EP1596401A1 - Elastic wiring connection - Google Patents
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- 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
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- EP
- European Patent Office
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- support
- wires
- component according
- length
- elastic
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- Withdrawn
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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)
- Multi-Conductor Connections (AREA)
- Communication Cables (AREA)
Abstract
Description
L'invention se rapporte aux liaisons par éléments filaires dans un environnement subissant des déformations.The invention relates to links wired elements in an environment undergoing deformations.
En particulier, l'invention s'applique à la connectique dans des composés subissant des déformations élastiques.In particular, the invention applies to the connectivity in compounds undergoing elastic deformations.
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.Electronic development and computing has led to a multiplication of connections electric, more commonly known as connectivity. Many fields require stretchable connectivity due to relative movements that the connected elements undergo.
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.One of the approaches for materials sensitive is the release of the wires in the area of movement: for example, for articulated arms (as in industrial robots), the wires are attached to the arms, but they are left free at level of the joint, where they remain apparent or are inserted in a very wide sheath. This solution however, is only suitable for joints simple, whose location is precise, of great size and for protected elements and joints by their location.
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.One of the solutions envisaged to avoid previous flying leads involves the passage of 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. In addition, the movement between the wires and the sheath can cause a shear.
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.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. However, during a elongation, 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.
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. There is thus a need for connectivity so-called "elastic" in which the yarn retains electrical properties, in particular resistance and impedance, predetermined when the medium in which he finds himself deformed. Moreover, there is a need to ensure a better longevity to wiring connections used with non-rigid supports, longevity burdened by the shear relative displacement of the two elements.
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.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.
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.More generally, 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. Under one of its aspects, 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.
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. In one aspect, 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. However, other elements are possible, of which for example optical fibers.
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.The material of the support is chosen in depending on the use and in particular the degree desired elongation. Preferably, the material is isotropic. In the medical field, 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.
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.In order to increase the integration between son and support and increase membership, he can be desirable to treat the surface of the wires in depending on the coating chosen.
Différentes géométries sont proposées pour un composant selon l'invention.Different geometries are proposed for a component according to the 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.So for example, the wires can be wrapped around an elastic soul in the manner of a strand and secured to it, for example by gluing. During the elongation of the soul, 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.
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.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. Advantageously, 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. Preferably, the geometry is regular all along the support in order to get properties controlled elongation. To maintain the geometry son at rest as predetermined, it is preferable to have a layer of elastic material, for example similar to the medium, above the assembly formed by the support and the wiring.
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.In another aspect, 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.
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.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.
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 :
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.The invention relates to connection components comprising, as illustrated in Figure 1, an
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.The
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.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. Indeed, in view of the difference in nature between the polymer of a sheath and the electrical conductors, it has so far been considered either to alter or choose the nature of one of the elements to give each an elastic behavior similar (conductive rubber, wire embedded in a preformed flexible sheath), or to dissociate completely to allow a relative movement of one relative to the other (floating wire in a wide sheath). In the context of the invention, 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
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.In the context of the invention, the son used may be all commercially available son, or son made on demand. For the support, 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. In fact, by taking the parameters of FIG. 1, 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. It is desirable that 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.
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.Depending on the context in which the device will be used, a Shore hardness higher or lower will be chosen. For example, in a subject environment to significant forces and requiring low elongations (such as 1%), one can choose 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.
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.FIG. 2 represents a first possible embodiment, also called "stranded"
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.Then, manually, by a device
classic for stranding wires and / or ropes and / or
cables, or by any other technique known to man
of the craft, the
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.Different configurations are possible:
it is possible to wind the
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.The winding is accompanied or followed by a
bonding the
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.Preferably, the ends 20 of the
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.To secure
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.Although theoretically possible, the
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.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
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. In the same way as before, 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
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.The
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.Two main configurations are
detailed for this embodiment: according to the
size of the "waves", that is to say, especially their
amplitude, each thread "intertwines" into another
("Web" 36 of FIG. 4a) where the wires form
"Undulating rails" 38 separated (Figure 4b). Both
configurations can be mingled within a
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.In order to ensure regular behavior on
the entire length of
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.After all 32 threads has been
placed on the surface of the substrate, the wires are
embedded in an elastic material, constituting
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.It is possible that 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
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.To further reduce the final thickness,
is possible to carry out a geometry report, the
substrate serving only to position the
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.Unlike the embodiment in
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. Figure 5 shows a third mode of
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.Whatever the embodiment
chosen, it is clear that the membership must be
at the points of contact between the
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.The applications of such a
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.In the same way, 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.
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.Although the description and drawings above relate to electrical wires embedded in an elastic connection, the invention is not limited this embodiment but groups the elements departing from the scope of the claims.
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.In particular, 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.
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.One of the examples is the use of 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.
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.Because of its compactness and resistance during the deformation cycles, 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.
Claims (23)
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