JPH07280151A - 伸縮継手 - Google Patents

伸縮継手

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JPH07280151A
JPH07280151A JP7000918A JP91895A JPH07280151A JP H07280151 A JPH07280151 A JP H07280151A JP 7000918 A JP7000918 A JP 7000918A JP 91895 A JP91895 A JP 91895A JP H07280151 A JPH07280151 A JP H07280151A
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トーマス・ジョージ・ウェイクマン
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マイケル・ラルフ・ストーリッジ
Michael Anthony Umney
マイケル・アンソニイ・アムニイ
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    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L27/00—Adjustable joints; Joints allowing movement
    • F16L27/10—Adjustable joints; Joints allowing movement comprising a flexible connection only
    • F16L27/107—Adjustable joints; Joints allowing movement comprising a flexible connection only the ends of the pipe being interconnected by a flexible sleeve
    • F16L27/11—Adjustable joints; Joints allowing movement comprising a flexible connection only the ends of the pipe being interconnected by a flexible sleeve the sleeve having the form of a bellows with multiple corrugations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L27/00—Adjustable joints; Joints allowing movement
    • F16L27/02—Universal joints, i.e. with mechanical connection allowing angular movement or adjustment of the axes of the parts in any direction
    • F16L27/026—Universal and axially displaceable joints

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Joints Allowing Movement (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 流体搬送パイプの間の角度の不一致を調節す
ると共に流体搬送パイプの相互の相対的な軸線方向移動
を調節することのできる伸縮継手を提供する。 【構成】 流体搬送パイプ１２と流体搬送パイプ１４と
を連結する伸縮継手は、それぞれ対応するパイプに作動
連結可能な環状カップリング１６、１８を含んでいる。
カップリング１６、１８は、両パイプを流れ連通する通
路を形成している実質的に等しい直径の円筒形ボア２
２、２６を含んでいる。環状ベローズ３４がカップリン
グ１６、１８の間に延在しており、両パイプの間の相対
的な軸線方向移動及び角度の不一致を調節する。環状ベ
ローズ３４は通路３０の半径方向外側に配設されてお
り、カップリングの境界表面の間から漏れ出る流体を捕
捉する。カップリング１６の第２の円筒形ボア５０がカ
ップリング１８の球形外面５６と係合しており、両パイ
プの間の角度の不一致を調節するようにカップリング１
８が回動するのを許容する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的にはガスタービ
ンエンジンに関し、特に、ガスタービンエンジンの流体
配管を連結するために用いる伸縮継手に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンエンジン、例えば航空機推
進用のガスタービンエンジンは、気体若しくは液体、い
ずれにしろ流体をあるエンジン部品から他のエンジン部
品に輸送するための、又はあるエンジン部品を航空機の
系統と連結するための外部配管系統を必ず含んでいる。
これらの配管系統は必然的に、長さがかなり長い。この
ような配管系統の一例として、エンジンの状態に応じて
冷却用又は加熱用空気をコアエンジンの圧縮機段からタ
ービン部品に供給する配管系統がある。外部配管系統は
典型的には、両端で静止エンジン構造に固定的に装着さ
れており、エンジンの状態に応じて、隣接するエンジン
構造よりも高温又は低温になる。その結果、配管系統
は、配管系統の取り付け点の間でエンジンの熱膨張とは
