KR20000069925A - 신축성 커플러 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 배기 시스템에서 유체전달 부재를 연속 길이로 결합시키기 위한 신축성 커플러 장치(110)에 관한 것이다. 파이프 내측 부재는 각각의 인접 파이프 단부들에 고정되는 두 파이프 어댑터 부재(125)들의 인접 단부들에 삽입되게 수용된다. 제 1스페이서 부재(125)는 어댑터 부재들 중 한 부재(114)의 단부와 파이프 내측 부재 사이에 방사상으로 그리고 축방향으로 둘러싸인다. 제 2스페이서 부재(126)는 어댑터 부재들 중 다른 부재(115)의 단부와 파이프 내측 부재 사이에 방사상으로 그리고 축 방향으로 둘러싸인다. 신축성의, 확장 가능한 밀봉부재 (130)는 어댑터 부재(114,115)들과 그리고 차례로 파이프 단부들을 기계적으로 연결시킨다. 바이어스 수단(biasing means)(140)들은 신축성 커플러 장치(110)의 압축에 점진적인 내성을 제공하기 위해 신축성 커플러 장치(110)에 축방향 바이어스 또는 예비하중(preload)을 부여하기 위해 제공된다.

Description

신축성 커플러 장치{FLEXIBLE COUPLER APPARATUS}

1. 기술분야

본 발명 출원은 1995년 12월 8일 출원되어 현재 계류중인 미국 특허 제 08/569,354호의 일부 계속 출원이다. 본 발명은 파이프 또는 도관의 연속 길이의 단부들을 결합시키기 위한 커플러에 관한 것이고 특히 차량 배기 시스템의 연속 파이프들의 단부를 결합시키기 위한 커플러에 관한 것이다.

2. 종래 기술

차량 배기 시스템에서, 특히 대형 트럭 또는 토공 장비와 같은 중장비 차량용 배기 시스템에서, 내연기관이 배기 파이프에 상당량의 진동을 발생시키는 것은 공지되어 있다. 장시간 동안의 연속 차량 작동은 특히 연장된 배기 파이프 길이에 상당한 변형을 일으킬 수 있는 소위 조화진동을 일으킨다. 배기 파이프의 반복 변형은 차례로 시간이 경과함에 따라 배기 파이프의 약화를 초래하고 최종적으로 파손되게 한다. 더욱이, 그와같은 조화진동은 배기 파이프를 통해 배기 파이프 마운팅(mounting)으로 전달되어 마운팅의 헐거움을 촉진시키며, 이는 인명 손상 및 장비 손상의 잠재성을 갖는 배기 시스템의 하나 이상의 부품의 갑작스런 교체를 초래할 수 있다.

차량의 엔진에 의해 발생된 진동외에 배기 시스템은 또한 다양한 인장, 압축 및 차량의 작동 중에 발생되는 굽힘력을 받는다. 개개의 부품들이 피로에 의한 파손에 견디도록 더욱 강하고 더욱 크게 제조될 수 있을지라도 그와 같은 구조는 중량 조건때문에 바람직하지 않을 것이다. 더욱이, 개개의 요소를 더욱 강하게 제조함으로써 진동은 배기 시스템 마운팅들 또는 기타 부품들로 단순히 전달되며, 감소 또는 제거되지 않는다. 따라서, 배기 시스템 또는 적어도 배기 시스템의 부품들을 이와 같은 진동 및 힘들로부터 차단시키는 것이 바람직하다.

배기 시스템 파이프들이 연속 연장된 길이보다는 오히려 비강성 연결물로서 분할 및 분리되는 경우 내연기관으로부터의 조화 진동 발달이 방지되거나 감소됨은 공지됐다. 이와같은 비강성 연결물은 내연기관 진동 이외에 기타 인장력, 압축력 및 굽힘력을 흡수하도록 사용되는 것이 이로울 수 있다.

그러므로 배기 파이프를 연속 길이로 결합시키기 위해 커플러를 제공하는 것이 바람직하고, 이 커플러는 비강성 형태로 파이프들을 결합시키며 한 파이프에서 다른 파이프로 인장력, 압축력 및 굽힘력을 전달하지 않고 흡수할 수 있다.

종래 기술의 커플러 실시예는 우스이(Usui)의 미국 특허 제 4,792,161호에서 발견된다. 우스이 특허에서, 한쌍의 동심원으로 배치된 스프링 코일들은 결합될 파이프들 사이에 기계적인 연결을 제공하도록 이용된다. 우스이 특허에서 커플러의 한 결점은 코일이 당겨지거나 굽혀진 상태에 있을 때 코일 개개의 만곡부 사이에 간극이 생기고, 이 간극 속으로 오물, 파편, 수분이 침투될 수도 있으며 이는 마모, 녹 및 기타에 의해 코일의 작동에 간섭을 일으킬 수도 있다는 것이다. 이외에, 코일(다른 코일내에 나사식으로 배치됨)들은 비보호되어 항상 요소들에 노출되며, 따라서 마모 및 기타 해로운 물리적 접촉으로 손상되기 쉽다. 우스이 특허의 커플러 장치의 또 다른 결점은 겹쳐지는 파이프 단부들 사이에 위치된 밀봉 링이 배기 가스의 누출을 방지하도록 밀봉 수단을 제공하는 것에 의존한다는 점이다. 밀봉링은 원통형 변형력, 인장력 및 압축력을 받기 쉽고 이는 최종적으로 밀봉을 손상시키고 커플러의 교체를 필요로 한다.

더욱 상이한 종래 기술의 커플러장치는 우델(Udell)의 미국 특허 제 5,145,215호에 기술되어 있다. 우델의 특허에서, 내측 슬리이브 부재는 외측 슬리이브 부재에 의해 동심원으로 수용된다. 실질적으로 다공성의, 비밀봉의, 진동을 흡수하는 스페이서 부재는 겹쳐지는 슬리이브 부재들 사이에 배치되어 슬리이브 부재들 사이의 직접적인 접촉을 방지한다. 이 스페이서 부재는 슬리이브 부재들의 왕복부 및 관절부와의 간섭을 최소화하는 동안 악화를 방지하는 비밀봉물이다. 신축성의 확대가능한 벨로우즈 부재는 멀리 떨어진 비겹침 단부에서 슬리이브 부재들을 기계적으로 연결시킨다. 전형적으로 짜여진 금속 와이어(braided metal wire)로 이루어진 폐쇄부재는 확대 가능한 벨로우즈 부재를 외부 요소 및 힘에 의한 손상으로부터 보호하기 위해 벨로우즈 부재를 감싼다.

우델 특허의 장치가 연결되는 파이프 단부들의 신장, 압축 및 상대적인 피봇을 조절할 수 있을지라도 우델의 장치는 단일 "피봇 지점"을 가지며, 따라서 조절될 수 있는 상대적인 피봇량에 대해 제한을 갖는다. 더욱이, 스페이서 부재의 압축성 한계내에서 연결되는 두 파이프축들은 비교차(즉, 엇갈림(skew)) 관계로 이동할 수 없다. 더욱이 우델의 장치는 압축 조절보다 신장조절에 더 적합하다. 비록 전형적으로 흔하지 않지만 커플러의 가능한 과압축 경우에, 부품들의 끼임 또는 외곡 가능성이 있고, 이는 커플러의 연속 성능에 불리하게 작용될 수도 있으며, 심지어 커플러의 조기 열화 및 파괴를 초래할 수도 있다. 그와같은 끼임을 방지하도록 확실히 "정지(stop)" 구조가 제공되지 않는다.

우델 특허의 장치가 연결되는 파이프 단부들의 약간의 신장, 압축 및 상대적인 피봇을 조절할 수 있을 지라도 우델 장치는 한개의 "탄성" 스페이서 부재만이 제공되며 이 스페이서 부재는 각각의 겹쳐지는 파이프 단부들의 연장되는 플랜지들 사이에 축방향 및 방사상으로 위치된다. 벨로우즈 부재가 각각의 겹쳐지는 파이프 단부들의 운동을 조절할 수 있을 뿐만 아니라 축방향 신장 및 압축을 할 수 있을 자라도 벨로우즈 부재는 소정의 예비하중(preloaded)된 구조에서 커플러 장치의 부품들을 유지하기 쉽도록 커플러 장치에 정상적인 힘을 제공하기 위해 형성되지 않는다. 이외에 전형적으로 금속 메쉬 또는 세라믹 솜(ceramic wool)으로 제조되는 "탄성" 스페이서 부재는 진동력이 커플러를 극단 방향으로 과신장시키도록 충분히 강할 때 상당히 점차로 변화된 진동력의 감쇠를 제공하지 못한다.

내연기관 같은 진동원으로부터 배기 시스템의 충격 흡수를 제공하도록 향상되고, 더욱 튼튼한 구조를 갖는 신축성 커플러 장치를 제공하는 것이 바람직할 것이다.

또한, 비교차 (엇갈림) 관계로 연결될 파이프들 단부들의 배향을 조절하는 배기 시스템용 신축성 커플러 장치를 제공하는 것이 바람직할 것이다.

커플러 장치의 과압축에 대해 확실한 정지 작용을 제공할 구조가 제공되는 신축성 커플러 장치를 제공하는 것이 더욱 바람직할 것이다.

커플러의 팽창 및/또는 압축에 점진적인 내성을 제공하도록 예비하중된 구조가 제공되는 신축성 커플러 장치를 제공하는 것이 또한 바람직할 것이다.

