特許 5695854 水電池及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5695854

(24)【登録日】2015年2月13日

(45)【発行日】2015年4月8日

(54)【発明の名称】水電池及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 6/32 20060101AFI20150319BHJP

   H01M 2/18 20060101ALI20150319BHJP

【ＦＩ】

   H01M6/32 A

   H01M2/18 Z

【請求項の数】6

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2010-160142(P2010-160142)

(22)【出願日】2010年7月14日

(65)【公開番号】特開2012-22899(P2012-22899A)

(43)【公開日】2012年2月2日

【審査請求日】2013年7月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】508346505

【氏名又は名称】日本協能電子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100066267

【弁理士】

【氏名又は名称】白浜 吉治

(74)【代理人】

【識別番号】100134072

【弁理士】

【氏名又は名称】白浜 秀二

(72)【発明者】

【氏名】石川 忠

(72)【発明者】

【氏名】長谷部 良明

【審査官】 冨士 美香

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−２２２２３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２２４２９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２７０００１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ６／３２

Ｈ０１Ｍ ２／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

縦方向及び横方向と、正極端子を有する正極電極板と、負極端子を有する負極電極板と、前記正極電極板と前記負極電極板との間に位置する正極活物質とを含む水電池において、
電気絶縁性及び透水性の外包シートをさらに含み、
前記外包シートが袋状の第１保持部を有し、前記正極電極板が前記第１保持部に挿入、保持されており、
前記負極電極板と前記正極電極板との間には、前記第１保持部の内面に固定された前記正極活物質が介在されていることを特徴とする前記水電池。

【請求項2】

前記外包シートが袋状の第２保持部を有し、前記負極電極板が前記第２保持部に挿入、保持されている請求項１記載の水電池。

【請求項3】

前記外包シートが第１面及びそれに対向する第２面を有し、前記正極電極板、前記負極電極板及び前記正極活物質がそれぞれ前記横方向に所与寸法離間して前記外包シートの前記第１面に配置されており、前記外包シートにおける前記縦方向へ延びる複数の折曲線に沿って前記外包シートを折り曲げることによって、前記正極電極板と前記正極活物質とが互いに当接して重なり合い、かつ、前記正極活物質と前記負極電極板とが、前記第１及び第２保持部のうちの少なくとも前記第１保持部を形成する外包シートの一部を介して重なり合っており、前記正極電極板と、前記正極活物質および前記負極電極板とが積層された状態で前記外包シートに被包されている請求項２記載の水電池。

【請求項4】

前記外包シートが前記第１保持部と連続する基部を有し、前記第１保持部の前記縦方向の長さ寸法が前記基部の前記縦方向の長さ寸法よりも小さく、前記基部の側縁と前記第１保持部の開口端縁との間に段部が形成されており、前記段部の前記縦方向の長さ寸法が前記第２保持部の前記縦方向の長さ寸法とほぼ同じである請求項２又は３記載の水電池。

【請求項5】

前記折曲線が接着剤が塗布された部位又はヒートシール加工による接合部によって形成されている請求項３記載の水電池。

【請求項6】

請求項２〜５のいずれかに記載の水電池において、前記外包シートの基材となる繊維不織布シートを搬送手段を介して機械方向に搬送し、前記機械方向と直交する方向において対向する一対の前記外包シートにおいて、共通する切断ラインによって前記第１及び第２保持部の外形が形成される前記外包シートの切断工程を含む前記水電池の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水を注入して発電する水電池、特に、比較的に薄型の水電池及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、水を注入することによって発電する水電池は公知である。例えば、特許文献１には、水電池の外形を形成する、金属製の負極外筒体と、活性炭からなる正極活物質と、正極活物質に差し込まれたロッド状の正極集電体と、水を正極活物質に供給するための吸水部材とを含む水電池が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】実用新案登録第３１１２８６９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示された水電池では、円筒状の負極外筒体の底面に形成された注水口から負極外筒体の内部に注入された水が吸収部材を介して正極活物質に浸透し、両電極間に起電力を生じさせることによって、一定時間所要の電流を発電することができる。

