(57)【要約】  カソード缶の吸気口空間内のエアースペーサ部材を有する亜鉛／空気ボタン電池。スペーサ部材は、固体のプラスチック、ゴム、又は、カソード缶の空気孔に隣接したカソード缶の吸気口空間（プレナム領域）に挿入される金属構造から成ってもよい。スペーサ部材は、様々な外形の内部に切除部分を有する円盤状外形から成ってもよい。スペーサ円盤のこの切除部分は、空気孔からカソードアセンブリへ空気が遮られずに通ることを可能にする、空気孔の下にある非占有自由空間のチャネルを形成する。自由空間のチャネルは、一般に、空気孔の直径より大幅に広い。空気孔とカソードアセンブリとの間に通る非占有「自由空間」の幅広のチャネルは、カソードアセンブリへの空気分散を改良する。スペーサ円盤は、同時にカソードアセンブリがカソード缶の吸気口空間に曲がることを防ぐために充分な支持を提供する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード缶と、カソード缶と、前記アノード缶内に亜鉛及びアルカリ電解質を含むアノード材料と、前記カソード缶内にカソード材料を含むカソードアセンブリとを備えた金属／空気減極電池であって、前記カソード缶が、開放端と、対向する閉鎖端と、それらの端の間にある一体化した側壁とを備え、前記カソード缶の閉鎖端が、電池内部に面した内部表面と外部環境に面した外部表面とを有し、前記アノード缶が、開放端と、対向する閉鎖端と、それらの端の間にある一体化した側壁とを備え、前記カソード缶側壁の少なくとも一部が前記アノード缶側壁の少なくとも一部と重なり、該重なった側壁部分間に電気絶縁材料を有した状態で、前記アノード缶の前記開放端が前記カソード缶の前記開放端内に配置され、前記カソード缶の前記閉鎖端を通る少なくとも１つの空気孔が存在し、前記カソードアセンブリが、空気孔に隣接した前記カソード缶の前記閉鎖端に近接した前記カソード缶内に備えられ、吸気口領域が、前記カソード缶の前記閉鎖端の前記内部表面と前記カソードアセンブリとの間に存在し、前記吸気口領域内に挿入されるスペーサ部材が存在し、前記スペーサ部材が、前記スペーサ部材を通る少なくとも１つの孔を有する材料を含み、頂部に前記カソード缶を有する垂直位置で前記電池を見た場合に、前記スペーサ部材を通る前記孔が、前記カソード缶の前記閉鎖端における少なくとも１つの前記空気孔の下にあることを特徴とする、金属／空気減極電池。
【請求項２】
複数の空気孔が前記カソード缶の前記閉鎖端に存在し、前記スペーサ部材を通る複数の孔が存在し、前記複数の孔が前記カソード缶の複数の空気孔の下にあり、前記スペーサ部材を通る前記孔が、下にある前記空気孔の直径より大きい直径を有する、請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記カソード缶内の前記空気孔の下にある前記スペーサ部材内の前記孔が、前記複数の空気孔と前記カソードアセンブリとの間の非占有空間の連続チャネルを形成する、請求項２に記載の電池。
【請求項４】
前記非占有空間の前記チャネルが、前記カソード缶の前記吸気口領域内の利用可能空間の約１０〜９０％を含み、前記スペーサ部材が前記利用可能空間内に挿入される前に、前記利用可能空間が測定される、請求項３に記載の電池。
【請求項５】
アノード缶と、カソード缶と、前記アノード缶内に亜鉛粒子及びアルカリ電解質を含むアノード材料と、前記カソード缶内にカソード材料を含むカソードアセンブリとを備えた金属／空気減極電池であって、前記カソード缶が、開放端と、対向する閉鎖端と、それらの端の間にある一体化した側壁とを備え、前記カソード缶の閉鎖端が、電池内部に面した内部表面と外部環境に面した外部表面とを有し、前記アノード缶が、開放端と、対向する閉鎖端と、それらの端の間にある一体化した側壁とを備え、前記カソード缶側壁の少なくとも一部が前記アノード缶側壁の少なくとも一部と重なり、該重なった側壁部分間に電気絶縁材料を有した状態で、前記アノード缶の前記開放端が前記カソード缶の前記開放端内に配置され、前記カソード缶の前記閉鎖端を通る複数の空気孔が存在し、前記カソードアセンブリが、前記空気孔に隣接した前記カソード缶の前記閉鎖端に近接した前記カソード缶内に備えられ、吸気口領域が、前記カソード缶の前記閉鎖端の前記内部表面と前記カソードアセンブリとの間に存在し、前記吸気口領域内に挿入されるスペーサ部材が存在し、前記スペーサ部材が、前記スペーサ部材を通る少なくとも１つの孔を有する材料を含み、頂部に前記カソード缶を有する垂直位置で前記電池を見た場合に、前記スペーサ部材を通る前記孔が、前記カソード缶の前記閉鎖端における少なくとも１つの前記空気孔の下にあることを特徴とする、金属／空気減極電池。
【請求項６】
前記スペーサ部材を通る複数の孔が存在し、前記複数の孔が前記カソード缶の複数の空気孔の下にあり、前記スペーサ部材を通る前記孔が、下にある前記空気孔の直径より大きい直径を有する、請求項５に記載の電池。
【請求項７】
前記スペーサ部材を通る孔の数が前記カソード缶の閉鎖端を通る空気孔の数よりも多い、請求項５に記載の電池。
【請求項８】
前記カソード缶内の前記空気孔の下にある前記スペーサ部材内の前記孔が、前記空気孔と前記カソードアセンブリとの間の前記スペーサ部材を通る非占有空間の連続チャネルを形成し、前記非占有空間の前記チャネルが前記複数の空気孔と前記カソードアセンブリとの間を垂直に通る、請求項６に記載の電池。
【請求項９】
アノード缶と、カソード缶と、前記アノード缶内に亜鉛及びアルカリ電解質を含むアノード材料と、前記カソード缶内にカソード材料を含むカソードアセンブリとを備えた金属／空気減極電池であって、前記カソード缶が、開放端と、対向する閉鎖端と、それらの端の間にある一体化した側壁とを備え、前記カソード缶の閉鎖端が、電池内部に面した内部表面と外部環境に面した外部表面とを有し、前記アノード缶が、開放端と、対向する閉鎖端と、それらの端の間にある一体化した側壁とを備え、前記カソード缶側壁の少なくとも一部が前記アノード缶側壁の少なくとも一部と重なり、該重なった側壁部分間に電気絶縁材料を有した状態で、前記アノード缶の前記開放端が前記カソード缶の前記開放端内に配置され、前記カソード缶の前記閉鎖端を貫通する複数の空気孔が存在し、前記カソードアセンブリが、前記空気孔に隣接した前記カソード缶の前記閉鎖端に近接した前記カソード缶内に備えられ、吸気口領域が、前記カソード缶の前記閉鎖端の前記内部表面と前記カソードアセンブリとの間に存在し、前記カソード缶の前記閉鎖端から広がり、前記吸気口領域に突出する材料の少なくとも１つの突起部が存在し、前記材料の前記突起部が先端で終端する側壁を有し、前記側壁及び先端が前記カソード缶内の前記吸気口領域に貫通する、金属／空気減極電池。
【請求項１０】
前記材料の前記突起部が、前記カソード缶の前記閉鎖端から前記吸気口領域に一体的に突出する、請求項９に記載の電池。
【請求項１１】
前記材料の複数の前記突起部が存在し、前記吸気口領域内の非占有空間のチャネルが、材料の隣接する突起部の壁の間並びに材料の前記突起部及び前記カソード缶の壁の間の空間のチャネルによって形成され、非占有空間の前記チャネルが前記カソード缶の複数の前記空気孔の下にある、請求項１０に記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属／空気電池、好ましくは亜鉛及び空気カソードを含むアノードを有するものに関する。本発明は、エアディフュージョンを促進するために、カソード缶とカソードアセンブリとの間の吸気口空間内の様々な形及び構造のスペーサ部材を有する、亜鉛及び空気カソードを含むアノードを有する金属／空気電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
亜鉛／空気電池（Zinc／air depolarized cells）は、典型的に、プログラム可能なタイプの補聴器を包含する電子補聴器用の電池として特別な実用性を有する小型ボタン電池の形態である。通常、このような小型の電池は、直径約４〜２０ｍｍ、通常、約４〜１６ｍｍ、且つ、高さ約２〜９ｍｍ、好ましくは、約２〜６ｍｍの円盤状円筒形を有する。亜鉛空気電池はまた、従来のＡＡＡＡ、単４（ＡＡＡ）、単３（ＡＡ）、単２（Ｃ）及び単１（Ｄ）寸法のＺｎ／ＭｎＯ２アルカリ電池に相当する寸法並びに更により大きな寸法の円筒形ケーシングを有する、幾分より大きな寸法でも製造することができる。
【０００３】
小型の亜鉛／空気ボタン電池は、通常、アノードケーシング（アノード缶）及びカソードケーシング（カソード缶）を含む。アノードケーシング及びカソードケーシングは、閉鎖端と、開放端と、該閉鎖端から該開放端まで延長する一体化した側壁とを各々有する。アノードケーシングは、アノードケーシング側壁を緊密に包囲する絶縁シールリングが取り付けられている。アノード材料はアノードケーシングに挿入され、エアディフューザー、電解質バリア材料及びカソードアセンブリは、カソードケーシングに挿入される。必要な材料がアノード及びカソードケーシングに挿入された後、カソードケーシングの開放端は、通常、組み立ての間、アノードケーシングの開放端を通じて押され、カソードケーシング側壁の一部分は、絶縁シールによりアノードケーシング側壁の部分を覆う。その後、絶縁シール及びアノードケーシング上にカソードケーシングの縁を圧着することによって、アノードケーシング及びカソードケーシングは第２のステップで連結される。圧着処置（又は別のステップ）の間、アノードケーシングとカソードケーシングとの間で緊密な封止を保証するために、さらに半径方向力がカソードケーシングの壁にかけられる。
【０００４】
亜鉛／空気ボタン電池のアノードケーシングには、微粒子亜鉛を含む混合物が充填され得る。電解質は通常、水酸化カリウム水溶液であるが、他の水性アルカリ電解質も使用できる。カソードケーシングの閉鎖端（ケーシングが頂部に閉鎖端を有する垂直位置に保持される場合）は、その中心の近くで平坦な隆起部分を有することができる。この隆起部分は正端子を形成し、通常、複数の空気孔を含む。この設計では、カソードケーシングの閉鎖端も、通常、隆起した正端子を囲む凹型環状段差を有する。或いは、カソードケーシングの閉鎖端は、その直径全体で完全に平ら、すなわち中心に隆起した部分が無くてもよい。このような設計では、通常、カソードケーシングの閉鎖端のこのような平坦な領域の中心部分は、電池の正端子を形成する。いずれにせよ、ボタン亜鉛／空気電池のカソードケーシングの閉鎖端は、空気が電池に入ることが可能となるよう一つ以上の小さい空気孔が穿孔される。その後、このような空気は、カソード円盤に到達するよう、エアディフュージョン層（又はエアディフューザー）を横断する。
【０００５】
通常、微粒子の二酸化マンガン、炭素及び疎水性バインダの混合物を含む触媒材料は、カソードアセンブリ内でカソード円盤を形成する円盤形状に成形されることができる。その後、内部にカソード円盤を有するカソードアセンブリは、空気孔から離れて面するエアディフューザーの側部のエアディフューザー上のカソードケーシングに挿入されることができる。通常、カソードアセンブリが電解質バリア材料（疎水性空気浸透性フィルム）、好ましくは、触媒カソード円盤の一方にテフロン（Teflon；ポリテトラフルオロエチレン）及び、触媒カソード円盤の反対側に電解質浸透性（イオン浸透性）セパレーター材料の層を積層して形成される。その後、カソード円盤を有するカソードアセンブリは、通常、カソードケーシングに挿入され、その中心部分がエアディフューザーを覆い、電解質バリア層の一部分は段差の内側表面に対して載置される。最終的な電池のカソード円盤は、その周囲でカソードケーシング壁と接触する。
【０００６】
