KR100251290B1 - 가요성 연결 장치 - Google Patents

Abstract

내측 안내/트러스트 외주 베어링을 회전시키는 구형셸의 결과로 큰 각도로 만곡 및 뒤틀림을 수용하는 자동차 유체 이송시스템내에 사용되는 튜브의 길이는 함께 밀봉연결하기위한 코넥터이다. 소음 및 진동 완화는 구형셸과 튜브의 한 길이에 형성된 확대부 사이에 결합된 비균일한 두께를 가진 탄성중합체 패드에 의해 달성된다.

Description

가요성 연결 장치

제1도는 본 발명의 가요성 연결 장치의 종단면도.

제2도는 본 발명의 또 하나의 실시예를 도시한 제1도와 유사한 단면도.

제3도는 내부 압력에 기인된 시스템에 주어지는 응력의 결과로서 가요성 연결 장치의 탄성 패드 부분의 변형을 유한 요소 메시에 의하여 도시한 도면.

제4도는 본 발명의 또 하나의 실시예를 도시한 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 연결 장치 11, 12 : 튜브의 길이부분

15 : 중간부분 18 : 구형 셸

23, 24 : 탄성 패드 26, 27 : 베어링

28 : 밀봉부 29 : 스페이서

30 : 칼라 33 : 확대부

본 발명은 기다란 튜브를 함께 체결하기 위한 연결 장치에 관한 것으로서, 특히 누설에 대한 저항이 높은 밀봉부와 진동 및 소음을 완충시키기 위한 수단을 갖고 커다란 각을 이루는 만곡운동 및 비틀림 운동을 수용할 수 있는 구형으로 된 공모양의 연결 장치(커넥터)에 관한 것이다.

다음의 미국 특허 2,154,077; 2,836,436; 3,680,895; 4,068,868; 4,480,857; 4,606,559; 4,706,998; 4,906,027; 및 5,048,873 호는 본 발명을 출원하는데 고려된 것들이다.

구리, 강철이나 알루미늄 튜브와 같은 강성 튜브의 길이부분을 이용하는 유체 전달 시스템들은 기계적 진동을 받으며, 이러한 진동이 흡수되거나 방진되지 않으면 금속피로에 기인된 튜브파손과 밀봉부의 파손을 일으키고, 바람직하지 않게 소음을 발생시킨다. 이는 자동차와 다른 차량에 사용되는 유체전달 시스템에서 특히 뚜렷하다.

본 발명은 전송시스템의 작용 도중에 연결된 구성부들 사이에서 운동을 흡수하도록 설계된 가요성 연결 장치를 제공하는 것이고, 시스템의 소음과 진동을 적게 하며 또 연결될 인접단부를 사이의 잘 맞지 않음에도 불구하고 용이한 설치가 허용된다. O-형 링(O-ring)밀봉부는 유체의 누설을 방지하는 한편 인접한 튜브의 길이부분들 사이의 비틀림이나 회전 운동 같은 각 운동을 허용하도록 안내/스러스트 링(guide/thrust ring) 조립체에 설치된다. 소음과 진동 완화를 구형 셸과 또 하나의 내부 셸 사이에 결합된 균일하지 않은 두께의 탄성패드를 통하여 달성된다.

따라서, 본 발명의 목적은 인접한 튜브의 길이부분들 사이의 각을 이루는 구부러짐이나 비틀림 운동을 허용하고 또 소음과 진동을 적게 해주는 방식으로 허용하는 자동차와 다른 용도의 유체 전달시스템에 사용하는 형태의 튜브를 위한 가요성 연결 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 이러한 튜브의 길이부분의 약간의 오정렬에도 불구하고 인접한 튜브의 길이부분을 용이하게 연결하는 가요성 연결 장치를 제공하는 것이다.

제1도에서 보면, 제1튜브의 길이부분(11)의 단부와 제2튜브의 길이부분(12)의 단부를 함께 체결하기 위한 본 발명의 연결 장치(10)의 하나의 형태가 도시되어있다. 도시한 바와 같이, 제1과 제2튜브의 길이부분은 축(A)을 따라서 연장되고 또 튜브(11, 12)의 길이부분은 액체 또는 기체와 같은 유체의 전달을 위한 통로(P)를 형성하고 있다. 본 발명의 가요성 연결 장치는 프레온과 같은 냉매를 전달하는 자동차 공기조화 시스템에 사용되도록 한 것이다. 그러나, 여러 가지 형태의 기체나 액체의 유체는 본 발명의 가요성 연결 장치를 통하여 만족 할만하게 흐를 수 있다.

