JP4071193B2 - パイプカプラ - Google Patents

Description

発明の分野
この発明は、パイプカップリングに関し、より特定的には、２つのパイプの端部を突合せ継ぎで接合するために特に適合されたタイプのパイプカップリングに関する。このタイプのパイプカップリングは、当該技術分野においてはしばしばパイプカプラと称する。

発明の背景
特に自動車産業においては、自動車エンジン排気システムにおいて２つのパイプを合わせて接続するためのパイプカップリングに対する必要性がある。たとえば、自動車排気システムの修理または整備においてマフラと触媒コンバータとの間でパイプを切断して、ここでカプラと称する特別なカップリングを用いて新しいマフラを装着することにより、マフラを交換することが一般的な慣例となってきている。この使用例において、カプラは２つのパイプを、排気ガス漏れに抗する良好な封止を備え、かつ高い引き離し強度を有する突合せ継ぎで接合できなければならない。突合せ継ぎの使用は、テールパイプからマフラまでの重ね継ぎにおいて共通に用いられる溝穴付きパイプ端部に対する必要性をなくす利点を有する。

先行技術においては、自動車産業により求められる機械的強度、排気ガス封止特性および長い耐用寿命の要件を満たすパイプカップリングを提供する試みがなされてきた。しかしながら、先行技術は今日の要件に関して満たされない点を多く残している。

１９４１年１月７日にモリス（Morris）に認可された米国特許第２，２２７，５５１号は、クランプシェルと合わせて結合されるべきパイプとの間に配置される円筒状の金属スリーブおよびガスケットを含むパイプカップリングを記載する。金属スリーブは、開放しており、対向する端部を備えるが、該端部は、カップリングが締められた場合にともに合わせられる相補的な舌部と窪みとを有する。

１９７７年１１月１日にカッセル（Cassel）に認可された米国特許第４，０５６，２７３号は、パイプ重ね継ぎのためのカップリングを記載するが、これはより小さな直径のパイプの端部の周りに配置され、より大きな直径のパイプの端部に抗して当接する封止リングを含む。クランプ装置は、より大きな直径のパイプの端部および封止リングを取り囲んでこれらと重なるクランプバンドを有する。封止リングは、互いに相互係合する対向する周方向端部を含み、該封止リング端部の少なくとも一方は傾斜した表面を有し、該傾斜した表面は他方の封止リング端部と係合して、内側パイプを覆うリングをクランピングする間に、リングを互いに対して軸方向に移動させ、それによりリング端部間でのリングの封止をもたらす。

この発明の一般的な目的は、先行技術のある不利点を克服する改良されたカプラを提供することである。

発明の概要
この発明に従うと、流体の漏れに抗する良好な封止をもたらし高い引き離し強度を示す突合せ継ぎで一対のパイプを接合するためのカプラが提供される。これは、高いクランプ
荷重を付与することが可能なバンドクランプにおいて改良された封止スリーブを設けることにより達成される。さらに、この発明は自動車エンジン排気システムにおいて適用するためのカプラに用いるよう特に適合される。

さらに、この発明に従うと、低コストでの大量生産に適合され、設置が簡単であり、高い引き離し強度を備えて、漏れに抗する良好なガス封止を示し、かつ長い耐用寿命を有する改良されたカプラが提供される。

さらに、この発明に従うと、ばね部材との側部端縁の締まり嵌めによって特徴付けられる舌部および溝を有する封止継手（tongue and groove sealing joints）を備えて鋼により構成される、パイプカプラのための改良された封止スリーブが提供される。

添付の図面と併せ、以下の詳細な説明からこの発明の完全な理解が得られるであろう。

発明を実行するためのベストモード
図面を参照して、この発明の２つの例示的な実施例が、特に自動車エンジン排気システムにおいて用いるよう適合されるパイプカプラにおいて示される。説明が進むにつれて、この発明は多くの異なった用途において、かつさまざまな態様の実施例において有用であることが理解されるであろう。

