JP6758190B2

JP6758190B2 - 摩擦接続手段

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Publication number: JP6758190B2
Application number: JP2016556947A
Authority: JP
Inventors: トビアスビョルンホフ; ラスムスオルション; アダムニルション
Original assignee: コレボンアーベー
Priority date: 2014-03-11
Filing date: 2015-03-11
Publication date: 2020-09-23
Anticipated expiration: 2035-03-11
Also published as: US10400803B2; CA2942431A1; CN106460890A; WO2015136002A1; US20170002848A1; EP3117108A1; CN106460890B; EP3117108B1; JP2017516031A; AU2015228845B2; AU2015228845A1

Description

本発明は、例えば２つの要素を接続する、摩擦接続手段に関し、より具体的には、複合材料を備える摩擦接続手段に関する。

異なる種類の摩擦継手は、今日周知であって広く使用されている。摩擦継手の一例は、特許文献１に開示され、特許文献１は、第１要素を第２要素の方へ圧力媒体によって押し付けるように配置された片側摩擦継手を示す。圧力媒体は、ピストンによって、第１要素のボアの壁に互いから離れて設けられているいくつかのポケットに押し付けられるように配置される。圧力媒体がポケットに押し付けられるとき、ポケットに設けられている要素は、径方向に移動し、ボアの形成可能な内壁を第２要素の方に押し付け、それによって摩擦継手を作り出す。この公知の摩擦継手が伴う欠点は、圧力媒体の均一な分布を提供することと、それによって第１および第２要素全体に沿った均一な圧力を提供することと、が難しいことであり、それは、望ましくない摩耗を引き起こすゆがんだ摩擦継手をもたらし得る。

他の公知の摩擦継手は、摩擦継手の要素が結合しようとしているときに、接着およびクレンチングのような技術を使用する。これらの技術が伴う主な不都合な点は、それらが所望の剛性または強度重量比を実現しないことである。また、留め具を使用する場合、要素は、留め具を受け取る凹部を有しなければならず、それは、材料の特性を変化および悪化させることがある。

多くの他の設計では、複合材料間の結合は、構造で最も弱いつながりであり、１つのあり得るこの理由は、今日使用されている材料（例えば鋼鉄）が重く、結合の破壊を引き起こすことである。

米国特許第４３６２４１１号

本発明の目的は、従来技術に対する改良を提供することである。この目的は、添付の独立請求項に定められる技術によって達成され、いくつかの実施形態が、関連する従属請求項に示される。

本発明の第１態様では、受取要素と係合要素とを備える摩擦接続手段の受取要素が提供される。受取要素は、摩擦によって係合要素の位置を受取要素に固定するように配置され、受取要素は、圧力媒体を含むように配置された少なくとも１つの加圧空間を含む少なくとも１つの圧力ポケットと、圧力ポケットの一面に少なくとも部分的に配置された少なくとも１つの第１炭素繊維複合材料層と、を備え、その層は、圧力ポケットからの所定の圧力下で圧力ポケットから離れる方向に膨らむように構成され、受取要素と係合要素との間の摩擦係合を作り出す。この摩擦継手は、要素の係合が、その特徴を変更することまたは余計な重量を加えることなく、可能になり、同時に被接続要素の所望の剛性および耐久性を保つので、有益である。

一実施形態では、炭素繊維複合材料層は、圧力ポケットを少なくとも部分的に囲むように配置される。この炭素繊維複合材料は、継手配置が作動するときに、摩擦継手を形成する。

好ましくは、アイドル状態の圧力ポケットは、円形のまたは楕円形の断面を有し、圧力が増加するときに径方向に膨らみ、炭素繊維複合材料層を径方向に膨らませる。動かなくない円形のまたは楕円形の断面によって、圧力ポケットおよび関連する受取要素は、対応する係合要素に挿入することまたは滑り込むことができる。

