フォトリソグラフィを用いた直接描画ひずみセンサによるインテリジェントタイヤの開発

利用光刻技术直接绘制应变传感器开发智能轮胎

基本信息

批准号：
20860033
负责人：
松崎亮介
金额：
$ 1.62万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (Start-up)
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

米国においてタイヤのリコールに関する法律TREAD Actが制定され,これにより新たに販売される新車へのタイヤ空気圧監視装置(TPMS)の装着義務化が開始された.さらなる自動車制動制御の向上と,路面状態警告システムの開発を目的として,走行中にタイヤの変形をモニタリングするインテリジェントタイヤの開発が急務である.本研究では,タイヤへの適合性を考慮しタイヤゴム自体をベースとした電気容量型センサの開発を行った.本センサのベースはタイヤゴムであり,弾性率,ポアソン比等の力学的特性が測定対象物と一致するため,異材界面がなく疲労特性の問題を解決する.さらに,タイヤと同等の測定ひずみ範囲,耐環境性を持ち,タイヤの自然な変形を妨げない特徴を持つ.また微細構造の作製・大量生産を可能にするため,電気容量電極はフォトリソグラフィを用いて加工する.以上よりインテリジェントタイヤ用のセンサとしてフォトリソグラフィにより作製したゴムベースのひずみゲージを提案し,以下の結果を得た.(1)フォトリソグラフィーリフトオフは天然ゴムのような粗面から電極パターンをはく離させる必要がなく,微細櫛型パターンが作製可能である.ゴムベースはタイヤと同等の力学的特性を持つため,タイヤの変形を干渉することなくひずみ測定が可能になる.(2)引張ひずみの増加に伴い,センサの電極間隔は増加し電極幅は減少するため,センサ電気容量は線形に減少する.静的引張試験の結果,負荷除荷によるヒステリシスが少なく,また測定ひずみ範囲は14%程度と十分大きい.また疲労試験の結果から表面を被覆することで10^6回以上の疲労寿命があることを明らかにした.(3)タイヤ内側表面ひずみの測定を実施し,提案したゴムベースひずみゲージのタイヤ適用可能性を明らかにした.

美国轮胎召回法TREAD该法案颁布后，新销售的新车强制安装轮胎压力监测系统（TPMS）。为了进一步改善汽车制动控制和开发路况预警系统，迫切需要开发智能轮胎可以监测航空旅行期间轮胎的变形。传感器的基体为轮胎橡胶，弹性模量、泊松比等力学性能与被测物体相匹配，因此不同材料之间不存在界面，解决了疲劳性能，具有环保、环保等特点。不干扰轮胎的自然变形。此外，采用光刻技术加工电容电极，以实现微结构的创建和批量生产。总之，智能轮胎的传感器已经开发出来。我们提出了一种通过光刻法制造的橡胶基应变片，并获得了以下结果：（1）光刻剥离消除了从天然橡胶等粗糙表面剥离电极图案的需要，并产生了精细的梳状形状。由于橡胶基体具有与轮胎相同的机械性能，因此可以在不干扰轮胎变形的情况下测量应变。 (2) 随着拉伸应变的增加，传感器电极会发生变化。随着间距的增加和电极宽度的减小，传感器电容线性减小。静态拉伸测试结果表明，由于加载和卸载而产生的滞后很小，并且测量的应变范围足够大，在14％左右。表面涂层的疲劳寿命超过10^6个循环。(3)通过测量轮胎内表面应变来评估所提出的橡胶基应变计对轮胎的适用性。