KR101224406B1 - 파이프 둘레의 밀봉을 향상시키기 위한 실링 슬롯을 구비한파이프 랩 조인트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내부 파이프 단부가 외부 파이프 단부에 포개어 끼워지고 밴드 클램프에 의해서 파이프 단부가 서로 견고하게 고정되는 차량 배기 시스템에 사용하기 위한 파이프 랩 조인트에 관한 것이다. 외부 파이프 단부는 밴드 클램프에 의해 외부 파이프 단부를 내부 파이프 단부의 외부 표면에 밀착하여 파이프 사이에 유체 밀봉을 제공할 수 있는 붕괴가능한 실링 슬롯을 가지고 있는 실링 구역을 포함하고 있다. 실링 슬롯은 외부 파이프 단부의 개방 단부로부터 뻗어 있으며 돌기부와 오목부를 각각 가지고 있는 한 쌍의 마주보는 측벽을 포함하고 있다. 밴드 클램프가 조여질 때, 실링 슬롯이 붕괴되어 측벽의 돌기부가 마주보는 상보적인 형태의 오목내로 이동하는 동시에 돌기부의 인접한 원주방향 에지가 서로 결합함으로써 유체 밀봉을 형성한다.

파이프, 랩 조인트, 돌기부, 오목부, 실링 슬롯, 클램프

Description

파이프 둘레의 밀봉을 향상시키기 위한 실링 슬롯을 구비한 파이프 랩 조인트{PIPE LAP JOINT WITH IMPROVED SEALING SLOT FOR INCREASED CIRCUMFERENTIAL CLOSURE}

본 발명은 파이프 조인트에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 특히 차량 배기 시스템에 사용하기 적합한 포개어 끼워지는 파이프 랩 조인트에 관한 것이다.

차량 배기 시스템에서는 연결 파이프 사이의 높은 인장 강도 및 양호한 유체 밀봉 특성을 갖는 파이프 조인트를 제공하는 것이 바람직하다. 양호한 유체 밀봉 특성을 나타내는 배기 파이프 조인트를 제공함에 있어서 더욱 높은 신뢰성 및 균일성을 달성하는 것은 점점 더 중요해지고 있다.

1986년 12월 16일 카셀에게 허여된 미국특허 제4,629,226호에는 외부 파이프에 붕괴가능한 실링 구역을 제공하는 파이프 랩 조인트가 개시되어 있다. 이것은 파이프 단부의 겹치는 영역내에서 실링 구역의 원주방향의 수축을 위한 릴리프를 제공하는, 단부와 단부를 교차하는 한쌍의 슬롯을 외부 파이프에 제공함으로써 달성된다. 밴드 클램프는 외부 파이프의 둘레에 배치되어 내측 슬롯을 덮는다. 밴드 클램프가 외부 파이프 둘레에 조여질 때 외부 파이프의 실링 구역은 내부 파이프와 밀착 결합하도록 붕괴된다. 교차하는 외측 및 내측 슬롯은 서로 정렬되어 인 접한 측벽에 대하여 그리고 내측 슬롯의 외부 단부벽과 정렬되어 외측 슬롯의 내부 단부벽에 대하여 원주방향으로 옵셋되어 있다. 이와 같은 정렬과 측면 및 슬롯의 단부가 직선으로 뻗어 있어서, 외측 슬롯의 내부 코너부는 내측 슬롯의 외부 코너부와 점 대 점 교차한다. 이러한 구조에서, 외측 슬롯의 내부 단부벽과 내측 슬롯의 외부 단부벽 사이에 실링 맞물림을 위해서는 단지 매우 작은 정도의 외부 파이프의 붕괴가 요구된다.

1996년 12월 31일 카셀 등에게 허여된 미국특허 제5,588,680호에는 파이프 단부의 겹치는 영역내에서 실링 구역의 원주방향의 수축을 위한 릴리프를 제공하는, 단부와 단부가 교차하지 않는 한 쌍의 슬롯이 구비되어 있는 차량 배기 시스템용 파이프 랩 조인트가 개시되어 있다. 이 구성에 있어서는, 슬롯의 인접한 코너부의 정밀한 배치가 요구되며 코너부를 형성하는 측벽과 단부벽은 직선으로 뻗어 있다. 이 파이프 조인트에서는, 비록 슬롯의 붕괴에 의해 실링 구역의 실질적인 수축이 없더라도 유체 밀봉은 외부 파이프에 밴드 클램프가 조여질 때 얻어지는데 왜냐하면 파이프 벽의 약한 브리지 세그먼트가 슬롯의 인접한 코너부 사이에 뻗어 있기 때문이다. 그러므로, 약한 브리지 요소가 외부 파이프의 겹치는 영역의 붕괴에 의해서 단지 약간 변형되거나 또는 완전히 파괴될 때 슬롯은 서로로부터 분리된다.

