(57)【要約】      （修正有）【課題】かじりを低減。【解決手段】管端を受け入れるための円筒形の穴を有し、テーパ付き口を含む取付具本体とのねじ接続部を有し且つフエルール駆動面を有する駆動部材はテーパ付き第一の端部を有し且つ第一の端部に向かって軸方向に伸びているテーパ付き凹部が付いた第二の端部を有する。管端に取り付けられる時に管端周囲に密着する連続円筒内壁と、テーパ付き凹部の中に挿入可能なテーパ付きのノーズ部と、取付具の引抜きの際に前記フエルール駆動面に係合する後端部上の被駆動面とを有する第二のフエルールを具備し、全表面が表面硬化され、取付具の完全な引抜きの後におけるような形状を有し、テーパ付ノーズ部の前縁を生じるように変形され、前記円筒内壁の後部は前記管端外面から半径方向に間隔を置き、長手方向部分の円筒内壁の凸部を形成するよう変形され、凸部は、前縁から軸方向後方にあり、すえ込み領域が円筒内壁により前記管端外面に作られる。【選択図】図２
2011153711.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管端を受け入れるための円筒形の穴を有し、前記の穴の一端にテーパ付き口を含む取付具本体；
前記本体とのねじ接続部を有し且つフエルール駆動面を有する駆動部材；
前記取付具本体のテーパ付き口の中に挿入可能なテーパ付き第一の端部を有し且つ前記第一の端部に向かって軸方向に伸びているテーパ付き凹部が付いた第二の端部を有する第一のフエルール；および、
管端に取り付けられる時に管端周囲に密着する連続円筒内壁と、前記第一のフエルールの前記のテーパ付き凹部の中に挿入可能なテーパ付きのノーズ部と、取付具の引抜きの際に前記フエルール駆動面に係合する後端部上の被駆動面とを有する第二のフエルールを具備し；
前記の第二のフエルールは全表面が表面硬化されており、前記第二のフエルールは、取付具の完全な引抜きの後におけるような形状を有し、前記第二のフエルールは、管端の外面を通過するよう前記テーパ付ノーズ部の前縁を生じるように変形され、前記円筒内壁の後部は前記管端外面から半径方向に間隔を置いており、前記第二のフエルールは、長手方向部分の前記円筒内壁の凸部を形成するように変形され、該凸部は、前記前縁から軸方向後方にあり、すえ込み領域が前記円筒内壁によって前記管端外面に作られることを特徴とする管継ぎ手。
【請求項２】
前記第二フエルールは、全表面に亘って表面硬化されている請求項１記載の管継ぎ手。
【請求項３】
前記第二のフエルールのテーパ付ノーズ部は円錐台形である請求項１記載の管継ぎ手。
【請求項４】
前記第一のフエルールのテーパ付ノーズ部は円錐台形である請求項３記載の管継ぎ手。
【請求項５】
前記第二のフエルールのテーパ付ノーズ部は、長手方向断面で見る時に直線である請求項１記載の管継ぎ手。
【請求項６】
前記第一のフエルールのテーパ付ノーズ部は、長手方向断面で見る時に直線である請求項５記載の管継ぎ手。
【請求項７】
前記変形がヒンジング作用から成る請求項１記載の管継ぎ手。
【請求項８】
前記凸部が、前記テーパ付ノーズ部分から軸方向に間隔を置いて隔たっている請求項１記載の管継ぎ手。
【請求項９】
管端を受け入れるための円筒形の穴を有し、前記の穴の一端にテーパ付き口を含む取付具本体；
前記本体とのねじ接続部を有し且つフエルール駆動面を有する駆動部材；
前記取付具本体のテーパ付き口の中に挿入可能なテーパ付き第一の端部を有し且つ前記第一の端部に向かって軸方向に伸びているテーパ付き凹部が付いた第二の端部を有する第一のフエルール；および、
管端に取り付けられる時に管端周囲に密着する連続円筒内壁と、前記第一のフエルールの前記のテーパ付き凹部の中に挿入可能なテーパ付きのノーズ部と、取付具の引抜きの際に前記フエルール駆動面に係合する後端部上の被駆動面とを有する第二のフエルールを具備し；
前記の第二のフエルールは取付具の完全な引抜きの後におけるような形状を有し、前記第二のフエルールは、管端の外面を通過するよう前記テーパ付ノーズ部の前縁を生じるように変形され、前記円筒内壁の後部は前記管端外面から半径方向に間隔を置いており、前
記第二のフエルールは、長手方向部分の前記円筒内壁の凸部を形成するように変形され、該凸部は、前記前縁から軸方向後方にあり、すえ込み領域が前記円筒内壁によって前記管端外面に作られることを特徴とする管継ぎ手。
【請求項１０】
前記第二フエルールは、全表面に亘って表面硬化されている請求項９記載の管継ぎ手。
【請求項１１】
前記凸部が前記円筒内壁の中央領域に形成されている請求項９記載の管継ぎ手。
【請求項１２】
フエルールの中心を通る略円筒の内壁を有し、フエルールが金属管端に取り付けでき、該内壁は第一及び第二円筒部分を有し、該第一円筒部分はフエルールの前縁に軸方向に隣接し且つフエルールの最小内壁直径を有し、該第二円筒部分は第一円筒部分よりも大きな直径を有している、金属管継ぎ手のための管握持用のフエルール。
【請求項１３】
前記フエルールは、全表面に亘って表面硬化されている請求項１２記載の管握持用のフエルール。
【請求項１４】
前記フエルールはフエルールの前部が金属管端の外面に食いつくように完全に引抜かれる時に破壊されることのないように塑性変形される請求項１２記載の管握持用のフエルール。
【請求項１５】
前記フエルール第二円筒部分の後部は、前記フエルールが取付け具内に完全に引抜かれた後に管端から半径方向に隔てられている請求項１２記載の管握持用のフエルール。
【請求項１６】
前記フエルールが金属から成る請求項１２記載の管握持用のフエルール。
【請求項１７】
前記フエルール及び前記管端がステンレス鋼から成る請求項１４記載の管握持用のフエルール。
【請求項１８】
前記前部部分は、取付具の引抜きにおいて内方にヒンジ止めされ且つ管端がコレット加工されている請求項１２記載の管握持用のフエルール。
【請求項１９】
管端の外面に取付けられる管継ぎ手のフエルールであって、管端を密接して取り囲む、取付具が完全に引上げられる前は略円筒形の内壁を有するフエルール本体と、取付具のカム面と係合するテーパー付ノーズ部と、フエルール駆動面と係合するフエルール本体の後端の従動面とを備え、
