JPH0245043B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は可撓性の連結装置またはその改善に関
する。

周知の可撓性連結装置の１つは連結装置の長手
方向軸線を含むいかなる平面においても部材間の
相対的な枢動運動を可能にするための１対の部材
の軸方向に整合されかつ向い合つているボール面
およびソケツト面の間で作動する環状の可撓性ベ
アリングを含んでいる。

この型の連結装置の欠点は可撓性のベアリング
は大きな圧縮荷重を受け入れることはできるが破
損するまでは比較的小さな引張荷重に対してしか
抵抗できないことである。同等の強さの圧縮荷重
および引張荷重を受け入れるようになすために
は、一方は圧縮荷重を支持し他方は引張荷重を支
持する２つの可撓性のベアリングを組み込んだ連
結装置を提供する必要がある。これは装置の製造
が高価なものとなるばかりではなく２つの可撓性
ベアリングの使用に帰因して望ましくないアセン
ブリの円錐状の変位に対する抵抗が増加すること
において不満足なものである。

本発明によつて中空の外側部材と、外側部材の
内側に配置される胴部および外側部材の開口を貫
通して外方に突出するステム部を有する内側部材
と、内側部材および外側部材に設けられる相向い
合う面の間で作動する可撓性のベアリングと、外
側部材の中の流体漏れのない室の中に収容される
実質的に非圧縮性の流体と、から成る可撓性の連
結装置が提供される。

本発明の連結装置は引張荷重および圧縮荷重の
両方を支持することができる。引張荷重は主とし
て圧縮される可撓性ベアリングによつて受け入れ
られまた圧縮荷重は主として室の中の非圧縮性の
流体の圧力の増加によつて受け入れられる。

例えば気体あるいは液体またはそれらの組み合
わせたものである室の中の流体は連結装置が荷重
から解放されている状態において加圧されている
のが好ましく、その流体の圧力は可撓性のベアリ
ングに圧縮方向の予荷重を与える役割を果す。

可撓性ベアリングの予荷重の程度は連結装置が
支持するように設計される引張荷重の操作範囲の
中にあるように選ばれるのが好ましい。ベアリン
グの実際の全たわみ量が減少されまたベアリング
に起る引張荷重が防止される結果としてベアリン
グの疲労寿命の改善に貢献する。

密封された室は少くともその一部は制御素子に
よつて形成されるのが好ましい。制御素子は例え
ばダイアフラムまたは滑動自在なシヤトルであつ
てその１側面は室の中の流体圧に露呈され他の側
面は外部の流体圧に露呈されており室の中に収容
される流体の圧が負圧になることを防止してい
る。外部の流体圧は連結装置を包囲する流体の圧
力であつてそれは例えば大気圧かまたは制御素子
の反対側において室の中の流体に作用し密封され
た空所の中に収容される流体の圧力である。

連結装置は内側部材および外側部材の間の相対
的な枢動を可能にすることが好ましい。したがつ
て、内側部材および外側部材に設けられる軸方向
に整合しかつ相向い合つている面の形状は連結装
置の長手方向軸線を含む面内の枢動を許容する半
円筒状が良いが好ましくは面の形状は連結装置の
長手方向軸線を含むどのような面における全方向
の枢動をも許容する半球形状が良い。相向い合う
面は共通の中心軸（半円筒状の場合）または共通
の曲率中心（半球形状の場合）を有するのが好ま
しい。

可撓性のベアリングは例えばゴムおよび補強板
の如きエラストマ材料の層を綴じ込んだ績層構造
が好ましいがエラストマ材料のみで形成すること
もできる。ベアリングは内側部材および外側部材
に設けられる相向い合う面の形状を補完する端面
を有している。そのような相向い合う面は曲面形
状をなしておりまたベアリングは積層構造であつ
て各々の層および板は類似の曲面形状を有する。
ベアリングの端面は向い合う面に接合されるかあ
るいは周知の手段によつて向い合う面に固定され
る金属の端末リングに取り付けられる。ベアリン
グは中央の開口を有する環状であつてこの開口を
貫通して内側部材のステム部が伸長する。またベ
アリングは単一構造になされるかあるいは複数個
の独立した部片から構成される。

連結装置が大きな円錐状のたわみを受け入れる
ことが必要とされる場合は互に分離された２つの
内側部材が背中合せに配列されステム部は外側部
材のそれぞれの開口を貫通して互に反対方向に外
方へ突出し、それぞれの可撓性のベアリングは
各々の内側部材および外側部材の間で作動しさら
に側面部材の内側の流体漏れのない室の中には実
質的に非圧縮性の流体が収容されて内側部材の間
で作用している。

