JPH0244088B2 - Zetsuenkinzokubojotainoseizohoho - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、絶縁金属棒状体の製造方法に関す
るものであり、さらに詳しくいうと、金属管ある
いは金属棒の外周面に絶縁物層を形成したもので
あつて、常温乃至300℃の温度領域において、絶
縁物が剥離もしくは脱落破損することなく、大き
な機械的強度、冷熱および機械的衝撃強度ならび
に高度の電気特性を保持する長尺の絶縁金属棒状
体の製造方法に関するものである。

金属管あるいは金属棒の外周面に絶縁物を有す
る絶縁金属棒状体は、遮断器の接触子の固定具等
に使用されており、使用温度が100℃前後と低い
ものは、絶縁物に主として有機材料が使用され、
必要に応じマイカ剥片を有機接着剤で添着したシ
ート材を巻回したものが使用されている。

近時、化学工場、特に石油関連工場において、
使用温度が200〜300℃と高い条件で気体もしくは
液体を搬送する輸送管に、外周面に絶縁層を有す
る、長尺の絶縁管を必要とする場合が各所にみら
れるようになつた。このような条件で使用する絶
縁管は、絶縁物に有機材料を使用したものは温度
が上昇すると絶縁物が剥離もしくは脱落するよう
になる。これは熱膨脹率の差に基く不可避の物理
的現象であり、全く解決の余地がなく使用不可能
である。無機材料中、磁器質の管状体を使用した
場合は、間隙があり固定が困難で機械的衝撃強度
が得られないという欠陥があり、またアスベスト
を主体に無機質の結合剤、例えばリン酸アルミニ
ユーム等を用いた複合材料の場合、ある程度の機
械的強度を保持し、高温状態では電気絶縁特性に
ついても、かなり高い特性値を維持するが、所詮
は多孔質体であるため、常温において多湿状態に
遭遇すると急激に絶縁特性が低下する等不可避の
致命的な欠陥がある等、従来品中には満足な特性
を保持するものが見当らないのが現状である。

その点、本発明者らが先に提案したガラス・マ
イカ塑造体を絶縁物に使用したものは、使用温度
が300℃程度になつても剥離、脱落等の現象は全
くないことは勿論、常温乃至300℃の温度領域に
おいて大きな機械的強度を保持するとともに、冷
熱および機械的衝撃強度に富み、電気的特性につ
いても良好な特性を保持し、冷熱の反復にあつて
も特性が劣化することなく、きわめてすぐれた絶
縁物であるが、製造方法に関連し、長尺の製品が
得られないという致命的な欠陥があつた。

この発明は、以上の点に着目してなされたもの
で、ガラス・マイカ塑造体を絶縁物とし、第１の
絶縁物層を有する金属棒状体の端部の絶縁物層の
一部を除去して金属部分を露出したもの複数個を
用意し、露出部で互いに溶接接合し、この溶接接
合部に第２の絶縁物層を形成することにより、上
記従来の問題を解消した長尺の絶縁金属棒状体の
製造方法を提供することを目的とするものであ
る。

ここで、理解を容易にするため、この発明の詳
細な説明に先立ち、ガラス・マイカ塑造体の特性
ならびに絶縁金属棒状体の従来の製造方法を説明
する。

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
を原料中のガラス質が軟化して加工により流動す
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。この絶縁物の特性は、使
用するガラス質の特性に大きく支配され、ガラス
質に転位温度が400℃程度のものを用いたものは、
使用温度が300℃程度になつても軟化変形するこ
となく常温時と大差ない機械的強度を保持する。
電気的特性については構成する成分組成に大きく
関係し、アルカリ金属の酸化物を極端に多く含ま
ない限り300℃においても特性が大きく低下する
ことなく、必要な絶縁特性が容易に確保され、と
くに塩基性成分に酸化鉛、酸化亜鉛を、酸性成分
に硼酸、珪酸を主体にしたものは、特に優れた特
性を保持する。

