KR20140008321A

KR20140008321A - 이동 가능한 파지체를 갖는 피벗형 파이프 커플링

Info

Publication number: KR20140008321A
Application number: KR1020137016366A
Authority: KR
Inventors: 더글라스 알. 돌
Original assignee: 빅톨릭 컴패니
Priority date: 2011-04-05
Filing date: 2012-04-04
Publication date: 2014-01-21
Also published as: WO2012138677A1; ES2556795T3; CN103270359A; US20140015248A1; TW201303193A; US8556302B2; AU2012240321A1; US20120256415A1; EP2694857A4; KR101989884B1; TWI518275B; CA2832137C; US9388922B2; EP2694857B1; SG193019A1; JP2014513252A; HK1187392A1; AU2012240321B2; MX2013011605A; CA2832137A1

Abstract

파이프 요소를 서로 단대단 관계로 고정하기 위한 커플링은 일 단이 피벗 부착부에 의해 그리고 타 단이 조절 가능한 연결 부재에 의해 결합되는 세그먼트를 포함한다. 세그먼트는 파이프 요소를 수용하는 중앙 공간을 둘러싼다. 파지체가 세그먼트 사이에 포획된다. 세그먼트는 각도 배향된 반응면을 구비한다. 파지체는 반응면과 정합되는 각도 배향된 접촉면을 구비한다. 세그먼트가 연결 부재에 의해 서로를 향해 끌어당겨질 때, 반응면과 접촉면 사이의 상호작용은 파지체를 반경방향 내부로 강제한다. 세그먼트와 파지체의 내부 대향 아치면은 파이프 요소와 맞물리며 이들을 유지한다. 세그먼트와 파지체가 시일 상에 지지되는 동안 파이프 요소를 커플링에 삽입하는 방법이 또한 개시된다.

Description

이동 가능한 파지체를 갖는 피벗형 파이프 커플링{PIVOTING PIPE COUPLING HAVING A MOVABLE GRIPPING BODY}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2011년 4월 5일자로 출원된 미국 가출원 번호 제 61/471,713호에 기반하며 이에 대한 우선권을 주장하고, 그 전체가 본원에 참조로서 포함된다.

발명의 분야

본 발명은, 파이프 요소를 단대단 관계(end-to-end relationship)로 결합하기 위한 커플링에 관한 것이다.

파이프 요소를 단대단으로 결합시키기 위한 기계적 커플링은 화학 산업, 정유 산업과 광업, 및 건물과 기타 구조물을 위한 도시 급수 및 화재 진압 시스템과 같은 광범위한 산업계 전반에 걸쳐 널리 사용된다.

현재 사용 중인 선행 기술의 커플링의 일례가 미국 특허 제 7,086,131호에 제공되는데, 이는 한 쌍의 커플링 세그먼트를 구비한 커플링을 개시하며, 상기 세그먼트는 그 각각의 단부에서 러그에 수용되는 체결구에 의해 단대단으로 결합된다. 밀봉 부재가 세그먼트 사이에 위치된다. 커플링은 공장에서 예비-조립된다. 커플링을 분해 및 재조립할 필요 없이 예비-조립 상태의 커플링 세그먼트 사이로 직접 삽입되는 파이프 요소를 현장에서 수용하도록, 세그먼트가 설계되고 크기가 결정된다. 파이프 요소가 삽입된 후, 체결구는 파이프 요소 사이에 유체-밀봉형의 기계적으로 구속된 조인트를 달성하도록 조여진다.

이러한 커플링의 예비-조립은 공사 중에 시간 및 그에 따른 비용을 절감하기 때문에 유리한 한편, 동력 공구가 더 빠르고 덜 힘들다는 이유로 편의상 체결구를 조이기 위해 종종 사용된다. 그러나, 전원이나 압축 공기원이 사용 가능하지 않은 경우, 동력 공구가 배터리로 작동될지라도, 그 가치는 제한적이다. 또한, 전기 스파크를 야기하는 동력 공구는 폭발 조건이 존재할 수 있는 광산과 같은 환경에서 사용하지 못할 수도 있다. 예비-조립될 수 있는 (그리고 그로 인해 커플링의 비용상 이점과 편리함을 보장하는) 한편, 커플링 설치 작업자에 의해 수작업으로 쉽게 조여질 수 있는 파이프 커플링을 제공하는 것이 유리할 것이다. 소정의 용도를 위해 커플링에 의해 형성되는 조인트의 강성을 감소시키는 것이 추가로 유리하다. 이는 본 발명에 따른 커플링을 채용함으로써 달성될 수 있다.

본 발명은, 한 쌍의 파이프 요소의 단부 부분을 서로 단대단으로 고정하기 위한 파이프 커플링에 관한 것이다. 하나의 예시적인 실시예에서, 커플링은 파이프 요소를 수용하기 위한 중앙 공간을 둘러싸며 단대단으로 연결되는 한 쌍의 세그먼트를 포함한다. 각각의 세그먼트는 이격 관계로 위치되는 한 쌍의 아치면(arcuate surfaces)을 구비한다. 아치면은 중앙 공간에 대향하며, 파이프 요소와 맞물림 가능하다. 피벗 부착구(pivot attachment)가 세그먼트의 일 단에 위치된다. 피벗 부착구는 세그먼트를 서로 피벗 연결한다. 연결 부재가 피벗 부착구의 반대편에 있는 단부에서 세그먼트 각각에 위치된다. 연결 부재는 세그먼트를 서로를 향해 끌어당기도록 조절 가능하게 조여질 수 있다. 적어도 하나의 반응면이 세그먼트 각각에 위치된다. 반응면은 중앙 공간을 향한다. 적어도 하나의 파지체가 세그먼트 사이에 위치된다. 파지체는 한 쌍의 파지면을 구비하고, 한 쌍의 파지면은 이격된 관계로 위치되며, 중앙 공간을 향한다. 한 쌍의 접촉면이 파지체에 위치된다. 접촉면 각각은 반응면 중 하나와 대향 관계에 있다. 연결 부재를 조절 가능하게 조이면, 세그먼트가 피벗 부착구를 중심으로 피벗 운동하게 되어, 아치면이 파이프 요소와 맞물리도록 커플링 세그먼트를 서로 끌어당긴다. 접촉면은 파지면이 파이프 요소와 맞물리도록 중앙 공간을 향해 파지체를 이동시키기 위해 반응면과 상호 작용한다.

하나의 예시적인 실시예에서, 적어도 하나의 파지체는 연결 부재에 인접하게 위치된다. 다른 예시적인 실시예에서, 적어도 하나의 파지체는 피벗 부착구에 인접하게 위치된다.

특정한 예시적인 실시예에서, 연결 부재 각각은 피벗 부착구의 반대편에 있는 세그먼트의 단부로부터 외부로 연장되는 돌출부를 포함할 수 있다. 돌출부들은 세그먼트를 서로 조절 가능하게 연결하기 위한 체결구를 수용하도록 구성된다. 반응면은 돌출부 각각에 위치될 수 있다. 몇몇 예시적인 실시예에서, 접촉면 및/또는 반응면 중 하나 또는 양자는 볼록한 형상을 가질 수 있다.

특정한 예시적인 실시예에서, 피벗 부착구는 각각의 세그먼트에 위치되는 적어도 하나의 베어링을 구비한 힌지를 포함하고, 베어링은 액슬에 의해 연결된다. 다른 예시적인 실시예에서, 피벗 부착구는 하나의 세그먼트에 위치되는 한 쌍의 베어링 및 다른 세그먼트에 위치되는 단일 베어링을 구비한 힌지를 포함한다. 한 쌍의 베어링은 액슬에 의해 단일 베어링에 연결된다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 피벗 부착구는 하나의 세그먼트로부터 돌출되는 탱(tang), 및 다른 세그먼트로부터 연장되는 등자(stirrup)를 포함한다. 탱은 등자 내부에 끼워맞춤되며, 탱과 등자는 서로 상대적으로 피벗 가능하다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 피벗 부착구는 하나의 세그먼트로부터 연장되는 제 1 돌출부를 포함한다. 제 1 슬롯이 제 1 돌출부에 위치된다. 제 1 만곡면이 제 1 돌출부에 위치된다. 제 2 돌출부가 다른 세그먼트로부터 연장된다. 제 2 슬롯이 제 2 돌출부에 위치된다. 제 2 만곡면이 제 2 돌출부에 위치된다. 제 2 만곡면은 제 1 만곡면과 정합된다. 체결구가 제 1 및 제 2 돌출부 사이에서 제 1 및 제 2 슬롯을 통해 연장된다. 적어도 하나의 리브(rib)가 제 1 만곡면에 위치될 수 있다. 적어도 하나의 리브는 제 1 슬롯과 실질적으로 평행하게 배향될 수 있다. 적어도 하나의 리세스가 제 2 만곡면 내부에 위치될 수 있다. 적어도 하나의 리세스는 제 1 슬롯과 실질적으로 평행하게 배향될 수 있다. 적어도 하나의 리브는 적어도 하나의 리세스 내부에 수용된다.

