JPH0686918B2

JPH0686918B2 - 可撓性継手手段

Info

Publication number: JPH0686918B2
Application number: JP62131065A
Authority: JP
Inventors: アラン・フレデリック・ムーア
Original assignee: ダンロップ・リミテッド
Priority date: 1986-05-27
Filing date: 1987-05-27
Publication date: 1994-11-02
Anticipated expiration: 2009-11-02
Also published as: NO175274C; FR2599462A1; GB2190970B; NO872197L; US4846509A; JPS62297587A; CA1296753C; GB8711692D0; NO872197D0; NO175274B; FR2599462B1; GB2190970A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、可撓性の継手、特に、流体導管用の可撓性継
手手段に関するが、これにのみ限定されるものではな
い。

本発明によれば、流体が流動するための透孔を有するた
わみ継手手段であつて、たわみ継手手段の縦軸心を中心
として相対回転可能な１対の環状剛性部材と、上記相対
回転可能な環状剛性部材間にたわみ可能に介装され、上
記部材を相接続し、その間に荷重を伝達する環状弾性軸
受手段と、および軸受手段の露出する表面上に沿つて伸
長し得るように上記相対回転可能な環状剛性部材間に配
設された通常は密封されている環状室とを備えるたわみ
継手手段が提供される。

上記密封した環状室は、使用中、継手手段の孔を流動す
る流体が軸受手段に接触しない位置にある。

環状室の一部は、環状剛性部材間を伸長するたわみダイ
ヤフラムによつて画成することができる。環状室の全体
は、軸受手段およびダイヤフラムの面で画成し、さら
に、一部を少なくとも１つの環状剛性部材の面で画成す
ることができる。

たわみダイヤフラムは、例えば、継手手段の使用中、暴
露される流体による劣化に抗し得る材料として選んだス
テンレス鋼のような金属材料、または軟質ポリマー、特
に、強化高分子材料にて製造することができる。

たわみダイヤフラムは、環状剛性部材の相対回転に適応
し得るよう選択した材料および形状、またはその何れか
１方を備えることができる。別に、または、さらに、ダ
イヤフラムと１方の剛性部材間には、環状面シール組立
体のようなシール組立体を設け、流体の漏洩を防止し得
る状態にて、ダイヤフラムが上記１方の剛性部材に対し
て相対回転し得るようにすることもできる。このシール
組立体は、ダイヤフラムと上記１方の剛性部材間の相対
半径方向への動きを許容する型式のものとすることがで
きる。この場合、ダイヤフラムの周縁とこれに対面する
上記１方の剛性部材の面間には、適当な半径方向空隙を
形成する。

略単一の材料で形成したたわみダイヤフラムを設ける代
わりに、相対回転可能な入子式リングのような摺動部材
を具備する多数部品のダイヤフラム組立体を使用するこ
ともできる。

一般に、たわみ時、継手手段を通る流体の流動方向と直
角に見た場合、継手手段の全長に対して所定位置にある
１または複数の交軸を中心として、継手手段が旋回し得
るように設計する。この型式の継手手段において、たわ
みダイヤフラムは、旋回点の位置にて、またはその付近
にて、継手手段の全長に沿つて位置決めすることが望ま
しい。これにより、環状剛性部材が相対円錐状運動をす
る間のたわみ、従つて、ダイヤフラムの応力を最小限度
に止めることができる。

環状室には、軸受手段の弾性材料を劣化させない防食
剤、またはシリコン油を含む水のような中性の流体を満
たす。かかる流体は、また、接触するダイヤフラムまた
は剛性部材の何れの面の材料をも劣化させないものであ
ることを要する。流体は、さらに、高温急激な圧力変
化、その他の異常な環境状態の変動を受けたとき、反応
して好ましくない結果を生ずることのない程度に中性で
なければならない。

継手手段は、環状室内の流体圧力が継手手段の透孔内の
圧力と等しいか、または略等しくなる構造とすることが
望ましい。

環状室の一部をたわみダイヤフラムで画成する構造の場
合、ダイヤフラムの可撓性は、通常、損傷を生じる虞れ
のある差圧を受けないのに十分である。しかし、たわみ
ダイヤフラムの可撓性に代えて、または、これに加え
て、継手手段には、環状室と透孔内の圧力を均等にする
均圧手段を設けることもできる。この均圧手段は、例え
ば、通路を備え、この通路内をピストンが摺動して、環
状室の容積、従つて、圧力を変化させ得るようにする。

