JP2002542593A - セル周囲のバッテリ表示器 - Google Patents

セル周囲のバッテリ表示器

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JP2002542593A JP2000613029A JP2000613029A JP2002542593A JP 2002542593 A JP2002542593 A JP 2002542593A JP 2000613029 A JP2000613029 A JP 2000613029A JP 2000613029 A JP2000613029 A JP 2000613029A JP 2002542593 A JP2002542593 A JP 2002542593A
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アン、ティー．リンチ
エリック、エス．ゴードン
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ザ ジレット カンパニー
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Abstract

(57)【要約】 バッテリはそのバッテリの周辺の実質的な部分の周りに配置されたディスプレイを有する。更に電子デバイスを有する電子コンポーネントを収納するケースを具備するバッテリ動作電子デバイスであって、前記ケースはバッテリ室まで開くドアを有し、ドアはドアの中に少なくとも透明な窓を有することを特徴とするバッテリ動作電子デバイスが開示される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッテリに組み込まれまたはバッテリセルラベルまたはパッキング
上のバッテリテスタに関する。
【０００２】 周知のバッテリに組み込まれるバッテリテスタは、サーモクロミック（thrmoc
hromic）型と呼ばれている。サーモクロミックバッテリテスタは、消費者が手動
で作動するスイッチにより接続される２個の電極がある。一旦スイッチが押され
ると、バッテリのアノードがサーモクロミックテスタを介してバッテリセルのカ
ソードに接続される。サーモクロミックテスタは、可変幅を有する銀導体を備え
るので、その幅方向に沿って導体の抵抗は変化する。銀導体を介して電流が流れ
たとき、電流は熱を発生し、銀導体全体のサーモクロニックインクの色を変化さ
せる。サーモクロニックインクディスプレイは、バッテリの相対容量を示すため
のゲージとして配列されている。電流が大きいほどより熱が発生し、ゲージはバ
ッテリがより良いことを表示するために変化する。
【０００３】
【従来の技術】
バッテリをテストするために、ディスプレイは消費者が読み取ることができる
ように配置されることが必要である。また時々人々がスイッチを押すことが困難
なことがあり、テスタが動作しているかどうか、またはバッテリが良いか悪いか
知ることが困難なことがある。このことは消費者を困惑させる。スイッチを押す
ことは、セルのアノードとカソード間を直接比較的高い導電度で導通させ流こと
になり、比較的大きな電力を引き出し、ばっさてりの寿命を減少させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の見地によれば、バッテリは、バッテリの周辺の実質的部分に配置され
るディスプレイを備えるバッテリテスタを具備している。
【０００５】 本発明の他の見地によれば、バッテリで動作する電子デバイスは、電子デバイ
スを備える電子コンポーネントを収納するケースを有し、該ケースはバッテリ室
まで開くドアを備え、該ドアは少なくともドアに透明な窓部分を有するものであ
る。
【０００６】 一つ以上の次の利点は、本発明の見地により提供できる。
【０００７】 バッテリテスタディスプレイは、バッテリラベルやカバーの全周囲に配設され
る。消費者はディスプレイを見るため一つの方向にバッテリを保持することは好
まない。ディスプレイはどの方向からも見れることが好ましい。追加の利点は、
バッテリテスタが消費者が手動でスイッチを閉じることが必要としない受動的な
もので有れば、消費者はどの角度からもバッテリを見るだけで、バッテリが良い
か悪いかをか知り得、どの程度の容量がバッテリに残存しているか分かることで
ある。更に他の利点は、消費者がバッテリが元のパッケージに入ったままで、バ
ッテリが良いか悪いかを知り、どれだけの容量がバッテリに残存しているか知り
うることである。
【０００８】 更に他の利点は、バッテリが電子デバイスに配置されたとき、電子デバイスが
バッテリ室を露出する透明的な窓で構成されているとき、バッテリに残存してい
る容量が窓を介してバッテリを見るだけで知りうることである。このようにして
、消費者が、電子デバイスからバッテリを取り除くことなくバッテリが良いか悪
いかを判断でき、バッテリにどの程度容量が残存するか知ることができる。この
ことは、バッテリを負荷状態で診断でき且つ、バッテリが近づくのに困難な時デ
バイスからバッテリを取り除くことなく診断できるので特に有効な利点である。
消費者はデバイスが悪いか、バッテリが悪いか瞬時に知ることができる。
