キャピラリーチューブ種類と用途
キャピラリ・チューブは、内径の狭い細長いチューブで、さまざまな科学、工業、医療用途で重要な役割を果たしている。流体力学、温度測定、クロマトグラフィー、冷凍などの分野で広く使われている。その種類、利点、多様な用途を探ってみよう。
キャピラリーチューブとは？
キャピラリーチューブは、内径が数マイクロメートルから数ミリメートルの薄肉チューブです。用途に応じて、ガラス、ステンレス、プラスチックなどの素材から作られる。その特徴は、毛細管現象（細い管の中で液体が表面張力によって上昇する現象）を示す能力にある。このため、キャピラリーチューブは、液体の移動や少量の液体の測定が必要な用途に有用である。
毛細管現象は、液体とチューブの表面との相互作用によって起こる。液体が狭い空間に引き込まれると、チューブの壁に付着し、液体の表面張力によって重力に逆らって上昇する。この効果は、液体の正確な流れに依存する多くの装置やシステムにおいて極めて重要である。下図は毛細管現象の説明図であり、液体がガラス（≡Si-OH）のような極性表面とどのように相互作用するかを示している。
[1]
利点と利点
- 流体移動の精度：キャピラリーチューブは、液体の動きを細かく制御する必要がある用途に最適です。内径が小さいため、少量の液体を正確に移動させることができる。
- 外部電源不要：キャピラリーチューブの大きな利点のひとつは、表面張力や毛細管現象といった自然の物理的な力によって作動することです。つまり、ポンプやモーターのような外部動力源を必要としません。
- 低コスト：これらのチューブは、特にガラス製のものは比較的安価に製造できる。その低コストは、複雑な機械を必要とせず、精度が求められる多くの産業にとって魅力的なソリューションとなる。
- コンパクト設計：サイズが小さいため、スペースに制約のある用途や、最小限の液体量が必要な用途に最適です。コンパクトなため、小型システムや機器への組み込みが容易です。
- 汎用性：キャピラリ・チューブは、ガラス、ステンレス、プラスチックなどさまざまな材質があり、高温や腐食性の環境を含む幅広い環境での使用に適しています。
キャピラリーチューブの材質
キャピラリーチューブには様々な素材、サイズ、デザインがあり、それぞれが特定の用途に適しています。最も一般的なタイプは以下の通り：
1.ガラス管
ガラス製キャピラリ・チューブは最も一般的に使用されるタイプで、一般的に実験室で使用される。ガラス管は透明で、中の液体の観察が容易である。ガラス管は、実験で液体の動きをモニターする場合など、視認性が重要な用途に最適である。また、化学的に不活性であるため、幅広い化学用途に適しています。
用途温度計などの温度測定や、流体の挙動を調べる実験に使用される。
2.ステンレス鋼毛細管
ステンレス鋼キャピラリーチューブは、耐久性と耐腐食性が重要な、より要求の厳しい産業用途で使用されます。これらのチューブは、高圧システムまたはアグレッシブな化学薬品を含むアプリケーションに最適です。機械的強度が高いため、特に精密さが要求される圧力下での液体の取り扱いに適しています。
用途冷凍システム、油圧システム、医療機器でよく使用される。
3.プラスチックキャピラリーチューブ
ポリカーボネートやテフロンのような素材から作られるプラスチック製キャピラリーチューブは、軽量で化学薬品に強い。柔軟性があり、さまざまな形状に成形できるため、さまざまな用途に適応できる。プラスチックチューブは、コストと重量が重要な要素となる、それほど要求の厳しくない用途でよく使用されます。
用途消費者向け製品、医療機器、各種流体管理システムなどに使用される。
4.バイメタル管
バイメタル・キャピラリー・チューブは、2つの異なる金属で構成され、通常は接着されている。このチューブは、2つの金属が異なる速度で膨張するため、温度感知スイッチとして機能することができ、主に温度感知用途に使用される。
用途サーモスタットや冷凍システムの温度調節に広く使用されている。
キャピラリーチューブの用途
キャピラリーチューブは、科学研究から工業プロセスまで、幅広い産業で採用されている。ここでは、最も注目すべき用途をいくつか紹介する：
1.冷凍システム
冷凍システムでは、膨張弁システムの不可欠なコンポーネントです。キャピラリーは、システムの高圧側から低圧側への冷媒の流れを制御する。冷媒は細いチューブを通過する際に圧力が下がり、膨張して冷やされ、冷却効果が得られる。この用途はエアコンや冷凍装置で一般的である。
2.温度計
毛細管の中に液体（通常は水銀やアルコール）が入っており、温度変化によって膨張・収縮する。温度が上昇すると管内の液体が移動し、正確な温度測定が可能になる。キャピラリー管は、ごくわずかな温度変化でも正確な測定を可能にする。
3.クロマトグラフィー
クロマトグラフィーでは、薄層クロマトグラフィー（TLC）やガスクロマトグラフィー（GC）にキャピラリチューブが使用されます。これらの管は、固定相を通して溶媒を移動させる毛細管現象を利用することで、物質の正確な分離を可能にする。この技術は、サンプルの異なる成分を同定・定量する化学分析に広く使用されている。
4.流体流動研究
キャピラリーチューブは、制御された条件下での流体の挙動を研究するために、実験室でよく使用される。毛細管内で液体がどこまで上昇するかを測定することにより、研究者は表面張力や粘度のような重要な特性を決定することができる。このような研究は、物理学、化学、生物学などの分野で基礎となっている。
5.医療機器
医療用途では、採血管や毛細管採血装置などの機器に使用されている。サイズが小さいため、診断検査に不可欠なごく少量の血液やその他の体液を採取することができる。毛細管は、ある種の医療用体温計にも使用されている。
6.油圧システム
ステンレス製キャピラリーチューブは、高圧環境下で流体の流れを制御する油圧システムに使用されています。これらのチューブは、機械のオイルやその他の流体の流れを調整し、スムーズで効率的な操作を保証する上で非常に重要です。
7.ウィッキングと流体の動き
キャピラリーチューブはウィッキング用途にも使用され、液体が表面を移動するのを助けます。これは特に、ある種の工業プロセスにおける液体の吸収や、毛細管現象が筆記具の先端へのインクの吸引を助けるインク・ペンのような装置の構造において有用である。
結論
キャピラリーチューブは、外部動力を必要とせずに流体の動きを正確に制御することができるため、冷凍システム、温度測定、クロマトグラフィー、医療機器において非常に有用である。
スタンフォード・アドバンスト・マテリアルズ（SAM）は、ステンレス鋼、ニッケル基合金、貴金属など、高純度かつ競争力のある価格のキャピラリーチューブを提供することに長けています。工業用、科学用、医療用を問わず、SAMのキャピラリーチューブは、各顧客の特定のニーズを満たすように設計されています。
参考文献
[1] 毛細管現象.(2024年12月30日）。ウィキペディアで https://en.wikipedia.org/wiki/Capillary_action#
