(57)【要約】流体作動ブレーキまたはクラッチのための膨張可能なカップリング部材のチューブ１２は、２つの端部２６ａ、２６ｂを有する所定長さの細長い略チューブ形状の構造体２４と、略ドーナツ形状のキャビティ３０を形成するためにチューブ１２を閉じるように２つの端部２６ａ、２６ｂ間を接合する接合部２８とを含む。膨張可能なチューブ１２を含む、流体作動ブレーキまたはクラッチのためのカップリング部材１０、及び膨張可能なカップリング部材のチューブ１２の製造方法が開示される。
2011503465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体作動ブレーキまたはクラッチのための膨張可能なカップリング部材のチューブ１２であって、
２つの端部２６ａ、２６ｂを有する所定長さの細長い略チューブ形状の構造体２４と、
略ドーナツ形状のキャビティ３０を形成するためにチューブ１２を閉じるように２つの端部２６ａ、２６ｂ間を接合する接合部２８と、
含むことを特徴とするチューブ。
【請求項２】
略チューブ形状の構造体２４は、少なくとも一つの補強層３２及び少なくとも一つの未補強層３６を含むことを特徴とする請求項１に記載のチューブ。
【請求項３】
略チューブ形状の構造体２４は、複数の補強層３２を含むことを特徴とする請求項２に記載のチューブ。
【請求項４】
補強層３２は、エラストマー被覆された単一指向性の繊維または編物の半連続的なシートを含むことを特徴とする請求項２に記載のチューブ。
【請求項５】
編物は一側または両側いずれかをポリマーで被覆されることを特徴とする請求項４に記載のチューブ。
【請求項６】
未補強エラストマー層は、未補強エラストマーの半連続的なシートを含むことを特徴とする請求項２に記載のチューブ。
【請求項７】
補強及び未補強層３２、３４は、所定の螺旋角度にて螺旋状に巻き付けられることを特徴とする請求項２に記載のチューブ。
【請求項８】
未補強層３４、３６は押し出しエラストマーであることを特徴とする請求項２に記載のチューブ。
【請求項９】
補強層３２は、編まれた、または螺旋状に張り付けられた編物補強を含むことを特徴とする請求項２に記載のチューブ。
【請求項１０】
補強層３２及び未補強層３４、３６の少なくとも一つは、熱可塑性エラストマーを含むことを特徴とする請求項２に記載のチューブ。
【請求項１１】
熱可塑性エラストマーは少なくとも一部が化学架橋結合されていることを特徴とする請求項２に記載のチューブ。
【請求項１２】
さらに、内側バルブ部材４２と、該内側バルブ部材４２に取り付けられる外側バルブ部材４４とを含み、
内側バルブ部材は、外側バルブ部材４４の雌ねじ部４８に対応して螺合するに適した雄ねじ部４６と、
気密シールを形成するためにキャビティ４０の内面に係合する少なくとも一つの環状リブ５２を有する内側バルブ部材４２の略平坦な係合面５０と、
含むことを特徴とする請求項２に記載のチューブ。
【請求項１３】
略チューブ形状の構造体２４は、内側の未補強層３４と外側の未補強層３６との間に挟まれた少なくとも一つの補強層３２を含むことを特徴とする請求項１に記載のチューブ。
【請求項１４】
接合部２８は、熱硬化性または熱可塑性接着、溶剤結合及び熱溶接のいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１に記載のチューブ。
【請求項１５】
流体作動ブレーキまたはクラッチのためのカップリング部材１０であって、
２つのカップリング部材を相互に接続するために第２のカップリング部材に係合可能な環状に配列された摩擦シューアッセンブリ１４を有する、膨張可能なドーナツ形状のチューブ１２を含み、
チューブ１２は、２つの端部２６ａ、２６ｂを有する所定長さの細長い略チューブ形状の構造体２４と、
略ドーナツ形状のキャビティ３０を形成するためにドーナツ形状にチューブ１２を閉じるように２つの端部２６ａ、２６ｂ間を接合する接合部２８と、
を含むことを特徴とするカップリング部材。
【請求項１６】
