JPH10160056A - 傾斜機能性パイプ及び傾斜機能性管継手 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パイプや管継手の異種材料の接合界面の残留
応力、及び温度差の大きな使用環境で発生する熱応力を
緩和して、破断（又は亀裂の発生）等を防止することが
できる信頼性に優れた傾斜機能性パイプ及び傾斜機能性
管継手を提供する。 【解決手段】 異なる材料Ａと材料Ｂを長軸方向に傾斜
配合している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種産業分野にお
けるプラントの配管設備や各種機器、及びその周辺の配
管設備に利用される熱応力緩和特性に優れた傾斜機能性
パイプ及び傾斜機能性管継手に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、気体、液体、粉粒体等を搬送する
配管設備が利用されている。ところで、この配管設備で
は、二つの異種材料からなるパイプ同士を連結したり
（例えば、冷凍機やボイラー、熱交換器で銅管とステン
レス鋼管を連結するなど）、或いは二つの異種材料を
厚み方向に組み合わせたパイプを使用したり（例えば、
空気輸送管で鋼管の内面に耐摩耗性材料であるライニン
グ材を内貼りしたり、電気絶縁継手でねじ部の表面に絶
縁材料である高分子材料を皮膜したりするなど）してい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の配管設備（また、これに使用するパイプ及び管継手
を含む）では、未だ、以下の解決すべき課題を有してい
た。例えば、二つの異種材料からなるパイプを管継手で
連結する場合、それぞれのパイプの間に大きな温度差が
生じたり、或いは内部流体の温度変化や高温流体の断続
的な流動によって加熱・冷却の熱サイクルが生じたりす
ると、それぞれのパイプ及び該パイプを連結する管継手
に、大きな熱応力が生じる。そこで、前記管継手に生じ
る熱応力を緩和するための伸縮継手が提案されている
が、この伸縮継手は構造が複雑で製造費用が高い。そこ
で、二つの異なる材料を長軸方向に溶接又は爆着した管
継手も考えられている。しかし、たとえ、それぞれの材
料を爆着していても、それぞれの線膨張係数が大きく異
なるため、異種材料の接合界面に熱応力が生じて、破断
（又は亀裂）が発生し易い。また、材料によっては、溶
接不可能な場合もある。

【０００４】また、セメントや石炭等の粉粒体を空気輸
送する際、配管内の摩耗を防止するため、耐摩耗性材料
であるライニング材を接着剤で内貼りしたパイプ、及
び、内面にライニング材を接着剤で内貼りした管継手が
考えられている。しかし、粉粒体の輸送量や、輸送速度
に依っては、パイプ及び管継手が高温となって、接着剤
が融解し、ライニング材が剥離して、破壊が生じる。更
に、油井、ガス井などでは、通常、鋼管を使用し、腐食
の激しい箇所にステンレス鋼管を摩擦圧接等で接続して
いる。しかし、異種材料を接続しているため、鋼管とス
テンレス鋼管の間に電位差が生じ、腐食が生じる。そこ
で、異種材料間に起電力が発生するのを防止するため、
電気絶縁継手が使用されているが、ねじ部（端部）の表
面に絶縁材料である高分子材料を皮膜しているため、脱
着作業を繰り返す際に、皮膜材料が剥離する。そこで、
前記と同様、二つの異なる材料を長軸方向に爆着した管
継手も考えられている。しかし、それぞれの材料の線膨
張係数が異なるため、気体、液体を流す際、該管継手に
応力の負荷・除荷が繰り返され、異種材料の接合界面に
残留応力が生じて、破断が発生し易い。

【０００５】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
で、パイプや管継手の異種材料の接合界面の残留応力、
及び温度差の大きな使用環境で発生する熱応力を緩和し
て、破断（又は亀裂の発生）等を防止することができる
信頼性に優れた傾斜機能性パイプ及び傾斜機能性管継手
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的に沿う請求項１
記載の傾斜機能性パイプは、異なる材料Ａと材料Ｂを厚
み方向に傾斜配合している。請求項２記載の傾斜機能性
パイプは、異なる材料Ａと材料Ｂを長軸方向に傾斜配合
している。請求項３記載の傾斜機能性管継手は、異なる
材料Ａと材料Ｂを長軸方向に傾斜配合している。請求項
４記載の傾斜機能性管継手は、異なる材料Ａと材料Ｂを
厚み方向に傾斜配合している。請求項５記載の傾斜機能
性管継手は、金属からなる材料Ａ及び材料Ｂの中央に絶
縁体からなる材料Ｃをそれぞれ長軸方向に傾斜配合して
いる。ここで、請求項１及び２記載の傾斜機能性パイ
プ、及び、請求項３及び４記載の傾斜機能性管継手にお
いて、前記材料Ａとしては、鉄を始め、ＳＵＳ３０３、
ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼、タングステン、モリブ
デン、及びその他の金属材料、セラミックス（Ｚｒ
Ｏ₂ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＳｉＣ、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 、ＢＮ等）等、
また、前記材料Ｂとしては、銅、ニッケル、アルミニウ
ム、銀等を含む金属材料が挙げられる。また、請求項５
記載の傾斜機能性管継手において、前記材料Ａ、Ｂとし
ては、ＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼、
銅、ニッケル、モリブデン等、及びその他の金属材料、
また、前記材料Ｃとしては、セラミックス（ＺｒＯ₂ 、
Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＳｉＣ、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 、ＢＮ等）等が含まれ
る。また、前記材料Ａ、Ｂは、同一材料又は異種材料の
いずれであってもよい。

【０００７】本発明者は、管継手（パイプも同様であ
る）について鋭意検討を重ねた結果、該管継手を、異な
る材料Ａと材料Ｂを長軸方向に傾斜配合した傾斜機能性
管継手にすると、該管継手の熱伝導率を大きくすること
ができると共に、例えば、高温の液体を断続的に流した
りするときなど、該管継手に熱サイクルが生じる際、異
なる材料Ａと材料Ｂを傾斜配合して形成される接合界面
に発生する残留熱応力を緩和することができることを知
見し得た。ここで、異なる材料Ａと材料Ｂを長軸方向に
傾斜配合したｎ層の混合体を有する管継手について、一
次元の非定常温度場で測定した熱伝導率を用いて、熱伝
導解析を行った結果について説明する。まず、この管継
手が、図９に示すように、異なる材料Ａと材料Ｂを長軸
方向に一列に傾斜配合したｎ個の混合体を有する多層壁
であるため、一次元の熱伝導問題として取扱うことがで
き、下記３項目の仮定のもと、熱伝導に関するフーリエ
の法則から、下記（１）式が成立する。

【０００８】それぞれの混合体は均一で、混合体内部
の温度分布は方向角に依存せず、平板の板厚方向のみの
関数で示される。 それぞれの混合体の温度は、測定時間内で定常状態と
考える（即ち、界面（壁面）の温度は一定である）。 それぞれの混合体の熱伝導率の温度依存性は、測定温
度域で無視できる。従って、 Ｑ＝−λ・∂Ｔ／∂ｘ ・・・・・・・・・・・・・・・・・（１） となる。但し、Ｑは、単位面積、単位時間当たりの熱流
量、λは、物質の熱伝導率、∂Ｔ／∂ｘは、熱流量方向
の温度勾配である。

【０００９】この際、厚さΔｘの平均値を考えて積分す
ると、下記（２）式が成立する。 Ｑ＝−λ・（Ｔ_B −Ｔ_A ）／Δｘ ・・・・・・・・・・・・（２） 但し、Ｔ_A 、Ｔ_B は、それぞれ壁面（接合界面）の温度
である。また、Ａは上流側（図９中、左端）、Ｂは下流
側（図９中、右端）を示す。また、熱流量Ｑはどの界面
でも同じであるため、下記（３）式が成立する。 Ｑ＝−λ₁ ・（Ｔ₁ −Ｔ₀ ）／Δｘ₁ ＝−λ₂ ・（Ｔ₂ −Ｔ₁ ）／Δｘ₂ ＝・・・ ＝−λ_n ・（Ｔ_n −Ｔ_n-1 ）／Δｘ_n ・・・・・・・・・（３） 但し、Ｔ_i は、接合界面の温度、λ_i は、混合体ｉの熱
伝導率、Δｘ_i は、混合体ｉの厚さである。