次に、使用するマイカ粉末であるが、天然マイ
カは、ガラス質粉末と混合して加熱するとガラス
質と反応し単独で加熱した場合よりも低い温度で
結晶水を消失して分解する。その点結晶水を含ま
ない合成マイカの粉末は上記の傾向がなく理想的
であり、とくに合成含弗素金マイカは好適であ
る。

次に、ガラス・マイカ塑造体の熱膨脹率である
が、常温乃至ガラスの転位温度以下の熱膨脹率が
８〜11×10^-6のものが得られる。

上記のガラス・マイカ塑造体を絶縁物として従
来の絶縁金属棒状体を第１図ａ，ｂに示す。第１
図ａは絶縁棒、第１図ｂは絶縁管であり、ガラ
ス・マイカ塑造体よりなる絶縁物層１が金属棒２
あるいは金属管３の外周面に形成されたもので、
金属棒２、金属管３としては、500〜600℃の加熱
条件下で十分な機械的強度を保持し、熱膨脹率が
８〜11×10^-6のものが望ましく、鋼材は好適に使
用される。

次に、従来の製造方法の一例を第２図ａ，ｂに
より説明する。第２図は金属管３を中心に有する
絶縁管の製造方法を示すもので、成形用金型を使
用する。成形用金型は枠体４、上部に原料装填室
５−１を有する分割構造の壁体５、中央に金属管
３を固定するための凸部６−１を有する支持金
６、および加圧金７、以上４部品で構成されてい
る。

原料は、pbO：1.0モル、B₂O₃：0.3モル、
SiO₂：1.2モルの成分組成で、転位温度が420℃の
ガラスを200メツシユに粉砕した粉末35容積％と
60〜100メツシユに粉砕した合成含弗素金マイカ
の粉末65容積％を混合したものを使用し、上記混
合粉末に約５重量％の水分を加えて湿潤状態に
し、冷間加圧成形（成形型は図示せず）により原
料装填室５−１に装填できる円筒体に成形し、乾
燥して水分を除去した予備成形体８として使用す
る。また絶縁管３には第２図に示すように中央貫
通孔の上部を封止したものを使用する。

成形は、成形用金型中の枠体４、壁体５および
支持金６を第２図ａに示すように組立て、加圧金
７は組立てずに500℃に、金属管３は600℃に、予
備成形体８は800℃にそれぞれ加熱する。これら
の加熱が完了すると、金属管３を壁体５内で支持
金６上に装填し、次に予備成形体８を原料装填室
５−１に装填する。このときの状態が第２図ａに
示してある。次に加圧金７を予備成形体８上に載
置し、加圧成形機（図示せず）により加圧金７を
加圧し、予備成形体８を壁体５と金属管３が構成
する空間部９に圧入して絶縁物層１を成形する。
このときの状態を第２図ｂに示す。絶縁物層１の
温度が400℃（ガラスの転位温度より低い温度）
になるまで冷却し、成形用金型を分解して成形品
を取り出し、機械加工により円筒状の絶縁物層１
を有する第１図ｂに示す絶縁管に仕上げて製造を
完了する。

上記の従来の製造方法によつた場合、絶縁棒あ
るいは絶縁管の長さが短いものは、構成された絶
縁物層１について、加圧部に近い位置１−１と先
端部の位置１−２の密度が近似していてきわめて
好ましい特性を保持する製品が得られるが、製品
の長さが長いものは好ましい特性を保持するもの
が得られないという致命的な欠陥があつたことは
前記のとおりであり、以下その理由について説明
する。原料であるガラス質とマイカの粉末の混合
物は加熱状態においてもきわめて高い粘性を有
し、この粘性は温度に大きく支配され、温度が上
昇するに従い低くなり、温度が下降すると急激に
高くなる。そこで、成形時における予備成形体８
の加熱温度を高くすると粘性は低くなるが、温度
が上昇するほどガラス質のマイカに対する侵食が
激しくなるので、自ずと加熱温度には限界があ
り、800〜850℃が限度である。また成形用金型
も、強度との関連で500℃が限度である。加圧成
形時、加圧金７により加圧を受けた予備成形体８
は空間部９に流出するようになるが、壁体５に接
して温度が低下すると粘性が急上昇するために流
動が悪くなり、製品の長さが長くなると先端部１
−２には完全な充填が行われず密度が上昇しなく
なる。そのため、均一な絶縁物層１が形成されな
いことになる。

