(57)【要約】【課題】  構造部材と一体化可能であり、厳しい環境条件下で機能できるワイヤを提供する。【解決手段】  ワイヤは、略長手方向で構造部材に対して配置された複数の非線形綱から形成される。これら綱はたとえば編組構成または織り合わせ構成で絡み合わせられ得る。各々の綱は、導電性金属で被覆され得る繊維から形成され、さらに導電性金属のストランドを繊維または綱と絡み合わせることもでき、これによりこのワイヤは電気信号または電力を伝送するための電気通信を可能にする。構造材料が綱同士の間に配置されて綱を構造部材に接合する。【選択図】  図９
2004253391.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造部材と一体化されるように適合されたワイヤであって、
略長手方向に延びる複数の非線形綱を備え、前記綱の各々は複数の繊維を含み、前記複数の綱は、導電性金属を含む少なくとも２本の導電性綱を含み、前記導電性綱は、前記綱の長手方向に対して略垂直の横断方向で電気的に接続され、前記ワイヤはさらに、
前記複数の綱同士の間に配置されて、前記複数の綱を構造部材に接合することができる構造材料を備える、ワイヤ。
【請求項２】
前記複数の綱は絡み合わせ構成に配置される、請求項１に記載のワイヤ。
【請求項３】
前記複数の綱は編組構成に配置される、請求項２に記載のワイヤ。
【請求項４】
前記複数の綱は織り合わせ構成に配置される、請求項２に記載のワイヤ。
【請求項５】
各々の導電性綱は複数の非金属繊維を含み、前記繊維のうち少なくとも１本は導電性金属で被覆される、請求項１に記載のワイヤ。
【請求項６】
各々の導電性綱は、銀、ニッケル、金、銅、ベリリウム、アルミニウム、およびこれらの合金からなる群のうち少なくとも１つで被覆された、炭素、ナイロン、アラミドおよびガラス繊維からなる群のうち少なくとも１つから形成された少なくとも１本の繊維を含む、請求項５に記載のワイヤ。
【請求項７】
さらに、綱と絡み合わせた少なくとも１本の導電性ストランドを備え、各々の導電性ストランドは導電性金属からなる、請求項１に記載のワイヤ。
【請求項８】
各々の導電性ストランドは、銀、ニッケル、金、銅、ベリリウム、アルミニウム、およびこれらの合金からなる群のうち少なくとも１つから形成される、請求項７に記載のワイヤ。
【請求項９】
前記構造材料は、加硫された非導電性樹脂から形成される、請求項１に記載のワイヤ。
【請求項１０】
さらに、前記ワイヤを少なくとも部分的に取囲む絶縁性シートを備える、請求項１に記載のワイヤ。
【請求項１１】
さらに、前記ワイヤと電気的に通信する少なくとも１つの金属製コンタクトを備え、前記コンタクトは前記構造部材内に少なくとも部分的に埋込まれる、請求項１に記載のワイヤ。
【請求項１２】
構造部材と一体化されるように適合されたワイヤであって、
略長手方向に延びる少なくとも１本の非線形綱を備え、各々の綱は複数の非金属繊維を含み、前記ワイヤはさらに、
前記綱と絡み合わせた少なくとも２本の導電性ストランドを備え、各々の導電性ストランドは導電性金属からなり、前記導電性ストランドは、前記少なくとも１本の綱の長手方向に対して略垂直の横断方向で電気的に接続され、前記ワイヤはさらに、
前記綱同士の間およびストランド同士の間に配置されて、前記綱およびストランドを構造部材に接合することができる構造材料を備える、ワイヤ。
【請求項１３】
前記綱およびストランドは編組構成に配置される、請求項１２に記載のワイヤ。
【請求項１４】
前記綱およびストランドは織り合わせ構成に配置される、請求項１２に記載のワイヤ。
【請求項１５】
前記綱の繊維のうち少なくとも１本は導電性金属で被覆される、請求項１２に記載のワイヤ。
【請求項１６】
各々の綱は、銀、ニッケル、金、銅、ベリリウム、アルミニウム、およびこれらの合金からなる群のうち少なくとも１つで被覆された、炭素、ナイロン、アラミド、およびガラス繊維からなる群のうち少なくとも１つから形成された少なくとも１本の繊維を含む、請求項１２に記載のワイヤ。
【請求項１７】
各々の導電性ストランドは、銀、ニッケル、金、銅、ベリリウム、アルミニウム、およびこれらの合金からなる群のうち少なくとも１つから形成される、請求項１２に記載のワイヤ。
【請求項１８】
前記構造材料は、加硫された非導電性樹脂から形成される、請求項１２に記載のワイヤ。
【請求項１９】
さらに、前記ワイヤを少なくとも部分的に取囲む絶縁性シートを備える、請求項１２に記載のワイヤ。
【請求項２０】
