JP2004521452A - アルカリ電池用の端部シールアッセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】小型の円筒形アルカリ電池用の端部シールアッセンブリを提供する。
【解決手段】このシールアッセンブリは、別の端部キャップの必要性をなくし、更に端部キャップをハウジングから絶縁するために通常は電池の開放端部のところで端部キャップとハウジングとの間に設けられる絶縁ワッシャの必要性をなくす。シールアッセンブリは、電池ハウジングの開放端部に嵌着された絶縁シールディスクを含む。電池ハウジングの周縁部をシールディスクの縁部にクリンプ止めし、電池を密封する。シールディスクは、ハウジングの開放端部から突出した一体の盛り上がった中央ボスを有する。細長い電流コレクタは、中央ボスの穴を通って電流の内部に貫入している。かくして、電流コレクタのヘッドは、外部環境に露呈されており、電池用の（負極）端子を形成する。ボスは、他の同様の電池のヘッドと相互に係止しないようにするため、一般的な寸法よりも広幅である。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、小径の電気化学的アルカリ電池をシールするための端部端子アッセンブリに関する。本発明は、アルカリ電池のケーシングの開放端部をシールするのに使用される絶縁シールディスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電気化学的アルカリ電池は、開放端部を持つ円筒形ケーシング（ハウジング）を含む。ケーシングは、最初、拡張された開放端部を備えて形成される。電池に中身を入れた後、ケーシングの縁部を端部キャップアッセンブリの縁部にクリンプ止めし、ハウジングをアッセンブリの周囲で圧縮し、密なシールを形成することによって電池を閉鎖する。端部キャップアッセンブリは、露呈された端子端部キャッププレートと、代表的にはプラスチック製のプラスチック製シールディスクの形態の絶縁部材とを含む。この部材はハウジングの開放端部で栓を形成し、端子端部キャッププレートを電池ハウジングから絶縁する。このアルカリ電池の設計と関連した問題点は、特定の点、通常は電池の有効容量をほぼ使い切った点を越えて放電し続けるときに電池がガスを発生する傾向があるということである。アルカリ電池においては、従来、可破性（ｒｕｐｔｕｒａｂｌｅ）ダイアフラム即ち膜が端部キャップアッセンブリ内に設けられている。例えば、米国特許第３，６１７，３８６号を参照されたい。このような膜は、代表的には、シールディスク内に薄くした領域として埋め込んであり、電池内のガス圧が所定レベルを越えたときに破れるように設計されている。可破性通気膜は、端部キャップアッセンブリ内に含まれるプラスチック製絶縁部材の一部として一体に形成されていてもよい。このような通気膜は、代表的には、米国特許第４，５３７，８４１号に示されるように円形形状であってもよい。この後者の文献に示されているように、可破性膜は、プラスチック製絶縁部材の薄い部分として一体に形成することができる。可破性膜は、更に、米国特許第５，０８０，９８５号に開示されているように、溝状の形体又は周状の形体をとってもよい。端部キャップアッセンブリは、更に、ダイアフラム即ち膜が破れたときにガスを逃がすための通気穴を備えていてもよい。
【０００３】
代表的には、環状キャビティ即ち空所空間が、シールディスクの可破性膜の直ぐ上に設けられる。このようなキャビティ即ち空所によりガスを電池内に溜めることができ、ガスを電池から逃がすための通路を提供することができる。このような環状のキャビティは、代表的には、シールディスクの半径の大部分、例えばシールディスクの半径の少なくとも約５０％を含む幅を有する。
【０００４】
小径のアルカリ電池用の従来の（積み重ね）端部キャップアッセンブリでは、円筒形ケーシングの開放端部は、シールディスクを開放端部に挿入し、ケーシングの周縁部をシールディスクの縁部にクリンプ止めすることによってシールされていた。紙製又はプラスチック製のワッシャをケーシングのクリンプ止め縁部上の積み重ね構成に挿入し、端部キャップを紙ワッシャ上に挿入した。このような積み重ね構成では、ワッシャが端部キャップ（陰極）をケーシング（陽極）から絶縁する。端部キャップは、シールディスクを貫通して電池の陽極材料内に延びる細長い電流コレクタに溶接することができる。端部キャップとケーシングの縁部との間に紙ワッシャを持つような小径電池用の例示の積み重ね端部キャップアッセンブリは、米国特許第６，０２５，０００号に示されている。米国特許第６，０２５，０００号において、シールディスク１５０内の可破性膜（１５２）の真上に大きな環状のキャビティ（７９）があるということが明らかである。環状のキャビティ（７９）は、この文献に示されているように、シールディスクの半径の少なくとも約５０％を含む幅を有する。
