JP2013124748A - Flexible tube with vibration suppressing structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流体を送るための配管に用いられるベローズ管に関するものであり、とりわけ、自体の管内に流体が流れても振動が生じ難い構造が付与されたベローズ管に関するものである。 The present invention relates to a bellows pipe used for piping for feeding a fluid, and more particularly to a bellows pipe provided with a structure that hardly generates vibration even when a fluid flows in the pipe.
放射光施設の１つである大型放射光施設ＳＰｒｉｎｇ−８における放射光の生成手順は、概略的には、電子銃によって電子を高真空中に打ち出し、次いで該電子を、線形加速器、シンクロトロン（一周約３９６ｍ）、蓄積リング（一周約１４３６ｍ）を通過させて順に加速し、前記の蓄積リングの周回軌道上に偏向電磁石や挿入光源を配置しておき、光速に近い電子を通過させることで強い放射光（白色放射光など）を発生させるというものである。
発生した放射光は、前記の蓄積リングから、全長数十ｍの直線的なビームラインへと取り出され、そこでさらに、ガンマ線の除去、ビームの集光、高エネルギー成分の除去、分光器による目的波長光の選択など、種々の加工を経て、最終的に実験に必要な光だけが分析対象物へと照射される。
A procedure for generating synchrotron radiation in a large synchrotron radiation facility SPring-8, which is one of synchrotron radiation facilities, is generally as follows: an electron gun is used to launch electrons into a high vacuum, and then the electrons are converted into a linear accelerator, synchrotron ( It is strong by passing through a storage ring (about 1436m) and accelerating in order, placing a deflecting electromagnet and an insertion light source on the orbit of the storage ring, and passing electrons close to the speed of light. Radiation light (white radiation light etc.) is generated.
The generated synchrotron radiation is extracted from the storage ring into a linear beam line with a total length of several tens of meters, where gamma rays are removed, the beam is focused, high energy components are removed, and the target wavelength is obtained by a spectrometer. Through various processes such as selection of light, only the light necessary for the experiment is finally irradiated onto the object to be analyzed.
上記ビームライン上に設けられた種々の光学系の中でも、分光器は、強い白色放射光の中から所定の波長の光（単色Ｘ線など）を取り出すための重要な光学機器であって、結晶分光器が代表的なものとして挙げられる。結晶分光器は、シリコンやダイヤモンドなどの単結晶中の種々の格子面間でのブラッグ反射を利用し、目的の波長光を分光して取り出すものである。
ＳＰｒｉｎｇ−８では、図４（ａ）に模式的に示した二結晶分光器が用いられている。二結晶分光器では、同図のように、ビームライン中を通過して来た白色放射光Ｌ１が第一のシリコン結晶体Ｂ１に入射し、ここで必要な分光が行われ、目的の波長光Ｌ２が第二のシリコン結晶体Ｂ２によって方向を変えられて、元の入力光Ｌ１と平行な出力光とされる。同図に示した各シリコン結晶体Ｂ１、Ｂ２は、光軸に対する角度を自在に制御し得るように治具に保持されかつ下記のように冷却器が取り付けられたブロックとなっている。
Among various optical systems provided on the beam line, the spectroscope is an important optical device for extracting light of a predetermined wavelength (monochromatic X-ray, etc.) from intense white radiant light, A spectroscope is a typical example. The crystal spectrometer uses Bragg reflection between various lattice planes in a single crystal such as silicon or diamond, and separates and extracts the target wavelength light.
In SPring-8, a two-crystal spectrometer schematically shown in FIG. 4A is used. In the double crystal spectrometer, as shown in the figure, the white radiated light L1 that has passed through the beam line is incident on the first silicon crystal body B1, where necessary spectroscopy is performed, and the target wavelength light is obtained. The direction of L2 is changed by the second silicon crystal body B2 to be output light parallel to the original input light L1. Each of the silicon crystal bodies B1 and B2 shown in the figure is a block that is held by a jig so that the angle with respect to the optical axis can be freely controlled and to which a cooler is attached as described below.
即ち、上記のような結晶分光器では、分光を行うための結晶体が白色放射光を受けて温度上昇することが問題となる。結晶体が温度上昇すると、該結晶体の格子面間隔が熱膨張によって変化し、目的とする波長の光の反射角度が変動し、目的とする出力光を安定して得られなくなるからである。また、高温となることで分光器の各部が損傷するといった問題も生じる。このような温度上昇の問題を解消すべく、従来では、結晶体に冷却器を密着させて温度上昇を抑制している。例えば、上記のＳＰｒｉｎｇ−８では、図４（ｂ）に示すように、シリコン結晶体Ｂ１０を冷却器である銅製部材Ｂ１１、Ｂ１２によって保持し、該銅製部材中に設けた管路Ｂ１３に液体窒素を流通させることで、該銅製部材を低温に維持し、シリコン結晶体Ｂ１０を冷却している。 That is, in the crystal spectrometer as described above, there is a problem that the temperature of the crystal body for performing the spectroscopy rises by receiving white radiation. This is because when the temperature of the crystal increases, the lattice spacing of the crystal changes due to thermal expansion, the reflection angle of light having the target wavelength varies, and target output light cannot be stably obtained. In addition, there is a problem that each part of the spectroscope is damaged due to the high temperature. In order to solve such a temperature increase problem, conventionally, a cooler is closely attached to the crystal body to suppress the temperature increase. For example, in the above SPring-8, as shown in FIG. 4B, the silicon crystal body B10 is held by copper members B11 and B12 which are coolers, and liquid nitrogen is supplied to a pipe line B13 provided in the copper member. The copper member is kept at a low temperature and the silicon crystal body B10 is cooled.
