(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多角形の外面と円形形状の内側チャネルとを有する引抜加工された複合ビームを具備する柱であって、
前記複合ビームは、樹脂中に埋め込まれた布またはマットの層間に長手方向の配向で配置されたファイバのロービングを含み、前記のロービングと樹脂中に埋め込まれた布またはマットの層とは、引き抜きプロセスにより一体化構造を形成してなる柱。
【請求項２】
前記外面が八角形状を有する請求項１に記載の柱。
【請求項３】
前記複合ビームに取り付けられた接合プラグをさらに含んでいる請求項１に記載の柱。
【請求項４】
前記接合プラグが、リテーナ・リングに取り付けられた複数のプラグ・ビームを含んでいる請求項３に記載の柱。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
これは、１９９６年１１月４日出願の出願第０８／７４３３８８号の一部継続出願である、１９９７年１月１３日出願の出願第０８／７８２３２９号の一部継続出願である。
【０００２】
（発明の背景）
１．発明の分野
本発明は複合材料から構成された多用途柱に関する。
【０００３】
２．従来技術の説明
多用途柱は一般に、地面に固定された木製柱から構成される。電柱は一般に、いくつかの電力線を支持するアームを有する。厳しい環境条件に連続的にさらされると木材柱は腐敗し腐朽する。腐敗を防ぐために、木材はときどきタールなどの炭素ベース材料を用いて処理される。たいていの従来の木材処理材料は環境に有害であることが分かっている。さらに、大量の電流が地面に流出し、それにより電力系統のエネルギー効率が低下することが分かっている。
【０００４】
電柱の寿命を延ばすために金属柱が設置されている。金属柱は導電性が高く、一般に柱を保守し修理する用役人員にとって安全でない環境をつくり出す。さらに、金属柱も木材柱も比較的重く、一般に柱を持ち上げ設置するためにクレーンが必要となる。
【０００５】
ＭｃＣｏｍｂｓに発行された米国特許第５１７５９７１号には、樹脂含浸ファイバ・ガラスなどの複合材料から構成された中空多用途柱が開示されている。ＭｃＣｏｍｂｓの柱は六角形の主柱内に位置する六角形のライナを有する。外側主柱は柱にアーム・アタッチメントを取り付けることを可能にする複数のあり溝を有する。この溝はさらに人が柱に登ることを可能にする。あり溝は主柱の細い首部分に隣接して位置するいくつかの丸いフィンガをつくり出す。
【０００６】
複合物を形成するとき、樹脂およびガラス・ファイバは主柱の首部分およびフィンガ部分に一様に流れ込まないことが分かっている。樹脂流れおよびガラス・ファイバ分布が一様でないと、柱の構造的完全性が低下する。丸いフィンガ部分も、長さ４０フィート（１２１９．２センチメートル）になる多用途柱に太さおよび重量を追加する。
【０００７】
中空ＭｃＣｏｍｂｓ多用途柱は比較的小さい曲げおよびねじり剛性を有する。比較的小さい剛性はより厚い壁によって補償しなければならない。壁の厚さを増すと、柱の重量が増える。複合材料から効率的に構成することができる比較的強い、軽量の多用途柱を提供することが望ましいであろう。
【０００８】
風車発電機は一般に、発電機に結合された１つまたは複数の羽根を含んでいる。発電機は羽根が風の力によって回転したときに電気を発生する。発電機は一般に、羽根に対してすき間を与えるために鋼トラス構造によって持ち上げられる。トラス構造は比較的重い発電機を支持するために十分強くなければならない。トラスおよび発電機が風の力を受けると、構造への負荷が増大する。トラス構造は一般に、トラスに取り付けられかつ地面につながれた複数のガイド・ワイヤによって安定させられる。
【０００９】
発電機はアセンブリの修理または保守のために地面に周期的に引き下げなければならない。トラス構造は発電機を地面に引き下げることを可能にするヒンジを有することができる。発電機は一般にガイド・ワイヤのうちの１つを引くことによって引き下げられる。重いトラス構造を地面に引くと、その仕事を行う人員に対する安全問題が生じる。風車発電機などのアセンブリを十分に支持することができる軽量のトラス構造を提供することが望ましいであろう。
【００１０】
（発明の概要）
本発明の一実施態様は多角形の外面と円形の内側チャネルとを有する複合多用途柱および他の使用である。
【００１１】
本発明の目的および利点は以下の詳細な説明および添付の図面を検討した後で当業者により容易に明らかになろう。
