JP7384962B2 - ウェアラブルパッチ - Google Patents
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Description
まず、本願で開示するウェアラブルパッチの実施形態を説明する。
本願で開示するウェアラブルパッチは、ウェアラブルパッチを200N以下の力で切断可能とする切断容易化手段を備えている。第1の実施形態では、切断容易化手段として、切断開始部を備えた構成について説明する。
図1は、本実施形態にかかるウェアラブルパッチの概略構成を説明するための平面図である。また、図2は、本実施形態にかかるウェアラブルパッチの概略構成を説明するための断面構成図である。
皮膚の表面に貼り付けられるウェアラブルパッチ100に動作電源として搭載される電池10は、特に限定されるものではなく、水を溶媒とする電解液を有する電池(アルカリ電池、マンガン電池などの乾電池や、空気電池など)や、非水溶媒を用いた非水電解液を有する電池(リチウム電池など)の態様を取ることができる。ただし、被装着者に違和感を与えないように、薄型で、かつ、軽量であること、また、駆動回路部20が長時間動作可能であるように電池容量が大きいこと、という特性を備えることが好ましい。このため、本実施形態のウェアラブルパッチ100では、動作電源となる電池に、正極、負極を含む発電要素や外装体がシート状の部材で形成されたシート状空気電池10を用いている。
正極1は、触媒層を有するもの、例えば、触媒層と集電体とを積層した構造のものを使用することができる。
負極2には、亜鉛系材料(亜鉛材料と亜鉛合金材料とを纏めてこのように称する)やマグネシウム系材料(マグネシウム材料とマグネシウム合金材料とを纏めてこのように称する)、アルミニウム系材料(アルミニウム材料とアルミニウム合金材料とを纏めてこのように称する)などの金属材料で構成された金属粒子や金属箔などが使用される。このような負極では、亜鉛やマグネシウムやアルミニウムといった金属が、活物質として作用する。
セパレータ3としては、樹脂製の多孔質膜(微多孔膜、不織布など)や、セロファンフィルムに代表される半透膜などの、各種電池で一般的に採用されているセパレータが挙げられる。なお、シート状電池の短絡防止および負荷特性を向上させる観点からは、半透膜をセバレータに使用することが好ましい。
シート状の外装体5、6を構成する樹脂フィルムとしては、ナイロンフィルム(ナイロン66フィルムなど)、ポリエステルフィルム[ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムなど]などが挙げられる。樹脂フィルムの厚みは、20~100μmであることが好ましい。
シート状空気電池10の正極1と正極1側の外装体6との間には、撥水膜4が配置されている。撥水膜には、撥水性がある一方で空気を透過できる膜が使用される。このような撥水膜の具体例としては、PTFEなどのフッ素樹脂;ポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィン;などの樹脂で構成された膜などが挙げられる。撥水膜の厚みは、50~250μmとすることができる。
2つのシート状外装体5、6内に収容される電解液の電解質塩としては、特に限定はされないが、塩化ナトリウムなどアルカリ金属の塩や、塩酸、硫酸および硝酸などより選択される強酸と、アンモニアや、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムなど金属元素の水酸化物に代表される弱塩基との塩が例示される。この中でも、強酸と弱塩基との塩が好ましく用いられ、そのうち、アンモニウム塩または特定の金属元素の塩がより好ましく用いられる。
上述した各部材で構成されるシート状空気電池10の全体形状は、一例として、長辺が30~50mm、短辺が20~35mmとすることができる。なお、空気電池10の厚みは、ウェアラブルパッチ100への実装を容易にし、またウェアラブルパッチ100が身体に装着される際の変形を容易にするために、より薄く構成することが好ましく、一例として1mm以下とすることができる。なお、空気電池10の取り扱い上必要となる剛性や電池の容量を考慮すると、厚みの最小値は一例として0.2mmとすることができる。
DBP吸油量495cm3/100g、比表面積1270m2/gのカーボン(ケッチェンブラックEC600JD(商品名:ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ社製)):30質量部と、アクリル系分散剤:15質量部と、SBR:60質量部と、水:500質量部とを混合して触媒層形成用組成物を作製した。