또 다른 예시적인 실시예에서, 피벗 부착구는 하나의 세그먼트로부터 연장되는 제 1 돌출부를 포함할 수 있다. 제 1 슬롯이 제 1 돌출부에 위치된다. 적어도 하나의 제 1 톱니가 제 1 돌출부에 위치된다. 제 2 돌출부가 다른 세그먼트로부터 연장된다. 제 2 슬롯이 제 2 돌출부에 위치된다. 적어도 하나의 제 2 톱니가 제 2 돌출부에 위치된다. 제 2 톱니는 제 1 톱니와 정합된다. 체결구가 제 1 및 제 2 돌출부 사이에서 제 1 및 제 2 슬롯을 통해 연장된다. 커플링은 복수의 제 1 및 제 2 톱니를 더 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 톱니는 맞물림형(intermeshing) 기어 톱니를 포함할 수 있거나, 또는 예컨대, 제 1 및 제 2 톱니는 맞물림형 스플라인을 포함한다.

또 다른 예시적인 실시예에서, 피벗 부착구는 하나의 세그먼트로부터 연장되는 제 1 돌출부를 포함한다. 제 1 슬롯이 제 1 돌출부에 위치된다. 제 2 돌출부가 다른 세그먼트로부터 연장된다. 설부(tongue)가 제 2 돌출부에 위치되며, 상기 제 1 돌출부의 제 1 슬롯 내부에서 정합된다. 체결구가 제 1 및 제 2 돌출부 사이에서 그리고 제 1 슬롯 및 설부를 통해 연장된다.

몇몇 예시적인 실시예에서, 밀봉 부재가 세그먼트 사이에 포획되며, 아치면 사이에 위치된다. 밀봉 부재는 파이프 요소 사이에 유체-밀봉형 조인트를 형성하기 위해 파이프 요소와 맞물림 가능한 내부 대향 밀봉면을 구비한다. 밀봉 부재는 파이프 요소를 중앙 공간에 삽입하기에 충분하게 중앙 공간으로부터 멀리 이격된 관계로 세그먼트와 파지체를 지지하도록 크기가 결정된 직경을 가진 외면을 구비할 수 있다. 파이프 요소의 삽입을 용이하게 하기 위해, 커플링은 아치면 중 적어도 하나에 위치되는 적어도 하나의 노치를 더 포함할 수 있다. 노치는 피벗 부착구에 인접하게 위치될 수 있다.

본 발명은 또한, 대향하는 커플링 세그먼트 및 그 사이에 위치되는 이동 가능한 파지체를 갖는 커플링을 사용하여, 파이프 요소를 단대단 관계로 결합시키는 방법을 포함한다. 하나의 예시적인 실시예에서, 상기 방법은: 파이프 요소를 커플링에 삽입하는 단계; 커플링 세그먼트가 피벗축을 중심으로 피벗 운동하게 함으로써, 커플링 세그먼트를 파이프 요소와 맞물리도록 끌어당기는 단계; 및 파지체를 파이프 요소와 맞물리도록 이동시키는 단계를 포함한다.

상기 방법은 시일의 외면 상에 세그먼트와 파지체를 지지하는 단계를 더 포함할 수 있다. 세그먼트와 파지체는 파이프 요소를 커플링에 삽입하기에 충분하게 이격된 관계로 지지된다. 상기 방법은 세그먼트가 파이프 요소에 순응하도록 하기 위해 세그먼트를 변형시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명은, 파이프 요소를 단대단 관계(end-to-end relationship)로 결합하기 위한 커플링을 제공하는 효과를 갖는다.

도 1은, 본 발명에 따른 커플링의 예시적인 실시예의 분해 등각도.
도 2와 도 3은, 도 1에 도시된 커플링의 횡단면도.
도 4는, 도 1에 도시된 커플링의 등각도.
도 5는, 도 1에 도시된 커플링의 대안적인 실시예의 등각도.
도 6은, 도 1에 도시된 커플링의 대안적인 실시예의 등각도.
도 7은, 본 발명에 따른 커플링의 다른 예시적인 실시예의 분해 등각도.
도 8과 도 9는, 도 7에 도시된 커플링의 횡단면도.
도 8a와 도 8b는, 도 7에 도시된 커플링의 다른 예시적인 실시예의 횡단면도.
도 10은, 도 7에 도시된 커플링의 등각도.
도 11은, 본 발명에 따른 또 다른 예시적인 커플링 실시예의 분해 등각도.
도 12와 도 13은 도 11에 도시된 커플링의 횡단면도.
도 12a는, 도 12의 라인(12A-12A)에 따른 횡단면도.
도 13a는, 도 13의 라인(13A-13A)에 따른 횡단면도.
도 14는, 도 11에 도시된 커플링의 등각도.
도 15는, 본 발명에 따른 또 다른 예시적인 커플링 실시예의 분해 등각도.
도 16과 도 17은, 도 15에 도시된 커플링의 횡단면도.
도 18과 도 19는, 본 발명에 따른 예시적인 커플링의 대안적인 실시예의 횡단면도.
도 20은, 본 발명에 따른 커플링과 사용 가능한 예시적인 피벗 부착구의 등각도.
도 21과 도 22는, 도 20의 라인(21-21)에 따른 횡단면도.
도 23은, 본 발명에 따른 커플링과 사용 가능한 예시적인 피벗 부착구의 등각도.
도 24는, 도 23에 도시된 피벗 부착구를 구비한 예시적인 커플링의 횡단면도.
도 25는, 도 23에 도시된 피벗 부착구의 확대 횡단면도.
도 26은, 본 발명에 따른 커플링과 사용 가능한 예시적인 피벗 부착구의 등각도.
도 27은, 도 26에 도시된 피벗 부착구를 구비한 예시적인 커플링의 횡단면도.
도 28은, 도 26에 도시된 피벗 부착구의 확대 횡단면도.
도 29는, 본 발명에 따른 커플링과 사용되는 피벗 부착구의 예시적인 실시예의 등각도.
도 30과 도 31은, 도 24에 도시된 피벗 부착구의 폐쇄 및 개방 구조를 각각 도시한 측면도.
도 32는, 본 발명에 따른 커플링과 사용되는 피벗 부착구의 예시적인 실시예의 등각도.
도 33과 도 34는, 도 32에 도시된 피벗 부착구의 폐쇄 및 개방 구조를 각각 도시한 측면도.
도 35는, 본 발명에 따른 커플링과 사용되는 피벗 부착구의 예시적인 실시예의 등각도.
도 36과 도 37은, 도 35에 도시된 피벗 부착구의 폐쇄 및 개방 구조를 각각 도시한 측면도.
도 38과 도 39는, 본 발명에 따른 커플링들과 사용되는 피벗 부착구의 예시적인 실시예의 등각도.
도 40과 도 41은, 도 38과 도 39에 도시된 피벗 부착구의 폐쇄 및 개방 구조를 각각 도시한 측면도.

도 1은 본 발명에 따른 커플링 실시예(10)의 분해 등각도를 도시한다. 커플링(10)은 복수의 세그먼트(12, 14)를 포함한다. 세그먼트들(12, 14)은 중앙 공간(16)을 둘러싸도록 단대단으로 연결 가능하다. 일 단(11)에서의 세그먼트의 연결은 피벗 부착구(13)에 의해 이루어진다. 이러한 예시적인 실시예에서, 피벗 부착구(13)는 장부 힌지(mortise hinge)이며, 이는 나란히 이격된 관계로 세그먼트(12)에 장착되는 한 쌍의 베어링(15), 및 세그먼트(14)에 장착되는 단일 베어링(17)을 포함한다. 베어링(17)은 베어링 쌍(15) 사이에 끼워맞춤되도록 크기가 결정되고, 3개의 베어링 모두는 축(21)을 정의하는 액슬(19)을 수용하는데, 이 축을 중심으로 세그먼트들(12, 14)이 피벗 부착구(13) 상에서 피벗 운동한다. 다른 피벗 부착구 실시예들도 실현 가능하다.

예컨대, 도 20, 도 21, 도 22에 도시된 바와 같이, 피벗 부착구(23)는 세그먼트(14)에 장착되는 탱(25)을 포함한다. 탱은 세그먼트로부터 반경방향 외부로 돌출되며, 등자(27) 내부에 끼워맞춤되고, 등자(27)는 세그먼트(12)에 장착되며, 그로부터 돌출된다. 도 20 및 도 21에 도시된 바와 같이, 탱과 등자는 이들의 반대편에 있는 세그먼트 단부들이 서로를 향해 강제될 때 서로 지지하게 되어, 세그먼트들(12, 14) 사이에 견고한 조인트를 제공한다. 그러나, 탱과 등자는 서로 고정 부착되지 않기 때문에, 이들과 세그먼트들(12, 14)은 서로로부터 멀리 자유롭게 피벗 운동하고, 그로 인해 도 22에 도시된 바와 같이 힌지로서 작용한다.

