(57)【要約】      （修正有）【課題】ゴム弾性体に、市販のＩＣチップ又は、センサー及びＩＣチップ及び関係回路を含むマイクロシステム(以下ＩＳＭと略す)を埋め込む場合の新しい技術と、ゴム弾性体がセンシング機能を強化する方法を提供する。【解決手段】先ずＩＳＭをゴムに埋め込む為に第１層の未加硫ゴム８の上表面に所定のＩＳＭが十分収納できる刻印空間９を刻印し、この中に加硫ゴムチップ１１とＩＳＭ１０を入れる。この際できるだけＩＳＭを前記刻印空間の真中に位置するように加硫ゴムを周りに入れることが望ましい、加硫ゴムはＪＩＳ硬度５０以下のものが良く、硬度が７０以上なるとＩＳＭの部品に損傷を与える恐れがある。前記刻印空間にＩＳＭと加硫ゴムチップを空間いっぱいに充填した後、その上に第２層の未加硫ゴム１２を載せ改め用意した金型で加温、加圧成形を行う。前記刻印空間のＩＳＭが７０℃以上に達しないように、またＩＳＭの各部品に５０ｋｇ／Ｃｍ２以上の圧力がかからないようにする為、加硫温度と加硫時間を調整する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサチップを含むＩＣチップ及び電源チップを（以下、イテティグレイティドセンサーマイクロシステム、略してＩＳＭと称す。）ゴム弾性体に埋め込む手段として第１層の未加硫ゴムの表面からＩＳＭの体積以上の空間を刻印して、そこに封印するか（以下、刻印空間と称す）改め、前記ＩＳＭを封印した加硫ゴムのキャプセル（以下、キャプセルと称す）を前記未加硫ゴムの表面に押し込み、その上部に第２層の未加硫ゴムを載せこの第２層の、未加硫ゴム表面にセンシング誘導形状（以下、誘導路と称す）及び放熱口が形成できる様に加温、加圧で成形を行うＩＣチップの埋め込み方法とセンシング機能を強化する方法。（以下、本ゴム弾性体の製造方法と称す）
【請求項２】
前記キャプセルは、六方体及び球形を含み前記未加硫ゴムを加温、加圧成形する際に前記キャプセルの外側表面が、ゴム弾性と接着するか加硫反応して固定されること、更に前記キャプセルが放熱口及び、前記誘導路に対して連結されることを特徴とする請求項１のキャプセル。
【請求項３】
前記誘導路は、流体をＩＳＭのセンサーに誘導する為の流路を加温、加圧の加硫成形が行われる前記第２層の表面に設けるか、又は前記第２層の未加硫ゴムに改めゴム又は、プラスチックの細管を埋め込み加圧、加温成形を行って得る請求項１の誘導路。
【請求項４】
前記ＩＳＭが、稼動する際の熱を放出する手段として前記未加硫ゴムの第２層を成形する際に、前記本ゴム弾性体の表に対して開放口になるように成形するか又は、前記放熱口の中に良好な伝熱体を挿入する前記請求項１の放熱口。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用】
ＩＳＭを粗悪な環境下で保護すると共に、各種パイプラインなどの破損漏れ検知を点から面で行うことが出来る。
【０００２】
【従来の技術】
水、石油やガスの幹線のパイプライン及び、その貯蔵タンク施設などは生活を支えるライフラインで、その高度なセキュリティの備えが非常に重要である。この様な施設における破損漏れは、その位置を特定することが困難である、例えばパイプライン１が地中か野外に設置されている場合、破損漏れ２はパイプの円周位置θと、パイプの長さ方向Ｚでその位置が特定されるがこれを検知する為には（θ、Ｚ）面に多くのセンサーを取り付ける事が必要である、このような事は現実的に不可能であるので、パイプライン１に対してＺ方向に沿って適当な数、例えば１ｍあるいは１０ｍ毎に１個ずつセンサーを取り付けても（θ、Ｚ）面上の、センシングが出来る方法が要求される。
