(57)【要約】  一対のパイプと、これらパイプの端部同士を接続するカップリングとの組み合わせであって、パイプは各端の近傍において周方向全体に延びる溝を有しカップリングはパイプの周囲に配置可能な複数のセグメントと、これらセグメントを端部において互いに取付ける取付け手段とを備え、各セグメントはパイプに向かって径方向内方へ突出してに係合する一対のキーを有し、これらキーは互いに離間して両者間に空間を形成するとともに、楔状の断面形状を備え、更には両セグメントがパイプの周囲に配置されたとき、溝がキーを受承すべく、溝はキーに対して相補的形状を有する。
2007530886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のパイプと、これらパイプの端部同士を接続するカップリングとの組み合わせであって、前記パイプは各端の近傍において周方向全体に延びる溝を有し、前記カップリングはパイプの周囲に配置可能な複数のセグメントと、これらセグメントを端部において互いに取付ける取付け手段とを備え、各セグメントはパイプに向かって径方向内方へ突出して、前記溝に係合する一対のキーを有し、これらキーは互いに離間して両者間に空間を形成するとともに、楔状の断面形状を備え、更には両セグメントがパイプの周囲に配置されたとき、溝がキーを受承すべく、溝はキーに対して相補的形状を有することを特徴とする組み合わせ。
【請求項２】
前記セグメントのうちの少なくとも２つは端部において外方に突出する突起を備え、これら突起は互いに整合するとともに、両セグメントを端部同士で互いに接続させる連結具を受承し、これら突起及び連結具により前記取付け手段が構成される請求項２に記載の組み合わせ。
【請求項３】
前記キーのうちの一方は前記空間に対して向かう内面と、空間とは反対方向に向かう外面とを備え、これら内面及び外面は互いに斜状をなすように配向されて断面楔状をなすことを特徴とする請求項２に記載の組み合わせ。
【請求項４】
前記外面は断面形状が平坦な輪郭を有することを特徴とする請求項３に記載の組み合わせ。
【請求項５】
前記内面はパイプの長手軸線に対して直交するように配向されていることを特徴とする請求項３に記載の組み合わせ。
【請求項６】
前記一方のキーは内面と外面との間に位置される周面を有し、一方のセグメントの突起が他方のセグメントの突起と表面同士が完全に接触するように係合するときに、前記周面が及び外面がパイプから離間し、両パイプを連結すべく内面が溝に係合するように寸法が設定されていることを特徴とする請求項３に記載の組み合わせ。
【請求項７】
前記一方のキーは内面と外面との間に位置される周面を有し、一方のセグメントの突起が他方のセグメントの突起と表面同士が完全に接触するように係合するときに、前記外面がパイプに接触するとともに、前記周面がパイプから離間し、更には両パイプを連結すべく内面が溝に係合するように寸法が設定されていることを特徴とする請求項３に記載の組み合わせ。
【請求項８】
前記外面に配置された複数個の歯を有し、前記外面がパイプに接触するときには歯は溝に係合する請求項７に記載の組み合わせ。
【請求項９】
前記一方のキーは内面と外面との間に位置される周面を有し、一方のセグメントの突起が他方のセグメントの突起と表面同士が完全に接触するように係合するときに、前記周面及び前記外面がパイプに接触するとともに、両パイプを連結すべく内面が溝に係合するように寸法が設定されていることを特徴とする請求項３に記載の組み合わせ。
【請求項１０】
前記周面は断面形状が平坦な輪郭を有することを特徴とする請求項７に記載の組み合わせ。
【請求項１１】
前記周面とパイプとの間には約０．０３０インチ以下の離間距離がある請求項６に記載の組み合わせ。
【請求項１２】
両パイプの端は間隙を隔てて互いに離間され、両パイプの端間の間隙の約１／２に等しい距離だけ前記外面はパイプから離間される請求項６に記載の組み合わせ。
【請求項１３】
前記外面とパイプとの間には約０．０３５インチ以下の離間距離がある請求項６に記載の組み合わせ。
【請求項１４】
前記一方のキーは内面と外面との間に位置される周面を有し、一方のセグメントの突起が他方のセグメントの突起と表面同士が完全に接触するように係合するときに、前記周面及び前記外面がパイプから離間するとともに、両パイプを連結すべく前記内面が溝に係合するように寸法が設定されていることを特徴とする請求項３に記載の組み合わせ。
【請求項１５】
前記一方のキーは内面と外面との間に位置される周面を有し、一方のセグメントの突起が他方のセグメントの突起と表面同士が完全に接触するように係合するときに、前記外面がパイプに接触するように位置されるともに、前記周面はパイプから離間するように位置され、両パイプを連結すべく前記内面が溝に係合するように寸法が設定されていることを特徴とする請求項３に記載の組み合わせ。
【請求項１６】
前記一方のキーは内面と外面との間に位置される周面を有し、一方のセグメントの突起が他方のセグメントの突起と表面同士が完全に接触するように係合するときに、前記外面が及び前記周面がパイプに接触するように位置されるともに、両パイプを連結すべく前記内面が溝に係合するように寸法が設定されていることを特徴とする請求項３に記載の組み合わせ。
【請求項１７】
前記周面は断面形状が平坦な輪郭を有することを特徴とする請求項１５に記載の組み合わせ。
【請求項１８】
