特許 6359416 密封構造及びその密封構造を備えた外圧負荷試験機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6359416

(24)【登録日】2018年6月29日

(45)【発行日】2018年7月18日

(54)【発明の名称】密封構造及びその密封構造を備えた外圧負荷試験機

(51)【国際特許分類】

   G01N 3/12 20060101AFI20180709BHJP

   F16J 15/08 20060101ALI20180709BHJP

   F16J 15/46 20060101ALI20180709BHJP

【ＦＩ】

   G01N3/12

   F16J15/08 T

   F16J15/46

【請求項の数】8

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-213060(P2014-213060)

(22)【出願日】2014年10月17日

(65)【公開番号】特開2016-80544(P2016-80544A)

(43)【公開日】2016年5月16日

【審査請求日】2017年8月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】新日鐵住金株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】390004905

【氏名又は名称】株式会社山本水圧工業所

(74)【代理人】

【識別番号】110001553

【氏名又は名称】アセンド特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】安藤 吉則

(72)【発明者】

【氏名】高野 隆寛

(72)【発明者】

【氏名】菅澤 公夫

(72)【発明者】

【氏名】武内 大

(72)【発明者】

【氏名】岩村 忠儀

【審査官】 萩田 裕介

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−０７４６２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公昭５６−０４８８１９（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開平０８−３０３５９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３５１４０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２００９３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ３／００ − ３／６２

Ｆ１６Ｊ １５／００ −１５／５６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

加圧液体が充填される圧力容器と、両端部それぞれが前記圧力容器の両端壁それぞれの貫通穴から突出する試験対象の管材とを含み、前記圧力容器の前記貫通穴と前記管材の外周面との間を密封する構造であって、
当該密封構造は、
前記圧力容器内の前記加圧液体側から前記圧力容器の外部側に向けて順に、第１パッキンリングと、第２パッキンリングと、第１補助リングと、第２補助リングと、前記圧力容器の前記端壁に取り付けられた環状の蓋と、を備え、
前記第１補助リングの前記第２補助リング側の端面は、先端側ほど直径が縮小するテーパ面に形成され、
前記第２補助リングの前記第１補助リング側の端面は、前記第１補助リングの前記テーパ面に対向し、先端側ほど直径が拡大するテーパ面に形成されており、
前記第２パッキンリングは前記第１補助リング及び第２補助リングよりも軟質で、圧力を受けることにより弾性変形又は塑性変形が可能であり、
前記第１補助リング及び第２補助リングは圧力を受けることにより弾性変形又は塑性変形が可能である、密封構造。

【請求項2】

請求項１に記載の密封構造において、
前記第１パッキンリングはＯリング又は断面Ｕ字状のパッキンリングである、密封構造。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の密封構造において、
前記第１補助リング及び第２補助リングが金属である、密封構造。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれか１項に記載の密封構造において、
前記第１補助リングの前記テーパ面及び第２補助リングの前記テーパ面それぞれの傾斜角度が、中心軸に対し３０°〜６０°である、密封構造。

【請求項5】

加圧液体が充填される圧力容器と、
両端部それぞれが前記圧力容器の両端壁それぞれの貫通穴から突出する試験対象の管材と、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の密封構造と、
前記圧力容器内に前記加圧液体を送り出す液体供給装置と、を備えた、外圧負荷試験機。

【請求項6】

請求項５に記載の外圧負荷試験機において、
前記加圧液体を加熱する液体加熱装置を備えた、外圧負荷試験機。

【請求項7】

請求項５又は６に記載の外圧負荷試験機において、
前記管材の両端部それぞれを保持し、前記管材に軸方向に沿って引張荷重又は圧縮荷重、若しくは引張及び圧縮の繰り返し荷重を付与する荷重付与装置を備えた、外圧負荷試験機。

【請求項8】

請求項５〜７のいずれか１項に記載の外圧負荷試験機において、
前記管材が、油井管に用いられる継目無し鋼管のねじ継手である、外圧負荷試験機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、管材を試験対象とし、その管材に外圧を負荷する外圧試験機に関し、特に、圧力容器の両端壁それぞれの貫通穴から管材の両端部それぞれが突出する外圧試験機、及びその圧力容器の貫通穴と管材の外周面との間の密封構造に関する。