2000년 7월 18일 카셀 등에게 허여된 미국특허 제6,089,624호에는 포개어 끼워지는 외부 파이브 단부가 안쪽으로 돌출한 한 쌍의 돌기부에 의해 한정되는 꾸불꾸불한 슬롯을 포함하는 붕괴가능한 슬롯을 가지고 있는 파이프 랩 조인트를 개시 하고 있다. 포개어 끼워지는 단부는 직경이 작은 제2 파이프 단부에 겹쳐지고 밴드 클램프는 포개어 끼워지는 단부 주위에 배치되어 붕괴가능한 슬롯의 적어도 일부를 겹쳐지게 한다. 밴드 클램프가 조여지면 돌출한 돌기부는 당겨지며 이에 의해 슬롯을 폐쇄한다. 미국특허 제6,089,624호에 개시된 내용은 본원 명세서에 참고로 통합된다.

양호한 치수 허용 공차를 갖고 있는 파이프에 대하여, 특정한 폭을 가진 붕괴가능한 슬롯은 두개의 파이프 단부의 직경에 따라 설계될 수 있으므로, 밴드 클램프가 조여질 때 적어도 슬롯을 약간 변형시키기에 충분하면 슬롯은 부분적으로 또는 완전히 붕괴한다. 그러나, 본원 발명자는 한 세트의 파이프에서 파이프 단부 직경에 상당한 차이가 있는 경우에 슬롯의 대향하는 벽의 돌기부와 같은 일부의 슬롯 특성으로 인하여 특정 슬롯의 원주방향 폐쇄 정도는 원하는 것보다 더 제한될 수 있으며, 이로 인하여 포개어 끼워지는 외부 파이프 단부가 내부 파이프 단부에 대하여 충분하게 클램핑되어 밀봉되지 못한다는 것을 알아내었다.

따라서, 본 발명의 목적은 개량된 실링 구역을 구비한 파이프 랩 조인트, 특히 파이프 단부 직경의 변화를 수용하기에 매우 적합하게 되어 있는 파이프 랩 조인트를 제공하는 것이다.

본 발명의 한 관점에 따라, 파이프 단부를 구비한 내부 파이프, 내부 파이프 단부의 적어도 일부에 걸쳐서 뻗어 있는 실링 구역을 갖고 있는 파이프 단부를 구비한 외부 파이프, 및 밴드 클램프를 포함하고 있는 파이프 랩 조인트가 제공된다. 실링 구역은 제1 돌기부(tooth) 및 제1 오목부(recess)를 구비한 제1 측벽, 제2 돌기부 및 제2 오목부를 구비한 제2 측벽, 및 단부벽을 가지고 있는 붕괴가능한 실링 슬롯을 포함하고 있다. 밴드 클램프를 조임으로써 실링 슬롯을 붕괴시켜 제1 돌기부가 제2 오목부에 의해서 수용되고 제2 돌기부가 제1 오목부에 수용되도록 한다.

본 발명의 또 다른 관점에 따라, 내부 및 외부 파이프의 단부를 함께 포개어 끼워지도록 결합하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 (a) 내부 파이프 단부를 제공하는 단계; (b) 붕괴가능한 실링 슬롯을 구비한 실링 구역을 갖고 있는 외부 파이프 단부를 제공하는 단계; (c) 클램핑 밴드와 조임 기구를 갖고 있는 밴드 클램프를 제공하는 단계; (d) 외부 파이프 단부 주위 및 실링 구역에 결쳐서 밴드 클램프를 위치시키는 단계; (e) 내부 파이프 단부를 외부 파이프 단부내에 삽입하는 단계; 및 (f) 클램핑 밴드가 상기 실링 구역의 적어도 일부에 반경방향 안쪽으로 힘을 가하도록 조임 기구를 조임으로써 실링 슬롯의 돌기부가 관련된 오목부내로 강제로 들어가게 하는 단계를 포함하고 있다.

도 1 은 조립되기 전의 조인트의 부품을 도시한 파이프 랩 조인트의 실시예의 분해 사시도;

도 2 는 밴드 클램프가 조여진 후에 조립 상태의 부품에 대한 도 1의 파이프 랩 조인트의 측면도;

도 3 은 도 2의 3-3 라인을 따라 취한 파이프 랩 조인트의 일부 단면도;

도 4 는 도 2의 4-4 라인을 따라 취한 파이프 랩 조인트의 단면도;

도 5 는 붕괴되지 않은 위치에서의 도 1의 파이프 랩 조인트의 실링 슬롯의 확대도;

도 6 은 부분적으로 붕괴된 위치에서의 도 1의 파이프 랩 조인트의 실링 슬롯의 확대도;

도 7 은 완전 붕괴된 위치에서의 도 1의 파이프 랩 조인트의 실링 슬롯의 확대도; 및

도 8 은 붕괴되지 않은 위치에서의 실링 슬롯의 다른 실시예를 도시하는 확대도.

이하에서는 같은 구성요소에 대하여 같은 도면 부호로 표시되어 있는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 예시적인 실시형태에 대하여 설명하겠습니다.

