(57)【要約】２つの構成部品のみ、即ち、継手ボデー（５４）と継手ナット（５２）を使用する管継手（５０）。ナットとボデーはそれらの間の相対的回転により互いにねじ込み可能にカップリングされるようになっている。ナットは継手が構成されるときボデー上のカム表面（８８）と協働一体的管掴みリング（８０）を含む。カム表面（８８）は好ましくは急なカケ角度を有する。リング（８０）は管外壁に対して半径方向に圧縮されてシール及び堅固な管掴みを形成する。リング（８０）はカム表面（８８）に対して線接触型シールも形成する。リングはヒンジ作用を有するようにそして引き締め期間中可塑的に変形して優れた管掴みのために管中に埋め込まれるように、そして埋め込み作用から生じるいかなる応力ライザーも振動効果から隔離する軸線方向に隣接したスエージ又はコレクトゾーンを有するように設計される。継手構成部品、特にリングは硬化させることができる。継手は過剰の引き締めを防止するのに十分な引き締めを示すための自己測定特徴（self-gauging feature）を含むことができる。急なカム表面（８８）を使用しそしてステンレス鋼管端部よりも少なくとも約３．３倍硬い単一フェルール管継手も提供される。
2004521285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンレス鋼管のための管継手であって、
ａ）ねじ込み可能に接合されるボデーとナットを具備し、該ボデーは該継手の中心長手方向軸線に沿ってステンレス鋼管端部を受け入れるようになっている内側穴を有し、該穴は該穴の一端にカム表面を有し、
ｂ）該ナットは駆動表面を形成する内側ショルダを有しており、そして
ｃ）前端部と後端部を有するフェルールを有し、該後端部は該継手が引き締めされる（pulled-up）とき該ナット駆動表面に係合し、該フェルール前端部は最初の継手引き締め期間中該カム表面に係合して一次シール（primary seal）を与え、該フェルール前端部は可塑的に変形しそして管端部外側表面に湾入し（indenting）、該ナットは該ボデー上へと回転させられるとき該フェルールを該カム表面に対して駆動し、
ｄ）該カム表面は該長手方向軸線に対して少なくとも３５°〜約６０度の夾角をなし、そして該フェルールノーズはステンレス鋼管端部の少なくとも約３．３倍硬い、
管継手。
【請求項２】
該フェルール前端部は該カム表面に係合して金属−金属一次シールを形成する請求項１に記載の管継手。
【請求項３】
該フェルールは、該管端部に対する該フェルールの中心部における半径方向圧縮を生じさせるヒンジ作用により可塑的に変形する請求項２に記載の管継手。
【請求項４】
該フェルール前端部は該カム表面に対する一般に狭い線接触シールを形成する請求項３に記載の管継手。
【請求項５】
該フェルールは該前端部に円筒形内側穴、及び該内側穴に形成されそして該前端部から軸線方向に間隔をおいて配置された周凹みを有する、請求項１に記載の管継手。
【請求項６】
該フェルール前端部は管端部の外側表面に湾入して、該前端部に接触するショルダを形成し、該フェルールは該前端部に隣接している実質的に円筒形の内側穴部分（interior bore portion）を有し、該穴部分は該継手の最初の引き締めを完了させると管端部へと半径方向に圧縮される請求項１に記載の管継手。
【請求項７】
該穴部分の該半径方向圧縮は引き締め期間中該前端部のヒンジ作用により生じる請求項６に記載の管継手。
【請求項８】
該フェルール後端部は継手の最初の引き締めが完了した後管端部から半径方向に間隔をおいて配置されている請求項１に記載の管継手。
【請求項９】
ステンレス鋼管のための管継手であって、
ａ）ねじ込み可能に接合されるボデーとナットを具備し、該ボデーは該継手の中心長手方向軸線に沿ってステンレス鋼管端部を受け入れるようになっている内側穴を有し、該穴は該穴の一端にカム表面を有し、
ｂ）該ナットは駆動表面を形成する内側ショルダを有し、そして
ｃ）前端部と後端部を有するフェルールを有し、該後端部は該継手が引き締めされるとき該ナット駆動表面に係合し、該フェルール前端部は最初の継手引き締め期間中該カム表面に係合してシールを形成し、そして可塑的に変形し且つ管の外側表面に湾入し、該ナットは該ボデー上へと回転させられるとき該フェルールを該カム表面に対して駆動し、
ｄ）該カム表面は該長手方向軸線に対して少なくとも５５°の夾角をなし、そして該フェルールノーズはステンレス鋼管端部の少なくとも約３．３倍硬い、
管継手。
【請求項１０】
該フェルール前端部は該カム表面に係合する半径部分（radius portion）を含んでなる請求項９に記載の管継手。
【請求項１１】
該フェルールは、該管端部に対する該フェルールの中心部における半径方向圧縮を生じさせるヒンジ作用により可塑的に変形する請求項１０に記載の管継手。
【請求項１２】
該フェルール前端部は一般に狭い線接触シールを形成する請求項１１に記載の管継手。
【請求項１３】
該フェルールは該前端部に円筒形内側穴、及び該内側穴に形成されそして該前端部から軸線方向に間隔をおいて配置された周凹み（circumferential recess）を有する請求項９に記載の管継手。
【請求項１４】
該フェルールノーズは該管端部より少なくとも４倍硬い請求項９に記載の管継手。
【請求項１５】
該管端部は少なくとも１５０のビッカース硬度を有する請求項９に記載の管継手。
【請求項１６】
該フェルール後端部は最初の引き締め操作が完了した後該管端部から半径方向に間隔をおいて配置されている請求項９に記載の管継手。
【請求項１７】
金属管継手であって、
ねじ付き雄金属カップリング要素及び協働するねじ付き雌金属カップリング要素を具備し、
該雌カップリング要素はねじ付きナットの形態にあり、該雌カップリング要素は該継手が管端部上に組み立てられるとき金属管端部を掴む一体的金属管掴みリングを含んでなり、該雄カップリング要素は管端部を受け入れるようになっておりそして角度をなした（angled）カム表面を含んでなり、該掴みリングは継手が引き締めされるにつれて該カム表面に係合する前端部を有し、該カム表面は該継手の中心長手方向軸線に対して約３５°〜約６０°の夾カム角（included camming angle）を有する、
金属管継手。
【請求項１８】
該カム角度が約４５°である請求項１７に記載の継手。
【請求項１９】
該掴みリング前端部が該カム表面に係合する請求項１７に記載の継手。
【請求項２０】
該フェルールは、該管端部に対する該フェルールの中心部における半径方向圧縮を生じさせるヒンジ作用により可塑的に変形する請求項１９に記載の管継手。
【請求項２１】
該掴みリング前端部は該カム表面に対する線接触シールを形成する請求項２０に記載の管継手。
【請求項２２】
該掴みリングは該前端部における円筒形内側穴、及び該内側穴に形成されそして該前端部から軸線方向に間隔をおいて配置された周凹みを有する請求項１７に記載の管継手。
【請求項２３】
該掴みリング前端部は管端部の外側表面に湾入して該前端部に接触するショルダを形成し、該掴みリングは該前端部に隣接している実質的に円筒形の内側穴部分を有し、該穴部分は該継手の最初の引き締めを完了させると管端部へと半径方向に圧縮される請求項１７に記載の管継手。
【請求項２４】
該穴部分の該半径方向圧縮は引き締め期間中該前端部のヒンジ作用により生じる請求項２３に記載の管継手。
【請求項２５】
該フェルール後端部は該継手の最初の引き締めが完了した後管端部から半径方向に間隔をおいて配置されている請求項１７に記載の管継手。
【請求項２６】
該掴みリングは該雌ナットの内側部分内に片持ばり方式で垂れ下がっており（depends）、該掴みリングは該ナットの後壁において該ナットに接合されており、該後壁は該継手の引き締め期間中曲がって該掴みリングの該前端部が管端部に湾入するのを助けるように弾性である請求項１７に記載の管継手。
【請求項２７】
該管端部は１５０又はそれより高いビッカース硬度を有する請求項１７に記載の管継手。
【請求項２８】
該掴みリングは管端部より少なくとも約３．３倍硬い請求項１７に記載の管継手。
【請求項２９】
管端部はステンレス鋼である請求項２８に記載の管継手。
【請求項３０】
ステンレス鋼管継手であって、
ねじ付き雄カップリング部材及び協働するねじ付き雌カップリング部材を具備し、該雄カップリング部材はねじ付きナットの形態にあり、該雌カップリング部材は該継手が管端部上に組み立てられるときステンレス鋼管端部を掴む一体的管掴みリングを含んでなり、該雄カップリング部材は管端部を受け入れるようになっておりそして角度をなしたカム表面を含んでなり、該掴みリングは継手が引き締めされるにつれて該カム表面に係合する前端部を有し、該掴みリングはステンレス鋼より少なくとも３．３倍硬い硬度を有する前部を有する、
管継手。
【請求項３１】
該雌カップリング部材がステンレス鋼より少なくとも約３．３倍硬い硬度を有する請求項３０に記載の管継手。
【請求項３２】
該角度をなしたカム表面は少なくとも３５°〜約６０°の管端部の長手方向軸線との夾角をなす請求項３０に記載の管継手。
【請求項３３】
該雄カップリング部材と該雌カップリング部材は最初の引き締め期間中、完了した引き締めに対応する正の停止位置（positive stop position）に軸線方向に互いにねじ込まれる請求項３０に記載の管継手。
【請求項３４】
該雄カップリング部材と該雌カップリング部材は最初の引き締め期間中最初の適性な引き締め位置に軸線方向に互いにねじ込まれ、該雄カップリング部材と雌カップリング部材は該最初の引き締め位置を越えて、該雄カップリング部材と雌カップリング部材のお互いに対する所定の軸線方向変位に対応する正の停止位置で軸線方向に当接する請求項３０に記載の管継手。
