JP5779238B2 - 絶縁体フィッティングアッセンブリー - Google Patents

Description

関連出願との関係

本出願は２０１０年５月１７日に出願された特許文献１の利益を主張し、その開示は全部、引用により本発明に編入する。

本発明は絶縁体フィッティングアッセンブリー（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｔｔｉｎｇ ａｓｓｅｍｂｌｙ）に関し、そしてより詳細には流体導管として使用するための絶縁体フィッティングアッセンブリーに関する。

絶縁体フィッティングアッセンブリーは当該技術分野では知られており、天然ガスのパイプライン（この場合は絶縁体フィッティングアッセンブリーが流体の流れを可能としながら電流の影響から計測機器を絶縁し、及びカソード電流を遮断する）から、航空機の隔壁を通して液体を移動させるための導管を提供するまで多くの応用で用途が見出される。後者の用途では、絶縁体フィッティングアッセンブリーは、チューブ、ホースまたは他の流体運搬部品間の連結を可能とするフィッティング連結を、航空機の隔壁の両側に配置して含む。またそのような絶縁体フィッティングアッセンブリーは、２つのフィッティング連結間の電流は制限するが、プリシピテーション−スタティック（ｐ−スタティック）チャージの漸次放散を可能にする高い電気抵抗路を提供する。絶縁体フィッティングアッセンブリーを流れる流体が、静電荷の放散を可能にする導電性を有する場合、この絶縁体フィッティングアッセンブリーは不導体（ｎｏｎ−ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）に近づく大変高い電気抵抗を提供することだけが必要である。

このように航空機で使用される場合、絶縁体フィッティングアッセンブリーの主要な機能は、流体の移動および電光のような発生での間接的影響により一部生じる静電荷から電気エネルギーを放散することである。このようなフィッティングアッセンブリーは、流体が燃料タンクまたは航空機の他の領域を貫流するための安全な流路を提供する同様に重要な機能を有する。

そのような絶縁体フィッティングアッセンブリーの１つは特許文献２に開示され、これは引用により全部、本明細書に編入する。この絶縁体フィッティングアッセンブリーを図７に表す。図７の絶縁体フィッティングアッセンブリー２００は、２つの離れた金属製の管状エンド−フィッティング２０４の間に延びる非金属製ホース２０２を含む。ホース２０２の末端は、ホース上にクリンプされた（ｃｒｉｍｐｅｄ）金属製ソケット２０６によりエンド−フィッティング２０４に固定されている。このホース２０２は電気導電性の内層を有し、これは特定の電気抵抗を提供し、これにより帯電の放散を可能とする。非金属製ホース２０２は、強化されていると記載されている。絶縁体カバー２０８がホース２０２を取り巻く。

米国特許仮出願第６１／３４５，１７８号明細書 米国特許第２００８／０１６９６４３号明細書

本発明の少なくとも１つの態様は、絶縁体フィッティングアッセンブリーを提供し、
これは：２つのエンドフィッティング間を連結するホースを含むアッセンブリー；および
少なくとも異なる第一および第二の複合材から形成された少なくとも１つの内層を有する構造強化部分を含んでなり、第一の複合材は第二の複合材に比べて高い強度を有し、そして第二の複合材は第一の複合材に比べて高い電気抵抗を有し、第一および第二の複合材はアッセンブリーを覆い、そして内層が高い強度部分から高い電気抵抗部分への移行する時に半径方向の剛性の滑らかな移行を提供する。

絶縁体フィッティングアッセンブリーは：２つのエンドフィッティング間を連結するホースを含むアッセンブリーであって、このホースの各末端はクリンプソケット（ｃｒｉｍｐｅｄ ｓｏｃｋｅｔ）によりフィッティングに連結されているアッセンブリーと、；および少なくとも１つの内層および外層を有する構造強化部分とを含んでなり、この内層は少なくとも異なる第一および第二の複合材から形成され、第一の複合材は第二の複合材に比べて高い強度を有し、そして第二の複合材は第一の複合材に比べて高い電気抵抗を有し、第一の複合材が各フィッティングのソケットを取り巻き（ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ）、そしてもう一つのフィッティングに向かって軸方向に延びており、第二の複合材が第一の複合材を取り巻き、そして第一の複合材の少なくとも軸方向に延びる部分間でホースを取り巻き、外層は非導電性繊維から形成されている。

