JPH0253672B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、配管用絶縁接続装置、特に加圧又は
高温の流体を流す金属管の隣接端部を接続固定す
る新しい有利な装置に係り、端部を電気的に絶縁
し、金属管の一方から他方へ電流の流れることを
防止するとともに、接続旋行が容易であり、かつ
接続部を含め高度の気密特性を保持する配管用絶
縁接続装置に関するものである。

〔従来の技術〕

金属管の接続装置は、地上あるいは地中に配設
したガス、水、油等の配送管のほか、地下深部か
ら油、熱水等を吹上げる井戸用管等に広く使用さ
れているが、近時、金属管の腐食防止のために外
部電源方式が多用されるようになつた。この場合
金属管に直流電圧が印加され、この印加電圧は周
囲の環境条件により異なることから、この条件を
適切に具現するために、また外部への電流の漏洩
に伴う事故発生を防止するために、電気絶縁特性
を具備する絶縁接続装置に対する要求が急激に高
まつた。

この絶縁接続装置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。

まず、常温ないし250〜300℃の温度領域、ある
いは温度の上昇下降の反復する条件下において、
必要な電気絶縁特性を保持することは勿論、冷熱
及び機械的衝撃強度に富み、かつ高度の気密特性
を保持すること、機械的強度については特に井戸
用管に使用する場合には長尺の金属管を懸垂する
ことが必須の使用条件であるためこの懸垂に耐え
る充分な引張り強度を保持すること、及び経年変
化がなく、長期信頼性を有すること等の一般特性
のほか、現実的な問題として、金属管との接続工
程において特殊な設備を必要とせず、容易に施行
できることが切実に要求される。例えば、油井用
鋼管の場合、アメリカ石油協会規格（以下、API
規格と記す）により、管体、接続装置の寸法及び
接続用螺子等について規格化されており、従つて
絶縁接続装置についても、金属の接続装置の仕様
に準拠することが理想的である。

この種の絶縁接続装置の場合、二つの管体の間
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
有機物を使用した場合には、温度的に問題があ
り、材料自体の経年変化により気密特性、電気特
性の劣化について致命的な欠陥があり、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亀裂が発生したり、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に熱的及び機械的衝撃強
度が低いという致命的な欠陥があり、これも現実
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
マイカの粉末との混合粉末を原料とし、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。

上述のように、絶縁接続装置の構造は石油関連
部門に限らず、各方面に広く使用されているAPI
規格の接続装置に準拠することが理想的であるの
で、上記ガラス・マイカ塑造体を絶縁物に使用し
た絶縁接続装置の説明に先立ち、まずAPI規格に
よる接続装置及び管体との接続方法を第２図によ
り説明する。図において、１は接続装置、２ａは
上部管体、２ｂは下部管体、３は接続用螺子であ
り、上記接続装置１の両端部内周には雌螺子３
が、管体２ａ，２ｂの端部外周には上記雌螺子３
に螺合する雄螺子３が螺設されている。

接続を行なう場合には、まず下部管体２ｂを把
握保持し、これに接続装置１を回転させて螺合し
た後、気密を保持するように締付ける。次に接続
装置１を把握保持し、これに上部管体２ａを回転
させて螺合した後、気密を保持するように締付け
て接続を完了する。

そして上述のガラス・マイカ塑造体を絶縁物と
して使用したもので、形状寸法がAPI規格の接続
装置と等しい従来の絶縁接続装置に本件発明者が
先に提案したものがある。

ここでその構造を第３図により説明する。第３
図ａは平面図、第３図ｂは縦断面図である。図に
おいて、４は第１の管状部材で、その管本体４ａ
の先端には薄肉部である内周管４ｂが一体に設け
られ、該内周管４ｂの先端部外周面には内周管４
ｂの外径より谷径が大きい雄螺子４ｃが螺設され
ている。５は第２の管状部材で、その管本体５ａ
の先端には薄肉部である外周管５ｂが一体に設け
られ、該外周管５ｂの先端部内周面には外周管５
ｂの内径より谷径が小さく、第１の管状部材４の
雄螺子４ｃに螺合する雌螺子５ｃが螺設されてい
る。第１の管状部材４の雄螺子４ｃは第２の管状
部材５の雌螺子５ｃに螺通され、螺子４ｃ，５ｃ
間には空隙６ａが、第１の管状部材４の内周管４
ｂの先端面４ｄと第２の管状部材５の本体５ａの
先端面５ｄとの間には空隙６ｂが、第１の管状部
材４の本体４ａの先端面４ｅと第２の管状部材５
の薄肉部５ｂの先端面５ｅとの間には空隙６ｃ
が、また螺子４ｃ，５ｃと外、内周管５ｂ，４ｂ
との間には空隙６ｄ，６ｅが各々設けられて、上
記全空隙６ａ〜６ｅにはガラス・マイカ塑造体か
らなる絶縁物７が充填されている。

