ITUB20153435A1

ITUB20153435A1 - Sensore piezoelettrico per componente di bicicletta

Info

Publication number: ITUB20153435A1
Application number: ITUB2015A003435A
Authority: IT
Inventors: Masahiko Fukuda; Yoshiyuki Watanabe; Takaya Masuda
Original assignee: Shimano Kk
Priority date: 2014-09-08
Filing date: 2015-09-07
Publication date: 2017-03-07
Also published as: US9773966B2; DE102015114945A1; TWI631739B; US20160072042A1; US20170358731A1; US10833246B2; CN105405962A; TW201611361A

Description

DESCRIZIONE

Questa domanda si basa e rivendica il vantaggio della priorità dalla domanda di brevetto statunitense precedente n. 14/479,379, depositata in data 8 settembre 2014, i cui interi contesti sono qui incorporati per riferimento.

Campo di applicazione

La presente invenzione riguarda Un materiale piezoelettrico, un sensore piezoelettrico includente il materiale piezoelettrico, un componente di bicicletta includente un sensore piezoelettrico, un albero a gomiti di bicicletta, una pedivella di bicicletta, e un metodo di fabbricazione di un materiale piezoelettrico.

Arte nota

E ampiamente noto Un elemento piezoelettrico (piezoelemento) che genera un’energia elettrica quando una forza meccanica viene applicata su di esso. EP1978342 descrive un esempio di un elemento piezoelettrico disposto in un assieme di pedivella di una bicicletta per rilevare la forza applicata all’assieme di pedivella.

Sommario dell'Invenzione

Scopo della presente invenzione è prevedere un materiale piezoelettrico, un sensore piezoelettrico includente il materiale piezoelettrico, un componente di bicicletta includente un sensore piezoelettrico, un albero a gomiti di bicicletta, una pedivella di bicicletta, e un metodo di fabbricazione di un materiale piezoelettrico.

Un aspetto della presente invenzione prevede un materiale piezoelettrico comprendente particelle ferroelettriche e una resina adesiva. Il rapporto delle particelle ferroelettriche rispetto alla massa totale delle particelle ferroelettriche e della resina adesiva è del 40 % in massa o superiore e del 98 % in massa o inferiore.

in alcune implementazioni, il rapporto delle particelle ferroelettriche rispetto al rapporto totale delle particelle ferroelettriche rispetto ad una massa totale delle particelle ferroelettriche e della resina adesiva è del 40 % in massa o superiore e del 90 % in massa o inferiore.

In alcune implementazioni, il rapporto delle particelle ferroelettriche rispetto alla massa totale delle particelle ferroelettriche e della resina adesiva è delF80 % in massa o inferiore.

In alcune implementazioni, un diametro medio di particella delle particelle ferroelettriche è di 2 pm o superiore e di 10 pm o inferiore.

In alcune implementazioni, le particelle ferroelettriche sono formate sinterizzando e poi polverizzando un agglomerato risultante.

In alcune implementazioni, il materiale piezoelettrico ha uno spessore di 20 pm o superiore e 200 pm o inferiore.

Un ulteriore aspetto della presente invenzione prevede un sensore piezoelettrico che include il materiale piezoelettrico e due elettrodi accoppiati al materiale piezoelettrico.

In alcune implementazioni, i due elettrodi includono un elettrodo esterno accoppiato ad una superficie esterna del materiale piezoelettrico e un elettrodo interno accoppiato ad una superficie interna del materiale piezoelettrico per interporre il materiale piezoelettrico tra di essi.

In alcune implementazioni, l’elettrodo interno include una pluralità di sub-elettrodi interni che sono separati tra loro in reciproca relazione distanziata.

In alcune implementazioni, l’elettrodo esterno include una pluralità di sub-elettrodi esterni che sono separati tra loro in reciproca relazione distanziata.

Un sensore piezoelettrico secondo una certa forma di realizzazione include il materiale piezoelettrico sopra indicato, e uno o più elettrodi di uscita accoppiati ad una superficie esterna del materiale piezoelettrico.

In alcune implementazioni, gli uno o più elettrodi di uscita includono una pluralità di sub-elettrodi esterni che sono separati tra loro in reciproca relazione distanziata.

In alcune implementazioni, il materiale piezoelettrico include una superficie interna che serve da superficie di accoppiamento ad un articolo da rilevare.

Un ulteriore aspetto della presente invenzione prevede un componente di bicicletta che include il sensore piezoelettrico.

Un ulteriore aspetto della presente invenzione prevede un albero a gomiti di bicicletta su cui è disposto sensore piezoelettrico.

Un ulteriore aspetto della presente invenzione prevede un albero di pedale di bicicletta su cui è disposto il sensore piezoelettrico.

Un ulteriore aspetto della presente invenzione prevede una pedivella di bicicletta su cui è disposto il sensore piezoelettrico.

Un ulteriore aspetto della presente invenzione prevede un componente di bicicletta includente una pellicola ferroelettrica avente caratteristiche di generazione di energia.

In alcune implementazioni, la pellicola ferroelettrica include una miscela di particelle ferroelettriche e una resina adesiva.

In alcune implementazioni, il rapporto delle particelle ferroelettriche rispetto alla massa totale delle particelle ferroelettriche e della resina adesiva nella pellicola ferroelettrica è del 40 % in massa o superiore e del 90 % in massa o inferiore.

In alcune implementazioni, il componente di bicicletta include una pellicola isolante formata su una superficie di un corpo principale del componente di bicicletta, un primo elettrodo formato sulla pellicola isolante, la pellicola ferroelettrica collegata al primo elettrodo, e un secondo elettrodo collegato alla pellicola ferroelettrica.

In alcune implementazioni, il componente di bicicletta include un corpo di albero, una pellicola isolante formata su una superficie del corpo di albero, una pluralità di elettrodi di uscita separati tra loro in reciproca relazione distanziata e disposti sulla pellicola isolante intorno al corpo di albero, e la pellicola ferroelettrica collegata agli elettrodi di uscita. Le distanze tra elettrodi adiacenti degli elettrodi di uscita vengono riempite con la pellicola ferroelettrica. Un elettrodo comune è collegato alla pellicola ferroelettrica.

In alcune implementazioni, il corpo di albero viene selezionato da un gruppo composto da un albero a gomiti, una pedivella, un albero di pedale, un telaio, un manubrio, una pipa manubrio, un asse del mozzo, un corpo di mozzo, un raggio, un reggisella, e un supporto sella. In alcune implementazioni, la pellicola ferroelettrica include una superficie interna e una superficie esterna che sono sostanzialmente parallele al corpo di albero. Gli elettrodi di uscita sono in stretto contatto con la superficie interna della pellicola ferroelettrica, e l’elettrodo comune è in stretto contatto con la superficie esterna della pellicola ferroelettrica.

In alcune implementazioni, il primo elettrodo è configurato per emettere un segnale di uscita ad un processore di segnale in conformitàcon l’energia elettrica generata dalla pellicola ferroelettrica.

In alcune implementazioni, il processore di segnale viene azionato utilizzando l’energia elettrica generata dalla pellicola ferroelettrica.

In alcune implementazioni, il processore di segnale include un’unità senza fili che effettua una comunicazione senza fili.

Un aspetto della presente invenzione è un alimentatore di energia elettrica includente il materiale piezoelettrico secondo la rivendicazione 1, che è configurato per generare l’energia elettrica quando la forza meccanica viene applicata su di esso, e uno o più elettrodi accoppiati al materiale piezoelettrico per emettere l’energia elettrica.