ここで、銅製部材内部に液体窒素を流通させるために、外部配管（注入用管Ｆ１、連通管Ｆ２、排出用管Ｆ３）が各管路Ｂ１３、Ｂ１４に接続される。これらの管のなかでも、少なくとも注入用管Ｆ１、排出用管Ｆ３には、可撓性を持った屈曲自在の管であるフレキシブルチューブが用いられる。これは、図４（ａ）に示すシリコン結晶体Ｂ１、Ｂ２の角度が制御によって変化しても、それぞれに接続された注入用管Ｆ１と排出用管Ｆ３（図４（ｂ））がその動きに追従して曲がることで、結晶体Ｂ１、Ｂ２の角度の可変制御を阻害しないようにするためである。 Here, in order to distribute liquid nitrogen inside the copper member, external pipes (injection pipe F1, communication pipe F2, and discharge pipe F3) are connected to the pipe lines B13 and B14. Among these tubes, flexible tubes that are flexible and flexible tubes are used at least for the injection tube F1 and the discharge tube F3. This is because even if the angles of the silicon crystal bodies B1 and B2 shown in FIG. 4 (a) are changed by the control, the injection tube F1 and the discharge tube F3 (FIG. 4 (b)) connected to each move. This is to prevent the angle variable control of the crystal bodies B1 and B2 from being hindered by bending following the above.
しかしながら、本発明者が上記のような従来の結晶分光器に対する冷却機構を詳細に調べたところ、次のような改善すべき問題が存在していることがわかった。
該問題とは、フレキシブルチューブに微振動が生じ、それが結晶体に伝播して照射精度を低下させているという問題である。
即ち、冷却に用いる液体窒素は−１９６℃という低温であり、かつ放射線環境下であるため、そのような低温の液体の流通に耐え得てかつ耐放射線性を有するフレキシブルチューブとしては、例えば、特許文献１などに記載された金属製のベローズ管（蛇腹管）が適切である。しかし、ベローズ管の内壁面は、蛇腹であるがゆえに、長手方向に沿って山部と谷部とが交互に繰り返す波形（なみがた）の凹凸となっている。
本発明者は、このようなベローズ管に液体窒素が流れると、その内壁面の凹凸に起因して乱流が生じ、通常では問題にならない微振動がベローズ管に発生し、それが冷却器である銅製部材を通じてシリコン結晶体に伝わっていることを発見した。
シリコン結晶体が振動すると出力光も該振動の影響を受けることになるが、とりわけＳＰｒｉｎｇ−８のような大型放射光施設では、結晶分光器から分析対象物までは１０ｍ以上もの長い距離があるため、シリコン結晶体のわずかな振動でも、そこから出力された放射光は、分析対象物上では大きく振れてしまう。このようなベローズ管内で生じる微振動を抑制するには、液体窒素の流量を小さくすることが考えられるが、それでは冷却能力が低下し、その結果、放射光のエネルギーを低くせざるを得ず、分析能力や解像度に悪影響を与えることになる。
However, when the present inventors examined the cooling mechanism for the conventional crystal spectrometer as described above in detail, it was found that the following problems to be improved exist.
The problem is that a slight vibration is generated in the flexible tube, which propagates to the crystal body and reduces the irradiation accuracy.
That is, since liquid nitrogen used for cooling is a low temperature of −196 ° C. and is in a radiation environment, as a flexible tube that can withstand the circulation of such a low temperature liquid and has radiation resistance, for example, a patent A metal bellows tube (bellows tube) described in
When liquid nitrogen flows into such a bellows tube, the present inventor generates turbulent flow due to the unevenness of the inner wall surface, and a fine vibration that is not normally a problem occurs in the bellows tube, which is caused by the cooler. I discovered that it was transmitted to the silicon crystal through a copper member.
When the silicon crystal vibrates, the output light is also affected by the vibration. Especially in a large synchrotron radiation facility such as SPring-8, there is a long distance of 10 m or more from the crystal spectrometer to the analysis object. Even with slight vibrations of the silicon crystal, the emitted light output from the silicon crystal shakes greatly on the object to be analyzed. In order to suppress such micro-vibration that occurs in the bellows tube, it is conceivable to reduce the flow rate of liquid nitrogen, but then the cooling capacity decreases, and as a result, the energy of the emitted light must be reduced, This will have a negative impact on analytical ability and resolution.