【0005】

本発明の課題は、従来の技術における水電池の改良であって、微量の水分の供給によって所定の起電力を発生させることのできる比較的に薄型の水電池及びその製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記課題を解決するために、本発明が対象とするのは、縦方向及び横方向と、正極端子を有する正極電極板と、負極端子を有する負極電極板と、前記正極電極板と前記負極電極板との間に位置する正極活物質とを含む水電池である。また、本発明は、外包シートの基材となる繊維不織布シートを搬送手段を介して機械方向に搬送し、前記機械方向と直交する方向において対向する一対の前記外包シートにおいて、共通する切断ラインによって前記第１及び第２保持部の外形が形成される前記外包シートの切断工程を含む前記水電池の製造方法を対象とする。

【0007】

本発明が特徴とするところは、電気絶縁性及び透水性の外包シートをさらに含み、前記外包シートが袋状の第１保持部を有し、前記正極電極板が前記第１保持部に挿入、保持されており、前記負極電極板と前記正極電極板との間には、前記第１保持部の内面に固定された前記正極活物質が介在されていることにある。

【0008】

本発明における他の実施態様の一つは、前記外包シートが袋状の第２保持部を有し、前記負極電極板が前記第２保持部に挿入、保持されている。

【0009】

本発明における他の実施態様の一つは、前記外包シートが第１面及びそれに対向する第２面を有し、前記正極電極板、前記負極電極板及び前記正極活物質がそれぞれ前記横方向に所与寸法離間して前記外包シートの前記第１面に配置されており、前記外包シートにおける前記縦方向へ延びる複数の折曲線に沿って前記外包シートを折り曲げることによって、前記正極電極板と前記正極活物質とが互いに当接して重なり合い、かつ、前記正極活物質と前記負極電極板とが、前記第１及び第２保持部のうちの少なくとも前記第１保持部を形成する外包シートの一部を介して重なり合っており、前記正極電極板と、前記正極活物質および前記負極電極板とが積層された状態で前記外包シートに被包されている。

【0010】

本発明における他の実施態様の一つは、前記外包シートが前記第１保持部と連続する基部を有し、前記第１保持部の前記縦方向の長さ寸法が前記基部の前記縦方向の長さ寸法よりも小さく、前記基部の側縁と前記第１保持部の開口端縁との間に段部が形成されており、前記段部の前記縦方向の長さ寸法が前記第２保持部の前記縦方向の長さ寸法とほぼ同じである。

【0011】

本発明における他の実施態様の一つは、前記折曲線が接着剤が塗布された部位又はヒートシール加工による接合部によって形成されている。

【発明の効果】

【0012】

本発明に係る水電池によれば、外包シートによって正極電極板などの各構成材料が積層された状態で被包されているので、従来の筒状の水電池に比べて薄く、かつ、軽量である。また、第１保持部に正極電極板が挿入、保持されているので、組立時の操作が容易であり、使用中に外包シート内において正極電極板が大きく位置ずれするおそれもない。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の水電池の斜視図。

【図2】水電池を展開した状態における平面図。

【図3】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図。

【図4】（ａ），（ｂ），（ｃ）外包シートの組立工程を示す図。

【図5】外包シートの製造工程の一部を示す概略図。

【発明を実施するための最良の形態】

【0014】

図１及び２に示すとおり、水電池１０は、縦方向Ｙ及び横方向Ｘと、外包シート１１と、外包シート１１に被包された電荷を集めるための正極電極板１２と、負極電極板１３と、外包シート１１内において正極電極板１２と負極電極板１３との間に位置する正極活物質１４とを含む。図３に示すとおり、正極電極板１２と、負極電極板１３および正極活物質１４は、外包シート１１に積層された状態で被包されている。

【0015】

また、水電池１０は、縦方向Ｙへ互いに並行に延びる第１及び第２側縁部１６，１７と、縦方向Ｙにおいて離間対向して位置する第１及び第２開口端部１８，１９とによって画成された略矩形であって、第１開口端部１８から正極電極板１２の正極端子１２ａと負極電極板１３の負極端子１３ａとが縦方向Ｙ外方向へ突出している。正極端子１２ａと負極端子１３ａとの間には、それらの導通を防止するための絶縁シール２０が配置されており、正極端子１２ａおよび／または負極端子１３ａに貼り付けられている。また、正極端子１２ａ及び負極端子１３ａは、ワックスなどを塗布してなる防水処理が施されており、外包シート１１から発電に要する所定の水分が吸収される限りにおいて、第１及び第２開口端部１８，１９は、接着剤またはヒートシール加工によって封止されていてもよい。なお、本実施形態では、水電池１０全体の縦方向Ｙにおける長さ寸法を小さくするために、正極端子１２ａと負極端子１３ａとがともに第１開口端部１８から縦方向Ｙの外方へ延びているが、正極端子１２ａと負極端子１３ａとが互いに異なる開口端部１８，１９から縦方向Ｙの外方へ延びていてもよい。また、本実施形態では、正極端子１２ａと負極端子１３ａとは、縦方向Ｙの外方へ凸となる形状を有しているが、全体が外包シート１１内に位置する形状であってもよいし、外包シート１１内に位置する正極電極板１２の本体と負極電極板１３の本体とがそれぞれ正負極端子１２ａ，１３ａの役割を有していてもよい。

