JP7410971B2 - 構成可能な接着デバイスおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、ターゲット表面に接着するためのデバイスおよび関連する使用方法に関する。

デバイスを固定するためのさまざまな方法が存在する。例えば、デバイスは釘やネジを使用して表面に固定され得る。しかしながら、これは表面を損傷する可能性があり、明らかにデバイスを皮膚に適用するのには適していない。あるいは、接着剤などの物質も使用され得る。しかしながら、これは永続的すぎる場合がある。例えば、吸盤を使用して、非破壊（非侵襲）的な接続および／または一時的な接続が設けられ得る。しかしながら、これらは通常、例えば簡単にはがれ得る表面のように、すべての表面に適しているわけではない。あるいは、依然として、粘着性の物質および／またはテープを使用して、デバイスが接着され得る。

例えば、米国特許第５，３９４，８７７号明細書（特許文献１）には、患者に自己接着をもたらす結合媒体を有する超音波医療診断装置が記載されている。従来技術に記載されているように、外部から適用される医療診断装置に取り付け可能な接触媒体構造は、患者の皮膚への医療装置の自己接着を提供し、ベルトまたは同様の手段の必要性を排除する。具体的には、メッシュ強化ヒドロゲルフィルムが使用され、これはデバイスに接着し、デバイスの周囲を越えて延在し、患者の身体の輪郭に対する追加の接着性およびコンプライアンスをもたらす。医療機器の周囲に関連し、それを越えて延在する支持要素は、接触媒体に接着し、患者の皮膚に対して拡張されたヒドロゲルフィルムの適合可能性をもたらす。残念ながら、既知のヒドロゲルフィルムの接着特性を制御することは困難であり、ゲルは望ましくない残留物を残し得る。

米国特許第５，３９４，８７７号明細書

さまざまな表面との（一時的な）接続を形成するためのデバイスの接着を制御する上で、さらなる改善の必要性が残っている。

本開示の態様は、ターゲット表面に接着するためのデバイスおよび方法に関する。本明細書に記載されるように、接着力は、吸引によってもたらされ得る。例えば、ポケットは、接触面内に窪んだ領域によって形成される。ポケットは、デバイスがターゲット表面に接触したときに、ターゲット表面によって閉じられ得る。このように、ポケットは一種の吸盤として機能し得る。接着様式としての吸引の使用は、損傷の発生および／または残留物の形成を回避し得ることが理解されるであろう。本明細書に記載されるように、ポケットの内容物、すなわち、空気が、ポケットから積極的に除去されて、ポケット内に比較的低い圧力が形成されるか維持され得る。吸引機構を動的に制御することにより、接着を制御することができ、デバイスを様々なターゲット表面に適したものにし得る。好ましくは、振動する可撓性膜を使用して、空気をポケットから押し出す。例えば、膜は、ポケットを囲む壁の一部であり得る。このようにして、比較的単純なポンピングメカニズムが形成され、例えば、薄い（シート）デバイスに適用され得る。有利なことに、一方向弁を使用して、空気がポケットに逆流するのを防ぎながら、空気をポケットから出すことができる。このようにして、ポケット内の比較的低い圧力がより簡単に構築および維持され得る。柔軟な接触面および／または柔軟な基板を設けることにより、デバイスは、その形状を、平坦、湾曲、またはその他の形状であるかどうかにかかわらず、さまざまなターゲット表面に適合させ得る。それぞれの可撓性膜および一方向弁を備えた複数のポケットを設けることによって、自己接着性の大面積デバイス、例えば、自己接着性の超音波（シート）デバイスが形成され得る。好ましくは、１つ以上の弁が振動膜に形成される。例えば、振動膜におけるフラップを一方向弁として使用して、比較的コンパクトで簡単に構築できるデバイスが形成され得る。

本開示の装置、システム、その方法における、これらおよび他の特徴、態様、並びに、利点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲、そして、添付の図面からよりよく理解されるであろう。

図１Ａは、吸引によりターゲット表面に接着するためのデバイスの断面図を概略的に示す。 図１Ｂは、それぞれの可撓性膜と一方向バルブを備えた複数のポケットを備えたデバイスを示す。 図２Ａは、アクチュエータの代替配置を備えたデバイスを示す。 図２Ｂは、可撓性膜に接着された圧電層を備えたアクチュエータを示す。 図３Ａは、可撓性膜を作動させるように構成された静電アクチュエータを示す。 図３Ｂは、基板を通って延在する比較的長い通路に配置された弁によって形成された一方向弁を示す。 図４Ａは、可撓性膜が動的コンポーネントとしても機能するデバイスを示す。 図４Ｂは、自己接着性超音波装置の可能な用途を示す。 図５Ａは、可撓性膜が積層によって基板上に取り付けられているデバイスの断面図を示す。 図５Ｂは、図５Ａに示される実施形態の対応する分解斜視図を示す。

