JP5957463B2 - 伝送シート、伝送ユニット及びそれらを備えた非接触電力伝送システム - Google Patents

伝送シート、伝送ユニット及びそれらを備えた非接触電力伝送システム Download PDF

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Description

本発明は、伝送シート、伝送ユニット及びそれらを備えた非接触電力伝送システムに関する。
本願は、2011年10月31日に日本に出願された特願2011−238968号及び2012年3月14日に日本に出願された特願2012−057956号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
従来、種々の高比誘電率材料の開発が行われている。比誘電率が高い材料の使用目的は、さまざまであるが、主としてコンデンサ用途として用いることが考えられる。コンデンサ用途として用いる場合には、静電容量の高さと損失の低さが、良好な材料として使われる場合の必要条件となる。更に、耐電圧の高さといった特性が付与されれば、より多くの電荷を溜めることが可能となり、用途は更に広がることになり、これまで、これらの条件を満たすべく、数多くの材料が開発されてきた。
硬い無機材料によって上記の特性を付与したものは数多く開発されてきており、セラミックス系では、比誘電率4のものから10000に達するものまで開発され、用途によって使い分けられている。
最も一般的な高比誘電材料であるセラミクスにおいては、誘電率と誘電正接は、セラミクスの結晶を構成している元素とその結晶構造で特定されるトレードオフ関係にあるため、この両者を両立されることはほとんど不可能に近い。すなわち、誘電率が高いセラミクス材料は、その結晶構造は非対称系であるがために誘電正接が高くなるのが必然であった。
一方、近年では、有機誘電体材料も開発されてきている(例えば、非特許文献1)。有機材料に関しても、誘電率の高さと誘電正接の低さを両立させる試みはあったが、現象としてはセラミクスと同様である。すなわち、電荷の分極や電子のスピン配向を促進するなどの化学構造を付与することによって材料の誘電率を向上させると、必然として誘電正接が増加するというジレンマがあった。
以上のように、これまで比誘電率と誘電損失のトレードオフ関係は常に存在し、回避できないものと捉えられてきており、この課題は解決が不可能であると思われてきた。
高分子材料をマトリクスとする誘電材料においては、比誘電率を向上させる目的で導電性のフィラーを添加することが行われている。
例えば、特表2005−500648号公報には高分子マトリクスにカーボンナノチューブを分散させた誘電材料が開示され、国際公開WO2006/064782号パンフレットにはシリコーンゴム中にカーボン粒子を分散させた誘電材料が開示されている。また特開2006−107770号公報には、導電性粉末に絶縁性コーティングを施したものを、バインダー樹脂に分散させた誘電性ペーストが開示され、国際公開WO2009/041507号パンフレットには、高分子マトリクス中に無機誘電体を分散させた誘電性エラストマ組成物に、カーボンブラックを添加することが記載されている。
ところで、送信電極と受信電極とを近接又は密着させてコンデンサを形成し、このコンデンサ(結合コンデンサ)を介して送信側から受信側に電力を伝送する電界結合方式(容量結合方式)の非接触電力伝送技術が開示されている(例えば、特許文献5〜7)。
非接触電力伝送システムにおいて、静電容量を高めて電力伝送効率を向上させるために、結合コンデンサにおいて電極間に誘電体層を用いることが開示されている(例えば、特許文献8)。
特表2005−500648号公報 国際公開WO2006/064782号パンフレット 特開2006−107770号公報 国際公開WO2009/041507号パンフレット 特開2009−89520号公報 特表2009−531009 特開2011−259649号公報 特開2012−5171号公報
Proceedings of International Society for Optics and Photonics、第5385巻、87−98ページ
高分子マトリクスに、導電性フィラーを添加することによって、複合材料を作製し、高い比誘電率を有する複合材料を得る手法においても、導電性フィラーの添加量が増えるほど誘電材料の比誘電率は向上するものの、導電性フィラーの添加量が一定量を超えると、導電性フィラー同士が接触することにより導電パスが形成されるため、誘電正接が増大してしまう。結果として導電性フィラーの量を低濃度に抑える必要が生じ、高い誘電率は望めなかった。
導電パスの形成を防止して誘電正接の増大を抑制するため、導電性フィラーに絶縁性コーティングを施す方法は、作業工程が煩雑で、再現性、量産性に欠ける上、絶縁性コーティングの剥離などという機械的強度の問題があった。
本発明は上記従来技術の課題を解決する材料であって、比誘電率と誘電正接とのトレードオフの関係が緩和され、導電性フィラーのコーティング無処理の状態であっても、比誘電率が高くかつ誘電正接が小さい高分子マトリクスに導電性フィラーを添加してなる複合材料を提供することを目的とする。
また、電界結合方式の非接触電力伝送システムは既に実用化されており、電力伝送に最適な結合コンデンサの材料や構成の開発が望まれている。
特に、結合コンデンサの静電容量(以下、接合容量と略す)は送信電極と受信電極との密着面積に左右されるが、両電極の密着面の面形状が合致しない場合は、面の一部のみが接触(密着)して密着面積が小さくなるために十分な静電容量が得られないという問題がある。
さらに、電界結合方式の非接触電力伝送システムにおいて、電極は筐体内部に仕込まれた形で用いることになる場合が多いと考えられる。そのため、電極上に備える高比誘電率の誘電体シートが開発できても、その表面に筐体すなわち低誘電率の絶縁層が被覆されてしまうことで、折角の高比誘電率が生かされない。すなわち、接合容量を上げるために高誘電体層を電極間に挿入しても、そこに筐体という低誘電率の絶縁層が挿入されることにより、接合容量は劇的に低下してしまうため、高出力な伝送シートの性能発揮は阻まれていた。例えば、チタン酸バリウムは比誘電率4000であるが、200μmのPTFE膜(比誘電率2.2)を被覆した場合には、PTFE膜とチタン酸バリウム層とからなる誘電体層を備えた接合容量は1/180に低下してしまう。
また、高比誘電率の層を用いないでむき出しの金属電極に直接筐体(低誘電率の絶縁層)を被覆した構成の送信電極を用いるシステムも多いが、この構成では、金属特有の剛直さのために、金属電極と筐体との接触が十分でなく、また、送信電極と受信電極との接触も十分ではないために、高出力を実現することは困難であった。
本発明はかかる状況に鑑み、高静電容量であって高伝送効率を実現可能とする結合コンデンサを構成する、非接触電力伝送システムで用いる伝送ユニット及びこの伝送ユニットを構成する伝送シート、並びに、それらを備えた非接触電力伝送システムを提供することを目的とする。特に、伝送シートについては、筐体(低誘電性絶縁層)の存在下でも高出力を実現する伝送シートを提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
(1)高分子材料中に導電性フィラーが分散されてなり、前記導電性フィラーの添加量が前記高分子材料の100質量部に対して1〜25質量部であり、周波数100Hzの交流電圧に対する比誘電率が30以上であり、かつ、誘電正接が3以下である複合材料。
(2)高分子材料と、導電性フィラーと、を含み、該導電性フィラーは、平均径が1μm以上の集合体を形成し、該集合体間の平均距離が、10nm〜30μmである複合材料。
(3)高分子材料と、導電性フィラーとを含み、厚み1μm以上の導電層を少なくとも2層と、該導電層と、同じものでも異なっていてもよい高分子材料を含み、該導電層の間に挿入された厚み10nm〜30μmの絶縁層とを有する複合材料。
(4)前記導電性フィラーが炭素材料である(1)〜(3)のいずれか一項に記載の複合材料。
(5)前記高分子材料が架橋されている(1)〜(4)のいずれか一項に記載の複合材料。
(6)前記高分子材料として、互いに相溶しない2種以上の高分子材料を含む(1〜5のいずれか一項に記載の複合材料。
(7)無機誘電体フィラーをさらに含む(1)〜(6)のいずれか一項に記載の複合材料。
(8)前記高分子材料がポリイミド、シリコーン樹脂、フッ素ポリマー、ポリウレタン、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、エポキシ樹脂、シアナートエステル樹脂、天然ゴムおよび合成ゴムからなる群より選ばれる1種以上である(1)〜(7)のいずれか一項に記載の複合材料。
(9)前記高分子材料が天然ゴムである(1)〜(7)のいずれか一項に記載の複合材料。
(10)前記高分子材料が合成ゴムである(1)〜(7)のいずれか一項に記載の複合材料。
(11)送信電極と受信電極とを近接させることにより電力伝送を行う非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニットを構成する伝送シートであって、(1)〜(10)のいずれか一項に記載の複合材料からなる、ことを特徴とする非接触電力伝送システムに用いる伝送シート。
(12)送信電極と受信電極とを近接させることにより電力伝送を行う非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニットを構成する伝送シートであって、機能性複合材料層と、第1絶縁層とを順に備え、前記機能性複合材料層が(1)〜(10)のいずれか一項に記載の複合材料からなる、ことを特徴とする非接触電力伝送システムに用いる伝送シート。
(13)前記第1絶縁層の体積固有抵抗率が1x1010(Ω・cm)以上であることを特徴とする(12)に記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送シート。
(14)前記第1絶縁層が、天然ゴム、EPDM、ABS樹脂、PTFEのいずれかからなる、ことを特徴とする(12)又は(13)のいずれかに記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送シート。
(15)送信電極と受信電極とを近接させることにより電力伝送を行う非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニットであって、電極と、機能性複合材料層とを順に備え、前記機能性複合材料層が(1)〜(10)のいずれか一項に記載の複合材料からなる、ことを特徴とする非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
(16)前記機能性複合材料層上に第1絶縁層を備える、ことを特徴とする(15)に記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
(17)前記第1絶縁層の体積固有抵抗率が1x1010(Ω・cm)以上であることを特徴とする(16)に記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
(18)前記第1絶縁層が、天然ゴム、EPDM、ABS樹脂、PTFEのいずれかからなる、ことを特徴とする(16)又は(17)のいずれかに記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
(19)前記電極と前記機能性複合材料層との間に第2絶縁層を備える、ことを特徴とする(15)〜(18)のいずれか一項に記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
(20)前記第2絶縁層の体積固有抵抗率が1x1010(Ω・cm)以上であることを特徴とする(19)に記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
(21)前記第2絶縁層が、天然ゴム、EPDM、ABS樹脂、PTFE、シアノアクリル酸エチルなどのシアノアクリレート系接着剤のいずれかからなる、ことを特徴とする(19)又は(20)のいずれかに記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
(22)前記電極がエラストマと炭素繊維とを含む導電体からなる、ことを特徴とする(15)〜(21)のいずれか一項に記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
(23)送信電極と受信電極とを近接させることにより電力伝送を行う非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニットであって、電極と、機能性複合材料層と、第1絶縁層とを順に備え、前記機能性複合材料層が(1)〜(10)のいずれか一項に記載の複合材料からなる、ことを特徴とする非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
(24)前記第1絶縁層の体積固有抵抗率が1x1010(Ω・cm)以上であることを特徴とする(23)に記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
(25)前記第1絶縁層が、天然ゴム、EPDM、ABS樹脂、PTFEのいずれかからなる、ことを特徴とする(23)又は(24)のいずれかに記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
(26)前記電極と前記機能性複合材料層との間に第2絶縁層を備える、ことを特徴とする(23)〜(25)のいずれか一項に記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
