(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外表面及び内表面を有する静電荷を消散させるための輸送部品であって、
重なり合った配置で結合された少なくとも２つの外部構造層を備え、
前記輸送部品の前記内表面を構成するすべての材料が導電性材料であり、
前記輸送部品の前記内表面を介する電気的流れに対する長さ当たりの電気抵抗、前記輸送部品の前記内表面及び前記輸送部品の厚みを介した電気的流れに対する長さ当たりの電気抵抗、及び前記輸送部品の前記外表面を介した電気的流れに対する長さ当たりの電気抵抗がほぼ同じであり、約１０５〜約１０９Ω/ｍである、静電荷を消散させるための輸送部品。
【請求項２】
さらに、前記少なくとも２つの外部構造層の内表面に結合された内部構造層を備え、
前記内部構造層の内表面が前記輸送部品の前記内表面を構成し、
前記内部構造層が、構造健全性を損なうことなく非直線形状に成形され得る熱可塑性材料を含む請求項１に記載の輸送部品。
【請求項３】
前記内部構造層の長さ当たりの電気抵抗が約１０５〜約１０９Ω／ｍである請求項２に記載の輸送部品。
【請求項４】
外部構造層の各々は、ガラス繊維、炭素繊維及びポリアラミド繊維の少なくとも一つと、樹脂との組み合わせを含む請求項１に記載の輸送部品。
【請求項５】
外部構造層の各々は、他の外部構造層に少なくとも５０％が重なり合っている請求項１に記載の輸送部品。
【請求項６】
さらに、前記少なくとも２つの外部構造層の外表面に結合された外部樹脂層を備え、
前記外部樹脂層は、紫外光の下で見た場合に特有の外観を示す材料を含み、
前記少なくとも２つの外部構造層及び前記外部樹脂層の長さ当たりの電気抵抗が、約１０５〜約１０９Ω／ｍである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の静電荷を消散させるための輸送部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の参照情報：本願は、２０１０年９月１０日に出願された、「航空用途において引火性流体を運送するための静電気防止性且つ雷適合性のパイプアセンブリ」と題する米国仮特許出願第６１／４０３，１５９号に関連し、且つ上記米国仮出願の優先権を主張する。上記米国仮出願の開示全てをここに援用して本文の記載の一部とする。
【０００２】
本発明の技術分野は、静電気防止性且つ雷適合性の複合パイプアセンブリに関し、より具体的には、特に気圏環境において引火性流体を運送することが意図されている複合パイプアセンブリに関するが、必ずしもそれのみに限定されるものではない。
【背景技術】
【０００３】
航空機はすべての気象環境において機能しなければならない。多くの航空機は、このような環境で生み出される落雷、静電荷の蓄積、及び降水空電などの電磁気的な脅威を経験する。これらの静電的事象は、航空機に深刻且つ予想外の劣化を引き起こし、乗務員及び乗客に深刻且つ予想外の危険を引き起こす可能性がある。
【０００４】
多くの従来の航空機、特にアルミニウムの翼外板と組み合わせて金属製輸送部品を備える航空機は、落雷に付随する発火の危険又は２つの材料間における同電位に起因する静電荷蓄積に付随する発火の危険を緩和するための適切な電気的構造を含んで設計されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
航空機の設計が複合材料翼設計へ移行したため、複合材料は航空機の接地電位と関係する航空機システムの接地電位との間の相違を生み出した。様々な設計を通じてこれらの接地電位における相違に対処した結果、航空機の設計に複雑さ及び重量が付加されることになった。それゆえに、航空機設計に重量又は複雑さを付加することなく接地電位の相違を解消することができる、軽量且つ静電気及び雷に適合可能な輸送部品を開発することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態は、少なくとも二つの、重なり合った配置で結合された外部構造層を備える、外表面及び内表面を有する静電荷を消散させるための輸送部品を含む。外部構造層の各々は、ガラス繊維、炭素繊維及びポリアラミド繊維の少なくとも一つと、樹脂との組み合わせから形成されてもよい。また、外部構造層の各々は、他の外部構造層に少なくとも５０％が重なり合ってもよい。
【０００７】
