(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パイプラップジョイント用の継手であって、内側パイプと外側パイプとを備え、これらのそれぞれのパイプ壁は嵌め込み関係にあって各パイプの端部で重なり領域を与え、外側パイプの前記重なり領域は１対のスロットを含み、前記対の第１のスロットは、前記外側パイプの端から軸方向に内側に延びかつ前記重なり領域内の内側端壁で終端となる第１および第２の側壁を有し、前記対の第２のスロットは、前記外側パイプの端から内側に間隔をおかれかつ前記第１のスロットから円周方向にオフセットされかつ外側端壁から内側端壁まで内側に延びる第１および第２の側壁を有し、パイプラップジョイント用の継手はさらに、前記外側パイプの周囲に配置されかつ前記第２のスロットと前記第１のスロットの内側端部とを覆う締付バンドと、前記外側パイプの周囲で前記バンドを締付けて、パイプを互いに締付けかつ外側パイプを圧壊して重なり領域内で前記内側パイプと締り嵌め係合させ、前記外側パイプを前記内側パイプおよび前記バンドと封止係合させるためのしっかりと締める手段とを備えるタイプのパイプラップジョイント用の継手であって、互いに円周方向にもっとも近い関係を有する第１のスロットの一方の側壁と第２のスロットの他方の側壁とは円周方向にオフセットされるように配置され、前記第１のスロットと第２のスロットとは、外側パイプと壁と一体化した壊れやすいブリッジングセグメントにより互いに分離されていることと、前記端壁は前記第１のスロットの一方の側壁を挟んで交差するように延び、前記外側パイプの重なり領域の圧壊により前記壊れやすいブリッジングセグメントが変形されかつ２つの部分に破壊され分離されることを特徴とする、パイプラップジョイント用の継手。
【請求項２】
前記第２のスロットは、前記第２のスロットの内端に隣接した一方の側壁に沿った点から前記外側パイプの周囲に円周方向に延びる第１の交差スロット部分と、前記第２のスロットの内端に隣接した他方の側壁に沿った点から前記外側パイプの周囲に円周方向にかつ前記第１の交差スロット部分に対向するように延びて、前記外側パイプの重なり領域が圧壊すると、前記第１および第２のスロットがそれらの長さに沿ってより均等に互いに締まることを可能とする第２の交差スロット部分とを含む、請求項１に記載の継手。
【請求項３】
第１および第２のスロットの端壁の隣接した端は互いから軸方向にオフセットされる、請求項１に記載の継手。
【請求項４】
第１のスロットの端壁からパイプの端までの距離は、第２のスロットの外側端壁の端からパイプの端までの距離よりも短い、請求項１に記載の継手。
【請求項５】
第２のスロットの外側端壁の少なくとも一部分は外側パイプの軸に対し斜めに延びる、請求項１に記載の継手。
【請求項６】
第２のスロットの外側端壁の少なくとも一部分と第１のスロットの内側端壁の一部分とは、ほぼ同じ角度で外側パイプの軸に対し斜めに延びる、請求項１に記載の継手。
【請求項７】
第２のスロットの外側端壁の少なくとも一部分は外側パイプの軸に対し斜めに延び、第１のスロットの内側端壁の少なくとも一部分は外側パイプの軸に対し実質的に垂直方向に延びる、請求項１に記載の継手。
【請求項８】
前記壊れやすいブリッジングエレメントは一般にコーンに類似の形状を有し、コーンのベースはパイプの外径および内径のうちの一方にありかつコーンの頂点はパイプの内径および外径の他方にある、請求項３に記載の継手。
【請求項９】
前記壊れやすいブリッジングエレメントは一般にコーンに類似の形状を有し、コーンのベースはパイプの外径にありかつコーンの頂点はパイプの内径にある、請求項３に記載の継手。
【請求項１０】
前記バンドは、その自由端が半径方向に外側に延びる開いたループであり、前記しっかりと締める手段は、前記自由端を通って延びて端を互いに引寄せる少なくとも１つのボルトおよびナットを含む、請求項１に記載の継手。
【請求項１１】
前記バンドは、丸みのあるセクタと半径方向に突出するチャネル形状のセクタとを含む横断面を有し、前記チャネル形状のセクタは、丸みのあるセクタから外側に延びかつ外端で互いから分離されてバンド内に開口部を形成する１対の部材を備え、さらに、部材間に配置されかつ前記対の部材にそれぞれ対向する１対の表面を有するスプラインを備え、前記スプラインの前記表面の１つは凹状であり、さらに、スプラインの前記凹面に対向する１つの部材に接して配置されるバーを備え、前記しっかりと締める手段は少なくとも１つのボルトおよびナットを含み、ボルトはサイドバーを通って横方向に延び、部材およびスプラインは、部材をスプラインのそれぞれの表面に押しつけるように適合され、バンドは前記重なり領域の周囲に延びる、請求項１に記載の継手。
【請求項１２】
前記バンドは一片のシートメタルを備え、前記部材の各々は、それ自体が折り曲げられてシートメタルの二重層を与える、請求項１０に記載の継手。
【請求項１３】