【０００９】 図１を参照すると、金属−絶縁体−金属ダイオード１０が示されている。金属
−絶縁体−金属ダイオード１０は、第１の電極１２を含み、これは例えば銅箔基
体、または例えば炭素または金のような他の導電材料、または例えばクロム、タ
ングステン、モリブデンのような他の導電材料、または導電インクのような重合
体に分散された金属粒子のような他の導電材料からなる。金属−絶縁体−金属ダ
イオード１０は、更に誘電バインダ層２２に懸濁された金属粒子２０からなる複
合金属絶縁層１４を有している。図１Ａに示したように、金属粒子２０は、粒子
２０の表面をカバーする真性の(intrinsic)酸化物層２０ａを有している。一つ
の好ましい金属は、タンタルで、真性で安定な、全般的に一様な真性酸化物層２
０ａを容易に形成している。他の金属は、例えばニオブが使用される。これらの
他の金属は、自己限定的で、安定な、用途によって適切な比誘電率を持つ酸化物
から形成される。タンタルが好ましい理由は、空気に曝らされるとき容易に真性
の酸化物層が形成されるからである。
【００１０】 複合金属絶縁層１４の上に、第２の電極１４が設けられ、それは例えば銅、ま
たは炭素、クロム、タングステン、モリブデンのような他の導電材料、または金
や他の導電材料から成る。第２の電極は、粒子２０の真性の酸化物層２０ａと接
触する層１２に直接配置されることが好ましい。第２の電極はまた導電材料やバ
インダを含む複合層でもよい。電極層１６の導電率を変えることにより、デバイ
スの電気特性を変えることができる。特に、Ｉ−Ｖ特性曲線は、より急峻なオン
／オフ特性を得るために鋭くされる。すなわち、電気導電率を高くするにつれ、
カーブが鋭くなる。
【００１１】 以下の図５Ａ−５Ｄで述べるように、Ｍ−Ｉ−Ｍデバイスはダイオードのよう
な特性を示す対称的な電流ー電圧（Ｉ−Ｖ）特性カーブを有する。デバイスは他
の試み、同様な対称特性を維持しつつ例えば１０ボルト以下、且つ特に顕著には
１ボルト以下約０．５ボルトの低いスイッチング電圧を備えることができる。バ
インダに対するタンタルの比、且つタンタルバインダの厚みを変えることにより
同じ材料で、Ｉ−Ｖ特性カーブをプラス／マイナス５０％の範囲で上下すること
ができる。
【００１２】 デバイス１０のスイッチング電圧は、いろいろなデバイスでも一致している。
このことは固有に形成された酸化物の一致した酸化物厚みと性質によって生ずる
。タンタル酸化物層２０ａの厚みは、熱アニールや陽極酸化層に比較して大きく
変わらない。固有層２０ａはまた、厚みの単一層程度であるタンタル粒子２０か
らタンタル粒子２０への実質的一様な厚みを有している。タンタル粒子の特性は
、その粉末の大きさが、０．５ミクロン以下から約１０数ミクロン程度までの範
囲の大きさである。印刷された層１４は０．０１２７ミリ以下から０．２０３ミ
リないし０．２５４ミリまでの厚みを有している。ここでは他の粒子サイズや厚
みも使用できる。
【００１３】 図２を参照すると、ダイオードの他の実施の形態１０’は、重合体材料のバイ
ンダ２２に分散された二酸化チタンＴｉＯ２ の粒子２４や炭酸マグネシウムＭ
ｇＣＯ３ の粒子２４や、酸化物層２０ａを有するタンタル粒子のような他の絶
縁材料の粒子２４の内部粒子２４（図２Ａ参照）を含む層１４’を備える。本実
施の形態では、タンタル粒子２０の部分（例えば０％ないし７５％）は、例えば
二酸化チタンまたは炭酸マグネシウムのような内部誘電体材料粒子２４と置換で
きる。タンタル粒子２０は、タンタルの周りに配置されたアニール酸化物や他の
型の酸化物層を選択採用できるといえ、真性の酸化物層２０aそれ自体が好まし
い。
【００１４】 重合体バインダ２２に、例えば二酸化チタニウム固体並びにタンタル粒子２０
のような誘電体粒子を添加することにより、層１４’の改良した印刷が出き良好
なダイオード特性を示す高い固体含量を維持しつつタンタル粒子のわずかな量の
使用を可能にできる。このことは、層１４’を介して２個の電極１２と１６の短
絡を防止するため，金属／絶縁材料の非常に薄い層で良いことが非常に好ましい
ことである。内部材料を含むことは、短絡の可能性を低減し、より一様なフィル
ム／コーティングが提供できる。
【００１５】 更にタンタルの十分低い濃度により、デバイスはより大きなスィッチング電圧
を提供できる。即ち導通するため電子が超過するに必要な電位バリアを越えると
いう絶縁物として働くタンタル粒子の周りの酸化物層を用いることより予期され
ることは、バリアは、例えば低いタンタルの濃度で二酸化チタンやバインダの内
部材料の誘電特性により支配される。
【００１６】 図３を参照すると、第１の電極１２と、第１の電極の上の金属−絶縁層１４ま
たは１４’を有するダイオードの他の実施の形態１０”が示されている。構造体
１０″は、接続２８が金属−絶縁層１４または１４’に成されるとき、同様なダ
イオード特性を示す。第２の電極を除去することで、デバイス１０″は、金属絶
縁層の特性を実質的に変えることのない製造工程で僅かな層を備えることができ
る。
【００１７】 図４を参照すると、図１のデバイスは次の工程で製造される。工程３０は、真
性の酸化物層と例えば５ミクロン以下のサイズの粒子を有する純度９９．９７％
