(57)【要約】  可撓性材料の管状本体(12)を含むホース(10)は、細長い内部把持部材と外部把持部材(22,24)との間に配置され、該管状本体(12)は内部補強層と外部補強層(14、16)との間に配置された密閉層(18)を含み、かつ該外部把持部材(24)は、該管状本体の周囲に巻くことができる可撓性非硬質材料で作られている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長い内部把持部材と外部把持部材との間に配置された可撓性材料の管状本体を含むホースであって、該管状本体が、密閉層及び少なくとも1つの補強層を含み、かつ該外部把持部材が、管状本体の周囲に巻くことができる可撓性非硬質材料で作られている、前記ホース。
【請求項２】
前記外部把持部材が、大部分又は全体的に、ポリマー材料で形成されている、請求項1記載のホース。
【請求項３】
前記外部把持部材が、超高分子量のポリエチレンで形成されている、請求項1又は2記載のホース。
【請求項４】
前記外部把持部材が、大部分又は全体的に、金属で形成されている、請求項1記載のホース。
【請求項５】
前記外部把持部材が、その長手方向にそれ自身の重量を支持することができない程度の十分低い曲げ剛性を有する、請求項1〜4のいずれか1項記載のホース。
【請求項６】
前記外部把持部材が、可撓性非硬質ロープ、ワイヤ、ケーブル又はリボンの形態で提供されている、請求項1〜5のいずれか1項記載のホース。
【請求項７】
前記外部把持部材が、複数のよじれていない又はよじれているポリマー繊維で形成された糸の形態である、請求項1〜6のいずれか1項記載のホース。
【請求項８】
前記外部把持部材が、可撓性非硬質単一フィラメントの形態である、請求項1〜6のいずれか1項記載のホース。
【請求項９】
前記内部把持部材が、前記外部把持部材と比べて相対的に非可撓性である硬質材料で形成されている、請求項1〜8のいずれか1項記載のホース。
【請求項１０】
前記内部把持部材が、金属で形成されている、請求項1〜9のいずれか1項記載のホース。
【請求項１１】
前記内部把持部材が、鋼で形成されている、請求項1〜10のいずれか1項記載のホース。
【請求項１２】
前記内部把持部材及び外部把持部材が、螺旋コイルを含む、請求項1〜11のいずれか1項記載のホース。
【請求項１３】
前記管状本体が、少なくとも2つの補強層を含み、かつ前記密閉層が2つの該補強層の間に配置されている、請求項1〜12のいずれか1項記載のホース。
【請求項１４】
管状形状で提供される材料のシートで形成された、略管状のシースを含む軸強化手段を更に含み、これにより、該管状シースが軸力を受ける場合、該管状形状の完全性を維持することができる、請求項1〜13のいずれか1項記載のホース。
【請求項１５】
前記軸強化手段が、略管状のブレードの形態で提供される、請求項1〜14のいずれか1項記載のホース。
【請求項１６】
ホースの製造方法であって：
(ａ)  内部コイルを形成するように、細長い内部把持部材を管状のマンドレルの周囲に巻くこと；
(ｂ)  任意に、シートの形態にある内部補強層を内部コイル及びマンドレルの周囲に螺旋状に巻き付けること； 
(ｃ)  シートの形態にある密閉層を内部補強層の周囲に螺旋状に巻き付けること；
(ｄ)  シートの形態にある外部補強層を密閉層の周囲に螺旋状に巻き付けること；
(ｅ)  外部コイルを形成するように、可撓性非硬質材料で形成された細長い外部把持部材を外部補強層の周囲に巻くこと；
(ｆ)  工程(ｅ)で製造されたホースの端を固定すること；及び
(ｇ)  ホースをマンドレルから取り外すこと
を含む、前記製造方法。
【請求項１７】
前記外部把持部材が、大部分又は全体的に、ポリマー材料で形成される、請求項16記載のホース。
【請求項１８】
前記外部把持部材が、超高分子量のポリエチレンで形成される、請求項16又は17記載のホース。
【請求項１９】
前記外部把持部材が、大部分又は全体的に、金属で形成される、請求項16記載のホース。
【請求項２０】
前記外部把持部材が、その長手方向にそれ自身の重量を支持できない程度の十分低い曲げ剛性を有する、請求項16〜19のいずれか1項記載のホース。
【請求項２１】
前記外部把持部材が、可撓性非硬質ロープ、ワイヤ、ケーブル又はリボンの形態で提供される、請求項16〜20のいずれか1項記載のホース。
【請求項２２】
前記外部把持部材が、複数のよじれていない又はよじれているポリマー繊維で形成される糸の形態である、請求項16〜21のいずれか1項記載のホース。
【請求項２３】
前記外部把持部材が、可撓性非硬質単一フィラメントの形態である、請求項16〜21のいずれか1項記載のホース。
【請求項２４】
前記内部把持部材が、前記外部把持部材と比べて相対的に非可撓性である硬質材料で形成される、請求項16〜23のいずれか1項記載のホース。
【請求項２５】
前記内部把持部材が、金属で形成される、請求項16〜24のいずれか1項記載のホース。
【請求項２６】
前記内部把持部材が、鋼で形成される、請求項16〜25のいずれか1項記載のホース。
【請求項２７】
前記内部把持部材及び外部把持部材が、螺旋コイルを含む、請求項16〜26のいずれか1項記載のホース。
【請求項２８】
工程(d)と(e)との間に、以下の工程；
(d1)  前記マンドレルが軸強化シースの中に延在するように、マンドレルの自由端に管状の軸強化シースを被せ、次いで少なくとも管状本体の一部を覆うように、マンドレルに沿って軸強化シースを引っ張ること、ここで該軸強化シースは、管状本体が軸力を受ける場合、管状本体の変形を減らすように構成され、かつ軸強化シースが軸力を受ける場合、管状本体の少なくとも一部に半径方向内向きの力が与えられように構成されること
を更に含む、請求項16〜27のいずれか1項記載の方法。
【請求項２９】
前記コイル及びシート材が張力下で適用される、請求項16〜28のいずれか1項記載の方法。
【請求項３０】