前記溝は
パイプの一端に近接して位置する第１の側壁と、
前記第１の側壁及びパイプの一端から離間して位置する第２の側壁と、
前記第１の側壁と第２の側壁との間を延びる底壁とからなり、
前記第１の側壁及び第２の側壁のいずれかが９０度を上回る角度をもって床壁に対して斜状をなす請求項１に記載の組み合わせ。
【請求項１９】
前記第２の側壁が当該角度をもって床壁に対して斜状をなす請求項１８に記載の組み合わせ。
【請求項２０】
前記第１の側壁が床壁に対して直行するように配向される請求項１９に記載の組み合わせ。
【請求項２１】
前記キーの間の空間内にシール部材が配置され、同シール部材はパイプの周方向全体に延びて、両パイプの端の間の水密的にシールする請求項１に記載の組み合わせ。
【請求項２２】
２本のパイプの端部同士を接続するカップリングであって、前記パイプは各端の近傍において周方向全体に延びる溝を有し、前記カップリングはパイプの周囲に配置可能な第１のセグメントと、第２のセグメントとを有し、各セグメントは端部において外方に突出する突起を備え、第１のセグメントの突起は第２のセグメントの突起に整合するとともに、両セグメントを端部同士で互いに接続させる連結具を受承し、各セグメントはパイプに向かって径方向内方へ突出して、前記溝に係合する一対のキーを有し、これらキーは互いに離間して両者間に空間を形成するとともに、各キーは前記空間に対して向かう内面と、空間
とは反対方向に向かう外面と、これら内面と外面との間に位置される周面とを備え、前記キーは、第１のセグメントの突起が第２のセグメントの突起と係合するときに、前記周面が及び外面のうちの少なくとも一方がパイプから離間し、両パイプを連結すべく内面が溝に係合するように寸法が設定されていることを特徴とするカップリング。
【請求項２３】
第１のセグメントの突起が第２のセグメントの突起と係合するときに、前記周面が及び外面の両者がパイプから離間することを特徴とする請求項２２に記載のカップリング。
【請求項２４】
前記外面は内面に対して斜状をなすように配向されてキーの断面楔状を画定することを特徴とする請求項２２に記載のカップリング。
【請求項２５】
一対のパイプと、これらパイプの端部同士を接続するカップリングとの組み合わせであって、前記パイプは各端の近傍において周方向全体に延びる溝を有し、前記カップリングはパイプの周囲に配置可能な複数のセグメントと、これらセグメントを端部において互いに取付ける取付け手段とを備え、各セグメントはパイプに向かって径方向内方へ突出して、前記溝に係合する一対のキーを有し、これらキーは互いに離間して両者間に空間を形成するとともに、両セグメントがパイプの周囲に配置されたとき、キーは溝内を満たす断面形状を備えることを特徴とする組み合わせ。
【請求項２６】
前記キーのうちの一方は楔状の断面形状を有する請求項２５に記載の組み合わせ。
【請求項２７】
前記キーのうちの一方は前記空間に対して向かう内面と、空間とは反対方向に向かう外面とを備え、これら内面及び外面は互いに斜状をなすように配向されて断面楔状をなすことを特徴とする請求項２６に記載の組み合わせ。
【請求項２８】
前記外面は、パイプの長手軸線の同一軸線上に配向された軸に対して７０度の角度をなすように配向されていることを特徴とする請求項２７に記載の組み合わせ。
【請求項２９】
前記キーは突状の曲線よりなる断面形状を有する請求項２５に記載の組み合わせ。
【請求項３０】
一対のパイプと、これらパイプの端部同士を接続するカップリングとの組み合わせであって、前記パイプは各端の近傍において周方向全体に延びる溝を有し、前記カップリングはパイプの周囲に配置可能な複数のセグメントと、これらセグメントを端部において互いに取付ける取付け手段とを備え、セグメントのうちの一つはパイプに向かって径方向内方へ突出して、前記溝に係合する第１のキーを有し、他のセグメントはパイプに向かって径方向内方へ突出して、前記溝に係合する第２のキーを有し、これらキーは楔状の断面形状を備え両セグメントがパイプの周囲に配置されたとき、溝がキーを受承すべく、溝はキーに対して相補的形状を有することを特徴とする組み合わせ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パイプの端部と端部とを連結し、両者間において剛体的に、あるいは可撓的な水密的なジョイントとして作用するカップリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
パイプの端同士を連結するカップリングは同軸上に整合された複数のパイプの外周を包囲し、各パイプの両端に隣接して位置された周方向に延びる溝に嵌る弓状のセグメントを備える。カップリングは部材同士を連結するように、パイプをバルブ、リデュサー、ストレーナー、リストリクター、圧力レギュレータ等の流体制御部材に対して連結する。以下の説明にパイプについて記載するが、この記載は例示としてのみ使用されるものであり、パイプのそのものを限定するものではない。また、本明細書中において「パイプ」という語はエルボー状、T字状及び他のタイプのパイプと同様に直線状のパイプをも指す。
