(57)【要約】  複数の導電接続パッドを有する試料と共に使用するための試験機器であって、制御可能な可変力線形アクチュエータと、その線形アクチュエータにより動作するプローブ組立体であり、一方の端部に試料に接触する表面を備えたプローブヘッドを有する、プローブ組立体と、試料上の複数の接続パッドに電気的に接触する複数の接点を含む可動接触器組立体と、線形アクチュエータ及び接触器組立体が上に取り付けられているハウジングであり、試験中に試料を保持する特定領域（identified area）を有する、ハウジングと、プローブの位置の変化を測定する位置センサ組立体と、プローブヘッドにより試料にかけられる力を測定するセンサとを含む、試験機器。
2017523414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の導電接続パッドを有する試料と共に使用するための試験機器であって、
制御可能な可変力線形アクチュエータと、
前記線形アクチュエータにより動作するプローブ組立体であり、一方の端部に前記試料に接触する表面を備えたプローブヘッドを有する、前記プローブ組立体と、
前記試料上の前記複数の接続パッドに電気的に接触する複数の接点を含む可動接触器組立体と、
前記線形アクチュエータ及び前記接触器組立体が上に取り付けられているハウジングであり、試験中に前記試料を保持する特定領域を有する、前記ハウジングと、
前記プローブの位置の変化を測定する位置センサ組立体と、
前記プローブヘッドにより前記試料にかけられる力を測定するセンサと
を含む、前記試験機器。
【請求項２】
線形アクチュエータが空気圧式アクチュエータである、請求項１に記載の試験機器。
【請求項３】
空気圧式アクチュエータが空気軸受シリンダを含む、請求項２に記載の試験機器。
【請求項４】
プローブヘッドにより試料にかけられる力を測定するセンサが、空気圧式アクチュエータにかけられる気体の圧力を測定するように配設されている圧力センサである、請求項３に記載の試験機器。
【請求項５】
線形アクチュエータが電磁アクチュエータである、請求項１に記載の試験機器。
【請求項６】
試料にかけられる力を測定するセンサが、ハウジング上の、動作中に前記試料が保持される特定領域に配置されている、請求項５に記載の試験機器。
【請求項７】
特定位置に隣接したハウジングの部分に近接した且つそれと熱的に連通している１又は２以上の導管であり、試験中に試料の温度を制御する温度制御された流体を搬送するためのものである、１又は２以上の前記導管と、
動作中に前記試料が配置されている前記特定領域付近の前記ハウジングの温度を測定する温度センサと
をさらに含む、請求項１に記載の試験機器。
【請求項８】
温度センサがサーミスタである、請求項７に記載の試験機器。
【請求項９】
温度センサが抵抗温度検出器である、請求項７に記載の試験機器。
【請求項１０】
位置センサ組立体が、光学読取りヘッドとマーキングを有する目盛とを含む非接触光学位置センサ組立体である、請求項１に記載の試験機器。
【請求項１１】
光学読取りヘッドがハウジング上に取り付けられており、目盛が可動プローブ組立体上に取り付けられている、請求項１０に記載の試験機器。
【請求項１２】
複数の接点が複数の接触ピンである、請求項１に記載の試験機器。
【請求項１３】
複数の接触ピンがばね荷重式である、請求項１２に記載の試験機器。
【請求項１４】
動作中に試料が配置されている所に近いハウジング上に配置されている発熱体をさらに含む、請求項１に記載の試験機器。
【請求項１５】
発熱体がペルチェ素子又は抵抗発熱素子である、請求項１４に記載の試験機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれている、「A Measurement Instrument for Testing Charge Storage Devices」という名称の、２０１４年７月２４日に出願された米国特許仮出願第６２／０２８，４３１号明細書の、米国特許法１１９条（ｅ）項に基づく利益を主張するものである。
【０００２】
本発明は、全般的に、例えばアクチュエータ、バッテリ、キャパシタ、スーパーキャパシタ、ウルトラキャパシタ、ハイブリッドキャパシタ、シュードキャパシタ、生物試料、誘電体、ゲル、液体、固体等の試験デバイスを測定するための且つ電気的、機械的に特徴付けるための試験機器及び関連設備に関する。
【背景技術】
【０００３】
高エネルギー密度貯蔵デバイスの開発は、骨の折れる時間のかかる過程であり得る。典型的なエネルギー貯蔵デバイスは、第１のポリマー電極と、その第１の電極と電気化学的に連通している第２の電極と、２つの電極間の隔離材と、陰イオン及び陽イオンに解離することができる両電極と接触している電解質又は他の移動相とを含む可能性がある。これらの要素の各々のために使用することができる多数の様々な化学物質が存在する。そのため、試験される必要があろう組合せの可能性の数は膨大であり得る。これらの組合せを試験するために、本質的に、各材料の組合せに関して代表的なデバイスを構築し、次に所望の試験セットによりそのデバイスを動作させて、その材料の組合せを特徴付けなければならない。したがって、材料の最良の組合せを見つけ出すことは、多数の異なる、可能性のある、材料と電解質との組合せを示す非常に多数のデバイスを構築し、電気的に試験することを含む可能性がある。
