JP2023109880A - 温度感知テープ - Google Patents
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Abstract
【課題】可変抵抗材料から形成された複数の一体化温度感知要素を備える温度感知テープを提供する。【解決手段】温度感知テープは、電気絶縁性の可撓性基板12、電気絶縁性の可撓性基板に設けられる複数の温度感知要素14を有して成り、複数の温度感知要素の各々が、ギャップ24が規定されるように向き合って離隔する関係で配置される電極20a、20bならびにギャップ内に設けられて、電極に接続させる可変抵抗材料16を有して成り、複数の温度感知要素の少なくとも1つの電極が、可撓性導体18によって、隣接する温度感知要素の他の電極に接続されている。【選択図】図1B
Description
本発明は、米国仮特許出願第62/554,088号(2017年9月5日出願)の優先権を主張し、その内容は参照することによって全体が組み込まれる。
本発明は、温度感知デバイス(または温度検知デバイス、temperature sensing devices)に関する。より詳細には、本発明は、可変抵抗材料(variable resistance material)から形成された複数の一体化温度感知要素(または複数の組み込まれた温度検知要素、integrated temperature sensing elements)を備える温度感知テープ(または温度検知テープ、temperature sensing tape)に関する。
電気デバイスは、過度な温度条件および過度な電流条件の存在があると、それによって損なわれる虞がある。したがって、電気デバイスは温度感知デバイスを備えていることが通常である。かかる温度感知デバイスは電気デバイスの表面の別個の箇所の温度変化を測定するのに用いることができる。測定される温度が所定の閾値を超えると、過度な温度/電流条件がおさまるまで又は改善されるまで電気デバイスは自動的にシャット・オフし、それによって、電気デバイスへのダメージが軽減されることになる。
幾つかの電気デバイスは、過度な温度条件および/または過度な電流条件を個々に被り得る大きな表面エリアを有していたり、そのような過度な温度条件および/または過度な電流条件を個々に被り得る多くの相互接続された要素を含んでいる。かかるデバイスでは、電気デバイス表面の種々の別個の箇所で温度測定することが必要である場合があり、あるいは、分布・分散される手法(a distributed manner)で電気デバイスの複数の要素の表面温度を測定する必要がある場合がある。しかしながら、単一の電気デバイスで常套の別個の温度感知要素を複数設けることは、相当に高価なものとなってしまい、および/または、所定のデバイス形態ファクターでは利用できないスペースを要することになり得る。
このような考慮または他の考慮に関して本発明の改良物は有用となり得る。
かかる概要の欄では、簡易化した形態で概念を選択したものを説明し、そのような説明した概念については以下の詳細な説明で更なる詳述を行う。かかる概要の欄は、特許請求の範囲の発明対象物の重要な特徴または本質的な特徴を明らかにすることを意図するものでなく、また、特許請求の範囲の発明対象物の範囲を決める助けとなるものを意図していない。
本開示に従った温度感知テープの例示的な態様としては、
電気絶縁性基板、
電気絶縁性基板上に設けられ、第1電極にて終端する第1導体(first conductor disposed on the substrate, and terminating in a first electrode)
電気絶縁性基板上に設けられ、第2電極にて終端する第2導体(second conductor disposed on the substrate, and terminating in a second electrode)、および
可変抵抗材料
を有して成り、
第1電極と第2電極との間でギャップが規定されるように、第1電極および第2電極が向き合って離隔する関係で設けられ、
可変抵抗材料が前記ギャップ内に設けられており、可変抵抗材料によって第1電極が第2電極へと接続される、温度感知テープが含まれる。
電気絶縁性基板、
電気絶縁性基板上に設けられ、第1電極にて終端する第1導体(first conductor disposed on the substrate, and terminating in a first electrode)
