セラミックス管及びその製造方法
【課題】一つの管状体と、他の管状体または中実棒の端部同士を接合してなるセラミックス管及びその製造方法において、確実に接合し、管内部の気密性を保持する。
【解決手段】管状の第一長尺体２と、管状または中実棒状の第二長尺体３と、前記長尺体の端部同士が同軸上に連結された状態で、連結部１ａを含む外周面を覆う筒状体４とを備え、前記第一長尺体の端部外周面に、周方向に沿って環状に形成されると共に、前記筒状体に覆われる第一の環状凹部２ｂが設けられ、前記第二長尺体の端部外周面に、周方向に沿って環状に形成されると共に、前記筒状体に覆われる第二の環状凹部３ｂが設けられ、前記筒状体の内周面に、前記第一の環状凹部及び第二の環状凹部に沿ってそれぞれ環状に形成されると共に、前記第一の環状凹部及び第二の環状凹部にそれぞれ嵌合する第一の環状突起部５及び第二の環状突起部６が設けられている。
【解決手段】管状の第一長尺体２と、管状または中実棒状の第二長尺体３と、前記長尺体の端部同士が同軸上に連結された状態で、連結部１ａを含む外周面を覆う筒状体４とを備え、前記第一長尺体の端部外周面に、周方向に沿って環状に形成されると共に、前記筒状体に覆われる第一の環状凹部２ｂが設けられ、前記第二長尺体の端部外周面に、周方向に沿って環状に形成されると共に、前記筒状体に覆われる第二の環状凹部３ｂが設けられ、前記筒状体の内周面に、前記第一の環状凹部及び第二の環状凹部に沿ってそれぞれ環状に形成されると共に、前記第一の環状凹部及び第二の環状凹部にそれぞれ嵌合する第一の環状突起部５及び第二の環状突起部６が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックス管及びその製造方法に関し、一つの管状体と、他の管状体または中実棒の端部同士を接合してなるセラミックス管及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からセラミックス管は、例えば特許文献１に記載されているような熱電対保護管、反応炉内にガスを導入するガス導入管等に用いられており、直線状のセラミックス管が一般的に用いられている。
この直線状のセラミックス管は、金型により所定寸法に形成された後、焼成することによって製造することができ、比較的容易に製造することができる。
ところで、例えば金型のサイズ制限を越える長いセラミックス管が必要な場合、従来は、特許文献２に記載されているように複数のセラミックス管を連結していた。
【０００３】
特許文献２に開示されたセラミックス管の接続構造は、図１０に示すように第１及び第２のセラミックス管５０ａ、５０ｂの端部をそれぞれ筒状のスリーブ管５１の内側に挿入して両セラミックス管５０ａ、５０ｂを互いに接続するようになされている。
前記スリーブ管５１は、セラミックス管５０ａ、５０ｂよりも熱膨張率の小さい材料により形成されており、連結されたセラミックス管５０ａ、５０ｂを連続炉において炉心管として用いる際、加熱により膨張したセラミックス管５０ａ、５０ｂがスリーブ管５１により締め付けられ、２本のセラミックス管５０ａ、５０ｂが確実に接続された状態となるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−６７５８２号公報
【特許文献２】特開平１０−１４８４７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前記のように２つのセラミックス管を連結し、得られたセラミックス管を水や空気等の流体用配管として用いる場合、管内部の気密性が保持される必要がある。このため、特許文献２に開示された接続構造にあっては、セラミックス管５０ａ、５０ｂの外周面に対し、スリーブ管５１の内周面全体が均一に密着することが最も望ましい。
しかしながら、セラミックス管５０ａ、５０ｂの外周面にスリーブ管５１の内周面全体を完全に密着させることは困難であり、実際には密着性が不均一となり、気密性が低下する虞があった。
また、２つのセラミックス管の接合面に、セラミックス管と同組成のスラリーを接着剤として用いる方法も考えられるが、気密性を保持するには不十分であり、水や空気等の流体用配管として使用できないという課題があった。
【０００６】
本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、一つの管状体と、他の管状体または中実棒の端部同士を接合してなるセラミックス管及びその製造方法において、確実に接合し、管内部の気密性を保持することのできるセラミックス管及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記した課題を解決するために、本発明に係るセラミックス管は、セラミックスからなる管状の第一長尺体と、前記第一長尺体と同外径に形成されたセラミックスからなる管状または中実棒状の第二長尺体と、前記第一長尺体及び第二長尺体の端部同士が同軸上に連結された状態で、その連結部を含む外周面を覆うセラミックスからなる筒状体とを備え、前記第一長尺体の端部外周面に、周方向に沿って環状に形成されると共に、前記筒状体に覆われる第一の環状凹部が設けられ、前記第二長尺体の端部外周面に、周方向に沿って環状に形成されると共に、前記筒状体に覆われる第二の環状凹部が設けられ、前記筒状体の内周面に、前記第一の環状凹部及び第二の環状凹部に沿ってそれぞれ環状に形成されると共に、前記第一の環状凹部及び第二の環状凹部にそれぞれ嵌合する第一の環状突起部及び第二の環状突起部が設けられていることに特徴を有する。
尚、前記第一の環状突起部及び第二の環状突起部がそれぞれ嵌合する前記第一の環状凹部及び第二の環状凹部の入口側角部において、その管軸方向の断面角度は、６０°〜１５０°の範囲内に形成されていることが望ましい。
また、前記第一の環状凹部及び第二の環状凹部の入口側角部における前記第一の環状突起部及び第二の環状突起部の接線と、前記第一長尺体及び第二長尺体の外周面とのなす角度は、１２０°〜１７８°の範囲内に形成されていることが望ましい。
【０００８】
このように、第一、第二の長尺体の連結部及び第一、第二の環状凹部を覆う筒状体を設け、前記筒状体の内周面に形成された第一、第二の環状突起部が前記第一、第二の環状凹部に嵌合することにより、第一、第二の長尺体同士を高い気密性をもって強固に接合することができる。したがって、このような構成のセラミックス管であれば空気や水等の流体用配管として十分に使用することができる。
【０００９】
或いは、前記した課題を解決するために、本発明に係るセラミックス管は、セラミックスからなる管状の第一長尺体と、前記第一長尺体と同外径に形成されたセラミックスからなる管状または中実棒状の第二長尺体と、前記第一長尺体及び第二長尺体の端部同士が同軸上に連結された状態で、その連結部を含む外周面を覆うセラミックスからなる筒状体とを備え、前記第一長尺体の端部外周面に、周方向に沿って環状に形成されると共に、前記筒状体に覆われる第一の環状凸部が設けられ、前記第二長尺体の端部外周面に、周方向に沿って環状に形成されると共に、前記筒状体に覆われる第二の環状凸部が設けられ、前記筒状体の内周面に、前記第一の環状凸部及び第二の環状凸部に沿ってそれぞれ環状に形成されると共に、前記第一の環状凸部及び第二の環状凸部にそれぞれ嵌合する第一の環状陥没部及び第二の環状陥没部が設けられていることに特徴を有する。
尚、前記第一の環状凸部及び第二の環状凸部の先端側角部における前記第一の環状陥没部及び第二の環状陥没部の接線と、前記第一の環状凸部及び第二の環状凸部の頂面とのなす角度は、１０５°〜１７５°の範囲内に形成されていることが望ましい。
【００１０】
このように、第一、第二の長尺体の連結部及び第一、第二の環状凸部を覆う筒状体を設け、前記筒状体の内周面に形成された第一、第二の環状陥没部が前記第一、第二の環状凸部に嵌合することにより、第一、第二の長尺体同士を高い気密性をもって強固に接合することができる。したがって、このような構成のセラミックス管であれば空気や水等の流体用配管として十分に使用することができる。
【００１１】
また、前記第一長尺体と第二長尺体のいずれか一方の端部は、その外周面が先細りに形成された凸テーパー形状であって、前記凸テーパー形状の端部に接合される他方の長尺体の端部は、その内周面が先端に向かって内径の大きくなる凹テーパー形状であることが望ましい。
尚、前記凸テーパー形状或いは凹テーパー形状に形成された第一長尺体及び第二長尺体の端部において、管軸方向に対する前記端部のテーパー角度は、３°〜８０°の範囲内であることが望ましい。
このように構成することにより、軸合わせが容易且つ確実となるため、第一、第二の長尺体同士の接合性及び気密性を向上することができる。
【００１２】
また、前記した課題を解決するために、本発明に係るセラミックス管の製造方法は、セラミックスからなる管状に形成され、その端部外周面に、周方向に沿って環状に形成された第一の環状凹部を有する第一長尺体と、セラミックスにより前記第一長尺体と同外径に形成され、周方向に沿って環状に形成された第二の環状凹部を有する管状または中実棒状の第二長尺体と、前記第一長尺体及び第二長尺体の外径よりも大きい内径を有するセラミックスからなる筒状体とを形成する成型工程と、前記成形工程によって得られた前記第一長尺体及び第二長尺体を所定の温度で焼成する第一の焼成工程と、前記成型工程によって得られた前記筒状体を仮焼する仮焼工程と、前記第一の焼成工程によって焼結された前記第一長尺体と第二長尺体とを連結した状態で前記仮焼工程によって得られた前記筒状体の仮焼体内に挿通させ、前記筒状体により前記第一長尺体と前記第二長尺体との連結部及び前記第一の環状凹部及び第二の環状凹部が覆われたセラミックス管仮焼体として組み立てる組立工程と、前記組立工程を経たセラミックス管仮焼体を仮焼温度よりも高い温度で焼成する本焼成工程とを含むことに特徴を有する。
【００１３】
このような工程を実行することにより、第一、第二の長尺体の外周面に筒状体の内周面が密着すると共に、第一、第二の長尺体の周面に設けられた第一、第二の環状凹部に、前記筒状体の周面が食い込み、筒状体が第一、第二の長尺体に嵌合する状態とすることができる。
したがって、接合性及び気密性の高いセラミックス管を得ることができ、空気や水等の流体用配管として十分に使用することができる。
【００１４】
或いは、前記した課題を解決するために、本発明に係るセラミックス管の製造方法は、セラミックスからなる管状に形成され、その端部外周面に、周方向に沿って環状に形成された第一の環状凸部を有する第一長尺体と、セラミックスにより前記第一長尺体と同外径に形成され、周方向に沿って環状に形成された第二の環状凸部を有する管状または中実棒状の第二長尺体と、前記第一長尺体及び第二長尺体の外径よりも大きい内径を有するセラミックスからなる筒状体とを形成する成型工程と、前記成形工程によって得られた前記第一長尺体及び第二長尺体を所定の温度で焼成する第一の焼成工程と、前記成型工程によって得られた前記筒状体を仮焼する仮焼工程と、前記第一の焼成工程によって焼結された前記第一長尺体と第二長尺体とを連結した状態で前記仮焼工程によって得られた前記筒状体の仮焼体内に挿通させ、前記筒状体により前記第一長尺体と前記第二長尺体との連結部及び前記第一の環状凸部及び第二の環状凸部が覆われたセラミックス管仮焼体として組み立てる組立工程と、前記組立工程を経たセラミックス管仮焼体を仮焼温度よりも高い温度で焼成する本焼成工程とを含むことに特徴を有する。
【００１５】
このような工程を実行することにより、第一、第二の長尺体の外周面に設けられた第一、第二の環状凸部の間に前記筒状体の周面が食い込み、第一、第二の長尺体の外周面に密着すると共に、筒状体が第一、第二の長尺体に嵌合する状態とすることができる。
したがって、接合性及び気密性の高いセラミックス管を得ることができ、空気や水等の流体用配管として十分に使用することができる。