カップリングを構成するセグメントはパイプに向かって径方向内方へ延び、かつパイプの周面上の溝に嵌合するキーを有する。一般的に、キーは溝よりも幾分か狭く形成され、溝に嵌合し、溝によって構成される肩部を支持する。そして、キーはパイプに作用する内部圧力及び外部の力に抗して複数のパイプを一体的に保持する。外部の力とは、パイプやパイプに取り付けられたバルブ等の部材の重量や、温度変化によるパイプの熱膨張や収縮に起因する。風荷重や地震荷重も要因となりうる。
【０００３】
パイプカップリングは、複数のパイプの長軸を中心にパイプ同士が相対回動することを不能したり、内部圧力によりパイプが軸方向に相対移動することを不能にしたり、パイプが角偏移することを不能にしたりするように、堅固であることが望ましい。堅内部圧力が大きなとき、堅固なパイプは漏れの虞が少なく、メンテナンスの必要も少なく、パイプを繋いで形成されたネットワーク中においてパイプが軸方向に移動すること考慮する必要がない、あるいは少なくなり、ネットワークの設計が簡略化できる。堅固なカップリングにてパイプを連結すると、予期せぬ偏移に対応するための支持構造が殆ど必要にならない。更に、バルブや他の部材は、その重心がパイプの軸線に対して偏心的に位置する場合、回動して本来の位置から外れることがあるが、この堅固なパイプカップリングは重心を引き寄せるため、バルブ等が長手軸線を中心に回動することなく、所定の位置に保持される。多くの先行技術では、カップリングは断面長方形状のキーが嵌合する溝の幅よりも狭く形成されているため、所望の堅固さを得ることは困難であった。この状態では、カップリングとパイプとの間に調和のとれない接続が発生し、パイプ間に多くの遊びや、長さ方向、回転方向の移動、角度のずれ等の相対移動の原因となる。また、これらのキーが溝の中に適切に嵌っていることを確認することは困難である。カップリングがにより堅固な連結を得ても、キーと溝とを適切に係合させて、パイプ同士を適切に離間させるべく、パイプの端同士を所望の距離だけ離間させことができなくなる。パイプ同士が適切な距離だけ離間されていると、パイプの端とカップリングとの間に配置したシール部材と、パイプの端と、カップリングとが協働して水密性を発揮する。これらパイプの動きは、例え小さなものであっても、カップリングにて連結されているため、影響が大きくなる。結果として、パイプを連結するカップリングの締め具に大きなトルクを加える必要が生ずる。連結されるべきパイプが上下に配置されて互いに重ねられ、カップリングが一方のパイプを他方のカップリングに対して上方に保持し、両パイプの端を適切な距離だけ離して保持するときに、この傾向は更に強くなる。このようなカップリングでは、キーが溝に嵌り、パイプ同士が所定距離にわたって離間して水密的なシールが確保されるために、カップリングが適切に設置されていることを目視確認することが困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、パイプを保持する堅固性を増大するとともに、パイプ間の距離を適切に保持するため、パイプの端部に係合する力を減少させ、パイプに対して適切に装着されたことが目視確認できるカップリングが懸案されている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は一対のパイプと、これらパイプの端部同士を接続するカップリングとに関するパイプは各端の近傍において周方向全体に延びる溝を有する。カップリングはパイプの周囲に配置可能な複数のセグメントと、これらセグメントを端部において互いに取付ける取付け手段とを備え、各セグメントはパイプに向かって径方向内方へ突出して、前記溝に係合する一対のキーを有し、これらキーは互いに離間して両者間に空間を形成するとともに、楔状の断面形状を備え、更には両セグメントがパイプの周囲に配置されたとき、溝がキーを受承すべく、溝はキーに対して相補的形状を有する。
【０００６】
別の実施例において、カップリングはパイプの周囲に配置可能な第１のセグメントと、第２のセグメントとを有し、各セグメントは端部において外方に突出する突起を備え、第１のセグメントの突起は第２のセグメントの突起に整合するとともに、両セグメントを端部同士で互いに接続させる連結具を受承し、各セグメントはパイプに向かって径方向内方へ突出して、前記溝に係合する一対のキーを有し、これらキーは互いに離間して両者間に空間を形成するとともに、各キーは前記空間に対して向かう内面と、空間とは反対方向に向かう外面と、これら内面と外面との間に位置される周面とを備え、前記キーは、第１のセグメントの突起が第２のセグメントの突起と係合するときに、前記周面が及び外面のうちの少なくとも一方がパイプから離間し、両パイプを連結すべく内面が溝に係合するように寸法が設定されている。
【０００７】
本発明において溝は、パイプの一端に近接して位置する第１の側壁と、第１の側壁及びパイプの一端から離間して位置する第２の側壁と、第１の側壁と第２の側壁との間を延びる底壁とからなり、第１の側壁及び第２の側壁のいずれかが床壁に対して鉛直に延びる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は２本のパイプ１２，１４の同軸上において、これらパイプの端と端とを連結するパイプカップリング１０を示す。図２に示すように、カップリング１０は少なくとも２個のセグメント１６，１８を有する。各セグメント１６．１８は突起２０，２２を有する。突起は書くセグメントの終端に、又は終端近傍に設けられている。セグメント１６両端の突起２０は、セグメント１８の両端の突起２２に整合している。突起２０，２２には、両セグメントの端部と端部とを連結してパイプ１２，１４を包囲させるボルト２４及びナット２６よりなる締め具が嵌め込まれるようになっている。図１に示す実施例において、以下に説明するようにセグメント１６，１８がパイプ１２，１４と適切に接係合する時、突起２０は突起２２に対して表面同士が接触するように係合する。また、図１Ａに示すように、セグメント１６，１８がパイプ１２，１４に対して適切に係合するとき、突起２０、２２は互いに離間した状態で、取り付けられるようにしてもよい。
