KR20160072228A - 싱글 액션 푸시-투-커넥션 도관 이음쇠 - Google Patents
싱글 액션 푸시-투-커넥션 도관 이음쇠 Download PDFInfo
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Abstract
튜브 또는 파이프 등의 도관을 위한 싱글 액션 푸시-투-커넥션 이음쇠를 제공하다. 이 이음쇠는 이음쇠 조립체를 형성하도록 함께 결합 또는 조립되는 제1 이음쇠 구성요소와 제2 이음쇠 구성요소를 포함한다. 이음쇠 조립체는 도관 밀봉 장치 및 도관 유지 장치를 포함한다. 도관은 수작업 또는 기타 방식으로 단 한번의 축방향 이동에 의해 조립된 이음쇠 조립체 내로 삽입되어, 이음쇠 구성요소의 추가적인 조작 또는 이동을 필요로 하지 않고 유지 및 밀봉될 수 있다.
Description
관련 출원
본 출원은 2013년 10월 24일자로 제출된 "SINGLE ACTION PUSH TO CONNECT CONDIT FITTING"라는 명칭의 출원 계속 중의 미국 가특허 출원 번호 제61/895,043호의 이익을 주장하며, 그 전체 개시 내용을 완전히 본 명세서 참조로 원용한다.
개시의 기술분야
본 발명은 일반적으로는 튜브 및 파이프 등의 도관을 위한 이음쇠에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 싱글 액션 푸시-투-커넥션(single action push to connection) 조작을 제공하는 이음쇠에 관한 것이다.
도 1은 도관이 완전히 삽입된 이음쇠 조립체의 모범적인 실시예의 단부 사시도이며,
도 2는 청구항 1의 이음쇠 조립체의 종단면도이고,
도 3은 도관을 포함하는 도 1의 이음쇠 조립체의 분해 사사도이며,
도 4는 도 1 내지 도 3의 실시예에 이용될 수 있는 제1 이음쇠 구성요소 서브조립체의 실시예의 종단면도이고,
도 5는 도 1 내지 도 3의 실시예에 이용될 수 있는 제2 이음쇠 구성요소 서브조립체의 실시예의 종단면도이며,
도 6은 이음쇠 조립체 내로 도관(C)의 삽입하기 전을 나타내는 도 2의 이음쇠 조립체의 종단면도이고,
도 7은 이음쇠 조립체 내로 도관(C)을 부분적으로 삽입한 상태로 나타내는 도 2의 이음쇠 조립체의 종단면도이며,
도 8은 이음쇠 조립체의 다른 실시예의 종단면도이고,
도 9는 도관을 포함한 도 8의 이음쇠 조립체의 분해 사시도이다.
도 2는 청구항 1의 이음쇠 조립체의 종단면도이고,
도 3은 도관을 포함하는 도 1의 이음쇠 조립체의 분해 사사도이며,
도 4는 도 1 내지 도 3의 실시예에 이용될 수 있는 제1 이음쇠 구성요소 서브조립체의 실시예의 종단면도이고,
도 5는 도 1 내지 도 3의 실시예에 이용될 수 있는 제2 이음쇠 구성요소 서브조립체의 실시예의 종단면도이며,
도 6은 이음쇠 조립체 내로 도관(C)의 삽입하기 전을 나타내는 도 2의 이음쇠 조립체의 종단면도이고,
도 7은 이음쇠 조립체 내로 도관(C)을 부분적으로 삽입한 상태로 나타내는 도 2의 이음쇠 조립체의 종단면도이며,
도 8은 이음쇠 조립체의 다른 실시예의 종단면도이고,
도 9는 도관을 포함한 도 8의 이음쇠 조립체의 분해 사시도이다.
모범적인
실시예의
개요
본 명세서에서 설명하는 제1 발명 사상은, 예를 들면 튜브 또는 파이프와 같은 도관에 대한 단일 조작을 이용하여 후속 조작 또는 움직임 필요 없이 도관의 유밀 밀봉 및 유지를 달성할 수 있는, 도관용 이음쇠 조립체이다. 하나의 실시예에서, 도관은 선택적으로 손으로 쥐거나 기타 방식으로 이음쇠 조립체의 제1 단부 내로 삽입하여, 도관에 대한 단일 조작에 의해 밀봉 장치 및 도관 파지 부재와 맞물리게 함으로써, 도관 파지 부재에 의한 도관의 유밀 밀봉 및 유지를 달성할 수 있다. 이음쇠 구성요소의 회전, 조임 또는 클램핑 등의 후속 조작이 필요하지 않다. 이러한 실시예는 본 명세서에서는 또한 싱글 액션 푸시-투-커넥션 이음쇠로서 지칭할 수 있다. 추가적인 실시예가 본 명세서에서 설명될 것이다.
본 명세서에서 설명하는 제2 발명 사상은, 튜브 또는 파이프 등의 도관에 대한 단일 조작을 이용하여 후속 조작 또는 움직임 필요 없이 도관의 유밀 밀봉 및 유지를 달성할 수 있는, 도관용 이음쇠 조립체이다. 하나의 실시예에서, 이음쇠 조립체는 제1 이음쇠 구성요소 또는 서브조립체와 제2 이음쇠 구성요소 또는 서브조립체를 포함할 수 있다. 제1 이음쇠 구성요소와 제2 이음쇠 구성요소는 함께 결합 또는 조립되어 이음쇠 조립체를 형성하고, 이 조립된 이음쇠는 도관의 유밀 밀봉 및 유지를 달성하는 데에 도관에 대한 단일 조작이 이용될 수 있게 한다. 추가적인 실시예가 본 명세서에서 설명될 것이다.
다른 실시예에서, 제1 이음쇠 구성요소 또는 서브조립체는 제1 이음쇠 구성요소와 도관을 유체 압력에 대해 밀봉하는 데에 이용될 수 있는 밀봉 장치를 포함한다. 제2 이음쇠 구성요소 또는 서브조립체는 도관이 제2 이음쇠 구성요소 서브조립체 내로 삽입되는 경우에 예를 들면 유체 압력에 대해 도관을 파지하는 리테이너를 포함한다. 제1 이음쇠 구성요소와 제2 이음쇠 구성요소는 함께 결합되어 싱글 액션 푸시-투-커넥션 이음쇠 조립체를 형성하도록 되어 있다. 추가적인 실시예가 본 명세서에서 설명될 것이다.
다른 실시예에서, 제1 이음쇠 구성요소 또는 서브조립체는 제1 이음쇠 구성요소와 도관을 유체 압력에 대해 밀봉하는 데에 이용될 수 있는 밀봉 장치를 포함한다. 제2 이음쇠 구성요소 또는 서브조립체는 도관이 제2 이음쇠 구성요소 서브조립체 내로 삽입되는 경우에 예를 들면 유체 압력에 대해 도관을 파지하는 리테이너를 포함한다. 제1 이음쇠 구성요소와 제2 이음쇠 구성요소는 함께 결합되어 싱글 액션 푸시-투-커넥션 이음쇠 조립체를 형성하도록 되어 있고, 도관에서의 유체 압력은 리테이너에 의해 도관에 가해지는 파지력을 증가시킨다. 추가적인 실시예가 본 명세서에서 설명될 것이다.
본 발명의 전술한 양태와 실시예는 물론 추가적인 양태와 실시예는 당업자라면 첨부 도면을 고려한 모범적인 실시예의 후술하는 상세한 설명으로부터 이해할 것이다.