【０００５】
密にシールしたアルカリ電池を提供するため、金属製支持ディスクがプラスチック製絶縁部材内のキャビティに挿入された端部キャップアッセンブリが提供されている。金属製支持ディスクは、米国特許第５，５３２，０８１号又は米国特許第５，０８０，９８５号に示されるように、コンボリュート状の表面を備えていてもよい。これにより、端部キャップアッセンブリは、電池ハウジングを端部キャップアッセンブリにクリンプ止めするときの高い半径方向圧縮力に耐えることができる。このような支持ディスクにより、クリンプ止め中に高い半径方向力を加えることができる。これにより端部キャップアッセンブリの周囲に常に密な機械的シールを形成することができる。クリンプ止め中に追加の支持を提供するため、端子端部キャップの周縁部は、更に、米国特許第５，０８０，９８５号に示されるように、プラスチック製絶縁部材内のキャビティに配置することができる。しかしながら、このような設計は、電池内で追加の空間を占有し、特に非常に小型の電池に適用する場合に組み立ての複雑さを大幅に高める。
【０００６】
米国特許第６，０２５，０９０号に開示されているように、小径のアルカリ電池、例えばＡＡＡＡ（準Ａ）又はＡＡＡサイズの電池は、金属製支持ディスクなしで設計することができる。しかしながら、米国特許第６，０２５，０９０号に示されている端部キャップアッセンブリは、電池の開放端部のところでケーシングの縁部と端部キャップ（２００）との間に紙ワッシャ（１３０）を備えている。紙ワッシャを含まない端部端子アッセンブリを持つアルカリ電池を提供するのが望ましい。しかしながら、紙ワッシャをなくすと、端部キャップ（２００）をケーシングから絶縁する上で問題が生じる。更に、米国特許第６，０２５，０００号におけるように端部キャップ（２００）を積み重ね設計からなくした場合、小型の電池の大量生産中に問題点と遭遇する。詳細には、電池が貯蔵中に混ざり合ったりコンベアベルト上で整列したとき、一つの電池のヘッドが別の電池のシールディスク内の拡張された環状のキャビティ（７９）内に相互に係止してしまうことがある。
【特許文献１】米国特許第３，６１７，３８６号
【特許文献２】米国特許第４，５３７，８４１号
【特許文献３】米国特許第５，０８０，９８５号
【特許文献４】米国特許第６，０２５，０００号
【特許文献５】米国特許第５，５３２，０８１号
【特許文献６】米国特許第６，０２５，０９０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
かくして、別の端部キャップを必要とせず、更にケーシングの縁部と負極端子との間に紙（又はプラスチック）ワッシャを必要としない、小径のアルカリ電池用のシールを提供するのが望ましい。
【０００８】
端部キャップアッセンブリが金属製支持部材を含まず、更にケーシングの縁部と負極端子との間に紙ワッシャを必要としない、小径のアルカリ電池用の端部端子アッセンブリを提供するのが望ましい。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
添付図面を参照して本発明を更に詳細に説明する。
【００１０】
本発明は、小径のアルカリ電池用の密封アッセンブリに関する。この電池は、代表的には、亜鉛でできた陽極と、二酸化マンガンでできた陰極とを有する。電池の直径は１０ｍｍ以下であり、好ましくは７ｍｍ〜９ｍｍである。本発明の密封アッセンブリは、特に、ＡＡＡＡサイズ及びＡＡＡサイズのアルカリ電池に適用することができる。
【００１１】
本発明の密封アッセンブリは、小径の円筒形アルカリ電池の開放端部を密封するのに使用される。密封アッセンブリは、電池を活物質で充填した後に電池ハウジング（ケーシング）の開放端部に嵌め込まれる絶縁部シールディスクを含む。電池ハウジングの周縁部はシールディスクの縁部にクリンプ止めされる。シールディスクは、一体の盛り上がった中央ボスを含む。このボスの一部がハウジングの開放端部から突出する。細長い電流コレクタが中央ボスの穴を通って電池の内部（陽極）に貫入している。電流コレクタのヘッドは、ボスの頂面内に配置されたポケット即ち凹所空間内に着座する。かくして、電流コレクタのヘッドは、外部環境に露呈され、電池の陰極端子として役立つ。
【００１２】