도면을 참조하면, 특히 차량 배기 시스템에 사용하기 위해 적합하게 되어 있는 파이프 랩 조인트의 예시적인 실시형태가 도시되어 있다. 그러나, 실시형태로 도시된 파이프 랩 조인트는 다른 응용에도 유용한 것이며 차량 배기 시스템에 적용된 것으로 제한되는 것은 아니다. 본 명세서에 사용된 "축선방향", "각도를 이루는", "원주방향" 및 "반경방향"의 용어는 예시된 파이프 및 파이프 랩 조인트의 전체적으로 원통형의 형상과 관련한 것으로서 "축선방향"의 용어는 전체적으로 원통형 형상의 축선을 따라 뻗어 있는 것을 의미하는 것이며, "각도를 이루는"의 용어는 전체적으로 원통형 형상의 둘레 주위 지점에서의 위치 관계를 나타내는 것이며, "원주방향"의 용어는 전체적으로 원통형 형상의 원주 둘레로 뻗어 있는 것을 의미 하는 것이며, "반경방향"의 용어는 축선으로부터 반경방향으로 뻗어 있는 것을 의미하는 것입니다.

도면에 도시된 바와 같이, 파이프 랩 조인트(10)는 서로 포개어 끼워지는 내부 및 외부 파이프(12, 14), 파이프 단부를 함께 유지하고 유체 밀봉 관계로 내부 및 외부 파이프를 결합시키기 위한 밴드 클램프(16)를 포함하고 있다. 바람직하게 외부 파이프(14)는 파이프의 겹치는 영역을 제공하도록 내부 파이프 단부에 걸쳐서 뻗은 직경 확대된 파이프 단부를 가지고 있다. 대안적으로, 내부 파이프(12)를 수용하기에 충분한 균일한 직경을 갖는 외부 파이프를 구비하는 것이 가능하며, 이에 의해 직경 확대된 파이프 단부에 대한 필요성을 제거한다. 파이프(12, 14) 사이에 유체 밀봉을 제공하기 위하여, 반경방향으로 붕괴가능한 실링 구역(22)이 겹치는 영역에서의 외부 파이프(14)의 단부에 제공된다.

실링 구역(22)은 외부 파이프(14)의 단부에 배치되며 밴드 클램프(16)에 의해서 반경방향으로 수축되거나 또는 붕괴되기 적합하게 되어 있으므로 실링 구역은 내부 파이프 단부의 외부 표면과 밀착 결합하게 된다. 실링 구역(22)의 붕괴 또는 수축을 용이하게 하기 위하여, 꾸불꾸불한 비선형의 실링 슬롯(24)이 구비되어 있다. 도시되어 있는 예시적인 실시형태에서는, 단일의 실링 슬롯이 사용되고 있지만, 특정 실시형태에서 외부 파이프(14)의 실링 구역의 주위에 원주방향으로 이격되어 있는 두개 이상의 슬롯을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.

실링 슬롯(24)은 밴드 클램프(16)의 반경방향으로 구속하는 압력하에서 붕괴하도록 설계되고, 도 1에는 붕괴되기 전의 상태로 도시되어 있고, 도 2에는 붕괴된 후의 상태로 도시되어 있으며, 도 5 내지 7의 도면에는 다양한 상태로 도시되어 있다. 실링 슬롯(24)은 외부 파이프(14)의 한쪽 단부에서 개방되어 있고, 바람직하게 실링 구역(22)내에 위치되는 슬롯의 폐쇄 단부를 향하여 안쪽으로 뻗어 있다. 실링 슬롯(24)은 한 쌍의 측벽(32, 34)과 전체적으로 타원형 또는 구근 형상의 단부벽(36)을 포함하고 있으며, 단부벽(36)으로부터 슬롯의 개방 단부로 이어지는 꾸불꾸불한 통로를 한정한다. 측벽(32, 34)은 대체로 서로 평행하며 돌기부(42, 44)와 노치 또는 오목부(82, 84)를 가지고 있다. 각각의 오목부(82, 84)는 밴드 클램프(16)의 조임에 의해서 실링 슬롯(24)이 붕괴될 때, 마주하는 상보적으로 형성된 돌기부(44, 42)를 수용하는 형상으로 형성되어 있다. 예를 들면, 오목부(84)는 돌기부(42)로부터 슬롯의 맞은편에 배치되며 실링 슬롯(24)의 붕괴시에 대향하는 돌기부를 수용하도록 설계되어 있다. 마찬가지로, 오목부(82)는 돌기부(44)로부터 슬롯의 맞은편에 배치되며 밴드 클램프(16)가 조여질 때 돌기부(44)를 수용하는 크기로 형성되어 있다. 각각의 오목부(82, 84)의 내부 코너부는 관련된 돌기부(42, 44)의 코너와 동일하게 둥글게 되어 있으므로 슬롯이 완전히 붕괴될 때 대향하는 측벽내로 날카로운 코너부가 들어가는 일은 없다.

