(57)【要約】      （修正有）【課題】コアビークル本体に構造的一体性をもたらし、ＵＡＶのポッドに対する軽量支持面を提供し、迅速で安価な再設計という選択肢を提供するという有益な効果を有する、ダクテッドファン無人飛行機（ＵＡＶ）用の構造リング相互接続プリント回路基板アセンブリを提供する。【解決手段】コアビークル本体１４に取り付けられるプリント回路基板１２を備え、プリント回路基板がコアビークル本体の機体スカート１６の形状に適応し、プリント回路基板がコアビークル本体に構造的一体性をもたらす、ダクテッドファン無人飛行機用の構造リング相互接続プリント回路基板アセンブリ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアビークル本体に取り付けられるプリント回路基板を備え、前記プリント回路基板が前記コアビークル本体の機体スカートの形状に適応し、前記プリント回路基板が前記コアビークル本体に構造的一体性をもたらす、ダクテッドファン無人飛行機用の構造リング相互接続プリント回路基板アセンブリ。
【請求項２】
前記プリント回路基板の表面上の少なくとも１つのコネクタをさらに備える、請求項１に記載の構造リング相互接続プリント回路基板アセンブリ。
【請求項３】
前記少なくとも１つのコネクタが、前記プリント回路基板の表面上の少なくとも１つのソケットコネクタを含む、請求項２に記載の構造リング相互接続プリント回路基板アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
政府権益
米国政府は、米国陸軍（ＴＡＣＯＭ）との政府契約第Ｗ５６ＨＺＶ−０５−Ｃ−０７２４号に準じて、本発明の特定の権利を有し得る。
【背景技術】
【０００２】
航空宇宙用途では、電気系統における相互接続としてワイヤハーネスを使用するのが一般的である。しかし、これらのハーネスは、多くの場合、嵩高で重量があり、構築および維持に費用がかかり、腐食および他の不具合の影響を受けやすい。さらに、モジュール式のダクテッドファン無人飛行機（ＵＡＶ）の到来に伴い、ダクテッド翼は、コアビークルの外周の周りでのポッドの迅速な分離および交換を可能にするシステムを必要とする、複数のポッドで構成される。特に、超小型のＵＡＶに関して、ワイヤハーネス構造およびその結果として得られるコネクタは、各ポッドに接続するためにダクトの外周の周りに配置したとき、扱いにくく過度に重量がある。これらのワイヤハーネスはＵＡＶに構造的一体性をもたらさず、例えばそのような支持をもたらすために、壁およびバルクヘッドを厚くするには、追加材料を使用しなければならない。この追加材料は必然的にＵＡＶアセンブリの重量を増す。それに加えて、ワイヤハーネスは、これらの様々なポッドの変更に対応するため、相当な費用をかけて頻繁に修正される。
【０００３】
他方では、プリント回路基板（ＰＣＢ）は丈夫で安価であり、信頼性が非常に高い。ＰＣＢは、電子部品の実装および保持のための物理的構造、ならびに部品間の電気的相互接続の両方をもたらす。ＰＣＢは、プリプレグ材として知られている非導電性基板から成り、その上に導電パターンまたは回路構成が形成される。最も一般的なタイプのプリプレグ材は、エポキシ樹脂を含むガラス繊維である。プリプレグ材は、樹脂およびガラス繊維の量が異なる様々な様式で入手可能であり、それにより、メーカーは、層間の厚さを制御し、回路構成間の樹脂流れの量を適切にすることができる。最も普及している導電体は銅であるが、ニッケル、銀、スズ、スズ−鉛合金、および金も、エッチレジストまたは最上層金属として使用することができる。多層ＰＣＢは、互いに結合された導電体と絶縁材の交互層から成る。導電層は、部品を実装し電気的に接続するのにも使用される、めっき貫通孔によって接続される。ＰＣＢは、剛性、可撓性、またはそれら２つの組み合わせでリジッドフレックスとして知られるもののいずれかであってよい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
