JP7058278B2 - 積層センサ装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
例示的な、非限定の図面を参照するが、添付図において、同様の要素は同様に番号付けされる。
図3は、上部層202、底部層204、及び少なくとも1つの中間層206など、複数の層を有する積層構造200の別の実施形態を示す。図3で示される実施形態では、上部層202は、摩擦電気系列表で第1の格付けを有する第1のエラストマー・フォーム層であり、少なくとも1つの中間層206は、第1の導電体層207と、摩擦電気系列表で第2の格付けを有する第2のエラストマー層208とを含み、また底部層204は、第2の導電体層である。上部の第1のエラストマー・フォーム層202、第1の導電体層207、第2のエラストマー層208、及び底部の第2の導電体層204のそれぞれは、各隣接層と密接に直接接触するように配置される。示されるように、上部の第1のエラストマー・フォーム層202、及び第1の導電体層207は、互いに密接に直接接触するように配置され、第2のエラストマー層208は、上部の第1のエラストマー・フォーム層202のものとは反対側で第1の導電体層207と密接に直接接触するように配置され、また底部の第2の導電体層204は、第1の導電体層207のものとは反対側で第2のエラストマー層208と密接に直接接触するように配置される。実施形態では、第1及び第2のエラストマー層202、208は、本明細書で開示されるような適切な金属に隣接して積層されたとき、本明細書で開示される目的に適した摩擦電気効果を生成するのに十分な摩擦電気系列表格付けを有する。
実施形態では、本明細書で述べられるようなセンサ装置を製作する方法は、エラストマー・フォームA層を、エラストマーB層を備える金属被覆基板の上に適用して、エラストマー・フォームA層とエラストマーB層の間に配置された金属被覆基板の金属被覆部分と積層構造を形成する工程であって、エラストマー・フォームA層は、摩擦電気系列表で第1の格付けを有し、エラストマーB層は、摩擦電気系列表で第2の格付けを有する、工程と、金属被覆基板の第2のものを積層構造の上に適用し、かつエラストマー・フォームA層の第2のものを、第2の金属被覆基板の金属被覆部分の上に適用して複数の積層構造を形成する工程と、複数の積層構造を硬化させる工程とを含む。
方法の実施形態では、金属被覆基板は、例えば、片面金属被覆PETの薄いフィルムなど、片面金属被覆基板である。
方法の実施形態では、エラストマー・フォームA層を塗布する工程は、これだけに限らないが、ロール式ナイフ・コーティング法、プレート・オーバー・ロール(plate-over-roll)・コーティング法、グラビア・コーティング法、リバース・ロール・コーティング法、計量ロッド・コーティング法、スロット・ダイ・コーティング法、浸漬コーティング法、カーテン・コーティング法、エアナイフ・コーティング法、又は本明細書で開示される目的に適した任意の他のロール・コーティング法など、ロール・コーティング法を備える。
第2の方法の実施形態では、金属被覆基板は、例えば、片面金属被覆PETの薄いフィルムなど、片面金属被覆基板である。
本明細書で開示される実施形態のいずれかの場合、本明細書で開示される目的に適した例示的な無充填ポリウレタン・フォームは、米国コネチカット州のロジャーズ・コーポレーション(Rogers Corporation)から販売されているPORON XRD*である(ここで、*は、ロジャーズ・コーポレーションにより所有される商標を示す)。
Claims (22)
- 上部層、底部層、及び少なくとも1つの中間層からなる第1の複数の層であって、前記少なくとも1つの中間層は、導電体層を備え、前記上部層、前記底部層、及び前記少なくとも1つの中間層のそれぞれが、各隣接層と密接に直接接触するように配置され、前記密接に直接接触することには対応する境界面において物理的に接触することが含まれることを特徴とする、第1の複数の層と、