のタンタル粉末を、例えばアキソン（Acheson）社の商品名ElectrodagNO.23DD14
6a、またはアキソン社の商品名Acheson SS24686のようなよりチクソトロピック
な重合体バインダで、ミキシング工程３２で混合する。両重合体バインダはミシ
ガン州Port Huronのアキソン社より市販されている。タンタルインキを作るた
めにタンタルに他のバインダも使用される。バインダは、使用されるタンタルや
他の金属と電気的に絶縁性があり安定で、好ましくは比較的に高い例えば１５％
乃至３５％程度の固体物である。タンタルはバインダの全重量の１００％乃至３
９％の範囲である。他の範囲もまた使用タンタル粒子とバインダはタンタルイン
キを作るため良く混合される。タンタルインキは工程３４で、第１の電極、例え
ば銅箔基板または導電材料に印刷される。層は例えば、ドローダウンバー（draw down bar）、スクリーン印刷、フレクソ（flexo）又はグラビア印刷技術によ
って印刷される。層は工程３６で例えば炉で１２０℃で１５乃至２０分乾燥され
る。例えばバインダ材料に混合されたクロム粒子形態のクロムのような第２の導
電層は、タンタルバインダ層で工程３８で印刷される。このクロム層は工程４０
で、デバイス１０を得るため１２０℃で１５乃至２０分乾燥される。その後デバ
イス１０は工程４２でテストされる。
【００１８】 代替の導電層または金属例えば、銅、タングステン、モリブデン、炭素等々は
、第１や第２の電極として使用される。この層の導電率は、バインダに対する導
電材料の相対的濃度を変えることにより変化する。模範的範囲は、３０％乃至３
９％である。この層の導電率を変えることにより、電流−電圧特性カーブの形状
は変化し、急勾配を有するオン／オフ特性を有するダイオードをある程度精確に
作ることができる。
【００１９】 使用されるタンタル粒子が真性の酸化層２０ａであるので工程は簡略化される
。タンタル粉末を熱的にアニールたり、熱的に予備処理する必要はなくなる。真
性の酸化物被覆は、厚み品質とも非常に一様にできる。これにより非常に一様な
金属−絶縁物層材料がえられ、これにより直列接続されたダイオードでも比較的
少ない標準偏差を持つスイッチング電圧を有するダイオードが得られる。
【００２０】 他の利点は、タンタル粉末を熱的にアニールする必要が無く、インキの特性は
異なる用途に適応できる各種のダイオード特性を得るために調整できることであ
る。インキの形成は、タンタルの熱処理より制御工程が楽である。
【００２１】 本デバイスは、またバリスタ、即ち薄い印刷されたバリスタにも応用できる。
このＭ−Ｉ−Ｍ構造体は、且つ半導体堆積技術を用いるよりはむしろ印刷可能な
低電圧、低電流で動作する非直線抵抗素子が必要な用途に適する。
【００２２】 図５Ａ−５Ｄに、図１−５に示すＭ−Ｉ−Ｍダイオードデバイスの代表的なス
イッチング特性を示す電圧対電流のプロットを示す。図５Ａに示すように、 Ｍ−Ｉ−Ｍダイオードデバイスの電流電圧特性は、１００ｎａ（ナノアンペア）
でほぼ１．８ボルトのスイッチング電圧を示し、オン／オフ比は計算によると約
３．３である。電流電圧特性カーブ４４は、ヒューレットパッカード社製半導体
解析器 モデルＮｏ．４１５５Ｂを用いて得られる。
【００２３】 本デバイスは、マサチューセッツ州Ward Hillのアルファエイザー(Alfa Aes
ar）社から得られる粒子径２ミクロン以下のタンタル粒子５グラムと、２５％固
体対７５％揮発性化合物組成を有するエレクトロダグ(Electrodag)２３ＤＤ１４
６Ａ）重合体２０グラムを有するタンタル粒子５グラムを混合することにより得
られたタンタル層が使用される。インキは０．３８１ｍｍカットアウトを用いて
、湿潤厚み０．３８１ｍｍを有する層を得るため銅箔の導電面に塗布される。サ
ンプルは炉で１２０℃で２０分間乾燥される。ダイオードの第２の層のインキは
、アルフアエイサー（Alfa Aesar）社からの５ミクロン以下の粒子サイズのク
ロム粉末５グラムと、エレクトロダグ(Electrodag) 23DD146Aの４グラムを混合
し、７６ミリカットアウトを用いてタンタルインキ層の上部に塗布する。この塗
布は１２０℃で２０分間乾燥される。
【００２４】 図５Ｂに示すように、Ｍ−Ｉ−Ｍダイオードは、異なる“Ｐ：Ｂ”比に基づく
、即ちバインダに対する金属（例えばタンタル）粒子の異なる比に基づく異なる
スイッチング電圧を示す。図５Ｂに示すように、同じ０．３８１ｍｍ厚みでＰ：
Ｂが５，２，と１であるデバイスは、１００ナノアンペアでほぼ９ボルト（カー
ブ４５ａ）、５．３ボルト（カーブ４５ｂ）、３．８ボルト（カーブ４５ｃ）の
スイッチング電圧を示す。
【００２５】 図５Ｃに示すように、タンタル層の湿潤厚みを変えることによりスイッチング
電圧を変化できる。バインダに対するタンタル比（Ｐ：Ｂ）が８：１のタンタル
層では、０．３８１ｍｍ厚みのタンタル層のＭ−Ｉ−Ｍダイオードは、ほぼ９ボ
ルト（カーブ４６ａ）のスイツチング電圧を示し、０．２５４ｍｍ厚層ではほぼ
７．８ボルト（カーブ４６ｂ）のスイツチング電圧を有するＭ−Ｉ−Ｍダイオー
ドを示し、０．１２７ｍｍ厚層ではほぼ４．６ボルト（カーブ４６ｃ）のスイツ
