JPS6316634B2 - - 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、あるいは金属管の中間に介在さ
せて絶縁を確保する目的に使用する中心部に貫通
孔を有する絶縁管継手に関するものである。従来
液体窒素、冷却媒体としてのフロン、等の搬送用
に必要な部品として広く使用されていたが、何れ
も絶縁の対象となる電圧が低いため、絶縁抵抗あ
るいは沿面抵抗に関し、高電圧を対象にした特別
な配慮は、はらわれていなかつた。近時、カナ
ダ、ベエネゼラ国等の地下に埋蔵されている。オ
イルサンド層から、オイルを採取するについて、
２本の電極を地下約500ｍ附近に存在するオイル
サンド層に埋設し、両電極間に電圧を印加し、ジ
ユール熱によりオイルサンド層の温度を上昇さ
せ、含有されているオイル分の粘性を低下させて
オイル分のみを地上に採取するという方法が本格
的に検討されつゝある。

この場合両極間に印加される電圧は一般に4000
〜5000Vの高電圧である。所で、オイルサンド層
の比抵抗より上部の地層の比抵抗の方が低い場合
があるので、地層部に埋設した鋼管とオイルサン
ド層に埋設した電極の間に絶縁管継手を介在させ
る必要がある。もし絶縁管継手がを介在させない
と、電流は地層部にも流れ目的とするオイルサン
ド層に埋設した電極間に集中して、電流が流れな
くなる。そのため絶縁管継手に対する要求が急激
にたかまつた。

上記目的に使用される絶縁管継手に要求される
特性中主なものを挙げると次のようになる。電極
を懸垂保持するので機械的強度が大きいこと、一
端の電極に4000〜5000Vの電圧が印加され他端の
鋼管と絶縁を保持する必要があるので沿面絶縁抵
抗を含め高い耐電圧特性を保持すること、電極間
の通電により温度が上昇するので高温時において
前記機械および電気的特性を保持することは勿論
耐冷熱衝撃特性に富むこと、埋設時に穴壁との接
触が必然的に発生するので機械的衝撃強度が大き
いこと、中央貫通孔が上部の鋼管および電極の内
径と等しく流通抵抗が低いこと、上記条件下にお
いて高度の気密特性を保持すること、および径年
変化がなく長期信頼性を有することならびに上下
の鋼管および電極部と容易に接続されることなど
である。

この種絶縁管継手の場合、二ツの導管の間に絶
縁物を介在させた構造が基本構造になる。上記要
求特性を最も大きく支配すのは、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、温度上昇により各種特
性が急激に低下するという不可避の致命的欠陥が
あるため、現実的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、
ヒビ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、低融点金属であるいは焼嵌め方法により封着
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、
これらもまた現実的には使用不可能である。上記
の各種特性を総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られる絶縁物
のことである。

ガラス、マイカ塑造体を絶縁物とした絶縁管継
手で、従来の要求特性に対し最も理想的なものに
先に本発明者らが提案（特開昭56−147988）した
ものがある。以下第１図イによりその構造を説明
する。

第１図イは、その構造を示す縦断面図で、１は
円筒状の第１管状部材で肩部１−１を介して第１
の管状部材１の外径より内径の大きい外周金具３
を具備している。２は第２の管状部材で、第１の
管状部材１と同寸法の内外径を有している。何れ
も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。上記第１およ
び第２の管状部材１，２は空間部４および４−１
を保持して支えられ、この空間部４および４−１
にガラス、マイカ塑造体からなる絶縁物５が充填
され、第１の管状部材１と第２の管状部材２を完
全に密封固着するとともに絶縁を保持している。
１ａおよび２ａは隣接する器壁または金属管に対
する接続部分で、溶接、ネジ止め等適当な方法で
接続される。この絶縁管継手は、前記の高温時を
含め機械的強度、耐冷熱衝撃強度、機械的衝撃強
度、および気密特性を保持し、かつ貫通孔に凹凸
がなく流通抵抗が低く、径年変化もなく長期信頼
性を保持し理想的なものであるが、高電圧が印加
される状態で使用した場合、耐電圧特性に、沿面
絶縁抵抗特性を含めて、致命的な欠陥がある。以
下この関係を詳述する。