添加元素としてIn:0.05%、Bi:0.04%およびAl:0.001%含有する亜鉛合金箔(厚み:0.05mm)を、活物質として機能する15mm×15mmの大きさの部分と、その一端にリードとなる5mm×15mmの部分とを有する形状に打ち抜いて負極を作製した。
電池1 20質量%の硫酸アンモニウム水溶液(pH=5.3)
電池2 20質量%の塩化アンモニウム水溶液(pH=4.3)
電池3 20質量%の塩化ナトリウム水溶液(pH=7)
電池4 30質量%の水酸化カリウム水溶液(pH=14)。
ポリエチレン主鎖にアクリル酸をグラフト共重合させた構造を有するグラフト共重合体で構成された2枚のグラフトフィルム(1枚当たりの厚み:15μm)を、セロハンフィルム(厚み:20μm)の両側に配置したものを用いた。
厚みが200μmのPTFE製シートを用いた。
アルミニウム箔の外面にPETフィルムを有し、内面に熱融着樹脂層としてポリプロピレンフィルムを有する2.5cm×2.5cmの大きさのアルミラミネートフィルム2枚を用いた。
上記した2枚の外装体であるラミネートフィルムにおいて、正極側に配置される一方のラミネートフィルムには、正極の触媒層の配置位置に対応して、直径0.5mmの空気孔9個を、縦4.5mm×横4.5mmの等間隔(空気孔同士の中心間距離は5mm)でマトリクス状に形成し、その内面側に、ホットメルト樹脂を用いて撥水膜を熱溶着させた。また、負極側に配置されるもう一方のラミネートフィルムには、正極および負極のリードが配置される部分に、リードと外装体との熱溶着部の封止性を高めるため、外装体の辺と平行に、変性ポリオレフィンアイオノマーフィルムを取り付けた。
駆動回路部20は、例えばフィルム基板上に銅などの金属薄膜で形成された配線と、メモリ、プロセッサ、送受信回路などとして機能する薄膜チップ化された、1つ、または複数の電子回路、さらに、外部との通信のために用いられる金属薄膜で形成されたアンテナ素子など、既知の薄膜電子回路部品として実現できる。なお、図面が煩雑となることを回避するため、駆動回路部20の各構成要素部材の図示は省略する。
本実施形態にかかるウェアラブルパッチ100では、パッチの全体形状を規定する基材30を有し、基材30の上面に電池10と駆動回路部20とが、基材30の下面に機能素子50と粘着層60とが形成されている。
図1、図2に示す、本実施形態にかかるウェアラブルパッチ100における機能素子50は、薄膜、または、薄板状のセンサプレートであり、例えば、被装着者の皮膚に直接触れたり、皮膚に近接したりすることで、体温や脈拍、呼吸数などの生体情報を検知可能な部材である。なお、機能素子50は、図示したように必ずしもウェアラブルパッチ100の装着者の皮膚に直接触れる形態である必要は無く、薄いシートなどを介して被装着者の皮膚に近接することで、生体情報を取得することができるものもある。
本実施形態にかかるウェアラブルパッチ100では、基材30の下側表面に、機能素子50を囲むようにして粘着層60が設けられている。
図1に示すように、本実施形態にかかるウェアラブルパッチ100は、基材30とカバー部材40との積層部分の周囲部、一例として、一方の長辺において基材30の下側面に粘着層60が形成されていない部分に、切断開始部70としての略三角形状の切り込み71が形成されている。
図5は、本実施形態にかかるウェアラブルパッチの第2の構成例を説明する平面図である。
次に、本願で開示するウェアラブルパッチの第2の実施形態として、ウェアラブルパッチの所定部分を200N以下の力で切断可能とする切断容易化手段として、カットテープを設けた構成について説明する。
次に、本願で開示するウェアラブルパッチの第3の実施形態として、ウェアラブルパッチの所定部分を200N以下の力で切断可能とする切断容易化手段として、切断部を設けた構成について説明する。
次に、本願で開示するシート状電池の実施形態について説明する。
第4の実施形態として、シート状電池が、切断容易化手段である切断開始部を備えた構成を説明する。
第5の実施形態として、シート状電池が、切断容易化手段であるカットテープを備えた構成を説明する。
第6の実施形態として、シート状電池が、切断容易化手段として、容易に切断可能な切断部を備えた構成を説明する。
