JP2008503031A - 長寿命電池のための精密マイクロホール - Google Patents

Abstract

本発明の様々な実施態様は、長期装用補聴器のための空気電池アセンブリ用の筐体を提供する。筐体は、空気電池アセンブリ中への酸素および水分の拡散を制御するために構成された、寸法特性を有する拡散制御素子を含み、長期間にわたって補聴器が作動していてユーザーの外耳道の中で着用されている場合に、最小電池電圧を維持する。実施態様の1つでは、筐体は、シェル内に形成された空洞への開口を有するベース端部を備えたシェル、およびベース端部の開口を覆うためのベースキャップを含むことができる。拡散素子がベースキャップに配置されている。実施態様の1つでは、拡散素子は、少なくとも約4の縦横比および約10〜15ミクロンの範囲の直径を有するレーザー穿孔された精密マイクロホールを含む。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、開示された全てのものが参照により本明細書に組み入れられる、2004年1月28日出願の米国特許仮出願第60/539,947号（代理人整理番号022176-001700US）の優先権の恩典を主張する。本出願はまた、開示された全てのものそれぞれが本明細書に組み入れられる、2002年1月16日出願の米国特許出願第10/052,199号の一部係属出願であり、同出願は1999年6月8日出願の米国特許出願第09/327,717号（現在は米国特許第6,473,513号）の係属出願である。本出願はまた、開示された全てのものが参照により本明細書に組み入れられる、2000年8月7日出願の米国特許第6,567,527号に関する。

発明の分野
本発明の実施態様は、空気電池(metal air battery)の寿命を延長させるための構成要素に関する。より具体的には、本発明は、電池筐体、および長期装用補聴器中で用いられる空気電池の性能を改善するための方法を提供する。

多くの補聴装置は外耳道に適合するように調整されるので、ここで外耳道の解剖学的構造の概要を示すことにする。外耳道の形状および構造、すなわち形態は、人ごとに異なりうる一方で、ある特性はすべての個人に共通である。ここで図1〜2を参照すると、外耳孔（外耳道）は一般に狭く、図1の冠状断像に示されるような輪郭をしている。外耳道10は、耳道口17から鼓膜18（鼓膜）の中心まで長さがおよそ25mmである。外耳道の外側部（鼓膜から離れた方向）の軟骨領域11は、その下に存在する軟骨組織により比較的柔らかい。外耳道10の軟骨領域11は、会話、あくび、咀嚼などの間におこる下顎（あご）の運動に応じて、変形し、動く。内側（鼓膜の方向）部の鼓膜に近い骨領域13は、その下に存在する骨組織のため硬い。骨領域13の皮膚14は薄く（軟骨領域の皮膚16に比較して）、接触または加圧に対して、より敏感である。おおよそ骨−軟骨接合部19（本明細書では骨接合部と呼ぶ）で生じる特有の湾曲15が存在し、それが軟骨領域11および骨領域13を分ける。この湾曲の大きさは個人間で異なる。

外耳道10は、内側方向が鼓膜18で終る。外耳道の外側方向および外に、耳介腔２および耳介3があり、両方ともまた軟骨である。耳道口17における耳介腔2と外耳道の軟骨部11の間の接合もまた、外耳道の第1湾曲として知られている特有の湾曲12によって定められる。外耳道中の毛5および残骸4は、主として軟骨領域11中に存在する。生理的な残骸は、耳垢（耳あか）、汗、腐った毛、および軟骨領域の皮膚の下の様々な分泌腺によって生成された油を含む。非生理的残骸は、主として外耳道に入ってくる環境性粒子から成る。外耳道残骸は、上皮細胞の外側方向への移動過程により、自然に耳の外部へ押し出される（例えば、Ballachanda, The Human ear Canal, Singular Publishing, 1995, pp. 195参照）。外耳道の骨部には、耳垢の産生または毛はない。

典型的な外耳道10の断面図（図2）は、一般に卵形を示し、下方（下側）がとがっている。長径（D_L）は垂直軸に沿っており、また短径（Ds）は水平軸に沿っている。これらの大きさは個人間で異なる。

第1世代の聴覚装置は、主に耳掛け型（BTE)であった。しかしそれは大部分がカナル型聴覚装置（ITC）に取って代わり、それには3つの型が存在する。耳穴型補聴装置（ITE）は、主として耳の耳介内に置かれ、第三者にかなり目立ち、かつ装着するのに比較的かさばるという欠点がある。より小さなITC装置は、部分的に耳介に、部分的に外耳道に収まり、より見えにくいが、まだ聴覚装置のかなりの部分が露出されたままである。

最近、完全耳内式（CIC）聴覚装置が、多く用いられるようになった。この装置は、外耳道内深く収まり、外側の視界からほとんど完全に隠されることが可能である。明らかな審美的利点に加えて、CIC聴覚装置はさらに、より大きくて外部に装着される装置が提供することのない幾つかの性能上の利点を有する。外耳道内深く、鼓膜の近くに聴覚装置を置くことが、装置の周波数応答を改善し、顎突出によるひずみを縮小し、閉塞効果の発生を減少させ、全体的な音声忠実度を改善する。

