JP2021082813A - 感熱ワイヤおよび熱感知のための技術 - Google Patents

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Borisovich Matus Yuriy
ボリソヴィッチ マトゥス ユーリー
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ジー．ピネダ マーティン
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Abstract

【課題】電池など、デバイスの様々で多くの領域に隣接して、またはその周囲に巻き付けて配置され、デバイスが臨界温度を超えた時期を感知し、それを保護する目的で使用される、温度感知機能を有する熱表示器ワイヤまたは熱センサワイヤを提供する。【解決手段】熱センサワイヤ１００は、熱センサワイヤのワイヤ軸に沿って延在する感熱部（内芯１０４又は外芯１０２）と、キャリア部（外芯１０２又は内芯１０４）と、を含む。キャリア部は、感熱部に隣接してワイヤ軸に沿って延在し、感熱部は、ポリマー正温度係数（ＰＰＴＣ）材料または負温度係数（ＮＴＣ）材料を備える。【選択図】図１Ａ

Description

背景技術
分野
実施形態は、電池デバイスを含む回路保護デバイスの分野に関する。
関連技術の説明
ポリマー正温度係数（ＰＰＴＣ）デバイスならびに負温度係数（ＮＴＣ）デバイスなどの材料は、様々な用途の中、過電流保護デバイスまたは過熱保護デバイス、ならびに電流センサまたは温度センサとして使用され得る。公知の構成において、ＰＰＴＣ材料は、電流を制限するため、または部品の温度を感知するために、一対の電極の間に配置され得る。しかし、ＰＰＴＣデバイスとＮＴＣデバイスの配置の柔軟性向上が高まることにより、新たな用途が可能になるか、または既存用途の制御が向上する。
一実施形態においては、熱センサワイヤが提供される。熱センサワイヤは、熱センサワイヤのワイヤ軸に沿って延在する感熱部と、キャリア部と、を含み得、キャリア部は、感熱部に隣接してワイヤ軸に沿って延在し、感熱部は、ポリマー正温度係数（ＰＰＴＣ）材料または負温度係数（ＮＴＣ）材料を備える。
別の実施形態においては、熱センサワイヤを形成するための方法が提供される。この方法は、熱センサワイヤの長さに沿って延伸する熱センサワイヤのキャリア部を形成することを含み得る。この方法は、熱センサワイヤの長さに沿って延伸し、かつキャリア部に隣接する熱センサワイヤの感熱部を感熱材料から形成することを含み得る。そのため、感熱材料は、目標温度範囲内での熱転移を特徴とするポリマー正温度係数（ＰＰＴＣ）材料または負温度係数（ＮＴＣ）材料で形成され得、キャリア部は、目標温度範囲内での熱転移を有しないキャリア材料を備える。
さらなる実施形態においては、デバイスが、電池部と、電池部と接触して設けられた熱センサワイヤと、を含み得る。熱センサワイヤは、熱センサワイヤのワイヤ軸に沿って延在する感熱部と、キャリア部と、を含み得、キャリア部は、感熱部に隣接してワイヤ軸に沿って延在し、感熱部は、ポリマー正温度係数（ＰＰＴＣ）材料または負温度係数（ＮＴＣ）材料を備える。
本開示の種々の実施形態に従って配置された各種熱センサワイヤの断面を示す。 本開示の種々の実施形態に従って配置された各種熱センサワイヤの断面を示す。 本開示の種々の実施形態に従って配置された各種熱センサワイヤの断面を示す。 本開示の種々の実施形態に従って配置された各種熱センサワイヤの断面を示す。 本開示の種々の実施形態に従って配置された各種熱センサワイヤの断面を示す。 各種実施形態にかかる熱センサワイヤの側面図を示す。 本開示の実施形態にかかる、ＰＰＴＣベースの熱センサワイヤの抵抗を温度の関数として表したグラフを示す。 本開示の実施形態にかかるデバイス内の熱センサワイヤの一実装形態を示す。 熱センサワイヤを形成するための装置の一実施形態を示す。 本開示のさらなる実施形態にかかる熱センサワイヤを示す。 本開示の他の実施形態にかかるプロセスフローを示す。
