JP2021173765A - 面部材 - Google Patents

Abstract

【課題】機能が拡張された面部材を提供する。【解決手段】絶縁材料に埋設された導体回路３を有する第１の層２と、導体回路３に接触し、センサ層５を形成する第２の層とを備えた面部材１に関する。センサ層５は、少なくとも１つの外部影響量を検出するように形成されている。外部影響量の検出に依存して、導体回路３内を流れる電流が制御される。または面部材１は、逆動作モードにおいて、導体回路３への電流の供給によってセンサ層５または各センサ層５が出力量を生成するように動作させることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、面部材に関する。

このような面部材は、例えば、繊維面として形成されていてよい。これらの繊維面は、センサ機能を付与する伝導フィラメントを有していてよい。

国際公開第２０１８／１１３９９３号からは、ワープ編み機またはラッセル経編み機を用いて面部材にセンサ構造および耐剪断性構造を形成する方法が知られている。センサ構造としてのセンサフィラメントと、耐剪断性構造としての耐剪断性フィラメントとが、面部材の同じ側に組み込まれている。センサフィラメントは、センサフィラメントが断線した場合にアラームメッセージなどを生成できるように、センサフィラメントが容易に検出可能であって、測定装置において評価可能な電気信号が生成されるように最適化されている。

本発明の基礎とする課題は、機能が拡張された面部材を提供することにある。

この問題の解決のために、請求項１の特徴が提示されている。本発明の有利な実施形態および目的にかなった発展形態は、従属請求項に記載されている。

本発明は、絶縁材料に埋設された導体回路を有する第１の層と、センサ層を形成し、導体回路に接触する第２の層とを備えた面部材に関する。センサ層は、少なくとも１つの外部影響量(externen Einflussgroesse)を検出するように形成されている。導体回路に流れる電流は、当該検出に依存して制御される。面部材は、逆動作モードにおいて、導体回路への電流の供給によってセンサ層または各センサ層が出力量を生成するように駆動可能である。

本発明の基本的な考え方は、センサ層を用いて、好ましくは面部材の全表面にわたって延在する平坦なセンサ部材を形成することにあり、本発明の第１の変更例によれば、このセンサ部材により、外部影響量を高感度で記録することができる。

別の代替手段として、面部材が逆動作モードで駆動される場合、センサ層により出力量を選択的に生成することができる。

外部影響量によりセンサ層の状態量が変化し、その結果、導体回路がセンサ層に接触しているため、導体回路内の流れ（すなわち、概して電流）が変化することとなる。

導体回路における電流の時間分解評価により可能となるのは、外部影響量の時間依存性を算定することだけではない。さらに、これにより、センサ層で同時に検出される２つ以上の外部影響量が十分に異なる時間挙動を示す場合には、これら２つの影響量を相互に区別することも可能となる。

これは、例えば、センサ層が伝導層の場合である。伝導層は、機械的な負荷、および／または周囲湿度を検出するように形成されている。

機械的な負荷による導体回路内の電流の変化は一時的なものであるが、周囲湿度の影響は導体回路内の電流に、ほぼ時間的に一定した変化を惹起する。導体回路における電流の時間分解評価により、両方の影響量を個別に検出することができる。用途に応じて、時間分解評価を影響量に対応付けることができる。例えば、機械的な負荷は長期的に変化する影響量であり、一方、湿度は短時間で変化する影響量である。