【背景技術】

【0002】

鋼管、管継手等のような管材に対しては、外圧を負荷する試験が行われる。使用環境での管材の耐外圧性能を保証するためである。とりわけ、管材として、油井管に用いられる継目無し鋼管、及びその鋼管を連結するねじ継手（以下、単に「鋼管」ともいう）には、外圧負荷試験が不可欠である。外圧負荷試験に用いられる従来の試験機としては、下記のものがある。

【0003】

特開昭５４−８５０８５号公報（特許文献１）は、鋼管を試験対象とする圧潰試験機を開示する。この特許文献１の圧潰試験機では、円筒状の圧力容器（ベッセル）の両端部それぞれから鋼管の両端部それぞれが突出する。圧力容器の両端部それぞれと鋼管の外周面との間は、環状のパッキンホルダ及び蓋によって閉ざされるとともに、断面Ｕ字状のパッキンリング（以下、「Ｕ形パッキン」ともいう）によって密封される。この試験機は、圧力容器内に高圧水を充填することにより、鋼管に外圧を負荷することが可能である。

【0004】

特開２００１−７４６２４号公報（特許文献２）は、鋼管を試験対象とする外圧負荷試験機を開示する。この特許文献２の外圧負荷試験機では、円筒状の圧力容器（ベッセル）の両端部それぞれから鋼管の両端部それぞれが突出する。圧力容器の両端部それぞれと鋼管の外周面との間は、環状のパッキンホルダ及び蓋によって閉ざされるとともに、Ｏリングとバックアップリングの組合せ、及びＵ形パッキンとバックアップリングの組合せを、間隔をあけて幾重にも連ねることによって密封される。この試験機は、圧力容器内に高圧水を充填することにより、鋼管に外圧を負荷することが可能である。更に、この試験機は、圧力容器内の鋼管にシリンダロッドを押し付けることにより、鋼管に曲げ荷重を付与することが可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開昭５４−８５０８５号公報

【特許文献2】特開２００１−７４６２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

近年、鋼管は、過酷な環境（高圧の環境、更には高温の環境）で使用されるようになっている。このため、鋼管に対しての外圧負荷試験においては、高い外圧が作用する環境を想定した試験が要求される。更に、高温の環境を想定した試験が要求されることがある。加えて、鋼管に軸方向に沿った荷重（いわゆる軸力）が作用する環境を想定した試験が要求されることがある。

【0007】

しかし、従来の外圧負荷試験機では、これらの要求に十分に対応できるかどうか疑わしい。圧力容器と鋼管との間の密封性能が、単純なパッキンリング（Ｏリング、Ｕ形パッキン）とバックアップリングに委ねられているからである。

【0008】

また、外圧負荷試験の際、試験対象の鋼管の外周面は、製造されたままの状態であることが多い。製造されたままの鋼管の外周面には黒皮が付着している。さらに、その外周の輪郭形状は、製造過程の寸法バラツキに起因し、厳密には真円でなく、楕円等のように多少変形している。このため、従来の外圧負荷試験機では、圧力容器と鋼管との間の密封性能がパッキンリングとバックアップリングによって十分に確保できるかどうか一層疑わしい。

【0009】

このような外圧負荷試験の実情は、鋼管のみならず、他の管材でも同様である。

【0010】

本発明は上記の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、下記の特性を有する密封構造及び外圧負荷試験機を提供することである：
外圧負荷試験において圧力容器と試験対象の管材との間の密封性能を十分に確保できること。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の一実施形態による密封構造は、加圧液体が充填される圧力容器と、両端部それぞれが前記圧力容器の両端壁それぞれの貫通穴から突出する試験対象の管材とを含み、前記圧力容器の前記貫通穴と前記管材の外周面との間を密封する構造であって、
当該密封構造は、
前記圧力容器内の前記加圧液体側から前記圧力容器の外部側に向けて順に、第１パッキンリングと、第２パッキンリングと、第１補助リングと、第２補助リングと、前記圧力容器の前記端壁に取り付けられた環状の蓋と、を備える。
前記第１補助リングの前記第２補助リング側の端面は、先端側ほど直径が縮小するテーパ面に形成され、
前記第２補助リングの前記第１補助リング側の端面は、前記第１補助リングの前記テーパ面に対向し、先端側ほど直径が拡大するテーパ面に形成されており、
前記第２パッキンリングは前記第１補助リング及び第２補助リングよりも軟質で、圧力を受けることにより弾性変形又は塑性変形が可能であり、
前記第１補助リング及び第２補助リングは圧力を受けることにより弾性変形又は塑性変形が可能である。

