JP4793699B2 - 低圧接続金具 - Google Patents

Description

本発明は、低圧接続金具に関するもので、より詳しくは、低圧カップリングや低圧バルブのような低圧接続金具に関する。

流体を搬送及び収容するために、常に接続金具が必要となる。そのため、多数の装置に使用される数多くの接続金具が存在しており、低コストと信頼性とを兼備した接続金具を形成することが望ましい。このような接続金具の具体例として、クイック接続の低圧接続金具があり、このクイック接続の低圧接続金具は、数多く出願されたねじ接続の接続金具、及び、例えば、圧縮エアのコンテナ並びに排出液が供給されるコンテナなどの排出装置のバルブに置換えられる。このような接続金具のコストをできるだけ低く抑えるためには、機械加工、成形、あるいは最終仕上げを設計する必要がある。また、接続金具は、製造手法を実質的に変更することなく、簡単且つ費用を掛けずに組立てられるのが望ましい。

比較的簡易に構成される装置においては、組立体及び材料の広範囲にわたる試験を実施して、装置の信頼性が得られる範囲の能力が確保される組立体及び材料を使用することが望ましい。これは、最小限のコストで製造するための設計者及び製造者の部品の過度な設計を防止することを許容する、あるいは、接続金具が使用される装置の他の部分に製造の費用を費やすことができる。

発明の概要

本発明は、雌部材に形成された内壁を有する収容部を含む接続金具を提供するものである。その内壁は、ショルダ部とランド部とを含む。雄部材は、間隙をあけて雌部材に収容される。雄部材は、外側に開口した溝を備える。雄部材が雌部材に対して移動するのを防ぐために、雄部材の外溝（外側に開口した溝）と収容部におけるショルダ部及びランド部との間をＯリングで密着させている。外溝、ショルダ部及びランド部は、雌部材に対して雄部材が移動するのを防ぐのに十分なＯリングの圧縮が得られるように形成される。

図１に示されるのは、本発明のクイック接続カップリングの第１実施形態１２であって、収容部又は雌部材１４、雄部材１６、ロック用Ｏリング１８、及び第１密閉用Ｏリング２０を部品として有する。

最初に、雌部材１４は、内溝２２に軸方向へ自由な状態で位置決めされたロック用Ｏリング１８を有する。この内溝２２は、底部２６と半径方向へ延びる側壁２８及び３０と側壁３０の境界に形成された環状のエッジ３１を有する。側壁２８は、雌部材１４の軸３２に側壁３０よりも接近しており、側壁３０よりも広い表面を有する。側壁２８の内側には規制面３４があり、この規制面３４は、雌部材１４の内円筒形のランド部３６から管部材へ向けて延びる截頭円錐面、または、一体化して形成するかあるいは雌部材１４と一体のチューブの部分４０へ向けて延びる截頭円錐面、によって構成される。

内溝２２の前側壁３０から前方へ延びる部分は、第１円筒部４２よりも直径が大きく、且つ、軸方向長さが第１円筒部４２よりも実質的に小さい第２円筒部４２である。第２円筒部４２は、雌部材１４の軸３２に向けて内側に延びる截頭円錐面４４に接続される。截頭円錐面からなるショルダ部４４は、円筒面によって形成されて内径が第１円筒部３６の内径と実質的に同一であるインレット面４６に接続される。

雄部材１６は、截頭円錐形に形成されたノーズ部５０と、第１密閉用Ｏリング２０が着座されて外側（あるいは外部）に設けられる開口溝５２と、を有する。溝５２は、円筒部５４を介して第２外溝５６に接続される。第２外溝５６は、円筒形底部５８と、円筒形底部５６から外側へ向けて開くように形成された第１及び第２截頭円錐壁６０及び６２とを有する。そして、雄部材１６は、一体成形あるいは雄部材１６と一体化されたチューブ６６に連続されて、チューブは、通常、その直径がチューブ４０の直径と等しく、雌部材１４に接続される。

図２は、雌部材１４に雄部材１６が挿入された状態を示すもので、弾性体からなるＯリング１８を膨張させることを許容しながら、截頭円錐形のノーズ部５０が雌部材１４の截頭円錐面３４に当接するまで、雄部材１６が雌部材１４に挿入された状態を示す。この時、Ｏリング１８は、その弾性力に抗して内溝２２に向けて膨張して、それから、雄部材１６の外溝５６に着座するようにして当該外溝５６に当接する。