ＰＣＢは、標準的な家庭用コンピュータのバックプレーンまたはマザーボードとして用いられる場合が最も多く、本質的に、拡張カード用のソケットを含む大型の回路基板である。これら従来のＰＣＢは、オペレーティングシステムの単に精密な部品であり、デバイスの全体的な構造的一体性に関しては何の役割も果たしていなかった。本発明では、バックプレーンは、ＵＡＶに構造的一体性をもたらすように特に設計されている。例えば、バックプレーンの縁部は、コアビークルの外殻の形状に合うような輪郭にされ、また、バックプレーンはＵＡＶに統合されて、曲げモーメントによるコア本体の反りを防ぐ。バックプレーンはまた、互いに接合してＵＡＶのダクトを形成するポッドの重量に耐える軽量面を提供する。さらに、ダクテッドファンＵＡＶに多層ＰＣＢを使用することで、インピーダンス整合が可能になり、導電体に対する電磁干渉シールドを提供する。それに加えて、本発明のバックプレーンにより、様々なポッドに対応する簡単な再設計が可能になり、これは、ワイヤハーネスの再設計に比べて安価かつ迅速である。
【０００５】
本明細書に提示する開示は、コアビークル本体に構造的一体性をもたらし、ＵＡＶのポッドに対する軽量支持面を提供し、迅速で安価な再設計という選択肢を提供するという有益な効果を有する、ダクテッドファン無人飛行機（ＵＡＶ）用の構造リング相互接続プリント回路基板アセンブリについて概説する。
【０００６】
第１の態様では、本発明は、コアビークル本体に取り付けられるプリント回路基板を備え、プリント回路基板がコアビークル本体の機体スカートの形状に適応し、プリント回路基板がコアビークル本体に構造的一体性をもたらす、ダクテッドファン無人飛行機用の構造リング相互接続プリント回路基板アセンブリを提供する。
【０００７】
第２の態様では、本発明は、コアビークル本体に取り付けられる複数のプリント回路基板を備え、複数のプリント回路基板がそれぞれコアビークル本体の機体スカートの形状に適応し、複数のプリント回路基板がそれぞれコアビークル本体に構造的一体性をもたらす、ダクテッドファン無人飛行機用の構造リング相互接続プリント回路基板アセンブリを提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１ａは、一実施形態による、取付け前の構造リング相互接続プリント回路基板、Ｖ字形ブロック、および機体スカートの斜視図である。図１ｂは、一実施形態による、構造リング相互接続プリント回路基板に取り付ける前の機体スカート内の適所にあるＶ字形ブロックの斜視図である。図１ｃは、一実施形態による、機体スカートおよびＶ字形ブロックに取り付けた後の構造リング相互接続プリント回路基板アセンブリの斜視図である。
【図２】図２ａは、一実施形態によるプリント回路基板の上面図である。図２ｂは、一実施形態によるプリント回路基板の底面図である。
【図３ａ】一実施形態による、カード縁部コネクタを備えたプリント回路基板を含むポッドに接続された構造リング相互接続プリント回路基板の斜視図である。
【図３ｂ】一実施形態による、カード縁部コネクタを備えたプリント回路基板を含むポッドから分離された構造リング相互接続プリント回路基板の斜視図である。
【図３ｃ】一実施形態による、プリント回路基板とポッドの下面上に取り付けられたコネクタとを有するポッドに接続された構造リング相互接続プリント回路基板の斜視図である。
【図３ｄ】一実施形態による、プリント回路基板とポッドの下面上に取り付けられたコネクタとを有するポッドから分離された構造リング相互接続プリント回路基板の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
第１の態様では、本発明は、コアビークル本体１４に取り付けられるプリント回路基板１２を備え、プリント回路基板１２がコアビークル本体の機体スカート１６の形状に適応し、プリント回路基板１２がコアビークル本体１４に構造的一体性をもたらす、ダクテッドファン無人飛行機（ＵＡＶ）用の構造リング相互接続プリント回路基板アセンブリ１０を提供する。
【００１０】
本明細書で使用するとき、プリント回路基板（ＰＣＢ）１２は、電子部品を実装し保持する物理的構造とともに、部品間の電気的相互接続をもたらす。ＰＣＢ１２は、プリプレグ材として知られている非導電性基板から成り、その上に導電パターンまたは回路構成が形成される。最も一般的なタイプのプリプレグ材は、エポキシ樹脂を含むガラス繊維である。プリプレグ材は、樹脂およびガラス繊維の量が異なる様々な様式で入手可能であり、それにより、メーカーは、層間の厚さを制御し、回路構成間の樹脂流れの量を適切にすることができる。最も普及している導電体は銅であるが、ニッケル、銀、スズ、スズ−鉛合金、および金も、エッチレジストまたは最上層金属として使用されてもよい。多層ＰＣＢは、互いに結合された導電体および絶縁材の交互層から成る。導電層は、部品を実装し電気的に接続するのにも使用される、めっき貫通孔によって接続される。ＰＣＢ１２は、剛性、可撓性、またはそれら２つの組み合わせでリジッドフレックスとして知られるもののいずれかであってよい。
