JP7773500B2 - Gas piping - Google Patents
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Description
本明細書は、ガス配管に関する技術を開示する。 This specification discloses technology related to gas piping.
特許文献１に、高圧ガス（ブローバイガス）が通過するガス配管が開示されている。特許文献１には、ガス配管の材料としてラバー、合成樹脂、金属が挙げられている。 Patent Document 1 discloses a gas pipe through which high-pressure gas (blow-by gas) passes. Patent Document 1 lists rubber, synthetic resin, and metal as possible materials for the gas pipe.
特許文献１に開示されているように、一般的に、ガス配管はラバー、合成樹脂、金属等で形成されている。しかしながら、これらの材料は熱に弱く、ガス配管が高温に晒されると、ガス配管が損傷したり、変形することが起こり得る。ガス配管をセラミックス製とすれば、熱による損傷等を抑制することができる。しかしながら、セラミックス製のガス配管であっても、特定条件、例えば、真空空間で電圧が印加される環境にヘリウムガス、アルゴンガス等の不活性ガスを導入する場合、放電が発生し、ガス配管が溶融してしまうことがある。そのため、真空空間で電圧が印加される環境に不活性ガスを導入する用途で使用し得るガス配管の実現が必要とされている。本明細書は、上述した特定条件下において使用し得るガス配管を実現する技術を提供することを目的とする。 As disclosed in Patent Document 1, gas pipes are generally made of rubber, synthetic resin, metal, etc. However, these materials are sensitive to heat, and exposure to high temperatures can cause damage or deformation to the gas pipe. Making gas pipes out of ceramics can reduce damage caused by heat. However, even ceramic gas pipes can generate discharges and melt the gas pipe when introducing inert gases such as helium gas or argon gas under certain conditions, such as when introducing an inert gas into a vacuum environment where a voltage is applied. Therefore, there is a need for gas pipes that can be used to introduce inert gases into a vacuum environment where a voltage is applied. This specification aims to provide technology for creating gas pipes that can be used under the above-mentioned specific conditions.
本明細書で開示する第１技術は、内面に凹凸部が形成されている筒体と、その筒体内に充填されているセラミックス製の多孔質体を備えるガス配管であってよい。 The first technology disclosed in this specification may be a gas pipe comprising a cylindrical body having an uneven surface on its inner surface and a ceramic porous body filled inside the cylindrical body.
本明細書で開示する第２技術は、第１技術のガス配管であり、上記筒体の配管長さに対し、上記筒体の内面の沿面長さが１．０８倍以上であってよい。 The second technology disclosed in this specification is the gas piping of the first technology, in which the creeping length of the inner surface of the cylinder may be 1.08 times or more the piping length of the cylinder.
本明細書で開示する第３技術は、第１又は第２技術のガス配管であり、上記凹凸部の凹部間の距離が、５ｍｍ超５００ｍｍ未満であってよい。 The third technology disclosed in this specification is a gas pipe according to the first or second technology, in which the distance between the recesses of the uneven portion may be greater than 5 mm and less than 500 mm.
本明細書で開示する第４技術は、第１から第３技術のいずれかに記載のガス配管であり、上記凹凸部の凸部間の距離が、１ｍｍ超４９８ｍｍ未満であってよい。 The fourth technology disclosed in this specification is a gas pipe described in any of the first to third technologies, in which the distance between the convex portions of the uneven portion may be more than 1 mm and less than 498 mm.
本明細書で開示する第５技術は、第１から第４技術のいずれかに記載のガス配管であり、上記筒体内の平均気孔率が、１５％以上６０％以下であってよい。 The fifth technology disclosed in this specification is a gas pipe described in any of the first to fourth technologies, in which the average porosity within the cylindrical body may be 15% or more and 60% or less.
本明細書で開示する第６技術は、第１から第５技術のいずれかに記載のガス配管であり、上記多孔質体の平均粒子径が、５０ｍｍ以上６００ｍｍ以下であってよい。 The sixth technology disclosed in this specification is a gas pipe described in any of the first to fifth technologies, in which the average particle diameter of the porous body may be 50 mm or more and 600 mm or less.
本明細書で開示する第７技術は、第１から第６技術のいずれかに記載のガス配管であり、上記筒体の材料が、酸化ケイ素質、酸化アルミニウム質、高耐熱樹脂から選択される少なくとも１つを主成分としていてよい。 The seventh technology disclosed in this specification is a gas pipe according to any one of the first to sixth technologies, wherein the material of the cylindrical body may be primarily composed of at least one material selected from silicon oxide, aluminum oxide, and high-heat-resistant resin.