【0016】

外包シート１１は、電気絶縁性及び透液性のシート材料から作られており、たとえば、透水性の繊維不織布、多孔質のプラスチックフィルムなどから形成されている。

【0017】

また、外包シート１１は、図２に示すとおり、その展開状態において、第１面２１Ａ及び第２面２１Ｂと、縦方向Ｙにおいて互いに離間対向して横方向Ｘへ延びる第１及び第２側縁２２，２３と、横方向Ｘにおいて互いに離間対向して縦方向Ｙへ延びる第１及び第２端縁２４，２５とによって画成された扁平状であって、基部２７と、基部２７と連なる袋状の第１保持部２８とを有する。第１保持部２８には、正極電極板１２が挿入、保持されている。

【0018】

基部２７は、外包シート１１の一部を折曲して形成された袋状の第２保持部２９と、第２保持部２９の第１端縁２４側の側縁３１に沿って縦方向Ｙに延びる第１折曲線３０とを有する。第２保持部２９には、負極電極板１３が挿入、保持されている。

【0019】

第１保持部２８は、基部２７よりも縦方向Ｙの長さ寸法が小さく、ヒートシール加工又は接着剤を塗布することによって形成された縦方向Ｙに延びる第１及び第２接合部３２，３３によって袋状に画成されている。基部２７と第１保持部２８との間には、第２接合部３３と基部２７を形成する外包シート１１との剛性差によって生じた第２折曲線３４が形成されている。また、第１側縁２２の一部を構成する基部２７の側縁２７ａと、同様に第１側縁２２の一部を構成する第１保持部２８の開口端縁２８ａとの段部３５の縦方向Ｙの長さ寸法ｌ_１と第２保持部２９の縦方向Ｙの長さ寸法ｌ_２は、ほぼ同じである。具体的には、負極電極板１３を第２保持部２９に確実に保持するために、第２保持部２９の縦方向Ｙの長さ寸法ｌ_２は、０．５〜１．０ｍｍであることが好ましい。

【0020】

外包シート１１の基部２７は、第１端縁２４と第１及び第２折曲線３０，３４とによってその横方向Ｘにおける幅寸法が２つにほぼ均等に区分されている。具体的には、第１端縁２４と第１折曲線３０との間に画成された第１区域３６と、第１折曲線３０と第２折曲線３４との間に画成された第２区域３７とに区分されている。なお、外包シート１１の第１区域３６の第１端縁２４側には、縦方向Ｙに延びる接着域３９が形成されている。接着域３９には、外包シート１１の第２面２１Ｂから水分を吸収して、その水分を内部に配置された正極活物質１４の酸化反応触媒として作用させるべく、接着剤を間欠的に塗布することが好ましい。なお、水電池１０内部に水分が浸透するのを阻害しない限りにおいて、接着域３９は、接着剤ではなく、ヒートシール加工によって接合されていてもよい。

【0021】

正極電極板１２は、外包シート１１の第１保持部２８に挿入、保持された凸状の薄板であって、比較的に導電性が強くイオン化傾向の小さい、電気化学的に比較的安定な、例えば、ニッケル、銅、銀等の金属またはこれらの金属を主体とする合金から作られている。

【0022】

負極電極板１３は、外包シート１１の第１区域３７の第２保持部２９に挿入、保持された正極電極板１２とほぼ同形同大の薄板であって、イオン化および／または酸化傾向が比較的に大きな電極活物質、例えば、金属マグネシウム、アルミニウム、亜鉛などまたはそれらを少なくとも２種以上含む合金作られている。