前記内部コイル及び外部コイルが、同じピッチを実質的に有する螺旋状構造で適用され、かつ外部コイルのコイル位置が、内部コイルのコイル位置から半分のピッチ長に並置される、請求項16〜29のいずれか1項記載の方法。
【請求項３１】
前記軸強化シースが管状ブレードを含む、請求項16〜30のいずれか1項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はホースに関し、特に、改良された外部把持部材を有する複合ホースに関する。本発明は、特に、極低温条件において使用することができるホースに関する。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をボイラーへの供給すること；固定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。
【背景技術】
【０００２】
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)及び液化プロパンガス(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。
このようなホースの構造は、一般に、内部及び外部の螺旋状に巻かれた鋼保持ワイヤの間に配置された可撓性材料の管状本体を含む。従来は、2本のワイヤを同じピッチで巻くが、巻き付けを互いにピッチ幅の半分だけ変位している。管状本体は、典型的に、内部層及び外部層を含み、中間密閉層を備える。内部層及び外部層は、その中の液体を運搬するための強度を構造物に提供する。従来、管状本体の内部と外部の層は、ポリエチレンテレフタラートなどのポリエステルで形成されたファブリック層を含む。中間密閉層は、液体がホースを浸透するのを防ぐように密閉されている。中間密閉層は、典型的にポリマーフィルムである。
【０００３】
典型的に、保持ワイヤは、管状本体の内部表面及び外部表面の周囲に張力下で適用される。保持ワイヤは、主に管状本体の形態を保つように作用する。更に、外部ワイヤは、高圧下でホースの過度のフープ変形を抑制する働きをすることができる。また、内部ワイヤ及び外部ワイヤは、ホースの圧壊に抵抗するように作用することができる。
【０００４】
この一般型のホースは、欧州特許出願公開第007650 A1号に記載されている。この明細書に記載されたホースは、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から生じる疲労に抵抗するホースの性能を向上させると言われている。
別のホースは、GB−2223817Aに記載されている。この刊行物に記載されたホースは、内部螺旋状金属コア；コアの上に巻かれた複数のプラスチック材料繊維及びフィルムの層；互いに隣接して配置され、かつプラスチック材料上に巻かれた、少なくとも1つのガラス織布の層及び少なくとも1つのアルミニウム箔の層；並びに外部螺旋状金属構成具を備えている複合ホースである。このホースは、可燃性燃料及び石油を運搬するのに適切であると言われている。
【０００５】
複合ホースの様々な改良は、本発明者らのWO 01/96772、WO 2004/044472 及びWO 2004/079248に記載されており、それらの内容は参照により組み込まれている。
FR2235324は、2つのコイルの間に挟まれたプラスチック層及び補強層を含む可撓性パイプを開示している。該コイルは、好ましくはプラスチック材料である。
DE3440459は、金属材料又はプラスチック材料の、内部螺旋状物と外螺旋状物との間に挟まれた保護インレイを含むホースを開示している。
FR1499956は、別のパイプを開示している。
【発明の開示】
【０００６】
本発明の第1の態様に従って、細長い内部把持部材と外部把持部材との間に配置された可撓性材料の管状本体を含むホースを提供し、管状本体は、密閉層及び少なくとも1つの補強層を含み、かつ外部把持部材は、管状本体の周囲に巻くことができる可撓性非硬質材料で作られている。
可撓性非硬質材料の使用によって、特に、非可撓性かつ硬質である従来の鋼外部把持部材と比べて、ホースの周囲に外部把持部材を容易に巻くことができる。もちろん、従来の鋼外部把持部材はホースの周囲に巻き付けることができるが、これは、可撓性の通常の意味、つまり「折らずに容易に曲げることができる」という範囲内には入らないことが理解されるであろう。従来の鋼把持部材は、ホースの周囲に金属を巻くことができる特別な機械を必要とするが、原理的には、可撓性把持部材は人間の操作によりホースの周囲に巻くことができるであろう。但し、標準的に正確なレベルの張力に到達するにはまだ機械を必要とするであろう。好ましい実施態様において、外部把持部材は、その長手方向にそれ自身の重量を支持できない程度の十分低い曲げ剛性を有する。
【０００７】
もちろん、外部把持部材の可撓性は、折ることなくホースの残り部分の周囲に巻くのに十分であり、かつ折ることなく使用中にホースに加えられる曲げ応力に対処できるのに十分であることが理解されるであろう。
従って、外部把持部材は、従来の鋼把持部材をホースの周囲に巻くために要求される大きな曲げ力を加える必要はなく、ホースの周囲に巻くことができるロープ又はリボンのようなものとすることができる。
【０００８】
外部把持部材の好ましい特性は、最小の曲げ剛性に加えて、高い引っ張り強さを有すること、耐クリープ性であること、及び／又は最小のねじり抵抗を有することである。
これらの特性によって、外部把持部材をホースの周囲に容易に巻くことができ、同時に外部把持部材が高い巻織張力を維持してホースの内部の層に圧力をかけることが可能になる。
好ましくは、外部把持部材が固体(すなわち、中空のない(non-hollow))部材として提供されることができる。
【０００９】
好ましい実施態様において、外部把持部材は、複数のよじれている又はよじれていない繊維で形成された、複数の糸の各々から形成されている。他の実施態様において、外部把持部材は、可撓性非硬質単一フィラメントである。他の実施態様において、外部把持部材は、可撓性非硬質ポリマー基材に埋設されている縦方向繊維(金属及び／又はポリマー)で形成されてもよい；該繊維は、単一フィラメント又は小金属ワイヤであってもよい。