ダイヤフラムを内側または外側剛性部材に対して密封且
つ摺動可能に位置決めし、シールの作用および中性の流
体が環状室から流出し、または、損傷を生じる可能性の
ある流体が環状室内に流入する虞れを最小限度に止め得
るようにした構造の場合、著るしい差圧の発生を防止す
ることは特に有利である。

ダイヤフラムと１方の剛性部材間に環状面シール組立体
を設ける場合、上記環状面シール組立体は、１方のダイ
ヤフラムおよび上記１方の剛性部材に対して位置決めす
る環状面シールおよび環状作動リングを備え、上記面シ
ールは、横半径方向密封面である第１面および環状作動
リングが圧接する第２面を備え、上記作動リングは、高
分子材料製の弾性変形可能な要素を備え、よつて、変形
状態時、作動リングは、面シールのシール面を上記ダイ
ヤフラムの他方および上記１方の剛性部材に密封接触状
態に圧接させるようにすることが望ましい。

上記１方の剛性部材は、面シール組立体を位置決めする
ハウジング部材とし、ダイヤフラムには、面シール組立
体の環状の横半径方向第１密封面が圧接する環状の横半
径方向密封面を設けることが望ましい。作動リングの上
記第２面と上記ハウジング部材間に設けた環状の作動リ
ングは、変形状態を維持し、変形した材料の弾性を利用
し、作動リングが面シールの密封面をダイヤフラムの密
封面と密封接触状態に圧接させるようにする。

一般に、環状作動リングは、環状の連続部材とするが、
場合によつては、環状作動リングとして作用し得るよう
に選択随意の間隔で円周に沿つて配設した１連の部材を
提供することが望ましいこともある。

環状面シール組立体を設けた本発明に依るたわみ継手
は、相対回転可能な１方の部材、即ち、上記ダイヤフラ
ムおよび１方の剛性部材に対して、面シール組立体を位
置決めする一方、上記部材は、軸方向に間隔を置いて配
設した後、上記部材を相互方向に動かして、環状面シー
ルの密封面を上記回転可能な第２部材の半径方向密封面
と接触させ、作動リングの弾性高分子材料を変形させ、
よつて、上記リングが面シールを弾性状態に支持し、そ
の密封面を弾性組立体の回転可能な第２部材の密封面と
密封接触状態に維持し得る構造とする。

面シールの軸方向に伸長する側面に対して作用するＯリ
ング型式のシールのような補助シールを設け、面シール
で保持した流体が作動リングに接触しないようにするこ
とが望ましい。特に、面シールの密封面と相対回転可能
な部材の密封面間の接触が、シール組立体の保持する流
体の圧力と略無関係であるシール組立体を実現するた
め、シール組立体の保持する流体の圧力から作動リング
を略隔離する型式の補助シールを設けることが望まし
い。

さらに、作動リングは、シヨアＡ硬度80乃至90の弾性変
形可能な材料で製造することが望ましい。これに対し
て、面シールは、典型的にシヨアＤ硬度50のものとす
る。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施態様につ
いて説明する。

第１図のたわみ継手10は、環状内側剛性部材11と、環状
外側剛性部材12と、荷重を支承し且つ伝達する環状弾性
軸受13と、および剛性部材間を伸長し、弾性軸受の表面
に近接する密封室15を画成する環状ダイヤフラム14とを
備えている。

内側剛性部材11は、第１図に示すように上端が導管（図
示せず）に取付け可能で、下端が一体に形成した環状肥
厚の軸受支持部17を有する管状部16を備えている。支持
部17は、弾性軸受の内側リングを支持する環状凹所18
と、および外側剛性部材の相補的形状の軸受面21と滑り
接触する１部球状の端面20とを備えている。第2a図およ
び第2b図は、この球状の軸受配設状態をより詳細に示す
図である。

外側剛性部材12は、半径中方の端縁部が上記軸受面21を
画成する環状端フランジ部22を備えている。端フランジ
部の外端縁部は、ボルトによつて円筒状外側ハウジング
24の１端に固着されている。ハウジング24の他端は、一
体で半径中方に伸長するフランジ25を備え、そのフラン
ジ25の内径は、内側部材11の管状部16より十分に大きい
ため、フランジ25は、内側および外側部材11,12の相対
動作を不必要に制限することがない。

