СЛОИСТОЕ ИЗДЕЛИЕ С ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ
LAMINATES WITH CONVERTER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к обеспечению электрического контакта с преобразователем и находит применение в области преобразователей в целом. В частности, преобразователь может быть, например, пьезоэлектрическим преобразователем, таким как пьезоэлектрический ультразвуковой преобразователь. Кроме того, преобразователь можно соединять с медицинским устройством для использования при отслеживании положения устройства в ультразвуковом поле.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Преобразователи применяются во всех областях промышленности от переносных электронных устройств, оптики, биотехнологии и солнечных элементов до области медицинских устройств. Эти преобразователи, которые включают, например, ультразвуковые, термические, емкостные, импедансные, оптические и механические или же микроэлектромеханические устройства, обеспечивают широкий ряд приложений для измерений и преобразования энергии. Такие преобразователи часто обеспечивают в виде слоя, т.е. листа. Иногда преобразователь выполняют непосредственно из, например, слоя или листа электроактивного материала, хотя в других случаях данный слой может включать множество подслоев или пластов, которые в совокупности обеспечивают функцию преобразователя. Примеры слоев преобразователя включают пьезоэлектрические слои, светоизлучающие слои, такие как светодиод и органический светодиод, светочувствительные слои, такие как солнечные элементы, чувствительные к давлению слои и чувствительные к емкости слои. Микроэлектромеханические преобразователи, применяемые, например, при регистрации движения, также могут обеспечиваться в виде слоя. Примерами электроактивных или, даже конкретнее, пьезоэлектрических материалов, обеспеченных в виде слоя, из которого непосредственно могут выполняться преобразователи, являются поливинилиденфторид, т.е. ПВДФ, и смежные материалы из группы ПВДФ, содержащие сополимеры ПВДФ и терполимеры ПВДФ. Пьезоэлектрические материалы применяют в некоторых из вышеуказанных приложений, поскольку они реагируют на давление, и, наоборот, сжимаются или расширяются при приложении электрического поля. Однако, все эти приложения страдают от необходимости выполнить электрический контакт со слоем преобразователя для передачи электрических сигналов к преобразователю и от него.
Один пример вышеуказанной необходимости возникает в области медицинских устройств, как описано в неопубликованной в настоящее время PCT-заявке PCT/IB2015/052425. Здесь требуется выполнить электрический контакт с пьезоэлектрическим датчиком, который в конечном счете соединяется с медицинским устройством. В этом примере пьезоэлектрический датчик реагирует на ультразвуковые сигналы, применяемые для отслеживания положения медицинского устройства в ультразвуковом поле. Эта необходимость создания электрического контакта с преобразователем может осложняться необходимостью прикрепления преобразователя к искривленной поверхности медицинского устройства, такого как ствол катетера (канюли) или стержень иглы, и проведения к ним электрических сигналов.
Очевидным решениям такой задачи являются электрические припои, но термические ограничения, налагаемые самим преобразователем, часто требуют применения более дорогостоящих низкотемпературных припоев. Для этой цели также был разработан ряд проводящих адгезивов.
Патентная заявка WO2013/148149A1 относится к фотоэлектрическим модулям и описывает средства создания электрического контакта с фотоэлементами. В некоторых вариантах осуществления для облегчения такого контакта с одной стороной солнечного элемента используется чувствительный к давлению адгезив, т.е. PSA. Патентная заявка США US2011/0297219A1 также относится к фотоэлектрическим устройствам и также описывает применение чувствительного к давлению адгезива для создания электрического контакта с одной стороной фотоэлектрических устройств.
В документе США US2010/0090332A1 описана сборка керамических кристаллов, включающая керамическое основание, множество внешних электродов, пару цилиндрических металлических токоподводящих проводников и изолирующий защитный материал. Пара внешних проводов образована напротив друг друга по обеим торцевым поверхностям керамического основания, соответственно. Цилиндрический металлический токоподводящий проводник одним своим концом электрически и механически соединен с внешними электродами электропроводящим адгезивом, соответственно, и имеет внешний диаметр, равный или превышающий толщину керамического основания. Изолирующий защитный материал включает в себя пару изолирующих пленок и слой изолирующего покрытия.
В документе JP61040071 описан высокомолекулярный полимерный пьезоэлектрический элемент с тонкопленочными электродами. Гибкий лист с электродом включает в себя высокомолекулярную полимерную пленку, соединенный с электродом тонкопленочный вывод и другой электрод с выводом, соединенным с еще одним электродом. Один из электродов соединен с пьезоэлектрическим элементом и связан с еще одним электродом электропроводящим адгезивом. Некоторые из электродов соединены друг с другом с помощью сцепления медной пленкой между ними, поддерживаемой электропроводящим адгезивом.
Настоящее изобретение направлено на устранение недостатков, указанных выше и других известных решений, и связанных с этим проблем.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель настоящего изобретения заключается в обеспечении электрического контакта с преобразователем. Для этой цели предоставлены прибор, способ сборки прибора и способ прикрепления прибора к удлиненному устройству, которые охарактеризованы в независимых пунктах формулы изобретения.