異なる熱膨張を受ける。従って、このような配管系統に
は、隣接する流体搬送パイプを連結している少なくとも
１つの伸縮継手が設けられており、流体搬送パイプが取
り付けられた対応するエンジン構造に対する流体搬送パ
イプの熱膨張差又は収縮差を調節することが典型的であ
る。
【０００３】従来の伸縮継手の１つに、ピストン・シー
ル型継手があり、このピストン・シール型継手では、第
１の流体搬送パイプの外面が、隣接する流体搬送パイプ
の内面に摺動的に係合している。ピストン・シール型継
手は、一方のパイプの他方のパイプに対する継手の長さ
方向中心線に平行な方向の膨張又は収縮を調節し、更に
一方のパイプの他方のパイプに対する継手中心線の周り
での回転を調節することができる。しかしながら、ピス
トン・シール型継手は、連結したパイプの中心線が概し
て平行であるが、互いに横方向にずれたときに起こる横
方向不一致（ミスアライメント）に耐えられない。又、
第１のパイプの外面と第２のパイプの内面とが円筒形で
ある場合には、ピストン・シール型継手は、パイプの中
心線が互いに傾斜してある角度をなすときに起こる角度
の不一致にも耐えられない。更に、ピストン・シール型
継手は、嵌め合い表面の間に必要なクリアランス、嵌め
合い表面の間に必要以上に大きなクリアランスをもたら
すことになる製造公差、及び振動により嵌め合い表面に
もたらされる摩耗のせいで、漏れを生じる。このような
継手には、嵌め合い表面の間の漏れを最小にするため
に、嵌め合い表面に摩耗被膜を設けたり、且つ又は振動
減衰手段を設けたりすることができるが、この漏れを完
全になくすことはできない。従って、ピストン・シール
型継手は、他の手段を用いて漏れを抑えない限り、漏れ
が許されない燃料及びオイル等の液体を輸送する配管系
統に用いるのに適当ではない。気体を輸送する配管系統
に用いる場合、ピストン継手の漏れはエンジン性能の低
下につながる。
【０００４】従来の伸縮継手の他の例に、ベローズ継手
がある。このベローズ継手では、環状ベローズが、隣接
する流体搬送パイプの間に延在している。ベローズ継手
は、漏れなし継手とみなされ、隣接するパイプの間の相
対的な膨張及び収縮を調節することができる。流れによ
り高サイクル疲労破損がベローズに誘引されるのを回避
するために、ベローズ継手は典型的には、ベローズの波
打ちを流体流路から遮蔽するように流れライナを含んで
いる。このようなベローズ型伸縮継手の一例に、ウデル
（Udell ）の米国特許番号第５１４５２１５号（１９９
２年９月８日発行）に開示されたものがある。図１〜図
５に示されているように、ウデルの特許の継手は、直径
の一定な流路を含んでおらず、その代わりに大径の外側
スリーブ１６に挿入されている内側スリーブ１７を含ん
でいる。スリーブ１６と嵌まり合っているスリーブ１７
の円筒形部が、スリーブ１７の拡大入口部１８に対して
減径されている状態で図示されている。スリーブ１７の
形状は、拡大入口部１８の流れ面積に等しい一定の流れ
面積の流路を有している継手と比較して、流体系に圧力
降下をもたらす原因となる。その上、ウデルの特許に開
示されたもののようなベローズ型伸縮継手は、流れ方向
に敏感である。伸縮継手を誤った方向に装填すると、流
体流れが、例えばウデルの特許の図２ａに示されたギャ
ップ２９ａ、２９ｂ、３０ａ及び３０ｂを通ってスリー
ブ部材の間の環状空間に押し込まれるおそれがあり、そ
うなると過剰な圧力降下の原因となったり、ベローズの
破損につながるおそれがある。ウデルの装置の形状は、
図５に示されるように、より小さな内側スリーブ１７を
より大きな外側スリーブ１６に対して傾斜させて、通常
の使用時に遭遇する曲げ力を吸収できる形状となってい
る。ウデルの特許に記載されているように使用中に誘引
される曲げ力を調節するために、又は伸縮継手が連結さ
れている嵌合した流体パイプの間の組み立て時の角度の
不一致を調節するために、スリーブ部材を互いにある限
度内で傾斜させることが望ましい。しかしながら、より
大きな嵌合カップリング（結合部）に挿入されたより小
さな流れライナを有している汎用形式のベローズ型伸縮
継手では、流れライナと、嵌合カップリングとが、互い
に角度の不一致を生じることがあり、このようなベロー
ズ型伸縮継手は、ベローズの局所区域に大きな曲げ応力
をもたらす過大な不一致を受けることがあることが知ら
れている。
【０００５】従来のベローズ型伸縮継手が遭遇してきた
他の問題として、特に組み立て時において、ベローズの
過剰な圧縮によるベローズの損傷と、ベローズにねじれ
荷重が加わることによるベローズの破損とが挙げられ
る。上述したところから明らかなように、従来の伸縮継
手と関連した前述した問題点を解決するために、流体配
管系統に用いる改良された伸縮継手を開発することが求
められている。
【０００６】
【発明の概要】本発明は、第１の流体搬送パイプと第２
の流体搬送パイプとを連結するために用いる伸縮継手に
関する。本発明の好適な実施例によれば、伸縮継手は第
１の環状カップリングを含んでおり、第１の環状カップ
リングは、第１の円筒形ボアと、第１の流体搬送パイプ
に作動連結可能な第１の端とを有している。伸縮継手は
更に、第２の環状カップリングを含んでおり、第２の環
状カップリングは、円筒形ボアと、第２の流体搬送パイ
プに作動連結可能な第１の端とを有している。通路が、
第１及び第２のカップリングを貫通しており、第１の流
体搬送パイプと第２の流体搬送パイプとの間の流体連通
をもたらしている。環状ベローズが、第１のカップリン
グと第２のカップリングとの間を軸線方向に延在してお
り、第１及び第２の流体搬送パイプの相互の相対的な軸
線方向移動を調節する。環状ベローズの両端は、第１及