代替的に、センサ層は圧電層であってよい。圧電層は、機械的な負荷を検出するように形成されている。

したがって、この場合は、導体回路の電流を評価することにより検出される外部影響量は１つのみとなる。

有利には、面部材の両側は絶縁層で覆われていてよく、これにより、センサ構造が保護される。

概して、第１および第２の層は、共通の面区分によって、または２つの個別の面区分によって形成されていてよい。

例えば、導体回路およびセンサ層がともに一体化していてよいフィルムなどの形態の単一の面区分が設けられうる。

第１および第２の層が別個の面区分を形成している場合は、第１の層が繊維面であり、導体回路が、第１の層の、センサ層に面する側に設けられていると有利である。

例えば、繊維面は、繊維、編物、ニット生地、またはフリースなどである。

この場合、導体回路は、導電フィラメントの形態で繊維面に組み込まれていると有利である。

この場合、組み込みは、織り工程、ニッティング工程、編み工程などを実行する適切な繊維機械を用いて達成されうる。

導体回路の製造には、例えば印刷プロセスなどの他のプロセスを用いてもよい。

有利には、センサ層は第１の層の上にコーティングとして被着されている。

有利な発展形態によれば、第１の層の、センサ層とは反対側に、適応化層(Adaptionsschicht)が設けられている。

この場合、適応化層は、絶縁性または弱導電性の材料からなる。

特に、適応化層は、面部材が被着される様々な媒体に対して用途別の適応化をなす。

本発明の有利な代替の発展形態によれば、第１の層の両側に、それぞれ導体回路が設けられており、各導体回路はセンサ層と接触している。

したがって、２つのセンサ層が利用可能であり、これらにより、異なる種類の外部影響量を検出することが可能であり、有利である。ここで、別の重要な利点として、各センサ層には個別の導体回路が割り当てられており、これらを用いて、外部影響量を個別に、かつ相互に独立して検出することができる。

本発明の別の実施形態によれば、センサ層は導体回路と一体に形成されている。

例えば、導体回路は導電フィラメントの形態で形成されており、導電フィラメントはセンサフィラメントとともに纏繞体を形成し、センサフィラメントはセンサ層を形成する。

伝導フィラメントおよびセンサフィラメントは相互に巻き付けられていることから、相互に機械的に接触している。

これにより、外部影響量により惹起されるセンサフィラメントの変化が、導体回路を形成する導電フィラメントに直接に伝わり、これにより、導体回路内の電流が変化し、外部影響量が計測技術を用いて測定される。

例えば、センサフィラメントは圧電フィラメントにより形成されている。

これらのセンサフィラメントにより、面部材に作用する機械的な負荷が検出される。

特に有利には、導体回路が組み込まれる圧電フィラメント網をセンサ層として設けることができる。

概して、当該導体回路、または各導体回路の出力信号は、外部影響量に対する尺度である。

本発明による面部材は、様々な用途に用いられうる。

特に、面部材は、建物の床面または壁面に敷設されてよい。特に浴室においては、継続的な湿度管理が実行される。この場合、面部材は、油、水などの液体、または有害物質を輸送する管路またはパイプの外周に、外装を形成することができる。面部材により、点検で見落とされた液体漏洩を検出することができる。また、面部材が床面上にある場合、機械的な負荷を検出することもできる。また、別の用途として、パレット、コンテナなどの重量算定が挙げられる。また、面部材を備えた防護服への弾丸の衝突威力を解析することもできる。

さらに、例えば建物のテラスまたはバルコニーにおける、屋外での使用も可能である。

最後に、トラックの荷台面の上など、自動車への応用も可能である。

本発明の第２の変更例によれば、本発明による面部材は、逆動作モードにおいて、導体回路への電流の供給によってセンサ層または各センサ層が出力量を生成するように駆動可能である。

例えば、出力量として、発光量または発熱量を設定することができる。

特に有利な実施形態によれば、面部材は、それぞれが絶縁材料に埋設された導体回路を備える２つの第１の層を有する。第１の層の間に、面部材の逆動作モード時に出力量を生成することができるセンサ層が設けられている。

この場合、有利な実施形態によれば、相互に反対に帯電した２つの層が形成されるように導体回路が敷設されている場合、電界が発生する。

また、面部材により、逆動作モードにおいて磁界を発生させることもできる。

センサ層は、電圧を印加することにより電気化学的プロセスに影響を与えることができ、これらのプロセスの一部である外部影響量は、外部から印加することができるだけでなく、センサ層に保存することもできる。