В соответствии с одним аспектом изобретения, предоставлено слоистое изделие с преобразователем. Слоистое изделие с преобразователем включает две покрытые адгезивом пленки F1, F2, адгезивные покрытия AC1, AC2 которых расположены обращенными друг к другу. В первом положении A - A' по длине двух электрических проводников C1, C2 два электрических проводника C1, C2 размещены между адгезивными покрытиями AC1, AC2 двух покрытых адгезивом пленок, и между двумя электрическими проводниками C1, C2 также размещен слой преобразователя TY таким образом, что с помощью электродов E1, E2 на слое преобразователя TY создается электрический контакт. Во втором положении B - B' по длине двух электрических проводников C1, C2 два электрических проводника C1, C2 размещены между адгезивными покрытиями AC1, AC2 двух покрытых адгезивом пленок, а между двумя электрическими проводниками C1, C2 слой преобразователя TY отсутствует. Таким образом обеспечивается слоистое изделие с преобразователем, содержащее электрическую шину.
В соответствии с другим аспектом изобретения, имеется промежуток DS между центрами двух электрических проводников C1, C2 в плоскости, параллельной слою преобразователя.
В соответствии с другим аспектом изобретения, каждый из двух электрических проводников C1, C2 содержит проволоку с по существу круглым поперечным сечением.
В соответствии с другим аспектом изобретения, каждая проволока имеет диаметр DW; и отношение промежутка между центрами двух электрических проводников к диаметру проволоки DS/DW больше чем или равно 10.
В соответствии с другим аспектом изобретения, каждая пленка в слоистом изделии с преобразователем сформирована из одного из следующих материалов: поливинилиденфторид, сополимер ПВДФ, такой как поливинилиденфторид-трифторэтилен, терполимер ПВДФ, такой как поли(винилиденфторид-трифторэтилен-хлортрифторэтилен) (П(ВДФ-3ФЭ-ХТФЭ)).
В соответствии с другим аспектом изобретения, по меньшей мере одна из двух покрытых адгезивом пленок F1, F2 слоистого изделия TL с преобразователем дополнительно снабжена одним или более отверстиями для создания электрического контакта с по меньшей мере частью каждого из двух электрических проводников C1, C2.
В соответствии с другим аспектом изобретения, i) по меньшей мере одна из пленок изготовлена из проводящего материала и/или ii) по меньшей мере одна из пленок (F1, F2) представляет собой проводящий слой (CL), проходящий по существу вдоль длины двух электрических проводников (C1, C2).
В соответствии с другим аспектом изобретения, одна из двух покрытых адгезивом пленок F1, F2 дополнительно включаетвторое адгезивное покрытие AC3 на упомянутой другой из своих двух поверхностей.
В соответствии с другим аспектом изобретения, по меньшей мере одно из адгезивных покрытий AC1, AC2, AC3 представляет собой адгезивное покрытие, чувствительное к давлению.
В соответствии с другим аспектом изобретения, преобразователь представляет собой ультразвуковой преобразователь, который способен испускать и/или регистрировать ультразвуковые сигналы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 показано слоистое изделие TL с преобразователем в соответствии с некоторыми аспектами (вариантами осуществления) изобретения, на виде в плоскости на фиг. 1A, вдоль сечения B - B' на фиг. 1B, вдоль сечения A - A' на фиг. 1C, вдоль сечения B - B' в увеличенном виде до послойной укладки на фиг. 1D и вдоль сечения A - A' в увеличенном виде до послойной укладки на фиг. 1E.
На фиг. 2 показана подложка S, содержащая массив слоистых изделий TL1, TL2, TLN с преобразователем, отделяемых вдоль линий CL1, CL2, CLN разреза, которая обеспечивает электрический контакт с соответствующими отдельными преобразователями T1, T2, TN.
На фиг. 3 показано слоистое изделие TL с преобразователем, в котором пленка F1 дополнительно содержит проводящий слой CL, который проходит вдоль двух электрических проводников C1, С2, на виде в плоскости на фиг. 3A, вдоль сечения B - B' на фиг. 3B, вдоль сечения A - A' на фиг. 3C, вдоль сечения B - B' в увеличенном виде до послойной укладки на фиг. 3D и вдоль сечения A - A' в увеличенном виде до послойной укладки на фиг. 3E.
На фиг. 4 показано слоистое изделие TL с преобразователем, чья пленка F2 дополнительно содержит второе адгезивное покрытие AC3 на упомянутой другой из её двух поверхностей, на виде в плоскости на фиг. 4A, вдоль сечения B - B' на фиг. 4B, вдоль сечения A - A' на фиг. 4C, вдоль сечения B - B' в увеличенном виде до послойной укладки на фиг. 4D и вдоль сечения A - A' в увеличенном виде до послойной укладки на фиг. 4E.
На фиг. 5 показано удлиненное устройство N, в котором слоистое изделие TL с преобразователем прикреплено к нему при помощи второго адгезивного покрытия AC3 и путем наматывания слоистого изделия TL с преобразователем вокруг удлиненного устройства N по спирали.
На фиг. 6 показан способ прикрепления слоистого изделия TL с преобразователем к удлиненному устройству N, такому как медицинская игла, при помощи второго адгезивного покрытия AC3 на поверхности слоистого изделия с преобразователем и путем прокатывания удлиненного устройства N вдоль второго адгезивного покрытия AC3 в направлении стрелки.
На фиг. 7 показан вид в плоскости слоистого изделия TL с преобразователем в соответствии с некоторыми аспектами изобретения, в котором каждый из двух электрических проводников C1, C2 перекрывается с его соответствующим электродом E1, E2 для ограничения площади поверхности перекрытия CEOSA1, CEOSA2 проводника с электродом.