CIC補聴器を含む多くの市販の補聴器が、電源として空気電池を含む蓄電池を採用する。これらの電池の電気化学は、電流を生成するために酸素を必要とする。したがって、電池を包む筐体を有する多くの補聴器には、酸素を供給するために通気口が必要である。しかしながら、通気口付き補聴器用電池を含む空気補聴器電池の性能は：1）電池寿命を短くする不十分な酸素；または2）電池の表面を湿らせ、通気孔を塞ぎ、酸素を電池から奪う水および他の液体との接触、により、悪影響を受ける可能性がある。これらの因子は、CIC補聴器を含む多くの補聴器は、ユーザーが定期的な電池交換のために取り外すことが容易でないために、もし上記の原因の一方または両方によって電池の機能が停止した場合に、問題となる。

空気型電池の中からおよび外への、酸素および水分の流れを制限するための方法の1つとして、拡散制限膜（DLM）またはガス拡散膜（GDM）の使用が挙げられる。そのようなガス拡散膜は、DuPont（登録商標）Corporationから入手できるTeflon（登録商標）などの多孔質ポリテトラフルオロエチレンのような圧縮されたポリマー材料の1または複数の層で通常は構成される。例えば、焼結したポリテトラフルオロエチレンを用いる、米国特許第4,189,526からCretzmeyerらを参照のこと。しかし、PTFEなどのガス拡散膜についての1つの問題は、この材料が寸法的に安定でない、即ち、容易に伸長され、そうでなければ変形されるということである。これが、膜を通過する拡散量に影響する膜厚などの1または複数の寸法パラメータを制御することを困難にする。これが、つぎに種々の膜パッチ間の拡散速度に著しいばらつきをもたらし、これが酸素欠乏だけでなく電池電解質の氾濫または乾燥を引き起こす結果になり得て、それらの1つまたは複数は電池寿命を短縮させる可能性がある。その結果、PTFEのようなガス拡散膜を通過する酸素および水分の拡散は、長期装用補聴器空気電池の工業生産規模の製造を可能にするほどには、十分に制御することができない。したがって、CICおよび他の長期装用補聴器に用いる空気電池への酸素および水分の進入をより正確に制御する手段が必要である。

本発明の様々な実施態様が、完全耳穴式補聴器を含む長期装用補聴器に用いられる空気電池の性能および信頼性を改善するためのシステム、装置および方法を提供する。多くの実施態様が、電池アセンブリ中への酸素および水分の拡散を制御するための拡散制御素子を含む筐体を提供して、長期間にわたり補聴器が動作モードにありユーザーの外耳道内に着用されている場合に、電池の長期的な運用寿命、操作性能および電池が最小電圧を維持する能力などの、電池の1または複数の性能パラメータを改善する。

多くの実施態様が、長期装用補聴器のための空気電池アセンブリ用の筐体を提供する。筐体には、長期間にわたり補聴器が作動しており、ユーザーの外耳道内に着用されている場合に、最小電池電圧を維持するため空気電池アセンブリへの酸素および水分の拡散を制御するために構成された、寸法特性を有する拡散制御素子が含まれる。この最小電圧は、約40〜175μAの範囲、好ましい範囲としては、約40〜90μA、約90〜120μA、および約120〜175μAの電池電流流出のために、通常は1〜1.3ボルトの範囲である。実施態様の1つでは、筐体は、シェル(殻）内に形成された空洞の開口を有するベース端部を備えたシェル、およびベース端部の開口を覆うためのベースキャップを含むことができ、拡散素子がベースキャップ上に配置される。

拡散制御素子は、電池アセンブリ中への水分拡散量を、電池の電解質が乾き切ったり、または電池アセンブリの凝縮および氾濫を引き起こす過度の水分が電池アセンブリに進入しない、範囲内に制御することにより、電池の運用寿命を改善するようにも構成される。電池アセンブリ中への酸素および水分拡散の両方を制御することにより、拡散制御素子を採用している本発明の様々な実施態様では、数か月までの、またはより長いインサイチューでの電池の運用寿命が可能になる。

多くの実施態様では、拡散制御素子が1つまたは複数のレーザー穿孔可能な精密マイクロスルーホールを含むことになる。スルーホールの形は、望ましくは一直線状である、しかしまた、曲線状、角度付き、または非線形でもよく、線形部分と湾曲部分を含む非線形部分の組み合せを含み得る。望ましくは、スルーホールは、電池アセンブリ中へのガス進入が実質的に拡散律速であるような長さ対直径比（即ち縦横比）を有する。好ましい実施態様では、縦横比は約4以上で、スルーホールの直径は約15ミクロンを超えない。また好ましい実施態様では、筐体のマイクロホールを含む部分は、金属被覆されたPEEKなどの金属被覆されたポリマーから作成される。別の実施態様では、この部分を多層のポリマー材料から作成し、その全体のガス透過率が金属被覆されたポリマー層以下となるようにすることができる。すなわち、拡散／透過を引き起こす単層の欠陥を、次の重ねられた層が阻止する。