パイプラップジョイント用の継手であって、内側パイプと外側パイプとを備え、これらのそれぞれのパイプ壁は嵌め込み関係にあって各パイプの端部で重なり領域を与え、外側パイプの前記重なり領域は１対のスロットを含み、前記対の第１のスロットは、前記外側パイプの端から内側に延びかつ前記重なり領域内の内側端壁で終端となる第１および第２の側壁を有し、前記対の第２のスロットは、前記外側パイプの端から内側に間隔をおかれかつ前記第１のスロットから円周方向にオフセットされかつ外側端壁から内側に延びる第１および第２の側壁を有し、互いに円周方向にもっとも近い関係を有する第１のスロットの一方の側壁と第２のスロットの他方の側壁とは円周方向にオフセットされるように配置され、前記第１のスロットと第２のスロットとは、外側パイプの壁と一体化した壊れやすいブリッジングセグメントにより互いに分離されていることと、パイプラップジョイント用の継手はさらに、前記外側パイプの周囲に配置されかつ前記第２のスロットと前記第１のスロットの内側端部とを覆う締付バンドと、前記バンドを前記外側パイプの周囲で締付けて、パイプを互いに締付けかつ外側パイプの前記ブリッジングセグメントを圧壊して重なり領域内で前記内側パイプと締り嵌め係合させ、前記外側パイプを前記内側パイプおよび前記バンドと封止係合させるためのしっかりと締める手段とを備えるタイプのパイプラップジョイント用の継手であって、改良点は、前記第１のスロットの長さは、パイプの壁の長さの約５倍から、約、パイプ端の最大のオフセットとパイプの壁の厚さの５倍との和までの範囲であることと、前記第２のスロットの長さは前記第１のスロットの長さよりも長いこととを含む、パイプラップジョイント用の継手。
【請求項１４】
前記第２のスロットは、前記第２のスロットの内端に隣接した前記第１の側壁に沿った点から前記外側パイプの周囲に円周方向に延びる第１の交差スロット部分と、前記第２のスロットの内端に隣接した前記第２の側壁に沿った点から前記外側パイプの周囲に円周方向にかつ前記第１の交差スロット部分に対向するように延びる第２の交差スロット部分とを含む、請求項１３に記載の継手。
【請求項１５】
第１および第２のスロットの前記第１の側壁は、第２のスロットの第１の側壁の外端が第１のスロットの第１の側壁の内端から円周方向にオフセットされるように配置され、前記第１の側壁は外側パイプの壁の壊れやすいブリッジングセグメントにより互いに接続され、前記端壁は前記第１の側壁に関し交差するように延び、前記第１および第２のスロットは、前記外側パイプの重なり領域の圧壊により前記壊れやすいブリッジングセグメントが変形されかつ２つの部分に破壊されるときに互いから実質的に分離される、請求項１３に記載の継手。
【請求項１６】
前記ブリッジングセグメントは、パイプ端の最短の端縁から、パイプの壁の厚さの約５倍の距離だけ軸方向に配置される、請求項１５に記載の継手。
【請求項１７】
パイプの一端に近くでパイプの壁に第１および第２のスロットを打抜くためのパンチおよびダイの組であって、第１のスロットは、パイプの端から軸方向に内側に延びかつ内側端壁で終端となる第１および第２の側壁を有し、第２のスロットはパイプの端から内側に間隔をおかれかつ第１のスロットから円周方向にオフセットされかつ外側端壁から軸方向に内側に延びる第１および第２の側壁を有し、前記第１のスロットと第２のスロットとの関係はさらに互いに円周方向にもっとも近い関係を有する第１のスロットの一方の側壁と第２のスロットの他方の側壁とは円周方向にオフセットされるように配置され、前記第１のスロットと第２のスロットとは、外側パイプの壁と一体化した壊れやすいブリッジングセグメントにより互いに分離されるように配置され、前記ダイは、それぞれ前記第１および第２のスロットに対応する１対のダイキャビティが設けられた円筒形のセクションを有しかつ環状の当接部材を有するホーンダイであり、前記ダイは、前記円筒形のセクション上に配置されたパイプを、パイプの内径がその上に位置しかつパイプの端部が前記当接部材と係合するように受けるよう適合されており、前記パイプ端は、予め定められた最大の直角度公差のはずれのあるパイプの軸に対しほぼ垂直な面を規定し、前記第１のダイキャビティは、前記ダイに対し軸方向に延び、かつ前記環状の当接部材と軸方向に整列した第１の端壁と、前記予め定められた最大の直角度公差のはずれと前記パイプの壁の厚さの約５倍との和に実質的に等しい距離だけ第１の端壁から離れた第２の端壁とを有し、前記第２のダイキャビティは前記ダイに対し軸方向に延びかつ前記第１のダイキャビティから円周方向にオフセットされかつ第１および第２の端壁を有し、第１のダイキャビティの第２の端壁は第２のダイキャビティの第１の端壁に隣接し、前記第２のダイキャビティは前記第１のダイキャビティの長さよりも大きな軸方向の長さを有し、前記パンチは、それぞれ前記第１および第２のダイキャビティと噛み合う１対のパンチフェースを有し、前記パンチおよびダイの組は、前記ホーンダイの前記パイプの角度配向にかかわらず、前記パイプにおいて、前記パイプの壁の厚さの少なくとも約５倍の長さを有する前記第１のスロットを形成するように動作する、パンチおよびダイの組。
