JP2004509304A - 内部スエージング式継手金具 - Google Patents

Abstract

継手金具（１０、４０）は、１つ又はそれ以上の半径方向の溝（２２）を備える管接合領域（２０、５０）とスエージングされる管の端部に隣接する端部における拡張空洞（２６）とを含む。拡張空洞（２６）は、スエージング加工の間に継手金具（１０、４０）に最小の軸方向圧力が作用する状態で流動する管材料を受け入れる。また、拡張空洞（２６）は、継手金具（１０、４０）内での管の位置を定めるための停止壁（２６）を含む。拡張空洞（２６）は、セットバックを考慮することなく比較的高い延性の管材料をスエージングすることを可能にする。従って、拡張空洞（２６）はスエージング加工の間にセットバックを確立するためのカラーの必要性を排除する。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的にスエージングにより管に結合された継手金具に関し、より具体的には、内部スエージング式継手金具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
継手金具は、パイプ、ロッド又は管の末端部位すなわち接合部位を形成するのに用いられる装置の補助部品である。具体的には、継手金具の通常の用途は、分離した管を互いに接続して流体が、好ましくは漏洩することなくその間を流れることができるようにするためのものである。また、継手金具は、さもないと開口端部で終わる管の末端部に対する閉鎖装置としてしばしば用いられる。他の多くの用途の中でも、継手金具は、航空宇宙産業において燃料、作動油又は類似のものを１つの位置から別の位置まで運ぶ管を密閉するために用いられる。それら及び他の重要な用途においては、継手金具が、振動、流体特性及びこれに類するものに破損することなく耐える程十分に、管の周りにしっかりと固定されることが重要である。
【０００３】
継手金具は、多くの場合溶接により管に結合される。溶接は、時間も費用もかる継手金具の固定方法である。その上に、溶接は、完全な結合を保証するのに十分でない可能性があり、また管の許容できない応力増大要因となる可能性がある。スエージングは、溶接に関連する制約なしに継手金具を管に結合するための別の機械的方法である。スエージング加工には、外部スエージングと内部スエージングの２つの形式がある。外部スエージングは、半径方向又は軸方向のランド及び溝のような外表面の変化を有する継手金具を管に当接させることを必要とする。当接された継手金具は、鍛造、ハンマリング、又はスクイージングによりスエージングされるので、外表面形状は、継手金具の内部に、従って管に転写される。それによって、管は、継手金具に接触する区域で反らされ変形させられて、両者がしっかりと結合されるようになる。不都合なことに、継手金具の外表面形状の転写は、適切な結合を確立する程十分ではない可能性があり、或いは高サイクル疲労で管の亀裂発生を引き起こすおそれがある。
【０００４】
内部スエージングは、外部スエージングに関連する問題の幾つかを一部解決する。内部スエージングは、同様にランド及び溝のような内表面の変化を有する継手金具を管に当接させることを必要とする。当接された継手金具は、管内部にエキスパンダ装置を置き管を継手金具の内表面に対して外向きに押圧するか、又は管上で継手金具をスクイージングすることによってスエージングされる。継手金具の表面形状と管の外表面との間に存在する接合面は、外部スエージングの場合に比較してより直接的なものとなる。従って、管は一般的に原型の表面形状により緊密に適合し、その結果、継手金具と管との間の接合は改善される。
【０００５】
一部の航空宇宙用途に適していることが判った１つの形式の内部スエージング式継手金具が、Ｂｅｉｌｅｙ他に付与され、カリフォルニア州バーバンクのＳｉｅｒｒａｃｉｎ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに譲渡された米国特許第４，８４４，５１７号に記載されている。１つの形状構成において、Ｂｅｉｌｅｙの継手金具は、特定の幅及び深さ寸法をもつ３つ又はそれ以上の半径方向の矩形溝を含む。管の末端部に最も近い溝は、他の溝と同じ設計になっている。別の形状構成では、一連の傾斜溝が、矩形の「末端」溝と組み合わされている。矩形の末端溝は、上述の継手金具の第１の形状構成の矩形溝と実質的に同一である。即ち、管はその矩形の末端溝に対して当接される。
