JP2006156868A

JP2006156868A - 圧力開放弁

Info

Publication number: JP2006156868A
Application number: JP2004348278A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Yamashita; 和雄山下
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2004-12-01
Filing date: 2004-12-01
Publication date: 2006-06-15

Abstract

【課題】外周基部に補強環を埋設した従来構造のものに比較して小型化が可能な圧力開放弁を提供する。
【解決手段】封口板１の圧力開放口１０内に配置された弁本体２と、この弁本体２の内周部に圧力開放口１０の外側を向いて突出した被支持部２３を支持することにより弁本体２を圧力開放口１０に固定する支持部材３からなり、弁本体２が、圧力開放口１０の内周面に密接され封口板１の内側空間Ｓにおける所定の内圧により開弁動作するシールリップ２２を有し、支持部材３が、圧力開放口１０の内周面に圧入嵌着される板ばね３２を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、電池（一次電池及び二次電池を含む）、燃料電池、コンデンサ等の電気又は電子部品における圧力容器、あるいは一般機器の圧力容器の封口板に設けられる圧力開放弁に関するものである。

密閉型のアルミ電解コンデンサあるいは電気二重層型コンデンサ等は、その素子本体を収容した圧力容器の開口部が、ガスケットを介して封着された封口板によって閉塞されている。そして、このように完全な密閉構造にすると、急激な負荷が加わった場合に、ジュール発熱によって容器の内圧が上昇し、コンデンサの機能低下や寿命低下を来すおそれがあることから、封口板には、封入液の蒸発や外部からの異物等の侵入を防止すると共に、内圧上昇時に圧力開放機能を奏する圧力開放弁が設けられており、その典型的な従来技術が、下記の特許文献１及び特許文献２に開示されている。
ＷＯ０３／０４４３９７Ａ１特開２００４−１９０８０２

図４は、特許文献１に記載された従来の圧力開放弁の一例を示す断面図である。この圧力開放弁は、封口板２０２に開設された圧力開放口１０１内に軸部１０２が同心的に設けられ、前記圧力開放口１０１内に弁本体１０３が密嵌固定され、この弁本体１０３は、ゴム状弾性材料で成形されたものであって、圧力開放口１０１の内周面１０１ａに適当な締め代をもって密嵌された基部１０３ａと、その内周から延びて圧力容器の外側を向くと共に前記軸部１０２の外周面に所定の緊迫力で密接されたシールリップ１０３ｂからなる。基部１０３ａには、圧力開放口１０１の内周面１０１ａへの嵌着力を確保するための補強環１０３ｃが埋設されている。

すなわち、この圧力開放弁は、通常はシールリップ１０３ｂが圧力開放口１０１の軸部１０２の外周面に密接することにより圧力容器内を密閉しており、圧力容器の内圧が所定値を超えて上昇した場合にシールリップ１０３ｂが軸部１０２の外周面から開いて、前記内圧を大気開放するものである。

ところで、近年において、密閉型の電解コンデンサやキャパシタは、形状が扁平化あるいは小型化される傾向がある。図５は、扁平化された電解コンデンサ２００の一例を示すもので、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。すなわちこのコンデンサにおいて、参照符号２０１はケース（圧力容器）、２０２は封口板、２０３は封口板２０２に設けられた電極端子、２０４は封口板２０２における圧力開放弁の装着スペースで、この電解コンデンサ２００は、平面形状が長円形状をなしている。

ところが、このように扁平化あるいは小型化された電解コンデンサ２００では、封口板２０２における圧力開放弁の装着スペース２０４が小さくなるため、図４のような従来構造の圧力開放弁を設けることが困難となる。これは、圧力開放口１０１の内周に軸部１０２が存在することによって、それほど小径化できないからである。また、弁本体１０３が、その外周基部１０３ａを圧力開放口１０２の内周面に適当な締め代をもって密嵌させるために、補強環１０３ｃが埋設された構造であることも、弁本体１０３の小径化を困難にしている原因となっている。更には、シールリップ１０３ｂの経時的な緊迫力の減少による開弁圧の低下を補償するために、シールリップ１０３ｂにはエキステンションスプリング１０３ｄが装着されており、このエキステンションスプリング１０３ｄの存在も、弁本体１０３の小径化を困難にしていた。

