特表 2024-513751 クロスアームのための複合構造体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-03-27

(54)【発明の名称】クロスアームのための複合構造体

(51)【国際特許分類】

   B32B 5/24 20060101AFI20240319BHJP

   E04H 12/10 20060101ALI20240319BHJP

   B32B 1/08 20060101ALI20240319BHJP

   B32B 27/40 20060101ALI20240319BHJP

   B32B 37/15 20060101ALI20240319BHJP

   B32B 37/24 20060101ALI20240319BHJP

【ＦＩ】

B32B5/24 101

E04H12/10 Z

B32B1/08 Z

B32B27/40

B32B37/15

B32B37/24

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023558352

(86)(22)【出願日】2022-03-22

(85)【翻訳文提出日】2023-11-14

(86)【国際出願番号】 CA2022050425

(87)【国際公開番号】W WO2022198313

(87)【国際公開日】2022-09-29

(31)【優先権主張番号】63/164,475

(32)【優先日】2021-03-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523359180

【氏名又は名称】アールエステクノロジーズ インク

【氏名又は名称原語表記】ＲＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ ＩＮＣ．

【住所又は居所原語表記】２２ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｐａｒｋ Ｒｏａｄ， Ｔｉｌｂｕｒｙ， Ｏｎｔａｒｉｏ Ｎ０Ｐ ２Ｌ０ ＣＡＮＡＤＡ

(74)【代理人】

【識別番号】100117514

【弁理士】

【氏名又は名称】佐々木 敦朗

(72)【発明者】

【氏名】ショーン ヴァン ホエクパターソン

(72)【発明者】

【氏名】ミンゾン チャン

(72)【発明者】

【氏名】ジョエル テニソン

(72)【発明者】

【氏名】マーク フォーゲット

(72)【発明者】

【氏名】スコット ティー ホームズ

【テーマコード（参考）】

4F100

【Ｆターム（参考）】

4F100AG00A

4F100AK01A

4F100AK51A

4F100AK51B

4F100BA02

4F100BA07

4F100BA31A

4F100BA31B

4F100DA11

4F100DA11A

4F100DA11B

4F100DB01A

4F100DB01B

4F100DG01A

4F100DH01

4F100DH01A

4F100DJ01

4F100DJ01B

4F100EJ82A

4F100GB07

4F100JA14B

4F100JD09

4F100JD09A

4F100JD09B

4F100JL09

4F100JL09A

4F100YY00A

4F100YY00B

(57)【要約】

【課題】クロスアームやブレースなどの複合構造体において、機械的および電気的性能の問題を低減し、配置されている環境の厳しさに耐える。
【解決手段】複合構造体であり、内部芯がフォームから構成され、および外部シェルが内部芯を取り囲み、外部面と、内部芯に統合的に結合した内部面を持ち、繊維補強と樹脂の混合物から構成され、前記樹脂は紫外線（ＵＶ）に対して耐性を有し、さらに、樹脂が外部シェルの外部面から内部面まで拡張し、そのため樹脂によって提供されるＵＶ耐性が外部シェルの外部面から内部面まで拡張していることを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複合構造体であり、
内部芯がフォームから構成され、および
外部シェルが内部芯を取り囲み、外部面と、内部芯に統合的に結合した内部面を持ち、繊維補強と樹脂の混合物から構成され、
前記樹脂は紫外線（ＵＶ）に対して耐性を有し、
さらに、樹脂が外部シェルの外部面から内部面まで拡張し、そのため樹脂によって提供されるＵＶ耐性が外部シェルの外部面から内部面まで拡張している
ことを特徴とする複合構造体。

【請求項2】

請求項１の複合構造体において、繊維補強はガラス繊維を含むことを特徴とする。

【請求項3】

請求項１または２の複合構造体において、繊維補強は樹脂によって含浸されていることを特徴とする。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１つの複合構造体において、複合構造体はプルトルージョンプロセスによって形成されていることを特徴とする。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１つの複合構造体において、樹脂は脂肪族のポリウレタン樹脂を含むことを特徴とする。

【請求項6】

請求項５の複合構造体において、脂肪族のポリウレタン樹脂はｄｉｃｙｃｌｏｈｅｘｙｌｍｅｔｈａｎｅ ｄｉｉｓｏｃｙａｎａｔｅ（ＨＭＤＩ）－ｔｅｒｍｉｎａｔｅｄ ｐｏｌｙｅｔｈｅｒ ｐｒｅｐｏｌｙｍｅｒまたは脂肪族のイソシアネート樹脂であることを特徴とする。

