JP4932844B2 - 角度をなすように配向された空洞を有する管継手セグメント - Google Patents

Description

本発明は、配管要素を終端どうし封止するためのメカニカル継手に関する。

メカニカル配管継手は、例えば採鉱、石油採収および精製、化学製品製造、さらにはオフィスビル、倉庫、学校等で用いられる防火システムといった広範な産業分野で用いられる。メカニカル継手は、比較的未熟な作業員が単純な工具を用いて流体搬送配管網の組み立てが可能という点で、例えば溶接あるいはろう付けで配管要素を封止する他の方法に比べてかなりの利点がある。「配管要素」という用語は、本明細書において、何らかの配管状品目あるいは配管形状を有する構成要素を意味するのに用いられる。配管要素には、素管、エルボ、キャップ、Ｔ継手といった管継手、さらには弁、レジューサ、ストレーナ、絞り弁、圧力調整器等の流体制御構成要素がある。

図１は、従来技術よるメカニカル配管継手１０の例を示す。継手１０は、封止部材１６と配管要素１８および２０にわたって位置決め可能な２つの（あるいはそれより多くの）セグメント１２および１４を備える。各継手セグメント１２および１４は、配管要素１８および２０をそれぞれ嵌合して終端どうし固定するアーチ状面２２と２４を有する。図１で示される例において、アーチ状面２２は径方向内側に向けて突出し、配管要素の終端にある溝２６と嵌合する。他の例として、滑らかな終端、フレア終端、あるいは継手で嵌合される段部を有する配管要素がある。

封止部材１６は、両方の配管要素１８および２０と嵌合し、液密継手を固定する。封止部材１６は、好ましくは、後壁３４に取り付けられる一対の側壁３０および３２で規定される継手内にある空洞２８内に配置される柔軟な弾性リングである。封止部材１６は、継手セグメント１２および１４が引っ張られて管継手を形成する際にセグメントの側壁および後壁と接触することで圧迫されて配管要素と嵌合する。

図２および３で示されるように、継手セグメント１２および１４は、反対側の終端に配置され、角度をなす面３６および３８を有する場合もある。表面の勾配は各セグメントで互いに同一方向に配置される。２つのセグメントが配管要素１８および２０にわたる場合のように、セグメントの表面が対向配置され、セグメントが引っ張られると、表面の摺動嵌合によって、配管要素１６および１８の長手軸４２に直交する方向に配向される軸４０周りで互いに反対方向にセグメントが回動する。セグメント１２および１４の相対的な回動によってアーチ状面２２および２４を配管要素の溝２６の側面と嵌合させ、全ての軸周りの継手、すなわち曲げおよびねじれに対して剛性を高めるとともに軸方向の膨張あるいは収縮を防ぐことから、この回動は望ましい。

本明細書で記述される角度をなすように配向された面に加えて、特許文献１で開示され
る三日月状の溝内にある三日月状の突起といった継手セグメントの相対回動、あるいは特許文献２で開示される取り付けフランジの偏り開口部の利用を行う他の手段もある。

継手セグメント１２および１４を接続するために、各セグメントは、セグメントの反対側の終端に配置された接続部材を有する。図２および３で示す例において、接続部材は、セグメントから外側に延在するラグ形状の突起４４を備える。突起は、締め付けされる際にセグメント１２および１４を互いに引っ張るボルト４８およびナット５０といった締め付け具を受け入れる開口部４６を有する。
米国特許第５２４６２５７号明細書 米国特許第４８６１０７５号明細書

特定の状況において、軸４０周りで継手セグメントを回動させることで継手の剛性を高めるのは有利であるが、このようにセグメントが回動すると、封止部材１６が側壁３０および３２に係合して変形する。セグメントの回動によって封止部材の形状をゆがめないことが好ましい。

本発明は、封止部材と、配管要素を終端どうし固定する封止部材と嵌合する一対の配管要素の終端部分とにわたり、おのおの位置決め可能な相互接続可能な配管継手セグメントに関する。各セグメントは、配管要素の外面と接続するように適応された一対のアーチ状面を備える。第１および第２接続部材は、１つの継手セグメントをもう１つのセグメントに対して調節可能に接続するアーチ状面の反対側の終端に配置される。接続部材は、セグメントを引っ張るために調節可能に締め付けできる。第１および第２の角度をなす面は、第１および第２接続部材それぞれに隣接して配置される。角度をなす面は逆の勾配を有する。１つのセグメントの角度をなす面は、他のセグメントの角度をなす面と対向するように位置決め可能であり、セグメントが引っ張られると互いに嵌合する。面の嵌合によって、配管要素に対して実質的に垂直に向いた軸を中心にセグメントが互いに相対的に回転する。凹面がアーチ状面の間に配置され、セグメント周りで周方向に延在する。凹面は、軸に対して角度をなして設けられ、封止部材を受け入れる。他の実施形態において、空洞は複数の部分に分割され、少なくとも１つの部分が軸に対して角度をなして設けられる。特定の実施形態において、セグメントは３つの部分を有し、そのうちの２つの部分はセグメントの反対側の終端に置かれる。これら２つの部分は前述の軸に対して角度をなして設けられる。