この点、特許文献２に記載された圧力調整弁は、弁本体がゴム状弾性材料単体からなるものであり、圧力開放口（弁孔）に軸部が存在しない構造なので、小径化が可能であるものと思われる。しかしながら、弁本体が笠部の外周突起を、封口板（上蓋）に形成した溝に食い込ませることによって位置決めされると共に、通常圧力時のシールを保つものであるため、内圧上昇時に開弁しにくくなったり、あるいは、圧力開放口（弁孔）への嵌挿状態によって、前記溝に対する笠部の外周突起の面圧がばらつき、このため開弁圧がばらつくことが懸念される。しかも、内圧が、弁本体の内端の鍔部を介して圧力開放通路である横溝をつぶすように作用するので、急激な内圧上昇に対して、圧力開放機能が十分に働かないおそれがある。

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、外周基部に補強環を埋設した従来構造のものに比較して小型化が可能であると共に、安定した圧力開放機能を奏することのできる圧力開放弁を提供することにある。

上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係る圧力開放弁は、封口板の圧力開放口に配置された弁本体と、この弁本体の内周部を固定する固定手段からなり、前記弁本体が、前記圧力開放口の内周面に密接され前記封口板の内側空間における所定の内圧により開弁動作するシールリップを有するものである。この構成によれば、弁本体がその内周部において固定手段を介して圧力開放口内に固定されるため、圧力開放口への嵌着力を付与する補強環の埋設が不要であり、シールリップが圧力開放口の内周面に密接されるものであるため、圧力開放口の内周に軸部を形成する必要もない。また、圧力開放口への弁本体の挿入によるシールリップの面圧のばらつき等も殆ど生じることがなく、シールリップの経時的な面圧低下も小さいので、面圧低下を補償するためのスプリング等を設ける必要もない。

請求項２の発明に係る圧力開放弁は、請求項１に記載の構成において、弁本体の内周部に圧力開放口の外側を向いて突出した被支持部が形成され、固定手段が、弁本体の外側で前記圧力開放口に固定されて前記被支持部を支持するものである。したがってこの構成においては、装着の際には、圧力開放口に弁本体を挿入してから、固定手段を圧力開放口に固定すれば良い。このとき、シールリップの径方向の反発力によって弁本体が容易に調芯されるため、精度良く装着することができる。

請求項３の発明に係る圧力開放弁は、請求項１に記載の固定手段が、圧力開放口の内周面に圧入嵌着される板ばねを有するものである。この構成においては、固定手段は圧力開放口に圧入するだけで固定される。

請求項４の発明に係る圧力開放弁は、請求項１に記載の固定手段が、弁本体の内周の基部を支持する支持突部を有するものである。この構成においては、請求項２と同様、装着の際には、圧力開放口に弁本体を挿入してから、固定手段を圧力開放口に固定すれば良い。このとき、シールリップの径方向の反発力によって弁本体が容易に調芯されるため、精度良く装着することができる。

請求項１の発明に係る圧力開放弁によれば、圧力開放口及び弁本体の小径化を図ると共に、安定した圧力開放機能を実現することができる。

請求項２〜４の発明に係る圧力開放弁によれば、簡易な構造で圧力開放口に対する弁本体の抜け止め及び位置決めを行うことができる。

以下、本発明に係る圧力開放弁の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の形態として、電解コンデンサ（キャパシタ）等の封口板に設けられる圧力開放弁を、封口板の厚さ方向に切断して示す断面図、図２は、図１におけるII方向の矢視図、図３は、弁本体の断面斜視図である。

まず図１において、参照符号１は電解コンデンサ等のケースの内部空間Ｓを閉塞するように、前記ケースに設けられた電気絶縁材料からなる封口板であって、圧力開放口１０が開設されている。圧力開放口１０は、封口板１の厚さ方向中間に位置する円形孔状の弁室部１１と、その内側（内部空間Ｓ側）の着座部１２に開設された複数の分割孔１３と、弁室部１１の外側（内部空間Ｓと反対側）に拡径形成された支持部材装着部１４からなる。分割孔１３は、図２に示されるように、弁室部１１の内周面に沿って並ぶように形成されている。なお、内部空間Ｓは、請求項１に記載された封口板の内側空間に相当するものである。