本明細書で開示する第８技術は、第１から第７技術のいずれかに記載のガス配管であり、上記多孔質体の材料が、酸化ケイ素質と酸化アルミニウム質の少なくとも一方を主成分としていてよい。 The eighth technology disclosed in this specification is a gas pipe according to any one of the first to seventh technologies, in which the material of the porous body may be primarily composed of at least one of silicon oxide and aluminum oxide.
本明細書で開示するガス配管は、真空空間で電圧が印加される環境に不活性ガスを導入する配管として好適に用いられる。ガス配管は、筒体と、筒体内に充填されているセラミックス製の多孔質体を備えている。筒体の内部をセラミックス粒子が充填しているので、このガス配管は、マクロ的にみると中実構造である。筒体の内面には、凹凸部が形成されている。そのため、筒体内の沿面長さは、筒体の配管長さより長い。なお、「配管長さ」とは、ガス配管の長手方向（ガスが流通する方向）における筒体の長さを意味する。また、「沿面長さ」とは、ガス配管の長手方向における筒体表面の長さを意味する。本明細書で開示するガス配管は、内表面（ガスと接触する面）に凹凸が形成されているので、配管長さに対し、筒体内面の沿面長さが長い。また、本明細書で開示するガス配管は、ヘリウムガス、アルゴンガス等の不活性ガスを導入する配管として好適に使用し得るが、その他に、水素ガス、メタンガス、大気等のガスを導入する配管として使用することもできる。 The gas pipe disclosed herein is suitable for use as a pipe for introducing an inert gas into a vacuum environment where a voltage is applied. The gas pipe comprises a cylindrical body and a porous ceramic body filled within the cylindrical body. Because the interior of the cylindrical body is filled with ceramic particles, the gas pipe has a solid structure from a macroscopic perspective. The inner surface of the cylindrical body is uneven. Therefore, the creepage length within the cylindrical body is longer than the pipe length of the cylindrical body. Note that "pipe length" refers to the length of the cylindrical body in the longitudinal direction of the gas pipe (the direction in which the gas flows). Furthermore, "creepage length" refers to the length of the cylindrical body surface in the longitudinal direction of the gas pipe. Because the gas pipe disclosed herein has unevenness formed on the inner surface (the surface that comes into contact with the gas), the creepage length within the cylindrical body is longer than the pipe length. Furthermore, the gas pipe disclosed herein can be used suitably for introducing inert gases such as helium gas and argon gas, but can also be used for introducing gases such as hydrogen gas, methane gas, and atmospheric air.
筒体内に多孔質体を充填したガス配管では、不活性ガスが導入される環境における印加電圧が高くなると（例えば３０ｋＶ以上になると）、筒体内面と多孔質体の隙間で電子が加速され、放電が発生しやすくなる。放電は、筒体の内面に沿って発生しやすい。しかしながら、本明細書で開示するガス配管は、筒体の内面に凹凸が形成されており、内面の沿面長さが長く確保されている。そのため、本明細書で開示するガス配管は、筒内の内面に沿って放電が発生しにくい。放電の発生を抑制することにより、筒体（ガス配管）が溶融することが抑制され、筒体の耐久性（寿命）を向上させることができる。 In a gas pipe with a cylindrical body filled with a porous body, when the applied voltage in the environment where the inert gas is introduced becomes high (for example, 30 kV or higher), electrons are accelerated in the gap between the inner surface of the cylindrical body and the porous body, making it easier for discharge to occur. Discharges tend to occur along the inner surface of the cylindrical body. However, the gas pipe disclosed in this specification has unevenness formed on the inner surface of the cylindrical body, ensuring a long creeping length of the inner surface. Therefore, in the gas pipe disclosed in this specification, discharges are less likely to occur along the inner surface of the cylinder. By suppressing the occurrence of discharges, melting of the cylindrical body (gas pipe) is suppressed, and the durability (lifespan) of the cylindrical body can be improved.
また、本明細書で開示するガス配管は、筒体の内面に凹凸部が形成されているので、筒体内において多孔質体の移動が規制され、多孔質体が筒体から外れることを抑制することもできる。なお、凹凸部の凹部（又は凸部）は、筒体の周方向（長手方向に直交する方向）を一巡して形成されていてよい。あるいは、凹凸部の凹部（又は凸部）は、筒体の長手方向に対して螺旋状に形成されていてもよい。 In addition, the gas pipe disclosed in this specification has an uneven portion formed on the inner surface of the cylindrical body, which restricts the movement of the porous body within the cylindrical body and prevents the porous body from coming off the cylindrical body. The concave (or convex) portions of the uneven portion may be formed all the way around the circumference of the cylindrical body (a direction perpendicular to the longitudinal direction). Alternatively, the concave (or convex) portions of the uneven portion may be formed in a spiral shape relative to the longitudinal direction of the cylindrical body.