上記の現象は不可避の現象であるため、長い製
品が得られず、従来の製造方法の致命的欠陥であ
つたのである。

この発明は、上記の長尺の製品が得られないと
いう致命的な欠陥から完全に脱却し、構成した絶
縁物層に亀裂が発生しないことは勿論、完全な絶
縁特性を保持する長尺の絶縁管ならびに絶縁棒を
得るために行つたものであり、その開発に成功
し、その製造方法を確立し、長尺の製品が提供で
きるようになつた。

以下、この発明を図面に示す実施例について説
明する。第３図は長尺の絶縁管を示し、従来の製
造方法で製造した複数の短尺の絶縁管１００それ
ぞれについて、端部の絶縁物層１を機械加工によ
り除去して金属管３を露出させ、この露出した部
分で金属管３を互いに突合せ、溶接などの方法で
接合１０し、長尺品を構成したものである。１１
は被覆絶縁物で、金属管３の接合部１０の外周面
と絶縁物層１の側面に充填するとともに絶縁物層
１の外周面の一部を被覆して帯状に形成されてい
る。この被覆絶縁物１１は、絶縁物層１と同様の
ガラス・マイカ塑造体で構成されており、絶縁物
層１と完全に融着して一体構造の絶縁物を形成し
ている。このことは絶縁棒についても同様であ
る。

以上の構成になる長尺の製品は、従来の短尺の
製品が保持する優れた特性、すなわち、使用温度
が300℃程度になつても剥離、脱落等の現象がな
いこと、常温乃至300℃の温度領域において大き
な機械的強度を保持すること、冷熱および機械的
衝撃強度に富むこと、および高度の電気的特性を
保持すること、ならびに冷熱の反復にあつても特
性が劣化しないこと等は総べてこれを具備するも
のである。

また、短尺の絶縁管１００を３〜４本あるいは
それ以上接続することは、あとの製造方法の説明
で詳述するが、十分可能であるため、必要な長さ
の製品が得られ、長尺品になつても上記の必要特
性が変化するという傾向は全く見当らない。

次に製造方法の一実施例を説明する。

まず、被覆絶縁物１１を構成する基体になる絶
縁管を第４図により説明する。図は基体絶縁管１
０１の構造を示し、従来の製造方法で製造した短
尺の絶縁管１００に形成されている絶縁物１の端
部を機械加工により除去１−３して金属管３を露
出させる。この露出した金属管３の端面を溶接し
て接合１０する。溶接には、溶接時に絶縁物層１
を含め周辺部の温度上昇が少ない電子ビーム溶接
が特に適している。

次に成形に使用する成形用金型を第５図ａ，ｂ
により説明する。成形用金型は、下面と上面が接
面する上金１２と下金１３で成形部を構成し、接
面部の中央には基体絶縁管１０１を嵌入し得る貫
通孔１４を有し、中心部に被覆絶縁物１１を構成
し得る空間部１９が設けられている。また上金１
２の上部には空間部１９に通ずる充填孔１６が設
けてあり、下型１３には底部に溜部１７が設けて
あり、この溜部１７と空間部１９の間に流通孔１
８があつて両者を連通している。１５は原料充填
金でその下面は上金１２の上面と接面し、中央に
原料充填室１５−１を有し、その底部に上金１２
の充填孔１６に連通する流出孔１５−２が設けて
ある。２０は加圧金で原料充填室１５−１の内壁
に嵌合するものである。２１は台金で上面は下金
１３の下面と接面している。なお、上金１２、下
金１３および原料充填金１５は分解時の容易性を
考慮し、縦方向に２分割したものを使用すること
がある。ただし、その場合には加圧成形時に分離
することを防ぐための処置を必要とする。

