JP3265433B2 - 電池取付用エレクトロクロミック薄膜充電検知器 - Google Patents

電池取付用エレクトロクロミック薄膜充電検知器

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はバッテリとバッテリ・テ
スタの組合せ体に関する。
【０００２】
【従来の技術とその課題】乾電池というものは、一旦、
元の製造業者の手元を離れると、それを見ただけでは寿
命が既に尽きたものか、それとも真新しいものか、使用
者側では最早見分けがつかない。完全に放電し切ってい
るものも真新しいものも、物理的外観は同じである。あ
るバッテリの使用寿命を知る方法としては、人々は多
分、そのバッテリを器械に取り付け、器械を実際に運転
してみるであろう。しかし、バッテリ１個だけで動く器
械は滅多にない。そこで、例えば、懐中電灯などに新し
いバッテリと放電し切ったバッテリ、又は殆ど放電した
バッテリ、とを混合して装填し点灯してみると、例え懐
中電灯は点灯するにしても、非常に暗い状態でしか点灯
しないであろう。それを見て、少なくともその中の一つ
はまだ新しいのに、入っているバッテリは欠陥品だか
ら、それら全部を交換しなければならないと結論するこ
とになる。セル（電池）のテストには、比較的高価な電
圧計又は電流計を使うことができるが、これらはテスト
の対象である新品バッテリー組の価格と比べてみて、法
外に高価なものにつく。
【０００３】バッテリのテスト方法としては、他にも提
案されたものがある。例えば、１９８８年２月９日、Ｋ
ｉｅｒｎａｎ氏他に付与されたＵ．Ｓ．特許４，７２
３，６５６では、ブリスタ（気泡）タイプのパッケージ
のブリスタ部にバッテリ充電状態表示器を組み込んで、
それに新しいバッテリを取り付ける方法がある。ブリス
タ包装容器は、テストするバッテリの端子間を接続する
テスタが取り付けられるように、予め変形させておくこ
とができる。テスタには、楔（くさび）型抵抗素子と共
に熱変色性液晶（ｔｈｅｒｍｏｃｈｒｏｍｉｃ ｌｉｑ
ｕｉｄｃｒｙｓｔａｌ ｍａｔｅｒｉａｌ）を使用して
いる。抵抗を通じて電流が流れると、そのときのバッテ
リ容量に応じてサーマルフロント（熱前線）が楔型抵抗
の一番細いところから次第に太い方へと移動してゆく。
このサーマルフロント移動の状態は、抵抗に熱接触して
取り付けられている液晶層を通じて観察することができ
る。
【０００４】バッテリの充電状態（ｓｔａｔｅ−ｏｆ−
ｃｈａｒｇｅ）を知る方法として、熱変色性液晶層を利
用することにより、可撓性基板上に熱発生に伴うパター
ンを作らせる方法がＲｏｂｅｒｔ Ｐａｒｋｅｒ氏の発
明にあり、これについては、幾つかのＵ．Ｓ．特許、即
ち４，７０２，５６３；４，７０２，５６４；４，７２
６，６６１；及び４，７３７，０２０がある。更に、セ
ルの使用中にその状態を知ること、しかも、それをセル
の動作構成分子上の色変化で知ろうという方法もあり、
これについては１９８５年２月５日付、Ｂｅｒｔｏｌｉ
ｎｏ氏に付与されたＵ．Ｓ．特許４，４９７，８８１が
ある。１９７２年５月３０日付でＧａｒｆｅｉｎ氏他に
付与されている別のＵ．Ｓ．特許３，６６７，０３９で
は、密閉したセルの中に、成形した端子一つ又はセルと
液晶とを封入し、液晶上に傾斜領域を表示させてバッテ
リの充電状態を知る、という方法もある。ここでは、バ
ッテリの両端子間にセルを挿入し接続すると、液晶上に
傾斜表示が現れ、その位置を同伴のスケールと比較する
ことによりバッテリの状態を知るのである。
【０００５】Ｋｕｒｏｓａｗａ氏に付与されたＵ．Ｓ．
特許４，８３５，４７６では、結晶紫ラクトン（ｃｒｙ
ｓｔａｌ ｖｉｏｌｅｔ ｌａｔｏｎｅ）のような有機
質のものと、別の反応物質とを組み合わせて使用する熱
感応型染色システム（ｈｅａｔ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ
ｄｙｅ ｓｙｓｔｅｍ）というのを開示している。これ
らの組合せ品は、バッテリ端子間に挿入した抵抗素子に
電流が流れると、そのときの発生熱により塗装組合品の
色が消えてゆく。色が消えるに従って、塗装下にあるス
ケールが見えるようになり、それによりバッテリの状態
を知ることができる。
【０００６】上記から判るように、過去の大部分の方法
は、熱変色性物質、すなわち、熱の印加によって色、又
は色の強度が変わる物質、を利用している。熱を物質の
変色に利用するのであるから、測定器から熱を逃がさな
いことが重要となる。従って、測定器自体を被検体のド
ライセル又はバッテリに直接取り付けることは都合のよ
いことではなかった。バッテリが大きなサーマル・マス
（熱塊）となり、これがヒートシンクの役割を果して熱
を逃がし、結果として、測定器に現れる数値は不正確な
ものになるからである。客にとっては、セル自体に取り
付けることのできるテスタ（ｏｎ−ｔｈｅ−ｃｅｌｌ
ｔｅｓｔｅｒ）の方が遙に便宜である。なぜなら、それ
はセル又はバッテリと一体になったセル又はバッテリの
一部分であり、元のバッテリパッケージと一緒に捨てら
れることがないからである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、バッテリとバ
ッテリテスタとを組み合わせたものを提供するものであ
る。ハウジングには、バッテリの活性構成分子及び一対
の外部端子とを収容する。バッテリ・テスタは、ハウジ
ングに取り付ける。テスタには、電子導体と、レドック
ス化学反応（ｒｅｄｏｘ酸化還元の略）の結果を視覚で
知ることのできるエレクトロクロミック（電気色彩学
的）物質とが含まれる。イオン導通の電解質に接触して
ワーキング電極（活動電極）があり、他方、電解質の塗