本発明の密封アッセンブリは、通常はシールディスク上に配置されて電流コレクタに溶接される別体の端部キャップの必要性をなくす。更に、本発明の密封アッセンブリは、端部キャップを電池ハウジングから絶縁するために通常はシールディスクと端部キャップとの間に配置される別体の絶縁ワッシャ（紙製又はプラスチック製のワッシャ）の必要性をなくす。盛り上がった中央ボスは小径電池用の絶縁シールで従来使用されていたよりも広幅である。本発明の絶縁シールディスクから突出した一体の盛り上がった中央ボスの幅は、電池ハウジングの直径の少なくとも約６０％である。盛り上がった中央ボスの直径は、好ましくは、電池ハウジングの直径の約６０％〜９０％であり、更に好ましくは約７０％〜９０％である。シールディスクの頂面におけるボスの外面とシールディスクの周縁部との間には、外部環境に対して露呈された環状の窪み即ちキャビティが設けられている。電池内のガスの圧力が所定レベルまで上昇すると、下にある膜が破れ、ガスがキャビティ内に放出され、ここから環境に漏れる。中央ボスが広幅であるため、キャビティの幅が小さくなる。キャビティの幅を小さくすることによって、電池が貯蔵中に混じり合ったとき、又は電池の組み立て中にコンベアベルト上を通過するときに他の同様の電池の端部端子ヘッド（陰極端子）が相互に係止しないようにする。
【００１３】
本発明の端部密封アッセンブリ１０は、小径の円筒形アルカリ電池に適用するのに適している。本発明は、原理的には、小径のアルカリ電池に適用することができる。「小径の」アルカリ電池という用語は、本明細書中で使用されているように、直径が約１０ｍｍ以下の、好ましくは約７ｍｍ〜１０ｍｍのアルカリ電池を意味しようとするものである。このような小径のアルカリ電池は、代表的には長さが約４１ｍｍ〜４５ｍｍである。
【００１４】
本発明の端部端子密封アッセンブリは、原理的には、直径がＡＡＡＡサイズの円筒形アルカリ電池（ＬＲ６１）又はＡＡＡサイズの電池及びこれらの間の任意の直径の電池に適用することができる。かくして、本発明は、原理的には、ハウジングの直径がＡＡＡサイズの電池及びこれよりも小径の、即ち約１０ｍｍ以下の小型のアルカリ電池に関する。望ましくは、このような小径のアルカリ電池のハウジングの外径は約７ｍｍ〜１０ｍｍであり、好ましくは約７ｍｍ〜９ｍｍである（これは、本発明が、プラスチックの強度及び／又は予想内圧に応じてこれよりも大径の電池に適用できないと言おうとするものではない）。ＡＡＡ電池は、特定的には、直径が約９ｍｍであり、ハウジングの長さが約４２ｍｍである。本発明の端部密封アッセンブリ１０は、円筒形ＡＡＡＡ（準Ａ）サイズのアルカリ電池に適用するのに特に適している。このような電池のハウジングの外径は、代表的には約７．７ｍｍ〜８．３ｍｍであり、長さが約４１．５ｍｍ〜４２．５ｍｍである（ＡＡＡＡ電池は、米国規格協会（ＡＮＳＩ）の「２５Ａ」電池であり、欧州では国際電気標準会議（ＩＥＣ）表示の「ＬＲ６１」電池である）。このようなＡＡＡＡサイズの電池「ＬＲ６１」６本を平行に整列させて直列に接続すれば、ポータブルラジオ、ラジカセ、テレビやＣＤのリモコン、玩具及び他の小型電子機器で一般的に使用されている標準的な大きさの９Ｖアルカリ電池を形成できる。このような標準的な９Ｖの電池は、長さが４．５ｃｍ、幅が２．５ｃｍ、厚さが１．５ｃｍの矩形の平行六面体のハウジングを有する。これは、米国規格協会（ＡＮＳＩ）又は国際電気標準会議（ＩＥＣ）のこのような９Ｖアルカリ電池についての規格と形体が一致する。
【００１５】
小径のアルカリ電池１００用の本発明の端部端子密封アッセンブリ１０の特定の実施の形態を図１乃至図４に示す。アルカリ電池１００（図１乃至図４参照）は、好ましくは、長さが約４１．５ｍｍ〜４２．５ｍｍで外径が約７．７ｍｍ〜８．３ｍｍの円筒形ハウジング７０を持つＡＡＡサイズの円筒形電池（ＬＲ６１）である。ハウジング７０の壁厚は、約０．１ｍｍ〜０．２５ｍｍである。電池１００は、大型の電池、例えばＡＡ電池又はＣ電池及びＤ電池で従来使用されていたアルカリ電池陽極、陰極、及び電解質化学物質、及びセパレーター材料を使用することができる。かくして、電池１００（図４参照）は、亜鉛を含む陽極２００、圧縮した二酸化マンガンを含む陰極３０、及び陽極内の水酸化カリウムの水溶液を含む電解質を含む。従来と同様に、電池の化学的特性を変化させるため、添加剤を使用することができる。アルカリ電池は、代表的にはレーヨン又はセルロースでできたイオン孔性セパレーター材料４０を使用することができる。本発明の端部端子アッセンブリ１０を任意の特定のアルカリ電池化学作用に限定しようとするものではない。一つの好ましい実施の形態に係る本発明の端部端子アッセンブリ１０は、従来のアルカリ電池化学作用を使用するアルカリ電池及びその変形例に適用されるようになっている。このような例示の化学作用は、例えば、本明細書中に引用して組み込まれる米国特許第５，４０１，５９０号に開示されている。
【００１６】