前記フエルール本体は、フエルール本体の前縁に隣接する少なくとも円筒形前部部分を設けるように前記円筒形内壁の少なくとも１つの溝と、前記フエルール本体の後端と隣接する円筒形後部部分とを有し、管端取付具の完全な引上げの後に、前記テーパー付ノーズ部の前縁が管端の外面を貫通し、前記後端に隣接する後部部分の少なくとも一部は管端外面から径方向に隔てて配置され、前記前部部分の少なくとも一部は縦方向の断面において見る時に凸形であり、該凸形の部分は、前記前縁から軸方向に隔てられた少なくとも一部と、前記管端の外面のすえ込み部とを有していること特徴とするフエルール。
【請求項２０】
前記フエルール本体がステンレス鋼から成り、全面が表面硬化されている請求項１９記載のフエルール。
【請求項２１】
前記凸部は、前記すえ込みされた部分の少なくとも一部である請求項１９記載のフエルール。
【請求項２２】
前記前部部分と後部部分は異なった直径を有している請求項１９記載のフエルール。
【請求項２３】
前記後部部分は、前部部分よりも大きな直径を有している請求項２１記載のフエルール。
【発明の詳細な説明】
【関連出願書との相互参照】
【０００１】
本出願書は１９９８年４月２日付け米国特許出願一連番号０９／０５４，１８６の部分的継続であり、前記０９／０５４，１８６は１９９７年４月１５日付け米国特許出願一連番号０８／８３４，２５５、現米国特許第５，８８２，０５０号の部分的継続である。これらの全開示内容は参考用として本出願書に完全に組み込まれている。
【発明の背景】
【０００２】
本発明はフエルール形管継ぎ手又は管取付具の分野を目指している。とりわけ、本発明は２個のフエルールによる管継ぎ手で、後部フエルールが関連ナットを回すのに必要なトルクを低減し、さらに、後部フエルールと駆動・ナットの内面の間のかじり傷を低減するように設計されている。さらに、本発明は１個のフエルールによる継ぎ手にも適用しうる。
【０００３】
商用的に入手でき、非常に成功していて、配管に用いられている２個のフエルールによる管継ぎ手を図１および図１Ａに示す。図１は継ぎ手要素を最終締め付けまでの準備となる指で締めた位置で示している。一方、図１Ａは最終締め付け後の継ぎ手を示している。示されているように、継ぎ手は、管端１３を受け入れるために穴ぐりをした円筒開口部１２を有する本体１０を含んでいる。テーパ付き切頭円錐形案内（ｃａｍｍｉｎｇ）口１４が穴ぐり部の軸方向の外端に位置している。前部フエルール１６は円滑な円筒内壁１８を有し、管上に密に受け入れられている。前部フエルールは案内口内に受け入れられるように切頭円錐形の外面２０を有している。
【０００４】
前部フエルール１６と関連して、また、そこから軸方向外側に位置した後部フエルール２２が、図示されているように、テーパ付きノーズ部分２４、および、テーパ付き端面２８を有する後部フランジ２６を有している。後部フエルール２２のテーパ付き端面は、当該分野の技術者には明らかなように、端面に作用する引き寄せ力の軸方向成分だけでなく半径方向成分も与えている。テーパ付きノーズ２４が前部フエルールの後面内のテーパ付き案内面に入る。
【０００５】
フエルール１６、２２は本体１０にねじ込まれた駆動・ナット部材３０により囲まれている。継ぎ手の締め付けおよび組立の間に、ナットの内側端面、フランジないし肩３２が後部フエルールの後壁端面２８に対して作用し、フエルールを図１Ａに示す完全嵌め合い位置に向かって前方に押す。
【０００６】
後部フエルールの小径部ないしノーズが継ぎ手の組立て中に塑性変形するような寸法になっている。この作用は管の外壁を緊密に把握保持するので望ましい。ノーズ部分の厚みは後部フエルールの変形が大きくなりすぎる程度にまで減らすことはできず、後部フエルールが配管の外壁を適切に把握するだけにする。即ち、この２個のフエルールのアセンブリーが商用的に成功した製品となる把握・密封機能となるには、２個のフエルールのアセンブリーで、前部と後部の両方のフエルールが望ましい変形をする必要がある。他方、後部フエルールのノーズ厚みは、硬すぎて、希望の後部フエルールの変形を生じないような構造状態になる程度まで大きくはできない。
【０００７】
テーパ付き後面および前部と後部のフエルールの相互作用から生じる、従来の２個のフエルールを用いた段階的制御による一連の把握作用についてのより完全な説明と理解はＬｅｎｎｏｎらが開示した特許文献１に示されている。その全開示が参考用として本出願書に完全に組み込まれている。
【０００８】
従って、後部フエルールのノーズの指定壁厚により、管を把握・密封するという希望の目標を達成するように、管の希望の把握を達成し、かつ、前部フエルールと連携することが望まれていることは、当該分野の技術者であれば理解するであろう。
【０００９】
さらに、流体系統の運用者が系統の定格圧力より適当な倍率まで系統を加圧することにより、生産運転前に系統を試験することも認識されている。この方法で、運用者は流体系統が密封されているか、即ち、漏洩がないかを容易に検出できる。この知識を用いて、製造業者は後部フエルールのノーズが高い試験圧力により追加の塑性変形をしないような継ぎ手を供給できる。従って、希望のノーズ変形量を達成し、前部と後部のフエルールが管の外壁を適切に把握・密封できるように、高い試験圧力を用いて、後部フエルールのノーズ部分の希望壁厚を決定する。
【００１０】