На фиг. 8 показаны некоторые аспекты изобретения, в частности, на фиг. 8A - слоистое изделие TL с преобразователем и отдельное удлиненное устройство N, причем слоистое изделие TL с преобразователем имеет пару по существу параллельных краев LEDG1, LEDG2 слоя, которые расположены под острым углом α к направлению WDIR ширины слоистого изделия с преобразователем, а на фиг. 8B - слоистое изделие TL с преобразователем, которое намотано вокруг удлиненного устройства N по спирали.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Как описано выше, настоящее изобретение обеспечивает электрическое соединение с преобразователем. Для этого представлено слоистое изделие с преобразователем.
На фиг. 1 показано слоистое изделие TL с преобразователем в соответствии с некоторыми аспектами изобретения, на виде в плоскости на фиг. 1A, вдоль сечения B - B' на фиг. 1B, вдоль сечения A - A' на фиг. 1C, вдоль сечения B - B' на увеличенном виде до послойной укладки на фиг. 1D и вдоль сечения A - A' на увеличенном виде до послойной укладки на фиг. 1E. Слоистое изделие с преобразователем на фиг. 1 включает две покрытые адгезивом пленки F1, F2, два электрических проводника C1, C2 и слой преобразователя TY. На каждой пленке F1, F2 имеется адгезивное покрытие AC1, AC2 на одной из её двух сторон. Два электрических проводника C1, C2 расположены рядом друг с другом и проходят в общем (одинаковом) направлении. Слой преобразователя TY имеет электрод E1, E2 на каждой из своих двух сторон. Минимальное расстояние между двумя электродами (E1, E2) может задавать ось AX1 преобразователя. Пленки могут быть сформированы из ряда полимерных материалов, например, из полиэтилентерефталата (PET), полиимидов (PI) или полиамидов (PA). Предпочтительно пленки формируют из электроизолирующего материала. Адгезивные покрытия AC1, AC2 в принципе могут представлять собой любое адгезивное покрытие, хотя предпочтителен чувствительный к давлению адгезив, т.е. PSA покрытие. Чувствительные к давлению адгезивы представляют собой класс материалов, которые образуют адгезионное сцепление при приложении давления. Предпочтительно, чтобы чувствительный к давлению адгезив обеспечивал надежное сцепление и тем самым крепкую структуру, которую можно быстро собрать. Подходящие чувствительные к давлению адгезивы включают продукт 2811CL производства фирмы 3M corporation. Их поставляют в виде полимерных листов, покрытых PSA, таких как продукт 9019, поставляемый фирмой 3M corporation. Покрытые PSA полимерные листы, как правило, снабжены удаляемым внешним слоем, который отслаивается, открывая адгезивное покрытие, и тем самым защищает адгезивный слой до тех пор, пока не потребуются его адгезивные свойства. Кроме того, адгезивные покрытия AC1, AC2 предпочтительно формируются из электроизолирующего материала. Электрические проводники C1, C2 обеспечивают электрический контакт с соответствующими электродами E1, E2 на поверхностях слоя преобразователя, тем самым образуя электрическую шину, соединенную с преобразователем. Подходящие материалы - электрические проводники включают металлы, например, золото, алюминий, медь, серебро и хром. Предпочтительно электрические проводники имеют вид проволоки. Преимущественно, применение проволок, которые обычно имеют по существу круглое поперечное сечение, улучшает гибкость полученного таким образом слоистого изделия с преобразователем. Такие проволоки более эластичны при сгибании в различных направлениях по сравнению с применением электропроводящих полосок или дорожек, которые обычно имеют более прямоугольное поперечное сечение. Таким образом, использование проволок особенно выгодно при прикреплении слоя преобразователя к неплоской поверхности.
Вообще говоря, слой TL преобразователя может представлять собой преобразователь любого типа, имеющийся в виде слоя; т.е. в форме с двумя основными поверхностями. Преобразователь может обеспечивать сенсорную функцию или функцию приведения в действие. Слой может включать множество подслоев или пластов, которые совместно обеспечивают функцию преобразователя. Примеры слоев преобразователя включают пьезоэлектрические слои, светоизлучающие слои, такие как светодиод и органический светодиод, светочувствительные слои, такие как солнечные элементы, чувствительные к давлению слои и чувствительные к емкости слои. Микроэлектромеханические преобразователи, применяемые, например, при регистрации движения, также могут обеспечиваться в виде слоя. Предпочтительно, слой TL преобразователя представляет собой слой пьезоэлектрического преобразователя, а конкретнее, слой пьезоэлектрического ультразвукового преобразователя, который может, например, быть сформирован из поливинилиденфторида, т.е. ПВДФ, или смежных материалов группы ПВДФ, включая сополимеры ПВДФ, такие как поливинилиденфторид-трифторэтилен, и терполимеры ПВДФ, такие как П(ВДФ-3ФЭ-ХТФЭ). Эти материалы доступны в виде гибкого слоя и могут обеспечивать пьезоэлектрический преобразователь, пригодный для прикрепления к неплоской поверхности. Однако изобретение не ограничено этими конкретными примерами.