次に本発明の実施例を図面を参照して詳細に説
明する。

第１図乃至第３図に示す連結装置１は中空の外
側部材２と、内側部材３と、外側部材と内側部材
の間で作用する可撓性のベアリング４とから成つ
ている。

外側部材２は１端において中央の開口７を形成
する径方向において内側に向う内側のフランジ６
と、開口７を包囲する内側の半球形状の面８とを
有する管状の本体部分５を包含している。本体部
分５の他端は環状の可撓性のダイアフラム９によ
つて閉ざされていて、ダイアフラムの周辺縁は本
体部分５の端末面の凹陥部１１および適宜な手段
（図示せず）例えばボルト止めによつて端末面に
取り付けられる剛性の端末板１２の縁部によつて
画定される環状の溝１０の中に収容されて留めら
れている。端末板１２には以下に詳細に説明する
目的のために複数個の通気孔１３が設けられてい
る。

内側部材３は外側部材２の内側の半球形状の面
８に向い合いかつ軸方向において面８から隔置さ
れる外側の半球形状の面１５を形成する胴部１４
と、胴部１４と一体に形成されていて外側部材の
開口７を貫通して外方に突出しかつ連結装置の長
手方向の軸線と同軸上にあるステム１６と、を有
している。

可撓性のベアリング４はエラストマ４ａの層か
ら成る環状の半球形状の複数個のリングと、互に
向き合つている半球形状の面８および１５を補完
する形状になされかつ面８および１５に固定され
る端末リングと交互に配列される剛性の補強板４
ｂとを含んでいる。

外側部材２の本体部５、ベアリング４、内側部
材３の胴部１４、および可撓性のダイアフラム９
は一緒になつて流体漏れのしない室すなわち密封
室１７を形成しており密封室１７は35Kg／cm²
（500psi）に加圧されたひまし油基材の流体の如
き実質的に非圧縮性の流体で充満される。

上述の連結装置の作用を以下に詳細に説明す
る。静止したすなわち荷重を受けていない状態で
第１図に示される連結装置を参照すると、エラス
トマ層４ａは室１７の中に流体圧によつて圧縮方
向の予荷重を受けておりまたダイアフラム９は一
方の側において室１７の中の流体圧に従い他方の
側においては通気孔１３を通じて周囲の外部圧力
（ここでは大気圧）に従つて端末板１２に対して
平坦になつている。

次に第２図を参照すると第１図に示す連結装置
の部材２あるいは３の一方に引張力を加えた効果
が示されている。例えば引張荷重が内側部材３に
加えられたと考えると引張荷重が増加するに従つ
てエラストマ層４ａは増加された圧縮を受けまた
内側部材３は図示の如く右側すなわち引張荷重の
方向へ変位する。室１７の容積が増加する結果と
して室１７の中に流体圧は大気圧になるまで減少
する。この時にダイアフラム９は端末板１２から
離れて右方向へたわみ大気圧にある空気がダイア
フラム９と端末板１２の間の空隙の中へ引き込ま
れる。この状態においてダイアフラムの両側に作
用する圧力は等しくされまた部材３の変位が増加
されても室１７の中における流体の圧力が更に減
少することはない。すなわち室１７の中の圧力が
負圧になることを防止している。

次に第３図を参照すると第１図に示す連結装置
の部材２あるいは３の一方に圧縮荷重を加えた効
果を示している。例えば圧縮荷重が内側部材３に
加えられたと考えると、圧縮荷重が増大するとエ
ラストマ層４ａは圧縮が減少されまた荷重は室１
７の中の流体圧の増加となりさらに実質的に非圧
縮性の流体が内側部材３の図の左方すなわち圧縮
荷重の作用する方向への変位を防止している。す
なわちエラストマ層４ａの中の張力の発生を防止
している。外側部材２へ引張荷重および圧縮荷重
が作用したときの作用は内側部材３に関して説明
したことと同様である。

