JP6322635B2 - 無線通信タワー用の低密度金属系コンポーネント - Google Patents
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Description
本出願は、2012年9月28日出願の米国仮出願第61/707,060号の利益を主張するものである。
電気通信の分野では、新たなサービスおよび増加したユーザ数を支持するために、国際的に帯域幅の需要が毎年増加すると予期され、それ故に無線システムをより高い周波数帯域に移行させている。当該産業において、基地局の電子機器を、タワー基地から無線通信タワーの上部領域に移動させる(即ち、タワートップ電子機器)傾向があり、これは、タワートップを基地設備に接続する電気通信ケーブル内での信号損失を低減するための努力である。増加する数のコンポーネントがタワー上方へ移動させられるにつれて、かかるコンポーネントの重量が懸念事項となる。
アルミニウム系材料から少なくとも部分的に形成される無線通信タワーコンポーネントを備え、
該アルミニウム系材料が、約25℃の常温で測定して2.7グラム毎立方センチメートル(「g/cm3」)未満の密度を有し、
該アルミニウム系材料が、25℃で測定して1ワット毎メートルケルビン(「W/m・K」)を上回る熱伝導率を有し、
該アルミニウム系材料が、−35〜120℃の温度範囲にわたって30マイクロメートル毎メートルケルビン(「μm/m・K」)未満の線形等方性熱膨張係数(「CTE」)を有する、装置である。
今しがた言及した通り、無線通信タワーコンポーネントは、金属系材料から少なくとも部分的に形成可能である。本明細書で使用される場合、「金属系」材料は、主要な(即ち、25重量パーセント(「重量%」)を上回る)成分として金属を含む材料である。種々の実施形態において、金属系材料は、1つ以上の金属を、少なくとも50、少なくとも60、少なくとも70、少なくとも80、少なくとも90、または少なくとも95重量%の総計量で含むことができる。いくつかの実施形態では、1つ以上の金属は、金属系材料の全体または実質的に全体を構成する。本明細書で使用される場合、用語「実質的に全体」とは、個別に10百万分率(「ppm」)未満の説明されていない成分の存在を意味する。代替的な実施形態では、以下により詳細に説明する通り、金属系材料は1つ以上の充填剤を有する金属の複合体であっても良く、それ故に、より低い割合(例えば、最低5重量%〜最大99重量%)の1つ以上の金属を含んでも良い。
上述の通り、上述の金属系材料のうちの任意の1つ以上を使用して、無線通信タワーコンポーネントの少なくとも一部を製作することができる。本明細書で使用される場合、「無線通信タワーコンポーネント」とは、任意の1つの電子通信設備、全地球測位システム(「GPS」)設備、もしくは同様の設備、またはそれらの一部を意味する。用語「タワー」を使用するが、かかる設備は、実際にタワー上に搭載または搭載されるように設計される必要はなく、むしろ、例えばラジオ塔、建造物、記念建造物、または木などの、他の高い位置も検討され得ることに留意されたい。かかるコンポーネントの例は、アンテナ、送信機、受信機、送受信機、デジタル信号プロセッサ、制御電子機器、GPS受信機、電力源、および電気コンポーネントの収容のための筺体を含むがこれらに限定されない。さらに、例えばRFフィルタおよびヒートシンクなどの、かかる電気設備内に典型的に見られるコンポーネントも考慮される。さらに、例えばプラットフォームおよび搭載ハードウェアなどの、タワートップ支持装具も含まれる。
密度
ASTM D792に従い、25℃で複合体試料の密度を判定する。金属のみの試料については、ASTM D1505に従い、密度勾配方法によって密度を判定されたい。
ISO 22007−2(過渡的平面熱源(ホットディスク)方法)に従い、熱伝導率を判定する。
熱機械分析器(TA InstrumentsによるTMA 2940)を使用し、CTEを判定する。5℃/分の加熱率を使用して膨張プロファイルを生成し、膨張プロファイル曲線の勾配としてのCTEを、CTE=ΔL/(ΔT×L)として算出し、式中、ΔLは試料長(μm)の変化であり、Lは試料の原長(m)であり、ΔTは温度(℃)の変化である。勾配が測定される温度範囲は、第2の加熱において20℃〜60℃である。
ASTM D638に従い、タイプ1引張棒および0.2インチ/分のひずみ速度を使用して、硬化エポキシ製剤の引張性質測定(引張強度および破断点の伸び%)を行う。アルミニウム金属試料については、ASTM B557Mに従って引張性質を測定されたい。
