JP5425783B2 - ホースエンドフィッティングに関する改良 - Google Patents

Description

本発明はホース用エンドフィッティング、より詳しくは、極低温条件において使用できるホース用エンドフィッティングに関する。また、本発明は、該エンドフィッティングを組み込んだホースに関する。

ホースの典型的用途は、圧力下で液体リザーバから流体をポンプで汲み出すことを含む。例を挙げると、家庭内の灯油又はLPGをボイラーへ供給すること；固定式又は浮体式採油プラットフォームから船の貨物室まで、或いは船貨物室から地上貯蔵設備まで、生産された油田液体及び／又はガスを運搬すること；燃料をレーシングカーに供給すること、特にフォーミュラ1の燃料補給時に供給すること；及び、硫酸などの腐食性の流体を運搬することがある。
液化ガスなどの流体を低温で運搬するためにホースを使用することは周知である。この種のホースは、液化ガス（例えば、液化天然ガス（LNG）及び液化石油ガス（LPG））を運搬するために一般に使用される。
十分可撓性があるホースにするために、所与の長さはいずれも、少なくとも一部が可撓性材料、すなわち非硬質材料で構成されていなければならない。

本発明は、複合ホースに関する。従来の複合ホースは、内部螺旋状金属ワイヤと外部螺旋状金属ワイヤとの間で挟まれたポリマーフィルム並びにファブリック層で作られている。該ホースは、マンドレルの周囲に、内部ワイヤ、フィルムとファブリックとの組み合わせ、及び外部ワイヤの順に巻きつけることによって構成される。該内部ワイヤ及び該外部ワイヤは、同じ螺旋ピッチを有するが、半分のピッチ長で並置されて、波形のホース壁外観を形成する。次いで、得られる管状構造をマンドレルから引き抜き、端部にエンドフィッティングを取り付ける。一般に、該エンドフィッティングは、金属製のテール及びフェルールから構成されている。該テールは、外部表面に機械加工された2つの並行した螺旋形のグローブ（grove）を有し、これは、内部ワイヤ及び外部ワイヤによって形成された二重螺旋と適合している。該テールは、外側にフェルールを有するホースの穴に挿入される。用途に応じて、ホースパックの端部を縛り、ゴム製のカフで蓋をするか又は二液型（two part）エポキシ樹脂に含浸し、次いで、ホースの端部を保持するために、該フェルールを圧着し又はテールまでスエージ加工する。この一般型のホースは、欧州特許出願公開第007650A1号に記載されている。この明細書に記載されるホースは、二軸配向ポリプロピレンの中間層を含み、これは、繰り返し屈曲することによって生じる疲労に耐えるように、ホースの性能を向上させると言われている。

本発明者らの先の特許出願WO01/96772において、本発明者らは、2つの螺旋形ワイヤの間で挟まれたフィルム及びファブリック層とブレードとを組み込んだ新規複合ホースを記載した。また、本発明者らは、このホースのための新規エンドフィッティングも記載した。更に、該ホース及び該エンドフィッティングの改良を本発明者らの特許出願WO04/044472及びWO04/079248に記載した。これらの複合ホースには、大口径を設けることができ、かつ一般に国際海事機構（IMO）の要件によって規定されている、船舶間の流体移送操作を目的としている。ホースに関するIMO要件（液化ガスのばら積み運送のための船舶の構造及び設備に関する国際規則「IGCコード」）には、ホースの破裂圧力は、極端な使用温度での最大作動圧力の5倍でなければならないと、（安全性の理由で）厳しく要求している。一般に、該最大作動圧力とは、IMOで定められている最小値10barg〜最大20〜30bargの範囲である。

エンドフィッティングは、IMO破裂圧力試験によって生じる応力に、安全に適応できることが重要である。エンドフィッティングは、金属部材から作られ、特に、該テールは、内部圧力によって生じるフープ応力に適応できなければならない。該内部圧力は、フープ応力が、内部圧力とテールを形成している管の壁厚の2倍で内径を割ったものとの積に等しいことを示すBarlowの式によって、第一近似に与えられる。許容応力は、ASMEボイラ及び圧力容器基準などの標準圧力容器デザインコードによって、テール材料の降伏応力の2/3の割合として決められている。代表的なテール材料は、非極低温用途用の炭素鋼、及び極低温使用（すなわち、一般に、150°K未満の温度）のオーステナイト系ステンレス鋼である。炭素鋼は、極低温に脆性であるので極低温使用には適していない。