【０００６】
民間用途において、Ｂｅｉｌｅｙの継手金具は、チタンを含む低延性材料で作られた管をスエージングするのに最も適している。しかしながら、ＳＳ３２１、Ｉｎｃｏｎｅｌ６２５、及び類似の延性をもつ他の材料を含むステンレス鋼のような比較的高い延性の材料もまた、航空宇宙産業における流体移送システムを含む広範な管配置の用途に用いられる。高延性材料は、同じスエージング圧力の下では低延性材料よりも「流動する」程度が大きい。低延性の管に対して行われるスエージング加工では、管が継手金具中に引き込まれる状態になり、結果として末端溝において管が膨出することになる。流動する材料は、継手金具に向けて外向きに押し付けられ、その局部区域において大きい軸方向荷重を生じる。管材料のこの膨出は、管寸法の望ましくない変化だけでなく継手金具の破損を引き起こす可能性がある。
【０００７】
スエージング加工の間における継手金具中への管の流動即ち「サッキング」を考慮するために、管を継手金具に対して後退するように設定することが必要である。つまり、管は、管材料の軸方向及び半径方向の流動を吸収するために、継手金具の末端に対してオフセットした位置に置かれなければならない。スエージング加工により、管が継手金具中に流動し該継手金具中に充満してセットバック量の差を生じる。管は完全にかつ確実に継手金具に固定されなければならないので、正しいセットバック量を正確に維持することが重要である。このことは、継手金具に隣接する管の部位の周りに捕捉カラーを取り付けることによって達成される。カラーは、管の周りに剛性があるが取り外し可能に固定されなければならい。スエージング加工が完了すると、カラーは取り外されなければならい。カラーを正確に位置合わせし、取り付け、そして取り外す各工程は、比較的延性のある材料の管の各々に対して継手金具が当接される度に繰り返されなければならない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って、必要なものは、延性のある管材に用いることができる内部スエージング式継手金具である。同様に必要なものは、セットバックの必要性及びセットバックカラーの使用を排除する、このような内部スエージング式継手金具である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の必要性は、高延性の管材料の流動を吸収する内部スエージング式継手金具を提供する本発明によって満たされる。継手金具は、内表面及び外表面と管受け入れ領域及び管接合領域と有する中空の円筒形本体を含む。管接合領域における本体の内表面は、１つ又はそれ以上の溝とスエージング加工の間に管の過剰材料を受けるための拡張空洞とを含む。継手金具はまた、拡張空洞に隣接する管停止壁を含む。管が円筒形本体の内部に置かれたとき、管の末端部が管停止壁に当接する。拡張空洞は、管停止壁から或る角度で１つ又はそれ以上の溝から離れる方向に延びる端壁を含み、継手金具に過剰な軸方向圧力を加えることなく管材料を流動させて充満させるための充填空間領域を形成するようになっている。
【００１０】
本発明及び従来技術に勝るその利点は、付属の図面を参照して以下の詳細な説明及び添付の特許請求の範囲を読めば明らかになるであろう。
【００１１】
本発明として見なされる主題は、本明細書の冒頭部分に具体的に指摘されかつ明確に請求されている。しかしながら、本発明は、付属の図面の図と共になされる以下の説明を参照することにより最も良く理解することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図面において同一の参照符号は同じ要素を示しているが、その図面を参照すると、図１は、本発明の雌型（即ち、フェルール形）内部スエージング式継手金具１０を示す。継手金具１０は、特定の用途に適する任意の材料で製作される。例えば、ＳＳ３２１ステンレス鋼、Ｉｎｃｏｎｅｌ６２５又はこれに類するもののような延性の材料で形成された管のスエージングにおいて、継手金具１０は、チタン即ちＡ２８６で製作することができる。勿論、継手金具１０は、スエージング加工の間に継手金具１０の実質的な変形を引き起こすことなく管の流動を生じさせるのに十分な任意の材料で形成することができる。