上記ガス配管は、多孔質体の粒径等を調整することにより、筒体内の気孔率を調整することができる。筒体内の気孔率を調整することにより、ガス配管の強度、ガス配管内（筒体内）の流路面積を調整することができる。なお、筒体内の気孔率は、筒体の気孔率より大きい。具体的には、筒体内の平均気孔率は１５％以上６０％以下に調整されており、筒体の気孔率は５％以下に調整されている。筒体内の平均気孔率が１５％以上であれば、筒体内に確実にガス流路を確保することができる。また、筒体内の平均気孔率が６０％以下であれば、ガス配管の強度が十分に確保され、例えば、強度が１０ＭＰａ以上８０ＭＰａのガス配管を実現することができる。本明細書で開示するガス配管は、強度が１０ＭＰａ以上８０ＭＰａに調整されている。筒体内の平均気孔率は、目的に応じた圧力損失に基づいて調整することができる。なお、筒体自体の気孔率を５％以下に調整することにより、筒体内のガスが筒体を通過して外部（ガス配管外）に漏れることを防止することができる。 The porosity of the above-mentioned gas pipe within the cylinder can be adjusted by adjusting the particle size of the porous material, etc. Adjusting the porosity within the cylinder allows for adjustment of the strength of the gas pipe and the flow path area within the gas pipe (within the cylinder). The porosity within the cylinder is greater than the porosity of the cylinder itself. Specifically, the average porosity within the cylinder is adjusted to 15% or more and 60% or less, and the porosity of the cylinder is adjusted to 5% or less. An average porosity of 15% or more within the cylinder ensures a reliable gas flow path within the cylinder. Furthermore, an average porosity of 60% or less within the cylinder ensures sufficient strength of the gas pipe, and a gas pipe with a strength of 10 MPa or more and 80 MPa, for example, can be achieved. The gas pipe disclosed in this specification has a strength adjusted to 10 MPa or more and 80 MPa. The average porosity within the cylinder can be adjusted based on the pressure loss required for the intended purpose. Adjusting the porosity of the cylinder itself to 5% or less prevents gas within the cylinder from passing through the cylinder and leaking to the outside (outside the gas pipe).
多孔質体の平均粒子径は、５０μｍ以上６００μｍ以下であってよい。多孔質体の平均粒子径が５０μｍ以上であれば、粒子間に隙間が確保され、ガス流路を確実に確保することができる。また、多孔質体の平均粒子径が６００μｍ以下であれば、多孔質体同士の接触面積、及び、多孔質体と筒体内面の接触面積が増大し、両者を安定して結合させることができる。なお、多孔質体の粒子間の平均距離（筒体内の平均気孔径）は、１０μｍ以上２００μｍ以下であってよい。 The average particle diameter of the porous body may be 50 μm or more and 600 μm or less. If the average particle diameter of the porous body is 50 μm or more, gaps are secured between the particles, ensuring a reliable gas flow path. Furthermore, if the average particle diameter of the porous body is 600 μm or less, the contact area between the porous bodies and the contact area between the porous body and the inner surface of the cylinder is increased, allowing the two to be stably bonded. The average distance between particles of the porous body (average pore diameter within the cylinder) may be 10 μm or more and 200 μm or less.
筒体の材料は、酸化ケイ素質、酸化アルミニウム質、高耐熱樹脂（例えば、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂）、又はこれらの混合物を主成分としてよい。これらの材料は耐熱性が高く、ヘリウムガスが導入される環境の温度が高温であってもガス配管の損傷を抑制することができる。なお、筒体の内面に、アルミナ、ムライト等のセラミックスコーティングが施されていてもよい。また、多孔質体の材料は、酸化ケイ素質、酸化アルミニウム質、又はこれらの混合物を主成分としてよい。これらの材料は耐熱性が高く、また、高強度であり、ガス配管の強度を向上させることに寄与する。なお、「主成分」とは、構成材料の５０質量％以上を占める材料のことを意味する。 The cylindrical body material may be primarily composed of silicon oxide, aluminum oxide, high-heat-resistant resin (e.g., fluororesin such as PTFE), or a mixture of these. These materials have high heat resistance and can prevent damage to the gas piping even when the temperature of the environment into which helium gas is introduced is high. The inner surface of the cylindrical body may be coated with a ceramic material such as alumina or mullite. The porous body material may be primarily composed of silicon oxide, aluminum oxide, or a mixture of these. These materials have high heat resistance and high strength, which contribute to improving the strength of the gas piping. Note that "main component" means a material that accounts for 50% or more by mass of the constituent materials.
