(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開放端円筒形ハウジングと、該ハウジング内に挿入され、前記ハウジングを閉塞するエンドキャップ組立体とを有し、該エンドキャップ組立体は、電池端子として作用するエンドキャップと、該エンドキャップを前記電池ハウジングから電気的に絶縁する絶縁封止部材とを有し、該絶縁封止部材は、細長い導電性の集電器を貫通して有し、該集電器は、前記エンドキャップと電気的に接触し、前記ハウジングの縁部は、前記エンドキャップの周縁上にクリンプされて、クリンプ線に沿って電池肩部を形成する電気化学電池であって、
前記エンドキャップ組立体は、エンドキャップと、前記エンドキャップ組立体が頂部にある状態で、当該電池が垂直位置で見られるときに、前記エンドキャップの下方に位置する絶縁封止部材とを含み、前記エンドキャップは、屈曲平面と、その平面を通じる少なくとも１つの通気開口とを有する、一体物金属構造のディスクで形成され、前記エンドキャップ組立体は、その開放端に前記電池ハウジングの如何なる部分の内側にも前記エンドキャップ以外の金属ディスクを含まず、前記絶縁部材は、前記電池ハウジングに当接し且つ前記エンドキャップを前記電池ハウジングから電気的に絶縁する、絶縁封止ディスクを含み、該絶縁封止ディスクは、中央ボスと、該ボスから延びる一体的に形成された径方向延出アームとを有し、該径方向延出アームは、連続的な表面を形成し、前記径方向延出アームは、前記エンドキャップ組立体が頂部にある状態で、当該電池が垂直位置で見られるときに、前記エンドキャップの下方に位置する破裂可能な薄膜を形成する薄肉部を有し、当該電池内のガス圧が約１５０〜９００ｐｓｉｇ（１０３４×１０３〜６２０６×１０３パスカルゲージ）の間の範囲の圧力に達するときに、前記薄膜は破裂し、それによって、前記エンドキャップ内の前記通気開口を通じて、ガスを直接的に周囲環境に解放し、
前記薄膜を形成する前記薄肉部は、前記エンドキャップ組立体が頂部にある状態で、当該電池が垂直位置で見られるときに、前記径方向延出アームの頂面及び底面の少なくとも一方に切り込まれる溝のベースによって形成され、前記溝は、当該電池の長手軸を迂回する環状Ｖ形状溝である、
電気化学電池。
【請求項２】
前記絶縁封止ディスクは、前記電池ハウジングに当接する前記周縁を有する、請求項１に記載の電気化学電池。
【請求項３】
当該電池は、ＡＡサイズアルカリ電池であり、当該電池内のガス圧が約４００〜８００ｐｓｉｇ（２７５８×１０３〜５５１６×１０３パスカルゲージ）の間の圧力に範囲に達するときに、前記薄膜は破裂し、それによって、前記エンドキャップ内の前記通気開口を通じて、ガスを直接的に周囲環境に解放する、請求項２に記載の電気化学電池。
【請求項４】
当該電池は、ＡＡＡサイズアルカリ電池であり、当該電池内のガス圧が約５００〜９００ｐｓｉｇ（３４４８×１０３〜６２０６×１０３パスカルゲージ）の間の圧力に範囲に達するときに、前記薄膜は破裂し、それによって、前記エンドキャップ内の前記通気開口を通じて、ガスを直接的に周囲環境に解放する、請求項２に記載の電気化学電池。
【請求項５】
当該電池は、Ｃサイズ電池であり、当該電池内のガス圧が約２００〜４００ｐｓｉｇ（１３７９×１０３〜２７５８×１０３パスカルゲージ）の間の圧力に範囲に達するときに、前記薄膜は破裂し、それによって、前記エンドキャップ内の前記通気開口を通じて、ガスを直接的に周囲環境に解放する、請求項２に記載の電気化学電池。
【請求項６】
当該電池は、Ｄサイズ電池であり、当該電池内のガス圧が約１５０〜２５０ｐｓｉｇ（１０３４×１０３〜１７２４×１０３パスカルゲージ）の間の圧力に範囲に達するときに、前記薄膜は破裂し、それによって、前記エンドキャップ内の前記通気開口を通じて、ガスを直接的に周囲環境に解放する、請求項２に記載の電気化学電池。
【請求項７】
前記環状Ｖ形状溝は、前記ボスに最も近い前記溝の前記縁である前記溝の導入縁が、前記ボス表面から２ｍｍ内にあるよう配置される、請求項１乃至６のうちのいずれか１項に記載の電気化学電池。
【請求項８】
当該電池は、亜鉛を含む陽極と、二酸化マンガンを含む陰極と、水酸化カリウムを含む水性電解液とを有する、請求項１乃至７のうちのいずれか１項に記載の電気化学電池。
【請求項９】
前記エンドキャップ組立体が頂部にある状態で、当該電池が垂直位置で見られるときに、前記エンドキャップは、径方向に延び且つ下方延出壁で終端する平坦な中央面を有し、前記下方延出壁は、肘部で終端する、請求項１乃至８のうちのいずれか１項に記載の電気化学電池。
【請求項１０】
前記エンドキャップ組立体が頂部にある状態で、当該電池が垂直位置で見られるときに、前記絶縁封止ディスクの前記径方向延出アームは、上方延出アームで終端する肘部を形成する下方湾曲面で終端し、前記上方延出アームは、前記ハウジングの前記内側面に当接する周縁を形成する端部で終端する第二径方向延出アームで終端する、請求項１乃至８のうちのいずれか１項に記載の電気化学電池。
【請求項１１】
前記溝は、前記径方向延出アームの前記頂面を切り取ることによって形成される、請求項１乃至１０のうちのいずれか１項に記載の電気化学電池。
【請求項１２】
前記溝は、前記径方向延出アームの前記底面を切り取ることによって形成される、請求項１乃至１１のうちのいずれか１項に記載の電気化学電池。
【請求項１３】
前記溝の前記ベースにある前記破裂可能な薄膜は、約０．０４〜０．４０ｍｍの間の厚さを有するナイロンを含む、請求項１１又は１２に記載の電気化学電池。
【請求項１４】
前記絶縁封止ディスクは、ナイロンを含み、前記破裂可能な薄膜を含む前記径方向延出アームの厚さは、約０．３５〜０．４５ｍｍの間である、請求項１乃至１３のうちのいずれか１項に記載の電気化学電池。
【請求項１５】
前記溝は、前記径方向延出アームの前記頂面及び前記底面の少なくとも一方にナイフを適用することによって形成され、該ナイフは、Ｖ字形状の切取り刃を有し、該刃の対向する側部は、約５〜３０度の角度を形成する、請求項１乃至１４のうちのいずれか１項に記載の電気化学電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、封止電気化学電池、具体的には、アルカリ電池用のエンドキャップ組立体に関する。本発明は、ガスが電池内部から環境へ漏れ出ることを許容する、エンドキャップ組立体内部の破裂可能な装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルカリ電池のような、従来の電気化学電池は、開放端を有する円筒形ハウジングと、ハウジングを封止するためにハウジング内に挿入されたエンドキャップ組立体とからなる。従来のアルカリ電池は、亜鉛を含む陽極と、二酸化マンガンを含む陰極と、水性の水酸化カリウムを含むアルカリ電解液とを含むのが典型的である。電池の中身が供給された後、電池のための緊密な封止をもたらすために、電池はハウジング縁部をエンドキャップ組立体上にクリンプすることによって閉鎖される。エンドキャップ組立体は露出エンドキャップ板を含む。エンドキャップ板は電池端子及び典型的にプラスチック絶縁プラグとして機能し、電池ハウジングの開放端を封止する。様々な電気化学電池、特に、アルカリ電池の設計に関連する問題は、電池が特定時点（通常、電池の有用容量の完全な消耗時点）を越えて放電し続けると、電池がガスを生成する傾向にあることである。従来、電気化学電池、特に、アルカリ電池は破裂可能な隔膜（ダイアフラム）又は破裂可能な薄膜（メンブレン）をエンドキャップ組立体内に備える。破裂可能な隔膜又は薄膜は、例えば、米国特許第３，６１７，３８６号に記載されているようなプラスチック絶縁部材内に形成され得る。そのような隔膜は、電池内のガス圧が所定レベルを超えると破裂するよう設計されている。エンドキャップ組立体は、隔膜又は薄膜の破裂時にガスが漏れ出るための通気孔を備え得る。米国特許第３，６１７，３８６号に開示されているエンドキャップ組立体は、溝付き破裂可能封止隔膜と、エンドキャップと封止隔膜との間の別個の金属接触ディスクとを開示している。参照文献に開示されているエンドキャップ組立体は、径方向の圧縮力に耐えるように設計されておらず、電池が極端に暑い気候及び寒い気候に晒されると、漏れる傾向がある。
