JPH0817095B2 - 強さ表示器付き電池 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は電池の強さ、電圧、または容量を決定するた
めの内蔵式強さ表示器を有する改良された電池に関す
る。本発明は、特に、電池が所定の電圧値以上または以
下であることを視覚的に表示する表示器セル、電池が所
定の電圧値以上または以下であることを表示するLED
列、または電圧出力が所定の電圧値以上または以下であ
ることを色変化によって表示するレドックスセルを有す
る電池に関する。

背景技術 電池は自動車、家庭用、工業用、レクレーション用、
軍事用としてわが国および外国において広汎に用いられ
ている。電池は通常その電圧出力を無負荷状態で測定す
ることにより試験される。その電圧が所定の値以下であ
り、そして電池容量に関する電池の電圧特性が知られて
いると、電池が所望の機能を遂行するのに十分な容量を
有しているかを決定できる。電池の状態のより正確な表
示は電池の負荷状態における電圧降下をみることにより
決定できる。十分に充電された電池は負荷状態で僅少な
電圧降下を呈するのに対し、空になった電池は負荷状態
で大きく電圧降下する。湿電池ではしばしば、電解質の
比重を測定することによって電池の仕事容量を決定する
ことができる。

乾電池は蓄電用液状電解質を有しておらず、それ故、
その容量を比重測定によって決定することができない。
加えて、電圧計は負荷状態および無負荷状態で電池の電
圧出力を測定するための装置であるので高価である。従
って、ほとんどの電池は購入者／使用者が電池の状態を
知ることなしに購入または使用されている。

最近、デュラセル（DURACELL）商標の電池の製造者が
そのパッケージに日付を付し、その日付により使用され
るべき電池を指示している。この日付のスタンプは購入
者にとって幾分かは有益であるが、購入者に電池の実際
の状態を告げてはいない。更に、パッケージへの日付の
スタンプは電池への日付のスタンプを含んでおらず、そ
れ故、購入者は、一旦パッケージを外してしまうと、個
々の電池の使用日を知る方法はなくなってしまう。

上述の本発明者等が関係するアメリカ特許出願は、電
圧計、電流計、あるいは電池の電圧出力が所定の値以上
または以下であることを表示するための視覚的表示用化
学的またはLEDセルを内蔵した懐中電燈（flashlight）
を開示している。

懐中電燈、携帯式ランタン、携帯ラジオおよびテレビ
ジョン、カメラ、ビデオレコーダ、携帯式指示機（dict
ating machine）等がわが国および外国で広範に使用さ
れている。ほとんどの各家庭や職場では少なくとも一つ
の懐中電燈または携帯式ランタンおよびラジオを有して
いる。多くの家庭や職場では、レコーダ、携帯式ラジオ
およびテレビジョン、ビデオレコーダ、計算機、カメラ
等のように、動力源として電池を用いる多くの装置を有
している。懐中電燈のようなこれらの装置のいくつか
は、電力が失われる緊急時、野外での使用あるいは屋根
裏やクロールスペースでの使用のように、通常の家庭用
電気による光源を用いることが不便であるような場合
に、たまに使用されるものである。携帯ラジオのような
その他の装置は広く用いられている。これらの電池を動
力とする装置の大多数は充電不可能な乾電池を使用す
る。エバレディ（EVEREADY）、デュラセル、レイ−オバ
ック（RAY−OVAC）等の商標で売られている充電不可能
なアルカリ電池は充電可能な電池以上の多くの利点を有
している。重量対重量（weight−to−weight）および容
積対容積（volume−to−volume）の観点において、アル
カリ電池は充電可能な電池の３倍から４倍のワット数を
供給できる。加えて、充電不可能な乾電池充電可能な乾
電池よりもより高い電圧を出す。多くの充電可能な乾電
池は、使用しない場合であっても、電池が恒久的なダメ
ージを受けるのを防止するために、電池が設定された充
電レベル以下に落ちないように定期的に充電しなければ
ならない。頻繁に使用されるアルカリ電池は、３年から
４年の在庫可能期間または貯蔵可能期間を有することが
できる。この期間中に、電池の保守は必要とされない。
これに対し、ほとんどの充電可能な湿電池および乾電池
は、最後に充電してから６ヶ月以内またはそれ以下で完
全に放電してしまう。

ほとんどの人は電池を組み込んだ装置を作動させて電
池をテストしている。人々は通常、装置が作動すると
き、電池が作動可能であると満足する。人によっては、
電池の状態を決定するバッテリーテスタで電池をテスト
する。ある人は、電圧降下までも測定するために負荷状
態と無負荷状態で電池をテストする。電池をテストする
ことが面倒ではないにしても、装置を分解し、電池を取
出し、電池をテストし、電池がテストに合格すると、そ
の電池を装置に再び組み込むことは時間の浪費である。
購入時に新しい電池をテストすることは電池保護パッケ
ージに入っているので通常不可能である。

従って、本発明の目的は、電池の強さまたは状態をた
だちに決定できる内蔵式の電池強さ表示器を有する改良
された電池を提供することにある。かくして、本発明の
改良された電池を用いることで、使用者は電池の強さま
たは状態を素早くかつ努力せずに決定できる。本発明の
電池故に、電池が容易にテストされるとき、電池の使用
者は電池の状態を所定期間でチェックすることがより有
望である。

発明の開示 本発明は次の要件から構成される改良された電池を企
図するものである。

（ａ） 電池、および （ｂ） 電気的に電池に接続されたときに電池の強さを
表示する電池強さ表示器。

選択的に、電池は、電気的に接続するための“オン”
位置に適合されて電池と表示器部材との間の回路を完成
するスイッチ部材を備える。

電池強さ表示器は次の要件から構成することができ
る。

（ａ） 非導電性基部層、 （ｂ） その一部と基部層との間にチャンバを形成す
る、基部層に取り付けられた頂部層、 （ｃ） その前記密閉されたチャンバ内の一端部が電極
を形成し、その他端部が電池へ電気的に接続するように
適合される、頂部層と基部層との間に分離してかつ個別
に配置されそしてチャンバ内に延びる第１および第２導
電性部材、および （ｄ） 電極間の電圧電位が所定の電圧を超過または接
近すると視覚的変化を受けるように適合された、密閉さ
れたチャンバ内の表示器部材。

