(57)【要約】【課題】回転を要さず、発射の衝撃のみで、短時間で活性化させることのできる従来よりも小型の注液式電池を提供する。【解決手段】（１）電解液を封入したアンプル、（２）発電部、（３）アンプルを収容するための第１収容部および発電部を収容するための第２収容部を有する構造体を備え、この構造体は、第１収容部と第２収容部との間に配置される連結部を有し、この連結部は、アンプルを破壊するためのアンプル破壊機構および第１収容部と第２収容部とを連通する少なくとも１つの注液路を備え、少なくとも１つの注液路の横断面積の合計が、アンプルの横断面積の１５〜９０％である注液式電池。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）電解液を封入したアンプル、
（２）発電部、
（３）前記アンプルを収容するための第１収容部および前記発電部を収容するための第２収容部を有する構造体、を備え、
前記構造体は、前記第１収容部と前記第２収容部との間に配置される連結部を有し、前記連結部は、前記アンプルを破壊するためのアンプル破壊機構および前記第１収容部と前記第２収容部とを連通する少なくとも１つの注液路を備え、
前記少なくとも１つの注液路の横断面積の合計が、前記アンプルの横断面積の１５〜９０％である注液式電池。
【請求項２】
前記少なくとも１つの注液路に、１〜３．５ｍｍ角の網目を有する網状部材が設けられている請求項１記載の注液式電池。
【請求項３】
前記少なくとも１つの注液路の横断面積の合計が、前記アンプルの横断面積の７０〜９０％である請求項２記載の注液式電池。
【請求項４】
前記連結部が、前記構造体から取り外し可能である請求項１記載の注液式電池。
【請求項５】
前記アンプル破壊機構が突起物である請求項１記載の注液式電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、注液性に優れた注液式電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の一般的な注液式電池の一例として、特許文献１に記載されるようなものが挙げられる。その注液式電池を、図９を参照しながら説明する。
図９の注液式電池９０は、外装ケース９１に、筒状の樹脂成形体からなる内ケース９２が収容されており、この筒状の樹脂成形体からなる内ケース９２は、ドーナツ状の発電部９３を被覆するとともに、電解液を封入したアンプル９５を収容する中央空洞部９４を備える。発電部９３は、単セルが多数積層されており、かつ各単セルが直列でつながっている。
【０００３】
このような従来の注液式電池は、例えば、飛翔体に搭載され、その飛翔体が発射された場合、その発射の衝撃により、電解液を封入したアンプルが破壊される。さらに、発射された飛翔体が回転し、つまり搭載された注液式電池が回転し、電解液が、注液式電池の回転により生じる遠心力により発電部に流入して、電池が活性化し、電圧が生じる。なお、図９の注液式電池では、中央空洞部と発電部とを区切る内ケースの所定の領域において、その領域のほぼ全体を占めるように液入口を設け、全ての単セルに電解液が注入されるようにしている。
【０００４】
また、従来から、衝撃によるアンプルの破壊を容易にするために、アンプルを破壊するためのアンプル破壊機構が、電池に設けられている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
近年、飛翔体の小型化が要望されており、それに合わせて、その飛翔体に搭載される注液式電池の小型化が要望されている。しかしながら、上記のような従来の電池は電池総高や電池外形が大きいため、そのような従来の電池を小型飛翔体等には搭載できない。近年では、従来の注液式電池よりも、その体積が約１／２程度と小さい、つまり、発電部を構成する単セルの積層数が少なく、少量の電解液で発電部に注液できる注液式電池が要望されている。
【０００６】
さらに、従来の電池は、活性化するためには、上記のように、衝撃と回転が必要とされる。つまり、衝撃でアンプルを破壊するだけでは起電力が得られず、電池を回転させて遠心力を生じさせ、その力で電解液を発電部に移動させる必要がある。しかしながら、最近では、電解液を発電部に移動させるために回転を要さず、発射の衝撃のみで、短時間のうちに活性化する電源部としての注液式電池が要望されている。
【特許文献１】特開２００１−２３６９４４号公報