特定の実施形態を説明するために使用される用語は、本発明を限定することを意図するものではない。本明細書で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈が明らかに他のことを示さない限り、複数形も含むことを意図している。「および／または」という用語は、関連してあげられたアイテムの１つまたは複数のありとあらゆる組み合わせを含む。「備える」および／または「備えた」という用語は、述べられた特徴の存在を規定するが、１つまたは複数の他の特徴の存在または追加を排除するものではないことが理解されよう。方法における特定のステップが別のステップに続くと指摘する場合、別段の指定がない限り、特定のステップを実行する前に、他のステップに直接従うことができるか、または１つまたは複数の中間ステップが実行され得ることをさらに理解されよう。同様に、構造または構成要素間の接続について説明される場合、この接続は、別段の指定がない限り、直接または中間の構造または構成要素を介して確立され得ることが理解されるであろう。

本発明は、本発明の実施形態が示されている添付の図面を参照して、以下において完全に説明される。図面では、システム、コンポーネント、レイヤー（層）、および領域の絶対サイズと相対サイズは、理解しやすくするために誇張されている場合がある。実施形態は、おそらく理想化された実施形態および本発明の中間構造の概略図および／または断面図を参照しつつ説明され得る。説明および図面において、同様の番号は、全体を通して同様の要素を指し示す。相対的な用語およびその派生語は、その時点で説明されている、或いは、その説明中の図面に示されている方向を指すと解釈されるべきである。これらの相対的な用語は、説明の便宜上のものであり、特に明記しない限り、システムを特定の方向で構築または操作する必要はない。

図１Ａは、吸引によってターゲット表面２００に接着するためのデバイス１００の断面図を概略的に示している。

いくつかの実施形態では、デバイス１００は、デバイス１００をターゲット表面２００に接触させるための接触面２０ａを有する基板２０を含む。図示される実施形態では、ポケット１０は、例えば、凹状で、接触面２０ａ内に、延在するポケット面１０ａによって形成される。言い換えれば、ポケット１０は、接触面２０ａ内に窪んだ領域によって形成され得る。ポケットは、使用中にターゲット表面２００に面し得る開放側１０ｂを有する。このようにして、ターゲット表面は、ポケット１０を閉じることができる。

いくつかの実施形態では、デバイスは、ポケット面１０ａの少なくとも一部を形成する可撓性膜１５を含む。他の実施形態またはさらなる実施形態において、図示されるように、アクチュエータ４０は、デバイスの一部として組み込まれる。一実施形態では、アクチュエータ４０は、可撓性膜１５を作動させるように構成される。好ましい実施形態では、一方向弁３０は、ポケット面１０ａを通って延在する。特に、一方向弁３０は、好ましくは、ポケット１０の内容物を、一方向弁３０を介して周囲３００に案内するように構成される。原則として、周囲３００は、例えば、通常、デバイスの外部環境である、一方向弁３０の反対側の任意の容積（十分に大きい）によって形成され得る。好ましい実施形態では、ポケットの可撓性膜１５を作動させる少なくとも１つのアクチュエータ４０は、ポケットの内容物を、一方向弁３０を介してポンプ排出させる。したがって、デバイスの接触面２０ａとターゲット面２００との間の吸引が確立および／または維持され得る。

いくつかの実施形態では、ターゲット表面２００は、（比較的）平坦な表面であり得る。したがって、接触面２０ａは、ターゲット表面２００に隣接するために同様に平坦であり得る。他のまたはさらなる実施形態では、図１Ｂに示されるように、ターゲット表面２００は湾曲し得る。したがって、接触面２０ａは、同様に湾曲することができ、そして／或いは、接触面２０ａは、可撓性および／または弾性であって、その形状を、湾曲しまたは任意の他の形状を有する多種多様なターゲット表面の形状に一致させ得る。柔軟性は、加えられた応力の影響下で弾性的に変形し、応力が除去されると元の形状に戻る材料の能力として通常理解される。

いくつかの実施形態では、基板２０はシートとして形成される。例えば、基板２０は、接触面２０ａに適応するように変形され得る可撓性シートである。他のまたはさらなる実施形態では、基板２０は、変形を可能にするために、比較的薄く、および／または比較的柔軟な材料を含む。例えば、基板２０は、１センチメートル未満、０．５センチメートル未満、３ミリメートル未満、或いは、０．１～２ｍｍの間未満の比較的薄い厚さ「Ｚｓ」を有する。典型的には、基板２０またはシートは、比較的大きな表面積を有し、すなわち、その表面に沿って、その厚さ「Ｚｓ」よりもはるかに大きい、例えば、１０倍、１００倍、１０００倍、またはそれ以上の係数の寸法を有する。もちろん、基板２０はまた、他の形態要素を有し得る。

