(57)【要約】      （修正有）【課題】複合層を使用して、航空機の複合構造及び／又は他の構造要素に望ましくない影響を与える電気エネルギーを伝導するための方法及び装置を提供する。【解決手段】マトリックス１１０と補強材１１２を含む複合構造である。マトリックス１１０は、実質的に非導電材料１１３を含む。補強材１１２は導電材料１１４を含む。補強材１１２はマトリックス１１０内に位置付けされて複合層１０６を形成する。補強材１１２の一部は、複合層１０６に対して実質的に垂直の方向に複合層の導電率が増加するように、複合層の表面において露出している複合構造１００。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合構造（１００）であって、
実質的に非導電材料（１３３）を含むマトリックス（１１０）と、
導電材料（１１４）を含み前記マトリックス（１１０）内に位置付けされて前記複合構造の複合層を形成する補強材（１１２）
を含み、前記複合層（１０６）に対して実質的に垂直の方向に前記複合層（１０６）の導電率（１２２）が増加するように、前記複合層（１０６）の表面において前記補強材（１１２）の一部が露出している、複合構造（１００）。
【請求項２】
前記補強材（１１２）は複数の繊維（１３２）を含み、前記複合層（１０６）の表面において露出した前記補強材（１１２）の一部は前記複数の繊維（１３２）の一部であり、前記複数の繊維（１３２）を通って任意の数の電流（１５０）が前記複合層（１０６）の内外を流れることができる、請求項１に記載の複合構造（１００）。
【請求項３】
前記複合層（１０６）の前記導電率（１２２）が前記表面の選択部分において前記複合層（１０６）に対して実質的に垂直の方向に増加するように、前記補強材（１１２）の一部が前記表面の選択部分において露出している、請求項１又は２に記載の複合構造（１００）。
【請求項４】
前記補強材（１１２）の一部は前記補強材（１１２）の第１部分（１２０）であり、前記複合層（１０６）の表面は前記複合層（１０６）の第１表面（１１６）であり、前記補強材の第２部分が前記複合層（１０６）の第２表面（１１８）において露出している、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の複合構造（１００）。
【請求項５】
前記マトリックス（１１０）は第１マトリックス（１１０）であり、前記補強材（１１２）は第１補強材（１１２）であり、前記補強材の一部は前記第１補強材（１１２）の第１部分（１２０）であり、前記複合層（１０６）は第１複合層（１０６）であり、前記表面は前記第１複合層（１０６）の第１表面（１１６）であり、前記導電率（１２２）は第１導電率（１２２）であり、
第２マトリックス（１３６）と、
前記第２マトリックス（１３６）内に位置付けされた第２補強材（１３８）であって、前記第２マトリックス（１３６）と前記第２補強材（１３８）は第２複合層（１３４）を形成し、前記第２補強材（１３８）の第２部分（１４６）は、前記第２複合層（１３４）の第２導電率（１４４）が前記第２複合層（１３４）に対して実質的に垂直の方向に増加するように、前記第２複合層（１３４）の第２表面（１４８）において露出している第２補強材（１３８）とをさらに含む、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の複合構造（１００）。
【請求項６】
前記第１複合層（１０６）の前記第１表面（１１６）において露出した前記第１補強材（１１２）の前記第１部分（１２０）は、前記第２複合層（１３４）と前記第１複合層（１０６）が互いに相対的に位置決めされて前記複合構造（１００）を形成した時に、前記第２複合層（１３４）の前記第２表面（１４８）において露出した前記第２補強材（１３８）の前記第２部分（１４６）と接触するように構成されている、請求項５に記載の複合構造（１００）。
【請求項７】
前記第１補強材（１１２）の前記第１部分（１２０）と前記第２補強材（１３８）の前記第２部分（１４６）との間の接触により、前記第１複合層（１０６）と前記第２複合層（１３４）が電気的に接続され、これにより、前記複合構造のｚ軸（１２６）に対して実質的に平行する方向の前記伝導率（１３５）のレベルが望ましいレベルになる、請求項６に記載の複合構造（１００）。
【請求項８】
前記複合層（１０６）は、前記複合構造（１００）を形成する複数の複合層（１０８）のうちの一つの複合層（１０６）であり、前記複数の複合層（１０８）の複合層の補強材の一部が前記複数の複合層の前記複合層（１０８）の表面において露出し、これにより、前記複数の複合層（１０８）のｚ軸（１２６）に対して実質的に平行する方向の前記複数の複合層（１０８）の前記導電率（１３５）のレベルが望ましいレベルになる、請求項１に記載の複合構造（１００）。
【請求項９】
複合構造（１００）を使用して電気エネルギー（１４９）を伝導する方法であって、
前記複合構造（１００）を含む物体（１０２）を稼働させるステップであって、前記物体（１０２）の稼働中に発生した電磁事象（１５２）に応答して、前記複合構造（１００）に前記電気エネルギー（１４９）が引き起こされ、前記複合構造（１００）は複数の複合層（１０８）を含み、前記複数の複合層（１０８）の複合層（１０６）が、
実質的に非導電材料（１１３）を含むマトリックス（１１０）と、
導電材料（１１４）を含み、前記マトリックス（１１０）内に位置付けされた補強材（１１２）であって、その一部が前記複合層（１０６）の表面において露出している補強材（１１２）
を含むステップと、
前記複合構造（１００）の導電率（１２２）が前記複合構造（１００）のｚ軸（１２６）に対して実質的に平行する方向に増加するように、前記複数の複合層（１０８）の前記複合層（１０６）の前記表面において露出した前記補強材（１１２）の一部を使用して、前記複合構造（１００）内の前記電磁事象（１５２）に応答して、前記複合構造（１００）内に引き起こされた前記電気エネルギー（１４９）を伝導するステップ
を含む方法。
【請求項１０】
前記複合構造（１００）の導電率（１２２）が前記複合構造（１００）のｚ軸（１２６）に対して実質的に平行する方向に増加するように、前記複数の複合層（１０８）の前記複合層（１０６）の前記表面において露出した前記補強材（１１２）の一部を使用して、前記複合構造（１００）内の前記電磁事象（１５２）に応答して、前記複合構造（１００）内に引き起こされた前記電気エネルギー（１４９）を伝導するステップは、前記複合構造（１００）の導電率（１２２）が前記複合構造（１００）のｚ軸（１２６）に対して実質的に平行する方向に増加するように、前記複合構造（１００）内の前記電磁事象（１５２）に応答して、前記複合構造（１００）内に引き起こされた前記電気エネルギー（１４９）を伝導することを含み、前記複合構造（１００）が、前記複合構造（１００）の前記ｚ軸（１２６）に対して実質的に平行する方向において、望ましいレベルの導電率（１３５）を有するように、前記複合層（１０６）の表面において露出した前記補強材（１１２）の一部により、前記複合層（１０６）が前記複数の複合層（１０８）の別の複合層（１０６）に電気的に接続される、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して複合層に関し、具体的には複合層を使用して電気エネルギーを伝導する方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複合材料は、異なる種類の物体の構造を形成するために使用される。本明細書で使用する「複合物」とも称される「複合材料」は、二以上の異なる種類の材料を含む。これらの材料は複合材料内で独立している、また個別のまま残る、異なる物理的及び／又は化学的特性を有する。
【０００３】
一又は複数の複合材料を使用して形成された構造は、複合構造と呼ばれる。複合材料は例えば非限定的に、航空宇宙機、無人航空機（ＵＡＶ）、スペースシャトル、船、陸上車、自動車、建造物、電気機械装置、装甲車、及び他の好適な種類の物体等の物体の複合構造を形成するのに使用される。
【０００４】
ある実施例では、一又は複数の複合材料は、航空機に使用される複合構造を形成するために使用される。複合構造は例えば、航空機の翼又は胴体の外板であってよい。複合材料を使用して形成された構造の強度は、例えば金属等の他の材料を使用して形成された同じ構造と比べて高い。さらに、複合材料を使用して形成された構造の重量は、これらの他の材料を使用して形成された同じ構造と比べて軽い。
【０００５】