【００１３】
フェルール形継手金具１０は、外表面１４及び内表面１６を有する中空の円筒形本体１２を含む。本体１２は、管受け入れ領域１８及び管接合領域２０を有する。継手金具１０の管接合領域２０の内表面１６は、ランド２４により軸方向に間隔を置いて配置された複数の半径方向に配設された結合溝２２を含む。図１及び図３に示すように、管接合領域２０は、更に半径方向に配設された拡張空洞２６及び管停止壁２８を含む。管停止壁２８は、スエージングされる管が継手金具１０内で前進するのを阻止する。拡張空洞２６は、スエージング加工の間に管の過剰材料が流動するための場所を形成する。
【００１４】
拡張空洞２６は、入口側壁３０、湾曲した充填領域３２、及び背面壁３４を含む。充填領域３２は、停止壁２８を越えて延びて、管接合領域２０において継手金具１０に過剰な軸方向応力を生じさせることなく過剰な管材料がその中に流動することができるようになっている。背面壁３４は、停止壁２８から離れる方向に傾斜しており、流動する材料が継手金具１０の内表面１６に対して直接上向きに移動するのではなく空間３６に流入するようにする。溝２２、ランド２４及び拡張空洞２８の寸法は、管１２及び継手金具１０の構造特性の関数として選定されることができる。管停止壁２８に対する背面壁３４の角度もまた、管材料の流動特性及び継手金具１０のフープ強度の関数として選定されることができる。背面壁３４は、約１０度から約７５度の間の角度で、１つの実施形態では約４５度の角度で停止壁２８から離れる方向に傾斜させることができる。
【００１５】
図２は、対応する雄型（即ち、ボールノーズ形）内部スエージング式継手金具４０を示す。ボールノーズ形継手金具４０は、中空の本体４２と外表面４４及び内表面４６とを含む。継手金具４０は、比較的延性のある材料の管をスエージングするのに適した材料で製作されることができる。例えば、継手金具４０は、チタン即ちＡ２８６で製作することができる。
【００１６】
引き続いて図２及び図３を参照すると、継手金具４０の本体４２は、管受け入れ領域４８及び管接合領域５０を有する。継手金具４０のハウジング４２は、選定可能な形状にすることができることに注目されたい。しかしながら、管接合領域５０における継手金具４０に構造的補強を与えるために、該継手金具４０は、構造領域４５を含む。構造領域４５は、本体４２の残り部分の壁の厚さより厚さが厚くなっており、継手金具４０が管に対してスエージングされた後に管上で継手金具を締め付けたり弛めたりするために継手金具４０の六角平坦部を形成している。
【００１７】
継手金具４０の管接合領域５０の内表面４６は、ランド２４により軸方向に間隔を置いて配置された複数の半径方向に配設された結合溝２２を含む。管接合領域５０は更に、半径方向に配設された拡張空洞２６及び管停止壁２８を含む。管停止壁２８は、スエージングされる管が継手金具４０内で前進するのを阻止する。拡張空洞２６は、スエージング加工の間に管の過剰材料が流動するための場所を形成する。
【００１８】
拡張空洞２６は、入口側壁３０、湾曲した充填領域３２、及び背面壁３４を含む。充填領域３２は、停止壁２８を越えて延びて、管接合領域５０において継手金具４０に過剰の軸方向応力を生じさせることなく過剰の管材料がその中に流動することができるようになっている。背面壁３４は、停止壁２８から離れる方向に傾斜しており、流動する材料が継手金具４０の内表面１６に対して直接上向きに移動するのではなく空間３６に流入するようにする。溝２２、ランド２４及び拡張空洞２８の寸法は、管１２及び継手金具４０の構造特性の関数として選定されることができる。管停止壁２８に対する背面壁３４の角度もまた、管材料の流動特性及び継手金具４０のフープ強度の関数として選定されることができる。背面壁３４は、約１０度から約７５度の間の角度で、１つの実施形態では約４５度の角度で停止壁２８から離れる方向に傾斜させることができる。