また、上記のようなベローズ管内で生じる微振動の問題は、大型放射光施設における結晶分光器のみならず、電子顕微鏡における発熱部分の冷却や、その他、フレキシブルチューブとしてベローズ管の使用が必須でありながらも微振動を排除しなければならないようなその他の用途においても同様の問題となる。また、液体窒素に限らず、より低温の冷媒による冷却、または、高温の作動媒体による加熱においても、生じる問題である。 In addition, the problem of micro-vibration that occurs in the bellows tube as described above is not only for crystal spectrometers in large synchrotron radiation facilities, but also for the cooling of heat-generating parts in electron microscopes, and the use of bellows tubes as flexible tubes. However, the same problem occurs in other applications where fine vibrations must be eliminated. Further, the problem is not limited to liquid nitrogen but also occurs in cooling with a lower temperature refrigerant or heating with a high temperature working medium.
本発明の課題は、上記した問題点を解決し、管の本体であるベローズ管内に流体を流しても振動が発生し難い構造が付与されたフレキシブルチューブを提供することにある。 An object of the present invention is to solve the above-described problems and to provide a flexible tube provided with a structure that hardly generates vibration even when a fluid is passed through a bellows tube that is a main body of the tube.
即ち、本発明は、次の特徴を有するものである。
（１）流体を移送するためのチューブ本体としてベローズ管を有するフレキシブルチューブであって、前記ベローズ管内に管状の編組体が挿通され、該管状の編組体の管内部の通路が該ベローズ管内の管路となっている構成を有し、
前記構成によって、前記ベローズ管内の蛇腹の凹凸が前記編組体によって隠され、該凹凸と流体の流れとに起因する振動の発生が抑制されている、振動抑制構造付きフレキシブルチューブ。
（２）当該振動抑制構造付きフレキシブルチューブが、放射光施設で発生した放射光を分光すべく姿勢調節可能に設けられた分光器に付帯した冷却器に冷却液を送るためのフレキシブルチューブとして用いられる、上記（１）記載の振動抑制構造付きフレキシブルチューブ。
（３）上記冷却液が、液体窒素である、上記（２）記載の振動抑制構造付きフレキシブルチューブ。
（４）上記ベローズ管が、金属製のベローズ管である、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の振動抑制構造付きフレキシブルチューブ。
（５）上記管状の編組体が、金属または金属酸化物からなる素線を編んだ編組体である、上記（１）〜（４）のいずれかに記載の振動抑制構造付きフレキシブルチューブ。
（６）上記冷却液が液体窒素であって、上記管状の編組体が、酸化アルミニウム製の繊維を用いてなる編組体、または、カーボーンファイバーを用いてなる編組体である、上記（１）〜（４）のいずれかに記載の振動抑制構造付きフレキシブルチューブ。
That is, the present invention has the following characteristics.
(1) A flexible tube having a bellows tube as a tube main body for transferring a fluid, wherein a tubular braided body is inserted into the bellows tube, and a passage inside the tube of the tubular braided body is a tube in the bellows tube It has a structure that is a road,
The flexible tube with a vibration suppressing structure in which the unevenness of the bellows in the bellows tube is hidden by the braided body and the occurrence of vibration due to the unevenness and the fluid flow is suppressed.
(2) The flexible tube with the vibration suppressing structure is used as a flexible tube for sending a coolant to a cooler attached to a spectroscope provided so as to be able to adjust the posture to divide the emitted light generated at the synchrotron radiation facility. The flexible tube with a vibration suppressing structure according to the above (1).
(3) The flexible tube with a vibration suppressing structure according to (2), wherein the cooling liquid is liquid nitrogen.
(4) The flexible tube with a vibration suppressing structure according to any one of (1) to (3), wherein the bellows pipe is a metal bellows pipe.
(5) The flexible tube with a vibration suppressing structure according to any one of (1) to (4), wherein the tubular braided body is a braided body in which a strand made of metal or metal oxide is knitted.
(6) The cooling liquid is liquid nitrogen, and the tubular braid is a braid using an aluminum oxide fiber, or a braid using a carbon fiber. (4) The flexible tube with a vibration suppression structure according to any one of the above.
