JPH06505338A - 電池テスター - Google Patents

電池テスター

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称:電池テスタ一 本発明は、複数の抵抗性要素が熱変色性材料(thertnochromic  material)と熱的に接触する電池テスターに関する。特に、本発明は、 9■電池用のテスターであって、複数の抵抗性要素が並列に電気的に接続された 電池テスターに関する。
数年以上前から、熱変色材料と熱接触する抵抗性要素(resistive e lement)を用いた様々な電池テスターが使用されている。これらのテスタ ーの大部分は、単一の抵抗性要素を使用しており、その抵抗は要素の中である部 分と他の部分との間で連続的に変化する。例えば、米国特許第4835476号 、第4726661号、第4835475号、第4702563号、第4702 564号、第4737020号及び第4006414号には、「蝶ネクタイ(b ow−tie) Jの形状をした抵抗性要素が開示されている。この抵抗性要素 の場合、抵抗は、狭い部分で最も高く、そこから連続的に小さくなっていき、外 側部分で最も低くなる。これら米国特許の多くは、その他の抵抗性要素の例とし て、単一の「くさび形」の形状をしたものを開示しており、これは「蝶ネクタイ 」形要素のほぼ半分に相当する。熱変色性材料は、一般的には、基板の抵抗性要 素を載せる面とは反対側に施される。電池の端子が抵抗性要素の両端の接点に接 続されると、電池の電圧に比例した電流が抵抗性要素の中を流れる。抵抗熱が生 じて、まず最初に抵抗性要素の狭い部分が昇温する。熱変色性材料は、発生した 熱に応じて変色する。
一般的には、色変化が起こる前に、所定の臨界温度(threshold te mperature)に到達しなければならない。抵抗性要素のどの長さ部分ま で加熱し続けることができるかは、電池の電圧によって決められる。色の変化は テスター上のスケールに照して観察することができ、電池の電圧は視覚的に表示 される。
前述の如く、現在使われている電池テスターは、[くさび(wedge)J形の 抵抗器を使用している。これは1.5ボルト電池には適しているが、9ボルト電 池のような高電圧電池の繰返しテスト用には適していないことがわかった。9ボ ルト電池のテストを繰り返すと、くさび形要素の狭い部分で焼き切れる(bur n out)ことがわかった。
これは、1.5ボルト電池の場合よりも高い電力が、このくさび形の部分で消費 されるからである。その上、くさび形要素の抵抗が約50オーム(9ボルト電池 で作動する装置の代表的な抵抗値)のとき、その長さは長くなるから、特に、米 国特許第4723656号のようにテスターを電池パッケージに取り付ける場合 は使用することが困難となる。
本発明は、開回路電圧が1.5ボルトよりも大きな電池用であって、これら電池 が消費する高い電力に耐え得るように改良された電池テスターを提供することを 目的とする。
本発明は、電圧が1.5ボルトよりも大きな電池用であって、便宜的なサイズの 電池テスターを提供することを更に目的とする。
本発明の特徴及び利点を、図面を参照しながら以下に説明する。
第1図は、本発明に係るテスターの背面図である。
第2図は、本発明に係るテスターの正面図である。
第1図及び第2図を参照すると、テスター(10)は、基板(12)の裏面(1 4)に、複数個の矩形の抵抗性要素(22)(24)(26) (28)が配置 されている。母線(buss bars) (30) (31)が、抵抗性要素 パターンの両縁部に沿って設けられ、要素(22) (24)(26) (28 )は並列に電気的に接続される。母線(30)の(38a)の部分と、母線(3 1)の(38b)の部分は、9ボルト電池の端子に接続するための電気接触パッ ドとして機能する。