【請求項１８】
前記第１のダイキャビティの前記第２の端壁は、前記第２のダイキャビティの前記第１の端壁と整列する、請求項１７に記載のパンチおよびダイの組。
【発明の詳細な説明】
これは、１９９４年１２月２０日に出願された出願連続番号第３５９，５３１号の一部継続出願である。
発明の分野
この発明はパイプ継手に関し、より特定的には車の排気システムで用いるのに特に適合されるパイプラップジョイントに関する。
発明の背景
車の排気システムのようなある応用において、パイプ間に良好な流体シールと高度の引離し強度とを備えたパイプジョイントを設けることが望ましい。特に車の排気システムと接続して良好な流体シールを備えたパイプ継手を設ける際に、より信頼性が高くかつ非常に均等であることがますます重要になってきている。
先行技術では、１９８６年１２月１６日に付与されたカセル（Cassel）の米国特許第４，６２９，２２６号において開示されかつクレームされたように、高強度と良好な流体シールとを与えるパイプ継手が、圧壊可能な封止域とバンドクランプとを有するパイプラップジョイントにより与えられている。その特許のラップジョイントにおいて、圧壊可能な封止域は、少なくとも１対の交差する両端を突き合わせたスロットにより外側のパイプにおいて設けられ、これらのスロットは、パイプ端部の重なり領域内の封止域が円周方向に収縮するための逃げを与える。締付バンドが外側パイプの周囲に配置されかつ内側スロットを覆う。締付バンドはパイプを互いに締付け、かつ外側パイプの封止域を圧壊して内側パイプと締り嵌め係合させるように外側パイプの周囲でしっかりと締められ、それによって外側パイプを内側パイプおよびバンドと封止係合させる。交差するスロットは外側スロットと内側スロットとを備える。外側スロットは、外側パイプの端から内側に延びかつパイプの重なり領域内の交差内側端壁で終端となる側壁を有する。内側スロットは外側スロットから円周方向にオフセットされ、側壁は外側の端壁から軸方向に内側に延びる。スロットの隣接した側壁は実質的に互いに整列し、端壁は実質的に互いに整列している。外側パイプの重なり領域が圧壊されて内側パイプと締り嵌め係合すると、スロットの端壁は移動して互いに係合し、それによってスロットを互いから分離しかつシールを与える。
前述の米国特許第４，６２９，２２６号のラップジョイントは、圧壊されない状態で外側パイプに隣接した角で互いに交差する１対のスロットを利用している。内側パイプ壁および外側パイプ壁は、隙間嵌めで互いに嵌め込まれ、ラップジョイントを形成する。パイプ直径には製造許容差があるので、かみ合わされたパイプのほとんどは十分な隙間ばめを有し、このため外側パイプはスロットの端壁が移動してたがいに係合して外側スロットと内側スロットとを分離するほどまで、バンドクランプによって十分圧壊される。しかしながら、かみ合わされたパイプのいくらかは、初期のはめが非常にきついので、バンドクランプを締めても、外側パイプはこれが内側パイプと締まりばめ係合する前にごくわずかに圧壊するのみであり、２つのスロット間に分離を与えるために必要な、スロットの端壁の両端をつき合わせた係合を引き起こすに足る変位はない。これはパイプラップジョイントによっては望ましくない漏洩につながるおそれがある。
早い先行技術では、締付バンドにより圧壊されて内側パイプと封止係合する外側パイプの自由端に圧壊可能な封止域を用いることが知られていた。このタイプのパイプラップジョイントは、ワグナー（Wagner）らの、１９７８年９月１２日に付与された米国特許第４，１１３，２８９号で開示されている。ワグナーらの特許の圧壊可能な封止域は、外側パイプの端部周囲に円周方向に配置される複数の組のスロットを備える。スロットの各々の組において、パイプの端から内側に延びる開いたスロットと、隣接した閉じたスロット、すなわちパイプの端まで延びないスロットとがある。この封止域の問題点は、スロットの構造が圧壊に対し大きな抵抗を示し、スロットの各組のパイプの円周の比較的わずかな減少にしか適合しないことである。
圧壊可能な封止域を用いたタイプのラップジョイントも、カセルの米国特許第４，０５６，２７３号で開示されている。この特許のジョイントでは、圧壊可能な封止リングが外側パイプの延長部を形成するがそれとは分離されている。封止リングは各自由端で舌部を形成するように分割され、舌部は互いに係合する相補的な傾斜表面を有し、リングが収縮されるかまたは圧壊されるとき互いに接して摺動する。この封止リングは良好なシールを与えるが、その構造は、パイプ端部と一体化した封止リングには適合されない。
この発明の一般的な目的は、先行技術のある不利な点を克服しかつ改善された封止域を備えたパイプラップジョイントを提供することである。
発明の概要
この発明に従えば、許容可能な製造許容差内でその寸法のばらつきにかかわらず、部品間の改善された流体封止を示すパイプラップジョイントが提供される。このパイプラップジョイントはまた高度の引離し強度を示し、製造するのに経済的である。