【0023】

正極活物質１４は、外包シート１１の第１保持部２８の内面にスプレー状に塗布された接着剤を介して固定された粉末状であって、比較的に酸化力が強い酸化物質、例えば、活性炭、二酸化マンガン、酸化鉄、結晶性の酸化銀などの混合物から作られており、混合物の種類や混合比率は、所要の酸化力に応じて自由に設定することができる。また、全体として比較的に薄型の水電池１０を形成するために、少ない量で所要の起電力の発生を可能とすべく、活性炭に用いる材料の種類を複数使用したり、加工処理したものを用いることもできる。なお、本発明では、正極活物質１４は、粉末状であるが、活性炭などの各種粉末をシート状に成形して、第１保持部２８の内面に接着剤を介して固定してもよい。なお、正極活物質１４を固定する接着剤は、水分を透過するために間欠的に塗布することが好ましい。

【0024】

水電池１０を図２に示した展開状態から図１の組み立て状態とするためには、まず、第２折曲線３４に沿って外包シート１１の第１保持部２８を内側に折り返して、第１保持部２８と第２区域３７とを互いに対向させ、第２区域３７に位置する負極電極板１３及び第２保持部２９と、第１保持部２８とを当接した状態で重ね合わせる。次に、第１折曲線３０に沿って第１区域３６を第２区域３７に折り重ねられた第１保持部２８の第２面２１Ｂに向かって折り返し、それらを当接させて重ね合わせる。かかる状態において、第１区域３６の第１面２１Ａに塗布された接着域３９を介して第１区域３６の第１面２１Ａを第１保持部２８の第２面２１Ｂに固定することによって、水電池１０を組み立てることができる。

【0025】

図３に示すとおり、水電池１０の内部において、正極電極板１２と正極活物質１４とは当接した状態であって、正極活物質１４は、それが固定された第１保持部２８を形成する外包シート１１を介して負極電極板１３と接している。かかる態様を有する水電池１０において、外包シート１１の第２面２１Ｂ及び／または第１及び第２開口端部１８，１９からその内部に水分が浸透したときには、第１保持部２８を形成する外形シート１１の一部を介して正極活物質１４に水分が拡散され、拡散された水分が酸化反応触媒として作用して両電極板１２，１３間にイオン化反応が生じることによって、起電力が発生する。

【0026】

本発明にかかる水電池１０は、外包シート１１によって各構成材料が積層された状態で被包されているので、従来の筒状の水電池に比べて薄く、かつ、軽量である。また、水電池に微量の水分のみが供給された場合であっても、各構成材料間に介在された外包シート１１を通じて正極活物質に水分を供給して拡散させることができ、所要の起電力を速やかに生じさせることができる。

【0027】

また、正極電極板１２と負極電極板１３とがそれぞれ第１及び第２保持部２８，２９に挿入、保持されているので、それらが外包シート１１内において大きく位置ずれを生じるおそれはない。さらに、水電池１０を組立てるときに内側に折り返される第１保持部２８において、正極電極板１２は正極端子１２ａを含むその一部以外のみが第１保持部２８から露出しており、そのほとんどの部位が第１保持部２８に挿入、保持されているので、組立操作者は、第１保持部２８を折曲するときに正極電極板１２を指で押さえる必要はなく、第１保持部２８を指で摘んで自由に操作することができ、組立作業が比較的に容易となる。

【0028】

なお、図示していないが、正極端子１２ａと負極端子１３ａとには、それぞれ、半田付け、スポット溶接などによってリード線を取り付けて使用してもよい。また、比較的に細いリード線を使用することによって、第１開口端部１８及び／又は第２開口端部１９をヒートシール加工によって封止するときに、外包シート１１とともにリード線を固定することができる。また、外包シート１１の各構成部材を積層した状態で挟み込む力では、各構成部材を十分に保持することができないときには、開孔性プラスチックフィルム、複数の開口を有する硬質プラスチック材料から作られた外装部材によって外包シート１１を被包してもよい。

【0029】

図４（ａ）〜（ｃ）は、外包シート１１の組立工程を示す図、図５は、外包シート１１の製造工程の一部を示す概略図である。図５において、機械方向はＭＤ、機械方向ＭＤと直交する方向はＣＤで示している。また、図５において、説明の便宜上、切断ライン５２を２点鎖線で示している。