絶縁体フィッティングアッセンブリーは：２つのエンドフィッティング間を連結するホースを含むアッセンブリーであって、このホースの各末端はクリンプソケットによりフィッティングに連結されているアッセンブリーと、；および少なくとも１つの内層および外層を有する構造強化部分とを含んでなり、この内層は炭素繊維強化プラスチックおよびガラス繊維強化プラスチックから形成され、この炭素繊維強化プラスチックが各フィッティングのソケットを取り巻き、そしてもう一つのフィッティングに向かって軸方向に延びており、ガラス繊維強化プラスチック材料が炭素繊維強化プラスチックを取り巻き、そしてガラス繊維強化プラスチックの少なくとも軸方向に延びる部分間でホースを取り巻き、ここで炭素繊維強化プラスチックの軸方向に延びる部分は、この部分が各ソケットから軸方向に延びるにつれて、フィッティングの長軸方向から外側半径方向に曲げて配置されている。

ここで本発明の態様を添付の図面を参照にしてさらに詳細に記載する。
本発明の態様に従い構成された絶縁体フィッティングアッセンブリーの斜視断面図である。 図１の絶縁体フィッティングアッセンブリーのクリンプアッセンブリーの斜視断面図である。 図２のクリンプアッセンブリーに適用された内側強化層の斜視断面図である。 本発明の別の態様に従い構成された絶縁体フィッティングアッセンブリーの部分断面図である。 本発明のさらに別の態様に従い構成された絶縁体フィッティングアッセンブリーの部分断面図である。 図６Ａ〜６Ｄは種々の絶縁体フィッティングアッセンブリーの軸長にわたり所定の負荷に関する半径方向の撓みを具体的に説明するグラフである。 既知の絶縁体フィッティングアッセンブリーを図解するものである。

図１は、本発明に従い構成された絶縁体フィッティングアッセンブリーを具体的に説明し、別の言い方では高抵抗性のユニットまたはＨＲＵ１０とも言う。このＨＲＵ１０は少なくとも２つのエンドフィッティング１２、ホース部１４、ソケット１６および構造強化部分１８を含んでなるアッセンブリーである。本発明では、ホース部１４それ自体は強化される必要はない。説明する態様では、ホース部１４は強化されていない。エンドフィッ
ティング１２のサブアッセンブリー、ホース部１４およびソケット１６は、集合的にクリンプアッセンブリー２０と呼ぶ。図２はクリンプアッセンブリー２０の斜視断面図である。図２を参照にして分かるように、ホース部１４は各エンドフィッティング１２の一端で受けられ、そして既知の様式で対応するソケット１６によって定位置で固定される。

図１で具体的に説明する態様では、構造強化部分１８には内層２６および外層２８を含む。構造強化部分の内層および外層２６および２８は、複合材から形成される。複合材とはマトリックス材に囲まれた構成材からなる材料を称し、ポリマーマトリックスに取り囲まれた繊維を指すことが多い。一つの態様では、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）が化学的に安定で、しかも非導電性であるために使用されるが、他の繊維、例えば２，３挙げると炭素、アラミドまたはＰＢＯ（ポリｐ−フェニレン−２，６−ベンゾビスオキサゾール）も、他の特性を所望する場合に使用することができる。このポリマーマトリックスは熱硬化性樹脂、例えばエポキシ、ポリエステルまたは熱可塑性プラスチックでよい。ＨＲＵ１０の構造強化部分１８の機能は、クリンプアッセンブリー２０が内圧および軸方向の両方から半径方向の負荷に耐えることができるようにすると同時に、例えば雷（ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ）により生じる２つの金属製エンドフィッティング１２間に生じる極めて高い電位差に耐えられるようにすることである。