マイカ塑造体を製造するマイカ粉末は剥片形状
をしており一般に剥片の平均粒子径と厚サの比率
は30〜50：１の形状をしている。一方ガラス質粉
末は方向性を有さない微粉末形状である。上記の
混合粉末をガラス質が軟化して流動可能な温度に
加熱し、加熱状態で加圧成形すると、形状が板状
である場合、混合粉末は殆んど移動せずに加圧さ
れる。この時マイカ剥片は、加圧面と平行に配列
し、あたかも積層品のようになる。次に加圧によ
り混合粉末が流動し、間隙部に注入されるような
成形をすると、流動部分は流動方向と平行に配列
し、移動せずに加圧を受ける部分は加圧方向と平
行に配列するようになる。この配列の状態が第１
図ロに示してある。これにより明らかなように
各々位置により配列方向は異なる。即ち、第２の
管状部材２と外周金具３の間の空間部４のガラ
ス、マイカ塑造体は、配列６−２に示すように流
動方向と平行、即ち第２の管状部材２と平行に配
列しており、配列６−１も外周金具３に平行して
いる。配列６−５は、殆んど移動せずに加圧され
ているので加圧面に平行であり、第２の管状部材
２には直角に配列している。また配列６−６は、
殆んど移動が止まつてから加圧を受けるため内周
面に平行に配列している。

次に、マイカ剥片の配列方向と機械的および電
気的特性の関係について説明する。まず機械的強
度であるが、引張り強度に関しては、配列と平行
方向が強く配列と直角方向は極めて弱い。逆に配
列と直角方向は、圧縮には極めて強いが、引張り
に関しては層間剥離を生じ極めて弱い。そのため
成形品の厚サが25mm程度に達すると、単体成形品
の場合には表面部と内部に発生する応力により、
また第１図ロのように金属を接して成形したもの
においては熱膨脹率差により生じた応力により層
間剥離を生ずるようになる。以上のように機械的
強度は配列方向に大きく支配されるものである。
次に電気的特性との関係であるがこれも配列方向
によりその特性は大きく異なる。配列方向と直角
方向については15〜20KV／mmの耐電圧を保持す
るが、逆に平行方向については、密度に大きく支
配され、例えば層間剥離を生じていなくとも、発
生する直前の状態品の場合、極めて低いものであ
る。

絶縁管継手の電気特性であるが第１図ロにおい
て第２の管状部材２と外周金具３の空間部４に介
在する、ガラス、マイカ塑造体は配列６−２に示
すようにマイカ剥片が流動方向、即ち、第２の管
状部材２と平行に配列しているため、耐電圧は極
めて高く全く問題はない。所で配列６−５が第２
の管状部材２に直角に配列しており、耐電圧が低
く、層間を経由して外周金具３に達するので極め
て低い耐電圧しか得られない。次に沿面絶縁抵抗
についてであるが、前述のようにマイカ剥片が層
状に配列した場合、厚い成形品が得られないた
め、配列６−５および６−６は自ずと長サに制約
を受けるようになり、その長サは20〜25mmが限度
である。表面が汚染されるような使用条件下で
は、沿面絶縁抵抗が極端に低下する。

上記説明で明らかなように従来の絶縁管継手で
は高電圧が印加される用途には使用出来ないこと
になる。

本発明者らは、高電圧が印加される条件下、例
えば前記のオイルサンド採取用の絶縁管継手とし
て使用可能なものを得る可く、マイカ剥片の配列
方向と電気特性の関係等を基本的に究明するとと
もに、その構造を根本的に検討し、製造方法を併
せ考え目的を果し得るものを得ることに成功し
た。