【００１６】
或いは、前記した課題を解決するために、本発明に係るセラミックス管の製造方法は、セラミックスからなる管状に形成され、その端部外周面に、周方向に沿って環状に形成された第一の環状凹部を有する第一長尺体と、セラミックスにより前記第一長尺体と同外径に形成され、周方向に沿って環状に形成された第二の環状凹部を有する管状または中実棒状の第二長尺体と、前記第一長尺体及び第二長尺体の外径よりも大きい内径を有するセラミックスからなる筒状体とを形成する成型工程と、前記成形工程によって得られた前記第一長尺体及び第二長尺体を所定の温度で仮焼すると共に、前記第一長尺体及び第二長尺体の仮焼温度よりも低い温度で、前記筒状体を仮焼する仮焼工程と、前記仮焼工程によって得られた前記第一長尺体と第二長尺体とを連結した状態で前記筒状体の仮焼体内に挿通させ、前記筒状体により前記第一長尺体と第二長尺体との連結部及び前記第一の環状凹部及び第二の環状凹部が覆われたセラミックス管仮焼体として組み立てる組立工程と、前記組立工程を経たセラミックス管仮焼体を仮焼温度よりも高い温度で焼成する本焼成工程とを含むことに特徴を有する。
【００１７】
このような工程を実行することにより、本焼成工程における、第一、第二の長尺体の収縮率よりも筒状体の収縮率が大きくなる。このため、第一、第二の長尺体の外周面に筒状体の内周面が密着すると共に、第一、第二の長尺体の周面に設けられた第一、第二の環状凹部に、前記筒状体の周面が食い込み、筒状体が第一、第二の長尺体に嵌合する状態とすることができる。
したがって、接合性及び気密性の高いセラミックス管を得ることができ、空気や水等の流体用配管として十分に使用することができる。
【００１８】
或いは、前記した課題を解決するために、本発明に係るセラミックス管の製造方法は、セラミックスからなる管状に形成され、その端部外周面に、周方向に沿って環状に形成された第一の環状凸部を有する第一長尺体と、セラミックスにより前記第一長尺体と同外径に形成され、周方向に沿って環状に形成された第二の環状凸部を有する管状または中実棒状の第二長尺体と、前記第一長尺体及び第二長尺体の外径よりも大きい内径を有するセラミックスからなる筒状体とを形成する成型工程と、前記成形工程によって得られた前記第一長尺体及び第二長尺体を所定の温度で仮焼すると共に、前記第一長尺体及び第二長尺体の仮焼温度よりも低い温度で、前記筒状体を仮焼する仮焼工程と、前記仮焼工程によって得られた前記第一長尺体と第二長尺体とを連結した状態で前記筒状体の仮焼体内に挿通させ、前記筒状体により前記第一長尺体と第二長尺体との連結部及び前記第一の環状凸部及び第二の環状凸部が覆われたセラミックス管仮焼体として組み立てる組立工程と、前記組立工程を経たセラミックス管仮焼体を仮焼温度よりも高い温度で焼成する本焼成工程とを含むことに特徴を有する。
【００１９】
このような工程を実行することにより、本焼成工程における、第一、第二の長尺体の収縮率よりも筒状体の収縮率が大きくなる。このため、第一、第二の長尺体の外周面に設けられた第一、第二の環状凸部の間に前記筒状体の周面が食い込み、第一、第二の長尺体の外周面に密着すると共に、筒状体が第一、第二の長尺体に嵌合する状態とすることができる。
したがって、接合性及び気密性の高いセラミックス管を得ることができ、空気や水等の流体用配管として十分に使用することができる。
【００２０】
また、前記仮焼体の組立工程において、前記第一長尺体と第二長尺体と筒状体との間に、平均粒径１００ｎｍ以下に形成され、前記第一長尺体、第二長尺体、筒状体と同一の組成の粉体を１０％以上含むスラリーを接着剤として用いることが望ましい。
このように接合面等に接着剤を用いることにより接合性及び気密性を向上することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、一つの管状体と、他の管状体または中実棒の端部同士を接合してなるセラミックス管及びその製造方法において、確実に接合し、管内部の気密性を保持することのできるセラミックス管及びその製造方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明のセラミックス管の第一の実施の形態を示す一部破断平面図である。
【図２】図２は、図１のセラミックス管を構成する各部材を組み立て製造する状態を説明するための図である。
【図３】図３は、図１のセラミックス管の一部拡大図（断面図）である。
【図４】図４は、本発明のセラミックス管の第二の実施の形態を示す一部破断平面図である。
【図５】図５は、図４のセラミックス管を構成する各部材を組み立て製造する状態を説明するための図である。
【図６】図６は、図４のセラミックス管の一部拡大図（断面図）である。
【図７】図７は、本発明のセラミックス管の変形例を示す図である。
【図８】図８は、本発明のセラミックス管の変形例を示す図である。
【図９】図９は、本発明のセラミックス管の変形例を示す図である。
【図１０】図１０は、従来のセラミックス管の接続方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明のセラミックス管及びその製造方法に係る実施の形態について、図面に基づき説明する。図１は、本発明のセラミックス管の第一の実施の形態を示す一部破断平面図である。図２は、図１のセラミックス管を構成する各部材を組み立て製造する状態を説明するための図である。図３は、図１のセラミックス管の一部拡大図（断面図）である。
【００２４】
図１のセラミックス管１は、図２（ａ）に示す複数の部材を、図２（ｂ）に示すように組み立てた後、本焼成工程を経て図２（ｃ）に示す焼結体を得ることができる。
即ち、セラミックス管１は、管の軸線に沿って延設された管部材２、３（第一長尺体、第二長尺体）と、それらを１つの管状に確実に接合するための筒状体４とにより構成される。前記管部材２，３及び筒状体４は、それぞれセラミックスにより形成されている。より具体的には、管部材２，３は略同じ内外径を有し、筒状体４の内径は、管部材２，３の外径よりも大きく形成されている。図示するように、管部材２，３の一端部２ａ、３ａ同士が同軸上に突き合わされて連結され、その連結部１ａを含む管の外周面が筒状体４によって覆われている。
【００２５】
管部材２、３には、それぞれ端部２ａ、３ａに近い外周面に、周方向に沿って断面方形の溝である環状凹部２ｂ、３ｂ（第一の環状凹部、第二の環状凹部）が形成されており、本焼成工程での筒状体４の収縮により、図１に示すように、前記環状凹部２ｂ、３ｂに対し筒状体４の周面が変形して食い込んでいる。即ち、焼結体として得られたセラミックス管１においては、前記管部材２，３の環状凹部２ｂ、３ｂに対し、筒状体４の内周面側に環状に突出して形成される環状突起部５、６（第一の環状突起部、第二の環状突起部）が嵌合した状態となされている。
【００２６】
より詳しく説明すると、前記筒状体４の環状突起部５（６）は、管部材２（３）における環状凹部２ｂ（３ｂ）の形成方向（周方向）に沿って連続的に形成されている。図３の管軸方向の断面図に示すように、環状凹部２ｂ（３ｂ）の一対の入口側角部２ｃ（３ｃ）を起点として環状凹部２ｂ（３ｂ）内に筒状体４の内周面が食い込み、環状凹部２ｂ（３ｂ）内に環状突起部５（６）の側面５ａ（６ａ）が形成されている。
【００２７】
尚、環状凹部２ｂ（３ｂ）の入口側角部２ｃ（３ｃ）の断面角度θ１が鋭角すぎると、筒状体４の周面が変形して食い込む際、角部２ｃ（３ｃ）が欠ける虞がある。一方、鈍角すぎると、食い込む筒状体４の周面と接触する面が大きくなり、接合部が不均一となって気密性が低下する虞がある。このため、図３に示す前記角部２ｃ（３ｃ）の管軸方向の断面角度θ１は、６０°≦θ１≦１５０°の範囲内であることが好ましい。
また、高い気密性を得るためには、環状凹部２ｂ（３ｂ）の入口側角部２ｃ（３ｃ）における環状突起部５（６）の接線と、管部材２（３）の外周面とのなす角度θ２（管軸方向の断面角度）は、１２０°≦θ２≦１７８°の範囲内であることが好ましい。
【００２８】
このように本焼成後においては、筒状体４に形成された環状突起部５，６が、それぞれ管部材２，３の環状凹部２ｂ、３ｂに嵌合した状態となされ、これにより２つの管部材２，３は確実に連結し、気密性の高い一つのセラミックス管１が得られる。
【００２９】
本発明に係るセラミックス管の製造方法にあっては、管部材２、３の成形体、筒状体４の成形体を製造し、管部材２，３を焼成（第一の焼成）もしくは仮焼し、管部材２，３の焼成温度もしくは仮焼温度よりも低い温度で、筒状体４の成形体を仮焼する。
尚、管部材２，３、筒状体４の成形体は、一般的なセラミックス成形体を製造する方法によって製造することができる。
一例を挙げれば、平均粒径０．５μｍ（最大粒径２μｍ、最小粒径０．１μｍ）のアルミナ原料粉末１００重量部、イオン交換水２０重量部、分散剤としてポリアクリル酸アンモニウム少量、バインダーとしてポリビニルアルコール１重量部をポットミルにて混合してスラリーを調整する。
【００３０】
得られたスラリーをスプレードライヤーを用いて造粒し、得られた造粒粉をＣＩＰを用い、２トン／ｃｍ2の圧力で、外内径が等しい２本の直線状の管部材の成形体（例えば外径１２ｍｍ、内径１１ｍｍ、長さ１００ｍｍ）を製造する。ここで、２本の管部材の一端部２ａ，３ａの先端から所定寸法（例えば５ｍｍ）の位置には、それぞれ周方向に沿って環状凹部２ｂ、３ｂ（例えば幅０．８ｍｍ、深さ０．３ｍｍ）を設ける。
また、同様にして、得られたスラリーをスプレードライヤーを用いて造粒し、得られた造粒粉をＣＩＰを用い、２トン／ｃｍ2の圧力で、前記管部材の外径よりも大きい内径を有する筒状体の成形体（例えば、外径１３．３ｍｍ、内径１２．３ｍｍ、長さ３０ｍｍ）を製造する。
【００３１】
続いて、前記２本の管部材の成形体を、それぞれ例えば大気中１８００℃〜１９００℃の温度で焼成し、前記筒状体の成形体を、例えば、８００℃〜９００℃で仮焼する。
或いは、前記２本の管部材の成形体を、それぞれ例えば１１００℃〜１２００℃の温度で仮焼し、前記筒状体の成形体を、前記管部材の仮焼温度よりも低い、例えば、８００℃〜９００℃で仮焼する。
そして、得られた管部材２，３の一端部２ａ、３ａ同士を互いに突き合わせ、１本の管状に連結した状態で筒状体４の仮焼体内に挿通させ、筒状体４により、管部材２，３の連結部及び環状凹部２ｂ、３ｂが覆われた状態とし、セラミックス管仮焼体として組み立てる。
このとき、必要があれば精度を向上させるため、管部材２，３の焼結体（もしくは仮焼体）、筒状体４の仮焼体に機械加工を施した上で、組み立ててもよい。
また、この組み立ての際、本焼成において、より確実に接合させると共に気密性を向上させるため、管部材２，３同士の連結部、及び管部材２，３と筒状体４との接合部分に接着剤として、接着される各部材と同材質（同一組成）を１０％以上含む平均粒径１００ｎｍのスラリーを介在させてもよい。
【００３２】
その後、この組み立てられたセラミックス管仮焼体を仮焼温度よりも高い温度、例えば大気中１８００℃で本焼成を行う。
尚、前記のように管部材２，３の仮焼温度よりも低い温度で筒状体４の成形体が仮焼されるため、この本焼成工程においては、筒状体４の収縮量が管部材２，３の収縮量よりも大きくなる。
その結果、筒状体４がより大きく収縮して、その周面が管部材２，３の外周面に密着すると共に環状凹部２ｂ、３ｂに沿って食い込むよう変形する。
したがって、この本焼成後には、筒状体４に形成された環状突起部５，６が管部材２，３の環状凹部２ｂ、３ｂに嵌合した状態のセラミックス管１が得られる。
【００３３】
以上のように本発明に係る第一の実施の形態によれば、焼結体として得られたセラミックス管１において、管部材２，３の環状凹部２ｂ、３ｂに、筒状体４に形成された環状突起部５，６が嵌合し、管部材２，３同士を高い気密性をもって強固に接合することができる。