도 23은 피벗 부착구 구성요소가 돌출부들(31, 33)을 포함하고, 각각의 돌출부가 각각의 세그먼트(12, 14)에 장착되는 예시적인 피벗 부착구 실시예(29)를 도시한다. 돌출부들은 축(37)에 횡방향으로 배향되는 체결구(35)에 의해 서로 피벗 연결되고, 이 축을 중심으로 세그먼트가 피벗 운동하게 된다. 이러한 예에서, 체결구는 너트와 볼트를 포함하지만, 더블 헤드 핀일 수도 있다. 너트 및 볼트 체결구(35)의 사용은 일단 조인트가 형성되면 세그먼트들(12, 14) 사이의 연결의 추가적인 조절을 가능하게 한다. 도 23은 돌출부(31) 내의 슬롯(31a), 및 돌출부(33) 내에 유사하게 형성되는 슬롯(33a)을 도시한다. 체결구(35)는 돌출부들(31, 33) 내부의 슬롯들(31a, 33a)에 각각 수용된다. 도 24 및 도 25의 비교예에 도시된 바와 같이, 돌출부들(31, 33)은 정합되는 만곡면들(39, 41)을 구비하고, 이들은 돌출부 및 이들에 부착된 세그먼트들로 하여금 개방 구조(도 25) 및 폐쇄 구조(도 24) 사이에서 축(37)을 중심으로 피벗 운동할 수 있게 한다. 종래의 힌지와 달리, 축(37)은 세그먼트들에 대해 고정되지 않지만, 세그먼트가 피벗 운동함에 따라 측방향으로 이동한다는 것을 주목한다. 피벗 운동을 용이하게 하기 위해, 각각의 세그먼트(12, 14)는 리세스(43)를 구비하고, 도 25에 도시된 바와 같이, 리세스(43)는 베어링 내의 체결구(35)의 단부들(45)을 수용하며, 세그먼트 사이의 상대적인 피벗 운동을 제한하는 멈춤부로서 작용한다.

도 26, 도 27, 도 28은 세그먼트들(12, 14)의 돌출부들(49, 51)이 각도 배향된(angularly oriented) 정합면들(53, 55)을 구비한 다른 피벗 부착구 실시예(47)를 도시한다. 개방 구조(도 28) 및 폐쇄 구조(도 27) 사이의 세그먼트의 운동을 보여주는 도 27 및 도 28의 비교예에 도시된 바와 같이, 이러한 면은 축(37)을 중심으로 세그먼트의 상대적인 피벗 운동을 가능하게 한다. 종래의 힌지와 달리, 축(37)은 세그먼트들에 대해 고정되지 않지만, 세그먼트가 피벗 운동함에 따라 측방향으로 이동한다는 것을 주목한다. 도 26은 돌출부(49)의 슬롯(49a)을 도시한다. 슬롯(51a)이 돌출부(51)에 유사하게 형성된다. 체결구(35)가 돌출부들(49, 51)에 의해 정의되는 슬롯들(49a, 51a) 내부에 수용된다. 체결구(35)는 다시 세그먼트를 함께 고정하지만, 피벗 운동을 가능하게 한다.

축을 중심으로 하는 피벗 운동 외의 세그먼트 사이의 상대적인 운동을 방지하는 특징들을 돌출부 쌍(31, 33)의 정합면들에 통합하는 것이 바람직할 수 있다. 도 29는 정합되는 만곡면들(39, 41; 미도시)이 돌출부(31)의 일 측에 위치되는 돌출 리브(59), 및 돌출부의 타 측에 위치되는 리세스(61)를 구비한 예시적인 피벗 부착구 실시예(57)를 도시한다. 사용 중일 때, 도 30 및 도 31에 도시된 바와 같이, 세그먼트들(12, 14)은 하나의 세그먼트의 돌출 리브(59)가 다른 세그먼트의 리세스(61) 내부에 및 그 역으로 끼워맞춤되도록 정렬된다. 리브들과 리세스 사이의 상호 작용은 피벗 부착구에서의 세그먼트의 상대적인 축방향 운동을 방지하여, 세그먼트의 상호 정렬을 유지한다.

도 32, 도 33, 도 34에 도시된 다른 예시적인 피벗 부착구(63)에서, 돌출부들(31, 33)의 정합되는 만곡면들(39, 41)은 적어도 하나의, 그러나 바람직하게는 복수의 톱니(65)를 구비하고, 복수의 톱니(65)는 세그먼트의 서로 상대적인 측방향 운동을 방지하기 위해 세그먼트의 피벗 운동 중에 서로 맞물린다. 이러한 예에서, 톱니들(65)은 기어 톱니들이다. 도 33은 폐쇄 구조의 세그먼트들(12, 14)을 도시하고; 도 34는 개방 구조의 세그먼트를 도시한다.

도 35, 도 36, 도 37에 도시된 또 다른 피벗 부착구 실시예(67)에 있어서, 스플라인들(69)은 돌출부들(31, 33)의 정합면들(39, 41)과 연관되는 톱니(들)를 포함한다. 스플라인들(69)은 커플링 세그먼트 사이의 측방향 운동을 방지하기 위해 기어 톱니들과 유사하게 맞물린다. 도 36은 폐쇄 구조의 세그먼트들(12, 14)을 도시하고; 도 37은 개방 구조의 세그먼트를 도시한다.

도 38 내지 도 41에 도시된 바와 같이, 또 다른 피벗 부착구 실시예(71)는 하나의 세그먼트(14)의 돌출부(33)에 장착되는 설부(73)를 포함한다. 설부(73)는 세그먼트 사이의 상대적인 축방향 운동을 방지하기 위해 다른 세그먼트(12)의 돌출부(31)의 슬롯(31a) 내부에 수용된다. 설부(73)는 커플링 세그먼트 사이의 측방향 운동을 방지하기 위해 슬롯(31a)과 맞물린다. 설부(73)는 체결구(35)를 수용하기 위해 분할될 수 있다는 것을 주목한다. 도 40은 폐쇄 구조의 세그먼트들(12, 14)을 도시하고; 도 41은 개방 구조의 세그먼트를 도시한다.

도 17 내지 도 33에 도시된 다양한 피벗 부착구 실시예들은 de Raymond 등의 미국 특허 제 4,702,499호에 상세히 기재되며, 그 전체가 본원에 참조로서 포함된다. 세그먼트를 결합시키는 피벗 부착구는 운동 중심(center of motion)을 가질 수 있고, 이를 중심으로 세그먼트가 회전하며, 이는 커플링에 상대적으로 고정된다는 것을 주목한다. 예컨대, 도 1에 도시된 장부 힌지와 같은 전통적인 힌지들은 축(21)으로 나타낸 고정된 운동 중심을 가진다. 그러나, 본 발명은 또한 순간 운동 중심이 고정된 것이 아니라 세그먼트가 서로 상대적으로 피벗 운동함에 따라 이동하는 피벗 부착구를 포함한다. 이러한 피벗 부착구들이 축(37)의 전환에 의한 순간 운동 중심의 이동을 보여주는 본원의 도 23 내지 도 25에 도시되어 있다.

다시 도 1을 참조하면, 피벗 부착구(13)의 반대편에 있는 단부(75)에서의 세그먼트들(12, 14)의 연결은 연결 부재(18)에 의해 이루어진다. 이러한 실시예에서, 연결 부재는 세그먼트의 단부들로부터 외부로 연장되는 돌출부들(20)을 포함한다. 돌출부들(20)은 너트(26)와 협력하는 볼트(24)와 같은 체결구를 수용하도록 구성된 개구들(22)을 구비한다. 체결구는 조절 가능하게 조여질 수 있고, 조임 시에 중앙 공간(16)을 향해 세그먼트들(12, 14)을 끌어당기도록 돌출부들(20)과 협력한다.

각각의 세그먼트는 한 쌍의 아치면(28)을 구비한다. 면들(28)은 서로 이격된 관계로 위치되며, 중앙 공간(16)에 대향한다. 돌출부들(20)을 연결하는 체결구가 세그먼트를 서로를 향해 끌어당기도록 조여질 때, 아치면은 파이프 요소들(30; 도 4 참조)과 맞물리며, 이들을 유지한다. 아치면은 파이프 요소들, 플레인 단부 파이프 요소들, 플레어 단부 파이프 요소들, 또는 견부 또는 견부와 비드를 구비한 파이프 단부들의 원주홈들과 맞물릴 수 있다. 아치면들(28)은 피벗 부착구(13)가 있는 단부(11)에 인접하게 위치되는 노치들(87)을 구비할 수 있다. 노치들(87)은 반경방향 간극을 제공하고, 이는 세그먼트가 파이프 요소들(30)과 맞물림으로써 조인트를 이루도록 중앙 공간(16)을 향해 끌어당겨지기 전에, 파이프 요소가 세그먼트들(12, 14) 사이로 삽입될 수 있게 한다.