拡散制御素子を備えた電池アセンブリを有する補聴器を用いる方法の典型的な実施態様は、補聴器をユーザーの耳の中へ配置する工程、および補聴器が電池から電流を取り出す時に最小電池電圧を維持するため、電池アセンブリ中への空気の進入を制御する工程を含む。通常は、最小電圧は、約1〜1.3ボルトの範囲にあり、取り出される電流は、約40〜90μAの範囲であることになるが、しかし約40〜120μA、約40〜175μA、または約1〜175μAの範囲でもよい。

いくつかの実施態様においては、拡散制御素子が、筐体の一部分に連結された圧縮ガス多孔質膜の非圧縮部分を含む場合がある。圧縮部分を十分に圧縮して、非圧縮部分に比較して圧縮部分のガス透過性を著しく減少させる。多孔質膜は、PTFEまたは他の公知の多孔質膜を含むことができる。筐体がベースキャップを有するシェルを含む実施態様については、ベースキャップに多孔質膜を配置することができる。

他の実施態様では、拡散制御素子は、ユーザーが選択した補聴器音量、補聴器動作モード（例えば、スリープ対アクティブ・モード）、補聴器利得、補聴器周波数応答等の補聴器パラメータに応答して、空気電池アセンブリ中への酸素および水分拡散を調節するように構成されたレギュレータを含むことができる。レギュレータには、弁またはシャッター、あるいは弁、シャッターの機能または同様の機能を有し得るMEMSデバイスを含むことができる。

レギュレータ付きの電池アセンブリを有する補聴器を用いる方法の典型的な実施態様は、ユーザーの耳の中へ補聴器を配置する工程、および補聴器利得、補聴器音量またはユーザーが選択した補聴器音量などの補聴器パラメータに応答して、電池アセンブリへの空気の進入を調節する工程、を含む。

発明の詳細な説明
本発明の様々な実施態様が、CIC補聴器および他の長期装用補聴器のために用いられる空気電池の筐体への酸素および水蒸気の進入を制御するためのシステム、アセンブリ、および構造を提供する。ここで図3〜7を参照すると、CIC補聴装置20の実施態様の1つは、マイクロホンアセンブリ30、レシーバーまたはスピーカーアセンブリ35、および筐体70による電池空洞60に含まれる電池50を含む電池アセンブリ40を含むことができる。様々な実施態様において、電池50は、リチウム、リチウムポリマー、リチウムイオン、ニッケル・カドミウム、ニッケル金属水素化物または鉛酸、あるいはそれらの組合せを含むが、それらに限られない、公知技術の様々な電気化学物質を採用することができる。

好ましい実施態様では、電池50は、図4Aにその実施態様を示す公知の亜鉛空気または他の空気電池である。空気電池50は、空気陽極アセンブリ51および陰極アセンブリ52、ならびに筐体53を含む。空気陽極アセンブリ50は、電池設計技術において公知の活性および不活性材料のいくつかの層を表わす。陰極アセンブリ52は、結合剤および腐食防止剤を含む有機および無機化合物と共に、通常はアマルガム化された亜鉛粉末で作られる陰極材料52mを含む。陰極材料52mはまた、通常は水酸化カリウム（KOH）または水酸化ナトリウム（NaOH）の水溶液である電解質を含む。空気（酸素を含む）は、筐体53のベース内の通気孔即ち開口54から陽極アセンブリに達する。

電池アセンブリ40への水分および酸素の流入を制御するための電池筐体70の実施態様の1つを、図4Bに示す。筐体70は、電池の筐体および／またはシェル（部分）でもよい。筐体は、拡散制御素子80、または電池アセンブリへの空気の進入を制御する他の手段を含むことができる。望ましくは筐体70の全体または一部分を、金属または公知のガス不透過ポリマーなどのガス不透過材料（酸素および水蒸気への不透過性を含む）から製作する。そのような実施態様は、ガスの進入を拡散制御素子へ制限することにより、電池へのガス進入の制御を向上させる。好ましい実施態様では、筐体70の少なくとも一部分の壁70wは、金属被覆されたポリマー71から作成され、したがって金属層72およびその下のポリマー層73を含む。ポリマー層72に適している材料には、ポリアミド、ポリスチレンおよびブチルゴムが含まれるが、それらに制限されない。好ましい実施態様では、ポリマー層72はPEEK（ポリエーテルケトン）またはそれのコポリマーである。ポリマーは、公知技術の方法（例えば真空蒸着、スパッタリングなど）を用いて金属被覆することができる。拡散制御素子80を含む金属被覆されたポリマー71は、様々な実施態様において、次の1または複数の様式に構成することができる：i）筐体70のベース部分を形成する；ii）ベース内部表面などの筐体70の内部表面に接着させる；iii）既存の電池開口部の下にパッチとして組み込む；またはiv）電池陽極アセンブリ51と統合する。