基板(12)は、種々の材料から作ることができる。この材料として、プラスチ ック、紙、厚紙などを挙げることができるが、これらに限定されるものではない 。どんな材料を選択する場合でも、電圧測定中は、収縮、変形、炭化(char ring)等を起こすことなく、抵抗性要素の温度に耐え得るものでなければな らない。
抵抗性要素(22)(24)(26)(28)は、種々の抵抗性材料から作るこ とができるし、種々の方法を用いて付けることができる。例えば、電気抵抗性イ ンクのコーティングを、基板上にて所定パターンに被覆又はプリントすることが できる。適当な抵抗性材料として、エポキシ又はウレタンベースの銀、ニッケル 、カーボン又はそれらの混合物を挙げることができるが、これらに限定されるも のではない。或はまた、真空蒸気付着、陰極スパッタリング等のように周知の真 空蒸着技術のうちのどれかを用いて、抵抗性材料の薄い層を所定パターンに施す ことができる。
真空蒸着に適用できる材料として、銀、ニッケル、鉄、銅、炭、鉛、及びそれら の混合物を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。具体的な 材料の選択は、特定サイズの抵抗器が所望の抵抗を得るために必要な抵抗力に基 づいて行なわれる。一般的には、抵抗性要素のサイズは、熱変色性材料に反応す るために必要なワット密度だけでなく、テスターの寸法によっても制限される。
(これについては、後でより詳細に説明する)母線(30)(31)の形状は、 抵抗性要素のパターンの外側ディメンションに倣って作られる。要素(22)  (24) (26) (28)の抵抗は、各母線の対向する内縁間の距離に部分 的に依存している。例えば、要素(22)の抵抗は、母線(30)の(32a) の部分の内縁と、母線(31)の(32b)の部分の内縁との距離の関数である 。母線(30)(31)は、テスターの抵抗全体の一部を構成しないように、伝 導性は高いものが望ましい。母線には、周知な伝導性インクであればどれを使用 してもよい。伝導性インクの例として、銀、銅、ニッケル等の金属質インクを挙 げることができるが、これらに限定されるものではない。また、金属箔を使用す る場合、図示の形に切断【7て、当業者が周知な取付方法によって抵抗性要素に 取り(iけることができるものであればよい。
抵抗性要素と母線には、接触パッド(38a) (38b)を除いて、誘電性( dielectric)のコーティング(図示せず)を施すことが望ましい。誘 電性層の目的は、回路のどこがの箇所で短絡事故が生じたときに回路を保護する 役割を果たすだけでなく、物理的な損傷がら回路を保護するためでもある。誘電 性のインク、塗料、フィルム等で周知なものは、とれもこの目的に適合させるこ とができる。例えば、エポキシ、アクリル、ウレタンを挙げることができるが、 これらに限定されるものではない。
基板(12)の表側(16)には、電圧表示スケール(4o)がプリントされて おり、該スケールは、矩形であり、窓(42)(44)(46)を有している。
窓(42) (44)(46)の位置は、基板(12)の裏側の抵抗性要素(2 2) (24) (26)の位置に一致させている。電圧表示スケール(4o) は、例えば暗い色でプリントされ、各々の窓は、黄色の様に明るい対照をなす色 でプリントされる。
熱変色性層(50)は、3つの窓全てを覆うように施される。層(50)は、あ る限界温度Trを越えると不透明(opaque)から透明に変わる熱変色性イ ンクを含むことが望ましい。インクは、室温ではスケール(40)の色に類似し 、Trを越える温度で透明に変わるものが望ましい。この様にすれば、窓(42 )(44)(46)は室温では見えないが、電池の電圧チェックを行なうとき、 電池の電圧に応じて見ることができるようになるからである。一般的に、電圧チ ェックを行なう間、抵抗性要素の温度がTrに達する前に、各抵抗性要素は所定 のワット密度に達しなければならない。ワット密度は、抵抗性要素の抵抗、表面 積、及び加えられる電圧の関数である。抵抗性要素の抵抗と表面積は、抵抗性要 素の設計によって決まるから、加えられる電圧が、熱変色性インクの反応を開始 させるのに必要なワット密度が得られるかどうかに関する唯一の決定因子となる 。