本発明はさらに、封止部材と、配管要素を終端どうし固定する一対の配管要素の終端部分とにわたり位置決め可能な配管継手を含む。配管継手は、上述のとおり、一対の継手セグメントを備える。

本発明はさらに、配管要素の対向する終端部分を終端どうし固定する方法を含む。本方法は、
（ａ）互いに終端どうし取り付けられた一対の継手セグメントを有する配管継手を準備し、継手セグメントが、おのおの配管の外面と接続するように適応されたアーチ状面を有し、継手セグメントが、おのおのアーチ状面間に配置された凹面を有してセグメント周りで周方向に延在し、凹面が、封止部材を受け入れるように適応され、凹面が、配管要素に対して実質的に垂直になるように向けられた軸に対して角度をなして設けられるステップと、
（ｂ）セグメント間の配管要素の終端部分の位置決めを行うステップと、
（ｃ）継手セグメントを引っ張って配管要素の外面と嵌合させるステップと、
（ｄ）継手セグメントを相対的に互いに軸を中心に反対方向に回転させることで、空洞を配管要素に対して実質的に垂直に向けるステップと、
を含む。

図４および５は、本発明による配管継手セグメント５２を示す。セグメント５２は、配管要素の外面と接続するように適応されるアーチ状面５４および５６を有する。空洞５８はアーチ状面間に配置される。空洞は、側壁６０および６２と、側壁に取り付けられる後
壁６４とで規定される。角度をなす面６６および６８は、継手セグメントの各終端に配置される。面６６および６８は、逆の勾配を有し、他のセグメント上の同様の面と対向して嵌合すると、継手によって連結されている配管要素の縦軸に対して実質的に垂直な軸７０周りで互いに相対的に反対方向で回転させる。接続部材７２および７４は、継手セグメント５２の反対側の終端に配置される。この例において、接続部材は、配管要素にわたって２つの継手セグメントを接続するためのボルトおよびナットといった締め付け具を受け入れるように適応される開口部７６を有するラグを備える。

図４および５で示される実施形態において、空洞５８は、接続部材７２および７４の間を延びる基準線８０に対して回動軸７０周りで測定される配向角７８に基づき配向されている。空洞５８の配向角７８は、基準線８０に平行な線８１に対する側壁６０および６２の角度８２によって規定される。配向角７８は、実際的な設計で４°未満であることが好ましく、継手の大きさおよび継手セグメントの回動角度に応じて、１／４°と４°との間の範囲を取る場合もある。配向角７８は、他の継手セグメントと嵌合する際の継手セグメント５２の相対回動の方向に対して逆方向に向けられる。この配向角の設定によって、配管要素の長手軸に対して実質的に垂直な（すなわち、基準線８０と同列の）封止部材は、継手セグメントが軸７０周りで回動する際の側壁６０および６２と後壁６４との相互作用でねじれないように、継手セグメントの回動を相殺する。このように、継手セグメントは配管要素および封止部材に対して回動するが、封止部材が空洞内で実質的に直接受け入れられ、回動の結果、側壁の１つと強制的に接触させられてねじれないように、空洞５８は配向される。

継手セグメント５２が、図１および２で示されるものと同様の方式で封止部材および配管要素を取り巻いて互いに取り付けられる場合、封止部材を嵌合して上述のとおり角度を付けて設けられる空洞の側壁によって最初に反対方向にねじられる。セグメントが配管要素に向けて動かされると、アーチ状面５４および５６は、セグメントの最初のねじれのために、配管要素にある溝と当初同列にならない場合もある。結果として、アーチ状面が適切に溝と嵌合しない場合もある。このようなずれの危険性を減らすために、配管要素にある溝と最初に接触すると考えられるアーチ状面５４および５６の外領域８３に面取りを行うのが有利である。

図６および７で示される他の継手セグメントの実施形態８４において、空洞８６は複数の部分に分割される。この例において、セグメント８４の反対側の終端に配置される２つの終端部分８８および９０と、終端部分の間に配置される中間部分９２という３つの部分がある。３つの部分がある場合、各終端部分が約４５°の角度９４をなし、中間部分が約９０°の角度９６をなすのが有利である。他の角度分布も同様に可能である。

空洞８６の終端部分８８および９０は、角度をもって配向にされている点おいて中間部分９２とは異なる。好ましくは、終端部分８８および９０が、約６°未満、さらに好ましくは、約１／４°と約６°との間の配向角９８および１００を有する一方、中間部分９２はこのような角度をもって配向されていない。両終端部分の配向角９８および１００が同じ大きさおよび勾配を有するのが好ましい。

