低温加工性チタン合金を用いたクランプ
【課題】炭素繊維強化複合材料と共に使用しても、電解腐食が生じることなくかつ絶縁性に優れ望ましい電気的特性を示す航空機用のクランプ、また、クランプとしての機械的特性を維持しつつ、軽量化・低燃費の要請にも応え得る航空機用のクランプを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明のクランプは、溶体化処理された低温加工性チタン合金を曲げ加工した、高強度チタン合金からなる支持部材の外表面を衝撃緩衝材で覆ってなるクランプである。支持部材となる低温加工性チタン合金は、小半径曲げ加工および大角度曲げ加工に耐え、航空機用クランプとして必要とされるバンド形状に加工される。衝撃緩衝材であるクッション材としては、シリコーンゴムとフッ素樹脂の組み合わせ等を使用する。
【解決手段】本発明のクランプは、溶体化処理された低温加工性チタン合金を曲げ加工した、高強度チタン合金からなる支持部材の外表面を衝撃緩衝材で覆ってなるクランプである。支持部材となる低温加工性チタン合金は、小半径曲げ加工および大角度曲げ加工に耐え、航空機用クランプとして必要とされるバンド形状に加工される。衝撃緩衝材であるクッション材としては、シリコーンゴムとフッ素樹脂の組み合わせ等を使用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維強化複合材料（ＣＦＲＰ； Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ）を機体等に用いた航空機において、電線束や配管を保持し、機体構造に結合するクランプに関する。より詳細には、低温加工可能な高強度チタン合金をバンド材として使用するクッション付きクランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機用のクランプは電線束や配管を航空機の構造材等に取り付けるものである。クランプは大半はループ型および鞍型と呼ばれる形状をしており、電線束や配管を保持し、ボルト等によって構造材に取付けられる。
【０００３】
このような航空機用クランプの規格として、米国の団体であるＳｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，Ｉｎｃ．（ＳＡＥ（登録商標））の規定した規格Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ｓｔａｎｄａｒｄ（ＡＳ）が広く採用されており、これに従うクランプが一般に用いられている。図７は鞍型のクランプ１０を示し、クランプの規格 ＳＡＥ ＡＳ８５０５２に従うものである。クランプ１０は、金属製のバンド２２とその外側に配置される樹脂製のクッション２３とで構成されている。図８はループ型のクランプ２０を示し、規格ＳＡＥ ＡＳ８５４４９に従うものである。クランプ２０は、同様に金属製のバンド２２とその外側に配置される樹脂製のクッション２３とで構成されている。
【０００４】
通常のクランプの構成は、金属製のバンドおよびバンドを取り巻く樹脂製のクッションからなり、金属製のバンドが保持および取付の強度面の機能を、樹脂製のクッションが電線束あるいは配管の保持と電気的絶縁の機能を分担して有している。上記の規格によって、材料としては、金属製バンドには、鉄、ステンレス鋼およびアルミニウム合金が使用されている。また、クッションには、エチレンプロピレンゴム、ニトリルゴム、ニトリルブタジエンゴム、クロロプレンゴム、シリコーンゴム、ガラス繊維強化シリコーンゴム、フロロシリコーンゴムおよびテフロン（登録商標）が使用されている。
【０００５】
その一方で、炭素繊維強化複合材料（ＣＦＲＰ）が、軽くて十分な強度を有していることから、機体の軽量化を図るべく航空機、宇宙ロケットに広く使用されはじめており、自動車にも導入が試みられている。しかし、ＣＦＲＰは鉄やアルミニウムに電解腐食を発生させるため、従来のクランプの規格を見直さなければならない状況となってきている。腐食が生じるのは、ＣＦＲＰが航空機の機体や主翼等の部分に使用され、また外板とフレームは一体成形され、クランプのバンド部分がこれら機体やフレームにボルトを用いて直接取り付けられるためである。すなわち、クランプのバンドはＣＦＲＰ製の機体や主翼に直接接触し、イオン化傾向が異なるために接触によって電解腐食が生じる。またクランプする燃料配管等は静電気や落雷などから保護するためクランプを介して接地し導電路となる場合があり、この場合にバンド材の電解腐食は一層促進される。図９は、就航間近の最新民間航空機Ｂ７８７に使用されている素材を区別して示したものである（ボーイング社ホームページより抜粋）。図９から、機体および主翼の大部分にＣＦＲＰが使用されていることが分かる。
【０００６】
またＣＦＲＰは、繊維方向の電気抵抗は小さいという特有の電気抵抗の方向性を有しているため、それを導入した移動体の接地・経線を含む総合的な電気系統・耐雷対策の見直しが必要とされている。それに伴って、クランプに要求される性能もＣＦＲＰ使用の影響を回避できない状況にある。
【０００７】
上記のＣＦＲＰによる金属製バンドの腐食の問題を解決するための試みが、米国アンフェノール社で行われた。それは、従来のクランプ規格に定められた形状・材質に拘らず、ポリ・エーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）およびシリコーンゴムを使用し、金属を使用しない全樹脂製のクランプの提案である（下記非特許文献１参照）。しかしながら、全樹脂製のクランプはまだ製造コストが高く、航空機用に広く使用されるには至っていない。さらに軽量化という点からも、未だ改善の余地がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】ビクトレックス社プレスリリース、２００８年１１月５日、ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｖｉｃｔｒｅｘ．ｃｏｍ／ｊｐ／ｎｅｗｓ／ｐｒｅｓｓ．ｐｈｐ？ｐｒｅｓｓｉｄ＝６３５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のように、クランプの金属製バンドとして従来用いられている、鉄、特にステンレス鋼のうち１７−７ＰＨ（ＳＵＳ６３１に相当する）、およびアルミニウム合金は、ＣＦＲＰとの接触で電解腐食が起きる。そのため、ＣＦＲＰと共に使用して腐食を生じないバンドが求められている。加えて、航空機では低燃費実現や輸送コスト低減のために、バンド材においてもさらなる軽量化が求められている。
【００１０】
クッション材として従来用いられている、エチレンプロピレンゴム、ニトリルゴム、ニトリルブタジエンゴム、クロロプレンゴムの４種類のゴムは、使用環境として低温に非常に強いものもあるが、１５０℃以下と高温には比較的弱く、航空機内使用には温度特性が十分ではない。また体積抵抗が小さく絶縁耐力が低い等、電気的物性も十分ではなく、クラックが入り易い、寿命が短い等の課題もあった。
【００１１】
またシリコーンゴム、ガラス繊維布強化シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、テフロン（登録商標）の４種類のクッション材は、使用環境としての温度範囲も比較的広く、電気的特性も良く、耐薬品性等も優れている。しかし、機械的特性の面から、シリコーンゴムは破断しやすく、またテフロン（登録商標）はクランプ力（保持力）での問題点が内在している。またＣＦＲＰの電気抵抗の方向性は、それを導入した移動体の接地・絶縁を含む総合的な電気系統・耐雷対策の見直しを必要とし、クランプには絶縁抵抗や絶縁破壊耐力などの電気的特性の更なる向上が求められている。
【００１２】
本発明は、この様な技術的問題点を解決し、ＣＦＲＰと共に使用しても、電解腐食が生じることなくかつ望ましい電気的特性を示す航空機用のクランプを提供することを目的とする。さらには、クランプとしての機械的特性を維持しつつ、軽量化・低燃費の要請にも応え得る航空機用のクランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のクランプは、従来のクランプ規格の形状をほぼ踏襲しながら、上記の課題を解決するものである。すなわち、溶体化処理された低温加工性チタン合金を曲げ加工した、高強度チタン合金からなる支持部材の外表面を衝撃緩衝材で覆ってなるクランプである。本発明は、航空機用クランプとしては、支持部材である金属バンドとして新しく開発された溶体化処理された低温加工性チタン合金を使用する。また衝撃緩衝材であるクッション材としては、（１）フッ素樹脂（ＰＴＦＥなど）とシリコーンゴムの組み合わせ、（２）新しく開発された低温特性に優れたフッ素ゴム、（３）熱可塑性フッ素樹脂（ＰＦＡなど）とシリコーンゴムの組み合わせ、（４）物理発泡させ、シリカを分散させた熱可塑性フッ素樹脂（ＰＦＡなど）のいずれかを使用している。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のクランプは、チタン合金を利用することにより、ＣＦＲＰと共に使用しても電解腐食を生じない、安定で製品寿命の長いものである。さらに、チタン合金が軽いために、従来よりもクランプの大幅な軽量化が図れる。
【００１５】
さらに、本発明のクランプは、クッション材に適した材料および構造を工夫することにより、使用温度範囲が広く、十分な機械的特性および電気的特性を備え、より軽量化が図れるものとなる。
【００１６】
また、本発明のクランプは、金属の持つ引張最強度特性および樹脂の持つ絶縁特性・保持（クランプ）特性を生かした、金属と樹脂との複合製品であることにより、前記の全樹脂製クランプと比較して、同等以上の性能かつ５０％程度の軽量化を実現するとともに、大幅なコストダウン・価格ダウンが可能である。
【００１７】
また、本発明は航空機用のクランプの課題解決・特性向上に貢献するが、航空機内と同様の使用環境であれば、用途は航空分野だけでなく、人工衛星や宇宙ロケットなどの宇宙分野、あるいはＣＦＲＰを使用した自動車などの分野にも利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】本発明のクランプの一例を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示すクランプの要部を拡大した図である。
【図１Ｃ】（１）は図１Ａに示すクランプの１−１方向、（２）は２−２方向、（３）は３−３方向の断面図である。
【図１Ｄ】（１）は従来技術によるクランプの１−１方向、（２）は２−２方向、（３）は３−３方向の断面図である。
【図２Ａ】本発明の第１実施形態によるクランプを示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）はクランプの内周面の図である。
【図２Ｂ】本発明の第１実施形態による別のクランプを示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）はクランプの内周面の図である。
【図３】本発明の第２実施形態によるクランプの断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態によるクランプの断面図である。
【図５】本発明の第４実施形態によるクランプの断面図である。
