(57)【要約】      （修正有）【課題】管路の周りに巻回して使用するヒータにおいて、重さ及びコストを低減可能な組立体を提供すること。【解決手段】ヒータ１０は、閉鎖材料１６により覆われた基板１４上の導電性インク１２を含む。導電性インク１２は、リード線１８により、コントローラ１９に電気的に接続されている。ヒータ１０は、管路（ホースまたはチューブ）への着設について、１フィート当たり５〜１５Ｗの抵抗範囲、または、平坦もしくは可変立体構成要素への着設について１平方インチ当たり０．４〜４０Ｗの間の抵抗範囲で、ヒータ１０のサイズ及び特定の用途にしたがって、導電性インク１２により作成される３次元の付加製造される装置である。導電性インク１２は、ほぼ０．０００１インチと０．０１０インチとの間の厚さを有することができる。【選択図】図１
2020064853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水システム用チューブと、
導電性インクの複数の層を含む、前記チューブ上に付加製造されたヒータと、
前記ヒータから電源への１つまたは複数のコネクタと、
を備える、組立体。
【請求項２】
前記チューブは、金属、複合材、及び、プラスチックからなるグループから選択される材料を備える、請求項１に記載の組立体。
【請求項３】
前記付加製造されたヒータは、前記チューブの周りに合致するように構成されるオーバラップを備える、請求項１に記載の組立体。
【請求項４】
前記付加製造されたヒータは、１フィート当たり５〜１５ワットの間の抵抗を有する、請求項１に記載の組立体。
【請求項５】
前記付加製造されたヒータは、０．０００１インチと０．０１０インチとの間の厚さを有する、請求項１に記載の組立体。
【請求項６】
前記導電性インクの前記複数の層のそれぞれは、１〜１００ミクロンの間の厚さを有する、請求項１に記載の組立体。
【請求項７】
前記導電性インクは、ナノカーボン含有インク、カーボン含有インク及び銀含有インクからなるグループから選択される請求項１に記載の組立体。
【請求項８】
前記付加製造されたヒータは、前記導電性インクの前記複数の層が配置された基板を更に備える、請求項１に記載の組立体。
【請求項９】
前記基板は、ネオプレン、ナイロン布、ガラス布、予め含浸した布、ウレタン、または、その可能な組み合わせからなるグループから選択される、請求項８に記載の組立体。
【請求項１０】
前記導電性インクの前記複数の層は、前記チューブの表面に直接印刷されている、請求項１に記載の組立体。
【請求項１１】
前記付加製造されたヒータの上に閉鎖層を更に備える、請求項１に記載の組立体。
【請求項１２】
前記閉鎖層は、ネオプレン、ナイロン布、ガラス布、予め含浸した布、ウレタン、及び、その組み合わせからなるグループから選択される、請求項１１に記載の組立体。
【請求項１３】
前記付加製造されたヒータの上に閉鎖コーティングを更に備える、請求項１に記載の組立体。
【請求項１４】
前記閉鎖コーティングは、塗料、コンフォーマルコーティング、ポリウレタン、ニトリル、ＰＶＣ、ネオプレン、エポキシ、パリレン、浸漬コーティング、及び、その組み合わせからなるグループから選択される、請求項１３に記載の組立体。
【請求項１５】
水バルブと水タンクとからなるグループから選択される水システム構成要素と、
導電性インクの複数の層を含む前記構成要素に付加製造されたヒータと、
前記ヒータから電源への１つまたは複数のコネクタと、
を備える、組立体。
【請求項１６】
前記構成要素は、複雑な幾何学形態の表面を有する、請求項１５に記載の組立体。
【請求項１７】
前記付加製造されたヒータは、１平方インチ当たり０．４〜４０ワットの間の抵抗を有する、請求項１６に記載の組立体。
【請求項１８】
前記構成要素は、平坦な表面を有するパネルである、請求項１５に記載の組立体。
【請求項１９】
前記付加製造されたヒータは、１平方インチ当たり０．４〜１．５ワットの間の抵抗を有する、請求項１８に記載の組立体。
【請求項２０】
水システム構成要素と、
１平方インチ当たり０．４〜１ワットの間の抵抗を有する前記構成要素上の付加製造されたヒータであって、
基板と、
前記基板上の導電性インクの複数の層と、
を有する付加製造されたヒータと、
前記ヒータから電源への１つまたは複数のコネクタと、
前記付加製造されたヒータを制御するように構成されるコントローラと、
を備える、組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には水システム構成要素、特に、付加製造されるヒータに関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の水システム構成要素は、温度制御に加え、システム内の水の凍結を防止するために加熱を必要とする。現在の水システム構成要素のヒータ素子は、金属ワイヤまたはエッチングされた金属からできている。金属ワイヤをベースとしたヒータは、一般的に幾何学的に固定され、エッチングされた金属ヒータは、広範囲の処理を必要とする。更に、これらのタイプのヒータに電気的に接続するためのワイヤを組込むことは、追加処理を必要とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って本発明は、改良された構成を有する組立体を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