【００１１】
本明細書で使用するとき、コアビークル本体１４は、図１ａ〜１ｃに示されるダクテッドファンＵＡＶの一体部分である。ポッド１８は、コアビークル１４に接続して、ＵＡＶ上に完全なダクトを形成する。本明細書で使用するとき、ポッド１８は、武器または燃料などの様々なペイロードを含んでもよい、流線型の分離可能なハウジングである。様々なポッド１８の互いに対する配置は、コアビークル１４上におけるコネクタ２０の位置、所望の重心、および他の基本的な動作パラメータによってのみ限定される。
【００１２】
本明細書で使用するとき、コアビークル本体１４の機体スカート１６は、図１ａ〜１ｃに示されるＵＡＶ上のダクトの下側部分を形成する。機体スカート１６は、好ましくはほぼＶ字形であるので、ポッド１８が機体スカート１６に接続されたとき、結果として得られるダクトの輪郭または断面は、当該分野において知られている標準的な流線型の輪郭に一致する。図１ａ〜１ｃに示されるように、機体スカートの内側壁２２は、一般的に機体スカートの外側ダクト壁２４よりも高い。詳細に後述するように、ＰＣＢ１２は、「Ｖ字」の頂部にある開口部のところで機体スカート１６の上および／または中に差し込まれ、例えばねじ、リベット、接着剤、もしくはこれらの組み合わせによって、または当技術分野において知られている他の何らかの取付け手段によって取り付けられる。ＰＣＢ１２は、好ましくは機体スカート１６内に装填される。あるいは、ＰＣＢ１２は、機体スカート１６の頂部上に装填されてもよく、これは、ＰＣＢ１２が、単層または比較的薄いままの多層であって、ポッド１８と機体スカート１６との間の遷移面が平滑になる実施形態に一般に使用される。別の実施形態では、ＰＣＢ１２は、機体スカート１６内に嵌合する１つまたは複数のＰＣＢ層と連結される機体スカート１６の外側ダクト壁２４の頂部上に載置される１つまたは複数の層を含んで、ＰＣＢ１２がＰＣＢの外縁２８に沿った頂部リップ（図示なし）を本質的に備えるようにしてもよい。この外側リップは、取付け前および取付けの最中にＰＣＢ１２を機体スカート１６と整列させる助けとなる。
【００１３】
本明細書で使用されるとき、ＰＣＢ１２は、コアビークル本体１４の機体スカート１６の形状に適応するので、ＰＣＢの内縁２６および外縁２８は、ＰＣＢの円弧の全長に沿った機体スカートのＶ字形シェル１６の両面とほぼ噛み合うような輪郭にされる。機体スカート１６の頂部上に載置されるＰＣＢの１つまたは複数の層に関して、ＰＣＢの外縁２８は、機体スカート１６の外側ダクト壁２４の外周にほぼ一致して、それらの間に平滑な遷移を作り出すとともに、ＰＣＢの内縁２６は、機体スカート１６の内側壁２２に本質的に当接する。機体スカート１６内に載置されるＰＣＢの１つまたは複数の層に関して、ＰＣＢの外縁２８は、機体スカート１６の外側ダクト壁２４に本質的に当接し、ＰＣＢの内縁２６は、機体スカート１６の内側壁２２に本質的に当接する。したがって、多層ＰＣＢ１２を使用する実施形態は、ＰＣＢ１２の形状が機体スカート１６の航空力学的な先細形状に従って先細状になることを必要とする。このようにＰＣＢを構成することによって、機体スカート１６の外側壁２４および内側壁２２が強化され、曲げモーメントに対してより良好に抵抗することができる。ＰＣＢ１２はまた、構造安定性をもたらすので、エンジンなどの主要部品を機体スカート１６の内側壁２２に装填することができる。
【００１４】
一実施形態では、構造リング相互接続プリント回路基板アセンブリ１０は、図２ａ〜２ｂに示される、プリント回路基板１２の表面上の少なくとも１つのコネクタ２０をさらに備える。本明細書で使用するとき、少なくとも１つのコネクタ２０は、ソケットコネクタ、サーボコネクタ、保守用コネクタ、または当該分野において知られている他のタイプのコネクタを含んでもよい。コネクタ２０は、ＰＣＢ１２の上面もしくは下面上に位置してもよく、または、ＰＣＢ１２に対して９０°横を向いた縁部コネクタの役割を果たしてもよい。
【００１５】