さらにこの発明に従えば、外側パイプの重なり領域が少なくとも１対の両端を突き合せた逃げスロットを有する圧壊可能な封止域を備えるタイプのパイプラップジョイントであって、スロットが、外側パイプの周囲の締付バンドによる封止域の円周方向の収縮または圧壊に対処するものにおいて改善された流体封止特性が与えられる。この発明に従えば、封止域の周囲の外側パイプでクランプをしっかりと締めることで内側パイプとしっかりとした封止係合を生ずる場合、スロットに実質的にどのような収縮があるかにかかわらず、流体シールがパイプジョイントにおいて維持される。これは、スロットの隣接した端間にパイプ壁のブリッジングセグメントを与えるように配置される交差していないスロットにより達成される。したがって、第１および第２のスロットは、外側パイプの重なり領域の圧壊により壊れやすいブリッジングセグメントがごくわずかに変形されるかまたはそれが完全に破壊されるとき互いから分離される。
さらに、この発明に従えば、スロットの隣接した側壁は互いから円周方向にオフセットされ、かつ外側パイプの壁の壊れやすいブリッジングセグメントにより互いに接続される。
さらに、この発明に従えば、スロットの隣接した端壁は互いから軸方向にオフセットされ、かつ外側パイプの壁の上記壊れやすいブリッジングセグメントにより互いに接続される。好ましくは、壁の壊れやすいブリッジングセグメントは一般にコーンの形状であり、コーンのベースはパイプの外径上に配置され、かつコーンの頂点はパイプの内径上に配置される。
さらに、この発明に従えば、締付バンドにより封止域で外側パイプを圧壊することは、締付力を与える際に、梃子の力を増大させることにより容易になる。これは、内側スロットを外側スロットよりも実質的に長くすることにより達成される。好ましくは、パイプ端部の大量生産に実用的である程度まで、外側スロットの長さは最小化される。これによって、締付バンド下の封止域の幅の範囲内で内側スロットを最大にすることが可能となる。
さらに、この発明に従えば、内側スロットは、内側スロットの内端から外側パイプの周囲に円周方向に外側に延びかつ内側スロットに「Ｔ」形状を与える交差スロット部分を含む。この交差スロット部分によって、内側スロットおよび外側スロットの両方がそれらの長さにそってより均等に互いに締まることが可能となり、特に外側パイプの内径が内側パイプの外径よりもかなり大きい応用において、改善された封止を可能にする。
この発明は、添付図面と関連して以下の詳細な説明から完全に理解されるだろう。
図面の説明
図１は、アセンブルされる前の部品を示す、この発明のラップジョイントの分解図である。
図２は、部品がアセンブルされかつジョイントがしっかりと締められた後の、この発明のラップジョイントを示す。
図３は図２の線３−３に沿った図である。
図４は図２の線４−４に沿った図である。
図５は、図１のスロットを形成するためのパンチおよびダイの図である。
図６は、パイプ端部がダイの上に配置された、図５のダイの図である。
図７は、外側パイプが圧壊される前の、図１のスロットの拡大図である。
図７Ａは、図７の線７Ａ−７Ａに沿った図である。
図８は、外側パイプが圧壊された後の、図２のスロットの拡大図である。
図９は、外側パイプが圧壊される前のスロットの発明の第２の実施例を拡大して示す。
図１０は、外側パイプが圧壊された後のスロットの第２の実施例を拡大して示す。
図１１は、外側パイプが圧壊される前のスロットの発明の第３の実施例を拡大して示す。
図１２は、外側パイプが圧壊された後のスロットの第３の実施例を拡大して示す。
この発明を実行するための最良のモード
さて図面を参照して、車の排気システムで用いるのに特に適合されるパイプラップジョイントにおいてこの発明の例示の実施例が示される。説明が進むに従ってこの発明が他の実施例および他の応用例で有用なことが認められるだろう。
この発明の第１の実施例が図１から図８までを参照して説明される。図面に示されるように、この発明のパイプジョイント１０は一般に、内側パイプ１２と外側パイプ１４とを備え、これらのパイプはそれぞれ、パイプを互いに保持するためのバンドクランプ１６と嵌め込みの関係にある。外側パイプ１４は、内側パイプ１２上に延びてパイプの重なり領域１８（図３）を与えるラップ部分を有する。内側パイプと外側パイプとの間で流体シールを与えるために、重なり領域１８において、半径方向に圧壊可能な封止域２２が外側パイプ１４上に設けられる。圧壊可能な封止域２２はここで詳細に説明される。
封止域２２は、外側パイプ１４の自由端のリング形状の部分を備える。それは、クランプ１６により半径方向に収縮させられるかまたは圧壊されて、封止域２２が内側パイプ１２と締り嵌め係合するように適合されている。この目的のために、封止域２２には、オフセットされた両端を突き合せた関係で配置された１対の交差しないスロット２４が設けられる。例示の実施例において、一対の交差するスロットだけが用いられる。しかしながら、実施例によっては、パイプ周囲で円周方向に間隔を置かれた、２つ以上の対のスロットを用いることが望ましいだろう。