受取要素は、第１炭素繊維複合材料層に対して圧力ポケットの反対側に少なくとも部分的に配置された、少なくとも１つの第２炭素繊維複合材料層をさらに備えてよく、第１層および／または第２層は、所定の圧力下で圧力ポケットから離れる方向に膨らむように構成され、受取要素と係合要素との間の摩擦係合を作り出す。この炭素繊維複合材料は、継手配置が作動するときに、摩擦継手を形成する。

好ましい実施形態では、第１炭素繊維複合材料層と第２炭素繊維複合材料層とは、一体に接続される。共にそれらは、継手配置が作動するときに、摩擦継手を形成する。

炭素繊維複合材料ラッピングが、第１炭素繊維複合材料層の一面上に、または第２炭素繊維複合材料層の一面上に、配置されてよい。ラッピングは、圧力ポケットからの力を所望の方向に向けるという点において、有益である。

一実施形態では、圧力媒体は作動液である。

別の実施形態では、圧力媒体は、液体のプラスチック材料であり、それは、所定の圧力で固化し、永久状態を作り出す。

受取要素は、圧力手段をさらに備えてよく、圧力手段は、圧力媒体を圧力ポケットに押し込むことによって、圧力ポケットを加圧するように配置される。

好ましくは、第１および第２層に使用される炭素繊維複合材料は、編組組織を有する。編組構造が伴う利点は、圧力ポケットからの力を構造のある部分にだけ向けることである。

一実施形態では、圧力ポケットは、プラスチック材料を含む。

本発明の第２態様では、受取要素と、少なくとも１つの係合要素と、を備える摩擦接続手段が提供され、少なくとも１つの係合要素は、受取要素によって少なくとも部分的に囲まれるまたは受取要素に収納される。

一実施形態では、係合要素は、第２受取要素であり、圧力ポケットの加圧と、それによる第１および第２受取要素の第１および／または第２層の膨張と、は、同時に行われる。これは、同じ摩擦接続手段で２つの摩擦継手を形成するという点において、有益である。

本発明の第３態様では、受取要素を組み立てる方法が提供され、その方法は、少なくとも１つの加圧空間を有する少なくとも１つの圧力ポケットを提供するステップと、少なくとも１つの第１炭素繊維複合材料層を圧力ポケットの一面に少なくとも部分的に配置するステップと、圧力媒体を圧力ポケットに送り込むまたは押し込むことによって圧力ポケットを加圧するために、圧力ポケットに接続する圧力手段を提供するステップと、を含む。

本発明の第４態様では、受取要素を組み立てる方法が提供され、その方法は、少なくとも１つの加圧空間を有する少なくとも１つの圧力ポケットを提供するステップと、少なくとも１つの第１炭素繊維複合材料層を圧力ポケットの一面に少なくとも部分的に配置するステップと、圧力媒体を圧力ポケットに送り込むまたは押し込むことによって圧力ポケットを加圧するために、圧力ポケットに接続する圧力手段を提供するステップと、少なくとも１つの第２炭素繊維複合材料層を圧力ポケットの対向面に少なくとも部分的に配置するステップと、を含む。

本発明の態様では、炭素繊維複合材料を備える摩擦接続手段が提供される。

本発明のさらなる態様では、２部品アセンブリが提供され、第１部品は、第２部品の凹部に部分的に受け取られ、部品間の少なくとも接合部分または係合領域は、部品のいずれかにまたは両方に設けられた炭素繊維複合材料を備える。

本発明の実施形態は以下に記載され、添付図面が参照され、添付図面は、発明概念がどのように実行に移されることができるかについての非限定的例を示す。

本発明の第１実施形態による摩擦接続手段を示す。図１の摩擦接続手段の断面を示す。本発明の第２実施形態による摩擦接続手段を示す。図２の摩擦接続手段の断面を示す。本発明の第３実施形態による摩擦接続手段を示す。図３の摩擦接続手段の断面を示す。本発明の第４実施形態による摩擦接続手段を示す。図３の受取要素の斜視図である。図３の受取要素の断面を示す。図８の受取要素の断面である。本発明の第５実施形態に属する図７の受取要素を示す。本発明の第６実施形態による摩擦接続手段を示す。図９の線ＩＸＡ‐ＩＸＡに沿った断面である。本発明の第７実施形態による摩擦接続手段を示す。図１０の線ＸＩ‐ＸＩに沿った断面である。係合状態にある図１０の摩擦接続手段を示す。非係合状態にある本発明の第８実施形態による摩擦接続手段を示す。接続しているが非係合状態にある図１３の摩擦接続手段を示す。係合状態にある図１３の摩擦接続手段を示す。