上述の如く連結装置１に加えられた圧縮荷重を
吸収する機能に加えて、室１７の中の加圧流体の
存在は下記のようにベアリングの最大圧縮率を増
加させることなくベアリングの実際に起るたわみ
を減少させることによつて連結装置の疲労特性の
向上をもたらす。連結装置が200トン乃至1500ト
ンの引張荷重の作用範囲にわたつてかつ室１７の
中の流体圧が存在しない状態で作用するように設
計されると仮定しまた、この範囲にわたるベアリ
ングの全たわみ量をＸmmでありこれは大体0.5乃
至3.5％の範囲の圧縮率と等価であると仮定する。
次に本発明による連結装置における室１７の中の
流体圧が可撓性のベアリングに600トンの予荷重
を提供すると仮定すると静止したすなわち荷重を
解放された状態においてＹmmの初期たわみをもた
らす。前述の如く引張荷重における増加によつて
流体圧は減少しその結果1500トンの引張荷重にお
いて流体圧からの寄与が相当に減少ししたがつて
ベアリングの全たわみ量は室１７の中に流体圧が
存在しない時とほぼ同様となる。すなわちベアリ
ングの実際のたわみ量はＸmmから（Ｘ−Ｙ）mmま
で減少されこのことは1.5乃至3.5％の圧縮率の範
囲と等価となる。

単一の可撓性のベアリングを用いて引張および
圧縮の両方を支持する本発明の連結装置の能力に
帰因する他の効果はこれと等しい機能をもたらす
ために配置される一対の可撓性のベアリングを必
要とする従来技術の連結装置に比較して連結装置
の円錐状の変位に対する抵抗が減少されたことお
よび大きな割合を占めるベアリングの製造コスト
が低減されることである。

次に第４図乃至第６図を参照すると本発明の第
２の実施例の連結装置３０が示されている。連結
装置３０は中空の外側部材３１と第１図乃至第３
図の連結装置よりも大きな円錐角度に適応するよ
うに背中合せに配置された２つの内側部材３２お
よび３２′を用いている。

外側部材３１は両端に取り付けられた対応する
開口を有する端末板３４および３４′をもつた管
状体３３を含んでいる。両方の端末板の間の管状
体３３の中央部には両端において管状体３３に取
り付けられた内側の円筒形のダイアフラム３６に
よつて閉じられている複数個の通気孔３５が形成
されている。各々の端末板３４および３４′は同
様であつてそれらは中央の開口３７および３７′
と、対応する開口の周囲を伸長する半球形状の内
側面３８および３８′を有している。

各々の内側部材３２および３２′は同様であつ
て半球形状の外側面４０および４０′を形成する
胴部３９および３９′と、一体に形成されるステ
ム部４１および４１′とを有している。各々の胴
部３９および３９′は近接する端末板３４および
３４′の開口３７および３７′を貫通して外側に突
出する連携するステム部４１および４１′を有す
るそれぞれの１端に近接する外側部材３１の中に
配置される。ステム部４１および４１′は軸方向
に整合されてかつ連結装置の長手方向軸線と同軸
上になされる。

それぞれの可撓性のベアリング４２および４
２′は内側部材および外側部材の互に向い合う半
球形状の面４０と３８および４０′と３８′の間で
作用する。各々のベアリング４２および４２′は
同様であつてこれらはエラストマ４２ａ，４２´
ａの層からなる複数個の環状の半球形状のリング
と、交互に配列される剛性の補強板４２，４２′
ｂから構成される。

端末板３４，３４′、胴部３９，３９′、ベアリ
ング４２，４２′およびダイアフラム３６は一緒
になつて流体漏れのない室４３を外側部材の中に
形成しこの室４３の中には実質的に非圧縮性の流
体が加圧されて収容される。

両方の内側部材に引張および圧縮荷重が加えら
れた状態での第４図乃至第６図に示す連結装置３
０の作用は第１図乃至第３図の実施例を参照して
説明したものと実質的に同様である。すなわち可
撓性のベアリング４２，４２′は室４３の中の流
体圧によつて圧縮方向に予荷重を受けている。引
張荷重はベアリングにおける圧縮の増加によつて
支持されこれによつて室４３の中の流体圧が通気
孔３５を通つて作用する外部の大気圧と等しくな
るまで低下する。圧縮荷重は室４３の中の流体圧
の増加によつて支持される。

