JP2004502115A - プラスチックでコーティングされた金属管を使用している、スピン溶接された流体用コネクタ - Google Patents

Abstract

【課題】
【解決手段】流体コネクタ本体（４２）と、プラスチックの外側層を有する金属管（４６）との間の継ぎ手が、スピン溶接によって形成され、コネクタ本体の、管を受けるようにされた部分は、コネクタ本体中の流体の通路と外部環境との間に外周に渡って連続したシールを形成するように、組をなす導管のプラスチックの外側面と係合する端面を規定している。コネクタ本体の径方向内方に延びたフランジ（７６）は、コネクタ本体において金属管を受ける端部開口部から離間された位置で内部通路中へ延びている。このフランジは、金属管に対する挿入制限部として機能する。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体用コネクタと、特に、このようなコネクタの、管の端部形との（ｗｉｔｈ ｔｕｂｉｎｇ ｅｎｄ ｆｏｒｍｓ）密封相互接続とに関し、更には、このような相互接続に効果を与えるためのスピン溶接の利用に関する。
【０００２】
【従来の技術】
迅速な接続カップリングが、米国の自動車産業において長い間、幅広く使用されてきた。このようなクイックコネクタは、様々な形で応用され得るが、典型的には、燃料システム及び蒸気リカバリシステム（ｖａｐｏｒ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｓｙｓｔｅｍ）で使用される。最もシンプルで最も費用的に有効なデザインは、金属の雄型管の管端部に取り外し可能に合されたプラスチック製の雌型ハウジングクイックコネクタ（ｔｈｅ ｐｌａｓｔｉｃ ｈｏｕｓｉｎｇ ｆｅｍａｌｅ ｔｙｐｅ ｑｕｉｃｋ ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ）である。この雌型ハウジングの反対側の端部は、最も典型的には、これの外周面上に形成された軸方向に離間されて位置されている突起（ｂａｒｂ）の部材を有するステムを規定し、この上に、ナイロンもしくはプラスチックの管の管端部が押圧される。このような配置は、１９９６年８月６日に公開され、“Ｑｕｉｃｋ Ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ Ｈｏｕｓｉｎｇ Ｗｉｔｈ Ｅｌｏｎｇａｔｅｄ Ｂａｒｂ Ｄｅｓｉｇｎ”と題された米国特許５、５４２、７１２号に記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
流体処理システムにおいて、使用されるコネクタが、適当に相互連結された雌型及び雄型部分を持つことは、避けられない。欠陥のあるコネクタだと、つなげられたシステムが流体を漏出してしまう。これは、システムに圧力をかけられているときに特に不都合であり、コネクタ漏れ（ｌｅａｋｉｎｇ ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ）は加圧された流体を漏出してしまう。更に、近年の連邦法（ｆｅｄｅｒａｌ ｌｅｇｉｓｌａｔｉｏｎ）は、自動車の燃料及び蒸気のリカバリシステムからの炭化水素の放出を相当に減じるように命令している。従来のクイックコネクタは、管の管端部を、これらの関連するコネクタ本体と組み立てられた状態に機械的に維持するために効果的であるが、連邦の要求を適当に適えることはできていない。また、典型的にはナイロン１２（ｎｙｌｏｎ １２）などの用いられている材料は、これを通る炭化水素の浸透を十分に防がない。
【０００４】