【０００４】
デバイスの電気的特性を十分に測定するのに必要な試験計画もまた、かなり大規模である可能性がある。例えば、試験は、静電容量、抵抗、エネルギーイン対エネルギーアウト、クーロン効率、エネルギー密度、出力密度、比エネルギー、比出力、ＩＲドロップ、ＩＲゲイン、電流密度等を測定することを含む可能性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書に記載されている実施形態は、特に互いに組み合わせて使用された場合、試験デバイスを試験する、迅速な、効率的な、一貫した、信頼性のある方法を提供する。
【０００６】
一般に、一態様では、本発明は、複数の導電接続パッドを有する試料と共に使用するための試験機器を特徴とする。その機器は、制御可能な可変力線形アクチュエータと、その線形アクチュエータにより動作するプローブ組立体であり、一方の端部に試料に接触する表面を備えたプローブヘッドを有する、プローブ組立体と、試料上の複数の接続パッドに電気的に接触する複数の接点を含む可動接触器組立体と、線形アクチュエータ及び接触器組立体が上に取り付けられているハウジングであり、試験中に試料を保持する特定領域を有する、ハウジングと、プローブの位置の変化を測定する位置センサ組立体と、プローブヘッドにより試料にかけられる力を測定するセンサとを含む。
【０００７】
他の実施形態が以下の特徴の１又は２以上を含む。線形アクチュエータは、空気軸受シリンダを含む空気圧式アクチュエータであり、プローブヘッドにより試料にかけられる力を測定するセンサは、空気圧式アクチュエータにかけられる気体の圧力を測定するように配設されている圧力センサである。或いは、線形アクチュエータは電磁アクチュエータであり、試料にかけられる力を測定するセンサは、動作中に試料が保持されている、ハウジング上の特定領域に配置されている。また、試験機器は、特定位置に隣接したハウジングの部分に近接しており且つそれと熱的に連通している１又は２以上の導管であり、試験中に試料の温度を制御する温度制御された流体を搬送するためのものである、１又は２以上の導管と、動作中に試料が配置されている特定領域の付近でハウジングの温度を測定する温度センサとを含む。温度センサはサーミスタ又は抵抗温度検出器である。
【０００８】
また、他の実施形態が以下の特徴の１又は２以上を含む。位置センサ組立体は、光学読取りヘッドとマーキングを有する目盛とを含む非接触光学位置センサ組立体である。光学読取りヘッドはハウジングに取り付けられており、目盛は可動プローブ組立体に取り付けられている。複数の接点が、ばね荷重式の複数の接触ピンである。また、試験機器は、動作中に試料が配置されている所に近いハウジング上に配置されている発熱体を含む。その発熱体はペルチェ素子又は抵抗発熱素子である。
【０００９】
本明細書に記載されている実施形態の少なくともいくつかにより、試験デバイスに対して試験を実行する人が、電気試験が実行される様々な環境条件を制して正確に制御することが可能になる。例えば、試験者は、無制限に、試験中に試料に制御された静圧又は動圧をかけることができ、試験が実行される特定の静温度を選択可能に制御することができ、デバイスに与えられる動温度を選択可能に制御することができ、試験中に荷重印加要素の直線（垂直）変位を正確に測定することができ、試料上で等尺性試験を実施することができ（即ち、力を測定しながら位置を制御することができ）、試料上で等張性試験を実施することができる（即ち、位置を測定しながら力を制御することができる）。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】試験機器の左側面の図である。
【図２】右側面からの、図１の試験機器の部分横断面図である。
【図３Ａ−３Ｂ】図１の試験機器の正面の図であり、一方は関連する内側特徴をより明瞭に見せる部分横断面図である。
【図４】図１に示されている試験機器の一部である台の図である。
【図５】代替的なプローブヘッド設計の図である。
【図６】その完全に開いた位置にあるサシェの図である。
【図７】閉じた形態にある、図６のサシェの図である。
【図８】前述の試験機器を含む試験システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本明細書に記載されている試験システムは、（図１に示されている）試験機器１００と、その試験機器１００に嵌まり込み、且つその電気的特性が試験される様々な電気化学材料を保持する、（図６に示されている）特別に設計された試料ホルダ又はサシェ５００を含む。
【００１２】
試験機器
