JPS62297587A - 可撓性継手手段 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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ろものではない
。

本発明によれば、流体が流動するための透孔を有するた
わみ継手手段であって、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対の環状動性部材と、上記相対
回転可能な環状動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Ｋ　ｒ６っ
て伸長し得るように上記相対回転可能な環状面す性部材
間に配設された通常は密封されている環状室とを備えろ
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８１１性部材間を伸長するたわみ
ダイヤフラムによって画成することができろ。

環状室の全体は、軸受手段およびダイヤフラム（７）面
で画成し、さらに、一部を少なくとも１つの環状Ｎ１＋
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
露されろ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、％
に、強化高分子材料にて製造することができる。

たわみダイヤプラムは、塩状翔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、またはその何ねか
】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方の呻ｊ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】方の両り性部材に
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方の岡！］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
ことができろ。この場合、ダイヤフラムの周縁とこｊに
対面する上記１方の岡り性部材の面間には、適当な半径
方向空隙を形成する。

略単−の材料で形成したたわみダイヤプラムを設ける代
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０）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って位置決めすることが望
ましい。これにより、環状１４！ｌ性部材か相対円錐状
運動をする間のたわみ、従って、ダイヤプラムの応力を
最小限度に止めることができろ。

環状室には、軸受手段０）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
は岡１ｊ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
でなげればならない。

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。

環状室の一部なたわみダイヤプ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、損傷を生じろ虞れ
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ｎｒ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、従って、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、損傷を生じろ可能性の
ある流体が環状室内に流入する虞ねを最小限度に止め得
ろ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％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
ヤプラムおよび上記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、よって、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Ｊ方の剛性部材に童封接触状
態に圧接させろ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：では、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プラムの
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、
場合によっては、環状作動リングとして作用し傅るよう
に選択随意の間隔で円周ＶＣ沿って配設した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／−ル耕立体を位置
決めてる一方、上記部材シま、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、
よって、上記１１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！１′ｉｉ１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
、Ｉｎシールで保持した流体が作動リングｙ（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ろこ
とが望ましい。

さらに、作動リングは、ショア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、面ゾールは、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図のたわみ璧手１０は、環状内側ｉ削性部材］１と
、環状外側間１１性部材１２と、荷重を支承し且つ伝達
ｆる環状弾性軸受〕３と、および判；１性部材間を伸長
し、弾性曲ｌｊ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。

内側測り性部材１１は、第１図に示すように上端が導管
（図示せず）に取付は可能で、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】６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】８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２Ｑ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−）１性部材１２は、半径中方の端縁部が上記軸受
面２１を画成する垢状端７ランジ部２２を備えている。

端フランジ部の外端縁部は、ボルトによって円筒状外側
ハウジング２４の１端に固着さねている。ハウジング２
４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】６より十分に犬ぎいため、フランジ２５ば、内側お
よび外側部材Ｅｌ、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、略切頭円錐形でショア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（１１Ｊ２０，２１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。外側リンク２７は、ハ
ウジング２４とクランプ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
しである。組立中、弾性軸受は、クランプ部２２および
ハウジング２４をボルト止めするとき、クランプ部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、内側リングによって、！Ｉｉｔ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。

環状ダイヤプラムは、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って、環状凹所１８と１部
球状の端面２０間に位置する内（１１１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、７ランジ２２の作用させる軸荷重によって、
ダイヤフラムを凹所ｎｉ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〕・クランプ
２４にクランプ止めしである。ダイヤフラムは、継手手
段の縦軸線ＶＣ対し垂直で、旋回点Ｐを含む位相内にあ
るようＶＣ位置決めされている。従って、密封室】５は
、弾性軸受】：３、ノ・クランプ２４、内側、吻註部材
力軸受支持部】７およびダイヤフラムによって画成され
る。室（ではシリコン油を満たす。

ダイヤフラム１４は、辿常の作動状態時、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１削性部
材）１，１２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πしである。