クランプ１６の力により封止域２２が圧壊される前の、交差しないスロット２４の対が図１に示される。交差しないスロット２４の対は外側スロット２６を備え、これは、外側パイプの端から内側に延びかつ重なり領域１８内の交差内側端壁３６で終端となる１対の側壁３２および３４により境界を定められている。側壁３２および３４は互いにかつパイプ１４の軸に実質的に平行であり、一方内端壁または内側端壁３６は、垂直方向から小さな領域角度で側壁とパイプの軸とに関して斜めに延びる。内側スロット３８は、その外端壁または外側端壁４６から内端壁または内側端壁４８まで軸方向に内側に延びる１対の側壁４２および４４により境界を定められている。端壁４６は、端壁３６の傾斜と実質的に同じ傾斜で側壁４２および４４に関して斜めに延びる。図７に示されるように、端壁３６および４６はともに、垂直方向からパイプの軸まで約４度の小さな反時計回りの角度で傾斜していることが注目される。説明が進むに従って、代替例として傾斜は反時計回りではなく時計回りであってもよいことが認められるだろう。スロット２６の端壁３６とスロット３８の端壁４６とは、短い距離だけ互いから軸方向にオフセットされる（図７を参照）。隣接した側壁、すなわち側壁３４および側壁４２は、短い距離だけ互いから円周方向にオフセットされる。スロット２６およびスロット３８はしたがって、外側パイプの壁の介挿された部分により互いから分離される。スロットの最も近接した領域において、パイプ壁と一体化した、パイプ壁の小さなブリッジングセグメント４０が、端壁３６および側壁３４により形成された角と端壁４６および側壁４２により形成された角との間でブリッジを形成する。これらの角は、これから説明されるスロット形成動作の結果としてパイプ壁のブリッジングセグメント４０により互いに付着される。
スロット２６および３８は、２つのダイキャビティＤおよびＥを有するホーンダイＣと協働する２つのパンチセグメントＡおよびＢを有するパンチを用いて打抜き動作によりパイプ１４で形成される。図５および図６に示されるように、ダイはパイプ内部に配置され、パンチはパイプの外側にある。しかしながら、パンチおよびダイの位置は逆にされてもよいことが認められる。ダイＣには環状の肩Ｃ′が設けられ、これは、ダイに装填されるときパイプを位置決めするための当接部の役割をする。ダイキャビティＤは、その外端が肩Ｃ′の当接表面と整列するように位置決めされる。パンチフェースが図５で輪郭の形で示され、ここではパイプの外径上でパンチの「フットプリント」が、陰影を付けられた区域により表わされる。パンチセグメントは、単一行程でスロットを打抜くために一致して動くように装着される。
例示の実施例において、内側パイプ１２は公称１と３／４インチの外径を有し、外側パイプ１４の端部分は内側パイプ上に隙間嵌め部を形成するように拡大される。パイプの壁の厚さは公称０．０４８インチまたは１．２２ｍｍである。例示の実施例のために図５および図７に示されるパンチの寸法は以下のとおりである。ａ＝４．２３ｍｍ；ｂ＝８．４３ｍｍ；ｃ＝９．４ｍｍ；ｄ＝２９．８ｍｍ；ｒ＝２．１２ｍｍ；ｆ＝４度；ｘ＝０．１０ｍｍ；かつｙ＝０．２０ｍｍである。ダイは従来の実施に従えばパンチと噛み合うように構成される。その結果、打抜き動作によって、打抜かれた材料がスロットの周囲のパイプ壁から離脱し、図７の破線で示されるように、スロットがパンチ側よりもパイプ壁のダイ側でわずかにより広くかつより長くなる。
パンチセグメントＡおよびＢはそれらの隣接した角で短い距離だけ間隔を置かれ、一方対応するダイキャビティは、点Ｐで実質的に点接触を有する。この配置は、パイプの壁においてブリッジングセグメント４０を形成可能にする。打抜かれたスロット間のブリッジングセグメントは、断面積がパイプのパンチ側からダイ側まで減少することが注目される。図７Ａに示されるように、ブリッジングセグメントはコーン形状であり、コーンのベースはパイプのパンチ側にあり、かつコーンの頂点はパイプのダイ側にある。その結果、スロットの隣接した角は、パイプのダイ側で実質的に互いに接触しており、かつパンチ側で間隔をおかれる。
封止域２２において外側パイプを容易に圧壊するために、クランプ１６の有効な梃子の力を最大化することが望ましい。これは、外側パイプが厚肉構成であるパイプ継手において特に望ましい。この目的のために、この発明に従えば、内側スロット３８の軸方向の長さは最大化され、外側スロット２６の軸方向の長さは最小化される。締付構成において、内側スロットの端壁４８が梃子の支点の役割をし、クランプが作用するレバーアームが壁４８からクランプの外側端縁まで延びる。しかしながら、外側パイプを圧壊することに対して大きな抵抗を加えるブリッジングセグメント４０の軸方向の位置が、クランプにより与えられねばならない力の量に大いに影響を及ぼす。ブリッジングセグメント４０は封止域２２内に、すなわちクランプ１６の外側端縁の内側に位置しなければならない。この位置が、「直角度」ではない（すなわちパイプの軸に対し垂直でない）パイプ端に確実に得られるように、外側スロットは、パイプ端において直角度のある最小の長さを有する必要がある。