【００１０】ここで、上述した式を連立させて、Ｔ₁ 〜
Ｔ_n-1 を消去すると、下記（４）式が成立する。 Ｑ＝−（Ｔ_n −Ｔ₀ ）／ （Δｘ₁ ／λ₁ ＋Δｘ₂ ／λ₂ ＋・・＋Δｘ_n ／λ_n ）・・・（４） また、管継手の平均熱伝導率をλとすると、下記（５）
式が成立する。 Ｑ＝−λ・（Ｔ_n −Ｔ₀ ）／（Δｘ₁ ＋Δｘ₂ ＋・・＋Δｘ_n ）・・（５） 従って、λは前記（４）、（５）式より、下記（６）式
となる。

【００１１】

【数１】

【００１２】ここで、前記管継手が、ステンレス鋼（具
体的にはオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０
４）：但し、ＳＵＳとも略す）及び銅を長軸方向に傾斜
配合させた１１個の混合体（但し、各混合体の厚さΔｘ
＝１ｍｍ（１０^-3ｍ））からなり、各混合体の熱伝導率
が、線型複合則を略満足すると仮定する（図１０はＭ
ｏ、銅を組合せた場合の熱伝導率（２９３Ｋ）である
が、線型複合則を略満足すると言える）と、表１に示す
既知の熱伝導より、この管継手の平均熱伝導率λは、前
記（６）式より、λ＝２００〔Ｗ／（ｍ・Ｋ）〕とな
る。従って、ＳＵＳ３０４の熱伝導率λ₁ ＝１６．０
〔Ｗ／（ｍ・Ｋ）〕に比較して、複合材料である管継手
の平均熱伝導率を大きくすることができ、たとえ、該管
継手内に高温の液体を断続的に流しても、該管継手の温
度上昇を少なくすることができることを知見し得た（こ
れにより、各混合体の接合界面に生じる熱応力を緩和で
きることも推察される）。また、該管継手に所望の平均
熱伝導率を付与したい場合、前記（６）式において、各
混合体の厚さΔｘ_i を適当に設定することにより、所望
する平均熱伝導率が得られることも知見し得る。

【００１３】

【表１】

【００１４】次に、異なる材料Ａと材料Ｂを長軸方向に
傾斜配合したｎ層の混合体を有する管継手について、熱
応力解析を行った結果について説明する。まず、一般
に、線膨張係数（熱膨張係数）は、下記（７）式又は
（８）式により定義される。 α＝Ｌ^-1・ｄＬ／ｄｔ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（７） α＝Ｌ₁ ^-1・（Ｌ₂ −Ｌ₁ ）／（ｔ₂ −ｔ₁ ） ・・・・・・・・（８） 但し、αは線膨張係数（熱膨張係数）、Ｌは対象物の長
さ、Ｌ₁ は温度ｔ₁ 時の対象物の長さ、Ｌ₂ は温度ｔ₂
時の対象物の長さである。

【００１５】ここで、前記（８）式を、Ｌ₂ について解
くと下記（９）式となる。 Ｌ₂ ＝Ｌ₁ ・〔１＋α（ｔ₂ −ｔ₁ ）〕 ・・・・・・・・・・・・（９） 従って、ある物質の縦弾性係数（ヤング率）をＥとする
と、温度上昇（ｔ₁ ＜ｔ₂ ）による伸びを完全に拘束し
た場合、圧縮応力σ_c が生じることになる。この結果、
該圧縮応力σ_c は下記（１０）式で表される。 σ_c ＝−Ｅ・ε＝−Ｅ・（Ｌ₂ −Ｌ₁ ）／Ｌ₂ ＝−αＥ（ｔ₂ −ｔ₁ ）／〔１＋α（ｔ₂ −ｔ₁ ）〕 ・・・（１０） 逆に、温度降下（ｔ₁ ＞ｔ₂ ）による縮みを完全に拘束
すると、引張応力σ_tが生じ、該引張応力σ_t は下記
（１１）式で表される。 σ_t ＝Ｅ・ε＝Ｅ・（Ｌ₂ −Ｌ₁ ）／Ｌ₂ ＝αＥ（ｔ₂ −ｔ₁ ）／〔１＋α（ｔ₂ −ｔ₁ ）〕 ・・・・（１１）

【００１６】なお、前記（１０）式、（１１）式中、α
（ｔ₂ −ｔ₁ ）は１に対して著しく小さいので、下記
（１２）式のように整理される（但し、引張応力σ_t は
正の値、圧縮応力σ_c は負の値となる）。 σ＝α・Ｅ・（ｔ₂ −ｔ₁ ） ・・・・・・・・・・・・・・・・（１２） ここで、単一材料の熱応力解析、二つの異種材料を
単一界面で接合した場合の接合界面の熱応力解析、複
数（層数：ｎ）の材料を一列に並べて接合した場合（図
９参照）の任意の接合界面の熱応力解析を行い、管継手
の熱応力緩和の有効性を確認する。

【００１７】まず、単一材料の熱応力解析を行う。こ
こで、ＳＵＳ３０４単一材料を任意の温度範囲Δｔ（＝
ｔ₂ −ｔ₁ ）内で加熱・冷却した場合を考えると、下記
（１３）式に示すように、ＳＵＳ３０４単一材料内に
２．６２５×Δｔ〔ＭＰａ〕の残留熱応力が発生する。 σ_SUS ＝α₁ ・Ｅ₁ ・Δｔ ＝１３．６×１０^-6〔Ｋ^-1〕×１９３〔ＧＰａ〕×Δｔ〔Ｋ〕 ＝２．６２５×Δｔ〔ＭＰａ〕 ・・・・・・・・・・・・（１３） また、同様に、銅単一材料を任意の温度範囲Δｔ内で加
熱・冷却した場合を考えると、下記（１４）式に示すよ
うに、銅単一材料内に２．１４７×Δｔ〔ＭＰａ〕の残
留熱応力が発生する。 σ_Cu＝α₂ ・Ｅ₂ ・Δｔ ＝１７．６×１０^-6〔Ｋ^-1〕×１２２〔ＧＰａ〕×Δｔ〔Ｋ〕 ＝２．１４７×Δｔ〔ＭＰａ〕 ・・・・・・・・・・・・・（１４） なお、ＳＵＳ３０４、及び銅の縦弾性係数（ヤング率）
Ｅ₁ 、Ｅ₂ 、及び線膨張係数（熱膨張係数）α₁ 、α₂
は、表２に示す通りである。

【００１８】

【表２】

【００１９】次に、二つの異種材料（ＳＵＳ３０４、
銅）を単一界面で接合した場合の接合界面の熱応力解析
を行う。ここで、ＳＵＳ３０４と銅を単一界面で接合し
た二層の複合材料を想定し、これを任意の温度範囲Δｔ
内で加熱・冷却した場合を考えると、この単一界面に作
用している残留熱応力Δσ_A は、下記（１５）式に示す
ように、０．４７８Δｔ〔ＭＰａ〕となる。 Δσ_A ＝σ_SUS −σ_Cu ＝０．４７８×Δｔ〔ＭＰａ〕 ・・・・・・・・・・・・（１５）