【００１９】
２つの管がスエージング加工で互いに接合されることになるとき、フェルール形継手金具１０及びボールノーズ形継手金具４０は、図４に示す状態で管に対して配置される。第１の管５２が、フェルール形継手金具１０の管受け入れ領域１８内に挿入される。第１の管５２は、継手金具１０の管停止壁２８の表面と接触するまで該管停止壁２８に向かって押し込まれる。第２の管５４が、ボールノーズ形継手金具４０の管受け入れ領域４８内に挿入される。第２の管５４は、継手金具４０の管停止壁２８の表面と接触するまで該管停止壁２８に向かって押し込まれる。次に、通常のスエージング方法を用いて、継手金具１０は管５２上にスエージングされ、継手金具４０は管５４上にスエージングされる。通常のスエージング方法は、スエージローラ又はスエージブラダのどちらかと継手金具／管の組合せ中に挿入されスエージング加工が完了すると除去されるマンドレルとの使用を含むことができる。
【００２０】
継手金具１０及び４０は、スエージングに先立って互いに隣接する状態で図４に示されている。しかしながら、それぞれの管及び継手金具は、互いに別々にスエージングされ、その後最終組立てに先立って互いに連通状態にされる。管５２及び５４の壁厚さは、スエージングの前は実質的に均一で真直ぐであることが理解できる。図５に示すように、スエージング加工では、管が溝２２及び拡張空洞２６の近傍で変形させられ管材料の１部がそれらの領域中に流動する。内部スエージング式継手金具１０及び４０のそれらの領域の設計により、それらの領域中の管材料が継手金具に過剰な軸方向応力を加えることなく適当な方向に流動することができるようになっている。その上に、停止壁２８は、管がそれ以上内方へ動くのを阻止する。
【００２１】
図５は、本発明の内部スエージング式継手金具にスエージングされた２本の管を互いに接合する１つの実施形態を示す。具体的には、ねじが切られたナット５６が、継手金具４０の取り付けねじ部５８に嵌められて２つの継手金具を互いに引き寄せる。継手金具１０のボールノーズを受ける合わせ面６０が、継手金具４０のフェルールに入る合わせ面６２と接触して置かれる。次に、ナット５６が、継手金具４０上に締め付けられる。ナット５６が継手金具４０上にねじ込まれると、フェルールの本体１２の捕捉壁６４がナットのフランジ６６により掴まれるので、継手金具１０は、継手金具４０に向かって引き寄せられる。このねじ込み動作で２つの継手金具を互いに固定する。図５に示す本発明の実施形態では、管５２及び５４は、流体がその間を流れることができるように、互いにしっかりと結合される。ボールノーズ形継手金具４０の別の実施形態では、別の管に結合させない状態で管５４の末端部として用いることができることに注目されたい。
【００２２】
拡張空洞２６を含むように図示し説明した内部スエージング式継手金具は、比較的高い延性の管材をそれらの継手金具に過剰な軸方向の力を加えることなくに高い信頼性でスエージングすることを可能にする。更に、停止壁２８と組み合わされた拡張空洞２６は、スエージング加工の間における管のサッキングを排除する。セットバックは、もはや必要とされないので、カラー及び該カラーの取り付けと取り外し工程が排除される。
【００２３】
以上は、改良された内部スエージング式継手金具を説明したものである。本発明の特定の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載されるような本発明の技術思想及び技術的範囲から逸脱することなく、それらの実施形態に対して様々な変更をなし得ることは当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内部形状を備えるフェルール形（雌型）スエージング式継手金具の断面図。
【図２】本発明の内部形状を備えるボールノーズ形（雄型）スエージング式継手金具の断面図。
【図３】本発明の内部スエージング式継手金具形状の拡張空洞の拡大断面図。
【図４】スエージング前における、所定位置で管と組み立てられた状態のフェルール形継手金具とボールノーズ形継手金具との組合せの断面図。