電気絶縁性基板上に設けられ、第2電極にて終端する第2導体(second conductor disposed on the substrate, and terminating in a second electrode)、および
可変抵抗材料
を有して成り、
第1電極と第2電極との間でギャップが規定されるように、第1電極および第2電極が向き合って離隔する関係で設けられ、
可変抵抗材料が前記ギャップ内に設けられており、可変抵抗材料によって第1電極が第2電極へと接続される、温度感知テープが含まれる。
本開示に従った温度感知テープの別の例示的な態様としては、
可撓性の電気絶縁性基板、
可撓性の電気絶縁性基板上に設けられる複数の温度感知要素(または温度感知素子)
を有して成り、
複数の温度感知要素の各々が、
ギャップが規定されるように向き合って離隔する関係で配置される第1電極および第2電極、ならびに
前記ギャップ内に配置されて、第1電極を第2電極へと接続させる可変抵抗材料
を有して成り、
可撓性電気導体によって、複数の温度感知要素の少なくとも1つの第1電極が、隣接する温度感知要素の第2電極へと接続されている、温度感知テープが含まれる。
可撓性の電気絶縁性基板、
可撓性の電気絶縁性基板上に設けられる複数の温度感知要素(または温度感知素子)
を有して成り、
複数の温度感知要素の各々が、
ギャップが規定されるように向き合って離隔する関係で配置される第1電極および第2電極、ならびに
前記ギャップ内に配置されて、第1電極を第2電極へと接続させる可変抵抗材料
を有して成り、
可撓性電気導体によって、複数の温度感知要素の少なくとも1つの第1電極が、隣接する温度感知要素の第2電極へと接続されている、温度感知テープが含まれる。
以下では、添付の図面を参照しつつ、本開示に従った温度感知テープの例示的な態様をより十分に説明する。なお、温度感知テープは、多くの異なる形態で具現化され得るものであり、本明細書で説明される態様に限定して解釈されるべきでない。むしろ、本開示によって当業者に対して温度感知テープのある例示的な要旨が伝わるように本明細書の態様が供されている。
図1Aには、本開示の例示的な態様に従った温度感知テープ10(以下では「テープ10」とも称する)の上面図が示されている。テープ10は、電気絶縁性の可撓性基板12を含んだテープであってよい。可撓性基板12は、絶縁材料(または誘電材料、dielectric material)のストリップから形成され、その片側面(または一方のサイドもしくは側部、one side)または両側の面(両サイドもしくは両方の側部、both sides)に接着材料(または粘着材料、adhesive material)を有していてよい。かかる接着材料は、テープ10が表面(例えば、電気デバイスの表面)に対して接着することを可能にする。種々の非制限的な態様において、基板12は、スコッチ・テープ(Scotch Tape)、ポリ塩化ビニル(PVC)テープ、マイラー(Mylar)などであってよい。
基板12上には複数の温度感知要素14が配置されていてよく、基板12の長さに沿って温度感知要素14が互いに離隔していてよい。複数の温度感知要素14の各々は、「隣接しつつ互いに噛み合うような一対の電極(a pair of adjacent, interdigitated electrodes)」を橋渡しする可変抵抗材料16を含んだものであってよい(これについては以下で更に説明する)。例えば、図1Aではテープ10が全部で4つの温度感知要素14を含むように示されている。種々の態様において、テープ10は、本開示から外れることなくより多くの数またはより少ない数の温度感知要素14を含んでいるものであってよく、温度感知要素14の総計は、テープ10の長さおよび温度感知要素14の間の距離によって一般に決定される。図1Aでは基板12の長さに沿って複数の温度感知要素14が互いに均等(または一様)に離隔して示されている。しかしながら、テープ10の種々の態様として、基板12の長さに沿って不規則なインターバル(例えば、テープ10の特定用途の要件によって決められるインターバル)で設けられた複数の温度感知要素14を含んだテープであってもよい。