１つの実施形態では、組立体は、水システム用のチューブ、複数の導電性インク層を有する、チューブ上に付加製造されたヒータ、及び、ヒータから電源への１つまたは複数のコネクタを含む。
【０００５】
第２の実施形態では、組立体は、水バルブと水タンクとからなるグループから選択した水システム構成要素、複数の導電性インク層を有する、当該構成要素上に付加製造されたヒータ、及び、ヒータから電源への１つまたは複数のコネクタを含む。
【０００６】
第３の実施形態では、組立体は、水システム構成要素、１平方インチ当たり０．４〜１ワット間の抵抗を有する、当該構成要素上に付加製造されたヒータ、ヒータから電源への１つまたは複数のコネクタ、及び、付加製造されたヒータを調整するように構成されたコントローラを含む。付加製造されたヒータは、基板と、その上の導電性インクの複数の層とを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】付加製造されたヒータの概略図である。
【図２】付加製造されたヒータと非導電性外側層とを含むオーバラップを設けた管路の概略図である。
【図３】付加製造されたヒータと非導電性外側コーティングとを含むオーバラップを設けた管路の概略図である。
【図４】直接印刷して付加製造されたヒータとオーバラップした非導電性層とを設けた管路の概略図である。
【図５】直接印刷して付加製造されたヒータと非導電性コーティングとを設けた管路の概略図である。
【図６】直接印刷して付加製造されたヒータを設けた複雑な形状を有する内部航空機パネルの概略図である。
【図７】付加製造されたヒータを設けた平坦な航空機パネルの概略図である。
【図８】直接印刷して付加製造されたヒータを設けた湾曲する航空機構成要素の概略図である。
【図９】直接印刷して付加製造されたヒータを設けた狭い航空機構成要素の概略図である。
【図１０】基板上に付加製造されたヒータを設けた縁部の鋭い航空機構成要素の概略図である。
【図１１】直接印刷して付加製造されたヒータを設けた縁部の鋭い航空機構成要素の概略図である。
【図１２】布地基板上に付加製造されたヒータの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本明細書は、例えばチューブ及びタンク等の水システム構成要素といった加熱を必要とする航空機構成要素のために設計されかつ印刷された付加製造されるヒータを開示する。これらの付加製造されるヒータは、伸縮（例えば布地）基板上に印刷することができ、この基板は、これを着設する構成要素の表面の幾何学形状に適合することができる。例えば、付加製造されるヒータは、剛性のチューブもしくは可撓性ホース等の管路、弁、水タンク、または、複雑な表面形状の構成要素に着設することができる。
【０００９】
図１は、付加製造されたヒータ１０の概略図であり、このヒータはそれを通る電流により熱を生成する。ヒータ１０は、閉鎖材料１６により覆われた基板１４上の導電性インク１２を含む。導電性インク１２は、リード線１８により、コントローラ１９に電気的に接続されている。
【００１０】
ヒータ１０は、管路（ホースまたはチューブ）への着設について、１フィート当たり５〜１５Ｗの抵抗範囲、または、平坦もしくは可変立体構成要素への着設について１平方インチ当たり０．４〜４０Ｗの間の抵抗範囲で、ヒータ１０のサイズ及び特定の用途にしたがって、導電性インク１２により作成される３次元の付加製造される装置である。導電性インク１２は、ほぼ０．０００１インチと０．０１０インチとの間の厚さを有することができる。
【００１１】
導電性インク１２は、ヒータ１０の付加製造された加熱部を構成する。導電性インク１２は、カーボン含有、ナノカーボン含有、銀含有、ナノ銀含有インクとすることができ、カーボン（または銀）粒子を７０％まで含有することができる。他の実施形態では、導電性インク１２は、６０％含有まで、または、少なくとも５０％含有までとすることができる。導電性インク１２は、例えば、ＬｏｃｔｉｔｅのＬｏｃｔｉｔｅ（登録商標）  ＣＴ  ５０３０、Ｌｏｃｔｉｔｅ（登録商標）  Ａｂｌｅｓｔｉｋ（登録商標）  ８００８ＭＤ、Ｌｏｃｔｉｔｅ（登録商標）  ＥＤＡＧ  ６０１７ＳＳ、または、Ｌｏｃｔｉｔｅ（登録商標）  ＥＤＡＧ  ７２５Ａ、Ｈｅｎｋｅｌから入手可能なＢｏｎｄｅｒｉｔｅ（登録商標）  Ｓ−ＦＮ  １０９、米国ＤｕＰｏｎｔのＤｕＰｏｎｔ（登録商標）  ＰＥ６７１、ＤｕＰｏｎｔ（登録商標）  ＰＥ８７３，または、ＤｕＰｏｎｔ（登録商標）  ＰＥ４１０などの市販のインクとすることができる。
【００１２】
代替的に、導電性インク１２は、正の温度係数（ＰＴＣ）のインクとすることができる。ＰＴＣヒータは、任意の外部診断制御無しの開ループを動作させる自動制御ヒータである。正の温度係数ヒータは、全出力に達し、最適温度まで迅速に加熱するが、しかし、温度が高くなると、消費電力が低下する。ヒータのこの動的タイプは、効果的であり、時間及びエネルギの効率がよい。したがって、ＰＴＣ導電性インク１２で構成されるヒータ１０は、外部温度制御を必要としない。ＰＴＣインクの実施例は、ＤｕＰｏｎｔから入手可能なＤｕＰｏｎｔ（登録商標）  ７２９２またはＨｅｎｋｅｌから入手可能なＬｏｃｔｉｔｅ  ＥＣＩ  ８００１を含む。
