EP1596401A1 - Cablage de connexion élastique - Google Patents

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Publication number
EP1596401A1
EP1596401A1 EP05103934A EP05103934A EP1596401A1 EP 1596401 A1 EP1596401 A1 EP 1596401A1 EP 05103934 A EP05103934 A EP 05103934A EP 05103934 A EP05103934 A EP 05103934A EP 1596401 A1 EP1596401 A1 EP 1596401A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
support
wires
component according
length
elastic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05103934A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Michel Ittel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP1596401A1 publication Critical patent/EP1596401A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/06—Extensible conductors or cables, e.g. self-coiling cords

Definitions

  • the invention relates to links wired elements in an environment undergoing deformations.
  • the invention applies to the connectivity in compounds undergoing elastic deformations.
  • connection wires in a preformed spiral sheath thus forming a flexible cord
  • the most Representative is the telephone wire.
  • the geometry of the sheath allows elongation of the cord and a return to its initial form when the elongation effort ceases.
  • This solution however, has the disadvantages noticeable bulk and fatigue of forming during uses.
  • the movement between the wires and the sheath can cause a shear.
  • Another solution is manufacturing resins and / or gums possessing in themselves electrical properties, for example through the presence of conductive particles distributed within them: the conductive polymeric substrate is then used directly as connectors.
  • the support sees its form change: particular, in the simple case of a band, during a lengthening, thickness and width decrease. This modifies the distribution of the conductive particles, and the substrate resistance is not constant, with therefore a modification of the electrical signal.
  • the present invention proposes, among other advantages, to overcome the disadvantages inherent to existing solutions for the implementation of place of inextensible electrical wires in deformable media.
  • the present invention relates to elastic components comprising elongated elements, in the form of wires or cables, plus generally called “sons” afterwards, who are not not necessarily elastic, associated with a support elastic, as well as their manufacturing process.
  • the geometry of the wired elements of a component according to the invention is such that, when the elastic deformation of the support, they accompany the alteration of the support without however suffering from relative motion relative to the support at the level of the interface between wired elements and support. Because of this solidarity, which can be described as continuous, wires with the support, no force of shear does not intervene, and so the component remains operating even after a number of deformation cycles important.
  • the invention relates to an electrical connection, that is to say of which the wired elements are cables or wires electric, preferably inextensible to keep constant and defined electrical properties.
  • the wired elements are cables or wires electric, preferably inextensible to keep constant and defined electrical properties.
  • other elements are possible, of which for example optical fibers.
  • the material of the support is chosen in depending on the use and in particular the degree desired elongation.
  • the material is isotropic.
  • we could example to recommend the silicone a favorite choice for the electrical connections is the polyurethane, which allows a good integration of the wire sleeves electrical and has elasticity properties known and controlled.
  • the wires can be wrapped around an elastic soul in the manner of a strand and secured to it, for example by gluing.
  • the threads give the feeling of growing up also because of increase of the winding pitch.
  • This geometry allows a very important elongation according to the diameter of the soul and the pitch of the winding for the son.
  • the invention also relates to a method for realize this component, with rolling of the material wired around an elastic and solidarization soul.
  • Another geometry of a component according to the invention relates to a plate-shaped support on which the wires are arranged according to a geometry plane.
  • the wires do not touch each other to avoid shearing.
  • the geometry of the wires is preferably in the form of undulations whose the amplitude and the pitch depend on the elongation desired.
  • the geometry is regular all along the support in order to get properties controlled elongation.
  • the invention a component of this second type, that is to say flat, to inside which the wire elements are arranged in the form of helical windings. This allows a longer lengthening.
  • the invention also relates to a method to realize this second type of component, that is to say including setting up wired elements according to a predefined geometry on a plane substrate, and the joining of the wire elements with a support elastic.
  • connection components comprising, as illustrated in Figure 1, an elastic support 2 and yarns 4 of lesser elasticity, the term “wire” being taken in its broad sense, namely a "long strand slim ".
  • the threads have a first length l 1 .
  • connection components and as it will be clearer later, it means both individually usable entities as well as parts of larger devices.
  • the components comprise an elastic support 2: this support 2 of the component may also be only part of a larger support used in a device including the connector according to the invention.
  • the support 2 has at rest a second length l 2 .
  • bending the device, by vibration, or by any other mechanical action the support 2 will see its length change, especially between l 2 and a third maximum length l 3 .
  • the length l 1 of the wires is chosen so that this movement of the support is possible, and therefore normally l 1 ⁇ l 3 .
  • the invention is based on the fact that, contrary to the current approach of the skilled person, the son are integrated, associated, that is to say, secured to the support, so that no displacement occurs between the surface of the wire and the surface of the support which is adjacent to it during the elastic deformation of the support.
  • the son are integrated, associated, that is to say, secured to the support, so that no displacement occurs between the surface of the wire and the surface of the support which is adjacent to it during the elastic deformation of the support.
  • the conductors deform identically to the medium in which they are, but the son themselves keep a constant length and do not change impedance, or create extra thicknesses or loops absorption of length.