Un ulteriore aspetto della presente invenzione è un metodo di fabbricazione di un materiale piezoelettrico. Il metodo include la sinterizzazione di particelle grezze contenenti un ferroelettrico, la polverizzazione di un agglomerato ottenuto nella sinterizzazione per ottenere le particelle ferroelettriche, e la miscelazione delle particelle ferroelettriche e di una resina adesiva in modo tale che il rapporto delle particelle ferroelettriche rispetto alla massa totale delle particelle ferroelettriche e della resina adesiva è del 40 % in massa o superiore e del 90 % in massa o inferiore.

In alcune implementazioni, un diametro medio di particella delle particelle ferroelettriche polverizzate nella polverizzazione è di 2 pm o superiore e di 10 pm o inferiore.

In alcune implementazioni, la sinterizzazione viene condotta ad una temperatura di sinterizzazione che è di 1100°C o superiore e di 1200°C o inferiore.

Altri aspetti e vantaggi della presente invenzione risulteranno chiaramente dalla descrizione seguente, presa in combinazione con i disegni allegati, che illustrano a titolo di esempio i principi dell’invenzione.

Breve descrizione dei disegni

L’invenzione, insieme con suoi oggetti e vantaggi, può essere meglio compresa con riferimento alla descrizione seguente delle forme di realizzazione attualmente preferite insieme con i disegni allegati, in cui:

La Fig. 1 è un grafico che mostra la relazione tra il rapporto delle particelle ferroelettriche e la tensione di uscita;

La Fig. 2 è un grafico che mostra la relazione tra il rapporto delle particelle ferroelettriche e la forza di adesione;

La Fig. 3 è un grafico schematico di un albero a gomiti di bicicletta includente un sensore piezoelettrico;

La Fig. 4A è una vista in sezione trasversale dell’albero a gomiti presa lungo la linea A-A nella Fig. 3;

Le Figg. 4B e 4C mostrano viste in sezione trasversale di alberi a gomiti di bicicletta secondo esempi modificati;

La Fig. 5 è un grafico schematico di una pedivella di bicicletta includente un sensore piezoelettrico;

Le Figg. da 6A a 6F sono grafici schematici che illustrano un metodo di fabbricazione di un albero a gomiti di bicicletta includente un sensore piezoelettrico;

La Fig. 7A è una vista in pianta di un pedale di bicicletta dotato di un sensore piezoelettrico, e la Fig. 7B è una vista laterale in sezione parziale del pedale di bicicletta; e

La Fig. 8A è una vista in pianta di un chip del sensore piezoelettrico, la Fig. 8B è una vista in sezione trasversale di un chip del sensore piezoelettrico presa lungo la linea B-B, e la Fig. 8C è una vista laterale del chip del sensore piezoelettrico.

Descrizione delle forme di realizzazione

[Materiale piezoelettrico]

Un materiale piezoelettrico è un elemento in una condizione precedente ad un processo di polarizzazione.

Il materiale piezoelettrico contiene particelle includenti un ferroelettrico (indicate nel seguito con particelle ferroelettriche) e una resina adesiva.

Le particelle ferroelettriche vengono ottenute polverizzando un ferroelettrico agglomerato.

Esempi del ferroelettrico includono, ad esempio, il piombo zirconato di titanio, il titanato di bario e il titanato di stronzio. Il materiale piezoelettrico contiene particelle ferroelettriche includenti almeno uno di questi ferroelettrici. In particolare, il materiale piezoelettrico contiene particelle ferroelettriche includenti il piombo zirconato di titanio.

Per stabilizzare la tensione di uscita del materiale piezoelettrico, è preferibile che le particelle ferroelettriche siano disperse uniformemente nel materiale ferroelettrico. Ciò perché una dispersione non uniforme delle particelle ferroelettriche aumenta l’ampiezza della tensione di uscita risultante dalle variazioni di come la forza viene applicata al materiale piezoelettrico (direzione e posizione della forza applicata al materiale piezoelettrico).

Preferibilmente, il diametro medio di particella delle particelle ferroelettriche è superiore o uguale a 2 pm e inferiore o uguale a 10 pm. Quando il diametro medio di particella delle particelle ferroelettriche è inferiore a 2 pm, le caratteristiche piezoelettriche si deteriorano. Quando il diametro medio di particella delle particelle ferroelettriche è superiore a 10 pm, la forza di adesione diminuisce tra le particelle ferroelettriche e la resina adesiva.

Il diametro medio di particella è una dimensione media, D50. Per le particelle ferroelettriche esistenti lungo qualsiasi segmento di linea che si estende lungo una sezione trasversale del materiale piezoelettrico, ad esempio, il diametro di una particella ferroelettrica viene misurato come la lunghezza della particella lungo il segmento di linea.

Esempi della resina adesiva includono una resina epossidica, una resina acrilica, una resina immidica modificata, una resina poliimmidica, e una resina poliammidica. Inoltre, si può anche utilizzare una tra una resina polimerizzante agli ultravioletti o una resina termoindurente.

Il materiale piezoelettrico può avere uno spessore che è predeterminato in modo tale che la resistenza fisica, la sensibilità, e la tensione di uscita del materiale piezoelettrico siano bilanciate in modo soddisfacente. Lo spessore preferito del materiale piezoelettrico è superiore o uguale a 20 pm e inferiore o uguale a 200 pm.

Il materiale piezoelettrico può essere fatto aderire o fissato ad un pezzo da lavorare per rilevare la deformazione o sollecitazione generata nel pezzo da lavorare da una forza esterna. Quando lo spessore del materiale piezoelettrico è inferiore a 20 pm, il materiale piezoelettrico può essere strappato dalla forza trasmessa al materiale piezoelettrico dal pezzo da lavorare.

È preferibile che lo spessore del materiale piezoelettrico sia grande per aumentare la tensione di uscita del sensore piezoelettrico che utilizza il materiale piezoelettrico. Tuttavia, si verifica il problema seguente quando lo spessore del materiale piezoelettrico è troppo grande.

Quando lo spessore del materiale piezoelettrico è superiore a 200 pm, la rigidità del materiale piezoelettrico diventa elevata. In questo caso, la forza che viene applicata ripetutamente al materiale piezoelettrico può formare una distanza tra le particelle ferroelettriche e la resina adesiva e aumentare il numero e volume dei vuoti nel materiale piezoelettrico. Ciò può abbassare la resistenza alFumidità del materiale piezoelettrico. Di conseguenza, è preferibile che lo spessore del materiale piezoelettrico sia 200 pm o inferiore.

Nel materiale piezoelettrico, è preferibile che il valore limite inferiore del rapporto delle particelle ferroelettriche rispetto alla massa totale delle particelle ferroelettriche e della resina adesiva (indicato nel seguito con "il rapporto delle particelle ferroelettriche") sia selezionato in modo da essere del 40 % in massa o superiore e più preferibile che sia selezionato in modo da essere del 60 % in massa o superiore. È preferibile che il valore limite superiore del rapporto delle particelle ferroelettriche sia selezionato in modo da essere del 98 % in massa o inferiore, più preferibile che sia selezionato in modo da essere del 90 % in massa o inferiore e ancora più preferibile che sia selezionato in modo da essere dell<J>80 % in massa o inferiore. Il rapporto delle particelle ferroelettriche può essere selezionato da qualsiasi combinazione di questi limiti superiore e inferiore.

La relazione del rapporto delle particelle ferroelettriche e della tensione di uscita verrà ora descritto con riferimento alla Fig. 1.

