(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに重ねた少なくとも２つの補強層で構成された可撓性シートで形成された気嚢を含むエラストマー嚢体組立体であって、該気嚢は互いに整合された対向する端縁部を有して、前記可撓性シートが前記気嚢に形成され、それぞれ三角形の断面形状を有する楔が前記可撓性シートの端縁部に備えられ、且つ前記の２つの補強層の間に保持されており、前記楔の各々は、前記三角形の断面形状の頂点が前記可撓性シートの内側に向いているが、該頂点の反対側は前記可撓性シートの末端に向いているような方向に延びており、これら楔は互いに合致されて１つの三角形を画定しており、また、前記組立体は、互いに合致されているこれら楔を有する前記可撓性シートの対抗する端縁部をクランプするクランプ手段を含むことを特徴とするエラストマー嚢体組立体。
【請求項２】
前記楔が剛性である、請求項１による組立体。
【請求項３】
前記楔がエラストマーである、請求項１による組立体。
【請求項４】
前記可撓性シートが補強コードを含む、請求項１から３までのいずれか１つによる組立体。
【請求項５】
前記クランプ手段がくぼみを含み、このくぼみは支持表面構造体に形成された細長いくぼみであり、該クランプ手段のクランプが傾斜面を有し、且つ前記支持表面構造体にアンカーボルトによって取り付けられていて、前記傾斜面が介在していることによってこれら楔がクランプされるようになっている、請求項１から４までのいずれか１つによる組立体。
【請求項６】
膨張可能な気嚢を支持構造体に取り付ける方法であって、
互いに重ねた複数の補強層で構成された可撓性シートで形成されたエラストマー膨張可能気嚢を備える工程にして、該気嚢は互いに整合された対向する端縁部を有して、前記可撓性シートが前記気嚢に形成され、それぞれ三角形の断面形状を有する楔が前記可撓性シートの端縁部に備えられ、且つ２つの前記補強層の間に保持されており、前記楔の各々は、前記三角形の断面形状の頂点が前記可撓性シートの内側に向いているが、該頂点の反対側は前記可撓性シートの末端に向いているような方向に延びており、これら楔は互いに合致されて１つの三角形を画定している、前記工程と、
前記支持構造体に細長いくぼみを備える工程と、
クランプ手段によってこの細長いくぼみ内に前記可撓性シートの対向する端縁部を固定して、前記楔が前記くぼみ内で互いに合致されるようにする工程とを含む方法。
【請求項７】
前記クランプ手段は楔形を有する、請求項６による方法。
【請求項８】
可撓性シートの両端縁部が重ね合わされ、クランプ手段によりクランプされてエラストマー嚢体組立体を構成するエラストマー嚢体において、前記可撓性のシートは、少なくとも２枚の補強層を重ね合せて構成され、該可撓性のシートの各端縁部で該２枚の補層の間に三角断面形状の楔が保持されており、該楔の各々は、三角断面形状でその頂点が前記可撓性シートの内側に向いているが該頂点の反対側は前記可撓性シートの末端に向いているような方向に延びていることを特徴とするエラストマー嚢体。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、一般的には、補強複合構造体を各種支持構造体などの別体に接続するためのシステムに関する。具体的には、本発明は膨張式嚢体の設計に関する。本発明は、例えば、一つ以上の剛性ゲートを放水路構造体の頂部に回動自在に取付け、前述の嚢体を膨らませてゲートを上昇位置に移動可能とするダムの放水路用、および回動自在に取付けたパネルを利用しない膨張式ダム用の提頂ゲートシステムに使用するための膨張式嚢体に関する。
発明の背景
膨張式嚢体は、ダムの放水路に回動自在に取付けた提頂ゲートの下流側に設けてこの提頂ゲートの後ろの水高を制御するようになっているものである。そのようなシステムは、例えば、米国特許第４，７８０，０２４号および第５，０９２，７０７号に開示されているので詳細は、これらの文献を参照されたい。