【0012】

上記の密封構造において、前記第１パッキンリングはＯリング又は断面Ｕ字状のパッキンリングであることが好ましい。

【0013】

上記の密封構造において、前記第１補助リング及び第２補助リングが金属であることが好ましい。

【0014】

上記の密封構造において、前記第１補助リングの前記テーパ面及び第２補助リングの前記テーパ面それぞれの傾斜角度が、中心軸に対し３０°〜６０°であることが好ましい。

【0015】

また、本発明の一実施形態による外圧負荷試験機は、
加圧液体が充填される圧力容器と、
両端部それぞれが前記圧力容器の両端壁それぞれの貫通穴から突出する試験対象の管材と、
上記の密封構造と、
前記圧力容器内に前記加圧液体を送り出す液体供給装置と、を備える。

【0016】

上記の外圧負荷試験機は、前記加圧液体を加熱する液体加熱装置を備える構成とすることができる。

【0017】

上記の外圧負荷試験機は、前記管材の両端部それぞれを保持し、前記管材に軸方向に沿って荷重を付与する荷重付与装置を備える構成とすることができる。

【0018】

上記の外圧負荷試験機は、前記管材が、油井管に用いられる継目無し鋼管のねじ継手である外圧負荷試験に適用することができる。

【発明の効果】

【0019】

本発明の密封構造及び外圧負荷試験機は、下記の顕著な効果を有する：
外圧負荷試験において圧力容器と試験対象の管材との間の密封性能を十分に確保できること。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】図１は、本発明の各実施形態に共通する外圧負荷試験機の全体構成の一例を模式的に示す図である。

【図2A】図２Ａは、本発明の外圧負荷試験機における第１実施形態の密封構造の一例を示す断面図であって、外圧が負荷される前の状態を示す。

【図2B】図２Ｂは、本発明の外圧負荷試験機における第１実施形態の密封構造の一例を示す断面図であって、外圧が負荷されたときの状態を示す。

【図3A】図３Ａは、本発明の外圧負荷試験機における第２実施形態の密封構造の一例を示す断面図であって、外圧が負荷される前の状態を示す。

【図3B】図４Ｂは、本発明の外圧負荷試験機における第２実施形態の密封構造の一例を示す断面図であって、外圧が負荷されたときの状態を示す。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下に、本発明の密封構造及び外圧負荷試験機について、その実施形態を詳述する。

【0022】

［第１実施形態］
図１は、本発明の各実施形態に共通する外圧負荷試験機の全体構成の一例を模式的に示す図である。図１に示す試験機１は、高い外圧が作用する環境を想定し、試験対象の管材２に外圧を負荷する外圧負荷試験に用いられる。この試験機１は、高温の環境を想定し、管材２を加熱した状態で外圧負荷試験を行うことが可能である。また、この試験機１は、いわゆる軸力が作用する環境を想定し、管材２に軸方向に沿った荷重を付与しながら外圧負荷試験を行うことが可能である。図１に例示する管材２は、油井管に用いられる継目無し鋼管のねじ継手であり、鋼管同士がカップリングによって連結されたものである。具体的な構成は以下のとおりである。

【0023】

試験機１は、円筒状で鋼製の圧力容器（ベッセル）３を備える。圧力容器３は、基礎４に固定されている。圧力容器３の両端壁３ａには、それぞれ、貫通穴３ｂが設けられている。管材２は、圧力容器３を軸方向に沿って貫通し、管材２の両端部２ａは、それぞれ、圧力容器３の両端壁３ａの貫通穴３ｂを通じて外部に突出する。圧力容器３の貫通穴３ｂと管材２の外周面との間には、両者の間を密封するためのリング群２０（詳細は後述する）が配置されている。圧力容器３の両端壁３ａには、それぞれ、環状の蓋２７がボルト等によって取り付けられている。蓋２７は、管材２を貫通させつつ、圧力容器３の貫通穴３ｂと管材２の外周面との間を外側から閉ざす。