層に電気的に接続されているカウンタ電極（対向電極）
がある。エレクトロクロミック材料上に目で見える変化
が起きたときには、その変化はワーキング電極又はカウ
ンタ電極を通して見ることができる。一対の電導体によ
りワーキング電極、カウンタ電極と、被検体のバッテリ
外部端子とが接続されていて、これによりバッテリのテ
ストが実施される。
【０００８】セル又はバッテリの充電状態を検知し測定
するための測定デバイスが用意されている。測定デバイ
スは、エレクトロクロミック材料を使用して作る。エレ
クトロクロミック材料は、ＤＣ電圧を印加することによ
りレドックス反応の一つの酸化の度合いが変化すると、
その変化に伴って材料の色（光の吸収率が変化する）が
変わる。エレクトロクロミック材料の形態としては、固
体、液相内の固体、又は液相内の液体のいずれでもよ
い。液体デバイスは、エレクトロケミクロミック（ｅｌ
ｅｃｔｒｏｃｈｅｃｍｉｃｈｒｏｍｉｃ、電気化学色彩
学的）デバイスと呼ばれることもある。このような測定
デバイスは、バッテリ・ハウジングに、又はハウジング
のラベル、若しくはエンドカバーのいずれかに添付し
て、セルの充電状態を測定することができる。
【０００９】図１の中では、代表的なエレクトロクロミ
ックのバッテリ状態テストデバイスをナンバー２０で示
している。デバイスには、測定デバイス構成部品の幾つ
かを収容する透明カバー２１が付いている。カバー２１
には、ナンバー２３の一つの窓、又はトップ表面とも言
うべきものが付いており、この窓を通じてエレクトロク
ロミック材料２５を見ることができる。測定デバイスの
両端からは、導線２７及び２９が出ている。導線２７は
不定長で示され、バッテリの外部端子に接続するための
ターミナル３１を持つ。同様に、導線２９も不定長で、
被検体バッテリの反対側端子に接続するターミナル３３
が付いている。ナンバー３５はスイッチを記号的に示し
たものであり、被検体バッテリの両端を接続する回路に
測定デバイス２０を挿入するときに使用する。カラース
ケール３７は、バッテリ２０のハウジングに取り付ける
ことができ、これとエレクトロクロミック材料の色とを
即時に比較することによりバッテリの充電状態を知るの
に使用する。
【００１０】図２では、その一部だけを示すバッテリ３
９上に取り付けられている充電状態インジケータ２０を
示す。ここに例示するインジケータ２０の構成は、カバ
ー２１、カウンタ電極２６、イオン導通電解層２４と、
電導電極４１及びエレクトロクロミック材料２５を持つ
エレクトロクロミック・ワーキング電極とである。カウ
ンタ電極２６は、バッテリ・ラベルの一部又はバッテリ
・ハウジングの一部であってもよい。電子的伝導電極４
１は、少なくとも部分的に光学的透明でなければなら
ず、これはカバー２１の表面内側に塗布する。このよう
な構造に対する代替え修正案は、当業者にとっては明白
なものが幾つもあるであろう。例えば、エレクトロクロ
ミック材料一つ以上のものを、同一又は異種の材料を使
って透明電極４１及びカウンタ電極（これは不透明でも
よい）上に電着又は塗装で取り付けることもできる。更
に、別の修正案としては、エレクトロクロミック材料２
５を電極２６上に塗装又は電着により取り付けて、これ
をエレクトロクロミック・ワーキング電極としてもよ
い。エレクトロクロミック・セルの構造に対する更に別
の修正案は、Ｐｒｏｃ．Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｃ ＭａｔｅｒｉａｌｓのＶ
ｏｌ．９０−２、Ｍ．Ｋ．Ｃａｒｐｅｎｔｅｒ及びＤ．
Ａ．Ｃｏｒｒｉｇａｎ氏共著、出版元Ｔｈｅ Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ，Ｐｒｉｎｃ
ｅｔｏｎ，Ｎ．Ｊ．，１９９０、又は、Ｌａｒｇｅ ａ
ｒｅａ Ｃｈｒｏｍｏｇｅｎｉｃｓ（大面積呈色物
質）：Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ
Ｃｏｎｔｒｏｌ，Ｃ．Ｍ．Ｌａｍｐｅｒｔ、Ｃ．Ｇ．Ｇ
ｒａｎｑｖｉｓｔ氏共著、出版元、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅ
ｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｒｅｓｓ，Ｂｅｌｌｉｎｇｈ
ａｍ，Ｗａｓｈｉｎｔｏｎ，１９８９年版、に見ること
ができる。
【００１１】透明電極導体４１はインジウム、錫、カド
ミウム、又は亜鉛等のドープによる不足当量酸化物（ｄ
ｏｐｅｄ ｓｕｂｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｉｃｏｘｉ
ｄｅｓ）、例えば、フッ素又はアンチモン・ドープド酸
化錫のようなものを、その透明伝導材料がエレクトロク
ロミック・セルと相容性がある限りにおいて、メタル薄
膜層又は酸化メタルとして作成することができる。この
ような透明電導フィルムの調製及び適用は業界において
は衆知のものである。透明電導材料の解説は、Ｎｉａｌ
ｌ Ｒ．Ｌｙｎａｍ氏の著「Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ」、Ｐｒ
ｏｃ．Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉ
ｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｖｏｌ．９０−２，Ｍ．Ｋ．
Ｃａｒｐｅｎｔｅｒ及びＤ．Ａ．Ｃｏｒｒｉｇａｎ氏共
著、Ｅｄｉｔｏｒ，Ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉ
ｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ，Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ，Ｎ．
Ｊ．，１９９０に見ることができる。
【００１２】セルに使用するエレクトロクロミック材料
が適当な導電性を具備するものであるならば、それはエ
レクトロクロミック・セル中での電導電極として、ま
た、色の変化を提示するレドックス反応材料としての両
機能材とて使用する事ができる。
【００１３】エレクトロクロミック・セル用のエレクト
ロクロミック材料に適するものとしては有機、非有機物
質、またはそれらの混合物があり、例えば、ポリ−２−
アクリルアミド−２−メチル・プロパンスルフォン酸
〔ｐｏｌｙ（ＡＭＰＳ）〕等がある。カバー２１は、ポ
リ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデンプラスチック、ポリ
エチレン、ポリエステル等、衆知の透明プラスチック材
料で作ることができる。
【００１４】充電状態測定セルに使用するエレクトロク
ロミック材料としては、ＤＣ電圧印加のもとに色又は色
強度、すなわち光の吸収率、が変わるものであれば、有
機、非有機物質の何れも使用することができる。エレク
トロクロミック・セル中の活性物質は、酸化／還元の両
反応〔略して一般にレドックス〕を起こすことによって
色の変化を生じるのである。セルの光吸収率の調整は、
外部電源を使い、一方の電極の状態を変えることにより
達成する。
【００１５】場合によっては、エレクトロクロミック材
料自体にはレドックス反応が起きないが、別のレドック
ス反応物質とそれとが反応し合うことによって色を変え
るものもある。このようなシステム例としては、ＯＨ−
の電気化学反応と、それに続く有機質ｐＨ表示染料との
ＯＨ−反応を利用するものがある。このようなタイプの
エレクトロクロミック・システムとしては、Ｊ．Ｆ．Ｄ
ｏｎｎｅｌｌｙ及びＲ．Ｃ．Ｃｏｏｐｅｒ両氏に付与さ
れたＵ．Ｓ．特許３，２８０，７０１がある。
【００１６】エレクトロクロミック材料としては、吸収
係数（ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎ
ｔ）の極めて高いものがよい。知覚し得る色の変化を起
こすのに必要な電極材料を少量で（従って、少ない電流
量で）済ませることができるからである。このことは、
物質の状態、すなわち固体（ｓｏｌｉｄ）から液晶状態
（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｐｈａｓｅ）への変
化に伴って色の変化を示すサーモクロミック（ｔｈｅｒ
ｍｏｃｈｒｏｍｉｃ）液晶材料とは、対照的に違うとこ
ろである。
【００１７】非有機材料の代表格はＷＯ３，ＭｏＯ３，
ＴｉＯ２，ＳｎＯ２，Ｃｒ２Ｏ３，ＮｉＯ２，Ｍｎ
Ｏ２，Ｍｎ２Ｏ３，及びベルリン青（Ｐｒｕｓｓｉａｎ
ｂｌｕｅ）等であり、これらは非有機エレクトロクロ
ミック固体材料としては衆知のものである。これらの材
料については、光学フィルタ、一方向ガラス、及び可変
反射鏡などの応用に広範囲な研究がすでになされてい
る。これらの物質は、本発明のデバイス・カバー内側の
電導塗装に使用することのできる固体材料である。
【００１８】実施例１：タングステン含有のコンパウン
ドは、タングステン酸カルシウムＫ３ＷＯ４及び蓚酸Ｈ
２Ｃ２Ｏ４の混合水溶液の電気分解によって得られた。
プラスチック基板上に前もって蒸着しておいた光学的透
明で、しかも電気的に導電性のある塗膜上に、電気分解
によって上記コンパウンドをメッキした。このコンパウ
ンドは、前述のように、衆知のエレクトロクロミック材
料ではあるがフィルムとしての市中からの入手は難しい
ＷＯ３と同じように機能するものである。Ｋ２ＷＯ４−
Ｈ２Ｃ２Ｏ４反応によって得た紺青のエレクトロクロミ
ック・フィルムは０．１Ｎ硫酸中でサイクルすることが
できるが、０．０〜−０．４ボルトの電極に対する飽和
カロメル電極（ＳＥＣ、参照電極）との間で、３Ｈｚで
２００サイクル後に、このフィルムは安定化することが
判明した。本物質は、−０．１ボルト以上の正の方に高
い電圧電極とＳＥＣ下では無色で、−０．３ボルトより
低い（負）の方の電圧電極とＳＥＣ下では青色を呈す
る。この青色の濃さは、電圧が低下して−０．８ボルト
に達するまで増大し続けた。
【００１９】有機エレクトロクロミック固体材料の代表
格には、フタロシアニン、ポリピロール、ポリアニリ
ン、及び通常染料と、更にナフトール・ブルーブラッ
ク、Ｎ，Ｎ−ジフェニルベンチジン等の多くの大環状化
合物及び多環状化合物がある。これらの材料は、これで
もってデバイスのカバー内側表面に皮膜をつくらせて、
導電性透明層の固体皮膜を作るのに使用することができ
る。
【００２０】ここでは、それら固体材料の一つであるＮ
−ベンジル・アニリンを電気化学的重合化により導電性
エレクトロクロミック・フィルムに変えることのできる
有機材料の一例として挙げる。
【００２１】実施例２：エレクトロクロミックの電極
を、Ｎｇｕｙｅｎ及びＤａｏの両氏がＪ．Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１３６，２１３１（１９８９）
中の「Ｐｏｌｙ（Ｎ−Ｂｅｎｚｙｌａｎｉｌｉｎｅ／
（Ｐｏｌｙ（ＡＭＰＳ）／ＷＯ３ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａ
ｔｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｃ Ｃｅｌｌ」に述