典型的には、可撓性膜１５は、基板２０に固定されている。いくつかの実施形態では、可撓性膜１５は、積層によって基板２０に取り付けられている。他のまたはさらなる実施形態では、可撓性膜１５は、基板２０の一体部分として形成され得る。例えば、可撓性膜１５は、基板２０の一部を除去してポケット１０を掘削することによって形成される。あるいは、または追加として、可撓性膜１５を備えた１つまたは複数のポケット１０が一緒に、例えば成形によって、基板２０に形成される。また、可撓性膜１５を基板２０に固定するための、例えば、接着剤の使用、溶解など、他の方法が想定され得る。いくつかの実施形態では、基板２０および可撓性膜１５は、同じ材料で形成される。或いは、基板２０は、異なる材料のものであり得る。

ポケット１０がターゲット表面２００によって閉じられている場合、専用通路３０ｐがポケット面１０ａを通って延在したままであることが好ましく、この通路は、ポケット１０の内容物を、周囲３００へ一方向弁３０を介してポケット１０に案内するように構成される。図示される実施形態では、太い一点鎖線の矢印を使用して、通路３０ｐを介して一方向弁３０を介してポケット１０から外部環境３００への排他的（または優先）流れ方向を示す。図示される実施形態では、一方向弁３０は、可撓性膜１５を通って延在するが、弁はまた、図３Ａ～３Ｂを参照して後で説明するように、ポケット面１０ａの他の部分を通って延在し得る。

いくつかの実施形態では、ポケット１０は、空気または別の流体のような、ポケットの内容物のための貯蔵器（リザーバ）のように機能し得る。本明細書に記載されるように、ポケット１０は、ポケット１０を、境界付けるポケット面１０ａを備える。いくつかの実施形態では、図示されるように、ポケット面１０ａは、基板２０および可撓性膜１５を含むか、またはそれらによって形成される。好ましい実施形態では、可撓性膜１５は、ポケット１０ｂの開放側の反対側にある。また、他の相対的な配置も想定され得る。いくつかの実施形態では、図示されるように、一方向弁３０が可撓性膜１５を通って延在するときのように、可撓性膜１５は、ポケット１０を周囲３００から分離する。

典型的には、一方向弁は、内容物が他の方向よりも一方向により容易に流れることを可能にするように構成され、この場合、周囲３００からポケット１０への内向きよりもポケット１０から周囲３００への外向きにより容易に流れる。例えば、ポケット１０に入る方向の（流体）流れ抵抗は、ポケット１０から出る方向よりも、少なくとも１０倍、好ましくは５０倍、または１００倍以上高い。一方向弁３０がポケット１０に逆流する流体に抵抗するほど、ポケット１０内の負圧がより良く影響され、および／または維持され得る。いくつかの実施形態では、一方向弁３０は、ポケット１０の内容物がそれを通って一方向にのみ、すなわち周囲３００に流出することを可能にする一方で、内容物が他の方向に、すなわちポケット内に逆流するのを実質的に防止する。

好ましい実施形態では、図示されるように、一方向弁３０は、可撓性膜１５を通って形成される。別のまたはさらに好ましい実施形態では、一方向弁３０は、空気がポケット１０から出る方向に流れるときにポケットから通路３０ｐを開き、反対方向に閉じるように構成されフラップ３０ｆを含むか、またはそれによって形成される。フラップ３０ｆは、例えば図１Ａに示される可撓性膜１５を通る通路３０ｐ、或いは、例えば図３Ａに示されるポケットからの別の通路を覆い得る。典型的には、可撓性膜１５の表面に沿ったフラップ「Ｄｆ」の寸法は、フラップが覆う通路「Ｄｐ」の断面寸法よりも、少なくとも１．１倍または１．２倍から２倍以上まで大きい。いくつかの実施形態では、フラップは、フラップ３０ｆの一端を可撓性膜または基板２０に取り付けるヒンジ３０ｈを含むか、またはその一部を形成する。フラップの別の端部は、可撓性膜（または基板）の対向する部分３０に当接し、フラップ３０ｆが通路３０ｐを閉じるために静止され得る弁座(valve seat)として作用され得る。好ましい実施形態では、一方向弁３０の可撓性膜１５およびフラップ３０ｆは、例えば、摩擦電気効果を回避するために、同じ材料で作られている。

いくつかの実施形態では、デバイス１００は、使用中に、ターゲット表面２００に接触され得る。したがって、ターゲット表面２００は、デバイスのポケット１０ｂの開放側を少なくとも部分的に閉じることができる。ポケット面の少なくとも一部を形成する可撓性膜１５は、アクチュエータによって、またはそうでなければ作動され得る。このようにして、膜は、ポケット１０の内容物を外部環境３００、例えば、一方向弁３０を介して、外部環境３００に案内することに寄与し得る。他のまたはさらなる実施形態では、デバイス１００は、周囲３００からポケット１０に空気が漏入することによって、切り離されるか、またはオフにされ得る。例えば、いくらかの漏れは、一方向弁３０を通って、または（透過性の）可撓性膜１５を通って、あるいはそうでなければ、例えば、デバイスの小さな開口部を通って生じ得る。他のまたはさらなる実施形態において、デバイスは、例えば、一方向弁３０の操作の切り替え、または別の解放弁（図示せず）を使用するように、ポケットを開くためにデバイスを動的に切り替えることによって切り離され得る。