図１を参照すると、試験機器１００が、試料の電気的特性の測定中に、試料にかけられる圧力及び試料の温度を制御することができる。試験機器の電気的特性が測定されている間、試験機器は、試料が定圧下で維持されているので、試験試料の物理的拡張を測定することができる。試験機器は、それら測定中に、試験試料の温度を制御することができる。電気試験中に試験試料の厚さが一定値にならざるを得ないので、試験機器は、試験試料により生じさせられる圧力を測定することができる。
【００１３】
試験機器１００は、機械加工されたアルミニウム支持台１０４上に取り付けられている、機械加工されたアルミニウム本体１０２を含む。本体１０２は、アクチュエータ１０６の動作端部に取り付けられているプローブヘッド１０８の上下運動を制御する線形アクチュエータ１０６のための支持を実現する。アクチュエータ１０６が本体１０２の頂面内に螺入されており、そのアクチュエータシャフト１１２が支持台１０４に向かって下方に延伸している。プローブヘッド１０８は、アクチュエータシャフト１１２の端部にねじ留めされており、動作中に試験試料（図示せず）に接触するその最下端部に平坦な動作面１１４を有する。アクチュエータ１０６は、試験中に支持台１０４上の平坦な凹領域１１０内に配置されている試料（図示せず）に制御された力／圧力をかけるのに使用される。アクチュエータ１０６の長手方向軸が凹領域１１０の平面に対して垂直であること、及びアクチュエータ１０６の動作端部上に組み立てられた時に、プローブヘッド１０８の動作面１１４が凹領域１１０の平面に平行であることを確認するために注意が払われる。これは、試験試料にかけられる力／圧力が試料の接触領域に亘って均一であることを確実にするためである。
【００１４】
記載されている実施形態では、線形アクチュエータは、Airpot Corporation社製のAirpel Anti-Stiction（登録商標）Air Bearingシリンダである。そのアクチュエータは、その低静止摩擦に因る高度に正確な力制御が可能な空気圧式アクチュエータである。そのアクチュエータは、ピストンとガラスシリンダとの間に空気軸受を備えた、黒鉛ピストンとホウケイ酸塩ガラスシリンダとを含む。そのアクチュエータは、僅か数グラムと低い力及び０．２ｐｓｉ未満の圧力に応答することができる。その空気シリンダによってかけられる力は、シリンダに供給される空気の圧力の既知関数である。そのため、インライン圧力アナログ出力センサを用いて空気圧を監視することにより、プローブヘッドが試験試料にかける力／圧力を容易に判定することができる。
【００１５】
また、例えば、参照により本明細書に組み込まれている、「Controlled Needle-Free Transport」という名称の、米国特許第７，８３３，１８９号明細書に記載されているタイプの電磁ローレンツ力アクチュエータなどの、他のタイプのアクチュエータを使用することができる。しかし、実行されることが必要とされる可能性が高い試験の感度を考えると、一般に、低静止摩擦を有するそれらのタイプのアクチュエータを使用することが望ましい。精密空気軸受シリンダの使用が多数の代替案より有利である。そのシリンダは、通常は従来の線形要素と関連する摩擦力を最小限にする。摩擦力の減少は厚さ測定の精度を最大限にし、デバイスのダイナミックレンジ及び感度を最適にする。また、空気圧式アクチュエータは、通常、一定の均一な力の付与を達成するのに一定のエネルギー入力（即ち電力）を必要としないので、長時間試験が空気圧式アクチュエータの使用により利益を得る。高帯域又は大ダイナミックレンジでの短時間試験がローレンツ力アクチュエータから利益を得ることがある。
【００１６】
本明細書に記載されているものではないアクチュエータが使用された場合、試験機器はまた、プローブヘッドとアクチュエータシャフトとの間に配置されていてもよい別個の力検出デバイスを含むことを必要とするであろう。
【００１７】
図２に示されている通り、二次空気軸受支持要素１１６が、アクチュエータ１０６の出力端部に配置されている。これは、殆どから全く静止摩擦なしにシャフト１１２の軸外れの剛性を与えて、シャフト１１２が凹領域１１０の平面に対して垂直に精密に位置合わせされているように保つ。圧縮空気が通ってアクチュエータ１０６に供給される入力ポートが、アクチュエータ１０６の頂部にある。この入力ポートは、供給ラインのフィッティング（図示せず）が螺合されるねじ部を有する。
【００１８】
プローブヘッド１０８がその上面上に、アクチュエータシャフト１１２を取り巻いている磁気リング１２０を含み、そこでその磁気リングはプローブヘッド１０８の頂部内に螺入されている。また、プローブヘッド１０８は、その頂部前方領域に配置されており且つそこから離れて延伸しているリフトアーム１２２を含む。リフトアーム１２２は、新しい試験試料を凹領域１１０内へ挿入すること又は凹領域１１０から試験試料を除去すること又は試験試料が挿入された後にプローブヘッド１０８を手動で降下させることが必要である場合、試験機器１００のオペレータがプローブヘッド１０８を手動で持ち上げる容易な方法を実現する。これらの動作が実行されている間に、リング磁石１２０がプローブヘッド１０８をその上昇位置に保持する。
【００１９】