(27)前記第2絶縁層の体積固有抵抗率が1x1010(Ω・cm)以上であることを特徴とする(26)に記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
(28)前記第2絶縁層が、天然ゴム、EPDM、ABS樹脂、PTFE、シアノアクリル酸エチルなどのシアノアクリレート系接着剤のいずれかからなる、ことを特徴とする(26)又は(27)のいずれかに記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
(29)前記電極がエラストマと炭素繊維とを含む導電体からなる、ことを特徴とする(23)〜(28)のいずれか一項に記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
(25)(11〜(13)のいずれか一項に記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送シートを備えたことを特徴とする非接触電力伝送システム。
(26)(14)〜(29)のいずれか一項に記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニットを備えたことを特徴とする非接触電力伝送システム。
なお、「送信電極と受信電極とを近接させる」とは、送信電極と受信電極との間に伝送シートを介して送信電極と受信電極とを近接させる場合も含む。また、本発明の効果を損なわない範囲で、送信電極と受信電極との間に他の層を含んでもよい。
本発明によれば、比誘電率が高くかつ誘電正接が小さい高分子マトリクスに導電性フィラーを添加してなる複合材料を提供できる。
本発明によれば、高静電容量であって高伝送効率を実現可能とする結合コンデンサを構成する、非接触電力伝送システムで用いる伝送ユニット及びこの伝送ユニットを構成する伝送シート、並びに、それらを備えた非接触電力伝送システムを提供できる。特に、伝送シートについては、筐体(低誘電性絶縁層)の存在下でも高出力を実現する伝送シートを提供できる。
本発明の第1の実施形態である伝送ユニットの概略模式図である。 本発明の第2の実施形態である伝送ユニットの概略模式図である。 SUS電極、機能性複合材料層、第1絶縁層、銅電極を順に備えた結合コンデンサの断面模式図である。 送信側構成と受信側構成の組み合わせを示す図である。 高分子材料に対する導電性フィラーの添加量と、複合材料の導電率との関係を示すグラフである。 本発明の複合材料の断面写真である。 比較例の複合材料の断面写真である。 本発明の複合材料および比較複合材料に印加した電圧と、漏れ電流の関係を示す図である。 本願実施例および比較例で作製したワイヤレス給電システム(非接触電力伝送システム)の回路構成を示す図である。 実施例7の構成の交流周波数と出力との関係を示すグラフである。 送信側構成と受信側構成の組み合わせAO(1型)(a)、BO(1型)(b)、AO(2型)(c)、及びBO(2型)(d)のそれぞれについて、出力検査を行った結果を示すグラフである。 実施例11―1〜11―6で用いた機能性複合材料層を備えた伝送ユニットの組み合わせをCO(1型)とした伝送システムについて、LED点灯によって評価した結果を示す。
以下、本発明を適用した複合材料、伝送シート、伝送ユニット、及び、それらを備えた非接触電力伝送システム(電界結合方式の非接触電力伝送システムを挙げて説明するが、これらに限定されない)について、図面を用いてその構成を説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
≪複合材料≫
本発明の複合材料は、下記複合材料A、複合材料B、および、複合材料Cである。
複合材料A:マトリクスである高分子材料と、導電性フィラーと、を含み、該導電性フィラーが一定の平均径の集合体を形成し、該集合体同士の平均距離が一定に保たれている複合材料。
複合材料B:マトリクスである高分子材料と、導電性フィラーとを含み、所定の厚みを有する少なくとも2層の導電層と、導電層と同じでも異なっていてもよい高分子材料をマトリクスとして含み、所定の厚みを有する絶縁層とを有する複合材料。
複合材料C:マトリクスである高分子材料中に導電性フィラーが分散されてなり、導電性フィラーの添加量が高分子材料の100質量部に対して1〜25質量部であり、周波数100Hzの交流電圧に対する比誘電率が30以上であり、かつ、誘電正接が3以下である複合材料。
本発明の複合材料A〜Cは、高分子材料と導電性フィラーとを含み、一般的にパーコレーション理論に基づくメカニズムによって導電性フィラーの充填量(濃度、添加量)を多くすると導電率が増大し、その量がパーコレーション閾値を超えると急激に導電率が増大する材料を用いている。
本発明の複合材料は、導電性フィラーの充填量を多くすると、一般的には導電率及び比誘電率が共に増大する材料である。
通常の誘電体は電子が移動できない材料だけからなり、また、通常の導電体は電子が移動できる材料だけからなるのに対して、本発明の複合材料は導電性部分(導電性フィラー)と誘電性部分(高分子材料)すなわち、電荷が移動できる部分と電荷が移動できない部分とからなるため、特性の制御が可能である。
また、本発明の複合材料は、導電性フィラーの充填量を多くすると誘電正接が増大するが、その増大の程度は従来の高分子材料を基材とする複合材料と比較して非常に小さい。非接触電力伝送システムにおいて用いられる伝送ユニットにこの複合材料を用いる場合、誘電正接は電力伝送の際の損失に関係する物理量であり、誘電正接が大きいと損失は多く、小さいと損失は少なくなる。従来の高分子材料を基材とする複合材料では、高比誘電率を得るために導電性フィラーの充填量を多くすると誘電正接が増大してしまうため、導電性フィラーの充填量を十分に多くすることができず、結果として、所望の高比誘電率を得ることができなかった。
これに対して、本発明の複合材料は、導電性フィラーの充填量を多くしても誘電正接の増大の程度は小さくすることも可能なため、従来の高分子材料を基材とする複合材料よりも導電性フィラーの充填量を多くすることができ、結果として、従来のものより高比誘電率とすることが可能となる。
このように、本発明の複合材料では、従来の高分子材料を基材とする複合材料における、比誘電率と誘電正接とのトレードオフの関係が緩和されている。
[高分子材料]
高分子材料としては特に制限はないが、ポリイミド、シリコーン樹脂、フッ素ポリマー、ポリウレタン、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、エポキシ樹脂、ナイロン、スチレン−アクリロニトリル共重合体、ポリスチレン、ポリ乳酸、種々のエンジニアリングプラスチック、天然ゴム(NR)、合成ゴムなどが好ましく、天然ゴムおよび合成ゴムであることがより好ましい。合成ゴムの例としては、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム(EPDM)、クロロプレンゴム、アクリルゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、ブチルゴム(IIR)、ニトリルゴム(NBR)、フッ素ゴム、エチレン酢酸ビニルゴム、およびエピクロロヒドリンゴム(ECO)が挙げられ、好ましくはエチレン・プロピレンゴム、ブチルゴムおよびニトリルゴムである。これら高分子材料は1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。高分子材料として、天然ゴム、ブチルゴムおよびニトリルゴムなど炭素−炭素二重結合を有するゴムや、エポキシ樹脂などの硬化性樹脂を用いる場合、得られる複合材料の機械特性などの観点から、高分子材料が架橋されていることが好ましい。架橋の方法には特に制限はなく、周知の方法を用いることができる。
[導電性フィラー]
導電性フィラーとしては例えば、金、銀、銅、アルミなどの金属粒子(粉体を含む)および繊維状物、炭素材料、導電性セラミクスなどが挙げられ、好ましくは炭素材料と金属材料である。炭素材料の例としては、黒鉛、アセチレンブラックおよびケッチェンブラックなどの導電性カーボンブラック;フラーレン;カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、グラフェンおよび気相成長炭素繊維などの炭素繊維が挙げられ、好ましくは炭素繊維である。金属材料としては、導電性を有するものはすべて使用できる。
[その他の成分]
本発明の複合材料は本発明の効果を損なわない範囲で、上述の高分子材料および導電性フィラーのほか、各種添加剤(顔料、安定剤、可塑剤など)、架橋剤、架橋助剤、架橋促進剤、および無機フィラーを含んでもよい。無機フィラーを添加する場合、得られる複合材料の、機械特性や重量の観点から、その含有量は高分子材料100質量部あたり0〜200質量部とすることが好ましい。また加工性、機械特性、対候性などを改善する目的で適宜公知の添加剤を含有してもよい。
[複合材料A]
<導電性フィラーの集合体>
本発明の複合材料Aにおいて、導電性フィラーの集合体の平均径は、1μm以上である。また集合体間の平均距離は、10nm〜30μmである。好ましい集合体の平均径および平均距離は、用いる高分子材料や導電性フィラーの種類によっても異なるが、例えば高分子材料としてブチルゴム、ニトリルゴムまたは天然ゴムを用い、導電性フィラーとして炭素繊維を用いる場合、集合体の平均径が、好ましくは1〜10μm、より好ましくは2〜6μmであり、集合体間の平均距離が、好ましくは100nm〜20μm、より好ましくは2μm〜10μmである。集合体の平均径と平均距離とが上記範囲であると、比誘電率が大きく、誘電正接が小さい複合材料が得られる。
複合材料中の集合体の平均径および集合体間の平均距離は、下記の手順で決定する。
ミクロトームを用いて、複合材料から厚み約5μmの切片を切り出す。なお、複合材料が膜状である場合、切片の厚み方向が、複合材料の厚み方向に対して略垂直となるように切り出す。また、複合材料が大きすぎて、直接ミクロトームで切削できない場合は、カミソリ刃などを用いて適切な大きさに切り出してから、ミクロトームによる加工を行ってもよい。複合材料が軟らかすぎてそのままでは切削できない場合は、液体窒素を用いて複合材料を凍結した後、ミクロトームによる加工を行ってもよい。
次いで、作製した切片を、透過顕微鏡を用いて倍率500倍で観察し、視野内の集合体について、短径と、隣接する集合体間の距離とを測定し、それぞれ算術平均して平均径および平均集合体間距離を求める。
上記集合体を形成させるための、好ましい導電性フィラーの添加量は、マトリクスとなる高分子材料の種類や、用いる導電性フィラーの形状によっても異なる。例えば、高分子材料としてブチルゴム、ニトリルゴムまたは天然ゴムを用いて、平均繊維径1〜100nm、平均繊維長0.5〜50μm程度の炭素繊維を導電性フィラーとして添加する場合、高分子材料100質量部に対し、好ましくは1〜25質量部、より好ましくは1〜10質量部である。なお導電性フィラーの平均粒径、平均繊維径および平均繊維長は、導電性フィラーを電子顕微鏡で観察し、100本程度の導電性フィラーについて測定した繊維径および繊維長を、それぞれ算術平均することによって得られる。
<集合体の制御>
上記集合体の径や距離を制御する方法には特に制限はないが、例えば、集合体と集合体を分断するような構造体をマトリクス中に配置する方法が挙げられる。このような構造体としては例えば、上記高分子材料の架橋構造、無機誘電体フィラー、上記高分子材料の相分離構造などが挙げられる。
(架橋構造による集合体の制御)
架橋の条件には特に制限はなく、集合体の大きさおよび距離が上記の範囲になるように、適宜、選択することができる。
例えば、天然ゴム、ニトリルゴム、ブチルゴムなど、炭素−炭素二重結合を有する高分子材料を用いる場合、硫黄、硫黄化合物、有機過酸化物、アミン化合物、金属酸化物などの架橋剤、好ましくは硫黄または有機過酸化物を用いて加熱により架橋することができる。
架橋剤として硫黄を用いる場合、その添加量は、好ましくは高分子材料100質量部に対し1〜4質量部である。また必要に応じて、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、ステアリン酸およびアミン類などの架橋助剤や、チアゾール類、チウラムジスルフィド類などの架橋促進剤を用いることができる。
架橋剤として用いることのできる有機過酸化物には特に制限はなく、例として、ジクミルペルオキシド(DCP)、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサンなどのジアルキルペルオキシド類;1,1−ビス(t−ブチルペルオキシ)3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、1,1−ビス(t−ヘキシルパーオキシ)3,3,5−トリメチルシクロヘキサンなどのペルオキシケタール類;などが挙げられる。好ましくはジクミルペルオキシド、1,1−ビス(t−ブチルペルオキシ)3,3,5−トリメチルシクロヘキサンである。有機過酸化物を用いる場合、その添加量は好ましくは高分子材料100質量部に対し、0.5〜3質量部である。
(無機誘電体フィラーによる集合体の制御)
集合体を制御するために用いる無機誘電体フィラーには特に制限はなく、例えばチタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、酸化チタン、絶縁性カーボンなどを挙げることができ、好ましくはチタン酸バリウム、酸化チタンであり、より好ましくは酸化チタンである。