好ましい実施形態では、図１Ｂに示されるように、デバイス１００の吸引は、例えば、周囲圧力「Ｐｘ」と比較して、ポケット１０内に比較的低い圧力「Ｐｐ」を発生または維持することによってもたらされる。理論に拘束されることなく、周囲３００とポケット１０との間の圧力差は、ターゲット表面２００に向かってデバイスに正味の力(net force)を引き起こし得る。図示された実施形態では、可撓性膜１５は、ポケット面１０ａの一部を形成しながら振動するように作動される。このようにして、可撓性膜１５は、ポケット１０の内容物、例えば空気をポケット１０から一方向弁３０を通って押し出すポンプのように機能し得る。例えば、一方向弁３０は、ポケット１０内における（周囲３００と比較して）比較的低い圧力の発生または維持を助け、吸引によって可撓性膜１５をターゲット表面２００に接着（付着）させ得る。

好ましくは、ポケット「Ｖｐ」の容積は、例えば、ポケットに空気が漏れる可能性を考慮して、ポケット１０が空気の貯蔵器として効果的に機能することを可能にするのに十分な大きさにしなければならない。例えば、ポケット「Ｖｐ」の容積は、例えば、０．０１～１００立方ミリメートル（ｍｍ^３）の間、好ましくは０．０５～２０ｍｍ^３の間、例えば１～１０ｍｍ^３の間である。十分な容積を達成するために、いくつかの実施形態では、ポケットの深さ「Ｚｐ」は、１０マイクロメートルから５ミリメートルの間、好ましくは２０から２００マイクロメートルの間、より好ましくは５０から１００マイクロメートルの間である。例えば、ポケットの深さ「Ｚｐ」は、基板２０の厚さ「Ｚｓ」によって決定または制限され得る。ポケットの深さを比較的低く保つことによって、基板を比較的薄く保つことができ、デバイスの適合性／柔軟性を保つのに役立ち得る。もちろん、ポケット「Ｖｐ」の容積はまた、その直径に関連し得るが、これは、可撓性膜１５の直径と同じであり得る。例えば、可撓性膜「Ｄｍ」の直径は、１００マイクロメートルから５ミリメートルの間、好ましくは３００マイクロメートルから１ミリメートルの間、例えば、８００マイクロメートルであり得る。いくつかの実施形態では、可撓性膜１５の表面積は、平方ミリメートル（ｍｍ^２）から１平方センチメートル（ｃｍ^２）の単位まで、例えば、０．１ｍｍ^２から１ｃｍ^２の間、好ましくは、０．５～１０ｍｍ^２、例えば１～５ｍｍ^２である。可撓性膜１５の表面積が大きいほど、ポケットから一方向弁３０を介してより多くの空気を外部環境３００に押し出す。

一実施形態では、図示されるように、可撓性膜１５は、振幅「Ａｍ」でポケット１０の内側またはポケット１０に隣接して振動するように構成される。いくつかの実施形態では、可撓性膜１５の振動の（最大）振幅「Ａｍ」は、数マイクロメートルの単位、例えば、１０から１０００μｍの間、好ましくは５０から１００マイクロメートルの間である。いくつかの実施形態では、可撓性膜１５の表面積と組み合わされた可撓性膜１５の振幅「Ａｍ」は、可撓性膜１５がポケット１０から押し出す空気の量、すなわちポケットの容積「Ｖｐ」を決定する。

好ましくは、可撓性膜１５は、その機能を実行するために比較的高い柔軟性、伸縮性、および／または弾性を有し、すなわち、その内容物を除去するために比較的大きな振幅「Ａｍ」で振動中にポケット１０内に拡張する。好ましくは、可撓性膜１５は、基板２０よりも柔軟で、すなわち、可撓性膜１５と比較して、例えば、少なくとも２倍、５倍、１０倍、またはそれ以上低い比較的低い曲げ剛性を有する。典型的には、可撓性膜１５の曲げ剛性は、主にその弾性率および厚さに依存する。いくつかの実施形態では、可撓性膜１５は、弾性率が、例えば０．０１（ゴム）～５ＧＰａの間である５ギガパスカル未満のヤング率(Young’s modulus)である弾性率を有する。適切な材料には、例えば、典型的なヤング率が２～２．７ＧＰａのポリエチレンテレフタレートＰＥＴが含まれる。他のまたはさらに可能な可撓性膜１５材料は、例えば、ポリエチレンナフタレートＰＥＮを含み得る。この教えは、熱可塑性ウレタンＴＰＵなどの伸縮性の高い材料にも特に利益をもたらし得る。例えば、可撓性膜１５のヤング率は、例えば、２５℃の室温で測定して、１ギガパスカル未満であり得る。

