(57)【要約】      （修正有）【課題】飛翔時に発電部内に電解液が確実に維持され、出力の安定した高信頼性の注液式電池を提供する。【解決手段】注液式電池が、電解液を封入したアンプル１と、単セル複数個からなる発電部と、注液路８および排気路を有する構造体３とを備え、前記単セルは、正極と、負極と、前記正極および負極の間に、空隙を形成して配されるセパレータ２４とからなり、前記アンプルおよび前記発電部が、前記注液路を介して直線状に配置され、前記注液路が、前記単セルごとに分割されて、それぞれ前記単セルの前記空隙に対応するように、前記単セルの上方に位置し、前記空隙内に、前記電解液を保持するための吸液体２７が収納されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液を封入したアンプルと、単セル複数個を積層した発電部と、アンプル収納部、発電部収納部、ならびに前記アンプル収納部および前記発電部収納部を連絡する注液路および排気路を有する構造体とを備え、
前記単セルは、正極と、負極と、前記正極および負極の間に、空隙を形成して配されるセパレータとからなり、
前記アンプルおよび前記発電部が、前記注液路を介して直線状に配置され、
前記注液路が、前記単セルごとに分割されて、それぞれ前記単セルの前記空隙に対応するように、前記単セルの上方に位置し、
前記空隙内に、前記電解液を保持するための吸液体が収納されていることを特徴とする注液式電池。
【請求項２】
前記空隙に対する前記吸液体の体積比が１／５以上１／２以下である請求項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、発射衝撃のみで活性化する無旋回仕様の注液式電池に関する。さらに詳しくは、低電圧で小型タイプの注液式電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、注液式電池では、注液式電池を備えた飛翔体の発射に際して、大きな加速度が与えられ、その衝撃の加速度によって、注液式電池内の電解液を封入したアンプルが破壊される。発射による衝撃力と同時に、飛翔体が旋回することにより注液式電池に遠心力が与えられ、電解液がアンプルの周囲に配置された発電部に流入し、電圧が発生し、電池が活性化する。このように、注液式電池は、発射後に旋回する飛翔体の信管用電源部として使用されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
発電部は、複数の単セルからなり、各単セルが互いに直列に接続されている。単セルは、二酸化鉛からなる正極、鉛からなる負極、および正極と負極との間に配されるセパレータより構成される。
ところで、近年、旋回せずに発射衝撃のみで活性化する電源部として注液式電池の適用が求められている。しかし、上記のような従来の注液式電池では、発射衝撃だけでは、電解液がアンプルの周囲に配置された発電部に流入しないため、電池が活性化しないという問題がある。
【０００４】
そこで、上記問題を解決するために、発射衝撃のみで活性化する無旋回仕様の注液式電池が検討されている。この注液式電池の側面および正面における概略縦断面図をそれぞれ図５および６に示す。
ステンレス鋼製のケース１５内に収納されたステンレス鋼製の構造体１３は、アンプルを収納するアンプル収納部１１ａ、前記アンプル収納部１１ａの下方に発電部を収納する発電部収納部１２ａ、ならびに前記アンプル収納部１１ａと発電部収納部１２ａとを連絡する注液路１８および排気路１９を有している。
【０００５】
アンプル収納部１１ａには、過塩素酸水溶液からなる電解液を封入したアンプル１１が設置されている。発電部収納部１２ａには、セパレータ３４と極板３５とを交互に配置することにより構成された単セル複数個からなる発電部１２が配されている。
ここで、図７は発電部１２の拡大断面図である。極板３５としては、図７に示すように、ニッケル等からなる基板３２の一方の面に二酸化鉛からなる正極３３が被覆され、他方の面に鉛からなる負極３１が被覆されたものが用いられる。単セル３６は、正極３３と、負極３１と、正極３３および負極３１の左右端縁部および下端縁部において、正極３３と負極３１との間に配されるセパレータ３４と、正極３３、負極３１、およびセパレータ３４により形成された、電解液が流入する凹部３８とを有する。そして、発電部１２は、配置された各単セル３６の凹部３８の開口部が注液路１８側に向くように配置され、アンプル１１および発電部１２は、注液路１８を介して直線状に配置されている。
【０００６】
アンプル収納部１１ａの上部および発電部収納部１２ａの下部には、電解液が外部へ漏れないように仮蓋１４がそれぞれ配されている。構造体１３とケース１５との間には、出力端子２０ａ、２０ｂと発電部１２とを接続する一対のリード線１６ａ、１６ｂが配されている。