テープ10は、基板12上に配置された複数の可撓性導体18を更に含んでいてよい。かかる可撓性導体18は、複数の温度感知要素14の間で延在するものであってよく、また、温度感知要素14に対して電気的に接続されていてよい(このような事項については後述する)。可撓性導体18は、基板12に接着され得る又は基板12に適用され得る可撓性の導電性材料の長尺セグメント(elongated segments)から形成されたものであってよい。制限されるものではないが、かかる材料を例示すると、銅メッシュ(copper mesh)、銀エポキシ(silver epoxy)、種々のタイプの金属ワイヤもしくはリボン(ribbon)、導電性インク(conductive ink)などを挙げることができる。
図1Bには、テープ10の温度感知要素14の1つおよびその周囲部分を詳細にした上面図が示されている。可変抵抗材料16は、以下で行う説明を分かり易くすべく透明で描いている。図1Aで示される温度感知要素14の全ては、図1Bで示す温度感知要素14と実質的に同一視され、それゆえ、図1Bの温度感知要素14に関する以下の説明は、図1Aの全ての温度感知要素14に対して適用されるものと理解されたい。
温度感知要素14は、向き合った配置(または対向する配置・アレンジメント、confronting arrangement)で基板12上に設けられ、(例えば、半田や導電性接着剤などを用いて)隣接する可撓性導体18の端部に電気的に接続される電極20a,20bを含んでいてよい。電極20a,20bの各々は、複数のフィンガー部(fingers)または歯部(tines)22a,22bを含んでいてよい。電極20aの歯部22aは、電極20bの歯部22bに対して互いに噛み合うような離隔関係となって設けられていてよく、それによって、それらの間でヘビのように曲がりくねったギャップ24(serpentine tortuous gap)が規定される。テープ10の幾つかの態様において、電極20a,20bは、基板12に対して配置され該基板12に接着され得る中間基板(例えば、FR-4のセグメント)に設けられていてもよい。テープ10の他の態様では、電極20a,20bは、可撓性導体18の一体的な連続的部分(または一体的隣接部分、integral, contiguous portion)であってもよい。例えば、互いに噛み合う歯部22a,22bが規定されるように、隣接する可撓性導体18の向き合う端部がカットされたり、印刷されたり、または形成されたりしてもよい。テープ10の他の態様では、歯部22a,22bが省かれ、代わりに可撓性導体18の隣接する端部同士がフラットなエッジまたは種々の他の輪郭もしくは形状を有するエッジで終端していてよく、かかるエッジが、そのエッジ同士の間でギャップを規定するように互いに離隔し、向き合う関係で配置されていてよい。
可変抵抗材料16は、歯部22a,22b上に設けられていてよく、ギャップ24を橋渡し及び/または埋めるようになっていてよく、それによって、歯部22aと歯部22bとが接続されることになる。種々の態様では、可変抵抗材料16は、所定の「活性化温度(activation temperature)」に達すると電気抵抗が急激に(またはシャープに)増加し得る正の温度係数(PTC)材料であってよい。他の態様では、可変抵抗材料16は、所定の「活性化温度」に達すると電気抵抗が急激に(またはシャープに)減少し得る負の温度係数(NTC)材料であってよい。非制限的な具体的な態様では、可変抵抗材料16は、ポリマー樹脂中に分散する(又は懸濁したように存在する、suspended)導電性粒子(例えば、導電性セラミック粒子)から形成されたポリマーの正の温度係数(PPTC)材料であってよい。幾つかの態様では、可変抵抗材料16(PTCまたはNTCのいずれかの可変抵抗材料)は、歯部22a,22bを部分的にカバー及び/または包む固体物を形成すべく、追って硬化できる流体インク(fluidic ink)として又は化合物として歯部22a,22bに適用されるものであってよい。
テープ10は巻回されてよく、テープの常套的なロールとして保存され得る。かかる場合、用途使用のためにテープ10の所望の長さ分が供されて(即ち、非巻回されて)、それがロールから切断される。
