JP2007213823A - 補助電源モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】不使用時に空気電池を外部から遮断した状態に保持でき、且つ使用時に所定の大きな放電容量で即座に放電を開始して適用電子機器の主電源の充電などを短時間で完了することができる補助電源モジュールを提供する。
【解決手段】外装ケース３が、内部空間に空気電池９が収容されて、一側面４１に形成された通気孔４１ａと、空気電池９の出力電力を供給すべき機器２に対し電気的接続するための接続部４，７とを備えてなる。外装ケース３の一側面４１に取り付けられたシャッタ部材１２が、自身に形成された空気供給孔１２ａが通気孔４１ａから離間することにより通気孔４１ａを閉塞して外装ケース３を密閉する第１の状態と、空気供給孔１２ａが通気孔４１ａに合致して外装ケース３の内部空間を空気供給孔１２ａおよび通気孔４１ａを介して外部に連通させる第２の状態との間で移動するように設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、主として、ディジタルスチールカメラ、カメラ一体型ビデオテープレコーダ、携帯電話機、ノート型パソコンなどの携帯型電子機器の駆動電源としての二次電池に対する充電用、予備電源用または大電流供給用の補助電源などの用途に好適に使用できる補助電源モジュールに関するものである。

一般に、上記携帯型電子機器の駆動電源としては、小型且つ軽量で高出力を取り出し得ることから、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池などの二次電池が用いられている。ところが、これらの二次電池は、充電することによって繰り返し使用することができる利点がある反面、充電電源を必要とし、また充電完了までに時間を要することから、緊急の使用時に間に合わないことがあり、これが携帯型電子機器の使用拡大を妨げている要因になっている。

そこで、二次電池を使用の目的で携帯しているときに、一次電池を用いて携帯型電子機器の主電源としての二次電池の充電を行うことにより上述した問題の解消を図ることが考えられる。例えば、ディジタルスチールカメラでは、これをディジタルスチールカメラケースに収納することにより、ディジタルスチールカメラケースに設けた太陽電池によってディジタルスチールカメラの駆動電源の二次電池を充電できるように図った太陽電池付きディジタルスチールカメラケースが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ところが、ディジタルスチールカメラケースに付けられる程度の寸法の太陽電池は、発生する電力が微弱であるため、上記二次電池に所望の充電を行うためには、ディジタルスチールカメラを収納したディジタルスチールカメラケースを直射日光下に長時間放置しなければならず、必要時に急速充電することができないことから、結局、緊急の使用時に間に合わすことができない。

また、上述した問題の解消を図ったディジタルスチールカメラの充電装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。この充電装置は、例えば単３電池を充電用の外部電池として収納した外部電池アダプタをディジタルスチールカメラ本体に着脱自在に装着することにより、上記外部電池によりカメラ本体に収納されている主電源を急速に充電できるようになっている。ところが、この充電装置は、外部電池としてアルカリマンガン電池や酸化銀電池などの一次電池を用いるので、急速充電が可能な高出力と電池容量とを得ようとすれば、一次電池の使用本数が多くなって装置自体が大型化してしまい、常時携帯するのに不向きなものになってしまう。

一方、上記外部電池として空気電池を用いれば、上述した大型化の問題を解消した充電用の補助電源装置を得ることが可能であると思われる。すなわち、空気電池は、空気中の酸素を正極活物質として活用することから、正極活物質を電池缶内に詰め込む必要がないので、同一容積の一次電池に比べて、電池缶内に多くの負極活物質を充填することが可能となって大容量を得ることができる。そのため、空気電池は、電池の重量に対する電池の容量である重量エネルギー密度または電池の体積に対する電池の容量である体積エネルギー密度が高く、且つ高出力の放電が可能であり、これに加えて、空気中の酸素を活物質として用いることから、環境への負荷が小さいという利点もあり、小型の携帯型電子機器に対する充電用の補助電源装置の外部電池として最も相応しい特長を有する一次電池であると言える。

これに対し、従来では、軽負荷時および重負荷時にそれぞれ対応してその時に必要な空気量に自動的に調整して空気を導入できるようにした空気電池が提案されている（例えば、特許文献３参照）。この空気電池は、電池缶に、空気中の酸素を電気化学反応に利用する空気極と、空気を内部に導入するための空気導入孔とが設けられ、空気導入孔が、空気極での酸素消費により生じる気圧差に対応して開口部の大きさが変化する空気孔シャッター機能を有するフィルムによって覆われた構成になっている。この空気電池では、放電していないときに空気孔シャッター機能によりフィルムが閉じ、放電するときに空気極での酸素消費により生じる気圧差によりフィルムが内方に引っ張られて空気導入孔が開口することにより、空気が電池缶内に導入される。
実開昭５６−７９１２６号公報 特開平８−３０４８９８号公報 特開平１１−１９５４３８号公報

しかしながら、空気電池を用いた好適な上記補助電源装置を得るためには、空気中における正極活物質として活用する酸素を必要とする時にのみ効果的、且つ効率的に空気電池内に導入できる構成を新たに案出する必要がある。つまり、特許文献３に記載の空気電池を用いて補助電源装置を構成した場合には、空気電池が放電を開始して或る程度の気圧差が生じないと空気導入孔が開口せず、且つ放電容量が或る程度の大きさに達しないと空気導入孔が十分に開口しないので、適用電子機器の主電源である二次電池を急速に充電したい場合に間に合わない。