제1도에서와 같이 제1튜브의 길이부분(11)은 튜브(11)의 주 본체로서 접속부(13A)에서 개방단부(13B)로 연장되는 구형의 확대부(13)를 형성하도록 이 기술분야에서 공지된 공정을 통하여 연장되어있다. 구형의 확대부(13)는 중심점(16)으로부터 그 외면까지의 미리 정해진 길이의 반경(R 1)을 갖는다. 제2튜브의 길이부분(12)은 큰 범위로 확대되어 있는 원통형의 단부 부분(14)과 상기 튜브(12)의 주 본체 및 원통형의 단부 부분(14)을 결합하는 중간부분(15)을 형성하도록 되어 있다. 도시한 바와 같이, 중간부분(15)은 원추 절두형의 형상을 갖는다. 그러나, 다른 형태도 이와 같은 중간 부분(15)에 사용될 수가 있다.

제1튜브이 길이부분(11)의 구형 확대부(13)를 둘러싸고 있는 것은 중심점(19)으로부터 그 내면으로 연장되는 반경(R2)을 갖는 구형체의 일부인 구형 셸(18)이다. 반경(R2)은 구형 확대부(13)의 반경(R1)보다 크므로 구형 확대부(13)의 외면과 구형 셸(18)의 내면사이에는 공간이 있다. 구형 셸(18)은 제1단부(18A)로부터 제2단부(18B)로 연장되며 또 그 중심점(19)이 접속부(13A)로부터 중심점(16)보다 더 멀리 있도록 위치되어 있다. 구형 확대부(13)의 중심점(16)으로부터 접속부(13A)까지의 거리보다 중심점(19)이 접속부(13A)로부터 더 멀리 있는 결과로서, 구형 셸(18)의 내면과 구형 확대부(13)의 외면 사이의 공간은 균일하지 않은 두께로 되어 있고 또 접속부(13A)(즉, 제1도에서의 우측)의 선에 인접하는 단부(18A)에서 더 얇게 되고 또 개방단부(13B)에 인접하는 단부(18B)에서 더 크게 되어있다. 단부(18A, 18B)에서의 개방부의 직경이 구형 확대부(13)의 외경보다 더 작으면, 구형 셸(18)은 구형 확대부를 형성하기 전에 제1튜브의 길이부분(11)의 단부상에 위치된다. 구형 셸(18)이 그와 같이 위치되면, 구형 확대부(13)가 이 기술분야에서 공지된 공정을 이용하여 형성된다.

구형 확대부(13)의 외면과 구형 셸(18)의 내면 사이의 공간 내에는 균일하지 않은 두께의 탄성패드(23)가 위치되어 있다. 패드(23)에 사용되는 탄성 재료의 형태에 따라, 결합된 제1의 튜브(11)와 제2의 튜브(12)의 통로(P)에 흐르도록 되어있는 유체로부터의 침투와 분해에 저항하는 저항물로서 작용하도록 특별히 만든 탄성재료로 만든 제2의 탄성패드(24)를 제공하는 것이 바람직하다.

예를 들어, 제1의 탄성패드(23)는 SBR 합성고무, 천연고무, 네오프렌 또는 우레탄 제료와 같은 적합한 플라스틱이나 고무재료로 형성된다. 적합한 탄성재료로 캐나다, 온타리오, 사르니아, 폴리사르에서 제조한 TormacR이라는 상표로 판매되는 것이다. 제2의 탄성재료(24)는 통로(P)를 통하여 흐르는 유체가 프레온과 같은 냉매라면 미합중국 델라웨어주 윌밍턴시 소재의 듀퐁 화학회사에서 제조한 Selar OH R 이라는 이름으로 시판된 재료이지만, 소정의 유체의 특성에 따라 다른 재료가 이용될 수도 있다. 제1의 탄성패드(23)가 유체의 침투와 분해에 대한 충분한 저항을 갖는 재료이면, 단일의 탄성패드(23)만 필요하게 된다.

탄성패드(23, 24)는 구형 확대부(13)의 외면에 그리고 구형 셸(18)의 내면에 결합된다. 이것은 구형 확대부(13)둘레에 구형 셸(18)을 조립하고 그리고 그 공간내에 가소화된 탄성 재료를 사출 성형하여 탄성패드(23)를 형성함으로서 달성된다. 가소화된 탄성재료를 공간내로 주입하는 대신에, 탄성재료의 미리 형성된 패드가 그와 같은 공간내에 위치되고 구형 확대부(13)의 외면에 그리고 구형 셸(18)의 내면에 부착된다. 제2의 탄성패드(24)를 위해, 서로 다른 탄성재료를 이용하는 것이 바람직하다면, 제2의 사출성형 단계가 제2의 탄성재료를 강제로 제위치에 있도록 하기 위하여 이용된다. 접착제는 탄성패드(23, 24)의 한 측부와 구형 확대부(13)의 외면 및 다른 측부와 구형 셸(18)의 내면에 부착된다. 하나의 접착제는 미합중국, 에리 소재의 로드코포레이션사의 Chemlock R 205/220 이라는 상표로 시판된다.

축(A)에 수직인 평면상의 구형 셸(18)의 외경은 구형 셸(18)이 원통형의 단부 부분(14)의 내면과 이격되어 있는 결과로써 원통형의 단부 부분(14)의 내경보다 작다.

