(57)【要約】【課題】発射衝撃が加えられた際に、迅速に活性化し、かつ安定した出力特性を有する注液式電池を提供する。【解決手段】注液式電池は、複数の単セルからなる発電部と、電解液を封入したアンプルと、前記発電部と前記アンプルとを隔離する隔離板と、を備え、発射衝撃が加えられる方向に対して、発電部、隔離板、およびアンプルの順に配され、隔離板は、電解液を発電部に注入する少なくとも１つの注液孔を有し、発電部を構成する複数の単セルは、発射衝撃が加えられる方向に対して内側に傾斜して積層され、各単セルは、アンプル側の端面において、電解液が流入する凹部を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の中空部を有する第１のスペーサと、
前記第１の中空部に配され、電解液を封入したアンプルと、
前記第１のスペーサの下部に配され、第２の中空部を有する発電部と、
前記第２の中空部に配された第２のスペーサと、を備え、
前記発電部は、複数の単セルを含み、
前記発電部を構成する複数の単セルは、発射衝撃が加えられる方向に対して内側に傾斜するように積層され、
各単セルの前記アンプル側の端面は、前記第１のスペーサの下部において前記第１の中空部に露出し、かつ前記電解液が流入する凹部を有し、
前記発電部の最上部に位置する単セルの傾斜面上に、前記第１のスペーサが配され、
前記第１の中空部を塞ぎ、前記アンプルと前記発電部とを隔離する隔離板が設けられ、
前記第２のスペーサは、前記隔離板の中央部を支持し、
前記隔離板は、前記電解液を前記発電部に注入する注液孔を有することを特徴とする注液式電池。
【請求項２】
前記隔離板は中央に挿入孔を有する網状部材からなり、
前記第２のスペーサは前記アンプル側に突起部を有し、
前記突起部が前記挿入孔に挿入され、前記隔離板よりも前記アンプル側に突出する請求項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、注液式電池に関し、さらに詳しくは、注液式電池の発電部に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の注液式電池を図４を参照しながら説明する。図４は、従来の注液式電池の縦断面図である。
外装ケース３１の内部には、押さえ板３４とスペーサ３５との間に挟まれた発電部３６が収容されている。外装ケース３１の開口部は、端子ピン３２ａ、３２ｂを設けた電池蓋３３により封口されている。押さえ板３４、スペーサ３５、および発電部３６からなる積層体には中央部に空洞部３７が設けられている。発電部３６は、空洞部３７に対応する穴を有する単セル複数個の積層体からなる。空洞部３７には、電解液３８を封入したアンプル３９が配置されている。空洞部３７の上部および下部には、電解液３８が外部へ漏れないように鉄板４０ａおよび４０ｂがそれぞれ配されている。
【０００３】
外装ケース３１とスペーサ３５および発電部３６との隙間には、端子ピン３２ａ、３２ｂと発電部３６とを接続するリード線４１ａ、４１ｂが配されている。そして、外装ケース３１と押さえ板３４、スペーサ３５、および発電部３６との隙間およびスペーサ３５の上部に樹脂４２が充填されている。よって、リード線４１ａ、４１ｂおよび空洞部３７の上部に配された鉄板４０ａは樹脂４２で埋め込まれている。
【０００４】
上記注液式電池が飛翔体に搭載される場合、飛翔体の発射の際に、図１の矢印の方向に電池に発射衝撃が加えられる。このとき、アンプル３９は空洞部３７の底部に衝突して破壊される。その後、飛翔体が回転することにより、電池に旋回力が与えられると、アンプル３９の破壊により外部に飛散した電解液３８は、遠心力によりアンプル３９の周囲に配された発電部３６に流入する。このようにして、電池が活性化する。
【０００５】
従って、飛翔体が発射されてから回転し始めるまでの間、電解液３８が発電部３６に流入せず、電池が活性化しない。このため、飛翔体が発射されてから電池が活性化するまでに時間を要する。
【特許文献１】特開２００３−６８３１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、上記従来の問題を解決するため、発射衝撃が加えられた際、迅速に活性化し、かつ安定した出力特性を有する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】