なお、筒体及び多孔質体の材料がセラミックスの場合、両者は一体化していてよい。具体的には、筒体内面と多孔質体が結合していてよい。例えば、セラミックス材料の筒体の内部にセラミックス材料の多孔質体（セラミックス粒子）を充填した状態で焼成することにより、筒体内にセラミックス粒子の多孔質体を形成するとともに、筒体内面と多孔質体を焼結させ、筒体と多孔質体を一体化させてよい。筒体と多孔質体を一体化させることにより、ガス配管内を移動するガスの圧力によって多孔質体が破損することを抑制できる。 When the cylindrical body and porous body are made of ceramic, they may be integrated. Specifically, the inner surface of the cylindrical body and the porous body may be bonded together. For example, a ceramic cylindrical body may be filled with a porous body (ceramic particles) of the ceramic material and fired, forming a porous body of ceramic particles inside the cylindrical body, and sintering the inner surface of the cylindrical body and the porous body, thereby integrating the cylindrical body and the porous body. By integrating the cylindrical body and the porous body, it is possible to prevent the porous body from being damaged by the pressure of the gas moving through the gas pipe.
筒体内面の沿面長さは、筒体の配管長さに対し、１．０８倍以上であってよい。「沿面長さ／配管長さ」が１．０８以上であれば、上述した利点（放電発生の抑制、多孔質体の外れ抑制）を確実に得ることができる。なお、筒体内面の沿面長さは、筒体の配管長さに対し、１．１倍以上であってよく、２倍以上であってよく、３倍以上であってよく、５倍以上であってよく、１０倍以上であってよく、２５倍以上であってよく、５０倍以上であってもよい。また、筒体内面の沿面長さは、筒体の配管長さに対し、５０倍以下であってよい。「沿面長さ／配管長さ」が５０を超えると、筒体の製造が困難となり、ガス配管の製造歩留まりが低下する。「沿面長さ／配管長さ」が５０以下であれば、ガス配管の製造歩留まり低下を抑制することができる。なお、筒体内面の沿面長さは、筒体の配管長さに対し、２５倍以下であってよく、１０倍以下であってよく、５倍以下であってよく、３倍以下であってもよい。 The creepage length of the inner surface of the cylinder may be 1.08 times or more the length of the pipe of the cylinder. If the "creepage length/pipe length" ratio is 1.08 or more, the above-mentioned advantages (suppression of discharge occurrence, suppression of detachment of the porous body) can be reliably obtained. The creepage length of the inner surface of the cylinder may be 1.1 times or more, 2 times or more, 3 times or more, 5 times or more, 10 times or more, 25 times or more, or 50 times or more the length of the pipe of the cylinder. The creepage length of the inner surface of the cylinder may be 50 times or less the length of the pipe of the cylinder. If the "creepage length/pipe length" ratio exceeds 50, it becomes difficult to manufacture the cylinder, and the manufacturing yield of the gas pipe decreases. If the "creepage length/pipe length" ratio is 50 or less, the decrease in manufacturing yield of the gas pipe can be suppressed. The creepage length of the inner surface of the cylinder may be 25 times or less, 10 times or less, 5 times or less, or 3 times or less the length of the pipe of the cylinder.
筒体内面に形成されている凹凸部において、凹部間の距離は、５ｍｍ超５００ｍｍ未満であってよい。凹部間の距離が５ｍｍ超であれば内部の多孔質体が外れることを抑制することができる。また、凹部間の距離が５００ｍｍ未満であれば、ガス配管の製造歩留まりの低下を抑制することができる。筒体内面に形成されている凹凸部において、凸部間の距離は、１ｍｍ超４９８ｍｍ未満であってよい。凸部間の距離が１ｍｍ超であれば、内部の多孔質体が外れることを抑制することができる。また、凸部間の距離が４９８ｍｍ未満であれば、ガス配管の製造歩留まりの低下を抑制することができる。なお、筒体の配管長さに対する筒体内面の沿面長さ（沿面長さ比）が１０倍以下であれば、さらにガス配管の製造歩留まりの低下を抑制する（製造歩留まり７１％以上を確保して製造する）ことができる。 In the uneven portion formed on the inner surface of the cylinder, the distance between recesses may be more than 5 mm and less than 500 mm. If the distance between recesses is more than 5 mm, the internal porous body can be prevented from coming off. Furthermore, if the distance between recesses is less than 500 mm, a decrease in the manufacturing yield of the gas pipe can be prevented. In the uneven portion formed on the inner surface of the cylinder, the distance between protrusions may be more than 1 mm and less than 498 mm. If the distance between protrusions is more than 1 mm, the internal porous body can be prevented from coming off. Furthermore, if the distance between protrusions is less than 498 mm, a decrease in the manufacturing yield of the gas pipe can be prevented. Furthermore, if the creeping length of the inner surface of the cylinder relative to the piping length of the cylinder (creeping length ratio) is 10 times or less, a decrease in the manufacturing yield of the gas pipe can be further prevented (the gas pipe can be manufactured with a manufacturing yield of 71% or more).