Sono stati preparati campioni aventi vari rapporti delle particelle ferroelettriche per trovare un rapporto delle particelle ferroelettriche preferito. Ogni campione è stato formato impilando in sequenza una pellicola isolante avente uno spessore di 30 pm, un primo elettrodo avente uno spessore di 3 pm, una pellicola ferroelettrica (materiale piezoelettrico) avente uno spessore di 100 pm, e un secondo elettrodo avente uno spessore di 3 pm su una piastra SUS avente una larghezza di 5 mm, una lunghezza di 30 mm, e uno spessore di 1 mm. La pellicola isolante è stata formata da allumina. E’ stata eseguita una serigrafia per formare il primo elettrodo e il secondo elettrodo. La pellicola ferroelettrica è stata formata da una pasta di materiale piezoelettrico ottenuta miscelando le particelle ferroelettriche e la resina epossidica in modo tale che il tasso di contenuto del piombo zirconato di titanio sia il rapporto di massa desiderato.

Il rapporto delle particelle ferroelettriche varia nell’intervallo dal 10 % in massa al 98 % in massa.

Un processo di polarizzazione è stata eseguito sulla pellicola ferroelettrica a temperatura ambiente, una rigidità di elettrolita di 1 kV/cm, e un tempo di applicazione di 3 minuti.

La tensione di uscita è stata misurata applicando un carico predeterminato su ciascun campione con un tester di flessione a tre punti. Più specificatamente, la distanza tra i punti di supporto che supportano il campione è stata fissata a 25 mm. Un carico di 0,98 N (100 gf) è stato applicato sul campione nel punto medio tra i punti di supporto. In questa condizione, è stata misurata la tensione di uscita massima, e la tensione di uscita massima è stata tracciata come un valore rappresentativo della tensione di uscita per il campione nella Fig. 1.

Come risulta dalla Fig. 1, la tensione di uscita diventa elevata quando il rapporto delle particelle ferroelettriche è del 40 % in massa o superiore e del 98 % in massa o inferiore rispetto a quando il rapporto delle particelle ferroelettriche è inferiore al 40 % in massa. Quando il rapporto delle particelle ferroelettriche è neirintervallo dal 40 % in massa o superiore al 50 % in massa o inferiore, il tasso di aumento della tensione di uscita rispetto al tasso di aumento del rapporto delle particelle ferroelettriche è notevolmente grande.

Quando il rapporto delle particelle ferroelettriche è neirintervallo dal 50 % in massa o superiore al 90 % in massa o inferiore, in particolare, quando il rapporto delle particelle ferroelettriche è neirintervallo dal 60 % in massa o superiore al 90 % in massa o inferiore, la tensione di uscita viene mantenuta ad un livello elevato. Inoltre, il tasso di variazione della tensione di uscita è piccolo rispetto alle variazioni nel rapporto delle particelle ferroelettriche.

Di conseguenza, quando il rapporto delle particelle ferroelettriche è neirintervallo dal 60 % in massa o superiore al 90 % in massa o inferiore, anche se il rapporto delle particelle ferroelettriche differisce tra le pellicole ferroelettriche a causa degli errori di fabbricazione, la tensione di uscita varia leggermente tra le pellicole ferroelettriche. Quindi si può ottenere la tensione di uscita desiderata o soddisfacente.

Il rapporto delle particelle ferroelettriche è correlato con la quantità di particelle ferroelettriche per unità di volume nella pellicola ferroelettrica {indicata nel seguito con " densità numerica delle particelle ferroelettriche"). Quindi si può ritenere che le caratteristiche della tensione di uscita rispetto alla densità numerica delle particelle ferroelettriche siano simili alle caratteristiche illustrate nella Fig. 1. Più specificatamente, quando la densità numerica delle particelle ferroelettriche nella pellicola ferroelettrica è in un intervallo corrispondente al rapporto delle particelle ferroelettriche dal 40 % in massa al 50 % in massa (nel seguito, questo intervallo è indicato con "intervallo di densità specifico"), il tasso di aumento della tensione di uscita diventa notevolmente grande rispetto al tasso di aumento della densità numerica delle particelle ferroelettriche.

Le particelle ferroelettriche nella pellicola ferroelettrica hanno una distribuzione polarizzata, e la densità numerica delle particelle ferroelettriche non è uniforme. Quando la densità numerica delle particelle ferroelettriche nella pellicola ferroelettrica varia al di fuori dell’intervallo di densità specifico, la tensione di uscita varia sostanzialmente leggermente nella pellicola ferroelettrica. Tuttavia, quando la densità numerica delle particelle ferroelettriche nella pellicola ferroelettrica varia nell’intervallo di densità specifico, la tensione di uscita varia sostanzialmente notevolmente nella pellicola ferroelettrica. Le variazioni della tensione di uscita nella pellicola ferroelettrica farebbero variare notevolmente la tensione di uscita anche con una lieve variazione nella direzione in cui viene applicato il carico sulla pellicola ferroelettrica. Quindi, non si può ottenere una tensione di uscita stabile per il carico. Da tale punto di vista, è preferibile che la densità numerica delle particelle ferroelettriche sia fissata al di fuori dell’intervallo di densità specifico. Più specificatamente, è preferibile che il rapporto delle particelle ferroelettriche sia fissato fuori dal 40 % in massa al 50 % in massa.

Non è noto cosa causi le caratteristiche illustrate nella Fig. 1, ossia la tensione di uscita deirelemento piezoelettrico che differisce radicalmente dal rapporto delle particelle ferroelettriche del 40 % in massa. Tuttavia, si ritiene che un aumento della densità delle particelle ferroelettriche (aumento della densità numerica delle particelle ferroelettriche) provoca un effetto reciproco dei ferroelettrici tra le particelle, ferroelettriche, e effetto reciproco migliora le caratteristiche piezoelettriche dell’elemento piezoelettrico.

La relazione del rapporto delle particelle ferroelettriche e della forza di adesione verrà ora descritta con riferimento alla Fig. 2.

Le tre curve caratteristiche nella Fig. 2 corrispondono rispettivamente a tre tipi di materiali piezoelettrici contenenti diversi tipi di resine adesive. La linea piena nella Fig. 2 illustra i valori di misurazione di un materiale piezoelettrico preparato utilizzando una resina epossidica come resina adesiva. La linea a trattino singolo nella Fig. 2 illustra i valori di misurazione di un materiale piezoelettrico preparato utilizzando una resina acrilica come resina adesiva. La linea a trattino doppio nella Fig. 2 illustra i valori di misurazione di un materiale piezoelettrico preparato utilizzando una resina immidica modificata come resina adesiva.

La forza di adesione è stata misurata conducendo un test di delaminazione. I campioni utilizzati nel test di delaminazione sono stati regolati nel modo seguente. Innanzitutto, una pasta piezoelettrica (pasta ottenuta nella fase di miscelazione descritta nel seguito) è stata applicata ad una piastra di supporto inossidabile per formare uno strato di materiale piezoelettrico, e lo strato di materiale piezoelettrico è stato essiccato e riscaldato per preparare un campione. Il rapporto delle particelle ferroelettriche nel pasta di materiale piezoelettrico è stato variato dal 10 % in massa al 95 % in massa per verificare la forza di adesione per ogni rapporto. Il diametro medio di particella del piombo zirconato di titanio utilizzato nell’esperimento aveva un valore D50 di 4 pm. Lo strato di materiale piezoelettrico essiccato e riscaldato aveva uno spessore di circa 100 pm e una dimensione di 5 mm * 5 mm. Nel test di delaminazione, un filo è stato attaccato con un agente adesivo alla superficie superiore dello strato di materiale piezoelettrico e tirato con un indicatore (strumento di misurazione) per misurare il carico di rottura (forza di adesione) quando la delaminazione dello strato di materiale piezoelettrico dalla piastra di supporto è iniziata. Quando si è tirato il filo con l’indicatore, il filo è stato tirato in una direzione ortogonale alla superfìcie in cui la piastra di supporto e il strato di materiale piezoelettrico aderivano.