앞서 설명한 바와 같이, 실링 슬롯(24)의 꾸불꾸불한 또는 물결 모양의 통로는 측벽(32, 34)과 단부벽(36)에 의해서 한정된다. 측벽(32, 34)은 서로 평행하고 상보적인 형태를 가지고 있으므로 단지 하나의 측벽에 대해서만 상세하게 설명하며, 따라서 측벽(32)에 대한 이하의 설명은 측벽(34)에도 동일하게 적용된다. 측벽(32)은 슬롯의 개방 단부로부터 단부벽(36)을 향하여 축선방향으로 뻗어 있고 축 선방향 섹션(62, 62'), 돌기부(42) 및 오목부(82)를 포함하고 있다. 축선방향 섹션(62)은 파이프(14)의 단부로부터 오목부(82)로 뻗어 있으며 바람직하게 돌기부(42)로부터 단부벽(36)으로 뻗어 있는 축선방향 섹션(62')과 일직선으로 정렬되어 있다. 즉, 만약 축선방향 섹션(62)이 파이프 단부로부터 오목부(82)와 돌기부(42)를 통과하여 단부벽(36)까지 연속적으로 뻗게 되면 축선방향 섹션(62)은 축선방향 섹션(62')과 중첩하게 된다. 바람직한 실시예에 따르면, 축선방향 섹션(62)은 1 내지 5mm 범위의 길이를 갖고 있으며, 축선방향 섹션(62')은 4 내지 12mm 범위의 길이를 갖고 있다. 축선방향 섹션(62, 62')이 서로 평행하지만 일직선으로 정렬되지 않게 옵셋되도록 축선방향 섹션중의 하나 이상을 다른 위치로 이동시켜 형성하는 것도 가능하다(도 5의 점선으로 표시된 축선방향 섹션(62) 참조).

돌기부(42)는 대향하는 측벽(34)에 상보적인 형상으로 형성되어 있는 오목부(84)를 향하여 측벽(32)으로부터 돌출되어 있고, 슬롯의 개방 단부를 향한 외측 에지(46), 자유 에지(48) 및 단부벽(36)을 향한 경사진 내측 에지(50)를 포함하고 있다. 외측 에지(46)는 도면에 도시된 바와 같이 파이프 랩 조인트(10)의 축선과 실질적으로 직교하는 방향인 원주방향으로 뻗어 있으며, 이 외측 에지(46)가 돌기부(42) 및 오목부(82)의 에지를 한정한다. 실링 슬롯이 붕괴될 때, 각각의 돌기부의 이러한 원주방향의 에지(46)는 다른 돌기부의 대응하는 에지와 맞물려서 실링 슬롯의 측벽 사이에 밀봉을 형성한다. 실링 슬롯(24)이 붕괴될 때 원주방향 폐쇄가 가능한 범위에 걸쳐서 밀봉이 형성되고 유지되도록 측벽(34)의 대응하는 형상을 수용하도록 설계되어 있는 것이면, 다른 실시형태에 따라 외측 에지는 경사진 내측 에 지(50)와 마찬가지로 각도를 이루는 또는 경사진 방향을 따라 뻗어 있는 것으로 할 수 있다. 자유 에지(48)는 축선방향 섹션(62, 62')과 실질적으로 평행하게 정렬되어 축선방향으로 뻗어 있으며 둥근 코너부를 통하여 외측 에지(46) 및 경사진 내측 에지(50)와 연결되어 있다. 내측 에지(50)는 바람직하게 자유 에지(48)와의 교점으로부터 축선방향 섹션(62')과의 교점까지 둔각으로 경사져 뻗어 있지만 파이프 랩 조인트의 축선과 직교하는 방향으로 뻗어 있는 것(외측 에지(46)와 동일한 형태)이 될 수 있다. 바람직한 실시형태에 따라, 외측 에지(46)는 4 내지 8mm 범위의 길이를 가지며, 자유 에지(48)는 2 내지 4mm 범위의 길이를 가지며, 내측 에지는 2 내지 5mm 범위의 길이를 갖고 25° 내지 45° 범위의 각도(θ)로 뻗어 있다. 상기 외측 에지(46)의 치수는 바람직하게 자유 에지(48)로부터 오목부(82)의 내부 에지(58)까지의 길이를 측정한 것이다.

오목부(82)는 측벽(32)으로부터 파이프(14)의 보디내로 오목하게 들어가 있으며 대향하는 돌기부(44)와 상보적인 형상을 갖고 있으므로 실링 슬롯(24)이 붕괴될 때 돌기부가 오목부와 암수 결합하거나 돌기부가 오목부내에 끼워질 수 있다. 돌기부(42)와 마찬가지로, 오목부(82)는 외측 에지(46)(돌기부(42)와 공유), 내부 에지(58) 및 경사진 내측 에지(60)를 포함하고 있다. 이러한 오목부(82)의 섹션과 돌기부(42)의 대응하는 섹션의 유사성 및 상보적인 형상으로 인하여, 이들 섹션에 대한 중복되는 설명은 생략한다. 바람직한 실시형태에 따라, 크기와 형상에 있어서 오목부(82)는 돌기부(44)와 상보적인 관계로 되어 있고, 2 내지 4mm 범위의 길이를 갖는 내부 에지(58), 2 내지 5mm 범위의 길이를 갖고 25° 내지 45° 범위의 각도(ψ)로 뻗어 있는 내측 에지(60)를 포함하고 있다. 그러나, 측벽(32)은 단지 예시적인 목적을 위한 것이며 각각의 섹션의 길이, 각도 및 형태는 여기에서 설명된 특정 실시형태와 다를 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