凹凸部の形状（凹部の形状、又は、凸部の形状）は、矩形、三角形、円弧、又は、これらの形状の組み合わせ等、特に限定されない。但し、製造歩留まりの低下を抑制するという観点より、凹凸部の形状は矩形であることが好ましい。詳細は省略するが、凹凸部の形状が矩形のガス配管は、凹凸部の形状が矩形以外のガス配管と比較して、最も高い製造歩留まりが得られることが確認されている。 The shape of the uneven portion (the shape of the concave or convex portion) is not particularly limited and may be rectangular, triangular, arc-shaped, or a combination of these shapes. However, from the perspective of preventing a decrease in manufacturing yield, it is preferable that the uneven portion be rectangular. Although details are omitted, it has been confirmed that gas pipes with rectangular uneven portions have the highest manufacturing yield compared to gas pipes with non-rectangular uneven portions.
（第１実施例）
図１及び図２を参照し、ガス配管１０について説明する。図１はガス配管１０の径方向断面を示し、図２はガス配管１０の長手方向断面を示している。図１、２に示すように、筒体１４の内側に、複数の多孔質体１２が充填されている。筒体１４の材料はアルミナであり、外径は３０ｍｍであり、気孔率は１％である。筒体１４の内面に、凸部１６及び凹部１８からなる凹凸が設けられている。凸部１６及び凹部１８は、筒体１４の長手方向２０に複数設けられている。凸部１６と凹部１８の間には段差１７が設けられており、図２に示す断面では凸部１６及び凹部１８の形状は矩形である。なお、筒体１４の外面には凹凸は設けられていない。
(First Example)
A gas pipe 10 will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 shows a radial cross section of the gas pipe 10, and FIG. 2 shows a longitudinal cross section of the gas pipe 10. As shown in FIGS. 1 and 2, a plurality of porous bodies 12 are filled inside a cylindrical body 14. The cylindrical body 14 is made of alumina, has an outer diameter of 30 mm, and a porosity of 1%. The inner surface of the cylindrical body 14 is provided with irregularities consisting of protrusions 16 and recesses 18. A plurality of protrusions 16 and recesses 18 are provided in the longitudinal direction 20 of the cylindrical body 14. Steps 17 are provided between the protrusions 16 and recesses 18, and the shapes of the protrusions 16 and recesses 18 are rectangular in the cross section shown in FIG. 2. Note that no irregularities are provided on the outer surface of the cylindrical body 14.
凸部１６，１６間の距離Ｄ１は１５ｍｍであり、凹部１８，１８間の距離Ｄ２は２０ｍｍである。すなわち、筒体１４は、内径１５ｍｍであり、長手方向２０において間隔をあけて、２．５ｍｍ深さの複数の凹部１８が設けられている。あるいは、筒体１４は、内径２０ｍｍであり、長手方向２０において間隔をあけて、２．５ｍｍ高さの複数の凸部１６が設けられていると捉えることもできる。筒体１４は、内面に凹凸が設けられており、外面に凹凸が設けられていないので、筒体１４の配管長さＬ１に対し、筒体１４の内面の沿面長さが大きい。なお、筒体１４の内面の沿面長さは、長手方向２０における凸部１６の表面１６ｓの長さ、段差１７の表面１７ｓの長さ、凹部１８の表面１８ｓの長さの合計長さである。筒体１４では、配管長さＬ１に対する筒体１４の内面の沿面長さが２倍に調整されている。ガス配管１０は、筒体１４の配管長さＬ１に対して筒体１４の内面の沿面長さが大きいので、不活性ガスを導入する環境における印加電圧が高くなっても、筒体１４内において放電の発生を抑制することができる。 The distance D1 between the convex portions 16, 16 is 15 mm, and the distance D2 between the concave portions 18, 18 is 20 mm. That is, the cylindrical body 14 has an inner diameter of 15 mm and multiple concave portions 18, each 2.5 mm deep, are spaced apart in the longitudinal direction 20. Alternatively, the cylindrical body 14 can be considered to have an inner diameter of 20 mm and multiple convex portions 16, each 2.5 mm high, are spaced apart in the longitudinal direction 20. Because the cylindrical body 14 has unevenness on its inner surface but not on its outer surface, the creeping length of the inner surface of the cylindrical body 14 is greater than the piping length L1 of the cylindrical body 14. The creeping length of the inner surface of the cylindrical body 14 is the sum of the length of the surface 16s of the convex portion 16, the length of the surface 17s of the step 17, and the length of the surface 18s of the concave portion 18 in the longitudinal direction 20. The creeping length of the inner surface of the cylindrical body 14 is adjusted to be twice the piping length L1. Because the creeping length of the inner surface of the gas pipe 10 is greater than the pipe length L1 of the cylinder 14, discharge within the cylinder 14 can be suppressed even if the applied voltage increases in an environment where inert gas is introduced.