Come mostrato nella Fig. 2, la forza di adesione dello strato di materiale piezoelettrico differisce in conformità con il tipo di resina adesiva e diventa elevata in ordine nella resina acrilica, nella resina epossidica, e nella resina immidica modificata.

In una qualsiasi di queste resine, la forza di adesione ha una tendenza a diminuire quando il rapporto delle particelle ferroelettriche diventa superiore all’80 % in massa. Inoltre, quando il rapporto delle particelle ferroelettriche è superiore al 90 % in massa, la forza di adesione diventa inferiore o uguale a metà della forza massima (la forza di adesione più elevata ad ogni rapporto). Si ritiene che ciò sia per il fatto che l’area occupata dall’agente adesivo nella superficie di contatto tra lo strato di materiale piezoelettrico (prodotto stampato di pasta di materiale piezoelettrico) e la piastra di supporto aumenta quando il rapporto delle particelle ferroelettriche diventa più elevato.

Come mostrato nella Fig. 2, è preferibile che l’immide modificata venga utilizzata come resina adesiva. Inoltre, è preferibile che il rapporto delle particelle ferroelettriche sia inferiore o uguale al 90 % in massa, e più preferibile che il rapporto delle particelle ferroelettriche sia inferiore o uguale all’80 % in massa.

Verranno ora descritti gli effetti principali del materiale piezoelettrico nella presente forma di realizzazione.

È preferibile che il rapporto delle particelle ferroelettriche sia del 40 % in massa o superiore e del 98 % in massa o inferiore. In questa configurazione, la tensione di uscita del sensore piezoelettrico includente il materiale piezoelettrico è più elevata che in un sensore piezoelettrico includente un materiale piezoelettrico in cui il rapporto delle particelle ferroelettriche è inferiore al 40 % in massa. E’ particolarmente preferibile che il rapporto delle particelle ferroelettriche sia del 60 % in massa o superiore e del 90 % in massa o inferiore. Questa configurazione aumenta considerevolmente la tensione di uscita del sensore piezoelettrico includente il materiale piezoelettrico.

Nel materiale piezoelettrico, è preferibile che il rapporto delle particelle ferroelettriche sia del 90 % in massa o inferiore, e più preferibile che il rapporto delle particelle ferroelettriche sia dell’80 % in massa o inferiore. Ciò porta la forza di adesione del materiale piezoelettrico ad essere superiore che in un materiale piezoelettrico in cui il rapporto delle particelle ferroelettriche è superiore al 90 % in massa.

[Metodo di fabbricazione di un materiale piezoelettrico]

Un metodo di fabbricazione del materiale piezoelettrico include una fase di pre- lavorazione, una fase di sinterizzazione, una fase di polverizzazione, una fase di miscelazione, una fase di stampaggio, e una fase di indurimento.

Nella fase di pre -lavorazione, una miscela di particelle grezze contenenti un ferroelettrico (materiale piezoelettrico) e una resina legante viene stampata in un foglio verde con una pressatrice o simile e subisce poi un processo di deceraggio. Il ferroelettrico contenuto nelle particelle grezze può essere il titanato zirconato, il titanato di bario, il titanato di stronzio, o simili.

Nel processo di sinterizzazione, il foglio verde, che ha subito il processo di deceraggio, viene sinterizzato.

La temperatura di sinterizzazione preferita è di 1100°C o superiore e di 1200°C o inferiore. Ciò è dovuto al fatto che il verificarsi di una reazione di sinterizzazione diventa difficile quando la temperatura di sinterizzazione è inferiore a 1 100°C, e la densità dell’agglomerato diminuisce quando la temperatura di sinterizzazione è superiore a 1200°C.

Nella fase di polverizzazione, l’agglomerato ottenuto nella fase di sinterizzazione viene polverizzato per ottenere le particelle ferroelettriche (polvere ferroelettrica}. Ad esempio, l’agglomerato viene polverizzato con un mulino a palle utilizzando sfere in ceramica in modo tale che il diametro medio di particella delle particelle ferroelettriche sia nell’intervallo da 2 pm o superiore a 10 pm o inferiore. Le sfere in ceramica possono essere sfere di ossido di zirconio (sfere di Zr203).

Nella fase di miscelazione, le particelle ferroelettriche (polvere ferroelettrica) e la resina adesiva vengono miscelate. La miscelazione imposta il rapporto delle particelle ferroelettriche al rapporto predeterminato del 40 % in massa o superiore e del 98 % in massa o inferiore. È più preferibile che il rapporto delle particelle ferroelettriche sia del 60 % in massa o superiore e del 90 % in massa o inferiore.

La fase di stampaggio forma un prodotto stampato della pasta di materiale piezoelettrico ottenuta nella fase di miscelazione. Ad esempio, la pasta piezoelettrica viene stampata in modo da avere una forma predeterminata (per es., pellicola, foglio, cuboide, o cilindro) eseguendo una serigrafia, applicando la pasta di materiale piezoelettrico con una lama, o caricando uno stampo con il materiale piezoelettrico.

Nella fase di indurimento, il prodotto stampato ottenuto nella fase di stampaggio viene indurito. L’indurimento indurisce la resina adesiva mediante un processo che è in conformità con il tipo di resina adesiva.

Ad esempio, quando la resina adesiva ha caratteristiche termoindurenti, la resina adesiva viene riscaldata e indurita. Quando la resina adesiva ha caratteristica di polimerizzazione alla luce, la resina adesiva viene irradiata con i raggi ultravioletti e indurita.

[Sensore piezoelettrico]

Il sensore piezoelettrico include il materiale piezoelettrico sopra descritto e due elettrodi (il primo elettrodo e il secondo elettrodo) situati su superfici opposte del materiale piezoelettrico. Uno degli elettrodi può essere diviso in una pluralità di segmenti. Ad esempio, uno degli elettrodi può essere formato da una pluralità di elettrodi di uscita.

II sensore piezoelettrico viene ottenuto eseguendo un processo di polarizzazione (processo di divisione dell’elettrodo) sul materiale piezoelettrico a cui vengono aggiunti i due elettrodi.

Gli elettrodi possono essere formati ad esempio da un materiale metallico conduttivo quali rame, argento, una lega argentopalladio, nichel, alluminio, oro o platino.

Il sensore piezoelettrico ha i vantaggi descritti nel seguito.

Il materiale piezoelettrico del sensore piezoelettrico è fissato in modo tale che il rapporto delle particelle ferroelettriche sia del 40 % in massa o superiore. Tale sensore piezoelettrico emette una tensione di uscita elevata (fare riferimento alla Fig. 1) rispetto a quando il rapporto è del 40 % in massa o inferiore. Quindi, il rapporto S/N del sensore piezoelettrico è migliorato. In un’emissione del segnale di uscita dal sensore piezoelettrico, il rapporto S/N indica il rapporto del segnale di uscita, che viene emesso quando la deformazione meccanica viene applicata ad un corpo di albero a gomiti, e del rumore.

Il sensore piezoelettrico ha un’uscita elevata (per es., 2 V o superiore nella Fig. 1) e quindi può essere utilizzato come alimentatore per azionare altri dispositivi elettronici. Ossia, il sensore piezoelettrico può essere utilizzato come generatore di energia che converte la forza che abbassa un pedale di bicicletta in energia elettrica.