一実施形態では、少なくとも１つのコネクタ２０は、図２ａに示される、ＰＣＢ１２の表面上の少なくとも１つのソケットコネクタ３０を含む。少なくとも１つのソケットコネクタ３０は、図３ａ〜３ｄに示されるポッド１８に、あるいは機体スカート１６に含まれる機械的支柱内に含まれる垂直に通ったチャネルのいずれかに取り付けられる、ＰＣＢ１２上の補完的なコネクタと相互作用してもよい。
【００１６】
一実施形態では、少なくとも１つのコネクタ２０は、図２ｂに示される、ＰＣＢ１２の表面上の少なくとも１つのサーボソケットコネクタ３２をさらに含む。少なくとも１つのサーボソケットコネクタ３２は、ＵＡＶの翼を操作することによって飛行方向を制御するサーボモータ上の補完的なコネクタと相互作用する。
【００１７】
一実施形態では、ＰＣＢ１２は複数の層を備える。ＰＣＢ層の適切な数は、特定の構造上の要求に、例えばビークルペイロードの重量またはＵＡＶのサイズに基づく。正確な層の数は、当該分野において知られている技術を使用して、ビークルの構造解析を行うことによって計算することができる。
【００１８】
一実施形態では、複数の層の１つまたは複数は電磁干渉から導電体をシールドする接地平面である。
一実施形態では、ＰＣＢ１２の円弧長さは、図２ａ〜２ｂに示されるように、機体スカート１６の外周の周りを少なくとも１８０°延びる。ＰＣＢ１２を含まない、またはそれに当接しない機体スカート１６の内側壁３６および外側壁３４は、ビークルの構造剛性を維持するため、炭素繊維複合材料などの軽量材で厚くすることができる。この実施形態では、ワイヤハーネスに比べてＰＣＢ１２は依然として軽量であり、それでも構造的剛性が達成される。
【００１９】
一実施形態では、ＰＣＢ１２の円弧長さは、図１ａ〜１ｃに示される、機体スカート１６の外周の周りを３６０°延びる。
一実施形態では、ＰＣＢ１２は、図１ａ〜１ｂに示されるように、機体スカート１６に含まれる複数のＶ字形ブロック３８に取り付けられ、それらによって支持される。本明細書で使用するとき、Ｖ字形ブロック３８は、組立ての最中および組立て後にＰＣＢ１２がその上に載置される、軽量の支持体またはプレースホルダである。ＰＣＢ１２は、例えば、接着剤またはねじ４８によってＶ字形ブロック３８に取り付けられてもよく、あるいは、単に、Ｖ字形ブロック３８は単に、ＰＣＢが機体スカートの壁に取り付けられる際の受動的な支持体の役割を果たしてもよい。Ｖ字形ブロック３８は、機体スカート１６の成型品の一部として形成されてもよい。あるいは、Ｖ字形ブロック３８は、機体スカート内に位置する別個の部品であってもよい。Ｖ字形ブロック３８が機体スカートの一部として成型されるか、別個の部品であるかに関わらず、Ｖ字形ブロック３８はコアビークル本体１４の一部であるものと見なされる。Ｖ字形ブロック３８は、内側および外側のダクト壁が交わり互いに融合する地点から、機体スカートの「Ｖ字」の開口部に向かって上向きに延びる。Ｖ字形ブロック３８の正確な高さは、ＰＣＢ１２の厚さおよび層の数によって決まる。
【００２０】
一実施形態では、図２ａに示されるように、少なくとも１つのソケットコネクタ３０の１つは電源ソケット４０である。本明細書で使用するとき、電源ソケット４０は、ポッド１８に、または機体スカート１６内にある電源フィルタハウジングに取り付けられる、補完的なコネクタと相互作用してもよい。
【００２１】
一実施形態では、構造リング相互接続プリント回路基板アセンブリ１０は、図２ｂに示されるように、ＰＣＢ１２の表面上の無線ソケットコネクタ４２をさらに含む。本明細書で使用されるとき、無線ソケットコネクタ４２は、無線機に取り付けられる補完的なコネクタと相互作用してもよい。
【００２２】
一実施形態では、構造リング相互接続プリント回路基板アセンブリ１０は、図２ｂに示されるように、ＰＣＢ１２の表面上のアンテナ同軸ケーブルコネクタ４４をさらに含む。本明細書で使用されるとき、アンテナ同軸ケーブルコネクタは、アンテナ４６に取り付けられる補完的なコネクタと相互作用してもよい。
【００２３】
一実施形態では、ＰＣＢ１２は、剛性またはリジッドフレックスのどちらかである。本明細書で使用するとき、ＰＣＢの剛体またはリジッドフレックスに使用される標準的なガラス繊維材料は、既知の技術に従って実施されるビークルの構造解析に基づいて、ＵＡＶの特定の構造上の要求に合わせて調整されてもよい。付加的な強度を組み込むため、炭素繊維の層をＰＣＢ１２に付加することができ、または炭素繊維をプリプレグ材に直接添加することができる。