また１６は第１の管状部材４の本体４ａの上端
面から本体先端面４ｅの間に外周面に近い位置に
設けられた貫通孔で、第３図では３個の貫通孔１
６が設けられている。この数は必要に応じ増減さ
れる。上記空隙６ａ〜６ｅに充填構成されている
絶縁物７は上記貫通孔１６を通じて充填されたも
のである。

第１、第２の管状部材４，５の本体４ａ，５ａ
の内周面には接続用螺子３ａ，３ｂが螺設されて
おり、これに上下の各管体２ａ，２ｂの螺子を螺
合して管体２ａ，２ｂが接続されるようになつて
いる。

そしてこの絶縁接続装置では、絶縁接続装置基
体を成形した後、機械加工により第３図に示す絶
縁接続装置に仕上げて製造されるものである。

次に絶縁接続装置基体の成形方法の一例を第４
図により説明する。第４図ａ，ｂは各々加圧成形
直前及び加圧成形完了後の状態を示す。まず使用
する管状部材であるが、第２の管状部材５として
は、本体５ａの内径が製品より小さいものを使用
する。第１の管状部材４としては、本体４ａ及び
内周管４ｂの内径が製品より小さく、かつ第２の
管状部材５の本体５ａの内径と等しく、又本体４
ａの上端面に内径が本体４ａのそれと等しく外径
が本体４ａのそれより小さい補助壁ｆを、薄肉部
４ｂの先端面４ｄに内径が管本体４ａのそれと等
しく外径が管本体４ａのそれより小さい支持部４
ｇを、管本体４ａの外周面近傍にその上端面から
先端面４ｅに貫通する単数もしくは複数の貫通孔
１６を有するものを用意し、この第１の管状部材
４の雄螺子４ｃを第２の管状部材５の雌螺子５ｃ
に螺通させ、支持部４ｇを管本体５ａ上に載置
し、両管状部材４，５の各対向面間に、空隙６ａ
〜６ｄを構成した状態に組立てて使用する。

また成形用金型としては、高さが補助壁４ｆの
高さに等しい分割構造の壁部９、枠１０、及び壁
部９の内周面と補助壁４ｆの外周面との間に嵌合
する加圧金１２の３部品で構成したものを使用す
る。絶縁物７の原料としては、ガラス粉末とマイ
カ粉末とを混合し、水分を加えて湿潤状態にし、
予め別の成形型（図示せず）により壁部９と補助
壁４ｆが構成する空間に挿填し得る円筒状の予備
成形体１４を作成し、これを乾燥して使用する。

そして成形を行なう場合には、加圧金１２はこ
れを組立てずに、成形用金型の壁部９と枠１０を
組立て、又第１、第２の管状部材４，５を組立て
た状態で、予備成形体１４とともに各々所定温度
に加熱する。この加熱温度であるが、成形用金型
については使用金属材料に関連して強度的な制約
があり、400〜450℃が限度である。管状部材につ
いては鋼材、ステンレス等の場合には500〜600℃
に、予備成形体１４については使用するガラス質
の軟化温度特性により異なるが、650〜800℃に加
熱する。

各々加熱が完了すると、まず組立てた管状部材
４，５を壁部９内に挿填し、次に予備成形体１４
を第１の管状部材４の本体４上の壁部９と補助壁
４ｆとが構成する空間部に挿填し、最後に加圧金
１２を予備成形体１４上に載置する。この状態が
第４図ａに示してある。

次に加圧成形機により加圧金１２を介して予備
成形体１４を加圧する。加圧された予備成形体１
４は、貫通孔１６内を流動し、第１の管状部材４
と第２の管状部材５とが構成する空隙６ａ〜６ｄ
に達し、全空隙６ａ〜６ｄを充填して絶縁物７を
構成し絶縁接続装置用基体１５が成形される。こ
の時の状態が第４図ｂに示してある。上記の加圧
成形工程が完了すると、成形品を所定温度に冷却
し、成形用金型を分解して成形した絶縁接続装置
基体１５を取り出し、これに機械加工を施し第３
図に示す絶縁接続装置の製造が完了する。