また、上記特許文献３に記載の空気電池の空気孔シャッター機能は、所要の曲げ弾性率またはヤング率を有するフィルムに十文字状の切り込みが形成され、このフィルムが、切り込みを空気導入孔に対向させた配置で取り付けられた構成になっており、放電に伴う酸素消費によって起こる微小な圧力欠損に対応してフィルムの十文字状の切り込みが変形しながら開閉するようになっている。したがって、この空気電池では、主電源への充電を要していないときであっても、フィルムの切り込みを通じて電池缶内部が電池外部の大気と僅かに連通しているので、酸素と反応して消耗され、また空気電池のゲル状負極合剤の水分が僅かずつであっても蒸発して、放電特性が低下する。しかも、空気電池を大きな放電容量に設定した場合であっても、そのときに生じる気圧差によってフィルムが比較的大きく変形されるが、このフィルムの存在によって空気導入孔の全てが開口されないので、空気の導入量がどうしても不十分となり、この点からも電子機器の主電源の急速充電には到底対応できない。

さらに、補助電源装置の外装ケースに空気供給孔を単に設けて空気を外装ケース内に取り込むだけでは、大気中に含まれている酸素以外の炭酸ガスや水分（水蒸気）などの成分の影響を受けて空気電池が劣化し易く、空気電池の性能を十分に活用することができない。上記空気電池の劣化は、電池反応の際に大気中に含まれている酸素以外の上記成分によって空気電池に収容されている電解液（苛性カリ）の劣化が進行することに起因して発生する。したがって、空気電池の特性を十分に発揮させて空気電池が持っている電気容量を確実に取り出すためには、使用時にのみ適切に空気を外装ケースの内部に取り込むようにして、不使用時に電池缶の内部空間を外部に対し遮断して劣化が進行しない構造を有する空気導入機構の設計が必要となる。

本発明は前記従来の問題点に鑑みてなされたもので、不使用時に空気電池を外部から遮断した状態に保持でき、且つ使用時に所定の大きな放電容量で即座に放電を開始して適用電子機器の主電源の充電などを短時間で完了することができる補助電源モジュールを提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、請求項１に係る発明の補助電源モジュールは、内部空間に空気電池が収容され、一側面に形成された通気孔と、前記空気電池の出力電力を供給すべき電子機器に対し電気的接続するための接続部とを有する外装ケースと、前記一側面に移動可能に取り付けられたシャッタ部材とを備えてなり、前記シャッタ部材が、自身に形成された空気供給孔が前記通気孔から離間することにより前記通気孔を閉塞して前記外装ケースを外部から遮断した密閉状態とする第１の状態と、互いに合致した前記空気供給孔および前記通気孔を介して前記外装ケースの内部空間を外部に連通させる第２の状態との間で移動するように設けられていることを特徴としている。

請求項２に係る発明は、請求項１の発明の補助電源モジュールにおける通気孔が外装ケースの全表面積に対し２〜３０％の割合となる開口率に設定して形成されている。

請求項３に係る発明は、請求項１または２の発明の補助電源モジュールにおける外装ケースの一側面に複数個の通気孔が所定の配置で形成され、シャッタ部材が、板材に前記通気孔と同一数の空気供給孔が同一配置で形成されて、前記各空気供給孔が前記各通気孔から離間した第１の状態と前記各空気供給孔が前記各通気孔に合致する第２の状態との範囲内で前記一側面に対しスライド移動するように設けられている。

請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれか一項の発明の補助電源モジュールにおける外装ケース内に二酸化炭素吸収材が設けられている。

請求項５に係る発明は、請求項１ないし４のいずれか一項の発明の補助電源モジュールにおける通気孔または空気供給孔の一方が、気体の通過が可能な二酸化炭素吸収材で閉塞されている。

請求項１の発明によれば、接続部を介して携帯型電子機器に電気的接続した状態で、シャッタ部材を操作して第２の状態に設定することにより、外装ケースが通気孔によって設定された所定の開口率に即座に開口する状態となって、電池外部から空気を極めて効果的、且つ効率的に外装ケース内に導入することができるから、外装ケースに収納されている空気電池が、所定の放電容量による放電を即座に開始する。したがって、この補助電源モジュールは、例えば、適用電子機器の主電源に対する充電を即座に開始でき、且つ十分な空気の導入量によって短時間の間に充電を完了する急速充電を行うことができる。

また、不使用時には、シャッタ部材を第１の状態に保持しておくことにより、外装ケースが電池外部に対し遮断した密閉状態に保持され、外装ケース内の空気電池は、これの空気導入孔から酸素が導入されないことから、空気電池の消耗を防ぐことができると共に、放電特性の劣化の進行が防止される。この補助電源モジュールは、空気電池を所定の放電容量で即座に放電させることができることから、適用電子機器の主電源の充電用としての用途の他に、主電源に代わる予備電源またはディジタルスチールカメラにおけるフラッシュ使用時のように大電流出力が必要なときの補助電源などの用途にも好適に使用することもできる。

請求項２の発明によれば、外装ケースの全表面積に対する開口率が２％以上に設定されているので、空気電池を高率放電させることができるとともに、外装ケースの全表面積に対する開口率が３０％以下に設定されているので、大気中の二酸化炭素が空気電池の内部に侵入する割合を低く抑制でき、二酸化炭素により空気電池の電解液等が劣化して放電高率の数値が著しく低下するのを防止することができるから、高率放電特性と開封保存特性の両方が向上する。

