JPS6134037B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えば金属製気密容器の壁面を貫通
して取付けたり、あるいは金属管の途中に介在さ
せる、中央部に貫通孔を有する絶縁継手の製造方
法に関し、例えば、液体窒素あるいは液体ヘリウ
ム等、低温液体を使用する冷却装置などに、絶縁
を保持して低温液体を流通するのに好適に使用さ
れる絶縁継手の製造方法に関するものである。

上記目的に使用される絶縁継手に要求される特
性中主なものと挙げると次のようになる。気密特
性が良好であること、耐冷熱衝撃特性に富み、温
度の急激な上昇下降の反復により気密特性が低下
しないこと、機械的衝激強度が大きいこと、およ
び径年変化がなく長期信頼性を有することなどで
ある。これらは当然要求される基本的特性であ
り、このほか、実際に使用する場合には器壁への
取付あるいは金属管との接続が容易であること、
一定流通量に対して外形寸法が小形であること、
および価格が低廉であることなどが切実に要求さ
れる。

この種絶縁継手の場合、二つの導管の間に絶縁
物を介在させた構造が基本構造になる。この場合
特性を最も大きく支配するのは絶縁物である。以
下この絶縁物について説明する。絶縁物に有機材
料を使用した場合には、温度が高くなつたり、あ
るいは上昇下降の反復にあうと、材料自体の特性
の径年変化により、気密特性が劣化するという致
命的な欠陥があるため現実には使用不可能であ
る。次にガラス質を使用した場合には温度の急変
によりひび割れを発生すること、あるいは機械的
衝撃強度が低いという欠陥があり、また磁器材料
を使用し、低融点金属で封着した場合もガラス質
の場合と同様熱的および機械的衝撃強度が低いと
いう致命的な欠陥があり、これらまた現実には使
用不可能である。上記の各種特性を綜合して最も
優れたものに次に詳細に説明するガラスマイカ塑
造体よりなる絶縁物がある。

ガラスマイカ塑造体とは、ガラス質の粉末とマ
イカの粉末の混合物を原料とし、この原料粉末を
ガラス質が軟化して加圧により流動する温度に加
熱し、加熱状態で加圧成形して得る絶縁物のこと
である。

ガラスマイカ塑造体を絶縁物とした絶縁継手の
従来例を第１図により説明する。第１図は構造を
示す縦断面図で、第１図において１は円筒状の第
１の管状部材、２は円筒状の第２の管状部材で
600℃程度の加熱に耐える金属からなり、鉄、ス
テンレス等が好適に使用される。１ａ，２ａは器
壁または導管等に対する接続部分で溶接、ネジ止
メ等適当な方法で接続される。３はガラスマイカ
塑造体からなる絶縁物で、４の空隙部を充満し、
第１の管状部材１と第２管状部材２を完全に密封
固着している。この絶縁継手は、気密特性、冷熱
および機械的衝撃強度および径年変化に対する信
頼性等要求される基本的特性は完全にこれを保持
しているが、器壁への取付けあるいは金属管との
接続が極めて困難であること、製造上の不可避の
条件により構造自体に大きな制約を受けることに
もなり、価格が高価であること、および液体媒体
の流通について大きな抵抗があることなど不可避
の欠陥がある。これらについて以下説明する内容
の理解を容易にするため説明に先立ち従来の製造
方法の概略を第２図に従い説明する。

第２図は従来品の成形状態を示す縦断面図で、
第２図ａ（左半分）は加圧成形直前の状態を、第
２図ｂ（右半分）は加圧成形完了後の状態を示す
ものである。第２図において１，２，３および４
は第１図と同一部分である。５は例えば２分割構
造の割壁、６は枠、７は支持金で、上部に第２の
管状部材２を中心部に保持するための保持部７ａ
と内部絶縁部３ａを構成するための空間部７ｂを
有している。８は補助金で外周が第２の管状部材
２と同等になつており、外周を同一面に保持する
ための保持部８ａを有している。９は加圧金で補
助金８および第２の管状部材２を貫通し得る貫通
孔９ａを有する。

以上５部品で構成された成形型を使用する。１
０は予備成形体で絶縁物３の原料であるガラス質
粉末とマイカ粉末の混合粉末に水分を加え湿潤状
態とし、予め別の成形型（図示せず）により中央
に貫通孔１０ａを有する円筒形状品に成形し、乾
燥して水分を除去したものである。