ときどき、駆動・ナットの内側端面と後部フエルールの後壁の間の駆動面の接触領域で駆動・ナットのかじり傷を生じることも認められている。解析の後で、前部と後部のフエルールの間の軸方向スラストないし引き寄せ力が基本的に継ぎ手の軸に平行であると信じられている。この軸方向のスラストにより、後部フエルールの後部コーナー領域が、ナット内部の駆動面に、特に局部的領域に引き寄せ応力を選択的に集中させて、かじり傷を生じる。さらに、かじり傷がない場合でも、このことが組立て中に経験するナットのトルクによる力を顕著に高める。従って、スラスト力が高い局部荷重を、その結果としてかじり傷および高いトルクによる力を生じないように設計をすることが非常に望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第３，１０３，３７３号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のひとつの実施例に基づくと、管継ぎ手には、管端を受け入れる円筒穴を有し、また、その穴の一端にあるテーパ付き口を含む継ぎ手本体、本体とねじ込み接続をし、フエルール駆動面を有する駆動部材、継ぎ手本体のテーパ付き口に伸びているテーパ付き第一の端部を有し、かつ、第一の端部に向かって軸方向に伸びているテーパ付き凹部を伴う第二の端部を有する第一のフエルール、円筒内壁、第一のフエルールのテーパ付き凹部に伸びているテーパ付き第一の端部を有し、駆動部材のフエルール駆動面に接触するその第二の端部上に輪郭成形をした面を有する第二フエルール、第二のフエルールの第一と第二の端部の間に位置する円周方向の凹部を有する第二フエルールの内壁、継ぎ手を組立てたときに駆動部材の駆動面上の応力集中を減らしている凹部および輪郭成形をした面が含まれる。
【００１３】
本発明の他の側面には、後部フエルールの前端ないしノーズ端で第一の直径、および、そのフエルールの後端で第二の直径を有し、その第二の直径が第一の直径より大きくし、例えば、単一工具を用いて円周方向の凹部および円筒壁を形成できるようにようにした円筒内面を持つ後部フエルールを形成することが含まれる。さらに、本発明の別の側面には、第二フエルールの第一と第二の端部を結合するフエルール本体の外径に切り欠きを形成することが含まれている。本発明の他の側面は、後部フエルールの第二の端部上でなくて駆動部材上に輪郭成形をした駆動面を設けている。さらに、本発明は以前のフエルールよりも硬いベースメタルから作られたフエルールにより実施しうる。さらに、本発明はフエルールの面全体をまたは選択的に表面硬化したフエルールにより実施しうる。一般的に、本発明は１個のフエルールによる継ぎ手にも適用しうる。
【００１４】
本発明のこれらおよび他の側面は、添付図面を見て、以下の好ましい実施例の説明から当該分野の技術者には明らかであろう。
【００１５】
本発明は、本明細書に詳細に示され、本明細書の一部になっている添付図面に示されている特定部品、部品の配置、好ましい実施例および方法の中に物的形態をとりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】良く知られた従来技術の２個のフエルールによるスエージ形継ぎ手の長手方向の断面図である。
【図１Ａ】組立て状態で従来技術の継ぎ手を示している図１の円で囲んだ部分の拡大図である。
【図２】図１に類似した図であるが、後部フエルールを通じた反力伝達を改善するように設計された改良した後部フエルールを組み込んだ継ぎ手の好ましい実施例を示している。
【図３】図２の円で囲んだ部分を大きく拡大して示している。
【図４】好ましい形の後部フエルールの詳細な部分断面図である。
【図５】図４に類似した断面図であるが、第二の好ましい形の後部フエルールを示している。
【図６】図１の継ぎ手の断面図で、特に、最初の組立て時の前部フエルールとナットの間に位置する後部フエルールを示す。
【図７】組立て状態で、応力集中を示す図６の継ぎ手の図面である。
【図８】本発明の教示に基づいて改良した後部フエルールを含めた最初の組立て時の継ぎ手断面図である。
【図９】組立て状態で、応力集中を示す図８の継ぎ手の図面である。
【図１０】本発明の教示に基づいて改良した後部フエルールを含めた最初の組立て時の継ぎ手断面図である。
【図１１】組立て状態で、応力集中を示す図１０の継ぎ手の図面である。
【図１２】本発明の教示に基づいて改良した後部フエルールを含めた最初の組立て時の継ぎ手断面図である。
【図１３】組立て状態で、応力集中を示す図１２の継ぎ手の図面である。
【図１４】後部フエルール構造の種々の変形に関する表である。
【図１５】２個のフエルールによる継ぎ手の代替実施例の断面図である。
【図１６】図１５の実施例のフエルール領域の拡大図である。
【図１７】本発明の一側面に基づく輪郭成形をした面を持つ後部フエルールの部分図である。
【図１８】引き寄せ前で前部フエルールおよび駆動・ナットとの接触位置で示した輪郭成形をした後部フエルールに関する断面図である。
【図１９】引き寄せ状態で応力分布を示す図１８の実施例の図である。
【図２０】本発明の他の実施例である。
【図２１】輪郭成形をした後部フエルールを用いない２個のフエルールによる継ぎ手の応力分布を示している。
【図２２】円周方向の凹部を組み込んだ後部フエルールの設計の他の実施例を示す。
【図２３Ａ】種々の代替的後部フエルールの被駆動面の曲面を示す。
【図２３Ｂ】種々の代替的後部フエルールの被駆動面の曲面を示す。
【図２３Ｃ】種々の代替的後部フエルールの被駆動面の曲面を示す。
【図２３Ｄ】種々の代替的後部フエルールの被駆動面の曲面を示す。
【図２３Ｅ】種々の代替的後部フエルールの被駆動面の曲面を示す。
【図２３Ｆ】種々の代替的後部フエルールの被駆動面の曲面を示す。
【図２４Ａ】本発明の代替的実施例を示し、ナットの駆動面に輪郭成形をした面が設けられている。
【図２４Ｂ】本発明の代替的実施例を示し、ナットの駆動面に輪郭成形をした面が設けられている。
【図２４Ｃ】本発明の代替的実施例を示し、ナットの駆動面に輪郭成形をした面が設けられている。
【図２４Ｄ】本発明の代替的実施例を示し、ナットの駆動面に輪郭成形をした面が設けられている。
【図２４Ｅ】本発明の代替的実施例を示し、ナットの駆動面に輪郭成形をした面が設けられている。
【図２４Ｆ】本発明の代替的実施例を示し、ナットの駆動面に輪郭成形をした面が設けられている。
【図２４Ｇ】本発明の代替的実施例を示し、ナットの駆動面に輪郭成形をした面が設けられている。
【図２５】２種の直径から成る内側円筒穴を有するフエルールの別の代替的実施例を示す。
【図２６】フエルール本体に外側の切り欠きまたは凹部を有するフエルールの別の代替的実施例を示す。
