JPH05501143A - 物体に機械的接続を形成する方法及び物体に機械的接続を形成するためのアッセンブリ - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 物体に機械的接続を形成する方法 発明の背景 本発明は、物体に機械的接続を形成する方法、物体に機械的接続を形成するため のアッセンブリ、機械的接続が形成された物体に関する。

物体の外表面にカラーを取り付けることによって物体に機械的接続を形成するこ とが知られている。これによって、表面に平行な方向に物体に力を適用すること ができる。この接続法は、特に、相互に一定の断面を有する長い物体、例えば、 チューブ（この用語はバイブを包含する。）およびロッドを接続するために用い られる。例えば、アメリカ合衆国特許第３，４８４，１２３号は、チューブをス ェージする（これは、チューブを半径方向に膨張することを包含する。）ことに よって第１チユーブにしっかりと固定されたカラー、およびスェージすることに よつて第２チユーブにしっかりと固定されたユニオン部材を有してなるチューブ カップリングアッセンブリを開示している。ユニオン部材は、第２チユーブの末 端を越えて延在し、ねじ山付きの外表面を有する。アッセンブリは、カラーに衝 接する一末端で半径方向に内側に突出するフランジを有するナツトであり、ユニ オン部材のねじ山付き表面に係合するために他の末端で内側にねじ山を設けたナ ツトを有しており、ユニオン部材に対するナツトの回転が２つのチューブを相互 の方向に向かって押し付ける。

ごく最近、カラーに物体を接合するように物体をスェージする必要を避けるため に、形状記憶合金から形成されたカラーを使用することが提案された。形状記憶 合金は、マルテンサイト相とオーステナイト相の間で変態する能力の結果として 形状記憶効果を示す。変態は、温度変化によって生じる：例えば、マルテンサイ ト相にある形状記憶合金は、その温度がＡｓ以上の温度に上昇した場合にオース テナイト相に変態し始め、温度がＡｆ以上の温度に上昇した場合に変態が完了す る。合金の温度がＭｓ以下の温度に低下した場合に逆の変態が始まり、温度がＭ ｆ以下の温度である場合に変態が完了する。温度Ｍｓｓ　ＭｆＳＡＳおよびＡｆ は形状記憶合金の熱的変態ヒステリシスループを形成する。オーステナイト相に ある間に物品は所望の形状に形成されてよい。物品が冷却され、マルテンサイト 相に変態する場合に、約８％までで変形できる。オーステナイト相に変態して戻 るように物品を後に加熱する場合に、物品に加えられた歪は回復する。詳細な情 報が、シエイプ・メモリー・アロイズ（Ｓｈａｐｅ　Ｍｅｒｒ＋ｏｒｙ　Ａ１１ ｏｙｓ）と標題を付したシェドキー（Ｌ、　Ｍ。

Ｓ　ｃｈｅｔｋｙ）によるサイエンティフィック・アメリカン（Ｓ　ｃｉｅｎｔ ｉｆｉｃＡｍｅｒｉｃａｎ）　、第２４１巻、第６８〜７６頁（１９７９年）に よる論文から得ることができる。

形状記憶合金カラーの使用には、スェージによるカラーの取り付けに要するより も、装着において時間が顕著に短く、技量が顕著に低くてもよいという利点があ る。さらに、形状記憶合金カラーを装着するために必要な装置の費用は、溶接に よるカラーの装着におけるよりも顕著に低い。

カラーが、その内表面に形成された少なくとも１つの溝を有することは通常であ り、溝は、２つの半径方向に延在する周囲の形成物によって長手方向に規定され ている。物体をスェージして、または形状記憶合金カラーを加熱して収縮させ、 物体およびカラーを相互に係合させることは、物体の外表面に形成物を押し付け 、物体の周囲部分をカラーの内表面の溝に押し付けることを包含する。これは、 カラーと物体との間の封止が耐え得る圧力を増加する。