極低温使用のためのオーステナイト系ステンレス鋼グレードの例は、低温脆性を示さない「300シリーズ」である。重要な材料特性は、降伏応力（YS）、降伏歪み（EY）、引張強度（UTS）、破断歪み（EF）、弾性係数（E）、密度（RHO）、熱伝導率（K）、及び熱膨張係数（CTE）である。これらの特性は、周囲温度（293°K）〜極低温（液体ヘリウムの4°K又は液体窒素[LN₂]の77°K）に渡って変化する。一般に、強度は、温度の低下とともに増加する。これを、例として、極低温使用に一般に用いられるオーステナイト系ステンレス鋼であるAISIグレード304（8g/cc密度）の検討によって例示する。室温での304のYS及びUTSは、それぞれ約250MPa及び590MPaであり、かつLN₂温度（77°K）では、それぞれ約400MPa及び1525MPaである。EFが周囲温度で60%からLN₂温度で40%に低下するとともに、延性が幾分低下するが、この極低温での304の延性は十分なものである。この強度の増加は有益であると思われるが、極低温圧力容器の設計者は、最小周囲温度仕様に頼る傾向にある。304の周囲、LN₂温度の弾性係数は、それぞれ193GPa及び205GPaである。

極低温設備の重要な設計上の問題点は、室温から極低温使用条件までのおよそ215°Kの温度変化に関連する、寸法の変化及び熱勾配過渡の影響である。304などの鋼は、熱伝導性であり、かつ温度低下とともに収縮する。室温及びLN₂温度での304の熱伝導率は、それぞれ8及び15W/m.°Kである。この温度範囲での平均CTEは、13×10^-6°K^-1であり、すなわち、この216°Kの温度差で、約3mm/mの長さの収縮が起こる。

この収縮は、従来のエンドフィッティングが極低温流体に急激に曝される場合に、該エンドフィッティングの熱衝撃の状態に問題を起こす。これは、テールとフェルールとの間で半径方向に過渡差熱収縮（transient differential thermal contraction）を起こし、その結果、漏出を起こす場合がある。これは、小さな漏出経路を密閉するために、充填剤としてエポキシ樹脂に頼る場合に、長期使用条件において更に顕著である。エポキシ樹脂のCTEは、約50×10^-6°K^-1〜80×10^-6°K^-1であり、従って、該樹脂は、隣接するオーステナイト系ステンレス鋼よりも収縮しようとするだろう。熱サイクルの反復によって、該樹脂と鋼との結合が崩れ、その後漏出経路が発生し得る。これは、当該分野で公知の問題であり、熱曝露プロファイルの慎重な制御、及び／又はエンドフィッティング組立ての詳細設計によって対処することができる。

WO04/079248に記載されるエンドフィッティングを用いることで、密閉機能を与える分離リングを有することの優位性のために、熱衝撃を補うための密閉作用が活動化され、本発明者らは、これが、LN₂及びLNGの両方を用いた我々の実規模試験において、十分な解決策になることを見出した。

また、本発明者らは、登録商標Invar及びPernifer36（密度8.1g/cc）と呼ばれることもある、36%ニッケル、バランス鉄金属合金からテールを作ることが有益であることも見出した。それらは、オーステナイト系ステンレス鋼と同等の強度を有するが、実質的に低いCTEを有する。該YSが室温で270MPaからLN₂温度で700MPaに増加することを示す代表的な試験結果で、周囲条件でのNi36の最小のYS及びUTSは、それぞれ240MPa及び450MPaである。EFはこの温度範囲に渡って40%である。室温及びLN₂温度でのNi36の熱伝導率は、それぞれ6及び13W/m.°Kである。

極低温使用について、Ni36の特性は、304の特性と類似しているが、1つ明らかな例外があるようである。周囲条件からLN₂温度までの温度範囲に渡る平均CTEは、1−2×10^-6°K^-1であり、すなわち、216°Kの温度差に対して約0.4mm/mの長さの収縮となる。これは、オーステナイト系ステンレス鋼と比較して一桁小さい半径の収縮であり、密閉機構の信頼性の改善に非常に有利である。
海上使用でのNi36の耐腐食性は、例として、Inconel（登録商標）又はMonel（登録商標）などのニッケル-クロム又はニッケル-銅合金の耐腐食性クラッディングの積層によって達成することができる。

大口径ホース、例えば、20"〜24"（500〜600mm）において、熱過渡を制御することは、含まれる極低温流体の量のために実際的ではない。更に、口径サイズを大きくし、かつ高い圧力保持容量を維持すると、ますます、取扱い及び展開が困難な重いエンドフィッティングになる。本発明者らは、確立された金属ベースの解決策を用いて、高い圧力容量、軽量なエンドフィッティング、及び熱衝撃を制限することを達成することに実用的な問題があることがわかった。
本発明者らは、大口径ホースに関する前述のエンドフィッティングの問題点を解決するために、該エンドフィッティングの構成要素を複合材料で構成することができることを見出した。この「複合材料」への言及は、「複合ホース」の「複合」と用語の使用が異なることに留意されたい。

従って、本発明の一態様によると、内部把持部材と外部把持部材との間に配置される可撓性材料の管状本体を含む型式の複合ホース用のエンドフィッティングが提供され、前記エンドフィッティングは、該ホース内に配置されるように構成された第1の部材、及び該ホースの外部周囲に配置されるように構成された第2の部材を含み、それによって、該ホースの端部を、該第1の部材と該第2の部材との間で密閉することができ、かつ該第1の部材の少なくとも一部及び／又は該第2の部材の少なくとも一部が、複合材料で作られている。