【００１３】
ヒータ１０の導電性インク１２は、隣接する付加製造されたライン間ににじみを生じることなく、非常に詳細な精密印刷を可能とするように配合される。導電性インク１２は、スクリーン印刷、インクジェット、エアロゾルジェット印刷、または、同様な印刷機能を提供する既知の他のプロセスなどの印刷プロセスを通して、ヒータ１０上に付加製造される。導電性インク１２は、リボン、グリッド、または、加熱素子に適切な他の形状とすることができる。
【００１４】
基板１４は、例えば、上に導電性インク１２を付加製造する可撓性または伸縮性基板とすることができる。適切な材料は、ネオプレン、ナイロン布、ガラス布、予め含浸した布（樹脂を含有）、ウレタン、または、他の同様な材料を含む。代替的に、ヒータ１０の導電性インク１２は、ヒータ１０が提供する構成要素の表面上に直接付加製造することができる。
【００１５】
導電性インク１２は、閉鎖材料１６により、基板１４（または、構成要素の表面）に密封され、これはヒータ１０を外部の汚染、及び、他の構成要素または物体との接触から保護する。閉鎖部材は、ネオプレン、ナイロン布、ガラス布、予め含浸した布、ウレタン、または、外部環境から導電性インク１２を電気的に絶縁する他の材料を含むことができる。代替的に、閉鎖部材１６は、保護層に代えてコーティングとすることができる。コーティングの場合には、層上の塗装、コンフォーマルコーティング、ポリウレタン、ニトリル、ＰＶＣ、ネオプレン、エポキシ、パリレン、または、他の浸漬コーティングを使用することができる。
【００１６】
いずれの場合も、リード線１８は、導電性インク１２とコントローラ１９との間に電気接続を創成し、これはヒータ１０に対する電源として作用することができる。リード線１８は、通常のワイヤとすることができ、または、導電性インク１２と共に付加製造することができる。リード線１８は、ヒータ１０を通る電気の通過を可能とし、これは、電流による抵抗加熱を介して熱を生成する。
【００１７】
コントローラ１９は、電気リード線（ヒータ１０に電力を供給するリード線とは異なる）を介してヒータ１０と通信する。コントローラ１９は、ヒータ１０をオンまたはオフに切換えることができる。任意選択的に、コントローラ１９は、基板または組立体内の他の場所に着設される熱電対または他の温度センサを通して温度データを収集することができる。
【００１８】
作動中、ヒータ１０は電気入力を基板１４の表面上の温度出力に変換し、ヒータ１０が載置される構成要素を加熱する。付加製造されるヒータ１０は、幾何学的に複雑な表面に着設することもできる。ヒータ１０は、制限するものではないが、使用中に加熱される構成要素を含む航空機の水システムに使用するために、ホース、チューブ、パネル、タンク、弁、または、他の複合若しくは金属の構成要素に着設することができる。
【００１９】
ヒータ１０は、例えば、基板１４などの伸縮性基板上に製造することができる。伸縮性基板１４は、ヒータ１０が着設される構成要素の表面の湾曲に適合可能でなければならない。基板１４用の材料は上記で検討した。いくつかの例では、基板は、従来の硬化方法を使用する印刷前に清浄にしまたは硬化しなければならない。
【００２０】
基板１４は、ヒータを作成するために使用する構成要素と導電性インク１２との双方に適合しなければならず、非導電性基板材料とすることができる。例えば、伸縮性基板１４は、構成要素に生じる加熱に耐え、構成要素との接着を維持することができなければならない。更に、伸縮性基板１４は、耐浸食性であり（特に、摩耗及び偶発的な接触の可能性が高い用途に対して）、及び／または、伸縮性基板１４上のヒータ１０が構成要素の有効期間にわたって構成要素上に留まるように弾性特性を有するべきである。これは、選択した特定構成要素及び導電性インク１２に大きく依存する。
【００２１】
次に、導電性インク１２は、基板１４上に付加製造され、ヒータ１０の層を形成または作成する。市販の導電性インクの実施例は、上記で検討した。特に、インクジェット、エアロゾルジェットまたはスクリーン印刷は、インク管路のタイプ、所要の層の厚さ、及び、ヒータ１０の寸法にしたがって使用することができる。スクリーン印刷を使用する基板上の２次元印刷について、網目数、サイズ、及び、材料などのスクリーンの仕様は、使用されている導電性インク１２、付加製造に必要な導電性インク１２の所要の厚さ、及び、上に付加製造する基板に基づいて選択される。いくつかの例では、所要の厚さに達するためには、導電性インク１２を複数回塗布することが必要である。
【００２２】
インクジェット及びエアロゾルジェット方法について、印刷ヘッドは少なくとも複数軸（ｘ，ｙ，ｚ）上で移動可能で、ヒータ１０が着設される構成要素に特有の幾何学的パターンでプログラム可能であるべきである。特定の印刷熱及び付加製造方法は、正確なインク処方及びインクの製造者によって明記される必須要件に依存する。インクジェット及びエアロゾルジェット印刷機及び印刷ヘッドは、基板上の印刷など２次元用途に利用することができるが、しかし、理想的には印刷ヘッドを数値制御されるロボットアームに取付けることにより、３次元（３次元）印刷能力を可能とするように構成可能なことである。いくつかの場合では、上に導電性インクが付加製造される構成要素は、ロボットアームがインクを塗布するときに移動することができる。例えば、Ｕｌｔｉｍａｋｅｒ（３次元インクジェット装置）またはＯｐｔｏｍｅｃ（３次元エアロゾルジェット装置）によって開発された３次元インクジェット及びエアロゾルジェット印刷装置を使用することができる。インクジェットまたはエアロゾルジェット方法について、印刷ヘッド温度、流速、ノズルサイズも、付加製造しようとしている導電性インク、必要とする導電性インクの厚さ、及び、上に付加製造される基板に基づいて選択される。