실링 슬롯(24)의 설계에 있어서 대부분의 축선방향의 길이를 따라 일정한 폭(X)의 갭을 갖는 실링 슬롯을 제공한다는 것을 알 수 있을 것이다. 이러한 특징은 본원 발명의 슬롯이 미국특허 제6,089,624에 도시되어 있는 종래기술의 슬롯보다 더욱 뛰어난 원주방향 폐쇄를 수행할 수 있도록 한다. 특히, 종래기술의 슬롯의 돌기부는 슬롯의 반대편의 측벽과 결합하며 파이프(14)의 단부 직경의 더이상의 감소를 제한하는 반면에, 돌기부의 양쪽에서 확장된 폭을 갖는 본원 발명의 슬롯(24)은 클램프의 조임에 의해서 도 7에 도시된 바와 같이 슬롯이 폐쇄될 때 파이프 단부 직경이 현저하게 더욱 감소될 수 있다. 이것에 의하여 파이프 직경의 변화를 수용할 수 있기 때문에 파이프 랩 조인트(10)의 견고함을 증가시킨다. 바람직한 실시형태에 따르면, 폭(X)은 4 내지 10mm 범위의 치수를 갖는다.

실링 슬롯(24)은 한 지점에서 직선이 만나서 형성되는 각진 코너부를 갖지 않는 형태로 돌기부(42, 44) 및 오목부(82, 84)를 제공하도록 형성되어 있으며, 측벽(32, 34)의 각각의 방향 변화는 이러한 돌기부 및 오목부를 형성하도록 곡선을 이루거나 또는 둥글게 되어 있다. 이러한 코너부를 둥근 코너부라고 한다. 바람직하게, 각각의 둥근 코너부는 대략 1/2 mm 또는 그 이상의 반경으로 형성되지만, 복수의 반경에 의해서 형성될 수 있다. 각진 코너부 대신에 축선방향 섹션(62')과 돌기부(42) 사이, 돌기부(42)와 오목부(82) 사이, 오목부(82)와 축선방향 섹션(62) 사이에 둥근 코너부를 사용하는 것은 펀치의 마모 및 다이 공구의 마모를 감소시키는데 효과적이므로 공구 작업 사이클 횟수의 현저한 증가가 실현된다.

실링 슬롯(24)의 타원 형상 단부벽(36)은 밴드 클램프(16)에 의해서 힘이 가해지는 상태에서 실링 구역(18)의 붕괴를 용이하게 하며, 바람직하게 슬롯(24) 및 파이프 랩 조인트(10)의 축선과 수직 방향으로 정렬되어 있다. 단부벽(36)에 의해 제공되는 클리어런스는 슬롯이 길이방향을 따라 균일하게 서로 폐쇄될 수 있도록 하여 향상된 실링을 제공한다.

파이프(12, 14)의 크기에 대한 제조 허용 공차 때문에, 한쪽 파이프의 단부가 다른 파이프 단부에 삽입될 때 임의로 선택된 두개의 파이프의 치수 차이는 이론적인 최대 허용 공차와 최소 허용 공차 사이에서 변하게 된다. 따라서, 클램프(16)를 조임에 의한 외부 파이프의 붕괴 정도는 각각의 파이프 랩 조인트마다 변하게 된다. 슬롯(24)의 치수는 제조 허용 공차내에서 가장 밀착하여 끼워 맞추어지는 파이프(12, 14)에 대한 것이며, 클램프(16)를 조임에 의한 외부 파이프의 반경방향 수축은 각각의 돌기부(42, 44)와 오목부(84, 82)의 결합에 의해 슬롯을 폐쇄하기에 충분하게 된다. 정상적인 제조 조건하에서, 파이프가 수작업으로 서로 포개어 끼워질 수 있고 돌기부(42, 44)를 결합하도록 변위시키기 위하여 외부 파이프가 충분히 붕괴됨으로써 인식가능한 누출이 일어나지 않는다는 것을 확인하였다. 누출은 특정 제조 허용 공차내에서 가장 밀착하여 끼워맞춤하는 한 쌍의 파이프가 실제적인 문제로서 파이프가 둥글지 않거나 또는 파이프의 형상 또는 표면이 고르지 못한 요인으로 인하여 포개어 끼워지지 못하기 때문에 일어난다. 따라서, 실링 슬롯(24)은 두개의 파이프가 손으로 함께 포개어 끼워질 수 있는 이러한 파이프 사이에 양호한 유체 밀봉을 제공한다. 제조 허용 공차내에서 가장 느슨하게 끼워 맞추어지는 파이프(12, 14)의 경우에, 파이프(14)의 반경방향 수축 동안에 돌기부(42, 44)와 오목부(84, 82)의 슬라이딩 결합은 외부 파이프(14)가 내부 파이프(12)와 밀착 결합하도록 클램프(16)가 완전히 조여질 때까지 슬롯 치수에 의해서 허용되게 된다. 따라서 실링 슬롯(24)은 허용가능한 가장 느슨하게 끼워 맞추어지는 파이프 사이에 양호한 유체 밀봉을 제공하게 된다.