【０００９】
複数のセグメントを端部において互いに取り付けるには、上記した突起が好ましいが、外周面に巻回されるバンド、軸線方向に延びるピンやハンドル状の掛け金等、他の取り付け手段を採用することも可能である。これらの取り付け手段は米国特許第１５４１６０１号明細書、米国特許第２０１４３１３号明細書、米国特許２３６２４５４号明細書、米国特許第２６７３１０２号明細書、米国特許第２７５２１７４号明細書、米国特許第３１１３７９１号明細書、米国特許第４５６１６７８号明細書に開示されており、これら米国特許の全内容はここで開示されたものとする。
【００１０】
径の大きなパイプに対応するために、カップリング１０を３個以上のセグメントにて形成すると有効である。図２Ａに示すように、カップリング１０は互いに連結されるセグメント１６ａ，１６ｂ及び同じく互いに連結されるセグメント１８ａ，１８ｂにて構成される。各セグメントは突起２０，２２を備えることが望ましく、２個のセグメントとは端部においてボルト２４及びナット２６のような止め具により連結される。以下、カップリング１０に関する説明は、両端に突起を有する２個のセグメントを備えたカップリングに基づいた単なる例示である。カップリングを構成するセグメントの個数、セグメント同士の取り付け方等、多くの別例が考えられる。
【００１１】
図２に示すように、各セグメント１６，１８はパイプ１２，１４に向かって内方に指向する円弧状面２８を有する。円弧状面２８から一対のキー３０が径方向内方へ突出している。各セグメントにおいて、一対のキー３０は互いに離間して配置され、両者間には空間３２が形成されている。特に、図５に示すように、パイプ１２，１４間の連結を有効にするために、パイプ３４，３６の周面上を円周方向全体にわたって延びる溝３４，３６にキー３０が係入される。キー３０が溝３４，３６に係入されると、両パイプ１２，１４が同軸上において堅固に連結され、両パイプ１２，１４は符号３８にて示す所定量の空隙をおいて保持される。シール部材４０は空間３２内に配置され、セグメント１６，１８の円弧状面２８とパイプ１２，１４間を封鎖している。パイプ１２，１４間の空隙３８は、カップリングの取付け誤差を許容し、カップリングの取付けを容易するとともに、作動油の油圧力がシール部材４０に作用することを可能にして、両パイプ１２，１４間の水密的な封止を保障する。
【００１２】
特に図２及び３に示すように、好ましくは、各キー３０は突起２０，２２に隣接して、換言するとセグメントの端近傍において、一対のカム面４２を備える。カム面４２は空間３２から離間するように外方に指向し、図２Ｂに示すように、キー３０の接線方向に延びる線４３に対して角度をなす。図４にも示すように、カム面は各突起に隣接する楔状面４６を形成するような角度４５をもって形成されている。図５に示すように、パイプ１２を他のパイプ１４に連結すべく、セグメント１６，１８は溝３４，３６に係入されるとき、カム面４２は溝３４に係合する最初の面となる（図２参照）。セグメント１６，１８の突起２０，２２が互いに接近する方向に移動され、好ましくは表面同士が係合すると、カム面４２にて形成される楔状面はパイプ１２，１４を強制的に離間させるという機械的効果を発揮する。この楔動作は、突起２０，２２を互いに接近させるために必要な力を軽減して、両パイプ１２，１４の連結を行うにとき、両パイプの終端間の間隙３８が確実に得られる（図５参照）。通常、ナット２６（図１）を締め付けることにより、突起２０，２２は互いに接近する。楔状面４６を採用したことにより、以下のような機械的効果が得られる。即ち、空隙３８により両パイプ１２，１４を離間させるべく、突起２０，２２の表面同士を完全に接触させるためにナット２６に付与されるトルクが著しく減少される。従って、大径で重量が大きな２つのパイプが上下に配置された状態でも、手動で連結される。また、大径で重量があるパイプを扱うと、キー３０を溝３４，３６内に挿入するに際して、空隙３８を形成するためにパイプの全重量を押し上げる難題が生ずる。楔状面４６を採用したことにより、この作業が著しく簡単になった。好ましくは、図２Ｂに示すように、軸線４３に対するカム面４２の角度４５は約５度であるものの、実際の構成では約１０度にまで上げることが可能である。
【００１３】
カム面を有するキーを用いることは、溝切りが施されたパイプの接続に限定されるものではなく、少なくとも１つのキーを有する全てのカップリングの構成に適用可能である。図４Ａは溝を有するパイプをフランジ付きパイプに接続するために、類似したカップリング・セグメントとともに使用されるカップリング・セグメント５１を示す。カップリング・セグメントは円弧状のキー３０を備え、同キー３０はその両端にカム面４２を有する。上述したように、カム面はキー３０の接線方向に角度をなすように形成され、図４に示す