略チューブ形状の構造体２４は、少なくとも一つの補強層３２及び少なくとも一つの未補強層３４、３６を含むことを特徴とする請求項１５に記載のカップリング部材。
【請求項１７】
略チューブ形状の構造体２４は、複数の補強層３２を含むことを特徴とする請求項１６に記載のカップリング部材。
【請求項１８】
補強層３２は、エラストマー被覆された単一指向性の繊維または編物の半連続的なシートを含むことを特徴とする請求項１６に記載のカップリング部材。
【請求項１９】
編物は一側または両側いずれかをポリマーで被覆されることを特徴とする請求項１８に記載のカップリング部材。
【請求項２０】
未補強エラストマー層は、未補強エラストマーの半連続的なシートを含むことを特徴とする請求項１６に記載のカップリング部材。
【請求項２１】
補強及び未補強層３２、３４は、所定の螺旋角度にて螺旋状に巻き付けられることを特徴とする請求項１６に記載のカップリング部材。
【請求項２２】
未補強層３４、３６は押し出しエラストマーであることを特徴とする請求項１６に記載のカップリング部材。
【請求項２３】
補強層３２は、編まれた、または螺旋状に張り付けられた編物補強を含むことを特徴とする請求項１６に記載のカップリング部材。
【請求項２４】
補強層３２及び未補強層３４、３６の少なくとも一つは、熱可塑性エラストマーを含むことを特徴とする請求項１６に記載のカップリング部材。
【請求項２５】
熱可塑性エラストマーは少なくとも一部が化学架橋結合されていることを特徴とする請求項１６に記載のカップリング部材。
【請求項２６】
さらに、内側バルブ部材４２と、該内側バルブ部材４２に取り付けられる外側バルブ部材４４とを含み、
内側バルブ部材は、外側バルブ部材４４の雌ねじ部４８に対応して螺合するに適した雄ねじ部４６と、
気密シールを形成するためにキャビティ４０の内面に係合する少なくとも一つの環状リブ５２を有する内側バルブ部材４２の略平坦な係合面５０と、
含むことを特徴とする請求項１６に記載のカップリング部材。
【請求項２７】
略チューブ形状の構造体２４は、内側の未補強層３４と外側の未補強層３６との間に挟まれた少なくとも一つの補強層３２を含むことを特徴とする請求項１５に記載のカップリング部材。
【請求項２８】
接合部２８は、熱硬化性または熱可塑性接着、溶剤結合及び熱溶接のいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１に記載のチューブ。
【請求項２９】
流体作動ブレーキまたはクラッチのためのカップリング部材のチューブ１２の製造方法であって、
細長い略チューブ形状の構造体２４を構成するステップと、
細長いチューブ形状の構造体２４を、所定長さを有する独立した一片に切断するステップと、
第１及び第２端部２６ａ、２６ｂを有するチューブ１２を、閉じられた略ドーナツ形状に形成するために独立した一片を使用するステップと、
第１及び第２端部２６ａ、２６ｂを接合するステップと、
を含むことを特徴とする製造方法。
【請求項３０】
構成ステップは、マンドレルに、少なくとも一つの補強層を螺旋状に巻き付けるステップと、
マンドレルに、少なくとも一つの未補強層を螺旋状に巻き付けまたは押し出すステップと、
を含むことを特徴とする請求項２９に記載の製造方法。
【請求項３１】
構成ステップは、補強層及び未補強層を熱硬化するステップを含むことを特徴とする請求項２９に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工業用クラッチまたはブレーキのような機構に使用されるカップリング部材を作動または係合するために圧力下で膨張する可撓性の膨張可能なチューブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
工業用機械または設備に使用されているクラッチ及びブレーキは、剛体の環状リムに取り付けられる膨張可能な環状チューブを有するカップリング部材を含む。摩擦シューアッセンブリは環状に配列されてチューブに連結される。圧力が付与された際、チューブは、２つのカップリング部材を相互に接続するために、またはそれらの間の関連動作を遅らせるために、他のカップリング部材に対して摩擦シューアッセンブリを押圧すべく膨張する。