上記構造の従来の絶縁接続装置では、接続用螺
子３ａ，３ｂが第１、第２の管状部材４，５の本
体４ａ，５ａに螺設されており、この本体４ａ，
５ａは金属製の接続装置と同形状の肉厚品であ
り、絶縁構成部と無関係の部位にあり、しかも形
状寸法が等しいので、管体との接続施行工程にお
いて特殊な設備を必要とせず、使用が極めて安易
であることは勿論、その他一般特性において、例
えは引張りを受けた場合には螺子４ｃ，５ｃが構
成する空隙６ａに介在する絶縁物７が密封状態下
における圧縮としてこれを受止めるため、その強
度は極めて大きく、その他電気絶縁特性、冷熱及
び機械的衝撃強度特性についても必要な特性を完
全に保持する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかるにこの従来の絶縁接続装置では、常温時
における気密保持特性について、第１の管状部材
４と絶縁物７との第１の境界面１７での特性が、
第２の管状部材５と絶縁物７との第２の境界面１
８での特性に比して劣るという不可避の致命的な
欠陥がある。

以下、上記欠陥の理由について説明する。

直接の原因は、第１の管状部材４、第２の管状
部材５及び絶縁物７の熱膨腸率（この場合は熱収
縮率であるが、以後、熱膨腸率と表示する）の相
違にある。因に管状部材に広く使用される鋼材の
常温〜600℃の熱膨腸率は11〜14×10^-6／℃であ
り、ステンレス材のそれは15〜18×10^-6／℃であ
る。絶縁物７を構成するガラス・マイカ塑造体の
熱膨腸率は原料ガラスの転位温度付近で屈曲し、
常温〜転位温度の範囲で８〜10×10^-6／℃、転位
温度以上では15〜20×10^-6／℃の値を有する。ガ
ラス・マイカ塑造体の熱膨腸率は原料ガラスの熱
膨腸率に大きく支配され、原料ガラスを変えるこ
とにより、常温〜転位温度の範囲で７〜12×
10^-6／℃のものも得られるが、ガラス・マイカ塑
造体自体の耐蝕特性あるいは成形時の予備成形体
の加熱温度等を総合的に考慮し、上記の８〜10×
10^-6／℃程度のものが使用される。

絶縁接続装置基体を成形する工程において、上
述のように両管状部材４，５は500〜600℃に、予
備成形体１４は650〜800℃に加熱され、この温度
条件下で絶縁物７が構成されるが、絶縁物７の温
度が原料ガラスの転位温度より高い時には流動が
可能な状態にあるので、該絶縁物７は各管状部材
４，５の熱収縮による変形に順応し、第１境界面
１７及び第２境界面１８に空隙が発生することは
ないが、絶縁物７の温度が転位温度以下の温度に
なると固体としての挙動をするので、その趣は大
きく変化する。

即ち、絶縁物７の外周面である第２境界面１８
では絶縁物７がその外周側にある熱膨腸率の大き
い第２の管状部材５の熱収縮による大きな力で締
付けられ、あたかも焼嵌めが出現するため、その
気密保持特性は極めて高い。一方、絶縁物７の内
周面である第１境界面１７では、内周側にある熱
膨腸率の大きい第１の管状部材４の熱収縮により
空隙が発生するようになるので、第２境界面１８
のような高度の気密保持特性は得られないことに
なる。

そして本件発明者は、従来の絶縁接続装置の致
命的な欠陥、即ち第１の管状部材４と絶縁物７と
の第１境界面１７の常温時における気密保持特性
を改善し、第２の管状部材５と絶縁物７との第２
境界面１８のそれと同等のものを得る可く、数々
の実験を重ねてその目的を達成することに成功し
た。

即ち、この発明は、常温時における気密保持特
性を保証できる配管用絶縁接続装置を提供するこ
とを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕 この発明は、上述の配管用絶縁接続装置におい
て、第１の管状部材の管本体及び薄肉部の少なく
とも一方の先端面に環状溝を形成し、そこに絶縁
物を充填するようにしたものである。

〔作用〕

この発明においては、第１の管状部材の管本体
あるいは薄肉部の先端面に環状溝を形成し、該環
状溝に絶縁物を充填したから、常温状態では、上
記環状溝の外周壁が熱収縮し、該環状溝に充填し
た絶縁物との間で大きな締付力が作用することと
なり、上記第１の管状部材と絶縁物との間の気密
性を確保することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図について説明する。

第１図は本発明の一実施例による配管用絶縁接
続装置を示す。図において、第３図と同一符号は
同図と同一のものを示し、本装置では、第２の管
状部材５は従来と同じ構造であるが、第１の管状
部材４は、本体４ａの先端面４ｅに環状溝１９を
設けるとともに、内周管４ｂ先端面４ｄに環状溝
２０を設けた構造になつており、これらの環状溝
１９，２０には両管状部材４，５の構成する空隙
６ａ〜６ｄに充填された絶縁物７が充填されてい
る。

次に作用効果について説明する。

本装置を製造する場合には、上記構造品を形成
し得る第１、第２の管状部材４，５を使用し、絶
縁接続装置基体１５を従来の成形方法と同様に成
形した後、機械加工により製品に仕上げる。