さらに、前記ワイヤと電気的に通信する少なくとも１つの金属製コンタクトを備え、前記コンタクトは、前記構造部材内に少なくとも部分的に埋込まれる、請求項１２に記載のワイヤ。
【請求項２１】
少なくとも１本の一体化されたワイヤを有する構造部材であって、
複合構造と、
前記複合構造に対して配置された少なくとも１本の一体化されたワイヤとを備え、各々のワイヤは、略長手方向に延びる複数の非線形綱を有し、各々の綱は複数の繊維を含み、前記構造部材はさらに、
前記複数の綱同士の間に配置されて、前記複数の綱を構造部材に接合する構造材料と、
前記ワイヤの第１の端部に接続された第１の電気機器と、
前記ワイヤの第２の端部に接続された第２の電気機器とを備え、前記ワイヤは前記第１および第２の電気機器を電気的に接続する、構造部材。
【請求項２２】
前記複合構造は少なくとも部分的にヘリコプターロータの翼を構成し、前記翼は、ハブに接続された第１の端部と、ここから延びる第２の端部とを有し、前記少なくとも１本のワイヤは、概ね前記翼の前記第１および第２の端部間で或る方向に延びる、請求項２１に記載の構造部材。
【請求項２３】
前記第１および第２の電気機器のうち少なくとも１つは、センサ、アクチュエータおよび発光装置からなる群のうち少なくとも１つを構成する、請求項２１に記載の構造部材。
【請求項２４】
前記複数の綱は絡み合わせ構成に配置される、請求項２１に記載の構造部材。
【請求項２５】
前記複数の綱は編組構成に配置される、請求項２４に記載の構造部材。
【請求項２６】
前記複数の綱は織り合わせ構成に配置される、請求項２４に記載の構造部材。
【請求項２７】
前記綱のうち少なくとも１本は、導電性金属で被覆された複数の非金属繊維を含む、請求項２１に記載の構造部材。
【請求項２８】
前記綱のうち少なくとも１本は、銀、ニッケル、金、銅、ベリリウム、アルミニウム、およびこれらの合金からなる群のうち少なくとも１つで被覆された、炭素、ナイロン、アラミドおよびガラス繊維からなる群のうち少なくとも１つから形成された、少なくとも１本の繊維を含む、請求項２７に記載の構造部材。
【請求項２９】
各々のワイヤは、前記綱と絡み合わせた少なくとも１本の導電性ストランドを含み、各々の導電性ストランドは導電性金属からなる、請求項２１に記載の構造部材。
【請求項３０】
各々の導電性ストランドは、銀、ニッケル、金、銅、ベリリウム、アルミニウム、およびこれらの合金からなる群のうち少なくとも１つから形成される、請求項２９に記載の構造部材。
【請求項３１】
さらに、前記構造部材内に配置された少なくとも１つの絶縁性シートを備え、前記シートの各々は少なくとも部分的に前記ワイヤのうち少なくとも１本を取囲む、請求項２１に記載の構造部材。
【請求項３２】
構造部材と一体化されたワイヤの製造方法であって、
電気機器間において略長手方向で非線形に延びる複数の導電性綱を配置する工程を備え、前記電気機器は前記ワイヤにより電気的に接続可能であり、前記綱のうち少なくとも２本は横断方向で電気的に接続され、前記方法はさらに、
前記綱同士の間に構造材料を配置する工程を備え、前記構造材料は前記綱を構造部材に接合する、方法。
【請求項３３】
さらに、前記綱同士を絡み合わせる工程を備える、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記絡み合わせる工程は、前記綱同士を編組する工程を含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記絡み合わせる工程は、前記綱同士を織り合わせる工程を含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記絡み合わせる工程は、少なくとも１本の非導電性綱と少なくとも１本の導電性綱を絡み合わせる工程を含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３７】
さらに、導電性綱を形成するために導電性金属で複数の繊維を被覆する工程を備える、請求項３２に記載の方法。
【請求項３８】
前記被覆する工程は、銀、ニッケル、金、銅、ベリリウム、アルミニウム、およびこれらの合金からなる群のうち少なくとも１つで、炭素、ナイロン、アラミドおよびガラス繊維からなる群のうち少なくとも１つから形成された繊維を被覆する工程を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