本実施形態について、例示的な実施形態が示されている添付の図面を参照しながら、以下、より詳しく説明する。これらの実施形態は、本明細書に記載された実施形態に限定されるものとは解釈されず、むしろ、本開示を徹底かつ完全なものとし、その範囲を当業者に十分に伝える目的で提供されるものである。図面において、同様の数字は、全体を通じて同様の素子を表す。
以下の説明および／または特許請求の範囲においては、「〜に」、「〜に重なって」、「〜に設けられ」および「〜の上に」という用語が使用され得る。「〜に」、「〜に重なって」、「〜に設けられ」および「〜の上に」は、２つまたはそれ以上の素子が互いに直接物理的に接触していることを示す目的で使用され得る。また、「〜に」、「〜に重なって」、「〜に設けられ」および「〜の上に」という用語は、２つまたはそれ以上の素子が互いに直接接触していないことを意味し得る。例えば、「〜の上に」は、１つの素子が別の素子の上方に、互いに接触せずに存在することを意味し得、この２つの素子の間に別の素子（複数または単数）を有し得る。さらに、「および／または」という用語は、「および」を意味し得、これは「または」を意味し得、「排他的論理和（ｅｘｃｌｕｓｉｖｅ−ｏｒ）」を意味し得、「一つ」を意味し得、「一部ではあるが、全部ではない」を意味し得、「どちらも〜ない」を意味し得、かつ／または「両方」を意味し得るが、請求される主題の範囲がこの点で限定されるものではない。
各種実施形態においては、熱表示器「ワイヤ」が分散型温度感知目的で使用され得る。温度感知素子を有する熱表示器ワイヤまたは熱センサワイヤは、デバイスが臨界温度を超えた時期を感知する目的で使用され得る。いくつかの実施例においては、過剰な温度をもたらす熱が広いエリアで生成され得るのに対し、他の実施形態においては、温度センサが、ホットスポットを検出する目的で展開され得る。
各種実施形態においては、ポリマー正温度係数（ＰＰＴＣ）または負温度係数（ＮＴＣ）材料を感熱ワイヤの一部として使用することができる。簡潔に言えば、本実施形態の感熱ワイヤ（本明細書では「熱センサワイヤ」とも称される）は、目標温度に到達または超越した時期を明示する目的で使用され得る。感熱ワイヤは、局所的または全体的に温度が変化し得る本体またはデバイスと接触して展開され得る。感熱ワイヤによって保護されている当該デバイスの場合、温度が目標温度を満足または超過すると、感熱ワイヤのＰＰＣＴ材料またはＮＴＣ材料で、高抵抗から低抵抗への転移、またはその逆の転移が生じ得る。このようにして、感熱ワイヤに連結された表示器またはデバイスが、抵抗の変化を警報信号または制御信号に変換し得る。そのため、本実施形態の感熱ワイヤは、現在の実施形態において、公知のＰＰＴＣデバイスと同様の過電流および／または過熱保護のために、低インピーダンス（通常動作）から高インピーダンス（高温時）へのＰＴＣ抵抗と、その逆のＮＴＣ抵抗と、を変化させる「デジタル」ＰＰＴＣ熱表示器に基づいて使用され得る。
図１Ａ〜図１Ｅは、本開示の種々の実施形態に従って配置された各種熱センサワイヤの断面を示す。図１Ａには、本開示のいくつかの実施形態にかかる熱センサワイヤ１００が示されている。熱センサワイヤ１００は、熱センサワイヤ１００のワイヤ軸（記載の直交座標系のＺ軸に沿って延在する感熱部を含み得る。同様に、熱センサワイヤ１００は、ワイヤ軸に沿って延在するキャリア部を含み得る。図１の構成に示すとおり、熱センサワイヤ１００は、内芯１０４と、内芯の周囲に周方向に設けられた外芯１０２と、を含み得る。そのため、内芯１０４および外芯１０２の両方がワイヤ軸に沿って延在し得る。図１に示すとおり、内芯１０４が棒状または中実円筒状であり得るのに対し、外芯１０２は、中空円筒状または環状を有する。いくつかの実施形態においては、内芯１０４が感熱部となり得るのに対し、外芯１０２はキャリア部となり得る。他の実施形態においては、内芯１０４がキャリア部となり得るのに対し、外芯は感熱部となり得る。