図１乃至図４に示す端部端子アッセンブリは、絶縁シールディスク１５０と、細長い電流コレクタ８０とを含む。絶縁シールディスク１５０は、中央貫通穴９０を持つ盛り上がったボス１５１を形成する厚い中央区分を有する。中央穴９０は、その中に金属製電流コレクタ８０を挿入するように形成されている。盛り上がった中央ボス１５１は円筒形形状のボスである。盛り上がったボス１５１は外面１５０ｂによって境界付けられている。ボス１５１の中央には、凹所をなした露呈ポケット１６１がボスの頂面内に配置されている。ポケット１６１は、代表的には円形形状であり、ポケット１６１の直径はボス１５１の外径よりも小さく、そのためポケットはボス１５１の外境界内にある。ポケット１６１の深さは約０．２ｍｍ〜０．３ｍｍであり、この深さは、電流コレクタ８０のヘッド８５を受け入れるのに十分である。しかしながら、ポケット１６１の深さは、好ましくは、電流コレクタのヘッド８５の厚さよりも小さい。陽極電流コレクタ８０は、電流コレクタのヘッド８５が凹所をなしたポケット１６１内に着座するまで、シールディスク１５０の中央穴９０内に挿入される。凹所をなしたポケット１６１の深さは、好ましくは、ヘッド８５の厚さよりも小さく、そのためヘッド８５の一部が、図１に示すように、盛り上がったボス１５１の最頂面１５０ｃの上方に延びる。盛り上がった中央ボス１５１の最頂面１５０ｃは、ケーシングの周縁部７２から約０．６ｍｍの所定距離だけ延びる。盛り上がった中央ボス１５１は、幅がケーシング７０の直径の少なくとも約６０％であることを特徴とする。好ましくは、ボス１５１の直径は、ケーシング７０の内径の約６０％〜９０％であり、好ましくは約７０％〜９０％である。更に好ましくは、ボス１５１の直径は、ケーシング７０の内径の約７５％〜９０％である。ボス１５１の外面１５０ｂは下方に延び、凸状をなして湾曲したフロア１５４ａを形成する。この湾曲したフロア１５４ａは、次いで上方に湾曲し、ボスの高さの距離の一部に亘って表面１５５ａを形成する。これによって、表面１５０ｂ、１５４ａ及び１５５ａが、図１に示すように、トラフ即ちキャビティ７９ａの境界を画成する。かくして、キャビティ７９ａは、外面１５５ａ及び内面１５０ｂ及び湾曲した凸状のフロア表面１５４ａによって境界付けられる。表面１５５ａは、更に、シールディスク１５０の周縁部１５５の内面を形成する。周縁部１５５は、図１に最も良く示すように、シールディスク１５０の外縁部を画成する。シールディスクの薄くした部分の形体であるのがよい可破性膜１５２は、好ましくは、キャビティ７９ａの真下に配置される。かくして、電池内でのガスの発生が所定レベルに達すると、膜１５２が破れてガスがキャビティ７９ａに放出される。放出されたガスは、キャビティ７９ａから周囲環境に直接漏出される。
【００１７】
本発明のシールディスク１５０は、盛り上がったボス１５１が従来よりも広幅であること、即ちボスの直径がケーシング７０の直径の好ましくは約６０％〜９０％、好ましくは約７０％〜９０％であることを特徴とする。このため、ボスの外面１５０ｂと周縁部１５５の内面１５５ａとの間に狭幅のキャビティ７９ａが形成される。このキャビティ７９ａの幅は、ケーシング７０の半径の約１０％〜４０％、好ましくは約１０％〜３０％である。キャビティ７９ａが狭幅であるため、貯蔵中や自動コンベアシステムによる搬送中に電池が混じり合ってしまった場合に他の同様の電池の突出した電流コレクタヘッド８５が別の電流のキャビティ７９ａに相互に係止してしまうことがない。更に、本発明の端部端子アッセンブリ１０は、電流コレクタ８０のヘッド８５が完成した電池１００から露呈されており、電池の陰極端子を形成することを特徴とする（図１及び図４参照）。かくして、広幅の盛り上がったボス１５１を持つ本発明の端部端子アッセンブリ１０は、別体の端子端部キャップの必要性をなくし、更に電池の開放端部で端子とケーシングの縁部との間に紙ワッシャを設ける必要性をなくす。比較のため、小径のアルカリ電池用の端部キャップアッセンブリに通常含まれるこのような従来のワッシャ（ワッシャ１３０）及び別体の端子キャップ（端部キャップ２００）を図５の従来技術に例示する。小径のアルカリ電池用の従来技術の端部キャップアッセンブリ１０を図５に示す。小径の電池に適用したこのような従来技術の端部キャップアッセンブリは、米国特許第６，０２５，０９０号に詳細に説明されている。従来技術の図５に示す絶縁ワッシャ１３０は、端部キャップ２００と電池ハウジング７０の周縁部７２との間を電気的に絶縁する。かくして、小径のアルカリ電池に適用した本発明の端部端子アッセンブリ１０（図１乃至図４参照）により従来技術の二つの部品、即ちａ）別体の端子端部キャップ、及びｂ）通常は端子端部キャップと電池ケーシングとの間に挿入される紙（又はプラスチック）製のワッシャがなくなる。
【００１８】