この形態による圧力開放弁は、圧力開放口１０における弁室部１１内に配置された弁本体２と、この弁本体２の外側で封口板１に固定されて弁本体２を支持する支持部材３と、弁本体２の内側に配置されてこの弁本体２と圧力開放口１０における着座部１２との間に挟持された気液分離体４とからなる。なお、支持部材３は、請求項１に記載された固定手段に相当するものである。

弁本体２は、例えばブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、ビニル変性ブチルゴム、エチレンプロピレン系ゴム、フッ素ゴム、アクリル系ゴム、水素添加ニトリルゴム等の飽和系ゴムから選択されて架橋剤、充填剤、可塑剤又は老化防止剤を適宜配合したゴム材料、あるいはオレフィン系熱可塑性エラストマ、エステル系熱可塑性エラストマ、アミド系熱可塑性エラストマ、水素添加スチレン・ブタジエンブロック共重合体、水素添加スチレン・イソプレンブロック共重合体等から選択され、ブロック共重合方法、グラフト共重合方法、動的架橋方法などで製造され、架橋剤、可塑剤、老化防止剤又は充填剤を適宜配合した熱可塑性エラストマ、あるいはフェノール系樹脂と水素化ニトリルゴム、フェノール系樹脂とアクリルゴム、ブチルゴム又はフッ素ゴムとの混合物等から選択される樹脂材料とゴムの混合物又はブロック共重合体又はグラフト共重合体等のエラストマで成形されたものである。また、内部空間Ｓに封入された電解液との反応を抑制するため、塩化イオン・ハロゲン化物の含有率は５００ｐｐｍ以下とし、重金属の含有率も１００μｇ／ｃｍ^３以下とするのが好ましい。

そしてこの弁本体２は、圧力開放口１０における着座部１２側（内部空間Ｓ側）を向いた基部２１と、この基部２１の外周から圧力開放口１０の外側へ向けて延びた先端外周部２２ａが圧力開放口１０における弁室部１１の内周面１１ａに密接されるシールリップ２２と、前記基部２１からシールリップ２２の内周側を圧力開放口１０の外側へ向けて突出した被支持部２３からなる。

弁本体２における基部２１の外径は、圧力開放口１０における弁室部１１の内周面１１ａより適宜小径であって、圧力開放口１０における各分割孔１３を密閉しない径寸法に形成されている。

弁本体２におけるシールリップ２２は、先端側が大径となるように圧力開放口１０の外側へ向けて円錐状に開いた形状に形成されていて、その外径は、図３に示される未装着状態では、弁室部１１の内周面１１ａより適宜大径である。したがって図１に示される装着状態ではシールリップ２２が内周側へ適当に変形されることにより弁室部１１の内周面１１ａに適当な面圧で密接される。

弁本体２における被支持部２３は円柱状に形成されたものであって、その先端２３ａは、シールリップ２２の先端よりも外側まで延びている。

気液分離体４は、例えばガス透過膜やゴムの薄膜や不織布等で円盤状に成形されたものであって、弁本体２の基部２１と、圧力開放口１０における着座部１２との間に挟持された状態に装着されると共に、外周縁が弁室部１１の内周面１１ａに密接されている。なお、ここでいうガス透過膜とは、気体透過性と、液体不透過性の機能を併有する膜である。

ガス透過膜には、耐薬品性に優れ、かつ撥水性を有する繊維素材又は撥水処理された繊維素材で製作された不織布からなるものや、無数の連続気孔を有するＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）の膜状又はシート状の多孔質体に撥水処理を施したものなどが好適に採用される。このうち、ＰＴＦＥからなるガス透過膜は、ＰＴＦＥを延伸法により膜状又はシート状の多孔質体に成形し、更に、より顕著な撥水性を付与するために、これに弗素系薬品をコーティングすることにより撥水処理を施して製作され、その表面のみならず、多孔質体内部の連続気泡面にも、より確実な撥水処理がなされたものである。

また、ＰＴＦＥのほかにも、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、酢酸セルロース、ポリスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリアミドイミド等が使用可能であり、その製造方法は材料により、延伸法、トラックエッチング法、溶融相分離法、溶液相分離法、相転換法、又は複合膜法等から選択される。ＰＴＦＥの場合は、上述のように延伸法が適している。なお、延伸法とは、結晶性ポリマを、加熱したり可塑剤を添加して可塑化した後、直角方向に延伸してフィルムに歪を与えることにより、結晶領域の周辺を広げて細孔を形成させる方法であり、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＰＴＦＥ等による精密濾過膜の製造等に用いられている。