【図６Ａ】（ａ）は穴を設けたバンドを示す図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ方向の断面図である。
【図６Ｂ】（ａ）は図６Ａのバンドを使用したクランプを示す図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ方向の断面図である。
【図７】従来技術による鞍型クランプを示す図である。
【図８】従来技術によるループ型クランプを示す図である。
【図９】航空機を構成する素材を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら本発明のクランプについて詳細に説明する。
【００２０】
（クランプの全体構造）
図１Ａは、本発明の好ましい一例であるループ型クランプ２０を示す図である。クランプ２０は、低温加工性チタン合金を曲げ加工等した高強度チタン合金からなる扁平な帯状のバンド２２と、これを取り巻く軸直角断面矩形状をした樹脂製のクッション２３とで構成される。ループ型のクランプの場合は、クッション２３の一方の端にウェッジ２１が設けられている。ウェッジ２１は、クッション２３の一端部を放射方向内方に突出することにより形成され、電線束や配管等の断面円形をした被結束具の外周面に沿うように形成され、被結束具の保持力の向上を図っている。また、クッション２３の他端側において、クランプ２０は補強ビード２４によって機体等に固定される。補強ビードは、耐振性の向上を図っている。図１Ｂは図１Ａの要部を拡大した図であり、分かりやすさのためクッションを省いて描かれている。一方、クッション２３の他端部は、バンド２２に形成された補強ビード２４を包囲しているが、外周面側にはスリット２５が形成されている。なお、補強ビード２４はバンド２２の一部を径方向に外方に向けて突出するように形成されている。内部の被結束具を変形させないためである。なお、図１中のバンド２２は、本発明に係る支持部材の最も好適な例である。図１中のクッション２３は、本発明に係る衝撃緩衝材の最も好適な例である。
【００２１】
図１Ｃ（１）〜（３）は、図１Ａに示すクランプ２０の断面図であり、それぞれ、図１ＡにおけるＡ〜Ｂ間の領域Ｚ１中の１−１方向、Ｂ〜Ｃ間の領域Ｚ２中の２−２方向、およびＣ〜Ｄ間の領域Ｚ３の３−３方向の断面を示している。図１Ｃ（１）〜（３）の断面図は、下側が配管や電線束に接するクランプ２０の内周面であり、上側がクランプ２０の外周面に相当する。クランプ２０は、補強ビード２４が配置されるＡ〜Ｂ間の領域Ｚ１を除いて、クッション２３をバンド２２に安定させるため、クッション２３がバンド２２の周囲を取り巻く構造になっている。なお、図１Ｃ（１）〜（３）のクッション２３はクランプ２０の内周面が平坦な例を示したが、配管や電線束と接触する内周面に溝や模様などの凹凸を設けることができる。凹凸が滑り止めになるため、特にクッションを単一の材料で構成する場合には、クランプの保持力をより高めることができる。
【００２２】
図１Ｄ（１）〜（３）には、比較のために従来技術によるループ型クランプにおける、Ａ〜Ｂ間の領域Ｚ１中の１−１方向、Ｂ〜Ｃ間の領域Ｚ２中の２−２方向およびＣ〜Ｄ間の領域Ｚ３の３−３方向に対応する位置の断面を示す。樹脂製のクッション２３は、全周にわたって長手方向の中央にスリット２５が設けられており、金属製のバンド２２は、クッション２３で周囲の全体を取り巻かれていない。この構造は、補強ビード部分でクッション２３を押し付けないためと考えられ、かつ、クッション２３をバンド２２に被せてバンドをはめ込む簡単な方法でクランプを製造できるため、従来採用されている。従来の鞍型クランプにおいても同様である。しかし、スリット２５があるために、配管に揺れが生じた場合等にクッションがずれたり、ずり落ちたりする問題があった。本実施形態ではクッションが確実に固定されるため、このような問題が生ずることはない。
【００２３】
なお、図１を用いてループ型のクランプを説明したが、本発明は基本的に同様の構造で鞍型のクランプにも適用し得る。また、好ましい態様としてクッションの周方向において大部分がバンド周囲全体を取り巻く構造を説明したが、クッションの周方向全体にスリットを設けてもよい。
【００２４】
（バンド）
本発明のクランプは、バンドに低温加工可能な（低温加工性）高強度チタン合金を使用する。バンドは上記のように、クランプにおいて支持部材としての役割を担っている。航空機に従来使われているＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ高強度チタン合金は、アルミニウム合金（超ジュラルミン２０２４）やステンレス鋼（ＳＵＳ３２１、ＳＵＳ６３１）に較べて、比強度（引張強度／比重）が優れており、かつＣＦＲＰとの接触でも電解腐食を起こし難く、ＣＦＲＰが多用される最近の航空機には好都合な特性を持つ金属材料である。しかし、このような長所があるにも拘らず、小半径曲げ加工や大角度曲げ加工等の加工が難しく、これまで航空機用のクランプのバンド材として用いられることはなかった。チタン合金は、一般的にばね性が非常に強いことが知られており、その特性を生かした用途に重用されている。一方で、航空機用のクランプはループ型においても鞍型においても小半径曲げ加工や大角度曲げ加工を必要とし、そのようなチタン合金のばね性が妨げとなる。したがって、チタン合金は上述した航空宇宙用クランプの規格（ＳＡＥ−ＡＳ８５４４９、ＡＳ−８５０５２など）にも規定されていない。特別に熱間加工を施せばＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ高強度チタン合金を使用することもできるが、製造コストが高くなるために実使用に適しているとは言えない。加えて、曲げ加工する部材の一部を加熱するために温度管理も難しく、高温の部材を扱うために作業者にとっても危険な作業環境となり得る。
【００２５】
本発明者らは、ここ数年間にチタン圧延メーカーによって開発された低温加工が可能な高強度チタン合金が、航空機用クランプに必要とされる加工性を満たすことを独自につきとめ、適用するに至った。クランプに必要なそのような加工性としては、鞍型クランプの場合は、厚さ０．５４９ｍｍ〜１．０１６ｍｍのバンドを、最も過酷な条件ではＲ／Ｔ＝１．９８の小半径に、また最大曲げ角度１８０°で曲げ加工することが求められる。ここで、Ｔはバンドの厚さ（ｍｍ）を表し、Ｒは、曲げ加工した後のバンドの円弧部分の半径（ｍｍ）を表す。過酷な条件が必要とされるのは、例えばバンドを円弧状の部分から取り付け部分を形成するために外側に向けて曲げる箇所である。なだらかな曲げ加工条件としては、鞍型クランプの規格の最も大きい形状（後掲の表２、鞍型Ｎｏ．１３）のＤの円弧部分等が該当し、この範囲に限定はされないが、通常Ｒ／Ｔ＝６２．０である。したがって、本発明のループ型クランプは、Ｒ／Ｔ＝１．９８〜６２．０および曲げ角度０〜１８０°（ただし、０は含まない）、好ましくは１〜１８０°に加工された高強度チタン合金からなるバンドを備えている。
【００２６】
また、ループ型のクランプにおいて必要とされる大角度曲げ加工では、厚さ０．５０８ｍｍ〜１．６００ｍｍのバンドを、最も過酷な条件ではＲ／Ｔ＝２．２５の小半径に、また最大曲げ角度２７０゜で曲げ加工することが求められる。このような条件は、例えば補強ビードを形成する際に求められる。なだらかな曲げ加工条件としては、ループ型クランプの規格の最も大きい形状（後掲の表２、ループ型Ｎｏ．２３）Ｄの円弧部分等が該当し、この範囲に限定はされないが、通常Ｒ／Ｔ＝２０．３である。したがって、本発明の鞍型クランプは、Ｒ／Ｔ＝２．２５〜２０．３および曲げ角度０〜２７０°（ただし、０は含まない）、好ましくは１〜２７０°に加工された高強度チタン合金からなるバンドを備える。上記のような範囲のうちＲ／Ｔが小さい形状は、従来のチタン合金では常温で加工し得なかったものである。
【００２７】
また、低温加工可能である（低温加工性）とは、加温しない状態で常温での加工が可能なことをいう。チタン合金の最終的な引張強度としては、時効処理後１，０００Ｎ／ｍｍ２〜１，６００Ｎ／ｍｍ２が得られるが、好ましくは１，０００〜１，５００Ｎ／ｍｍ２、特に１，２００〜１，４００Ｎ／ｍｍ２の高強度を示すことが好ましい。このような強度であれば、クランプとして必要とされる機械的強度を十分に満たすことができるだけでなく、従来のクランプに比べて大幅な重量削減を実現できる。
【００２８】
本発明に材料として使用するチタン合金は、溶体化処理された低温加工可能なチタン合金であり、合金特性を発揮する主要な成分がチタンであるものをいう。好ましくは、チタンの含有量が５０〜９９質量％、より好ましくは６５〜９５質量％である。チタン合金の好適な組成としては、Ｔｉ、ＡｌおよびＶの３成分を少なくとも含む。この３成分の合計を１００質量％とした場合、ＡｌおよびＶはそれぞれ０．１〜２５質量％、残部がＴｉであることが好ましい。上記３成分以外に必要により他の添加元素として、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｎ、Ｏ、Ｃ、ＨおよびＹの少なくとも一種を含んでもよく、含有量は合金中に０〜１０質量％が好ましい。また、上記チタン合金は微量の不可避的不純物を含み得る。
【００２９】
このような組成のチタン合金は、溶体化処理されることにより、柔らかく低温加工が可能となる。溶体化処理とは、合金の固溶限温度以上の適温に加熱し、合金成分を十分に固溶させた後、急冷して過飽和固溶状態にする熱処理を指す。そのため、クランプの形状に容易に加工でき、その後、時効処理を行うことによって、高強度を回復させるものである。時効処理後は、低温加工のできないＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ高強度チタン合金と同等またはそれ以上の引張強度特性を実現でき、クランプに好適である。また、低温加工のできないＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ高強度チタン合金を加工する場合には熱間加工が必須であるのに比較すると、低温加工が可能であるためにクランプの製造コストの大幅な削減が可能となる。
【００３０】
本発明のクランプに適用可能な低温加工性チタン合金としては、ＳＳＡＴ−３５（住友金属工業株式会社製、組成はＴｉ−３Ａｌ−５Ｖ）、ＤＡＴ−５１（大同特殊鋼株式会社製、組成はＴｉ−４Ａｌ−２１．５Ｖ）、ＫＳ１５−３−３−３（株式会社神戸製鋼所製、組成はＴｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌ）、ＳＰ−７００（ＪＦＥスチール株式会社製、組成はＴｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ）等が挙げられる。これらのチタン合金は、チタン素材メーカーによって溶体化処理後の状態で出荷される。この低温加工性チタン合金を後述するようにクランプの形状に曲げ加工した後、時効処理をすることで引張強度が向上し、高強度チタン合金からなるバンドとなる。
【００３１】