【０００７】
本発明の注液式電池は、
第１の中空部を有する第１のスペーサと、前記第１の中空部に配され、電解液８を封入したアンプルと、前記第１のスペーサの下部に配され、第２の中空部を有する発電部と、
前記第２の中空部に配された第２のスペーサと、を備え、
前記発電部は、複数の単セルを含み、
前記発電部を構成する複数の単セルは、発射衝撃が加えられる方向に対して内側に傾斜するように積層され、
各単セルの前記アンプル側の端面は、前記第１のスペーサの下部において前記第１の中空部に露出し、前記電解液が流入する凹部を有し、
前記発電部の最上部に位置する単セルの傾斜面上に、前記第１のスペーサが配され、
前記第１の中空部を塞ぎ、前記アンプルと前記発電部とを隔離する隔離板が設けられ、
前記第２のスペーサは、前記隔離板の中央部を支持し、
前記隔離板は、前記電解液を前記発電部に注入する注液孔を有することを特徴とする。
【０００８】
前記隔離板は中央に挿入孔を有する網状部材からなり、前記第２のスペーサは前記アンプル側に突起部を有し、前記突起部が前記挿入孔に挿入され、前記隔離板よりも前記アンプル側に突出するのが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、発射衝撃が加えられた際、迅速に活性化し、かつ安定した出力特性を有する注液式電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の注液式電池の一例を図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の注液式電池の縦断面図である。
有底円筒状の外装ケース１は、例えば金属で構成されており、端子ピン２ａおよび２ｂを設けた例えばフェノール樹脂製の電池蓋３により外装ケース１の開口部が封口されている。
【００１１】
外装ケース１の内部には、第１の中空部７を有する第１のスペーサ５と、第１の中空部７に配され、電解液８を封入したアンプル９と、第１のスペーサ５の下部に配され、第２の中空部１４を有する発電部６と、第２の中空部１４に配された三角錐状の第２のスペーサ４とが収容されている。三角錐の頂部は、後述する突起部１６として機能する。
【００１２】
発電部６は、第２の中空部１４に対応する開口を中央に有する円盤状の複数の単セル１３を含む。発電部６は、断面形状が台形の筒状であり、アンプル９側上面は第１の中空部の下部において発射衝撃が加えられる方向に対して垂直な平面となるように形成され、外装ケース１側面は外装ケース１の内面（発射衝撃が加えられる方向）に沿うように形成されている。発電部６を構成する複数の単セル１３は、発射衝撃が加えられる方向（図１に示す矢印の方向）に対して内側に傾斜するように、すなわち外周から中央にかけてアンプル９側に傾斜するように積層されている。各単セル１３のアンプル９側の端面は、第１のスペーサ５の下部において中空部７に露出し、電解液８が流入する後述する凹部２６を有する。発電部６の最上部に位置する単セル１３の傾斜する側面上に、第１のスペーサ５が配されている。
【００１３】
第１の中空部７内に、第１の中空部７を塞ぎ、アンプル９と発電部６とを隔離する隔離板１５が設けられている。すなわち、発射衝撃が加えられる方向（図１中の矢印の方向）に対して、発電部６、隔離板１５、およびアンプル９の順に配される。第２のスペーサ４は、第１のスペーサ５の下部において第１の中空部７に露出し、かつ隔離板１５は中央に挿入孔１５ａを有する例えばステンレス鋼製の網状部材からなる。網状であるため、発射衝撃によりアンプル９が破壊された際、電解液８は隔離板１５の網目を通過して発電部６に流入する。
【００１４】
第２のスペーサ４はアンプル９側に突起部１６を有する。突起部１６が挿入孔１５ａに挿入されることにより、第２のスペーサ４は隔離板１５の中央部を支持する。突起部１６は隔離板１５よりもアンプル９側に突出する。これにより、発射衝撃が電池に加えられた際に、アンプル９は突起部１６に衝突し、アンプル９が破壊される。
アンプル９の破片が発電部６に達するのを抑制すると同時に、電解液８が迅速に隔離板１５を通過することができるという観点から、隔離板１５を構成する網状部材の網目の大きさは、０．５〜３．５ｍｍが好ましい。