본 발명의 이들 및 기타 목적들은 명세서, 청구범위 및 도면을 고려하면 명백해질 것이다.

발명의 요약

본 발명은 두 파이프 사이의 진동 전달을 방지하면서 두 파이프 중 한 파이프로부터 두 파이프 중 다른 파이프로 유체 유동을 안내하도록 연속 파이프들의 인접 단부들을 연결하기 위한 신축성 커플러 장치에 관한 것이다.

신축성 커플러 장치는 두 파이프 중 제 1파이프에 작동되게 고정되도록 형성된 제 1단부와 제 2자유단부를 갖는 제 1어댑터 부재, 및 두 파이프 중 제 2파이프에 작동되게 고정되도록 형성된 제 1단부와 제 2자유단부를 갖는 제 2어댑터 부재를 포함한다. 제 1 및 제 2어댑터 부재의 제 2자유 단부들은 제 1 및 제 2어댑터 부재들이 각각 제 1 및 제 2파이프에 고정될 때 그리고 커플러 장치가 비응력상태일 때 축방향으로 이격된 관계로 정상적으로 배치된다.

제 1 및 제 2 어댑터 부재들의 제 2자유단부들 중 각각의 단부들에 삽입되게 수용되는 두 자유단부를 갖는 내측 부재가 제공된다. 내측 부재의 두 자유단부들은 제 1 및 제 2 어댑터 부재들에 의해 각각 원주상으로 더욱 감싸인다.

적어도 제 1 및 제 2탄성 스페이서 부재들은 제 1 및 제 2파이프들 중 한 파이프에서 발생되는 진동을 흡수하기 위해, 그리고 파이프들 중 다른 파이프로 진동전달을 방지하기 위해 내측부재의 제 1자유단부와 제 1 및 제 2어댑터 부재들 중 한 부재의 자유 단부 사이, 및 내측 부재의 제 2자유단부와 제 1및 제 2어댑터 부재들 중 다른 부재의 자유단부 사이에 각각 작동되게 배치된다. 적어도 제 1 및 제 2탄성 스페이서 부재들은 내측부재의 적어도 각각의 두 자유단부들과 제 1 및 제 2어댑터 부재들 중 각각의 어댑터 부재들 사이에 각각 방사상으로 배치된다. 적어도 제 1및 제 2탄성 부재들 각각의 적어도 한 부분은 내측부재, 제 1어댑터 부재 및 제 2어댑터 부재 중 적어도 하나에 대해 각각 축 방향 운동을 위해 더욱 작동되게 배치된다.

탄성 밀봉 부재는 파이프 종축들이 비교차(엇갈림) 관계로 위치되도록 파이프들의 배향을 조절하는 것에 대해, 서로에 대해 제 1 및 제 2파이프들의 광범위한 축방향 운동 및 상당량의 압축을 조절 및 가능하도록 서로에 대해 신축적으로 결합된 관계로 제 1및 제 2파이프를 유지하기 위해 그리고 신축성 커플러 장치에서 유체의 누출을 방지하도록 제 1 및 제 2파이프들에 적어도 간접적으로 고정된다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 적어도 한 정지부재는 내측 부재 둘레에 작동되게 배치되고 제 1 및 제 2어댑터 부재들 사이에 축방향으로 직접 인접 접촉되는 것을 방지하도록 작동되게 형성된다.

탄성 밀봉 부재는 그 길이를 따라 다수의 원둘레상 파동을 형성시킨 신축성 관형 벨로우즈 부재를 더욱 포함한다.

각각의 스페이서 부재는 금속 와이어 메쉬로 제조된 탄성 환형 부재를 포함하는 것이 바람직하다. 이와달리, 각각의 스페이서 부재는 세라믹 솜 재료로 제조된 탄성 환형 부재를 포함한다.

본 발명은 두 파이프들 사이의 진동 전달을 방지하면서 두 파이프들 중 한 파이프에서 두 파이프들 중 다른 파이프로 유체 유동을 안내하도록 연속 파이프들의 인접 단부들을 연결하기 위한 신축성 커플러 장치를 포함하며, 이 신축성 커플러 장치는 두 파이프들 중 제 1파이프에 작동되게 고정되도록 형성된 제 1단부, 및 제 2자유 단부를 갖는 제 1어댑터 부재를 포함한다. 제 2어댑터 부재는 두 파이프들 중 제 2파이프에 작동되게 고정되도록 형성된 제 1단부와, 제 2자유단부를 갖는다. 제 1 및 제 2파이프에 각각 고정될 때, 그리고 커플러 장치가 비응력 상태에 있을 때 축방향으로 이격된 관계로 정상적으로 배치된다. 내측 부재는 두개의 자유단부를 갖고, 이 자유단부들은 제 1 및 제 2어댑터 부재들의 제 2자유 단부들 중 각각의 단부에 삽입되게 수용된다. 내측부재의 두 자유 단부들은 제 1 및 제 2어댑터 부재들의 제 2자유 단부들에 의해 각각 원주상으로 더욱 감싸인다.

적어도 제 1 및 제 2탄성 스페이서 부재들은 제 1 및 제 2 파이프 중 하나에서 발생되는 진동을 흡수하기 위해, 그리고 다른 파이프에 진동 전달을 방지하기 위해 제 1 및 제 2어댑터 부재 중 한 부재의 자유단부와 내측 부재의 제 1자유단부 사이, 및 내측 부재의 제 2자유단부와 제 1 및 제 2어댑터 부재 중 다른 부재의 자유단부 사이에 각각 작동되게 배치된다. 적어도 제 1및 제 2탄성 스페이서 부재들은 내측 부재의 적어도 두 자유단부들과 제 1 및 제 2어댑터 부재들 중 각각의 부재 사이에 방사상으로 둘러싸인다. 적어도 제 1및 제 2탄성 스페이서 부재들 각각의 적어도 일부분은 내측부재, 제 1어댑터 부재 및 제 2어댑터 부재 중 적어도 하나에 대해 축방향 운동을 위해 더욱 작동되게 배치된다.

탄성 밀봉 부재는 파이프 축들의 종축들이 비교차(엇갈림) 관계로 위치되도록 파이프들의 배향을 조절하는 것에 대해, 서로에 대해 제 1및 제 2파이프들의 상당량의 압축 및 광범위한 축방향 운동을 조절 및 가능하도록 서로에 대해 신축적으로 결합된 관계로 제 1 및 제 2파이프를 유지하기 위해 그리고 신축성 커플러 장치에서 유체 누출을 방지하도록 제 1및 제 2파이프에 적어도 간접으로 고정된다.

탄성 밀봉 부재는 내측 부재, 적어도 제 1 및 제 2스페이서 부재, 및 제 1 및 제 2어댑터 부재들 중 적어도 하나의 적어도 한 부분의 전체에 걸쳐 원주 방향으로 둘러싸서 축방향으로 연장되도록 작동되게 형성되고, 두 파이프들 각각의 적어도 일부분과 겹쳐진다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서, 적어도 한 정지 부재는 내측 부재 둘레에 작동되게 배치되고 내측부재에 고정되며 제 1 및 제 2어댑터 부재 사이에 축방향으로 직접 인접 접촉되는 것을 방지하도록 작동되게 형성된다.

이와달리, 정지 부재는 원주 둘레에 축방향 폭을 갖는 환형부재를 선택적으로 포함하고, 원주를 따라서 적어도 한 구역에서 축방향 폭은 원주를 따라서 다른 구역에서 보다 실질적으로 더 크다.

본 발명의 한 실시예에서, 스페이서 부재들 중 적어도 하나는 내측 부재에 고정된다. 본 발명의 실시예에서, 적어도 한 정지 부재는 내측 부재에 고정된다.

본 발명의 더욱 다른 실시예에서, 신축성 커플러 장치는 두 파이프들 사이의 진동 전달을 방지하면서 두 파이프 중 한 파이프에서 다른 파이프로 유체유동을 안내하도록 연속 파이프들의 인접 단부들을 연결하기 위해 제공된다.

제 1어댑터 부재는 두 파이프 중 제 1파이프에 작동되게 고정되도록 형성된 제 1단부와, 제 2자유단부를 갖는다. 제 2어댑터 부재는 두 파이프 중 제 2파이프에 작동되게 고정되도록 형성된 제 1단부와, 제 2자유 단부를 갖는다. 제 1 및 제 2파이프에 각각 고정될때, 그리고 커플러 장치가 비응력 상태일때 축방향으로 이격된 관계로 정상적으로 배치된다. 제 1 및 제 2어댑터 부재들 중 제 2자유 단부들의 각각의 단부를 삽입되게 수용하는 두 자유단부들을 갖는 외측 부재가 제공되고, 외측부재의 두 자유 단부들은 제 1및 제 2어댑터 부재들의 제 2자유 단부들을 각각 원주상으로 더욱 감싼다.

적어도 제 1및 제 2탄성 스페이서 부재들은 제 1 및 제 2파이프들 중 하나에서 발생되는 진동을 흡수하기 위해, 그리고 다른 파이프에 진동 전달을 방지하기 위해 외측 부재의 제 1자유단부와 제 1 및 제 2어댑터 부재들 중 하나의 자유 단부사이에, 그리고 외측 부재의 제 2자유단부와 제 1 및 제 2어댑터 부재들 중 다른 하나의 자유 단부 사이에 작동되게 배치된다.