【請求項7】

請求項６の複合構造体において、脂肪族のポリウレタン樹脂はヘキサメチレンジイソシアネートに基づく脂肪族のイソシアネート樹脂であることを特徴とする。

【請求項8】

請求項１～７のいずれか１つの複合構造体において、混合物は外部シェルの外部面と内部面との間で少なくとも部分的に拡張していることを特徴とする。

【請求項9】

請求項８の複合構造体において、混合物は外部シェルの外部面から内部面まで拡張していることを特徴とする。

【請求項10】

請求項１～９のいずれか１つの複合構造体において、樹脂はＡＳＴＭ Ｇ１５４に従った８，０００時間のＵＶ放射の加速露出に耐性を持つことを特徴とする。

【請求項11】

請求項１～１０のいずれか１つの複合構造体において、内部芯は外部シェルに統合的に結合していることを特徴とする。

【請求項12】

請求項１～１１のいずれか１つの複合構造体において、複合構造体は全体の複合構造体を通してＵＶ耐性を持つことを特徴とする。

【請求項13】

請求項１～１２のいずれか１つの複合構造体において、複合構造体は外部シェルにＵＶ耐性のコーティングを備えていないことを特徴とする。

【請求項14】

請求項１～１３のいずれか１つの複合構造体において、フォームはポリウレタンを含むことを特徴とする。

【請求項15】

請求項１～１４のいずれか１つの複合構造体において、フォームは閉細胞フォームであることを特徴とする。

【請求項16】

請求項１～１５のいずれか１つの複合構造体において、フォームは高密度フォームであることを特徴とする。

【請求項17】

請求項１～１６のいずれか１つの複合構造体において、フォームの密度は少なくとも約５ポンド／立方フィートであることを特徴とする。

【請求項18】

請求項１７の複合構造体において、フォームの密度は約１０ポンドから約２０ポンド／立方フィートであることを特徴とする。

【請求項19】

請求項１～１８のいずれか１つの複合構造体において、内部芯は少なくとも３００ポンド／平方インチの圧縮強度を持つことを特徴とする。

【請求項20】

請求項１～１９のいずれか１つの複合構造体において、複合構造体は非伝導性であることを特徴とする。

【請求項21】

請求項１～２０のいずれか１つの複合構造体において、樹脂は火に耐性を持つことを特徴とする。

【請求項22】

請求項１～２１のいずれか１つの複合構造体において、複合構造体は長尺の部材を形成することを特徴とする。

【請求項23】

請求項２２の複合構造体において、エンドキャップが長尺の部材の両端に固定されていることを特徴とする。

【請求項24】

請求項２３の複合構造体において、エンドキャップのうち少なくとも１つがＵＶ耐性を持つことを特徴とする。

【請求項25】

請求項２４の複合構造体において、エンドキャップのうち少なくとも１つはＵＬ－７４６ Ｆ１の評価を満たすことを特徴とする。

【請求項26】

請求項２２～２５のいずれか１つの複合構造体において、エンドキャップのうち少なくとも１つはＵＶ耐性のプラスチックを含むことを特徴とする。

【請求項27】

請求項２２～２６のいずれか１つの複合構造体において、エンドキャップのうち少なくとも１つは、長尺の部材の端のうちの１つにエンドキャップを固定するための１つまたは複数の保持機能を含むことを特徴とする。

【請求項28】

請求項２７の複合構造体において、１つまたは複数の保持機能は弾性に偏っていることを特徴とする。

【請求項29】

請求項２２～２８のいずれか１つの複合構造体において、長尺の部材は長方形であることを特徴とする。

【請求項30】

請求項２９の複合構造体において、内部芯の断面の少なくとも１つの角が直線部分を含み、その断面は長尺の部材によって定義される縦軸に対して垂直に取られることを特徴とする。

【請求項31】

請求項２９または３０の複合構造体において、外部シェルの断面の少なくとも１つの角が曲がっており、その断面は長尺の部材によって定義される縦軸に対して垂直に取られることを特徴とする。

【請求項32】

複合構造体を形成する方法であり、
プルトルージョンにより、繊維補強と樹脂との混合物から成る外部シェルを形成することにおいて、樹脂は紫外線（ＵＶ）に対して耐性を有し、および
外部シェルのプルトルージョン中に、外部シェルにより定義される空間をフォームで充填することを特徴とする。

【請求項33】

請求項３２の方法において、空間を充填することは、フォームをその空間に注入することを含むことを特徴とする。

【請求項34】

請求項３２または３３の方法において、プルトルージョンによる外部シェルの形成は、繊維補強を外部シェルのプリフォームに成形することを含むことを特徴とする。

【請求項35】

請求項３４の方法において、プルトルージョンによる外部シェルの形成は、プルトルージョン中にプリフォームに樹脂を注入することも含むことを特徴とする。

【請求項36】

請求項３４または３５の方法において、フォームで空間を充填することは、プリフォームが約１２０℃から約１５０℃の温度である間に空間をフォームで充填することを含むことを特徴とする。

【請求項37】

請求項３２～３６のいずれか１つの方法において、空間は、外部シェルのプルトルージョンと同時進行でフォームで充填されることを特徴とする。

【請求項38】

請求項３２～３７のいずれか１つの方法において、外部シェルのプルトルージョン中に空間がフォームで充填される結果として、フォームは外部シェルに統合的に結合することを特徴とする。

【請求項39】

請求項３２～３８のいずれか１つの方法において、樹脂は外部シェルの外部面から内部面まで拡張し、樹脂によって提供されるＵＶ耐性が外部シェルの外部面から内部面まで拡張しており、その内部面はフォームに統合的に結合していることを特徴とする。

【請求項40】

請求項１～３１のいずれか１つの複合構造体を含むことを特徴とする公益用ポールのクロスアーム。

【請求項41】

請求項１～３１のいずれか１つの複合構造体を含むことを特徴とする公益用ポールのブレース。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、クロスアームに適した複合構造体に関する。本開示はさらに、複合構造体を備えるクロスアームまたはブレース部材などの様々な装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電柱に使用されるクロスアームは、配置されている環境の厳しさに耐えることが重要となる。しかし、既存のクロスアームは、より長い寿命を享受するのを妨げる１つまたは複数の欠点を持っている。

【0003】

例えば、木製のクロスアームは少なくとも以下の理由で問題がある。
（１）亀裂、割れ、腐敗、昆虫の侵入、腐食などが原因で、時間とともにクロスアームの構造が劣化する。
（２）エンジニアリング製品ではなく、そのため、エンジニアリング材料で作られた製品と同じ方法で相対的な性能を確定することはできない（これは、初回のインストール時とクロスアームの寿命を通じての両方での懸念である。その性能は、確立するのが難しい速度で次第に低下する。）
（３）例えば、造林加工のため、機械的特性が低下する傾向がある。