また、網状部材の厚さは、例えば、０．５〜２ｍｍである。
【００１５】
ここで、図２は発電部６の一部を断面とした正面図であり、図３は単セル１３を含む発電部６の要部断面図である。
発電部６は極板２５とセパレータ２４とを交互に積層することにより構成されている。
発電部２を構成する単セル１３は、例えば二酸化鉛からなる正極２３と、例えば鉛からなる負極２１と、正極２３および負極２１の間に空隙を形成して配されるセパレータ２４とからなる。単セル１３間には導電性を有する基板２２が配され、この基板２２により各単セル１３は直列に接続されている。
極板２５を構成する負極２１、基板２２および正極２３は、中央に第２の中空部４に対応する開口を有する円盤状であり、発射衝撃が加えられる方向に対して内側に傾斜する、すなわち外周から中央にかけてアンプル９側に傾斜する。
【００１６】
リング状のセパレータ２４は、正極２３の外周縁部と負極２１の外周縁部との間に配され、正極２３、負極２１およびセパレータ２４により、電解液８が流入する環状の凹部２６が形成されている。そして、発電部６は、各単セル１３の凹部２６を有する端面がアンプル９に対向するように配されている。すなわち、発電部６は、各単セル１３の凹部２６の開口部が中空部７に露出するように配されている。
【００１７】
各凹部２６は、アンプル９の下方にて開口し、発射衝撃が加えられる方向に対して内側に傾斜している。すなわち、各凹部２６は、上方の開口部から下方の底部に向かうにつれて外側に広がるように傾斜している。このため、飛翔体の発射の際に、電解液８が凹部２６内に確実に流入する。また、飛翔体が回転した後において、注液式電池に遠心力が生じた際、発電部６の凹部２６内に電解液８が確実に保持され、凹部２６から電解液８が飛散することがない。
【００１８】
また、発電部６のアンプル９側端面は、第１のスペーサ５および第２のスペーサ４で囲まれているため、発射衝撃が加えられた際に、アンプル９が破壊されて、外部に飛散した電解液８は、発電部６のアンプル９側端面に形成された凹部２６に確実に流入する。
上記構成とすることにより、飛翔体の発射時に迅速に活性化し、かつ安定した出力特性を有する注液式電池が得られる。
【００１９】
セパレータ２４の厚さ（即ち、正極２３と負極２１との距離）は、例えば０．２〜１．５ｍｍである。極板２５の積層方向の厚さは、例えば０．１〜０．２ｍｍである。
発射衝撃が加えられる方向に垂直な面に対する発電部の傾斜角度（図２中に示す傾斜角度θ）は、３０〜６０°であるのが好ましい。上記傾斜角度θが３０°未満であると、電解液が流入しにくい。一方、上記傾斜角度θが６０°を超えると、飛翔体が回転し遠心力が生じた際に電解液が飛散しやすい。
【００２０】
空洞部７の上部には、電解液８が外部へ漏れないように鉄板１０が配されている。外装ケース１とスペーサ５および発電部６との隙間には、端子ピン２ａおよび２ｂと発電部６とを接続するリード線１１ａおよび１１ｂが配されている。そして、外装ケース１と押さえ板４、スペーサ５、および発電部６との隙間およびスペーサ５の上部に樹脂１２が充填されている。すなわち、リード線１１ａ、１１ｂおよび中空部７の上部に配された鉄板１０は樹脂１２で埋め込まれている。また、樹脂１２は外装ケース１を封口するための電池蓋３を接着する役割も兼ねている。第１のスペーサ５には、例えば、ポリエチレン、塩化ビニル樹脂、またはフッ素樹脂が用いられる。第２のスペーサ４には、例えばステンレス鋼が用いられる。
【００２１】
以下、本発明の注液式電池の作動について説明する。注液式電池が飛翔体に搭載される場合、飛翔体の発射により図１の矢印の方向に電池に発射衝撃が加えられると、アンプル９は隔離板１５より突出する突起部１６に衝突して破壊される。このとき、電解液は下方に移動し、隔離板１５を通過して、発電部６の凹部２６に流入する。これにより、発射衝撃が加えられる際に、電圧が発生し、電池が迅速に活性化する。その後、飛翔体が回転し始め、電池に旋回力が与えられ、遠心力により電解液８は発電部６の外周側に移動しようとする。このとき、発電部６を構成する各単セル１３内の凹部２６が発射衝撃が加えられる方向に対して内側に傾斜している、すなわち上方から下方に向かうにつれて外側に広がるように傾斜しているため、飛翔体が回転した後においても、発電部６の凹部２６内に電解液が確実に保持される。