雌部材１４に接続されたチューブ４０を与圧するか、あるいは、雄部材１６に接続されたチューブ６６を与圧して、第１Ｏリング２０に作用する液圧を、雄部材１６が雌部材１４に対して矢印７０で示される方向へ移動することができるように、チューブ内部に圧力を付与する。ロック用Ｏリング１８は外溝５６によって束縛されることから、Ｏリングは截頭円錐面６０に押付けられて円筒部４２を雌部材１４の第２側壁に接続するエッジ３１によって変形される。これは、雌部材１４のエッジ３１と雄部材１６の溝５６の截頭円錐面６０と間隙でＯリング１８が押し潰されることに起因する。

図３は、ロック用Ｏリング１８、それから、このＯリング１８が円筒面４２から円筒形のインレット面４６へ延びて矢印７０で示される方向への雄部材１６の軸方向への移動を妨げる截頭円錐形のショルダ部４４に接触した状態を示す。そして、雄部材１６は、雌部材１４の内部に永久的に固定される。

ロック用Ｏリング１８には、弾性を有して変形可能であることから、雄部材１６と雌部材１４との間隙７４を密閉する第２シールが形成される。したがって、なんらかの用途に使用されるシール１８は、カップリング１２をロック及び密閉するのに十分であり、その場合、シール２０を除去してもよいし、あるいは、Ｏリング１８の密閉力を補填するためのサブ的なＯリングとしてもよい。

管状部分４０及び６６の内部圧力を利用して雄部材１６と雌部材１４とをカップリングするに際して、図２に示される位置から図３に示される位置へ雄部材１６と雌部材１４とを相互に反対方向へ単に引っ張ることにより、ロックされることは言うまでも無い。

図４及び図５に示されるのは、本発明の第２実施形態１２’のクイック接続カップリングであり、ラジアル面３０’、円筒部４２’、截頭円錐形ショルダ部４４’、そして、雌部材１４’の内ねじ８４に係合される外ねじが部分的に形成された円筒形インレット４６’を有する。ストップナット８０は、雌部材１４’の端部８８に当接されるラジアルショルダ部８６を有する。雌部材１４’と雄部材１６とのカップリングは、図１〜図３で図解された態様と同一の態様によって成し遂げるのが望ましい。図１〜図３で図解されたカップリングは、雌部材１４の端部にロックナット８０を螺合させるのに先立ち、雌部材１４に雄部材１６を挿入させることが、効果的な結合を実現する上で望ましい。

図１〜３に示されるクイック接続カップリングは永久接続であるが、図４及び５に示すカップリングはストップナット８０を取り外すことで切り離すことができ、それにより、ロック用Ｏリング１８は截頭円錐形のショルダ部４４’によって、軸方向へ拘束されることがない。

チューブと同様に収容部、あるいはポートとして構成することができる雌部材１４は、雄部材１６と同様に加工または成形してもよい。雌部材１４と雄部材１６とは、随時、打出しによって成形される。材料は、金属、あるいはプラスチックが適宜使用される。

図６〜図１０は、本発明の接続金具の第２実施形態を示すものであって、３つの主要部品、すなわち、バルブステム１０２、バルブボディ１０４、Ｏリング１０６からなるバルブアッセンブリ１００として形成される。バルブステム１０２は、プラグ形状をなす雄部材を含み、そのうえ、バルブボディ１０４は収容部、あるいは雌部材を含む。

正面図に示されるように、バルブボディ１０４は円筒形内壁によって特徴づけられるボア１１０を有する。ボア１１０は、第１端部１１２と第２端部１１４とを有する。第２端部１１４は、ショルダ部１１８を有する凹部１１６に作用する圧力を軽減する。ショルダ部１１８は、僅かに截頭円錐形をなす。バルブボディ１０４は、コンテナ、あるいは、例えば圧縮エアや液体に限らず流体を収容する他の装置が螺合されるねじ１２０が外側に有する。端面１２６を有するヘクスナットフランジ１２４は、バルブボディ１０４と一体に形成される。