図4Cに示すように、別の実施態様では、筐体の少なくとも一部分を、合わせて金属被覆されたポリマー層に匹敵するガス透過性を有する複数のポリマー層または積層板74から製作することができる。積層板74を、互いに接着または連結された2以上のポリマー層72から作製して、所与の層を通過する増加したガス透過性のチャネルとして役立つ所与の層中の任意のピンホールまたは他の欠陥72iを覆い隠すことができる。積層板74に適したポリマーには公知のポリアミドが含まれる。様々な公知技術のポリマー加工方法（例えば、被覆、共押出、カレンダ加工その他）を用いて、層を接合することができる。

ここで図5を参照すると、多くの実施態様では、筐体は、シェル空洞77へのシェル開口部76を有するシェル75（陰極シェル75としても知られる）、およびベース開口部を覆い電池アセンブリの内容をその中に密閉するベースキャップ78を含むことができる。陰極シェル75は円筒形または他の形状を持つことができ、また、典型的な外耳道の横断面に対応する実質的に楕円形の横断面であることができる。図5に示されるように、電池通気孔即ちマイクロホール90（本明細書で議論された）、または他の拡散制御素子80を、ベースキャップ78に、通常はベースキャップの中央部分に、配置することができる。そのような実施態様では、ベースキャップ78のみは金属被覆されたポリマーまたは他のガス透過性材料で製作する必要があり、シェルの残りは金属で製作することができる。好ましい実施態様では、陰極シェル75が、ステンレス鋼／銅またはニッケル／ステンレス鋼／銅などの2層−クラッドまたは3層−クラッド材のいずれかで作製される。ステンレス鋼は、シェルのほとんどの厚みを構成し、シェルの構造支持体となる。最外層は、高導電率の表面を提供するステンレス鋼（2層−クラッド）またはニッケル（3層−クラッド）である。シェルの内部を、好ましくは、シェルの内部の亜鉛との酸化還元反応を阻害する表面合金を形成する酸素を含まない銅で作成する。陰極シェルの厚さは、0.2mm未満、好ましくは約0.1〜0.16mmの範囲である。

多くの実施態様では、筐体70には、電池アセンブリ40への水分および空気の流入を制御するように構成された拡散制御素子80が含まれ、それが電池性能を改善し、かつ完全に外耳道10の中で着用される補聴器20のための電池運用寿命を延長する。様々な実施態様において、拡散制御素子80は、小孔、多孔質またはガス透過性膜、弁、シャッター、あるいは弁、シャッターまたは他の関連する機能を有するMEMSデバイスを含むことができる。ここで図6を参照して、好ましい実施態様では、拡散制御素子80は、1つまたはマイクロスルーホール90（本明細書では以下マイクロホール90、またチャネル90としても知られる）を含む。マイクロホール90は、直径90Dおよび長さ90Lを有する。様々な実施態様で、直径90Dは約10〜15ミクロン（μm）の範囲に、より好ましくは約11〜14μmの範囲であることができる。さらに、好ましくは、直径90Dは15μmぐらいである。様々な実施態様において、マイクロホール90は精密マイクロホール90pであって、それは例えば望みの基準値の10％以内の、より好ましくは5％以内の直径を有することができる。

マイクロホール90および90pを、マイクロ穿孔および他のマイクロマシニング法などの様々な公知の加工手段を用いて産生することができる。好ましい実施態様では、マイクロホール90pを公知のレーザー穿孔法を用いてレーザーで穿孔する。穿孔に適するレーザーとしては、エキシマおよびYAGレーザーが挙げられる。レーザー周波数、パルス反復周波数、走査速度および焦点距離などの様々なレーザーパラメータを制御して、マイクロホールの所望の仕様および特性（例えば直径、精度、縦横比、拡散速度その他）を得ることができる。レーザー穿孔の使用により、正確なホール直径、およびより少ない膜残骸の産生の両方が可能になる。マイクロホール列91については、ホールを個々に穿孔するか、または集団穿孔する。

マイクロホール90の縦横比90A、即ち長さ90Lと直径90Dの比を選択して、電池筐体70から出入りする空気（酸素と水蒸気を含む）の物質移動を制御することができる。好ましい実施態様では、縦横比90Aは、筐体70から出入りする空気（酸素および水蒸気を含む）の物質移動の事実上ただ一つの様式が拡散による（すなわち対流物質移動は基本的に除外される）ものであるように構成される。そのような実施態様は、電池筐体へのガス流入を正確に制御するための拡散チャネル92を提供する。好ましくは、縦横比90Aは約4より大きい。実施態様の1つでは、これを、約15μm未満のホール径90Dおよび約45μmより大きいホール長90Lによって達成することができる。他の実施態様では、マイクロホールは約10〜15μmの直径、および約6.00より大きい縦横比、より好ましくは約11〜約14μmの直径、および約6.25より大きな縦横比を有することができる。好ましい実施態様では、約12μmのマイクロホールが76μmの厚さの金属被覆されたPEEK（ポリエチルエーテルケトン）シートに穿孔されて、6.3を越える縦横比が生じた。12ミクロンのホールが、金属被覆されたポリマー材料にエキシマレーザーを用いて穿孔された。