用語「第1の部材」は、先行技術の上の議論におけるテールを表し、一方用語「第2の部材」は、フェルールを表す。
該第1の部材は、全体を複合材料で作ることができる。しかし、ホース内に適合するように構成された部分の材料だけが、冷却時に膨張する複合材料で作られていることが好ましい。

「複合材料」は、2つ以上の材料の組合せから作製され、特有かつ特別製造の一連の特性を付与する材料である。最も一般的な複合材料の形態は、樹脂中の繊維のマトリックスである。該繊維は長手方向の配向で連続しており、又は該繊維は混合配向の短い長さであってもよい。該繊維は、通常、E-ガラス、S-ガラス、アラミド（例えば、Kevlar（登録商標））又はカーボンなどの高強度の繊維である。該樹脂は、該繊維を封入し、かつ該樹脂を、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアミド、フルオロポリマー、ポリ(塩化ビニル)（PVC）、ポリウレタン（PU）、ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）などの熱可塑性樹脂、又はエポキシ若しくはポリエステル若しくはビニルエステルなどの熱硬化性樹脂とすることができる。該複合材料は、所望の機械的特性を達成するために、樹脂マトリックス中の長手方向の繊維が異なった方向に配向された層の積層構造とすることができる。一般に、複合材料内に高強度の繊維を使用すると、高度な強度重量比を有する構造となり、この理由から、複合材料は、圧力容器用途を含む、航空宇宙及び自動車産業において幅広い用途が見出されている。

エポキシ樹脂などの複合材料の多くの構成要素は、主にそれらの低温での脆性のために、バルクの均一形態での極低温使用には適さないだろう。しかし、該構成材料が繊維及び積層形態で他の構成材料とマトリックスにおいて慎重に組込まれる場合、該構造的な相互作用は、バルクの均一の構成材料の制約を克服できるようになる。

本発明者らは、繊維の選択が重要であり、かつ高強度のカーボン、アラミド、ガラス、若しくは超高分子量のポリエチレン繊維、又はそれらの組合せが好ましいことを見出した。例えば、E-ガラス、Kevlar-49、MS-LM（中間強度低弾性（Medium Strength Low Modulus））カーボン繊維の代表的な伸張強度、伸長係数、及び密度は、順に、伸張強度が3450、3790、4138MPa；伸長係数が72、124、228GPa；及び密度が2.6、1.4、1.8g/ccである。本発明者らは、熱硬化性及び熱可塑性樹脂の両方が使用できることを見出した。エポキシ及びPEEK（ポリエーテルエーテルケトン）のどちらの密度も約1.3g/ccである。本発明者らは、これらの高強度繊維の一部を含む複合材料を、特に第1の部材に使用して、エンドフィッティングの重量を実質的に減らし、一方で、高い圧力保持容量を保つことを見出した。

複合材料を使用する別の利点は、鋼に比べ低い熱伝導率を有することである。一般に、該熱伝導率は、約0.1〜1W/m.°Kであり、これは、オーステナイト系ステンレス鋼より少なくとも一桁小さい。これは、極低温流体の沸騰を引き起こす熱の流入を最小化するために、エンドフィッティングに必要な熱絶縁性の量を減少させるので、極低温での用途に特に有利である。ガスのボイルオフは、極低温の液体輸送では非効率的であり、従って、該ボイルオフ率を最小化することが大いに望ましい。これは、浮いている極低温の可撓性ホースのエンドフィッティングが、水と接触する場合に、船舶間の移送に特に重要である。

複合材料の熱伝導率は本質的に低いので、固有の熱勾配を利用することによって、内部複合層の外側に絶縁材料又は複合材料の連続層を構築することができる。例えば、該絶縁層を中空の熱可塑性樹脂中の絶縁繊維、又は発泡ポリウレタン（PU）とすることができる。PUの使用は、潜在的に強固な外部の機械的保護層を与える。従って、エンドフィッティングの端部の第1の部材及び／又は第2の部材を、複数の層の材料で構成することができ、該材料の一部又は全てが複合材料であり、該複合材料は、好ましくは、2W/m.°K以下、より好ましくは、1W/m.°K以下の熱伝導率を有する。該第1の層及び／又は該第2の層のいくつかの層を、非複合性ポリマー材料などの非複合材料で作ることができ、該非複合材料は、好ましくは、2W/m.°K以下、より好ましくは、1W/m.°K以下の熱伝導率を有する。該非複合材料は、熱可塑性樹脂又はPUとすることができる。このように、本発明によると、所望のバルク特性をエンドフィッティングに与えるように設計された材料の層の外部にエンドフィッティングの部材を形成することができる。