成形は第２図ａに示すように割壁５、枠６およ
び支持金７を組立て、組立てない状態の補助金８
および加圧金９とともに所定温度に加熱する。第
１の管状部材１、第２の管状部材２および予備成
形体１０をそれぞれ所定温度に加熱する。加熱が
完了すると、先ず第１の管状部材１を割壁５と支
持金７の空間部に挿填する。次に第２の管状部材
２を支持金７の上に載置する。次に第２の管状部
材２の上に補助金８を載置し、最後に予備成形体
１０を第１の管状部材１の上に載置するこの時の
状態が第２図ａに示してある。挿填が完了すると
加圧金９を予備成形体１０の上に載置し、加圧成
形機を用いて加圧金９を加圧する。予備成形体１
０は流動して空隙部４を充填するとともに内部絶
縁部３ａおよび外部絶縁部３ｂを構成する。この
時の状態が第２図ｂに示してある。予備成形体１
０が流動すると、第２の管状部材２の底面に矢印
１１に示す部分に浮上圧が発生し、第２の管状部
材２が浮上する現象が発生する。この粉上を防止
するために加圧金９の加圧に先立ち補助金８に浮
上圧よりも大きな圧力を加えて浮上を防止する処
置を必要とする。加圧成形の工程が完了すると成
形品を所定温度に冷却し、成形型を分解して成形
品を取り出す。

成形品は、第２の管状部材２の中央の貫通孔２
ｂの径が細いので、この部分に機械加工を施して
第１図に示す構造の製品にする。

さて、上記の方法により製造した従来品は、気
密特性、耐冷熱および機械衝撃特性ならびに冷熱
の反復による気密特性の劣化が無いこと等要求さ
れる基本特性は十分これを保持するが、第１の管
状部材１と第２の管状部材２の外径および内径が
本質的に異なるので、器壁への取付け、とくに金
属管の中間に使用して絶縁機能を得るような使用
条件下においては接続が極めて困難になる。また
処置を構じて接続しても内径の相違は流通抵抗の
増加に連らなる。これを避けるためには事更に大
きい絶縁継手を使用せざるを得ないことになり、
装置自体が大形化し、価格面を含めて実際に使用
する場合には不可避の大きな欠陥である。

次に製造に関連する問題点であるが、加圧成形
時、第２図ｂに矢印１２に示す部分に強力な外圧
が加わる。そのため第２の管状部材２の肉厚が薄
いと変形を生じ成形不能になる。そのため肉厚の
厚い材料を使用せざるを得ず成形完了後機械加工
により貫通孔２ｂの径を太くする必要がある。そ
のため第２の管状部材２の長サは自ずと制約され
ることになる。以上のような製造面にも構造およ
び価格に直接関連する不可避の欠陥がある。

本発明者らは上記従来品が保持する優れた特性
に関しては完全にこれを保持させ、第１の管状部
材１と第２の管状部材の形状寸法の相違に起因す
る通流抵抗の増加および接続の困難性ならびに装
置の大形化などの欠陥、その他製造時の問題点等
を完全に除去した絶縁継手の製造方法を得るべく
に種々研究を重ねた結果満足した製品を得ること
に成功した。

次にその構造と製造方法について説明する。

本発明の製造方法により得られた構造の代表的
な例を第３図に示す。図において、１は第１の管
状部材で、筒体１ｂに肩部１３ａを介して外周金
具１３を設けている。２は第２の管状部材で、第
１の管状部材１の筒体１ｂと同一の内外径を有
し、その下部に切欠部２ｂを有する。３は絶縁物
でガラスマイカ塑造体である。

次に第４図に従い本発明の代表的な製造方法を
説明する。

第４図ａ，ｂは成形状態を示す縦断面図で、第
４図ａ（左半分）は加圧成形直前の状態を第４図
ｂ（右半分）は加圧成形完了後の状態を示す。第
４図ｃは側圧具１５の上面図である。

図中割壁５、成形枠６および加圧金９は第２図
に示す従来品と同じ構造である。１４は保持台で
外周径は第１の管状部材１の筒体１ｂ及び第２の
管状部材の内径と嵌合するようになつており、絶
縁材の内部成形型の役目をする。１５は側圧具で
外径が第２の管状部材２の内径と等しく中心部に
円錐状の貫通孔１５ａと間隙部１５ｂを有する４
分割構造になつている。１６は支持台で、中央部
に第１の管状部材１を内包し得る貫通孔１６ａを
有し、第１の管状部材１の外周金具１３を肩部１
３ａで支持し得る構造になつている。そして成形
枠６、割壁５及び支持台１６で外部成形型を構成
する。１７は加圧具で下部が円錐形状になつてお
り、側圧具１５の貫通孔１５ａと嵌合するように
なつており全長は成形完了後の第２の管状部材の
端面２ａと同一面となるようになつている。１８
は固定台で外径は第２の管状部材２の内径より太
くなつている。側圧具１５、加圧具１７及び固定
台１８で、第２の管状部材の内周面の押圧手段
を、構成する以上８部品５，６，９，１４，１
５，１６，１７，１８で構成された成形金型を使
用する。