모범적인
실시예의
상세한 설명
본 명세서에서 이음쇠 및 이음쇠 조립체란 용어는 서로 바꾸어 사용할 수도 있다. 다양한 모범적인 실시예에서, 본 명세서에서 교시하는 바와 같은 이음쇠 조립체 구조는, 도관이 그 이음쇠 조립체의 일부일 필요 없이, 또한 그 다양한 부품들이 완전히 조립된 상태로 있을 필요 없이(예를 들면, 제조업자 또는 판매자로부터 운송되고 있는 조립체 부품들의 경우일 수 있음) 단독으로 발명으로서 청구된다. 적어도 하나의 실시예에서, 이음쇠 조립체는 밀봉 장치를 갖는 제1 이음쇠 구성요소 또는 서브조립체와 리테이너를 갖는 제2 이음쇠 구성요소 또는 서브조립체를 포함한다. 본 명세서에서 설명하는 임의의 실시예에서, 도관은 저장 상태로부터 처리 또는 수정을 필요로 하지 않지만, 선택적으로는 특별한 용례에서 필요로 한다면 그러한 처리 또는 수정이 행해질 수도 있다. 예를 들면, 도관의 단부는 도관의 길이방향 축선에 실질적으로 직교하게 절단하고 필요에 따라 버어(burr)를 제거하는 것이 통상적이지만, 이러한 통상의 단계조차도 선택적이며 도관의 파지 및 유밀 밀봉을 달성하는 데 필요하지 않다. 저장 상태(stock condition)라 함은, 도관이 유체(예를 들면, 액체, 기체 또는 기타 유동성 물질)에 노출될 수 있는 원통형 내면과 도관의 내경과 외경 간의 차이로서 정의되는 벽 두께를 갖는 원통형 외면을 구비하는 통상의 중공 직원통(right cylinder)일 수 있음을 의미한다. 도관은 임의의 재료로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 금속, 보다 바람직하게는 스테인리스강 합금으로 이루어지지만, 본 발명은 그러한 예시적인 재료에 한정되지 않으며, 특별한 용례에 대해 필요에 따라 기타 대안적인 재료가 이용될 수도 있다. 전통적 중공 원통형 도관이 바림직하지만, 대안적으로는 도관의 외벽, 내벽 또는 이들 두 벽 모두에 대해 기타 도관 형상 및 기하학적 형태가 이용될 수도 있다. 본 명세서에서 도관이란 용어는 전통적인 튜브 또는 파이프를 지칭하지만, 튜브 또는 파이프 이외의 다른 용어로도 지칭될 수 있는 기타 중공 유체 수송 구조체도 포함한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 이음쇠 조립체(10)의 실시예를 도시하고 있다. 이음쇠 조립체(10)는 싱글 액션 푸시-투-커넥션 작업을 제공하거나 가능하게 한다. 싱글 액션(single action)이라 함은 도관(C), 특히 도관 단부(C)의 단부 부분(C1)이 단일 차원 또는 방향의 이동 또는 조작에 의해 이음쇠 조립체(10) 내로 삽입될 수 있으며, 완전히 삽입된 경우에 도관(C)이 유체 압력에 대해 밀봉되고 제위치에 유지됨을 의미한다. 축방향 삽입은 수작업으로 또는 공구 또는 기계에 의해 수행할 수도 있다. 푸시-투-커넥션(push to connection)이라 함은 싱글 액션이 도관(C)의 길이방향 축선을 따라 단순한 축방향 이동 또는 누름일 수 있고 이러한 싱글 액션이 도관(C)과 이음쇠 조립체(10) 간의 기계적 연결을 완성하는 데에 필요한 유일한 조작임을 의미한다. 어떠한 후속 또는 추가적인 움직임 또는 조작도 그러한 기계적 연결 및 유밀 밀봉을 완성하는 데에 필요치 않다. 모범적인 실시예에서, 단일 방향 조작 또는 이동은 도관(C)의 길이방향 축선을 따른 축방향 이동이다. 도관의 밀봉 및 유지를 달성하는 데에 이음쇠 조립체(10)의 구성요소들에 대한 기타 또는 추가적인 또는 후속한 수동 조작이나 공구 조작 또는 이동이 필요하지 않다. 따라서, 싱글 액션 푸시-투-커넥션 이음쇠는, 예를 들면, 나사식 기계적 연결에 의해 결합되고 서로 간의 상대 회전에 의해 풀업(pulled-up)되거나 나사식 기계적 연결 없이 함께 클램핑됨으로써 결합되는 바디 및 너트와 같이 도관의 삽입 후에 이음쇠 조립체 구성요소들의 상대 이동에 의해 도관의 피지 및 밀봉이 이루이지도록 통상적으로 풀업 또는 조여지는 전통적 이음쇠 조립체와는 구별된다.
본 명세서에서, 축선, 축방향 또는 그 파생어 형태의 용어는 도관(C)이 삽입되고 유지될 길이방향 축선(X)을 지칭한다. 반경, 반경 방향, 및 그 파생어 형태의 용어에 대한 기준은 달리 언급하지 않는다면 축선(X)에 기초한다. 도시한 실시예에서, 축선(X)은 도관(C)의 중앙 길이방향 축선일 수 있고, 이 축선은 이음쇠 조립체(10)의 중앙 길이방향 축선에 상응하거나 그와 동축일 수 있지만, 반드시 그럴 필요는 없다. 도관(C)은 그 도관(C) 및 이음쇠(10)에 의해 가두어지는 시스템 유체를 위한 유로(FP)를 획정하는 임의의 도관일 수 있다. 본 명세서에서 설명하는 발명 및 그 실시예는 금속 파이프 또는 튜브와 같은 금속 도관에 특히 적합하지만, 필요에 따라 비금속 도관이 이용될 수도 있다. 도관(C)은 임의의 범위의 직경 사이즈, 예를 들면, 1/16인치 이하 내지 3인치 이상의 직경을 가질 수 있고, 미터계 또는 분수형 사이즈(fractional size)일 수도 있다. 도관(C)은 이음쇠 조립체(10) 내로 축방향 삽입을 허용하는 임의의 범위의 벽 두께를 가질 수도 있다.
이음쇠 조립체(10)는 2개의 별개의 섹션 또는 서브 조립체를 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 이음쇠 조립체(10)는 제1 이음쇠 구성요소 또는 서브조립체(12)와 제2 이음쇠 구성요소 또는 서브조립체(14)를 포함할 수 있다. 제1 이음쇠 구성요소(12)와 제2 이음쇠 구성요소(14)는 이음쇠 조립체(10)를 위한 용례 또는 용도에 적합한 임의의 방식으로 함께 결합 또는 접속될 수 있다. 예를 들면, 제1 이음쇠 구성요소(12)와 제2 이음쇠 구성요소(14)는 나사식 기계적 연결(16)(도 2 참조)을 이용하여 함께 결합될 수 있다. 대안적으로는 세 가지 예를 들면 클램핑 연결, 볼트 연결 또는 크림핑 연결을 비롯하여 이들에 한정되지 않는 수많은 기타 기계적 연결이 이용될 수 있거나, 비기계적 연결, 예를 들면 단접(weldment)이 이용될 수도 있다.
도관(C)이 도 3에 도시되어 있지만, 그 도관(C)은 제2 이음쇠 구성요소(14)의 일부로 간주되지 않는다는 점을 유념해야 할 것이다.
도 1 내지 도 3은 완전히 조립된 상태의 이음쇠 조립체(10)를 이 이음쇠 조립체(10)에 완전히 삽입 또는 안착된 도관(C)과 함께 도시하고 있다. 이 위치에서, 도관(C)은 특히 유체 압력에 대해 제위치에서 밀봉 및 유지되어 있지만, 그 이음쇠 조립체(10)는 압력이 낮거나, 제로이거나 혹은 부압인 용례에도 이용될 수 있다.
도 4 및 도 5를 추가로 참조하면, 제1 이음쇠 구성요소(12)는 바디 서브조립체로서 구현될 수 있다. 제1 이음쇠 구성요소는 도관 단부(C1)를 수용하도록 된 바디(18)를 포함할 수 있다. 이음쇠 관련 용어에서 도관 수용 이음쇠 구성요소를 바디로서 부르는 것이 통상적이지만, 제1 이음쇠 구성요소(12)는 이음쇠 바디로서 간주될 수 있는 것 이외의 이음쇠 구성요소를 이용할 수도 있다. 또한, 바디(18)가 독립형 구성요소일 필요는 없고, 대안적으로는 두 가지 예를 들자면 매니폴드 또는 밸브 바디와 같은 블록 내의 공동으로서 형성될 수도 있다. 이러한 바디의 실시예는 당업계에서 통상 포트 또는 포트 붙이 이음쇠(ported fitting)로서 알려져 있다.
제2 이음쇠 구성요소(14)는 너트 서브조립체로서 구현될 수 있다. 제2 이음쇠 구성요소(14)는 너트(20)를 포함할 수 있고, 이 너트를 통과해 도관 단부(C1)가 바디(18) 내로 가게 된다. 이음쇠 관련 용어에서 정합하는 제2 이음쇠 구성요소(14)를 너트로 부르는 것이 통상적이지만, 제2 이음쇠 구성요소(14)는 이음쇠 너트로서 간주될 수 있는 것 이외의 이음쇠 구성요소일 수도 있다.
모범적인 실시예에서는 수나사(22)를 갖는 수나사 형성 너트(20)와 그와 정합하는 암나사(24)를 갖는 암나사 형성 바디(18)를 예시하고 있지만, 대안으로는 너트(20)에 암나사가 형성되고 바디(18)에 수나사가 형성될 수도 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 바디(18)와 너트(20)는 나사식 기계적 연결(16) 이외의 기계적 연결을 비롯한 수많은 다양한 기법에 의해 결합될 수도 있다. 게다가, 바디(18)와 너트(20)는 임의의 적절한 재료, 예를 들면 스테인리스강이나 기타 금속으로 이루어질 수 있거나, 필요에 따라 예를 들면 플라스틱, 폴리머, 복합재 또는 기타 적절한 재료로 이루어질 수도 있다. 도관(C)이 스테인리스강 또는 기타 금속인 실시예의 경우, 바디(12)와 너트(14)는 바람직하게는 금속, 보다 바람직하게는 스테인리스강 합금으로 이루어진다. 또한, 추가적인 실시예에서, 바디(12)와 너트(14) 모두가 금속인 것이 바람직하다.