【0004】

コンクリート製クロスアームは、浸食による亀裂、剥離、腐食、劣化が発生しやすい。鋼製クロスアームは導電性があり、予防的（場合によっては有毒な） コーティングを施さない限り時間の経過とともに腐食し、アークが発生しやすいため、ポールトップ火災を容易に引き起こす可能性がある。腐敗、腐敗、劣化は、このようなクロスアームに２つの非常に重大な問題を引き起こすこととなる。
(1) 設置中および時間の経過による構造的欠陥、および早期の構造的破損が生じる。
(2) 電気的故障に伴うアーク放電や電流の追跡の可能性があり、漏れ電流が流れて短絡が発生し、ポールトップ火災や無実の周囲の人の感電死を引き起こす可能性がある。

【0005】

これらの欠点に対処するために、複合クロスアームは２５年以上市場で流通しており、木材、鋼鉄、コンクリートの提供よりも改善されているものの、現在利用可能な複合クロスアームも紫外線（ＵＶ）放射劣化、摩耗、および表面の浸食のメカニズムに対して脆弱であり、これにより時間とともに多数の機械的および電気的性能の問題が発生している。この歴史と経験を持っていても、長期間機能しない劣った複合構造体が木材、コンクリート、および鋼鉄のクロスアームの問題に対処するために使用され続けている。

【0006】

ほとんどの複合クロスアームメーカーは、わずか２５～４０年の使用期間での性能を主張している。使用期間中の実際の性能は大きく異なり、一部の顧客は、使用開始２５年を迎えるずっと前に、ガラス繊維複合クロスアームが露出したガラス繊維（「ガラス繊維」とも呼ばれる）で「ブルーミング」していると報告している。このブルーミングを単なる表面上または取り扱い上の問題と考える人もいるが、構造的および電気的性能の低下による複合材表面のこの破壊が実際の懸念事項であると考える人もいる。この変更された表面は化粧的に否定的な効果を持つかもしれないが、クロスアームを通じて短絡が発生するか、または大量の漏れ電流がクロスアームを通ってポール構造に輸送される場合、これは壊滅的な故障を引き起こす電流の追跡の経路を作る可能性がある。

【発明の概要】

【0007】

開示の第一の側面によれば、以下を含む複合構造体が提供される。
泡を含む内部コア、および
内部コアを取り囲む外部シェルで、この外部シェルは繊維補強材と樹脂の混合物から成り、この樹脂は紫外線（ＵＶ）放射に対して耐性がある。

【0008】

繊維補強材は、ファイバーグラスを含めることができる。
繊維補強材は、樹脂によって含浸されることができる。
複合構造体は、プルトルージョンプロセスによって形成することができる。
樹脂は、脂肪族のポリウレタン樹脂を含められる。

【0009】

その脂肪族のポリウレタン樹脂は、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート（ＨＭＤＩ）末端のポリエーテル前駆体、または脂肪族のイソシアネート樹脂とすることができる。

【0010】

その脂肪族のポリウレタン樹脂は、ヘキサメチレンジイソシアネートに基づく脂肪族のイソシアネート樹脂とすることができる。
その混合物は、外部シェルの外部表面と外部シェルの内部表面との間の少なくとも一部に延ばすことができる。
その混合物は、外部シェルの外部表面から外部シェルの内部表面にかけて延ばすことができる。

【0011】

樹脂は、ＡＳＴＭ Ｇ１５４に従った８，０００時間のＵＶ放射への加速暴露に耐性を持たせることができる。
樹脂は、外部シェルの外部表面と外部シェルの内部表面との間の少なくとも一部に延ばすことができる。
樹脂は、外部シェルの外部表面から外部シェルの内部表面にかけて延ばすことができる。
内部コアは、外部シェルに一体的に結合させることができる。
その複合構造体は、全体の複合構造体を通じてＵＶ耐性を持たせることができる。

【0012】

その複合構造体は、外部シェルに提供されたＵＶ耐性コーティング、たとえばＵＶ耐性樹脂とは異なる二次的またはインラインのＵＶ耐性コーティングは含めないようにしてもよい。

【0013】

その泡は、ポリウレタンを含めることができる。
その泡は、閉細胞の泡とすることができる。
その泡は、高密度の泡とすることができる。
その泡の密度は、おおよそ１立方フィートあたり５ポンド以上とすることができる。
その泡の密度は、おおよそ１立方フィートあたり１０ポンドから２０ポンドの範囲とすることができる。

【0014】

内部コアは、少なくとも１平方インチあたり３００ポンドの圧縮強度を持たせることができる。
その複合構造体は、非伝導性とすることができる。
樹脂は、耐火性とすることができる。
その複合構造体は、細長い部材を形成することができる。
エンドキャップは、細長い部材の端部に固定することができる。
エンドキャップの少なくとも１つは、ＵＶ耐性を持たせることができる。
エンドキャップの少なくとも１つは、ＵＬ－７４６ Ｆ１の評価を満たしていることが好ましい。

【0015】

エンドキャップの少なくとも１つは、ＵＶ耐性のあるプラスチックを含めてもよい。
エンドキャップの少なくとも１つは、細長い部材の端部の１つにエンドキャップの少なくとも１つを固定するための１つ以上の保持機能を含めてもよい。
１つ以上の保持機能は、弾性により偏向させることができる。