示差走査熱量計(「DSC」)内に試料を配置し、0〜250℃の第1の加熱走査から0〜250℃の第2の加熱走査まで10℃/分で加熱および冷却して、Tgを測定する。0〜250℃の第2の加熱走査における二次転移の半高値としてのTgを報告する。
以下の表1において、発泡アルミニウム試料(S1)を、従来のアルミニウム(比較A)、3つのエポキシ複合組成物(比較B〜D)、およびガラス充填ポリエーテルイミド(比較E)と比較する。発泡アルミニウムは、Cymat Technologies, Ltd.から入手される、0.41g/cm3の密度および主として開気泡型構造を有する、25.4mm厚の試料である。従来のアルミニウムは、アルミニウム合金6061である。エポキシ複合組成物(比較B〜D)の混合、鋳造、および硬化プロセスは、以下に説明する通りに一般的には実行される。ガラス充填ポリエーテルイミドは、GE Plasticsから商業的に入手可能な、45%のガラス繊維充填剤を有するポリエーテルイミドである、ULTEM(商標)3452である。
以下の説明において使用される用語および意味は、以下を含む:D.E.N.425とは、172のEEWを有するエポキシ樹脂であり、The Dow Chemical Companyから商業的に入手可能であり、D.E.R. 383とは、171のEEWを有するエポキシ樹脂であり、The Dow Chemical Companyから商業的に入手可能であり、「NMA」とは、ナドメチル酸無水物を表し、Polysciencesから商業的に入手可能であり、「ECA100」とは、エポキシ硬化剤100を表し、Dixie Chemicalから商業的に入手可能であり、ECA100は、80%を上回るメチルテトラヒドロフタル酸無水物および10%を上回るテトラヒドロフタル酸無水物を一般的に含み、「1MI」とは、1−メチルイミダゾールを表し、Aldrich Chemicalから商業的に入手可能であり、SILBOND(登録商標)W12ESTとは、16μmのD50粒度を有するエポキシシラン処理された石英であり、Quarzwerkeから商業的に入手可能である。
1つの縁に斜めの切込みを有する2枚の約355mmの正方形の金属プレート上に、各DUOFOIL(商標)(約330mm×355mm×約0.38mm)を固定する。約3.05mm厚のU型スペーサーバー、および内径約3.175mm×外径約4.75mmのシリコーンゴムチューブ(ガスケットとして使用)をプレートと鋳型との間に配置し、鋳型をC型クランプで閉じておく。その使用に先立って鋳型を約65℃のオーブンで予熱する。より小さな金属プレートを用いる鋳物、ならびにガスケットとして機能するシリコーンゴムチューブの適当な調節を用いるより厚いU型スペーサーバーの使用のために、同じ鋳型プロセスを適合しても良い。
以下の手順に従って、2インチ×2インチ×0.5インチの寸法を有する発泡アルミニウムブロックを、充填されたエポキシ製剤内で鋳造し硬化する。使用するエポキシ製剤は、65重量%のSILBOND 126ESTと共にDER332+50/50ナドメチル酸無水物/エポキシ硬化剤100(即ち、MTHPA)である。発泡アルミニウム発泡体は、上記の実施例1において説明したものと同じである。エポキシ組成物を上述の通りに混合および脱気した後、樹脂ケトル内の液体エポキシ混合物内に発泡アルミニウムを導入し、撹拌羽根を使用して定位置に保持し、浮揚を防止する。導管を閉じ、以下の通り35分間の真空を適用し、アルミニウム発泡体から空気を除去し、液体エポキシを金属細孔に押し込む:10トルで10分間、5トルで5分間、10トルで5分間、20トルで5分間、および30トルで5分間。次いで導管を大気圧に戻す。550ミル厚のU型スペーサーを鋳型内に配置し、脱気した混合物の約1/2を鋳型アセンブリ(上述)内に注入し、エポキシを吸収させたアルミニウム発泡体片を次いで適所に配置し、残りのエポキシをその上に注入する。80℃において16時間、次いで140℃において10時間の硬化を実施し、最後に200℃において4時間で完了する。
本願発明には以下の態様が含まれる。
項1.
アルミニウム系材料から少なくとも部分的に形成される無線通信タワーコンポーネントを備え、
前記アルミニウム系材料が、約25℃の常温で測定して2.7グラム毎立方センチメートル(「g/cm3」)未満の密度を有し、
前記アルミニウム系材料が、25℃で測定して1ワット毎メートルケルビン(「W/m・K」)を上回る熱伝導率を有し、
前記アルミニウム系材料が、−35〜120℃の温度範囲にわたって30マイクロメートル毎メートルケルビン(「μm/m・K」)未満の線形等方性熱膨張係数(「CTE」)を有する、装置。
項2.
