JP2011503443A - 複合チューブクランプおよびその作製方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、重量を大幅に低減するために、先行技術のクランプのブロック部分の大部分をなくして、外形を大幅に小さくした、改良された複合クランプである。本発明の複合クランプは、「複合ストラップクランプ」と表すのが適切であることがある。クランプ部分は、ブロック材料なしで弓形形状に成形される。高強度を与えるために、構造的な炭素繊維の織布を含む強化用繊維が、熱可塑性ポリマー、熱硬化性ポリマーまたは熱硬化可能ポリマーとともに用いられる。高強度および低い層間剥離を与えるために、強化用長繊維が、クランプ部分を通って長手方向に延在している。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２００６年１２月２８日に出願された米国仮特許出願第６０／８７７，９４７号明細書の利益を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に援用される。

本発明は、航空機エンジンに有用な、ポリマーおよび繊維織布を含む複合クランプに関する。

様々な流体を通すため、およびワイヤハーネスのための金属製導管をエンジンケース（ｅｎｇｉｎｅ ｃａｓｉｎｇ）の内側に取り付けるための金属製のクランプを、ガスタービン航空機エンジンにおいて使用することができる。クランプは、高温、およびタービンエンジン環境において起こる振動に耐えられなければならない。金属製のストラップクランプが一般的に用いられており、本発明の目的に対して従来のものとみなされている。金属は、振動減衰能力が低く、金属製導管またはワイヤハーネス（例えば、Ｎｏｍｅｘ（登録商標）ワイヤハーネス）を摩耗させたり、または擦り傷を付けたりすることがある。

金属の代わりに高分子材料を取り入れた複合クランプは、金属製のクランプに比べて重量が減少するだけでなく、より優れた振動減衰を提供することができる。複合クランプはまた、例えばアルミニウムより優れた耐疲労性およびステルス性（ｓｔｅａｌｔｈ ｐｒｏｆｉｌｅ）も提供することができる。

従来の複合クランプは、複合ブロックから機械加工され、「ブロッククランプ」と呼ばれている。これらのクランプは、複合ブロックから最終形状へと切削されなければならず、クランプの半径方向内側面（導管と接触している部分）は、適切な工作機械で成形されなければならない。機械加工により、繊維端が形成されることがあり、この繊維端は、クランプ留めされるチューブに対して研磨性を有したり、剥離部位になったりすることがある。

米国特許第６，８４１，０２１号明細書には、ほとんどまたは全く機械加工なしで得られるブロック複合クランプが記載されており；この文献の教示内容は参照により本明細書に援用される。

第１の部材と第２の部材とを含む、複合材料を含むクランプであり、前記部材の少なくとも一方が、使用時に、クランプ留めされる細長部材の外側面とほぼ適合して接触する内側面と、クランプ部分の外側面とを含むクランプ部分を含み；それによって、前記クランプ部分の外側面が、前記細長部材の外側面とほぼ類似の形状を有し、複合材料が、（１）熱可塑性ポリマー、熱硬化性ポリマーまたは熱硬化可能ポリマー；および（２）少なくとも１種の強化用繊維を含む。

第１の部材と第２の部材とを含む、複合材料を含むクランプであり、前記部材の少なくとも一方が、クランプ部分を含み、前記クランプ部分が、ほぼ均一な断面または不均一な断面を含む。

第１の部材と第２の部材とを含む、複合材料を含むクランプであり；前記部材の少なくとも一方が、クランプ留めされる細長部材の外側面と異なる形状を有する内側面と、クランプ部分の外側面とを含むクランプ部分を含み、それによって、前記クランプ部分の外側面が、前記細長部材の外側面と異なる形状を有する。

起伏のある積層成形型（ｌａｙｕｐ ｔｏｏｌ）上の従来のクランプである。 トリミングおよび切削の前の従来のクランプ技術によるクランプである。 長繊維層を示す；本発明のクランプである。 本発明のクランプである。 本発明のクランプである。 本発明のクランプ−クランプの下半部を形成するのに用いられる成形型である。 本発明のクランプ−クランプの下半部を形成するのに用いられる成形型である。 本発明のクランプ−クランプの上半部を形成するのに用いられる成形型である。 本発明のクランプ−クランプの上半部を形成するのに用いられる成形型である。