アルカリ電池１００では、ハウジング７０の任意の部分で陽極端子を形成することができる。好ましくは、陽極端子は、ハウジング７０の閉鎖端部７４に配置されたピップ（表面突出部）７６である。絶縁ディスク１５０は、ボス１５１と周縁部１５５との間に、キャビティ７９ａの真下に配置された中央区分領域１５４を有する。キャビティ７９ａ及び中央区分領域１５４は、小径のアルカリ電池用のシールディスクの設計で従来使用されていたものよりも遙かに狭幅である。図１に示すように、周囲脚部１５７が周縁部１５５から下方に延びており、周囲窪み７５の下に及び絶縁ディスク１５０の底部周囲に周囲スカート１５７ａを形成する。脚部１５７は、ボス１５１の底面１５９の平面よりも下のレベルまで電池内部に向かって延びている。脚部１５７は電池ハウジング７０と接触せず、好ましくは周囲窪み７５の周囲にスナップ嵌めを形成せず、これによって、電池の組み立て中、ディスク１５０の周縁部１５５を周囲窪み７５に容易に挿入することができる。即ち、ディスク１５０の周縁部１５５を周囲窪み７５に挿入するのに必要な力がほんの僅かでよい。これは、好ましくは、窪み７５の周囲にスナップ嵌めされないためである。（周囲窪み７５の下の周囲スカート１５７ａの最大外径が前記周囲窪み７５の平面での電池の内径よりも大きい場合にスナップ嵌めが行われる。本発明は、このようなスナップ嵌めを行うスカート１５７ａを持つ絶縁ディスク１５０にも適用することができる。逆に、図１及び図４に示す実施の形態におけるように周囲窪み７５の下の周囲スカート１５７ａの最大外径が前記周囲窪み７５の平面での電池の内径よりも小さい場合には、ハウジング内でスナップ嵌めが行われない。）脚部１５７は、絶縁ディスク１５０に対して追加の構造的な支持を提供し、電池ハウジングの上部分７１を絶縁シールディスクの周囲にクリンプ止めするときに絶縁ディスク１５０に大きな半径方向力を加えることができるようにする。中央区分領域１５４は、好ましくは電池の長さ方向軸線１９０に対して垂直方向に配向された可破性膜を形成する少なくとも一つの一体の肉薄部分１５２を有する。可破性膜１５２は、好ましくは、キャビティ７９ａと垂直方向で整列しており、キャビティ７９ａの真下に置かれている。可破性膜１５２は、望ましくは、図２に最もよく示すように円形のアイランドの形体を備えていてもよい。可破性膜１５２は、例えば楕円形、矩形又は多角形等の他の形状を備えていてもよい。別の態様では、可破性膜１５２は、薄い可破領域を絶縁ディスク１５０の一部内に形成する直線状の又は湾曲した溝の形体であってもよい。可破性膜１５２は、有利には、好ましくは射出成形による絶縁ディスク１５０の成形中に形成される。
【００１９】
端部端子アッセンブリ１０（図１参照）は、個々の構成要素（図３参照）から、先ず最初にプラスチック製絶縁ディスク１５０を円筒形ハウジング７０の開放端部７９に挿入することによって組み立てられる。ハウジング７０は、開放端部７９の近くに周囲ビード７５を形成する周囲窪みをその表面に備えている。絶縁ディスク１５０は、その周縁部１５５の外面に亘って周溝１５６を有する（図３参照）。絶縁ディスク１５０は、絶縁ディスク１５０用の座を形成する周囲ビード７５に溝１５６が載るように挿入される。ハウジング７０は、先ず最初に、開放端７９に拡張部分７１を持つように形成される。即ち、開放端部７９でのハウジング７０の直径は、最初、ハウジングの残りの部分よりも大径である。ハウジング７０の拡張部分７１を絶縁部ディスク１５０の周縁部１５５に亘って、ハウジング部分７１の内面が周縁部１５５の外面１５８に非常にしっかりと押しつけられるまで、半径方向に圧縮する。次いで、電池ハウジング７０の周縁部７２を絶縁ディスク１５０の周縁部１５５にクリンプ止めする。次いで、電流コレクタ８０を穴９０を通して下方に向けてボス１５１内に挿入する。ボス１５１には、最初、穴９０が最初はボス１５１を完全には貫通していないように、穴９０のベースのところに薄壁が設けられていてもよい。このようなベースでは、穴９０に電流コレクタを押し込んだ時に薄壁が破れることにより、電流コレクタ８０と穴９０を画成する壁との間に摩擦嵌めを提供する。穴９０は、更に、最初、電流コレクタ８０の直径よりも僅かに小径であるとよい。これにより、電流コレクタ８０と穴９０を画成する壁との間をしっかりと摩擦嵌めする。電流コレクタのヘッド８５がボス１５１の頂面１５３に載止し、円形ポケット１６１内に着座するまで、電流コレクタ８０を穴９０に押し込む。
【００２０】