Возвращаясь к слоистому изделию TL с преобразователем по фиг. 1, адгезивные покрытия AC1, AC2 двух покрытых адгезивом пленок F1, F2 расположены обращенными друг к другу. Кроме того, в первом положении, указанном сечением A - A', по длине двух электрических проводников C1, C2 два электрических проводника C1, C2 размещены между адгезивными покрытиями AC1, AC2 двух покрытых адгезивом пленок, и слой преобразователя TY также размещен между двумя электрическими проводниками C1, C2 так, что один из двух электрических проводников создает электрический контакт с одним из двух электродов E1, E2 слоя преобразователя TY, и так, что другой из двух электрических проводников C1, C2 создает электрический контакт с упомянутым другим из двух электродов E1, E2 слоя преобразователя TY. Как показано на фиг. 1, две покрытые адгезивом пленки F1, F2 предпочтительно расположены послойно вдоль оси AX1 преобразователя так, что одна из двух покрытых адгезивом пленок F1, F2 находится на одной стороне слоя преобразователя TY, а другая из двух покрытых адгезивом пленок F1, F2 находится на другой стороне слоя преобразователя TY. Во втором положении, указанном сечением B - B', по длине двух электрических проводников C1, C2 два электрических проводника C1, C2 размещены между адгезивными покрытиями AC1, AC2 двух покрытых адгезивом пленок, а между двумя электрическими проводниками C1, C2 слой преобразователя TY отсутствует. Первое положение, т.е. сечение A - A', может соответствовать, например, концу слоистого изделия с преобразователем, такому как дальний конец слоистого изделия с преобразователем. Альтернативно, слой преобразователя TY может быть расположен, например, в середине или в любом положении по длине слоистого изделия с преобразователем. Электрическое соединение может быть обеспечено по обоим концам слоистого изделия с преобразователем. Кроме того, также предусмотрена возможность расположения многочисленных слоев преобразователя TY по длине двух электрических проводников C1, C2 для обеспечения электрического контакта с множеством таких слоев преобразователя TY.
При этом электрический контакт со слоем преобразователя TY обеспечивается в слоистом изделии TL с преобразователем в первом положении по длине электрических проводников, т.е. по сечению A - A', электрическими проводниками C1, C2, которые расположены, т.е. удерживаются напротив соответствующих электродов E1, E2, между адгезивными покрытиями AC1, AC2 пленок F1, F2. Во втором положении по длине электрических проводников, т.е. по сечению B - B', где отсутствует слоистое изделие с преобразователем, предусмотрена электрическая шина для обеспечения соединения со слоем или слоями преобразователя TY. Желательно, чтобы протяженность второй части, т.е. B - B', по длине электрических проводников превышала протяженность первой части, т.е. A - A', по длине электрических проводников. Таким образом, обеспечивается эффективная длина электрической шины. Предпочтительно соотношение этих двух протяженностей (размеров) больше или равно 5 или больше или равно 10, или больше или равно 50, или больше или равно 100. Электрическую шину можно использовать для электрического соединения преобразователя, например, с отдельной электрической цепью или цепью обработки сигналов. Предпочтительно объединенные электрическая шина и преобразователь находятся в пределах двух пленок F1, F2. Это обеспечивает гладкую внешнюю поверхность, которая служит защитой от загрязнений или разрушения преобразователя либо его электрических проводников. Это особенно полезно, например, в медицинских применениях, поскольку это обеспечивает непрерывный барьер между материалами преобразователя и окружающей средой. Кроме того, это позволяет тестировать преобразователь, когда он находится в герметичной окружающей среде, близко соответствующей окружающей среде, в которой он в итоге используется, тем самым минимизируя различия между его характеристиками при тестировании и при использовании. Более того, надежный электрический контакт со слоем преобразователя обеспечивается описываемым слоистым изделием с преобразователем в тонком, гибком форм-факторе.
На фиг. 2 проиллюстрирована подложка S, содержащая массив слоистых изделий TL1, TL2, TLN с преобразователем, отделяемых вдоль линий CL1, CL2, CLN разреза, которые обеспечивают электрический контакт с соответствующими отдельными преобразователями T1, T2, TN. Таким образом, слоистое изделие с преобразователем по фиг. 1 изготовить относительно просто, поскольку подложка с массивом таких слоистых изделий с преобразователем может быть быстро изготовлена, например, при обеспечении слоя преобразователя TY в виде непрерывной полосы, проходящей поперек направления электрических проводников, и при размещении его между разными проволоками. После этого отдельные слоистые изделие с преобразователем можно отделить от подложки, например, как показано на фиг. 1, процессом резки по линиям CL1, CL2, CLN разреза.
В дополнительном варианте осуществления, который не показан, по меньшей мере одна из двух покрытых адгезивом пленок F1, F2 в слоистом изделии TL с преобразователем дополнительно снабжена одним или более отверстиями для создания электрического контакта с по меньшей мере частью каждого из двух электрических проводников C1, C2. Отверстие или отверстия предпочтительно находятся во втором положении по длине двух электрических проводников C1, C2; т.е. вдоль части электрической шины. Кроме того, желательно, чтобы отверстие или отверстия соответствовали электрическим проводам. Таким образом, можно использовать единственное общее отверстие, которое открывает часть каждого электрического проводника C1, C2, или же можно использовать больше одного отверстия. Кроме того, отверстия могут быть как с одной стороны слоя преобразователя, например, при создании отверстий либо в F1, либо в F2, так и могут иметься отверстия с обеих сторон слоя преобразователя, например, при создании отверстия в каждой из F1, и в F2 для обеспечения электрического контакта с одной или двух сторон. Отверстие(я), таким образом, могут быть использованы для обеспечения электрического контакта с внешней электрической цепью. Отверстие(я) могут быть выполнены, например, путем вырезания отверстия в виде окна в одной из пленок F1, F2 и локального удаления части адгезивного слоя AC1, AC2 после сборки слоистого изделия с преобразователем. Альтернативно, такое отверстие может быть сформировано в пленке F1, F2 до сборки слоистого изделия с преобразователем с такой выгодой, что адгезивный слой удаляют вместе с частью пленки, к которой он прикреплен.
