(57)【要約】【課題】金属部が交換可能な金属−空気電池の交換を容易にし、安全性をより確実なものにすること。【解決手段】空気を正極とし、かつ、負極となる金属部１０を含む金属−空気電池用のケース２００には、金属−空気電池の金属部１０が通過可能な出入口（２２０ａ、２２０ｂ）が一部に形成された筐体２１０と、筐体２１０内に設けられ、金属部１０を収納する収納部２５０とを備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を正極とし、かつ、負極となる金属部を含む金属−空気電池のためのケースであって、
前記金属−空気電池の前記金属部が通過可能な出入口が一部に形成された筐体と、
前記筐体内に設けられ、前記金属部を収納する収納部とを備えた金属−空気電池用ケース。
【請求項２】
前記筐体は、略直方体の形状をしている請求項１に記載の金属−空気電池。
【請求項３】
前記金属−空気電池の外形は、略矩形の板状形状を有しており、
前記出入口は、前記略矩形の短辺に対応した寸法を有している請求項１または２に記載の金属−空気電池用ケース。
【請求項４】
さらに、前記金属部を前記出入口から押出す押出し手段を備えている請求項１から３の何れかに記載の金属−空気電池用ケース。
【請求項５】
前記収納部は、複数の前記金属部を収納可能な構造を有している請求項１から４の何れかに記載の金属−空気電池用ケース。
【請求項６】
前記出入口は、少なくとも２つ形成されており、
第１の出入口に、使用済みの金属−空気電池の前記金属部が挿入され、
第２の出入口から、未使用の金属−空気電池の前記金属部が押出される請求項１から５の何れかに記載の金属−空気電池用ケース。
【請求項７】
前記出入口は、１つであり、
さらに、前記筐体内に収納された前記金属−空気電池の前記金属部を移動または回転する手段を備えている請求項１から５の何れかに記載の金属−空気電池用ケース。
【請求項８】
前記出入口を遮蔽する遮蔽板が形成されており、
前記遮蔽板によって前記出入口が遮蔽されている場合、前記筐体は密閉状態となる請求項１から７の何れかに記載の金属−空気電池用ケース。
【請求項９】
空気を正極とし、かつ、負極となる金属部を備えた金属−空気電池であって、
前記金属−空気電池の外観となる筐体部は、略直方体の形状を有しており、
前記金属部は、前記筐体部から取り出し可能であり、
前記略直方体の筐体部は、第１の面と、前記第１の面に対向する第２の面と、前記第１の面および第２の面の外縁に接する第３の面とから構成されており、
前記第１の面および前記第２の面の何れか一方に、前記正極に電気的に接続された正極端子が形成されており、かつ、前記一方に対する他方の面に、前記負極に電気的に接続された負極端子が形成されている金属−空気電池。
【請求項１０】
前記金属部は、多孔質亜鉛から構成され、略矩形の形状を有する亜鉛板である請求項９に記載の金属−空気電池。
【請求項１１】
請求項９に記載の金属−空気電池を内蔵するための電池収納部と、
前記電池収納部に配置される前記金属−空気電池に電気的に接続される制御回路とを備えた携帯用電子機器。
【請求項１２】
前記携帯用電子機器は、通話機能を有する携帯電話である請求項１１に記載の携帯用電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属−空気電池用ケース、金属−空気電池、および、金属−空気電池を用いる携帯用電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の携帯電話の普及にともなって、携帯電話の種々の能力ないし特性の向上が求められている。最近における携帯電話の多機能化（例えば、フルカラー表示、電子メール送受信能力、写真撮影・保存能力および写真送信能力など）は目覚ましいものがあるが、そのような機能だけでなく、携帯電話をできるだけ長時間使用したいというニーズもあると予想される。
【０００３】
確かに、今日普及している携帯電話のほとんどは、何度も充電することが可能な二次電池を使用するものであり、頻繁に充電を行えば、特に問題なく携帯電話を長時間使用することも可能であるため、そのニーズは満たされていると言えるかもしれない。しかし、頻繁に充電を行うことの煩雑さ、長期旅行等による充電の機会が少ない場合の対応、長時間の電話や写真撮影等によって電力を多く消費する場合のことを考慮すると、一回の充電で、より長時間使用できる携帯電話が登場すれば、その特徴だけで、魅力ある携帯電話になるものと思われる。
【０００４】
携帯電話に使用される電池の容積を大きくして、一回の充電で、携帯電話の使用時間を長くしようとする手法自体は可能であるものの、携帯電話では、二次電池を搭載する部位の大きさは制限されており、それゆえ、その手法を採用することは難しい。
【０００５】
また、携帯電話では、限られた筐体内の空間に多数の部品を配置しているため、レイアウトに常に余裕がない構造となっている。その中で、二次電池が占める割合は、携帯電話内でもかなり大きなものであり、それゆえに、二次電池が占める空間をもっと多く確保して、携帯電話の使用時間を長くするという手法は現実的ではない。
【０００６】
そのような状況の下で、本願発明者は、携帯電話の使用時間を長くできる別の新しい手法を模索していたところ、二次電池だけでなく、一次電池を積極的に利用できないかということを考え、その考えをさらに発展させた形態について熟考を重ねた。