この浸透の問題は、２つ以上の異なった別々の層を有する同時押出成形された多層プラスチック管即ちプラスチック成型物（ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｌａｓｔｉｃ）の開発（ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ）によって、部分的には解決されてきた。これらの１つは、効果的な浸透層を与えるように特に設計されており、システムからの炭化水素の放出を回避し得る。一般に、最も有効な多層管は、外部環境に耐え得る材料から成る比較的厚い外側層を用いている。最も内側の層は薄く、炭化水素、アルコール、及び燃料の混合物中の他の材料のような材料が外側層に浸透（ｄｅｆｕｓｉｏｎ）しないようにする能力によって選択された材料からできており、中の流体のフローによって発生される静電荷を散らすのに十分な程度の電気導電性を有することもできる。これまでは、異なるポリマー層の間の十分な積層特性を得ることが非常に難しかった。かくして、内側の層と外側の層とを接着するための１つ以上の中間層の使用が提案されてきた。
【０００５】
燃料に関連した応用例における多層管の使用は、システムの燃料及び蒸気かこれと同様に厳しい外部環境かに、管の端部、即ち管端部が、中間層だけでなく内側と外側の層との積層の（ｌａｍｉｎａ）端部をも必然的に晒してしまうことから、問題があった。このように晒すことは、様々の層の間の接着力を低下させがちで、層間剥離、即ち、層の分離を生じ、結果として、システムの保全性を損ない、燃料の汚染と更に流体フローの閉鎖（ｂｌｏｃｋａｇｅ）とを引き起こす。
【０００６】
関係した問題が、市販されているクイックコネクタ装置の２つの面（ｄｕａｌ ａｓｐｅｃｔ）、即ち、多くは安価な幾分柔らかい材料の使用を度々必要な大量生産及び低販売価格という面と、非常に小さな中間取着部材（ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｓｍａｌｌ ｉｎｔｅｒ−ｆｉｔｔｉｎｇ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）の複雑な外形（ｃｏｎｔｏｕｒ）という面とから引き起こされる。これらの面は、ミスアッセンブリー（ｍｉｓａｓｓｅｍｂｌｙ）の可能性を全体的に増す。自動組み立てを含む大量生産技術は、部材のミスアッセンブリーもしくは許容外の寸法公差を見つけるのが難しいという問題を悪化させがちである。過度の寸法公差が積み重なると、有刺ステム（ｂａｒｂｅｄ ｓｔｅｍ）とプラスチックの管との間に低い分離特性を生じ、漏れを生じさせ得る。Ｏ−リングを有していないというようなミスアッセンブリーもまた、漏れを生じさせ得る。多層管の場合、寸法並びに／もしくは取着に関する問題は、管を有刺ステムに挿入する際の機械的な層間剥離につながる可能性がある。そして、単一壁を有するプラスチック管もしくは低いフープ（ｈｏｏｐ）強度を有する多層構造は、時間がたつと、もしくは高温では緩み、流体の漏れもしくは滲出（ｗｅｅｐｉｎｇ）を生じる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、先行技術の欠点を克服したアッセンブリーだけでなく、管の管端部とコネクタ本体との間の単純かつ安価な機械的に頑丈で環境的に耐性のある接続部をも提供する。
【０００８】
本発明の流体用コネクタは、プラスチックでコーティングされた金属管とのスピン溶接接続のために設計されている。このコネクタは、組をなす導管を受けるようにされた第１の開口と管を受けるようにされた第２の開口とを連通させる貫通通路（ｔｈｒｏｕｇｈ ｐａｓｓａｇｅ）を備えた本体を有する。この貫通通路の端部は、第２の開口のところに、管の外側面とシールするように係合する表面を規定している。この配置は、管端部をコネクタ本体によって確実にシールするという利点を有し、流体の漏れと、周囲からの汚染物質の侵入との両方を防ぐ。
【０００９】
一態様では、この発明は、プラスチックの外側層が取着されている金属管とのスピン溶接接続のための流体用コネクタである。このコネクタは、組をなす導管を受けるようにされた第１の開口と管を受けるようにされた第２の開口とを連通させる貫通通路を規定した本体を有する。
【００１０】