熱センサワイヤ１００の感熱部は、任意の適切な公知のＰＰＴＣ材料または公知のＮＴＣ材料で形成され得る。ＰＰＴＣ材料の非限定的な例としては、ポリマー部分と、その中に分散または散在した導電性粉末と、を有するポリマー複合材が挙げられ、ＰＰＴＣ材料のポリマー部分は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ＨＤＰＥ（高密度／低密度ポリエチレン）、ポリウレタン、エチレンテトラフルオロエチレン（ＥＦＴＥ）、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）、または、結晶相および非晶質相を有するポリマーなど、他のポリマーであり得る。ＮＴＣ材料の非限定的な例としては、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅなどを基質とする酸化物やシリコンなどが挙げられる。
各種実施形態において、熱センサワイヤのキャリア部は、ＰＰＴＣ材料において使用される上記ポリマーの１つなど、ポリマー中に伝導性粉末が分散していないポリマー材料を基質とし得る。他の実施形態において、熱センサワイヤのキャリア部は、ＰＰＴＣ材料において使用される上記ポリマーの１つなど、ポリマー内に誘電体粉末が分散したポリマー材料を基質とし得る。さらなる実施形態において、熱センサワイヤのキャリア部は、ポリイミド、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ランバー（Ｒａｍｂａｒ）などのアクリルアルキッドやポリイミド類、または他のポリマーなどの他のタイプのポリマー材料を基質とし得る。他の非限定的な実施形態において、キャリア部は、温度（他のポリマーよりもＴｇガラス転移点またはＴｍ融点）が高いポリマーを含むキャリア材料で形成され得るか、より重い架橋ポリマーであり得る。例えば、低い転移温度が感熱部のポリマーに対して用いられ、キャリア部の高温（ポリカーボネート系）ポリウレタンまたは熱架橋ポリイミドとの伝導に用いられ得る。キャリア部は、高温のＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）またはＰＣＴポリ（シクロヘキシレンジメチレンテレフタレート）の混合物から形成され得る。キャリア部に適した他の材料は、ＥＴＦＥもしくは無機繊維ガラスベース繊維、または有機麻ベース（ｏｒｇａｎｉｃ ｈｅｍｐ ｂａｓｅｄ）繊維、ピンホールの無く電気絶縁性の高い金属ワイヤ、ナイロン、ポリエステル、あるいはその他の材料であり得る。
各種実施形態において、感熱部は、電気抵抗率が急激かつ顕著に変化する目標転移温度を呈するように設計され得る。感熱材料としてＰＰＴＣ材料を用いた実施形態においては、抵抗率の増加が、１桁の増加、３桁の増加、５桁の増加、７桁の増加などを含み得る。感熱部がＮＴＣ材料で形成されている他の実施形態においては、５倍、１０倍、１００倍といった抵抗率の急激な減少が起こり得る。本実施形態は、この文脈に限定されるものではない。抵抗率の転移の急激性は、ＰＰＴＣ材料またはＮＴＣ材料の性質に依存し得る。ただし、いくつかの実施形態においては、抵抗率の変化の大半が、５℃や１０℃など、数℃にわたって行われ得る。図１Ｇの実施例においては、ＰＰＴＣベースの熱センサワイヤが、５０℃〜６０℃の温度範囲にわたって約４桁（１０，０００）の抵抗率増加を呈する。このように、熱センサワイヤは、保護されているデバイスまたは本体が約６０℃という目標温度に到達または超越した時期を示すセンサとして使用され得る。
図１Ｆに示唆されているとおり、熱センサワイヤ１００は、公知のワイヤと同様の長尺形状を有し得る。本明細書に後述される熱センサワイヤ１００および他のワイヤは、可塑性、すなわち形状を成して所与の物体に巻き付く能力を含む、公知のワイヤと同様の機械的特性を呈し得る。各種非限定的な実施形態において、以下に詳述する熱センサワイヤ１００または他の熱センサワイヤの径は、１５０μｍ〜１ｃｍの範囲であり得る。