적어도 제 1 및 제 2탄성 스페이서 부재들은 외측 부재의 적어도 두 자유 단부들과 제 1 및 제 2어댑터 부재들 중 각각의 부재 사이에 방사상으로 감싸인다. 적어도 제 1 및 제 2탄성 스페이서 부재들 각각의 적어도 일부분은 외측부재, 제 1어댑터 부재 및 제 2어댑터 부재 중 적어도 하나에 대해 각각 축 방향 운동을 위해 작동되게 더욱 배치된다. 탄성 밀봉 부재는 파이프 축들의 종축들이 비교차(엇갈림) 관계로 위치되도록 파이프들의 배향을 조절하는 것에 대해, 서로에 대해 제 1및 제 2파이프들의 상당량의 압축 및 광범위한 축방향 운동을 조절 및 가능하도록 서로에 대해 신축적으로 결합된 관계로 제 1 및 제 2파이프를 유지하기 위해 그리고 신축성 커플러 장치에서 유체 누출을 방지하도록 제 1및 제 2파이프에 적어도 간접으로 고정된다.

적어도 한 정지부재는 외측 부재내에 작동되게 배치될 수도 있고 제 1및 제 2어댑터 부재들 사이에 축방향으로 직접 인접 접촉하는 것을 방지하도록 작동되게 형성될 수도 있다.

본 발명의 다른 실시예는 두 유체 전달 부재 사이의 진동 전달을 방지하면서 두 유체 전달 부재들 중 한 부재에서 다른 부재로 유체 유동을 안내하도록 연속 유체 전달 부재들의 인접 단부들을 연결하는 신축성 커플러 장치이다.

이 상이한 실시예는 두 유체 전달 부재 중 제 1부재에 작동되게 고정되도록 형성된 제 1단부와, 제 2자유 단부를 갖는 제 1어댑터 부재를 포함한다. 제 2어댑터 부재는 두 유체 전달 부재 중 제 2부재에 작동되게 고정되도록 형성된 제 1단부와, 제 2어댑터 부재들이 제 1 및 제 2유체 전달 부재에 각각 고정될 때 축방향으로 이격된 관계로 정상적으로 배치된다.

내측 부재는 제 1 및 제 2어댑터 부재들의 제 2자유 단부들 중 각각의 부재에 삽입되게 수용되는 두 자유 단부를 갖는다. 내측 부재의 두 자유 단부들은 제 1 및 제 2어댑터 부재들의 제 2자유단부들에 의해 각각 원주상으로 감싸인다.

적어도 제 1 및 제 2탄성 스페이서 부재는 제 1 및 제 2유체 전달 부재 중 하나에서 발생되는 진동을 흡수하기 위해, 그리고 유체 전달 부재 중 다른 부재에 진동 전달을 방지하기 위해 내측 부재의 제 1자유 단부와 제 1어댑터 부재의 제 2자유단부 사이, 및 내측 부재의 제 2자유단부와 제 2어댑터 부재의 제 2자유단부 사이에 작동되게 배치된다. 적어도 제 1 및 제 2탄성 스페이서 부재들은 내측 부재의 적어도 두 자유 단부들과 제 1 및 제 2어댑터 부재들 중 각각의 부재 사이에 방사상으로 감싸인다. 적어도 제 1및 제 2탄성 스페이서 부재들 각각의 적어도 일부분은 내측 부재, 제 1어댑터 부재 및 제 2어댑터 부재 중 적어도 하나에 대해 축방향 운동을 위해 각각 더욱 작동되게 배치된다.

제 1 및 제 2어댑터 부재들과 내측 부재는 공통 종축에 평행한 방향을 따라서 서로에 대해 축방향 운동을 위해 작동되게 배치된다. 제 2어댑터 부재의 제 2자유 단부와 내측 부재의 자유 단부 사이에 축방향으로 경계진 관계로 제 2스페이서 부재를 유지하기 위한 수단과 같이 제 1어댑터 부재의 제 2자유 단부와 내측 부재의 자유 단부 사이에 축방향으로 경계진 관계로 제 1스페이서 부재를 유지하기 위한 수단이 제공된다.

적어도 하나의 바이어스 지지 부재(biasing support member)가 제 1 및 제 2어댑터 부재들 중 적어도 하나에 적어도 간접으로 작동되게 연결되고, 적어도 하나의 축방향 바이어스 부재가 신축성 커플러 장치에 축방향 바이어스를 생기게 하기 위해 적어도 하나의 바이어스 지지부재에 대해 적어도 간접으로 견디게 작동되게 배치된다.

적어도 하나의 바이어스 지지부재는 제 1어댑터 부재의 적어도 간접으로 고정된 제 1바이어스 지지부재, 제 2어댑터 부재에 적어도 간접으로 고정된 제 2바이어스 지지부재를 포함한다. 적어도 하나의 축방향 바이어스 부재는 제 1 및 제 2바이어스 지지부재 사이에 축방향으로 접속관계로 축방향으로 작동되게 배치된 스프링 부재를 포함한다. 스프링 부재는 신축성 커플러 장치에 축방향 바이어스를 생기게 하기 위해 적어도 부분적으로 축방향으로 압축 상태로 배치된다.

제 1 및 제 2바이어스 지지 부재들은 제 1 및 제 2어댑터 부재들에 작동되게 고정되고 그로부터 방사상 외측으로 발산되는 제 1 및 제 2칼라 부재를 각각 포함한다. 스프링 부재는 제 1및 제 2어댑터 부재들의 제 2자유단부들과 겹쳐진 내측 부재에 실질적으로 동심원으로 그리고 그 둘레에 원주상으로, 그리고 제 1및 제 2칼라부재사이에 배치된다. 신축성 커플러 장치는, 어댑터 부재들의 종축이 비교차 관계로 위치되도록 어댑터 부재들의 배향을 조절하는데 대해, 서로에 대해 제 1 및 제 2어댑터 부재들의 상당량의 압축 및 광범위한 축방향 운동을 조절 및 가능하도록 서로에 대해 신축적으로 결합된 관계로 제 1 및 제 2어댑터 부재들을 유지하기 위해 그리고 신축성 커플러 장치에서 유체의 누출을 방지하도록 제 1 및 제 2어댑터 부재 둘레에 적어도 간접으로 고정된 탄성 밀봉 부재를 포함한다. 탄성 밀봉 부재는 스프링 부재가 탄성 밀봉 부재와 물리적인 접촉없이 탄성 밀봉 부재를 감싸도록 스프링 부재의 방사상 내측으로 배치된다.

본 발명의 다른 실시예에서, 제 1 및 제 2바이어스 지지부재들은 제 1 및 제 2어댑터 부재들의 제 2자유단부에서 방사상 내측으로 각각 작동되게 발산된다. 스프링 부재는 내측 부재에 실질적으로 동심원으로 그리고 내측 부재 둘레에 원주상으로 배치된다. 신축성 커플러 장치는 어댑터 부재들의 종축이 비교차 관계로 위치되도록 어댑터 부재들의 배향을 조절하는데 대해, 서로에 대해 제 1 및 제 2어댑터 부재들의 상당량의 압축 및 광범위한 축방향 운동을 조절 및 가능하도록 서로에 대해 신축적으로 결합된 관계로 제 1 및 제 2어댑터 부재들을 유지하기 위해 그리고 신축성 커플러 장치에서 유체의 누출을 방지하도록 제 1 및 제 2어댑터 부재 둘레에 적어도 간접으로 고정된 탄성 밀봉 부재를 포함하며, 탄성 밀봉 부재는 탄성 밀봉 부재가 스프링 부재와 물리적인 접촉을 하지 않고 스프링 부재를 감싸도록 스프링 부재의 방사상 외측으로 배치된다.

본 발명의 더욱 다른 실시예에서, 적어도 한 바이어스 지지 부재는 제 1어댑터 지지부재에 적어도 간접으로 작동되게 고정된 제 1바이어스 지지부재 ; 제 2어댑터 지지부재에 적어도 간접으로 작동되게 고정된 제 1바이어스 지지부재 ; 제 2어댑터 지지 부재에 적어도 간접으로 작동되게 고정된 제 2바이어스 지지부재 ; 내측 부재의 제 1자유 단부에 적어도 간접으로 작동되게 고정된 제 3바이어스 지지부재 ; 및 내측부재의 제 2자유 단부에 간접으로 작동되게 고정된 제 4바이어스 지지부재를 포함한다. 적어도 한 축방향 바이어스 부재는 제 1 및 제 3 바이어스 지지 부재들 사이에 축방향으로 접속 관계로 축방향으로 작동되게 배치된 제 1스프링 부재, 및 제 2 및 제 4바이어스 지지 부재들 사이에 축방향으로 접속 관계로 축방향으로 작동되게 배치된 제 2 스프링 부재를 포함한다. 제 1 및 제 2스프링 부재들은 신축성 커플러 장치에 축방향 바이어스를 생기게 하기 위해 적어도 부분적으로 축방향으로 압축된 상태로 배치된다. 신축성 커플러 장치는 또한 어댑터 부재들의 종축이 비교차 관계로 위치되도록 어댑터 부재들의 배향을 조절하는데 대해, 서로에 대해 제 1 및 제 2어댑터 부재들의 상당량의 압축 및 광범위한 축방향 운동을 조절 및 가능하도록 서로에 대해 신축적으로 결합된 관계로 제 1 및 제 2어댑터 부재들을 유지하기 위해 그리고 신축성 커플러 장치에서 유체의 누출을 방지하도록 제 1 및 제 2어댑터 부재 둘레에 적어도 간접으로 고정된 탄성 밀봉 부재를 포함한다.