従来の提頂ゲートシステムでは、膨張式嚢体の縁部を、ダムの放水路にボルト止めしたクランプによってこの放水路の上面に固定している。
従来のゴム製ダムでは、膨張式嚢体が放水路にボルト止めしたクランプの一列もしくは複数列によって放水路に固定されている。そのようなシステムは、例えば、米国特許第４，２９９，５１４号、第４，３３０，２２４号、第４，４９８，８１０号、第４，８３６，７１３号、第４，９０９，６６６号、５，０６７，８５１号、第５，３１８，３８１号に開示されている。従来技術のクランプ手段は、背丈が限られた高さのシステムには適しているが、大きい負荷の掛る背の高いシステムでは有効でなく不経済になる。高負荷の場合は、多層の補強材を要する。従来のクランプ手段は、内層の補強材から外層の補強材を介してこのクランプシステムに剪断負荷を伝え、補強膜の外層に不相応に高い剪断負荷が生ずる結果になる。その上、従来技術では、クランプした膜からコンクリート放水路などの支持構造体に伝わる剪断負荷の全てまたは一部をアンカーボルトで担うようになっている。このため、アンカーボルトに高応力を生じ、アンカーボルトがコンクリート構造体に突入する部分のコンクリートに負荷が集中することとなる。従来技術の設計では、経時効果による変形（クリープまたは圧縮永久歪み）が、嚢体や構造体を封止するクランプ力を減じる傾向にあり、漏れの原因となるか、定期的にボルトを締直す必要がある。大抵の従来技術のクランプシステムは、多かれ少なかれ、クランプされる嚢体とクランプシステム要素との間の摩擦の変化に依存している。
本発明の概要
本発明によれば、嚢体が楔形の対向する縁部を有する膨張式気嚢を含む、改良した膨張式嚢体システムが提供される。好適実施例では、この嚢体が互いに重ねた複数の方向性補強エラストマーシートを含み、縁部が補強材層の間に接着された複数の三角形楔を含む。
一実施例で、これらの楔は、両面が補強材層に接着された剛性楔を含むことができる。もう一つの代替案として、これらの楔は、両面が補強材層に接着されたエラストマーの楔を含むことができる。
これらの楔は、全ての隣接する補強材の層の間に挿入するのが好ましく、又補強材の表面層の外側に接着してもよい。
これらの縁部は、相捕に形作られているのが好ましく、それらを互いに接して配置したとき、それらは、クランプシステムに嵌込まれる封止縁部を形成する。これらの縁部を面合せして配置し、支持面または支持構造体のくぼみまたは溝内に固定するとき、これらの縁部は、取付け力がこの嚢体の補強層強度とほぼ等しくなるようしっかりと固定される。
一実施例で、この嚢体をダム放水路の上面の長いくぼみまたは溝に固定する。この膨張式嚢体の縁部を保持するために、このくぼみ上にクランプを配置し、放水路にボルト留めする。嚢体の膨張時、クランプした縁部は、くぼみまたは溝内に確実に保持される。取付の強度は、嚢体それ自体の強度とほぼ等しくなる。換言すれば、本発明のシステムは、クランプ領域でゴムまたはその補強材に高い応力を生じさせることがない。これらの楔は、剪断応力を蓄積することなく外側膜の中央からの外方に向って層から層を通して、このクランプシステム内の圧縮応力が引張り負荷となって補強層に伝わるようになる。ゴムの楔は、発生する三軸圧縮応力に耐えるによく適している。最大剪断応力は、楔の間に均一に分布するので、個々の楔では比較的低い。楔形の縁部が気嚢のフープ応力の作用で充分圧縮され、エラストマー組立体に経時的効果の変形が生じたとしても緊密な封止に必要なクランプ力が維持される。自己締付け特性が得られるため、このクランプシステムを定期的に締付ける必要がなくなる。この自己締付け特性は、従来のクランプ手段で不可能であった凹凸した粗いコンクリートの放水路に直接確実に漏れなくクランプをすることが可能である。この実施例の更なる利点は、剪断負荷が、アンカーボルトに集中することなく、支持構造体中に均一に分布されることである。このクランプシステムの更なる利点は、クランプ部品の摩擦または化学接着に頼らないで膜をこのクランプ内に維持することである。実際、本発明は、全ての部品を組立て前に潤滑済を付与しても、何んら問題がない。よって、本発明のクランプシステムは、経時効果によるスリップが摩擦面に生じることなく、よって故障が起りにくい。