本発明の振動抑制構造付きフレキシブルチューブは、外界と管路とを気密・液密に遮断するためのチューブ本体としてベローズ管を用いることが前提である。これによって、ベローズ管が持つ気密性・液密性、可撓性、耐食性が利用できる。これに加えて、本発明では、ベローズ管内に管状の編組体を同心状にはめ込んで挿通し、該ベローズ管の内面の波状の凹凸（蛇腹の凹凸）を該編組体の編組面で隠し、管内壁面を平坦化している。この構成によって、編組面の非常に細かい凹凸が管内の内壁面となり、該ベローズ管内に流体を流しても、蛇腹の凹凸と流れとに起因する微振動の発生が抑制される。しかも、編組体は屈曲自在であるから、ベローズ管の可撓性が損なわれることもない。
管状の編組体は、流体に対して管路を規定することはできるが、編組体であるから気密性や液密性が無いため、チューブ本体にはなり得ない。当該フレキシブルチューブ内に流体を流した場合、該流体が管状の編組体の外側に染み出て、該ベローズ管の内面と編組体の外面との間の隙間が該流体で充填されるが、この隙間は主たる流路ではないので、剥き出しの蛇腹面に流れが接触する場合のような振動が生じることはない。
The flexible tube with a vibration suppression structure of the present invention is based on the premise that a bellows pipe is used as a tube main body for shutting off the outside and the pipeline in an airtight and liquid tight manner. As a result, the airtightness / liquidtightness, flexibility, and corrosion resistance of the bellows tube can be utilized. In addition, in the present invention, a tubular braided body is inserted concentrically into the bellows tube, and the wavy unevenness (bellows unevenness) on the inner surface of the bellows tube is concealed by the braided surface of the braided body. The wall is flattened. With this configuration, very fine irregularities on the braided surface become the inner wall surface in the tube, and even if a fluid flows through the bellows tube, the occurrence of minute vibrations due to the irregularities and flow of the bellows is suppressed. Moreover, since the braided body is freely bendable, the flexibility of the bellows tube is not impaired.
The tubular braided body can define a pipe line with respect to the fluid, but since it is a braided body, it has no airtightness or liquid tightness, and therefore cannot be a tube body. When a fluid flows in the flexible tube, the fluid oozes out to the outside of the tubular braided body, and the gap between the inner surface of the bellows tube and the outer surface of the braided body is filled with the fluid. Since the gap is not the main flow path, there is no vibration as in the case where the flow contacts the exposed bellows surface.
以下、本発明の振動抑制構造付きフレキシブルチューブ（以下、「当該フレキシブルチューブ」とも呼ぶ）の具体的な態様例を参照しながら、本発明の構成を詳細に説明する。 当該フレキシブルチューブは、図１に示すように、ベローズ管１をチューブ本体として有し、その内部に管状の編組体（以下、単に「編組体」とも呼ぶ）２が挿通されて、該編組体２の内部の通路がベローズ管１の内部の管路となった状態を基本構造として有する。
該編組体２は、ベローズ管内から抜け出ないように該ベローズ管内に収容されていればよい。例えば、図１に示すように、ベローズ管１に編組体２を挿通し、該編組体の外径よりも小さい内径を有する口金３をベローズ管１の端部に接合すれば、該編組体がベローズ管から抜け出ることはなく、両者の好ましい可撓性を互いに阻害し合うこともない。また、編組体の端部をベローズ管の端部の管内壁面に、溶接やロウ付けなどで直接的に固定してもよいし、間接的に固定してもよい（例えば、編組体をベローズ管端部の口金に接合する態様や、編組体の端部に設けた口金をベローズ管端部の口金に固定する態様など）。
上記の構成によって、上記発明の効果で述べたように、ベローズ管の内面の蛇腹の凹凸は隠され、編組体の細かい編組面が管内面となっているので、管路内に流体（図１中の太い矢印で示唆）を流しても乱流が生じ難く、よって、該流体の流れに起因した振動が発生し難くなっている。しかも、ベローズ管の内面を覆う素材として編組体を用いているので、ベローズ管の可撓性が阻害されることがない。
Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail with reference to a specific example of a flexible tube with a vibration suppression structure of the present invention (hereinafter also referred to as “the flexible tube”). As shown in FIG. 1, the flexible tube has a
The
With the above configuration, as described in the effect of the present invention, the irregularities of the bellows on the inner surface of the bellows tube are concealed, and the fine braided surface of the braided body is the inner surface of the tube. A turbulent flow is hardly generated even if a thick arrow in the middle is flown, and therefore, vibration due to the flow of the fluid is hardly generated. And since the braided body is used as a raw material which covers the inner surface of a bellows pipe, the flexibility of a bellows pipe is not inhibited.
当該フレキシブルチューブの用途は特に限定はされないが、次の（ａ）〜（ｃ）の条件を同時に満たさねばならないような厳しい用途では、一般的な可撓性のホースが利用できないので、その有用性が特に顕著となる。
（ａ）固定部と可動部との間の配管に使用可能であり、可動部の動作に対して屈曲自在に追従できるフレキシブルチューブであること。
（ｂ）管内に流体を流しても、内部に大きな乱流が生じることなく、微振動が発生し難いこと。
（ｃ）管内に流す流体が、高温や極低温あるいは反応性液体など特殊な状態であり、管の設置環境が放射線環境あるいは真空環境であっても、機械的強度や可撓性を保ち続けること。
このような厳しい用途の典型的な一例は、上記背景技術で述べた大型放射光施設において放射光の光路上に可動的に配置された結晶分光器に冷却液を送る配管用途である。
The use of the flexible tube is not particularly limited, but a general flexible hose cannot be used in severe applications where the following conditions (a) to (c) must be satisfied at the same time. Becomes particularly prominent.