【0024】

圧力容器３には、圧力容器３の内部に高圧の液体（例：油、水）を供給するための液体供給管９が接続されている。液体供給管９の経路には、上流側から順に、液体を貯留するタンク１０と、液体を送り出すポンプ１１と、送り出す液体を加圧する増圧機１２とが設けられている。ポンプ１１の作動により、増圧機１２を経て加圧された液体が液体供給管９を通じて圧力容器３に供給される。これにより、圧力容器３内に加圧された液体１４が充填され、この加圧液体１４によって管材２に外圧が負荷される。外圧の大きさは、増圧機１２によって調整される。

【0025】

圧力容器３には、圧力容器３内の液体１４を排出するための液体排出管１３が接続されている。液体排出管１３はタンク１０に接続されている。圧力容器３内の液体１４は、液体排出管１３を通じてタンク１０に回収される。

【0026】

本実施形態の試験機１は、管材２を加熱した状態にするために液体１４を加熱する液体加熱装置を備える。具体的には、圧力容器３の外周面がヒータ１５で包み込まれている。ヒータ１５は、電熱線又は誘導加熱コイルから構成され、圧力容器３を加熱する。圧力容器３の加熱に伴い、その内部の加圧液体１４が熱伝導によって加熱され、更にその内部の管材２が熱伝導によって加熱される。加圧液体１４及び管材２の温度は、図示しない熱電対を用いた温度計測によって監視され、この温度計測値に基づいてヒータ１５への印加電流を制御することによって調整される。

【0027】

液体加熱装置は、圧力容器３を包み込むヒータ１５に限定されない。例えば、液体加熱装置は、液体を貯留するタンク１０にヒータを設置したり、液体供給管９の経路にヒータを設置したりする態様であっても構わない。この場合、液体は、圧力容器３に供給される前に加熱され、加熱された状態で圧力容器３に供給される。

【0028】

また、本実施形態の試験機１は、管材２に軸方向に沿って荷重を付与する荷重付与装置を備える。具体的には、管材２の両端部２ａは、それぞれ、ホルダ６、７によって強固に保持されている。管材２の両端部２ａのうちの一方の端部を保持するホルダ６は、基礎４に固定されている。管材２の両端部２ａのうちの他方の端部を保持するホルダ７は、基礎４に対し、管材２の軸方向に沿ってスライド可能に支持されている。

【0029】

スライド可能なホルダ７の傍には、油圧アクチュエータ８が配設されている。この油圧アクチュエータ８は、油圧シリンダ８ａと、この油圧シリンダ８ａから突き出すシリンダロッド８ｂと、を備える。油圧シリンダ８ａは基礎４に固定されている。シリンダロッド８ｂは、スライド可能なホルダ７に連結されている。油圧アクチュエータ８の作動により、シリンダロッド８ｂが進退し、これにより、管材２には軸方向に沿って引張荷重又は圧縮荷重、若しくは引張及び圧縮の繰り返し荷重が付与される。その荷重の大きさは、油圧アクチュエータ８によって調整される。

【0030】

図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の外圧負荷試験機における第１実施形態の密封構造の一例を示す断面図である。これらの図のうち、図２Ａは、外圧が負荷される前の状態を示し、図２Ｂは、外圧が負荷されたときの状態を示す。図２Ａに示すように、本実施形態の試験機は、圧力容器３の両端壁３ａの貫通穴３ｂと管材２の外周面２ｂとの間に、それぞれ、内側から外側に向けて順に、すなわち圧力容器３内の加圧液体１４側から圧力容器３の外部側に向けて順に、第１ガイドブッシュ２５、第１パッキンリング２１と、第２パッキンリング２２と、第１補助リング２３と、第２補助リング２４と、第２ガイドブッシュ２６から構成される一連のリング群２０を備える。そして、最も外側に蓋２７が配置されている。

【0031】

本実施形態では、第１パッキンリング２１は、断面Ｕ字状のパッキンリング（Ｕ形パッキン）であり、Ｕ字の両端部が加圧液体１４側に向けて突出するように配置されている。第１パッキンリング２１の材質は、合成ゴム、軟質の合成樹脂（例：フッ素系樹脂、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン））等である。第１パッキンリング２１は、圧力を受けることにより弾性変形が可能である。第１パッキンリング２１は、塑性変形まで可能であってもよい。