いくつかの実施形態において、前記輸送部品は、さらに、前記外部構造層の内表面に結合された内部構造層を備えてもよく、前記内部構造層の内表面が前記輸送部品の前記内表面を構成してよく、前記内部構造層は、構造健全性を損なうことなく非直線形状に成形され得る熱可塑性材料を含む。
【０００８】
他の実施形態において、前記輸送部品は、さらに、前記外部構造層の外表面に結合された外部樹脂層を備えてもよく、前記外部樹脂層は、紫外光の下で見た場合に特有の外観を示す材料を含む。
【０００９】
前記輸送部品の前記内表面を構成するすべての材料は導電性材料であり、前記輸送部品の前記内表面を介する電気的流れに対する長さ当たりの電気抵抗、前記輸送部品の前記内表面及び前記輸送部品の厚みを介した電気的流れに対する長さ当たりの電気抵抗、及び前記輸送部品の前記外表面を介した電気的流れに対する長さ当たりの電気抵抗はほぼ同じであり、前記少なくとも２つの外部構造層の長さ当たりの電気抵抗は約１０５〜約１０９Ω/ｍである。前記外部構造層、前記内部構造層、及び／又は前記外部樹脂層の長さ当たりの電気抵抗は、約１０５〜約１０９Ω／ｍである。
【００１０】
いくつかの実施形態において、輸送部品は、第１輸送部品の端部を、第２輸送部品の端部に近接して位置づけることと、橋架け部品を前記第１及び第２輸送部品の近接された端部内に少なくとも部分的に封入することと、前記近接した端部を追加の外部構造層で上包して上包部を形成することと、前記上包部を硬化することによって連結されてもよい。
【００１１】
他の実施形態において、前記輸送部品は、前記輸送部品から損傷した部分を除去して、前記輸送部品内に間隙及び前記間隙の対向する側に近接して２つの露出縁部を形成することと、２つの端部を備える橋架け部品を前記間隙内に位置づけて前記２つの端部で前記２つの露出縁部をそれぞれ少なくとも部分的に取り囲むようにすることと、追加の外部構造層で各端部を上包して上包部を形成することと、前記上包部を硬化することによって修理されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明のある実施形態に従う輸送部品の斜視図である。
【図２】図２は、図１の輸送部品の正面図である。
【図３】図３は、本発明の他の実施形態に従う輸送部品の断面図である。
【図４】図４は、本発明のさらに他の実施形態に従う輸送部品の斜視図である。
【図５】図５Ａは、橋架け部品に近接して位置づけられた図１の２つの輸送部品の側面斜視図である。図５Ｂは、橋架け部品挿入後の図５Ａの２つの輸送部品の側面図である。図５Ｃは、上包部導入後の図５Ｂの２つの輸送部品の側面図である。図５Ｄは、硬化中の図５Ｃの２つの輸送部品の側面斜視図である。
【図６】図６Ａは、輸送部品の両端部にそれぞれ位置づけられた２つの内部電極を有する図１の輸送部品の側方断面図である。図６Ｂは、輸送部品の一方の端部に位置づけられた外部電極及び輸送部品の第２の端部に位置づけられた内部電極を有する、図１の輸送部品の側方断面図である。図６Ｃは、輸送部品の両端部にそれぞれ位置づけられた２つの外部電極を有する図１の輸送部品の側方断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態は、静電気及び雷に適合可能な輸送部品を提供する。輸送部品は航空機燃料システム用の使用について説明されるが、それらは決してそのような使用に限定されない。むしろ、輸送部品の実施形態はいかなる種類の燃料システムにおいて使用され得、又はそうでなければ所望に応じて使用され得る。
【００１４】
図１〜図６Ｃは、輸送部品１０の実施形態を示す。図１及び図２に示すように、輸送部品１０は少なくとも１つのパイプ１２を備える。いくつかの実施形態において、図２に示すように、パイプ１２は少なくとも２つの外部構造層１４から形成されており、各外部構造層１４は樹脂及び強化繊維を含む。繊維は、ガラス繊維、炭素繊維、ポリアラミド繊維、他の好適な繊維、又はそれらの組み合わせを含んでもよいが、それらに限定されない。関係する技術分野において通常の技能を有する者は、いかなる好適な繊維も各外部構造層１４を形成するために使用され得ることを理解するであろう。これらの実施形態において、繊維は樹脂で被覆される。