電池が適切に封止されない場合、電解質は触媒カソードアセンブリの周囲に動き、空気孔を通じてカソードケーシングから漏れる。この領域が緊密に封止されないと、電解質の漏れは、カソード缶の圧着された縁と絶縁体との間でも発生し得る。市販の亜鉛／空気ボタン電池の壁厚さは、通常、０．１５２ｍｍ（６ｍｉｌ）、例えば、約０．１５２ｍｍ（６ｍｉｌ）〜０．３８１ｍｍ（１５ｍｉｌ）より厚い。漏れの可能性は、アノードケーシング及びカソードケーシングの壁厚さが非常に薄い場合、例えば、約０．０５０８ｍｍ（２ｍｉｌ）〜０．１２７ｍｍ（５ｍｉｌ）である場合に高くなる。このような薄い壁厚さは、より大きな内部電池体積を結果的にもたらすので望ましい。
【０００７】
電池の組立て後、取り外し可能なタブは、カソードケーシングの表面上の空気孔上に配置される。電池の使用前にタブを取り外して通気孔を露出させることによって、空気を電池内に入れて電池を作動可能にする。
【０００８】
通常、カソードケーシングは、カソードケーシングの閉鎖端の内側表面を覆うエアディフューザー材料を含む。すなわち、エアディフューザー材料は、カソードケーシングの閉鎖端とカソードアセンブリとの間の吸気口空間（プレナム空間）に配置される。カソードケーシングの閉鎖端が正端子接触面積を形成している隆起した中心部分を有する場合、エアディフューザー材料は、このような隆起した中心部分の下にある。すなわち、このような設計の吸気口空間は、通常、カソードケーシングの閉鎖端の隆起した中心部分とカソードアセンブリとの間にある。
【０００９】
従来のエアディフューザーは、いくつかの目的にかなう。エアディフューザー材料は、吸気口空間内で均一な空気分散をもたらすのに役立つ。エアディフューザー材料は、吸気口空間に漏れ得るアルカリ電解質を吸収するために、吸取紙として作用する電解質吸収性材料から成ってもよい。したがって、エアディフューザー材料は、下にあるカソードアセンブリに支持を提供してもよく、それにより、通常は可撓性のカソードアセンブリが、電池の組み立て及び放電の間に吸気口空間（プレナム空間）又はエアディフュージョン層に曲がることを防止する。電池の使用中のガス圧力の上昇は、このような空間内に存在するエアディフュージョン材料がない限り、カソードアセンブリが吸気口空間に曲がることが生じる傾向がある。空気孔を遮断して吸気口空間内で適当なエアディフュージョンを妨げるため、カソードアセンブリがカソードケーシングへ曲がることは望ましくない。
【００１０】
エアディフューザー材料は、通常、空気浸透性の紙又は多孔性セルロース材料の１つ以上のシートから成る。このような浸透性の紙又は多孔性セルロース材料も、吸気口空間に漏れ得る微量の電解質を吸収するための吸取紙として役立つ。通常、エアディフューザーは、カソードケーシングの閉鎖端とカソードアセンブリとの間の吸気口空間（プレナム空間）内で均一に配置される。エアディフューザー材料は、ほとんど又は全てのこのような吸気口空間を充填し、カソードケーシングの閉鎖端の空気孔を覆う。一般に補聴装置に使用される市販のボタンサイズの亜鉛／空気電池は、電池のサイズに応じて、１つの空気孔のみ、又は、複数、例えば２〜６個の小さい空気孔を有することができる。
【００１１】
いくつかの従来技術のボタンタイプの亜鉛／空気電池では、カソードアセンブリはドーム形を有する。すなわち、それらは、カソードケーシングの閉鎖端からカソードケーシング内部を見下ろした場合、言い換えると、空気孔から離れて見た場合、凸状の形を有する。米国特許第３，８９７，２６５号及び米国特許第６，０８７，０３０号は、ドーム状のカソードアセンブリを有するボタン形の亜鉛／空気電池を示す。上記２件の米国特許は（空気孔に隣接する）カソード缶閉鎖端とカソードアセンブリとの間の吸気口空間を満たす多孔性エアディフュージョン材料を有する。ドーム状のカソードアセンブリは、電池の組み立て及び電池の使用の間、吸気口空間に曲がり且つ撓むことを防止する傾向があるため、このような従来技術の設計により、吸気口空間内で多孔性拡散体材料を使用することを省くことができる。しかしながら、吸気口空間を充填しているエアディフューザー材料がない場合、ドーム状のカソードアセンブリは、やはり、電池内のガス圧力が増すにつれて、吸気口空間への少なくとも若干の曲げが生じる。このようなガス圧力の上昇は、最終的に、ドーム状のカソードアセンブリが、曲げられる又は空気孔に対して押されることを引き起こし得て、これらの孔から気流を妨げる。また、ドームを形成するための製造に必要な曲げ又は成形のために、ドーム状のカソードアセンブリは製造がより困難である。また、ドーム状のカソードアセンブリは、特にカソードアセンブリを薄くすることを意図した場合、製造中に壊れやすい又は割れやすい。
【００１２】
したがって、ドーム状のカソードアセンブリより経済的且つ確実に製造される平坦なカソードアセンブリの使用は望ましい。しかしながら、ボタンサイズの亜鉛／空気電池への使用に望ましい組成及び厚さの平坦なカソードアセンブリは、電池の吸気口空間に徐々に曲がり、それにより、吸気口空間がエアディフューザー材料で充填されない限り空気孔を塞ぐ。米国特許第５，２７９，９０５号、米国特許第６，６０２，６２９Ｂ１号、及び米国特許第米６，８３０，８４７Ｂ２号は、カソード缶の吸気口空間に当接した平面を有するカソードアセンブリと前記吸気口空間を充填したエアディフューザー材料とを有する亜鉛／空気ボタン電池を示す。
【００１３】
紙又はセルロース材料から成る従来技術のエアディフューザーは、入ってくる空気の分散を高めるのに役立つが、特に孔から除去される領域で、カソード円盤への直接的な空気送出速度を減速する傾向がある。これは、いくつかの用途の亜鉛／空気電池の性能を制限する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
したがって、亜鉛／空気電池のカソード缶の空気孔に隣接した吸気口空間（プレナム空間）内に成形された支持材料を提供することは望ましく、前記成形された材料は、両方の構造の支持を、カソードアセンブリが吸気口空間内に曲がる又は吸気口空間を貫通することを防止するカソードアセンブリのために提供し、カソードアセンブリへの有効な空気分散を可能にする。
【００１５】
成形された材料がカソードアセンブリを支持し、前記カソードアセンブリが吸気口空間に曲がることを防止するために吸気口空間内に存在する、カソード缶の吸気口空間（プレナム空間）に隣接したカソードアセンブリを有する亜鉛／空気電池を提供することは望ましい。カソードアセンブリが前記吸気口空間に面した平坦又は略平坦な表面を有することは望ましい。空気が自由にカソードアセンブリに吸気口空間に入り通過するよう、空気孔の下にある非占有（自由）空間のチャネルを設けて支持材料が構成されることが望ましい。
【００１６】
カソードアセンブリに入ってくる空気の分散を向上させるために、カソードアセンブリとカソード缶の空気孔との間の吸気口空間内に適当な外形の材料を配置することが望ましい。
【００１７】
吸取紙は、カソードアセンブリに入ってくる空気の送出率を遅くするため、亜鉛／空気電池のカソード缶の吸気口空間内で吸取紙紙を使用する必要性を排除することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、亜鉛／空気電池、特にボタン電池の形の小型の亜鉛／空気電池に関する。このような小型のボタン電池は、通常、カソード缶及びアノード缶を有する。カソード缶の閉鎖端を貫く少なくとも１つの空気孔、通常、複数の空気孔が存在する。アノード構成要素及びカソード構成要素がそれぞれの缶に挿入されたあと、カソード缶の側壁は、該側壁の間に絶縁体材料を有するカソード缶の側壁上で圧着される。本発明は、カソード缶の閉鎖端で空気孔に隣接した吸気口空間（プレナム領域）内に、様々な形状及び構造のエアースペーサ部材を挿入することに関する。
【００１９】
本発明の小型の亜鉛／空気ボタン電池は通常、直径４〜２０ｍｍ、通常、約４〜１６ｍｍ、高さ約２〜９ｍｍ、好ましくは、約２〜６ｍｍの円盤状の円筒形の形状を有する。この亜鉛／空気電池は、通常、約０．０５０８ｍｍ（２ｍｉｌ）〜０．３８１ｍｍ（１５ｍｉｌ）の範囲を覆うアノード缶及びカソード缶の壁厚さを有する。望ましくは、亜鉛／空気電池は、薄い、例えば約０．０５０８ｍｍ（２．０ｍｉｌ）〜０．１２７ｍｍ（５ｍｉｌ）厚さのアノード缶の壁及びカソード缶の壁を有してもよい。これらの壁厚さは、単一層（展開された）のアノード缶及びカソード缶の側壁厚さ、更にアノード缶及びカソード缶の閉鎖端にも適用できる。アノード缶の壁厚さが非常に薄い場合、すなわち、上記の壁厚さ範囲の下限に近づく場合には、一度折り重ねられた、実際には二重側壁を形成するアノード缶の側壁を有することが好ましい。このような実施形態において、上記の壁厚さ範囲が二重側壁のそれぞれに適用されることはいうまでもない。
【００２０】
主な態様では、本発明のスペーサ部材は、カソード缶の閉鎖端の内側表面とカソードアセンブリとの間に配置された吸気口空間（プレナム領域）に挿入される。カソード缶の閉鎖端を貫く少なくとも１つの空気孔、通常は複数の空気孔が存在する。本発明のエアースペーサ部材は、円盤状の形を有し、前記スペーサ部材の本体を通る非占有（自由）の空間の個別のチャネルを形成する１つ以上の孔又は切除部分を有することが特徴である。エアースペーサ部材は、吸気口空間（プレナム領域）内で空気孔に当接するよう、カソード缶に挿入される。
【００２１】
スペーサ部材がカソード缶に挿入される際、非占有空間のチャネルはカソード缶の空気孔の基礎を成し、空気孔とカソードアセンブリとの間の非占有空間の不断の（連続）チャネルを提供する（このカソードアセンブリはカソード材料と１つ以上の電解質バリアシートとを有する）。スペーサ部材の縁部は、切除部分の形状及び配置に応じて、円形、非変形、不揃い又はギザギザであってもよい。しかしながら、スペーサ部材の厚さは、均一且つカソード缶内の吸気口領域（吸気口プレナム領域）の深さと略等しいことが好ましい。
【００２２】
さらに、カソード缶の吸気口領域に挿入される際に、本発明のエアースペーサ部材周辺で形成された非占有（自由）空間の１つ以上のチャネルが存在してもよく、スペーサ部材周辺の一部又は全ての非占有（自由）空間が少なくともいくつかの空気孔の下にあるよう整列される。前記スペーサ部材を通る或いはその周辺の自由空間の非占有チャネルの少なくとも１つが少なくとも１つの空気孔の下にあるよう、スペーサ部材は配置される。通常、カソード缶内の個別の空気孔の下にある非占有（自由）空間の複数のチャネルを形成するスペーサ部材を通る複数の孔又は切除部分が存在してもよい。好ましくは、非占有自由空間の前記チャネルが大部分の空気孔の下にあるよう、整列された前記スペーサ部材を通じて或いはその周辺で充分な数の自由空間の非占有チャネルが存在してもよい。好ましくは、自由空間の非占有チャネルは、全ての空気孔の下にある。望ましくは、個別の空気孔と整列されたスペーサ部材を通る或いは該部材の周辺の自由空間の個別のチャネルが存在し、それにより、自由空間の前記チャネルは不断に（連続的に）且つ好ましくは個別の空気孔とカソードアセンブリとの間に垂直に伸びる。
【００２３】
本発明のスペーサ部材を通る或いは該スペーサ部材の周辺の、カソード缶内の個別の空気孔の下にある自由空間の個別のチャネルは、カソード缶内の個別の空気孔の直径の少なくとも２倍、望ましくは約２〜１８倍、通常は、２〜１６倍の直径を有することが特徴である。ここで使用する用語「直径」は非円形の穴又は孔に相当する直径を含むと理解される。相当する直径は、あたかも横断面積が円であるかのように、穴又は孔の同じ実際の横断面積を付与する直径である。本発明のエアースペーサ部材を通る或いは該部材の周辺にある自由空間の個別のチャネルは、スペーサ部材が内部に挿入される前は、極缶の閉鎖端とカソードアセンブリとの間に配置される吸気口領域（プレナム領域）内の利用可能空間の約１０〜９０％、通常約５０〜９０％を含む。カソード缶内の空気孔の下にある非占有（自由）空間の広いチャネルを有する本発明のスペーサ部材はカソードアセンブリへの空気流を改良し、電池性能及び効率を改善する。