表示器部材は、電極またはプレート間の電界が所定の
電圧を超過または接近したときに位相が変化する液晶合
成物であり得る。

本発明の互換的な実施例において、電池強さ表示器部
材は次の要件から構成される。

（ａ） 第１非導電性層、 （ｂ） 対向した第１および第２内部壁を有するチャン
バをその一部と第１層の一部との間に形成する、第１層
に取り付けられた第２非導電性層、 （ｃ） チャンバの第１内部壁に取り付けられた高誘電
率を有する第３非導電性層、 （ｄ） 第３絶縁層と第１内部壁との間で動かされかつ
チャンバから絶縁された第１導電性プレート部材、 （ｅ） 第２内部壁上の第２導電性プレート部材、 （ｆ） 第１および第２非導電性層の間に分離してかつ
個別に配置された第１および第２導電性部材、各導電性
部材の一端部は第１および第２導電性プレート部材にそ
れぞれ電気的に接続され、導電性部材の他端部は電池に
電気的に接続されるように適合される、そして （ｇ） 第１および第２プレート部材間の電界が所定の
値を超過または接近したときに視覚的な位相変化呈する
ように適合される、密閉されたチャンバ内の液晶合成
物。

チャンバは密閉されるのが好ましい。

本発明のスイッチ部材の一実施例は次の要件から構成
される。

（ａ） 非導電性基部層、 （ｂ） 対向して離間された第１および第２内部壁を有
するチャンバをその一部と基部層とで形成する、基部層
に取り付けられた弾性の非導電性頂部層、 （ｃ） チャンバの第１内部壁上の第１接触部材、 （ｄ） チャンバの第２内部壁上の第２接触部材、およ
び （ｅ） 頂部層と基部層との間に個別にかつ分離して挟
まれそして第１および第２プレート部材にそれぞれ接続
された第１および第２導電性層、チャンバ付近の頂部層
は第１導電性部材から第２導電性部材へ電気が流れるの
を許容するように第１および第２接触部材が接続状態と
なるために基部層に向かって押されるように適合され
る。

本発明のスイッチ部材の互換的な実施例において、ス
イッチ部材は次の要件から構成される。

（ａ） 非導電性基部層、 （ｂ） 基部部材に取り付けられた弾性の非導電性頂部
層、頂部および基部層の一部は対向して離間された第１
および第２内部壁を有するを有するチャンバを形成す
る、 （ｃ） スイッチチャンバの第１内部壁上の離間された
第１および第２導電性接触部材、 （ｄ） チャンバの第２内部壁上の第３導電性接触部
材、および （ｅ） 頂部層と基部層との間に個別にかつ分離して挟
み込まれそして第１および第２導電性接触部材にそれぞ
れ接続された第１および第２導電性部材、チャンバ回り
の頂部層は第３導電性接触部材が第１および第２導電性
接触部材間に電気的接続を行うように第１および第２導
電性接触部材に接続するために基部層に向かって押され
るように適合される。

本発明の別の実施例において、電池強さ表示器部材は
次の要件から構成される。

（ａ） 第１非導電性層、 （ｂ） 第１非導電性層に取り付けられた第２非導電性
層、第１および第２非導電性層の一部の間にチャンバを
形成する、 （ｃ） 第１および第２非導電層間に挟み込まれた導電
性層、導電性層はチャンバ内で小さな断面領域に縮小さ
れる、そして （ｄ） 温度が所定の値を超過または接近したときに色
変化を呈するように適合された、密閉されたチャンバ内
の感熱色表示材料、チャンバ内の導電性層はそこを流れ
る電流電圧が所定の値を越えたときに所定の温度へ上昇
するように適合される。

本発明の別の実施例において、電池強さ表示器部材は
次の要件から構成される。

（ａ） 第１非導電性層、 （ｂ） 第１非導電性層に取り付けられた第２非導電性
層、第１および第２非導電性層の一部の間にチャンバを
形成する、 （ｃ） 第１および第２非導電層間に挟み込まれた導電
性層、導電性層はチャンバ内で小さな断面領域に縮小さ
れる、そして （ｄ） チャンバ内に包含されかつチャンバの導電性層
の第１部分の温度が所定の値を越えたときに分解するよ
うに適合される花火製造（pyrotechnic）材料、導電性
層の第１部分はチャンバの導電性層を通る電流電圧が所
定の値を越えたときに所定の温度を越えるように適合さ
れる。

本発明の更に別の実施例において、電池強さ表示器部
材は次の要件から構成される。

（ａ） 第１非導電性層、 （ｂ） 第１非導電性層に取り付けられる第２非導電性
層、第１および第２非導電性層の一部はその間にチャン
バを形成する、そして （ｃ） 第１および第２非導電性層間に挟み込まれた導
電性層、導電性層はチャンバ内の導電性層を流れる電流
電圧が所定の値を越えたときにチャンバ内の導電性層の
温度が導電性層の溶融温度を越えて導電性層を溶融しそ
して開路を形成するようにチャンバ内において小さな断
面領域に縮小される。

本発明はまた次の要件から構成される電池強さ表示器
部材を有する改良された電池パッケージから構成され
る。

（ａ） 少なくとも１つの電池、 （ｂ） （ｉ） 電池に電気的に接続されたときに電池
の強さを表示するための電池強さ表示器装置と、 （ii） 表示器装置を電池に電気的に接続するように適
合された導電性部材 とから構成される電池強さ表示器部材、および （ｃ）電池と電池強さ表示器装置のためのパッケージ部
材。

選択的に、本改良された電池は電池強さ表示器を電池
に電気的に接続するためのスイッチ部材を有することが
できる。電池強さ表示器のチャンバは選定されたチャン
バであるのが好ましい。