각각의 실시예에서, 탄성 밀봉 부재는 그 길이를 따라서 다수의 원주상 파동을 형성시킨 신축성 관형 벨로우즈 부재를 더욱 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에서, 각각의 스페이서 부재는 금속 와이어 메쉬로 제조된 탄성 환형 부재를 포함한다. 이와달리 각각의 스페이서 부재는 세라믹 솜 재료로 제조된 탄성 환형 부재를 포함한다.

스프링 코일 부재(들)의 적어도 하나는 파동 스프링 부재(wave spring member)인 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명에 따른 신축성 커플러 장치의 측단면도.

도 2는 파이프 단부들 사이의 가능한 총 각변위를 예시하는, 두 파이프 단부들 사이에 있는 본 발명 장치의 개략도.

도 3은 두 파이프 단부들의 비교차 방향을 허용하는 본 발명 장치의 용량을 예시하는, 두 파이프 단부들 사이에 있는 본 발명 장치의 개략도.

도 4는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따른 스페이서 부재의 사시도.

도 5는 도 4의 실시예에 따른 스페이서 부재의 측면도.

도 6은 도 4의 실시예에 따른 스페이서 부재의 평면도.

도 7은 본 발명의 더욱 다른 실시예에 따른 신축성 커플러 장치의 부분 측단면도.

도 8은 본 발명의 또 다른 다수의 실시예에 따른 신축성 커플러 장치를 형성하기 위한 서브조립체의 측단면도.

도 9는 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 도 8의 서브조립체를 사용하며, 스프링 부재(들이)가 벨로우즈 외측의 방사방향인 신축성 커플러 장치의 측단면도.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도 8의 서브조립체를 이용하며 어댑터 부재들과 벨로우즈 부재 내측 사이에 스프링을 위치시킨 것을 보여주는 신축성 커플러 장치의 측단면도.

도 11은 본 발명의 더욱 다른 실시예에 따른 도 8의 서브 조립체를 이용하며, 내측 라이너 부재의 축방향 외측과 어댑터 부재들 내에 방사상으로 스프링 링을 위치시킨 것을 보여주는 신축성 커플러 장치의 측단면도.

도 12는 본 발명에 따른 전형적인 스프링 링의 측면도.

도 13은 본 발명에 따른 도 12에 도시된 스프링 링의 평면도.

도면의 상세한 설명

본 발명이 많은 상이한 형태의 실시가 가능할지라도, 본 발명의 설명이 본 발명의 원리의 표본으로 간주되고 본 발명을 예시된 실시예에 한정하고자 의도하는 것이 아님을 이해하며, 특정 실시예가 도면에 도시되고 상세히 설명될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 신축성 커플러 장치(10)의 측단면도를 예시한다. 본 발명의 전형적인 바람직한 실시예에서 신축성 커플러 장치(10)가 중앙 축(C_L) 둘레에 방사상 대칭이 되게 하는 것이므로, "하측" 부분은 중앙 축(C_L) 둘레에 대칭으로 배치되는 것으로 이해하며, 신축성 커플러 장치(10)의 단지 "상측" 부분만이 예시된다.

파이프 단부(11,12)들을 파이프 단부(11)에서 파이프 단부(12)로 진동이 전달되는 것에 대하여 파이프들이 충격을 흡수하는 방식으로 연결될 것이다. 어댑터 부재(14,15)들은 실질적으로 원통형 부재들이고, 각각의 어댑터 부재들은 각각의 파이프 단부(11,12)와 실질적으로 동일한 직경을 갖는다. 어댑터 부재(14,15)들은 용접, 납땜(brazing), 또는 기타 적당한 공지 기술에 의해 파이프 단부(11,12)들에 영구히 고정될 것이다. 파이프 단부(11,12)들 보다 조금 더 큰 직경을 갖는 것으로 도 1에 예시됐을지라도, 다른 실시예(도시되지 않음)에서 어댑터 부재(14,15)들은 파이프 단부(11,12)들 보다 상당히 더 큰 직경, 파이프 단부(11,12)들 보다 조금 더 작은 직경, 또는 심지어 각각의 파이프 단부(11,12)들과 동일 직경을 갖는 것으로 형성될 수 있고, 이 경우 어댑터 부재들은 각각의 단부들에 맞대기 용접될 수 있다. 방사상 내측으로 연장되는 플랜지(17,18)들은 어댑터 부재(14,15)들 상에 형성된다.

파이프 내측 부재(20)가 설치되고, 이는 반단면으로 예시됐을지라도 대체로 원통형 부재라고 이해된다. 파이프 내측 부재(20)는 어댑터 부재(14,15)들의 방사상 내측으로 동심원으로 수용된다. 파이프 내측 부재(20)는 어댑터 부재(14,15)들의 직경보다 항상 더 작아야 하고 파이프 단부(22,23)들은 파이프 내측 부재(20)상에 제공되고, 공지의 제조기술을 이용하여 내측 부재상에 형성될 수도 있다. 파이프 내측 부재(20)는 신축성 커플러 장치의 전체 길이에 비하여 짧은 길이를 가질 것이다. 어떤 소정의 적용을 위해, 파이프 내측 부재(20)의 길이는 연결되는 파이프(들)의 한 직경과 동일해질 것이다. 따라서 파이프 내측 부재(20)의 길이는 기껏해야 자체의 직경보다 조금 더 클 뿐이고, 작을 수도 있다.

환형 스페이서 부재(25,26)들은 금속 메쉬 재료(metal mesh material)로 형성되는 것이 바람직하며, 이 재료는 약간 다공성일지라도 탄성이고 비교적 견고히 채워진다. 환형 스페이서 부재들은 이와달리 탄성 내열 세라믹 솜(wool)재료, 또는 기타 재료로 제조될 수도 있다. 본 발명의 실시예에서, 환형 스페이서 부재(25,26) 각각이 파이프 내측부재(20)와 어댑터 부재(14,15)들 중 하나 사이에 방사상으로 압축될지라도 환형 스페이서 부재(25,26)들 각각은 파이프 내측 부재(20)를 따라서 약간의 축방향 이동으로 자유로이 결합되어 어댑터부재(14,15)들의 플랜지(17,18)에 의해 상당한 억제를 받는다. 환형 스페이서 부재(25,26)들은 파이프 단부(11,12)들이 실질적으로 동일 선상일때, 그리고 파이프 단부(11,12)들이 비뚤어지고, 서로에 대해 측방향으로 변위되거나 서로에 대해 각지게 회전되도록 외력에 의해 이동될때 구성부품의 공차한계와 스페이서 부재들의 최대 압축성내에서 측방향 진동과 축방향 진동을 흡수하여 견디도록 압축가능하게 형성될 것이다. 환형 스페이서 부재(25,26)들은 연결되는 파이프들을 따라 소정의 진동흡수를 달성하도록 적어도 어느 정도 탄성이 있어야 할지라도 다공성일 필요는 없다. 더욱이 환형 스페이서 부재(25,26)들은 요구되는 경우 각각 어댑터 부재(14,15)들이거나 파이프 내측 부재(20)들에 점용접될 수도 있으나, 어댑터 부재와 파이프 내측부재 양자에 점용접되지 않는다.

신축성 커플러 장치(10)는 또한 환형 정지 부재(28)가 설치될 수도 있고, 이 정지 부재는 파이프 내측부재(20)의 외면에 고정될 수도 있으며 장치 길이의 중간 위치에 고정되는 것이 바람직하다. 이와달리 정지부재(28)는 파이프 내측 부재(20) 둘레에 간단히 위치될 수도 있다. 정지 부재(28)는 스페이스 부재(25,26)들의 재료와 동일 재료(강철 메쉬, 세라믹 솜 등)로 형성될 수 있고 또는 더욱 강하거나 더욱 부드러운 재료로 형성될 수 있으며, 심지어 세라믹, 금속 또는 탄성재료, 또는 기타 적당한 내구성의 내열재료로 이루어진 링으로 형성될 수도 있고 이는 내측부재(20)로 간단히 끼워맞춤될 수도 있으며 또는 용접 또는 납땜, 기타 적당한 방법으로 내측 부재(20)에 고정될 수도 있다. 정지 부재(28)가 신축성 커플러 장치(10)에 제공되지 않을 때, 나머지 요소의 구조는 어느 소정 적용을 위해 적당한 치수를 가져서, 소정 적용에 대한 예상 작동 한계하에서 신축성 커플러 장치(10)는 그렇게 압축되지 않고 플랜지(17,18)들이 인접될 것이다. 그와같은 적당한 치수화는 작동 중에 신축성 커플러 장치의 "진동(chattering)" 발생을 방지할 것이다.

더욱 상세한 구조에서, 벨빌(Belleville) 스프링과 같은 환형 스프링 부재는 정지 부재(28) 대신에 사용될 수 있다.