각각의 세그먼트는 또한 적어도 하나의, 그러나 바람직하게는 복수의 반응면(32)을 구비한다. 반응면들(32)은 연결 부재들(18)에 위치될 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 2개의 반응면(32)이 각각의 돌출부(20)에 위치된다. 반응면은 돌출부들에 대해 각도 배향되며, 약 30˚ 내지 약 60˚의 배향각(34)을 가질 수 있고, 중앙 공간(16)에 대향하도록 경사진다. 후술하는 바와 같이, 약 45˚의 배향각이 바람직하다.

커플링(10)은 또한 피벗 부착구(13)의 반대편에서 세그먼트들(12, 14) 사이에 위치되는 파지체(36)를 포함한다. 파지체는 한 쌍의 파지면(40; 하나만 도시됨)을 구비한다. 아치면들(28)과 유사하게, 파지면은 이격된 관계로 위치되며, 중앙 공간(16)에 대향한다. 파지체는 세그먼트들(12, 14)의 돌출부들(20)의 반응면들(32)과 대향 관계로 위치되는 한 쌍의 접촉면(42; 하나만 도시됨)을 구비한다. 접촉면은 또한 돌출부들에 대해 각도 배향되며, 약 30˚ 내지 약 60˚의 배향각(44)을 가질 수 있다. 후술하는 바와 같이, 약 45˚의 배향각이 바람직하다. 바람직하게는, 배향각들(34, 44)은 서로 상보적인데, 이는 이들이 대략 동일한 각도 배향을 가진다는 것을 의미한다.

커플링(10)의 조립시, 시일(46)이 세그먼트들(12, 14)과 파지체(36)에 의해 중앙 공간(16) 내부에 포획된다. 시일(46)은 커플링(10)이 파이프 단부 사이에 유체-밀봉형 조인트를 제공하도록 보장한다. 시일(46)은, 변형되지 않은 상태에서, 그 외주(48)가 커플링을 분해하지 않으면서 파이프 요소를 중앙 공간(16)에 삽입하기에 충분하게 이격된 관계로 세그먼트들(12, 14)과 파지체(36)를 지지하도록, 크기가 결정된다.

커플링의 작동은 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명된다. 도 2는 설치 준비가 된 예비-조립 상태에서 개방 구조를 가진, 공장으로부터 전달된 커플링(10)을 도시한다. 이러한 구조에서, 체결구(24)는 아직 조여지지 않았고, 그로 인해 세그먼트들(12, 14)과 파지체(36)가 중앙 공간(16)으로부터 멀리 반경방향 외부로 위치되어, 파이프 요소들(명료함을 위해 미도시)이 중앙 공간에 삽입될 수 있게 한다. 전술한 바와 같이, 시일(46)은 파이프 삽입을 용이하게 하기 위해 반경방향 외부로 세그먼트와 파지체를 유지하도록 크기가 결정된다. 삽입 시, 파이프 요소들은 시일(46)과 맞물리고, 이는 조인트에 유체 밀봉성을 제공한다. 다음으로, 볼트(24)와 너트(26)가 조여져서, 세그먼트들(12, 14)이 서로를 향해 그리고 중앙 공간(16)을 향해 끌어당겨지고, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 폐쇄 구조가 된다. 세그먼트가 이동함에 따라, 아치면들(28)이 파이프 요소의 외면과 맞물리게 되어, 이들을 커플링 내에 유지한다. 도 3 및 도 4의 비교예에 도시된 바와 같이, 서로를 향한 세그먼트들(12, 14)의 운동은 파지체(36)로 하여금 세그먼트의 운동에 대해 실질적으로 수직인 방향으로 중앙 공간(16)을 향해 내부로 이동하게 한다. 이는 파지체(36)의 파지면들(40)이 파이프 요소의 외면과 맞물릴 수 있게 한다. 중앙 공간(16)을 향한 파지체들의 운동은 돌출부들(20)의 반응면들(32)과 파지체의 접촉면들(42)의 상호작용에 의해 이루어진다. 접촉면과 반응면 각각의 각도 배향(44, 34; 도 1 참조)은 면 사이의 힘이 중앙 공간을 향해 유도되는 성분으로 분해될 수 있게 한다. 접촉면들에서 가해진 이러한 힘은 중앙 공간을 향한 파지체의 운동을 야기한다. 전술한 바와 같이, 약 45˚의 배향각들이 반응면과 접촉면 모두에 대해 바람직하다.

도 2에 도시된 바와 같이, 파지체(36)의 단부면들(79)과 세그먼트들(12, 14)의 견부들(81) 사이에 다수의 갭(77)이 있다. 갭들(77)은 파지체와 세그먼트 사이의 상대 운동을 가능하게 한다.

접촉면과 반응면 사이의 정합면이 연결 부재들(18; 이 예에서는 돌출부들(20))을 서로 결합시키는 체결구(볼트(24), 너트(26)) 인근에 있도록, 돌출부들(20)에 반응면들(32)을 위치시키고, 중앙 공간(16)으로부터 멀리 실질적으로 반경방향 외부로 접촉면들(42)을 돌출시키는 것이 유리하다. 시일(46)에 작용하는 커플링(10) 내부의 내압은 세그먼트들(12, 14)과 파지체(36)를 중앙 공간으로부터 멀리 강제할 것이다. 커플링 내부에서 파지체에 가해진 힘은 접촉면들(42)과 반응면들(32) 사이의 정합면에서 세그먼트들로 전달된다. 이들의 각도 배향으로 인해, 접촉면들(42)은 웨지처럼 작용하며, 돌출부들(20)을 멀어지게 강제하는 경향이 있다. 돌출부들을 결합시키는 체결구 인근에 정합면을 배치함으로써, 정합면이 체결구로부터 더 멀리 있을 때보다 돌출부들의 분리가 줄어들 것이다. 접촉면-반응면 정합의 유리한 위치결정은 세그먼트의 분리를 최소화하며, 커플링이 누출 없이 더 높은 압력을 견딜 수 있게 한다. 게다가, 체결구 인근에 세그먼트와 파지체 사이의 반응력을 배치함으로써, 파지체에 의한 세그먼트의 변형이 감소하고, 커플링이 둥근 형상을 더 잘 유지한다.

도 5는 본 발명에 따른 커플링의 또 다른 예시적인 실시예(83)를 도시한다. 이러한 실시예에서, 파지체(36)의 접촉면들(42)은 볼록한 형상을 가진다. 이는 세그먼트들(12, 14)이 서로를 향해 끌어당겨질 때 접촉면들(42)이 반응면들(32)과 접선방향으로 맞물릴 수 있게 하여, 중앙 공간을 향한 파지체(36)의 운동을 야기하는 반응력을 생성한다. 반응면들(32)은 각도 배향된다. 도 6은 반응면들(32)이 볼록한 형상을 가지고, 접촉면들(42)이 각도 배향되는 또 다른 예시적인 커플링 실시예(85)를 도시한다. 이는 다시 반응면과 접촉면 사이의 접선방향 맞물림을 가능하게 하여, 세그먼트들(12, 14)이 서로를 향해 끌어당겨짐에 따라 중앙 공간을 향한 파지체(36)의 운동을 야기하는 반응력을 생성한다.

도 7은 본 발명에 따른 또 다른 예시적인 커플링 실시예(50)의 분해 등각도를 도시한다. 커플링(50)은 일 측이 피벗 부착구(23)에 의해 그리고 타 측이 연결 부재들(18)과 협력하는 나사산 체결구(58)에 의해 서로 결합되는 세그먼트들(12, 14)을 구비한다. 전술한 커플링 실시예들과 같이, 임의의 유형의 피벗 부착구가 실현 가능하다는 점을 주목한다. 각각의 세그먼트는 파이프 요소와 맞물리기 위한 아치면들(28)을 구비한다. 커플링(50)은 세그먼트 사이에 그리고 피벗 부착구(23) 반대편에 위치되는 파지체(36)를 구비한다. 파지체는 대향측들에 위치되는 4개의 접촉면들(52), 및 이격된 관계로 위치되며 중앙 공간(16)에 대향하는 2개의 파지면들(40)을 구비한다. 다시, 이러한 예에서, 접촉면은 연결 부재들(18)에 대해 각도 배향되며, 연결 부재들(18)에 위치한 반응면들(54)과 정합된다. 접촉면을 위한 약 30˚ 내지 약 60˚의 배향각들(56)이 이러한 커플링 설계에 유리하다. 도 10에 도시된 바와 같이, 반응면들(54)의 배향각은 접촉면들(52)의 배향각과 대략 동일한 것이 바람직하다.

도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 접촉면들(52)과 반응면들(54) 중 하나 또는 양자가 볼록한 형상을 가질 수 있다. 이러한 형상은 큰 압축력이 파지체(36)와 세그먼트들(12, 14)에 의해 파이프 요소에 인가될 때 유리한 것으로 밝혀졌다. 접촉면들(52)과 반응면들(54) 중 하나 또는 양자의 볼록한 형상은 면 사이의 반응점을 면의 단부로부터 멀리 그리고 파지체(36)의 중심을 향해 더 이동시킨다.