【0016】

細長い部材は、長方形とすることができる。
細長い部材によって定義される長手軸に直交して取られる断面の内部コアの少なくとも１つの角は、直線部分を含めることができる。細長い部材によって定義される長手軸に直交して取られる断面の外部シェルの少なくとも１つの角は、曲がっていてもよい。

【0017】

本開示のさらなる側面によれば、以下のステップを含む複合構造体を形成する方法が提供される。
外部シェルを、紫外線（ＵＶ）放射線に対して耐性のある樹脂と、繊維補強材の混合物を含むようにプルトルージョンによって形成し、外部シェルのプルトルージョン中に、外部シェルによって定義されるキャビティを泡で充填する。
キャビティの充填は、泡をキャビティに注入することを含めることができる。
外部シェルのプルトルージョンによる形成は、繊維補強材を外部シェルのプリフォームに成形することを含めてもよい。

【0018】

外部シェルのプルトルージョンによる形成は、さらに、プルトルージョン中にプリフォームに樹脂を注入することを含めることができる。
キャビティを泡で充填することは、プリフォームが約１２０度Ｃから約１５０度Ｃの温度である間、キャビティを泡で充填することを含めることができる。
キャビティは、外部シェルのプルトルージョンと同線上で泡で充填することができる。
外部シェルのプルトルージョン中にキャビティが泡で充填される結果として、泡は外部シェルに一体的に結合されることができる。

【0019】

本開示のさらなる側面によれば、上記の複合構造体のいずれかを含む、ユーティリティポール用のクロスアームおよびユーティリティポール用のブレースが提供される。

【0020】

この要約は、すべての側面の全範囲を必ずしも説明しているわけではない。他の側面、特徴、および利点は、特定の実施形態の以下の説明を検討することにより、当該技術分野の通常の技術者にとって自明なことも含まれる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

本開示の実施形態は、添付の図面とともに詳しく説明される。

【図1】本開示の実施形態に従ったコンポジットメンバーの透視図である。

【図2】図１のコンポジットメンバーの断面図で、本開示の実施形態に従っている。

【図3】図２の断面の角部の拡大図で、本開示の実施形態に従っている。

【図4】本開示の実施形態に従ったクロスアームの側面図である。

【図5】クロスアームとクロスブレースを持つユーティリティポールを示しており、本開示の実施形態に従っている。

【図6】（ａ）－（ｃ）は、それぞれ、エンドキャップの端面図、側面図、および断面図で、本開示の実施形態に従っている。

【図7】（ａ）－（ｃ）は、それぞれ、エンドキャップの端面図、側面図、および断面図で、本開示の実施形態に従う。

【図8】エンドキャップ付きのクロスアームの透視図で、本開示の実施形態に従う。

【図9】複合構造体を形成する方法のフローダイアグラムで、本開示の実施形態に従う。

【発明を実施するための形態】

【0022】

本開示は、クロスアームのための改良された複合構造体を提供することを目的としている。以下で開示のさまざまな実施形態が説明されるが、この開示はこれらの実施形態に限定されるものではなく、これらの実施形態の変種も開示の範囲内に含まれる可能性があり、その範囲は添付の請求の範囲のみで限定されるものとする。

【0023】

一般的に、開示の実施形態によれば、例えば電柱のクロスアームやブレース（クロスブレースなど）を作るために使用される複合構造体の実施形態が説明されている。この複合構造体は、内部の構造的発泡コアと、内部コアを囲む外部のシェル複合体で構成されており、この外部のシェル複合体は、例えばガラス繊維という繊維補強材と樹脂との混合物で構成されている。この樹脂は紫外線（ＵＶ放射線）に耐性があり、脂肪族のポリウレタン樹脂を含めることができる。

【0024】

既存の複合クロスアームは、通常、耐候性およびＵＶ放射線からの保護を提供するためにＵＶ耐性のコーティングで被覆されている。ＵＶコーティングは薄く、通常は１－３ミルの厚さであり、したがって時間とともに剥がれたり、割れたり、ひび割れたり、ピンホールが発生したりする可能性がある。したがって、このようなコーティングは、通常、クロスアームに表面レベルの保護（すなわち短期間の保護）しか提供しないため、この外部のコーティングが破れた後、クロスアームの劣化が進行し、ガラス繊維の露出量が徐々に増加し、大気中の汚染物質、導電性の粒子、および湿気が内部の層に浸透し、浸透する経路が増えていくこととなる。

【0025】

ガラス繊維と紫外線（ＵＶ）耐性樹脂の混合物を含む外部シェルを使用することで、複合構造体全体に紫外線保護が統合され、外部シェルの全体の厚みにわたって拡がる可能性がある。このような保護により、クロスアームや複合構造体を組み込んだ他のデバイスは、時間の経過とともに水分の浸透、腐敗、崩壊、腐食、侵食などへの抵抗性が向上する可能性がある。したがって、このようなクロスアームや他のデバイスは、約８０～１００年の有用な寿命を持つ可能性がある。これの結果として、電気サービスおよびシステムの信頼性の観点から、クロスアームは連鎖の「弱点」にならない可能性がある。例えば、ここで述べられている実施形態に従うクロスアームの予想される寿命は、電柱やその他の電柱のコンポーネントの予想される寿命に非常に近いものである。これにより、計画された点検／保守が必要とされる量が減少する可能性がある。開示の実施形態のその他の利点は、以下の詳細な説明で明らかになる。