단부(31,32)들을 갖는 벨로우즈(30)는 용접 또는 납땜과 같은 다수의 공지 기술에 의해 어댑터 부재(14,15) (어댑터 부재(14,15)들이 예시된 바와같이 단부(11,12)들 보다 더 큰 직경인 경우) 둘레에 위치되어 밀봉되게 고정된다. 이와달리 벨로우즈 단부(31,32)들은 어댑터 부재들이 단부(11,12)들 내에, 단부들에 또는 단부들로 삽입되게 수용되어 기계적으로 고정되는 경우, 또는 벨로우즈 단부(31,32)들이 어댑터 부재(14,15)들을 지나서 축방향으로 연정되는 경우 단부(11,12)들에 고정되어 직접 밀봉될 수 있었다. 벨로우즈(30)의 주름 부분은 내측부재(20), 스페이서 부재(25,26)들, 및 내측부재(25)와 겹치는 어댑터 부재(14,15)들의 그 부분 모두가 주름 부분 길이내에 포함되도록 충분한 축방향 길이가 제공되어야 한다.

칼라(34,35)들은 벨로우즈 단부(31,32)들 둘레에 제공될 수 있고 끼워맞춤될 수 있다. 다양한 부품들을 서로 밀봉되게 고정하기 위해 공지 기술에 따라 적당한 용접, 납땜 및/또는 수축(crimp)이 사용될 것이다.

기술된 다양한 부품들을 형성 및 조립하는 방법들은 공지 기술을 따르며, 본 발명의 기술을 갖는 이 분야의 숙련된 사람들에 의해 용이하게 달성될 수 있다. 따라서, 신축성 커플러 장치(110)의 형성 및 조립하는 상세한 설명은 본 발명의 작동 구조 및 모드를 완전히 이해하기 위해 필요하지 않다.

작동시에, 신축성 커플러 장치(10)는 도 1에 도시된 형태가 실질적으로 신축성 커플러 장치(10)의 정상적인 정지 상태이도록 설치될 것이다. 스페이서 부재(25,26)들은 방사상으로 압축될 수 있을지라도 축방향으로 압축되지 않을 것이다. 단부(11,12)들을 잡아당김으로써 발생되는 신축성 커플러 장치(10)의 몇몇 축방향 연장은 조정될 것이고, 이는 스페이서 부재(25,26)들의 축방향 압축을 일으킬 것이다. 신축성 커플러 장치(11)의 축방향 압축은 플랜지(17,18)들 중 하나 또는 양자를 정지 부재(28)(제공되는 경우)를 향해 이동하게 하여 결국 임의의 정지 부재에 접하게 할 것이다. 이외에 모든 방향으로 내성있게 압축가능한 스페이서 부재(25,26)들은 다양한 부품들의 공차를 필요로 하며, 파이프(2)에 대해 (도 2참조) 파이프(1)의 약간의 각 편차를 허용한다. 예컨대 2인치의 공칭 직경을 갖는 커플러 장치에 대하여 10-12°의 총 각 편차가 예상된다.

이외의 기타 요소들 중 신축성 커플러 장치(10)와 단부(11,12)들의 직경과, 어댑터 부재(14,15)들, 내측부재(20) 및 스페이서 부재(25,26)들의 상대적인 축방향 길이에 좌우되어, 단부(11,12)들은 단부(11,12)들의 분리된 축들이 교차하지 않으나 오히려 나란하거나 완전히 경사(도 3참조)지는 구조를 취하도록 허용될 수도 있다. 즉, 플랜지(17,18)를 각각 갖는 어댑터(14,15)의 내측 자유 단부들은 일반적으로 지점(40,40)들에 회전 중심을 각각 갖는 2개의 피봇 조인트를 제공하도록 내측 부재(20)의 플랜지(22,23)들 및 스페이서 부재(25,26)들과 각각 함께 작용한다. 상기에 기술된 바와같이, 전체 커플러 장치는 전체 각 편차 a가 10-12°가 가능한 것으로 예상되므로, 각각의 피봇 조인트는 전체의 가능한 편차 10-12°의 ½인 5-6°의 각 편차 b 또는 c를 허용하는 것으로 고안된다.

상기에 기술된 각각의 각 편차 모드들에 대하여, 벨로우즈 부재(30)는 그와같은 모든 이동조합을 조정하도록 적당히 형성될 것이고, 반면에 신축성 커플러 장치(10)를 통과하는 가스의 누출이 전혀 없음을 보장하도록 각 단부에 유체 기밀 밀봉을 유지한다. 더욱이 벨로우즈 부재(30)는 설치과정 중에 필요에 따라서 커플러 장치(10)가 압축 또는 연장되도록 허용하고 또한 작동중에 그와같은 압축 또는 연장을 허용하며, 반면에 파이프 단부(11,12)들 사이에 기계적인 밀봉 연결부를 유지시킨다.

도 1-3의 실시예에서, 정지 부재(28)가 예시되고 균일한 직사각형 단면 구조를 갖는 간단한 환형 링으로 고안된다. 본 발명의 다른 실시예 (도 4-6)에서, 정지 부재(55)는 넓혀진 부분(56)들이 제공될 수도 있다. 넓혀진 부분들은 도 4-6에 예시된 바와같이 다소 과장되는 것으로 인정되고 넓혀진 부분들은 정지부재의 전체 축방향 길이의 약 10-20%와 같은 차이로 넓혀지지 않은 부분들의 축방향 길이보다 더 큰 축 방향 길이를 갖는 것으로 예상된다. 예컨대, 넓혀지지 않은 부분들에 8mm의 축방향 길이를 갖는 정지부재는 넓혀진 부분들에 10-12mm의 축방향 길이를 가질 수 있다. 이외에 각각의 넓혀진 부분들은 전형적으로 더 작은 량의 호(arc)가 원하는 경우 사용될 수 있을 지라도 약 90-100°의 호와 동일한 정지 부재의 원둘레 부분을 덮을 것이다. 넓혀진 부분들은 플랜지(17) 또는 플랜지(18)에 의해 각각 축방향으로 경계질 것이다. 이와달리 추가로 넓혀진 부분들이 제공될 수도 있고, 이는 정지부재의 원둘레 주위로 방사상 대칭 위치들에 위치되는 것이 바람직하다. 넓혀지는 부분은 축방향으로만 제공되고, 그와같이 넓혀진 부분들의 정지 부재의 방사상 두께는 넓혀지지 않은 부분들과 동일(적어도 축방향으로 비압축된 상태)한 것이 바람직하다. 정지부재(55)와 같은 정지부재의 사용으로 커플러 장치에 부적당한 축방향 "헐거움(looseness)"을 발생시키지 않고 향상된 피봇작용이 달성될 수 있다.

본 발명의 더욱 다른 실시예(도시되지 않음)에서, 넓혀진 부분을 갖는 정지부재(55) 이외에 또는 대신에, 신축성 커플러 장치는 넓혀진 부분들을 갖는 한쪽 또는 양쪽 스페이서 부재들이 제공될 수도 있다. 한가지 다른 실시예에서, 넓어지는 부분은 스페이서 부재의 한 축방향 "정면(face)"을 따라서만 주어질 것이다. 예컨대 도 5를 참조하면, 한가지 다른 실시예에서 도면부호 55가 스페이서 부재를 대체한 것으로 가정하면 넓어지는 부분은 스페이서 부재들의 한쪽 또는 바람직하기는 양쪽에서 대칭(s)면의 일측에만 주어질 것이고, 다른 축 방향 정면(들)은 편평하게 남아 있을 것이다. 그와같은 다른 실시예에서, 편평한 정면(들)은 전체 커플러 장치에 대해 축방향 외측으로 향한 정면으로 배향되는 것이 바람직하고, 반면에 넓혀진 부분을 갖는 정면(들)은 전체 커플러 장치에 대해 축방향 내측으로 향한 정면으로 배치된다. 즉, 넓혀진 부분들은 커플러 장치의 중앙을 향하고 반면에 편평한 축방향 정면들은 커플러 장치의 중앙에서 멀리 향한다. 더욱 다른 실시예에서, 스페이서 부재들은 도 4-6의 정지부재(55)에 대해 기술된 방식으로 양쪽 축 방향 정면들에 넓혀진 부분들을 가질 것이다. 이미 기술된 것으로서 넓혀진 스페이서 부재의 어느 형태이든지 넓혀진 부분들을 갖는 정지부재와 함께 또는 정지부재 대신에 사용될 수도 있다.

어느 또 다른 실시예에서 정지부재 또는 하나 이상의 스페이서 부재들이 넓혀진 부분들과 함께 제공되고, 그 다음 그와같은 각각의 정지부재 또는 스페이서 부재는 점용접, 납땜 등과 같은 어느 적당한 수단에 의해 내측부재에 고정되는 것이 바람직할 것이다.

본 발명의 더욱 다른 실시예(도 7)에서, 장치(10')에서 어댑터 부재(14',15')들은 플랜지(17',18')들을 가질 것이고 이 플랜지들은 방사상 외측으로 발산되도록 형성될 것이다. 도 7의 부분 단면도로 예시됐을지라도 예시된 바와같은 단면은 파이프 단부들의 단면을 나타내고자 하였고 이와달리 기술되지 않은 어댑터 부재 등은 대개 원통형임을 이해할 것이다. 어댑터 부재(14',15')들의 자유 단부들은 예시된 바와같이 목(neck)일 수도 있고 또는 도 1에 예시된 바와같이 간단한 원통형 부재들일 수도 있다. 내측부재(20) 대신에 외측부재(20)가 제공될 수도 있고 이는 어댑터 부재(14',15')들의 최소한 자유 단부들의 부분들을 원둘레상으로 감싼다. 스페이서 부재(25',26')들과 임의의 정지부재(28')는 도 1-6에 대해 기술된 이들 다양한 다른 실시예와 동일해질 수도 있고, 넓혀진 부분들을 갖는 이들 다른 형태를 포함한다. 정지부재(28')(또는 정지부재(28))가 형성될 수도 있는 재료는 정지부재(28')가 상대적으로 강성(최소한 약간 탄성일지라도)이고 서브스탠셔 몸체(substantia body)를 가질 정도이므로 제공되는 경우 정지부재(28')는 외측부재(20')내에 제자리에 유지되도록 어떤 형태의 고정이 전형적으로 필요하지 않을 수도 있다. 더욱이, 정지부재(28')는 정지부재(28')의 아주 작은 방사상 압축이 외측부재(20')로의 삽입시에 발생되도록 치수를 갖는 것이 바람직할 것이다.