図面の説明 図１は本発明の電池強さ表示器装置の頂面図である。

図1Aはスイッチを備えた本発明の電池強さ表示器装置
の頂面図であり、 図２は電池強さ表示器装置を有する本発明の電池の斜
視図であり、 図３は図１の線３−３に沿った縦断面図であり、 図４は本発明の電池強さ表示器装置の平面図であり、 図５は図４の線５−５に沿った縦断面図であり、 図６はオフ位置にあるスイッチを備えた本発明のスイ
ッチの縦断面図であり、 図７はオン位置にあるスイッチを備えた本発明のスイ
ッチの縦断面図であり、 図８は本発明の互換的なスイッチの縦断面図であり、 図９は本発明の電池強さ表示器装置の互換的な実施例
の縦断面図であり、 図10は本発明の電池強さ表示器装置の別の互換的な実
施例の平面図であり、 図11は本発明の電池強さ表示器装置の別の実施例の平
面図であり、 図12は電池強さ表示器装置を有する本発明の電池パッ
ケージの斜視図であり、 図13は電池強さ表示器装置を有する本発明の電池パッ
ケージ回路の回路図であり、 図14は本発明のスイッチの互換的な実施例の縦断面図
であり、 図15は本発明の電池強さ表示器装置の別の実施例の縦
断面図であり、そして 図16は図15の円16内の拡大断面図である。

本発明の実施態様 図１を参照とすると、本発明の電池強さ表示器装置10
が示されている。本表示器装置はストリップ16に形成さ
れた表示器チャンバ、セルまたはバブル12を有する。本
発明のセルは密閉されたセルであるのが好ましい。導電
性層14が離間された電極を形成するように表示器バブル
ヘストリップの長さだけ通っている。表示器バブルは、
表示器セルを通る電圧電位が所定の値を越えたときに視
覚的な変化を呈する表示材料17を備えている。ストリッ
プ16の少なくとも一側は透明または半透明である。

本発明の改良された電池18は図２に示されている。こ
の電池は陽極20とその底部に陰極（図示なし）とを有す
る。表示器装置10は電池の側部に取り付けられており、
その両端部は陽極20と陰極に接続される。本装置が不変
的に流れる（constant−drain）装置、すなわち装置が
連続的に用いられる場合、表示器セルは電池の出力電圧
が所定の値以下に降下したときに視覚的変化を呈する。
本発明の互換的な実施例において、電池は図1Aの表示器
装置を有し、それはストリップ16、導電性導線14、表示
器セル12、及びスイッチ24を備える。スイッチはオフ位
置に変移されており、それ故、表示器装置はスイッチが
オンとなるときにのみ作動され、かくして電池の不変的
な流れを防止する。

図３を参照すると、表示器装置10Aは第１層30、第２
層32、および第１層と第２層との間に挟み込まれた導電
性層または導線14から構成される。導電性導線の端部
は、表示器材料33を充填された表示器チャンバまたはセ
ル12内に延びる。導電性導線の端部は電極36を形成す
る。図３の装置の第２層はセルの一側を形成する膨出部
37で形成される。第１層は透明な材料、半透明な材料、
または不透明な材料であることができる。第２層は透明
または半透明な材料であるのが好ましい。第１層は、膨
出領域が透明または半透明であるかぎり、不透明な材料
であることができる。第１層が不透明である場合、第１
層の内側31は、表示器材料の視認性を高めるためにアル
ミニウムまたはアルミニウムフォイル、或いは高反射率
の白色部材のような反射性材料で被覆されることができ
る。

表示器材料は、電極間の電圧電位が所定の値を超過ま
たは低下したときに、色変化のような視覚的変化を呈す
るいかなる材料でもあり得る。例えば、該材料はステア
リング（Sterling）のアメリカ合衆国特許第1,497,388
号の合成物や、エッチ・エイ・ファルズ（H.A.Fales）
およびエフ・ケニィ（F.Kenny）による「無機定量分析
（INORGANIC QUANTITATIVE ANALYSIS）」、1939年版、3
91〜393頁、に開示された合成物等のようなレドックス
合成物であることができる。互換的に、合成物はジョン
・ウィリー・アンド・サンズ（John Wiley＆Sons）社の
「化学技術辞典（ENCYCLOPEDIA OF CHEMICAL TECHNOLOG
Y）」、第３版、カーク−オスマル著（Kirk−Othme
r）、Vol.7、724〜751頁およびVol.14、395〜427頁に開
示された合成物の一つのような、液晶合成物であること
ができる。

本発明の電圧色表示装置は、少なくとも１つの透明ま
たは半透明な窓を有する密閉されたセルから構成され
る。セルは水成フェノールフタレイン（phenophthalei
n）溶液のような水成または非水成合成物で充填され
る。セルの２つの離間した電極は色表示溶液と接触す
る。電圧電位が電極間に起こると、レドックス反応が発
生して色表示溶液に色変化を発生させることができる。
各溶液はレドックス反応を開始する独自のしきい値電圧
を有する。電池の電圧がしきい値電圧以下であるとき、
レドックス反応は発生せずそして色変化も生じない。

本発明の別の実施例の電池強さ表示器装置10bが図４
および図５に示されている。表示器装置10bは第１層30
と、第２層32aと、両層の間に挟み込まれる導電性導線
または層14とを有する。第２層32aは表示器セル12の一
側を画定する凹所またはキャビティ38を有し、セルの他
側は第１層30の内面31によって画定される。キャビティ
は湾曲した面として示されているが、垂直または非垂直
状態に配列された直線状の側部を有することもできる。
層の一方または両方は透明または半透明である。図面で
は層は相対的に厚く描かれているが、実際には、層は、
25.4または50.8ミクロン（１または２ミル）のように、
非常に薄いものであり得、セルの最大高さまたは深さは
12.7または25.4ミクロン（0.5または１ミル）を有す
る。

本発明の実施例のスイッチ44が図６および図７に示さ
れている。スイッチ44は基部層46と、基部層に取り付け
られた弾性の頂部層48とを有する。導電性導線または層
50aおよび50bが２つの層の間に挟み込まれている。装置
の左側の導電性層50aは分離部51によって装置の右側の
導電性層50bから離間される。頂部層の一部はバブルエ
レメント56を形成するように外側へ膨出される。導電性
ストリップまたはコーティング54がバブルエレメントの
内側55に取り付けられる。バブルエレメントは、導電性
ストリップまたはコーティングがスイッチ接点52と接触
状態とならないように図６に示されるように基部層46か
ら離れて変移されている。かくして、スイッチは通常オ
フ位置にある。バブルエレメントが図７に示されるよう
に基部層に向かって押し下げられたとき、導電性ストリ
ップ54はスイッチ接点52と接触し、かくして、図７に示
されるように、接点間を架橋して導電性導線または層50
aおよび50b間に接点を介して電流を流せることになる。
バブルエレメントから押力が除かれると、バブルエレメ
ントは基部層から離れて変移し、２つの接点52間の接続
を切る。