バルブステムあるいは雄部材１０２は、半径方向へ突出したエンドフランジ１３０とシャンク部１３２とを有する。シャンク部１３２は、第２端部１３５をなす外溝１３４と、外溝形状の長さ方向へ延びる開口１３８とを有する。２つの溝１３８は、１８０°の角度位相で配置するのが望ましい。溝１３８は、略環状の溝１３５とエンドフランジ１３０の半径方向へ延びる溝１４４に連通する第２端部１４２とが配置された第１端部１４０を有する。

バルブアッセンブリ１００を組立てるためには、バルブステム１０２、バルブボディ１０４及びＯリング１０６を図６のように配置して、バルブボディのボア１１０にバルブステム１０２を挿通させることによって、図７のように部分的に組立てられる。そして、図８Ａ及び図８Ｂに示されるように、Ｏリング１０６は、バルブステム１０４の端部１３６越えて広がると共に環状溝１３５に着座される。

８Ａ及び図８Ｂに示されるバルブアッセンブリ１００は、コンテナあるいは流体を収容した他の装置の壁１５０（点線で示される）にねじ込まれる。流体が、圧縮空気のような加圧された流体である場合、バルブステム１０２の端面１３６に作用する圧力は、図９Ａ及び図９Ｂのポジションと、Ｏリング１０６が環状に形成された凹部１１６の截頭円錐形のショルダ部１１８に密着した図１０Ａ及び図１０Ｂのポジションと、の位置を通過して移動するバルブステムに作用する。Ｏリングは、截頭円錐形ショルダ部と円筒面１１９と環状凹部１１６とに沿って変形することにより、バルブステム１０２とボア１１０の壁との間隙を密閉する。加えて、Ｏリング１０６は、壁１５０の背面の流体が間隙１３８の端部１４０を通過して逃げないように、溝１３５の面１３７に圧縮されて当接される。

壁１５０の後の圧力を抜く場合、バルブのエンドフランジ１３０をバルブボディ１０４の表面１２６に単に押し戻すことにより、溝１３８により形成されるスペースが壁１５０の反対側のスペースと連通する。これにより、バルブボディ１１４中の環状凹部１１６に空気が入り、雄部材１０２(図６参照)のシャンク１３２と半径方向溝１４４内の軸方向溝１３８から、壁１５０の後の空気を低圧（例えば、周囲の外気圧力）まで排気する。再加圧により、バルブステム１０２が図８Ａ及び８Ｂの位置から図１０Ａ及び１０Ｂの位置へ再び移動し、バルブを閉じる。

図１１はバルブアッセンブリ１００’の更なる態様を示す。図１１に示す接続金具は、コイルスプリング１６０がバルブボディ１０４内に形成される軸状ポケット１６２中に配置されている点以外は、図６〜１０に示す接続金具と同様である。コイルスプリング１６０をフランジ１３０に押付けることにより、フランジがバルブボディ１０４の端面１２６から離れ、さらに、バルブアッセンブリ１００’が、図１０Ａ及び図１０Ｂに示す閉塞位置と同様の閉塞位置に移動する。その結果、バルブ１００’は自動的に閉塞位置に位置することになる。もし、コンテナが、水、あるいは、図８Ａ及び図８Ｂに示す開放位置から図１０Ａ及び図１０Ｂに示す閉塞位置にバルブステムを移動させるのに十分な圧力をバルブステム１０２に付与することができない低圧液体で満たされている場合、スプリング１６０がバルブ１００’を閉じるのに必要な力を供給する。バルブ１００’からの排気が望ましい場合、バルブステム１０２をバルブボディ１０４の端面１２６に押し戻す。これにより、溝１３８がバルブボディ１０４を越えたスペースに対して開き、液体を軸方向溝１３８及び半径方向溝１４４から周囲環境に抜くことができる。