なお、気液分離体４にゴムの薄膜を用いる場合、その材質は、弁本体２と同じものを採用することができる。

また、気液分離体４も弁本体２と同様に、内部空間Ｓに封入された電解液との反応を抑制する観点から、塩化イオン・ハロゲン化物の含有率は５００ｐｐｍ以下とし、重金属の含有率も１００μｇ／ｃｍ^３以下とするのが好ましい。

支持部材３は、ばね鋼などの金属板を打ち抜きプレス成形したものであって、全体として皿ばね状に形成されており、詳しくは、内周の円盤部３１と、その外周に円周方向等間隔で形成された多数の板ばね３２からなる。板ばね３２は、圧力開放口１０の外側を向くようにテーパ状に屈曲されており、板ばね３２の外接円の径（支持部材３の外径）は、未装着状態では、圧力開放口１０における支持部材装着部１４の内周面１４ａよりも僅かに大径となるように形成されている。

そして、この支持部材３は、円盤部３１の内部空間Ｓ側の面が、弁本体２における被支持部２３の先端２３ａに当接すると共に、板ばね３２の先端部が、圧力開放口１０における支持部材装着部１４の内周面１４ａに圧接することにより、弁本体２を圧力開放口１０に対して抜け止め状態に支持するものである。また、各板ばね３２の間のスリット部３３は、圧力開放口１０における弁室部１１の内周面１１ａより内周側まで延びており、これによって、支持部材３における圧力開放通路が確保されている。

以上の構成によれば、弁本体２は単一のゴム状弾性材料で成形されたものであって、先に説明した図４に示される従来の技術のような補強環１０３ｃや、軸部１０２等が存在しないため、この従来技術のものに比較して、十分な小径化が可能である。したがって、先に説明した図５に示されるような、電解コンデンサ２００の扁平化あるいは小型化による圧力開放弁装着スペース２０４の縮小にも、十分に対応することができる。

この形態による圧力開放弁は、装着の際には、圧力開放口１０における弁室部１１に、まず気液分離体４を挿入し、次に弁本体２を、シールリップ２２が外側を向くように（基部２１が内部空間Ｓ側を向くように）挿入してから、支持部材３を、その板ばね３２が圧力開放口１０の外側を向くように、圧力開放口１０における支持部材装着部１４に、円盤部３１が弁本体２の被支持部２３に圧接するまで圧入すれば良い。

そして、弁本体２を弁室部１１に挿入する過程では、シールリップ２２が挿入方向と反対方向を向いているので、容易に挿入可能であると共に、このシールリップ２２が縮径方向の変形を受けることによる拡径方向の反力が、円周方向に均等に発生するので、これによって弁本体２が弁室部１１と同心となるように自動調芯される。特に、シールリップ２２の内周に円柱状の被支持部２３の存在によって、芯合わせが容易であるため、安定して挿入することができる。そして、芯合わせされた状態で、支持部材３の円盤部３１に押圧され固定される。

図１に示される装着状態において、内部空間Ｓに封入された電解液の反応によって発生するガスの圧力（内圧）は、所定の開弁圧以上になると、圧力開放口１０における分割孔１３及び気液分離体４を介して、圧力開放口１０内における弁室部１１に達し、弁本体２を圧力開放口１０の弁室部１１から外側へ抜け出させる方向へ作用するが、その方向への弁本体２の移動は、支持部材３によって規制される。しかもこの支持部材３は、圧力開放口１０の外側への移動力を受けた場合、板ばね３２が、圧力開放口１０の支持部材装着部１４の内周面１４ａに対する圧接力を増大するので、容易に移動することがなく、したがって、弁本体２を確実に抜け止めすることができる。

また、圧力開放口１０における分割孔１３及び気液分離体４を介して圧力開放口１０内における弁室部１１に達した内圧は、弁本体２のシールリップ２２を内周側へ変位させる開弁力として作用する。したがって、この開弁力が、シールリップ２２の弾性による拡径方向の閉弁力よりも大きくなると、シールリップ２２の先端外周部２２ａが弁室部１１の内周面１１ａから離れて開弁し、前記内圧を、シールリップ２２の外周隙間から支持部材３の各板ばね３２間のスリット部３３を介して、外部の大気中へ開放する。そして、弁本体２は、芯合わせされた状態で支持部材３により固定されているので、弁室部１１の内周面１１ａに対する密接力が全周均一であり、したがって、精度の良い開弁圧を設定することができる。しかも、縮径緊迫力により閉弁力を得るものと異なり、弁室部１１の内周面１１ａに対する密接力の経時低下が小さいので、安定した開弁圧が確保され、したがって、開弁圧を補償するためのバネなどが不要であり、このことも、弁本体２の小径化に寄与することができる。