請求項３の発明によれば、シャッタ部材をスライド移動させて通気孔を開閉することにより、比較的小さなスペース内でシャッタ部材の所要の動作が得られるスペース効率の高い構成とすることができるので、全体をコンパクトな外形とすることが可能となり、例えばディジタルスチールカメラ、カメラ一体型ビデオテープレコーダ、携帯電話機またはノート型パソコンなどの携帯型電子機器と共にこれらの駆動電源として気軽に常時携帯することができる。

請求項４の発明によれば、外装ケース内に導入された空気中に含まれている二酸化炭素を二酸化炭素吸収材で吸収できるので、空気電池が電池反応する際に空気中の酸素以外の炭酸ガスや水蒸気が存在した場合に発生する空気電池の電解液の劣化の進行を抑制することができ、良好な放電特性を長期間にわたり維持することができる。

請求項５の発明によれば、空気供給孔または通気孔の一方が二酸化炭素吸収材で閉塞されていることにより、外装ケース内に空気を導入する際に、その空気中に含まれている二酸化炭素を二酸化炭素吸収材で吸収して外装ケース内への侵入を阻止できるので、空気電池が電池反応する際に空気中の酸素以外の炭酸ガスや水蒸気が存在した場合に発生する空気電池の電解液の劣化の進行を抑制することができ、良好な放電特性を長期間にわたり維持することができる。

以下、本発明の最良の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態に係る補助電源モジュール１と適用電子機器２との関連を示す斜視図であり、同図には、適用電子機器２として、ディジタルスチールカメラを例示してある。上記補助電源モジュール１は、比較的偏平な直方体形状の外装ケース３の内部空間に、適用電子機器２の駆動源の二次電池からなる主電源８の充電用外部電池として、複数個（例えば４個）の空気電池９が同一平面上で四角形を形作る配置で並べて収納されており、その外装ケース３の前側面（図の手前側面）にプラス側およびマイナス側の各接続プラグ（接続部）４，７が突設されている。

上記４個の空気電池９は、後述するように、各２個がそれぞれ並列接続され、その２つの並列回路がプリント配線回路基板の充電制御回路に直列接続され、充電制御回路から各接続プラグ４，７に接続されている。２つの接続プラグ４，７は、適用電子機器２の接続端子孔１０，１１に挿入されることによって適用電子機器２の主電源８の充電回路に電気的接続される。また、外装ケース３の一側面（図の左側面）には、シャッタ部材１２が図の上下方向に向けスライド移動、つまり昇降するように取り付けられている。このシャッタ部材１２の詳細については後述する。

図２（ａ）は上記補助電源モジュール１を示す縦断面図、同図（ｂ），（ｃ）はそれぞれ（ａ）のＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線に沿った断面図である。外装ケース３は、後面開口した矩形状の容器形態となったケース本体１３の開口部が蓋体１４で施蓋されてなる。ケース本体１３および蓋体１４は、電気絶縁性材料、例えばアクリル樹脂やフェノール樹脂などのプラスチック材料により形成されている。図２（ａ）に明示するように、ケース本体１３の内部空間における四隅箇所には、前面から突出して蓋体１４の内面に接触する位置まで延びるボス１７がそれぞれ一体形成されており、外装ケース３は、ケース本体１３の後面開口部が蓋体１４で施蓋された状態で、ボルト１８を蓋体１４の取付孔からボス１７のねじ孔にねじ込んで締結することにより、ケース本体１３と蓋体１４とが一体化された構成になっている。

図３は、図２（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った拡大断面図を示し、同図に基づき空気電池９の構成を予め説明する。この実施形態では、ボタン形の空気電池９を用いた場合を例示してあり、この空気電池９は、容器状の正極缶１９の底面部に複数個（この実施形態において４個）の空気導入孔２０が形成され、この正極缶１９の内部に、空気中の酸素を正極反応に利用する空気極２１と、亜鉛などの負極活物質および電解液からなるゲル状負極合剤２２とが、セパレータ２３を介在した状態で収容され、正極缶１９の開口部がリング状の絶縁ガスケット２７を介在した電気絶縁状態で負極缶２８により封口された構成になっている。

上記空気極２１は、集電体（図示せず）の一面（図の上面）に触媒層（図示せず）が担持され、且つ集電体の他面（図の下面）に撥水膜２９が固定された構成を有している。上記集電体としては、導電性を有する金属ネット、エキスパンドメタル、パンチングメタルなどが用いられ、その形成素材としては、ステンレス、ニッケル、ステンレスや鉄にニッケルめっきを施したものが用いられる。上記触媒層は、酸素還元触媒能を有する種々の金属酸化物に活性炭、ポリテトラフルオロエチレンなどの分散液を添加した混合物よりなる。また、撥水膜２９には、気体透過能および撥水性を有するフッ素樹脂多孔膜が用いられる。さらに、正極缶１９の内底面には空気拡散紙２４が設けられており、この空気拡散紙２４と撥水膜２９との間には、空気拡散室３０が設けられている。撥水膜２９は、電解液の電池外部への漏液を防止するとともに、空気極２１への酸素供給を担う機能を有している。

上記空気電池９は、正極缶１９の突出部１９ａの外面にシール材（図示せず）を貼着して全ての空気導入孔２０を閉塞することにより、電池内部への空気の進入を阻止した放電不能状態で市販される。この空気電池９は、使用時に、図３に図示するようにシール材を剥がして所定の電池装着箇所に取り付けられることにより、空気導入孔２０から内部に導入された空気中の酸素が正極活物質として電気化学反応を起こして、電力が出力される。したがって、空気電池９は、シール材を剥がして空気導入孔２０を開口させた駆動可能状態で外装ケース３内に収容されるので、空気電池９の不使用時に外装ケース３が電池外部に対し遮断された密閉状態に維持されないと、外装ケース３内に侵入した空気中に含まれている酸素以外の炭酸ガスや水分などの成分の影響を受けて徐々に劣化してしまう。また、空気電池９の使用時には、外装ケース３内に十分な空気を取り入れないと、放電特性が低下してしまう課題がある。この実施形態の補助電源モジュール１は、このような課題を解消した構成を有しており、この点についての詳細は後述する。