以下、上記第4の実施形態から第6の実施形態に示したシート状電池の基本的な構成内容について説明する。なお、本願で開示するシート状電池としては、本願で開示するウェアラブルパッチに動作電源として搭載される上述したシート状空気電池をそのまま採用することができる。以下では、上述したシート状空気電池の構成の説明にさらに補足すべき内容を説明する。
<正極>
ケッチェンブラック:75質量部と、PTFE:25質量部と、水とを混合し、ロール圧延して触媒層用のシートを形成し、このシートを厚みが100μmのカーボンシート(集電体)に圧着させてから乾燥し、触媒層の大きさが30mm×30mmとなり、一端に集電体の露出部を有する形状に打ち抜いた。前記集電体の露出部をリードおよび正極端子として使用し、全体の厚みが200μmの正極(空気極)を作製した。
添加元素としてIn:0.05%、Bi:0.04%およびAl:0.001%含有する亜鉛合金粒子:95質量部と、CMC:5質量部とを、水に分散させて負極用のペーストを作製した。厚みが100μmのカーボンシート上に、前記負極用のペーストを、乾燥後の厚みが100μmとなるように塗布し、乾燥してから、亜鉛合金粒子およびCMCを含む層の大きさが30mm×30mmとなり、一端に集電体の露出部を有する形状に打ち抜いた。集電体の露出部をリードおよび負極端子として使用し、全体の厚みが200μmの負極を作製した。
電解液には、1質量%濃度のアクリル樹脂系増粘剤を含む、20質量%濃度の塩化ナトリウム水溶液(pH=6)を用いた。
セパレータには、ポリエチレン主鎖にアクリル酸をグラフト共重合させた構造を有するグラフト共重合体で構成された2枚のグラフトフィルム(厚み:30μm)を、セロハンフィルム(厚み:20μm)の両側に配置し、更にビニロン-レーヨン混抄紙(厚み:100μm)を積層したものを用いた。
撥水膜には、厚みが200μmのポリエチレン製シートを用いた。
アルミニウム箔の外面にPETフィルムを有し、内面に熱融着樹脂層としてポリプロピレンフィルムを有する5cm×5cmの大きさのアルミニウムラミネートフィルム2枚をシート状外装体として用いた。
図13に示すように、シート状空気電池における正極の集電体の露出部(正極端子)および負極の集電体の露出部(負極端子)を引き出しているシール部の、両端子の中間に当たる箇所に、ナイフで長さ2mmの切り込みを入れることで、引き裂き強度が200N以下となる低強度部の起点を形成した以外は、実施例1と同様にしてシート状空気電池を作製した。
正極および負極の集電体を、厚みが100μmのニッケル箔に変更した以外は、実施例1と同様にしてシート状空気電池を作製した。
シート状外装体のシール部に切り込みを入れなかった以外は、実施例1と同様にしてシート状空気電池を作製した。
正極および負極の集電体に、厚みが1000μmのニッケル板を接続してリードおよび外部端子とした以外は、実施例1と同様にしてシート状空気電池を作製した。
20 駆動回路部
30 基材
50 機能素子
60 粘着層
70 切断開始部(切断容易化手段)
71 切り込み(切断開始部)
100 ウェアラブルパッチ
520 正極
521 正極端子
530 負極
531 負極端子
540 セパレータ
560 (シート状)外装体
570 切断開始部(切断容易化手段)
571 切り込み(切断開始部)
572 低強度部
Claims (6)
- 身体に装着されるウェアラブルパッチであって、
機能素子と、
前記機能素子を動作させる駆動回路部と、
電源としての電池とを備え、
前記ウェアラブルパッチの所定部分を200N以下の力で切断可能とし、前記電池から前記駆動回路部への電力の供給を停止させるための切断容易化手段が形成され、
前記電池と前記駆動回路部とを接続する導電経路を有し、前記切断容易化手段によって前記導電経路が切断可能であることを特徴とする、ウェアラブルパッチ。 - 前記切断容易化手段として、切断の起点となる切断開始部を有する、請求項1に記載のウェアラブルパッチ。
- 前記切断開始部として、周囲部分に形成された切り込みを有する、請求項2に記載のウェアラブルパッチ。
- 前記切断容易化手段として、周囲部分に位置する一端部を引き上げることで前記所定部分が切断されるように配置されたカットテープを有する、請求項1に記載のウェアラブルパッチ。
- 前記切断容易化手段として、他の部分と比較して容易に切断可能な切断部を有する、請求項1に記載のウェアラブルパッチ。
- 前記切断部としてミシン目の形成部分を有する、請求項5記載のウェアラブルパッチ。
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