本明細書においては、いくつかの用語が用いられ、以下のように定義される。
「弓形の」とは、弓または弧の形状を有することを意味し；
「適合した」とは、同じ形状およびサイズを有することを意味し；
「類似の」とは、サイズまたは位置のみが異なるが、形状は異ならないことを意味し；
「断面」とは、長手方向に垂直な平面断面を意味し；
「均一な断面」とは、長手方向に沿った断面の寸法の形状および面積が両方とも一定であることを意味し；
「不均一な断面」とは、長手方向に沿った断面の寸法の形状または面積のいずれかが異なり得ることを意味する。一例は、連続的にまたは段階的に；長手方向に先細りになる形状であり得る。

図１は、起伏のある積層成形型（２４）上にあり、かつブロック状構造（３８）を伴う先行技術のクランプ（２０）の積み重ねられた層を示す。図２は、トリミングおよび切削の前の従来のクランプである。

図３は、クランプの上半部（１）、クランプの下半部（２）、およびクランプ部分（３）を示す、本発明の例示的な複合クランプの側面図である。支柱（４）が、クランプの使用時の固定部分である。様々な繊維配向の炭素繊維織布の連続層が、クランプ部分（５）を通って、クランプの全体的な外形または輪郭にしたがって長手方向に延在して示されている。より短い層（６）が、クランプの下半部の支柱の連続層の間に配置される。

図４（Ａ）および（Ｂ）は、本発明のクランプの他の図を示す。

図５（Ａ）および（Ｂ）は、クランプの下半部を形成するのに用いられる成形型の図を示す。上部プラテン（２）および下部プラテン（１）が成形キャビティ（７）を形成して、クランプの下半部の所望の形状が得られる。

図６（Ａ）および（Ｂ）は、クランプの上半部を形成するのに用いられる成形型の図を示す。上部プラテン（２）および下部プラテン（１）が成形キャビティ（７）を形成して、クランプの上半部の所望の形状が得られる。

本発明の複合クランプは、重量を大幅に低減するために、先行技術のクランプのブロック部分の大部分をなくして、外形を大幅に小さくした、改良された複合クランプである。本発明の複合クランプは、「複合ストラップクランプ」と表すのが適切であることがある。クランプ部分は、ブロック材料なしで弓形形状に成形される。高強度を与えるために、構造的な炭素繊維の織布を含む強化用繊維が用いられる。高強度および低い層間剥離を与えるために、強化用長繊維が、クランプ部分を通って長手方向に延在している。この複合体の高分子成分は、熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーを含む。好ましい実施形態において、高強度の、高温耐熱ポリイミド樹脂が、この複合体の高分子成分として働く。

クランプ部分は、起伏のある成形型を用いて一体成形されて、半径方向内側面および半径方向外側面が同時に形成されて、弓形形状を有するクランプ部分が得られる。

別の態様では、本発明は、成形キャビティを画定する２つ以上のプラテンを含む成形型であって；第１のクランプ部材と適合する成形型；および第２の成形キャビティを画定する２つ以上の第２のプラテンを含む第２の成形型であって；第２のクランプ部材と適合する第２の成形型である。