本発明者らは、カーボン及び特定のアラミド繊維、具体的には、Kevlar（登録商標）又はTwaron（登録商標）として公知のポリ-(p-フェニレンテレフタルアミド)の、負の長手方向のCTE及び正の横断方向のCTEを示すという、非常に独特な特性を使用することが特に有利であることを見出した。例えば、Kevlar-49について、長手方向のCTEは、-2×10^-6°K^-1であり、横断方向のCTEは、68×10^-6°K^-1である。これらの繊維を含む積層複合構造において、該層は、温度の低下とともに繊維方向に膨張し、かつ横方向に収縮する。均衡のとれた対称配置の層内で、内部せん断力が生じ、その結果、冷却時に正味の長手方向に膨張することに注意する。該繊維の方向を調節することによって、有効な長手方向のCTE、0〜約-10×10^-6°K^-1、を達成することができる点まで、該膨張の規模を制御することができる。密封リング下での半径の寸法の変化の規模を制御して、温度の低下によって密閉接触圧が増加する効果でさえもたらす複合性のテールを構成できる。好ましい長手方向のCTE範囲は、0未満（例えば、約-0.01°K^-1又は約-0.1°K^-1以下）〜-4×10-6°K、最も好ましくは、-1×10^-6〜-2×10^-6°Kである。

従って、好ましい実施態様において、第1の部材及び／又は第2の部材の少なくとも一部分が、冷却時に少なくとも一方向に膨張する材料で作られている。冷却時に該第1の部材の少なくとも一部が膨張することが、特に好ましく、最も好ましくは、該第1の部材の少なくとも一部が、ホース内に配置されるように構成され、これが冷却時に膨張する。好ましくは、膨張の方向は、第1の部材の半径方向外向きであり、それによって、該第1の部材は、冷却時にホース内部の圧力を半径方向外向きに与えることができる。

特に好ましい実施態様において、第1の部材が、少なくとも一部を、冷却時に膨張する複合材料で作られ、かつ第2の部材が、少なくとも一部を、冷却時に収縮する複合材料で作られている。上で論じたように、好ましくは、膨張及び／又は収縮は、ホース軸の半径方向に延在する方向である。この実施態様において、該第1の部材が、冷却時に収縮する複合材料を含まず、かつ該第2の部材が、冷却時に膨張する複合材料を含まないことが好ましい。

本発明の別の態様によると、内部把持部材と外部把持部材との間に配置される可撓性材料の管状本体を含む型式の複合ホース用のエンドフィッティングが提供され、前記エンドフィッティングが、該ホース内に配置されるように構成された第1の部材、及び該ホースの外部の周囲に配置されるように構成された第2の部材を含み、それによって、ホースの端部を、該第1の部材と該第2の部材との間で密閉することができ、かつ該第1の部材の少なくとも端の一部及び／又は該第1の部材の少なくとも一部が、冷却時に少なくともその一方向に膨張する材料で作られている。

好ましくは、第1の部材の少なくとも一部が、より好ましくは、第1の部材の全てが、冷却時に膨張する材料で作られている。
また、上記の本発明の上記態様のエンドフィッティングには、WO04/079248にすでに記載されたエンドフィッティングの1つ以上の特徴も備えることができる。これらは、下記により詳細に記載される。

好ましい実施態様において、該第2の部材は、それ自身と第1の部材との間でホースを保持するために、内側部材を押圧するように構成されたホース係合部材、及びホースの１つ以上の層を保持するための別の手段を含み、該保持手段は、保持手段の外部保持部材と内部保持部材との間でホースの該層又は各層を保持するために、内部保持部材を押圧するように構成された外部保持部材を含む。
好ましくは、該内部保持部材及び該外部保持部材は、リング形状である。より好ましくは、該内部保持部材及び該外部保持部材は、好ましくは、外側保持部材が内側保持部材と同軸に配置されているリング形状で設けられる。より好ましくは、該第1の部材及び該第2の部材は、組立てを容易にするためにスプリットリングである。

好ましい実施態様において、ホースの該層又は各層と接触するようになる外部保持部材には、該ホースの該層又は各層の把持を容易にするために、把持構造が設けられている。内側保持部材の表面には、対応する構造を設けることができる。
好ましい実施態様において、該内部保持部材及び該外部保持部材の隣接する表面には、それらの間で該ホースの該層又は各層の把持を容易にするために、把持構造が設けられている。

任意の好都合な数の内部保持部材を及び外部保持部材を有することができる。最も単純な実施態様において、1つの外部保持部材及び1つの内部保持部材を有する。2つ以上の外部保持部材を1つの内部保持部材とともに設けることができる。2つ以上の内部保持部材を1つの外部保持部材とともに設けることができる。かつ、好ましくは、各外部保持部材が、対応する内部保持部材を有するように、2つ以上の外部保持部材を2つ以上の内部保持部材とともに設けることができる。
好ましくは、該ホース係合部材は、リング形状である。好ましくは、該ホース係合部材は、リング形状、より好ましくは、スプリットリングである。好ましくは、該ホース係合部材は、それ自身とエンドフィッティングの内部部材との間で、ホースの全ての層を堅固に締め付ける。