そして、ケース１５およびアンプル収納部１１ａの上部に配されている仮蓋１４の上部には、ポリエチレンからなる樹脂１７が充填され、これによりケース１５が封口される。
【０００７】
この注液式電池の作動について説明する。
図６に示す矢印の方向に発射衝撃による力が加わると、アンプル１１が破壊され、封入されていた電解液が外部へ飛散する。そして、アンプル１１と発電部１２と注液路１８が一直線上に配置しているため、無旋回であっても発射衝撃により、電解液は注液路１８を通り、発電部１２へ流入する（図６中の破線で示した矢印の方向）。この時、電池内部は密閉されているため、発電部収納部１２ａ内に電解液が流入した体積分の空気は、排気路１９を通り、アンプル収納部１１ａへ排気される。これにより、電解液の発電部１２への流入が迅速に行われる。発電部１２を構成する各単セルの凹部３８の開口部が、注液路１８側を向いているため、確実に各セルの凹部３８に電解液が流入し、電圧が発生する。
【０００８】
発射衝撃の向きが、図６に示す矢印の向きであり、かつ重力方向と同じ向きであれば、図６に示す矢印の方向の力は、電解液が発電部内に維持される程度に十分に大きいため、電池の出力は安定する。
しかし、飛翔体の飛翔時に、発射衝撃の向きが変わり、図６に示す矢印の向きの力が小さくなると、発電部内に電解液が凹部内に維持されにくくなり、電解液の一部が発電部外に飛散する場合がある。このとき、電池の出力が不安定化かつ低下する可能性がある。
【特許文献１】実開昭６０−６４５７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は、上記の問題を解決し、飛翔時に発電部内に電解液が確実に維持され、出力の安定した高信頼性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】
【００１０】
本発明の注液式電池は、電解液を封入したアンプルと、単セル複数個からなる発電部と、アンプル収納部、発電部収納部、ならびに前記アンプル収納部および前記発電部収納部を連絡する注液路および排気路を有する構造体とを備え、前記単セルは、正極と、負極と、前記正極および負極の間に、空隙を形成して配されるセパレータとからなり、前記アンプルおよび前記発電部が、前記注液路を介して直線状に配置され、前記注液路が、前記単セルごとに分割されて、それぞれ前記単セルの前記空隙に対応するように、前記単セルの上方に位置し、前記空隙内に、前記電解液を保持するための吸液体が収納されていることを特徴とする。
前記空隙に対する前記吸液体の体積比が１／５以上１／２以下であるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
飛翔時に発電部内に電解液が確実に維持され、出力の安定した高信頼性の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】
【００１２】
本発明の一実施形態として無旋回仕様の注液式電池を以下に説明する。図１および２は、それぞれ本発明の注液式電池の正面および側面における概略縦断面図である。
ステンレス鋼製のケース５内に収納されたステンレス鋼製の構造体３は、アンプルを収納するアンプル収納部１ａ、および前記アンプル収納部１ａの下方に発電部を収納する発電部収納部２ａ、および前記アンプル収納部１ａと発電部収納部２ａとを連絡する注液路８および排気路９を有している。
【００１３】
アンプル収納部１ａには、例えば、過塩素酸水溶液からなる電解液を封入したアンプル１が設置されている。発電部収納部２ａには、セパレータ２４と極板２５とを、図２に示す矢印の方向に垂直な方向において、交互に配置することにより構成された単セル複数個からなる発電部２が配されている。
【００１４】
ここで、図３は発電部２の拡大断面図であり、図４は発電部２の斜視図である。極板２５としては、例えば、ニッケル等からなる基板２２の一方の面に二酸化鉛からなる正極２３が被覆され、他方の面に鉛からなる負極２１が被覆されたものが用いられる。単セル２６は、正極２３と、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とで構成される。より具体的には、単セル２６においては、正極２３および負極２１の左右端縁部および下端縁部において、正極２３と負極２１との間にセパレータ２４が配され、正極２３、負極２１、およびセパレータ２４により、電解液が流入する凹部２８が形成されている。そして、発電部２は、各単セル２６の凹部２８の開口部が注液路８側に向くように配置され、アンプル１および発電部２は、注液路８を介して図２に示す矢印の方向において直線状に配置されている。
【００１５】