【００１０】
可撓性非硬質外部把持部材の使用は、従来の鋼外部把持部材を取り入れている複合ホースに対して、多くの利点を付与することが見出されている。第1に、該ホースは、外部把持部材をホースの残りの部分により適用しやすいので、更に容易に製造することができる。第2に、外部把持部材の材料は、従来の鋼把持部材と比べて弾性があるので、突然破断することはなく、その代わりに徐々に破断する。第3に、外部把持部材をホースの破裂耐性の向上につなげることができる。これは、外部把持部材の最小曲げ剛性により、従来の鋼把持部材と比べて、ホースの残りの部分の適用容易性に影響を及ぼすことなく、外部把持部材の厚さを増加させ、従って、その強度を増加させることが可能であるからであり、これに対して、従来の鋼把持部材の厚さが増す場合は、その厚さによって結局は外部把持部材をホースの周囲に巻くことができなくなるからである。
【００１１】
もちろん、管状本体と外部把持部材との間に、付加的な層が提供されてもよく、それが加えられた後に、外部把持部材を管状本体の周囲に巻くことが理解されるであろう。
最も好ましくは、管状本体は、内部補強層と外部補強層との間に挟まれた密閉層を含む。
好ましくは、ホースは、管状本体が軸力を受ける場合、管状本体の変形を減らすように構成された軸強化手段を更に含み、かつ軸強化手段は、軸力を受ける場合、更に管状本体の少なくとも一部に半径方向内向きの力が与えられるように構成される。
【００１２】
特に好ましい実施態様において、管状本体及び軸強化手段の破断歪みは、1%〜10%の範囲内にある。より好ましくは、破断歪みは、周囲温度及び極低温において、5%を超える。
この配置により、軸強化手段は、軸方向応力に対処するホースの性能を向上させ、同時に、管状本体の少なくとも一部を加圧することにより軸方向に伸張している間、ホースの構造完全性に寄与することができる。加えて、管状本体及び軸強化手段の材料は、有利なことに共存させることができ、このため、各々が作業時に同様に機能し、結果、どの構成要素も単独で過度の応力及び歪みを受けることはない。これは、管状本体及び軸強化手段の材料が同様に歪みに応答することを意味している。本発明で主に想定されるホース用途の種類について、一般に、少なくとも3%の曲げ歪み(円筒形構成要素に対する)が必要とされる。層間スリップ及び螺旋状に配向された構成要素の強化がこのスリップのいくらかの原因となるが、ホース壁の構造的構成要素に作用する、結果として生じる1%程度の歪みが依然として存在する。これは、金属の典型的な0.2%の降伏歪みに匹敵する。
【００１３】
軸強化手段は、非金属の材料、特に、プラスチック材料で作られることが特に好ましく、適した材料は、後に詳述する。これは、金属材料が、所望の歪み特性を有する可能性が低いためである。
管状本体及び軸強化手段は、同じ材料で構成されることが好ましく、後に更に詳述する超高分子量ポリエチレン(UHMWPE) で構成されることが最も好ましい。
【００１４】
好ましくは、更なる補強層が、外部把持部材と軸強化手段との間に設けられる。
補強層の極限強度は、直径8インチ(200mm)のホースに対して100kN〜700kNの間にあることが好ましい。補強層の破断時の曲げ歪みは、2%〜15%の範囲にあることが好ましい。望ましくは、更なる補強層は、軸強化手段と同じ材料であり、最も好ましくはUHMWPEである。
【００１５】
好ましくは、軸強化手段は、管状形状で提供される材料のシートで形成された略管状のシース(sheath)を含み、これにより、シースは、軸力を受ける場合、その管状形状の完全性を維持することができる。軸力の下でホースの性能を更に向上させるために、ホースに2つ以上の管状シースを提供してもよい。
【００１６】
特に有利な実施態様において、軸強化手段は、略管状のブレードの形態で提供される。本明細書において、「ブレード」という用語は、細長い構造物を形成するように絡み合っている2本以上の繊維又は糸で形成されている材料をいう。ブレードの特徴は、軸力を受ける場合、伸張することができることである。ブレードの更なる特徴は、管状の形態で提供される場合、ブレードが軸力を受ける場合にその直径が減少することである。従って、管状本体の周囲に又は管状本体の構造内に管状ブレードを提供することにより、ブレードは、軸力を受ける場合、管状本体の少なくとも一部分に半径方向内向きの力を与える。
【００１７】
管状シース全体が、ブレードの形態で提供されることが好ましい。しかし、管状シースの長さの1つ以上の部分のみをブレードの形態で提供することができる。
また、ブレードは、管状シースの外周の周囲にずっと延在することが好ましい。しかし、管状シースの外周の一部分のみをブレードの形態で提供することができる。
【００１８】
ブレードは、二軸形態(すなわち、ブレードが、2本の絡み合った繊維又は糸のみで形成されている)、或いは三軸形態(すなわち、軸方向の強度を増加するために、他に、長手方向に伸張する繊維又は糸が存在する)で提供されてもよい。
軸強化手段をブレードの形態で提供することが好ましいが、先に記述した機能的要件を満たす、他の形態で提供してもよい。従って、軸強化手段を、管状本体の周囲に螺旋状に巻き付けたコード又はロープの適切な配置として提供してもよい。
【００１９】
ホースの構造物の材料は、ホースが意図される環境で機能できるように選択されるべきである。従って、流体がホースの壁を通って漏れることなく、加圧された流体を、ホースを通して運搬することができるホースが必要である。また、繰り返される屈曲に耐え、かつホースと流体重量との組合わせによって生じる軸方向応力に耐えるホースが必要である。また、ホースを極低温流体の運搬に用いることが意図される場合には、材料は、性能を著しく低下させることなく、極低温で作用できるものとするべきである。
【００２０】