[Albero a gomiti di bicicletta]

Un esempio di un albero a gomiti di bicicletta 2 verrà ora descritto con riferimento alle Figg. 3 e 4A. I corpi dei bracci 4 delle pedivelle sono accoppiati alle due estremità dell’albero a gomiti di bicicletta 2 mostrato nella Fig. 3. L’albero a gomiti di bicicletta 2 è configurato per essere una parte di un componente di bicicletta.

L’albero a gomiti di bicicletta 2 include un corpo di albero a gomiti 6, avente un asse di rotazione C, un sensore piezoelettrico 8, e un processore di segnale 10 che elabora i segnali di uscita emessi dal sensore piezoelettrico 8. Il corpo di albero a gomiti 6 è un esempio di un corpo principale di un componente di bicicletta.

Come mostrato nella Fig. 4A, il sensore piezoelettrico 8 include una pellicola isolante 14 che copre il corpo dell’albero a gomiti 6, una pluralità di elettrodi di uscita 16 (primi elettrodi), una pellicola ferroelettrica 18, e un elettrodo comune 20 (secondo elettrodo) che copre la pellicola ferroelettrica 18. L’elettrodo comune 20 è collegato a terra (per es., corpo di albero a gomiti 6).

La pellicola isolante 14 è formata ad esempio da allumina (ossido di alluminio) o simile. La pellicola isolante 14 è formata in modo da avere uno spessore da 20 pm a 50 pm.

Gli elettrodi di uscita 16 (primi elettrodi) e l’elettrodo comune 20 (secondo elettrodo) sono formati da rame, argento, una lega argentopalladio, nichel, alluminio, oro, o platino. Gli elettrodi di uscita 16 sono formati eseguendo, ad esempio, una serigrafia o vaporizzazione ionica. Quando viene eseguita la vaporizzazione ionica, gli elettrodi vengono formati in modo da avere uno spessore da 50 nm a 100 nm.

Gli elettrodi di uscita 16 sono separati tra loro in reciproca relazione distanziata e disposti intorno all’asse di rotazione C sulla pellicola isolante 14. L’esempio mostrato nella Fig. 4A include tre elettrodi di uscita 16. Tuttavia, ci può essere un numero qualsiasi di elettrodi di uscita. Gli elettrodi di uscita 16 sono configurati ciascuno per emettere un segnale di uscita al processore di segnale 10 in conformità con l’energia elettrica generata dalla pellicola ferroelettrica 18. Il gruppo degli elettrodi di uscita 16 della Fig. 4A può essere indicato con elettrodo interno. Ciascuno degli elettrodi di uscita 16 della Fig. 4A può essere indicato con subelettrodo interno. L’elettrodo comune 20 può essere indicato con elettrodo esterno.

La pellicola ferroelettrica 18 copre gli elettrodi di uscita 16. Le distanze tra elettrodi di uscita adiacenti 16 (scanalature tra gli elettrodi di uscita 16) vengono riempite con la pellicola ferroelettrica 18.

Ad esempio, la pellicola ferroelettrica 18 include una superficie interna 18a e una superficie esterna 18b che sono sostanzialmente parallele all’asse di rotazione C del corpo di albero a gomiti 6. Gli elettrodi di uscita 16 sono in stretto contatto con la superficie interna 18a della pellicola ferroelettrica 18, e l’elettrodo comune 20 è in stretto contatto con la superficie esterna 18b della pellicola ferroelettrica 18.

La pellicola ferroelettrica 18 include le particelle ferroelettriche e la resina adesiva. È preferibile che il rapporto delle particelle ferroelettriche sia del 40 % in massa o superiore e più preferibile che il rapporto delle particelle ferroelettriche sia del 60 % in massa o superiore. Inoltre, è preferibile che il rapporto delle particelle ferroelettriche sia del 98 % in massa o inferiore, ancora più preferibile che sia selezionato in modo da essere del 90 % in massa o inferiore e più preferibile che il rapporto delle particelle ferroelettriche sia del 80 % in massa o inferiore.

Il processore di segnale 10 viene azionato dalFenergia del segnale di uscita. Ossia, il sensore piezoelettrico 8 serve anche come alimentatore per il processore di segnale 10. Il processore di segnale 10 include un’unità senza fili 12. L’unità senza fili 12 stabilisce una comunicazione senza fili con un processore di informazioni di bicicletta per trasmettere il segnale di uscita del sensore piezoelettrico 8 al processore di informazioni di bicicletta. Il processore di informazioni di bicicletta può essere, ad esempio, un calcolatore che calcola la forza di depressione del pedale sulla base della sollecitazione applicata all’albero a gomiti di bicicletta 2 o un calcolatore che calcola una forza di assistenza per una bicicletta servoassistita sulla base della sollecitazione.

L’unità senza fili 12 include un circuito di formazione di segnale, che converte almeno il segnale di uscita del sensore piezoelettrico 8 in un segnale di trasmissione, un circuito di comunicazione 24, che comanda la comunicazione, e un’antenna 26, che trasmette il segnale di trasmissione.

L’albero a gomiti di bicicletta 2 viene azionato nel modo seguente.

Quando l’albero a gomiti di bicicletta 2 viene ruotato dalla forza che abbassa un pedale di bicicletta, una deformazione meccanica (per es., una sollecitazione di torsione) viene generata nel corpo di albero a gomiti 6. La pellicola ferroelettrica 18 genera l’energia elettrica in conformità con la deformazione meccanica generata nel corpo di albero a gomiti 6. Il sensore piezoelettrico 8 emette un segnale di uscita dagli elettrodi di uscita 16 all’unità senza fili 12 in conformità con l’energia elettrica. Il segnale di uscita viene trasmesso al processore di informazioni di bicicletta tramite l’unità senza fili 12.

L’albero a gomiti di bicicletta 2 include il sensore piezoelettrico 8 che include la pellicola ferroelettrica 18 (materiale piezoelettrico) in cui il rapporto delle particelle ferroelettriche è del 40 % in massa o superiore. Quindi, l’uscita elevata viene ottenuta dalla deformazione meccanica.

In un esempio modificato della Fig. 4B, l’elettrodo comune 20 è formato sulla pellicola isolante 14 che copre il corpo di albero a gomiti 6. La pellicola ferroelettrica 18 è formata sull’elettrodo comune 20. Gli elettrodi di uscita 16 sono formati sulla superfìcie esterna 18b della pellicola ferroelettrica 18. Gli elettrodi di uscita 16 possono essere coperti da una resina di incapsulamento isolante. Nell’esempio modificato della Fig. 4B, gli elettrodi di uscita 16 sono posizionati più vicino alla superficie più esterna del sensore piezoelettrico 8. Ciò può facilitare il collegamento elettrico tra gli elettrodi di uscita 16 e il processore di segnale 10. L’elettrodo comune 20 può essere indicato con elettrodo interno. Il gruppo degli elettrodi di uscita 16 della Fig. 4B può essere indicato con elettrodo esterno. Ciascuno degli elettrodi di uscita 16 della Fig. 4B può essere indicato con subelettrodo esterno.

La pellicola isolante 14 e l’elettrodo comune 20 possono essere omessi. Ad esempio, come mostrato nella Fig. 4C, la pellicola ferroelettrica 18 copre il corpo di albero a gomiti 6. Gli elettrodi di uscita 16 sono formati sulla superficie esterna 18b della pellicola ferroelettrica 18. La superficie interna 18a della pellicola ferroelettrica 18 serve come superfìcie di accoppiamento al corpo di albero a gomiti 6. L’albero a gomiti 2, che può essere fatto di un materiale conduttivo quale un metallo, ha il ruolo di un elettrodo comune.

