(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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移送するためのフレキシブルチューブであって、
前記冷却液を移送するためのチューブ本体としてベローズ管を有し、かつ、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、該凹凸と前記冷却液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。
【請求項２】
上記冷却液が、液体窒素である、請求項１記載の振動抑制構造付きフレキシブルチューブ。
【請求項３】
上記ベローズ管が、金属製のベローズ管である、請求項１または２に記載の振動抑制構造付きフレキシブルチューブ。
【請求項４】
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、請求項１〜３のいずれか１項に記載の振動抑制構造付きフレキシブルチューブ。
【請求項５】
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、請求項１〜３のいずれか１項に記載の振動抑制構造付きフレキシブルチューブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２０１４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【発明の効果】
【００１１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の振動抑制構造付きフレキシブルチューブの基本構造を示した断面図である。同図では、図が煩雑になることを避けるために、ベローズ管については切断面だけを示した端面図とし、編組体については、切断面にハッチングを施して詳細な編組断面を省略し、編組を示唆する交差模様を部分的に加えて内面の様子を見せている。また、ベローズ管１と口金３とは溶接等によって接合されている。
【図２】図２は、本発明の振動抑制構造付きフレキシブルチューブを構成する部品としてのベローズ管の各部の寸法を説明するための図である。同図では、ベローズ管をその管路の中心軸に沿って切断した場合の切断面だけを示した端面図として示している。
【図３】図３は、編組体の編組の一例を示した図である。
【図４】図４は、分光結晶体の冷却器の構成および配管の様子を示した図である。図中の注入用管Ｆ１、連通管Ｆ２、排出用管Ｆ３には、金属製のベローズ管が用いられているが、それらの管表面の蛇腹のひだの描写は省略している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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．
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【実施例】
【００２６】
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。
【００２７】
〔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。
【００２８】
〔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。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
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。
【符号の説明】
【００３０】
１    ベローズ管
２    管状の編組体
【図１】
0005937345.tif 000002
【図２】
0005937345.tif 000003
【図３】
0005937345.tif 000004
【図４】
0005937345.tif 000005