ように楔状面４６を形成している。キーに対向してフランジ５３が設けられ、同フランジがフランジ付きパイプの対応するフランジに係合する。通常のフランジ連結の場合と同様に、これらフランジはボルト穴５５に挿通される止め具によって互いに連結される。カップリング・セグメント５１はこれに対応するカップリング・セグメントに対して端部同士が取付け手段を介して連結される。業界にて広く知られ、さらには上述したように、取付け手段はセグメントの端部近傍に設けられた、互いに整合し、かつ締め具によって係合される突起２０であることが望ましい。
【００１４】
特に、図５及び５Ａに示すように、キー３０は溝３４，３６に嵌入されたときに、効果的な楔作用を行い得る形状を有することが好ましい。図５は楔状の断面を有するキー３０を使用する構成を示す。キー３０は空間３２に対面する内面５０、空間３２から外方へ離間した外面５２、及び内面と外面との間において、径方向内方に指向してカップリングと係合したパイプに対面する径方向面５４によって画定される。好ましくは、内面５０は軸線４８に対してほぼ直交するように配向され、外面５２は軸線４８に対して角度をもって配向されて、キー３０の楔状断面が形成される。角度５６は、外面５２及びパイプ１２，１４の長手軸線とほぼ同軸上にある軸線４８間において、キーに対して径方向に計測すると、７０度までに設定され、好ましくは５０度に設定される（併せて図１を参照）。
図５における面５２，５４は直線状の輪郭線を有するが、これら面は凹状、突状、或いは他の輪郭線を有することも可能であり、このような形状においても溝３４，３６に係合された場合に楔効果を発揮する。図５Ａはキー３０の別例を示すものであり、面５０は径方向において突状をなす曲線の輪郭線を有して、径方向面５４に合流している。
【００１５】
図４に示すように、カム面４２の径方向における配向角度４４と、キーの外面５２の径方向における配向角度５６とは、長手軸線４８を基準にして等しいことが望ましい。カム面４２とキー外面５２との径方向における配向角度を等しくして、これら面が対向する溝の面と点接触することを回避させると、カップリングの装着時に、点接触する面同士の抉りが軽減されるという効果を発揮する。
【００１６】
好ましくは、キー３０が係入される溝３４，３６はキーの楔状断面と相補的な形状をなす。一般的には、キーと溝とが厳密に相補的形状をなしていない場合でも、断面形状においてキーが溝を満たす形状をなすことが有効である。以下に、溝３６について詳細に説明するが、本発明における溝はほぼ同一であるため、別個の溝について別の説明をする必要はない。溝３６はパイプ１４の端１４ａの近傍に位置する第１の側壁５８と、同第１の側壁５８及びパイプの端１４ａから離間して位置する第２の側壁６０と、これら第１の側壁５８及び第２の側壁６０間を延びる床壁６２とからなる。床壁６２を径方向面５４に対してほぼ平行に配向し、第１の側壁５８を床壁６２に対して直交するように（従って、内面５０に対してほぼ平行に）配向し、更には第２の側壁６０が外面５２に対してほぼ平行に（従って、床壁６２に対して角度をなして）配向することにより、溝３６がキー３０に対して相補的形状をなす。
【００１７】
好ましくは、キー３０と突起２０，２２とは以下のような寸法に、更には以下のように許容誤差を持たせて形成されることが望ましい。即ち、突起２０，２２が、図１に示されるように表面同士を完全に接触させる状態で係合するとき、キーの外面５２は溝第２の側壁６０に対して単に接触して、外面５２と第２の側壁６０との間に線状のクリアランス（line-on-line  clearance）を維持する状態にあるか（図５の左半分を参照）、溝の第２
の側壁６０に対して０．０３５インチ以下の間隙６４をもって離間している（図５の右半分）。更には、径方向面５４も床壁６２に対して線状のクリアランスをもって接触する（図５の左半分）か、０．０３０インチ以下の空隙６６をもって床壁６２から離間する（図５の右半分）。図５に示すように、内面５０は第１の側壁５８に外見上は接触しているが、一定の許容を持たせるために第１の側壁５８に対して空隙を隔てて位置してもよい。し
かし、実際にはパイプやカップリングを完全に円形に形成したり、所望の寸法に寸分違わす形成することは困難であり、かつ製造コストの高騰を招来する。従って、キー３０と溝３４，３６との間には、パイプの周方向において断続的な接触があり、これがパイプとカップリングとの連結を強固なものにしている。図２に示すように、キー３０の各面から外方に突出する歯３１を設けることにより、接続を更に強固なものにすることができる。歯３１が溝の表面に係合することにより、摩擦力が増大され、カップリングに対してパイプが回動して変移することが防止される。図１Ａに示すように突起同士が離間して取り付けられるとき、これと同じ効果は互いに対向する一対の面間に生ずる。
【００１８】
図５Ａに示すように、キーの形状が溝の形状と相補的な関係にない場合でも、キーの表面と溝の表面との間には、上記と同様の関係が生ずるように配慮されている。例えば突状の断面を有するキー３０は第２の側壁６０と線状のクリアランスをもって接触する面５２を備えることが可能である（図５Ａ左半分）。また図５Ａの右半分に示すように、面５２は第２の側壁６０に対して０．０３５インチ以下の空隙６４を隔てて位置するように設定することも可能である。更には、面５４は床壁６６に対して線状のクリアランスをもって接触していることも可能であり、０．０３０インチ以下の空隙６２をおいて離間していることも可能である。