커플링(50)의 작동은 전술한 커플링(10)의 작동과 유사하다. 도 8에 도시한 바와 같이, 체결구(58)를 조이기 전에, 세그먼트들(12, 14)과 파지체(36)는 파이프 요소가 중앙 공간에 삽입될 수 있도록 중앙 공간(16)으로부터 멀리 외부로 이격된다. 도 9에 도시된 바와 같이, 체결구를 조이면, 세그먼트들(12, 14)이 서로를 향해 그리고 중앙 공간을 향해 끌어당겨져서, 아치면들(28)이 파이프 요소의 외면과 맞물릴 수 있게 한다. 파지체(36)의 접촉면들(52)과 세그먼트들(12, 14)의 반응면들(54) 사이의 상호작용은 체결구(58)가 조여짐에 따라 파지체가 중앙 공간을 향해 내부로 이동하도록 강제한다. 도 10에 도시한 바와 같이, 파지체의 내향 운동은 파지면들(40)이 파이프 요소들(30)과 맞물릴 수 있게 한다. 전술한 커플링 실시예들과 유사하게, 시일(46)이 세그먼트들(12, 14)과 파지체(36) 사이에 포획된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 시일(46)의 외주(48)는, 변형되지 않은 상태에서, 커플링(50)이 도 8에 도시된 바와 같이 개방 구조일 때, 파이프 요소들(30)을 중앙 공간에 삽입하기에 충분하게 중앙 공간으로부터 멀리 이격된 관계로 세그먼트와 파지체를 지지하도록 크기가 결정된다. 커플링이 도 9에 도시된 바와 같이 폐쇄 구조일 때, 시일(46)은 세그먼트와 파지체에 의해 파이프 요소에 압착되며, 유체 밀봉형 조인트를 보장한다.

도 11은 본 발명에 따른 또 다른 커플링 실시예(60)의 분해도를 도시한다. 커플링(60)은 커플링 세그먼트들(12, 14)을 포함한다. 세그먼트는 대향 관계로 배치되며, 일 단이 피벗 부착구(23)에 의해 그리고 타 단이 연결 부재들(18)에 의해 결합된다. 이러한 실시예에서는, 전술한 실시예들과 같이, 연결 부재가 조절 가능하게 조여질 수 있는 체결구(58)를 수용하는 외부로 연장되는 돌출부들(20)을 포함한다. 체결구를 조이면, 커플링 세그먼트들(12, 14)이 서로를 향해 그리고 중앙 공간(16)을 향해 끌어당겨진다.

각각의 세그먼트는 서로 이격된 관계로 위치되는 내부 대향 아치면들(28)을 구비한다. 아치면은 각각의 세그먼트의 단부 사이의 위치들을 점유한다. 반응면들(32)은 피벗 부착구(23)의 반대편에 있는 각각의 커플링 세그먼트(12, 14)의 단부에 이격된 관계로 위치된다. 반응면들(32)은 돌출부들(20)과 아치면들(28) 사이에 위치되며, 중앙 공간(16)을 향해 내부를 향한다. 아치면들(32)은 세그먼트 주위에서 접선방향으로 연장된다. 후술하는 바와 같이, 반응면은 각도 배향될 수 있다.

파지체(36)가 연결 부재들(18)과 인접하게 세그먼트들(12, 14) 사이에 위치된다. 파지체는 이격된 관계로 배치되는 내부 대향 파지면들(40)을 구비한다. 바람직하게는, 도 14에 잘 도시된 바와 같이, 커플링이 조립될 때, 파지면들(40)은 각각의 아치면들(28)과 정렬된다. 다시 도 11을 참조하면, 파지체는 이격된 관계의 접촉면들(42)을 구비한다. 접촉면들(42)은 중앙 공간(16)으로부터 멀리 외부를 향하며, 세그먼트들(12, 14)의 각각의 반응면들(32)과 맞물린다. 예컨대 체결구(58)를 조임으로써 세그먼트를 서로를 향해 끌어당길 때, 추가로 후술하는 바와 같이, 파지체가 반경방향 내부로 강제되도록, 파지체의 접촉면이 세그먼트의 반응면과 협력한다.

시일(46)이 커플링 세그먼트들(12, 14)과 파지체(36) 사이에 위치된다. 세그먼트와 파지체 모두는 각각의 채널들(62, 64; 도 12 참조)을 가진다. 채널(62)은 아치면들(28) 사이에 위치되고, 채널(64)은 파지면들(40) 사이에 위치된다. 채널들(62, 64)은 시일(46)을 수용한다. 시일(46)의 내주(66)는 유체-밀봉형 시일을 형성하도록 커플링에 의해 결합된 파이프 요소와 맞물리는 내부 대향 밀봉면들(68, 70)을 구비한다. 시일(46)은, 변형되지 않은 상태에서, 커플링이 도 12에 도시된 바와 같이 개방 구조일 때, 그 외주(72)가 파이프 요소를 중앙 공간(16)에 삽입하기에 충분하게 이격된 관계로 세그먼트들(12, 14)과 파지체(36)를 지지하도록, 크기가 결정된다. 바람직하게는, 시일은 EPDM 엘라스토머와 같은 탄성(elastic, resilient) 재료로 이루어진 링으로, 연결 부재들(18)을 조절 가능하게 조임으로써 커플링 세그먼트를 서로를 향해 끌어당길 때 변형된다.

도 12는 사용 준비가 된 개방 구조를 가진 예비-조립 상태의 파이프 커플링(60)을 도시한다. 파이프 요소를 단대단 관계로 연결하는 유체-밀봉형 조인트를 달성하기 위해, 파이프 요소들(30)이 밀봉 부재(46)에 삽입되고, 그에 따라 도 12a에 도시된 바와 같이 세그먼트가 파이프 요소의 단부 부분들에 대향하며 벌려진다. 파이프 요소의 외면의 홈들(74)이 세그먼트의 아치면들(28) 및 파지체(36)의 파지면들(40)과 정렬될 정도로, 파이프 요소가 삽입된다. 적절한 깊이로 파이프 요소를 삽입하는 것은 밀봉면들(68, 70) 사이의 밀봉 부재에 위치되는 파이프 멈춤부(76)에 의해 용이해질 수 있다. 파이프 멈춤부는 파이프 요소의 단부들과 맞물리도록 그리고 원하는 대로 삽입 깊이를 제한하도록 내부로 돌출된다.

도 12 및 도 13은 파이프 요소(30)가 삽입된 커플링(60)의 횡단면도들을 도시한다. 파지체(36)의 접촉면들(42)과 맞물리는 세그먼트들(12, 14)의 반응면들(32)을 주목한다. 체결구(58)가 조여져서, 세그먼트들(12, 14)이 서로를 향해 끌어당겨지고 도 13에 도시된 바와 같이 폐쇄 구조가 될 때, 파지체(36)가 반경방향 내부로 이동하여, 파지체의 파지면들(40)이 도 13a에 도시된 파이프 요소들(30)의 홈들(74)과 맞물리며 파지하도록, 반응면이 각도 배향된다. 도 14에 도시된 바와 같이, 서로를 향한 세그먼트들(12, 14)의 운동은 또한 각각의 세그먼트의 아치면들(28)이 홈들과 맞물리며 파지하게 한다. 그러므로, 파이프 요소들은 단대단 관계로 고정된다. 밀봉 부재는 밀봉면들(68, 70)이 파이프 요소의 외면과 추가로 맞물리도록 강제하기 위해 반경방향 내부로 변형된다. 이러한 구조는 비교적 강성의 조인트를 생성한다. 대안으로, 아치면이 홈의 바닥과 맞물려 이를 고정하지 않도록 아치면의 운동을 제한한다면, 더 유연한 조인트를 제공할 수 있다. 이를 위해, 파지체들의 주행이 반응면과 접촉면의 길이 또는 넓이에 의해 제한된다. 중앙 공간을 향한 세그먼트의 아치면의 운동을 제한하는 것은 연결 부재(18)들의 접촉을 통해 세그먼트의 운동을 제한함으로써 바람직하게 제어된다.

도 14에 도시된 바와 같이, 세그먼트들(12, 14)의 반응면들(32)과 파지체(36)의 접촉면들(42)은 연결 부재들(18)에 대해, 구체적으로는 부재들(18) 사이의 정합면(80)에 대해 측정된 공통 배향각(78)을 가진다. 약 30˚ 내지 약 60˚의 배향각들(78)이 실용적이지만, 소정의 응용들에서는 약 45˚의 배향각이 이러한 실시예에 유리하다.