이와 같은 공간내에는 한 쌍의 원주 방향 나일론 베어링(26, 27)이 배치되어 있고, 이들의 베어링은 원통형의 단부 부분(14)내에 구형 확대부(13)와 패드(23, 24) 그리고 구형 셸(18)로 구성되어 있는 조립체를 지지하는 기능을 한다. 구형 확대부(13)의 개방 단부(13B)에 인접한 베어링(26)은 구형 셸(18)의 외부 구형체 표면에 일치하고 이것에 결합하는 구형으로 형상진 제1의 표면(26A)과 이와 반대측의 원통형의 단부 부분(14)의 내면에 일치하는 전체적으로 원통 형상을 갖는 제2의 표면(26B)을 포함한다. 베어링(26)은 앞표면(26C)과, 추종 표면(26D)과 그리고 구형으로 형상진 제1의 표면(26A)과 앞표면 (26C)사이에 연장되는 내면(26E)을 갖는 것으로서 나타나 있다.

유사하게, 배어링(27)은 구형 셸(18)의 외부 구형체 표면에 일치하고 이것에 결합하는 구형으로 형상진 제1의 표면(27A)과 이와 반대측의 원통형의 단부 부분(14)의 내면에 일치하도록 원통 형상을 갖는 제2의 표면(27B)과, 추종 표면(27C)과, 앞표면(27D)과 구형으로 형상진 제1의 표면(27A)사이에 연장되는 내면(27E)을 갖는다. 베어링(26, 27)은 나일론으로 형성되어 있으나, 제1튜브의 길이부분(11)과 제2튜브의 길이부분(12)사이의 회전과 추축 선회 운동을 허용하는 한편 밀폐된 위치에서 부재들을 지지하도록 충분한 힘이 있고 또 전달될 유체에 대해서 화학적 저항력을 갖는 다른 재료로 형성된다. 다른 적합한 재료로는 여러 가지의 금속과 세라믹과 다른 열가소성 플라스틱을 포함한다.

베어링(26, 27)사이에는 밀봉 수단인 한 쌍의 O-형링 밀봉부(28)가 위치되어 있으며, O-형링 밀봉부(28)는 그 사이에 위치된 나이론 또는 다른 적합한 재료로된 원주 방향의 스페이서(29)에 의해서 서로 간격을 이루고 있다. 서로 다른 모양을 갖는 기타의 밀봉부가 O-형링 밀봉부 대신에 사용되어도 좋다. O-형링 밀봉부(28)는 네오프렌 W로 알려진 불화규소 중합체와 같은 탄력성이 있고 화학적으로 안정된 중합체 재료로 형성하는 것이 좋다. 전달될 유체에 따라, 다른 형태의 재료가 O-형링 밀봉부(28)에 그리고 원주 방향의 스페이서(29)에 사용된다. O-형링 밀봉부(28)가 사이에 압축되고 구형 셸(18)의 외부의 구형체 표면과 원통형의 단부 부분(14)의 내면 사이에서의 액체와 증기의 밀봉밀폐를 이룬다. O-형링 밀봉부(28)는 인접한 베어링(26, 27)과 스페이서(29)에도 접촉한다. 그러나 이와 같은 접촉은 액체나 증기가 새지 않는 밀봉밀폐에서는 필요하지 않게 된다.

칼라(30)는 원통형의 단부 부분(14)안에서 구형 확대부(13)와 패드(23)와 구형 셸(18)로 구성되는 조립체를 베어링(26, 27)과 O-형링 밀봉부(28)과 스페이서(29) 상이에 함께 설치하도록 되어 있다. 칼라(30)는 제2튜브의 길이부분(12)의 확대된 원통형의 단부 부분(14)의 외면과 느슨하게 결합하도록 크기 설정된 중앙의 원통형 부분(30A)과 제2튜브의 길이부분(12)의 중간부분(15)에 결합하는 위치로 방사 내향으로 테이퍼를 이루는 테이퍼진 단부(30B)를 가진다. 테이퍼를 이루는 단부(30B)를 형성하고 있는 칼라(30)의 단부는 원통형이고 또 제1도에 X로 표시한 점선으로 나타낸 원통형의 단부 부분(14)을 넘어 연장된다. 각각의 구성부가 제1도에 나타낸 위치에서 조립되지만, 칼라(30)의 원통형 부분(30A)이 원통형의 단부 부분(14)을 넘어서 점선으로 도시한 위치 X 까지 길이 방향으로 연장되어 결합된 후에, 상기 단부 부분이 변형되어서 테이퍼를 이룬 중간부분(15)에 잘 맞는 테이퍼를 이룬 단부(30B)를 형성한다. 제1도에 나타낸 바와 같이, 테이퍼를 이룬 단부(30B)를 형성하기 위한 칼라(30)의 이와 같은 변형은 구형 셸(18) 및 원통형의 단부 부분(14)의 내면의 사이이 공간내에서 베어링(26, 27)에 강고하게 결합하도록 되어 있고, 베어링(26)의 앞표면(26C)이 제2튜브의 길이부분(12)의 중간부분(15)과 원통형의 단부 부분(14)과의 접합에 의해서 제 위치에 유지되어 있다. 바람직하게는, 테이퍼를 이룬 단부(30B)가 미리 형성될 수 있고, 이 경우에 플랜지(30C)를 형성하는 다른 단부가 원통형 부분(30A)의 원통형 연장부로 되고, 이와 같은 플랜지(30C)를 형성하도록 조립 도중에 변형된다.