環性軸受13は、略切頭円錐形でシヨアＡ硬度60乃至80の
天然ゴム製とし、１部球状の複数の環状金属補強層26が
埋込んである。この補強層26の各曲率中心は、軸受面2
0,21の旋回中心である、曲率中心と略一致している。弾
性軸受は、さらに、各々、綴り込んだ天然ゴムに接着し
た上記内側リング19と、および外側リング27とを備えて
いる。外側リング27は、ハウジング24とフランジ25間に
位置し、弾性リングの応力を受けない部分の長さは、第
１図に示したより長くしてある。組立中、弾性軸受は、
フランジ部22およびハウジング24をボルト止めすると
き、フランジ部22をハウジング24方向に押圧することに
より、圧縮力が作用する。

第３図は、組立中、内側リングによつて、軸受の弾性材
料を内側の剛性部材にクランプ止めする様子を示す。内
側リングは、弾性材料を部分19a,19bにクランプ止めす
る作用をし、外側リングは、部分27a,27bでクランプ止
めする。

環状ダイヤフラムは、略扁平な形状であり、繊維強化ニ
トリルゴムで形成する。ダイヤフラムの半径中方部28
は、ボルトと金属リングによつて、環状凹所18と１部球
状の端面20間に位置する内側部材の支持部の表面にクラ
ンプ止めされている。ダイヤフラムの半径外方部分は、
フランジ22の作用させる軸荷重によつて、ダイヤフラム
を凹所の端部にクランプする、ハウジングの環状凹所内
に位置決めした止め輪30でハウジング24にクランプ止め
してある。ダイヤフラムは、継手手段の縦軸線に対し垂
直で、旋回点Ｐを含む位相内にあるように位置決めされ
ている。従つて、密封室15は、弾性軸受13、ハウジング
24、内側剛性部材の軸受支持部17およびダイヤフラムに
よつて画成される。室にはシリコン油を満たす。

ダイヤフラム14は、通常の作動状態時、弾性軸受13のね
じり抵抗の規制を受けて、内側および外側剛性部材11,1
2の継手の縦軸線を中心とする最大の相対動作に容易に
順応し得る設計にしてある。

ダイヤフラムとフランジ22間に画成された環状室31は、
継手のたわみ中、容積を変化させる傾向となる。望まし
くない圧力が一切生じないようにするため、軸受支持部
には狭小な通路32を形成し、環状室31内部の流体圧力P2
が貫通路33内の圧力P1と等しくなるようにする。従つ
て、ダイヤフラム14の可撓性のため、密封室15内の流体
は、貫通路内の圧力P3と等しくなる。ダイヤフラムが大
きい応力の作用を受けないようにするため、密封室内部
の流体は、略圧縮不能でなければならない。圧力P4は、
作動環境の圧力である。

ダイヤフラムは、旋回手段の旋回点Ｐを包含する交軸面
内に位置決めされているため、弾性軸受13の弾性材料が
受けるほど大きいひずみは生じない。従つて、ダイヤフ
ラムに適した材料は、著るしい延伸に適応し得るものに
は限定されない。例えば、比較的硬質のエラストマ（例
えば、シヨアＡ硬度90以上のもの）を使用してもよく、
かかる材料の多くは、高温の原油の輸送用導管内に継手
手段を使用した場合にダイヤフラムが暴露される硫化水
素のような流体による急激な劣化作用に良好に抗するこ
とができる。

しかし、ダイヤフラムは扁平とする必要はない。第４図
に示したダイヤフラム37のように、Ｕ字形の断面形状と
してもよい。別の方法として、第５図に示す波形断面形
状（ダイヤフラムの半体部分の断面を示す第５図乃至第
９図を参照）、第６図に示す皿形、または第７図に示す
波形とすることができる。高分子材料で形成するダイヤ
フラムに特に適したさらに別の形状は、第８図および第
９図に示す蛇行状ローブ形態とすることができる。

特に、弾性軸受13が内側および外側剛性部材11,12の相
当な相対回転、例えば±３°以上回転させ得る場合、ダ
イヤフラム14と１方の剛性部材、望ましくは外側剛性部
材間に面シール組立体を設け、相対摺動は許容するが、
流体の漏洩を防止し得るようにすることができる。

第10図は、ダイヤフラム14と外側剛性部材12間に面シー
ル組立体40を設け得るように変形させた第１図のたわみ
継手の１部を示す。

外側剛性部材12は、環状の第１外側ハウジング部材41お
よび外側ハウジングの半径方向面43a、軸方向面43bによ
つて形成した内側環状凹所内に位置決めした環状の第２
内側ハウジング部材42を備えている。両ハウジング部材
41,42の半径方向の最内側面44,45は、等径である。この
最内側面44,45は、上記流体室15,31の一部を画成する。
この流体室15,31は、たわみダイヤフラム14、この場
合、鋼製ダイヤフラムによつて相互に密封されている。
ダイヤフラムの可撓性により、流体の流動を許容するこ
となく、両流体室15,31内部の圧力P3およびP2を略等圧
化することができる。