【０００７】
なお、一次電池と二次電池とを並列に接続して組電池としたものとしては、特許文献１を挙げることができる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平６−７８４６５号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１では、携帯用電子機器に組電池回路を使用した構成を開示しており、そして、その組電池回路の一次電池として亜鉛−空気電池、二次電池としてニッケル−カドミウム（Ｎｉ−Ｃｄ）電池を用いた組み合わせ例が、最適な組電池として記載されている。より詳細には、亜鉛−空気電池を６セル、Ｎｉ−Ｃｄ電池を５セルつなげた放電特性を示す例も開示されている。
【００１０】
この特許文献１によれば、確かに、亜鉛−空気電池を一次電池として用いることが開示されているが、単にそれにとどまっている。すなわち、亜鉛−空気電池（単に「空気電池」と呼ぶ場合もある）は、典型的には、ボタン型電池の形態をしているのであるが、当該文献では、亜鉛−空気電池の構造に改良を加えることは考慮されておらず、単に通常の亜鉛−空気電池を使用することについて記載されている。
【００１１】
本発明は上記の点を踏まえてなされたものであり、その主な目的は、空気電池の典型的な構成であるボタン型とは異なる、新たな構成を有する金属−空気電池、および、その金属−空気電池の交換や安全性をより確実にすることができる金属−空気電池用ケースを提供することある。また、本発明の他の目的は、金属−空気電池を用いる携帯用電子機器および携帯電話を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の金属−空気電池用ケースは、空気を正極とし、かつ、負極となる金属部を含む金属−空気電池のためのケースであり、前記金属−空気電池の前記金属部が通過可能な出入口が一部に形成された筐体と、前記筐体内に設けられ、前記金属部を収納する収納部とを備えている。
【００１３】
ある好適な実施形態において、前記筐体は、略直方体の形状をしている。
【００１４】
ある好適な実施形態において、前記金属−空気電池の外形は、略矩形の板状形状を有しており、前記出入口は、前記略矩形の短辺に対応した寸法を有している。
【００１５】
前記金属−空気電池用ケースは、さらに、前記金属部を前記出入口から押出す押出し手段を備えていることが好ましい。
【００１６】
ある好適な実施形態において、前記収納部は、複数の前記金属部を収納可能な構造を有している。
【００１７】
ある好適な実施形態において、前記出入口は、少なくとも２つ形成されており、第１の出入口に、使用済みの金属−空気電池の前記金属部が挿入され、第２の出入口から、未使用の金属−空気電池の前記金属部が押出される。
【００１８】
ある好適な実施形態において、前記出入口は１つであり、さらに、前記筐体内に収納された前記金属−空気電池の前記金属部を移動または回転する手段を備えている。
【００１９】
ある好適な実施形態では、前記出入口を遮蔽する遮蔽板が形成されており、前記遮蔽板によって前記出入口が遮蔽されている場合、前記筐体は密閉状態となる。
【００２０】
本発明の金属−空気電池は、空気を正極とし、かつ、負極となる金属部を備えた金属−空気電池であって、前記金属−空気電池の外観となる筐体部は、略直方体の形状を有しており、前記金属部は、前記筐体部から取り出し可能であり、前記略直方体の筐体部は、第１の面と、前記第１の面に対向する第２の面と、前記第１の面および第２の面の外縁に接する第３の面とから構成されており、前記第１の面および前記第２の面の何れか一方に、前記正極に電気的に接続された正極端子が形成されており、かつ、前記一方に対する他方の面に、前記負極に電気的に接続された負極端子が形成されている。
【００２１】
ある好適な実施形態において、前記金属部は、多孔質亜鉛から構成され、略矩形の形状を有する亜鉛板である。
【００２２】
本発明の携帯用電子機器は、上記金属−空気電池を内蔵するための電池収納部と、前記電池収納部に配置される前記金属−空気電池に電気的に接続される制御回路とを備えている。
【００２３】
ある好適な実施形態において、前記携帯用電子機器は、通話機能を有する携帯電話である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本願発明者は、より長時間使用することができる携帯電話または携帯用電子機器を実現すべく、一次電池として、従来の構成と異なる新たな構成を持った金属−空気電池を用いることを検討していた。本願発明者が検討した金属−空気電池は、負極である金属部が交換可能な構成を有するものであり、この構成にすることにより、金属部だけを交換することで、使用済みの電池を、新たに新品と同じ容量を持つ電池にすることができる。さらに、この構成の金属−空気電池は、容量が無くなった電池のうち、使用可能な部品（具体的には、負極を除く部位）をそのまま再使用するので、リサイクルの点からも利点が大きい。
【００２５】
交換用（未使用）の金属部は、空気に接触すると酸化してしまうので、それゆえ、交換時までは空気に接触させてはならない。また、使用済みの金属部も、使用中は電解液に接触していたので、当該金属部の表面が他のモノに接触しないようにすることが好ましい。つまり、安全性の観点から、金属部の表面が外部に露出しない状態で回収できることが好ましい。
