JP2019090785A - 温度感知テープ - Google Patents

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Abstract

【課題】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製造ができ、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】温度感知テープであって、可撓性の電気絶縁性基板１２、可撓性の電気絶縁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２０ａおよび第２電極２０ｂ、ならびに、前記ギャップ内に設けられて、第１電極を第２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つの第１電極が、可撓性電気導体１８によって、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。【選択図】図１Ｂ

Description

関連出願の相互参照
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。
関連技術の説明
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。
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。
図１Ａは、本開示に従った温度感知テープの例示的な態様を示す上面図である。
図１Ｂは、図１Ａで示される温度感知テープの温度感知要素を細部を示す上面図である。
図２は、図１Ａで示される温度感知テープが設けられた電気デバイスの例示的な態様を示す模式図である。
詳細な説明
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)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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。
  11. 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。
  12. 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。
  13. 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。
  14. 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。
  15. 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。
  16. 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。
  17. 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。
  18. 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。
  19. 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。
  20. 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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