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
【発明の詳細な説明】
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（この用語はパイプを包含する。）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、チューブをスエージする（これは、チューブは半径方向に膨張することを包含する。）ことによって第１チューブにしっかりと固定されたカラー、およびスエージすることによって第２チュ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チュ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ットであり、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ットを有しており、ユニオン部材に対するナットの回転が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エ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Mf以上の温度である場合に変態が完了する。温度Ms、Mf、As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。物体が冷却され、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、シェイプ・メモリー・アロイズ（Shape Memory Alloys）と標題を付したシェトキー（L.M.Schetky）によるサイエンティフィック・アメリカン（Scientific American）、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、スエ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。物体をスエージして、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壁であってよい。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。
発明の要旨 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、スエ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Af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エ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、スエ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エ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ってよいが、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く、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、ア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、装着後にさらなる温度に応じて、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4,144,104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3,753,700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Af温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プによれば、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。カプガン（Michael Kapgan）およびブルックス（Peter Brooks）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4,770,725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く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As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の上で引き寄せされる。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前状であり、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。
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（この用語はパイプを包含する。）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、チューブをスエージする（これは、チューブは半径方向に膨張することを包含する。）ことによって第１チューブにしっかりと固定されたカラー、およびスエージすることによって第２チュ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チュ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ットであり、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ットを有しており、ユニオン部材に対するナットの回転が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エ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Mf以上の温度である場合に変態が完了する。温度Ms、Mf、As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。物体が冷却され、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、シェイプ・メモリー・アロイズ（Shape Memory Alloys）と標題を付したシェトキー（L.M.Schetky）によるサイエンティフィック・アメリカン（Scientific American）、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、スエ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。物体をスエージして、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壁であってよい。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。
発明の要旨 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、スエ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Af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エ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、スエ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エ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ってよいが、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く、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、ア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、装着後にさらなる温度に応じて、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4,144,104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3,753,700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Af温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プによれば、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。カプガン（Michael Kapgan）およびブルックス（Peter Brooks）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4,770,725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く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As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の上で引き寄せされる。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前状であり、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。
【特許請求の範囲】
【請求項１】物体に機械的接続を形成する方法であって、（ａ）２つの半径方向に伸びてい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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項５】少なくともカラーとスリーブの接触領域において、スリーブおよびカラーの少なくとも１つがテーパーしている請求項４記載の方法。
【請求項６】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。
【請求項７】該他の要素が、カラー上で軸方向の面する表面と共働するために軸方向の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力がリングによってカラーを経て物体に適用される請求項６記載の方法。
【請求項８】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。
【請求項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の約40％よりも薄い請求項８記載の方法。
【請求項１０】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つの半径方向に伸びてい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。
【請求項１１】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10記載のアッセンブリ。
【請求項１２】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11記載のアッセンブリ。
【請求項１３】カラーが、軸方向の面する表面を有し、該要素が、カラー上で軸方向の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経て物体に軸力が適用される請求項12記載のアッセンブリ。
【請求項１４】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10記載のアッセンブリ。
【請求項１５】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14記載のアッセンブリ。
【請求項１】物体に機械的接続を形成する方法であって、（ａ）２つの半径方向に伸びてい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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項５】少なくともカラーとスリーブの接触領域において、スリーブおよびカラーの少なくとも１つがテーパーしている請求項４記載の方法。
【請求項６】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。
【請求項７】該他の要素が、カラー上で軸方向の面する表面と共働するために軸方向の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力がリングによってカラーを経て物体に適用される請求項６記載の方法。
【請求項８】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。
【請求項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の約40％よりも薄い請求項８記載の方法。
【請求項１０】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つの半径方向に伸びてい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。
【請求項１１】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10記載のアッセンブリ。
【請求項１２】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11記載のアッセンブリ。
【請求項１３】カラーが、軸方向の面する表面を有し、該要素が、カラー上で軸方向の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経て物体に軸力が適用される請求項12記載のアッセンブリ。
【請求項１４】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10記載のアッセンブリ。
【請求項１５】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14記載のアッセンブリ。
【第１図】
【第２図】
【第３図】
【第２図】
【第３図】
【特許番号】第２９６１１３４号
【登録日】平成１１年（１９９９）８月６日
【発行日】平成１１年（１９９９）１０月１２日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平２−５０５０２２
【出願日】平成２年（１９９０）２月２２日
【公表番号】特表平５−５０１１４３
【公表日】平成５年（１９９３）３月４日
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ９０／００９１６
【国際公開番号】ＷＯ９０／１０１７０
【国際公開日】平成２年（１９９０）９月７日
【審査請求日】平成９年（１９９７）２月１７日
【出願人】（９９９９９９９９９）エアロフィット・プロダクツ・インコーポレイテッド
【参考文献】
【文献】特開 昭６１−６４８７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭６１−１８０００６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭６３−２２５７８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開 昭６３−４０６８９（ＪＰ，Ｕ）
【登録日】平成１１年（１９９９）８月６日
【発行日】平成１１年（１９９９）１０月１２日
【国際特許分類】
【出願日】平成２年（１９９０）２月２２日
【公表番号】特表平５−５０１１４３
【公表日】平成５年（１９９３）３月４日
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ９０／００９１６
【国際公開番号】ＷＯ９０／１０１７０
【国際公開日】平成２年（１９９０）９月７日
【審査請求日】平成９年（１９９７）２月１７日
【出願人】（９９９９９９９９９）エアロフィット・プロダクツ・インコーポレイテッド
【参考文献】
【文献】特開 昭６１−６４８７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭６１−１８０００６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭６３−２２５７８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開 昭６３−４０６８９（ＪＰ，Ｕ）
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