アメリカ合衆国特許第３．４８４．１２３号に記載されているカラーにおけるよ うに、形成物は、カラーの均一な内表面に形成された溝の末端愛であってよい。

あるいは、形状記憶合金カラーにおいて使用されているように、形成物は、カラ ーの内表面から盛り上がった分離した周囲方向に延在する歯の形態であってよい 。

形状記憶合金カラーが収縮する場合に半径方向に内側に及ぼす力は、とりわけ、 カラーの肉厚に依存する。しかし、物体に接続するために使用するアッセンブリ が、できる限り小さい空間を占めるように、カラーの肉厚を最小限にすることが 好ましい。

本発明者は、１つの形成物が、カラーの収縮時に及ぼされる力の結果として物体 の外表面に食い込み、他の形成物がカラーの機械的変形を通して物体の表面に食 い込む形状記憶合金カラーを使用して、物体に接続を形成する技術を発明した。

１つの要旨において、本発明は、物体に機械的接続を形成する方法であって、 （ａ）２つの半径方向に延在する周囲の形成物によって長手方向に規定された溝 をその内表面に有する、形状記憶合金から形成されたカラーを物体の周囲に配置 し： （ｂ）合金のＡＳ温度以上の温度にカラーの温度を上昇し、カラーの少なくとも 一部分を半径方向に収縮させ、第１形成物を物体の表面に食い込ませ、および （ｃ）カラーの少な（とも一部分を半径方向に内側に機械的に変形し、第２形成 物を物体の表面に食い込ませることを特徴とする方法を提供する。

本発明は、本発明の方法において使用するアッセンブリをも提供する。さらに、 本発明の方法を使用して機械的接続が形成された物体をも提供する。

好ましいアッセンブリは、 （ａ）形状記憶合金から形成されており、内表面に形成された溝を有するカラー であり、溝が、２つの半径方向に延在する周囲の形成物によって長手方向に規定 されるカラー；（ｂ）カラーの少なくとも一部分を半径方向に内側に機械的に変 形する手段 を有してなる。

発明の説明 本発明の方法には、スェージによって取り付けられるカラーに比較して、形状記 憶合金カラーを物体に正確にかつ制御された状態で取り付けるのに、装着時間が 短く、装着に高い技量を要さないという利点を有する。カラーの温度を合金のＡ ｆ温度以上の温度に上昇させ、形成物の１つを物体の表面に食い込ませることに よってカラーをパイプに取り付けた後に、カラーの少なくとも一部分を半径方向 に内側に機械的に変形し、他の形成物を物体の表面に食い込ませ、物体の周囲部 分をカラーの溝に押し付けることによって、カラーと物体の間の封止が最適化さ れ得る。カラーの収縮によって取り付けた後に機械的にカラーを変形するのに要 する時間および技量は、形状記憶合金から形成されていないカラーと物体の間の スェージ接続を形成するのに必要な時間および技量に比較して少ない。

一般に、カラーは第２形成物の付近において半径方向に収縮し、第２形成物は物 体の表面に接触するが、所望程度の物体表面への食い込みは一般に生じない。カ ラーのこの部分的収縮によって、カラーと物体の間の所望封止は得られないが、 カラーを変形する後の工程が非常に容易になり、変形工程においてカラーと物体 の間の所望封止の形成が促進される。これは、中空物体のみに一般に形成される 、スェージにより形成される接続と対照的である。中空物体を使用する理由は、 カラーを圧縮することによってでなく、物体を膨張させることによって接続を形 成することは非常に好都合であり、効果的であるということである。本発明の方 法は、チューブなどの中空物体およびロッドなどの非中空物体に対して同様に適 用できる。

カラーが収縮した後にカラーに適用される変形においては、操作に高レベルの技 量を要する複雑なスェージ装置が必要ではない。カラーの上で軸方向にチューブ 状スリーブを引き寄せることによってカラーを内側に変形することが好ましい。

