JP2016508207A - 管を接合する継手および管を接合する方法 - Google Patents

Abstract

圧着継手は、硬質管の端部に圧着するよう構成された雌ソケットを備えている。ソケットは、内側円筒状面部分と少なくとも１つの環状シール部分とを有する焼き鈍しされた環状壁を備えている。円筒状面部分は、軸方向でソケット開口部と環状シール部分との間に位置しており、かつ管の外径に適合した直径を有する。環状シール部分は、円筒状面部分の直径より大きい最内直径を有する。管の端部をソケットに挿入する時、管は、環状シール部分と摺接しない。したがって、環状シール部分は、管の挿入によって損傷を受けない。次いで、環状シール部分は、半径方向に圧着され、最終的に、連結形状および圧力シールを形成するように管の一部に接触しかつ変形させる。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１３年１月１１日に出願された現在係属中の仮特許出願第６１／７５１６１３号明細書の出願日の利益を主張する。

連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載
該当なし。

付録
該当なし。

発明の背景
本発明は、複数の加圧管を互いに接合する継手に関する。特に、本発明は、圧力シールを、多くのポリマＯリングの作動温度を超える温度に保つことができる金属間シールを形成するように構成された金属製の圧着継手に関する。

一般背景
２０１２年１２月１３日に出願された米国特許出願公開第２０１３／７１４００２号明細書（その全ての内容を引用することにより本願に援用する）において述べられているように、金属製の圧着継手を使用して、接合部において２０００ｐｓｉ（１３．８ＭＰａ）を超えるゲージ圧力において漏れが発生しないように複数の金属管を接合することができる。そのような継手は、ＨＶＡＣ配管に関して使用することに特に適している。しかし、そのような圧着継手は、高温に耐えることができないＯリングまたは別のタイプのシールエレメントの使用に依存することが多い。従って、そのような継手は、１０００°Ｆ（５３８℃）を超える温度になった後に３００ｐｓｉ（２．０７ＭＰａ）の圧力に耐える必要のあるＯＸＹ−ＭＥＤ配管に関して使用することには適していない。そのような温度では、ポリマ材料は溶け、かつ／または圧力シールを維持するのに有効でない。

ＯＸＹ−ＭＥＤ配管は、通常、１００ｐｓｉ（０．６９ＭＰａ）未満の最高圧力で作動する必要がある。しかし、ＯＸＹ−ＭＥＤ管路が、加圧酸素を含むので、そのような管路は、建築基準および規格により、小規模な火災に伴う高温に耐えられることが要求される。さらに、その酸素の少なくとも一部は最終的には吸入されるので、通常、ＯＸＹ−ＭＥＤ配管に使用される管および接合部の清浄度に関する厳しい要件がある。従って、使用する継手および管は、洗浄することができ、健康上のリスクをなんらもたらさず、かつ酸素を豊富に含む環境に耐えることができる材料から構成される必要がある。多くの場合、ＯＸＹ−ＭＥＤ配管に使用される管は、硬引銅であり、かつ接合部または他の継手は、はんだ付けまたはろう付けされている。そのような管（特に、銅管）の一部を接合するために従来のはんだ付け／ろう付け技術が使用されているが、はんだ付けまたはろう付けには不利益がある。例えば、はんだ付け／ろう付けは、通常、トーチの使用を伴うため、設置時に特有の火災のリスクが生じる。このことは、一般に公開されている建物内において管を接合する必要がある状況では問題であるか、または禁止されていることがある。加えて、内面の酸化およびＯＸＹ−ＭＥＤ配管路の汚染を防ぐために、ろう付けの前に接続部に保護ガスを充填しておく必要がある。

発明の概要
本発明により、はんだ付け技術またはろう付け技術ではなく、圧着技術を使用して管を互いに接続することが可能になる。さらに、本発明による継手は、３００ｐｓｉ（２．０７ＭＰａ）を超える圧力において圧力シールを保ち、かつ１０００°Ｆ（５３８℃）を超える温度に耐えることができる金属間シールを使用する。しかし、継手は、ＯＸＹ−ＭＥＤ管を接続する際に使用することに特に適しているが、水管路などの別のタイプの配管を接続するのにも便利であり得る。好ましくは、継手は、焼き鈍しされており、硬化管の接合に使用される。