【図２７】切り欠きを設けた内側の穴、輪郭成形をした後面、外側の切り欠き、フエルールのノーズ領域のクラウン部分を有するフエルールに関する本発明の別の代替的実施例を示す。
【図２８】高摩擦による管の把握領域が、フエルールのノーズに生じた応力上昇部から軸方向に離れていることに関する本発明の一側面を示す有限要素解析である。
【実施例】
【００１７】
ここで図面を参照するが、本発明の好ましい実施例のみを示す目的で示していて、本発明を制限する目的ではない。図２−４は本発明を取り入れた継ぎ手の全体配置を示している。ここに示したフエルールの輪郭に関する図面の多くで、理解を明確にし、容易にするために、特に断面図でフエルール全体の一部を示す必要がある場合にフエルールの形状と輪郭を示すために、フエルールを部分断面図で示していることに留意すべきである。図２−４の実施例は主要部分を図１および図１Ａの従来技術の装置の説明で用いたのと同じ参照番号で特定している。図１の要素の説明は他に指定がない限り、対応する番号の図２−４の要素にも等しく適用できると理解すべきである。特に、図２−４の実施例では、前部フエルールから後部フエルールを介してナットへ作用する反力が半径方向外側を向く有意な力成分を生じるように後部フエルール２２’を改良している。これは、図１および１Ａの実施例で、対象となる力成分が大きな軸方向成分を有しているのと対照的になっている。特に、図４に示すように、力成分Ａは一般に後部フエルール２２’の軸方向に伸び、フエルールの面２８’の半径方向で内側になる面およびナットのフランジ３２’に加えられる荷重を高める。以前に論じたように、この領域の高い局部荷重ないし応力集中が高いトルクとかじり傷を生じる。
【００１８】
本発明はここで、２個のフエルールによるシステムを特に参照して述べているけれども、そのような説明は本質的に例示的であり、制限する意味で解釈すべきでない。本発明の種々の側面は１個のフエルールによる継ぎ手にも適用できることを見いだすであろう。
【００１９】
本発明のひとつの実施例では、フエルール２２’の内面全周に亘る円周方向の凹部４０を設けることにより反力の方向変更を実現している。凹部４０は一般にフエルール２２’の両端の間の中間に位置している。これにより、後部フエルールの内面が２個所の軸方向に比較的狭くて、基本的に円筒形で、連続した接触領域４２および４４に縮小する。そのように後部フエルールを改良することにより、前部フエルールから後部フエルールを介してナットの面ないしフランジ３２’に伝わる力が、図４の力の線Ｂで略図的に示すように半径方向外向きに向く傾向になる。
【００２０】
この実施例では、全体的に平坦な接触領域４２および４４が基本的に同じ直径である。しかしながら、代替的実施例では、これら２領域が異なる直径で、例えば、ある用途には、後部平坦領域４２の直径が前部平坦領域４４の直径より、例えば、千分の数インチ、より好ましくは千分の１ないし３インチだけ僅かに大きくしている。別の代替的実施例では、この領域に穴ぐり部を設けることにより、接触領域としての後部平坦領域４２を無くすことがある。特に、フエルールのサイズが大きい場合、後部フエルールのノーズ部分に平坦部が１個所あれば、取付中に配管上のフエルールの位置合わせを適切に維持するのに十分であろう。これらの代替例は以後で十分に説明している。
【００２１】
本発明の他の重要な特徴は、図１の後部フエルール２２を図２−４の実施例の後部フエルール２２’と比較することにより良く例示されている。特に、後部フエルール２２’の外半径方向５０には、前部ノーズ部分５２から伸びると共に半径方向の寸法が大きくなっている円錐部分が含まれ、前部フエルールの後部面取り領域５３内に、後部フランジ２６’まで受け入れられる。従来技術の配置（図１および１Ａ）では、後部フエルールは円筒形貫通穴およびこの領域で貫通穴を形成している内面に平行に伸びている外径一定の壁を有している。言い換えると、後部フエルールは一定の環状壁厚“ｔ”を有している。図２−４の実施例では、外壁が円錐形ないしテーパ付き構造で、改良した後部フエルールに凹部が組み込まれたとき、十分な壁厚“ｔ”を持ち、ノーズ部分の変形を抑制する。好ましくは、外壁５０は全体として均一な角度または傾斜になっていて、前部フエルールの案内口に受け入れられる小さな径のノーズ領域５２と大きな径の後部フランジ２６’の間に伸びている。ここでも、これにより、管の外壁を把握し、密封接触する面４４に沿って、領域５２が半径的に内側で塑性変形をするように、後部フエルールが変形するのを抑制して
いる。図４で、凹部４０が、その寸法“ｔ”が一定に見えるような形状になっているけれども、そうなる必要がないことに留意されたい。例えば、図１４、１７、１８の図面の多くのように凹部４０が形成された場合、テーパ付き外壁５０は、後部フエルールのノーズ５２と後部フランジ２６’の間で不均一な厚み“ｔ”になる。
【００２２】
壁厚“ｔ”と後部フエルール２２’の形状と構成は、特定用途に対して、配管上でフエルール２２’をバランスさせ、適切な位置合わせになるように、また、配管上で適切に密封できるように、引き寄せ中に望ましい段階的制御による一連の把握作用を実現するように選定される。継ぎ手の引き寄せ中に、後部フエルール２２’は、管端１３の外面に軸成分と半径成分の両方を有するベクトル力を加える。この半径成分の力が優れた把握・密封作用を生じるような管表面への軸方向摩擦力を可能にする。この軸方向の摩擦力が管１３からの管把握による軸方向反力とバランスする。
【００２３】
凹部４０と共にテーパ付き外壁５０を組み合わせた形状が、後部フエルールのノーズ部分５２の「ヒンジ効果」を生じる。選定した形状および構成は、継ぎ手要素に用いた材料、管の材料と壁厚、継ぎ手の使用圧力、後部フエルールを表面硬化しているかどうか等を含む要因によるが必ずしもそれに限定されない。組立て中の一連の把握作用を適切に維持するために、後部フエルール２２’のノーズ部分５２が早めにつぶれないことが重要である。そうでないと、前部フエルール１６が管壁上で十分な把握力を生ぜず、または、前部フエルール１６とテーパ付き案内口１４の間の密封力が不適切になることがある。後部フエルール２２’のつぶれが前部フエルールに比較して遅すぎる場合、後部フエルール２２’は管１３の壁上の把握力が適切にならないことがある。