На фиг. 3 показано слоистое изделие TL с преобразователем, в котором пленка F1 дополнительно содержит проводящий слой CL, который проходит по существу вдоль двух электрических проводников C1, С2, на виде в плоскости на фиг. 3A, вдоль сечения B - B' на фиг. 3B, вдоль сечения A - A' на фиг. 3C, вдоль сечения B - B' на увеличенном виде до послойной укладки на фиг. 3D и вдоль сечения A - A' на увеличенном виде до послойной укладки на фиг. 3E. Проводящий слой обеспечивает электростатический экран, который экранирует электрические проводники C1, C2. Кроме того, проводящий слой предпочтительно проходит по меньшей мере через всю ширину обоих электрических проводников для оптимизации электростатического экранирования. Тем самым преимущественно отношение сигнал/шум сигналов, регистрируемых преобразователем на концах электрических проводников, улучшается, поскольку проводящий слой экранирует от помех, которые могут улавливаться электрическими проводниками. Соответственно, когда для передачи электрических сигналов к преобразователю используются электрические проводники, проводящий слой CL снижает электрические помехи между проводниками и близлежащими электрическими системами. В качестве альтернативы варианту осуществления по фиг. 3, одна или обе пленки F1 и F2 могут включать такой проводящий слой. Также предполагается, что вместо применения дополнительного слоя для обеспечения электростатического экрана, как описано выше, по меньшей мере одна из пленок обеспечивается проводящим материалом. Таким образом, вместо использования полимерного материала для пленок F1, F1, одна или обе из этих пленок могут обеспечиваться электропроводящим слоем(ями). В этой реализации электрическая изоляция между электропроводящей пленкой и электрическими проводниками C1, C2 обеспечивается адгезивными покрытиями AC1, AC2. Эта последняя реализация устраняет необходимость в дополнительных слоях в слоистом изделии с преобразователем.
На фиг. 4 показано слоистое изделие TL с преобразователем, чья пленка F2 дополнительно содержит второе адгезивное покрытие AC3 на упомянутой другой из её двух поверхностей, на виде в плоскости на фиг. 4A, вдоль сечения B - B' на фиг. 4B, вдоль сечения A - A' на фиг. 4C, вдоль сечения B - B' на увеличенном виде до послойной укладки на фиг. 4D и вдоль сечения A - A' на увеличенном виде до послойной укладки на фиг. 4E. Таким образом, обе поверхности этой пленки включают адгезивные покрытия. При этом вторая пленка F2 может быть легко прикреплена к устройству, такому как медицинская игла, посредством второго адгезивного покрытия AC3. Иначе говоря, второе адгезивное покрытие AC3 пригодно для прикрепления слоистого изделия TL с преобразователем к устройству. Предпочтительно второе адгезивное покрытие AC3, как и в случае адгезивного покрытия AC2 на пленке F2, сформировано из чувствительного к давлению адгезива, который описан выше. При этом слоистое изделие с преобразователем можно легко прикрепить к устройству просто путем приложения давления. Предпочтительно адгезивное покрытие AC3 формируется из электроизолирующего материала.
В каждом из вариантов осуществления, проиллюстрированных на фиг. 1 - фиг. 4, два электрических проводника C1, C2 в слоистом изделии TL с преобразователем показаны как смещенные вбок по отношению к слою преобразователя TY, так что имеется промежуток DS между центрами двух электрических проводников C1, C2 в плоскости, параллельной слою преобразователя. Промежуток DS снижает емкость между двумя электрическими проводниками C1, C2, которая может в других случаях негативно влиять на высокочастотные электрические характеристики преобразователя TY. Такая емкость может в сочетании с паразитным сопротивлением и индуктивностью электрических проводов и преобразователя действовать как фильтр, ограничивающий чувствительность преобразователя в отношении высокочастотных сигналов. Это особенно важно в ультразвуковых применениях. Более того, промежуток также снижает толщину слоя преобразователя в направлении, перпендикулярном слою преобразователя. Это особенно выгодно в применениях, когда желательно прикрепить слой преобразователя к медицинскому устройству, такому как медицинская игла, когда любая дополнительная толщина негативно влияет на проникающую способность иглы. Если бы электрические проводники, в ином случае, были бы расположены один поверх другого, этого влияния не было бы, поскольку обеспечивалось бы гораздо более толстое слоистое изделие с преобразователем. Отметим, что на практике, когда слой преобразователя, например, по фиг. 1, прикреплен к плоской поверхности, структура немного скручивается, тем самым обеспечивая желательное уменьшение рельефа.
В каждом из вариантов осуществления, показанных на фиг. 1 - фиг. 4, предпочтительно каждый из двух электрических проводников C1, C2 сформирован из проволоки или содержит проволоку с по существу круглым поперечным сечением. Как описано выше, это улучшает гибкость слоистого изделия с преобразователем. Предпочтительно, если каждая проволока имеет диаметр, определяемый как DW, а промежуток между проволоками, как указано выше, составляет DS, тогда соотношение DS/DW больше или равно 10 или больше или равно 20, или больше или равно 100. Увеличение соотношения DS/DW дополнительно снижает емкость между проволоками и, следовательно, ее влияние на высокочастотные характеристики преобразователя.
