JP3246621U - 高機能グラファイトデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】安全性、持続時間および寿命を改善し、監視が可能なグラファイト材料デバイスを提供する。【解決手段】グラファイト材料デバイス１は、内部および外部のうちの少なくともいずれか一方に少なくとも１つの導電性パターン２および少なくとも１つのセンサ２のうちの少なくともいずれか一方を備え、グラファイト材料デバイスは、カーボンブラシ、ブレーキディスク、ブッシュ、ベアリングのうちの任意のものとして使用される。【選択図】図１

Description

本明細書は、高機能グラファイトデバイスに関する。

より詳細には、本開示は、導電性パターンおよびセンサのうちの少なくともいずれか一方を備えたグラファイトデバイス、並びにその用途に関する。

グラファイトで構成されたデバイスは、多くの異なる技術で使用されている。通常、これらのデバイスは、例えば、電気用途のカーボンブラシ、車両のブレーキディスク、ブッシュやベアリングなどの消耗部品や摩耗部品として使用されている。

通常、これらのデバイスは、例えば、電気用途のカーボンブラシ、車両のブレーキディスク、ブッシュやベアリングなどの消耗部品や摩耗部品として使用されている。

いくつかの用途では、例えば、グラファイトデバイスの摩耗や、これらのデバイスの品質や利用率に影響を与える他のパラメータを監視することができる必要性がある。

引用文献１には、ブレーキディスクなどのブレーキシステムが、ブレーキの摩擦材料内に埋め込まれたセンサ摩耗材料を有することが記載されている。

ブレーキディスクのようなデバイスだけでなく他の消耗部品および摩耗部品も、これらのデバイスの安全性、持続時間および寿命を改善するとともに監視するための監視可能性を備えるように提供することができる必要性がある。

米国特許第７８７７２１６号明細書

本開示の目的は、従来のグラファイトデバイスの欠点の少なくとも一部を除去または緩和する改良されたグラファイトデバイスを提供することにある。

この目的は、添付の独立請求項によるグラファイトデバイスおよび方法によって、全体的にまたは部分的に達成される。実施形態は、添付の従属請求項、および以下の説明および図面に記載されている。

第１の態様によれば、グラファイト材料デバイスが設けられ、グラファイト材料デバイスは、内部および外部のうちの少なくともいずれか一方に、少なくとも１つの導電性パターンおよび少なくとも１つのセンサのうちの少なくともいずれか一方を備えている。

グラファイト材料デバイスを導電性パターンおよびセンサのうちの少なくともいずれか一方により直接設けることにより、グラファイト材料デバイスの特性の容易かつ信頼性の高い監視が達成され得る。監視され得る特性は、例えば、摩耗、温度、振動、せん断、摩擦、電気的損失等である。特性は、導電性パターンまたはセンサによって提供される信号によって直接測定されてもよいし、これらの信号に基づいて計算されてもよい。これは、カーボンブラシやブレーキディスクのようなデバイスを監視するためのよりデジタルな方法を提供することができ、この方法は、例えばこれらのデバイスが摩耗したときを示すのみならず、これらのデバイスのリアルタイムの状態を提供することによって、実施される。これにより、様々なタイプの電気機械および車両が確実により安全に操作され、これらのデバイスを組み込んだ機械および車両のサービスが簡素化される。信号は、例えばカーボンブラシが磨耗するに先だってサービス機能に送信されてもよく、これにより、電気機械が望ましくない静止状態になったり、カーボンブラシの不均一な磨耗によって損傷したりするリスクを最小限に抑えることができる。また、信号を直接サービス施設に送信することができる車両にも使用することができる。ひいては、これにより、これらの予備部品を保管しておく必要性が低減され、サービスおよび修理作業を提供するより効率的な方法で、莫大な経済的利益が得られる。

少なくとも１つの導電性パターンおよび少なくとも１つのセンサのうちの少なくともいずれか一方は、デバイスの表面の少なくとも一部上に設けられるか、またはデバイスと一体的に設けられ、少なくとも１つの導電性パターンおよび少なくとも１つのセンサのうちの少なくともいずれか一方は、表面の少なくとも一部にエッチングまたはプリントすることによって、デバイスと一体的に設けられる。

導電性パターンまたはセンサをデバイスと一体的に設けることにより、デバイスの機能を損なう可能性のある取り外し可能な部品を含まない堅牢なデバイスが得られる。さらに、導電性パターンまたはセンサを一体的に設けることは、容易に製造プロセスの一部とすることができ、これにより、デバイスを効率的かつ経済的に製造することができる。