例えば、カラーとスリーブとの接触領域において、スリーブが内側にテーパーし てよく、またはカラーが外側にテーパーしてよく、あるいはより好ましくはこれ らの両方であってよい。例えば、カラーが外側にテーパーしている場合、テーパ ーは第２形成物を包含する領域の上で延在することが好ましく、カラーの外寸法 は、スリーブが変形工程において引き寄せられるカラーの末端に向かって減少す る。

封止がカラーとスリーブとの間に形成されるような形状をカラーおよびスリーブ の接触表面が有することが好ましい。例えば、断面で見て、接触表面の１つは接 触地点において凸状であってよく、他の表面は線状であってよい。カラーおよび 物体の変形の弾性によって封止を増加することがより好ましい。

形状記憶合金カラーを使用して形成した接続の前記利点を保ちながら、本発明の 接続方法は、カラーと物体との間で得られた封止が、従来の既知の形状記憶合金 カラーを使用して得られたものよりも優れているという追加的な利点を有する。

チューブのような単一寸法の物体において、本発明によって、カラーの横断方向 寸法を増加させることなく、より強い封止を有する接続を物体に形成することが 可能になる。他方、本発明によって、より小さい横断方向寸法を有するカラーを 使用して、同様の封止性質を有する接続を形成することが可能になる。例えば、 接続を形成するためにカラーと共働する他の要素によって、カラーによって占め られる空間が限定されている場合に特に好都合であり得る。

スリーブは、２つの物体を相互に接合する、他の物体に取り付けられる、または 他の物体への取り付けに適したカップリングアッセンブリの要素であってよい。

例えば、スリーブは、アメリカ合衆国特許第３．４８４，１２３号に記載されて いる種類のチューブカップリングにおけるユニオン部材であってよい。

スリーブには、ねじ山が設けられていてよい。ねじ山を他の要素の共働ねじと係 合させ、要素をスリーブに対して回転させることによってカラー上で軸方向にス リーブを引き寄せ得る。

該他の要素は、カラー上で軸方向に面する表面を有するリングであることが好ま しい。カラーが物体を（好ましくは両方の形成物がパイプの表面に食い込むこと によって）把持する場合に、軸方向力が、リングによってカラーを介して物体に 適用され得る。リングおよびカラーの共働する軸方向に面する表面は、接続され るべき物体の軸に対して垂直でありでよいが、そうである必要はない。該表面が 軸に対して実質的に垂直であるようにすることによって、リングおよびカラーを 介して物体に適用される軸方向力が可能になる。しかし、表面が垂直でないこと によって、リングを介して適用される力を物体に向かってカラーに加えることが 可能になる。これは、カラーと物体の間の封止を増強し、したがって、多くの用 途において有利で有り得る。

第１形成物の付近にあるカラーの肉厚は、第２形成物の付近にある肉厚よりも厚 いことが好ましい。例えば、第２形成物の付近での肉厚は、第１形成物の付近で の肉厚の約５０％よりも、より好ましくは約４０％よりも、特に約３０％よりも 薄いことが好ましい。第１形成物の付近での厚い肉厚は、前記のように、リング の軸方向に面する表面と共働するために軸方向に面する表面を供給できる。

カラーの内表面は１つ以上の溝を備えていてよい。溝は、１対の半径方向に延在 する周囲の形成物によって規定される。１つまたはそれ以上の形成物が、カラー の均一な内表面において形成されている溝の末端壁であってよい。１つまたはそ れ以上の形成物が、カラーの内表面から盛り上がった分離した周囲方向に延在す る歯の形態であってよい。そのような歯は、カラーの内表面において、一般に機 械加工され、あるいは他の方法で一体に形成される。しかし、そのような歯は、 カラーと別個に形成されたリングとして供給されてよく、次いでカラーの内側に 供給される。それぞれの溝を規定する形成物の一方または両方が歯の形態であっ てよ（、加えて、そのような溝はカラーの内表面よりも下にくぼんでいてよい。