しかしながらある場合には、複合構造は望ましいレベルの導電率を供さない可能性がある。例えば複合構造は、複合構造周囲に発生する電磁事象によって複合構造内に引き起こされる電気エネルギーを伝導することができない。電磁事象は例えば、落雷であってよい。電磁事象によって発生した電気エネルギーは、電流及び／又は電磁力の形態でありうる。
【０００６】
ある実施例として、航空機の胴体用の現在利用可能なある複合外板は、稲妻が航空機の胴体に接触した時に発生する電流及び／又は電磁力に対し、望ましい数の伝導経路を提供することができない。これらの電流及び／又は電磁力は、最も抵抗の少ない経路をたどろうとする。ある場合には、最も抵抗の少ない経路の一部が、導電材料が少しだけ存在する、複合外板のマトリックスを通っている。電流及び／又は電磁力がこの経路に沿って移動すると、マトリックス内に好ましくない不一致が生じる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
さらに、これらの電流及び／又は電磁力は、最も抵抗の少ない経路を探している間、航空機の複合構造及び／又は他の構造要素に望ましくない影響を与える可能性がある。例えば、電流及び／又は電磁力により、航空機の複合構造及び／又は他の構造要素が選択された公差を超過して過熱した状態になる場合がある。影響を受けうる他の構造要素には、例えば非限定的に、複合外板、配線、ヒンジ、電気系統、及び／又は航空機の他の好適な構造要素が含まれる。したがって、上述した問題の少なくとも一部と、起こりうる他の問題とを考慮する方法と装置を有することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ある実施形態において、装置はマトリックス及び補強材を含む。マトリックスは、実質的に非導電材料を含む。補強材は、導電材料を含む。補強材はマトリックス内に位置づけされ、複合層が形成される。補強材の一部は、複合層に対して実質的に垂直の方向に複合層の導電率が増加するように、複合層の表面に露出している。
【０００９】
別の実施形態では、複合構造は複数の複合層を含む。複数の複合層のうちの一つの複合層は、マトリックスと補強材を含む。マトリックスは、実質的に非導電材料を含む。補強材は導電材料を含み、マトリックス内に位置づけされている。補強材の一部は、複合層に対して実質的に垂直の方向に複合層の導電率が増加するように、複合層の表面に露出している。複合層の表面に露出した補強材の一部により、複合構造の導電率が、複合構造のｚ軸に実質的に平行する方向に望ましいレベルとなるように、複合層が複数の複合層の別の複合層に電気的に接続される。
【００１０】
さらに別の実施形態では、複合構造を使用して電気エネルギーを伝導する方法が提示されている。複合構造を含む物体が稼働する。物体の稼働中に発生する電磁事象に応答して、複合構造内に電気エネルギーが引き起こされる。複合構造は、複数の複合層を含む。複数の複合層のうちのある複合層は、マトリックスと補強材を含む。マトリックスは、実質的に非導電材料を含む。補強材は導電材料を含み、マトリックス内に位置づけされる。補強材の一部は、複合層の表面に露出している。電磁事象に応答して複合構造内に引き起こされた電気エネルギーは、複合構造の導電率が複合構造のｚ軸に実質的に平行する方向に増加するように、複数の複合層のうちの複合層の表面に露出した補強材の一部を使用して複合構造内に伝導される。
【００１１】
さらに別の実施形態では、複合層を形成する方法が提示されている。補強材はマトリックスに組み込まれて、複合層が形成される。マトリックスは、実質的に非導電材料を含む。補強材は導電材料を含む。補強材の一部は、複合層に対して実質的に垂直の方向に複合層の導電率が増加するように、複合層の表面の選択された一部において露出している。
【００１２】
特徴及び機能は、本発明の様々な実施形態で独立に実現することが可能であるか、以下の説明及び図面を参照してさらなる詳細が理解されうる、さらに別の実施形態で組み合わせることが可能である。
【００１３】
例示的な実施形態の特徴と考えられる新規の機能は、添付の特許請求の範囲に明記される。しかしながら、例示的な実施形態と、好ましい使用モードと、さらにはその目的及び特徴とは、添付図面を参照して本発明の例示的な実施形態の後述の詳細な説明を読むことにより最もよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一実施形態による複合構造のブロック図である。
【図２】一実施形態による複合層の部分的に露出した等角投影図である。
【図３】一実施形態による複合層の表面に露出した補強材の一部を有する複合層の部分的に露出した等角投影図である。
【図４】一実施形態による補強材の一部が複合層の表面に露出した複合層の断面側面図である。
【図５】一実施形態による補強材の一部が複合層の表面に露出した複合層の上面図である。
【図６】一実施形態による補強材の一部が複合層の表面に露出した複合層の部分的に露出した等角投影図である。
【図７】一実施形態による補強材の一部が複合層の表面に露出した複合層の断面側面図である。
【図８】一実施形態による複数の複合層を含む複合構造の部分的に露出した等角投影図である。
【図９】一実施形態による複数の複合層を含む複合構造の断面側面図である。
【図１０】一実施形態による複合外板を含む航空機の図である。
【図１１】一実施形態によるフロー図の形態の複合層を形成するプロセスの図である。
【図１２】一実施形態によるフロー図の形態の複合構造を使用して電気エネルギーを伝導するプロセスの図である。
【図１３】一実施形態による航空機の製造及び保守方法を示している。
【図１４】一実施形態が実行される航空機を示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
種々の例示的な実施形態は、種々の検討事項を認識し、且つ考慮している。例えば、異なる実施形態は、現在利用可能ないくつかの複合構造の導電率が望ましいレベルではないことを認識し、考慮している。具体的には、これらの複合構造は、これらの複合構造に対して実質的に垂直の方向に望ましいレベルの導電率を提供しえない。これらの複合構造に対して実質的に垂直の方向は、これらの複合構造のｚ軸に実質的に平行する方向であってよい。
【００１６】
ある実施例として、複合構造は、複合構造のｚ軸に対して実質的に平行する方向に複合構造内に引き起こされた電流及び／又は電磁力を伝導することができない。これらの電流及び／又は電磁力は、複合構造周囲の環境において発生する電磁事象に応答して、複合構造内に引き起こされる。電磁事象とは、電流、電磁力を発生させる、及び／又は電場を生じさせる全ての事象である。例えば、電磁事象は落雷、短絡、過負荷回路、回路内の不適合な負荷、電場又は他のいくつかの種類の電磁事象である。
【００１７】
異なる実施形態は、電磁事象によって発生する好ましくない影響から望ましいレベルの保護を得るために、複合構造に対して実質的に垂直な方向に導電率が増加する複合構造が好ましいことを認識し、考慮している。これらの好ましくない影響には、例えば非限定的に、層間剥離、亀裂、引裂、摩耗、及び／又は複合構造に対する他の種類の好ましくない影響が含まれる。
【００１８】
例えば、異なる実施形態は、落雷が複合構造に接触することによって発生した電流及び／又は電磁力を消散させるには、複合構造のｚ軸に対する導電率の増加が有用であることを認識し、考慮している。さらに、異なる例示的実施形態は、選択公差外の複合構造の重量の増加及び／又は強度の低下を起こさずに、複合構造の導電率をあげることが望ましいことを認識し、考慮している。
【００１９】
したがって、異なる実施形態により、電気エネルギーを伝導する方法及び装置が提供される。ある実施形態において、装置はマトリックス及び補強材を含む。マトリックスは、実質的に非導電材料を含む。補強材は、導電材料を含む。補強材はマトリックス内に位置づけされ、複合層が形成される。補強材の一部は、複合層の導電率が複合層に対して実質的に垂直な方向に増加するように、複合層の表面に露出している。
【００２０】
別の実施形態では、複合構造は複数の複合層を含む。複数の複合層の各複合層は、マトリックスと補強材を含む。マトリックスは、実質的に非導電材料を含む。補強材は導電材料を含み、マトリックス内に位置づけされている。補強材の第１部分は各複合層の第１表面に露出し、補強材の第２部分は各複合層の第２表面に露出しており、これにより各複合層の導電率が、複合層に対して実質的に垂直な方向に増加する。複数の複合層の各複合層の補強材の第１部分及び第２部分は、複合構造の導電率が、複合構造に対して実質的に垂直な方向に望ましいレベルとなるように、複数の複合層を相互に電気的に接続するように構成されている。