さらに、チタン合金は、クランプに従来使用されているステンレス鋼やアルミニウム合金に比較して大幅な軽量化を図ることができる。下記表１には、アルミニウム合金等を使用したときと、本発明の高強度チタン合金（商品名ＤＡＴ５１、大同特殊製鋼株式会社製）を使用したときとで、規格クランプのバンドを製造した場合を比較し、各バンドの引張強度、比重、および従来の素材をチタン化したときの断面積変化および重量変化を示している。チタン化したときとは、クランプとして必要とされる性能を満たすように、従来使用されている合金と低温加工性チタン合金とでバンドを製造した場合に、チタン合金バンドの断面積および重量に対する従来の合金の断面積および重量の比をそれぞれ求めたものである。クランプとして必要とされる性能として、ここでは従来の規格クランプと同等の引張強度を満たすように、バンドの厚さを設計した。なお、ＳＵＳ６３１の析出硬化処理後の引張強度は、下記の従来の合金の中で最も高い１，２３０Ｎ／ｍｍ２が得られるが、低温加工性チタン合金を使用した高強度チタンの時効処理後の引張強度は１，０００〜１，５００Ｎ／ｍｍ２と、ほぼ同等の引張強度が得られる。そのため、表１に示した計算の際には、低温加工性チタン合金を用いた高強度チタン合金の引張強度をＳＵＳ６３１と同じ値の１，２３０Ｎ／ｍｍ２として計算・評価した。
【００３２】
【表１】
【００３３】
上記の表１に示すように、バンドに低温加工性チタン合金を曲げ加工した高強度チタン合金を使用することにより、クランプの金属バンド部の重量は、アルミニウム合金（２０２４）あるいはＳＵＳ６３１のバンドに比較して約２／３となり、ＳＵＳ３２１のバンドに比較して約１／４の重量に軽量化できる。またバンドの断面積は、アルミニウム合金（２０２４）およびＳＵＳ３２１に比較して１／２以下となる。航空機内部においては、例えわずかずつでも個々の部品の軽量化が輸送コストの低減や低燃費の実現に貢献するため、チタン合金の使用はその点でメリットがある。
【００３４】
ＣＦＲＰによる電解腐食の問題については、バンド材にチタン合金を使用することで、避けることができる。チタン合金は空気中の酸素によって常温で酸化されやすく、バンド表面に自然に酸化皮膜が形成される。この酸化皮膜が保護膜となって、ＣＦＲＰによる電解腐食を防いでいると考えられる。
【００３５】
（クッション）
クランプのクッションは本発明の衝撃緩衝材であり、電線束あるいは配管を保持および保護し、また金属製バンドとの電気的絶縁の役割を担う。
【００３６】
クランプの規格に規定されているクッション材は前述の様に８種類あり、それらのうち低温領域で使用されるものがエチレンプロピレンゴム、ニトリルゴム、ニトリルブタジエンゴム、クロロブレンゴムの４種類である。低温から高温領域まで広い温度領域での使用をねらったものがシリコーンゴム、ガラス繊維布強化シリコーンゴム、フロロシリコーンゴムおよびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ、テフロン（登録商標））の４種類である。
【００３７】
広い温度領域で使用できる４種類の樹脂のうち３種類はシリコーン系のゴムである。残りの一つのフッ素系の樹脂については、そのうち加工性が悪くゴムとしての弾力性、保持性に欠けるポリテトラフルオロエチレンのみしか規定されていないのは、クランプの規格が樹脂技術の発展に追従できていないということであろう。
【００３８】
シリコーン系ゴムおよびフッ素系樹脂またはフッ素系ゴムは、対温度特性、耐薬品性、耐オゾン性、高い絶縁性、高い絶縁耐力等、クランプのクッション材として非常に優れた特性を備えた材料であるが、それぞれが強みと弱みをもっている。すなわち、シリコーンゴムはゴムの弾力性の面ではフッ素系樹脂またはゴムより優れているが、引き裂き強さではフッ素系樹脂またはゴムに劣る。またシリコーンゴムはフェニルシリコーンゴムなど低温領域で強いが、フッ素樹脂またはゴムは、ヴァイトン（登録商標）やカルレッツ（登録商標）（共にデュポン社製）などのように高温領域に強い。また、ＰＴＦＥなどのフッ素樹脂は低温から高温領域まで性能の変化が少なく、また経年変化が少なく、かつ高い難燃性を備えるなどの長所があるものの、高い潤滑性があるため保持力に欠けるという短所がある。
【００３９】
本発明におけるクッションでは、以上のようなシリコーンゴムとフッ素系樹脂またはゴムの長所を共に備えるよう、それらの組み合わせ生かしたクッション材を用いるか、あるいはシリコーンゴムとフッ素系樹脂またはゴムの短所を物理的に補った新しいクッション材を使用する。この両者はもちろん上記のクランプの規格には含まれておらず、従来使用されていなかったものである。以下に本発明に使用する４種類のクッション材、すなわち発明の第1実施形態から第４実施形態を詳細に説明する。
【００４０】
（第１実施形態）
第１実施形態のクッションは、フッ素樹脂とシリコーンゴムとの組み合わせを使用する。フッ素樹脂としては、ＰＴＦＥが特に好ましい。ＰＴＦＥは低温から高温領域まで性能の変化が少なく、また経年変化が少なく、かつ高い難燃性を備えるなどの長所があるものの、高い潤滑性があるため保持力に欠けるという短所がある。本実施形態は、このＰＴＦＥの短所をシリコーンゴムの弾力性で補ったもので、ＰＴＦＥに溝や穴を開けて、シリコーンゴムが埋め込まれ、保持力を高めている。
【００４１】
図２Ａ（ａ）は本実施形態のクランプの断面図であり、（ｂ）は同じクランプの内周面を示した図である。図２Ａ（ａ）に示すように、バンド２２の外周全体をＰＴＦＥ３０が取り巻いており、クランプの内周面側のＰＴＦＥ３０には、鳩尾状の溝３２が形成されている。この鳩尾状の溝３２に嵌合するように突起３３を設けた帯状のシリコーンゴム３１が、溝に嵌め込まれている。図２Ａ（ｂ）に示すように、シリコーンゴム３１は、クランプの長手方向（周方向）に伸張する帯状である。なお、ラインの数は例として示したもので、発明のクッションがライン３本という数に限定したものではない。ＰＴＦＥ３０に嵌合した状態でのシリコーンゴム３１の高さｈは、滑り止めとしての機能を果たす観点から、０．２ｍｍ〜０．５ｍｍが適当である。また、その際のシリコーンゴム３１の幅ｗは２ｍｍ〜３ｍｍ、間隔ｐ１は１．５ｍｍ〜２ｍｍが適当である。
【００４２】
図２Ｂ（ａ）は、本実施形態による別のクランプの断面図であり、（ｂ）はクランプの内周面を示す。図２Ｂ（ａ）および（ｂ）に示すように、ＰＴＦＥ４０には断面鳩尾状で四角形状の穴４２が形成され、この穴に嵌合する突起４３を形成した四角形状のシリコーンゴム４１を嵌め込んでいる。図２Ｂ（ｂ）に示すように、シリコーンゴム４１は升目状に配置され、クランプの保持力を高めている。なお、升目の数は例として示したもので、図面の態様に限定されない。升目を構成するシリコーンゴム４１の四角形の一片の長さｌは１ｍｍ〜３ｍｍが適当であり、四角形同士の間隔ｐ２は０．２ｍｍ〜０．３ｍｍが適当である。なお、シリコーンゴムは四角形のみならず、三角形、六角形等の他の多角形を採用してもよい。
【００４３】
シリコーンゴムとしては、ＫＥ−１３６Ｙ（信越化学工業株式会社製）などを使用できる。シリコーンゴムにはガラス繊維が分散配合されており、シリコーンゴムの引き裂きに弱いという欠点を補っている。ガラス繊維の配合量や配合比については特に制限はなく、従来公知の方法を参照して製造できる。
【００４４】
このクッションの使用温度範囲は、およそ−５０〜２００℃であり、これはとりもなおさずクランプの使用温度範囲となる。通常の航空機内使用においては、−５０〜１３５℃の温度範囲で使用できるクッション材が必要とされるため、本実施形態のクッションは十分に対応できるものである。また、クランプは−５０〜２００℃の温度範囲を超えても使用できるが、その時間が長引けばシリコーンゴムの劣化が早まり、シリコーンゴムの突起部あるいはシリコーンゴム全体が磨耗・脱落してしまう状況が起こり得る。しかし、本実施形態のクッションは、その場合でもＰＴＦＥ部分は残り、バンド部が電線束などを傷つけることはない。
【００４５】
また、シリコーンゴムおよびＰＴＦＥの電気的絶縁耐力は、いずれも２５ｋＶ〜３０ｋＶ／ｍｍであるので、ＰＴＦＥの厚みｄを１．６ｍｍ以上にしておけば、クッションとしての絶縁耐力は４０ｋＶ／ｍｍ以上が維持される。航空機用クランプのクッションの好ましい絶縁耐力は４０ｋＶ／ｍｍであり、これはＭＩＬ−ＳＴＤ−１７５７Ａに規定された雷撃試験電圧（約４０ｋＶ）をクリアする。この絶縁耐力は、航空機内にＣＦＲＰを使用した場合にも通用する絶縁耐力でもある。厚みｄの上限値は、クランプの寸法の規格の内径を満たせばよく、２．３０ｍｍである。
【００４６】
（第２実施形態）
第２実施形態は、温度特性等を改善した単一の材料を使用したクッションを使用する。技術の進歩により、フッ素ゴムもシリコーンゴムも多種多様なものが市場に出ている。特にフッ素ゴムは、低温に強いものが開発され、使用可能な温度範囲はＳＩＦＥＬ（信越化学工業社製）では−５０〜２００℃と、シリコーンゴムＫＥ−１３６Ｙ（信越化学工業社製）に遜色ないものとなっている。本実施形態では、このようなフッ素ゴムまたはシリコーンゴムを用いる。上記のように、これらの使用温度範囲は、通常航空機内で必要とされる温度範囲を満たしている。
【００４７】
クランプのクッションとして使用する場合、フッ素ゴムの場合は保持力を高めるためにシリカを分散配合する。分散するシリカは、一次凝集体の粒径が数十ｎｍ〜数μｍであることが好ましく、フッ素ゴムに対して好ましくは２〜３質量％を配合する。
【００４８】
また、本実施形態のクッションにはシリコーンゴムを使用することもでき、低温シリコーンゴムのＫＥ−１３６Ｙ（信越化学工業社製）などを使用することができる。シリコーンゴムを使用する場合は引き裂き強さを補うためにガラス繊維を分散配合する。配合するガラス繊維は、繊維長２〜１０ｍｍのものが好ましく、シリコーンゴムに対して好ましくは５〜３０質量％を配合する。
【００４９】
シリカを分散したフッ素ゴムまたはガラス繊維を分散したシリコーンゴム双方について、分散方法、配合方法、成形方法等の製造方法については特に制限はなく、従来公知の技術を参照して製造できる。例えば、自動車のタイヤに使用されるシリカの分散方法等については多様な製造方法が知られており、この分野の技術を適宜参照することができる。
【００５０】
図３は、シリカを分散したフッ素ゴムまたはガラス繊維を分散したシリコーンゴム３４を使用したクッション２３を備えるクランプの断面図である。このクッション２３は、性能としては現在の規格クランプの最高水準の性能と広い使用温度範囲を実現する。また、構造も単純で製造方法も複雑な段階がないため、製造工程を簡便にでき製造コストを低減できるメリットがある。また、クッション２３の内側の厚みｄが１．６ｍｍ以上あれば、電気的絶縁耐力は４０ｋＶ／ｍｍ以上となる。厚みｄの上限値は、クランプの寸法の規格の内径を満たせばよく、２．３０ｍｍである。
【００５１】
（第３実施形態）
図４は第３実施形態によるクランプの断面図である。第３実施形態のクッションは、フッ素樹脂とシリコーンゴムとを組み合わせたものである。このクッションは、図４に示す構造のもので、バンド２２を熟可塑性フッ素樹脂のパーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）皮膜３２で被覆し、その周囲をシリコーンゴム３６で取り巻き、さらに外皮としてＰＦＡ皮膜３２で外側を被覆したクッション２３で構成されている。
【００５２】
外皮のＰＦＡには、引き裂き強さを向上させるためにガラス繊維を、また保持力を向上させるためにシリカが分散配合されている。ガラス繊維及びシリカの好ましい配合量は、ＰＦＡに対してそれぞれ５〜３０質量％および２〜３質量％である。ガラス繊維およびシリカの分散配合方法等は、上記したとおりである。上記した規格のクッションには、ガラス繊維の織布を挟んだものがあるが、これは高コストであり、かつクッション表面の織布が切れやすいために、強度の点でも十分ではない。