発明の第１の実施例
この発明の第１の実施例を図１〜７に示す。カプラ１０は突合せ継ぎにおいて一対のパイプ１２および１４を接続するよう適合されるが、これはパイプ間に良好なガス封止と強力な機械的接続とをもたらす。パイプ１２および１４は、製造公差のある、同じ呼び径を有する。パイプ１２および１４の端部は、互いに対して軸方向に整列して合わせ目２２で接する。カプラは、パイプの対を取り囲み、パイプの端部を覆うよう適合されるクランプバンド１８を含むクランプ１６を含む。クランプバンド１８は開放スリーブとして形成され、横方向に延在しかつ対向するフランジ１９および２１で終端する。クランプ１６はまたクランプを締めてクランプバンドの周方向長さを減じるようクランプバンドに接続される締め付け機構２４をも含む。分割封止スリーブ２６は、クランプバンド１８内に配置され、第１および第２の周方向端部２８および３２を有するが、これらはそれぞれ、クランプが締められた場合にクランプバンドによって分割封止スリーブが周方向に押しつぶされた場合に、互いに接触するよう対向する関係で封止構造を備える。封止スリーブ２６は、封止スリーブ２６の対向する周方向端部２８および３２に設けられる一対の舌部および溝を有する封止継手３４ａおよび３４ｂを含む。封止スリーブ２６の対向する端部２８および３２間の開口またはギャップは、フランジ１９および２１間のギャップと重ならないように、クランプバンド１８に対して周方向に場所決めされる。クランプ１６が締め付け機構２４によって締められた場合に、封止スリーブ２６はクランプバンドによって周方向に押しつぶされ、舌部および溝を有する封止継手３４を閉鎖させて、パイプの合わせ目２２から大気への漏れに抗するガス封止をもたらす。

クランプ１６自体は公知の構造であり、１９６５年９月１６日にカッセルに認可された米国特許第３，９０５，６２３号に記載されるが、その開示の全体を引用により本願明細書に援用する。上述のように、クランプ１６はクランプバンド１８を含み、これは開放スリーブとして形成されて横方向に延在する対向するフランジ１９および２１で終端する。クランプはまた、クランプバンドに接続される締め付け機構２４をも含む。締め付け機構は、クランプバンド１８のフランジ１９および２１間に配置されるスプラインまたは反発部材２３を含む。１対のボルト２５がフランジ、反発部材および押し込み棒２７における整列された開口を通じて延在するが、締め付け機構を起動するためにねじ切りナット２９
が押し込み棒２７に抗して取り付けられる。カプラ１０を以下により詳細に説明する。

分割封止スリーブ２６はシートメタルから、好適にはステンレススチールから作られ、図４に示すように平坦状態でスタンピング動作によって形成され、クランプバンド１８に挿入するために円形スリーブに予め成型される。舌部および溝を有する封止継手３４ａおよび３４ｂは、パイプ端部の合わせ目２２が舌部および溝を有する封止継手の対の間に配置され得るように、分割封止スリーブ２６上で軸方向に離れた関係で配置される。舌部および溝を有する封止継手３４ａおよび３４ｂは同じ構造であり、図４〜図６に示す継手３４ａを参照して説明する。継手３４ａは封止スリーブ２６の端部２８において溝３６ａを含む。溝３６ａは、封止スリーブの端部２８から溝の深さが増すにつれて互いに向かって収束する側部端縁３８ａおよび４２ａによって境界を設けられる。継手３４ａはまた、溝３６ａと整列してスリーブの端部３２から延在する舌部４４ａをも含む。舌部４４ａはリリーフノッチ５０によって分離される２つのばね部材４６ａおよび４８ａを含む。舌部４４ａは、溝３６ａの側部端縁３８ａおよび４２ａと同じ方向に収束する、ばね部材上の収束する側部端縁５２ａおよび５４ａを備えて形成される。

