(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温遮蔽を有する流体調節システムであって、
流体の通過速度を調整するためのバルブと、
前記バルブを開放するための第１の形状記憶合金構成要素及び該バルブを閉鎖するための第２の形状記憶合金構成要素を含む、該バルブを作動するためのアクチュエータと、
前記第１及び第２の形状記憶合金構成要素に電流を通過させる制御信号を供給することによって該形状記憶合金構成要素を加熱させる制御回路と、
を含み、
前記第１の形状記憶合金構成要素は、第１の温度で前記バルブを作動し、前記第２の形状記憶合金構成要素は、第２の温度で該バルブを作動し、
前記第１の温度は、前記第２の形状記憶合金構成要素が、前記第２の温度に到達すると前記バルブを閉鎖するように、該第２の温度よりも高く、
前記第２の温度は、４５℃よりも高い、
ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記第２の温度は、少なくとも６０℃であることを特徴とする請求項１に記載の流体調節システム。
【請求項３】
前記第１及び第２の形状記憶合金構成要素の各々は、電流に応答して前記バルブを作動することを特徴とする請求項１に記載の流体調節システム。
【請求項４】
前記第１及び第２の形状記憶合金構成要素の各々は、形状記憶合金を含むワイヤを含むことを特徴とする請求項１に記載の流体調節システム。
【請求項５】
前記第１及び第２の形状記憶合金構成要素の各々は、形状記憶合金を含む複数のワイヤを含むことを特徴とする請求項１に記載の流体調節システム。
【請求項６】
前記バルブは、第１のプレート及び第２のプレートを含み、
前記アクチュエータは、前記第２のプレートに対して前記第１のプレートを移動する、  ことを特徴とする請求項１に記載の流体調節システム。
【請求項７】
前記第１及び第２のプレートの各々は、実質的に平面であることを特徴とする請求項６に記載の流体調節システム。
【請求項８】
前記第１のプレートは、移動可能プレートを含み、前記第２のプレートは、固定プレートを含み、
前記アクチュエータは、前記移動可能プレートを移動する、
ことを特徴とする請求項６に記載の流体調節システム。
【請求項９】
前記第２の形状記憶合金構成要素は、前記第１の形状記憶合金構成要素によって発生される作動力よりも大きい作動力を発生するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の流体調節システム。
【請求項１０】
前記第１の形状記憶合金構成要素は、第１の直径を有し、前記第２の形状記憶合金は、第２の直径を有し、
前記第２の直径は、前記第２の形状記憶合金構成要素が、前記第１の形状記憶合金構成要素の作動力よりも大きい作動力を発生するように、前記第１の直径よりも大きい、
ことを特徴とする請求項１に記載の流体調節システム。
【請求項１１】
高温流体調節遮断バルブを有するバッテリであって、
流体がセル内に通過するための１つ又はそれよりも多くの流体浸入ポートを含むセルハウジング、
前記セルハウジング内に配置された第１の流体消費電極、及び
前記セルハウジング内に配置された第２の電極、
を含む少なくとも１つの流体消費セルと、
請求項１に記載の流体調節システムと、
を含むことを特徴とするバッテリ。
【請求項１２】
前記バルブは、第１のプレート及び第２のプレートを含み、
前記アクチュエータは、前記第２のプレートに対して前記第１のプレートを移動し、該第１及び第２のプレートの各々は、実質的に平面であり、前記バルブは、固定プレート及び移動可能プレートを含み、該アクチュエータは、該移動可能プレートを移動し、該固定プレートは、１つ又はそれよりも多くの流体浸入ポートを含む前記セルハウジングの一部である、
ことを特徴とする請求項１１に記載のバッテリ。
【請求項１３】
前記第２の形状記憶合金構成要素は、電流に応答して前記第２の温度で前記バルブを作動して該バルブを閉鎖することを特徴とする請求項１１に記載のバッテリ。
【請求項１４】
前記第２の形状記憶合金構成要素は、更に、周囲環境の温度が前記第２の温度に到達すると前記バルブを閉鎖することを特徴とする請求項１３に記載のバッテリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体消費電極を備えた電気化学バッテリ及びセルに出入りする気体のような流体の流入速度を制御するための流体調節システムに関し、かつこのような流体調節システムを用いるバッテリ及びセル、特に、空気減極、空気補助、及び燃料セル及びバッテリに関する。
【背景技術】
【０００２】
空気減極、空気補助、及び燃料セルのバッテリセルのような電気エネルギを生成するための活物質としてセルの外部からの酸素及び他の気体のような流体を用いる電気化学バッテリセルは、様々な携帯用電子装置に電力を供給するのに用いることができる。例えば、空気は、空気減極又は空気補助セルに入り、そこで、正の電極活物質として用いられるか又はそれを再充電することができる。酸素還元電極は、酸素とセル電解質との反応を促進し、最終的に、酸素で負の電極活物質の酸化を促進する。酸素と電解質の反応を促進する酸素還元電極の材料は、触媒と呼ぶことが多い。しかし、酸素還元電極に用いられる一部の材料は、特に比較的高速放電期間中に少なくとも部分的に還元される可能性があるために、真の触媒ではない。
【０００３】
空気減極セルの種類の１つは、亜鉛／空気セルである。この種類のセルは、負電極活物質として亜鉛を用い、かつ水性アルカリ（例えば、ＫＯＨ）電解質を有する。亜鉛／空気セルの空気において用いることができる酸化マンガンは、特に、空気電極中への酸素の拡散速度が不十分である場合は、負電極活物質の酸化と呼応して電気化学還元することができる。次に、これらの酸化マンガンは、特に放電速度が低いか又は停止の期間中に酸素により再酸化することができる。
【０００４】
空気補助セルは、消費可能な正及び負電極活物質、並びに酸素還元電極を収容する混成セルである。正電極は、相当な期間にわたって高放電率を維持することができるが、酸素還元電極を通して、酸素は、低又は非放電期間中に部分的に正電極を再充電することができ、従って、酸素は、全セル放電容量の実質的な部分に用いることができる。これは、セルに入れられる正電極活物質の量を低減することができ、負電極活物質の量を増大させて全セル容量を増大させることができることを意味する。空気補助セルの例は、本出願人に譲渡された米国特許第６、３８３、６７４号及び第５、０７９、１０６号に開示されている。
【０００５】
空気減極、空気補助、燃料セルの利点は、電極のうちの少なくとも１つの電極の活物質の少なくとも一部分が、セルの外部からの流体（例えば、気体）由来であるか又はその流体により再生されるために、エネルギ密度が高いことである。
【０００６】
これらのセルの欠点は、可能な最大放電率が、酸素が酸素還元電極に流入する速度により制限される可能性があることである。従来、酸素還元電極に酸素が流入する速度を増大させる努力、及び／又は無駄な反応を引き起こす可能性がある二酸化炭素のような望ましくない気体の流入速度及び増大した放電反応生成物の容積を収容するか又はセルを乾燥させることが意図されるセルの空隙空間を満たす可能性がある水の流入速度又は喪失速度（セル外部及び内部の相対水蒸気分圧による）をそれぞれ制御する努力が為されてきた。これらの手法の例は、米国特許第６、５５８、８２８号、米国特許第６、４９２、０４６号、米国特許第５、７９５、６６７号、米国特許第５、７３３、６７６号、米国特許公開第２００２／０１５０８１４号、及び国際特許公開番号ＷＯ０２／３５６４１に見出すことができる。しかし、これらの気体の１つの拡散速度を変化させると、一般的に、他の気体にも影響が生じる。高い酸素拡散速度、及び低いＣＯ2及び水拡散速度に対する必要性の均衡を取る努力が為される場合でも、限られた成功しか得られていない。
【０００７】
放電速度が大きい時には、十分な酸素を酸素還元電極に取り込むことが重要であるが、放電速度が小さい期間及びセルが使用されていない期間には、ＣＯ2及び水拡散を最小にすることの重要性が高まる。高速放電の期間だけにセルへの空気流を増大させるために、ファンを用いて空気をセルに強制的に取り込んできたが（例えば、米国特許第６、５００、５７５号）、そのファン及び制御により、製造コスト及び複雑さが増大し、ファンは、マイクロファンであっても、個々のセル、複数のセルバッテリパック、及び装置内で貴重な容積を占める可能性がある。
【０００８】
提唱されている別の方法は、セルに流入する空気の量を制御するためにバルブを用いることであるが（例えば、米国特許第６、６４１、９４７号及び米国特許公開第２００３／０１８６０９９号）、このバルブを作動するには、ファン及び／又は比較的複雑な電子機器のような外部手段が必要である可能性がある。
【０００９】
更に別の方法は、酸素還元電極と外部環境の間に、例えば、バッテリが放電する時の酸素の消費による空気圧の差により開閉することができるフラップを有する水不透過性膜を用いることである（例えば、米国特許公開第２００３／００４９５０８号）。しかし、圧力差は、小さいことがあり、バッテリ外部の環境条件により影響を受ける可能性がある。
【００１０】
本出願人に譲渡された米国特許公開第２００５／０１３６３２１号は、アクチュエータにわたって印加される電位の変化に応答してバルブを開閉するアクチュエータにより作動されるバルブを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第６、３８３、６７４号
【特許文献２】米国特許第５、０７９、１０６号
【特許文献３】米国特許第６、５５８、８２８号
【特許文献４】米国特許第６、４９２、０４６号
【特許文献５】米国特許第５、７９５、６６７号
【特許文献６】米国特許第５、７３３、６７６号
【特許文献７】米国特許公開第２００２／０１５０８１４号
【特許文献８】国際特許公開番号ＷＯ０２／３５６４１
【特許文献９】米国特許第６、５００、５７５号
【特許文献１０】米国特許第６、６４１、９４７号
【特許文献１１】米国特許公開第２００３／０１８６０９９号
【特許文献１２】米国特許公開第２００３／００４９５０８号
【特許文献１３】米国特許公開第２００５／０１３６３２１号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の１つの態様により、高温流体調節遮断バルブを有するバッテリを提供する。バッテリは、セル内への流体の通過ための１つ又はそれよりも多くの流体流入ポートを含むセルハウジング、セルハウジング内に配置される第１の流体消費電極、及びセルハウジング内に配置される第２の電極を含む少なくとも１つの流体消費セルと、流体調節システムとを含む。流体調節システムは、流体消費電極内への流体の通過速度を調整するためのバルブと、バルブを作動するためのアクチュエータとを含む。アクチュエータは、バルブを開放するための第１の形状記憶合金構成要素と、バルブを閉鎖するための第２の形状記憶合金構成要素とを含む。第１の形状記憶合金構成要素は、バルブを開放する第１の温度でバルブを作動し、第２の形状記憶合金構成要素は、バルブを閉鎖する第２の温度でバルブを作動する。第２の温度は、第１の温度より低いために、第２の温度に到達すると、第２の形状記憶合金構成要素がバルブを閉鎖する。
【００１３】
本発明の別の態様により、高温遮蔽を有する流体調節システムを提供する。システムは、バルブを作動させるためのアクチュエータで流体の通過速度を調整するためのバルブを含む。アクチュエータは、バルブを開放するための第１の形状記憶合金構成要素と、バルブを閉鎖するための第２の形状記憶合金とを含む。第１の形状記憶合金構成要素は、第１の温度でバルブを作動し、第２の形状記憶合金構成要素は、第２の温度でバルブを作動する。第１の温度は、第２の温度より高いために、第２の温度に到達すると第２の形状記憶合金構成要素がバルブを閉鎖する。
【００１４】
本発明の更に別の態様により、高温流体調節遮断バルブを有するバッテリを提供する。バッテリは、流体がセル内に通過するための１つ又はそれよりも多くの流体流入ポートを含むセルハウジング及びセルハウジング内に配置された流体消費電極を含む少なくとも１つの流体消費セルと、流体が流体消費電極内に通過する速度を調節するためのバルブ及びバルブを作動するためのアクチュエータを含む流体調節システムとを含む高温流体調節遮断バルブを含み、アクチュエータは、バルブを閉鎖するための第１の形状記憶合金構成要素を含み、第１の形状記憶合金構成要素は、第１の温度でバルブを閉鎖するようにバルブを作動し、第１の形状記憶合金構成要素は、周囲環境温度が第１の温度に到達するとバルブを閉鎖する。