該補強層又は各補強層の主な目的は、ホースが、その中を通る流体の運搬中に受けるフープ応力に耐えることである。従って、要求された程度の可撓性を有し、かつ必要な応力に耐えることができる補強層が適している。また、ホースが、極低温の流体を運搬することを目的とする場合、該補強層又は各補強層は、極低温に耐えることができなければならない。
【００２１】
該補強層又は各補強層は、シート材を螺旋状に巻くことにより、管状の形態に巻かれた材料のシートで形成されていることが望ましい。これは、軸方向力の印加が巻き付けを引き離してばらばらに引っ張る傾向があるために、該補強層又は各補強層が、軸力に対する抵抗力をあまり有しないことを意味する。該補強層又は各補強層は、シート材の１つの単一連続層を含んでもよく、又はシート材の2つ以上の単一連続層を含んでもよい。しかし、より一般には(かつホースの長さに応じて)、シート材の該層又は各層は、ホースの長さに沿って配置された複数の異なる長さのシート材で形成されるであろう。
【００２２】
好ましい実施態様において、各補強層はファブリックで構成され、最も好ましくは織布で構成される。該補強層又は各補強層は、天然材料又は合成材料であってもよい。該補強層又は各補強層は、ポリエステル、ポリアミド又はポリオレフィンなどの合成ポリマーで形成されるのが都合がよい。合成ポリマーは、ファブリックを作製する繊維又は糸の形態で提供してもよい。
【００２３】
該補強層又は各補強層が、ポリエステルで構成される場合、ポリエチレンテレフタラートであることが好ましい。
該補強層又は各補強層が、ポリアミドで構成される場合、ナイロンなどの脂肪族ポリアミドであってもよく、又はアラミド化合物などの芳香族ポリアミドであってもよい。例えば、該補強層又は各補強層は、ケブラー(KEVLAR(登録商標))などのポリ−(ｐ−フェニレンテレフタルアミド)であってもよい。
【００２４】
該補強層又は各補強層が、ポリオレフィンで構成される場合、ポリエチレン、ポリプロピレン又はポリブチレンホモポリマー、又はそれらの共重合体もしくはターポリマーであってもよく、好ましくは、一軸又は二軸に配向されている。より好ましくは、ポリオレフィンはポリエチレンであり、最も好ましくは、ポリエチレンは、高分子量ポリエチレン、特に、UHMWPEである。
【００２５】
本発明に使用されるUHMWPEは、一般に、重量平均分子量が400,000を超え、典型的には800,000を超え、通常は1,000,000を超えるであろう。重量平均分子量は、通常は15,000,000を超えないであろう。UHMWPEは、約1,000,000〜6,000,000の分子量によって特徴付けられることが好ましい。本発明に最も有用なUHMWPEは、高度に配向され、通常、一方向に少なくとも2〜5倍伸張し、他方向に少なくとも10〜15倍伸張しているであろう。
【００２６】
本発明に最も有用なUHMWPEは、一般に80%を超える平行配向を有し、より一般には90%を超え、好ましくは95%を超える。結晶化度は一般に50%を超え、より一般には70%を超える。最高85〜90%の結晶化度が可能である。
UHMWPEは、例えば、US-A-4344908、US-A-4411845、US-A-4422993、US-A-4430383、US-A-4436689、EP-A-183285、EP-A-0438831、及びEP-A-0215507に記載されている。
【００２７】
該補強層又は各補強層が、高度に配向されたUHMWPEを含んでいることが特に有利であり、例えば、ダイニーマ（DYNEEMA）の商品名でＤＳＭハイパフォーマンスファイバーズBV（DSM High Performance Fibres BV）（オランダの会社）から入手することができるもの、又はスペクトラ（SPECTRA）の商品名で米国の会社であるアライドシグナル社（AlliedSignal Inc.）から入手することができるものなどである。
【００２８】
ダイニーマに関する更なる詳細は、DSMハイパフォーマンスファイバーズBVが発行した「ダイニーマ、繊維の最高性能；特性及び用途（DYNEEMA；the top performance in fibers； properties and application）」というタイトルの取引パンフレット、02/98版に開示されている。スペクトラに関する更なる詳細は、アライドシグナル社が発行した「スペクトラ性能材料（Spectra Performance Materials）」というタイトルの取引パンフレット、5/96版に開示されている。これらの材料は、1980年代以降、利用可能である
【００２９】
好ましい実施態様において、該補強層又は各補強層は、横糸及び縦糸方向に配置された繊維で形成された織布を含む。本発明者らは、該補強層又は各補強層がホースの軸方向に対してファブリックの縦糸方向が20°未満の角度となるように配置された場合、特に有利であることを見出した。また、この角度は5°よりも大きいことが好ましい。好ましい実施態様において、該補強層又は各補強層は、ファブリックの縦糸の角度が、ホースの軸方向に対して10°〜20°、最も好ましくは約15°の角度になるように配置される。
【００３０】
密閉層の目的は、主に、管状本体を通って運搬される流体の漏れを防止することである。従って、要求された程度の可撓性を有し、かつ所望の密閉機能を提供することができる密閉層が適切である。また、ホースが極低温流体を運搬することを目的としている場合、密閉層は、極低温に耐えることができなければならない。
【００３１】
密閉層は、該補強層又は補強層と同じ基本材料から作られてもよい。別の方法として、封止層は、フルオロポリマー、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、フッ素化エチレンプロピレンコポリマー、たとえば、テフロン（Teflon）ＦＥＰの商品名でデュポンフルオロプロダクト（DuPont Fluoroproducts）から入手可能なヘキサフルオロプロピレンとテトラフルオロエチレンとの共重合体（テトラフルオロエチレン−ペルフルオロプロピレン）、又はテフロンＰＦＡの商品名でデュポンフルオロプロダクトから入手可能なフッ素化炭化水素−ペルフルオルアルコキシ(perfluoralkoxy)などである。これらのフィルムは、押出し成形又はブローイング成形(blowing)のいずれを用いて作られてもよい。
