JPS61136093A - 配管用絶縁接続装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、接続施行
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
になった。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った。

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。

ます、常温ないし２５０〜３００°Ｃ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
撃強度に冨み、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
に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、従っ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、■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
雌螺子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（１））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４
ｂの先端部外周面には内周管４ｂ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５ｂ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に軸通され、螺子４．ｃ、５ｃ。

間には空隙６ａが、第１の管状部材４の内周管４ｂ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、４．ｂとの間には空隙５ｄ、５ｅ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１６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ば上記貫通孔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４．ａ、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っている。

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（ａｌ（１））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５
ａの内径と等しく、又本体４ａの上端面に内径が本体４
ａ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
４ｇを、管本体４ａの外周面近傍にその上端面から先端
面４ｅに１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ｆｉｆｆ螺子５ｃに軸通させ、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５０
０〜６００°Ｃ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、６５０〜８０
０°Ｃ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４０零体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）に示しである。

次に加圧成形機により加圧金１２を介して予備成形体１
４を加圧する。加圧された予備成形体１４は、貫通孔１
６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６３〜６ｄ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ｔｂ＋に示しである。

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４．ａ、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−
膜特性において、例えは引張りを受けた場合には螺子４
ｃ、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、使用温度が上昇
すると、第１の管状部材５と絶縁物７との第２境界面１
８の気密保持特性が低下し、第１の管状部材４と絶縁物
７との第１の境界面１７の特性より悪くなるという不可
避の致命的な欠陥がある。

以下、その理由を説明する。

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の熱膨張率（この場合は熱収縮率であるが、
以後、熱膨張率と表示する）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℃の熱膨張率は
１１〜１４　Ｘ　１０　　であり、ステンレス材のそれ
は１５〜１８　Ｘ　１０　　である。絶縁物７を構成す
るガラス・マイカ塑造体の熱膨張率は原料ガラスの転位
温度付近で屈曲し、常温〜転−ら 位温度の範囲で８〜１０×１０、転位温度以上では１５
〜２０　Ｘ　１０　　の値を有する。ガラス・マイカ塑
造体の熱膨張率は原料ガラスの熱膨張率に大きく支配さ
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　Ｘ　１０　　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〜ｉ
ｏ　ｘ　ｉｏ　　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、各部分に
異なった状態が発生する。

まず、常温時における各部分の状態と気密保持特性の関
係を説明する。第２の管状部材５と絶縁物７との第２境
界面１８は、雌螺子５Ｃ及び外周管５ｂの百円周面が構
成する円周方向面と、雌螺子５Ｃの底面５ｆ及び本体５
ａの先端面５ｄが構成する軸方向面とに分けられる。両
方向面とも熱膨張率の差により強力に締付けられている
ので、第２境界面１８の気密保持特性は極めて高い。

一方、第１の管状部材４と絶縁物７との第１境界面１７
は、雄螺子４Ｃ及び内周管４ｂの創外周面が構成する円
周方向面と、本体４ａの先端面４ｅ及び雄螺子４Ｃの上
面４ｈが構成する軸方向面とに分けられ、円周方向面に
は熱膨張率の差により微細な空隙が発生しており、気密
保持特性はほとんど具備しないが、軸方向面は強力に締
付けられており、高い気密保持特性を具備する。

次に温度上昇時における各部分の状態と気密保持特性の
関係であるが、第１の管状部材４と絶縁物７との第１境
界面１７の場合、温度が上昇すると、熱膨張率の大きい
第１の管状部材４の膨張量が大きいので、本体４ａの先
端面４ｅと雄螺子４Ｃの上面４ｈの間の軸方向面につい
ては締付圧力が減少し、気密保持特性は低下するように
なるが、雄螺子４Ｃ及び内周管４ｂの外周面が構成する
円周方向面については逆に微細な空隙が消失し、絶縁物
７に対して締付圧力が発生するようになり、温度の上昇
とともにその気密保持特性が上昇するので、境界面１７
の気密保持特性については問題がない。

