(57)【要約】圧着アセンブリが開示されている。このアセンブリは、アームの端部上にカムプロファイル７２、７４、７６を含む。カムプロファイル７２、７４、７６は圧着工具に係合し、工具の変位に対する入力を制御する。カムプロファイルは、半径によって画定される第１の部分７２と、第１の部分に隣接し、非一次式によって画定される第２の部分７４と、第２の部分に隣接し、一次式によって画定される第３の部分７６とを含んでいる。アセンブリはさらに、側板１３０に受動的故障モードを含む。アセンブリのアーム１１０は、側板１３０より大きい硬度をもち、強度が増すように、回転点に最大断面高さがある。アセンブリはさらに、アーム間に配置され、その間にアームの側部に画定された穴内に配置されるピン１６０によって保持される板ばね１５０を含む。約７６ｍｍ（３インチ）継手を圧着するのに必要な圧着力を小さくするように、直径を大きくした圧着リングが開示されている。
2005501731.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アセンブリを作動させる変位可能な部材とともに使用される改良されたアセンブリであって、
アセンブリ内に旋回可能に配置され、縁部を有するアームと、
縁部で画定され、変位可能な部材に係合することが可能なプロファイルとを備え、該プロファイルが、
縁部の径方向輪郭を画定する第１の部分と、
第１の部分に隣接し、縁部の湾曲輪郭を画定する第２の部分と、
第２の部分に隣接し、縁部の直線輪郭を画定する第３の部分とを有するアセンブリ。
【請求項２】
前記第２の部分の湾曲輪郭が、十次多項式によって画定される、請求項１に記載の改良された圧着アクチュエータアセンブリ。
【請求項３】
アームを作動させる変位可能な部材とともに使用されるアームであって、
第１の端部と、
第１の端部に隣接する縁部と、
縁部で画定され、変位可能な部材に係合することが可能なプロファイルとを備え、該プロファイルの少なくとも一部が、縁部の非直線かつ非径方向輪郭によって画定されるアーム。
【請求項４】
前記アームが、継手を圧着する、または圧着リングを作動させる第２の端部を備える、請求項３に記載のアーム。
【請求項５】
前記プロファイルが、
前記第１の端部にすぐ隣接し、半径によって画定される第１の部分と、
前記第１の部分に隣接し、非直線かつ非径方向輪郭によって画定される第２の部分と、
前記第２の部分に隣接し、一次関数によって画定される第３の部分とを備える、請求項３に記載のアーム。
【請求項６】
前記第１、第２、および第３の部分が、実質的に互いに繋がっている、請求項５に記載のアーム。
【請求項７】
非直線かつ非径方向輪郭が、十次多項関数によって画定される、請求項５に記載のアーム。
【請求項８】
出力を与えるアームであって、該アームが、アームを作動させる変位可能な部材とともに使用され、該アームが、
前記変位可能な部材と係合することが可能な第１の端部と、
前記変位可能な部材の変位に対して前記出力をほぼ均一に加える、前記第１の端部に隣接する手段とを備えるアーム。
【請求項９】
アセンブリを作動させる変位可能な部材とともに使用されるアセンブリであって、
第１の開口部を画定し、第１の硬度をもつ板と、
前記第１の開口部内に配置され、前記第１の硬度と同じまたはそれより大きい第２の硬度をもつピンと、
前記板に隣接して配置され、前記ピンの第１のピボット開口部を画定するアームとを備え、該アームが、前記ピンに回転可能に配置され、かつ前記変位可能な部材と係合することによって回転可能であり、該アームが、前記第１の硬度よりも大きい第３の硬度をもつアセンブリ。
【請求項１０】
前記アームが、横寸法をもち、前記第１のピボット開口部で実質的に横寸法における最大断面高さを画定する、請求項９に記載のアセンブリ。
【請求項１１】
前記最大断面高さが、約７６．１７ｍｍ（２．９９９インチ）から約７８．３６ｍｍ（３．０８５インチ）の間である、請求項１０に記載のアセンブリ。
【請求項１２】
前記ピボットピンの直径が、約１９．０８ｍｍである、請求項９に記載のアセンブリ。
【請求項１３】
前記板が、前記第１の開口部に隣接する応力集中部を画定する縁部を有する、請求項９に記載のアセンブリ。
【請求項１４】
前記応力集中部が複数の段差を備える、請求項１３に記載のアセンブリ。
【請求項１５】
前記第１の硬度が、約Ｒｃ３０〜Ｒｃ３５である、請求項９に記載のアセンブリ。
【請求項１６】
前記第３の硬度が、約Ｒｃ５６〜Ｒｃ５９である、請求項１５に記載のアセンブリ。
【請求項１７】
アセンブリを作動させる変位可能な部材とともに使用されるアセンブリであって、
前記第１の開口部を画定し、前記第１の疲労レベルまで故障に耐える第１の手段を有する板と、
第１の開口部内に配置され、第１の疲労レベルより大きい第２の疲労レベルまで故障に耐える第２の手段を有するピンと、
前記板に隣接して配置され、ピンの第１のピボット開口部を画定するアームとを備え、該アームが、ピンに回転可能に配置され、かつ変位可能な部材と係合することによって回転可能であり、該アームが、前記第１の疲労レベルより大きい第３の疲労レベルまで故障に耐える第３の手段を有するアセンブリ。
【請求項１８】
アセンブリを作動させる変位可能な部材とともに使用されるアセンブリであって、
アセンブリ内に配置され、第１の穴を画定する第１の側部を有する第１のアームと、
アセンブリ内に配置され、第２の側部を有する第２のアームと、
前記アーム間に配置され、前記第１の側部に隣接する第１の部分、および前記第２の側部に隣接する第２の部分を有する偏倚部材と、
前記第１の穴内に配置され、前記アーム間に前記偏倚部材を保持するように前記第１の部分と係合する第１のピンとを備えるアセンブリ。
【請求項１９】
前記第２のアームが、さらに前記第２の側部内に第２の穴を画定し、アセンブリが、前記第２の穴内に配置され、前記アーム間に前記偏倚部材を保持するように前記第２の部分と係合する第２のピンをさらに備える、請求項１８に記載のアセンブリ。
【請求項２０】
前記偏倚部材が板ばねである、請求項１８に記載のアセンブリ。
【請求項２１】
アセンブリを作動させる変位可能な部材とともに使用されるアセンブリであって、
アセンブリ内に配置される第１のアームと、
アセンブリ内に配置される第２のアームと、
前記アーム間に配置される偏倚部材と、
前記アーム間に前記偏倚部材を保持し、前記第１および第２のアームの縦断面および横断面の変化を実質的に制限する手段とを備えるアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００１年９月１１日出願の米国特許仮出願第６０／３１８，８０４号の特典を主張する。
【０００２】
本発明は、一般に、パイプの断面を連結するように継手を圧着する圧着アセンブリに関し、より詳細には、アクチュエータアセンブリおよび圧着リングを含む圧着アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００３】
圧着または押圧式継手は、普通、シールを含む筒状スリーブである。この継手は、パイプの端部を係合させるように径方向に圧縮される。継手は、パイプ端部間に耐漏れ性接合を形成する。この接合は、かなりの機械強度を有し、自己支持式である。圧着工具および圧着アセンブリを使用して、継手を圧着する。圧着アセンブリは、継手を直接圧着する圧着工具によって作動される顎部を含むことができる。あるいは、より大きい継手では、圧着アセンブリは、継手を圧着するように圧着リングを作動させるアームを有するアクチュエータアセンブリとすることができる。
【０００４】
図１を参照すると、従来技術による典型的な圧着工具１０の部品、アクチュエータアセンブリ１８、および圧着リング５０が図示されている。圧着工具１０およびアクチュエータアセンブリ１８は、関連する詳細を明らかにするため、部分的に分解して示してある。圧着工具１０は、シリンダ１２と、流体圧ピストン１４と、ローラ１７を有するキャリッジなどの係合部材１６とを含む。アクチュエータアセンブリ１８は、当業界で知られている方法によって圧着工具１０に結合する。アクチュエータアセンブリ１８は、第１アクチュエータアーム２０ａおよび第２のアクチュエータアーム２０ｂと、第１および第２の側板４０（片方は、図示せず）と、ピボットピン４４とを含んでいる。
