JP2005235485A - ボタン形空気亜鉛電池 - Google Patents

Abstract

【課題】ボタン形空気亜鉛電池の高出力化のために透気度の大きい撥水膜を使用すると、撥水膜の光の透過性が低いため、電池組み立て工程において正極ケースへ空気拡散紙に続いて撥水膜を挿入した後に、画像センサーを用いて撥水膜を透かして空気拡散紙の位置を検知することが困難となった。空気拡散紙が正極ケース底部凹部からはみ出し、正極ケース、撥水膜間の密着部に位置した場合、正極ケース、撥水膜間の密閉性が損なわれ、電解液が空気拡散紙を通って空気孔から電池外へ漏液する問題が発生する。
【解決手段】空気拡散紙を着色することにより、透気度の大きい撥水膜を使用した場合でも画像センサーを用いて撥水膜挿入後に空気拡散紙の位置を検知することが可能となり、空気拡散紙が正極ケース底部凹部からはみ出したものを選別して排除することにより上記問題を解決し、高出力で品質の安定したボタン形空気亜鉛電池を提供できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気極を正極に、ゲル状の亜鉛を負極に用いたアルカリ電池、いわゆる、空気亜鉛電池に関するものである。

空気亜鉛電池は、空気中の酸素を正極活物質とする空気極を利用することで、経済的且つ長時間無保守で使用できる電源として、航路標識用、各種通信用、電話機用など種々の機器に適用されてきた。その中で、ボタン形の空気亜鉛電池は、同形状を有する他の電池に比較して、エネルギー密度が大きく、軽量、経済的である等の特徴を有することから適用範囲が拡がっており、現在、補聴器用の電源を主要用途としている。

一般にボタン形空気亜鉛電池は、空気中の酸素は正極ケースに設けた空気孔から電池内に取りこまれ、正極ケースの底部凹部に配置した空気拡散紙で広く拡散され、撥水膜を通して、空気極へと供給されるよう構成されている。

このボタン形空気亜鉛電池の組み立て工程では、正極ケースの底部凹部に空気拡散紙を配置した後、撥水膜をその上に挿入し、正極ケースと密着させている。この空気拡散紙の固定には過去は糊によりなされていたが、糊が空気孔を塞ぐという問題があり、例えば特許文献１に記載のように水を塗布することにより固定している。

しかし、水による固定は強固なものではないため、組み立て工程において正極ケースの底部凹部に空気拡散紙を所定の位置に配置した後、その位置から移動してしまうことがある。空気拡散紙が所定の位置から移動したまま、撥水膜を挿入すると正極ケースの底部凹部に完全には収納されず、空気拡散紙の一端が底部凹部からはみだしてしまうこと（以下、拡散紙ズレという）が発生する。底部凹部からはみだし空気拡散紙の一端は正極ケースと撥水膜で挟みこまれるので、正極ケースと撥水膜間の密閉性が損なわれる。これにより、電解液が空気拡散紙を通って、空気孔から電池外に漏液するという問題が発生する。この漏液は、電池組み立て直後に発生するのものだけでなく、時間の経過や電池が使用されて放電することにより発生することもある。電解液の漏液は放電性能の低下だけで無く、機器の損傷へと繋がるため、この拡散紙ズレは電池組み立て時に完全に排除することが望ましい。

撥水膜挿入後に拡散紙ズレが発生することはないことから、電池組み立ての途中工程の撥水膜挿入の後において拡散紙ズレを排除すれば、前述のような問題が発生することはない。そこで、撥水膜挿入の後に、画像センサーを用いて、撥水膜を透かした空気拡散紙の位置を明暗の変化で検知し、拡散紙ズレ品を選別して排除することが行われている。すなわち、上面からカメラで撮影し、これを画像解析して迅速に良否を判別している。
特開平１−３２０７８２号公報

しかしながら、一方で、補聴器の高出力化により空気亜鉛電池自体も高出力化が求められており、この高出力化のために、より多くの空気を電池内に取り入れるために、空気孔の大きさや数を増加したり、撥水膜の透気度を大きくすることが行われている。撥水膜はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の微多孔膜であり、この微多孔膜は厚みと空孔率により透気度と透明度が変化する。ＰＴＦＥの押出し成型シートは完全に透明であるが、シートに通気性を持たせるために延伸加工することによる空孔率の増加に伴ない、透気
度は増加するが、透明度が低下して白色を帯びてくる。さらに、ビニロンやマーセル化パルプからなる空気拡散紙は白色をしている。したがって、空気拡散紙は白色であり、透気度の大きい撥水膜を用いた場合には、撥水膜の透明度が低く白色を帯びてくるため、電池組み立て工程において画像センサーを用いて、撥水膜挿入後に撥水膜を透かした空気拡散紙の位置を明暗の変化で検知することが難しく、拡散紙ズレ品を選別して排除することは困難であった。