び第２のカップリングにそれぞれ固定して連結されてい
る。環状ベローズは、通路の半径方向外側に配設されて
おり、通路から第１のカップリングと第２のカップリン
グとの間に漏れ出る流体を捕捉する１次シール手段を形
成している。第１のカップリングの第２の端には、第２
の円筒形ボアが形成されており、第２のカップリングの
拡径された第２の端が、球形外面を有している。この球
形外面は、第２のカップリングがその第２のカップリン
グの拡径された第２の端の幾何学的中心の周りに回動す
るのを許容すると共に、第２のカップリングが第１のカ
ップリングに対して軸線方向に摺動するのを許容するよ
うに、第２の円筒形ボアに係合している。従って、第２
のカップリングの球形外面と、第１のカップリングの第
２の円筒形ボアとが組み合わさって、第１の流体搬送パ
イプと第２の流体搬送パイプとの間の角度の不一致を調
節すると共に、第１及び第２の流体搬送パイプの相互の
相対的な軸線方向移動を調節する。球形外面と、第２の
円筒形ボアとは又、互いに組み合わさって、伸縮継手の
２次シール手段を形成している。
【０００７】本発明による他の好適な実施例は、下記の
追加の構造的特徴と機能とを備えている。伸縮継手は更
に、第２のカップリングに取り付けられた半径方向外方
に延在している環状フランジと、第１のカップリングと
同軸に配設されていると共に第１のカップリングに固着
されており、環状ベローズの半径方向外側に配設されて
いる環状シールドとを含んでいる。半径方向外方に延在
している環状フランジは、第２のカップリングの拡径さ
れた第２の端の幾何学的中心の周りでの第２のカップリ
ングの回動を制限するように、シールドの半径方向内側
に配設されていると共にシールドから半径方向に離間し
ている。第１のカップリングは、軸線方向に面している
肩部を含んでおり、この肩部は、第１の円筒形ボアと第
２の円筒形ボアとの間に形成されている。肩部は、第２
のカップリングの第２の端に対して、ベローズの軸線方
向圧縮を制限するように配設されている。環状シールド
の先端が、半径方向内方に延在しているフランジを構成
しており、この半径方向内方に延在しているフランジ
は、第２のカップリングに取り付けられた半径方向外方
に延在しているフランジに対して、ベローズの軸線方向
伸長を制限するように配設されている。第１のカップリ
ングの第１の円筒形ボアの直径は、第２のカップリング
の円筒形ボアの直径に実質的に等しく、これにより、通
路に流れる流体の圧力降下を最小にする。伸縮継手は更
に、第２のカップリングが第１のカップリングに対し
て、伸縮継手の長さ方向に延在している中心線の周りに
回転するのを防止する手段を含んでいる。この回転防止
手段は、第２のカップリングの拡径された第２の端の球
形外面から半径方向外方へ突出している少なくとも１つ
のピンと、第１のカップリングの第２の端に形成された
軸線方向に延在している少なくとも１つの溝とを含んで
おり、ピンは溝に嵌まっている。
【０００８】
【実施例】本発明の構造的な特徴及び機能、並びにそれ
から得られる効果を一層明瞭にするために、以下に図面
と関連させながら、本発明の好適な実施例について詳し
く説明する。図面において、同一又は類似の要素は同一
の参照番号で示されている。
【０００９】図１は本発明の伸縮継手１０の長さ方向断
面図である。伸縮継手１０は、第１の流体搬送パイプ１
２と第２の流体搬送パイプ１４とをそれぞれ流体連結す
るために用いられている。好適な実施例では、パイプ１
２及び１４はガスタービンエンジン（図示していない）
の外部配管系統の一部であり、パイプ１２及び１４は液
体又は気体を輸送するために用いることができる。しか
しながら、伸縮継手１０は、ガスタービンエンジンに用
いられる配管系統以外の配管系統に用いられるパイプを
流体連結するためにも用いることができる。
【００１０】伸縮継手１０は、継手１０の軸線方向に且
つ長手方向に延在している中心線２０の周りにそれぞれ
配設されている第１の環状カップリング（結合部）１６
と、第２の環状カップリング（結合部）１８とを含んで
いる。第１のカップリング１６は、第１の円筒形ボア２
２と、第１の流体搬送パイプ１２に作動連結可能な第１
の端２４とを有している。第２のカップリング１８は、
円筒形ボア２６と、第２の流体搬送パイプ１４に作動連
結可能な第１の端２８とを含んでいる。好適な実施例で
は、端部２４及び２８は、パイプ１２及び１４にそれぞ
れ突き合わせ溶接されている。第１のカップリング１６
の第１の円筒形ボア２２は、第２のカップリング１８の
円筒形ボア２６に対して、通路３０を画定するように配
設されている。通路３０は、第１のカップリング１６及
び第２のカップリング１８をそれぞれ貫通しており、第
１の流体搬送パイプ１２と第２の流体搬送パイプ１４と
の間の流体連通をもたらしている。図１に示すように、
流体流れ３２は第１のパイプ１２から通路３０を通って
第２のパイプ１４に流れる。しかしながら、本発明の伸
縮継手１０は、後述する理由で流れ方向を制限しないの
で、伸縮継手１０は、第２のパイプ１４から第１のパイ
プ１２に流れる流体を収容するためにも適当であること
を理解すべきである。
【００１１】伸縮継手１０は更に、通常の設計の環状可
撓性ベローズ３４を含んでいる。環状可撓性ベローズ３
４は、軸線方向に離間した複数の環状のベローズ波状部
を含んでおり、これらのベローズ波状部は、図１に示す
ように相互連結されている。ベローズ３４は、第１のカ
ップリング１６と第２のカップリング１８との間に軸線
方向に延在しており、第１のパイプ１２及び第２のパイ
プ１４の相互の相対的な軸線方向移動をそれぞれ調節