【特許文献２】実公平３−１１８０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、回転を要さず、発射の衝撃のみで、短時間で活性化させることのできる従来よりも小型の注液式電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、
（１）電解液を封入したアンプル、
（２）発電部、
（３）前記アンプルを収容するための第１収容部および前記発電部を収容するための第２収容部を有する構造体を備える注液式電池に関する。構造体は、第１収容部と第２収容部との間に配置される連結部を有し、連結部は、アンプルを破壊するためのアンプル破壊機構および前記第１収容部と前記第２収容部とを連通する少なくとも１つの注液路を備える。少なくとも１つの注液路の横断面積の合計は、アンプルの横断面積の１５〜９０％である。
【０００９】
上記注液式電池において、少なくとも１つの注液路に、１〜３．５ｍｍ角の網目を有する網状部材が設けられていることが好ましい。
【００１０】
上記注液式電池において、少なくとも１つの注液路の横断面積の合計は、アンプルの横断面積の７０〜９０％であることがさらに好ましい。
【００１１】
上記注液式電池において、連結部は、構造体から取り外し可能であることが好ましい。
【００１２】
上記注液式電池において、アンプル破壊機構は、突起物であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電池が回転しない場合であっても、電解液が速やかに発電部に移動するため、衝撃の印加から短時間で注液式電池を活性化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の一実施形態にかかる注液式電池１０を、図１および図２を参照しながら説明する。ここで、図１は、注液式電池１０を正面から見た縦断面図を示し、図２は、注液式電池１０を側面から見た縦断面図を示す。なお、注液式電池１０の外形は、特に限定されない。例えば、注液式電池の外形は、直方体状、円柱形などにすることができる。
【００１５】
注液式電池１０において、ケース１１内に、構造体１２が配置されており、構造体１２は、電解液を封入したアンプル１５を収容するための第１収容部１３、および発電部１６を収容するための第２収容部１４を有する。第１収容部１３と第２収容部１４との間には、構造体の一部として、連結部１７が設けられている。連結部１７は、構造体１２に一体化されていてもよいし、脱着可能であってもよい。連結部１７は、その第１収容部１３側に、円錐状のアンプル破壊機構１８を有する。また、連結部１７は、第１収容部１３と第２収容部１４とを連通させる少なくとも１つ（図１および２においては、４つ）の注液路１９を有する。
また、上記注液式電池１０は、発射時の衝撃により、図２に示される矢印の方向の慣性力を受ける。
【００１６】
第１収容部１３の上部および第２収容部１４の下部には、電解液が外部へ漏れないように仮蓋２０がそれぞれ配されている。ケース１１と構造体１２との間には、出力端子２１ａ、２１ｂと発電部２とを接続するリード線２２ａ、２２ｂが配されている。また、第１収容部１３側の仮蓋２０の上部には、蓋２３が設けられており、この蓋２３により、ケース１１の開口部が封口される。
【００１７】
ケース１１および構造体１２としては、例えば、ステンレス鋼からなるものを用いることができる。
仮蓋２０としては、例えば、鉄板、メッキ鋼板等の金属板からなるものを用いることができる。
蓋２３としては、例えば、ポリエチレンなどの樹脂からなるものを用いることができる。
出力端子２１ａ、２１ｂおよびリード２２ａ、２２ｂとしては、当該分野で公知の材料からなるものを用いることができる。
【００１８】
次に、発電部１６について、図２および図３を参照しながら説明する。ここで、図３は、発電部１６の拡大図である。
発電部１６は、セパレータ３１と極板３２とを交互に積層することにより構成された複数個の単セルからなる。
【００１９】
セパレータ３１としては、当該分野で公知の材料、例えば、紙等からなるものを用いることができる。
極板３２としては、図３に示されるように、基材３２ａの一方の面に正極３２ｂが担持され、他方の面に負極３２ｃが担持されているもの等が用いられる。ここで、基材３２ａとしては、当該分野で公知の材料、例えば、メッキ鋼板等からなるものを用いることができる。また、正極３２ｂと負極３２ｃとは、種々の材料の組み合わせを用いることができる。例えば、正極３２ｂとしては、当該分野で公知の材料、例えば、二酸化鉛等を含むものを用いることができる。負極３２ｃとしては、当該分野で公知の材料、例えば、鉛等を含むものを用いることができる。