【０００５】
アクチュエータアーム２０ａおよび２０ｂは、それぞれ、カム端部２２および圧着端部２４を含む。カム端部２２は、流体圧ピストン１４の端部に取り付けられる係合部材１６のローラ１７の１つに接触する、表面２３を含んでいる。従来技術の表面２３では、様々な継手を使用した場合、ピストン１４の変位に対して、ローラ１７によってその上に加えられる入力は制御されない。普通、従来技術の表面２３は、半径によって画定される部分と、線によって画定される部分とを含む。この例では、アーム２０ａおよび２０ｂの圧着端部２４は、より大きな継手を圧着するように、圧着リング５０に結合する。
【０００６】
圧着リング５０は、複数のリング部を有する。この例では、圧着リング５０は、アーム２０ａおよび２０ｂの圧着端部２４を受ける窪み５４をそれぞれ有する、２つの部分５２ａおよび５２ｂを有する。これらの部分５２ａおよび５２ｂは、ピン５６によって互いに旋回可能に連結される。アーム２０ａおよび２０ｂの圧着端部２４は、それぞれ、部分５２ａおよび５２ｂに結合する。
【０００７】
従来技術では、アクチュエータアーム２０ａおよび２０ｂは、それぞれ、アーム２０ｂの断面によってよく示されるように、ポケット３４を画定する。ポケット３４は、アーム２０ｂの断面に２つの側壁３６（片方は、図示せず）を有する。２つの側壁３６は、それぞれ、窪み３８を画定する。アクチュエータアセンブリ１８は、捩りばね３０およびピン３２を含む。ピン３２は、捩りばね３０内に配置される。ばね３０およびピン３２は、ポケット３４内でアーム２０ａと２０ｂとの間に位置している。ピン３２は、ばね３０を保持し、安定させるように、側壁３６の窪み３８に嵌合する。ばね３０は、圧着端部２４を共に偏倚させ、これによって継手上に位置決めする時に、アセンブリ１８および圧着リング５０の取扱が簡単になる。
【０００８】
作動において、流体圧ポンプ（図示せず）が、シリンダ１２内の流体圧を増加させて、ピストン１４を移動させ、係合部材１６のローラ１７をアーム２０ａおよび２０ｂに対して押圧する。ローラ１７は、アーム２０ａおよび２０ｂの表面２３と係合して、アーム２０ａおよび２０ｂを回転させる。表面２３に接するローラ１７の侵入角度に応じて、圧着結合中心線で測定した場合、約１００ｋＮまでの圧着力を作り出すことができる。普通、圧着時間は約４秒であり、圧着工具１０のピストン１４からの流体圧出力は約３２ｋＮであり、それによって圧着アセンブリ１８に対して入力を作り出すことができる。
【０００９】
アーム２０ａおよび２０ｂが、流体圧ピストン１４に結合される係合部材１６の変位によって作動されると、圧着端部２４は共に移動して、圧着リング５０を作動させる。圧着力を大きくすると、継手の周りの部分５２ａおよび５２ｂが閉じる。いくつかの実施形態では、圧着リング５０は、圧着端部２４で旋回することができ、それによってオペレータは近づけない、または近づきにくい場所で継手を圧着することが可能になる。
【００１０】
上に述べたものなど、従来技術の圧着アセンブリの寿命および故障モードは、許容できない。アクチュエータアームは、圧着の時に強い力を受け、望ましくないが故障する可能性がある。従来技術では、圧着アセンブリは、故障した場合に、アームをアセンブリ上に保持するため、アームに取り付けられたストラップを含んでいた。
【００１１】
加えて、従来技術の圧着アセンブリは、必ずしも継手に理想的なまたはほぼ理想的な圧着を与えるとは限らない。すなわち、従来技術の圧着アセンブリは、ピストンの変位に対して継手に圧着力を均一に加えることができない。さらに、従来技術の圧着アセンブリの力対変位プロファイルは、様々な大きさ、材料、または許容誤差の継手で使用する場合、特に約１００ｍｍ（４インチ）まで直径を大きくした継手で使用する場合に、均一ではないことがある。
【００１２】
図２Ａ〜図２Ｆを参照すると、従来技術のアクチュエータアセンブリを使用し、様々な大きさの継手を圧着する典型的な圧着リングを作動させた試験結果から、力プロファイル６０ａ〜ｆのグラフが提供されている。図２Ａ〜図２Ｆにおいて、ピストン（１４）に加えられる入力（ｋＮ）は、アクチュエータアセンブリと係合する流体圧ピストンのピストン変位（インチ）に対してプロットされている。力プロファイル６０ａ〜６０ｆはそれぞれ、３つの圧着動作のプロットを含んでいる。
【００１３】
力プロファイル６０ａ〜６０ｆは、約６４ｍｍ（２．５インチ）の継手をＫ型銅管に、約６４ｍｍ（２．５インチ）の継手をＭ型銅管に、約７６ｍｍ（３インチ）の継手をＫ型銅管に、約７６ｍｍ（３インチ）の継手をＭ型銅管に、約１００ｍｍ（４インチ）の継手をＫ型銅管に、および約１００ｍｍ（４インチ）の継手をＭ型銅管にそれぞれ圧着するように、従来技術の典型的な圧着リングを作動させる従来技術のアクチュエータアセンブリを使用した、試験結果を示している。いずれの場合にも、銅管の材料および幾何形状は、継ぎ目なし銅水管に対する基準仕様、ＡＳＴＭ  Ｂ８８によって規定されている。力プロファイル６０ａ〜６０ｆでは、０インチのピストン変位は、ローラ１６が、ちょうどアーム２０ａおよび２０ｂの表面２３と接触し、圧着リング５０が変形していない継手に接触する位置に相当する。隙間のため、およびアクチュエータを開くため、ローラ１６が表面２３と接触する前に、普通２ｍｍ〜３ｍｍのピストンの追加の変位があることを理解されたい。
【００１４】
力プロファイル６０ａ〜６０ｆは、それぞれ、初期部６２、維持部６４、および傾斜部６６を含む。力プロファイル６０ａ〜６０ｆのいくつかは、維持部６４に到達するのにかなりの量のストロークを必要とする。例えば、図２Ａの力プロファイル６０ａは、２０ｋＮに到達するまでに、おおよそ１５ｍｍ（０．６インチ）の変位を必要とする。図２Ｂの力プロファイル６０ｂは、２０ｋＮに到達するのに、おおよそ１８ｍｍ（０．７インチ）の変位を必要とする。力プロファイル６０ａ〜６０ｆのいくつかは、様々な直径の継手を圧着する時に、理想的に望ましいものより一般に高い力がかかるピークを有する。例えば、図２Ｄの力プロファイル６０ｄは、約２３ｍｍ（約０．９インチ）の変位で約３０ｋＮに到達するピーク６５を含んでいる。力プロファイル６０ａ〜６０ｆのいくつかは、様々な直径の継手を圧着する時に理想的に望ましいものより一般に高い力の維持部６４を有する。例えば、図２Ｃの力プロファイル６０ｃにおいて、維持部６４は、２６ｋＮから２８ｋＮの間のレベルに到達している。
【００１５】
力プロファイル６０ａ〜６０ｆにおいて、合計ストローク（すなわち、流体圧ピストンの変位）は、様々な直径の継手を圧着する時に理想的には望ましいものよりも長い変位にわたって延びる。従来技術のアクチュエータアセンブリおよび圧着リングは、約６４ｍｍ（２．５インチ）、約７６ｍｍ（３インチ）、および約１００ｍｍ（４インチ）のより大きい継手を圧着するのに、おおよそ約３６ｍｍ（１．４インチ）を超える過剰量のストロークを必要とする。約１３ｍｍ（０．５インチ）顎部アセンブリに対する約１３ｍｍ（０．５インチ）ストローク、および約５１ｍｍ（２インチ）顎部アセンブリに対する約３０ｍｍ（１．２インチ）ストロークなどの、より小さい寸法のアセンブリに使用されるストローク量と比べると、約３６ｍｍ（１．４インチ）を超えるストローク長さは過剰である。
【００１６】
また、典型的な圧着工具で利用可能なストローク量と比べても、約３６ｍｍ（１．４インチ）を超えるストローク長さは過剰である。例えば、典型的な圧着工具の利用可能な合計ストロークは、約４０ｍｍすなわち１．５７インチであるが、約３６ｍｍすなわち１．４２インチのストロークが、製造許容誤差に対応し、ローラとアクチュエータアームとの間の間隙を可能にする一般の構成での使用には望ましい。約３６ｍｍ（１．４インチ）を超えるストローク長さが必要であるので、従来技術の圧着アセンブリは、使用可能なストローク限度に近い。
【００１７】