いくつかの実施形態では、可撓性膜１５は、１つまたは複数の（面内）方向に沿って比較的高い伸縮性および／または弾性を有し、そのサイズ、例えば、破損することなく１つまたは複数の方向に沿った長さを、少なくとも１．１倍または１．２倍、例えば２倍以上まで拡張することを可能にする。他のまたはさらなる実施形態では、可撓性膜「Ｚｍ」の厚さは、１から１０００マイクロメートルの間、好ましくは１０から２００マイクロメートルの間、より好ましくは５０から１００マイクロメートルの間である。可撓性膜「Ｚｍ」を例えば１０マイクロメートルの比較的薄い厚さに設けることにより、可撓性膜１５は、その低い曲げ剛性のために、アクチュエータ４０によって容易に振動させられ得る。あるいは、可撓性膜「Ｚｍ」のより厚い厚さは、可撓性膜１５のより低い通気性をもたらし得る。したがって、より高い負圧がポケット１０に形成されて、一方向弁３０が開き得る。

いくつかの実施形態では、可撓性膜１５の振幅「Ａｍ」は、アクチュエータ４０の周波数「Ｆ」によって決定される。一実施形態では、アクチュエータ４０の周波数「Ｆ」は、可撓性膜１５を作動させるように構成されたキロヘルツからメガヘルツの単位、例えば、１００キロヘルツである。好ましい実施形態では、アクチュエータ４０は、可撓性膜１５の共振周波数またはその近くで周波数「Ｆ」で可撓性膜１５を作動させる。いくつかの実施形態では、例えば、図１Ａに示されるように、アクチュエータ４０は、可撓性膜１５上に配置される。

いくつかの実施形態では、例えば、図１Ｂに示されるように、デバイス１００は、それぞれの可撓性膜１５および一方向弁３０を備えた複数のポケット１０を備える。いくつかの実施形態では、それぞれの可撓性膜１５は、それぞれのアクチュエータ４０によって作動される。他のまたはさらなる実施形態では、１つまたは複数のアクチュエータは、複数の可撓性膜１５（図示せず）を作動させるように構成され得る。

いくつかの実施形態では、音響変換器などの動的コンポーネント５０は、ポケット１０の間に配置され得る。動的コンポーネント５０は、１つ以上の可撓性膜１５を作動させる１つ以上のアクチュエータ４０と同じまたは別個であり得る。例えば、動的コンポーネント５０はまた、例えば、ターゲット表面２００、またはターゲット表面２００の下の本体を検査するための（別個の）音響コンポーネントであり得る。また、他のタイプの動的コンポーネント５０、例えば、発光デバイス、タッチ感知デバイスなどが想定され得る。

好ましい実施形態では、ポケット１０は、可撓性膜「Ｄｍ」の直径およびポケットの容積「Ｖｐ」に応じて、ポケット「Ｄｐ」間の距離が数ミリメートルから数センチメートル、またはそれ以上の単位で互いに離れて配置される。例えば、ポケット「Ｖｐ」の容積が数立方マイクロメートルの単位、例えば最大１立方ミリメートルである場合、例えば、１０個、２０個、５０個または１００個を超える多くの（マイクロ）ポケット１０のマトリックスが設けられて、デバイス１００をターゲット表面２００に保持し得る。あるいは、それぞれのポケット「Ｖｐ」の容積が数立方ミリメートル、あるいは１立方センチメートルの単位である場合、デバイス１００を保持するために必要なポケット１０の数は少なくなり得る。

好ましい実施形態では、デバイスは、ターゲットとの音響相互作用のための音響デバイス１００であって、例えば、身体の検査、またはデバイスの上に保持された指などの対象物との相互作用のための音響デバイス１００である（図４Ｂ）。一実施形態では、デバイスは、ターゲットとの音響相互作用、例えば、接触面２０ａを介した身体の検査または別の対象物との相互作用のために音響信号を受信するように構成された音響変換器（トランスデューサ）５０（アクチュエータ４０から分離され得るか、または同じ）を備える。いくつかの実施形態では、一方向弁３０は、ターゲットとの音響相互作用中にデバイスをターゲット表面２００に接着するために、ポケット１０の内容物を、一方向弁３０を介して案内するように構成される。一実施形態では、音響デバイスは、アクチュエータおよび／または音響変換器を制御するためのコントローラを含む。いくつかの実施形態では、コントローラは、音響変換器との間で電気信号を送受信するように構成される。一実施形態では、電気信号は、トランスデューサ（変換器）が、例えば、ターゲット表面２００を介して身体に、またはデバイスの上の空気中に音波を放出するように構成される。別のまたはさらなる実施形態では、電気信号はトランスデューサから受信される。例えば、トランスデューサによって受信された音波を使用して、身体の（超音波）画像が形成され得る。本明細書に記載されるように、身体は、例えば人類生理学、または、例えば構造的一体性を検査するための対象物の本体を検査するための対象であり得る。