【0030】

図４（ａ）に示すとおり、組立前の外包シート１１は、段部４０ａを有する階段状の第１側縁２２と、段部４１ａ，４１ｂを有する第２側縁４１と、第１側縁２２と第２側縁４１とをつないで互いに並行に延びる第１及び第２端縁２４，４４とから画成された扁平形状を呈する。また、外包シート１１は、第１端縁２４と交差する第２側縁４１の部位と連なって第２端縁４４に向かって直状に延び、第２端縁４４を２等分する折曲線４５と、折曲線４５によって区分された第１及び第２部位４６，４７とを有する。

【0031】

かかる態様を有する外包シート１１において、図４（ｂ）に示すように、折曲線４５に沿って第２部位４７を第１部位４６に向かって折り曲げ、それらを互いに重ね合わせる。次に、図４（ｃ）に示すとおり、第１部位４６と第２部位４７とを折り重ねた状態において、第２部位４７の段部４１ａ，４１ｂとそれに対向する第１部位４６、重ね合わされた第２端縁４４どうしとをそれぞれ接着剤又はヒートシール加工からなる第１〜３接合部３０，３２，３３において接合する。第１部位４６と第２部位４７とが第１〜３接合部３０，３２，３３によって接合されることによって、第１及び第２保持部２８，２９が形成される。

【0032】

このように、外包シート１１は、１枚のシートから形成さており、折曲線４５を折り曲げることによって第１及び第２保持部２８，２９が形成されているので、第１及び第２保持部２８，２９の底部には折曲線４５が位置し、底部から正極活物質１４が脱落するおそれはない。また、第１〜第３接合部３０，３２，３３は、同一の方向に延びているので、ヒートシール加工をするときには、それらを一度のプレス処理によって封止することができる。

【0033】

図５に示すとおり、外包シート１１の製造工程において、外包シート１１の基材となる繊維不織布シート４９は、供給ロール５０を介して搬送ベルト５１上に供給されて機械方向ＭＤに搬送され、切断ライン５２に沿って切断手段５３によって切断されて各外包シート１１が形成されている。切断ライン５２は、機械方向ＭＤ及び直交方向ＣＤにおいて連続して外包シート１１を形成できるような形状を有しており、具体的には、直交方向ＣＤにおいて対向する一対の外包シート１１の第２側縁４１は、共通する切断部位５２ａに沿ってカットすることによって形成されている。

【0034】

繊維不織布シート４９が、かかる形状を有する切断ラインによって切断されることによって、外包シート１１が機械方向ＭＤにのみ連なるような切断ラインによって繊維不織布シート４９を切断する場合に比して、繊維不織布シート４９から生じるトリム５４，５５を最小限に抑えることができ、基材の無駄をなくすことができる。

【0035】

本発明に係る水電池１０は、その機能が発揮される限りにおいて様々な分野に用いることができるが、例えば、使い捨ておむつの内部にセンサ機能を有する超小型機器とともに水電池１０を配置し、排出された尿が外包シート１１に浸透することによって水電池１０が発電してセンサ機能を作動させたり、湿度の変化する限られた空間に水電池１０を配置し、該空間が所定以上の湿度に達したときに、発生した水分を吸収して水電池１０が発電し、センサ機能を作動させたりすることなどに用いることができる。さらに、医療現場等において、点滴時の点滴液の漏れや採決時の導液管からの血液の漏出を早期に感知するために、水電池１０を医療用の固定テープや絆創膏の内面又は外面に配置して、流出するそれらの液体を触媒として発電させて付随するセンサ機器によって信号を発信することによって、それらの医療事故を未然に防ぐためのツールとしても活用できる。

【0036】

なお、水電池１０を構成する各部材としては、前記の材料以外に、この種の物品に用いられる材料を制限なく用いることができる。また、図示していないが、本発明に係る水電池１０を複数個並列に積層させることによって、１つの水電池１０による起電力よりも数倍〜数百倍の起電力を生じさせることもできる。

【符号の説明】

【0037】

１０ 水電池
１１ 外包シート
１２ 正極電極板
１２ａ 正極端子
１３ 負極電極板
１３ａ 負極端子
１４ 正極活物質
２１Ａ 外包シートの第１面
２１Ｂ 外包シートの第２面
２７ 基部
２８ 第１保持部
２９ 第２保持部
３０ 第１折曲線
３４ 第２折曲線
３５ 段部
５０ 繊維不織布シート
５２ 切断ライン
５３ 切断手段
ｌ_１ 段部の縦方向の長さ寸法
ｌ_２ 第２保持部の縦方向の長さ寸法
Ｘ 横方向
Ｙ 縦方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】