第１の管状部材１と第２の管状部材２を準備す
るこれらの金具の材料は、特に限定されないが、
例えば鉄、ステンレスなど高温強度が鉄程度のも
のであればいずれでもよい。又成形金型も同様な
材料でよい。予備成形体１０はガラス質の粉末と
マイカ粉末の混合粉末を別の押型（図示せず）を
使用して常温で加圧て一定形状に成形したもので
ある。

実際の絶縁継手の製造例を工程に従い詳細に説
明する。

先ず予備成形体１０の作成であるがガラス質に
はPb_p：1.0，B₂O₃：0.4，SiO₂：0.4，AlF₃：0.2
のモル比組成品を200メツシユに粉砕したガラス
質粉末55W％、合成金弗素マイカの粉末60〜200
メツシユ品45W％を混合し、水5W％を加えて湿
潤状態にしたものを原料とし、65grを秤取し、別
の成形型（図示せず）を使用し、冷間加圧成形に
より内径35mmφ外径45mmφ高さ35mmの円筒を作成
し、120℃の乾燥器中に２時間保持し、水分を除
去し、作成を完了した。

次に第１の管状部材１については内径26mmφ、
外径34mmφ長サ35mmのステンレスのパイプに、厚
さ５mm、外周48mmφの円板で中心に26mmφの孔を
有するステンレスの肩部１３ａを介し、内径40mm
φ、外径48mmφ長サ30mmのステンレスのパイプを
溶接したものを、また第２の管状部材には内径26
mmφ、外径34mmφ長サ70mmのステンレスのパイプ
で一端の外周に3cの切欠部２ｂを設けたものを使
用した。

成形型中、保持台１４と支持台１６を枠６によ
り組立てた割壁５内に内包させ、側圧具１５、加
圧具１７、固定台１８、および加圧金９は組立て
ずに各々300℃に加熱する。第１の管状部材１お
よび第２の管状部材２は550℃に、また予備成形
体１０は600℃にそれぞれ加熱する。それぞれの
加熱が完了すると、先ず第１の管状部材１を保持
台１４と支持台１６の間隙部に挿入し、支持台１
６上に肩部１３ａで支持させて載置する。この時
先端１ａは空間に位置している。

次に第２の管状部材２を、切欠部２ｂを下側に
して、第１の管状部材１の肩部１３ａ上に載置す
る。次に側圧具１５を保持台１４上に載置し、次
に加圧具１７を側圧具１５の円錐孔に収納する。
次に予備成形体１０を第１の管状部材１の外周金
具１３上に載置する。次に固定台１８を加圧具１
７上に載置し、加圧成形機を用いて固定台１８を
全圧力5tonで加圧する。この時の状態が第４図ａ
に示してある。

次に加圧金９を予備成形体１０の上に載置し、
加圧成形機により加圧金９を全圧力12tonで加圧
する。この時の状態が第４図ｂに示してある。加
圧を受けた予備成形体１０は第２の管状部材２と
外周金具１３の間隙部４を通過して下方向に流動
する、この時切欠部２ｂに加わわつた圧力は浮上
圧となり、第２の管状部材２は上方向に移動させ
る。上端面２ａが固定台１８に接した時点で停止
し、予備成形体１０は、第４図ｂに示すように、
空間部を完全に充填した後加圧力を受けてガラ
ス・マイカ塑造体からなる絶縁物３を構成する絶
縁物３の温度が300℃に達するまで冷却する。冷
却後成形型を分解し、成形品を取り出し、成形を
完了する。

上記の製造例において成形に直接関係する事項
について説明する。

予備成形体１０の加圧に先立ち、加圧具１７を
加圧するのは、この加圧により側圧具１５に半径
方向に対する圧力を発生させ、第２の管状部材２
に内圧をもたせ、予備成形体１０の加圧時に矢印
１２に発生する圧力により、第２の管状部材２が
変形することを防ぐためである。なお従来の製造
方法ではこの変形を防ぐためにその内厚が厚いも
のを使用し、成形後機械加工により肉厚を薄くし
て製品にしていた。