本発明の１つの態様において、圧着継手は、管の端部を収容し、かつ管の端部に圧着するよう構成された一体かつ均質の雌ソケットを備えている。ソケットは、環状壁と、軸方向開口部とを備えている。環状壁は、内側円筒状面部分と、環状壁の軸方向に隣接し合う部分から半径方向内向きに突出した少なくとも１つの環状シール部分とを備えている。円筒状面部分は、軸方向で開口部と環状シール部分との間に位置しており、かつ継手が接続されるように構成された管の外径に適合した直径を有している。環状シール部分は、円筒状面部分の直径よりも大きい最内直径を有している。この形状により、管の端部がソケットに挿入されるとき、管は、環状シール部分に摺接しない。このため、環状シール部分は、管の端部の挿入によって損傷することがない。その後、環状シール部分は、半径方向内向きに圧着され、かつ連結形状と圧力シールとを形成するように最終的に管の一部に接触しかつ変形させる。

本発明の別の態様において、圧着継手は、管の端部を収容し、かつ管の端部に圧着するよう構成された一体かつ均質の雌ソケットを備えている。ソケットは、環状壁と、軸方向開口部とを備えている。環状壁は、内側円筒状面部分と、軸方向の鋸歯状内面部分とを備えている。円筒状面部分は、軸方向で開口部と軸方向の鋸歯状内面部分との間に位置している。軸方向の鋸歯状内面は、複数の環状シール部分突出部を形成している。

本発明のまた別の態様は、圧着継手の一体かつ均質の雌ソケット部を管の端部に圧着する方法に関する。ソケット部は、環状壁と、軸方向開口部とを備えている。環状壁は、内側円筒状面部分と、少なくとも１つの環状シール部分とを備えている。円筒状面部分は、軸方向で開口部と環状シール部分との間に位置しており、かつ継手が接続されるよう構成された管の外径に適合した直径を有している。環状シール部分は、円筒状面部分の直径よりも始めは大きい最内直径を有する内向き面を有している。この方法は、管の端部をソケット部の軸方向開口部から圧着継手のソケット部に挿入することを含む。管の端部が、ソケット部の内側円筒状面部分の直径にほぼ等しい直径を有するということを考えれば、管の端部は、円筒状面部分と同軸であり、かつ環状シール部分に接触することなく環状シール部分を通過している。その後、この方法は、環状シール部分の最内直径が減少し、環状シール部分が管の端部に接触し、それにより管の端部に永久的なくびれ領域を形成するように圧着継手のソケット部を圧着することを含む。圧着は、圧着が完了すると、管の端部におけるくびれ領域およびソケット部の環状シール部分が互いに対して半径方向に圧縮され続けるようにも行われる。

本発明のさらなる特徴および利点ならびに本発明の作用を、添付の図面を参照にして以下で詳細に説明する。

同じ直径を有する２つの管を接合するよう構成された、本発明による継手の透視図である。 図１に示される継手の平面図である。 図２の線３−３に沿った、図１および２に示される継手の断面図である。 図３の詳細図である。 図１〜４に示される継手に挿入された２つの管を示す透視図である。 図５に示されるアセンブリの断面図である。 継手が圧着されている、図５および６に示されるアセンブリを示す断面図である。

明細書および図面に示されている符号は対応する要素を示している。

詳細な説明
本発明による圧着継手が、図１〜４に示される。図示されている圧着継手１０は、２つの同じ直径を有する管を互いに接合するよう構成されたタイプのものである。しかし、本発明による別の継手が、異なる直径を有する２つ以上の管を接合するよう構成されていてもよく、または別の管の端部を収容するよう構成された管の端部の一体部分であってよいことが理解される。従って、本発明は、図面に示される本発明の特定の実施の形態には限定されない。