また、この圧力開放動作においては、気液分離体４が、ガスと共に内部空間Ｓの電解液も流出してしまうのを防止する機能を有する。

すなわち、内部空間Ｓに封入された電解液の量が比較的多い場合に、圧力開放に際して、内部空間Ｓの発生ガスが電解液を巻き込んで噴き出したり、横置き（封口板１が横向きとなるような姿勢）に設置したような場合に、圧力開放によって電解液も流出してしまうようなことはない。これは、気液分離体４がガス透過膜からなる場合は、気体透過性と、液体不透過性の機能を併有することによって、発生ガスのみを放出し、電解液の通過は遮断するからである。

また、ゴムの薄膜からなる場合は、発生ガスの噴出力を減衰させ、あるいはゴムの分子間をガスのみが透過し、あるいは圧力差で気液分離体４の外周がめくれることにより生じる隙間が、液体を通過させにくい大きさとなるようにすることによって、電解液の流出を有効に防止し得る。

また、内圧が所定の開弁圧以下になると、弁本体２のシールリップ２２はその弾性による拡径方向の閉弁力によって先端外周部２２ａが弁室部１１の内周面１１ａに密接し、外部からの水蒸気や異物の侵入を遮断する。そして、内圧が所定の開弁圧を超えて上昇した場合にのみシールリップ２２が開弁することから、電解液の蒸発等による減少が最小限に抑えられ、コンデンサ等の寿命を向上させることができる。

なお、弁本体２を固定する固定手段としては、図示の形態のような形状による支持部材３には限定されない。

また、上述した実施の形態においては、設定圧（所定の開弁圧）で確実に開弁させるために、柱状の被支持部２３を支持部材３で固定しているが、弁本体２の基部２１には被支持部２３を突設せずに支持部材３側に支持突起を設け（例えば支持部材３の円盤部３１に、図１における下方へ突出した支持突起を設ける）、これによって弁本体２の基部２１を押圧支持するように構成しても良い。但し、弁本体２及び支持部材３の製作の点からは、上述した実施の形態のように構成することが好ましい。

本発明の形態として、電解コンデンサ（キャパシタ）等の封口板に設けられる圧力開放弁を、封口板の厚さ方向に切断して示す断面図である。図２は、図１におけるII方向の矢視図である。弁本体の断面斜視図である。従来の圧力開放弁の一例を示す断面図である。扁平化された電解コンデンサの一例を示すもので、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。

符号の説明

１封口板
１０圧力開放口
１１弁室部
１２着座部
１３分割孔
１４支持部材装着部
２弁本体
２１基部
２２シールリップ
２３被支持部
３支持部材（固定手段）
３１円盤部
３２板ばね
３３スリット部
４気液分離体
Ｓ内部空間（封口板の内側空間）

Claims

封口板（１）の圧力開放口（１０）内に配置された弁本体（２）と、この弁本体（２）の内周部を固定する固定手段（３）からなり、前記弁本体（２）が、前記圧力開放口（１０）の内周面（１１ａ）に密接され前記封口板（１）の内側空間（Ｓ）における所定の内圧により開弁動作するシールリップ（２２）を有することを特徴とする圧力開放弁。
弁本体（２）の内周部に圧力開放口（１０）の外側を向いて突出した被支持部（２３）が形成され、固定手段（３）が、弁本体（２）の外側で前記圧力開放口（１０）に固定されて前記被支持部（２３）を支持することを特徴とする請求項１に記載の圧力開放弁。
固定手段（３）が、圧力開放口（１０）の内周面（１４ａ）に圧入嵌着される板ばね（３２）を有することを特徴とする請求項１に記載の圧力開放弁。
固定手段（３）が、弁本体（２）の内周の基部（２１）を支持する支持突部を有することを特徴とする請求項１に記載の圧力開放弁。