また、試験機器１００は、プローブヘッド１０８の背部に且つそれに近接して、本体１０２上に取り付けられている光学センサ組立体１２４を含む。光学センサ組立体１２４は、プローブヘッド１０８の背部上に取り付けられている目盛(scale)１２８上のマーキングを検出する、読取りヘッドセンサ１２６を含む。記載されている実施形態では、光学センサ組立体１２４は、Renishaw社製のTONiC（商標）である。それは、最高で１０ｍ／秒の速度及び１ｎｍに至る分解能をもたらす超小型の非接触光学エンコーダである。
【００２０】
プローブヘッド１０８上に取り付けられている目盛１２８の動きを検出することにより、光学センサ組立体１２４は、試験試料上で測定を実行する場合、プローブヘッド１０８の絶対位置を正確に測定する方法を提供する。したがって、試験試料に電力が供給された時に又はそれが放出された時に試料が膨張した場合、膨張の正確な量は光学センサ組立体１２４を使用して測定され得る。さらに、コントローラの補助で、プローブヘッドにより試料にかけられる圧力は、試験試料の厚さを余儀なく一定の最大値にするために変化し得る。
【００２１】
また、例えば容量性プローブセンサと磁気位置センサとを含む、光学センサではない代替的センサを使用することができる。
【００２２】
外部制御下でアクチュエータ１０６への空気圧の供給をオンオフするソレノイド１３０が、本体１０２の背部に取り付けられている。それは、給気ライン（図示せず）が接続されている入力ポート１３２と、アクチュエータ１０６の入力ポート１１８に接続されているライン（図示せず）が取り付けられている出力ポート１３４と、ソレノイドを動作させるための電力入力部１３５とを有する。
【００２３】
図１及び図４を参照すると、温度制御の目的で、台１０４は、試験するために試験試料が中に挿入される凹領域１１０の直下で一方の側面から他方へ延伸している３つのフローチャネル１３２を有する。各フローチャネル１３２の各端部に、台の中に螺入されるねじ式嵌合（図示せず）を可能にするねじ部１３４がある。台１０４の一方の側面に、各チャネル１３２への開口部を画定している凹領域１３６がある。これらの凹領域１３４は、Ｏリングシール（図示せず）を受容するためのものである。試験機器の動作中、温水又は冷水がこれらのチャネル１３２を通して流されて、台１０４の温度を制御し、それにより、台上に載っているデバイスの温度を制御する。
【００２４】
図３Ｂ及び図４を参照すると、台１０４は、背部からドリルで開けられた且つ中間フローチャネル１３２と中間凹領域１１０との間の位置まで延伸しているチャネル１６０を含む。温度検出デバイス１６１（例えば、サーミスタ、抵抗温度検出器、サーモパイル／ＩＲ−非接触）が、チャネル１６０の内部の凹領域１１０の下方の位置に配置されている。このデバイスは温度検出及び温度制御に使用される。
【００２５】
特にこのような加熱及び冷却マニホルド組立体に関する試験機器の設計は、それがスタンドアロンのユニットとして動作するか又は任意の数の他の試験機器と一緒にグループにまとめられることを可能にする。試験機器がどのように設置されるか（即ち、スタンドアロンとしてか又は他の試験機器と一緒にグループにまとめられるかのどちらか）に応じて、適切なフィッティングが、フローチャネル１３２の端部でねじ領域内に螺入される。試験機器がスタンドアロンのユニットとして設置された場合、温度制御システムの送水管へ接続するフィッティングがねじ部１３４内へ螺入される。
【００２６】
試験機器がアレイの一部として設置されている場合、それらの側面が当接し且つフローチャネルが互いに位置合わせされているように、それらは互いに隣接して一列に並べられている。この構成では、Ｏリングがフローチャネル１３２を取り巻いて凹領域１３６内に挿入されている。１つのユニットが隣のユニットに当接して隣接している場合、Ｏリングは、隣接するユニットの台の側壁に接触しており、流体がマニホルドから外に漏出しないようにする封止を形成している。複数のユニットは、次いで、その整列内の複数の試験機器の位置合わせされた穴部１４６（図１参照）内に挿入される、ねじ端部を備えたロッド（図示せず）により一緒に保持される。それらねじロッドの端部の所のナットが締め付けられて、ユニットをしっかりと結び付けるので、Ｏリングは、隣接するユニット間の境界において、フローチャネルの良好な封止を形成する。このようにして、デバイスの大規模並列処理試験のための、試験機器の大集団を設置することが可能であり、それにより複雑な複合システムにおけるより迅速な試作及び実験が可能になる。また、個々の試験デバイスは、容易に付加され、除去されることが可能である。
【００２７】
前述の加熱／冷却マニホルドの代替案として、代わりに、台１０４上の凹領域１１０内に取り付けられている個々の発熱素子（例えば、ペルチェ素子又は抵抗加熱器）を使用することができる。その手法が用いられた場合、発熱素子と台との間に絶縁体を配置して、より熱電導性の台への熱損失を低減することが適切であることになる。さらに、また、発熱素子の上方に温度センサが配置されて、試験デバイスの温度を正確に監視することになる。個々の加熱器を使用することにより、デバイス温度が変化し得る速度は、（ずっと高い熱質量を示す）水及び台の温度が変更される必要があるマニホルド手法と比較してずっと速い。