さらに、導電性金属から形成された少なくとも１本のストランドを前記綱と絡み合わせる工程を備える、請求項３２に記載の方法。
【請求項４０】
さらに、非導電性樹脂を加硫して構造部材および構造材料を形成する工程を備える、請求項３２に記載の方法。
【請求項４１】
さらに、構造部材内に絶縁性シートを配置する工程を備え、前記ワイヤは絶縁性シート
に少なくとも部分的に取囲まれる、請求項３２に記載の方法。
【請求項４２】
さらに、１つ以上の電気的コンタクトを設ける工程を備え、各々のコンタクトは、前記電気機器のうち少なくとも１個を前記ワイヤに電気的に接続する、請求項３２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
連邦の後援による研究または開発
この発明は、ロータークラフト・インダストリー・テクノロジー・アソシエーション・インコーポレイテッド（Rotorcraft Industry Technology Association, Inc.：ＲＩＴＡ）により認められた契約番号第ＮＣＣ２−９０１９号の下で政府援助により行なわれたものである。政府はこの発明においていくらかの権利を有し得る。
【０００２】
発明の背景
１）  発明の分野
この発明は電気ワイヤに関し、特定的には、構造部材と一体化されて、たとえば構造部材を通じて信号または電力を伝送するための導電性経路を提供するワイヤに関する。
【背景技術】
【０００３】
２）  関連技術の説明
電気機器を構造部材との関連で用いることがしばしばある。たとえば、センサおよびアクチュエータなどの電気機器を、航空機、宇宙船、陸上車両、船舶などの輸送手段の構造物に埋込んだり、搭載したり、または他でこれらと構造的に一体化したりする。電気機器を構造部材との関連で搭載するその他の例には機械や建造物などが含まれ得る。ここでセンサは構造全体を通じて異なる位置における温度、運動、応力、歪み、損傷などを検出するのに使用され得る。アクチュエータは、昇降機、舵、補助翼、ヘリコプターロータ、扉、または弁などの構造におけるさまざまな制御部分を調整するのに用いられ得る。電気機器が生成したデータは典型的に、これら機器から処理のためにコンピュータまたはその他の回路機器へ電気ワイヤ経由で通信される。同様に、制御信号および電力は典型的に、コンピュータ、電源および／または他の回路機器からアクチュエータおよびセンサへ電気ワイヤ経由で伝送される。したがって、電気機器の制御および監視のためにしばしばワイヤ網が必要となる。通常、各々のワイヤは１本以上の導電性ストランド、たとえば銅ストランドを含み、これらストランドは絶縁性ジャケットで覆われる。並列のワイヤがバンドル固定具、たとえばケーブルタイストラップまたは収縮管で一纏めに保持され得る。クリップやタイなどの固定具はしばしば、ワイヤの長さに沿った連続的な位置で構造部材とワイヤまたはワイヤ束とを接続してワイヤの位置を維持するのに用いられる。
【０００４】
しかし用途によっては、ワイヤと構造部材と接続することが困難または実行不可能となる。たとえば、ワイヤが通され得る内部空洞が構造部材に全く形成されないことがあり、また構造部材の外側の環境条件は過酷、たとえば過度に高温または低温であったり、機械的応力、湿気または腐蝕性物質にさらされたりするものであり得る。さらに、構造部材がかなりのまたは反復的な機械的応力を受ける用途では、結果としてワイヤにかかる歪みから、ワイヤが構造部材に接続されているかどうかにかかわらずワイヤが切断されるおそれがある。
【０００５】
このことを示す一例として、ヘリコプターロータの翼（blade）をロータのハブまわりで高速に回転させることが挙げられる。場合によっては、たとえば翼の中または上にあるアクチュエータを制御したりセンサを監視したりするために、翼の長さ全体にわたって延びるワイヤを設けることが望ましい。外部条件、たとえば風や湿気などの理由から、ワイヤを翼の外側に接続することは不可能である。さらに、翼は高速で回転させられる際に求心力からかなりの応力を受ける。ワイヤが翼の長さに沿って連続的または途切れずに接続されていない場合、回転の結果として生じる求心力から各々のワイヤが歪みを受けること
にもなる。他方、ワイヤは翼に接続されていれば翼と同じレートで歪みを受けることになる。いずれの場合でも、結果としてワイヤにかかる応力がワイヤを切断または疲労させて、電気機器が動作できなくなるおそれがある。
【０００６】