【００２１】
ここで図面を参照する。具体的には、図１は、例示的実施形態による複合構造のブロック図を示している。複合構造１００は、例えば物体１０２等の物体に使用するように構成される。
【００２２】
物体１０２は任意の数の異なる形態であってよい。例えば非限定的に、物体１０２は航空宇宙機、無人航空機（ＵＡＶ）、ヘリコプター、衛星、スペースシャトル、船、列車、陸上車、自動車、建造物、電気機械装置、装甲車、及び他の何らかの好適な種類の物体であってよい。ある実施例として、物体１０２が航空宇宙機の形態である場合、複合構造１００は航空宇宙機の外板である。
【００２３】
これらの実施例では、複合構造１００は複合材料１０４を含む。複合材料１０４は、複合層１０６等の一又は複数の複合層の形態である。例えば、ある実施例では、複合層１０６は複合材料１０４内の複合材料１０４の唯一の層である。
【００２４】
他の実施例において、複合層１０６は、複数の複合層１０８等の複数の複合層のうちの一つの複合層でありうる。本明細書で使用している「複数の」は、二以上を意味する。例えば、複数の複合層１０８は、二以上の複合層を意味する。ある実施例では、複合層は複合プライとも称される。複数の複合層１０８は、実行形態によって２、３、４、１０、２０、５０、１００、又はその他何らかの数の複合層を含む。
【００２５】
図示のように、複合層１０６は、マトリックス１１０及び補強材１１２を含む。補強材１１２はマトリックス１１０内に位置し、複合層１０６を形成する。具体的には、マトリックス１１０はモノリシック材料であり、これらの実施例では、補強材１１２はモノリシック材料に組み込まれている。さらに、マトリックス１１０は実質的に連続している。言い換えれば、マトリックス１１０の任意の点からマトリックス１１０の他の任意の点までの経路が存在するということである。マトリックス１１０は補強材１１２の支持を提供する。マトリックス１１０はしばしば、補強材１１２のバインダーと呼ばれる。
【００２６】
これらの実施例では、マトリックス１１０は実質的に非導電材料１１３を含む。実質的に非導電材料１１３は、実質的に非導電性の任意の数の材料を含む。具体的には、実質的に非導電材料１１３は望ましいレベルの導電率を有さない。さらに、実質的に非導電材料１１３は、補強材１１２を支持するように選択される。
【００２７】
例えば非限定的に、マトリックス１１０はポリマー、プラスチック、セラミック材料、及び他の何らかの好適な種類の材料のうちの少なくとも一つを含む。具体的には、マトリックス１１０は例えば非限定的に、樹脂、ポリエステル、ビニール・エステル、エポキシ樹脂、フェノール類、ポリイミド、ポリアミド、ポリエーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）、ポリプロピレン、ポリエステル熱硬化性プラスチック、及び実質的に非導電性の他の何らかの好適な種類のポリマー材料の内の少なくとも１つから選択された一又は複数のポリマーを含む。
【００２８】
本明細書において、列挙されたアイテムと共に使用される「〜のうちの少なくとも１つ」という表現は、列挙されたアイテムの一又は複数の様々な組み合わせが使用可能であり、且つ列挙された各アイテムのうちの一つだけあればよいということを意味する。例えば、「アイテムＡ、アイテムＢ、及びアイテムＣのうちの少なくとも１つ」は、例えば、限定しないが、「アイテムＡ」、又は「アイテムＡとアイテムＢ」を含む。この例は、「アイテムＡとアイテムＢとアイテムＣ」、又は「アイテムＢとアイテムＣ」も含む。他の例として、「〜のうちの少なくとも１つ」は、例えば、限定しないが、「２個のアイテムＡと１個のアイテムＢと１０個のアイテムＣ」、「４個のアイテムＢと７個のアイテムＣ」、並びに他の適切な組み合わせを含む。
【００２９】
補強材１１２は、マトリックス１１０に組み込まれた一又は複数の材料を含む。補強材１１２は、複合層１０６に構造的支持及び強度を提供するように構成されている。ある実施例では、補強材１１２を使用して複合層１０６に望ましい特性が取り入れられる。例えば、補強材１１２を使用して、複合層１０６の物理的特性を変化させることができる。これらの物理的特性は、例えば非限定的に、導電率、耐摩耗性、摩擦係数、熱伝導率、及び他の好適な物理的特性を含む。
【００３０】
これらの実施例では、補強材１１２は、炭素、ガラス、炭化ケイ素、ホウ素、金属素材、セラミック材料、金属合金、合成材料、パラアラミド合成材料、及び他の何らかの好適な種類の材料のうちの少なくとも一つから選択された任意の数の材料からなる。これらの材料は、補強材１１２内の繊維、フレーク材、粒子、及びフィラーのうちの少なくとも一つの形態である。補強材１１２のこれらの繊維、フレーク材、粒子、及び／又はフィラーの配置によって、補強材１１２は連続的又は非連続的となる。
【００３１】
これらの実施例では、補強材１１２は導電材料１１４を含む。導電材料１１４は電流を伝導するように構成された任意の材料である。導電材料１１４はこれらの実施例では、炭素である。当然ながら、他の実施例では、導電材料１１４は炭素に加えて、及び／又は炭素の代わりに任意の数の他の導電材料を含む。さらに、ある場合には、補強材１１２は導電材料１１４に加えて他の材料を含む。
【００３２】
ある実施例では、複合構造１００は炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）である。炭素繊維強化プラスチックの各複合層の補強材１１２は炭素繊維を含み、マトリックス１１０はプラスチック材料を含む。
【００３３】
図示したように、複合層１０６は第１表面１１６と第２表面１１８を有する。補強材１１２の第１部分１２０は第１表面１１６に露出している。さらに、補強材１１２の第２部分１２１は第２表面１１８に露出している。
【００３４】
本明細書で使用する補強材１１２の一部は、その一部が補強材１１２周囲の環境と接触するときに「露出する」。例えば、補強材１１２の第１部分１２０が第１表面１１６で露出すると、他の何らかの構成要素が第１表面１１６において補強材１１２の第１部分１２０と接触する。
【００３５】
ある実施例では、補強材１１２は複数の繊維１３２を含む。この実施例では、複数の繊維１３２の第１部分１２０及び第２部分１２１は各々、複数の繊維１３２のうちのある群の繊維を含む。この群の繊維はフィブリルを含む。ある場合には、第１表面１１６で露出した複数の繊維１３２の繊維は第２表面１１８でも露出している。
【００３６】
補強材１１２の第１部分１２０及び／又は第２部分１２１は、任意の数の異なるプロセスを使用してそれぞれ、第１表面１１６及び／又は第２表面１１８で露出している。例えば、機械的プロセス、化学的プロセス、レーザー表面アブレーションプロセス、エッチングプロセス、ねじ切りプロセス、ステッチングプロセス、研磨プロセス、レーキングプロセス、及び／又は他の何らかの好適な種類のプロセスを使用して、補強材１１２の第１部分１２０を第１表面１１６で、及び／又は補強材１１２の第２部分１２１を第２表面１１８で露出させる。
【００３７】
ある実施例として、複数の繊維１３２の第１部分１２０は、第１表面１１６の一部を機械的に摩耗させて第１表面１１６近辺の複数の繊維１３２の一部を露出させることによって、複合層１０６の第１表面１１６で露出する。摩耗した第１表面１１６の一部は、第１表面１１６におけるマトリックス１１０の一部である。第１表面１１６は例えば、研磨、機械的レーキング、又は表面を摩耗させる、及び／又は粗面化する他の何らかの好適な種類のプロセスを使用して機械的に摩耗させる。
【００３８】
別の実施例では、化学薬品を複合層１０６の第１表面１１６に塗布することによって、第１部分１２０が第１表面１１６で露出する。化学薬品により、第１表面１１６の一部を化学的に除去して、又は溶解させて、補強材１１２の第１部分１２０を露出させる。具体的には、この化学的プロセスにより、第１表面１１６においてマトリックス１１０の一部を化学的に除去して、又は溶解させて、補強材１１２の第１部分１２０を露出させる。
【００３９】
ある実施例では、レーザーを使用して第１表面１１６の一部を取り除いて、又は除去して、補強材１１２の第１部分１２０を露出させる。また別の実施例では、第１表面１１６の一又は複数の部分をエッチングで除去して、補強材１１２の第１部分１２０を露出させる。
【００４０】
加えて、ある場合には、補強材１１２の複数の繊維１３２のある群の繊維をマトリックス１１０にねじ切り処理して、その群の繊維の第１部分を第１表面１１６において露出させる一方で、その群の繊維の第２部分は複合層１０６のマトリックス１１０に実質的に組み込まれたままである。複合層１０６の第１表面１１６において補強材１１２の第１部分１２０を露出するために説明した異なるプロセスは、複合層１０６の第２表面１１８において補強材１１２の第２部分１２１を露出させるのと同様なやり方で実行される。