【請求項３５】
金属管のための管継手であって、
ａ）ねじ込み可能に接合されるボデーとナットを具備し、該ボデーは該継手の中心長手方向軸線に沿って金属管端部を受け入れるようになっている内側穴を有し、該穴は該穴の一端にカム表面を有し、
ｂ）該ナットは駆動表面を形成する内側ショルダを有し、そして
ｃ）前端部と後端部を有するフェルールを有し、該後端部は該継手が引き締めされるとき該ナット駆動表面に係合し、該フェルール前端部は最初の継手引き締め期間中該カム表面に係合して一次シールを与え、該フェルール前端部は可塑的に変形し且つ管端部外側表面に湾入し、該ナットは該ボデー上へと回転させられるとき該フェルールを該カム表面に対して駆動し、
ｄ）該カム表面は該長手方向軸線に対して少なくとも３５°〜約６０度の夾角をなし、そして該フェルールノーズは金属管端部の少なくとも約３．３倍硬い、
管継手。
【請求項３６】
該管端部がステンレス鋼である請求項３５に記載の管継手。
【請求項３７】
該フェルール前端部は該カム表面に係合して金属−金属一次シールを形成する半径部分を含んでなる請求項３５に記載の管継手。
【請求項３８】
該フェルールは、該管端部に対する該フェルールの中心部における半径方向圧縮を生じさせるヒンジ作用により可塑的に変形する請求項３７に記載の管継手。
【請求項３９】
該フェルール前端部は該カム表面に対する一般に狭い線接触シールを形成する請求項３８に記載の管継手。
【請求項４０】
該フェルールは該前端部における円筒形内側穴、及び該内側穴に形成されそして該前端部から軸線方向に間隔をおいて配置された周凹みを有する、請求項３５に記載の管継手。
【請求項４１】
該フェルール前端部は管端部の外側表面に湾入して該前端部に接触するショルダを形成し、該フェルールは該前端部に隣接している実質的に円筒形の内側穴部分を有し、該穴部分は該継手の最初の引き締めを完了させると管端部へと半径方向に圧縮される請求項３５に記載の管継手。
【請求項４２】
該穴部分の該半径方向圧縮は引き締め期間中該前端部のヒンジ作用により生じる請求項４１に記載の管継手。
【請求項４３】
該フェルール後端部は継手の最初の引き締めが完了した後管端部から半径方向に間隔をおいて配置されている請求項３５に記載の管継手。
【請求項４４】
金属管継手であって、
ねじ付き雄カップリング部材及び協働するねじ付き雌カップリング部材を具備し、該雄カップリング部材はねじ付きナットの形態にあり、該雌カップリング部材は該継手が管端部上に組み立てられるとき金属管端部を掴む一体的金属管掴みリングを含んでなり、該雄カップリング部材は管端部を受け入れるようになっておりそして角度をなしたカム表面を含んでなり、該掴みリングは継手が引き締めされるにつれて該カム表面に係合して一次シールを形成する前端部を有し、該カム表面は該継手の中心長手方向軸線に対して少なくとも約３５°〜約６０度の夾カム角を有し、そして該掴みリングは金属管端部より少なくとも約３．３倍硬い、
金属管継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願書は特許文献１の特典を主張している。その開示内容全体が参考用として完全に組込まれている。
【０００２】
本発明は全体として、ステンレス鋼配管用管継手の分野を目指している。より特定すれば、本発明は急な角度のカム面(camming surface)を含むフレアレス管継手を志向している。
【背景技術】
【０００３】
管継手は管端を他の部材に接続又は結合するのに用いられる。他の部材はT継手及びエルボ継手のような他の管端又は例えば弁のようなその管端と流体的導通を必要とする装置であるかには関係ない。ここで用いる場合、管(tube)及び配管(tubing)の用語にはパイプも含めていて、それに限定されないことを意図している。全ての管継手はその管継手が適合するように設計された圧力、温度及び振動の基準内で２種類の重要な機能を果たさなければならない。第一に、その管継手はシールの喪失、又は、管の吹き飛び(blow out)を防止するために、管端をグリップ(grip)しなければならない。第二に、管継手は漏洩しないように主シール機能を維持しなければならない。管継手がこれらの２機能を達成するという要件は、数十年間に亘り、管継手設計の推進要因であった。希望のグリップとシール性能の基準に適合するために多くの要因が管継手の設計に影響している。しかし、全ての管継手の設計の基本は以下になるであろう：１）材料、外径、壁厚を含めて継手が機能すべき配管の特性、２）意図する用途に対して管継手に求められる管のグリップとシール性能のレベル。目標は、市場での競合設計による製品から科せられたコストの制約がどうであれ、その範囲内で希望の管グリップとシール機能を信頼できる形で達成する管継手を設計することである。
【０００４】
フレアレス管継手は一般に管端を実質的に筒状のままとした管継手のタイプを意味している。それに対して、フレア付き管継手は管端が継手要素の上で外向きのフレアになっている。通常、フレア付き管端はプラスチック配管及びプラスチック管継手で使用例が見られる。そのような管継手は著しく異なる課題及び管のグリップと適切なシールの両面での継手の能力に影響する材料特性を有しているので、本発明はプラスチックの配管及び管継手を志向していない。使用する圧力と温度も一般的にプラスチックの分野はかなり低い。言い換えると、管のグリップとシールに関して、プラスチック管継手でのどんな作業も非プラスチックの管継手に対する指針にならないか、なってもわずかである。
【０００５】
例えば、ステンレス鋼配管に用いることを意図する管継手は、希望の管グリップとシール機能を達成するために、設計に対して特別の課題が科せられている。これはステンレス鋼の性質から生じていて、典型的に市販されている配管材料としてはステンレス鋼は非常に硬い材料で、通常、ビッカース硬度２００までのオーダーになっている。さらに、ステンレス鋼配管は高圧用途にも用いられていて、配管壁厚がかなりの厚みになっている（当該分野では、「厚肉」配管と言っている）。厚肉配管は、硬いだけでなく、特に延性が低いので、グリップが困難である。延性が低いことは、希望の配管グリップを達成するために配管を塑性変形するのを困難にしている。
【０００６】
ステンレス鋼配管の管継手には、典型的に以下の組合わせが含まれる：１）管グリップ装置、多くの場合、フェルール（ferrule)（単数又は複数）又はグリッピング・リング状の構造の形になっている、２）管端をグリップし、漏洩に対するシールとなるために管端上に取付ける管グリップ装置を機能するための引き締め(pull-up)機構。「引き締め(pull-up)」の用語は単に希望の管グリップ及びシールを持つように管端で継手の組立てを完了するために管継手アセンブリーを締め付ける作業を示している。
【０００７】
通常、ステンレス鋼の管継手は最初「手締め(finger tight)」状態に組立てられる。次ぎにレンチ又は他の適当な工具を用いて継手をその最終位置まで締付け又は「引き締め」して、組立て状態が完成する。ある場合に、特に大口径管の場合、スェージング工具を用いて配管上にフェルールの仮取付けを行う。ごく普通に用いられる引き締め機構は、雌ねじのナット要素と雄ねじのボディ要素のねじ接続であり、ねじ込まれて、お互いに締付けられたときに、これらの２要素により管グリップ装置を機能させる。ボディには管端を受入れる内径部が含まれ、その内径部の外側部分に傾斜したカム面がある。最も一般的に用いられるカム面は切頭円錐で、「カム角度」の用語は管端の長軸又は外面に対するカム面の円錐角を言う。管端はボディ内径部に軸方向に挿入され、切頭円錐形のカム面を過ぎて伸びている。グリップ装置は管端上を滑って、ナットはボディ上で手締め位置まで部分的にねじ切りされていて、管グリップ装置がカム面とナットの間で軸方向に捕捉されている。ナットには典型的に内側の肩が含まれていて、ナットとボディの両要素がねじで締付け合うと共にその肩が管グリップ装置をボディ上の傾斜したカム面と係合させる。傾斜したカム面は管グリップ装置に半径方向の圧縮を加えて管グリップ装置を管端をグリップするように係合させる。管グリップ装置は典型的に管外面に対して、又、傾斜したカム面に対してもシールを形成している。
【０００８】
今日、ステンレス鋼管継手で最も一般的に用いられている管グリップ装置（最も普通に用いられているのはフェルール・タイプの管継手である）は管グリップ装置の前端又はノーズ部分を管端外壁に食い込ませることにより管グリップを達成する。ここで用いる場合、「食い込み(bite)」の用語は、管グリップ装置の前端で全体的に半径方向の肩又は壁を生じるように、ほぼ切り込み状の作用で管に塑性変形又は刻み目をつけるための管端外面への管グリップ装置による塑性変形を言う。それゆえ、この「食い込み」は、特に１／２”以上のような大口径配管での高圧で管の吹き飛びを生じるのを防ぐための強い構造的機能として役立つ。
【０００９】
何年にも亘って、多くの管継手の設計が「食い込み」タイプの作用に頼らず、むしろ、管グリップ装置を配管外面に半径方向に圧縮するだけにした。一部は食い込みを生じないで配管への刻み目効果を生じさせていた。これらの設計は高圧のステンレス鋼用管継手には適当でない。特に高圧用で、商用的に最も一般的に入手できるステンレス鋼用管継手は歴史的に２種類の根本的に異なる設計の管グリップ装置−−単一フェルールの管継手とフェルール２個の管継手−−に分かれている。
【００１０】