熱変色性材料は、熱変色性インクが望ましいが、液晶として知られている材料で も構わない。
チェックしようとする電池に関して「交換」 「良好」その他のメソセージを示 すために、表示体(48)(49)がスケール(40)に沿ってプリントされる 。
前述の如く、抵抗性要素(28)は、熱変色性層と熱接触していない。抵抗性要 素(28)の目的は、分路(shunt)として作用させ、並列接続された抵抗 性要素の全抵抗を小さくすることにある。抵抗性要素(28)は本発明の必須の 構成要素ではないが、他の「電圧表示」抵抗器の全抵抗が所定値よりも高いとき は、構成要素に含めることが望ましい。例えば、9ボルト電池で作動する代表的 な装置の抵抗は、約50〜60オームである。これは9ボルト電池テスターにと って望ましい抵抗範囲である。抵抗性要素(22)(24) (26)を並列に 接続したとき、その全抵抗が約60オームより小さいならば、抵抗性要素(28 )は必要ではない。しかj2、抵抗性要素(22) (24)(26)の全抵抗 が約60オームより大きい場合、抵抗性要素(28)は、回路の全抵抗を小さく するために含めるものとする。抵抗性要素(28)の望ましい抵抗は、オームの 法則と抵抗性要素(22) (24)(26)の抵抗値を用いてめられる。これ については、具体的実施例を参照j−で、後でより詳しく説明する。
テスター(10)の操作の原理は、次の通りである。”新しい(fresh)  ” 9ボルト電池の端子を、パッド(38a)(38b)と接触させる。電流は 、抵抗性要素(22) (24) (26) (28)の中を流れるのと同様に 、母線(30) (31)の中を流れる。抵抗性要素(22)は最も速く昇温す るが、これはサイズが最も小さく、熱変色性インクの変色を開始させるのに必要 なワット密度に最初に達するからである。テスターの表側から見ると、熱変色性 層(50)の符号(52)で示す部分は、不透明から透明に変わり、着色された 窓(42)が現われる。
次に、抵抗性要素(24)(26)が臨界ワット密度に到達し、熱変色性インク の変色が開始し、窓(44)、そして窓(46)が現われる(要素(28)も昇 温するが、電圧表示機能を有していないので、ここでは説明しない)。各々の抵 抗性要素は、平衡温度に到達し、i3Rによって発生した熱は、周囲へ失われた 熱に等しくなる。抵抗性要素の平衡温度がTrを越えると、その抵抗性要素に対 応するインクは、不透明から透明に変化し、その下にある着色窓が現われる。こ のようにして、例えば「新しい電池」であれば、要素(22) (24)(26 )を十分に加熱することができるから、熱変色性層(50)中、符号(52)  (54)(56)で示す部分は透明に変わり、着色窓(42)(44) (46 )が露出する。一方、電池の寿命が終わりに近い場合、インクの反応温度まで加 熱されるのは要素(22)だけであり、窓(42)だけが現われる。電池の寿命 が新品と終わりの略中間のとき、窓(42) (44)だけが現われ、電池の交 換時期が近づいていることを使用者に知らせる。
抵抗性要素(22) (24)(26) (28)を基板上に配置し、電池の電 圧チェック中、特定の視覚効果をもたらすことができるようにする。前述の如く 、電池の電圧テスト中、要素(22)が最も速く昇温し、その後に要素(24)  (26)が昇温する。これによって、テスターの表側の熱変色性材料に、一連 の視覚効果がもたらされる。しかし、並列接続された抵抗性要素の配置を変える ことにより、異なる視覚効果をもたらすことができる。なお、図示の分路抵抗器 (28)は接点(38a) (38b)の真ぐ下に配置しているが、抵抗器列の 反対側端部に配置することもできるし、抵抗性要素の並列接続が維持される限り 、任意の場所に配置することができる。
次に、9ボルト電池用の電池テスターについて具体的に説明する。しかしながら 、本発明の範囲内で他の構成が可能であることは理解されるべきである。