また、アンプルに封入される電解液は、上記正極と負極との組み合わせに応じて、適宜選択される。例えば、正極が二酸化鉛を含み、負極が鉛を含む場合には、電解液としては、過塩素酸水溶液からなるもの等を用いることができる。
また、正極３２ｂ、セパレータ３１、および負極３２ｃから、単セル３３が構成される。
【００２０】
また、電解液の発電部全体への含浸のしやすさ等の観点から、発電部１６は、図２に示されるように、上記注液路における電解液の進行方向と、単セル３３の積層方向とが交差するように、つまり、単セル３３を構成する正極、セパレータおよび負極の側面が、注液路側に向くように、第２収容部内に配置されることが好ましい。
【００２１】
次に、図４および５を参照しながら、連結部について、詳しく説明する。
図４に、４つの注液路を有する連結部１７の上面図を示す。図４において、点線によって示された円４１は、アンプルの横断面の範囲を示している。
アンプル破壊機構１８は、アンプルの横断面の範囲を示す円４１のほぼ中心に位置しており、アンプル破壊機構よりも円４１の外周側に、４つの注液路１９が配置されている。
【００２２】
連結部１７の第１収容部側には、円錐状のアンプル破壊機構１８が配置されているために、図２に示される矢印の方向の慣性力が印加された場合、アンプル１５が破壊されやすくなる。
なお、アンプル破壊機構は、アンプルの破壊が容易となるため、円錐状のような突起物であることが好ましいが、そのような形状には限定されず、アンプルを破壊できる形状であれば、どのような形状のものをも用いることができる。また、アンプル破壊機構の位置は、アンプルを破壊できる位置であれば、その範囲で適宜変更してもよい。
【００２３】
アンプル１５が破壊された後、アンプル内に封入されていた電解液は、連結部に設けられた少なくとも１つの注液路を通過して、発電部に移動する。このとき、電池内部は密閉されているため、第２収容部１４内に流入した電解液の体積分の空気を、他の場所に排出する必要がある。本実施形態の注液式電池では、第２収容部１４から排出すべき空気を、排気路２４を通して、第１収容部に排出している。なお、図４に示されるように、連結部１７には、排気路２４と連通する排気孔４２が設けられている。このことは、以下で説明する図５においても同様である。
【００２４】
ここで、上記少なくとも１つの注液路の横断面積の合計は、アンプルの横断面積の１５〜９０％である。すなわち、本発明においては、少なくとも１つの注液路の横断面積の合計の下限を、アンプルの横断面積の１５％として、注液路を大きくし、注液速度を大きくしている。注液路の横断面積の合計を、アンプルの横断面積の１５％以上とすることにより、注液速度は顕著に向上する。
なお、連結部にアンプル破壊機構を設ける場合には、少なくとも１つの注液路の横断面積の合計を、アンプルの横断面積の９０％より大きくすることは、構造上の制限により、困難である。
【００２５】
このように、注液路の横断面積を大きくすることで、注液速度を向上させることが可能となる。また、連結部の第１収容部側に、アンプル破壊機構を設けることで、アンプルの破壊が容易となる。よって、これらの相乗効果により、注液電池が所定の電圧に達するまでの立ち上がり時間を大幅に短縮することが可能となる。
【００２６】
また、上記連結部１７において、各注液路の口径または各注液路の横断面積が大きい場合には、破壊されたアンプルの細かい破片が、その注液路を通過して、発電部に移動する場合がある。このような細かい破片を捕集するために、図５に示されるように、注液路の内部に、１ｍｍ〜３．５ｍｍ角の網目を有する網状部材５１を設けえることが好ましい。上記網状部材の網目の大きさが、１ｍｍ角より小さくなると、発電部へ電解液が流れにくくなる。網目の大きさが、３．５ｍｍ角より大きくなると、破壊されたアンプルの細かい破片が、その網状部材により捕集されずに、発電部側に移動してしまうことがある。
【００２７】
例えば、連結部に設けられた注液路が少なく、１つあたりの開口が大きいときは、その注液路の横断面積の合計がアンプルの横断面積の７０〜９０％である場合、注液路は上記のような網状部材を備えることが好ましい。これは、破壊されたアンプルの破片が注液路や発電部につまり、電解液が発電部へ流入するのを邪魔することを防ぐためである。