（吸収）する。第１のカップリング１６は、半径方向外
向きに延在しているフランジ３６を含んでおり、フラン
ジ３６は、第１のカップリング１６の半径方向外面３８
から半径方向外向きに突出している。伸縮継手１０は更
に、第２のカップリング１８から半径方向外向きに延在
しているフランジ４０を含んでいる。フランジ４０は、
第２のカップリング１８の半径方向外側の概して円筒状
の表面４２に取り付けられていると共に、表面４２から
半径方向外向きに突出している。フランジ４０は、第２
のカップリング１８と一体的に形成されていてもよい
し、又は別個に形成して通常の手段によって第２のカッ
プリング１８に取り付けられていてもよい。ベローズ３
４は、第１の端４４と、第２の端４６とを含んでおり、
これらの端部は図１では、フランジ３６及び４０の軸線
方向に延在しているリップとそれぞれ突き合わせ関係に
あることが図示されている。しかしながら、ベローズ３
４と、フランジ３６及び４０とは、好適な実施例では、
継手１０の製造を容易にするために、抵抗溶接によるベ
ローズ３４のフランジ３６及び４０への取り付けを可能
にする形状を有している。好適な実施例では、ベローズ
３４、第１のカップリング１６及び第２のカップリング
１８は、ガスタービンエンジンの種々の配管系統に用い
るのに適当なインコネル（Inconel ）６２５でそれぞれ
作製されている。しかしながら、ベローズ３４、並びに
カップリング１６及び１８を作製するために、用途に応
じて、他の材料を選択してもよいことが理解されるべき
である。ベローズ３４は通路３０の半径方向外側に配設
されており、流体流れの矢印４８で示されるように、カ
ップリング１６及び１８の回転表面の間から漏れ出る流
体を捕捉するための１次シール手段を形成している。
【００１２】第１のカップリング１６は更に、カップリ
ング１６の第２の端５２に形成されている第２の円筒形
ボア５０を含んでおり、第２のカップリング１８は更
に、球形外面５６を有している球の一部を構成している
拡径された第２の端５４を含んでいる。球形外面５６
は、第２のカップリング１８の拡径された第２の端５４
の幾何学的中心５８から伸びている半径によって画定さ
れている。球形外面５６は、第２のカップリング１８が
第２のカップリング１８の第２の端５４の幾何学的中心
５８の周りに回動するのを許容すると共に、第２のカッ
プリング１８が第１のカップリング１６に対して軸線方
向に摺動するのを許容するように、第２の円筒形ボア５
０に係合している。ベローズ３４は、伸びたり縮んだり
して、パイプ１２及び１４の相互の相対的な軸線方向移
動を通常通りに調節（吸収）する。ベローズ３４は、撓
むことにより、即ち、ベローズ３４の円周方向に延在し
ている第１の部分が圧縮され、ベローズ３４の円周方向
に延在している第２の部分が伸長することにより、第２
のカップリング１８の枢動作用を調節（吸収）する。そ
の結果、球形外面５６及び第２の円筒形ボア５０はベロ
ーズ３４と組み合わさって、第１の流体搬送パイプ１２
と第２の流体搬送パイプ１４との間の角度の不一致（ミ
スアライメント）を調節すると共に、パイプ１２及び１
４の相互の相対的な軸線方向移動を調節する。この角度
の不一致の調節は、第２のカップリング１８を幾何学的
中心５８の周りに適当な向きに回動することにより達成
され、従って、ベローズ３４を撓ませることにより、パ
イプ１２とパイプ１４との間の角度の不一致を調節す
る。尚、パイプ１２及び１４について用いる用語「角度
の不一致」とは、パイプ１２及び１４の個々の中心線が
互いに傾斜してある角度を成す状態を指すものであり、
パイプ１２及び１４のそれぞれの中心線の周りでの相対
的な角度のある、即ち、ねじれた位置を意味するもので
はない。更に、留意すべきこととして、伸縮継手１０
は、横方向の片寄り（オフセット）、即ち、パイプ１２
及び１４の個々の中心線が互いに概して平行であり、互
いに横方向にずれているときのパイプ１２とパイプ１４
との間の片寄り不一致（オフセット・ミスアライメン
ト）を調節（吸収）しない。球形外面５６と、第２の円
筒形ボア５０とは又、組み合わさって、流体が通路３０
から漏れ出るのを阻止する２次シール手段を形成してい
る。しかしながら、球形外面５６と第２の円筒形ボア５
０との間には、組み立てを可能にするために小さなクリ
アランスをとらなければならないので、流体流れの矢印
４８で示すように少量の流体が球形外面５６と第２の円
筒形ボア５０との間から漏れ出る。
【００１３】伸縮継手１０は更に、環状シールド６０を
含んでいる。環状シールド６０は、第１のカップリング
１６と同軸に配設されていると共に、半径方向外方に延
在しているフランジ３６に固着されている。好適な実施
例では、シールド６０はフランジ３６に突き合わせ溶接
されている。環状シールド６０は、環状ベローズ３４の
半径方向外側に配設されており、従って、継手１０の外
側のごみや破片がベローズ３４の波状部に入り込むのを
阻止する。そうしないと、ごみ等がベローズ３４の機能
を悪化するおそれがある。第２のカップリング１８に取
り付けた半径方向外方に延在しているフランジ４０は、
環状シールド６０の半径方向内側に位置していると共に
環状シールド６０から半径方向に離間しており、第２の
カップリング１８の拡径された第２の端５４の幾何学的
中心５８の周りでの第２のカップリング１８の回動を制
限している。フランジ４０がシールド６０から半径方向
に離間している距離は、第２のカップリング１８が、ベ
ローズ手段３４に望ましくない曲げ変形、そしてそれに
伴う曲げ応力がかかるのを回避するように選択されてい
る所定のミスアライメント円弧（図示していない）だけ