【００２４】
後部フエルール２２’のヒンジ効果により、後部フエルールがノーズ部分５２で管壁に加える力を管面から有意な半径方向のベクトル角にする。それゆえ、このフエルールが加える力のベクトルＢは有意な半径方向成分を有する一方で、有意な軸方向摩擦力を可能にする。それゆえ、図１および１Ａの従来技術におけるように、加えられる力が基本的に軸方向である時とは対照的に、駆動部材３０により加えられる軸方向成分の力が小さくても、軸方向の管把握による反力に十分対抗している。それゆえ、後部フエルール２２’による管１３の把握はトグル状ヒンジ作用に近い。軸方向成分の力が小さいので、同じ管把握を実現するためのナット３０の引き寄せトルクが低くなる。
【００２５】
さらに、継ぎ手の引き寄せの間に、このヒンジ特性により、管の反力は一般的に後部フエルール２２’を介して、ナットの肩３２’の駆動面に接触する後部フエルールの被駆動面２８’の中央領域を向く。これにより、反力は後部フエルール２２’の被駆動面２８’への分布がより均一になり、高い応力集中が避けられ、または、低減する。それゆえ、かじり傷が低減ないし解消し、管の把握力が喪失しないで、引き寄せトルクを低減する。多くの場合、後部フエルールの後面２８’に全体として垂直な方向を向いている。さらに、加えられた半径方向の力により管の把握力が高まることは管１３への後部フエルール２２’のノーズ部分の侵入ないし押込みを大きくする。これにより、加えるトルクが低くても優れた管の把握・密封を行える。さらに、後部フエルール２２’のノーズ前端で生じる管の応力上昇部の後方（即ち軸方向の後方）に押込みによる高い把握圧の領域を生じることにより振動疲労への抵抗を高くする。図２８はこの結果を示していて、管壁１３にノーズが侵入している応力上昇領域４００が、フエルールノーズと管壁の間での高い摩擦接触を生じる押込み領域４０２より軸方向前方になっている。高摩擦領域または押込み部がコレット効果を生じて、管壁上にフエルールを固定し、応力上昇部４００を振動から守る。後部フエルールノーズ部分の前方平坦部分４４による管上への把握作用が良好であることが、後部フエルールの平坦部分４２の間の全ての接触圧力とは対照的に、継ぎ手の全体性能にとって重要である。多くの場合に、部分４２と管１３の間で接触する必要はない。
【００２６】
本発明のかじり傷の減少および引き寄せトルクの低下から得られる他の利点は、継ぎ手の改修が容易なことである。「改修」とは、ある用途で、ユーザーが配管継ぎ手を設置後に、多分、弁、配管を交換するために、または、他の日常的保守および修理を行うために、分離してから、フエルールおよび（または）ナットまたは本体を交換せずに同じ継ぎ手を再取り付けしたいと希望することを単純に意味している。後部のフエルールおよび駆動・ナットにかじり傷が付くと、継ぎ手の改修に必要なトルクが著しく大きくなりまたは不可能になることがある。または、継ぎ手が適切に再密封しないことがある。本発明を用いることにより、かじり傷を有意に減らすか、解消し、また、引き寄せトルクを低減するので、改修が容易になる。
【００２７】
本発明は多くの異なる材料と共に使用できるけれども、ステンレス鋼の継ぎ手と配管と共に用いるとき、特に利点がある。それには３１６および３１６Ｌステンレス配管を含むがそれに限定されない。しかし、他の合金に加えてハステロイ、インコネル、モネル合金４００および５００、２５４ＳＭＯおよびスチール、および、例えば、ＳＡＦ２５０７のようなデュープレックス・ステンレス鋼が含まれる。本発明は必要に応じてフエルールの表面の全部または一部に表面硬化を施し、または、施さないで使用できる。
【００２８】
表面硬化されたフエルールまたは３１６Ｌステンレス鋼より本質的に硬い材料で作られたフエルールの場合、本発明により継ぎ手１０が、望ましい段階的制御による一連の管壁把握で、適切に引き寄せることができる。従来のフエルール、特に後部フエルールの表面硬化をし、または、非常に硬い材料で作った場合、フエルールは管壁を適切に密封・把握するには硬すぎるだろう。しかしながら、本発明は硬質材料のフエルール、または、その表面の一部または全部を表面硬化したフエルールの使用を容易にしている。本明細書での表面硬化とは、当該分野の技術者に知られているように、根底のベース・メタルと比較してフエルール本体を実質的に硬くする炭素または窒素リッチの表面になるようにフエルールを処理することを言う。
【００２９】
図５は、凹部４０が２種の異なる角度（鈍角三角形）により形成されている後部フエルールの別の好ましい実施例を示している。例えば、内面に形成された小さい方の第一の角は、面４４から後部フランジ２６’に向けて後方に伸びると共に大きくなる。大きい方の第二の角（第一の角の角度の大きさの約２倍）は面４２からノーズ領域に向けて前方に伸びると共に大きくなる。それゆえ、これらの角が交差する軸方向位置は、外壁５０と後部フランジの交点の下になる。従って、後面２８’に分布する応力が均一になる。
【００３０】
図６および７に移ると、図１の従来技術の配置による後部フエルールが、フエルールの組立の前と後について示されている。継ぎ手の有限要素解析を行った。その結果は、図７で特に明らかにされている。そこでは、後部フエルールの後部フランジとナットの斜線領域が、継ぎ手の組立て時に遭遇する力と応力集中を明らかにしている。特に応力集中が高い領域を領域６０と指定している。応力集中が次第に低くなる領域を数字６２、６４、６６、６８、７０により示している。それで、後面２８’の半径的に内側の位置で応力集中が大きいことにより、組立て中のトルクおよびナットのかじり傷の可能性を高める。
【００３１】