本発明の複合クランプは、熱可塑性ポリマー、熱硬化性ポリマーまたは熱硬化可能ポリマーを含み得る。好適なポリマーは、以下のリストから選択され得るが、当業者は、本発明の意図する範囲から逸脱せずに、ここに挙げられていない他の好適なポリマーを認識することができるであろう。好適なポリマーは、例えば：ポリフェニレン；ポリスルホン；ポリエーテルスルホン；ポリフェニレンスルホン；ポリフェニレンスルフィド；酸化されたポリフェニレンスルフィド；ポリイミドチオエーテル；ポリオキサミド；ポリイミン；ポリスルホンアミド；ポリイミド；ポリスルホンイミド；ポリイミジン；ポリピラゾール；ポリイソオキサゾール；ポリベンゾオキサゾール；ポリベンゾイミダゾール；ポリチアゾール；ポリベンゾチアゾール；ポリオキサジアゾール；ポリトリアゾール；ポリトリアゾリン；ポリテトラゾール；ポリキノリン；ポリアントラゾリン；ポリピラジン；ポリキノキサリン；ポリキノキサロン；ポリキナゾロン；ポリトリアジン；ポリアクリロニトリル；ポリテトラジン；ポリチアゾン；ポリピロン（ｐｏｌｙｐｙｒｒｏｎｅ）；ポリフェナントロリン；ポリカルボシラン；ポリシロキサン；ポリアミド；ポリエステル；ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）；ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）；ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）；ポリアミドイミド（ＰＡＩ）；ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）；エポキシポリマー；ビスマレイミドポリマー；フェノールポリマー；フランポリマー；尿素ベースのポリマー；不飽和ポリエステル；エポキシアクリレート；ジアリルフタレート；ビニルエステル；メラミン；ナイロンポリマー；液体芳香族ポリアミド；液体芳香族ポリエステル；ポリプロピレン；ポリ塩化ビニル；ビニロンポリマー；およびポリテトラフルオロエチレンもしくはパーフルオロアルコキシなどのフルオロポリマー；液晶ポリマー（ＬＣＰ）；ウレタン；エチレンビニルアルコール；ポリアクリレート；ポリメチルメタクリレート；ポリエチレン；ポリイミドスルホン；ポリアリーレン；ジシクロペンタジエン；塩素化ポリエチレン；ポリアセタール；ポリカーボネート；エチレン−テトラフルオロエチレンコポリマー；グラフト化ポリフェニレンエーテル樹脂；あるいはそれらの混合物；コポリマーまたはブレンドであり得る。ポリ（オキシメチレン）およびそのコポリマー；ＰＥＴ、ポリ（１，４−ブチレンテレフタレート）、ポリ（１，４−シクロヘキシルジメチレンテレフタレート）、およびポリ（１，３−プロピレンテレフタレート）などのポリエステル；ナイロン−６，６、ナイロン−６、ナイロン−１２、ナイロン−１１、および芳香族−脂肪族コ−ポリアミドなどのポリアミド；ポリオレフィン；ポリスチレン；ポリスチレン／ポリ（フェニレンオキシド）ブレンド；ポリ（ビスフェノール−Ａカーボネート）などのポリカーボネート；テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンとのコポリマー、ポリ（フッ化ビニル）、およびフッ化エチレンとフッ化ビニリデンもしくはフッ化ビニルとのコポリマーなどの部分的にフッ素化されたポリマー；ポリ（ｐ−フェニレンスルフィド）などのポリスルフィド；ポリ（エーテル−ケトン）、ポリ（エーテル−エーテル−ケトン）、およびポリ（エーテル−ケトン−ケトン）などのポリエーテルケトン；ポリ（エーテルイミド）；アクリロニトリル−１，３−ブタジエン−スチレンコポリマー；ポリ（メチルメタクリレート）などの熱可塑性（メタ）アクリルポリマー；テレフタレート、１，４−ブタンジオールおよびポリ（テトラメチレンエーテル）グリコールからの「ブロック」コポリエステル；ならびにスチレンおよび（水素化）１，３−ブタジエンブロックを含有するブロックポリオレフィンなどの熱可塑性エラストマー；ポリ（塩化ビニル）、塩化ビニルコポリマー、およびポリ（塩化ビニリデン）などの塩素化ポリマー；ポリカーボネート；炭酸ポリエステル；ポリアリレート；ポリスルホン；ポリイミドスルホン；ポリエーテルイミドスルホン；ポリフェニレンエーテル；ポリエステル；液晶ポリエステル；ポリフェニレンスルフィド；ポリエチレンならびにアクリレートおよびメタクリレートとのエチレンコポリマーなどのポリオレフィン；ポリテトラフルオロエチレンなどのポリフルオロポリオレフィン；シリコーンおよびシリコーンコポリマー；超高分子量ポリエチレン（ＵＭＰＥ）；ポリエチレン；高密度ポリエチレン；ポリプロピレン；ポリテトラフルオロエチレン（ＴＥＦＬＯＮ）；ポリ塩化ビニル；ポリブチレン；タール；ワックス；ラテックス；ポリ塩化ビニリデンまたは純粋な非極性ポリマーを含む他の流動性粉末、アクリル、ポリカーボネート、ポリアラミド（ＫＥＶＬＡＲ（登録商標））、ポリスルホン、ポリイミド、ポリメチルメタクリレート、酢酸セルロース、ポリウレタン、フェノール、ニトロフェノール、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、フェノール−ホルムアルデヒド、ポリスチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ナイロンのコポリマー；アクリル、ポリカーボネート、ポリアラミド（ＫＥＶＬＡＲ（登録商標））、ポリスルホン、ポリイミド、ポリメチルメタクリレート、ポリエステル、エポキシ、ビニルエステル、ポリウレタン、フェノール、スチレンブタジエン（ＳＢＲ）、シリコーン、ポリイミド、ポリ尿素、またはニトロフェノール；例えば、アセチレン末端キノキサリンなどのアセチレン末端ポリマー、ポリアミド−イミド、フタロシアニン、ポリエステル、およびエポキシを含む熱硬化性ポリマー。