これに代えて、少なくとも１つの導電性パターンおよび少なくとも１つのセンサのうちの少なくともいずれか一方は、表面の少なくとも一部に取り付けられてもよい。

取り付けとは、導電性パターンまたはセンサが、例えば接着剤または熱溶融または他の取り付け手段を用いて、デバイスに適用されることを意味する。導電性パターンは、例えば、ポリマプレート、または他の材料にプリントまたはエッチングされたものであり、これは、デバイスの表面または側面に取り付けられる。高抵抗ワイヤなどのさらなるセンサが、例えば接着剤または他のタイプの堅固な取り付け手段を使用してデバイスに取り付けられてもよい。

少なくとも１つの導電性パターンおよび少なくとも１つのセンサのうちの少なくともいずれか一方は、さらに別の態様によれば、デバイスの内部上に設けられてもよい。

これは、導電性パターンまたはセンサが、デバイスのボアホールを通して設けられてもよいこと、または、デバイスが少なくとも２つの部分で製造され、接合されたときに導電性パターンあるいはセンサがデバイスの内向きの表面に配置されてもよいことを意味する。

少なくとも１つの導電性パターンは、回路基板であってもよい。

１つ以上のセンサは、温度センサ、ひずみゲージおよび高抵抗ケーブル、加速度センサまたはこれらの任意の組み合わせのいずれかであってもよい。

デバイス上に設けられるセンサは、瞬間的な測定値を提供するセンサであってもよいし、測定値に計算または演算される信号であってもよい。

導電性パターンおよびセンサのうちの少なくともいずれか一方は、信号受信および信号処理のうちの少なくともいずれか一方を行うユニットに信号を送信するように構成されてもよい。

信号の受信および処理のうちの少なくともいずれか一方を行うユニットとは、導電性パターンおよびセンサのうちの少なくともいずれか一方のための信号を受信することができる任意のデバイスを意味する。ユニットはまた、信号を処理することができ、例えば、信号から異なる測定値を演算または計算することができる。測定値は、その後、アプリケーションに適した異なるフォーマットで表示または可視化されてもよい。

ユニットは、デバイスから遠隔に配置されてもよいし、デバイスと一体的に設けられてもよい。

信号は、無線で送信されてもよいし、有線で送信されてもよい。無線伝送は、Ｂｌｕｅｔｏｏｏｔｈ（登録商標）を介してもよい。また、無線伝送は、当業者に考えられる任意の他のタイプのものであってもよい。

グラファイト材料は、天然グラファイト、エレクトログラファイト、金属グラファイトのうちの任意のものであってもよい。

グラファイト材料は、焼結金属グラファイトであってもよい。

グラファイトデバイスは、カーボンブラシ、ブレーキディスク、ブッシュ、ベアリングのうちの任意のものであってもよい。

デバイスは、消耗部品または摩耗部品であってもよい。

第２の態様によれば、第１の態様によるグラファイト材料デバイスと、信号の受信および処理のうちの少なくともいずれか一方を行うユニットとからなるシステムが設けられる。信号の受信および処理のうちの少なくともいずれか一方を行うユニットは、コンピュータボックス、アプリケーションインターフェース、およびクラウドベースのユニット、または信号の受信および処理のうちの少なくともいずれか一方を行うのに適した他のユニットのうちの任意のものであってもよい。

第３の態様によれば、第１の態様によるグラファイト材料デバイスを監視する方法が提供される。方法は、グラファイト材料デバイスに導電性パターンおよび少なくとも１つのセンサのうちの少なくともいずれか一方を設ける工程と、グラファイト材料デバイスを、それが使用される用途に配置する工程と、用途においてグラファイト材料デバイスを使用する工程と、信号の受信および処理のうちの少なくともいずれか一方を行うユニットによって導電性パターンおよびセンサのうちの少なくともいずれか一方から信号を受信する工程とを含み、それにより信号はグラファイト材料デバイスを監視するために使用される。

第４の態様によれば、カーボンブラシ、ブレーキディスク、ブッシュおよびベアリングのうちの任意のものとしての第１の態様によるグラファイト材料デバイスの使用が提供される。

図１は、本考案の一実施形態によるデバイスおよびシステムを示す概略図である。

ここで、本解決策の実施形態を、例として、添付の概略図を参照して説明する。

図１は、導電性パターン２を備えたグラファイト材料デバイス１と、信号の受信および処理のうちの少なくともいずれか一方を行うユニット５と、ディスプレイデバイス３とからなるシステム１０を例示している。