  • the connection between wire 4 and support 2 is continuous, that is to say along the second length l 2 .
  • the son used may be all commercially available son, or son made on demand.
  • the choice of the material can be made in the same way among the known or specially developed materials, and depends mainly on the range of elasticity and the desired resistance: one can for example choose a weak material but capable of occasionally lengthen strongly (see rubber elastics), or prefer a very strong material capable of withstanding many deformation cycles, whose elasticity is limited to reduced elongation.
  • an elastic material is chosen between the lengths l 2 and l 3 , l 2 being the length at rest, that is to say in the absence of tensile stress.
  • the material of the support is isotropic in order to maintain uniform behavior irrespective of the direction of deformation, in particular over the entire length. Moreover, it is preferable that it can be molded to facilitate manufacture, and without hysteresis. For example, it is possible to take a polyurethane, a rubber, a neoprene, silicone.
  • a Shore hardness higher or lower will be chosen.
  • a material with a Shore hardness of about 40 in a less disturbed environment, subject to weaker, and requiring longer elongations important (like the joints of the human body), for example 100%, we can choose a material of Shore hardness of 5 to 10.
  • FIG. 2 represents a first possible embodiment, also called "stranded" configuration 10.
  • a central core 12 is made of an elastic material chosen according to the criteria detailed above, the size (length and diameter of the core) also depends on the use that will be made of the component 10.
  • the son 14 necessary (nature, number, length l 1 at least equal to the maximum length l 3 component 10). For example, it is possible to choose shielded and / or commercialized electrical wires, in particular coaxial wires.
  • the son 14 are wound around the soul 12.
  • the diameter and pitch of the turns of the strand will depend on the elongation that we want to compensate, but also the diameter of the soul. To ensure a the most reproducible behavior possible it is desirable that the windings be regular all along the soul 12.
  • FIG. 3b shows a winding of cables 16 comprising three electric wires.
  • the diameter of the cable 16 remains very less than the pitch of the winding.
  • This configuration has the advantage of keep a small diameter, while minimizing risks of relative movement.
  • the winding is accompanied or followed by a bonding the wires 14 on the core 12 so as to be there solidariser and to avoid any displacement relative to their points of contact.
  • the glue is same material as the soul 12; it can be liquid also, for example for polyurethane. It is also possible to make a molding for ensure this solidarity. To accentuate again accession, it may be proceeded to a treatment of the surface of the wires 14, for example surrounding Teflon® coaxial shielded wires for integration into polyurethane.
  • the ends 20 of the wires 14 are left free.
  • one "pulls" on the soul 12 at one of its ends 22 or both.
  • a torsion of the soul accompanies its lengthening, and the visible length of the wires increases in parallel, following the increase of the pitch of their winding: it
  • the central core 12 thus absorbs all the traction, and the wires 14 do not suffer no stress.
  • the absence of relative movement between core 12 and wire 14 allows a long life to component 10, dependent only limits to the elasticity of the material chosen for the core 12, without alteration due to shear caused by the movements of the yarns 14, along the interface between wires 14 and support 12.
  • the strand initial by an elastic material Preferably, the modulus of elasticity of the coating 24 is greater than that of the central core 12: this makes it possible to ensure the absence of stress on the conducting wires 14, and does not alter the elongation properties of the strand 10.
  • the strand configuration 10 finds practical limits for a large number of threads, for example a dozen: indeed, the diameter of the whole becomes then important, and integrating the component into a device for use can be problematic.
  • the component according to the invention can be manufactured in another configuration, called configuration "in waves" 30, presented for example in FIGS. 4: in this embodiment, the son 32 are arranged on a plane, and secured to a support 34 flat. The thickness is therefore reduced.
  • the length of the wires, their number, the material of the support, its dimensions depend on the desired elongation and of use - in particular, in this case, it is better to take for support 34 a material the closest possible to the product in which the component 30 will be used or even to manufacture the component 30 in and with the final device.
  • the wires 32 are arranged side by side on a substrate to form a flat conductor assembly.
  • the geometry depends on the desired elongation and the difference in length between support 34 and son 32 (between l 2 and l 1 ): modeling to obtain the wave parameters is immediate. It is preferred that the son 32 do not touch, so as to avoid any shear between two son during stretching; it is therefore desirable for each wire to form a path parallel to that of its neighbor.
  • the corrugations 36, 38 have an amplitude and a constant periodicity throughout the support 34.
  • the wires are embedded in an elastic material, constituting support 34, preferably by molding and / or injection.
  • an elastic material constituting support 34, preferably by molding and / or injection.
  • the substrate on which the wires were arranged either of the same nature as the elastic material, that is to say the support 34: then obtained during molding a support 34 comprising the initial substrate and the added product, within which conductors 32 are integrated on a plane.
  • the glue can be polyurethane, rubber, liquid or pasty.
  • the substrate serving only to position the front wires 32 they are molded in an elastic material forming the support 34.
  • the wires 32 of the component 30 are practically on its surface.
  • the support 34 is extended at one of its ends to less.