次に第２の管状部材２の下端に切欠部２ｂを設
けておくのは、予備成形体１０の加圧時に第２の
管状部材２を浮上させることが目的である。この
浮上がない場合には、第１の管状部材１と第２の
管状部材２の間に内側に存在する絶縁部３ａの構
成が極めて困難になる。上記切欠部２ｂがないと
きは、加圧成形前に第２の管状部材２を第１の管
状部材に接することなく間隙を持たせて保持させ
る必要があるので、前述の方法は有効な方法であ
る。

次に固定座１８の外径を第２の管状部材２の内
径より大きくしておくのは、浮上時の停止線で、
位置決めが目的である。この方法により内側の絶
縁部の距離を常に均等に確保できるようになる。
なお、上述の製造例では固定座１８の外側を加圧
金９が摺動して移動するので、その内径よりも細
くしておくことが必須条件になる。またこの製造
例においては予備成形体１０を構成するガラス質
に鉛系のガラスを用いた場合について説明した
が、成分的には何らこれに限定されるものではな
く、例えば市販の無鉛系鉄器琺瑯用釉薬等を使用
してもよい。また使用マイカ粉末についてはガラ
ス質と混合共存して600℃程度以上の温度に加熱
するので、この温度で分解するものは使用出来な
い。即ち天然マイは使用不能で、合成マイカに限
定され、合成金弗素マイカは最適である。

次に成形型、管状部材、および予備成形体の加
熱温度の関係であるが、成形型の温度は原料ガラ
スの転位温度に密接に関係する。即ち転位温度よ
りも高過ぎる場合には加圧成形時に絶縁物が成形
型に密着し離型が困難になる恐れがあり、低過ぎ
ると、低密度部分を形成する恐れがあり、転位温
度より僅かに低く保持することが望ましい。なお
脱圧分解時の温度は転位温度より低いことが必須
条件になるので、この点も考慮して温度設定をす
ることが肝要である。第１及び第２の管状部材の
温度であるが、後述する予備成形体の加熱温度と
密接に関係する。ガラス質の転位温度より高い温
度であれば低密度部分を形成する恐れはないが、
予備成形体の温度より余り低い時には予備成形体
の温度を低下させ、その粘度を上昇させることに
なるので、その流動性が悪くなり均一な充填が困
難になる。また余りにも高過ぎると、金具自体の
機械的強度が低下し、変形の危険性があらわれる
ので好ましくなく、実際には予備成形体の加熱温
度より僅かに低くすることが望ましい。次に予備
成形体の温度であるが、本質的には使用するガラ
ス質の軟化温度に直接関係し、鉄器琺瑯釉を使用
する場合には、その含有比率とも関係するが、一
般に琺瑯焼成温度が大体の標準になり、800℃〜
850℃℃になることもある。

次にマイカ粉末とガラス粉末の配合比である
が、特性および成形条件に関連し、重要な要因で
ある。ガラス質の配合比が増加すると、加圧成形
時の流動性が良好になり成形が容易になるが、反
面特性中機械的強度が低下したり、ヒビ割を生じ
たり、あるいは成形型と密着して離型が困難にな
ることがあり、減少すると均一な成形が困難にな
るなどの傾向が現われ、実際には容量比にして30
〜50％範囲が最適である。

なお、本発明の製造例の説明では割壁および枠
を使用した成形型を使用し、電気炉で成形型を加
熱する成形法を対象にしたが、実際に大量生産す
る場合には、中央に固定盤を有し、上部および下
部に駆動部を有する加圧成形機を使用して、成形
型部品をそれぞれ固定し、併設した加熱装置で加
熱し、連続成形を実施することが可能で同等特性
品をより安価に生産することが可能である。

本発明の製造方法による絶縁継手は気密特性、
冷熱および機械的衝撃強度、および径年変化に対
する信頼性等、要求される基本特性を完全に保持
し作ら、従来品の最大の欠陥であつた。管状部材
の形状すなわち第１の管状部材の筒体と第２の管
状部材の内外径寸法が異なることに起因する接続
の困難性、管状部材の内径寸法の差による流通抵
抗の増加、これを避けるために事更に大きいもの
を使用することの無駄、これにともなう装置自体
の大形化による価格の高謄などは完全に除去され
た。又側圧具を使用する成形方法の発明により、
肉厚の薄い管状部材を使用した成形が可能にな
り、従来品の成形完了後の機械加工を不必要とな
つた。