好ましい実施態様において、該保持手段の内部保持部材は、ホース係合手段と一体になっている。この実施態様において、該ホース係合手段は、第1の断面の厚さ（すなわち、リング形状の場合には直径）の第1の部分を含み、かつ一体の該内部保持部材は、第2の断面の厚さ（すなわち、リング形状の場合には直径）の第2の部分を含み、該第2の厚さは、第1の厚さよりも薄い。該外部保持部材は、第3の断面厚さ（すなわち、リング形状の場合には直径）を有することができ、かつ該第2の断面厚さ及び該第3の断面厚さを等しくすることができる。好ましくは、該第2の断面厚さ及び該第3の断面厚さの和は、該第1の断面厚さと実質的に同じである。

該内部保持部材が、該ホース係合部材と一体になっている場合は、該ホース係合部材が、L字形状であり、該内部保持部材が、該ホース係合部材の本体から延在し、かつ該外部保持部材が、該L字形状の窪みに受けられ得るようにすることが好ましい。
該内部保持部材が、該ホース係合部材と一体になっている場合は、該内部保持部材の内部表面もまた、それ自身と該内部部材との間で該ホースを堅固に締め付けるように機能することができる。すなわち、それは、ホース係合機能に貢献することができる。

該ホース係合部材及び／又は該保持部材を、上記の複合材料で作ることができる。
該第1の部材は、ホース本体内に適合するように構成された、細長い管状の屈曲補強材を含むことができる。該屈曲補強材は、好ましくは、ポリマー材料、最も好ましくは、ポリウレタンである。好ましくは、該屈曲補強材は、ホースの端部から離れる方向に向けて厚みが減少するようにテーパーを持つ。該テーパーの程度は、それぞれの特定の用途のために最適化することができる。好ましくは、該屈曲補強材の先端（すなわち、該ホースの端部から最も遠い部分）には肩部が設けられ、それに対してホースの外部の機械的保護を行うことができる。

好ましい実施態様において、該第2の部材は、荷重伝達部材及び端部材を更に含むことができ、該ホース係合部材と該端部材とが荷重伝達部材を介して接続されるように配置され、それによって、ホース係合部材にかかる荷重を、該荷重移送部材を介して該端部材に伝達することができる。好ましい実施態様において、該荷重伝達部材は、該ホース係合部材の一部を受け取るための第1の窪み、及び該端部材の一部を取るための第2の窪みを有する円筒形部材を含む。該荷重移送部材を、上記の複合材料で作ることができる。該端部材を、上記の複合材料で作ることができる。

好ましくは、該第2の部材の端部材は、該第1の部材と一体になっている。
本発明の別の態様によると、内部把持部材と外部把持部材との間に配置される可撓性材料の管状本体を含むホース、及び該ホースの各端部に固定された上記エンドフィッティングが提供される。
好ましくは、該ホースは、管状本体、並びに内部把持部材と外部把持部材との間に配置された軸方向補強ブレードを含み、ここで、該管状本体は、補強層及び密閉層を含む。好ましくは、内部補強層及び外部補強層が設けられ、該密閉層は該補強層の間に挟まれる。

好ましくは、該ホースは、前記ホースの周囲に巻き付けられた保護及び／又は絶縁層を含み、ここで、前記保護及び／又は絶縁層は、円筒形の荷重伝達部材の第1の窪みに受け取られるように構成された端部分を有する。
該ホースの2つ以上の層をエンドフィッティングの保持手段によって保持することができるが、該保持手段の内部保持部材と外部保持部材との間で該ホースのブレードのみを保持することが特に好ましい。
上述のように、該ホース及び該エンドフィッティングには、WO01/96772、WO04/044472及びWO04/079248（これらの内容は、参照によって組み込まれる。）に記載されるホース及びエンドフィッティングの特徴の任意の組み合わせを設けることができる。

本発明のホースは、幅広い条件、例えば、100℃を超える温度、0℃〜100℃の温度、及び0℃未満の温度での使用に提供され得る。材料を適切に選択することによって、-20℃未満の温度、-50℃未満の温度、又は-100℃未満の温度でさえも、該ホースを使用することができる。例えば、LNGの運搬のために、ホースは、-170℃に至る温度で、又はそれよりも低い温度でも使用されなければならないことがあり得る。更に、ホースは、液体酸素（bp-183℃）又は液体窒素（bp-196℃）を運搬するために使用されることも予想され、この場合、該ホースは、-200℃以下の温度で使用されなければならないこともあり得る。