様々な実施態様において、図7に示されるようなマイクロホール列91を含むことができる複数のマイクロホール90の使用により、縦横比90Aをさらに増加することができる。例えば、図7に示される実施態様の1つでは、各々が5μmの直径および50μmの長さを有する3つのマイクロホール90を採用することができる。より高い縦横比の複数のマイクロホールの使用が、水蒸気および酸素の筐体内への進入の制御を依然として維持しながら、筐体内への拡散の促進および筐体内のガス濃度の均一性の増大、ならびにホールの冗長度を提供する。

マイクロホール90の形は望ましくは直線状である。しかし様々な実施態様において、角度付きの、湾曲した、またはそうでなければ非線形であり、線形部分と湾曲部分を含む非線形部分の組み合せを含むことができる。ここで図8A〜Cを参照し、図8Aに示される実施態様では、マイクロホール90は、選択可能な曲率半径で湾曲している。図8Bに示される他の実施態様では、マイクロホール90が湾曲部90Cおよび直線部90Sを含むことができる。さらに図8Cに示される別の他の実施態様では、ホール90が、角度付きの90Gおよび湾曲部90Cのジグザグの、または他のパターンの組合せを含むことができる。マイクロホールのために線形部分および非線形部分の組合せを使用すると、バッフリング効果が得られ、また筐体70の厚さ70Tを増加させる必要なしにホールの長さを増加させることができるため、ガス進入の向上した拡散制御が可能になる。さらに、それは液体（例えば凝縮した蒸気からの）が電池筐体へ入り、電池を氾濫させる危険性を減少させ、それにより電池に向上した液体防護手段を提供する。様々な実施態様において、非線形の部分を有するマイクロホールを、マイクロ穿孔法および当該技術で公知の他のマイクロマシニング法を用いて産生することができる。あるいは、非線形のマイクロホールを、公知の射出成形方法を用いて電池筐体（鋳型で形成されたホールを有する）を成型することにより作成することができる。

ここで図9を参照して、別の実施態様では、筐体70の部分は、ガス不透過性部分110および透過性部分120が含まれる膜100を含むことができ、その場合、ガス透過性部分が拡散制御素子80を含む。膜に基づく筐体の好ましい実施態様では、膜100が多孔質膜を含み、そのある部分を十分に圧縮して不透過性部分110を形成し、一方で透過性部分120を形成するために選択した非圧縮部分を残した。具体的には、膜100を十分に圧縮して、膜細孔サイズを閉塞するかそうでなければ減少させ、圧縮部分を通過するガス透過性を著しく低下させる。1つまたは複数の透過性部分120を膜100に配置することができる。好ましい実施態様では、透過性部分120は膜100の中央部に位置する。筐体70がシェル75を含む実施態様では、膜100を、キャップ78の全体または部分を作製するために用いることができ、透過性部分120をキャップの中心に配置する。部分120の直径は、好ましくは約10〜15μmの範囲に、より好ましくは約11〜14μmの範囲である。膜を圧縮してそれを拡散に対して事実上不透過にし、その代りに、比較的小さな非圧縮部分を用いて電池への拡散を制御することにより、先のDLM膜の寸法不安定性問題が克服される。

透過性部分120は、実質的に円形、半円、長方形を含む様々な形状を有することができる。膜100の適当な材料は、Dupont（登録商標）Corporationから入手可能なTeflon（登録商標）などのポリテトラフルオロエチレンを含むことができる。透過性および不透過性部分110および120の透過率／拡散速度を、当該技術で公知の透過率／多孔性測定法（例えば、液体押出しポロシメトリーまたは泡立ち点法）を用いて測定することができる。さらに、そのような方法を、所与の型の、またはそれと同等のロットの膜材料についても、圧縮量を較正するために用いることができる。例えば、より高い初期透過率／平均細孔サイズを有するロットは、より低い初期透過率／平均細孔サイズを有するロットより大きな量を圧縮することができる。

ここで図l0A〜10Bを参照すると、様々な実施態様において、拡散制御素子80が、1または複数の入力135に応じて筐体70への拡散を調節するレギュレータ130を含むことができる。レギュレータ130は、マイクロホール90内に位置するか、または筐体壁70Wの内または上に配置することができて、レギュレータそれ自体が、筐体中にガスが拡散するチャネル90を形成する。膜100を用いる実施態様については、レギュレータ130はまた、膜内に、透過性部分120に含んで配置することもできる。様々な実施態様において、レギュレータ130は、弁、シャッター、あるいはシャッター、弁の機能または同様の機能を有するMEM装置を含むことができる。さらに、MEM装置は機械または電気機械に基づいた装置であってよい。MEM装置を、フォトリソグラフィー法のような当該技術で公知のMEM作製方法を用いて作製することができる。さらに、レギュレータ130を、MEMSまたは他の関連する加工方法を用いて、壁70Wそれ自体の内に形成することができる。MEMに基づいた弁および流量コントローラの例には、すべてが参照により本明細書に組み入れられる米国特許第6,149,123に記述されたものが含まれる。