圧縮および引張の両方の荷重を支持する本発明
の連結装置の能力は特に浮遊オイル・リグ・プラ
ツトホームを海底に固定するのに用いられる係留
線に組み込むのに適している。この場合にはプラ
ツトホームから離れる運動は係留線を介して連結
装置に加えられる大きく変動する圧縮および引張
荷重を引き起こすことができる。より詳細には第
１図乃至第３図の連結装置は外側部材をプラツト
ホームあるいは海底に取り付けまた内側部材のス
テムを係留線に取り付けることによつてそのよう
な線の端末を固定することができる。一方第４図
乃至第６図の連結装置は２つの連続する係留線の
隣接する端部に各々の内側部材のステム部を取り
付けることによつて係留線の連続線を接続するこ
とができる。

本発明が上述の実施例に限定されるものではな
く、例えば第７図および第８図に示す如く第１図
乃至第３図に示す連結装置の可撓性のダイアフラ
ム９を内側部材３の胴部１４の端面にその周辺を
取り付けた可撓性のダイアフラム７０によつて置
き換えることもできる。ダイアフラム７０は１側
面において室１７の中の流体圧に従い反対側の側
面においては内側部材３に形成される通気路７１
（第７図）を介して周囲の外部圧力に従うかある
いはダイアフラム７０および内側部材３の胴部の
端面の凹部７３によつて形成される流体漏れのな
い室７２（第８図）の中に含まれる流体の圧力に
従う。

また第９図および第１０図に示すように第７図
および第８図に示す可撓性のダイアフラム７０を
内側部材の胴部１４およびステム１６の中に形成
された軸方向に伸長する孔８１の中に滑動しかつ
１対の０−リング８２によつて孔８１に対して密
封されるシヤトル（shuttle）８０で置き換える
ことができる。シヤトル８０はその１側面におい
て室１７の中の流体圧に露呈され反対側の面にお
いては内側部材３の中に形成される通気路３３
（第９図）を介して周囲の外部圧力に露呈される
かあるいはシヤトル８０および孔８１の閉止端に
よつて形成される流体漏れのない空所８４に含ま
れる流体圧に露呈させることができる。

流体漏れのない空所７２に含まれる流体は気体
または液体でよく室１７の中に含まれる流体と同
様なのが好ましい。また室１７および室７２の中
の流体圧は荷重が解放された状態で等しくされ
る。便宜的には空所７２および８４は封止プラグ
によつて密封される内側部材の通路（図示せず）
によつて充填される。

第７図乃至第１０図に示す各々の応用例が第４
図乃至第６図の連結装置に組み込むことができそ
の場合には内側部材３２および３２′の一方ある
いは両方が第７図乃至第１０図に示すようにある
いはそれらを組み合わせて形成することができる
ことは理解されるであろう。

第１１図および第１２図に示す更に別の応用例
においては第１図乃至第３図および第４図乃至第
６図にそれぞれ示す連結装置のダイアフラム９お
よび３６が除去されかつ流体漏れのない室１７お
よび４３にはベアリング４および４２，４２′に
圧縮方向の予荷重を与えるための加圧された気体
および液体を組み合わせたものが充填されてい
る。通常は液体の体積よりも相当小さい気体の体
積は、極大の引張荷重において室の中の内側流体
圧が周囲の外部圧力以下にならないようにまた圧
縮荷重においては室の中の内部流体圧が急速に増
加して荷重を支持するように選択されさらに最初
の内部流体圧は圧縮荷重のもとでベアリングが決
して引張状態にならないように選択される。気体
および液体は互に接触していてもよいしあるいは
適宜な隔膜によつて隔離（例えば気体が密封した
包みの中に収容される）されてもよい。適宜な気
体と液体の組み合せは空気と防錆剤を含む水であ
る。

他の応用例（図示せず）は第１乃至第３図と第
４図乃至第６図にそれぞれ示す連結装置のダイア
フラム９および３６の反対側の面に作用する流体
を含む密封された空所を含んでいる。そのような
密封された空所は外側部材の外方に配置されるか
あるいはダイアフラム９および３６は外側部材の
中の室を２つの流体漏れのない隔室に再分割され
る。また第１図乃至第３図および第４図乃至第６
図に示す連結装置の外側部材には第９図および第
１０図に示すものに類似した滑動シヤトルを可撓
性のダイアフラム９，３６の代りに形成すること
ができる。