複合材が層に形成され、そしてクリンプアッセンブリー２０に適用され得る多くの方法、例えばプリプレグワインディング、テープ積層、フィラメントワインディング、ラッピング（ｗｒａｐｐｉｎｇ）およびレジントランスファー成形がある。複合材の応用に重要なパラメーターは、層中の繊維の配向である。内層２６は上記方法の１つまたは繊維を積層するために時々利用することができる他の方法を使用して、複合材をホース部１４およびソケット１６に積層することにより形成される。図３はクリンプアッセンブリー２０に適用された内層２６の斜視断面図である。一つの態様では、内層２６の繊維はＨＲＵ１０の中心の長軸Ｘ（図１）に対して円周方向に配向されている。一つの態様では、内層２６の繊維は、長軸Ｘに対して６０から９０度の間の角度に配向されている。別の態様では内層２６の繊維は長軸Ｘに対して７５から９０度の間の角度に配向されている。内層２６は内圧を受けたとき、ホース部１４を主に支持し、これによりホース部１４の半径方向の撓み（ｒａｄｉａｌ ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）を制限する。二次的な効果として内層２６はソケット１６に対する支持を提供し、ホース部１４とエンドフィッティング１２との間の連結が完全に密封されることを確実にするために役立つ。

複合材から内層２６を形成する１つの難題は、ＨＲＵ１０の軸長にわたり半径方向のずれ（ｒａｄｉａｌ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）における突然の変化を最少にすることである。半径方向のずれにおける突然の変化は、内層２６が内圧を受けたとき、高い量の応力下にある場所をもたらす。最少化されなければこの局部応力は、半径方向のずれが突然変化する場所でＨＲＵ１０の破壊を生じる恐れがある。本発明のＨＲＵ１０は、その軸長に沿った半径方向のずれの突然の変化を回避するように設計されている。例えば図６Ａは、エンドフィッティング間に延びる編組線で強化した被覆を含むホース部を有する既知の絶縁体フィッティングアッセンブリーの軸長（Ｘ軸）にわたり、所定の負荷（Ｙ軸）に関する半径方向のずれのグラフである。Ｘ軸上のダッシュ６２および６４は、各エンドフィッティングとフィッティングの内側縁に隣接する編組線強化被覆を有するホース部との間の移行を記す。図６Ａのグラフから分かるように、半径方向のずれは各エンドフィッティングと編組線で強化した被覆を含むホースとの間の移行で突然上昇するが、編組線の被覆により半径方向のずれが阻止されるので、その上昇は比較的小さい。

図６Ｂは、一般的に円周方向に巻かれたガラス繊維の被覆だけに取り巻かれた非強化ホース部を有する絶縁体フィッティングアッセンブリーの軸長（Ｘ軸）にわたり、同じ所定の負荷（Ｙ軸）に関する半径方向のずれを具体的に説明するグラフである。Ｘ軸上のダッ
シュ６６および６８は、各エンドフィッティングとフィッティングの内側縁に隣接するガラス繊維被覆を有するホース部との間の移行を記す。図６Ａおよび図６Ｂのグラフの比較から分かるように、同じ内部圧力に関して、ガラス繊維の半径方向のずれは編組線の被覆を含むものより著しく大きい。各エンドフィッティングとガラス繊維被覆を有するホース部との間の移行で、半径方向のずれの突然の上昇は望ましくなく、そして突然の移行の場所で高い応力が生じる。絶縁体フィッティングアッセンブリーのこの高い応力の場所は、漏れのような絶縁体フィッティングアッセンブリーの欠陥の場所となるようである。