3個の抵抗性要素の「トリガー」電圧は、次の様に選択される。9ボルトのアル カリ電池を「良好」であると表示するために選択される電圧は、約8ボルト以上 である。この電圧以上で放電するときは、電池の容量の大部分はまだ利用可能だ からである。従って、抵抗性要素(26)の熱変色性インクは、この電圧以上で 変色を開始するように構成する。電池を交換すべきであると表示するために選択 される電圧は、約5ボルト以下である。この電圧以下で放電するときは、電池が ほぼ完全に放電されているからである。従って、抵抗性要素(22)の熱変色性 インクは、約5ボルトでトリガー(変色を開始)するように構成する。それらの 中間にあって、9ボルト電池の容量の大部分が除去されたことを示す電圧は、約 6.5ボルトである。この電圧は、抵抗性要素(24)の熱変色性インクの変色 が開始する値である。選択される電圧は、使用する抵抗性要素の数に依存する。
もし、回路内で4個以上の抵抗性要素を使用する場合、「中間」の電圧をさら選 択することになろう。
基板は、厚さ0.005インチ、幅0.フインチ、長さ2インチのポリエステル フィルム片である。抵抗性要素(22)(24) (26) (28)は、各々 が、カーボンベースのエポキシ(Acheson Co11ids Co、、  Port Huron Michigan)から形成され、厚さ0.0006イ ンチの略均−な層からなる。この厚さにおける抵抗率は、300オーム/スクエ アである。要素(22)は、幅0.3インチ(幅とは、基板の短辺に平行な辺を いう)で、長さ0.45インチである。要素(24)は、幅0,4インチ、長さ 0.45インチである。要素(26)は、幅0.55インチ、長さ0.4インチ である。要素(28)は、幅0.4インチ、長さ045インチである。これらは 、前述の如く、各抵抗性要素が予め設定した「トリガー」電圧に必要なワ・ノド 密度に確実に到達できる寸法である。
母線(30)及び(31)は、厚さ06ミル(mils)にて0.01オーム/ スクエアの抵抗率をもつ銀色のインク(Acheson Co1oids Co 、)を用いて、抵抗性要素の表面及び外縁に沿ってプリントされる。母線は、幅 が約0.1インチの接触バット(38a) (38b)を除いて、厚さ06ミル 、幅0.06インチである。母線部分(32a) (32b)の内縁部どうしは 、0.2インチ離れており、(34a) (34b)は0.3インチ離れており 、(36a) (36b)は04インチ離れており、接触パッド(38a)(3 8b)は0.35インチ離れている。
前述の如く、抵抗性要素の抵抗は、各々の抵抗性要素に取り付けられた母線の対 向する内縁部の距離に部分的に依存する。要素(22)の抵抗は約150オーム 、要素(24)の抵抗は約250オーム、要素(26)の抵抗は約325オーム 、そして要素(28)の抵抗は約250オームである。オームの法則によると、 これらの抵抗器を並列に接続すると、抵抗の合計は約55オームである。要素( 28)を回路に含める効果は、要素(22) (24)(26)だけを並列に接 続したとき、そのときの全抵抗がどうなるかを計算すれば明らかである。この計 算では、約70オームの値になる。このようにして、回路中に要素(28)を含 めることにより、全抵抗は実際の装置の値により一層近い値まで低下する。異な る抵抗性材料を選択することにより、要素(22) (24) (26)の抵抗 を変えることができ、分路抵抗器(28)は不要になる。
しかし、これを3つの抵抗器について正確に達成することは難しい。分路抵抗器 を用いることによって適応度(フレキシビリティ)を大きくすることができ、要 素(22)(24)(26)が設けられた後に、全抵抗を「微調整(fine  tune口することができる。
この実施例で使用される熱変色性インクは、マツイインターナショナルカンパニ ー、インコーホレイテッド製のタイプ47であり、その反応温度Trは約47℃ である。
前述した抵抗性要素がこのインクの反応温度に到達するために必要とするワット 密度は、約1.5ワツト/in”である。