図１２〜図１６は、本発明の他の態様による接続金具１２”を示す。この接続金具は、少なくとも一つの例外（すなわち、接続金具１２”の雄部材１６”が密閉用Ｏリングを含まない）を除いて本発明の図１〜図５に示す態様と実質的に同一である。反対に、密閉用Ｏリング２０’を雌部材１４”の内溝２２”に受け入れている。密閉Ｏリング２０’を雌部材１４”中に設置することによって、この構成でなければ図１〜図５に示す雄部材１６の溝５２には嵌らない、より大きい直径の密閉用Ｏリングを使用することが可能になる。さらに、雄部材１６”から密閉用Ｏリングを取り除くことにより、雄部材１６”から溝５２を除去することができる。これにより雄部材１６”の口径をより大きくすることができる。さらに、雄部材１６”から密閉用Ｏリングを取り除くことにより、接続金具１２”を結合させるのに必要な挿入力を軽減することができる。これは、密閉用Ｏリング２０’をアッセンブリする時に、ロック用Ｏリング１８’を通過する必要がないためである。密閉用Ｏリング２０’を雌部材１４”の内溝２２”内に位置させることにより、接続金具１２”が側面からの負荷を支持する能力も向上させることになる。

図１３は、雄部材１６”が雌部材１４”に挿入された状態を示す。雄部材１６”のノーズ部５０”は、ロック用Ｏリング１８’を密閉用Ｏリング２０’に押し付けて、ロック用Ｏリング１８’を中心として弾性を有するロック用Ｏリング１８’を膨張させることで、雄部材１６”を雌部材１４”に滑り込ませる。図１４に示すように、ロック用Ｏリング１８’と密閉用Ｏリング２０’は共に弾性力に抗して膨張して、内溝２２”に入り込む。雄部材１６”の截頭円錐形ノーズ部５０”が雌部材１４”内の截頭円錐面３４”に当接する前に、ロック用Ｏリング１８’が収縮して、雄部材１６”の外溝５６”に収容される。図１６に示すように、ロック用Ｏリング１８’は、部材を分離させる縦方向の力が加えられた時に、ショルダ部４４”とランド部４２”の間に押し込められる。ショルダ部４４”とランド部４２”は、ねじ付ストップナット８０’の内部に収容されているように図１２〜図１６に示されているが、ショルダ部４４”とランド部４２”は、図１〜図３に示されるように、雌部材１４”のボディ内に収容されていることが望ましい。

図１２に示されるように、外溝５６”は円筒形底部５８’と、円筒形底部５８’から外方に開いて外溝５６”の凹部を形成する第１截頭円錐形壁６０’及び第２截頭円錐形壁６２’と、を含む。この態様では、截頭円錐形壁６０’及び６２’の角度Ａは、底部５８’に対してほぼ６０度であるが、角度Ａは必ずしもこれに限られない。外溝５６”のコーナー半径は、壁６０’と６２’と底部５８’の間にロック用Ｏリング１８’の直径の約半分でよい。同様に、外溝５６”の深さは、ロック用Ｏリング１８’の直径の約半分でよく、外溝５６”の幅はロック用Ｏリング１８’の直径とほぼ同じでよい。雌部材１４”のショルダ部４４”及びランド部４２”の寸法は、上述した雄部材１６”の外溝５６”の寸法と実質的に同一でよい。

この態様において、ロック用Ｏリング１８’の硬度は約７０〜９０（ショアＡ）であるが、この硬度に限らない。強化されていないポリマー製Ｏリングの場合、この硬度はロック用Ｏリング１８’の直径と対応する外溝５６”、ショルダ部４４”、ランド部４２”の寸法に応じて、約１０％〜２５％に減少する。接続金具の抜き圧力（すなわち、雄部材と雌部材とを分離させる圧力より低い所定圧力）は、一般的に、ロック用Ｏリング１８’の剪断強さによって決まるものであり、これはロック用Ｏリングの収縮により強化される。この特徴は、弾性ポリマー製Ｏリング等の強化されていないポリマー製Ｏリングを使用する際に特に有用である。従って、外溝５６”、ショルダ部４４”、及びランド部４２”は、雄部材１６”の雌部材１４”からの脱離を防ぐために、ロック用Ｏリング１８’の収縮だけで十分なように構成される。

