(57)【要約】【課題】  改善されたバスバーを可能にするシステム及び方法を提供する。【解決手段】  加熱または防氷航空機構造のための抵抗加熱回路が、可撓性誘電体基板と、基板によって支持される抵抗加熱素子と、バスバーと、を含む。バスバー及び抵抗加熱素子が、加熱または防氷航空機構造とともに自由に曲がるように、バスバーは、抵抗加熱素子に電気的に接続され、基板上にプリントされた導電性インクを含む。加熱または防氷航空機構造、及び加熱または防氷航空機構造のための抵抗加熱回路を作成する方法もまた、説明される。【選択図】図１
2020063040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱または防氷航空機構造のための抵抗加熱回路であって、
可撓性誘電体基板と、
前記基板によって支持される抵抗加熱素子と、
前記抵抗加熱素子に電気的に接続されるバスバーであって、前記バスバー及び前記抵抗加熱素子が、前記加熱または防氷航空機構造とともに自由に曲がるように、前記バスバーが、前記基板上にプリントされた導電性インクを含む、前記バスバーと、
を備える、抵抗加熱回路。
【請求項２】
前記バスバーが、少なくとも前記抵抗加熱素子と同様の可撓性がある、請求項１に記載の抵抗加熱回路。
【請求項３】
前記抵抗加熱素子が、前記基板上にコンフォーマルに配置される、請求項１に記載の抵抗加熱回路。
【請求項４】
前記抵抗加熱素子が、カーボンナノチューブを含む、請求項１に記載の抵抗加熱回路。
【請求項５】
前記抵抗加熱素子が、エッチングされたメッシュパターンを含む、請求項１に記載の抵抗加熱回路。
【請求項６】
前記抵抗加熱素子が、ワイヤメッシュパターンを含む、請求項１に記載の抵抗加熱回路。
【請求項７】
前記導電性インクが、エポキシ樹脂内に銀微粒子を含む、請求項１に記載の抵抗加熱回路。
【請求項８】
前記バスバーが、前記基板上にコンフォーマルに配置される、請求項１に記載の抵抗加熱回路。
【請求項９】
前記バスバーの一部が、前記抵抗加熱素子に重なり合う、請求項１に記載の抵抗加熱回路。
【請求項１０】
前記バスバーの前記重なり合う部分が、前記抵抗加熱素子上にコンフォーマルに配置される、請求項９に記載の抵抗加熱回路。
【請求項１１】
前記バスバーを前記抵抗加熱素子に電気的に接続する導電性樹脂体をさらに備える、請求項１に記載の抵抗加熱回路。
【請求項１２】
前記導電性樹脂が、前記抵抗加熱素子上にコンフォーマルに配置される、請求項１１に記載の抵抗加熱回路。
【請求項１３】
前記バスバーの前記重なり合う部分が、前記導電性樹脂体上にコンフォーマルに配置される、請求項１１に記載の抵抗加熱回路。
【請求項１４】
請求項１に記載の抵抗加熱回路を有する、加熱または防氷航空機構造であって、
前記抵抗加熱回路が、加熱または防氷航空機構造によって支持された、加熱または防氷航空機構造。
【請求項１５】
加熱または防氷航空機構造のための抵抗加熱回路の作成方法であって、
可撓性誘電体基板で抵抗加熱素子を支持することと、
導電性インクを用いてバスバーを前記誘電体基板上にプリントすることと、
前記バスバーを前記抵抗加熱素子に電気的に接続することと、
抵抗加熱回路が、前記加熱または防氷航空機構造とともに自由に曲がるように、前記抵抗加熱素子の可撓性を前記バスバーの可撓性に合致させること、または上回らせることと、
を含む、方法。
【請求項１６】
前記支持するステップが、前記抵抗加熱素子を前記基板上にコンフォーマルに配置することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記抵抗加熱回路が、カーボンナノチューブを含み、前記導電性インクが、エポキシ樹脂内に銀微粒子を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記バスバーの一部を前記抵抗加熱素子上に重ね合わせることをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記重ね合わせるステップが、前記バスバー部分を前記抵抗加熱素子上にコンフォーマルに配置することを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
導電性樹脂体を前記抵抗加熱素子上に配置することと、
前記バスバーを、前記導電性樹脂体を有する前記抵抗加熱素子に電気的に接続することであって、前記導電性樹脂が、前記抵抗加熱素子上にコンフォーマルに配置され、前記バスバーの前記重なり合う部分が、前記導電性樹脂体上にコンフォーマルに配置される、前記接続することと、
をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、抵抗加熱回路に関し、より詳細には、加熱または防氷航空機構造のための可撓性バスバーを有する抵抗加熱回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機などにおける抵抗加熱素子は、一般に、快適性及び防氷のため熱を発生されるために使用される。このような抵抗加熱素子が付着された構造は、たわみを受けやすい場合があるため、抵抗加熱素子は、概して、構造のたわみに対応するように構成される。基礎的な構造が潜在的に高い疲労を受けやすい適用例では、抵抗加熱素子それ自体に、比較的可撓性がある場合がある。これによって、加熱素子は、周期的なたわみにもかかわらず、熱を確実に発生させることが可能となる。
【０００３】
このような可撓性のある抵抗加熱素子に対する１つの課題は、加熱に必要な電力を抵抗加熱素子へ送ること、及び加えることである。電力は、概して、抵抗加熱素子に接続するケーブル、配線、及び／または金属板を用いて提供される。その所期の目的には概して許容できるが、ケーブル、配線、及び／または金属板自体がたわみ及び／または高い疲労を受けやすい可能性がある周期的なたわみは、抵抗加熱素子に電力を提供する能力を制限するには十分である。ケーブル、配線、及び／または金属板は、また、加熱される構造または防氷が必要な構造に重量を加える。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような従来の方法及びシステムは、概してその所期の目的を充足するものと考えられていた。しかしながら、当該技術分野において、高疲労適用例に対して抵抗加熱器のために改善されたバスバーを可能にするシステム及び方法が、依然として必要である。本開示は、これらの問題に対する解決策を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
加熱または防氷航空機構造のための抵抗加熱回路が、可撓性誘電体基板と、基板によって支持される抵抗加熱素子と、バスバーと、を含む。バスバー及び抵抗加熱素子が、加熱または防氷航空機構造とともに自由に曲がるように、バスバーは、抵抗加熱素子に電気的に接続され、基板上にプリントされた導電性インクを含む。
【０００６】
ある実施形態において、誘電体基板は、加熱航空機コンポーネントまたは防氷航空機構造であり得る。抵抗加熱素子は、基板上にコンフォーマルに配置され得る。抵抗加熱素子は、カーボンナノチューブを含み得る。抵抗加熱素子は、エッチングされたメッシュパターンを含み得る。抵抗加熱素子は、ワイヤメッシュパターンを含み得る。
【０００７】
ある実施形態によれば、導電性インクは、エポキシ樹脂内に銀微粒子を含み得る。バスバーは、基板上にコンフォーマルに配置され得る。バスバーの一部は、抵抗加熱素子に重なり合ってもよい。バスバーの重なり合う部分は、抵抗加熱素子上にコンフォーマルに配置され得る。
【０００８】
導電性樹脂体は、バスバーを抵抗加熱素子に電気的に接続し得ると考えられる。導電性樹脂は、抵抗加熱素子上にコンフォーマルに配置され得る。バスバーの重なり合う部分は、導電性樹脂体上にコンフォーマルに配置され得る。上述のように、加熱または防氷航空機構造が、抵抗加熱回路を有してもよく、抵抗加熱回路が、加熱または防氷航空機構造によって支持されるとも考えられる。
【０００９】
加熱または防氷航空機構造のための抵抗加熱回路を作成する方法は、可撓性誘電体基板で抵抗加熱素子を支持することを含む。バスバーは、導電性インクを用いて基板上にプリントされる。抵抗加熱回路が、加熱または防氷航空機構造とともに自由に曲がるように、バスバーは、抵抗加熱素子に電気的に接続され、バスバーの可撓性が、抵抗加熱素子の可撓性に合致され、または上回る。
【００１０】
ある実施形態において、抵抗加熱素子を支持することは、抵抗加熱回路を基板上にコンフォーマルに配置することを含み得る。抵抗加熱回路は、カーボンナノチューブを含み得る。導電性インクは、エポキシ樹脂内に銀微粒子を含み得る。
【００１１】
ある実施形態によれば、バスバーをプリントすることは、バスバーを基板上にコンフォーマルに配置することを含み得る。バスバーの一部は、抵抗加熱素子に重なり合ってもよい。バスバーの重なり合う部分は、抵抗加熱素子に重なり合ってもよく、抵抗加熱素子上にコンフォーマルに配置されてもよい。
【００１２】