【００１５】
本発明の更に別の態様により、バッテリの流体消費電極内への流体の通過を制御する方法を提供する。本方法は、流体が流体消費電極内に通過する速度を調整するためのバルブを準備する段階と、バルブを作動するためのアクチュエータを準備する段階とを含む。アクチュエータは、バルブを開放するための第１の形状記憶合金構成要素と、バルブを閉鎖するための第２の形状記憶合金とを含む。本方法はまた、第１の形状記憶合金構成要素に電流を印加し、第１の形状記憶合金構成要素を加熱してバルブを開放する段階と、第２の形状記憶合金構成要素に電流を印加し、第２の形状記憶合金構成要素を加熱してバルブを閉鎖する段階とを含む。本方法は、第１の形状記憶合金構成要素を第１の温度でバルブを開放するように、かつ第２の形状記憶合金構成要素を第２の温度でバルブを閉鎖するように構成する段階を更に含み、第２の温度は、第２の温度に到達するとバルブが閉鎖するように第１の温度よりも低い。
【００１６】
本発明のこれら及び他の特徴、利点、及び目的は、以下の明細書、特許請求の範囲、及び添付の図面を参照すると、当業者によって更に理解され、かつ認められるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に従って構成されたバッテリの上部を示すバッテリの斜視図である。
【図２】図１に示すバッテリの底部を示すバッテリの斜視図である。
【図３】バッテリに用いられる流体調節システムを形成する構成要素と共にバッテリの底部を示す分解斜視図である。
【図４】図１及び図１７に示すバッテリに有用な流体調節システムの第１の構成の斜視図である。
【図５Ａ】開放位置の流体調節システムのバルブを示す部分断面図である。
【図５Ｂ】閉鎖位置の流体調節システムのバルブを示す部分断面図である。
【図６】図１及び図１７のバッテリに有用な流体調節システムの代替構成の斜視図である。
【図７】本発明と用いるための第１の代替アクチュエータ構成の概略図である。
【図８】本発明に有用なアクチュエータのための別の代替構成の図である。
【図９】別のアクチュエータ構成及び本発明に有用なオーバーモールドされたシャーシを用いる流体調節システムの上面図である。
【図９Ａ】本発明の別の実施形態に従って単一のピンと共にアクチュエータを用いる流体調節システムの上面図である。
【図９Ｂ】交互ピンアクチュエータアセンブリを用いる流体調節システムの上面図である。
【図１０Ａ】本発明に用いるようなバルブを含むバッテリの一部分の断面図である。
【図１０Ｂ】本発明に用いるようなバルブを含むバッテリの一部分の断面図である。
【図１１】本発明の様々な実施形態に用いることができる流体調節システムの代替構成の図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態の様々なバッテリの分解斜視図である。
【図１３】図１２に示す代替バッテリ構成の１つの可能な実施の部分断面図である。
【図１４】図１２に示す代替バッテリ構成の別の可能な構成の図である。
【図１５】本発明の第１の実施形態の異なる構成を示す部分断面図である。
【図１６】本発明の第１の実施形態の更に別の可能な実施の部分断面図である。
【図１７】本発明により構成されたバッテリの第２の実施形態の分解斜視図である。
【図１８】図１７に示すバッテリの部分断面図である。
【図１９】本発明の第１又は第２の実施形態のいずれかと用いることができる電気接触タブの詳細を示す断面図である。
【図２０】本発明の第２の実施形態によるバッテリの代替構成を示す部分断面図である。
【図２１】図２０に示す構成に用いることができる修正缶の部分斜視図である。
【図２２】図２０の構成に用いることができるガスケットの部分斜視図である。
【図２３】図２２に示すガスケットの一部分の断面図である。
【図２４】本発明の第３の実施形態に従って構成されたバッテリに用いることができるガスケット及びカバーの分解斜視図である。
【図２５】本発明の第４の実施形態に従って構成されたバッテリの断面図である。
【図２６】本発明の第５の実施形態に従って構成されたバッテリの断面図である。
【図２７】バルブが閉鎖された位置の図２６に示すバッテリの一部分の部分断面図である。
【図２８】図２６に示すバッテリに有用なバルブ部材の斜視図である。
【図２９】流体調節システムアクチュエータ及び制御回路が示されていない本発明の第６の実施形態によるバッテリの分解斜視図である。
【図３０】右側から見た図２９に示すバッテリの流体調節システムの断面図である。
【図３１】本発明の第７の実施形態による流体調節システムの断面図である。
【図３２】本発明の実施形態による流体調節システムの一部分の分解部分斜視図である。
【図３３Ａ】制御回路の一部分の概略図を含む閉じた位置のバルブの実施形態の上面図である。
【図３３Ｂ】図３３Ａに示すバルブの実施形態であるが、バルブが開いた位置にある上面図である。
【図３３Ｃ】図３３Ｂに示すバルブの実施形態であるが、アクチュエータが伸長した状態の上面図である。
【図３３Ｄ】図３３Ａに示すバルブの実施形態であるが、両方のアクチュエータが収縮した状態の上面図である。
【図３４】本発明の実施形態による流体調節システムの一部分の上面図である。
【図３５】コネクタに締結されたＳＭＡワイヤの斜視図である。
【図３６】本発明の別の実施形態に従い摺動電気接点を有するピボット回転レバーを用いる流体調節システムの部分斜視図である。
【図３７】レバー及び摺動接点を示す図３６に示す流体調節システムの一部分の上面図である。
【図３８】別の実施形態による代替電気接続を有するピボット回転レバーを用いる流体調節システムの部分斜視図である。
【図３９】本発明の実施形態による回転レバーを用いる流体調節システムの分解斜視図である。
【図４０】開放バルブ位置で示される図３９の流体調節システムの上面図である。
【図４１】閉鎖バルブ位置で示される図３９の流体調節システムの上面図である。
【図４２】別の実施形態に従い可撓性ヒンジの周りでピボット回転するレバーを用いる流体調節システムの分解斜視図である。
【図４３】開放バルブ位置で示される図４２の流体調節システムの上面図である。
【図４４】閉鎖バルブ位置で示される図４２の流体調節システムの上面図である。
【図４５】一実施形態に従い受動閉鎖アクチュエータを用いる流体調節システムの上面図である。
【図４６】別の実施形態に従いシャーシに設けられた圧力開放流体経路を備えた流体調節システムを有するバッテリの斜視図である。
【図４７】図４６に示されている圧力開放経路を備えた流体調節システムを有するバッテリの分解斜視図である。
【図４８】図４６の線ＸＬＶＩＩＩ〜ＸＬＶＩＩＩを通るバッテリ及び流体調節システムの断面図である。
【図４９】蛇行流体通路を形成するバッフルを更に示す図４７の線ＸＬＩＸ〜ＸＬＩＸを通るシャーシの断面図である。
【図５０】別の実施形態に従い圧力除去流体経路を備えた流体調節システムを有するバッテリの分解斜視図である。
【図５１】別の実施形態に従い閉鎖バルブ位置で示される回転移動プレートを用いる流体調節システムの斜視図である。
【図５２】開放バルブ位置で示される図５１の流体調節システムの斜視図である。
【図５３】更に別の実施形態に従い開放バルブ位置で回転移動プレートを用いる流体調節システムの上面図である。
【図５４】閉鎖バルブ位置で示される図５３の流体調節システムの上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施形態は、電極のうちの１つの電極のための活物質としてセルの外部からの流体を用いる（例えば、酸素又は他の気体）電気化学セルを含むバッテリを含む。セルは、酸素還元電極のような流体消費電極を有する。セルは、空気減極セル、空気補助セル、又は燃料セルとすることができる。更に、バッテリは、低速又は非放電期間中に流体消費電極に流入する流体とセルに入る水獲得又はセルからの水損失とを最小にしながら、高速又は高電力でセルを放電するのに十分な量の流体をセルの外部から供給するように、流体の流体消費電極（例えば、空気減極及び空気補助セルの空気電極）までの通過速度を調整するための流体調節システムも有する。
【００１９】
好ましくは、流体調節システムは、セル電位を変化させるために高速応答し、サイクル寿命が長く、放電時にセル電圧範囲に良好に適合する低作動電圧を有し、効率が良いことになる。更に、調節システムは、好ましくは、低透過性で、閉鎖位置で流体を管理し、セル内の活性流体の必要性に応じて開閉し、非常に少量の全セル放電容量しか必要でなく、小容量であり、製造することが容易で廉価であり、セル内又はセル上に組み込まれることになる。
【００２０】
本明細書で用いる場合、特に指摘しない限り、「流体」という用語は、セルが電気エネルギを生成する時に流体消費セルの流体消費電極が消費することができる流体を意味する。本発明は、酸素還元電極を備えた空気減極セルにより以下に例示するが、本発明は、更に一般的には、燃料セルのような他の種類の流体消費電極を有する流体消費セルに用いることができる。燃料セルは、セル電極の一方又は両方の活物質としてセルハウジングの外部からの様々な気体を用いることができる。
【００２１】
図１〜図３に関して以下に更に説明するように、本発明により構成されたバッテリ１０は、流体消費セル２０及び流体調節システム５０を含む。流体調節システム５０は、流体消費セル２０の流体消費電極への流体の流れを調節する。空気減極セルでは、流体調節システムは、流体消費セル２０のセルハウジング３０の内部及び外部及び酸素還元電極の空気側（すなわち、セルハウジングの外部からの空気に到達することができる酸素還元電極の表面又はその一部）に配置される。
【００２２】
図１〜図３には、本発明により構成されたバッテリ１０の第１の実施形態が示されている。図示のように、流体消費セル２０（この場合空気減極セル）は、それぞれ缶３４及びカバー３６を含むことができるか、そうでなければ缶又はカバーと見なされることになるものと異なる形状又は大きさを有することができる第１のハウジング構成要素及び第２のハウジング構成要素を含むセルハウジング３０を含む。例示的に、第１のハウジング構成要素は、以降、缶３４と呼び、第２のハウジング構成要素は、以降、カバー３６と呼ぶ。缶３４及びカバー３６は、両方とも導電材料で作られるが、ガスケット３８により互いに電気的に分離される（図１３）。缶３４は、一般的に、流体消費セル２０の外部正接触端子として働き、カバー３６は、外部負接触端子として働く。以下に更に説明するように、セル２０は、流体消費電極又は空気電極とすることができる第１の電極４０、負電極（すなわち、アノード）とすることができる第２の電極４２、及び第１及び第２の電極の間に配置されたセパレータ４４（図１３参照）を更に含む。第１の電極４０は、缶３４に電気的に連結されることが好ましく、第２の電極４２は、カバー３６に電気的に連結することが好ましい。
【００２３】
缶３４は、流体が流体消費電極４０に到達するためにセルハウジング３０の内部を通過することができるように（図１３参照）複数の流体流入ポート３２が設けられる底面３５を含む。
【００２４】
図１〜図３に示す実施形態では、流体調節システム５０は、缶３４の底面３５の外面に固定される。流体調節システム５０をセル２０の外面に取り付けることができる特定の方式は、以下で更に説明する。更に、流体調節システム５０が流体消費セル２０の内部に組み込まれる別の実施形態が以下に記載される。
【００２５】
この特定的な実施形態による流体調節システム５０は、複数の開口６４（流体流入ポート３２に対応することもある）を有する第１のプレート６２（缶３４の底面３５に対応することもある）と、大きさ、形状、数、及び位置が第１のプレート６２に形成された開口６４に対応する複数の開口６８を含む移動可能な第２のプレート６６とを含むバルブ６０を含むことができる。開口６４及び６８の大きさ、形状、数、及び位置は、流体消費電極に付加される流体を望ましい容積及び分布とするために最適化されることが好ましい。開口６４の大きさ、形状、数及び相対位置は、開口６８の大きさ、形状、数及び相対位置と同じである必要はない。例えば、開口６４の形状が開口６８と僅かに異なる場合には、プレート６２及び６６を通る全開放面積を最大にするのに開口６４及び６８の正確なアラインメントは必ずしも必要ではない。
【００２６】