回動したところで、フランジ４０がシールド６０に接触
することになる所定の距離である。図１に示す伸縮継手
１０の第１のカップリング１６、第２のカップリング１
８及び中心線２０の配向は、パイプ１２及び１４が互い
に概して心合わせされた位置に対応している。尚、パイ
プ１２及び１４が互いに角度の不一致関係にあるとき、
伸縮継手１０の中心線２０は不連続となり、第２のカッ
プリング１８の中心線は第１のカップリング１６の中心
線に対して傾斜して、ある角度を成している。所定のミ
スアライメント円弧（図示していない）は、フランジ４
０がシールド６０に接触したときのカップリング１６の
中心線とカップリング１８の中心線との間の鋭角と定義
されており、好適な実施例では約５度であるが、用途条
件に応じて変えることができる。フランジ４０とシール
ド６０との間の半径方向隙間は、第１のカップリング１
６の第２の円筒形ボア５０と第２のカップリング１８の
半径方向外側の概して円筒形の表面４２との間の半径方
向隙間よりも、第１のカップリング１６に対する第２の
カップリング１８の軸線方向位置がどうであろうと、第
２のカップリング１８が幾何学的中心５８の周りに回動
する際に第１のカップリング１６が表面４２に接触しな
いようにする量だけ小さく、これにより、表面４２を損
傷するおそれをなくす。伸縮継手１０が、ベローズ手段
３４への望ましくない災難を回避しつつ、パイプ１２と
パイプ１４との間の所定量の角度の不一致を調節できる
ことは、本発明の主要な特徴である。
【００１４】第１のカップリング１６の第１の円筒形ボ
ア２２の直径は、第２のカップリング１８の円筒形ボア
２６の直径と実質的に等しく、これにより、通路３０に
流れる流体流れ３２の圧力降下を最小にする。この流体
流れ３２の圧力降下の最小化が達成されるのは、従来の
ベローズ継手の減径された内部流れスリーブと関連した
圧力降下が回避されるからであり、又、ボア２２及び２
６が通路３０に滑らかな境界をもたらすからである。ボ
ア２２及び２６の直径は名目上、互いに等しく、製造公
差のばらつきで互いにわずかに異なる。ボア２２及び２
６の寸法が実質的に等しいことと、第２のカップリング
１８の球形外面５６が第１のカップリング１６の第２の
円筒形ボア５０と係合することとにより、流体流れ３２
の方向にかかわりなく伸縮継手１０を装填することがで
きる。即ち、伸縮継手１０は流れ方向を特定しない。
【００１５】伸縮継手１０は更に、第２のカップリング
１８が第１のカップリング１６に対して、伸縮継手１０
の長さ方向に延在している中心線２０の周りに回転する
のを防止する手段を含んでいる。この回転防止手段は、
第２のカップリング１８の拡径された第２の端５４の球
形外面５６から半径方向外方に突出している少なくとも
１つのピン６２を含んでいる。好適な実施例では、回転
防止手段は、円周方向に離間していると共に直径方向に
対向している一対のピン６２を含んでいる。しかしなが
ら、２つよりも多い数の複数のピン６２、例えば４つの
ピンを用いることも本発明の範囲内と考えている。この
場合、ピンは円周方向に等間隔で配設されている。更に
用途によっては、単一のピン６２を用いるのも有利であ
る。所与の用途に対してピン６２の数を、第１及び第２
のカップリング１６及び１８にそれぞれかかる可能性の
あるねじり荷重に基づいて選択することができる。好適
な実施例では、ピン６２と、第２のカップリング１８と
は、一体の構造を成しており、円筒形ピン６２及び球形
外面５４は、切削により形成されている。回転防止手段
は更に、軸線方向に延在している少なくとも１つの溝６
４を含んでおり、少なくとも１つの溝６４は、第１のカ
ップリング１６の第２の端５２に形成されている。ピン
６２と同様に、好適な実施例では、回転防止手段は、円
周方向に離間していると共に直径方向に対向している一
対の溝６４を含んでいる。いずれの用途でも、溝６４の
数はピン６２の数に等しく、溝６４の各々に円筒形ピン
６２の１つが嵌まっている。ピン６２と溝６４とが組み
合わさって、第２のカップリング１８が第１のカップリ
ング１６に対して中心線２０の周りに回転するのを防止
し、従って、ベローズ３４にねじり荷重がかかるのを阻
止する。通常のベローズは典型的にはねじり荷重に弱い
ので、このようにねじり荷重を阻止することによりベロ
ーズ３４の使用寿命が長くなる。第１のカップリング１
６の第２の端５２に溝６４を設けることと、ピン６２と
第２のカップリング１８とを一体構造とすることとによ
って、重量を増加させることなく、ベローズ３４のねじ
り荷重を阻止する手段が得られる。図２（わかり易いよ
うに、ベローズ３４及びシールド６０を省略してある）
から明らかなように、各ピン６２の半径方向外面６３
が、対応する溝６４の表面６５から、所定の不一致円弧
（図示していない）に対応する所定の半径方向クリアラ
ンスだけ離れている。この結果、ピン６２の形状は円筒
形であり、表面６３と表面６５との間に半径方向クリア
ランスがあるので、ピン６２は第２のカップリング１８
の回動を阻止しない。
【００１６】伸縮継手１０は更に、ベローズ３４の軸線
方向圧縮を制限する手段と、ベローズ３４の軸線方向伸
長を制限する手段との両方を含んでいる。即ち、第１の
カップリング１６は、軸線方向に向いている肩部６６を
含んでおり、肩部６６は、第１のカップリング１６の第
１の円筒形ボア２２と第２の円筒形ボア５０との間に形
成されている。肩部６６は第２のカップリング１８の第
２の端５４に対して、ベローズ手段３４の軸線方向圧縮
を制限するように配設されている。環状シールド６０
は、半径方向内向きに延在しているフランジ６８を構成
している先端を含んでおり、フランジ６８は、第２のカ