カラーと物体の間の封止の性質は、形成物の性質、歯の形状（１つまたはそれ以 上の形成物が歯の形態である場合）、形成物の間隔、それぞれの形成物の付近に おけるカラーの肉厚、およびカラーの溝の形状（カラーを断面において見た場合 のもの）の１つまたはそれ以上を変化させることによって選択することができる 。封止は、物体の材料の性質、特にその硬さおよび可撓性によって、ならびに熱 収縮時にカラーによって及ぼされる力（これは、カラーを形成する方法によって 影響され得る。）および機械的変形時の力（これは、変形工程の性質によって影 響され得る。）によって影響され得る。

カラーを形成する形状記憶合金には、マルテンサイト相とオーステナイト相の間 で変態し得ることが要求される。カラーが装着前、装着中、装着後にさらされる 温度に応じて、および使用時にカラーが置かれる物理的条件に応じて、合金が選 択される。合金は、アメリカ合衆国特許第４，１４４．０５７号および第４．１ ４４．１０４号などに記載されているように、銅をベースとするもの、より好ま しくはアメリカ合衆国特許第３．７５３．７０’０号、第４．３３７．０９０号 、第４．５６５．５８９号および第４，７７０，７２５号などに記載されている ように、ニッケル／チタンをベースとするものであってよい。ニッケル／チタン 系形状記憶合金を処理する好ましい方法が、アメリカ合衆国特許第４，７４０， ２５３号に記載されている。

これらの特許明細書に記載された内容を本明細書の開示の一部とする。

カラーの収縮は、カラーを合金のＡｓ温度以上の温度に加熱することによって行 われ得る。しかし、カラーの収縮が完了する合金のＡｆｉ度以上の温度にカラー を加熱することが好ましい。

いくつかの形状記憶合金、特にいくつかのニッケル／チタン系合金の熱変態ヒス テリシスルーブによれば、形状の付随的変化とともに、マルテンサイト相からオ ーステナイト相への変態を防止するために周囲温度よりも顕著に低い温度で合金 を貯蔵しなければならない。これは、一般に、液体窒素中に合金を浸けることに よって行われる。

形状記憶合金カラーは、（ａ）物体を把持するようにカラーを収縮させるように カラーを処理した場合に軸方向力がリングによってカラーを介して物体に適用さ れ得るように、カラーの軸方向に面する表面と共働するために軸方向に面する表 面を有するリング、および（ｂ）リングおよびカラーを相互に同軸的に把持する ようにリングおよびカラーを解放可能に係合するデバイスをも包含するアッセン ブリの要素として供給されてよい。デバイスは１つの末端で閉じていてよく、こ れによって、物体に対して軸方向にアッセンブリを配置できる。また、物体にカ ラーを固定する時とカラーを介して物体に接続を形成する時の間の時間において 、（中空である場合に）物体に異物粒子が侵入するのを防止することができる。

カブガン（Ｍｉｃｈａｅｌ　Ｋａｐｇａｎ）およびブルックス（Ｐｅｔｅｒ　Ｂ ｒｏｏｋｓ）によって発明された、そのようなアッセンブリは、物体に機械的接 続を形成する方法および機械的接続が形成された物体とともに、物体に機械的接 続を形成するアッセンブリという発明の名称の下、１９８９年２月７日出願のア メリカ合衆国特許出願第０７／３０７３８２号に開示されている。この文献に記 載されている内容は、本明細書の開示の一部とする。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明の方法において使用するカラーの断面図である第２図は、カラ ーを加熱して収縮させチューブの外表面と接触させた後における、第１図に示す カラーの断面図である。