本発明のホースは、様々な異なる役割での使用にも提供され得る。標準的には、ホースの内径は、約2インチ（51mm）〜約24インチ（610mm）の範囲であり、より標準的には、約4、6又は8インチ（203mm）〜約16インチ（406mm）の範囲であろう。一般に、ホースの作業圧力は、約500kPaゲージ圧〜最大約2000kPaゲージ圧、又はさらに最大4000kPaゲージ圧より高い範囲となり得るだろう。これらの圧力は、ホースの作業圧力と関係があり、（数倍大きいはずの）破裂圧力との関係はない。体積流量は、液状媒体、圧力及び内径によって決まる。標準的には、1000ｍ³/h〜12000ｍ³/hまでの流速である。本発明のホースは、強酸などの腐蝕性物質との使用にも提供され得る。

ここに、添付の図面を参照する：
本発明のエンドフィッティングを使用することができるホースの斜視図である。 本発明のホース用エンドフィッティングの第1の実施態様の概略的横断面図である。 本発明のホース用エンドフィッティングの第2の実施態様の概略的横断面図である。 本発明のホース用エンドフィッティングの第3の実施態様の概略的横断面図である。 組立て前の本発明のエンドフィッティングのホース係合部材の一部分の拡大概略横断面図である。 組立て後の本発明のエンドフィッティングのホース係合部材の一部分の拡大概略横断面図である。

本発明が適用される型のホースは、WO01/96772に詳述されている。図1は、該ホース100をより詳細に示している。
簡潔には、該ホース100は、内部把持部材及び外部把持部材、102及び104を含み、好ましくは、これらは、螺旋形状に配置されており、かつ好ましくは、ワイヤである。管状本体106、及び該管状本体106を囲む軸方向補強ブレード108が、該把持部材102と該把持部材104との間に配置されている。該管状本体は、内部補強層110及び外部補強層112、並びに該内部補強層110と該外部補強層112との間に配置された密閉層114を含む。外部保護/絶縁層116が、該ブレード108を囲んでいる。上記のように、該ホース100は、WO01/96772により詳細に記載されており、その内容は、参照により本明細書に組み込まれている。

該ホースの端部は、図に示したエンドフィッティング200を使用して密閉することができる。該図において、明瞭性を向上させるために、ホースは示していない。該エンドフィッティング200は、ホース端202a及びテールエンド202bを有する管状内部部材202を含む。有利なことには、該202a部は、冷却時に少なくとも一方向に、最も好ましくは、ホース100長手方向軸の半径方向に膨張する複合材料である。また、該テールエンドを複合材料で作って、組立品の重量を減らすことができる。該エンドフィッティング200は、密閉部材を更に含み、該密閉部材は、一般にはPTFEなどのポリマー樹脂をベースとし、場合によっては、セラミック製の充填剤を含む密閉リング204、及び該密閉リング204の周囲のステンレス鋼スプリットリング206を含む。該リング206も複合材料で作ることができる。

該エンドフィッティング200は、荷重移送手段を更に含み、これは、ホース係合部材208、荷重移送部材210、及びディスク形状プレート212の形態の端部材を含む。該プレート212は、212bで示されるように、内部部材202のテールエンド202bと一体になっている。該荷重移送部材は、ディスク形状プレート214、及び少なくとも1つの荷重移送ロッド216を含む。図において、2つの該ロッド216が設けられているが、3つ以上のロッド216を設けることが好ましく、かつ該ロッドが外周の周囲に等間隔にあることが好ましい。締付ナット218が各ロッド216に設けられる。該プレート212及び214は、該ロッド216を受け取るための開口部212a及び214aをそれぞれ有する。210、212、214、216、及び218部の1つ以上又は全ての部分を、冷却時に少なくとも一方向に膨張する複合材料で作ることができる。

該ホース係合部材208には、溝208aの形態の内部螺旋状窪みが設けられ、これはホースの外部ワイヤを中に受け取るように構成されている。該内部部材202には、溝202ｄの形態の外部螺旋状窪みが設けられ、これは内部ワイヤ22を中に受け取るように構成されている。該溝208a及び202dは、ピッチ長ｐの半分の間隔が空けられており、ここでpは、該ホースの把持ワイヤ（図示せず）のピッチ長である。

また、該ホース係合部材208は、ホース100のブレード108を保持するための保持手段を含む。該保持手段は、ホース係合部材の残りと一体になっている内部保持部材230、及び別の外部保持部材232を含む。該外部の232は、それ自身と内部部材230との間でホース100のブレード108を固定することが可能である。該外部部材232は、外部部材232と内部部材230との間で該ブレード108を把持することを容易にするために、その内部表面に把持構造を有する。好ましくは、該把持構造は、円周形であるが、他の形状とすることもできる。

206、208、230及び232部は、冷却時に収縮することが好ましい。このことは、それらを鋼、又は冷却時に少なくとも一方向に収縮する複合材料で作ることによって達成することができる。
部材202には、2つの円周方向突起物202eが設けられ、これらは、密閉リング204の下に位置している。該突起物202eは、内部部材202と密閉リング204との間の管状部材の密閉を強化するように作用し、該管状部材が不注意に適所から引き抜かれるのを防ぐのに役立つ。