単一フェルールの管継手は、その名前が暗示しているように、管グリップとシール機能の両方を達成するために１個のフェルールを用いている。しかしながら、希望の管グリップとシール性能の基準に適合できる管継手を設計するとき、これらの両機能はお互いに競合することが次第に認識されてきた。これは、設計基準で、適切な管グリップを実現する管継手が効果的なシールも生じるための１個のフェルールの能力に対して通常反対の作用をすることを想定する必要があるからである。結果として、従来技術の単一フェルールの継手はある場合に適当な管グリップを達成できるけれども、この管グリップの性能はシールの有効性を低くするという犠牲を払って生じている。この状況の一つの結果は、ある単一フェルールの管継手は適当なシールを達成するために追加の要素と技術を用いて設計されているということである。最適性能に達していないシールは特にガスに対するシール、特に高圧ガスに対するシールを試みた単一フェルールの管継手で認められている。それゆえ、単一フェルールの管継手は通常ハイドロリックス(hydraulics)のような低圧液体用に適している。しかしながら、そのような低圧用途でさえ、単一フェルールのシール性能は希望に達していない。
【００１１】
単一フェルールの管継手の場合、その単一フェルールが、その前端と後端の間の単一フェルールのボディの中央領域又は中間部分で管壁から半径方向外向きに屈曲する(bow)ように設計されていることと食い込み作用とが通常関連している。フェルールの後端を押しているナットによりフェルールの前端がボディの傾斜したカム面に押される。その屈曲作用は単一フェルールの前端を管端に向けるのに役立つ。さらに、その屈曲作用を用いて、フェルールの後端を同様に管端に係合し、グリップを生じさせる。このことは通常、ナットの肩の傾斜駆動面が単一フェルールの後端に係合して、フェルールの後端を半径方向に圧縮して、管端にグリップ作用を生じることにより達成される。ある単一フェルールの設計では、フェルールの後端が管端に食い込むことを明らかに意図している。後端のグリップが管下流の振動を分離して前端の管への食い込みに影響しないように試みるので、この後端での管グリップが振動を受ける場合の管継手の性能改善を試みるために単一フェルールと共に、時折、用いられる。
【００１２】
後端の管グリップを用いることは、単一フェルールの前端で管端のグリップを生じようとする努力に対して実際に有効である。理想的には、単一フェルールはナットとボディのカム面の間で完全な三次元的圧縮になるべきである。実際には後端によるグリップを与えることは、単一フェルールに反作用の引張り力を生じ、前端の圧縮を用いて、管グリップを生じるのに有効である。さらに、外向きの屈曲作用が単一フェルールの前端で管のグリップを行う努力に有効な傾向がある。なぜなら、外向きの屈曲作用を可能にするために、単一フェルールは管グリップを生じる「食い込み」に隣接する質量を低減する必要があるからである。外向き屈曲作用はフェルール・ボディ中心のフェルール質量を管端から離れるように半径方向に移動させる。結果として、外側に屈曲した単一フェルールの継手はフェルールの破壊、シールの喪失、高圧での管の吹き飛びの可能性を生じやすくする。
【００１３】
ステンレス鋼管に適当な管グリップを実現するために、単一フェルールのステンレス鋼用管継手では歴史的に１０度から２０度の間のかなり浅いカム角度を用いている。この範囲の角度をここでは「浅い」と呼んでいるが、便宜上の理由に過ぎず、その角度はかなり小さい。その浅いカム角度を単一フェルールの継手に用いてきたのは、浅い角度は軸方向に伸びたカム面を提供し、それに対して単一フェルールの前端をスライドさせ、半径方向に圧縮して、管端外面に食い込むので機械的利点が得られるからである。硬質ステンレス鋼の配管材料によって、単一フェルールが管グリップに適当な食い込みを生じるためにはこの長くてスライドするカム面の作用を必要とする。長年に亘って、単一フェルールはステンレス鋼配管より有意に硬くするために無心焼入又は表面硬化の処理をしている。しかしながら、浅いカム角度は今日でも依然として用いられている。そのような単一フェルールの継手は、適当な管グリップを得るように「食い込み」を生じるため、カム面に沿ってフェルールがスライドする機械的利点が得られるからである。表面硬化したフェルールと約２０度という浅いカム角度を用いていて、商用的に入手できる単一フェルールの例は、Parker-Hannifin Corporationから入手できるＣＰＩ継手系列である。他の例はErmeto GmbHから入手できるＥＯ継手系列で、無心焼入の単一フェルールと１２度のカム角度を用いている。
【００１４】
ある単一フェルール設計では、非円錐形のカム面が試みられているが、それによるとフェルールを管端外面に単純に押すだけで食い込みを生じない試みが行われている。しかしながら、その場合の結果は、ステンレス鋼用管継手にはあまり適していないグリップが弱く、圧力も低いだけの継手になる。
【００１５】
しかしながら、浅いカム角度と長くしたカム面及び単一フェルールの継手により適切な管グリップを達成するのに必要な軸方向の動きが、単一フェルールでシール機能特に極端な環境及びガスをシールするためのシール機能を達成するための能力を弱めている。これは軸方向に伸びたカム面に対して単一フェルールの前端がシールを行おうと試みているからである。半径方向外側への屈曲作用が、単一フェルール前端の外面の大部分をカム面と接触して、押されている。その結果、必然的に、単一フェルールの外面ととカム面の間のシール面の面積が大きくなる。この大きなシール面積が単一フェルールとカム面の間の密封力を好ましくない分布にしていて、さらに、大きくて不完全な表面が漏洩を生じさせる。特にこのことは金属対金属のシール問題になる。（非金属対非金属のシールとは対照的である。例えば、プラスチック継手の場合、プラスチック材料の延性が高いほど、両面間のシール形成を良好にしうるのでシール用接触面積を大きくすることは通常望ましい。）
歴史的に見て、単一フェルールの継手は適当な管グリップを実現するために浅いカム角度を用いている。最適でないシール機能は、継手用途で認識済みの制約として容認されるか、又は、単一フェルール継手内に追加機能が設計されていた。特に顕著な試みでは１以上の弾性シールを単一フェルールと共に含めている。又は、単一フェルールがステンレス鋼管と協調して良好なシールを形成している。例えば、特許文献２及び３を参照されたい。特許文献２では単一「フェルール」（特許ではカッティング・リング("cutting ring")と呼んでいる）の継手の典型的な例を示していて、弾性シールを追加して「シール」問題を解決しようと試みている。特許文献３は管グリップとシール機能を２個の別個の要素に分けることにより得られた利益を示している。
【００１６】
商用的に入手できて、非常に成功しているフェルール２個の配管用継手はSwagelok Company, Solon, Ohioから商用的に入手できて、特許文献４及び５に記載されている。その両方を本発明の譲受人が共有している。その開示内容全体が参考用として本明細書に完全に組込まれている。このフェルール２個の継手では、管グリップとシール機能も２個のフェルールを用いることにより、別個に実現されている。前方ないしフロントのフェルールがガスに対してさえ優れたシールを行っていて、バックないし後方のフェルールが優れた管グリップを提供している。
【００１７】
フロント・フェルールは２０度のような浅いカム面の角度に対してカム接触することにより優れたシールを達成している。これは、フロント・フェルールが、グリップ機能を達成するためにカム面上で過度のスライドをする必要がないからである。同様に、フロント・フェルールの主目的がシールであり、管端に食い込まないので、フロント・フェルールは表面硬化をしていない。それゆえ、ボディの円錐カム面が約２０度のカム角度になっていても、相対的に「軟質の」フロント・フェルールが優れたシールを、特にガスに対して実現している。
【００１８】
バック・フェルールは上記のフェルール２個の管継手で管グリップ機能を実現している。バック・フェルールは表面硬化されていて、管端よりも実質的に硬くなっている。バック・フェルールの前端はフロント・フェルールの後端に形成された切頭円錐形のカム面と接触している。このカム面の公称角度は４５度であるが、フロント・フェルールのスライド運動により、実際には有効カム角度は約１５度から２０度の浅い角度になっている。バック・フェルールに対する有効カム角度は浅いけれども、バック・フェルールは主シールになる必要がない（ただし、二次又はバックアップ・シールになることはありうる）。さらに、バック・フェルールは望ましくない屈曲作用を示さず、むしろ、半径方向内向きのヒンジング作用(hinging action)が機能して配管のグリップを行う。ここで用いる場合、「ヒンジング」の用語は、フェルール・ボディの中央領域又は中間部分が内向きの半径方向の圧縮のようなフェルールの制御された変形を言い、屈曲又は半径方向外向きの変位とは全く対照的である。それゆえ、浅い有効カム角度は継手のシール機能を弱めないだけでなく、特にステンレス鋼管に対する管継手の全体的性能を実質的に高めている。
【００１９】
管継手の中心的機能の一方のみを主として実現するために、それぞれ別個のフェルールを用いることにより、フェルール２個の管継手は強大な管グリップとシール機能を実現している。それゆえ、この従来技術のフェルール２個の管継手は、特にステンレス鋼配管の分野で商用的に非常に成功していて、それは、部分的に１５０００ｐｓｉのオーダーの高圧領域、超低温から１２００°Ｆまでの広い温度範囲、有意な着脱回数となる多くの用途のような性能特性による。（「着脱」(remake)とは最初の締め付けの後での継手の着脱を言う。）