無機誘電体フィラーの粒径および添加量は、用いる高分子材料、導電性フィラーおよび無機誘電体フィラーの種類や、導電性フィラーの量によっても異なる。例えば高分子材料として天然ゴムまたはニトリルゴムを用い、導電性フィラーとして、高分子材料に対して2〜4質量部の炭素繊維を用い、無機誘電体フィラーとして酸化チタンを用いる場合、無機誘電体フィラーの粒径は、好ましくは5nm〜100nm、より好ましくは10〜20nmであり、添加量は、高分子材料100質量部に対し、好ましくは0.5〜200質量部、より好ましくは1〜100質量部である。
(海島構造による集合体の制御)
集合体を制御するために、高分子材料の相分離構造を用いる場合、高分子材料が海島構造をとるようにすることが好ましい。この際に用いる高分子材料としては、互いに非相溶な2種以上の高分子材料の組合せであれば特に制限はなく、例として、天然ゴムとニトリルゴム、ナイロン6とスチレン−アクリロニトリル共重合体、ナイロン6とポリスチレン、ポリプロピレンとエチレンプロピレンゴム、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)とポリ乳酸(PLLA)、ポリ乳酸とポリブチレンサクシネート(PBS)などを用いることができ、好ましくは天然ゴムとニトリルゴムの組合せが挙げられる。島相の分散粒径は、用いる導電性フィラーの大きさなどによっても異なるが、例えば繊維径数十nm、繊維長数μmの気相成長炭素繊維を用いる場合、好ましくは1〜10μm、より好ましくは2〜4μmである。
<複合材料Aの製造方法>
複合材料Aの製造方法には特に制限はなく、高分子材料からなるマトリクス中に、導電性フィラーを含有させて得ることができる。
(導電性フィラーの添加)
高分子材料からなるマトリクスに導電性フィラーを含有させる方法には特に制限はなく、公知の方法を用いることができる。
例えば、あらかじめ秤量した高分子材料、導電性フィラーおよび必要に応じて他の成分を、各種ミキサー、ニーダー、ロールなどを用いて混練することができる。
また湿式法を用いることもできる。すなわち、あらかじめ高分子材料を3〜20質量%となるように溶媒に溶解または分散する。高分子材料が溶解も分散もしにくい場合には、凍結粉砕などの方法で高分子材料を予め微粒子状にしておいてもよい。高分子材料として互いに相溶しない2種以上の高分子材料を組み合わせて用いる場合は、一つの液に全ての高分子材料を溶解または分散させておいても、2種類の高分子材料液を別々に調製したのち、混合してもよい。高分子材料として架橋されたものを用いる場合は、架橋剤および必要に応じて架橋助剤、架橋促進剤を高分子材料と合わせて溶解または分散しておく。
一方、高分子材料を溶解または分散したのと同じ溶媒に、導電性フィラーを分散媒100質量部に対し、炭素繊維500質量ppm〜1質量%となるように分散させる。
次いで、高分子材料の液に、導電性フィラーを分散した液を加え、フィラーを分散させたのち、混合物から溶媒を除去する。
複合材料に無機誘電体フィラーを含有させる場合は、導電性フィラーの分散液と同じ溶媒に、無機誘電体フィラーを500質量ppm〜1質量%になるように分散させたものを調整し、高分子材料の液に加える。
液中にフィラーを分散させる方法としては特に制限はなく、ホモジナイザーを用いる方法などが挙げられる。
(その他の工程)
複合材料は、適宜成形して用いることができる。成形の方法にはとくに制限はなく、例えば圧縮成形などの方法を用いることができる。
複合材料中の高分子材料を架橋させる場合、溶媒を除去した後に架橋を行う。架橋の方法としては光架橋や熱架橋が挙げられ、好ましくは熱架橋である。熱架橋を行う場合、その温度や時間には特に制限はなく、用いる高分子材料の種類に応じて適宜選択することができる。例えば天然ゴム、ブチルゴム、ニトリルゴムなどの炭素−炭素二重結合を有するゴムを架橋する場合、好ましくは110〜150℃で15〜30分間である。熱架橋は、成形工程と同時に行うことができる。
[複合材料B]
本発明の複合材料Bは、少なくとも2層の導電層と、該導電層との間に挿入された絶縁層とを有するものであれば特に制限はないが、例えば、導電層/絶縁層/導電層の3層構造とすることができる。
<導電層>
導電層に含まれる導電性フィラーの添加量は、マトリクスとなる高分子材料の種類や、用いる導電性フィラーの形状によっても異なる。例えば、高分子材料としてブチルゴム、ニトリルゴムまたは天然ゴムを用いて、平均繊維径1〜100nm、平均繊維長0.5〜50μm程度の炭素繊維を導電性フィラーとして添加する場合、高分子材料100質量部に対し、好ましくは1〜30質量部、より好ましくは1〜20質量部である。導電性フィラーの添加量が上記範囲であると、導電性フィラー同士の接触が充分に得られ、導電層の導電性が高められる。また導電性フィラーが絶縁層を貫通するおそれがないほか、柔軟性に富んだ複合材料が得られる。
導電層中で、導電性フィラーは必ずしも均一に存在する必要はなく、部分的に凝集していてもよいし、厚み方向に充填密度が変化していてもよい。
導電層の厚みは1μm以上である。導電層の好ましい厚みは、好ましくは0.1〜10mm、より好ましくは0.2〜2mmである。
<絶縁層>
絶縁層は、高分子材料をマトリクスとして含む。該高分子材料の種類は、導電層で用いるものと同じであっても、違っていてもよい。また絶縁層に用いる高分子材料は、架橋されていてもよく、架橋されていなくてもよい。絶縁層は、導電性が生じない範囲で導電性フィラーを含んでいてもよい。絶縁層に導電性フィラーを含む場合、導電性フィラーの分布は、必ずしも均一でなくてもよい。
絶縁層の厚みは10nm〜30μm、好ましくは100nm〜20μm、より好ましくは2〜10μmである。
<複合材料Bの製造方法>
複合材料Bの製造方法には特に制限はなく、例えば、以下のようにして得られる。
複合材料Aの製造と同様にして、高分子マトリクス中に導電性フィラーなどの材料を含有させ、適宜膜状に成形して導電層とする。
次いで、絶縁層形成用の高分子材料を溶媒に溶解または分散した液を、導電層に塗布後、溶媒を除去する。塗布の方法に特に制限はなく、公知の方法を用いることができる。塗布の方法の例として、バーコーターによる方法やスピンコーター、スクリーン印刷などが挙げられる。
絶縁層を形成した面にさらに導電層を重ね、圧着して複合材料とする。
また絶縁層を予め自立膜として成膜しておき、この膜を導電層に挟んで圧着する方法なども挙げられる。
[複合材料C]
複合材料Cは、周波数100Hzの交流電圧に対する比誘電率が30以上であり、かつ、誘電正接が3以下であるように、導電性フィラーの添加量を高分子材料の100質量部に対して1〜25質量部の範囲で選択されて、高分子材料中に導電性フィラーが分散されてなる複合材料である。
複合材料Cは、高分子材料中に導電性フィラーが分散されてなる材料であるが、導電性フィラーは通常、所定量集まって集合体で存在するので、高分子材料中に導電性フィラーが分散されてなる材料とは主には、高分子材料中に導電性フィラーの集合体が分散されてなる材料であるが、公知の方法で導電性フィラーを単体で高分子材料中に分散されたものも含まれる。例えば、カーボンナノチューブが単体で高分子材料中に分散されてなる複合材料も含まれる。
<複合材料Cの製造方法>
複合材料Cの製造方法において、上述した製造方法を適宜用いることができる。すなわち、例えば、上述した<集合体の制御>の方法を用いて比誘電率及び誘電正接を調整してもよい。
(導電性フィラーの添加量)
本発明の複合材料は、既存の材料に比べて、導電性フィラーの添加量に伴う比誘電率の増大に対して、誘電正接の増大の程度を小さくしたものであるが、誘電正接の増大を抑制する方法を講じなければ、比誘電率及び誘電正接は導電性フィラーの添加量に応じてほぼ単調に増大するという規則性を有する材料でもある(ただし、導電性フィラーの添加量が一定量を超えると、導電性フィラー同士が接触することにより導電パスが形成されるために、誘電正接の増大が大きくなる。また、誘電正接の増大を抑制する方法を講じることにより、誘電正接の単調増大の規則性を変えることもできる。)。予め、導電性フィラーの添加量と比誘電率及び誘電正接との関係を得ておくことにより、複合材料Cに規定する範囲内の所望の比誘電率及び誘電正接となる導電性フィラーの添加量を決定することができる。なお、誘電特性(比誘電率及び誘電正接)の調整、制御は、他の方法(例えば、混練条件の調整)によって行うこともできる。
[複合材料の用途]
本発明の複合材料は、従来の高分子材料を基材とする複合材料における、比誘電率と誘電正接とのトレードオフの関係が緩く、従来の高分子材料を基材とする複合材料よりも比誘電率が高く、かつ、誘電損失が低いという特性を有する。また、高分子材料をマトリクスとすることができるため、種々の物性を付与することができる。例えばゴムなどのエラストマを高分子材料として用いた場合には柔軟性を有する。そのため、これら特性を必要とする様々な用途、例えば、電磁波を送受信する際の電極間に配置される誘電体層として、効率的な電磁波の送受を可能にする用途に、広く効果が望める。例えば、特開2010−16592に記載されているような、電波伝達媒体との間に挿入するインターフェースとして、あるいは電磁誘導、電磁共鳴、磁界共鳴といったワイヤレス給電を行うに際しての電磁界の安定化、出力制御に寄与する効果が望める。
≪伝送シート≫
本発明において「伝送シート」とは、送信電極と受信電極とを近接させることにより電力伝送を行う非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニットを構成する部材であって、電極以外の部分を構成する部材である。なお、「伝送シート」における“シート”は一般に用いられ得る形状を示す表現として用いているに過ぎず、薄く拡がった形状に限定されない。
本発明の伝送シートは、送信側、受信側のいずれの伝送ユニットにおいても用いることができる。また、共振を取り入れた直列共振型回路、並列共振型回路を用いるものや共振を用いないアクティブキャパシタ型回路を用いるもの等、いずれのタイプの電界結合方式、あるいはその他の非接触電力伝送システムの伝送ユニットにおいても用いることができる。また、非接触電力伝送システムについて特に制限はなく、携帯電話等の携帯機器の分野、自動車等の輸送機器の分野等のあらゆる分野の非接触電力伝送システムの伝送ユニットにおいても用いることができる。
また、本発明の伝送シートは用いられる非接触電力伝送システムに適した形状で用いることができる。
また、本発明の伝送シートは本発明の効果を損なわない範囲で、他の層を備える態様で用いることができる。
本発明の伝送シートは、高分子材料を基材とする複合材料を備えるため、金属やセラミックス等と比べて柔軟性、可撓性が高い。
そのため、送信電極又は受信電極が当該伝送シートを電極上に備える構成とすると、電極の表面に凹凸や歪みが存在していたとしても当該伝送シートはその形状に合致するように変形するので、当該伝送シートと電極との密着性が高くなり、その結果、接合容量を高めることができる。
さらに、当該伝送シートを電極上に備えた構成では、電力伝送時に相手方の電極と接触(密着)させたときに、相手方の電極の面形状に合致するように変形することができ、その結果、接合容量を高めることができる。
例えば、むき出しの硬い金属電極上にテーブルマット等を載せてその上に携帯電話を置いて給電を行う電界結合方式の非接触電力伝送システムにおいて、携帯電話の背面が曲面である場合、金属電極及びテーブルマット(送信電極側)と携帯電話(受信電極側)とが広い面接触ではなく、点接触状になってしまう。静電容量を高くするためには接触(密着)面が広いことが重要なので、このような接触(密着)状態は望ましくない。これに対して、本発明の伝送シートを用いれば、伝送シートの変形によって広い接触(密着)面積を確保することができ、その結果、高い接合容量を得ることができる。さらに、本発明の伝送シートは安価で成型加工性に優れている。
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態の伝送シートは、複合材料A〜Cのいずれかからなるものである。
第1の実施形態の伝送シートは、その上に筐体のような低誘電性絶縁層を備える場合でも静電容量が高く、高出力を可能とする。
第1の実施形態の伝送シートの厚さは0.1〜10mmであることが好ましい。この範囲であれば、自立膜としての強度が得られ、また良好な密着性が得られるからであり、さらに、伝送装置の体積が大きくならず、且つ重くならずに済む共に、接合容量の低下を招きにくく、十分な伝送能力が得られやすいからからである。
第1の実施形態の伝送シートは、高分子材料の種類や架橋されているか否か、導電性フィラーの種類、導電性フィラーのモルフォルジー(集合体の径や集合体間の距離)やその濃度、無機導電性フィラーの有無等の作製条件等によって、伝送シートの特性を調整、制御することができる。また、公知の方法によって調整、制御してもよい。
顧客の要求に合わせて、この伝送シートを含む伝送ユニットの構成(例えば、電極に直接、伝送シートを備えるのか、その間に絶縁層を備えるのか、伝送シートの上に保護膜を備えるのか、等)に適した特性(導電率、比誘電率、及び、誘電正接)を有する、伝送シートを用いることができる。
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態の伝送シートは、第1の実施形態における機能性複合材料層と、第1絶縁層とを順に備えるものである。第1絶縁層は、機能性複合材料層の両面に設けてもよい。
機能性複合材料層の厚さは0.1〜10mmであることが好ましい。この範囲であれば、自立膜としての強度が得られ、また良好な密着性が得られるからであり、さらに、伝送装置の体積が大きくならず、且つ重くならずに済む共に、接合容量の低下を招きにくく、十分な伝送能力が得られやすいからからである。