さらに、約７６ｍｍ（３インチ）継手を圧着するのに使用される従来技術のアクチュエータアセンブリおよび圧着リングは、３２ｋＮの最終力に到達する前に、過度に高いピーク６５に向かう傾向を示した。図２Ｄに示すように、ピークは約３０ｋＮである。早すぎるピークによって、３２ｋＮの圧力解放設定が引き起こされる場合、この早すぎるピークにより、アクチュエータアセンブリおよび圧着リングで完全な圧着が形成される前に、圧着工具が閉じる可能性がある。３２ｋＮの圧力解放設定は、特殊な工具または使用されている工具の種類に応じて、また他の変数のうち、電圧レベル、許容誤差、および温度の影響などのいくつかの変数に応じて、ある範囲で変化する可能性があることを理解されたい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、上に記載した問題の１つまたは複数を克服する、または少なくとも減らすことを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の一態様では、アセンブリを作動させる変位可能な部材とともに使用される改良されたアセンブリを開示している。このアセンブリは、アセンブリ内に旋回可能に配置され、縁部を有するアームを含む。プロファイルが、縁部で画定され、変位可能な部材に係合することができる。プロファイルは、縁部の径方向輪郭を画定する第１の部分と、第１の部分に隣接し、縁部の湾曲輪郭を画定する第２の部分と、第２の部分に隣接し、縁部の直線輪郭を画定する第３の部分とを含んでいる。
【００２０】
本発明の別の態様では、アームを作動させる変位可能な部材とともに使用されるアームを開示している。このアームは、第１の端部および第１の端部に隣接する縁部を含む。プロファイルが、縁部で画定され、変位可能な部材に係合することができる。プロファイルの少なくとも一部が、縁部の非直線かつ非径方向輪郭によって画定される。別の態様では、プロファイルは、第１の端部にすぐ隣接し、半径によって画定される第１の部分と、第１の部分に隣接し、非直線かつ非径方向輪郭によって画定される第２の部分と、第２の部分に隣接し、一次関数によって画定される第３の部分とを含むことができる。
【００２１】
本発明のもう１つの態様では、アセンブリを作動させる変位可能な部材とともに使用されるアセンブリを開示している。このアセンブリは、板、ピン、およびアームを備える。板は、第１の開口部を画定し、第１の硬度をもつ。ピンは、第１の開口部内に配置され、第２の硬度をもつ。第２の硬度は、板の第１の硬度と同じかまたはそれより大きい。アームは、板に隣接して位置し、ピンに対する第１のピボット開口部を画定する。アームはピンに回転可能に配置され、かつ変位可能な部材と係合することによって回転可能である。アームは第３の硬度をもつ。第３の硬度は、第１の硬度より大きい。アームは、第１のピボット開口部に最大断面高さを含むことができる。板は、第１の開口部に隣接する応力集中部を画定する縁部を有することができる。第１の硬度は約Ｒｃ３０からＲｃ３５、第３の硬度は約Ｒｃ５６からＲｃ５９であってもよい。
【００２２】
本発明のさらに別の態様では、アセンブリを作動させる変位可能な部材とともに使用されるアセンブリが開示されている。このアセンブリは、アセンブリ内に配置される第１のアームと、アセンブリ内に配置される第２のアームと、アセンブリ内に配置される偏倚部材とを含む。第１のアームは、第１の端部と、第１の端部に隣接する第１の側部とを有する。第２のアームは、第２の端部と、第２の端部に隣接する第２の側部とを有する。偏倚部材は、アーム間に配置される。偏倚部材は、第１の側部に隣接する第１の部分と、第２の側部に隣接する第２の部分とを有する。第１のピンが、第１の側部内に画定された第１の穴内に配置される。第１のピンは、第１の部分に係合して、アーム間に偏倚部材を保持する。また、第２の側部の第２のピンを、第２の側部に画定された第２の穴に配置することもでき、このピンは、第２の部分と係合して、アーム間に偏倚部材を保持することができる。偏倚部材は板ばねであってもよい。
【００２３】
上述の概要は、本明細書で開示する発明の各可能な実施形態またはすべての態様を概説することを意図したものではない。
【００２４】
本発明の上述の概要、好ましい実施形態、および他の態様は、添付の図面と合わせて読めば、以下の本発明の特定の実施形態の詳細な説明を参照してよく理解されるだろう。
【００２５】
本発明は、様々な変更および代替形態が行われるが、特定の実施形態を例として図面に示し、本明細書に詳細を説明する。しかし、本発明は、開示した特定の形態に限られるものではないことを理解されたい。そうではなく、本発明は、特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲内にある、修正形態、均等物、および代替すべてを含むものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図３を参照すると、このグラフは、本発明によるほぼ理想的な力プロファイルと合わせて、「理想的な」力プロファイルを示している。「理想的な」力プロファイル７０は、第１の段階７２と、維持部７４と、最終段階７６とを含む。第１の段階７２は、工具の最小変位で圧着力に到達する。維持部７４は、遮断力の約７５％であり、常に工具の変位にわたって起こる。最終段階７６は、圧着工具の遮断力、普通は３２ｋＮに急速に到達する。一般に、「理想的な」力プロファイル７０は、圧着を達成するのに、小さなストロークまたは変位を必要とする。
【００２７】
本発明のほぼ理想的な力プロファイル８０は、「理想的な」力プロファイル７０を満たすように試みている。ほぼ理想的な力プロファイル８０は、継手を圧着する同じ量の作業を終了するのに、より多くの変位を必要とするので、「理想的な」力プロファイル７０よりも長いストロークをもつ。しかし、「理想的な」力プロファイル７０と本発明のほぼ理想的な力プロファイル８０との間には、いくつかの変数による相違があり、この変数は、部品の偏差と、許容誤差と、温度の影響と、継手、アクチュエータアーム、および圧着リングの材料と、金属の塑性変形によって決定される態様とを含んでいる。
【００２８】
本発明によるほぼ理想的な力プロファイル８０は、第１の初期部８２と、第２の維持部８４と、第３の傾斜部８６とを含む。初期部８２は、継手の変形および工具の偏差の迅速な変化によって規定される。初期部８２は、維持部８４のほぼ一定の力に到達する前に、ストローク長さをほとんど必要としないことが好ましい。傾斜部８６は、遮断力に急速に到達することが好ましい。
【００２９】
図３のほぼ理想的な力プロファイル８０と同様の力プロファイルを達成し、かつ圧着アセンブリの寿命を延ばすため、本発明は、従来技術を凌ぐいくつかの改良点を含んでいる。図４を参照すると、本発明によるアクチュエータアセンブリ１００の一実施形態が、展開図で示されている。本実施形態では、アクチュエータアセンブリ１００は、図７を参照して以下に論じるように、圧着リング（図示せず）を作動させる。アクチュエータアセンブリ１００の本実施形態は、圧着リングを作動させることを対象としているが、当業者なら本発明の教示は、他の圧着アセンブリ、例えば継手を直接圧着する顎部を含むアセンブリに適用可能であることが分かるだろう。
【００３０】
アクチュエータアセンブリ１００は、アクチュエータアーム１１０と、側板１３０と、ピボットピン１４０と、偏倚部材１５０とを含む。アクチュエータアーム１１０はほぼ同一である。各アーム１１０は、第１のまたはカム端部１１２と、第２のまたは圧着端部１１４と、側部１１９とを含んでいる。各アーム１１０はまた、アーム１００の長手方向寸法とほぼ垂直である、それを通るピボット孔１１６を画定する。アクチュエータアーム１１０は、アクチュエータアセンブリ１００内に配置され、側部１１９は互いに隣接している。偏倚部材または板ばね１５０は、アクチュエータアーム１１０間で側部１１９に隣接して配置される。
【００３１】