도 15는 본 발명에 따른 또 다른 커플링 실시예(60a)의 분해도를 도시한다. 커플링(60a)은 커플링 세그먼트들(12, 14)을 포함한다. 세그먼트는 대향 관계로 배치되며, 일 단이 피벗 부착구(23)에 의해 그리고 타 단이 연결 부재들(18)에 의해 결합된다. 이러한 실시예에서는, 전술한 실시예들과 같이, 연결 부재가 조절 가능하게 조여질 수 있는 체결구(58)를 수용하는 외부로 연장되는 돌출부들(20)을 포함한다. 체결구를 조이면, 커플링 세그먼트들(12, 14)이 서로를 향해 그리고 중앙 공간(16)을 향해 끌어당겨진다.

각각의 세그먼트는 서로 이격된 관계로 위치되는 내부 대향 아치면들(28)을 구비한다. 아치면은 각각의 세그먼트의 단부 사이의 위치들을 점유한다. 반응면들(32)은 피벗 부착구(23)에 인접한 각각의 커플링 세그먼트(12, 14)의 단부에 이격된 관계로 위치된다(반응면이 연결 부재들(18)과 인접한 실시예(60)와 다르다). 반응면들(32)은 중앙 공간(16)을 향해 내부를 향하며, 세그먼트 주위에서 접선방향으로 연장된다. 실시예(60)에 대해 전술한 바와 같이, 반응면은 각도 배향된다.

파지체(36)가 피벗 부착구(23)와 인접하게 세그먼트들(12, 14) 사이에 위치된다(파지체가 연결 부재들(18)과 인접한 실시예(60)와 다르다). 파지체는 이격된 관계로 배치되는 내부 대향 파지면들(40)을 구비한다. 바람직하게는, 커플링이 조립될 때, 파지면들(40)은 각각의 아치면들(28)과 정렬된다. 파지체(36)는 이격된 관계의 접촉면들(42)을 구비한다. 도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 접촉면들(42)은 중앙 공간(16)으로부터 멀리 외부를 향하며, 세그먼트들(12, 14)의 각각의 반응면들(32)과 맞물린다. 예컨대 체결구(58)를 조임으로써 세그먼트를 서로를 향해 끌어당길 때, 추가로 후술하는 바와 같이, 파지체가 반경방향 내부로 강제되도록, 파지체의 접촉면이 세그먼트의 반응면과 협력한다.

시일(46)이 커플링 세그먼트들(12, 14)과 파지체(36) 사이에 위치된다. 세그먼트와 파지체 모두는 각각의 채널들(62, 64; 도 15 참조)을 가진다. 채널(62)은 아치면들(28) 사이에 위치되고, 채널(64)은 파지면들(40) 사이에 위치된다. 채널들(62, 64)은 시일(46)을 수용한다. 시일(46)의 내주(66)는 유체-밀봉형 시일을 형성하도록 커플링에 의해 결합된 파이프 요소와 맞물리는 내부 대향 밀봉면들(68, 70)을 구비한다. 시일(46)은, 변형되지 않은 상태에서, 커플링이 도 16에 도시된 바와 같이 개방 구조일 때, 그 외주(72)가 파이프 요소를 중앙 공간(16)에 삽입하기에 충분하게 이격된 관계로 세그먼트들(12, 14)과 파지체(36)를 지지하도록, 크기가 결정된다. 바람직하게는, 시일은 EPDM 엘라스토머와 같은 탄성 재료로 이루어진 링으로, 연결 부재들(18)을 조절 가능하게 조임으로써 커플링 세그먼트를 서로를 향해 끌어당길 때 변형된다.

도 16은 사용 준비가 된 개방 구조를 가진 예비-조립 상태의 파이프 커플링(60a)을 도시한다. 파이프 요소를 단대단 관계로 연결하는 유체-밀봉형 조인트를 달성하기 위해, 파이프 요소들(30)이 밀봉 부재(46)에 삽입되고, 그에 따라 세그먼트가 파이프 요소의 단부 부분들에 대향하며 벌려진다. 파이프 요소의 외면의 홈들(미도시)이 세그먼트의 아치면들(28) 및 파지체(36)의 파지면들(40)과 정렬될 정도로, 파이프 요소가 삽입된다(도 15 참조). 도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이, 적절한 깊이로 파이프 요소를 삽입하는 것은 밀봉면들(68, 70) 사이의 밀봉 부재에 위치한 파이프 멈춤부(76)에 의해 용이해질 수 있다. 파이프 멈춤부는 파이프 요소의 단부들과 맞물리도록 그리고 원하는 대로 삽입 깊이를 제한하도록 내부로 돌출된다.

도 16 및 도 17은 파이프 요소(30)가 삽입된 커플링(60a)의 횡단면도들을 도시한다. 파지체(36)의 접촉면들(42)과 맞물리는 세그먼트들(12, 14)의 반응면들(32)을 주목한다. 체결구(58)가 조여져서, 세그먼트들(12, 14)이 서로를 향해 끌어당겨지고 도 17에 도시된 바와 같이 폐쇄 구조가 될 때, 파지체(36)가 반경방향 내부로 이동하여, 파지체의 파지면들(40)이 파이프 요소들(30)의 홈들과 맞물리며 파지하도록, 반응면이 각도 배향된다. 서로를 향한 세그먼트들(12, 14)의 운동은 또한 각각의 세그먼트의 아치면들(28)이 홈들과 맞물리며 파지하게 한다. 그러므로, 파이프 요소들은 단대단 관계로 고정된다. 밀봉 부재는 밀봉면들(68, 70; 도 15 참조)이 파이프 요소의 외면과 추가로 맞물리도록 강제하기 위해 반경방향 내부로 변형된다.

도 18 및 도 19는 일 단이 피벗 부착구(23)에 의해 결합되는 세그먼트들(12, 14)들을 구비한 또 다른 커플링 실시예(82)를 도시하되, 파지체(36)가 피벗 부착구의 반대편에서 세그먼트 사이에 위치되어 있다. 커플링(82)은 전술한 커플링 실시예들과 유사하지만, 중앙 공간(16)에 대향하는 세그먼트들(12, 14)에 위치한 아치면들(28)이 파이프 요소들(30)의 외면들(88)의 곡률 반경(86)보다 더 큰 곡률 반경(84)을 가진다는 점에서 상이하다(파이프 요소의 외면들에 홈들이 있다면, 홈들은 제외한다). 아치면들(28)과 파이프 요소들(30)의 곡률 반경 사이의 관계는 조인트를 형성하기 위해 파이프 요소를 수용할 준비가 된 개방 구조의 커플링(82)을 보여주는 도 18에 도시되어 있다. 도 19는 폐쇄 구조의 커플링(82)을 도시하되, 파이프 요소들(30)이 중앙 공간(16)에 삽입되며, 체결구(58)가 조여져서, 각각의 세그먼트의 연결 부재들(18)과 협력하여, 세그먼트를 서로를 향해 끌어당겨서, 다른 실시예에 대해 전술한 바와 같이, 아치면을 파이프 요소와 맞물리게 하고, 접촉면과 반응면의 상호 작용에 의해 파지체(36)를 중앙 공간을 향해 강제한다. 파지체(36)의 파지면들(40)은 도 18 및 도 19의 비교예에 의해 도시된 바와 같이 파이프 요소와 맞물리도록 이동하고, 세그먼트들(12, 14)은 아치면과 파이프 요소 사이의 접촉 시에 변형되므로, 아치면들(28)의 곡률 반경(84)은 도 19에 도시된 바와 같이 아치면과 파이프 요소 사이의 접촉 라인(90)을 따라 파이프 요소의 곡률 반경에 대략 순응하도록 감소한다. 아치면의 더 큰 곡률 반경은 커플링이 도 18에 도시된 바와 같이 개방 구조일 때 증가된 간극을 제공하여, 파이프 요소를 커플링에 삽입하는 것을 용이하게 한다. 변형 가능한 파이프 커플링들이 미국 특허 제 7,086,131호 및 미국 특허 제 7,712,796호에 기재되어 있고, 양자가 본원에 참조로서 참조된다.

본 발명에 따른 커플링은, 커플링이 수공구를 사용하여 예비-조립 상태로부터 설치될 수 있게 하는 이동 가능한 파지체의 사용을 통한 이점을 실현한다. 이동 가능한 파지체는 유체-밀봉형 조인트를 달성하기 위해 세그먼트를 서로 결합시키고 파이프 요소를 파지하는 데에 필요한 토크를 감소시킨다. 또한, 3개의 구성요소들(즉, 파지체의 파지면과 2개의 세그먼트의 아치면들)을 파이프 요소와 맞물리게 하면, 더 많은 구성요소가 존재할 때 보다 더 강성의 커플링을 제공한다는 것이 관찰되었다. 이러한 강성의 증가는 파이프 요소와 커플링의 제조 공차로 인한 것으로 여겨지며, 이는 4개 이상의 구성요소가 동일한 정도의 맞물림으로 파이프 요소와 접촉하도록 보장하는 것을 어렵게 만든다.