너트(20)는 예를 들면 바디(18)에 대해 상대적으로 너트(20)를 축선(X)을 중심으로 회전시킴으로써 너트(20)를 바디(12) 내로 구동하는 데에 사용되는 공구를 수용하도록 이용될 수 있는 2개 이상의 핀 홀(26)을 포함할 수 있다. 너트(20)의 축방향 치수는 너트(20)가 완전히 죄여진 경우에 너트(20)의 외측 단부(20a)가 바디(18)의 외측 단부면(18a)과 동일면으로 보이게 선택될 수 있지만, 이러한 동일면 구성은 선택 사항이라는 점을 유념해야 할 것이다. 너트(20)는 또한 바디(18) 내의 제1 카운터보어면(counterbore surface)(32)과 맞물리는 단부면(30)을 갖는 플랜지(28)를 포함할 수 있다. 너트의 단부면(30)과 바디의 제1 카운터보어면(32) 간의 맞물림은 바디(18)에 대해 너트(20)를 추가적으로 조이는 것에 대한 포지티브 멈춤쇠(positive stop)를 제공하여, 과도한 조임을 방지한다. 도 1에 가장 잘 도시한 바와 같이, 바디(18)는 나사식 기계적 연결이 이용되는 경우에 바디(18)와 너트(20)를 함께 조이는 것을 돕도록 렌치 평탄부(34), 예를 들면 육각형 평탄부를 포함할 수 있다.
바디(18)는 도관 단부(C1)를 수용하도록 된 선택적인 제2 카운터보어 또는 소켓을 포함할 수 있다. 바디(18)의 제2 카운터보어(36)는 도관(C)이 바람직하게 완전히 삽입되어 카운터보어(36)의 견부(도 2 참조)에 안착되었음을 조립 작업자가 감지할 수 있도록 도관(C)을 이음쇠 조립체(10) 내에 삽입하는 중에 포지티브 멈춤쇠로서 이용될 수 있다. 하지만, 도관(C)이 이음쇠 조립체(10) 내로 삽입되는 축방향 거리를 제어 또는 제한하는 데에 수많은 다른 기법이 대안적으로 이용될 수도 있다. 바디(18)는 도관(C)과 이음쇠 조립체(10)를 통과하는 유체를 위한 유동 통로 또는 보어(38)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 바디(18)는 유동 통로(38)가 생략된 마개 또는 플러그로서 형성될 수도 있다.
바디(18)는 도관(C)의 외면에 대해 유압에 대한 유밀 밀봉을 형성하고 또한 바디(18)를 밀봉하도록 시일 장치(40)를 유지한다. 바디(18)는 밀봉 장치(40)를 수용하는 소켓을 획정하는 제3 카운터보어(42)를 포함할 수 있고, 이에 따라 바디(18)와 밀봉 장치(40)는 제1 이음쇠 구성요소(12)를 형성한다. 제3 카운터보어(42)는 도관(C)이 이음쇠 조립체(10) 내에 삽입될 때에 밀봉 장치(40)를 제위치에 유지하는 데에 도움을 준다. 밀봉 장치(40)는 단일 시일 부재를 포함하거나, 대안적으로는 도 2, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 복수의 시일 부재를 포함할 수 있다. 예를 들면, 밀봉 장치(40)는 예를 들면 엘라스토머 O링 시일과 같은 메인 시일 부재를 포함할 수 있다. 할로겐 폴리머(예를 들면, PTFE), 탄소(예를 들면, 팽창 흑연(expanded graphite)), 연질 금속(예를 들면, 은), 스프링 메탈(예를 들면, X750, 17-4PH)을 비롯하여 이들에 한정되지 않는 수많은 다른 메인 시일 부재 구조 및 재료가 대안적으로 이용될 수도 있다. 밀봉 장치(40)는 압력 하에 보다 연질의 메인 시일(44)의 압출을 감소시키는 데에 도움을 주도록 필요에 따라 이용될 수 있는 하나 이상의 백킹 링(backing ring)(46, 48)을 더 포함할 수 있다. 백킹 링(46, 48)은 메인 시일 부재(44)와 비교해 보다 경질의 플라스틱 재료, 예를 들면 PTFE 또는 PEEK로 이루어질 수 있다. 금속이나 필요에 따라 기타 적절한 재료로 이루어질 수 있는 선택적 글랜드(gland)(50)가 리테이너(후술함)와의 접촉으로 인한 밀봉 장치(40)의 손상을 감소 또는 방지하고 또한 밀봉 장치(40)를 제1 이음쇠 구성요소(12)의 일부로서 제위치에 유지하는 데에 도움을 주도록 이용될 수 있다. 메인 시일 부재(44)는 바디(18) 내에서 시일 부재(44)가 배치되게 되는 제3 카운터보어(43) 또는 소켓의 하나 이상의 표면과 도관(C)의 외면에 대해 압축됨으로써 이음쇠(10)에 유밀 밀봉을 제공하다. 따라서, 밀봉 장치(44)는 도관(C) 내의 유체가 주위 또는 주변 환경으로 빠져나가는 것을 방지하도록 이음쇠(10) 내에 유체를 가두도록 메인 바디 밀봉을 제공한다. 바디 밀봉 및 도관 밀봉은 도관(C)이 메인 시일 부재(44)를 통과하기에 충분하게 바디(12) 내로 축방향으로 삽입된 경우에 이루어지다.
전술한 바와 같은 제2 이음쇠 구성요소(44)는 너트(20)는 물론, 리테이너(52)를 포함할 수 있다. 리테이너(52)는 도관(C)이 리테이너(52)와 맞물리기에 충분하게 이음쇠 조립체(10) 내로 축방향으로 삽입된 경우에 너트(20)에 의해 도관(C)을 파지하여 로킹하거나 기타 방식으로 유지하게 되도록 작동한다. 후술하는 설명에서 리테이너(52)는 밀봉 장치(40)에 의해 도관 밀봉을 달성하는 데에 이용되는 완전 삽입보다는 덜 한 축방향 위치에서 너트(20)에 의해 도관(C)을 파지 및 유지하게 될 수 있다는 점을 유념해야 할 것이다. 도관(C)은 선택적으로는 너트(20)가 바디(18)에 조립되지 않은 경우에는 너트(20)에 의해 유지될 수도 있다.
하나의 실시예(도 5 참조)에서, 리테이너(52)는 볼 케이지(54), 도관 파지 부재(56) 및 편향 부재(biasing member)(58)를 포함하는 서브조립체일 수 있다. 볼 케이지(54)와 도관 파지 부재(56)를 2개의 별개의 부품으로서 도시하고 있지만, 그 기능을 단일 부품으로 통합하고 선택적으로는 편향 부재(58)의 기능을 더 포함하는 기타 리테이너 구조가 대안적으로 이용될 수도 있다. 도관 파지 부재(56)는 하나 이상의 바람직하게는 구형 볼(56)의 형태로 구현될 수 있지만, 필요에 따라 기타 도관 파지 부재 구조가 대안적으로 이용될 수도 있다. 도 5에서, 도관 파지 부재(56)는 도 5에는 어떠한 도관도 없지만 볼 케이지(54)와 접촉하지 않게 변위되어 있는 것처럼 보인다. 이는 그 구조의 명료성과 이해를 돕기 위한 것이다. 당업자라면 도관(C)이 리테이너(52) 내에 위치하지 않은 경우에 볼(56)이 아래에서 더 설명할 볼 캐비티(64) 내로 부분적으로 떨어진다는 점을 용이하게 이해할 것이다.
이와 같이, 도 4 및 도 5는 제1 이음쇠 구성요소(12)가 독립형 서브조립체이고 제2 이음쇠 구성요소(14)도 독립형 서브조립체인 실시예를 도시하고 있다. 이와 같은 제1 이음쇠 구성요소(12)와 제2 이음쇠 구성요소(14)는 조립되거나 함께 결합되는 경우에 이음쇠 조립체(10)를 제공 또는 형성한다. 따라서, 이음쇠 조립체(10)는 현장에서의 조립 및 사용을 용이하게 할 수 있는 간단한 2부품 조립체이다. 제1 이음쇠 구성요소(12)와 제2 이음쇠 구성요소(14)는 제조업자, 판매자 또는 최종 사용자에 의해 함께 조립될 수 있다. 제1 이음쇠 구성요소(12)와 제2 이음쇠 구성요소(14)가 함께 조립된 후에, 이음쇠 조립체(10)는, 도관 단부와 기계적 연결을 형성할 뿐만 아니라 도관 단부를 유체 압력에 대해 밀봉하는 데에 필요로 하는 것이라고는 바람직하게는 도관 단부가 제2 카운터보어(36)의 바닥에 닿을 때까지, 대안적으로는 밀봉 장치(40)가 도관(C)의 외면과 맞물릴 정도로 도관 단부가 이음쇠 조립체 내로 축방향으로 삽입될 때까지 도관 단부를 이음쇠 조립체 내로 밀어 넣는 것인, 완전한 싱글 액션 푸시-투-커넥션 이음쇠를 제공한다. 도관(C)은 수작업으로 삽입되거나, 대안적으로는 공구, 기계 또는 기타 편리한 수단을 이용하여 삽입될 수도 있다. 이음쇠 조립체(10) 내로 도관(C)의 삽입은 어떠한 후속한, 다른 또는 추가적인 조작 또는 움직임도 필요 없이 도관(C)과 이음쇠 조립체(10) 간의 기계적 연결 및 유밀 밀봉을 형성한다.