したがって、電気信号または電力を伝送するための、構造部材に沿って設けられ得るワイヤが必要とされている。ワイヤは構造部材と一体化可能であり、応力および温度の変動、湿気、ならびに腐蝕性物質を含む厳しい環境条件下で機能できる必要がある。ワイヤはワイヤ用の内部通路なしに構造部材に対して適合可能である必要がある。さらにワイヤは、構造部材がかなりのまたは反復的な応力を受ける場合でも疲労に耐える必要がある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明の簡単な概要
この発明は、構造部材と一体化されたワイヤ、一体化されたワイヤを有する構造部材、および、一体化されたワイヤの製造方法を提供する。このワイヤは、略長手方向で構造部材に対して配置された複数の非線形綱から形成される。綱の繊維を導電性金属で被覆し、かつ／または導電性ストランドと絡み合わせることができ、こうしてこのワイヤは電気信号または電力を伝送するための構造部材に沿った電気的通信を可能にする。構造材料が綱同士の間に配置されてこれらを構造部材と接合する。こうして綱は構造部材によって非線形的または多次元的構成で機械的に拘束されるため、ワイヤの綱は構造部材が応力を受ける際に構造部材よりも小さい応力を受ける。さらに、構造部材はワイヤを環境条件から保護することができる。
【０００８】
この発明の一実施例に従うと、綱のうち少なくとも２本は導電性金属を含み、導電性綱は、綱の長手方向に対して略垂直の横断方向で電気的に接続される。これにより、ワイヤ内に電流の代替経路が存在する。導電性綱は、導電性金属で被覆された非金属繊維を含むことができ、たとえば銀、ニッケル、金、銅、ベリリウム、アルミニウム、またはこれらの合金で被覆された、炭素、ナイロン、アラミド、またはガラス繊維の綱を形成する。綱はたとえば編組または織り合わせで絡み合わせられ得る。また、他の実施例に従うと、導電性金属たとえば銀、ニッケル、金、銅、ベリリウム、アルミニウム、またはこれらの合金から形成されたストランドを綱と絡み合わせてストランドを非線形構成に配置することもできる。たとえば、綱を織り合わせまたは編組してワイヤを形成する際に、３本の導電性ストランドを各々の綱と一纏めにできる。綱およびストランドは、ワイヤに沿った電気的通信のための多数の冗長的な経路をもたらす。構造材料は、綱同士の間で加硫された非導電性樹脂であることができ、構造部材は、やはり非導電性樹脂を含む複合材料から形成され得る。ワイヤを少なくとも部分的に取囲むように絶縁性シートを構造部材内に配置することもある。
【０００９】
この発明はまた、少なくとも１本の一体化されたワイヤが配置された複合構造から形成された構造部材を提供する。ワイヤは第１および第２の電気機器間で延び、これら機器を電気的に接続する。たとえば構造部材はヘリコプターロータ翼であることができ、ワイヤは翼の両端間で或る方向に延び得る。機器はワイヤ経由で通信するセンサ、アクチュエータまたは発光装置であり得る。
【００１０】
この発明はまた、構造部材と一体化されたワイヤの製造方法を提供する。この方法は複数の導電性綱を配置する工程を含み、これら綱は略長手方向で非線形に延び、これら綱のうち少なくとも２本は横断方向で電気的に接続される。綱はたとえば編組または織り合わせで絡み合わせられ得る。綱のうちいくつかまたはすべては、たとえば導電性金属で綱を被覆することで導電性にされ得る。さらに導電性ストランドを綱と絡み合わせ得る。構造材料を綱同士の間に配置して、構造材料が綱を構造部材に接合するようにする。たとえば
非導電性樹脂を加硫して、構造部材と、構造部材に綱を接合する構造材料とを形成し得る。また絶縁性シートを構造部材内に配置して、ワイヤが絶縁性シートにより少なくとも部分的に取囲まれるようにすることもある。
【００１１】
以上、この発明を一般的な観点から記載した。以下に添付の図面を参照するが、これら図面は必ずしも同じ割合で描かれたものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
発明の詳細な説明
以下に添付の図面を参照してこの発明をより詳細に説明する。ここでこの発明についてのいくつかの実施例を示すが、これがすべてではない。実際、これら発明は多くの異なる形態で実施可能であり、ここに記載の実施例に限定して解釈すべきではない。むしろこれら実施例は、該当する法的要件をこの開示が満足するように与えられたものである。全体を通じて同様の番号は同様の要素を指す。
【００１３】