一方、第２の管状部材５と絶縁物７との第２境界面１８
の場合、温度の上昇により第２の管状部材５の膨張量が
大きくなると、雌螺子５Ｃ及び外周管５ｂが構成する円
周方向面、及び雌螺子５Ｃの底面５ｆ及び本体５ａの先
端面５ｄが構成する軸方向面ともに締付圧力が減少し、
空隙が発生し易くなるので、温度の上昇とともに気密保
持特性が低下するようになる。

本件発明者は、従来の絶縁接続装置の致命的な欠陥、即
ち使用温度の上昇とともに第２の管状部材５と絶縁物７
との第２境界面１日の気密保持特性が低下する欠陥を完
全に除去し、温度が上昇しても気密保持特性が低下しな
い絶縁接続装置を得る可く、数多く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、使用温度の上昇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２
の管状部材の管本体先端面又は薄肉部先端面の少なくと
も一方に環状溝を設け、この環状溝に絶縁物の一部を充
填するようにしたものである。

〔作用〕

この発明では、使用温度が上昇すると、第２の管状部材
に形成した環状溝の内周壁が外側方に向けて熱膨張し、
そこに充填した絶縁物に大きな締付力が発生して気密保
持特性が確保されることから、使用温度上昇時における
第２の管状部材と絶縁物との第２境界面の気密保持特性
の低下は装置の気密保持特性にほとんど影響を及ぼさな
い。

〔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１の管状部材４は従来と同じ
構造であるが、第２の管状部材５は外周管５ｂの先端面
５ｅに環状溝２０を設けるとともに、本体５ａの先端面
５ｄに環状溝２１を設けた構造になっており、これら環
状溝２０．２１には両管状部材４．５の構成する空隙６
ａ〜６ｅに充填された絶縁物７の一部が充填されている
。

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を従来の方法に準じて成形した後、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、常温時における気密保持特
性は、絶縁物７と第１の管状部材４との第１境界面１７
．及び絶縁物７と第２の管状部材５との第２境界面１８
のいずれにおいても、確保されており、又温度の上昇時
における画境界面１７．１８の気密保持特性も確保され
、温度上昇時における第２境界面１８側の特性が低下す
るという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、第１境界面
１７は従来品と同じであり、その気密保持持性は確保さ
れる。一方、第２の管状部材５と絶縁物７との第２境界
面１８については、外周管５ｂ及び本体５ａの画先端面
５ｅ、５ｄに設けられた環状溝２０．２１内に絶縁物７
の一部が充填されており、温度が上昇して熱膨張率が大
きい第２の管状部材５が外側方に向けて膨張すると、環
状溝２０．２１に充填されている絶縁物７の内周面は環
状溝２０．２１の内周壁５ｇ、５ｈの外周面によって強
力に締付けられるようになるので、その境界面２２．２
３の気密保持特性が上昇するようになる。この境界面２
２．２３は第２境界面１８と連続面を構成しているので
、使用温度が上昇しても第２の管状部材５と絶縁物７と
の間の気密保持特性は低下することなく、完全に確保さ
れるものである。

以上のような本実施例の装置では、第２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２
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、使用温度の上昇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２の管状部材の本体及び外周管の
画先端面に環状溝を形成したが、これはいずれか一方に
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２の管状部材の管本体先端面又は薄肉部先端面の
少なくとも一方に環状溝を設け、この環状溝に絶縁物の
一部を充填するようにしたので、使用温度の上昇時にお
ける気密保持特性を確保できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａゆ）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（ａｌ（ｂ）ば各々従来の
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（ｂｌ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、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、５ｄは管
本体先端面、５ｅは外周管先端面、６ａ〜６ｅは空隙、
７は絶縁物、２０は環状溝、２１は環状溝である。 なお図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （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隙を設け、該空隙
   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って、上記第２
   の管状部材の管本体先端面に形成される環状溝、又は上
   記第２の管状部材の薄肉部先端面に形成される環状溝の
   少なくとも１つを有し、上記環状溝に上記絶縁物の一部
   を充填したことを特徴とする配管用絶縁接続装置。