図１〜図１１に示す態様と同様に、ロック用Ｏリング１８’は、雄部材１６”と雌部材１４”との間隙を密閉して、ゴミや他の破片などの混入物質が雌部材１４”の内溝２２”に侵入するのを抑止する二次的なシールを形成する。従って、少なくともいくつかの用途には、ロック用Ｏリング１８’は、接続金具１２“をロック及び密閉するのに十分である。この場合、密閉用Ｏリング２０’は除去してもよいし、密閉用Ｏリング２０’の密閉力を補填する付加的な密閉用Ｏリングと考えてもよい。圧縮状態にあるロック用Ｏリング１８’の弾性は、特に金属の分割体を利用したロック用リングや強化ばねを利用したゴム製Ｏリングと比較して、接続金具１２”の耐振性を向上させる。

図１７〜図１９は、図１２〜図１６に示す態様と実質的に同一な、本発明の他の態様による接続金具１２’’’を示す。図１２〜図１６に示した特徴に加えて、接続金具１２’’’の雌部材１４’’’と雄部材１６’’’とは、雌部材１４’’’に対する雄部材１６’’’の回転を抑止させる回転抑止機構９０を含む。この態様において、回転抑止機構９０は、雌部材１４’’’中に多角形開口部９２と、対応する雄部材１６’’’あるいは雌部材１４’’’が所定の角度だけ回転した場合に、多角形開口部９２に結合するサイズの多角形突出部９４を雄部材１６’’’上に有する。雌部材１４’’’には、多角形開口部９２とロック用Ｏリング１８’’’の間に、雄部材１４’’’の角度に関らず、多角形突出部９４を収容する大きさの空洞部９６があってもよい。

説明した態様においては、空洞部９６の直径は、多角形開口部９２のコーナー間の距離よりも若干大きく、これにより雄部材１６’’’は自由に回転することができる。空洞部９６の位置は、内溝２２’’’内のロック用Ｏリング１８”の位置にも対応する。これにより、ロック用Ｏリング１８”が雄部材１６’’’の外溝５６’’’内にある場合、多角形突出部９４は回転する。空洞部９６は、また、ストップナット８０を取り外す前に雄部材１６’’’をさらに雌部材１４’’’に押し入れることにより、雄部材１６’’’を回転させることなくストップナットを分解することができる。多角形開口部９２及び空洞部９６は、図１７〜図１９に示す態様においてはストップナット内に設けられているが、雌部材がストップナットを含まない場合(例えば、図１〜図３参照)、多角形開口部９２と空洞部９６とは雌部材１４’’’のボディ内に設けられることが望ましい。

多角形突出部９４を多角形開口部９２で受容することにより、接続金具１２’’’がロックされて、加圧下にあるであろうことが視覚的に、計算上示唆される。これにより、ユーザーが全圧力を抜く前に接続金具１２’’’を分解することを抑止できる。空洞部９６の内部エッジ９９(図１８、図１９)はストップ炉として使用することができ、これにより、截頭円錐面の必要性を無くし（例えば図１の表面３４）、雌部材１４’’’を製造する際の複雑さを軽減することができる。この特性は、雌部材１４’’’が、図１２〜図１９に示すねじ付インターフェースを用いる部品に固定される場合ではなく、直接ポンプや、間にホールドのような部品内に加工される場合に特に有用である。

図１７〜図１９に示される雌部材１４’’’は、回転抑止機構９０を含む必要のない雄部材と接合できるように構成される。例えば、回転抑止機構９０が必要ない場合、ストップナット８０”は、多角形開口部９２無しで製造されるが、雄部材１６’’’上に多角形突出部９４を受容するサイズの空洞部９６は維持する。これにより、回転止め機構の有無に関らず、全ての用途に同じ構成の雄部材を用いることができる。または、雄部材１６’’’は、多角形突出部９４なしで製造して、雄部材１６’’’が、図１７〜図１９に示される雌部材１４’’’あるいは図１２〜図１６に示される雌部材１４”と接合した場合に、回転するように構成してもよい。

好ましくは、回転止め機構は、図１７〜図１９に示される多角形開口部９２及び多角形突出部９４に限定されない。または、回転止め機構は、これに限定されるものではないが、雄雌部材上の共働スプライン面を含む、他の回転抑止インターフェースを有していてもよい。