Варианты осуществления по фиг. 1-4 могут быть собраны с помощью этапов способа, описанного в независимых пунктах формулы изобретения. Процесс размещения между слоями обеспечивает удерживание различных компонентов слоистого изделия с преобразователем на месте при помощи адгезивного слоя. Предпочтительно адгезивный слой представляет собой слой чувствительного к давлению адгезива, как описано выше, и, таким образом, процесс размещения между слоями предусматривает приложение давления в направлении, перпендикулярном слою преобразователя.
Во всех описанных здесь вариантах осуществления типичные размеры по толщине различных слоев следующие: пленка - 1-50 мкм; адгезивный слой - 5-50 мкм; удаляемый внешний слой - 4-35 мкм; однако следует учитывать, что эти размеры исключительно иллюстративные и изобретение не ограничено этими примерами.
Слоистое изделие с преобразователем может быть затем прикреплено к изделию. Изделие может представлять собой медицинское устройство или, конкретнее, удлиненное устройство, такое как медицинская канюля или игла. Предпочтительно так называемое слоистое изделие с преобразователем имеет тонкий форм-фактор, делающий его особенно подходящим для прикрепления к стволу такой медицинской канюли или иглы, не влияя негативно на их характеристики проникновения внутрь. Предпочтительно прикрепление к изделию выполняют с применением второго адгезивного покрытия AC3, описанного в отношении фиг. 4. На фиг. 5 показано удлиненное устройство N, в котором слоистое изделие TL с преобразователем прикреплено к нему при помощи второго адгезивного покрытия AC3 и путем наматывания слоистого изделия TL с преобразователем вокруг удлиненного устройства N по спирали. Процесс наматывания может, например, совершаться путем прокатывания удлиненного устройства N по второму адгезивному покрытию AC3.
На фиг. 6 проиллюстрирован способ прикрепления слоистого изделия TL с преобразователем к удлиненному устройству N, такому как медицинская игла, при помощи второго адгезивного покрытия AC3 на поверхности слоистого изделия с преобразователем и путем прокатывания удлиненного устройства N по второму адгезивному покрытию AC3 в направлении стрелки. В варианте осуществления по фиг. 6 удлиненное устройство N проходит вдоль оси AN, а слоистое изделие TL с преобразователем имеет по существу прямоугольный контур; и наматывание осуществляется путем расположения длинного края RE прямоугольника под острым углом α к оси AN удлиненного устройства N до прокатывания удлиненного устройства N по второму адгезивному покрытию AC3. Таким образом обеспечивается упрощенный способ сборки со спиральным наматыванием.
На фиг. 7 показан вид в плоскости слоистого изделия TL с преобразователем в соответствии с некоторыми аспектами изобретения, в которых каждый из двух электрических проводников C1, C2 перекрывается с соответствующим ему электродом E1, E2 с ограничением площади CEOSA1, CEOSA2 поверхности перекрытия проводника с электродом. На иллюстрации электрод E1 перекрывается со слоем преобразователя TY или расположен поверх него, а электрод E2 перекрывается со слоем преобразователя TY или расположен под ним. Каждое перекрытие происходит в первом положении A - A' и находится в плоскости, совпадающей с соответствующим электродом E1, E2. Предпочтительно соотношение двух площадей поверхности перекрытия проводника и электрода, т.е. CEOSA1/CEOSA2, находится в диапазоне 0,9-1,1, и даже предпочтительнее это соотношение может быть выполнено равным единице. Площадь поверхности перекрытия определяет контактное сопротивление между каждым проводником и соответствующим ему электродом. Делая более или менее равными две площади поверхности перекрытия проводников с электродами можно контролировать отражение электрических сигналов обратно вдоль проводников. На общий импеданс электрической цепи, включающей проводники, электроды и преобразователь также в некоторой степени влияют эти соответствующие площади поверхности. Улучшенный таким образом контроль за этим импедансом обеспечивается с помощью вышеупомянутого соотношения двух площадей поверхности перекрытия проводников с электродами.
