KR20140126303A - 온도 감응성 라벨 - Google Patents

Abstract

온도 감응성 라벨은 제1 접촉 부재(2)에 고정되게 확보된 터미널 부분을 갖는 제1 단부 부분(f1), 영구적이지 않은 방법으로 제2 접촉 부재(3)에 구속된 터미널 부분을 갖는 제2 단부 부분(f2) 및 중앙 곡선 부분(f3)을 갖는 필리폼 형상 기억 부재(1)를 포함하는 온도 감응성 시스템(10)을 포함하고, 상기 라벨에 의해 모니터링되는 임계 한계치 온도(T_c)보다 높은 온도의 동일한 환경에서 상기 제1 및 제2 단부 부분들(f1,f2)은 오스테나이트 상에 있는 동안, 중앙 곡선 부분(f3)은 마르텐사이트 상에 있어서, 프리셋 임계 한계치 온도(T_c)보다 낮은 온도에 노출된 경우, 상기 필리폼 형상 기억 부재(1)의 단부 부분들(f1,f2)은 오스테나이트 상에서 마르텐사이트 상으로 상 전이를 수행하며, 이것은 상기 제2 접촉 부재(3)에 의해 형성된 구속으로부터 비가역적인 분리를 야기하고, 상기 분리 상태는 예를 들면 투명 창문을 통해 선택적으로 가시적이고 그리고/또는 RFID 시스템에 의해 모니터링된다.

Description

온도 감응성 라벨 {TEMPERATURE-SENSITIVE LABEL}

본 발명의 제1 측면은 온도 감응성 라벨이 적용된 아이템이 최소 온도 한계치보다 아래의 온도에서 짧은 시간 동안이라도 노출되었는지 여부를 지시할 수 있는 온도 감응설 라벨에 관한 것이다.

제약 분야에서는 의약품들의 보관 및 운송 상태의 변함없고 정확한 모니터링의 필요성이 알려져 있으며, 이것은 의약품들이 화학적 그리고 물리적 특징이 변경되지 않고, 따라서 그것들의 기능적 특성들을 보존할 수 있고, 그것들의 치료적 활동이 수행될 때 가능한 바람직하지 않은 부작용이 유발되지 않을 수 있는 것을 보장한다.

병들에 포장된 것을 특히 참조하면, 의약품들은 일반적으로 [예를 들어 팰릿들(pallets) 위에] 결과적으로 집단으로 수집되는 박스들에 보관된다. 이러한 팰릿들은 보통 제조 현장에서 목적지 지역에 있는 분배 센터로 운송되며, 팰릿은 예를 들면 병원들, 약국들 등과 같은 특정한 경우에 고객에게 전달되도록 다양한 박스들 또는 단일 병들로 분할된다.

그러므로 각각의 병은 바람직하지 않은 온도들에 노출되는 위험에 관하여 제어되는 것이 특히 중요하다. 많은 의약품들에 있어서, 의약품들의 냉동(freezing)은 그것들의 치료적 능력에 바람직하지 않은 효과들을 미칠 것이라는 점에서, 전체 상업적 수명 동안 초과되지 않아야 하는 최대 온도와 같이, 최소 온도 한계치 아래의 온도에 노출되지 않는 것이 필수적이다. 상기 제품들의 저장을 위한 일반적이며 적절한 범위는 실제로는 2℃ 내지 8℃ 사이인 것으로 간주된다.

그러나 제품들의 운송 및 보관 동안 온도를 제어하는 이러한 문제는 제약 분야에 한정되지 않는다. 이에 관심이 있는 다른 분야들은, 예를 들면 식품, 생명 공학, 식물학, 화학이 될 수 있다.

비록 다양한 기술적 해결책들이 이러한 종류의 물질 또는 재료들의 온도를 모니터링하기 위해 이미 개발되었지만, 그것들은 본질적으로 효과적이며 시기 적절하게 최대 온도 한계치를 초과한 것의 지시에 초점을 맞추고 있다. 반대로, 최소 온도 한계치의 효과적인 제어는 아직 충분하게 해결되지 않았다.