以下に、ある実施形態が、添付図面に準拠してさらに十分に記載される。本発明は、しかしながら、多くの異なる形態で具体化されてよく、本明細書に記載されている実施形態に限定されると解されるものではない。むしろ、これらの実施形態は、この開示が、徹底的で完全であるように、および添付の請求項に定められているような本発明の範囲を当業者に十分に伝えるように、例として提供される。

本開示は、摩擦接続手段または摩擦継手に関し、それは、少なくとも２つの物体（例えば図１‐４に示されているような管または梁）、または摩擦継手から恩恵を受ける任意の他の要素、を接続するように構成される。摩擦継手１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、３つの管状要素を備え、それらのうち２つは、係合要素１２，１２ａ，１２ａ’，１２ｂ，１２ｃ例えば管または梁であり、３番目は、受取要素１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ、すなわち連結手順での作用部品である。受取要素１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、管状係合要素のそれぞれの端部を受け取るように構成された２つの環状ソケット２１，２１’，２１ａ，２１ａ’，２１ｂ，を有する。図４では、ソケット２１ｃ，２１ｃ’は、四角形である。従って、受取要素は、摩擦によって、係合要素１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃと係合するように設計され、こうして２つの要素間に強力な接続を作り出す。図２‐４に示されている受取要素１１，１１ｂ，１１ｃは、周辺フランジ２２，２２ｂ，２２ｃを有し、周辺フランジ２２，２２ｂ，２２ｃは、以下でさらに説明される内部空間を定める。

摩擦継手１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃの２つの要素は、複合材料または炭素繊維複合材料で作られ、この材料によって、ガラス繊維または炭素繊維などの複合材料も、鋼鉄などの非複合材料も、接続できるようになる。その材料によって、要素の係合が、その特徴を変更することまたは余計な重量を加えることなく、可能になり、同時に被接続要素の所望の剛性および耐久性を保つ。炭素繊維複合材料の使用は、摩擦継手の他の必要な特徴に影響を与えることなく、今日知られている摩擦継手と比べて非常に低い重量の摩擦継手１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃを提供する。

図１Ａでは、図１と同じ受取部品が示されているが、断面である。圧力ポケット１３ａも示されている。

図２Ａでは、図２と同じ摩擦接続手段１１ｂが、断面で示されている。この摩擦接続手段１１ｂは、二重である、すなわち、それは、反対方向に向けられた２つの圧力ポケット１３ｂ，１３ｂ’および２つの加圧空間１６ｂ，１６ｂ’を備える。これは、同じ摩擦継手手段１１ｂで２つの摩擦継手を形成する。さらに図に示されているのは、第１炭素繊維複合材料層１７ｂおよび第２炭素繊維複合材料層１８ｂであり、それらは強力な摩擦継手を形成する手段である。これらの層１７ｂ，１８ｂは、後でより詳しく説明される。

図３Ａでは、図３と同じ摩擦接続手段１１が、断面で示されている。摩擦接続手段１１は、加圧空間１６、圧力ポケット１３、第１炭素繊維複合材料層１７および第２炭素繊維複合材料層１８を備える。これらの部品の全ては、この出願で後に十分に説明される。図５‐７では、図３の摩擦接続手段の受取要素１１の異なる見え方および断面が、示されている。受取要素１１は、ソケット２１、加圧手段１４および圧力ポケット１３が備わっている。加圧手段１４内に、加圧空間１６が設けられ、加圧空間１６は、圧力媒体およびピストン１５を備える。圧力ポケット１３は、弾性袋体を備え、それは例えばプラスチック材料で作られることができ、圧力媒体は、液体のプラスチック材料である。代替として、圧力媒体は作動液を含む。プラスチック材料の形の圧力媒体は、摩擦接続要素１０のアイドル状態で液体であるが、所定の圧力でそれは固化する。