ダイヤフラム14の周縁部46は、ハウジングの内面44,45
から半径方向に伸長し、ハウジングの半径外方面43aと
これに対向する内側ハウジング42の横半径方向面47間に
位置する。

ダイヤフラム14の周縁部46の表面48は、４ふつ化エチレ
ン樹脂（PTFE）製の上方支持リング49によつて、上部ハ
ウジング41の面43aに対して回転可能に支持されてい
る。上記周縁部46の下面50は、下方内側支持リング51お
よび下方外側支持リング52によつて、内側ハウジング42
に対して回転可能に支持されている。上方支持リング49
および下方支持リング51の半径中方端縁には、ハウジン
グ部材の各最内側面44,45に圧接する一体形フランジ53
が設けてある。

PTFE製の支持リングは、浮動型として設けてあるため、
ダイヤフラム14がハウジング部材41,42に対して回転す
ることにより、上記各支持リングは、ダイヤフラムおよ
びハウジング部材の１方または各対向面（43aおよび4
8、または47および50）に対して摺動する。

密封組立体の使用時、支持リング49,51は、外側剛性部
材12とダイヤフラムの中央部を固着した内側剛性部材11
（第10図には図示せず）のハウジング部材41,42間の相
対的な軸方向および円錐状のたわみにより、ハウジング
部材に作用する荷重を支承する作用をする。

下方内側支持リングの半径方向の最外側面および下方外
側支持リングの半径方向の最内側面は、間隔を置いて配
設されており、面シール組立体40が内側ハウジング部材
42からその間を通つて伸長し、相対回転可能なダイヤフ
ラムの下面50と密封接触する。

面シール組立体40は、ダイヤフラムの下面50と滑り且つ
密封接触する密封面として作用する第１面55を有する、
長方形断面形状のPTFE製面シール54を備えている。この
面シール54は、組立体の半径方向に見た場合に面シール
の半径方向厚みより若干大きい幅を備える、ハウジング
の端面47に形成した環状溝56によつて、内側ハウジング
42に対して支持されている。

面シール組立体は、また、面シール54と溝56の底部間に
配設した弾性変形可能なふつ素ゴム系材料製の作動リン
グ57を備えている。面シール54は、リング57と面シール
54間の摩擦係数をシール54と下面50間の摩擦係数より大
きくしたことにより、シール54は、内側ハウジングに対
して回転しない。

第10図の組立てた状態時、作動リング57は、面シール54
と溝56の底部間のスペースを完全に占める長方形の断面
形状に変形する。上記変形前、作動リング57は、第11a
図に示すように円形の断面形状であるが、第11c図の楕
円形、第11e図の長方形、または第11g図の台形のような
他の断面形状とすることも可能である。一般に、同様の
材料製のリングの場合、第11e図の長方形よりも、第11a
図に示す円形の断面形状の方が圧縮時、より大きい軸方
向たわみを許容することができる。第11b図、第11d図、
第11f図および第11h図は、それぞれ、第11q図、第11c
図、第11e図および第11g図の変形状態を示す図である。

溝56の各側壁58には、密封組立体の組立状態時、面シー
ル54に並んで位置する補助溝59が形成してある。各補助
溝59内にはＯリングシール60が設けてあり、作動リング
57を各流体室15,31内の加圧流体から隔離している。Ｏ
リングシール60は、典型的には、作動リング57と同一の
ふつ素ゴム系材料で製造する。

第12図に示す本発明の別の実施態様において、継手組立
体は、第10図に関して説明した前の実施態様と同様、外
側ハウジング部材41,内側ハウジング部材42、および鋼
製ダイヤフラム14を備えている。同様の商品には、同様
の参照数字を使用した。

単一の上方支持リング49に代えて、上記下方内側支持リ
ング51、および下方外側支持リング52に対応するPTFE製
の上方内側支持リング51、および上方外側支持リングを
対向面43a、48間に配設したことが構造上の相違点であ
る。

端面47に形成した溝62と整合した半径方向位置にて、半
径方向溝43aに第２溝61が設けてある。両溝61,62は、同
様であり、共に、１つの補助溝63を有する点にて上記溝
と異なつている。各流体室15,31に最寄りの溝側壁に
は、各補助溝が形成されている。各溝61,62および補助
溝63は、上述のように面シール54および補助溝用Ｏリン
グシール59を収納している。