  • the extension 40 can be molded at the same time as the support 34 and the ends of the son 32 can be joined, for example for be connected to a plate 42 or a sensor. It is possible to develop waves in this extension to compensate for the forces due to traction.
  • Figure 5 shows a third mode of accomplishment 50 combining aspects of both precedents: instead of being laid flat on a substrate, the wires 52 are in the form of helices or of windings.
  • the arrangement of the wires 52 on the substrate can be done with single wires, which are coiled and retain their geometry, or wires can be rolled up on a soul as in the first embodiment.
  • the soul is of the same nature as the material used then for support 54, so that during molding, the two elements blend, interlock one in the other, which increases the membership son 52 to support 54.
  • a intermediate structure 50 which may comprise numerous son 52 determining the width of the support 54, thickness between that of the strand 10 and the wave configuration 30.
  • the membership must be at the points of contact between the support 12, 34, 54 and the wires 14, 32, 52.
  • connection 10, 30, 50 are numerous.
  • the component according to the invention makes it possible to ensure an elastic deformation some ducts containing electrical wires while avoiding the shear problems inherent in repeated vibrations which, with known connectors, cause deterioration due to the movement relative between wire and surrounding support.
  • the component can be used in the medical field, for example in joint prostheses. It is here possible to stick a component according to the invention at the level of the joint concerned, for example to connect a sensor to means of activation or control of movement. It is also possible to integrate directly the component in the prosthesis or the appliance medical, for example by choosing silicone as support if integration into a silicone probe is considered.
  • the electric wires can be replaced, for all or only some of them, by any form element elongated similar to a wire, inextensible or at least not expandable enough for the use that is done, which one wants to use as part of a binding on an elastically deformable support.
  • optical fibers singlemode or multimode: in medical applications (in endoscopy for example) as in industrial applications (monitoring hydraulic circuits, for example) or underwater applications (cameras for example) it may be necessary to have parts likely to undergo significant deformations.
  • the component according to the invention makes it possible to replace the existing joints. Especially, when using repeated, the integration of fibers into a support for a component according to the invention makes it possible to reduce diameter while increasing the service life due to the absence of shear forces between sheath protection and optical fibers.
  • the component according to the invention can also be used in the field of clothing: it becomes possible to integrate clothing, and in particular to the footwear or the combination diving, sensors at remote locations means controlling them, or current accessories on a certain length.

Landscapes

  • Insulated Conductors (AREA)
  • Communication Cables (AREA)
  • Multi-Conductor Connections (AREA)

Abstract

Un système de connexion (10, 30, 50), en particulier électrique, comporte des fils inextensibles (14, 32, 52) pour connecter deux éléments, les fils étant associés à un support élastique (12, 34, 54), de sorte que, lors de la déformation élastique du support, les fils restent solidaires du support. L'invention permet donc une connexion élastique sans qu'il y ait cisaillement entre le support et les fils. Différents modes de réalisation et les procédés de fabrication correspondants sont décrits. <IMAGE> <IMAGE> <IMAGE>

Description

DOMAINE TECHNIQUE
L'invention se rapporte aux liaisons par éléments filaires dans un environnement subissant des déformations.
En particulier, l'invention s'applique à la connectique dans des composés subissant des déformations élastiques.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Le développement électronique et informatique a mené à une multiplication des connexions électriques, plus généralement connues sous le nom de connectique. Or, de nombreux domaines nécessitent une connectique étirable du fait des mouvements relatifs que subissent les éléments connectés.
L'une des approches pour les matériels peu sensibles est la libération des fils dans la zone de mouvement : ainsi par exemple, pour des bras articulés (comme dans les robots industriels), les fils sont solidarisés aux bras, mais ils sont laissés libres au niveau de l'articulation, où ils restent apparents ou sont insérés dans une gaine très large. Cette solution est cependant adaptée uniquement pour des articulations simples, dont la localisation est précise, de grande taille et pour des éléments et articulations protégés de par leur localisation.
L'une des solutions envisagées pour éviter les fils volants précédents implique le passage des fils de connexion dans une gaine spiralée préformée, formant ainsi un cordon souple, dont l'exemple le plus représentatif est le fil de téléphone. La géométrie de la gaine permet une élongation du cordon et un retour à sa forme initiale lorsque l'effort d'élongation cesse. Cette solution présente cependant comme inconvénients un encombrement notable ainsi qu'une fatigue du formage au cours des utilisations. De plus, le mouvement relatif entre les fils et la gaine peut occasionner un cisaillement.
Une autre solution concerne la fabrication de résines et/ou gommes possédant en elles-mêmes des propriétés électriques, par exemple grâce à la présence de particules conductrices réparties en leur sein : le substrat polymérique conducteur est alors utilisé directement comme connectique. Cependant, lors d'une élongation, le support voit sa forme se modifier : notamment, dans le cas simple d'une bande, lors d'un allongement, l'épaisseur et la largeur diminuent. Ceci modifie la répartition des particules conductrices, et la résistance du substrat n'est pas constante, avec donc une modification du signal électrique.