べているような方法により、０．１Ｍ Ｎ−ベンジルア
ニリンを１．０Ｍ燐酸中で電気分解により調製した。こ
の方法で調製したフィルムは、０．０５Ｍ硫酸中で、Ｓ
ＣＥ基準電圧対０．８ボルトの電圧下での紺青／緑か
ら、０．２ボルト電圧下での透明黄色を呈するところま
でサイクルを実施することができた。本電極の上では、
３Ｈｚで２００回のサイクルに達するまでは、認識でき
るような劣化は見られなかった。図２に示すエレクトロ
クロミック・セルの導電性電極４１とエレクトロクロミ
ック材料２５からなるワーキング電極を、イオン電導層
２４に接触させて配置する。電導層２４の方は、カウン
タ電極とも接触している。本充電状態測定デバイスは、
直接バッテリ・ハウジング又はエンドカバーに取り付け
るものである故に、カウンタ電極を透明にする必要はな
い。
【００２２】本エレクトロクロミック・セル中のカウン
タ電極２６は金属、金属酸化物、又は有機電導体のいず
れであってもよい。それは、エレクトロクロミック材料
で作るか又はエレクトロクロミック材料の塗層を含むも
のとして作り、又は、前述の材料を混合したもの又はそ
の塗層を含むもの、例えば、メタル又は酸化メタル上に
エレクトロクロミック材料の塗層を作成して作ることが
できる。エレクトロクロミック充電状態インジケータに
使用するカウンタ電極に対する要求事項の主なものは、
テストするセル又はバッテリに対するエレクトロクロミ
ック・セルの全体的な電圧を正確なレベルで表すことに
ある。この電圧は、意識的又は偶然の添加物としての不
純物による電気化学カップル（正負の対）の結果として
生じるものである。
【００２３】上記のような固体エレクトロクロミック材
料と電解物質との二つを使用するシステムの他にも、エ
レクトロクロミック材料としても、また、電解物質とし
ても同時に作用する単一層だけの、すなわち、エレクト
ロケミカル（電気化学的）エレクトロクロミック（電気
色彩学的）に同時に作用する単一システム、が考えられ
ている。この修正形態、すなわち、エレクトロケミカル
・エレクトロクロミック材料には、陽極要素と陰極要素
の両方を持ち、それぞれの電極において酸化及び還元を
行う。陽極、陰極のどちらもが、色変化の観察に役立
ち、どちらかがワーキング電極として、もう一方がカウ
ンタ電極として作用することができる。両電極（電気化
学的変化を起こす電子的導体）とも、同じ材料又は異な
った材料で作ってもよいが、少なくともその一方は、部
分的なりとも透明でエレクトロクロミック材料上の色変
化を観察することのできるものでなければならない。標
準のｐＨ又はレドックス指示剤、例えば、フェノールフ
タレイン、メチルバイオレット、エチルレッド、エチレ
ンブルー、Ｎ，Ｎ′−シフェニルベンジジン、ナフトー
ルブルーブラック、又はＮ，Ｎ−ジメチルインドアニリ
ン等、を使用することができる。このようなエレクトロ
・ケミ・クロミック材料についての更に別の実施例に関
しては、Ｈａｒｌａｎ Ｊ．Ｂｙｋｅｒ氏に付与された
１９９０年２月２０日付のＵ．Ｓ．特許４，９０２，１
０８があり、それは、ここに言及することにより本申請
に一体化されたものとする。それらの材料に含まれるも
のには、Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラメチル−１，４−
フェニレンジアミン；５，１０−ジハイドロ−５，１０
−ジメチルフェナジン及びＮ，Ｎ′，Ｎ′′−トリメチ
ルトリフェナジンオキサジンがある。フェノールフタレ
イン、メチルバイオレット、又はエチルレッドは、溶剤
（例えば、Ｈ２Ｏ）中での酸化、還元による色の変化を
示すことによって指示剤とすることができる。上記に示
すように、指示剤自体がレドックス反応をするのではな
く、別の種、例えば、レドックス反応の結果として水か
ら飛び出したプロトン（陽子）との間の反応によるもの
である。
【００２４】もし、エレクトロ・ケミ・クロミック材料
が、それ自体では十分なイオン電導体を構成することが
できない場合には、それと相容性のある電解剤を少量だ
け添加することができる。エレクトロ・ケミ・クロミッ
ク材料は、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンオ
キサイド、ポリ−２−アクリルアミド−２−メチル・プ
ロパンスルフォン酸〔ｐｏｌｙ（ＡＭＰＳ）〕等のポリ
マー濃縮剤を使って濃縮することもできる。
【００２５】図３では、乾電池は、普通のＣ又はＤ形乾
電池であって、ここではナンバー５０で示してある。代
表例としてのバッテリは、円筒形ハウジング５１と、陽
極端子５５に接続されているカバー５３とを持つ。反対
側のエンドカバーは５７で示してある。ハウジング５１
の側面には６０で示すエレクトロクロミック充電状態テ
スタが添付されている。バッテリテスト・デバイスとし
ては、図１のセル２０と同じようなエレクトロクロミッ
ク・セルを一個又はそれ以上、例えば３個、とすること
ができる。セル６４には、その中にエレクトロクロミッ
クの組成を持っていて、バッテリが新品であることの表
示用に作られている。セル６３は、同じような組成のも
のであるが、異なったエレクトロクロミック・セル材料
から作られ、バッテリは未だ使える状態にあることを示
すときに、残りのセル６５も、同じような組成であるが
異なったエレクトロクロミック・セル材料のもので、バ
ッテリは交換しなければならない状態にあることを示す
ときの表示用である。セル６５は、電導性材料の６７に
よって負（マイナス）のエンドカバー５７に接続し、６
７は下側に折り曲げて終端は接点６９となる。テスタの
反対端には導体７１があって、これがバッテリの「正」
（プラス）端子に接続されて回路を完成する。エレクト