図２を参照すると、デバイス２００における熱センサワイヤ１００の一実装形態が示されており、デバイス２００は、熱センサワイヤ１００に加え、電池部２０２を含み得る。熱センサワイヤ１００は、電池部２０２の多くの領域が熱センサワイヤ１００の様々な部分（セグメント）と熱接触するようにして、電池部２０２に巻き付けられ得る。熱センサワイヤ１００が６０℃の転移温度を呈する一実施形態においては、電池部２０２の任意の領域（複数または単数）でホットスポットが生じ、６０℃またはそれ以上にまで加熱されると、電池部２０２のホットスポット（複数可）と熱接触している熱センサワイヤ１００のセグメント（複数または単数）で、上記のような急激かつ顕著な抵抗率の変化が生じる。図２に示すとおり、熱センサワイヤ１００は、任意の適切な回路、コントローラ、または表示器を表すセンサデバイス２０４に電気的に接続され得、熱センサワイヤ１００における抵抗の大きな変化がトリガとなって、適切な制御信号または表示器信号が生成される。例えば、デバイス２００は、６０℃のホットスポットを検出した直後に電池部２０２の動作を停止し得るか、可聴信号および可視信号の一方または両方などの警報信号を生成し得る。
熱センサワイヤ１００は、電池部２０２など、デバイスの様々で多くの領域に隣接して、またはその周囲に巻き付けて便利に配置され得ることから、以下に詳述する熱センサワイヤ１００および他の同様のワイヤが、単純な回路を使用して、デバイスまたは本体内の任意の箇所で発生する熱事象をプローブするための便利な機構を提供する。そのため、熱事象または熱偏位（ｔｈｅｒｍａｌ ｅｘｃｕｒｓｉｏｎ）の正確な位置が確定できない場合でも、熱センサワイヤ１００は、保護されるべき本体またはデバイスのどこかで局所的な事象が発生したことを容易に検出できるため、過度または広範囲の加熱が発生する前に適切な措置の実施が可能となる。
図１Ａの上記実施形態においては、内芯１０４と外芯１０２だけが示されている。ただし、さらなる実施形態においては、熱センサワイヤが、外芯の周囲に設けられたワイヤ被覆を含み得る。図１Ｂは、外芯１０２の周囲に設けられたワイヤ被覆１１２を含む、熱センサワイヤ１１０の一実施形態を表す。非限定的な各種実施形態においては、ワイヤ被覆１１２が、伝導性相を添加せずに、感熱部で使用されるものと同じベースポリマーなどの絶縁体で形成され得；誘電体材料フィラーを用いて、感熱部で使用されるものと同じベースポリマーなどの絶縁体で形成され得；ＴＧを高めるか、架橋を増やす別のポリマーを添加して、感熱部で使用されるものと同じベースポリマーなどの絶縁体で形成され得る。絶縁体被覆を形成するためのベースＰＰＴＣ材料に添加され得る追加ポリマー材料の例としては、ポリカーボネート、ＰＶＣ、ポリイミド、ＰＴＦＥ、または他の公知のポリマーが挙げられる。
いくつかの実施形態においては、ワイヤ被覆１１２または同様のワイヤ被覆が、図４に関して以下に詳述するとおり、外芯１０２または内芯１０４の中身に関する情報を伝えるために特別に配置され得る。図３は、熱センサワイヤ１１０などの熱センサワイヤを形成するための装置３００の一実施形態を表す。装置３００は、内芯１０４が引き抜かれるか押し出される中央オリフィス３０２と、内芯１０４の周りに形成する外芯１０２を供給するための第２のオリフィス３０４と、外芯１０２の周りにワイヤ被覆１１２を供給するための第３のオリフィス３０６と、を有する押出装置を表し得る。
図１Ｃは、断面が円形または環状ではなく矩形である熱センサワイヤ１２０の実施形態を示す。このように、内芯１２６が矩形であり得るのに対し、外芯１２４は矩形筒状を有し、ワイヤ被覆１２２によって囲まれている。用途によっては、熱センサワイヤ１２０の断面が矩形、平坦、または長尺のものを使用することが、環状断面のワイヤよりも適切であり得る。