【０００３】
この構造を有するカップリング部材は、好適には、膨張可能な環状チューブを手作業により作り、型内に膨張可能な環状チューブを設置して、チューブを膨張させて、チューブのエラストマー材料を加硫処理するために型を加熱することを含む方法によって製造される。このプロセスは大きな労働力を要し、それに伴ってチューブ、及びクラッチまたはブレーキを製造するためのコストがかなり増加する。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る膨張可能なチューブを含むカップリング部材の部分断面を含む斜視図である。
【図２】図２は、図１のカップリング部材として組み付ける前の最終製造状態を示すチューブの斜視図である。
【図３】図３は、図２のチューブに使用するための、マンドレルに支持された数個の露出した層を有する略チューブ形状の構造体を示す斜視図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の実施形態に係るチューブの製造方法を示すフローチャートである。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の実施形態に係るチューブの製造方法を示すフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の実施形態に係る、図２の略チューブ形状の構造体の断面を含む斜視図であり、構造体の補強層の繊維の方向性を示している。
【図６】図６は、図４に示す構造体の詳細図であり、さらに、構造体の補強層の繊維の方向性を示している。
【図７】図７は、図２に示されるチューブに使用するための、本発明の実施形態に係るバルブの拡大斜視図である。
【図８】図８は、図２に示されるチューブに使用するための、本発明の実施形態に係るバルブの拡大斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
本発明を限定すること意図しない図面を参照すると、図１は、膨張可能なチューブ１２と環状に配列された摩擦シューアッセンブリ１４とを含んだカップリング部材１０の一実施形態を示す。摩擦シューアッセンブリ１４は２つのカップリング部材を相互に接続するために、ドラムまたは第２カップリング部材（図示略）の外側に係合する。該カップリング部材１０は実施形態としてブレーキまたはクラッチのいずれか一方の部材として機能する。
【０００６】
摩擦シューアッセンブリ１４は、膨張可能なチューブ１２の半径方向の膨張によってドラムに係合するように動作される。このように、エア圧のような流体圧が環状チューブ１２内に導管１６を介して導入されるとき、チューブが半径方向内側に膨張する。これにより、チューブ１２がドラムに対して摩擦シューアッセンブリ１４を押圧するようになる。シューアッセンブリ１４とドラムとの間の摩擦が、ドラムとカップリング部材１０とを相互に接続する。
【０００７】
説明されたカップリング部材１０では、剛体の環状金属製リム１８が膨張可能なチューブ１２に連結される。該リム１８は、カップリング部材１０を関連する器具または支持構造体（図示略）に連結するために使用される環状の取付フランジ２０を有する。該リム１８は、チューブ１２の半径方向外側壁部に接合される半径方向内側側面を備えた円筒状ウェブ２２を有する。摩擦シュー１４を対向するドラムまたは他のカップリング部材に対して押圧するためチューブ１２が膨張した際に、トルクが摩擦シューアッセンブリとリム１８との間に伝えられる。チューブ１２が比較的大きなトルクに耐えるためには、一つまたはそれ以上の補強層及び未補強層２４が、以下で詳細に記載されているように、チューブ１２に備えられている。
【０００８】