他の態様では、流体カップリングが、導管を受けるようにされた第１の開口とこれの反対側の第２の開口とを連通させる貫通通路を規定したコネクタ本体を有している。この本体の第２の開口の近くに、内側の溶接面を規定する内側面が形成されている。金属管の端部が、これに取着された外側のプラスチック層を有する。この外側のプラスチック層は、コネクタ本体の内側の溶接面にスピン溶接されている。
【００１１】
好ましくは、第２の開口は、貫通通路の一端部に環状の内側面を規定している。フランジが、この第２の開口から離間されて貫通通路に位置され、コネクタ本体から貫通通路中へ径方向内方に延びている。フランジは、管の先端と係合され得る。
【００１２】
本発明のスピン溶接された流体用コネクタは、金属管の端部とプラスチックのコネクタ本体との間の確実かつ全面的にシールされた接続部を、金属管に取着されたプラスチックの外側層がプラスチックのコネクタ本体の内側面にスピン溶接されるスピン溶接処理を利用して、提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１乃至４を参照して、本発明の好ましい態様が、クイックコネクタアッセンブリー、即ち流体カップリング４０を有する応用例を例に説明されており、この流体カップリングにおいては、コネクタ４２が、金属管部材４４の端部とプラスチック及び金属管端部４６とを相互連結させ、好ましくは自動車への適用のための流体回路を果たすように機能する。
【００１４】
図２に最もよく示されているように、コネクタ４２は、第１の開口５２から第２の開口５４まで延びている全体的には段の付いた内腔（ｂｏｒｅ）５０を有する管形状に、ガラス充填ナイロン（ｇｌａｓｓ ｆｉｌｌｅｄ ｎｙｌｏｎ）もしくは他の適当な材料から形成された硬いシェル形プラスチック製コネクタ本体４８のアッセンブリーである。
【００１５】
前記金属管部材４４の端部は、図１に示されるように、第１の開口５２を通って内腔５０中へ延びている。管４４に、これの先端５８から軸方向に離れて位置された起立ビード（ｕｐｓｅｔ ｂｅａｄ）５６が、本体４８と組み立てられたリテイナ６０に取り外し可能に係合している。金属管４４の外周面は、スペーサ６６により互いに分離された第１の弾性Ｏ−リング６２と第２の弾性Ｏ−リング６４とによって、内腔５０内において本体４８とシールするように係合され、また、第２のスペーサ６８とトップハット（ｔｏｐ ｈａｔ）７０とによって図示された位置に保持されている。図示されているように、金属管４４の端部の先端５８は、内腔５０中に挿入され、ツールもしくは特別な組立て装置を使用せずに、コネクタ４２と機械的に係合し得る。金属管４４の端部は、リテイナ６０を弾性的に変形させることによって、このコネクタ４２から取り外され得る。
【００１６】
コネクタ本体４８の内腔５０の中間の段部７２は、金属管４４の先端５８とのスリップフィット（ｓｌｉｐ ｆｉｔ）を確実にしてこれとの密接な接触を確立し得るようなディメンションにされている。
【００１７】
フランジ７７が、前記コネクタ本体４８の主要部と一体的に形成され、図２において、これから軸方向左に延びている。このフランジ７７は、先導突出部８０で終端している。そして、このフランジ７７は、円形で、第２の開口５４と同心であり、及び内側内腔７９を規定している。
【００１８】
前記プラスチック及び金属管端部４６は、好ましくは、プラスチック材料から成る外側層８２により覆われた金属の側壁８１を有する金属管、即ち導管から構成されている。このプラスチックの外側層８２は、同時押出し成形及び他の公知の技術によって、金属層８１にしっかりと付着されている。
【００１９】
本発明で使用されるのに理想的に適している特別なプラスチック及び金属管端部４６は、本発明の譲受人によって“ＮＹＣＬＡＤ”の商標名で製造及び販売されているナイロン１２炭素鋼（ｎｙｌｏｎ １２−ｃａｒｂｏｎ ｓｔｅｅｌ）でできた管端部である。また、他のプラスチック材料だけでなく他の金属材料も、本発明を実施するために使用され得ることが、理解されるだろう。