【図５】スエージング後における、所定位置で管と組み立てられた状態のフェルール形継手金具とボールノーズ形継手金具との組合せの断面図。
【符号の説明】
１０　内部スエージング式継手金具
２２　内表面の溝
２８　管停止壁
４０　ボールノーズ形継手金具
５２　第１の管
５４　第２の管
５６　ナット
５８　取り付けねじ部
６０　ボールノーズを受ける合わせ面
６２　フェルールに入る合わせ面
６４　本体の捕捉壁
６６　ナットのフランジ

Claims (9)

1. 末端部を有する管に対してスエージング取り付けするための内部スエージング式継手金具（１０、４０）であって、
   内表面（１６、４６）及び外表面（１４、４４）と管受け入れ領域（１８、４８）及び管接合領域（２０、５０）とを有する中空の円筒形本体（１２、４２）を含み、
   前記管接合領域（２０、５０）における前記本体（１２、４２）の前記内表面（１６、４６）は、１つ又はそれ以上の溝（２２）とスエージング加工の間に前記管の過剰材料を受けるための拡張空洞（２６）とを含む、
   ことを特徴とする内部スエージング式継手金具（１０、４０）。
2. 前記管接合領域（２０、５０）は、前記拡張空洞（２６）に隣接する管停止壁（２８）を更に含み、前記管が前記中空の円筒形本体（１２、４２）の内部に置かれたとき、該管の末端部が前記管停止壁（２８）に当接することを特徴とする、請求項１に記載の継手金具（１０、４０）。
3. 前記拡張空洞（２６）は、前記管停止壁（２８）から或る角度で前記１つ又はそれ以上の溝（２２）から離れる方向に延びる末端壁（３４）を含むことを特徴とする、請求項２に記載の継手金具（１０、４０）。
4. 前記管停止壁（２８）に対する前記末端壁（３４）の前記角度は、約１０度から約７５度の間にあることを特徴とする、請求項３に記載の継手金具（１０、４０）。
5. 前記管停止壁（２８）に対する前記末端壁（３４）の前記角度は、約４５度であることを特徴とする、請求項４に記載の継手金具（１０、４０）。
6. 前記拡張空洞（２６）は、入口側壁（３０）及び該入口側壁（３０）と前記背面壁（３４）との間の湾曲壁（３２）を含むことを特徴とする、請求項３に記載の継手金具（１０、４０）。
7. 前記入口側壁（３０）、前記湾曲壁（３２）及び前記背面壁（３４）は、湾曲した充填領域（３６）を形成することを特徴とする、請求項６に記載の継手金具（１０、４０）。
8. 前記内表面（１６、４６）の前記１つ又はそれ以上の溝（２２）は、前記中空の本体（１２、４２）の内部で半径方向に整列されていることを特徴とする、請求項１に記載の継手金具（１０、４０）。
9. 各々が末端部を有する第１の管（５２）及び第２の管（５４）をスエージング取り付けで互いに結合するための内部スエージング式継手金具の組合せであって、
   内表面（１６）及び外表面（１４）と前記第１の管（５２）を受け入れるための管受け入れ領域（１８）及び管接合領域（２０）とを備える中空の円筒形本体（１２）を有し、前記管接合領域（２０）における前記本体（１２）の前記内表面（１６）が、１つ又はそれ以上の溝（２２）とスエージング加工の間に前記第１の管（５２）の過剰材料を受けるための拡張空洞（２６）とを含み、また前記外表面（１４）が、ボールノーズ形継手金具を受ける合わせ面（６０）を含む、フェルール形継手金具（１０）と、
   内表面（４６）及び外表面（４４）と前記第２の管（５４）を受け入れるための管受け入れ領域（４８）及び管接合領域（５０）とを備える中空の円筒形本体（４２）を有し、前記管接合領域（５０）における前記本体（４２）の前記内表面（４６）が、１つ又はそれ以上の溝（２２）とスエージング加工の間に前記第２の管（５４）の過剰材料を受けるための拡張空洞（２６）とを含み、また前記外表面（４４）が、フェルール形継手金具に入る合わせ面（６２）を含む、ボールノーズ形継手金具（４０）と、
   前記ボールノーズ形継手金具（４０）の前記外表面（４４）に結合されるためのねじ部を含む、前記フェルール形継手金具（１０）と前記ボールノーズ形継手金具（４０）とを互いに結合するためのナット（５６）と、
   を含むことを特徴とする組合せ。