特許文献６はフェルールに対するものとして、単一のロッキング・リングの使用を示している。そのロッキング・リングは２０度以上と思われる角度を持つ面に対して作用しているが、そのリングは管に食い込む塑性変形をしているようには見えず、むしろ弾性状態を維持しているので、リングは引き締め後も最初の形状を維持するように設計されている。その両方の特性がここで考えているタイプのステンレス鋼用管継手には不適当である。
【００２０】
特許文献７は、その前端と後端で屈曲効果と管グリップを生じるように意図しているように見える締付けリングを示している。その継手は管が樹脂カバーでカバーされているのでステンレス鋼配管に適用できるようには見えない。
【００２１】
示してきたフェルール２個の継手の多くの適用と用途では、そのような高い圧力、温度及び着脱の性能特性を必要としない。本発明は継手の全体的健全性と性能を弱めないで、低い性能特性に適合できる新しい継手のコンセプトを目指している。さらに、本発明は従来技術の単一フェルールの管継手を上回って著しく改善された性能を示せて、特に上記フェルール２個の管継手の高い性能特性を必要としない用途のための新しい単一フェルールの管継手及びその変形を目指している。
【特許文献１】米国特許出願番号第60/266,735号
【特許文献２】米国特許第6,073,976号
【特許文献３】米国特許第5,351,998号
【特許文献４】米国特許第6,131,963号
【特許文献５】米国特許第3,103,373号
【特許文献６】米国特許第3,248,136号
【特許文献７】実用新案公告昭和44年第29659号
【特許文献８】米国特許第6,165,597号
【特許文献９】米国特許第6,093,303号
【特許文献１０】米国特許第09/494,093号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の一態様により、従来の単一のフェルール管継手に勝る大きく改良された封鎖機能を達成し同時に優れた管グリップ機能も達成するステンレス鋼管用の単一フェルール管継手が提供される。この封鎖機能は、追加の弾性体又はその他の非金属シールの使用なしに達成される。一実施例においては、単一のフェルール管継手は、継手本体のカム面について比較的急なカム角度を利用する。本発明のこの態様により、一実施例においては、カム角度は少なくも約３５゜から約６０゜の範囲内、好ましくは約４０゜から５０゜の範囲内、そして最も好ましくは約４５゜である。本発明の別の態様により、比較的急な角度にされたカム面に対する第１のシールを提供する単一フェルール管継手が提供される。主な実施例においては、このシールは、カム面として比較的急な角度でなく、かつ上述の角度範囲内のカム面角度に対する一般に狭い線接触により塑性変形され又はコイニングされるフェルールの外側テーパー面により形成される。本発明の別の態様により、フェルール管のグリップを強化するように設計された形状を有し表面硬化されたフェルールの利用により改良された管グリップを有する単一フェルール管継手が考えられた。一実施例においては、フェルールは、ステンレス鋼管より少なくも約３．３倍の硬さ、より好ましくはステンレス鋼管より少なくも４倍の硬さに表面硬化される。これにより、急なカム角度及び小さな軸方向移動であっても、単一のフェルールが硬いステンレス鋼の表面内に適切に食い込み、管をつかむことができる。本発明の別の態様によれば、単一のフェルールは、引き締め中にヒンジ効果により塑性変形される。このヒンジ作用は、管の端部内に食い込んだフェルールの前端部から軸方向のフェルール本体の中心又は中央部分における半径方向内向きの圧縮を作る。このヒンジ効果は、管をつかんでいる食い込みの位置に、より多くのフェルール材料を置き、そしてフェルールの中心又は中央部分のコレット形式又はスヱッジ作用を作り、これが管をつかんでいる食い込みを振動の影響から隔離する。一実施例においては、フェルールは、一般に少なくも１個の内周の凹所を有し、引き締め中のヒンジ作用を強化する。ヒンジ作用は、またフェルールのテーパーにされた外面がカム面と一般に狭い線接触を持つことを保持する。
【００２３】
本発明は、急なカム角度を利用しかつ使用者が僅かに２個の構成部品、即ち継手本体と継手ナットとを組み立てることしか要求しない新規な管継手にも向けられる。ナットと本体とは、これらの間の相対回転により一緒にネジ結合するように作られる。ナットは、一体のグリップ用リングを備え、これは、継手が作り上げられるとき本体上のカム面と共同作用する。リングはナットとともに機械加工することができ、或いは例えば鑞付け、溶接又は半田付けのような通常の方法によりこれに別に取り付けることができる。リングは、管の外壁に押し付けられた半径方向に圧縮され塑性変形し、シールと管のきついグリップ噛会いとを形成する。リングは、急なカム面に対する第１のシールも形成する。一実施例においては、リングは、カム面の角度のように急ではない外側のテーパー面を有し、急なカム面に対して一般に狭い線接触型のシールを形成する。リングは、一実施例においては、ヒンジ作用を有しかつ引き締め中に塑性変形して、優れた管のグリップのために先端部分が管の壁の中に食い込み、更に軸方向で隣接したスェッジ又はコレット帯が、食い込んだ先端部分を振動の影響から遮断する。継手の構成要素、特にリングは、表面硬化されないことが好ましい。本発明はいかなる特定の等級の金属にも限定されないが、この新規な継手はステンレス鋼の管継手として特に有用である。本発明の別の態様により、継手は、十分な引き締めを示すため及び構成要素の過度の締付けを避けるために自己計測具を備えることができる。
【００２４】
本発明のこれら及びその他の態様及び利点は、付属図面を参照した好ましい実施例の以下の説明から本技術熟練者に明らかとなるであろう。
【００２５】
本発明は、幾つかの部品及び諸部品の配置の物理的形状を取ることができ、その好ましい実施例及び方法が、本明細書において詳細に説明され、かつその一部を構成する付属図面に示される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の一態様により、管継手の構成要素の一方の急角度のカム面に対して作用する管グリップ装置を有する管継手が提供される。急なカム面の角度は、管グリップ装置の硬さが管材料の硬さの少なく約３．３倍、好ましくは少なくも４倍を有するとき、特に有利である。本開示は、２種の異なった一般的実施例において本発明のこれらの態様を利用する。説明されるであろう第１の一般的な実施例は管継手の配列であり、これにおいては、ネジの切られた２個の構成要素の一方、即ち雌ネジの切られたナット要素と一体の管グリップ装置が設けられる。第２の一般的実施例は、雄ネジの切られた構成要素及び雌ネジの切られた構成要素とともに、管グリップ装置として分離した単一のフェルールを使用するステンレス鋼管用の管継手である。両方の一般的実施例は、本発明の多くの共通態様を共有することができ、これらの多くは、カム面の輪郭、カム面の角度、管グリップ装置の形状的選択肢、及び管材料に関する管グリップ装置の硬さ特性のような種々の組合せ及び下位組合せにおいて使用できる選択的代置物である。
【００２７】
本発明の多くの態様が例示実施例に組み込まれてここで説明されるが、かかる説明は限定する意味に解釈されるべきはない。本発明の種々の態様は、いかなる特別の応用についても、これらの種々の組合せ及び下位組合せにおいて要求されるように使用することができる。更に、この開示は、多くの設計の選択及び代わりの実施例を説明し及び／又は図解するが、かかる説明は、かかる選択及び代替の網羅的リストとして解釈することは意図していない。本技術の熟練者には、特許請求の範囲において説明される本発明の精神及び範囲内の追加の代替物及びデザインの選択が容易に明らかでありかつ理解されるであろう。
【００２８】
ステンレス鋼、特に３１６ステンレス鋼で作られた継手構成要素を特に参照した種々の実施例がここに説明されるが、かかる説明は、事実、例示であることが意図され、限定する意味で解釈されるべきでない。本技術熟練者は、本発明が、継手の構成要素について種々の適宜の数の種々の形式の金属材料、並びに限定するものではないが３１６、３１６Ｌ、３０４、３０４Ｌ、適宜のオーステナイト系又はフェライト系のステンレス鋼、適宜のデュプレックス（ｄｕｐｌｅｘ）ステンレス鋼、HASTALLOY、INCONEL又はMONELのようなニッケル合金、例えば１７−４ＰＨのような適宜の析出硬化ステンレス鋼、黄銅、銅合金、例えば１０１８鋼のような適宜の炭素鋼又は低合金鋼、及び例えば１２Ｌ１４鋼のような適宜の加鉛され、リフォスフォライズ（re-phosphorize）され又はリサルファライズ（re-sulphurize）された鋼を含んだ金属の管材料を使用して具体化し得ることが容易に分かるであろう。材料の選択の重要な態様は、管グリップ装置が、継手を使用するであろう最も硬い管の材料より少なくも約３．３倍、好ましくは４倍以上の比率に表面硬化又は全体硬化すべきことである。従って、管グリップ装置は、管自体と同じ材料で作る必要がない。例えば、前述のように、管グリップ装置は上述のステンレス鋼材料、又は幾つかの追加例を挙げるとマグネシウム、チタニウム及びアルミニウムのような表面硬化し得るその他の適切な材料から選ぶことができる。
【実施例１】
【００２９】