第1絶縁層の材料としては、絶縁性を有し(体積固有抵抗率が1×1010Ω・cm以上)、密着性を阻害しない高分子材料であれば特に制限はなく、例えば、ポリイミド、シリコーン樹脂、フッ素ポリマー、ポリウレタン、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレン・ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、ポリエステル、エポキシ樹脂、ナイロン、スチレン−アクリロニトリル共重合体、ポリスチレン、塩化ビニル、ポリ乳酸、種々のエンジニアリングプラスチック、天然ゴム(NR)、合成ゴムなどが好ましい。合成ゴムの例としては、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム(EPDM)、クロロプレンゴム、アクリルゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、ブチルゴム(IIR)、ニトリルゴム(NBR)、フッ素ゴム、エチレン酢酸ビニルゴム、およびエピクロロヒドリンゴム(ECO)が挙げられる。好ましくは、天然ゴム、EPDM、ポリエチレン、ポリプロピレン、ABS樹脂、ナイロン、PET、PTFE、ポリイミド、塩化ビニル、ポリスチレンを用いることができる。第1絶縁層の厚さは5μm〜5mmであることが好ましい。5μm未満の場合は強度低下があり、5mm超える場合は接合容量の低下を招く。
第2の実施形態の伝送シートは、第1絶縁層を組み合わせることによって、及び、高分子材料の種類や架橋されているか否か、導電性フィラーの種類、導電性フィラーのモルフォルジーやその濃度、無機導電性フィラーの有無等の作製条件によって、伝送シートの特性、目的とする周波数での比誘電率、及び、誘電正接を調整、制御することができる。
≪伝送ユニット≫
本発明において「伝送ユニット」とは、送信電極と受信電極とを近接させることにより電力伝送を行う非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニットであって、電極と伝送シートとからなる部材である。なお、「伝送ユニット」の形状は限定しない。
本発明の伝送ユニットは、送信側、受信側のいずれの伝送ユニットとしても用いることができる。また、共振を取り入れた直列共振型回路、並列共振型回路を用いるものや共振を用いないアクティブキャパシタ型回路を用いるもの等、いずれのタイプの電界結合方式、あるいはその他の非接触電力伝送システムの伝送ユニットにおいても用いることができる。また、非接触電力伝送システムについて特に制限はなく、携帯電話等の携帯機器の分野、自動車等の輸送機器の分野等のあらゆる分野の非接触電力伝送システムの伝送ユニットにおいても用いることができる。
また、本発明の伝送ユニットは用いられる非接触電力伝送システムに適した形状で用いることができる。
また、本発明の伝送ユニットは本発明の効果を損なわない範囲で、他の層を備える態様で用いることができる。
(第1の実施形態)
図1に、本発明の第1の実施形態である伝送ユニットの概略模式図を示す。
本発明の一実施形態である伝送ユニット100は、送信電極と受信電極とを近接させることにより電力伝送を行う非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニットであって、電極1と、機能性複合材料層2とを順に備える。
機能性複合材料層2には、複合材料A〜Cのいずれかからなるものを用いることができる。
伝送ユニット100が電極1上に備える機能性複合材料層2は高分子材料を基材とする複合材料からなるため、金属やセラミックス等と比べて柔軟性、可撓性が高い。そのため、電極1の表面に凹凸や歪みが存在していたとしても機能性複合材料層2はその形状に合致するように変形するので、機能性複合材料層2と電極1との密着性が高くなり、その結果、接合容量が高くなる。
さらに、電力伝送時に相手方の電極と接触(密着)させたときに、相手方の電極の面形状に合致するように変形することができ、その結果、接合容量が高くなる。
例えば、むき出しの硬い金属電極上にテーブルマット等を載せてその上に携帯電話を置いて給電を行う電界結合方式の非接触電力伝送システムにおいて、携帯電話の背面が曲面である場合、金属電極及びテーブルマット(送信電極側)と携帯電話(受信電極側)とが広い面接触ではなく、点接触状になってしまう。接合容量を高くするためには接触(密着)面が広いことが重要なので、このような接触(密着)状態は望ましくない。これに対して、本発明の伝送ユニットを用いれば、機能性複合材料層2の変形によって広い接触(密着)面積を確保することができ、その結果、高い接合容量を得ることができる。
機能性複合材料層2の厚さは、0.1〜10mmであることが好ましい。この範囲であれば、自立膜としての強度が得られ、また良好な密着性が得られるからであり、さらに、伝送装置の体積が大きくならず、且つ重くならずに済む共に、接合容量の低下を招きにくく、十分な伝送能力が得られやすいからからである。
電極1の形状についても特に制限はない。
電極1の材料としては導電性を有する材料であれば、特に制限なく用いることができる。具体的には例えば、銅、アルミ、鉄などの金属の他、ITO等の透明電極、金属箔、各種金属を蒸着したフィルムを用いることができる。
例えばまた、電極の材料として、高分子材料を基材として導電性付与剤(導電性フィラー)が含有され、導電性とされた材料を用いることができる。かかる材料は柔軟性を備えているため、柔軟性が要求される電極に用いることができる。また、機能性複合材料層も柔軟性を有するため、かかる材料からなる電極と組み合わせて、伝送ユニット全体を柔軟性を有するものとすることができる。
<第1絶縁層>
第1の実施形態である伝送ユニットは、機能性複合材料層2上に第1絶縁層を備えてもよい。
実際の非接触電力伝送システムにおいては、使用時の耐久性向上等を目的として機能性複合材料層上に保護フィルムを備えるのが好ましく、第1絶縁層はその保護フィルムとしての機能を有する。
また、第1絶縁層はそれ自体、結合コンデンサの誘電体層としての機能を有する。
第1絶縁層は筐体をモデル化したものとも言える。
通常、高比誘電率材料層とそれより比誘電率が低い保護フィルムとを重ねて用いる場合、直列コンデンサの総容量(C)は、1/C=1/C1+1/C2(C1、C2は高比誘電率材料層、保護フィルムの静電容量)で決まるため、高比誘電率材料の特性を生かすことができない。
この低誘電率の保護フィルムによる容量性の低下という問題を解決するために、例えば50μm以下程度の極薄膜を送信電極の表面に直接コートして、そこに受信電極を密着させるという手法が考えられる。しかし、従来の電極は硬いため、曲面同士を密着させることが困難(密着させるための位置決めが困難)であるから、極端に密着性が低下し、その結果、出力が低下する。これに対して、本発明の伝送ユニットでは、電極上に柔軟な機能性複合材料層を備え、その機能性複合材料層上に保護フィルム(第1絶縁層)を備えることができるため、密着性低下が避けられる。
第1絶縁層の材料としては、絶縁性を有する(体積固有抵抗率が1×1010Ω・cm以上)高分子材料であれば特に制限はなく、ポリイミド、シリコーン樹脂、フッ素ポリマー、ポリウレタン、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレン・ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、ポリエステル、エポキシ樹脂、ナイロン、スチレン−アクリロニトリル共重合体、ポリスチレン、塩化ビニル、ポリ乳酸、種々のエンジニアリングプラスチック、天然ゴム(NR)、合成ゴムなどが好ましい。合成ゴムの例としては、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム(EPDM)、クロロプレンゴム、アクリルゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、ブチルゴム(IIR)、ニトリルゴム(NBR)、フッ素ゴム、エチレン酢酸ビニルゴム、およびエピクロロヒドリンゴム(ECO)が挙げられる。好ましくは、天然ゴム、EPDM、ポリエチレン、ポリプロピレン、ABS樹脂、ナイロン、PET、PTFE、ポリイミド、塩化ビニル、ポリスチレンを用いることができる。
第1絶縁層の厚さは、5μm〜5mmであることが好ましい。この範囲であれば、絶縁層の強度が保て、さらに接合容量の低下を招きにくく、十分な伝送能力が得られやすいからである。
<第2絶縁層>
第1の実施形態である伝送ユニットは、電極1と機能性複合材料層2との間に第2絶縁層を備えてもよい。
この第2絶縁層は誘電体層としての機能を担うことができる。 第1絶縁層及び/又は第2絶縁層を備えた構成の場合には、誘電体層としての機能を第1絶縁層及び/又は第2絶縁層が担うことができる。
第2絶縁層の材料としては第1絶縁層の材料、及び、シアノアクリル酸エチルなどのシアノアクリレート系接着剤を用いることができる。接着剤としては例えば、シアノアクリル酸エチルなどのシアノアクリレート系接着剤、または、エポキシ樹脂系、シリコーン系、スチレン−ブタジエンゴム溶液系、水性高分子−イソシアネート系接着剤などの接着剤が挙げられる。電極の表面処理により酸化皮膜などの表面層や電極上に絶縁コーティング(エポキシ樹脂など)を形成することによって第2絶縁層を付与することも可能である。
第2絶縁層の厚さは、5μm〜5mmであることが好ましい。5μm未満の場合は強度が低下し、5mmを超える場合は接合容量の低下を招く。
(第2の実施形態)
図2に、本発明の第2の実施形態である伝送ユニットの例の概略模式図を示す。
第2の実施形態の伝送ユニット200は、送信電極と受信電極とを近接させることにより電力伝送を行う非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニットであって、電極1と、機能性複合材料層2と、第1絶縁層3とを順に備える。
機能性複合材料層2には、上記の複合材料A〜Cからなるものを用いることができる。
第2の実施形態の伝送ユニットは、第1の実施形態の伝送ユニットと比較すると、第1絶縁層を必須構成要素として備える点を特徴とする。
機能性複合材料層を構成する複合材料は、本発明の効果を損なわない範囲で、他の高分子材料および導電性フィラーのほか、架橋剤、架橋助剤、架橋促進剤、および無機誘電体を含んでもよい。
電極1は、第1の実施形態の伝送ユニットのものと同様のものを用いることができる。
図3は、SUSからなる電極1上に機能性複合材料層2とPTFE膜(第1絶縁層)3と銅からなる電極21とを順に備えた構成を示す。ここで、SUS電極1と機能性複合材料層2と第1絶縁層3とからなる構成は電界結合方式の非接触電力伝送システムにおいて一方の伝送ユニット300に相当する。
なお、伝送ユニット300のうち、機能性複合材料層2は本発明の第1の実施形態の「伝送シート」に相当し、また、機能性複合材料層2及びPTFE膜(第1絶縁層)3は本発明の第2の実施形態の「伝送シート」に相当する。
<第2絶縁層>
第2の実施形態である伝送ユニットは、電極1と機能性複合材料層2との間に第2絶縁層を備えてもよい。
この第2絶縁層は誘電体層としての機能を担うことができる。従って、機能性複合材料層2と第2絶縁層と併せて誘電体層としての機能を担うことになる。
第1絶縁層及び/又は第2絶縁層を備えた構成の場合には、誘電体層としての機能を第1絶縁層及び/又は第2絶縁層が担うことができるので、機能性複合材料層はそれらの層と併せて誘電体層としての機能を担うことになる。
第2絶縁層の材料としては例えば、第1絶縁層の材料、及び、シアノアクリル酸エチルなどのシアノアクリレート系接着剤を用いることができる。
接着剤としては例えば、シアノアクリル酸エチルなどのシアノアクリレート系接着剤、または、エポキシ樹脂系、シリコーン系、スチレン−ブタジエンゴム溶液系、水性高分子−イソシアネート系接着剤などの接着剤が挙げられる。電極の表面処理により酸化皮膜などの表面層や電極上絶縁性コーティング(エポキシ樹脂など)を形成することによって第2絶縁層を付与することも可能である。
第2絶縁層の厚さは、5μm〜5mmであることが好ましい。この範囲であれば、絶縁層の強度が保て、さらに接合容量の低下を招きにくく、十分な伝送能力が得られやすいからである。
本発明の伝送シート又は伝送ユニットを用いた非接触電力伝送システムにおける送信側構成と受信側構成の組み合わせは例えば、図4に示すように、送信側構成として電極/機能性複合材料層、電極/機能性複合材料層/第1絶縁層/、電極/第2絶縁層/機能性複合材料層、電極/第2絶縁層/機能性複合材料層/第1絶縁層、の4種類、受信側構成が電極のみ、電極/第2絶縁層、電極/機能性複合材料層、電極/機能性複合材料層/第1絶縁層/、電極/第2絶縁層/機能性複合材料層、電極/第2絶縁層/機能性複合材料層/第1絶縁層、の6種類とすると、24種類の組み合わせが可能であるが、組み合わせはこれらに限定されるものではない。図9に示すような、送信側受信側それぞれ2枚ずつ電極がセットになっている回路を用いた場合には、電極ごとに個別に機能性複合材料層を積層する場合(1型)と、送信側電極上に複合材料層を連続させて積層する場合(2型)がある。なお、図4の下に、AOタイプを例として、1型と2型の構成を示した。図4に描いた模式図はすべて1型のものであるが、すべての組み合わせについて、2型の構成も可能である。
本発明の複合材料、機能性複合材料層を構成する材料の特性(比誘電率、誘電正接、導電率)は、導電性フィラーの添加量、導電性フィラーの集合体の制御その他の明細書に記載した方法、及び/又は、公知の方法により、調整、制御することができる。
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例にのみ制限されるものではない。