볼 케이지(54)는 너트(20)의 중앙 보어(60) 내에서 축방향으로 이동 또는 변위하도록 될 수 있다. 볼 케이지(54)는, 바람직하게는 적어도 원통형이고 이음쇠 조립체(10) 내로 바람직하게는 억지끼워맞춤(close fit)되게 도관(C)의 삽입(도 2 참조)을 부분적으로 허용하는 관통 보어(62)를 포함한다. 볼 케이지(54)의 내측 단부(54b)는 바람직하게는 너트(20)의 테이퍼 벽 캐비티(66) 내에 볼(56)을 위치시키거나 가두는 하나 이상의 볼 캐비티(65)를 포함한다. 너트(20)의 테이퍼 벽 캐비티(66)는 테이퍼 벽(66a)에 의해 획정되며, 이 테이퍼 벽은 바람직하게는 절두 원추형이지만, 대안적으로는 필요에 따라 기타 기하학적 형상 및 형태가 이용될 수도 있다. 도 2 및 도 8은 물론 도 5에서는 명료성을 위해 하나의 볼(56)만을 도시하고 있지만, 실제로는 각 볼 캐비티(64) 내에 볼(56)이 존재하거나 보다 적은 수의 볼(56)이 이용될 수도 있으며, 바람직하게는 적어도 3개의 볼이 이용될 것이라는 점을 유념해야 할 것이다. 각 볼 캐비티(64)는 해당 볼(56)이 볼 캐비티(64)를 통과해 빠지는 것을 방지하도록 크기 설정되고 또한 면취되거나(beveled) 성형될 수 있는 면취 또는 성형 볼 캐비티 벽 또는 표면(68)을 포함할 수 있다. 하지만, 각 볼 캐비티(64)는 각 볼(56)의 적어도 일부분이 해당 볼 캐비티(64)를 통해 돌출하여 도관(C)의 외면과 접촉하게 하도록 크기 설정되는 것이 바람직하다(도 2 및 도 6 참조).
볼(56)은 필요에 따라 임의의 적절한 재료로 이루어질 수 있고, 바람직하게는 특히 금속 도관(C)에 이용되는 경우에 금속으로, 보다 바람직하게는 스테인리스강으로 이루어질 수 있다.
너트(20)의 중앙 보어(60)는 반경방향 내향 돌출 리브(70)를 포함할 수 있고, 볼 케이지(54)의 외측 단부(54a)는 리브(70)를 향한 내면(72a)을 제공하는 반경방향 외향 돌출 플랜지(72)를 포함할 수 있다. 너트(20)의 중앙 보어(60)를 따른 플랜지(72)와 리브(70)는 편향 부재(58)를 수용하는 슬롯(74)을 획정한다. 편향 부재(58)는 도시한 바와 같은 코일 스프링 형태로 구현될 수 있지만, 대안적으로는 편향 부재의 수많은 다른 타입이 이용될 수도 있다. 스프링 또는 편향 부재(58)는 슬롯(74) 내에서 압축되어 볼 케이지(54)에 축방향 외향 힘을 가한다. 외향이라 함은 도관 단부(C1)로부터 축방향으로 멀어지는 것을 의미한다. 볼 케이지(54)는 축방향으로 이동 또는 변위할 수 있지만, 그 이동 또는 변위는 시각적 또는 촉각적 피드백에 의해서는 약간, 어쩌면 감지 못할 수도 있다. 스프링(58)에 의해 생성되는 축방향 편향은 볼 캐비티(64) 내에 자리한 볼(56)을 테이퍼 벽 캐비티(66)의 반경방향 협폭부를 향해 그 안쪽으로 잡아당겨, 그 볼(56)이 테이퍼 벽(66a)과 맞물리고 볼 캐비티(64)에 의해 허용되는 제한된 반경방향 이동으로 인해 테이퍼 벽(66a)에 기대어져 갇히게 한다. 이와 같이 갇힌 볼(56)은 또한 스프링(58)이 볼 케이지(54)를 너트의 중앙 보어(60)를 통과해 밀어내는 것을 방지한다.
볼 케이지(54)의 축방향 이동 또는 변위의 양은 테이퍼 벽 캐비티(66)의 크기에 대한 볼(56)의 크기를 비롯한 다수의 설계 인자에 의존할 것이라는 점을 유념해야 할 것이다. 이와 같은 편향 부재(58)는 제2 이음쇠 구성요소(14)의 완전한 서브조립체로서 너트(20)와 함께 리테이너(53)를 유지하는 기능을 한다. 또한, 도 2에는(도 8에서도 마찬가지) 구형 볼(56)이 해당 볼 캐비티(64) 내에 센터링된 것으로 도시되어 있지만, 이는 그려진 모델에서의 인위적인 것이라는 점을 유념해야 할 것이다. 실제로, 편향 부재(58)는 볼 케이지(54)를 축방향 외측으로 편향시켜, 볼(56)이 테이퍼 벽(66a)과 도관(C)의 외면 사이에 끼이게 한다. 따라서, 볼(56)은 볼 캐비티(64)를 획정하는 볼 캐비티 벽 또는 표면(68)의 전방 또는 내측 부분과 접촉할 것이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 도관(C)이 이음쇠 조립체(10) 내에 삽입됨에 따라, 도관 단부(C1)는 볼 캐비티(64)를 통해 부분적으로 돌출하는 볼(56)과 접촉 또는 맞물릴 것이다. 볼(56)과 도관 단부(C1)의 초기 접촉이 도 7에 도시되어 있다. 도관 단부(C1)가 더 삽입됨에 따라, 볼(56) 및 볼 케이지(54)는 스프링(58)의 힘에 대항해 축방향으로 이동 또는 변위되며, 이에 따라 볼(56)이 (도관(C)의 외면에서의 볼(56)의 구름 작용으로 인해) 볼 캐비티(64) 및 테이퍼 벽 캐비티(66) 내로 반경방향으로도 변위되어, 도관 단부(C1)가 바디(18)의 제2 카운터보어(36) 내에 완전히 삽입되게 할 수 있다. 이러한 이동은 볼(56)과 도관 단부(C1)의 외면 간의 마찰 맞물림으로 인해 발생한다. 이 마찰 맞물림은 또한 도관(C)이 볼(56)과 일단 맞물리고 난 후에 간단히 뽑히는 것을 방지하는 데에 도움을 준다. 도관 단부(C1)는 볼(56)과의 초기 접촉을 용이하게 하도록 모따기부(84, 도 2 참조)를 포함할 수 있다. 볼(56)의 축방향 및 반경방향 변위 또는 이동의 양은 통상 다소 작으며, 도관 단부가 완전히 삽입될 수 있을 정도만으로 충분하다. 필요로 한 것이라고는 도관이 이음쇠(10) 내로 자유로이 슬라이딩하도록 도관에 대한 볼(56)의 부하를 해제시키기에 충분한 이동이다. 도관 삽입은, 손을 사용한 수작업에 의한 삽입, 공구를 이용한 수작업에 의한 삽입을 보조, 또는 기계 삽입을 비롯하여 이들에 한정되지 않는 임의의 편리한 수단 또는 기법에 의해 행해질 수 있다.
도관(C)이 도 2에 도시한 바와 같이 바디(18)의 제2 카운터보어(36) 내에 완전히 삽입된 경우에, 리테이너(52)는 볼(56)이 스프링(58)의 압박으로 인해 도관(C) 및 테이퍼 벽(66a)과 접촉하도록 너트(14) 내에서의 축방향 위치를 갖게 된다. 리테이너(52)의 그러한 축방향 위치는 이음쇠 조립체(10) 내에서 또는 그에 대해 상대적인 제1 축방향 위치로 지칭되는 것으로, 도관(C)이 이음쇠 조립체(10)로부터 축방향으로 빠지는 것을 억제하도록 이음쇠 조립체(10) 내에서 도관(C)을 파지 및 유지하기 위한 축방향 위치이다. 따라서, 볼(56)은 사이에 끼여 갇히게 되어, 반경방향 또는 축방향으로 이동할 수 없으며, 이에 의해 도관(C)에 유지력 및 타이트한 파지를 가하게 된다. 편향 부재(58)는 볼(56)을 테이퍼 벽(66a) 및 도관(C)의 외면과 접촉한 채로 유지하며, 이에 의해 이음쇠(10)로부터 도관(C)의 축방향 빠짐을 저지하도록 도관(C)에 대해 유지력 또는 유지 하중을 가하게 된다. 볼(56)은 볼 케이지(54)로부터 도관(C)의 축방향 빠짐을 저지하며, 도관(C)에 이를 잡아당기도록 가해지는 힘이 클수록 파지력 및 유지력은 도관(C)의 외면과 테이퍼 벽(66a) 사이에 갇힌 볼(56)의 쐐기 작용으로 인해 더욱 커진다. 볼(56)과 도관의 외면 사이의 마찰 및 반경방향 하중은 이음쇠(10)에서 다시 빠지게 도관이 축방향 이동하는 것을 방지하며, 그 하중은 축방향 힘이 도관(C)에 가하져 도관(C)을 이음쇠(10)에서 다시 빠지게 잡아당기려하게 되면 증가할 것이다. 너트(14)가 바디(18)에 설치되지 않더라도 도관(C)은 볼 케이지(54) 내의 그러한 위치에 갇힌다는 점을 유념해야 할 것이다(하지만, 그 상황에서는 도관은 뒤로 잡아당겨지는 것이 아니라 앞으로 밀어질 수 있으며, 스프링(58)은 도관(C)과 볼 케이지(54)가 분리되는 것을 방지할 것이다).