したがって、接合性及び気密性の高いセラミックス管１を得ることができ、空気や水等の流体用配管として十分に使用することができる。
【００３４】
続いて、本発明のセラミックス管及びその製造方法に係る第二の実施の形態について説明する。図４は、本発明のセラミックス管の第二の実施の形態を示す一部破断平面図である。図５は、図４のセラミックス管を構成する各部材を組み立て製造する状態を説明するための図である。図６は、図４のセラミックス管の一部拡大図（断面図）である。
【００３５】
図４のセラミックス管１０は、図５（ａ）に示す仮焼された複数の部材を、図５（ｂ）に示すように組み立てた後、本焼成を経て図５（ｃ）に示す焼成体を得ることができる。
即ち、セラミックス管１０は、管の軸線に沿って延設された管部材１２、１３（第一長尺体、第二長尺体）と、それらを１つの管状に確実に接合するための筒状体１４とにより構成される。前記管部材１２，１３及び筒状体１４は、それぞれセラミックスにより形成されている。より具体的には、管部材１２，１３は同じ内外径を有し、それらの一端部１２ａ、１３ａ同士が同軸上に突き合わされた連結状態で、その連結部１０ａを含む管の外周面が筒状体１４によって覆われている。
【００３６】
管部材１２、１３には、それぞれ端部１２ａ、１３ａに近い外周面に、管軸方向の断面が方形に突起した環状凸部１２ｂ、１３ｂが周方向に沿って形成されている。このため、筒状体１４の内径は、前記環状凸部１２ｂ、１３ｂの高さを含む管部材１２，１３の外径よりも大きく形成されている。図５（ｂ）に示すように本焼成前において、筒状体１４によって前記環状凸部１２ｂ、１３ｂが覆われるため、本焼成後は、図４に示すように筒状体１４の収縮により、前記管部材１２の環状凸部１２ｂと管部材１３の環状凸部１３ｂとの間に筒状体１４の周面が変形し食い込んだ状態（さらには管部材１２，１３の外周面に筒状体１４の内周面が略密着した状態）となっている。また、管部材１２，１３の環状凸部１２ｂ、１３ｂに筒状体１４の内周面が覆い被さった状態で嵌合している。
【００３７】
即ち、本焼成後の筒状体１４において、管部材１２（１３）の環状凸部１２ｂ（１３ｂ）に接する部位には、図６に示すように管軸方向の断面が環状凸部１２ｂ（１３ｂ）に対し凹状に変形し嵌合する環状陥没部１５（１６）が、周方向に沿って環状に形成されている。
ここで、高い気密性を得るためには、環状凸部１２ｂ（１３ｂ）の先端側角部１２ｃ（１３ｃ）における前記環状陥没部１５（１６）の接線と、前記環状凸部１２ｂ（１３ｂ）の頂面とのなす角度θ３（管軸方向の断面角度）は、１０５°≦θ３≦１７５°の範囲内であることが好ましい。
【００３８】
このように本焼成後においては、管部材１２の環状凸部１２ｂと管部材１３の環状凸部１３ｂとの間に筒状体１４の内周面が食い込み、管部材１２，１３の外周面に密着すると共に、前記環状凸部１２ｂ、１３ｂがそれぞれ筒状体１４の環状陥没部１５，１６に覆われて嵌合状態となる。これにより２つの管部材１２，１３は確実に連結し、気密性の高い一つのセラミックス管１０が得られる。
【００３９】
尚、このセラミックス管１０を製造する場合、前記した第一の実施形態（セラミックス管１）と同様に、管部材１２、１３の成形体、及び筒状体１４の成形体を製造し、管部材１２，１３を焼成もしくは仮焼し、管部材１２，１３の焼成温度もしくは仮焼温度よりも低い温度で、筒状体１４の成形体を仮焼する。
そして、得られた仮焼体を組み立て、仮焼温度よりも高い温度で本焼成を行う。
即ち、この本焼成において、仮焼温度の違いにより、管部材１２、１３よりも筒状体１４が大きく収縮し、管部材１２，１３の環状凸部１２ｂ、１３ｂに筒状体１４の環状陥没部１５，１６がそれぞれ嵌合した状態のセラミックス管１０が得られる。
【００４０】
このように第二の実施の形態によれば、焼結体として得られたセラミックス管１０において、管部材１２，１３の環状凸部１２ｂ、１３ｂに対し、筒状体１４の環状陥没部１５，１６がそれぞれ嵌合した状態となり、管部材１２，１３同士を高い気密性をもって強固に接合することができる。
したがって、接合性及び気密性の高いセラミックス管１０を得ることができ、空気や水等の流体用配管として十分に使用することができる。
【００４１】
尚、前記第一、第二の実施の形態においては、２つの管部材を接合することによりセラミックス管を形成する例を示したが、本発明にあっては、その形態に限定されず、接合する２つの長尺体のうち、少なくともいずれか一方が管部材であればよく、他方は中実棒状であってもよい。
また、前記実施の形態においては、接合する各管部材の周面にそれぞれ１つの環状凹部２ｂ（３ｂ）或いは環状凸部１２ｂ（１３ｂ）を設けたものを示したが、各管部材に２つ以上の環状凹部或いは環状凸部を設け、それらを筒状体で覆うように構成してもよい。
【００４２】
また、前記第一、第二の実施の形態においては、管部材同士の接合面となる端部形状は、管軸に直交する面として示したが、本発明にあっては、その形態に限定されるものではない。
例えば、図７に第一の実施形態の変形例として示すように、一方の管部材２（または管部材３）の端部外周面７を先細りのテーパー形状とし、他方の管部材３（または管部材２）の端部内周面８を、先端に向かって内径が大きくなるテーパー形状としてもよい。
そのように形成することによって、仮焼後の組み立て作業において、管部材２，３を同軸上に連結する作業が容易となり、且つ、管内部の気密性を向上することができる。
【００４３】
また、前記第一、第二の実施の形態においては、管部材の外周面に設けられる環状凹部２ｂ（３ｂ）或いは環状凸部１２ｂ（１３ｂ）は、それらの形成方向が周方向に沿ったものとしたが、本発明にあっては、その形態に限定されるものではない。
例えば、図８に第一の実施形態の変形例として示すように、管部材２，３の外周面に形成される環状凹部２ｂ、３ｂ（或いは環状凸部）を、周方向及び軸方向に対し所定角度傾斜した状態で設けてもよい。
或いは、図９に示すように、管部材２，３の外周面に形成される環状凹部２ｂ、３ｂ（或いは環状凸部）を、管の周方向に沿ってジグザグ状に設けてもよい。
【００４４】
また、前記実施の形態においては、管部材２、３（或いは管部材１２，１３）の外内径が略同一であるものとしたが、本発明のセラミックス管においては、それに限定されるものではない。
例えば、管部材２，３（１２，１３）の外径が略同一であれば、筒状体４（１４）によって確実に管部材同士を結合することができるため、それらの内径が異なっていても構わない。
或いは、管部材２，３（１２，１３）の外径が異なっていても、それら異なる外径に対応する内径を筒状体４（１４）が有していればよく、その場合も管内部の気密性を保持した状態で管部材同士を接合することができる。
【実施例】
【００４５】
本発明に係るセラミックス管及びその製造方法について、実施例に基づきさらに説明する。本実施例では、前記実施の形態に従いセラミックス管を製造し、本発明の効果を検証した。
【００４６】
〔実施例１〕
実施例１では、アルミナ原料を用い、外径１２ｍｍ、内径１１ｍｍ、長さ１００ｍｍの２本の管部材と、外径１３．３ｍｍ、内径１２．３ｍｍ、長さ３０ｍｍの筒状体とを成形した。
尚、前記２本の管部材の接合面となる各端部は、軸方向に対し１２°の傾斜を有するように、それぞれ凸状と凹状にテーパー加工を施した。
また、各管部材において、凸状の端部先端から７ｍｍの位置、凹状の端部先端から５ｍｍの位置に幅０．８ｍｍ、深さ０．３ｍｍの環状凹部（溝）を周方向に沿って環状に形成した。
次いで、２本の管部材を１８００℃で焼成し、その管部材の焼成温度よりも低い９００℃で、筒状体を仮焼した。
このように焼成および仮焼された各部材を組み立てる際、２本の管部材の接合部、筒状体により覆われる管部材の周面に、平均粒径８０ｎｍのアルミナ微粒子と純水とを１：１の比率で混練したスラリーを塗布した。
その後、この組み立てられたセラミックス管仮焼体を１８００℃にて大気焼成し、セラミックス管の焼結体を得た。
【００４７】
得られたセラミックス管の焼結体の一方の端部を封止し、他方をリーク測定機に設置し、リーク量を測定した。この結果、リーク量は、０．００５７Ｌｕｓｅｃ（ルーセック）であることが確認され、空気や水等の配管として十分に使用可能であることを確認した。
また、得られたセラミックス管において、筒状体の長手方向における外径の変化は、１２．５ｍｍ〜１２．８ｍｍであり、２．４％のばらつきが生じた。この結果から、本焼成により、管部材の環状凹部に筒状体が食い込んだものと予測された。
また、実際に得られたセラミックス管の焼結体を管軸方向に切断し、管部材の環状凹部の断面を観察した。その結果、管部材の環状凹部に筒状体の内周面が食い込んでいることを確認し、環状凹部の断面積は元の断面積に対し８９．３％〜７６．９％の範囲で減少していた。尚、第一の実施の形態において、図３に示した角度θ２は１６７°であった。
【００４８】
〔実施例２〕
実施例２では、アルミナ原料を用い、外径１２．３ｍｍ、内径１１．３ｍｍ、長さ１００ｍｍの２本の管部材と、外径１３．４ｍｍ、内径１２．４ｍｍ、長さ３０ｍｍの筒状体とを成形した。
また、前記２本の管部材の接合面となる各端部は、軸方向に対し１２°の傾斜を有するように、それぞれ凸状と凹状にテーパー加工を施した。
また、凸状の端部先端から１０ｍｍの位置、凹状の端部先端から８ｍｍの位置に管軸方向の断面が方形の環状凸部（幅０．８ｍｍ、高さ０．３ｍｍ）を周方向に沿って形成した。尚、管部材において、前記環状凸部が形成された部分の外径が１２．３ｍｍであり、それ以外の外径は１２．０ｍｍである。
次いで、２本の管部材を１８００℃で焼成し、その管部材の焼成温度よりも低い９００℃で、筒状体を仮焼した。
このように焼成および仮焼された各部材を組み立てる際、２本の管部材の接合部、筒状体により覆われる管部材の周面に、平均粒径８０ｎｍのアルミナ微粒子と純水とを１：１の比率で混練したスラリーを塗布した。その後、この組み立てられたセラミックス管仮焼体を１８００℃にて大気焼成した。
【００４９】
得られたセラミックス管の焼結体一方の端部を封止し、他方をリーク測定機に設置し、リーク量を測定した。この結果、リーク量は、０．００５３Ｌｕｓｅｃ（ルーセック）であることが確認され、空気や水等の配管として十分に使用可能であることを確認した。
また、得られたセラミックス管の筒状体の長手方向における外径の変化は、１２．５ｍｍ〜１２．９ｍｍであり、３．２％のばらつきが生じた。この結果から、本焼成により、管部材の環状凸部間に筒状体が食い込んでいると予測された。
また、実際に得られたセラミックス管の焼結体を管軸方向に切断し、管部材の環状凹部の断面を観察した。その結果、管部材の環状凸部間に筒状体の内周面が食い込んでいることが確認され、環状凸部間に形成された空間の断面積は元の断面積に対し４．７％〜１１．３％の範囲となり、大きく減少していた。尚、第一の実施の形態において図６に示した角度θ３は１６８°であった。
【００５０】
〔実施例３〕
実施例３では、２本の管部材の接合面となる各端部のテーパー角度（管軸方向に対する傾斜角）を変化させ、リーク量を抑えるために最も適した範囲について検討した。テーパー加工の傾斜角は、１°〜８９°まで２°間隔でサンプルを作成し、それぞれについてリーク量を測定した。その他の条件は、前記実施例１で用いたサンプルと同様に形成した。
その結果、リーク量を抑えるためには、テーパー加工の傾斜角は３°〜８０°が好ましく、組立時のぐらつき等を考慮すると、５〜６０°がより良好な範囲であると確認した。
尚、管軸方向に対するテーパー角度が３°未満のように低い場合、凹状のテーパー加工が困難である上、欠け等の損傷が生じやすく、欠け等の発生はリーク量の抑制にも悪影響が生じるため好ましくないことを確認した。
【００５１】
〔実施例４〕
実施例４では、筒状体により覆われる、端部先端から所定寸法の管部材周面に、軸方向に対して６０°傾斜する、幅０．５ｍｍ、深さ０．２ｍｍの環状凹部を形成した。
