(57)【要約】【課題】開放圧が安定しており、大気の容器内への進入を防止することができるキャパシタバルブを提供する。【解決手段】本発明に係るキャパシタバルブ１００は、上側カップ状部と下側カップ状部とを有すると共に、前記上側カップ状部と前記下側カップ状部との間に貫通孔１１５が設けられたバルブカップ部材１１０と、前記上側カップ状部を覆ようにして前記バルブカップ部材１１０に取り付けられる天板部材１７０と、前記上側カップ状部内に配されると共に、前記貫通孔１１５を覆うように設けられた円板状ゴム部材１４０と、前記円板状ゴム部材１４０上に載置される円板状バネ受け部材１５０と、一端を前記円板状バネ受け部材１４０と接し、他端を前記天板部材１７０と接する板バネ部材１６０と、からなることを特徴とする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上側カップ状部と下側カップ状部とを有すると共に、前記上側カップ状部と前記下側カップ状部との間に貫通孔が設けられたバルブカップ部材と、
前記上側カップ状部を覆ようにして前記バルブカップ部材に取り付けられる天板部材と、前記上側カップ状部内に配されると共に、前記貫通孔を覆うように設けられたゴム部材と、
前記ゴム部材上に載置されるバネ受け部材と、
一端を前記バネ受け部材と接し、他端を前記天板部材と接するバネ部材と、からなることを特徴とするキャパシタバルブ。
【請求項２】
前記下側カップ状部に気液分離部材が配されることを特徴とする請求項１に記載のキャパシタバルブ。
【請求項３】
前記バネ部材は、前記バネ受け部材に接する平板部と、前記天板部材に接すると共に、前記平板部から延出する弾性片とからなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のキャパシタバルブ。
【請求項４】
前記バネ部材が、皿バネであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のキャパシタバルブ。
【請求項５】
前記上側カップ状部の開口端から延在するフランジ部を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のキャパシタバルブ。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のキャパシタバルブを用いたことを特徴とする電気二重層キャパシタセル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気二重層キャパシタなどの蓄電素子の容器部に設けられると共に、当該容器内のガスを排気するために用いられるキャパシタバルブ、及びそのようなキャパシタバルブを用いた電気二重層キャパシタセルに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＵＰＳなどの蓄電装置に用いる蓄電素子として、急速充電が可能で充放電サイクル寿命が長い電気二重層キャパシタの適用技術が注目される。このような電気二重層キャパシタは、帯状の正極体および負極体をこれらの間にセパレータを介装しつつロール形に丸める円筒巻回型と、平板状の正極体および負極体をこれらの間にセパレータを介装しつつ交互に重ねる積層型と、に大別される。
【０００３】
一般的に円筒巻回型に比べて積層型はエネルギー密度が高い。積層型の電気二重層キャパシタセルは、分極性電極をセパレータともに積層した積層体に引き出し電極を取り付け、さらに積層体に電解液を含浸させた後、ラミネートフィルムからなる容器に入れられ、ラミネートの開口部から引き出し電極が引き出された状態で密封されてなる。
【０００４】
このような電気二重層キャパシタにおいては、充放電の繰り返しにより、活性炭電極の残存水分や官能基が電気分解され、ガス（ＣＯ、ＣＯ2など）が発生すると、容器の内圧
が次第に高まり、キャパシタ性能を阻害しかねないのである。そのため、外気の進入を防ぎつつ、容器の内部に発生するガスを容器の外部へ排除するガス抜き用のキャパシタバルブが設けられる。
【０００５】
特許文献１（特許第３８８９０２９号公報）に上記のようなキャパシタバルブの一例として、内容物から発生する気体を逃がしながら外気の侵入を防止するためのガス抜き弁を有する容器と該容器内に保持された電解液及び電極材積層体とを有する電子部品のガス抜き部のバルブにおいて、ガス抜き弁の近傍にあってガス抜き弁が接触しうる電極材積層体に接する箇所にフルオロカーボン樹脂製フィルムが設けられている電子部品のガス抜き部のバルブが開示されている。
【特許文献１】特許第３８８９０２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、これまでに用いられていたキャパシタバルブについてより詳しく説明する。図９は従来のキャパシタバルブの分解断面図である。従来のキャパシタバルブにおいては、バルブカップ部材１１０の下側のカップ状部内に、円板状の気液分離部材１３０が熱溶着によって取り付けられ、上側のカップ状部内に円板状ゴム部材１４０と円板状不織布部材１９０とが配された上で、天板部材１７０とバルブカップ部材１１０とが熱溶着されることによって、円板状ゴム部材１４０と円板状不織布部材１９０とが上側カップ状部内に封入される構造となっている。バルブカップ部材１１０における上側のカップ状部と、下側のカップ状部との間には貫通孔１１５が設けられており、これがバルブ動作時のガス流路となる。図１０は従来のキャパシタバルブの断面の概要を示す図である。
【０００７】