[Pedivella di bicicletta]

Verrà ora descritto un esempio di ima pedivella di bicicletta 30. La pedivella di bicicletta 30 è configurato per essere una parte di un componente di bicicletta.

La pedivella di bicicletta 30 include un corpo di pedivella 32, un sensore piezoelettrico 8, e un processore di segnale 10. Il processore di segnale 10 include un’unità senza fili 12. Il processore di segnale 10 è situato sul lato interno del corpo di pedivella 32 (lato su cui è situato il corpo di albero a gomiti 6). Il processore di segnale 10 include un’unità senza fili 12. Il corpo di pedivella 32 è un esempio di un corpo principale di un componente di bicicletta.

Il sensore piezoelettrico 8 include una pellicola isolante 34, che è formata sulla superficie del corpo di pedivella 32, e due elettrodi 38 (primo elettrodo e secondo elettrodo) accoppiati fisicamente e elettricamente alle due estremità della pellicola ferroelettrica 36. I due elettrodi 38 e la pellicola ferroelettrica 36 sono situati sulla pellicola isolante 34. È preferibile che il rapporto delle particelle ferroelettriche nella pellicola ferroelettrica 36 sia fissato analogamente alla pellicola ferroelettrica 18.

La pedivella di bicicletta 30 viene azionata nel modo seguente. Quando la pedivella di bicicletta 30 viene ruotata dalla forza che abbassa un pedale di bicicletta, una deformazione meccanica (per es., sollecitazione di flessione) viene generata nel corpo di pedivella 32. La pellicola ferroelettrica 36 del sensore piezoelettrico 8 genera l’energia elettrica in conformità con la deformazione meccanica generata nel corpo di pedivella 32. Il sensore piezoelettrico 8 emette un segnale di uscita mediante l’unità senza fili 12 in conformità con l’energia elettrica. Il segnale di uscita viene trasmesso al processore di informazioni di bicicletta tramite l’unità senza fili 12.

La pedivella di bicicletta 30 include, sul corpo di pedivella 32, il sensore piezoelettrico 8 che include la pellicola ferroelettrica 36 (materiale piezoelettrico) in cui il rapporto delle particelle ferroelettriche è del 40 % in massa o superiore. Quindi, l’uscita elevata viene ottenuta dalla deformazione meccanica.

[Metodo di fabbricazione di un àlbero a gomiti di bicicletta] Un metodo di fabbricazione del sensore piezoelettrico 8, che è disposto su un albero a gomiti, verrà ora descritto con riferimento alla Fig. 6. Le Figg. da 6A a 6F sono viste in sezione trasversale prese lungo la linea A-A nella Fig. 3.

La Fig. 6A è una vista in sezione trasversale del corpo di albero a gomiti 6. Quando si forma il sensore piezoelettrico 8, la pellicola isolante 14 è formata intorno all’asse di rotazione C del corpo di albero a gomiti 6 come mostrato nella Fig. 6B. La pellicola isolante 14 è formata da una sostanza non conduttiva quali allumina o ceramica. È preferibile che la pellicola isolante 14 sia sottile. La pellicola isolante 14 può essere formata, ad esempio, in un processo di formazione di una pellicola CVD, formata da un adesivo ceramico, o formata mediante serigrafia. Il processo di formazione di una pellicola CVD consentirebbe la formazione di una pellicola avente uno spessore uniforme. L’adesivo ceramico consentirebbe di formare facilmente la pellicola isolante 14 subendo una stampa a superficie curva.

Poi, come mostrato nella Fig. 6C, una maschera 40 viene applicata alla pellicola isolante 14 in porzioni diverse da quelle in cui sono formati gli elettrodi di uscita 16. Inoltre, come mostrato nella Fig. 6D, una pasta conduttiva viene applicata e indurita termicamente per formare gli elettrodi di uscita. La pasta conduttiva contiene almeno una selezionata da un gruppo di particelle di rame, particelle di argento, particelle di lega di argento- palladio, particelle di nichel, particelle di oro, e particelle di platino. Gli elettrodi di uscita 16 possono anche essere formati eseguendo la vaporizzazione ionica.

Come mostrato nella Fig. 6E, dopo la rimozione della maschera 40, una pasta di materiale piezoelettrico viene applicata per formare la pellicola ferroelettrica 18. Nella pasta di materiale piezoelettrico, il rapporto delle particelle ferroelettriche è del 40 % in massa o superiore e del 90 % in massa o inferiore. La pasta piezoelettrica viene indurita per formare la pellicola ferroelettrica 18. Poi, come mostrato nella Fig. 6F, l’elettrodo comune 20 viene formato coprendo la pellicola ferroelettrica 18. L’elettrodo comune 20 viene formato applicando o vaporizzando una pasta conduttiva o eseguendo qualcosa di simile. Sebbene non mostrato nei disegni, è preferibile che il sensore piezoelettrico 8, che viene formato in questo modo, sia interamente coperto da una resina di incapsulamento isolante. La resina di incapsulamento viene formata analogamente alla pellicola isolante 14.

Nel metodo di fabbricazione sopra descritto, la pellicola isolante 14, gli elettrodi di uscita 16, la pellicola ferroelettrica 18, l’elettrodo comune 20, e la resina di incapsulamento vengono impilati in sequenza sul corpo di albero a gomiti 6. La pellicola ferroelettrica 18 è situata tra gli elettrodi di uscita 16 e l’elettrodo comune 20. Gli elettrodi di uscita 16 e l’elettrodo comune 20 possono essere situati su una sola delle superfici nella direzione dello spessore della pellicola ferroelettrica 18. In questo caso, gli elettrodi di uscita 16 e l’elettrodo comune 20 sono situati entrambi tra la pellicola isolante 14 e la pellicola ferroelettrica 18. In alternativa, gli elettrodi di uscita 16 e l’elettrodo comune 20 sono situati entrambi tra la pellicola ferroelettrica 18 e la resina di incapsulamento.

Il metodo di fabbricazione sopra descritto non include una fase di flessione. Quindi, la sollecitazione residua che si accumula nel sensore piezoelettrico 8 è o nulla o piccola. Ciò limita la delaminazione, che deriverebbe dalla sollecitazione residua, tra la pellicola ferroelettrica 18 e gli elettrodi di uscita 16 e tra la pellicola ferroelettrica 18 e l’elettrodo comune 20.

Nel metodo di fabbricazione del sensore piezoelettrico 8, ad esempio, Un sensore piezoelettrico a foglio 8 può essere formato e fatto aderire al corpo di albero a gomiti 6. In questo caso, gli elettrodi di uscita 16, la pellicola ferroelettrica 18, l’elettrodo comune 20, e una pellicola isolante vengono impilati in sequenza su una pellicola di resina per formare il sensore piezoelettrico a foglio 8. Poi, il sensore piezoelettrico a foglio 8 e il corpo di albero a gomiti 6 vengono fatti aderire l’uno all’altro con un materiale adesivo. È preferibile che la pellicola di resina sia formata da una resina termoresistente e isolante, ad esempio, una resina poliimmidica. Quando si forma la pellicola di resina da una resina termoresistente e isolante, gli elettrodi di uscita 16, la pellicola ferroelettrica 18, e l’elettrodo comune 20 possono essere formati analogamente a come sopra descritto.

[Albero di pedale di bicicletta]

Un esempio di un albero di pedale di bicicletta (nel seguito, indicato con "l’albero di pedale 52") verrà ora descritto con riferimento alle Figg. 7A e 7B. Il pedale di bicicletta 50 include un albero di pedale 52 e un corpo di pedale 54, che è ruotabile intorno all’asse dell’albero di pedale 52. Il pedale di bicicletta 50 è un componente di bicicletta. L’albero di pedale 52 è configurato per essere una parte di un componente di bicicletta.