受取要素１１は、第１炭素繊維複合材料層１７をさらに備え、第１炭素繊維複合材料層１７は、圧力ポケット１３の一面に配置される。第２炭素繊維複合材料層１８は、一実施形態では、第１炭素繊維複合材料層１７に対して圧力ポケット１３の反対側に少なくとも部分的に配置されてよい。この第２層１８も、第１炭素繊維複合材料層１７も、ある圧力で圧力ポケット１３から離れる方向に膨らむように構成され、こうして受取要素１１と係合要素１２との間の摩擦係合を実現する。

加圧手段１４が圧力を提供するとき、ピストン１５は、加圧空間１６に移動し、固化する圧力媒体を圧迫する。圧力は、こうして圧力ポケット１３に提供され、圧力ポケット１３は、例えば作動液で満たされ、膨らむ。圧力ポケット１３は、圧力ポケット１３から離れる方向に、および係合要素１２に対して、膨らむように構成された、第１複合層１７および／または第２複合層１８を圧迫する。これが起こるとき、永久状態が達成され、受取要素１１と係合要素１２との間の強力な摩擦接続が得られる。

第１および第２炭素繊維複合材料層１７，１８は、編組構造で設計される。これは、摩擦継手１０のある部品をある所定の方向に膨らませる特定の方向に繊維を配置することによって、得られる。編組繊維構造を備えない継手１０の他の部品は、こうして膨らみによって影響を受けない。圧力ポケット１３からの力は、ラッピング１９によって導かれることができ、ラッピング１９は、第１炭素繊維複合材料層１７の一面上に、または、図７に示されているように、第２炭素繊維複合材料層１８の一面上に、配置される。この図では、第１層は、係合要素１２に対して押し付けられることによって、摩擦継手１０を形成し、ラッピング１９は、補強の役割を果たし、圧力ポケット１３がラッピング１９の方向に膨らむのを防ぐ。

圧力ポケット１３が均一に膨らむので、圧力は、ポケット１３の両側で得られる。第１実施形態では、ラッピング１９が配置されず、二重継手を提供する。第２実施形態では、ラッピング１９は、圧力ポケット１３の外側に設けられる。膨らんだ圧力ポケット１３からの力は、従って内側に向けられ、内側継手を形成する。第３実施形態では、ラッピング１９は、圧力ポケット１３の内側に設けられる。力は従って外側に向けられ、外側継手を形成する。

本発明の一実施形態による摩擦接続手段１１０の受取要素１１１が、図８に示されている。この摩擦接続手段１１０は、係合要素に挿入されるソケット１２１を備え、それは、図５‐７に関連して記載されたものと同じように機能するが、加圧手段１１４接続部は、継手１１０と同軸に配置されている。これは、平面に組み込まれる摩擦継手１１０が望ましいときに、有用である。

さらに別の摩擦接続手段２１０が、図９および９Ａに示されている。図９Ａの断面は、図９の線ＩＸＡ‐ＩＸＡに沿っている。この実施形態の概念は、前に記載された摩擦接続手段と同じである。しかし、この実施形態では、受取要素２１１は、圧力ポケット２１３が膨張していないときに、係合要素２１２にスライドするまたはスナップ嵌めされる。圧力が加圧手段２１４によって提供されるとき、圧力ポケット２１３は、膨らみ、要素２１１の内壁２２０に圧力を加え、受取要素２１１を全ての方向で係合要素２１２に対して係止する。