外側ハウジングの軸方向面43bの半径は、ダイヤフラム1
4の半径より大きくしてあるため、ダイヤフラムの周囲
には、周縁室65が形成される。

面シール54およびＯリングシール59は、第２実施態様に
おいて、室65を流体室15,31から隔離する作用をする。
この室65は、大気に連通させるか、または漏れ検出器に
接続し、作動リングを室15,31内の流体圧力から隔離さ
れた状態に維持するか、または、その双方を行うことが
できる。

第10図および第12図の継手組立体の内側ハウジング42
は、第１図乃至第３図に関して説明したシール組立体の
止め輪30として作用し、また、組立時、外側ハウジング
に対して軸方向に動き、作動リング57に圧縮力を作用さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に依る可撓性継手手段の縦断面図、第2a図および第2b図は、たわみ程度零および15°の球状
の金属製軸受をそれぞれ示す、第１図の１部の詳細図、第３図は、弾性軸受の１部を示す、第１図の詳細図、第４図は、本発明に依る別の可撓性継手手段の第１図と
同様の図、第５図乃至第９図は、第１図の継手手段に使用する別型
式の可撓性のダイヤフラムの断面図、第10図は、第１図乃至第３図に示した継手組立体の変形
部分の断面図、第11図は、第10図の組立体に使用する作動リングの断面
図、および第12図は、第１図乃至第３図の継手組立体の別の変形部
分の断面図である。（主要符号の説明） 10……可撓性継手手段、11……環状内側剛性部材、12…
…環状外側剛性部材、13……環状弾性軸受、14……ダイ
ヤフラム、15……密封室、16……管状部、17……軸受支
持部、18……環状凹所、20……端面、21……軸受面、22
……環状端フランジ、24……ハウジング、25……フラン
ジ、26……金属補強層、28……（ダイヤフラムの）半径
中方部、30……止め輪、31……環状室、32……通路、33
……貫通路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体流動用の透孔を有する可撓性継手手段
であつて、可撓性継手手段の縦軸を中心として相対回転
可能な１対の環状剛性部材（11,12）と、前記相対回転
可能な環状剛性部材間に介装されて前記両剛性部材をた
わみ可能に相接続し且つその間に荷重を伝達する環状の
弾性軸受手段（13）とを備え、前記相対回転可能な環状
の剛性部材（11,12）間に通常密封された環状室（15）
が設けられ、この環状室が軸受手段（13）の露出面を包
囲するようになされたことを特徴とする可撓性継手手
段。
【請求項２】前記軸受手段（13）と継手手段の透孔（3
3）間に密封環状室（15）を位置決めし、よつて、使用
中、継手手段の孔を経て流動する流体が軸受手段に接触
しないようにすることを特徴とする特許請求の範囲第１
項に記載した可撓性継手手段。
【請求項３】環状剛性部材（11,12）間を伸長する可撓
性のダイヤフラム（14）によつて、環状室（15）の少な
くとも一部を画成することを特徴とする特許請求の範囲
第１項または第２項に記載した可撓性継手手段。
【請求項４】１方の剛性部材（11）が、略定位置の旋回
点（Ｐ）を中心として、他方の剛性部材（12）に対して
たわみ可能であることを特徴とする特許請求の範囲第１
項乃至第３項の何れかの項に記載した可撓性継手手段。
【請求項５】略相補的形状の１部球状とした１対の軸受
面（20,21）を備える球状軸受を有することを特徴とす
る特許請求の範囲第４項に記載した可撓性継手手段。
【請求項６】前記旋回点（Ｐ）に近接する位置に可撓性
のダイヤフラム（14）を位置決めすることを特徴とする
特許請求の範囲第４項または第５項に記載した可撓性継
手手段。
【請求項７】環状室（15）が実質的に非圧縮性の流体を
収容することを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第
６項の何れかの項に記載した可撓性継手手段。
【請求項８】環状剛性部材（11,12）の相対回転に順応
し得る可撓性のダイヤフラムによつて、環状室（15）の
少なくとも１部を画成することを特徴とする特許請求の
範囲第１項乃至第７項の何れかの項に記載した可撓性継
手手段。
【請求項９】前記１方の環状剛性部材（12）に対して相
対回転し得るように配設した可撓性のダイヤフラムによ
つて、環状室（15）の少なくとも一部を画成することを
特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第８項の何れかの
項に記載した可撓性継手手段。
【請求項１０】ダイヤフラムと前記１方の剛性部材（1
2）間にシール組立体（40）を設け、流体の漏洩を防止
することを特徴とする特許請求の範囲第９項に記載した
可撓性継手手段。