パイプ打抜き動作において外側スロット２６の長さを最小化するために、（１）許容可能なパイプ端での直角度公差のはずれと（２）パイプの端からのブリッジングセグメント４０の最小のインセットとを十分に考慮しなければならない。最小のインセットとは、セグメント４０によりパイプの端から内側スロット３８を申し分なく分離する、セグメント４０のパイプ端からの最小の間隔である。典型的には、製造許容差があるので、パイプ端部の面は、特定の最大公差だけ垂直方向からパイプの軸までずれることが可能である。これによって、パイプの最長部分と最短部分とで、公差に依存する距離だけ軸方向にオフセットされる径方向に対向する点を有する、直角度はずれのパイプ端が作り出される。公差はパーセンテージで表わされてもよく、たとえば最大の許容可能なオフセット距離としてパイプの外径の１０％である。以下の説明において、公差の限界または最大値を有するパイプ端を生じるオフセット距離は「最大のオフセット」と称される。
パイプ端での直角度公差のはずれは以下のように説明される。直角度はずれのパイプ端を有する外側パイプ１４が図６に示される。ダイキャビティＤは、最大のオフセットよりも軸方向の長さが長くなくてはならない。そうでなければ、パンチは、パイプの最短部分をダイキャビティＤの上に配置して角位置においてダイ内に装填される。最大のオフセットを有するパイプのパイプ端と係合しないだろう。
ブリッジングセグメント４０の最小のインセットはパイプの壁の厚さの関数である。外側パイプの圧壊後外側スロットおよび内側スロットの接合部で信頼性のあるシールを与えるためには、ブリッジングセグメントはパイプの壁の厚さの少なくとも約５倍の距離だけパイプの端から間隔を置かれなければならない。
最大のオフセットと最小のインセットとを考慮すれば、所与のパイプの外側スロットの長さはパイプの壁の厚さの約５倍に等しい最小値から、最大のオフセットに壁の厚さの５倍を加えたものの和に等しい最大値までの範囲である。最大値は、直角度の端を有するパイプで生ずる。最小値は、最大の直角度公差のはずれを有するパイプで生じ、これはパイプの最短部分が外側スロット用のパンチセグメントに対向して、ホーンダイ上に角度があるように位置決めされる。したがって、外側スロットの最小の受入れ可能な長さは、各パイプ端が、許容可能な公差内で直角度外れのさまざまな値を有しているのだが、多くのパイプ端の各々が得られる。最小の長さの外側スロットは、ラップジョイントを締付けるための最大の梃子の力を与える。
この発明とともに用いられる好ましいクランプが図１、図２および図３を参照して説明される。クランプ１６は、封止域２２にわたって外側パイプ１４の周囲に配置される締付バンド５２を備える。特に、封止目的のために、締付バンド５２は内側スロット３８を覆いかつ端壁３６および４６の接合部を覆わなければならない。締付バンド５２にはしっかりと締める手段５４が設けられる。締付バンド５２は、断面が主に円形であるかまたは丸みがある。この締付バンドは、パイプ１４上の封止域２２の周囲で嵌合するように適合された丸みのあるセクタ５６と、丸みのあるセクタから半径方向に外側に延びる１対の側壁６２および６４を備えるチャネル形状のセクタ５８とを有する。締付バンド５２は一片のシートメタルからできており、その各自由端はそれ自体が折り曲げられて二重層を形成する。したがって、側壁６２および６４は二倍の厚さを有し、かつそれぞれのループまたは輪６６および６８においてそれらの外端で終端となる。後に説明されるように、輪６６および６８は、しっかりと締める手段５４がしっかりと締められるとき適所に側壁を保持するための保持部材の役割をする。
締付バンド５２は、しっかりと締める手段５４によりパイプ１４の周囲でしっかりと締められる。しっかりと締める手段は反応部材またはスプライン７２を備え、このスプラインはチャネル形状のセクタ５８内に配置されかつパイプ１４の封止域２２の外面に位置するように適合される。この目的のために、スプラインは、パイプ１４に従う弧状の形態の内面を有する。スプライン７２には１対の対向して向かい合う凹状の面７４および７６が設けられる。しっかりと締める手段はボルト７８およびナット８２を含む。これは、側壁６２の外側に配置されかつスプライン７２の凹状の面７４に対向する凸状の面を有するスペーサ８４も含む。ボルト７８は凸状の面を備えたヘッド８１を有し、このヘッドは、スプライン７２の凹状の面７６に対向する側壁６４の外側に配置される。ボルトは側壁７４および７６、スプライン７２およびスペーサ８４内の穴を通って延びる。