図２及び図３を参照すると、本発明の実施形態に係るチューブ１２が示されている。図２には、チューブ１２がカップリング部材１０に組み付けられる前のその最終的な製造状態として示されている。チューブ１２は、２つの端部２６ａ、２６ｂを有し所定長さの細長い略チューブ形状の構造体２４と、連続するドーナツ形状（トロイダル形状）のキャビティ３０（例えば、図１参照）を形成するためにチューブ１２を閉じるように２つの端部の間を接合する接合部２８とを含む。
【０００９】
一実施形態では、チューブ１２は、内側の未補強層３４と外側の未補強層３６との間に挟まれた少なくとも一つの補強層３２を含む。しかしながら、チューブ１２は、例えば、図３及び図６に示されるような複数の補強層３２、または補強層３２の内側または外側に位置するただ単一の未補強層３４、３６を含む任意数量の層を有することを理解できるであろう。
【００１０】
チューブ１２は、細長い略チューブ形状の構造体２４を作り、チューブ形状の構造体２４を所定長さに切断して、そして、ドーナツ形状（トロイダル形状）のチューブ１２を形成するために接合部２８にてそれぞれの範囲の端部２６ａ、２６ｂを接合することにより構成される。未硬化の熱硬化性樹脂及び熱可塑性エラストマーを含む様々のエラストマーがこの構造体を簡単にするために未補強層３２に使用されるけれども、熱可塑性エラストマーは、２つの端部の接合の際、最も良い曲げ性能及び整合性を提供する。熱可塑性ポリウレタンはクラッチに使用されるチューブに特に適しており、機械的、熱的、化学的及び経年的性能の良好な全体的なバランスを与える。同様に、様々な有機及び無機繊維が補強層に使用されるけれども、ポリエステル、ナイロン及びレーヨンのような有機繊維は、チューブ１２への使用に特に適しており、比較的低いコスト、低い剛性及びほぼ満足する熱性能を与える。通常、タイヤコードとして言及される、自動車のタイヤ及び工業用ホースの業界で使用される束と同様に複数の撚られた繊維束を含むポリエステル繊維は、特に、チューブ１２の使用には全く適していないが、熱硬化性エラストマーを使用した従来のレゾルシノールホルムアルデヒドラテックス繊維の接着剤（サイズ剤）が、熱硬化性エラストマーにより強硬な接着を提供するためにイノシアネート、ブロック状イノシアネートまたはエポキシの接着剤（サイズ剤）に取り替えられることが推奨される。
【００１１】
図４を参照すると、本発明の実施形態に係るチューブ１２の製造方法が記載されている。一実施形態の説明では、各補強層３２は、エラストマーで被膜された単一指向性の繊維または編物の半連続的なシートの形成によって構成される。選択肢Ａに示されるように、ウレタンのような熱硬化性エラストマーは、タイヤコードのような処理済の繊維または編物が従来からよく知られた方法に従って埋め込まれた所定幅のほぼ平坦なシートに圧延され、つや出しされる。他の実施形態として、選択肢Ｂに示されるように、ポリエステルに制限されないが、ポリエステルを含む補強繊維は、コードに撚られ、相溶性の接着剤（すなわち、接着力向上）で被覆され、所定幅（例えば、約４０〜６０インチ（１５．７〜２３．６センチメートル））の単一指向性の編物に編まれる。編まれた編物は、所定の厚さ及び幅（例えば、４０〜６０インチ（１０２〜１５２センチメートル）幅に対して約０．０４インチ（０．０１５センチメートル）厚さ）を形成するために熱可塑性エラストマー（例えば、ＴＰＵ）で押し出し被覆される。従来から知られているような加熱された挟み込みローラが、繊維構造体の適切なポリマーの流れ及び染み透りを提供するために使用される。染み透りのレベル次第では、編物は、一側または両側いずれかにポリマーが被覆される。
【００１２】
化学架橋剤が、繊維補強の押し出し被覆中（例えば、押出機の円筒内）熱可塑性エラストマーに加えられる。これが採用されると、各補強層材料間の部分的な架橋結合が、熱可塑性エラストマーが比較的高温中に発生して、該熱可塑性エラストマー自身の本体内で繊維と樹脂との間でポリマー鎖の架橋結合が促進される。化学架橋剤のタイプと量は、付加的な流れ及び接着が次の高温工程作動中に起こるためには十分に低いが、昇温した補強層の温度安定性を向上させるには十分な、比較的低いレベルの架橋結合を促進するために選択される。
【００１３】