【００２４】
一実施形態では、ＰＣＢのプリプレグ材はＦＲ−４である。難燃剤４の略語であるＦＲ−４は、ＰＣＢ１２を作成するのに使用されるタイプの材料である。ＦＲ−４は、銅の被覆を有さないボード自体を表す。ＰＣＢ１２に使用されるＦＲ−４は、一般的に、四官能性エポキシ樹脂系でＵＶ安定化されている。ＦＲ−４は一般的に黄色がかった色である。絶縁体として厳密に製造された（銅のクラッディングを有さない）ＦＲ−４は、一般的に、二官能性エポキシ樹脂系であり、緑がかった色である。ＦＲ−４はＧ−１０と呼ばれる従来の材料に類似している。Ｇ−１０は、ＦＲ−４の自消性の燃焼特性を欠いていた。ＦＲ−４は、ほとんどの用途において広くＧ−１０に取って代わっている。回路基板の破壊が望ましい特質であるいくつかの軍事用途では、依然としてＧ−１０を利用している。
【００２５】
ＰＣＢ１２は、回路の短絡を回避するために絶縁体であり、その上に置かれる銅トラックを保護するために物理的に強度があり、また、他の特定の物理的な電気的性質を有する必要がある。ＦＲ−４は、それよりも安価な対照物に比べて、高周波での損失が少なく、吸湿性が低く、強度および剛度が高く、かつ難燃性が高いといういくつかの機械的および電気的性質の理由から、合成樹脂ボンド紙（synthetic resin bond paper）に接合したものなど、より安価な代替物よりも好ましい。ＦＲ−４は、消費者向け、工業用、および軍事用の高性能電子機器を構築するのに広く使用されており、さらに、超高真空（ＵＨＶ）適合性である。
【００２６】
一実施形態では、接地平面は炭素繊維表皮複合材料（carbon fiber skin composite）である。
本明細書で使用するとき、第１の態様に関する上述の説明および実施形態はすべて、以下の第２の態様にも等しく適用可能である。さらに、各態様について開示する実施形態はすべて、他の実施形態と組み合わされてもよい。
【００２７】
第２の態様では、本発明は、コアビークル本体１４に取り付けられる複数のプリント回路基板１２を備え、複数のプリント回路基板１２がそれぞれコアビークル本体１４の機体スカート１６の形状に適応し、複数のプリント回路基板１２がそれぞれコアビークル本体１４に構造的一体性をもたらす、ダクテッドファン無人飛行機用の構造リング相互接続プリント回路基板アセンブリ１０を提供する。
【００２８】
本明細書で使用するとき、複数のＰＣＢ１２は、特定のＵＡＶの要求に基づいて、機体スカート１６の外周の周りで一定間隔で配置される。複数のＰＣＢ１２は、３６０°のＰＣＢ１２を形成するように結合してもよく、あるいは間に空間を含んでもよい。複数のＰＣＢ１２の間に空間がある場合、ＰＣＢ１２を含まない、またはそれに当接しない機体スカートの内側壁３６および外側壁３４は、ビークルの構造剛性を維持するため、炭素繊維複合材料などの軽量材で厚くすることができる。この実施形態では、ワイヤハーネスに比べてＰＣＢ１２は依然として軽量であり、それでも構造剛性が達成される。
【００２９】
一実施形態では、複数のＰＣＢ１２それぞれの円弧長さは、機体スカート１６の外周の周りを４５〜９０°延びる。
一実施形態では、機体スカート１６の内側ダクト壁３６および外側ダクト壁３４は、複数のＰＣＢ１２それぞれの間の空間内にある機体スカート１６の区画においてより厚い。
【００３０】
一実施形態では、構造リング相互接続プリント回路基板アセンブリ１０は、複数のＰＣＢ１２それぞれの表面上の少なくとも１つのコネクタ２０をさらに含む。
一実施形態では、少なくとも１つのコネクタ２０は、ＰＣＢ１２の表面上の少なくとも１つのソケットコネクタ３０を含む。少なくとも１つのソケットコネクタ３０は、ポッド１８に、あるいは機体スカート１６に収容された固定子またはエンジン取付け支柱などのハーネス経路チャネルのいずれかに取り付けられた、ＰＣＢ１２上の補完的なコネクタと相互作用してもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
2010116139.tif 000006
【図３ｃ】
2010116139.tif 000007
【図３ｄ】
2010116139.tif 000008
【外国語明細書】
2010116139000001.pdf