Il pedale di bicicletta 50 mostrato nelle Figg. 7A e 7B è un cosiddetto pedale a sgancio rapido. Il corpo di pedale 54 include un meccanismo di tenuta che tiene un tacchetto, che è disposto su un ceppo, in modo amovibile. Un cuscinetto 56 è situato tra l’albero di pedale 52 e il corpo di pedale 54. Analogamente all’albero a gomiti 2 sopra descritto, il sensore piezoelettrico 8 è disposto sull’albero di pedale 52. Il metodo di fabbricazione del sensore piezoelettrico 8 è analogo a quello del albero a gomiti sopra descritto. Il sensore piezoelettrico 8 è disposto sull’albero di pedale 52, ad esempio, tra l’estremità a cui è accoppiata la pedivella 42 e la porzione dell’albero di pedale 52 che supporta il corpo di pedale 54. Il processore di segnale 10 è disposto sulla pedivella 42. Il processore di segnale 10 è collegato al sensore piezoelettrico 8 tramite un filo 58 e una piastra del filo 58a, che si estendono attraverso una cavità formata nell’albero di pedale 52 e un foro nella pedivella 42 utilizzato per accoppiare l’albero di pedale 52.

[Chip del sensore piezoelettrico]

Un esempio di un chip del sensore piezoelettrico 60 che è una forma di realizzazione del sensore piezoelettrico 8 verrà ora descritto con riferimento alle Figg. da 8A a 8C.

Il chip del sensore piezoelettrico 60 ha fondamentalmente la stessa configurazione del sensore piezoelettrico 8 sopra descritto. Il chip del sensore piezoelettrico 60 include una pellicola ferroelettrica 18 e un primo elettrodo 62 e un secondo elettrodo 64, che sono disposti su una delle superfici della pellicola ferroelettrica 18. Il primo elettrodo 62 e il secondo elettrodo 64 sono formati rispettivamente su un’estremità e sull’altra estremità della pellicola ferroelettrica 18. Il primo elettrodo 62 e il secondo elettrodo 64 sono incassati ciascuno nella pellicola ferroelettrica 18, e le superfici del primo elettrodo 62 e del secondo elettrodo 64 sono continue con la superficie della pellicola ferroelettrica 18. Il primo elettrodo 62 e il secondo elettrodo 64 includono rispettivamente porzioni di elettrodo 66 e 68 che si estendono nella pellicola ferroelettrica 18. Le porzioni di elettrodo 66 e 68 sono planari. Le porzioni di elettrodo 66 collegate al primo elettrodo 62 sono opposte alle porzioni di elettrodo 68 collegate al secondo elettrodo 64 in posizioni sovrapposte. La pellicola ferroelettrica 18 è situata tra le porzioni di elettrodo 66 e 68. Come mostrato nella Fig. 8A, la pluralità di porzioni di elettrodo 66 e 68 possono essere collegate al primo elettrodo 62 e al secondo elettrodo 64. In questo caso, le seconde porzioni 66 del primo elettrodo 62 sono disposte in modo da essere sovrapposte con le porzioni di elettrodo 68 del secondo elettrodo 64.

Con riferimento alle Figg. da 8A a 8C, il chip del sensore piezoelettrico 60 è un cosiddetto sensore piezoelettrico di tipo impilato. Lo spessore della pellicola ferroelettrica 18 è di 20 pm o superiore e di 50 pm o inferiore. Quando si utilizza il chip del sensore piezoelettrico 60, il chip del sensore piezoelettrico 60 viene fatto aderire tramite un materiale adesivo ad un soggetto di rilevamento. Quando il soggetto di rilevamento è conduttivo, un adesivo isolante può essere utilizzato per l’adesione. In alternativa, l’adesione può essere eseguita dopo la formazione della pellicola isolante sul soggetto di rilevamento. Il primo elettrodo 62 e il secondo elettrodo 64 sono formati dallo stesso materiale degli elettrodi di uscita 16 e dell’elettrodo comune 20 sopra descritti.

La presente invenzione non è limitata alle forme di realizzazione sopra descritte (e una o più forme delle forme di realizzazione). Ad esempio, le forme di realizzazione possono essere modificate come descritto nel seguito.

Nelle forme di realizzazione, la configurazione del materiale piezoelettrico è applicata alla configurazione delle pellicole ferroelettriche 18 e 36 del sensore piezoelettrico 8 che rileva la deformazione meccanica dell’albero a gomiti di bicicletta 2 o della pedivella di bicicletta 30. Tuttavia, fintervaUo di applicazione della configurazione del materiale piezoelettrico nelle forme di realizzazione non viene limitato in questo modo. La configurazione del suddetto materiale piezoelettrico può anche essere applicata ad una pellicola ferroelettrica di un sensore piezoelettrico 8 utilizzato in una macchina per prove di fatica per un corpo rigido, una pellicola ferroelettrica di un sensore piezoelettrico 8 utilizzato in un dispositivo di misurazione che misura la vibrazione di un sovrapassaggio, o simili.

Nelle forme di realizzazione, come sopra descritte, il sensore piezoelettrico 8 può anche essere utilizzato come generatore di energia. Ad esempio, il sensore piezoelettrico 8 che serve come generatore di energia montato su un corpo rotante, quale l’albero a gomiti di bicicletta 2 o la pedivella di bicicletta 30, può essere collegato tramite un circuito di raddrizzamento o un connettore di accoppiamento rotazionale, ad una lampadina di bicicletta, una batteria, processori di informazioni, o simili.

Non vi è alcun limite particolare alla forma e dimensione del sensore piezoelettrico 8 nelle forme di realizzazione. Ad esempio, il sensore piezoelettrico 8 può essere formato per essere a foglio. Il sensore piezoelettrico a foglio 8 può essere disposto ad esempio in una biglietteria automatizzata ed essere utilizzato come generatore alimentato a vibrazione.

II sensore piezoelettrico non è limitato all’utilizzo con l'albero a gomiti 2, la pedivella 30, o l’albero di pedale 52. Il sensore piezoelettrico può essere disposto su o attaccato in modo fisso ad un corpo di albero di altri componenti di bicicletta, quali un telaio, un manubrio, una pipa manubrio, un asse del mozzo, un corpo di mozzo, un raggio, un reggisella, e un supporto sella.

E' preferibile che il materiale piezoelettrico o il sensore piezoelettrico siano disposti su o attaccati in modo fisso ad un articolo da rilevare, quale l’albero a gomiti 6. Tuttavia, un adesivo, un agente di adesività e simili possono essere applicati sul materiale piezoelettrico o sul sensore piezoelettrico per aumentare la forza di adesione del materiale piezoelettrico. Più specificatamente, il materiale piezoelettrico può mostrare una scarsa forza di adesione quando il rapporto delle particelle ferroelettriche nel materiale piezoelettrico è superiore al 90 % in massa. In tale caso, l’applicazione dell’adesivo, dell’agente di adesività e simili sul materiale piezoelettrico o sul sensore piezoelettrico può compensare la scarsa forza di adesione.

Deve essere chiaro agli esperti del settore che la presente invenzione può essere realizzata in molte altre forme specifiche senza allontanarsi dallo spirito o dall’ambito dell’invenzione. Ad esempio, alcuni dei componenti possono essere omessi dai componenti descritti nelle forme di realizzazione (o uno o più dei loro aspetti) o essere combinati. L’ambito della presente invenzione dovrebbe essere determinato con riferimento all’ambito e all’equivalenza delle rivendicazioni allegate. Inoltre, la descrizione precedente utilizza il % in massa, che è un’unità SI. Tuttavia, in posizioni in cui agisce la gravità, il % in massa può essere sostituito con il % in peso. Ciò otterrebbe gli stessi risultati.