さらに、（θ、Ｚ）面上のいかなる位置において破損漏れが発生した場合、その時間と位置をリアルタイムで知らせることが不可欠である。この様に、センサーが点々と存在しながら、その点の位置を含む面上の事象をセンシングしてライフラインの様ないわゆる、広域セキュリティに適用できる技術、又は製品は見当たらない。更に、前記の広域セキュリティシステムが野外等で使用される場合、次のような事が必ず起こることを想定しなければならない、即ち１日の温度変化が５０℃で、それによる化学的、力学的安定性が求められる。地盤変化による引張強度、圧縮及び曲げ強度、その他異物との衝突によるθ衝撃応力に対抗できる強度が必要である、ゴム弾性体は機械的なトラブルを防止する為によく応用される、その例として本発明で目的とする内容と異なるが例えば特開２００１−３６３６９がある。ここでＩＣチップをタイヤの内部表面に張付ける技術を発明しているが、その工程が未加硫ゴムの仮成形４を行い、その内側表面に接着層５を作りその上にＩＣチップ６を接着させた後、加硫、成形する為、耐熱性の材料でＩＣチップをマスキングした後でこれを取り除くなどコストが高くなることと作業が複雑である、更に前記特許ではパイプラインなどの破損を監視するようなセンシング系を収納していない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、ＩＳＭが粗悪な環境で使われる際に十分保護の対策が取られると同時に、ＩＳＭのセンサーをランダムに点在、又は１次元的に点々と配置しても２次元的に物質の流れをセンシングできる方法をゴム弾性体を用いて解決しそのための製法を解決する。
【０００４】
【課題を解決する為の手段と実施例】
先ずＩＳＭをゴムに埋め込む為に第１層の未加硫ゴム８の上表面に所定のＩＳＭが十分収納できるへっこみを刻印９し、この中に加硫ゴムチップ１１とＩＳＭ１０を入れる。
この際できるだけＩＳＭを前記刻印空間の真中に位置するように加硫ゴムを周りに入れることが望ましい、加硫ゴムはＪＩＳ硬度５０以下のものが良く、硬度が７０以上なるとＩＳＭの部品に損傷を与える恐れがある。本発明の例では硬度５０で粒度１ｍｍの粉末を用いた。
前記刻印空間にＩＳＭと加硫ゴムチップを空間いっぱいに充填した後、その上に第２層の未加硫ゴム１２を載せ改め用意した金型で加温、加圧成形を行う、成形温度は１４０℃から１７０℃圧力は約１００ｋｇ／Ｃｍ２で加硫時間が１５分にすることが一般のゴム成形であるが、前記刻印空間のＩＳＭに７０℃以上に達しないようにまたＩＳＭの各部品に５０ｋｇ／Ｃｍ２以上の圧力がかからないようにする為、加硫温度と加硫時間を調整する。
本発明の例では、加硫温度を１７０℃にし加硫時間５分、圧力を６０ｋｇ／Ｃｍ２にして加硫が終わった時、前記ＩＳＭ付近の温度は５０℃前後であった、上記の如く、未加硫ゴムに刻印空間を作って、その中に加硫ゴムチップかＩＳＭをゴム弾性体に埋め込むことができる。ＩＳＭをはさんで第１層の未加硫ゴムと第２層の未加硫ゴムを加温、加圧して成形するとき刻印空間の加硫ゴムチップによって熱や圧力がＩＳＭの各部品に及ぶ程度を暖和することができる、同様なことはＩＳＭをゴム製のキャプセルを前記刻印空間と加硫ゴムチップの働きと同じ仕組みしても可能である、この場合は、改めキャプセルを作って、その後このキャプセルにＩＳＭを配置する。
【０００５】