【０００３】
緊密な封止をもたらすために、同時代の先行技術は、典型的に、エンドキャップ板と絶縁部材との間に挿入された金属支持ディスクを含むエンドキャップ組立体を開示する。電池ハウジングの縁部がエンドキャップ組立体の上にクリンプされると、別個の金属支持ディスクは径方向に圧縮される。典型的にプラスチック絶縁ディスクの形態の絶縁プラグは、電池の中心から電池ハウジングに向かって延び、金属支持ディスクを電池ハウジングから電気的に絶縁する。金属支持ディスクは、米国特許第５，７５９，７１３号又は第５，０８０，９８５号に示されているような、大きく屈曲された表面を有し得る。エンドキャップ組立体の周りへの電池ハウジング縁部のクリンプ中、それはエンドキャップ組立体が高い径方向の圧縮力に耐え得ることを保証する。この結果、エンドキャップ組立体の周りの緊密な封止が常時が得られる。
【０００４】
従来技術は、エンドキャップ組立体内に含まれる絶縁ディスク内の薄肉領域として一体的に形成される破裂可能な通気薄膜を開示する。そのような通気薄膜は、例えば、米国特許第５，５８９，２９３号に示されるように、電池の長手軸に対して直交する平面に位置するように向き、或いは、米国特許第４，２２７，７０１号に示されるように、電池の長手軸に対して傾斜するように向き得る。後者の米国特許第４，２２７，７０１号では、破裂可能な通気薄膜は、絶縁封止ディスクの下向き傾斜アーム上の環状の薄肉部分として形成されている。絶縁封止ディスクは、細長い集電器（電流はそこを通じて流れる）の上に摺動可能に取り付けられている。電池内のガス圧が増大すると、絶縁封止ディスクの中心部分は電池エンドキャップの方向に上向きに摺動し、それによって、薄膜が破裂するまで薄膜を引き伸ばす。米国特許第６，１２７，０６２号は、絶縁封止ディスクと、一体的に形成された破裂可能な薄膜とを開示しており、薄膜は垂直に、換言すれば、電池の中心長手軸と平行に位置付けられている。電池内のガス圧が所定レベルまで上昇すると、薄膜は破裂することによって、ガス圧を外部環境に解放する。
【０００５】
破裂可能な薄膜は、米国特許第５，５８９，２９３号に示されているように、絶縁ディスク内の１つ又はそれ以上の薄肉材料の島であり得る。代替的に、破裂可能な薄膜は、米国特許第５，０８０，９８５号に示されているように、電池の長手軸を回避する薄肉部分の形態であり得る。破裂可能な薄膜を形成する回避薄肉部分は、米国特許第４，２３７，２０３号に記載されているように、絶縁ディスク内の溝の形態であり得る。破裂可能な薄膜は、米国特許出願公開第２００２／０１２７４７０号に示されているように、金属支持ディスクと絶縁ディスクとの間に挟装され且つその内部の開口に面する別体の重合体膜であってもよい。米国特許第３，３１４，８２４号に記載されているように、薄膜の破裂を助けるために、尖頭又は他の突出部材を破裂可能な薄膜の上に位置し得る。電池内のガス圧が過剰になると、薄膜は膨張し、尖頭部材と接触直後に破裂し、それによって、電池内のガスが上方に位置する端子エンドキャップ内の開口を通じて環境に漏れ出すことを許容する。
【０００６】
米国特許第５，０８０，９８５号及び第５，７５９，７１３号に示されるような屈曲された表面を典型的に備える別個の金属支持ディスクが、エンドキャップ組立体内に一般的に含められている。金属支持ディスクは、エンドキャップ組立体の周りへのハウジング縁部のクリンプ中にエンドキャップに加えられる高い径方向圧縮力に耐える。高い径方向圧縮力は、たとえ電池内のガス圧が極めて高いレベル、例えば、約１１００〜１６００ｐｓｉｇ（７５８５×１０３〜１１０３２×１０３パスカルゲージ）の間まで増大するとしても、エンドキャップ組立体間の封止が保持されることを保証する。
【０００７】
絶縁封止ディスクと端子エンドキャップとの間に金属支持ディスクを含まないアルカリ電池エンドキャップ組立体は、米国特許第３，３１４，８２４号；第３，６１７，３８６号；第４，２２７，７０１号；第４，２３７，２０３号；第４，５３９，２６９号及び第５，５８９，２９３号に示されている。これらの参照文献に開示されているエンドキャップ組立体は高プロファイルを有し、換言すれば、電池の内部容積の顕著な割合を占め、さもなければ、電池内で増大する数百ポンド毎平方インチゲージ（ｐｓｉｇ）のガス圧増大にさえ確実に耐えず、さもなければ、アルカリ電解液の化学攻撃及び腐食を被る材料で形成され或いはアルカリ電解液の化学攻撃及び腐食を被る封止内の弱い部分を有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、通常の電池の使用中に緊密な封止をもたらすにも拘わらず、低プロファイルのアルカリ電池エンドキャップ組立体を有することが望ましい。
【０００９】
エンドキャップ組立体は、破裂可能な通気機構を備えた絶縁封止ディスクを有することが望ましい。
【００１０】
破裂可能な通気機構を備えたエンドキャップ組立体は、製造が容易であり且つコスト削減のために可能な限り少ない構成要素を有し、それにも拘わらず、所望の圧力レベルでガス通気可能であることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の特徴は、電気化学電池用、好ましくは、アルカリ電池用の低プロファイルなエンドキャップ組立体に向けられている。アルカリ電池は、例えば、従来的な、亜鉛を含む陽極と、二酸化マンガン及び黒鉛のような伝導性炭素を含む陰極とを包含し得る。水酸化カリウム電解液の水性溶液が陽極及び陰極材料に加えられる。電池は、陽極と陰極との間に従来的な分離材を包含する。電池の外部ハウジングは、開放端及び閉塞端を有する円筒形であるのが典型的である。電池内容物は電池の外部ハウジング内に挿入される。次に、本発明のエンドキャップ組立体が電池の外部ハウジングの開放端に挿入され、ハウジングの開放端を閉塞する緊密な封止を生むよう、ハウジングの周縁がエンドキャップ組立体の周りにクリンプされる。エンドキャップ組立体は、少ない構成要素からなること、即ち、端子エンドキャップと、エンドキャップを外部ハウジングから電気的に絶縁する下方に位置する絶縁封止ディスクとから成ることを特徴とする。細長い集電器もあり、その一端は絶縁封止ディスクの中心を貫通し、陽極に入り込む。緊密な封止を達成するため、エンドキャップ及び絶縁封止ディスクは径方向圧縮状態に配置される。具体的には、本発明のエンドキャップ組立体は、エンドキャップと絶縁封止ディスクとの間の別個の金属支持ディスクの必要性を排除する。（本発明が排除するそのような金属支持ディスクは従来技術のアルカリ電池エンドキャップ組立体に用いられ、封止を強化するために径方向圧縮状態に配置されるのが典型的である。）
本発明の特徴は、絶縁封止ディスクが低プロファイルを有する、換言すれば、比較的浅い深さを有することである。本発明は、エンドキャップ及び絶縁封止ディスクによって定めされるエンドキャップ組立体が電池内部の総容積の比較的低比率を占めることによってさらに特徴付けられる。これはより多量の陽極及び陰極材料を電池内部に含めることをもたらすことによって、電池の有用な耐用年数を延長する。例えば、ＡＡサイズ電池において、エンドキャップ及び絶縁封止ディスクを含むエンドキャップ組立体は電池の全長の約８〜１２％の間の最大深さを有する。
【００１２】