Il existe ainsi un besoin de connectique dite « élastique » dans laquelle le fil conserve des propriétés électriques, en particulier résistance et impédance, prédéterminées lorsque le milieu dans lequel il se trouve se déforme. Par ailleurs, il existe un besoin d'assurer une meilleure longévité aux câblages de connexion utilisés avec des supports non rigides, longévité obérée par le cisaillement issu du déplacement relatif des deux éléments.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
La présente invention se propose, parmi autres avantages, de pallier les inconvénients inhérents aux solutions existantes pour la mise en place de fils électriques inextensibles dans des milieux déformables.
Plus généralement, la présente invention concerne des composants élastiques comprenant des éléments allongés, en forme de fils ou câbles, plus généralement appelés « fils » par la suite, qui ne sont pas nécessairement élastiques, associés à un support élastique, ainsi que leur procédé de fabrication. Sous l'un de ses aspects, la géométrie des éléments filaires d'un composant selon l'invention est telle que, lors de la déformation élastique du support, ils accompagnent l'altération du support sans cependant subir de mouvement relatif par rapport au support au niveau de l'interface entre éléments filaires et support. Du fait de cette solidarisation, que l'on peut qualifier de continue, des fils avec le support, aucune force de cisaillement n'intervient, et donc le composant reste opérant même après un nombre de cycles de déformations important.
Sous un de ses aspects, l'invention concerne une connectique électrique, c'est-à-dire dont les éléments filaires sont des câbles ou fils électriques, de préférence inextensibles pour garder des propriétés électriques constantes et définies. Cependant, d'autres éléments sont envisageables, dont par exemple les fibres optiques.
Le matériau du support est choisi en fonction de l'utilisation et notamment du degré d'élongation souhaité. De préférence, le matériau est isotrope. Dans le domaine médical, on pourrait par exemple préconiser le silicone ; un choix préféré pour les connexions électriques est le polyuréthane, qui permet une bonne intégration des gaines de fils électriques et possède des propriétés d'élasticité connues et maítrisées.
Afin d'augmenter l'intégration entre les fils et le support et accroítre l'adhésion, il peut être souhaitable de traiter la surface des fils en fonction de l'enrobage choisi.
Différentes géométries sont proposées pour un composant selon l'invention.
Ainsi par exemple, les fils peuvent être enroulés autour d'une âme élastique à la façon d'un toron et solidarisés à elle, par exemple par collage. Lors de l'élongation de l'âme, les fils donnent l'impression de s'allonger également du fait d'un accroissement du pas d'enroulement. Cette géométrie permet une élongation très importante suivant le diamètre de l'âme et le pas de l'enroulement pour les fils. L'invention concerne également un procédé pour réaliser ce composant, avec enroulement du matériel filaire autour d'une âme élastique et solidarisation.
Une autre géométrie d'un composant selon l'invention concerne un support en forme de plaque sur lequel les fils sont disposés selon une géométrie plane. Avantageusement, les fils ne se touchent pas pour éviter tout cisaillement. La géométrie des fils est de préférence sous forme d'ondulations dont l'amplitude et le pas dépendent de l'élongation souhaitée. De préférence, la géométrie est régulière tout au long du support afin d'obtenir des propriétés contrôlées d'élongation. Pour maintenir la géométrie des fils au repos telle que prédéterminée, il est préférable d'avoir une couche de matériau élastique, par exemple similaire au support, au dessus de l'ensemble formé par le support et le câblage.
Sous un autre aspect, l'invention concerne un composant de ce deuxième type, c'est-à-dire plat, à l'intérieur duquel les éléments filaires sont disposés sous forme d'enroulements hélicoïdaux. Ceci permet un allongement supérieur.
L'invention concerne également un procédé pour réaliser ce deuxième type de composant, c'est-à-dire comprenant la mise en place des éléments filaires selon une géométrie prédéfinie sur un substrat plan, et la solidarisation des éléments filaires avec un support élastique.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description et en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
  • La figure 1 montre les différents éléments et les paramètres utiles à la compréhension de l'invention.
  • La figure 2 représente un premier mode de réalisation d'un composant selon l'invention.
  • Les figures 3a, 3b et 3c illustrent trois configurations possibles pour le premier mode de réalisation.
  • Les figures 4a et 4b représentent deux configurations d'un deuxième mode de réalisation d'un composant selon l'invention.
  • La figure 5 représente un troisième mode de réalisation d'un composant selon l'invention, la figure 5a selon l'axe AA, la figure 5b selon l'axe BB.
    • EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
    L'invention concerne des composants de connexion comprenant, tel qu'illustré sur la figure 1, un support élastique 2 et des fils 4 d'élasticité moindre, le terme « fil » étant pris dans son acception large, à savoir un « long brin mince ». Les fils ont une première longueur l1. Par « composants de connexion », et tel qu'il sera plus clair par la suite, il faut entendre aussi bien des entités utilisables individuellement que des parties de dispositifs plus larges. En particulier, les composants comprennent un support 2 élastique : ce support 2 du composant peut également n'être qu'une partie d'un support plus important utilisé dans un dispositif incluant la connectique selon l'invention.