図１を参照すると、本発明は管継手（tube fitting）５０を考えるが、該継手では唯２つの個別部品、すなわち雌ねじナット（female threaded nut）５２と雄ねじボデイ（male threaded body）５４がある。該ナット５２は、金属チュービング（metal tubing）用の従来技術のフエルール型管継手（a prior art ferrule type tube fitting）で使用される典型的ナットと実質的に異なる。該ボデイ５４は従来継手で使用される典型的ボデイと設計が同様であってもよいが、しかしながら、ここで更に説明される様に、該ボデイ５４も又該新ナット５２と適当な構成用に最適化されることが好ましいが、それは必ずしも必要ではない。加えて、該ボデイ５４は個別に分離された部品である必要はなく、例えば、バルブボデイ（valve body）、マニフオールド（manifold）又は他の部品の様なもう１つの部分に取付られるか又は他の仕方で一体にされてもよい。
【００３０】
図面では該継手は縦断面で図解されるが該断面の半分のみが図解され、それはもう１つの半分は同一であり、図解の明確さと容易さのために省略されたことを理解されるべきことを注意しておく。ここでの図解の全てでは、種々のギャップと寸法は図解の容易さのために幾分誇張されている。
【００３１】
該ボデイ５４は一体の延長部（integral extension）又は端部（end）５６ａを有する概ね円筒形の主ボデイ５６である。該端部延長部５６ａは例えば６角ボデイ、又は上記の様に、例えばバルブボデイの様なもう１つの部品の部分であってもよい。該主ボデイ５６は該端部延長部５６ａと同じストック（stock）から機械加工されてもよく或いは溶接又は他の適当な技術による様にして他の仕方で取り付けられてもよい。該ボデイ５６は管端部（tube end）１３を密接して摺動可能に受けるよう適当に寸法決めされた第１の中央縦ボア５８を含む。該第１ボア５８は、該ボデイ５４の該端部延長部５６ａを通って延びる同軸の第２ボア５９より直径が幾分大きい。勿論、もし該継手５０が閉じた端部接続であれば、該内部ボアは貫通ボア（through bore）ではなくなる。
【００３２】
該管端部１３は好ましくはカウンターボア（counterbore）６０に対し突き当たる（bottoms）のがよい。該ボデイ５６は、該ナット５２内に形成又は機械加工される対応する雌ねじ６４とねじ式に嵌合する外部雄ねじ６２を有して機械加工又は他の仕方で形成される。旧及び新様式のボデイとナット部品が従来技術の継手部品との不注意による混合を避けるために、本発明のナット及びボデイ上のねじピッチ（thread pitch）が従来技術フエルール型管継手のナット及びボデイの該ねじピッチ値と実質的に異なってもよいと考える。これは交換問題を避け、又完全な引き締め（complete pull-up）用の減じたナット回転でのより高い軸方向ストロークを提供するコースピッチ（cource pitch）を見越す。例えば、本発明を組み込む継手は半回転で適当な引き締めを達成するに充分な軸方向変位を提供するコースピッチを使用してもよい。比較による典型的従来技術継手は１と１／４から１と１／２回転で引き締めされる。しかしながら、交換問題を避ける他の技術がある時は設計者が該ねじピッチを特定の応用に好適などんな値にすることを妨げるものは何もない。従って、引き締め用の半回転（one-half turn for pull-up）は利用可能な種々の設計選択の１例に過ぎない。
【００３３】
中央のボデイボア５８は、必ずしも必要ではないが、好ましくは、該ボア５８の直径が軸方向で該カウンターボア６０の方へ半径方向に減じるように、該管端部１３の縦軸線Ｘ（図２）に対し僅かに半径方向に内方へのテーパーαを有して形成されるのがよい。例えば、このテーパーは、該選択される角度は特に重要でないが、約２°から４°であってもよい。該カウンターボア肩部（counterbore shoulder）での該ボア５８の直径は該管端部１３の外径よりほんの僅か小さい。この仕方で、該管端部１３は該ボア５８と、例えば、約２５．５ｍｍ（１インチ）の２，３千分の１の僅かな半径方向の締め代（interference fit）を有する。ボア５８と管端部１３の間のこの締め代は、該管端部１３の引き締め（pill-up）中の回転の防止を助ける反回転作用（anti-rotation action）を提供する。又これは引き締め中の該管グリップ要素（８０）の回転のために該管端部内へ誘起される残留捻り応力（residual torsion stress）を減じる。該管端部１３は該カウンターボア肩部６０に対し完全に突き当たることは必ずしも必要ない。これは締め代が該ボア５８と該管端部１３の間の良い主要なシールを提供することを助けるからである。又該締め代は、引き締め中該管端部を静止して軸方向に保持することにより、該管グリップ用要素（８０）による該管グリップを改善することを助けるので、締め付け（tightening）中該管端部の何等かの消失した軸方向運動又は移動より寧ろ適当な変形及び管グリップ用に該管グリップ要素（８０）の完全な軸方向変位が使用される。該ボア５８のテーパーはその全軸方向長さ又は該カウンターボア６０に隣接するより短い軸方向部分に沿って徐々に延びてもよい。
【００３４】
図１及び２の実施例では、該ナット５２とボデイ５４は、適当な引き締め時例えば、該ボデイ５４に対するナット５２の１と１／２回転時、該ナットの前端６６が端部肩部６８又は該ボデイ５４の他の軸方向停止面に軸方向に接触するよう軸方向に寸法付けされる。この特徴はかくして、それにより充分な引き締めを示し、ナット５２の締め過ぎを防止するために自己ゲージ作用の側面（self-gauging aspect）を該継手５０に組み込む。しかしながら、例えば、該継手５０のリメーク（remake）の様な、該ボデイ５４に対し該ナット５２の追加的軸方向変位を許すことが望ましい状況用に、該ナット５２及びボデイ５４は、初期の適当な引き締め完了時それら間（例えば、該それぞれの端部６６と６８の間に）に軸方向ギャップを保持するよう軸方向に寸法付けされてもよい。後者の場合、該面６６と６８との間の軸方向ギャップが予め決められた値又は寸法を超えないことを確かめるために例えば、ギャップ測定デバイスの様なゲージ用ツールが適当な初期引き締めを検証するために使用されてもよい。又該停止の特徴（stop feature）は該継手５０の限定した数のリメーク（remakes）を実施するために使われてもよい。
【００３５】
又図３を参照すると、該ナット５２は、該継手５０の縦軸線に対し第１直径Ｄ１を有する第１中央ボア７０を備える。又該ナット５２は該継手５０の中央縦軸線に対し第２直径Ｄ２を有する第２ボア７２を備える。この実施例では、該直径Ｄ２は該直径Ｄ１より小さい。更に、該直径Ｄ２は、該ボア７２が該管端部１３を受ける概ね円筒形の壁を規定するよう寸法付けされる（図１）。該第１ボア７０は、該ナット５２が半径方向に内方へ延びるカラー（collar）７６を含むようにトレパン（trepan）７５を形成するために該ナット後端部７４から軸方向に隔てられた場所で終了する。該カラー７６は該ナット５２の後端部壁７４、より小さい直径のボア７２そしてより大きい直径のボア７０により規定される。
【００３６】
本発明の重要な側面に依れば、該ナット５２は、該カラー７６から幾分カンチレバー式に軸方向に内方へ延びる管グリップデバイス８０を有する。この例の管グリップデバイスはグリップ用リング（gripping ring）８０の一般形であり、該管端部１３を近くに受ける実質的に円筒形の壁を規定する内部ボア８２を含む（図１）。該リングボア８２の直径Ｄ３は第２ナットボア７２の直径と同じでも又は異なってもよい。該グリップ用リングボア８２を規定する円筒形壁は該グリップ用リング８０のテーパーのある前部又は鼻部部分（nose portion）８４から軸方向に延びる。該鼻部部分８４は該リング８０の後端に向かって半径方向寸法が増加する軸方向にテーパーのある外面８６を有する。該テーパーのある外面８６は該グリップ用デバイス８０の概ね半径方向の前端８５から延びる。この概ね半径方向の前端８５は小さな角度又はテーパーを有してもよく、好ましくは鋭いのがよいコーナー８７で内部円筒形ボア８２に結合する。しかしながら、代わりに、該直径Ｄ３より幾分大きい直径を有しそして該前端８５から該ナット５２の後端７４に向かって軸方向に延びる該リング８０の前端に、円周状の凹部又は段又はノッチ又は他の形状（図示されてない）が提供されてもよい。
【００３７】
該テーパーのある面８６は好ましくはアール部分（radius portion）８９により該前端８５とそしてその軸方向反対端でアール（radius）８６ａにより概ね円筒形部分９１へ結合し、該円筒形部分は今度はアール９３を経由してテーパーのある外壁部分９５に結合する。該テーパーのある外壁部分９５はアールに沿って該トレパン７５に結合する。
【００３８】
この点で、該管グリップ用デバイス８０の種々の形状特性（例えば、種々の凹部、ノッチ、テーパーのある部分、アール部分、等々）が、この後更に説明される様に適当な半径方向に内方へのヒンジ作用（hinging action）をもたらすよう選択されることを注意しておく。従って、管グリップ用デバイス８０の形状は、硬さの様なチュービングの材料の特性と継手部品、該チュービングの寸法そして特定の応用のために必要な所要の管グリップ及びシール性能に、より決定される。従って、ここで図解される特定の実施例は本質的に例示用に意図されており、該管グリップ用デバイスの形状として限定していない。例によるが、限定するよう意図することなく、図９−１２は該管グリップ用デバイスのための他の種々の形状を図解する。２つのフエルール継手用の上記参照した特許文献１−７も又望ましい管グリップを得るためにヒンジ効果を実現するような追加的形状変化を図解している。