図１０‐１２では、一実施形態による摩擦継手３１０が示されている。図１１は、図１２のように、図１０の線ＸＩ‐ＸＩに沿った断面である。この継手３１０は、２つの平面３１１，３１２と互いに係合する。この摩擦接続手段３１０は、まさに先に記載されたように、圧力ポケット３１３を備えるが、この実施形態では、それは、プラスチック袋体ではなくてプラスチック管を備える。

圧力ポケット３１３が膨張していないとき、受取要素３１１は、係合部品３１２に挿入されてよい。これは、図１１に示されている。圧力が圧力手段３１４からかけられるとき、圧力ポケット３１３は、膨らみ、受取要素３１１に圧接し、受取要素３１１は、係合要素３１２の空洞を膨らませ、摩擦接続を形成する。受取要素３１１および係合要素３１２は、こうして摩擦継手によって共に係止する。圧力ポケット３１３のこの膨らんだ状態および共に係止した受取要素３１１および係合要素３１２は、図１２に示されている。

摩擦接続手段４１０の別の種類が、図１３‐１５に示されている。この実施形態の原理は、図１０‐１２に関連して記載されたものと同様であり、圧力ポケット４１３としてプラスチック管を含む。この実施形態では、両方の部品４３０，４４０が、受取要素４１１および係合要素４１２としてそれぞれ機能する。両方の要素４１１，４１２は、圧力ポケット４１３を備え、両方の要素４１１，４１２は、対向要素４１２，４１１が収容される空洞を備える。図１３では、摩擦接続手段４１０は、相互に分離された、非接続状態にある。図１４では、摩擦接続手段４１０は、互いに接続されているが、非係合である、すなわち、圧力はまだかけられていない。図１５では、圧力媒体は、加圧されており、圧力ポケット４１３は、膨らんでおり、それは、順にそれぞれの係合要素４１１を膨らませている。従って、全ての方向で摩擦接続手段４１０間の強力な接続が得られる。この実施形態は、摩擦接続手段４１０の１つの層に限定されず、互いの上に配置された摩擦接続手段４１０のアセンブリが提供されてよく、継手に追加の安定性を提供し、結果として生じる部品を確実に平らにする。

炭素繊維複合材料を使用することの利点は、繊維を特定の方向に配置できることであり、それは、摩擦継手の膨張可能部の設計を可能にし、膨張可能部は、特定の方向に膨張することができ、それによって、他の部分、または摩擦継手の方向が、膨張によって影響を受けないようにする。

摩擦接続手段は、圧力ポケットを含む圧力空間を備え、それは、圧力媒体からの圧力下で、受取要素の膨張可能部を圧迫するように配置され、膨張可能部は、係合要素と係合し、強力な接続を作り出す。圧力ポケットは、プラスチック材料製の弾性袋体として設計されてよい。

一態様では、摩擦接続手段は、上記の種類の受取要素と、少なくとも１つの係合要素と、を備え、少なくとも１つの係合要素は、その受取要素によって少なくとも部分的に囲まれるようにまたはその受取要素に収納されるように、配置される。

摩擦継手は、別の複合要素に組み込まれて使用されてもよく、その別の複合要素は、それから別の要素に接続されてよい。

一態様では、受取要素および係合要素を備える摩擦接続手段の受取要素、受取要素は、摩擦によって係合要素の位置を受取要素に固定するように構成され、受取要素は、加圧空間を含む圧力ポケットを備え、それは、圧力媒体と、圧力ポケットの一面に部分的に配置された炭素繊維複合材料層と、を含むように構成される。複合層は、圧力ポケットからの所定の圧力下で圧力ポケットから離れる方向に膨らむように構成され、受取要素と係合要素との間の摩擦係合を形成する。

当然のことながら、発明概念は、本明細書に記載された実施形態に限定されず、多くの変更が、添付の請求項に記載の発明の範囲内で実現可能である。例えば、摩擦継手は、別の複合要素に組み込まれて使用されてよく、その別の複合要素は、それから別の要素に接続されてよい。