次に被覆絶縁物１１の原料について説明する。
ガラスとマイカは、絶縁管１００の製造に使用し
たものと同じものを使用する。混合比は、ガラス
の混合比率を幾分多くすることが望ましく、ガラ
ス粉末40容積％とマイカ粉末60容積％を混合した
ものを使用する。上記混合粉末に約５重量％の水
分を加えて湿潤状態にし、冷間加圧成形（成形型
は図示せず）により原料充填室１５−１に装填で
きる円筒体に成形し、乾燥して水分を除去した予
備成形体２２として使用する。

成形は、台金２１、下金１３、上金１２および
原料充填金１５を一体構造に組立て、加圧金２０
は組立てずに、450℃に、接合部１０を有する基
体絶縁管１０１を400℃に、予備成形体２２を750
℃にそれぞれ加熱する。加熱が完了すると基体絶
縁管１０１を上金１２と下金１３が構成する貫通
孔１４内に挿入し、接合部１０が充填孔１６の下
部に位置するように保持する。次に予備成形体２
２を原料充填室１５−１内に装填する。このとき
の状態を第５図ａ，ｂに示してある。次に加圧金
２０を予備成形体２２上に載置し、加圧成形機
（図示せず）により加圧金２０を加圧する。加圧
を受けた予備成形体２２は流動し、流出孔１５−
２と充填孔１６を通過し空間部９の上部に達し、
基体絶縁管１０１の左右に分岐して空間部１９を
流動し、空間部１９の最下部で先頭部が合体し、
次に流通孔１８を通過して溜部１７に達し、この
溜部１７を充満して流動は停止する。さらに流動
物は加圧力を受けて密度が上昇し、ガラス・マイ
カ塑造体よりなる被覆絶縁物１１が形成される。
このときの状態が第６図ａ，ｂに示してある。形
成された被覆絶縁物１１の温度が400℃になると
成形用金型を分解して成形品を取り出す。このと
き充填孔１６および流通孔１８の部分は折れる
が、被覆絶縁物１１に折損による被害を及ぼすこ
とは殆んどない。ついで、必要に応じ被覆絶縁物
１１の表面を研磨して光沢のある絶縁物に仕上げ
製造を完了する。

なお、絶縁管１００を３〜４本あるいはそれよ
り多く接続するには、基体絶縁管１０１を必要数
接合１０しておき、各接続部１０に順次被覆絶縁
物１１を形成する方法を用いる。この場合、接続
した基体絶縁管１０１全体を400℃に加熱する必
要はなく、両側が開放されている環状炉を使用し
て接続部１０を400℃にし、温度勾配を保持させ
た状態に局所加熱をして被覆絶縁物１１を構成す
ることが可能である。

上記の製造方法で製造したこの発明になる絶縁
管において、必須の具備条件は、構成した被覆絶
縁物１１が、絶縁物層１と完全に接合して一体化
し完全な絶縁特性を保持する絶縁層を構成するこ
とにある。そのためには絶縁物層１１と被覆絶縁
物１１の接触面に空隙が存在しないことは勿論亀
裂の発生等は全く許されない。

以下に上記条件を具備する絶縁管が得られる本
発明になる製造方法の特徴を説明する。

先ず、被覆絶縁物１１の原料にガラス粉末40容
積％、マイカ粉末60容積％のものを使用してい
る。これは絶縁物層１の原料比であるガラス粉末
35容積％、マイカ粉末容積％に比しガラス粉末の
含有率が高い。これはガラス質の転位温度以下に
おけるガラス・マイカ塑造体である被覆絶縁物１
１の熱膨脹率を絶縁物層１のそれより小さくする
ことが目的である。このことにより成形完了後の
温度下降時に被覆絶縁物１１の両側面が絶縁物層
１の側面により圧縮を受けるようになるので、全
く空隙が存在しない完全な接合面が現出される。