【0032】

第２パッキンリング２２は、第１補助リング２３及び第２補助リング２４よりも軟質で、圧力を受けることにより弾性変形又は塑性変形が可能である。この特質を満足する限り、第２パッキンリング２２の材質に限定はない。ただし、本実施形態の試験機では、圧力容器３、加圧液体１４及び管材２が加熱されて高温状態で試験が行われる場合がある。この場合、第２パッキンリング２２が熱によって劣化したり、溶融したりしないように、耐熱性が求められる。このため、第２パッキンリング２２の材質は、耐熱性を有する軟質の合成樹脂（例：ブロンズの充填材を含むＰＴＦＥ）等であることが好ましい。低温（例えば室温）状態で試験が行われる場合は、第２パッキンリング２２の材質は、軟質の合成樹脂（例：ガラスの充填材を含むＰＴＦＥ）等であってもよい。

【0033】

第１補助リング２３と第２補助リング２４は、互いに楔状に噛み合う。具体的には、第１補助リング２３の外側の端面２３ｂ、すなわち第２補助リング２４側になる端面２３ｂは、先端側ほど直径が縮小するテーパ面に形成されている。一方、第２補助リング２４の内側の端面２４ａ、すなわち第１補助リング２３側になる端面２４ａは、テーパ面に形成された第１補助リング２３の外側の端面２３ｂに対向し、先端側ほど直径が拡大するテーパ面に形成されている。第１補助リング２３の内側の端面２３ａ及び第２補助リング２４の外側の端面２４ｂは、軸方向に対してほぼ直角な面である。

【0034】

第１補助リング２３及び第２補助リング２４は、第２パッキンリング２２よりも硬質であり、圧力を受けることにより弾性変形又は塑性変形が可能である。第１補助リング２３は、第２補助リング２４と同質であるか、又は第２補助リング２４よりも軟質である。この特質を満足する限り、第１補助リング２３及び第２補助リング２４の材質に限定はない。ただし、実用性を踏まえると、第１補助リング２３及び第２補助リング２４の材質は、金属であることが好ましい。例えば、第１補助リング２３の材質として、軟鋼（例：ＳＳ４００（ＪＩＳ Ｇ ３１０１））等を適用できる。第２補助リング２４の材質として、硬質の銅合金（例：アルミニウム青銅、Ｃ６１９１（ＪＩＳ Ｈ ３２５０））等を適用できる。

【0035】

第１ガイドブッシュ２５は第１パッキンリング２１挿入時にガイドの役割を担う。第２ガイドブッシュ２６はスペーサの役割を担う。いずれのガイドブッシュ２５、２６も、その両端面は軸方向に対してほぼ直角な面である。第１ガイドブッシュ２５は、これが接触する第１パッキンリング２１よりも硬質である。第２ガイドブッシュ２６は、これが接触する第２補助リング２４と同質であるか、又は第２補助リング２４よりも硬質である。このような特質を満足する限り、第１ガイドブッシュ２５及び第２ガイドブッシュ２６の材質に限定はない。例えば、第１ガイドブッシュ２５及び第２ガイドブッシュ２６の材質として、硬質の銅合金（例：アルミニウム青銅、Ｃ６１９１（ＪＩＳ Ｈ ３２５０）、ＣＡＣ７０２（ＪＩＳ Ｈ ５１２０））等を適用できる。もっとも、第１ガイドブッシュ２５は省略しても構わないし、第２ガイドブッシュ２６は省略しても構わない。

【0036】

上記したリング群２０の内径は、管材２の外径と同程度か、又は管材２の外径よりも僅かに大きい。また、リング群２０の外径は、圧力容器３の貫通穴３ｂの内径と同程度か、又はその貫通穴３ｂの内径よりも僅かに小さい。ここで、管材２の外周面２ｂが機械加工を施されてなく、製造されたままの状態である場合、厳密には、管材２の外周輪郭形状は真円でなく、楕円等のように多少変形している。この場合、リング群２０の内径は、製造されたままの状態の管材２の最大外径に基づいて設定される。

【0037】

上記した構成のリング群２０は、加圧液体１４によって外圧が負荷されると、以下のような挙動をとる。

【0038】

図２Ｂに示すように、加圧液体１４からの外圧は、直接的には加圧液体１４に接する第１ガイドブッシュ２５を通じて第１パッキンリング２１に作用する（図２Ｂ中の白抜き矢印参照）。この外圧の作用により、第１パッキンリング２１は弾性変形し、圧力容器３の貫通穴３ｂと管材２の外周面２ｂとの間の隙間を塞ぐ。そのまま外圧の作用により、第１パッキンリング２１、第２パッキンリング２２、第１補助リング２３、第２補助リング２４及び第２ガイドブッシュ２６が、順次接触しつつ、軸方向の外側に向けて移動し、第２ガイドブッシュ２６が蓋２７に接触する。これにより、第２補助リング２４及び第２ガイドブッシュ２６の軸方向の移動が制限される。