エンドキャップは、アルカリ電池で通常用いられるエンドキャップよりも厚いということによって特徴付けられる。しかしながら、従来的な材料、例えば、ニッケルメッキ鋼でエンドキャップを形成し得る。本発明のエンドキャップ組立体におけるＡＡＡ電池のためのエンドキャップの厚さは約０．３７〜０．５０ｍｍの間であるのが好ましい。ＡＡ電池のためのエンドキャップの厚さは約０．５０〜０．６０ｍｍの間であるのが好ましい。Ｃ及びＤ電池のためのエンドキャップの厚さは約０．６〜０．７ｍｍの間であるのが望ましい。
【００１３】
絶縁封止ディスクは、中心を貫通する開口を備える中央ボスを有することによってさらに特徴付けられる。ボスは絶縁封止ディスクの最も肉厚で重い部分を形成する。ボスの周縁外面は、ボスから径方向に延び且つ下方に湾曲する第一の径方向延出アームで終端し、該アームは下方に突出する肘部で終端する。他の一体的に形成されたアームが肘部から上方に延び、僅かに外方に傾斜し、周縁で終端する。
【００１４】
本発明のエンドキャップ組立体の特徴は、絶縁封止ディスクの薄肉部から一体的に形成された破裂可能な薄膜から成る通気機構を含むことである。薄肉部は絶縁封止ディスクの径方向延出アーム、換言すれば、ボスから径方向に延びる封止ディスク部分の頂面又は底面に環状溝を切り取ることによって形成され得る。（ここで、頂及び底とは、電池が垂直位置に向けられた状態においてエンドキャップ組立体が電池の上端にある状態を指すものとする。）絶縁封止ディスク及び一体的な破裂可能な薄膜は、ナイロン６６又はナイロン６１２から成るのが好ましい。溝は、打抜ナイフ及びその類似物を用いて、絶縁封止ディスクの径方向延出アームの頂面又は底面に切り込まれるのが好ましい。溝は、径方向延出アーム及びボスの交差地点の近くに形成されるのが好ましい。ボスを迂回するよう、溝は環状であるのが望ましい。溝は、その導入縁（ボスに最も近い溝の縁部）がボス表面の約２ｍｍ内にあるよう、絶縁封止ディスクの径方向延出アームに切り込まれるのが望ましい。絶縁ディスクの径方向延出アームの厚さは環状溝のベースに沿って低減されるようになることによって、円周状の破裂可能な薄膜を形成する。代替的に、複数の離間した破裂可能な薄膜をボスの周りに形成するよう、複数の離間した或いは区分された直線又は弓形の切取りで環状溝を形成し得る。代替的に、封止ディスクの製造時、射出成形によって、封止ディスクの径方向延出アームの頂面又は底面内に環状溝を形成し得る。
【００１５】
本発明の特徴は、本発明のエンドキャップ組立体の設計を用いて、約１５０〜９００ｐｓｉｇ（１０３４×１０３〜６２０６×１０３パスカルゲージ）の間のレベルでの薄膜の破裂圧力を容易に達成し得るのに加え、信頼性のある封止がそのような圧力レベルで電池の開放端に維持されることを保証することである。破裂可能な薄膜は、所望の約１５０〜９００ｐｓｉｇ（１０３４×１０３〜６２０６×１０３パスカルゲージ）の間の破裂圧力のために、約０．０４〜０．４０ｍｍの間の厚さを典型的に有し、ナイロン６１２又はナイロン６６が用いられるときには、典型的に約０．１３〜０．４０ｍｍの間である。薄膜の破裂圧力は、望ましくは、約１５０〜７００ｐｓｉｇ（１０３４×１０３〜４８２７×１０３パスカルゲージ）の間であり、有利には、約１５０〜６００ｐｓｉｇ（１０３４×１０３〜４１３７×１０３パスカルゲージ）の間である。
【００１６】
本発明のエンドキャップ組立体を用いるＡＡサイズのアルカリ電池において、破裂圧力は約４００〜８００ｐｓｉｇ（２７５８×１０３〜５５１６×１０３パスカルゲージ）の間であるのが好ましい。本発明のエンドキャップ組立体を用いるＡＡＡサイズのアルカリ電池において、破裂圧力は約５００〜９００ｐｓｉｇ（３４４８×１０３〜６２０６×１０３パスカルゲージ）の間であるのが好ましい。本発明のエンドキャップ組立体を用いるＣサイズのアルカリ電池において、破裂圧力は約２００〜４００ｐｓｉｇ（１３７９×１０３〜２７５８×１０３パスカルゲージ）の間であるのが好ましい。本発明のエンドキャップ組立体を用いるＤサイズのアルカリ電池において、破裂圧力は約１５０〜２５０ｐｓｉｇ（１０３４×１０３〜１７２４×１０３パスカルゲージ）の間であるのが好ましい。
【００１７】
本発明のエンドキャップ組立体が本質的に２つだけの構造上の構成要素、即ち、電池ハウジングの開放端を封止するよう径方向圧縮下にある端子エンドキャップ及び下方に位置する絶縁封止ディスクだけから成るという事実にも拘わらず、如何なる上記圧力レベルにも容易に耐える信頼性のある封止が達成される。
【００１８】
本発明は図面を参照することでより良く理解されよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明のエンドキャップ組立体１０の好適な構造が図１に例示されている。エンドキャップ組立体１０の構成要素の展開図が図２に示されている。電池内にクリンプされる前の絶縁封止ディスクの拡大絵画図が図２Ａに示されている。アルカリ電池１００内に組み込まれたエンドキャップ組立体１０の具体的な実施態様が図３に示されている。エンドキャップ組立体１０は、円筒形の電気化学電池、具体的には、標準規格のＡＡＡ（４４×９ｍｍ）、ＡＡ（４９×９ｍｍ）、Ｃ（４９×２５ｍｍ）、及び、Ｄ（５８×３２ｍｍ）サイズのアルカリ電池に適用可能である。エンドキャップ組立体１０は、電池ハウジング（ケーシング）７０の開放端のための封止をもたらし、露出されたエンドキャップ１３０を開放端内部に組み込ませる。エンドキャップ１３０はディスクの形態であり、図３に示されるように、電池の端子の１つ（アルカリ電池のための負端子）として機能し得る。エンドキャップ１３０は、径方向バネとして機能する構造でもある。電池のハウジング７０がエンドキャップ組立体の周りにクリンプされるときに、これはエンドキャップ組立体１０が高い径方向の圧縮力に耐えることを許容すると共に、電池が極端に寒い及び暑い環境温度に晒されるとしても、緊密な封止を提供する。本発明のエンドキャップ組立体１０は低プロファイルを有する、換言すれば、電池の長さに対して小さな深さである。また、エンドキャップ組立体１０は、アルカリ電池のための従来技術の径方向圧縮エンドキャップ組立体よりも少ない空間を電池内で占める。これによって、電池容量を増大するために、追加的な陽極及び陰極活性材料を含めることが可能になる。
【００２０】
代表的な実施態様（図１乃至３）における本発明のエンドキャップ組立体１０は、エンドキャップディスク１３０と、電気絶縁部材１２０と、細長い集電器６０とからなる。絶縁部材１２０は、屈曲面を有する絶縁封止ディスク（グロメット）の形態であるのが好ましい。絶縁封止ディスク１２０は肉厚の中央ボス１２２を有し、中央ボスは金属集電器６０を受容するために貫通する開口９０を備える。集電器６０は長手の釘の形態であることが可能であり、一体的に形成されたナブ又はフランジ６２をその一端に有するのが好ましい。よって、エンドキャップ組立体１０を組み立てるとき、ナブ６２がボス１２２の頂面に対して支承されるに至るまで、開口９２を通じて先端部６３を押し込む或いは打ち叩くことによって、集電器６０は開口９２を通じて挿入される（図１）。集電器６０の表面は、開口９２への挿入前に、アスファルト塗膜のような封止材料で被覆されるのが好ましい。代替的に、集電器６０が開口を通じて挿入される以前に、開口９２を定める表面をそのようなアスファルト塗膜で予被覆し得る。ナブ６２は、例えば、電気抵抗溶接によって、エンドキャップ１３０の底面に溶接され得るので、集電器６０はエンドキャップ１３０と電気接触している。そのような実施態様において、ボス１２２は不動とされ、電池内のガス圧の増大時に集電器６０に沿って摺動し得ない。
【００２１】