以上のような従来のキャパシタバルブは電気二重層キャパシタセルの容器に取り付けられることによって、容器内のガスを排気する役割を果たすことが期待される。図１１は、従来のキャパシタバルブが電気二重層キャパシタセル１０の容器１１に取り付けられた時の断面を示す図であり、図１２は従来のキャパシタバルブが電気二重層キャパシタセル１
０の容器１１内のガスの排気を行っている時の断面を示す図である。図１２において、矢印で示す線はガスの流れを示している。
【０００８】
電気二重層キャパシタセルにおいては、充放電が繰り返されたりすることでガスが発生し、このガスによって容器内の圧力が高まることとなる。このためキャパシタバルブによって容器内のガスを容器外に排出する。このときの動作は図１２に示すように、容器内の圧力が高まることによって、主として円板状不織布部材１９０が弾性変形して、貫通孔１１５を覆っていた円板状ゴム部材１４０とバルブカップ部材１１０との間に空間が形成され、この空間を通って容器内のガスが大気へと開放される。容器内の圧力と、円板状不織布部材１９０の復元力がバランスすると、再び円板状ゴム部材１４０は貫通孔１１５を覆い、大気と容器内を隔絶する。
【０００９】
しかしながら、従来のキャパシタバルブにおいては、円板状不織布部材１９０の厚みを精度良く作製することが困難であったこと、及び、円板状不織布部材１９０を弾性部材としてみたとき円板状不織布部材１９０の弾性常数が一定していなかったことから、キャパシタバルブの開放圧が一定せず不安定となったり、キャパシタバルブがいったん開放した後に、円板状不織布部材１９０が復元せず、容器内に大気が進入したり、といった問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するものであって、請求項１に係る発明は、上側カップ状部と下側カップ状部とを有すると共に、前記上側カップ状部と前記下側カップ状部との間に貫通孔が設けられたバルブカップ部材と、前記上側カップ状部を覆ようにして前記バルブカップ部材に取り付けられる天板部材と、前記上側カップ状部内に配されると共に、前記貫通孔を覆うように設けられたゴム部材と、前記ゴム部材上に載置されるバネ受け部材と、一端を前記バネ受け部材と接し、他端を前記天板部材と接するバネ部材と、からなることを特徴とするキャパシタバルブである。
【００１１】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載のキャパシタバルブにおいて、前記下側カップ状部に気液分離部材が配されることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載のキャパシタバルブにおいて、前記バネ部材は、前記バネ受け部材に接する平板部と、前記天板部材に接すると共に、前記平板部から延出する弾性片とからなることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項４に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載のキャパシタバルブにおいて、前記バネ部材が、皿バネであることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のキャパシタバルブにおいて、前記上側カップ状部の開口端から延在するフランジ部を有することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のキャパシタバルブを用いたことを特徴とする電気二重層キャパシタセルである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るキャパシタバルブ及びそれを用いた電気二重層キャパシタセルによれば、一端をバネ受け部材と接し、他端を天板部材と接するバネ部材が配される構造となっており、このバネ部材の高さは精度良く作製することが可能であると共に、バネ部材の弾性常数も均一に作製することができるので、キャパシタバルブの開放圧が安定すると共に、キ
ャパシタバルブがいったん開放した後に、バネ部材が規定通り復元し、容器内への大気の進入を防止することができる。また、このようなキャパシタバルブを用いた電気二重層キャパシタセルによれば、歩留まりが向上すると共に、充放電、内部抵抗などの電気的特性が長期的に安定する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係るキャパシタバルブを用いた電気二重層キャパシタセルの斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係るキャパシタバルブの分解斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係るキャパシタバルブのバルブカップ部材の断面を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係るキャパシタバルブの板バネ部材の斜視図である。
【図５】本発明の実施形態に係るキャパシタバルブの断面の概要を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係るキャパシタバルブが電気二重層キャパシタセルに取り付けられた時の断面を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係るキャパシタバルブが排気を行っている時の断面を示す図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係るキャパシタバルブに用いる皿バネ部材の斜視図である。