流体調節システム５０は、第２のプレート６６が配置される開口部７４を備えた環状本体部分７２を有するシャーシ７０を更に含むことができる。開口部７４は、好ましくは、プレート６６が最も長い寸法に平行な軸線に沿って直線状に摺ることができるようにプレート６６の短い方の片に過剰な空間を設けながらプレート６６の細長い側縁に接触する形状及び大きさにされる。従って、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、第２のプレート６６の開口６８は、第１のプレート６２の開口６４とのアラインメントに及びそれから外れるように移動することができ、それによってバルブ６０を開閉することができる。シャーシは、以下に更に説明するように、第２のプレート６６を第１のプレート６２を誘導し、場合によっては隣接して保持するように構成されることが好ましい。図５Ａ及び図５Ｂに示すように、オイル又はＴＥＦＬＯＮ（登録商標）で作られた潤滑層６９をプレート６２と６６の間に配置し、第２のプレート６６がプレート６２の表面に沿って更に容易に摺ることを可能にすることができる。従って、潤滑層６９により、バルブは、アクチュエータの力をあまり必要とせずに開閉することができる。更に、プレート６２及び６６の表面を良好に密封するように十分に滑らかにするのは困難であるので、他の方法で表面を滑らかにするためにプレートに複雑で高価な機構部分を必要とすることなく、潤滑流体６９を用いてバルブの密封特性を改善することができる。第２のプレート６６は、一般的に冷蔵庫に設けられるガスケットに用いられるような磁性材料で作ることができる。磁気プレート６６を用いることにより、シャーシ７０は、そうでなければプレート６２にプレート６６を確実に保持するためのいかなる機構を含むようにも構成する必要はない。磁気プレート６６は、好ましくは、隣接するプレート６２の形状に適合させることができる可撓性磁石である。磁気プレート６６は、強磁性体（例えば、バリウム／ストロンチウムフェライト）及びエラストマー材料の配合物のような適切な磁性材料で作ることができる。磁気プレート６６は、十分な磁力を維持するためにセル２０からエネルギを消費しない永久磁石とすることができる。図３及び図１２に示す実施形態では、移動可能な第２のプレート６６を蓋１００（以下に更に説明する）及び缶３４の底面３５により上部及び底部に拘束することができる。別の実施形態では、バッテリ１０’は、図２９及び図３０に示されている流体調節システム５０’を有する。シャーシ７０’は、図３及び図１２ではシャーシ７０より高い。それによってプレート６６及び６２が開放位置で整列する時、蓋１００と移動可能プレート６６の間の流体の移動が容易になり、それによってプレート６６の表面にわたって流体を更に均一に分配し、開口６８及び６４を通って流体を更に均一に流すことができる。
【００２７】
シャーシ７０’は、内向きに延びる棚７１を含み、プレート６６が摺ることができるレース又は溝７３を生成することができる。棚７１の垂直位置は、表面３５に対してプレート６６を確実に保持し、プレート６６及び６２が閉鎖位置で整列する時に良好に密封するが、プレート６６の望ましい摺動運動を妨げるほどきつくないようにするのに望ましい寸法のレース７３を生成するように選択することができる。棚７１は、シャーシ７０’の一体部分とすることができ、又は別々の構成要素とすることができる。例えば、棚７１は、シャーシ本体７２’内に鋳造された平坦な座金又はストリップインサートの形とすることができ、シャーシ本体７２’に固定された別々の構成要素とすることができる。棚７１は、シャーシ本体７２’と同じ材料で作ることができ、又は異なる材料で作ることができる。シャーシ本体７２’及び棚７１の材料は、望ましい強度及びプレート６６がレース７３内で滑らかに摺ることの両方が得られるように選択することができる。シャーシ本体７２’又は棚７１のいずれかが導電材料で作られる場合には、アクチュエータ８０の電気的構成要素からの絶縁及び制御回路９０が必要である可能性がある。連続棚の代替物として、一連の突起を用いることができる。
【００２８】
また、棚７１及び／又はシャーシ本体７２’は、プレート６６の中心部分を平坦に保持するために、プレート６６の上の開口部７４’にわたって延びるリブのような１つ又はそれよりも多くの付加的な構成を組み込むように修正することができる。代替的に、蓋１００からの下向き突起を用いてプレート６６の中心部分を平坦に保持することができる。
【００２９】
シャーシ７０’は、図３１に示すように蓋１００が保持される第２のレース７７を含むことができる。この第２のレースは、１つ又はそれよりも多くの付加的な棚７９ａ及び７９ｂによって形成することができる。この配列により、蓋及び製造工程の別の段階で流体消費セルに付加される流体調節システムの構成要素の事前組立を容易にすることができる。静止プレート６２が缶３４の表面３５でない別の実施形態では、シャーシ７０’は、棚７１の下に別の棚（図示せず）を含み、静止プレート６２及び移動可能プレート６６を維持するより大きなレースを形成することができる。
【００３０】
シャーシ７０’の棚７１は、開口部７４’の全周の周りに延びる連続棚とすることができ、又は図２９に示すように周囲の一部にのみ沿って延びる不連続棚とすることもできる。不連続棚が適切に配置され、移動プレート６６が十分に可撓性があり、セル内の圧力が過剰になる場合には、移動プレート６６の縁は、不連続棚７１の端部間で外向きに弓なりになり、プレート６６とプレート６２及びシャーシフレーム７２’の両方との間に、バルブが部分的に開放又は閉鎖される時に気体がそれを通って外部環境に逃げることができる通路を設けることができる。このような実施形態では、プレート６６は、内部セル圧力が十分に減少すると、プレート６６が再び缶３４の表面３５の形状に適合することになるように、好ましくはパネ様特性を有する。
【００３１】
蓋が静止バルブプレートとして働き、移動可能プレートが蓋に隣接して配置される代替実施形態では、シャーシは、缶の開口部に均一に空気が分配されることが容易になるように、移動可能プレートと缶底部の表面との間に空間を維持しながら、移動可能プレートを蓋に対して保持するための棚を含むことができる。上に説明したように、この実施形態は、蓋が保持されるシャーシに第２のレースを含むこともできる。
【００３２】
流体調節システムは、以下に説明するように流体減極セルの電圧に応じて作動させることができ、使用者が作動させることができ、又は方法の組合せを用いることができる。例えば、装置によって給電される装置の使用者が装置のスイッチをオンにすると、バルブは、機械的作動により最初に開放され、使用者が装置のスイッチをオフにすると、バルブは、機械的作動により最初に閉鎖することができる。装置のスイッチがオンのままである時、制御回路は、バルブの作動を制御することができる。別の例では、装置がオンにされると、セルからの電力が流体調節システムに印加され、最初にバルブを開放することができ、装置がオフにされると、バルブを作動して閉鎖することができる。
【００３３】
アクチュエータは、好ましくは、バルブ６０を作動するために流体調節システム５０の一部として設けられる。アクチュエータは、流体消費セル２０の電圧を検知し、検出したセル電圧に応じて制御信号を生成する制御回路９０を含むことができる。回路９０は、シャーシ７０の表面に装着されることが好ましい特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）とすることができる。シャーシ７０の本体７２は、以下に更に説明するように、軌跡９６及び９８をシャーシの表面に印刷することができるように非導電材料で作られることが好ましい。従って、シャーシ７０は、プリント回路基板とすることができる。シャーシは、鋳造又は成形することができ、電気接続の殆ど又は全ては、圧力接触してアセンブリの精巧化を最小にすることができる。しかし、シャーシは、ある程度の機械加工及びある程度の電気接続を必要とし、ある程度の半田付け又は溶接を必要とすることがある。シャーシ材料の選択は、バルブを収容するフレームとして、電子機器のためのプリント回路基板として、及びセルに取り付けられる機能／適合性のためにその多機能用途との適合性に基づいて行うことができる。制御回路９０を装着するためにシャーシの層状構成内及び／又はその表面に戦略的な凹部を設けることができる。それによって装着されたあらゆる部品がシャーシの表面と同一平面上になり、セルとの組立てが容易にされることになる。更に、金属蓋１００又は缶３４に押し付けられる時に短絡しないように、軌跡９６及び９８のようなプリント回路トレースを非導電材料で被覆することが望ましくなることもあるであろう。代替的に、制御回路及びアクチュエータの１つ又はそれよりも多くの構成要素の全て又は一部を収容するために、鋳造又は機械加工等によりシャーシに１つ又はそれよりも多くの凹部を設けることができる。これらの凹部は、以下に説明するように、構成要素をシャーシの異なる位置に位置決めし、シャーシフレームを超えて延びる構成要素を固定するのに有用とすることができる。
【００３４】
電子機器のプラットフォームとして、シャーシ７０の基材は、既存のＰＣＢ材料であることが望ましいことになる。最も良く用いられる基材は、エポキシ樹脂及びガラス繊維補強材を含有する。シャーシ７０は、電子回路構成要素を一体化して保護し、並びに缶３４の底面３５に平行な平坦な表面を維持するために、層状構成であることが望ましい場合がある。上に説明したように、シャーシの内径には、摺動バルブプレート６６を収容する耐久性を得るために金属レースを用いることができる。レースは、プレート６６を所定位置に「ロック」することができ（抜け落ちないようにする）、バルブが使用中に分離しないようにするのに十分であるが、プレート６６が摺らないようにするには不十分な軸線方向力が与えられる。シャーシは、金属であるか否かに関係なく、材料の選択に応じてこのように形成、鋳造、又は機械加工し、同一平面上にチップを装着し、ビア（スルーホール）を生成するようにバルブレース形状を達成することができる。セルの外面に装着される場合は、シャーシの１つの側部及び縁、セルの内側に装着される場合は、シャーシ７０の両側のビア内に導電回路が存在することができる。
【００３５】
回路９０の導電経路は、シャーシ７０の両側及びビア内に設けることができる。これは、特にビアを充填するために、メッキ工程又は導電ペーストをスクリーン印刷することによって達成することができる。形成時に基板に導電箔を付加し、望ましくない部分は、エッチングして除去することができる。銅が、最も良く用いられる材料である。用いる基材に応じて基板に確実に接着するために複数の層及び複数の材料が必要である可能性がある。
【００３６】
制御回路９０として働くＡＳＩＣを取り付ける１つの方法は、容積制約のためにパッケージチップと対照的に直接的方法を用いることである。直接チップ装着によく用いられる方法には、ワイヤボンディング及びフリップチップが含まれる。ワイヤボンディングには、４〜６のチップパッド及び回路基板に結合される直径約０．０２ｍｍ（０．０００８インチ）のワイヤを用いることになる。チップ及びワイヤ結合は、保護するために非導電性エポキシに封入することができる。フリップチップ装着では、パッドは、Ｐｂ／Ｓｎ半田で前加工し、その後、基板に半田付けすることができる。取り付けられると、チップは、非導電性エポキシで封入し、保護することができる。
【００３７】
図３及び図４に示す実施形態では、アクチュエータは、特に第１のＳＭＡワイヤ８２ａ及び第２のＳＭＡワイヤ８２ｂを含む複数の形状記憶合金（ＳＭＡ）構成要素を更に含む。ＳＭＡワイヤは、シャーシ７０のいずれかの端部に固定され、制御回路９０からシャーシ７０の対向する側部まで延びる軌跡９６及び９８に電気的に連結される。ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂに電流を通過させる制御信号を供給することにより、制御回路９０は、ＳＭＡワイヤを加熱させることができ、それによってＳＭＡワイヤは特定の長さまで拡張又は収縮する。これは、次に、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂが第２のプレート６６を方向の１つ又は対向する方向に引っ張り、従って、プレート６６が開放又は閉鎖位置に摺って出入りし、流体（すなわち、空気）がセルハウジング３０の内側を選択的に通過することを可能にする。
【００３８】
図４に示すように、セル２０の正及び負端子を接続するためにシャーシ７０に２つの接触端子９２及び９４が設けられる。接触端子９２及び９４は、シャーシ７０のあらゆる表面に設けることができるが、以下に説明するように、シャーシ７０の外面に向く縁表面に接触端子の１つ、特に端子９４を設け、その後、セル２０のカバー３６に接続することができるようにバッテリアセンブリの外部に露出させることが好ましい場合がある。一方、接触端子９２は、蓋１００の導電部分と電気接触するように押し入れた内面又は缶３４の底面３５に電気的に接触する対向する表面のいずれかに設けることが最良である場合がある。接触端子９２及び９４をセル２０の缶３４及びカバー３６に電気的に接続させる方式は、以下に更に説明する。