図８および９は本発明の教示に基づき別の改良をした後部フエルールを示す。この後部フエルールは図５に示したものと同じである。特に図９で明らかなように、図７と比較したとき、応力集中が高い領域のサイズが実質的に減少している。このことは、後部フエルールのフランジの後面への応力分布が均一になっていることを示している。それゆえ、トルクが低下し、かじり傷の可能性も同様に低下している。
【００３２】
図１０および１１は図４で図示し、説明している後部フエルールを示している。ここでは、有限要素解析により後面では応力集中が高い領域が実質的に無くなっていて、より均
一な応力分布が得られている。ここでも、組立てに伴うトルクの力が減少し、それゆえ、対応して局部的応力集中が低減している。凹部と円錐形外壁により継ぎ手に生じた力に半径方向成分が生じ、後部フエルールを介して伝達される。その一方で、依然として管の望ましい把握・密封を生じている。
【００３３】
図１２および１３の実施例も、これらの同じ目標を達成している。凹部は僅かに異なった構造である。即ち、凹部が後部フエルールの内壁内で、より鋭く形成されている。さらに、それを僅かに前方に移していて、凹部の最深部は後部フエルールの前の方に位置している。しかしながら、外壁は依然として円錐形状になっていて、凹部と組み合わせることで、後部フエルールの後面に沿った応力を分散している。
【００３４】
前記の種々の実施例で明らかなように、継ぎ手を組立てる場合の応力分布と低トルクを実現するために、凹部とテーパ付き外壁には特別の整合性を必要としない。実際に、代替実施例の提案のいくつかを図１４の表の形で示している。例えば、第一列の形状は、凹部の後端の軸方向位置が外壁と拡大フランジの交点の下になるように全体的に形成されている標準位置を有している。涙滴、直角三角形、長方形、楕円形、角張った円、鈍角三角形、曲線、複合曲線が、凹部として採用できる種々の形状である。さらに、凹部は前の位置（第二列）、または、後ろの位置に置ける。後ろの位置の場合、凹部の最深部の位置が拡大フランジの下になる（第三列）けれども、依然として種々の形状を採用しうる。さらに、形状の向きは、第四列または第六列の種々の形状により示されているように、反転できる。または、凹部は第五列または第八列の形状で示されているように、複合凹部により形成しうる。その代わりに、第七列と第八列に示すように、凹部を拡大できる。従って、本発明は前記の図２−１３の実施例で図示し、説明した特定形状に限定されず、他の形状を選んで組み込める。
【００３５】
図１５−２０を参照して、本発明の他の実施例が示されている。既に示したように、後部フエルール２２の凹部４０を用いることは、引き寄せ力に半径方向成分を加えることにより、駆動・ナット３０の駆動面３２での応力集中を有意に低減する。さらに、テーパ付き外壁５０を設けることが、引き寄せ中の後部フエルール２２の変形抑制だけでなく半径方向成分および応力分布に寄与できる。図１５−２０の実施例に基づいて、後部フエルールが輪郭成形をした駆動面と共に提供されていて、駆動・ナット３０と後部フエルール２２の間の接触領域に生じる応力集中をさらに低減している。
【００３６】
図２１は駆動・ナットの駆動面３２および後部フエルールの被駆動面２８での典型的な引き寄せ応力の分布を例示的な形で、典型的に、前記の後部フエルール内の凹部４０タイプの構造を組み込んだ場合について示している。これらの応力集中は矢印２００により示されている。図２１の応力分布と図７の応力集中を比較すると（図７は凹部タイプないし切り欠き構造４０を含まない後部フエルールを示している）、凹部４０のコンセプトを提供することで前記のように駆動・ナットの駆動面３２上の応力集中を有意かつ本質的に低減することが明らかである。このように応力集中を低減することは、図７を図９、１１、１３と比較することにより、さらに明らかになる。
【００３７】
図２１はＦＥＡ（有限要素解析）の表示では無いけれども、凹部４０を用いることが、全ての場合で、後部フエルールの後面での応力集中を完全に無くすのではないという点を示している（ただし、凹部ないし切り欠き４０を用いることが、切り欠きないし凹部を含まない後部フエルールと比較して、大きく応力集中を低減している）。図２１の単純化した表示で、応力集中は、例えば、後部フエルールのフランジ２６の半径的に内側と外側の部分で存在することがある（それらは２領域の応力集中として生じる必要は無いけれども、生じる可能性があるので、ここでは、両モードの応力集中と呼ぶ）。これらのいくぶん高くなる両モードの応力集中は図２１で太い矢印で表示されている。それゆえ、本発明は
そのような応力集中をさらに低下することを目指していて、その結果は図１９に示している。図１９では、改良した後部フエルールの駆動面と凹部の内側半径方向部を用いて引き寄せ力の集中を実質的に無くしたことを矢印が示している。
【００３８】
本発明のこの別の側面に基づくと、示している２個のフエルールによる継ぎ手は、駆動・ナット３０の駆動面３２に接触している後面に沿って応力集中を本質的に分散することにより、引き寄せによる応力集中をさらに減少するように改良した後部フエルールを有している。図１５−１８に示すように、対応する継ぎ手要素を最終締め付けまでの準備となる指で締めた位置で示している。
【００３９】
図１５および１６を特に参照すると、継ぎ手は、穴ぐり部１１２ａに達する管端１１３を受け入れるために円筒開口部１１２を有する本体１１０を含んでいる。テーパ付き切頭円錐形案内口１１４は開口部１１２の軸方向後ろ側ないし受入端に位置している。前部フエルール１１６は滑らかな円筒形で、半径的に内側の壁１１８を有し、管１１３上に密に受け入れられている。前部フエルール１１６は、本体１１０のテーパ付き口１１４に接触したテーパ付き外面１２０を有している。
【００４０】
後部フエルール１２２は前部フエルール１１６と関連していて、軸方向で隣接した位置にあり（即ち、継ぎ手の長軸に同心で後ろ側）、後ろ側にテーパ付き面１２７を有するテーパ付きノーズ部分１２４で構成されている。さらに、後部フエルール１２２には輪郭成形をした端面１２８を有し、半径方向に伸びた後部フランジ１２６が含まれている。輪郭成形をした面１２８には、駆動・ナット１３０のそれぞれの駆動面１３２が接触している後ろ向きの被駆動面１２９が含まれる。