(A) A flexible tube that can be used for piping between the fixed portion and the movable portion and can flexibly follow the operation of the movable portion.
(B) Even if a fluid is allowed to flow in the pipe, a large turbulent flow does not occur in the pipe and it is difficult for microvibration to occur.
(C) The fluid flowing in the pipe is in a special state such as high temperature, extremely low temperature or reactive liquid, and the mechanical strength and flexibility are kept even if the pipe is installed in a radiation environment or a vacuum environment. .
A typical example of such a severe application is a piping application in which a cooling liquid is sent to a crystal spectrometer movably disposed on an optical path of synchrotron radiation in the large synchrotron radiation facility described in the background art.
当該フレキシブルチューブの内部に流すべき流体は、水、冷却用オイル、冷却用媒体などであってよく、特に限定はされないが、一般的な高分子材料からなる可撓性のホースやチューブが利用できないような流体としては、液体窒素、液体酸素、液体ヘリウムなどが挙げられる。 The fluid to be flowed into the flexible tube may be water, cooling oil, cooling medium or the like, and is not particularly limited, but a flexible hose or tube made of a general polymer material cannot be used. Examples of such fluid include liquid nitrogen, liquid oxygen, liquid helium, and the like.
ベローズ管の材料は、特に限定はされないが、液体窒素などの極低温の流体を移送するような用途では、上記（ｃ）の条件を満たす点からは金属が好ましく、例えば、ステンレス、チタン、炭素鋼、ハステロイ、インコネル、モネルなどの中から、耐放射線性に加えて、極低温でのじん性、耐食性等を考慮して選択すればよい。 The material of the bellows tube is not particularly limited. However, in applications where a cryogenic fluid such as liquid nitrogen is transferred, a metal is preferable from the viewpoint of satisfying the above condition (c). For example, stainless steel, titanium, carbon It may be selected from steel, hastelloy, inconel, monel, etc. in consideration of toughness at very low temperatures, corrosion resistance, etc. in addition to radiation resistance.
ベローズ管の切口の形状（管路の中心軸に垂直に切断したときの断面形状）は、長円形などであってもよいが、一般的な円形であれば製造が容易であり、無用の乱流も生じ難く、内部に挿通される編組体とのはめあい関係も隙間が少なく良好である。
ベローズ管の切口の形状が円形である場合、その寸法は用途に応じて適宜決定すればよいが、図２に示す外径Ｄが８．５ｍｍ〜１６ｍｍ程度、内径ｄが５．５ｍｍ〜１２ｍｍ程度のものが汎用的である。なかでも上記した大型放射光施設のシリコン結晶体の冷却用途では、外径Ｄが１６ｍｍ程度、内径ｄが１２ｍｍ程度のものが適当である。
The shape of the cut end of the bellows pipe (cross-sectional shape when cut perpendicular to the central axis of the pipe line) may be an oval shape. The flow hardly occurs, and the fitting relationship with the braided body inserted inside is good with few gaps.
When the shape of the cut end of the bellows tube is circular, the dimensions may be appropriately determined according to the application, but the outer diameter D shown in FIG. 2 is about 8.5 mm to 16 mm, and the inner diameter d is about 5.5 mm to 12 mm. Is generic. In particular, for cooling the silicon crystal body in the large synchrotron radiation facility described above, it is appropriate that the outer diameter D is about 16 mm and the inner diameter d is about 12 mm.
ベローズ管の蛇腹の断面形状（管路の中心軸線に沿って切断したときの蛇腹部分の波状の山と谷の断面形状）は、Ｕ字状、Ｖ字状、〔概してはＶ字状であるが、谷底から山の頂点に向かう壁部が波打っている形状（波打ちＶ字状）〕などが挙げられる。 The bellows cross-sectional shape of the bellows tube (the cross-sectional shape of the wavy peaks and valleys of the bellows portion when cut along the central axis of the pipe) is U-shaped, V-shaped [generally V-shaped. However, a shape in which the wall portion from the bottom of the valley to the top of the mountain is undulating (a undulating V-shape)].
ベローズ管のピッチ（単位長さ当たりの山の数）は、管路の内径、外径、蛇腹の山谷の振幅などに応じて適宜決定してよい。例えば、上記のような大型放射光施設のシリコン結晶体の冷却用途（外径Ｄ＝１６、内径ｄ＝１２ｍｍ）では、一般的なＵ字状のベローズ管であれば、長さ１００ｍｍ当たりの山の数は４０程度が好ましい数となる。 The pitch of the bellows tube (the number of peaks per unit length) may be appropriately determined according to the inner diameter, outer diameter, amplitude of bellows and valleys of the pipe. For example, in the above-described cooling application of a silicon crystal of a large synchrotron radiation facility (outer diameter D = 16, inner diameter d = 12 mm), if a general U-shaped bellows tube is used, a peak per 100 mm in length The number is preferably about 40.