【００１２】
（発明の詳細な説明）
より詳細に参照番号によって図面を参照すると、図１には本発明の多用途柱アセンブリ１０が示されている。柱アセンブリ１０の構成要素はガラス強化樹脂などの複合材料から構成されている。複合材料の外面は一般に、動物が柱に登らないように滑らかである。さらに、複合材料はバクテリアを運んだり、あるいは柱を保守し修理する用役人員に有害な銀をつくり出すことはない。複合材料はまた、地面に流出する電流の量を大幅に減らし、それにより電力系統のエネルギー効率を高める誘電体である。複合柱アセンブリは一般に、腐食環境条件に対して免疫性があり、雷にうたれにくい。複合材料は太陽エネルギーに対する保護を与える紫外線添加剤を含有する布でくるむことができる。
【００１３】
アセンブリ１０はスリーブ１４に取り付けられた柱１２を含んでいる。スリーブ１４は地面に埋め込まれたベース１６を有するか、あるいは柱１２を固定するためにベースにボルト止めされる。別法として柱１２をボルト止めすることができる。スリーブ１４は、柱１２をスリーブ１４の中または上に滑り込ませることができるように、柱１２の形状と同じ輪郭を有する内側キャビティを有することが好ましい。アセンブリ１０は一般に、電線２０を支持するアーム１８を含んでいる。アセンブリ１０はまた上部２２を有することができる。上部２２は、鳥が柱に止まるのを防ぐために円錐形にすることができる。上部２２はまた、柱１２に挿入された内側リップ２６を有することができる。
【００１４】
図２に柱１２の好ましい実施形態を示す。柱１２は、内側チャネル２８を有する第１の三角形複合部材２６を有する。内側チャネル２８は、対応する頂点３６、３８および４０において交差する３つの壁３０、３２および３４によって形成される。内側チャネル２８内には第２の三角形複合部材４２がある。第２の部材４２はまた、３つの対応する頂点５２〜５６において交差する３つの壁４６〜５０によって形成される内側チャネル４４を有する。第２の部材４２の頂点５２〜５６は、壁４６〜５０が内側チャネル２８上に延びるように第１の部材２６の壁３０〜３４と交差する。好ましい実施形態では、頂点５２〜５６は壁３０〜３４の中点と交差する。壁３０〜３４は、第２の部材４２を内側チャネル２８内に着座させるカップ５８を有することができる。
【００１５】
第２の部材４２の壁４６〜５０は第１の部材２６に対して構造的支持を与え、また比較的剛性の複合多用途柱を与える。柱の剛性は、クロスサポートなしで柱よりも薄い壁で複合部材を構成することを可能にする。より薄い壁は比較的軽量の柱をつくり出す。柱の剛性は、第３および第４の三角形複合部材６０および６２を第２の複合部材４２内に入れ子にすることによって高めることができる。複合部材の内側空間は、柱の構造的完全性をさらに高める発泡体６４で充填することができる。アセンブリの構成要素は、硬化フィルム化、接着剤、または柱の様々な部分を一緒に取り付ける他の手段によって一緒に結合することができる。
【００１６】
図３ａおよび図３ｂに各部材の代替実施形態を示し、第１の部材２６’および２６”はそれぞれ凹形壁および凸形壁を有する。凹／凸壁はウインド・シャーを受けにくい、より空気力学的な柱を与える。図３ｃに別の代替実施形態を示し、第２の部材４２’は六角形の断面を有する。図３ｄに、一対の長方形部材２６ａおよび４２ａを含有するさらに別の代替実施形態を示す。
【００１７】
図４ａに、柱１２に取り付けることができるアーム・アタッチメント・アセンブリ７０を示す。アセンブリは２つの交差したビーム７４および７６を有するアタッチメント部材７２を含んでいる。アタッチメント部材７２はファスナ７８によって柱壁の１つに取り付けられる。アタッチメント部材７２は、柱の壁に隣接しかつビーム７４および７６が柱１２に対して回転するのを防ぐいくつかの脚部８０を有する。ビーム７４および７６に固定された一対のクランプ８２によってアーム１８がアタッチメント部材７２に固定される。アタッチメント部材７２、アーム１８およびクランプ８２はすべて複合材料から構成することができる。図４ｂに、柱１２に結び付けられ、ある角度で柱１２から延びるアーム１８を支持するアーム取付けブラケット８３を示す。
【００１８】
図５に、柱１２中に挿入された上部８４を有し、かつ底部８８から延びかつ電線を支持する一対のアーム８６を有する代替柱アセンブリを示す。
【００１９】