그 온도가 감시되어야 하는 아이템의 형상에 기인한 특별한 제한들 없이, 작은 크기에서도, 단일 아이템들에 적용하기 적절한 해결책을 찾는 것에 특별한 관심이 있다. 다시 말해서, 상기 문제는 라벨(label) 형태인 감응성 부재 즉, 적용될 아이템의 (편평하지 않을 수도 있는) 다양한 표면들에 적용 가능할 뿐만 아니라 작은 부피의 부재를 개발함으로써 효과적으로 해결될 수 있다.

미국 특허 제4.114.559호는 소정의 온도보다 높은 온도들에 대한 노출을 모니터링하는 장치를 개시하였다. 그 동작은 온도에 응답할 수 있는 부재로 작용하는, 당해 분야에서 SMA(Shape Memory Alloy, 형상 기억 합금)로도 알려진 것들 중에서 선택된 형상 기억 합금으로 만들어진 굽힘 가능한 부재를 기반으로 한다. 상기 SMA 부재는 주위 온도(ambient temperature)에서 마르텐사이트 상으로 있고, 오스테나이트 상으로의 전이에 의해 소정의 온도보다 높은 온도에 대한 노출을 표시하기 위한 가동성 부재로서 작동한다.

다른 해결책은 사전 설정된 임계 온도보다 낮은 온도에 대한 (일시적으로라도) 노출을 지시하기에 적합한 센서를 보여주는 미국 특허 제6.837.620호에 개시되어 있다. 그것은 스프링 또는 다른 탄성 부재일 수 있는, 바이어스(bias)와 관련된 SMA 와이어의 오스테나이트 상에서 마르텐사이트 상으로의 전이를 이용한다. SMA 와이어에 가해진 바이어스인, 상기 탄성 부재는 감응성 부재가 그것의 시작 위치로 비복귀(non-return)하는 것을 확보할 수 있는 것으로 설명되어 있으며, 따라서 온도가 허용될 수 있는 값들로 복귀된 때에도 바람직하지 않은 사건의 발생에 대한 지시를 유지하게 한다.

그러나 이 경우에 “라벨” 유형의 구조들에 채택하기 어렵고, 특히 대규모 사용의 관점에서 적합하지 않은 해결책들이 개시되어 있다. 사실, 제안된 실시예들 중 하나는 시스템의 소형화의 관점에 따른 결과적인 제한들을 갖는 바이어스 부재로서 스프링의 사용을 제공하는데, 반면에 제2 실시예는 원격 모니터링에 적합한 제어 마이크로프로세서와의 통신에 투입되는 것이 상당한 변경들이 없이는 적합하지 않은 시각적 표시 부재의 이동을 위한 시스템을 제시한다.

본 출원인의 이름으로 출원된 이탈리아 특허 출원 제MI2011A000499호는 임계치로 설정된 한계치 온도(T_c)보다 낮은 온도에서의 노출을 시각적으로 표시할 수 있으며 원격 모니터링 시스템들과 선택적으로 통합될 수 있는 온도 감응성 라벨을 개시한다. 상기 온도 감응성 라벨은 필리폼(filiform) 바이어스 부재를 뒤로 굽힘에 의해 바람직하게 형성된 시트(seat)가 구비된 필리폼 바이어스 부재에 구속된 필리폼 형상 기억 부재로 만들어진 하나 이상의 온도 감응성 시스템을 포함하는 라벨로 구성되며, 상기 임계 한계치 온도(T_c)보다 낮은 온도에 노출된 경우 형상 기억 부재가 그것의 강도를 감소시키고 구속으로부터 비가역적인 해제를 유발하는 (오스테나이트 상에서 마르텐사이트 상으로) 상 전이를 수행하는 방식으로 필리폼 형상 기억 부재의 단부들 중 하나가 상기 시트에 도입된다. 어쨌든 이러한 온도 감응성 라벨은 두 개의 필리폼 요소들(SMA 와이어 및 필리폼 바이어스 요소)의 커플링(coupling)과 관련된 제한들 및 특히 운송 중 발생할 수 있는 의외의 기계적 스트레스의 결과로서 바람직하지 않은 디커플링(decoupling)의 가능성에 의해 영향을 받는다.