使用される樹脂の種類は、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、シアン酸エステル樹脂、ビスマレイミド樹脂、他の同様の熱硬化性樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリフェニルスルホン酸（ＰＰＳＵ）、ポリフェニルスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ），ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、他の熱可塑性材料、又は他の好適な材料を含んでもよいがそれらに限定されない。いくつかの実施形態において、各外部構造層１４は、他の外部構造層１４に少なくとも５０％が重なり合っている。しかしながら、関係する技術分野において通常の技能を有する者は、外部構造層１４の数に応じていかなる好適な重なり合った配置も使用され得ることを理解するであろう。
【００１５】
いくつかの実施形態において、外部構造層１４は開口１８を有する、概して円筒の形状１６を形成するように配置される。図２に最もよく示されるように、円筒形状１６は開口１８の中心軸２２からＯＲの距離に位置づけられた外表面２０及び開口１８の中心軸２２からＩＲの距離に位置づけられた内表面２４を備えてもよい。壁厚（ＯＲ−ＩＲで定義される）は、パイプの圧力要件及び振動要件に関して決定される。
【００１６】
樹脂、繊維の配向及びパイプの幾何構造の組み合わせの結果、航空機の振動要件を満足させるために十分な剛性を有し、また翼の設計の柔軟性を支持するために十分な柔軟性をも有するパイプ設計がもたらされる。
【００１７】
いくつかの実施形態において、図３及び４に示すように、内部構造層２６は円筒形状１６の内表面２４に結合されてもよい。内部構造層２６は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリフェニルスルホン酸（ＰＰＳＵ）、ポリフェニルスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ），ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、他の熱可塑性材料、又は構造健全性を損なうことなく所望の形状に成形可能である他の好適な材料を含む材料で形成されてもよいが、それらに限定されない。結果として、内部構造層２６は、図４に示されているパイプ１２のような非直線形状を有するパイプ１２に成形され得る熱可塑性の芯を形成してもよい。いくつかの実施形態において、内部構造層２６は、外部構造層１４と結合される前に所望の形状に成形される。
【００１８】
ある特定の実施形態において、図３に示すように、外部樹脂層２８が、円筒形状１６の外表面２０に結合されてもよい。外部樹脂層２８は、蛍光粒子又は特定の染料で処理されたマイクロカプセルを含む材料で形成されてもよいが、それらに限定されない。外部樹脂層２８は、直線形状又は非直線形状のパイプ１２に含まれてもよい。パイプ１２が衝撃を受けた場合、外部樹脂層２８に亀裂が生じる可能性が有る。外部樹脂層２８における亀裂により、蛍光粒子又はマイクロカプセルは紫外光の下で見た場合に蛍光特有又は染料特有のスポットを表示する。
【００１９】
複数のパイプ１２が、一貫した電気伝導性及び一定の内径を確保するように互いに連結されてもよい。これらの特性を一定の値又は大きさに維持することは、燃料運搬用途においてとくに重要になり得るが、いかなる種類の用途においてもまた、望ましい特性であり得る。
【００２０】
図５Ａ〜５Ｄは、複数のパイプ１２を連結する方法のある特定の実施形態を示している。これらの実施形態において、図５Ａに示すように、２つのパイプ１２は、各々の端部３０が他方のパイプ１２の対応する端部３０に近接するように、２つのパイプ１２の長さ方向に位置づけられる。橋架け部品３２がこれら２つの端部３０の間に位置づけられる。図５Ａに示すように、各パイプ１２の端部３０は、パイプ１２の、端部３０以外の残り部分を貫通する開口１８より広い開口１８を有してもよい。いくつかの実施形態において、各端部３０の開口１８は、端部３０の内表面２４（又は内部構造層２６）が各端部３０内に挿入される橋架け部品３２の外部断面形状に近くなるように成形される。例えば、いくつかの実施形態において、橋架け部品３２が（パイプ１２の非拡大部において定められ、図２において示される）中心軸２２からおよそＯＲの距離に位置づけられる外表面２０を備える場合、各端部３０の内表面２４（又は内部構造層２６）は、中心軸２２からおよそＯＲの距離に位置づけられる。しかしながら、関係する技術分野において通常の技能を有する者は、各端部３０が少なくとも部分的に橋架け部品３２を封入することを許容する、端部３０のいかなる好適な形状を使用し得ることを理解するであろう。