    Le support 2 possède au repos une deuxième longueur l2. Au cours de l'utilisation du dispositif incluant le support 2, par flexion du dispositif, par vibrations, ou par toute autre action mécanique, le support 2 va voir sa longueur se modifier, notamment entre l2 et une troisième longueur maximale l3. La longueur l1 des fils est choisie pour que ce mouvement du support soit possible, et donc normalement l1 ≥ l3.
    L'invention repose sur le fait que, contrairement à la démarche actuelle de l'homme du métier, les fils sont intégrés, associés, c'est-à-dire solidarisés, au support, de sorte qu'aucun déplacement ne se produit entre la surface du fil et la surface du support qui y est adjacente lors de la déformation élastique du support. En effet, au vu de la différence de nature entre le polymère d'une gaine et les conducteurs électriques, il a jusqu'à présent été envisagé soit d'altérer ou choisir la nature d'un des éléments pour donner à chacun un comportement élastique similaire (gomme conductrice, fil enrobé dans une gaine souple préformée), soit de les dissocier totalement afin de permettre un mouvement relatif de l'un par rapport à l'autre (fil flottant dans une gaine large). Dans le cadre de l'invention, les conducteurs se déforment de façon identique au milieu dans lequel ils se trouvent, mais les fils eux-mêmes gardent une longueur constante et ne changent pas d'impédance, ni ne créent des surépaisseurs ou des boucles d'absorption de longueur. La solidarisation entre fil 4 et support 2 est continue, c'est-à-dire effectuée le long de la deuxième longueur l2.
    Dans le cadre de l'invention, les fils utilisés peuvent être tous les fils disponibles dans le commerce, ou des fils fabriqués à la demande. Pour le support, le choix du matériau peut s'effectuer de la même façon parmi les matériaux connus ou spécialement développés, et dépend principalement de la gamme d'élasticité et de résistance souhaitée : on peut par exemple choisir un matériau peu résistant mais capable de s'allonger fortement de façon occasionnelle (voir les élastiques en caoutchouc), ou préférer un matériau très solide capable de supporter de nombreux cycles de déformation, dont l'élasticité est limitée à un allongement réduit. De fait, en reprenant les paramètres de la figure 1, on choisit un matériau élastique entre les longueurs l2 et l3, l2 étant la longueur au repos, c'est-à-dire en l'absence de contrainte de traction. Il est souhaitable que le matériau du support soit isotrope afin de garder un comportement uniforme quel que soit le sens de déformation, notamment sur toute la longueur. Par ailleurs, il est préférable qu'il puisse être moulé pour faciliter la fabrication, et sans hystérésis. Par exemple, il est possible de prendre un polyuréthane, un caoutchouc, un néoprène, du silicone.
    Selon le contexte dans lequel le dispositif va être utilisé, une dureté Shore plus ou moins élevée sera choisie. Par exemple, dans un environnement soumis à des forces importantes et nécessitant des allongements faibles (tels que 1 %), on peut choisir un matériau avec une dureté Shore de l'ordre de 40 ; dans un environnement moins perturbé, soumis à des forces plus faibles, et nécessitant des allongements plus importants (comme les articulations du corps humains), par exemple de 100 %, on pourra choisir un matériau de dureté Shore de 5 à 10.
    La figure 2 représente un premier mode de réalisation possible, appelé également configuration « en toron » 10. Selon ce mode de réalisation, une âme centrale 12 est fabriquée dans un matériau élastique choisi selon les critères détaillés ci-dessus, la taille (longueur et diamètre de l'âme) dépend également de l'utilisation qui sera faite du composant 10. De même, suivant l'utilisation, on choisit les fils 14 nécessaires (nature, nombre, longueur l1 au moins égale à la longueur maximale l3 du composant 10). On peut par exemple choisir des fils électriques blindés et/ou téfalisés du commerce, notamment des coaxiaux.
    Ensuite, manuellement, par un dispositif classique pour toronner des fils et/ou cordes et/ou câbles, ou par toute autre technique connue de l'homme du métier, les fils 14 sont bobinés autour de l'âme centrale 12. Le diamètre et le pas des spires du toron vont dépendre de l'élongation que l'on veut compenser, mais aussi du diamètre de l'âme. Afin d'assurer un comportement le plus reproductible possible, il est souhaitable que les enroulements soient réguliers tout au long de l'âme 12.
    Différentes configurations sont possibles : il est possible de bobiner les fils 14 indépendamment l'un de l'autre, de façon à obtenir des enroulements imbriqués (figure 3a). Les fils 12 peuvent être eux-mêmes sous forme d'assemblage ou de câbles 16 : la figure 3b montre ainsi un bobinage de câbles 16 comprenant trois fils électriques. Dans ce cas, il est souhaitable que le diamètre du câble 16 reste très inférieur au pas de l'enroulement. Il est aussi possible de solidariser, par exemple par collage, les différents fils 14 avant bobinage, de préférence selon une configuration plane 18 (dans l'exemple, de trois fils), et d'enrouler cet ensemble plat 18 sur l'âme 12 (figure 3c). Cette configuration a pour avantage de garder un diamètre faible, tout en minimisant les risques de mouvement relatif.