【００４１】
第１表面１１６において露出した補強材１１２の第１部分１２０により、複合層１０６の導電率１２２が複合層１０６に対して実質的に垂直な方向に増加する。さらに、複合層１０６の第２表面１１８において露出した補強材１１２の第２部分１２１により、複合層１０６の導電率１２２が複合層１０６に対して実質的に垂直な方向に増加する。
【００４２】
導電率１２２は、複合層１０６の電流を伝導する能力の測定値である。第１表面１１６及び第２表面１１８において複合層１０６へ、及び複合層１０６から流れる電流１２４に対し、複合層１０６の導電率１２２が複合層１０６の第１表面１１６及び第２表面１１８で増加する。
【００４３】
電流１２４は、複合層１０６に対する任意の方向から複合層１０６に流れる。補強材１１２の導電材料１１４により、複合層１０６に対する任意の方向から複合層１０６に流れる電流１２４を複合層１０６内で伝導することが可能になる。さらに、電流１２４は複合層１０６に対する任意の方向へ複合層１０６から流出する。
【００４４】
ある実施例では、補強材１１２の第１部分１２０は第１表面１１６の選択部分において露出している。補強材１１２の第１部分１２０が露出している第１表面１１６の部分は、第１表面１１６の他の部分ではなく第１表面１１６のこの選択部分で、複合層１０６に対して実質的に垂直な方向に複合層１０６の導電率１２２が増加するように選択される。
【００４５】
同様に、補強材１１２の第２部分１２１は、第２表面１１８の選択部分において露出している。第２表面１１８の、補強材１１２の第２部分１２１が露出した部分は、第１表面１１６の他の部分ではなく、第２表面１１８のこの選択部分において複合層１０６に対して実質的に垂直な方向に複合層１０６の導電率１２２を増加させるように選択される。
【００４６】
補強材１１２が露出した第１表面１１６と第２表面１１８の選択部分は、これらの各表面の一部分、又はこれらの各表面の非連続部分を含む。ある場合には、第１表面１１６及び第２表面１１８のうちの少なくとも１つの選択部分により、表面上にパターンが形成される。
【００４７】
当然ながら、他の場合において、第１表面１１６と第２表面１１８のうちの少なくとも１つの選択部分は実質的に全表面であってもよい。このように、複合層１０６に対して実質的に垂直な方向の複合層１０６の導電率１２２は、例えば非限定的に、複合構造１００の方針、特定要件、及び／又は特定用途に基づいて特別に適合させることができる。
【００４８】
複合構造１００が複数の複合層１０８を有する複合積層体１０７の形態である時は、複数の複合層１０８の各複合層の補強材の第１部分及び／又は第２部分は各複合層の第１表面及び／又は第２表面においてそれぞれ露出している。複数の複合層１０８の各複合層の第１表面及び／又は第２表面に露出した補強材の部分により、複数の複合層１０８が相互に電気的に接続される。
【００４９】
複数の複合層１０８が相互に電気的に接続することにより、電流１２４が複数の複合層１０８の異なる複合層の間を流れることができる。具体的には、複数の複合層１０８の各複合層の第１表面及び／又は第２表面に露出した補強材の部分により、電流１２４を複合積層体１０７に対して実質的に垂直な方向に伝導する複合積層体１０７の能力が高められる。この結果、複合積層体１０７の複合積層体１０７に対して実質的に垂直な方向の導電率１２２が増加する。
【００５０】
このように、複数の複合層１０８の異なる複合層の補強材の露出部分により、複合積層体１０７に対して実質的に垂直な方向への複合積層体１０７の導電率１３５が望ましいレベルとなる。さらに、複数の複合層１０８の各複合層の第１表面及び／又は第２表面に補強材の部分が露出していることによって、望ましいレベルの導電率１３５を得るために複数の複合層１０８の異なる複合層間に層を追加する必要がない。
【００５１】
実行形態によっては、複数の複合層１０８のうちのすべての複合層の補強材が複合層の両側に露出していない場合がある。ある場合には、複数の複合層１０８の複合層の一部のみの補強材が両側に露出している。さらに、他の実施例では、複数の複合層１０８のうちの複合層の一部の補強材は片側の表面にのみ露出している。
【００５２】
複数の複合層１０８の複合層の表面に露出したすべての補強材により、複合積層体１０７に対して実質的に垂直な方向に複合積層体１０７の導電率が増加する。さらに、複数の複合層１０８の各々の補強材の種類及び／又は構成によっては、複合積層体１０７に対して実質的に垂直な方向に複合積層体１０７の導電率が増加すると、複合積層体１０７に対する任意の数の他の方向への複合積層体１０７の導電率が増加する。
【００５３】
これらの実施例では、複合積層体１０７に対して実質的に垂直な方向は、複合積層体１０７のｚ軸１２６に実質的に平行する方向である。Ｚ軸１２６とは、複合積層体１０７のｘ軸１２８及びｙ軸１３０に対して実質的に垂直な軸である。これらの実施例では、ｘ軸１２８及びｙ軸１３０は複合積層体１０７を通る平面に沿った軸である。
【００５４】
ある実施例では、複合層１０６は複数の複合層１０８の第１複合層である。マトリックス１１０及び補強材１１２はそれぞれ、第１マトリックス及び第１補強材である。さらに、複合層１０６の導電率１２２は第１導電率である。
【００５５】
複数の複合層１０８はまた、第２マトリックス１３６と第２補強材１３８を含む第２複合層１３４も含む。第２補強材１３８は、第２マトリックス１３６に組み込まれる。この実施例では、第２補強材１３８の第１部分１４０は、第２複合層１３４の第２導電率１４４が第２複合層１３４に対して実質的に垂直な方向に上がるように、第２複合層１３４の第１表面１４２に露出している。
【００５６】
さらに、第２補強材１３８の第２部分１４６は、第２複合層１３４の第２導電率１４４が第２複合層１３４に対して実質的に垂直な方向に増加するように、第２複合層１３４の第２表面１４８に露出している。これらの実施例では、第２補強材１３８の第１部分及び／又は第２部分１４６はそれぞれ、補強材１１２の第１部分１２０及び第２部分１２１を露出させる上述した任意のプロセスを使用して、第１表面１４２及び／又は第２表面１４８に露出している。
【００５７】
図示したように、第２複合層１３４は複合層１０６に相対的に位置決めされる。具体的には、第２複合層１３４は複合層１０６の上に形成される。第２複合層１３４は複合層１０６に相対的に位置決めされており、補強材１１２の第１部分１２０は、複合層１０６の第１表面１１６と、第２複合層１３４の第２表面１４８の間のインターフェース１４５において第２補強材１３８の第２部分１４６と接触している。
【００５８】
この接触により、複合層１０６がインターフェース１４５において第２複合層１３４と電気的に接続される。これらの実施例では、この接触により、ｚ軸１２６に対して実質的に平行する方向の複数の複合層１０８の導電率が増加し、複数の複合層１０８の導電率１３５が望ましいレベルとなる。
【００５９】
ある場合には、第２複合層１３４が複合層１０６に相対的に位置決めされるが第２部分１４６と接触していない時、補強材１１２の第１部分１２０は第２補強材１３８の第２部分１４６近辺にある。第１部分１２０は、電流１２４が第１部分１２０及び第２部分１４６の間に流れることが可能になるほど十分に第２部分１４６の近くであってよい。言い換えれば、ある実施例では、第１部分１２０は、電流１２４が第１部分１２０及び第２部分１４６の間を流れることが可能になるほど第２部分１４６と直接的に接触している必要はない。
【００６０】
例えば、電磁事象１５２に応答して、複合構造１００に電気エネルギー１４９が引き起こされる。電磁事象１５２は例えば非限定的に、落雷、短絡、過負荷回路、回路内の不適合な負荷、複合構造１００近辺の電場、又は任意の数の電流１５０を生じさせるその他なんらかの適切な種類の事象である。
【００６１】
電気エネルギー１４９は、任意の数の電流１５０及び／又は電磁力１５１の形態で複合構造１００内に引き起こされる。これらの実施例では、電磁事象１５２により、複合構造１００内に流入する任意の数の電流１５０が生じ、複合構造１００内に電場が引き起こされることによって、及び／又はその他なんらかの適切な方法で複合構造１００に電気エネルギー１４９が引き起こされることによって、複合構造１００に電気エネルギー１４９が引き起こされる。
【００６２】