絶縁ディスク１５０及び一体の可破性膜１５２は、丈夫で耐蝕性のあるプラスチックで形成されているとよい。絶縁ディスク１５０及び一体の可破性膜１５２は、望ましくはポリアミド（ナイロン）、好ましくはナイロン６６又はナイロン６１２、更に好ましくはナイロン６１２で形成される。別の態様では、絶縁ディスク１５０及び膜１５２は、ポリプロピレン、タルクで充填したポリプロピレン、スルホン化ポリエチレン、又は他のポリアミド（ナイロン）グレードでできていてもよい。しかしながら、ナイロン６６又はナイロン６１２の方が、ＡＡＡＡアルカリ電池１００の絶縁ディスク１５０及び膜１５２に望ましい材料であることが確認されている。これらの材料は、丈夫であるけれどもタルクで充填したポリプロピレン等の充填ポリマーよりも柔らかいため、望ましい。ナイロン６６又はナイロン６１２は、更に、通常の使用中に電池が露呈される全ての温度で、非充填ポリプロピレン又は充填ポリプロピレンよりもクリープが小さい。比較的軟質の材料、特にナイロン６６又はナイロン６１２で形成された絶縁ディスク１５０により、ハウジング７０の周縁部７２をディスク１５０の周縁部１５５に、タルクで充填したポリプロピレン等の充填ポリマー材料を使用した場合に必要とされるよりも全体に小さな力でクリンプ止めすることができる。これにより、非常に小径のＡＡＡＡ電池１００を容易に且つ確実に密封することが確認された。ナイロン６１２は、水分を更に良好に吸収し、耐薬品性に優れ、且つ割れが生じ難いため、絶縁ディスク１５０について更に好ましい材料である。絶縁ディスク１５０の直径は電池ハウジング７０の内径に対応する。ＡＡＡサイズ以下の電池について、絶縁ディスク１５０の直径は１０ｍｍ以下であり、代表的には約７ｍｍ〜９ｍｍである。詳細には、ＡＡＡサイズの電池については、絶縁ディスク１５０の直径は約７．６ｍｍ〜８．２ｍｍであり、全体としての厚さは約３ｍｍ〜５ｍｍであり、好ましくは約４ｍｍである。
【００２１】
ハウジング７０は、好ましくは、ニッケルメッキされた鋼である。電流コレクタ８０は、電流コレクタ材料として有用であることがわかっている様々な周知の導電性金属、例えば真鍮、錫メッキした真鍮、青銅、銅、又はインジウムメッキした真鍮から選択することができる。絶縁ディスク１５０とハウジング７０との間の密封性を高めるため、アスファルトをベースとしたシーラント、例えばビチューメン及び適当な芳香族溶剤、例えばトルエン等の従来の耐水性シールペーストを塗布する。シールペーストは、絶縁部ディスク１５０をハウジング７０の開放端部に挿入する前に、絶縁ディスク１５０の周縁部１５５の外壁に、又はハウジング７０の内面に塗布することができる。電流コレクタ８０を穴９０に挿入する前に、穴９０を形成する壁又は電流コレクタ８０の外面に同じシーラントを塗布することもできる。
【００２２】
上述した実施の形態では、絶縁ディスク１５０がナイロン６６又はナイロン６１２で形成されている場合、円形の可破性膜１５２は、直径が、望ましくは、約１ｍｍ〜２ｍｍであり、厚さが約０．０３ｍｍ〜０．２ｍｍであるとよい。このような範囲により、電池の内部ガス圧が約３．４５×１０^６ Ｐａ〜１３．８×１０^６ Ｐａ（約５００ｐｓｉｇ〜２０００ｐｓｉｇ）のレベルに達したとき、膜１５２を破ることができる。（破れが起こる圧力は、膜の厚さが厚くなれば高くなり、膜の直径が大きくなれば低くなる）。好ましい実施の形態では、膜１５２は円形（図２参照）であり、厚さが約０．０８ｍｍであり、直径が約１．５ｍｍである。このような設計では、膜１５２は、小径の電池の内部圧力が約７．５×１０^６ Ｐａ（１１００ｐｓｉｇ）に達したときに破れる。所望レベルの内部圧力で破れるようにする上で、絶縁ディスク１５０には単一の可破性膜１５２を設ければ十分であると考えられる。しかしながら、絶縁ディスク１５０には、所望レベルの電池圧力で確実に破れるようにする追加の安全装置として複数の独立した可破性膜を設けることができるということは理解されよう。
【００２３】
本発明のアッセンブリ（図１乃至図４）と従来技術のアッセンブリ（図５）との比較
小径のアルカリ電池用の従来技術の端部キャップアッセンブリを図５に示す。これは米国特許第６，０２５，０９０号に更に詳細に論じられている。このような従来技術の端部キャップアッセンブリを以下に論じる。これは、このような従来技術のアッセンブリに対する改良を提供する本発明の端部端子アッセンブリ１０（図１乃至図４）の特徴を更によく例示するためである。図５に示す従来技術のアッセンブリ１０には、下側に絶縁ワッシャ１３０を備えた別体の端部キャップ２００が設けられている。絶縁ワッシャは、電池ハウジングの周縁部７２とキャップ２００との間に配置される。従来技術の図５に示す電流コレクタ８０のヘッド８５は、端部キャップ２００の平らな中央部分２０５の底面に溶接できる。電池内のガス圧が所定レベルに達したとき、シール１５０に設けられた一体の膜が破れ、ガスを環境に逃がすことができる。絶縁ワッシャ１３０は、代表的には、プラスチック部でコーティングした紙、例えばポリエチレンでコーティングした紙又は厚紙である。端部キャップ２００（図５参照）は、機械的強度及び耐蝕性に優れたニッケルでメッキした冷間圧延鋼又はステンレス鋼等の導電性金属でできている。