【００５３】
内部には低温領域でもクッション材としての弾力性を維持するため、シリコーンゴムを使用する。ここで、クッションの金属バンドに接する内表面およびクッション材の外表面もＰＦＡの外皮でシリコーンゴムを取り囲み、シリコーンゴムを密閉している。このため、シリコーンゴムが金属バンドに直接接触することがないので、シリコーンゴムの引き裂き強さに弱いという短所がこの構造によって補われる。また使用温度が２４０℃を超えるような高温領域でも、シリコーンゴムが外気に触れることがないため特性の劣化が少なく、高温領域で仮にシリコーンゴムがゲル化した場合でもクッションから離脱することがない。
【００５４】
このクッションの使用温度領域の低温側温度は、ＰＦＡ中に封入するシリコーンゴムの低温特性で決まり、高温側温度は外皮のＰＦＡの高温特性で決まる。通常のシリコーンゴムを使用した場合、クッションの使用温度領域は−４０〜２６０℃、さらに低温特性が低温側にずれたフェニルシリコーンゴムを使用した場合、クッションの使用温度領域は−９０〜２６０℃と、従来の規格クランプ以上の広い温度領域で使用できる。そのため、地球上のあらゆる場所で使用できるのみならず、さらには宇宙空間（人工衛星や宇宙ロケット）においても使用が期待される。なお、クッションの内側の厚みｄが１．６ｍｍ以上あれば、電気的絶縁耐力は４０ｋＶ／ｍｍ以上となる。厚みｄの上限値は、クランプの寸法の規格の内径を満たせばよく、２．３０ｍｍである。
【００５５】
（第４実施形態）
図４は第３実施形態によるクランプの断面図である。第４実施形態は、発泡させたフッ素樹脂の単一材料のクッション材を使用する。フッ素樹脂として好ましくは熱可塑性フッ素樹脂のパーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）を使用する。このクッションは図５に示す断面をしており、バンド２２が発泡ＰＦＡ３７を使用したクッション２３に取り巻かれ、図３に示したシリカを分散したフッ素ゴムまたはガラス繊維を分散したシリコーンゴムを使用したクッションと同様、単純な構造をしている。使用している樹脂はＰＦＡであるが、ゴムとしての弾力性を持たせるためＰＦＡを発泡させており、引き裂き強さを強化するためにガラス繊維を、また保持力を強化するためにシリカを分散配合している。ＰＦＡ発泡率としては、１００〜５００％が望ましい。
【００５６】
発泡ＰＦＡを製造するには従来公知の技術を適宜参照すればよく、例えば、「フッ素樹脂の押出発泡形成技術」フジクラ技報、第１１１号（２００６年１０月）、「移動体通信基地局用アンテナ給電線の超高発泡絶縁体の改良検討」三菱電線工業時報、第９６号（平成１２年２月）を参照して製造できる。上記のフジクラ技法の論文では、ＰＦＡの発泡率は７０％である。発泡ＰＦＡは、ここ数年電線メーカー各社で開発が行われ、各社からその製品である電線・ケーブルも市場に出ており、その技術も公知となっている。
【００５７】
本発明では、発泡ＰＦＡの泡を独立泡ではなく連続泡に形成することがより好ましい。そのためには、窒素などの不活性ガスを吹き込んで物理発泡させることができる。発泡ＰＦＡを独立泡ではなく連続泡に発泡させることにより、気圧の変化を受けることが少ない。また物理的に発泡させているため、化学的発泡剤を使用した場合のように温度範囲が狭まることがなく、ＰＦＡの温度特性はそのまま生かされている。したがって、このクッションを用いたクランプの使用温度範囲は−２００〜２６０℃と、これまでのクランプでは実現できなかった広い温度範囲で使用可能である。すなわち、地球上のあらゆる場所、宇宙空間（人工衛星や宇宙ロケット）にも使用できる。
【００５８】
なお、クッションの内側の厚みｄが１．６ｍｍ以上あれば、電気的絶縁耐力は４０ｋＶ／ｍｍ以上となることは、他のクッションを使ったクランプと同様である。厚みｄの上限値は、クランプの寸法の規格の内径を満たせばよく、２．３０ｍｍである。
【００５９】
（クッションの金属製バンドヘの固定方法）
本発明のクランプのバンドを製造するには、低温加工可能なチタン合金を使用するので、従来公知の加工手段を用いることができる。例えば、常温での通常の金属プレス加工技術（常温のプレス成形または常温のベンダー成形）を用いるが、材料特性のバラツキが大きい場合、部分的に温間または熱間成形を行うことも排除しない。加工の後は、強度を高めるために以下のような時効処理を行う。時効処理の温度は、チタン合金の組成によって異なるが、クランプ形状に加工した合金をおおむね２００〜６００℃で加熱保持する。保持時間は製品の大きさによって変化するが、１〜３０時間である。加熱保持後、常温で冷却する。保持時間等の条件は、組成や製品の大きさに応じて所望の引張強度が得られるように適宜調整すればよい。
【００６０】
バンドにクッションを固定する際は、通常は、本発明で用いているＰＦＴＥ、ＰＦＡなどのフッ素樹脂やフッ素ゴムなどのゴムは、金属あるいは他の樹脂との結合に注意を要する。接着材を用いる場合、表面処理に注意を払う必要があるが、高温領域で接着剤が劣化しやすいという問題があるためである。
【００６１】
図２に示した第１実施形態のクランプでは、ＰＴＦＥは成形時に断面鳩尾状の溝または穴を作っておき、表面の升目形状またはライン状のシリコーンゴムの基礎部分を溝の中に埋め込んだ状態にすることにより、ＰＴＦＥにシリコーンゴムを固定している。したがって、接着剤を使用することはなく、接着剤に由来する問題は避けることができる。
【００６２】
本発明の好ましい実施形態では、図３、図４、図５に示す第２〜４実施形態のクッションを低温加工性チタン合金を加工した高強度チタン合金に固定する方法として、まず、図６Ａ（ａ）に示すように高強度チタン合金からなるバンド２２にあらかじめ複数個の貫通穴２２を設ける。図６Ａ（ｂ）は、図６Ａ（ａ）のｂ−ｂ方向の断面図である。次いで、バンド２２を溶融状態のクッションの材料に差し込み、この貫通穴２２にクッション材を貫通させた状態で成形する。図６Ｂ（ａ）はクッション２３を成形した後のクランプを示す図であり、図６Ｂ（ｂ）は図６Ｂ（ａ）のｂ−ｂ方向の断面図である。図６Ｂ（ｂ）に示すように、貫通穴３８の内部をクッション２３の材料が貫通して成形されている。このように成形することにより、クッションはバンドに強固に固定される。
【００６３】
図４に示す第３実施形態の場合は、上記のようにしてバンドを被覆する熱可塑性フッ素樹脂（ＰＦＡ）を初めに金属バンドの回りに袋状にアウトサート成形し、ＰＦＡの袋の中にフェニルシリコーンゴムを注入後に注入口にＰＦＡを溶接して塞ぐ。したがって、袋の成形時にバンドの貫通穴を貫通させた状態で成形できる。
【００６４】
図２Ａおよび図２Ｂに示す第１実施形態の場合も、ＰＴＦＥに溝または穴を形成すると共に、バンドの貫通穴を貫通した状態でクッションを成形できる。この方法により、接着剤を使用せず、クッション材を高強度チタン合金に固定する。この固定方法をとることにより、接着剤を塗布する工程を省略でき、また接着剤の高温での劣化の問題も解決することができる。
【００６５】
（本発明の軽量化効果）
以上で詳細に説明した本発明のクランプを設計し、従来の規格クランプとの重量の比較を行った。従来の規格クランプとしては、上記したＡＳ８５０５２に規定されているループ型全２３種類とＡＳ８５４４９に規定されている鞍型（サドル型）全１３種類について、規定されている寸法から金属バンド部および樹脂クッション部の体積を算出し、これに材料の比重を掛算して重量を算出した。評価に用いた規格クランプの寸法のうち、特にクランプの円弧部分の内径の直径Ｄ、円弧部分の中心からクランプの外側の表面までの距離Ｃ、バンドの厚さＴについて、下記表２に示す。ＤおよびＣについては、図７および８に示した。
【００６６】
【表２】
【００６７】
また、本発明のクランプの金属バンド部については、低温加工可能なチタン合金を使用した高強度チタン合金の引張強度を１，２３０Ｎ／ｍｍ２とし、規格クランプの金属バンドと同じ引張強度となるような断面積とした。また樹脂クッション部については、外形寸法が規格クランプと同じとなるようにした。クッションについては、図３に示した第２実施形態のクッション（例１）、図５に示した第４実施形態のクッション（例２）を採用した。
【００６８】
したがって、ＡＳ８５０５２に規定されているループ型全２３種類のクランプに関しては、規格クランプと本発明のクランプの外形寸法は同じであり、ＡＳ８５４４９に規定されている鞍型（サドル型）全１３種類のクランプに関しては、本発明のクランプでは金属バンド部が薄くなっている分樹脂クッション部の厚みが増えているが、外形寸法はほぼ同じである。
【００６９】
下記表３に示すように、例１および２で設計・試算した本発明のクランプの重量の軽量化効果を、規格クランプの重量を１として比較した。規格クランプは、上記した規格ＡＳ８５０５２（バンド材：１７−７ＰＨ（ＳＵＳ６３１）、クッション材：ガラス布強化シリコーンゴム）の全２３種類のサイズ、およびＡＳ８５４４９（バンド材：ＳＵＳ３２１、クッション材：ガラス布強化シリコーンゴム）の全１３種類のサイズに従うものであった。規格クランプに比べて、本発明のクランプはいずれも軽量化が実現できていることが分かる。特に、実施例２の物理発泡させたＰＦＡゴムを使用した鞍型クランプの場合には、概算重量比が０．２９となり、従来技術と比較して７１％もの重量減と大幅な軽量化を実現できる。この設計・試算は、通常クランプを量産する前に実施する信頼性の高いものであり、実際に製造したクランプの特性をほぼ正確に反映するものである。
【００７０】
【表３】
【符号の説明】
【００７１】
１０、２０ クランプ、
２１ ウェッジ、
２２ バンド、
２３ クッション、
２４ 補強ビード、
３０、４０ ＰＴＦＥ、
３１、４１、３６ シリコーンゴム、
３２ 溝、
３３、４３ 突起、
３４ ガラス繊維分散シリコーンゴムまたはシリカ分散フッ素ゴム、
３５ ＰＦＡ皮膜、
３７ 発泡ＰＦＡ、
３８ 貫通穴、
４２ 穴、
ｈ 高さ、
ｌ 一片の長さ、
ｐ１、ｐ２ 間隔、
ｗ 幅、
Ｚ１ Ａ〜Ｂ間の領域、
Ｚ２ Ａ〜Ｂ間の領域、
Ｚ３ Ａ〜Ｂ間の領域。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維強化複合材料（ＣＦＲＰ； Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ）を機体等に用いた航空機において、電線束や配管を保持し、機体構造に結合するクランプに関する。より詳細には、低温加工可能な高強度チタン合金をバンド材として使用するクッション付きクランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機用のクランプは電線束や配管を航空機の構造材等に取り付けるものである。クランプは大半はループ型および鞍型と呼ばれる形状をしており、電線束や配管を保持し、ボルト等によって構造材に取付けられる。
【０００３】