ある実施例では、電磁事象１５２は第２複合層１３４の第１表面１４２の上で発生する。例えば、稲妻が第２複合層１３４の第１表面１４２に接触する。具体的には、稲妻が第１表面１４２に接触する時、稲妻は第２補強材１３８の第１部分１４０に接触する。この落雷により、第２複合層１３４に伝わる任意の数の電流１５０が生じる。
【００６３】
任意の数の電流１５０は、第２複合層１３４の第１表面１４２において第２補強材１３８の第１部分１４０を通って第２複合層１３４に流入する。任意の数の電流１５０は、ｚ軸１２６に実質的に平行する方向に第２複合層１３４の中を流れる。
【００６４】
さらに、任意の数の電流１５０は、第２複合層１３４の第２表面１４８において第２補強材１３８の第２部分１４６を通って第２複合層１３４から流出し、複合層１０６の第１表面１１６において補強材１１２の第１部分１２０を通って複合層１０６に流入する。任意の数の電流１５０は、複合層１０６を通ってｚ軸１２６に実質的に平行する方向に流れる。ある場合には、任意の数の電流１５０は、補強材１１２の第２部分１２１を通って複合層１０６から流出し、複合構造１００の複合層１０６の下のその他なんらかの複合層に流入する。
【００６５】
さらに、任意の数の電流１５０はまた、ｚ軸１２６に実質的に平行する方向に流れる任意の数の電流１５０に加えて、複合層１０６及び第２複合層１３４内でこれらの複合層に相対的な任意の数の他の方向に伝導される。ある場合には、ｚ軸１２６に実質的に平行する方向の導電率１２２及び第２導電率１４４が増加することによって、他の方向の導電率１２２及び第２導電率１４４が増加する。
【００６６】
このように、第２複合層１３４の第２補強材１３８の第１部分１４０及び第２部分１４６と、複合層１０６の補強材１１２の第１部分１２０及び第２部分１２１の物理的近接度により、任意の数の電流１５０の伝導経路ができる。これらの伝導経路により、複合構造１００の導電率１３５のレベルが望ましいレベルとなる。望ましいレベルの導電率１３５とは、現在利用可能な複合構造と比べ複合構造１００に対して実質的に垂直な方向により高い導電率である。
【００６７】
図１の複合構造１００の図は、例示的な実施形態を実行できる方法に対する物理的または構造的な制限を示唆することを意図していない。図示した構成要素に加えて及び／又は代えて、他の構成要素を使用することができる。幾つかの構成要素は不必要になることもある。また、ブロックは、幾つかの機能的な構成要素を示すために提示されている。実施形態において実行される場合、一又は複数のこれらのブロックは結合、分割、又は異なるブロックに結合及び分割される。
【００６８】
例えば、ある場合には、複数の複合層１０８には複合層１０６及び第２複合層１３４に加えて他の複合層が含まれる。さらに、ある実施例では、複合層１０６にはマトリックス１１０及び補強材１１２に加えて他の材料が含まれる。
【００６９】
他の実施例では、追加の導電材料が複数の複合層１０８の複合層の間に適用される。この追加の導電材料を使用して、複合構造１００の、ｚ軸１２６に実質的に平行する方向の導電率を増加させることができる。複合層間に適用される導電材料は、例えば非限定的に、金属粒子、短炭素繊維、炭素フレーク材、炭素粒子、及び／又はその他好適な種類の導電材料を含む。
【００７０】
ここで図２を参照する。図２は、一実施形態による複合層の部分的に露出した等角投影図を示している。この実施例では、複合層２００は、図１の複合層１０６の一実行形態の例である。図示したように、複合層２００はマトリックス２０２及び補強材２０４を含む。補強材２０４は、複数の繊維２０６を含む。図示したように、複数の繊維２０６はメッシュ２０８の形態で配置されている。
【００７１】
さらに、複合層２００は第１表面２１０及び第２表面２１２を有する。この実施例では、補強材２０４の複数部分は第１表面２１０及び第２表面２１２にまだ露出していない。具体的には、複数の繊維２０６のフィブリル及び／又は繊維はこの実施例では第１表面２１０又は第２表面２１２と接触していない。
【００７２】
図２の複合層２００は、複数の繊維２０６の繊維が露出する前の複合層の一例である。第１表面２１０近辺の複数の繊維２０６の一部分と、第２表面２１２近辺の複数の繊維２０６の一部分は、例えば非限定的に、機械的プロセス、レーザープロセス、化学的プロセス、又はその他何らかの好適な種類のプロセスを使用して露出される。
【００７３】
ここで図３を参照する。図３は、一実施形態に従って描かれた複合層の表面に露出した補強材の複数部分を有する複合層の部分的に露出した等角投影図である。この実施例では、複合層２００の第１表面２１０及び第２表面２１２は、補強材２０４の第１部分３００が第１表面２１０に露出するように、また補強材２０４の第２部分３０２が第２表面２１２に露出するように粗面化されている。
【００７４】
第１表面２１０及び第２表面２１２は、図１に示すように、任意の数の異なるプロセスを使用して粗面化されている。例えば、第１表面２１０及び第２表面２１２は、研磨プロセス、レーキングプロセス、又はその他何らかの好適な種類の機械的プロセスのうちの少なくとも１つを使用して粗面化されている。
【００７５】
図示したように、第１部分３００及び第２部分３０２は、補強材２０４の複数の繊維２０６のうちの繊維の切断端、複数の繊維２０６のうちの繊維のループ、及び複数の繊維２０６のうちの繊維の他の部分又は一片を含む。第１表面２１０において露出した補強材２０４の第１部分３００と、第２表面２１２において露出した補強材２０４の第２部分３０２により、複合層２００の、ｚ軸３０４に実質的に平行する方向の導電率が増加する。
【００７６】
ここで図４を参照する。図４は、一実施形態による補強材の複数部分が複合層の表面に露出した複合層の断面側面図である。この実施例においては、図３のライン４−４に沿って切り取った複合層２００の断面側面図が示されている。
【００７７】
ここで図５を参照する。図５は一実施形態による補強材の複数部分が複合層の表面に露出した複合層の上面図である。この実施例では、図３の複合層２００の上面図が描かれている。
【００７８】
ここで図６を参照する。図６は、一実施形態による、複合層の表面において補強材の一部が露出した複合層の部分的に露出した等角投影図である。この実施例では、複合層６００は、図１の複合層１０６の一実行形態の例である。
【００７９】
図示したように、複合層６００は、マトリックス６０２と補強材６０４を含む。補強材６０４は、複数の繊維６０６を含む。図示したように、複数の繊維６０６は図２〜４のメッシュ２０８等のメッシュ状に配置されていない。その代りに、複数の繊維６０６は補強材６０４内でランダムに配置されている。
【００８０】
さらに、複合層６００は第１表面６１０と第２表面６１２を有する。この実施例では、第１表面６１０の一部と第２表面６１２の一部は、補強材６０４の第１部分６１４が第１表面６１０において露出し、補強材６０４の第２部分６１６が第２表面６１２において露出するように、除去されている。
【００８１】
第１部分６１４と第２部分６１６は、任意の数の異なるプロセスを使用して露出される。例えば、第１表面６１０の一部と第２表面６１２の一部は、化学的プロセス、レーザーアブレーションプロセス、又は第１部分６１４と第２部分６１６を露出させるその他何らかの好適な種類のプロセスを使用して除去されていてもよい。
【００８２】
図示したように、第１部分６１４と第２部分６１６は、補強材６０４の複数の繊維６０６のうちの繊維の切断端、複数の繊維６０６のうちの繊維のループ、及び複数の繊維６０６のうちの繊維の他の部分又は一片を含む。第１表面６１０において露出した補強材６０４の第１部分６１４と、第２表面６１２において露出した補強材６０４の第２部分６１６により、複合層６００の、ｚ軸６１８に実質的に平行する方向の導電率が増加する。
【００８３】
ここで図７を参照する。図７は、一実施形態による、複合層の表面において補強材の一部が露出した複合層の断面側面図である。この実施例においては、図６のライン７−７に沿って切り取った複合層６００の断面側面図が示されている。
【００８４】
ここで図８を参照する。図８は、一実施形態による、複数の複合層を含む複合構造の部分的に露出した等角投影図である。この実施例において、複合構造８００は航空機の外板である。図示したように、複合構造８００は複数の複合層８０２を含む。この結果、複合構造８００は複合積層体と呼ばれる。
【００８５】
複数の複合層８０２の各複合層は、図３の複合層２００を用いて実行される。このように、複合構造８００の異なる複合層の表面において補強材の露出部分同士が接触することによって、伝導経路が形成される。
【００８６】