以下その内容を第２図に従い説明する。第２図
イは成形完了後の状態およびマイカ剥片の配列状
態を、第２図ロは機械加工を完了した製品の構造
を示す縦断面図である。理解を容易にするため先
に製造方法を第３図により説明する。第３図イは
加圧成形直前の状態を、第３図ロは加圧成形完了
後の状態を示す縦断面図である。図中１は円筒状
の第１の管状部材で、一端に外周金具３に対面す
る円筒状の内周壁１−１と、その先端部に外径が
内周壁１−１と等しく内径が大きい隔壁１−２を
有し、なお内周壁１−１の内周部に第２の管状部
材２を保持するための輪状の支持部１−３を保持
する。２は第２の管状部材で、第１の管状部材１
と同寸法の円筒形状品でその一端に第１の管状部
材１の内周壁１−１、および隔壁１−２と同寸法
の内周壁２−１および隔壁２−２と第１の管状部
材１の内周壁１−１の内径に嵌合する外径を有す
る補助壁２−３を保持する。３は外周金具で円筒
形状品で内径は内周壁１−１，２−１の外径より
大きく空間部４を保持するようになつている両端
に第１および第２の管状部材１，２に空間部４を
保持し得る保護壁３−１を有している。上記３部
品からなる金具が使用される。なお材質は従来品
と同様600℃程度の加熱に耐える金属であればよ
く鉄、ステンレス等は好適に使用される。

成形は第３図に示す枠７、分割構造で上部に原
料室８−１を有する壁部８、支持金９および加圧
金１０以上４部品で構成された成形型を使用す
る。成形型中、枠７、壁部８、および支持金９を
第３図イに示すように組立て、加圧金１０は粗立
てず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および外周金具３も各々処定温
度に加熱し、先ず第１の管状部材１を支持金９の
内部に挿填し、次に外周金具３を支持金９上に載
置し、次に第２の管状部材２を第１の管状部材１
の支持部１−３上に載置する。最後に処定温度に
加熱した原料粉末の予備成形体１１を原料室８−
１に挿填する。この時の状態が第３図イに示して
ある。次に加圧金１０により予備成形体１１を加
圧する。予備成形体１１は流動して第１、第２の
管状部材１，２および外周金具３が構成する空間
部４を充填するとともに原料室８−１に一部が残
存し絶縁物５を構成する。この時の状態が第３図
ロに示してある。処定温度に冷却した後成形型を
分解して成形品を取り出す成形品が第２図イに示
してある。機械加工を施し第２図ロに示してある
製品に仕上げる。

上記成形に使用した予備成形体１１は、マイカ
粉末（剥片）とガラス質粉末の混合粉末を原料と
し、水分を加えて湿潤状態にし、別の成形型（図
示せず）により原料室８−１に充填できる形状に
冷間加圧により成形し乾燥して水分を除去して構
成したものである。

上記方法で成形した成形品の絶縁物であるガラ
ス、マイカ塑造体のマイカ剥片の配列状態である
が第２図イに示すように上部絶縁物５−１は原料
粉末が殆んど移動することなく加圧成形されてい
るのでマイカ剥片は加圧面と平行に配列されてい
る。外周絶縁物５−２および封着絶縁物５−３、
すなわち第１および第２の管状部材と第３の管状
部材との空〓部の絶縁物は原料粉末が加圧を受け
た初期段階で流動し、殆んど流動が完了した時点
で最終的に加圧を受けるようになるのでマイカ剥
片は第１および第２の管状部材１，２および外周
金具３の壁面に平行して配列されている。内周絶
縁物５−４も原料粉末が流動して充填されている
のでマイカ剥片は隔壁１−２，２−２の壁面およ
び補助壁２−３の空間部は各壁面に平行に配列し
ている。補助壁２−３の中央部は移動が少いので
壁面に直角あるいは傾斜して配列している。上記
のように隔壁１−２，２−２はマイカ剥片の配列
方向を大きく支配しており、これがない場合には
内周絶縁物５−４の殆んどが補助壁２−３に直角
に配列するようになる。