【００２０】更に、複数の材料を一列に並べて接合し
た場合の任意の接合界面の熱応力解析を行う。ここで、
二つの異種材料（ＳＵＳ３０４、銅）を組み合わせて傾
斜組成化した複合材料（層数ｎ）を想定し、この複合材
料の縦弾性係数（ヤング率）Ｅ₁ 、Ｅ₂ 、及び線膨張係
数（熱膨張係数）α₁ 、α₂ が、線型複合則に従うと仮
定すると、端からｋ番目、及び（ｋ＋１）番目の混合体
の残留熱応力σ_k 、σ_k+1 は、それぞれ、下記（１６）
式、（１７）式となる。 σ_k ＝〔ｋＥ₁ ＋（ｎ−ｋ＋１）Ｅ₂ 〕／（ｎ＋１）× 〔ｋα₁ ＋（ｎ−ｋ＋１）α₂ 〕／（ｎ＋１）×Δｔ ＝〔ｋＥ₁ ＋（ｎ−ｋ＋１）Ｅ₂ 〕×〔ｋα₁ ＋（ｎ−ｋ＋１）α₂ 〕 ×Δｔ／（ｎ＋１）² ・・・・・・・・・・・・・・・（１６） σ_k+1 ＝〔（ｋ＋１）Ｅ₁ ＋（ｎ−ｋ）Ｅ₂ 〕／（ｎ＋１）× 〔（ｋ＋１）α₁ ＋（ｎ−ｋ）α₂ 〕／（ｎ＋１）×Δｔ ＝〔（ｋ＋１）Ｅ₁ ＋（ｎ−ｋ）Ｅ₂ 〕× 〔（ｋ＋１）α₁ ＋（ｎ−ｋ）α₂ 〕× Δｔ／（ｎ＋１）² ・・・・・・・・・（１７）

【００２１】従って、ｋ番目、及び（ｋ＋１）番目の混
合体の界面に作用している残留熱応力Δσ_k は、下記
（１８）式となる。 Δσ_k ＝σ_k+1 −σ_k ＝〔〔（ｋ＋１）Ｅ₁ ＋（ｎ−ｋ）Ｅ₂ 〕× 〔（ｋ＋１）α₁ ＋（ｎ−ｋ）α₂ 〕− 〔ｋＥ₁ ＋（ｎ−ｋ＋１）Ｅ₂ 〕× 〔ｋα₁ ＋（ｎ−ｋ＋１）α₂ 〕〕×Δｔ／（ｎ＋１）² ・・・・・・・・（１８） 但し、Ｅ₁ はＳＵＳ３０４の縦弾性係数、Ｅ₂ は銅の縦
弾性係数、α₁ はＳＵＳ３０４の線膨張係数、α₂ は銅
の線膨張係数である。

【００２２】この結果、たとえ、縦弾性係数（ヤング
率）Ｅ₁ 、Ｅ₂ 、及び線膨張係数（熱膨張係数）α₁ 、
α₂ の温度依存性を考慮したとしても、 Ｅ₂ ≦〔ｋＥ₁ ＋（ｎ−ｋ＋１）Ｅ₂ 〕／（ｎ＋１）≦Ｅ₁ ・・（１９） α₁ ≦〔ｋα₁ ＋（ｎ−ｋ＋１）α₂ 〕／（ｎ＋１）≦α₂ ・・（２０） となるので、前記（１３）〜（１５）、（１８）式よ
り、下記（２１）式が成立する。 Δσ_k ＜ Δσ_A ＜ σ_Cu ＜ σ_SUS ・・・・・・・・（２１）

【００２３】従って、単一材料に作用する残留熱応力
（σ_SUS 、σ_Cu）、二つの異種材料（ＳＵＳ３０４、
銅）を単一界面で接合した接合界面に作用する残留熱応
力（Δσ_A ）に比較して、二つの異種材料（ＳＵＳ３０
４、銅）を組み合わせて傾斜組成化した複合材料の各混
合体の接合界面に作用する残留熱応力（Δσ_k ）が最も
小さな値であることを知見し得、この結果、各混合体の
接合界面に残留する熱応力を緩和して、熱膨張差による
破壊等を防止できることを知見し得た。また、各混合体
の組成比、層数、及び厚みを変化させることによって、
応力勾配（又は応力分布）も変化させることができるの
で、残留熱応力を所望の値に制御できることも知見し得
た。なお、ここでは、傾斜機能性管継手の場合について
説明したが、異なる材料Ａと材料Ｂを長軸方向に傾斜配
合した傾斜機能性パイプについても同様のことが言え
る。また、長軸方向に傾斜配合した場合について説明し
たが、厚み方向に傾斜配合した場合についても同様のこ
とが言える。また、ここでは、ＳＵＳ３０４と銅を組み
合わせた場合について説明したが、例えば、Ｍｏと銅の
場合についても同様のことが言える。なお、Ｍｏと銅の
混合比を変えたときの熱伝導率、及び線膨張係数（熱膨
張係数）は図１０、図１１を参考にすればよい（但し、
Ｍｏの線膨張係数（熱膨張係数）は、４．９×１０
^-6〔Ｋ^-1〕、縦弾性係数（ヤング率）は、３３６．３
〔ＧＰａ〕である）。更に、セラミックスと金属材料
（例えば、ＺｒＯ₂ とＳＵＳ３０４）を組み合わせた場
合についても同様のことが言える。

【００２４】従って、請求項１、２記載の傾斜機能性パ
イプ、及び請求項３〜５記載の傾斜機能性管継手におい
ては、異なる材料Ａと材料Ｂを厚み方向に傾斜配合した
り、長軸方向に傾斜配合したり、金属からなる材料Ａ及
び材料Ｂの中央に絶縁体からなる材料Ｃをそれぞれ長軸
方向に傾斜配合したので、使用の際、該パイプ、管継手
が高温となるのを防止することができると共に、たと
え、該パイプや、管継手に熱サイクルが生じたとして
も、隣り合う混合体の線膨張係数（熱膨張係数）を近似
させることができるので、該パイプ、管継手に生じる熱
応力を分散して緩和し、破断（又は亀裂の発生）等を防
止することができる。また、たとえ、材料Ａ、Ｂ、Ｃ
が、溶接や爆着等で接合できない材料であっても、厚み
方向又は長軸方向に傾斜配合して、容易に接合すること
が可能となる。

【００２５】

【発明の実施の形態】続いて、添付した図面を参照しつ
つ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発
明の理解に供する。 （第１の実施の形態）まず、図１を参照して、本発明の
第１の実施の形態に係る傾斜機能性管継手Ｃについて説
明する。図示するように、本実施の形態に係る傾斜機能
性管継手Ｃは、異なる材料Ａ（ステンレス鋼の一例であ
るＳＵＳ３０４：但し、以下ＳＵＳと略す）と材料Ｂ
（銅）を長軸方向に傾斜配合したもので、その両端部に
それぞれ配置された１００％ＳＵＳ、１００％Ｃｕの混
合体１０、２０の間に１０％ずつ混合比を変えた混合体
１１〜１９を配置したフルカップリング（２５Ａ、スケ
ジュール８０）である。なお、該傾斜機能性管継手Ｃの
それぞれの差し込み部Ｃ１には、雌ねじが切られてい
る。また、１００％ＳＵＳ、１００％Ｃｕの混合体１
０、２０は、説明の便宜上、「混合体」の名を付した。
また、前記「％」は重量％又は体積％若しくは原子％い
ずれであってもよいが、本実施の形態では、重量％とし
た。また、本実施の形態では、該傾斜機能性管継手Ｃの
長さ（Ｌ₁ ）を４０．１ｍｍ、それぞれの差し込み部Ｃ
１の深さ（Ｌ₂ ）を１４．４ｍｍ、差し込み部Ｃ１間の
突き当て部Ｃ２の長さ（Ｌ₃ ）を１１．３ｍｍとし、各
混合体１０、２０の厚み（長軸方向）を約５．０ｍｍ、
各混合体１１〜１９の厚み（長軸方向）を約３．３４ｍ
ｍとした。また、本実施の形態では、傾斜機能性管継手
Ｃの外径（φ₁ ）を４５．５ｍｍ、差し込み部Ｃ１の内
径（φ₂ ）をそれぞれ３４．５ｍｍ、突き当て部Ｃ２の
内径（φ₃ ）を２７．２ｍｍとした。