図２Ａは、アクチュエータ４０が、可撓性膜１５を作動させるように構成された基板２０上に配置されている実施形態を示している。好ましくは、膜１５とそれぞれのアクチュエータ４０との間の距離「Ｄａ」は、比較的小さく、例えば、（基板表面に沿って）１センチメートル未満、０．５センチメートル未満、または１ミリメートル未満でさえある。したがって、可撓性膜１５は、アクチュエータ４０と共振している（直接的または基板２０などの中間構造を介して連通する）。

図２Ｂは、アクチュエータ４０が、可撓性膜１５に接着された圧電層４０Ｌを含むか、またはそれによって形成される実施形態を示す。例えば、作動は、例えば、好ましくは可撓性膜１５の表面に沿った、可撓性膜１５に対する、圧電層４０Ｌの膨張および／または収縮によって行われ得る。例えば、可撓性膜１５および圧電層４０Ｌのスタックは、前記相対的な膨張および／または収縮の結果として変形し得る。別のまたはさらなる実施形態では、デバイスは、可撓性膜１５を作動させるために圧電層４０Ｌにエネルギーを与えるように構成されたコントローラ４Ｃをさらに含む。典型的には、圧電層４０Ｌはまた、可撓性膜１５の動的特性を保持するために伸縮性および可撓性を有する。例えば、圧電材料は、ポリマベースであり得る。いくつかの実施形態では、圧電層４０Ｌは、基板３０に成形され、基板２０上に積層され、または他の方法で、それらの端部が基板２０に固定されている一方、圧電層４０Ｌによって可撓性膜１５を振動させるように構成された基板３０に固定され得る。

図３Ａは、静電アクチュエータ４０ｅが可撓性膜１５を作動させるように構成された実施形態を示す。いくつかの実施形態では、図示されるように、通路３０ｐ（ここでは基板２０を通る）は、一方向弁３０を形成するフラップ３０ｆによって閉鎖され得る。或いは、代替タイプの一方向弁３０が使用され得る。もちろん、他のタイプの（一方向）バルブも使用できる。例えば、図３Ｂは、一方向弁３０が逆止弁(check-valve)によって形成される実施形態を示している。図示されるように、通路３０ｐは、基板２０を通って延在し、一方向弁３０は、通路３０ｐに配置されたばねおよびバルブディスクを含む逆止弁システムによって形成される。また、他のタイプの一方向弁、または好ましい流れの方向を有するバルブが想定され得る。一実施形態（図示せず）では、一方向弁は、一方向の流速または流れ抵抗を（例えば、膜上の等しい圧力差で）他の方向よりも低くする非対称オリフィスによって形成されるか、またはそれを含む。例えば、一方向弁は、細長いチャネルまたはチューブ内の非対称オリフィスによって形成され得る。

図４Ａは、デバイス１００が複数のポケット１０を含む別の実施形態を示す。一実施形態では、図示されるように、可撓性膜１５は、接着以外の別の機能のための動的コンポーネント５０としても機能する。例えば、それぞれのポケット１０上で振動し、デバイス１００を接着するために使用されるそれぞれの１つまたは複数の可撓性膜１５は、それ自体で、動的コンポーネント５０、例えば、音波を上向き（または下向き）およびターゲット表面２００から離れて放出する音響変換器を形成し得る。これは、例えば、動的コンポーネント５０が分離され、ポケット１０の間に配置された図１Ｂの実施形態とは対照的であり得る。また、組み合わせも可能である。

図４Ｂは、自己接着性超音波デバイス１００の可能な用途を示している。いくつかの実施形態では、異なる音源から発生する音波が使用され、例えば、建設的に干渉され得る。一実施形態では、図示されるように、異なる供給源は、それぞれの可撓性膜１５によって形成され得る。別のまたはさらなる実施形態（図示せず）では、動的コンポーネント５０などの他のまたはさらなる供給源も、ある特定の場所での音波の建設的または破壊的な干渉のために使用され得る。一実施形態では、図示されるように、音波は、建設的に干渉して、触覚インターフェース、例えば、空中の仮想ボタンが形成され得る。可能なアプリケーションには、仮想現実インターフェースが含まれ得る。