도 8을 참조하면, 돌기부(120, 122)의 코너부가 파이프 단부의 단일 부분으로 형성된 깨지기 쉬운 브리지(124)에 의해서 결합되어 있는 실링 슬롯의 다른 실시형태가 도시되어 있다. 브리지(124)는 실링 슬롯의 붕괴시에 파손되거나 분리되도록 설계되어 있다. 밴드 클램프(16)의 조임이 일반적으로 바람직한 것보다 적은 슬롯 붕괴를 일으키면, 금속 브리지(124)는 깨지지 않은 상태로 유지되고 어느 정도의 실링 상태를 제공하며, 따라서 잠재적인 유체 누출을 회피하거나 또는 적어도 완화시킨다. 깨지기 쉬운 브리지(124)와 관련한 추가적인 상세한 내용은 미국특허 제5,588,680호에는 기재되어 있으며 본원 명세서에 참조로 통합되어 있다.

다른 밴드 클램프 또는 결합 장치가 사용될 수도 있지만, 바람직한 밴드 클램프(16)에 대하여 도 1 내지 4를 참조하여 설명한다. 밴드 클램프(16)는 실링 구역(22)에 걸쳐서 외부 파이프(14) 주위에 배치되는 클램핑 밴드(72)를 포함하고 있다. 실링 목적을 위해 클램핑 밴드(72)는 슬롯(24)의 내측 단부 및 돌기부(42, 44)와 오목부(84, 82)의 결합부를 감싸야 한다. 클램핑 밴드(72)에는 조임 수단 (74)이 구비되어 있다. 클램핑 밴드(72)는 그 대부분이 원형상 또는 둥근 단면으로 되어 있다. 클램핑 밴드는 파이프(14)의 실링 구역(22) 주위에 끼워 맞추어지기 적합하게 되어 있는 둥근 부분(76), 둥근 부분으로부터 반경방향 바깥쪽으로 뻗어 있는 한 쌍의 측벽(80, 90)으로 이루어진 채널 형상 부분(78)을 가지고 있다. 클램핑 밴드(72)는 단일의 판재 금속으로 만들어지고 각각의 자유 단부는 이중 적층 형태로 접혀 진다. 따라서, 측벽(80, 90)은 2배의 두께로 되어 있고 그 끝에 개별적인 루프 또는 만곡부(86, 88)를 갖고 있다. 만곡부(86, 88)는 이하에 설명되는 바와 같이 조임 수단(74)이 조여질 때 측벽을 제 위치에 유지하기 위한 유지 부재의 역할을 한다.

클램핑 밴드(72)는 조임 수단(74)에 의해서 파이프(14) 주위에 조여진다. 조임 수단은, 채널 형상 부분(78)에 위치되고 파이프(14)의 실링 구역(22)의 외부 표면에 설치하기 적합하게 되어 있는 반작용 부재 또는 스플라인(92)을 포함하고 있다. 이러한 목적을 위해, 스플라인은 파이프(14)와 정합하는 아치형의 내부 표면을 가지고 있다. 스플라인에는 반대쪽으로 향한 한 쌍의 오목한 표면(94, 96)이 구비되어 있다. 조임 수단은 볼트(98)와 너트(102)를 포함하고 있다. 조임 수단은 또한 측벽(82)의 외부에 배치되고 스플라인(92)의 오목한 표면(94)과 마주하는 볼록한 표면을 갖고 있는 스페이서(104)를 포함하고 있다. 볼트(98)는 스플라인(92)의 오목한 표면(96)과 마주하는 측벽(84)의 외부에 배치되어 있는 볼록한 표면을 구비한 헤드(100)를 가지고 있다. 볼트는 측벽(94, 96), 스플라인(92) 및 스페이서(104)의 구멍을 통하여 뻗어 있다.

파이프 조인트(10)가 조립되고 너트(102)가 볼트(98)에 대하여 조여질 때, 부품들의 관계는 도 2, 4 및 7에 도시된 바와 같다. 너트와 볼트가 조여지기 전에 채널 형상 부분(78)의 측벽(82, 84)은 스플라인(92)에 대하여 고정되지 않는다. 너트(102)가 조여질 때, 볼트 헤드(100)와 스페이서(104)는 서로 당겨져서 스플라인(92)과 결합하도록 측벽(82, 84)을 가압한다. 이와 같은 조임 작용의 결과로서, 둥근 부분(76)은 밀착 결합하도록 파이프(14)의 실링 구역(22) 주위로 당겨진다. 클램프(16)의 조임 작용은 실링 구역(22)에 대하여 충분한 힘을 가하여 실링 구역을 붕괴시키고 슬롯(24)을 밀봉하기 위하여 돌기부(42, 44)를 오목부(84, 82)와 결합하도록 이동시킨다.