제1도에서 알 수 있는 바와 같이, 스페이서(29)와 맞추어진 구형 셸(18)의 일부는 이와 같은 구형 셸(18)의 다른 부분보다 원통형의 단부 부분(14)의 내면에 더 가까운 정점(apex)으로 생각되며 또 베어링(26, 27)은 그와 같은 정점의 다른 측부상에 위치되고, 이렇게 하여, 구형 셸(18), 패드(23, 24)와 제1튜브의 길이부분(11)의 구형 확대부(13)의 조립체를 제 위치에 고정하는 동시에, 이와 같은 조립체 및 제2튜브의 길이부분(12)사이의 추축과 회전 운동을 허용한다.

제1도에서 알 수 있는 바와 같이, 칼라(30)의 플랜지(30c)는 구형 셸(18)로부터 방사형으로 간격을 둔 단부(30D)에서 끝나고, 이렇게 하여 플랜지 단부(30D)와 구형 셸(18)의 외면 사이에 틈(31)을 남기게 된다. 각각 베어링(26, 27)의 구형의 제1표면(26A, 27A)에 미끄럼 연결된 구형 셸(18)의 외면의 구형체와 연결되어 있는 틈(31)이 있어서, 구형 셸(18) 및 이것에 대해서 패드(23, 24)에 의해 결합된 제1튜브의 길이부분(11)이 제2튜브의 길이부분(12)의 원통형의 단부 부분(14)안에 추축선회 운동을 하도록 허용한다. 추가하여, 알 수 있는 바와 같이, 이와 같은 구조는 구형 셸(18)과 그리고 거기에 결합된 제1튜브의 길이부분(11)이 제2튜브의 길이부분(12)에 대하여 회전운동 하는 것을 허용한다.

바람직하게는, 구형 셸(18)의 외면에는 베어링(26, 27)상의 마찰마모를 줄여 사용연한을 연장시키는데 도움이 되는 Tefion R 코팅이 되어 있다. 다른 마찰 감소 코팅이 테프론 R 코팅 대신에 사용되기도 한다. 앞에서 설명한 바와 같이, 구형 확대부(13)의 외면과 구형 셸(18)의 외면 사이의 공간, 그리고 그 때문에 그사이에 결합된 탄성패드(23)는 균일하지 않은 두께로 되어있다. 그리하여, 구형 확대부(13)의 개방 단부(13B)에 인접한 탄성패드(23)의 두께는 구형 확대부(13)의 접속부(13A)에 인접한 탄성 패드(23)의 일부보다 훨씬 더 두껍다. 패드(23)의 균일하지 않은 두께는 본 발명의 중요하고 의미 있는 특징이며, 또 개방단부(13B)에 인접한 단부에서 더 두꺼워야 한다.

제2도와 4도의 실시예의 설명으로부터 뚜렷해지는 바와 같이 제1튜브의 길이부분의 확대부는 구형의 형상을 갖게 할 필요는 없다. 오히려, 이와 같은 제1튜브의 길이부분은 광범위한 형태의 여러 확대부를 갖는다. 그러나, 구형 셸(18)의 외면은 원통형의 단부 부분(14)과 베어링(26, 27)에 관하여 각도를 이루고 회전하며 움직이는 것을 허용하기 위해 구형의 형상을 갖도록 하는 것이 중요하다. 제2도의 실시예로는, 타원형체를 포함하나 그것만에 한정되지는 않은 광범위한 형상과 축(A)에 평행한 횡단면에서 포물선이나 다른 곡선 경로로 된 형상 중 어느 것을 갖는 제1튜브의 길이부분(32)이 갖추어져 있다. 확대부(33)는 튜브(32)의 주 본체와 함께 접속부(33A)의 선으로부터 개방단부(33B)로 연장된다.

또한, 서로 이격된 확대부(33)를 둘러싸고 있는 구형 셸(35)의 내면과 확대부(33)의 외면 사이의 공간은 접속부(33A)의 선에 인접한 단부(35A)에서 보다 개방단부(33B)에 인접한 단부(35B)에서 더 크게 된다. 이와 같은 공간내에 위치되어 있는 것은 접속부(33A)의 선에 인접한 단부(36A)보다 개방단부(33B)에 인접한 단부(36B)에서 더 두꺼운 균일하지 않은 두께로 된 하나의 탄성패드(36)이다.

또한 외향으로 테이퍼를 이루는 중간부분(43)에 의하여 주 튜브 부분에 결합된 확대 원통형의 단부 부분(44)을 갖는 제2튜브의 길이부분(42)이 있다. 원통형의 단부 부분(44)과 중간부분(43)은 구형 셸(35), 패드(36)와 확대부(33)로 이루어진 조립체를 구형 셸(35)의 외면과 이격되도록 해서 둘러싸고 있다.