図１Ｄは、円形断面または環状断面を有し、キャリア部１３２の周囲に設けられた外側ワイヤ被覆１３１を有する熱センサワイヤ１３０の実施形態を表す。この実施形態においては、複数の内側ワイヤがキャリア部１３２内に設けられている。これらのワイヤは、第１の内側ワイヤ１３４、第２の内側ワイヤ１３６、および第３の内側ワイヤ１３８として示されている。各種実施形態において、これらの内側ワイヤは、熱特性が互いに異なり得る。例えば、第１の内側ワイヤ１３４は、第１の転移温度を特徴とする第１の感熱材料１４２を用いて形成され得、第２の内側ワイヤ１３６は、第２の転移温度を特徴とする第２の感熱材料１４６を用いて形成され得、第３の内側ワイヤ１３８は、第３の転移温度を特徴とする第３の感熱材料１５０を用いて形成され得る。これらの転移温度は、いずれも互いに異なり得る。そのため、熱センサワイヤ１３０は、多数の様々な温度での温度感知が保護対象デバイスにとって有用である用途に適し得る。例えば、第１の転移温度は６０℃であり得、第２の転移温度は７０℃であり得、第３の転移温度は８０℃であり得る。内側ワイヤの各々は、所与の温度に達した時期を明示するために、回路またはデバイスに個別に連結され得る。電池を保護する場合、電池上の所与の位置で６０℃を超えると、抵抗が急激に変化している第１の内側ワイヤ１３４が、第１の警報信号の送信をトリガし得る。７０℃を超えると、第２の内側ワイヤ１３６が、より高レベルの警報など、第２の信号をトリガし、８０℃を超えると、第３の内側ワイヤ１３８が、電源の遮断などの手続きをトリガし得る。
図１Ｄは３本の内側ワイヤの実施形態を表しているが、他の実施形態においては、本数の異なる内側ワイヤが、多温度対応型の温度センサワイヤを形成する目的で使用され得る。なお、組み立ておよび配線の便宜上、それぞれの内側ワイヤの内側被覆１４０、内側被覆１４４、および内側被覆１４８は、色などが互いに異なり得る。
図１Ｅには、平坦、長尺、または矩形断面を有し、キャリア部１６１の周囲に設けられた外側ワイヤ被覆１６２を有する熱センサワイヤ１６０の実施形態を表される。この実施形態においては、図１Ｄと同様、複数の内側ワイヤがキャリア部１６１内に設けられている。これらのワイヤは、第１の内側ワイヤ１６４、第２の内側ワイヤ１６６、および第３の内側ワイヤ１６８として示されている。各種実施形態において、これらの内側ワイヤは、熱特性が互いに異なり得る。例えば、第１の内側ワイヤ１６４は、第１の転移温度を特徴とする第１の感熱材料１７２（内側被覆１７０で囲まれる）を用いて形成され得、第２の内側ワイヤ１６６は、第２の転移温度を特徴とする第２の感熱材料１７６（内側被覆１７４で囲まれる）を用いて形成され得、第３の内側ワイヤ１６８は、第３の転移温度を特徴とする第３の感熱材料１８０（内側被覆１７０で囲まれる）を用いて形成され得る。これらの転移温度は、いずれも互いに異なり得る。そのため、熱センサワイヤ１６０は、上述した熱センサワイヤ１３０の場合のように、多数の様々な温度での温度感知が保護対象デバイスにとって有用である用途に適し得る。
図４は、本開示のさらなる実施形態にかかる熱センサワイヤ４００を示す。熱センサワイヤ４００は、内芯４０２と、内芯４０２の周囲に設けられた外芯４０４と、外芯４０４の周囲に設けられたワイヤ被覆４０６と、を含む。内芯４０２が、ワイヤ軸（ｚ軸）に沿って互いに長手方向に設けられた第１の芯セグメント４０２Ａおよび第２の芯セグメント４０２Ｂを備えるという点で、内芯４０２は図示のようにセグメント化され得、第１の芯セグメント４０２Ａは、導電度が目標温度範囲内で少なくとも１桁変化する転移温度を有する感熱材料を備える。そのため、第１の芯セグメント４０２Ａは、例えば、ＰＰＴＣ材料またはＮＴＣ材料を含み得る。これに対し、第２の芯セグメント４０２Ｂは、目標温度範囲内の転移温度を呈しない。例えば、熱センサワイヤ４００は、約８０℃を上回る温度偏位（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｅｘｃｕｒｓｉｏｎ）を検出するように設計され得るため、第１の芯セグメント４０２Ａの材料は、約７０℃から約８０℃の間のどこかの範囲の転移温度を有するように設計され得る。