【００２３】
印刷は追加する態様、すなわち、構成要素の湾曲に合致する所要の幾何学パターン及び所要の寸法で所要の素子抵抗に達するまで、印刷ヘッドが１または複数回走行することで達成される。代替的に、基板１４は、これが適応される構成要素の幾何学的表面に適合するように、既に成形された剛性基板とすることができる。この場合、導電性インク１２を付加する製造は、３次元印刷パターンに追従しなければならない。
【００２４】
付加製造されるヒータ１０の導電性インク１２は、ほぼ０．０００１〜０．０１０インチの間の厚さを有してもよい。複数回走行は、導電性インクを塗布するときに印刷ヘッドにより行われる。印刷ヘッドの個別の走行を通して堆積されるそれぞれの層は、ほぼ１〜１００ミクロンの厚さを有することが望ましい。複数回の走行は、正確な抵抗及び幾何学的パターンへの導電性インク１２の緩やかな積層を可能とする。更に、複数回の走行は、構成要素の表面の特定部分上における導電性インク１２の調整を可能とする。例えば、低抵抗（例えば、積層数が多い）でより厚みの大きな導電性インク１２は、構成要素の第２部分に比較して構成要素の第１部分上に付加製造してもよい。ヒータの設計分野における当業者であれば、ヒータ１０を構築するために使用する材料の熱特性及び使用するヒータ１０の用途の必要に基づいて、ヒータ１０の適切な寸法及び形状を選択する方法を知っているであろう。
【００２５】
ヒータを付加製造した後、導電性インク１２が硬化され、リード線１８が導電性インク１２に接続される。付加製造したヒータ１０の硬化プロセスは、使用する導電性インク１２のタイプに依存する。いくつかの例では、導電性インク１２は空気乾燥される。他の例では、熱、赤外線露光、ＵＶ露光、または、他の方法を使用して導電性インク１２を硬化することができる。
【００２６】
ヒータ１０が基板１４上に付加製造された後、アクリル、ネオプレン、ポリウレタン、ポリイミド、シリコーン、または、エポキシ−ガラス繊維マトリックスなどの誘電材料で閉じ、浸食及び電気的な短絡を防止してもよい。例えば、ポリイミド（ＤｕＰｏｎｔ  Ｋａｐｔｏｎ（登録商標））などの絶縁耐力の高い閉鎖材料は、０．００１インチの厚さを必要とするのみでもよく、一方、ポリウレタンまたはネオプレンゴムなどのより絶縁耐力の低い材料は、０．０１５〜０．０３０インチの厚さとなり得る。閉鎖材料１６は、この後、従来の方法を通して硬化することができる。
【００２７】
最後に、ヒータ１０は、構成要素及び環境要件にしたがってセメント接着剤、圧感接着剤、または、他の接着手段などの接着剤で構成要素の表面に着設してもよい。伸縮性基板１４は、ヒータ１０に不必要なストレスを生じさせることなく、構成要素の表面の彎曲にヒータ１０を適合させるのを可能とする。伸縮性基板１４を使用することは、これを適用する構成要素の表面の形状にヒータ１０を整形するのを可能とする。
【００２８】
代替的に、導電性インク１２は、構成要素の表面上に直接付加製造される。導電性インク１２を構成要素の表面上に直接付加製造する場合、使用する印刷方法は、印刷中に、印刷ヘッドが３次元移動し、構成要素表面の形状にナビゲート可能なことを許容しなければならない。第１方法と同様に、印刷ヘッドは、ヒータ１０の抵抗及び厚さが正しくなるまで、多数回の走行を行う。スクリーン印刷、インクジェットまたはエアロゾルジェット印刷などの方法を使用することができ、この方法は、ヒータ１０が上に付加製造される形状の複雑さに基づいて選択される。いくつかの例では、構成要素の表面は、導電性インク１２の印刷前に下塗りしまたは準備しなければならない。印刷プロセスは、第１実施形態を参照して説明したものと同様であるが、しかし、この実施形態における印刷ヘッドは、予め決定した３次元プログラムにしたがい、構成要素の表面に印刷する。一旦、付加製造されると、ヒータ１０は上述のように電気的に接続され、閉鎖され、硬化される。
【００２９】
いくつかの例では、組立体表面が導電性（金属）である場合、組立体と付加製造されるヒータ１０との間に、米国のＤｕＰｏｎｔから入手可能なＤｕＰｏｎｔ（登録商標）ＢＱ１０  もしくは  ＭＥ７７７のような非導電性インクなどの中間誘電体層、または、ポリイミド（ＤｕＰｏｎｔから入手可能なＫａｐｔｏｎ（登録商標））もしくはエポキシ−ガラス繊維等の一体的に接合された層を使用することを必要とする。誘電体層の典型的な厚さは、材料の絶縁耐力に依存し、結果として、典型的には０．０００５インチ厚と０．０１０インチ厚との間で変化することがある。誘電体層は特定タイプの複合材表面に対しては必要ない。この誘電体層は薄く、構成要素の表面と付加製造されたヒート１０との間の絶縁及び接着剤として作用する。第１実施形態における伸縮性基板のように、誘電体層は、付加製造されたヒータ１０が構成要素に対するその接着力を維持するように、温度、光及び他の環境要因に耐えることができなければならない。
【００３０】