前記無線通信タワーコンポーネントが、ラジオ周波数(「RF」)空洞フィルタ、ヒートシンクアセンブリ、筺体、タワートップ支持装具、およびそれらの2つ以上の組み合わせから成る群から選択される、項1に記載の装置。
項3.
前記アルミニウム系材料が、発泡アルミニウムおよびマイクロスフェア充填アルミニウムから成る群から選択される、項1または項2のいずれかに記載の装置。
項4.
前記アルミニウム系材料が、0.8〜60Kpsiの範囲の引張強度を有する、項1〜3のいずれか一項に記載の装置。
項5.
前記アルミニウム系材料が、発泡アルミニウムであり、前記発泡アルミニウムが、約25℃で測定して0.1〜2.0g/cm3の範囲の密度を有し、前記発泡アルミニウムが、25℃で測定して5〜150W/m・Kの範囲の熱伝導率を有し、前記発泡アルミニウムが、−35〜120℃の温度範囲にわたって15〜30μm/m・Kの範囲の線形等方性CTEを有する、項1〜4のいずれか一項に記載の装置。
項6.
前記発泡アルミニウムが表面領域を提示し、前記表面領域の少なくとも一部が、(a)非発泡アルミニウムであるか、(b)ポリマー系材料で充填またはコーティングされるかのいずれかである、項5に記載の装置。
項7.
前記発泡アルミニウムの空間細孔の少なくとも一部がポリマー系材料を含有する、項5に記載の装置。
項8.
前記アルミニウム系材料が、マイクロスフェア充填アルミニウムであり、前記マイクロスフェア充填アルミニウムが、25℃で測定して0.6〜2g/cm3の範囲の密度を有し、前記マイクロスフェア充填アルミニウムが、25℃で測定して5〜150W/m・Kの範囲の熱伝導率を有し、前記発泡アルミニウムが、−35〜120℃の温度範囲にわたって8〜25μm/m・Kの範囲の線形等方性CTEを有する、項1〜4のいずれか一項に記載の装置。
項9.
前記マイクロスフェア充填アルミニウムが、ガラスマイクロスフェア、ムライトマイクロスフェア、アルミナマイクロスフェア、アルミノ−シリケートマイクロスフェア、セラミックマイクロスフェア、シリカ−カーボンマイクロスフェア、カーボンマイクロスフェア、およびそれらの2つ以上の混合物から成る群から選択されるマイクロスフェアを含む、項8に記載の装置。
項10.
前記マイクロスフェアが、8〜30μmの範囲の粒径分布D10、10〜70μmの範囲のD50、および25〜120μmの範囲のD90を有し、前記マイクロスフェアが、0.1〜0.7g/cm3の範囲の真密度を有する、項9に記載の装置。
Claims (5)
- アルミニウム系材料から少なくとも部分的に形成される無線通信タワーコンポーネントを備える無線通信タワーを備え、
前記アルミニウム系材料が、約25℃の常温で測定して2.6g/cm3未満の密度を有し、
前記アルミニウム系材料が、25℃で測定して5W/m・Kを上回り、100W/m・K以下の熱伝導率を有し、
前記アルミニウム系材料が、−35〜120℃の温度範囲にわたって30μm/m・K未満の線形等方性熱膨張係数(「CTE」)を有し、
前記アルミニウム系材料が「空間細孔の少なくとも一部がポリマー系材料を含有する発泡アルミニウム」を含み、
前記アルミニウム系材料が該材料の少なくとも一部において滑らかな表面を有する、装置。 - 前記無線通信タワーコンポーネントが、ラジオ周波数(「RF」)空洞フィルタ、ヒートシンクアセンブリ、筺体、タワートップ支持装具、およびそれらの2つ以上の組み合わせから成る群から選択される、請求項1に記載の装置。
- 前記アルミニウム系材料が、0.8〜60Kpsiの範囲の引張強度を有する、請求項1または2に記載の装置。
- 前記発泡アルミニウムが、約25℃で測定して0.1〜2.0g/cm3の範囲の密度、25℃で測定して5W/m・Kを上回り、100W/m・K以下の熱伝導率、および−35〜120℃の温度範囲にわたって15〜30μm/m・Kの範囲の線形等方性CTEを有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の装置。
- 前記発泡アルミニウムが表面領域を提示し、前記表面領域の少なくとも一部が、(a)非発泡アルミニウムであるか、(b)ポリマー系材料で充填またはコーティングされるかのいずれかである、請求項1〜4のいずれか一項に記載の装置。
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