エンドキャップディスク１３０は金属から成り、屈曲面を有するニッケルメッキ鋼であるのが好ましい。エンドキャップ１３０は、ＡＡＡサイズの電池のために、望ましくは、約０．３７〜０．５０ｍｍ、好ましくは、約０．３７ｍｍの壁厚を有する。エンドキャップ１３０は、ＡＡサイズの電池のために、望ましくは、約０．５〜０．６ｍｍ、好ましくは、約０．５ｍｍの壁厚を有する。エンドキャップ１３０は、Ｃ及びＤサイズの電池のために、望ましくは、約０．６〜０．７ｍｍ、好ましくは、約０．６ｍｍの壁厚を有する。そのような厚さは、同時代のアルカリ電池で利用されている従来技術の端子エンドキャップの厚さ、典型的には、約０．２０〜０．２５ｍｍの間、よりも大きい。エンドキャップ１３０は、ディスク１３０半径の大部分、好ましくは、ディスク半径の約６５〜７５パーセントの間を包含するために径方向に延びる平坦な中央面１３２を有するのが好ましい。平坦な中央面１３２は下方に延びる壁１３３で終端し、壁は図１に示されるように外側に僅かに傾斜している。また、壁１３３は垂直に整列され得る、換言すれば、電池の長手軸１９０と平行であり得る。１つ又は幾つかの通気開口１３６が下方に延びる壁１３３にあるのが好ましい。下方に延びる壁１３３は径方向延出アーム１３４で終端し、アームはエンドキャップ１３０の周縁を形成する。径方向延出アーム１３４は、エンドディスク１３０半径の約２５〜３５パーセントの間を包囲するのが望ましい。周縁１３４は端部フランジ１３５で終端する。
【００２２】
エンドキャップ組立体１０がハウジング開放端１７８に挿入された後、電池のハウジング縁部７２が絶縁封止ディスク１２０の周縁１２９の上にクリンプされる。次に、エンドキャップ１３０の端部フランジ１３５が周縁１２９の内部面に食い込むよう、ハウジング縁部７２は径方向で圧縮される。絶縁封止ディスク１２０の周縁１２９は、エンドキャップ１３０をハウジングから電気的に絶縁する。エンドキャップ１３０及び絶縁封止ディスク１２０は径方向で圧縮状態に配置されることで、ハウジングの開放端１７８を閉鎖する密接な封止をもたらす。本発明のエンドキャップ１３０及び絶縁封止ディスク１２０を径方向の圧縮状態の分量で容易に配置し得るので、エンドキャップ組立体１０内で用いられるエンドキャップ１３０以外には金属支持ディスクがないという事実にも拘わらず、封止ディスクの壁厚を据付時（非圧縮時）の厚さの約３５〜４５パーセントの間にまで低減し得る。
【００２３】
図１乃至３に例示されるような本発明の利点は、エンドキャップディスク１３０が高い径方向の圧縮力に耐え得る電池端子及び支持ディスクの両方の機能を果たし、実際上、径方向バネとして機能し、それによって、電池が極端に暑い及び寒い気候に晒されるか否かに拘わらずに緊密な封止を保証することである。エンドキャップ１３０は１つ又はそれ以上の通気開口１３６も含むのが好ましく、電池内部のガスが薄膜１２１を通過するとき、或いは、薄膜１２１が破裂するとき、ガスは通気開口を通じて環境に漏れ出し得る。
【００２４】
絶縁封止ディスク１２０は、プラスチック又は重合体絶縁材料の一体構造で形成され得る。材料は電気耐性を有し、且つ、水性アルカリ溶液、典型的には、水性の水酸化カリウムによる攻撃に耐えるよう十分に耐久性を有さなければならない。材料は良好な機械的応力抵抗特性を有さなければならず、水素ガス透過性を有するのが好ましい。絶縁封止ディスク１２０は、アルカリに対して耐久性及び腐食耐性を有する射出成形ナイロン６６によって形成されるのが好ましい。代替的に、それはナイロン６１２によっても形成され得る。ナイロン６６又は１２０は絶縁封止ディスク１２０のための好適な材料であるが、ディスク１２０をこれらの材料に限定することは意図されていない。何故ならば、他のナイロン等級、並びに、ポリプロピレン、タルク充填ポリプロピレン、ポリエチレン、スルホン化ポリエチレン、及び、それらの類似物も用い得る。
【００２５】
図１及び２に例示されるように、絶縁封止ディスク１２０は、中心を貫通して開口９２を有する中央ボス１２２を有する。ボス１２２は、ディスク１２０の最も厚肉で重い部分を形成している。ボス１２２は、ディスク１２０の直径の約２０〜３５パーセントの間の直径を有する。ボス１２２の周縁外面１２２ａは第一の径方向延出アーム１２４で終端し、アーム１２４は径方向に延びて封止ディスク１２０半径の約４０〜６０パーセントの分量で突出する肘部になっている。アーム１２４は、ボス１２２から径方向に延びるにつれて僅かに下方に湾曲している。アーム１２４は、下方に突出する肘部１２６で終端している。ボス１２２の底面１２２ｂ或いは肘部１２６の底部のいずれも、図１に示されるような絶縁ディスク１２０の最底部を形成し得る。図１に示される実施態様では、ボス１２２の底面１２２ｂが絶縁封止ディスク１２０の最底部を形成している。アーム１２７が肘部１２６から上方に延びている。アーム１２７は、図１に最も良く示されるように、肘部１２６から径方向に延びるにつれて僅かに外向きに傾斜している。上方延出アーム１２７は第二の径方向延出アーム１２８で終端し、アーム１２８は絶縁封止ディスク１２０の上方に延びる周縁１２９で終端している。ボス１２２、第一の径方向延出アーム１２４、肘部１２６、上方延出アーム１２７、第二の径方向延出アーム１２８、及び、周縁１２９は、封止ディスク１２０の成形中に全て一体的に形成されることが理解されよう。
【００２６】
アーム１２４がボス１２２から延びる地点又はその近傍で径方向延出アーム１２４を切り取り或いは切り込むことによって、周縁の破裂可能な薄膜１２１が形成されるのが好ましい。切取り又は切込みは、封止ディスク１２０の成型後、自動化された切断工具を用いて便利に達成され得る。切取りは、径方向延出アームに環状又は円周状の溝１２３を生成する。溝１２３は、開放端と、反対側の閉塞されたベースとを有し、溝のベースは薄肉の破裂可能な薄膜部分１２１を形成する。溝１２３は、図１及び１Ａに示されるように、封止ディスク１２０の径方向延出アーム１２４の底面上に連続的な円周状の切取りから成るのが好ましい。代替的に、図１Ｂに示されるように、溝１２３は、封止ディスク１２０の径方向延出アーム１２４の頂面に沿って形成され得る。溝１２３は、例えば、封止ディスク１２０の成型後、径方向延出アーム１２４の底面（又は頂面）のいずれかに適用される切断ナイフを用いて、打抜きによって形成され得る。この工程は切込みとも言及され得る。溝１２３が打抜きによって形成されると、溝は、その導入縁を備えて、径方向延出アーム１２４とボス１２２との交差地点１２２ｃ又はその近傍に位置するのが好ましい。溝１２３の導入縁１２３ｃは、ボス１２２の約２ｍｍ内であるのが望ましい。溝１２３の導入端１２３ｃは、前記交差地点１２２ｃの約０．１〜０．５ミリメータ内であるのが好ましい。
【００２７】
溝１２３は、封止ディスク１２０の成型中にも形成され得る、換言すれば、別個の切取り（又は切込み）段階の必要なしに形成され得る。そのような場合、溝１２３は径方向延出アーム１２４の底面（図１Ａ）に位置し得るので、その近傍縁１２３ｃは径方向延出アーム１２４とボス１２２との交差地点１２２に極めて接近する、好ましくは、正に交差地点１２２に位置する。代替的に、封止ディスク１２０の成型中に形成される溝１２３は、溝１２３の近傍縁１２３ｃが径方向延出アーム１２４及びボス１２２の交差地点に極めて接近した位置した状態で、好ましくは、正に交差地点に位置した状態で、径方向延出アーム１２４の頂面（図１Ｂ）に位置し得る。交差地点１２２ｃ又はその近傍にある溝１２３の位置は、約１５０〜９００ｐｓｉｇ（１０３４×１０３〜６２０６×１０３パスカルゲージ）、好ましくは、約１５０〜７００ｐｓｉｇ（１０３４×１０３〜４８２７×１０３パスカルゲージ）の間の所望のより低い破裂圧力を達成するのを助ける。成型又は別個の打抜き（切込み）のいずれかによって溝１２３を形成し得るが、一般的に、打抜き（切込み）法は、より深い切取りの溝の形成をより容易にし、それによって、溝ベース１２３ｂ近傍の極めて薄肉の破裂可能な薄膜１２１の製造を容易にする。例えば約１５０〜６００ｐｓｉｇ（１０３４×１０３〜４１３７×１０３パスカルゲージ）の間の比較的低圧で破裂する薄膜を有するのが望ましいとき、そのような極めて薄肉の破裂可能な薄膜１２１（ナイロン６６又は６１２に関し、典型的には、約０．０４〜０．０８ｍｍの間）が必要である。環状溝１２３は絶縁封止ディスク１２０の径方向延出アーム１２４の頂面又は底面のいずれかに切断ナイフを適用することによって形成され得る。ナイフ自体は、典型的にカミソリ刃から狩猟用ナイフの範囲に及ぶ切断刃厚を有し得る。切断ナイフは、約５〜３０度の大きさのＶ字形状の切断角度を備える刃を有するのが望ましい。溝ベース１２３ｂでの切断溝の幅は、望ましくは、ナイロンを用いて、例えば、約０．１〜１．０ｍｍの間であり得る。もし環状溝１２３がナイロンの絶縁封止ディスク１２０の成型中に形成されるならば、溝ベースでの溝の幅は、約０．１〜０．４ｍｍの間、望ましくは、０．２５〜０．４ｍｍの間である。