一実施形態では、グラファイト材料デバイスは、消耗部品または摩耗部品であってもよい。

一実施形態では、グラファイト材料デバイスは、カーボンブラシ、ブレーキディスク、ブッシュおよびベアリングのうちの任意のものであってもよい。

グラファイト材料デバイスのグラファイト材料は、天然グラファイト、エレクトログラファイト、および金属グラファイトのうちの任意のものであってもよい。

一実施形態によれば、グラファイト材料は焼結金属グラファイトである。

グラファイト材料デバイスは、少なくとも１つの導電性パターン２、および少なくとも１つのセンサ２のうちの少なくともいずれか一方を備える。

図１に図示するように、グラファイト材料デバイス１は、導電性パターン２を備えたカーボンブラシであってもよい。図１では、これは回路基板として図示されている。

従って、導電性パターン２は、デバイス１の表面上に設けられるか、またはデバイス１内に配置される回路基板であってもよい。導電性パターン２は、異なる方法でデバイス１に適用されてもよいし、デバイス１上に設けられてもよい。１つの代替手段は、導電性パターンを表面にプリントすることである。別の代替手段は、デバイスの表面に導電性パターンを設けるためにエッチング技術を使用することである。エッチングまたはプリント技術は、当業者に周知であり、効率を損なうことなく、または実質的な追加コストを発生させることなく、デバイスの製造方法に容易に導入することができる。

導電性パターン２はまた、個別のデバイスとしてデバイス上に設けられてもよく、ここで導電性パターンは、例えばグラファイト材料デバイスの使用に適した接着剤、例えば接着剤、ホットメルト等のような異なるタイプの接着剤を利用して取り付けられる。

導電性パターンはまた、例えば、デバイスに穿孔された穴を有することによって、またはデバイスの２つの部分を互いに取り付けて内側にセンサを含むことによって、デバイスの内側に設けられてもよい。導電性パターンは、例えば、デバイスの一部分にプリントまたはエッチングされ、部分が互いに取り付けられた後、デバイス内に収容されてもよい。

また、グラファイト材料デバイスは、少なくとも１つのセンサ２を備えてもよく、１つ以上のセンサは、導電性パターンに加えて設けられてもよい。これに代えて、デバイス１は、少なくとも１つのセンサ２のみを備えてもよい。１つ以上のセンサ２は、デバイス自体および周囲の環境の異なる物理的特性を検知するように配置されてもよい。１つ以上のセンサは、例えば、温度、振動、電気的損失、加速度、摩耗などを検知するように配置されてもよい。したがって、１つ以上のセンサは、デバイスに適合するように寸法決めされ構成されてもよい。

１つ以上のセンサ２は、デバイスの表面上あるいは表面に、またはデバイスの表面の少なくとも一部上に設けられてもよい。センサは、例えば、デバイス上にプリントされてもよいし、エッチング技術を使用してデバイスに取り付けられてもよい。センサは、これに代えてセンサのタイプおよびセンサが使用されるデバイスのタイプに応じて、接着剤やホットメルト技術などの接着技術を使用してデバイスに取り付けられてもよい。

センサはまた、例えば、デバイスに穿孔された穴を有することによって、またはデバイスの２つの部分を互いに取り付けて内側にセンサを含むことによって、デバイスの内側に設けられてもよい。１つ以上のセンサは、例えば、デバイスの一部分にプリントまたはエッチングされ、部分が互いに取り付けられた後、デバイス内に収容されてもよい。

例として、１つ以上のセンサは、温度センサ、ひずみゲージおよび高抵抗ケーブル、加速度センサまたはこれらの任意の組み合わせのうちの任意のものであってもよい。

例えば、車両のブレーキディスクとして、または電気機械のスリップリングと係合するように配置されたカーボンブラシとして（これらの用途は図示しない）デバイス１が使用されているとき、導電性パターンおよびセンサのうちの少なくともいずれか一方は、信号の受信および処理のうちの少なくともいずれか一方を行う少なくとも１つのユニット５に少なくとも１つの信号を提供する。

導電性パターンおよびセンサ（複数可）のうちの少なくともいずれか一方からの信号は、図１に例示するように、有線（図示しない）により送信されてもよいし、無線４により送信されてもよい。無線送信は、Ｂｌｕｅｔｏｏｏｔｈ（登録商標）により実現してもよい。

１つ以上の信号は、信号の受信および処理のうちの少なくともいずれか一方を行うユニット５によって処理されてもよいし、他の任意のユニット（図示しない）によって処理されて、ディスプレイデバイス３に送信６されてもよい。図１では、ディスプレイデバイス３は、ハンドヘルドデバイス、例えばスマートフォンとして例示されているが、ディスプレイデバイスは、導電性パターンおよびセンサのうちの少なくともいずれか一方から送信された信号の結果を表示することができる任意のタイプのデバイスであってもよい。ディスプレイデバイスは、例えば、導電性パターンおよびセンサのうちの少なくともいずれか一方から送信された信号に応答して点灯するランプであってもよい。一実施形態によれば、信号の受信および処理のうちの少なくともいずれか一方を行うユニットおよびディスプレイデバイスは、一体的に設けられたデバイスであってもよい。