多孔質体１２は、アルミナ粒子とガラスを焼成することにより形成されている。多孔質体１２を構成するアルミナ粒子の平均粒子径は２５７μｍである。多孔質体１２，１２間には空隙が設けられており、筒体１４内の平均気孔率は３５％である。多孔質体１２は、凹部１８内にも充填されている。ガス配管１０は、未焼成の筒体１４内に多孔質体１２の原料（アルミナ粒子及びガラス）を充填した後、大気雰囲気にて１１００～１３００℃の焼成を行うことにより形成されている。焼成により、多孔質体１２，１２同士が焼結するとともに、筒体１４と多孔質体１２も焼結する。焼結した多孔質体１２が凹部１８内に存在することにより、多孔質体１２が筒体１４から外れることを抑制することができる。 The porous body 12 is formed by firing alumina particles and glass. The average particle diameter of the alumina particles that make up the porous body 12 is 257 μm. Voids are provided between the porous bodies 12, and the average porosity within the cylindrical body 14 is 35%. The porous body 12 also fills the recesses 18. The gas pipe 10 is formed by filling the raw materials for the porous body 12 (alumina particles and glass) into an unfired cylindrical body 14 and then firing it at 1100 to 1300°C in an air atmosphere. Firing sinters the porous bodies 12, 12 together, and also sinters the cylindrical body 14 and the porous body 12. The presence of the sintered porous body 12 within the recesses 18 prevents the porous body 12 from coming off the cylindrical body 14.
図３及び図４を参照し、筒体１４内の凹凸形状について説明する。図３は、筒体１４の断面図であり、図２に示すガス配管１０から多孔質体１２を取り除いたものに相当する。図４は、凸部１６（凹部１８）が形成されている方向を示している。図３及び図４に示すように、凸部１６（凹部１８）は、筒体１４の長手方向において間隔をあけて、筒体の周方向に一巡して形成されている。そのため、筒体１４の長手方向において、隣り合うリング状の凸部１６，１６の間に、リング状の凹部１８が存在する。同様に、筒体１４の長手方向において、隣り合うリング状の凹部１８，１８の間に、リング状の凸部１６が存在する。 The uneven shape inside the cylindrical body 14 will be explained with reference to Figures 3 and 4. Figure 3 is a cross-sectional view of the cylindrical body 14, and corresponds to the gas pipe 10 shown in Figure 2 with the porous body 12 removed. Figure 4 shows the direction in which the convex portions 16 (concave portions 18) are formed. As shown in Figures 3 and 4, the convex portions 16 (concave portions 18) are formed around the circumference of the cylindrical body 14 at intervals in the longitudinal direction of the cylindrical body 14. Therefore, in the longitudinal direction of the cylindrical body 14, a ring-shaped concave portion 18 exists between adjacent ring-shaped convex portions 16, 16. Similarly, in the longitudinal direction of the cylindrical body 14, a ring-shaped convex portion 16 exists between adjacent ring-shaped concave portions 18, 18.
図５は、筒体１４ａにおいて凸部１６（凹部１８）が形成されている方向を示している。筒体１４ａは、筒体１４の変形例である。筒体１４ａでは、凸部１６（凹部１８）が、筒体１４ａの長手方向に沿って螺旋状に形成されている。このような形態であっても、筒体１４ａの断面（筒体１４ａの図３に示す断面）を観察すると、筒体１４ａの長手方向において、隣り合う凸部１６，１６の間に凹部１８が存在し、隣り合う凹部１８，１８の間に凸部１６が存在する。筒体１４に代えて筒体１４ａを用いてガス配管１０を作製した場合も、筒体１４ａの配管長さに対し、筒体１４ａの内面の沿面長さが大きくなる。また、焼結した多孔質体１２が凹部１８内に存在することにより、多孔質体１２が筒体１４ａから外れることを抑制することができる。そのため、筒体１４に代えて筒体１４ａを用いてガス配管１０を作製することもできる。 Figure 5 shows the direction in which the convex portions 16 (concave portions 18) are formed on the cylindrical body 14a. The cylindrical body 14a is a modified version of the cylindrical body 14. In the cylindrical body 14a, the convex portions 16 (concave portions 18) are formed in a spiral shape along the longitudinal direction of the cylindrical body 14a. Even in this configuration, when observing the cross section of the cylindrical body 14a (the cross section of the cylindrical body 14a shown in Figure 3), concave portions 18 are present between adjacent convex portions 16, 16 in the longitudinal direction of the cylindrical body 14a, and convex portions 16 are present between adjacent concave portions 18, 18. Even when the gas pipe 10 is fabricated using the cylindrical body 14a instead of the cylindrical body 14, the creeping length of the inner surface of the cylindrical body 14a is longer than the pipe length of the cylindrical body 14a. Furthermore, the presence of the sintered porous body 12 in the concave portions 18 prevents the porous body 12 from coming off the cylindrical body 14a. Therefore, the gas pipe 10 can be manufactured using the cylindrical body 14a instead of the cylindrical body 14.