【0039】

第１パッキンリング２１に接する第２パッキンリング２２には、全域にわたり、第１パッキンリング２１を介して外圧が作用する。これにより、第２パッキンリング２２は、弾性変形し、場合によっては塑性変形し、圧力容器３の貫通穴３ｂと管材２の外周面２ｂとの間の隙間を塞ぐ。

【0040】

第２パッキンリング２２に接する第１補助リング２３の内側の端面２３ａには、第１パッキンリング２１及び第２パッキンリング２２を介して外圧が作用する。このとき、第１補助リング２３の外側の端面２３ｂがテーパ面であり、この端面２３ｂに接触する第２補助リング２４の内側の端面２４ａがテーパ面となっている。このため、第１補助リング２３は、第２補助リング２４に対する楔の原理により、そのテーパ面に沿いながら軸方向の外側に向けて移動し、径方向に収縮する（図２Ｂ中の実線矢印参照）。これと同時に、第２補助リング２４には、第１補助リング２３に対する楔の原理による反発力が作用する。これにより、第２補助リング２４は、径方向に拡大する（図２Ｂ中の破線矢印参照）。

【0041】

その結果、第１補助リング２３の内周面が管材２の外周面２ｂに強く接触した状態になる。更に、第２補助リング２４の外周面が圧力容器３の貫通穴３ｂに強く接触した状態になる。更に、互いにテーパ面である、第１補助リング２３の外側の端面２３ｂと第２補助リング２４の内側の端面２４ａとが、強く接触した状態になる。したがって、圧力容器３の両端壁３ａの貫通穴３ｂと管材２の外周面２ｂとの間は、第１補助リング２３及び第２補助リング２４同士の楔の原理によって強力に塞がれる。

【0042】

このとき、管材２の外周面２ｂが製造されたままの状態であって、管材２の外周輪郭形状が多少変形していたとしても、第１補助リング２３は、管材２の外周輪郭形状に沿って変形し、第１補助リング２３の内周面が管材２の外周面２ｂに強く接触した状態になることに変わりはない。仮に、第１補助リング２３の内周面と管材２の外周面２ｂとの間に部分的に隙間が生じても、その隙間は極めて狭い。このため、その狭い隙間に、変形した第２パッキンリング２２が進入し、最終的には第２パッキンリング２２がその隙間を塞ぐ。

【0043】

このように本実施形態の試験機１によれば、加圧液体１４によって外圧が負荷されると、圧力容器３の両端壁３ａの貫通穴３ｂと管材２の外周面２ｂとの間は、それぞれ、第１パッキンリング２１及び第２パッキンリング２２によって塞がれ、更に第１補助リング２３及び第２補助リング２４によって強力に塞がれる。これにより、外圧負荷試験において、圧力容器３と試験対象の管材２との間の密封性能を十分に確保することが可能になる。

【0044】

また、本実施形態の試験機１は、液体加熱装置を備えるため、高温の環境を想定した外圧負荷試験に対応することができる。この場合、リング群２０の材質、特に、第２パッキンリング２２、第１補助リング２３及び第２補助リング２４の材質に関し、耐熱性を有する材料が適用されれば、密封性能に支障は生じない。

【0045】

更に、本実施形態の試験機１は、荷重付与装置を備えるため、管材２（例：鋼管）に軸力が作用する環境を想定した外圧負荷試験にも対応することができる。この場合、管材２は軸方向への荷重の負荷に伴って伸縮するが、リング群２０はその管材２の伸縮を許容できるため、密封性能に支障は生じない。

【0046】

ここで、テーパ面である第１補助リング２３の外側の端面２３ｂ、及びテーパ面である第２補助リング２４の内側の端面２４ａに関し、それぞれの傾斜角度θ１、θ２（図２Ａ参照）は、中心軸に対し３０°〜６０°であることが好ましい。傾斜角度θ１、θ２があまりに大きいと、第１補助リング２３及び第２補助リング２４に楔の原理が有効に働かないからである。一方、傾斜角度θ１、θ２があまりに小さいと、第１補助リング２３及び第２補助リング２４の厚み（軸方向の長さ）が必要以上に大きくなるからである。傾斜角度θ１、θ２のより好ましい範囲は、３０°〜４５°である。