次に保護壁３−１は外周金具３の支持に必要で
あると同時に金具の加熱温度よりも低い温度に加
熱されている成形型の壁部８に流動中の予備成形
体１１が接触して温度が低下し流動抵抗が増加す
ることを避けるのに有用な役目を果す。また上部
絶縁物５−１の外径を外周金具３の外径より事更
に大きくしているのは、流動速度を早くすること
が目的である。流動速度が早い程、マイカ剥片は
流動方向に平行して配列しやすくなる。また流動
中の予備成形体１１が温度が低い壁面に接する時
間が短く温度が低下することも少なく流動性が良
好なためマイカ剥片が整然と配列し、壁面に平行
に配列するようになる。同時に成形品の密度が高
くなるので、機械的および電気的強度も向上する
ようになり成形上極めて有用である。

上記成形品は第２図ロに示すように機械加工に
より製品に仕上げられる。この整品の場合封着絶
縁物５−３が第１および第２の管状部材１，２と
外周金具３の間では各壁面と平行に配列してお
り、また第１および第２の管状部材１，２の間は
隔壁１−２，２−２を包囲するように配列してい
るので、電圧は常にマイカ剥片に直角に印加され
るので、耐電圧特性に関しては全く問題はない。
次に沿面絶縁特性であるが、内周面の沿面絶縁特
性は、内周絶縁物５−４がマイカ剥片が内周面に
平行して配列されているので亀裂が発生すること
がなく、しかもその長サについては外周に位置す
る金属部分が隔壁２−２で連続した一体物でない
ため、内周絶縁物５−４に加わる応力集中が少な
く従来の構造品に比し、長いものを構成すること
が可能で従来品の致命的な欠陥であつた長いもの
が構成出来ないということは排除された。また外
周面の沿面絶縁特性については外周絶縁物５−２
が外周金具３の両端に構成されており、しかも、
マイカ剥片の配列が第１および第２の管状部材
１，２と平行に配列されており各々が従来品に比
し長いものの構成が可能であるため、全沿面長は
内面絶縁長と同様従来品の欠陥は完全に排除され
た。

次に、機械的強度とくに第１の管状部材１と第
２の管状部材２の引張り強サが極端に大きいもの
を必要とする場合の製品の構造の実施例を第４図
および第５図により説明する。先ず第４図の場
合、第１および第２の管状部材１，２の内周壁１
−１，２−１の外周に勾配面を有するものを、ま
た外周金具の両端３−２に上記内周壁１−１，２
−１と平行する勾配面を有するものを使用する。
内周壁１−１，２−１の最大径は外周金具の両端
３−２の最小径より細く構成しておくと、成形は
第２図に示した構造品と全く同様の工程により実
施可能である。この構造品の場合、第１および第
２の管状部材１，２に加わつた引張り力は、内周
壁１−１，２−１の勾配面と外周金具の両端３−
２の勾配面の間に封着絶縁物５−３を介して加わ
ることになるので、その強度は大きく向上する。

次に第５図の場合、第１および第２の管状部材
の内周壁１−１，２−１ならびに外周金具３の両
端に螺子１−４，２−４および３−３を設けた金
具を使用する。成形は第５図イに示すように螺子
を貫通させて組立てておき、一体品として成形型
内に挿填する。その他は第２図に示したものと同
じ工程により成形可能である。この構造品の場
合、第１および第２の管状部材１，２間に加わつ
た引張り力は、第１および第２の管状部材１，２
の螺子１−４および２−４と外周金具の螺子３−
３の対面部分の間に封着絶縁物５−３を介して加
わることになる。ガラス、マイカ塑造体は、前述
のようにマイカ剥片に直角方向の圧縮強さは極め
て大きくかつ一般的な絶縁物と同様圧縮強度は極
めて大きいのでその強度は大きく向上する。

上記実施例になる絶縁管継手におけるマイカ剥
片の配列は第４図イおよび第５図イに示すよう
に、第２図イに示すものと殆んど類似の状態を示
し、また製品については第４図ロおよび第５図ロ
に示す様に内周絶縁物５−４および外周絶縁物５
−２が第２図ロに示すように構成されているので
電気特性に関しては沿面絶縁抵抗特性を含め全く
同等の特性値を保持する。