【００２６】
しかしながら、そもそも、金属部を取り出して交換できるような構成の金属−空気電池が新しいものであるため、そのようなことをどのような手法で達成できるか、新たに考え出す必要があった。本願発明者は、それを金属−空気電池用のケースを用いて達成することを考案し、本発明に至った。
【００２７】
以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示している。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００２８】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る金属−空気電池用ケースおよび金属−空気電池を説明する前に、図１１を参照しながら、今日普及している携帯電話およびその充電の様式を簡単に説明する。
【００２９】
図１１に示すように、今日普及している携帯電話１０００は、スピーカ部１４１０や液晶表示部１４２０などが設けられた本体部１５００と、本体部１５００内に収納された電池１１００と、電池１１００に電気的に接続される制御回路１２００と、安全保護回路（セーフティユニット；ＳＵ）１３００とを備えている。電池１１００は、リチウムイオン二次電池であり、アダプタ（ＡＣ／ＤＣアダプタ）１６００および安全保護回路１３００を介して、商用電源（ＡＣ１００Ｖ）１８００にて充電することが可能である。安全保護回路１３００は、過充電および過放電が生じないように電池電圧を監視し、所定の範囲内に電圧を維持する機能を有している。リチウムイオン二次電池である電池１１００は、使用とともに放電していき、所定の使用時間が経過すると、電池容量の低下により、携帯電話１０００は、再充電しなければ使用できなくなる。
【００３０】
上記図１１に示した携帯電話１０００では、一次電池は用いられていなかったが、一次電池を利用する携帯電話１００を図２に示す。
【００３１】
図２に示した携帯電話１００は、例えば画像表示部（液晶表示部または有機ＥＬ表示部など）やスピーカ部を備えた本体部１５０と、本体部１５０に収納された電池部（または、電源）１３０とを備えている。ここで、電池部１３０は、一次電池１１０と二次電池１２０とが組み合わされて構成されている。図２に示した一次電池１１０は、金属−空気電池（例えば、亜鉛−空気電池）である。
【００３２】
図３は、金属−空気電池（例えば、亜鉛−空気電池）１１０の構成を模式的に示している。図３に示した金属−空気電池１１０は、負極となる金属部１０を含んでおり、かつ、この金属部１０は、取り出し可能となっている。この点が、亜鉛−空気電池の典型的な構成であるボタン型の構成とは基本的に異なる構成となっている。図３に示した金属−空気電池における金属部１０以外の構成は、後述する。
【００３３】
図１は、金属−空気電池用ケース２００の構成を模式的に示している。本実施の形態１の金属−空気電池用ケース２００は、空気を正極とし、かつ、負極となる金属部を含む金属−空気電池のためのケースであり、図３に示した金属−空気電池１１０の金属部１０を交換するために用いられる。
【００３４】
図１に示した金属−空気電池用ケース２００は、金属−空気電池１１０の金属部１０が通過可能な出入口２２０（２２０ａ、２２０ｂ）が一部に形成された筐体２１０から構成されており、筐体２１０内には、金属部１０を収納する収納部２５０が設けられている。
【００３５】
本実施の形態１における筐体２１０は、略直方体の形状をしており、出入口２２０（２２０ａ、２２０ｂ）は、金属部１０の一辺の長さに対応した寸法を有している。例えば、金属部１０が略矩形の板状形状を有する場合、出入口２２０（２２０ａ、２２０ｂ）は、略矩形の短辺（すなわち、幅）に対応した寸法を有している。
【００３６】
図１に示した金属−空気電池用ケース２００では、出入口２２０は、２つ（２２０ａ、２２０ｂ）形成されている。出入口２２０ａには、使用済みの金属−空気電池１１０の金属部１０が挿入され（矢印２６１参照）、一方、出入口２２０ｂからは、未使用の金属−空気電池１１０の金属部１０が押出される（矢印２６２参照）。筐体２１０内には、収納部２５０に収納されている金属部１０を出入口２２０ｂから押出す、押出し手段２６０が設けられている。押出し手段２６０の動作をオンにするスイッチを押すことにより、収納部２５０内の金属部１０は、外部へと出てくる。スイッチは、筐体２１０の表面に配置されていてもよいし、リモコンのスイッチを用いてもよい。
【００３７】
押出し手段２６０は、例えば、バネと押し棒とから構成され、予め縮められた状態のバネに押し棒を取り付けた状態にし、バネの弾性を用いて押し棒にて金属部１０を押出すことができる。
【００３８】
図４（ａ）および（ｂ）は、押出し手段２６０の一例を示している。なお、図４（ａ）は、押出し前の状態で、図４（ｂ）は、押出し後の状態である。
【００３９】