このような航空機用クランプの規格として、米国の団体であるＳｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，Ｉｎｃ．（ＳＡＥ（登録商標））の規定した規格Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ｓｔａｎｄａｒｄ（ＡＳ）が広く採用されており、これに従うクランプが一般に用いられている。図７は鞍型のクランプ１０を示し、クランプの規格 ＳＡＥ ＡＳ８５０５２に従うものである。クランプ１０は、金属製のバンド２２とその外側に配置される樹脂製のクッション２３とで構成されている。図８はループ型のクランプ２０を示し、規格ＳＡＥ ＡＳ８５４４９に従うものである。クランプ２０は、同様に金属製のバンド２２とその外側に配置される樹脂製のクッション２３とで構成されている。
【０００４】
通常のクランプの構成は、金属製のバンドおよびバンドを取り巻く樹脂製のクッションからなり、金属製のバンドが保持および取付の強度面の機能を、樹脂製のクッションが電線束あるいは配管の保持と電気的絶縁の機能を分担して有している。上記の規格によって、材料としては、金属製バンドには、鉄、ステンレス鋼およびアルミニウム合金が使用されている。また、クッションには、エチレンプロピレンゴム、ニトリルゴム、ニトリルブタジエンゴム、クロロプレンゴム、シリコーンゴム、ガラス繊維強化シリコーンゴム、フロロシリコーンゴムおよびテフロン（登録商標）が使用されている。
【０００５】
その一方で、炭素繊維強化複合材料（ＣＦＲＰ）が、軽くて十分な強度を有していることから、機体の軽量化を図るべく航空機、宇宙ロケットに広く使用されはじめており、自動車にも導入が試みられている。しかし、ＣＦＲＰは鉄やアルミニウムに電解腐食を発生させるため、従来のクランプの規格を見直さなければならない状況となってきている。腐食が生じるのは、ＣＦＲＰが航空機の機体や主翼等の部分に使用され、また外板とフレームは一体成形され、クランプのバンド部分がこれら機体やフレームにボルトを用いて直接取り付けられるためである。すなわち、クランプのバンドはＣＦＲＰ製の機体や主翼に直接接触し、イオン化傾向が異なるために接触によって電解腐食が生じる。またクランプする燃料配管等は静電気や落雷などから保護するためクランプを介して接地し導電路となる場合があり、この場合にバンド材の電解腐食は一層促進される。図９は、就航間近の最新民間航空機Ｂ７８７に使用されている素材を区別して示したものである（ボーイング社ホームページより抜粋）。図９から、機体および主翼の大部分にＣＦＲＰが使用されていることが分かる。
【０００６】
またＣＦＲＰは、繊維方向の電気抵抗は小さいという特有の電気抵抗の方向性を有しているため、それを導入した移動体の接地・経線を含む総合的な電気系統・耐雷対策の見直しが必要とされている。それに伴って、クランプに要求される性能もＣＦＲＰ使用の影響を回避できない状況にある。
【０００７】
上記のＣＦＲＰによる金属製バンドの腐食の問題を解決するための試みが、米国アンフェノール社で行われた。それは、従来のクランプ規格に定められた形状・材質に拘らず、ポリ・エーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）およびシリコーンゴムを使用し、金属を使用しない全樹脂製のクランプの提案である（下記非特許文献１参照）。しかしながら、全樹脂製のクランプはまだ製造コストが高く、航空機用に広く使用されるには至っていない。さらに軽量化という点からも、未だ改善の余地がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】ビクトレックス社プレスリリース、２００８年１１月５日、ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｖｉｃｔｒｅｘ．ｃｏｍ／ｊｐ／ｎｅｗｓ／ｐｒｅｓｓ．ｐｈｐ？ｐｒｅｓｓｉｄ＝６３５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のように、クランプの金属製バンドとして従来用いられている、鉄、特にステンレス鋼のうち１７−７ＰＨ（ＳＵＳ６３１に相当する）、およびアルミニウム合金は、ＣＦＲＰとの接触で電解腐食が起きる。そのため、ＣＦＲＰと共に使用して腐食を生じないバンドが求められている。加えて、航空機では低燃費実現や輸送コスト低減のために、バンド材においてもさらなる軽量化が求められている。
【００１０】
クッション材として従来用いられている、エチレンプロピレンゴム、ニトリルゴム、ニトリルブタジエンゴム、クロロプレンゴムの４種類のゴムは、使用環境として低温に非常に強いものもあるが、１５０℃以下と高温には比較的弱く、航空機内使用には温度特性が十分ではない。また体積抵抗が小さく絶縁耐力が低い等、電気的物性も十分ではなく、クラックが入り易い、寿命が短い等の課題もあった。
【００１１】
またシリコーンゴム、ガラス繊維布強化シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、テフロン（登録商標）の４種類のクッション材は、使用環境としての温度範囲も比較的広く、電気的特性も良く、耐薬品性等も優れている。しかし、機械的特性の面から、シリコーンゴムは破断しやすく、またテフロン（登録商標）はクランプ力（保持力）での問題点が内在している。またＣＦＲＰの電気抵抗の方向性は、それを導入した移動体の接地・絶縁を含む総合的な電気系統・耐雷対策の見直しを必要とし、クランプには絶縁抵抗や絶縁破壊耐力などの電気的特性の更なる向上が求められている。
【００１２】
本発明は、この様な技術的問題点を解決し、ＣＦＲＰと共に使用しても、電解腐食が生じることなくかつ望ましい電気的特性を示す航空機用のクランプを提供することを目的とする。さらには、クランプとしての機械的特性を維持しつつ、軽量化・低燃費の要請にも応え得る航空機用のクランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のクランプは、従来のクランプ規格の形状をほぼ踏襲しながら、上記の課題を解決するものである。すなわち、溶体化処理された低温加工性チタン合金を曲げ加工した、高強度チタン合金からなる支持部材の外表面を衝撃緩衝材で覆ってなるクランプである。本発明は、航空機用クランプとしては、支持部材である金属バンドとして新しく開発された溶体化処理された低温加工性チタン合金を使用する。また衝撃緩衝材であるクッション材としては、（１）フッ素樹脂（ＰＴＦＥなど）とシリコーンゴムの組み合わせ、（２）新しく開発された低温特性に優れたフッ素ゴム、（３）熱可塑性フッ素樹脂（ＰＦＡなど）とシリコーンゴムの組み合わせ、（４）物理発泡させ、シリカを分散させた熱可塑性フッ素樹脂（ＰＦＡなど）のいずれかを使用している。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のクランプは、チタン合金を利用することにより、ＣＦＲＰと共に使用しても電解腐食を生じない、安定で製品寿命の長いものである。さらに、チタン合金が軽いために、従来よりもクランプの大幅な軽量化が図れる。
【００１５】
さらに、本発明のクランプは、クッション材に適した材料および構造を工夫することにより、使用温度範囲が広く、十分な機械的特性および電気的特性を備え、より軽量化が図れるものとなる。
【００１６】
また、本発明のクランプは、金属の持つ引張最強度特性および樹脂の持つ絶縁特性・保持（クランプ）特性を生かした、金属と樹脂との複合製品であることにより、前記の全樹脂製クランプと比較して、同等以上の性能かつ５０％程度の軽量化を実現するとともに、大幅なコストダウン・価格ダウンが可能である。
【００１７】
また、本発明は航空機用のクランプの課題解決・特性向上に貢献するが、航空機内と同様の使用環境であれば、用途は航空分野だけでなく、人工衛星や宇宙ロケットなどの宇宙分野、あるいはＣＦＲＰを使用した自動車などの分野にも利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】本発明のクランプの一例を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示すクランプの要部を拡大した図である。
【図１Ｃ】（１）は図１Ａに示すクランプの１−１方向、（２）は２−２方向、（３）は３−３方向の断面図である。
【図１Ｄ】（１）は従来技術によるクランプの１−１方向、（２）は２−２方向、（３）は３−３方向の断面図である。
【図２Ａ】本発明の第１実施形態によるクランプを示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）はクランプの内周面の図である。
【図２Ｂ】本発明の第１実施形態による別のクランプを示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）はクランプの内周面の図である。
【図３】本発明の第２実施形態によるクランプの断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態によるクランプの断面図である。
【図５】本発明の第４実施形態によるクランプの断面図である。
【図６Ａ】（ａ）は穴を設けたバンドを示す図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ方向の断面図である。
【図６Ｂ】（ａ）は図６Ａのバンドを使用したクランプを示す図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ方向の断面図である。
【図７】従来技術による鞍型クランプを示す図である。
【図８】従来技術によるループ型クランプを示す図である。
【図９】航空機を構成する素材を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら本発明のクランプについて詳細に説明する。
【００２０】
（クランプの全体構造）
図１Ａは、本発明の好ましい一例であるループ型クランプ２０を示す図である。クランプ２０は、低温加工性チタン合金を曲げ加工等した高強度チタン合金からなる扁平な帯状のバンド２２と、これを取り巻く軸直角断面矩形状をした樹脂製のクッション２３とで構成される。ループ型のクランプの場合は、クッション２３の一方の端にウェッジ２１が設けられている。ウェッジ２１は、クッション２３の一端部を放射方向内方に突出することにより形成され、電線束や配管等の断面円形をした被結束具の外周面に沿うように形成され、被結束具の保持力の向上を図っている。また、クッション２３の他端側において、クランプ２０は補強ビード２４によって機体等に固定される。補強ビードは、耐振性の向上を図っている。図１Ｂは図１Ａの要部を拡大した図であり、分かりやすさのためクッションを省いて描かれている。一方、クッション２３の他端部は、バンド２２に形成された補強ビード２４を包囲しているが、外周面側にはスリット２５が形成されている。なお、補強ビード２４はバンド２２の一部を径方向に外方に向けて突出するように形成されている。内部の被結束具を変形させないためである。なお、図１中のバンド２２は、本発明に係る支持部材の最も好適な例である。図１中のクッション２３は、本発明に係る衝撃緩衝材の最も好適な例である。
【００２１】
図１Ｃ（１）〜（３）は、図１Ａに示すクランプ２０の断面図であり、それぞれ、図１ＡにおけるＡ〜Ｂ間の領域Ｚ１中の１−１方向、Ｂ〜Ｃ間の領域Ｚ２中の２−２方向、およびＣ〜Ｄ間の領域Ｚ３の３−３方向の断面を示している。図１Ｃ（１）〜（３）の断面図は、下側が配管や電線束に接するクランプ２０の内周面であり、上側がクランプ２０の外周面に相当する。クランプ２０は、補強ビード２４が配置されるＡ〜Ｂ間の領域Ｚ１を除いて、クッション２３をバンド２２に安定させるため、クッション２３がバンド２２の周囲を取り巻く構造になっている。なお、図１Ｃ（１）〜（３）のクッション２３はクランプ２０の内周面が平坦な例を示したが、配管や電線束と接触する内周面に溝や模様などの凹凸を設けることができる。凹凸が滑り止めになるため、特にクッションを単一の材料で構成する場合には、クランプの保持力をより高めることができる。