ヒータ１０を付加製造する任意の方法において、ヒータ１０は、これが適用される構成要素の表面に接着し、その形状に適合する。これは、構成要素及びヒータ１０の耐用寿命にわたってより大きな疲労抵抗を可能とする。ヒータが印刷された構成要素と共に動くヒータ１０、つまり、全体的に付加製造されたヒータ１０は構成要素に直接付着でき、この結果従来技術のヒータに比較して曲げ半径が大きくなることから、疲労に利益となる。更に、ヒータ１０の導電性インクを複数回塗布することにより、構成要素の必要に応じてヒータ１０の厚さ及び抵抗を変更することを可能とする。ヒータ１０などの印刷されたインクヒータは、それ自体が同じ用途においても金属箔のヒータより大きな耐疲労性を示す。
【００３１】
図２〜１２は、図１を参照して説明した付加製造されたヒータの種々の実施形態を示す。図２〜５は、管路（ホースまたはチューブ）に着設された種々のヒータを示し、一方、図６〜１２は、平坦または種々の３Ｄ表面形状を有する航空機構成要素を示す。図６〜１２の構成要素は、タンク、弁及びパネルなどの水システムの構成要素、または、加熱を必要とする他の航空機構成要素とすることができる。
【００３２】
図２は、付加製造されたヒータ２１０をオーバラップの形態で有する管路２２０の概略図である。オーバラップヒータ２１０は、管路２２０を囲み、導電性インク２１２、基板２１４、非導電性閉鎖層２１６及び接着剤２１７を含む。
【００３３】
オーバラップヒータ２１０は、基板２１４上の導電性インク２１２により作成されている。導電性インク２１２は可撓性／伸縮性基板２１４上に付加製造されており、接着剤２１７により取付けられた閉鎖層２１６により保護される。導電性インク２１２は、適切な抵抗特性を有する導電体とし、ヒータとして作用し、いくつかの用途では自動制御することができる。例えば、導電性インク２１２は、図１を参照して説明したように、カーボン含有、ナノカーボン含有またはナノ銀含有インクとすることができる。ヒータ２１０は、１フィート当たり５ワットと１５ワットとの間の出力範囲を有することが望ましい。
【００３４】
基板２１４は、ネオプレン、ナイロン布、ガラス布、予め含浸した布（樹脂を含有）、ウレタン、または、管路２２０の幾何学的表面に適合する他の同様な材料とすることができる。基板２１４は、管路２２０に巻付けることが可能な可撓性または伸縮性材料で作成され、連邦航空局（ＦＡＡ）により述べられている難燃性要件に合致する連続シートまたはストリップとすることができる。連続シートの場合には、基板２１４は管路２２０の周りに緊密に巻くことができる。基板２１４が複数のストリップの場合には、個々のストリップが管路２２０に沿って離間させまたはオーバラップさせることができる。代替的に、基板２１４は、必要に応じて間隔を残しまたはオーバラップさせて、管路２２０の周りに螺旋状に巻回する連続シートとすることができる。
【００３５】
閉鎖層２１６は、基板２１４上の導電性インク２１２を外部環境から電気的に絶縁する層であり、接着剤２１７によりヒータ２１０に取付けることができる。閉鎖層２１６の材料は、図１を参照して検討した。接着剤２１７は、例えば圧感接着剤またはエポキシなどの化学接着剤とすることができる。
【００３６】
管路２２０は、流体が流れる中央チャンネル２２２と、周りにヒータ２１０が巻かれる壁２２４とを有する。管路２２０は、例えば、ゴム、複合材、または、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）、Ｎｏｍｅｘ（登録商標）、シリコーン、ゴム、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）もしくはＰＥＥＫなどのプラスチック材料、といった非導電材料で作成される可撓性ホースとすることができる。この場合、導電性インク２１２は、非脆性で、柔軟で、更に、伸縮性とすべきである。導電性インク２１２は、この後、可撓性ホース管路２２０が形状を変え、または、流体が管路２２０を流れるように適用可能とすべきである。この場合、基板２１４は、ホースと共に動くように薄く、可撓性で、伸縮可能とすべきである。
【００３７】
異なる実施形態では、管路２２０は、導電性（金属）材料または非導電性（非金属）材料のいずれかで作成される剛性チューブとすることができる。この場合、導電性インク２１２は、非脆性でかつ柔軟なことが必要であるが、しかし、ホース上のインクのように大きく伸張する必要はない。同様に、基板２１４は、薄く、可撓性で管路２２０の周りに巻回可能とし、航空機の難燃性要件に合致すべきであるが、しかし、伸張可能であることは必ずしも必要ない。導電性剛性チューブの場合には、導電性インク２１２は、コーティング、誘電体層または基板２１４により、導電性剛性チューブから絶縁しなければならない。
【００３８】
他の実施形態では、管路２２０は、薄肉壁の剛性チューブとすることができる。薄肉壁の剛性チューブは、金属または非金属のいずれかとすることができる。この場合、導電性インク２１２は、柔軟でかつ非脆性とすべきである。薄肉壁の剛性チューブについて、基板２１４は薄く、可撓性で、構造的強化布とすることができる。
【００３９】