アクリル(Acheson Co11oids Co、)の誘電層が、抵抗性要 素と母線上にて接触パッド(38a) (38b)を除く部分に施される。
基板(12)の表側の面(16)は、最初、緑色の背景色でプリントされる。明 るい黄色の縞模様は緑色の背景の上にプリントされる。窓(42)(44) ( 46)を有する電圧表示スケールを黄色の縞模様の上に黒色でプリントし、黄色 は窓を通して見ることができるだけにする。前述の如く、窓(42)(44)( 46)は、夫々、抵抗性要素(22) (24) (26)と対応する位置にあ る。表示体(48) (49)は、スケール(40)に沿ってプリントされる。
前述のテスターは、自立式のテスターとして使うことができるし、電池の展示販 売用パッケージと一体に形成することもできる。電池の電圧チェック中、テスタ ーを流れる全電流は4つの抵抗器に分かれるから、くさび形要素1個を用いたと きに生じる熱の問題をなくすことができる。
並列接続された抵抗性要素の使用例として前記実施例が望ましいが、他の実施例 も可能であり、これについて説明する。抵抗性要素に関し、予め決められた抵抗 は同じものを使用し、各抵抗性要素と熱接触する熱変色性材料は異なるものを使 用する。例えば、要素(22) (24) (26)は全て同じ抵抗を持つもの とする。熱変色層(5o)の符号(52)で示す部分は、抵抗性要素に5ボルト が加えられたときのワット密度に反応する熱変色性インクを用いる。
熱変色性層(50)の符号(54)で示す部分は、抵抗性要素に6.5ボルトが 加えられたときのより高いワット密度だけに反応する第2の異なる熱変色性イン クを使用する。熱変色性層(50)の符号(56)で示す部分は、抵抗性要素に 8ボルトが加えられたときのワット密度だけに反応する第3の異なる熱変色性イ ンクを使用する。このようにして、前記実施例と同じ同じ電圧表示をすることが できる。しかし、この他の実施例の場合、第2と第3の熱変色性インクを施すた めに製造工程を2工程追加せねばならない欠点がある。
前記の実施例は、9ボルト電池用テスターに関するものであるが、本発明は、D SC,AA、AAAの如き円柱状1.5ボルト電池用のテスターとしても使用す ることができる。実施例に記載した以外の材料を使用して、本発明の範囲内にあ るテスターを作ることができる。具体的な実施例は、単なる例示であって、請求 の範囲に規定された発明の範囲を限定するものではない。
国際調査報告

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基板;該基板の一方の面に配置され、少なくとも2つの抵抗性要素と一対 の電気接点を有し、抵抗性要素と接点対が並列に接続された電気回路;抵抗性要 素の少なくとも2つと熱接触するる熱変色性材料、から構成されるDC電圧テス ター。
  2. (2)熱変色性材料は、熱変色性インクである請求の範囲第1項に記載の電圧テ スター。
  3. (3)3つの抵抗性要素を有し、各々が、熱変色性材料と熱接触している請求の 範囲第1項に記載の電圧テスター。
  4. (4)各々の抵抗性要素は、熱接触する熱変色性材料が同一であり、予め決めら れた抵抗が異なっている請求の範囲第1項に記載の電圧テスター。
  5. (5)少なくとも2つの抵抗性要素は、予め決められた抵抗は略同じであり、熱 接触する熱変色性材料は異なっている請求の範囲第1項に記載の電圧テスター。
  6. (6)3つの抵抗性要素は、各々が熱変色性材料と熱接触し、熱変色性材料に熱 接触しない第4の抵抗性要素をさらに備えている請求の範囲第1項に記載の電圧 テスター。
  7. (7)9ボルト電池をテストするために使用され、熱変色性材料の反応温度Tr は室温よりも高く、電気回路は第1、第2及び第3の抵抗性要素を有し、電気接 点に加えられる電圧が約5ボルト以下のとき、第1の要素だけがTr以上の温度 まで加熱され、電気接点に加えられる電圧が約5ボルドと8ボルトの間のとき、 第1及び第2の要素だけがTr以上の温度まで加熱され、電気接点に加えられる 電圧が約8ボルト以上のとき、第1、第2及び第3の要素がTr以上の温度まで 加熱される請求の範囲第1項に記載の電圧テスター。