【００３９】
図３に示すように、流体調節システム５０は、シャーシ７０を覆って、かつ任意的にはその周りに延び、流体調節システム５０を保護して遮蔽する蓋又はカバー１００を更に含むことができる。蓋１００は、好ましくは、１つ又はそれよりも多くの穴１０２を含み、流体が、セル２０内に選択的に通行するようにバルブ６０の外部から通過することを可能にする。上述のように、蓋１００は、第１のプレート６２として働くことができる。
【００４０】
好ましくは、バルブ６０は、セル２０が使用中であることを示す電流が印加される時には開放状態であり、セルが使用中でないことを示す電流が印加されない時には閉鎖される。図３、図４、図６、図７、図８、図１２、図３２、図３３Ａ〜図３３Ｄ、図３４、図３６〜図４４、図５３、及び図５４に関して説明する実施形態では、ＳＭＡワイヤ８２ａ〜８２ｅは、第２のバルブプレート６６を引っ張るが押さない。従って、図３及び図４では、第１のＳＭＡワイヤ８２ａは、バルブを引っ張って開放し、第２のＳＭＡワイヤ８２ｂは、バルブを引っ張って閉鎖する。図６に示す実施形態では、２つのワイヤ８２ａ及び８２ｂを用いてバルブプレート６６を一方向に引っ張り、２つの付加的なワイヤ８２ｃ及び８２ｄを用いて対向する方向にプレートを引っ張る。図７では、２つのワイヤ８２ａ及び８２ｂを用いて一方向にプレート６６を引っ張り、単一のワイヤ８２ｃを用いて対向する方向にプレート６６を引っ張る。図８では、３つのワイヤ８２ａ、８２ｂ、及び８２ｃを用いて一方向にプレートを引っ張り、２つのワイヤ８２ｄ及び８２ｅを用いて対向する方向にプレートを引っ張る。ＳＭＡワイヤ８２を平行に配置することができ、これは、プレート６６がシャーシ７０内で結合しないように同等の力を供給するためにバルブプレート６６の中心点に対称に設けられる。一般的に、ＳＭＡワイヤに印加される電流がセルから供給される時には、電流は、セル容量を不要に用いないように、アクチュエータの運動を開始するためだけに与えられ、アクチュエータが静止状態にある間は与えないことが有利であろう。図示のように、ＳＭＡワイヤは、実質的に互いに平行に延びるように装着することができる。更に、ＳＭＡワイヤは、プレート６６が移動する方向に平行（例えば、図３参照）又はプレート６６が移動する方向に垂直（例えば、図９、図９Ａ及び図９Ｂ参照）に延びるように装着することができる。
【００４１】
ＳＭＡワイヤは、あらゆる従来の形状（記憶）金属合金で作ることができる。形状記憶合金は、１つの温度で変形することができるが、加熱されるか又は冷却されると、以前の形状に戻る合金である。この特性は、マルテンサイト相とオーステナイト相の間の固相変形から生じる。好ましい形状記憶合金は、２方向形状記憶を有する。すなわち、加熱及び冷却の両方で変形が可逆的である。形状記憶合金の例には、ニッケル−チタン、ニッケル−チタン−銅、銅−亜鉛−アルミニウム、及び銅−アルミニウム−ニッケル合金が含まれ、ニッケル−チタン及びニッケル−チタン−銅が好ましい。ニッケル−チタン−銅（例えば、約５〜１０重量パーセント銅）を用いると、疲労に抵抗性があるために、多数回作動される可能性があるアクチュエータに有利とすることができる。ニッケル−チタン及び他の形状記憶合金の製造業者には、「Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｍｅｔａｌｓ、Ｓｈａｐｅｄ  Ｍｅｍｏｒｙ  Ａｌｌｏｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ」（米国ニューヨーク州ニューハートフォード）、「Ｍｅｍｒｙ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ」（米国コネチカット州ベスル）、及び「Ｄｙｎａｌｌｏｙ、Ｉｎｃ．」（米国カリフォルニア州メーサ）が含まれる。
【００４２】
図９は、プレート６６を移動させるためにＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂに取り付ける別の方法を示している。この変形に従い、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂは、プレート６６の最も長い寸法に沿って延びるように設けられず、代替的に、プレート６６の移動方向に実質的に垂直にされる。第１のワイヤ８２ａは、加熱して収縮させることができ、第２のワイヤ８２ｂは、加熱されず屈曲させることができる。従って、プレート６６は、第１の方向に（実線で示される図９の右方に）シフトすることができる。プレートを対向する方向（すなわち、左方）に移動させるために、ワイヤ８２ａから電流を除去することによってワイヤ８２ａを冷却させて屈曲させることができ、同時に、ワイヤ８２ｂに電流を与えることによってワイヤ８２ｂを加熱して収縮させることができる。それによってプレート及びワイヤは、図９の破線に示す位置に移動される。
【００４３】
シャーシ本体７２の上面に形成された制御回路９０及び回路トレースを有するシャーシ７０が示されている。更に、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂは、回路トレースと電気的に接触させてシャーシ７０の上面に取り付けられる。シャーシ７０上に設けられる構成要素を封入して保護するように制御回路９０及び回路トレースを覆って形成されるオーバーモールド本体３００を有するシャーシ７０は、図９に更に示されている。従って、オーバーモールド本体３００は、シャーシ７０の一部として働く。オーバーモールド本体３００は、非導電性エポキシ又は他のオーバーモールド材料を含むことができる。更に、移動プレート６６の上の開口部７４にわたって延びる一体的に形成されたリブ３０２を含むオーバーモールド本体３００が更に示されている。リブ３０２は、ほぼＶ字形に形成され、その下の固定プレート６２の上の平坦な移動プレート６６の中心部分を保持して働くように示されている。一実施形態では、固定プレート６２は、シャーシ７０又はそのオーバーモールド本体３００の底部側に接続され、バッテリセルは、シャーシ７０のオーバーモールド本体３００の上部側に接続される。
【００４４】
図９に示す実施形態では、第１及び第２のＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂは、別々のアクチュエータピン３０４ａ及び３０４ｂにそれぞれ係合し、これらが、移動プレート６６に接続する。図９Ａに示す実施形態では、流体調節システム５０に単一のアクチュエータピン３０４を用いることができる。単一のアクチュエータピン３０４では、第１のＳＭＡワイヤ８２ａがピン３０４の一方の側に係合し、第２のＳＭＡワイヤ８２ｂがピン３０４の対向する側に係合し、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂが対向する方向にピン３０４を作動し、プレート６６を左右に移動してバルブを開放及び閉鎖するようにする。この実施形態では、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂが、互いに接触するか又は他の方法で妨げられないように、アクチュエータピン３０４は、異なる高さで対応するＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂと係合する異なる高さの戻り止め又はスロットのようなワイヤ受け取り部分を含むことができる。
【００４５】
図９Ｂを参照すると、別の実施形態により流体調節システム５０に用いられる交互アクチュエータピン３０４が示されている。ＳＭＡワイヤ８２ａが部分３０６ａに係合し、ＳＭＡワイヤ８２ｂが部分３０６ｂと係合するようにほぼ矩形のピン３０４の残りの上に上昇した第１及び第２の部分３０６ａ及び３０６ｂを含むピン３０４が示されている。部分３０６ａ及び３０６ｂは、ここに示すような直立部材を含むことができる。代替的に、部分３０６ａ及び３０６ｂは、ピン又は他の構成３０４内に形成されたスロットを含むことができる。従って、単一又は複数のアクチュエータ係合構成を用いて、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂは、バルブを開放及び閉鎖する方向のいずれかに移動プレート６６を作動させることができる。
【００４６】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、缶３４の外面に隣接して用いられるバルブ６０の２つの側面図を示している。図１０Ａは、静止時のセルを示しており、この場合、バルブ６０は、開口６４及び６８が整列しないように閉鎖する。図１０Ｂは、セルが使用中に起こることになる開放位置に移動する時のバルブの第２のプレート６６の位置を示している。それによって開口６４及び６８が整列し、それによって流体がセル内部に通過することができる。図示のように、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂは、ＳＭＡワイヤを圧着するか、クランプ締めするか、半田付けするか、又は溶着する１対のバネ接点７６によりシャーシ７０に取り付けることができる。
【００４７】
図１１は、本発明の様々な実施形態に用いることができるバルブ６０の別の実施形態を示している。バルブ６０は、複数の開口６４を含む第１のプレート６２を含む。プレート６２は、シャーシ７０に対して静止して保持される別々のプレートとすることができ、セルハウジング３０の缶又はカバーの一部とすることができる。プレート６２は、磁性でも非磁性でもよい金属で作ることができる。バルブ６０は、数、大きさ、形状、及び位置が開口６４及び第１のプレート６２に対応する複数の開口６８を含む第２のプレート６６を更に含む。プレート６６は、磁性又は非磁性金属とすることができる。上述の実施形態と同様に、シャーシ７０は、電気的に非導電材料で作られることが好ましく、プレート６６を受け取るために中心開口部７４を備えた環状本体７２を含む。開口部７４は、プレート６６がプレート６２に対して直線状に摺ることができるようにプレート６６より一方向に僅かに大きいように構成され、開口６４及び６８がバルブ６０が開放及び閉鎖するように整列したり外れたりするように移動することを可能にする。図１１に示す実施例は、アクチュエータ８０の一部としてレバーアーム８４を用いる場合は上述の実施例と異なる。レバーアーム８４は、シャーシ７０に形成された開口又はスロット又は凹部７８に受け取られるピボットピン８６を含み、レバーアーム８４がシャーシ７０にピボット回転可能に固定することを可能にする。これは、例えば、凹部７８内にピボットピン８６を捕捉するが依然としてレバーアーム８４が凹部７８内でピボット回転することができるような方法で、ピボットピン８６の周りに適合させると共に、ピボットピン８６とレバーアーム８４の本体との間のネック領域内に部分的に延びさせるように凹部７８を拡大及び再成形することによって実行することができる。凹部７８の底部の棚の穴に受け取られるピボットピン８６からの下向き突起のようなピボットピン８６をシャーシに固定する他の手段を用いることができる。アクチュエータピン８８は、第２のプレート６６に形成された穴６７に受け取ることができるようにレバーアーム８４の本体から下向きに延びることが好ましい。それによってレバーアーム８４は、プレート６６と係合し、従って、第１のプレート６２に対して第２のプレート６６を摺動させることができる。この特定の構成では、１対のＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂは、取付点８９を通じてレバーアーム８４の上面に取り付けられる。ワイヤ８２ａ及び８２ｂの他端は、シャーシ７０に取り付けることができる。ワイヤ８２ａ及び８２ｂは、例えば、凹部７８と同様のシャーシの凹部に固定することができる。これらは、接着剤、ピンを用いるか、又は拡大ヘッドが制限開口部を備えた凹部に嵌め込まれることのようなあらゆる適切な方法で固定することができる。ＳＭＡワイヤは、第２のセル電圧に応じてＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂに選択的に電流を印加する制御回路（図１１には示さず）に電気的に連結される。従って、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂは、２つの対向する方向のいずれかにレバーアームを引っ張り、従って、レバーアーム８４に、第２のプレート６６を第１のプレート６２に対して摺動させることができる。この場合、シャーシ７０は、プレート６２に対してガイドプレート６６の誘導もしながら、レバーアーム８４及びＳＭＡワイヤ８２のピボット点の取付位置として働く。