図３は、付加製造されたヒータ３１０をオーバラップの形態で有する管路３２０の概略図である。オーバラップヒータ３１０は、管路３２０を囲み、導電性インク３１２、基板３１４及び閉鎖コーティング３１６を含む。管路３２０は、流体が流れる中央チャンネル３２２と、その周りにヒータ３１０が巻かれる壁３２４とを有する。ヒータ３１０、導電性インク３１２及び基板３１４は、図２を参照して説明した対応する素子と同じである。
【００４０】
閉鎖コーティング３１６は、図２を参照して説明した実施形態における閉鎖層に置換えている。閉鎖コーティング３１６は、非導電性であり、導電性インク３１２を電気的な短絡から保護し、導電性インク３１２を機械的な力から物理的に保護する。閉鎖コーティング３１６は、例えば、コンフォーマルコーティング、パリレン、ｃｏｎａｔｈａｎｅ、ポリサルファイド、エポキシまたは他の適切なコーティングとすることができる。
【００４１】
図２を参照して説明した実施形態と同様に、管路３２０は非導電性ホース、導電性もしくは非導電性である剛性チューブ、または、導電性もしくは非導電性である薄肉壁チューブとすることができる。基板３１４及び導電性インク３１２は、それに応じて変更できる。
【００４２】
図４は、直接印刷して付加製造されたヒータ４１０を設けた管路４２０の概略図である。付加製造されたヒータ４１０は、導電性インク４１２と、接着剤４１７を設けてオーバラップした閉鎖層４１６とを含む。管路４２０は、流体が流れる中央チャンネル４２２と、上に付加製造されたヒータ４１０が印刷される壁４２４とを有する。
【００４３】
ヒータ４１０は、基板を含まない。代りに、導電性インク４１２は管路４２０上に直接印刷することができる。この実施形態では、管路４２０は、例えば、非金属ホース、非金属剛性チューブ、または、非金属薄肉壁チューブとすることができる。重要なことは、管路４２０が非導電性で、電気的短絡を防止することである。
【００４４】
閉鎖層４１６は、管路４２０上の導電性インク４１２を外部環境から電気的に絶縁する層であり、接着剤４１７により管路４２０に取付けることができる。閉鎖層４１６は、オーバラップ層として作用し、管路４２０の周りに巻回される。閉鎖層４１６の材料は、図１を参照して検討した。接着剤４１７は、例えば圧感接着剤またはエポキシなどの化学接着剤とすることができる。
【００４５】
図５は、直接プリントして付加製造されたヒータ５１０を設けた管路５２０の概略図である。付加製造されたヒータ５１０は、導電性インク５１２と閉鎖コーティング５１６とを含む。管路５２０は、流体が流れる中央チャンネル５２２と、その上に付加製造されたヒータ５１０が印刷された壁５２４とを有する。
【００４６】
図４の実施形態と同様に、ヒータ５１０は、管路５２０の表面上に直接付加製造した導電性インク５１２を含む。この理由のため、ヒータ５１０は、基板を含まない。この実施形態では、管路５２０は、例えば、非金属ホース、非金属剛性チューブ、または、非金属薄肉壁チューブとすることができる。重要なことは、管路５２０が非導電性で、電気的短絡を防止することである。
【００４７】
閉鎖コーティング５１６は、図４を参照して説明した実施形態における閉鎖層に置換えている。閉鎖コーティング５１６は、非導電性であり、導電性インク５１２を電気的な短絡から保護し、導電性インク５１２を機械的な力から物理的に保護する。閉鎖コーティング５１６は、例えば、コンフォーマルコーティング、パリレン、ｃｏｎａｔｈａｎｅ、ポリサルファイド、エポキシまたは他の適切なコーティングとすることができる。
【００４８】
図６は、直接印刷して付加製造されたヒータ６１０を設けた複雑な形状を有する内部航空機パネル６２０の概略図である。ヒータ６１０は、導電性インク６１２を含む。
【００４９】
航空機パネル６２０は、外側６２６と内側表面６２８とを有する。航空機パネル６２０は、平坦なヒータを着設するのが困難である可変の複雑な表面形状である。例えば、航空機パネル６２０は、円筒状タンク、コンフォーマルタンク、ベッセル、ブレード、ベーン、吸気口、レードーム、または、他の航空機内側部分とすることができる。航空機内側部分の場合には、外側６２６は乗客または航空機のキャビンに対向することになる。
【００５０】
内側表面６２８の複雑な形状により、導電性インク６１２は、３次元移動し、内側表面６２８にインクを所要の厚さ及び抵抗範囲に塗布することのできる印刷ヘッドにより、内側表面６２８上に直接付加製造される。このプロセスは、図１を参照して詳細に説明した。
【００５１】
導電性インク６１２は、図１を参照して説明したように、航空機パネル６２０を加熱するために適切な導電性銀入りまたはカーボン入りインクとすることができる。導電性インク６１２は、１平方インチ当たりほぼ０．４〜４０ワットの出力範囲を有することができる。導電性インク６１２は、航空機パネル６２０の内側表面６２８上に直接付加製造される。導電性インク６１２は、付加製造を通して塗布されたときに、航空機パネル６２０の形状に適合するように非脆性でかつ柔軟であることが好ましい。
【００５２】
図７は、付加製造されたヒータ７１０を設けた航空機パネル７２０の概略図である。ヒータ７１０は、導電性インク７１２と閉鎖層７１６とを含む。
【００５３】
航空機パネル７２０は、上に導電性インク７１２が直接付加製造される平坦な表面を有していた。代替的に、導電性インク７１２は、基板（図示しない）上に付加製造することができ、基板は航空機パネル７２０の平坦な表面に適用することができる。この場合、基板は、薄く、可撓性で難燃性要件に合致するべきである。