本発明の実施形態では、材料番号１１８５Ａ１０を有するＢＡＳＦによって製造された中間デュロメータを有するＴＰＵが、２つの実験的な化学架橋剤のいずれか一方に混合された（例えば、７重量％リンク１．０または５重量％リンク２．０）。次に、Ｔ型剥離テストが、完全に未処理の熱可塑性ポリマーに要求されるよりもわずかに高い（例えば、１０〜２０℃）接着温度で未処理の熱可塑性材料の８０％まで各補強層間の接着力を発生させるように実施された。これらの結果は、ポリマー鎖が適切な熱接着のための十分な流動性を維持しており、また巻き付け後の各層の熱接合を許容していることを示唆している。
【００１４】
他の実施形態として、繊維または編物は、押し出し被覆の前に化学架橋剤で被覆される。押し出し被覆中では、比較的高温の熱可塑性エラストマーは被覆された繊維または編物と接触して、化学架橋剤を活性化し、繊維または編物と熱可塑性エラストマーとの間でポリマー鎖を部分的に架橋結合させる。このプロセスは、繊維または編物のエラストマーへの接着、及び繊維が機械的及び化学的にエラストマーに固着された後の長期間のクリープ性能を改善する。エラストマーの大部分は、補強層の熱可塑性作用を保持するために未架橋結合のままである。
【００１５】
同様に、各未補強エラストマー層３２は、シートまたはインフレーションフィルム押し出しのような未補強エラストマーの半連続的なシートを形成することによって構成される。次に、補強及び未補強シートは細長く切断、すなわち、それぞれ所定幅を有する、「テープ」のような単一の細長い一片に切断される。
【００１６】
一実施形態では、チューブ形状の構造体２４は、マンドレル３８に未補強エラストマーの「テープ」の単一の細長い一片が螺旋状に巻き付けられることによって構成される。各テープの細長い一片の幅は、一定の巻き付け層へ要求された内径、オーバラップ量及び繊維の螺旋角度に合致するように選択される。チューブ形状の構造体からマンドレルを容易に除去するためには、マンドレルは、亜鉛状態またはポリエチレンフィルムのような離型剤で被覆される。図３に示されるマンドレルは略円形状断面であるが、略長円形状断面、すなわち、図１に示されるチューブキャビティ３０と実質的に同様の断面を有するような非円形状のマンドレルを使用してもよい。
【００１７】
図３を参照すると、２つの補強エラストマー層３２が、未補強エラストマー層３４を覆うように螺旋状に巻き付けられているが、上述しているように、補強層の数量は限定されていない。螺旋状に巻き付けられた補強エラストマー層においては、チューブの主荷重方向における直交異方性繊維の強さ及び剛性の適切なバランスを備えられるために螺旋角度が選択される。図５を参照すると、補強エラストマー層の座標１、２、３が、螺旋角度としての相対角度θで示す未補強エラストマー３４の座標Ｘ、Ｙ、Ｚの付近に示されている。図６では、２つの未補強層３２の螺旋角度が、チューブ形状の構造体２４の半径方向に延びる軸Ｒ及び軸方向に延びる軸φに対して示されている。例えば、クラッチへの応用の場合には、螺旋角度+/-θは、最低でも略+/-４５°に選択される。第２の螺旋状に巻き付けられた未補強エラストマー層３６は、所定長さ（例えば、略１００フィート（３０．５メートル））を有するチューブを形成するために補強エラストマー層３２を覆うように配置される。ここに記載されている構法は、各チューブの螺旋状の巻き付けを含むけれども、それに限定されることを意図していない。他の実施形態として、例えば、未補強層３４、３６は押し出され、補強層３２は、編まれた、または螺旋状に張り付けられた繊維補強を含んでもよい。化学架橋剤は、未補強層３４、３６と補強層３２との間に配置される。例えば、未補強及び補強層が螺旋状に巻き付けられたとき、化学架橋剤は、外側の層を除く各巻き付けられた層を覆うような被覆として適用される。化学架橋剤が未補強及び補強層の間に採用されるとき、熱硬化プロセスが互いの各層を接着するために架橋剤を活性化させて、チューブ形状の構造体の全体的な構造を完全に強化して、層間剥離の可能性を減少させる。
【００１８】