ップリング１８に取り付けた半径方向外方に延在してい
るフランジ４０に対して、ベローズ３４の軸線方向伸長
を制限するように配設されている。
【００１７】好適な実施例では、伸縮継手１０は次のよ
うに組み立てられている。ベローズ３４を第１のカップ
リング１６の第２の端５２の上に滑らせ、第２のカップ
リング１８の球形外面５６を第１のカップリング１６の
第２の円筒形ボア５０内に挿入し、次いでベローズ３４
をフランジ３６及び４０に取り付ける。ベローズ３４が
抵抗溶接により取り付けられるような形状に継手１０を
構成する場合には、ベローズ３４をカップリング１６及
び１８の上に滑らせる前に、カップリング１６及び１８
を互いに係合させることが必要である。いずれの場合に
も、次に環状シールド６０をカップリング１８及び１
６、並びにベローズ３４の上に滑らせ、フランジ３６に
突き合わせ溶接する。この時点で、伸縮継手１０が完成
し、第１のカップリング１６の第１の端２４をパイプ１
２に突き合わせ溶接等により作動連結し、第２のカップ
リング１８の第１の端２８をパイプ１４に突き合わせ溶
接等により作動連結することができる。他の実施例（図
示していない）では、ベローズ３４が第１のカップリン
グ１６及び第２のカップリング１８にろう付けにより取
り付けられるような形状に伸縮継手１０を構成すること
ができる。このようにするためには、フランジ３６の幅
を広げて、ベローズ３４の第１の端４４をフランジ３６
とシールド６０との間に挟んで、そこにろう付けできる
ようにし、又、フランジ４０の代わりに別個のＬ形フラ
ンジを形成し、ベローズ３４の第２の端４６をそのＬ形
フランジとカップリング１８の半径方向外側の概して円
筒形の表面４２との間に挟んで、そこにろう付けできる
ようにすればよい。
【００１８】図３に示す伸縮継手１０’は、本発明の簡
略な実施例を表す。伸縮継手１０と同様に、継手１０’
は、第１のカップリング１６’と、第２のカップリング
１８’とを含んでおり、これらのカップリングは、パイ
プ１２及び１４にそれぞれ作動連結可能な第１の端２
４’及び２８’をそれぞれ有している。第１のカップリ
ング１６’は、第１の円筒形ボア２２’と、第２の円筒
形ボア５０’とを含んでいるが、ボア５０’がボア２
２’より半径方向内側に配設されている点、並びにボア
２２’及び５０’の両方が通路３０’の一部を形成して
いる点で、第１のカップリング１６とは異なっている。
第２のカップリング１８とは異なり、第２のカップリン
グ１８’は、第１の円筒形ボア２６’と、第２の円筒形
ボア２７とを含んでおり、ボア２７は、ボア２６’の半
径方向内側に配設されている。カップリング１６’のボ
ア２２’及び５０’は、カップリング１８’のボア２７
及び２６’と組み合わさって、カップリング１６’及び
１８’を貫通している通路３０’を画定している。従っ
て、通路３０’は直径の一定な流路を構成していないこ
とが明らかであり、ボア２６’及び２２’に比べて直径
の小さなボア２７及び５０’をそれぞれ用いて、製造を
容易にしている。このような例は、それに伴って通路３
０’を経ての圧力降下が増加しても差しつかえのない用
途に用いられる。
【００１９】ベローズ３４と同様に、ベローズ３４’は
第１のカップリング１６’と第２のカップリング１８’
との間に軸線方向に延在しており、これらのカップリン
グにそれぞれ固定された反対端４４’及び４６’を有し
ている。ベローズ３４’、環状シールド６０’及びフラ
ンジ４０’の機能は、図１に示す伸縮継手１０の対応す
る要素と同一である。しかしながら、ベローズ３４’、
シールド６０’及びフランジ４０’は、ベローズ３４’
の端部４４’及びシールド６０’を第１のカップリング
１６’に抵抗溶接すると共に、ベローズ３４’の端部４
６’及びフランジ４０’を第２のカップリング１８’に
抵抗溶接できるような形状を有しているものとして図示
されている。
【００２０】第２のカップリング１８’は、拡径された
第２の端５４’を含んでいる。第２の端５４’は、球形
外面５６’を有しており、球形外面５６’は、継手１０
の対応する要素と同様に第１のカップリング１６’の第
２の円筒形ボア５０’と係合している。その結果、第２
のカップリング１８’は第１のカップリング１６’に対
して軸線方向に滑り、又、拡径された第２の端５４の幾
何学的中心５８’の周りに回動することができ、こうし
て、パイプ１２及び１４の相互に相対的な軸線方向移動
を調節（吸収）すると共に、パイプ１２とパイプ１４と
の間の角度の不一致を調節（吸収）することができる。
球形外面５６’と、第２の円筒形ボア５０’とは又、伸
縮継手１０’の２次シール手段を形成している。表面５
６’とボア５０’との間にシールが存在しているにもか
かわらず、継手１０’の組み立て後の向きは、図３に示
すように流れ３２がパイプ１４からパイプ１２に進み、
反対方向への流れで表面５６’とボア５０’との間に不
必要な圧力降下及び漏れが増大するのを回避するような
配向とすることが好ましい。
【００２１】第２のカップリング１８’に取り付けられ
ているフランジ４０’、及びシールド６０’の機能は、
継手１０の対応する要素と同一であり、第２のカップリ
ング１８’がカップリング１８’の拡径された第２の端
５４’の幾何学的中心５８’の周りで回動するのを制限
しており、これにより、第２のカップリング１８’が過
度に回動する結果生じるベローズの災害を回避する。シ
ールド６０と同様に、シールド６０’は、半径方向内方
に延在しているフランジ６８’を構成している先端を含
んでおり、フランジ６８’は、フランジ４０’に対し
て、ベローズ３４’の軸線方向伸長を制限するように配
設されている。