【００２０】
前記管端部４６のプラスチックの外側層８２は、単一層（ｍｏｎｏ−ｗａｌｌ ｌａｙｅｒ）として説明されているが、異なる幾つかのプラスチック層が互いに及び金属管端部８１に対して付着して接続されて成る多層構造、もしくは、中間に導電性材料の層を有する少なくとも２つのプラスチックの層から成る多層構造も、また、管端部４６のために用いられ得ることが、理解されるだろう。また、コネクタ本体４８の先端８０の最も内側の角部は、管端部４６の、コネクタ本体４８の最も端に近い内腔７９中への挿入を向上させるために引込んだ（ｌｅａｄ−ｉｎ）外形を与えるように、傾斜されるか角度を付けられてもよい。
【００２１】
図３、４を参照して、プラスチック及び金属管端部４６をコネクタ本体４８に取着するスピン溶接処理が、説明されている。図３に示されるように、管端部４６が、第２の開口５４と同心になるように予め位置され、これから軸方向に僅かに離されて位置される。管端部４６の名目上の外径は、先導突出部８０の内径よりも僅かに大きく、従って、管端部４６がコネクタ本体４８に接触する際、これら２つを予め位置させ、自己中心合せさせるように、まずこれの先端９６が先導突出部８０に接触する。また、この自己中心合せ特性は、スピン溶接中の案内マンドレル（ｇｕｉｄｅ ｍａｎｄｒｅｌｓ）の必要性をなくす。
【００２２】
内側のフランジ７６が、コネクタ本体４８内で内腔７２と内腔７９との間に形成されている。このフランジ７６は、中心アパーチャ７８を有する環形状である。このアパーチャ７８は、段の付いた内腔５０及び第２の開口５４と流体が流れるように連通されている。また、このフランジ７６は、プラスチック及び金属管端部４６の、第２の開口５４から内方に延びている貫通通路中への挿入の制限部として機能する。好ましくは、このフランジ７６の、コネクタ本体４８の隣接した側壁から径方向の長さは、プラスチック及び金属管端部４６の壁全体の厚さにほぼ等しいディメンションを有する。
【００２３】
前記管端部４６がコネクタ本体４８と係合するように軸方向に押圧されるのに従って、この管端部４６は堅く取着される。そして、コネクタ４８は、例えば、適当に押圧されて、これと相対的に回転するように取着される。適当な速度の相違が一旦確立されると、管端部４６とコネクタ本体４８とは、管端部４６の先端９６がフランジ７６と接触するまで、即ち、全ての相対的な軸方向の変位及び回転の変位が終わるときまで、矢印９８によって図示されているように軸方向へ共に押圧される。
【００２４】
スピン溶接処理の間、管端部４６の外側層８２の外面１００が、内腔部分７９の内側面と摩擦係合して、これらの表面が溶融し、図４に最もよく示された外側の溶接区域１０４を確立する。
【００２５】
スピン溶接における様々の制御ぺリメータは、他の出願で一般的に公知である。これらは、簡潔にするために、本明細書では示されないが、Ｍｕｅｌｌｅｒへの米国特許２、９３３、４２８号、Ｍｉｎｏｓｈｉｍａへの米国特許３、９８０、２４８号、並びにＪａｎｓｍａｎなどへの米国特許５、１５２、８５５号が参照される。
【００２６】
プラスチック層８２とコネクタ本体８２とに、スピン溶接処理中に確立された溶融状態からこれらが凝固するのに従って予想通りに混ざるような特に溶融温度において融和性のある材料を用いることが望ましい。これは、最適な構造的一体性を有する溶接部を生じる。
【００２７】
図５は、本発明の他の態様に係るクイックコネクタ本体４８の変形例を示す。この態様では、第２の開口５４から内方に延びた端部の内腔部分７９’が、図２に示されるような一定の直径と平坦な（ｓｍｏｏｔｈ）壁の構造とを有するのではなく、フランジ７６から延びた第１の収束するようにテーパが付けられた部分（ｃｏｎｖｅｒｇｉｎｇ ｔａｐｅｒｅｄ ｐｏｒｔｉｏｎ）８４を有するように形成されている。この部分８４は、より急な角度が付けられ、先導突出部８０の第２の開口部５４において終端している第２のテーパ部分８６へと延びている。
【００２８】