ＨＲＵ１０の軸長にわたり半径方向のずれに小さな変化を実現することは重要である。図６Ｂで具体的に説明したような望ましくない突然の変化を最少にするために、本発明のＨＲＵ１０の内層２６は一つの態様において、それぞれの特徴が異なる（例えば強度および電気抵抗）少なくとも２つの異なる繊維を用いて設計されている。例えば内層２６はガラス繊維および炭素繊維の両方を含んでなり、そしてこれらの異なる繊維の強度の相対的な差異を利用して、ＨＲＵ１０の軸長に沿った半径方向の撓みにおける突然の変化を回避することができる。クリンプアッセンブリー２０の両端でのソケット領域は、より一層強い炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）が巻き付けられ、そしてこのＣＦＲＰは、内層２６のガラス繊維だけが提供されている所に対して急ではない様式で半径方向の撓みが移行するように、ソケットの一端から外側に向かって延びている。図３の態様では、この内層２６の半径方向の撓みの移行は、その連合したソケット１６から各階段が離れて延びるように外側半径方向に漸次延びるＣＦＲＰの階段状部分３６により提供される。このガラス繊維は階段状部分３６の下および上の両方に配置される。図４の態様では、内層２６’の半径方向の撓みの移行は、部分３８が各フィッティング１２’から離れて延びるように長軸Ｘ’に対して外側半径方向に漸次延びる弓形（または指状の）部分３８により提供される。これらの設計の物理的効果は、所定の内圧を受けた時に、ＨＲＵの長さに沿った半径方向の撓みが滑らか（または比較的滑らか）な変化となることである。図６Ｃは図１のＨＲＵ１０の軸長（Ｘ軸）にわたる、所定の負荷（Ｙ軸）に関する半径方向のずれのグラフである。図６Ｃで、Ｘ軸上のダッシュ７０および７２は、各エンドフィッティングの末端での移行を記し、そしてダッシュ７４および７６はＨＲＵ１０の中心に最も近い階段状部分３６の末端を記す。図６Ｄは、図４のＨＲＵ１０’の軸長（Ｘ軸）にわたる、所定の負荷（Ｙ軸）に関する半径方向のずれのグラフである。図６ＤではＸ軸上のダッシュ８０および８２は、各エンドフィッティングの末端での移行を記し、そしてダッシュ８４および８６はＨＲＵ１０’の中心に最も近い弓形部分３８の末端を記す。

図１〜３のおよび図４の両方の態様は、それらの各エンドフィッティング間に高い電気抵抗を提供するために形成されている。各態様の内層は、１例によれば、高い強度の炭素繊維（ＣＦＲＰ）および高い電気抵抗のガラス繊維（ＧＦＲＰ）の両方から形成される。その結果、ＨＲＵは高い強度と高い電気抵抗を有する。図１および３から分かるように、内層２６の中心部分４０は丸みを帯びており（または幾分ドーナツ形）、そして非導電性ＧＦＲＰから形成される。この非導電性ＧＦＲＰの中心部分４０は、ＣＦＲＰの導電性階段状部分３６を離す。ＨＲＵ１０の両側の導電性部分間の距離、すなわちＣＦＲＰ、ソケット１６およびエンドフィッティング１２は、任意に必要な絶縁強度を提供するために調整することができる。同様に図４を参照にして、内層２６’の中心部分４０’は丸みを帯びており（または幾分ドーナツ形）であり、そして非導電性ＧＦＲＰから形成される。この非導電性ＧＦＲＰの中心部分４０’は、ＣＦＲＰの弓形部分３８を離す。ＨＲＵ１０’の両側の導電性部分間の距離、すなわちＣＦＲＰ、ソケット１６’およびエンドフィッティング１２’は、任意に必要な絶縁強度を提供するために調整することができる。

外層２８が内層２６の後に適用される。外層２８はＨＲＵ１０の長軸Ｘに対して軸方向に、またはほぼ軸方向に（例えば軸方向の３０度以内のような）配向された非導電性繊維から形成される。一つの態様では、外層２８は非導電性ガラス繊維から形成される。非導
電性であることにより、電気エネルギーは外層２８を通ってエンドフィッティング１２間に伝わらない。この外層２８は、エンドフィッティング１２を互いに軸方向に固定するように機能する。負荷の移行が複合材の外層２８と金属製のエンドフィッティング１２との間で達成される方法は、引用により全部、本明細書に編入する同時係属中の米国特許出願第１２／６７７，１５９号明細書の教示に基づく。この方法では、所望する軸の（またはほぼ軸の）繊維配向を含む複合材が、内層２６上そしてエンドフィッティング１２を越えてクリンプアッセンブリー２０に積層される。いったん所望の被覆（ｃｏｖｅｒａｇｅ）および軸（またはほぼ軸）繊維の厚さが達成されれば、複合材のバンド４８（図１）がエンドフィッティング１２の凹形に一致する位置で、軸の繊維の周囲に巻き付けられる。バンド４８の巻き付けは、軸繊維がフィッティング１２の凹形にロックされる関係で押しつけられるようにする。この操作をもう一つのエンドフィッティング１２の凹形の位置で繰り返し、次いで軸（またはほぼ軸）の複合材の端は、バンド４８上および外層２８の最も内側のプライ５２上に折り返される（ｆｏｌｄｅｄ ｂａｃｋ）。この折り返し材料は、複合材の周囲層（示さず）を適用することにより固定することができる。図１に具体的に説明する態様では、この材料はできる限り折り返されて３プライで形成されている外層、すなわち外層２８の元のプライ５２よりも３倍厚い外層２８を生じる。この３プライは、外層２８の軸の剛性を最大にするために役立つ。