ベローズ管の肉厚は、材料や、内径、求められる使用条件などによっても異なるが、例えば、上記した大型放射光施設のシリコン結晶体の冷却用途における外径、内径、山の数の場合であれば、該肉厚は、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度が例示され、特に０．１５ｍｍ程度が好ましい値として挙げられる。 The wall thickness of the bellows tube varies depending on the material, the inner diameter, and the required use conditions. For example, the outer diameter, the inner diameter, and the number of peaks in the cooling application of the silicon crystal of the large synchrotron radiation facility described above. For example, the thickness is about 0.1 mm to 0.2 mm, and about 0.15 mm is a preferable value.
ベローズ管の両端部には、図１に示すような配管接続のための口金３（単なる直管、フランジ部材、種々の管継手など）を設けるのが好ましい態様である。該口金は、別個の部品を接合したものだけでなく、ベローズ管の壁部自体からなる直管部やフランジ状部であってよい。 It is a preferable aspect to provide a base 3 (simple straight pipe, flange member, various pipe joints, etc.) for pipe connection as shown in FIG. 1 at both ends of the bellows pipe. The base may be a straight pipe part or a flange-like part made up of the wall part itself of the bellows pipe as well as those obtained by joining separate parts.
本発明においてベローズ管内に挿通される編組体は、ベローズ管内の内壁面の蛇腹の凹凸を覆って乱流の発生を抑制するためのものであるから、該編組体の内面はより凹凸の少ないものであることが好ましい。また、当該フレキシブルチューブに求められる上記（ａ）〜（ｃ）の条件を満たす材料や編組構造であることが好ましい。
該編組体の材料は、特に限定はされないが、液体窒素などの極低温の流体を移送するような用途では、上記（ｃ）の条件を満たす点からは金属製の編組体、即ち、金属製の素線を編んでなる編組体が好ましい。そのような編組体としては、次のものが例示される。
従来、断熱材やフィルタなどに用いられていた、酸化アルミニウム（アルミナ）や、ガラスファイバ、カーボーンファイバーなどの繊維を管状に編組したもの。従来よりベローズ管の外側の被覆として用いられていた、ステンレス鋼、チタンなどからなる金属線を管状に編組した「ブレード（braid）」とも呼ばれる管状編組体。
これらのなかでも、酸化アルミニウムからなる繊維を管状に編組したものは、低温において可堯性を損なわず液体窒素などの極低温の流体の移送には好ましい部材である。また、耐放射線性を有し、脆化を起こさず可堯性を保持できる部材である．
In the present invention, the braided body inserted into the bellows pipe is for covering the irregularities of the bellows on the inner wall surface in the bellows pipe to suppress the occurrence of turbulent flow, so the inner surface of the braided body has less irregularities. It is preferable that Moreover, it is preferable that it is the material and braided structure which satisfy | fill the conditions of said (a)-(c) calculated | required by the said flexible tube.
The material of the braided body is not particularly limited. However, in applications where a cryogenic fluid such as liquid nitrogen is transferred, a metal braided body, that is, a metal braided material is used from the viewpoint of satisfying the condition (c). A braided body formed by knitting the element wires is preferable. The following are illustrated as such a braided body.
Conventionally braided fibers such as aluminum oxide (alumina), glass fiber, and carbon fiber, which have been used for heat insulation and filters. A tubular braided body called a “braid”, which is a braided metal wire made of stainless steel, titanium or the like, which has been conventionally used as a coating on the outside of a bellows tube.
Among these, a braided fiber made of aluminum oxide is a preferable member for transferring a cryogenic fluid such as liquid nitrogen without sacrificing flexibility at low temperatures. It is a member that has radiation resistance and can maintain flexibility without causing embrittlement.
編組体の編組構造は、特に限定はされないが、図３に示すように、複数の素線を並列配置して１束とし（１束中の素線の数を「持数」と呼ぶ）、その束を複数本用い（用いた束の本数を「打数」と呼ぶ）、交角θにて管状に編んだ構造であれば、編み目が密に詰まっており、乱流の発生が抑制されるので好ましい。
編組体の素線が金属または金属酸化物である場合、素線の径は、５ミクロン〜１０ミクロンが可撓性の点から好ましい値として挙げられる。
編組パターン（持数、打数、交角）は、特に限定はされないが、一例を挙げると、素線径が約６ミクロンの場合には、持数８０本〜１２０本、打数２４本または３２本、交角θは７０度〜１１０度、好ましくは８５度〜９５度である。
編組技術については、従来公知の編組体の製造技術を参照してよい。
The braided structure of the braided body is not particularly limited, but as shown in FIG. 3, a plurality of strands are arranged in parallel to form one bundle (the number of strands in one bundle is referred to as “number”), Using a plurality of bundles (the number of bundles used is called “number of strokes”) and knitting in a tubular shape at an intersection angle θ, the stitches are closely packed, and the occurrence of turbulence is suppressed. preferable.