【００４１】
後部フエルール１２２のテーパ付きノーズ面１２７は、前部フエルール１１６の後部のテーパ付き案内面１２５と接し、それとほぼ同じ角度を有しているが、必須ではない。ノーズ部分１２４は好ましくテーパ付き外壁１３１によりフランジ１２６と結合している。示されている実施例では、壁１３１が軸方向後ろの方で半径方向の寸法が大きくなる傾斜になっている。さらに、後面１２９への応力集中をさらに減少しやすくするために傾斜になっていることが好ましいが、外壁１３１は円筒にもできる。
【００４２】
フエルール１１６および１２２は、ねじ付き駆動・ナット部材１３０により囲まれている。駆動・ナット部材１２９には後部フエルール１２２の輪郭成形をした面１２９に接した駆動面１３２が含まれている。ナット部材１３０は本体１１０のねじ部にねじ込み可能に嵌め込まれている。継ぎ手の締め付けと組立ての間にナット１３０の駆動面１３２が後部フエルール１２２の輪郭成形をした面１２９に引き寄せ力を加えて、両方のフエルールを軸方向前方に（図１６に示すように右に）図１９に示す完全嵌め込み位置まで押す。後部フエルールは、テーパ付き案内面１２５と強制嵌め込みをする際に、ノーズ部分１２４が半径方向内向きに変形する構造になっている。この作用は、後部フエルール１２２の内側円筒壁と管１１３の壁の外面とで緊密な把握接触を生じるので望ましい。
【００４３】
図１５−２０に示した実施例で、後部フエルール１２２の輪郭成形をした面１２８は、丸め、曲げ、アーチ形、または、弓状曲げ、または、他の曲線形、または、そのような形状の組合せにしうる。好ましいが、必須でないこととして、面１２８は半径Ｒの凸形形状の曲面部分を有している。例えば、図１８に示すように、半径の中心をフエルール本体内部にできる。しかしながら、当該分野の技術者はその円弧面１２９の原点は後部フエルール構造に対してどこにでも位置できることをすぐに理解できよう。図１８の図面は例示目的にのみ示されている。輪郭成形をした面１２８のひとつの側面は、凸形形状の被駆動面１２９と共に、線接触１２９ｂ（または、小さな面対面の放射状接触）が最初にナットの駆動面１３２により、フランジ１２６の半径的に内側と外側の部分の間の領域に形成され
る。さらに好ましくは、以前に既に述べたように、後部フエルールには任意の構造としうる凹部１４０が含まれる。代わりに、図２０に示すように、凹部１４０を省略した後部フエルール構造と共に、輪郭成形をした後面１２８を使用できる。
【００４４】
輪郭成形をした面１２８に、ある半径または他の曲線の面を用いることが望ましいけれども、その半径をどの程度小さくできるかには実際的限界がある。曲面の半径が小さすぎると、多分、輪郭成形をした面１２８の中央領域に好ましくない応力集中を発生する可能性がある。
【００４５】
輪郭成形をした後部フエルール１２２の明確な利点は、ナットの駆動面１３２と後部フエルール１２２の輪郭成形をした面１２８の間の引き寄せ応力が後部フエルールの表面１２８に、より均一に分散され、それゆえ、応力集中を低減し、実質的に解消することである。駆動・ナット１３０上の応力集中がこのようにさらに低減したことで、引き寄せトルクを低減し、かじり傷を減少するので、継ぎ手の改修を容易にする。
【００４６】
例示した実施例では、後部フエルール１２２と駆動・ナット１３０の間の最初の接触が一般的に輪郭成形をした面１２８の中央として示されているが、これは全ての用途で必要ではないことに留意することは重要である。最初の接触点は、テーパ付き壁１３１の形状、凹部１４０、ノーズ部分１２７、前部フエルール１１６の構造等を含めて継ぎ手の全体設計の関数である。しかしながら、本発明の一般的側面を維持することで、輪郭成形をした面１２８は凸形に、または、フランジ１２６の半径的に内側と外側の部分の間の領域で軸方向に変形させて、駆動・ナット１３２に作用する引き寄せ力を均一に分布するようにし、実質的に平坦で、輪郭成形をしない被駆動面１２８を有する従来の後部フエルール設計と比較して、かじり傷および引き寄せトルクを低減している。
【００４７】
図２０は、後部フエルール１２２’が実質的に円筒形の内壁１５０’を有しているが、それ以外では、輪郭成形をした被駆動面１２８’を有するフランジ１２６’および前部傾斜１２７付きのノーズ部分１２４’およびテーパ付き外壁１３１’が含まれる本発明の実施例を示している。
【００４８】
図２２は、後部フエルール２２’の設計で凹部４０’が軸方向後方に移動し、全体としてフランジ２６’の軸方向寸法以内に入ることができるようにした本発明の他の実施例を示す。
【００４９】
図２３Ａ−Ｆを参照して、我々は、輪郭成形をした端面１２８のいくつかの変形を示している。図２３Ａでは、面１２８を楕円形輪郭に成形されている。図２３Ｂでは、面１２８は部分１２８ａ、１２８ｂ、１２８ｃのような多数の円弧を一体にしたことにより形成されている（図面の点は円弧の交点を示し、端面の物的形態ではない）。図２３Ｃでは、端面１２８に第一半径の輪郭を有する中央部分１２８ａと第二半径の輪郭により形成された外側部分１２８ｂが含まれている。図２３Ｄでは、端面１２８は、ある半径で形成された輪郭を有する中央部分１２８ａ、直線的面（円錐面の形状になっているが、部分的表面が直線的に見える）で形成された外側部分１２８ｂおよび１２８ｃが含まれる。図２３Ｅで、端面１２８には楕円形の部分１２８ａおよび直線的部分１２８ｂが含まれる。また、図２３Ｆでは、端面１２８が楕円形状１２８ａ、直線部分１２８ｂ、円弧部分１２８ｃの３形状で形成された輪郭を持つ。図２３Ａ−Ｆの全ての例では、示されている点は前記の実施例と同様に、輪郭成形をした端面１２８に対して選んだ輪郭と形状は、後部フエルール１２２のヒンジ状ノーズが望ましい塑性変形をして、優れた管の把握を達成し、その一方で、前部フエルールと共に適切な一連の引き寄せ作用を維持するように設計される。
【００５０】
図２４Ａ−Ｆを参照すると、本発明はナット１３０の駆動面１２８に輪郭成形をした輪