【００１９】
図５Ｂはキー及び溝の別例を示す。図５Ｂにおいて、キーの内面５０及び外面５２がそれぞれ溝の壁５８，６０に接触し、キーの径方向面５４は溝の床面６２に対し間隙６６をもって離間して楔作用が実現される。図５Ｂの右半分において、キーの各面５０，５２，５４は直線的な輪郭を有し、これら面に対応する溝の各壁５８，６０，６２も直線的な輪郭を有することにより、キーと溝とは相補的形状を備える。図５Ｂの左半分において、凸面状の曲線よりなる輪郭を有する外面５２は直線よりなる輪郭を有する壁６０に係合し、キーと溝との形状が相補的ではない例を示す。図５Ｂの左半分において、溝の床面６２はパイプ１２の表面に対して斜状をなすように配向されている。
【００２０】
上記した組み付け時の許容条件に関し、突起２０，２２の表面同士全体による係合に基づく構成は以下の効果を発揮する。内面５０が第１の側壁５８に係合することにより、両パイプ１２，１４は軸方向における正確な位置に配置される。カップリングが両パイプに装着された状態では内面５０と第１の側壁５８は互いに支持し合うところから、パイプ内に油圧がかかっても両パイプは軸方向に変位することはない。従って、使用時におけるパイプ内の油圧に対応するため、パイプ配管を長くすることを設計時に計算する必要が無くなり、結果として設計の簡素化が実現される。また、比較的に小さな間隙６４，６６（ゼロの場合もある）が、カップリングの堅固なパイプ連結を保障し、パイプとカップリングとの過度な角移動を防止する。また、間隙は所望の量に設定することができるため、カップリングの製造コストを低減することができる。間隙は通常のパイプにありがちな真円度の不足に関して有利に働き、強固な連結を保障する。突起２０，２２の表面同士の全体が係合するため、カップリング１０がパイプ１２，１４に適切に取り付けられていることを確実に目視確認することができる。
【００２１】
パイプ配管を大きな角度に曲げるべく、より可撓性に優れるカップリング１０が所望される場合には、カップリングの一端又は両端の間隙６４を０．０３５インチより大きくすればよい。可撓性の高いカップリングを得るためには、図５に示すように、面５２と壁６０との間の間隙６４が両パイプ１２，１４の対向端間の間隙３８の１／２の寸法であることが好ましい。
【００２２】
間隙を省略し、かつ全ての許容条件を満たすようにキー３０を溝３４に係入することは可能である。この構成ではキーの楔作用が両パイプを堅固に連結するという効果を奏する。しかし、突起２０，２２がそれらの表面同士全体で係合する構成と、間隙を省力した状
態でキーが溝の壁面に完全に接触する構成とを備え、かつ必要な許容条件を満たすようにカップリングとパイプとを安価で製造することは困難である。従ってキーと溝の間隙を省略し、突起２０，２２を表面同士全体で係合させるように構成することは実用的ではない。図９に示すように、突起２０，２２を表面同士全体で係合させる構成を省略する場合には、セグメント１６の突起２２に隣接して舌片１１０を形成し、同舌片１１０をセグメント１８の突起２２に隣接する凹部１１２に嵌合させる構成を採用することが望ましい。このように構成することにより、内部圧力が上昇した場合でも、突起２０，２２間の間隙からシール部材４０が逸脱することが防止される。
【００２３】
図６に示すように、溝３６はパイプ１４を冷間加工して形成されることが望ましい。実施例において、溝３６はパイプ１４の端に近接する第１の側壁３７と、第１の側壁から間隔をおいた位置にあり、パイプ１４の端から離間する第２の側壁６０と、第１の側壁３７と第２の側壁６０との間に延びる床壁４１とを有する。前記第２の側壁６０は床壁４１に対して９０度より大きな角度をもって斜状をなしていることが望ましい。
【００２４】
加工にはローラツール６８が使用される。このローラツール６８はその外周縁において、溝の所望の形状とほ対応する断面形状を有する。ローラツール６８はパイプ１４の周方向全域において外周面７０に対して係合される。この際、ローラツール６８がローラツールがパイプを中心に回転されるか、或いはパイプがその長手軸線４８を中心として、ローラツールに対して相対回転される。パイプ１４の内周面には、ローラツール６８と対向する位置においてバックアップローラ７２が係合するようにすることが好ましい。そして、ローラツール６８とバックアップローラ７２との間において、パイプ壁７６が圧縮される。バックアップローラ７２を使用したことにより、ローラツールには反作用面が構成される。バックアップローラ７２を使用したことにより、溝切り加工中には切削された材料が円滑に排出され、正確な溝の形状が得られる。
【００２５】
斜状に配向された第２の側壁６０を備えた溝を形成するために冷間加工が行われるとき、ローラツール６８とパイプ１４との間には大きな摩擦が発生する。この摩擦は斜状をなす溝３６の第２の側壁６０を形成するローラツール６の斜状面７８と、パイプ１４の表面との間に発生する。斜状面７８に沿った各点はローラツール６８の回動軸線８０から距離が異なる。このようにこれらの点は、回動軸線８０から異なった距離にあるため、ローラツール６８の特定の回転速度に対して異なる線速度にて移動する。点が軸線６８から遠ざかるほど移動速度も速くなり、軸線６８に近くなるほど移動速度も遅くなる。従って、溝を形成すべく、ローラツール６８がパイプ１４対して回転するとき、斜状面７８に沿って速度差が発生し、この速度差に起因して斜状面が溝３６の第２の側壁６０上を滑動する。ローラツールとパイプとの間の相対的な滑動により摩擦が起きる。摩擦に起因する過熱はローラツールのベアリングの潤滑性を損ない、異なる太さのパイプの加工に伴うローラツールの交換時にこのローラツールが熱すぎて取り扱いができなくなることがある。すると、ローラツールの交換に先立って、ローラツールが冷やす必要があり、時間を無駄に使うことになる。