本発明の互換的な実施例のスイッチ44Aが図８に示さ
れている。このスイッチは基部層46と、弾性の頂部層48
と、２つの層間に挟み込まれた導電性導線または層50と
を有する。頂部層はバルブエレメント56を形成するよう
に膨出される。導電性ストリップ54またはコーティング
は基部層46の内側に取り付けられる。このスイッチは図
６および図７のスイッチと同様な方法で作動する。バル
ブエレメントはスイッチ接点52が導電性ストリップ54と
接続を行うように押し下げられ、かくして、２つの接点
を電気的に架橋する。バルブエレメントはスイッチが通
常のオフ位置にあるように頂部層から離れて変移され
る。バルブエレメントから押力が除かれたとき、バルブ
エレメントは導電性ストリップから離れて変移し、かく
してスイッチ接点と導電性ストリップとの間の接続を切
る。

本発明の別の実施例の電池強さ表示器装置が図９に示
されている。この装置10Cは第１層30と第２層32とを有
する。導電性14aおよび14bが第１層と第２層との間で装
置の左側と右側とに個別にかつ分離してそれぞれ挟み込
まれている。第１層の一部は表示器セル12を形成するよ
うに膨出部37に形成される。プレートまたは電極60aが
セル内で頂部層の内面31に取り付けられて導電性層14a
と電気的に接続される。第２プレートまたは電極60bが
表示器セル内で第２層32の内側35に取り付けられて導電
性層14bに電気的に接続される。表示器セルは前述の材
料のような表示器材料17で充填される。表示器材料の変
化を視認するために、層の少なくとも１つとそれを取り
付けるプレートとは透明または半透明である（或いは層
の１つがで透明または半透明であって、それを取り付け
るプレートが非常に薄い）。

図９の表示器装置の基本的な構成もまた本発明のスイ
ッチの別の実施例に利用できる。この構成はスイッチと
して用いられるとき、膨出部37は第２層32から離れて変
移され、そして表示器セルは表示器材料で充填されな
い。２つのスイッチ接点は電極60aおよび60bに置き換え
られ、そしてスイッチは、第１層の内側に取り付けられ
たスイッチ接点と第２層の内側に装着されたスイッチ接
点との間を接触させるように膨出部を下向きに押したと
きに作動する。

本発明の別の実施例の電池強さ表示器装置が図10に示
されている。表示器装置10Dは、図３のストリップ30お
よび32と同様な方法で共に取り付けられた第１および第
２重ね層30および32を有するストリップ状の装置であ
る。ストリップの少なくとも一方は透明である。導電性
層64が第１および第２層間に挟み込まれる。導電性層は
表示器区域66において小さな断面65に縮小される。表示
器区域において、導電性層は少量の感熱性の花火製造化
学物（pyrotechnic chemical）68で覆われる。花火製造
化学物で覆うことは、少なくとも所定の温度へ加熱され
るときに恒久的に或いはまた一時的に視認できる色変化
を呈する色表示感熱材料70を用いることである。この電
池強さ表示器装置は１回きりの装置であり、花火製造化
学物は１回だけ分解または反応する。花火製造化学物は
所定の温度に加熱されたときに急速に分解する。縮小断
面領域65における導電性層の抵抗は、最少限の所定の電
圧で導電性層を通る電流の流れが該領域を花火製造化学
物を分解またはどちらかといえば反応させる所定の温度
に上昇するように選定される。花火製造化学物は色変化
のために色表示感熱材料の温度を所定の温度に順に上昇
する。

図10Dの表示器装置は色表示感熱材料を有して示され
ているが、該装置は花火製造化学物のみを有して製作す
ることもでき、それによりストリップの顕著な細い黒焦
げを生じさせる。ストリップの１つはまた感温材料で作
成できそして温度が所定の値を越えたときに視覚的変化
を呈する。互換的に、該装置は、電池が所定の最小電圧
出力を有するか否かを表示する色表示感熱材料のみに依
存して、花火製造化学物なしに製造することもできる。
所定の温度にさらされたときに色表示感熱材料が非恒久
的な色変化を行う場合、図10Dの電池強さ表示器装置
は、電池の出力電圧が所定の電圧レベルに合致するとき
を決定するように繰り返し使用できる。

本発明の別の実施例の電池強さ表示器装置が図11に示
されている。電池強さ表示器装置10Eは、図３の層30お
よび32と同様に共に重ね合わされた第１および第２層30
および32を有する。導電性層64は第１および第２層間に
挟み込まれている。導電性層は表示器セル66内で小さな
断面領域75に縮小される。導電性層および断面領域75の
抵抗は、所定の最小電圧電位の導電性層を通る電流の流
れがヒューズエレメントの状態で領域75において溶融し
て、領域75において導電性ストリップを開路にさせるよ
うに選定される。溶融された導電性ストリップの蒸発
は、本装置が所定の最小電圧を受けたときにのみ達成で
きる所定の温度に領域75が加熱されたことについての視
覚的なサインを形成する。

本発明の別の実施例が図12および図13に示されてい
る。電池パッケージ84はパッケージ枠82に装着された２
つの電池18から構成される。導電性導線14aおよび14bが
電池の陰極22と電気的に接続して枠の基部に取着され
る。導電性導線14が導線14aおよび14bを、ここで述べら
れたような電池強さ表示器10と接続する。導電性層50が
表示器10をスイッチ44と接続し、スイッチ44は次いで導
電性のＴ字形接続部86に接続される。Ｔ字形接続部は導
電性層50および導電性平板86を介して電池の陽極20に電
気的に接続される。パッケージは、スイッチ44への物理
的入口および表示器10への視覚的入口を与える透明なカ
バーで覆われるように企図される。図12の実施例におい
て、電池は並列である。図13はスイッチ44および表示器
10に直列に接続された２つの電池を含む電池パッケージ
の回路を示す。