また、該エンドフィッティング200には、可撓性ポリマー製の屈曲補強材240が設けられており、これは、ロッド216を通して受け取ることができる開口部242を有する。該屈曲補強材240の一端が、プレート214に接する。202e及び240部を、冷却時に少なくとも一方向に膨張する複合材料で作ることができる。図3は、図2に示したエンドフィッティングと類似したエンドフィッティングを示しており、同じ参照番号を使用して部品を指し示している。異なる点は以下である。図2に示した設計には、屈曲補強材が設けられていないが、必要であれば、それを設けることができる。プレート212及び214は、より小さな直径を有しており、構造がより小型になっている。

図4は、図2に示したエンドフィッティングと類似したエンドフィッティングを示しており、同じ参照番号を使用して部品を指し示している。図4において、荷重移送ロッドは、荷重移送部材250に置換えられており、該荷重移送部材250は、プレート212及び214の端部をそれぞれ受け取るように構成された窪み250a及び250bを有する。該250部を、冷却時に少なくとも一方向に膨張する複合材料で作ることができる。

また、該窪み205bは、ホース100の外部表面に設けられた（すなわち、把持部材104の外部に設けられた）保護及び／又は絶縁層260の端部分260aも受け取る。該層260は、本発明者らの同時係属中の国際特許出願WO04/044472に記載されるものと同じ種類の層とすることができる。これは、ホース100の外部の周囲に螺旋状に巻き付けられた、細長い形状の部材を含む。

ここで、図5及び6を参照する。軸方向補強ブレード108が、最も効率的に作用するために、それは、エンドフィッティング200で堅固に固定されなければならない。外部部材232が内部部材230とかみ合い、この固定を与える。この接合部分は、ブレード108が、固定部から引っ張られるのを防ぐために、ホースの圧力及び張力によって生じる、該ブレード108の張力をゼロまで低減するように設計されている。

該ブレード108が、軸方向に引っ張られる場合、それは、該ブレードの構造のために、その半径を小さくしようとする。その半径の縮小が阻止される場合は、局所的張力と局所的曲率の積に等しい接触圧力が生じる。局所的曲率の概念を説明するために、ひもが円柱の周囲に巻き付けられていると考えると、該局所的曲率は、円柱の半径の逆数である。この接触力と局所的な摩擦係数の積が、該ブレード108を固定する（これが、いわゆる「キャプスタン」効果である。）。部材230及び232の波状構造230a及び232aのために、摩擦力は非線形になっており、該部材が直線プレートである場合は、該摩擦力は線形となる。非線形の減衰がより効果的である。

該ブレードは、部材230の丸みを帯びた前端230bの周囲でホース本体の外へ折り返す。該丸みを帯びた端部230bは、張力下でのブレード108と部材232との接触の結果、該ブレード108で大きな応力集中が引起こされるのを防ぐ。この半径が、張力によって該ブレード108内で発生する接触圧力を制御する。張力の降下は、該ブレードが半径で作り出す接触角と摩擦係数の積の非線形関数である。示した場合において、該丸みの半径が一定である場合、該非線形関数は指数関数となる。

該外部部材232が、内部部材232に対して完全に一致する場合、第1及び第2部材の描かれる表面230a及び232aはそれぞれ、厳密に一致しており、したがって、ブレード108に一連の起伏を通り抜けることを強いる。各起伏は、キャプスタンとして作用し、かつ上述したようにブレード内の張力を減少させる。

ホースは、下記のように、エンドフィッティング200に固定される。内部部材202をホース端内にねじ込み、該ホースがプレート212の近傍に位置するようにする。該ホースの内部ワイヤは溝202dに受け取られ、該ホースの外部ワイヤは溝208aに受け取られる。内部ワイヤ及び外部ワイヤを短く切って、それらが、溝202d及び208aを越えて内部部材202に沿って延在しないようにする。また、該ホースのいかなる絶縁層もこの地点まで短くされる。また、ホースの内部補強層もこの地点で、又は密閉リング204に到達する前のある地点で短くされる。これは、該ホースの密閉層が、内部部材202の外部表面に直接係合することを意味している。ホースの管状本体の残り部分は、内部部材202と密閉リング204との間で内部部材202に沿って延在することができる。

次いで、ホース係合部材208を締め付けて、ホースに固定させて、該ホースと堅固に係合させる。次いで、ナット218を締め付けて、ホースの軸力を引き起こし、それによってシステム内の遊びを取る。こうした力は、ホース係合部材208からプレート214へ、ロッド216へ、プレート212へ、かつ内部部材202のテールエンド202ｂへ伝達される。管状部材は、ホース係合部材208の上部表面上、及び外部部材232と内部部材230との間で引き戻される。第2の外部232及び内部部材230は、ブレード108を所定の位置にしっかりと固定する。