図６に、用役人員が柱１２に登るために使用することができるハンド・クライミング・デバイス９０およびフット・クライミング・デバイス９２を示す。登る人は一般に、各手および足ごとにそれぞれ別々のハンド・デバイス９０およびフット・デバイス９２を利用する。各デバイスは底部９６から延びる一対の脚部９４を有する。デバイスの寸法および剛性は、脚部９４が通常柱１２を固定し、登る人の位置を維持するようなものである。ハンド・デバイス９０を解放し動かすために、登る人はハンドル９８を装着して、隣接する脚部９４を柱壁から離して動かすことができる。同様に、隣接する脚部を柱から離して動かしかつデバイスを柱壁から解放するフット・プラットフォーム１００を装着することによって、フット・デバイス９２を柱に対して動かすことができる。デバイス９０および９２は、ハンド／プラットフォームが用役人員によって解放されたときに跳ね返りかつ柱１２をクランプするために十分な弾力性を有する。登る人は、デバイス９０および９２を連続的に引き、動かし、解放することによって柱をよじ登ることができる。
【００２０】
図７に複合材料を構成するための好ましい実施形態を示す。複合物は、強化材料の第２のストリング１１２にほぼ平行な強化材料の第１のストリング１１０を有することができる。その場合、複数の三角形をつくり出すパターンに強化材料の第３のストリング１１４が２つのストリングの間に織られるかまたは縫われる。第３のストリング１１４は第１のストリング１１０および第２のストリング１１２に対して構造的支持を与える。樹脂含有強化ストリングは一般にファイバガラスまたは他の従来の複合強化材料である。強化材料には一般に樹脂が含浸される。複合物は一般に柱構成要素の形状中に押し出されるかまたは引き抜かれる。
【００２１】
図８および図９に段付き柱１２１の代替実施形態を示す。そのような柱１２１を長さ１２０フィート（３６．５７６メートル）またはそれ以上になるように構成し、それにより単一の高圧用役ユニットを得ることができる。柱１２１は、降順の断面積をもつ３つの段付きセクション１２０、１２２および１２４に構成される。追加の段を追加することができる。柱に段を付けると、柱の構造的完全性を損なうことなく重量が減る。
【００２２】
図１０に、壁３０〜３４内に埋め込まれた光ファイバ・ケーブル１２６をもつ柱１２の代替実施形態を示す。光ファイバ・ケーブルは一般に柱の長さに沿って延びる。
【００２３】
図１１および図１２に、引き抜きプロセスを用いて多用途柱を構成するための好ましい方法を示す。最初にファイバガラスなどの織りファイバおよび／または編みファイバからソック２００を構成する。次いでソック２００中に内側モールド２０２を置く。ソック２００の各端部は、ＫＥＶＬＡＲから構成することが好ましいロープ２０４を有する。ソック２００を膨張させかつファイバに張力をかけるためにロープ２０４を引く。
【００２４】
内側モールド２０２および張力がかかったソック２００を樹脂バス２０６中に通し、引き抜き機械によって外側ダイ２０８を通して引く。樹脂をその最終形態にするために、内側モールド２０２と外側モールド２０８を加熱することが好ましい。引き抜きプロセス／注入システム１８により、張力がかかった織りソック２００中に樹脂２１０を含浸させる。張力がかかった樹脂含浸ソックは硬くなって引き抜き部材２１２をつくり出す。ソック２００に事前に張力をかけることにより部材２１２の剛性が高められる。その後、引き抜き部材２１２を個々の柱部片に切断し、次いでそれらを組み立てて多用途柱をつくる。
【００２５】
図１３に、複数の複合ビーム３０２から組み立てられたトラス構造３００を示す。構造３００は、複数の結合器３０４によって一緒に結合された３つの別々の複合ビーム３０２を含むことができる。各複合ビーム３０２はビーム３０２の縦軸に沿って湾曲部を有することができる。結合器３０４は、複合ビーム３０２を接続するほかに、ビーム３０２間に負荷を分配することができる。
【００２６】
図１４に結合器３０４の一実施形態を示す。結合器３０４は複合ビームを受容するすき間穴３０６を含むことができる。ビームは穴３０６の内面に塗布される接着剤３０８によって結合器３０４に取り付けることができる。一実施形態では、結合器３０４は複合材料で構成される。
【００２７】