複合構造８００の異なる複合層の表面におけるこれらの補強材の露出部分により、複合構造８００に対して実質的に垂直な方向の複合構造８００の導電率が増加する。この方向は、複合構造８００のｚ軸８０４に実質的に平行している。
【００８７】
複合構造８００の異なる複合層の表面において補強材の一部が露出することで伝導経路ができ、これにより電磁事象によって生じた任意の数の電流及び／又は電磁力を複合構造８００内で伝導することが可能になる。電磁事象は例えば非限定的に落雷であってよい。
【００８８】
複合構造８００に稲妻が落ちると、稲妻により電流が生じ、この電流はｚ軸８０４に実質的に平行する方向に複合構造８００内を通って消散する。例えば、複合構造８００の任意の表面に落雷すると、電流が複合構造８００に流入する。これらの電流は、複数の複合層８０２各々の補強材を通して、複合構造８００内に伝導される。
【００８９】
特定例として、複合構造８００の表面８０６に落雷した場合、電流は複数の複合層８０２の中を矢印８０８の方向に流れる。具体的には、複数の複合層８０２はこれらの電流を矢印８０８の方向に伝導して消散させる。
【００９０】
ここで図９を参照する。図９は、例示的な実施形態による複数の複合層を含む複合構造の断面側面図である。図９においては、図８のライン９−９に沿って切り取った複合構造８００の断面側面図が示されている。
【００９１】
図２〜９に示す種々の構成要素を、図１の構成要素と組み合わせるか、図１の構成要素とともに使用するか、又はそれら２つの場合を組み合わせることができる。加えて、これらの図の中の幾つかの構成要素は、図１でブロック図の形式で示された構成要素が物理的な構造としてどのように実行されるかを示す例示的な実施例であってもよい。
【００９２】
ここで図１０を参照する。図１０は、一実施形態による複合外板を含む航空機の図である。この実施例では、航空機１０００は、機体１００６に装着された翼１００２、及び翼１００４を有する。航空機１０００は、翼１００２に装着されたエンジン１００８と、翼１００４に装着されたエンジン１０１０を含む。機体１００６は尾部１０１２を有する。水平安定板１０１４、水平安定板１０１６、及び垂直安定板１０１８は機体１００６の尾部１０１２に装着される。
【００９３】
航空機１０００は、図１の物体１０２の一実行形態の一例である。航空機１０００の機体１００６は複数の複合外板１０２０を有する。複数の複合外板１０２０の各複合外板は、図１の複合構造１００の一実行形態の一例である。さらに、複数の複合外板１０２０の各複合外板は、たとえば図８の複合構造８００を使用して実行される。
【００９４】
複数の複合外板１０２０は、電磁事象に応答して生じた電気エネルギーを伝導するように構成される。例えば、航空機１０００の機体１００６に稲妻１０２２が落ちると、稲妻１０２２は複数の複合外板１０２０と接触する。複数の複合外板１０２０は、稲妻１０２２によって発生した電流及び／又は電磁力を伝導するように構成される。このように、複数の複合外板１０２０は、稲妻１０２２及び他の種類の電磁事象からの保護を提供する。
【００９５】
次に図１１を参照する。図１１は、一実施形態による複合層を形成するプロセスをフロー図で示したものである。図１１に示すプロセスは、図１の複合層１０６を形成するのに使用される。
【００９６】
このプロセスは、補強材をマトリックスに組み込んで複合層を形成することによって開始する（作業１１００）。補強材は導電材料を含む。ある実施例では、導電材料は複数の繊維の形態の炭素である。
【００９７】
作業１１００では、補強材をマトリックスに組み込むことによって、補強材がマトリックス内に位置付けされる。ある実施例では、補強材がマトリックスに組み込まれた時は、複合層の表面のいずれにも補強材の一部が露出していない。補強材は任意の数の異なるやり方でマトリックスに組み込まれる。例えば非限定的に、樹脂浴プロセス、化学的蒸着プロセス、真空蒸着プロセス、化学溶液蒸着プロセス、化学浴蒸着プロセス、又はマトリックス内に補強材を組み込む何らかの他の好適な種類のプロセスを使用して、マトリックス内に補強材が組み込まれる。
【００９８】
このプロセスは次に、補強材の一部を複合層の表面において露出させて、複合層に対して実質的に垂直な方向に複合層の導電率を増加させ（作業１１０２）、その後プロセスは終了する。ある実施例では、最初に複合層の第１表面に作業１１０２が実施され、２回目に複合層の第２表面に実施される。
【００９９】
作業１１０２は任意の数の異なる方法で実行することができる。例えば、作業１１０２は、複合層の表面を粗面化し、マトリックス内に組み込まれた補強材の一部を複合層から表面を通して引っ張ることによって実施される。別の実施例では、作業１１０２は、複合層の表面に化学薬品を塗布して、複合層の表面のマトリックスの一部を化学的に除去することによって補強材の一部を露出させることによって実施される。
【０１００】
さらに別の実施例では、作業１１０２は、レーザーアブレーションプロセスを使用して、複合層の表面の一部を除去して、補強材の一部を露出させることによって実施される。ある場合には、作業１１０２は、一群の繊維の第１部分が複合層の表面において露出し、その群の繊維の第２部分が複合層のマトリックスに実質的に組み込まれたまま残るように、補強材を形成する複数の繊維のうちの一群の繊維を複合層を通してねじ込むことによって実施される。
【０１０１】
次に図１２を参照する。図１２は、例示的な一実施形態による、複合構造を使用して電気エネルギーを伝導するプロセスのフロー図である。図１２に示すプロセスは、図１の複合構造１００を用いて実行される。
【０１０２】
このプロセスは、物体の稼働中に起こった電磁事象によって内部に電気エネルギーが引き起こされる複合構造を含む物体を稼働させることによって開始する（作業１２００）。たとえば、複合構造は、図１の複合構造１００である。この複合構造は、例えば図８の複合構造８００の形態で実行される。
【０１０３】
複合構造は複数の複合層を含む。複数の複合層のうちのある複合層は、マトリックス及び補強材を含む。補強材は導電材料を含み、マトリックス内に組み込まれる。補強材の第１部分は複合層の第１表面において露出し、補強材の第２部分は複合層の第２表面において露出し、これにより、複合層の第１表面及び第２表面それぞれにおける複合層の導電率が増加する。
【０１０４】
この実施例では、電磁事象は例えば、落雷、短絡、過負荷回路、又は複合構造の表面において電気エネルギーを生じさせるように構成された他のなんらかの適切な種類の事象である。電気エネルギーは、任意の数の電流及び／又は電磁力の形態であってよい。
【０１０５】
このプロセスは、複合構造の導電率が複合構造に対して実質的に垂直な方向に増加するように、複合構造内の電磁事象に応答して複合構造内に引き起こされた電気エネルギーを伝導し（作業１２０２）、その後プロセスは終了する。具体的には、複数の複合層のうちの複合層の表面において露出した異なる複合層の補強材の一部同士が接触することによって、電気エネルギーが伝導される伝導経路が得られる。
【０１０６】
図示した異なる実施形態でのフロー図及びブロック図は、実施形態で実行可能な装置及び方法の構造、機能、及び作業を示している。その際、フロー図又はブロック図の各ブロックは、作業又はステップのモジュール、セグメント、機能及び／又は部分を表わしている。例えば、一又は複数のブロックは、ハードウェア内のプログラムコードとして、又はプログラムコードとハードウェアの組合せとして実施可能である。ハードウェアにおいて実施されるとき、ハードウェアは、例えば、フロー図又はブロック図の一又は複数のプロセスを実施するように製造又は構成された集積回路の形態をとることができる。
【０１０７】
一実施形態の幾つかの代替的な実行形態では、ブロックに記載された１つ又は複数の機能は、図中に記載の順序を逸脱して現れることがある。例えば、場合によっては、連続して示されている二つのブロックがほぼ同時に実行されること、又は時には含まれる機能によってはブロックが逆順に実施されることもありうる。また、フロー図又はブロック図に描かれているブロックに加えて他のブロックが追加されることもありうる。
【０１０８】
本発明の実施形態は、図１３に示す航空機の製造及び保守方法１３００、及び図１４に示す航空機１４００の観点から説明することができる。まず図１３に注目すると、一実施形態による航空機の製造及び保守の方法が示されている。製造前の段階では、航空機の製造及び保守方法１３００は、図１４の航空機１４００の仕様及び設計１３０２、並びに材料の調達１３０４を含む。
【０１０９】
