JPS6364679B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、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、絶縁性と気（水）密性を確保する目的に
使用する中心部に貫通孔を有する絶縁管継手、特
に、広い範囲での温度上昇および下降が繰り返さ
れるような場合においても、高度の絶縁性と気密
性を維持できる絶縁管継手に関するものである。

［従来の技術］ 従来、気体や液体を輸送する配管の継手は、
種々用いられてきたが、輸送されるものとしては
冷却媒体としてのフロン等を初め、何れも使用条
件下における温度変化の範囲が狭いものであり、
過酷な条件での使用を想定したものはほとんど検
討されていなかつた。

ところで、近年、石油資源の高騰にともない、
カナダ、ベネゼエ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分を採取することが本
格的に開発されつつある。このオイルサンドは地
下約500ｍの地底に厚さ約50ｍの層をなして存在
するが、このオイルは粘度が高く、常温で汲み上
げて採取することが出来ないため、現在、オイル
サンド層に加熱水蒸気を注入して、オイル分の温
度を上昇させ、その粘度を低下させて汲み上げる
方法が取られている。

しかし、より効率よく、より安価に生産するた
めに、地中に埋設した鋼管の先端部でオイルサン
ド層に位置する所に電極部を設けた採油管２本を
約50ｍの間隔で設置し、両電極管に約4000Vの電
圧を印加し、ジユール熱によりオイルサンド層の
温度を上昇させオイルの粘度を低下させて採油す
る方法が本格的に検討されつつある。ここで、オ
イルサンド層の比抵抗が上部地層の比抵抗より高
い（実際には約10倍）ため、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高度の
電気絶縁性を有する絶縁管継手を介在させる必要
があり、もし絶縁管継手を介在させないと電流は
地層部を流れ、目的とするオイルサンド層に埋設
した電極間には電流が流れなくなつてしまう。

以上のようなことから、絶縁管継手の性能に対
する要求が急激に高まつているが、上記のような
目的に使用する絶縁管継手が具備しなくてはなら
ない特性を挙げると次のようになる。

１ 機械的強度が大きいこと。電極を懸垂保持す
るので、とくに引張り強度が大きいことが必要
である。また、オイルサンド層に埋設する際、
先端に電極を懸垂して、鋼管に接続して埋設穴
に沈められるが、この際穴壁に接触することが
あり、この接触により破損しない機械的衝撃強
度を保持することが求められる。

２ 4000Vの電圧に耐え、完全な絶縁を保持し得
ること。沿面絶縁抵抗を含め優れた耐電圧特性
を有することが要求される。

３ 電極部は約300℃の温度になるが、この条件
下で気（水）密性、上記の機械的強度および電
気的特性を保持すること。

４ 耐冷熱衝撃特性に富むこと。

５ 上記の基本特性の他、流通抵抗が低く、鋼管
および電極部との接続が容易であること、さら
に、設計的には、中央貫通孔が上部の鋼管およ
び電極部の内径と等しい寸法を有し、ならびに
外径寸法が出来る限り細くでき、埋設穴に事更
に太い径を必要としないこと等が要求される。

電気絶縁性を具備するこの種絶縁管継手の場
合、２本の導通性のある管状部材の間に絶縁物を
介在させ密封々止することが基本構造であるが、
上述したような特性を確保するにあたつては、絶
縁物を介して接続される管状部材の材質および構
造の他、絶縁物自体の選択が重要である。絶縁物
として、先ず有機材料であるが、使用条件が300
℃程度の高温の場合、変質あるいは軟化現象があ
るので本質的に、その使用は不可能である。次に
無機材料であるが、使用条件が常温の場合にはガ
ラス質および磁器質材料が好ましく使用されてい
るが、300℃の温度条件下の使用では、温度変化
によりヒビ割れを発生するなど熱衝撃強度が低
く、また機械的衝撃強度についても本質的に弱い
ためその使用は全く不可能である。こうした中
で、上記の要求特性を総合的に判断して最も優れ
ており使用の可能性があるものとしては、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
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。