【００４８】
ＳＭＡワイヤ及びレバーの他の配列を用いて流体調節システムのバルブを作動させることができる。例えば、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂは、単一の取付点８９ではなく２つの別々の取付点を通じてレバーアーム８４に取り付けることができる。別の実施形態では、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂの各々は、両端をシャーシ７０に締結し、図３４に示すようにワイヤ８２ａ及び８２ｂをレバーアーム８４の埋め込み溝８５に適合させることによって各ワイヤの中心をレバー８４に接続する。
【００４９】
ＳＭＡワイヤは、あらゆる適切な方法で流体調節システムの構成要素に接続することができる。一実施形態では、ＳＭＡワイヤ８２の一方又は両方の端部は、図３５に示すように適切な大きさのコネクタ８７内に捕捉される。好ましくは、ＳＭＡワイヤ８２は、コネクタ８７内に圧着される。任意的に、ワイヤは、圧着の前又は後にコネクタに接着、溶接、又は半田付けすることができる。次に、コネクタを構成要素（例えば、シャーシ７０又はレバーアーム８４）の対応する開口に挿入し、ＳＭＡワイヤ８２をその構成要素に接続することができる。好ましくは、コネクタ８５は、電気的に伝導性であり、ＳＭＡワイヤ８２と開口を定める構成要素の表面に配置された制御回路の一部との間を電気的に接触させることができる。コネクタ８７は、例えば、締まり嵌め、導電性接着剤、半田、又は溶接により開口内の所定位置に保持することができる。
【００５０】
制御回路を用いて、バルブを開放又は閉鎖位置に移動させるのに必要な時だけに電流がＳＭＡワイヤを流れるように制限する実施形態では、ＳＭＡワイヤは、電流が停止された後に、その本来の長さに戻る（例えば、伸長する）ことができる。これが起こると、ＳＭＡワイヤは、プレートを望ましい位置に保持せず、例えば、部分的に開放又は部分的に閉鎖された位置に摺る可能性がある。これは、摺動プレートを別の位置に移動させるための対向するＳＭＡワイヤが存在する時に特に当て嵌まる。すなわち、電流の中止により作動ＳＭＡが伸長すると、作動されていない対向するＳＭＡからの弾性張力により摺動バルブを引っ張ることができる。このような状況では、摺動プレートは、その位置から意図的に移動されるまで、望ましい位置に保持することができる。摺動プレートを望ましい位置に維持するための手段の例は、ラッチ機構である。あらゆる適切な機構を用いることができる。一実施形態では、バネ付勢戻り止めが摺動プレートの表面の突起又は凹部と協働することができる。バネ力は、プレートが意図せず摺らないようにするのに十分であるが、対向するＳＭＡワイヤが別の望ましい位置にプレートを摺る作動が容易に打ち勝つことができるほど十分に弱いように選択することができる。
【００５１】
別の実施形態では、摺動プレートは、摺動プレートと別のセル又は流体調節システム構成要素との間の摩擦により意図せずに摺らないようになっている。プレートと他の構成要素の間の摩擦は、意図せずに摺るのを防止するのに十分であるが、対向するＳＭＡの作動により別の位置に効率的に移動するのを妨げるほど大きくない。摩擦は、摺動プレート及び他の構成要素の材料の選択、一方又は両方の部品に付加するコーティング、又は隣接する表面の一方又は両方の織り目により制御することができる。
【００５２】
流体調節システム５０は、下に説明する様々な技術を用いてセル２０の外面に固定することができる。図１２に示すように、蓋１００は、蓋１００の内面から下向きに延び、その後、シャーシ７０の対応する位置の穴７５を通過する複数のスタンドオフ１０４を有し、缶３４の底部３５にスタンドオフ１０４を取り付けることができるように構成することができる。図１３及び図１４は、図１２に示す構成の２つの異なる構成を示している。
【００５３】
図１３では、蓋１００がプラスチックで形成される構成を示している。この場合には、スタンドオフ１０４は、超音波で缶３４の底面に溶接することができる。この場合、蓋１００と缶３４の間には電気的接続は存在しないことになる。
【００５４】
図１４では、スタンドオフ１０４は、スタンピング等によって形成することができる金属蓋１００の圧痕／突起１０６として設けられる。この場合、金属蓋１００は、缶３４の底面３５に抵抗溶接又はレーザ溶接することができる。
【００５５】
図１５は、シャーシ７０及び蓋１００をセル２０の外面に接続する別の方法を示している。この場合、蓋１００を缶３４に溶接する働きをするシャーシ７０の穴７５を通してビア１０５が設けられる。この溶接では、蓋１００とセル２０の間に電気的接続も生じる。
【００５６】
図１６は、シャーシ７０の穴７５に付与される導電性エポキシ１０７を用いて金属蓋１００が缶３４に固定される更に別の技術を示している。更に別の代替案では、流体調節システム５０は、接着剤、接着剤、及びラベル（図示せず）の組合せを用いるか、缶３４の底面に鋳造されたシャーシを１つ又はそれよりも多くの溝に圧入するか、接着剤を用いることに加えてこのようなシャーシの圧入によるか、第２の最も外側の缶が蓋１００を置換するように第２の缶内に缶３４を圧着することによるか、層状シャーシを半田付け又は溶接することによるか、又は流体調節システム５０をエポキシに封入することによって缶３４の底面に固定することができる。
【００５７】
アクチュエータ８０の好ましい構成要素としてＳＭＡワイヤを用いることを上に説明したが、人工筋肉に関連する線状電極活性ポリマー及び屈曲電気活性ポリマーのような他の構成要素又は材料を用いることができる。このような材料では、簡単なデザイン、電子機器を用いないか又は簡単な電子機器、及び電圧に比例応答することを含む潜在的な利点が得られる。
【００５８】
別の考慮事項は、バッテリの初期活性に関するものである。バッテリは、開放位置のバルブと、従来のボタン空気セルと同様のタブで保護された穴１０２とを用いて構成することができる。タブを除去した後に空気に触れると、セルを活性化し、バルブの電子制御を開始し、バッテリの貯蔵寿命を最大にすることになる。代替的に、バッテリは、機能流体調節システムと共に構成することができる。それによって使用者は、バッテリを直ちに使用可能にすることができるが、高湿度環境での湿気進入及び乾燥環境での湿気退出を防止するために、倉庫、店舗棚等で適切な包装及び保存条件が必要である場合もある。
【００５９】
上述の構成では、缶３４は、バルブ６０の静止プレート６２として働くように提案されている。しかし、缶底部が穴パターンを維持することになるが、バルブアセンブリの一体化部分のようなより空気拡散器のように働くことができるように、缶３４を用いる更に別の固定プレート６２を設けることが望ましいこともある。更に、缶３４が膨らむか、弓そりになるか、場合によっては皺が寄っても、バルブ６０の作動が中断することにならないように、静止プレート６２は、缶底部から離間させて配置することができる。缶３４は、強力な材料、厚い厚み、又は異なる形状（例えば、底部に山がある）で作ることができることに注意すべきである。別々の静止プレート６２を用いる付加的な利点は、バルブ６０を完全に事前組立てすることができ、従って、潤滑流体層６９の安定性が大きくなることである。しかし、これは、バッテリが厚くなるという代償を伴う可能性がある。
【００６０】
図面には示していないが、セルハウジング３０の外面にラベルを設けることができる。このようなラベルは、導体タブ１１０（以下に説明する）、及び流体調節システム５０とセル２０の間のインタフェースを更に覆い、缶３４とカバー３６の間のインタフェースを覆うようにセルの周囲の周りに延びることができる。カバー３６及び缶３４及び／又は導電蓋１００の十分な部分が露出し、バッテリの外側に電気接触端子を設けることができる。
【００６１】
図１〜図３に示す特定のセル構成は、新しい角型セルデザインである。構成は、このセルの相対的な大きさ及び矩形の性質が従来のボタン型空気セルと異なる。従って、セル２０には、従来の空気セルに現在用いられているものと同様の空気電極、アノード、セパレータ、及び缶／カバー材料を用いることができる。しかし、セル２０は、図面に示すような特定の形状、大きさ、又は相対寸法を有する必要がないことは、当業者は認めるべきである。
【００６２】
図１７は、流体調節システム５０がセルハウジング３０の内部に配置される本発明の代替実施形態を示している。図１８は、この一部の実施形態の断面図を示している。これらの図に示すように、セルハウジングは、セルが空気電極４０と缶３４の内面との間に流体調節システム５０を収容するように僅かに厚くなる可能性があることを除き、上に説明したのと同様に構成される。この実施形態では、シャーシ７０は、セルの外面に用いる時に上に説明したように、バルブ、アクチュエータ、及び制御回路９０と共に用いることができる。同様に、缶３４の底部は、バルブ６０の第１のプレート６２として働くことができ、開口６４として働く複数の流体流入ポート３２を含むことができる。この実施形態は、第２のプレート６６が缶３４の外面表面ではなく内面に沿って摺る限り、その点で異なっている。この実施形態及び以下に説明する他の実施形態では、シャーシ７０、及び従ってバルブ６０は、ガスケット３８により所定位置に保持することができる。
【００６３】
内部流体調節システム５０を用いない場合のセル２０構成の１つの他の差異は、セルの負及び正の両方の接触端子をアクチュエータの制御回路９０に電気的に接続することができるようにセルを再構成する必要があることである。この電気的接続を形成する１つの方法を図１７〜図１９に示している。図１７に示すように、缶３４の底面３５に接触開口部３９を形成する。図１８に示すように、開口部３９を通して露出するようにシャーシのビアを通してシャーシ７０の底部に負の接触端子９４が設けられる。従って、導体１１０は、セルハウジング３０のカバー３６に電気的に接続し、接触端子９４と電気的に接続しながらセル２０の外側を回って開口部３９まで延びることができる。それによってセルの負の端子と接続する。これも図１８に示すように、シャーシ７０に設けられた正の接触端子９２は、セルの正の端子に接触させるために、缶３４の内面に接触するように位置決めすることができる。上述のように、接触端子９２及び９４は、検出されたセル電圧又は電流引き込みに応じてバルブを開放及び閉鎖するようにアクチュエータを制御するために制御回路９０に電気的に接続することができる。
【００６４】
図１９に示すように、導体１１０は、缶３４とカバー３６の間のセルの短絡回路を防ぐ２つの絶縁層の間に配置された箔ストリップ１１２を含むタブとすることができる。第１の絶縁層１１４は、セルハウジング３０と導電箔１１２の間に配置することができる。この絶縁層１１４は、両面テープで作ることができる。第２及び外側の絶縁層１１６は、箔を覆って配置することができ、片面テープのストリップを含むことができる。この特定の外側電気接続は、内側流体調節システム５０に関して示されているが、同じ導体１１０を付加して、カバー３６と図１〜図３に示されている外側流体調節システムの同様の接続端子９４の間に電気経路を設けることができる。この場合、蓋１００に接触開口部３９と同様の開口を形成することができ、又は単純に、導体１１０は、シャーシ７０と缶３４の間のインタフェース、又はシャーシ７０と蓋１００の間のインタフェースの間に延びることができる。
【００６５】
図２０〜図２３は、カバー３６とシャーシ７０の端子９４との間に電気的接続を形成することができる更に別の方法を示している。この実施形態では、缶３４の内面の一部は、図２１に最も良く示すように３層の材料で被覆される。第１の層は、電気絶縁層１５１であり、第２の層は、缶３４と導電層１５３との間が電気的に接続されないように絶縁層１５１を覆って付加された導電層１５３であり、第３の層は、空気電極４０の縁を導電層１５３から絶縁するために導電層１５３の一部を覆って付加された電気絶縁層１５４である。図２１に示すように、層１５１及び１５３は、缶３４の内側底部コーナ角を回って延び、シャーシ７０の対向する表面に形成された端子９４に物理的に接触するのにちょうど十分に缶３４の底部を覆って延びている。上述のように、シャーシ７０は、導電層１５３と接点９４の間の接触がそのような圧力によるように、ガスケット３８により缶３４の内側底面に対して押し付けることができる。層１５１及び１５３は、缶３４とガスケット３８のインタフェースの間で缶３４の側壁を上って延びている。図２０、図２２、及び図２３に最も良く示すように、ガスケット３８は、それを通ってリベット又はピン１５７が延びることができる開口１５５を含むことができる。リベット又はピン１５７は、ガスケット３８を通ってカバー３６と導電層１５３の間に電気的接続を形成し、それによってカバー３６とシャーシ７０の接点９４の間に導電経路を完成する。リベット／ピン１５７は、ガスケット３８の所定位置に鋳造することができる。更に、１つよりも多いこのようなリベット／ピン１５７を用いることができる。リベット／ピン１５７は、ガスケットを圧縮させるのに十分な長さを有することができる。層１５１、１５３及び１５４は、空気電極４０の縁が缶３４の内面と電気的に接触することができるように図２１に示すようなストリップの形とされる。