製造段階では、構成要素及びサブアセンブリの製造１３０６と、航空機１４００のシステムインテグレーション１３０８が行われる。その後、航空機１４００を運航１３１２に供するために、認可及び納品１３１０が行われる。顧客により運航１３１２される間に、航空機１４００は、定期的な整備及び保守１３１４（改造、再構成、改修、及びその他の整備又は保守を含みうる）を受ける。
【０１１０】
航空機の製造及び保守方法１３００の各プロセスは、システムインテグレーター、第三者、及び／又はオペレータによって実施又は実行されることがある。これらの実施例では、オペレータは顧客であってもよい。本明細書の目的のために、システムインテグレーターは、限定しないが、任意の数の航空機メーカー、及び主要システムの下請業者を含むことができ、第三者は、限定しないが、任意の数のベンダー、下請業者、及び供給業者を含むことができ、オペレータは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関などでありうる。
【０１１１】
次に図１４を参照する。図１４は、一実施形態で実行されうる航空機が示されている。この実施例では、航空機１４００は、図１３の航空機の製造及び保守方法１３００によって製造されたものであり、複数のシステム１４０４及び内装１４０６を有する機体１４０２を含む。システム１４０４の例は、推進システム１４０８、電気システム１４１０、油圧システム１４１２、及び環境システム１４１４のうちの一又は複数を含む。任意の数の他のシステムが含まれてもよい。航空宇宙産業の例を示したが、異なる実施形態を例えば自動車産業、海洋産業、エネルギー産業、建設業、又は他の何らかの好適な種類の産業に適用することができる。
【０１１２】
本明細書で具現化した装置及び方法は、図１３の航空機の製造及び保守方法１３００のうちの少なくとも一つの段階で使用可能である。例えば非限定的に、図１の複合構造１００は、仕様及び設計１３０２、材料の調達１３０４、構成要素及びサブアセンブリの製造１３０６、システムインテグレーション１３０８、運航１３１２、及び／又は整備及び保守１３１４のうちの少なくとも１つの間に、図１４の航空機１４００において設計、製造、及び実施される。例えば、図１の複合構造１００は、図１４の航空機１４００の複数の外板を実現するのに使用される。
【０１１３】
一つの例示的な実施例では、図１３の構成要素及びサブアセンブリの製造１３０６で製造される構成要素又はサブアセンブリは、図１３で航空機１４００の運航中１３１２に製造される構成要素又はサブアセンブリと同様の方法で作製又は製造しうる。
【０１１４】
さらに別の実施例では、一又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、又はこれらの組み合わせを、図１３の構成要素及びサブアセンブリの製造１３０６並びにシステムインテグレーション１６０８などの製造段階で利用することができる。一又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、又はこれらの組み合わせを、航空機１４００が図１３の運航１３１２、及び／又は整備及び保守１３１４の間に利用することができる。任意の数の異なる実施形態を使用することによって、航空機１４００を例えば非限定的に落雷等の電磁事象から保護することができる。
【０１１５】
上記の図及び本文において、開示された複合構造１００は、実質的に非導電材料１３３を含むマトリックス１１０と、導電材料１１４を含む補強材１１２を含み、補強材１１２はマトリックス１１０に位置付けされ、複合構造の複合層を形成し、補強材１１２の一部は、複合層１０６に対して実質的に垂直な方向に複合層１０６の導電率１２２が増加するように、複合層１０６の表面において露出している。ある変形例では、補強材１１２は複数の繊維１３２を含み、複合層１０６の表面において露出した補強材１１２の一部は複数の繊維１３２の一部であり、複数の繊維１３２を通って任意の数の電流１５０が複合層１０６の内外に流れることが可能である。ある実施例では、補強材１１２の一部は、複合層１０６の導電率１２２が表面の選択部分において複合層１０６に対して実質的に垂直な方向に増加するように、表面の選択部分において露出している。別の実施例では、補強材１１２の一部は補強材１１２の第１部分１２０であり、複合層１０６の表面は複合層１０６の第１表面１１６であり、補強材の第２部分は複合層１０６の第２表面１１８において露出している。
【０１１６】
さらに別の実施例では、マトリックス１１０は第１マトリックス１１０であり、補強材１１２は第１補強材１１２であり、補強材の一部は第１補強材１１２の第１部分１２０であり、複合層１０６は第１複合層１０６であり、表面は第１複合層１０６の第１表面１１６であり、導電率１２２は第１導電率１２２であり、第２マトリックス１３６、及び第２マトリックス１３８に位置付けされる第２補強材１３８をさらに含み、第２マトリックス１３６と第２補強材１３８は第２複合層１３４を形成し、第２複合層１３４において、第２補強材１３８の第２部分１４６は、第２複合層１３４の第２導電率１４４が第２複合層１３４に対して実質的に垂直な方向に増加するように、第２複合層１３４の第２表面１４８において露出している。
【０１１７】
ある代替例において、第１複合層１０６の第１表面１１６において露出した第１補強材１１２の第１部分１２０は、第２複合層１３４と第１複合層１０６が互いに相対的に位置決めされて複合構造１００を形成した時に、第２複合層１３４の第２表面１４８において露出した第２補強材１３８の第２部分１４６と接触するように構成される。
【０１１８】
別の代替例では、第１補強材１１２の第１部分１２０と、第２補強材１３８の第２部分１４６との間の接触により、第１複合層１０６と第２複合層１３４が電気的に接続されて、複合構造のｚ軸１２６に対して実質的に平行する方向の導電率１３５のレベルが望ましいレベルになる。ある変形例では、複合層１０６は複合構造１００を形成する複数の複合層１０８のうちの一つの複合層１０６であり、複数の複合層１０８の複合層１０８の補強材の一部が複数の複合層１０８の複合層の表面において露出し、これにより、複数の複合層１０８のｚ軸１２６に対して実質的に平行する方向の複数の複合層１０８の導電率１３５のレベルが望ましいレベルになる。
【０１１９】
ある実施例では、複数の複合層１０８周囲の環境において発生する電磁事象１５２により、複数の複合層１０８に電気エネルギー１４９が引き起こされ、複数の複合層１０８は複数の複合層１０８のｚ軸に対して実質的に平行する方向に複数の複合層１０８の複合層間で電気エネルギー１４９を伝導するように構成される。さらに別の実施例では、複合構造１００において、複数の複合層１０８は航空宇宙ビークルの外板として使用されるように構成された炭素繊維強化プラスチックであり、炭素繊維強化プラスチックは、炭素繊維強化プラスチックのｚ軸に対して実質的に平行する方向に望ましいレベルの導電率を有する。
【０１２０】
さらに別の実施例では、マトリックス１１０に組み込まれた補強材１１２の一部が、機械的プロセス、化学的プロセス、レーザー表面アブレーションプロセス、エッチングプロセス、ねじ切りプロセス、ステッチングプロセス、摩耗プロセス、研磨プロセス、レーキングプロセスのうちの少なくとも一つを使用して複合層１０６の表面において露出される。
【０１２１】
加えて、開示の複合構造１００は複数の複合層１０８を含み、複数の複合層１０８の複合層１０６は、実質的に非導電材料１１３を含むマトリックス１１０と、導電材料１１４を含みマトリックス１１０内に位置付けされた補強材１１２を含んでおり、補強材１１２の一部は、複合層に対して実質的に垂直な方向に複合層１０６の導電率１２２が増加するように、複合層１０６の表面において露出しており、複合層１０６の表面において露出した補強材１１２の一部により複合層１０６と複数の複合層１０８の別の複合層１０６が電気的に接続され、これにより複合構造１００の導電率１３５のレベルが、複合構造１００のｚ軸１２６に対して実質的に平行する方向に望ましいレベルとなる。ある実施例では、複合構造１００において、複数の複合層１０８は航空宇宙ビークルの外板として使用されるように構成された炭素繊維強化プラスチックである。
【０１２２】
さらに、複合構造１００を使用して電気エネルギー１４９を伝導する方向が開示されており、この方法は、物体１０２の稼働中に発生した電磁事象１５２に応答して内部に電気エネルギー１４９が引き起こされる複合構造１００を含む物体１０２を稼働させるステップであって、複合構造１００は複数の複合層１０８を含み、複数の複合層１０８の複合層１０６は、実質的に非導電材料１１３を含むマトリックス１１０と、導電材料１１４を含みマトリックス１１０内に位置付けされた補強材１１２を含んでおり、補強材１１２の一部は複合層１０６の表面において露出するステップと、複合構造１００のｚ軸１２６に対して実質的に平行する方向に複合構造１００の導電率１２２が増加するように、複数の複合層１０８の複合層１０６の表面において露出した補強材１１２の一部を使用して、複合構造１００内の電磁事象１５２に応答して複合構造１００内に引き起こされた電気エネルギー１４９を伝導するステップを含む。