【００３２】
密閉層は、シート材を螺旋状に巻くことにより、管状の形態に巻かれた材料のシートで形成されることが好ましい。補強層と同様に、これは、軸方向力の印加が巻き付けを引き離してばらばらに引っ張る傾向があるために、該密閉層又は各密閉層が軸力に対する抵抗をあまり有しないことを意味する。密閉層は、シート材の1つの単一連続層を含んでもよく、又はシート材の2つ以上の単一連続層を含んでもよい。しかし、より一般には(かつホースの長さに応じて)、シート材の該層又は各層は、ホースの長さに沿って配置された複数の異なる長さのシート材で形成されるであろう。必要に応じて、密閉層は、内部補強層の上に配置された1つ以上の熱収縮可能な密閉スリーブ(すなわち、管状の形態)を含んでもよい。
【００３３】
密閉層は、複数のフィルムが重なり合う層を含むことが好ましい。好ましくは、少なくとも2層、より好ましくは、少なくとも5層、更に好ましくは、少なくとも10層あるであろう。実際に、密閉層は、20、30、40、50又はそれ以上のフィルムの層を含んでもよい。層の数の上限値は、ホースの全体の大きさに依存するが、100層を超えて必要とされることはないようである。通常は、多くて50層あれば十分である。フィルムの各層の厚さは、典型的には、50マイクロメータ〜100マイクロメータの範囲にあるであろう。
【００３４】
もちろん、2つ以上の密閉層を設けてもよいことが理解されるであろう。密閉層の特に好ましい実施態様は、後に述べる。
また、軸強化手段は該補強層又は各補強層と同じ材料で形成してもよい。従って、軸強化手段、該補強層又は各補強層、及び密閉層を、すべて同じ基本化合物から形成してもよいことは明らかであろう。しかし、その化合物の形態は、要求された機能を提供するために異なったものであるべきである。すなわち、軸強化手段は軸方向に補強する機能を提供し、該補強層又は各補強層はフープ応力に対する補強を提供し、かつ密閉層は密閉機能を提供する。本発明者らは、UHMWPE材料、特にダイマーニ及びスペクトラ製品が最も適していることを見出した。また、これらの材料が極低温条件において有効に作用することも見出された。また、補強層に関して先に記載したUHMWPEの好ましいパラメータ(分子量の範囲など)は、軸強化手段に適切である。しかし、この点において注意しなければならないのは、軸強化手段に使用されるUHMWPEのパラメータが、補強層に使用されるUHMWPEのパラメータと同じである必要はないということである。
軸強化手段を管状本体の層内に設けることも可能であろう。しかし、軸強化手段は、管状本体と外部把持部材との間に位置付けされることが好ましい。別の好ましい実施態様において、軸強化手段を管状本体の層内に設け、更に軸強化手段を管状本体と外部把持部材との間に設けてもよい。
【００３５】
ホースが極低温適用を目的とする場合、管状本体の上に絶縁材を設けることが望ましい。絶縁材は、外部ワイヤと管状シースとの間及び／又は外部ワイヤの外側に設けることができる。絶縁材は、合成発泡材などの極低温設備の絶縁材を提供するために従来から使用されてきた材料を含んでもよい。絶縁層を加圧し、その構造完全性を維持するために、絶縁層の周囲に軸強化手段を設けることが好ましい。絶縁層の周囲の軸強化手段は、外部把持部材と管状本体との間の軸強化手段に追加して設けることが好ましい。絶縁材の特に適した形態は、後に更に詳述する。
【００３６】
本発明の別の態様に従って、細長い内部把持部材と外部把持部材との間に配置された可撓性材料の管状本体を含むホースを提供し、管状本体は、密閉層及び少なくとも1つの補強層を含み、かつ該外部把持部材は、管状本体の周囲に巻くことができる可撓性ポリマー材料で作られている。本発明のこの態様によるホースは、本発明の第1の態様によるホースに関して記述した、付加的な特徴のいかなる所望の組合わせをも提供され得る。
【００３７】
本発明の別の態様に従ってホースを製造する方法であって：
(ａ)  内部コイルを形成するように、細長い内部把持部材を管状のマンドレルの周囲に巻くこと；
(ｂ)  任意に、シートの形態にある内部補強層を内部コイル及びマンドレルの周囲に螺旋状に巻付けること； 
(ｃ)  シートの形態にある密閉層を内部補強層の周囲に螺旋状に巻き付けること；
(ｄ)  シートの形態にある外部補強層を密閉層の周囲に螺旋状に巻き付けること；
(ｅ)  外部コイルを形成するように、可撓性ポリマー材料で形成された細長い外部把持部材を外部補強層の周囲に巻くこと；
(ｆ)  工程(ｅ)で製造されたホースの端を固定すること；及び
(ｇ)  ホースをマンドレルから取り外すこと
を含む、前記製造方法を提供する。
好ましくは、該外部把持部材は、その長手方向にそれ自身の重量を支持できない程度の十分低い曲げ剛性を有する。
望ましくは、該外部把持部材は、可撓性ロープ又はリボンの形態で提供される。
【００３８】
好ましくは、該方法は、工程(ｄ)と(e)との間に、以下の工程；
(d1)  前記マンドレルが軸強化シースの中に延在するように、マンドレルの自由端に管状の軸強化シースを被せ、次いで、少なくとも管状本体の一部を覆うように、マンドレルに沿って軸強化シースを引っ張ること、ここで該軸強化シースは、管状本体が軸力を受ける場合、管状本体の変形を減らすように構成され、かつ軸強化シースが軸力を受ける場合、管状本体の少なくとも一部に半径方向内向きの力が与えられように構成されること
を更に含む。
好ましくは、ホースに優れた構造完全性を提供するために、把持部材及びシート材を張力下で適用する。
【００３９】
好ましくは、工程(ｂ)のシート材は、先に述べたように密閉層を挟む2つの補強層を含む。好ましい実施態様において、シートの形態にある内部補強層を内部把持部材及びマンドレルの周囲に螺旋状に巻き付け；次いで、シートの形態にある密閉層を内部補強層の周囲に螺旋状に巻き付け；次いで、シートの形態にある外部補強層を密閉層の周囲に巻き付ける。通常は、複数の密閉層を適用するであろう。