【００２２】
上記構成は、隔離板１５に網状部材を用いた場合を示すが、これ以外にも、隔離板１５は発射衝撃が加えられてアンプル９が破壊された際に、電解液８を発電部６に注入することが可能な注液孔を少なくとも１つ有する板状部材であればよい。
また、上記のように隔離板１５が網状部材である場合、アンプル９を破壊するためのアンプル破壊機構として突起部１６が設けられたが、隔離板１５が上記板状部材であり、アンプル９の衝突に対して十分な強度を有し、アンプル９を隔離板１５に衝突させて破壊することが可能である場合は、隔離板１５の上部に突起部１６を設けなくてもよい。
【実施例】
【００２３】
以下に、本発明の実施例を詳細に説明する。しかし、本発明はこれらの実施例に限定されない。
《実施例１》
上記図１に示す本発明の注液式電池を作製した。極板２５には、ニッケル基板２２の一方の面に鉛粉を活物質とする負極２１を配し、他方の面に二酸化鉛を活物質とする正極２３を配したものを用いた。極板の厚さは０．１５ｍｍであった。電解液８には、過塩素酸水溶液を用いた。
【００２４】
上記で得られた５枚の極板２５をそれぞれ所定の形状に切断加工し、極板２５の外周側端縁部に、セルロース製の断面形状が菱形のリング状セパレータ２４（厚さ０．５ｍｍ）を配して、４個の単セル１３を含む発電部６を構成した。
【００２５】
《比較例１》
上記図４に示す従来の注液式電池を作製した。中央に空洞部３７を有する発電部３６は、空洞部３７を形成する開口を有する円盤状の極板と、リング状のセパレータとを交互に積層して構成した。極板には、ニッケル基板の一方の面に鉛粉を活物質とする負極を配し、他方の面に二酸化鉛を活物質とする正極を配したものを用いた。このような極板を用いて、正極、負極、およびセパレータからなる単セルを構成した。このとき、セパレータは極板の外周縁部にのみ配し、セパレータと極板とで空洞部３７に開口する凹部を形成した。電解液３８には、過塩素酸水溶液を用いた。空洞部３７内にアンプル３９を配した。このとき、極板は５枚用い、４個の単セルを構成した。
【００２６】
上記で作製した実施例１および比較例１の電池を５個ずつ準備した。常温にて、図１および４中に示す矢印の方向から電池に１５０００Ｇの衝撃を加えてアンプルを破壊した。このとき、０．０３秒以内に電圧が４Ｖまで立ち上がり、活性化した電池の数を調べた。その結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】
2008047433.tif 000003
【００２８】
実施例１では、発電部がアンプルの下方に配されているため、電池に上記衝撃を加えた際に、全ての電池が活性化した。
これに対して、比較例１では、発電部がアンプルの周囲に配されているため、上記衝撃を電池に加えただけでは、いずれの電池も活性しなかった。
また、上記衝撃を加えた後、実施例１の電池を２５０００ｒｐｍの回転速度で回転させた。このとき、電解液は発電部内に保持され、安定した電圧挙動が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明の注液式電池は高信頼性を有し、飛翔体に搭載する電源として好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る注液式電池の一例を示す縦断面図である。
【図２】図１の発電部の一部を断面とした正面図である。
【図３】図１の発電部の要部断面図である。
【図４】従来の注液式電池の縦断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  外装ケース
２ａ、２ｂ  端子ピン
３  電池蓋
４  第２のスペーサ
５  第１のスペーサ
６  発電部
７  第１の中空部
８  電解液
９  アンプル
１０ａ、１０ｂ  鉄板
１１ａ、１１ｂ  リード線
１２  樹脂
１３  単セル
１４  第２の中空部
１５  隔離板
１５ａ  挿入孔
１６  突起部
２１  負極
２２  基板
２３  正極
２４  セパレータ
２５  極板
２６  凹部
【図１】
2008047433.tif 000004
【図２】
2008047433.tif 000005
【図３】
2008047433.tif 000006
【図４】
2008047433.tif 000007