【００３９】
図１，２及び４を参照すると、該テーパーのある鼻部部分８４は最初軸方向にテーパーのあるカム作用面（camming surface）８８と係合し、該面は該主ボデイ５６内の管ボア５８への開口部を形成する。該テーパーのあるカム作用面８８は該ボデイ５４の後端壁９０に該ボア５８の壁を結合する面である。図１及び２の実施例では、このカム作用面８８は概ね凸の輪郭により特徴付けられる。しかしながら、該面８８の形状は、特定の応用で該継手５０に要求される特定のリング変形と管グリップ用特性に依り、他の形状について選択されてもよい。かくして、図４に図解される様に、該カム作用面８８’は例えば円錐台の形状（frusto-conical shape）でもよい。図４が軸方向にテーパーのある管ボア５８が該カウンターボア６０に隣接する軸方向に短い部分にのみテーパーがあってもよい概念を図解していることを注意しておく。
【００４０】
管グリップ用リング８０は該継手５０に幾つかの重要な機能をもたらすよう形作られいる。該グリップ用リング８０は、適当に引き締めされた時、該テーパーのあるカム作用面８８に対し耐流体性主要シール（fluid-tight priamry seal）を提供する。このシールは該管継手５０用に主要な外部シールであってもよく、或いは該管端部１３と該ボデイ５４の間、例えば、該ボア壁５８及び／又は該カウンターボア６０に沿って、形成される何等かのシールに対し結果的に第２の又はバックアップのシールであってもよい。該グリップ用リング８０は又、該リング８０の円筒形ボア８２が該管端部外面と係合する範囲で該リング８０が該管端部１３の外面に切り込む場所で主要シールを形成するであろう。再び、この主要シールは結果的に、該ボデイ５４に対し該管端部１３により形成される何等かのシールのバックアップ又は第２シールであってもよい。何れの場合も、該グリップ用リング８０は該カム作用面８８と該管端部１３の外面に対し主要なシールを形成せねばならない。加えて、該リング８０は、圧力、温度そして振動の影響下でシールの完全性を保持し、この様な環境下で該管端部が該継手から分離することを防止するために該管端部１３を適当にグリップしなければならない。
【００４１】
耐流体シールと管グリップ作用を達成するために、該リング８０は図２に図解される様に、引き締め時、塑性的に変形され、該管端部内にスエージされる（swaged）よう設計される。この結果は、該リングをヒンジ作用を有するよう設計し、それにより該ナット５２が該ボデイ５４上にねじ込まれると該テーパーのある鼻部部分８４は、軸方向に前方へ駆動されるのみならず、該管端部１３の壁の外面と係合するよう半径方向に変位又は駆動されることにより、達成される。該鼻部部分８４の前端９２はかくして圧縮され、図２で９４と称される領域内の最終応力ライザー又は咬み込み部を伴って（with a resultant stress riser or bite）チュービング壁内に埋め込まれる。該前端咬み込み部（front end bite）９４は塑性的に変形された管端材料から成形された概ね半径方向に延びる壁又は肩部を作る。該肩部９９は該グリップ用リング８０の該埋め込まれた前端を係合しかくして高圧力での管ブローアウト（tube blow out）に対し例外的に強い機械的抵抗を形成する。該埋め込まれた鼻部部分９２はかくして該管端部１３上の優れたシールと強いグリップの両者を提供する。該リング８０は更に、該応力ライザー咬み込み部９４に軸方向に隣接する又はその後方の、概ね数字９６と称される場所の管端部に対し該円筒形の壁８２をスエージする又はコレット（collet）するよう前記半径方向に内方へのヒンジ作用を示すよう設計される。このスエージ動作又はコレットの効果は該管グリップ機能を実質的に高め、該埋め込まれた鼻部部分と咬み込み部９４を下手の管振動と又温度変化から分離するため役立つ。
【００４２】
本発明はここでは埋め込まれた鼻部部分と付随するスエージ作用をもたらす種々の実施例で説明されたが、当業者は、或る応用では、特に、中間の温度、振動そして圧力影響に曝される継手用には、この様な強固な設計基準は必ずしも必要でないことは評価するであろう。従って、本発明の基本的概念の１つは１つ以上のフエルールを使用せず、むしろねじ付き継手部品の１つと一体化された管グリップ用リングを使用するフレア無しの管継手（flareless tube fitting）の提供である。好ましい実施例としてここで表明される該ナット、ボデイそしてグリップ用リングセットの追加的設計の側面は従って限定する意味でなく、むしろ特定の応用に要求される様に使用されるべき本発明の基本概念の選択可能な向上品と解釈されるべきである。
【００４３】
望まれるスエージング作用と管グリップを達成するために、該リング８０は、それが該ボデイ５６のテーパーのあるカム作用口（tapered camming mouth）８８と係合する時、該テーパーのある鼻部部分８４と該グリップ用リング８０の中央又は中部部分（central or mid-portion）（円筒形ボア８２の領域又は９４と称される領域に於ける様に）が半径方向に内方へ圧縮されることを可能にするヒンジ作用（hinging action）を示すよう設計される。このヒンジ作用は又該リング８０を該応力ライザー９４に軸方向に隣接する管端部１３上にスエージするために該円筒形壁８２の著しい半径方向変位と圧縮を提供するために使われる。図１−４の実施例では、該ヒンジ作用は該円筒形部分７２と８２の間に軸方向に位置付けられる均一には要求されないが好ましい半径方向の内部円周状ノッチ９８を提供することにより実現される。該ノッチ９８は、該管端部に対し望ましいコレット効果を有して該円筒壁８２を半径方向に圧縮するよう該リング８０を塑性的に変形し制御された仕方で崩壊（collapse）可能にするよう適当に形作られる。この結果は外側ノッチ１００を該グリップ用リング８０の外壁部分内に含むことにより高められてもよい。該グリップ用リングの特定の形状はかくして、該ナット５２が該ボデイ５４上にねじ込まれると、該グリップ用リングは、該管端部をグリップし該管端部と該テーパーのあるカム作用口８８の両者に対しシールするようヒンジ作用し塑性的に変形するよう、設計される。チュービング材料、チュービング硬さ及び壁厚さそして所要の圧力、温度及び振動性能特性の様な種々の要因に基づき、該リング８０の形状を最適化するために有限要素解析（Finite Element Analysis）の様な標準的設計手順が使用されてもよい。
【００４４】
該グリップ用リング８０の適当な変形は更に該テーパーのある面８８用に適当な輪郭を選択することにより制御されてもよい。この面は該リング８０の該テーパーのある鼻部と係合し、従って部分的には、該配管に切り込みそして又該望まれるコレット又はスエージ作用を提供するために該鼻部部分を適当に埋め込むよう如何に該リング８０がヒンジ作用し、圧縮しそして塑性変形するかの時期と仕方を決定する。さらに、該カム作用面８８の輪郭は該リング８０の鼻部部分と該テーパーのある面８８の間の望まれるシールを達成するよう設計されてもよい。このシールは、該グリップ用リング８０と該管端部１３の間に提供されるシールがそうである様に、該継手の全体的性能に重要である。
【００４５】
その一体のグリップ用リング８０を有する該ナット５２は標準的機械加工操作により製造されててもよく、典型的には、例えば第２ノッチ１００の様な該リング８０の外部輪郭を形成するためにトレパン操作を含む。該ナット５２の他の特徴は良く知られた機械加工操作で実現出来る。必ずしも必要でないが、好ましくは該ナット５２はユーザーに該ナット５２を該ボデイ５４上で締めることを可能にするためにレンチフラット（wrench flats）１０２を有するのがよい。当業者は、何れかの部品又は両者が引き締め動作中必要な様に回転されるように該継手５０の使用が、該ナット５２と該ボデイ５４の間の相対回転のみを要することは容易に評価するであろう。
【００４６】
我々は該カム作用面８８が該継手５０と該管端部１３の縦軸線Ｘに対し約３５°−６０°のカム作用角θを形成することが非常に望ましいことを見出した。より好ましくは該カム作用面８８の角度θは４０°−５０°であるべきで、最も好ましくは該角度θは約４５°であるべきである。カム作用面８８用の角度のこの範囲は既知の金属管継手設計と劇的に異なる。普通に使用される管継手は１０°−２５°の範囲のカム作用面角度を有し、該角度は本発明に比して実質的により浅い角度である。フエルールを該カム作用面に沿いより大きい距離摺動させるために該より浅いカム作用角度が従来技術の継手では必要である。このより大きい摺動作用は該管上にグリップ作用又は咬み込み部を形成するために該管グリップ用デバイスが該管端部内により徐々に半径方向に変形されことを可能にする。これは特にステンレス鋼チュービング用の場合に然りである。より急峻なカム作用角度であるよう見えるものを含んだ従来の管継手は実際に該カム作用面の浅い部分に頼るか該チュービング（tubing）内に咬み込み部を作らないか何れかであり、それにより該継手の圧力耐性（pressure resistance）を限定している。しかしながら、従来技術の該浅いカム作用角度は依存可能なシールを形成するために１つのフエルールの能力を危うくする。鋭く対照的に、本発明は実質的により急峻なカム作用面角度θを使用し、該角度は該グリップ用リング鼻部部分８４が実質的に摺動作用無しに該カム作用面８８内へ結果的にコイン（coined）されることを可能にし、それにより優れたシールを形成する。