【００２４】
一態様では、本発明のエアースペーサ部材は、固体のプラスチック又は金属材料から形成される。この部材は、剛性或いは可撓性でもよい。スペーサ部材も耐性を有し、圧縮抵抗性ゴム、例えば、スチレンブタジエン（ＳＢＲ）ゴム、シリコーンゴム又はその等価物であり得る。好ましくは、エアースペーサ部材は、圧縮に対して耐性を有するが抵抗性を有する耐久プラスチックから形成される。例えば、コールドフローに抵抗する（すなわち、圧搾される際に圧縮に抵抗する）通常のプラスチックの材料、例えば、非限定的に、ナイロン、高密度ポリエチレン又はポリプロピレンから形成されてもよい。カソードアセンブリの周囲の封止が緊密であるため、特定の実施形態で説明するように、スペーサ部材が電解質の漏れに露出されることは予想されない。したがって、スペーサ部材は特にアルカリ電解質による攻撃に抵抗する必要はない。
【００２５】
好ましくは、本発明のエアースペーサ部材は、カソード缶の空気孔の下にある非占有（自由な）空間の広いチャネルを有する。個々の空気孔とカソードアセンブリとの間の連続チャネルからのこのような非占有空間は、それにより、カソードアセンブリへの空気流を改善する。これは、改良された電池性能を結果としてもたらす。同時に、カソードアセンブリが吸気口空間内に曲がる又は突出することができないよう、スペーサ部材は、下にあるカソードアセンブリに充分な支持を提供する。
【００２６】
本発明のスペーサ部材は様々な形状であり得る。スペーサ部材は、そこを通る複数の切除部分を有する円盤形であり得る。スペーサ部材は、そこを通る複数の多面体又は部分的な多面体の切除部分を有する円盤の形であってもよい。この切除部分が、円盤の周囲の縁部の境界の範囲内であり得る。したがって、この切除部分の壁は湾曲を有する、又は、それらは直線状又は略直線状であってもよい。好ましい態様では、この切除部分の形状は、三角形又はピラミッド状である。スペーサ円盤を通る個別の切除部分もカソード缶内の少なくとも個別の空気孔の大部分の下にあるよう、スペーサ円盤は、カソード缶の吸気口（プレナム領域）内に登録された（配置された）。したがって、スペーサ円盤を通るこの切除部分は個別の空気孔の下にあり、不断に（連続的に）個別の空気孔とカソードアセンブリとの間に伸びる非占有（自由）空間のチャネルを形成する。
【００２７】
本発明のスペーサ部材は、指状突起を有する円盤状部材又は円盤の中心から突出する薄片（leafs）であってもよい。各指状突起又は薄片は、そこを通る孔を有する。スペーサ円盤は、カソード缶の吸気口空間（プレナム領域）内のカソード缶の閉鎖端の内側表面に挿入される。スペーサ円盤の指状突起を通る個別の孔がカソード缶の個別の空気孔の下にあるよう、エアースペーサ円盤は登録される。したがって、非占有（自由）空間のチャネルが、カソード缶内の空気孔の下で直接形成され、それにより、カソード缶に入る空気は、カソードアセンブリへ直接送出される。さらに、スペーサ円盤の個別の指状突起間の非占有（自由）空間の広いチャネルが存在する。非占有自由空間の広いチャネルは、空気孔とカソードアセンブリの間で中断されず、カソードアセンブリへの空気流を改良する。スペーサ円盤は同時に、カソード缶の吸気口空間（プレナム領域）に曲がることを防止するカソードアセンブリに充分な支持を提供する。
【００２８】
エアースペーサ部材は星状の外形を有する円盤の形であってもよい。円盤の中心から突出している先の尖った星状の部分が存在するよう、円盤が成形されてもよい。各断面は、先がとがった先端に終端する一対の直線状又は湾曲した側壁に形成される。例えば、２、３又はより多くの先端が分岐した断面を有してもよい。空間の広い非占有チャネルが、隣接した円盤の先端が分岐した部分間に存在し得る。スペーサ円盤は、カソード缶の吸気口（プレナム領域）内に配置及び登録され、それにより、円盤の個別に先端が分岐した部分の間の自由空間の非占有チャネルが整列され、カソード缶の閉鎖端における個別の空気孔の下に設けられる。得られた非占有自由空間の個別の広いチャネルは空気孔とカソードアセンブリとの間の連続経路、好ましくは垂直な経路内に伸び、カソードアセンブリへの空気流を改良する。スペーサ円盤は、同時に、カソード缶の吸気口空間（プレナム領域）内に曲がることを防止するカソードアセンブリへの充分な支持を提供する。
【００２９】
エアースペーサ部材は、例えば中央を通る１つ以上の孔を有する円盤の形である。円盤を通る各孔は直径を有する、或いは、各孔はカソード缶内の空気孔よりも広い。通常、円盤の中央に孔が１つある。円盤の直径は、カソード缶内の対向する空気孔の対の間の距離より小さい。したがって、スペーサ円盤がカソード缶の吸気口空間（プレナム領域）に挿入されるときに、好ましくは、円盤縁部の外側に存在する空気孔を含むカソード缶内の各空気孔の下にある非占有自由空間の広いチャネルが存在する。したがって、カソード缶内の空気孔の下にある非占有自由空間のいくつかの広いチャネルはスペーサ円盤の縁部の外に存在する自由空間により形成され、非占有自由空間の他のチャネルは、スペーサ円盤を通る幅広の孔によって形成される。非占有自由空間のこのような広いチャネルは、連続的に、好ましくは、空気孔とカソードアセンブリとの間に垂直に伸び、したがって、カソードアセンブリへの空気流を改良する。スペーサ円盤は同時に、カソード缶の吸気口空間（プレナム領域）内に曲がることを防止するカソードアセンブリに充分な支持を提供する。
【００３０】
或いは、本発明のエアースペーサ部材は、編まれた又は不織のポリマー又は金属繊維のメッシュ又はグリッドの形であってもよい。好ましくは、エアースペーサ部材は、編まれたポリマー繊維のメッシュ、例えば、ナイロンポリオレフィン又はポリエステルの編まれた繊維、又はその他一般の耐久消費財ポリマー繊維から形成される。或いは、編まれた金属繊維、例えば、編まれたステンレス鋼繊維のメッシュから形成されることができる。好ましくは、繊維間で非占有自由空間のチャネルを形成する比較的広い開口部が存在するよう、メッシュは織られる。
【００３１】
一般にカソード缶の各空気孔の直径より大きい直径を有する「自由空間」の非占有チャネルが形成されるために、メッシュは織られてもよい。メッシュは、カソード缶の吸気口空間（プレナム領域）に挿入される。したがって、メッシュは、一方の空気孔に当接し、カソードアセンブリは反対側に当接する。好ましくは、空気孔の下にある「自由空間」のチャネルは、各空気孔間で陰極アセンブリに対して垂直に伸びる。しかしながら、繊維間の空間によって形成される「自由空間」のチャネルは、各空気孔とカソードアセンブリとの間の経路に他の経路（非垂線）を取ってもよい。本発明のメッシュ部材を通る或いは該メッシュ部材の周辺の、カソード缶内の個別の空気孔の下にある自由空間の個別のチャネルは、カソード缶内の個別の空気孔の直径の少なくとも２倍、望ましくは約２〜１８倍、通常は、２〜１６倍の直径を有することが特徴である。本発明のメッシュ部材を通る或いは該メッシュ部材の周辺にある自由空間の全チャネルは、メッシュ部材がその中に挿入される前の、カソード缶の閉鎖端と、カソードアセンブリとの間に配置される吸気口領域（プレナム領域）内の利用可能空間の約１０〜９０％、通常約５０〜９０％を含む。メッシュを貫通し、カソード缶内の個別の空気孔の下にある非占有自由空間の広いチャネルはカソードアセンブリへの空気の分配及び流れを改善する。このメッシュは、同時に、カソード缶の吸気口空間（プレナム領域）内に曲がることを防止するカソードアセンブリへの充分な支持を提供する。
【００３２】
本発明のエアースペーサ部材は、カソードケーシングの閉鎖端の外側表面上に一体的に形成された複数の溝又は刻み目から、又は、カソードアセンブリ到達するカソード缶の内側表面からの突起部から形成されることができる。これらの特徴は、例えば、カソード缶の閉鎖端でパンチ又は金型を上面に適用することによってカソード缶の製造中又は製造後に形成されることができる。それらは、閉鎖端の外面又はカソード缶の終端部が平坦なままであるよう、カソード缶を押し潰して形成されでもよい。突起部は、カソード缶の閉鎖端の内側表面上の選択された位置に材料を配置することによりさらに形成できる。このような材料は、溶融又は半液体状態から堆積されたエポキシ、ナイロン、ポリエチレン又は他のプラスチックの小塊又は接着剤を使用して適所に固定される予め硬化された材料から成ることができた。溝、刻み目又は突起部は、カソード缶閉鎖端上の領域、好ましくは、閉鎖端を貫通する空気孔の列の間に位置する。溝、刻み目又は突起部のこのような配置は、カソードアセンブリがカソード缶に挿入される際に、空気孔の下にある非占有（自由）空間の複数のチャネルを形成する。溝、突起部又は刻み目によって作成される非占有空間のチャネルは、望ましくは各空気孔の直径より大きい幅を有する。各特徴の先端は、カソードアセンブリの平面を接触させることができるよう水平に配置され、それにより、カソードアセンブリに対する支持を提供する。吸気口空間（プレナム領域）に突出するチャネルカソード缶のこのような特徴から生じる非占有（自由）空間は、空気孔からカソードアセンブリへ通過する空気のための広いチャネルを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明は、空気が減極された電気化学的電池に関する。このような電池は、通常、アノードケーシング内に亜鉛を含み、カソードケーシング内のカソード材料への吸気口が存在する金属アノードを有する。この電池は金属／空気又は空気減極電池と一般に呼ばれ、より一般的には、亜鉛／空気電池と呼ばれる。
【００３４】
本発明の亜鉛／空気電池は、望ましくは小型ボタン電池の形態である。この電池は小型の電子デバイス（例えば補聴器）用の電源としての特定の用途を有する。しかし、このような電池は、さらに、他の電子デバイスを作動するために使用され得る。本発明の小型の亜鉛／空気ボタン電池は、通常、直径約４〜２０ｍｍ、例えば、約４〜１６ｍｍ、好ましくは約４〜１２ｍｍの円盤状の円筒形の形状を有する。小型の亜鉛／空気ボタン電池は、高さ約２〜９ｍｍ（好ましくは、約２〜６ｍｍ）を有する。通常、電池は、実質的に平坦な放電電圧断面約１．１〜約０．９ボルトを有し、その後、電圧はゼロへと急激に低下する。小型の亜鉛／空気電池は、通常約０．２〜２５ミリアンペアの割合で放電可能である。本明細書で使用する時、「小型電池」又は「小型ボタン電池」という用語には、このような小さな寸法のボタン電池が含まれるものとするが、小さな亜鉛／空気電池についての他の形及び寸法も可能であることから、それらに限定されるものではない。例えば、亜鉛空気電池はまた、従来のＡＡＡＡ、単４（ＡＡＡ）、単３（ＡＡ）、単２（Ｃ）及び単１（Ｄ）寸法のＺｎ／ＭｎＯ２アルカリ電池と同等の寸法、並びに更により大きな寸法の円筒形ケーシングを有する幾らか大きな寸法で製造することもできる。
【００３５】