【0026】

図１および図２には、開示の実施形態に従って形成されたビーム状の長方形の複合部材１０のビューが示されている。複合部材１０は一般的に矩形の形状をしているが、複合部材１０は他の適切な形状を取ることができ、例えば三角形や六角形の断面を持つことができる。複合部材１０は、図９と関連して以下でさらに詳しく説明されるプルトルージョンプロセスに従って形成されるが、一部の実施形態によれば、複合部材１０は、この技術分野の技術者に既知の１つ以上の他のプロセスに従って形成される可能性がある。例えば、複合部材１０は、ＵＳ特許公開番号ＵＳ ２００９／００２３８７０に記述されているプルトルージョンプロセスに従って形成される可能性があり、これは参照としてその全体でここに組み込まれる。一部の実施形態によれば、プルトルージョンプロセスのみに従って形成される代わりに、複合部材１０は、プルトルージョンとフィラメント巻きの組み合わせ、またはフィラメント巻きのみによって形成される可能性がある。

【0027】

複合部材１０は、外部シェル複合体１４によって定義される内部キャビティを充填する構造フォームを含む内部フォームコア１２を含んでいる（内部フォームコア１２は、全体を通じて内部コア１２として参照されることがある）。具体的には、内部コア１２は、高密度の閉細胞の芳香族ポリウレタンフォームで形成されているが、一部の実施形態によれば、拡張可能なポリスチレンフォーム、脂肪族ポリウレタンフォーム、または１つ以上のエポキシ誘導体フォームなど、他のタイプのフォームを使用することができる。このフォームは複合部材１０に剛性と安定性を提供するとともに、複合構造体への水分の侵入を防ぐ。フォームは、圧縮強度がスルーボルトの適用中の破砕に対して十分であり、スルーボルトの適用に関連する圧縮力に耐えるために、好ましくは立方フィート当たり少なくとも５ポンド、さらに好ましくは１０から２０ポンドの密度を持つ。

【0028】

内部コア１２を囲むのは、ガラス繊維と紫外線耐性樹脂の混合物を含む外部シェル複合体１４である（外部シェル複合体１４は、全体を通じて外部シェル１４として参照されることがある）。一部の実施形態によれば、樹脂は脂肪族ポリウレタン樹脂であるが、他のタイプの樹脂も使用することができる。一部の実施形態によれば、ガラス繊維の代わりに、他のタイプの繊維を使用した他のタイプの繊維補強が使用されることがある。例えば、玄武岩繊維や炭素繊維などである。一部の実施形態によれば、樹脂はＡＳＴＭ Ｇ１５４（非金属材料の露出のための蛍光紫外線（ＵＶ）ランプ装置の操作のための標準実践）に従った加速された耐候性の少なくとも８，０００時間に耐え、水泡、亀裂、チェック、または剥がれなどの顕著な劣化がないようにする必要がある。脂肪族ポリウレタン樹脂は、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート（ＨＭＤＩ）－末端ポリエーテルプレポリマーやヘキサメチレンジイソシアネートを基盤とする脂肪族イソシアネート樹脂であることができる。一部の実施形態によれば、外部シェル１４は約０．２インチから約１インチの厚さを持つ。

【0029】

外部シェル１４を、後述のようなプルトリュージョンプロセスに従って形成する際、ガラス繊維は樹脂によって含浸される。したがって、付属品のために穴が開けられた内側のエッジを含む、複合部材１０の全てまたは実質的に全ての面に紫外線保護が存在することができる。特に、図２を参照すると、樹脂によって提供されるＵＶ耐性は、外部シェル１４の外部面１６から外部シェル１４の内部面１８まで一般的に延びている。一部の実施形態によれば、外部シェル１４の特定の領域での樹脂の濃度が他の領域よりも高い場合がある。例えば、図２を参照すると、一部の実施形態によれば、樹脂は外部面１６と内部面１８との間の一部だけに延びる場合がある。例えば、外部面１６と内部面１８との間の距離の最大９０％までとなる。

【0030】

複合部材１０が形成される特定のプルトリュージョンプロセスのおかげで、内部コア１２は外部シェル１４に統合的に接着される。例えば、内部コア１２は外部シェル１４に化学的に結合されるか、外部シェル１４に機械的に結合されるか、または外部シェル１４に対して化学的かつ機械的に結合する組み合わせとなる。特に、後述のように、外部シェル１４のプルトリュージョン中に外部シェル１４内に形成される中央のキャビティは、外部シェル１４がランミネートの保存のために十分に冷却された後、例えば約１２０度から約１５０度セルシウスの範囲で、例えば約１３５度セルシウスで、まだ高温である間に、例えば注入によって、フォームで満たされる。その結果、ガラス繊維と樹脂の複合物を含む外部シェル１４は、内部コア１２を形成する膨張ポリウレタンフォームに構造的に結合される。

【0031】

有利な点として、プルトリュージョンプロセス中にフォームを提供することで、外部シェル１４の内部面１８に統合的に結合された構造フォーム材料を提供するための二次操作の必要性を回避することができる。その結果、複合部材１０は、ハードウェアのインストール前の二次補強やブッシングの必要性を排除するための十分な圧縮強度（例：最大約３００ｐｓｉ）と剛性を提供し、圧縮されることなく典型的な組み立てやインストール荷重を支持することができる。例えば、一部の実施形態によれば、立方フィートあたり１２ポンドの密度のフォームの場合、５％の変形時に３７５ｐｓｉ、１０％の変形時に３９０ｐｓｉとして圧縮強度が測定された。一部の実施形態によれば、立方フィートあたり１５ポンドの密度のフォームの場合、５％の変形時に５６５ｐｓｉ、１０％の変形時に６１５ｐｓｉとして圧縮強度が測定された。さらに、立方フィートあたり２５ポンドの密度のフォームの場合、５％の変形時に１，２３５ｐｓｉ、１０％の変形時に１，４９０ｐｓｉとして圧縮強度が測定された。さらに、複合部材１０は、衝撃や動的衝撃荷重による外部シェル１４の亀裂や早期故障に対する耐性が向上するかもしれない。さらに、構造フォームは追加のエネルギー吸収およびエネルギーダンピング機構として機能することができる。