本発明になる絶縁管継手は、従来品が保持して
いた機械的特性、機械的および耐冷熱衝撃強度、
気密特性、貫通孔に凹凸がなく流通抵抗が低く径
年変化もなく長期信頼性についてこれを完全に確
保するとともに、従来品の致命的な欠陥であつた
耐電圧特性、沿面絶縁抵抗特性は完全に除去さ
れ、高い特性値を保持している。そのため従来品
では使用出来なかつた高電圧が印加される条件下
で何等の支障なく使用出来、例えば前述のように
4000〜5000Vの回路に挿入して絶縁特性を保持す
る必要のあるオイルサンド加熱用の電極部と鋼管
の絶縁管継手に有効に使用出来るようになり、そ
の技術的および実用的効果は極めて大きい。

なお、金具の構造を変更し、管状部材に加わる
引張り力を絶縁物に対する圧縮強サに変え機械的
強度を向上させたことを副次的効果として極めて
大きいものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の絶縁管継手の構成を示す縦断面
図で第１図イはその構造を、第１図ロはマイカ剥
片の配列状態を示す。第２図は、本発明になる絶
縁管継手の構成を示す縦断面図で、第２図イは成
形完了後の形態およびマイカ剥片の配列状態を、
第２図ロは製品の構造を示す。第３図は、本発明
になる絶縁管継手の成形方法を示す縦断面図で、
第３図イは加圧成形直前の状態を、第３図ロは加
圧成形完了後の状態を示す。第４図、第５図は本
発明になる絶縁管継手の他の実施例の構成を示す
縦断面図で、第４図イおよび第５図イはそれぞれ
成形完了後の形態およびマイカ剥片の配列状態
を、第４図ロおよび第５図ロは製品の構造を示
す。 図中１は第１の管状部材、２は第２の管状部
材、１−１，２−１は筒体としての内周壁、１−
２，２−２は隔壁、１−４，２−４は螺子、３は
第３の管状部材としての外周金具、３−１は保護
壁、３−３は螺子、４は空間部、５は絶縁物、６
はマイカ剥片の配列、７は枠、８は壁部、９は支
持金、１０は加圧金、１１は予備成形体である。
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 同等の内外径寸法を有する円筒体と、この円
   筒体に連結して内径寸法がこの円筒体と同等の筒
   体と、この筒体に連結してこの筒体より内径寸法
   が大きくかつ外径寸法が同等もしくは小さい円筒
   状の隔壁とよりなる第１および第２の管状部材、
   これらの管状部材の外径寸法より大きい内径寸法
   を有する円筒体よりなる第３の管状部材、上記第
   １および第２の管状部材を同軸上に各隔壁を間隔
   をもつて対向させて保持しその外周部に第３の管
   状部材を配設して、上記第１および第２の管状部
   材の間隔部、上記第１および第２の管状部材と上
   記第３の管状部材との空〓部ならびに上記第１お
   よび第２の管状部材の外周部に第３の管状部材に
   接して配設され密封々止する円筒状の絶縁物を備
   えると共に、上記絶縁物がガラス質粉末およびマ
   イカ剥片からなるガラス・マイカ塑造体であり、
   かつこのガラス・マイカ塑造体に含まれているマ
   イカ剥片が第１および第２の管状部材の接触面と
   並行になるように配列されていることを特徴とす
   る絶縁管継手。 ２ 第１および第２の管状部材の筒体がその外側
   面に隔壁側を底部とする円錐形状の勾配面を有
   し、第３の管状部材がその内側面に両端をそれぞ
   れ底面とする逆円錐形状の勾配面を有し、上記第
   １および第２の管状部材を同軸上に各隔壁を間隔
   をもつて対向させて保持しその外周部に第３の管
   状部材の勾配面が上記第１および第２の管状部材
   の勾配面と対面するように配設したことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の絶縁管継手。 ３ 第１および第２の管状部材の筒体がその外側
   面に螺子を有しかつこの螺子の隣接部に螺子の谷
   径より外径寸法が小さく、かつ螺子長より長い寸
   法の円筒部を保持しており、第３の管状部材が上
   記螺子に螺合する螺子を両端に有しかつ内径寸法
   がこの螺子の内径より大きく、上記第１および第
   ２の管状部材の螺子を第３の管状部材の螺子に貫
   通させて配設したことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の絶縁管継手。