На фиг. 8 показаны некоторые аспекты изобретения, в частности, на фиг. 8A слоистое изделие TL с преобразователем и отдельное удлиненное устройство N, слоистое изделие TL с преобразователем с парой по существу параллельных краев LEDG1, LEDG2 слоев, которые расположены под острым углом α к направлению WDIR ширины слоистого изделия с преобразователем, а на фиг. 8B - слоистое изделие TL с преобразователем, которое намотано вокруг удлиненного устройства N по спирали. Слоистое изделие TL с преобразователем по фиг. 8A пригодно для прикрепления к удлиненному устройству, такому как удлиненное устройство N с осью AN, также показанному на фиг. 8A. Как описано в другом месте, удлиненное устройство может быть любым устройством или, конкретнее, инвазивным устройством, таким как медицинская игла, канюля, катетер, проводниковый направитель и т.д. Слоистое изделие TL с преобразователем можно прикреплять к такому удлиненному устройству AN путем наматывания слоистого изделия с преобразователем вокруг оси AN удлиненного устройства N по спирали, иначе говоря, путем прокатывания удлиненного устройства N по слоистому изделию TL с преобразователем. Ось AN может быть более конкретно описана как продольная ось или ось вращения. Возвращаясь к слоистому изделию с преобразователем по фиг. 8A, оно имеет направление WDIR ширины слоистого изделия с преобразователем, перпендикулярное как оси AX1 преобразователя, так и общему направлению, вдоль которого проходят два электрических проводника C1, C2. Ось AX1 преобразователя показана в виде точки в круге на фиг. 8A для показа того, что эта ось проходит перпендикулярно к плоскости страницы иллюстрации. Кроме того, слоистое изделие с преобразователем имеет пару по существу параллельных краев ETL1, ETL2 слоистого изделия с преобразователем, и протяженность слоистого изделия TL с преобразователем в направлении WDIR ширины слоистого изделия с преобразователем ограничивается парой по существу параллельных краев ETL1, ETL2 слоистого изделия с преобразователем. В первом положении A - A' по длине двух электрических проводников C1, C2 протяженность слоя преобразователя TY и/или каждого из электродов E1, E2 вдоль общего направления, вдоль которого проходят два электрических проводника, ограничивается парой по существу параллельных краев LEDG1, LEDG2 слоя. Таким образом, либо слой преобразователя, либо его электроды E1, E2, либо и то, и другое ограничивают края LEDG1, LEDG2 слоя. Кроме того, каждый край LEDG1, LEDG2 слоя расположен под острым углом α к направлению WDIR ширины слоистого изделия с преобразователем. Как следствие, когда слоистое изделие с преобразователем расположено так, что одна из пары краев ETL1, ETL2 слоистого изделия с преобразователем образует острый угол α с осью AN отдельного удлиненного устройства N, и слоистое изделие с преобразователем затем наматывают вокруг оси AN удлиненного устройства N по спирали, пара краев LEDG1, LEDG слоев оказывается расположенной по существу перпендикулярно оси AN удлиненного устройства N. Это обеспечивает слоистое изделие с преобразователем со слоем преобразователя, который может быть точнее позиционирован по отношению к оси удлиненного устройства. Это особенно удобно при применении для отслеживания положения, упомянутом выше в отношении PCT/IB2015/052425, в котором датчик представляет собой ультразвуковой датчик (преобразователь), и положение ультразвукового датчика указывает на положение удлиненного устройства в ультразвуковом поле. Поскольку датчик благодаря острому углу α оказывается намотанным по окружности вокруг оси удлиненного устройства в виде полоски или ленты, расположенной перпендикулярно к оси, его положение относительно оси по мере вращения удлиненного устройства неизменно. Таким образом, зарегистрированное положение датчика не зависит от вращения инвазивного устройства вокруг своей оси. Напротив, датчик, намотанный таким образом, что его определяющие протяженность края намотаны по спирали вокруг оси удлиненного устройства, обеспечивает устройство, в котором положение регистрируемого сигнала меняется с вращением. Аналогично, когда слой преобразователя представляет собой преобразователь вообще, вышеуказанное расположение слоя преобразователя обеспечивает то, что положение воспринимаемого сигнала не меняется с углом вращения инвазивного устройства вокруг своей оси.
Под "острым" углом α в отношении варианта осуществления по фиг. 8 подразумевается, что угол превышает ноль градусов и меньше 90 градусов. Используемый угол α может зависеть от угла, под которым слой преобразователя предоставляется относительно оси удлиненного устройства для наматывания. При этом особенно удобны углы в диапазоне от 5 до 85 градусов.
Кроме того, хотя вариант осуществления по фиг. 8 описан прежде всего в связи с по существу параллельными краями LEDG1, LEDG2 слоя, представляющими собой края слоя преобразователя TY, края LEDG1, LEDG2 могут альтернативно или дополнительно быть краями каждого из электродов E1, E2 (не показано на фиг. 8). В некоторых слоях преобразователя, в особенности слоях преобразователя с высоким поверхностным сопротивлением, активность слоя преобразователя определяется площадью контакта электродов. Таким образом, чтобы аналогичным образом обеспечить неизменность положения воспринимаемого или испускаемого преобразователем сигнала при вращении удлиненного устройства N вокруг оси AN, можно альтернативно использовать ограничение работы преобразователя при помощи электродов.
Изобретение представлено в следующих примерах:
Пример 1. Слоистое изделие TL с преобразователем, включающее:
две покрытые адгезивом пленки F1, F2, причем каждая пленка F1, F2 имеет адгезивное покрытие AC1, AC2 на одной из своих двух поверхностей;
два электрических проводника C1, C2, расположенные рядом друг с другом и проходящие в общем направлении; и
слой преобразователя TY с электродом E1, E2 на каждой из его двух поверхностей;
при этом адгезивные покрытия AC1, AC2 двух покрытых адгезивом пленок F1, F2 обращены друг к другу;
и при этом в первом положении A - A' по длине двух электрических проводников C1, C2 два электрических проводника C1, C2 размещены между адгезивными покрытиями AC1, AC2 двух покрытых адгезивом пленок, и слой преобразователя TY также размещен между двумя электрическими проводниками C1, C2 таким образом, что один из двух электрических проводников создает электрический контакт с одним из двух электродов E1, E2 слоя преобразователя TY, и таким образом, что другой из двух электрических проводников C1, C2 создает электрический контакт с другим из двух электродов E1, E2 слоя преобразователя TY;
и при этом во втором положении B - B' по длине двух электрических проводников C1, C2 два электрических проводника C1, C2 размещены между адгезивными покрытиями AC1, AC2 двух покрытых адгезивом пленок, а между двумя электрическими проводниками C1, C2 слой преобразователя TY отсутствует.
Пример 2. Слоистое изделие TL с преобразователем по примеру 1, в котором два электрических проводника C1, C2 смещены вбок по отношению к слою преобразователя TY таким образом, что между центрами двух электрических проводников C1, C2 в плоскости, параллельной слою преобразователя, имеется промежуток DS.