【００２２】
図１Ｄ（１）〜（３）には、比較のために従来技術によるループ型クランプにおける、Ａ〜Ｂ間の領域Ｚ１中の１−１方向、Ｂ〜Ｃ間の領域Ｚ２中の２−２方向およびＣ〜Ｄ間の領域Ｚ３の３−３方向に対応する位置の断面を示す。樹脂製のクッション２３は、全周にわたって長手方向の中央にスリット２５が設けられており、金属製のバンド２２は、クッション２３で周囲の全体を取り巻かれていない。この構造は、補強ビード部分でクッション２３を押し付けないためと考えられ、かつ、クッション２３をバンド２２に被せてバンドをはめ込む簡単な方法でクランプを製造できるため、従来採用されている。従来の鞍型クランプにおいても同様である。しかし、スリット２５があるために、配管に揺れが生じた場合等にクッションがずれたり、ずり落ちたりする問題があった。本実施形態ではクッションが確実に固定されるため、このような問題が生ずることはない。
【００２３】
なお、図１を用いてループ型のクランプを説明したが、本発明は基本的に同様の構造で鞍型のクランプにも適用し得る。また、好ましい態様としてクッションの周方向において大部分がバンド周囲全体を取り巻く構造を説明したが、クッションの周方向全体にスリットを設けてもよい。
【００２４】
（バンド）
本発明のクランプは、バンドに低温加工可能な（低温加工性）高強度チタン合金を使用する。バンドは上記のように、クランプにおいて支持部材としての役割を担っている。航空機に従来使われているＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ高強度チタン合金は、アルミニウム合金（超ジュラルミン２０２４）やステンレス鋼（ＳＵＳ３２１、ＳＵＳ６３１）に較べて、比強度（引張強度／比重）が優れており、かつＣＦＲＰとの接触でも電解腐食を起こし難く、ＣＦＲＰが多用される最近の航空機には好都合な特性を持つ金属材料である。しかし、このような長所があるにも拘らず、小半径曲げ加工や大角度曲げ加工等の加工が難しく、これまで航空機用のクランプのバンド材として用いられることはなかった。チタン合金は、一般的にばね性が非常に強いことが知られており、その特性を生かした用途に重用されている。一方で、航空機用のクランプはループ型においても鞍型においても小半径曲げ加工や大角度曲げ加工を必要とし、そのようなチタン合金のばね性が妨げとなる。したがって、チタン合金は上述した航空宇宙用クランプの規格（ＳＡＥ−ＡＳ８５４４９、ＡＳ−８５０５２など）にも規定されていない。特別に熱間加工を施せばＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ高強度チタン合金を使用することもできるが、製造コストが高くなるために実使用に適しているとは言えない。加えて、曲げ加工する部材の一部を加熱するために温度管理も難しく、高温の部材を扱うために作業者にとっても危険な作業環境となり得る。
【００２５】
本発明者らは、ここ数年間にチタン圧延メーカーによって開発された低温加工が可能な高強度チタン合金が、航空機用クランプに必要とされる加工性を満たすことを独自につきとめ、適用するに至った。クランプに必要なそのような加工性としては、鞍型クランプの場合は、厚さ０．５４９ｍｍ〜１．０１６ｍｍのバンドを、最も過酷な条件ではＲ／Ｔ＝１．９８の小半径に、また最大曲げ角度１８０°で曲げ加工することが求められる。ここで、Ｔはバンドの厚さ（ｍｍ）を表し、Ｒは、曲げ加工した後のバンドの円弧部分の半径（ｍｍ）を表す。過酷な条件が必要とされるのは、例えばバンドを円弧状の部分から取り付け部分を形成するために外側に向けて曲げる箇所である。なだらかな曲げ加工条件としては、鞍型クランプの規格の最も大きい形状（後掲の表２、鞍型Ｎｏ．１３）のＤの円弧部分等が該当し、この範囲に限定はされないが、通常Ｒ／Ｔ＝６２．０である。したがって、本発明のループ型クランプは、Ｒ／Ｔ＝１．９８〜６２．０および曲げ角度０〜１８０°（ただし、０は含まない）、好ましくは１〜１８０°に加工された高強度チタン合金からなるバンドを備えている。
【００２６】
また、ループ型のクランプにおいて必要とされる大角度曲げ加工では、厚さ０．５０８ｍｍ〜１．６００ｍｍのバンドを、最も過酷な条件ではＲ／Ｔ＝２．２５の小半径に、また最大曲げ角度２７０゜で曲げ加工することが求められる。このような条件は、例えば補強ビードを形成する際に求められる。なだらかな曲げ加工条件としては、ループ型クランプの規格の最も大きい形状（後掲の表２、ループ型Ｎｏ．２３）Ｄの円弧部分等が該当し、この範囲に限定はされないが、通常Ｒ／Ｔ＝２０．３である。したがって、本発明の鞍型クランプは、Ｒ／Ｔ＝２．２５〜２０．３および曲げ角度０〜２７０°（ただし、０は含まない）、好ましくは１〜２７０°に加工された高強度チタン合金からなるバンドを備える。上記のような範囲のうちＲ／Ｔが小さい形状は、従来のチタン合金では常温で加工し得なかったものである。
【００２７】
また、低温加工可能である（低温加工性）とは、加温しない状態で常温での加工が可能なことをいう。チタン合金の最終的な引張強度としては、時効処理後１，０００Ｎ／ｍｍ２〜１，６００Ｎ／ｍｍ２が得られるが、好ましくは１，０００〜１，５００Ｎ／ｍｍ２、特に１，２００〜１，４００Ｎ／ｍｍ２の高強度を示すことが好ましい。このような強度であれば、クランプとして必要とされる機械的強度を十分に満たすことができるだけでなく、従来のクランプに比べて大幅な重量削減を実現できる。
【００２８】
本発明に材料として使用するチタン合金は、溶体化処理された低温加工可能なチタン合金であり、合金特性を発揮する主要な成分がチタンであるものをいう。好ましくは、チタンの含有量が５０〜９９質量％、より好ましくは６５〜９５質量％である。チタン合金の好適な組成としては、Ｔｉ、ＡｌおよびＶの３成分を少なくとも含む。この３成分の合計を１００質量％とした場合、ＡｌおよびＶはそれぞれ０．１〜２５質量％、残部がＴｉであることが好ましい。上記３成分以外に必要により他の添加元素として、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｎ、Ｏ、Ｃ、ＨおよびＹの少なくとも一種を含んでもよく、含有量は合金中に０〜１０質量％が好ましい。また、上記チタン合金は微量の不可避的不純物を含み得る。
【００２９】
このような組成のチタン合金は、溶体化処理されることにより、柔らかく低温加工が可能となる。溶体化処理とは、合金の固溶限温度以上の適温に加熱し、合金成分を十分に固溶させた後、急冷して過飽和固溶状態にする熱処理を指す。そのため、クランプの形状に容易に加工でき、その後、時効処理を行うことによって、高強度を回復させるものである。時効処理後は、低温加工のできないＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ高強度チタン合金と同等またはそれ以上の引張強度特性を実現でき、クランプに好適である。また、低温加工のできないＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ高強度チタン合金を加工する場合には熱間加工が必須であるのに比較すると、低温加工が可能であるためにクランプの製造コストの大幅な削減が可能となる。
【００３０】
本発明のクランプに適用可能な低温加工性チタン合金としては、ＳＳＡＴ−３５（住友金属工業株式会社製、組成はＴｉ−３Ａｌ−５Ｖ）、ＤＡＴ−５１（大同特殊鋼株式会社製、組成はＴｉ−４Ａｌ−２１．５Ｖ）、ＫＳ１５−３−３−３（株式会社神戸製鋼所製、組成はＴｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌ）、ＳＰ−７００（ＪＦＥスチール株式会社製、組成はＴｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ）等が挙げられる。これらのチタン合金は、チタン素材メーカーによって溶体化処理後の状態で出荷される。この低温加工性チタン合金を後述するようにクランプの形状に曲げ加工した後、時効処理をすることで引張強度が向上し、高強度チタン合金からなるバンドとなる。
【００３１】
さらに、チタン合金は、クランプに従来使用されているステンレス鋼やアルミニウム合金に比較して大幅な軽量化を図ることができる。下記表１には、アルミニウム合金等を使用したときと、本発明の高強度チタン合金（商品名ＤＡＴ５１、大同特殊製鋼株式会社製）を使用したときとで、規格クランプのバンドを製造した場合を比較し、各バンドの引張強度、比重、および従来の素材をチタン化したときの断面積変化および重量変化を示している。チタン化したときとは、クランプとして必要とされる性能を満たすように、従来使用されている合金と低温加工性チタン合金とでバンドを製造した場合に、チタン合金バンドの断面積および重量に対する従来の合金の断面積および重量の比をそれぞれ求めたものである。クランプとして必要とされる性能として、ここでは従来の規格クランプと同等の引張強度を満たすように、バンドの厚さを設計した。なお、ＳＵＳ６３１の析出硬化処理後の引張強度は、下記の従来の合金の中で最も高い１，２３０Ｎ／ｍｍ２が得られるが、低温加工性チタン合金を使用した高強度チタンの時効処理後の引張強度は１，０００〜１，５００Ｎ／ｍｍ２と、ほぼ同等の引張強度が得られる。そのため、表１に示した計算の際には、低温加工性チタン合金を用いた高強度チタン合金の引張強度をＳＵＳ６３１と同じ値の１，２３０Ｎ／ｍｍ２として計算・評価した。
【００３２】
【表１】
【００３３】
上記の表１に示すように、バンドに低温加工性チタン合金を曲げ加工した高強度チタン合金を使用することにより、クランプの金属バンド部の重量は、アルミニウム合金（２０２４）あるいはＳＵＳ６３１のバンドに比較して約２／３となり、ＳＵＳ３２１のバンドに比較して約１／４の重量に軽量化できる。またバンドの断面積は、アルミニウム合金（２０２４）およびＳＵＳ３２１に比較して１／２以下となる。航空機内部においては、例えわずかずつでも個々の部品の軽量化が輸送コストの低減や低燃費の実現に貢献するため、チタン合金の使用はその点でメリットがある。
【００３４】
ＣＦＲＰによる電解腐食の問題については、バンド材にチタン合金を使用することで、避けることができる。チタン合金は空気中の酸素によって常温で酸化されやすく、バンド表面に自然に酸化皮膜が形成される。この酸化皮膜が保護膜となって、ＣＦＲＰによる電解腐食を防いでいると考えられる。
【００３５】
（クッション）
クランプのクッションは本発明の衝撃緩衝材であり、電線束あるいは配管を保持および保護し、また金属製バンドとの電気的絶縁の役割を担う。
【００３６】
クランプの規格に規定されているクッション材は前述の様に８種類あり、それらのうち低温領域で使用されるものがエチレンプロピレンゴム、ニトリルゴム、ニトリルブタジエンゴム、クロロブレンゴムの４種類である。低温から高温領域まで広い温度領域での使用をねらったものがシリコーンゴム、ガラス繊維布強化シリコーンゴム、フロロシリコーンゴムおよびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ、テフロン（登録商標））の４種類である。