図４の外層２８’は、図１を参照にして上記と同様な様式で形成される。図４では、内側のプライが符号５２’により示され、そして周囲バンドは符号４８’により示されている。

図５は本発明に従い構成されたＨＲＵ１１０のさらに別の態様の部分断面図を図解する。図５は１つのエンドフィッティング１１２の一部のみを図解する断面図であり、ホース部１１６の一端および内層１２６を保持するその連合したソケット１１４を含む。図５には外層を具体的に説明していないが、図１および４に関して記載したものと同様である。内層１２６は、ソケット１１６に被せるように配置された高弾性炭素繊維巻き付け部分１３０を含む。この高弾性炭素繊維巻き付け部分１３０は、ソケット１１６から間隔を空けた位置にテーパー付き（または細くなる）末端１３２を含む。符号１４０で示すガラス繊維（または別のＡｒａｍｉｄもしくは他の適切な材料）のような高い電気抵抗材料の比較的均一な厚さの部分を、高弾性炭素繊維巻き付け部分１３０に積層する。導電性ポリイミド（ＤｕＰｏｎｔからＫａｐｔｏｎの登録商標で販売されているような）のような、またはＤｕＰｏｎｔからＮｏｍａｘの登録商標で販売されているような材料から形成された電気導電性フィルム１４４が、ＨＲＵ１１０のエンドフィッティング１１２間の電気抵抗を特別に制御するために、ガラス繊維の層に埋め込まれてもよい。他の高弾性炭素繊維巻き付け部分１４８は、内層１２６を完成させる（ｃｏｍｐｌｅｔｅ）。またこの高弾性炭素繊維巻き付け部分１４８はまたテーパー付き末端も含み、その１つは１５０で示されるが、これはテーパー付き末端１３２に対応する。このテーパー付き末端１３２および１５０は、内層１２６、すなわちＨＲＵ１１０の半径方向へのずれの滑らかな移行を提供すると同時に、均一部分１４０は高い電気抵抗を提供する。

目下のところ本発明の好適な態様を、図面および上の記載に示す。しかし本発明は、これらの具体的態様に限定されない。本発明の教示から逸脱することなく、様々な変更および修飾を本発明に対して行うことができ、そして本発明の範囲は以下に記載する特許請求の範囲により定められる。

Claims (17)