その他の条件は、前記実施例１で用いたサンプルと同様に形成し、１８００℃の大気焼成によりセラミックス管の焼結体を得た。
得られたセラミックス管の焼結体に対し、リーク量を測定した結果、０．００６３Ｌｕｓｅｃ（ルーセック）となり、前記環状凹部の形成方向が管軸方向に直交する場合（実施例１）と比較しても、遜色ない結果が得られた。
また、筒状体により覆われる各管部材の周面に、前記環状凹部を周方向に沿って並列に複数形成した場合、或いは、環状凹部をジグザグ状に形成した場合、或いは、環状凹部と環状凸部とを並列に混在させた場合、或いは、環状凸部をジグザグに形成した場合等についてもリーク量を測定したが、その値が劣ることはなかった。
【００５２】
〔実施例５〕
実施例５では、図３に示した角度θ１（環状凹部の入口側角部の管軸方向の断面角度）を変化させ、リーク量を抑えるために最も適した範囲について検討した。角度θ１は、４５°〜１８０°まで１５°間隔でサンプルを作成し、それぞれについてリーク量を測定した。その他の条件は、前記実施例１で用いたサンプルと同様に形成した。
表１に測定の結果得られた角度θ１に対するリーク量と、その判定結果を示す。尚、表中の判定結果において、○は良好、△は可、×は不可を表す。
【００５３】
【表１】
【００５４】
表１に示されるように十分にリーク量を抑制できる角度θ１の範囲は、６０°〜１５０°の範囲であることを確認した。また、それらの角度範囲におけるサンプルの軸方向断面を観察した結果、環状凹部に筒状体が確実に食い込んでいることを確認した。
【００５５】
〔実施例６〕
実施例６では、図３に示した角度θ２（管部材２（３）の外周面と、環状凹部２ｂ（３ｂ）の入口側角部２ｃ（３ｃ）に対する環状突起部５（６）の接線とのなす管軸方向の断面角度）を変化させ、リーク量を抑えるために最も適した範囲について検討した。角度θ２は、９０°〜１８０°まで表２に示す条件で各サンプルを作成し、それぞれについてリーク量を測定した。その他の条件は、前記実施例１で用いたサンプルと同様（θ１＝９０°）に形成した。
表２に測定の結果得られた角度θ２に対するリーク量と、その判定結果を示す。尚、表中の判定結果において、○は良好、△は可、×は不可を表す。
【００５６】
【表２】
【００５７】
表２に示されるように十分にリーク量を抑制できる角度θ２の範囲は、１２０°〜１７８°の範囲であることを確認した。また、それらの角度範囲におけるサンプルの軸方向断面を観察した結果、環状凹部に筒状体が確実に食い込んでいることを確認した。
【００５８】
〔実施例７〕
実施例７では、図６に示した角度θ３（環状凸部１２ｂ（１３ｂ）の頂面と、環状凸部１２ｂ（１３ｂ）の先端側角部１２ｃ（１３ｃ）に対する環状陥没部１５（１６）の接線とのなす管軸方向の断面角度）を変化させ、リーク量を抑えるために最も適した範囲について検討した。角度θ３は、９０°〜１８０°まで表３に示す条件で各サンプルを作成し、それぞれについてリーク量を測定した。その他の条件は、前記実施例２で用いたサンプルと同様に形成した。
表３に測定の結果得られた角度θ３に対するリーク量と、その判定結果を示す。尚、表中の判定結果において、○は良好、△は可、×は不可を表す。
【００５９】
【表３】
【００６０】
表３に示されるように十分にリーク量を抑制できる角度θ３の範囲は、１０５°〜１７５°の範囲であることを確認した。また、それらの角度範囲におけるサンプルの軸方向断面を観察した結果、２つの環状凸部間に筒状体が確実に食い込んでいることを確認した。
【符号の説明】
【００６１】
１ セラミックス管
１ａ 連結部
２ 管部材（第一長尺体）
２ａ 端部
２ｂ 環状凹部（第一の環状凹部）
３ 管部材（第二長尺体）
３ａ 端部
３ｂ 環状凹部（第二の環状凹部）
４ 筒状体
５ 環状突起部（第一の環状突起部）
６ 環状突起部（第二の環状突起部）
１０ セラミックス管
１０ａ 連結部
１２ 管部材（第一長尺体）
１２ａ 端部
１２ｂ 環状凸部（第一の環状凸部）
１３ 管部材（第二長尺体）
１３ａ 端部
１３ｂ 環状凸部（第二の環状凸部）
１４ 筒状体
１５ 環状陥没部（第一の環状陥没部）
１６ 環状陥没部（第二の環状陥没部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックス管及びその製造方法に関し、一つの管状体と、他の管状体または中実棒の端部同士を接合してなるセラミックス管及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からセラミックス管は、例えば特許文献１に記載されているような熱電対保護管、反応炉内にガスを導入するガス導入管等に用いられており、直線状のセラミックス管が一般的に用いられている。
この直線状のセラミックス管は、金型により所定寸法に形成された後、焼成することによって製造することができ、比較的容易に製造することができる。
ところで、例えば金型のサイズ制限を越える長いセラミックス管が必要な場合、従来は、特許文献２に記載されているように複数のセラミックス管を連結していた。
【０００３】
特許文献２に開示されたセラミックス管の接続構造は、図１０に示すように第１及び第２のセラミックス管５０ａ、５０ｂの端部をそれぞれ筒状のスリーブ管５１の内側に挿入して両セラミックス管５０ａ、５０ｂを互いに接続するようになされている。
前記スリーブ管５１は、セラミックス管５０ａ、５０ｂよりも熱膨張率の小さい材料により形成されており、連結されたセラミックス管５０ａ、５０ｂを連続炉において炉心管として用いる際、加熱により膨張したセラミックス管５０ａ、５０ｂがスリーブ管５１により締め付けられ、２本のセラミックス管５０ａ、５０ｂが確実に接続された状態となるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−６７５８２号公報
【特許文献２】特開平１０−１４８４７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前記のように２つのセラミックス管を連結し、得られたセラミックス管を水や空気等の流体用配管として用いる場合、管内部の気密性が保持される必要がある。このため、特許文献２に開示された接続構造にあっては、セラミックス管５０ａ、５０ｂの外周面に対し、スリーブ管５１の内周面全体が均一に密着することが最も望ましい。
しかしながら、セラミックス管５０ａ、５０ｂの外周面にスリーブ管５１の内周面全体を完全に密着させることは困難であり、実際には密着性が不均一となり、気密性が低下する虞があった。
また、２つのセラミックス管の接合面に、セラミックス管と同組成のスラリーを接着剤として用いる方法も考えられるが、気密性を保持するには不十分であり、水や空気等の流体用配管として使用できないという課題があった。
【０００６】
本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、一つの管状体と、他の管状体または中実棒の端部同士を接合してなるセラミックス管及びその製造方法において、確実に接合し、管内部の気密性を保持することのできるセラミックス管及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記した課題を解決するために、本発明に係るセラミックス管は、セラミックスからなる管状の第一長尺体と、前記第一長尺体と同外径に形成されたセラミックスからなる管状または中実棒状の第二長尺体と、前記第一長尺体及び第二長尺体の端部同士が同軸上に連結された状態で、その連結部を含む外周面を覆うセラミックスからなる筒状体とを備え、前記第一長尺体の端部外周面に、周方向に沿って環状に形成されると共に、前記筒状体に覆われる第一の環状凹部が設けられ、前記第二長尺体の端部外周面に、周方向に沿って環状に形成されると共に、前記筒状体に覆われる第二の環状凹部が設けられ、前記筒状体の内周面に、前記第一の環状凹部及び第二の環状凹部に沿ってそれぞれ環状に形成されると共に、前記第一の環状凹部及び第二の環状凹部にそれぞれ嵌合する第一の環状突起部及び第二の環状突起部が設けられていることに特徴を有する。
尚、前記第一の環状突起部及び第二の環状突起部がそれぞれ嵌合する前記第一の環状凹部及び第二の環状凹部の入口側角部において、その管軸方向の断面角度は、６０°〜１５０°の範囲内に形成されていることが望ましい。
また、前記第一の環状凹部及び第二の環状凹部の入口側角部における前記第一の環状突起部及び第二の環状突起部の接線と、前記第一長尺体及び第二長尺体の外周面とのなす角度は、１２０°〜１７８°の範囲内に形成されていることが望ましい。
【０００８】
このように、第一、第二の長尺体の連結部及び第一、第二の環状凹部を覆う筒状体を設け、前記筒状体の内周面に形成された第一、第二の環状突起部が前記第一、第二の環状凹部に嵌合することにより、第一、第二の長尺体同士を高い気密性をもって強固に接合することができる。したがって、このような構成のセラミックス管であれば空気や水等の流体用配管として十分に使用することができる。
【０００９】
或いは、前記した課題を解決するために、本発明に係るセラミックス管は、セラミックスからなる管状の第一長尺体と、前記第一長尺体と同外径に形成されたセラミックスからなる管状または中実棒状の第二長尺体と、前記第一長尺体及び第二長尺体の端部同士が同軸上に連結された状態で、その連結部を含む外周面を覆うセラミックスからなる筒状体とを備え、前記第一長尺体の端部外周面に、周方向に沿って環状に形成されると共に、前記筒状体に覆われる第一の環状凸部が設けられ、前記第二長尺体の端部外周面に、周方向に沿って環状に形成されると共に、前記筒状体に覆われる第二の環状凸部が設けられ、前記筒状体の内周面に、前記第一の環状凸部及び第二の環状凸部に沿ってそれぞれ環状に形成されると共に、前記第一の環状凸部及び第二の環状凸部にそれぞれ嵌合する第一の環状陥没部及び第二の環状陥没部が設けられていることに特徴を有する。
尚、前記第一の環状凸部及び第二の環状凸部の先端側角部における前記第一の環状陥没部及び第二の環状陥没部の接線と、前記第一の環状凸部及び第二の環状凸部の頂面とのなす角度は、１０５°〜１７５°の範囲内に形成されていることが望ましい。
【００１０】
このように、第一、第二の長尺体の連結部及び第一、第二の環状凸部を覆う筒状体を設け、前記筒状体の内周面に形成された第一、第二の環状陥没部が前記第一、第二の環状凸部に嵌合することにより、第一、第二の長尺体同士を高い気密性をもって強固に接合することができる。したがって、このような構成のセラミックス管であれば空気や水等の流体用配管として十分に使用することができる。
【００１１】
また、前記第一長尺体と第二長尺体のいずれか一方の端部は、その外周面が先細りに形成された凸テーパー形状であって、前記凸テーパー形状の端部に接合される他方の長尺体の端部は、その内周面が先端に向かって内径の大きくなる凹テーパー形状であることが望ましい。
尚、前記凸テーパー形状或いは凹テーパー形状に形成された第一長尺体及び第二長尺体の端部において、管軸方向に対する前記端部のテーパー角度は、３°〜８０°の範囲内であることが望ましい。
このように構成することにより、軸合わせが容易且つ確実となるため、第一、第二の長尺体同士の接合性及び気密性を向上することができる。
【００１２】
また、前記した課題を解決するために、本発明に係るセラミックス管の製造方法は、セラミックスからなる管状に形成され、その端部外周面に、周方向に沿って環状に形成された第一の環状凹部を有する第一長尺体と、セラミックスにより前記第一長尺体と同外径に形成され、周方向に沿って環状に形成された第二の環状凹部を有する管状または中実棒状の第二長尺体と、前記第一長尺体及び第二長尺体の外径よりも大きい内径を有するセラミックスからなる筒状体とを形成する成型工程と、前記成形工程によって得られた前記第一長尺体及び第二長尺体を所定の温度で焼成する第一の焼成工程と、前記成型工程によって得られた前記筒状体を仮焼する仮焼工程と、前記第一の焼成工程によって焼結された前記第一長尺体と第二長尺体とを連結した状態で前記仮焼工程によって得られた前記筒状体の仮焼体内に挿通させ、前記筒状体により前記第一長尺体と前記第二長尺体との連結部及び前記第一の環状凹部及び第二の環状凹部が覆われたセラミックス管仮焼体として組み立てる組立工程と、前記組立工程を経たセラミックス管仮焼体を仮焼温度よりも高い温度で焼成する本焼成工程とを含むことに特徴を有する。