【００４７】
ここの該例示的実施例では、該鼻部部分８４は外部のテーパーのある面８６に移行するアール部分８９を有する。この外面８６は概ね、該カム作用面８８の角度程急峻でない角度でテーパーを有する。該テーパーのある外面８６は好ましくは、該グリップ用リング８０の後端に向かって増加する半径方向寸法を有して軸方向にテーパーがあるのがよい。このテーパーのある外部部分８６は該カム作用面８８に接触するが、該接触は、結果的に、引き締め時、概ね狭い帯域又は線接触を伴い、それは高い応力と、そして該グリップ用リング８０の前端が該カム作用面８８内へコインすることを可能にするようコインする材料（material coining）と、を有する。従って用語”概ね狭い線接触（generally narrow line contact）”は該外部のテーパーのある面８６と該カム作用面８８の間の接触範囲を排除するよう意図されず、むしろもっと一般的に、該外部のテーパーのある面８６と該カム作用面８８の間の高応力と、コインする材料と、の該カム作用面８８の最も内部の範囲に於けるか又そこに近い局所的接触帯域（localized contact zone）の概念である。”コイン（coin）”により、該テーパーのある面８６と該カム作用面８８の間の耐気体主要シール（gas tight primary seal）をもたらすために金属上にバニシ仕上げされた（burnished）金属の概ね狭い円周状線接触を形成することにより該グリップ用リング８０が該アール部分８９と該カム作用面８８の間の良好な金属対金属シールを達成することを単に意味する。
【００４８】
特定のカム作用角度の使用は面８８の輪郭に必ずしも依存しないことを注意することは大切である。換言すれば、関心のある角度は該グリップ用リング８０の前端がそこにシールを形成するために該カム作用面８８と接触する角度である。かくして、該カム作用面８８は実際、図１及び２で図解された凸形状の様に、非円錐台輪郭を有して作られてもよいが、該シールはなお急峻な角度付けされた面８８と接触する該グリップ用リング８０の前端により形成される。該カム作用面８８の従来の複合角度又は輪郭が該グリップ用リング８０により達成されるヒンジ作用（hinging action）と管咬み込み部（tube bite）をより良く実現するために使用されてもよい。
【００４９】
該カム作用面８８が、本発明のこの側面に従い、ヒンジ作用と管端部１３内への該グリップ用リング８０の咬み込みを実現するためにより急峻か、又はより浅い追加の角度付け部分を有する複合した角度付き面として形成されても、該グリップ用リング８０の前端のシール用部分（例示的実施例ではアール部分８９）は該カム作用面８８の急峻な角度付き部分上に主要シールを形成するが、好ましくは急峻な角度付き部分は該継手５０と管端部１３の縦軸線Ｘに対し約３５°−６０°の角度θの範囲にあるのがよく、より好ましくは該カム作用面８８の角度θは４０°−５０°であるべきであり、そして最も好ましくは該角度θは該主要なシールが形成されるべき場所で約４５°であるべきである。必ずしも必要ではないが、好ましくはこの主要なシールは該グリップ用リング８０の前端と該カム作用面８８の間の線接触型係合によりもたらされるのがよい。
【００５０】
該より急峻なカム作用面角度は、該管グリップ用デバイス８０の鼻部又は前部部分が、もし該前部部分が従来技術の１つのフエルールとグリップ用リングの設計の様なより浅いカム作用面角度と係合せねばならない場合と比較して、実質的により多い質量（mass）で形成されてもよい、追加的利点を有する。この追加的質量は、ヒンジ作用と共に、該管咬み込み部９４の場所で又はその近くに材料の実質的により多い質量を位置付ける傾向がある。これは抵抗する圧力で該管グリップ用デバイスを著しく強化し、又従来技術の１つのフエルール又はグリップ用リング設計と対照して、該咬み込み部を振動と温度影響から分離するコレット効果を強化する。又該ヒンジ作用は該管グリップ用デバイスの後端（すなわち該鼻部端部８４の反対の端部で）で該管端部との接触から生じるので、該全体の管グリップ用デバイスは軸方向及び半径方向の圧縮される。
【００５１】
一般に、管グリップ用デバイスが該管端部内に埋め込まれ、咬み込みそしてグリップするために、該管グリップ用デバイスは該管端部より硬くなければならない。これは特に厚い壁のチュービング用で然りである。従来技術の浅い角度のカム用口内のフエルールのより大きな軸方向運動は、該フエルールが該管よりほんの適度に硬い時でもフエルールが管内に埋め込まれるのを可能にする。これらの環境で、もし該管グリップ用デバイス８０が該管端部よりほんの適度に硬い場合、該デバイスは、該より急峻なカム作用角度により引き起こされる引き締め中の該管グリップ用デバイスの実質的により短い軸方向運動のために、急峻角度カム作用面用に該管を適度にグリップ出来ないであろう。しかしながら、本発明に依れば、該管グリップ用デバイスを該チュービングより顕著に硬くすることにより、より急峻な角度のカム作用面は、使用されてよく、該管グリップ用デバイスに該管端部をグリップするため該管端部に適当に切り込ませるために有効である。
【００５２】
本発明の該急峻なカム作用角度θは又引き締め中の該リング８０の軸方向変位の遙かに短い距離に帰着する。この結果、該鼻部部分８４は、遙かに短い軸方向変位又は摺動運動で、半径方向に変形され、該管端部１３内へ圧縮される必要がある。その時適当な管グリップを達成するために、該グリップ用リング８０は、好ましくは、該チュービング材料より少なくとも約３．３倍硬い硬さにケース硬化（case hardened）されるのがよい。例えば、もし該チュービング材料がステンレス鋼なら、それは約２００ビッカースまでの硬さを示してもよい。従って、本発明の側面に依れば、継手５０がこの様な硬い材料と共に使用される時、該管グリップ用デバイスは該チュービングより硬く少なくとも約３．３倍の比に硬化されるべきである。より好ましくは、該管グリップ用デバイスは該チュービングより硬く少なくとも４倍の比に硬化されるべきである。なお更に、該グリップ用リング８０全体はケース硬化される必要はなく、むしろ該鼻部部分８４のみが選択的にケース硬化されるのがよい。
【００５３】
本発明のこの側面に依れば、該ナット５２とボデイ５４の全部又は１部は、ステンレス鋼の様なより硬いチュービング材料と共に使用される時該継手５０の管グリップを強化（increase）するためにスルー硬化（through hardened）又はケース硬化されてもよい。適当なケース硬化過程は特許文献８、特許文献９及びその全開示が引用により完全にここに組み込まれる、本発明の譲り受け人に発行された、「変型された低温度ケース硬化過程（MODIFIED LOW TEMPERATURE CASE HARDENING PROCESS）」についての、２０００年１月２８日出願で同時係属中の特許出願である特許文献１０に完全に記述されている。これらの過程は該継手の腐蝕耐性を危うくすることなく約８００から１０００ビッカース以上の該管グリップ用デバイスの硬さをもたらす。しかしながら他のケース硬化技術が必要な様に使用されてもよい。該管グリップ用リング８０のケース硬化は該リング８０がデュープレックスステンレス鋼（duplex stainless steel）を含むステンレス鋼の様なチュービング材料に対し適当にグリップ及びシールすることを可能にする。上記引用のケース硬化特許文献は、該リング８０（ナット５２と共に回転する）と該チュービングの間の摩損（galling）を減じるか又は防止する該リング８０上の表面を提供する追加的利点を有する。
【００５４】
又摩損及び残留捻り（residual torsion）を減じるために、例えば、ピーテーエフイー（PTFE）グリース、及び２硫化モリブデン又は２硫化タングステンを含むグリースの様な、種々の潤滑剤が該管グリップ用リング８０と共に使用されてもよい。
【実施例２】
【００５５】
ケース硬化技術は典型的にナット５２全体及び一体の管グリップ用リング８０がケース硬化されることに帰着するであろう。例えば、上記引用された特許及び特許出願に於ける様にステンレス鋼にケース硬化が行われた時、付着酸化物皮膜が形成される。本発明のもう１つの実施例では、摩擦を減らし、従って締め付け（tightening）中引き締めトルクを減らすために固体潤滑剤が該ステンレス鋼ナット５２のねじに印加されてもよい。この目的でどんな固体潤滑剤も使用出来て多くの固体潤滑剤が良く知られている。２，３の例はグラフアイト、２硫化モリブデン、２硫化タングステンそしてユーエイチエムダブリューピーイー（UHMWPE）｛超高分子量ポリエチレン（ultra high molecular weight polyethylene）｝である。これらの潤滑剤は小綺麗に（neat）、すなわちもう１つの材料と組み合わされずに使用出来るか、又は樹脂状担体（resinous carrier）等の様なもう１つの材料と混合して使用出来る。加えて、それらは粉末、小粒及びペーストを含む本質的に何等かの固体形で使用出来る。
【００５６】
この種の固体潤滑剤は良く知られた商業製品である。例は、ミシガン州ミドランドのダウコーニング社（Dow Corning Corporation of Midland, Michigan）から入手可能なダウコーニングアール３２１（Dow Corning (R) 321）乾式フイルム潤滑剤及びカリフオルニア州モンロビアのトランスケムコーテイング（Trans Chem Coatings, of Monrovia, California）から入手可能なスリッコートドライリューブ１００（Slickote (R) Dry Lube 100）が含む。