図２に戻って、補助電源モジュール１の他の構成について説明する。図２（ａ），（ｃ）に明示するように、外装ケース３におけるケース本体１３および蓋体１４の各々の対向面には、上下２対の正極側保持板部３１，３２および負極側保持板部３３，３４が外装ケース３の内方側に向け一体に突設されている。ケース本体１３の対をなす上下各２個の保持板部３１，３２には、各２個ずつの空気電池９の正極缶１９の上部および下部がそれぞれ嵌まり込む形状の凹所３１ａ，３２ａが形成されているとともに、蓋体１４の対をなす上下各２個の保持板部３３，３４には、各２個ずつの空気電池９の負極缶２８および正極缶１９の一部の上部および下部がそれぞれ嵌まり込む形状の凹所３３ａ，３４ａが形成されている。

したがって、各凹所３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａに嵌め入れられた各空気電池９は、正極缶１９が上下１対の正極側保持板部３１，３２により上下から挟み込まれて上下左右への移動が阻止された状態に保持され、且つ負極缶２８が上下１対の負極側保持板部３３，３４により上下から挟み込まれて上下左右への移動が阻止された状態に保持されるとともに、正極側保持板部３１，３２および負極側保持板部３３，３４により前後から挟み込まれて前後方向への移動が阻止された状態に保持される。つまり、各空気電池９は、上下２対の正極側保持板部３１，３２および負極側保持板部３３，３４により完全な位置決め状態で確実に保持される。このとき、図３に示すように、各空気電池９は、正極缶１９および負極缶２８がそれぞれケース本体１３および蓋体１４の各々の内面に対し隙間を存した配置で保持される。

また、ケース本体１３における蓋体１４との対向面には、図２（ａ）に２点鎖線で示すように、２つの正極側接続板３７がそれぞれ上下各一対の正極側保持板部３１，３２の間に位置する配置で固着されており、正極側接続板３７は、各空気電池９に対向する２箇所が十文字形状に形成されて、その十文字形状の４箇所にそれぞれ、図３に明示する突出形状の接続端子部３７ａが一体に形成されている。その各４個の接続端子部３７ａは、図２（ａ）および図３に示すように、空気電池９の正極缶１９の突出部１９ａの周縁における４５°の等間隔の箇所に弾性的に接触して電気的接続されている。これにより、図３に示すように、左右各２個の空気電池９の各々の正極缶１９が正極側接続板３７を介して互いに電気的接続されるとともに、正極缶１９の突出部１９ａと正極側接続板３７との間に隙間が確保されており、その隙間を通って外装ケース３内の空気が空気電池９の４個の空気導入孔２０にスムーズに導入されるようになっている。

一方、蓋体１４におけるケース本体１３との対向面には、図３に示すように、２つ（一方のみ図示）の負極側接続板３８がそれぞれ上下各一対の負極側保持板部３３，３４の間に位置する配置で固着されている。負極側接続板３８は、各空気電池９に対向する２箇所に、負極缶２８に弾性的に接触する２個の接続端子部３８ａが一体に突設されている。これにより、左右各２個の空気電池９は、各々の負極缶２８が負極側接続板３８を介して互いに電気的接続されている。

したがって、左右の各２個の空気電池９はそれぞれ、正極側接続板３７および負極側接続板３８を介して並列接続され、この上下各２個の空気電池９の並列回路における上方側の正極側接続板３７と下方側の負極側接続板３８とが図３のリード線３９を介して互いに電気的接続され、２つの並列回路における下方側の正極側接続板３７と上方側の負極側接続板３８とがリード線（図示せず）を介して図２（ａ）に図示のプリント配線回路基板４０に接続されている。すなわち、４個の空気電池９は、左右の各２個が互いに並列接続されて、その２つの並列回路がプリント配線回路基板４０に直列接続されている。プリント配線回路基板４０には、同時に駆動する４個の空気電池９の出力電力を適用電子機器２に適応する駆動用電力に制御して、プラス側およびマイナス側の各接続プラグ４，７を通じて出力する充電制御回路が形成されている。

図３に明示するように、外装ケース３の左側面は、ケース本体１３から後方に向け一体に突設されて蓋体１４の対向面に当接されたガイド板部４１により構成されており、図１に示したシャッタ部材１２は、上記ガイド板部４１の外面に対しスライドするように重ね合わされた状態で、ケース本体１３および蓋体１４の各々の一側端から内方に向けた直交方向に屈曲して一体に延出されたガイド片１３ａ，１４ａと上記ガイド板部４１とにより形成された前後２つのガイド溝４２，４３に保持されながら昇降するように設けられている。

上記保持電源モジュール１の左側面図である図４に示すように、上記シャッタ部材１２には空気供給孔１２ａが形成されており、その空気供給孔１２ａは、この実施形態において、縦方向に４個並んだ配列が左右２列に配されて、計８つが形成されている。また、シャッタ部材１２は、上端部を外方に向け屈曲して設けられた操作片１２ｂにより上下動操作されるようになっているとともに、上動されたときに、外面における上記操作片１２ｂの近傍箇所に膨出形成されたストッパ突出部１２ｃが、同図に２点鎖線で示すように、ケース本体１３上端桟部に当接することにより、所定の上限位置に位置決め静止されるようになっている。