【００１３】
このような工程を実行することにより、第一、第二の長尺体の外周面に筒状体の内周面が密着すると共に、第一、第二の長尺体の周面に設けられた第一、第二の環状凹部に、前記筒状体の周面が食い込み、筒状体が第一、第二の長尺体に嵌合する状態とすることができる。
したがって、接合性及び気密性の高いセラミックス管を得ることができ、空気や水等の流体用配管として十分に使用することができる。
【００１４】
或いは、前記した課題を解決するために、本発明に係るセラミックス管の製造方法は、セラミックスからなる管状に形成され、その端部外周面に、周方向に沿って環状に形成された第一の環状凸部を有する第一長尺体と、セラミックスにより前記第一長尺体と同外径に形成され、周方向に沿って環状に形成された第二の環状凸部を有する管状または中実棒状の第二長尺体と、前記第一長尺体及び第二長尺体の外径よりも大きい内径を有するセラミックスからなる筒状体とを形成する成型工程と、前記成形工程によって得られた前記第一長尺体及び第二長尺体を所定の温度で焼成する第一の焼成工程と、前記成型工程によって得られた前記筒状体を仮焼する仮焼工程と、前記第一の焼成工程によって焼結された前記第一長尺体と第二長尺体とを連結した状態で前記仮焼工程によって得られた前記筒状体の仮焼体内に挿通させ、前記筒状体により前記第一長尺体と前記第二長尺体との連結部及び前記第一の環状凸部及び第二の環状凸部が覆われたセラミックス管仮焼体として組み立てる組立工程と、前記組立工程を経たセラミックス管仮焼体を仮焼温度よりも高い温度で焼成する本焼成工程とを含むことに特徴を有する。
【００１５】
このような工程を実行することにより、第一、第二の長尺体の外周面に設けられた第一、第二の環状凸部の間に前記筒状体の周面が食い込み、第一、第二の長尺体の外周面に密着すると共に、筒状体が第一、第二の長尺体に嵌合する状態とすることができる。
したがって、接合性及び気密性の高いセラミックス管を得ることができ、空気や水等の流体用配管として十分に使用することができる。
【００１６】
或いは、前記した課題を解決するために、本発明に係るセラミックス管の製造方法は、セラミックスからなる管状に形成され、その端部外周面に、周方向に沿って環状に形成された第一の環状凹部を有する第一長尺体と、セラミックスにより前記第一長尺体と同外径に形成され、周方向に沿って環状に形成された第二の環状凹部を有する管状または中実棒状の第二長尺体と、前記第一長尺体及び第二長尺体の外径よりも大きい内径を有するセラミックスからなる筒状体とを形成する成型工程と、前記成形工程によって得られた前記第一長尺体及び第二長尺体を所定の温度で仮焼すると共に、前記第一長尺体及び第二長尺体の仮焼温度よりも低い温度で、前記筒状体を仮焼する仮焼工程と、前記仮焼工程によって得られた前記第一長尺体と第二長尺体とを連結した状態で前記筒状体の仮焼体内に挿通させ、前記筒状体により前記第一長尺体と第二長尺体との連結部及び前記第一の環状凹部及び第二の環状凹部が覆われたセラミックス管仮焼体として組み立てる組立工程と、前記組立工程を経たセラミックス管仮焼体を仮焼温度よりも高い温度で焼成する本焼成工程とを含むことに特徴を有する。
【００１７】
このような工程を実行することにより、本焼成工程における、第一、第二の長尺体の収縮率よりも筒状体の収縮率が大きくなる。このため、第一、第二の長尺体の外周面に筒状体の内周面が密着すると共に、第一、第二の長尺体の周面に設けられた第一、第二の環状凹部に、前記筒状体の周面が食い込み、筒状体が第一、第二の長尺体に嵌合する状態とすることができる。
したがって、接合性及び気密性の高いセラミックス管を得ることができ、空気や水等の流体用配管として十分に使用することができる。
【００１８】
或いは、前記した課題を解決するために、本発明に係るセラミックス管の製造方法は、セラミックスからなる管状に形成され、その端部外周面に、周方向に沿って環状に形成された第一の環状凸部を有する第一長尺体と、セラミックスにより前記第一長尺体と同外径に形成され、周方向に沿って環状に形成された第二の環状凸部を有する管状または中実棒状の第二長尺体と、前記第一長尺体及び第二長尺体の外径よりも大きい内径を有するセラミックスからなる筒状体とを形成する成型工程と、前記成形工程によって得られた前記第一長尺体及び第二長尺体を所定の温度で仮焼すると共に、前記第一長尺体及び第二長尺体の仮焼温度よりも低い温度で、前記筒状体を仮焼する仮焼工程と、前記仮焼工程によって得られた前記第一長尺体と第二長尺体とを連結した状態で前記筒状体の仮焼体内に挿通させ、前記筒状体により前記第一長尺体と第二長尺体との連結部及び前記第一の環状凸部及び第二の環状凸部が覆われたセラミックス管仮焼体として組み立てる組立工程と、前記組立工程を経たセラミックス管仮焼体を仮焼温度よりも高い温度で焼成する本焼成工程とを含むことに特徴を有する。
【００１９】
このような工程を実行することにより、本焼成工程における、第一、第二の長尺体の収縮率よりも筒状体の収縮率が大きくなる。このため、第一、第二の長尺体の外周面に設けられた第一、第二の環状凸部の間に前記筒状体の周面が食い込み、第一、第二の長尺体の外周面に密着すると共に、筒状体が第一、第二の長尺体に嵌合する状態とすることができる。
したがって、接合性及び気密性の高いセラミックス管を得ることができ、空気や水等の流体用配管として十分に使用することができる。
【００２０】
また、前記仮焼体の組立工程において、前記第一長尺体と第二長尺体と筒状体との間に、平均粒径１００ｎｍ以下に形成され、前記第一長尺体、第二長尺体、筒状体と同一の組成の粉体を１０％以上含むスラリーを接着剤として用いることが望ましい。
このように接合面等に接着剤を用いることにより接合性及び気密性を向上することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、一つの管状体と、他の管状体または中実棒の端部同士を接合してなるセラミックス管及びその製造方法において、確実に接合し、管内部の気密性を保持することのできるセラミックス管及びその製造方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明のセラミックス管の第一の実施の形態を示す一部破断平面図である。
【図２】図２は、図１のセラミックス管を構成する各部材を組み立て製造する状態を説明するための図である。
【図３】図３は、図１のセラミックス管の一部拡大図（断面図）である。
【図４】図４は、本発明のセラミックス管の第二の実施の形態を示す一部破断平面図である。
【図５】図５は、図４のセラミックス管を構成する各部材を組み立て製造する状態を説明するための図である。
【図６】図６は、図４のセラミックス管の一部拡大図（断面図）である。
【図７】図７は、本発明のセラミックス管の変形例を示す図である。
【図８】図８は、本発明のセラミックス管の変形例を示す図である。
【図９】図９は、本発明のセラミックス管の変形例を示す図である。
【図１０】図１０は、従来のセラミックス管の接続方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明のセラミックス管及びその製造方法に係る実施の形態について、図面に基づき説明する。図１は、本発明のセラミックス管の第一の実施の形態を示す一部破断平面図である。図２は、図１のセラミックス管を構成する各部材を組み立て製造する状態を説明するための図である。図３は、図１のセラミックス管の一部拡大図（断面図）である。
【００２４】
図１のセラミックス管１は、図２（ａ）に示す複数の部材を、図２（ｂ）に示すように組み立てた後、本焼成工程を経て図２（ｃ）に示す焼結体を得ることができる。
即ち、セラミックス管１は、管の軸線に沿って延設された管部材２、３（第一長尺体、第二長尺体）と、それらを１つの管状に確実に接合するための筒状体４とにより構成される。前記管部材２，３及び筒状体４は、それぞれセラミックスにより形成されている。より具体的には、管部材２，３は略同じ内外径を有し、筒状体４の内径は、管部材２，３の外径よりも大きく形成されている。図示するように、管部材２，３の一端部２ａ、３ａ同士が同軸上に突き合わされて連結され、その連結部１ａを含む管の外周面が筒状体４によって覆われている。
【００２５】
管部材２、３には、それぞれ端部２ａ、３ａに近い外周面に、周方向に沿って断面方形の溝である環状凹部２ｂ、３ｂ（第一の環状凹部、第二の環状凹部）が形成されており、本焼成工程での筒状体４の収縮により、図１に示すように、前記環状凹部２ｂ、３ｂに対し筒状体４の周面が変形して食い込んでいる。即ち、焼結体として得られたセラミックス管１においては、前記管部材２，３の環状凹部２ｂ、３ｂに対し、筒状体４の内周面側に環状に突出して形成される環状突起部５、６（第一の環状突起部、第二の環状突起部）が嵌合した状態となされている。
【００２６】
より詳しく説明すると、前記筒状体４の環状突起部５（６）は、管部材２（３）における環状凹部２ｂ（３ｂ）の形成方向（周方向）に沿って連続的に形成されている。図３の管軸方向の断面図に示すように、環状凹部２ｂ（３ｂ）の一対の入口側角部２ｃ（３ｃ）を起点として環状凹部２ｂ（３ｂ）内に筒状体４の内周面が食い込み、環状凹部２ｂ（３ｂ）内に環状突起部５（６）の側面５ａ（６ａ）が形成されている。
【００２７】
尚、環状凹部２ｂ（３ｂ）の入口側角部２ｃ（３ｃ）の断面角度θ１が鋭角すぎると、筒状体４の周面が変形して食い込む際、角部２ｃ（３ｃ）が欠ける虞がある。一方、鈍角すぎると、食い込む筒状体４の周面と接触する面が大きくなり、接合部が不均一となって気密性が低下する虞がある。このため、図３に示す前記角部２ｃ（３ｃ）の管軸方向の断面角度θ１は、６０°≦θ１≦１５０°の範囲内であることが好ましい。
また、高い気密性を得るためには、環状凹部２ｂ（３ｂ）の入口側角部２ｃ（３ｃ）における環状突起部５（６）の接線と、管部材２（３）の外周面とのなす角度θ２（管軸方向の断面角度）は、１２０°≦θ２≦１７８°の範囲内であることが好ましい。
【００２８】
このように本焼成後においては、筒状体４に形成された環状突起部５，６が、それぞれ管部材２，３の環状凹部２ｂ、３ｂに嵌合した状態となされ、これにより２つの管部材２，３は確実に連結し、気密性の高い一つのセラミックス管１が得られる。
【００２９】
本発明に係るセラミックス管の製造方法にあっては、管部材２、３の成形体、筒状体４の成形体を製造し、管部材２，３を焼成（第一の焼成）もしくは仮焼し、管部材２，３の焼成温度もしくは仮焼温度よりも低い温度で、筒状体４の成形体を仮焼する。
尚、管部材２，３、筒状体４の成形体は、一般的なセラミックス成形体を製造する方法によって製造することができる。
一例を挙げれば、平均粒径０．５μｍ（最大粒径２μｍ、最小粒径０．１μｍ）のアルミナ原料粉末１００重量部、イオン交換水２０重量部、分散剤としてポリアクリル酸アンモニウム少量、バインダーとしてポリビニルアルコール１重量部をポットミルにて混合してスラリーを調整する。
【００３０】
得られたスラリーをスプレードライヤーを用いて造粒し、得られた造粒粉をＣＩＰを用い、２トン／ｃｍ2の圧力で、外内径が等しい２本の直線状の管部材の成形体（例えば外径１２ｍｍ、内径１１ｍｍ、長さ１００ｍｍ）を製造する。ここで、２本の管部材の一端部２ａ，３ａの先端から所定寸法（例えば５ｍｍ）の位置には、それぞれ周方向に沿って環状凹部２ｂ、３ｂ（例えば幅０．８ｍｍ、深さ０．３ｍｍ）を設ける。