第１の応用例において、面部材は自己殺菌作用を有してよい。この場合、面部材は、例えば、保護マスクとして用いられてよい。また、特に公共の場で使用される日用品の表面を、自己殺菌作用により自己浄化が可能な面部材により覆うことができる。公園のベンチなどがその例である。

この場合、これらの対象物の浄化および／または殺菌は手間を要する作業である。

このような対象物は、本発明による面部材を備えた場合、ヒトが頻繁にこのような対象物に接触する用途分野に関して有利に用いることができる。

このような用途分野の例としては、公共の建物および施設、病院、公共の交通機関、ホテル、オフィスなどが挙げられる。

本発明による面部材を備えた対象物は、ドアハンドル、ドアフレーム、壁面、またはトレイ、カート、シートカバーなどの日用品であってよい。また、衣服、特に警察官の制服、救命員服、または軍服も当該面部材を備えていてよい。

また、面部材は、センサ層が電気絶縁層または電気絶縁膜であり、センサ層において、導体回路に電圧が印加されると活性酸素化合物が発生するように機能する。

第１の層は、本発明の第１の変更例による面部材の形成と同様に形成可能である。特に、第１の層は、繊維面として形成されていてよい。導体回路は、導電フィラメントの形態で繊維面に組み込まれていてよい。または、導体回路は印刷またはコーティングにより形成されていてもよい。

電気絶縁センサ層は、フィルム、コーティングなどの形態を有することができる。センサ層は、フリースまたは同様の繊維面から構成されると特に有利である。有利には、センサ層は多孔質の電気浸透層を形成する。導体回路に電圧が印加されると、水、水分または酸素とともに、ウイルスまたは細菌などの病原体に損傷を与える活性酸素化合物、いわゆるＲＯＳ（活性酸素種）が発生する。ＲＯＳの例としては、過酸化酸素が挙げられる。

センサ層が電気絶縁層であり、このセンサ層においては、出力量として、導体回路に電圧が印加されることに依存して、センサ層からの力の影響でイオン構造が変化することによる別の応用例も提供される。この場合、出力量の状態に応じて、センサ層は空気透過性または空気不透過性を有する。

本発明による面部材の両変更例において、面部材は両面が絶縁層で覆われていてよい。

特に面積の大きい構造を実現するために、相互に隣接する複数の面部材を有する多重配置とすることができ、この場合、個々の面部材の導体回路は、相互に導電性を有するように接続される。

以下、本発明に関して、図面を参照しながら説明する。

本発明による面部材の第１の実施例を示す図である。 図１の面部材の構成要素を個別に示す図である。 本発明による面部材の第２の実施例を示す図である。 図３の面部材の構成要素を個別に示す図である。 本発明による面部材の別の実施例を示す図である。

図１は、本発明による面部材１の第１の実施例を示し、その構成要素を図２に個別に示す。

図１および図２による面部材１は、概して、絶縁性を有する、すなわち非伝導性を有する材料からなる第１の層２を有し、この層には導電材料からなる導体回路３が設けられている。

本実施例において、第１の層２は、絶縁性フィラメントまたはヤーンから形成された繊維面からなる。

例えば、繊維面は、織物、編物、ニット生地、またはフリースである。

本実施例において、導体回路３は、導電フィラメントの形態で繊維面に組み込まれている。

図２からわかるように、導体回路３は、第１の層２の表面全体を覆うように延在しており、当該回路は、複数のループの形状に蛇行している。

導体回路３の自由端には、第１の層２の、測定点４を形成する１つの縁部が通じており、測定点４には、測定装置、特に電流測定装置が接続可能である。

本実施例においては、測定点４は、第１の層２の同じ縁部に終端部を有する。一般的には、２つの測定点４は、異なる縁部、特に対向する側の縁部にその終端部を有してもよい。

第２の層は、１つまたは複数の外部影響量を検出することができるセンサ層５を形成する。この場合、好ましくは、センサ層５の表面全体が、影響量の検出に感応性を有する面を形成する。

本実施例において、センサ層５は、第１の層２に被着されたコーティングの形態で形成されている。原理的には、第１および第２の層は、例えばフィルムの形態で、共通の面区分を形成してもよい。