図面、特に図１を参照して、この発明の一実施例に従い、一体化されたワイヤ１２を有する構造部材１０を示す。構造部材１０は複合材料などさまざまな材料から形成され得るが、これには加硫樹脂のマトリックスを含浸させた綱または繊維が含まれる。これに代えて、ポリマー、金属などを含む他の従来の材料から構造部材１０を形成してもよい。「構造部材」という用語は限定を意図しておらず、構造部材１０は単一の構成要素または構成要素の組立体、たとえば建造物構成要素または機械であることもある。さらに構造部材１０は、航空宇宙機、航空機、船舶、陸上車両などの輸送手段を含むあらゆる種類の構造物で用いられ得る。
【００１４】
ワイヤ１２は、構造部材１０に沿って略長手方向１３に延び、すなわちワイヤ１２は第１の端部１４から第２の端部１６へ延び、こうしてワイヤ１２を用いて２個以上の電気機器１８，２０を電気的に接続することができる。「長手」という用語は、ワイヤ１２が長手方向に隔てられた２つ以上の端部間または接続間に概して延びることを広く示すことを意図しており、ワイヤ１２の特定の経路は必ずしも真っ直ぐまたは一直線の経路ではない。むしろ、一体化されたワイヤ１２は構造部材１０に特有のさまざまな設計要因に従ってルート付けられ得るが、これにはたとえば構造部材１０の形状、電気機器１８，２０の配置、構造部材１０全体にわたる応力および歪みの予想されるばらつきなどが含まれる。３個以上の電気機器１８，２０をワイヤ１２で接続することもあり、機器１８，２０はさらにワイヤ１２に沿った異なる位置でも接続され得る。
【００１５】
ワイヤ１２は、さまざまな電気機器１８，２０を接続するのに用いられ得る。図１に示すこの発明の一実施例に従うと、第１の電気機器１８はセンサ、アクチュエータまたは発光装置であり、第２の電気機器２０は、コンピュータ、プロセッサ、電源、またはその他の回路機器であって、ワイヤ１２に接続されて、１本以上のワイヤ１２経由でデータを第１の電気機器１８から受信し、制御信号を第１の電気機器１８に送信し、かつ／または電力を第１の電気機器１８に供給する。一体化されたワイヤ１２はさらに、機器１８，２０間に電気的接地経路をもたらすことができる。電気機器１８，２０は構造部材の上または中に搭載することができ、一体化されたワイヤ１２は電気機器１８，２０まで延びることもあるが、ワイヤ１２は別の導電体、たとえばコンタクト２１および／または接続ワイヤ２２を介して機器１８，２０に接続されることもある。コンタクト２１および接続ワイヤ２２は、導電性綱または金属製ストランドを含む導電性金属または複合構造から形成され得る。たとえば接続ワイヤ２２は従来の導電性ワイヤであっても、この発明に従う構造的に一体化されたワイヤであってもよい。接続ワイヤ２２はワイヤ１２と直接に接続されることも、金属または導電性エポキシパッドから形成され得るコンタクト２１を介して接続されることもある。
【００１６】
各々のワイヤ１２は、略ワイヤ１２の長手方向１３に延びる複数の綱２４から形成される。「複数」という用語は、綱２４の２つ以上の部分が長手方向に延びることを意味するが、途切れのない単一本の綱を１８０°折り曲げて、複数の綱２４が実際にはただ１本の綱から形成されるようにすることで多数の長手方向の綱部分を形成することがあり得る。綱２４は、たとえば編組構成または織り合わせ構成で絡み合わせられ得る。図２に例示的な織り合わせ構成を示すが、その他の織り合わせパターンを使用してもよいことが理解される。たとえば織り合わせパターンは平織、正方形綾織、オランダ織などを含み得る。図２に示す平織パターンは、長手方向１３に延びる複数の経綱２４ａと、横断方向に延びる複数の緯綱２４ｂとを特徴とする。平織では、各々の経綱２４ａは連続する緯綱２４ｂの各々の上を通って下を通り、各々の緯綱２４ｂは各々の連続する経綱２４ａの上を通って下を通る。こうして綱２４ａは略長手方向に延びるが、綱２４ａの各々は、横断方向の緯綱２４ｂを勘案して湾曲した非線形経路に従う。
【００１７】
綱２４を任意の編組パターンで構成してもよく、これには撚り編組、円形編組、正方形編組または正方形組縄、インターブレード（interbraid）などが含まれる。図３は例示的な編組構成を示し、ここでは複数の綱２４の各々は、ワイヤ１２の長手方向１３から約４５°の角度で配置される。綱２４は横断方向および長手方向に延び、他の編組された綱２４を勘案して湾曲した経路に従う。こうして綱２４は略長手方向１３に延びるが、非線形である。
【００１８】