また、同様にして、得られたスラリーをスプレードライヤーを用いて造粒し、得られた造粒粉をＣＩＰを用い、２トン／ｃｍ2の圧力で、前記管部材の外径よりも大きい内径を有する筒状体の成形体（例えば、外径１３．３ｍｍ、内径１２．３ｍｍ、長さ３０ｍｍ）を製造する。
【００３１】
続いて、前記２本の管部材の成形体を、それぞれ例えば大気中１８００℃〜１９００℃の温度で焼成し、前記筒状体の成形体を、例えば、８００℃〜９００℃で仮焼する。
或いは、前記２本の管部材の成形体を、それぞれ例えば１１００℃〜１２００℃の温度で仮焼し、前記筒状体の成形体を、前記管部材の仮焼温度よりも低い、例えば、８００℃〜９００℃で仮焼する。
そして、得られた管部材２，３の一端部２ａ、３ａ同士を互いに突き合わせ、１本の管状に連結した状態で筒状体４の仮焼体内に挿通させ、筒状体４により、管部材２，３の連結部及び環状凹部２ｂ、３ｂが覆われた状態とし、セラミックス管仮焼体として組み立てる。
このとき、必要があれば精度を向上させるため、管部材２，３の焼結体（もしくは仮焼体）、筒状体４の仮焼体に機械加工を施した上で、組み立ててもよい。
また、この組み立ての際、本焼成において、より確実に接合させると共に気密性を向上させるため、管部材２，３同士の連結部、及び管部材２，３と筒状体４との接合部分に接着剤として、接着される各部材と同材質（同一組成）を１０％以上含む平均粒径１００ｎｍのスラリーを介在させてもよい。
【００３２】
その後、この組み立てられたセラミックス管仮焼体を仮焼温度よりも高い温度、例えば大気中１８００℃で本焼成を行う。
尚、前記のように管部材２，３の仮焼温度よりも低い温度で筒状体４の成形体が仮焼されるため、この本焼成工程においては、筒状体４の収縮量が管部材２，３の収縮量よりも大きくなる。
その結果、筒状体４がより大きく収縮して、その周面が管部材２，３の外周面に密着すると共に環状凹部２ｂ、３ｂに沿って食い込むよう変形する。
したがって、この本焼成後には、筒状体４に形成された環状突起部５，６が管部材２，３の環状凹部２ｂ、３ｂに嵌合した状態のセラミックス管１が得られる。
【００３３】
以上のように本発明に係る第一の実施の形態によれば、焼結体として得られたセラミックス管１において、管部材２，３の環状凹部２ｂ、３ｂに、筒状体４に形成された環状突起部５，６が嵌合し、管部材２，３同士を高い気密性をもって強固に接合することができる。
したがって、接合性及び気密性の高いセラミックス管１を得ることができ、空気や水等の流体用配管として十分に使用することができる。
【００３４】
続いて、本発明のセラミックス管及びその製造方法に係る第二の実施の形態について説明する。図４は、本発明のセラミックス管の第二の実施の形態を示す一部破断平面図である。図５は、図４のセラミックス管を構成する各部材を組み立て製造する状態を説明するための図である。図６は、図４のセラミックス管の一部拡大図（断面図）である。
【００３５】
図４のセラミックス管１０は、図５（ａ）に示す仮焼された複数の部材を、図５（ｂ）に示すように組み立てた後、本焼成を経て図５（ｃ）に示す焼成体を得ることができる。
即ち、セラミックス管１０は、管の軸線に沿って延設された管部材１２、１３（第一長尺体、第二長尺体）と、それらを１つの管状に確実に接合するための筒状体１４とにより構成される。前記管部材１２，１３及び筒状体１４は、それぞれセラミックスにより形成されている。より具体的には、管部材１２，１３は同じ内外径を有し、それらの一端部１２ａ、１３ａ同士が同軸上に突き合わされた連結状態で、その連結部１０ａを含む管の外周面が筒状体１４によって覆われている。
【００３６】
管部材１２、１３には、それぞれ端部１２ａ、１３ａに近い外周面に、管軸方向の断面が方形に突起した環状凸部１２ｂ、１３ｂが周方向に沿って形成されている。このため、筒状体１４の内径は、前記環状凸部１２ｂ、１３ｂの高さを含む管部材１２，１３の外径よりも大きく形成されている。図５（ｂ）に示すように本焼成前において、筒状体１４によって前記環状凸部１２ｂ、１３ｂが覆われるため、本焼成後は、図４に示すように筒状体１４の収縮により、前記管部材１２の環状凸部１２ｂと管部材１３の環状凸部１３ｂとの間に筒状体１４の周面が変形し食い込んだ状態（さらには管部材１２，１３の外周面に筒状体１４の内周面が略密着した状態）となっている。また、管部材１２，１３の環状凸部１２ｂ、１３ｂに筒状体１４の内周面が覆い被さった状態で嵌合している。
【００３７】
即ち、本焼成後の筒状体１４において、管部材１２（１３）の環状凸部１２ｂ（１３ｂ）に接する部位には、図６に示すように管軸方向の断面が環状凸部１２ｂ（１３ｂ）に対し凹状に変形し嵌合する環状陥没部１５（１６）が、周方向に沿って環状に形成されている。
ここで、高い気密性を得るためには、環状凸部１２ｂ（１３ｂ）の先端側角部１２ｃ（１３ｃ）における前記環状陥没部１５（１６）の接線と、前記環状凸部１２ｂ（１３ｂ）の頂面とのなす角度θ３（管軸方向の断面角度）は、１０５°≦θ３≦１７５°の範囲内であることが好ましい。
【００３８】
このように本焼成後においては、管部材１２の環状凸部１２ｂと管部材１３の環状凸部１３ｂとの間に筒状体１４の内周面が食い込み、管部材１２，１３の外周面に密着すると共に、前記環状凸部１２ｂ、１３ｂがそれぞれ筒状体１４の環状陥没部１５，１６に覆われて嵌合状態となる。これにより２つの管部材１２，１３は確実に連結し、気密性の高い一つのセラミックス管１０が得られる。
【００３９】
尚、このセラミックス管１０を製造する場合、前記した第一の実施形態（セラミックス管１）と同様に、管部材１２、１３の成形体、及び筒状体１４の成形体を製造し、管部材１２，１３を焼成もしくは仮焼し、管部材１２，１３の焼成温度もしくは仮焼温度よりも低い温度で、筒状体１４の成形体を仮焼する。
そして、得られた仮焼体を組み立て、仮焼温度よりも高い温度で本焼成を行う。
即ち、この本焼成において、仮焼温度の違いにより、管部材１２、１３よりも筒状体１４が大きく収縮し、管部材１２，１３の環状凸部１２ｂ、１３ｂに筒状体１４の環状陥没部１５，１６がそれぞれ嵌合した状態のセラミックス管１０が得られる。
【００４０】
このように第二の実施の形態によれば、焼結体として得られたセラミックス管１０において、管部材１２，１３の環状凸部１２ｂ、１３ｂに対し、筒状体１４の環状陥没部１５，１６がそれぞれ嵌合した状態となり、管部材１２，１３同士を高い気密性をもって強固に接合することができる。
したがって、接合性及び気密性の高いセラミックス管１０を得ることができ、空気や水等の流体用配管として十分に使用することができる。
【００４１】
尚、前記第一、第二の実施の形態においては、２つの管部材を接合することによりセラミックス管を形成する例を示したが、本発明にあっては、その形態に限定されず、接合する２つの長尺体のうち、少なくともいずれか一方が管部材であればよく、他方は中実棒状であってもよい。
また、前記実施の形態においては、接合する各管部材の周面にそれぞれ１つの環状凹部２ｂ（３ｂ）或いは環状凸部１２ｂ（１３ｂ）を設けたものを示したが、各管部材に２つ以上の環状凹部或いは環状凸部を設け、それらを筒状体で覆うように構成してもよい。
【００４２】
また、前記第一、第二の実施の形態においては、管部材同士の接合面となる端部形状は、管軸に直交する面として示したが、本発明にあっては、その形態に限定されるものではない。
例えば、図７に第一の実施形態の変形例として示すように、一方の管部材２（または管部材３）の端部外周面７を先細りのテーパー形状とし、他方の管部材３（または管部材２）の端部内周面８を、先端に向かって内径が大きくなるテーパー形状としてもよい。
そのように形成することによって、仮焼後の組み立て作業において、管部材２，３を同軸上に連結する作業が容易となり、且つ、管内部の気密性を向上することができる。
【００４３】
また、前記第一、第二の実施の形態においては、管部材の外周面に設けられる環状凹部２ｂ（３ｂ）或いは環状凸部１２ｂ（１３ｂ）は、それらの形成方向が周方向に沿ったものとしたが、本発明にあっては、その形態に限定されるものではない。
例えば、図８に第一の実施形態の変形例として示すように、管部材２，３の外周面に形成される環状凹部２ｂ、３ｂ（或いは環状凸部）を、周方向及び軸方向に対し所定角度傾斜した状態で設けてもよい。
或いは、図９に示すように、管部材２，３の外周面に形成される環状凹部２ｂ、３ｂ（或いは環状凸部）を、管の周方向に沿ってジグザグ状に設けてもよい。
【００４４】
また、前記実施の形態においては、管部材２、３（或いは管部材１２，１３）の外内径が略同一であるものとしたが、本発明のセラミックス管においては、それに限定されるものではない。
例えば、管部材２，３（１２，１３）の外径が略同一であれば、筒状体４（１４）によって確実に管部材同士を結合することができるため、それらの内径が異なっていても構わない。
或いは、管部材２，３（１２，１３）の外径が異なっていても、それら異なる外径に対応する内径を筒状体４（１４）が有していればよく、その場合も管内部の気密性を保持した状態で管部材同士を接合することができる。
【実施例】
【００４５】
本発明に係るセラミックス管及びその製造方法について、実施例に基づきさらに説明する。本実施例では、前記実施の形態に従いセラミックス管を製造し、本発明の効果を検証した。
【００４６】
〔実施例１〕
実施例１では、アルミナ原料を用い、外径１２ｍｍ、内径１１ｍｍ、長さ１００ｍｍの２本の管部材と、外径１３．３ｍｍ、内径１２．３ｍｍ、長さ３０ｍｍの筒状体とを成形した。
尚、前記２本の管部材の接合面となる各端部は、軸方向に対し１２°の傾斜を有するように、それぞれ凸状と凹状にテーパー加工を施した。
また、各管部材において、凸状の端部先端から７ｍｍの位置、凹状の端部先端から５ｍｍの位置に幅０．８ｍｍ、深さ０．３ｍｍの環状凹部（溝）を周方向に沿って環状に形成した。
次いで、２本の管部材を１８００℃で焼成し、その管部材の焼成温度よりも低い９００℃で、筒状体を仮焼した。
このように焼成および仮焼された各部材を組み立てる際、２本の管部材の接合部、筒状体により覆われる管部材の周面に、平均粒径８０ｎｍのアルミナ微粒子と純水とを１：１の比率で混練したスラリーを塗布した。
その後、この組み立てられたセラミックス管仮焼体を１８００℃にて大気焼成し、セラミックス管の焼結体を得た。
【００４７】
得られたセラミックス管の焼結体の一方の端部を封止し、他方をリーク測定機に設置し、リーク量を測定した。この結果、リーク量は、０．００５７Ｌｕｓｅｃ（ルーセック）であることが確認され、空気や水等の配管として十分に使用可能であることを確認した。
また、得られたセラミックス管において、筒状体の長手方向における外径の変化は、１２．５ｍｍ〜１２．８ｍｍであり、２．４％のばらつきが生じた。この結果から、本焼成により、管部材の環状凹部に筒状体が食い込んだものと予測された。
また、実際に得られたセラミックス管の焼結体を管軸方向に切断し、管部材の環状凹部の断面を観察した。その結果、管部材の環状凹部に筒状体の内周面が食い込んでいることを確認し、環状凹部の断面積は元の断面積に対し８９．３％〜７６．９％の範囲で減少していた。尚、第一の実施の形態において、図３に示した角度θ２は１６７°であった。
【００４８】
〔実施例２〕
実施例２では、アルミナ原料を用い、外径１２．３ｍｍ、内径１１．３ｍｍ、長さ１００ｍｍの２本の管部材と、外径１３．４ｍｍ、内径１２．４ｍｍ、長さ３０ｍｍの筒状体とを成形した。
また、前記２本の管部材の接合面となる各端部は、軸方向に対し１２°の傾斜を有するように、それぞれ凸状と凹状にテーパー加工を施した。