  8. (8)抵抗性要素は、各々が、矩形の抵抗性材料からなり、矩形基板の長辺と平 行な列に並べて配置しており、電気的回路は、全抵抗が約50〜70オームであ る請求の範囲第1項に記載の電圧テスター。
  9. (9)一対の導電性母線をさらに備えており、一方の母線は各々の抵抗性要素の 一方の縁部に沿って接続され、他方の母線は各々の抵抗性要素の対向する他方の 縁部に沿って接続されており、各母線の端部は電気接点として機能する請求の範 囲第1項に記載の電圧テスター。
  10. (10)基板;該基板の一方の面に配置され、少なくとも3つの抵抗性要素と、 電池の両端子を結ぶ線上に位置決め可能な一対の電気接点と、抵抗性要素及び接 点対を並列に接続するための電気接続手段を備える電気回路基板の他方の面にて 、抵抗性要素と対応する位置に配置された電圧スケール;電圧スケールと同じ側 の基板上に配置し、抵抗性要素の少なくとも3個と熱接触する熱変色性材料、か ら構成される電池テスター。
  11. (11)抵抗性要素は、各々が、矩形の抵抗性材料からなり、基板の長辺と平行 な列に並べて配置される請求の範囲第10項に記載の電池テスター。
  12. (12)第1の抵抗性要素の抵抗は第2の要素の抵抗よりも小さく、第2の要素 の抵抗は第3の要素の抵抗よりも小さく、第2の要素は、第1の要素と第3の要 素の間に配置され、一列に並べられている請求の範囲第11項に記載の電池テス ター。
  13. (13)電圧スケール手段は、矩形パターンであって、3つの窓を有しており、 1つの窓が1つの抵抗性要素の中心部に位置している請求の範囲第12項に記載 の電池テスター。
  14. (14)熱変色性材料は、反応温度Trが室温よりも高い熱変色性インクであっ て、該インクはTrより下では不透明であり、Trより上では透明に変化する性 質を有し、インクは、電圧スケールの各々の窓の上に層状に施される請求の範囲 第13項に記載の電池テスター。
  15. (15)電気接点に加えられる電圧が約5ボルト以下のとき、第1の窓が現われ 、電気接点に加えられる電圧が約5ボルトと8ボルトの間のとき、第1の窓と第 2の窓が現われ、電気接点に加えられる電圧が約8ボルト以上のとき、3つの全 ての窓が現われる請求の範囲第13項に記載の電池テスター。
  16. (16)第1、第2、第3及び第4の抵抗性要素を有しており、第1、第2及び 第3の要素は熱変色性材料と熱接触し、第4の要素は熱変色性材料と熱接触して いない請求の範囲第11項に記載の電池テスター。
  17. (17)電気的接続手段は、一対の金属製母線を有しており、一方の母線は、抵 抗性要素の列を横切り、各抵抗性要素の最も外側の縁部に沿って接続されており 、他方の母線は、抵抗性要素の列を横切り、各抵抗性要素の反対側の最も外側の 縁部に沿って接続されている請求の範囲第16項に記載の電池テスター。
  18. (18)各母線のうち第4の抵抗性要素に繋がれた部分は電気接触パッドとして の役割を果たす請求の範囲第17項に記載の電池テスター。
  19. (19)要素は、第1の要素が第4の要素と第2の要素との間に配置され、第2 の要素が第1の要素と第3の要素の間に配置され、一列に並べられており、第1 の要素の抵抗は第2の要素の抵抗よりも小さく、第2の要素の抵抗は第3の要素 の抵抗よりも小さくしており、並列接続された第1、第2及び第3の要素の全抵 抗は60オームより大きく、第4の抵抗性要素は、並列接続された4つの全ての 要素の全抵抗を約60オームよりも小さな値まで低下させるのに十分な抵抗を有 している請求の範囲第18項に記載の電池テスター。
  20. (20)抵抗性材料は、エポキシ又はウレタンベースのカーボン、銀、ニッケル 及びその混合物からなる群から選択される請求の範囲第19項に記載の電池テス ター。
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