본 발명은 종래 기술의 상기 제한들을 극복하게 하고, 임계치로 설정된 한계치 온도(T_c)보다 낮은 온도에 대한 노출을 시각적으로 그리고 재현 가능하게 표시하는 것이 가능하고 원격 모니터링 시스템들과 선택적으로 통합 가능한 온도 감응성 라벨들을 제공한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 굽혀진 형상 기억 필리폼 부재(즉, 곡선형 SMA 와이어)로 만들어진 하나 이상의 온도 감응성 시스템을 포함하는 라벨로 구성되며, 상기 필리폼 부재는 제1 접촉 부재에 고정되게 확보된 직선 부분으로 구성된 제1 단부 부분, 제2 접촉 부재에 의해 구속된 또 다른 직선 부분으로 구성된 제2 단부 부분 및 상기 제1 및 제2 단부 부분들 사이의 중앙 곡선 부분을 가지며, 상기 형상 기억 필리폼 부재는 그것의 중앙 곡선 부분이 마르텐사이트 상인 반면, 제1 및 제2 단부 부분들에 대응하는 직선 부분들은 오스테나이트 상인 사실을 더 특징으로 한다.

이하에서, 라벨들은 형상 기억 부재 및 개별적인 단부 구속부들로서 두 개의 접촉 부재들을 포함하는 오직 하나의 온도 감응성 시스템을 포함하는 것으로 명확하게 설명될 것이지만, 또한 상기의 것은 더 많은 숫자의 온도 감응성 시스템들을 포함하는 라벨들에 적용될 수 있는 것이 명확하며, 따라서 단일 최소 한계치 임계 온도에 대해서뿐만 아니라, 라벨이 적용되는 모니터링되어야 하는 상품의 특이성에 따라 중요할 수 있는 더 많은 서로 다른 온도들에 대해서도 경보 기능을 수행하는 것이 허용된다.

본 발명은 다음의 도면들을 참조로, 비 제한적인 예로서 제공된 일반적인 실시예를 통해서 이후 내용에서 상세하게 설명될 것이다.
도 1(a)는 실온에서 굽혀진 형상 기억 부재로 구성된 온도 감응성 시스템을 개략적인 방식으로 도시한다.
도 1(b)는 모니터링되는 임계 온도보다 낮은 온도에 노출된 이후의 도 1(a)의 온도 감응성 시스템을 개략적인 방식으로 도시한다.

상기 도면들을 참고하면, 본 발명은 두 개의 접촉 부재들(2,3)에 구속된 굽혀진 형상 기억 필리폼 부재(1)(바람직하게는 SMA 와이어)를 포함하는 온도 감응성 시스템(10)으로 본질적으로 구성된다. 필리폼 부재(1)는 제1 접촉 부재(2)에 고정되게 연결되는 반면, 제2 접촉 부재(3)로의 연결은 영구적이지 않다. 접촉 부재들(2,3) 모두는 원격 온도 모니터링이 가능하도록 온도 감응성 시스템을 전기 또는 전자 회로에 연결하기 적합한 전기 접촉부들(각각 4 및 5)과 선택적으로 연결될 수 있다.

종래 기술에 설명되고 또는 시장에서 제공되는 해결책들과 다르게, 형상 기억 필리폼 부재(1)는 전부 동일한 전이 단계(transitional phase)에 있지 않으며, 제1 방향(A)을 따라 놓이는 제1 직선의 단부 부분(f1) 및 제2 방향(B)을 따라 놓이는 제2 직선의 단부 부분(f2)은 오스테나이트 상에 있고, 반면에 상기 제1 부분(f1)과 상기 제2 부분(f2)을 연결하는 중앙 곡선 부분(f3)은 마르텐사이트 상에 있다(“~을 따라 놓이는”은 부분들(f1,f2)이 실질적으로 직선임을 의미하며 즉, 그들은 각각 어떤 지점에서도 방향 A,B에 대해 10°보다 큰 각도를 형성하지 않는다). 동일한 필리폼 부재(1)에서 둘 다 가능한 전이 단계들의 공존은 본 발명에 따른 온도 감응성 시스템의 올바른 작동을 가능하게 하는 핵심 특징이다.