導電性導線の好適な実施例において、スイッチおよび
表示器はパッケージ枠に取り付けられた層である。導電
性導線はパッケージ枠に直接印刷またはシルクスクリー
ン印刷され得る。パッケージ枠はスイッチ44および表示
器10のための基部非導電性層であることができる。

本発明の別の実施例のスイッチ44が図14に示されてい
る。スイッチは基部層46と、基部層に取り付けられた頂
部層48とを有する。導電性導線または層50aおよび50bは
２つの層の間に挟み込まれる。本装置の左側の導電性層
50aはチャンバ40のスイッチ接点52aへと形成されそして
本装置の左側の導電性層50bはチャンバのスイッチ接点6
2bへと形成される。頂部層および底部層の一部はバブル
エレメント56aおよび56bを形成するように膨出されてい
る。バブルエレメントは、スイッチが接続したままにな
らないように相互に離れて変移される。かくして、スイ
ッチは通常オフ位置にある。バブルエレメントが図14に
矢印で示すように共に押されたとき、スイッチ接点は接
点および導電性導線または層50aおよび50bを通って電流
が流れるのを許容する接続状態となる。バブルエレメン
トから押力が除かれると、バブルエレメントは相互に離
れて変移し、２つのスイッチ接点間の接続を切る。

本発明は、電池の容量がある値以上かそれとも以下か
を電池の使用者が電圧計および／または電流計を用いる
ことなしに迅速に決定するのを可能にする。電池のおよ
その容量は電池の無負荷出力電圧によって決定できる。
本発明の表示器装置は特定の無負荷電圧しきい値を指示
するように製造できる。例えば、電池が約20％消費され
たとか、約50％消費されたとか、意図された目的に好適
であるどんなものをも表示する電圧しきい値を選定でき
る。

液晶合成物を有する表示器は、液晶合成物を内包した
密閉された完全に囲まれたセルから構成される。好まし
くは、セルの一側は、単に半透明ではなく、透明であ
る。液晶表示器セルの基部層は、選択的に液晶合成物と
接触した誘電性鏡で覆われた高誘電性材料であることが
できる。頂部層は透明であるのが好ましく、そして、選
択的に、液晶合成物と接触する面に適用された透明な導
電性コーティングを有する。電圧差が、電界を誘導する
ように、液晶合成物を横切って基部高誘電性材料かまた
は透明な高誘電性頂部層かに誘導される。電界変化は、
液晶がネマチック相からスメクチック相に変化するとき
のように、液晶の光学的特性に変化を発生させることが
できる。この電界は、電池からの小さな電圧入力であっ
ても、高誘電性基部材料および／または高誘電性頂部層
材料によって容易に達成される。かくして、本発明の液
晶検電器が非励起段階であるとき、液晶の「静止」相の
一光学的現象特性を有する。表示器装置が活性化され、
そして電界が液晶合成物を横切って発生されたとき、液
晶合成物は別の相に変化する。互換的に、表示器は、
「常時オン」状態に保持して、電池強さの恒常的表示を
提供することもできる。電池がしきい値高誘電性電界
（threshold high−dielectric field）を達成するのに
十分な電圧を有していないと、何の変化もみられない。
かくして、各液晶表示器セルは、サンドイッチ状態の誘
電性材料の厚さ、プレートまたは電極間の間隔、および
誘電性合成物を調整することによって合わせられる。使
用可能な典型的な液晶合成物は、メトキシベンジリデン
ブチルアニリン（methoxybenzylidenebutylaniline）お
よびテレフタル−ビス−ｐ−ブチル−アニリン（tereph
thal−bis−ｐ−butyl−aniline）を包含する。

図15の表示器装置において、電極62bおよび62aは高誘
電定数の第１層および非導電性の第３層30および34間、
並びに第１層と非導電性の第２層30および32間に個別に
分離してそれぞれ挟み込まれる。第１層から外向きに延
びる膨出部が表示器セル40を形成するように第２層に形
成される。第２層32の内側のセル内にはプレート62aが
取り付けまたは被覆されそして導線14に電気的に接続さ
れる。プレート62bは第１および第３層間の表示器セル
の下方に配置されそして導電性層14aに電気的に接続さ
れる。表示器セル12は液晶合成物40で充填される。第２
層およびプレート62aおよび／または第１および第３層
およびプレート62bは、液晶合成物40の変化を視認でき
るように透明または半透明である。チャンバの底部は、
合成物40の変化を見易くするために高反射性コーティン
グまたは同様なものを備えている。導電性層14aの第
１、第２および第３層の配列が図16に拡大された断面で
示されている。

電池強さ表示器およびスイッチのその他の構造は本発
明の範囲内で意図される。例えば、表示器において非導
電性層を挟み込んだ導電性頂部および基部層を有して製
作できる。セルはここで述べられたように頂部および基
部層間に形成される。セルはここで述べられたような表
示器材料で充填されそして頂部および基部層は電池の異
なった極に接続されるように独立して用いられる。頂部
および／または基部層は透明または半透明である。

本発明で意図される別の表示器の実施例は図10の表示
器10Dに似ている。この互換性ある実施例は、導電性層
を挟み込んだ頂部および基部層を有し、導電性層は表示
器の表示器領域において小さな断面領域に縮小されてい
る。頂部層および／または基部層は、温度が所定のしき
い値に接近したときに色変化を呈する。表示器領域の導
電性層は、導電性層を横切る電圧電位が所定の電圧を超
過したときに所定の温度しきい値を越えるように選ばれ
ている。

表示器の別の実施例において、表示器は、カリフォル
ニア州アービンのトキ・アメリカン・テクノロジーズ社
（TOKI AMERICAN TECHNOLOGIES,INC.）のバイオメタル
（BIOMETAL、商標）材料を使用できる。バイオメタル材
料は、所定の温度でその内部構造を変更しそして完全に
新しい空間を見せる形状記憶合金である。バイオメタル
材料は、電池が所定の電圧を有しているかを表示するよ
うに、図10xの装置10Dの花火製造材料または色表示材料
の代わりに使用できる。