【００２１】
橋架け部品３２は、さらに、距離ＯＲのおよそ４倍（又は、図２に示す距離ＯＤのおよそ２倍）の長さを有してもよいが、また、パイプ１２の間の連結部位に十分な安定性をもたらすいかなる好適な長さを有してもよい。これらの実施形態において、各端部３０は橋架け部品３２の幾何構造全体を収容できるように成形されるため、各端部３０の長さは橋架け部品３２の長さのおよそ半分である。換言すると、各端部３０は距離ＯＲのおよそ２倍の（又は、距離ＯＤにほぼ等しい）長さを有する。
【００２２】
いったん橋架け部品３２が図５Ｂに示すように２つの端部３０に少なくとも部分的に封入された後に、その領域を他の外部構造層１４で包んで上包部３４を形成してもよい。いくつかの実施形態では、上包部３４の長さは距離ＯＲのおよそ８倍（又は距離ＯＤのおよそ４倍）であるが、しかしまた、連結部位に近接したパイプ１２に十分な安定性をもたらすいかなる好適な長さを有してもよい。
【００２３】
アセンブリ全体（上包部３４、端部３０、及び橋架け部品３２）は次いで、図５Ｄに示すように、可動式のユニット３６で硬化される。硬化工程では、熱及び圧力を上包部３４、端部３０、及び橋架け部品３２に加え、それによりこれらの部品を互いに結合させる。橋架け部品３２の内表面２４は、パイプ１２の内表面２４と実質的に一致するように構成され、それによりパイプ１２の一定の内径が確保される。
【００２４】
いくつかの実施形態において、上述と同様の工程を、パイプ１２の損傷を受けた部分又は欠陥が生じた部分を一貫した電気抵抗率及び一定の内径を確保するように修理するために使用してもよい。これらの実施形態において、パイプ１２の損傷を受けた部分又は欠陥が生じた部分が除去され、それによりパイプ１２に間隙が形成されるとともに、この間隙の対向する側に近接してパイプ１２の露出縁部が創出される。
【００２５】
修理工程において、上述の連結工程と同様に、橋架け部品３２はパイプ１２の露出縁部に近接した間隙内に位置づけられる。これらの実施形態において、拡張された端部３０は、パイプ１２ではなく橋架け部品３２上に位置づけられる。結果として、パイプ１２の２つの端部３０に橋架け部品３２を少なくとも部分的に封入させる代わりに、橋架け部品３２の端部３０が少なくとも部分的にパイプ１２の露出縁部を取り囲むように構成される。
【００２６】
いくつかの実施形態において、上述のように、パイプ１２の露出縁部が（図２で定められるような）中心軸２２からおよそＯＲの距離に位置づけられる外表面２０を備える場合、各端部３０の内表面２４（又は内部構造層２６）は（図２で定義されるような）中心軸２２からおよそＯＲの距離に位置づけられる。しかしながら、関係する技術分野において通常の技能を有する者は、各端部３０がパイプ１２の露出縁部を少なくとも部分的に取り囲むことを許容する、端部３０のいかなる好適な形状を使用し得ることを理解するであろう。
【００２７】
橋架け部品３２の各端部３０はさらに、距離ＯＲのおよそ２倍の長さ（又は、図２に示す距離ＯＤの長さ）を有してもよいが、また、パイプ１２内の修理部位に十分な安定性をもたらすいかなる好適な長さをも有してもよい。
【００２８】
いったん橋架け部品３２の各端部３０がパイプ１２の各露出縁部に取り付けられた後の、結合工程は２つのパイプ１２を連結するための工程と同様である。具体的には、各端部３０が別の外部構造層１４で包まれて上包部３４を形成する。いくつかの実施形態では、上包部３４の長さは距離ＯＲのおよそ４倍（又は距離ＯＤのおよそ２倍）であるが、しかしまた、欠陥が生じた地点又は損傷地点に近接したパイプ１２に十分な安定性をもたらすいかなる好適な長さを有してもよい。
【００２９】
アセンブリ全体（上包部３４、端部３０、及びパイプ１２の露出縁部）は次いで、可動式のユニット３６で硬化される。硬化工程では、熱及び圧力を上包部３４、端部３０、及びパイプ１２の露出縁部に加え、それによりこれらの部品を互いに結合させる。橋架け部品３２の内表面２４は、パイプ１２の内表面２４に実質的に一致するように構成され、それにより一定の内径が確保される。
【００３０】
パイプ１２の静電荷消散特性は、種々の層１４、２６、２８を構成するすべての材料が静電消散材料であるという事実に基づく。これらの導電性材料の間の適切な結合により、電荷が材料の間を自由に流れることが許容され、結果として電位に差がなくなる。