ある実施形態によれば、導電性樹脂体は、抵抗加熱素子上に配置され得るとも考えられる。バスは、導電性樹脂体で抵抗加熱素子に電気的に接続され得る。導電性樹脂は、抵抗加熱素子上にコンフォーマルに配置される。バスバーの重なり合う部分は、導電性樹脂体上にコンフォーマルに配置され得る。
【００１３】
主題開示のシステム及び方法の、これらの及び他の特徴は、図面と併せて用いられる好適な実施形態の以下の詳細な説明から、当業者にはさらに容易に明らかになるであろう。
【００１４】
主題開示が属する技術分野の当業者が、不要な実験を行うことなく、主題開示のデバイス及び方法を作成及び使用する方法を容易に理解するように、その実施形態は、ある図面を参照して以下の本明細書において詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本開示に従って構成される抵抗加熱回路を有する加熱または防氷航空機構造の概略図であり、航空機構造を加熱する抵抗加熱回路を示す。
【図２】図１の抵抗加熱回路の側面図であり、バスバーの一部が抵抗加熱回路上にコンフォーマルに配置されて、抵抗加熱素子と電気的に接続された可撓性バスバーを示す。
【図３】導電性樹脂体を有する図１の抵抗加熱回路の側面図であり、バスバーの一部が導電性樹脂体上にコンフォーマルに配置されて、抵抗加熱素子と電気的に接続された可撓性バスバーを示す。
【図４】図１の抵抗加熱回路の平面図であり、カーボンナノチューブ体を有する抵抗加熱素子に電気的に接続された可撓性バスバーを示す。
【図５】図１の抵抗加熱回路の平面図であり、エッチングされたメッシュボディ、またはワイヤメッシュボディを有する抵抗加熱素子に電気的に接続された可撓性バスバーを示す。
【図６】加熱または防氷航空機構造のための抵抗加熱回路を作成する方法のブロック図であり、方法のステップを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
ここで、図面に対して参照が行われ、図面において、類似の参照番号は、主題開示の類似の構造的特徴または態様を識別する。限定ではなく説明及び例示の目的で、開示に従って構成される加熱または防氷航空機構造のための抵抗加熱回路の例示的実施形態が、図１に概略的に示され、概して参照符号１００によって指定される。本開示による、抵抗加熱回路、加熱もしくは防氷航空機構造、及び加熱もしくは防氷構造のための抵抗加熱回路を作成する方法の他の実施形態、またはその態様は、説明されるように、図２〜６において概略的に提供される。本明細書で説明されるシステム及び方法は、フロアパネル及び回転翼などの、たわみ及び／または高疲労を受けやすい加熱もしくは防氷構造において使用され得るが、本開示は、概して、たわみ及び／または高疲労を受けやすい構造、または航空機に限定されない。
【００１７】
図１を参照すると、抵抗加熱回路１００が示されている。抵抗加熱回路１００は、加熱または防氷航空機構造１０に固定され、抵抗加熱素子１０２、バスバー１０４、及び電源１２を含む。電源１２の正端子は、抵抗加熱素子１０２に電流１６の流れを提供するために、ソースリード１４によってバスバー１０４に電気的に接続される。バスバー１０４は、電流１６の流れを提供して熱Ｈを抵抗発生させるために、抵抗加熱素子１０２に電気的に接続される。抵抗加熱素子１０２は、加熱または防氷航空機構造１０に熱を伝達するために、加熱または防氷航空機構造１０と熱的に連通している。抵抗加熱素子１０２は、所期の適用例に適するように、リターンリード１８及び／またはシャーシ接地などによって、電源１２の負端子に電気的に接続される。加熱または防氷航空機構造１０は、非限定的な実施例によって、航空機内装用のフロアパネル、エンジン吸入カウリング、回転翼航空機用の羽根であってもよい。
【００１８】
本開示の観点において当業者によって理解されるように、航空機のような乗り物は、典型的には、飛行中に異なる環境に遭遇する。これらの環境のいくつかは、雨、氷、及び／または超低温を含む。そのような環境における信頼性動作のために、専門の加熱コンポーネント及び／または電熱式防氷システムを提供することが必要であり得る。いくつかの適用例において、専門の加熱コンポーネント及び／または電熱式防氷システムは、たわみを受けやすい航空機の領域に電力を移送する必要があり、その領域は、ある種類の物質及び構造についての高疲労領域であり得る。
【００１９】