本発明は乾電池または湿電池と共にそして充電式およ
び非充電式電池と共に使用できる。しかしながら、便宜
的に、本発明は乾電池に関連してここに述べられてい
る。

現代の非充電式アルカリ乾電池はその実用寿命以上の
消耗出力電圧を有する。新しい電池は約1.60ボルトの出
力電圧を有する。連続して１時間使用したのちに、電池
の電圧出力（無負荷）は1.40ボルトと1.45ボルトの間に
降下する。その後、電池の実用寿命の大半のために、電
池の無負荷電圧は幾分直線的な状態で徐々に減衰する。
電池が実用寿命の終わりに近づくと、無負荷電圧は約1.
0ボルトに降下する。しかしながら、電池はいくらかの
容量を依然として有しており、そして非常に短時間だけ
の使用のためにこの弱まった状態下でわずかに使用でき
る。電池の電圧が1.0ボルト以下に降下すると、電池の
寿命はほとんどなく、そして電池の残容量は非常に限定
される。消耗点付近では、電池の出力電圧は約1.0ボル
トから約0.5または0.6ボルトへ急速に降下する。

携帯用ランタンまたは懐中電燈用電球（flashlight b
ulb）の光出力燭（light−output candle−power）は電
池の電圧に幾分敏感である。自然電球は特定の電圧で最
適に作動するように設計されている。どの時点であって
も電圧が（50％のように）相当に超過していると、電球
のフィラメント（film）がすぐに溶融または蒸発して電
球を破壊する。ほとんどの電球は電圧を1.2ボルトの増
加内に設計されている。それ故、携帯用ランタンの白熱
電球は、約4.8ボルト（６ボルト用ランタン）の出力電
圧を用いるように最適に設計され、単一セル、二連セ
ル、三連セル、四連セルおよび五連セルの懐中電燈用白
熱電球は、それぞれ1.2、2.4、3.6、4.8および6.0ボル
トの出力電圧を用いるように設計される。しかしなが
ら、懐中電燈およびランタンの電球は広い範囲以上に有
効に作動する。例えば、二連セルランタン用電球は約3.
2ボルトから約2.0ボルトで有効に作動する。しかしなが
ら、各電池の電圧が1.0ボルト以下に下がると、白熱電
球の出力は著しく影響され、放射する光の色は黄白色光
から黄赤色光に変わる。

懐中電燈間で電池を所定基準で断続して、３組の電池
が３つの同一な懐中電燈で試験された。試験結果は後掲
の表に示されている。（ローマ数字Ｉ、IIおよびIIIは
懐中電燈を示し、数字1A、1B、2A、2B、3Aおよび3Bは個
々の電池を示す。）第１組の電池（1Aおよび1B）はエナ
ガイザー（ENERGIZER）商標のアルカリ電池で、第２組
の電池（2Aおよび2B）はデュラセル商標のアルカリ電
池、そして第３組の電池（3Aおよび3B）はエバレディ商
標の亜鉛−炭素電池を用いた。電池は「Ｄ」サイズの電
池を用いた。電池2Aは32時間後に働かなくなり、無負荷
電圧0.99ボルトを有する３年前のデュラセルアルカリ電
池と交換した。

懐中電燈は白熱電球を有する二連セル懐中電燈を用い
た。白熱電球は1.2ボルトで0.5アンペアであった。白熱
電球の冷却フィラメントの内部抵抗は約0.4アンペアで
あった。白熱電球の加熱フィラメントの内部抵抗は計測
されなかった。

各懐中電燈は一組の電池を入れられて点灯された。時
折、懐中電燈は消灯されそして電池の無負荷出力電圧を
測定された。周期的な基準で、負荷状態における電池の
出力電圧もまた測定された。試験は24時間単位で連続し
て行われなかったが、最初の２日間は約12時間、３日目
は約３時間、４日目は約７時間、９日目は約６時間、そ
して10日目は20分間行った。５日目、６日目、７日目、
８日目には試験は行われなかった。その結果は、電池の
電圧が1.0ボルト以下に落ちてしまったとき、電池の実
用寿命が消耗しかかっていることを示している。電池の
電圧が1.0ボルト以下に下がった後は、電池の放電率
（電圧降下によって表示される）は半時間に0.5ボルト
を越えてしまう。

この表から、1Aおよび1Bの電池の実用寿命は約28から
29時間であり、そして出力電圧が約1.2ボルトになる半
減期は約14時間であることが分かる。電池の出力電圧が
約1.3ボルトであるとき、電池は約75％の作動寿命の残
を有している。電池の電圧が1.1ボルトであるとき、電
池は約25％の実用寿命の残を有している。

2Aおよび2Bの電池は約23時間の実用寿命、および約12
時間の出力電圧が約1.2ボルトになる半減期を有するこ
とが分かる。電池の出力電圧が約1.3ボルトであると
き、電池は約75％の実用寿命の残を有している。出力電
圧が1.15ボルトに下がると、電池は約25％の実用寿命の
残を有している。

電池3Aおよび3B、これらは亜鉛−炭素電池（ルシャン
セ・セル（LeChanche cell））である、はアルカリ電池
よりもより短い寿命を有する。これらの電池は約7.5時
間の実用寿命と、約3.5から約４時間の出力電圧が1.2ボ
ルトに落ちる半減期を有している。電池の出力電圧が約
1.3ボルトであるとき、電池は約75％の実用寿命の残を
有している。電池の出力電圧が約1.1ボルトに落ちたと
き、電池は約25％の実用寿命の残を有しているだけであ
る。

電池の無負荷出力電圧が1.0ボルト以下に落ちたと
き、電池はすべて急速な電圧降下を現した。電池が実用
寿命の終期に到達したとき、懐中電燈は消灯しそして電
池は休止された。驚くべきことに、電池の出力電圧は生
き返りそして電池は短時間だけ作動できた。この休止と
使用のサイクルを続けたとき、電池の生き返りの可能性
は減少しそして電池は負荷状態でより一層急速な電圧降
下となった。

試験は次のことを示している。電池が新しいとき、直
列に接続された一対の電池の全電圧降下はおおよそ約0.
45から約0.65ボルトであり、懐中電燈の２つの電池の無
負荷状態での全出力電圧は約３ボルトであり、そして負
荷状態では約2.5ボルトである。電池が半減期に近づく
と、２つの電池の電圧降下は約0.75〜約0.95ボルトに増
加した。電池が実用寿命の終期に近づいたとき、電圧降
下は1.0ボルトを超え、２つの電池を無負荷状態での出
力電圧は約2.0から約2.2ボルトであり、そして電圧降下
は約1.0ボルトから約1.7ボルトであった。