溝３６ａの側部端縁３８ａおよび４２ａは、示されるように各々半径を備えて形成される溝の口の角および溝の底の角を除いてはまっすぐである。溝の側部端縁は例えば約１８°の収束の角度を有し、すなわち、各側部端縁が溝の中心線から９°の角度で延在する。舌部４４ａの側部端縁５２ａおよび５４ａは、示されるように半径を備えて形成されるそれぞれの角の間でまっすぐに延在する。舌部部材４６ａおよび４８ａが応力を受けない状態または自由な状態にある場合、側部端縁５２ａおよび５４ａはたとえば約１２°の収束角度を有し、すなわち各側部端縁が舌部４４ａの中心線と６°の角度をなす。リリーフスロット５０は好適には鍵穴型であり、舌部の中心線に対して対称的に配置される。舌部部材４６ａおよび４８ａは弾性的でありかつ片持ちばねアームを構成する。舌部部材は、これらが嵌め合う溝に入った場合に舌部の平面において互いに向かって偏向し、溝３６ａの側部端縁との接触を保ってガス漏れに抗する封止をもたらす。

製造された状態でのパイプ１０および１２は、特定される許容公差範囲を備えた特定される呼び径を有し、該範囲内で実際のパイプ直径は変動し得る。従って、パイプ１０および１２は同じ呼び径を有すけれども、異なった実際の直径を有し得る。直径の最大の差は、一方のパイプが公差範囲の最小値での実際の直径を有し、他方のパイプが公差範囲の最大値での実際の直径を有する場合に生じ得る。

使用においては、組み立てられた締められない状態でのカプラ１０は、パイプ１２および１４の当接された端部を覆って位置決めされ、パイプ端部の合わせ目は舌部および溝を有する封止継手３４ａおよび３４ｂの間に場所決めされる。この位置において、クランプ１６はナット２７をボルト２９に締めることにより締め付ける準備ができている。クランプ１６の締め付けが進むにつれて、舌部４４ａおよび４４ｂの外側端部がそれぞれの溝３６ａおよび３６ｂに入り、舌部の側部端縁がそれぞれの溝の側部端縁と、間に摺動摩擦係合が存在するように、係合する。両方のパイプ端部が同じ実際の直径を有すると仮定すると、クランプ１６の締め付けがその最終的な締め付け状態に到達した場合に、両方の舌部が同じ貫入深さでそれぞれの溝に入る。もし両方のパイプの実際の直径が公差範囲の最大値であれば、貫入は最小限の深さで起こり、封止係合は、図７に示すように封止継手３４ａ上のポイントＡおよびＢならびに封止継手３４ｂ上のポイントＡおよびＢで生じる。これに対し、もし両方のパイプの実際の直径が公差範囲の最小値であれば、貫入は最大限の深さで起こり、封止係合は図７に示すようにポイントＣおよびＤで生じる。もしパイプの実際の直径が等しく公差範囲の中間値であれば、舌部の貫入の深さは対応して中間の深さになり、封止係合は図７におけるポイントＥおよびＦで生じる。舌部４４ａおよび４４ｂのばね部材４６ａおよび４８ａは、示される貫入の範囲を通してそれぞれの溝３６ａおよ
び３６ｂとの係合によって偏向される。これは、舌部および溝の側部端縁間の締まり嵌めをもたらすが、これは良好なガス封止を維持するのに有効である。さらに、ばね部材４６ａおよび４８ａの偏向はクランプを締めることを可能にして、スリーブとパイプとの間に十分なクランプ荷重を転送し、これらの間の相対的な運動を防ぎ、パイプの外側表面とスリーブの内側表面との間の漏れに抗して封止する。

