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
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Description
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。
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。
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。
(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、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。
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。
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。
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。
<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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
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。
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1−3と同様にして、ゴム組成物を得た。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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3−1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。
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3−6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3−1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。
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。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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TiO2(「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。
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。
◎ ; 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
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。
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。
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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 前記高分子材料が架橋されている請求項1〜8のいずれか一項に記載の伝送シート。
- 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1〜9のいずれか一項に記載の伝送シート。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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。 - 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12〜14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。
- 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。
- 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。
- 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12〜17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ユニット。
- 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。
- 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。
- 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12〜20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。
- 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。 - 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。 - 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。 - 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22〜24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。
- 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22〜25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。
- 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22〜26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ユニット。
- 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。
- 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。
- 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22〜29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。
- 前記高分子材料が架橋されている請求項12〜30のいずれか一項に記載の伝送ユニット。
- 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12〜31のいずれか一項に記載の伝送ユニット。
- 無機誘電体フィラーをさらに含む請求項12〜32のいずれか一項に記載の伝送ユニット。
- 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。
- 請求項12〜33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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