次に、原料の予備成形体２２、基体絶縁管１０
１、および成形用金型の加熱温度の関係である
が、まず、成形用金型を450℃に加熱するのはガ
ラス質の転位温度420℃より高く保持して予備成
形体２２が冷却して固化することを防ぐのが目的
であり、余り高温にすると貫通孔１４に基体絶縁
管１０１を挿入したときに絶縁物層１の温度が上
昇し過ぎるので望ましくない。次に基体絶縁管１
０１の加熱温度であるが、これは原料ガラスの転
位温度と密接に関係する。基体絶縁管１０１の温
度をこの転位温度を超えた高温にすると、ガラス
質の粘度の低下に伴ない膨潤し、密度が低下して
本質的に特性が低下するようになる。また低温に
過ぎると、流動してきた高温の予備成形体２２に
接し、加圧力を受けると、亀裂を発生するように
なる。原料ガラスの転位温度より僅かに低い温度
に加熱しておくと膨潤現象は全く見られず、か
つ、高温の予備成形体２２に接し加圧力を受けて
も亀裂を発生することが全くなく、転位温度より
20〜40℃低い温度を設定することが望ましい。上
記実施例ではガラスの転位温度420℃より20℃低
い400℃に設定した。さらに予備成形体２２の加
熱温度であるが、加圧力を受け流動し、各部分の
密度が等しい被覆絶縁物１１を構成し得る粘性を
具備する温度に加熱することは必須条件である
が、絶縁物層１に及ぼす熱影響ならびに収縮の絶
対量を出来るだけ少くするために低いほど望まし
く、実施例では750℃に設定した。

最後に成形用金型の構造であるが、下金１３の
底部に流通孔１８を有する溜部１７を設けたこと
が大きな特徴である。これにより、成形時、加圧
金２０で加圧を受けた予備成形体２２は流出孔１
５−２と充填孔１６を通過し、上金１２と下金１
３が基体絶縁管１０１との間に形成する空間部１
９の上部に達し、ここで左右に分岐して流動し、
基体絶縁管１０１の下部で衝突合体し、その合体
部は一体となつて流通孔１８を通過して溜部１７
を充填し、流動が停止する。そのあと加圧金２０
による加圧により流動が停止した予備成形体２２
の密度が上昇し、ガラス・マイカ塑造体よりなる
被覆絶縁物１１が構成される。また、充填孔１６
を通過した予備成形体２２は、左右に分岐して流
動し基体絶縁管１０１の下部で衝突して合体する
が、その先頭部は成形用金型壁と基体絶縁管１０
１の表面に接して流動しているので温度が低下し
ている。そのため衝突して構成された接合面は完
全な融着状態を保持し得ない。成形用金型に溜部
１７が無い場合には上記の完全な融着状態を保持
しない接合面が基体絶縁管１０１の下部に現出す
るので亀裂発生の原因となり、機械的および電気
的特性が低下する要因が含まれるが、この発明に
なる成形用金型には溜部１７とこれに通ずる流通
孔１８が設けてあるので、上記の完全な融着状態
を保持しない接合部は流通孔１８を通過して溜部
１７に押し出され、基体絶縁管１０１の下部の接
合部に完全な融着状態を保持する接合面が形成さ
れるのである。

上記理由により、この発明になる製造方法によ
り成形された被覆絶縁物１１には、亀裂が発生す
ることが全くない。また予備成形体２２の流動距
離が従来の製造方法に比し、きわめて短いので、
成形された被覆絶縁物１１の各部分の密度はきわ
めて均一である。