【００３１】
パイプ１２における導電性材料の間の均一性を示すために、種々の内部電極３８及び外部電極４０と組み合わされたパイプ１２に関する、３つの異なる構成を組み立て、各構成に対して５０Ｖの電荷を加え、各構成の電気抵抗を測定した。これらの試験の各々は、フェルールを取り付けられ、５５５ｍｍと測定された直線状のパイプ１２を使用して実施された。
【００３２】
各構成について以下でより詳細に示されているように、図６Ａ〜６Ｃに示した種々の経路間の抵抗の均一性は、同様の電気抵抗の結果によって示された。各構成において、電気抵抗結果はほぼ同じであった。これらの実施形態において、長さ当たりの電気抵抗は、１０５〜１０９Ω／ｍの範囲内であってもよく、より詳細には、１０６〜１０８Ω／ｍの範囲内であってもよく、さらにより詳細には、１０６〜１０７Ω／ｍの範囲内であってもよい。
【００３３】
１つの構成において、図６Ａに示すように、２つの内部電極３８がパイプ１２の端部にそれぞれ位置づけられている。パイプ１２に電荷を加えると、静電荷は（破線で示すように）２つの内部電極３８の間を、パイプ１２の内表面２４を介して流れる。図３、４に示した実施形態のような内部構造層２６を含むパイプ１２の実施形態において、静電荷は２つの内部電極３８の間を、内部構造層２６を介して流れる。これらの実施形態において、内表面２４を介する２つの内部電極３８の間の電気的流れに対する電気抵抗は、１６．９ｋΩと測定された。パイプ１２の種々の層１４、２６、２８がより高い抵抗を示す材料で構成される他の実施形態においては、長さ当たりの電気抵抗は、２．９９×１０６Ω／ｍと測定された。
【００３４】
図６Ｂに示すように、外部電極４０がパイプ１２の一方の端部に位置づけられ、内部電極３８がパイプ１２の第２の端部に位置づけられる。パイプ１２に電荷を加えると、静電荷は（破線で示すように）外部電極４０と内部電極３８との間を、外部電極４０に近接したパイプ１２の部分の厚み及びパイプ１２の内表面２４を介して流れる。図３、４に示した実施形態のような内部構造層２６を含み得るパイプ１２の実施形態において、静電荷は外部電極４０と内部電極３８との間を、外部電極４０に近接したパイプ１２の部分の厚み及び内部構造層２６を介して流れる。これらの実施形態において、内表面２４及びパイプ１２の厚みを介した、内部電極３８と外部電極４０の間の電気的流れに対する電気抵抗は、１６．２ｋΩと測定された。パイプ１２の種々の層１４、２６、２８がより高い抵抗を示す材料で構成される他の実施形態においては、長さ当たりの電気抵抗は、２．９６×１０６Ω／ｍと測定された。
【００３５】
図６Ｃに示すように、２つの外部電極４０がパイプ１２の両端部にそれぞれ位置づけられている。パイプ１２に電荷を加えると、静電荷は（破線で示すように）２つの外部電極４０の間を、パイプ１２の外表面２０を介して流れる。図３に示した実施形態のような外部樹脂層２８を含むパイプ１２の実施形態において、静電荷は２つの外部電極４０の間を外部樹脂層２８を介して流れる。これらの実施形態において、外表面２０を介した、２つの外部電極４０の間の電気的流れに対する電気抵抗は、１６．１ｋΩと測定された。種々の層１４、２６、２８がより高い抵抗を示す材料で構成される他の実施形態においては、長さ当たりの電気抵抗は、２．９２×１０６Ω／ｍと測定された。
【００３６】
ＳＡＥ  Ｊ  １６４５に静電気消散時間の基準が定められている。パイプ１２の静電気消散時間は０．０３ｓと測定された。
【００３７】
また、パイプ１２の歪み試験を実施した。パイプ１２は１分の間、５０００Ｖ／ｍにさらされた。歪み試験後、パイプ１２はいかなる歪み破損の兆候がないか観察された。パイプ１２の劣化は起こらず、火花も観察されなかった。さらに、パイプ１２の温度は６０℃未満のままであった。
【００３８】
以上の記載は、本発明の実施形態を例示し、説明し及び記述する目的のために与えられている。これらの実施形態に対するさらなる改変及び改造は、当業者にとっては明らかとなるであろうし、そのような改変及び改造は、本発明の範囲又は精神から逸脱することなしに行い得る。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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