このガラス、マイカ塑造体を絶縁物とした絶縁
管継手で、機械強度、気密性等について非常に優
れた特性を有するものに先に本発明者らが提案し
たものがある。以下、第１図により説明する。第
１図イは成形品の状態を、第１図ロは製品の構造
を示す縦断面図である。この絶縁管継手は常温の
使用条件下では、気（水）密特性、機械的強度、
耐冷熱および機械衝撃強度および電機的特性につ
いて十分満足できる特性を保持し、かつ貫通孔に
凹凸がなく流通抵抗も低く理想的なものである。

その製造方法を第２図に従い説明する。第２図
イは製造時における加圧成形直前の状態を、第２
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、第１の
筒体部１ａの一端に肩部１−１を介して該第１の
筒体部１ａの外径より大きい内径の第２の筒体部
３が一体に形成されており、成形時に後述する第
２の管状部材を２を保持するための輪状の保持台
１−２を肩部１−１の内周に具備している。第２
の管状部材２は、その外径が前記第１の管状部材
１の第２の筒体部３の内径より小さく、一端に前
記第１の管状部材１の保持台１−２に嵌合される
支持部２−２を有している。なお、保持台１−２
および支持部２−２は加圧成形終了後に機械加工
によつて除去されるものである。

ここで、絶縁物５の原料は、転移温度が360℃
より高いガラスの粉末と合成含弗素金マイカの粉
末の混合粉末を使用しており、この混合粉末に水
分を加えて湿潤状態にし、別の成形型（図示せ
ず）を用い冷間加圧成形により適当な大きさに成
形し、乾燥して水分を除去した予備成形体６とさ
れる。

加圧成形のための成形型は、分割構造をなして
おり、第１の管状部材１の肩部１−１を支持する
支持金９と、第１の管状部材１の第２の筒体部３
の外側に配置される壁部８と、該壁部８のさらに
外側に配置される枠７と、前記絶縁物の予備成形
体６を第２の管状部材２、第２の筒体部３および
成形型の壁部８に囲まれた空間部４，４−１に加
圧挿填するための加圧金１０から構成されてい
る。

成形するに際しては、成形型のうち、枠７、壁
部８および支持金９を第２図イに示すように組立
て、加圧金１０は組立てずに各成形型を所定温度
に設定し、第１および第２の管状部材１，２およ
び予備成形体６も予めそれぞれ所定温度に加熱す
る。ここで、予備成形体６はガラスの組成により
異なるが加圧により十分流動し得るように800℃
〜900℃に加熱される。また、第１および第２の
管状部材１，２は600℃〜650℃に加熱され、成形
型は予備成形体６を構成する原料ガラスの転位温
度より100℃〜150℃高い温度、例えば転位温度が
360℃の場合460℃〜510℃に加熱しておく。

加熱が完了した後、先ず第１の管状部材１を支
持金９上に、次に第２の管状部材２を第１の管状
部材１に具備された保持台１−２上に、最後に予
備成形体６を第２の筒体部３上端部に載置する。
この時の状態が第２図イに示してある。装填が完
了した後、加圧金１０を予備成形体６上に載置
し、加圧成形機により予備形体６を加圧し、空間
部４，４−１に圧入する。予備成形体６は一部が
第２の筒体部３上端部に残り絶縁物５を構成す
る。加圧は原料ガラスの転位温度まで継続する。
この時の状態を第２図ロに示す。

次に絶縁物５の温度がガラス質転位温度に達し
た後、加圧をやめ成形品を分解して第１図イに示
される成形品を取り出す。これに機械加工を施す
ことにより、成形後不要となつた保持台１−２お
よび支持部２−２を機械加工によつて除去し、第
１図ロに示される製品が形成される。