【００５４】
閉鎖層７１６は、図２の閉鎖層２１６と同様に、導電性インク７１２を外部環境から電気的に絶縁し、接着剤（図示しない）によりヒータ７１０に取付けることができる。閉鎖層７１６の材料は、図１を参照して検討した。接着剤は、例えば圧感接着剤またはエポキシなどの化学接着剤とすることができる。代替的に、導電性インク７１２は、図６を参照して説明したコーティング６１６などの閉鎖コーティングにより保護することができる。
【００５５】
ヒータ７１０では、導電性インク７１２は、１平方インチ当たり０．４〜１．５ワットの出力範囲を有する。導電性インク７１２は、ヒータとして作用し、いくつかの用途では自動制御する。導電性インク７１２は、非脆性でかつ柔軟であり、パネル７２０に対して付加製造する塗布を可能とする。
【００５６】
図８は、導電性インク８１２を含む直接印刷して付加製造されたヒータ８１０を設けた彎曲する航空機構成要素８２０の概略図である。
【００５７】
航空機構成要素８２０は、例えば、水タンクまたはエンジン吸気口とすることができる。導電性インク８１２は、構成要素８２０の内部または外部表面上に直接付加製造することができる。構成要素８２０が水タンクであれば、導電性インク８１２は、外部表面上に印刷して加熱することができる。他の実施形態では、薄い可撓性基板（図示しない）を使用することができる。基板は、構成要素８２０の縁部または湾曲部などの狭いコーナに適用可能なことが必要である。
【００５８】
代替的に、導電性インク８１２は、構成要素８２０の内部表面上に印刷することができる。携帯可能な水タンクの場合では、導電性インク８１２は、内部表面上の水位センサとして使用することができる。この場合には、導電性インク８１２及び基板、閉鎖材料または他の接着剤は、このような環境を耐え抜くことができることが必要となる。更に、これらの材料は、携帯可能な水タンクに適用して使用する場合には、飲料水に対応可能であるべきである。
【００５９】
導電性インク８１２は、１平方インチ当たり０．４〜４０ワットの出力範囲を有してもよく、適切な抵抗特性を有する導電性であり、ヒータとして作用する。いくつかの例では、導電性インク８１２は自動制御する。導電性インク８１２は、図１を参照して説明したように、非脆性でかつ曲げやすく、構成要素８２０に対して付加製造する塗布を可能とする。
【００６０】
図９は、導電性インク９１２を含む直接印刷して付加製造されたヒータ９１０を設けた狭い航空機構成要素９２０の概略図である。
【００６１】
航空機構成要素９２０は、金属複合材、または、浸食シールドもしくは摩耗シールドに適切な他の耐久性のある材料である。航空機構成要素９２０は、狭い完成した断面を有する。導電性インク９１２は、構成要素９２０処理及び成形の前または後のいずれかにおいて、構成要素９２０の表面上に直接印刷することができる。代替的に、導電性インク９１２は、薄い基板（図示しない）上に印刷することができ、これは、後で構成要素９２０に適用される。
【００６２】
導電性インク９１２は、１平方インチ当たり０．４〜４０ワットの間の出力範囲を有することができる。導電性インク９１２は、図１を参照して説明した付加製造方法を通して構成要素９２０の表面に塗布することができる柔軟な非脆性インクである。
【００６３】
図１０は、基板１０１４上の導電性インク１０１２により基板上に付加製造されたヒータ１０１０を有する、鋭い縁部を持つ航空機構成要素１０２０の概略図である。
【００６４】
航空機構成要素１０２０は、例えば、鋭い縁部を有する弁ボディとすることができる。その鋭い縁部の周りで構成要素１０２０の均一な加熱を可能とするため、導電性インク１０１２が基板１０１４上に付加製造されている。基板１０１４は、鋭いコーナの周りで、構成要素１０２０に接着されている。
【００６５】
基板１０１４は、低「スプリングバック」に適合する基板である、これは、構成要素１０２０のコーナに基板を追従可能とする。基板１０１４は、薄く、可撓性であり、難燃性要件に合致する。
【００６６】
基板１０１４上の導電性インク１０１２は、１平方インチ当たり０．４〜４０ワットの間の出力範囲を有してもよい。導電性インク１０１２は、図１を参照して説明した付加製造方法を通して構成要素１０２０の表面に塗布することができる柔軟な非脆性インクである。
【００６７】
図１１は、導電性インク１１１２を直接印刷して付加製造されたヒータ１１１０を有する、鋭い縁部を設けた航空機構成要素１１２０の概略図である。
【００６８】
航空機構成要素１１２０は、例えば、鋭い縁部を有する弁ボディとすることができる。この実施形態では、基板が存在せず、図１を参照して説明したように、導電性インク１１１２が構成要素１１２０の表面上に付加製造される。導電性インク１１１２は、１平方インチ当たり０．４〜４０ワットの間の出力範囲を有してもよく、柔軟な非脆性インクである。
【００６９】
図１２は、布基板１２１４上の導電性インク１２１２により付加製造されたヒータ１２１０を有する組立体１２２０の概略図である。
【００７０】
導電性インク１２１２は、布基板１２１４上に付加製造され、これは、例えば、シート表皮、または航空機内の他の表面を覆う布とすることができる。代替的に、導電性インク１２１２は、より薄い布（図示しない）上に印刷することができ、これは、後から厚い織物、皮または同様な布などのより起伏の大きい表皮材料の内側に取付けることができる。