【００２６】また、本実施の形態の傾斜機能性管継手Ｃ
を、６Ａ、スケジュール８０のフルカップリングとす
る場合、前記φ₁ ＝１７．４ｍｍ、前記φ₂ ＝１１．０
ｍｍ、前記φ₃ ＝７．１ｍｍ、１０Ａ、スケジュール
８０のフルカップリングとする場合、前記φ₁ ＝２４．
８ｍｍ、前記φ₂ ＝１７．８ｍｍ、前記φ₃ ＝１２．７
ｍｍ、２０Ａ、スケジュール８０のフルカップリング
とする場合、前記φ₁＝３８．０ｍｍ、前記φ₂ ＝２
７．７ｍｍ、前記φ₃ ＝２１．４ｍｍとしてもよい。こ
の場合、傾斜機能性管継手の長さ（Ｌ₁ ）、差し込み部
Ｃ１の深さ（Ｌ₂ ）、突き当て部Ｃ２の長さ（Ｌ₃ ）は
前記と同じでよい（前記Ｌ₁ ＝４０．１ｍｍ、前記Ｌ₂
＝１４．４ｍｍ、前記Ｌ₃ ＝１１．３ｍｍ）。また、各
混合体１０〜２０の厚さも前記と同じであってよい。

【００２７】次に、図２を参照して、上述した構成を有
する傾斜機能性管継手Ｃの製造方法について説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、ＳＵＳ３０４の粉末Ａ
と銅の粉末Ｂとを用意し、重量において１０ｗｔ％ずつ
組成を変えた混合粉末を造る。そして、図２（ｂ）に示
すように、各混合粉末をミキサーの一例であるＶ型混合
機２１に入れて均一に混合して均一混合粉末を製造する
（以上、第１工程）。なお、傾斜機能性管継手Ｃの両端
部に配置される物質は、それぞれ１００％ＳＵＳ、１０
０％銅の粉末であるため、この混合する工程を省略でき
る。また、前記１００％ＳＵＳ、１００％Ｃｕの混合体
１０、２０には、バルク材を使用することもできる。次
に、図２（ｃ）に示すように、前工程で作製されたＳＵ
Ｓ１００％の均一混合粉末を、鉄又は鋼、若しくはカー
ボンスチール製のカプセル２２に所望量入れ、図示しな
い加圧装置によって約５０〜１００ＭＰａ程度の加圧力
で加圧成形する。そして、この加圧成形されたＳＵＳ１
００％の成形体の上に、９０％ＳＵＳ−１０％Ｃｕの均
一混合粉末を所望量入れた後、前記と同様、約５０〜１
００ＭＰａ程度の加圧力で加圧成形する。以下、同様
に、８０％ＳＵＳ−２０％Ｃｕ、７０％ＳＵＳ−３０％
Ｃｕ、６０％ＳＵＳ−４０％Ｃｕ、５０％ＳＵＳ−５０
％Ｃｕ、４０％ＳＵＳ−６０％Ｃｕ、３０％ＳＵＳ−７
０％Ｃｕ、２０％ＳＵＳ−８０％Ｃｕ、１０％ＳＵＳ−
９０％Ｃｕ、１００％Ｃｕの均一混合粉末の順に、繰り
返す。

【００２８】これによって、高さ方向（傾斜機能性管継
手Ｃ完成時には長軸方向）に、各均一混合粉末が加圧積
層された圧粉体が製造される（以上、第２工程）。な
お、上述した加圧装置としては、１軸又は２軸加圧装
置、若しくはＣＩＰ装置等が使用できる。次に、図２
（ｄ）に示すように、カプセル２２の上蓋２２ａをＴＩ
Ｇ溶接した後、加熱炉に入れて銅の融点以下の高温度
（約６００℃以上）に加熱しながら、脱気管２２ｂより
脱気する。そして、この状態で、約１時間保持し、カプ
セル２２内を真空に減圧した後、脱気管２２ｂをかしめ
て封入し、かしめ部の上端を切断して、切断部をＴＩＧ
溶接する（以上、第３工程）。更に、図２（ｅ）に示す
ように、前工程で作製された圧粉体の焼結物２３を高温
高圧の相乗効果を利用するＨＩＰ法（等方加圧加熱法）
によって緻密な組成物を製造する（以上、第４工程）。
なお、この場合の加熱は材料の酸化を防止するため、不
活性ガス雰囲気によって行うものとする。また、以上の
工程は、グラファイトダイ４８ａ及びグラファイトモー
ルド４８ｂを有する２軸加圧装置４８（図４参照）を用
いたプラズマ放電焼結法（又はＰＡＳ法、ＳＰＳ法とい
う）により行うこともできる。そして、最後に、前工程
で作製された焼結物２３の周囲に張り付いたカプセル２
２を機械加工によって取り除くと共に、所要の形状・寸
法に加工して、本実施の形態に係る傾斜機能性管継手Ｃ
を完成する（以上、第５工程）。

【００２９】以上のように本実施の形態に係る傾斜機能
性管継手Ｃによれば、異なる材料Ａ（ＳＵＳ３０４）と
材料Ｂ（銅）を長軸方向に傾斜配合したので、冷凍機や
ボイラー、熱交換器に使用する際、該傾斜機能性管継手
Ｃが高温となるのを防止できると共に、たとえ、該傾斜
機能性管継手Ｃに熱サイクルが生じたとしても、例え
ば、異なる材料Ａ（ＳＵＳ３０４）と材料Ｂ（銅）を長
軸方向に単一界面で接合した場合に比較して、該傾斜機
能性管継手Ｃの各混合体１０〜２０の接合界面に生じる
熱応力を分散して緩和することができ、破断（又は亀裂
の発生）等を防止することができる。また、該傾斜機能
性管継手Ｃを製造する場合、例えば、各均一混合粉末毎
に加圧成形して圧粉体を成形した後、これらを層状に積
層する場合、各圧粉体毎に、最終製品である傾斜機能材
料の寸法を考慮して、寸法・形状を出す必要があるな
ど、作業工程が煩雑・複雑になる恐れがあるが、カプセ
ル２２に所望の均一混合粉末を所望量入れて加圧成形し
た後、更に別の均一混合粉末を所望量入れて加圧成形す
る作業を繰り返して圧粉体を作製したので、前記の問題
を解消することができる。

【００３０】（第２の実施の形態）次に、図３を参照し
て、本発明の第２の実施の形態に係る傾斜機能性管継手
Ｄについて説明する。図示するように、本実施の形態に
係る傾斜機能性管継手Ｄは、異なる材料Ａ（銅）と材料
Ｂ（ステンレス鋼の一例であるＳＵＳ３０４：但し、以
下ＳＵＳと略す）を長軸方向に傾斜配合したもので、そ
の両端部にそれぞれ配置された１００％Ｃｕ、１００％
ＳＵＳの混合体４９、５９の間に１０％ずつ混合比を変
えた混合体５０〜５８を配置したハーフカップリング
（１５Ａ、スケジュール８０）である。なお、前記と同
様、該傾斜機能性管継手Ｄのそれぞれ差し込み部Ｄ１に
は、雌ねじが切られている。また、１００％Ｃｕ、１０
０％ＳＵＳの混合体４９、５９は、説明の便宜上、「混
合体」の名を付し、前記「％」は重量％とした。また、
本実施の形態では、該傾斜機能性管継手Ｄの長さ
（Ｌ₄ ）を５１．０ｍｍ、差し込み部Ｄ１の深さ
（Ｌ₅ ）を１０．０ｍｍとし、各混合体４９、５９の厚
み（長軸方向）を約１２．０ｍｍ、各混合体５０〜５８
の厚み（長軸方向）を約３．０ｍｍとした。また、本実
施の形態では、傾斜機能性管継手Ｄの外径（φ₄ ）を３
２．３ｍｍ、差し込み部Ｄ１の内径（φ₅ ）を２２．２
ｍｍ、突き当て部Ｄ２の内径（φ₆）を１６．１ｍｍと
した。