図１３を参照すると、トラス構造３００は風車発電機３１０を支持することができる。発電機３１０はビーム３０２に取り付けられるプラットフォーム３１２によって支持されている。発電機３１０は風の力によって回転する複数の羽根３１４を有する。羽根３１４の回転により、当技術分野において周知のように電気を生成する発電機（図示せず）を駆動することができる。トラス構造３００は一般に地面３１６の上方１００フィート（３０４８センチメートル）またはそれ以上のところに発電機１００を支持することができる。
【００２８】
構造３００は地面３１６に取り付けられた複数のガイド・ワイヤ３１８によってつながれている。作業者がワイヤ３１８をほどいて発電機３１０を地面３１６に引き下げることができるようにするヒンジ３２０によって、ビーム３０２のうちの２つを地面３１６に取り付けることができる。残りのビーム３０２はピン（図示せず）によって接続され、そのピンを取り外すことによって２つの他のビーム３０２が回転できるようになっている。
【００２９】
図１５に、湾曲した複合ビーム３０２をつくり出すための方法を示す。最初に、一対のプル・ストリング３２４および３２６を有する織りソック３２２を用意する。モールド３２８の上にソック３２２を置く。織りソック３２２の一方の側面に張力がかかり、かつソック３２２の他方の側面に圧縮力がかかるように、プル・ストリングを反対の方向に引く。中心を外れた引く力が織りソック３２２に加わることにより、得られたビーム・ストックに湾曲部がつくり出される。ストックを周期的に切断して、個々のビーム３０２をつくり出す。この状態でソック３２２は樹脂バス（図示せず）と引き抜きモールド（図示せず）を通して引かれる。
【００３０】
図１６に、ビーム３５０の第１の側面３５４内に第１の材料３５２を有し、かつビーム３５０の第２の側面３５８内に第２の材料３５６を有する複合ビーム３５０の代替実施形態を示す。第１の材料３５２は第２の材料３５６の熱膨張係数とは異なる熱膨張係数を有するようにする。例として、第１の材料３５２をガラス・マットにし、第２の材料３５６を炭素マットにすることができる。
【００３１】
第１の材料３５２および第２の材料３５６を図１５に示されるソック３２２中に挿入する。第１の材料３５２および第２の材料３５６がバスおよび引き抜きモールドを通して引かれる間に膨張するように、樹脂バスを加熱する。次いで、樹脂埋込みソック３２２を環境温度まで冷却させる。第１の材料３５２および第２の材料３５６は膨張し、異なる速度で収縮し、その結果得られた冷却されたビームは湾曲部を有することになる。
【００３２】
図１７に複合柱ビーム４００の別の実施形態を示す。ビーム４００は多角形の外面４０２と円形の内側チャネル４０４とを有することができる。例として、外面４０２は八角形状を有することができる。円形形状の内側チャネル４０４を設けることにより、従来技術の円形でない内側チャネルに見られる応力集中がなくなる。外面を多角形とすることにより、ビーム４００の構造的完全性が著しく低下することなく柱ビーム４００の重量および材料コストが最小限に抑えられる。
【００３３】
図１８にビーム４００の断面を示す。ビーム４００は一対の布４０８に隣接して配置されたいくつかのロービング４０６を含むことができる。ロービング４０６は０゜の配向で配置された撚りをかけないファイバのバンドルを含むことができる。布４０８はそれぞれ、織られたまたは編まれたファイバガラスなどの複数のファイバを含有することができる。織りまたはニットは二次元または三次元にすることができる。
【００３４】
マット４１０を布４０８間に置くことができる。マット４１０は、バインダを用いてまたは用いずにシートに形成される層にされた連続的なまたは切断されたロービングで構成することができる。ビーム４００はさらに外側ベール４１２を有することができる。外側ベール４１２はポリエステル、レーヨン、ナイロン、炭素または他のファイバ構造を含む不織マットにすることができる。ロービング４０６、布４０８、マット４１０およびベール４１２は、樹脂４１４が埋め込まれるように樹脂バスおよび引き抜きモールド中を引くことができるソックに折ることができる。外側ベール４１２は引き抜きプロセス中に外側ロービング４０６を捕らえている。外側べール４１２はまた紫外周波数を有するエネルギーに対する保護を与える。ビーム４００は紫外光からの保護を与える外側層４１６で被覆することができる。
【００３５】