【００２８】
試験機器内の試料を試験する電気接点を作製するために、本体１０２の一方の側面に取り付けられている接触器組立体１３８が存在する。接触器組立体１３８は、その底面に取り付けられているPOGO LC接触器１４４の２×８アレイを含む。接触器のパターン及び間隔は、試験試料上の接続パッドのパターン及び間隔と同一であり、それは、以下により詳細に記載されている。位置１４４（図３参照）において本体１０２内へ螺入するボルト１４２が、接触器組立体１３８がそれを中心に旋回して接触器を上昇下降させることが可能なシャフトを実現する。オペレータが使用して、ボルト１４２により構築された旋回軸を中心にユニットを手動で回転させ、それにより接触器を上昇下降させるレバーアーム１４０が、接触器組立体から上方に延伸している。ポゴピンは、接触器組立体が定位置内に降下した場合に接続パッドとの良好な接触を確立するために、捻じりばねにより、適切にあらかじめ負荷を加えられている。
【００２９】
代替的に設計されたプローブヘッド１０８’が図５に示されている。それは、任意の方向に少量により容易に傾斜して、それにより、平行な頂面を有さないであろう試料に適合することができる接触面１１４’を有するという利点がある。この傾斜能力は、試験試料の表面に亘ってかけられる圧力のより均一な分配を確実にする。
【００３０】
代替的プローブヘッド１０８’は、試験下で試料に接触する底面１１４’を有する接触器プローブ１６２を包囲しているハウジング１６０を含む。ハウジング１６０は、ハウジングの外側に延伸している、接触器プローブ１６２の底部の小部分（これは試験試料に接触する部分である）を除いて、接触器プローブ１６２が大部分含まれている中空領域を有する。ハウジングの上端部に、接触器プローブ１６２の頂端部に適合する穴部が存在する。接触器プローブ１６２の底面１１４’は平坦で円形である。接触器プローブ１６２の上端部１６４は円筒形に成形されており、ハウジング１６０にある穴部内に嵌まり込む。平坦な底面と円筒形に成形された上端部との間で、接触器プローブは円錐形に成形されており、細い直径のネックに至るまで先細になり、次いで、円筒形に成形された上端部の直径に達するまで先太になり、それにより剛性円錐形曲げ領域を形成している。接触器プローブが嵌まり込む、ハウジング１６０にある開口部は円筒形であり、プローブヘッド１０８’の平坦な円形面の直径より若干小さい内径を有し、その開口部が隣接しているプローブヘッドの先細部の角度と同一角度を有する傾斜縁部１６８を有する。細い円錐形曲げ領域１６６は、ヘッドが容易に曲がり、それによりプローブヘッドが、試験下の試料の頂部の任意の僅かな傾斜にも適応するのに十分な量で、軸外れで傾斜することを可能にするように十分に細い。しかし、最も細い部分の直径は、座屈すること又は変形することなく、試料を試験するために所望される最大限の力をプローブヘッドが伝達することを可能にするのに十分に大きいように設計されている。
【００３１】
サシェ
図６を参照すると、サシェ又は試料ホルダ２００は、特定のデバイスケミストリ（device chemistry）の性能を試験するためのセルを容易に組み立てることを可能にする構造体である。試験される材料は試料ホルダ５００上に配置され、それは折り畳まれ、図７に示されている封止されたパケット又はセルを形成し、その封止されたパケットは、一連の電気試験を実行する試験機器上に配置される。
【００３２】
試料ホルダ２００は、外部環境要素による汚染を防止しながら試験下での材料の動的運動を可能にする、可撓性の、高度に不浸透性の、疎水性サシェ材料２０２（カプトン別称ポリイミド、又はＰＥＴ／マイラー）から構築されている。それは、ヒンジ２０６により分離されている２つの対称部分又はウィング２０４ａ及び２０４ｂを有する。記載されている実施形態では、ヒンジ２０６は、薄膜２０２を貫通している線形の一連の小穴部又は小穿孔により形成されており、それは、その薄膜を、その穿孔により画定されている線に沿ってより容易に折畳み可能にする。ウィングの１つにある接続パッドタブ２０８を除いて、試料ホルダ２００のウィング２０４ａと２０４ｂとは、それらが互いの上に折り畳まれた場合にそれらが互いに位置合わせされ合致するように、同一の形状及び大きさを有する。
【００３３】
図示の実施形態では、各ウィング２０４ａ及び２０４ｂの外周は、「Ｕ」の底部を表す湾曲部を結び合わせる平行な対向側部を備えた、「Ｕ」の形状である。湾曲部の外周は円弧である。試験機器（図４参照）の台１０４にある凹領域１１０の形状及び大きさは、接触器組立体と適正に位置合わせされたタブを用いて試験するために、サシェを正確な反復可能な位置に保持するために、組み立てられたサシェのものと同一であることに留意されたい。当然、また、同じ目的を達成する、サシェのための他の形状が可能である。
【００３４】