구형 셸(35)과 원통형의 단부 부분(44)사이의 공간내에는 한 쌍의 O-형링 밀봉부(28)와 원주 방향의 스페이서(29)와 한 쌍의 유니버설 베어링(45)이 위치되어 있다. 비대칭형 횡단면을 갖는 베어링 (26, 27)을 이용한 제1도의 실시예와 대조적으로 이 실시예에 사용된 유니버설 베어링(45)은 서로 같고 또 그 때문에 제1도 실시예에서 요구되는 조립체에서와 같은 주의를 요하지 않는다.

플랜지(46)는 원통형의 단부 부분(44)으로부터 방사 내향으로 연장되고 또 인접한 유니버설 베어링(45)에 결합되어 있다. 다른 유니버설 베어링(45)은 중간부분(43)의 내면과 원통형의 단부 부분(44)에 의하여 결합되어있다. 유니버설 베어링(45)의 각각은 외부로 테이퍼를 이루고 있는 전체적으로 U자 형의 외면(47) 및 구형 셸(35)의 외면의 구형의 형상과 동일한 구형의 형상을 추종하는 한 쌍의 동일한 내면(48)을 포함한다. 선택적으로, 각각의 내면(48)으로부터 연장되고 또 베어링(45)을 통하여 중앙에 연장된 평면상에 있는 방사 내향으로 연장되는 립부분(49; lip)이 갖추어져 있다. 연결 장치의 여러 가지 요소를 서로 연결함에 따라, 각 유니버설 베어링(45)의 립부분(49)은 압력하에서 분진 와이퍼(dust wiper)로서 작용하도록 접혀지거나 구부려지고 제2튜브의 길이부분(42)에 상대하는 제1튜브의 길이부분(32)의 운동에 따라 구형 셸(35)의 외면에 대해 운동한다.

제2도의 실시예는 칼라를 사용하지 않는다는 점에서 제1도의 실시예 보다 경제적이다. 제2도에 도시된 본 발명의 가요성 연결 장치는 230psi 이하의 낮은 내부압력을 받기 쉬운 튜브의 길이부분들을 서로 연결하는데 특히 적합하다. 따라서, 서로 다른 부재들을 서로 고정시키기 위해 칼라(30)를 사용하는 제1도의 실시예가 230 psi를 초과하는 압력 및 500 psi 또는 그 이상의 압력하에서 작동하는 시스템에 사용할 수 있는 반면, 제2도의 실시예는 보다 저렴한 경비로 보다 낮은 압력용으로 유용하게 사용할 수 있다.

낮은 내부 압력을 받는 경우에, 약간의 적용분야에서는 스페이서(29)가 필요 없는 단순 O-형링 밀봉부(28)만 갖는 것도 가능하다. 이러한 변형 연결 장치는 적어도 두개의 베어링(26, 27) 또는 (45, 45)을 갖고 있고, 하나의 O-형링 밀봉부(28)가 이들의 베어링의 사이의 정점의 면적 부분의 구형 셸(18 또는 35)의 외면과 원통형의 단부 부분(14 또는 44)의 내면에 대해서 밀봉 결합한 상태로 위치하도록 되어 있다.

제3도에서는, 튜브(32, 42)의 연결부내에서 내부압력으로 인해 제2도의 실시예의 탄성 패드(36)상의 영향을 설명하는 유한요소 메시(finite element mesh)를 나타내고 있다. 인지할 수 있는 바와 같이, 이러한 내부압력은 제2튜브의 길이부분(42)에 축방향에 상대하여 제1튜브의 길이부분(32)이 운동하게 되는 결과가 된다. 이러한 분석은 왜 탄성 패드(36)가 확대부(33)의 개방단부(33B)에서 인접한 두꺼운 단부(36B)와 상기 개방단부(33B)에서 떨어진 얇은 단부(36A)가 있는 비 균일한 두께로 되어야 하는지를 나타낸다.

탄성 패드(36)는 압축 응력에 대해 충분한 저항력을 갖고 있지만, 인장응력에 대하여는 보다 적은 저항력을 갖는다. 제3도에서 알 수 있듯이, 제1 및 제2튜브의 길이부분(32, 42)의 통로 내에서의 내부응력의 적용은 확대부(33)를 갖고 있는 제1의 튜브(32)가 축방향으로 조금 움직이게 하는 원인이 되나, 제2의 튜브(42)로부터 잡아당기려는 것이 된다. 그러나, 확대부(33)와 결합된 탄성 패드(36)가 있는 구형 셸(35)은 확대부(33)의 외면과 결합하게 하는 위치에서 단단히 유지하고 있는 베어링(45)의 결과로서 그러한 축방향 운동을 방지시킨다. 따라서, 단부(36A)를 향하는 패드(36)의 부분은 압축응력을 받으며 그러한 압축응력에 대응하여 외부쪽으로 팽창한다.