Claims

한 쌍의 파이프 요소의 단부 부분을 서로 단대단으로(end-to-end) 고정하기 위한 파이프 커플링(pipe coupling)에 있어서,
상기 파이프 요소를 수용하기 위한 중앙 공간을 둘러싸며 단대단으로 연결되는 한 쌍의 세그먼트로서, 각각의 상기 세그먼트는 이격된 관계로 위치되는 한 쌍의 아치면을 구비하고, 상기 아치면은 상기 중앙 공간에 대향하며 상기 파이프 요소와 맞물림 가능한 한 쌍의 세그먼트와,
상기 세그먼트의 일 단에 위치되며, 상기 세그먼트를 서로 피벗 연결하는 피벗 부착구(pivot attachment)와,
상기 피벗 부착구의 반대편에 있는 단부에서 상기 세그먼트 각각에 위치되며, 상기 세그먼트를 서로를 향해 끌어당기도록 조절 가능하게 조여질 수 있는 연결 부재와,
상기 세그먼트 각각에 위치되며, 상기 중앙 공간을 향하는 적어도 하나의 반응면(reaction surface)과,
상기 세그먼트 사이에 위치되며, 한 쌍의 파지면(gripping surface)을 구비한 적어도 하나의 파지체(gripping body)로서, 상기 한 쌍의 파지면은 이격된 관계로 위치되며, 상기 중앙 공간을 향하는 적어도 하나의 파지체와,
상기 파지체에 위치되며, 각각 상기 반응면 중 하나와 대향 관계에 있는 한 쌍의 접촉면(contact surface)을
포함하고,
상기 연결 부재를 조절 가능하게 조이면, 상기 세그먼트가 상기 피벗 부착구를 중심으로 피벗 운동하게 되어, 상기 아치면이 상기 파이프 요소와 맞물리도록 상기 커플링 세그먼트를 서로 끌어당기고, 상기 접촉면은 상기 파지면이 상기 파이프 요소와 맞물리도록 상기 중앙 공간을 향해 상기 적어도 하나의 파지체를 이동시키기 위해 상기 반응면과 상호 작용하는, 파이프 커플링.
제 1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 파지체는 상기 연결 부재에 인접하게 위치되는, 파이프 커플링.
제 2항에 있어서, 상기 연결 부재 각각은 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부는 상기 피벗 부착구의 반대편에 있는 상기 세그먼트의 상기 단부로부터 외부로 연장되고, 상기 세그먼트를 서로 조절 가능하게 연결하기 위한 체결구를 수용하도록 구성되며, 상기 반응면은 상기 돌출부 각각에 위치되는, 파이프 커플링.
제 1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 파지체는 상기 피벗 부착구에 인접하게 위치되는, 파이프 커플링.
제 1항에 있어서, 상기 접촉면은 볼록한 형상을 갖는 파이프 커플링.
제 1항에 있어서, 상기 반응면은 볼록한 형상을 갖는, 파이프 커플링.
제 1항에 있어서, 상기 피벗 부착구는 각각의 상기 세그먼트에 위치되는 적어도 하나의 베어링을 구비한 힌지를 포함하고, 상기 베어링은 액슬(axle)에 의해 연결되는, 파이프 커플링.
제 1항에 있어서, 상기 피벗 부착구는 상기 세그먼트 중 하나로부터 돌출되는 탱(tang), 및 상기 세그먼트 중 다른 하나로부터 연장되는 등자(stirrup)를 포함하고, 상기 탱은 상기 등자 내부에 끼워맞춤되며, 상기 탱과 등자는 서로 상대적으로 피벗 가능한, 파이프 커플링.
제 1항에 있어서, 상기 피벗 부착구는,
상기 세그먼트 중 하나로부터 연장되는 제 1 돌출부와,
상기 제 1 돌출부에 위치되는 제 1 슬롯과,
상기 제 1 돌출부에 위치되는 제 1 만곡면과,
상기 세그먼트 중 다른 하나로부터 연장되는 제 2 돌출부와,
상기 제 2 돌출부에 위치되는 제 2 슬롯과,
상기 제 2 돌출부에 위치되며, 상기 제 1 만곡면과 정합되는 제 2 만곡면과,
상기 제 1 및 제 2 돌출부 사이에서 상기 제 1 및 제 2 슬롯을 통해 연장되는 체결구(fastener)를
포함하는, 파이프 커플링.
제 9항에 있어서, 상기 제 1 만곡면에 위치되며, 상기 제 1 슬롯과 실질적으로 평행하게 배향되는 적어도 하나의 리브(rib)와,
상기 제 2 만곡면 내부에 위치되며, 상기 제 1 슬롯과 실질적으로 평행하게 배향되고, 상기 적어도 하나의 리브가 수용되는 적어도 하나의 리세스(recess)를
더 포함하는, 파이프 커플링.
제 1항에 있어서, 상기 피벗 부착구는,
상기 세그먼트 중 하나로부터 연장되는 제 1 돌출부와,
상기 제 1 돌출부에 위치되는 제 1 슬롯과,
상기 제 1 돌출부에 위치되는 적어도 하나의 제 1 톱니(tooth)와,
상기 세그먼트 중 다른 하나로부터 연장되는 제 2 돌출부와,
상기 제 2 돌출부에 위치되는 제 2 슬롯과,
상기 제 2 돌출부에 위치되며, 상기 제 1 톱니와 정합되는 적어도 하나의 제 2 톱니와,
상기 제 1 및 제 2 돌출부 사이에서 상기 제 1 및 제 2 슬롯을 통해 연장되는 체결구를
포함하는, 파이프 커플링.
제 11항에 있어서, 맞물림형 기어 톱니를 포함하는 복수의 상기 제 1 및 제 2 톱니를 더 포함하는, 파이프 커플링.
제 11항에 있어서, 맞물림형 스플라인(intermeshing spline)을 포함하는 복수의 상기 제 1 및 제 2 톱니를 더 포함하는, 파이프 커플링.
제 1항에 있어서, 상기 피벗 부착구는,
상기 세그먼트 중 하나로부터 연장되는 제 1 돌출부와,
상기 제 1 돌출부에 위치되는 제 1 슬롯과,
상기 세그먼트 중 다른 하나로부터 연장되는 제 2 돌출부와,
상기 제 2 돌출부에 위치되며, 상기 제 1 돌출부의 상기 제 1 슬롯 내부에서 정합되는 설부(tongue)와,
상기 제 1 및 제 2 돌출부 사이에서 그리고 상기 제 1 슬롯 및 상기 설부를 통해 연장되는 체결구를
포함하는, 파이프 커플링.
제 1항에 있어서, 상기 피벗 부착구는,
상기 세그먼트 중 하나로부터 연장되는 제 1 돌출부와,
상기 제 1 돌출부에 위치되는 제 1 슬롯과,
상기 제 1 돌출부에 위치되는 제 1 각도 배향면과,
상기 세그먼트 중 다른 하나로부터 연장되는 제 2 돌출부와,
상기 제 2 돌출부에 위치되는 제 2 슬롯과,
상기 제 2 돌출부에 위치되며, 상기 제 1 각도 배향면과 정합되는 제 2 각도 배향면과,
상기 제 1 및 제 2 돌출부 사이에서 상기 제 1 및 제 2 슬롯을 통해 연장되는 체결구를
포함하는, 파이프 커플링.
제 1항에 있어서, 상기 세그먼트 사이에 포획되며, 상기 아치면 사이에 위치되고, 상기 파이프 요소 사이에 유체-밀봉형 조인트를 형성하기 위해 상기 파이프 요소와 맞물림 가능한 내부 대향 밀봉면을 갖는 밀봉 부재를 더 포함하는, 파이프 커플링.
제 16항에 있어서, 상기 밀봉 부재는 상기 파이프 요소를 상기 중앙 공간에 삽입하기에 충분하게 상기 중앙 공간으로부터 멀리 이격된 관계로 상기 세그먼트와 상기 파지체를 지지하도록 크기가 결정된 외면을 갖는, 파이프 커플링.
제 1항에 있어서, 상기 아치면 중 적어도 하나에 위치되며, 상기 피벗 부착구에 인접하게 위치되는 적어도 하나의 노치를 더 포함하는, 파이프 커플링.
제 1항에 있어서, 상기 아치면은 상기 파이프 요소의 외면의 곡률 반경보다 더 큰 곡률 반경을 갖는, 파이프 커플링.
한 쌍의 파이프 요소의 단부 부분을 서로 단대단으로 고정하기 위한 파이프 커플링에 있어서,