    Le bobinage s'accompagne ou est suivi d'un collage des fils 14 sur l'âme 12 de façon à les y solidariser et à éviter tout déplacement relatif à leurs points de contact. De préférence, la colle est du même matériau que l'âme 12 ; elle peut être liquide également, par exemple pour le polyuréthane. Il est également possible de procéder à un moulage pour assurer cette solidarisation. Pour accentuer encore l'adhésion, il peut être procédé à un traitement de la surface des fils 14, par exemple du Téflon® entourant des fils blindés coaxiaux pour une intégration à du polyuréthane.
    De préférence, les extrémités 20 des fils 14 sont laissées libres. Pour allonger le dispositif, on « tire » sur l'âme 12, à une de ses extrémités 22 ou aux deux. Comme les fils 14 sont solidarisés à l'âme 12, une torsion de l'âme accompagne son allongement, et la longueur visible des fils augmente en parallèle, suite à l'augmentation du pas de leur enroulement : il y a découplage mécanique entre les efforts subis par l'âme 12 et les fils 14. L'âme centrale 12 absorbe donc toute la traction, et les fils conducteurs 14 ne subissent aucune contrainte. De plus, l'absence de mouvement relatif entre âme 12 et fil 14 permet une grande longévité au composant 10, dépendant uniquement des limites à l'élasticité du matériau choisi pour l'âme 12, sans altération du fait d'un cisaillement occasionné par les mouvements des fils 14., le long de l'interface entre fils 14 et support 12.
    Pour sécuriser le composant 10, il est possible de revêtir, par exemple par moulage, le toron initial par un matériau élastique. De préférence, le module d'élasticité du revêtement 24 est supérieur à celui de l'âme centrale 12 : ceci permet d'assurer l'absence de contrainte sur les fils conducteurs 14, et n'altère pas les propriétés d'allongement du toron 10.
    Bien que théoriquement possible, la configuration en toron 10 trouve des limites pratiques pour un grand nombre de fils, par exemple une douzaine : en effet, le diamètre de l'ensemble devient alors important, et l'intégration du composant dans un dispositif pour utilisation peut être problématique.
    Le composant selon l'invention peut être fabriqué dans une autre configuration, appelée configuration « en vagues » 30, présentée par exemple dans les figures 4 : dans ce mode de réalisation, les fils 32 sont disposés sur un plan, et solidarisés à un support 34 plat. L'épaisseur se trouve donc réduite.
    De la même façon que précédemment, la longueur des fils, leur nombre, le matériau du support, ses dimensions dépendent de l'élongation souhaitée et de l'utilisation - en particulier, dans ce cas, il est préférable de prendre pour le support 34 un matériau le plus proche possible du produit dans lequel le composant 30 sera utilisé, voire de fabriquer le composant 30 dans et avec le dispositif final.
    Les fils 32 sont disposés côte à côte sur un substrat pour former un ensemble de conducteurs plat. La géométrie dépend de l'élongation souhaitée et de la différence de longueur entre support 34 et fils 32 (entre l2 et l1) : une modélisation pour obtenir les paramètres des vagues est immédiate. Il est préféré que les fils 32 ne se touchent pas, de façon à éviter tout cisaillement entre deux fils lors de l'étirement ; il est donc souhaitable que chaque fil forme un tracé parallèle à celui de son voisin.
    Deux configurations principales sont détaillées pour ce mode de réalisation : suivant la taille des « vagues », c'est-à-dire surtout leur amplitude, chaque fil « s'imbrique » dans un autre (« nappe » 36 de la figure 4a) ou les fils forment des « rails ondulants » 38 séparés (figure 4b). Les deux configurations peuvent être mêlées au sein d'un même dispositif 30, avec par exemple une nappe 36 de six fils encadrée d'ondulations 38 de chaque côté. Le choix de la géométrie dépend en particulier des conducteurs initiaux (longueur, nature) et du procédé de réalisation choisi pour fabriquer le dessin des vagues : ainsi, pour une nappe 36, il peut être envisagé de solidariser les fils 32 sur un plan comme pour le toron 10 de la figure 3c et de procéder ensuite au positionnement suivant le dessin. Pour réaliser les ondulations de faible amplitude 38 de la figure 4b, une des possibilités peut être le passage du fil 32 le long d'un engrenage denté.
    Afin d'assurer un comportement régulier sur toute la longueur du composant 30, il est souhaitable que les ondulations 36, 38 aient une amplitude et une périodicité constantes tout au long du support 34.
    Après que l'ensemble des fils 32 a été disposé à la surface du substrat, les fils sont intégrés à un matériau élastique, constituant du support 34, de préférence par moulage et/ou injection. Les mêmes précautions et possibilités que pour le toron 10 s'appliquent.