あるいは、１つの注液路の横断面積が、４４．６ｍｍ２より大きくなったときに、その注液路に網状部材を設けてもよい。これは、上記と同様の理由による。
【００２８】
なお、連結部に設けられる注液路の数は、アンプルの横断面積に対する注液路の横断面積の合計の所望の割合、注液路の口径等によって決定される。例えば、注液路の口径または注液路の横断面積が小さい場合、アンプルの横断面積に対する注液路の横断面積の合計が所望の割合になるように、複数の注液路を設ける必要がある。注液路の口径が大きい場合には、注液路が１つであっても、アンプルの横断面積に対する注液路の横断面積の合計を所望の割合にすることができるが、注液路の口径が大きくなる。よって、上記のように、その注液路に網状部材を設けて、アンプルの破片を捕集することが好ましい。
【００２９】
また、上記連結部１７は、上記１ｍｍ〜３．５ｍｍ角の網目を有する網状部材から構成してもよい。つまり、図４や５に示される連結部の全体を、このような網状部材から構成してもよい。この場合においても、アンプル破壊機構は、上記と同様に、網状部材の第１収容部側に設けられる。なお、この網状部材において、網目の１つ１つが、注液路として機能する。
【００３０】
また、上記連結部１７は、カートリッジ式、つまり取り外し可能であることが好ましい。このように、連結部１７を取り外し可能とすることにより、連結部は、交換可能となる。このとき、注液路の横断面積の合計が異なる複数の連結部を用意し、それらを適宜交換することにより、電圧の立ち上がり時間を様々に調節することが可能となる。この場合にも、発電部への注液を速やかに行うためには、複数の連結部に設けられた少なくとも１つの注液路の横断面積の合計を、アンプルの横断面積の１５〜９０％の間で変化させることが必要である。
なお、連結部１７の取り外しは、例えば、図１に示される注液式電池の場合、連結部１７を、構造体１２から、水平方向に引き出すこと等によって、行うことができる。
【００３１】
上記連結部および網状部材としては、ステンレス鋼等からなるものを用いることができる。
【実施例１】
【００３２】
（電池１）
図１および図２に示されるような小型の注液式電池を作製した。
発電部には、紙製のセパレータ、および極板を交互に積層して、３個の単セルで構成される発電部を用いた。ここで、極板の厚さは０．１５〜０．１６ｍｍとし、セパレータの厚さは約１．３５ｍｍとし、単セルの厚さは１．５ｍｍとした。また、リード線の厚さは０．１３ｍｍとした。
極板としては、図３に示されるように、メッキ鋼板からなる基材の一方の面に、二酸化鉛からなる正極を担持させ、他方の面に、鉛からなる負極を担持させたものを用いた。そして、各単セルの側面が注液路に対向するように、発電部を第２収容部内に配置した。
アンプルとしては、過塩素酸水溶液からなる電解液を封入したガラス製のアンプルを用いた。
ケースおよび構造体としては、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０３）からなるものを用いた。また、連結部としては、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）からなるものを用いた。
【００３３】
連結部としては、図４に示されるような４つの注液路を有する連結部を用いた。ここで、各注液路の横断面積は、アンプルの横断面積の１５％とし、注液路の横断面積の合計は、アンプルの横断面積の６１％とした。
作製した注液式電池を、電池１とした。
【００３４】
（電池２）
連結部として、図５に示されるような連結部を用いたこと以外、電池１と同様にして、注液式電池を作製した。得られた電池を電池２とした。
ここで、連結部は、１つの注液路を有し、その注液路の横断面積は、アンプルの横断面積の９０％であった。また、その注液路には、アンプルの細かな破片を捕集するために、１ｍｍ角の網目を有する網状部材を設けた。
【００３５】
（比較電池１）
比較として、図６および図７に示されるような注液式電池６０を作製した。図６および図７において、図１および図２と同様な構成要素には、同じ番号を付している。
上記注液式電池１０と、注液式電池６０とは、第１収容部１３と第２収容部１４とを連通する注液路が大きく異なる。
注液式電池６０において、発電部を構成する各単セルの上方に各１つずつ、注液路６１が設けられている。すなわち、注液路と単セルとは、同じ数ずつあり、その対応する注液路から、各単セルに電解液が供給される。この場合、注液路の横断面積の合計は、構造上の制限により、アンプルの横断面積の１５％より小さくなる。また、比較電池１は、アンプル破壊機構を有していない。