図４に示した押出し手段２６０は、金属部１０を押出すロッド２８２と、ロッド２８２を通したバネ２８６とから構成されている。ロッド２８２の一端には、金属部１０の底面に接する部位２８３が形成されており、また、ロッド２８２の中央部は、支持部２８４内を貫通している。また、バネ２８６は、支持部２８４と部位２８３との間に配置されている。図４（ａ）に示した状態では、ロッド２８２の他端は、スイッチボタン２８１に連動するスイッチ機構２８０によって固定されており、そして、バネ２８６は縮められた状態になっている。スイッチボタン２８１を押すと、図４（ｂ）に示すように、スイッチ機構２８０はロッド２８２を離し、次いで、バネ２８６の弾性によって金属部１０が矢印２６２の方向に押出される。つまり、出入口２２０ｂから金属部１０が押出されることになる。
【００４０】
また、押出し手段２６０に加えて、使用済みの金属部１０を金属−空気電池用ケース２００内に引き入れる引き入れ手段（不図示）を設けるようにしてもよい。引き入れ手段を設けると、ユーザーの手が金属部１０に接触することなく、金属−空気電池用ケース２００内に収納させることが容易になる。引き入れ手段は、例えば、金属部１０を把持する金属部把持機構と、金属部把持機構を引き込むためのバネおよびロッドとから構成することができる。なお、引き入れ手段の動作をオンにするスイッチを設けることも可能である。
【００４１】
図５（ａ）および（ｂ）は、引き入れ手段２７０の一例を示している。なお、図５（ａ）は、引き入れ前の状態で、図５（ｂ）は、引き入れ後の状態である。
【００４２】
図５に示した引き入れ手段２７０は、金属部１０を把持する金属部把持機構２９８と、金属部１０を引き込むロッド２９２と、ロッド２９２を通したバネ２９６とから構成されている。金属部把持機構２９８は、ロッド２９２の一端に設けられており、ロッド２９２の中央部は、支持部２９４内を貫通している。また、バネ２９６は、支持部２９４と金属部把持機構２９８との間に配置されており、図５（ａ）に示した状態では、バネ２９２はのばされた状態になっている。ロッド２９２の他端は、スイッチボタン２９１に連動するスイッチ機構２９０によって固定されている。スイッチボタン２９１を押すと、図５（ｂ）に示すように、スイッチ機構２９０はロッド２９２を離し、次いで、バネ２９６の弾性によって金属部１０が矢印２６１の方向に引き込まれる。つまり、出入口２２０ａから金属部１０が引き込まれることになる。
【００４３】
図１に示すように、筐体２１０の出入口２２０ａ、２２０ｂのそれぞれには、遮蔽板２２１が設けられており、遮蔽板２２１が出入口２２０ａ、２２０ｂを遮蔽した場合、筐体２１０は密閉状態となる。これにより、金属−空気電池用ケース２００の内部を、外部から遮断することができるので、金属−空気電池用ケース２００内に収納された金属部１０をより完全に保護することができる。具体的には、不意な衝撃が加わったときでも、金属部１０が外部に出ることを防止することができ、加えて、ユーザーが金属−空気電池用ケース２００の表面を適当に触ったとしても、ユーザーの手が金属部１０に接触することを防止することができる。
【００４４】
本実施の形態１の金属−空気電池用ケース２００の好適な構成を例示的に説明すると次の通りである。筐体２１０は、例えばプラスチック（ポリカーボネートなど）から構成されており、その筐体２１０の厚さ（肉厚）は、例えば５〜１０ｍｍである。筐体２１０の高さｈ、幅ｗ、長さｌは、それぞれ、５〜１０ｍｍ、５０〜６０ｍｍ、および５０〜６０ｍｍである。出入口２２０の幅Ｗは、例えば３０〜４０ｍｍである。なお、金属部１０の寸法の一例を示すと、例えば、長さ４０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ１ｍｍである。
【００４５】
なお、図１に示した金属−空気電池用ケース２００では、略直方体のひとつの面（図中、正面）に、挿入用出入口２２０ａと押出し用出入口２２０ｂとを設けたが、正面に挿入用出入口２２０ａを設ける一方で、裏面（すなわち、正面に対向する面）に押出し用出入口２２０ｂを設けてもよい。さらには、正面および裏面の両方に、挿入用出入口２２０ａおよび押出し用出入口２２０ｂの２つの出入口を設けてもよい。また、金属−空気電池用ケース２００内の収納部２５０は、複数の金属部（複数枚の金属板）１０を収納できるように構成されていてもよい。
【００４６】
図１に示した金属−空気電池用ケース２００は、図６に示した金属−空気電池用ケース３００のように改変することも可能である。図６に示した金属−空気電池用ケース３００は、１つの出入口２２０だけが形成された筐体２１０を有するものであり、筐体２１０内には、収納部２５０および押出し手段２６０に加えて、収納部２５０内に位置する金属部１０を移動または回転させる手段２６５を備えている。金属−空気電池用ケース３００では、使用済みの金属部１０を出入口２２０に挿入した後、収納部２５０に納められている未使用の金属部１０を移動（例えば、上下移動または左右移動）または回転させ、次いで、押出し手段２６０にて、未使用の金属部１０を出入口２２０から押出すことによって、金属部１０の交換を行うことができる。
【００４７】
図１および図６では、略直方体（または、角柱）の金属−空気電池用ケース２００、３００を示したが、形状はこれに限定されず、ケースの形状は、略円柱でもよい。なお、略直方体とは、幾何学的な直方体に限らず、ケースとしての機能を発揮する上で問題なければ、直方体を構成する面と面との境界が丸くなっている形状や、正面および／または裏面の形状が長方形から或る程度ずれているものであってよい。また、略円柱のケースの場合、正面および／または裏面が真円のものだけでなく、例えば、楕円形や長円のものであってもよい。特に、金属部１０が板状の場合、出入口２２０は横長の形状となるので、図７に示すように、その横長に対応させた楕円形や長円の正面および／または裏面（上面および／または底面）を有する略円柱形状の金属−空気電池用ケース４００を作製することにも設計上の利点がある。