또한, 밀봉 장치(40)(선택적 글랜드(50)의 유무에 관계없이) 및/또는 도관 단부(C1)의 단부면에 작용하는 도관(C) 내의 시스템 또는 작동 유체로부터의 유체 압력은 테이퍼 벽 캐비티(66)의 사이즈 감소부를 향해 볼 케이지(54) 또는 도관(C) 또는 이들 둘 모두에 대해 가해지는 축방향 힘을 증가시키는 경향이 있을 것이라는 점을 유념해야 할 것이다. 유체 압력으로 인한 그러한 축방향 힘은 테이퍼 벽(66a)에 대한 볼(56)의 압축을 더욱 증가시키고, 나아가서는 볼(56)에 의한 도관(C)의 파지 및 유지도 증가시키는 경향이 있을 것이다. 볼(56)이 도관(C)보다 경질의 재료를 포함하여 볼(56)이 도관(C)의 외면 내로 실제로 파고들게 함으로써, 도관(C)이 이음쇠(10) 밖으로 축방향으로 빼내지거나 밀어내지는 것에 대한 저항을 더욱 증가시키는 것도 고려될 수 있다.
하지만, 도관(C)은, 예를 들면 볼 케이지의 외측 단부(54a)에 힘을 가하는 등에 의해 볼 케이지(54)를 밀어붙임으로써 단지 볼 케이지(54)와 스프링(58)의 압박력에 대항해 축방향 내향 힘을 가하여, 리테이너(52), 예를 들면 볼 케이지(54) 밖으로 용이하게 빼내거나 잡아당길 수 있다. 스프링(58)의 힘에 대항해 볼 케이지(54)를 밀어붙임으로써, 볼 케이지(54)는 이음쇠 조립체(10) 내의 다른 축방향 위치로 축방향 전방(도 2에서 보았을 때)으로 이동 또는 변위할 수 있으며, 그 다른 축방향 위치에서는 도관(C)에 대한 갇힌 볼(56)의 압축이 도관(C)을 이음쇠 조립체(10)로부터 축방향으로 빼내거나 제거할 수 있을 정도로 충분히 감소한다. 여기서, 갇힌 볼(56)의 압축을 도관(C)을 빼내는 것을 허용할 정도로 충분히 감소시키는 리테이너(52)의 그러한 축방향 위치를 이음쇠 조립체(10) 내에서의 리테이너의 제2 축방향 위치로서 지칭할 것이다. 또한, 리테이너(52)의 그러한 이동 또는 변위는 볼(56)에 대한 응력을 해제시키도록 작을 수 있다. 따라서, 도관(C)에 대한 볼(56)의 유지력은 감소되어, 도관(C)은 이음쇠 조립체(10)에서 다시 빠지게 용이하게 슬라이딩할 것이다. 이러한 이음쇠(10)의 구조는 또한 동일 도관 또는 다른 도관에 대한 그 이음쇠의 리메이크(remake)로도 알려진 반복 재사용을 가능하게 한다.
축방향 내향 힘은 손가락 등에 의한 수작업에 의하거나 선택적으로는 공구(도시 생략)에 의해 볼 케이지(54)의 플랜지(72)에 가해질 수 있다. 도 2로부터, 볼 케이지(54)의 실시예는 너트(20) 내에 축방향으로 오목하게 들어간 외측 단부(54a)를 구비한다는 점을 유념해야 할 것이다. 그 오목부가 깊다면, 볼 케이지(54)를 누르는 데에 공구가 이용될 수도 있다. 대안적으로, 그 오목부는 외측 단부(54a)를 누르는 데에 손가락이나 공구가 이용될 수 있도록 충분히 얕을 수도 있다. 또 다른 대안으로서, 볼 케이지(54)는 외측 단부(54a)가 너트(20)와 동일면으로 맞춰지거나 대략 동일면으로 맞춰지게 위치하거나, 혹은 그 외측에 위치하도록 축방향으로 크기 설정될 수 있으며, 어느 경우더라도 도관(C)을 빼낼 수 있게 볼 케이지(54)를 변위시키기 위해 볼 케이지(54)와 공구 또는 손가락과 접촉시키는 것을 보다 용이하게 할 수 있다. 바람직하게는, 도관(C)을 빼낼 수 있도록 리테이너(52)를 조작하기 전에 유체 압력은 대기압으로 감소될 것이다.
또한, 도관 파지 부재(56)는 하나 이상의 구형 볼의 형태이든 기타 형태이든 간에 도관(C)의 외면과 바람직하게는 테이퍼 표면(66a) 사이에 끼이거나 갇히는 것이 바람직하지만, 도관 파지 부재(56)를 도관(C)에 대해 압축하여 도관(C)의 축방향 빠짐을 억제하는 기타 표며 기하학적 형상이나 추가적인 구성요소가 이용될 수도 있다. 이음쇠 조립체(10)에 도관(C)을 구속하는 데에 어떠한 기법 또는 구조가 이용되던 간에, 제1 이음쇠 구성요소(12)와 제2 이음쇠 구성요소(14)를 느슨하게 하거나 분리시킬 필요 없이 이음쇠 조립체(10)로부터 빼내도록 도관(C)을 해방시키기 위해 이음쇠 조립체(10)의 외부로부터 선택될 수 있는(예를 들면, 모범적인 실시예에서, 리테이너(52)를 제2 위치로 밀어 넣음으로써) 제1 위치와 제2 위치가 존재하는 것이 바람직하다.
도 2로부터, 볼 케이지(54)가 스프링(58)의 힘에 대항해 내측으로 밀어 넣어지는 경우, 볼 케이지(54)의 말단부가 선택적 글랜드(50)와 접촉하여, 그 글랜드(50)가 그러한 경우에 있어서의 밀봉 장치(40)에 대한 손상을 방지하는 데에 도움을 준다는 점을 유념해야 할 것이다.
볼 케이지(54)의 외향 연장부(76)에서, 관통 보어(62)의 내경은 선택적으로는 가능한 시스템 진동이 도관의 회전 굴곡 또는 요동을 부여할 수 있는 경우에 (침식(fretting)을 야기할 수 있는) 응력이 도관(C)에 가해지지 않도록 외측으로 테이퍼질 수 있다. 터이퍼부(76)의 테이퍼각 α 및 그 길이는 볼 케이지(54)에 의해 도관(C)에 가해지는 응력을 감소 또는 방지하기에 충분한 크기이면 된다. 이는 도관의 요동 또는 진동으로 인한 응력이 볼(56)에 보다 집중되게 할 것이다.
볼 캐비티(64)들과 볼(56)들은 볼 케이지(54)에서 둘레방향으로 서로 균일하게 이격되어, 도관의 진동 또는 요동에 의해 야기되는 도관의 잠재적 손상을 더욱 감소시킬 수 있다. 짝수 또는 홀수 개의 볼(56)이 이용될 수 있다. 홀수 개의 볼(56)의 이점은 볼(56)이 볼 케이지(54) 내에 제위치에 배치되는 경우에 어떠한 2개의 볼도 정반대로 서로 대향하게 배치되지 않는다는 점이다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 바디(18)는 부분적으로 나사 형성된 원통형 보어(78)를 포함하며, 이 보어 내에 암나사(24)(도 4 참조)가 형성될 수 있다. 그 보어(78)는 테이퍼 견부(82)를 갖는 제4 카운터보어(80)를 포함할 수 있다. 그 테이퍼 견부(82)는 유지된 도관(C)을 제거할 수 있도록 볼 케이지(54)가 축방향으로 변위되는 경우에 볼(56)의 이동을 위한 추가적 공간을 제공하는 데에 이용될 수 있다. 또한, 도관(C)이 이음쇠 조립체(10) 내로 삽입되는 경우에 밀봉 장치(40)에 대한 손상을 감소 또는 방지하도록 도관 단부(C1)가 모따기부(84)를 포함할 수 있다는 점을 유념해야 할 것이다.