【0032】

さらに、内部コア１２に統合的に結合された外部シェル１４を提供することで、複合部材１０は現地での穴あけが可能となる。これは、標準的なフレーム穴が提供されていない場合や、現地での変更が必要な場合に柔軟性を提供する可能性がある。多くの典型的なクロスアームでは、圧縮荷重を満たすための挿入物の追加、ブッシング、または接着剤シーラーを含む、現地での穴あけのための特別な手順が必要である。挿入物の追加、および工場での二次プロセスの必要性は、挿入物がクロスアームにローカル補強を提供することを可能にする典型的な実践である。クロスアームの内部の任意の開放領域を完成前にフォームで補充することも典型的である。このような手順は、現地での実施が難しいため、現地で穴あけができない製品は望ましくない。現地での二次ブッシングおよび／または挿入物の追加も、電力会社が実施するのに煩雑であり、望ましくなく、省略されたり、インストールが不適切であったりする場合には、インストール時に構造的なダメージを引き起こす可能性のあるインストールエラーにつながる可能性がある。さらに、挿入物はクロスアームに重量とコストを追加し、場合によっては、時折必要な現地での穴あけの能力を制限することがある。

【0033】

内部コア１２と外部シェル１４との間に形成される結合は、湿気や昆虫へのバリアとしても機能するかもしれない。既存のクロスアームのフォーム内部は、通常、二次的なプロセスを使用して追加されるため、フォームが外部シェルに適切に密着しない場合がある。このようなフォームの内部は、変わる環境条件に伴い、時間の経過とともに収縮や変形が発生する可能性が高く、複合壁との接続結合が不足しているため、湿気や昆虫がクロスアーム内の利用可能な開放空間に入り込み、その空間を占有する隙間を残す可能性がある。

【0034】

図３に移ると、複合部材１０の断面の角の拡大図が示されている。見て取れるように、内部コア１２の断面の角は直線部分１１で構成されているが、外部シェル１４の断面の角は、直線部分がなく曲線で構成されている。したがって、外部シェル１４の角の曲率は滑らかで一定であるのに対し、内部コア１２の角の曲率は、外部シェル１４の厚みを複合部材１０の角に増加させるための平坦な面取り領域によって中断される。この特徴により、二軸および連続フィラメントマットの均一な内部ラミネート補強構造を維持しつつ、各角に大量の単方向ロービングを局所的に挿入することができる。

【0035】

図４に移ると、ここで述べられた複合構造体を使用して形成されたクロスアーム２０が示されている。クロスアーム２０は、金属製のセンターマウントブラケットに取り付けられ、そのブラケットがユーティリティポールなどに取り付けられる構造的負荷支持部材である。クロスアーム２５がユーティリティポールに固定されている例がＦＩＧ．５に示されている。クロスアーム２５の機能は、事前に定義された場所でクロスアーム２５を通して絶縁体を固定することにより、フェーズ間および接地または中性線間の導体間隔を維持することである。絶縁体は、設計やタイプが異なるかもしれないが、確実にクランプまたはボルトでクロスアーム２５に固定される取り付けスタッドを使用してクロスアーム２５に取り付けられる。また、ＦＩＧ．５には、ここで定義された複合構造体を取り入れることもできるクロスブレース２６も示されている。

【0036】

図４で見ることができるように、クロスアーム２０には、クロスアーム２０の両端に形成されたインデックス付き保持機能２２（穴、スリット、または切り込みなど）が含まれている。保持機能２２は、クロスアーム２０の反対側の面を通って穿孔され、クロスアーム２０の端面２１からインデックスされ、耐衝撃エンドキャップ３０の対応する保持ボタン３１との係合のためのものである（ＦＩＧＳ．６Ａ－６Ｃでさらに詳しく説明する）。以下でさらに詳しく説明するように、保持ボタン３１は、スプリングレバー３５によって活性化されるため、エンドキャップ３０がクロスアーム２０の端面２１と面一になると、保持ボタン３１は弾性的に保持機能２２に向かって偏向される。エンドキャップ３０が、保持ボタン３１が保持機能２２に係合することによって所定の位置にロックされると、クロスアーム２０の端面２１へのエンドキャップのきっちりとしたフィットが保証され、これにより、クロスアーム２０の内部への潜在的な湿気や昆虫の侵入が封じ込められる。

【0037】

クロスアーム２０には、さらに、ボルトを使ってクロスアーム２０を中心に配置された取り付けブラケット（図示されていない）に取り付けるために、アウターシェル１４とインナーコア１２を通して穿孔された取り付けボルト用の貫通穴２４が含まれている。これは後でユーティリティポールなどに取り付けるためのものである。構造的な閉セルフォームであるインナーコア１２は、約７５ ｆｔ．－ｌｂｓまでのボルトトルク荷重での圧縮を回避するのに十分な最小密度を持つかもしれない。