継手１０は、一義的には単一の一体形の環状壁１２から構成されるが、継手が火にさらされたときに溶けるよう構成された１つ以上のろう付けリング１４、または弾性を損ねることなく最大１０００°Ｆ（５３８℃）の温度に耐えることができる材料から構成された１つ以上のＯリングを備えていてもよい。継手１０の環状壁１２は、軸方向に対向する半体のそれぞれに雌ソケット１６を形成している。好ましくは、環状壁１２は、円筒状の銅合金管の部分から構成されている。好ましくは、凹状挿入ストッパ１８が、軸対称の平面において、継手１０の環状壁１２の上部および下部にプレス成形されている。好ましくは、各雌ソケット１６は、フレア部２０と、継手１０の環状壁１２に形成されたろう付けリング用溝２２とを備えている。フレア部２０は、各ソケット１６の円筒状部分２４から延びており、かつソケットの開口部２６へと延びるにつれて半径方向外向きにフレア状に広がっている。好ましくは、ろう付けリング用溝２２およびフレア部２０は、ハイドロフォーミング法により形成されている。１つ以上の環状のシール突出部２８が、環状壁１２の内面に、好ましくは、各ソケット１６のろう付けリング用溝２２と円筒状部分２４との間において形成されている。好ましくは、環状のシール突出部２８は、シール突出部の間の環状壁１２の一部に溝を切ることによって形成され、かつ、好ましくは、各ソケット１６は、各ソケット内に軸方向の鋸歯状部分３０を形成する一連のシール突出部を備えている。溝は、半円、Ｖ字状または四角、もしくは別の所望の任意の形状であってよい。また、継手１０の中心軸線に直交する一連のシール突出部２８を形成せずに、環状壁１２にらせん状の溝を切ることにより（らせん状のシール突出部を形成し）各ソケット１６に軸方向の鋸歯状部分３０を形成することができる。好ましくは、溝の深さは、０．０１０〜０．０１５インチ（約０．２５〜０．３８ｍｍ）の範囲である。好ましくは、継手１０の環状壁１２は、０．００５ｍｍ〜０．０７０ｍｍの粒度で軟質な調質度に焼き鈍しされる。

図４からわかるように、各ソケット１６の鋸歯状部分３０の各環状のシール突出部２８は、ソケットの隣接する円筒状部分２４よりもわずかに大きな最内直径を有する。このことは、管３２の端部がソケット１６に挿入される場合に（図５および６に示される）、管がシール突出部に接触しないことを保証する。なぜならば、当然ながら、円筒状部分２４の直径が、管３２の端部の周囲にぴったり合うからである。したがって、シール突出部２８は、管３２の端部の挿入によって損傷することがない。好ましくは、管３２の端部を一方のソケット１６に挿入する前に、その一方のソケットのシール突出部２８間の溝には、Ｓｕｐｅｒｉｏｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ製のＳｕｐｅｒｉｏｒ Ｓｅａｌ ＆ Ａｓｓｉｓｔ ＃５０００などの高温封止剤（図示せず）が充填される。その直後、管３２の端部がソケット１６に挿入される。管３２の端部は、凹状挿入ストッパ１８に接触した時点で、継手１０に完全に挿入されており、次いで雌ソケット１６を圧着することができる。好ましくは、圧着工程は、米国特許出願公開第２０１３／７１４００２号明細書に記載されるように、全体的に均一に行われる。好ましくは、雌ソケット１６のろう付けリング用溝２２によって形成された半径方向外向きに延びる突出部およびフレア部２０は、案内部として機能し、その案内部の間において圧着機が圧着工程時に継手１０にまたがる。このことは、圧着機が、軸方向で雌ソケット１６に沿った最も理想的な位置に配置されることを保証する。好ましくは、圧着機は、雌ソケット１６のシール突出部２８または鋸歯状部分３０の領域の環状壁１２のみを圧着する。これにより、１つまたは複数の軟質な（焼き鈍しされた）シール突出部２８は、硬質管３２の端部に対して半径方向に適合し、かつ図７に示されるように、管３２の端部の対応する部分３４はくびれる。同時に、圧着はまた、シール突出部２８の間の溝から封止剤を流出させ、半径方向でシール突出部と管３２の端部との間の空間に流入させる。また、圧着は、環状壁１２の圧着部分を加工硬化させる。継手１０は、始めは焼き鈍しされており、圧着工程時に加工硬化し、かつ管の端部は十分に硬いので、圧着後、管３２の端部のくびれ部分３４は、３００ｐｓｉ（２．０７ＭＰａ）を越える差圧に耐えるのに十分な圧力シールを形成する半径方向の圧縮力により、１つまたは複数のシール突出部２８に対して半径方向に付勢され続ける。管３２の端部が後から継手から軸方向に抜けるのを防ぐ連結形状が、継手１０と管３２の端部との間に形成されることも理解される。さらに、封止剤は、継手が火災で軸方向に膨張した場合に封止剤に割れが生じないように、高温時に液状または柔軟であり続けるように構成されていることが理解される。したがって、封止剤は、火災の場合に追加のシール機能を提供する。