本発明の電池は、添加された水銀、例えばアノード内に約３重量％の亜鉛を含むことができる、又は、実質的に水銀が含まれていない（添加水銀ゼロ）。このような添加水銀ゼロ電池では、添加水銀が無く、微量の水銀が亜鉛によって自然に発生するのみである。したがって、本発明の電池は、約１００万重量部の亜鉛につき１００部未満の総水銀含有量を有することができ、好ましくは１００万重量部（ｐｐｍ）の亜鉛につき４０部未満の総水銀含有量、さらに好ましくは、１００万重量部（ｐｐｍ）の亜鉛につき２０部未満の総水銀含有量を有し得る。（本明細書で使用する時、「実質的に水銀が含まれていない」という用語は、電池の水銀含有量が重量比で亜鉛の約１００ｐｐｍ未満であることを意味するものとする）。本発明の電池では、アノードに非常に少量の鉛添加物を含有させることができる。鉛がアノードに添加される場合、電池缶における鉛含有量が、通常、アノードにおける亜鉛の約１００〜８００ｐｐｍである。しかしながら、望ましくは、電池は、添加された量の鉛を含まず、したがって実質的に鉛を有さない、すなわち、全鉛含有量は、アノードにおいて、３０ｐｐｍ未満、望ましくは１５ｐｐｍ未満の亜鉛である。
【００３６】
本発明（図１）の亜鉛／空気電池２１０は、アノードケーシング２６０、カソードケーシング２４０及びそれらの間にある電気絶縁体材料２７０を有する。アノードケーシング２６０及びカソードケーシング２４０は、好ましくは、各々が、閉鎖端及び対向する開放端を有する缶又はカップの形態である。アノードケーシング２６０は、側壁を形成した本体２６３と、一体化した閉鎖端２６９と、開放端２６７とを有する。カソードケーシング２４０は、本体２４２と、一体化した閉鎖端２４９と開放端２４７とを有する。通常、（ケーシングが頂部に閉鎖端を有する垂直位置に保持される場合）カソードケーシングの閉鎖端２４９は、その中心の近くに隆起部分２４４を有する。この隆起部分２４４は、正端子接触域を形成し、典型的にはそれを貫通する複数の空気孔２４３を含む。カソードケーシングの閉鎖端２４９はまた、典型的に、前記の隆起した端子部分の周縁部２４６から外周縁部２４８に向かって伸びる凹型環状段差２４５も有する。
【００３７】
アノードケーシング２６０（アノード缶）は、微粒子状亜鉛及びアルカリ電解質を含むアノード混合物２５０を含む。微粒子亜鉛は、望ましくは約１００〜１０００ｐｐｍのインジウムで合金化されている。亜鉛粒子も、さらなるインジウム、好ましくは約１００〜１５００ｐｐｍのインジウムによりメッキされることができる。カソードケーシング２４０は、複数の空気孔２４３を、その閉鎖端におけるその表面の隆起部分２４４に有する。触媒複合材料２３４（図２）を含むカソード触媒アセンブリ２３０は、空気孔に近接したケーシング内に配置される。触媒複合材料２３４は、スクリーン２３７上に被覆される円盤の形で、触媒カソード混合物２３３を含む。電池の放電の間、触媒材料２３３は、空気孔２４３に進入するにつれて、周囲酸素との電気化学反応を容易にする。接着性封止剤１４３は、カソードケーシング２４０の内側表面の部分に沿って塗布される。好適な実施形態では、接着剤は、本願の図１示すように、さらに、米国特許第６，４３６，１５６Ｂ１号に記載のように、ケーシングの閉鎖端２４９で、凹型環状段差２４５の内側表面２４５ａ上の連続リングとして塗布されることが可能である。カソードケーシングの閉鎖端が平坦な場合、凹状段差２４５を有さず、接着性封止剤１４３は、閉鎖端２４９の外部縁部２４８に隣接した前記閉鎖端２４９の内側表面に塗布される。このような後者の場合、接着剤シーラント１４３は、望ましくは、接着剤１４３の連続した輪の外径が、閉鎖端２４９の内径の約７５％〜１００％、好ましくは約９０〜１００％、より好ましくは約９５〜１００％であるように、連続した輪として閉鎖端２４９の内側表面に付与される。
【００３８】
代表的なカソードケーシング２４０（カソード缶）は、図１に示される。その間で本体２４２（側壁）を有する閉鎖端２４９及び対向する開放端２４７を有する缶の形で、カソードケーシング２４０は存在する。閉鎖端２４９の中心部分２４４は（図示のように）隆起してもよく、正端子接触領域を形成する。しかしながら、閉鎖端２４９全体は平坦、即ち、隆起した中心部分が無くてもよい。一つ以上の空気孔２４３が、カソードケーシング閉鎖端２４９に存在する。カソードケーシング閉鎖端２４９とカソードアセンブリ２３０との間に吸気口空間２８８（プレナム領域）がある。一般に、吸気口空間２８８（プレナム領域）は、カソードケーシング閉鎖端２４９の内側表面とあらゆるエアディフューザー材料（例えば本発明のスペーサ材料３００）が挿入される前のカソードアセンブリ２３０との間の利用可能空間と考えられることができる。従来の例では、エアディフューザー材料は、通常、利用可能な吸気口空間２８８を完全に充填するために挿入される空気浸透性紙又は多孔性セルロース材料から成る。
【００３９】
図１に示される実施形態では、隆起した中心部分２４４が、カソードケーシング閉鎖端２４９である。この実施形態（図１）では、吸気口空間２８８（プレナム領域）は、カソードケーシング閉鎖端２４９の隆起した部分２４４の内側表面とエアディフューザー材料又はそれに相当するもの）がその中で挿入される前のカソードアセンブリ２３０との間の利用可能空間である。説明のため、あらゆる電解質バリアシート、例えばカソードアセンブリ２３０上の電解質バリアシート２３２も、カソードアセンブリ２３０の一部として考慮されることができる。前記隆起した部分２４４を通る一つ以上の空気孔２４３が存在する。図１に示される代表的なカソードケーシング２４０において、カソードケーシングの閉鎖端２３９の隆起した部分２４４を貫通する５つの空気孔２４３ａ〜２４３ｅが存在する。
【００４０】
カソード触媒アセンブリ２３０（図１及び図２）は、電解質バリアフィルム材料２３５、好ましくは、テフロン（Teflon；ポリテトラフルオロエチレン）の層を一方の側を触媒複合材料２３４に、反対の側をイオン浸透性セパレーター材料２３８に積層することによって形成可能である。電解質バリアフィルム２３５、好ましくは、テフロンは、空気に浸透する特性を有するが、水及び電解質がそこを通過しないように保つ。カソード触媒アセンブリ２３０の縁は、段差２４５上の前記接着剤リング１４３に塗布されることができ、これにより、カソードアセンブリ２３０とケーシング段差２４５との間に永久粘着封止をもたらす。カソード触媒アセンブリ２３０は、電解質バリア２３５が接着剤１４３に直接接触しながら、段差２４５上の接着剤１４３に塗布されることができる。（任意に、付加的電解質バリアシート２３２（図１及び２）が電解質バリア２３５の上を覆ってもよく、以下の段落で説明するように接着剤１４３に結合される）接着性封止剤１４３の使用も、アノードケーシング本体上に外部縁部２４２ｂを圧着する間に必要な圧着力の量を減らす。これは、特に、薄い壁状のアノード及びカソードケーシング２４０及び２６０、特に壁厚さ約０．０２５４ｍｍ（０．００１インチ）〜０．３８ｍｍ（０．０１５インチ）、さらに特に壁厚さ約０．０５０８ｍｍ（０．００２インチ）〜０．１２７ｍｍ（０．００５インチ）のアノード及びカソードケーシングに有利である。接着性封止剤１４３の使用も、高い圧着力は、このような薄いケーシング及びカソードアセンブリを歪める又は分解する可能性があるため、薄い触媒カソードアセンブリ２３０が使用される際に有利である。
【００４１】
好適な実施形態では、別の電解質バリアシート２３２、好ましくはテフロンから成るシートは、段差２４５の内側表面２４５ａ上の接着剤リング１４３に付着されることができ、それにより、段差２４５の内側表面へ電解質バリアシート２３２を接着する。その後、触媒アセンブリ２３０は、電解質バリアシート２３２全体に、該バリアシート２３２（図２）に接触する好ましくはテフロンから成る第２の電解質バリアシート２３５の表面と共に付着されることが好ましい。この実施形態では、付加的な電解質バリアシート２３２は、カソードアセンブリ２３０の一部として考慮されることができる。バリアシート２３２は、特にバリアシート２３２に対して付着される第２のバリアシート２３５（図２）と組み合わせて、段差２４５の内側表面２４５ａに結合されると、電解質が、触媒アセンブリ２３０の縁を通って或いはその周辺に移り、空気孔２４３の中で徐々に漏れることを防止する非常に有効な封止をもたらす。このような有効な封止により、漏出する電解質を吸収するために吸気口空間２８８のプレナム領域を充填する、通常は紙又は多孔性セルロース材料の従来の吸取紙タイプのエアディフューザーを使う必要が無くなる。すなわち、本発明のエアースペーサ、例えば、従来の吸取紙紙と置換されたスペーサ３００は、液体電解質を吸収する特性を有する必要はないことが、ここで本発明の一部として決定された。これは、接着剤リング１４３及び電解質バリアシート２３２、２３５の使用からの測定を結果としてもたらすカソードアセンブリ２３０周辺で使用される緊密な封止のため、吸気口空間２８８に予想される電解質の漏れが無いためである。
【００４２】
従来の吸取紙のエアディフューザー材料は、空気孔２４３を覆い、吸気口空間２８８を完全に充填するために、カソードケーシング２４０の閉鎖端２４９に挿入される空気浸透性の紙又は多孔性セルロース材料のから成る。このようなエアディフューザー材料は、カソードアセンブリ２３０が吸気口空間２８８内に曲がることを防ぐクッションとしての役割を果たすが、カソードアセンブリ２３０に入る空気の自由な流れを妨げることができる。
【００４３】
利用可能な吸気口空間２８８を充填している従来のエアディフューザー材料は、様々な外形の固体プラスチック又は金属構造に置換可能であることが、ここで本発明の一部として決定された。このような構造を、ここでは、本発明のエアースペーサ部材と呼ぶ。本発明の代表例となることを意図するこのようなスペーサ部材の特定の実施形態は、ここではスペーサ部材３００（図３Ａ）、４００（図４Ｂ）、５００（図５Ｂ）、及び６００（図６Ｂ）として示されるこれらのスペーサ部材は、好ましくは耐性プラスチック材料である。例えば、それらは絶縁体円盤２７０と同様又は類似した材料である。このように、これらは通常は、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、又は一般に耐久性及び耐圧縮性を有するあらゆるプラスチック材料である。これらのスペーサ部材のために使用される材料は、空気に浸透する必要はない。或いは、上記のスペーサ部材３００、４００、５００、６００は、スチレンブタジエン（ＳＢＲ）ゴム、又はシリコーンゴム等の圧縮抵抗ゴムであることができる。これらのスペーサ部材も、酸化抵抗金属、好ましくはステンレス鋼であることができる。
【００４４】
本発明の代表である上記のエアースペーサ部材３００、４００、５００、及び６００は、それらがカソード缶２４０の吸気口領域２８８（プレナム領域）内に挿入される際、「非占有（自由）のチャネル空間」を形成する孔又は切除部分を有する。スペーサ部材３００、４００、５００、及び６００は、円盤状の形であることができる。スペーサ部材の縁部は、孔又は切除部分の形及び配置に応じて、円形、非変形、不揃い、又はギザギザを有するものであってもよい。しかしながら、スペーサ部材の厚さは、好ましくは、均一且つカソード缶２４０内の吸気口領域２８８の深さと略等しい。挿入されて及び吸気口領域２８８の範囲内で適切に登録される際、本発明の前記エアースペーサ部材は少なくとも大部分の空気孔２４３の下にある「非占有自由空間のチャネル」２８４を形成し、このような非占有チャネル２８４は、少なくとも大部分の空気孔２４３とカソードアセンブリ２３０との間に延長する。非占有自由空間２８４のチャネルは、個別の空気孔２４３とカソードアセンブリ２３０との間に連続的に伸びる。「非占有チャネル」は、好ましくは、垂直に個別の空気孔２４３からカソードアセンブリ２３０に延長する「自由空間」のチャネルである。空気孔２４３の下にある「非占有空間のチャネル」は直径を有する、又はそれらが個別の空気孔の断面図を覆うよう十分に広い。好ましくは、非占有空間のチャネルは、空気孔の直径より大きい直径を有する。望ましくは、少なくとも大多数の空気孔の基礎をなしている十分な個別の「非占有チャネル」が存在する。このような個別の「非占有チャネル」が連続的であるので、すなわち、少なくとも大部分の個別の空気孔２４３とカソードアセンブリ２３０との間に遮るものが無いので、空気は個別の空気孔２４３を通ってカソードアセンブリ２３０に直接流れる。これは、従来のエアディフューザー材料（空気浸透性紙又は多孔性セルロース材料）が使用される場合よりも、カソード缶２４０の吸気口空間２８８（プレナム領域）内でより有効な空気流を分配する。従来のエアディフューザー材料は、利用可能な吸気口空間２８８を充填し、空気孔２４３を覆う。対照的に、本発明のスペーサ部材は、空気孔２４３の基礎をなしている自由空間２８４の個別の連続チャネルを形成している「非占有空間」のポケットを有する。