ばね１５０と合わせて、本発明のアクチュエータアーム１１０は、側部１１９内の穴１１８を画定する。保持ピン１６０は、アーム１１０間にばね１５０を維持するように穴１１８の中に配置される。側部１１９に形成された、段差、ショルダ、またはポケットでばね１５０を維持することは望ましくない。従来技術と同様に、アーム１１０の段差、ショルダ、またはポケットは、アーム１１０内に大きな応力集中部作り出し、それによって早期の破断が起こる。
【００３２】
側板１３０はほぼ同一であり、アーム１１０の何れかの側部で互いに平行に配置される。各側板１３０は、ピボット開口部１３２および１３４を画定し、アセンブリ１００を圧着工具（図示せず）に連結させる部分１３６を含む。側板１３０の関連する詳細は、図９Ａ〜図９Ｂを参照して以下に論じる。ピボットピン１４０は、側板１３０内の開口部１３２および１３４、およびアーム１１０内の孔１１６を通って位置決めされる。保持リング１４２および１４４は、アセンブリ１００を共に保持するように、ピボットピン１４０の端部に配置されている。
【００３３】
上に詳しく述べたように、圧着工具の変位可能な係合部材（図示せず）のローラは、アクチュエータアーム１１０のカム端部１１２と接触して、アクチュエータアーム１１０を、ピボット孔１１６内に配置されたピボットピン１４０まわりでそれぞれ旋回させる。圧着力が、増加し、圧着端部１１４に結合された圧着リング（図示せず）に加えられる。上に論じた従来技術のアクチュエータアセンブリに対して、本発明のアクチュエータアーム１１０は、カムプロファイル１２０を含んでおり、これが圧着工具の係合部材の変位に関して、アーム１１０上に圧着工具によって加えられる入力の印加を制御する。カムプロファイル１２０は、いくつかの異なる大きさの継手および圧着リング上に、従来技術で証明されたものより実質的に均一または安定した力プロファイルを作り出す。したがって、本発明のカムプロファイル１２０は、変位可能な係合部材の変位に対して、実質的かつ均一に出力を加えることが可能である。
【００３４】
アクチュエータアーム１１０のカムプロファイル１２０は、ピストンの所与の変位で実質的に必要とされる、アーム１１０上の入力を決定する。次に、カムプロファイル１２０は、圧着リングで作り出される、得られる出力を決定する。図３の「理想的な」力プロファイル７０およびほぼ理想的な力プロファイル８０と同様の力プロファイルを達成するため、アクチュエータアセンブリ１００のカムプロファイル１２０は、極めて厳密な入力対変位曲線を提供するように構成されている。カムプロファイル１２０によって入力を加える上での所望の制約は、以下の通りである。
【００３５】
まず、カムプロファイル１２０は、様々な大きさの継手、例えば約６４ｍｍ（２．５インチ）、約７６ｍｍ（３インチ）、および約１００ｍｍ（４インチ）継手を圧着するのに必要な変位またはストロークを最小限に抑えることが好ましい。第２に、カムプロファイル１２０は、力プロファイル中のピークが、工具遮断力、例えば３２ｋＮに到達する前に起こることをなくす、または制限することが好ましい。第３に、カムプロファイル１２０は、圧着の開始からストロークの最端部まで必要な、または維持した入力をできるだけ小さくすることが好ましい。例えば、本発明のカムプロファイル１２０は、圧着の開始からストロークの最端部まで必要な力をできるだけ小さくすることを試みている。維持した力は、ストロークの約８０％で起こることが好ましく、この力は、ストロークの残りの２０％で遮断力まで急速に傾斜することが好ましい。第４に、カムプロファイル１２０は、何れの大きさにも悪影響を及ぼすことなく、３つの大きさの継手すべてで上記３つの制約を達成することが好ましい。最後に、カムプロファイル１２０は、ローラの直径、ピストンのストローク、およびピボットピンの位置などの圧着工具の寸法制約を満たすことが好ましい。
【００３６】
これらの制約を満たすようにカムプロファイルのモデルを展開するため、圧着リングで必要な圧着力を理解するように、既存のアクチュエータアセンブリを使用して試験を行なった。計算を行なうため、カムプロファイルモデルのアルゴリズムが開発された。このアルゴリズムは、圧着端部の位置決め、およびアームのカム端部の角度の変更に関して、既存のアセンブリの側板およびアームの偏向などのシステム偏向を説明している。表計算ソフトを計算に使用した。
【００３７】
まず、図１および２を参照して上に説明したように、既存のアクチュエータアセンブリに関して、一般的な圧着リング力プロファイルを分析する。アルゴリズムを試験するため、従来技術の既存のアクチュエータからの寸法情報を、圧着リング力データと共にアルゴリズムに入力する。アクチュエータ入力対変位曲線が生成され、これを既存のアクチュエータアセンブリを使用した実際の記録試験データと比較する。この比較により、他の相違のうち、摩擦による相違とモデルの僅かな相違があることが確認された。次いで、実際のデータとの一致を得るため、実験的により導かれた補正係数を使用して、カムプロファイルモデルをわずかに変更させる。
【００３８】
次に、このカムプロファイルモデルおよびデータを使用して、係合部材の変位に対する入力を制御することが可能な、アクチュエータアセンブリのアクチュエータアームのカムプロファイルを構成する。反復プロセスを行なって、アームのカム端部上のカムプロファイルに約１．０ｍｍ（０．０４０インチ）毎に点を作る。しかし、これらの点は、小さな増分で作ることもできる。これらの点は、モデルからの所望の工具入力および他の入力値に基づくものである。図５Ａ〜図５Ｂを参照して以下に説明するように、このデータから、情報を本発明のカムプロファイル１２０に変換する。
【００３９】
図５Ａ〜図５Ｂを参照すると、本発明によるアクチュエータアーム１１０の一実施形態が、それぞれ側面図および拡大詳細図で示されている。基準座標系（Ｘ、Ｙ）が、図５Ａ〜図５Ｂに与えられている。座標系は、アクチュエータアーム１１０およびカムプロファイル１２０の本実施形態の例示的な寸法を説明するため、直交軸ＸおよびＹを含んでいる。軸ＸおよびＹは、アーム１１０がそのまわりで回転するピボット孔１１６の中心に原点Ｏを有する。
【００４０】
一般に、本実施形態のアクチュエータアーム１１０は、長さが縦軸Ｘに沿って約１６６．７６ｍｍ（６．５６５インチ）、高さが横軸Ｙに沿って約７５．９５ｍｍ（２．９９０インチ）、厚さが互いに直交する軸に沿って約２０ｍｍ（０．７８７インチ）である。圧着端部１１４は、約（−６５、２１）ｍｍの基準点１１５に配置される、約１０ｍｍの直径をもつ先端を含んでいる。
【００４１】
図５Ｂの詳細図によく示されているように、カムプロファイル１２０は、第１の径方向部１２２と、第２の湾曲部１２４と、第３の傾斜部１２６とを含む。図示する目的で、第１の径方向部１２２、第２の湾曲部１２４および第３の傾斜部１２６の間の分離点を示すように、幾何点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを図５Ｂに与える。
【００４２】
第１の径方向部１２２は、（７６．７９、−４．０２）ｍｍ、すなわち（３．０２３、−０．１５８）インチの座標をもつ点１２３で、約１５ｍｍ（０．５９１インチ）の半径Ｒによって画定される。第１の径方向部１２２は、カム端部１１２にすぐ隣接しており、カム端部１１２の点Ａから始まり、だいたい（７．８、８６．０３）ｍｍ、すなわち（０．３０７、３．３８７）インチの点Ｂで終わる。第１の径方向部１２２は、上に論じたように、係合部材上でローラと最初に接触するカムプロファイル１２０の一部分である。圧着工具の変位に対する入力を制御することに関して、第１の径方向部１２２は、図３で上に論じた初期部８２と同様に、入力対変位プロファイルの初期部にほぼ相当する。しかし、いくつかの重なり部分が、カムプロファイル１２０で作られた力プロファイルの一部にほぼ相当する、カムプロファイル１２０の部分の間にある可能性もあることを理解されたい。
【００４３】
