JP2010127384A - パッキン - Google Patents

Abstract

【課題】管と管との接続部分に配置されるパッキンに着目し、当該パッキンを利用することで、管への設置が容易であり、設置場所を必要とせず、さらに、管に対する種々の管理、例えば、（１）接続部分の緩み（締め付け圧）の管理、（２）管内を流通する気体や液体の漏洩の検知、（３）管の腐食の検知、等を一括して行うことが可能な、新規なセンサー付パッキンを提供すること。
【解決手段】管と管との接続部分に配置される円盤状のパッキンにおいて、圧電センサーを備え付ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、管と管との接続部分に配置されるパッキンに関する。

従来から、管と管との接続部分においては、管内を流通する気体や液体の漏洩を防止するために円盤状のパッキンが配置されている。このようなパッキンは、例えば地中内に配置される埋設管同士の接続部分にも当然に用いられている。

ところで、前記埋設管にあっては、（１）接続部分の緩み（締め付け圧）の管理を始め、（２）埋設管内を流通する気体や液体の漏洩の検知、さらには（３）埋設管の腐食の検知、など、様々な管理（検知）を行う必要があり、前記（２）および（３）の方法については、例えば、特許文献１〜３に開示がされている。
特開平５−２４８９８２号公報 特開２００５−１４８９７５号公報 特開２００５−３５１８８４号公報

しかしながら、上記各特許文献からも分かるように、埋設管に対する様々な管理（検知）は、その目的に応じて別々に行われていたのが通常であり、それぞれ別個独立したセンサーを複数個用意する必要があった。

また、それぞれ別々の管理（検知）のための複数のセンサーを埋設管に設置する場合、センサーの形状や埋設管の埋設位置等によっては、設置が制限されたり、設置が困難だったりする場合も多かった。

さらに、管の接続部分においては、接続部分の緩みはもちろんのこと漏洩等、種々の問題が発生し易い部分であり、従来から当該部分の管理は特に重要視されていた。

本願発明は、このような状況に鑑みなされたものであり、管と管との接続部分に配置されるパッキンに着目し、当該パッキンを利用することで、管への設置が容易であり、設置場所を必要とせず、さらに、管に対する種々の管理、例えば、（１）接続部分の緩み（締め付け圧）の管理、（２）管内を流通する気体や液体の漏洩の検知、（３）管の腐食の検知、等を一括して行うことが可能な、新規なセンサー付パッキンを提供することを主たる課題とする。

上記課題を解決するための本願発明は、管と管との接続部分に配置される円盤状のパッキンであって、圧電センサーが備え付けられていることを特徴とする。

前記発明にあっては、前記圧電センサーが、ジルコン酸チタン酸鉛からなるファイバーを複数本並べ、これを電極ではさみ、樹脂コーティングしてなるＰＺＴ薄膜センサーであってもよい。

また、前記発明にあっては、前記圧電センサーが、パッキン内部に埋め込まれていてもよい。

本願発明のパッキンは、管と管との接続部分に配置される円盤状のパッキンであり、かつ圧電センサーが備え付けられているので、当該圧電センサーにより測定される電圧の変化をモニタリングすることにより、当該接続部分の緩みを管理することができる。また、本願発明のパッキンが配置される「管と管との接続部分」は、いわゆるすきま腐食が最も生じやすい部分の一つであるところ、当該パッキンを用いることにより、腐食が生じた場合に発生するＡＥ（アコースティック・エミッション）信号を腐食箇所の近傍である接続部分で測定可能であり、これにより腐食の活性を検知することができる。さらに、当該「接続部分」は漏洩も生じやすい部分であるところ、当該パッキンを用いることにより、漏洩が生じた際の漏洩音を圧電センサーにより検知することが可能となる。

また、本願発明において、前記圧電センサーを、ジルコン酸チタン酸鉛からなるファイバーを複数本並べ、これを電極ではさみ、樹脂コーティングしてなるＰＺＴ薄膜センサーとすることにより、上記種々の検知を容易に行うことができる。

さらに、圧電センサーをパッキン内部に埋め込むことにより、別個独立したセンサーを管に配置する必要がなく、配管設計の自由度を格段に向上することができる。

また、本願発明のパッキンは、上記種々の管理や検知が困難であった埋設管に特に有用である。

以下、本願発明のパッキンについて図面を用いて具体的に説明する。

図１（ａ）は、本願発明のパッキンの一例の概略正面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すパッキンの概略側面図である。