パイプジョイント１０がアセンブルされかつナット８２がボルト７８にしっかりと締められたときの部品の関係が図２および図４に示される。ナットおよびボルトがしっかりと締められる前は、チャネル形状のセクタ５８の側壁６２および６４はスプライン７２に接して位置していないことが理解される。ナット８２がしっかりと締められると、ボルトヘッド８１およびスペーサ８４は互いに引き寄せられ、側壁６２および６４を押しつけてスプライン７２と座に嵌めて係合させる。このしっかりと締める動作の結果、丸みのあるセクタ５６はパイプ１４の封止域２２の周囲に延びてそことしっかりと係合する。クランプ１６のしっかりと締める動作は、以下に説明される形態で、スロット２６および３８を部分的に締めることにより封止域２２に十分な力を加えて封止域２２を圧壊させる。
締り嵌めを有する２つのパイプ１２および１４のラップジョイントを作る際、クランプ５４をしっかりと締めることにより外側パイプを崩壊させるための余地はほとんどない。これは、パイプの大きさに関する製造許容差によっていくつかのパイプジョイントで起こり得る。この場合、クランプ５４をしっかりと締めると、外側パイプ１４がしっかりと締まり、封止バンド２２にわたって内側パイプ１２と締り嵌め係合することになる。しかしながら、パイプ１４の壁の変位はほとんどない。その結果、スロット２６および３８はごくわずかに狭くされ、ブリッジングセグメント４０は幾分延ばされまたは裂かれるが、壊されるかまたは破壊されて２つの別個の部分になることはない。したがって、スロット３８および２６はブリッジングセグメントにより互いから分離されたままであり、ジョイントの良好な流体シールが与えられる。一方、噛み合いパイプ１２および１４が、製造許容差が生じるためにより隙間のある嵌めを有する場合、クランプ５４をしっかりと締める際に異なった反応が起こる。パイプ間に十分なクリアランスがある場合は、クランプ５４をしっかりと締めると、封止域２２の領域において外側パイプ１４のメタルを十分に変位させ、図８に示されるようにブリッジングセグメント４０が２つの部分に破壊される。その結果、パイプ壁の圧壊動作は、スロット２６および３８の幅を減じる。これによって、クランプがしっかりと締められるに従って、端壁３６および４６がその間で連続して封止結合しながら互いに接して摺動するようになる。端壁３６および４６のパイプの軸に対する小さな傾斜角によって、その間のしっかりとした係合が維持される。したがって、スロット２６および３８は互いから実質的に分離されたままであり、ジョイントの良好な流体シールが与えられる。
したがって、封止域２２は半径方向に圧壊されて内側パイプ１２と封止係合し、クランプ１６は内側スロット３８にわたって封止域と封止係合する。スロットの端壁３６および４６の係合は、スロット間の経路を閉じ、ジョイントの良好な流体シールが保証される。
この発明の第２の実施例が図９および図１０を参照して説明される。この実施例は、主にスロットの形状に関して、上で説明された第１の実施例とは異なる。より特定的には、相違点は、外側スロットの内端と内側スロットの外端との相対的な傾斜にある。この実施例は、以下で説明されるある利点を与える。この実施例の説明において、第１の実施例を参照して説明される部分に対応する部分は、同じ参照番号にダッシュを付して示される。
パイプの封止域がクランプの力により圧壊される前の交差しないスロット２６′および３８′が図９に示される。外側スロット２６′は、外側パイプの端から内側に延び、かつ交差した内側壁または内側端壁３６′で終端となる１対の側壁３２′および３４′により境界を定められている。側壁３２′および３４′は互いにかつパイプ１４の軸に実質的に平行であり、端壁３６′は、側壁およびパイプの軸に関して垂直方向から小さな角度で斜めに延びる。端壁３６′は、図９に見られるように、垂直方向からパイプの軸まで約４度の小さな時計回りの角度で傾斜している。内側スロット３８′は、その外側端壁４６′から内側端壁４８′まで軸方向に内側に延びる１対の側壁４２′および４４′により境界を定められている。端壁４６′は、端壁３６′の傾斜と半体方向の傾斜を有して側壁４２′および４４′に関し斜めに延びる。端壁４６′は、図９に見られたように、垂直方向からパイプの軸まで約４度の小さな反時計回り角度で傾斜している。第１の実施例を参照して説明されたのと同じ態様で、端壁３６′および端壁４６′は軸方向にオフセットされ、側壁３４′および４２′は円周方向にオフセットされる。さらに、第１の実施例を参照して説明されるように、スロット２６′およびスロット３８′は小さなブリッジングセグメント４０′により互いから分離されている。端壁３６′および４６′は、それぞれ時計回りの傾斜角と反時計回りの傾斜角とを有するものとして上で説明された。代替的な構成として、端壁３６′は反時計回りの傾斜を有してもよく、端壁４６′は時計回りの傾斜を有してもよく、実質的に同じ結果になる。さらに代替的な構成として、端壁４６′はパイプの軸に対し垂直であってもよく、端壁３６′はパイプの軸に対して時計回りの傾斜を有しても、またはオフセットされたスロット（ブリッジングセグメント４０′により表わされる）で、クランプを締付けることによりパイプを圧壊させることに対する干渉を減じるのであれば、端壁３６′および４６′は他のどんな相対的な傾斜を有してもよい。