空隙、すなわち凹部２８内の底部側において、電解液が流入し、電解液を保持することのできる吸液体が収納されている。なお、凹部２８内における吸液体２７以外の部分は空間部である。これにより、発電部に電解液が流入する際には、吸液体２７内に電解液が保持されるため、飛翔時に、飛翔する方向が変わる場合や、電池の姿勢が変わる場合でも、発電部内に電解液が確実に維持され、出力の安定した注液式電池を提供することができる。
吸液体には、例えば、注液式電池のセパレータとして通常用いられる紙のような吸液性に優れた網目構造のものが用いられる。吸液体としては、例えば、クラフト紙、セルロース系不織紙、ビニロン系不織紙、およびこれらの混抄紙などが用いられる。
【００１６】
凹部２８に対する吸液体２７の体積比が１／５以上１／２以下であるのが好ましい。
凹部に対する吸液体の体積比が１／２を超えると、電圧の立ち上がり時間が遅くなり、電圧が迅速に所定の電圧まで到達するまで時間がかかる。
一方、凹部に対する吸液体の体積比が１／５未満であると、吸液体を凹部内に収納することによる上記の効果が十分に得られない。
さらに、要求される出力電流に対する正極および負極の反応面積を十分に確保することができるため、凹部に対する吸液体の体積比は、１／４以上１／２以下であるのがより好ましい。
【００１７】
複数の注液路８は、発電部２を構成する各単セル２６ごとに分割されており、単セル２６における凹部２８の開口部と対向するように、単セル２６の上方に各１つずつ配置されている。すなわち、注液路８は凹部２８の数と同じ数の流路を有し、それら流路がそれぞれ単セル２６における凹部２８の上側に位置する。なお、注液路の形状としては、注液路の入口を一つとし、内部で分岐させて複数の流路を形成し、出口を複数としてもよい。
【００１８】
アンプル収納部１ａの上部および発電部収納部２ａの下部には、電解液が外部へ漏れないように仮蓋４がそれぞれ配されている。構造体３とケース５との間には、出力端子１０ａ、１０ｂと発電部２とを接続する一対のリード線６ａ、６ｂが配されている。
そして、ケース５およびアンプル収納部１ａの上部には、ポリエチレンからなる樹脂７が充填され、これによりケース５が封口される。
【００１９】
上記の注液式電池の作動について説明する。
図２に示す矢印の方向に発射衝撃による力が加わると、アンプル１が破壊され、封入されていた電解液が外部へ飛散する。そして、アンプル１と発電部２と注液路８が一直線状に配置しているため、無旋回であるが発射衝撃により、電解液は注液路８を通り、発電部２における吸液体２７を収納した凹部２８へ流入する（図２中の破線で示した矢印の方向）。
【００２０】
この時、複数の注液路８が各単セルの上方に、各凹部２８の開口部と対向するように、各１つずつ配置されているため、各単セルに同時かつ均等に電解液が流入する。このとき、電解液が凹部内の吸液体に保持されるため、電解液が発電部外に飛散することがない。また、電池内部は密閉されているため、発電部収納部２ａ内に電解液が流入した体積分の空気は、排気路９を通り、アンプル収納部１ａへ排気される。
これにより、電解液がすばやく均等に発電部へ流入することができるため、電池電圧が確実に発生し、電池は迅速に活性化することができる。また、安定した出力が得られる。
【００２１】
図１に示すように、排気路９は、発電部収納部２ａの側面にアンプル収納部１ａと連絡する入口を有し、前記側面に垂直な方向に対する入口付近の排気路９の角度θが、３０°≦θ＜７０°であることが好ましい。
角度θが３０°未満のとき、排気路に電解液が入り込み、電解液により排気路内が完全に塞がれてしまう。このため、発電部収納部の空気を、排気路を介してアンプル収納部へ排気することができなくなり、電解液が発電部へすばやく流入することが困難となる。
一方、角度θが７０°以上では、排気路とアンプル収納部の位置関係による構造体の構造的な問題が生じるため、排気路を設けることができない。
【００２２】
また、上記アンプルの上部に、アンプルを破壊するための破壊機構を設けてもよい。例えば、ステンレス鋼製の円柱状の錘を図１におけるアンプルの上に配置してもよい。図１のように破壊機構を設けなくても、発射衝撃により受ける力のみで、アンプルを破壊することも可能である。
【００２３】
上記の構造体では、発電部を構成する各単セルの上方に各１つずつ注液路を設けた構成としたが、各単セルの上方にそれぞれ複数個の注液路を設けた構成としてもよい。
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】
【００２４】
《実施例１》
上記の図１および２と同様の構造の注液式電池を作製した。
以下のような手順で、凹部２８内へ吸液体２７を以下のように収納し、固定した。