【００３７】
広い温度領域で使用できる４種類の樹脂のうち３種類はシリコーン系のゴムである。残りの一つのフッ素系の樹脂については、そのうち加工性が悪くゴムとしての弾力性、保持性に欠けるポリテトラフルオロエチレンのみしか規定されていないのは、クランプの規格が樹脂技術の発展に追従できていないということであろう。
【００３８】
シリコーン系ゴムおよびフッ素系樹脂またはフッ素系ゴムは、対温度特性、耐薬品性、耐オゾン性、高い絶縁性、高い絶縁耐力等、クランプのクッション材として非常に優れた特性を備えた材料であるが、それぞれが強みと弱みをもっている。すなわち、シリコーンゴムはゴムの弾力性の面ではフッ素系樹脂またはゴムより優れているが、引き裂き強さではフッ素系樹脂またはゴムに劣る。またシリコーンゴムはフェニルシリコーンゴムなど低温領域で強いが、フッ素樹脂またはゴムは、ヴァイトン（登録商標）やカルレッツ（登録商標）（共にデュポン社製）などのように高温領域に強い。また、ＰＴＦＥなどのフッ素樹脂は低温から高温領域まで性能の変化が少なく、また経年変化が少なく、かつ高い難燃性を備えるなどの長所があるものの、高い潤滑性があるため保持力に欠けるという短所がある。
【００３９】
本発明におけるクッションでは、以上のようなシリコーンゴムとフッ素系樹脂またはゴムの長所を共に備えるよう、それらの組み合わせ生かしたクッション材を用いるか、あるいはシリコーンゴムとフッ素系樹脂またはゴムの短所を物理的に補った新しいクッション材を使用する。この両者はもちろん上記のクランプの規格には含まれておらず、従来使用されていなかったものである。以下に本発明に使用する４種類のクッション材、すなわち発明の第1実施形態から第４実施形態を詳細に説明する。
【００４０】
（第１実施形態）
第１実施形態のクッションは、フッ素樹脂とシリコーンゴムとの組み合わせを使用する。フッ素樹脂としては、ＰＴＦＥが特に好ましい。ＰＴＦＥは低温から高温領域まで性能の変化が少なく、また経年変化が少なく、かつ高い難燃性を備えるなどの長所があるものの、高い潤滑性があるため保持力に欠けるという短所がある。本実施形態は、このＰＴＦＥの短所をシリコーンゴムの弾力性で補ったもので、ＰＴＦＥに溝や穴を開けて、シリコーンゴムが埋め込まれ、保持力を高めている。
【００４１】
図２Ａ（ａ）は本実施形態のクランプの断面図であり、（ｂ）は同じクランプの内周面を示した図である。図２Ａ（ａ）に示すように、バンド２２の外周全体をＰＴＦＥ３０が取り巻いており、クランプの内周面側のＰＴＦＥ３０には、鳩尾状の溝３２が形成されている。この鳩尾状の溝３２に嵌合するように突起３３を設けた帯状のシリコーンゴム３１が、溝に嵌め込まれている。図２Ａ（ｂ）に示すように、シリコーンゴム３１は、クランプの長手方向（周方向）に伸張する帯状である。なお、ラインの数は例として示したもので、発明のクッションがライン３本という数に限定したものではない。ＰＴＦＥ３０に嵌合した状態でのシリコーンゴム３１の高さｈは、滑り止めとしての機能を果たす観点から、０．２ｍｍ〜０．５ｍｍが適当である。また、その際のシリコーンゴム３１の幅ｗは２ｍｍ〜３ｍｍ、間隔ｐ１は１．５ｍｍ〜２ｍｍが適当である。
【００４２】
図２Ｂ（ａ）は、本実施形態による別のクランプの断面図であり、（ｂ）はクランプの内周面を示す。図２Ｂ（ａ）および（ｂ）に示すように、ＰＴＦＥ４０には断面鳩尾状で四角形状の穴４２が形成され、この穴に嵌合する突起４３を形成した四角形状のシリコーンゴム４１を嵌め込んでいる。図２Ｂ（ｂ）に示すように、シリコーンゴム４１は升目状に配置され、クランプの保持力を高めている。なお、升目の数は例として示したもので、図面の態様に限定されない。升目を構成するシリコーンゴム４１の四角形の一片の長さｌは１ｍｍ〜３ｍｍが適当であり、四角形同士の間隔ｐ２は０．２ｍｍ〜０．３ｍｍが適当である。なお、シリコーンゴムは四角形のみならず、三角形、六角形等の他の多角形を採用してもよい。
【００４３】
シリコーンゴムとしては、ＫＥ−１３６Ｙ（信越化学工業株式会社製）などを使用できる。シリコーンゴムにはガラス繊維が分散配合されており、シリコーンゴムの引き裂きに弱いという欠点を補っている。ガラス繊維の配合量や配合比については特に制限はなく、従来公知の方法を参照して製造できる。
【００４４】
このクッションの使用温度範囲は、およそ−５０〜２００℃であり、これはとりもなおさずクランプの使用温度範囲となる。通常の航空機内使用においては、−５０〜１３５℃の温度範囲で使用できるクッション材が必要とされるため、本実施形態のクッションは十分に対応できるものである。また、クランプは−５０〜２００℃の温度範囲を超えても使用できるが、その時間が長引けばシリコーンゴムの劣化が早まり、シリコーンゴムの突起部あるいはシリコーンゴム全体が磨耗・脱落してしまう状況が起こり得る。しかし、本実施形態のクッションは、その場合でもＰＴＦＥ部分は残り、バンド部が電線束などを傷つけることはない。
【００４５】
また、シリコーンゴムおよびＰＴＦＥの電気的絶縁耐力は、いずれも２５ｋＶ〜３０ｋＶ／ｍｍであるので、ＰＴＦＥの厚みｄを１．６ｍｍ以上にしておけば、クッションとしての絶縁耐力は４０ｋＶ／ｍｍ以上が維持される。航空機用クランプのクッションの好ましい絶縁耐力は４０ｋＶ／ｍｍであり、これはＭＩＬ−ＳＴＤ−１７５７Ａに規定された雷撃試験電圧（約４０ｋＶ）をクリアする。この絶縁耐力は、航空機内にＣＦＲＰを使用した場合にも通用する絶縁耐力でもある。厚みｄの上限値は、クランプの寸法の規格の内径を満たせばよく、２．３０ｍｍである。
【００４６】
（第２実施形態）
第２実施形態は、温度特性等を改善した単一の材料を使用したクッションを使用する。技術の進歩により、フッ素ゴムもシリコーンゴムも多種多様なものが市場に出ている。特にフッ素ゴムは、低温に強いものが開発され、使用可能な温度範囲はＳＩＦＥＬ（信越化学工業社製）では−５０〜２００℃と、シリコーンゴムＫＥ−１３６Ｙ（信越化学工業社製）に遜色ないものとなっている。本実施形態では、このようなフッ素ゴムまたはシリコーンゴムを用いる。上記のように、これらの使用温度範囲は、通常航空機内で必要とされる温度範囲を満たしている。
【００４７】
クランプのクッションとして使用する場合、フッ素ゴムの場合は保持力を高めるためにシリカを分散配合する。分散するシリカは、一次凝集体の粒径が数十ｎｍ〜数μｍであることが好ましく、フッ素ゴムに対して好ましくは２〜３質量％を配合する。
【００４８】
また、本実施形態のクッションにはシリコーンゴムを使用することもでき、低温シリコーンゴムのＫＥ−１３６Ｙ（信越化学工業社製）などを使用することができる。シリコーンゴムを使用する場合は引き裂き強さを補うためにガラス繊維を分散配合する。配合するガラス繊維は、繊維長２〜１０ｍｍのものが好ましく、シリコーンゴムに対して好ましくは５〜３０質量％を配合する。
【００４９】
シリカを分散したフッ素ゴムまたはガラス繊維を分散したシリコーンゴム双方について、分散方法、配合方法、成形方法等の製造方法については特に制限はなく、従来公知の技術を参照して製造できる。例えば、自動車のタイヤに使用されるシリカの分散方法等については多様な製造方法が知られており、この分野の技術を適宜参照することができる。
【００５０】
図３は、シリカを分散したフッ素ゴムまたはガラス繊維を分散したシリコーンゴム３４を使用したクッション２３を備えるクランプの断面図である。このクッション２３は、性能としては現在の規格クランプの最高水準の性能と広い使用温度範囲を実現する。また、構造も単純で製造方法も複雑な段階がないため、製造工程を簡便にでき製造コストを低減できるメリットがある。また、クッション２３の内側の厚みｄが１．６ｍｍ以上あれば、電気的絶縁耐力は４０ｋＶ／ｍｍ以上となる。厚みｄの上限値は、クランプの寸法の規格の内径を満たせばよく、２．３０ｍｍである。
【００５１】
（第３実施形態）
図４は第３実施形態によるクランプの断面図である。第３実施形態のクッションは、フッ素樹脂とシリコーンゴムとを組み合わせたものである。このクッションは、図４に示す構造のもので、バンド２２を熟可塑性フッ素樹脂のパーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）皮膜３２で被覆し、その周囲をシリコーンゴム３６で取り巻き、さらに外皮としてＰＦＡ皮膜３２で外側を被覆したクッション２３で構成されている。
【００５２】
外皮のＰＦＡには、引き裂き強さを向上させるためにガラス繊維を、また保持力を向上させるためにシリカが分散配合されている。ガラス繊維及びシリカの好ましい配合量は、ＰＦＡに対してそれぞれ５〜３０質量％および２〜３質量％である。ガラス繊維およびシリカの分散配合方法等は、上記したとおりである。上記した規格のクッションには、ガラス繊維の織布を挟んだものがあるが、これは高コストであり、かつクッション表面の織布が切れやすいために、強度の点でも十分ではない。
【００５３】
内部には低温領域でもクッション材としての弾力性を維持するため、シリコーンゴムを使用する。ここで、クッションの金属バンドに接する内表面およびクッション材の外表面もＰＦＡの外皮でシリコーンゴムを取り囲み、シリコーンゴムを密閉している。このため、シリコーンゴムが金属バンドに直接接触することがないので、シリコーンゴムの引き裂き強さに弱いという短所がこの構造によって補われる。また使用温度が２４０℃を超えるような高温領域でも、シリコーンゴムが外気に触れることがないため特性の劣化が少なく、高温領域で仮にシリコーンゴムがゲル化した場合でもクッションから離脱することがない。
【００５４】
このクッションの使用温度領域の低温側温度は、ＰＦＡ中に封入するシリコーンゴムの低温特性で決まり、高温側温度は外皮のＰＦＡの高温特性で決まる。通常のシリコーンゴムを使用した場合、クッションの使用温度領域は−４０〜２６０℃、さらに低温特性が低温側にずれたフェニルシリコーンゴムを使用した場合、クッションの使用温度領域は−９０〜２６０℃と、従来の規格クランプ以上の広い温度領域で使用できる。そのため、地球上のあらゆる場所で使用できるのみならず、さらには宇宙空間（人工衛星や宇宙ロケット）においても使用が期待される。なお、クッションの内側の厚みｄが１．６ｍｍ以上あれば、電気的絶縁耐力は４０ｋＶ／ｍｍ以上となる。厚みｄの上限値は、クランプの寸法の規格の内径を満たせばよく、２．３０ｍｍである。
【００５５】
（第４実施形態）
図４は第３実施形態によるクランプの断面図である。第４実施形態は、発泡させたフッ素樹脂の単一材料のクッション材を使用する。フッ素樹脂として好ましくは熱可塑性フッ素樹脂のパーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）を使用する。このクッションは図５に示す断面をしており、バンド２２が発泡ＰＦＡ３７を使用したクッション２３に取り巻かれ、図３に示したシリカを分散したフッ素ゴムまたはガラス繊維を分散したシリコーンゴムを使用したクッションと同様、単純な構造をしている。使用している樹脂はＰＦＡであるが、ゴムとしての弾力性を持たせるためＰＦＡを発泡させており、引き裂き強さを強化するためにガラス繊維を、また保持力を強化するためにシリカを分散配合している。ＰＦＡ発泡率としては、１００〜５００％が望ましい。
【００５６】