When the strand of the braided body is a metal or metal oxide, the diameter of the strand is preferably 5 to 10 microns from the viewpoint of flexibility.
The braid pattern (number, number of strokes, angle of intersection) is not particularly limited. For example, when the strand diameter is about 6 microns, the number of rings is 80 to 120, the number of strokes is 24 or 32, The crossing angle θ is 70 ° to 110 °, preferably 85 ° to 95 °.
For the braiding technique, a conventionally known braided body manufacturing technique may be referred to.
編組体をストレス無きように管状に保ち、ベローズ管内に挿通したときの該管状編組体の外面とベローズ管の内面との間の隙間の距離〔（ベローズの内径−編組体の外径）÷２〕は、ベローズ管の内径によっても異なるが、０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度が好ましい。
編組体の全長は、ベローズ管の内壁面の凹凸を覆うという目的から、ベローズ管の長さとほぼ同じ長さであればよい。後述のように、ベローズ管内に好ましく収容する点や、ベローズ端部に口金を溶接する際の高温に晒されないようにする点からは、ベローズ管の長さよりも０ｍｍ〜３ｍｍ程度短くする態様が好ましい。
The distance between the outer surface of the tubular braided body and the inner surface of the bellows tube [(inner diameter of the bellows−outer diameter of the braided body)] / 2 when the braided body is kept in a tubular shape without stress and is inserted into the bellows pipe. ] Varies depending on the inner diameter of the bellows tube, but is preferably about 0.5 mm to 1 mm.
The total length of the braided body may be substantially the same as the length of the bellows tube for the purpose of covering the unevenness of the inner wall surface of the bellows tube. As will be described later, from the viewpoint of being preferably accommodated in the bellows pipe and not being exposed to a high temperature when welding the base to the end of the bellows, a mode in which the length of the bellows pipe is shortened by about 0 mm to 3 mm is preferable. .
編組体は、例えば心棒を通すなどして円管状に整形しただけのものであってもよいが、取扱い時の変形を抑制し、また、端部の編組のホツレを抑制すべく、接着剤や樹脂などを編組構造中に含浸させてもよい。接着剤や樹脂の含浸は、編組体の全長にわたってもよいが、端部だけであっても十分に取扱い性が向上し、また、編組のホツレを抑制することができる。
含浸用の接着剤や樹脂は、使用条件に耐え得るものであればよく、例えば、液体窒素を送る場合には、低温用接着剤等、好ましいものを選択すればよい。
The braided body may be simply shaped into a circular tube by passing a mandrel or the like, but in order to suppress deformation at the time of handling and to prevent the braiding of the end part from being lost, A resin or the like may be impregnated in the braided structure. The impregnation with the adhesive or the resin may extend over the entire length of the braided body, but the handleability can be sufficiently improved even at the end portion, and the braid can be prevented from being deflated.
The impregnation adhesive or resin may be any one that can withstand the use conditions. For example, when sending liquid nitrogen, a preferable one such as a low-temperature adhesive may be selected.
大型放射光施設の結晶分光器の冷却配管用チューブとして、当該フレキシブルチューブを実際に用い、振動の様子を観察した。
当該フレキシブルチューブの各部の仕様は次のとおりである。
〔ベローズ管〕
内径ｄ：１２ｍｍ、
外径Ｄ：１６ｍｍ、
材料：ＳＵＳ３１６Ｌ、
山谷の断面形状：Ｕ字形、
単位長１００ｍｍ当たりの山の数：４０、
肉厚（平均）：０．１５ｍｍ
〔編組体〕
基本形状：筒状、
素線の材料：酸化アルミニウム、
素線径：０．７μｍ、
持数：１００、
打数：２４、
交角θ：９０度、
層数：１、
円管状に保ったときの外径：約１２ｍｍ、
円管状に保ったときの内径：約１１ｍｍ
〔ベローズ管の両端の各口金〕
材料：ＳＵＳ３１６Ｌ
図１の例のように、それぞれの口金３は、ベローズ管との接合側の端部がフランジとなっており、外部配管と連結するための端部がＶＣＲ継手のメスアダプター（図示せず）となっている。ベローズ管が接合される側のフランジの外周胴体面には、全周にわたって溝を設け（図示せず）、それによってフランジの外周胴体面の端面側に、ベローズ管をＴＩＧ溶接するための相対的な突起部を設けた。
ベローズ管が接合されるフランジ端面に開口した管路の口径は１０ｍｍであって、管状の編組体を円管状に保ったときの上記外径（約１２ｍｍ）よりも小さく設定しているので、編組体がベローズ管内に保持されるようになっている。
The flexible tube was actually used as a cooling piping tube for a crystal spectrometer of a large synchrotron radiation facility, and the state of vibration was observed.