また、撥水膜の透気度を大きくする代わりに、正極ケースの空気孔の数を増加することにより高出力化を図ることもできるが、空気孔の数を増加することは正極ケースプレス加工の際の金型費用の増加や、加工スピードの低下により、部品単価の上昇をもたらすため好ましくなかった。

本発明は、上記課題を解決するためのもので、組み立て工程で発生した拡散紙ズレを選別排除し、高信頼性で高出力のボタン形空気亜鉛電池を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明のボタン形空気亜鉛電池は、空気拡散紙、撥水膜、空気極、及びセパレ−タが、空気孔を有する正極ケースに順次積層され、負極ケースに収容されたゲル状亜鉛負極が前記セパレ−タを介して前記空気極に対向配置されるボタン形空気亜鉛電池であって、前記空気拡散紙が着色されていることを特徴とする。

空気拡散紙を着色することにより、透気度が大きい撥水膜を用いても撥水膜挿入後に上面からカメラで撮影し、画像センサーを用いて、撥水膜を透かした空気拡散紙の位置を色調と明暗の変化で検知することができるようになり、これにより、電池組み立て時に拡散紙ズレの発生した電池を選別し排除することが可能となる。したがって、拡散紙ズレを排除しているので拡散紙ズレが原因となる空気孔からの漏液の発生のない、高信頼性でかつ、高出力のボタン形空気亜鉛電池を市場に供給できる。

本発明によれば、空気拡散紙が正極ケースの底部凹部からはみ出し、その一端が正極ケースと撥水膜との間の密着部に位置して漏液が発生するという問題を解決し、品質の安定した高出力タイプのボタン形空気亜鉛電池を提供できる。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施形態におけるボタン形空気亜鉛電池の断面図である。図１において、正極ケース１は底部凹部に空気孔２を有し、上部端が開口型となる形状を有している。正極ケース１の底部凹部内面には、空気拡散紙３、撥水膜４、空気極５、及びセパレータ６が順次、積層配置されている。一方、正極ケース１の底部凹部外面には、電池が未使用の状態では空気孔２を塞ぐようにシールテープ（図示しない）が貼付されており、このシールテープを正極ケース１から取り外すことで、電池内部に酸素が進入し、起電反応が開始される。この正極ケース１は、ニッケルメッキした鉄が用いられる。空気拡散紙３は、空気孔２から取り入れた空気を均一に拡散させており、ビニロンやマーセル化パルプなどの材料から構成される。撥水膜５は、ＰＴＦＥからなり、空気極５への酸素供給と電解液の電池外部への漏出を防止している。負極ケース７は、正極ケース１と組み合わせて電池容器を形成するものであり、その内壁面が亜鉛負極８に電気的に接する一方、正極ケース１の開口部を封止している。亜鉛負極８はゲル状であり、３４質量％の水酸化カリウム水溶液からなる電解液に、カルボキシセルロース（ゲル化剤）、および亜鉛粉末もしくは亜鉛合金粉末を配合して調製される。負極ケース７と正極ケース１との間にはポリアミド樹脂系
の絶縁ガスケット９を介挿配置している。

上記構造のボタン形空気亜鉛電池において空気拡散紙３をインジゴカルミンにて青色に着色している。この際、画像センサーにて判別可能な色であれば、何色でもよく、着色剤は、空気拡散紙３の酸素を供給する機能を損なわないものであれば、なんでも良いが、インジゴカルミンで青色に着色するとカメラで撮影した際に色調の差がはっきりするという点で好ましい。表１に着色剤の例を示す。

また、表２の着色剤はＰＨ指示薬として知られ、アルカリ電解液により変色する。このようなアルカリ電解液により変色する着色剤を用いることにより、万が一画像センサーの誤作動により拡散紙ズレ品を検知できなかった場合や、撥水膜が破れていて電解液が内部から浸透してくる場合に、空気孔２から電池外へ漏液する前段階の空気拡散紙３にアルカリ電解液が浸透した時点で、空気孔２を通して空気拡散紙３を観察することにより、初期の僅かな漏液を色の変化で検出することができる。

（実施例）
実施例として、上記構造を有するボタン形空気亜鉛電池として、直径１１．６ｍｍ、高さ５．４ｍｍの形状を有する「ＰＲ４４」ボタン形アルカリ電池（ＪＩＳ規格）を作製し、評価を行った。ここで、空気孔２として直径０．５ｍｍの孔を４個有する正極ケース１を用い、撥水膜４として厚さ０．１ｍｍ、空孔率２０％のＰＴＦＥ微多孔膜を用いた。