【００２６】
過度の熱の発生を軽減するため、図７に示すようなローラツール８２を使用して、パイプ１４の溝８４が形成される。溝８４内において、第２の側壁８６は床壁９０に対して斜状をなす第１の表面部８８と、床壁８６に隣接して同床壁８６に対して垂直な第２の表面部９２とが形成され、斜状の第２の側壁８６が小型化されている。ローラツール８２及び溝８４の両者の斜状領域を減少させたことにより、溝切りのための冷間加工中に発生する摩擦が減少する。第１の表面部８は斜状に形成されているため、前記した第２の側壁６０について述べた効果と同様の効果を発揮する。図８は前記溝８４に嵌合されるカップリング１０の例を示すものである。
【００２７】
ローラツール８２は、断面視において溝８４と相補的な形状をなす外周面９４を有する。ローラツールの形状は、ローラツール８８の回転軸線８０にほぼ直交する第１の外面９９、第１の外面９６から離間し、かつ軸線８０にほぼ直交する第２の外面９８、第１の外面と第２の外面との間において軸線８０とほぼ平行に延びる径方向面１００、及び第２の外面に隣接して軸線８０に対して斜状をなす斜状面１０２からなる。斜状面１０２は軸線８０に対して約７０度までの角度をもって配向されることが望ましく、約５０度の角度で配向されることが最も望ましい。斜状面１０２は第２の外面から斜状に延び、溝８４の加工時にはパイプに接触するようになっている。
【００２８】
キー３０とパイプの溝との間の楔効果は、上記した以外の断面形状を有する溝にても得ることが可能である。楔運動の主な基準は、パイプの表面における溝の幅が、溝の底面の幅よりも広いことである。図１０乃至１５はこの基準を満たす種々の溝の形状を示す。図１０は断面視において凹状の側面部１１６を有する溝１１４を示す。図１１は断面視において凸状の側面部１２０を有する溝１１８を示す。図１２において、溝１２２は第１の斜状部１２４ａ及び第２の斜状部１２３ｂを備える側面部１２４を有し、第１の斜状部１２４ａは第２の斜状部１２４ｂよりも傾斜度が大きくなっている。図１３において、溝１２６は第１の斜状部１２８ａ及び第２の斜状部１２８ｂを備える側面部１２８を有し、第１の斜状部１２４ａは第２の斜状部１２４ｂよりも傾斜度が小さくなっている。図１４に示すように、湾曲部と斜状部との組み合わせも可能であり、溝１３０は湾曲部１３２と斜状部１３４とを有する。図１５は楔状ので暗面形状を有する溝１３６の例を示し、他の例示された溝と比較して、重要な床壁が省力されている。溝１３６は互いに角度をもって配向された側壁部１３６ａ，１３６ｂにより形成される。全ての構成に共通なことはパイプ表面の溝幅１３８は溝底面の溝幅１４０よりも大きいという特性である。なお、床壁はパイプ表面とほぼ平行であることが望ましいが、図１０に示すように湾曲していてもよく、或いは、図１５に示すように、床壁が省略され、床壁の幅がゼロであってもよい。また、図１５に示すように、床壁は斜状に配向されていてもよい。
【００２９】
上記した溝を形成するためのローラツールが図７Ａ乃至７Ｇに示されている。図７Ａにおいて、ローラツール１０１は軸８０を中心として回転可能に配置され、周面部１０３に隣接して第１側面部１０５と第２側面部１０７が設けられている。第１側面部１０５は軸８０に直交するように配向され、溝の上下に延びる側壁を形成するために使用される。第２の側面部は凹状をなし、図１１に示す溝の凸状をなす側壁１２０を形成するために使用される。
【００３０】
同様に、図７Ｂに示すローラツール１０９は垂直面部１１３と凸面部との間に周面部１１１を有する。このローラツールは、図１０に示される凸面状の側壁１１６を備えた溝の形成に使用される。
【００３１】
図７Ｃ及び７Ｄにそれぞれ示すローラツール１１７及び１１９は、軸８０に対して斜状に配向された第１面１２３と、同第１面１２３とは異なる角度をもって軸８０に対して斜状に配向された第２面１２５を備えた表面部１２を有する。ローラツール１１７では、第１面１２３は第２面１２５よりも大きく傾斜し、このローラツール１１７にて図１２に示す溝１２２が形成される。ローラツール１１９では、第１面１２３は第２面１２５よりも小さな傾斜を示し、このローラツール１１７にて図１３に示すような斜状の側壁１２４を有する溝１２６が形成される。
【００３２】
図７Ｅに示すローラツール１２７は径方向に湾曲する周面を有することなく、斜状の周面１２９を備え、同周面１２９は回転軸線８０に対して直交する面部１３１と交叉する斜状面１２９を有する。このローラツールは図５に示す溝を形成するために有効に使用される。
【００３３】
図７Ｆに示すローラツール１３３は曲線的輪郭を有する周面１３５と、斜状面１３５と、垂直面１３７とを有する。周面の輪郭を画定する曲線は、凸状、凹状、サインカーブ状、双曲線状、或いは不規則な曲線にすることができる。
【００３４】