２つのパイプ１２および１４が許容パイプ直径公差範囲内での異なった実際の直径を有すると仮定する。この状態においては、クランプ１６の最終的な締め付けが達成された場合、その一方側は他方側よりも遠くまで閉鎖され、よって封止スリーブ１６の一方側の舌部および溝を有する継手の貫入は他方側よりも大きくなる。これはスリーブを傾け（cock）、傾き角度に依存して、各舌部の両方ではなく片方のばね部材のみがそれぞれの溝と係合して封止係合をもたらし得る。それでも、両方の封止継手３４ａおよび３４ｂが漏れに抗する封止に有効であるが、なぜならばガス漏れをブロックするためには各舌部の一方のみのばね部材と溝との係合しか必要ではないからである。さらに、両方のばね部材の弾性により、舌部は締め付けの間に圧縮されて、十分なクランプ閉鎖を阻害する恐れのある過剰な干渉を防ぎ得る。こうして、クランプ１６の締め付けが最終的な締め付け状態に達すると、クランプバンド１８は封止スリーブ２６の周りで伸張されて、舌部および溝を有する継手を封止状態に保ち、かつ封止スリーブをパイプ１２および１４の外側表面およびクランプバンドの内側表面に抗して保持するクランプ力を維持して、パイプの端部間の流体漏れが大気中に流出することを防ぐ。

発明の第２の実施例
この発明の第２の実施例を説明する。第２の実施例のカプラは、図８および図９に示す分割封止スリーブ２６’の異なった構造以外は、図１〜図７のカプラと同じ構造である。封止スリーブ２６’は第１の実施例と同じタイプのものであるが、１つの舌部および溝を有する継手６０しか有さない。継手６０は、スリーブ２６’の一方端部により規定される溝６２と、スリーブの他方端部によって規定される舌部６４とを含む。溝６２は対向して配置される側部端縁６６ａおよび６６ｂを有する。舌部６４は対向して配置される側部端縁６８ａおよび６８ｂを有する。溝６２の側部端縁は、溝がその開放端および閉鎖端においてはそれらの間の領域においてよりも広くなるように溝の内向きに延在するアーチ状構造を有する。リリーフスロット７２ａは側部端縁６６ａに隣接して配置されて同じ方向に延在し、それによりばね端縁部材７４ａを形成する。同様に、リリーフスロット７２ｂは側部端縁７２ａに隣接して配置されて同じ方向に延在し、それによりばね端縁部材７４ｂを形成する。

舌部６４は、まっすぐな側部端縁を備えた矩形であり、溝６２の入口の幅よりもいくらか狭く、かつばね端縁部材７４ａおよび７４ｂの間の最も狭い幅よりもいくらか広い幅を有する。

分割封止スリーブ２６’を備えて実現されるカプラの使用において、単一の舌部および溝を有する継手６０は、図１〜図７のカプラを参照して説明したのと同様の態様でカプラのクランプの締め付けと同時に、閉鎖される。クランプの締め付けが進行するにつれて、舌部６４の外側端部は溝６２に入り、舌部の側部端縁は溝のそれぞれの側部端縁と、それらの間に摺動摩擦係合が存在するように、係合する。溝６２の側部端縁のばね端縁部材７４ａおよび７４ｂは、図１〜図７のカプラを参照して説明したのと同様の態様で製造公差範囲内のパイプ１２および１４の実際のダイメンションのばらつきを受け入れる。もし２つのパイプが等しい値の実際の直径を有していれば、舌部６４は実際の直径に対応した量で貫入し、溝の側部端縁と封止係合を生じさせる。もし２つのパイプが異なった実際の直径を有していれば、スリーブはそれに従って立ち上がり、舌部の側部端縁は溝の側部端縁との接触を維持して舌部および溝を有する継手６２を通る漏れに抗する封止をもたらす。
また、ばね端縁部材７４ａおよび７４ｂは、密接な封止係合でのクランプの閉鎖と、パイプの間の相対的な運動を防ぐための十分なクランプ荷重の転送とを阻害するであろう過剰な干渉なしに係合をもたらす。