一方、ケース本体１３のガイド板部４１には、シャッタ部材１２の空気供給孔１２ａに対し同一形状で、且つ同一数の通気孔４１ａが空気供給孔１２ａと同一の配置で形成されている。但し、通気孔４１ａは、シャッタ部材１２が図４に実線で図示する下限位置（第１の状態）に位置決めされたときに、各空気供給孔１２ａに対し全く重ね合わずに齟齬状にずれる相対位置関係に設定して形成されており、シャッタ部材１２が上動されて図４の２点鎖線で示す上限位置（第２の状態）に位置決めされたときに、シャッタ部材１２の各空気供給孔１２ａが対応する通気孔４１ａに合致して、外装ケース３の内部が通気孔４１ａおよび空気供給孔１２ａを通じて電池外部の大気と連通状態となる。これの詳細については後述するが、全ての通気孔４１ａまたは全ての空気供給孔１２ａは、外装ケース３の全表面積に対し２〜３０％の開口率となるように設定して形成されている。但し、通気孔４１ａおよび空気供給孔１２ａは外装ケース３の内部空間に均等に空気が導入できる孔形状および配置とすることが好ましい。

さらに、上記補助電源モジュール１には、シャッタ部材１２を上限位置および下限位置にそれぞれ軽く制止するための構成が設けられている。すなわち、図４のＤ−Ｄ線に沿った拡大断面図である図５に示すように、蓋体１４のガイド片１４ａにおけるシャッタ部材１２との対向面には、ほぼ半球状の係合突部１４ｂが膨出形成されている。一方、シャッタ部材１２におけるガイド片１４ａとのスライド面には、上記係合突部１４ｂが択一的に嵌まり込むことのできるほぼ半円弧状の断面形状を有する上下一対の係止凹部１２ｄ，１２ｅが凹設されているとともに、この両係止凹部１２ｄ，１２ｅが、これらよりも浅い深さの直線状のガイド溝部１２ｆによって連通されている。

さらに、上述と同様の制止構造がケース本体１３のガイド片１３ａ側にも設けられている。すなわち、図４に示すように、ケース本体１３のガイド片１３ａにも上記係合突部１４ｂと同一形状の係合突部１３ｂが膨出形成され、シャッタ部材１２におけるガイド片１３ａとのスライド面には、上記係合突部１３ｂが択一的に嵌まり込むことのできるほぼ半円弧状の断面形状を有する上下一対の係止凹部１２ｇ，１２ｈが凹設されているとともに、この両係止凹部１２ｇ，１２ｈが、これらよりも浅い深さの直線状のガイド溝部１２ｉによって連通されている。

図３に示すように、ケース本体１３のガイド板部４１には、シャッタ部材１２に対するスライド面における前後両端近傍箇所に、シール部材４４が溝状凹所に嵌合した状態で保持されている。このシール部材４４は、ガイド板部４１とこれに対し摺動するシャッタ部材１２との間をほぼ密閉する。さらに、ケース本体１３のガイド板部４１における蓋体１４に当接する端面にもシール部材４７が溝状凹所に嵌合した状態で保持されて、ガイド板部４１と蓋体１４との間がほぼ密閉されている。

また、ケース本体１３のガイド板部４１におけるシャッタ部材１２とのスライド面に対し反対側の内面には、二酸化炭素吸収シート（二酸化炭素吸収材）４８が貼着されており、この二酸化炭素吸収シート４８によりガイド板部４１の各通気孔４１ａが閉塞されている。上記二酸化炭素吸収シート４８は、空気中に含まれる二酸化炭素を吸収するが、空気中の酸素などの気体を通過させることが可能なものである。

つぎに、上記補助電源モジュール１の使用形態および作用について説明する。この補助電源モジュール１は、偏平な直方体形状の外装ケース３の内部に４個の空気電池９が四角形を形作る配置で内装されただけの簡単な構造であって、小型の外形を有するものであるから、例えばディジタルスチールカメラ、カメラ一体型ビデオテープレコーダ、携帯電話機、ノート型パソコンなどの適用電子機器２（図１）と共にこれらの駆動電源として気軽に常時携帯することができる。

その補助電源モジュール１を携帯するに際しては、不使用時に、図６（ａ）に示すように、シャッタ部材１２を下限位置に下降させて、シャッタ部材１２の各空気供給孔１２ａをガイド板部４１の各通気孔４１ａに対し全く重ね合わない齟齬状の相対配置に位置させることにより、シャッタ部材１２で各通気孔４１ａを閉塞した状態とする。このとき、外装ケース３は、上述のようにガイド板部４１の各通気孔４１ａがシャッタ部材１２で閉塞されているのに加えて、上下動可能なシャッタ部材１２とガイド板部４１との間が二つのシール部材４４で密閉され、且つ蓋体１４とガイド板部４１との間がシール部材４７で密閉されている。すなわち、外装ケース３は、内部空間が電池外部の大気に対しほぼ完全に遮断された密閉状態になっている。

また、図４および図５に示すシャッタ部材１２の左右においてそれぞれ上下２つ有する係止凹部１２ｄ，１２ｅ、１２ｇ，１２ｈのうちの上方側の係止凹部１２ｄ，１２ｇにそれぞれ蓋体１４およびケース本体１３の各々のガイド片１４ａ，１３ａの係合突部１４ｂ，１３ｂが嵌まり込むことにより、外装ケース３は、上述した大気に対しほぼ完全に遮断された状態に保持される。