なお、本明細書においては、実施例及び複合材料と、比較例及び比較複合材料とを比較することによって、各作製条件の効果を示しており、比較例、比較複合材料と記載したものが本発明の範囲に含まれないということは意味しない。
実施例および比較例には以下の材料を用いた。
天然ゴム(NR)(加藤産商(株)、商品名SMR−CV−60)
ブチルゴム(JSR(株)製、商品名BUTYL268)
ニトリルゴム(NBR)(日本ゼオン(株)製、商品名ND4050)
気相成長炭素繊維(昭和電工(株)製、商品名VGCF(登録商標)−X、平均繊維径10−15nm、平均繊維長3μm)
硫黄粉末(化学用)
ジクミルペルオキシド(試薬特級)
酸化亜鉛(試薬特級)
ステアリン酸(試薬特級)
テトラキス(2−エチルヘキシル)チウラムジスルフィド(大内新興化学(株)製、商品名ノクセラーTOT−N)
酸化チタン(昭和タイタニウム(株)製、商品名スーパータイタニア(登録商標)F−6、換算粒径15nm)
トルエン(試薬特級)
酢酸ブチル(試薬特級)
実施例および比較例で得られた複合材料の比誘電率および誘電正接は、LCRメーターを用いて、4点平均で測定した値として求めた。なお、特に記載がない限り、温度25℃、周波数100Hzで測定した。また、膜面積は25mmφであった。
実施例および比較例で作製した複合材料中の導電性フィラーの集合体の平均径と、集合体間の平均距離の測定は以下の手順で行った。得られた複合材料を、カミソリ刃を用いて幅0.5mm×長さ3mmに切り出した。これをウルトラミクロトーム(LEICA社製、商品名EM−FCS)を用いて、切削前の複合材料の主面に垂直な方向が、観察面となるように、5μm厚の切片とした。得られた切片を透過顕微鏡で観察し、気相成長炭素繊維の集合体の径と、集合体間の距離を測定した。
(実施例1−1〜1−6)
174gのトルエンに、高分子材料としてブチルゴム20g、架橋剤として硫黄粉末4g、架橋助剤として酸化亜鉛10gおよびステアリン酸2g、架橋促進剤としてテトラキス(2−エチルヘキシル)チウラムジスルフィド3gを加え、撹拌溶解した(ポリマー液)。また104gのトルエンに、導電性フィラーとして気相成長炭素繊維を0.03g加え、ホモジナイザーを用いて分散させた(カーボン液)。次いで28.5gずつ秤量したポリマー液に対し、それぞれ表1に示す量の導電性フィラーが添加されるように、カーボン液を加え、ホモジナイザーを用いて導電性フィラーを分散させた。得られた分散液を室温で24時間撹拌し、80℃の真空乾燥機中でトルエンを除去した後、100℃にて三本ロールで混練してゴム組成物を得た。
内側の寸法が縦100mm×横100mmであり、上下底面がない高さ0.3mmの四角形の金枠を用意し、金枠より大きいステンレス板の上に設置した。金枠の内側に、金枠の内側の容積に対応した量のゴム組成物をおき、金枠の上にさらにステンレス板を重ねて圧縮成型機に設置した。圧力20MPa、温度100℃で5分間加圧したのち、加圧したまま160℃まで昇温し、そのまま25分間保持して、ブチルゴムを架橋し、複合材料1−1〜1−6を得た。
(比較例1−1〜1−3)
ゴム組成物中の導電性フィラーの量が、高分子材料100質量部あたり、それぞれ0質量部(0phr)、0.5質量部(0.5phr)、0.75質量部(0.75phr)となるようにした他は実施例1−1〜1−6と同様にして、比較複合材料1−1〜1−3を得た。
実施例1−1〜1−6で得られた複合材料および、比較例1−1〜1−3で得られた比較複合材料に電圧を印加し、導電率を測定した結果を図5に示す。なお、実施例1−1〜1−6の複合材料および比較例1−3の比較複合材料には10Vの電圧を印加して測定した。比較例1−1および比較例1−2の比較複合材料は、絶縁性が高く10Vの電圧印加では測定ができなかったため、600Vの電圧を印加して測定した。図5より、気相成長炭素繊維(導電性フィラー)の添加量を、天然ゴム(高分子材料100質量部に対し、0〜5質量部まで変化させると、気相成長炭素繊維の添加量1質量部付近にパーコレーション閾値が存在することが分かった。
(実施例2−1)
実施例1−3と同様にして、ゴム組成物を得た。
得られたゴム組成物を、架橋温度を140℃としたほかは実施例1−3と同様に成形、架橋し、複合材料2−1を得た。比誘電率および誘電正接の測定結果を表2に示す。
(実施例2−2)
架橋時の温度を150℃とした他は、実施例1と同様にして複合材料2−2を得た。複合材料2−2は目視で黒く見えた。比誘電率および誘電正接の測定結果を表2に示す。
(比較例2−1)
圧縮成型機での加圧を、100℃で25分間行った他は、実施例2−1と同様にして比較複合材料2−1を得たが、力学特性が非常に弱く、形態の維持が難しい材料であり、試験用のサンプルが得られず、比誘電率および誘電正接の測定ができなかった。
(比較例2−2)
ブチルゴム溶液を調製する際に、架橋剤、架橋助剤、架橋促進剤を添加しなかった他は実施例1と同様にして、比較複合材料2−2を得たが、変形して形態の維持が難しい材料であり、試験用のサンプルが得られず、比誘電率および誘電正接の測定ができなかった。
(実施例3−1)
高分子材料として天然ゴム12gに酢酸ブチル53gを加え、撹拌して膨潤溶解させた(天然ゴム液)。また、他の高分子材料としてニトリルゴム12gを凍結粉砕し、酢酸ブチル53gを加えて撹拌し、膨潤溶解させた(ニトリルゴム液)。得られた2種のゴム液を、質量比で天然ゴム液:ニトリルゴム液=7:3となるように混合し、さらに高分子材料の合計100質量部に対して、1質量部のジクミルペルオキシドを加え、混合ゴム溶液を調製した。
また酢酸ブチル35gに、導電性フィラーとして気相成長炭素繊維を0.36g加え、ホモジナイザーで分散させた(カーボン液)。
混合ゴム溶液65gに、カーボン液35gと、酢酸ブチル35gを加え、導電性フィラーを分散させた後、室温で24時間撹拌し、さらに80℃の真空乾燥機中でトルエンを除去してゴム組成物を得た。
得られたゴム組成物を、架橋時間を20分としたほかは実施例2−1と同様にして成形・架橋し、複合材料3−1を得た。
比誘電率および誘電正接の測定結果を表3に示す。
(実施例3−2)
混合ゴム溶液に、酢酸ブチル35gのかわりに、酢酸ブチル35gに酸化チタン0.06gを分散させた液を加えたほかは、実施例3−1と同様にして複合材料3−2を得た。比誘電率および誘電正接の測定結果を表3に示す。
(実施例3−3)
酢酸ブチル35gに分散させる酸化チタンの量を0.09gとしたほかは、実施例3−2と同様にして、複合材料3−3を得た。比誘電率および誘電正接の測定結果を表3に示す。
(実施例3−4)
酢酸ブチル35gに分散させる酸化チタンの量を0.12gとしたほかは、実施例3−2と同様にして複合材料3−4を得た。比誘電率および誘電正接の測定結果を表3に示す。
(実施例3−5)
実施例3−1において、2種のゴム液の混合比を、質量比で天然ゴム液:ニトリルゴム液=3:7となるようにしたほかは同様にして、複合材料3−5を得た。比誘電率および誘電正接の測定結果を表3に示す。
(実施例3−6)
酢酸ブチル35gのかわりに、酢酸ブチル35gに酸化チタン0.06gを分散させた液を、混合ゴム溶液に加えたほかは、実施例3−5と同様にして複合材料3−6を得た。比誘電率および誘電正接の測定結果を表3に示す。
(実施例3−7)
実施例3−6において、酢酸ブチル35gに分散させる酸化チタンの量を0.12gとしたほかは、実施例3−6と同様にして、複合材料3−7を得た。比誘電率および誘電正接の測定結果を表3に示す。
(実施例3−8)
実施例3−1において、混合ゴム溶液のかわりに、酢酸ブチル53gに、天然ゴム12gを加えた液を用いたほかは同様にして、複合材料3−8を得た。比誘電率および誘電正接の測定結果を表3に示す。
複合材料3−1および3−5と、複合材料3−8との比較より、高分子材料として互いに非相溶な2種以上の高分子材料を組み合わせて用いることにより、比誘電率が高く、誘電正接が低くなることがわかる。これは、導電性フィラーが島相に集中し、適度な大きさと、集合体間距離をもった導電性フィラーの集合体が形成されるためと推測される。
また、複合材料3−5と、複合材料3−6および3−7のとの比較より、無機誘電体フィラーの添加により、誘電正接を低く抑えたまま比誘電率を増大できることがわかる。これは、無機誘電体フィラーの存在により、導電性フィラー集合体間の距離が適切に保たれるためと推測される。
(比較例3)
高分子材料として、天然ゴム3gとジクミルペルオキシド0.03gに酢酸ブチル26gを加え、撹拌することにより膨潤溶解させた(ポリマー液)。別途、酢酸ブチル26gに、導電性フィラーとして、気相成長炭素繊維 0.03gを加え、超音波ホモジナイザーで分散処理した(カーボン液)。上記のポリマー液にこのカーボン液を加えて、室温で24時間撹拌した後、80℃の真空乾燥機中で酢酸ブチルを除去し、ゴム組成物を得た。
得られたゴム組成物を、実施例3−1と同様に成型、架橋し、比較複合材料3を得た。
比誘電率および誘電正接の測定結果を表4に示す。
(実施例4)
比較例3において、天然ゴム3gのかわりに、天然ゴム2.1g、凍結粉砕機を用いて粉砕したニトリルゴム0.9gを用いた他は、比較例3と同様にして複合材料4を得た。
比誘電率および誘電正接の測定結果を表4に示す。
比較複合材料3と、複合材料4とを比較すると、高分子材料として非相溶な2種のゴムを用いた複合材料4では、誘電正接が低かったのに対し、高分子材料として1種類のゴムのみを用いた比較複合材料3では、誘電正接が高かった。
(複合材料の断面観察)
実施例および比較例で作製した複合材料および比較複合材料について、断面観察を行い、集合体の平均径と、集合体間の平均距離を求めた。結果を表5に、また複合材料2−2および複合材料4の断面写真を図6のそれぞれ(a)および(b)に、比較複合材料2−1、比較複合材料3の断面写真をそれぞれ図7の(a)および(b)に示す。比較複合材料2−1および3では、光学顕微鏡の検出限界である0.5nm以上の径を有する集合体を観察することができなかった(図7(b)中、黒く見えるものは、高分子材料表面の荒れに由来する影である)。
表5より、適切な径の導電性フィラーの集合体が、適切な距離で形成されている複合材料2−2および複合材料4では、誘電正接が低い。
また複合材料2−2と比較複合材料2−1、複合材料4と比較複合材料3の比較から、高分子材料が架橋されていること、あるいは高分子材料が相分離構造を有することにより、適切な径と距離の集合体が形成されやすくなることがわかる。
(実施例5)
架橋条件を160℃、20分間とした他は、実施例2−1と同様にしてゴム組成物を成型し、導電層を2枚作製した。
天然ゴムと、天然ゴム100質量部に対して1質量部のジクミルペルオキシドとを酢酸プロピルに溶解し、天然ゴムが3質量%を含む溶液としたものを、導電層のそれぞれ片面に塗布し、80℃で30分間乾燥した。
次に、塗布面同士を合わせるように、2枚の導電層を重ね、80℃で30分間圧縮成型して0.5mm厚の複合材料5を得た。この複合材料5の比誘電率は563、誘電正接は0.75であった。
得られた複合材料5に電圧を印加し、漏れ電流を測定した結果を図8(a)に示す。
(比較例4)
導電層の表面に天然ゴム溶液を塗布しなかった以外は実施例5と同様にして、比較複合材料4を得た。実施例5と同様に、比較複合材料4に電圧を印加し、漏れ電流を測定した結果を図8(b)に示す。
図8より、本発明の複合材料5は耐電圧が高く、漏れ電流が小さいことが分かる。
(実施例6−1〜6−4)
実施例3−1〜3−4で作製した複合材料3−1〜3−4を、該金属電極の間にはさんで、電界結合方式のワイヤレス給電システム(非接触電力伝送システム)における伝送ユニットとして用いた時の特性を調べた。
すなわち、図9に示すように、発信器12に接続された発信コイル13と、送信側電極14aおよび受信側電極14bからなる2組の金属電極14と、デジタルオシロスコープ16に接続された受信コイル15とを電界結合を形成するように接続し、送受伝送シートが結合した誘電体17として、実施例3−1〜3−4で作製した複合材料3−1〜3−4を、該金属電極の間にはさんだ。なお、発信機12、発信コイル13、発信側電極14a、受信側電極14b、受信コイル5はそれぞれ、接地11に接続した。発信機112から100kHz、16Vで送信を行い、受信コイル15の二次側の電圧を、デジタルオシロスコープ16(負荷抵抗200Ω)で測定した。
結果を表6に示す。
(比較例5)
複合材料3−1〜3−4のかわりに、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体からなるマトリクスに、セラミックス粉を配合した市販の比較複合材料5を用いた他は実施例6−1〜6−4と同様にして伝送ユニットとして用いたときの特性を調べた。結果を表6に示す。
表6より、電界結合方式の伝送ユニットの出力電圧は、送受伝送シートが結合した誘電体として用いる材料の比誘電率に依存し、高い比誘電率を有する本発明の複合材料を用いると、高い出力電圧が得られることが分かる。
(実施例7)
SUSからなる電極上に本発明の複合材料からなる層(機能性複合材料層)と銅からなる電極とを順に備えた構成に、交流電圧を印加して誘電性(比誘電率及び誘電正接)を測定した結果を表7及び表8に示す。表中の厚さ(mm)は機能性複合材料層の層厚を示す。
なお、表7及び表8に示したVGCF−Xの添加量が1phr、8phr及び10phrのデータは参考に示したものであって、本発明の実施例ではない。
機能性複合材料層としては、高分子材料として天然ゴム(NR):ニトリルゴム(NBR)=7:3の高分子材料と、導電性フィラーとしてVGCF−X(登録商標、昭和電工株式会社製)と、無機導電性フィラーとしてTiOを4phrと、架橋剤としてジクミルパーオキサイド(DCP)を1phrとを混練し、圧延し、圧縮成型して厚さ約0.9mmの層とした。VGCF−Xの添加量は、1.5phr、2phr、4phr及び6phrとして機能性複合材料層を作製した。