上述したように、管３２の端部を継手１０の各雌ソケット１６に挿入する前に、ろう付けリング１４を各ろう付けリング用溝２２に配置することもできる。ろう付けリング１４の目的は、継手１０と管３２の端部との間に接合部を形成する際にろう付けされることではない。むしろ、ろう付けリング１４が、接合部が火災や他の異常高温にさらされた場合にバックアップのシール手段として作用することである。接合部がそのような火災や他の異常高温にさらされたとき、ろう付けリング１４は溶けて、ガス漏れに対する追加のバリアを形成する。ろう付けリング１４に代わるものは、上述した高温Ｏリングである。高温Ｏリングを使用する場合、圧着ツールを、継手１０を圧着する工程時に溝２２を囲む環状壁１２の外側部分に小さい圧縮力を加えるように構成してよい。そうすることにより、Ｏリングの圧縮量が増し、かつＯリングの効果が向上する。しかし、ろう付けリング１４のように、Ｏリングの目的は、接合部が火災や他の異常高温にさらされたときにバックアップのシール手段を提供することである。いずれの場合も、圧着工程は、米国特許出願公開第２０１３／７１４００２号明細書に記載されるように、全体的に均一に行われることが好ましい。

上記のことから、本発明は、従来技術の継手にはない幾つかの利点をもたらすことが理解される。

本明細書に記載または図示される構成および方法において、本発明の範囲を逸することなく、種々の改良を実施することができるが、上述の説明に含まれるまたは添付の図面に示される事項はすべて例示であって、限定するものとしては理解されないことが意図されている。したがって、本発明の広さおよび範囲は、上記の例示的な実施の形態のいずれによっても限定されず、本明細書に添付される以下の特許請求の範囲およびその均等物によってのみ特定される。

また、本発明の要素を請求項または本発明の例示的な実施の形態の上記記載において述べるとき、「備える」、「含む」および「有する」という用語は、非限定的であり、記載した要素以外の別の要素があり得ることを意図していることが理解される。さらに、「部分」という用語は、その用語が修飾するアイテムまたは要素の一部またはすべてを意味するものとして理解される。さらに、第１の、第２の、および第３のなどの識別子の使用は、限定事項間におけるなんらかの相対的な位置または時系列を定めるものとは理解されない。さらにまた、係る任意の方法クレームのステップが示される順序は、そのステップを実行するための順序を限定するものとは理解されない。

Claims (18)