【００４８】
再び、図３を参照する。図３に示した金属−空気電池１１０は、反応式から理解できるように、金属を負極とし、酸素（すなわち、ここでは「空気」）を正極とする。金属部１０が亜鉛からなる場合の反応式を示すと、次の通りとなる。
【００４９】
正極：１／２Ｏ２＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ−  →  ２ＯＨ−
負極：Ｚｎ＋２ＯＨ−  →  ＺｎＯ＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ−
ここで、起電力は理論値で１．６５Ｖであり、実使用電圧で１．３Ｖを達成することができる。
【００５０】
金属部１０は、金属−空気電池１１０の本体部（筐体部）５０内に収納されており、本体部５０には、触媒層３６へ空気（より詳細には、空気のうちの酸素）を通す空気孔３０が設けられている。本実施の形態１では、空気孔３０を有する本体部５０の内側に、ガス拡散層３２、撥水巻３４、触媒層３６の各層が順に形成されている。これらガス拡散層３２、撥水巻３４、触媒層３６からなる部位が正極（空気極）として機能する。ガス拡散層３２は、例えばセルロース紙から、撥水巻３４は、例えば多孔性四フッ化エチレン樹脂から、そして、触媒層３６は、例えばマンガン酸化物とカーボンとの混合体から構成されている。
【００５１】
触媒層３６の内側には、セパレータ３８を介して、電解質４０が設けられており、電解質４０の中に金属部１０が配置されている。本実施の形態１において、電解質４０は、電解液であり、例えば、２５〜４０ｗｔ％の水酸化カリウム水溶液である。また、セパレータ３８は、例えば、セロハンから構成されている。
【００５２】
本実施の形態１において、金属部１０は、多孔性の亜鉛から構成されて板状の形状をしており、その一端には、金属部（亜鉛板）１０を取り出すときの取っ手となる把持部１６が設けられている。把持部１６は、金属部１０と同じ材料によって一体形成されてもよいし、金属部１０と異なる材料によって形成されてもよい。異なる材料で形成した場合、金属部１０を引き出す際に加えられる力に耐え得る強度を把持部１６に持たせることが容易にできる。また、金属部１０の把持部１６には、キャップ１８をかぶせてもよい。キャップ１８は、例えば、金属−空気電池１１０内の電解液４０が外へ漏れないようにする機能（シール機能、または、シーリング機能）を有している。また、把持部１６が金属からなる場合には、ショートするのを防ぐ機能を持たすこともできる。なお、キャップ１８に、把持部１６の機能（すなわち、取っ手の機能）を持たせてもよい。キャップ１８は、例えば、ポリプロピレンから構成することができる。
【００５３】
本体部（筐体部）５０には、正極端子１２が電気的に接続されており、そして、金属部１０には、負極端子１４が電気的に接続されている。本実施の形態１における本体部５０の形状は、略直方体であり、正極端子１２と負極端子１４とは互いに反対側の面に位置している。このように、正極端子１２と負極端子１４とを互いに対向する面に配置すると、単３または単４乾電池と同じような構成にすることができる。また、このような配置にすると、ショートする可能性を低下させることができるというメリットもある。すなわち、正極端子１２と負極端子１４とを同じ面に配置した場合には、正極端子１２と負極端子１４とが互いに近くに位置するので、小さな金属片でもショートが生じる可能性が高まるが、正極端子１２と負極端子１４とを互いに対向する面に配置した場合にはそのような問題を回避することができる。なお、ショートの問題を解決できるのであれば、正極端子１２と負極端子１４の両者を同じ側の面に配置することも可能である。
【００５４】
金属部１０を、矢印２０の方向に引き出したときには、金属−空気電池１１０から負極（金属部１０）はなくなり、ガス拡散層３２、撥水巻３４、触媒層３６の部位（空気極）および電解質４０のみが存在することになる。金属部１０は、金属−空気電池が発電しなくなった際に交換され、その後、新しい金属部１０が挿入される。なお、電解質４０が電解液からなるときには、金属部１０を引き出したときに、電解質（電解液）４０の液漏れが生じないような構成にすることが好ましい。
【００５５】
金属−空気電池１１０は、単数個（または単数枚）の使用だけでなく、図２に示すように、複数個（または複数枚）使用することも可能である。金属−空気電池１１０の１個（１枚）の起電力が例えば１．３Ｖだとすれば、金属−空気電池１１０を直列に接続すれば、２枚（２層）で２．６Ｖ、３枚で３．９Ｖの起電力を得ることができる。もちろん、枚数を重ねるほど、大きな起電力を得ることができる。また、並列に接続すれば、より長時間使用することが可能となる。
【００５６】
金属−空気電池１１０の一次電池と組み合わす二次電池としては、リチウムイオン二次電池が好ましい。これは、リチウムイオン二次電池が、二次電池の中でもエネルギー密度が高いからである。一般的に、リチウムイオン二次電池よりも、エネルギー密度が低いニッケル−カドミウム（Ｎｉ−Ｃｄ）電池を用いた場合では、使用時間が短く、実用的ではない。また、リチウムイオン二次電池は、ニカド電池、ニッケル水素電池の３本分の高電圧の能力を発揮できるというメリットもある。