図2には、上述のテープ10が設けられた例示的な電気デバイス100の模式図が示されている。電気デバイス100は、テープ10によって保護され得る1又はそれよりも多い要素(以下では「保護される要素(protected component)」とも称する)を含んでいてよい。図2に示される例示的な態様では、保護される要素は、電気的に直列に接続される複数のセル112(または電池、cells)を備えるバッテリー110(battery)である。バッテリー110は、電力を供するため負荷114(もしくはロード、load)に接続されていてよい。種々の例として、バッテリー110は、リチウムイオン・バッテリー(もしくはリチウムイオン電池、Li-ion battery)、リチウム・ポリマー・バッテリー(もしくはリチウム・ポリマー電池、Li-Polymer battery)、Ni-MH再充電可能なバッテリー(もしくはNi-MH再充電可能電池、Ni-MH rechargeable battery)、またはそれらと同等なものであってよい。本開示は、それに限定されず、保護される要素が、代替的に過電流保護または過温度保護からの利益を受け得る種々の電源および/または電気的デバイスであってよく、あるいは、代替的にはそのようなものを含んだものであってよい。
テープ10は、バッテリー110の個々のセル112の表面に温度感知要素14が配置される状態で、バッテリー110に対して貼り付けられて(または引っ付いて)いてよい。特に、温度感知要素14の各々は、セル112の個々の熱影響下に置かれるように位置付けられていてよく、セル112の1つの温度の増加が、それに配置された温度感知要素14の個々の温度の増加を引き起こすことができるようになっている。
電気デバイス100は、制御要素116(例えば、ASIC、マイクロプロセッサーなどのデジタル制御要素)を更に含んでいてよく、かかる制御要素116は、テープ10の可撓性導体18に電気的に接続されていてよく、以下で更に説明するようなテープ10の抵抗をモニタリングするようになっていてよい。制御要素116は、電気的直列な状態でバッテリー110および負荷114の間で接続され得る切断スイッチ118(例えば、FETやリレーなど)に操作可能に接続されていてもよい。
電気デバイス100の通常の作動では、バッテリー110は、電力を負荷114に供給してよく、セル112の温度が通常の作動範囲(例えば、80℃未満)にあるようになり得る。しかしながら、過度な温度または電流条件が生じた場合には、セル112の1つ又はそれ以上の温度が通常の作動範囲を超えて増加することになり、それによって、テープ10のそれぞれの温度感知要素14の温度が増加し得る。温度感知要素14の1つ又はそれよりも多い温度が活性化温度を超えて増加すると、テープ10の抵抗が急に増加するか(可変抵抗材料16がPTC材料の場合)、あるいは、急に減少する(可変抵抗材料16がNTC材料の場合)。例えば、セル112の温度増加は、外部熱源に晒されること(例えば、太陽下に電気デバイス100が置かれた場合)に起因するものか、あるいは、バッテリー110の内部欠陥によって引き起こされる過電流条件に起因するものであってよい。
制御要素116は、テープ10の抵抗をモニタリングし、それによってデバイス100の動作を制御するようになっていてよい。例えば、可変抵抗材料16がPTC材料であるとすると、制御要素116がテープ10にて比較的低い抵抗を測定し、温度感知要素14の温度が活性化温度よりも低いことを示している場合では、制御要素116は、セル112の温度が通常の安全な作動範囲になることを決定してよい。しかしながら、制御要素116がテープ10にて比較的高い抵抗を測定し、温度感知要素14の1つ又はそれよりも多い温度が活性化温度よりも高いことを示している場合では、制御要素116は、セル112の1つ又はそれよりも多い温度が通常の安全な作動範囲を超えたといったことを決定してよい。制御要素116によって、セル112の1つ又はそれよりも多い温度が通常の安全な作動範囲を超えたと決定される場合、制御要素116は切断スイッチ118を開にしてよく、それによって、電気デバイス100における電流の流れを止め、そのようにしなければ過度な温度または電流条件が存在する場合に生じたであろうダメージを防止または軽減する。
常套の温度感知デバイスと比べて低価でかつ複雑でない条件でテープ10の製造ができ、テープ10を電気デバイスへと設けることができることを当業者は理解されるであろう。