また、凸状の端部先端から１０ｍｍの位置、凹状の端部先端から８ｍｍの位置に管軸方向の断面が方形の環状凸部（幅０．８ｍｍ、高さ０．３ｍｍ）を周方向に沿って形成した。尚、管部材において、前記環状凸部が形成された部分の外径が１２．３ｍｍであり、それ以外の外径は１２．０ｍｍである。
次いで、２本の管部材を１８００℃で焼成し、その管部材の焼成温度よりも低い９００℃で、筒状体を仮焼した。
このように焼成および仮焼された各部材を組み立てる際、２本の管部材の接合部、筒状体により覆われる管部材の周面に、平均粒径８０ｎｍのアルミナ微粒子と純水とを１：１の比率で混練したスラリーを塗布した。その後、この組み立てられたセラミックス管仮焼体を１８００℃にて大気焼成した。
【００４９】
得られたセラミックス管の焼結体一方の端部を封止し、他方をリーク測定機に設置し、リーク量を測定した。この結果、リーク量は、０．００５３Ｌｕｓｅｃ（ルーセック）であることが確認され、空気や水等の配管として十分に使用可能であることを確認した。
また、得られたセラミックス管の筒状体の長手方向における外径の変化は、１２．５ｍｍ〜１２．９ｍｍであり、３．２％のばらつきが生じた。この結果から、本焼成により、管部材の環状凸部間に筒状体が食い込んでいると予測された。
また、実際に得られたセラミックス管の焼結体を管軸方向に切断し、管部材の環状凹部の断面を観察した。その結果、管部材の環状凸部間に筒状体の内周面が食い込んでいることが確認され、環状凸部間に形成された空間の断面積は元の断面積に対し４．７％〜１１．３％の範囲となり、大きく減少していた。尚、第一の実施の形態において図６に示した角度θ３は１６８°であった。
【００５０】
〔実施例３〕
実施例３では、２本の管部材の接合面となる各端部のテーパー角度（管軸方向に対する傾斜角）を変化させ、リーク量を抑えるために最も適した範囲について検討した。テーパー加工の傾斜角は、１°〜８９°まで２°間隔でサンプルを作成し、それぞれについてリーク量を測定した。その他の条件は、前記実施例１で用いたサンプルと同様に形成した。
その結果、リーク量を抑えるためには、テーパー加工の傾斜角は３°〜８０°が好ましく、組立時のぐらつき等を考慮すると、５〜６０°がより良好な範囲であると確認した。
尚、管軸方向に対するテーパー角度が３°未満のように低い場合、凹状のテーパー加工が困難である上、欠け等の損傷が生じやすく、欠け等の発生はリーク量の抑制にも悪影響が生じるため好ましくないことを確認した。
【００５１】
〔実施例４〕
実施例４では、筒状体により覆われる、端部先端から所定寸法の管部材周面に、軸方向に対して６０°傾斜する、幅０．５ｍｍ、深さ０．２ｍｍの環状凹部を形成した。
その他の条件は、前記実施例１で用いたサンプルと同様に形成し、１８００℃の大気焼成によりセラミックス管の焼結体を得た。
得られたセラミックス管の焼結体に対し、リーク量を測定した結果、０．００６３Ｌｕｓｅｃ（ルーセック）となり、前記環状凹部の形成方向が管軸方向に直交する場合（実施例１）と比較しても、遜色ない結果が得られた。
また、筒状体により覆われる各管部材の周面に、前記環状凹部を周方向に沿って並列に複数形成した場合、或いは、環状凹部をジグザグ状に形成した場合、或いは、環状凹部と環状凸部とを並列に混在させた場合、或いは、環状凸部をジグザグに形成した場合等についてもリーク量を測定したが、その値が劣ることはなかった。
【００５２】
〔実施例５〕
実施例５では、図３に示した角度θ１（環状凹部の入口側角部の管軸方向の断面角度）を変化させ、リーク量を抑えるために最も適した範囲について検討した。角度θ１は、４５°〜１８０°まで１５°間隔でサンプルを作成し、それぞれについてリーク量を測定した。その他の条件は、前記実施例１で用いたサンプルと同様に形成した。
表１に測定の結果得られた角度θ１に対するリーク量と、その判定結果を示す。尚、表中の判定結果において、○は良好、△は可、×は不可を表す。
【００５３】
【表１】
【００５４】
表１に示されるように十分にリーク量を抑制できる角度θ１の範囲は、６０°〜１５０°の範囲であることを確認した。また、それらの角度範囲におけるサンプルの軸方向断面を観察した結果、環状凹部に筒状体が確実に食い込んでいることを確認した。
【００５５】
〔実施例６〕
実施例６では、図３に示した角度θ２（管部材２（３）の外周面と、環状凹部２ｂ（３ｂ）の入口側角部２ｃ（３ｃ）に対する環状突起部５（６）の接線とのなす管軸方向の断面角度）を変化させ、リーク量を抑えるために最も適した範囲について検討した。角度θ２は、９０°〜１８０°まで表２に示す条件で各サンプルを作成し、それぞれについてリーク量を測定した。その他の条件は、前記実施例１で用いたサンプルと同様（θ１＝９０°）に形成した。
表２に測定の結果得られた角度θ２に対するリーク量と、その判定結果を示す。尚、表中の判定結果において、○は良好、△は可、×は不可を表す。
【００５６】
【表２】
【００５７】
表２に示されるように十分にリーク量を抑制できる角度θ２の範囲は、１２０°〜１７８°の範囲であることを確認した。また、それらの角度範囲におけるサンプルの軸方向断面を観察した結果、環状凹部に筒状体が確実に食い込んでいることを確認した。
【００５８】
〔実施例７〕
実施例７では、図６に示した角度θ３（環状凸部１２ｂ（１３ｂ）の頂面と、環状凸部１２ｂ（１３ｂ）の先端側角部１２ｃ（１３ｃ）に対する環状陥没部１５（１６）の接線とのなす管軸方向の断面角度）を変化させ、リーク量を抑えるために最も適した範囲について検討した。角度θ３は、９０°〜１８０°まで表３に示す条件で各サンプルを作成し、それぞれについてリーク量を測定した。その他の条件は、前記実施例２で用いたサンプルと同様に形成した。
表３に測定の結果得られた角度θ３に対するリーク量と、その判定結果を示す。尚、表中の判定結果において、○は良好、△は可、×は不可を表す。
【００５９】
【表３】
【００６０】
表３に示されるように十分にリーク量を抑制できる角度θ３の範囲は、１０５°〜１７５°の範囲であることを確認した。また、それらの角度範囲におけるサンプルの軸方向断面を観察した結果、２つの環状凸部間に筒状体が確実に食い込んでいることを確認した。
【符号の説明】
【００６１】
１ セラミックス管
１ａ 連結部
２ 管部材（第一長尺体）
２ａ 端部
２ｂ 環状凹部（第一の環状凹部）
３ 管部材（第二長尺体）
３ａ 端部
３ｂ 環状凹部（第二の環状凹部）
４ 筒状体
５ 環状突起部（第一の環状突起部）
６ 環状突起部（第二の環状突起部）
１０ セラミックス管
１０ａ 連結部
１２ 管部材（第一長尺体）
１２ａ 端部
１２ｂ 環状凸部（第一の環状凸部）
１３ 管部材（第二長尺体）
１３ａ 端部
１３ｂ 環状凸部（第二の環状凸部）
１４ 筒状体
１５ 環状陥没部（第一の環状陥没部）
１６ 環状陥没部（第二の環状陥没部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックスからなる管状の第一長尺体と、
前記第一長尺体と同外径に形成されたセラミックスからなる管状または中実棒状の第二長尺体と、
前記第一長尺体及び第二長尺体の端部同士が同軸上に連結された状態で、その連結部を含む外周面を覆うセラミックスからなる筒状体とを備え、
前記第一長尺体の端部外周面に、周方向に沿って環状に形成されると共に、前記筒状体に覆われる第一の環状凹部が設けられ、
前記第二長尺体の端部外周面に、周方向に沿って環状に形成されると共に、前記筒状体に覆われる第二の環状凹部が設けられ、
前記筒状体の内周面に、前記第一の環状凹部及び第二の環状凹部に沿ってそれぞれ環状に形成されると共に、前記第一の環状凹部及び第二の環状凹部にそれぞれ嵌合する第一の環状突起部及び第二の環状突起部が設けられていることを特徴とするセラミックス管。
【請求項２】
前記第一の環状突起部及び第二の環状突起部がそれぞれ嵌合する前記第一の環状凹部及び第二の環状凹部の入口側角部において、その管軸方向の断面角度は、６０°〜１５０°の範囲内に形成されていることを特徴とする請求項１に記載されたセラミックス管。
【請求項３】
前記第一の環状凹部及び第二の環状凹部の入口側角部における前記第一の環状突起部及び第二の環状突起部の接線と、前記第一長尺体及び第二長尺体の外周面とのなす角度は、１２０°〜１７８°の範囲内に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載されたセラミックス管。
【請求項４】
セラミックスからなる管状の第一長尺体と、
前記第一長尺体と同外径に形成されたセラミックスからなる管状または中実棒状の第二長尺体と、
前記第一長尺体及び第二長尺体の端部同士が同軸上に連結された状態で、その連結部を含む外周面を覆うセラミックスからなる筒状体とを備え、
前記第一長尺体の端部外周面に、周方向に沿って環状に形成されると共に、前記筒状体に覆われる第一の環状凸部が設けられ、
前記第二長尺体の端部外周面に、周方向に沿って環状に形成されると共に、前記筒状体に覆われる第二の環状凸部が設けられ、
前記筒状体の内周面に、前記第一の環状凸部及び第二の環状凸部に沿ってそれぞれ環状に形成されると共に、前記第一の環状凸部及び第二の環状凸部にそれぞれ嵌合する第一の環状陥没部及び第二の環状陥没部が設けられていることを特徴とするセラミックス管。
【請求項５】
前記第一の環状凸部及び第二の環状凸部の先端側角部における前記第一の環状陥没部及び第二の環状陥没部の接線と、前記第一の環状凸部及び第二の環状凸部の頂面とのなす角度は、１０５°〜１７５°の範囲内に形成されていることを特徴とする請求項４に記載されたセラミックス管。
【請求項６】
前記第一長尺体と第二長尺体のいずれか一方の端部は、その外周面が先細りに形成された凸テーパー形状であって、
前記凸テーパー形状の端部に接合される他方の長尺体の端部は、その内周面が先端に向かって内径の大きくなる凹テーパー形状であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載されたセラミックス管。
【請求項７】
前記凸テーパー形状或いは凹テーパー形状に形成された第一長尺体及び第二長尺体の端部において、管軸方向に対する前記端部のテーパー角度は、３°〜８０°の範囲内であることを特徴とする請求項６に記載されたセラミックス管。
【請求項８】
セラミックスからなる管状に形成され、その端部外周面に、周方向に沿って環状に形成された第一の環状凹部を有する第一長尺体と、セラミックスにより前記第一長尺体と同外径に形成され、周方向に沿って環状に形成された第二の環状凹部を有する管状または中実棒状の第二長尺体と、前記第一長尺体及び第二長尺体の外径よりも大きい内径を有するセラミックスからなる筒状体とを形成する成型工程と、
前記成形工程によって得られた前記第一長尺体及び第二長尺体を所定の温度で焼成する第一の焼成工程と、
前記成型工程によって得られた前記筒状体を仮焼する仮焼工程と、
前記第一の焼成工程によって焼結された前記第一長尺体と第二長尺体とを連結した状態で前記仮焼工程によって得られた前記筒状体の仮焼体内に挿通させ、前記筒状体により前記第一の長尺体と前記第二の長尺体との連結部及び前記第一の環状凹部及び第二の環状凹部が覆われたセラミックス管仮焼体として組み立てる組立工程と、
前記組立工程を経たセラミックス管仮焼体を仮焼温度よりも高い温度で焼成する本焼成工程とを含むことを特徴とするセラミックス管の製造方法。
【請求項９】
セラミックスからなる管状に形成され、その端部外周面に、周方向に沿って環状に形成された第一の環状凸部を有する第一長尺体と、セラミックスにより前記第一長尺体と同外径に形成され、周方向に沿って環状に形成された第二の環状凹部を有する管状または中実棒状の第二長尺体と、前記第一長尺体及び第二長尺体の外径よりも大きい内径を有するセラミックスからなる筒状体とを形成する成型工程と、
前記成形工程によって得られた前記第一長尺体及び第二長尺体を所定の温度で焼成する第一の焼成工程と、
前記成型工程によって得られた前記筒状体を仮焼する仮焼工程と、