【００３１】次に、図２、図４を参照して、上述した構
成を有する傾斜機能性管継手Ｄの製造方法について説明
する。まず、図２（ａ）に示すように、銅の粉末ＡとＳ
ＵＳの粉末Ｂとを用意し、重量において１０ｗｔ％ずつ
組成を変えた混合粉末を造る。そして、図２（ｂ）に示
すように、各混合粉末をミキサーの一例であるＶ型混合
機２１に入れて均一に混合して均一混合粉末を製造する
（以上、第１工程）。次に、図４（ａ）に示すように、
前工程で作製されたＳＵＳ１００％の均一混合粉末を、
グラファイトダイ４８ａ及びグラファイトモールド４８
ｂを有する２軸加圧装置４８に所望量入れる。そして、
約５０〜１００ＭＰａ程度の加圧力で加圧成形しつつ、
図４（ｂ）に示すように、グラファイトダイ４８ａに、
印加電流５０００Ａ、印加電圧約１０Ｖ以下のパルス電
圧を所定時間（約９０秒以内）かけた後、焼結電流（図
４（ｂ）中、右端）を数分間（約３〜５分間）通電す
る。この結果、グラファイトダイ４８ａ及びグラファイ
トモールド４８ｂ中に、前記パルス電流及び焼結電流が
流れると共に、２軸加圧装置４８内の均一混合粉末内に
も前記電流が流れ、酸化物が除去されると共に、該均一
混合粉末内でジュール熱が発生し、大気中において、緻
密な焼結体が作製される。

【００３２】そして、この加圧成形されたＳＵＳ１００
％の焼結体の上に、９０％ＳＵＳ−１０％Ｃｕの均一混
合粉末を所望量入れた後、前記と同様、約５０〜１００
ＭＰａ程度の加圧力で加圧成形しつつ、パルス電流及び
焼結電流を流して、焼結体を作製する。以下、同様に、
８０％ＳＵＳ−２０％Ｃｕ、７０％ＳＵＳ−３０％Ｃ
ｕ、６０％ＳＵＳ−４０％Ｃｕ、５０％ＳＵＳ−５０％
Ｃｕ、４０％ＳＵＳ−６０％Ｃｕ、３０％ＳＵＳ−７０
％Ｃｕ、２０％ＳＵＳ−８０％Ｃｕ、１０％ＳＵＳ−９
０％Ｃｕ、１００％Ｃｕの均一混合粉末の順に、繰り返
す。これによって、高さ方向（傾斜機能性管継手Ｄ完成
時には長軸方向）に、各均一混合粉末が加圧積層された
焼結体が製造される（以上、第２工程）。なお、この第
２工程は、先に各均一混合粉末を積層充填してタッピン
グした後、上述したプラズマ放電焼結処理を行うことに
よっても実施できる。そして、最後に、前工程で作製さ
れた焼結体を機械加工によって所要の形状・寸法に加工
して、本実施の形態に係る傾斜機能性管継手Ｄを完成す
る（以上、第３工程）。

【００３３】以上のように本実施の形態に係る傾斜機能
性管継手Ｄによれば、本発明の第１の実施の形態と同様
の効果が得られる。また、前記傾斜機能性管継手Ｄを製
造する場合、例えば、本発明の第１の実施の形態の如
く、ＨＩＰ法や拡散接合法を適用すると、焼結時間が長
く（各混合体１０〜２０の大きさにも依るが約１時間程
度）なったり、各混合体１０〜２０の表面が酸化しない
よう焼結雰囲気を調整する必要がある（例えば、真空雰
囲気又は不活性ガス雰囲気にする）。しかし、本実施の
形態では、ＰＡＳ法（プラズマ放電焼結法、又はＳＰＳ
法という）を適用したので、上述した問題を解消して、
各混合体４９〜５９の焼結時間を短くすることができる
（数分程度）と共に、各混合体４９〜５９の酸化を防止
しつつ、大気中での焼結を可能とすることができる。ま
た、本発明の第１の実施の形態では、圧粉体を、真空中
の加熱により、脱気封入処理を行った後、ＨＩＰ法によ
り緻密な組成物を作製したが、前記ＰＡＳ法を適用する
ことにより、このような複雑・煩雑な工程を経ることな
く、一度に緻密な焼結体を作製することができる。

【００３４】（第３の実施の形態）次に、図５を参照し
て、本発明の第３の実施の形態に係る傾斜機能性管継手
Ｅについて説明する。図示するように、本実施の形態に
係る傾斜機能性管継手Ｅは、異なる材料Ａ（ステンレス
鋼の一例であるＳＵＳ３０４：但し、以下ＳＵＳと略
す）と材料Ｂ（銅）を長軸方向に傾斜配合したもので、
その両端部にそれぞれ配置された１００％ＳＵＳ、１０
０％Ｃｕの混合体６０、７０の間に１０％ずつ混合比を
変えた混合体６１〜６９を配置した突き合わせ溶接継手
（４０Ａ、スケジュール８０）である。なお、前記と同
様、１００％ＳＵＳ、１００％Ｃｕの混合体６０、７０
は、説明の便宜上、「混合体」の名を付し、また、前記
「％」は重量％とした。また、本実施の形態では、該傾
斜機能性管継手Ｅの長さ（Ｌ₆ ）を８０．０ｍｍとし、
各混合体６０、７０の厚み（長軸方向）を約２６．５ｍ
ｍ、各混合体６１〜６９の厚み（長軸方向）を約３．０
ｍｍとした。また、本実施の形態では、傾斜機能性管継
手Ｅの外径（φ₇ ）を４８．６ｍｍ、内径（φ₈ ）を３
８．４ｍｍとした。

【００３５】次に、上述した構成を有する傾斜機能性管
継手Ｅの製造方法について説明する。まず、単位体積当
たりの空隙率が１０％から１００％まで、１０％づつ段
階的に異なるＳＵＳのリング状の網（図示せず）を準備
した後、積み重ねる。これを、鉄又は鋼、若しくはカー
ボンスチール製のカプセル（図示せず）に入れ、上から
粒度約１０μｍ程度の銅粉を装入し、タッピング及び加
圧後、上蓋を取付け、４００℃に加熱しながら脱気管よ
り真空脱気処理を行い、カプセル封入を行う。次に、図
示しないＨＩＰ装置（等方加圧加熱装置）にて加圧・加
熱処理（約９５０℃、約１００ＭＰａ）を行い、本実施
の形態に係る傾斜機能性管継手Ｅを完成する。そして、
本実施の形態に係る傾斜機能性管継手Ｅによれば、本発
明の第１、第２の実施の形態と同様な効果が得られる。