各ウィング２０４ａ及び２０４ｂ上に、中心領域を完全に画定している環状領域２１０ａ及び２１０ｂが存在し、その外周はウィングの湾曲した外周と一致している。環状領域２０４ａ及び２０４ｂは、薄膜２０２がヒンジ２０６を中心に折り畳まれた場合にそれらが互いに完全に位置合わせされ合致するように配置されており、そのような大きさに作製されている。離型剤２１２のリングにより覆われている感圧接着剤（ＰＳＡ，pressure sensitive adhesive）が、各ウィング上の環状領域全体に塗布される。記載されている実施形態では、コンタクト接着剤は、アクリル系3M  467MP感圧接着剤である。離型剤紙のリングは、組立て中に試験試料をより扱い易くし、異物が接着剤に不注意にくっつくことを防止する。
【００３５】
当然、代替的封止方法が用いられることが可能である。例えば、超音波溶接によるヒートシーリングが１つの可能性である。又は、他のタイプの糊が使用され得る。選択は、サシェ内で試験される材料、及び迅速な組立ての必要性、及びサシェが環境的に封止されなければならない程度、に幾分左右され得る。
【００３６】
各環状領域２１０ａ及び２１０ｂの中心内に、その環状領域と同軸で位置合わせされている大きな円形コンタクト電極２１４ａ及び２１４ｂがある。コンタクト電極２１４ａ及び２１４ｂは、接続パッドを取り巻いており且つそれを環状領域から分離しているリング領域２１６ａ及び２１６ｂを除いて、環状領域の内側の中心領域の大部分を覆っている。
【００３７】
ウィング２０４ａのうちの１つの側部に向かって延伸しているタブ２０８が、各列に８つの接続パッド２１８を備えた２つの平行な列を含む。幅広の導電トレース２２０が、接続パッド２１８のうちの４つを中心コンタクト電極２１４ａに接続しており、別の幅広の導電トレース２２２が、４つの他の接続パッド２１８を中心コンタクト電極２１４ｂに接続している。幅広の導電トレース２２０及び２２２に加えて、２つの幅狭の導電トレース２２４及び２２６が存在し、一方は接続パッド２０８を電極２１４ａに接続しており、別のものは別の接続パッド２１８を電極２１４ｂに接続している。幅広の導電トレース２２０及び２２２は、電極２１４ａ及び２１４ｂに電力を供給するためのものであり、それが、それらの導電トレースが幅広である理由である。幅広の導電トレースはより大きな電流を搬送するので、それらの抵抗は、過剰な電圧降下の発生及び接続パッド２１８と電極２１４ａ及び２１４ｂとの間の加熱を回避するために、低い必要がある。幅狭の導電トレース２２４及び２２６は、対応する電極の電圧を測定するための検出トレースとしての機能を果たす。幅狭の導電トレースは非常に少量の電流しか搬送しないので、感知できる程の電圧降下はなく、したがってそれらはより幅狭であることが可能である。
【００３８】
図示の実施形態では合計６つである未使用の接続パッドは、含めたいと望む可能性があるデバイス構造体内の他の埋込みセンサに接続するのに使用され得る。そのために、記載されている例では、２つの接触領域２３０及び２３２がリング２１６ａ内に含まれており、１つの接触領域２３４がリング２１６ｂ内に含まれている。これらの接触領域は、導電トレースを介してタブ２０８上の対応するパッドに接続されている。２つのリング２１６ａ及び２１６ｂの空き領域内の接触領域は、他の埋込みセンサが接続され得る点をもたらす。そのような配線済み基準電極トレースを使用することにより、様々な基準要素（reference element）（例えば、銀、プラチナ、金、銅等）を取り付け、多くの種類の試料タイプを構築し、同じ試験装置、電子回路、及びサシェを使用して、様々な電気化学試験プロトコル／手続き（例えば、サイクリックボルタンメトリ、定電流測定、定電位測定、インピーダンス分光法等）を実施することができる。例えば、較正トレースの抵抗測定によりサシェ温度を測定することが可能であり、その場合、タブ２０８上の接続パッド２１８のうちの２つが較正トレースの２つの端部に接続するのに使用されることになる。
【００３９】
組み立てられたサシェが、封止されたパケットの内側の試験材料と共に試験機器内に挿入された場合、タブ２０８及び接続パッド２１８は、試験機器の接触器アーム組立体１３８上の接触器１４４と位置合わせされ、それにより、外部試験回路が試験デバイス及びその試験デバイスに組み込まれている任意のセンサと通信することを可能にする。
【００４０】
記載されている実施形態では、電極及びリード線は電気銅で作製され、無電解ニッケルで被覆され、次いで、低抵抗の、弱腐食性の、低汚染の、高純度軟質金で電気めっきされる。金属領域は、複数の異なる既知の技術のいずれかを使用することにより製造され得る。例えば、それらは、無電解ニッケル置換金法（ＥＮＩＧ，Electroless Nickel Immersion Gold process）を用いることにより製造され得る。又は、軟質金電気めっきを用いることができる。それらの技術のどちらも、ニッケル層上に形成される金層を含む。
【００４１】
或いは、接点は、アルミニウムなどの他の金属から製造することができる。材料の選択は、試験するためにサシェ内に置かれる材料の化学的性質に左右される可能性があり、いくつかの材料は、他のものと比べて特定の化学的性質に暴露された場合、劣化及び／又は腐食に対してより耐性がある。
