(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、
前記正極電極板と前記負極電極板との間において、前記正極電極板の内面に当接する前記正極活物質の層と、前記正極活物質の層と前記負極電極板の内面との間に前記外包シートから形成された電気絶縁体の層とが介在し、前記正極電極板と前記負極電極板の両外面が前記外包シートによって被包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、前記正極活物質及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１記載の水電池。
【請求項３】
前記外包シートが、前記縦方向へ延びる第１及び第２側縁と、前記第１及び第２側縁と並行に延びる第１〜第３折曲線とを有し、
前記外包シートの前記第１面が、前記第１側縁と前記第１折曲線との間に画成された第１区域と、前記第１折曲線と前記第２折曲線との間に画成された第２区域と、前記第２折曲線と前記第３折曲線との間に画成された第３区域と、前記第３折曲線と前記第２側縁との間に画成された第４区域とに区分されており、
前記第１区域には、接着剤を介して前記正極活物質が固定されており、
前記第２区域には、前記正極電極板が配置されており、
前記第３区域には、前記負極電極板が配置されており、
前記第４区域には、前記第２側縁に沿って延びる、前記第４区域を前記第２区域の前記第２面に固定するための接着域が形成されている請求項２記載の水電池。
【請求項４】
前記正極電極板のうちの前記外包シートの一部を介して前記負極電極板と対向する側の面に、前記正極活物質が固定されている請求項２又は３記載の水電池。
【請求項５】
前記外包シートが前記正極電極板を挿入して保持するための袋状の保持部を有し、前記保持部を形成する外包シートの一部の内面に前記正極活物質が固定されている請求項２〜４のいずれかに記載の水電池。
【請求項６】
前記接着域が前記第４区域の全域またはその一部に間欠的に配置された複数の接合部から形成されている請求項３記載の水電池。
【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水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生させることができる。
【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で小型の水電池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。
【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、前記正極電極板と前記負極電極板との間において、前記正極電極板の内面に当接する前記正極活物質の層と、前記正極活物質の層と前記負極電極板の内面との間に前記外包シートから形成された電気絶縁体の層とが介在し、前記正極電極板と前記負極電極板の両外面が前記外包シートによって被包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、前記正極活物質及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。
【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、前記縦方向へ延びる第１及び第２側縁と、前記第１及び第２側縁と並行に延びる第１〜第３折曲線とを有し、前記外包シートの前記第１面が、前記第１側縁と前記第１折曲線との間に画成された第１区域と、前記第１折曲線と前記第２折曲線との間に画成された第２区域と、前記第２折曲線と前記第３折曲線との間に画成された第３区域と、前記第３折曲線と前記第２側縁との間に画成された第４区域とに区分されており、前記第１区域には、接着剤を介して前記正極活物質が固定されており、前記第２区域には、前記正極電極板が配置されており、前記第３区域には、前記負極電極板が配置されており、前記第４区域には、前記第２側縁に沿って延びる、前記第４区域を前記第２区域の前記第２面に固定するための接着域が形成されている。
【００１０】
本発明における他の実施態様の一つは、前記正極電極板のうちの前記外包シートの一部を介して前記負極電極板と対向する側の面に、前記正極活物質が固定されている。
【００１１】
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正極電極板を挿入して保持するための袋状の保持部を有し、前記保持部を形成する外包シートの一部の内面に前記正極活物質が固定されている。
【００１２】
本発明における他の実施態様の一つは、前記接着域が前記第４区域の全域またはその一部に間欠的に配置された複数の接合部から形成されている。
【発明の効果】
【００１３】
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、軽量で小型である。また、水電池に微量の水分を供給することによって、各構成材料間に介在された外包シート（または電気絶縁体の層）を通じて正極活物質に水分を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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態における水電池の斜視図。
【図２】水電池を展開した状態における平面図。
【図３】水電池の組立工程の一部を示す斜視図。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線断面図。
【図５】本発明の第２実施形態における水電池の図２と同様の平面図。
【図６】本発明の第３実施形態における水電池の平面図。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図。