結論
この発明の説明を特定の実施例を参照して行なってきたが、これを限定的な意味で解釈すべきものではない。ここで、この発明の多くの展開例および修正例が当業者には想起されるであろう。

この発明の第１の実施例の斜視図である。 ２つのパイプの当接された端部に設置される図１のカップリングの断面図である。 ２つのパイプの当接された端部に設置される図１のカップリングの側面図である。 平坦状態における分割封止スリーブの平面図である。 図４の第１の部分の拡大図である。 図４の第２の部分の拡大図である。 封止する係合における、舌部および溝を有する封止継手を備えた分割封止スリーブの破断図である。 この発明の第２の実施例において用いられる分割封止スリーブの平面図である。 封止する係合における、舌部および溝を有する封止継手を示すこの発明の第２の実施例の分割封止スリーブの破断図である。

Claims (10)

1. 一対のパイプを接続するためのカプラにおいて、前記カプラは、クランプを含むタイプのものであり、前記クランプは一対のパイプを取り囲むよう適合されるクランプバンドを含み、前記一対のパイプは隣接する端部の合わせ目で実質的に直径が同じでありかつ互いに対し軸方向に整列して配置され、前記クランプバンドは、前記一対のパイプのそれぞれの端部に重なるのに十分広く、前記クランプは、前記クランプバンドに接続されて前記クランプバンドを締める締め付け機構および分割封止スリーブをも含み、前記分割封止スリーブは前記クランプバンド内に存在し、かつ前記封止スリーブが前記クランプバンドによって周方向に押しつぶされた場合に互いに接触するために対向関係にある第１および第２の周方向端部を有し、
   前記封止スリーブは、少なくとも１つの舌部および溝を有する封止継手を含み、前記溝は前記封止スリーブの一方の周方向端部により規定され、前記舌部は、前記封止スリーブの他方の周方向端部により規定され、前記舌部は前記封止スリーブが周方向に押しつぶされた場合に、前記溝と嵌め合うよう前記溝に対向して配置され、前記舌部および前記溝は各々が第１および第２の側部端縁を有し、前記舌部の第１の側部端縁および前記溝の第１の側部端縁は第１の側部端縁の嵌め合う対をなし、前記舌部の第２の側部端縁および前記溝の第２の側部端縁は第２の側部端縁の嵌め合う対をなし、前記舌部は、両方の前記嵌め合う対に対する初期の係合から最大貫入点に延在する貫入の範囲全体にわたる、前記ノッチとの締まり嵌めを有し、
   第１の嵌め合う対の一方側部端縁および第２の嵌め合う対の一方側部端縁はばね部材であり、これにより、クランプが締められた場合に両方の前記側部端縁の嵌め合う対の間に封止係合がもたらされる、カプラ。
2. ２つの舌部および溝を有する封止継手があり、前記２つの舌部および溝を有する封止継手は前記カプラの軸方向に離れており、これにより前記カプラは、２つの組が前記パイプの隣接する端部の対向する側部に配置されるように、前記パイプの対に対して位置決めされる、請求項１に記載のカプラ。
3. 第１の継手における舌部の両方の側部端縁がばね部材であり、第２の継手における舌部の両方の側部端縁がばね部材である、請求項２に記載のカプラ。
4. 一対のパイプを接続するためのカプラにおいて、前記カプラは、クランプを含むタイプのものであり、前記クランプは一対のパイプを取り囲むよう適合されるクランプバンドを含み、前記一対のパイプは隣接する端部の合わせ目で実質的に直径が同じでありかつ互いに対し軸方向に整列して配置され、前記クランプバンドは、前記一対のパイプのそれぞれの端部に重なるのに十分広く、前記クランプは、前記クランプバンドに接続されて前記クランプバンドを締める締め付け機構および分割封止スリーブをも含み、前記分割封止スリーブは前記クランプバンド内に存在し、かつ前記封止スリーブが前記クランプバンドによって周方向に押しつぶされた場合に互いに接触するために対向関係にある第１および第２の周方向端部を有し、