    Il est possible que le substrat sur lequel les fils ont été disposés soit de la même nature que le matériau élastique, c'est-à-dire le support 34 : on obtient alors lors du moulage un support 34 comprenant le substrat initial et le produit ajouté, au sein duquel les conducteurs 32 sont intégrés sur un plan. Dans ce cas, avant injection du matériau qui va constituer la partie supérieure du support 34, il peut être souhaitable de coller les fils sur le substrat, qui constitue la partie inférieure du support 34 ; la colle peut être en polyuréthane, en caoutchouc, liquide ou pâteuse.
    Pour diminuer encore l'épaisseur finale, il est possible de procéder à un report de géométrie, le substrat ne servant qu'à positionner les fils 32 avant qu'ils ne soient moulés dans un matériau élastique formant le support 34. Dans ce cas, les fils 32 du composant 30 sont pratiquement à sa surface. Comme dans le cas du toron 10, il est possible dans ce cas également de procéder à un revêtement.
    Contrairement au mode de réalisation en toron 10, il n'est, dans ce deuxième mode de réalisation, pas possible de dissocier le support 34 des fils 32 lors des efforts d'élongation : « tirer » sur le support 34 revient à tirer sur les fils 32. Pour permettre une reprise d'effort qui évite toute contrainte entraínant un cisaillement sur les fils 32 pouvant mener à la rupture, il est souhaitable que le support 34 soit prolongé à une de ses extrémités au moins. Par exemple, le prolongement 40 peut être moulé en même temps que le support 34 et les extrémités des fils 32 peuvent y être solidarisées, par exemple pour être connectées à une plaque 42 ou un capteur. Il est possible d'aménager des vagues dans ce prolongement pour compenser les efforts dus à la traction.
    La figure 5 représente un troisième mode de réalisation 50 combinant des aspects des deux précédents : au lieu d'être disposés à plat sur un substrat, les fils 52 ont la forme d'hélices ou d'enroulements. La disposition des fils 52 sur le substrat peut s'effectuer avec les fils seuls, qui sont bobinés et conservent leur géométrie, ou les fils peuvent être enroulés sur une âme comme dans le premier mode de réalisation. Dans ce cas, il est préférable que l'âme soit de même nature que le matériau utilisé ensuite pour le support 54, de façon à ce que lors du moulage, les deux éléments se fondent, s'imbriquent l'un dans l'autre, ce qui augmente d'autant l'adhésion des fils 52 au support 54. On obtient alors une structure intermédiaire 50 pouvant comporter de nombreux fils 52 déterminant la largeur du support 54, d'épaisseur comprise entre celle du toron 10 et de la configuration en vagues 30.
    Quel que soit le mode de réalisation choisi, il est clair que l'adhésion doit être maximale aux points de contact entre le support 12, 34, 54 et les fils 14, 32, 52. Suivant l'élongation souhaitée et le nombre de cycles auquel il est prévu de soumettre le composant 10, 30, 50 (des vibrations répétées de faible amplitude sont de fait plus dommageables en cas de cisaillement que des élongations extrêmes mais occasionnelles), il peut s'avérer souhaitable de supprimer tout résidu gazeux au sein du matériau, notamment polymérique, composant le support et la colle éventuelle, afin particulièrement d'éviter toute bulle d'air autour d'un fil : l'étape de moulage et/ou collage des fils 14, 32, 52 continûment sur l'âme 12 et/ou le support 34, 54 peut donc être associée aux dégazages connus de l'homme du métier.
    Les applications d'une telle connectique 10, 30, 50 sont nombreuses. En particulier, en avionique et plus généralement dans le domaine des transports (tant de personnes que les convoyeurs sur chaíne de fabrication industrielle), le composant selon l'invention permet d'assurer une déformation élastique de certaines gaines contenant des fils électriques tout en évitant les problèmes de cisaillement inhérents aux vibrations répétées qui, avec les connectiques connues, entraínent une détérioration du fait du mouvement relatif entre fil et support l'entourant.
    De la même façon, le composant peut être utilisé dans le domaine médical, par exemple dans les prothèses articulaires. Il est ici envisageable de coller un composant selon l'invention au niveau de l'articulation concernée, afin par exemple de relier un capteur à des moyens d'activation ou de contrôle de mouvement. Il est aussi possible d'intégrer directement le composant dans la prothèse ou l'appareillage médical, en choisissant par exemple le silicone comme support si une intégration dans une sonde siliconée est envisagée.
    Bien que la description et les dessins ci-dessus se rapportent à des fils électriques intégrés à une connectique élastique, l'invention ne se limite pas à ce mode de réalisation mais regroupe les éléments ne se départant pas de la portée des revendications.
    En particulier, les fils électriques peuvent être remplacés, pour la totalité ou seulement certains d'entre eux, par tout élément de forme allongée similaire à un fil, inextensible ou du moins pas assez extensible pour l'utilisation qui en est faite, que l'on veut utiliser dans le cadre d'une liaison sur un support déformable élastiquement.