상기 파이프 요소를 수용하기 위한 중앙 공간을 둘러싸며 단대단으로 연결되는 한 쌍의 세그먼트로서, 각각의 상기 세그먼트는 이격된 관계로 위치되는 한 쌍의 아치면을 구비하고, 상기 아치면은 상기 중앙 공간에 대향하며 상기 파이프 요소와 맞물림 가능한 한 쌍의 세그먼트와,
상기 세그먼트의 일 단에 위치되며, 상기 세그먼트를 서로 피벗 연결하는 피벗 부착구와,
상기 피벗 부착구의 반대편에 있는 단부에서 상기 세그먼트 각각에 위치되며, 상기 세그먼트를 서로를 향해 끌어당기도록 조절 가능하게 조여질 수 있는 연결 부재와,
상기 세그먼트 각각에 위치되며, 상기 중앙 공간을 향하는 한 쌍의 반응면과,
상기 세그먼트 사이에 위치되며, 한 쌍의 파지면을 갖는 적어도 하나의 파지체로서, 상기 한 쌍의 파지면은 이격된 관계로 배치되며, 상기 중앙 공간을 향하는 적어도 하나의 파지체와,
상기 파지체에 위치되며, 각각 상기 세그먼트의 상기 반응면 중 하나와 대향 관계에 있는 제 1 및 제 2 쌍의 접촉면을
포함하고,
상기 연결 부재를 조절 가능하게 조이면, 상기 세그먼트가 상기 피벗 부착구를 중심으로 피벗 운동하게 되어, 상기 아치면이 상기 파이프 요소와 맞물리도록 상기 커플링 세그먼트를 서로 끌어당기고, 상기 접촉면은 상기 파지면이 상기 파이프 요소와 맞물리도록 상기 중앙 공간을 향해 상기 적어도 하나의 파지체를 이동시키기 위해 상기 반응면과 상호 작용하는, 파이프 커플링.
제 20항에 있어서, 상기 적어도 하나의 파지체는 상기 연결 부재에 인접하게 위치되는, 파이프 커플링.
제 21항에 있어서, 상기 연결 부재 각각은 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부는 상기 피벗 부착구의 반대편에 있는 상기 세그먼트의 상기 단부로부터 외부로 연장되고, 상기 세그먼트를 서로 조절 가능하게 연결하기 위한 체결구를 수용하도록 구성되며, 상기 반응면은 상기 돌출부 각각에 위치되는, 파이프 커플링.
제 20항에 있어서, 상기 적어도 하나의 파지체는 상기 피벗 부착구에 인접하게 위치되는, 파이프 커플링.
제 20항에 있어서, 상기 접촉면은 볼록한 형상을 갖는, 파이프 커플링.
제 20항에 있어서, 상기 반응면은 볼록한 형상을 갖는, 파이프 커플링.
제 20항에 있어서, 상기 피벗 부착구는 상기 세그먼트 중 하나에 위치되는 한 쌍의 베어링 및 상기 세그먼트 중 다른 하나에 위치되는 단일 베어링을 구비한 힌지를 포함하고, 상기 한 쌍의 베어링은 액슬에 의해 상기 단일 베어링에 연결되는, 파이프 커플링.
제 20항에 있어서, 상기 피벗 부착구는 상기 세그먼트 중 하나로부터 돌출되는 탱, 및 상기 세그먼트 중 다른 하나로부터 연장되는 등자를 포함하고, 상기 탱은 상기 등자 내부에 끼워맞춤되며, 상기 탱과 등자는 서로 상대적으로 피벗 가능한, 파이프 커플링.
제 20항에 있어서, 상기 피벗 부착구는,
상기 세그먼트 중 하나로부터 연장되는 제 1 돌출부와,
상기 제 1 돌출부에 위치되는 제 1 슬롯과,
상기 제 1 돌출부에 위치되는 제 1 만곡면과,
상기 세그먼트 중 다른 하나로부터 연장되는 제 2 돌출부와,
상기 제 2 돌출부에 위치되는 제 2 슬롯과,
상기 제 2 돌출부에 위치되며, 상기 제 1 만곡면과 정합되는 제 2 만곡면과,
상기 제 1 및 제 2 돌출부 사이에서 상기 제 1 및 제 2 슬롯을 통해 연장되는 체결구를
포함하는, 파이프 커플링.
제 28항에 있어서,
상기 제 1 만곡면에 위치되며, 상기 제 1 슬롯과 실질적으로 평행하게 배향되는 적어도 하나의 리브와,
상기 제 2 만곡면 내부에 위치되며, 상기 제 1 슬롯과 실질적으로 평행하게 배향되고, 상기 적어도 하나의 리브가 수용되는 적어도 하나의 리세스를
더 포함하는, 파이프 커플링.
제 20항에 있어서, 상기 피벗 부착구는,
상기 세그먼트 중 하나로부터 연장되는 제 1 돌출부와,
상기 제 1 돌출부에 위치되는 제 1 슬롯과,
상기 제 1 돌출부에 위치되는 적어도 하나의 제 1 톱니와,
상기 세그먼트 중 다른 하나로부터 연장되는 제 2 돌출부와,
상기 제 2 돌출부에 위치되는 제 2 슬롯과,
상기 제 2 돌출부에 위치되며, 상기 제 1 톱니와 정합되는 적어도 하나의 제 2 톱니와,
상기 제 1 및 제 2 돌출부 사이에서 상기 제 1 및 제 2 슬롯을 통해 연장되는 체결구를
포함하는, 파이프 커플링.
제 30항에 있어서, 맞물림형 기어 톱니를 포함하는 복수의 상기 제 1 및 제 2 톱니를 더 포함하는, 파이프 커플링.
제 30항에 있어서, 맞물림형 스플라인을 포함하는 복수의 상기 제 1 및 제 2 톱니를 더 포함하는, 파이프 커플링.
제 20항에 있어서, 상기 피벗 부착구는,
상기 세그먼트 중 하나로부터 연장되는 제 1 돌출부와,
상기 제 1 돌출부에 위치되는 제 1 슬롯과,
상기 세그먼트 중 다른 하나로부터 연장되는 제 2 돌출부와,
상기 제 2 돌출부에 위치되며, 상기 제 1 돌출부의 상기 제 1 슬롯 내부에서 정합되는 설부와,
상기 제 1 및 제 2 돌출부 사이에서 그리고 상기 제 1 슬롯 및 상기 설부를 통해 연장되는 체결구를
포함하는, 파이프 커플링.
제 20항에 있어서, 상기 피벗 부착구는,
상기 세그먼트 중 하나로부터 연장되는 제 1 돌출부와,
상기 제 1 돌출부에 위치되는 제 1 슬롯과,
상기 제 1 돌출부에 위치되는 제 1 각도 배향면과,
상기 세그먼트 중 다른 하나로부터 연장되는 제 2 돌출부와,
상기 제 2 돌출부에 위치되는 제 2 슬롯과,
상기 제 2 돌출부에 위치되며, 상기 제 1 각도 배향면과 정합되는 제 2 각도 배향면과,
상기 제 1 및 제 2 돌출부 사이에서 상기 제 1 및 제 2 슬롯을 통해 연장되는 체결구를
포함하는, 파이프 커플링.
제 20항에 있어서, 상기 세그먼트 사이에 포획되며, 상기 아치면 사이에 위치되고, 상기 파이프 요소 사이에 유체-밀봉형 조인트를 형성하기 위해 상기 파이프 요소와 맞물림 가능한 내부 대향 밀봉면을 갖는 밀봉 부재를 더 포함하는, 파이프 커플링.
제 35항에 있어서, 상기 밀봉 부재는 상기 파이프 요소를 상기 중앙 공간에 삽입하기에 충분하게 상기 중앙 공간으로부터 멀리 이격된 관계로 상기 세그먼트와 상기 파지체를 지지하도록 크기가 결정된 외면을 갖는, 파이프 커플링.
제 20항에 있어서, 상기 아치면 각각에 위치되며, 상기 피벗 부착구에 인접하게 위치되는 각각의 노치를 더 포함하는, 파이프 커플링.
제 20항에 있어서, 상기 아치면은 상기 파이프 요소의 외면의 곡률 반경보다 더 큰 곡률 반경을 갖는, 파이프 커플링.
대향하는 커플링 세그먼트 및 그 사이에 위치한 이동 가능한 파지체를 갖는 커플링을 사용하여, 파이프 요소를 단대단 관계로 결합시키는 방법에 있어서,
상기 파이프 요소를 상기 커플링에 삽입하는 단계와,
상기 커플링 세그먼트가 피벗축을 중심으로 피벗 운동하게 함으로써, 상기 커플링 세그먼트를 상기 파이프 요소와 맞물리도록 끌어당기는 단계와,
상기 파지체를 상기 파이프 요소와 맞물리도록 이동시키는 단계를
포함하는, 파이프 요소를 결합시키는 방법.
제 39항에 있어서, 상기 파이프 요소를 상기 커플링에 삽입하기에 충분하게 이격된 관계로 시일의 외면 상에 상기 세그먼트와 상기 파지체를 지지하는 단계를 더 포함하는, 파이프 요소를 결합시키는 방법.
제 39항에 있어서, 상기 세그먼트를 상기 파이프 요소에 순응하게 하기 위해 상기 세그먼트를 변형시키는 단계를 더 포함하는, 파이프 요소를 결합시키는 방법.