チング電圧を有するＭ−Ｉ−Ｍダイオードを示す。スイツチング電圧の各々は、
１００ナノアンペアで測定される。
【００２６】 図５Ｄに示すように、タンタル層に炭酸マグネシウムを添加することは、スイ
ツチング電圧に最低の衝撃を与える高い一様なオン／オフ比を有するＭ−Ｉ−Ｍ
ダイオードを得ることができる。図５Ｄに示すように、炭酸マグネシウムの量が
増加すればするほど、スイッチング電圧特性は急勾配になる。カーブ４６ａは、
Ｐ：Ｂ比が１：１でスイツチング電圧が１．８ボルトの１００％タンタル層のス
イッチング特性を示す。カーブ４７ｂ−４７ｄは炭酸マグネシウムの量が増加し
た様子を示し、スィッチング特性はより急勾配になり、従ってより良いオン／オ
フ比を示している。
【００２７】 図６を参照すると、多重化非直線素子バッテリテスタ５０が、バッテリ５１に
接続されている。多重化非直線素子バッテリテスタ５０は、複数の個々の非直線
素子のバッテリテスタ５２ａ−５２ｅは、例えばＭ−Ｉ−Ｍダイオードのような
各非直線素子並びに各フィルム抵抗５６ａ−５６ｅを有している。バッテリテス
タ５０は、複数の個々の非直線素子バッテリテスタ５２ａ−５２ｅと並列に接続
された２個の抵抗５８，６０によって形成された分圧器を有している。個々の非
直線素子バッテリテスタ５２ａ−５２ｅの各々は、電極５５（電位Ｖｆ）間に配
置された複数のディスプレイデバイス６２ａ−６２ｅの一つに対応し、非直線素
子の各並列回路５２ａ−５２ｅ、即ちＭ−Ｉ−Ｍダイオード５４ａ−５４ｅとフ
ィルム抵抗５６ａ−５６ｅ間に配置されている。
【００２８】 ディスブレイデバイス６２ａ−６２ｅは低電流、低電圧、ディスプレイ型で電
圧が制御される。ディスプレイデバイス６２ａ−６２ｅの一つの型は、例えば“
All Printed Metal-Insulator-Metal Diodes”Massachusetts Institete o
f Technology，June，1998，記載され、並びにマサチューセッツ州、ケンブリ
ッジのE-INK,INC.によって提供された電気泳動ディスプレイデバイスであり、図
１−５Ｄに示した低電圧スイッチングデバイスを含むように変形されている。
【００２９】 ディスプレイの型はいわゆる“電子インキ”、例えば加えられる電圧に応じて
特性、例えば色を変化する電気泳動材料に基づく。電子インキのような電気泳動
材料を用いて、フラットパネルディスプレイが基板材料に印刷される。これらの
ディスプレイに流れる電流は僅かで、電力消電量も少ない。電圧検出材料もまた
ディスプレイに使用される。他の材料は、“The Reinvention of Paper”Sci
entific American,Sept.,1996に記載され、電圧を関知する商品名Gyriconと呼
ばれている材料である。ディスプレイは、バッテリの電圧の範囲内の電圧で動作
する必要がある。
【００３０】 非直線デバイス５４ａ−５４ｅは図１−５ａ−５Ｄについて述べたＭ−Ｉ−Ｍ
ダイオート゛１０である。
【００３１】 多重化非直線素子バッテリテスタ５０は、５列で５個の異なるダイオードがあ
る。ダイオードが異なる電圧でスイッチするように構成されていたら、ディスプ
レイはディスプレイのセグメントを生ずる異なる電圧で状態を変化させ、バッテ
リの充電状態を変化させるゲージ効果を変化させることになる。
【００３２】 多重化、非直線素子バッテリテスタ５０は、Ｖｆで表示した共通電位に接続さ
れた各ディスプレイ６２ａ−６２ｅの一つの端子を有する。電位Ｖｆは２個の抵
抗５８，６０間の点から引き出され、もし抵抗５８，６０の値が等しければ、Ｖ
ｆはセルの電圧の半分となる。異なる並列のセグメント５２ａ−５２ｅのそれぞ
れの電圧値は、点Ａ−Ｅにおいて、ダイオード５４ａ−５４ｅと抵抗素子５６ａ
−５６ｅ２より規制された電圧値になる。異なる並列のセグメント５２ａ−５２
ｅは点Ａ−Ｅで電圧値が単調的に増減するようにセットされている。例えば９ボ
ルトのバッテリでは一つのダイオード５４ａは８ボルトでスイッチするように選
択され、ダイオード５４ｂは７ボルトでスイッチするように設定され、ダイオー
ド５４ｃは６ボルトでスイッチするように、以下同様、その結果バッテリの電圧
が降下したとき、ディスプレイ６２Ａ−６２ｅの異なるセグメントがターンオフ
する。
【００３３】 ダイオード５４ａ−５４ｅがディスプレイを異なる電圧でオンオフするように
設定されているので、即ちディスプレイが回路に接続されている状態に応じて一
つの色から他の色に変化できる。セグメントの数は、以下にダイオードが異なる
電圧を良好に識別できるかによってのみ制限される。９Ｖの例では１Ｖｋ差が用
いられた。ダイオードが１／１０のボルトの差を正確に識別できるように作られ
てなければ、バッテリテスタは、１／１０ボルトのスイッチングの差異を備えな
ければならず、且つバッテリテスタは１５または６０またはそれ以上に拡張しな
ければならない、 バッテリから引き出される電流は、抵抗５８と６０の分圧器の抵抗値によって
決められる。ディスプレイデバイス６２ａ−６２ｅには僅かの電流しか流れない
。
【００３４】 ダイオード５４ａ−５４ｅは非直線であるので、ダイオード５４ａ−５４ｅの