管状の軸強化シースは、先に述べた軸強化シースと同じでもよく、好ましくは、ブレードである。
好ましくは、内部把持部材及び外部把持部材を、同じピッチを有する螺旋状構造で適用し、外部把持部材のコイル位置は、内部把持部材のコイル位置から半分のピッチ長に並置される。
【００４０】
本発明によるホースは、本発明者らのWO 01/96772, WO 2004/044472 及び WO 2004/079248に記載されているホースのあらゆる特徴が提供され得る。特に、本発明によるホースは、本発明者らのWO 01/96772 及び WO 2004/044472に記載されているエンドフィッティング(end fitting)を設けてもよい。
【００４１】
先に述べた本発明の態様において、把持部材は、典型的には、コイル、特に螺旋状に巻かれたワイヤを形成するように、螺旋状に巻かれた把持部材を各々含む。把持部材の螺旋は、典型的には、螺旋の半分のピッチ長に相当する距離だけ互いに並置されるように配置される。把持部材の目的は、それらの間に管状本体をしっかり把持し、管状本体の層を完全な状態で維持し、ホースに構造完全性を提供することである。内部把持部材は、好ましくは、金属、特に鋼、オーステナイト系ステンレス鋼又はアルミニウムである。必要に応じて、内部把持部材は、亜鉛めっきされるか又はポリマーで被覆されてもよい。内部把持部材はホースに内部の支持構造を提供する機能を保全しなくてはいけないので、好ましくは硬質であり、かつ相対的に非可撓性であることが理解されるであろう。典型的に、内部把持部材は、それを曲げることができる機械を用いてマンドレルの周囲に巻かれなくてはいけない程度に十分非可撓性である。好ましくは、内部把持部材はその長手方向にそれ自身の重量を支持できる程度に十分硬質である。好ましい内部把持部材及び外部把持部材間の特徴の1つは、付加的支持の必要なくそれが曲げられる形(例えば、コイル)を独立に保持することであるが、外部把持部材は、ホースの残りの部分の支持を必要とし、かつその形を維持するために、その端に加えられる張力も必要とすることが理解されるであろう。
把持部材は、かなりの引っ張り強さを有し得るが、比較的小さな軸力を受ける場合、コイル形状のワイヤの配置によって把持部材が変形し得ることが理解されるであろう。コイルのいかなる有意な変形も、ホースの構造完全性を短時間で破壊するであろう。
【００４２】
本発明に従って、外部把持部材は、可撓性非硬質材料で作られている。外部把持部材は、大部分又は全体がポリマー材料、特にポリマー繊維であってもよく、或いは大部分又は全体が金属、特に金属繊維、例えば、金属(典型的に鋼)ケーブル、ワイヤ又はロープであってもよい。但し、把持部材は可撓性があり、かつ非硬質である。一実施態様において、外部把持部材は、金属、特に鋼などの金属繊維と、ポリマー材料、特にUHMWPEなどのポリマー繊維との組合わせである。
最も好ましくは、外部把持部材は、先に述べたようにUHMWPEで作られている。或いは、外部把持部材は、ケブラー(Kevlar)(RTM)又はポリエステルで作られていてもよい。また、外部把持部材は、基材中にガラス又は炭素などの補強繊維を含んでいてもよい。
【００４３】
外部把持部材の可撓性は、ホースの周囲に巻くことができるように十分あるべきである。
この可撓性外部把持部材の使用により、ホースの重量及び剛軟度を増加させることなく、高強度を有するホースを製造することが可能になる。このことによって、より高い張力を加えてホースの構造を安定させることができ、かつ先行技術に記載されている、曲がった金属ワイヤに蓄えられている屈曲の弾性要素により生じる金属ワイヤ関連の跳ね返りが最小になる。更に、可撓性外部把持部材を用いると、必ずしも(より大きい直径の)金属ワイヤを塑性的に曲げる努力をする必要はなく、このことによって、加えられる張力の制御は向上する。可撓性把持部材は、所与の材料に関してワイヤの直径を増す(強度は、直径の2乗、すなわち面積に比例する)ことによってのみワイヤの強度を増すことができる、同種の金属ワイヤを用いるという欠点を克服するが、このことは、曲げ剛性(剛性は、力4、すなわち面積の二次モーメントの直径に比例する)を不都合にも有意に増加させる。
【００４４】
本発明によるホースは、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り、ホースは、−20℃未満の温度、−50℃未満の温度、又は−100℃未満の温度でさえも使用され得る。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し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が予期され、この場合、ホースは、−200℃以下の低い温度で使用しなければならないこともあり得る。
【００４５】
また、本発明によるホースは、様々な異なる役割における使用のために提供され得る。ホースの内径は、典型的には、約50ｍｍ〜約600ｍｍの範囲であり、より典型的には、約200ｍｍ〜約400ｍｍ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〜最高約2000kPaゲージ圧の範囲にあり、又は約2500kPaゲージ圧に至る場合もあり得るだろう。これらの圧力は、ホースの作業圧力に関連があり、(数倍大きいはずの)破裂圧力には関連はない。体積流量は、液状媒体、圧力及び内径に依存する。1000ｍ3/h〜最高12000ｍ3/hの流速が典型的である。
また、本発明によるホースは、強酸などの腐蝕性物質との使用にも提供され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