図１９に複合柱アセンブリ４２０の一実施形態を示す。柱４２０は第１の複合ビーム４２２と第２の複合ビーム４２４とを有する。各ビーム４２２および４２４は図１７に示される多角形の外面と円形の内側チャネルとを備えていてもよい。第２のビーム４２４は地面に取り付けられるベース構造とすることもきる。柱４２０の上端における重量を減らすために、第１のビーム４２２は第２のビーム４２４よりも小さいことが好ましい。より大きい第２のビーム４２４は柱４２０を支持するための追加の強度を与える。ビーム４２２とビーム４２４を接合プラグ４２６によって接続することができる。
【００３６】
図２０および図２１に示すように、接合プラグ４２６はリテーナ・リング４３０に取り付けられる複数の接合ビーム４２８を含むことができる。リング４３０はビーム４２８の端部を受容するスロット４３２を有することができる。ビーム４２８およびリング４３０は第１のビーム４２２の外面に結合することができる。その場合、プラグ４２６を第２のビーム４２４の内側チャネル中に挿入し、ビーム４２４に結合することができる。
【００３７】
以上、いくつかの例示的な実施形態を説明し、添付の図面に図示したが、そのような実施形態は広い本発明を説明するためのものにすぎず、本発明を限定するものではないこと、および当業者なら様々な他の変更形態を思い付くことができるので、本発明は図示し説明した特定の構造および配置に限定されないことを当業者なら理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の多用途柱の透視図である。
【図２】  多用途柱の断面図である。
【図３ａ】〜
【図３ｄ】  多用途の代替実施形態である。
【図４ａ】  アーム取付けアセンブリの拡大図である。
【図４ｂ】  アーム取付けブラケットの透視図である。
【図５】  多用途の上部に取り付けられたアームの拡大図である。
【図６】  多用途に結合されたハンド・クライミング・デバイスおよびフット・クライミング・デバイスを示す透視図である。
【図７】  多用途複合材料の織りを示す平面図である。
【図８】  段付き柱を示す透視図である。
【図９】  柱の段を示す透視図である。
【図１０】  壁に埋め込まれた光ファイバ・エレメントをもつ柱の断面図である。
【図１１】  織りソック中に挿入された内側モールドを示す透視図である。
【図１２】  外側モールド中に引かれる内側モールドおよび織りソックを示す透視図である。
【図１３】  風車発電機を支持するトラス構造中の複数のビームを示す透視図である。
【図１４】  トラス構造内の複合ビームを一緒に結合する結合器の透視図である。
【図１５】  ビーム・ストック中に形成された湾曲部を示す図１１と同様な透視図である。
【図１６】  ビームの代替実施形態の断面図である。
【図１７】  ビームの代替実施形態の平面図である。
【図１８】  図１７のビームの拡大断面図である。
【図１９】  多用途の側面図である。
【図２０】  多用途用の接合プラグの透視図である。
【図２１】  多用途の第１の複合ビームに取り付けられた接合プラグの透視図である。
【図１】
0004397124.tif 000002
【図２】
0004397124.tif 000003
【図３ａ】
0004397124.tif 000004
【図３ｂ】
0004397124.tif 000005
【図３ｃ】
0004397124.tif 000006
【図３ｄ】
0004397124.tif 000007
【図４ａ】
0004397124.tif 000008
【図４ｂ】
0004397124.tif 000009
【図５】
0004397124.tif 000010
【図７】
0004397124.tif 000011
【図６】
0004397124.tif 000012
【図８】
0004397124.tif 000013
【図９】
0004397124.tif 000014
【図１０】
0004397124.tif 000015
【図１１】
0004397124.tif 000016
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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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１９】
0004397124.tif 000024
【図２０】
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【図２１】
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