부재(1)와 부재(3) 사이의 접촉 구속은 도 1(a)에 표시된 것과 같이 중앙 부분(f3)의 만곡(curvature)에 의해, 임계 한계치 온도(T_c)보다 높은 온도 조건들에서 보장된다.

도 1(b)에 도시된 바와 같이, 임계 한계치 온도(T_c)보다 낮은 온도에 일시적이라도 노출된 경우, 원래 오스테나이트 상인 형상 기억 부재(1)의 직선의 단부 부분들(f1,f2)은 마르텐사이트 상으로 되고, 그 결과 그것들의 저항은 감소하여 접촉 부재(3)에 의한 구속으로부터 부분(f2)의 분리를 일으킨다. 그러므로 필리폼 부재(1)는 제2 접촉 부재(3)와의 접촉이 없는 경우 있게되는 최종 위치(즉, 그것들의 다른 공간 배치)를 비가역적으로 취하도록 자유로워진다.

두 개의 전이 단계들의 공존은 완전히 오스테나이트 상인 형상 기억 와이어로부터 시작하는 온도 감응성 시스템의 제조 공정 동안 얻어질 수 있으며, 마르텐사이트 상으로의 전이는 사전에 형성된 중앙 부분에서 국부적인 굽힘에 의해 (즉, 스트레스 스트레인 변형 효과에 의해) 유발될 수 있다. 반대로, 오스테나이트 상은 상기 굽힘에 의해 직접적으로 영향을 받지 않고 상기 와이어의 단부 부분들에서 유지된다.

본 발명은 바람직한 실시예에서 통상의 형상 기억 합금들 중에서 선택된 SMA로 만들어진 형상 기억 부재(1)를 제공하며, 특히 그 중에서도 특히 선호되는 것은 일반적으로 니티놀(Nitinol)로 알려진 니켈 및 티타늄 기반 합금들이다. 치수 특징들에 관해서는, 길이가 1 내지 100㎜ 사이이고, 가장 바람직하게는 2 내지 50㎜이고, 직경은 바람직하게는 15 내지 1000㎛ 사이에 포함되는 와이어들을 사용하는 것이 바람직하다.

바람직한 실시예에서, 본 발명에 사용된 SMA 와이어(1)의 곡선 부분(f3)의 길이는 SMA 와이어의 전체 길이에 대해 1 내지 40% 사이, 가장 바람직하게는 1 내지 30% 사이에 포함된다.

더욱이, 필리폼 요소(1)의 제1 및 제2 직선 부분들(f1 및 f2)에 각각 대응하는 방향(A)과 방향(B) 사이의 각도 α는 130°보다 작은 것이 바람직하다.

선택적으로 본 발명의 온도 감응성 시스템을 내장한 라벨은 광학 플래그(optical flag)를 제공하기 위해 설계된다.

더욱이, 물품들의 분배 시스템의 대부분은 그것의 효율을, 가능하다면 실시간으로 그리고 원격에서, 전체 수명 동안 이동되는 제품을 모니터링 할 수 있는 장치들의 사용을 기초로 한다. 일반적으로 그러한 모니터링은 전문분야에서 통상적으로 RFID(Radio Frequency Identification, 라디오 주파수 인식기) 라벨들로 알려진, 다양한 아이템들에 적용 가능한 라디오 주파수 장치들의 사용에 기초한다. 그러므로 가능한 최소 온도 한계치를 모니터링 하기 위한 해결책은 시스템의 이러한 유형과 통합될 수 있는 점에서 특히 유리하며, 즉, 필리폼 부재(1)와 접촉 부재(3) 사이의 분리 상태는, 예를 들면 투명 창문 또는 광학 플래그를 통해 가시적일 뿐만 아니라 RFID 시스템에 의해 모니터링 된다.

본 발명에 따른 라벨은 SMA 부재(1) 및 접촉 부재들(2,3)이 전기 전도성 재료로 만들어져서 전기적 연결부들(4,5)과 연결될 수 있는 경우 RFID 시스템들과 쉽게 통합될 수 있다. 이러한 전기적 연결부들(4,5)이 라벨의 외주에 도달하며, 예를 들면 RFID 시스템에 연결된 전기 회로의 분기를 연결하는 전기 접촉부들로서 사용될 수 있고, 통합된 마이크로회로(마이크로칩)에 의해 통합되고 관리될 수 있는 신호를 제공한다.