一代替案では、信号の受信および処理のうちの少なくともいずれか一方を行うユニットは、２つの物理的に個別のデバイスであってもよい。一代替案では、信号の受信および処理のうちの少なくともいずれか一方を行うユニットは、１つの一体的なデバイスであってもよい。

信号の受信および処理はまた、クラウドベースのアプリケーションで行われてもよい。

信号の受信および処理のうちの少なくともいずれか一方を行うユニットは、デバイス１に近接して配置されてもよいし、デバイス１に取り付けられてもよいし、遠隔に配置されてもよい。

一例として、信号の受信および処理のうちの少なくともいずれか一方を行うユニット５は、コンピュータボックス、アプリケーションインターフェース、およびクラウドベースのユニットのうちの任意のものであってもよい。

信号の受信および処理のうちの少なくともいずれか一方を行うユニット５は、導電性パターン（複数可）およびセンサ（複数可）のうちの少なくともいずれか一方からの信号を受信し、これらの信号に基づいて変換、転換を行うか、または結果を計算するように配置されてもよい。その結果は、その後、様々な方法で可視化または提示されてもよい。図１に示すように、信号はスマートフォンのアプリケーションに送信され、これにより、温度、デバイスの位置（例えば、デバイスに取り付けられたＧＰＳのようなジオロケーションセンサを使用して）、電気的損失、摩耗率などを表示することができる。

別の代替手段として、信号は、例えば、ブレーキディスクの温度、またはブレーキディスクの摩耗状態を示すように、自動車のような車両の通信システムに変換されて表示される。

これは、カーボンブラシやブレーキディスクのようなデバイスを監視するためのデジタルな方法を提供することができ、この方法は、例えばこれらのデバイスが摩耗したときを示すのみならず、これらのデバイスのリアルタイムの状態を提供することによって、実施される。

Claims (12)

1. カーボンブラシであるグラファイト材料デバイス（１）であって、
   前記グラファイト材料デバイス（１）の表面の少なくとも一部上に設けられる少なくとも１つの導電性パターン（２）を備え、
   前記少なくとも１つの導電性パターン（２）は、回路基板であり、前記少なくとも１つの導電性パターン（２）は、前記表面の少なくとも一部に取り付けられる、グラファイト材料デバイス（１）。
2. カーボンブラシであるグラファイト材料デバイス（１）であって、
   少なくとも１つの導電性パターン（２）を備え、
   前記少なくとも１つの導電性パターン（２）は、回路基板であり、前記少なくとも１つの導電性パターン（２）は、前記グラファイト材料デバイス（１）の内側に設けられる、グラファイト材料デバイス（１）。
3. カーボンブラシであるグラファイト材料デバイス（１）であって、
   前記グラファイト材料デバイスの表面の少なくとも一部に一体的に設けられる少なくとも１つの導電性パターン（２）を備え、
   前記少なくとも１つの導電性パターン（２）は、前記表面の少なくとも一部上にエッチングまたはプリントすることによって前記グラファイト材料デバイス（１）に一体的に設けられる、グラファイト材料デバイス（１）。
4. 少なくとも１つのセンサ（２）をさらに備える、請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載のグラファイト材料デバイス（１）。
5. 前記センサ（２）は、温度センサ、ひずみゲージおよび高抵抗ケーブル、加速度計またはこれらの任意の組み合わせのうちの任意のものである、請求項４に記載のグラファイト材料デバイス（１）。
6. 前記導電性パターン（２）および前記センサ（２）のうちの少なくともいずれか一方は、信号の受信および処理のうちの少なくともいずれか一方を行うユニット（５）に信号を送信するように構成される、請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載のグラファイト材料デバイス（１）。
7. 前記ユニット（５）は、前記グラファイト材料デバイス（１）から遠隔に配置されるか、または前記グラファイト材料デバイス（１）と一体的に設けられる、請求項６に記載のグラファイト材料デバイス（１）。
8. 前記信号は、無線または有線により送信される、請求項６に記載のグラファイト材料デバイス（１）。
9. 前記無線の送信はブルートゥース（登録商標）による、請求項８に記載のグラファイト材料デバイス（１）。
10. グラファイト材料は、焼結金属グラファイトである、請求項１乃至９のうちのいずれか一項に記載のグラファイト材料デバイス（１）。
11. 請求項１乃至１０のうちのいずれか一項に記載の前記グラファイト材料デバイス（１）と、信号の受信および処理のうちの少なくともいずれか一方を行うユニット（５）とを備える、システム（１０）。
12. 前記信号の受信および処理のうちの少なくともいずれか一方を行うユニット（５）は、コンピュータボックス、アプリケーションインターフェース、およびクラウドベースのユニットのうちの任意のものである、請求項１１に記載のシステム（１０）。