【００５７】
本実施の形態１におけるリチウムイオン二次電池とは、リチウムイオンを電気化学的に吸蔵放出可能な材料を正極および負極の少なくとも一方に用いた電池のことをいう。例えば、正極がＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＣｏＯ２またはＬｉＮｉＣｏＭｎＯ２からなる電池が挙げられ、リチウムポリマー電池も含まれる。ここでのポリマー電池とは、リチウムイオン二次電池のうち、特に、ポリフッ化ビニリデンなどの高分子に電解液を含浸させてゲル状にしたものをいう。典型的なリチウムイオン二次電池としては、正極がコバルト酸リチウムからなり、負極が黒鉛からなり、電解液が有機電解液（例えば、炭酸エチレンと炭酸ジエチルが体積比１：１で混合された混合溶媒に、ＬｉＰＦ６を電解質として１ｍｏｌ／リットル溶解したもの）からなる電池を挙げることができる。リチウムポリマー電池としては、例えば、正極がフィルム上のコバルト酸リチウムで、負極が炭素、電解液がゲル状電解質のものが挙げられる。さらに、本実施の形態１におけるリチウムイオン二次電池には、負極として、リチウムと反応する合金を用いたものも含まれ、そのようなアロイ−リチウムイオン二次電池（Ａｌｌｏｙ  Ｌｉ−ｉｏｎ）に加えて、固体電解質リチウムイオン二次電池（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｃｅｌｌ）も含まれる。アロイ−リチウムイオン二次電池の負極は、例えば、Ｓｉ系合金またはＳｎ系合金からなる。また、固体電解質リチウムイオン二次電池は、固体状態の電解質を含む二次電池である。
【００５８】
ここで、各種二次電池のエネルギー密度を低い方から示すと、鉛蓄電池（Ｐｂ／Ｐｂ（ＳＯ４）２）、ニッケル−カドミウム電池（Ｎｉ−Ｃｄ）、ニッケル水素電池（Ｎｉ−ＭＨ）、リチウムイオン二次電池（Ｌｉ−ｉｏｎ）の順になる。さらに、リチウムイオン二次電池の中でも、負極に合金を使ったもの、電解質を固体にしたものの順にエネルギー密度は高くなっていく。
【００５９】
今日普及しているリチウムイオン二次電池は、電解液が有機電解液のものであるが、このリチウムイオン二次電池のエネルギー密度を「１００」としたとき、鉛蓄電池、ニッケル−カドミウム電池（ニカド電池）のエネルギー密度は約「２５」、ニッケル水素電池のエネルギー密度は約「５０」となる。可能性の話であるが、本願発明者の見込みで、アロイ−リチウムイオン二次電池のエネルギー密度は、２００４年のレベルにおいて約「１５０」に達すると思われ、そして、固体電解質リチウムイオン二次電池のエネルギー密度は、２００６年のレベルにおいて約「２００」に達すると思われる。
【００６０】
電解液が有機電解液のリチウムイオン二次電池は、さらに細かい改良すべき点があり得るとはいえ、固体電解質リチウムイオン二次電池と比べれば、すでに完成した技術であるので、安全性への信頼度および量産性ないしコストを考慮すれば、電解液が有機電解液のリチウムイオン二次電池と、本実施の形態１の金属−空気電池１１０とを組み合わせることが好ましい。一方、携帯電話をより長時間使用する目的により焦点をあてるならば、エネルギー密度が非常に大きい固体電解質のリチウムイオン二次電池と、本実施の形態１の金属−空気電池１１０とを組み合わせることが好ましい。なお、固体電解質電池の場合、電池の材料に液体を使わないので、温度変化の激しい宇宙でも使うことができるというメリットもある。
【００６１】
図８を参照しながら、固体電解質リチウムイオン二次電池について説明する。図８は、本実施の形態１の固体電解質リチウムイオン二次電池１２０の断面構成を模式的に示している。図８に示した固体電解質リチウムイオン二次電池１２０は、アノード６１とカソード６２と固体電解質６０とを１単位としたものを積層した構造を有している。したがって、アノード６１およびカソード６２は、複数層形成されている。それぞれのカソード６２は、コレクター６３に接続されており、同様に、それぞれのアノード６１もコレクター６３に接続されている。なお、上面には保護膜６４が形成されている。以上の固体電解質リチウムイオン二次電池は、基板６５上に形成されているものである。
【００６２】
本実施の形態１における固体電解質６０は、リン酸リチウムから、アノード６１は、金属リチウムから、カソード６２は、コバルト酸リチウムから構成されている。アノード６１、カソード６２および固体電解質６０のそれぞれの層厚は、例えば、０．１〜５μｍ程度、１〜１０μｍ程度、１〜１０μｍ程度である。なお、アノード６１側のコレクター６３は、例えば銅から構成されており、カソード６２側は、例えばアルミニウムから構成されている。保護膜６４は、例えば樹脂またはＳｉＯ２膜から構成されており、そして、基板６５は、例えば、表面にＳｉＯ２（厚さ；数ミクロン）が形成されたＳｉ基板、または樹脂フィルム（例えば、ＰＥＴフィルム）からなる。
【００６３】
本実施の形態１の固体電解質リチウムイオン二次電池１２０は、図９に示した薄膜形成装置７０を用いて作製することができる。
【００６４】