前記第一の焼成工程によって焼結された前記第一長尺体と第二長尺体とを連結した状態で前記仮焼工程によって得られた前記筒状体の仮焼体内に挿通させ、前記筒状体により前記第一の長尺体と前記第二の長尺体との連結部及び前記第一の環状凹部及び第二の環状凹部が覆われたセラミックス管仮焼体として組み立てる組立工程と、
前記組立工程を経たセラミックス管仮焼体を仮焼温度よりも高い温度で焼成する本焼成工程とを含むことを特徴とするセラミックス管の製造方法。
【請求項１０】
セラミックスからなる管状に形成され、その端部外周面に、周方向に沿って環状に形成された第一の環状凹部を有する第一長尺体と、セラミックスにより前記第一長尺体と同外径に形成され、周方向に沿って環状に形成された第二の環状凹部を有する管状または中実棒状の第二長尺体と、前記第一長尺体及び第二長尺体の外径よりも大きい内径を有するセラミックスからなる筒状体とを形成する成型工程と、
前記成形工程によって得られた前記第一長尺体及び第二長尺体を所定の温度で仮焼すると共に、前記第一長尺体及び第二長尺体の仮焼温度よりも低い温度で、前記筒状体を仮焼する仮焼工程と、
前記仮焼工程によって得られた前記第一長尺体と第二長尺体とを連結した状態で前記筒状体の仮焼体内に挿通させ、前記筒状体により前記連結部及び前記第一の環状凹部及び第二の環状凹部が覆われたセラミックス管仮焼体として組み立てる組立工程と、
前記組立工程を経たセラミックス管仮焼体を仮焼温度よりも高い温度で焼成する本焼成工程とを含むことを特徴とするセラミックス管の製造方法。
【請求項１１】
セラミックスからなる管状に形成され、その端部外周面に、周方向に沿って環状に形成された第一の環状凸部を有する第一長尺体と、セラミックスにより前記第一長尺体と同外径に形成され、周方向に沿って環状に形成された第二の環状凸部を有する管状または中実棒状の第二長尺体と、前記第一長尺体及び第二長尺体の外径よりも大きい内径を有するセラミックスからなる筒状体とを形成する成型工程と、
前記成形工程によって得られた前記第一長尺体及び第二長尺体を所定の温度で仮焼すると共に、前記第一長尺体及び第二長尺体の仮焼温度よりも低い温度で、前記筒状体を仮焼する仮焼工程と、
前記仮焼工程によって得られた前記第一長尺体と第二長尺体とを連結した状態で前記筒状体の仮焼体内に挿通させ、前記筒状体により前記連結部及び前記第一の環状凸部及び第二の環状凸部が覆われたセラミックス管仮焼体として組み立てる組立工程と、
前記組立工程を経たセラミックス管仮焼体を仮焼温度よりも高い温度で焼成する本焼成工程とを含むことを特徴とするセラミックス管の製造方法。
【請求項１２】
前記仮焼体の組立工程において、
前記第一長尺体と第二長尺体と筒状体との間に、平均粒径１００ｎｍ以下に形成され、前記第一長尺体、第二長尺体、筒状体と同一の組成の粉体を１０％以上含むスラリーを接着剤として用いることを特徴とする請求項８及至請求項１１のいずれかに記載されたセラミックス管の製造方法。
【請求項１】
セラミックスからなる管状の第一長尺体と、
前記第一長尺体と同外径に形成されたセラミックスからなる管状または中実棒状の第二長尺体と、
前記第一長尺体及び第二長尺体の端部同士が同軸上に連結された状態で、その連結部を含む外周面を覆うセラミックスからなる筒状体とを備え、
前記第一長尺体の端部外周面に、周方向に沿って環状に形成されると共に、前記筒状体に覆われる第一の環状凹部が設けられ、
前記第二長尺体の端部外周面に、周方向に沿って環状に形成されると共に、前記筒状体に覆われる第二の環状凹部が設けられ、
前記筒状体の内周面に、前記第一の環状凹部及び第二の環状凹部に沿ってそれぞれ環状に形成されると共に、前記第一の環状凹部及び第二の環状凹部にそれぞれ嵌合する第一の環状突起部及び第二の環状突起部が設けられていることを特徴とするセラミックス管。
【請求項２】
前記第一の環状突起部及び第二の環状突起部がそれぞれ嵌合する前記第一の環状凹部及び第二の環状凹部の入口側角部において、その管軸方向の断面角度は、６０°〜１５０°の範囲内に形成されていることを特徴とする請求項１に記載されたセラミックス管。
【請求項３】
前記第一の環状凹部及び第二の環状凹部の入口側角部における前記第一の環状突起部及び第二の環状突起部の接線と、前記第一長尺体及び第二長尺体の外周面とのなす角度は、１２０°〜１７８°の範囲内に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載されたセラミックス管。
【請求項４】
セラミックスからなる管状の第一長尺体と、
前記第一長尺体と同外径に形成されたセラミックスからなる管状または中実棒状の第二長尺体と、
前記第一長尺体及び第二長尺体の端部同士が同軸上に連結された状態で、その連結部を含む外周面を覆うセラミックスからなる筒状体とを備え、
前記第一長尺体の端部外周面に、周方向に沿って環状に形成されると共に、前記筒状体に覆われる第一の環状凸部が設けられ、
前記第二長尺体の端部外周面に、周方向に沿って環状に形成されると共に、前記筒状体に覆われる第二の環状凸部が設けられ、
前記筒状体の内周面に、前記第一の環状凸部及び第二の環状凸部に沿ってそれぞれ環状に形成されると共に、前記第一の環状凸部及び第二の環状凸部にそれぞれ嵌合する第一の環状陥没部及び第二の環状陥没部が設けられていることを特徴とするセラミックス管。
【請求項５】
前記第一の環状凸部及び第二の環状凸部の先端側角部における前記第一の環状陥没部及び第二の環状陥没部の接線と、前記第一の環状凸部及び第二の環状凸部の頂面とのなす角度は、１０５°〜１７５°の範囲内に形成されていることを特徴とする請求項４に記載されたセラミックス管。
【請求項６】
前記第一長尺体と第二長尺体のいずれか一方の端部は、その外周面が先細りに形成された凸テーパー形状であって、
前記凸テーパー形状の端部に接合される他方の長尺体の端部は、その内周面が先端に向かって内径の大きくなる凹テーパー形状であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載されたセラミックス管。
【請求項７】
前記凸テーパー形状或いは凹テーパー形状に形成された第一長尺体及び第二長尺体の端部において、管軸方向に対する前記端部のテーパー角度は、３°〜８０°の範囲内であることを特徴とする請求項６に記載されたセラミックス管。
【請求項８】
セラミックスからなる管状に形成され、その端部外周面に、周方向に沿って環状に形成された第一の環状凹部を有する第一長尺体と、セラミックスにより前記第一長尺体と同外径に形成され、周方向に沿って環状に形成された第二の環状凹部を有する管状または中実棒状の第二長尺体と、前記第一長尺体及び第二長尺体の外径よりも大きい内径を有するセラミックスからなる筒状体とを形成する成型工程と、
前記成形工程によって得られた前記第一長尺体及び第二長尺体を所定の温度で焼成する第一の焼成工程と、
前記成型工程によって得られた前記筒状体を仮焼する仮焼工程と、
前記第一の焼成工程によって焼結された前記第一長尺体と第二長尺体とを連結した状態で前記仮焼工程によって得られた前記筒状体の仮焼体内に挿通させ、前記筒状体により前記第一の長尺体と前記第二の長尺体との連結部及び前記第一の環状凹部及び第二の環状凹部が覆われたセラミックス管仮焼体として組み立てる組立工程と、
前記組立工程を経たセラミックス管仮焼体を仮焼温度よりも高い温度で焼成する本焼成工程とを含むことを特徴とするセラミックス管の製造方法。
【請求項９】
セラミックスからなる管状に形成され、その端部外周面に、周方向に沿って環状に形成された第一の環状凸部を有する第一長尺体と、セラミックスにより前記第一長尺体と同外径に形成され、周方向に沿って環状に形成された第二の環状凹部を有する管状または中実棒状の第二長尺体と、前記第一長尺体及び第二長尺体の外径よりも大きい内径を有するセラミックスからなる筒状体とを形成する成型工程と、
前記成形工程によって得られた前記第一長尺体及び第二長尺体を所定の温度で焼成する第一の焼成工程と、
前記成型工程によって得られた前記筒状体を仮焼する仮焼工程と、
前記第一の焼成工程によって焼結された前記第一長尺体と第二長尺体とを連結した状態で前記仮焼工程によって得られた前記筒状体の仮焼体内に挿通させ、前記筒状体により前記第一の長尺体と前記第二の長尺体との連結部及び前記第一の環状凹部及び第二の環状凹部が覆われたセラミックス管仮焼体として組み立てる組立工程と、
前記組立工程を経たセラミックス管仮焼体を仮焼温度よりも高い温度で焼成する本焼成工程とを含むことを特徴とするセラミックス管の製造方法。
【請求項１０】
セラミックスからなる管状に形成され、その端部外周面に、周方向に沿って環状に形成された第一の環状凹部を有する第一長尺体と、セラミックスにより前記第一長尺体と同外径に形成され、周方向に沿って環状に形成された第二の環状凹部を有する管状または中実棒状の第二長尺体と、前記第一長尺体及び第二長尺体の外径よりも大きい内径を有するセラミックスからなる筒状体とを形成する成型工程と、
前記成形工程によって得られた前記第一長尺体及び第二長尺体を所定の温度で仮焼すると共に、前記第一長尺体及び第二長尺体の仮焼温度よりも低い温度で、前記筒状体を仮焼する仮焼工程と、
前記仮焼工程によって得られた前記第一長尺体と第二長尺体とを連結した状態で前記筒状体の仮焼体内に挿通させ、前記筒状体により前記連結部及び前記第一の環状凹部及び第二の環状凹部が覆われたセラミックス管仮焼体として組み立てる組立工程と、
前記組立工程を経たセラミックス管仮焼体を仮焼温度よりも高い温度で焼成する本焼成工程とを含むことを特徴とするセラミックス管の製造方法。
【請求項１１】
セラミックスからなる管状に形成され、その端部外周面に、周方向に沿って環状に形成された第一の環状凸部を有する第一長尺体と、セラミックスにより前記第一長尺体と同外径に形成され、周方向に沿って環状に形成された第二の環状凸部を有する管状または中実棒状の第二長尺体と、前記第一長尺体及び第二長尺体の外径よりも大きい内径を有するセラミックスからなる筒状体とを形成する成型工程と、
前記成形工程によって得られた前記第一長尺体及び第二長尺体を所定の温度で仮焼すると共に、前記第一長尺体及び第二長尺体の仮焼温度よりも低い温度で、前記筒状体を仮焼する仮焼工程と、
前記仮焼工程によって得られた前記第一長尺体と第二長尺体とを連結した状態で前記筒状体の仮焼体内に挿通させ、前記筒状体により前記連結部及び前記第一の環状凸部及び第二の環状凸部が覆われたセラミックス管仮焼体として組み立てる組立工程と、
前記組立工程を経たセラミックス管仮焼体を仮焼温度よりも高い温度で焼成する本焼成工程とを含むことを特徴とするセラミックス管の製造方法。
【請求項１２】
前記仮焼体の組立工程において、
前記第一長尺体と第二長尺体と筒状体との間に、平均粒径１００ｎｍ以下に形成され、前記第一長尺体、第二長尺体、筒状体と同一の組成の粉体を１０％以上含むスラリーを接着剤として用いることを特徴とする請求項８及至請求項１１のいずれかに記載されたセラミックス管の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２８５３２６（Ｐ２０１０−２８５３２６Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４２０５４（Ｐ２００９−１４２０５４）
【出願日】平成２１年６月１５日（２００９．６．１５）
【出願人】（５０７１８２８０７）コバレントマテリアル株式会社 (506)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１５日（２００９．６．１５）
【出願人】（５０７１８２８０７）コバレントマテリアル株式会社 (506)
【Ｆターム（参考）】
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