本発明の複合クランプは、繊維材料を含んでもよく、繊維材料としては、限定はされないが、炭素繊維；ポリマー繊維；アラミド繊維；Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）繊維；ポリイミド繊維；グラスファイバー繊維；アラミド繊維；金属繊維；例えば、炭化ケイ素繊維、熱可塑性繊維、ガラスまたはガラス／セラミック繊維を含むセラミック繊維（アルミナ、サファイア、およびシリカを含む）が挙げられる。

一実施形態において、炭素繊維が織られて布帛にされ、ポリイミドポリマーと組み合わされて、本発明のクランプに使用するのに適した複合組成物を形成する。

本発明の複合クランプは、任意選択的に、複合繊維または他の添加剤を含んでもよく、他の添加剤としては、限定はされないが、ガラス；セラミック；ホウ素；ポリマー；金属；ガラスビーズ；ウィスカー（ｗｈｉｓｋｅｒ）；例えば、ダイアモンド、ガラス、マグネシウム、チタン、銀、銅；アルミニウム、またはニッケル粉末などの金属粉末などの粉末、例えば、アルミナ、シリカ、天然雲母、合成雲母、カーボンブラック、炭化ケイ素、酸化ケイ素、黒鉛、フッ素含有微粉末、層状ケイ酸塩、カオリン、星状白雲母（ｍｕｓｃｏｖｉｔｅ ｍｉｃａ）、タルク；フルオロポリマー；二硫化モリブデン；酸化亜鉛；炭化タングステン；シリコーン；粒状ポリイミド；窒化ホウ素；アラミド；チタン酸カリウム；チタン酸バリウム；およびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）；ならびにそれらの組合せが挙げられる。粘土、雲母、タルク、ＴｉＯ_２、短ガラス（ｓｈｏｒｔ ｇｌａｓｓ）、フィブリルまたはフィブリドなどの鉱物。酸化防止剤；顔料；染料；難燃剤；硫化亜鉛；ヒンダードフェノール、亜リン酸アリール、亜ホスホン酸アリール、無機ハロゲン化物、およびチオエステルなどの安定剤；離型剤；滑剤；難燃剤；消煙剤；および滴下防止剤（ａｎｔｉ−ｄｒｉｐ ａｇｅｎｔ）。

Claims (10)

1. 第１の部材と第２の部材とを含む、複合材料を含むクランプであって、
   前記部材の少なくとも一方が、使用時に、クランプ留めされる細長部材の外側面とほぼ適合して接触する内側面と、
   クランプ部分の外側面とを含むクランプ部分を含み、
   それによって、前記クランプ部分の外側面が、前記細長部材の外側面とほぼ類似の形状を有し、
   前記複合材料が、
   （１）熱可塑性ポリマー、熱硬化性ポリマーまたは熱硬化可能ポリマー、および（２）少なくとも１種の強化用繊維、
   を含むことを特徴とするクランプ。
2. 前記複合材料が、
   （１）熱可塑性ポリマー、熱硬化性ポリマーまたは熱硬化可能ポリマー、および（２）少なくとも１種の強化用繊維、
   から本質的になることを特徴とする請求項１に記載のクランプ。
3. 前記強化用繊維が、前記クランプ部分を通って長手方向に延在している長繊維から本質的になることを特徴とする請求項１または２に記載のクランプ。
4. 第１の部材と第２の部材とを含む、複合材料を含むクランプであって、
   前記部材の少なくとも一方が、クランプ部分を含み、
   前記クランプ部分が、ほぼ均一な断面または不均一な断面を含むことを特徴とするクランプ。
5. 前記複合材料が強化用繊維を含み、前記強化用繊維が、前記クランプ部分を通って長手方向に延在している長繊維から本質的になることを特徴とする請求項４に記載のクランプ。
6. 第１の部材と第２の部材とを含む、複合材料を含むクランプであって、前記部材の少なくとも一方が、クランプ留めされる細長部材の外側面と異なる形状を有する内側面と、クランプ部分の外側面とを含む、クランプ部分を含み、
   それによって、前記クランプ部分の外側面が、前記細長部材の外側面と異なる形状を有することを特徴とするクランプ。
7. 前記複合材料が、前記クランプ部分を通って長手方向に延在している長繊維から本質的になる強化用繊維を含むことを特徴とする請求項６に記載のクランプ。
8. 前記複合材料がポリイミドを含むことを特徴とする請求項６または７に記載のクランプ。
9. 前記長繊維が炭素繊維を含むことを特徴とする請求項７または８に記載のクランプ。
10. 前記炭素繊維が織布の形態であることを特徴とする請求項９に記載のクランプ。

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