【０１２３】
ある変形例では、複合構造１００のｚ軸１２６に対して実質的に平行する方向に複合構造１００の導電率１２２が増加するように、複数の複合層１０８の複合層１０６の表面において露出した補強材１１２の一部を使用して、複合構造１００内の電磁事象１５２に応答して複合構造１００内に引き起こされた電気エネルギー１４９を伝導するステップは、複合構造１００のｚ軸１２６に対して実質的に平行する方向に複合構造１００の導電率１２２が増加するように、複合構造１００内の電磁事象１５２に応答して複合構造１００内に引き起こされた電気エネルギー１４９を伝導することを含み、複合層１０６の表面において露出した補強材１１２の一部により、複合層１０６が複数の複合層１０８の別の複合層１０６と電気的に接続され、これにより、複合構造１００のｚ軸１２６に対して実質的に平行する方向の複合構造１００の導電率１３５のレベルが望ましいレベルになる。
【０１２４】
ある実施形態においては、複合層１０６を形成する方法が開示されており、この方法は、補強材１１２をマトリックス１１０に組み込んで複合層１０６を形成するステップであって、マトリックス１１０は実質的に非導電材料１１３を含み、補強材１１２は導電材料１１４を含むステップと、複合層１０６に対して実質的に垂直な方向に複合層１０６の導電率１２２が増加するように、複合層１０６の表面の選択部分において補強材１１２の一部を露出させるステップを含む。ある実施例では、複合層１０６の表面の選択部分において補強材１１２の一部を露出させるステップは、複合層１０６の表面を粗面化し複合層１０６の表面においてマトリックス１１０の一部を除去して、複合層１０６の表面の実質的にマトリックスの一部の下において補強材１１２の一部を露出させることを含む。
【０１２５】
ある変形例では、複合層１０６の表面の選択部分において補強材１１２の一部を露出させるステップは、化学薬品を複合層の表面に塗布して、複合層１０６の表面のマトリックスの一部を化学的に除去して補強材１１２の一部を露出させることを含む。さらに別の変形例では、複合層１０６の表面の選択部分において補強材１１２の一部を露出させるステップは、レーザー表面アブレーションプロセスを使用して複合層１０６の表面のマトリックス１１０の一部を除去して、補強材１１２の一部を露出させることを含む。
【０１２６】
また別の変形例では、複合層１０６の表面の選択部分において補強材１１２の一部を露出させるステップは、一群の繊維の第１部分１２０が複合層１０６の表面において露出し、その群の繊維の第２部分１２１が複合層１０６のマトリックス１１０に実質的に組み込まれたまま残るように、補強材１１２を形成する複数の繊維１３２の一群の繊維を複合層１０６を通してねじ切りすることを含む。
【０１２７】
したがって、異なる実施形態により、電気エネルギーを伝導する方法及び装置が提供される。ある実施形態において、装置はマトリックス及び補強材を含む。マトリックスは非導電材料を含む。補強材は導電材料を含む。補強材はマトリックス内に位置付けされ複合層を形成する。補強材の一部は、複合層に対して実質的に垂直な方向に複合層の導電率が増加するように、複合層の表面において露出している。
【０１２８】
さらに、この複合層は複合構造の複数の複合層のうちの一つの複合層であってよい。複合構造の複数の複合層は各々、上述した複合層と同様の方法で実施することができる。具体的には、補強材の第１部分を各複合層の第１表面において露出させて、各複合層の第１表面における各複合層の導電率を増加させる。補強材の第２部分を各複合層の第２表面において露出させて、各複合層の第２表面における各複合層の導電率を増加させる。複数の複合層の各複合層の補強材の第１部分及び第２部分は、複合構造の導電率のレベルが複合構造に対して実質的に垂直な方向に望ましいレベルとなるように、複数の複合層を互いに電気的に接続させるように構成されている。
【０１２９】
種々の例示的な実施形態の説明は、例示及び説明を目的として提示されているものであり、網羅的な説明であること、又は開示された形態に実施形態を限定することを意図していない。当業者には、多くの修正例及び変形例が明らかであろう。さらに、異なる実施形態は、他の実施形態とは異なる特徴を提供することができる。選択された一又は複数の実施形態は、実施形態の原理、実際の用途を最もよく説明するため、及び他の当業者に対し、様々な実施形態の開示内容と、考慮される特定の用途に適した様々な修正との理解を促すために選択及び記述されている。
【符号の説明】
【０１３０】
１００    複合構造
１０２    物体
１０４    複合材料
１０６    複合層
１０７    複合積層体
１０８    複数の複合層
１１０    マトリックス
１１２    補強材
１１３    実質的に非導電材料
１１４    導電材料
１１６    第１表面
１１８    第２表面
１２０    第１部分
１２１    第２部分
１２２    導電率
１２４    電流
１２６    Ｚ軸
１２８    Ｘ軸
１３０    Ｙ軸
１３２    複数の繊維
１３４    第２複合層
１３５    所望レベルの導電率
１３６    第２マトリックス
１３８    第２補強材
１４０    第１部分
１４２    第１表面
１４４    第２導電率
１４５    インターフェース
１４６    第２部分
１４８    第２表面
１４９    電気エネルギー
１５０    任意の数の電流
１５１    電磁力
１５２    電磁事象
２００    複合層
２０２    マトリックス
２０４    補強材
２０６    複数の繊維
２０８    メッシュ
２１０    複合層の第１表面
２１２    複合層の第２表面
３００    補強材の第１部分
３０２    補強材の第２部分
３０４    ｚ軸
６００    複合層
６０２    マトリックス
６０４    補強材
６０６    複数の繊維
６１０    複合層の第１表面
６１２    複合層の第２表面
６１４    補強材の第１部分
６１６    補強材の第２部分
６１８    ｚ軸
８００    複合構造
８０２    複数の複合層
８０４    ｚ軸
８０６    複合構造の表面
８０８    電流の流れる方向
１０００    航空機
１００２    翼
１００４    翼
１００６    機体
１００８    エンジン
１０１０    エンジン
１０１２    尾部
１０１４    水平安定板
１０１６    水平安定板
１０１８    垂直安定板
１０２０    複数の複合外板
１０２２    稲妻
１３００    航空機の製造及び保守方法
１３０２    仕様及び設計
１３０４    材料の調達
１３０６    構成要素及びサブアセンブリの製造
１３０８    システムインテグレーション
１３１０    認可及び納品
１３１２    運航
１３１４    整備及び保守
１４００    航空機
１４０２    機体
１４０４    システム
１４０６    内装
１４０８    推進システム
１４１０    電気システム
１４１２    油圧システム
１４１４    環境システム
【図１】
2013173361.tif 000003
【図２】
2013173361.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2013173361.tif 000007
【図６】
2013173361.tif 000008
【図７】
2013173361.tif 000009
【図８】
2013173361.tif 000010
【図９】
2013173361.tif 000011
【図１０】
2013173361.tif 000012
【図１１】
2013173361.tif 000013
【図１２】
2013173361.tif 000014
【図１３】
2013173361.tif 000015
【図１４】
2013173361.tif 000016
【外国語明細書】
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2013173361000002.pdf
2013173361000003.pdf
2013173361000004.pdf