1. 絶縁体フィッティングアッセンブリーであって：
   ２つのエンドフィッティング間を連結するホースを含むアッセンブリーと；および
   少なくとも異なる第一および第二の複合材から形成された少なくとも１つの内層を有す
   る構造強化部分であって、該第一の複合材は第二の複合材に比べて高い強度を有し、そ
   して該第二の複合材は第一の複合材に比べて高い電気抵抗を有し、該第一および第二の
   複合材が該アッセンブリーを被覆し、そして内層が高い強度部分から高い電気抵抗部分
   へ移行する時に半径方向の剛性の滑らかな移行を提供する、該構造強化部分と、
   を有し、前記高強度部分が階段状または弓形状末端を有し、各末端がもう一端に向かって軸方向に延び、そしてフィッティングの長軸から外側半径方向に曲がる、前記絶縁体フィッティングアッセンブリー。
2. 構造強化部分が複合材から形成される請求項１に記載の絶縁体フィッティングアッセンブリー。
3. 内層が円周方向に配向した繊維から形成される請求項１または２に記載の絶縁体フィッティングアッセンブリー。
4. 内層が、フィッティングアッセンブリーの長軸に対して６０から９０度の間の角度に配向された繊維から形成される、請求項１または２に記載の絶縁体フィッティングアッセンブリー。
5. 構造強化部分が軸方向またはほぼ軸方向に配向された繊維を有する外層をさらに含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の絶縁体フィッティングアッセンブリー。
6. 外層が折り返し部分を含む請求項１から５のいずれか１項に記載の絶縁体フィッティングアッセンブリー。
7. 高強度部分が炭素繊維強化プラスチックから形成される請求項１から６のいずれか１項に記載の絶縁体フィッティングアッセンブリー。
8. 高電気抵抗部分がガラス繊維強化プラスチックから形成される請求項１から７のいずれか１項に記載の絶縁体フィッティングアッセンブリー。
9. 絶縁体フィッティングアッセンブリーであって：
   ２つのエンドフィッティング間を連結するホースを含むアッセンブリーであって、該ホ
   ースの各末端はクリンプソケットによりフィッティングに連結されている該アッセンブ
   リーと、；および
   少なくとも１つの内層および外層を有する構造強化部分であって、該内層は少なくとも
   異なる第一および第二の複合材から形成され、該第一の複合材は第二の複合材に比べて
   高い強度を有し、そして該第二の複合材は第一の複合材に比べて高い電気抵抗を有し、
   該第一の複合材が各フィッティングのソケットを取り巻き、そしてもう一つのフィッテ
   ィングに向かって軸方向に延びており、該第二の複合材が第一の複合材を取り巻き、そ
   して第一の複合材の少なくとも軸方向に延びる部分間でホースを取り巻き、該外層は非
   導電性繊維から形成されている、該構造強化部分と、
   を有する、前記絶縁体フィッティングアッセンブリー。
10. 第一の複合材の軸方向に延びる部分が、各ソケットから軸方向に延びるにつれて、フィッティングの長軸から外側半径方向に曲げて配置される、請求項９に記載の絶縁体フィッティングアッセンブリー。
11. 軸方向に延びる部分がテーパー付き末端を有する請求項９に記載の絶縁体フィッティングアッセンブリー。
12. 内層が円周方向に配向した繊維から形成される請求項９から１１のいずれか１項に記載の絶縁体フィッティングアッセンブリー。
13. 内層がフィッティングアッセンブリーの長軸に対して６０から９０度の間の角度に配向した繊維から形成される、請求項９から１１のいずれか１項に記載の絶縁体フィッティングアッセンブリー。
14. 第一の複合材が炭素繊維強化プラスチックから形成される請求項９から１３のいずれか１項に記載の絶縁体フィッティングアッセンブリー。
15. 第二の複合材がガラス繊維強化プラスチックから形成される請求項９から１４のいずれか１項に記載の絶縁体フィッティングアッセンブリー。
16. 絶縁体フィッティングアッセンブリーであって：
    ２つのエンドフィッティング間を連結するホースを含むアッセンブリーであって、該ホ
    ースの各末端はクリンプソケットによりフィッティングに連結されている、該アッセン
    ブリーと、；および
    少なくとも１つの内層および外層を有する構造強化部分であって、該内層は炭素繊維強
    化プラスチックおよびガラス繊維強化プラスチックから形成され、該炭素繊維強化プラ
    スチックが各フィッティングのソケットを取り巻き、そしてもう一つのフィッティング
    に向かって軸方向に延びており、該ガラス繊維強化プラスチック材が炭素繊維強化プラ
    スチックを取り巻き、そしてガラス繊維強化プラスチックの少なくとも軸方向に延びる
    部分間でホースを取り巻き、ここで炭素繊維強化プラスチックの軸方向に延びる部分は
    、該部分が各ソケットから軸方向に延びるにつれて、フィッティングの長軸から外側半
    径方向に曲げて配置される、該構造強化部分と、
    を有する、前記絶縁体フィッティングアッセンブリー。
17. 構造強化部分が、軸またはほぼ軸方向に配向された繊維を有する外層をさらに含む、請求項１６に記載の絶縁体フィッティングアッセンブリー。

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