【００７１】
導電性インク１２１２は、１平方インチ当たり０．４〜１ワットの出力範囲を有し、適切な抵抗特性を有する導電材料であり、ヒータとして作用する。導電性インク１２１２は、布が動くときに布基板１２１４と共に動くように、非脆性で、柔軟で、伸縮性がある。
【００７２】
付加製造されたヒータは、高ストレス環境で良好に機能する。可撓性または伸縮性基板上に付加製造されたヒータは、続いて管路の周りに基板を巻回することにより、ヒータの重さ及びコストを低減可能とする。構成要素の表面上に直接付加製造することは、構成要素の表面上の材料の量を制限し、重さとコストを低減する。更に、付加製造されるヒータのこれらのタイプは、種々の構成要素表面形状に良好に適合する。
【００７３】
（可能な実施形態の検討）
以下は、本発明の可能な実施形態の非排他的な説明である。
【００７４】
組立体は、水システム用のチューブ、複数の導電性インク層を有するチューブ上に付加製造されたヒータ、及び、ヒータから電源への１つまたは複数のコネクタを含む。
【００７５】
先行する段落の組立体は、追加的及び／または代替的に、以下の特徴、構成及び／または追加構成要素を任意選択的に含むことができる。
【００７６】
チューブは、金属、複合材、及び、プラスチックからなるグループから選択される材料を備える。
【００７７】
付加製造されたヒータは、チューブの周りに合致するように構成されたオーバラップを備える。
【００７８】
付加製造されたヒータは、１フィート当たり５〜１５ワットの間の抵抗を有する。
【００７９】
付加製造されたヒータは、０．０００１インチと０．０１０インチとの間の厚さを有する。
【００８０】
導電性インクの複数の層のそれぞれは、１〜１００ミクロンの間の厚さを有する。
【００８１】
導電性インクは、ナノカーボン含有インク、カーボン含有インク及び銀含有インクからなるグループから選択される。
【００８２】
付加製造されたヒータは、複数の導電性インク層が配置された基板を更に備える。
【００８３】
基板は、ネオプレン、ナイロン布、ガラス布、予め含浸した布、ウレタン、または、その可能な組み合わせからなるグループから選択される。
【００８４】
導電性インクの複数の層は、チューブの表面上に直接印刷される。
【００８５】
組立体は、付加製造されたヒータ上の閉鎖層を含む。
【００８６】
閉鎖層は、ネオプレン、ナイロン布、ガラス布、予め含浸した布、ウレタン及びその組み合わせからなるグループから選択される。
【００８７】
組立体は、付加製造されたヒータ上の閉鎖コーティングを含む。
【００８８】
閉鎖コーティングは、塗料、コンフォーマルコーティング、ポリウレタン、ニトリル、ＰＶＣ、ネオプレン、エポキシ、パリレン、浸漬コーティング、及び、その組合わせからなるグループから選択される。
【００８９】
組立体は、水バルブと水タンクとからなるグループから選択した水システム構成要素、複数の導電性インク層を有する構成要素上に付加製造されたヒータ、及び、ヒータから電源への１つまたは複数のコネクタを含む。
【００９０】
先行する段落の組立体は、追加的及び／または代替的に、以下の特徴、構成及び／または追加構成要素を任意選択的に含むことができる。
【００９１】
構成要素は、複雑な幾何学形態の表面を有する。
【００９２】
付加製造されたヒータは、１平方インチ当たり０．４〜４０ワットの間の抵抗を有する。
【００９３】
構成要素は、平坦な表面を有するパネルである。
【００９４】
付加製造されたヒータは、１平方インチ当たり０．４〜１．５ワットの間の抵抗を有する。
【００９５】
組立体は、水システム構成要素、１平方インチ当たり０．４〜１ワット間の抵抗を有する構成要素上に付加製造されたヒータ、ヒータから電源への１つまたは複数のコネクタ、及び、付加製造されたヒータを調整するように構成されたコントローラを含む。付加製造されたヒータは、基板と、その上の導電性インクの複数の層とを含む。
【００９６】
本発明について例示的な実施形態（複数可）を参照して説明してきたが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく、種々に変更してもよく、素子に均等物を置換え得ることが理解される。更に、その本質的な範囲から逸脱することなく、本発明の教示に対して特定の状況または素材に適合させるために、多く変更を行うことができる。したがって、本発明は、開示した特定の実施形態（複数可）に制限されるのではなく、本発明は添付の特許請求の範囲に含まれる全ての実施形態を含むことを意図する。
【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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【図７】
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【図８】
2020064853.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2020064853.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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