【００６６】
図２４は、導電ピン１５７がガスケット３８のフランジ部分１６０の開口１５５を通って垂直に下向きに通過する本発明の更に別の実施形態を示している。ピン１５７は、カバー３６から、この実施形態ではシャーシ７０の上面とされることになる接触端子９４（図２４には示さず）まで導電経路を設ける。この実施形態では、ガスケット３８の密封部分１６２を通る開口が必要でないという利点が生じる。更に、缶３４の内面に導電又は絶縁層を付加することが必要でないことになる。
【００６７】
図２５〜図２８は、本発明の別の実施形態を示している。この実施形態によれば、内部に装着された流体調節システムに異なる種類のバルブ１７０が用いられる。バルブ１７０は、複数の開口１７４を有するバルブプレート１７２を含む。しかし、これらの開口は、缶３４の底部の流体流入ポート３２に対応する大きさ、形状、及び位置にする必要はない。これは、バルブプレート１７２が、缶３４の底面３５と相対的に平行な関係（バルブが閉鎖した位置）と図２５に示すような弓そり／屈曲位置（バルブが開放された位置）との間で移動するためである。この構成では、プレート１７２の開口１７４は、流体が、プレート１７２が缶３４の底部３５に平行な時にセル内に通過することができないように、流体流入ポート３２のいずれとも整列せず、重なりもしない。プレート１７２が缶３４の内面に確実に十分に押し付けられ、セルを閉鎖位置に密封するように、ガスケット３８は、プレート１７２の周縁を缶３４に押し付ける。
【００６８】
図２６及び図２７に示すように、代替構成では、一端のみがガスケット３８下に固定され、ラッチ１８０が缶底部３４に形成されたバルブプレート１７２を用いる。図２６は、開放位置のバルブを示しており、図２７は、閉鎖位置のバルブを示している。図２８は、プレート１７２が持ち上がり、及び／又は屈曲して開放位置になるように、ＳＭＡアクチュエータ１７５がプレート１７２に固定されたプレート１７２の斜視図を示している。開放位置のプレート１７２の移動は、空気電極（図示せず）により制限することができる。
【００６９】
上に説明するように、流体調節システムは、一部はセル（又はバッテリ）電圧に基づいてバルブを作動するために電子制御を用いることができる。しかし、スイッチを用いて、長さを変化させてバルブを開放又は閉鎖位置に移動させるアクチュエータを通して電気回路を閉鎖することができ、その後、バルブが完全開放又は閉鎖位置に到達すると、回路が開き、アクチュエータを通して電流を停止する。それによって依然としてバルブを開放又は閉鎖する必要がある時にのみセルからエネルギを引き出しながら、複雑な制御回路の必要性がなくなる。スイッチは、バッテリ自体上又はその内部に存在させることができ、バッテリが用いられる装置の一部とすることができる。一実施形態では、装置オン／オフスイッチは、バルブを開閉するために対向するアクチュエータを通して交互に回路も閉鎖する。このような流体調節システムの作動は、図３３Ａ〜図３３Ｄに示している。
【００７０】
図３３Ａは、図３に示すバルブ６０と同様のバルブ２６０の上面図を含む。バルブ２６０は、シャーシ２７０に摺動可能に配置された移動可能プレート２６６を含む。移動可能プレート２６６は、閉鎖位置（すなわち、開口２６８が固定プレートの開口と整列しない）で図３３Ａに示されている。ＳＭＡアクチュエータ２８２ａ及び２８２ｂは、移動可能プレート２６６及びシャーシ２７０の対向する端部に定着され、プレート２６６を引っ張って開放及び閉鎖するのにそれぞれ用いられる。アクチュエータ２８２ａ及び２８２ｂは、それぞれ平坦な電気接点２７７ａ及び２７７ｂを通じてプレート２６６に、それぞれ電気接点２９２ａ及び２９２ｂを通じてシャーシ２７０に定着される。平坦な接点２７７ａ及び２７７ｂは、プレート２６６の上面の対向する端部の近くに配置され、プレート２６６がそれぞれ開放及び閉鎖位置の時にそれぞれバネ接点２７６ａ及び２７６ｂと電気的に接触することになる。更に、バネ接点２７６ａ及び２７６ｂは、概略的に示す制御回路２９０の残りに接続するための接触端子として働く。制御回路は、オン／オフスイッチ２９５及び電気エネルギを装置に提供するための流体減極バッテリ２１０を含む。バッテリ２１０からの電気エネルギが必要とされない時には、スイッチ２９５は、オフ位置であり、バルブ２６０は、図３３Ａに示すように閉鎖位置である。アクチュエータ２８２ａ及び２８２ｂを含む回路はいずれも閉鎖されていないために、それを通って電流は流れないことになり、従って、アクチュエータ２８２ａ及び２８２ｂは、周囲温度であり、伸長した状態である。
【００７１】
スイッチ２９５がオン位置に移動すると、アクチュエータ２８２ｂを通って電流が流れ、アクチュエータ２８２ｂが加熱されて短くなり、プレート２６６を開放位置に向って左方に引っ張る。図３３Ｂに示すようにプレート２６６が開放位置になると、接点２７６ｂと２７７ｂの間の電気接続が開く。回路が開くと、アクチュエータ２８２ｂを通って流れる電流が中断される。それによって２つの事柄が達成される。第１に、装置がオンになったままの間バッテリ２１０から付加的なエネルギが引き出されず、第２に、アクチュエータ２８２ｂが、冷却されて図３３Ｃに示すように伸長した状態に戻るために、装置がオフにされるとプレート２６６が左方に戻ることができる。スイッチ２９５がオフ位置に移動すると、アクチュエータ２８２ａを含む回路が閉鎖され、それを通る電流により短くなり、閉鎖位置に向ってプレート２６６を右に引っ張る。プレート２６６が閉鎖位置になると、図３３Ｄに示すように接点２７６ａと２７６ｂの間の電気接続が開き、アクチュエータ２８２ａを通って流れる電流が中断し、図３３Ａに示すようにアクチュエータが冷却して伸長する。
【００７２】
接点２７６ａ、２７６ｂ、２７７ａ、及び２７７ｂへの電気的接続は、あらゆる適切な方法で行うことができる。例えば、接続は、シャーシ２７０を通るか、又はシャーシ２７０の上面とシャーシ２７０及びバルブ２６０を覆う蓋のような隣接する構成要素の対応する表面との間のインタフェースを通って流体調節システムの縁まで作ることができる。別の例では、電気的接続は、バルブ２６０を覆う蓋を通って延びて適切に配置された接点を通して作ることができる。セルの一部であるスイッチは、蓋の外面表面のようなセル及び／又は流体調節システムの適切な表面に固定することができる。代替的に、スイッチは、複数のセルバッテリの外面、又はバッテリが設けられる装置内に配置することができ、対応する接続部の間を溶接、半田付け、又は加圧することなどにより流体調節システムへの電気接続を適切な方法で形成する。別の実施形態では、例えば、図６、図７、及び図８に示す実施形態と同様の方法で２つよりも多いアクチュエータを用いることができる。
【００７３】
制御回路電子機器は、流体調節システム内に組み込む代わりに、外部に配置することができる。これは、例えば、都合よく内部に適合させることができない状況では望ましい場合がある。一実施形態では、電子機器は、図３２に示す流体調節システム及び／又はセルの側壁に装着されたキャップ内のような流体調節システムの外面側部に装着することができる。図３２は、図４と同様のシャーシ７０、移動可能プレート６６、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂ、及び接触端子９２’及び９４を示している。しかし、図４と異なり、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂは、図３２では、仲介する制御回路９０を用いることなく接触端子９２’及び９４に直接接続される。図３２の制御回路は、回路基板９１を保護するキャップ９３を備えたシャーシ７０の側部に固定された回路基板９１に含まれる。シャーシ７０の接触端子９２’及び９４は、回路基板９１の表面の対応する端子と電気的に接触する。加圧接触のようなあらゆる適切な方法で電気的に接触させることができる。回路基板９１は、単一の基板層を有することができ、又は２つ又はそれよりも多い層を有する積層基板とすることができる。電子機器構成要素及び電気接続は、プリント又は非プリント構成要素、又はその組合せを含むことができる。大きな構成要素は、回路基板９１の表面の凹部に配置し、シャーシ７０及びキャップ９３と同一平面に適合させることができる。回路基板９１とセルの間の電気的接続は示していないが、これらの接続も、シャーシ７０を通して生成することができる。
【００７４】
図３６〜図４３には、様々な更に別の実施形態により移動プレート６６を作動するためのＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂ及びレバー８４を有するアクチュエータを用いる流体調節システム５０が更に示されている。図３６及び図３７に示されているレバー８４は、レバー８４が、プレート６６のてこ運動に対するＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂに応じてピボットピン８６の周りを回転するようにピボットピン８６でレバー８４の一端の近傍をシャーシ７０にピボット線方向に接続するように示されている。レバー８４の対向する端部の近くのアクチュエータピン８８は、プレート６６に係合する。
【００７５】
一端に摺動バネ接点３１２が設けられた導体３１０が、レバー８４の上面に接続される。ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂは、取付点８９で導体３１０に接続される。摺動バネ接点３１２は、シャーシ７０の上面上に設けられた電気回路トレース３１４と電気的に接触する。摺動バネ接点３１２は、レバー８４がピボットピン８６の周りを回転する時に、回路トレース３１４の上面と強制的に接触してそれと適切な電気接触を維持するために下向きに付勢されたバネである。一実施形態では、回路トレース３１４は、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂの一方に印加される電流が回路トレース３１４及び地面への導体３１０に接続されるように、電気接地される。
【００７６】
図３８では、摺動バネ接点の代わりに導体３１０と回路トレース３１４の間に接続した電気ワイヤ３１６を用いるレバー８４が示されている。ワイヤ３１６の一端は、ピボットピン８６で導体３１０に接続され、他端は、コネクタ３１８で回路トレース３１４に接続され、地面までの回路経路を完成する。電気接地した回路トレース３１４が本明細書には説明されるが、電流は、回路トレース３１４に供給することができ、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂの一方を通じて接地経路接続を設け、電流を逆方向に導電することができることを認めるべきである。
【００７７】
図３９〜図４１を参照すると、本発明の別の実施形態により回転レバー８４を用いる流体調節システム５０が示されている。この実施形態では、レバー８４は、移動プレート６６の細長いスロット３２０を通して下向きに延び、静止プレート６２の開口部３２２と係合する第１の中心の細長いピボットピン８６’を用いる。開口部３２２により、中心ピボットピン８６’が回転し、ピン８６’の横方向移動が防止される。レバー８４は、移動プレート６６の開口部６７に係合する中心ピボットピン８６’からある距離だけ変位した第２のピン８８を有する。中心ピボットピン８６’から変位した場所でレバー８４に接続したＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂが示されている。作動されると、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂは、トルクを付加し、中心ピボットピン８６’の周りを時計回り又は反時計回りのいずれかにレバー８４を回転させる。
【００７８】