SUS電極は厚さ2mm、銅電極は1mmであった。
サイズは、SUS電極は13cm×13cm、それ以外の層、電極は10cm×10cmであった。機能性複合材料層の膜面積は10cmx10cmであった。
測定は、LCR測定装置を用いて、印加電圧1V、交流周波数100Hz、1kHz、10kHz、600kHz、及び、1MHzで行った。
表7及び表8から、導電性フィラーの分散状態の変化と共に、比誘電率と誘電正接が変化していることがわかる。一般に、溶液中やホストマトリクス内でのフィラーの分散は、目標とする分散状態に相応しい最適濃度が存在することが知られており、仮に高分散状態を目標とした場合、高分散状態が得られる最適濃度以下でも以上でもフィラー同士の凝集が生じる可能性があるため、導電性フィラーの凝集状態と濃度、双方の影響を受ける比誘電率や誘電正接の値は、単純に導電性フィラー濃度依存的に変化するわけではない。また、得られた複合材料の、特に誘電正接に対する周波数特性に関しても同様であり、低周波数では、より直流成分に由来する損失が寄与し、高周波数側になるほど、交流成分に由来する損失が寄与すると考えられ、周波数に応じて、損失要因が異なる。したがってこちらも最適周波数が存在することになる。例えば、表7及び表8においては、導電性フィラーの濃度と凝集状態、および、周波数特性の間に一定の規則性が認められた。表7及び表8の結果を利用することにより、目標とする周波数に適した比誘電率、誘電正接の複合材料層の組成を決めることができる。さまざまな導電性フィラーにおいて、こうした規則性を見出し、最適条件を設定することで、出力特性を制御することが可能である。
本発明の伝送ユニット又は伝送シートでは本発明の複合材料のかかる特性を利用して、非接触電力伝送システムに適した導電性フィラーの添加量を選択して、効率的な電力伝送を行うことが可能となる。
当業者は、導電性フィラーの添加量と比誘電率及び誘電正接との関係(規則性)を予め得ておくことにより、非接触電力伝送システムに適した導電性フィラーの添加量を決定することができる。
図10は、実施例7の場合の導電性フィラーの各添加量について、交流周波数(1V印加)と出力との関係を示すものである。比較のため、機能性複合材料層の替わりに、ポリイミド膜層(厚さ:0.015mm)を電極間に挟んだ構成について示した。
図10によれば、VGCF−Xの添加量が多いほど、出力が大きい傾向にあった。
ポリイミド膜層は厚さ0.015mmと非常に薄いのに対して、本発明の機能性複合材料層は約0.9mmとポリイミド膜層の60倍の厚さを有するのでポリイミド膜層に比べて高いクッション性を有する。この高いクッション性によって受信側との密着性も向上する。本発明の機能性複合材料層を用いると、高出力だけでなく、高クッション性(高密着性)を付与することができる。
また、混練条件と誘電特性との関係を調べた。
実施例7のVGCF−Xが2phrの場合の混練は、混練温度60℃、回転数50rpm、混練時間3分間で行ったものである。この場合、1MHzでは、表7及び表8で示したとおり、比誘電率及び誘電正接はそれぞれ、7.98、0.26であった。
混練温度を同じ60℃とし、回転数を30rpm、混練時間5分間とすると、比誘電率及び誘電正接はそれぞれ、6.35、0.16となった。
また、混練温度を120℃、回転数を30rpm、混練時間5分間とすると、比誘電率及び誘電正接はそれぞれ、4.52、0.0789となった。混練温度を120℃、混練時間5分間で、回転数を15rpmとした場合は、比誘電率及び誘電正接はそれぞれ、4.66、0.0857であり、混練温度を120℃、混練時間5分間で、回転数を45rpmとした場合は、比誘電率及び誘電正接はそれぞれ、4.66、0.0875であった。
混練温度が60℃の場合よりも120℃の場合の方が、比誘電率の低下が少なかったわりに、誘電正接が大きく低下できたのは、温度の変化により、ゴムの粘性が大きく変化し、その結果、導電性フィラーの分散状態が変化し、複合材料中におけるフィラー間距離が、より離れたためと考えられる。
このように、乾式(ドライ)法(材料を混合する際に溶液中で混合するのではなく、そのままミキサーやブラベンダなどで練って混合する方法)の場合、混練条件によっても、本発明の複合材料及び機能性複合材料層の誘電特性を制御することができる。
(実施例8−1〜8−4)
図11(a)〜(d)(それぞれ実施例8−1〜8−4の測定結果)は、表7及び表8の結果を得た複合材料層を機能性複合材料層とした伝送ユニットを用い、図4の送信側構成と受信側構成の組み合わせAO、BOのそれぞれについて、出力検査を行った結果を示す。具体的には、VGCF−X(導電性フィラー)の添加量2から6の範囲の機能性複合材料層について、送信電圧を40V、負荷抵抗を200Ωとした以外は実施例6と同様の方法で、ピーク電圧及びピーク周波数を測定した。
なお、図11(a)及び(c)は、送信側構成の機能性複合材料層の上にポリイミド膜層(第1絶縁層)を備えなかったもの(AO)を用い、図11(b)及び(d)は、ポリイミド膜層(第1絶縁層)を備えたもの(BO)を用いた。
また、図11(a)及び(b)は、機能性複合材料層を2個のコンデンサのそれぞれに分割されたもの(1型とする)を用いたのに対して、図11(c)及び(d)は、機能性複合材料層を2個のコンデンサに対して一層として連続したもの(2型とする)を用いた。
また、図11(a)において、0phrの4V近傍に示した丸印は、比較のために、機能性複合材料層に替えて、一般的な家電などの外装に用いられる樹脂の代表であるABS樹脂を用いた構成についてのピーク電圧を示す。
また、図11(b)において、10phrの16V近傍に示した丸印は、比較のために、機能性複合材料層及びポリイミド膜層に替えて、銅シート(厚さ:2mm)を用いた構成についてのピーク電圧を示す。
図11(a)〜(d)に示した結果から、以下の知見が得られた。
1型と2型とを比較すると、1型(分割型)の方が出力が高かった。
また、1型では、ポリイミド層(第1絶縁層)がない系(a)(「AO(1型)」(AOタイプの1型を意味する。))の出力の方が高かったが、VGCF−X濃度の増加によって導電性が増すに従い、その差は小さくなった。
また、ABS樹脂を誘電体層として用いた場合に比べると、AO、BOのいずれの系においても高い出力が得られた。
最高出力は、銅シートを用いた場合である。しかし、BO(1型)の系(b)ではポリイミド層を有するので、銅シートを伝送シートとして用いた場合とは異なり、感電や漏電のおそれがない。さらに、機能性複合材料が銅に比べて柔らかいため、製品化された際に、受信側との密着性が向上し、その結果、高い出力が安定して得られるという特徴を有する。
(比較例6)
次に、比較のために、BOの系において、機能性複合材料層に替えて銅シート(厚さ: 2mm)を用いた構成について、ピーク電圧及びピーク周波数を測定した。それぞれ、12.07V、997Hzであった。
(比較例7、比較例8、実施例9)
次に、一方の電極が第1絶縁層及び第2絶縁層を備えた構成(「CO(1型)」)について、機能性複合材料の替わりに、PTFE層を備えた構成、及び、銅シートを備えた構成とピーク電圧、ピーク周波数及び接合容量について比較した。
具体的には、SUS電極/PTFE0.1mm/PTFE1.0mm/PTFE0.1mm/銅電極の結合コンデンサ構成(比較例7)、SUS電極/PTFE0.1mm/銅シート1.0mm/PTFE0.1mm/銅電極の結合コンデンサ構成(比較例8)、SUS電極/PTFE0.1mm/機能性複合材料(6phr)シート1.0mm/PTFE0.1mm/銅電極の結合コンデンサ構成(実施例9)を用いた。
比較例7はそれぞれ、1.31V、997kHz、62pF、比較例8はそれぞれ、6.4V、1070kHz、210pF、実施例9はそれぞれ、7.0V、1080kHz、270pFであった。
以上の通り、実施例9の構成は、比較例7及び比較例8のいずれよりも高い出力が得られ、静電容量も高かった。
(実施例10―1〜10―9)
表9に、本発明の機能性複合材料層を備えた伝送ユニットの組み合わせを、送信側構成と受信側構成が図4のAB(=BA),CA(=DB)、CD(=DC)で1型又は2型とした場合の出力結果を示す。
機能性複合材料層は次のように作製した。合成ゴム(EPDM(エチレン−プロピレン−ジエンゴム);デュポン・ダウ・エラストマーズ社製「ノーデルIP4725P」(商品名))と導電性フィラー(昭和電工株式会社製「VGCF(登録商標)−X」、添加量8phr)から成る材料を、ブラベンダー社製プラスチコーダを用いて180℃で混練した。架橋剤としてジクミルペルオキシド2phrを添加して、100℃で6インチの2本ロールで混練し、圧延し、圧縮成形(150℃,20分)して厚さ1mmのシート状とした。
この機能性複合材料層について、周波数100Hzの交流電圧に対する比誘電率は150、誘電正接は0.9であった。
出力の測定は、図9に摸式的に示した回路を用いて行った。出力測定時の負荷抵抗は50Ωであった。発信機12から6.78MHz、40Vで送信を行い、受信側コイル15の二次側の電圧を、デジタルオシロスコープ16で測定した。
電極は表面をニッケルメッキした厚さ1mmの銅板を用いた。
電極、および機能性複合材料層の面積は50mm×50mmとした。測定は、送信用電極テーブル上に伝送ユニットを載せ、その上から荷重1kgの受電テーブルで挟み、荷重1kgの条件で測定した。
なお、送信側、受信側構成の機能性複合材料層上の第1絶縁層及び第2絶縁層は、実施例10―1〜10―3については0.05mm厚のPTFE(デュポン社製)のシートを用い、また、実施例10―4〜10―9については0.14mm厚のHI−PS(PSジャパン社製「PSJポリスチレン(商品名)H0103」(MFR:2.6g/10min))のシートを用いた。表9中の第1、第2絶縁層の欄に記載の枚数は第1絶縁層及び第2絶縁層として使用したPTFEシート又はHI−PSシートの枚数を示している。
(比較例10−1〜10−4)
機能性複合材料層に替えて、樹脂シート(サンアロマー社製のポリプロピレン「PC480A」(商品名)、及び、オレフィン系熱可塑性エラストマ「キャタロイQ300F」(商品名))を圧縮成形(230℃,5分)し、厚さ1mmのシート状とした。比誘電率はそれぞれ2.6,2.7、誘電正接はそれぞれ0.01以下(測定限界0.01)であった。実施例10と同様に各構成について測定した出力結果を表9に示す。
表9に示した通り、実施例10−1〜10−9の機能性複合材料層を用いたとき、伝送ユニットの組み合わせを図9のAB、CA又はCDのいずれの系にした場合でも、高い出力が得られた。一方、比誘電率が30未満である材料層を用いた比較例10−1〜4では、実施例10−1〜10−9に比べて1/4〜1/7程度の出力しか得られなかった。
(実施例11―1〜11―6)
表10に、本発明の、周波数100Hzの交流電圧に対する比誘電率が30以上でありかつ誘電正接が3以下である機能性複合材料を例示すると共に、それらの製造条件、及び、その材料からなる機能性複合材料層を備えた伝送ユニットの組み合わせを図4のAO,COで1型又は2型とした場合の出力結果を示す。出力測定は、実施例10と同じ方法で実施した。COの組み合わせとしたときの第1及び第2絶縁膜としては実施例10で用いたHI−PS(0.14mm厚)のシートを使用した。
機能性複合材料層は、実施例10と同様な製造方法を用いて、高分子材料と導電性フィラーとしてVGCF−Xから成る機能性複合材料を圧縮成形して2mmのシート状として作製した。
高分子材料としては、実施例11―1及び11―2はNR/NBRを用い、実施例11−3はEPDM(「ノーデルIP4725P」(商品名))を用い、実施例11−4はオレフィン系熱可塑性エラストマ「キャタロイQ300F」(商品名))を用い、実施例11−5は熱変性ポリエチレン(「タフマーDF840」(三井化学株式会社製))、実施例11−6は熱可塑性エラストマ(「シブスター062T」(カネカ株式会社製))を用いた。なお、実施例11―2においては、機能性複合材料層は無機導電性フィラーとしてTiO(「スーパータイタニア(登録商標)F−6」(商品名)(昭和タイタニウム株式会社製)を含むものを用いた。
(比較例11−1〜11−3)
本発明の機能性複合材料層に替えて、比誘電率が30未満である材料を用いて実施例11―1〜11―6と同様の出力測定を行った。比較例11−1は、樹脂であるPTFE(デュポン社製)シート、比較例11−2は実施例11−3とは導電性フィラーの含有率だけが異なるもの、比較例11−3は実施例11−4とは導電性フィラーの含有率だけが異なるものである。厚さは全て2mmのものを用いた。
表10に示した通り、比誘電率が30以上であり、かつ、誘電正接の3以下の各機能性複合材料を用いた場合、高い出力が得られた。一方、比較例11−1〜11−3は比誘電率が30未満であり、得られた出力は実施例11―1〜11―6に比べて1/2程度〜1/10程度であった。
(実施例12―1〜12―6)
表11に、実施例11―1〜11―6で用いた機能性複合材料層を備えた伝送ユニットの組み合わせを図4のCO(1型)とした伝送システムについて、LED点灯によって評価した結果を示す。
より具体的には、伝送ユニットの組み合わせを図4のCO(1型)とした伝送システムについて、図12に摸式的に示した回路を用い、3.5VのLEDを10個(合計1W相当)配置して、LEDの点灯の様子によって伝送システムを評価した。
電極は表面をニッケルメッキした厚さ1mmで60mm×60mmの銅板を用いた。
また、機能性複合材料層の面積は50mm×50mmとし、実施例10と同様に荷重1kgの条件で実施した。COの組み合わせとしたときの第1及び第2絶縁膜としては実施例10で用いたHI−PS(0.14mm厚)のシートを使用した。