綱２４の特定の配置および絡み合わせにかかわらず、綱２４は非線形または多次元であり得るので、各々の綱２４はワイヤ１２よりも遠回りの経路に従う。換言すると、綱２４は、ワイヤ１２の略長手方向の延長に対して横断方向の延長の構成要素を有し得るので、各々の綱２４の長さは、ワイヤ１２についての対応する長さよりも長い。たとえば、図２に示す織り合わせワイヤ１２の経綱２４ａおよび緯綱２４ｂの各々は概ね、交替して湾曲する形状または反復的なＳ字形状を形成する。さらに各々の綱２４は２つ以上の横断方向において延び得るので、各々の綱２４は非平面形状すなわち３次元形状を形成する。たとえば、図２に示す編組ワイヤ１２の綱２４の各々は、他の綱２４を勘案して湾曲する一方でワイヤ１２の幅で横断方向で前後に延びる３次元形状を形成し得る。
【００１９】
図４および図６に示すように、各々の綱２４は複数の繊維２６から形成され得る。場合によっては、各々の綱２４は何千もの個々の繊維２６を含むことができ、これは炭素、ナイロン、ガラス繊維、およびアラミドたとえばＥ．Ｉ．デュポン・ドゥ・ヌムール・アンド・カンパニー（E.I. du Pont de Nemours and Company）の登録商標であるケブラー（Kevlar）（Ｒ）繊維などを含む材料から形成され得るが、これらに限定はされない。しばしばグラファイトと称される炭素繊維などの材料から形成された綱を使用して複合材料を形成することは当該技術で公知である。炭素繊維およびその他の繊維はさまざまな方法に従って形成可能であるが、これら方法は当業者に十分に知られているため、ここで記載することはこの発明の完全な理解のために必要ではない。
【００２０】
ワイヤ１２は導電性であるため、ワイヤ１２を用いて、その長さに沿って電気信号または電力が伝送可能である。導電性材料を繊維２６または綱２４の中に、これに対しまたはその間に設けることで、ワイヤ１２の導電性が改良される。この発明の一実施例に従うと、１本以上の綱２４における１本以上の繊維２６は、銀、ニッケル、金、銅、ベリリウム、アルミニウム、およびこれらの合金などの金属を含む導電性材料で被覆される。たとえば、電気めっき法、気相成長法、またはその他の被覆方法によって、ニッケルまたは銅などの導電性材料の被覆を繊維２６に対して配置することができ、それから繊維２６を紡いで綱２４を形成し得る。繊維２６のうちいくつかまたはすべてが導電性材料で被覆され得る。さらに、綱２４を繊維２６から形成した後に綱２４を導電性材料で被覆することもあ
る。
【００２１】
ワイヤ１２の導電性はまた、繊維２６間または綱２４間に導電性材料のストランド２８を設けることでも改良され得る。導電性ストランド２８はさまざまな導電性材料から形成可能であり、これには銅、金、銀、ベリリウム、アルミニウム、およびこれらの合金または混合物などの導電性金属が含まれる。たとえば図４に示すワイヤ１２は、銅合金ＣＤＡ１０１などの銅から形成されたストランド２８を含む。銅ストランド２８はワイヤ１２の綱２４とともに編組されているが、実施例によっては銅ストランド２８を綱２４と織り合わせることもある。これに代えてストランド２８を綱２４の繊維２６と紡ぎ合わせることもあり、ここでストランド２８を繊維２６と絡ませたり、ストランド２８を繊維２６まわりで螺旋形に巻き付けたり、または他でストランド２８を綱２４内に配置したりできる。
【００２２】
こうしてワイヤ１２は一般的に、導電性、半導電性および非導電性の綱２４の任意の組合わせと、綱２４内にあるか、綱２４と絡み合わせられるか、または他でワイヤ１２内に配置され得る任意の数の固体導電性ストランド２８とから形成され得る。さらに繊維２６、綱２４およびストランド２８のいずれも被覆され得る。
【００２３】
ワイヤ１２を構造部材１０と一体化するためには、ワイヤ１２を構造部材１０に対して構成し、綱２４同士の間に構造材料３０を配置して綱２４を構造部材１０に接合し得る。「対する」という用語は、ワイヤ１２が構造部材１０の表面に対して、構造部材１０内に、または部分的に構造部材１０内に構成されることを意味する。図５および図６に示すように、構造材料３０は、ワイヤ１２の綱２４内およびその間の空間を少なくとも部分的に満たし、完全に満たすこともあり得る。構造材料３０は、複合構造を形成するためのさまざまなマトリックス材料のうちいずれであってもよい。たとえば構造材料３０はエポキシ、フェノール樹脂、ポリエステル、シアン酸エステル、ビスマレイミド、ビニルエステル樹脂などであり得る。さらに、構造部材１０は複合材料から形成することができ、構造材料３０は構造部材１０のマトリックスまたは樹脂と同じ種類の材料を含み得る。
【００２４】