【００４５】
スペーサ部材、例えば、本発明のスペーサ部材３００、４００、５００、６００を通る又はその周囲の自由空間２８４の個別のチャネルは、少なくとも２倍、望ましく約２〜１８倍、通常、それらの下にあるカソード缶における個別の空気孔の直径の約２〜１６倍、例えば、約３〜１６倍の直径を有するという特徴を持つ。（ここで使用する用語「直径」は非円形の穴又は孔の直径に相当するものを含むと解釈する。直径に相当するものは、あたかも断面積が円形の断面積であるかのように、穴又は孔の同じ実際の横断面積を付与する直径である。穴又は孔の断面積は、穴又は孔の縦軸に垂直な平面から取られた領域である。）本発明のエアースペーサ部材を通る又はその周囲の自由空間２８４の全チャネルは、本発明のスペーサ部材がその中に挿入される前に、カソード缶閉鎖端２４９とカソードアセンブリ２３０との間に位置する吸気口領域２８８（プレナム領域）の利用可能空間の約１０〜９０％、通常、約５０〜９０％を含む。
【００４６】
本発明のスペーサ部材の代表的な実施形態は、例えば、空間部材３００、４００、５００、及び６００は、それぞれがカソード缶の吸気口空間２８８内のスペーサ部材の配置を示す図３Ｃ、４Ｃ、５Ｃ、及び６Ｃの横の断面図において図示される。重要なことに、本発明、例えば、スペーサ部材３００、４００、５００、６００のエアースペーサ部材も、電池の組み立て又は使用中に吸気口空間２８８（プレナム領域）内に曲がるか、又は突出することを防ぐカソードアセンブリ２３０に充分な支持を提供する。したがって、本発明のエアースペーサ部材、例えば固体のプラスチック、ゴム、又は金属であるスペーサ部材３００、４００、５００、６００は、カソードアセンブリ２３０への空気流を改良し、これにより、電池の性能及び効率を改良し、同時に、カソードアセンブリ２３０が吸気口空間２８８内に曲がるか、或いは突出しないよう、充分な支持をカソードアセンブリ２３０に提供する。
【００４７】
本発明の第１の実施形態では、最も図３Ｂに示される外形を有するスペーサ部材３００は、空気孔２４３の基礎をなしている吸気口空間２８８（プレナム領域）に挿入される。スペーサ部材３００（図３Ｂ）は、カソードケーシング閉鎖端２４９（図３Ａ）の内側表面に挿入される。スペーサ部材３００は、カソードケーシング２４０の閉鎖端２４９とカソードアセンブリ２３０（図３Ｃ）との間で、利用可能な吸気口空間２８８内に挿入される。カソードケーシング２４０の利用可能な吸気口空間２８８に挿入されるスペーサ部材３００の断面図は図３Ｃに示される。スペーサ部材３００は圧縮抵抗性の耐久プラスチック材料、例えば、ナイロン、高密度ポリエチレン又はポリプロピレン又はその他一般のプラスチックであってもよい。或いは、スペーサ部材３００は、圧縮抵抗性ゴム、例えばスチレンブタジエンゴム又はシリコーンゴム、又は、酸化抵抗性金属、例えば、ステンレス鋼であってもよい。スペーサ部材３００も、従来の吸取紙紙又は他の空気浸透性材料から形成された形であり得る。好ましくは、スペーサ部材３００（図３Ｂ）は、そこを通る複数の多面体又は部分的な多面体断面を有する円盤の形である。したがって、この切除部分の壁は湾曲していてもよく、又は、それらは直線状又は実質的直線状であってもよい。この切除部分が、図３Ｂに示すように円盤の周囲の縁部の境界内であってもよい。図３Ｂに示される実施形態では、スペーサ円盤３００は、三角形の側壁を有する４つの切除部分３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｄ、３１０ｅを有し、したがって、ピラミッド状又は部分的にピラミッド状を有するように見えるが、プリズム形であってもよい。カソード缶２４０の閉鎖端２４９は、図３Ａに示すように代表的な５つの空気孔２４３ａ〜２４３ｅの配置を有することができる。図３Ａに示される空気孔の配置は図示される、しかし、空気孔のその他の配置も使用できることは言うまでもない。また、言うまでも無く、空気孔２４３の数も変化してもよく、５に制限されることを意図しない。
【００４８】
スペーサ円盤３００は、空気孔２４３の基礎をなしている利用可能な吸気口空間２８８（プレナム領域）に挿入される。好ましくは、切除部分３１０ａ及び３１０ｂがそれぞれ空気２４３ａ及び２４３ｂの下にあるように、スペーサ円盤３００は位置合わせされる。切除部分３１０ｄ、３１０ｅはそれぞれ空気孔２４３ｄ、２４３ｅの下にある。したがって、空気孔２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｄ、２４３ｅの下にある少なくとも吸気口空間２８８内の領域の非占有（開放）空間２８４のチャネルが存在するであろう。（除去され得る）空気孔２４３ｃだけは、この空気孔の下にあり、且つこれを遮断するスペーサ円盤３００からの材料を有する。（したがって、図３に示されるスペーサ円盤３００の外形において、エアースペーサ円盤３００が吸気口空間２８４内に挿入且つ位置合わせされる際、空気孔の５個のうち４個は、これらの孔の下にある非占有（自由）空間のチャネルを有する）これらの各空気孔の下にある非占有空間は、少なくとも各空気孔の直径と同程度の大きさの直径を有する個別の連続チャネルの形を有する。（非占有空間２８４の各チャネルは、カソード缶の閉鎖端２４９の空気孔２４３からあらゆる電解質バリアシート２３２を含むカソードアセンブリ２３０に連続的に伸びる。）空気孔２４３はそれぞれ約０．１７８ｍｍ（７ｍｉｌ）〜０．３８１ｍｍ（１５ｍｉｌ）、通常、約０．１７８ｍｍ（７ｍｉｌ）〜０．３０５ｍｍ（１２ｍｉｌ）の直径を有する。スペーサ円盤３００が空気孔２４３の下に挿入される場合、空気孔２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｄ及び２４３ｅの下にある非占有（自由）空間２８４の各個別のチャネルは、これらの各空気孔と少なくとも同じ大きさ、好ましくは図３Ｃに示すようにそれを超える直径を有する。
【００４９】
図３Ｃに示される断面図では、空気孔２４３ａの下にある非占有（自由）空間３１０ａのチャネルが示され、空気孔２４３ｂの下にある非占有（自由）空間３１０ｂのチャネルが示される。固体材料３００は、図３Ｃに特に示すように、非占有（自由）空間３１０ａと非占有（自由）空間３１０ｂとの間の吸気口空間２８４内に示される。同様に、空気孔２４３ｄ及び２４３ｅのそれぞれの下にある非占有（自由）空間３１０ｃ、３１０ｄとの間に固体材料３００が存在する。望ましくは、（切除部分３１０ａ〜３１０ｃによって画定される）非占有（自由）空間２８４の量がスペーサ円盤３００がその中に挿入される前の利用可能空間２８８（プレナム領域）の約１０％〜９０％、通常、約５０％〜９０％であるよう、スペーサ円盤３００のこの切除部分３１０ａ−３１０ｃは寸法決めされ得る。スペーサ円盤３００のこの切除部分３１０ａ〜３１０ｄの固体材料は、下にあるカソードアセンブリ２３０に支持を提供し、カソードアセンブリ２３０が、電池を組み立てるか、又は使用する間に、吸気口空間２８８内に曲がることを防ぐ。同時に、空気孔２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｄ、２４３ｅの下にある非占有（自由）空間２８４のチャネルは、これらの空気孔に入る空気の遮るものがない空気分散を提供する。したがって、これらの空気孔から入ってくる空気は、カソードアセンブリ２３０を直接通過する。入って来る空気のこのような遮られない分配は、従来の実施形態と比較して電池性能全般を改良し、空気孔２４３の下にある利用可能な吸気口空間２８８（プレナム領域）の全ては、エアディフューザー材料、例えば紙又は多孔性セルロース材料を完全に充填される。
【００５０】
本発明のエアースペーサの第２の実施形態は、エアースペーサ部材４００（図４Ｂ）として示される。エアースペーサ４００は、複数の指状突起又は円盤の中心から突出する薄片を有する円盤状部材であってもよい。図４Ｂに示される実施形態では、スペーサ円盤４００は円盤の中心から突出する４つの指状突起４０５ａ、４０５ｂ、４０５ｄ、及び４０５ｅを有する。孔４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｄ、及び４１０ｅがそれぞれ各指状突起に存在する。スペーサ部材４００（図４Ｂ）は、カソードケーシングの閉鎖端２４９（図４Ａ）の内側表面に挿入される。スペーサ部材４００は、カソードケーシング２４０の閉鎖端２４９とカソードアセンブリ２３０との間の利用可能な吸気口空間２８８内に挿入される（図４Ｃ）。カソードケーシング２４０の利用可能な吸気口空間２８８（プレナム領域）に挿入されるスペーサ部材３００の断面図は図３Ｃに示される。スペーサ４００は、耐性プラスチック、ゴム又は金属、例えば前の実施形態にて説明したように、ステンレス鋼から成ってもよい。いうまでもなく、エアースペーサ部材４００の外形は、カソード缶２４０の空気孔２４３の数に応じた少ない又は多い数の指状突起を有してもよい。特定の例により図４Ａに示される空気孔２４３の数及び配列により、望ましくは、エアースペーサ部材４００の外形が図４Ｂに示すものであってもよい。
【００５１】
エアースペーサ円盤４００は、カソード缶閉鎖端２４９とカソードアセンブリ２３０との間の吸気口空間内に挿入される。スペーサ円盤４００は、孔４１０ａは空気孔２４３ａの下にあり、孔４１０ｂは空気孔２４３ｂの下にあり、孔４１０ｄは空気孔２４３ｄの下にあり、孔４１０ｅは空気孔２４３ｅの下にあるように位置合わせされる。孔４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｄ、及び４１０ｅは、それぞれ、空気孔２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｄ、及び２４３ｅの直径より大きい直径を有する。したがって、非占有（自由）空間のチャネルが空気孔２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｄ、及び２４３ｅの真下に形成され、これにより、これらの空気孔に入る空気は、直接にカソードアセンブリ２３０を直接通る。空気孔２４３ｃのみは、エアースペーサ４００から下にある材料によって遮断され、示される実施形態では、孔２４３ｃは除去されてもよい。さらに、非占有（自由な）のチャネルが、指状突起４０５ａ、４０５ｂ、４０５ｄ、及び４０５ｅ間の空間にある。したがって、エアースペーサ４００が、カソード缶２４０の吸気口領域２８８に挿入されると、各空気孔２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｄ、２４３ｅの下にある非占有空間２８４の個別のチャネルと、指状突起４０５ａ、４０５ｂ、４０５ｄ、４０５ｅの間の空間から作成される自由空間の付加チャネルとが存在する。望ましくは、エアースペーサ４００によって作成される全非占有空間は約１０〜９０％、通常、エアースペーサ４００がその中に挿入される前にカソードケーシング２４０の領域２８８の吸気口（プレナム）の全利用可能空間の約５０〜９０％であり得る。