第２の実施例のスロットの構造を有する２つのパイプ１２および１４のラップジョイントの封止は、第１の実施例を参照して上で説明されたのと実質的に同じ態様で得られる。パイプ端間の締り嵌めの場合、スロット２６′および３８′はごくわずかに狭くされ、ブリッジングセグメント４０′は幾分延ばされまたは裂かれるが、壊されまたは破壊されて別個の部分になることはない。したがって、スロット３８′および２６′はブリッジングセグメントにより互いから分離されたままであり、ジョイントの良好な流体シールが与えられる。噛み合いパイプ１２および１４がより隙間のある嵌めを有する場合、クランプを締付ける際に異なった反応がおこるだろう。図１０に示されるように、パイプ間に十分なクリアランスがある場合、クランプをしっかり締めると、ブリッジングセグメント４０′が２つの部分に破壊されるようになる。これによって、クランプがしっかりと締められるにしたがって、端壁３６′および４６′がその間で連続して封止係合しながら互いに接して摺動するようになる。スロット２６′および３８′は互いから実質的に分離されたままであり、ジョイントの良好な流体シールが与えられる。
第２の実施例の利点は、スロット２６′および３８′が、より小さな締付力で圧壊可能なことである。このことは、パイプが圧壊されるときスロットのオフセット領域で干渉が減じられたことから生じる。これは、厚肉パイプが用いられる場合特に望ましい。これによって、ねじ切りされたファスナーについて減じられた量のトルクで、クランプをしっかりと締めて所望の封止関係になることが可能になる。第１の実施例と同じように第２の実施例を用いて、実質的に同じ封止特性が得られる。
この発明の第３の実施例が図１１および図１２に示される。この実施例の説明において、第１または第２の実施例を参照して説明された部分に対応する部分は、同じ参照番号にツーダッシュを付して示される。
この実施例は、内側スロット３８″が、図１１および図１２に５０および５２で示される１対の交差スロット部分を含むという点で第１および第２の実施例と異なる。第１の交差スロット部分５０は、内側スロットの内側端壁４８″に隣接した側壁４２″に沿った点から外側パイプ１４の周囲に円周方向に延びる。同様に、第２の交差スロット部分５２は、内側スロットの内側端壁４８″に隣接した側壁４４″に沿った点から外側パイプ１４の周囲に円周方向に延びる。交差スロット部分５０および５２を加えると、内側スロット３８″が「Ｔ」形状になる。交差スロット部分５０および５２は、この発明の第１または第２の実施例のいずれかに従って構成された封止域の機能を改善する。この実施例が与える改善された機能は以下に述べられる。
図１１は、クランプがパイプの封止域を圧壊させる前の交差していないスロット２６″および３８″を示す。交差スロット部分５０，５２の外側でスロット２６″および３８″は、この発明の第２の実施例の封止域と同じ形態を有する。代替的な構成として、スロット２６″および３８″は、第１の実施例の封止域と同じ形態を有してもよい。
交差スロット部分５０，５２は外側パイプ１４の円周周囲で反対方向に延び、かつパイプ１４の軸に対し実質的に垂直な面内にある。各々の交差スロット部分５０，５２は、上記内側スロット端壁４６″，４８″間の直線距離のほぼ半分の円周距離だけパイプ１４周囲に延びる。
第３の実施例のスロット構造を有するラップジョイントは、１点を除いては第１および第２の実施例を参照して上で説明されたのと実質的に同じ態様で封止される。すなわち第３の実施例の交差スロット部分５０，５２は、スロット２６″および３８″がそれらにの長さに沿ってより均等に圧壊することを可能にする。言い換えれば、交差スロット部分５０、５２によってそれぞれ側壁４２″および３２″とよりほとんど平行な位置に側壁４４″および３４″が圧壊可能になる。より均等な圧壊は、内側パイプと外側パイプとの間の表面接触部をより大きくし、したがって漏れの割合を減じかつ引離し強度を増大させる。より均等に圧壊できることは、噛み合いパイプ間に大きな直径の差がある場合特に望ましい。
スロット２６″および３８″は、上で説明されたＴ形状の内側スロット３８″を形成するようにパンチセグメントＢおよびダイキャビティＥが形作られることを除いては上で説明された動作と同一の打抜き動作によりパイプ１４において形成される。
この発明は特定の実施例を参照して説明されたが、それは限定的な意味で構成されるべきではない。当業者には多くの変形および修正が今すぐに生じるであろう。この発明を規定するために請求の範囲が参照される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図７Ａ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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