複合構造部材１０を加硫している間に、一体化されたワイヤ１２に構造材料３０を浸透（infuse）または含浸（impregnate）させることができるが、これのためにはたとえば、構造部材１０を形成した後かつ構造部材１０のマトリックス材料を加硫する前に、構造部材１０に対してワイヤ１２および構造材料３０を配置する。こうして、構造材料３０および構造部材１０のマトリックスは同時に加硫され得る。場合によっては、構造部材１０のマトリックス材料がワイヤ１２に浸透し、追加の構造材料３０を与える必要がないほど、構造部材１０内に十分なマトリックス材料があることもある。これに代えて、構造部材１０は構造材料３０の加硫前に完全に形成され得る。構造部材１０はまた、加硫を必要としない金属などの非複合材料から形成されることもある。
【００２５】
ワイヤ１２への構造材料３０の塗布は、ワイヤ１２が構造部材１０に対して構成される前に行なっても、ワイヤ１２が構成された後に行なってもよい。この発明の一実施例でワイヤは構造部材１０の表面へと真空袋処理され、ワイヤ１２を構造部材１０と袋処理してワイヤ１２をその中に埋込むことができる。コンタクト２１および／または接続ワイヤ２２もまた構造部材１０内に埋込む、または部分的に埋込むことでワイヤ１２への電気的接続をもたらすことができる。たとえばコンタクト２１および接続ワイヤ２２はワイヤ１２と電気的に接触するように位置付けられ、ワイヤ１２および／または構造部材１０内で部分的に加硫され得る。
【００２６】
構造材料３０を配置した後、構造材料３０を加硫することで、構造材料３０がワイヤ１２の綱２４および／またはストランド２８を接合してワイヤ１２を構造部材１０に接合するようにする。こうしてワイヤ１２は構造部材１０と一体化され、クリップなどの固定具
を必要とせずにワイヤ１２が構造部材１０に接続される。ワイヤ１２は、あらゆる種類および形状の構造部材１０と一体化することができ、ワイヤ１２の綱２４およびストランド２８を構造部材１０および／または構造材料３０によって遮蔽することで、温度変動、湿度、腐蝕性物質などの周囲条件からワイヤ１２を保護することが可能となる。ワイヤ１２の上、下またはまわりに追加的な電気的遮蔽層を設けることもできる。
【００２７】
導電性綱２４およびストランド２８は互いに接触し得るため、各々が横断方向で電気的に接続され、ワイヤ１２を通じて長手方向に流れる電流は横断方向にも流れることができる。たとえば導電性綱２４、繊維２６またはストランド２８のいずれか１本が切断すると、電流は切断した綱２４、繊維２６またはストランド２８から横断方向に、および切断した部分のまわりで、他の導電性綱２４、繊維２６またはストランド２８を通って流れることができる。こうしてワイヤ１２は、個々の綱２４、繊維２６またはストランド２８のいずれか１本が切断、摩耗、または他で非導通となった場合における電流の代替経路を提供する。加えて、ワイヤ１２の綱２４およびストランド２８は非線形構成で構成されるため、綱２４およびストランド２８における少なくともいくつかの部分は長手方向１３と平行ではない。したがって構造部材１０およびワイヤ１２が長手方向１３で応力を受けるとき、綱２４およびストランド２８の少なくとも一部はより小さい応力を受ける。
【００２８】
各々の構造部材１０は多数の独立したワイヤ１２を含み得る。たとえば図７および図８は、４本の一体化されたワイヤ１２を有するヘリコプターロータ翼３２を例示する。ワイヤ１２は、翼３２の第１の端部３４から、翼に搭載された２個の電気機器１８ａ，１８ｂへ長手方向に延びるように構成される。電気機器１８ａ，１８ｂはピエゾファイバ・アクチュエータパックであり、これは能動的な空気力学的制御および振動低減を可能にできる。しかし実施例によっては、電気機器１８ａ，１８ｂの各々は他の機器をも含んだり、または他の機器を代替的に含むことがあり、これにはたとえばロータ翼３２での変形を検知する歪みゲージなどのセンサがある。従来のワイヤ２２がワイヤ１２を、コンタクト２１を介して、ヘリコプターに搭載された回路機器２０に接続し、この回路機器２０は機器１８を監視し、作動させ、および電力供給する。図７においてワイヤ１２は、２個の電気機器１８ａ，１８ｂを別個に接続するのに用いられているが、ワイヤ１２は多数の接合されたセグメントまたは分岐を含むこともあり、任意の数の電気機器１８ａ，１８ｂを接続するのに使用され得る。加えて、図８に示すように、ワイヤ１２の下、上、まわり、またはまわりの一部に絶縁性シート３６を配置することができ、こうして各々のワイヤ１２は他のワイヤ、物理的侵入などから電気的に隔離される。シート３６は、ワイヤ１２に当るように配置されたもしくはワイヤ１２まわりを包む薄層構成か、ワイヤ１２の１本以上を挿入する管か、または他で構造部材１０内に配置された材料かで形成でき、こうしてワイヤ１２のための保護バリアをもたらす。シート３６は、ガラス繊維、非導電性樹脂、ポリイミドシート、またはその他の非導電性材料を含むさまざまな材料から形成され得る。また、シート３６をたとえばプラズマエッチングで処理して構造部材１０に対するシート３６の接着性を改良することもできる。さらに、たとえば２つの絶縁性シート３６の間に導電性材料を配置することにより、ワイヤ１２まわりに導電性材料を接地シートとして設けることができる。