ある点でスイッチすると、電極５５の電圧は、点Ａ−Ｅに接続されたそれぞれの
電圧に対して負になる。これにより対応して反転させ、ディスプレイ６２ａ−６
２ｅの極性の変化させ、ディスプレイ６２ａ−６２ｅの色を変化させ、バッテリ
が電荷を消耗したことを表示する。ディスプレイの最後の一つ、例えば６２ｅが
色を変えると、バッテリ５１が最早ある決められた仕様内ではなくなる。
【００３５】 図７を参照すると、バッテリ５１に接続された多重化非直線素子バッテリテス
タ５０’の他の実施の形態が示される。このバッテリテスタ５０’において、セ
グメント即ちゲージ効果は、共通のセグメントのディスプレイデバイス７８に異
なる抵抗を用いることによって提供できる。バッテリテスタ５０’は並列回路を
有している。並列回路の一つは、非直線素子例えばＭ−Ｉ−Ｍダイオード７２と
抵抗７４とである。他方図１のバッテリテスタ５０のように電流を分ける２個の
抵抗素子を有する代わりに、バッテリテスタ５０’は複数の抵抗例えば、５個７
６ａ−７６ｅを備えている。複数の抵抗７６ａ−７６ｅは、電位がＥである非直
線素子７２と抵抗７４の接続点に接続された第２の電極８０を有するディスプレ
イ７８の対応する電極７６ａ−７６ｄに接続される。ディスプレイ７８に沿う点
Ａ−Ｄにおける電圧は、次式１−４に示す全抵抗により分割された点までの抵抗
の合計に等しい。
【００３６】
【数１】 点Ｅの電圧ＶＥ はセルの寿命を通じて比較的一定であり、電圧ＶＡ、ＶＢ、 ＶＣ、ＶＤ は点Ｅにおける電圧 ＶＥ に関して変化する。これらが、点Ａ
，Ｂ，Ｃ，Ｄにおける電圧値が点Ｅに対して正または負でありところが異なる点
である。極性が変わるとディスプレイの色も対応して変わる。抵抗７６ａ−７６
ｅの値の差は、導電材料の幅を異ならせて印刷することにより容易に変わる。
【００３７】 好ましくはすべての抵抗７６ａ−７６ｅは、重合体バインダ材料に懸濁された
例えばＩＴＯ（インジュウム錫酸化物）のような透明な導電材料で印刷される。
印刷された層の導電率は、高抵抗のフィルムを作るＩＴＯの低レベルで重合体バ
インダに分散されたＩＴＯの量を変えることにより変化できる。アノードとカソ
ード間に１５メグオームの全抵抗を有する回路は、１００ナノアンペア（ｎａ）
の電流が流れる。この比較的低電流は、単に約０．５％のセル容量にインパクト
を与える。
【００３８】 図８および９を参照すると、バッテリテスタ５０（図６）の例が示される。透
明導体９４、例えばＩＴＯ（インジュム錫酸化物）インキまたは静電放電のため
に使用される透明コーティングのような材料が、セルの上やバッテリ５１のラベ
ル９４に印刷される。透明導体の例には、静電コーティングを含む。透明導体９
４は、ディスプレイ６２ａ−６２ｅ（図１）が電圧感受性ディスプレイであるの
で、大電流は流さない。透明導体は単に電流通電材料である。透明導体９４は、
アノードとカソードに取り付けられる抵抗５８，６０に取り付けられるので、透
明導体９４は、アノードとカソードの間に取り付けられる。バッテリ５１のアノ
ードとカソードに対する抵抗５８，６０の取り付けは、接着、クリンプ付けまた
は他の仕組みで取り付けられる。
【００３９】 抵抗５８−６０は異なる抵抗値を得るため異なる幅と厚みの材料のストリップ
から形成される。透明導体９４の上にはディスプレイが印刷される。ディスプレ
イは前述したような電気泳動インキが用いられ、またはGyriconベースディスプ
レイまたは印加電圧の変化で色が変わる他の電圧感受性材料からなる。
【００４０】 ディスプレイは透明導体９４に印刷される電気泳動インキ材料を備える。電気
泳動インキ材料９６の上には、ディスプレイの第１の導体９８が印刷される。導
体９８は、ディスプレイがいかに最初スイッチされるかによって、ディスプレイ
の一側がアノードやカソードのバッテリの極の一つに接続される。導体９８はま
た セグメントに印刷され、抵抗５６ａ−５６ｄ（図６ この例では単に４個が
使用される） に接続される。導体９８が一つの固体の導体に印刷されたなら、
導体は一様な電圧を維持する。導体を部分的に印刷することは、セグメントを作
り、即ちゲージ効果となる。
【００４１】 ダイオード５４ａ〜５４ｄｓ（図６ この例では単に４個が使用される）は、
前述のように誘電体バインダに真性の酸化物コーティングでタンタル層セグメン
ト１００を堆積することにより印刷される。真性の酸化物は、Ｍ−Ｉ−Ｍダイオ
ードを得るため十分な厚みを有する。並列パスの特性を変えるために、これらの
セグメントは異なるダイオード特性を得るため異なる厚みをしている。このこと
は各ダイオードに異なるスィッチング電圧を提供する。
【００４２】 クロム層のような第２の電極１０２はタンタル層の上に印刷される。第２の電
極１０２は、短絡回路を避けるため選択的な誘電体コーティング１０４によって
囲まれる。第２の導体１０６はすべてのクロム層を一体に接続するため、第２の
電極１０２の上に印刷される。第２の導体１０６は、第１の導体９８の極に基づ
いてアノードかカソードかのどちらかに、第１の導体９４からバッテリの他の極
に接続される。
【００４３】 図１０に多重化抵抗バッテリテスタ５０’の例を示す。バッテリテスタ５０’