Пример 3. Слоистое изделие TL с преобразователем по примеру 2, в котором каждый из двух электрических проводников C1, C2 содержит проволоку с по существу круглым поперечным сечением.
Пример 4. Слоистое изделие TL с преобразователем по примеру 3, в котором каждая проволока имеет диаметр DW; и в котором отношение промежутка между центрами двух электрических проводников к диаметру проволоки DS/DW больше или равно 10.
Пример 5. Слоистое изделие TL с преобразователем по любому из примеров 1-4, в котором каждая пленка сформирована из одного из следующих материалов: поливинилиденфторид, сополимер ПВДФ, такой как поливинилиденфторид-трифторэтилен, терполимер ПВДФ, такой как П(ВДФ-3ФЭ-ХТФЭ) [поли(винилиденфторид-трифторэтилен-хлортрифторэтилен)].
Пример 6. Слоистое изделие TL с преобразователем по любому из примеров 1-4, в котором по меньшей мере одна из двух покрытых адгезивом пленок F1, F2 слоистого изделия TL с преобразователем дополнительно снабжена одним или более отверстиями для создания электрического контакта с по меньшей мере частью каждого из двух электрических проводников C1, C2.
Пример 7. Слоистое изделие TL с преобразователем по любому предыдущему примеру, в котором i) по меньшей мере одна из пленок снабжена проводящим материалом и/или ii) по меньшей мере одна из пленок F1, F2 содержит проводящий слой CL, проходящий по существу вдоль длины двух электрических проводников C1, C2.
Пример 8. Слоистое изделие TL с преобразователем по любому предыдущему примеру, в котором одна из двух покрытых адгезивом пленок F1, F2 дополнительно включаетвторое адгезивное покрытие AC3 на другой из её двух поверхностей.
Пример 9. Слоистое изделие TL с преобразователем по любому предыдущему примеру, в котором по меньшей мере одно из адгезивных покрытий AC1, AC2, AC3 представляет собой покрытие из чувствительного к давлению адгезива.
Пример 10. Слоистое изделие TL с преобразователем по любому предыдущему примеру, в котором преобразователь представляет собой ультразвуковой преобразователь, способный испускать и/или регистрировать ультразвуковые сигналы.
Пример 11. Медицинское устройство, например, катетер или игла, или ультразвуковая система слежения, включающая слоистое изделие TL с преобразователем по любому предыдущему примеру.
Пример 12. Способ сборки слоистого изделия TL с преобразователем по любому из примеров 1-10, включающий этапы, на которых:
обеспечивают две покрытые адгезивом пленки F1, F2, причем каждая пленка F1, F2 имеет адгезивное покрытие AC1, AC2 на одной из своих двух поверхностей;
обеспечивают два электрических проводника C1, C2, расположенные рядом друг с другом и проходящие в общем направлении; и
обеспечивают слой преобразователя TY с электродом E1, E2 на каждой из его двух поверхностей;
располагают две покрытые адгезивом пленки F1, F2 таким образом, что адгезивные покрытия AC1, AC2 двух покрытых адгезивом пленок F1, F2 обращены друг к другу;
располагают слой преобразователя TY между двумя покрытыми адгезивом пленками F1, F2 в первом положении A - A' по длине двух электрических проводников C1, C2 так, что два электрических проводника C1, C2 размещаются между адгезивными покрытиями AC1, AC2 двух покрытых адгезивом пленок, и так, что слой преобразователя TY также размещается между двумя электрическими проводниками C1, C2, и так, что один из двух электрических проводников создает электрический контакт с одним из двух электродов E1, E2 слоя преобразователя TY, и так, что другой из двух электрических проводников C1, C2 создает электрический контакт с другим из двух электродов E1, E2 слоя преобразователя TY;
располагают во втором положении B - B' по длине два электрических проводника C1, C2 так, что два электрических проводника C1, C2 размещаются между адгезивными покрытиями AC1, AC2 двух покрытых адгезивом пленок, и так, что между двумя электрическими проводниками C1, C2 слой преобразователя TY отсутствует.
Пример 13. Способ прикрепления слоистого изделия TL с преобразователем по примеру 8 к удлиненному устройству N, включающему этапы, на которых:
прикрепляют при помощи второго адгезивного покрытия AC3 слоистое изделие TL с преобразователем по примеру 7 к удлиненному устройству N; и
наматывают слоистое изделие TL с преобразователем вокруг удлиненного устройства N в виде спирали.
Пример 14. Способ по примеру 13, в котором наматывание осуществляют путем прокатывания удлиненного устройства N по второму адгезивному покрытию AC3.
Пример 15. Способ по примеру 14, при этом удлиненное устройство N проходит вдоль оси AN и при этом слоистое изделие TL с преобразователем имеет по существу прямоугольный контур; и при этом наматывание осуществляют при расположении длинного края RE прямоугольника под острым углом α к оси AN удлиненного устройства N до прокатывания удлиненного устройства N по второму адгезивному покрытию AC3.
В итоге, здесь раскрыто слоистое изделие с преобразователем с электрическими соединителями, которые создают контакт с преобразователем. Таким образом, обеспечена упрощенная сборка с электрическим соединением с преобразователем.
В то время как изобретение было подробно проиллюстрировано и описано на чертежах и в предшествующем описании в отношении медицинской иглы, такие иллюстрации и описание следует считать пояснительными или примерными, но не ограничивающими; изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления и может быть использовано для перемещения преобразователей (датчиков) к изделиям в целом.