   前記封止スリーブは、第１および第２の舌部および溝を有する封止継手を含み、前記第１および第２の舌部および溝を有する封止継手は、前記封止継手が前記隣接するパイプ端部の前記合わせ目の対向する側部に配置されて前記封止スリーブが前記パイプ上に場所決めされ得るように、軸方向に離れた関係で前記周方向端部上に場所決めされ、
   前記封止継手の各々は、封止スリーブの一方周方向端部によって規定される側部端縁を有するＶ字型溝と、封止スリーブの他方周方向端部によって規定される側部端縁を有するＶ字型舌部とを含み、前記舌部は、前記封止スリーブが周方向に押しつぶされた場合に、前記溝と嵌め合うよう前記溝に対向して配置され、前記舌部は、両方の前記嵌め合う対に対する、初期の係合から最大貫入点に延在する貫入の範囲全体にわたる、前記溝との締ま
   り嵌めをそれぞれ有し、
   各封止継手の舌部の側部端縁のうちの少なくとも１つはばね部材であり、これにより、クランプが締められた場合に前記側部端縁の係合により封止係合がもたらされる、カプラ。
5. 前記舌部の両方の側部端縁がばね部材である、請求項４に記載のカプラ。
6. 一対のパイプを接続するためのカプラにおいて、前記カプラは、クランプを含むタイプのものであり、前記クランプは一対のパイプを取り囲むよう適合されるクランプバンドを含み、前記一対のパイプは隣接する端部の合わせ目で実質的に直径が同じでありかつ互いに対し軸方向に整列して配置され、前記クランプバンドは、前記一対のパイプのそれぞれの端部に重なるのに十分広く、前記クランプは、前記クランプバンドに接続されて前記クランプバンドを締める締め付け機構および分割封止スリーブをも含み、前記分割封止スリーブは前記クランプバンド内に存在し、かつ前記封止スリーブが前記クランプバンドによって周方向に押しつぶされた場合に互いに接触するために対向関係にある第１および第２の周方向端部を有し、
   前記封止スリーブは、前記周方向端部に場所決めされる舌部および溝を有する封止継手を含み、
   前記封止継手は、前記封止スリーブの一方周方向端部によって規定される溝と、前記封止スリーブの他方周方向端部によって規定される舌部とを含み、前記舌部は、前記封止スリーブが周方向に押しつぶされた場合に、前記溝と嵌め合うよう前記溝に対向して配置され、前記舌部および溝の一方は、第１および第２の実質的にまっすぐで平行な側部端縁を有し、前記舌部および溝の他方は、第１および第２の凸型アーチ状の側部端縁を有し、前記舌部の第１の側部端縁および前記溝の第１の側部端縁は第１の側部端縁の嵌め合う対をなし、前記舌部の第２の側部端縁および前記溝の第２の側部端縁は第２の側部端縁の嵌め合う対をなし、前記舌部は、両方の前記嵌め合う対に対する初期の係合から最大貫入点に延在する貫入の範囲全体にわたる、前記溝との締まり嵌めを有し、
   前記側部端縁の嵌め合う対の少なくとも一方の、少なくとも一方の側部端縁はばね部材であり、これにより、クランプが締められた場合に側部端縁の嵌め合う対の係合により封止がもたらされる、カプラ。
7. 両方の前記側部端縁の嵌め合う対の、両方の側部端縁はばね部材である、請求項６に記載のカプラ。
8. 前記ばね部材は、前記舌部と一体化された片持ちばねアームである、請求項４に記載のカプラ。
9. 前記ばね部材は、前記舌部および溝の一方の側部端縁に隣接するリリーフスロットの対向する端部の間に延在するアーチ形状の一体化された帯状部である、請求項６に記載のカプラ。
10. 前記リリーフスロットは前記溝の側部端縁に隣接して配置される、請求項９に記載のカプラ。

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