ロクロミック・セル（単一、又は複数）とバッテリ両端
子間の接続には、別の方法を使うこともできる。例え
ば、エレクトロクロミック・セルの端末の一つを、その
まま直接にバッテリ端子に接続することもできる。
【００２６】図３に示す充電状態インジケータは、バッ
テリのプラス、マイナス外部電極と連続して接触したま
まである。このような適用法では、エレクトロクロミッ
ク・セルは固体のものを使用するのが望ましく、エレク
トロクロミック・セルのカバー内側表面の透明導体上に
エレクトロクロミック材料を塗膜層にして作成するのが
よい。エレクトロクロミック・セルが固体であると、電
流の消費量は液相のエレクトロクロミック・セル又はエ
レクトロクロミック材料のものより遙に少なくて済む。
液相の材料を使用する場合には、図１に示すスイッチ３
５のようなスイッチを取り付けて、バッテリ状態テスト
デバイスを、必要なときにだけバッテリ両端子間に接続
し、読み取りが終わったならばスイッチを切ってバッテ
リとテストデバイスとの接続を分離しておくようにする
のがよい。
【００２７】図４には、バッテリのエンドカバー７５
に、端子７７と三個のエレクトロクロミック・バッテリ
充電状態テストデバイス７９，８１、及び８３を取り付
けたものを示す。それぞれのエレクトロクロミック・セ
ルは、すでにセル端子の一つに接続してある。導体の一
つの８５は、エンドカバー７５とは電気的に絶縁された
ままで、エレクトロクロミック・セルのもう一方の電極
及びバッテリの他方端子に接続されている。同様の接続
は、セル８１、８３にも実施されているが、複雑化を避
けるために図には表示されていない。エレクトロクロミ
ック・セル７９、８１、８３は、実質的には図３に示す
セル６４、６３、６５と同じである。ここでも、もし、
適当な固体のエレクトロクロミック・セルが使用してあ
れば、セルとバッテリ端子とは接続したままにしておい
てもよい。しかし、液相のエレクトロクロミック・セル
を使用した場合には、実際にテストに使用するまではバ
ッテリとの接続を切っておくためのスイッチを取り付け
るのが望ましい。
【００２８】図５、６に示すものは、図４と同様のもの
である。図５のエンドカバー８５には、単一のエレクト
ロクロミック・セル８７があって、これはバッテリの一
方の端子に接続すると共に、適当な回路素子８９によっ
てセルのもう一方の反対側端子に接続されている。図６
に示すエンドカバー９１にはエレクトロクロミック・セ
ル９３が取り付けてあり、これは適当な導体９５により
バッテリの反対側端子に接続されている。図５及び６に
示すエレクトロクロミック・セルには、できれば、カラ
ースケール１００をバッテリ・ラベルに取り付け同伴さ
せるのが望ましい。カラースケールには、三つの色分け
を作り、１０１は新品のセル、１０２はまだ使用可能の
セル、そして１０３は交換すべきセルを示すようにす
る。図５、６、のうちいずれかのバッテリ充電状態指示
デバイスを使用する人は、セル８９、又は９３に表示さ
れた色を見て、それとスケール１００のカラードット
（ｃｏｌｏｒ ｄｏｔｓ）とを比較することでバッテリ
の充電状態を判断する。
【００２９】上記に示すように、バッテリ充電状態指示
デバイスは、バッテリの両外部電極と接続されたままで
いるものであってもよい。しかし、テストデバイスは電
流を消費するものであるから、何らかの外部スイッチを
取り付けてバッテリとの接続を切っておくようにするの
が望ましい。
【００３０】充電状態指示デバイスは、オープン回路モ
ード又はクローズド回路モードの何れのものであっても
よい。クローズド回路モードのものは、ロード（負荷）
を負荷した状態のもとでバッテリの電圧テストを実施す
るものである。図７に示すものは、バッテリテスト用の
オープン回路の構成例である。図７の左のエレクトロク
ロミック・セル１３０は、被検体バッテリと直列に接続
されている。図７の右でも、エレクトロクロミック・セ
ル１３０は、バッテリ１３１に接続されてはいるが、こ
の回路には、バッテリの放電防止のために、エレクトロ
クロミック・テストデバイスをバッテリから切り離して
おくスイッチ１３３が取り付けられている。ここに見ら
れるように、オープン回路テストでは、エレクトロクロ
ミック・セル自体の外には何らのロードもバッテリ両端
子間に挿入されていない。
【００３１】図８に示すものは、代表的なクローズド・
テスト回路であり、負荷抵抗１３５がエレクトロクロミ
ック・セル１３０の両端子間に挿入されている。バッテ
リ１３１には、ここでもスイッチ１３３が取り付けてあ
り、テスト時の接続とそれ以外のときの分離の用をな
す。
【００３２】図７Ａ，７Ｂに示すようなオープン・テス
ト回路では、エレクトロクロミック・セルは、バッテリ
１３１の発生する電圧領域を感知できるものでなければ
ならない。異なったバッテリで違った電圧領域を持つ場
合には、エレクトロクロミック・セルに違ったエレクト
ロクロミック材料を使用することができる。図８の回路
では、バッテリ１３１の電圧にマッチするように適当な
エレクトロクロミック材料を選択するとともに、負荷抵
抗１３５の容量を変えることができる。負荷抵抗１３５
は、エレクトロクロミック・デバイスのカバー内側の透
明電極のような中間的な抵抗値をもつ電極材を使用して
成形することができる。このような電極材は、抵抗値を
変えてバッテリの電圧低下に連れて負荷も減少するよう
に成形又はパターンの作成ができる。
【００３３】エレクトロクロミック材料の電圧領域の選
択と、それにマッチさせるための調整は、図９に示すよ
うなテスト回路を使用することで大部分避けることがで
きる。ここでは、電極の抵抗値、例えば透明導電電極４
１の抵抗が抵抗負荷を作り出し、これがエレクトロクロ