또한, 도관(C)이 이음쇠 조립체(10)의 리테이너측으로부터 삽입된 상태에서 밀봉 장치(40)가 축방향으로 유체 압력의 헤드(fluid pressure head)인 도관 단부(C1)와 리테이너(52) 사이에 배치되는 것이 바람직하지만, 필수적이 아니라는 점을 유념해야 할 것이다. 다시 말해, 조립 중에, 도관(C)은 이음쇠 조립체(10) 내로 바람직하게는 리테이너(52)의 축방향 외측 또는 외향 단부로부터(도 2, 도 6 및 도 7에서 볼 때 좌측으로부터) 삽입되어, 도관 단부(C1)가 밀봉 장치(40)와 맞물리거나 그를 통과하기 전에 리테이너(52)의 축방향 반대쪽 또는 그 단부를 통과한다. 따라서, 도관은 이음쇠 조립체(10) 내로, 바람직하게는 리테이너(52)의 편향 부재측으로부터 삽입된다. 이는 서브조립체로서 이음쇠 바디(18)에 대한 밀봉 장치(40)의 조립 및 유지를 보다 용이하게 하고, 또한 리테이너(52), 예를 들면, 스프링(58)이 시스템 유체에 젖는 것을 감소 또는 방지하는 데에 도움을 준다.
도 8 및 도 9는 다른 실시예의 싱글 액션 푸시-투-커넥션 도관 이음쇠(10')를 도시한다. 이 실시예에서, 이음쇠(10')의 구성요소 및 부분의 대부분은 전술한 도 1 내지 도 7의 실시예와 동일할 수 있지만, 그럴 필요는 없다. 따라서, 동일한 도면 부호는 동일한 부품에 대해 이용되며, 그 부품들에 대한 설명은 반복할 필요가 없다. 또한, 도관(C)이 도 9에 도시되어 있지만, 도관(C)은 제2 이음쇠 구성요소(14)의 일부인 것으로 간주되지 않는다는 점을 유념해야 할 것이다.
도 8 및 도 9의 실시예는 리테이너(90)의 구조에서 있어서 전술한 실시예들과 다르다. 하나의 실시예에서, 리테이너(90)는 볼 케이지(92), 도관 파지 부재(94) 및 편향 부재(58)를 포함하는 서브조립체일 수 있다. 볼 케이지(92)와 도관 파지 부재(94)를 2개의 별개의 부품으로서 도시하고 있지만, 그 기능을 단일 부품으로 통합하고 선택적으로는 편향 부재(58)의 기능을 더 포함하는 기타 리테이너 구조가 대안적으로 이용될 수도 있다. 도관 파지 부재(94)는 제1 세트의 하나 이상의 바람직하게는 구형 볼(94)의 형태로 구현될 수 있지만, 필요에 따라 기타 도관 파지 부재 구조가 대안적으로 이용될 수도 있다. 볼 케이지(92)는 너트(20)의 중앙 보어(60) 내에서 축방향으로 이동 또는 변위하도록 될 수 있다. 볼 케이지(92)는 이음쇠 조립체(10') 내로 도관(C)의 삽입을 허용하는 관통 보어(96)를 포함한다. 볼 케이지(92)의 내측 단부(92b)는 바람직하게는 너트(20)의 테이퍼 벽 캐비티(66) 내에 볼(94)을 위치시키거나 가두는 하나 이상의 볼 캐비티(98)를 포함한다. 도 8 및 도 9에서는 명료성을 위해 하나의 도관 파지 부재 또는 볼(94)만을 도시하고 있지만, 실제로는 각 볼 캐비티(98) 내에 볼(94)이 존재하거나 보다 적은 수의 볼(94)이 이용될 수도 있으며, 바람직하게는 적어도 3개의 볼이 이용될 것이라는 점을 유념해야 할 것이다. 각 볼 캐비티(98)는 해당 볼(94)이 볼 캐비티(98)를 통과해 빠지는 것을 방지하도록 크기 설정되고 또한 면취되거나 성형될 수 있는 면취 또는 성형 볼 캐비티 벽(100)을 포함할 수 있다. 하지만, 각 볼 캐비티(98)는 각 볼(94)의 적어도 일부분이 해당 볼 캐비티(98)를 통해 돌출하여 도관(C)의 외면과 접촉하게 하도록 크기 설정되는 것이 바람직하다.
너트(20)의 중앙 보어(60)는 반경방향 내향 돌출 리브(70)를 포함할 수 있고, 볼 케이지(92)의 외측 단부(92a)는 리브(70)를 향한 내면(102a)을 제공하는 반경방향 외향 돌출 플랜지(102)를 포함할 수 있다. 너트(20)의 중앙 보어(60)를 따른 플랜지(72)와 리브(70)는 편향 부재(58)를 수용하는 슬롯(74)을 획정한다. 편향 부재(58)는 도시한 바와 같은 코일 스프링 형태로 구현될 수 있지만, 대안적으로는 편향 부재의 수많은 다른 타입이 이용될 수도 있다. 스프링 또는 편향 부재(58)는 슬롯(74) 내에서 압축되어 볼 케이지(92)에 축방향 외향 힘을 가한다. 외향이라 함은 도관 단부(C1)로부터 축방향으로 멀어짐을 의미한다. 볼 케이지(92)는 축방향으로 이동 또는 변위할 수 있지만, 그 이동 또는 변위는 시각적 또는 촉각적 피드백에 의해서는 약간, 어쩌면 감지 못할 수도 있다. 스프링(58)에 의해 생성되는 축방향 편향은 볼 캐비티(98) 내에 자리한 볼(94)을 테이퍼 벽 캐비티(66)의 반경방향 협폭부를 향해 그 안쪽으로 잡아당겨, 그 볼(94)이 테이퍼 벽(66a)과 맞물리고 볼 캐비티(98)에 의해 허용되는 제한된 반경방향 이동으로 인해 테이퍼 벽(66a)에 기대어져 갇히게 한다. 이와 같이 갇힌 볼(98)은 또한 스프링(58)이 볼 케이지(92)를 너트의 중앙 보어(60)를 통과해 밀어내는 것을 방지한다.
볼 케이지(92)의 축방향 이동 또는 변위의 양은 테이퍼 벽 캐비티(66)의 크기에 대한 볼(94)의 크기를 비롯한 다수의 설계 인자에 의존할 것이라는 점을 유념해야 할 것이다. 이와 같은 편향 부재(58)는 제2 이음쇠 구성요소(14)의 완전한 서브조립체로서 너트(20)와 함께 리테이너(90)를 유지하는 기능을 한다.
리테이너(90)는 제2 세트의 바람직하게는 구형의 볼(104)을 포함하지만, 필요에 따라 기타 형상이 이용될 수도 있다. 제2 세트의 구형 볼(104)은 바람직하게는 제1 세트의 구형 볼(94)보다 크기가 작다. 볼 케이지(92)는 제2 세트의 볼 캐비티(106)를 더 포함한다. 제2 세트의 볼 캐비티(106)들과 볼(104)들은 볼 케이지(92)에서 둘레 방향으로 서로 균일하게 이격되어, 도관의 진동 및 요동에 의해 야기되는 도관(C)의 잠재적 손상을 감소시킬 수 있다. 도관 파지 장치에 이용되는 제1 세트의 볼(94)과 마찬가지로, 짝수 또는 홀수 개의 볼(104)이 이용될 수 있다. 홀수 개의 볼(104)의 이점은 볼(104)이 볼 케이지(92) 내에 제위치에 배치되는 경우에 어떠한 2개의 볼도 정반대로 서로 대향하게 배치되지 않는다는 점이다.
제2 세트의 볼(104)은 바람직하게는 제1 세트의 볼(104)로부터 축방향 외향으로 이격된다. 이 개념은 회전하는 샤프트를 지지하는 데에 서로 이격된 2개의 베어링을 이용하는 것과 다소 유사하게 도관(C)의 지지에 대해 강성 및 강도를 추가하도록 테이퍼 벽(66a)과 도관(C) 사이에 제2 세트의 볼(104)도 갇히게 한다는 것이다. 제2 세트의 볼(104)이 제1 세트의 볼(94)보다 작은 직경을 가짐으로써, 동일한 테이퍼 벽 캐비티(66)를 이용하여 그 볼 세트들을 유지하고 또한 제2 세트의 볼(104)이 제1 세트의 볼(94)로부터 축방향으로 이격되게 할 수 있다. 대안적인 실시예에서는 2개의 볼 세트를 위한 2개의 불연속 테이퍼 표면을 이용하거나, 제2 세트의 볼(104)이 너트(20)와 도관(C) 사이에 갇히게 하는 기타 구조가 이용될 수도 있다.