【００３６】（第４の実施の形態）次に、図６を参照し
て、本発明の第４の実施の形態に係る傾斜機能性管継手
Ｆについて説明する。図示するように、本実施の形態に
係る傾斜機能性管継手Ｆは、異なる材料Ａ（セラミック
スの一例であるＺｒＯ₂ ）と材料Ｂ（ステンレス鋼の一
例であるＳＵＳ３０４：但し、以下ＳＵＳと略す）を厚
み方向に傾斜配合したもので、その内周部、及び外周部
にそれぞれ配置された１００％ＺｒＯ₂ 、１００％ＳＵ
Ｓの混合体２４、２９の間に２０％ずつ混合比を変えた
混合体２５〜２８を配置したフルカップリング（２５
Ａ、スケジュール８０）である。なお、前記と同様、該
傾斜機能性管継手Ｆ１のそれぞれの差し込み部Ｆ１に
は、雌ねじが切られている。また、１００％ＺｒＯ₂ 、
１００％ＳＵＳの混合体２４、２９は、説明の便宜上、
「混合体」の名を付し、また、前記「％」は重量％とし
た。また、各混合体２４〜２９の厚みは、それぞれの差
し込み部Ｆ１において約０．８３ｍｍ、差し込み部Ｆ１
間の突き当て部Ｆ２において混合体２９の厚みを約３．
２５ｍｍとした。

【００３７】次に、上述した構成を有する傾斜機能性管
継手Ｆの製造方法について説明する。まず、単位体積当
たりの空隙率が２０％から１００％まで、２０％づつ段
階的に異なるＳＵＳの筒状の網（図示せず）を準備す
る。次に、この網を、外側から順に内側へ、同心円状に
重ね合わせた後、鉄又は鋼、若しくはカーボンスチール
製のカプセル（図示せず）に入れ、上から粒度約２μｍ
程度のＺｒＯ₂ 粉を装入する。そして、カプセル内をタ
ッピング及び加圧後、上蓋を取付け、ＳＵＳの融点以下
の高温度（約６００℃以上）に加熱しながら、カプセル
に取付けた脱気管より真空脱気処理を行いつつ、カプセ
ル封入を行う。次に、図示しないＨＩＰ装置（等方加圧
加熱装置）にて加圧・加熱処理（約１４００℃、約２０
０ＭＰａ）を行い、本実施の形態に係る傾斜機能性管継
手Ｆを完成する。

【００３８】以上のように本実施の形態に係る傾斜機能
性管継手Ｆによれば、異なる材料Ａ（ＺｒＯ₂ ）と材料
Ｂ（ＳＵＳ３０４）を厚み方向に傾斜配合したので、空
気輸送用の配管設備に使用する際、該傾斜機能性管継手
Ｆが高温となるのを防止できると共に、例えば、異なる
材料Ａ（ＺｒＯ₂ ）と材料Ｂ（ＳＵＳ３０４）を厚み方
向に二層接合した場合に比較して、該傾斜機能性管継手
Ｆの各混合体２４〜２９の接合界面に生じる熱応力を緩
和することができ、剥離等を防止することができる。

【００３９】（第５の実施の形態）次に、図７を参照し
て、本発明の第５の実施の形態に係る傾斜機能性管継手
Ｇについて説明する。図示するように、本実施の形態に
係る傾斜機能性管継手Ｇは、金属からなる材料Ａ（ステ
ンレス鋼の一例であるＳＵＳ３０４：但し、以下ＳＵＳ
と略す）及び材料Ｂ（ＳＵＳ）の中央に絶縁体からなる
材料Ｃ（セラミックスの一例であるＺｒＯ₂ ）をそれぞ
れ長軸方向に傾斜配合したもので、その長軸方向の両端
部、及び中央部にそれぞれ配置された１００％ＳＵＳ、
１００％ＺｒＯ₂ の混合体３１、４１、３６の間に２０
％ずつ混合比を変えた混合体３２〜３５、３７〜４０を
配置したフルカップリング（２５Ａ、スケジュール８
０）である。なお、前記と同様、該傾斜機能性管継手Ｇ
のそれぞれの差し込み部Ｇ１には、雌ねじが切られてい
る。また、１００％ＳＵＳ、１００％ＺｒＯ₂ の混合体
３１、４１、３６は、説明の便宜上、「混合体」の名を
付し、また、前記「％」は重量％とした。また、各混合
体３１〜４１の厚み（長軸方向）は約３．６５ｍｍとし
た。

【００４０】次に、上述した構成を有する傾斜機能性管
継手Ｇの製造方法について説明する。まず、前記と同
様、ＳＵＳの粉末Ａ（Ｂ）とＺｒＯ₂ の粉末Ｃを用意
し、重量において２０ｗｔ％ずつ組成を変えた均一混合
粉末を造る。そして、これを、それぞれ、鉄又は鋼、若
しくはカーボンスチール製のカプセル（図示せず）に入
れ、同軸状に積み重ねる。その後、タッピング及び加圧
した後、上蓋を取付け、６００℃以上に加熱しながら脱
気管より真空脱気処理を行い、カプセル封入を行う。次
に、前記と同様、図示しないＨＩＰ装置（等方加圧加熱
装置）にて加圧・加熱処理（約１４００℃、約２００Ｍ
Ｐａ）を行い、本実施の形態に係る傾斜機能性管継手Ｇ
を完成する。

【００４１】以上のように本実施の形態に係る傾斜機能
性管継手Ｇによれば、金属からなる材料Ａ（ＳＵＳ）及
び材料Ｂ（ＳＵＳ）の中央に絶縁体からなる材料Ｃ（Ｚ
ｒＯ₂ ）をそれぞれ長軸方向に傾斜配合したので、電気
絶縁継手として使用する際、高温となるのを防止できる
と共に、たとえ、熱サイクルが生じても、例えば、異な
る材料Ａ、Ｂ（ＳＵＳ）と材料Ｃ（ＺｒＯ₂ ）を長軸方
向に二層接合した場合に比較し、該傾斜機能性管継手Ｇ
の各混合体３１〜４１の接合界面に生じる熱応力を緩和
して、破断（又は亀裂の発生）等を防止することができ
る。

【００４２】（第６の実施の形態）次に、図８を参照し
て、本発明の第６の実施の形態に係る傾斜機能性パイプ
Ｈについて説明する。図示するように、本実施の形態に
係る傾斜機能性パイプＨは、異なる材料Ａ（セラミック
スの一例であるＺｒＯ₂ ）と材料Ｂ（ステンレス鋼の一
例であるＳＵ３０４：但し、以下ＳＵＳと略す）を厚み
方向に傾斜配合したもので、その内周部、及び外周部に
それぞれ配置された１００％ＺｒＯ₂ 、１００％ＳＵＳ
の混合体４２、４７の間に２０％ずつ混合比を変えた混
合体４３〜４６を配置したものである。なお、前記と同
様、１００％ＺｒＯ₂ 、１００％ＳＵＳの混合体４２、
４７は、説明の便宜上、「混合体」の名を付し、また、
前記「％」は重量％とした。また、各混合体４２〜４７
の厚みは約１〜１．５ｍｍとした。

【００４３】次に、上述した構成を有する傾斜機能性パ
イプＨの製造方法について説明する。まず、前記と同
様、単位体積当たりの空隙率が２０％から１００％ま
で、２０％づつ段階的に異なるＳＵＳの筒状の網（図示
せず）を準備する。次に、この網を、外側から順に内側
へ、同心円状に重ね合わせた後、前記と同様、鉄又は
鋼、若しくはカーボンスチール製のカプセル（図示せ
ず）に入れる。そして、前記と同様、上から粒度約２μ
ｍ程度のＺｒＯ₂ 粉を装入し、タッピング及び加圧後、
上蓋を取付け、約６００℃以上に加熱しながら脱気管よ
り真空脱気処理を行い、カプセル封入を行う。次に、前
記と同様、図示しないＨＩＰ装置（等方加圧加熱装置）
にて加圧・加熱処理（約１４００℃、約２００ＭＰａ）
を行い、本実施の形態に係る傾斜機能性パイプＨを完成
する。