ミック・セル１３０と一緒になって一種の分圧器とな
る。このセルの中のエレクトロクロミック・デバイス両
端子間の電圧低下は、エレクトロクロミック・セルの左
端に接点があるときのクローズド回路のときのフル電圧
から、図９に示すように反対端にあるときの低電圧（ゼ
ロ電圧のときもある）にまで変化さすことができる。こ
のタイプの指示器を使ってのセル充電状態の判定は、エ
レクトロクロミック・デバイスのカラー位置を見て行
う。
【００３４】本発明によるテスタのもう一つの実施例で
は、図１０、１１に示すようにエレクトロクロミック・
セルを構成する幾つかの構成部品をラベル１４０に、ラ
ベルの印刷工程間に取り付けて制作する。ラベルには、
印刷工程中に適当なグラフ１４２も取り付ける。例え
ば、電導電極２６、４１と、それらをバッテリに接続す
る導電接続メンバーとからなるエレクトロクロミック・
セルの電子的電導メンバーは、電導性パターンを導電性
インク又はペンキでラベル基板上に印刷することで作る
ことができる。電導性パターンは、印刷の代わりにエッ
チング手法で不用の個所を除去し、所要の個所には絶縁
（プリントにより）を配置することができる。固体エレ
クトロクロミック層２５も印刷で作成できる。電解層２
４又はエレクトロクロミック層（２５と２４の組合せ）
は、液相で印刷したあと固化又は乾燥させて作ることが
できる。メンバー４１等の導電メンバーは、これを通し
てエレクトロクロミック材料を見ることができるもので
あるが、これもグリッドの形又はオープン・パターンで
印刷し、又は光学的透明材料を蒸着することにより作る
ことができる。
【００３５】このラベルとテスタの一緒にしたものは、
テスタ電極の一つをバッテリ外部電極の一つに接続させ
て作ることができる。金属層を含む幾枚かの層を重ねて
ラベルを作るこのテスタの実施例では、金属層は電気の
導体でもあり、同時にエレクトロクロミック・セルとの
接続にも使用される。電導体２７、２９のいずれも、バ
ッテリの外部電極には接触させないが、その一つの近く
に存在するようにラベル上に印刷することができる。も
う一つの電導体の方は、ラベルの取り付けと同時に、バ
ッテリ電極の一つに接続させるように印刷することがで
きる。このオープン回路は、ラベル上の導体とエンドキ
ャップ間を導電性メタルでブリッジすることにより、テ
スタに電流を通じさせることができる。
【００３６】ラベルとバッテリ電圧テスタとが一体とな
ったものの制作では、基板材料としてウエブ（ｗｅｂ）
の使用が望ましい。材料がウエブであれば、幾枚ものラ
ベルの保持が可能であり、また、適当な印刷又は塗装工
程を経ることができ、テスタ各層の印刷と共にラベル１
枚づつのグラフを印刷することができる。ラベル及びテ
スタをウエブ上に印刷し終わったならば、材料のウエブ
を適当なバンチ又はダイス切断工程に掛けて、ウエブか
らラベルを１枚づつを切り取り、バッテリの仕上げ工程
でラベルをヒートシュリンクして取り付ける。
【００３７】上記から判明するように、この方法でバッ
テリの充電状態テスト用デバイスをつくることができ、
作成したデバイスはバッテリのハウジング又はエンドカ
バーに取り付け、そのまま取付場所に付けたままにして
おくことができる。デバイスは、熱に依存するものでは
ないから、デバイスに、バッテリのサーマル・マスとし
ての影響は無い。テストデバイスへ接続する電気回路が
完成すると、エレクトロクロミック材料の色が変わって
セルの充電状態を知らせる。
【００３８】本発明は、特定の好適な実施例に関して説
明がなされてきたが、他にも多くの変形又は修正案があ
ることは当業者には明らかであろう。従って、請求の範
囲は、先行技術に照らし合わせて、これらの変形及び修
正を含めた可能な限り広範なものに解釈されることを意
図する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバッテリテスタの概略を示す立面図
で、表示デバイスの色と比較し、そこからセルの充電状
態を判定するためのスケールを伴っている。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩの線に沿った断面図である。
【図３】ハウジングに測定デバイスを取り付けたバッテ
リの斜視図である。
【図４】バッテリのエンドカバーの平面図で、測定デバ
イスの一つのパターンを示している。
【図５】一つだけの測定デバイスを取り付けたエンドカ
バーを示す。
【図６】バッテリ充電状態カラースケールと一緒に、そ
れに沿って取り付けた横長のアーチ形測定デバイスを持
つエンドカバーの平面図である。
【図７】バッテリのオープン回路テスト用として接続し
たエレクトロクロミック・セルを簡略化したものを示す
図（左）であり、右はその測定デバイスをセルから分離
するためのスイッチを追加したものを示す概略図であ
る。
【図８】クローズド回路の測定デバイス概略図である。
【図９】一つの抵抗負荷を挿入したものの概略図であ
り、抵抗負荷はエレクトロクロミック・セルの電極の一
つでもある。
【図１０】バッテリ・ラベルの一つで、バッテリ状態テ
ストデバイスをプリント接着させたラベルの一部分を示
す立面図である。
【図１１】図１０のラベル及びバッテリ状態テストデバ
イスを、バッテリに貼り付けたものの一部を示す断面図
である。
【符号の説明】 ２０ バッテリ状態テストデバイス ２１ カバー ２５ エレクトロクロミック材料 ２７，２９ 導線 ３１，３３ ターミナル ３７ カラースケール