제1 세트의 볼(94)과 제2 세트의 볼(104) 사이에 제공되는 축방향 이격 크기는 도관(C)에 예상되는 하중, 및 사용시에 도관(C)이 노출될 수 있는 굴곡 및 진동의 정도를 비롯하여 이들에 한정되지 않는 다양한 인자에 기초할 수 있다. 제2 세트의 볼(104)은 제1 세트의 볼(94)로부터 바람직하게는 축방향 외향으로, 즉 도관 단부(C1)로부터 멀어지는 방향으로 이격된다. 따라서, 제2 세트의 볼(104)은 도관의 진동과 회전 굴곡은 물론 사용 중에 그 도관(C)이 겪을 수 있는 기타 환경적 스트레스로부터 도관 파지용 제1 세트의 볼(94)을 격리시키는 데에 도움을 준다. 제1 세트의 볼(94)이 테이퍼 벽(66a) 및 도관(C)과 접촉할 때에 제2 세트의 볼(104)도 테이퍼 벽(66a) 및 도관(C)과 접촉하는 것을 보장하는 데에 도움을 주기 위해, 조립 중에, 그리고 볼 케이지(92)에 대한 편향 부재(58)의 압박의 영향 하에서 제1 세트의 볼(94)이 테이퍼 벽(66a)에 먼저, 즉 제2 세트의 볼(94)이 접촉하기 전에 접촉하도록 공차가 선택될 수 있다. 제1 세트의 볼(94)은 제2 세트의 볼(104)도 테이퍼 벽(66a)과 접촉할 수 있게 볼 케이지(92)의 충분한 축방향 변위를 생성하도록 도관(C)의 외면 내로 약간 파고든다.
일례로서, 도관(C), 너트(20) 및 볼(94)이 316L 스테인리스강으로 이루어지고, 도관의 공칭 외경이 1/4인치이고 공칭 벽두께가 0.35 in인 경우에, 제1 세트의 볼(94)은 약 0.003 in 내지 0.004 in 범위, 또는 약 0.008 in 이하로 도관 표면 내로 파고들 수 있다. 그러한 수치 및 범위는 실제 수치가 리테이너 부품과 도관을 위한 재료, 도관 벽두께, 그 직경 등에 기초하여 조절될 수 있다는 점에서 당연히 예시적인 것이다. 제1 실시예(도 1 내지 도 7)의 도관 파지 부재(56) 및 제2 실시예(도 8 및 도 9)의 도관 파지 부재(94)는 도관(C)의 외면 내로 파고드는 특징을 이용함으로써, 유리하게는 도관(C)에 압력이 가해질 때에 도관(C)을 파지 및 유지하는 리테이너(52/90)의 능력을, 역시 도관(C)을 유지하도록 작용하는 마찰력에 비해 그 이상으로 향상시킬 수 있다. 2개의 볼 세트를 이용하는 실시예의 경우, 제2 세트의 볼(104)이 도관(C)의 외면 내로 역시 파고듦으로써 도관을 파지하는 데에도 기여할 수 있지만, 이는 고압하의 경우에 보다 알맞다. 제2 세트의 볼(104)에 의한 도관의 파지는 몇몇 구조 및 용례에서 실현되는 이점이 있을 수 있지만, 제1 세트의 볼(94)이 충분한 일차적인 도관 파지를 제공하도록 설계되는 것이 바람직한 반면, 제2 세트의 볼(104)은 제1 세트의 볼(94)로부터의 도관의 진동 및 굴곡의 격리를 제공하도록 설계되는 것이 바람직하다.
도 9로부터, 각 볼 캐비티(98)는 축방향으로 연장하는 요철 또는 홈(108)을 포함할 수 있다는 점을 유념해야 할 것이다. 너트(20) 내에 리테이너(90)를 조립하는 중에, 리브(70)와 접촉하는 플랜지(72)로부터 초래되는 볼 케이지(92)의 제한된 축방향 이동으로 인해, 몇몇 경우에는 볼 케이지(92)는 볼(94)이 볼 캐비티(98) 내로 배치될 수 있게 볼 캐비티(98)를 부분적으로 노출시키기에 충분한 정도로만 연장하도록 될 수도 있다. 요철 또는 홈(108)은 테이퍼 벽(66a)과 볼 케이지(92) 사이에 충분한 공간 또는 간극을 허용하여, 제2 세트의 볼(104)이 볼 케이지(92) 내에 조립될 수 있게 한다.
도 8 및 도 9의 대안적인 실시예의 싱글 액션 푸시-투-커넥션 이음쇠(10')의 조립 및 조작은 반드시 그럴 필요는 없지만 도 1 내지 도 7의 실시예의 제1 이음쇠(10)와 동일할 수 있고, 이에 따라 그 설명을 반복할 필요가 없을 것이다.
본 발명의 양태 및 개념을 모범적인 실시예를 참조하여 설명하였다. 본 명세서를 읽고 이해할 시에 수정 및 변형이 이루어질 것이다. 첨부된 청구 범위의 보호 범위 및 그 등가물 내에 포함되는 한, 그러한 모든 수정 및 변형은 포함한다.
Claims (40)
- 길이방향 축선을 갖는 도관을 위한 이음쇠 조립체로서:
도관 단부를 수용하도록 된 이음쇠 바디;
상기 이음쇠 바디 내에 배치되고, 도관이 상기 이음쇠 바디 내로 삽입되는 경우에 상기 이음쇠 바디와 상기 도관의 외면을 밀봉하는 밀봉 장치;
상기 이음쇠 바디에 결합되도록 된 이음쇠 너트;
적어도 부분적으로 상기 이음쇠 너트 내에 배치되고 상기 이음쇠 너트에 대해 상대적으로 축방향으로 이동하도록 된 리테이너; 및
상기 리테이너를 상기 이음쇠 너트에 대해 상대적으로 제1 축방향으로 편향시키는 편향 부재(biasing member)
를 포함하며, 상기 리테이너는 도관 파지 부재를 포함하며, 이 도관 파지 부재는 도관이 상기 이음쇠 조립체 내로 삽입된 후 상기 리테이너가 제1 축방향 위치에 있는 경우 상기 도관의 외면 및 상기 이음쇠 너트의 표면과 접촉하며, 상기 도관 파지 부재는 상기 리테이너가 상기 제1 축방향 위치에 있는 경우에 상기 이음쇠 조립체로부터 상기 도관이 축방향으로 빠지는 것을 억제하며, 상기 리테이너는 리테이너가 상기 제1 축방향 위치와는 상이한 제2 축방향 위치에 위치하는 경우에 상기 도관을 해방시키는 것인 이음쇠 조립체. - 제1항에 있어서, 상기 밀봉 장치는 엘라스토머 재료를 포함하는 것인 이음쇠 조립체.
- 제1항에 있어서, 상기 도관 파지 부재는 하나 이상의 구체 또는 볼을 포함하는 것인 이음쇠 조립체.
- 제3항에 있어서, 상기 리테이너는 상기 도관 파지 부재를 상기 이음쇠 너트 내에 위치시키는 볼 케이지를 포함하는 것인 이음쇠 조립체.
- 제1항에 있어서, 상기 편향 부재는 코일 스프링, 웨이브 스프링 또는 벨빌 스프링(Belleville spring)을 포함하는 것인 이음쇠 조립체.
- 제1항에 있어서, 상기 이음쇠 너트는 상기 리테이너가 상기 제1 축방향 위치에 있는 경우에 상기 도관 파지 부재와 맞물리는 테이퍼 표면을 포함하는 것인 이음쇠 조립체.
- 제1항에 있어서, 상기 리테이너는 상기 도관의 삽입을 허용하는 원통형 관통 보어를 포함하는 것인 이음쇠 조립체.
- 제7항에 있어서, 상기 원통형 관통 보어는 원통부와 테이퍼부를 포함하는 벽에 의해 획정되는 것인 이음쇠 조립체.
- 제4항에 있어서, 상기 볼 케이지는 상기 도관의 삽입을 허용하는 원통형 관통 보어를 포함하는 것인 이음쇠 조립체.
- 제9항에 있어서, 상기 원통형 관통 보어는 원통부와 테이퍼부를 포함하는 벽에 의해 획정되는 것인 이음쇠 조립체.
- 제1항에 있어서, 상기 리테이너는 상기 도관의 축방향 이동을 억제하도록 상기 도관에 유지력을 가하며, 상기 이음쇠 조립체가 유체 압력하에 있는 경우 상기 유지력은 증가하는 것인 이음쇠 조립체.
- 제1항에 있어서, 상기 밀봉 장치는 축방향에 있어서 상기 리테이너의 제2 측과는 축방향으로 반대쪽에 위치한 상기 리테이너의 제1 측에 위치하는 것인 이음쇠 조립체.
- 길이방향 축선을 갖는 도관을 위한 이음쇠 조립체로서;
도관 단부를 수용하도록 된 제1 이음쇠 구성요소;
상기 제1 이음쇠 구성요소 내에 배치되고, 도관이 상기 제1 이음쇠 구성요소 내로 삽입되는 경우에 상기 제1 이음쇠 구성요소와 상기 도관의 외면을 밀봉하는 밀봉 장치;
상기 제1 이음쇠 구성요소와 결합되도록 된 제2 이음쇠 구성요소
를 포함하며, 상기 제2 이음쇠 구성요소는 제2 이음쇠 구성요소 내로 도관이 삽입되는 경우에 상기 도관을 파지하는 리테이너를 포함하며
상기 리테이너는 리테이너가 상기 이음쇠 조립체 내에서 제1 축방향 위치에 있는 경우에 상기 도관의 외면에 유지력을 가하며, 상기 리테이너는 리테이너가 상기 이음쇠 조립체 내에서 상기 제1 축방향 위치와는 상이한 제2 축방향 위치에 있는 경우에 상기 유지력을 해제하는 것인 이음쇠 조립체. - 제13항에 있어서, 상기 리테이너는 볼 케이지와 하나 이상의 도관 파지용 볼을 포함하며, 상기 밀봉 장치는 O링을 포함하는 것인 이음쇠 조립체.