【００４４】以上のように本実施の形態に係る傾斜機能
性パイプＨによれば、異なる材料Ａ（セラミックスの一
例であるＺｒＯ₂ ）と材料Ｂ（ＳＵＳ）を厚み方向に傾
斜配合したので、前記と同様、空気輸送用の配管設備に
使用する際、該傾斜機能性パイプＨが高温となるのを防
止できると共に、該傾斜機能性パイプＨの各混合体４２
〜４７の接合界面に生じる熱応力を緩和することがで
き、破断（又は亀裂の発生）等を防止することができ
る。

【００４５】以上、本発明の実施の形態を説明したが、
本発明は上記した実施の形態に限定されるものではな
く、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用
範囲である。例えば、本発明の第１、第３〜第５の実施
の形態では、傾斜機能性管継手Ｃ、Ｅ〜Ｇとしてフルカ
ップリングを取り上げて説明したが、これに限らず、ハ
ーフカップリング、キャップ、エルボー、レデューサ
ー、Ｔ、Ｙ、クロス、ラテラル等であってもよい。ま
た、本発明の第１〜第３、第５の実施の形態では、１１
層の混合体１０〜２０、４９〜５９、６０〜７０、３１
〜４１を有する傾斜機能性管継手Ｃ〜Ｅ、Ｇ、本発明の
第４、第６の実施の形態では、６層の混合体２４〜２
９、４２〜４７を有する傾斜機能性管継手Ｆ、傾斜機能
性パイプＨとしたが、これに限らず、種々の層数として
もよい。もちろん、この場合も、傾斜機能性管継手、及
び傾斜機能性パイプの長軸方向又は厚み方向に亘って、
順次、各混合体の材料Ａ、Ｂの配合比を変化するものと
する。

【００４６】また、本発明の第１（第２、第３）の実施
の形態では、傾斜機能性管継手Ｃ（Ｄ、Ｅ）の両端部に
１００％ＳＵＳ、１００％Ｃｕの混合体１０（５９、７
０）、２０（４９、６０）を配置したが、ＳＵＳ３０４
と銅の混合体としてもよい。また、同様に、本発明の第
４の実施の形態では、傾斜機能性管継手Ｆの内周部、外
周部にそれぞれ１００％ＺｒＯ₂ 、１００％ＳＵＳの混
合体２４、２９を配置したが、ＺｒＯ₂ とＳＵＳ３０４
の混合体としてもよい。また、同様に、本発明の第５の
実施の形態では、傾斜機能性管継手Ｇの両端部、中央部
にそれぞれ１００％ＳＵＳ、１００％ＺｒＯ₂ の混合体
３１、４１、３６を配置したが、ＳＵＳとＺｒＯ₂ の混
合体としてもよい。また、同様に、本発明の第６の実施
の形態では、傾斜機能性パイプＨの内周部、外周部にそ
れぞれ１００％ＺｒＯ₂ 、１００％ＳＵＳの混合体４
２、４７を配置したが、ＺｒＯ₂ とＳＵＳの混合体とし
てもよい。

【００４７】また、上述したもの（ＳＵＳ３０４、銅、
ＺｒＯ₂ ）に限らず、種々の材料を使用することが可能
である。例えば、本発明の第１〜第３の実施の形態で
は、材料Ａの一例であるＳＵＳ３０４の代わりに、セラ
ミックス（ＺｒＯ₂ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＳｉＣ、Ｓｉ
₃ Ｎ₄ 、ＢＮ等）、ＳＵＳ３０３等のステンレス鋼等、
材料Ｂの一例である銅の代わりに、Ｎｉ等を使用でき
る。また、本発明の第４の実施の形態では、材料Ａの一
例であるＺｒＯ₂ の代わりに、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＳｉＣ、Ｓ
ｉ₃ Ｎ₄ 、ＢＮ等のセラミックス、ステンレス鋼、材料
Ｂの一例であるＳＵＳ３０４の代わりに、銅、Ｎｉ、Ｓ
ＵＳ３０３等のステンレス鋼等を使用できる。また、本
発明の第５の実施の形態では、材料Ａ、Ｂの一例である
ＳＵＳの代わりに、銅、Ｎｉ等、また、材料Ｃの一例で
あるＺｒＯ₂ の代わりに、Ａｌ₂ Ｏ₃、ＳｉＣ、Ｓｉ₃
Ｎ₄ 、ＢＮ等のセラミックス等を使用できる。また、材
料Ａ、Ｂは同一材料又は異種材料のいずれであってもよ
い。

【００４８】また、本発明の第６の実施の形態では、材
料Ａの一例であるＺｒＯ₂ の代わりに、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、Ｓ
ｉＣ、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 、ＢＮ等のセラミックス、また、材料
Ｂの一例であるＳＵＳの代わりに、銅、Ｎｉ等を使用で
きる。また、本発明の第１の実施の形態における１００
％ＳＵＳ、１００％Ｃｕの混合体１０、２０、本発明の
第３の実施の形態における１００％ＳＵＳ、１００％Ｃ
ｕの混合体６０、７０、本発明の第４の実施の形態にお
ける１００％ＺｒＯ₂、１００％ＳＵＳの混合体２４、
２９、本発明の第５の実施の形態における１００％ＳＵ
Ｓ、１００％ＺｒＯ₂ の混合体３１、４１、３６、本発
明の第６の実施の形態における１００％ＺｒＯ₂ 、１０
０％ＳＵＳの混合体４２、４７を焼結によって製造した
が、溶融凝固したバルクとしてもよい。また、本発明の
第１の実施の形態では、カプセル２２内に均一混合粉末
を入れ加圧成形した後、その上に別の均一混合粉末を入
れて加圧成形し、これを繰り返して圧粉体を作製した
が、作業工程が煩雑・複雑にはなるが、各均一混合粉末
毎に圧粉体を形成し、これを機械加工した後、積み重ね
て接合してもよい。

【００４９】また、本発明の第３〜第６の実施の形態で
は、ＨＩＰ装置により加圧・加熱処理を行ったが、真空
中における減圧焼結法や、不活性ガス雰囲気中における
常圧焼結法等、及びその他の加圧・加熱処理であっても
よく、また、充分な焼結密度が得られる場合は、加熱処
理だけであってもよい。また、加熱温度は加熱により粉
末粒子が組成流動する場合には、粉末粒子の融点以下で
あってもよい。また、材料（例えば、酸化しにくい材
料）によっては、前記カプセルは必ずしも密封する必要
はなく、この場合には、加熱することによって、粉末が
液体となり、重力によって傾斜繊維体内に浸透させるこ
とができる。また、本発明の第１〜第６の実施の形態で
は、各混合体１０と２０、１１〜１９、４９と５９、５
０〜５８、６０と７０、６１〜６９、２４〜２９、３１
〜４１、４２〜４７の厚みの一部又は全部を、それぞれ
同じとしたが、例えば、それぞれの傾斜機能性管継手、
傾斜機能性パイプに所望の平均熱伝導率を付与するた
め、適宜変更することも可能である。また、図示しない
が、異なる材料Ａと材料Ｂを長軸方向に傾斜配合した傾
斜機能性パイプを使用することも可能である。また、本
発明の第１の実施の形態に係る傾斜機能性管継手Ｃは、
冷蔵庫、冷凍庫、クーラー、除湿器用配管継手（Ａｌ／
Ｃｕ、Ａｌ／Ｆｅ）、超高真空・極低温用配管継手（例
えば、ＬＮＧ、液体窒素用配管継手：Ａｌ／ＳＵＳ）等
にも使用することができる。

【００５０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１、２記載の傾斜機能性パイプ、及び請求項３〜５記載
の傾斜機能性管継手においては、異なる材料Ａと材料Ｂ
を厚み方向に傾斜配合したり、異なる材料Ａと材料Ｂを
長軸方向に傾斜配合したり、金属からなる材料Ａ及び材
料Ｂの中央に絶縁体からなる材料Ｃをそれぞれ長軸方向
に傾斜配合したので、使用の際、該パイプ、管継手が高
温となるのを防止でき、しかも、たとえ、該パイプや、
管継手に熱サイクルが生じたとしても、該パイプ、管継
手に生じる熱応力を緩和して、破断（又は亀裂の発生）
等を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る傾斜
機能性管継手の斜視図である。（ｂ）は同傾斜機能性管
継手の断面図である。