【００２２】ベローズ３４’の軸線方向圧縮を防止する
手段は、継手１０における手段とは構造的に異なってい
るが、同じ結果を達成することができる。第２のカップ
リング１８’は、第２のカップリング１８’の拡径され
た第２の端５４’付近に配設されている環状肩部５５を
含んでいる。肩部５５は、第１のカップリング１６’の
第２の端５２’に対してベローズ３４’の軸線方向圧縮
を制限するように配設されている。簡略型伸縮継手１
０’と伸縮継手１０とのもう１つの相違として、継手１
０’は、第２のカップリング１８’が第１のカップリン
グ１６’に対して軸線２０の周りに回転するのを防止す
る手段を含んでいない、即ち、継手１０’は、ピン６２
及び溝６４、又はそれらの均等物を含んでいない。ピン
６２及び溝６４がないことで、継手１０と比べて、継手
１０’は複雑さが、従ってコストが低減する。従って、
継手１０’の予想される用途は、系の配管構造及びその
他の理由のため、カップリング１６’及び１８’へのね
じれ荷重入力が存在しないか又は比較的小さいと予想さ
れる、従って、回転防止手段がなくてもベローズの不具
合が起こらない、配管系統である。
【００２３】結論として、本発明の伸縮継手１０及び１
０’の有効な構造的特徴及び有利な機能は、次の通りで
ある。継手１０及び１０’はそれぞれ、第１及び第２の
流体搬送パイプ１２及び１４にそれぞれ作動連結するこ
とができる第１及び第２の環状カップリングを含んでい
る。各継手は更に、第１のカップリングと第２のカップ
リングとの間に延在している環状ベローズを含んでい
る。ベローズと、第２のカップリングの球形外面が第１
のカップリングの第２の円筒形ボアに係合することとが
組み合わさって、継手１０及び１０’は、パイプ１２と
パイプ１４との間の角度の不一致を調節すると共に、パ
イプ１２及び１４の相互の相対的な軸線方向移動を調節
することが可能になる。継手１０及び１０’は更に、第
２のカップリングの回動を制限する手段と、ベローズの
軸線方向伸長及び圧縮を制限する手段と、異物がベロー
ズの波状部に侵入するのを阻止する手段とをそれぞれ含
んでいる。伸縮継手１０は又、ベローズにねじり荷重が
かかるのを阻止するために、第２のカップリングが第１
のカップリングに対して継手中心線の周りに回転するの
を防止する手段を含んでいる。更に、伸縮継手１０の第
１のカップリング１６の第１の円筒形ボア２２は、第２
のカップリング１８の円筒形ボア２６の直径と実質的に
等しい直径を有しており、これにより、伸縮継手１０の
通路手段３０に流れる流体流れ３２の圧力降下を最小に
する。
【００２４】以上、本発明の好適な実施例を具体的な細
部まで説明したが、本発明の要旨から逸脱しない範囲内
で種々の変更、置換及び改変が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の伸縮継手の好適な実施例を示す長さ方
向断面図である。
【図２】図１の２−２線断面図であって、明瞭のために
ベローズ及び環状シールドを省略して、本発明の回転防
止手段を示す図である。
【図３】本発明の簡略な実施例を示す図１と同様の長さ
方向断面図である。
【符号の説明】
１０ 伸縮継手 １２、１４ パイプ １６ 第１のカップリング １８ 第２のカップリング ２０ 中心線 ２２ 第１の円筒形ボア ２４ 第１のカップリングの第１の端 ２６ 円筒形ボア ２８ 第２のカップリングの第１の端 ３０ 通路 ３４ ベローズ ３６、４０ フランジ ５０ 第１のカップリングの第２の円筒形ボア ５２ 第１のカップリングの第２の端 ５４ 第２のカップリングの拡径された第２の端 ５６ 球形外面 ５８ 中心 ６０ シールド ６２ ピン ６４ 溝
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマス・ジョージ・ウェイクマン アメリカ合衆国、インディアナ州、ローレ ンスバーグ、リッジ・アベニュー、527番 (72)発明者 マイケル・ラルフ・ストーリッジ アメリカ合衆国、オハイオ州、ビーバーク リーク、ダケム・ドライブ、2479番 (72)発明者 マイケル・アンソニイ・アムニイ アメリカ合衆国、オハイオ州、メイソン、 ホイッポーアウィル・レーン、9734番 (72)発明者 マーク・ケヴィン・メイヤー アメリカ合衆国、オハイオ州、センタービ レ、エルムウッド・ドライブ、224番

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１の流体搬送パイプと第２の流体搬送
    パイプとを連結するために用いる伸縮継手であって、 （ａ） 第１の円筒形ボアと、前記第１の流体搬送パイ
    プに作動連結可能な第１の端とを有している第１の環状
    カップリングと、 （ｂ） 円筒形ボアと、前記第２の流体搬送パイプに作
    動連結可能な第１の端とを有している第２の環状カップ
    リングと、 （ｃ） 前記第１及び第２のカップリングを貫通してお
    り、前記第１の流体搬送パイプと前記第２の流体搬送パ
    イプとの間の流体連通をもたらす通路と、 （ｄ） 前記第１のカップリングと前記第２のカップリ
    ングとの間に軸線方向に延在しており、前記第１及び第
    ２の流体搬送パイプの互いに相対的な軸線方向移動を調
    節する環状ベローズであって、該環状ベローズは、前記
    第１及び第２のカップリングにそれぞれ固定して連結さ
    れている両端を有しており、前記通路から前記第１のカ
    ップリングと前記第２のカップリングとの間に漏れ出る
    流体を捕捉する１次シール手段を形成するように前記通
    路の半径方向外側に設けられている、環状ベローズとを