【００２８】
環状溝１２３はボス１２２を迂回する連続的な周縁溝であるのが好ましいが、溝１２３をそのような構造に限定することは意図されていない。連続的な周縁溝である代わりに、例えば、ボス１２２の周りに円又は楕円を形成する代わりに、溝１２３を径方向延出アーム１２４の頂面又は底面における複数の区分された直線又は弓形の切取りで形成し得る。そのような区分された直線又は弓形の切取りを離間し得るので、それらはボス１２２の周りで円形又は楕円形の軌跡をなす。この後者の場合、複数の区分された破裂可能な薄膜部分１２１がボス１２２の周りに形成される。
【００２９】
複数の離間した、好ましくは、図１に示されるように、径方向延出アーム１２４の頂面から突出する細長いリブ１２４ａがあるのが好ましい。そのようなリブは絶縁封止ディスク１２０と一体に形成されている。薄膜１２１が破裂し、アーム１２４の部分がエンドキャップ１３０の近傍に飛び上がるときに、リブ１２４ａは、径方向延出アームの如何なる部分も通気開口を覆うことを阻止する働きをする。よって、薄膜１２１の破裂によってアームが飛び上がるとき、通気開口１３６から離れたエンドキャップ１３０の領域で、リブ１２４ａがエンドキャップ１３０の下面に対して留まり得るよう、リブ１２４ａは整列している。
【００３０】
周縁溝１２３は径方向延出アームの底面に形成されるのが好ましいが（図１及び１Ａ）、図１Ｂに示されるように、代わりに、アーム１２４及びボス１２２の交差地点又はその近傍で、径方向延出アーム１２４の頂面に沿っても形成され得る。そのような後者の場合、周縁溝１２３は電池の内部に面する。溝１２３が径方向延出アーム１２４の頂面又は底面のいずれか場合にしても、そこから円周の破裂可能な薄膜１２１を生成するため、その結果、アーム１２４の厚さが溝のベースで削減されるという効果が得られる。
【００３１】
溝１２３のサイズ、形状、及び、深さを、径方向延出アーム１２４の切込みに用いられる切取工具の形状及び切断の深さによって制御し得る。切断工具は、例えば、円周状の刃を有するナイフであり得る。そのような刃は径方向延出アーム１２４の頂面上に１回のストロークで垂直に押し付けられ、基礎をなす環状の破裂可能な薄膜部分１２１を定める切取り又は溝１２３を形成する。溝１２３の深さを定める対向する溝壁１２３ａは如何なる特定の形状又は湾曲をも有さない。しかしながら、製造の容易性の観点から、溝壁１２３ａは垂直線、換言するれば、電池の中心の長手軸と平行であり、或いは、好ましくは、溝の口部がベースよりも幾分大きいようＶ字形状であり得る。図１及び１Ａに示されるように、破裂可能な薄膜部分１２１は、そのようなＶ字形状の溝のベース（閉塞端）の基礎をなす。Ｖ字形状の切取り（図１Ａ）は円周溝１２３を形成し、それは外部切断工具を用いて容易に形成され得る。図１及び１Ａに示されるようなＶ字形状の切取りは、ほぼ垂直な側壁を有するが（垂直線の約３０度内）、側壁が余り鋭角に傾斜しないよう、Ｖ字形状切取りの角度を変更し得る。そのようなＶ字形状の溝壁の角度は、薄膜１２１の破裂可能性において重要な要因を演じないようである。何故ならば、薄膜は、剪断ではなく、主として緊張で破裂するからである。破裂可能な薄膜の幅は、溝１２３のベースの幅によって定められる。例えば、図１Ａに最も良く示されているＶ字形状の溝１２３において、基礎をなす破裂可能な薄膜の幅はＶ字形状のベース１２３ｂの幅として定められる。
【００３２】
耐食塗膜を絶縁封止ディスク１２０の下面に選択的に塗布し得る。そのような塗膜は陽極に対して電気化学的に不活性であるべきである。ナイロン６６又はナイロン６１２に拘わらず、絶縁封止ディスク１２０のための好適な材料は、アルカリ電解液による攻撃に対して耐性があり、絶縁ディスク１２０の下面を被覆することによって、追加的な保護を付与し得る。もし他の材料、例えば、ポリプロピレン、タルク充填ポリプロピレン、スルホン化ポリエチレン、又は、ナイロン６６又はナイロン６１２以外のポリアミド（ナイロン）等級が用いられるならば、そのような塗膜は特に望ましい。広範囲の不活性耐食材料から適切な耐食塗膜を選択可能であり、それらを所望の表面に便利に吹付或いは塗布し得る。好適な不活性耐食非湿潤塗膜は、例えば、テフロン（登録商標）（テトラフルオロエチレン）、アスファルト、又は、ポリアミドであり得る。そのような耐食塗膜材料は、破裂可能な薄膜の直接基礎をなす絶縁封止ディスク１２０底面部分に有利に塗布され得る。これは薄膜１２１に特別な保護をもたらす。しかしながら、所望であれば、絶縁封止ディスク１２０の下面全体に塗膜を塗布し得る。そのような塗膜、又は、他の封止材料、例えば、アスファルト又はポリアミド塗膜は、絶縁封止ディスク１２０の縁部１２９とハウジング７０との間に塗布され得る。
【００３３】
本発明のエンドキャップ組立体１０内の破裂可能な薄膜１２１の望ましい破裂圧力は、約１５０〜９００ｐｓｉｇ（１０３４×１０３〜６２０６×１０３パスカルゲージ）の間であるのが望ましく、約１５０〜７００ｐｓｉｇ（１０３４×１０３〜４８２７×１０３パスカルゲージ）の間であるのが好ましい。有利に、薄膜の破裂圧力は、約１５０〜６００ｐｓｉｇ（１０３４×１０３〜４２３７×１０３パスカルゲージ）の間、又は、約２００〜６００ｐｓｉｇ（１３７９×１０３〜４１３７×１０３パスカルゲージ）の間ですらあり得る。
【００３４】
電池内のガス圧が約１５０〜９００ｐｓｉｇ（１０３４×１０３〜６２０６×１０３パスカルゲージ）の間のレベルに到達すると破裂する薄膜１２１（ナイロン６６又はナイロン６１２）を達成するために、約０．０４〜０．４０ｍｍの間の厚さを有する破裂可能な薄膜１２１を形成するよう、切取り又は溝１２３を径方向延出アーム１２４に形成し得ることが究明された。電池内のガス圧が約１５０〜７００ｐｓｉｇ（１０３４×１０３〜４８２７×１０３パスカルゲージ）の間のレベルに到達すると破裂する薄膜１２１（ナイロン６６又は６１２）を達成するために、０．０４〜０．３２ｍｍの間の厚さを有する破裂可能な薄膜１２１を形成するよう、切取り又は溝１２３を径方向延出アーム１２４に形成し得る。電池内のガス圧が約１５０〜６００ｐｓｉｇ（１０３４×１０３〜４１３７×１０３パスカルゲージ）の間のレベルに到達すると破裂する薄膜１２１（ナイロン６６又は６１２）を達成するために、０．０４〜０．２５ｍｍの間の厚さを有する破裂可能な薄膜１２１を形成するよう、切取り又は溝１２３を径方向延出アーム１２４に形成し得る。
【００３５】
以下の実施例は型の切取りによって、換言すれば、絶縁封止ディスク１２０の径方向延出アーム１２４の頂面又は底面のいずれかに適用される切断ナイフを用いて形成される溝１２３に関する。
【００３６】