【0038】

図６（ａ）－（ｃ）に移ると、クロスアーム２０の端面２１を密封するためのセルフロッキングエンドキャップ３０の異なるビューが示されている。上記で述べたように、耐衝撃エンドキャップ３０は、要素や取り扱い、取り付け、そしてサービス中の潜在的な衝撃から露出したインナーコア１２を保護するために、クロスアーム２０の端面２１に取り付けられる。さらに、上記および下記で述べたように、エンドキャップ３０は、失敗する可能性のある留め具や接着剤を必要とせずにクロスアーム２０に固定できるかもしれない。エンドキャップ３０はまた、紫外線に対して耐性を持つものであり、例えば、Ｌｅｘａｎ Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ ＳＬＸ ２２７１、Ｌｅｘａｎ １４３Ｒ、Ｇｅｌｏｙ Ｒｅｓｉｎ ＸＰ４０３４、またはＭａｋｒｏｌｏｎ ２６０７のような１つ以上の紫外線安定ポリマーを含む材料で作られているかもしれない。上記および下記で述べた固定手段を提供することにより、クロスアーム２０の端面２１にエンドキャップ３０を固定すると、エンドキャップ３０が現場で取れる可能性が低くなり、それによってインナーコア１２のフォームが環境に直接露出し、早期の浸食およびクロスアームの故障を引き起こすことが避けられる。

【0039】

エンドキャップ３０は、一般的には長方形のエンドプレート３４と、それから延びるリップシール３３を備えている。エンドキャップ３０にはさらに、エンドプレート３４から延びる一対の保持タブ３２とスプリングレバー３５が含まれている。保持タブ３２は、エンドプレート３４と一体に成形されているため、エンドプレート３４に挿入力がかかると、保持タブ３２の複合部材１０の側面の内壁に沿って移動する間に、保持タブ３２に伝達できる。スプリングレバー３５は、保持タブ３２に成形され、保持タブ３２の根元に取り付けられる。スプリングレバー３５を形成する成形プラスチック材料は、エンドキャップ３０が挿入され、保持ボタン３１が複合部材１０の側面の内壁によって押されるとき、スプリングレバー３５を内向きに曲げるのに十分な柔軟性を持っている。保持ボタン３１は、スプリングレバー３５の端に位置しており、エンドプレート３４の中心から離れて延びている。

【0040】

挿入中、保持ボタン３１はスプリングレバー３５を動作させ、スプリングレバー３５を押し戻して前荷重をかける。保持ボタン３１がクロスアーム２０の両側のインデックス付けされた保持機能２２に達すると、スプリングの力はリリースされ、スプリングレバー３５が動作して保持ボタン３１を保持機能２２に押し込む。保持ボタン３１が保持機能２２に固定されると、スプリングレバー３５は保持ボタン３１を保持機能２２に保持し、エンドキャップ３０が位置に固定される。

【0041】

複合部材１０をエンドプレート３４を受け入れるために準備するために、取り付けられたときに保持タブ３２が占めるエリアのフォームの一部が切り取られる。保持機能２２は、複合部材１０の端面に対して複合部材１０の側面の内壁に加工される。このアプローチは、穿孔した穴が持つ可能性のある水分の浸入の経路を避けるものである。次に、エンドキャップ３４を複合部材１０の端面に合わせる。その後、エンドキャップ３４を複合部材１０に押し込み、保持ボタン３１が加工された保持機能２２にクリックするまで押し込む。リップシール３３は、クロスアーム複合表面の内部側面に従うように設計されている。リップシール３３は、相手のフォーム材料への挿入を容易にし、エンドキャップ３０をフォーム材料に座らせ、リップシール３３を複合側面の内壁に押し付けるのを助けるために面取りされている。エンドキャップ３０がクロスアーム２０に挿入され、位置に固定されると、リップシール３３は、きっちりとした許容差のマッチングにより、複合側面の内壁面に完全に係合する。このきっちりとしたフィットは、エンドキャップ３０が位置に固定されると、エンドキャップ３０が要素への露出からフォームを保護することを確実にする。

【0042】

本開示の実施形態によれば、エンドキャップ３０は、プラスチックのような非導電材料を使用して形成される。エンドキャップ３０から金属成分を排除することで、エンドキャップ３０が時間の経過とともに後退または緩む原因となる可能性のある錆や腐食を避けることができるかもしれない。

【0043】

図７（ａ）－（ｃ）は、同様の特徴が同様の参照番号でラベル付けされている代替のエンドキャップ４０のビューを示している。図７（ａ）－（ｃ）の実施形態では、別々のスプリングレバーはなく、全ての保持タブ４２がスプリングレバーとして機能する。

【0044】

エンドプレート３４、４４は、クロスアーム２０の側面に合わせて一般的に矩形である。しかし、いくつかの実施形態によれば、エンドプレート３４、４４は矩形でない形状を持つことができる。

【0045】

図８は、本開示の実施形態に従って、その端にエンドキャップ３０が提供されているクロスアーム１０の例を示している。
図９に移ると、本開示の実施形態に従った複合構造体をプルトルージョンによって形成する方法を示すフローダイアグラムが示されている。