以下、図６から図８を参照し、第２～第４実施例（筒体１１４，２１４及び３１４）について説明する。筒体１１４，２１４及び３１４は、筒体１４の変形例であり、筒体１４と実質的に同一の構造については、筒体１４に付した参照番号と同一又は下二桁の数字が同一の参照番号を付すことにより、説明を省略することがある。なお、以下に説明する筒体１１４，２１４及び３１４の何れも、筒体１１４，２１４，３１４の配管長さに対し、筒体１１４，２１４，３１４の内面の沿面長さが大きくなる。筒体１１４，２１４及び３１４は、何れも筒体１４に代えてガス配管１０を作製することができる。 The second to fourth embodiments (cylinders 114, 214, and 314) will be described below with reference to Figures 6 to 8. Cylinders 114, 214, and 314 are modified versions of cylinder 14, and descriptions of structures that are substantially identical to cylinder 14 may be omitted by assigning the same reference number or reference numbers with the same last two digits as those assigned to cylinder 14. Note that for all of cylinders 114, 214, and 314 described below, the creeping length of the inner surface of cylinder 114, 214, and 314 is greater than the piping length of cylinder 114, 214, and 314. Any of cylinders 114, 214, and 314 can be used in place of cylinder 14 to create gas piping 10.
（第２実施例）
図６に示すように、筒体１１４では、凸部１１６が円弧状である。筒体１１４の場合、筒体１１４の内面の沿面長さは、長手方向２０における凸部１１６の表面１１６ｓの長さ、凹部１８の表面１８ｓの長さの合計長さである。なお、筒体１１４においても、凸部１１６（凹部１８）が、筒体１１４の長手方向に沿って螺旋状に形成されていてもよい。
(Second Example)
6 , the convex portion 116 of the cylindrical body 114 is arc-shaped. In the case of the cylindrical body 114, the creeping length of the inner surface of the cylindrical body 114 is the sum of the length of the surface 116s of the convex portion 116 and the length of the surface 18s of the concave portion 18 in the longitudinal direction 20. Note that in the cylindrical body 114 as well, the convex portion 116 (concave portion 18) may be formed in a spiral shape along the longitudinal direction of the cylindrical body 114.
（第３実施例）
図７に示すように、筒体２１４では、凸部２１６が三角形状である。筒体２１４の場合、筒体２１４の内面の沿面長さは、長手方向２０における凸部２１６の表面（三角形の斜面）２１６ｓの長さ、凹部１８の表面１８ｓの長さの合計長さである。なお、筒体２１４においても、凸部２１６（凹部１８）が、筒体２１４の長手方向に沿って螺旋状に形成されていてもよい。
(Third Example)
7 , the convex portion 216 of the cylindrical body 214 has a triangular shape. In the case of the cylindrical body 214, the creeping length of the inner surface of the cylindrical body 214 is the sum of the length of the surface (triangular slope) 216s of the convex portion 216 in the longitudinal direction 20 and the length of the surface 18s of the recess 18. Note that in the cylindrical body 214 as well, the convex portion 216 (recess 18) may be formed in a spiral shape along the longitudinal direction of the cylindrical body 214.