図１は、ホースＨが使用中標準的に受ける応力を示す。フープ応力は、矢印ＨＳによって示され、ホースＨの周囲に接して作用する応力である。軸方向応力は、矢印ＡＳによって示され、ホースＨの長さに沿って軸方向に作用する応力である。屈曲応力は、ＦＳで示され、屈曲した場合ホースＨの長手方向軸に対して横方向に作用する応力である。ねじり応力は、ＴＳで示され、ホースの長手方向軸のまわりに作用するよじり応力である。圧潰応力は、ＣＳで示され、ホースＨの外部に半径方向に加えられた荷重から生じる。
【００４７】
フープ応力ＨＳは、ホースＨ内の流体の圧力によって発生する。軸方向応力ＡＳは、ホース内の流体の圧力によって、かつホースＨ内の流体の重量とホースＨ自体の重量との組合わせによって発生する。屈曲応力ＦＳは、ホースＨを適切に位置決めするためにホースＨを曲げるための必要条件によって、かつ使用中のホースＨの運動によって生じる。ねじり応力ＴＳは、ホースをよじることによって生じる。一般に、従来技術のホースはフープ応力ＨＳ、屈曲応力ＦＳ及びねじり応力ＴＳに耐えることができるが、軸方向応力ＡＳにはあまり耐えることができない。このため、一般に、従来技術のホースは、大きな軸方向応力ＡＳを受けた場合、軸方向応力ＡＳを最小限にするためには支持されなければならなかった。
【００４８】
軸方向応力ＡＳに耐えるという問題は、本発明によって解決されている。図２において、本発明によるホースは、10で概ね示されている。明瞭性を向上させるために、図２及び他の図面において各種層の巻き付けは示されていない。
ホース10は、内部補強層14、外部補強層16、及び層14と層16との間に挟まれた密閉層18を含む管状本体12を含む。軸強化を提供する略管状のシース20が、外部補強層16の外部表面の周囲に配置される。
【００４９】
管状本体12及び管状シース20は、鋼で作られた内部螺旋状コイルワイヤ22と、UHMWPEなどの可撓性ポリマーで作られた外部螺旋状コイルワイヤ24との間に配置される。内部ワイヤ及び外部ワイヤ、22及び24は、コイルの螺旋の半分のピッチ長に相当する距離だけ互いに並置されるように配置される。
また、ホースは、図１において略図的に示され、かつ参照番号200と称されるエンドフィティングを含む。
絶縁層26は、外部ワイヤ24の周囲に配置される。絶縁層は、プラスチックフォームなどの従来の絶縁材であってもよく、又は図７に関して後に記載される材料であってもよい。
【００５０】
補強層14及び16は、合成材料、例えば、UHMWPE又はアラミド繊維で織られたファブリックを含んでいる。図３は、内部補強層14を例示し、この図から、内部補強層14が、縦糸方向Ｗに配置された繊維14ａ、及び横糸方向Ｆに配置された繊維14ｂを含むことが明らかである。図３において、明瞭性を向上させるために、層14のみが示されている。本発明者らは、ホース10の長手方向に対して縦糸方向Ｗが20°未満の低角度で、かつ典型的に約15°であるように内部補強層14を配置することによって、ホース10の軸方向強度が向上し得ることを、予期せず見出した。この角度は、図３において記号αで示されている。外部補強層16の構造及び配向は、内部補強層14と実質的に同一である；外部補強層16の角度αは、内部補強層14の角度αと同じであってもよく、又は異なってもよい。
【００５１】
密閉層18は、内部補強層14の外部表面の周囲に巻き付けられる複数のプラスチックフィルムの層を含み、内部補強層と外部補強層、14と16との間で流体密封を提供する。
ホース10は、シース20と外部ワイヤ24との間に配置される補強層21を更に含む。補強層21は、シース20及び管状本体12と類似の特徴を有することができる。
【００５２】
管状シース20は、管状ブレードを形成するために編みこまれる繊維20ａ及び20ｂの2セットで形成される。これは、図４Ａ及び４Ｂに示され、これらの図において、明瞭性を向上させるために、管状シース20のみが示されている。繊維20ａと繊維20ｂとのセットの間にスペース28があり、これにより、管状シース20が軸力を受ける場合、繊維20ａ及び20ｂが収縮してスペース28中へと動くことができる。これは管状シース20の直径を減少させるように作用して管状本体12の周囲を締め付け、これにより、ホース10の構造完全性、及び破裂圧力が増加する。図４Ｂは、締め付けられた状態の管状シース20を示す。
【００５３】
密閉層18を、図６において、更に詳細に示す。密閉層18を提供することによって、屈曲応力ＦＳ及びフープ応力ＨＳに対するホースの抵抗力を向上させる。
図６に示されるように、密閉層18は、第1のポリマー（例えば、高度に配向されたUHMWPE）で作られた複数のフィルム層18ａを含み、これらの層は、第2のポリマー（例えば、ＰＦＴＥ又はＦＥＰ）で作られた複数のフィルム層18ｂと交互に配置されており、これらの2つのポリマーは、異なる剛性を有する。層18ａ及び18ｂは、内部補強層14の外部表面の周囲に巻き付けられ、内部補強層と外部補強層、14と16との間で流体密封を提供する。先に述べたように、層18ａ及び18ｂは、必ずしも交互に配置される必要はない。例えば、層18ａ全てを一緒に配置し、かつ層18ｂ全てを一緒に配置してもよい。
【００５４】
絶縁層26を、図７において、更に詳細に示す。絶縁層26を詳細に示す。該絶縁層は、主に、屈曲応力ＦＳに対するホースの抵抗力を向上することに関係し、ホースを絶縁することにも関係している。
絶縁層26は内部層26ａを含み、内部層26ａは、管状本体12及び外部ワイヤ24に渡って噴霧、注入、又は他の方法で加えられるポリウレタンで形成されている。硬化後、該ポリウレタン層26ａは、固体基材を形成し、固体基材の中に外部ワイヤ24が埋設されている。これは、外部ワイヤ24を適所に固定し続ける助けになる。好ましい実施態様において、内部層26ａは、その中に気泡が提供される。
【００５５】
絶縁層26は、層26ａの上に層26ｂを含む。層26ｂは、玄武岩質の繊維で形成されたファブリックを含む。層26ｂは、ホース10の絶縁性の大部分を提供する。
絶縁層26は、層26ｂの上に層26ｃを更に含む。層26ｃは、ダイニーマ(DYNEEMA)又はスペクトラ(SPECTRA)などのUHMWPEを含む。層26ｃの目的は、主に、フープ応力及び屈曲応力に対する強化を提供することである。