또다른 커플러 장치(10')는 도 1-6의 실시예와 실질적으로 동일 방식으로 압축, 신장 및 굽힘 모드에서 작용하는 것으로 고안된다.

도 8은 본 발명에 따른 신축성 커플러 장치의 여러 다른 실시예에 대한 서브 조립체의 측면도를 보여준다. 두 파이프 단부를 또는 파이프 단부와 같은 두 개의 유체 전달 부재 및 배기 매니 폴드(도시되지 않음)와 같은 엔진부품들은 어댑터 부재(114,115)들에 의해 연결된다. 어댑터 부재(114,115)들은 실질적으로 원통형 부재이고, 각각의 어댑터 부재들은 각각의 파이프 단부들과 실질적으로 동일한 직경을 갖고, 용접, 납땜 기타 적당한 기술로 단부들에 영구히 고정되며, 또는 볼트고정되는 적당한 브라켓에 의해 엔진부품에 밀봉되게 고정되도록 형성된다. 예컨대, 어댑터 부재(114)는 이 분야에 공지된 바와같은 적당한 브라켓 또는 클램프(도시되지 않음)에 의해 포개지게 수용되도록 적당한 플랜지(116)가 제공될 수도 있다. 방사상 내측으로 연장되는 플랜지(117,118)들은 어댑터 부재(114,115)들 상에 형성된다.

일반적으로 원통형 부재로 또한 이해되는 파이프 내측 부재(120)가 제공된다. 파이프 내측 부재(120)는 어댑터 부재(114,115)들의 방사상 내측으로 동심원으로 수용된다. 파이프 내측부재(120)는 적어도 어댑터 부재(114,115)의 "자유" 단부들의 직경보다 항상 작아야만 하고 결합되는 파이프(들)의 직경보다 더 작을 수 있는 최내측 직경을 갖는다. 외측으로 만곡된 플랜지(122,123)들은 파이프 내측 부재(120)상에 제공되고 공지의 제조기술을 이용하여 파이프 내측부재에 형성될 수도 있다. 파이프 내측 부재(120)는 장치 전체길이에 대해 짧은 길이를 가질 것이다. 어느 소정의 적용을 위해, 파이프 내측부재(120)의 길이는 연결되는 파이프(들)의 겨우 한 직경에만 동일해질 것이다. 따라서, 파이프 내측 부재(120)의 길이는 기껏해야 자체의 직경보다 조금 더 클 뿐이고 작을 수도 있다.

환형 스페이서 부재(124,125)들은 조금 다공성일지라도 탄성이고 비교적 견고히 채워지는 금속 메쉬 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 이 스페이서 부재들은 이와달리 탄성의 내열 세라믹 솜재료 등으로 제조될 수도 있다. 본 발명의 실시예에서, 각각의 스페이서 부재(124,125)들이 내측 부재(120)와 어댑터 부재(114,115)들 중 한 어댑터 부재 사이에 방사상으로 압축되는 동안 각각의 스페이서 부재(124,125)들은 내측부재(120)를 따라 약간의 축방향 이동으로 자유로이 결합되어 어댑터 부재(114,115)들의 플랜지(117,118)들에 의해 상당한 억제를 받는다. 스페이서 부재(124,125)들은 연결되는 파이프들 또는 파이프와 하우징 또는 고정구가 실질적으로 동일선 상에 있을 때 뿐만 아니라 파이프들 또는 파이프와 하우징 또는 고정구가 경사지고, 서로에 대해 축방향으로 변위되며 또는 서로에 대해 각도로 회전되도록 외력에 의해 이동될 때 부품 공차 한계 및 스페이서 부재들의 최대 압축성내에서 축방향 진동 및 축방향 진동을 흡수하고 견디도록 압축에 견디게 형성될 것이다. 스페이서 부재(124,125)들은 연결되는 파이프들을 따라 발생되는 진동의 바람직한 흡수를 달성하기 위해, 적어도 어느 정도 탄성이어야 할지라도 다공성일 필요는 없다. 더욱이 스페이서 부재(124,125)들은 원하는 경우 어댑터 부재(114,115)들 각각이나 내측부재(120)에 점용접될 수도 있으나, 어댑터 부재와 내측부재 양자에 점용접되지 않는다.

도 9에 도시된 커플러 장치(110)의 실시예에서, 단부(131,132)들을 갖는 용접 또는 납땜과 같은 다수의 어느 공지 기술에 의해 어댑터 부재(114,115) 둘레에 위치되어 밀봉되게 고정된다. 벨로우즈(130)의 주름진 부분은 내측부재(120), 스페이서 부재(124,125)들 및 내측부재(120)를 덮는 어댑터 부재(114,115)들의 부분 모두가 주름진 부분의 길이내에 포함되도록 충분한 축방향 길이가 제공되어야 한다.

벨로우즈(130) 둘레에 조립된 것은 변부가 감긴 파동 스프링(edgewound wave spring)(140)이다. 파동 스프링의 부분(150)은 도 12에 측면도로 그리고 도 13에 평면도로 예시됐다. 각각의 파동 스프링은 편평한 실질적으로 직사각형 단면형태를 갖는 환형 코일을 포함한다. 코일의 각각의 "턴(trun)"은 예컨대 파동 (151,152)과 같은 다수의 축방향으로 연장되는 파동이 제공되고, 이 파동들은 각각의 턴 둘레에 원주상으로 이격되는 것이 바람직하고 기수(odd)의 전방 파동(예컨대 151) 원둘레 위치에서, 그러나 먼 "전방" 파동은 한 턴상에 있고, 인접 턴상에서 파동은 먼 "후방"이다. 파동 스프링의 부분(150)은 5개의 완전한 턴 및 단부에서 기타 턴의 부분을 갖는 코일 스프링을 예시한다. 각각의 파동 스프링은 적당한 스프링강 또는 기타 재료로 제조되고, 이는 파동 스프링의 압축을 허용하며, 해제시에 파동스프링이 본래 길이로 복귀 팽창될 것이고, 반동이 거의 또는 전혀 없는 것이 바람직하다. 2인치의 공칭직경을 갖는 커플러에 대하여 전형적인 파동 스프링(140)은 501bf/in의 스프링율을 가질 것이고, 일정한 선형 스프링율을 갖는 것이 바람직할 것이다.

압축시에, 교차하는 파동들과 인접 만곡부 사이의 마찰은 파동 스프링의 강도 및 스프링율을 향상시킨다. 본 발명에 따라 각각의 파동 스프리은 축방향으로 고정되지 않으므로 압축모드에서만 사용되고 인장하에서 어떤 저항 또는 감쇠를 제공하지 않을 것이다.

커플러 장치(110)의 실시예에서, 파동 스프링(140)은 파동 스프링(140)의 어느 턴 사이에서 벨로우즈(130)의 어느 파동의 "물림(nipping)"을 방지하도록 벨로우즈(130)의 최외측 직경 보다 실질적으로 더 큰 내경을 가질 것이다.

칼라(134,135)가 제공되어 벨로우즈 단부(131,132)들 둘레에 조립되고, 파동 스프링(140)의 단부들 둘레에 조립될 것이다. 여러 부품들을 서로 밀봉되게 고정하기 위해 공지 기술에 따라 적당한 용접, 납땜 및/또는 수축이 사용될 것이다. 파동 스프링이 기타 부품들 중 어느 것에도 고정되지 않으므로 칼라(134,135)는 파동 스프링(140)을 축방향으로 억제하도록 작용하고, 또한 파동 스프링을 커플러 장치(110)의 축방향 중심선 둘레에 동심원으로 중앙에 유지되도록 작용하여서 파동 스프링(140)의 내측 변부들과 벨로우즈(130) 외면 사이의 접촉을 방지한다.

커플러 장치(110)가 조립될때, 칼라(134,135)가 제자리에 고정될 때 파동 스프링(140)이 양 하중(positive load)을 발생하도록 조금 압축되는 것이 바람직하다.

작동시 커플러 장치(110)는 이미 기술된 바와같이 도 1-6의 커플러 장치(10)와 도 7의 커플러 장치(10')가 할 수 있는 다양한 굽힘, 신장 및 압축운동을 할 것이다. 그러나, 파동 스프링(140)의 존재는 압축력에 점진적인 저항을 제공한다. 더욱이 제조시에 파동 스프링(140)을 압축시킴으로써 압축 예비하중이 제공되며, 이는 정지시에 또는 진동의 크기 및/또는 주파수가 낮을 때의 기간동안 부품들을 정렬시키고 동심원으로 유지시키기 쉽다. 이와달리 그와같이 낮은 크기 및/또는 주파수의 진동중에 커플러 장치의 부품들은 느슨해지고, 진동, "소리(moaning)" 및/또는 기타 소음 및 잠재적으로 손상시키는 작용을 일으킨다.