センサユニットは、圧電層により形成されていてよい。

本実施例において、センサ層５は、導電層の形態で形成されている。重要なのは、図１からわかるように、伝導層すなわちセンサ層５が、第１の層２の導体回路３と接触していることである。

このように、（電気的な）伝導性の変化は、導体回路３内の電流に直接に作用し、それは測定点４における測定により直ちに記録される。

伝導センサ層５により、２つの外部影響量、すなわち１つには伝導性に影響する周囲湿度と、もう１つにはセンサ層５を局所的に変形させ、これにより導体回路３内の電流を変化させる機械的な負荷とを検出することができる。

両影響量は、導体回路３内の電流を時間分解により検出することで、適切な評価ユニットにおいて個別に検出することができる。これにより、周囲湿度が惹起する導体回路３内の電流の静的な変化を、機械的な影響によって惹起されて時間とともにより強く変化する、導体回路３内の動的な電流変化から、確実に区別することができる。電流変化の分類は、応用例ごとに異なってよい。

図１による面部材１の第３の層は、適応化層６を形成し、適応化層は、特に、面部材１を様々な基板材料に適合させるように形成されている。

適応化層６は、絶縁性または弱伝導性材料からなることが有利である。

図３は、本発明による面部材１の第２の実施例を示す。

図３による実施形態において、第１の層２の両側にそれぞれセンサ層５，５’が設けられている。

第１の層２において、その両面にそれぞれ導体回路３，３’が配置されており、導体回路は、それぞれセンサ層５，５’と接触している。

上記の実施形態と同様に、第１の層２は、導体回路３，３’が組み込まれた繊維面から構成されている。

センサ層５，５’は、基本的に同一であるように形成されていてよい。

本実施例においては、異なる影響量を検出する異なるセンサ層５，５’が設けられている。第１のセンサ層５は、伝導層として形成されていてよい。対応する導体回路３内の電流を評価することにより、例えば周囲湿度を算定することができる。第２のセンサ層５’は、圧電層により形成されていてよい。対応する導体回路３’内の電流を評価することにより、面部材１に作用する機械的な負荷が検出される。

面部材１の両変更例において、面部材は両面が絶縁層で覆われていてよい。

これらの絶縁層は、図１および図２には示されていない。

一般的に、図１または図２による複数の面部材１を組み合わせて、連続した大きな面とすることができる。この場合、隣接する面部材１の導体回路３の終端部も相互に接続される。

図５は、本発明による面部材１の別の実施例を示し、本実施例において、面部材は逆動作モードで駆動され、これにより、面部材のセンサ層５によって、定義された出力量が生成されうる。

センサ層５は、それぞれが導体回路３，３’を有する２つの第１の層２，２’間に延在している。第１の層２，２’は繊維面から構成されている。導体回路３，３’は、繊維面に組み込まれた導電フィラメントにより形成可能である。導体回路３，３’は、例えば電池などの電源に接続されていてよい。導体回路３，３’は、相互に反対に帯電した２つの層を形成するように構成可能である。

センサ層５は、基本的にはフィルムまたはコーティングの形態で形成可能な電気絶縁層である。センサ層５は、多孔質の電気浸透層であることが好ましく、例えばフリースである。導体回路３，３’に電圧が印加されると、センサ層５に電界および／または磁界が発生し、これにより面部材に対する電位を惹起することができる。水分／水および酸素などの外部影響量とともに、ウイルスまたは細菌などを滅するＲＯＳ（活性酸素種）を発生させることができる。この場合、別の実施形態では、所望の電気化学反応に必要な影響量を、短期的または長期的にセンサ層５に保存することができる。

１ 面部材
２ 第１の層
３，３’ 導体回路
４ 測定点
５，５’ センサ層
６ 適応化層

Claims (20)