継手セグメントは、好ましくは延性鋳鉄から鋳造されるが、プラスチックで成型されるか、あるいは金属ビレットから機械加工することも可能である。鋳造後に機械加工するよりも、セグメントの鋳造中に空洞の角度方向を与えるのが有利である。複数部分を有する構造は、継手セグメントの鋳造のためのパターンを準備する点で有利である。これは、配管要素の形状に一致させるために変形させる継手にとって特に有利である。軸７０周りで回転中のセグメントの直線方向の動きが各終端で最大になることから、終端部分のみに角度を付け、影響を受けない中間部分をそのままにしておくことも可能である。中間部分の
動きが比較的限定されていることで、回転軸からさらに離れていて大きな距離を移動する終端部分よりも封止部材へのねじれ効果が少なくなる傾向がある。

本明細書で示される継手の例は、２つのセグメントと、セグメントの相対的な回転をもたらすために角度を付けて設けられる面とを有するが、セグメントが継手面から離れて互いに相対的に回転する何らかのスタイルの継手で封止部材の変形を防ぐために角度を付けた空洞も適用可能である。さらなる例として、４つ以上のセグメントと、相対回転を行うさまざまな手段を有する継手とを有する継手もある。

従来技術による配管継手を用いる管。継手の断面図。 従来技術による配管継手の分解斜視図。 図２で示される配管継手の分解側面図。 本発明よる配管継手セグメントの正面図。 図４で示される配管継手セグメントの底面図。 本発明よる配管継手セグメントの他の実施形態の正面図。 図６で示される配管継手セグメントの底面。

Claims (8)

1. 互いに向かい合って連結可能な一対の管継手セグメントであって、各管継手セグメントは封止部材及び同封止部材に係合する一対の配管要素に跨って配置され、両配管要素をこれら配管要素の対向する終端どうしにおいて互いに固定し、さらに管継手セグメントが、
   前記配管要素の外面に係合する一対のアーチ状面と、
   前記アーチ状面の両端において夫々突出し、且つ傾斜面を有する一対の接続部材であって、管継手セグメントが他の管継手セグメントと向かい合って配置された状態において両管継手セグメントの対向する傾斜面は互いに同一の方向に傾斜し、両管継手セグメントを配管要素の長手軸と直交する軸を中心に相対回動させつつ互いに引き寄せるため締め具にて締め付けられる接続部材と、
   前記アーチ状面間に設けられ、前記管継手セグメントの内周面に沿って延び、内部に封止部材を受容する空洞であって、配管要素の長手軸と直交する軸を基準に、管継手セグメントが他の継手セグメントに引き寄せられたときに回動する角度にわたる配向角をもって管継手セグメントの回動方向とは反対方向に配向され、封止部材が内部において捩じられることを回避すべく管継手セグメントの回動を相殺する空洞とを備えることを特徴とする管継手セグメント。
2. 前記空洞が４°以下の配向角をもって配向されていることを特徴とする請求項１に記載の管継手セグメント。
3. 前記空洞が、１／４°と４°との間の配向角をもって配向されていることを特徴とする請求項１又は２記載の管継手セグメント。
4. 前記アーチ状面が管継手セグメントから径方向内側に向けて突出していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか1項に記載の管継手セグメント。
5. 互いに向かい合って連結可能な一対の管継手セグメントであって、各管継手セグメントは封止部材及び同封止部材に係合する一対の配管要素に跨って配置され、両配管要素をこれら配管要素の対向する終端どうしにおいて互いに固定し、さらに管継手セグメントが、
   前記配管要素の外面に連結される一対のアーチ状面と、
   前記アーチ状面の両端において夫々突出し、且つ傾斜面を有する一対の接続部材であって、管継手セグメントが他の管継手セグメントと向かい合って配置された状態において両管継手セグメントの対向する傾斜面は互いに同一の方向に傾斜し、両管継手セグメントを配管要素の長手軸と直交する軸を中心に相対回動させつつ互いに引き寄せるため締め具にて締め付けられる接続部材と、
   前記アーチ状面間に設けられ、前記管継手セグメントの内周面に沿って延びる空洞であって、前記空洞が延びる範囲の内周面は両終端部分及び両終端部分間に配置される中間部分に分割され、各終端部分は配管要素の長手軸と直交する軸を基準に、管継手セグメントが他の継手セグメントに引き寄せられたときに回動する角度にわたる配向角をもって管継手セグメントの回動方向とは反対方向に配向され、封止部材が内部において捩じられることを回避すべく管継手セグメントの回動を相殺する空洞とを備えることを特徴とする管継手セグメント。
6. 両終端部分はアーチ状面の曲率の中心に対してそれぞれ４５°をなし、中間部分はアーチ状面の曲率の中心に対して９０°をなすように内周面が分割されていることを特徴とする請求項５に記載の管継手セグメント。
7. 前記内周面の各終端部分が６°以下の配向角をもって配向されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の管継手セグメント。
8. 前記内周面が、１／４°と６°との間の配向角をもって配向されていることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の管継手セグメント。

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