図５Ａは、可撓性膜１５が積層によって基板２０に取り付けられている実施形態の断面を示している。図５Ｂは、実施形態の対応する分解斜視図を示している。

一実施形態では、図示されるように、可撓性膜１５は、第１の膜層１５ａおよび第２の膜層１５ｂを含み、第２の膜層１５ｂは、第１の膜層１５ａに接着している。別のまたはさらなる実施形態では、一方向弁３０は、第２の膜層１５ｂから切り出された通路３０ｐを覆う第１の膜層１５ａから切り出されたフラップ３０ｆによって形成される。典型的には、フラップ３０ｐは、通路よりも大きく、例えば、フラップ直径「Ｄｆ」は、通路直径「Ｄｐ」よりも少なくとも１．１倍、１．５倍、またはそれ以上になり得る。いくつかの実施形態では、図示されるように、ポケット１０は、基板２０から切り取られ得る。典型的には、ポケット「Ｄｍ」の直径は、通路直径「Ｄｐ」および／またはフラップ直径「Ｄｆ」よりも大きくなり得る。いくつかの実施形態では、第１の膜層１５ａおよび／または第２の膜層１５ｂは、圧電層４０Ｌによって覆われ得る。他のまたはさらなる実施形態では、他の層、例えば、図５Ａに示されるような上部電極４０ｅ１および／または下部電極４０ｅ２も存在し得る。

いくつかの実施形態（図示せず）では、一方向弁のフラップ形成部分は圧電材料を含む。例えば、図示された実施形態は、圧電層４０Ｌを第２の膜層１５ｂに適用するように修正され得る。他のまたはさらなる実施形態では、一方向弁（フラップまたはその他）は、（周期的に）振動する膜の特定の間隔で開閉するように動的に制御され、例えば、可撓性膜がポケットに近づいたり離れたりそれぞれするときに開閉する。例えば、フラップの圧電材料が使用されてバルブが作動させられ得る。一実施形態では、フラップの圧電材料への分離された電気接続（チャネル）が設けられ得る。例えば、フラップは、高温電極と接地電極の接続を反転し、ポーリング方向を制御する（例えば、それを反転する）ことによって作動される。あるいは、または追加で、膜を作動させて第１の共振周波数で振動させ、フラップを作動させて第２の共振周波数で振動させることができる。いくつかの実施形態では、（膜およびフラップ内の）両方の圧電材料層は、同じチャネルを使用してアドレス指定され、例えば、少なくとも２つの共振周波数からなる信号を使用して両方が作動され得る。

明確化および簡潔な説明の目的で、特徴は、同じまたは別個の実施形態の一部として本明細書に記載されるが、本発明の範囲は、記載される特徴のすべてまたはいくつかの組み合わせを有する実施形態を含み得ることが理解される。議論されて示された実施形態の様々な要素は、超音波医療診断装置などの曲面または平坦な表面に適用される可撓性大面積デバイスのために、大きな表面上で一時的な非破壊物理的接触を達成および維持するなどの特定の利点をもたらす。もちろん、上述した実施形態またはプロセスのいずれか１つを１つまたは複数の他の実施形態またはプロセスと組み合わせて、設計および利点を見つけて一致させることにおいてさらなる改善が提供され得ることを理解されたい。本開示は、様々な表面へのデバイスの接着を制御することに特定の利点をもたらし、一般に、表面またはデバイス間の接着接触が望まれる任意の用途に適用できることが理解される。

添付された特許請求の範囲を解釈する際に、「含む」という言葉は、所与の請求項に記載されているもの以外の要素または行為の存在を排除するものではないことを理解されたい。要素の前にある「ａ」または「ａｎ」という単語は、そのような複数の要素の存在を排除するものではない。請求項内の参照記号は、その範囲を制限するものではない。いくつかの「手段」は、同じまたは異なるアイテムまたは実装された構造または機能によって表される場合がある。開示されたデバイスまたはその一部のいずれかは、特に明記しない限り、一緒に組み合わせるか、またはさらなる部分に分離され得る。ある請求項が別の請求項を参照している場合、これは、それぞれの機能の組み合わせによって達成される相乗的な利点を示している可能性がある。しかしながら、特定の措置が相互に異なる請求項に記載されているという単なる事実は、これらの措置の組み合わせを有利に使用できないことを示すものではない。したがって、本実施形態は、文脈によって明確に除外されない限り、各請求項が原則として任意の先行する請求項を参照し、請求項のすべての有効な組み合わせを含み得る。

４Ｃ コントローラ
１０ ポケット
１０ａ ポケット面
１５ 可撓性膜
１５ａ 第１の膜層
１５ｂ 第２の膜層
２０ 基板
２０ａ 接触面
３０ 一方向弁
３０ｆ フラップ
３０ｈ ヒンジ
３０ｐ 通路
４０ アクチュエータ、音響変換器（トランスデューサ）
４０ｅ 静電アクチュエータ
４０ｅ１ 上部電極
４０ｅ２ 下部電極
４０Ｌ 圧電層
５０ 動的コンポーネント
１００ デバイス、音響デバイス
２００ ターゲット表面
３００ 周囲、外部環境