加熱または防氷構造のたわみに対応するために、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）から形成された抵抗加熱素子は、高疲労領域に適用され得る。ＣＮＴ抵抗加熱素子は、頑強性の利点を有し、概して、高疲労領域において一般に経験される周期的なたわみに抵抗することができる。しかしながら、著しい重量を追加することなく、及び／または、ＣＮＴ抵抗加熱素子それ自体によってもたらされる有益な頑強性を失うことなく、そのような抵抗加熱素子に電力を提供することの課題が残っており、それは、配線もしくはホイルバスバーの長いストリップが、ＣＮＴ抵抗加熱素子との電気通信を提供するために使用される場合があり得る。この問題を解決するために、抵抗加熱回路１００のバスバー１０４は、抵抗加熱素子１０２の可撓性１０３に対応する可撓性１０５（例えば、合致する、または上回るバスバー１０４の可撓性）を提供するようにプリントされる。ある実施形態において、リターンリード１８は、また、抵抗加熱素子１０２の可撓性１０３に対応して、可撓性１０７を提供するようにプリントされ得る。
【００２０】
図２を参照すると、抵抗加熱回路１００が示されている。抵抗加熱回路１００は、可撓性誘電体基板１１０（航空機構造１０であってもよい）、基板１１０によって支持される抵抗加熱素子１０２、及びバスバー１０４を含む。バスバー１０４及び抵抗加熱素子１０２が、加熱または防氷航空機構造１０（図１に示される）とともに自由に曲がるように、バスバー１０４は、抵抗加熱素子１０２に電気的に接続され、基板１１０上にプリントされた導電性インク１１２を含む。
【００２１】
抵抗加熱素子１０２は、ＣＮＴ体１１４を含む。ＣＮＴ体１１４は、抵抗加熱素子１０２に提供される電流１６（図１に示す）を用いて、航空機構造１０を抵抗加熱するように構成され、適合される。抵抗加熱素子１０２（及び／またはＣＮＴ体１１４）は、基板１１０上にコンフォーマル（conformally）に配置１１６されてもよく、抵抗加熱素子１０２はそれによって基板１１０とともに曲がると考えられる。ある実施形態では、実質的に抵抗加熱素子１０２の全体が、ＣＮＴ体１１４から形成される。
【００２２】
バスバー１０４は、導電性インク１１２を含み、基板１１０上にプリントされる。導電性インク１１２をプリントすることによって、バスバー１０４が基板１１０上にコンフォーマルに配置１１８されることが可能となる。バスバー１０４の一部１２０が、抵抗加熱素子１０２の一部に重なり合ってもよいと考えられる。バスバー１０４の重なり合う部分１２０は、抵抗加熱素子１０２上にコンフォーマルに配置され得る。ある実施形態において、導電性インク１１２は、エポキシ樹脂１２４内に銀微粒子１２２を含む。適当な導電性インクの実施例は、Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．  ｏｆ  Ｄｅｌａｗａｒｅ，Ｏｈｉｏから入手可能な銀ビニルインクを含む。
【００２３】
図３を参照すると、抵抗加熱回路１３０が示されている。抵抗加熱回路１３０は、抵抗加熱回路１００（図１に示される）に類似しており、追加的に電気的導電性樹脂体１３２を含む。樹脂体１３２は、抵抗加熱素子１０２の一部に重なり合い、バスバー１０４と抵抗加熱素子１０２との間に電気通信を提供する。この点において、電流１６（図１に示される）が、バスバー１０４から抵抗加熱素子１０２に樹脂体１３２を通って伝達されるように、バスバー１０４の一部１２０は、樹脂体１３２及び抵抗加熱素子１０２に重なり合う。バスバー１０４は、樹脂体１３２上にコンフォーマルに配置１３４され得ると考えられる。樹脂体１３２は、抵抗加熱素子１０２上に配置され得る（または、コンフォーマルに配置１３６され得る）とも考えられる。適当な導電性インクの実施例は、Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．  ｏｆ  Ｄｅｌａｗａｒｅ，Ｏｈｉｏから入手可能な銀−エポキシ導電性樹脂を含む。
【００２４】
図４及び図５を参照すると、抵抗加熱回路１００が平面図で示されている。図４に示されるように、抵抗加熱素子１０２は、ＣＮＴ体１１４を含み、可撓性１０３を有する。バスバー１０４の可撓性１０５は、ＣＮＴ体１１４の可撓性１０３に相当するか、またはそれよりも大きいと考えられる。本開示の観点において当業者によって理解されるように、ＣＮＴ体１１４の可撓性１０３をバスバー１０４の可撓性１０５と合致させること（または上回らせること）によって、周期的なたわみ及び／または高疲労を受けやすく頑強性を有する構造をわたって抵抗加熱回路１００を通した電流１６（図１に示される）の伝達が可能となり、基板１１０の耐用期間中の高い周期的な疲労サイクルカウントの累積にかかわらず、基板１１０の確実な加熱または防氷を保証する。