図７Ｇに示すローラツール１３９は、回転軸心８０に対して斜状をなす周面１４１を備える。図５Ｂに示す溝がこのローラツールによって形成される。
これまでの実施例では、カップリングのキーと協働して楔効果を発揮する溝をパイプの端部に形成する旨を記載したが、溝をパイプの付属部品に適用することも可能である。例えば、図１６は両端において周方向全体に延びる溝１４２を有するエルボー状の接続具１４０を示すものである。溝１４２は図５及び図１０−１５に示す断面形状、またはこれらの変更形状に形成可能である。同様に、図１７に示すＴ字状接続具１４４は好ましくは各端の近傍において溝１４６を有する。溝は接続具をパイプやここに示す他の接続具に接続するために楔効果を発揮するように形成されている。図１８は一端の近傍に楔効果を奏する溝１５０を有し、他端にフランジ１５２を有する接続具１４８を示す。接続具１４８はフランジを利用した機械的な接続方法によりパイプ配管を他のパイプ配管に接続可能にする。更に、図１９及び２０に示すように、異なる径を有する一対のパイプを接続するリディューサ１５４（図１９）又はニップル１５６（図２０）にもそれぞれ溝１５８，１６０を形成し、カップリングと溝との間における楔運動を増加させ、カップリングの許容性に基づき、より堅固または可撓性に富む連結を保障することも可能である。
【００３５】
図２１はバルブ１６２等の流体制御を行う要素に、この要素をパイプ、パイプ付属品または他の配管要素に接続するために、上記したような溝を設けた状態を示すものである。この発明によるパイプカップリングは、水密的な接続を効果的に行うため、カップリングがパイプに対して適切に取り付けられていることを確認するための信頼性の高い、視認表示機能を備えるとともに、堅固な連結を実現するという効果を発揮する。このカップリングは安価に製造可能であり、さらにパイプ間の堅固な接続を行うものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】２本のパイプ端部同士を連結するためのカップリングの斜視図。なお、パイプは二点鎖線にて示される。
【図１Ａ】図１に示されるカップリングの詳細を示す斜視図。
【図２】図１に示されるパイプカップリングの分解斜視図。
【図２Ａ】本発明の別例におけるパイプカップリングの分解斜視図。
【図２Ｂ】図２の一部を示す拡大斜視図。
【図３】図１に示されるカップリングを構成するセグメントの側面図。
【図４】図３に示されるセグメントの底面図。
【図４Ａ】別例におけるフランジ付きパイプ又は接続具と結合するためのキー及びフランジを有するセグメントの側面図。
【図５】図１の５−５線における断面図。
【図５Ａ】本発明の別例におけるカップリングを示す、図１の５−５線における断面図。
【図５Ｂ】本発明の別例におけるカップリングを示す、図１の５−５線における断面図。
【図６】パイプの溝を形成するローラツールの側面図。
【図７】パイプの溝を形成するローラツールの側面図。
【図７Ａ】一実施形態におけるパイプの溝を形成するローラツールの側面図。
【図７Ｂ】別の実施形態におけるパイプの溝を形成するローラツールの側面図。
【図７Ｃ】別の実施形態におけるパイプの溝を形成するローラツールの側面図。
【図７Ｄ】別の実施形態におけるパイプの溝を形成するローラツールの側面図。
【図７Ｅ】別の実施形態におけるパイプの溝を形成するローラツールの側面図。
【図７Ｆ】別の実施形態におけるパイプの溝を形成するローラツールの側面図。
【図７Ｇ】別の実施形態におけるパイプの溝を形成するローラツールの側面図。
【図８】別例におけるカップリングの断面図。
【図９】本発明の別例におけるカップリングの部分斜視図。
【図１０】本発明による周方向に延びる溝を有するパイプの縦断面図。
【図１１】本発明による周方向に延びる溝を有するパイプの縦断面図。
【図１２】本発明による周方向に延びる溝を有するパイプの縦断面図。
【図１３】本発明による周方向に延びる溝を有するパイプの縦断面図。
【図１４】本発明による周方向に延びる溝を有するパイプの縦断面図。
【図１５】本発明による周方向に延びる溝を有するパイプの縦断面図。
【図１６】本発明による周方向に延びる溝を有する接続具及び部品を示す図。
【図１７】本発明による周方向に延びる溝を有する接続具及び部品を示す図。
【図１８】本発明による周方向に延びる溝を有する接続具及び部品を示す図。
【図１９】本発明による周方向に延びる溝を有する接続具及び部品を示す図。
【図２０】本発明による周方向に延びる溝を有する接続具及び部品を示す図。
【図２１】本発明による周方向に延びる溝を有する接続具及び部品を示す図。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図５】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図７Ｇ】
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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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【国際調査報告】
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