そして、適用電子機器２において、例えば、主電源８である二次電池の充電が必要であることを示す充電サインが表示されたときには、図１に矢印で示すように、補助電源モジュール１のプラス側およびマイナス側の接続プラグ４，７を適用電子機器２の接続端子孔１０，１１に挿入することにより、補助電源モジュール１を適用電子機器２に電気的接続状態に取り付ける。

そののち、図６（ｂ）に示すように、補助電源モジュール１のシャッタ部材１２を、これの操作片１２ｂを指で上方に持ち上げてストッパ突出部１２ｃがケース本体１３の上端桟部に当接するまで上動させることにより、上限位置に位置決め停止させる。このとき、シャッタ部材１２は、上方の各係合凹部１２ｄ，１２ｇが係合突部１４ｂ，１３ｂから離脱したのち、ガイド溝部１２ｆ，１２ｉに摺接する係合突部１４ｂ，１３ｂによりガイド板部４１から僅かに離間する方向に弾性変形された状態を保持しながら上動されていき、下方の各係合凹部１２ｅ，１２ｈに係合突部１４ｂ，１３ｂが嵌まり込むことにより、上記上限位置に保持される。この上限位置にシャッタ部材１２が位置決めされると、図６（ｂ）に示すように、シャッタ部材１２の全ての空気供給孔１２ａがガイド板部４１の対応する通気孔４１ａに合致して、外装ケース３が開口状態となる。つまり、外装ケース３の内部空間は、合致した各通気孔４１ａおよび空気供給孔１２ａを通じて電池外部の大気と連通状態となる。

そして、合致状態の各空気供給孔１２ａおよび通気孔４１ａを通じて外装ケース３の内部空間に流入した空気中に含まれている酸素は、各空気電池９の空気導入孔２０から電池内部に導入される。したがって、各空気電池９は、導入された酸素を空気極２１が正極反応に利用して駆動することにより、放電を開始する。この各空気電池９の出力電力は、プリント配線回路基板４０に設けられた充電制御回路の制御を受けて、適用電子機器２の主電源８に対し所要の充電用電力に制御して供給される。

適用電子機器２において、主電源８の充電完了サインが表示されたならば、シャッタ部材１２を下限位置に押し下げる操作を行う。これにより、補助電源モジュール１は、各通気孔４１ａがシャッタ部材１２で閉塞されて外装ケース３が再び密閉状態に保持され、それに伴って各空気電池９は放電を停止し、且つゲル状負極合剤２２の水分の蒸発が極力抑制されて放電特性の劣化の進行が防止された状態に保持される。

上記補助電源モジュール１では、上述した特許文献３に記載の空気電池のように、放電に伴う酸素消費によって起こる微小な圧力欠損に対応して開閉するフィルムの十文字状の切り込みを通じて空気を取り込むことから、空気電池が放電を開始して或る程度の気圧差が生じないと空気孔が開口せず、且つ放電容量が或る程度の大きさに達しないと空気孔が十分に開口しないものとは異なり、シャッタ部材１２を上限位置まで持ち上げると同時に、外装ケース３を、各通気孔４１ａによって設定された所定の開口率に開口して、電池外部から空気を極めて効果的、且つ効率的に外装ケース３内に即座に導入することができるから、各空気電池９が、所定の放電容量による放電を即座に開始する。したがって、この補助電源モジュール１は、適用電子機器２の主電源８に対する充電を即座に開始でき、且つ十分な空気の導入量によって短時間の間に急速充電を完了することができる。

また、この補助電源モジュール１は、各空気電池９を所定の放電容量で即座に放電させることができることから、上述した適用電子機器２の主電源８の充電用としての用途の他に、主電源８に代わる予備電源またはディジタルスチールカメラにおけるフラッシュ使用時のように大電流出力が必要なときの補助電源などの用途にも好適に使用することができる。

また、上記補助電源モジュール１では、各通気孔４１ａが二酸化炭素吸収シート４８で閉塞されていることにより、外装ケース３内に空気を導入する際に、その空気中に含まれている二酸化炭素を二酸化炭素吸収シート４８で吸収して外装ケース３内への侵入を阻止できるので、空気電池９が電池反応するときに炭酸ガスが存在した場合に発生する空気電池９の電解液の劣化の進行を抑制することができる。この二酸化炭素吸収シート４８としては、多孔質基材の表面または内部に二酸化炭素吸収材の粉末を充填したもの、あるいはバインダを用いてペレット状としたものなどを用いるのが好ましい。また、二酸化炭素吸収シート４８は、ガイド板部４１に代えて、シャッタ部材１２の外面に貼着して、各空気供給孔１２ａを閉塞するようにしてもよい。さらに、二酸化炭素吸収シート４８を貼着するのに代えて、空気供給孔１２ａまたは通気孔４１ａの何れか一方を、二酸化炭素吸収材を直接充填して形成した二酸化炭素吸収膜により閉塞する構成としてもよい。要は、空気供給孔１２ａまたは通気孔４１ａの何れか一方が二酸化炭素吸収材で閉塞されていれば、上述した効果を得ることができる。