例として、望ましくは０．３５ｍｍ〜０．４５ｍｍの間の第一の径方向延出アームの厚さ、及び、径方向延出アーム１２４の打抜きの結果得られる望ましくは０．０４ｍｍ〜０．０８ｍｍの間の厚さの環状破裂可能な薄膜１２１を備えるＡＡ電池に関して、電池の予想破裂圧力は、４００〜８００ｐｓｉｇ（それぞれ２７５８×１０３〜５５１６×１０３パスカルゲージ）の間である。これらの寸法（０．３５ｍｍ〜０．４５ｍｍの間の厚さの径方向延出アーム１２４、及び、０．０４ｍｍ〜０．０８ｍｍの間の厚さの環状薄膜）を維持し、且つ、同一の切断ナイフを用いるが、電池サイズを変えないことの結果として、電池内の圧力が、Ｄ電池に関して、１５０〜２５０ｐｓｉｇ（それぞれ１０３４×１０３〜１７２４×１０３パスカルゲージ）、Ｃ電池に関して、２００〜４００ｐｓｉｇ（それぞれ１３７９×１０３〜２７５８×１０３パスカルゲージ）、ＡＡＡ電池に関して、５００〜９００ｐｓｉｇ（それぞれ３４４８×１０３〜６２０６×１０３パスカルゲージ）に達すると破裂する封止が得られる。切断ナイフは、約５〜３０度の間の角度を形成するＶ字形状の刃縁部を有するのが好ましい。溝ベース１２３ｂの幅がＶの頂点で極めて狭い（例えば、約０．１〜１．０＿ｍｍの間）よう、切断ナイフは鋭利な切断刃縁部を典型的に有し得る。ナイロン絶縁封止１２０への切込みを促進するよう、切断ナイフは、好ましくは、絶縁封止１２０の溶融点を超える温度、例えば、約４５０°Ｆ〜６００°Ｆの間又はより高い温度に選択的に予加熱され得る。
【００３７】
以下の実施例は、径方向延出アーム１２４の頂面又は底面での溝１２３に関し、ここで、溝１２３は絶縁封止ディスク１２０の成型中に形成される。
【００３８】
例として、望ましくは０．３５ｍｍ〜０．４５ｍｍの間の第一の径方向に延出するアーム１２４の厚さ、及び、絶縁封止ディスク１２０の成型中に環状溝１２３を形成することの結果得られる望ましくは０．１５ｍｍ〜０．２５ｍｍの間の厚さの環状の破裂可能な薄膜１２１を備えるＡＡ電池に関して、電池の予想破裂圧力は４００〜８００ｐｓｉｇ（それぞれ２７５８×１０３〜５５１６×１０３パスカルゲージ）の間である。この実施例のために、溝１２３は０．３０ｍｍの幅をそのベース１２３ｂに有する。これらの寸法（０．３５ｍｍ〜０．４５ｍｍの間の厚さの径方向延出アーム１２４、０．１５ｍｍ〜０．２５ｍｍの間の厚さの環状薄膜１２１、及び、同一の溝幅）を維持するが、電池サイズを変えないことの結果として、電池内の圧力が、Ｄ電池に関して、１５０〜２５０ｐｓｉｇ（それぞれ１０３４×１０３〜１７２４×１０３パスカルゲージ）、Ｃ電池に関して、２００〜４００ｐｓｉｇ（それぞれ１３７９×１０３〜２７５８×１０３パスカルゲージ）、ＡＡＡ電池に関して、５００〜９００ｐｓｉｇ（それぞれ３４４８×１０３〜６２０６×１０３パスカルゲージ）に達すると破裂する封止が得られる。
【００３９】
成型される溝１２３のための薄膜１２１厚さは、約０．１５ｍｍ〜０．２５ｍｍの間であるのが望ましく、約０．１５ｍｍ〜０．２５ｍｍの間であるのが好ましい。ここに記載されている成型される溝のための溝ベース１２３ｂの幅は、約０．２５〜０．４ｍｍの間であるのが望ましく、約０．２５〜０．３０ｍｍの間であるのが好ましい。溝ベース１２３ｂの幅を小さくするのが望ましい。何故ならば、より小さい溝ベース幅は、破裂の発生前のより小さな伸長という結果を伴うからである。これは、今度は、封止の上部に必要とされる通気空間を削減する。薄膜１２１が約０．１５〜０．２５ｍｍの間の厚さを有するとき、成型される溝ベース１２３ｂの幅は、約０．１〜０．２５ｍｍの間であるのが好ましい。溝１２３が成型によって形成されるとき、溝の側壁１２３ａは長手軸１９０から約０〜２０度の間の角度を形成するのが好ましい。
【００４０】
溝１２３のベース面１２３ｂでの溝１２３の幅によって、薄膜１２１の幅を定め得る。溝１２３は様々な形状であり得る。便利に、溝１２３はＶ形状であり得る。何故ならば、そのような形状は利用可能な切断工具を用いて容易に形成されるからである。もし溝１２３を形成するためにＶ字の切取りが用いられるならば、側壁１２３ａによって形成される角度は約３０度より小さいのがこのましい。便利に、溝１２３が成型によって形成されるとき、側壁１２３ａは垂直線から（長手軸１９０から）約０〜２０度の間であり得る。垂直線に近い溝側壁１２３ａを有することが望ましい。何故ならば、薄膜１２１破裂圧力に達すると、それはきれいな裂け目となる傾向があるためである。
【００４１】
以下はナイロン６６又はナイロン６１２で構成される絶縁封止ディスク１２０のための好適な寸法である。
【００４２】
図１に示されるＡＡサイズのアルカリ電池に関して、円周状に破裂可能な薄膜１２１が径方向延出アーム１２４及びボス１２２の交差地点又はその近傍にある。破裂可能な薄膜１２１は、電池内のガスが約１５０〜９００ｐｓｉｇ（１０３４×１０３〜６２０６×１０３パスカルゲージ）の間の圧力に達すると破裂するよう設計され得る。しかしながら、ＡＡサイズの電池が、電池内のガスが約４００〜８００ｐｓｉｇ（２７５８×１０３〜５５１６×１０３パスカルゲージ）の間の圧力に達すると破裂する円周状の薄膜１２１を有するのが望ましい。第一の径方向延出アーム１２４の厚さは、約０．３５〜０．４５ｍｍの間であるのが望ましい。ボス１２２から肘部１２６までのラジアルアーム１２４の長さは、ＡＡアルカリ電池の場合、約３．４１ｍｍである。径方向延出アーム１２４は、垂直線、換言すれば、長手軸１９０から約４５〜８５度の間で、下向きに傾斜し且つ窪んでいる。絶縁封止ディスク１２０及び薄膜１２１は、ナイロン６６又はナイロン６１２であるのが好ましい。ＡＡアルカリ電池の場合、肘部１２６の垂直方向の厚さは約０．５〜１．５ｍｍの間であり、典型的には、約１．２５ｍｍである。第二の径方向延出アーム１２８の厚さは約０．４〜０．６ｍｍの間であり、その長さは約１．０〜１．５ｍｍの間である。ボス１２２の直径は、約３〜４ｍｍであるのが望ましい。ボス１２２の長さ（図１）は約３〜５ｍｍの間であり、約４．５ｍｍであるのが望ましい。ボス１２２の長さは約１．５〜３．５ｍｍの間まで短くすることが可能であり、その結果、もし集電器６０がボス底面１２２ｂに載るようになるフランジ（図示せず）を備えるならば、典型的に約１．７５ｍｍのボス１２２長さとなる。そのようなフランジは、例えば、フランジ又はリベット６２として成形され得るが、図１に示されるようなボス１２２の頂面の代わりに、底面１２２ｂを支持するようになる。そのような場合（図示せず）、突出する集電器６０の頂部が次にエンドキャップ１３０に溶接された状態で、集電器６０は開口９２の側部を通じて挿入され得る。そのような設計はボス１２２に追加的な応力支持並びに追加的な耐食保護をもたらし、それによって、ボス１２２長さの削減を可能にする。
【００４３】
図１に示される構造において、エンドキャップ１３０はニッケルメッキ鋼であり、ＡＡサイズのアルカリ電池の場合、約０．５〜０．６ｍｍの間の厚さを有するのが望ましい。これはＡＡサイズ電池用のエンドキャップに従来用いられている厚さの約２倍である。ハウジング壁７０、並びに、ハウジングの周縁７２の厚さは約０．１５〜０．２５ｍｍの間であることが可能であり、約０．２ｍｍであるのが望ましい。図１に示される絶縁封止ディスク１２０の全体的な深さ（ボス１２２の頂面と底面との間の距離）は、ＡＡサイズ電池の場合、約３〜５ｍｍであるのが好ましい。これは電池の全長の約６〜１０パーセントの間で変換する。エンドキャップ組立体１０の最大深さ（図１の実施態様の場合、エンドキャップ１３０の頂面とボス１２２の最底面との間の距離）は、ＡＡ電池の場合、約４〜６ｍｍの間である。これは電池の全長の約８〜１２パーセントの間で変換する。
【００４４】
上記の構造及び寸法を有する図１に表わされるような本発明のエンドキャップ組立体１０は、より多くの分量の陽極及び陰極材料が電池内部に挿入されることを可能にする。これは電池の耐用年数の増大をもたらす。具体的には、ここに記載されているエンドキャップ組立体１０の設計を用いて、ＡＡサイズ電池のための陽極及び陰極材料の総量は、ハウジング７０によって定められるような電池の内部容量の容量で、約８０〜９０パーセントの間で都合良く含み得る。この計算の目的のために、電池の内部容量は、ハウジングクリンプ部７２の底面から反対側の閉塞端１７０までのハウジングの内面によって定められる。
【００４５】