ホース100の管状本体106は、密閉リング204下に延在している。ホース係合部材208及びナット218が締め付けられた後に、該密閉リング204によって管状本体に加えられる力を増大するために、スプリットリング206を締め付ける。
次いで、エンドフィッティング200を液体窒素によって低温まで冷却する。これによって、密閉リング204がスプリットリング206よりも相対的に大きく収縮し、それによって、スプリットリング206によって密閉リング204に加えられた圧縮力が減少する。スプリットリング206及び密閉リング204が比較的低温である間に、該スプリットリング206が再度締め付けられる。次いで、温度を周囲条件まで上げてもよく、それによって、スプリットリング206に対する密閉リング204の比較的大きな膨張により、密閉リングの圧縮力が増大する。

上記発明が修正され得ることが理解されるであろう。例えば、内部保持部材230を、ホース係合部材の残り部分から分離することができる。更に、別の内部保持部材及び外部保持部材、230及び232を設けることができる。

Claims (21)

1. 内部把持部材と外部把持部材との間に配置される可撓性材料の管状本体を含む型式の複合ホース用のエンドフィッティングであって、該ホース内に配置されるように構成された第1の部材、及び該ホースの外部周囲に配置されるように構成された第2の部材を含み、それによって、該ホースの端部を、該第1の部材と該第2の部材との間で密閉することができ、かつ使用において、ホースの内部に配置される、前記第1の部材の少なくとも一部が、冷却時に少なくとも一方向に膨張するように構成された複合材料で作られている、前記エンドフィッティング。
2. 前記複合材料が、カーボン、アラミド、ガラス又はUHMWPE繊維を含む、請求項１記載のエンドフィッティング。
3. 前記第２の部材の少なくとも一部が、冷却時に、ホース軸に対して半径方向内向きに収縮するように構成されている、請求項１又は２記載のホース。
4. 前記第１の部材の一部分が、冷却時に、ホース軸に対して半径方向外向きに膨張するように構成されている、請求項１記載のホース。
5. 冷却時に膨張する前記複合材料の長手方向の熱膨張係数が、0〜-10×10 ^-6 °K ^-1 である、請求項４記載のエンドフィッティング。
6. 冷却時に膨張する前記複合材料が、カーボン繊維又はポリ-(p-フェニレンテレフタルアミド)の繊維を含む、請求項４又は５記載のエンドフィッティング。
7. 前記第１の部材が、少なくとも一部は冷却時に膨張する複合材料で作られ、かつ前記第２の部材が、少なくとも一部は冷却時に収縮する複合材料で作られている、請求項４、５又は６記載のエンドフィッティング。
8. 内部把持部材と外部把持部材との間に配置される可撓性材料の管状本体を含む型式の複合ホース用のエンドフィッティングであって、該ホース内に配置されるように構成された第１の部材、及び該ホースの外部周囲に配置されるように構成された第２の部材を含み、それによって、ホースの端部を、該第１の部材と該第２の部材との間で密閉することができ、かつ該第１の部材の少なくとも端部の一部及び／又は該第１の部材の少なくとも一部が、冷却時に少なくともその一方向に膨張する材料で作られている、前記エンドフィッティング。
9. 前記第1の部材の少なくとも一部が、冷却時に少なくともその一方向に膨張する材料で作られている、請求項８記載のエンドフィッティング。
10. 冷却時に膨張する前記材料の長手方向の熱膨張係数が、0〜-10×10 ^-6 °K ^-1 である、請求項８又は９記載のエンドフィッティング。
11. 冷却時に膨張する前記材料が、カーボン繊維又はポリ-(p-フェニレンテレフタルアミド)の繊維を含む複合材料である、請求項８、９又は１０記載のエンドフィッティング。
12. 前記第１の部材が、少なくとも一部は冷却時に膨張する複合材料で作られ、かつ前記第2の部材が、少なくとも一部は冷却時に収縮する複合材料で作られている、請求項８、９、１０又は１１記載のエンドフィッティング。
13. 内部把持部材と外部把持部材との間に配置される可撓性材料の管状本体を含み、ホースの各端部に固定された請求項１〜１２のいずれか一項記載のエンドフィッティングを更に含む、ホース。
14. 前記管状本体が、補強層及び密閉層を含む、請求項１３記載のホース。
15. 前記管状本体が、内部補強層及び外部補強層、並びに該内部補強層と該外部補強層との間に配置された密閉層を含む、請求項１３記載のホース。
16. 軸強化手段を更に含む、請求項１３、１４又は１５記載のホース。
17. 前記軸強化手段が、軸方向補強ブレードを含む、請求項１６記載のホース。
18. 前記第１の部材の一部分が、冷却時に、ホース軸に対して半径方向外向きに膨張するように構成されている、請求項９記載のエンドフィッティング。
19. 前記第１の部材の少なくとも一部及び／又は前記第２の部材の少なくとも一部が複合材料で作られている、請求項１、９又は１８記載のエンドフィッティング。
20. 前記第１の部材の少なくとも一部が、複合材料で作られている、請求項１９記載のエンドフィッティング。
21. 前記複合材料が、カーボン、アラミド、ガラス又はUHMWPE繊維を含む、請求項１９又は２０記載のエンドフィッティング。

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