【００５７】
これらの潤滑剤は手により、エアロゾル（aerosol）により、又は空気スプレイ作用により又は自動機器による様な何等かの標準的方法により印加され得る。潤滑特性を提供するどんなコーテイング厚さも使用出来る。標準のクラス２ねじ間隙を超える固体潤滑剤厚さは通常要しない。もし適当なら、該潤滑剤は又その接着性を高めるために加熱され得る。例えば、或る潤滑剤、特に樹脂バインダーで供給されるものは該バインダーの硬化をもたらすために加熱され得る。例えば、スリッコートドライリューブ１００は製造者の取扱説明書に従い、例えば１時間の間、１４８．８９℃（３００°Ｆ）に加熱され得る。
【００５８】
本発明の特定の実施例では、上記説明の乾式潤滑剤がステンレス鋼ナット５２上に使用され、該ナットは、一酸化炭素を炭素源として使用した低温浸炭（low temperature carburization）に供された。ステンレス鋼は、該鋼が空気に曝された時固有に形成する薄い、コヒーレント（coherent）なクロム酸化物フイルムのために錆びない（stainless）。エイアイエスアイ（AISI）３１６及び３１６Ｌステンレス鋼製のそれらの様なステンレス鋼部品の低温浸炭は通常部品表面を煤層（layer of soot）でコートされた儘にする。使用前この煤は通常洗浄により除去される。低温浸炭で炭素源として一酸化炭素が使用されると、煤が形成されるのみならず、加えて重い（heavy）酸化物フイルムも形成する。この重い酸化物フイルムは該コヒーラントなクロム酸化物フイルムと可成り異なりそれはそれがより厚くそしてコヒーラントでない点でステンレス鋼を錆びなく（stainless）する。従って、このフイルムも又該部品の浸炭された表面を剥き出しにするために使用前に除去される。
【００５９】
この特定の実施例に依れば、この重い酸化物フイルムは固体潤滑剤の印加前には除去されない。むしろ、それは浸炭された部品表面又は少なくとも浸炭された表面の潤滑されるべき部分上に残される。この特定の実施例に依れば、この重い酸化物皮膜の天然の多孔質構造は該潤滑剤を該部品表面に結びつけるためのアンカー（anchor）として作用する。結果として、該潤滑剤はさもない場合に於けるよりより接着性であり、従って除去されること無しに、繰り返される継手リメーク（すなわち、該ナットの弛め作業や再締め付け作業）に耐えることが出来る。
【実施例３】
【００６０】
図５及び６を参照すると、本発明のもう１つの実施例で、該継手５０’は上記で前に説明されたナットと同じであってもよいナット５２を有する。該ボデイ５４’は下記の様に変型された。この場合、該ボデイ後端壁１１０は軸方向に延ばされた。移行輪郭（transition contour）１１２は該後端壁１１０を該軸方向にテーパーのあるカム作用口８８に結合するために使用されてもよい。該継手５０’の全ての他の側面は図１−４を参照して説明された継手５０と同じであってもよい。該端部壁１１０の延ばされた軸方向長さは該ナット内部肩部又はトレパン１１４を、該ナットの前方壁６６が該ボデイ端部壁６８と係合する前に、該ボデイ端部壁１１０と軸方向に接触させる。これは図６の引き締め位置で図解される。換言すれば、該自己ゲージ作用の特徴は該ナットとボデイの後方部分に配置され、該トレパン範囲と該ボデイ後端壁１１０の軸方向長さとでの狭い許容差制御を要求するのみであるのに、図１及び２の実施例では、より多くの許容差積み上げ（stack-up）のために精確な自己ゲージ作用を保証するにはより多くの寸法と許容差が含まれる。
【実施例４】
【００６１】
本発明に依ると、１つのフエルール管継手も又考えられる。該１つのフエルール管継手は、ここで説明された一体ナットと管グリップ用デバイス設計で達成された同じ概念と利点の多く（そこでは今度は該１つのフエルールが該管グリップ用デバイスである）、特にヒンジ作用、管咬み込み部、コレット又はスエージ作用効果、そして該管端部に比しての高い硬度比の特徴、を伴って設計される。従って、それらの利点は詳細には繰り返さないが、該一体型ナットと管グリップ用リングはここでの１つのフエールの実施例と非常に似て機能するが、該フエルールは雌ねじ付きナットと一体になっていることは認識される。
【００６２】
図７，７Ａ及び８は本発明の１つのフエルール管継手１８１の実施例を図解する。この例では、該フエルール１８０は別部品であり、かくしてナット１８２，ボデイ１８４そして該１つのフエルール１８０を含む３ピース管継手１８１を提供する。この継手は排他的ではないが、特にステンレス鋼チュービングと一緒の使用に好適である。
【００６３】
該ボデイ１８４は角度付きカム作用面１８６を有し、該面は上記で説明された角度θ用の範囲にあるのが好ましく、最も好ましくは約４５°であるのがよい。該１つのフエルール１８０は又好ましくは約８００以上のビッカース硬度に、或いは該管端部１３より少なくとも約３．３倍硬くケース硬化されるのがよい。該フエルールの前部部分１８８は、急峻に角度付けされたカム作用面１８６に対し線接触型主要シールを形成するために該継手の引き締め中該急峻に角度付けされたカム作用面１８６と接触する移行アール（radius transition）１９０を含む。該フエルールの前部部分１８８は、管端部１３の外面に切り込む該フエルールの前方の鋭い縁１９２を有する概ね半径方向の前端面１８８ａを備える。該フエルールは塑性的に変形され該管咬み込み部（tube bite）の位置に概ね半径方向に延びる肩部１９４を作る。該フエルール１８０は該管グリップ用要素１８０に対し前に説明したヒンジ効果を示すので該フエルールボデイの中央部又は中部部分１９６は半径方向に内方への圧縮を受け、該管咬み込み部１９４に於いて又はその近くでコレット又はスエージする。該フエルールの特定の形状は、前に説明された様にそして又２つのフエルール継手に関して上記組み込まれた特許文献１−７で説明された様に、該ヒンジ作用及び管グリップ用咬み込み部及びコレット作用を実現するために要求される様に選択される。該フエルール１８０は該ヒンジ作用効果を実現するための内部円周状ノッチ又は凹部１９８のみならず上記説明されたテーパーのある外壁２００も又備えてもよい。該フエルール１８０は引き締め中該ナット肩部２０４により駆動される後部のテーパーのある壁２０２を有する。該フエルールは又、軸方向に、前端１９９ａと該凹部１９８の間に、ある中央の縦の実質的に円筒形のボア部分２０６を有する。好ましくは、該テーパーのある鼻部部分２０８は、線接触主要シールの形成を実現するために、引き締め中該カム作用面と接触せずに留まるよう角度付けされるのがよい。
【００６４】
軸方向に、該フエルールの後端２０２と該凹部１９８の間にある該円筒形ボア部分２０６ａは前部円筒形部分２０６と同じ直径か又は異なる直径であってもよい。更に、該ヒンジ効果（hinging effect）は、該内部円筒形ボアの後端部分２０６ａが引き締め後該管端部１３から半径方向に隔てられそして該端部と接触せずに留まるように、実現されてもよい。
【００６５】
該１つのフエルール１８０は該管端部１３より少なくとも約３．３倍硬く、より好ましくは少なくとも約４倍硬くなるようスルー硬化（through hardened）又はケース硬化（case hardened）される。他の過程も必要により使用されてもよいがケース硬化に関する前記特許文献が好適な過程用に参照されてもよい。
【００６６】
かくして該１つのフエルールの継手１８１は、金属対金属用のより急峻なカム作用面角度、チュービングに比較して実質的により硬いフエルール、そして強い管グリップ咬み込み作用を利用することにより従来技術の１つのフエルールの継手に比較して優れた管グリップ及びシール機能を提供する。チュービング硬さの比較して実質的により硬いフエルールは、例えより急峻なカム作用角度を用いても優れた管グリップを可能にする一方、該より急峻なカム作用角度は金属対金属シールを実現する。
【００６７】
本発明が好ましい実施例を参照して説明された。明らかに、本明細書を読み理解すると、他への変型と変更が起こるであろう。この様な変型と変更は、それらが付属する請求項とその均等物の範囲内に入る限り全てのこの様な変型と変更を含むよう意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】握り締めた状態における本発明による管継手の第１の実施例の半分の長手方向断面図を示す。
【図２】引き締められた位置における図１の実施例を示す。
【図３】本発明による一体のナット及び管グリップ装置を示す。
【図３−４】それぞれ握り締め位置及び引き締め位置において示された自己計測装置を有する本発明の別の態様を示す。
【図５−６】本発明の計測装置の別の実施例を示す。
【図７−７Ａ】それぞれ握り締め位置及び引き締め位置における本発明による単一のフェルール管継手の単一のフェルール及びカム面の半分の長手方向断面図を示す。
【図８】それぞれ握り締め位置及び引き締め位置における本発明による単一のフェルール管継手の単一のフェルール及びカム面の半分の長手方向断面図を示す。
【図９−１２】ナットと一体の管グリップリングの更なる形状の例を示す。
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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