【図８】本発明の第４実施形態における水電池の図２と同様の平面図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の第１実施形態における水電池の斜視図、図２は、水電池を展開した状態における平面図、図３は、水電池の組立工程の一部を示す斜視図、図４は、図１のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【００１６】
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及び正極活物質１４とは、外包シート１１に積層された状態で被包されている。
【００１７】
また、水電池１０の本体は、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長方形状であって、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及び／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とが互いに異なる第１及び第２開口端部１８，１９から縦方向Ｙの外方へ延びていてもよい。その場合には、正極端子１２ａと負極端子１３ａとが互いに重なり合うことはないので、絶縁シール２０は不要である。
【００１８】
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。
【００１９】
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、横方向Ｘにおいて互いに離間対向して縦方向へ延びる第１及び第２側縁２２，２３と、縦方向Ｙにおいて互いに離間対向して横方向へ延びる第１及び第２端縁２４，２５とによって画成された略正方形状であって、第１側縁と第２側縁２２，２３との間には、縦方向へ延びる第１〜第３折曲線２６，２７，２８が形成されている。外包シート１１は、第１及び第２側縁２２，２３と、第１〜第３折曲線２６，２７，２８とによってその横方向Ｘにおける幅寸法が４つにほぼ均等に区分されている。具体的には、第１側縁２２と第１折曲線２６との間に画成された第１区域３０と、第１折曲線２６と第２折曲線２７との間に画成された第２区域３１と、第２折曲線２７と第３折曲線２８との間に画成された第３区域３２と、第３折曲線２８と第２側縁２３との間に画成された第４区域３３とに区分されている。なお、外包シート１１の第４区域３３の第２側縁２３側には、縦方向Ｙに延びる接着域３５が形成されている。なお、水電池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３５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。
【００２０】
正極電極板１２は、外包シート１１の第２区域３１に配置された略長方形状の薄板であって、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。
【００２１】
負極電極板１３は、外包シート１１の第３区域３２に配置された、正極電極板１２とほぼ同形同大の薄板であって、イオン化及び／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種以上含む合金から作られている。
【００２２】
正極活物質１４は、外包シート１１の第１区域３０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、炭化する前に予め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区域３０に接着剤を介して固定してもよい。
【００２３】
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、図３に示すとおり、第１折曲線２６に沿って外包シート１１の第１区域３０側の部位を内側に折り返して、第１区域３０と第２区域３１とを互いに対向させ、すなわち、第１区域３０に固定された正極活物質１４と第２区域３１に配置された正極電極板１２とを当接した状態で重ね合わせる。次に、第２折曲線２７に沿って正極電極板１２と正極活物質１４とが被包された部位を内側へ折り返し、正極活物質１４が固定された第１区域３０の第２面２１Ｂと第３区域３２に位置する負極電極板１３とを当接させて重ね合わせる。最後に、第３折曲案内線２８に沿って第４区域３３を第２区域３１の第２面２１Ｂに向かって折り返し、接着域３５を介して第４区域３３を第２区域３１の第２面２１Ｂに固定することによって、薄型の水電池１０を組み立てることができる。
【００２４】
図４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、それが固定された外包シート１１を介して負極電極板１２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、外包シート１１の第１区域３０を画成する部位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。
【００２５】
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、軽量で小型である。また、水電池１０に比較的に微量の水分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１４において水分を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。
【００２６】
以下に本発明の実施例を説明する。なお、本実施例は、あくまでも発明の理解を容易にするためのものであり、各種条件は実施例に制限されるものではない。
【実施例】