Claims

RIVENDICAZIONI 1 . Materiale piezoelettrico comprendente particelle ferroelettriche e una resina adesiva, in cui un rapporto delle particelle ferroelettriche rispetto ad una massa totale delle particelle ferroelettriche e della resina adesiva è del 40 % in massa o superiore e del 98 % in massa o inferiore.
2. Materiale piezoelettrico secondo la rivendicazione 1, in cui il rapporto delle particelle ferroelettriche rispetto alla massa totale delle particelle ferroelettriche e della resina adesiva è del 40 % in massa o superiore e del 90 % in massa o inferiore.
3. Materiale piezoelettrico secondo la rivendicazione 1, in cui il rapporto delle particelle ferroelettriche rispetto alla massa totale delle particelle ferroelettriche e della resina adesiva è dell’80 % in massa o inferiore.
4. Materiale piezoelettrico secondo la rivendicazione 1, in cui un diametro medio di particella delle particelle ferroelettriche è di 2 pm o superiore e di 10 pm o inferiore.
5. Materiale piezoelettrico secondo la rivendicazione 4, in cui le particelle ferroelettriche sono formate sinterizzando e poi polverizzando un agglomerato risultante.
6. Materiale piezoelettrico secondo la rivendicazione 1, in cui il materiale piezoelettrico ha uno spessore di 20 pm o superiore e di 200 pm o inferiore.
7. Sensore piezoelettrico comprendente: il materiale piezoelettrico secondo la rivendicazione 1 ; e due elettrodi accoppiati al materiale piezoelettrico.
8. Sensore piezoelettrico secondo la rivendicazione 7, in cui i due elettrodi includono un elettrodo esterno accoppiato ad una superficie esterna del materiale piezoelettrico e un elettrodo interno accoppiato ad una superficie interna del materiale piezoelettrico per interporre il materiale piezoelettrico tra di essi.
9. Sensore piezoelettrico secondo la rivendicazione 8, in cui l’elettrodo esterno include una pluralità di subelettrodi interni che sono separati tra loro in reciproca relazione distanziata.
10. Sensore piezoelettrico secondo la rivendicazione 8, in cui l’elettrodo esterno include una pluralità di subelettrodi esterni che sono separati tra loro in reciproca relazione distanziata.
11. Sensore piezoelettrico comprendente: il materiale piezoelettrico secondo la rivendicazione 1 ; e uno o più elettrodi di uscita accoppiati ad una superficie esterna del materiale piezoelettrico.
12. Sensore piezoelettrico secondo la rivendicazione 11, in cui l’uno o più elettrodi di uscita includono una pluralità di subelettrodi esterni che sono separati tra loro in reciproca relazione distanziata.
13. Sensore piezoelettrico secondo la rivendicazione 11, in cui il materiale piezoelettrico include una superficie interna che serve da superficie di accoppiamento ad un articolo da rilevare.
14. Componente di bicicletta comprendente il sensore piezoelettrico secondo la rivendicazione 7.
15. Albero a gomiti di bicicletta su cui è disposto il sensore piezoelettrico secondo la rivendicazione 7.
16. Albero di pedale di bicicletta su cui è disposto il sensore piezoelettrico secondo la rivendicazione 7.
17. Pedivella di bicicletta su cui è disposto il sensore piezoelettrico secondo la rivendicazione 7.
18. Componente di bicicletta comprendente una pellicola ferroelettrica avente caratteristiche di generazione di energia.
19. Componente di bicicletta secondo la rivendicazione 18, in cui la pellicola ferroelettrica include una miscela di particelle ferroelettriche e una resina adesiva.
20. Componente di bicicletta secondo la rivendicazione 18, in cui un rapporto delle particelle ferroelettriche rispetto ad una massa totale delle particelle ferroelettriche e la resina adesiva nella pellicola ferroelettrica è del 40 % in massa o superiore e del 98 % in massa o inferiore.
21. Componente di bicicletta secondo la rivendicazione 18, comprendente: una pellicola isolante formata su una superficie di un corpo principale del componente di bicicletta; un primo elettrodo formato sulla pellicola isolante; la pellicola ferroelettrica collegata al primo elettrodo; e un secondo elettrodo collegato alla pellicola ferroelettrica.
22. Componente di bicicletta secondo la rivendicazione 18, comprendente: un corpo di albero; una pellicola isolante formata su una superficie del corpo di albero; una pluralità di elettrodi di uscita separati tra loro in reciproca relazione distanziata e disposti sulla pellicola isolante intorno al corpo di albero; la pellicola ferroelettrica collegata agli elettrodi di uscita, in cui le distanze tra elettrodi adiacenti degli elettrodi di uscita sono riempite con la pellicola ferroelettrica; e un elettrodo comune collegato alla pellicola ferroelettrica.
23. Componente di bicicletta secondo la rivendicazione 22, in cui il corpo di albero è selezionato da un gruppo composto da un albero a gomiti, una pedivella, un albero di pedale, un telaio, un manubrio, una pipa manubrio, un asse del mozzo, un corpo di mozzo, un raggio, un reggisella, e un supporto sella.
24. Componente di bicicletta secondo la rivendicazione 22, in cui la pellicola ferroelettrica include una superficie interna e una superficie esterna che sono sostanzialmente parallele al corpo di albero, e gli elettrodi di uscita sono in stretto contatto con la superficie interna della pellicola ferroelettrica, e l’elettrodo comune è in stretto contatto con la superficie esterna della pellicola ferroelettrica.
25. Componente di bicicletta secondo la rivendicazione 21, in cui il primo elettrodo è configurato per emettere un segnale di uscita ad un processore di segnale in conformità con l’energia elettrica generata dalla pellicola ferroelettrica.
26. Componente di bicicletta secondo la rivendicazione 25, in cui il processore di segnale viene azionato utilizzando l’energia elettrica generata dalla pellicola ferroelettrica.
27. Componente di bicicletta secondo la rivendicazione 25, in cui il processore di segnale include un’unità senza fili che effettua una comunicazione senza fili.
28. Alimentatore di energia elettrica comprendente: il materiale piezoelettrico secondo la rivendicazione 1, in cui il materiale piezoelettrico è configurato per generare l’energia elettrica quando la forza meccanica viene applicata su di esso; e uno o più elettrodi accoppiati al materiale piezoelettrico per emettere l’energia elettrica.
29. Metodo di fabbricazione di un materiale piezoelettrico, il metodo comprendendo: la sinterizzazione delle particelle grezze contenenti un ferroelettrico; la polverizzazione di un agglomerato ottenuto nella sinterizzazione per ottenere le particelle ferroelettriche; e la miscelazione delle particelle ferroelettriche e di una resina adesiva in modo tale che un rapporto delle particelle ferroelettriche rispetto ad una massa totale delle particelle ferroelettriche e della resina adesiva è del 40 % in massa o superiore e del 98 % in massa o inferiore.
30. Metodo di fabbricazione di un materiale piezoelettrico secondo la rivendicazione 29, in cui un diametro medio di particella delle particelle ferroelettriche polverizzate nella polverizzazione è di 2 pm o superiore e di 10 pm o inferiore.
31. Metodo di fabbricazione di un materiale piezoelettrico secondo la rivendicazione 29, in cui la sinterizzazione viene condotta ad una temperatura di sinterizzazione che è di 1100°C o superiore e di 1200°C o inferiore.