이와는 반대로, 단부(36B)에 인접한 패드(36)의 부분은 제1의 튜브(32)의 축방향 운동에 따라 구형 셸(35)의 단부(35B)와 확대부(33)의 개방단부(33B)간의 거리가 커짐으로서 인장응력하에 놓여진다.

제3도에서는, 응력분석을 설명하는데 필요한 가요성 연결 장치의 부분들, 즉 제1의 튜브(32), 그 확대부(33), 구형 셸(35) 및 비균일 두께의 패드(36)만을 개략적으로 도시하였다. 제1의 튜브(32), 그 확대부(33) 및 패드(36)의 각각은 두 세트의 메시라인(mesh line)으로 도시되었고, 그 중 첫 번째의 점선은 통로내에 내부압력이 적용되기 전의 해당 각 부재들의 위치를 나타내고, 두 번째의 실선은 해당 각 메시라인에 대해 통로내의 500psi의 내부압력에 대응하는 부분의 이동을 나타낸다. 구형 셸(35)은 축방향 이동으로부터 방지됨에 따라 단지 하나의 고정된 선(line)만 갖게 된다.

제3도로부터 쉽게 알 수 있듯이, 제1튜브의 길이부분(32) 및 그 확대부(33)의 오른쪽 방향으로 이동함에 의해 패드(36)의 단부(36A)에 놓여지는 최대 압축력의 결과로 패드(36)의 단부(36A)가 오른쪽으로 압착되어서, 패드(36)에 대한 공간크기를 감소시키게 된다. 이와는 반대로, 단부(36B)에 인접한 패드(36)부분은 결합되는 구형 셸(35)의 내면과 확대부(33)의 외면인 두 요소가 서로 떨어지는 결과로 인장응력을 받는다. 따라서, 메시라인으로 표시된 패드(36)의 각 부분들은 점선으로 표시된 부분에서 실선으로 표시된 부분으로 이동하게 된다. 이와 같이 패드(36)의 두께가 불균일 하므로, 본 발명의 연결 장치는 (1) 확대부(33)의 외면 및 (2) 구형 셸(35)의 내면과 패드(36)간의 결합을 손상시킴 없이 만족한 기능을 나타내게 된다. 이러한 구조는 패드의 얇은 단부(36A)에 높은 압축응력을 주게되고 두꺼운 단부(36B)에는 충분할 정도의 적의 양의 인장응력을 주게된다.

제4도의 실시예에서는, 제1튜브의 길이부분(51)이 타원체를 포함하고 있지만, 이것으로 한정되지 않고 횡당면이 축(A)에 평행한 포물선형이나 고정된 반경 튜브(51)가 있는 접합부(53A)의 선으로부터 개방단부(53B)로 이동하는 다른 곡선형 통로를 갖고 있는 것을 포함하는 다양한 구성중의 어느 하나의 확대부(53)를 갖고 있다.

전술한 실시예에서와 같이, 서로 이격된 확대부(53)를 감싸며 접합부(53A)의 선에 인접한 단부(55A)로부터 개방단부(53B)에 인접한 단부(55B)로 연장되는 구형 셸(55)을 갖추고 있다. 구형 셸(55)의 내면과 확대부(53)의 외면간의 공간은 단부(55A)에서 보다 개방단부(53B)에 인접한 단부(55B)에서 더 크다. 이 공간에는 불균일한 두께의 탄성 패드(56)가 위치되어 있고, 그 두께는 개방단부(53B)에 인접한 단부(55B)에서의 두께가 접합부(53A)의 선에 인접한 타단부보다 더 두껍다. 탄성중합체 재료의 제2패드(57)는 패드(56)에 접착될 통로를 통해 유체가 흐르려고 하는 경향을 감소시키고 침투에 저항하도록 만들어진다. 패드(56, 57)는 확대부(53)의 외면과 구형 셸(55)의 내면에 결합되어야 한다.

또한 외부로 테이퍼진 중간부분(63)에 의해 주 튜브 부분에 연결된 확대된 원통형의 단부 부분(64)을 갖고 있는 제2튜브의 길이부분(62)이 설치되어 있다.

구형 셸(55)의 외경이 원통형의 단부 부분(64)의 내경보다 작기 때문에 구형 셸(55)은 원통형의 단부 부분(64)의 내면과 이격된 관계로 되어 있다. 이와 같은 공간에는 원통형의 단부 부분(64)내의 구형 셸(58), 패드(56, 57) 및 확대부(53)로 구성되는 조립체를 지지하는 베어링으로 작용하는 한쌍의 원주 방향의 나일론 베어링(45)이 위치되어 있다.

베어링(45)들 사이에는 한 쌍의 O-링 밀봉부(28)들이 위치하고, O-링 밀봉부(28)는 중간에 배치되어 있는 나일론 원주 방향의 스페이서(29)와 서로 이격되어 있다.