第３図は、スリーブをカラーの上に配置することによってカラーを機械的に変形 した後における、第２図に示すカラーおよびチューブの断面図である。

好ましい態様の説明 第１図は、形状記憶合金カラー２を示す。カラーは、ニッケル／チタン系形状記 憶合金、例えば、アメリカ合衆国特許第３．７５３゜７００号に記載されている ようなニッケル／チタン／鉄合金、またはアメリカ合衆国特許第４．７７０．７ ２５号に記載されているようなニッケル／チタン／ニオブ／鉄合金から形成され ていることが好ましい。溝４が、カラーの内表面に形成されている。溝は１対の 歯６．８によって長手方向に規定され、歯は、カラーの内表面から半径方向に内 側に延在し、先端に向かってテーパーしている。第１歯６の付近にあるカラーの 部分１０の肉厚は第２歯８の付近にある肉厚よりも厚い。カラーの広い部分１０ は、軸方向に面する表面１２によって規定される。

第２歯の付近のカラーの末端１４は、少なくともカラーの外表面で傾斜している 。

外径１２５ｍｍおよび肉厚１．２５ｍｍのチタンチューブに使用するため、カラ ーは、非拘束回復の後に測定して、約２４．５ｍｍの内径を有する。それぞれの 歯の高さは約１２５μｍであり、歯の間隔は２．５ｍｍである。第１歯の付近に おけるカラーの肉厚（歯の高さを包含しない）は約２．５ｍｍであり、第２歯の 付近におけるカラーの肉厚は約０．７５ｍｍである。第１歯の付近におけるカラ ーの広（なった部分の長さは、約６．５ｍｍである。

第２図は、カラー２の中に挿入されたチューブ２０とともに、カラー２を示す。

カラーの温度が合金のＡｆ温度以上の温度に上昇された後の状態のカラーを示す 。（一般に、前記のようなニッケル／チタン／鉄合金の場合のように）合金のＡ ｓ温度が周囲温度よりも低く、装着前に液体窒素のような適当な流動体中にカラ ーを貯蔵する場合、カラーの温度は、単に液体窒素からカラーを取り出すことに よって増加し得る。このような合金の温度増加によって、カラーが半径方向に収 縮する。第１歯６の付近にあるカラーの広い部分１０によって及ぼされる力によ って、歯がチューブ２０の外表面を変形し、これに食い込む。第２歯の付近にあ るカラーの狭い部分によって及ぼされる力は、第２歯がチューブの表面に食い込 むのには不十分である。

第３図は、第２歯８がチューブの外表面に食い込むように第２歯８の付近におい て機械的にカラーが変形された後のカラー２を示す。

カラーの上で軸方向に引き寄せられるスリーブ２２によってカラーはこのように 変形される。カラーの末端１４とスリーブとの間の接触領域においてスリーブは 内側でテーパーしている。スリーブは、その外表面に形成されたねじ山２４を有 する。

スリーブ２２は、アメリカ合衆国特許第３．４８４．１２３号に記載された型の カップリングにおけるユニオン部材であってよい。

スリーブ２２は、リング２６によってカラー２の上で引き寄せられる。リングは 、スリーブの外表面に形成されたねじ山２６に係合する、内表面に形成されたね じ山２８を有する。リングはカラーの広い部分１０を規定する軸方向に面した表 面１２を有しているので、カラーを収縮させ、第１歯６をチューブに食い込ませ ることによってチューブ２０にカラー２を取り付けた場合に、軸方向力がリング によってカラーを介してチューブに適用され得る。

スリーブ２２に対するリング２６の回転によって、スリーブはカラーの末端１４ 上で軸方向に引き寄せられ、半径方向に内側にカラーの末端を変形し、第２歯８ がチューブの外表面に食い込む。したがって、チューブは、第１および第２歯に よって長手方向に規定される溝４に押し付けられる。