前記第1の複数の層と密接に直接接触して配置される、上部層、底部層、及び少なくとも1つの中間層を有する、第2の複数の層であって、前記第2の複数の層の前記底部層は、前記第1の複数の層の前記上部層と密接に直接接触して配置される、前記第2の複数の層とからなるセンサ装置であって、
前記第1の複数の層及び前記第2の複数の層が、外部の電流生成デバイスなしに、かつ変形されたことに応じて、圧電電圧を生じ、
前記第1の複数の層及び前記第2の複数の層は、変形されたことに応じて、静電容量の変化を生し、
前記複数の層の前記上部層と前記底部層のうちの少なくとも一方はエラストマー層であり、かつ
前記圧電電圧は前記導電体層と関連する隣接した前記エラストマーのうちの1つのそれぞれの間での相対移動によって生じる、センサ装置。 - 前記複数の層の前記上部層は、摩擦電気系列表で第1の格付けを有する第1のエラストマー・フォーム層の単層であり、かつ
前記複数の層の前記底部層は、摩擦電気系列表で第2の格付けを有する第2のエラストマー層の単層である、請求項1に記載のセンサ装置。 - 前記複数の層の前記上部層は、摩擦電気系列表で第1の格付けを有する第1のエラストマー・フォーム層の単層であり、
前記少なくとも1つの中間層の前記導電体層は、前記上部層と密接に直接接触するように配置される第1の導電体層であり、
前記少なくとも1つの中間層は、摩擦電気系列表で第2の格付けを有する第2のエラストマー層をさらに備え、前記第2のエラストマー層は、前記上部層のものとは反対側で前記第1の導電体層と密接に直接接触するように配置され、かつ
前記底部層は、前記第1の導電体層のものとは反対側で前記第2のエラストマー層と密接に直接接触するように配置された第2の導電体層の単層である、請求項1に記載のセンサ装置。 - 前記第1の複数の層及び前記第2の複数の層は、第1の衝撃力により変形されたことに応じて第1の圧電電圧を、第2の衝撃力により変形されたことに応じて第2の圧電電圧を、また第3の衝撃力により変形されたことに応じて第3の圧電電圧を生じ、
前記第1の圧電電圧、前記第2の圧電電圧、及び前記第3の圧電電圧は、各前記第1の衝撃力、前記第2の衝撃力、及び前記第3の衝撃力と線形関係を有する、請求項1乃至3のいずれかに記載のセンサ装置。 - 前記第1のエラストマー・フォーム層は、無充填ポリウレタンである、請求項2又は3に記載のセンサ装置。
- 前記無充填ポリウレタンは、立方センチメートル当たり0.144グラム(立方フィート当たり9ポンド)以上、及び立方センチメートル当たり0.400グラム(立方フィート当たり25ポンド)以下の密度を有するポリウレタン・フォームである、請求項5に記載のセンサ装置。
- 前記第2のエラストマー層は、ポリエチレンテレフタレート・フィルムである、請求項2又は3に記載のセンサ装置。
- 前記導電体層の材料は、ニッケル、アルミニウム、又は銀のうちの少なくとも1つを備える、請求項1乃至7のいずれかに記載のセンサ装置。
- 前記第1の導電体層の材料、及び前記第2の導電体層の材料は、ニッケル、アルミニウム、又は銀のうちの少なくとも1つを備える、請求項3に記載のセンサ装置。
- 反復して順序付けられた積層構造を形成するように、互いに密接に直接接触させて配置された第3以上の前記複数の層をさらに備え、
前記積層構造は、第1の衝撃力により変形されたことに応じて第1の圧電電圧を、第2の衝撃力により変形されたことに応じて第2の圧電電圧を、また第3の衝撃力により変形されたことに応じて第3の圧電電圧を生じ、
前記第1の圧電電圧、前記第2の圧電電圧、及び前記第3の圧電電圧は、各前記第1の衝撃力、前記第2の衝撃力、及び前記第3の衝撃力と線形関係を有する、請求項1乃至9のいずれかに記載のセンサ装置。 - 前記複数の層が変形されたことに応じて生成された前記圧電電圧は、前記複数の層により示される摩擦電気効果である、請求項1乃至10のいずれかに記載のセンサ装置。