    L'un des exemples est l'utilisation de fibres optiques, monomodes ou multimodes : dans des applications médicales (en endoscopie par exemple) comme dans les applications industrielles (surveillance de circuits hydrauliques par exemple) ou les applications sous-marines (caméras par exemple), il peut s'avérer nécessaire d'avoir des parties susceptibles de subir des déformations importantes. Le composant selon l'invention permet de remplacer les articulations existantes. Surtout, lors d'utilisations répétées, l'intégration des fibres dans un support pour un composant selon l'invention permet de diminuer le diamètre tout en augmentant la durée de vie du fait de l'absence de forces de cisaillement entre gaine de protection et fibres optiques.
    Du fait de sa compacité et de sa résistance au cours des cycles de déformation, le composant selon l'invention peut également être utilisé dans le domaine de l'habillement : il devient possible d'intégrer au vêtement, et notamment à la chaussure ou la combinaison de plongée, des capteurs à des localisations distantes des moyens les contrôlant, ou des accessoires courant sur une certaine longueur.

    Claims (23)

    1. Composant de connexion (10, 30, 50) comprenant au moins un fil (14, 32, 52) ayant une première longueur (l1) et un support (12, 34, 54) ayant une deuxième longueur (l2), la deuxième longueur étant inférieure à la première, le support étant en un matériau qui est élastique entre la deuxième longueur au repos et une troisième longueur (l3), caractérisé en ce que le fil (14, 32, 52) est solidarisé continûment au support (12, 34, 54) de sorte que, lors de la déformation élastique du support entre la deuxième longueur (l2) et la plus petite parmi la première (l1) et la troisième longueur (l3), le fil (14, 32, 52) ne subisse aucun déplacement relatif par rapport au support (12, 34, 54) au niveau de l'interface entre fil et support.
    2. Composant selon la revendication 1 dans lequel le support est en forme d'âme allongée (12).
    3. Composant selon la revendication 2 dans lequel chaque fil (14) forme un enroulement autour de l'âme (12).
    4. Composant selon la revendication 3 comprenant plusieurs fils (14) solidarisés entre eux, l'ensemble (18) des fils (14) formant un enroulement à pas non nul autour de l'âme (12).
    5. Composant selon l'une des revendications 2 à 4 comprenant un revêtement (24) en matériau élastique autour de l'âme (12) et des fils (14).
    6. Composant selon la revendication 1 comprenant un plan défini par les fils (32) sur la longueur du support (34).
    7. Composant selon la revendication 6 dans lequel le plan est localisé à l'intérieur du support (34) en matériau élastique.
    8. Composant selon l'une des revendications 6 à 7 comprenant une pluralité de fils (32) telle qu'aucun des fils n'est en contact avec un autre.
    9. Composant selon la revendication 8 dans lequel les fils (32) forment des tracés parallèles.
    10. Composant selon l'une des revendications 6 à 9 dans lequel chaque fil (32) est sous forme d'ondulations (34, 36) dans le plan sur au moins une partie de la deuxième longueur du support (34) .
    11. Composant selon la revendication 10 dans lequel les élongations (34, 36) s'étendent sur toute la longueur du support (34).
    12. Composant selon l'une des revendications 10 à 11 dans lequel les ondulations ont une amplitude et une fréquence régulières.
    13. Composant selon la revendication 1 comprenant au moins deux fils (52), chaque fil (52) étant sous la forme d'un enroulement hélicoïdal, les enroulements étant localisés entièrement à l'intérieur du support (54).
    14. Composant selon l'une des revendications 6 à 13 comprenant en outre un prolongement (40) du support (34, 54) susceptible d'être utilisé pour connecter le composant et/ou exercer une traction.
    15. Composant selon l'une des revendications 1 à 14 dans lequel les fils (14, 32, 52) sont inextensibles.
    16. Composant selon la revendication 15 dans lequel les fils sont choisis parmi des coaxiaux ou des fibres optiques.
    17. Composant selon l'une des revendications 1 à 16 dans lequel le support (12, 34, 54) est en polyuréthane ou en silicone ou en caoutchouc.
    18. Composant selon l'une des revendications 1 à 17 dans lequel le support est isotrope.
    19. Connectique élastique comprenant un composant (10, 30, 50) selon l'une des revendications 1 à 18 dans lequel au moins un fil est un conducteur électrique, chaque conducteur ayant des prolongements (20) extérieurs au support (12, 34, 54) sur un côté au moins de manière à permettre sa connexion électrique.
    20. Procédé de fabrication d'un composant élastique de connexion comprenant le positionnement de fils selon une géométrie déterminée, et la solidarisation continue des fils avec un matériau élastique servant de support de façon à ce qu'il n'y ait pas de déplacement entre la surface des fils et la surface du support adjacente aux fils lors d'une déformation du support.
    21. Procédé selon la revendication 20 comprenant la mise en forme d'une âme allongée en matériau élastique, l'enroulement de fils d'élasticité inférieure au support autour de l'âme, et la solidarisation des fils à l'âme.
    22. Procédé selon la revendication 20 comprenant la mise en place de fils selon une géométrie prédéterminée dans un plan, puis la solidarisation par moulage de la géométrie dans un support élastique.
    23. Procédé selon l'une des revendications 20 à 22 comprenant le traitement de la surface des fils avant la solidarisation.
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