セルロース製不織紙を、凹部の寸法に対応させて切断加工したものを、所定の体積となるように、複数枚重ねた後、その側面に塩化ビニルを塗布して一体化することにより吸液体を得た。絶縁性の樹脂製治具で押さえながら吸液体を凹部に収納した後、注液式電池がいかなる姿勢であっても、凹部から吸液体が飛び出さないように、この治具を、凹部の開口部を構成するセパレータの端部に設けられた切り込みに固定した。
【００２５】
発電部２には、セルロース製不織紙のセパレータ２４、および極板２５を交互に配置して、３個の単セル２６で構成される発電部を用いた。極板２５には、図３のようにニッケルからなる基板２２の一方の面に二酸化鉛からなる正極２３を被覆し、他方の面に鉛からなる負極２１を被覆したものを用いた。この３個の単セル２６にそれぞれ対応するように、図２に示すような３つの注液路８を有するステンレス鋼製の構造体３を用いた。そして、各単セル２６における凹部２８の開口部が注液路８に対向するように発電部２を配置した。ガラス製のアンプル１には、過塩素酸水溶液からなる電解液を封入した。また、発電部収納部側面に垂直な方向に対する入口付近の排気路の角度θを４５°とした。
上記の電池作製時において、凹部に対する吸液体の体積比が表１に示す値となるように、吸液体を構成する不織紙の枚数を種々に変えて、それぞれ電池Ａ〜Ｃを作製した。
また、比較として、凹部に吸液体を収納しない電池Ｄを作製した。
【００２６】
常温にて、注液式電池Ａ〜Ｄに旋回を加えず、発射衝撃（１００００Ｇ）に相当する衝撃力を、重力方向に対して垂直方向（水平方向）に加えることによりアンプルを破壊した。各電池は横置き（アンプル、注液路、および発電部が水平方向に配列される置き方）とした。各電池は、水平方向に射出した後、飛翔する過程では、射出速度の低下につれて、徐々に重力方向に落下した。このときの電圧の立ち上がり具合および電圧立ち上がり後における電圧の安定性を調べた。この評価結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
表１中の電圧立ち上がり特性については、発射衝撃を加えてから電圧が４Ｖにまで立ち上がるまでの時間（電圧立ち上がり時間）が５ｍｓ以内である、電圧立ち上がり特性が良好な場合を○とし、電圧立ち上がり時間が５ｍｓを超えたものを×とした。
また、電圧の安定性については、発射衝撃を加えてから１００ｍｓ経過した時点において、電圧が規定の４Ｖを下回らない、電圧の安定性が良好な場合を○とし、電圧が規定の４Ｖを下回る場合を×とした。
【００２９】
凹部内に吸液体を有する電池Ａ〜Ｃでは、電解液が発電部内に確実に維持されたため、良好な電圧の安定性が得られた。一方、凹部内に吸液体を有しない電池Ｄでは、電圧の立ち上がり特性は良好であったが、電圧立ち上がり後において、発射衝撃を加えてから１００ｍｓ経過した時点において、電圧は規定の４Ｖを下回り、電圧変動が不安定であった。
吸液体の体積比が２／３である電池Ｃでは、凹部内において吸液体の占める割合が大きくなり、電圧の立ち上がり特性が低下した。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の注液式電池は、ターゲット対して高い方向性精度が要求される高信頼性の飛翔体の電源に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施例の注液式電池の側面における概略縦断面図である。
【図２】本発明の実施例の注液式電池の正面における概略縦断面図である。
【図３】図２中のＸ部分（発電部）の拡大断面図である。
【図４】図３の発電部の斜視図である。
【図５】従来の比較例の注液式電池の側面における概略縦断面図である。
【図６】従来の比較例の注液式電池の正面における概略縦断面図である。
【図７】図６中のＹ部分（発電部）の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  アンプル
２  発電部
３  構造体
４  仮蓋
５  ケース
６ａ、６ｂ  リード線
７  蓋
８  注液路
９  排気路
１０ａ、１０ｂ  出力端子
２１、３１  負極
２２、３２  基板
２３、３３  正極
２４、３４  セパレータ
２５、３５  極板
２６、３６  単セル
２７  吸液体
２８、３８  凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
2007048535.tif 000006
【図４】
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【図５】
2007048535.tif 000008
【図６】
2007048535.tif 000009
【図７】
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