上記のように本発明においては同一寸法の管状
部材が使用可能であり、しかも肉厚の薄いものも
使用可能で価格面を含め、その実用効果は極めて
大きい。

なお本発明にあたつては、液体媒体を絶縁流通
させることに有用であると述べたが用途は決して
液体媒体に限定されるのではなく、高圧の気体あ
るいは高温の液体気体等を絶縁して流通される用
途にも広く使用されることは云うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の絶縁継手の構造を示す縦断面
図、第２図は従来の絶縁継手の製造方法を示す縦
断面図で、第２図ａは加圧成形直前の状態を、第
２図ｂは加圧成形完了後の状態を示す。第３図は
本発明の製造法による絶縁継手の構造を示す縦断
面図、第４図ａ，ｂは本発明になる絶縁継手の製
造法の一実施例を示す縦断面図で、第４図ａは加
圧成形直前の状態を、第４図ｂは加圧成形完了後
の状態を示す。第４図ｃは側圧具１５の構造を示
す上面図である。 図中１は、第１の管状部材、１ｂは筒体、２は
第２の管状部材、３は絶縁物、４は間隙部、５は
割壁、６は成形枠、７は支持金、８は補助金、９
は加圧金、１０は予備成形体、１１は浮上圧の発
生方向を示す矢印、１２は締付圧力の発生方向を
示す矢印、１３は外周金具、１４は保持台、もし
くは内部成形型、１５は側圧具、１６は支持台、
１７は加圧具、１８は固定台、５，６，１６は外
部成形型、１５，１７，１８は押圧手段である。
なお図中同一符号は同一もしくは相当部分を示
す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 筒体の一端部に、この筒体の外径寸法より大
   きい内径寸法を有する外周金具を備えた第１の管
   状部材、この第１の管状部材の筒体の内外径寸法
   と同じ内外径寸法を有する第２の管状部材、第１
   の管状部材と第２の管状部材の間に充填する絶縁
   材の圧入成形用外部成形型、第１の管状部材と第
   ２の管状部材にまたがつて挿填する、上記絶縁材
   の成形用内部成形型、及び上記絶縁材の圧入成形
   時に第２の管状部材の内周面に圧力を加える押圧
   手段を使用し、加熱された上記内外部成形型間に
   加熱された第１の管状部材を配置する工程、加熱
   された第２の管状部材の一端部を第１の管状部材
   の外周金具内に挿入すると共に上記内部成形型が
   第２の管状部材に挿填されるように第２の管状部
   材を配置する工程、第２の管状部材の内周面に上
   記押圧手段で圧力を加えながら第１の管状部材と
   第２の管状部材の間に加熱された絶縁材を圧入し
   成形する工程を施す絶縁継手の製造方法。 ２ 成形用外部成形型は、成形枠と、この枠内に
   収納し中央部に貫通孔を有する分割構造の割壁
   と、上記貫通孔に挿填し第１の管状部材の外周金
   具を支持する支持台とを備えている特許請求の範
   囲第１項記載の絶縁継手の製造方法。 ３ 押圧手段は、第２の管状部材に挿填する、分
   割構造で中央部に円錐状孔を有する側圧具と、上
   記側圧具の円錐状孔と嵌合し、上記側圧具を拡大
   させ得る円錐形状端を有し第２の管状部材に挿入
   する加圧具とを備えている特許請求の範囲第１項
   又は第２項記載の絶縁継手の製造方法。 ４ 押圧手段は、加圧具に圧力を加える、外周径
   寸法が第２の管状部材の内径寸法より大きい固定
   台を備えている特許請求の範囲第３項記載の絶縁
   継手の製造方法。 ５ 絶縁材を圧入し成形する工程としては所定形
   状に成形され、加圧力を受けることにより第１の
   管状部材と第２の管状部材の間に流動し、第１及
   び第２の管状部材を密封固着すると共に、第１及
   び第２の管状部材の内部及び外部におけるこれら
   管状部材相互の沿面絶縁距離を保持する絶縁材を
   形成すべき加熱された予備成形体を成形用外部成
   形型に収容し、加圧するようにした特許請求の範
   囲第１項〜第４項のいずれかに記載の絶縁継手の
   製造方法。 ６ 第１の管状部材の外周金具内に挿入する第２
   の管状部材の先端部に全周に切欠部を設け、絶縁
   材の圧入により、第１の管状部材と第２の管状部
   材との間隔を、第２の管状部材が押圧手段の固定
   台に当つて止るまで拡げるようにした特許請求の
   範囲第５項記載の絶縁継手の製造方法。