さらに、上記補助電源モジュール１では、図３に示すように、各空気電池９に個々に対応して正極接続板３７に各々４つずつ設けた接続端子部３７ａが、空気電池９の正極缶１９に対し電気的に接続する本来の機能に加えて、正極缶１９をケース本体１３に対し所定の隙間を設けた状態で四角形を形作る４点で接触して保持する機能とを備えている。これにより、外装ケース３内に流入したのち拡散された空気は、接続端子部３７ａによって設けられた正極缶１９とケース本体１３との隙間を通って空気導入孔２０から各空気電池９の内部にスムーズに導入される。この点からも、各空気電池９は、シャッタ部材１２を上限位置に持ち上げた時点で一層確実に駆動を開始する。

なお、上記実施形態では、シャッタ部材１２をスライド移動により通気孔４１ａを開閉するようにして、比較的小さなスペース内でシャッタ部材１２の所要の動作が得られるスペース効率の高い構成とした場合を例示したが、シャッタ部材１２は、上記構成に限らず、例えば、外装ケースに形成した円弧状の通気孔とほぼ同形状の空気供給孔を備えた円板を回転させるロータリー方式の構成としても、高いスペース効率で通気孔４１ａの所要の開閉動作を得ることができる。

また、適用電子機器２に対する接続構造は、実施形態に例示した正負の接続プラグ４，７を設ける構成に代えて、例えば、専用の接続コードの両端に取り付けられた各プラグを補助電源モジュールおよび適用電子機器に各々設けられた各ジャックにそれぞれ差し込む構成や、或いは、補助電源モジュールを適用電子機器の取付用凹所に嵌め入れると、補助電源モジュールと適用電子機器との各々の接続端子が互いに接続された状態で、適用電子機器に設けた固定用ロックボタンが補助電源モジュールの係合凹部に挿入して、補助電源モジュールが適用電子機器に対し着脱自在に固定される構成としてもよい。要は、補助電源モジュール１を適用電子機器２に対し着脱自在に電気的接続できればよい。

また、本発明の補助電源モジュール１を実際に試作して実験を行ったので、その実験結果の評価について説明する。空気電池９は、空気極２１として、金属酸化物、黒鉛、活性炭およびフッ素系結着剤を主成分とする触媒をネット状の集電体に圧着したものを用いた。また、電解液として、電解液濃度が３４ｗｔ％ＫＯＨのアルカリ電解液を用いて作製した。そして、シャッタ部材１２として、全ての空気供給孔１２ａの外装ケース３の全表面積に対する開口率を、０．５、１、２、５、１０、１８、２０、２５、３０、３５、４０にそれぞれ設定した１１種類を製作して、これらシャッタ部材１２を個々に異なる外装ケース３に対し実施形態と同様にスライド自在に取り付けた。

上述１１種類の各外装ケース３内に、上記空気電池９を同一平面上に四角形を形作る配置で４個並べてそれぞれ収納し、０．５ｍｍ×５ｍｍの断面積と１ｃｍの長さを有する複数本のニッケルリード線の両端を上記４つの空気電池９にスポット溶接することにより、その４つの空気電池９を直列接続するとともに、この４つの空気電池９の直列回路の両端のプラス側とマイナス側とに一端を接続したニッケルリード線をプラス側およびマイナス側の各接続プラグ４，７にスポット溶接により接続して、１１種類の補助電源モジュールを作製した。

上記１１種類の各補助電源モジュールにおける外装ケース３の開口状態を評価する方法として、シャッタ部材１２を上限位置に位置決めして各空気供給孔１２ａを通気孔４１ａに合致させることにより各空気電池９の空気極２１を外気と連通させた状態で、２０°の温度と６０％の相対湿度に設定した恒温槽内に挿入して、１０間保存し、その保存後に、空気電池９を１個当たり５０ｍＡ／ｃｍ² の電流密度で放電させて、空気電池９の放電容量Ｃ１を求めた。この得られた放電容量Ｃ１と、各空気電池９に含まれる亜鉛重量から計算される理論容量Ｃ２（ｍＡｈ）とに基づき、空気電池９の放電効率Ｐ（％）を求めた。この放電効率Ｐ（％）は、〔Ｐ（％）＝（Ｃ１／Ｃ２）×１００〕の式から算出した。ここで、放電効率Ｐ（％）の数値が大きい程放電特性の優れた補助電源モジュール１であると言える。

上記試験の結果、全ての空気供給孔１２ａの外装ケース３の全表面積に対する開口率を２、５、１０、１８、２０、２５、３０、３５、４０にそれぞれ設定した補助電源モジュールでは、初期の放電効率Ｐ（％）の数値が７０％以上となり、高率放電が可能である。このことから、空気電池９を高率放電させるためには、空気供給孔１２ａまたは通気孔４１ａの外装ケース３の全表面積に対する開口率を２％以上に設定する必要があることが判明した。

一方、全ての空気供給孔１２ａの外装ケース３の全表面積に対する開口率を２、５、１０、１８、２０、２５、３０にそれぞれ設定した補助電源モジュールでは、保存後の放電効率Ｐ（％）の数値が６０％以上を維持していた。このことから、外装ケース３の全表面積に対する空気供給孔１２ａおよび通気孔４１ａによる開口率が３０％以上になると、大気中の二酸化炭素が空気電池９の内部に侵入する割合が高くなって、二酸化炭素により空気電池９の電解液等が劣化し、上記保存後の放電高率Ｐ（％）の数値が著しく低下するものと思われる。

したがって、上記試験の結果、外装ケース３は、全表面積に対する開口率が２〜３０％となる割合で開口するように設定して通気孔４１ａおよび空気供給孔１２ａを形成すれば、初期および保存後の放電高率Ｐ（％）として共に高い数値を得ることができ、高率放電特性と開封保存特性の両特性が良好となる。特に、外装ケース３の全表面積に対する開口率が２〜１８％の範囲内の割合で開口するように設定して通気孔４１ａおよび空気供給孔１２ａを形成すれば、初期および保存後の放電高率Ｐ（％）が共に７０％以上に維持され、好ましい。