本発明の他の実施例では、膨張式嚢体を所望の支持構造体（例えば、ダムの放水路）の表面に、この支持面にくぼみまたは溝を作る必要なく、この表面と取付けることができる。
本発明の他の実施例では、膨張式嚢体が車輌用の車輪または軌道システムのセグメントでもよい。この場合の構成では楔形状が膨張式セグメントをガス抜きした状態で蟻溝の端から容易に着脱できるようにする。膨張時、膜の張力が堅い封止を維持し、車輪または軌道セグメントと確実に機械的接続をする。従来の空気タイヤと違って、損傷したセグメントは、重い機器または車輌のジャッキアップの必要なしに、迅速に交換することができる。
本発明の他の実施例では、膨張式嚢体が、補強層の間に挟み込んだ前述の楔を設けた楔形断面のフランジ端を有する補強ホースまたは空気ばねの形を採ってもよい。上記フランジ端は、剛性リングおよびボルトで、互い同志または従来の剛性フランジにクランプしてもよい。この実施例は、自己締付け性および高強度を含め、前述の実施例の利点を共有する。この実施例は、ホースライナを完全な連続性にもし、ホース組立体の腐触および摩耗損傷に対する耐性を最適化する。
【図面の簡単な説明】
以下に、添付の図面を参照して本発明を更に詳しく説明する。これらの図面で類似の参照文字は、幾つかの図を通じて同じ部品を指す。それらの図面で：
図１は、本発明に従って構成した提頂ゲート放水路システムの一実施例の、嚢体を膨らました透視図であり；
図２は、図１に示すシステムの断面図であり；
図３は、図２に示すシステムの一部の拡大断面図であり；
図４は、図１に示すシステムの、嚢体をしぼませた断面図であり；
図５は、本発明に従って構成した提頂ゲート放水路システムの他の実施例の、嚢体を膨らました斜視図であり；
図６は、図５に示す実施例の、ガス抜きした嚢体の断面図であり；
図７は、図５に示すシステムの一部の、膨張した嚢体の拡大断面図であり；
図８は、図５に示すシステムの一部の、ガス抜きした嚢体の拡大断面図であり；
図９は、図５から図８に示す実施例の断面図であり；
図１０は、図９に示すシステムの一部の拡大図で、個々の補強層および楔も断面で示し；
図１１は、図１０に示すシステムの一部の断面図であり；
図１２は、図１から図４に示す溶接物の実施例の透視図であり；
図１３ａは、個々の楔形インサートの断面の未変形有限要素モデルメッシュである。
図１３ｂは、図１３ａの有限要素モデルメッシュを変形したもので、接着した補強層の引張り負荷およびクランプシステムによって与えられる圧縮負荷を示し；
図１３ｃは、本発明で個々の楔の断面を通る初期弾性フォン・ミーゼス応力の分布を示すグラフ；
図１４は、本発明の接続手段のゴム製ダムに関する他の実施例の断面図であり；
図１４ａは、図１４に示す接続手段の拡大図であり；
図１５は、本発明のゴム製ダム用クランプ手段の他の実施例の断面図であり；
図１６は、本発明のゴム製ダム用クランプ手段の他の実施例の断面図であり；
図１７は、本発明のホース接続システムの断面図であり；
図１８および図１８ａは、本発明のセグメント形タイヤを示し；並びに
図１９は、本発明の軌道式車輌またはコンベヤベルトシステムの典型的リンクを示し；
図２０は、典型的なモールドした膨張式嚢体をクランプシステムに組込む前のモールドしたままの形態を示し；
図２１は、膨張式嚢体を、その形状を作るマンドレルおよび抜き型子に関連して示す断面図である。
発明の詳細な説明