- 제13항에 있어서, 상기 밀봉 장치는 엘라스토머 재료를 포함하는 것인 이음쇠 조립체.
- 제13항에 있어서, 상기 리테이너는 도관 파지 부재를 포함하는 것인 이음쇠 조립체.
- 제16항에 있어서, 상기 도관 파지 부재는 하나 이상의 구체 또는 볼을 포함하는 것인 이음쇠 조립체.
- 제16항에 있어서, 상기 리테이너는 상기 도관 파지 부재를 상기 제2 이음쇠 구성요소 내에 위치시키는 볼 케이지를 포함하는 것인 이음쇠 조립체.
- 제14항에 있어서, 상기 리테이너는 상기 볼 케이지에 압박력을 가하는 편향 부재를 포함하는 것인 이음쇠 조립체.
- 제19항에 있어서, 상기 편향 부재는 코일 스프링, 웨이브 스프링 또는 벨빌 스프링을 포함하는 것인 이음쇠 조립체.
- 제16항에 있어서, 상기 제2 이음쇠 구성요소는 상기 리테이너가 상기 제1 축방향 위치에 있는 경우에 상기 도관 파지 부재와 맞물리는 테이퍼 표면을 포함하는 것인 이음쇠 조립체.
- 제13항에 있어서, 상기 리테이너는 상기 도관의 삽입을 허용하는 원통형 관통 보어를 포함하는 것인 이음쇠 조립체.
- 제13항에 있어서, 상기 원통형 관통 보어는 원통부와 테이퍼부를 포함하는 벽에 의해 획정되는 것인 이음쇠 조립체.
- 길이방향 축선을 갖는 이음쇠 조립체로서;
도관 단부를 수용하도록 된 제1 이음쇠 구성요소;
상기 제1 이음쇠 구성요소 내에 배치되고, 도관이 상기 이음쇠 조립체 내로 삽입되는 경우에 상기 도관의 외면을 밀봉하는 밀봉 장치;
상기 제1 이음쇠 구성요소와 결합되도록 된 제2 이음쇠 구성요소;
적어도 부분적으로 상기 제2 이음쇠 구성요소 내에 배치되는 리테이너
를 포함하며, 상기 리테이너는 도관 파지 부재를 포함하며, 이 도관 파지 부재는 상기 리테이너가 제1 축방향 위치에 있는 경우 상기 도관의 외면을 파지하며, 상기 도관 파지 부재는 상기 리테이너가 상기 제1 축방향 위치와는 상이한 제2 축방향 위치에 위치하는 경우에 상기 도관의 파지를 해제하는 것인 이음쇠 조립체. - 제24항에 있어서, 상기 도관 파지 부재는 하나 이상의 볼을 포함하며, 상기 리테이너는 상기 제2 이음쇠 구성요소 내에 상기 하나 이상의 볼을 위치시키는 볼 케이지를 더 포함하며, 상기 밀봉 장치는 O링을 포함하는 것인 이음쇠 조립체.
- 제25항에 있어서, 상기 리테이너는 상기 볼 케이지에서 압박력을 가하는 편향 부재를 더 포함하는 것인 이음쇠 조립체.
- 제26항에 있어서, 상기 편향 부재는 코일 스프링, 웨이브 스프링 또는 벨빌 스프링을 포함하는 것인 이음쇠 조립체.
- 제24항에 있어서, 상기 제2 이음쇠 구성요소는 상기 리테이너가 상기 제1 축방향 위치에 있는 경우에 상기 도관 파지 부재와 맞물리는 테이퍼 표면을 포함하는 것인 이음쇠 조립체.
- 제24항에 있어서, 상기 리테이너는 상기 도관의 삽입을 허용하는 원통형 관통 보어를 포함하는 것인 이음쇠 조립체.
- 제29항에 있어서, 상기 원통형 관통 보어는 원통부와 테이퍼부를 포함하는 벽에 의해 획정되는 것인 이음쇠 조립체.
- 제24항에 있어서, 상기 밀봉 장치는 엘라스토머 재료를 포함하는 것인 이음쇠 조립체.
- 길이방향 축선을 갖는 도관을 위한 이음쇠 조립체로서:
도관 단부를 수용하도록 된 이음쇠 바디;
상기 이음쇠 바디에 결합되도록 된 이음쇠 너트; 및
적어도 부분적으로 상기 이음쇠 너트 내에 배치되고 상기 이음쇠 너트에 대해 상대적으로 축방향으로 이동하도록 된 리테이너
를 포함하며, 상기 리테이너는 도관 파지 부재를 포함하며, 이 도관 파지 부재는 도관이 상기 이음쇠 조립체 내로 삽입된 후 상기 리테이너가 제1 축방향 위치에 있는 경우 상기 도관의 외면 및 상기 이음쇠 너트의 표면과 접촉하며, 상기 도관 파지 부재는 상기 리테이너가 상기 제1 축방향 위치에 있는 경우에 상기 이음쇠 조립체로부터 상기 도관이 축방향으로 빠지는 것을 억제하며, 상기 리테이너는 리테이너가 상기 제1 축방향 위치와는 상이한 제2 축방향 위치에 위치하는 경우에 상기 도관을 해방시키며,
상기 도관 파지 부재는 제1 세트의 하나 이상의 구체와, 제2 세트의 하나 이상의 구체를 포함하며, 상기 제1 세트의 구체의 각각의 구체는 제1 직경을 갖고 상기 제2 세트의 구체의 각각의 구체는 제2 직경을 가지며, 상기 제1 세트의 구체와 상기 제2 세트의 구체는 축방향으로 서로 떨어져 있는 것인 이음쇠 조립체. - 제32항에 있어서, 상기 제1 직경은 상기 제2 직경보다 큰 것인 이음쇠 조립체.
- 제32항에 있어서, 상기 이음쇠 너트의 상기 표면은 테이퍼 표면인 것인 이음쇠 조립체.
- 제34항에 있어서, 상기 테이퍼 표면은 절두 원추형인 것인 이음쇠 조립체.
- 제32항에 있어서, 상기 이음쇠 바디 내에 배치되고, 도관이 상기 이음쇠 바디 내로 삽입되는 경우에 상기 이음쇠 바디와 상기 도관의 외면을 밀봉하는 밀봉 장치를 더 포함하는 이음쇠 조립체.
- 제1항에 있어서, 상기 도관 파지 부재는 제1 세트의 하나 이상의 구체와, 제2 세트의 하나 이상의 구체를 포함하며, 상기 제1 세트의 구체의 각각의 구체는 제1 직경을 갖고 상기 제2 세트의 구체의 각각의 구체는 제2 직경을 가지며, 상기 제1 세트의 구체와 상기 제2 세트의 구체는 축방향으로 서로 떨어져 있는 것인 이음쇠 조립체.
- 제13항에 있어서, 상기 도관 파지 장치는 제1 세트의 하나 이상의 구체와, 제2 세트의 하나 이상의 구체를 포함하며, 상기 제1 세트의 구체의 각각의 구체는 제1 직경을 갖고 상기 제2 세트의 구체의 각각의 구체는 제2 직경을 가지며, 상기 제1 세트의 구체와 상기 제2 세트의 구체는 축방향으로 서로 떨어져 있는 것인 이음쇠 조립체.
- 제24항에 있어서, 상기 도관 파지 부재는 제1 세트의 하나 이상의 구체와, 제2 세트의 하나 이상의 구체를 포함하며, 상기 제1 세트의 구체의 각각의 구체는 제1 직경을 갖고 상기 제2 세트의 구체의 각각의 구체는 제2 직경을 가지며, 상기 제1 세트의 구체와 상기 제2 세트의 구체는 축방향으로 서로 떨어져 있는 것인 이음쇠 조립체.
- 길이방향 축선을 갖는 도관을 위한 이음쇠 조립체로서:
도관 단부를 수용하도록 된 이음쇠 바디;
상기 이음쇠 바디 내에 배치되는 밀봉 장치;
상기 이음쇠 바디에 결합되도록 된 이음쇠 너트; 및
적어도 부분적으로 상기 이음쇠 너트 내에 배치되고 상기 이음쇠 너트에 대해 상대적으로 축방향으로 이동하도록 된 리테이너
를 포함하며, 상기 리테이너는 도관 파지 부재를 포함하며, 이 도관 파지 부재는 상기 리테이너가 제1 축방향 위치에 있는 경우에 상기 이음쇠 조립체로부터 상기 도관이 축방향으로 빠지는 것을 억제하며, 상기 리테이너는 리테이너가 상기 제1 축방향 위치와는 상이한 제2 축방향 위치에 위치하는 경우에 상기 도관을 해방시키는 것인 이음쇠 조립체.
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