なお、上記実施例では絶縁管の製造を対象にし
たが、この発明の製造方法は、これに限定される
ものではなく絶縁棒にも適用され、かつ断面が円
形のものでなく角形形状品に対しても適用され
る。

以上の説明から明らかなように、この発明にな
る製造方法によれば、従来得られなかつた長尺の
絶縁管あるいは絶縁棒のごとき絶縁金属棒状体が
容易に得られるようになつた。しかもこの長尺の
製品は、従来の短尺の製品が保持する優れた特
性、すなわち、亀裂の発生がないこと、常温乃至
300℃の温度領域において大きな機械的強度と高
い電気絶縁特性を保持すること、経年度化による
特性劣化が全く無く長期信頼性に富むこと等を完
全に保持するものである。また、安定した特性保
持部品として広範囲の用途に使用され、機器、設
備の特性の向上および小形化が可能になり、その
技術的ならびに経済的効果はきわめて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の絶縁金属棒状体を示し、同図ａ
は絶縁棒の、同図ｂは絶縁管のそれぞれ縦断正面
図、第２図は従来の製造方法を説明するためのも
ので、同図ａは加圧成形直前の状態を、同図ｂは
加圧成形完了時の状態を示すそれぞれ一部縦断正
面図、第３図〜第６図はこの発明の一実施例を説
明するための図で、第３図は完成品の一部縦断正
面図、第４図は初めの工程を説明するための縦断
正面図、第５図ａ，ｂは加圧成形直前の状態を示
すそれぞれ一部断面正面図と一部断面側面図、第
６図ａ，ｂは加圧成形完了後の状態を示すそれぞ
れ一部断面正面図と一部断面側面図である。 １……絶縁物層、２……金属棒、３……金属
管、１０……接合部、１１……被覆絶縁物、１２
……上金、１３……下金、１４……貫通孔、１５
……原料充填金、１５−１……原料充填室、１５
−２……流出孔、１６……充填孔、１７……溜
部、１８……流通孔、１９……空間部、２０……
加圧金、２１……台金、２２……予備成形体、１
００……絶縁管、１０１……基体絶縁管（基体絶
縁棒状体）。なお、各図中、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 互いに接面して基体絶縁棒状体を挿入保持す
   る貫通孔が形成されこの貫通孔に前記基体絶縁棒
   状体を挿入したとき前記基体絶縁棒状体の接合部
   を巻回する空間部が形成されこの空間部に上面に
   通じる充填孔と下面に通じる流通孔およびこの流
   通孔に通じる溜部を備えて互いに分解できる上金
   および下金と、前記上金の上面に配置され前記充
   填孔に通じる流出口を有する原料充填室を備えた
   原料充填金と、前記原料充填室に係入される加圧
   金とでなる成形用金型を使用し、 外周面にガラス・マイカ塑造体でなる絶縁物層
   が形成された２つの金属棒状体の端部を、前記絶
   縁物層の一部を除去して突合わせ溶接して前記基
   体絶縁棒状体を形成する第一の工程と、 前記溶接した接合部に施すべき被覆絶縁物のガ
   ラス・マイカ塑造体でなる予備成形体を成形する
   第二の工程と、 前記基体絶縁棒状体と前記上金と前記下金と前
   記原料充填金および前記予備成形体をそれぞれ所
   定温度に加熱する第三の工程と、 加熱された前記基体絶縁棒状体を前記貫通孔に
   挿入保持する第四の工程と、 前記予備成形体を前記原料充填室に装填し前記
   加圧金により前記予備成形体を加圧し、前記流出
   口から前記充填孔を通じて前記基体絶縁棒状体お
   よび前記空間部、さらに前記流通孔から前記溜部
   に前記予備成形体を圧入して前記被覆絶縁物を形
   成する第五の工程と、 所定温度に冷却後、前記成形用金型を分解して
   成形品を取出す第六の工程と、 前記成形品に機械加工を施し長尺の製品に仕上
   げる第七の工程と、 でなる絶縁金属棒状体の製造方法。