図４０に示すように、ＳＭＡワイヤ８２ａに電気的にエネルギが与えられると、ＳＭＡワイヤ８２ａは、加熱されて収縮し、レバー８４を引っ張って反時計回り方向に回転し、レバー８４が中心ピボットピン８６’の周りに回転し、図示のように移動プレート６６を左方に摺動させるようにする。図４１に見られるように、ＳＭＡワイヤ８２ｂに電気的にエネルギを与えると、ＳＭＡワイヤ８２ｂが加熱され、収縮してレバー８４を引っ張り、中心ピボットピン８６’の周りを時計回り方向に回転し、移動プレート６６が右方に摺るようにする。レバー８４が時計回り又は反時計回りに回転すると、移動プレート６６は、アクチュエータピン８８により右又は左に摺動し、細長いスロット３２０が存在するために、中心ピボットピン８６’はプレート６６の移動に干渉しないことを認めるべきである。
【００７９】
図４２〜図４４には、可撓性ヒンジ８６’’を有するシャーシ７０の一部として一体的に形成されたレバー８４を用いる流体調節システム５０が更に示されている。この実施形態では、レバー８４は、オーバーモールド本体３００を形成する前に、同じ材料（例えば、エポキシ）でシャーシ７０の一部として一体的に形成することができ、オーバーモールド本体３００の一部として形成することができる。レバー８４は、下向きに延びて移動プレート６６の開口部６７と係合するアクチュエータピン８８を有するように形成される。レバー８４には、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂが接続される。レバー８４は、可撓性ヒンジとして働く幅の狭い部分８６’’を有し、アクチュエータピン８８及びプレート６６を図４３に示すように左方に移動させ、図４４に示すように右方に移動させて、バルブを開閉するために、レバー８４が、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂに応答して可撓性ヒンジ８６’’の周りで屈曲するようにする。可撓性ヒンジ８６’’は、十分に薄く、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂにエネルギが与えられる時にレバー８４が十分に移動することができる材料で作られることを認めるべきである。
【００８０】
図４５を参照すると、バルブの開放及び閉鎖を制御することによってバッテリへの流体（例えば、空気）を調節するための流体調節システム５０が示され、これは、本発明の別の実施形態による受動温度遮蔽を更に含む。ＳＭＡワイヤ８２ａは、電気的にエネルギを与えられ、加熱して収縮し、それによってアクチュエータピン３０４ａを通じて移動プレート６６を開放バルブ位置（図４５に示す）に移動することができる。ＳＭＡワイヤ８２ｂは、電気的にエネルギを与えられ、加熱して収縮し、それによってアクチュエータピン３０４ｂを通じて移動プレート６６を閉鎖バルブ位置に移動することができる。従って、バルブは、ＳＭＡワイヤ８２ａ又は８２ｂのいずれかに印加される電流に応答して能動的に開放及び閉鎖することができる。更に、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂは、この実施形態の一実施形態に従って、異なる作動温度で選択され、バルブが受動的に温度閉鎖するようになっている。ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂは、不平衡な作動温度を有し、バルブが望ましく受動閉鎖するようにする。従って、移動プレート６６は、所定の温度限界になると閉鎖バルブ位置に移動する。
【００８１】
図４５に示して説明する実施形態では、ＳＭＡワイヤ８２ａは、約９０℃の第１の作動温度を有するように構成され、ＳＭＡワイヤ８２ｂは、これより低い約６０℃の第２の温度を有するように構成される。電気的にエネルギを与えられると、ＳＭＡワイヤ８２ａは、加熱されて収縮して力を与え、高い方の第１の温度に到達すると、移動プレート６６を作動して開放位置にする。同様に、ＳＭＡワイヤ８２ｂは、電気的にエネルギを与えられて加熱されて収縮し、低い方の第２の温度でバルブを作動して移動プレート６６を閉鎖位置に移動することができる。第１の温度は、第２の温度より高く、ＳＭＡワイヤ８２ｂの温度が低い方の第２の温度に到達するとＳＭＡワイヤ８２ｂがバルブを閉鎖するようにする。従って、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂに印加される電流に基づいてバルブを能動的に開放及び閉鎖することに加えて、ＳＭＡワイヤ８２ｂは、周囲温度が最初に低い方の第２の温度に到達すると移動プレート６６を強制的に閉鎖バルブ位置にすることを認めるべきである。環境温度が、継続的に上昇して高い方の第２の温度になる場合、ＳＭＡワイヤ８２ａは、バルブの位置を閉鎖位置から強制的に変化させるのに十分な力を与えないことになる。
【００８２】
ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂは、市販のＳＭＡ構成要素を含むことができる。６０℃作動ＳＭＡワイヤの一例は、Ｆｌｅｘｉｎｏｌから市販されている０．１０２ｍｍ（０．００４インチ）直径の６０℃ワイヤである。９０℃作動ＳＭＡワイヤの一例は、Ｆｌｅｘｉｎｏｌから市販されている０．０７６ｍｍ（０．００３インチ）直径９０℃ワイヤである。ここに挙げた例では、６０℃ＳＭＡワイヤは、温度が約４０℃に低下して戻るまで収縮したままとされることになり、それによって温度ヒステリシスが生じる。
【００８３】
非平衡温度ＳＭＡワイヤを用いる流体調節システム５０は、流体が所定の温度を超えるとバッテリセルに進入しないようにバルブを閉鎖するための受動的方法を提供するので有利である。６０℃のような所定の温度で流体調節システム５０を閉鎖することにより、バッテリの劣化を最小にするか防止することができる。更に、６０℃のような温度限界に到達するとバルブを閉鎖するように移動することにより、高温でのバルブの開放が防止される。バルブを閉鎖するための所定の温度は、４５℃より高くすることができ、より詳細には、約６０℃に設定することができることを認めるべきである。
【００８４】
一実施形態によれば、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂは、異なる作動力を生成するように異なる大きさを有し、ＳＭＡワイヤ８２ｂは、ＳＭＡワイヤ８２ａが生成する作動力より大きな作動力を生成するように構成することができる。例示的な実施形態では、ＳＭＡワイヤ８２ｂは、ＳＭＡワイヤ８２ａより大きな直径のような大きな断面積を有する。断面積が大きいために、ＳＭＡワイヤ８２ｂは、周囲温度が高い方の第１の温度に到達する場合はバルブの移動プレートに大きな閉鎖力を与える。ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂは、断面が円形とすることができ、第２のＳＭＡワイヤの方が直径が大きいことを認めるべきである。別の実施形態によれば、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂは、楕円、正方形、又は矩形のような他の断面形状を有することができ、第２のＳＭＡワイヤ８２ｂの方が寸法が大きいために、断面積が大きいことになり、このために、第１のＳＭＡワイヤ８２ａより作動力が大きいことになる。別の実施形態では、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂが、異なる断面積及び異なる相転移温度の両方を有するために、一般的に、周囲温度が増大するとＳＭＡワイヤ８２ｂが最初に作動され、それによって周囲温度がＳＭＡワイヤ８２ａの高い方の相転移温度を超えて上昇してもバルブが閉鎖したままとされることになる。
【００８５】
図４６〜図５０を参照すると、２つの実施形態によりセル２０と外部環境との間を均圧にするシャーシ本体３００を通る流体通路を有するバッテリセル２０及び流体調節システム５０を有する流体消費バッテリ１０が示されている。ここに示す実施形態では、シャーシは、一般的に、中心開口部３３２及び内向きに延びる棚３５４を有するオーバーモールド本体３００により示される。空気セルのような流体消費バッテリセル２０は、シャーシ３００の上面に接続される。流体浸入ポート６４を備えた固定プレート６２は、シャーシ３００の底面に接続され、ポート６８を備えた移動プレート６６は、内向きに延びる棚３５４の下部壁と固定プレート６２の間に配置され、プレート６６がプレート６２に対して移動することを可能にする。
【００８６】
図４６〜図４９に示す実施形態では、一般的に、吸入口３５０とも呼ばれ、ほぼセル２０と移動プレート６６の間に配置され、開口部３３２及びセル２０と流体連通する第１のポートを有するオーバーモールドシャーシ本体３００が示されている。更に、シャーシ本体３００は、吐出口３５２とも呼ばれ、外部環境に至るオーバーモールド材料の外部に設けられる第２のポートを有する。オーバーモールドシャーシ３００は、無孔性外側層３６０及び流体通路３５６を設ける多孔性内部容積を有するように製造されている。無孔性外側層３６０は、一般的に、流体、特に空気非透過性であり、一例によれば、エポキシを含むことができる。多孔性内部容積により、吸入口３５０から吐出口３５２まで延びる均圧流体流れ通路３５６が設けられる。多孔性内部容積は、通路３５６を通って低拡散速度で限定的な空気流しか流れることができない微孔性ポリテトラフルオロエチレン材料又は不織多孔性材料のような空気透過性材料を含むことができる。代替的に又はこれに加えて、流体通路３５６は、低拡散速度で空気が流れることができる十分に制限的な通路を設ける空の空隙容積を含むことができる。流体通路３５６は、空気が吸入口３５０から吐出口３５２までゆっくりと通過することができるために有利であるが、流体通路３５６は、流体を吸入口３５０と吐出口３５２の間でいずれかの方向に通過させ、セル２０と外部周囲環境の間を均圧にすることができる。
【００８７】
流体通路３５６の吸入口３５０は、バッテリセル２０とバルブプレート６６及び６２との間の開放容積と流体連通する。バッテリセル２０内の気体と外部環境内の気体との間に存在する圧力差により、気体は、流体通路を通って移動することができる。バッテリセル２０が気体を生成する時、気体は、制限流体通路３５６を通って外部環境に移動し、バルブプレート６６及び６２の間の密封を損なわないようにすることができる。これに反して、気体は、吐出口３５２から吸入口３５０まで流れることができるが、一般的に、空気がバッテリセル２０に自由に供給されず、従って、セル２０が一般的にバルブが閉鎖された時に高速で放電しないように制限される。
【００８８】
一実施形態によれば、流体通路３５６は、水分獲得又は損失のために室温で１年毎にセル容量の１０パーセントよりも大きくない損失になることになる空気拡散速度を有する。流体通路３５６の多孔性容積は、膜を含むことができ、これは、一般的に気体に対して多孔性であり、蛇行又は制限空気流路を設けるが、流体がセル２０内に自由に非制限的に流れることができないことを認めるべきである。一実施形態によれば、多孔性容積３５６は、図４９に示すようにバッフル３５８により設けられるような蛇行性流体通路３５６を含むことができる。バッフル３５８は、本質的に、オーバーモールドシャーシ３００を通る空気流路３５６の有効長さを増大させ、従って、正味有効流体流れ通路長さを増大させる。別の実施形態によれば、蛇行流体流れ通路は、一般的に多孔性であり、セル２０に入る空気の量を最小にしながら過剰な気体をセル２０から外部環境に逃がすことができるハチの巣パターンを用いることができる。
【００８９】
図５０に示す実施形態では、オーバーモールドシャーシ本体３００の上面には、矩形の内側開口部３３２から開口部３３２の周りに約３６０°延び、シャーシ３００の外面に至るほぼ蛇紋形にスロット３３４が形成される。スロット３３４内に配置されるのは、スロット３３４内の大きさにされて、それに適合するように構成された一般的な構成を有する中空管３３６である。管３３６は、シャーシ３００の内側開口部３３２及びセル２０と流体連通する端部の１つに吸入口３３８とも呼ばれる第１のポートを有し、外部環境と流体連通する外側端部に吐出口３４０とも呼ばれる第２のポートを有する。固定プレート６２は、シャーシ３００の底面に接続されるように示されている。移動プレート６６は、棚３５４の下に配置され、固定プレート６２に隣接してそれと密封する関係にされ、プレート６６がプレート６２に対して移動可能でバルブを開放及び閉鎖するようになっている。
【００９０】