상술한 설명은 본원 발명의 모든 것에 대한 설명이 아니라 바람직한 예시적인 실시형태에 대한 설명이다. 본 발명은 여기에서 설명된 특정 실시형태로 제한되는 것은 아니며 청구범위에 의해서 한정되는 것이다. 또한, 상술한 설명에서 사용된 용어들은 특정 실시형태와 관련된 것이며, 명세서에서 명확하게 정의한 용어 또는 표현을 제외하고 이러한 용어들이 본원 발명의 범위 및 청구범위에 사용된 용어에 대한 정의를 제한하는 것으로 의도된 것은 아니다. 실시형태에 대한 다양한 변경 및 개량 그리고 여러 가지 다른 실시형태는 당업자에게 자명한 것이다. 그와 같은 다양한 실시형태, 변경 및 개량도 청구범위의 범주내에 들어가도록 의도한 것이다.

하나 이상의 구성요소 또는 다른 부품을 열거하는 것과 관련하여 사용될 때, 명세서 및 청구범위에 사용된 바와 같이 "예를 들면", "예를 들어" 및 "등과 같은" 의 용어, "포함하고 있는", "가지고 있는", "포함하는"의 표현과 다른 표현 방식은 다른 추가적인 구성요소 또는 부품을 배제하는 것으로 간주되는 것은 아니다. 명세서에 사용된 용어가 상이하게 판단되지 않는다면 가장 넓은 의미로 사용된 것으로 이해되어야 한다.

Claims (19)

1. 파이프 랩 조인트에 있어서,

   파이프 단부를 가지고 있는 내부 파이프;

   상기 내부 파이프 단부의 적어도 일부에 걸쳐서 뻗어 있는 실링 구역을 구비하고 있는 파이프 단부를 가지고 있으며 붕괴가능한 실링 슬롯을 포함하고 있는 외부 파이프;

   제1 돌기부 및 제1 오목부를 구비하고 있는 제1 측벽, 제2 돌기부 및 제2 오목부를 구비하고 있는 제2 측벽, 단부벽을 가지고 있는 상기 실링 슬롯; 및

   상기 실링 구역의 적어도 일부에 걸쳐서 뻗어 있는 밴드 클램프;를 포함하고 있으며,

   상기 제1 측벽과 제2 측벽은 전체적으로 서로 평행하고 상기 제1 돌기부가 상기 제2 오목부와 서로 짝을 이루는 상보적인 형태로 마주보고 상기 제2 돌기부가 상기 제1 오목부와 서로 짝을 이루는 상보적인 형태로 마주보도록 배열되어 있고,

   상기 밴드 클램프를 조이면 상기 제1 돌기부가 상기 제2 오목부에 의해서 수용되고 상기 제2 돌기부가 상기 제1 오목부에 의해서 수용되도록 상기 실링 슬롯이 붕괴되는 것을 특징으로 하는 파이프 랩 조인트.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 측벽 중의 적어도 하나는 상기 파이프 랩 조인트의 축선과 평행한 방향으로 뻗어 있는 제1 및 제2 축선방향 섹션을 더 포 함하고 있는 것을 특징으로 하는 파이프 랩 조인트.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 측벽은 상기 제1 축선방향 섹션과 상기 돌기부 사이, 상기 돌기부와 상기 오목부 사이, 및 상기 오목부와 상기 제2 축선방향 섹션 사이에 둥근 코너부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 파이프 랩 조인트.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 돌기부 중의 적어도 하나는 상기 실링 슬롯의 개방 단부를 향하는 외측 에지, 마주하는 측벽을 향한 자유 에지, 및 상기 단부벽을 향한 내측 에지를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 파이프 랩 조인트.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 외측 에지는 상기 파이프 랩 조인트의 축선과 직교하는 방향으로 뻗어 있고, 상기 자유 에지는 상기 축선과 평행한 방향으로 뻗어 있고, 상기 내측 에지는 상기 축선에 대하여 경사진 방향으로 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 파이프 랩 조인트.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 외측 에지는 4 내지 8mm 범위의 길이를 갖고 있고, 상기 자유 에지는 2 내지 4mm 범위의 길이를 갖고 있고, 상기 내측 에지는 2 내지 5mm 범위의 길이를 갖고 25°내지 45°범위의 각도(θ)로 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 파이프 랩 조인트.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 오목부 중의 적어도 하나는 상기 실링 슬롯의 개방 단부를 향한 외측 에지, 마주하는 측벽을 향한 내부 에지, 및 상기 단부벽을 향한 내측 에지를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 파이프 랩 조인트.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 외측 에지는 상기 파이프 랩 조인트의 축선과 직교하는 방향으로 뻗어 있고, 상기 내부 에지는 상기 축선과 평행한 방향으로 뻗어 있고, 상기 내측 에지는 상기 축선에 대하여 경사진 방향으로 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 파이프 랩 조인트.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 외측 에지는 4 내지 8mm 범위의 길이를 갖고 있고, 상기 내부 에지는 2 내지 4mm 범위의 길이를 갖고 있고, 상기 내측 에지는 2 내지 5mm 범위의 길이를 갖고 25°내지 45°범위의 각도(ψ)로 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 파이프 랩 조인트.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 단부벽은 타원 형상이며 상기 파이프 랩 조인트의 축선과 직교하는 방향을 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 파이프 랩 조인트.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 측벽은 측벽의 축선방향의 대부분을 따라 전체적으로 일정한 폭(X)을 갖고 있는 간극에 의해서 분리되어 있는 것을 특징 으로 하는 파이프 랩 조인트.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 폭(X)은 4 내지 10mm의 범위인 것을 특징으로 하는 파이프 랩 조인트.
13. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 돌기부는 상기 실링 슬롯의 붕괴시에 분리되는 깨지기 쉬운 브리지에 의해서 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 파이프 랩 조인트.
14. 제 1 항에 있어서, 상기 외부 파이프의 파이프 단부는 상기 실링 구역 주위에 원주방향으로 이격되어 있는 복수의 실링 슬롯을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 파이프 랩 조인트.
15. 제 1 항에 있어서, 상기 밴드 클램프는 상기 실링 구역의 적어도 일부를 둘러싸는 클램핑 밴드와 상기 밴드 클램프를 조이기 위한 조임 기구를 포함하고 있으며, 상기 조임 기구는 상기 클램핑 밴드의 측벽 사이에 위치된 스플라인, 상기 측벽과 상기 스플라인을 통하여 뻗어 있는 볼트 및 너트를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 파이프 랩 조인트.
16. 파이프 랩 조인트를 형성하기 위하여 파이프 클램프 및 제2 파이프와 함께 사용하기 위한 파이프로서,