【００４２】
試験試料の組立ては簡潔で簡単である。折り畳まれていない又は開いた位置にあるウィング２０４では、離型フィルムが接着領域から除去される。次に、試験される材料が電極のうちの１つに当てられる。デバイス構造体が完全に組み立てられた場合、一方のウィングは、折畳み線を中心に他方の上に折り畳まれて、内側に含まれたデバイスと共に封止されたパケットを形成する。穿孔された折畳み線の使用は、電極パッドを位置合わせさせるために特別なジグ又は手順を用いる必要なく、試料の反復可能な迅速な組立てを可能にする。
【００４３】
サシェは、試験試料上に封止リングによってかけられる圧縮力を最小限にするという目的で設計され得る。例えば、薄膜の適合性、接着領域の縁部から電極（又は試料領域）までの距離、及び接着領域と電極との間にシムワッシャ要素を含む可能性は、全て、試料の望ましくない非平面歪みを低減するか又は防止するのに用いられ得る設計パラメータ又は特徴である。
【００４４】
サシェを製造する方法は従来の市販の技術を用いる。一般に、多数の異なる層が組み立てられ、結合される。第１の誘電層（例えば、ポリイミド層）があり、接着層が後に続き、次に導電トレース層、別の接着層が後に続き、頂部にある最終的な誘電層で終わる。
【００４５】
記載されている実施形態では、サシェは、両ウィング上でコンタクト接着剤の１つのリングを使用して封止を形成し、２つのウィングを共に保持する。しかし、いくつかの状況下で、特に、試験下の試料において使用され得るある電解質に暴露された場合、これは十分な封止を実現しない可能性がある。２つのウィングを共に封止する、より確実でより永続的な方法が、接着剤の２つの同心リングを使用することである。外側リングは前述の接着剤を使用し、一方、内側リングは、恐らく熱又はＵＶで硬化するのに時間がかかるエポキシを使用する。外側リングは、エポキシが硬化する間に組立体を共に保持する。エポキシリングは、電解質に暴露されることから接着剤を保護し、それが硬化した後、２つのウィングを共に保持するより強い結合と、電解質並びにまた蒸発及び／又は酸素若しくは他の気体の透過による劣化に耐性のある結合と、の両方をもたらす。
【００４６】
また、サシェは、背面に塗布されているマーキングコーディングを含み、試験オペレータがその特定の試験デバイスに関する識別情報及び他の関連データを書くことができる領域をもたらすことが可能であってもよい。
【００４７】
図８を参照すると、本明細書に示されている着想に基づいて構築されている試験機器８００を含む完全なシステムが、試験機器８００内の空気シリンダを動作させるための給気部８０２（又は加圧ガス源）と、その空気シリンダにより試験試料にかけられる力を制御する空気シリンダへの空気流を調節するフローコントローラ８０４と、試験機器８００により試験試料にかけられる力を測定する圧力センサ８０６と、試験機器８００へのガス流をオンオフするソレノイド８０８とを含む。
【００４８】
また、システムは、試験中に試験試料が載っている試験機器台に供給される流体（例えば、水）の温度を制御する加熱／冷却システム８１０を含む。
【００４９】
所望の電気測定を実行するために、電気試験設備８１２のラックが存在する。これは、試験下のデバイス、及び例えばデバイスの静電容量、抵抗、エネルギーイン／アウト、クーロン効率、エネルギー密度、出力密度、比エネルギー、比出力、ＩＲドロップ、ＩＲゲイン、電流密度等の実行される電気測定のタイプに適した他の測定機器に、電力を供給する少なくとも電源を含む。電気試験設備は配線により接触器組立体に電気的に接続されており、その接触器組立体は試験下のデバイスへの電気的接続をもたらす。
【００５０】
システムコントローラ８１４が、フローコントローラ８０４、ソレノイド８０８、加熱／冷却システム８１０、及び電気試験設備８１２の動作を制御する。そのシステムコントローラは、オペレータの手動制御下で又はプログラム制御下で自動的にのどちらかで様々な試験を実行し、関連動作条件（例えば、温度、圧力）と併せて取得したデータをローカルメモリ８１６内に格納する。
【００５１】
給気部８０２、フローコントローラ８０４、圧力センサ８０６、及びソレノイド８０８が、力コントローラ、すなわちプローブヘッドにより試験試料にかけられる力を設定し制御するサブシステムを作り上げている。本明細書に記載されている空気シリンダの代わりに別のタイプのアクチュエータが使用された場合、他の構成要素がこれらの構成要素の代わりとされることになる。例えば、ローレンツ力線形アクチュエータが使用された場合、可変電源（又は電流源）が給気部及びフローコントローラの代わりとされる。力測定が、プローブ組立体に統合されている歪みゲージにより行われる可能性がある。
【００５２】