内芯４０２は一般に、第２の芯セグメント４０２Ｂを含んで導電性であり得るため、第１の芯セグメント４０２Ａにおいて８０℃で転移が生じたときに、内芯４０２の全体的な抵抗および抵抗の変化が容易に測定可能であり得る。各種実施形態において、第１の芯セグメント４０２Ａは、図４に示すとおり、内芯４０２に沿って複数回繰り返され得る。例えば、熱センサワイヤ４００は、温度を監視するために、複数の第１の芯セグメント４０２Ａが電池領域の表面に適用される電池パックに適用され得る。さらに、第２の芯セグメント４０２Ｂは、カーボンブラックなど、数度以内（少なくとも監視対象の目標温度範囲外）で導電度が１桁またはそれ以上変化する転移温度を呈しない単純な導体を含み得る。そのため、第２の芯セグメント４０２Ｂは、電池間の隙間や縁部など、温度が監視されない領域の隣りに配置され得る。このように、ＰＰＴＣ材料またはＮＴＣ材料が内芯４０２全体に供給される必要はなく、監視対象のデバイス領域に隣接して選択的に配置され得る選択セグメント内にのみ供給されれば良い。
図４にさらに示すとおり、ワイヤ被覆４０６は、第１の芯セグメント４０２Ａの周囲に設けられた第１の被覆セグメント４０６Ａと、第２の芯セグメント４０２Ｂの周囲に設けられた第２の被覆セグメント４０６Ｂと、を備え、第１の被覆セグメント４０６Ａは第１の色を有し、第２の芯セグメント４０６Ｂは、第１の色とは異なる第２の色を有する。このようにして、熱センサワイヤ４００は、長さに沿った感熱部（第１の芯セグメント４０２Ａ）の位置を明示し、熱センサワイヤ４００の感熱部を、監視対象または保護対象のデバイスの部分に適切に適用しやすくする。
各種実施形態によれば、熱センサワイヤは、円形から矩形に至る様々なダイによって断面が制御される単一ワイヤとしてのＰＴＣ材料の押出し；いくつかの層が伝導性であり、他の層が伝導性でない様々な機能特性を有する多層ワイヤ構成を形成するための多数の層の共押出；ワイヤの長さに沿って可変断面を有する押出し；ロールツーロール（ｒｏｌｌ ｔｏ ｒｏｌｌ）またはバッチプロセスに実行される、長さに沿って周期的に異なる長さのセグメントを有する多数の「ワイヤ」から積層／カレンダー加工されたセグメント；ホットメルトプレスまたはホットメルト印刷、および再積層；を含む、任意の適切な技術によって形成され得る。いくつかの実施形態においては、熱センサワイヤの感熱部を形成する内芯部が、一定の径で押し出され得る。いくつかの実施形態においては、内芯部が、内芯部の可変径を生成するために押し出され得る。例えば、内芯部の第１の径がワイヤの特定の長さにわたることにより、ワイヤの全体抵抗が許容レベルに維持され得る一方で、この径は、特定の箇所で、より小さな第２の径に変更され得る。例えば、（伝導性の）内芯部の径は、熱感知が行われないワイヤのセグメントに沿った第１の値で確定され得、熱感知が実施されるセグメントに沿った第２の値であり得る。
図５を参照すると、例示的なプロセスフロー５００が示されている。ブロック５０２で、熱センサワイヤのキャリア部が形成される。キャリア部は、熱センサワイヤの長軸に沿って延在し得る。
ブロック５０４で、感熱材料から熱センサワイヤの感熱部が形成される。この感熱部は、熱センサワイヤの長さ沿いに、キャリア部に隣接して延伸している。いくつかの実施形態においては、感熱部が、キャリア部内に設けられた芯部として形成され得、他の実施形態においては、キャリア部が、感熱部内の芯部として形成され得る。
感熱材料は、種々の実施形態において、ポリマー正温度係数（ＰＰＴＣ）材料または負温度係数（ＮＴＣ）材料を含み得る。感熱材料は、目標温度範囲内での熱転移を特徴とし得る。例えば、熱転移は、数℃以内などの狭い温度範囲内で、１桁、２桁、または４桁といった抵抗の増加または減少を伴い得る。熱転移の目標範囲は、用途に応じて整えられ得るが、非限定的な各種実施形態によれば、一般に−５０℃〜２００℃の範囲内にあり得る。反対に、キャリア部は、目標温度範囲内に熱転移を持たないキャリア材料で形成され得る。これは、目標温度範囲内で、数℃といった狭い温度範囲で抵抗が１０倍（１桁）以上などの唐突な変化を起こさないことを意味する。そのため、熱センサワイヤは、感熱材料で生じる目標温度範囲内の熱転移のみによって急激な抵抗変化を呈し得る。
いくつかの実施形態においては、感熱部が、複数の異なる内側ワイヤに形成され得、各内側ワイヤは、所与の転移温度を有する感熱材料を含む。例えば、３つの異なる転移温度を有する３つの異なる感熱材料を用いて、３つの異なる内側ワイヤが形成され得る。この３つの異なる内側ワイヤは、識別のために、それぞれ異なる被覆で被覆され得、キャリア部の周囲に設けられた一般的な被覆を含む感熱ワイヤの共通のキャリア部に設けられ得る。