電池内のガス圧が１５０〜９００ｐｓｉｇ（１０３４×１０３〜６２０６×１０３パスカルゲージ）に達すると破裂するよう、ＡＡＡサイズのアルカリ電池は円周状の通気薄膜１２１を有するよう設計され得る。しかしながら、ＡＡＡ電池のための通気薄膜は、電池内のガス圧が約５００〜９００ｐｓｉｇ（３４４８×１０３〜６２０６×１０３パスカルゲージ）の間の圧力レベルに達すると破裂するよう設計されるのが好ましい。図１の実施態様におけるＡＡＡサイズのアルカリ電池の場合、円周状の破裂可能な薄膜１２１が、径方向延出アーム１２４及びボス１２２の交差地点又はその近傍にある。第一の径方向延出アーム１２４の厚さは、約０．３５〜０．４５ｍｍの間であるのが望ましい。径方向延出アーム１２４は、垂直線、換言すれば、長手軸１９０から約４５〜８５度の範囲で下向きに傾斜し且つ窪んでいる。絶縁封止ディスク１２０及び薄膜１２１は、ナイロン６６又はナイロン６１２であるのが好ましい。図１に示される構造において、エンドキャップ１３０はニッケルメッキ鋼であるのが好ましく、約０．３７〜０．５０ｍｍの間の厚さを有するのが望ましい。そのようなエンドキャップ１３０厚さは、ＡＡＡサイズのアルカリ電池エンドキャップのために従来用いられている厚さよりも大きい。ハウジング壁厚さ、並びに、ハウジング周縁７２は、約０．１５〜０．２５ｍｍの間であることが可能であり、約０．２ｍｍであるのが望ましい。図１の実施態様の場合、エンドキャップ組立体１０の最大深さ（エンドキャップ１３０の頂面とボス１２２の底面１２２ｂとの間の距離）は、ＡＡＡサイズ電池の場合、約３．８〜４．２ｍｍの間である。これは電池の全長の約８〜１０パーセントの間で変換する。
【００４６】
上記の構造及び寸法を有する図１に表わされている本発明のエンドキャップ組立体１０は、より多くの分量の陽極及び陰極材料が電池内部に挿入されることを可能にする。これは電池の耐用年数の増大をもたらす。具体的には、ここに記載されているエンドキャップ組立体１０の設計を用いて、ＡＡサイズのための陽極及び陰極材料の量は、ハウジング７０によって定められるような電池の内部容量の容量で、約８０〜８５パーセントの間で都合良く含み得る。（電池内部容量は、ハウジングのクリンプ部７２の底面から反対側の閉塞端１７０の内面までのハウジング７０の内面によって定められる。）
電池内のガス圧が約１５０〜９００ｐｓｉｇ（１０３４×１０３〜６２０６×１０３パスカルゲージ）の間の圧力レベルに達すると破裂するよう、Ｃサイズのアルカリ電池は円周状の通気薄膜１２１を有するよう設計され得る。しかしながら、Ｃサイズのための通気薄膜１２１は、電池内のガス圧が２００〜４００ｐｓｉｇ（１３７９×１０３〜２７５８×１０３パスカルゲージ）の間の圧力レベルに達すると破裂するよう設計されるのが好ましい。図１の実施態様におけるＣサイズのアルカリ電池の場合、円周状の破裂可能な薄膜１２１が、径方向延出アーム１２４及びボス１２２の交差地点又はその近傍にある。第一の径方向延出アーム１２４は、約０．６〜０．８ｍｍの間であるのが望ましい。径方向延出アーム１２４は、垂直線、換言すれば、長手軸１９０から約４５〜８５度の間で下向きに傾斜し且つ窪んでいる。絶縁封止ディスク１２０及び薄膜１２１は、ナイロン６６又はナイロン６１２であるのが好ましい。図１に示される構造において、エンドキャップ１３０はニッケルメッキ鋼であるのが好ましく、約０．６〜０．７ｍｍの間の厚さを有するのが望ましい。そのようなエンドキャップ１３０厚さは、Ｃサイズのアルカリ電池のために従来用いられている厚さよりも大きい。ハウジング７０壁厚さ、並びに、ハウジング周縁７２は、約０．１５〜０．２５ｍｍの間であることが可能であり、約０．２ｍｍであるのが望ましい。図１の実施態様の場合、エンドキャップ組立体１０の最大深さ（エンドキャップ１３０の頂面とボス１２２の底面１２２ｂとの間の距離）は、Ｃサイズ電池の場合、約５〜６ｍｍの間である。これは電池の全長の約１０〜１２パーセントの間で変換する。
【００４７】
上記に記載される構造及び寸法を有する図１に表わされる本発明のエンドキャップ組立体１０は、陽極及び陰極材料のより多くの分量が電池内部に挿入されることを可能にする。これは電池の耐用年数の増大をもたらす。具体的には、ここに記載されているエンドキャップ組立体１０の設計を用いて、Ｃサイズ電池のための陽極及び陰極活性材料の分量は、ハウジング７０によって定められるような電池の内部容量の容量で、約８０〜８８パーセントの間で都合良く含み得る。（電池内部容量は、ハウジングのクリンプ部７２の底面から反対側の閉塞端１７０の内面までのハウジング７０の内面によって定められる。）
電池内のガス圧が約１５０〜９００ｐｓｉｇ（１０３４×１０３〜６２０６×１０３パスカルゲージ）の間の圧力レベルに達すると破裂するよう、Ｄサイズのアルカリ電池は円周状の通気薄膜１２１を有するよう設計され得る。しかしながら、Ｄサイズのための通気薄膜１２１は、電池内のガス圧が１５０〜２５０ｐｓｉｇ（１０３４×１０３〜１７２４×１０３パスカルゲージ）の間の圧力レベルに達すると破裂するよう設計されるのが好ましい。図１の実施態様におけるＤサイズのアルカリ電池のために、円周状の破裂可能な薄膜１２１が、径方向延出アーム１２４及びボス１２２の交差地点又はその近傍にある。第一の径方向延出アーム１２４の厚さは、約０．７〜０．８ｍｍの間であるのが望ましい。径方向延出アーム１２４は、垂直線から、換言すれば、長手軸１９０から約４５〜８５度の間で傾斜し且つ窪んでいる。絶縁封止ディスク１２０及び薄膜１２１は、ナイロン６６又はナイロン６１２であるのが好ましい。図１に示される構造において、エンドキャップ１３０はニッケルメッキ鋼であり、約０．６〜０．７ｍｍの間の厚さを有するのが好ましい。そのようなエンドキャップ１３０厚さは、Ｄサイズのアルカリ電池エンドキャップのために従来用いられている厚さよりも大きい。ハウジング７０壁厚さ、並びに、ハウジング周縁７２は、約０．１５〜０．２５ｍｍの間の厚さであることが可能であり、約０．２ｍｍであるのが望ましい。エンドキャップ組立体１０の最大深さ（エンドキャップ１３０の頂面とボス１２２の底面１２２ｂとの間の距離）は、Ｄサイズ電池の場合、約５．３〜６．０ｍｍの間である。これは電池の全長の約８．５〜１０．５パーセントの間で変わる。
【００４８】
上記に記載された構造及び寸法を有する図１に表わされる本発明のエンドキャップ組立体１０は、より多くの分量の陽極及び陰極材料が電池内部に挿入されることを可能にする。これは電池の耐用年数の増大をもたらす。具体的には、ここに記載されているエンドキャップ組立体１０を用いて、Ｄサイズ電池のための陽極及び陰極活性材料の分量は、ハウジング７０によって定められるような電池の内部容量の容量で、約８５〜９３パーセントの間で都合良く含み得る。（電池内部容量は、ハウジングのクリンプ部７２の底面から反対側の閉塞端１７０の内面までのハウジング７０の内面によって定められる。）
本発明のエンドキャップ組立体１０は、アルカリ電池の開放端に挿入されるのが好ましい。代表的なアルカリ電池のケーシングのハウジングが図３に示されている。そのようなアルカリ電池は円筒形ハウジング（ケーシング）７０を有し、ハウジングは初期的に一端１７０が閉塞であり、反対端１７８が開放である。アルカリ電池は、亜鉛を含む陽極と、二酸化マンガンを含む陰極と、水酸化カリウムの電解液と、分離材１４０材料とを有する。アルカリ電池のための分離材１４０は周知であり、セルロース系繊維及びポリビニルアルコール系繊維を含むのが典型的である。分離材１４０は二層構造で、１つがセルロース系繊維で、他がポリビニルアルコール系繊維及びセルロース系繊維を含み得る。電池への陽極及び陰極活性材料の充填後、エンドキャップ組立体１０を開放端に挿入し、電池を閉塞する準備が整う。
【００４９】