本願発明のパッキン１０は、管と管との接続部分に配置されるものであり、図１に示すように、全体として円盤状を呈している。通常の場合、図示するようにパッキン１０には複数のボルト貫通用孔１１が設けられている。ここで、パッキン１０の大きさ、厚さ、材質などについては特に限定されることはなく、適宜設計可能である。たとえば大きさについては、接続使用とする管の大きさに合わせることができ、直径数ｃｍ〜数ｍの範囲で設計可能である。また材質については各種ゴムを挙げることができる。

ここで、本願発明のパッキン１０は、圧電センサー２０が備え付けられていることに特徴を有している。

本願発明のパッキン１０にあっては、圧電センサー２０の備え付け方について特に限定されることはない。しかしながら、図１（特に図１（ｂ））に示すように、パッキン内部に埋め込まれていることが好ましい。圧電センサー２０を埋め込むことにより、パッキン１０全体の形状を従来通り（既存のパッキンの形状と同一）とすることができ、これにより現時点で管と管との接続部分に配置されているパッキンを、そのまま本願発明のパッキン１０と交換することができる。

本願発明のパッキン１０によれば、圧電センサー２０によって測定可能な電圧やＡＥ信号により、（１）接続部分の緩み（締め付け圧）の管理、（２）管内を流通する気体や液体の漏洩の検知、（３）管の腐食の検知、など種々の管理や検知が可能であり、従って、当該管理や検知の目的に応じて、圧電センサー２０の設置場所や設置個数を任意に設定可能であるが、例えば、前記（１）接続部分の緩み（締め付け圧）の管理を行う場合においては、管と管とを接続しているボルトに近い部分に当該圧電センサー２０を設置することが好ましく、また、使用されているボルトと同数程度を設置することが好ましい。そうすると、図１に示すように、ボルト貫通用孔１１の近傍に、当該孔１１毎に設置することが好ましい。

また、図１に示すように、複数の圧電センサー２０を設置する場合、それぞれを配線１２で接続するとともに、任意の１つの圧電センサー２０から外部へ接続するための配線１３を設けることが好ましい。

図２は、本願発明のパッキン１０に用いられる圧電センサー２０の構造の一例を示す説明図である。

本願発明のパッキン１０において用いられる圧電センサー２０は、その種類や構造について特に限定されることはなく、上述した作用効果を奏し得、かつパッキンに備え付けることが可能であれば、いかなる圧電センサー２０をも採用可能である。

図２に示す圧電センサー２０は、本願発明のパッキン１０に好ましいものの一例であり、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）からなるファイバー２１を複数本並べ、これを電極２２ではさみ、最後に全体を樹脂２３でコーティング（パウチ）してなるＰＺＴ薄膜センサーである。

このようなＰＺＴ薄膜センサーによれば、ＰＺＴファイバーを薄膜上超音波センサー（ＭＦＣ）として用いることで、ＡＥモニタリングとガイド波探傷を同一センサーで行うことが可能となり、上記（１）接続部分の緩み（締め付け圧）の管理、（２）管内を流通する気体や液体の漏洩の検知、（３）管の腐食の検知、を全て管理および検知可能となる。また、ＰＺＴ薄膜センサーの構造を図２に示すものとすることにより、管長手方向に伸縮可能となり好ましい。

ここで、図示したＰＺＴ薄膜センサーを構成する各部材（ＰＺＴファイバー２１、電極２２、樹脂２３）については、本願発明は特に限定することはなく、従来公知の材料を適宜選択して用いることができる。

ただし、緩み、漏洩から生じるＡＥ信号および腐食から生じるＡＥ信号いずれも管の円周方向に伝達するモード波より長手方向に伝達するモード波の方が検知しやすいため、ＰＺＴファイバー２１および電極２２は、長手方向の伝達モードに感受性の高いセンサー構造にすることが好ましい。感受性の高いセンサーにするためには、純度の高いＰＺＴファイバーを使用するほか、管長手方向に対して垂直になるように設置することが好ましい。また、電極２２を純銅箔などの電導性が高い金属箔で構成し、形状を梯子状にＰＺＴファイバー２２との電気的に接合点を増やす工夫が必要である。