【0046】

ブロック９１で、所望のラミネート設計を実現するためにファイバープリフォームが組み立てられる。ブロック９２で、ファイバープリフォームは、固定された内部マンドレルを持つ外部側面金型キャビティに引き込まれる。ブロック９３で、プリフォームを引きながら、外部側面金型と固定内部マンドレルからファイバープリフォーム内に樹脂が圧力下で注入される。ブロック９４で、プリフォームを引き続きながら、ファイバーと樹脂の混合物は、最終的な側面形状に固定化するために加熱される。ブロック９５で、混合物がまだ熱い状態で、硬化した混合物によって形成されたキャビティ内の内部マンドレルの端部にフォームが注入される。フォームはキャビティ全体を埋めるように膨張し、所望のフォーム密度が達成されることを確実にする。ブロック９６では、発泡作業の後、複合構造体は冷却を続ける。ブロック９７で、外殻に完全に結合した構造フォームで完全に満たされた硬化複合構造である複合構造体は、室温に近づき、所望の長さに切断される。ブロック９８で、保持機能２２が、切断された端から正確にインデックス付けされて、複合構造体の内側に加工される。ブロック９９で、セルフロッキングエンドキャップ３４が複合構造体の端部に挿入され、保持ボタン３１が保持機能２２と連動して位置に固定され、エンドキャップ３４が二次的なファスナーや接着剤を使用せずに複合構造体の端部を密封する。

【0047】

外殻１４、内部コア１２、およびエンドキャップ３０に使用される材料のために、クロスアーム２０は本質的に非伝導性であり、高い絶縁破壊電圧まで誘電体材料として機能する可能性がある。さらに、プルトルージョンプロセス中のインライン処理で外殻１４の内壁１８に結合された統合構造フォームの使用は、クロスアーム２０の正常な寿命にわたってその内部からの湿気を取り除くのを助けるかもしれない。

【0048】

さらに、クロスアーム２０は、外殻１４に使用される樹脂のために耐火性も持っている可能性がある。これは、テスト結果に基づいて、本質的に自己消火性の材料であることが示されている。これは、ポールの頂部に達する、またはそれを超える炎の高さ（燃料の種類、燃料量、適用される風などの環境条件に依存）を持つ野火、電気アークによるポールトップの火災、およびポールトップエリア内の高電圧を持つ導体および変圧器のインターフェースの場合のクロスアーム２０の保護に役立つかもしれない。

【0049】

クロスアーム用として使用されるだけでなく、ここで説明されている複合構造体は、より重い負荷や送電アプリケーションにも使用できる。例えば、複合構造体は、Ｈフレーム構造を形成する２本のポールの間の「Ｘ」ブレース、またはＨフレーム構造のメインクロスアームをサポートする「Ｖ」ブレースなど、代替のクロスブレースアプリケーションに使用することができる。さらに、複合構造体は、配電路クロスアームサポートに使用されるストラットブレース、コンパウンド構造の送電塔ブレーシング、および変圧器サポートを含む、電力配分および送電の他の構造に適用される可能性がある。
ここで説明されている複合構造体を使用して作成されたクロスアームの寿命は、メンテナンスを必要とせずに８０年から１００年の間であると推定されている。

【0050】

樹脂の組成を開発する際、構造的なパフォーマンスの必要性と、金型への注入のための正しい粘度、高容積分率でのガラス繊維の湿潤のための正しい粘度、そして正しい温度でのランレートに合わせて金型のステージ内での硬化のための正しい反応性を達成する必要性との間でバランスをとる必要がある。一部の実施形態によれば、ポリオール混合物は室温で５００ － ２，０００センチポイズの範囲の粘度を持ち、好ましくは７５０ － １，３５０センチポイズの範囲の粘度を持つ。一部の実施形態によれば、脂肪族イソシアネートは、室温で１５０～１，５００センチポイズの範囲の粘度を持ち、５００センチポイズ未満の範囲としてもよい。

【0051】

開示の一部の実施形態によれば、フォームはプルトルージョンプロセスの後、外殻１４で定義されたキャビティを充填するか、外殻１４と内部コア１２は代替の製造方法を使用して形成されることがある。言い換えれば、ここで説明されている複合構造体の製造はプルトルージョンに限定されていない。

【0052】

請求項や明細書内で「含む」または「含んでいる」という用語とともに使用される「ａ」または「ａｎ」という単語は「一つ」という意味を持つかもしれないが、コンテンツが明確に異なる指示をしていない限り、「一つ以上」、「少なくとも一つ」、および「一つ以上」の意味とも一致する。同様に、単語「ａｎｏｔｈｅｒ」は、コンテンツが明確に異なる指示をしていない限り、少なくとも二つ以上の意味を持つ可能性がある。

【0053】

ここで使用されている「結合されている」「結合」「接続されている」という用語は、これらの用語が使用される文脈に応じて、いくつか異なる意味を持つことができる。例えば、結合されている、結合、または接続されているという用語は、機械的または電気的な意味合いを持つことができる。例えば、ここでの「結合されている」「結合」「接続されている」という用語は、特定の文脈に応じて、二つの要素やデバイスが直接互いに接続されている、または一つまたは複数の中間要素やデバイスを介して機械的要素を介して互いに接続されていることを示すことができる。ここでの「および／または」という用語は、リストのアイテムと関連して使用される場合、そのリストに含まれるアイテムのいずれか一つ以上を意味する。

【0054】

ここでの「約」または「おおよそ」という数字への言及、または「実質的に」その数字と等しいという言及は、その数字の＋／－１０％以内であることを意味する。

【0055】

開示が特定の実施形態との関連で説明されている間、開示はこれらの実施形態に限定されるものではなく、これらの実施形態の変更、修正、及びバリエーションが、開示の範囲から逸脱することなく、熟練者によって実施されることができることを理解することが重要である。

【0056】

さらに、本明細書で議論されているあらゆる側面や実施形態のあらゆる部分は、本明細書で議論されている任意の他の側面や実施形態の任意の部分と組み合わせて実装することができると考えられている。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【国際調査報告】