郭を組み込むことによっても実現できる。これらの実施例で、後部被駆動面１２８は円錐形である。代わりに、駆動面１３２と被駆動面１２８の両方に輪郭成形をすることができる。図２４Ａ−Ｆは駆動・ナットの面１３２に用いられる輪郭成形をした形に関して図２３Ａ−Ｆに対応している。それで、図２４Ａは楕円の輪郭を示している。図２４Ｂは複合円の輪郭を示している。図２４Ｃは２個の半径による面を示している。図２４Ｄは１個の円弧の面と２個の直線部分を示している。図２４Ｅは楕円の輪郭と直線部分を示している。図２４Ｆは円弧、直線、楕円の各部分の組合せを示す。図２４Ｇの別の実施例では、ナットの駆動面１３２を頂点１２９Ｄで結合する２個の直線部分から形成できる。
【００５１】
図２５を参照すると、別の実施例で、後部フエルール５２２には内側の円筒壁内の凹部５４０が含まれる。しかしながら、この実施例では、フエルール５２２の本体内で、後部平坦部分５４２が、前部平坦部分５４４を形成している穴径と比較して大きな穴径により形成されている。大きな直径により後部の面５４２を形成することにより、単一の工具を用いて、切り欠き５４０およびフエルール５２２を貫通する中心穴を形成できる。２直径の差は図２５の寸法Ｄにより示されている。切り欠きまたは凹部５４０はフエルール５２２の本体の後方部分に位置していることに留意されたい。これにより軸方向に伸びた前部の面５４４が得られるが、後部の部分５４２が管を密に囲まないので、この伸びた前部の面が組立て中にフエルールの位置合わせを維持するのに役立つ。しかしながら、当該分野の技術者であれば、直径を大きくした後部の部分５４２は、複合型切り欠きの設計を含めて本明細書その他に示された切り欠き４０の形状の多くと共に使用できることを容易に理解するであろう。後部フエルール５２２にも前記の実施例と同様に輪郭成形をした後部壁を含められる。
【００５２】
図２６は後部フエルール２２’の別の実施例を示している。この実施例では、中央貫通穴内の二重切り欠き４０’に加えて、フエルールには、フエルールの外径面５０’内の切り欠きないし凹部３００が含まれている。引き寄せ中にフエルールノーズ部分５２’の塑性変形をさらに抑制するために、この切り欠き３００を「ヒンジ」設計の一部として使用できる。図２７は、中央の凹部６４０，外径側凹部ないし切り欠き３００’を有するテーパ付き外径部６５０、輪郭成形をした、または、円弧の被駆動面６２８を持つ大径の後部部分ないしラジアル・フランジ６４２を組み込んだ後部フエルール６２２の別の実施例を示している。本明細書の他の例と同様に、後部の面６４２が前部の面６４４より僅かに径が大きく、寸法Ｄ’’により示している。実際の寸法および輪郭の全てが、管表面に対して希望の荷重でフエルール６２２が塑性変形をして、ナットの駆動面への荷重の集中を最小限にし、さらに、前部フエルールへの押しつけ力を適切にするように選択しうる。本明細書で示した他の各種後部フエルールの設計と同様に、後部フエルールの設計の各種コンセプトを１個のフエルールによる継ぎ手に使用できる。
【００５３】
図２７で示すフエルールには外側の切り欠き３００’が含まれている。図２８のＦＥＡ（有限要素解析）表示は、この外側の切り欠き３００’が後部フエルールのノーズ部分６５２で有意なヒンジ効果をどのように生じるかを劇的に示している。外側の切り欠き３００は半径方向に伸びているクラウン３０２と結合している。管が薄肉であるか、そうでなくても、継ぎ手の組立て中に変形しやすい時、このクラウン３０２は後部フエルール２２’のノーズが前部フエルールの下に滑り込む（例えば、伸縮する形で）のを防止するように機能する。クラウン３０２が無ければ、薄い管壁がつぶれると、後部フエルールのノーズが前部フエルールの案内口の外に押されて前部フエルールの下に滑り込み、適切な一連の引き寄せが阻止され、両フエルールによる把握が不十分になることがありうる。好ましくは、引き寄せ中にクラウン３０２が前部フエルールの内側案内口との接触を維持する。
【００５４】
本発明は好ましい実施例を参照しながら説明されている。明らかに、本明細書
を読み、理解すれば、他の者でも、変更と修正を行える。添付した請求項または
その同等内容の範囲内である限り、そのような全ての修正と変更は含まれるとい
うことを意図している。
【図１】
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【図１Ａ】
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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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２３Ｃ】
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【図２３Ｄ】
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【図２３Ｅ】
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【図２３Ｆ】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２４Ｃ】
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【図２４Ｄ】
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【図２４Ｅ】
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【図２４Ｆ】
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【図２４Ｇ】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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