様々な実施態様において、入力135には、補聴器利得、周波数レスポンス、音量、周辺騒音レベルおよび音声特性（例えば声対背音）、補聴器動作モード（例えば、作動中または待機）その他の様々な補聴器パラメータが非限定的に含まれ得る。好ましい実施態様では、入力135は、マイクロホンアセンブリ30からの出力または前置増幅された出力、および／またはレシーバーアセンブリ35への前置増幅された入力である。好ましい実施態様ではまた、レギュレータ130は、ユーザーが選択した補聴器音量であってよい補聴器音量に応答して、空気電池アセンブリへの酸素および水分の拡散を調節する。使用に際して、レギュレータ130は、補聴器の電力必要条件に応答して酸素流入量を調節することにより、もう1つの電池性能パラメータを改善するための手段を提供する。

様々な実施態様で、入力135を：ｉ）直接、レギュレータ130へ；ii）レギュレータ130へ制御信号145を送るコントローラ140へ；またはiii）補聴器20へ、送ることができる。コントローラ140は、レギュレータ130と一体にする、またはそうでなければ連結することができる。コントローラ140また、補聴器20と一体にする、またはそうでなければ結合することができる、例えば補聴器マイクロホン、レシーバーまたは電池アセンブリに結合することができる。コントローラ130は、マイクロプロセッサ、機械的もしくは電気機械的コントローラ、あるいはレギュレータがMEMSである実施態様の場合は、組込まれたレギュレータ130である機械的もしくは電気機械的なMEMS装置、であってよい。

本明細書で議論するように、マイクロホール90を、電池筐体70への酸素および水分（例えば水蒸気）の両方の流入を制御するように構成して、1または複数の電池性能パラメータを改善することができる。そのようなパラメータには、補聴器が外耳道内で動作するときの長期の運用寿命およびユーザーの最小電圧を長期間にわたり維持する電池の能力が含まれ得るが、しかしそれに限られない。後者のパラメータ達成の観点から、筐体の実施態様は、所定の電流流出のための望ましい最小電池電圧を維持するために電池アセンブリへの十分な酸素流入を提供するように構成された縦横比を有するマイクロホールを含むことができる。この最小電圧は通常は、約40〜175μAの範囲の、詳細な範囲としては約40〜90μA、約42〜85μA、約90〜120μA、約120〜175μAおよび約1〜175μAの電池電流流出に対して、1〜1.3ボルトの範囲であることになる。ある特定の実施態様では、電流流出は約42μAである。様々な実施態様で、そのような電圧を維持するための縦横比は約4〜7であってよく、好ましい実施態様では約6.33である。図11〜12（実施例も参照のこと）に示されるように、本発明の実施態様に従って製作されたマイクロホールを備えた電池筐体のサンプル構成は、長期間に亘ってこれらのパラメータに適合できる以上のものであった。

空気補聴器電池の運用寿命は、あまりに多すぎるまたは少なすぎる水分の存在（それは電池陽極の電解質材料を氾濫させるかあるいは乾燥させるかのどちらかにする）により短くなる可能性がある。いずれの状況も外耳道に、特に後者は、汗およびシャワーや水泳による水へ曝されることにより生じ得る。従って、外耳道中の電池運用寿命の改良が、筐体内の水分レベルを、1）陽極電解質が乾き切らない；2）電池の凝縮および氾濫を引き起こす過度の水分が電池アセンブリに進入しない、運用範囲内に維持するように電池アセンブリへの水分（水蒸気の形の）の流入量を制御するように縦横比が構成される、マイクロホールの実施態様により達成され得る。様々な実施態様で、これらの状況を防ぐように水分流入を制御するための縦横比は約4〜7の間であり得て、好ましい実施態様では約6.33である。図14（実施例も参照のこと）に示すように、本発明の実施態様に従って製作されたマイクロホールを有する電池筐体のサンプル構成物は、38℃および60％もの高い相対湿度でテストした時に210日を越える電池寿命を達成することができた。
実施例

本発明の様々な実施態様を、精密マイクロホールを有するように構成された、金属被覆ポリマー膜／電池筐体アセンブリの次の実施例を参照して、ここでさらに説明することにしよう。しかし、これらの実施例は説明の目的のために提示されること、および本発明がこれらの具体的な実施例またはその詳細によって制限されることはないことを認識するべきである。