Claims (15)

1. ターゲット表面（２００）への吸引によって接着するためのデバイス（１００）であって、
   当該デバイス（１００）をターゲット表面（２００）に接触させるための接触面（２０ａ）を有する基板（２０）と、
   前記接触面（２０ａ）上に分布し、前記接触面（２０ａ）内に延在するポケット面（１０ａ）によって形成された複数のポケット（１０）であって、使用中に開放側（１０ｂ）が前記ターゲット表面（２００）に面し、前記ターゲット表面（２００）によって閉じられている、複数のポケット（１０）と、
   を含んでなる、デバイス（１００）において、
   それぞれのポケットが、
   それぞれのポケット面（１０ａ）の少なくとも一部を形成する可撓性膜（１５）と、
   それぞれの前記ポケット面（１０ａ）を貫通する一方向弁（３０）と、
   を備え、前記一方向弁（３０）が、それぞれのポケットと周囲（３００）との間に配置され、それぞれの前記ポケット（１０）の内容物を前記一方向弁（３０）を介して周囲（３００）に案内するように構成されており、
   当該デバイス（１００）は、当該デバイスに統合された少なくとも１つのアクチュエータ（４０）であって、前記ポケットの内容物を、作動された前記可撓性膜によって前記一方向弁（３０）を介してポンプ排出するように、前記ポケットの可撓性膜（１５）を作動させるように構成された、少なくとも１つのアクチュエータ（４０）を備え、それにより、当該デバイスの前記接触面（２０ａ）と前記ターゲット表面（２００）との間の吸引が、確立または維持されていることを特徴とする、デバイス（１００）。
2. 前記一方向弁（３０）が、前記可撓性膜（１５）を貫通して形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記一方向弁（３０）は、前記可撓性膜（１５）が作動した結果、空気が前記ポケット（１０）の外の方向に流れるときに、前記ポケット（１０）から通路（３０ｐ）を開き、反対方向に閉じるように構成されたフラップ（３０ｆ）を備えていることを特徴とする、請求項１または２に記載のデバイス。
4. 前記可撓性膜（１５）と、前記一方向弁（３０）を形成するフラップ（３０ｆ）とが同じ材料でできていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のデバイス。
5. 前記アクチュエータ（４０）が前記可撓性膜（１５）上に配置されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のデバイス。
6. 前記アクチュエータ（４０）が、前記可撓性膜（１５）に接着されたポリマベースの圧電層（４０Ｌ）を備え、前記圧電層（４０Ｌ）を含む前記可撓性膜（１５）が、前記基板（２０）よりも柔軟であることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のデバイス。
7. 前記アクチュエータ（４０）が、前記可撓性膜（１５）の共振周波数で振動するように構成されていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のデバイス。
8. 前記基板（２０）が可撓性シートとして形成されていることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のデバイス。
9. 前記ポケットの容積（Ｖｐ）が１０立方ミリメートル未満であることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載のデバイス。
10. 前記デバイス（１００）が、それぞれの可撓性膜（１５）および一方向弁（３０）を備えた複数の前記ポケット（１０）を含んでなることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載のデバイス。
11. 前記基板（２０）が、１００を超えるポケット（１０）のマトリックスを有するシートとして形成されている場合、それぞれのポケット（１０）の容積（Ｖｐ）が１立方ミリメートル未満であることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載のデバイス。
12. 前記デバイス（１００）が、前記ポケット（１０）の間に配置された１つまたは複数の動的コンポーネント（５０）であって、前記ターゲット表面（２００）の下の身体を検査するために、音響信号を前記ターゲット表面（２００）に送信または受信するように構成された、１つまたは複数の動的コンポーネント（５０）を含んでいることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載のデバイス。
13. 超音波医療診断装置を形成していることを特徴とする、請求項１２に記載のデバイス。
14. デバイス（１００）をターゲット表面（２００）に接着する方法であって、
    前記デバイス（１００）を前記ターゲット表面（２００）に接触させるステップであって、前記ターゲット表面（２００）が、前記デバイス（１００）の接触面（２０ａ）内に延在するそれぞれのポケット面（１０ａ）によって形成されたポケット（１０）の開放側を閉じる、ステップと、
    前記デバイスの一部として統合されたアクチュエータ（４０）によって、それぞれの前記ポケット面（１０ａ）の少なくとも一部を形成する可撓性膜（１５）を作動させるステップであって、前記ポケット（１０）の内容物を、それぞれの一方向弁（３０）を介して、前記ポケット面（１０ａ）通って周囲（３００）に案内する、ステップと、
    を含んでなることを特徴とする、方法。
15. 前記デバイス（１００）は、接着した後に前記アクチュエータ（４０）をオフにすることによって取り外され、空気が前記周囲（３００）から前記ポケット（１０）内に逆流することを可能にしていることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。

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