    파이프 섹션의 단부 표면으로부터 상기 파이프 단부로 축선방향으로 뻗어 있는 붕괴가능한 실링 슬롯 및 직경 확대된 파이프 단부를 포함하고 있고,

    상기 실링 슬롯은 원주방향으로 간극을 두고 분리되어 있는 제1 및 제2 측벽을 가지고 있으며, 상기 측벽에는 돌기부와 오목부가 각각 형성되어 있고 제1 측벽의 돌기부는 제2 측벽의 오목부와 축선방향으로 정렬되고 제1 측벽의 오목부는 제2 측벽의 돌기부와 축선방향으로 정렬되어 상기 실링 슬롯이 상기 파이프 단부에 반경방향 안쪽으로 가해지는 힘에 의해서 붕괴될 때 각각의 측벽의 상기 돌기부는 다른 측벽의 오목부 내에 끼워 맞추어지며,

    상기 돌기부는 상기 실링 슬롯의 붕괴시에 다른 돌기부의 에지와 결합하는 원주방향으로 뻗어 있는 에지를 가지고 있고, 상기 실링 슬롯이 상기 돌기부와 상기 오목부에 의해서 원주방향 폐쇄를 실행할 수 있는 동시에 상기 에지가 상기 측벽 사이에 밀봉을 형성하는 것을 특징으로 하는 파이프.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 실링 슬롯은 상기 파이프 섹션의 상기 단부 표면으로부터 단부벽까지 뻗어 있으며, 상기 간극의 원주방향의 폭(X)은 상기 실링 슬롯의 길이를 따라 일정한 것을 특징으로 하는 파이프.
18. 제 16 항에 있어서, 상기 돌기부는 깨지기 쉬운 브리지에 의해서 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 파이프.
19. 내부 파이프와 외부 파이프의 단부를 포개어 끼워지게 연결하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은:

    (a) 내부 파이프 단부를 제공하는 단계;

    (b) 제1 돌기부 및 제1 오목부를 구비한 제1 측벽, 제2 돌기부 및 제2 오목부를 구비한 제2 측벽, 및 단부벽을 포함하고 있는 붕괴가능한 실링 슬롯을 구비한 실링 구역을 가지고 있는 외부 파이프 단부를 제공하는 단계;

    (c) 클램핑 밴드 및 조임 기구를 가지고 있는 밴드 클램프를 제공하는 단계;

    (d) 상기 실링 구역 및 상기 외부 파이프 둘레에 상기 밴드 클램프를 위치시키는 단계;

    (e) 상기 실링 구역이 상기 내부 파이프 단부의 적어도 일부에 걸쳐서 뻗어 있도록 상기 외부 파이프 단부내에 상기 내부 파이프 단부를 삽입하는 단계; 및

    (f) 상기 클램핑 밴드가 상기 실링 구역의 적어도 일부에 반경방향 안쪽으로 힘을 가하도록 상기 조임 기구를 조임에 의해서 상기 제1 돌기부를 상기 제2 오목부내로 그리고 상기 제2 돌기부를 상기 제1 오목부내로 강제로 들어가게 하는 단계;를 포함하고 있으며,

    상기 제1 측벽과 제2 측벽은 전체적으로 서로 평행하고 상기 제1 돌기부가 상기 제2 오목부와 서로 짝을 이루는 상보적인 형태로 마주보고 상기 제2 돌기부가 상기 제1 오목부와 서로 짝을 이루는 상보적인 형태로 마주보도록 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 파이프 연결 방법.

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