ここにおいて、絶縁管継手の気（水）密特性に
最も顕著に影響するのは第１および第２の管状部
材、ならびに絶縁物であるガラス、マイカ塑造体
の熱膨張率（この場合は熱収縮率になるが一般的
な熱膨張率と表示する。）の関係である。常温に
おいて、最も高度の気（水）密特性を保持するも
のについて、以下に説明する。例えば、第２の管
状部材２に熱膨張率11×10^-6の鉄材を、絶縁物５
にガラスの転位温度以下の熱膨張率が12×10^-6の
ガラス、マイカ塑造体を、また第２の筒体部３に
熱膨張率18×10^-6のステンレスを使用する。ガラ
ス、マイカ塑造体はガラス質の転位温度より高い
温度領域では流動可能であると同時に極端に大き
い熱膨張率を有するが、成形時転位温度まで、加
圧が継続されているため、転位温度に達した時点
では第２の管状部材２と第２の筒体部３の空間部
４，４−１には空隙がなく絶縁物５が充填されて
いる。転位温度から常温に到る間の各構成部材の
熱収縮状態は熱膨張率の大きいもの程大きく収縮
するので、第２の筒体部３の収縮が最大で、その
内周部にある絶縁物５を圧縮するようになり、そ
の間に締付圧力が発生する。さらに、絶縁物５は
その内側にある第２の管状部材２を圧縮し、同様
の締付圧力が発生する。このため絶縁物５の内外
周面には空隙が存在し得なくなり、極めて高度の
気（水）密特性を保持するようになる。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、上記のような絶縁継手は常温におい
ては、優れた気（水）密特性を有するが、絶縁継
手の温度が300℃近くまで上昇すると各部分が熱
膨張し、第２の筒体部３の熱膨張率が絶縁物５の
熱膨張率が大きいので、300℃程度の高温では締
付力が消滅し、その接触面に空隙部が発生するよ
うになる。また、絶縁物５と第２の管状部材２の
間にも上記と同じ現象が現われる。この現象によ
り、上記のような従来の絶縁継手においては300
℃程度まで温度が上昇する場合は、気（水）密特
性は必然的に低下し、これは不可避の致命的な欠
陥である。

この発明は、かかる点に鑑みてなされたもので
あり、常温のみならず、広い範囲での温度の上
昇、下降を伴うような使用条件下においても、高
度の気（水）密特性を維持できる絶縁管継手を提
供することを目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ この発明においては、第１の筒体部と該第１の
筒体部の一端部に肩部を介して一体に形成された
前記第１の筒体部の外径より大きい内径の第２の
筒体部を有した金属製の第１の管状部材と、前記
第２の筒体部の内径より小さい外径を有して該第
２の筒体部内に挿入され、かつ第２の筒体部の熱
膨張率より小さい熱膨張率を有する金属製の第２
の管状部材と、前記第１の筒体部と対向する前記
第２の管状部材の一端部に嵌合され、前記第２の
筒体部の熱膨張率より大きい熱膨張率を有し、外
径が前記第２の筒体部の内径より小さい金属製の
第３の管状部材と、前記第１の管状部材と、前記
第２および第３の管状部材の間の間隙に充填さ
れ、該第１の管状部材と第２および第３の管状部
材とを気（水）密に固着する所定の耐熱性を有し
た絶縁物とを備えたことにより上記の問題点を解
決したものである。

［作用］ この発明における各部材の熱膨張率の関係は、
第２の管状部材＜第２の筒体部＜第３の管状部材
の関係にある。このため、温度上昇時にあつては
第３の管状部材とその外側にある第２の筒体部の
間に締付け圧を生じ、高度の気（水）密性が確保
される。

一方、温度下降時にあつては、熱膨張率が第２
の管状部材＜第２の筒体部の関係にあることから
第２の筒体部の収縮率の方が大きく、第２の筒体
部から該第２の筒体部に挿入されている第２の管
状部材に向けて締付け圧が生じ、この場合にも高
度の気（水）密性が維持される。