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−25064（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−66170（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−42056（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−87021（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−62031（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−128322（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−220124（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−139570（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01R 31/36

Claims (36)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 バッテリの活性構成部品を含み一対の外
    部端子を持つところのハウジングと、前記ハウジング上
    に取り付けた前記バッテリ用のテスタとからなり、該テ
    スタは電子導体からなるワーキング電極と、レドックス
    化学反応の結果として目に見える変化を起こすエレクト
    ロクロミック材料と、 前記ワーキング電極に接続するイオン電導電解物質と、 前記電解物質層に接触するカウンタ電極と、 前記ワーキング電極とカウンタ電極とを、テストのため
    に前記バッテリの外部端子それぞれに接続する一対の導
    電部材とを含むことを特徴とするバッテリとバッテリ・
    テスタとの組合せ体。
  2. 【請求項２】 前記カウンタ電極とワーキング電極とで
    前記バッテリの電圧領域を設定し、前記カウンタ電極
    は、金属、金属酸化物、有機導体、又はエレクトロクロ
    ミック材料で作られている請求項１の組合せ体。
  3. 【請求項３】 前記エレクトロクロミック材料が非有機
    物質である請求項１の組合せ体。
  4. 【請求項４】 前記エレクトロクロミック材料が有機物
    質である請求項１の組合せ体。
  5. 【請求項５】 前記エレクトロクロミック材料がＷＯ
    3 ，ＭｏＯ3 ，ＴｉＯ2 ，ＳｎＯ2 ，Ｃｒ2 Ｏ3 ，Ｎｉ
    Ｏ2 ，Ｍｎ2 Ｏ3 ，ＭｎＯ2 又はベルリン青である請求
    項３の組合せ体。
  6. 【請求項６】 前記エレクトロクロミック材料が、タン
    グステン酸カルシウム、Ｋ3 ＷＯ4 、及び蓚酸Ｈ2 Ｃ2
    Ｏ4 の水溶液の電気分解によって電極上に作られた薄膜
    の反応生成物である請求項３の組合せ体。
  7. 【請求項７】 前記エレクトロクロミック材料が電解液
    中の溶剤である請求項１の組合せ体。
  8. 【請求項８】 前記有機物質が電解液中のレドックス指
    示剤である請求項７の組合せ体。
  9. 【請求項９】 前記有機物質が、溶液から取り出された
    活性物質との反応によって色変化を起こすｐＨ指示剤を
    含む請求項７の組合せ体。
  10. 【請求項１０】 前記有機物質がフェノールフタレイ
    ン、メチルバイオレット、エチルレッド、メチレンブル
    ー、ナフトールブルーブラック、Ｎ，Ｎ−ジメチルイン
    ドアニリン又はＮ，Ｎ′−ジフェニルベンジジンである
    請求項８の組合せ体。
  11. 【請求項１１】 前記エレクトロクロミック材料が、適
    当な溶液の中での陽極コンパウンド及び陰極コンパウン
    ドの溶液であって、前記コンパウンドの少なくても一つ
    が、ＤＣ電圧印加のもとでの酸化又は還元によって分子
    吸光係数に変化を生じるものである請求項４の組合せ
    体。
  12. 【請求項１２】 前記電解物質がゲルである請求項１の
    組合せ体。
  13. 【請求項１３】 前記電解物質がポリマー電解物質であ
    る請求項１の組合せ体。
  14. 【請求項１４】 前記テスタは透明カバーを含み、ま
    た、前記ワーキング電極及びカウンタ電極の一つは、前
    記カバー上の透明塗膜である請求項１の組合せ体。
  15. 【請求項１５】 前記ワーキング電極及びカウンタ電極
    の一つは、金属の透明な薄い塗膜である請求項１４の組
    合せ体。
  16. 【請求項１６】 前記ワーキング電極及びカウンタ電極
    の一つは、金属酸化物の透明な薄い塗膜である請求項１
    ４の組合せ体。
  17. 【請求項１７】 前記ワーキング電極及びカウンタ電極
    の一つは、インジウム、錫、カドミウム、又は亜鉛のド
    ープによる亜当量酸化物の透明な薄い塗膜である請求項
    １４の組合せ体。
  18. 【請求項１８】 前記ワーキング電極及びカウンタ電極
    のうちの一つは、フッ素又はアンチモンをドープした酸
    化すずの透明な薄い塗膜である請求項１４の組合せ体。
  19. 【請求項１９】 バッテリの活性物質を含むハウジング
    と、 前記ハウジング内の前記活性物質と電気的接続を作るた
    めにハウジング上に間隔をおいて配置された一対の端子
    と、 前記ハウジング上に取り付けたバッテリ充電状態テスト
    デバイスを含むもので、該テストデバイスは電子導体か
    らなる一つのワーキング電極と、 前記電子導体の表面の少なくとも一部をカバーするエレ