【００５２】
前述の実施形態のように、エアースペーサ円盤４００の固体材料は、下にあるカソードアセンブリ２３０に支持を提供し、電池を組み立てるか、又は使用する間、カソードアセンブリ２３０が吸気口空間２８８内に曲がることを防ぐ。同時に、空気孔２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｄ、２４３ｅの下にある非占有（自由）空間２８４のチャネルは、これらの空気孔からカソードアセンブリ２３０に入る空気の、遮るものがない空気分散を提供する。したがって、これらの空気孔からの入ってくる空気は、カソードアセンブリ２３０を直接通過する。入って来る空気のこのような遮られない分配は、従来の実施形態と比較して電池性能全般を改良し、空気孔２４３の下にある利用可能な全吸気口空間２８８（プレナム領域）は、エアディフューザー材料、例えば紙又は多孔性セルロース材料で完全に充填される。
【００５３】
本発明のエアースペーサ部材の第３の実施形態は、エアースペーサ５００（図５Ｂ）として示される。エアースペーサ５００は、星状の外形を有する。図５Ｂに示される外形では、スペーサ部材は、３つの一体化した断面５０４ａ、５０４ｂ、及び５０４ｃを有する３つの３又の星の外形の形である。各断面は、一対の直線状の側壁又は湾曲した側壁から形成され、それは、それぞれ図５Ｂに示すように、先の尖った先端５０５ａ、５０５ｂ、及び５０５ｃで終端する。広い非占有空間５１０ａが先端５０５ａと先端５０５ｃとの間にあり、広い非占有空間５１０ｂが先端５０５ａと先端５０５ｂとの間にあり、広い非占有空間５１０ｃが先端５０５ｂと先端５０５ｃとの間にある。スペーサ部材５００（図５Ｂ）は、カソードケーシング閉鎖端２４９（図５Ａ）の内側表面に挿入される。スペーサ部材５００は、カソードケーシング２４０の閉鎖端２４９とカソードアセンブリ２３０（図５Ｃ）との間の利用可能な吸気口空間２８８内に挿入される。前述の２つの実施形態のように、エアースペーサ５００は、圧縮抵抗性耐久プラスチック材料、例えば、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、又は他の一般のプラスチックから形成されることができる。或いは、エアースペーサ５００はゴム又は金属、例えばステンレス鋼であってもよい。エアースペーサ部材５００は、望ましくは、空気孔２４３の下にある吸気口空間２８８に挿入され、非占有空間５１０ａが空気孔２４３ａ及び２４３ｄの下にあり、非占有空間５１０ｂが空気孔２４３ｂの下にあり、そして非占有空間５１０ｃがカソード缶２４０の空気孔２４３ｅの下にあるように位置合わせされる。したがって、それの下にある材料を有する唯一の空気孔は除去可能な空気孔２４３ｃである。或いは、エアースペーサ５００が吸気口空間２８４内に挿入される際にこの中心孔は空気孔２４３ｃの下にあるよう、エアースペーサ部材５００の中心を通る孔（図示せず）が存在してもよい。上記の方法で位置合わせされる際、エアースペーサ５００が挿入される。
【００５４】
図５Ｃの断面図は、空気孔２４３ａ、２４３ｂの下にある非占有空間２８４のチャネルを示す。同様に、上記のように、空気孔２４３ｄ、２４３ｅの下にある非占有空間２８４のチャネルが存在するであろう。望ましくは、非占有空間２８４のこれらのチャネルは、個別の空気孔の直径より広く、したがって、カソードケーシング端部２４９とカソードアセンブリ２３０との間に適当な非占有空間があることを保障することが分かる。望ましくは、エアースペーサ５００によって形成される非占有空間２８４全体が、約１０〜９０％、通常、エアースペーサ５００がその中に挿入される前に、カソードケーシング２４０の吸気口（プレナム）領域２８８の利用可能空間全体の約５０〜９０％でもよい。
【００５５】
前述の実施形態のように、エアースペーサ円盤４００の固形材料は、下にあるカソードアセンブリ２３０に支持を提供し、同時に、空気孔２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｄ、２４３ｅの下にある非占有（自由な）空間２８４は、これらの空気孔に入る空気の妨害されない空気分散を提供する。したがって、これらの空気孔から入ってくる空気は、カソードアセンブリ２３０を直接通過する。入って来る空気のこのような遮られない分配は、従来の実施形態と比較して電池性能全般を改良し、空気孔２４３の下にある利用可能な全吸気口空間２８８（プレナム領域）は、エアディフューザー材料、例えば紙又は多孔性セルロース材料で完全に充填される。
【００５６】
本発明のエアースペーサ部材の第４の実施形態は、エアースペーサ６００（図６Ｂ）として示される。この実施形態では、エアースペーサは、図６Ｂに示すように中心孔６１０を有する円盤６００の形である。スペーサ円盤６００（図６Ｂ）は、カソードケーシング閉鎖端２４９（図６Ａ）の内側表面に挿入される。スペーサ円盤６００は、カソードケーシング２４０の閉鎖端２４９とカソードアセンブリ２３０（図６Ｃ）との間の利用可能な吸気口空間２８８内に挿入される。エアースペーサ円盤６００は、中心孔６１０が空気孔２４３ｃの下にあるよう、カソードケーシング２４０の閉鎖端２４９の内側表面に対して挿入される。中心孔６１０の直径は、空気孔２４３ｃの直径より大きい。エアースペーサ円盤６００は、空気孔２４３ｄと空気孔２４３ｅとの間の距離未満である直径を有する。エアースペーサ円盤６００の直径も、空気孔２４３ｄと空気孔２４３ｅとの間の距離未満である直径を有する。図６Ｃの断面図に示されるように、空気孔２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃの下にある自由空間２８４の各非占有チャネルは、各空気孔の直径より大きな直径を有する。同様に、エアースペーサ円盤６００がカソードケーシング２４０の閉鎖端２４９に挿入される際に、円盤６００の直径は空気孔２４３ｄ、２４３ｅの間の距離より小さいため、空気孔２４３ｄ、２４３ｅよりも大きな直径の自由空間（図示せず）の非占有チャネルが形成される。要するに、各空気孔２４３ａ〜２４３ｅとカソードアセンブリ２３０との間に空間２８４の非占有（自由）チャネルが存在し、各前記非占有（自由）チャネル２８４は、各々のそれぞれの空気孔の直径より大きい。望ましくは、エアースペーサ６００によって形成される非占有空間２８４全体が、約１０〜９０％、通常、エアースペーサ６００がその中に挿入される前に、カソードケーシング２４０の吸気口（プレナム）領域２８８の利用可能空間全体の約５０〜９０％でもよい。
【００５７】
エアースペーサ円盤６００の固体材料は、下にあるカソードアセンブリ２３０に支持を提供し、電池を組み立てるか、又は使用する間、カソードアセンブリ２３０が吸気口空間２８８内に曲がることを防ぐ。同時に、空気孔２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｄ、２４３ｅの下にある非占有（自由な）空間２８４は、これらの空気孔に入る空気の妨害されない空気分散を提供する。したがって、これらの空気孔から入ってくる空気は、カソードアセンブリ２３０を直接通過する。入って来る空気のこのような遮られない分配は、従来の実施形態と比較して電池性能全般を改良し、空気孔２４３の下にある利用可能な全吸気口空間２８８（プレナム領域）は、エアディフューザー材料、例えば紙又は多孔性セルロース材料で完全に充填される。
【００５８】
本発明のエアースペーサ部材の第５の実施形態は、エアースペーサ７００（図７Ｂ）として示される。図７Ｂに示す実施形態では、エアースペーサは、編まれるか、又は不織ポリマー又は金属繊維のメッシュから形成される。好ましくは、エアースペーサ７００は織られたポリマー繊維７０５のメッシュから形成される。ポリマー繊維７０５は、一般の耐久プラスチックの材料のホストから選択されてもよい。好適なポリマー繊維はナイロンであるが、容易にメッシュ状に織られる他の耐久性ポリマー繊維のみならず、ポリエステル又はポリオレフィン繊維、例えば、ポリエチレン又はポリプロピレン系繊維も適している。或いは、エアースペーサ７００は金属繊維７０５のメッシュ、好ましくは、編まれたステンレス鋼繊維から形成されることができる。好ましくは、メッシュ７００は織られ、「自由空間」の非占有チャネルが繊維の間で形成されるよう、繊維７０５間の開口部７０５ａは十分に大きい。
【００５９】
メッシュ７００が織られ得て、一般に各空気孔２４３ａ〜２４３ｅの直径より大きい直径を有する「自由空間」７０５ａの非占有チャネルが形成される。好ましくは、空気孔２４３ａ〜２４３ｅ運転の下にある「自由空間」７０５ａのチャネルは、それぞれの空気孔間で陰極アセンブリ２３０へ垂直且つ連続的に伸びる。しかしながら、繊維間の空間７０５ａによって形成される「自由空間」のチャネルは、各空気孔２４３ａ〜２４３ｅとカソードアセンブリ２３０との間の経路に他の経路（非垂線）を取ってもよい。「自由」空間の少なくとも大部分のこのようなチャネルの直径又は幅は、個別の空気孔２４３ａ〜２４３ｅの直径より大きい直径又は幅を有する。自由空間７０５ａのこのような大きいチャネルは、空気孔２４３ａ〜２４３ｅからカソードアセンブリ２３０への高い割合のエアディフュージョンを保障する。メッシュを通る「自由」空間のこのようなチャネルの少なくとも大部分の直径は、少なくとも２倍、望ましく約２〜１８倍、通常、個別の空気孔の直径の約２〜１６倍である。望ましくは、スペーサメッシュ７００内の自由空間７０５ａのチャネルは、吸気口（プレナム）領域２８８の利用可能空間全体の約１０〜９０％、通常、約５０〜９０％を含む。メッシュ７００は同時に、カソードアセンブリ２３０に充分な支持を提供し、カソードアセンブリ２３０がカソードケーシング閉鎖端２４９とカソードアセンブリ２３０との間の吸気口空間２８８内に曲がることを防ぐ。
【００６０】
本発明のエアースペーサ部材の第６の実施形態は、図８Ａ及び８Ｂに示される。この実施形態では、少なくとも１つの溝、及び、通常、複数の溝又は刻み目２８０、例えば、溝２８０ａ、２８０ｂは、カソードケーシング閉鎖端２４９の隆起した部分２４４の表面に形成される。このような溝又は刻み目２８０は、特徴、例えば吸気口空間（プレナム領域）２８４に突出する先端２８５を形成する。１つのみの溝又は刻み目２８０が使われる場合、それは隆起した表面２４４の中央に配置されるのが最善である。このような場合、中心空気孔２４３ｃは除去されることができる。溝又は刻み目２８０は、例えば、パンチ又は金型を隆起した部分２４４の上面に適用することによって、カソードケーシング２４０の製造中又は製造後に形成されることができる。或いは、閉鎖端２４９の隆起した部分２４４の外側表面が平坦又は略平坦であるよう、突起部２８５は、カソードケーシングの閉鎖端２４９の内側表面を押し潰して形成されでもよい。或いは、突起部２８５は、カソードケーシングの閉鎖端２４９で隆起した部分２４４の内側表面上の選択された位置に材料の塊を載置することによって形成されることができる。このような材料は、エポキシ、ナイロン、ポリエチレン又は溶融又は半液態から堆積される他のプラスチックの小塊から成ることができる、又は、予備硬化された材料は、カソードケーシング閉鎖端２４９の隆起部分２４４の内側表面に塗布され、接着剤を使用して定位置に固定されることができる。このような場合、カソードケーシングの閉鎖端２４９の隆起した部分２４４の外側表面は平坦なままである、すなわち、例えば、図８Ｂ又は他の所望の位置において示される代表的な位置において、閉鎖端２４９の内側表面に現れる突起部２８５を除いて、外側表面上に現れるあらゆる刻み目又は溝がない。