원통형의 단부 부분(64)내의 구형 셸(58), 패드(56, 57) 및 확대부(53)로 구성되는 조립체와 그들 사이의 베어링(45), O-형링 밀봉부(28) 및 스페이서(29)를 함께 고착시키기 위해 칼라(70)가 갖추어져 있다. 이 칼라(70)는 제2튜브의 길이부분(62)의 확대된 원통형의 단부 부분(64)의 외면과 맞추어지고 결합하도록 치수형성된 중앙의 원통형 부분(70A)과, 제2튜브의 길이부분(62)의 중간부분(63)을 결합하는 위치까지 내부로 테이퍼진 단부(70B)를 갖는다. 테이퍼진 단부(70B)와 반대측의 칼라(70)의 단부는 처음에는 원통형이지만, 각각의 부품이 제4도에 나타난 위치로 결합된 후에는, 칼라(70)의 원통형 부분(70A)은 베어링(45)의 추종표면을 지나서 길이방향으로 연장한 상태로, 이 단부가 변형되어서 방사 내향으로 플랜지(70C)를 형성하고, 구형 셸(58), 패드(56, 57) 및 확대부(53)의 조립체가 제 자리에 고착되어 이들 조립체와 제2튜브의 길이부분(62)간에 선회운동 및 회전운동을 하게 된다.

다른 변형예가 본 발명의 당업자들에게 인지될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 연결 장치가 플라스틱 뿐만 아니라 금속으로 형성된 강성의 튜브의 길이부분을 서로 연결하고 또는 플라스틱에 의해서 형성된 튜브의 길이 부분을 금속에 의해서 형성된 튜브의 길이부분에 연결하는데 사용할 수도 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 특허청구범위로만 한다.

Claims (19)