リングまたはスリーブまたはこれら両方は、回転においてこれらを把持し得る模 様面または平坦面を有していてよい。

スリーブおよびカラーの接触表面は、これらの間に封止が形成されるような形状 を有しており、流体を通さない接続がカラー２を介してチューブ２０とスリーブ ２２の間に形成され得る。断面で見た場合に、スリーブの表面は直線状であり、 カラーの表面は凸状である。同様の接続が、スリーブの他の末端と他のチューブ との間で形成され得る。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. １．物体に機械的接続を形成する方法であって、（ａ）２つの半径方向に延在す る周囲の形成物によって長手方向に規定された溝をその内表面に有する、形状記 憶合金から形成されたカラーを物体の周囲に配置し； （ｂ）合金のＡｓ温度以上の温度にカラーの温度を上昇し、カラーの少なくとも 一部分を半径方向に収縮させ、第１形成物を物体の表面に食い込ませ；および （ｃ）カラーの少なくとも一部分を半径方向に内側に機械的に変形し、第２形成 物を物体の表面に食い込ませることを特徴とする方法。
2. ２．第２形成物がカラーの末端の付近に位置している請求項１記載の方法。
3. ３．形成物の少なくとも１つが歯の形態である請求項１記載の方法。
4. ４．カラーの上で軸方向にチューブ状スリーブを引き寄せることによってカラー を内側に変形する請求項１記載の方法。
5. ５．少なくともカラーとスリーブの接触領域において、スリーブが内側にテーパ ーしているか、またはカラーが外側にテーパーしているか、またはこれら両方で ある請求項４記載の方法。
6. ６．カラーとスリーブの接触表面が、封止がそれらの間に形成されるような形状 を有する請求項５記載の方法。
7. ７．スリーブにはねじ山が設けられており、該ねじ山を、他の要素の共働するね じと係合させ、該要素をスリーブに対して回転させることによってカラーの上で 軸方向にスリーブを引き寄せる請求項４記載の方法。
8. ８．該他の要素が、カラーの軸方向に面する表面と共働するために軸方向に面す る表面を有するリングであり、カラーが物体を把持する場合に軸方向力がリング によってカラーを介して物体に適用される請求項７記載の方法。
9. ９．第２形成物の付近にあるカラーの肉厚が、第１形成物の付近にある肉厚より も薄い請求項１記載の方法。
10. １０．第２形成物の付近にあるカラーの肉厚が、第１形成物の付近にある肉厚の 約４０％よりも薄い請求項９記載の方法。
11. １１．請求項１記載の方法によって物体に機械的接続を形成するためのアッセン ブリであって、 （ａ）形状記憶合金から形成されており、内表面に形成された溝を有するカラー であり、溝が、２つの半径方向に延在する周囲の形成物によって長手方向に規定 されるカラー；（ｂ）カラーの少なくとも一部分を半径方向に内側に機械的に変 形する手段 を有してなるアッセンブリ。
12. １２．変形手段が、カラーを変形するためにカラーの上で軸方向に引き寄せられ るチューブ状スリーブを有してなる請求項１１記載のアッセンブリ。
13. １３．スリーブにはねじ山が設けられており、変形手段が、共働ねじ山を有する 要素を有し、共働ねじ山を相互に係合し、要素をスリーブに対して回転させるこ とによってカラーの上でスリーブが引き寄せられる請求項１２記載のアッセンブ リ。
14. １４．カラーが、軸方向に面する表面を有し、該要素が、カラーの軸方向に面す る表面と共働するために軸方向に面する表面を有するリングであり、カラーが物 体を把持する場合に、リングによってカラーを介して物体に軸方向力が適用され る請求項１３記載のアッセンブリ。
15. １５．第１形成物の付近にあるカラーの肉厚が、第２形成物の付近にある肉厚よ りも厚い請求項１１記載のアッセンブリ。
16. １６．第２形成物の付近にあるカラーの肉厚が第１形成物の付近にある肉厚の約 ４０％よりも薄い請求項１５記載のアッセンブリ。
17. １７．機械的接続が請求項１記載の方法によって形成されている物体。