カムプロファイル１２０の第２の湾曲部１２４は、第１の径方向部１２２に実質的に繋がっており、幾何点ＢとＣの間にある。点Ｃは、だいたい（１４．４２、６２．６８）ｍｍ、すなわち（２．４６８、０．５６８）インチの基準座標に配置されている。カムプロファイル１２０の第２の湾曲部１２４は、湾曲輪郭によって画定される。好ましくは、本実施形態では、第２の湾曲部１２４は、以下に説明するように、十次多項式によって画定される。圧着工具の入力を制御することに関して、第２の湾曲部１２４は、図３で上に論じた維持部８４と同様に、入力対変位プロファイルの維持部にほぼ相当する。
【００４４】
第３の傾斜部１２６は、第２の湾曲部と実質的に繋がっており、カムプロファイル１２０上の点ＣとＤの間にある。点Ｄは、だいたい（５３．５５、１５．９６）ｍｍ、すなわち（２．１０８、０．６２９）インチの基準座標に配置されている。第３の傾斜部１２６は、一次方程式によって画定され、特定の傾斜および回転中心Ｏに対する位置をもつ。圧着工具の入力を制御することに関して、第３の傾斜部１２６は、図３で上に論じた傾斜部８６と同様に、入力対変位プロファイルの傾斜部にほぼ相当する。
【００４５】
本明細書で開示した例示的な寸法および値は、アクチュエータアーム１００の本実施形態に当てはまる。これらの値の大きさは、全体的に寸法を小さくしたまたは大きくしたアームに関して異なってもよいことが理解される。これらの値の大きさも、異なる継手または異なる力で使用されるアームに関して異なってもよい。このような相違によって、当業者は、値の関係が変化しても、またはほぼ同じに維持されてもよいことが分かるだろう。
【００４６】
カムプロファイル１２０の第２の湾曲部１２４は、以下の十次多項式によって画定されることが好ましい。
ｙ＝Ａｘ１０＋Ｂｘ９＋Ｃｘ８＋Ｄｘ７＋Ｅｘ６＋Ｆｘ５＋Ｇｘ４＋Ｈｘ３＋Ｉｘ２＋Ｊｘ１＋Ｋ
式中、Ｘ座標がインチで与えられた時の定数Ａ〜Ｋの値は以下の通りである。
【表１】
2005501731.tif 000003
【００４７】
これらの定数を有する十次多項式を使用して、カムプロファイル１２０の第２の湾曲部１２４の点を得ることができる。例えば、ピボット点で原点ＯからＸ＝２．７３４９インチ（約６９．４６６ｍｍ）の距離の点は、Ｙ＝−０．５２３８インチ（約−１３．３０５ｍｍ）の点をもたらし、これは本発明によるカムプロファイル１２０の第２の湾曲部１２４上にある。例えば、Ｘ＝３．３６０６インチ（約８５．４９８ｍｍ）の距離の点は、Ｙ＝−０．３２７８インチ（約−８．３２６１ｍｍ）の点をもたらす。本発明のカムプロファイル１２０に対してほぼ連続する湾曲部１２４を作るため、約８５０個の点を使用することが好ましい。アクチュエータアーム上にほぼ連続した輪郭部を作るため、これらの多くの点でフライス盤を使用することができる。
【００４８】
上に開示したように、本実施形態によるカムプロファイル１２０は、径方向部１２２と、湾曲部１２４と、傾斜部１２６とを含んで、有利には、圧着リングアクチュエータアセンブリの変位に対する入力を制御する。本実施形態の湾曲部１２４は、十次多項式によって画定されるアームの縁部の湾曲輪郭であることが好ましい。カムプロファイル１２０のこの実施形態は、約６４ｍｍ（約２．５インチ）〜約１００ｍｍ（約４インチ）のＰｒｏＰｒｅｓｓＸＬ（登録商標）継手を圧着するように、圧着リングを作動させるのに使用されるアクチュエータアームの好ましい一実施形態に基づくものである。上に開示した値は例示的ものであり、継手の種類、入力を制御する所望の精度などによって変更することができることが分かる。例であり、これに限定するものではないが、当業者は、上に開示した関数および値を、湾曲部１２４について点を減らす、または増やすように、本発明の教示で変更できることが分かるだろう。さらに、当業者は、上に開示した関数および値を、約６４ｍｍ（約２．５インチ）〜約１００ｍｍ（約４インチ）のＰｒｏＰｒｅｓｓＸＬ（登録商標）継手とは異なる特徴をもつ継手を圧着するため、本発明の教示で変更することができることが分かるだろう。
【００４９】
さらに、当業者は、第２の湾曲部１２４を、十次多項式で必ずしも画定する必要はないが、他の次数の多項関数を使用できることが分かるだろう。加えて、本発明のカムプロファイルは、多項関数以外の非一次かつ非ラジアル関数で画定される、１つまたは複数の輪郭または部分を含むことができることも分かるだろう。本開示の目的で、非一次関数とは、一次関数ではない数学関数のことを言い、非ラジアル関数とは、中心点周りの一定の半径によって画定されない数学関数のことを言う。したがって、本発明によるカムプロファイルを、これに限らないが、一次関数、ラジアル関数、対数関数、指数関数、三角関数、または高次多項関数を含む、いくつかの数学関数の一部または組合せによって画定することができる。このようなカムプロファイルの必要な値、詳細、および細目を決めるのは、本明細書に記したいくつかの変数および制約である。本開示のために、当業者は、所与の実施のためこのような必要な値、詳細、および細目を決定するのは機械的な作業であることが分かるだろう。
【００５０】
当業者ならさらに、カムプロファイル１２０の画定した３つの別々の部分は、厳密には必ずしも必要ではないことが分かるだろう。代わりに、本発明によるカムプロファイルの輪郭全体を実質的に画定するのに、単一の数学関数を使用できることが理解される。このようなカムプロファイルは、部分１２２、１２４、および１２６を有する、上に開示したカムプロファイル１２０とほぼ同等であってもよく、高次多項関数または他の関数によって画定することができる。このようなカムプロファイルの必要な値、詳細、および細目を決めるのは、本明細書に記したいくつかの変数および制約である。本発明の開示のために、当業者は、所与の実施のためこのような必要な値、詳細、および細目を決定するのは機械的な作業であることが分かるだろう。
【００５１】
本実施形態の径方向部１２２、湾曲部１２４、および傾斜部１２６を有するカムプロファイル１２０は、有利には、図２Ａ〜図２Ｆに示す従来技術のアセンブリの入力対変位プロファイルと比較すると、様々な継手で使用した時の変位に対する入力を制御する。本発明によるアクチュエータアセンブリのアーム上のカムプロファイル１２０は、図６Ａ〜図６Ｃを参照して以下に論じる力対変位プロファイルを作り出す。
【００５２】
図６Ａ〜図６Ｃを参照すると、より大きな継手を圧着するように圧着リングを作動させるため、本発明によるカムプロファイル１２０を有するアクチュエータアセンブリ１００を使用した、試験結果が示されている。試験結果は、入力対変位曲線としてグラフ化されている。グラフで明らかなように、本発明のカムプロファイル１２０は、有利には、約６４ｍｍ（２．５インチ）、約７６ｍｍ（３インチ）、および約１００ｍｍ（４インチ）の継手を圧着するのに必要な全変位を少なくする。例えば、本発明によるアセンブリに必要なストローク量は、約３３ｍｍ（約１．３インチ）であり、約３６．１ｍｍ（１．４２インチ）の利用可能なストロークより小さく、約３５．６ｍｍ（１．４インチ）を超える従来技術のストロークより小さい。さらに、本発明のカムプロファイル１２０は、圧着中に力をほぼ均一にして、有利には３２ｋＮの工具遮断力に到達する前に、力曲線中に発生するピークの数が最小限に抑えられる。さらに、本発明のカムプロファイル１２０は、有利には、ストロークの最後の約２０％で力を遮断するように急速に傾斜する。
【００５３】
比較の目的で、従来技術で得られた対応する力プロファイル６０ａ、６０ｃ、および６０ｅが、それぞれ図６Ａ〜図６Ｃに点線で示されている。図６Ａでは、従来技術の図２Ａで使用したものと同じ圧着リングで、本発明によるカムプロファイルを備えるアクチュエータアセンブリを使用して、Ｋ型銅管上に約６４ｍｍ（２．５インチ）継手の圧着を行なった。図２Ａを再び参照すると、従来技術の力プロファイル６０ａは、２０ｋＮに到達するのに約１５ｍｍ（０．６インチ）の変位を必要とし、約３５．６ｍｍ（約１．４インチ）の合計ストローク長さを必要とする。これに対して、本発明の力プロファイル９０ａは、約１０ｍｍ（約０．４）〜約１３ｍｍ（約０．５インチ）で２０ｋＮに到達し、合計ストローク長さは約３２ｍｍ（１．２５インチ）以下である。さらに、本発明の力プロファイル９０ａは、実質的により一定した維持部９４をもつ。