본 발명의 다른 실시예가 도 10에 예시됐다. 도 10에서 커플러 장치(210)는 각각 내측으로 만곡된 플랜지(217,218)들을 갖는 어댑터 부재(214,215)들을 포함한다. 내측 부재(220)는 외측으로 만곡된 플랜지(222,223)들을 갖는다. 스페이서 부재(224,225)들을 어댑터 부재(214,215)들과 내측 부재(220) 사이에 갖는 파동 스프링 부재(240)는 어댑터 부재(214,215)들의 플랜지(217,218)들 사이에 각각 축방향이 되도록 내측부재(220) 둘레에 위치된다. 파동 스프링(240) 커플러 장치(110)의 동일 공칭 직경을 갖는 커플러에 대하여 약간 더 작은 단면을 가질 수도 있고, 더 작은 내경 및 외경을 가질 것이며, 파동 스프링(140)보다 더 적은 턴수로 형성될 수도 있다. 도 9의 실시예와같이, 도 10의 신축성 커플러 장치(210)는 미리 압축된 상태의 파동 스프링(240)이 조립되어 플랜지(217,218)들에 대해 축방향 외측으로 누르고, 플랜지들을 스페이서 부재(224,225)들에 대해 누르며 이는 차례로 플랜지(222,223)들을 누른다. 다시 예비하중(preloading)은 커플러의 "느슨함 (slack)"을 팽팽하게 당기는 것을 돕고, 커플러 부품에 발생하는 진동(chatter) 및 상당히 불규칙한 마모를 방지한다.

도 10에 도시된 커플러 장치(210)의 실시예에서, 단부(231,232)들을 갖는 벨로우즈(230)는 용접 또는 납땜과 같은 다수의 공지 기술에 의해 어댑터 부재(214,215) 둘레에 위치되어 밀봉되게 고정된다. 벨로우즈(230)의 주름 부분은 내측부재(220), 및 스페이서 부재(224,225)들, 및 내측부재(220)와 겹치는 어댑터 부재(214,215)들의 부분 모두가 주름 부분의 길이내에 포함되게 충분한 축방향 길이가 제공되어야 한다.

플랜지(217,218)들 사이의 벨로우즈(230) 내측에 조립된 것은 변부가 감긴 파동 스프링(240)이고, 이 파동 스프링은 이미 기술된 파동 스프링(150)에 일반적인 형태를 가질 수 있다.

칼라(234,235)는 벨로우즈 단부(231,232)들 둘레에 제공되어 조립될 것이다. 여러 부품들을 서로 밀봉되게 고정하기 위해 적당한 용접, 납땜 및/또는 수축(crimp)이 공지 기술에 따라 이용될 것이다. 파동 스프링(240)이 기타 부품들 중 어느 것에도 고정되지 않으므로 플랜지(217,218)들은 파동 스프링(240)을 축방향으로 억제하도록 작용하고, 또한 커플러 장치(210)의 축방향 중심선 둘레에 동심원으로 파동 스프링(240)을 중앙에 유지시키도록 작용한다.

본 발명의 또 다른 실시예가 도 11에 예시됐다. 커플러 장치(310)는 내측으로 만곡된 플랜지(317,318)들을 각각 갖는 어댑터 부재(314,315)들을 포함한다. 내측 부재(320)는 외측으로 만곡된 플랜지(322,323)들을 갖는다. 스페이서 부재(324,325)들은 어댑터 부재(314,315)들과 내측 부재(320) 사이에 각각 위치된다. 방사상 내측으로 연장되는 플랜지(326,327)들은 어댑터 부재(314,315)들의 내표면에 각각 제공되고, 용접 등에 의해 각각의 어댑터 위치에 고정될 수도 있다.

단부(331,332)들을 갖는 벨로우즈(330)는 용접 또는 납땜과 같은 다수의 공지 기술에 의해 어댑터 부재(314,315)들 둘레에 위치되어 밀봉되게 고정된다. 벨로우즈(330)의 주름 부분은 내측부재(320), 및 스페이서 부재(324,325)들, 및 내측부재(320)와 겹치는 어댑터 부재의 부분 모두가 주름 부분의 길이내에 포함되기에 충분한 축방향 길이가 제공되어야 한다. 칼라(334,335)는 벨로우즈(331,332)둘레에 제공되어 조립될 것이다.

어댑터 부재(314,315)의 각각의 내경보다 조금 더 작은 것이 바람직한 외경을 갖는 2개의 파동 스프링 부재(340,341)들 각각은 각각의 어댑터 부재들 내에 위치되고, 어댑터 부재(314,315)들의 플랜지(326,327)들과 내측부재(320)의 플랜지(322,323)들 사이에 각각 축방향으로 위치되도록 각각의 플랜지(326,327)에 대해 접촉된다. 파동 스프링(340,341)들은 다시 커플러 장치(110)와 동일 공칭 직경을 갖는 커플러에 대하여 조금 더 작은 단면을 가질 수도 있고, 더 작은 내경 및 외경을 가질 수도 있으며, 더 적은 턴수로 형성될 수도 있다. 도 9의 실시예와 같이, 도 11의 신축성 커플러 장치(310)는 미리 압축된 상태의 파동 스프링(340,341)들이 조립되고, 각각의 축방향으로 경계지는 플랜지들에 대해 축방향 외측으로 누르며, 스페이서 부재(324,325)들에 대해 누르고, 일반적으로 커플러 장치(310)의 전체에 압축상태를 유지시킨다. 다시 예비하중은 커플러의 어떤 "느슨함"을 팽팽하게 당기도록 돕고, 커플러 부품의 진동 및 상당히 불규칙한 마모를 방지하도록 돕는다.

마찬가지 방식으로 파동 스프링들은 도 8의 실시예에 이용되었던 것과 같이 도 7의 실시예에 이용될 수 있다. 예컨대 도 7의 실시예는 필요에 따라 플랜지 (17',18',22',23') 둘레에 위치시키고 그리고/또는 플랜지 둘레에 바이어스 지지 돌기(bias support ridge)를 삽입하여 도 9에 도시된 것과같이 외측 파동 스프링으로 또는 도 10 및 도 11에 도시된 것과 같이 하나 이상의 내측 파동 스프링으로 구성될 수 있다. 예컨대 파동 스프링들은 플랜지(22')와 부재(14')사이에 뿐만 아니라 플랜지(23')와 부재(15') 사이에 삽입될 수 있다.

비록 변부가 감긴 파동 스프링이 본 발명의 바람직한 실시예에 사용될지라도 비슷한 작동 특성을 갖는 다른 공지의 적당한 스프링 구조가 본 발명의 정신을 벗어나지 않고 사용될 수도 있다. 예컨대 벨빌 스프링, 또는 비파동 코일 스프링들이 사용될 수도 있다.

본 발명의 각각의 바람직한 실시예에서, 커플러 장치가 조립될 때 사용되는 파동 스프링(또는 기타 형식)들은 조금 압축 상태이어야 하고, 커플러 장치가 설치되지 않을 때에도 그리고 비록 커플러가 최대 신장상태로 잡아 당겨졌을지라도 스페이서 부재들은 압축 최대 한계로 압착되게 의도된다.

본 발명에 기술된 것들과 같은 파동 스프링들은 미국 일리노이 휠링(wheeling)에 소재하는 스몰리 스틸 링 컴패니(Smalley Steel Ring Company)로 부터 입수될 수 있다.

기술된 여러가지 부품들을 형성하고 조립하는 방법 및 순서들은 공지 기술들을 따르고, 본 발명의 기술을 갖는 이 분야의 숙련된 사람에 의해 용이하게 달성될 수 있다. 따라서, 신축성 커플러 장치를 형성 및 조립하는 상세한 설명은 본 발명의 구조 및 모드의 완벽한 이해를 위해 필요하지 않다.

도 8-11에 예시된 실시예들은 모두 2개의 어댑터 부재들의 자유 단부에 의해 삽입되게 수용되는 내측 부재를 결합시킨다. 본 발명의 기술을 갖는 이 분야에 숙련된 사람은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 도 7에 도시된 것과 같은 신축성 커플러 장치의 실시예에 예비하중 스프링을 사용하는 것을 용이하게 개조할 수 있고, 도 7에서 외측부재는 이의 단부들에 2개의 어댑터 부재들의 자유 단부들을 삽입되게 수용하게 제공된다.

상기 설명 및 도면들은 단순히 본 발명의 설명하고 예시하며, 본 발명은 이 분야의 기술을 갖고 있는 숙련된 사람들이 본 발명의 정신을 벗어나지 않고 변경 및 수정을 할 수 있는 것처럼 첨부된 청구범위에 제한되는 것을 제외하고 상기 설명 및 도면에 제한되지 않는다.