ブロック５０６で、感熱部およびキャリア部の周囲に被覆が形成される。各種実施形態において、被覆は、公知のワイヤ被覆と同様、電気絶縁体であり得る。
いくつかの実施形態においては、感熱部が、複数の異なる内側ワイヤに形成され得、各内側ワイヤは、所与の転移温度を有する感熱材料を含む。例えば、３つの異なる転移温度を有する３つの異なる感熱材料を用いて、３つの異なる内側ワイヤが形成され得る。この３つの異なる内側ワイヤは、識別のために、それぞれ異なる被覆で被覆され得、キャリア部の周囲に設けられた一般的な被覆を含む感熱ワイヤの共通のキャリア部に設けられ得る。
要約すると、本実施形態は、標準的なＰＰＴＣデバイスと同様、過電流および／または過熱保護に使用され得る。各種実施形態においては、熱センサワイヤが、連続的なＰＰＴＣ構造としての感知素子として、または直列および／もしくは並列の電気的構成で多数の温度感知エリアに配置され得る。デジタル素子は、正常動作時に抵抗／インピーダンスが低い場合と、異常状態のために、単純なデジタル信号（マイクロプロセッサによって検出され得るか、またはリレーもしくは電界効果トランジスタなどの電気スイッチを駆動する目的で使用され得る）の使用が許可されるときに抵抗／インピーダンスが高い場合に、直列に配置され得る。
本実施形態は、特定の実施形態を参照して開示されているが、添付の特許請求の範囲に定義されているとおり、本開示の領域および範囲から逸脱しない限り、記載された実施形態に対する多数の修正、改変および変更が可能である。したがって、本実施形態は、記載された実施形態に限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲の文言によって定義される全範囲、およびその均等物を有し得る。

Claims (19)

  1. 熱センサワイヤであって、
    前記熱センサワイヤのワイヤ軸に沿って延在する感熱部と、
    キャリア部と、を備え、前記キャリア部は、前記感熱部に隣接して前記ワイヤ軸に沿って延在し、前記感熱部は、ポリマー正温度係数（ＰＰＴＣ）材料または負温度係数（ＮＴＣ）材料を備える、熱センサワイヤ。
  2. 円形断面または矩形断面を備える、請求項１に記載の熱センサワイヤ。
  3. 様々な機能特性を有する複数の層を備え、前記感熱部は、導電性を有する第１の層を備え、第２の層は電気的絶縁性を有する、請求項１または２に記載の熱センサワイヤ。
  4. 前記感熱部は、前記熱センサワイヤの長さに沿った可変断面を備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の熱センサワイヤ。
  5. 前記感熱部は内芯を備え、前記キャリア部は、前記内芯の周囲に周方向に設けられ、前記熱センサワイヤは、前記キャリア部の周囲に設けられたワイヤ被覆をさらに備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の熱センサワイヤ。
  6. 前記内芯は、前記ワイヤ軸に沿って互いに長手方向に設けられた第１の芯セグメントおよび第２の芯セグメントを備え、前記第１の芯セグメントは、導電度が目標温度範囲内で少なくとも１桁変化する転移温度を備え、前記第２の芯セグメントは、前記目標温度範囲内の転移温度を呈しない、請求項５に記載の熱センサワイヤ。
  7. 前記ワイヤ被覆は、前記第１の芯セグメントの周囲に設けられた第１の被覆セグメントと、前記第２の芯セグメントの周囲に設けられた第２の被覆セグメントと、を備え、前記第１の被覆セグメントは第１の色を有し、前記第２の芯セグメントは、前記第１の色とは異なる第２の色を有する、請求項６に記載の熱センサワイヤ。
  8. 前記キャリア部の周囲に設けられた外側ワイヤ被覆と、
    前記キャリア部内に設けられた複数の内側ワイヤと、をさらに備え、
    前記感熱部は、前記複数の内側ワイヤのうちの第１の内側ワイヤ内に設けられ、第１の転移温度を有する第１の感熱材料を備え、