このように、本発明にかかる絶縁管継手におい
ては、温度上昇時に気（水）密性を保持する箇所
と、高温から常温に戻る際に気（水）密性を保持
する箇所を別に設けているので、広い範囲で温度
の上昇下降が繰り返されても常に高い気（水）密
性が確保される。

［実施例］ 以下第３図に示すこの発明の実施例について説
明する。第３図イは成形完了後の状態を、第３図
ロは機械加工を完了した製品の構造を示す断面図
である。第１の管状部材１は第１図ロに示す従来
品と同様、第１の筒体部１ａに肩部１−１を介し
て第２の筒体部３が一体に形成されており、該第
２の筒体部３は鋼材で構成されている。第２の管
状部材２はその外径が第２の筒体部３の内径より
小さく、第２の筒体部３内に挿入されるが、挿入
された部分の先端部約1/2の部分に前記第２の管
状部材２の材料より熱膨張率の大きい材料で構成
された第３の管状部材１３が嵌合されている。こ
の実施例では第２の管状部材２には熱膨張率11×
10^-6の鋼材を、第２の筒体部３には熱膨張率13×
10^-6の鋼材を、第３の管状部材１３には18×10^-6
のステンレス鋼材を使用している。また、第３の
管状部材１３はその肉厚が第２の管状部材２と近
似しており、第２の管状部材２の内周部に肉薄の
管状部２−３を残し、その外周に嵌合して配設さ
れ、その上端部で第２の管状部材２と気（水）密
的に接合部１３−１により接合されている。

また、絶縁物５は転位温度360℃、転位温度以
下の熱膨張率12×10^-6のガラス、マイカ塑造体で
形成されており、成形は第１図に示す従来品と同
様に第２図に示すような方法で行なわれ、成形後
機械加工により不要部分を除去して第３図ロに示
す製品に仕上げられる。

本発明になる上記実施例で得た絶縁管継手は使
用条件が300℃程度の温度に上昇しても、また温
度の上昇下降の反覆にあつても高度の気（水）密
特性をを保持する。以下その理由について説明す
る。

先ず300℃の温度において気（水）密特性を保
持する絶縁管継手を得る場合には、絶縁物を構成
するガラス、マイカ塑造体の原料ガラスに転位温
度が360℃以上のものを使用することは必須の条
件である。仭製品の常温における気（水）密特性
は従来品と同様に第２の管状部材２が第２の筒体
部３と対面する部分で確保されている。

一方、温度が上昇し、熱膨張率が大きい第２の
筒体部３が膨張すると、第２の管状部材２と絶縁
物５を介して対面する部分の気（水）密特性は低
下する。しかし、第２の管状部材に嵌合されてい
る第３の管状部材１３は、第２の筒体部３より大
きい膨張率のステンレス鋼が使用されているの
で、膨張量が大きく外周部の絶縁物５を圧縮する
ようになり、絶縁物５はその外周部にある第２の
筒体部３の内周面を加圧するようになる。そのた
め第３の管状部材１３を介在させた部分では絶縁
物５の内周外周の界面に空隙が発生し得なくな
る。云いかえると温度が上昇するに従い、第３の
管状部材１３は外側に向つて締付圧力が発生する
ようになり、高度の気（水）密特性が得られる。

上記のように本発明になるこの絶縁管継手にお
いては、常温時における気（水）密特性保持部分
とは別に、温度上昇にともない気（水）密特性が
上昇する機構部分が設けられているので、従来品
と異なり温度が上昇しても高度の気（水）密特性
を保持できるものである。また、逆に温度が下降
すると気（水）密保持部分が交替するので、温度
の上昇下降の反覆にあつても気（水）密性が劣化
することがなく300℃程度までの全温度領域にお
いて完全に特性が確保される。