【００５４】
図６Ｃにおいて、典型的な圧着リングおよび本発明によるアクチュエータアセンブリで、Ｋ型銅管上に約１００ｍｍ（４インチ）継手の圧着を行なった。図２Ｅを再び参照すると、従来技術の力プロファイル６０ｅは、１５ｋＮに到達するのに約１５ｍｍ（０．６インチ）の変位を必要とし、約３６ｍｍ（１．４インチ）を超える合計ストローク長さを必要とする。これに対して、本発明の力プロファイル９０ｃは、約９ｍｍ（約０．３５インチ）〜約１３ｍｍ（約０．５インチ）で１５ｋＮに到達し、合計ストローク長さは約３３ｍｍ（１．３インチ）以下である。さらに、力プロファイル９０ｃは、実質的により一定した維持部９４をもつ。
【００５５】
図６Ｂにおいて、変更した圧着リングおよび本発明によるアクチュエータアセンブリで、Ｋ型銅管上に約７６ｍｍ（３インチ）継手の圧着を行なった。本発明による圧着リング２００の展開図が、図７に示されている。圧着リング２００は、第１の部分２１０ａと、第２の部分２１０ｂと、偏倚部材または捩りばね２３０と、ピボットピン２４０とを含む。当業界で知られている貫通硬化または局部硬化などの他の硬化技術を使用することができるが、圧着リングの部分２１０ａおよび２１０ｂを、高い５０代のロックウェル「Ｃ」の表面硬度まで浸炭させ、硬化させ、引き抜くことが好ましい。第１の部分２１０ａは、圧着表面２１２、およびピボット孔２１６を備える分岐端部２１４を含む。第２の部分２１０ｂは、また、圧着表面２２２、およびピボット孔２２６を備える分岐端部２２４を含む。分岐端部２２４は、第１の部分２１０ａの分岐端部２１４内に位置し、ピボット孔２２６はピボット孔２１６と位置合せされる。偏倚部材または捩りばね２３０は、分岐端部２２４によって画定されるポケット内に位置決めされる。ピボットピン２４０は、それぞれの穴２１６、２２６およびばね２３０に挿通される。外部保持リング２５０は、ピボットピン２４０の端部に取り付けられる。
【００５６】
本発明の一実施形態では、第１の表面２１２および第２の表面２２２は、それぞれ、従来技術の圧着リング上で見られるものよりも大きい半径を画定している。特に、図６Ｂの約７６ｍｍ（３インチ）継手を圧着する圧着リング上で、本発明は第１の表面２１２に第１の半径Ｒａを、第２の表面２１４に第２の半径Ｒｂを提供する。半径ＲａおよびＲｂはそれぞれ、中心点ＣａおよびＣｂから画定される。圧着リング２００が閉じると、中心点ＣａおよびＣｂは隣接して位置するが、必ずしも一致するわけではない。半径ＲａおよびＲｂは、約３．６０インチ（９１．５ｍｍ）の直径をなすことができる。従来技術の圧着リングは、３インチ（７６ｍｍ）継手を圧着するように、約３．５８インチ（９１．０ｍｍ）の直径をなす半径をもつ部分を有する。したがって、約７６ｍｍ（３インチ）継手の力対変位の制約を満たすように、圧着リング２００の寸法は、約０．５％増加する。
【００５７】
図６Ｂにおいて、本発明によるアクチュエータアセンブリが、約７６ｍｍ（３インチ）継手をＫ型銅管上に圧着するため、上に述べるように、圧着表面２１２および２１４に対する寸法を大きくした、変更した圧着リング２００で使用されている。図２Ｃを再び参照すると、従来技術の力プロファイル６０ｃは、約３６ｍｍ（１．４インチ）を超える合計ストローク長さを必要とし、維持部６４は、２６ｋＮから２８ｋＮまでのレベルを達成するが、これは望ましくないことに高い。これに対して、本発明の力プロファイル９０ｂでは、維持部９４において力レベルを１７ｋＮから２５ｋＮまでに減らす。さらに、力プロファイル９０ｂは、合計ストローク長さが約３３ｍｍ（１．３インチ）以下である。直径Ｄを大きくした圧着リング２００および本発明によるアクチュエータアセンブリの試験により、従来技術と比較すると、その使用で必要な圧着力が小さくなることが確認された。したがって、圧着リング２００上の圧着表面２１２および２１４の寸法を大きくすることにより、有利には約７６ｍｍ（３インチ）継手を圧着するのに必要な力が小さくなる。
【００５８】
圧着表面２１２および２１４の寸法を大きくした、変更した圧着リング２００で使用される、本発明によるアクチュエータアセンブリは、約７６ｍｍ（３インチ）継手を圧着するのに必要な力を小さくする１つの解決方法であることに留意すべきである。約７６ｍｍ（３インチ）継手を圧着するのに必要な力を小さくするのに有利な特徴を有する、特定のカムプロファイルを展開させるのに、本発明の教示を使用できることが当業者には分かるだろう。このような特定のカムプロファイルは、従来技術の典型的な変更を加えていない圧着リングで使用するように構成することができる。
【００５９】
図６Ａ〜図６Ｃの本発明のカムプロファイル１２０を備えるアクチュエータアセンブリを使用した試験結果を、図２Ａ〜図２Ｆに示す従来技術のアセンブリを使用した試験結果を比較すると、本発明によるカムプロファイル１２０は有利には、変位に対する入力を制御し、上に述べた制約を満たすことが分かる。図６Ａ〜図６Ｃの出力を与えるように、カムプロファイル１２０は上記制約を満たすが、以下のように、変位に対する入力を制御する追加の方法を達成するため、本発明の教示を実施することができることに留意すべきである。
【００６０】
例えば、工具に常に同じ負荷がかかるように、すべての大きさの継手に対してほぼ一定の工具の力対変位を維持するため、本発明の教示によるカムプロファイルを使用することができる。もう１つの例では、圧着動作の初期に継手を把持し、継手との位置合せを維持するため、継手の上で急速な初期閉塞を実施するように、本発明の教示によるカムプロファイルを使用することができる。別の例では、アセンブリが、まず継手を位置合せするようにパイロットクリンプを圧着し、次いで完了圧着を最後まで遂行する場合、特殊な継手に漸進的な圧着を作り出すように、本発明の教示によるカムプロファイルを使用することができる。
【００６１】
別の例では、本明細書に明示的に記載したものより短いまたは長いストロークで圧着するように、本発明の教示によるカムプロファイルを使用することができる。例えば、より小さい継手を圧着するのに使用されるより小さなアームまたは顎部を有するアセンブリは、圧着工具のストロークの大部分を必要としない。アセンブリを小さくすると、例えば、合計４０ｍｍのストロークのうちの２５ｍｍしか必要としない。したがって、従来技術を凌ぐ有利な特徴をもち、より短いストロークでこれらの特徴が得られる、力対変位プロファイルを提供する本発明の教示を使用して、カムプロファイルを展開させることができる。本発明の教示を使用して、当業者なら、このようなカムプロファイルを展開させる時に、角度関係、偏向、力、および幾何形状における相違を考慮しなければならないことを理解した上で、より短いまたは長いストロークにこのようなカムプロファイルを展開させることができる。
【００６２】
別の例では、本発明の教示によるカムプロファイルを、より小さい寸法の圧着顎部または切断工具などの他の装置に適用することができる。本発明の教示はまた、電池給電式の圧着工具の変位に対する入力を制御するのに適している。普通、電池給電式の圧着工具は、流体圧ポンプを作動させるモータ用の電池電源を含む。モータおよびポンプは普通、最も効率的に動作する範囲がある。本発明の教示を使用して、モータおよびポンプの効率的な動作範囲に有利な力対変位プロファイルを提供するように、プロファイルを展開させることができる。例えば、モータおよびポンプに応じて、力プロファイルの維持部において、特定レベルの力でより効率的に動作することが見出された。この効率的なレベルを満たすため、変位に対する入力を制御するように、本発明の教示でカムプロファイルを展開させることができる。モータおよびポンプを効率的に動作させて、電源に再充電が必要になる前に、より多くの圧着動作に工具を使用することができる。
【００６３】