【図２】（ａ）〜（ｅ）は同傾斜機能性管継手の製造方
法の説明図である。

【図３】（ａ）は本発明の第２の実施の形態に係る傾斜
機能性管継手の斜視図である。（ｂ）は同傾斜機能性管
継手の断面図である。

【図４】（ａ）及び（ｂ）は同傾斜機能性管継手の製造
方法の説明図である。

【図５】（ａ）は本発明の第３の実施の形態に係る傾斜
機能性管継手の斜視図である。（ｂ）は同傾斜機能性管
継手の断面図である。

【図６】（ａ）は本発明の第４の実施の形態に係る傾斜
機能性管継手の斜視図である。（ｂ）は同傾斜機能性管
継手の断面図である。

【図７】（ａ）は本発明の第５の実施の形態に係る傾斜
機能性管継手の斜視図である。（ｂ）は同傾斜機能性管
継手の断面図である。

【図８】（ａ）は本発明の第６の実施の形態に係る傾斜
機能性パイプの斜視図である。（ｂ）は同傾斜機能性パ
イプの要部断面図である。

【図９】傾斜機能性パイプ及び傾斜機能性管継手の熱伝
導解析の説明図である。

【図１０】２９３ＫにおけるＭｏと銅の混合比と熱伝導
率の関係を示す特性図である。

【図１１】Ｍｏと銅の混合比と線膨張係数の関係を示す
特性図である。

【符号の説明】

Ｃ 傾斜機能性管継手 Ｃ１ 差し込み
部 Ｃ２ 突き当て部 Ｄ 傾斜機能性
管継手 Ｄ１ 差し込み部 Ｄ２ 突き当て
部 Ｅ 傾斜機能性管継手 Ｆ 傾斜機能性
管継手 Ｆ１ 差し込み部 Ｆ２ 突き当て
部 Ｇ 傾斜機能性管継手 Ｇ１ 差し込み
部 Ｈ 傾斜機能性パイプ Ｌ₁ 長さ Ｌ₂ 深さ Ｌ₃ 長さ Ｌ₄ 長さ Ｌ₅ 深さ Ｌ₆ 長さ φ₁ 外径 φ₂ 内径 φ₃ 内径 φ₄ 外径 φ₅ 内径 φ₆ 内径 φ₇ 外径 φ₈ 内径 １０ １００％ＳＵＳの混合体 １１ ９０％ＳＵＳ−１０％Ｃｕの混合体 １２ ８０％ＳＵＳ−２０％Ｃｕの混合体 １３ ７０％ＳＵＳ−３０％Ｃｕの混合体 １４ ６０％ＳＵＳ−４０％Ｃｕの混合体 １５ ５０％ＳＵＳ−５０％Ｃｕの混合体 １６ ４０％ＳＵＳ−６０％Ｃｕの混合体 １７ ３０％ＳＵＳ−７０％Ｃｕの混合体 １８ ２０％ＳＵＳ−８０％Ｃｕの混合体 １９ １０％ＳＵＳ−９０％Ｃｕの混合体 ２０ １００％Ｃｕの混合体 ２１ Ｖ型混合
機（ミキサー） ２２ カプセル ２２ａ 上蓋 ２２ｂ 脱気管 ２３ 焼結物 ２４ １００％ＺｒＯ₂ の混合体 ２５ ８０％ＺｒＯ₂ −２０％ＳＵＳの混合体 ２６ ６０％ＺｒＯ₂ −４０％ＳＵＳの混合体 ２７ ４０％ＺｒＯ₂ −６０％ＳＵＳの混合体 ２８ ２０％ＺｒＯ₂ −８０％ＳＵＳの混合体 ２９ １００％ＳＵＳの混合体 ３１ １００％
ＳＵＳの混合体 ３２ ８０％ＳＵＳ−２０％ＺｒＯ₂ の混合体 ３３ ６０％ＳＵＳ−４０％ＺｒＯ₂ の混合体 ３４ ４０％ＳＵＳ−６０％ＺｒＯ₂ の混合体 ３５ ２０％ＳＵＳ−８０％ＺｒＯ₂ の混合体 ３６ １００％ＺｒＯ₂ の混合体 ３７ ２０％ＳＵＳ−８０％ＺｒＯ₂ の混合体 ３８ ４０％ＳＵＳ−６０％ＺｒＯ₂ の混合体 ３９ ６０％ＳＵＳ−４０％ＺｒＯ₂ の混合体 ４０ ８０％ＳＵＳ−２０％ＺｒＯ₂ の混合体 ４１ １００％ＳＵＳの混合体 ４２ １００％
ＺｒＯ₂ の混合体 ４３ ８０％ＺｒＯ₂ −２０％ＳＵＳの混合体 ４４ ６０％ＺｒＯ₂ −４０％ＳＵＳの混合体 ４５ ４０％ＺｒＯ₂ −６０％ＳＵＳの混合体 ４６ ２０％ＺｒＯ₂ −８０％ＳＵＳの混合体 ４７ １００％ＳＵＳの混合体 ４８ ２軸加圧
装置 ４８ａ グラファイトダイ ４８ｂ グラフ
ァイトモールド ４９ １００％Ｃｕの混合体 ５０ ９０％Ｃｕ−１０％ＳＵＳの混合体 ５１ ８０％Ｃｕ−２０％ＳＵＳの混合体 ５２ ７０％Ｃｕ−３０％ＳＵＳの混合体 ５３ ６０％Ｃｕ−４０％ＳＵＳの混合体 ５４ ５０％Ｃｕ−５０％ＳＵＳの混合体 ５５ ４０％Ｃｕ−６０％ＳＵＳの混合体 ５６ ３０％Ｃｕ−７０％ＳＵＳの混合体 ５７ ２０％Ｃｕ−８０％ＳＵＳの混合体 ５８ １０％Ｃｕ−９０％ＳＵＳの混合体 ５９ １００％ＳＵＳの混合体 ６０ １００％
ＳＵＳの混合体 ６１ ９０％ＳＵＳ−１０％Ｃｕの混合体 ６２ ８０％ＳＵＳ−２０％Ｃｕの混合体 ６３ ７０％ＳＵＳ−３０％Ｃｕの混合体 ６４ ６０％ＳＵＳ−４０％Ｃｕの混合体 ６５ ５０％ＳＵＳ−５０％Ｃｕの混合体 ６６ ４０％ＳＵＳ−６０％Ｃｕの混合体 ６７ ３０％ＳＵＳ−７０％Ｃｕの混合体 ６８ ２０％ＳＵＳ−８０％Ｃｕの混合体 ６９ １０％ＳＵＳ−９０％Ｃｕの混合体 ７０ １００％Ｃｕの混合体

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 異なる材料Ａと材料Ｂを厚み方向に傾斜
   配合したことを特徴とする傾斜機能性パイプ。
2. 【請求項２】 異なる材料Ａと材料Ｂを長軸方向に傾斜
   配合したことを特徴とする傾斜機能性パイプ。
3. 【請求項３】 異なる材料Ａと材料Ｂを長軸方向に傾斜
   配合したことを特徴とする傾斜機能性管継手。
4. 【請求項４】 異なる材料Ａと材料Ｂを厚み方向に傾斜
   配合したことを特徴とする傾斜機能性管継手。
5. 【請求項５】 金属からなる材料Ａ及び材料Ｂの中央に
   絶縁体からなる材料Ｃをそれぞれ長軸方向に傾斜配合し
   たことを特徴とする傾斜機能性管継手。