試験はまた次のことを示している。電池が消耗点に達
しているが数時間休止させたとき、それらの無負荷出力
電圧は1.0ボルト以上である。しかしながら、電池を負
荷状態におくと、電池の作動電圧は0.6ボルト以下に急
速に降下する。この電圧降下は弱まった電池の出力電圧
が一挙に降下してしまうのではなくて、徐々に降下し、
場合によっては30秒間程度安定することが理解できた。
例えば、２つの使用されたデュラセル商標のアルカリ電
池、各電池は約0.95ボルトの無負荷出力電圧を有する、
が懐中電燈に１時間入れられた（すなわち、使用され
た）。１時間の終わりでは、電池の無負荷出力電圧はそ
れぞれ約0.45および0.5ボルトであった。電池を負荷状
態に置くと、直列に接続した両電池の電圧は0.6と0.7ボ
ルトの間に急速に降下し、次いで30秒間以上かけて直列
に接続した両電池の最終値の0.48ボルトに降下し続け
た。これと同じタイプの現象はエナガイザー商標のアル
カリ電池でも、エバレディ商標の亜鉛−炭素電池でも見
られた。かくして、消耗された電池を入れられた装置は
短い時間だけ強く作動し得るが、負荷状態を続けると急
速に力がなくなってしまう。