図９に示した薄膜形成装置７０は、ローラ７２と、蒸発源８０とを有しており、ローラ７２および蒸発源８０は、チャンバー７１内に配置されている。チャンバー７１には、真空ポンプ８１が取り付けられている。ローラ７２の外周には、送り出し軸７４から送り出されたフィルム（下地フィルム）７８が位置しており、フィルム７８は、支持ローラ７６で支持されながら、ローラ７２の回転によって送り出される。ローラ７２の周囲には、シャッター７３が配置されており、そして、蒸発源８０側方向のローラ７２の周囲は、シャッター７３によって塞がれていない。蒸発源８０から蒸発した物質は、ローラ７２の外周に沿って移動しているフィルム７８上に蒸着し、そして、フィルム７８上に薄膜（例えば、アノード６１）が形成される。その後、巻き取り軸７５によって巻き取られる。
【００６５】
薄膜形成装置７０を用いた作製方法を簡単に説明すると、アノード材料を蒸着した後に、蒸着源８０を取り替え、電解質材料、正極材料の順で蒸着を繰り返して、１単位の薄膜電池を作る。さらに、多層電池は、このサイクルの繰り返しで作製される。
【００６６】
次に、図１０を参照しながら、本実施の形態１における携帯電話の電池交換方法について説明する。
【００６７】
まず、図１０に示した本実施の形態１の携帯電話１００に内蔵することが可能な金属−空気電池１１０は、負極（金属部１０）が取り出し可能な構造となっており、その負極（金属部１０）は、金属カード１１０ａの形態で、所定の店舗（例えば、コンビニエンスストアー、スーパーマーケット、電器製品販売店など）２０００に配置（陳列）されている。
【００６８】
この金属カード１１０ａは、空気に接触しないような状態で店舗２０００に配置されており、例えば、図１に示した金属−空気電池用ケース２００（あるいは、金属−空気電池用ケース３００又は４００）内にセットされている。なお、金属−空気電池用ケース２００内にセットされた形態だけでなく、金属カード１１０ａは、被覆材料で被覆されて空気に接触しないようにされていてもよい。被覆材料としては、例えばポリエチレンを用いることができ、この被覆材料は、図３に示したキャップ１８の役割を兼ねてもよい。
【００６９】
金属カード１１０ａを単体で購入した場合でも、その後、金属カード１１０ａは、金属−空気電池用ケース２００内にセットされる。このセットは、ユーザーが行ってもよいし、店舗２０００の店員またはそこに出入りする業者が行ってもよい。金属カード１１０ａがセットされた金属−空気電池用ケース２００は、ユーザーが携帯して持ち歩くことができる。ここでの「携帯」は、店舗２０００外での携帯だけでなく、店舗２０００内での携帯も含む。
【００７０】
本実施の形態１の携帯電話１００における一次電池（金属−空気電池１１０）の電池の容量は、本体部１５０に設けられた所定の回路（例えば、電池容量検出回路あるいは、電圧および／または電流測定回路）によって検知されており、その電池容量が一定レベル以下になった時、電池交換の時期を、例えば画像表示部に表示してユーザーに通知する。
【００７１】
この時、携帯電話１００における、金属−空気電池１１０の負極を構成する金属カード１１０ａ（すなわち、使用済みカード）は、例えばユーザーによって抜き取られ、抜き出された金属カード１１０ａが存在していた箇所に、新たな金属カード１１０ａ（すなわち、未使用カード）が挿入される。この金属カード１１０ａの交換動作は、金属−空気電池用ケース２００を用いて行うことができる。また、この交換動作は、店舗２０００外だけでなく、店舗２０００内で行ってもよい。抜き出された金属カード（使用済みカード）１１０ａは、金属−空気電池用ケース２００内に収納され、その後、所定の店舗２０００で回収すればよい。
【００７２】
好ましくは、今日普及している乾電池（例えば、マンガン乾電池、アルカリ乾電池）のように、本実施の形態１の金属−空気電池１１０は、複数の店舗または種々の店舗で陳列されて何処でもユーザーが購入可能な状態となっていることが望ましい。そうすれば、二次電池１２０を一回充電したら、相当の時間、再充電しなくても、金属−空気電池１１０を買い足していくだけで携帯電話１００を長時間使用することが可能となる。
【００７３】
実際の使用時間は、機器の使用電力に依存するので使用時間の効果を一般化するのは困難であるが、電池のエネルギー密度の観点から述べると、リチウムイオン二次電池のエネルギー密度は約４００Ｗｈ／ｌで、亜鉛−空気電池のエネルギー密度は約１０００Ｗｈ／ｌであるので、仮に、２つの電池の体積比率を１：１にした場合、リチウムイオン二次電池のエネルギー密度の１．８倍にすることができる。
【００７４】
また、使用済みの金属カード１１０ａを販売店舗２０００で回収することは、ゴミ・環境問題や安全性の問題を解決することを容易にする。その問題をより完全に解決する上では、金属カード１１０ａを抜き出す工程および金属カード１１０ａを挿入する工程は、金属−空気電池用ケース２００を用いて行うように指導し、そして、金属−空気電池用ケース２００内の使用済みの金属カード１１０ａは、ユーザーの手元に残らないように確実に店舗２０００で回収できるようなシステムを構築することが望ましい。
【００７５】