評価実験は、発信機から6.78MHz、5W(40V)で送信を行い、伝送システムを介してLEDを点灯させて行った。
表11に示したLED点灯評価は以下の基準にて判断した。
◎ ; LED10個が明るく光った
○ ; LED10個が点灯したが◎に比べて暗い
△ ; LEDが不安定に点灯している
× ; LEDが点灯しない
(比較例12―1〜12―3)
表11の比較例12―1〜12―3は、比較例11―1〜11―3について実施例12―1〜12―6と同様の基準でLED点灯評価を行った結果を示すものである。
表11に示した通り、比誘電率が30以上であり、かつ、誘電正接の3以下の各機能性複合材料を用いた場合である実施例12―1〜12―6については、LED10個を明るく点灯させるほど安定して高い電力を受信することができた。一方、比誘電率が30未満である比較例11−1〜3については、実施例12―1〜12―6と同じ電力を送信したにもかかわらず、LED10個を点灯させることができない程度の電力しか受信できなかった。
<付記>
上記した発明の実施形態から、次のような構成の技術的思想も導かれるが、これには限定されない。
(付記1)高分子材料と、導電性フィラーと、を含み、該導電性フィラーは、平均径が1μm以上の集合体を形成し、該集合体間の平均距離が、10nm〜30μmである複合材料。
(付記2)前記高分子材料が架橋されている(付記1)に記載の複合材料。
(付記3)前記高分子材料として、互いに相溶しない2種以上の高分子材料を含む(付記1)または(付記2)のいずれかに記載の複合材料。
(付記4)無機誘電体フィラーをさらに含む(付記1)〜(付記3)のいずれか一項に記載の複合材料。
(付記5)高分子材料と、導電性フィラーとを含み、厚み1μm以上の導電層を少なくとも2層と、該導電層と、同じものでも異なっていてもよい高分子材料を含み、該導電層の間に挿入された厚み10nm〜30μmの絶縁層とを有する複合材料。
(付記6)前記高分子材料がポリイミド、シリコーン樹脂、フッ素ポリマー、ポリウレタン、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、エポキシ樹脂、シアナートエステル樹脂、天然ゴムおよび合成ゴムからなる群より選ばれる1種以上である(付記1)〜(付記5)のいずれか一項に記載の複合材料。
(付記7)前記高分子材料が天然ゴムである(付記1)〜(付記5)のいずれか一項に記載の複合材料。
(付記8)前記高分子材料が合成ゴムである(付記1)〜(付記5)のいずれか一項に記載の複合材料。
(付記9)高分子材料中に導電性フィラーが分散されてなり、前記導電性フィラーの添加量が前記高分子材料の100質量部に対して1〜25質量部であり、周波数100Hzの交流電圧に対する比誘電率が30以上であり、かつ、誘電正接が3以下である複合材料。
(付記10)前記導電性フィラーが炭素材料である(付記9)に記載の複合材料。
(付記11)前記高分子材料が架橋されている(付記9)又は(付記10)のいずれかに記載の複合材料。
(付記12)前記高分子材料として、互いに相溶しない2種以上の高分子材料を含む(付記9)〜(付記11)のいずれか一項に記載の複合材料。
(付記13)無機誘電体フィラーをさらに含む(付記9)〜(付記12)のいずれか一項に記載の複合材料。
(付記14)送信電極と受信電極とを近接させることにより電力伝送を行う非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニットを構成する伝送シートであって、(付記1)〜(付記8)のいずれか一項に記載の複合材料からなる、ことを特徴とする非接触電力伝送システムに用いる伝送シート。
(付記15)送信電極と受信電極とを近接させることにより電力伝送を行う非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニットを構成する伝送シートであって、高分子材料中に導電性フィラーが分散されてなり、前記導電性フィラーの添加量が前記高分子材料の100質量部に対して1〜25質量部であり、周波数100Hzの交流電圧に対する比誘電率が30以上であり、かつ、誘電正接が3以下である複合材料からなる、ことを特徴とする非接触電力伝送システムに用いる伝送シート。
(付記16)前記導電性フィラーが炭素材料であることを特徴とする(付記15)に記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送シート。
(付記17)前記高分子材料が架橋されていることを特徴とする(付記15)又は(付記16)のいずれかに記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送シート。
(付記18)前記高分子材料として、互いに相溶しない2種以上の高分子材料を含むことを特徴とする(付記15)〜(付記17)のいずれか一項に記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送シート。
(付記19)無機誘電体フィラーをさらに含む、ことを特徴とする(付記15)〜(付記18)のいずれか一項に記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送シート。
(付記20)送信電極と受信電極とを近接させることにより電力伝送を行う非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニットを構成する伝送シートであって、機能性複合材料層と、第1絶縁層とを順に備え、前記機能性複合材料層は、高分子材料中に導電性フィラーが分散されてなり、前記導電性フィラーの添加量が前記高分子材料の100質量部に対して1〜25質量部であり、周波数100Hzの交流電圧に対する比誘電率が30以上であり、かつ、誘電正接が3以下である複合材料からなる、ことを特徴とする非接触電力伝送システムに用いる伝送シート。
(付記21)前記導電性フィラーが炭素材料であることを特徴とする(付記20)に記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送シート。
(付記22)前記高分子材料が架橋されていることを特徴とする(付記20)又は(付記21)のいずれかに記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送シート。
(付記23)前記高分子材料として、互いに相溶しない2種以上の高分子材料を含むことを特徴とする(付記20)〜(付記22)のいずれか一項に記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送シート。
(付記24)無機誘電体フィラーをさらに含む、ことを特徴とする(付記20)〜(付記23)のいずれか一項に記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送シート。
(付記25)送信電極と受信電極とを近接させることにより電力伝送を行う非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニットを構成する伝送シートであって、機能性複合材料層と、第1絶縁層とを順に備え、前記機能性複合材料層が(付記1)〜(付記8)のいずれか一項に記載の複合材料からなる、ことを特徴とする非接触電力伝送システムに用いる伝送シート。
(付記26)前記第1絶縁層が、天然ゴム、EPDM、ABS樹脂、PTFEのいずれかからなる、ことを特徴とする(付記20)〜(付記25)のいずれか一項に記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送シート。
(付記27)送信電極と受信電極とを近接させることにより電力伝送を行う非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニットであって、電極と、機能性複合材料層とを順に備え、前記機能性複合材料層は、高分子材料中に導電性フィラーが分散されてなり、該導電性フィラーの添加量が前記高分子材料の100質量部に対して1〜25質量部であり、周波数100Hzの交流電圧に対する比誘電率が30以上であり、かつ、誘電正接が3以下である複合材料からなる、ことを特徴とする非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
(付記28)送信電極と受信電極とを近接させることにより電力伝送を行う非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニットであって、電極と、機能性複合材料層とを順に備え、前記機能性複合材料層が(付記1)〜(付記8)のいずれか一項に記載の複合材料からなる、ことを特徴とする非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
(付記29)前記機能性複合材料層上に第1絶縁層を備える、ことを特徴とする(付記27)又は(付記28)のいずれかに記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
(付記30)前記第1絶縁層が、天然ゴム、EPDM、ABS樹脂、PTFEのいずれかからなる、ことを特徴とする(付記29)記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
(付記31)前記電極と前記機能性複合材料層との間に第2絶縁層を備える、ことを特徴とする(付記27)〜(付記30)のいずれか一項に記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
(付記32)前記第2絶縁層が、天然ゴム、EPDM、ABS樹脂、PTFE、シアノアクリル酸エチルなどのシアノアクリレート系接着剤のいずれかからなる、ことを特徴とする(付記31)に記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
(付記33)前記電極がエラストマと炭素繊維とを含む導電体からなる、ことを特徴とする(付記27)〜(付記32)のいずれか一項に記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
(付記34)送信電極と受信電極とを近接させることにより電力伝送を行う非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニットであって、電極と、機能性複合材料層と、第1絶縁層とを順に備え、前記機能性複合材料層が(付記1)〜(付記8)のいずれか一項に記載の複合材料からなる、ことを特徴とする非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
(付記35)前記第1絶縁層が、天然ゴム、EPDM、ABS樹脂、PTFEのいずれかからなる、ことを特徴とする(付記34)に記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
(付記36)前記電極と前記機能性複合材料層との間に第2絶縁層を備える、ことを特徴とする(付記34)又は(付記35)のいずれかに記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
(付記37)前記第2絶縁層が、天然ゴム、EPDM、ABS樹脂、PTFE、シアノアクリル酸エチルなどのシアノアクリレート系接着剤のいずれかからなる、ことを特徴とする請求項(付記36)に記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
(付記38)前記電極がエラストマと炭素繊維とを含む導電体からなる、ことを特徴とする(付記34)〜(付記37)のいずれか一項に記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
(付記39)(付記14)〜(付記26)のいずれか一項に記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送シートを備えたことを特徴とする非接触電力伝送システム。
(付記40)(付記27)〜(付記38)のいずれか一項に記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニットを備えたことを特徴とする非接触電力伝送システム。
1:電極
2:機能性複合材料層
3:第1絶縁層
11:接地
12:発信器
13:発信側コイル
14:電極
14a:送信側電極
14b:受信側電極
15:受信側コイル
16:デジタルオシロスコープ
17:誘電体
21:電極
100:伝送ユニット
200:伝送ユニット
300:伝送ユニット

Claims (35)

  1. 送信電極と受信電極とを近接させることにより電力伝送を行う非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニットを構成する伝送シートであって、
    高分子材料中に導電性フィラーが分散されてなり、前記導電性フィラーの添加量が前記高分子材料の100質量部に対して1〜25質量部であり、周波数100Hzの交流電圧に対する比誘電率が30以上であり、かつ、誘電正接が3以下である複合材料からなり、
    前記高分子材料が、天然ゴム及び合成ゴムからなる群より選ばれる1種以上であり、
    前記導電性フィラーが炭素繊維である、ことを特徴とする非接触電力伝送システムに用いる伝送シート。
  2. 送信電極と受信電極とを近接させることにより電力伝送を行う非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニットを構成する伝送シートであって、