本発明を前述の態様を参照して詳細に説明したが、これらは発明を実施するための最良の形態の単なる例である。当業者には、請求の範囲に定義する本発明の技術範囲内において本発明を実施するに際して、明細書中で説明した態様にさまざまな変更が可能なことは明らかである。請求の範囲によって本発明の技術範囲を定義して、請求の範囲内の方法及び装置、その対応方法及び装置も本発明に含まれる。本発明の明細書は、本明細書中で説明した全ての新規かつ自明でない要素を全て含み、本出願及び後の出願の請求はこれら要素の新規かつ自明でない組み合わせに適用するものとする。さらに、前述の態様は説明目的であり、単一の特性及び要素が本出願及び後の出願で請求される全ての可能な組合わせに不可欠なものではない。

付随する図面に関連して考える時、いくつかのビューを通して同一または類似の要素の特徴を参照することで、本発明の他の様々な特徴より十分に正確に認識して理解することができるようにしたものである。
図１は、カップリングの構成要素を接続するに先立ち、クイック接続カップリングの第１実施形態の雌及び雄の構成要素の一部を断面で示した側面図である。 図１に示される構成要素が接続されたクイック接続カップリングの一部を断面で示した側面図である。 図１及び図２に示される構成要素が互いに接続されたクイック接続カップリングの一部を断面で示した側面図である。 図４は、他の態様のクイック接続カップリングの一部を断面で示した側面図である。 図４は、図４に示されるクイック接続カップリングの一部を断面で示した側面図であって、しかしながら、雌雄の構成要素をカップリングを開放させた図である。 図６は、バルブとして形成された本発明と一致する接続金具の構成要素の斜視図である。 図７は、最終組立てに先立ちバルブの構成要素を本発明に一致させたバルブの一部を断面で表した側面図である。 図８Ａは、組立てられたバルブが開いた状態で構成要素が組付けられた状態を示す側面図である。 図８Ａの状態を９０°回転させた状態を示す側面図である。 図９Ａは、バルブが閉塞位置に一致している状態を示す側面図である。 図９Ａの状態を９０°回転させた状態を示す側面図である。 図１０Ａは、バルブが閉塞された状態を示す側面図である。 図１０Ｂは、図１０Ａの状態を９０°回転させた状態を示す側面図である。 図１１は、スプリングによって閉塞位置に偏った、図６〜図１０のバルブの側面図である 図１２は、構成要素をカップリングするに先立って、クイック接続カップリングの他の態様の雌及び雄の構成要素の、一部を断面で示した側面図である。 図１３は、ジョイント開始直後の構成要素を示し、図１２のクイック接続カップリングの一部を断面で示す側面図である。 図１４は、ジョイント開始直後の構成要素を示し、図１２のクイック接続カップリングの一部を断面で示す側面図である。 図１５は、ジョイント開始直後の構成要素を示し、図１２のクイック接続カップリングの一部を断面で示す側面図である。 図１６は、図１２〜図１５の互いにカップリングされたクイック接続カップリングの一部を断面で示した図である。 クイック接続カップリングの他の態様に一致した雌及び雄の構成要素の一部を断面で示す側面図である。 図１７のクイック接続カップリングに用いられるストップナットの斜視図である。 図１７の相互にカップリングされたクイック接続カップリングの一部を断面で示す側面図である。

符号の説明

１２ クイック接続カップリング、１２ 雌部材、１６ 雄部材、１８ ロック用Ｏリング、４２ ランド部、４４ ショルダ部、５６ 外溝

Claims (1)

1. 接続金具（１００）は、
   雌部材（１０４）に形成されてショルダ部（１１８）と円筒面（１１９）とを有する環状凹部（１１６）を備える収容部と、
   前記雌部材に受け入れられてプラグ形状をなす雄部材（１０２）と、
   前記雄部材（１０２）の端部（１３６）越えて広がると共に環状溝（１３５）に着座され、
   前記環状凹部（１１６）に沿って変形することにより、前記雄部材（１０２）と前記雌部材（１０４）のボア（１１０）の壁との間隙を密閉するＯリング（１０６）と、
   を具備して、
   前記雄部材（１０２）は、前記間隙が維持される第１ポジションと前記間隙が閉塞される第２ポジションとの間を軸方向へ移動可能であることを特徴とする接続金具。

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