一方、二酸化炭素吸収シート４８は、ＬｉＯＨ、Ｍｇ（ＯＨ）₂ 、Ｃａ（ＯＨ）₂ 、Ｂａ（ＯＨ）₂ 、Ｓｒ（ＯＨ）₂ 、Ｌｉ₂ ＺｒＯ₃ 、Ｌｉ₂ ＳｉＯ₃ 、Ｌｉ₄ ＳｉＯ₄ 、ＭｇＯ、活性炭およびゼオライトなどの二酸化炭素吸収材の粉末を、多孔質基材の表面に置き、粉末の上から平板で擦り付けて多孔質基材の表面や内部に充填して作製した。上記二酸化炭素吸収材は、平均粒径が４０μｍの粉末として用いるのが好ましい。また、上記多孔質基材としては、例えば、タピルス（株）製のポリフェニレンサンファイド（ＰＰＳ）からなる空孔率が７０〜９０％程度の不織布を用いた。また、二酸化炭素吸収シート４８としては、上述した二酸化炭素吸収材の粉末にバインダーとしてＰＴＦＥ粉末を２０ｗｔ％加えて混合し、その混合粉末に１９．７ＭＰａ／ｃｍ² の圧力を加えてペレット化したものを用いることもできる。

外装ケース３の全表面積に対する開口率が１５％の割合で開口するように設定して通気孔４１ａおよび空気供給孔１２ａを形成した外装ケース３を用いて、二酸化炭素吸収シート４８の機能に関する実験を行い、その実験結果を評価した。その結果、初期の放電高率Ｐ（％）は、二酸化炭素吸収シート４８の使用の有無に拘らず、８０％以上の良好な数値を示したが、保存後の放電高率Ｐ（％）は、二酸化炭素吸収シート４８を用いた場合に７５％の数値を得られたのに対し、上記シート４８を使用しない場合に７１％以下に低下した。これにより、二酸化炭素吸収シート４８を用いれば、空気電池の開封保存特性が向上することが判明した。

この発明に係る補助電源モジュールは、接続部を介して携帯型電子機器に電気的接続した状態で、シャッタ部材を操作して第２の状態に設定することにより、空気電池が、所定の放電容量による放電を即座に開始するので、適用電子機器の主電源に対する充電を即座に開始でき、且つ十分な空気の導入量によって短時間の間に急速充電を完了することができる。また、不使用時には、シャッタ部材を第１の状態に保持しておくことにより、外装ケースが電池外部に対し遮断した密閉状態に保持されて、空気電池が消耗されるのを防ぐことができる。したがって、この補助電源モジュールは、空気電池を所定の放電容量で即座に放電させることができることから、適用電子機器の主電源の充電用としての用途に好適に利用できる他に、主電源に代わる予備電源またはディジタルスチールカメラにおけるフラッシュ使用時のように大電流出力が必要なときの補助電源などの用途にも好適に使用することができる。

本発明の一実施形態に係る補助電源モジュールと適用電子機器との関連を示す斜視図。 （ａ）は同上の補助電源モジュールを示す縦断面図、（ｂ），（ｃ）はそれぞれ（ａ）のＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線に沿った断面図。 図２（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った拡大断面図。 同上の補助電源モジュールを示す左側面図。 図４のＤ−Ｄ線に沿った拡大断面図。 （ａ），（ｂ）は同上の補助電源モジュールの動作を説明するための簡略斜視図。

符号の説明

１ 補助電源モジュール
２ 適用電子機器
３ 外装ケース
４，７ 接続プラグ（接続部）
９ 空気電池
１２ シャッタ部材
１２ａ 空気供給孔
４１ ガイド板部（一側面）
４１ａ 通気孔
４８ 二酸化炭素吸収シート（二酸化炭素吸収材）

Claims (5)

1. 内部空間に空気電池が収容され、一側面に形成された通気孔と、前記空気電池の出力電力を供給すべき電子機器に対し電気的接続するための接続部とを有する外装ケースと、
   前記一側面に移動可能に取り付けられたシャッタ部材とを備えてなり、
   前記シャッタ部材が、自身に形成された空気供給孔が前記通気孔から離間することにより前記通気孔を閉塞して前記外装ケースを外部から遮断した密閉状態とする第１の状態と、互いに合致した前記空気供給孔および前記通気孔を介して前記外装ケースの内部空間を外部に連通させる第２の状態との間で移動するように設けられていることを特徴とする補助電源モジュール。
2. 通気孔が外装ケースの全表面積に対し２〜３０％の割合となる開口率に設定して形成されている補助電源モジュール。
3. 外装ケースの一側面に複数個の通気孔が所定の配置で形成され、
   シャッタ部材が、板材に前記通気孔と同一数の空気供給孔が同一配置で形成されて、前記各空気供給孔が前記各通気孔から離間した第１の状態と前記各空気供給孔が前記各通気孔に合致する第２の状態との範囲内で前記一側面に対しスライド移動するように設けられている請求項１または２に記載の補助電源モジュール。
4. 外装ケース内に二酸化炭素吸収材が設けられている請求項１ないし３の何れか一項に記載の補助電源モジュール。
5. 通気孔または空気供給孔の一方が、気体の通過が可能な二酸化炭素吸収材で閉塞されている請求項１ないし４の何れか一項に記載の補助電源モジュール。

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