    高分子材料と、導電性フィラーと、を含み、該導電性フィラーは、平均径が1μm以上の集合体を形成し、該集合体間の平均距離が、10nm〜30μmである複合材料からなり、
    前記高分子材料が、天然ゴム及び合成ゴムからなる群より選ばれる1種以上であり、
    前記導電性フィラーが炭素繊維である、ことを特徴とする非接触電力伝送システムに用いる伝送シート。
  3. 送信電極と受信電極とを近接させることにより電力伝送を行う非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニットを構成する伝送シートであって、
    高分子材料と、導電性フィラーとを含み、厚み1μm以上の導電層を少なくとも2層と、該導電層と、同じものでも異なっていてもよい高分子材料を含み、該導電層の間に挿入された厚み10nm〜30μmの絶縁層とを有する複合材料からなり、
    前記高分子材料が、天然ゴム及び合成ゴムからなる群より選ばれる1種以上であり、
    前記導電性フィラーが炭素繊維である、ことを特徴とする非接触電力伝送システムに用いる伝送シート。
  4. 送信電極と受信電極とを近接させることにより電力伝送を行う非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニットを構成する伝送シートであって、
    機能性複合材料層と、第1絶縁層とを順に備え、
    前記機能性複合材料層が、高分子材料中に導電性フィラーが分散されてなり、前記導電性フィラーの添加量が前記高分子材料の100質量部に対して1〜25質量部であり、周波数100Hzの交流電圧に対する比誘電率が30以上であり、かつ、誘電正接が3以下である複合材料からなり、
    前記高分子材料が、天然ゴム及び合成ゴムからなる群より選ばれる1種以上であり、
    前記導電性フィラーが炭素繊維である、ことを特徴とする非接触電力伝送システムに用いる伝送シート。
  5. 送信電極と受信電極とを近接させることにより電力伝送を行う非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニットを構成する伝送シートであって、
    機能性複合材料層と、第1絶縁層とを順に備え、
    前記機能性複合材料層が、高分子材料と、導電性フィラーと、を含み、該導電性フィラーは、平均径が1μm以上の集合体を形成し、該集合体間の平均距離が、10nm〜30μmである複合材料からなり、
    前記高分子材料が、天然ゴム及び合成ゴムからなる群より選ばれる1種以上であり、
    前記導電性フィラーが炭素繊維である、ことを特徴とする非接触電力伝送システムに用いる伝送シート。
  6. 送信電極と受信電極とを近接させることにより電力伝送を行う非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニットを構成する伝送シートであって、
    機能性複合材料層と、第1絶縁層とを順に備え、
    前記機能性複合材料層が、高分子材料と、導電性フィラーとを含み、厚み1μm以上の導電層を少なくとも2層と、該導電層と、同じものでも異なっていてもよい高分子材料を含み、該導電層の間に挿入された厚み10nm〜30μmの絶縁層とを有する複合材料からなり、前記高分子材料が、天然ゴム及び合成ゴムからなる群より選ばれる1種以上であり、
    前記導電性フィラーが炭素繊維である、ことを特徴とする非接触電力伝送システムに用いる伝送シート。
  7. 前記第1絶縁層の体積固有抵抗率が1×1010(Ω・cm)以上であることを特徴とする請求項4〜6のいずれか一項に記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送シート。
  8. 前記第1絶縁層が、天然ゴム、EPDM、ABS樹脂、PTFEのいずれかからなる、ことを特徴とする請求項4〜7のいずれか一項に記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送シート。
  9. 前記高分子材料が架橋されている請求項1〜のいずれか一項に記載の伝送シート。
  10. 前記高分子材料として、互いに相溶しない2種以上の高分子材料を含む請求項1〜のいずれか一項に記載の伝送シート。
  11. 無機誘電体フィラーをさらに含む請求項1〜10のいずれか一項に記載の伝送シート。
  12. 送信電極と受信電極とを近接させることにより電力伝送を行う非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニットであって、
    電極と、機能性複合材料層とを順に備え、
    前記機能性複合材料層が、高分子材料中に導電性フィラーが分散されてなり、前記導電性フィラーの添加量が前記高分子材料の100質量部に対して1〜25質量部であり、周波数100Hzの交流電圧に対する比誘電率が30以上であり、かつ、誘電正接が3以下である複合材料からなり、前記高分子材料が、天然ゴム及び合成ゴムからなる群より選ばれる1種以上であり、
    前記導電性フィラーが炭素繊維である、ことを特徴とする非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
  13. 送信電極と受信電極とを近接させることにより電力伝送を行う非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニットであって、
    電極と、機能性複合材料層とを順に備え、
    前記機能性複合材料層が、高分子材料と、導電性フィラーと、を含み、該導電性フィラーは、平均径が1μm以上の集合体を形成し、該集合体間の平均距離が、10nm〜30μmである複合材料からなり、前記高分子材料が、天然ゴム及び合成ゴムからなる群より選ばれる1種以上であり、
    前記導電性フィラーが炭素繊維である、ことを特徴とする非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
  14. 送信電極と受信電極とを近接させることにより電力伝送を行う非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニットであって、
    電極と、機能性複合材料層とを順に備え、
    前記機能性複合材料層が、高分子材料と、導電性フィラーとを含み、厚み1μm以上の導電層を少なくとも2層と、該導電層と、同じものでも異なっていてもよい高分子材料を含み、該導電層の間に挿入された厚み10nm〜30μmの絶縁層とを有する複合材料からなり、前記高分子材料が、天然ゴム及び合成ゴムからなる群より選ばれる1種以上であり、
    前記導電性フィラーが炭素繊維である、ことを特徴とする非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
  15. 前記機能性複合材料層上に第1絶縁層を備える、ことを特徴とする請求項1214のいずれか一項に記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
  16. 前記第1絶縁層の体積固有抵抗率が1×1010(Ω・cm)以上であることを特徴とする請求項15に記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
  17. 前記第1絶縁層が、天然ゴム、EPDM、ABS樹脂、PTFEのいずれかからなる、ことを特徴とする請求項15又は16のいずれかに記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
  18. 前記電極と前記機能性複合材料層との間に第2絶縁層を備える、ことを特徴とする請求項1217のいずれか一項に記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
  19. 前記第2絶縁層の体積固有抵抗率が1×1010(Ω・cm)以上であることを特徴とする請求項18に記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
  20. 前記第2絶縁層が、天然ゴム、EPDM、ABS樹脂、PTFE、シアノアクリル酸エチルなどのシアノアクリレート系接着剤のいずれかからなる、ことを特徴とする請求項18又は19のいずれかにに記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
  21. 前記電極がエラストマと炭素繊維とを含む導電体からなる、ことを特徴とする請求項1220のいずれか一項に記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
  22. 送信電極と受信電極とを近接させることにより電力伝送を行う非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニットであって、
    電極と、機能性複合材料層と、第1絶縁層とを順に備え、
    前記機能性複合材料層が、高分子材料中に導電性フィラーが分散されてなり、前記導電性フィラーの添加量が前記高分子材料の100質量部に対して1〜25質量部であり、周波数100Hzの交流電圧に対する比誘電率が30以上であり、かつ、誘電正接が3以下である複合材料からなり、前記高分子材料が、天然ゴム及び合成ゴムからなる群より選ばれる1種以上であり、
    前記導電性フィラーが炭素繊維である、ことを特徴とする非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
  23. 送信電極と受信電極とを近接させることにより電力伝送を行う非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニットであって、
    電極と、機能性複合材料層と、第1絶縁層とを順に備え、
    前記機能性複合材料層が、高分子材料と、導電性フィラーと、を含み、該導電性フィラーは、平均径が1μm以上の集合体を形成し、該集合体間の平均距離が、10nm〜30μmである複合材料からなり、前記高分子材料が、天然ゴム及び合成ゴムからなる群より選ばれる1種以上であり、
    前記導電性フィラーが炭素繊維である、ことを特徴とする非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
  24. 送信電極と受信電極とを近接させることにより電力伝送を行う非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニットであって、
    電極と、機能性複合材料層と、第1絶縁層とを順に備え、
    前記機能性複合材料層が、高分子材料と、導電性フィラーとを含み、厚み1μm以上の導電層を少なくとも2層と、該導電層と、同じものでも異なっていてもよい高分子材料を含み、該導電層の間に挿入された厚み10nm〜30μmの絶縁層とを有する複合材料からなり、前記高分子材料が、天然ゴム及び合成ゴムからなる群より選ばれる1種以上であり、
    前記導電性フィラーが炭素繊維である、ことを特徴とする非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
  25. 前記第1絶縁層の体積固有抵抗率が1×1010(Ω・cm)以上であることを特徴とする請求項2224のいずれか一項に記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
  26. 前記第1絶縁層が、天然ゴム、EPDM、ABS樹脂、PTFEのいずれかからなる、ことを特徴とする請求項2225のいずれか一項に記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
  27. 前記電極と前記機能性複合材料層との間に第2絶縁層を備える、ことを特徴とする請求項2226のいずれか一項に記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
  28. 前記第2絶縁層の体積固有抵抗率が1×1010(Ω・cm)以上であることを特徴とする請求項27に記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
  29. 前記第2絶縁層が、天然ゴム、EPDM、ABS樹脂、PTFE、シアノアクリル酸エチルなどのシアノアクリレート系接着剤のいずれかからなる、ことを特徴とする請求項27又は28のいずれかに記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
  30. 前記電極がエラストマと炭素繊維とを含む導電体からなる、ことを特徴とする請求項2229のいずれか一項に記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニット。
  31. 前記高分子材料が架橋されている請求項1230のいずれか一項に記載の伝送ユニット。
  32. 前記高分子材料として、互いに相溶しない2種以上の高分子材料を含む請求項1231のいずれか一項に記載の伝送ユニット。
  33. 無機誘電体フィラーをさらに含む請求項1232のいずれか一項に記載の伝送ユニット。
  34. 請求項1〜11のいずれか一項に記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送シートを備えたことを特徴とする非接触電力伝送システム。
  35. 請求項1233のいずれか一項に記載の非接触電力伝送システムに用いる伝送ユニットを備えたことを特徴とする非接触電力伝送システム。
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