内側部材および外側部材の向い合う面は連結装
置の長手方向軸線だけを含む１つの平面の中の枢
動運動を提供する部分的に円筒形をした形状にす
ることもできる。

内側部材のステム部は上述のように胴部と一体
に形成することができあるいはステム部は胴部と
別々に形成されて例えばボルト止め等の適宜な手
段によつて胴部に取り付けることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は荷重を受けていない状態の本発明の連
結装置の第１の実施例を示す断面図、第２図およ
び第３図は第１図の連結装置がそれぞれ軸方向の
引張荷重および軸方向の圧縮荷重を受けている状
態を示す断面図、第４図は荷重を受けていない状
態の本発明の連結装置の第２の実施例を示す断面
図、第５図および第６図は第４図に示す連結装置
がそれぞれ軸方向の引張荷重および軸方向の圧縮
荷重を受けている状態を示す断面図であつて、第
７図乃至第１２図は第１図乃至第３図および第４
図乃至第６図の連結装置の種々の応用例を示す断
面図である。 １……連結装置、２，３１……外側部材、３
２，３２′……内側部材、４，４２，４２′……可
撓性ベアリング、４ａ，４２ａ，４２′ａ……エ
ラストマ、４ｂ，４２ｂ，４２′ｂ……補強材、
８，１５；３８，４０；３８′，４０′……向い合
う面、９，３６，７０，８０……ダイアフラム、
１６，４１，４１′……ステム部、１７，４３…
…流体漏れのない室、１８……流体、３７，３
７′……開口、３９，３９′……胴部、７２，８４
……密封された空所。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 中空の外側部材と、この外側部材の内側に配
   置される胴部および前記外側部材に設けられる開
   口を貫通して外方へ突出するステム部を有する内
   側部材と、この内側部材及び前記外側部材にそれ
   ぞれ設けられる相対向する外側および内側の面の
   間で作用して引張荷重を吸収する可撓性のベアリ
   ング部材と、を備えた可撓性の連結装置であつ
   て、前記外側部材の中には流体密の室が形成さ
   れ、この流体密の室の中には圧縮荷重を吸収する
   ための実質的に非圧縮性の流体が収容されてお
   り、更にこの実質的に非圧縮性の流体の圧力によ
   り前記ベアリング部材が圧縮方向の予荷重を受け
   ていることを特徴とする可撓性の連結装置。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の連結装置にお
   いて、前記流体密の室は、一方の面がこの流体密
   の室の流体の圧力に、また反対側の面が外部の流
   体圧にそれぞれ露呈されている制御素子によつ
   て、少なくとも一部を形成されていることを特徴
   とする可撓性の連結装置。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載の連結装置にお
   いて、前記制御素子が可撓性のダイアフラムであ
   ることを特徴とする可撓性の連結装置。 ４ 特許請求の範囲第２項に記載の連結装置にお
   いて、前記制御素子が滑動自在なシヤトルである
   ことを特徴とする可撓性の連結装置。 ５ 特許請求の範囲第２項乃至第４項のいずれか
   に記載の連結装置において、前記外部の流体圧が
   大気圧となされていることを特徴とする可撓性の
   連結装置。 ６ 特許請求の範囲第２項乃至第４項のいずれか
   に記載の連結装置において、前記外部の流体圧が
   密封された空所の中に収容される流体の圧力であ
   ることを特徴とする可撓性の連結装置。 ７ 特許請求の範囲第１項乃至第６項のいずれか
   に記載の連結装置において、前記相対向する外側
   および内側の面が部分円筒形状であり、好ましく
   は共通の中心軸を有していることを特徴とする可
   撓性の連結装置。 ８ 特許請求の範囲第１項乃至第６項のいずれか
   に記載の連結装置において、前記相対向する外側
   および内側の面が部分球形状であつて、好ましく
   は共通の曲率中心を有することを特徴とする可撓
   性の連結装置。 ９ 特許請求の範囲第１項に記載の連結装置にお
   いて、２つの内側部材が設けられ、各々の内側部
   材が、前記外側部材の中に配置される胴部と、前
   記外側部材のそれぞれの開口を貫通して互いに反
   対方向に外方へ突出するステム部と、前記内側部
   材と前記外側部材との間で作用するそれぞれの可
   撓性のベアリング部材と、を備えていることを特
   徴とする可撓性の連結装置。 １０ 特許請求の範囲第１項乃至第９項のいずれ
   かに記載の連結装置において、前記ベアリング部
   材がエラストマと補強材とを綴じ込んだ層からな
   る積層構造となされることを特徴とする可撓性の
   連結装置。 １１ 特許請求の範囲第１項乃至９項のいずれか
   に記載の連結装置において、前記ベアリング部材
   がエラストマ材料から形成されることを特徴とす
   る可撓性の連結装置。