次に、ＩＳＭのセンサー部分に検知対象物質を（以下、対象物質と称す）誘導する手段をゴム弾性体に作る方法を説明する。以上でＩＳＭをゴム弾性体に埋め込む例を述べたが、これだけではパイプラインなどからの破損もれ物質をＩＳＭがセンシングできないので、加硫成形を行う際に前記第２層の未加硫ゴムの表面に誘導路を作り、この誘導路がＩＣチップ又は、ＩＳＭのセンシング部に連がるようにした。前記誘導路はその断面が凹型かＶ字型いずれかで平面図からこの誘導路を見た場合、図５に示すように誘導路１５がＩＳＭのセンサー１３に集中するようなデザインは広域センシングは出来ないので、図６のようにゴム弾性体の表面に一律斜線形の誘導路１６とこれを横切る誘導路丸１７を成形するとこれらを、クロスするポイント１８がセンサー位置１８となる、即ち加硫成形時に金型で斜線状の溝つまり誘導路１６を作って行き、これを横切る誘導路１７を入れる事によって、このラインに沿ってＩＳＭセンサー１８を点々とゴム弾性体に埋め込むことでパイプラインなどに対する２次元センシングが可能となる。
前記刻印空間に加硫ゴムを入れるか、キャプセルを入れ未加硫ゴムを加圧、加温成形を行う時、刻印の内側部分と加硫ゴム、又キャプセルの外側表面は前記第１層及び第２層の未加硫ゴムが加硫する時にこれらと同時に加硫接着され、ゴム弾性体内にそれぞれの界面で固定されることが重要である。
特に刻印空間のゴムチップはその空間の真中にＩＳＭを支えているので、ゴムチップと刻印との界面における加硫接着の他にゴムチップ同志の弱い接着状態が望ましい、その為ゴムチップを刻印空間に入れる時加硫性の接着剤、例えばＥＶＡなどを少量改めゴムチップにぬらして使用することも出来る、本実施例では、ゴムチップをそのまま刻印空間に詰めＩＳＭがこれらゴムチップに拘束されるようにした。
【０００６】
前記誘導路１６は、ＩＳＭが埋め込まれた刻印空間又は、キャプセルに通じ、ＩＳＭのセンサーに対象物質を運ぶ通路を提供するとともに、ＩＳＭから発生しうる熱を外部に放散させる通路を提供することと、水道、ガスなどのパイプラインに用いる場合被検知物質によってＩＳＭセンサーをパイプ表面のどこにするか決める、
水及び石油などのように破損もれで下方へ流出する場合はセンサーがパイプラインの下１９に来るように配置してパイプラインの面表（θ、Ｚ）のあらゆる部分を監視、センシングするＩＳＭセンサーで検知したデーターはＩＳＭの中で信号処理を行いプロセサーで破損もれの時間と位置をトランスミッターで発信する、このＩＳＭの各部については本発明の目的ではないので、例えばＩＥＥＥ  ＳＥＮＳＯＲＳ  ＪＯＵＲＮＡＬ、ＶＯＬ．２、ＮＯ．６のＴＯＮＧ  ＢＯＯＮ  ＴＡＮＧらは、大きさが５５ｍｍ×１６ｍｍのＩＳＭのようなものを開発していくコンパクトなセンサー付きＩＣチップが本発明に適用できるようになった。
【０００７】
【詳細な実施例】
ゴムはＳＢＲに加硫剤として硫黄、加硫促進剤として酸化亜鉛、及びテトラトラメチルチオラムジサルファイドを添加して混練したものを未加硫ゴムとした。この未加硫ゴムをオープンロールで厚さ１ｃｍ、幅１０ｃｍのシート状のものを作り、これにＩＣチップ、センサーなどを收約したものをプラスチック製の基盤に実装し、電源はゴム弾性体の外から銅線を通じて供給した。先端的なＩＣチップには、センサーアナログ信号回路、デジタル信号プロセッサー、トランスミッター及び電源をコンパクトにまとめたものが開発されているが本発明は、このようなシステムを作ることが目的ではなく市販のものをゴム弾性体に集約しそのセンシング能力を向上させることが目的であるため、電源を銅線で外部から供給するか、他の電源チップを用いるなどには制限がない。