また、ＡＥ信号は弾性波であるため高弾性の材料の方が低弾性の材料よりも伝達が良いため、コーティングするための樹脂２３としては、低弾性の材料である合成ゴムやフッ素ゴムなどの各種ゴム系材料よりも、ポリテトラフルオロエチレン（ポリ四フッ化エチレン）やポリブチレンテレフタレートなどに代表される高弾性の樹脂材料であることが好ましい。このような高弾性の樹脂を用いることにより検知距離を広範囲とすることができる。なお、繊維状に編み込まれた形態の樹脂材料は弾性波の伝達が難しく不適である。また、減衰係数の小さい材料（例えば、ポリスチレン、ポリイミド、アクリル、さらにはナイロンなど）も本発明を構成するための樹脂２３としては不適である。

図３は、本願発明のパッキン１０の使用状態を説明するための説明図である。

図３に示すように、本願発明のパッキン１０は、埋設管の接続部分に用いられることが好ましい。

具体的には、図示するように、向かい合う管の端部にあるフランジ部分Ｆ、Ｆの間において、一端から貫通されるボルトＢと、当該ボルトＢに嵌合するナットＮとによって、管と管との間に挟み込まれるように配置される。このように配置することにより、ボルトＢおよびナットＮが緩んだ際には、本願発明のパッキン１０に設けられている圧電センサー２０により、電圧の変化を察知することができるとともに、当該管と管との接続部分において腐食が発生した場合においても、腐食に起因するＡＥ信号を測定することができ、これにより腐食の活性を検知することができる。さらに、当該接続部分で漏洩が生じた場合においても、漏洩に起因する漏洩音を圧電センサー２０により検知することが可能となる。

なお、圧電センサー２０を用いて、ボルトの緩みの検知、腐食の検知、漏洩の検知等を行う際に必要な種々の装置や配線などは、従来公知の方法を適宜選択して用いればよく、特に限定されることはない。

検知方法の一例としては、コーティング樹脂によるＡＥ信号の減衰は縦波が最も小さいため、当該縦波を検知信号として用いることが好ましく、これにより高感度と高信頼性を確保することができる。

ここで、腐食の発生をＡＥ信号によって検知可能であることは以下の実験により証明できる。

（ＡＥ信号による腐食の検知実験）
２本のステンレス配管をフランジ接合し、フランジ間にＭＦＣを挟みこんだ試験体を用いる。フランジ部に水槽を設置し、６０℃の１０００ｐｐｍ塩化ナトリウムにフランジ部を浸漬する。フランジ部の表面電位をポテンシオスタットで所定の電位に制御して、その際に発生するＡＥ信号をプリアンプを介して解析装置に取り込み、計測する。表面電位としては、すき間腐食が発生する臨界電位であるＥｃｒｅｖ（０ｍＶｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ）を中心により卑な電位（−５００ｍＶ）と貴な電位（２００ｍＶ）に保持した際のＡＥ信号のヒット数を測定した。それぞれの電位で７２時間のうちに発生したＡＥ信号の発生数を表１に示す。ＡＥ信号の発生数はＥｃｒｅｖより卑な電位ではほとんど観察されないのに対して、Ｅｃｒｅｖおよび貴な電位では多くのＡＥ信号の発生が確認された。７２時間試験を実施した後にフランジ部を確認すると卑な電位に保持した試験体のフランジ面にはすき間腐食の発生がないものの、Ｅｃｒｅｖおよび貴な電位に保持したフランジ面にはすき間腐食の発生が認められた。このことよりフランジ部におけるすき間腐食の発生がＡＥ信号によりモニターできることが確認された。

（ａ）は、本願発明のパッキンの一例の概略正面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すパッキンの概略側面図である。 本願発明のパッキン１０に用いられる圧電センサー２０の構造の一例を示す説明図である。 本願発明のパッキン１０の使用状態を説明するための説明図である。

符号の説明

１０…パッキン
１１…ボルト貫通用孔
２０…圧電センサー（ＰＺＴ薄膜センサー）
２１…ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）ファイバー
２２…電極
２３…樹脂

Claims (3)

1. 管と管との接続部分に配置される円盤状のパッキンであって、
   圧電センサーが備え付けられていることを特徴とするパッキン。
2. 前記圧電センサーが、ジルコン酸チタン酸鉛からなるファイバーを複数本並べ、これを電極ではさみ、樹脂コーティングしてなるＰＺＴ薄膜センサーであることを特徴とする請求項１に記載のパッキン。
3. 前記圧電センサーがパッキン内部に埋め込まれていることを特徴とする請求項１または２に記載のパッキン。

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