従来技術の端子端部キャップ２００は、代表的には、従来技術の図５に示すように平らな中央部分２０５を持ち、ここから下方に段状の平らな環状の縁部２３０が延びる「帽子形状の」導電性金属である。上述したように、図１乃至図４に示す本発明の端部端子アッセンブリ１０は、別体の端部キャップ２００の必要性をなくし、更に別体の絶縁ワッシャ１３０の必要性をなくす。本発明の端部端子アッセンブリ１０（図１乃至図４参照）は、本発明の盛り上がったボス１５１が広幅であるため、中央区分キャビティ７９ａ（図１参照）が従来技術の実施の形態（図５参照）に示されているよりも狭幅になるという改良を提供する。これにより一つの電池のヘッド８５が、貯蔵中に電池が混じり合ったりコンベアベース上で整列したときに別の電池のヘッドと相互に係止しないようにする。
【００２４】
本発明を特定の実施の形態に関して説明したが、本発明の概念内で変更が可能であるということは理解されるべきである。従って、本発明は、本明細書中に説明した特定の実施の形態に限定されず、特許請求の範囲及びその均等物によって定義される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】小径のアルカリ電池の開放端部をシールするための、本発明の端部端子アッセンブリの特定の実施の形態を示す断面図である。
【図２】図１に示す端部端子アッセンブリを示す平面図である。
【図３】図１に示す端部端子アッセンブリを示す分解図である。
【図４】図１に示す端部キャップアッセンブリを挿入した小径のアルカリ電池を示す斜視図である。
【図５】小径のアルカリ電池に用いられる従来技術の端部キャップアッセンブリを示す断面図である。

Claims (38)

1. 電気化学的アルカリ電池であって、開放端部を持つ円筒形電池ハウジングと、このハウジングに挿入されてこのハウジングを閉鎖する端部シールアッセンブリとを備え、前記電池は正極端子及び負極端子を有し、前記端部シールアッセンブリは、細長い導電性電流コレクタが貫通した電気絶縁シールディスクを含み、この絶縁シールディスクは、前記ハウジングの開放端部を密封するとともに、前記電流コレクタと前記ハウジングとの間を電気的に絶縁し、前記ハウジングの縁部は、前記絶縁シールディスクの周縁部にクリンプ止めされてクリンプ線に沿って電池肩部を形成する電気化学的電池において、
   前記端部シールアッセンブリは、一部が前記ハウジングの開放端部から突出した中央ボスを一体に備えた絶縁シールディスクと、前記ボスを貫通するとともに、一部が前記ボスから突出して前記負極端子を形成する細長い電流コレクタとを含み、前記絶縁シールディスクの少なくとも一部が前記電池ハウジング内にあり、前記盛り上がった中央ボスの幅は前記電池ハウジングの直径の少なくとも約６０％である、電気化学的電池。
2. 前記ボスの直径は前記電池ハウジングの直径の約６０％〜９０％である、請求項１に記載の電気化学的電池。
3. 前記ボスの直径は前記電池ハウジングの直径の約７０％〜９０％である、請求項１に記載の電気化学的電池。
4. 前記ボスは円筒形であり、前記電池の外部環境に面する頂面を有している、請求項１に記載の電気化学的電池。
5. 前記ボスは凹所をなしたポケットをその頂面に有し、前記電流コレクタは、細長い本体を有するとともに、フランジをなしたヘッドがその一端に設けられ、このヘッドは前記凹所をなしたポケット内に着座し、前記細長い本体は前記電池の内部に突出している、請求項４に記載の電気化学的電池。
6. 前記円筒形電池ハウジングはＡＡＡＡ（ＬＰ６１）サイズであり、前記端部シールアッセンブリは、前記電池ハウジングの開放端部のいずれの部分にも金属製ディスクを含まない、請求項２に記載の電気化学的電池。
7. 前記シールディスクは、前記ボスから半径方向に延びる中央区分領域と、前記ハウジングの開放端部の内面に当接する外面を持つ周縁部とを有する、請求項２に記載の電気化学的電池。
8. 前記中央区分領域は、前記電池の外部環境に面する頂面と、前記電池の内部に面する底面とを有する、請求項７に記載の電気化学的電池。
9. 前記中央区分領域は、その頂面にキャビティを有し、このキャビティは前記ボスの前記外面と前記周縁部との間に配置されている、請求項８に記載の電気化学的電池。
10. 前記キャビティは環状体を形成する、請求項９に記載の電気化学的電池。
11. 前記キャビティの幅は前記電池ハウジングの直径の約１０％〜４０％である、請求項９に記載の電気化学的電池。
12. 前記絶縁シールディスクは、前記中央区分領域内に配置された一体の可破性膜を含み、この膜は前記電池内のガス圧が所定レベルを越えたときに破れる、請求項７に記載の電気化学的電池。