【００３６】
本比較例においては、上記電池１と同様に、３つの単セルからなる発電部を用い、また口径１．０ｍｍφの３つの注液路を有する構造体を用いた。このとき、３つの注液路の横断面積の合計は、アンプルの横断面積の３．７％であった。
作製した注液電池を、比較電池１とした。
【００３７】
（従来電池１）
従来電池として、図９に示されるような注液式電池を作製した。
図９の注液式電池においては、円筒形の発電部を用いた。その円筒形の発電部を構成する単セルにおいては、上記電池１で用いられた単セルと同様の正極材料、負極材料、セパレータ等を用いた。従来電池１において、発電部は、３個の単セルを用いて構成した。
この電池においても、ガラス製のアンプルを用い、また、電解液についても、上記電池１で用いたのと同様なものを用いた。
作製した電池を、従来電池１とした。
【００３８】
なお、上記電池１〜２、比較電池１および従来電池１において、公称容量（０．１２Ｗ・ｓ）および公称電圧（４Ｖ）は、同じとした。
【００３９】
（評価）
上記のようにして得られた電池１〜２、比較電池１および従来電池１を用い、これらを以下のようにして、評価した。
常温にて、各電池を回転させず、１０，０００Ｇの衝撃を加えて、図２に示される矢印の方向に慣性力を加えることにより、ガラス製のアンプルを破壊した。アンプルを破壊した後、所定の電圧（４Ｖ）に達するまでの時間（立上り時間）を測定した。
得られた結果を、図８に示す。
【００４０】
図８に示されるように、電池が回転することが必要な従来電池１（曲線Ｄ）では、電池電圧は、所定の電圧（４Ｖ）にまで達していなかった。
比較電池１（曲線Ｃ）では、４Ｖにまで達するのに、１０ｍｓ以上要するのに、電池１（曲線Ｂ）および電池２（曲線Ａ）では、５ｍｓ以内で、４Ｖまで立ち上がった。このように、注液路の横断面積の合計を、アンプルの横断面積の１５〜９０％になるようにすることにより、電池を回転させなくても、注液速度を向上させる、つまり所定の電圧までの立ち上がり時間を短縮することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明により、回転しない場合においても、発射の衝撃のみで、短時間で活性化させることのできる従来よりも小型の注液式電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態にかかる注液式電池を正面から見たときの縦断面を概略的に示す図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる注液式電池を側面から見たときの縦断面を概略的に示す図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる注液式電池に用いられる発電部を概略的に示す縦断面図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる注液式電池に用いられる連結部を概略的に示す上面図である。
【図５】本発明の別の実施形態にかかる注液式電池に用いられる連結部を概略的に示す上面図である。
【図６】実施例１で用いた比較電池１を正面から見たときの縦断面を概略的に示す図である。
【図７】実施例１で用いた比較電池１を側面から見たときの縦断面を概略的に示す図である。
【図８】電池１〜２、比較電池１または従来電池１の電池電圧の経時変化示すグラフである。
【図９】従来の注液式電池を概略的に示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０、６０、９０  注液式電池
１１  ケース
１２  構造体
１３  第１収容部
１４  第２収容部
１５、９５  アンプル
１６、９３  発電部
１７  連結部
１８  アンプル破壊機構
１９、６１  注液路
２０  仮蓋
２１ａ、２１ｂ  出力端子
２２ａ、２２ｂ  リード線
２３  蓋
２４  排気路
３１  セパレータ
３２  極板
３２ａ  基材
３２ｂ  正極
３２ｃ  負極
３３  単セル
４１  アンプルの横断面の範囲を示す円
４２  排気孔
５１  網状部材
９１  外装ケース
９２  内ケース
９４  中央空洞部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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