Claims

受取要素と係合要素とを備える摩擦接続手段の受取要素であって、受取要素は、摩擦によって係合要素の位置を受取要素に固定するように配置され、受取要素は、
圧力媒体を含むように配置された少なくとも１つの加圧空間を含む少なくとも１つの圧力ポケットと、
圧力ポケットの一面に少なくとも部分的に配置された少なくとも１つの第１炭素繊維複合材料層と、
を備え、
前記第１炭素繊維複合材料層は、圧力ポケットからの所定の圧力下で圧力ポケットから離れる方向に膨らむように構成され、受取要素と係合要素との間の摩擦係合を作り出し、
受取要素は、第１炭素繊維複合材料層に対して圧力ポケットの対向面に少なくとも部分的に配置された、少なくとも１つの第２炭素繊維複合材料層をさらに備え、前記第１炭素繊維複合材料層および／または前記第２炭素繊維複合材料層は、所定の圧力下で圧力ポケットから離れる方向に膨らむように構成され、受取要素と係合要素との間の前記摩擦係合を作り出す、受取要素。
請求項１に記載の受取要素であって、前記第１炭素繊維複合材料層は、圧力ポケットを少なくとも部分的に囲むように配置されている、受取要素。
請求項１または２に記載の受取要素であって、アイドル状態の圧力ポケットは、円形のまたは楕円形の断面を有し、圧力が増加するときに径方向に膨らみ、前記第１炭素繊維複合材料層を径方向に膨らませる、受取要素。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の受取要素であって、前記第１炭素繊維複合材料層と前記第２炭素繊維複合材料層とは、一体に接続される、受取要素。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の受取要素であって、炭素繊維複合材料ラッピングが、第１炭素繊維複合材料層の一面上に、または第２炭素繊維複合材料層の一面上に、配置されている、受取要素。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の受取要素であって、圧力媒体は作動液である、受取要素。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の受取要素であって、圧力媒体は、液体のプラスチック材料であり、前記液体のプラスチック材料は、所定の圧力で固化し、永久状態を作り出す、受取要素。
請求項１〜７のいずれか１項に記載の受取要素であって、圧力手段をさらに備え、前記圧力手段は、圧力媒体を圧力ポケットに押し込むことによって、圧力ポケットを加圧するように配置される、受取要素。
請求項１〜８のいずれか１項に記載の受取要素であって、第１および第２炭素繊維複合材料層に使用される炭素繊維複合材料は、編組組織を有する、受取要素。
請求項１〜９のいずれか１項に記載の受取要素であって、前記少なくとも１つの圧力ポケットは、プラスチック材料を含む、受取要素。
摩擦接続手段であって、
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の受取要素と、
前記受取要素によって少なくとも部分的に囲まれるまたは前記受取要素に収納される、少なくとも１つの係合要素と、
を備える摩擦接続手段。
請求項１〜３または６〜１０のいずれかに記載の受取要素を組み立てる方法であって、
少なくとも１つの加圧空間を有する少なくとも１つの圧力ポケットを提供するステップと、
少なくとも１つの第１炭素繊維複合材料層を圧力ポケットの一面に少なくとも部分的に配置するステップと、
圧力媒体を圧力ポケットに押し込むことによって圧力ポケットを加圧するために、圧力ポケットに接続する圧力手段を提供するステップと、
を含む方法。
請求項１〜５または請求項１〜５を引用する請求項６〜１０のいずれかに記載の受取要素を組み立てる方法であって、
少なくとも１つの加圧空間を有する少なくとも１つの圧力ポケットを提供するステップと、
少なくとも１つの第１炭素繊維複合材料層を圧力ポケットの一面に少なくとも部分的に配置するステップと、
圧力媒体を圧力ポケットに押し込むことによって圧力ポケットを加圧するために、圧力ポケットに接続する圧力手段を提供するステップと、
少なくとも１つの第２炭素繊維複合材料層を圧力ポケットの対向面に少なくとも部分的に配置するステップと、
を含む方法。