実施例1
金属被覆されたPEEK（ポリエチルエーテルケトン）シート膜中にレーザー穿孔されたマイクロホールを有する筐体を含んだ、一連の電池セルを作製した。約12ミクロン のマイクロホールを76ミクロン（約3mil）の厚さのPEEK（ポリエチルエーテルケトン）シートに穿孔し、6.3を越える縦横比が生成された。12ミクロンのホールを、エキシマレーザーを用いて穿孔した。電池を、120μAおよび175μAの電流で、最小電圧を維持する能力についてテストした。図11A〜12は、サンプルが1.3ボルト以上の電圧を60分間以上維持することができたことを示しており、一方図11Bは、サンプルがほぼこの電圧を50時間近く維持することができたことを示す。その平坦な電圧応答は、レーザー穿孔ホールにより、120μAまたは175μAの使用可能な電流または電流流出レベルを提供するのに十分な酸素進入が可能であったことを示す。200μAの電流流出レベルで行なわれた実験は、120μAまたは175μAの電流レベルの応答曲線と比較して、電圧応答が下降し続け、水平にならなかった（図13を参照のこと）。200μAの曲線の増加した下方傾斜は、電池がこの電流で酸素欠乏であることを示す。200μAの電流レベルにおけるそのような酸素欠乏はまた、マイクロホールが125および175μAの電流レベルで適切に過剰酸素流入を制限していることを示唆する。

実施例2
金属被覆されたPEEK（ポリエチルエーテルケトン）シート膜にレーザー穿孔されたマイクロホールを有する筐体を含む、一連の194個の電池セルを作製した。76ミクロン（約3mil）の厚さのPEEK（ポリエチルエーテルケトン）シートに約12ミクロンのマイクロホールを空け、6.3を越える縦横比とした。12ミクロンのホールを、エキシマレーザーを用いて穿孔した。電池を、38℃ならびに15、40および60％の相対湿度、電流流出33μA（これは、42μAでの16時間の作動時間および15μAでの8時間の待機を仮定する1ユーザー日の平均電流を表わす）における電池寿命についてテストした。電池寿命を、1ボルト以上の電圧を維持する能力により評価した。図14が示すように、サンプルの電池寿命は、190日以上〜210日以上の範囲であった。

結論
本発明の様々な実施態様の先の記述は、説明と記述の目的のために提示している。本発明を開示された詳細な形式に制限することは、意図されていない。多くの修正、変更および改善が、当業者には明らかであろう。さらに、本発明の教示は、補聴器装置分野、および当業者によって認識されるであろう他の分野に、広い応用を持っている。例えば、本発明の様々な実施態様を、電池アセンブリへの酸素および水分の流入制御、および／または電池に対する電力需要に応じた酸素流入調節が望ましい多くの用途において、空気電池に適合させ、用いることができる。そのような用途には、時計および計算機、ポータブルエレクトロニクス、ならびにポータブルおよび移植可能な機器類を含む医療機器類が挙げられるが、それらに限定されない。

1つの実施態様からの構成要素、特性または行為を、他の実施態様からの1つまたは複数の構成要素、特性または行為と、容易に再結合させるかまたは置き換えて、本発明の範囲内の多数の追加の実施態様を形成することができる。従って、本発明の範囲は、例示的な実施態様の詳細には制限されず、添付した特許請求の範囲によってのみ制限される。

外耳道の冠状断像の片側である。 外耳道の軟骨領域における断面図である。 外耳道の骨部分に配置された補聴器装置の実施態様の1つを図示する断面図である。 空気補聴器電池アセンブリの実施態様の1つを図示する断面図である。 補聴器電池アセンブリの筐体の実施態様の1つを図示する断面図である。 多層構成を有する補聴器電池筐体の実施態様の1つを図示する断面図である。 シェルおよびベースキャップ（ベースキャップは拡散制御素子を含む）を含む補聴器電池筐体の実施態様の1つを図示する斜視図である。 マイクロホールを含む拡散制御素子を有する筐体壁の実施態様の1つを図示する断面図である。 マイクロホールの列を有する筐体壁の実施態様の1つを図示する断面図である。 湾曲部、湾曲部および直線部、ならびに湾曲部および角度付き部分、を含む様々な形状を有するマイクロホールの実施態様を図示する断面図である。 ガス透過性膜を含む拡散制御素子の実施態様の1つを図示する断面図である。 電池アセンブリへのガス流入を調節するためのレギュレータを含む電池筐体の実施態様の1つを図示する断面図である。 1または複数の入力に応答する電池筐体へのガス流入を調節するためのレギュレータの使用を図示するブロック図である。 本発明の実施態様の1つによる金属被覆されたレーザー穿孔マイクロホールを有する一連の電池に対する、120μAの流出電流における負荷（ボルトで表す）対時間（分で表す）のグラフである。 本発明の実施態様の1つによる金属被覆されたレーザー穿孔マイクロホールを有する一連の電池に対する、120μAの流出電流における負荷（ボルトで表す）対時間（時間で表す）のグラフである。 本発明の実施態様の1つによる金属被覆されたレーザー穿孔マイクロホールを有する一連の電池に対する、175μAの流出電流における負荷（ボルトで表す）対時間（分で表す）のグラフである。 本発明の実施態様の1つによる金属被覆されたレーザー穿孔マイクロホールを有する一連の電池に対する、200μAの流出電流における負荷（ボルトで表す）対時間（分で表す）のグラフである。 本発明の実施態様の1つによる金属被覆されたレーザー穿孔マイクロホールを有する一連の電池について電池寿命を表示するグラフである。グラフは、3つの異なるレベルの湿度でテストされた、電池に対する負荷（ボルトで表す）対運用寿命（日で表す）を示す。