そして本絶縁接続装置では、常温時において
は、第１の管状部材４と絶縁物７との第１境界面
１７側での気密保持特性は第２境界面１８のそれ
と同等であり、従来の絶縁接続装置の欠陥は完全
に除去されている。

即ち、その内容を詳細に説明すると、まず絶縁
物７の外周面と第２の管状部材５の内周面との第
２境界面１８は従来品と同じであるので、その気
密保持特性は完全に確保されている。一方、絶縁
物７の内周面と第１の管状部材４の外周面との第
１境界面１７については従来品と同様に、気密保
持特性は確保されないが、第１の管状部材４に設
けられた環状溝１９，２０内には絶縁物７が連続
して充填されており、この絶縁物７（熱膨腸率８
〜10×10^-6／℃）はその外周側に位置する、熱膨
腸率が11〜14×10^-6／℃と大きい第１の管状部材
４の環状溝１９，２０の外周壁４ｈ，４ｉの収縮
により外側境界面２１，２２側から大きな力で締
付けられ、第２境界面１８と同じく焼嵌め現象が
発生しており、この第２境界面１８の場合と同等
の気密保持特性が確保される。この境界面２１，
２２は第１境界面１７と連続面を構成しているの
で、第１の管状部材４と絶縁物７との間の気密保
持特性が確保されるものである。

以上のような本実施例の装置では、第１の管状
部材に環状溝を設けてこれに絶縁物の一部を充填
し、そこで第１の管状部材と絶縁物との間の気密
保持特性を確保するようにしたので、常温時にお
ける装置の気密保持特性を完全に確保でき、従来
品の欠陥は完全に除去される。

また本装置では、装置の製法自体は従来品の製
法と大差なく、又環状溝は比較的小さいことか
ら、これが装置の機械的強度に影響を与えること
はほとんどなく、上述の気密保持特性確保の効果
と考え合わせるとその実用的価値は極めて大き
い。

なお上記実施例では第１の管状部材の本体及び
内周管の両先端面に環状溝を形成したが、これは
いずれか一方の先端面にのみ形成してもよい。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明に係る配管用絶縁接続装
置によれば、第１の管状部材の管本体あるいは薄
肉部の先端面に環状溝を形成し、該環状溝に絶縁
物を充填したので、常温状態では、上記環状溝の
外周壁が熱収縮し、該環状溝に充填した絶縁物と
の間で大きな締付力が作用することとなり、上記
第１の管状部材と絶縁物との間の気密性を確保で
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂは各々本発明の一実施例による配
管用絶縁接続装置の平面図及び縦断面図、第２図
はAPI規格による接続装置及びそれと管体との接
続方法の一例を説明するための断面図、第３図
ａ，ｂは各々従来の配管用絶縁接続装置の構造を
示す平面図及び縦断面図、第４図は従来の絶縁接
続装置基体の成形方法の一例を説明するための断
面図で、第４図ａは加圧成形直前の状態を示す
図、第４図ｂは加圧成形完了後の状態を示す図で
ある。 図中、２ａ，２ｂは管体、３ａ，３ｂは接続用
螺子、４は第１の管状部材、４ａは管本体、４ｂ
は内周管（薄肉部）、４ｃは雄螺子、４ｄは内周
管先端面、４ｅは管本体先端面、５は第２の管状
部材、５ａは管本体、５ｂは外周管（薄肉部）、
５ｃは雌螺子、６ａ〜６ｅは空隙、７は絶縁物、
１９は環状溝、２０は環状溝である。なお図中、
同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 管本体と該管本体の先端に一体に設けられそ
   の内径が該管本体の内径と等しくその外径が該管
   本体の外径より小さい薄肉部とからなり該薄肉部
   の先端部外周面にその谷径が該薄肉部の外径より
   大きい雄螺子が形成された第１の管状部材と、管
   本体と該管本体の先端に一体に設けられその内径
   が該管本体の内径より大きくその外径が該管本体
   の外径と等しい薄肉部とからなり該薄肉部の先端
   部内周面にその谷径が該薄肉部の内径より小さい
   雌螺子が形成された第２の管状部材とを備え、上
   記第１の管状部材の雄螺子を上記第２の管状部材
   の雌螺子に螺通させ、該両管状部材の各対向面間
   に空〓を設け、該空〓にガラス・マイカ塑造体よ
   りなる絶縁物を充填し、上記第１、第２の管状部
   材の管本体内周面に管体接続用螺子を螺設してな
   る配管用絶縁接続装置であつて、 上記第１の管状部材の管本体及び薄肉部の少な
   くとも一方の先端面に環状溝を形成し、該環状溝
   内に上記絶縁物を充填したことを特徴とする配管
   用絶縁接続装置。