は、バッテリテスタ５０と非常に類似した回路配置をしている。透明導体１１０
は、セグメント即ちバッテリ充電ゲージを提供するため異なる区分１１０ａ−１
１０ｄに印刷される。透明導体１１０は抵抗７６ａ−７６ｅを作るためくさび状
の導体部分１１０ｅを含むように印刷される。くさび状の導体部分１１０ｅは、
導体の長手方向に沿って変わる抵抗特性を有するので、より狭い端部は高い抵抗
値を有し、より広い部分は低い抵抗値を有する。導体部分１１０ｅは、また導体
の任意の点における抵抗が、バッテリの一つの極からその点がどれだけ離れてい
るかによって決まる単一の幅を有している。他の配列も可能である。
【００４４】 くさび状の導体部分１１０ｅは、バッテリ５１のアノードやカソード共に、接
着、クリンプ付けまたは他の仕組みで取り付けられる。透明導体１１０の上では
、例えば商品名Ｅ−インキまたはGyriconまたは他の電圧感受性材料のディスプ
レイ材料１１２が印刷される。ディスプレイ材料１１２の上に他の導体１１４が
印刷される。導体１１４の一端には、抵抗１１５を介してセルの極の一つアノー
ドかカソードのいずれかが接続される。導体の上には、酸化タンタル／タンタル
金属層１１６が印刷され、且つ酸化タンタル／タンタル金属層１１６の上に第２
の電極１１８、例えばクロム層が印刷される。第２の電極１１８は、セルの反対
の極に接続される。
【００４５】 バッテリテスタ５０または５０’は印刷デバイスなので、非直線デバイスには
、前述のようにカーボンインキベースの電極を設けることができる。抵抗は、よ
り抵抗を高めるため抵抗の導電率を減少した誘電体充填物を有するカーボンベー
スである。理想的には、前バッテリテスタ５０は非常に高い抵抗、例えば１５メ
グオーム程度が必要である。１００ナノアンペアを流すテスタ５０または５０’
を得る１．５ボルトセルに関しては、バッテリの寿命に最低の衝撃を与えるに充
分な電流レベルである。例えば、７年の寿命を持つ“ダブルＡ”セルについては
、１００ナノアンペアを流すことは、単にバッテリ容量の約０．５％のみを消費
するに過ぎない。
【００４６】 バッテリテスタの層の通常の厚みは、以下の通りである。。透明導体は厚みは
２．５４μｍ乃至５．０８μｍ、ディスプレ媒体は２５．４μｍ、電極層は２．
５４μｍ乃至５．０８μ、Ｍ−Ｉ−Ｍダイオードのタンタル層は５．０８μｍ乃
至１２．７μｍミリである。他の厚みもまた使用できる。
【００４７】 図１１には、セグメントディスブレイを有するバッテリテスタ１５０が示され
ている。バッテリテスタ１５０は、バッテリ５１’の長手方向に沿って第２の複
数のコラム１５６ａ−１５８ｇに配列された第１のセグメント１５４ａ−１５４
ｇを有する。バッテリテスタ１５０はバッテリ５１’の周り２は位置された一つ
のテスタを用いることにより構成される。バッテリテスタ１５０において、バッ
テリテスタ１５０は、バッテリ５１’の周りに横方向に巻回される。バッテリテ
スタ１５０は、バッテリ５１’の残留電力の表示をするため，異なる電圧レベル
でオンオフする継続するセグメント１５４ａ−１５４ｇセグメントにて構成され
る。
【００４８】 このように一例としてバッテリ５１’の与えられた条件で、バッテリテスタ１
５０は、バッテリが有効な寿命の７分の２（２／７）消耗したことを表示するた
め、すべてのコラム１５６ａ−１５６ｇのすべてのセグメント１５４ａと１５４
ｂを具備する。したがって消費者はディスプレイを見るため一つの方向にバッテ
リを保持すること無く、ディスプレイはどの方向からも見ることができる。
【００４９】 図１２を参照すると、バッテリ５１”は可視ディスプレイが示されているバッ
テリテスタ１６２を有している。バッテリテスタ１６２はねバッテリ５１”の周
りに配置されたコラム１６６ａ−１６６ｇに印刷された個々のバッテリテスタ１
６４を具備する。このようにしてバッテリテスタ１５０（図１１）、即ちセルの
全周が膨張すると言うことはあり得ないが、バッテリテスタ１６２はバッテリ５
１”の高さ方向に沿って縦方向のコラム１６６ａ−１６６ｇに配列されている一
連のバッテリテスタ１６４を具備している。
【００５０】 図１３を参照すると、バッテリ５１’の変形例として、セグメントのバッテリ
テスタディスプレイ１７２が示されている。セグメント・バッテリテスタ・ディ
スプレイ１７２は、バッテリ５１’の上部の周りのバンドに複数の行１７６ａ−
１７６ｄに配列された複数のセグメント１７４ａ−１７４ｄを有している。セグ
メント・バッテリテスタ・ディスプレイ１７２は、バッテリ５１’の周りに配置
された一つのセグメントテスタを用いることにより構成され。セグメントバッテ
リテスタディスプレイ１７２においては、セグメント・バッテリテスタ・ディス
プレイ１７２はバッテリ５１’の周りの横方向に曲がる。セグメント・バッテリ
テスタ・ディスプレイ１７２は、継続する一つのセグメント１７４ａ−１７４ｄ
の一つが異なる電圧レベルでターンオフし、バッテリ５１’に残留する電力を表
示する。このような配置は、商品名Duracell(R) Gillette,Inc.Boston Ma．か
らバッテリの上部周辺部分の周りに付けられたゴールドバンドと置換するために
使用される。バッテリ容量が消費されたとき、ゴールドバンドは異なる色に変化