実際に用いたセンサー、ＮＧＳＸ−０．３アルコールセンサーでガス濃度と抵抗値の直線性が非常に優れているが、電源がＩＳＶで寸法が１６ｍｍと大きい。一方、ＩＣチップは７４ＨＣＯ２Ａで寸法が１０×７×１．５ｍｍで電源は０〜３Ｖが必要である。
ＩＣチップとアルコールセンサーの大きさの差があるので収納するスペースを別々にしたいずれの刻印にも粒度１ｍｍのゴムチップをＩＣチップの周りとセンサーの周りにいっぱい充填した後、未加硫ゴムに対する成形圧を３０ｋｇ／ｃｍ程度、湿度１５０℃で５分間加硫を行った成形後のゴム弾性体の厚さは２０ｍｍとなるようにした。センサー部分には５分間に約１００℃まで湿度が上昇するが、それはセンサーの大きさが１６ｍｍと大きいため、湿度が金型の表面から、すぐ伝わるからである。ＩＣチップがあるスペースの中心、即ちＩＣチップの表面付近は成形の間５０℃程度しか上昇せず、その間加硫成形は終了した。
ＩＣチップ及びセンシング回路をＰＣＢの上に実装しこのパッケージを収納した後、センサーに１５Ｖの電源を印加しアルコール２１を通して流した後出力端子３４から電圧変化を検出し、成形時に圧力と湿度による影響がなかったことを確認した。同じくＩＣチップに対しても検出した結果、加硫工程による損傷は認められなかった、さらに誘導路３６にアルコールを少量流し、これが開口２１に送られるような条件を確認したところ、傾斜度３０度以上が必要であった。３０度以下の場合、センシングするためにセンサーから遠いほどアルコールの量が多く必要となり流入速度が遅い。これは誘導路においてゴム弾性体にアルコールが付着し、一部が吸収されるからで本発明ではこの問題については改善しない。センサーから直接信号をＩＣチップから発信する信号３６をノイズが少ない条件で得るためには、本実施例ではある種のインターフェースが必要であったがこの問題を解決して１つのＩＣチップにまとめたものもあるので本実施例ではＩＣチップの出力信号電圧の確認にとどまったが実施例から本発明の各請求項の内容が認められた。
【発明の効果】
【０００８】
本発明はＩＣチップの発達と共に、より環便な方法でゴム弾性体に収納できるようになり、これを広域セキュウリティーなどに応用できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年8月21日(2003.8.21)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の問題を示す立面図
【図２】ゴム体にＩＣチップを埋め込む他の特許の例を示す断面図
【図３】ゴム弾性体にＩＳＭを埋め込むための初期工程を説明する断面図
【図４】図３の初期工程から次の工程を示す断面図
【図５】ゴム弾性体ＩＳＭを埋め込んだ後、各誘導路によって２次元センシングが行われることを説明する平面図
【図６】パイプラインの表面に本発明の製品を用いた場合の異常に対するセンシングの仕組みを説明する立面図
【図７】ゴム弾性体に埋め込まれたＩＳＭのセンサーに外部からの被センシング物質がどのように接触するかを説明する断面図
【図８】パイプラインに本発明品を用いる場合マクロ的に、ＩＳＭがゴム弾性体にどのような配置で埋め込まれるかを示す立面図
【符号の説明】
１  パイプライン
２  パイプラインの破損部分
３  流体もれ
４  未加硫ゴムを仮成形したもの
５  接着剤
６  ＩＣチップ
７  マスキング剤
８  第一層未加硫ゴム
９  刻印空間
１０  ＩＳＭ
１１  加硫ゴムチップ
１２  第二層未加硫ゴム
１３  ＩＳＭのセンサー
１４  ゴム弾性体
１５  誘導路
１６  誘導路
１７  誘導路
１８  ＩＳＭのセンサー位置
１９  ＩＳＭ