【００２５】
図５に示されるように、抵抗加熱回路１４０は、可撓性１４３を有するエッチングされたメッシュボディまたはワイヤメッシュボディ１４２を含む。バスバー１０４の可撓性１０５は、エッチングされたメッシュボディまたはワイヤメッシュボディ１４２の可撓性１４３に相当するか、またはそれよりも大きいと考えられる。本開示の観点において当業者によって理解されるように、エッチングされたメッシュボディまたはワイヤメッシュボディ１４２の可撓性１４３をバスバー１０４の可撓性１０５と合致させること（または上回らせること）によって、周期的なたわみ及び／または高疲労を受けやすく頑強性を有する構造をわたって抵抗加熱回路１４０を通した電流１６（図１に示される）の伝達が可能となり、基板１１０の耐用期間中の高い周期的な疲労サイクルカウントの累積にかかわらず、基板１１０の確実な加熱または防氷を保証する。
【００２６】
図６を参照すると、加熱または防氷航空機構造のための抵抗加熱回路、例えば、抵抗加熱回路１００（図１に示される）を作成する方法２００が示されている。ボックス２１０で示されるように、抵抗加熱素子、例えば、抵抗加熱素子１０２（図１に示される）は、可撓性誘電体基板、例えば、基板１１０（図１に示される）上で支持される。ボックス２２０で示されるように、バスバー、例えば、バスバー１０４（図１に示される）は、導電性インク、例えば、導電性インク１１２（図２に示される）を用いて基板上にプリントされる。ボックス２３０で示されるように、バスバーは、抵抗加熱素子に電気的に接続される。ボックス２４０で示されるように、抵抗加熱回路が、加熱または防氷航空機構造とともに自由に曲がるように、バスバーの可撓性、例えば、可撓性１０５（図１に示される）が、抵抗加熱素子の可撓性、例えば、可撓性１０３（図１に示される）に合致され、または上回る。
【００２７】
ボックス２１２で示されるように、抵抗加熱素子を支持することは、抵抗加熱回路を基板上にコンフォーマルに配置することを含み得る。ボックス２１４で示されるように、抵抗加熱素子は、カーボンナノチューブ、例えば、カーボンナノチューブ体１１４（図２に示される）を含み得ると考えられる。ボックス２１６で示されるように、抵抗加熱素子は、エッチングされたメッシュボディまたはワイヤメッシュボディ、例えば、エッチングされたメッシュボディまたはワイヤメッシュボディ１３０（図５に示される）を含み得る。
【００２８】
ボックス２２２で示されるように、バスバーをプリントすることは、バスバーを基板上にコンフォーマルに配置することを含み得る。ボックス２２４で示されるように、一部、例えば、一部１１８（図２に示される）が抵抗加熱素子と重なり合うように、バスバーは、基板上にプリントされ得る。ボックス２２６で示されるように、バスバーを基板上にプリントすることは、バスバーを抵抗加熱素子上にコンフォーマルに配置することを含み得ると考えられる。ボックス２２８で示されるように、バスバーは、銀微粒子及び樹脂、例えば、銀微粒子１２２（図２に示される）及び樹脂１２４（図２に示される）を含む導電性インクをプリントされ得るとも考えられる。
【００２９】
ボックス２５０で示されるように、導電性樹脂体、例えば、樹脂体１３２（図２に示される）は、抵抗加熱素子上に配置され得る。ボックス２３０で示されるように、バスバーを抵抗加熱素子に電気的に接続することは、樹脂体でバスバーを抵抗加熱素子に電気的に接続することを含み得る。ボックス２３４で示されるように、導電性樹脂は、抵抗加熱素子上にコンフォーマルに配置され得ると考えられる。ボックス２３６で示されるように、バスバーの重なり合う部分は、導電性樹脂体上にコンフォーマルに配置され得るとも考えられる。
【００３０】
上述し、図面に示したように、本開示の方法及びシステムは、抵抗加熱素子の可撓性と合致する（または上回る）可撓性を有する、抵抗加熱素子を電気的に接続するバスバーにおける耐疲労性を含む優れた特性を抵抗加熱回路に提供して、バスバーが周期的なたわみ及び高疲労を受けやすい構造上に置かれることを可能にする。主題開示のシステム及び方法は、好適な実施形態を参照して示され、説明されているが、当業者であれば、主題開示の思想及び範囲から逸脱することなくそれに対して変更及び／または修正が行われ得ることを容易に理解するであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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