本明細書において、単一で用いられ、“a”/“an”といった用語と共に用いられている要素または工程は、特段の明示がなければ、複数の要素または複数の工程であることを排除しないものと理解すべきである。さらに、本開示の「1つの態様(one embodiment)」については、記載の特徴を組み込む付加的な態様の存在を排除しないと解すべきである。
本開示はある態様について説明してきたが、その態様に関する多くの変更、改変および変化は、特許請求の範囲に規定された本開示の領域および範囲から逸脱せずに可能である。したがって、本開示は、記載の態様にのみ限定されず、特許請求の範囲の用語によって規定される十分な範囲を有し、それと均等な事項も有することが意図されている。
Claims (20)
- 温度感知テープであって、
電気絶縁性基板、
電気絶縁性基板に設けられ、第1電極にて終端する第1導体、
電気絶縁性基板に設けられ、第2電極にて終端する第2導体、および
可変抵抗材料
を有して成り、
第1電極と第2電極との間でギャップが規定されるように、第1電極および第2電極が向き合って離隔する関係で設けられており、
可変抵抗材料は前記ギャップ内に設けられており、可変抵抗材料によって第1電極が第2電極へと接続されている、温度感知テープ。 - 電気絶縁性基板、第1導体および第2導体が可撓性材料から形成されている、請求項1に記載の温度感知テープ。
- 第1導体および第2導体が、電気導電性のワイヤ、メッシュ、リボン、エポキシおよびインクの少なくとも1つから形成されている、請求項1に記載の温度感知テープ。
- 第1電極および第2電極の各々が複数の歯部を含んでおり、第1電極の歯部と第2電極の歯部とが互いに噛み合うような関係で設けられている、請求項1に記載の温度感知テープ。
- 電気絶縁性基板の少なくとも一方の側面に設けられた接着材料を更に有して成る、請求項1に記載の温度感知テープ。
- 第1導体、第2導体および可変抵抗材料が温度感知要素を規定しており、
前記温度感知テープが、電気絶縁性基板に設けられて互いに直列に電気接続される複数の温度感知要素を有して成る、請求項1に記載の温度感知テープ。 - 複数の温度感知要素は、電気絶縁性基板の長さに沿って互いに均等に離隔している、請求項6に記載の温度感知テープ。
- 第1導体と第1電極とが、電気導電性材料の単一の連続的なピースから形成されており、
第2導体と第2電極とが、電気導電性材料の単一の連続的なピースから形成されている、請求項1に記載の温度感知テープ。 - 可変抵抗材料が、正の温度係数(PTC)材料である、請求項1に記載の温度感知テープ。
- 可変抵抗材料が、ポリマーの正の温度係数(PTC)材料である、請求項9に記載の温度感知テープ。
- 可変抵抗材料が、負の温度係数(NTC)材料である、請求項1に記載の温度感知テープ。
- 温度感知テープであって、
可撓性の電気絶縁性基板、
可撓性の電気絶縁性基板に設けられている複数の温度感知要素
を有して成り、
複数の温度感知要素の各々が、
ギャップが規定されるように向き合って離隔する関係で配置される第1電極および第2電極、ならびに
前記ギャップ内に設けられ、第1電極を第2電極へと接続させる可変抵抗材料
を有して成り、
可撓性電気導体によって、複数の温度感知要素の少なくとも1つの第1電極が、隣接する温度感知要素の第2電極に接続されている、温度感知テープ。 - 可撓性電気導体が、電気導電性のワイヤ、メッシュ、リボン、エポキシおよびインクの少なくとも1つから形成されている、請求項12に記載の温度感知テープ。
- 第1電極および第2電極の各々が複数の歯部を含んでおり、第1電極の歯部と第2電極の歯部とが互いに噛み合う関係で設けられている、請求項12に記載の温度感知テープ。
- 可撓性の電気絶縁性基板の少なくとも一方の側面に設けられた接着材料を更に有して成る、請求項12に記載の温度感知テープ。
- 複数の温度感知要素は、互いに直列に電気接続されている、請求項12に記載の温度感知テープ。
- 複数の温度感知要素は、可撓性の電気絶縁性基板の長さに沿って互いに均等に離隔している、請求項12に記載の温度感知テープ。
- 可変抵抗材料が、正の温度係数(PTC)材料である、請求項12に記載の温度感知テープ。
- 可変抵抗材料が、ポリマーの正の温度係数(PTC)材料である、請求項12に記載の温度感知テープ。
- 可変抵抗材料が、負の温度係数(NTC)材料である、請求項12に記載の温度感知テープ。
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