（第４実施例）
図８に示すように、筒体３１４では、凸部３１６は、薄肉部３１５と厚肉部３１７を備えている。長手方向２０において、厚肉部３１７の厚みは、薄肉部３１５の厚みより厚い。厚肉部３１７は、薄肉部３１５よりも凸部３１６の先端側に設けられている。厚肉部３１７は、薄肉部３１５に対し、長手方向２０の一方向に突出している。具体的には、厚肉部は、薄肉部３１５に対し、ガス配管１０の上流側に向けて突出している。図示は省略するが、筒体３１４を用いたガス配管１０を作製すると、長手方向２０において厚肉部３１７が多孔質体１２に食い込み、多孔質体１２が筒体３１４から外れることをさらに抑制することができる（図２を比較参照）。筒体３１４の場合、筒体３１４の内面の沿面長さは、長手方向２０における薄肉部３１５の表面３１５ｓの長さ、厚肉部３１３の表面３１７ｓの長さ、凹部１８の表面１８ｓの長さの合計長さである。なお、筒体３１４においても、凸部３１６（凹部１８）が、筒体３１４の長手方向に沿って螺旋状に形成されていてもよい。
(Fourth Example)
As shown in FIG. 8 , in the cylindrical body 314, the convex portion 316 includes a thin-walled portion 315 and a thick-walled portion 317. The thickness of the thick-walled portion 317 is greater than the thickness of the thin-walled portion 315 in the longitudinal direction 20. The thick-walled portion 317 is provided closer to the tip of the convex portion 316 than the thin-walled portion 315. The thick-walled portion 317 protrudes in one direction in the longitudinal direction 20 relative to the thin-walled portion 315. Specifically, the thick-walled portion protrudes toward the upstream side of the gas pipe 10 relative to the thin-walled portion 315. Although not shown, when the gas pipe 10 is manufactured using the cylindrical body 314, the thick-walled portion 317 bites into the porous body 12 in the longitudinal direction 20, which further prevents the porous body 12 from coming off the cylindrical body 314 (see FIG. 2 for comparison). In the case of the cylindrical body 314, the creeping length of the inner surface of the cylindrical body 314 is the total length of the length of the surface 315s of the thin-walled portion 315 in the longitudinal direction 20, the length of the surface 317s of the thick-walled portion 313, and the length of the surface 18s of the recess 18. Note that in the cylindrical body 314 as well, the protrusion 316 (recess 18) may be formed in a spiral shape along the longitudinal direction of the cylindrical body 314.
（実験例）
沿面長さ比を変化させた筒体１４（凸部が矩形状）を用いてガス配管１０を作製し、放電試験を行った。放電試験は、ガス配管１０内にヘリウムガスを３０ｃｍ３／分で流通させた状態で、ガス配管１０の端部（ガス排出側の端部）に０～２５ｋＶの電圧を印加した。放電試験において２５ｋＶで放電が発生しなかった場合「Ａ」評価とし、１５～２５ｋＶで放電が発生した場合「Ｂ」評価とし、５～１４ｋＶで放電が発生した場合「Ｃ」評価とし、５ｋＶ未満で放電が発生した場合「Ｄ」評価とした。放電試験においては、「Ａ」～「Ｃ」評価が合格レベルである。結果を図９に示す。
(Experimental Example)
Gas pipes 10 were fabricated using cylindrical bodies 14 (with rectangular convex portions) with varying creepage length ratios, and discharge tests were conducted. In the discharge test, helium gas was circulated through the gas pipe 10 at 30 cm 3 /min, and a voltage of 0 to 25 kV was applied to the end of the gas pipe 10 (the end on the gas discharge side). In the discharge test, if no discharge occurred at 25 kV, the test was rated "A." If a discharge occurred between 15 and 25 kV, the test was rated "B." If a discharge occurred between 5 and 14 kV, the test was rated "C." If a discharge occurred below 5 kV, the test was rated "D." In the discharge test, a rating of "A" to "C" is considered a pass level. The results are shown in FIG. 9.
図９に示すように、沿面長さ比が大きくなる程（筒体１４の配管長さに対して筒体１４内面の沿面長さが長くなる程）、放電が起こりにくくなることが確認された。具体的には、沿面長さ比が１．０５以上（試料１３～試料２２）であれば、合格レベルであることが確認された。また、沿面長さ比が１．０８以上であれば、特に良好な耐放電性が得られることが確認された。 As shown in Figure 9, it was confirmed that the larger the creepage length ratio (the longer the creepage length of the inner surface of the cylindrical body 14 relative to the piping length of the cylindrical body 14), the less likely discharge occurs. Specifically, it was confirmed that a creepage length ratio of 1.05 or more (samples 13 to 22) was at an acceptable level. It was also confirmed that a creepage length ratio of 1.08 or more resulted in particularly good discharge resistance.
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and variations of the specific examples exemplified above. Furthermore, the technical elements described in this specification or drawings may exhibit technical utility alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. Furthermore, the technology exemplified in this specification or drawings can achieve multiple objectives simultaneously, and achieving one of those objectives is itself technically useful.
１０：ガス配管
１２：多孔質体
１４：筒体
10: Gas pipe 12: Porous body 14: Cylinder
Claims (6)
前記筒体内に充填されているセラミックス製の多孔質体と、を備え、
前記凹凸部は、前記筒体の内面の周方向に一巡している凹部及び凸部、又は、前記筒体の内面に長手方向に沿って螺旋状に形成されている凹部及び凸部によって形成されているガス配管。 a cylindrical body having an uneven portion formed on its inner surface;
a ceramic porous body filled in the cylindrical body,
The uneven portion is a gas pipe formed by recesses and protrusions that run around the circumferential direction of the inner surface of the cylindrical body, or by recesses and protrusions that are spirally formed along the longitudinal direction of the inner surface of the cylindrical body.
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