スピン溶接処理中に、第２のテーパ部分８６の急な角度により、管端部４６の先端９６で比較的大きな摩擦が生じ、この結果、管端部４６のプラスチックの外側層８２の端部とコネクタ本体４８の端部とでの大量の熱と迅速な溶融とを生じる。
【００２９】
管端部４６とコネクタ本体４８とが、軸方向に互いに進められ続けるのに従って、管端部４６のプラスチックの外側層８２は、より角度が急でない第１のテーパ部分８４を通る。コネクタ本体４８の第１のテーパ部分８４と第２のテーパ部分８６との両方が、管端部４６のプラスチックの外側層８２とコネクタ本体４８との間の完全な３６０°の環状のシールを与える溶接区域を提供する。
【００３０】
更なる平坦な結合（ｆｌａｓｈ ｔｒａｐ）と同様に、コネクタ本体４８の二重にテーパ付けされた部分の構造及び使用についての詳細が、本発明と同じ譲受人に譲渡された“Ｓｐｉｎ Ｗｅｌｄｅｄ Ｆｌｕｉｄ Ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ”と題された米国特許６、１９９、９１６号において参照できる。
【００３１】
プラスチックでコーティングされた金属管とプラスチックのクイックコネクタ本体との間のシールされた接続を確実にするために、スピン溶接を利用し、このコネクタ本体の他方の端部が別の管の端部にシールするように連結されている独特の流体用コネクタが開示されてきた。本発明に係る独特のクイックコネクタ及び流体カップリングは、金属管がプラスチックのコネクタ本体にシールするように連結されるのを、管とコネクタ本体との間の全面的な３６０°に渡るシールを確実にする迅速なスピン溶接処理によって可能にしている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスピン溶接された流体カップリングの断面図である。
【図２】図１に示されたコネクタ本体の長手方向の断面図である。
【図３】コネクタ本体中へ管端部をスピン溶接する前の図１の流体カップリングの拡大された分解断面図である。
【図４】コネクタ本体にスピン溶接された管端部の接続部の大きく拡大された断面図である。
【図５】コネクタ本体の変形例の面（ｍｏｄｉｆｉｅｄ ａｓｐｅｃｔ）にスピン溶接される管端部の接続部の大きく拡大された断面図である。

Claims (8)

1. プラスチックの外側層が取着されている金属管を有しているスピン溶接接続のための流体用コネクタであって、このコネクタは、
   組をなす導管を受けるようにされた第１の開口と金属管を受けるようにされた第２の開口とを連通させた貫通通路を規定した本体を具備する、組み合わせ。
2. 前記第２の開口は、前記貫通通路の一端部で環状の内側面を規定している、請求項１の組み合わせ。
3. 前記貫通通路内で第２の開口から間隔を置いて位置され、貫通通路中へ径方向内方に延び、金属管の先端と係合され得るフランジを更に具備する、請求項１の組み合わせ。
4. 前記組をなす導管の当接面と取り外し可能に係合するようにコネクタ本体に装着されたリテイナを更に具備する、請求項１の組み合わせ。
5. 導管を受けるようにされた第１の開口と、これの反対側の、本体に形成された内側面を規定する第２の開口とを相互に連通する貫通通路を規定したコネクタ本体を具備し、前記内側面は、内側の溶接面を規定し、また、
   コネクタ本体の内側の溶接面にスピン溶接された、プラスチックの外側層が取着されている金属管とを更に具備する、流体カップリング。
6. 前記第２の開口は、貫通通路の一端部で環状の内側面を規定している、請求項５の流体カップリング。
7. 前記貫通通路内において第２の開口から間隔を置いて位置され、貫通通路中へ径方向内方に延び、及び金属管の先端と係合され得るフランジを更に具備する、請求項５の流体カップリング。
8. 前記導管の当接面と取り外し可能に係合するようにコネクタ本体に装着されたリテイナを更に具備する、請求項５の流体カップリング。

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