金属カード１１０ａの流通を好適にする観点から、本願発明者が金属カード１１０ａの形状を検討したところ、金属カード１１０ａの形状は、板状（例えて言うなら、チューインガムまたは板ガムの形態）であることが好ましいと考えた。これは、板状にすることにより、携帯電話の本体１５０内の限られたスペースでも、容易に、複数個（複数枚）の金属カード１１０ａ（または、負極である金属部１０）を挿入することができるからである。また、板状にすることによって、例えば板ガムの販売形態のように、複数枚をパッケージ販売することができ、この場合、限られた売り場スペースに数多くの電池（金属−空気電池１１０）を配列（陳列）することができて、便利である。そして、この板状の形状は、本実施の形態１のケースと組み合わせる上でも好適である。
【００７６】
本実施の形態１における板状形態の金属−空気電池１１０は、厚さ２〜６ｍｍ程度の長方形をしており、その寸法を例示的に示すと、縦（長手方向長さ）１０〜４０ｍｍ、幅２０〜４０ｍｍ程度である。より好適な例を示すと、厚さ３〜５ｍｍ、縦２０〜３０ｍｍ、幅２５〜３５ｍｍである。なお、携帯電話用リチウムイオン二次電池の典型的なものの寸法は、厚さ５ｍｍ、縦５０ｍｍ、幅３０ｍｍである。
【００７７】
本実施の形態１では、一次電池の金属−空気電池１１０として、亜鉛−空気電池を例として説明したが、他の金属−空気電池（例えば、アルミニウム−空気電池）を用いることも可能である。また、携帯電話を例として説明したが、広く、携帯用電子機器（例えば、ＰＤＡ、ノートＰＣ）にも適用できる。ただし、部品の実装面積が少なく、使い捨て一次電池の利用により、使用時間を長くするという本アイデアは、携帯電話により好適にフィットすると思われる。また、携帯電話の多機能化が益々加速し、あらゆる電子端末（例えば、ＴＶ電話としての端末、家電製品リモコンとしての端末、メインのインターネット用端末など）を携帯電話が兼ねるようになると、それだけ電力使用量も多くなるため、本発明の技術はより重要な意義を持つようになる。
【００７８】
以上、本発明の好ましい例について説明したが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の変形が可能である。
【００７９】
【発明の効果】
以上により、本発明の金属−空気電池用ケースは、負極となる金属部が通過可能な出入口が一部に形成され、金属部を収納する収納部が設けられた筐体を備えているので、金属部が交換可能な金属−空気電池の交換を容易にすることができる。また、本発明の金属−空気電池用ケースによって、当該金属−空気電池の安全性をより確実なものにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る金属−空気電池用ケースの構成を模式的に示す斜視図
【図２】本発明の実施の形態１に係る携帯電話の構成を模式的に示す図
【図３】本発明の実施の形態１に係る金属−空気電池の構成を模式的に示す図
【図４】押出し手段２６０の動作を説明するための図
【図５】引き入れ手段２７０の動作を説明するための図
【図６】本発明の実施の形態１に係る金属−空気電池用ケースの構成を模式的に示す斜視図
【図７】本発明の実施の形態１に係る金属−空気電池用ケースの構成を模式的に示す斜視図
【図８】本発明の実施の形態１に係る固体電解質リチウムイオン二次電池の断面構成を模式的に示す図
【図９】薄膜形成装置の構成を模式的に示す図
【図１０】本発明の実施の形態１に係る携帯電話の電池交換方法を説明するための図
【図１１】今日普及している携帯電話およびその充電の様式を説明するための図
【符号の説明】
１０  金属部（負極）
１２  正極端子
１４  負極端子
１６  把持部
１８  キャップ
３０  空気孔
３２  ガス拡散層
３４  撥水巻
３６  触媒層
３８  セパレータ
４０  電解質（電解液）
５０  本体部（筐体部）
６０  固体電解質
６１  アノード
６２  カソード
６３  コレクター
６４  保護膜
６５  基板
７０  薄膜形成装置
７１  チャンバー
７２  ローラ
７３  シャッター
７４  送り出し軸
７５  巻き取り軸
７６  支持ローラ
７８  フィルム
８０  蒸発源
８１  真空ポンプ
１００  携帯電話
１１０  一次電池（金属−空気電池）
１１０ａ  金属カード
１２０  二次電池
１３０  電池部（電源）
１５０  本体部
２００，３００，４００  金属−空気電池用ケース
２１０  筐体
２２０  出入口
２２１  遮蔽板
２５０  収納部
２６０  押出し手段
２６５  移動手段または回転手段
２７０  引き入れ手段
２８０，２９０  スイッチ機構
２８１，２９１  スイッチボタン
２８２，２９２  ロッド
２８３  部位
２８４，２９４  支持部
２８６，２９６  バネ
２９８  金属部把持機構
１０００  携帯電話
１１００  電池
１２００  制御回路
１３００  安全保護回路
１４１０  スピーカ部
１４２０  液晶表示部
１５００  本体部
１６００  アダプタ
１８００  商用電源
２０００  店舗
【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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【図１０】
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【図１１】
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