Claims (32)

1. 長期装用補聴器のための空気電池アセンブリ用の筐体であって、補聴器が長期間にわたって作動していてユーザーの外耳道内に着用されている場合に、最小電池電圧を維持するため空気電池アセンブリ中への酸素および水分の拡散を制御するように構成された寸法特性を有する拡散制御素子を含む、筐体。
2. 筐体が、シェル内に形成された空洞の開口を有するベース端部を備えたシェル、およびベース端部の開口部を覆うためのベースキャップを含む、請求項1記載の筐体。
3. 拡散制御素子がベースキャップ上に配置されている、請求項2記載の筐体。
4. 拡散制御素子が外耳道内の電池アセンブリの稼働寿命を改善するよう構成されている、請求項1記載の筐体。
5. 電圧が約1〜1.3ボルトの範囲である、請求項1記載の筐体。
6. 最小電圧が維持される電流流出が約40〜175μAの範囲である、請求項1記載の筐体。
7. 最低電圧が維持される電流流出が約40〜90μA の範囲である、請求項1記載の筐体。
8. 拡散制御素子が、電池アセンブリへの水分拡散を制御するように構成され、電池が補聴器に電力を供給できるために十分な範囲の電池電解質濃度を維持する、請求項1記載の筐体。
9. 拡散制御素子が精密マイクロスルーホールを含む、請求項1記載の筐体。
10. スルーホールの少なくとも一部分が、湾曲しているかまたは非線形である、請求項9記載の筐体。
11. ホールがレーザー穿孔される、請求項9記載の筐体。
12. スルーホールが、電池アセンブリへのガス進入が実質的に拡散律速であるような長さ対直径比を有する、請求項9記載の筐体。
13. スルーホールが少なくとも約4の長さ対直径比を有する、請求項9記載の筐体。
14. 精密マイクロホールが約15ミクロン以下の直径を有する、請求項9記載の筐体。
15. 精密ホールが複数のホールを含む、請求項9記載の筐体。
16. マイクロホールを含む筐体の一部分が、ポリマー、金属被覆されたポリマー、金属被覆されたPEEK、または多層ポリマーの少なくとも1つを含む、請求項9記載の筐体。
17. 拡散制御素子が、補聴器パラメータに応答して空気電池アセンブリ中への酸素および水分の拡散を調節するように構成されたレギュレータを含む、請求項1記載の筐体。
18. レギュレータが、シャッター、MEM装置またはMEMシャッター装置である、請求項17記載の筐体。
19. パラメータが、ユーザーが選択する補聴器音量である、請求項17記載の筐体。
20. 拡散制御素子が、筐体の一部に結合された圧縮多孔質膜の非圧縮部分を含む、請求項1記載の筐体。
21. 非圧縮部分が実質的に円形形状である、請求項20の筐体。
22. 請求項1記載の筐体を含む、長期装用カナル型聴覚装置。
23. 長期装用補聴器のための空気電池アセンブリ用の筐体であって、筐体は精密マイクロスルーホールを含み、スルーホールが、補聴器が長期間にわたって作動していてユーザーの外耳道中に着用されているときに、最小電池電圧を維持するため空気電池アセンブリ中への酸素および水分の拡散を制御するように構成された長さ対直径比を有する、筐体。
24. スルーホールが少なくとも約4の長さ対直径比を有する、請求項23記載の筐体。
25. 長期装用補聴器のための空気電池アセンブリ用の筐体であって、補聴器パラメータに応答して空気電池アセンブリ中への酸素および水分の拡散を調節するように構成された拡散レギュレータを含む、筐体。
26. パラメータがユーザーが選択した補聴器音量である、請求項25記載の筐体。
27. 以下の工程を含む、空気補聴器電池の性能を改善するための方法：
    拡散制御素子を含む空気電池アセンブリを備えた補聴器を提供する工程；
    補聴器をユーザーの耳の中に配置する工程；および、
    補聴器が電池から電流を取り出すときに、最小電池電圧を維持するため電池アセンブリへの空気の進入を制御する工程。
28. 電圧が約1〜1.3ボルトの範囲である、請求項27記載の方法。
29. 電流が約40〜175μAの範囲である、請求項27記載の方法。
30. 電流が約40〜90μAの範囲である、請求項27記載の方法。
31. 以下の工程を含む、空気補聴器電池の性能を改善するための方法：
    レギュレータを含む空気電池アセンブリを備えた補聴器を提供する工程；
    補聴器をユーザーの耳の中に配置する工程；および、
    補聴器パラメータに応答して電池アセンブリ中への空気の進入を調節する工程。
32. 補聴器パラメータが、補聴器利得、マイクロホン出力、プリアンプ出力、補聴器音量、またはユーザーが選択した補聴器音量である、請求項31記載の方法。

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