    備えており、 （ｅ） 前記第１のカップリングは、該第１のカップリ
    ングの第２の端に形成されている第２の円筒形ボアを有
    しており、 （ｆ） 前記第２のカップリングは、球形外面を有して
    いる拡径された第２の端を含んでおり、 （ｇ） 前記球形外面は、前記第２のカップリングが該
    第２のカップリングのの前記拡径された第２の端の幾何
    学的中心の周りに回動するのを許容すると共に前記第２
    のカップリングが前記第１のカップリングに対して軸線
    方向に摺動するのを許容するように、前記第２の円筒形
    ボアに係合しており、前記球形外面と、前記第２の円筒
    形ボアとは、前記第１の流体搬送パイプと前記第２の流
    体搬送パイプとの間の角度の不一致を調節すると共に前
    記第１及び第２の流体搬送パイプの相対的な軸線方向移
    動を調節するように、前記ベローズ手段と組み合わさっ
    ており、前記球形外面と、前記第２の円筒形ボアとは
    又、該伸縮継手の２次シール手段を形成するように互い
    に組み合わさっている伸縮継手。
  2. 【請求項２】 前記伸縮継手は更に、 （ａ） 前記第２のカップリングに取り付けられた半径
    方向外方に延在している環状フランジと、 （ｂ） 前記第１のカップリングと同軸に設けられてい
    ると共に該第１のカップリングに固定して取り付けられ
    ており、前記環状ベローズの半径方向外側に設けられて
    いる環状シールドとを含んでおり、 （ｃ） 前記半径方向外方に延在しているフランジは、
    前記拡径された第２の端の前記幾何学的中心の周りでの
    前記第２のカップリングの回動を制限するように、前記
    シールドの半径方向内側に設けられていると共に該シー
    ルドから半径方向に離間している請求項１に記載の伸縮
    継手。
  3. 【請求項３】 前記第１のカップリングの前記第１の円
    筒形ボアの直径は、前記通路に流れる流体の圧力降下を
    最小にするように、前記第２のカップリングの前記円筒
    形ボアの直径と実質的に等しい請求項２に記載の伸縮継
    手。
  4. 【請求項４】 （ａ） 前記伸縮継手は更に、前記第２
    のカップリングが前記第１のカップリングに対して、該
    伸縮継手の長さ方向に延在している中心線の周りに回転
    するのを防止する手段を含んでおり、 （ｂ） 該回転を防止する手段は、前記第２のカップリ
    ングの前記第２の端の前記球形外面から半径方向外方へ
    突出している少なくとも１つのピンと、前記第１のカッ
    プリングの前記第２の端に形成された軸線方向に延在し
    ている少なくとも１つの溝とを含んでおり、前記溝は、
    前記ピンを受け入れている請求項２に記載の伸縮継手。
  5. 【請求項５】 （ａ） 前記第１のカップリングは、前
    記第１の円筒形ボアと前記第２の円筒形ボアとの間に形
    成された軸線方向に面している肩部を含んでおり、 （ｂ） 該肩部は、前記第２のカップリングの前記第２
    の端に対して、前記ベローズの軸線方向圧縮を制限する
    ように設けられている請求項２に記載の伸縮継手。
  6. 【請求項６】 （ａ） 前記環状シールドは、半径方向
    内方に延在しているフランジを構成している先端を含ん
    でおり、 （ｂ） 前記シールドの前記半径方向内方に延在してい
    るフランジは、前記第２のカップリングに取り付けられ
    た前記半径方向外方に延在しているフランジに対して、
    前記ベローズの軸線方向伸長を制限するように設けられ
    ている請求項５に記載の伸縮継手。
  7. 【請求項７】 前記第１のカップリングの前記第１の円
    筒形ボアの直径は、前記通路に流れる流体の圧力降下を
    最小にするように、前記第２のカップリングの前記円筒
    形ボアの直径と実質的に等しい請求項６に記載の伸縮継
    手。
  8. 【請求項８】 （ａ） 前記伸縮継手は更に、前記第２
    のカップリングが前記第１のカップリングに対して、該
    伸縮継手の長さ方向に延在している中心線の周りに回転
    するのを防止する手段を含んでおり、 （ｂ） 該回転を防止する手段は、前記第２のカップリ
    ングの前記第２の端の前記球形外面から半径方向外方へ
    突出している少なくとも１つのピンと、前記第１のカッ
    プリングの前記第２の端に形成された軸線方向に延在し
    ている少なくとも１つの溝とを含んでおり、前記溝は、
    前記ピンを受け入れている請求項７に記載の伸縮継手。
  9. 【請求項９】 （ａ） 前記第２のカップリングは、前
    記第２のカップリングの前記拡径された第２の端付近に
    設けられている環状肩部を含んでおり、 （ｂ） 該肩部は、前記第１のカップリングの前記第２
    の端に対して、前記ベローズの軸線方向圧縮を制限する
    ように設けられている請求項２に記載の伸縮継手。
  10. 【請求項１０】 （ａ） 前記環状シールドは、半径方
    向内方に延在しているフランジを構成している先端を含
    んでおり、 （ｂ） 前記シールドの前記半径方向内方に延在してい
    るフランジは、前記第２のカップリングに取り付けられ
    た前記半径方向外方に延在しているフランジに対して、
    前記ベローズの軸線方向伸長を制限するように設けられ
    ている請求項９に記載の伸縮継手。
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