- 前記複数の層は、1.1GPa(ギガパスカル)以下の曲げ弾性率を有する、請求項1乃至11のいずれかに記載のセンサ装置。
- 前記複数の層は、2mm以上で40mm以下の全体厚さを有する、請求項1乃至12のいずれかに記載のセンサ装置。
- 前記複数の層の前記第1のもの、及び前記第2のものは、同一に順序付けられた層を有する、請求項1乃至13のいずれかに記載のセンサ装置。
- 請求項1乃至14のいずれかに記載のセンサ装置を製造する方法であって、
エラストマー・フォームA層を、エラストマーB層を備える金属被覆基板の上に適用して、前記エラストマー・フォームA層と前記エラストマーB層の間に配置された前記金属被覆基板の金属被覆部分と積層構造を形成する工程であって、前記エラストマー・フォームA層は、摩擦電気系列表で第1の格付けを有し、前記エラストマーB層は、摩擦電気系列表で第2の格付けを有する、工程と、
前記金属被覆基板の第2のものを前記積層構造の上に適用し、かつ前記エラストマー・フォームA層の第2のものを、前記第2の金属被覆基板の前記金属被覆部分の上に付着させて複数の前記積層構造を形成する工程と、
前記複数の積層構造を硬化させる工程と
を備える方法。 - 前記金属被覆基板は、前記エラストマーB層の一方の側に第1の金属被覆部分を有し、かつ前記エラストマーB層の反対側に第2の金属被覆部分を有する両面金属被覆基板であり、前記第1の金属被覆部分が、前記エラストマー・フォームA層と前記エラストマーB層の間に配置された前記金属被覆部分であり、
前記金属被覆基板の第2のものを適用する前記工程は、前記両面金属被覆基板の第2のものを前記積層構造の上に適用する工程を備え、かつ
前記エラストマー・フォームA層の第2のものを付着させる前記工程は、前記エラストマー・フォームA層の第2のものを前記第2の両面金属被覆基板の前記第1の金属被覆部分の上に付着させる工程を備える、請求項15に記載の方法。 - 前記適用されたエラストマー・フォームA層は、未硬化のポリウレタン・フォームである、請求項15又は16に記載の方法。
- 前記エラストマーB層は、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムである、請求項15乃至17のいずれかに記載の方法。
- エラストマー・フォームA層を適用する前記工程は、ロール塗布法を備える、請求項15乃至18のいずれかに記載の方法。
- 請求項1乃至14のいずれかに記載のセンサ装置を製作する方法であって、
エラストマー・フォームA層を、エラストマーB層を備える金属被覆基板の上に適用して、前記エラストマー・フォームA層と前記エラストマーB層の間に配置された前記金属被覆基板の金属被覆部分と積層構造を形成する工程であって、前記エラストマー・フォームA層は、摩擦電気系列表で第1の格付けを有し、前記エラストマーB層は、摩擦電気系列表で第2の格付けを有する、工程と、
前記積層構造を硬化させて、硬化した積層構造を形成し、かつ前記硬化した積層構造の第1のものを提供する工程と、
前記硬化した積層構造の第2のものを、前記第1の硬化した積層構造の上に取り付ける工程であって、前記第1の硬化した積層構造及び前記第2の硬化した積層構造は、同一に順序付けられた層を有する、工程とを備える方法。 - 前記金属被覆基板は、前記エラストマーB層の一方の側に第1の金属被覆部分を有し、かつ前記エラストマーB層の反対側に第2の金属被覆部分を有する両面金属被覆基板であり、前記第1の金属被覆部分が、前記エラストマー・フォームA層と前記エラストマーB層の間に配置された前記金属被覆部分である、請求項20に記載の方法。
- 前記取り付ける工程は、化学的な接合、機械的な接合、又は振動性の接合を備える、請求項20又は21に記載の方法。
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