空気拡散紙３の素材は厚さ０．１３ｍｍのビニロン製不織布を用い、２．５ｇ／ｌのインジゴカルミン水溶液を用いて着色量０．２ｇ／ｍ²で着色し使用した。着色作業は、幅１５ｍｍのフープ状の拡散紙１０００ｍをインジゴカルミン水溶液に浸漬後、乾燥することにより実施し、その後で所定の大きさに加工した。なお、着色方法は、フープ状拡散紙を巻き出しながら着色液に浸漬、乾燥後、巻き取っても良く、また、不織布原料の繊維にあらかじめ着色していても良い。

正極ケース１の底部凹部に水を塗布し、空気拡散紙３を配置して固定し、撥水膜４を挿入した後、上面からカメラで撮影し、画像センサーにて空気拡散紙３の位置を色調と明暗の変化で検知し、空気拡散紙３が正極ケース底部凹部からはみ出し、正極ケース１と撥水膜４との間の密着部に位置するものを選別し、これを組み立て工程から排除し、空気拡散紙３が正極ケース底部凹部に正しく配置されているもので電池を組み立てた。

（比較例）
空気孔２として直径０．５ｍｍの孔を４個有する正極ケースを用い、撥水膜として厚さ０．１ｍｍ、空孔率２０％のＰＴＦＥ微多孔膜を用い、着色していない空気拡散紙を用いて、電池を組み立てた。この時、撥水膜の透過性が低く、色調がほほんど同じなので、上面からカメラで撮影しても、空気拡散紙の位置が明暗の変化として認識しづらく検知することが出来なかったため、画像センサーによる拡散紙ズレ品の選別排除をせずに電池を組み立てた。

（従来例）
空気孔２として直径０．５ｍｍの孔を４個有する正極ケースを用い、撥水膜として厚さ０．１ｍｍ、空孔率１０％のＰＴＦＥ微多孔膜を用い、着色していない空気拡散紙をもちいて、電池を組立てた。この時、撥水膜の透過性が高く、無着色でも上面からカメラで撮影すると画像センサーにより空気拡散紙の位置を明暗の変化だけで検知することができたため、画像センサーを用いて、拡散紙ズレしたものを選別し、これを排出し、空気拡散紙が正極ケース底部凹部に正しく配置されているもので電池を組み立てた。

実施例、比較例及び従来例の電池を組み立てた後、１週間のちに漏液の有無を検査した。また、電池の組み立て後、通常の補聴器の消費電流２ｍＡと高出力タイプの補聴器に必要な消費電流１５ｍＡで連続放電を終止電圧０．９Ｖで実施した。結果を表３に示す。

表３に示すように、本発明の実施例及び、従来例では漏液の発生が無いのに対し、比較例では漏液が発生している。これらの漏液した電池を解析するとすべて空気拡散紙が正極ケース底部凹部からはみ出し、正極ケースと撥水膜との間の密着部に位置しており、この部分から電解液の漏液が発生していた。また、通常の補聴器の消費電流２ｍＡにおいてはどの条件でも安定して放電し、放電時間に差はなかった。しかし、高出力タイプの補聴器に必要な消費電流１５ｍＡにおいては、実施例、比較例では安定して放電ができたが、従来例では撥水膜の空孔率が低く、電池の反応に必要な酸素の透過量が不足したため放電が不可能であった。

本発明は、空気極を正極に、ゲル状の亜鉛を負極に用いたアルカリ電池、いわゆる、空気亜鉛電池に利用されるものであり、特に高出力タイプの電池において、拡散紙ズレによる空気孔からの漏液のない、高信頼性のボタン形空気亜鉛電池が供給できる。

本発面の一実施例におけるボタン形空気亜鉛電池の構成を示す断面図

符号の説明

１ 正極ケース
２ 空気孔
３ 空気拡散紙
４ 撥水膜
５ 空気極
６ セパレータ
７ 負極ケース
８ 負極
９ 絶縁ガスケット

Claims (3)

1. 空気拡散紙、撥水膜、空気極、及びセパレ−タが、空気孔を有する正極ケースに順次積層され、負極ケースに収容されたゲル状亜鉛負極が前記セパレ−タを介して前記空気極に対向配置されるボタン形空気亜鉛電池であって、前記空気拡散紙が着色されているボタン形空気亜鉛電池。
2. アルカリ電解液と反応し変色する着色剤を用いた請求項１記載のボタン形空気亜鉛電池。
3. 着色剤がインジゴカルミンである請求項１記載のボタン形空気亜鉛電池。
   
   

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