層の熱硬化の前に、ナイロン編物テープ、またはその他の適切な材料（図１に示さず）が、各層における半径方向の内側への直接的な圧力に適用するため、また、熱硬化中チューブ形状の構造体２４を保護するために外側の未補強エラストマー３６の周りに螺旋状に巻き付けられている。チューブ形状の構造体２４の熱硬化は、限定はしないが、マンドレルを加熱すること（マンドレル内部への電気抵抗、誘導または加熱流体により）、またはスチームオートクレーブまたはオーブンのような加熱された空気中に全チューブ形状の構造体を挿入することを含む様々な方法を使用することで達成される。スチームオートクレーブでは、例えば、温度及び圧力が、各層間の分子運動性及び接着性を促進する。チューブ形状の構造体を略３５分間、略２９３°Ｆで飽和されたスチームに晒すことが、Ｓｅａｍａｎ  １９４０  ＰＴＦＦのような比較的硬度の低いポリエステル熱可塑性ウレタンを使用した上述のチューブ形状の構造体を接着及び硬化するに十分であることが解った。
【００１９】
硬化に引き続いて、ナイロンテープが除去され、マンドレル３８が、マンドレルを外に出すための流体圧（例えば、高水圧）の使用などによってチューブ形状の構造体２４から引き抜かれる。連続してほぼ直線状に延びるチューブ形状の構造体２４は、図１に示すように略平坦形状を得るために付加的な加熱及び加圧を採用して恒久的に変形される。平坦なチューブ形状の構造体２４は所定長さを有する一片に切断され、そして、切断長さを有する端部が連続的なキャビティ３０を形成するために接合されたときに、閉じられたドーナツ形状のチューブが形成される。接合前に、導管１６をチューブ１２に連結するエア流出入バルブ４０に対応するために、パンチまたは切断によって、チューブ１２の壁に孔が配置される。
【００２０】
図７及び図８に示される一実施形態では、バルブ４０は、チューブ形状の構造体２４の両端の接合前にチューブ１２の内部に挿入される内側バルブ部材４２と、接合前に内側バルブ部材に取り付けられる外側バルブ部材４４とを含む。内側バルブ部材は、外側バルブ部材４４の雌ねじ部４８に対応して螺合するに適した雄ねじ部４６を含む。内側バルブ部材４２の略平坦な係合面５０は、気密シールを形成するためにキャビティ４０の内面に係合する少なくとも一つの環状リブ５２を含む。内側バルブ部材４２の六角形状の孔５４は、チューブ１２の外部からバルブ４０を組み付ける際、外側バルブ部材４４に対して内側バルブ部材４２を回転させるために、六角形状の道具（図示せず）に対応して接触適合する。
【００２１】
直線状に延びるチューブ形状の構造体の端部２６ａ、２６ｂは熱硬化性または熱可塑性接着剤を使用して接合される。熱可塑性チューブには、溶剤結合または熱溶接が端部の接合に使用される。熱溶接のために加熱は、限定はしないが、加熱された道具、高温ガス、振動、超音波、誘導、高周波、抵抗、赤外線及びレザーエネルギーを含む様々な手段を使用して発生される。
【００２２】
本発明は、前述の明細書内に最も詳細に記載されており、当業者が前述の明細書を読み理解することによって様々な他の実施形態及び変更が明白になることを確信される。このような全ての他の実施形態及び変更は、添付したクレームの範囲内にある限りにおいて本発明に含まれることを意図している。
【図１】
2011503465.tif 000003
【図２】
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【図３】
2011503465.tif 000005
【図４Ａ】
2011503465.tif 000006
【図４Ｂ】
2011503465.tif 000007
【図５】
2011503465.tif 000008
【図６】
2011503465.tif 000009
【図７】
2011503465.tif 000010
【図８】
2011503465.tif 000011
【国際調査報告】
2011503465.tif 000012
2011503465.tif 000013
2011503465.tif 000014