図４を再び参照すると、本発明のアクチュエータアセンブリ１００はまた、部品の寿命を延ばし、アセンブリ１００の所望の故障モードを作り出す、従来技術を凌ぐ他の改良を含む。従来技術のアセンブリの試験では、アセンブリまたは顎部セットの故障モードは、側板、ピボットピン、および顎部またはアームにおける疲労によるものであることが判明した。しかし、所望の故障モードは側板１３０の受動的故障だけである。したがって、本発明のアクチュエータアセンブリ１００は、側板の寿命が約１０Ｋサイクルであるような疲労のレベルまで、故障に耐えるように構成されている側板１３０を含んでいる。アーム１１０およびピン１４０などの他の部品は、これらの他の部品の寿命が約５０Ｋ＋サイクルであるような疲労のレベルまで、故障に耐えるように構成されている。
【００６４】
側板１３０における所望の受動的故障モードが得られるかどうかは、アクチュエータアセンブリ１００内の部品間の受動的故障系によって決まる。幾何形状、材料、冶金加工方法、および部品の加熱処理を含む、いくつかの変数と、アクチュエータアセンブリ１００に加えられることを意図した力などの他の変数は、受動的故障系に関連する。以下に論じるように、他の故障モードを超える側板１３０における受動的故障が得られるように、本発明によるアクチュエータアセンブリ１００の部品の好ましい受動的故障系が提供される。所与の値は、特定の寸法および本実施形態のアクチュエータアセンブリ１００の他の変数の代表的なものであることを理解されたい。
【００６５】
まず、アクチュエータアセンブリ１００のピボットピン１４０は、受動的故障系の一部を構成する。側板１３０は、側板が約１０Ｋサイクルの疲労寿命をもつことができるような第１のレベルまで、故障に耐えるように構成されている。本発明によるピボットピン１４０は、従来技術に見られるものより大きな直径ｄ１をもつ。直径ｄ１を大きくしたことにより破断が防止され、それによってピボットピン１４０の寿命が延びる。アクチュエータアセンブリ１００の本実施形態では、ピボットピン１４０は、約１９．０８ｍｍの直径ｄ１をもつことが好ましい。本明細書で論じるように、アセンブリの受動的故障モードを確実にするため、ピボットピン１４０の硬度は、側板１３０よりも大きいことが好ましい。例えば、ピボットピン１４０はスチールからできており、側板１３０の硬度とほぼ同じまたはそれより大きい硬度をしている。すなわち、ピン１４０は、Ｒｃ３０〜Ｒｃ３５の側板１３０の硬度とほぼ同じまたはそれより大きい硬度をしている。ピン１４０は、約Ｒｃ５８〜Ｒｃ６１の表面硬度および低い４０代のＲｃのコア硬度をもつように、浸炭される。
【００６６】
第２に、アクチュエータアーム１１０は、受動的故障系の別の部分を構成し、アーム１１０が約５０Ｋ＋サイクルの疲労寿命をもつことができるような第２のレベルまで、故障に耐えるように構成されている。アーム１１０の材料および硬度は、この耐疲労性の一部である。アクチュエータアーム１１０は、Ｓ−７工具鋼からなっていることが好ましく、真空硬化され、二重引き抜きされることが好ましい。熱処理中の予熱は、約１１１５℃（１５５０°Ｆ）であることが好ましい。材料は、約１２５５℃（約１８００°Ｆ）の温度でオーステナイト化されることが好ましい。アクチュエータアーム１１０の材料は、約４７８℃（約４００°Ｆ）の温度で二度引き抜かれる。アーム１１０は硬度が、約Ｒｃ５６〜Ｒｃ５９であることが好ましい。
【００６７】
第３に、アクチュエータアーム１１０の断面高さは、受動的故障系の別の部分、および第２の疲労レベルまでのアームの耐故障性の一部を構成する。図８を参照すると、本発明のアクチュエータアーム１１０の実線の輪郭が、従来技術のアクチュエータアーム２０の点線の輪郭と並べられている。本発明のアクチュエータアーム１１０は、従来技術のアーム２０よりも大きい断面高さＨを備える。断面高さＨは、カム端部１１２から圧着端部１１４までのアーム１１０の軸寸法に対して、アーム１１０の横寸法を画定する。断面高さＨは、高い応力がかかった領域内でアーム１１０全体を通して大きくなり、ピボット孔１１６が画定される、アーム１１０の中間部で最大となる。例えば、アクチュエータアーム１１０は、アーム１１０の中間部で約７５．９５ｍｍ（約２．９９０インチ）〜約７８．３６ｍｍ（約３．０８５インチ）の最大断面高さＨｍａｘをもつ。断面高さＨを大きくすることにより、アーム１１０の強度が増すが、側部を長持ちさせるのに十分なほどは寿命は延びない。
【００６８】
第４に、アクチュエータアーム１１０内の応力集中部の減少が、受動的故障系の別の部分、およびアームの耐故障性の一部を構成する。図１を再び参照すると、従来技術のアーム２０は、捩りばね３０を保持するため、ポケット３４およびピン３２を使用する。図４を再び参照すると、本発明のアーム１１０は、板ばね１５０を保持するため、側部１１９、穴１１８、およびピン１６０を使用する。したがって、図８のおいてアーム１１０上の側部１１９および穴１１８が、従来技術のアーム２０上のポケット３４、側壁３６、および窪み３８と並べられている。
【００６９】
板ばね（図示せず）を維持するように側部１１９および穴１１８を使用することには、従来技術を凌ぐ二つの利点がある。アクチュエータアーム１１０の機械加工が単純になる。さらに、アクチュエータアーム１１０の高応力領域からの応力集中部が、従来技術のアーム２０よりも少なくなる。側部１１９は、ほぼ平滑であり、アセンブリのアーム間に偏倚部材を維持するようにピンを保持する小さな穴１１８を画定する。平滑部１１９、小さな穴１１８、およびピン１６０を使用すると、アーム１１０の縦断面および横断面の変化が実質的に制限される。当業界で知られるように、従来技術のアクチュエータアーム２０の故障は普通、カム端部２２とピボット孔２６との間の点Ｐで始まり、従来技術のアーム２０の断面を横切って続く可能性がある。ポケット３４を使用すると、アームの高い応力が加えられた領域内に異なる断面領域が作り出されることにより、この種類の故障がさらにひどくなる。穴１１８は、本発明のアーム１１０における応力集中部であるが、従来技術のアーム２０で見られるポケット３４または段差より小さな応力集中部である。したがって、アーム１１０の寿命および耐疲労性が増す。
【００７０】
最後に、側板１３０の幾何形状、材料、および硬度は、受動的故障系の一部、および側板の耐故障性の一部を構成する。図９Ａ〜図９Ｂを参照すると、側板１３０の一実施形態が、いくつかの図で示されている。側板１３０は、ピボット開口部１３２および１３４を画定する本体部１３１と、圧着工具（図示せず）に取り付けられる別の部分１３６とを含む。側板１３０は、約１３０．０ｍｍ（約５．１１８インチ）の長手寸法Ｌ１をもつ。側板１３０の本体１３１は、約５１ｍｍ（約２インチ）の横寸法Ｌ２および約９．７５ｍｍ（約０．３８４インチ）の厚さＴをもつ。
【００７１】
本発明では、側板１３０の硬度は、ピン１４０の大きさおよび形状と、アクチュエータアーム１１０の硬度に対して制御される。側板１３０は寿命を延ばすように熱処理されるが、その延びは、側板１３０が好ましくはアセンブリ１００の中で故障する最初の部品であるように制御されている。側板１３０はスチールからできており、本発明のアクチュエータアセンブリの受動的故障モードを作り出すように、約Ｒｃ３０〜Ｒｃ３５まで硬化され、引き抜かれる。側板１３０を形成するのに、バーストックを使用することができる。鍛造プロセスが与える固有の強度および粒子整列により、側板１３０を形成するのに、鍛造を代わりに使用することもできる。
【００７２】
当業界で知られるように、側板１３０の故障の予測面Ｐ’が、ピボット開口部１３２または１３４と取付部１３６に隣接する本体部１３１の縁との間に生じる。本発明による側板１３０は、取付部１３６が本体部１３１と連結する、段付き応力集中部１３８を画定する。応力集中部１３８の縁部とピボット開口部１３２および１３４との間の最短距離ｄ２は、約１０ｍｍ（約０．４インチ）〜約１３ｍｍ（約０．５インチ）である。側板１３０は、側板１３０が他の故障モードでも確実に最初に故障するように、アクチュエータアセンブリの他の部品のうち最も小さい疲労レベルまたは寿命をもつように構成されている。
【００７３】