    前記複数の内側ワイヤは、前記第１の転移温度とは異なる第２の転移温度を有する第２の感熱材料を備える少なくとも１本の追加ワイヤを備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の熱センサワイヤ。
  9. 前記熱センサワイヤの長さに沿って周期的に異なる長さのセグメントを有する多数のワイヤから形成された複数の積層／カレンダー加工されたセグメントを備える、請求項１から８のいずれか一項に記載の熱センサワイヤ。
  10. 熱センサワイヤを形成する方法であって、
    前記熱センサワイヤの長さに沿って延伸する前記熱センサワイヤのキャリア部を形成することと、
    前記熱センサワイヤの長さに沿って延伸し、かつ前記キャリア部に隣接する前記熱センサワイヤの感熱部を感熱材料から形成することと、を備え、
    前記感熱材料は、目標温度範囲内での熱転移を特徴とするポリマー正温度係数（ＰＰＴＣ）材料または負温度係数（ＮＴＣ）材料を備え、前記キャリア部は、前記目標温度範囲内での熱転移を有しないキャリア材料を備える、方法。
  11. 前記感熱材料を前記熱センサワイヤの内芯部として形成することと、
    前記内芯部の周囲に前記キャリア部を形成することと、
    を含む、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記内芯部を一定の径で押し出すことを含む、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記内芯部に可変径を生成するために前記内芯部を押し出すことを含む、請求項１１に記載の方法。
  14. 前記感熱材料と前記キャリア部とを多層ワイヤ構成において一連の層として形成することを含む、請求項１０から１３のいずれか一項に記載の方法。
  15. 前記感熱材料を内芯部として形成することは、
    前記内芯部の第１の芯セグメントを形成するために前記感熱材料を押し出すことと、
    前記感熱材料を押し出した後に、前記内芯部の第２の芯セグメントを形成するために第２の材料を押し出すことと、をさらに含み、前記第１の芯セグメントは、導電度が目標温度範囲内で少なくとも１桁変化する転移温度を備え、前記第２の芯セグメントは、前記目標温度範囲内の転移温度を呈しない、請求項１１から１４のいずれか一項に記載の方法。
  16. 前記キャリア部の周囲に被覆を形成することをさらに含み、前記被覆を形成することは、
    前記第１の芯セグメントの周囲に第１の被覆セグメントを形成することと、
    前記第２の芯セグメントの周囲に第２の被覆セグメントを形成することと、をさらに含み、前記第１の被覆セグメントは第１の色を有し、前記第２の芯セグメントは、前記第１の色とは異なる第２の色を有する、請求項１５に記載の方法。
  17. 前記感熱材料は、第１の感熱材料および第２の感熱材料を備え、前記第１の感熱材料および前記第２の感熱材料は、前記キャリア材料内に設けられた第１のワイヤおよび第２のワイヤとして押し出され、前記第１の感熱材料は第１の転移温度を備え、前記第２の感熱材料は、前記第１の転移温度とは異なる第２の転移温度を備える、請求項１１から１６のいずれか一項に記載の方法。
  18. デバイスであって、
    電池部と、
    前記電池部と接触して設けられた熱センサワイヤと、を備え、前記熱センサワイヤは、
    前記熱センサワイヤのワイヤ軸に沿って延在する感熱部と、
    キャリア部と、を備え、前記キャリア部は、前記感熱部に隣接して前記ワイヤ軸に沿って延在し、前記感熱部は、ポリマー正温度係数（ＰＰＴＣ）材料または負温度係数（ＮＴＣ）材料を備える、デバイス。
  19. 前記キャリア部の周囲に設けられたワイヤ被覆をさらに備え、前記感熱部は内芯を備え、前記キャリア部は、前記内芯の周囲に周方向に設けられる、請求項１８に記載のデバイス。
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