Claims (17)

1. 두 유체전달부재 사이의 진동 전달을 배제하면서 두 유체전달부재 중 하나로 부터 두 유체전달부재 중 다른 것으로 유체유동을 안내하도록 연속유체전달부재들의 인접 단부들을 연결하기 위한 신축성 커플러 장치에 있어서,

   두 유체전달부재 중 제 1부재에 작동되게 고정되도록 형성된 제 1단부와, 제 2자유단부를 갖는 제 1어댑터 부재;

   두 유체전달부재 중 제 2부재에 작동되게 고정되도록 형성된 제 1단부와, 제 2자유단부를 갖는 제 2어댑터 부재;

   제 1 및 제 2어댑터 부재들이 제 1 및 제 2유체전달부재에 각각 고정될 때, 축방향으로 이격관계로 정상적으로 배치되는 제 1 및 제 2어댑터 부재들의 제 2자유단부들;

   제 1 및 제 2어댑터 부재들의 제 2자유단부들 각각에 삽입되게 고정된 두 자유단부를 갖는 내측부재;

   제 1 및 제 2어댑터 부재들의 제 2자유단부들에 의해 더욱 원둘레상으로 감싸여지는 내측부재의 두 자유단부;

   제 1 및 제 2유체전달부재 중 하나로부터 발생되는 진동을 흡수하기 위해, 그리고 유체전달부재 중 다른 것으로 진동이 전달되는 것을 방지하기 위해 내측부재의 제 1자유단부와 제 1어댑터 부재의 제 2자유단부 사이에 그리고 내측부재의 제 2자유단부와 제 2어댑터 부재의 제 2자유단부 사이에 각각 작동되게 배치된 적어도 제 1 및 제 2탄성 스페이서 부재;

   내측부재의 적어도 두 자유단부와 제 1 및 제 2어댑터 부재들의 각각의 단부 사이에 방사상으로 둘러싸인 적어도 제 1 및 제 2탄성 스페이서 부재,

   내측부재, 제 1어댑터 부재 및 제 2어댑터 부재중 적어도 하나에 대해 축방향 운동을 위해 각각 더욱 작동되게 배치되는 적어도 제 1 및 제 2탄성 스페이서 부재 각각의 적어도 일부분,

   공통 종축에 평행한 방향을 따라 서로에 대한 축방향 운동을 위해 작동되게 배치되는 제 1 및 제 2어댑터 부재들과 내측부재;

   제 1어댑터 부재의 제 2자유단부와 내측부재의 자유단부 사이에 축방향으로 경계진 관계로 제 1스페이서 부재를 유지시키는 수단;

   제 2어댑터 부재의 제 2자유단부와 내측부재의 자유단부 사이에 축방향으로 경계진 관계로 제 2스페이서 부재를 유지시키는 수단;

   제 1 및 제 2어댑터 부재들 중 적어도 하나와 적어도 간접적으로 작동되게 연결되는 적어도 하나의 바이어스 지지부재; 및

   신축성 커플러 장치에 축방향 바이어스를 생기게 하기 위해 적어도 하나의 바이어스 지지부재에 대해 적어도 간접적으로 견디게 작동되게 배치되는 적어도 하나의 축방향 바이어스 부재

   를 포함하는 신축성 커플러 장치.
2. 제 1항에 있어서, 적어도 하나의 바이어스 지지부재가 제 1어댑터부재에 적어도 간접적으로 작동되게 고정되는 제 1바이어스 지지부재;

   제 2어댑터 부재에 적어도 간접적으로 작동되게 고정되는 제 2바이어스 지지부재;

   를 포함하고

   적어도 하나의 축방향 바이어스 부재는

   축방향으로 접촉하는 관계로 제 1 및 제 2바이어스 지지부재 사이에 작동되게 축방향으로 배치된 스프링 부재를 포함하며,

   이 스프링 부재는 신축성 커플러 장치에 축방향 바이어스를 생기게 하기 위하여 적어도 부분적으로 축방향으로 압축상태로 배치되는 신축성 커플러 장치.
3. 제 2항에 있어서, 제 1 및 제 2바이어스 지지부재들은 제 1 및 제 2어댑터 부재들 각각으로부터 방사상 외측으로 발산하고 이에 작동되게 고정된 제 1 및 제 2칼라부재를 포함하는 신축성 커플러 장치.
4. 제 3항에 있어서, 스프링 부재는 제 1 및 제 2어댑터 부재들의 제 2자유단부에 동심원으로 그리고 둘레에 원주상으로, 그리고 제 1 및 제 2칼라부재 사이에 배치되는 신축성 커플러 장치.
5. 제 4항에 있어서, 어댑터 부재들의 종축이 비교차 관계로 위치되도록 어댑터 부재들의 배향을 조정하는 것에 대하여 서로에 대해 제 1 및 제 2어댑터 부재의 압축 및 신장의 축방향 운동을 조절 및 가능하도록 서로에 대해 신축성 있게 결합된 관계로 제 1 및 제 2어댑터 부재를 유지시키기 위해 그리고 신축성 커플러 장치로부터 유체의 누출을 방지하도록 제 1 및 제 2어댑터 부재 둘레에 적어도 간접적으로 고정된 탄성밀봉부재를 포함하고,

   이 탄성밀봉부재는 스프링 부재가 탄성밀봉부재와 물리적인 접촉을 하지않고 탄성밀봉부재를 감싸도록 스프링부재의 방사상 내측으로 배치되는 신축성 커플러 장치.
6. 제 5항에 있어서, 탄성밀봉부재가 그 길이의 부분을 따라서 다수의 원주상 파동을 형성시킨 신축성 관형 벨로우즈 부재인 신축성 커플러 장치.
7. 제 2항에 있어서, 스프링 부재가 파동 스프링인 신축성 커플러 장치.
8. 제 2항에 있어서, 제 1 및 제 2바이어스 지지부재들은 제 1 및 제 2어댑터 부재들 각각의 제 2자유단부에서 방사상 내측으로 작동되게 발산되는 신축성 커플러 장치.
9. 제 8항에 있어서, 스프링 부재가 내측부재에 동심원으로 그리고 둘레에 원주상으로 배치되는 신축성 커플러 장치.
10. 제 9항에 있어서, 어댑터 부재들의 종축이 비교차 관계로 위치되도록 어댑터 부재들의 배향을 조정하는 것에 대하여 서로에 대해 제 1 및 제 2어댑터 부재의 압축 및 신장의 축방향 운동을 조절 및 가능하도록 서로에 대해 신축성 있게 결합된 관계로 제 1 및 제 2어댑터 부재를 유지시키기 위해 그리고 신축성 커플러 장치로부터 유체의 누출을 방지하도록 제 1 및 제 2어댑터 부재 둘레에 적어도 간접적으로 고정된 탄성밀봉부재를 포함하고,

    탄성밀봉부재가 스프링부재와 물리적인 접촉을 하지 않고 스프링부재를 감싸도록 스프링부재의 방사상 외측으로 배치되는 신축성 커플러 장치.
11. 제 9항에 있어서, 탄성밀봉부재가 그 길이의 부분을 따라서 다수의 원주상 파동을 형성시킨 신축성 관형 벨로우즈 부재인 신축성 커플러 장치.
12. 제 1항에 있어서, 적어도 하나의 바이어스 지지부재가

    제 1어댑터 부재에 적어도 간접적으로 작동되게 고정된 제 1바이어스 지지부재;

    제 2어댑터 부재에 적어도 간접적으로 작동되게 고정된 제 2바이어스 지지부재;

    내측부재의 제 1단부에 적어도 간접적으로 작동되게 고정된 제 3바이어스 지지부재;

    내측부재의 제 2단부에 적어도 간접적으로 작동되게 고정된 제 4바이어스 지지부재;

    를 포함하고,

    적어도 하나의 축방향 바이어스 지지부재는

    축방향으로 접촉관계로 제 1 및 제 3바이어스 지지부재 사이에 축방향으로 작동되게 배치된 제 1스프링 부재,

    축방향으로 접촉관계로 제 2 및 제 4바이어스 지지부재 사이에 축방향으로 작동되게 배치된 제 2스프링 부재,

    를 포함하며,

    제 1 및 제 2스프링 부재가 신축성 커플러 부재에 축방향 바이어스가 생기게 하기 위해 적어도 부분적으로 축방향으로 압축된 상태로 배치되는 신축성 커플러 장치.
13. 제 12항에 있어서, 어댑터 부재들의 종축이 비교차 관계로 위치되도록 어댑터 부재들의 배향을 조정하는 것에 대하여 서로에 대해 제 1 및 제 2어댑터 부재의 압축 및 신장의 축방향 운동을 조절 및 가능하도록 서로에 대해 신축성 있게 결합된 관계로 제 1 및 제 2어댑터 부재를 유지시키기 위해 그리고 신축성 커플러 장치로부터 유체의 누출을 방지하도록 제 1 및 제 2어댑터 부재 둘레에 적어도 간접적으로 고정된 탄성밀봉부재를 포함하고,

    탄성밀봉부재가 제 1 및 제 2어댑터 부재들의 제 2자유단부와 겹쳐진 내측부재의 방사상 외측으로 배치되는 신축성 커플러 장치.
14. 제 13항에 있어서, 탄성밀봉부재가 그 길이의 부분을 따라서 다수의 원주상 파동을 형성시킨 신축성 관형 벨로우즈 부재인 신축성 커플러 장치.
15. 제 12항에 있어서, 제 1 및 제 2스프링 부재들 중 적어도 하나가 파동 스프링인 신축성 커플러 장치.
16. 제 1항에 있어서, 적어도 하나의 스페이서 부재가 금속 와이어 메쉬로 제조된 탄성환형부재를 포함하는 신축성 커플러 장치.
17. 제 1항에 있어서, 적어도 하나의 스페이서 부재가 세라믹 솜 재료로 제조된 탄성환형부재를 포함하는 신축성 커플러 장치.