表IIは前に測定した電池1A、1B、2Aおよび2Bの負荷状
態における電池の電圧降下を掲げている。試験は電池が
その作動半減期を通過したときに始められた。表にみら
れるように、負荷状態での電池の電圧降下は電池がその
実用寿命の終期に近づいたときのように増加した。実際
の降下よりも示唆的なものは負荷状態での電圧を安定に
できる時間的な量である。電池の実用寿命中に、電池の
無負荷状態の電圧から負荷状態の電圧への電圧降下は急
速な一段階での電圧降下である。電池がその実用寿命を
越えると、電圧降下は継続した遅い降下であり、それ
は、ときによっては30秒間を越える安定時間を有するこ
とができる。このことは電池がその限界容量を消耗して
いることを示している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−205968（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−68935（ＪＰ，Ａ) 実公 昭51−1454（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１端子と第２端子とを有する充電不可能
   なアルカリ電池と、 非導電性基部層と、基部層上に配設された非導電性頂部
   層と、頂部層と基部層との間に形成される第１チャンバ
   と、第１チャンバから離間されて頂部層と基部層との間
   に形成される第２チャンバとから構成される電池表示器
   およびスイッチ部材と、 第１チャンバに配設される表示部材と、 電池の一方の電極に電気的に接続されかつ表示部材の一
   端に電気的に接続される第１導電性部材と、 表示部材の対向端に接続されかつ第２チャンバ内に延び
   る第２導電性部材と、 第２チャンバ内から延びて電池の他方の電極に接続する
   ように延びる第３導電性部材と から構成され、 第２チャンバの第２導電性部材および第３導電性部材は
   離間されそして第２チャンバは、第２チャンバを押した
   ときに第２導電性部材が第３導電性部材に電気的に接続
   することによって電池の強さを表示するように表示部材
   を電池の電極間に電気的な接続状態にするために変形可
   能である ことを特徴とする電池の強さを表示するための電池強さ
   表示部材を有する充電不可能なアルカリ電池。
2. 【請求項２】第１チャンバの表示部材は少なくとも所定
   の電圧値を受けたときに視覚的変化を呈することを特徴
   とする請求項１に記載の電池。
3. 【請求項３】少なくとも第１チャンバの頂部層は透明で
   あることを特徴とする請求項１に記載の電池。
4. 【請求項４】少なくとも第１チャンバの頂部層は半透明
   であることを特徴とする請求項１に記載の電池。
5. 【請求項５】表示部材は、電池の電極間の電圧電位が所
   定の電圧に近づいたときに色変化する化学的レドックス
   合成物であることを特徴とする請求項１に記載の電池。
6. 【請求項６】表示部材は、チャンバを横切る電界が所定
   の値を越えるときに位相を変化する液晶合成物であるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の電池。
7. 【請求項７】第２チャンバは押されたときに押された状
   態に残ることによって回路を完成して表示部材をセルの
   電極間に配置することを特徴とする請求項１に記載の電
   池。
8. 【請求項８】第１導電性部材は第１チャンバ内に縮小さ
   れた断面領域を有する導電性層から構成され、そして第
   １チャンバの表示部材は該導電性層を流れる電流の電圧
   が所定の値を越えるときに第１チャンバの温度が所定の
   温度に上昇するときに色変化を呈するように適合された
   感熱性色表示材料から構成されることを特徴とする請求
   項１に記載の電池。
9. 【請求項９】第１導電性部材は第１チャンバ内に縮小さ
   れた断面領域を有する導電性層から構成され、そして表
   示部材は第１チャンバの導電性層の温度が所定の温度を
   越えるときに分解するように適合された花火製造材料
   （pyrotechnic material）から構成され、第１チャンバ
   の導電性層は導電性層を通る電流の電圧が所定の値を越
   えるときに所定の温度を越えるように適合されることを
   特徴とする請求項１に記載の電池。
10. 【請求項１０】第１導電性部材は第１チャンバに縮小さ
    れた断面領域を有する導電性層から構成され、それによ
    り第１チャンバの導電性層を通って流れる電流の電圧が
    所定の値を越えるときに導電性層を縮小された断面領域
    で溶融させるように第１チャンバの導電性層を通って流
    れる電流がチャンバの導電性層の温度を導電性層の溶融
    点に上昇することを特徴とする請求項１に記載の電池。
11. 【請求項１１】表示部材は、そこに適用された電圧が所
    定の値に近づくときに視覚的変化を呈する発光ダイオー
    ドであることを特徴とする請求項１に記載の電池。
12. 【請求項１２】第１端子と第２端子とを有する充電不可
    能なアルカリ電池と、 所定の値を越えたまたはそれ以下に落ちた電圧電位を受
    けるときに視覚的変化を呈する、電池の側部に取り付け
    られた層に形成される電池表示器と、該表示器の一端と
    第１電池端子との間に電気的に接続される第１導電性導
    線と、 電池の側部に配設された弾性の非導電性層と、弾性層の
    下に形成されたスイッチチャンバと、チャンバ内から延
    びかつ表示器の対向端に接続されそしてスイッチチャン
    バ内の部分がスイッチ接点を構成する第２導電性導線
    と、通常スイッチ接点から離間されかつ第２電池端子と
    電気的に接続された導電性層とから構成される、電気的
    に開位置に変移された電池スイッチと から構成され、 スイッチチャンバ上の弾性層を押すと、スイッチ端子が
    電池の他方の端子と電気的に接触状態となって、電池の
    強さを表示するように電池の端子間に表示器を電気的に
    接続する ことを特徴とする電池強さ表示器を有する充電不可能な
    アルカリ電池。
13. 【請求項１３】弾性層はチャンバ付近で透明であること
    を特徴とする請求項12に記載の電池。
14. 【請求項１４】弾性層はチャンバ付近で半透明であるこ
    とを特徴とする請求項12に記載の電池。
15. 【請求項１５】表示器は、表示器を横切る電圧電位が所
    定の電圧に近づくときに色を変化する化学的レドックス
    合成物から構成されることを特徴とする請求項12に記載
    の電池。
16. 【請求項１６】表示器は、表示器を横切る電界が所定の
    値を越えるときに位相を変化する液晶合成物から構成さ
    れることを特徴とする請求項12に記載の電池。
17. 【請求項１７】表示器に加えられる電圧が所定の値に近
    づくときに視覚的変化を呈するLEDから構成されること
    を特徴とする請求項12に記載の電池。
18. 【請求項１８】パッケージ枠と、 パッケージ枠に装着される、第１および第２端子を有す
    る少なくとも１つの電池と、 パッケージ枠に装着されかつ電池の第１端子に電気的に
    接続される電池強さ表示器と、 パッケージ枠に配設された弾性の非導電性層と、弾性層
    の下に形成されたスイッチチャンバと、通常チャンバに
    離間され、その一方が電池強さ表示器に電気的に接続さ
    れそして他方が電池の第２端子に電気的に接続された一
    対のスイッチ接点とから構成される、電気的に開位置に
    変移された電池スイッチと から構成され、 スイッチチャンバ上の弾性層を押すと、スイッチ端子が
    表示器を電池の端子間に電気的に接続させる ことを特徴とする電池強さ表示器を有する電池パッケー
    ジ。
19. 【請求項１９】第１端子と第２端子とを有する充電不可
    能なアルカリ電池と、 電池の側部に配設された第１非導電性層と、第１非導電
    性層の一部とその一部とで両者の間に表示器チャンバを
    部分的に形成する、第１非導電性層の取り付けられた第
    ２非導電性層と、第１および第２非導電性層間で行き来
    される、チャンバ内に小さな断面領域に縮小された導電
    性層と、導電性層を通る電流の電圧が所定の値を越える
    ときにチャンバ内の導電性層が所定の温度に上昇してそ
    の温度が所定の値に近づくときに色変化を呈するように
    適合されたチャンバ内の感熱色表示材料と、導電性層の
    一端と第１電池端子との間を電気的に接続する第１導電
    性導線と、 電池の側部に配設される弾性の非導電性層と、弾性層の
    下に形成されるスイッチチャンバと、スイッチチャンバ
    内の部分がスイッチ接点を構成する、チャンバ内から延
    びかつ表示器の対向端部に接続される第２導電性導線
    と、通常スイッチ接点から離間されかつ第２電池端子と
    電気的に接続された導電性層とから構成される、電気的
    に開位置に変移された電池スイッチと から構成され、 スイッチチャンバ上の弾性層を押すとスイッチ接点が電
    池の他方の端子と電気的に接続して、電池の強さを表示
    するように表示器を電池の端子間に電気的に接続する ことを特徴とする電池強さ表示器を有する充電不可能な
    アルカリ電池。
20. 【請求項２０】電池強さ表示器の第１層はチャンバ付近
    で透明であることを特徴とする請求項19に記載の電池。
21. 【請求項２１】電池強さ表示器の第１層はチャンバ付近
    で半透明であることを特徴とする請求項19に記載の電
    池。
22. 【請求項２２】一対の端子を有する充電不可能なアルカ
    リ電池と、 （ｉ）導電性層と、（ii）導電性層と熱的に接触した温
    度感知色表示器材料、導電性層は温度感知色表示器層に
    変化を与えるのに十分な熱発生容量を有する、（iii）
    電池と接続されたときに導電性層により発生された熱が
    温度感知色表示器材料の色を変化して電池の強さを表示
    できるように導電性層と電池との間の伝導を阻害する部
    材と、（iv）作動されたときに、温度感知色表示材料の
    色変化をもたらして電池の強さを表示するように導電性
    層と電池の端子とを電気的に接続するように配置された
    電気的スイッチ部材とを有する、電池の側部に配設され
    た電池強さ表示器と から構成されることを特徴とする電池強さ表示器を有す
    る充電不可能なアルカリ電池。
23. 【請求項２３】伝導を阻害する部材は非導電性層から構
    成されることを特徴とする請求候22に記載の電池。
24. 【請求項２４】電気的スイッチ部材は、電池の側部に配
    設された弾性の非導電性層と、弾性層の下に形成された
    スイッチチャンバと、導電性層に接続されたチャンバ内
    のスイッチ接点と、通常はスイッチ接点から離間されか
    つ一方の電池端子と電気的に接続された第２導電性層と
    から構成され、該スイッチ部材は電気的に開位置に変移
    されており、チャンバ上の弾性層を押したとき、表示器
    の導電性層は電池の強さを表示するように電池の端子間
    に電気的に接続されることを特徴とする請求項22に記載
    の電池。
25. 【請求項２５】温度感知色表示器材料上の透明な非導電
    性層からさらに構成されることを特徴とする請求項22に
    記載の電池。
26. 【請求項２６】温度感知色表示器材料上の半透明な非導
    電性層からさらに構成されることを特徴とする請求項22
    に記載の電池。