発泡ＰＦＡを製造するには従来公知の技術を適宜参照すればよく、例えば、「フッ素樹脂の押出発泡形成技術」フジクラ技報、第１１１号（２００６年１０月）、「移動体通信基地局用アンテナ給電線の超高発泡絶縁体の改良検討」三菱電線工業時報、第９６号（平成１２年２月）を参照して製造できる。上記のフジクラ技法の論文では、ＰＦＡの発泡率は７０％である。発泡ＰＦＡは、ここ数年電線メーカー各社で開発が行われ、各社からその製品である電線・ケーブルも市場に出ており、その技術も公知となっている。
【００５７】
本発明では、発泡ＰＦＡの泡を独立泡ではなく連続泡に形成することがより好ましい。そのためには、窒素などの不活性ガスを吹き込んで物理発泡させることができる。発泡ＰＦＡを独立泡ではなく連続泡に発泡させることにより、気圧の変化を受けることが少ない。また物理的に発泡させているため、化学的発泡剤を使用した場合のように温度範囲が狭まることがなく、ＰＦＡの温度特性はそのまま生かされている。したがって、このクッションを用いたクランプの使用温度範囲は−２００〜２６０℃と、これまでのクランプでは実現できなかった広い温度範囲で使用可能である。すなわち、地球上のあらゆる場所、宇宙空間（人工衛星や宇宙ロケット）にも使用できる。
【００５８】
なお、クッションの内側の厚みｄが１．６ｍｍ以上あれば、電気的絶縁耐力は４０ｋＶ／ｍｍ以上となることは、他のクッションを使ったクランプと同様である。厚みｄの上限値は、クランプの寸法の規格の内径を満たせばよく、２．３０ｍｍである。
【００５９】
（クッションの金属製バンドヘの固定方法）
本発明のクランプのバンドを製造するには、低温加工可能なチタン合金を使用するので、従来公知の加工手段を用いることができる。例えば、常温での通常の金属プレス加工技術（常温のプレス成形または常温のベンダー成形）を用いるが、材料特性のバラツキが大きい場合、部分的に温間または熱間成形を行うことも排除しない。加工の後は、強度を高めるために以下のような時効処理を行う。時効処理の温度は、チタン合金の組成によって異なるが、クランプ形状に加工した合金をおおむね２００〜６００℃で加熱保持する。保持時間は製品の大きさによって変化するが、１〜３０時間である。加熱保持後、常温で冷却する。保持時間等の条件は、組成や製品の大きさに応じて所望の引張強度が得られるように適宜調整すればよい。
【００６０】
バンドにクッションを固定する際は、通常は、本発明で用いているＰＦＴＥ、ＰＦＡなどのフッ素樹脂やフッ素ゴムなどのゴムは、金属あるいは他の樹脂との結合に注意を要する。接着材を用いる場合、表面処理に注意を払う必要があるが、高温領域で接着剤が劣化しやすいという問題があるためである。
【００６１】
図２に示した第１実施形態のクランプでは、ＰＴＦＥは成形時に断面鳩尾状の溝または穴を作っておき、表面の升目形状またはライン状のシリコーンゴムの基礎部分を溝の中に埋め込んだ状態にすることにより、ＰＴＦＥにシリコーンゴムを固定している。したがって、接着剤を使用することはなく、接着剤に由来する問題は避けることができる。
【００６２】
本発明の好ましい実施形態では、図３、図４、図５に示す第２〜４実施形態のクッションを低温加工性チタン合金を加工した高強度チタン合金に固定する方法として、まず、図６Ａ（ａ）に示すように高強度チタン合金からなるバンド２２にあらかじめ複数個の貫通穴２２を設ける。図６Ａ（ｂ）は、図６Ａ（ａ）のｂ−ｂ方向の断面図である。次いで、バンド２２を溶融状態のクッションの材料に差し込み、この貫通穴２２にクッション材を貫通させた状態で成形する。図６Ｂ（ａ）はクッション２３を成形した後のクランプを示す図であり、図６Ｂ（ｂ）は図６Ｂ（ａ）のｂ−ｂ方向の断面図である。図６Ｂ（ｂ）に示すように、貫通穴３８の内部をクッション２３の材料が貫通して成形されている。このように成形することにより、クッションはバンドに強固に固定される。
【００６３】
図４に示す第３実施形態の場合は、上記のようにしてバンドを被覆する熱可塑性フッ素樹脂（ＰＦＡ）を初めに金属バンドの回りに袋状にアウトサート成形し、ＰＦＡの袋の中にフェニルシリコーンゴムを注入後に注入口にＰＦＡを溶接して塞ぐ。したがって、袋の成形時にバンドの貫通穴を貫通させた状態で成形できる。
【００６４】
図２Ａおよび図２Ｂに示す第１実施形態の場合も、ＰＴＦＥに溝または穴を形成すると共に、バンドの貫通穴を貫通した状態でクッションを成形できる。この方法により、接着剤を使用せず、クッション材を高強度チタン合金に固定する。この固定方法をとることにより、接着剤を塗布する工程を省略でき、また接着剤の高温での劣化の問題も解決することができる。
【００６５】
（本発明の軽量化効果）
以上で詳細に説明した本発明のクランプを設計し、従来の規格クランプとの重量の比較を行った。従来の規格クランプとしては、上記したＡＳ８５０５２に規定されているループ型全２３種類とＡＳ８５４４９に規定されている鞍型（サドル型）全１３種類について、規定されている寸法から金属バンド部および樹脂クッション部の体積を算出し、これに材料の比重を掛算して重量を算出した。評価に用いた規格クランプの寸法のうち、特にクランプの円弧部分の内径の直径Ｄ、円弧部分の中心からクランプの外側の表面までの距離Ｃ、バンドの厚さＴについて、下記表２に示す。ＤおよびＣについては、図７および８に示した。
【００６６】
【表２】
【００６７】
また、本発明のクランプの金属バンド部については、低温加工可能なチタン合金を使用した高強度チタン合金の引張強度を１，２３０Ｎ／ｍｍ２とし、規格クランプの金属バンドと同じ引張強度となるような断面積とした。また樹脂クッション部については、外形寸法が規格クランプと同じとなるようにした。クッションについては、図３に示した第２実施形態のクッション（例１）、図５に示した第４実施形態のクッション（例２）を採用した。
【００６８】
したがって、ＡＳ８５０５２に規定されているループ型全２３種類のクランプに関しては、規格クランプと本発明のクランプの外形寸法は同じであり、ＡＳ８５４４９に規定されている鞍型（サドル型）全１３種類のクランプに関しては、本発明のクランプでは金属バンド部が薄くなっている分樹脂クッション部の厚みが増えているが、外形寸法はほぼ同じである。
【００６９】
下記表３に示すように、例１および２で設計・試算した本発明のクランプの重量の軽量化効果を、規格クランプの重量を１として比較した。規格クランプは、上記した規格ＡＳ８５０５２（バンド材：１７−７ＰＨ（ＳＵＳ６３１）、クッション材：ガラス布強化シリコーンゴム）の全２３種類のサイズ、およびＡＳ８５４４９（バンド材：ＳＵＳ３２１、クッション材：ガラス布強化シリコーンゴム）の全１３種類のサイズに従うものであった。規格クランプに比べて、本発明のクランプはいずれも軽量化が実現できていることが分かる。特に、実施例２の物理発泡させたＰＦＡゴムを使用した鞍型クランプの場合には、概算重量比が０．２９となり、従来技術と比較して７１％もの重量減と大幅な軽量化を実現できる。この設計・試算は、通常クランプを量産する前に実施する信頼性の高いものであり、実際に製造したクランプの特性をほぼ正確に反映するものである。
【００７０】
【表３】
【符号の説明】
【００７１】
１０、２０ クランプ、
２１ ウェッジ、
２２ バンド、
２３ クッション、
２４ 補強ビード、
３０、４０ ＰＴＦＥ、
３１、４１、３６ シリコーンゴム、
３２ 溝、
３３、４３ 突起、
３４ ガラス繊維分散シリコーンゴムまたはシリカ分散フッ素ゴム、
３５ ＰＦＡ皮膜、
３７ 発泡ＰＦＡ、
３８ 貫通穴、
４２ 穴、
ｈ 高さ、
ｌ 一片の長さ、
ｐ１、ｐ２ 間隔、
ｗ 幅、
Ｚ１ Ａ〜Ｂ間の領域、
Ｚ２ Ａ〜Ｂ間の領域、
Ｚ３ Ａ〜Ｂ間の領域。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶体化処理された低温加工性チタン合金を曲げ加工した、高強度チタン合金からなる支持部材の外表面を衝撃緩衝材で覆ってなるクランプ。
【請求項２】
上記曲げ加工が、Ｒ／Ｔ＝１．９８〜６２．０および曲げ角度０〜１８０°（ただし０は含まない）、または、Ｒ／Ｔ＝２．２５〜２０．３および曲げ角度０〜２７０°（ただし０は含まない）の加工である請求項１に記載のクランプ。
【請求項３】
前記衝撃緩衝材が、
ガラス繊維とシリカを分散させた、連続泡を有する発泡熱可塑性フッ素樹脂部材からなる；
外周面の一部に断面鳩尾状の溝または穴を形成したフッ素樹脂部材および該溝もしくは穴に嵌合するように突起部を形成し、該溝もしくは穴に埋設された、帯状もしくは多角形のガラス繊維を分散させたシリコーンゴム部材からなる；
シリカを分散配合したフッ素ゴム部材もしくはガラス繊維を分散したシリコーンゴム部材からなる；または
内表面と外表面とをガラス繊維とシリカを分散させた熟可塑性フッ素樹脂の皮膜で被覆したシリコーンゴム部材からなる、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のクランプ。
【請求項４】
前記支持部材が複数個の貫通穴を有し、該貫通穴に前記衝撃緩衝材が貫通していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のクランプ。
【請求項１】
溶体化処理された低温加工性チタン合金を曲げ加工した、高強度チタン合金からなる支持部材の外表面を衝撃緩衝材で覆ってなるクランプ。
【請求項２】
上記曲げ加工が、Ｒ／Ｔ＝１．９８〜６２．０および曲げ角度０〜１８０°（ただし０は含まない）、または、Ｒ／Ｔ＝２．２５〜２０．３および曲げ角度０〜２７０°（ただし０は含まない）の加工である請求項１に記載のクランプ。
【請求項３】
前記衝撃緩衝材が、
ガラス繊維とシリカを分散させた、連続泡を有する発泡熱可塑性フッ素樹脂部材からなる；
外周面の一部に断面鳩尾状の溝または穴を形成したフッ素樹脂部材および該溝もしくは穴に嵌合するように突起部を形成し、該溝もしくは穴に埋設された、帯状もしくは多角形のガラス繊維を分散させたシリコーンゴム部材からなる；
シリカを分散配合したフッ素ゴム部材もしくはガラス繊維を分散したシリコーンゴム部材からなる；または
内表面と外表面とをガラス繊維とシリカを分散させた熟可塑性フッ素樹脂の皮膜で被覆したシリコーンゴム部材からなる、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のクランプ。
【請求項４】
前記支持部材が複数個の貫通穴を有し、該貫通穴に前記衝撃緩衝材が貫通していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のクランプ。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−７２５６（Ｐ２０１１−７２５６Ａ）
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５０９２６（Ｐ２００９−１５０９２６）
【出願日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【出願人】（３９０００４２１５）株式会社高木化学研究所 (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【出願人】（３９０００４２１５）株式会社高木化学研究所 (6)
【Ｆターム（参考）】
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