ダイヤフラムと７う／ジ２２間に画成された環状室３】
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３】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。従って、ダイヤフラム】４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、賂圧縮不能でな′ｖｆねば
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】３の弾性桐材
が受けるほど大きいひずみは生じない。従って、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；ては限定されない。

例えば、比較的硬質のエラストマ（例えば、ショアＡ（
関度９０以上のもの）を使用してもよく、かかる桐材の
多くは、高温の、原油の私送用梼管内に継手手段を使用
した場合’ｒｃダイヤプラムが暴露される値、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（ダイヤプラムの半休部分の断面を示す第５
図乃至第９図を蚕照）、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１１．１
２の相当な相対回転、例えば±３°３部回転させ得る場
合、ダイヤフラム１４と１方の岡（１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
できろ。

第１０図は、ダイヤフラム１４と外側剛性部材１２間に
面シール糾立体４０を設は得ろ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４
】および外側ハウジングの半径方向面４３ａ、軸方向面
４３　ｂＫよっ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】５゜
３１は、たわみダイヤフラム１４、この場合、鋼製ダイ
ヤフラムによっ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ろ。

ダイヤフラム】４の周縁部４６は、ハウジングの内面４
４゜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ＶＣ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
よって、上部ハウジング４１の面４３ａに対して回転可
能に支持さねｍ＝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
によって、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の半径生方端縁には、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が設けである
。

ＰＴＦＥ製の支持リングは、浮動型として設けであるた
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
プラムおよびハウジング部材力１方または各対向面（４
３ａおよび４８、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４９，５］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間１
：性部材１１（第１０図には図示せず）のハウジング部
材４］、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からその間を通って伸長し、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、ダイヤプラムの下ｉ５０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ぎい幅を同え
ろ、ハウジングの端面４７に形成した環状溝５６によっ
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っ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
σ）摩擦係数より犬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ＩＪソング７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５
７は、第１１ａ図に示すように円形の断面形状であるが
、第１１０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１ｉ
ｅ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ｉぞれ、第１１９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が形成しである
。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と同一のふっ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。同様の部品
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４３ａ１４８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が設けである。両溝６
１．６２は、同様であり、共に、】つの補助溝６３を有
する点にて上記溝と異なっている。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。劣
情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０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１４の半径より大きくしであるため、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
漏ね検出器に接続し、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が、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３ｏ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５７ＶＣ圧縮
カを作用させろことができる。

【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・・・環状内側り
性部材、　１２・・・環状外側剛性部材、　　１３・・
・環状弾性軸受、　　】４・・・ダイヤフラム、　　１
５・・・’１１室、　１６・・・管状部、　］７・・・
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・・・（ダイヤプラムの）半
径中刃部、　３０・・・止め輪、３１・・・環状室、　
３２・・・通路、　３３・・・貫通路。 （外４名） Ｆｉｇ、　７゜ Ｆｉｇ、２ａ、　　　　　　　Ｆｉｇ　２ｂ。 Ｆｉｇ、５゜ Ｆｉｇ、６゜ Ｆｉｇ、７゜ こｌ“≧（ζユジヱ Ｆｉｇ、９゜ Ｆｉｇ、１７ａ、　　　Ｆｌ’ｇ、７に、　　　Ｆｉｇ
、　７７ｅ、　　　Ｆｔ’ｇ、　７７ｇ。 〜、７７ｂ、　　Ｆｔ’ｇ、７７ｄ　　Ｆｔ’ｇ、７７
ｆ、　　Ｆｌ々、７７／’７゜［Ｚ羽　ム　　ロ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流体流動用の透孔を有する可撓性継手手段であって
   、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（１
   ５）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。 ２、前記軸受手段（１３）と継手手段の透孔（３３）間
   に密封環状室（１５）を位置決めし、よって、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。 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）によって、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 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。 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。 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
   。 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。 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って、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。 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って、
   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。 １０、ダイヤフラムと前記１方の剛性部材（１２）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。