1. 絶縁材料に埋設された導体回路（３）を有する第１の層（２）と、前記導体回路（３）に接触し、センサ層（５）を形成する第２の層とを備えた面部材（１）であって、
   前記センサ層（５）が、少なくとも１つの外部影響量を検出するように形成されており、該検出に依存して前記導体回路（３）内を流れる電流が制御される、または
   前記面部材（１）が、逆動作モードにおいて、前記導体回路（３）への電流の供給によって前記センサ層（５）または各前記センサ層（５）が出力量を生成するように駆動される、面部材（１）。
2. 前記第１の層（２）および前記第２の層は、共通の面区分により、または２つの個別の面区分により形成されている、請求項１記載の面部材（１）。
3. 前記第１の層（２）は繊維面であり、前記導体回路（３）は、前記第１の層（２）の、前記センサ層（５）に面する側に設けられている、請求項１または２記載の面部材（１）。
4. 前記繊維面は、織物、編物、ニット生地、またはフリースである、請求項３記載の面部材（１）。
5. 前記導体回路（３）は、導電フィラメントの形態で前記繊維面に組み込まれている、請求項３または４記載の面部材（１）。
6. 前記センサ層（５）は、前記第１の層（２）上にコーティングとして被着されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の面部材（１）。
7. 前記センサ層（５）は、伝導層または圧電層である、請求項１から６までのいずれか１項記載の面部材（１）。
8. 前記伝導層は、機械的な負荷を検出するように、かつ／または周囲湿度を検出するように形成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の面部材（１）。
9. 前記第１の層（２）の、前記センサ層（５）とは反対側に、適応化層（６）が設けられており、前記適応化層（６）は、絶縁性または弱導電性の材料からなる、請求項１から８までのいずれか１項記載の面部材（１）。
10. 前記第１の層（２）の両側にそれぞれ導体回路（３，３’）が設けられており、各導体回路（３，３’）がセンサ層（５，５’）と接触している、請求項１から８までのいずれか１項記載の面部材（１）。
11. 前記センサ層（５，５’）は、前記導体回路（３，３’）に組み込まれている、請求項１から５までのいずれか１項記載の面部材（１）。
12. 前記導体回路（３，３’）は、導電フィラメントの形態で形成されており、該導電フィラメントは、センサフィラメントとともに纏繞体を形成しており、前記センサフィラメントは、前記センサ層を形成しており、特に、前記センサフィラメントは、圧電フィラメントにより形成されている、請求項１１記載の面部材（１）。
13. 前記導体回路または各導体回路（３，３’）の出力信号は、外部影響量に対する尺度である、請求項１から１２までのいずれか１項記載の面部材（１）。
14. 前記面部材（１）が、絶縁材料に埋設された導体回路（３，３’）をそれぞれ備える２つの第１の層（２，２’）を有し、前記第１の層（２，２’）の間に、前記面部材（１）の逆動作モードにおいて出力量を生成することができるセンサ層（５，５’）が設けられている、請求項１から９までのいずれか１項記載の面部材（１）。
15. 前記センサ層（５，５’）は、前記導体回路（３，３’）に電圧が印加されると活性酸素化合物が発生する電気絶縁層である、請求項１４記載の面部材（１）。
16. 前記導体回路（３，３’）に電圧が印加されると、電界および／または磁界が発生する、請求項１５記載の面部材（１）。
17. 前記センサ層（５，５’）に、電気化学的プロセスが惹起され、これにより、影響量が、特に活性酸素化合物の形態で発生する、請求項１４から１６までのいずれか１項記載の面部材（１）。
18. 外部影響量が、前記センサ層（５，５’）に所定の時間だけ保存される、請求項１７記載の面部材（１）。
19. 前記センサ層（５，５’）が電気絶縁層であり、出力量として前記導体回路（３，３’）に電圧が印加されることに依存して、前記センサ層（５，５’）におけるイオン構造が変化し、前記出力量の状態に応じて、前記センサ層（５，５’）が空気透過性または空気不透過性を有する、請求項１４記載の面部材（１）。
20. 出力量として、発光量または発熱量が設定される、請求項１から９までのいずれか１項記載の面部材（１）。

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