なお、第３の管状部材１３は第２の管状部材２
と接合部１３−１により気（水）密的に接合され
ているため、温度の上昇に伴つて第２の管状部材
２と第２の筒体部３が絶縁物５を介して対面する
部分の気（水）密特性が低下しても、第２の管状
部材２と第３の管状部材１３の界面を経路とした
漏洩により気（水）密特性が低下することは全く
ない。

但し、使用可能温度領域は前述のように原料ガ
ラス質の転位温度に密接に関係し、転位温度に近
い温度になると絶縁物自体の粘度が低下し圧縮力
を受けた場合に自らが変形し締付力が発生しにく
くなくなるので、絶縁管継手の使用温度は絶縁物
のガラスの転位温度より50℃〜60℃低い温度にす
ることが望ましい。

なお実施例では、第１、第２の管状部材および
第２の筒体部に鋼材を、第３の管状部材にステン
レス鋼を使用しているが決してこの材料に限定さ
れるものではなく、熱膨張率の大きさが、第２の
管状部材＜第２の筒体部＜第３の管状部材の関係
となるように使用条件に応じて各部材の材質を選
択すればよい。また、第１の筒体部については熱
膨張率について何ら制約はない。

［発明の効果］ 以上のように、この発明による絶縁管継手は、
従来品が保持していた機械的強度、電気的特性、
貫通孔に凹凸がなく流通抵抗が低いこと等優れた
特性をそのまま保持するとともに、常温において
気（水）密特性を確保する部分とは別に、温度上
昇に時に締付け圧を生じる部分を設けたことによ
つて、従来品の致命的な欠陥であつた温度が上昇
すると気（水）密特性が低下するという現象が完
全に除去でき、温度の上昇下降の反覆にあつても
常に高度の気（水）密特性を保持できるという極
めて優れた効果を有している。

かかる絶縁管継手は、広い範囲での温度の上
昇、下降を伴う、例えば前述したオイルサンドの
採油に使用する鋼管と電極部を絶縁するための絶
縁管継手として、何等の危惧なく使用が可能であ
る。また、その他化学製品の製造工程における高
温ガス、高温液体の搬送用など多くの用途に有効
に使用されるものであり、その技術的および実用
的効果は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図イは成形完了後の状態を第１図ロは
製品の構造を示す。第２図は第１図に示す従来の
絶縁管継手の製造方法を示す縦断面図で、第２図
イは加圧成形直前の状態を第２図ロは加圧成形完
了後の状態を示す。第３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３図イは成形完
了後の状態を第３図ロは製品の構造を示す。 図において、１は第１の管状部材、１ａは第１
の筒体部、１−１は肩部、１−２は保持台、２は
第２の管状部材、２−２は支持部、３は第２の筒
体部、４，４−１は空間部、５は絶縁物、６は予
備成形体、７は枠、８は壁部、９は支持金、１０
は加圧金、１３は第３の管状部材、１３−１は接
合部である。なお図中、同一符号は同一もしくは
相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 第１の筒体部と該第１の筒体部の一端部に肩
   部を介して一体に形成された前記第１の筒体部の
   外径より大きい内径の第２の筒体部を有した金属
   製の第１の管状部材と、前記第２の筒体部の内径
   より小さい外径を有して該第２の筒体部内に挿入
   され、かつ第２の筒体部の熱膨張率より小さい熱
   膨張率を有する金属製の第２の管状部材と、前記
   第１の筒体部と対向する前記第２の管状部材の一
   端部に嵌合され、前記第２の筒体部の熱膨張率よ
   り大きい熱膨張率を有し、外径が前記第２の筒体
   部の内径より小さい金属製の第３の管状部材と、
   前記第１の管状部材と、前記第２および第３の管
   状部材の間の間隙に充填され、該第１の管状部材
   と第２および第３の管状部材とを気（水）密に固
   着する絶縁物としてガラス質およびマイカ粉末か
   らなるガラス・マイカ塑造体とを備えたことを特
   徴とする絶縁管継手。