【００６１】
先端２８５に終端する側壁２８２を有する典型的な溝２８０は、図８Ａに示すように形成される。溝２８０ａ、２８０ｂは、図８Ａに示すように空気孔２４３の間でカソードケーシング閉鎖端２４９上の領域に配置される。（所望により付加的な溝を供給してもよい）各溝２８０ａ、２８０ｂは、望ましくは空気孔２４３の直径の少なくとも約３倍の長さを有し、利用可能な吸気口空間２８８の直径の約１／３まで（隆起表面２４４の直径の約１／３まで）の最大長さを有する。これによって、入ってくる空気が溝側壁２８２周辺で自由に循環することが可能となる。各溝２８０ａ、２８０ｂの先端２８５は、図８Ｂに示すようにカソードアセンブリ２３０の平面との接触を可能にする水平面で穿孔される。これは、カソードアセンブリ２３０に対する充分な支持を提供し、電池製造又は電池を使用する間、カソードアセンブリ２３０が曲がることを防ぐ。溝２８０ａ、２８０ｂの各々は空気孔２４３の直径の少なくとも約３倍の（開放端で測定される）幅を有する。溝又は刻み目２８０ａ、２８０ｂから形成される、或いは、カソードケーシング閉鎖端２４４の内側表面に適用される材料の小塊から形成される突起部２８５の配置は、図８Ｂに特に示すように、空気孔２４３ａ〜２４３ｅの下にある非占有（自由）空間２９０の複数のチャネルを形成する。溝又は刻み目２８０によって、或いはカソードケーシングの閉鎖端２４４の内側表面に適用される材料の小塊から形成される非占有空間２９０のチャネルは、望ましくは、各空気孔の直径より大きい幅を有する。望ましくは、チャネル２９０によって形成される全非占有空間は、吸気口（プレナム）領域２８８の利用可能空間全体の約１０〜９０％、通常、約５０〜９０％を含む。空気孔２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｄ、２４３ｅの下にある非占有（自由）空間２９０のチャネルは、空気孔からのカソードアセンブリ２３０へ空気を通すための広いチャネルを提供する。
【００６２】
したがって、これらの空気孔から入ってくる空気は、カソードアセンブリ２３０（図８Ｂ）を直接通過する。入って来る空気のこのような遮られない分配は、従来の実施形態と比較して電池性能全般を改良し、空気孔２４３の下にある利用可能な全吸気口空間２８８（プレナム領域）は、エアディフューザー材料、例えば紙又は多孔性セルロース材料で完全に充填される。
【００６３】
言うまでもなく、溝又は刻み目２８０は、図８Ａ、８Ｂ以外の外形であってもよい。例えば、刻み目２８０が円錐又は先端を切った円錐（錐台）外形であり得る。勿論、他の形も可能である。このような場合、しかしながら、カソードアセンブリ２３０が吸気口空間２８８内に曲がることを防ぐための充分な支持を付与するために、図８Ｂに示すように、刻み目２８０はカソードアセンブリ２３０と接触する先端２８５を有する。同様に、突起部２８５がケーシング閉鎖端２４９の内側表面に付着した材料の小塊から形成される場合、このような小塊も様々な形状を有してよく、例えば、円盤状の形を有してもよく、又は、円錐形又は先を切った円錐（錐台）又は多面体形又は、カソードケーシング閉鎖端２４９の内側表面からカソードアセンブリ２３０へ到達する充分な高さを有する他の外形であってもよい。
【００６４】
本発明の亜鉛／空気電池全体の好適な実施形態は図１に示される。図１に示される実施形態は小型のボタン電池の形である。電池２１０は、カソードケーシング２４０（カソード缶）と、アノードケーシング２６０とを、それらの間の電気絶縁材料２７０と共に含む。絶縁体２７０は、図１に示すようなアノードケーシング本体２６３の外側表面を通じて挿入可能なリングの形であることが望ましい。アスファルト又はビチューメンベースの封止剤又はポリマー封止剤等の従来の耐水性封止ペーストは、絶縁体２７０の側壁とアノードケーシング外壁２６３ｅとの間に塗布できる。絶縁体リング２７０がアノード缶の壁２６３ｅに挿入される前に、封止剤（図示せず）は絶縁体２７０の壁の内側表面に塗布されてもよい。
【００６５】
絶縁体リング２７０は、望ましくは、断面図の「Ｌ」字形の外形を形成しているアノードケーシング２４０（図１）の縁部２６３ｄを超えて延長する拡張部分２７３ａを有する。拡張部分２７３ａを有する絶縁体２７０は、電池を封止した後でアノード活性材料がカソードケーシング２４０と接触するのを防止する。絶縁体２７０は、圧縮されたときの低温流に耐える高密度ポリエチレン、ポリプロピレン又はナイロンなどの耐久性の電気絶縁材料である。
【００６６】
アノードケーシング２６０とカソードケーシング２４０は、最初は別個の部品である。アノードケーシング２６０及びカソードケーシング２４０は、別に活性材料を充填され、アノードケーシング２６０の開放端２６７は、カソードケーシング２４０の開放端２４７に挿入されることができる。アノードケーシング２６０は、ケーシング２６０の外部側壁を形成する、上方に垂直に伸びる（図１）第１の外部直線状の本体部分２６３ｅで形成される折り重ねられた側壁を有することができる。直線状の本体部分２６３ｅは、アノードケーシングの側壁の第１の下方へ延びる内側部分２６３ａを形成するために、縁２６３ｄで一旦折り重ねられることが望ましい。したがって、折り重ねられた部分２６３ａ及び２６３ｅは、ばねのような張力とアノードケーシング本体２６３と当接する封止壁２７０との間の更なる支持とを提供する二重側壁を形成する。これは、アノード及びカソードケーシングとの間で緊密な封止を維持するのを助ける。或いは、アノードケーシング２４０の側壁は、折り重ねられた部分２６３ｅの無い単一の壁２６３ａとして形成できる。しかしながら、ここで図示するように、折り重ねられた（二重）側壁を有するアノードケーシング２４０は、極めて薄い、各折り曲げ部２６３ａ及び２６３ｅに適用する壁厚さ約０．０５０８ｍｍ（２ｍｉｌ）〜０．１２７ｍｍ（５ｍｉｌ）の壁状のケーシングのために望ましいよう測定された。これらの厚さ範囲も、アノード缶の閉鎖端２６９に適用できる。折り重ねられた側壁（図１）を有するアノードケーシングでは、内部側壁部分２６３ａは内方傾斜部分２６３ｂに終端し、該内方傾斜部分２６３ｂは第二の下方へ伸びる垂直部分２６３ｃに終端する。第２直線部分２６３ｃの直径は、前記直線部分２６３ａよりも小さい。前記部分２６３ｃは９０°曲がり、好ましくは平坦な負端子表面２６５を有する閉鎖端２６９を形成して終端する。
【００６７】
カソードケーシング２４０の本体２４２は、閉鎖端２４９から垂直に下方へ伸びる最大直径の直線部分２４２ａを有する。本体２４２は縁部２４２ｂに終端する。カソードケーシング２４０の縁部２４２ｂ及び絶縁体リング２７０の下にある縁部２７３ｂは、図３及び図４に示すように、最初は垂直に直線状であり、図５に示すように、アノードケーシング２６０の傾斜する中間部分２６３ｂ全体に機械的に圧着されることができる。このような圧着は、アノードケーシング２６０上にカソードケーシング２４０を適所に固定し、緊密に封止された電池を形成する。
【００６８】
アノードケーシング２６０は、微粒子状亜鉛及び粉末状のゲル化剤材料の混合物を最初に調製することによって、個別にアノード活性材料を充填されることが可能である。亜鉛の平均粒径は、望ましく約３０〜３５０ミクロンである。亜鉛は純粋な亜鉛でありえるが、好ましくは、インジウム（１００〜１０００ｐｐｍ）と合金化される微粒子状亜鉛であり得る。亜鉛も、インジウム（１００〜１０００ｐｐｍ）及び鉛（１００〜１０００ｐｐｍ）と合金化される微粒子状亜鉛の形であり得る。亜鉛の他の合金、例えば、インジウム（１００〜１０００ｐｐｍ）及び蒼鉛（１００〜１０００ｐｐｍ）と合金化される微粒子状亜鉛も使用できる。これらの粒子状亜鉛合金は実質的に純亜鉛から構成されており、実質的に純亜鉛の電気化学容量を備えている。したがって、「亜鉛」という用語には前記物質が含まれるものと理解すべきである。
【００６９】
ゲル化剤材は、アルカリ電解質中に実質的に不溶である様々な既知のゲル化剤類から選択することができる。このようなゲル化剤は例えば交差結合されたカルボキシメチル・セルロース（ＣＭＣ）；例えば、商品名ウォーターロック（Waterlock）Ａ２２１（グレイン・プロセシング・コーポレイション（Grain Processing Corp.））として入手可能な、デンプン骨格に移植される加水分解されたポリアクリロニトリルの形のデンプン・グラフト共重合体；商品名カーボポルＣ９４０（Carbopol C940）（Ｂ．Ｆ．グッドリッチ（B. F. Goodrich））として入手可能な交差結合されたポリアクリル酸ポリマー；アルカリは、商品名ウォーターロックＡ４００（グレイン・プロセシング・コーポレイション）として入手可能なポリアクリロニトリル；及び、商品名ウェーターロックＪ−５００又はＪ−５５０として入手可能な、ポリアクリル酸ナトリウム高吸収性ポリマーと呼ばれるポリアクリル酸のナトリウム塩であり得る。微粒子状亜鉛及びゲル化剤微粉の乾燥混合物は、通常、約０．１〜１重量％の乾燥混合物を形成しているゲル化剤と共に形成可能である。約３０〜４０重量％のＫＯＨ及び約２重量％のＺｎＯを含む水性ＫＯＨ電解質溶液の溶液は乾燥混合物に添加され、形成された湿ったアノード混合物２５０は、アノードケーシング２６０に挿入されることができる。或いは、微粒子状亜鉛とゲル化剤との乾燥した混合粉末は、アノードケーシング２６０及び湿ったアノード混合物２５０を形成するために加えられる電解質溶液の中に最初に投入される。
【００７０】
本発明の触媒陰極アセンブリ２３０（図１及び図２）及びエアースペーサは、次のようにカソードケーシング２４０に挿入されることができる。エアースペーサ部材３００（図３Ｂ）は、図１に示すようにカソード缶２４０の吸気口空間２８８に挿入されて示される。言うまでもなく、ここに記載されている本発明のエアースペーサのその他の実施形態のいずれか、例えば、エアースペーサ円盤４００、５００、又は６００、或いは、本発明のスペーサメッシュ７００が、スペーサ円盤３００の代わりにカソードケーシング２４０に挿入されることができ、それにより、図１に示すようにカソード缶の吸気口空間２８８内に位置する。図１に示す実施形態のカソードケーシングにおいて、利用可能な吸気口空間２８８（プレナム領域）は、カソードケーシング２４０の閉鎖端２４９で、隆起部分２４４の内側表面に当接した領域である。接着性封止剤リング１４３は、望ましくは、カソードケーシングの閉鎖端で、凹状段差２４５の内側表面２４５ａに適用される。カソードアセンブリ２３０の一部と成る、例えばポリテトラフルオロエチレン（テフロン）から成る別の電解質バリア層２３２（図１及び図２）が、エアースペーサ円盤３００の下側に、任意に挿入されることができ、それにより、バリア層２３２の縁が接着剤リング１４３に接触する。バリア層２３２は、空気に浸透するが、アルカリ電解質又は水に浸透しない。したがって、接着剤リング１４３は、凹状段差２４５の内側表面にバリア層２３２の縁を永久接着する。ここに接着するバリア層２３２を有する接着剤リング１４３は、電解質がアノードからカソード触媒アセンブリ２３０に、及びカソード触媒アセンブリ２３０の周辺に動き、空気孔２４３を通って電池から漏れることを防止する。図２で示す触媒カソードアセンブリ２３０は、図２に示すように、電解質バリア材料２３５の層とバリア層２３５の下のカソード複合円盤２３４と触媒複合材料２３４の下のイオン浸透性セパレーター材料２３８の層とを含む積層品として準備され得る。セパレーター２３８は、セロハン、ポリ塩化ビニル、アクリロニトリル及び微小孔性ポリプロピレンを含む、従来のイオン浸透性セパレーター材料から選択されることができる。これらの各層は、触媒アセンブリ２３０を形成するために、別に準備され、加熱及び圧力によって共に積層されてもよい。望ましくは、電解質バリア層２３２及び２３５は、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン）であり得る。