【００５６】
絶縁層26は、圧縮層26ｄを更に含む。圧縮層26ｄの目的は、層26ｂを加圧することであり、これは本発明者らが、玄武岩質のファブリック層26ｂの絶縁性が、圧縮下で非常に向上することを見出したことによる。圧縮層26ｄは、例えば、層26ｃの周囲にしっかりと巻き付けられるロープ又はコードで構成される。好ましくは、圧縮層26ｄは、先に述べたシース20のような軸強化シースを含む。
【００５７】
ホース10の絶縁性及び浮力を更に向上させるために、ガス気泡を含有する更なるポリウレタン層(図示せず)を、層26ｄの上に設けてもよい。ガス気泡を含有しない更なるポリウレタン層(図示せず)を、ガス含有ポリウレタン層の上に設けてもよい。更なるポリウレタン層を層26ｄ内に、付加的に、又は代わりに設けてもよい。層26ａ自体が、ガス気泡を含有することも可能である。
【００５８】
ホース10は、下記の工法によって製造することができる。第1ステップとして、所望のピッチを有している螺旋配置を提供するために、支持マンドレル(図示せず)の周囲に内部ワイヤ22を巻く。支持マンドレルの直径は、ホース10の所望の内径に相当する。次いで、縦糸方向Ｗが所望の角度αにセットされるように、内部補強層14を内部ワイヤ22及び支持マンドレルの周囲に巻き付ける。
【００５９】
次いで、密閉層18を構成するプラスチックフィルム18ａ，18ｂの複数の層を、内部補強層14の外部表面の周囲に巻き付ける。通常、フィルム18ａ及び18ｂは、ホース10の長さよりも実質的に短く、このため、複数の異なる長さのフィルム18ａ及び18ｂを、内部層14の周囲に巻かなければならないであろう。好ましくは、フィルム18ａ及び18ｂは、密閉層18の厚さにより交互に配置される。典型的には、密閉層の厚さにより5層に分かれたフィルム18ａ及び18ｂの層になるであろう。
【００６０】
次いで、縦方向Ｗが所望の角度(それはαであってもよく、又はαに近い他の角度であってもよい)にセットされるように、外部補強層16を密閉層18の周囲に巻き付ける。管状の軸強化シース20を、外側の外部補強層16上に引っ張って被せる。次いで、更なる補強層21をシース20の周囲に巻き付ける。
【００６１】
次いで、外部ワイヤ24を、所望のピッチを有する螺旋配置を提供するために、更なる補強層21の周囲に巻き付ける。外部ワイヤ24のピッチは、標準的には、内部ワイヤ22のピッチと同じであり、ワイヤ24の位置は、標準的には、ワイヤ24のコイルが、半分のピッチ長に相当する距離だけワイヤ22のコイルから並置される位置であろう。これは、図２に図示される(ピッチ長はｐと称される）。
【００６２】
次いで、補強層21及び外部ワイヤ24に渡って樹脂被膜を形成するために、ポリウレタン樹脂を補強層21の外部表面に噴霧する。次いで、層26ａを形成するために、この樹脂を放置して硬化させてもよい。この樹脂は、その中にガス気泡を提供するために、硬化前に(典型的には噴霧又は塗布の前に)曝気されてもよい。次いで、玄武岩質のファブリック層26ｂをポリウレタン層26ａの周囲に巻き付け、次いで、UHMWPE層26ｃを層26ｂの周囲に巻き付ける。最後に、圧縮層26ｄを層26ｃの上に適用する。
ホース10の端を、ホース10の内部の挿入物上にスリーブを圧接することによって密閉してもよい。一般に、この終結は、ホース10をマンドレルから取り外した後になされる。
【００６３】
図５Ａ〜図５Ｄは、ホース10の3つの用途を示す。図５Ａ〜図５Ｃの各々において、浮体式生産貯蔵積出設備(FPSO)102は、本発明によるホース10によって、LNG運搬船104に連結される。ホース10は、FPSO102の貯蔵タンクからLNG運搬船104の貯蔵タンクまでLNGを運搬する。図５Ａにおいて、ホース10は、海面106よりも上にある。図５Ｂにおいて、ホース10は、海面106の下に浸漬される。図５Ｃにおいて、ホース10は海面近くで浮いている。いずれの場合においても、ホース10は、任意の中間支点なしでLNGを運搬する。図５Ｄにおいて、LNG運搬船は、ホース10を介して陸上基地の貯蔵設備108に連結される。
ホース10は、図５Ａ〜図５Ｃに示される用途だけでなく、多くの他の用途に用いることができる。このホースは、極低温及び非極低温の条件下で用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
次に、添付の図面を参照する：
【図１】本発明によるホースが作業中に受ける主な応力を示す概略図である。
【図２】本発明によるホースの概略的横断面図である。
【図３】本発明によるホースの補強層の配置を示す断面図である。
【図４Ａ】軸強化シースが緩和された状態にある場合の、本発明によるホースの管状の軸強化シースの配置を示す断面図である。
【図４Ｂ】軸強化シースが締付けられた状態にある場合の、本発明によるホースの管状の軸強化シースの配置を示す断面図である。
【図５Ａ−５Ｄ】本発明によるホースの4つの用途を示す図である。
【図６】本発明によるホースの密閉層を示す横断面図である。
【図７】図２のホースの絶縁層をより詳細に示す横断面図である。
【図１】
2009536302.tif 000003
【図２】
2009536302.tif 000004
【図３】
2009536302.tif 000005
【図４Ａ】
2009536302.tif 000006
【図４Ｂ】
2009536302.tif 000007
【図５Ａ】
2009536302.tif 000008
【図５Ｂ】
2009536302.tif 000009
【図５Ｃ】
2009536302.tif 000010
【図５Ｄ】
2009536302.tif 000011
【図６】
2009536302.tif 000012
【図７】
2009536302.tif 000013
【国際調査報告】
2009536302.tif 000014
2009536302.tif 000015
2009536302.tif 000016
2009536302.tif 000017