1. 管の端部を収容し、かつ前記管の前記端部に圧着されるよう構成された一体かつ均質の雌ソケットを備えた、圧着継手であって、前記ソケットは、環状壁と、軸方向開口部とを備えており、前記環状壁は、内側円筒状面部分と、前記環状壁の軸方向に隣接し合う部分から半径方向内向きに突出している少なくとも１つの環状シール部分とを有し、前記円筒状面部分は、直径を有し、かつ軸方向で前記開口部と前記環状シール部分との間に位置しており、前記環状シール部分は、前記円筒状面部分の前記直径より大きい最内直径を有する、ことを特徴とする圧着継手。
2. 前記雌ソケットは、銅を含む金属から構成されており、かつ前記雌ソケットは、焼き鈍しされた状態である、請求項１記載の圧着継手。
3. 前記少なくとも１つの環状シール部分は、軸方向に隣接し合う複数の類似の環状シール部分のうちの１つである、請求項１記載の圧着継手。
4. 前記環状壁は、ろう付けリング用溝をさらに備えており、前記圧着継手は、ろう付けリングをさらに備えており、前記ろう付けリング用溝は、前記ソケットの半径方向外向きに突出しており、前記ろう付けリングは、前記ろう付けリング用溝に配置されており、かつ前記ソケットの融点よりも低い融点を有する材料から構成されている、請求項１記載の圧着継手。
5. 前記環状シール部分は、軸方向で前記ろう付けリング用溝と前記円筒状面部分との間に位置している、請求項４記載の圧着継手。
6. 前記環状壁は、Ｏリング用溝をさらに備えており、前記圧着継手は、Ｏリングをさらに備えており、前記Ｏリング用溝は、ソケットの半径方向外向きに突出しており、前記Ｏリングは、前記Ｏリング用溝に位置しており、かつ弾性を損ねることなく１０００°Ｆ（５３８℃）に耐えることのできる弾性材料から構成されている、請求項１記載の圧着継手。
7. 前記環状壁は、前記ソケットの前記円筒状面部分から軸方向開口部まで半径方向外向きにフレア状に広がっている、請求項１記載の圧着継手。
8. 管の端部を収容し、かつ前記管の前記端部に圧着されるよう構成された一体かつ均質の雌ソケットを備えた、圧着継手であって、前記ソケットは、環状壁と、軸方向開口部とを有し、前記環状壁は、内側円筒状面部分と、軸方向の鋸歯状内面部分とを備えており、前記円筒状面部分は、軸方向で前記開口部と前記軸方向の鋸歯状内面部分との間に位置しており、前記軸方向の鋸歯状内面は、複数の環状シール部分突出部を形成している、ことを特徴とする圧着継手。
9. 前記鋸歯状内面部分は、軸方向に隣接し合う複数の環状の突出部と、環状の溝とを交互に形成している、請求項８記載の圧着継手。
10. 前記雌ソケットは、銅を含む金属から構成されており、かつ前記雌ソケットは焼き鈍しされた状態である、請求項８記載の圧着継手。
11. 前記環状壁は、ろう付けリング用溝をさらに備えており、前記圧着継手は、ろう付けリングをさらに備えており、前記ろう付けリング用溝は、前記ソケットの半径方向外向きに突出しており、前記ろう付けリングは、前記ろう付けリング用溝に位置しており、かつ前記ソケットの融点より低い融点を有する材料から構成されている、請求項８記載の圧着継手。
12. 前記鋸歯状内面部分は、軸方向で前記ろう付けリング用溝と前記円筒状面部分との間に位置している、請求項１１記載の圧着継手。
13. 前記環状壁は、Ｏリング用溝をさらに備えており、前記圧着継手は、Ｏリングをさらに備えており、前記Ｏリング用溝は、前記ソケットの半径方向外向きに突出しており、前記Ｏリングは、前記Ｏリング用溝に位置しており、かつ弾性を損なうことなく１０００°Ｆ（５３８℃）に耐えることのできる弾性材料から構成されている、請求項１記載の圧着継手。
14. 前記環状壁は、前記ソケットの前記円筒状面部分から軸方向開口部まで半径方向外向きにフレア状に広がっている、請求項８記載の圧着継手。
15. 圧着継手の一体かつ均質の雌ソケット部を、硬化管の端部に圧着する方法であって、前記ソケット部は、環状壁と、軸方向開口部とを備えており、前記環状壁は、内側円筒状面部分と、少なくとも１つの環状シール部分とを備えており、前記円筒状面部分は、直径を有しており、かつ軸方向で前記開口部と前記環状シール部分との間に位置しており、前記環状シール部分は、前記円筒状面部分の前記直径よりも始めは大きい最内直径を有する内向きの表面を有し、前記継手の前記環状壁は、焼き鈍しされている、方法であって、
    前記管の前記端部を前記圧着継手の前記ソケット部に該ソケット部の前記軸方向開口部から挿入し、前記管の前記端部は、前記管の前記端部が、前記円筒状面部分と同軸であり、かつ前記環状シール部分に接触することなく前記環状シール部分を通過するように、前記ソケット部の前記内側円筒状面部分の前記直径と略同じ直径を有しており、
    前記環状シール部分の前記最内直径が減少し、かつ前記環状シール部分が、前記管の前記端部に永久的なくびれ領域を形成するように前記管の前記端部に接触するように、前記圧着継手の前記ソケット部を圧着し、前記圧着は、該圧着が完了したとき、前記管の前記端部における前記くびれ領域と前記ソケット部の前記環状シール部分とが互いに半径方向に圧縮され続けるようにも行われる、ことを特徴とする方法。
16. 前記ソケット部は、銅を含む金属から構成されており、かつ始めは焼き鈍しされた状態であり、前記圧着は、前記ソケット部の前記環状シール部分を加工硬化させる、請求項１５記載の方法。
17. 前記円筒状面部分は、圧着後の直径が、圧着前の前記円筒状面部分の直径と同一である、請求項１５記載の方法。
18. 前記ソケット部は、前記環状シール部分の少なくとも一方の側に、前記環状壁の半径方向外向きに延びる溝を備えており、前記方法は、前記管の前記端部を前記圧着継手の前記ソケット部に挿入する前に、前記溝に封止剤を少なくとも部分的に充填することをさらに含む、請求項１５記載の方法。

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