13. 前記可破性膜部分は前記中央区分領域の一部内にアイランドを形成する、請求項１２に記載の電気化学的電池。
14. 前記可破性膜は円形又は楕円形の形体を有する、請求項１３に記載の電気化学的電池。
15. 前記可破性膜は多角形の形体を有する、請求項１３に記載の電気化学的電池。
16. 前記端部シールアッセンブリは、前記絶縁シールディスクの前記周縁部と前記ハウジングとの間に、ビチューメン材料を含むシーラント材料を更に含む、請求項７に記載の電気化学的電池。
17. 前記ハウジングはその表面に周囲窪みを有し、前記絶縁シールディスクの前記周縁部が前記窪みに載る、請求項７に記載の電気化学的電池。
18. 前記ハウジングの開放端部の一部が前記絶縁シールディスクの前記周縁部に対して半径方向に押し付けられる、請求項７に記載の電気化学的電池。
19. 前記電流コレクタの前記ヘッドが前記ボスから突出し、前記電池の前記負極端子を形成する、請求項２に記載の電気化学的電池。
20. 前記電池は、前記電流コレクタと電気的に導通した端部キャップを含まない、請求項２に記載の電気化学的電池。
21. 前記電池は、前記電池ハウジングの前記クリンプ止めされた縁部に着座した絶縁ワッシャを含まない、請求項２に記載の電気化学的電池。
22. 前記絶縁シールディスクはナイロン６６で形成されている、請求項２に記載の電気化学的電池。
23. 前記絶縁シールディスクはナイロン６１２で形成されている、請求項２に記載の電気化学的電池。
24. 前記ＡＡＡＡ（ＬＰ６１）の電池ハウジングの外径は約７．７ｍｍ〜８．３ｍｍである、請求項６に記載の電気化学的電池。
25. 前記絶縁シールディスクの全体としての厚さは約３ｍｍ〜５ｍｍであり、その直径が約７．６ｍｍ〜８．２ｍｍである、請求項６に記載の電気化学的電池。
26. 前記絶縁シールディスク内の前記可破性膜の厚さは約０．０３ｍｍ〜０．２ｍｍである、請求項１２に記載の電気化学的電池。
27. 直径が７ｍｍ〜１０ｍｍの小径の電気化学的アルカリ電池であって、開放端部を持つ円筒形電池ハウジングと、このハウジングに挿入されてこのハウジングを閉鎖する端部シールアッセンブリとを備え、前記電池は、正極端子及び負極端子と、可破性膜を持つ電気絶縁シールディスクとを含み、この絶縁シールディスクを細長い導電性電流コレクタが貫通し、前記絶縁シールディスクは、前記ハウジングの開放端部を密封するとともに、前記電流コレクタと前記ハウジングとの間を電気的に絶縁し、前記ハウジングの縁部は、前記絶縁シールディスクの周縁部にクリンプ止めされてクリンプ線に沿って電池肩部を形成する電気化学的電池において、
    前記端部シールアッセンブリは、一体の中央ボスを備えた絶縁シールディスクを含み、前記ボスの一部が前記ハウジングの開放端部から突出しており、細長い電流コレクタが前記ボスを貫通しており、前記電流コレクタの一部が前記ボスから突出して前記負極端子を形成し、前記絶縁シールディスクの少なくとも一部が前記電池ハウジング内にあり、前記盛り上がった中央ボスの幅は前記電池ハウジングの直径の少なくとも約６０％である、電気化学的電池。
28. 前記ボスの直径は前記電池ハウジングの内径の約７０％〜９０％である、請求項２７に記載の電気化学的電池。
29. 前記アルカリ電池ハウジングの直径は約７ｍｍ〜９ｍｍである、請求項２７に記載の電気化学的電池。
30. 前記電池ハウジングはＡＡＡＡ（ＬＰ６１）サイズであり、その外径が約７．７ｍｍ〜８．３ｍｍである、請求項２７に記載の電気化学的電池。
31. 前記円筒形電池ハウジングはＡＡＡＡ（ＬＰ６１）サイズであり、前記端部シールアッセンブリは、前記電池ハウジングの開放端部のいずれの部分にも金属製ディスクを含まない、請求項２７に記載の電気化学的電池。
32. 前記電池は、前記電流コレクタと電気的に導通した端部キャップを含まない、請求項２７に記載の電気化学的電池。
33. 前記電池は、前記電池ハウジングの前記クリンプ止めされた縁部に着座した絶縁ワッシャを含まない、請求項２７に記載の電気化学的電池。
34. 前記絶縁シールディスクはナイロン６６で形成されている、請求項２７に記載の電気化学的電池。
35. 前記絶縁シールディスクはナイロン６１２で形成されている、請求項２７に記載の電気化学的電池。
36. 前記絶縁シールディスクの全体としての厚さは約３ｍｍ〜５ｍｍである、請求項２７に記載の電気化学的電池。
37. 前記絶縁シールディスクは、厚さが約０．０３ｍｍ〜０．２ｍｍの一体の可破性膜を有する、請求項２７に記載の電気化学的電池。
38. 前記ハウジングはその表面に周囲窪みを有し、前記絶縁シールディスクの前記周縁部の一部が前記窪みに載る、請求項２７に記載の電気化学的電池。

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