【００２９】
図９では、この発明の一実施例に従う構造部材と一体化されたワイヤを製造するためのいくつかの動作を例示する流れ図を示す。この発明の他の実施例では、ここに示す動作のうちいくつかは省略可能であり、さらに他の動作を含めることもできる。ワイヤを複数の綱から形成し、そのいくつかまたはすべては導電性であり得る。綱を導電性金属で被覆することで綱を導電性にすることができる。たとえば炭素、ナイロン、アラミド、またはガラス繊維から形成された繊維を、銀、ニッケル、金、銅、ベリリウム、アルミニウム、およびこれらの合金などの金属で被覆できる。ブロック１１０を参照されたい。綱を構造部材に沿って略長手方向で非線形に延びるように配置し、これら綱のうち少なくとも２本が
横断方向で電気的に接続されるようにする。ブロック１１２を参照されたい。綱をたとえば編組または織り合わせで絡み合わせることができ、導電性金属から形成された１本以上のストランドを綱と絡み合わせ得る。ブロック１１４を参照されたい。ワイヤを少なくとも部分的に取囲むように、構造部材内に導電性シートを配置し得る。ブロック１１６を参照されたい。１個以上の電気機器を、たとえば電気的コンタクトによってワイヤと電気的に接続し得る。ブロック１１８を参照されたい。構造材料を綱同士の間に配置し、加硫して、構造材料が綱を構造部材に接合するようにする。ブロック１２０を参照されたい。たとえば非導電性樹脂を加硫して構造部材および構造材料を形成できる。ブロック１２２を参照されたい。
【００３０】
これら発明に関連する当業者は、以上の記載および関連する図面に提示した教示の利益を有すれば、ここに記載したこの発明について多くの変形例および他の実施例に気付くであろう。したがって、この発明はここに開示した特定の実施例に限定されず、前掲の特許請求の範囲は変形例および他の実施例を包含することが意図されると理解すべきである。ここでは特定の用語を用いているが、これら用語は包括的および記述的な意味でのみ用いられ、限定を目的としたものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】この発明の一実施例に従う一体化されたワイヤを有する構造部材の平面図である。
【図２】図１のワイヤの平面図であって、ワイヤが構造部材と一体化される前のものを示す図である。
【図３】この発明の別の実施例に従う、複数の編組綱を有するワイヤの平面図である。
【図４】図３のワイヤを拡大して示す平面図である。
【図５】図３のワイヤの平面図であって、樹脂を含浸させたものを示す図である。
【図６】図３のワイヤの拡大断面図であって、図５の線６−６に沿っておよそ１００倍に拡大して示す図である。
【図７】この発明の一実施例に従う一体化されたワイヤを有するヘリコプターロータ翼の斜視図である。
【図８】図７のヘリコプター翼を部分的に示す破断図である。
【図９】この発明の一実施例に従う一体化されたワイヤを有する構造部材を形成するための動作を例示する流れ図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  構造部材、１２  一体化されたワイヤ、１３  長手方向、１４  ワイヤの第１の端部、１６  ワイヤの第２の端部、１８，２０  電気機器、２１  コンタクト、２２  接続ワイヤ、２４  綱、２４ａ  経綱、２４ｂ  緯綱、２６  繊維、２８  ストランド、３０  構造材料、３２  ヘリコプターロータ翼、３４  翼の第１の端部、３６  絶縁性シート。
【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】
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【図９】
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