안전 상태에서, 즉 임계 한계치(T_c)보다 높은 온도가 유지되는 한, 마이크로회로는 SMA 부재를 포함하는 회로 분기의 전기적 폐쇄(electrical closure)를 특징으로 한다. 반대로, 상기 한계치보다 낮은 온도에 노출이 되면 언제든지, 이 회로는 상기 전기적 분기가 연결된 마이크로회로에 경보 상태에 대한 정보를 실시간으로 제공하기 위해 개방된다.

통합된 마이크로회로에 연결된 라벨의 외주 영역에 배치된 전기 접촉부들은 SMA 부재 및/또는 접촉 부재들을 만든 물질들과 서로 다른 전기 전도성 물질로 만들어질 수 있으며, 예를 들면 용접 또는 압착 등과 같은, 상기 목적에 유용한 종래의 기술들을 통해 상기 통합을 달성할 수 있게 한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 모니터링 라벨은 도 1(a) 및 도 1(b)에 도시된 것과 유사한 온도 감응성 시스템을 하나 이상 내장하며, 각각의 시스템은 초과되지 않아야 하는 서로 다른 임계 온도를 모니터링 하게 한다.

Claims (9)

1. 제1 방향(A)을 따라 놓이는 제1 단부 부분(f1), 제2 방향(B)을 따라 놓이는 제2 단부 부분(f2) 및 상기 제1 부분(f1)을 상기 제2 부분(f2)과 연결하는 중앙 곡선 부분(f3)을 갖는 필리폼 형상 기억 부재(1)를 포함하는 온도 감응성 시스템(10)을 하나 이상 포함하는 온도 감응성 라벨이며,
   상기 제1 부분(f1)은 제1 접촉 부재(2)에 고정되게 확보된 터미널 부분을 갖고, 상기 제2 단부 부분(f2)은 영구적이지 않은 방법으로 제2 접촉 부재(3)에 의해 구속된 터미널 부분을 갖고,
   상기 라벨에 의해 모니터링되어야 하는 임계 한계치 온도(T_c)보다 높은 동일한 온도에서 상기 제1 및 제2 부분들(f1,f2)이 오스테나이트 상인 동안에 상기 중앙 곡선 부분(f3)은 마르텐사이트 상인 것을 특징으로 하는,
   온도 감응성 라벨.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 방향(A)과 상기 제2 방향(B) 사이의 각(α)은 130°보다 작은,
   온도 감응성 라벨.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 필리폼 형상 기억 부재(1)는 1 내지 100㎜ 사이의, 바람직하게는 2 내지 50㎜ 사이의 길이를 갖는,
   온도 감응성 라벨.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 필리폼 형상 기억 부재(1)는 15 내지 1000㎛ 사이의 직경을 갖는,
   온도 감응성 라벨.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 필리폼 형상 기억 부재(1)의 중앙 곡선 부분(f3)의 길이는 전체 길이에 대해 1 내지 40%, 바람직하게는 1 내지 30%에 포함되는,
   온도 감응성 라벨.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 온도 감응성 시스템(10)의 상태를 표시하기에 적합한 적어도 광학 플래그 또는 투명 창문을 더 포함하는,
   온도 감응성 라벨.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 접촉 부재들(2,3)과 상기 라벨의 외주 사이에 연장된 전기적 연결부들(4,5)을 더 포함하는,
   온도 감응성 라벨.
8. 제7항에 있어서,
   상기 전기적 연결부들(4,5)은 RFID 모니터링에 사용되기에 적합한 회로에 통합되는,
   온도 감응성 라벨.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   하나 보다 많은 온도 감응성 시스템을 포함하며,
   각각은 오스테나이트 상과 마르텐사이트 상 사이에서 서로 다른 전이 온도를 갖는 필리폼 형상 기억 요소를 갖는,
   온도 감응성 라벨.

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