本発明の独特な接続システムを含む膨張式嚢体は、強化エラストマー材料（例えば、天然または合成ゴム）の複数層から成る。好適な補強嚢体の構成は、１９９５年６月１５日に提出した同時係属中の米国特許出願第０８／４９０，６４３号を参照されたい。
図１から図４に、コンクリート放水路１８の上面１８ａに設けた提頂ゲート放水路１０の一実施例を図示する。提頂ゲート放水路１０は、膨張式嚢体１２と、枢動可能の提頂ゲートパネル１４とクランプ手段１６とを有する。リブ２０ｃによって補強した溶接物２０が放水路に埋込まれ、アンカーボルト１７ａによって固定されている。
溶接物２０の下流側は、この溶接物の上流側の方に、このくぼみまたは溝の上部開口がこの溝のベースより狭くなるように、前方に曲げられているのが好ましい。嚢体１２の楔形縁部およびヒンジフラップ部２２をこのくぼみの中に置き、クランプ１６で押え付けるとき、この嚢体とヒンジフラップ部２２がくぼみの中にしっかりと固定される。この嚢体とヒンジフラップ部の楔形縁部は、このくぼみから上方に引き抜くことができない。クランプ１６は、ボルト１７で留めて、嚢体の楔形縁部１２Ａおよび１２Ｂとヒンジフラップ部の楔および楔形縁部をくぼみの中に保持するように、ヒンジフラップ部２２は断面が三角形であるのが好ましい。またヒンジフラップ部２２は、上部２２ａと楔形下部２２ｂを含むことが好ましい。上部２２ａは、ボルト１５によってゲートパネル１４の下端１４ａに固定されている。下部２２ｂは、例えば図３に示すように、クランプ１６によってくぼみまたは溝の中に保持されている。
ヒンジフラップ部２２は、典型的にはゴムのような、強化加硫した可撓性エラストマ材料から成る。これにより比較的可撓性および屈曲性がある。このフラップ部の上縁には、非圧縮性インサート２３があるのが好ましい。このヒンジフラップ部は、この楔組立体の大端２２ｄの中央からこの非圧縮性インサート（例えば、ナイロン棒）の周りへ伸びて、この楔組立体の大縁の開始点付近で終る、ゲートピボット軸に対して４５度に向いたバイアスプライ・タイヤコード補強層、およびこの楔組立体の大きな端の上部角隅に始り、このナイロン棒インサートの周りへ延在し、次に楔組立体の大きな端の下部角隅に戻る補強材の直線プライを含む第１補強部材を含むのが好ましい。楔２２ｅおよび２２ｆは、内バイアスプライ２２ｃと外縦プライ２２ｇの各々の間に一体に加硫処理してある。この様にして、これらの楔の剪断応力が均一にされ、ゲートパネル１４に取付けるために必要なボルト孔１５ａの周りのバイアスプライによって負荷経路がもたらされる。
このゲートパネル１４の下縁１４ｂは、図３に示すように、丸いのが好ましく、直径が少なくともこのゲートパネルの厚さと同じ（又は大きいことが好ましい）である。この丸い縁が、フラップ部２２の応力およびこの嚢体１２の上述の下縁１４ｂと接触している部分の応力も最小にする。
溶接物２０の角隅２０ａは、丸められていて、それに接触している嚢体のゴム部の応力を最小にする。
可撓性保持ストラップ１３が一端で放水路に固定され、その反対端がゲートパネル１４の上端に固定されているのが好ましい。このストラップ１３は、ゲートパネル１４が前方に傾き過ぎるのを防ぐ。
ダクト装置２４から嚢体１２に空気を供給することができる。このダクト装置２４は、このダム放水路１０の上面に埋込まれているのが好ましい。
膨張式嚢体システムの他の実施例３０を図５から図１２に示す。この実施例では、ダム放水路に膨張式嚢体の縁部を保持するためのくぼみまたは溝がない。むしろ、嚢体の楔形縁部１２ａおよび１２ｂが、ボルト３３によって放水路の上面に固定されたクランプ手段３２によって保持されている。クランプ３２には、下方に突出する脚部３２ａがある。嚢体の楔形縁部とフラップ部２２は、このクランプ３２とダム放水路の上面の間に捕捉され且つ保持されている。
放水路の中のダクト装置３４が、必要なとき、嚢体に空気を供給する。
図１３ａ、図１３および図１３ｃは、このクランプシステムによって与える圧縮力４８によって、隣接する層に剪断負荷を伝える必要なしに、引張負荷４７を支持する方法を示す。