本発明を好ましい実施形態を参照して説明したが、当業者なら明らかな変更形態および変更が可能である。したがって、本発明は、特許請求の範囲またはその均等物の範囲内にある範囲で、このような変更形態および変更をすべて含むものとする。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】従来技術による圧着工具の部品、アクチュエータアセンブリ、および圧着リングを示す図である。
【図２Ａ】従来技術によるアクチュエータアセンブリおよび圧着アセンブリの変位に対する力の試験結果を示すグラフである。
【図２Ｂ】従来技術によるアクチュエータアセンブリおよび圧着アセンブリの変位に対する力の試験結果を示すグラフである。
【図２Ｃ】従来技術によるアクチュエータアセンブリおよび圧着アセンブリの変位に対する力の試験結果を示すグラフである。
【図２Ｄ】従来技術によるアクチュエータアセンブリおよび圧着アセンブリの変位に対する力の試験結果を示すグラフである。
【図２Ｅ】従来技術によるアクチュエータアセンブリおよび圧着アセンブリの変位に対する力の試験結果を示すグラフである。
【図２Ｆ】従来技術によるアクチュエータアセンブリおよび圧着アセンブリの変位に対する力の試験結果を示すグラフである。
【図３】本発明によるほぼ理想的な力プロファイルと合わせて、「理想的な」力プロファイルを示すグラフである。
【図４】本発明によるアクチュエータアセンブリの一実施形態の展開図である。
【図５Ａ】図４のアクチュエータアセンブリのアームの側面図である。
【図５Ｂ】図４のアクチュエータアセンブリのアームの拡大詳細図である。
【図６Ａ】本発明によるアクチュエータアセンブリの変位に対する力の試験結果を示すグラフである。
【図６Ｂ】本発明によるアクチュエータアセンブリの変位に対する力の試験結果を示すグラフである。
【図６Ｃ】本発明によるアクチュエータアセンブリの変位に対する力の試験結果を示すグラフである。
【図７】本発明による圧着リングの一実施形態の展開図である。
【図８】従来技術のアクチュエータアームと比較した、本発明によるアクチュエータアームの詳細図である。
【図９Ａ】図４のアクチュエータアセンブリの側板を示す図である。
【図９Ｂ】図４のアクチュエータアセンブリの側板を示す別の図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年11月20日(2003.11.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アセンブリを作動させる変位可能な部材とともに使用される改良されたアセンブリであって、
アセンブリ内に旋回可能に配置され、縁部を有するアームと、
縁部で画定され、変位可能な部材に係合することが可能なプロファイルとを備え、該プロファイルが、
縁部の径方向輪郭を画定する第１の部分と、
第１の部分に隣接し、縁部の湾曲輪郭を画定する第２の部分と、
第２の部分に隣接し、縁部の直線輪郭を画定する第３の部分とを有するアセンブリ。
【請求項２】
前記第２の部分の湾曲輪郭が、十次多項式によって画定される、請求項１に記載の改良された圧着アクチュエータアセンブリ。
【請求項３】
前記アームが第１の端部を有し、前記縁部が、前記第１の端部に隣接しており、前記第２の部分が、前記縁部の非直線かつ非径方向輪郭によって画定される前記湾曲輪郭の少なくとも一部によって特徴付けられる、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項４】
前記アームが、継手を圧着する、または圧着リングを作動させる第２の端部を備える、請求項３に記載のアセンブリ。
【請求項５】
第１の部分が、前記第１の端部にすぐ隣接し、半径によって画定され、
第２の部分が、前記第１の部分に隣接し、非直線かつ非径方向輪郭によって画定され、
第３の部分が、前記第２の部分に隣接し、一次関数によって画定される、請求項３に記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記第１、第２、および第３の部分が、実質的に互いに繋がっている、請求項５に記載のアセンブリ。
【請求項７】
非直線かつ非径方向輪郭が、十次多項関数によって画定される、請求項５に記載のアセンブリ。
【請求項８】
前記アームが、出力を提供し、前記プロファイルが、前記変位可能な部材の変位に対して前記出力をほぼ均一に加える手段を備える、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項９】
アセンブリが、
第１の開口部を画定し、第１の硬度をもつ板と、
前記第１の開口部内に配置され、前記第１の硬度と同じまたは第１の硬度より大きい第２の硬度をもつピンとを備え、
前記アームが、前記板に隣接して配置され、かつ前記ピンの第１のピボット開口部を画定し、前記アームが、前記ピン上に回転可能に配置され、かつ前記変位可能な部材と係合することによって回転可能であり、前記アームが、前記第１の硬度よりも大きい第３の硬度をもつ、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１０】
前記アームが、横寸法をもち、かつ前記第１のピボット開口部で実質的に横寸法における最大断面高さを画定する、請求項９に記載のアセンブリ。
【請求項１１】
前記最大断面高さが、約７６．１７ｍｍ（２．９９９インチ）から約７８．３６ｍｍ（３．０８５インチ）の間である、請求項１０に記載のアセンブリ。
【請求項１２】
前記ピボットピンの直径が、約１９．０８ｍｍである、請求項９に記載のアセンブリ。
【請求項１３】
前記板が、前記第１の開口部に隣接する応力集中部を画定する縁部を有する、請求項９に記載のアセンブリ。
【請求項１４】
前記応力集中部が複数の段差を備える、請求項１３に記載のアセンブリ。
【請求項１５】
前記第１の硬度が、約Ｒｃ３０〜Ｒｃ３５である、請求項９に記載のアセンブリ。
【請求項１６】
前記第３の硬度が、約Ｒｃ５６〜Ｒｃ５９である、請求項１５に記載のアセンブリ。
【請求項１７】
アセンブリが、
前記第１の開口部を画定し、前記第１の疲労レベルまで故障に耐える第１の手段を有する板と、
第１の開口部内に配置され、第１の疲労レベルより大きい第２の疲労レベルまで故障に耐える第２の手段を有するピンとを備え、
前記アームが、前記板に隣接して配置され、かつピンの第１のピボット開口部を画定し、前記アームが、ピン上に回転可能に配置され、かつ変位可能な部材と係合することによって回転可能であり、前記アームが、前記第１の疲労レベルより大きい第３の疲労レベルまで故障に耐える第３の手段を有する、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１８】
前記アセンブリ内に配置された前記アームが、第１の穴を画定する第１の側部を有し、
アセンブリが、
アセンブリ内に配置され、第２の側部を有する別のアームと、
前記アーム間に配置され、かつ前記第１の側部に隣接する第１の部分、および前記第２の側部に隣接する第２の部分を備える偏倚部材と、
前記第１の穴内に配置され、かつ前記アーム間に前記偏倚部材を保持するように前記偏倚部材の前記第１の部分と係合する第１のピンとを備える、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１９】
前記別のアームが、さらに前記第２の側部内に第２の穴を画定し、アセンブリが、前記第２の穴内に配置され、かつ前記アーム間に前記偏倚部材を保持するように前記第２の部分と係合する第２のピンをさらに備える、請求項１８に記載のアセンブリ。
【請求項２０】
前記偏倚部材が板ばねである、請求項１８に記載のアセンブリ。
【請求項２１】
アセンブリ内に配置される別のアームと、
前記アーム間に配置される偏倚部材と、
前記アーム間に前記偏倚部材を保持し、かつ前記アームの横断面および縦断面の変化を実質的に制限する手段とを備える、請求項１に記載のアセンブリ。
【国際調査報告】
2005501731.tif 000059
2005501731.tif 000060
2005501731.tif 000061