【0047】

［第２実施形態］
図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の外圧負荷試験機における第２実施形態の密封構造の一例を示す断面図である。これらの図のうち、図３Ａは、外圧が負荷される前の状態を示し、図３Ｂは、外圧が負荷されたときの状態を示す。図３Ａ及び図３Ｂに示す密封構造は、前記図２Ａ及び図２Ｂに示す第１実施形態の構成を変形したものであり、第１実施形態と重複する説明は適宜省略する。

【0048】

本実施形態では、第１パッキンリング２１はＯリングである。これ以外の構成は、第１パッキンリング２１の材質を含め、前記第１実施形態と同様である。第１パッキンリング２１としてＯリングを採用した場合であっても、加圧液体１４によって外圧が負荷されたときのリング群２０の挙動は、前記第１実施形態と同様になる（図３Ｂ参照）。したがって、第２実施形態の試験機によっても、前記第１実施形態と同様の効果を奏する。

【0049】

もっとも、第１パッキンリング２１としては、前記第１実施形態のようにＵ形パッキンの方が好ましい。Ｕ形パッキンの方が変形し易いので、密封性能に優れ、管材２への装着も容易だからである。

【0050】

その他、本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。例えば、上記の実施形態では、管材として、油井管に用いられる継目無し鋼管のねじ継手、特に、鋼管同士がカップリングによって連結されたカップリング型のねじ継手を試験対象としているが、鋼管同士が直接連結されたインテグラル型を試験対象にすることができる。また、継目無し鋼管のみならず、他の管材を試験対象とすることもできる。

【実施例】

【0051】

本発明による効果を確認するため、前記図１に示す試験機を用い、カップリング型の継目無し鋼管のねじ継手を試験対象材として、高温環境を想定した外圧負荷試験を実施した。試験では、下記の表１に示すとおり、各種の条件を変更し、各条件で圧力容器と供試鋼管との間からの加圧流体の漏出状況を調査した。ここで変更した条件は、供試鋼管の外径、加圧液体による外圧の圧力、及び加圧液体の温度であった。

【0052】

【表1】

【0053】

共通の条件は下記のとおりである。
・試験時間：６０分
・加圧液体：油
・第１パッキンリングの形式：Ｕ形パッキン
・第１パッキンリングの材質：フッ素樹脂
・第２パッキンリングの材質：ブロンズの充填材を含むＰＴＦＥ
・第１補助リングの材質：ＳＳ４００
・第２補助リングの材質：Ｃ６１９１
・第１補助リング及び第２補助リングのテーパ面の傾斜角度：４５°

【0054】

上記の表１に試験結果を示す。いずれの条件でも、圧力容器と供試鋼管との間からの加圧流体の漏出は認められなかった。

【産業上の利用可能性】

【0055】

本発明の密封構造及び外圧負荷試験機は、油井管に用いられる継目無し鋼管を始めとし、あらゆる管材を試験対象とする外圧負荷試験に有効に利用できる。

【符号の説明】

【0056】

１：外圧負荷試験機、 ２：管材、 ２ａ：端部、 ２ｂ：外周面、
３：圧力容器、 ３ａ：端壁、 ３ｂ：貫通穴、
４：基礎、 ６：ホルダ、 ７：ホルダ、
８：油圧アクチュエータ、 ８ａ：油圧シリンダ、 ８ｂ：シリンダロッド、
９：液体供給管、 １０：タンク、 １１：ポンプ、 １２：増圧機、
１３：液体排出管、 １４：液体、 １５：ヒータ、
２０：リング群、
２１：第１パッキンリング、 ２２：第２パッキンリング、
２３：第１補助リング、 ２３ａ：第１補助リングの内側の端面、
２３ｂ：第１補助リングの外側の端面（テーパ面）、
２４：第２補助リング、 ２４ａ：第２補助リングの内側の端面（テーパ面）、
２４ｂ：第２補助リングの外側の端面、
２５：第１ガイドブッシュ、 ２６：第２ガイドブッシュ、 ２７：蓋、
θ１、θ２：傾斜角度

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】