ゴム製ダムとして使うための膨張式嚢体システムの他の実施例を図１４、図１４ａ、図１５および図１６に示す。ゴム製ダムに使用するとして図示したクランプシステムの機能は、回動自在なゲートパネルを含むシステムについて説明したものと同じである。
楔形縁を備える空気嚢体は、図１０および図２１を参照して、順次；インナーライナー１２ｃ、補強材料の各種層（例えば、−４５度に向いたスキム・タイヤコード１２ｄ、０度の１２ｆ、および−４５度の１２ｈ）に続いて、丸みの付いた縁ａを備える（これらの丸みの付いた縁が膨らました嚢体の引張り応力集中を減少する）扁平な矩形マンドレル３４上に耐候性被覆層をレイアップすることによって製造することができる。上記の層を造って、未硬化高硬度ゴムの押出し楔１２ｅ、１２ｇ、１２ｊ、および１２ｋを補強層の隣接する縁の間に挿入する。次に、楔形キャビティを有する抜き型子３５ａおよび３５ｂをマンドレル３４に固定して楔形の嚢体の縁の正確な形状を制御する。これらの抜き型子は、組合せプロセス中に発生する意図しないボイドを除去するために、硬化サイクル中に追加の未硬化ゴム材料を送込む手段を備えてもよい。次に、これらの抜き型子を適所に備える組立体をプレスまたは圧力釜の中で普通の手段によって硬化することができる。
楔角は、補強層間に均等な楔角を与え、合計楔角をクランプシステムの内角に等しくするように選ぶのが好ましい。これらの楔の長さと補強コード層に接触している対応する剪断面積とは、接着強さ掛ける接着面積がこのコードの引張り強度を超えるために必要な接着長さに等しいかまたは超えるように選ぶ。これらの楔は、補強層の各々に高強度接着ができる、高硬度エラストマーで作るのが最も便利である。
ここで説明したクランプシステムと楔を挟み込んだ対応する多層補強材は、図１７に示すような大口径ホースの接続、空気ばねの取付け、膨張式ポンツーンの取付け、および図１８ａに示すような分節形のタイヤの構成を含む多くの重要な産業上の用途で効用がある。
図１７に示すホース接続組立体は、ライナ３６、種々の補強材層３７、カバー３８、クランプリング３９ａおよび３９ｂ並びにボルト４０から成る。クランプリングのくぼみは、クランプしたホースの楔形フランジと合うように形作られている。この様にして、このホースを通る流体に金属部を露出することなく、密封を生じ、その接続強度は、このホースの補強材そのものの強度に密接に近づく。その上、ホースを固定するために、エラストマーと金属の化学結合は何も必要ない。
図１８および図１８ａを参照して、ここに説明した楔取付け手段を使ってセグメント形のタイヤを構成することができる。タイヤのセグメント４２は、複数の蟻溝を具えるリムに固定してもよく、これらのセグメントを膨張の過程でそれらの溝に固定する。充気管４４は、これらのセグメントのクランプした縁の中に直接クランプしてもよい。モールドしたトレッド４２ｂを周囲が円形になるように設けてもよい。
図１９を参照して、膨張式嚢体４６を車輌の軌道システムのリンク４５に、例えば、この目的で各リンクに蟻溝４５ａを設けることによって、容易に固定することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１３ｃ】
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【図１４】
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【図１４ａ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１８ａ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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