他の実施形態が以下の特許請求の範囲内に入る。例えば、また、マイクロコントローラ及びメモリチップがサシェに含まれることが可能であり、それにより、例えばその試験履歴、その材料構成（material construction）、及びさらには超並列試験環境における最適な実験実施に関してフィードバックするためのデータの使用を知っている可能性があるインテリジェントデバイスの構築を可能にする。また、サシェは、既に組み立てられた試験試料内への流体（例えば、電解質）の導入及び／又は再導入のための隔壁を含み得る。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年3月27日(2017.3.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の導電接続パッドを有する試料と共に使用するための試験機器であって、
制御可能な可変力線形アクチュエータと、
前記線形アクチュエータにより動作するプローブ組立体であり、一方の端部に、試験中に前記試料に接触し且つ前記試料の接触した領域に亘って均一の力を付与する平面を備えたプローブヘッドを有し、前記均一の力が前記線形アクチュエータにより生じさせられ、可変制御可能である、前記プローブ組立体と、
前記試料上の前記複数の接続パッドに電気的に接触する複数の接点を含む可動接触器組立体と、
前記線形アクチュエータ及び前記接触器組立体が上に取り付けられているハウジングであり、試験中に前記試料を保持する特定領域を有し、前記特定領域が試料平面内において配向されている、前記ハウジングと、
試験中に前記プローブヘッドが前記試料に接触している間に、前記試料平面に対して垂直な方向の、前記プローブヘッドの位置の変化を測定する位置センサ組立体と、
試験中に前記プローブヘッドにより前記試料にかけられる力を測定するセンサと
を含む、前記試験機器。
【請求項２】
線形アクチュエータが空気圧式アクチュエータである、請求項１に記載の試験機器。
【請求項３】
空気圧式アクチュエータが空気軸受シリンダを含む、請求項２に記載の試験機器。
【請求項４】
プローブヘッドにより試料にかけられる力を測定するセンサが、空気圧式アクチュエータに供給される気体の圧力を測定するように配設されている圧力センサである、請求項３に記載の試験機器。
【請求項５】
線形アクチュエータが電磁アクチュエータである、請求項１に記載の試験機器。
【請求項６】
試料にかけられる力を測定するセンサが、ハウジング上の、試験中に前記試料が保持される特定領域に配置されている、請求項５に記載の試験機器。
【請求項７】
特定位置に隣接したハウジングの部分に近接した且つそれと熱的に連通している１又は２以上の導管であり、試験中に試料の温度を制御する温度制御された流体を搬送するためのものである、１又は２以上の前記導管と、
試験中に前記試料が配置されている前記特定領域付近の前記ハウジングの温度を測定する温度センサと
をさらに含む、請求項１に記載の試験機器。
【請求項８】
温度センサがサーミスタである、請求項７に記載の試験機器。
【請求項９】
温度センサが抵抗温度検出器である、請求項７に記載の試験機器。
【請求項１０】
位置センサ組立体が、光学読取りヘッドとマーキングを有する目盛とを含む非接触光学位置センサ組立体である、請求項１に記載の試験機器。
【請求項１１】
光学読取りヘッドがハウジング上に取り付けられており、目盛が可動プローブ組立体上に取り付けられている、請求項１０に記載の試験機器。
【請求項１２】
複数の接点が複数の接触ピンである、請求項１に記載の試験機器。
【請求項１３】
複数の接触ピンがばね荷重式である、請求項１２に記載の試験機器。
【請求項１４】
動作中に試料が配置されている所に近いハウジング上に配置されている発熱体をさらに含む、請求項１に記載の試験機器。
【請求項１５】
発熱体がペルチェ素子又は抵抗発熱素子である、請求項１４に記載の試験機器。
【請求項１６】
線形アクチュエータを制御するコントローラをさらに含み、試験中、前記コントローラが、プローブヘッドにより試料にかけられる力を設定し、制御する、請求項１に記載の試験機器。
【請求項１７】
複数の導電接続パッドを有する試料と共に使用するための試験機器であって、
制御可能な可変力線形アクチュエータと、
前記線形アクチュエータにより動作するプローブ組立体であり、前記試料に接触する表面を備えた一方の端部にプローブヘッドを有する、前記プローブ組立体と、
前記試料上の前記複数の接続パッドに電気的に接触する複数の接点を含む可動接触器組立体と、
前記線形アクチュエータ及び前記接触器組立体が上に取り付けられているハウジングであり、試験中に前記試料を保持する特定領域を有する、前記ハウジングと、
プローブの位置の変化を測定する位置センサ組立体と、
前記プローブヘッドにより前記試料にかけられる力を測定するセンサと
を含み、
前記線形アクチュエータが、空気軸受シリンダを含む空気圧式アクチュエータであり、前記プローブヘッドにより前記試料にかけられる前記力を測定する前記センサが、前記空気圧式アクチュエータに供給される気体の圧力を測定するように配設されている圧力センサである、
前記試験機器。
【国際調査報告】
2017523414.tif 000012
2017523414.tif 000013