シャーシ３００内に設けられた管３３６は、吸入口３３８と吐出口３４０の間に延びる流体通路を設け、バッテリセル２０から放出される流体が外部環境まで管３３６の流体通路を通過することを可能にする。流体吸入口３３８は、一実施形態によれば、バッテリセル２０と固定及び移動プレート６２及び６６との間で開口部３３２の容積内の所定位置に配置される。従って、管３３６の伸長した長さ及び小さな直径により、流体が十分に小さな拡散速度でセル２０から流出することができ、同時に拡散速度が小さいためセル２０への空気進入を十分に制限する蛇行流体通路が設けられる。一実施形態では、管３３６の内径は０．５ｍｍ未満に十分に制限され、有効長さは少なくとも２００ｍｍである。別の実施形態によれば、スロット３３４は、覆われて、管３３６を用いる代わりに流体通路として用いることができる。
【００９１】
図４６〜図５０に開示した実施形態では、バッテリセル２０内の気体とセル２０が露出される周囲外部環境内の気体との間に存在する圧力差により、破損が生じる可能性があり、それによって次に流体障壁が破壊されることになる可能性がある。従って、バルブプレート６２と６６の間の対象になる主要密封障壁が損なわれる可能性があり、それによって水、酸素、水素、及び二酸化炭素のような流体が制御されずに進入及び退出する可能性があることになり、それによってバッテリ寿命が許容不能に失われることになる可能性がある。シャーシ３００に設けられた均圧流体通路３３６又は３５６により、気体のような流体は、流体通路を通って移動し、退出及び進入することができる。適切な長さの適切な大きさの穴を設けることにより、流体通路は、酸素及び二酸化炭素がセル２０に過剰に進入することを防ぎながら、金属−空気セル内で生成された水素のような気体を退出させることができる。
【００９２】
図５１〜図５４を参照すると、２つの実施形態によれば、流体調節システム５０は、一般的に、静止プレート３６２に対して回転する移動プレート３６６を用いるように示されている。図４９及び図５０に示す実施形態では、流体調節システム５０は、シャーシ３７０に組み立てられ、静止プレート３６２の上部に整列した回転可能プレート３６６を用いる。静止プレート３６２は、１対の開口部３６４を有し、移動プレート３６６は、互いに流体連通するように整列し、バッテリセル（図示せず）に進入する流体を制御する１対の開口部３６８を有する。静止プレート３６２は、シャーシ３７０に固定されたままである。回転可能プレート３６６は、図５１に示す閉鎖バルブ位置と図５２に示す開放バルブ位置との間でピボットピン３７１の周りを回転する。閉鎖バルブ位置では、開口部３６４及び３６８は、流体がバッテリセルに流入するのを防ぐために整列しない。開放バルブ位置では、開口部３６４及び３６８は、流体（例えば、空気）がバッテリセルに入ることができるように整列する。
【００９３】
図５１及び図５２に示す実施形態に示す流体調節システム５０は、圧着部３７２及び３７４でシャーシ３７０に接続したＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂを用いる。ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂは、圧着部３７５で回転可能プレート３６６に更に取り付けられる。ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂは、１対の圧着部３７２、３７４と圧着部３７５の間のチャンネル又はスロット３８０内に延び、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂは、プレート３６６を開放及び閉鎖バルブ位置の間で回転させるように、ピボットピン３７１からある距離で回転可能プレート３６６に接続される。実際、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂに接続される回転可能プレート３６６は、ピボットピン３７１からある距離でＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂにより印加される力がてこ作用を生じて、回転可能プレート３６６を回転させる一体的に形成されたレバーを有する。更に、回転可能プレート３６６の上部にバネ３７７及び３７９が設けられ、回転可能プレート３６６を穴３６４及び３６８の近くで静止プレート３６２と密封した関係に保持するための保持力を印加する。当業者には明らかであるように、回転可能及び静止プレート３６６及び３６２には、これよりも多いか又は少ない流体浸入穴を設けることができることを認めるべきである。
【００９４】
図５３及び図５４を参照すると、別の実施形態により、一般的に、回転可能プレートバルブアセンブリを有する流体調節システム５０が示されている。この実施形態では、レバー４８４は、一般的にテーパ付になったスロット開口部４６８を有する回転可能プレート４６６に接続するように示されている。回転可能プレート４６６の下には、同様に、流体をバッテリセル（図示せず）に浸入させることができるように開放バルブ位置で開口部４６８と整列することができる同様に成形されたスロット開口部４６４を含む静止プレート４６２が存在する。プレート４６２が固定されると、回転可能プレート４６６は、時計回り及び反時計回りに回転してバルブを閉鎖及び開放する。
【００９５】
一般的にシャーシ４７０のようなフレームプレート内に配置されるピボット回転腰部４８６を有するレバー４８４が示されている。レバー腰部４８６は、一般的に、丸い形状であり、弾性アーム４９０によりフレームプレート４７０内に係合する。アーム４９０は、丸い腰部４８６を所定位置に保持し、アクチュエータピン４８８の位置の変動の程度を小さくし、従って、開口部４６４及び４６８のアラインメントの変動を小さくするのに役立たせることができる。腰部４８６は、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂによってもたらされる作動に応じて、図５３に示すように肩部４９２の１つをプレート４７０と接触させた反時計回り位置からレバー４８４を回転させ、図５４に示すように他の肩部４９４がプレート４７０に接触する位置にすることができる。肩部４９２及び４９４は、進行停止装置の端部として働き、別の実施形態では省略することができる。ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂは、１対の圧着部４９６及び４９８によりフレームプレート４７０に接続されるように示され、更に、別の圧着部４９９を通じてレバー４８４内に共に接続される。圧着部４９９が、電気接地経路を含むことができ、別の導電経路を通して接地経路を設けることができることを認めるべきである。
【００９６】
作動時には、この実施形態の流体調節システム５０は、ＳＭＡワイヤ８２ａ又は８２ｂの１つに電気的にエネルギを与え、開放及び閉鎖バルブ位置の間でプレート４６６を移動させるためにレバー４８４を回転させることによって作動される。テーパ付きのスロット４６４及び４６８は、腰部４８６からの半径が増大する時にストロークが増大した後、ＳＭＡワイヤ８２ａ及び８２ｂからの作動ギアになることを認めるべきである。
【００９７】
図５１〜図５４に示す回転バルブは、静止プレートに対して移動プレートを回転する。別の実施形態によれば、又はプレートの線状作動を達成することができ、静止プレートに対する移動プレートの線状移動及び回転移動の組合せを達成することができることを認めるべきである。更に、移動プレート及び静止プレートに関してバルブを説明したが、バルブが１つ又は２つの移動プレートを含み、１つのプレートが他のプレートに対して移動してバルブを開放及び閉鎖することができることを認めるべきである。
【００９８】
本発明は、単一のセルを有する単一のバッテリに対して上に説明したが、本発明の態様は、複数のセルを有するバッテリ及び複数のバッテリを有するバッテリパックに適用することができる。例えば、流体調節システムは、バッテリパックのハウジングに完全に又は部分的に配置され、空気又は他の流体をバッテリパックハウジングに通過させることができるバルブを選択的に開放及び閉鎖することを可能にする。この場合、各バッテリに別々の流体調節システムを必要としないことになる。更に、流体調節システムは、バッテリパック内のバッテリのいずれか１つ又は１群又はバッテリの全てから又はバッテリパック外部の別のバッテリから電力を得ることができる。
【００９９】
流体調節システムはまた、バッテリ、複数のバッテリ、又はバッテリパックにより給電され、又はそうでなければバッテリ、複数のバッテリ、又はバッテリパックから別々に設けられた装置内に完全に又は部分的に配置することができる。例えば、バルブは、様々なマルチセルパックの大きさに役立つ予めパッケージ化されたモジュールとすることができる。従って、バルブ、バルブ電源、及び制御器を流体消費セルと別々にパッケージ化することが有利である場合がある。
【０１００】
流体消費バッテリ及び流体調節システムの組合せは、その中に１つ又はそれよりも多くの互換的流体消費バッテリが挿入される流体調節システムの全て又は一部を含むモジュールを含むことができる。それによって流体調節システムの少なくとも一部を再使用することができ、それによって使用者のバッテリ毎の費用が減少する。モジュールは、１つ又はそれよりも多くの流体吸入口を含むことができ、流体がバッテリに到達するための通路を設ける内部チャンネル、プレナム、又は他の内部空間を含むこともできる。モジュール及びバッテリは、モジュールの一部である電気接点を用いて、それとバッテリの一部である対応する電気接点と協働させてモジュール及びバッテリが不注意に分離されないようにすることを含むあらゆる適切な方法で共に保持することができる。例えば、モジュール上の電気的接点は、バッテリ電気接点を含むバッテリケースのスロットにスナップ留めされる突起ブレードの形とすることができる。スロットには、締まり嵌め、１つ又はそれよりも多くのバネ、機械的ロック機構、及びその様々な組合せのようなあらゆる適切な手段でブレードを保持することができる。モジュール及びバッテリの寸法、形状、及び電気接点は、適切な電気的接触を保証すると共にバッテリ反転を防ぐために適切な方向でのみモジュール及びバッテリと嵌め合わせることができるように構成することができる。モジュール、バッテリ、又はその両方は、組み合わせたバッテリ及びモジュールを設置する装置と適切に電気的接触させるための外部接触端子を有することができる。一部の実施形態では、バッテリは、装置からモジュールを取り外すことなく交換することができる。
【０１０１】
本発明は、ある一定の好ましい実施形態により本明細書に詳細に説明したが、当業者は、本発明の精神から逸脱することなく多くの修正及び変更を行うことができる。従って、特許請求の範囲によってのみ制限され、本明細書に示す実施形態を説明する詳細及び手段によっては制限されないように意図している。
【符号の説明】
【０１０２】
５０  流体調節システム
６６  移動プレート
８２ａ、８２ｂ  形状記憶合金ワイヤ
３０４ａ、３０４ｂ  アクチュエータピン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0005529006.tif 000021
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
0005529006.tif 000032
【図２８】
0005529006.tif 000033
【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３Ａ】
0005529006.tif 000038
【図３３Ｂ】
0005529006.tif 000039
【図３３Ｃ】
0005529006.tif 000040
【図３３Ｄ】
0005529006.tif 000041
【図３４】
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【図３５】
0005529006.tif 000043
【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
0005529006.tif 000050
【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
0005529006.tif 000055
【図４８】
0005529006.tif 000056
【図４９】
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【図５０】
0005529006.tif 000058
【図５１】
0005529006.tif 000059
【図５２】
0005529006.tif 000060
【図５３】
0005529006.tif 000061
【図５４】
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