    クトロクロミック材料の層と、 前記ワーキング電極と接触するイオン電導電解剤と、 透明カバーであって、その内面上には前記エレクトロク
    ロミック材料と接触するため及び前記ワーキング電極と
    一緒に密閉エレクトロクロミック・セルを形成するため
    の透明電導部材を塗布したものを含むものと、 前記バッテリの充電状態を判定するために、前記エレク
    トロクロミック・セルと前記ハウジング上に間隔を置い
    て配置されている端子とを接続するための一対の導体を
    含むバッテリとバッテリ・テスタの組合せ体。
  20. 【請求項２０】 ベース部材と、 前記ベース部材の片側表面上のワーキング電極で、その
    ワーキング電極は、エレクトロクロミック材料と電気的
    に接続されており、エレクトロクロミック材料は、ＤＣ
    電圧の印加により起きるレドックス化学反応の結果とし
    て光吸収率に変化を起こすもの、と、 前記ワーキング電極と接触するイオン電導電解剤と、 前記電解剤と接触するカウンタ電極と、 前記ベース部材に取り付け、それを通じて前記エレクト
    ロクロミック材料を見ることができるカバー部材、及
    び、 前記ワーキング電極とカウンタ電極とを、被検体バッテ
    リの外部端子に接続するための一対の導電部材からなる
    バッテリ状態テスタ。
  21. 【請求項２１】 前記ワーキング電極及びカウンタ電極
    の一つが、前記カバーメンバーの内側に塗布した透明の
    電導体である請求項２０のテスタ。
  22. 【請求項２２】 前記エレクトロクロミック材料が、前
    記ワーキング電極上に施行した塗膜である請求項２０の
    テスタ。
  23. 【請求項２３】 前記エレクトロクロミック材料が、前
    記テスタ内の溶液中にある請求項２０のテスタ。
  24. 【請求項２４】 前記エレクトロクロミック材料が、非
    有機質材料である請求項２０のテスタ。
  25. 【請求項２５】 前記エレクトロクロミック材料が、有
    機質材料である請求項２０のテスタ。
  26. 【請求項２６】 カウンタ第一電極が金属製であり、前
    記ワーキング電極と一緒になってエレクトロクロミック
    ・セルの相対的電圧を決定する請求項２０のテスタ。
  27. 【請求項２７】 前記カウンタ電極が、第二のエレクト
    ロクロミック材料である請求項２０のテスタ。
  28. 【請求項２８】 前記エレクトロクロミック材料が、Ｗ
    Ｏ3 ，ＭｏＯ3 ，ＴｉＯ2 ，ＳｎＯ2 ，Ｃｒ2 Ｏ3 ，Ｎ
    ｉＯ2 ，Ｍｎ2 Ｏ3 ，ＭｎＯ2 又はベルリン青である請
    求項２４のテスタ。
  29. 【請求項２９】 前記エレクトロクロミック材料がフェ
    ノールフタレイン、メチルバイオレット、エチルレッ
    ド、メチレンブルー、ナフトールブルーブラック、Ｎ，
    Ｎ−ジメチルインドアニリン又はＮ，Ｎ′−ジフェニル
    ベンジジンである請求項２５のテスタ。
  30. 【請求項３０】 テスタの電極の一つが、その上で電圧
    降下を生じさせるところの負荷である請求項２０のテス
    タ。
  31. 【請求項３１】 前記テスタが、被検体であるバッテリ
    上に永久的に取り付けてある請求項２０のテスタ。
  32. 【請求項３２】 前記テスタが、被検体バッテリ上に貼
    付したラベルに含まれる請求項２０のテスタ。
  33. 【請求項３３】 バッテリの活性構成素子を収容するハ
    ウジングと、 ハウジングの両端において、前記バッテリの外部端子を
    構成する各エンドカバーと、 前記エンドカバーのいずれか一方に取り付けられ、バッ
    テリと電気的に接続されるエレクトロクロミック充電状
    態インジケータが少なくとも一個ついているものと、 前記バッテリの両外部端子を前記エレクトロクロミック
    充電状態インジケータに接続し電気回路を構成する部材
    からなることを特徴とするバッテリとそのバッテリのた
    めのエレクトロクロミック充電状態インジケータ。
  34. 【請求項３４】 バッテリの活性構成要素を収容するハ
    ウジングと、 ハウジングの両端を形成する一対のエンドカバーで、前
    記バッテリを完成し、前記バッテリの外部端子を形成す
    るものと、 実質的に前記ハウジングの殆どをカバーする物質の層
    で、その層の外表面には、ラベルを形成するグラフを含
    むものと、 前記ラベルの一部に取り付けた第一の電導材料であっ
    て、前記バッテリ状態テストデバイスの第一電極となる
    ものと、 前記第一電導材料上に形成したエレクトロクロミック材
    料の層と、 前記エレクトロクロミック材料上に形成した第二電導材
    料であって、前記バッテリ状態テストデバイスの第二電
    極となるものと、 前記第一及び第二電極と接触するイオン電導電解剤と、 前記バッテリ状態テスト・デバイスの第一及び第二電極
    のうちの少なくとも一つを、前記バッテリの外部端子に
    接続する一対の電気導体からなるバッテリ状態テストデ
    バイスを有するバッテリとバッテリ用ラベルの組合せ
    体。
  35. 【請求項３５】 前記第二電導層には少なくとも一箇所
    の開口部があって、そこを通じて前記エレクトロクロミ
    ックの層を見ることができる請求項３４の組合せ体。
  36. 【請求項３６】 前記第二電導層が透明になっており、
    そこを通じて前記エレクトロクロミックの層を見ること
    ができる請求項３４の組合せ体。
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