ハウジング７０のための構造の材料は、ニッケルメッキ鋼であるのが好ましい。エンドキャップ１３０は、ニッケルメッキ鋼又はステンレス鋼、好ましくは、ニッケルメッキ低炭素鋼のような、良好な機械的強度及び耐食性を有する伝導性材料から構成される。絶縁封止ディスク１２０及び一体的な破裂可能な薄膜１２１は、水素透過性があり且つ適切な厚さで破裂可能な薄膜を形成する、耐久性のある耐食性プラスチックから成り得る。絶縁ディスク１２０及び一体的な破裂可能な薄膜１２１は、ポリアミド（ナイロン）、好ましくは、ナイロン６６から成り得るが、ナイロン６１２であってもよい。代替的に、絶縁ディスク１２０及び薄膜１２１は、ポリプロピレン、タルク充填ポリプロピレン、スルホン化ポリエチレン、又は、他のポリアミド（ナイロン）等級から成り得る。集電器６０は、例えば、真鍮、スズメッキ真鍮、青銅、銅、又は、インジウムのような、集電器として有用であることが分かった様々な既知の導電性材料から選択され得る。
【００５０】
製造時、集電器６０が絶縁封止ディスク１２０を貫通して挿入され且つエンドキャップ１３０に溶接されて、エンドキャップ組立体１０を形成するとすぐに、エンドキャップ組立体１０は充填された電池ハウジング７０の開放端に嵌入される（図３）。エンドキャップ組立体１０は電池１００内に挿入されので、絶縁封止ディスク１２０の周縁１２９の底部が円周状のビード（玉縁）７５上に載る。ビード７５は、電池の開放端近傍の電池ハウジング７０の表面における円周状の圧痕によって形成される。円周状のビードは、周縁１２９が載り得る棚部を提供する。ハウジング７０の周縁７２は絶縁封止ディスク１２０の周縁上にクリンプされ、エンドキャップ組立体１０を垂直に位置決めする、換言すれば、エンドキャップ組立体１０が長手軸１９０の方向で移動しないようにする。クリンプされた周縁７２はクリンプ線に沿って電池肩部７２ａを形成する。よって、エンドキャップ組立体１０は径方向のクリンプに晒され、機械的力はビード７５上方の電池ハウジングの部分７１（図１及び３）に加えられる。そのような径方向の力は、型を表面７１の上で縁７２からビード７５に押し付けることによって加えられる。初期的に、ビード７５上方の表面７１でのハウジングの直径は、ビード７５下方のハウジング本体の直径よりも大きい。径方向の力が加えられるにつれて、表面７１は内向きに圧縮され、エンドキャップディスク１３０の端部フランジ１３５を絶縁ディスク１２０の周縁１２９に噛み込ませる。よって、エンドキャップ１３０及び絶縁封止ディスク１２０は径方向の圧縮状態に置かれる。エンドキャップ１３０は径方向バネとして働く、換言すれば、その径方向圧縮を維持し、その結果、電池が極端に冷たい又は暑い気候に晒されるとしても、緊密な封止が得られる。
【００５１】
以下は、アルカリ電池１００のための陽極１５０、陰極１１０、及び、分離材１４０の代表的な化学組成の記載であり、電池サイズに無関係に用い得る。以下の化学組成は、本発明のエンドキャップ組立体１０を有する電池での使用のための代表的な基本組成であり、よって、限定的であることは意図されていない。
【００５２】
上記記載の実施態様において、陰極１１０は、二酸化マンガンと、黒鉛と、水性アルカリ電解液とを含み得る。陽極１５０は、亜鉛と、水性アルカリ電解液とを含み得る。水性電解液は、従来技術のＫＯＨ、酸化亜鉛、及び、ゲル化剤の混合物を含み得る。陽極材料１５０は、無水銀（水銀ゼロ添加）亜鉛合金粉末を包含するゲル化混合物の形態であり得る。即ち、電池は、総電池重量の約百万分の５０（５０ｐｐｍ）より少ない総水銀含有量を有し、総電池重量の約百万分の２０（２０ｐｐｍ）より少ないのが好ましい。電池は鉛の如何なる追加的分量も含まないのが好ましく、よって、本質的に無鉛である、換言すれば、総鉛含有量は３０ｐｐｍより少なく、陽極の総金属含有量の１５ｐｐｍより少ないのが望ましい。そのような混合物は、水性ＫＯＨ電解液と、ゲル化剤（例えば、商標名ＣＡＲＢＯＰＯＬ  Ｃ９４０の下でＢ．Ｆ．Ｇｏｏｄｒｉｃｈから入手可能なアクリル酸共重合体）と、界面活性剤（例えば、商標名ＧＡＦＡＣ  ＲＡ６００の下で
（外１）
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から入手可能な有機燐酸エステル基界面活性剤）とを典型的に包含する。そのような混合物は例示的な実施例としてのみ与えられており、本発明を限定することは意図されていない。亜鉛陽極のための他の代表的なゲル化剤は米国特許第４，５６３，４０４に開示されている。
【００５３】
望ましくは、陰極１１０は次の組成を有し得る：８７〜９３重量％の電解二酸化マンガン（例えば、Ｋｅｒｒ−ＭｃＧｅｅからのＴｒｏｎａ  Ｄ）、２〜６重量％の黒鉛、約３０〜４０重量％のＫＯＨ濃度を有する５〜７重量％の７―１０標準水性ＫＯＨ溶液、及び、０．１〜０．５重量％の選択的なポリエチレン粘結剤。電解二酸化マンガンは、約１〜１００ミクロンの間、望ましくは、約２０〜６０ミクロンの間の平均粒子サイズを有するのが典型的である。黒鉛は、天然若しくは発泡黒鉛、又は、それらの混合物の形態であるのが典型的である。黒鉛は、黒鉛状炭素単繊維単独、又は、天然若しくは発泡黒鉛との混合も含み得る。そのような陰極混合物は例示的であることが意図され、本発明を限定することは意図されていない。
【００５４】
陽極材料１５０は次を含む：６２〜６９重量％の亜鉛合金粉末（合金及びメッキ材料として２００〜５００ｐｐｍのインジウムを含む９９．９重量％の亜鉛）、３８重量％のＫＯＨ及び約２重量％のＺｎＯを含む水性ＫＯＨ溶液、商標名「ＣＡＲＢＯＰＯＬ  Ｃ９４０」の下でＢ．Ｆ．Ｇｏｏｄｒｉｃｈから商業的に入手可能な架橋アクリル酸重合体ゲル化剤（例えば、０．５〜２重量％）、商標名「Ｗａｔｅｒｌｏｃｋ  Ａ−２２１」の下でＧｒａｉｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｃｏ．から商業的に入手可能な澱粉バックボーンに移植された加水分解ポリアクリロニトリル（０．０１〜０．５重量％の間）、及び、商標名「ＲＭ−５１０」の下でＲｈｏｎｅ−Ｐｏｕｌｅｎｃから商業的に入手可能なジオニルフェノール燐酸エステル界面活性剤（５０ｐｐｍ）。亜鉛合金平均粒子サイズは、約３０〜３５０ミクロンの間であるのが望ましい。陽極中の亜鉛のかさ密度（陽極気孔率）は、陽極の１立方センチメータ毎約１．７５〜２．２グラム亜鉛の間である。陽極中の水性電解液の体積百分率は、約６９．２〜７５．５体積率の間であるのが好ましい。
【００５５】
亜鉛合金のｍＡｍｐ−ｈｒ容量（グラム亜鉛合金毎８２０ｍＡｍｐに基づく）によって割られたＭｎＯ２のｍＡｍｐ−ｈｒ容量（グラムＭｎＯ２毎３０８ｍＡｍｐ−ｈｒに基づく）が約１であるよう、電池は従来的な方法で平衡化され得る。
【００５６】
分離材１４０は、セルロース系樹脂及びポリビニルアルコール系繊維の不織布材料の内層とセロハンの外層から成る従来的な鉄多孔性分離材であり得る。そのような材料は例示的であるに過ぎず、本発明を限定することは意図されていない。集電器６０は、真鍮、好ましくは、スズメッキ又はインジウムメッキ真鍮である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明のエンドキャップ組立体の一部を切り欠いて示す斜視図である。
【図１Ａ】図１の絶縁封止ディスクの一部を示す拡大断面図であり、絶縁封止ディスクの底面に切り込まれた溝を示している。
【図１Ｂ】代替的な実施態様の拡大断面図であり、絶縁封止ディスクの頂面に切り込まれた溝を示している。
【図２】図１のエンドキャップ組立体の構成要素を示す展開図である。
【図２Ａ】電池内の所定位置にクリンプされる以前の図１の絶縁封止ディスクを示す拡大絵画図である。
【図３】図１に示される本発明のエンドキャップ組立体を含むアルカリ電池を示す断面図である。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図３】
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