The specifications of each part of the flexible tube are as follows.
[Bellows tube]
Inner diameter d: 12 mm,
Outer diameter D: 16 mm,
Material: SUS316L,
Cross section of Yamatani: U shape,
Number of mountains per unit length of 100 mm: 40,
Thickness (average): 0.15mm
[Braided body]
Basic shape: tubular,
Wire material: Aluminum oxide,
Wire diameter: 0.7 μm,
Number of possessions: 100,
Number of strokes: 24,
Intersection angle θ: 90 degrees,
Number of layers: 1,
Outer diameter when kept in a circular tube: about 12 mm,
Inner diameter when kept in a circular tube: about 11 mm
[Each base at both ends of bellows tube]
Material: SUS316L
As shown in the example of FIG. 1, each of the
Since the diameter of the pipe line opened at the flange end face to which the bellows pipe is joined is 10 mm and is set smaller than the outer diameter (about 12 mm) when the tubular braided body is kept in a circular tubular shape, the braided The body is held in the bellows tube.
〔組立て〕
図１に示すように、管状の編組体２を円管状に整形し、ベローズ管１の内部に挿通し、該ベローズ管１の両端に口金３をＴＩＧ溶接にて接合し、該ベローズ管１内から編組体２が出ないようにし、本発明の振動抑制構造付きフレキシブルチューブを得た。
尚、ベローズ管の内径が１２ｍｍであるのに対して、管状の編組体の外径も１２ｍｍであるが、管状の編組体を長手方向に少し引っ張りながら挿通すれば、該編組体の外径が収縮するので挿通が容易になり、挿通が終了して引っ張るのを止めると外径はもとに戻り、ベローズ管内に好ましくフィットする。
[Assembly]
As shown in FIG. 1, a tubular
Although the inner diameter of the bellows tube is 12 mm, the outer diameter of the tubular braided body is also 12 mm. However, if the tubular braided body is inserted while being pulled slightly in the longitudinal direction, the outer diameter of the braided body is reduced. Since it contracts, the insertion becomes easy. When the insertion is finished and the pulling is stopped, the outer diameter returns to the original and it fits preferably in the bellows tube.
〔評価〕
当該フレキシブルチューブを、図４（ｂ）に示すように、液体窒素を送るための配管用チューブとして用い、実際に液体窒素を流して冷却を行ないながらシリコン結晶体による分光を行ったところ、強度変動のレベルを約５分の１以下に抑制することができ、ビームの位置安定性が向上した。
[Evaluation]
As shown in FIG. 4 (b), the flexible tube is used as a piping tube for sending liquid nitrogen, and when spectroscopy is performed with a silicon crystal while actually cooling by flowing liquid nitrogen, intensity fluctuations are observed. Can be suppressed to about 1/5 or less, and the positional stability of the beam is improved.
本発明によって、ベローズ管内に流体を流しても微振動の発生が抑制されるようになった。当該フレキシブルチューブを結晶分光器の冷却器用の配管に用いれば、大流量の冷却用流体を流しても有害な振動が生じることがない。よって、放射光の照射精度がより高くなる上に、冷却が十分であることから、放射光の強度をより高くすることも可能になる。
また、電子顕微鏡における発熱部分の冷却など、流体によって冷却・加熱が必要なあらゆる用途においても、有害な振動の発生を抑制することが可能になる。
According to the present invention, even if a fluid is allowed to flow through the bellows pipe, generation of micro vibrations is suppressed. If the flexible tube is used as a pipe for a cooler of a crystal spectrometer, harmful vibration does not occur even when a large flow of cooling fluid is flowed. Therefore, the irradiation accuracy of the emitted light becomes higher and the cooling is sufficient, so that the intensity of the emitted light can be made higher.
In addition, it is possible to suppress the occurrence of harmful vibrations in any application that requires cooling and heating with a fluid, such as cooling of a heat generation part in an electron microscope.
１ ベローズ管
２ 管状の編組体
1
Claims (6)
前記構成によって、前記ベローズ管内の蛇腹の凹凸が前記編組体によって隠され、該凹凸と流体の流れとに起因する振動の発生が抑制されている、振動抑制構造付きフレキシブルチューブ。 A flexible tube having a bellows tube as a tube main body for transferring a fluid, wherein a tubular braided body is inserted into the bellows tube, and a passage inside the tube of the tubular braided body becomes a conduit in the bellows tube. Having a configuration
The flexible tube with a vibration suppressing structure in which the unevenness of the bellows in the bellows tube is hidden by the braided body and the occurrence of vibration due to the unevenness and the fluid flow is suppressed.
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