【００２７】
本実施例の水電池１０は、その縦方向Ｙの長さ寸法、すなわち、第１及び第２側縁部１６，１７の縦方向Ｙの長さ寸法が約１０.０ｍｍ、第１及び第２開口端部１８，１９の横方向Ｘにおける長さ寸法が約５.０ｍｍ、また、その厚さ（Ｚ方向の高さ）が約０．３ｍｍである。さらに、表面積が約５０ｍｍ２の正極電極板１２及び負極電極板１３と、活性炭等を所定比率で混同してなる約０．０５ｇの正極活物質１４とを使用した。
【００２８】
かかる条件において、外包シートの第４区域３３の第２面２１Ｂに約１００ｍｇの水分を浸透させたところ、正極端子１２ａと負極端子１３ａとの間に約５.０ｍＡの電流が１０秒間流れた。なお、正極活物質１４を０．０５ｇ以上用いる場合には、正極電極板１２と負極電極板１３とは表面積が約５０ｍｍ２程度又はそれ以上であることが好ましい。なお、所要の大きさの電流を生じさせるために、正極電極板１２と負極電極板１３との表面積の大きさ、形状は種々変更することができる。特に、５．０ｍＡ以下の電流を生じさせる場合には、正極電極板１２と負極電極板１３との表面積をさらに小さくすることができ、水電池１０全体の大きさをより小さくすることによってさらに小型化することができる。
【００２９】
なお、本実施形態のほかに、正極電極板１２、正極活物質１４及び負極電極板１３を積層した状態で、正極活物質１４と負極電極板１３との間に外包シート１１とは別体の電気絶縁体の層（セパレータ）を介在させて、外包シート１１でそれらを被包した態様、すなわち、図１で示す外形状及び図４で示す断面構造を有するものであれば、一枚の外包シート１１を折り曲げて形成したものでなくともよい。
【００３０】
図５は、本発明の第２実施形態を示す図２と同様の平面図である。本実施形態における水電池１０の基本的構成は、第１実施形態とほぼ同様であるので、相違する点についてのみ以下に説明する。
【００３１】
図５に示すとおり、本実施形態では、正極電極板１２のうちの積層された状態において第１区域３０と対向する側の表面全体に正極活物質１４が接着剤を介して固定されている。かかる態様の場合には、正極電極板１２の表面に正極活物質１４が直接に固定されているので、その（負極電極板１３と対向する面の）表面積全体を確実に電気化学反応に用いることができ、発電効率が良い。また、正極活物質１４は、外包シート１１の第１区域３０にも固定されているので、所定量の正極活物質１４を外包シート１１内で位置ずれさせることなく、その内部に安定的に保持することができる。
【００３２】
図６は、本発明の第３実施形態を示す図３と同様の水電池１０の展開図、図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。本実施形態における水電池１０の基本的構成は、第１実施形態とほぼ同様であるので、相違する点について以下に述べる。
【００３３】
図６に示すとおり、本実施形態では、外包シート１１が袋状に形成された保持部４０を有しており、保持部４０には正極電極板１２が挿入され、保持部４０の正極電極板１２と対向する側の内面には、正極活物質１４が接着剤を介して固定されている。水電池１０がかかる態様の場合には、正極電極板１２が保持部４０内で安定的に保持されるとともに、たとえ、正極電極板１２が外力によって湾曲されたとしても、正極電極板１２と正極活物質１４とが離間することなく、安定的に電気化学反応を生じさせることができる。なお、保持部４０は、第１実施形態における外包シート１１の第１区域３０を第１折曲線２６に沿って内側に折り返し、第２区域３１と重ね合わせて、第１側縁２２と第１面２１Ａの第２折曲線２７近傍と、第１区域３０と第２区域３１との第２端縁２５側の縁部どうしとをヒートシール加工または接着剤を塗布することによって形成してもよい。
【００３４】
図８は、本発明の第４実施形態を示す図２と同様の水電池１０の展開図である。本実施形態における水電池１０の基本的構成は、第１実施形態とほぼ同様であるので、相違する点について以下に述べる。
【００３５】
図８に示すとおり、本実施形態では、第４区域３３の全面に接着域３５が設けられており、接着域３５は、ドット状に塗布された接着剤からなる複数の接合部４２によって形成されている。かかる実施形態の場合には、接着域３５が第４区域３３の全面に形成されているので、第４区域３３を第２区域３１の外面に安定的に固定することができるとともに、接着剤が間欠的に塗布されているので、各接着部４２間において水分を水電池１０の内部に速やかに浸透させることができる。なお、所要の水分の浸透が可能な限りにおいて、接着域３５は第４区域３３の全域ではなく、一部に形成されていてもよい。また、各接合部４２は接着剤ではなく、ヒートシールによって接合がなされていてもよいし、ドット状ではなく、互いに縦方向Ｙ又は横方向Ｘに所与寸法離間して延びる複数のラインから形成されていてもよい。
【００３６】
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、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
２２    第１側縁
２３    第２側縁
２６    第１折曲線
２７    第２折曲線
２８    第３折曲線
３０    第１区域
３１    第２区域
３２    第３区域
３３    第４区域
３５    接着域
４０    保持部
４２    接合部
Ｘ      横方向
Ｙ      縦方向
【図１】
0005638273.tif 000002
【図２】
0005638273.tif 000003
【図３】
0005638273.tif 000004
【図４】
0005638273.tif 000005
【図５】
0005638273.tif 000006
【図６】
0005638273.tif 000007
【図７】
0005638273.tif 000008
【図８】
0005638273.tif 000009