【００７１】
触媒カソード複合材料２３４は望ましくは従来の被覆方法によって電気伝導スクリーン２３７の表面に塗布される微粒子の二酸化マンガン、炭素及び疎水性バインダの触媒カソード混合物２３３を含む。スクリーン２３７は編まれた金属繊維、例えば、ニッケル又はニッケルメッキを施した鋼繊維であり得る。カソード混合物２３３は円盤の形に形成され、カソード円盤として本願明細書に記載される。他の触媒材料には、例えば銀、白金、パラジウム及びルテニウム等の金属、又は金属の他の酸化物又はマンガン（ＭｎＯｘ）及び酸素還元反作用に触媒作用を及ぼすことが公知の他の構成要素が含まれる、又は使われることができる。触媒混合物２３３に使用される二酸化マンガンは、従来のバッテリーグレード二酸化マンガン（battery grade manganese dioxide）、例えば、電解二酸化マンガン（ＥＭＤ；electrolytic manganese dioxide）であり得る。触媒混合物２３３の二酸化マンガンは、また、マンガン硝酸塩Ｍｎ（ＮＯ３）２又は過マンガン酸カリＫＭｎＯ４の熱分解から形成される二酸化マンガンでありえる。混合物２３３の調製に使用される炭素は、グラファイト、カーボンブラック及びアセチレンブラックを包含する様々な形態であり得る。好ましい炭素は、その表面領域の広さからカーボンブラックである。好適な疎水性結合剤は、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン）であり得る。触媒混合物２３３は通常、約３〜１０重量％のＭｎＯ２、１０〜２０重量％の炭素、及び残余バインダを含む。電池放電中、触媒混合物２３３は、主として触媒として作用して、流入する空気を伴う電気化学反応を促進する。また一方、追加の二酸化マンガンを前記触媒に添加して、前記電池を空気補助型亜鉛／空気もしくは空気補助型アルカリ電池へ変換することもできる。ボタン電池の形態であり得るこのような電池では、これが二酸化マンガンの少なくとも一部が放電する、すなわち幾らかのマンガンが流入する酸素と共に電気化学放電中に還元される。接着剤リング１４３は、このような空気補助型電池にも適用され、電解質の漏れを防止することが意図される。
【００７２】
好適な実施形態（図１）では、アノードケーシング２６０は、内側表面上にメッキされるか、又は被覆される銅層２６６を有し、それにより、組電池内で亜鉛アノード混合物２５０は銅層と接触する。銅メッキは望ましく、これは、亜鉛が放電すると、該銅メッキが、アノード２５０から負端子２６５へ通る電子のための導電性の高い導電経路を提供するためである。アノードケーシング２６０は、望ましくは、内側表面に銅層をメッキしたステンレス鋼から形成される。好ましくは、アノードケーシング２６０はトリクラッド（triclad）材料で形成され、図１に示すように、その内側表面上の銅層２６６を有するステンレス鋼２６４及びその外側表面上のニッケル層２６２から成る。したがって、最終組電池２１０（図１）において、銅層２６６は亜鉛アノード混合物２５０と接触したアノードケーシング内側表面を形成し、ニッケル層２６２は、アノードケーシングの外側表面を形成する。銅層２６６は、望ましくは約０．００５ｍｍ（０．０００２インチ）〜０．０５ｍｍ（０．００２インチ）の厚さを有する。ニッケル層は、約０．００２５４ｍｍ（０．０００１インチ）〜０．０２５４ｍｍ（０．００１インチ）である。
【００７３】
特定の非限定的な例として、電池のサイズは外径約７．６８ｍｍ（０．３０２５インチ）〜７．７３ｍｍ（０．３０４５インチ）及び、高さ約３．３０ｍｍ（０．１３００インチ）〜３．５２ｍｍ（０．１３８４インチ）を有する、亜鉛／空気電池の標準サイズ３１２であり得る。アノード２５０は、添加水銀ゼロ（水銀含有量は、電池重量の２０ｐｐｍ未満であり得る）を含むことができ、以下の組成物を有することができる：亜鉛７８．１重量％（亜鉛は、それぞれ２００〜８００ｐｐｍのインジウム及び鉛と合金化できる）電解質（４０重量％のＫＯＨ及び２重量％のＺｎＯ）２１．９重量％、ゲル化剤（ウォーターロック（Waterlock）Ｊ−５５０）０．３重量％。充分なアノード材料２５０は、アノードケーシング２６０の内部容積を充填するために供給される。カソード触媒複合材料２３７は、以下の組成を有することができる：ＭｎＯ２４．６重量％、カーボンブラック１５．３重量％、テフロン・バインダ１８．８重量％及びニッケルメッシュスクリーン６１．２重量％。カソード触媒複合材料２３７全体は、０．１４０ｇでありえる。
【００７４】
接着封止用剤１４３は連続リングとして、カソードケーシング凹状段差２４５の内面に塗布されることができる。段差２４５の内側表面２４５ａに塗布される接着剤１４３は、参照することにより本明細書に援用される米国特許第６，４３６，１５６Ｂ１号に記載されているように、ポリアミドベースの接着剤構成要素を含む溶剤ベースの混合物であってもよい。接着剤構成要素は、望ましくは低分子量の熱可塑性ポリアミド樹脂である。好適なポリアミド樹脂は、商品名ＲＥＡＭＩＤ−１００又はＶＥＲＳＡＭＩＤ−１００（ヘンケル・コーポレイション（Henkel Corp.）又はコグニス・コーポレイション（Cognis Corp.））で入手可能である。ＲＥＡＭＩＤ−１００又はＶＥＲＳＡＭＩＤ−１００は、室温でゲル状である低分子量のポリアミドである。それは、二量体化された脂肪酸及びジアミンの反応生成物である二量体化された脂肪酸として存在する。接着剤の混合物は、イソプロパノール５０重量部及びトルエン５０重量部の溶剤内のＲＥＡＭＩＤ−１００ポリアミドを溶かすことによって調製され得る。カソードケーシング段差２４５の内面２４５ａに適用されるポリアミド接着材層１４３は、テフロン・シート２３２とニッケルめっきが施された陰極ケーシング段差２４５との間で、非常に強い結合を提供する。接着剤１４３も、水酸化カリウム電解質からの化学的攻撃に抵抗する効果を有する。
【００７５】
電池２１０は、予め圧入されたカソードケーシング２４０内に上記のカソード構成要素を最初に挿入することによって組立てられることが可能である。本発明のエアースペーサ３００、４００、５００、６００又は７００は、吸気口空間２８４内の空気孔４２に挿入される。或いは、エアースペーサ２８０はカソードケーシング２４０の閉鎖端２４９上の複数の一体化した溝２８５から形成されてもよい。電解質バリア層２３２、好ましくはテフロンのものは、本発明のエアースペーサ３００、４００、５００、６００、７００、又は２８０上に配置される。好ましくは、カソードケーシングの段差２４５の内側表面２４５ａは、電解質バリア層２３２の縁が段差２４５の内側表面２４５ａに付着するよう、上記接着剤１４３で被覆される。好ましくは、絶縁封止円盤２７０の拡張部分２７３ａの（電池内部に面した）底部表面は図１に示すように接着剤１４４のリングで被覆される。接着剤１４４は、接着剤１４３と同じ組成を有してもよい。接着剤層１４３、１４４は省略可能であるが、特にアノードと非常に薄いカソードケーシング壁厚さとを有する電池にとっては、それらは含まれることが望ましい。例えば接着剤層１４３、１４４は、望ましくは、アノードと約０．０５０８ｍｍ（２．０ｍｉｌ）〜０．１２７ｍｍ（５ｍｉｌ）のカソードケーシング壁厚さとを有する電池２１０が含まれる。
【００７６】
アノードケーシング２６０は、図１に示される形、例えば、外側部分２６３ｅを形成する一度折り重ねられた内側部分２６３ａに形成された直線状の側壁を有する形に形成されてもよい。したがって、実際には、二重側壁は、内壁２６３ａと外壁２６３ｅとで形成される。言うまでもなく、アノードケーシング２６０は、図示した二重側壁２６３ａ、２６３ｅの代わりに単一の（展開された）側壁で形成されてもよい。アノードケーシング２６０が非常に薄い、例えば約０．０５０８ｍｍ（２ｍｉｌ）〜０．１２７ｍｍ（５ｍｉｌ）の側壁である場合、二重側壁は好ましい。絶縁体シールリング２７０は、アノードケーシング側壁上に適用される。その後、アノードケーシング２６０は上記アノード材料２５０を充填される。
【００７７】
その後、カソードケーシング本体２４２は、外側表面絶縁体２７０を通じて押される。その間に絶縁体の縁２７３ｂを有するアノードケーシング２６０の傾斜表面２６３ｂ上のカソードケーシング２４０の縁２４２ｂを圧着するために、圧着力がかけられる。アノードとカソードケーシングとの間で緊密な封止を保証するために、圧着する間、半径方向の力がかけられてもよい。
【００７８】
本発明は特定の実施形態に関して記載されているが、当然のことながら、本発明の概念から逸脱することなく他の実施形態が実行可能であるべきである。したがって、本発明は特定の実施形態に限定することを意図せず、むしろ、その範囲は請求項及びその等価物により反映される。
【００７９】
本発明は、以下の図面を参照してよりよく理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の亜鉛／空気電池の実施形態の１つの等角断面図。
【図２】図１に示される触媒カソードアセンブリの好適な実施形態の分解図。
【図３Ａ】図１に示されるカソード缶の閉鎖端の透視図。
【図３Ｂ】図３Ａに示されるカソード缶の吸気口空間内に配置するためのエアースペーサ部材の第１の実施形態の透視図。
【図３Ｃ】カソード缶の吸気口空間内に挿入される図３Ｂに示されるスペーサ部材を有する図３Ａのカソード缶の閉鎖端の横断立面図。
【図４Ａ】図１に示されるカソード缶の閉鎖端の透視図。
【図４Ｂ】図４Ａに示されるカソード缶の吸気口空間内に配置するためのエアースペーサの第２の実施形態の透視図。
【図４Ｃ】カソード缶の吸気口空間内に挿入される図４Ｂに示されるスペーサ部材を有する図４Ａのカソード缶の閉鎖端の横断立面図。
【図５Ａ】図１に示されるカソード缶の閉鎖端の透視図。
【図５Ｂ】図５Ａに示されるカソード缶の吸気口空間内に配置するためのエアースペーサ部材の第３の実施形態の透視図。
【図５Ｃ】カソード缶の吸気口空間内に挿入される図５Ｂに示されるスペーサ部材を有する図５Ａのカソード缶の閉鎖端の横断立面図。
【図６Ａ】図１に示されるカソード缶の閉鎖端の透視図。
【図６Ｂ】図６Ａに示されるカソード缶の吸気口空間内に配置するためのエアースペーサ部材の第４の実施形態の透視図。
【図６Ｃ】カソード缶の吸気口空間内に挿入される図６Ｂに示されるスペーサ部材を有する図６Ａのカソード缶の閉鎖端の横断立面図。
【図７Ａ】図１に示されるカソード缶の閉鎖端の透視図。
【図７Ｂ】図７Ａに示されるカソード缶の吸気口空間内に配置するためのエアースペーサ部材の第５の実施形態の透視図。
【図７Ｃ】カソードの吸気口空間内で挿入される図７Ｂに示されるスペーサ部材を有する図７Ａのカソード缶の閉鎖端の横断立面図。
【図８Ａ】その表面に追加された溝を有する以外は、図１に示されるカソード缶の閉鎖端の透視図。
【図８Ｂ】カソード缶の閉鎖端に形成される溝によって形成されるエアースペーサ部材の実施形態の透視図であり、溝は、図８Ａに示されるカソード缶の吸気口空間のためのスペーサ部材として機能する。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【国際調査報告】
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