し、残留容量を示すため消えていく。
【００５１】 図１４を参照すると、には、ドア１８６を有するバッテリ室１８４を持つ本体
１８２を備える電子デバイス１８０が示されている。バッテリは、バッテリ室に
設置されることが示されている。ドア１８６は透明窓を有し、それを介して消費
者はバッテリ５１’または５１”が見られ、バッテリテスタ１５０または１６２
の表示を読み取れ、これらのテスタは受動テスタとみなされ、即ち消費者が６２
（図６）または７８（図７）に何らかのアクションを起こす必要がないものであ
る。電子デバイスは特に限定のない計算機、携帯電話、おもちゃ、ラジオ等を含
んでいる。透明窓はドアの一部でも、すべてがドアであっても良い。
【００５２】 またバッテリテスタ１５０（図６）またはバッテリテスタ１６２（図７） は、能動的なバッテリテスタとしても実施でき、即ち例えばバッテリ電極にスィ
ッチを閉じて手動で電気接続するような消費者の何らかの作動を必要とするもの
でも可能である。電子デバイスのバッテリ室内を検査するために、室はユーザー
が手動タイプのテスタを有するバッテリをテストする外部レバーやリンク（図示
せず）を備えていても良い。
【００５３】 バッテリテスタ・ディスプレイと１５０と１６２は、全体の周りに配置される
例について説明したが、他の配置でも良い。例えばバッテリの全周の四分の一や
または約２／３乃至３／４に配置しても良い。更にラベルの他の情報に適応する
ため、バッテリのほぼ全長や全周に伸びなくても良いが、ある長さやある周囲の
一部は必要である。
【００５４】 更に他の型のテスタも使用できる。例えばゲージ効果を与えるテスタよりはむ
しろ以下述べるが、単に良いか悪いかの表示を与えるテスタでも良い。
【００５５】 図１５を参照すると、バッテリ５１に接続された良／悪表示バッテリテスタ２
００を示す。バッテリテスタ２００は、並列である２個の電極間に配置されたデ
ィスプレイデバイス２０６を含む並列回路を有する。電極２０２は、２個の抵抗
２０８と２１０により得られる分圧器で回路２０２に接続される。電極２０４は
並列回路の他の側に接続される。並列回路の他の側は、非直線素子即ちスイッチ
２１２と第３の抵抗２１４からなる。ディスプレイデバイス２０６は、低い電流
、電圧制御のディスプレイである。非直線デバイス２１２は、前述のようにＭ−
Ｉ−Ｍダイオードである。
【００５６】 端子２０２の電位は、抵抗２０８が抵抗２１０の値に等しければ常にバッテリ
セル電圧の半分である。電極２０４の電位は非直線素子２１２と抵抗２１４間の
電圧で決められる。端子２０２の電圧は、抵抗２０８，２１０，２１４の値に依
存する周知の値から始まる。使用または漏洩に基づきバッテリから電流が流れる
と、電極２０２の電圧は、電極２０４の電圧に応じて変わる。素子２１２は非直
線であるので、ある点でスイツチし、電極２０２の電圧が電極２１４の電圧に関
して負になる。非直線素子がスイツチすると、ディスプレイの極性を転換し、デ
ィスプレイの色を変化させ最早ある規定された仕様内には留まらなくなる。ディ
スプレイは、回路に配線されているので、ディスプレイの色は、バッテリが最早
有る決められた仕様内には留まらなくなる。いずれにしてもバッテリテスタは、
状態の変化、即ちバッテリセルが良から悪に変わる時色を変えるというディスプ
レイの基本原則に従っている。
【００５７】 バッテリテスタ２００は印刷されたデバイスなので、非直線デバイスは、上記
出願中の出願で記載されているように、カーボンインキをベースとした電極で形
成される。抵抗もまたカーボンベースであり、より抵抗値を高めるため抵抗の電
導度を減少する充填剤を有している。理想的には、全バッテリテスタ２００は、
非常に高い全体の抵抗値、例えば１５メガオーム程度を有するべきである。テス
タ２００の１．５ボルトのセルについては、バッテリの寿命に最低のインパクト
を与えるせいぜい１００ナノアンペア（ｎａ）流れるに過ぎない。例えば７年の
寿命の“ダブルＡ”セルでは、流れる１００ｎａは、バッテリ容量の０．５％を
消費するに過ぎない。
【００５８】 本発明を詳細な説明に基づいて記載してきたが、前述の図面に基づく記載は、
添付の請求の範囲に規制された本発明の範囲を限定するものではない。他の見地
、利点、並びに変形は、添付する以下請求の範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 Ｍ−Ｉ−Ｍダイオード構造体の断面図である。
【図１Ａ】 図１の部分の線１Ａ−１Ａに沿う拡大図である。
【図２】 変形Ｍ−Ｉ−Ｍダイオード構造体の断面図である。
【図２Ａ】 図２の部分の線２Ａ−２Ａに沿う拡大図である。
【図３】 他の変形Ｍ−Ｉ−Ｍダイオード構造体の断面図である。
【図４】 図１のデバイスの製造工程を示すフローチャートである。
【図５Ａ】 図１−４のＭ−Ｉ−Ｍダイオードデバイスの典型的なスイツチング特性を示す
電圧対電流の曲線である。
【図５Ｂ】 図１−４のＭ−Ｉ−Ｍダイオードデバイスの典型的なスイツチング特性を示す
電圧対電流の曲線である。
【図５Ｃ】 図１−４のＭ−Ｉ−Ｍダイオードデバイスの典型的なスイツチング特性を示す
電圧対電流の曲線である。