1. 제1 및 제2강성튜브의 길이부분의 마주보는 단부를 서로 밀봉결합하기 위한 연결 장치(10)에 있어서, (a) 축선을 따라 제1길이로부터 연장하는 제1부분과, 상기 제1부분보다 반지름이 더 크게 외부쪽으로 연장하고, 또 축방향으로 확대된 통로가 형성되고 개방단부(13B, 33B, 53B)에서 끝나는 외면이 있는 확대부(13, 33, 53)를 가진 제1튜브의 길이부분(11, 32, 51); (b) 상기 확대부를 감싸며 공간을 형성하도록 상기 확대부와 협동하는 구형 셸(18, 35, 55)로서, 상기 개방단부(13B, 33B, 53B)에 접한 상기 공간의 일부분의 폭이 상기 구형 셸의 다른 단부(18A, 35A, 55A)에서의 상기 공간의 폭보다 큰 상태이고, 구형의 구획을 한정하는 외면을 갖고 있는 구형 셸(18, 35, 55); (c) 상기 공간내에서 상기 구형 셸과 상기 확대부에 부착되고, 상기 개방단부에 인접한 비교적 두꺼운 부분에서 상기 다른 단부에 인접한 얇은 부분으로 연장하는 탄성 패드 수단(23, 36, 56); (d) 제2길이로부터 연장하는 제1부분과, 중간부분(15, 43, 63)과, 서로 간격이 있게 상기 구형 셸을 수용하는 크기로된 내면을 갖고 있는 단부 부분(14, 44, 64)을 갖고 있는 제2튜브의 길이부분(12, 42, 62); (e) 상기 구형 셸 외면과 상기 단부 부분의 내면 사이의 공간내에 위치 설정되고, 각각이 상기 단부 부분의 내면에 결합하는 제2표면(26B, 47)과 상기 구형 셸의 외면에 결합하는 제1표면(26A, 48)을 갖고 있는, 다수의 이격된 원주 방향의 베어링(26, 27, 45); (f) 상기 공간내의 베어링 사이에 있고 상기 구형 셸의 외면 및 상기 단부 부분의 내면을 밀봉하도록 결합하는 하나 이상의 밀봉 수단(28); 및 (g) 상기 단부 부분내에 상기 확대부와 상기 구형 셸을 결합한 상태로 유지하기 위한 플랜지 수단(30C, 46, 70C)으로 이루어진 가요성 연결 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 플랜지 수단(46)이 상기 단부 부분(44)과 일체를 이루는 가요성 연결 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 플랜지 수단은 칼라(30, 70)와 일체를 이루고, 상기 칼라는 상기 단부 부분(14, 64)을 감싸며 상기 중간부분(15, 63)에 결합하는 가요성 연결 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 플랜지 수단이 상기 베어링중 하나와 결합하는 가요성 연결 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 구형 셸의 외면이 상기 구형 셸의 다른 부분보다 상기 단부 부분의 내면에 더 가까운 정점을 갖고 있고, 상기 베어링의 하나는 상기 정점의 한 측면상에 위치설정되어 있으며 상기 베어링의 다른 하나는 상기 정점의 대향 측면상에 위치설정되어 있는 가요성 연결 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 정점과 상기 단부 부분의 내면을 결합하는 스페이서를 추가로 포함하고, 상기 밀봉 수단은 상기 스페이서의 양측면상에 위치설정되어 있는 가요성 연결 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 베어링과 상기 밀봉 수단상의 마찰 마모를 감소하기 위한 상기 구형 셸의 외면상의 코팅을 추가로 포함하는 가요성 연결 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 확대부의 축을 따라 취한 횡단면에 곡선 통로가 형성되어 있는 가요성 연결 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 확대부는 상기 개방 단부로부터, 상기 구형 셸의 중심이 상기 개방단부와 이격되어 있는 거리보다 큰 거리로, 이격된 중심을 가진 구형의 구획인 가요성 연결 장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 패드수단은 상기 개방단부에 인접한 단부에서, 상기 제1 및 제2튜브의 길이부분을 통해 유체흐름의 침투를 방지하는 제2패드 수단(24, 57)을 포함하는 가요성 연결 장치.
11. 제1튜브의 길이부분(11, 32, 51)의 단부와 함께 제2튜브의 길이부분(13, 42, 62)의 단부를 서로 연결시키기 위한 가요성 연결 장치에 있어서, (a) 상기 제1튜브의 길이부분을 통해 연장하여 개방단부(13B, 33B, 53B)에서 끝나는 통로를 갖고 있는 제1튜브의 길이부분상의 확대부(13, 33, 53); (b) 상기 개방단부에서 상기 확대부의 다른 부분에서 보다 크기가 더 큰 틈을 형성하는 관계로 거리가 있게 상기 확대부를 감싸는 정해진 직경의 구형의 외면을 갖는 구형 셸(18, 35, 55); (c) 상기 개방단부에 인접한 비교적 두꺼운 부분으로터 상기 개방 단부에서 떨어진 얇은 부분으로 연장하고, 상기 구형 셸 및 상기 확대부에 부착된 상기 틈내에 위치 설정된 패드수단(23, 36, 56); (d) 상기 제2의 튜브상의 단부 부분(14, 44, 64)로서, 상기 구형 셸의 정해진 직경보다 큰 직경을 갖는 원통형 내면을 갖고 있는 부분과, 상기 확대부로부터 상기 정해진 직경보다 적은 크기까지 테이퍼진 중간부분(15, 42, 63)을 포함하며, 상기 구형 셸과 확대부의 결합으로 상기 구형의 외면과 상기 원통형 내면과 상기 테이퍼진 중간부분의 내면사이의 공간을 수용하도록 되어 있는 단부 부분; (e) 상기 공간의 두 부분 이상에 있고, 각각이 원통형 내면과 결합하는 제2표면(26B, 47)과 상기 구형의 외면에 결합하는 제1표면(26A, 48)을 갖고 있는 베어링수단(26, 27, 45); (f) 상기 구형의 외면을 밀봉되는 관계로 감싸며 상기 원통형 내면과 밀봉되게 결합하는 상기 베어링 수단들간의 밀봉수단(28); 및 (g) 상기 베어링 수단중 하나와 결합하는 방사 내향으로 연장하는 플랜지 수단(30C, 46, 70C)으로 이루어진 가요성 연결 장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 방사 내향으로 연장하는 플랜지 수단(46)이 상기 제2튜브의 길이부분(42)과 일체인 가요성 연결 장치.
13. 제11항에 있어서, 상기 제2튜브의 길이부분상의 단부 부분(14, 64)을 감싸고, 상기 중간부분(15, 63)과 결합하는 칼라를 추가로 포함하며, 상기 플랜지 수단(30C, 70C)은 상기 칼라와 일체인 가요성 연결 장치.
14. 제11항에 있어서, 상기 구형의 외면이 상기 구형의 외면의 다른 부분보다 상기 원통형 내면에 더 가까운 정점을 갖고 있고, 상기 베어링 수단의 하나는 상기 정점의 한 측면상에 있으며 상기 베어링수단의 다른 하나는 상기 정점의 대향 측면상에 있는 가요성 연결 장치.
15. 제14항에 있어서, 상기 정점과 상기 원통형 내면을 결합하는 스페이서를 추가로 포함하고, 상기 밀봉수단은 상기 스페이서의 양측면 상에 위치설정되어 있는 가요성 연결 장치.
16. 제11항에 있어서, 상기 베어링 수단과 상기 밀봉 수단상의 마찰마모를 감소하기 위한 상기 구형의 외면상의 코팅을 추가로 포함하는 가요성 연결 장치.
17. 제11항에 있어서, 상기 확대부의 축을 따라 취한 횡단면에 곡선 통로가 형성되어 있는 가요성 연결 장치.
18. 제11항에 있어서, 상기 확대부는 상기 개방 단부로부터, 상기 구형 셸의 중심이 상기 개방단부와 이격되어 있는 거리보다 큰 거리로, 이격된 중심을 가진 구형의 구획인 가요성 연결 장치.
19. 제11항에 있어서, 상기 패드 수단은 상기 개방단부에 인접한 단부에서, 상기 제1 및 제2튜브의 길이부분을 통해 유체흐름의 침투를 방지하는 제2패드 수단(24, 57)을 포함하는 가요성 연결 장치.