【図５Ｄ】 図１−４のＭ−Ｉ−Ｍダイオードデバイスの典型的なスイツチング特性を示す
電圧対電流の曲線である。
【図６】 多重化非直線素子セグメント・ディスプレイ・バッテリテスタの構成図である
。
【図７】 多重化抵抗、可変ディスプレイ・バッテリテスタの構成図である。
【図８】 図６の多重化非直線素子バッテリテスタの一例の構造の模式的斜視図である。
【図９】 図６の多重化非直線素子バッテリテスタの一例の構造の模式図である。
【図１０】 図７の多重化非直線素子バッテリテスタの一例の構造の模式図である。
【図１１】 バッテリの周囲の周りに配置されたセグメント・ディスプレイ・バッテリテス
タを有するバッテリセルの斜視図である。
【図１２】 バッテリの周囲の周りに配置された可変・ディスプレイ・バッテリテスタを有
するバッテリセルの斜視図である。
【図１３】 セグメント・バッテリテスタ・ディスプレイを有するバッテリの変形配置の模
式図である。
【図１４】 バッテリ室を有するバッテリで動作するデバイスの模式図である。
【図１５】 電圧制御ディスプレイを組み込まれたオン／オフバッテリテスタの構成図であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ， ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ， ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，Ｋ Ｐ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ， ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，Ｓ Ｇ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 エリック、エス．ゴードン アメリカ合衆国マサチューセッツ州、サマ ービル、ポーター、ストリート、92 (72)発明者 デイビッド、エヌ．クライン アメリカ合衆国マサチューセッツ州、フラ ンクリン、ドーバー、サークル、50 Ｆターム(参考） 2G016 CB12 CC06 CD09 CD14 CE04 CE05 CE06 5H030 AA06 AS06 FF22 FF44 FF68

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 バッテリの周囲の実質的な部分の周りに配置されたディスプレイを備えるバッ
    テリテスタを具備することを特徴とするバッテリ。
  2. 【請求項２】 前記デイスプレイはセグメントディスプレイであることを特徴とする請求項１
    記載のバッテリ。
  3. 【請求項３】 前記ディスプレイは可変ディスプレイであることを特徴とする請求項１記載の
    バッテリ。
  4. 【請求項４】 前記バッテリテスタは受動的バッテリテスタであることを特徴とする請求項１
    記載のバッテリ。
  5. 【請求項５】 前記ディスプレイは、サーモクロミック・インキディスプレイで、前記バッテ
    リテスタは消費者によって押される手動スイッチを有するサーモクロミックテス
    タであることを特徴とする請求項１記載のバッテリ。
  6. 【請求項６】 前記バッテリテスタは、バッテリの周りに配置されたラベルの下に配置される
    ことを特徴とする請求項１記載のバッテリ。
  7. 【請求項７】 前記ディスプレイは、バッテリの周囲に配置されることを特徴とする請求項１
    記載のバッテリ。
  8. 【請求項８】 前記ディスプレイは、バッテリの周囲の実質的部分の周りに配置されることを
    特徴とする請求項１記載のバッテリ。
  9. 【請求項９】 前記デイスプレイは、電圧制御ディスプレイであることを特徴とする請求項１
    記載のバッテリ。
  10. 【請求項１０】 前記ディスプレイは、電気泳動ディスプレイであることを特徴とする請求項１
    記載のバッテリ。
  11. 【請求項１１】 電子デバイスを有する電子コンポーネントを収納するケースを具備するバッテ
    リ動作電子デバイスであって、前記ケースはバッテリ室まで開くドアを有し、ド
    アはドアの中に少なくとも透明な窓を有することを特徴とするバッテリ動作電子
    デバイス。
  12. 【請求項１２】 前記ケースは不透明であることを特徴とする請求項１１記載のバッテリ動作電
    子デバイス。
  13. 【請求項１３】 前記ドアは完全な透明であることを特徴とする請求項１１記載のバッテリ動作
    電子デバイス。
  14. 【請求項１４】 前記ドアの窓は、バッテリのディスプレイを見みれるような位置に配置されて
    いることを特徴とする請求項１１記載のバッテリ動作電子デバイス。
  15. 【請求項１５】 前記バッテリのディスプレイは、バッテリテスタのディスプレイであり、その
    ディスプレイはバッテリの周囲の実質的な部分に配置されていることを特徴とす
    る請求項１４記載のバッテリ動作電子デバイス。
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