【図９】従来のキャパシタバルブの分解断面図である。
【図１０】従来のキャパシタバルブの断面の概要を示す図である。
【図１１】従来のキャパシタバルブが電気二重層キャパシタセルの容器に取り付けられた時の断面を示す図である。
【図１２】従来のキャパシタバルブが電気二重層キャパシタセルの容器内のガスの排気を行っている時の断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施形態に係るキャパシタバルブ１００を用いた電気二重層キャパシタセル１０の斜視図である。このような図１に示された電気二重層キャパシタセル１０は積層型の電気二重層キャパシタセルである。
【００１９】
電気二重層キャパシタセル１０の構造に関し、より具体的に説明すると、キャパシタ本体部については、正の電極体（正極体）と負の電極体（負極体）をこれらの間にセパレータを介在させつつ交互に重ねることにより所定の積層体に組成される。正極体および負極体は、集電極とその両面に形成される分極性電極（活性炭電極）とから平板状に構成される。これら集電極は、矩形状の金属箔（アルミニウム箔）からなり、矩形平面の一辺に片側へ寄せて帯状の導電部（リード）が一体形成される。導電部は同極同士が集束され接合され、正の引出電極１２、負の引出電極１３とされる。
【００２０】
そして、金属層の中間層を含む積層構造の樹脂フィルム（たとえば、アルミラミネートフィルム）から形成される容器部１１の周縁において、正の引出電極１２、負の引出電極１３の一部が引き出され、一辺を除く三辺が熱溶着（ヒートシール）される。より具体的には、容器部１１は正の引出電極１２、負の引出電極１３が突き出る一辺を開口可能とされており、そして、その開口部から内部に電解液を注入し、電解液の含浸処理などが終わると、真空ポンプにより空気や水分を除去した状態において、残りの一辺が熱溶着（ヒートシール）され、電気二重層キャパシタセル１０が製作される。
【００２１】
上記のような容器部１１の内部にキャパシタ本体部を組み入れる前段において、本実施形態に係るキャパシタバルブ１００は容器部１１に装着される。容器部１１にキャパシタ
バルブ１００の取り付けは、まず上記のようなラミネートフィルムを袋状に形成した後、この袋状部材のキャパシタバルブ１００取り付け予定部に１つの通気孔１４を設け、これらの通気孔１４に、キャパシタバルブ１００の貫通孔１７１が略合致するように、キャパシタバルブ１００を容器部１１内に配して、キャパシタバルブ１００を容器部１１の内面に熱溶着することで取り付ける。なお、キャパシタバルブ１００と容器部１１とは、２６３℃４．５秒間で加熱して熱用着して互いに接合させる。
【００２２】
次に、上記のように容器部１１に取り付けられるキャパシタバルブ１００について図２乃至図４を参照して詳しく説明する。図２は本発明の実施形態に係るキャパシタバルブ１００の分解斜視図であり、図３は本発明の実施形態に係るキャパシタバルブ１００のバルブカップ部材１１０の断面を示す図であり、図４は本発明の実施形態に係るキャパシタバルブ１００の板バネ部材１６０の斜視図である。図２乃至図において、１００はキャパシタバルブ、１１０はバルブカップ部材、１１１はベース部、１１２は下側筒状部、１１３は上側筒状部、１１４はフランジ部、１１５は貫通孔、１１６は下側カップ状部、１１７は第１平面部、１１８は第１内壁部、１２０は上側カップ状部、１２１は第２平面部、１２２は第２内壁部、１２３は第３平面部、１２４は第３内壁部、１３０は円板状気液分離部材、１４０は円板状ゴム部材、１５０は円板状バネ受け部材、１６０は板バネ部材、１６１は環状平板部、１６２は孔部、１６５は弾性片、１６６は放射方向弾性部、１６７は周方向弾性部、１７０は天板部材、１７１は貫通孔をそれぞれ示している。
【００２３】
本発明の実施形態に係るキャパシタバルブ１００は、ポリプロピレンなどの合成樹脂製のバルブカップ部材１１０が土台の部材となり、このバルブカップ部材１１０に種々の部材が組み付けられることにより、構成される。このバルブカップ部材１１０は、概略、ベース部１１１とその下側に延出する下側筒状部１１２と、ベース部１１１の上方において、ベース部１１１から延出する上側筒状部１１３、上側筒状部１１３の上部から周方向に延出するフランジ部１１４とから構成されている。
【００２４】
ベース部１１１の下側における下側筒状部１１２の内部には、第１平面部１１７を底面とし、第１内壁部１１８を内周面とする下側カップ状部１１６が形成される。また、ベース部１１１の上側における上側筒状部１１３の内部は、第２平面部１２１を底面とし第２内壁部１２２を内周面とする第１の円筒状空間部と、第３平面部１２３を底面とし第３内壁部１２４を内周面とする第２の円筒状空間部と、からなる上側カップ状部１２０が形成されている。そして、上記のように形成された上側カップ状部１２０の開口端からフランジ部１１４が延在するようになっている。また、上側カップ状部１２０と下側カップ状部１１６との間に貫通孔１１５が設けられている。
【００２５】
上記のように構成されたバルブカップ部材１１０の下側カップ状部１１６内における第１平面部１１７には、ポリテトラフルオロエチレン製膜に微細な孔が設けられた膜から構成される円板状気液分離部材１３０が取り付けられている。より具体的には、円板状気液分離部材１３０としてゴアテックス（登録商標）を用い、バルブカップ部材１１０の第１平面部１１７と、円板状気液分離部材１３０とを約２６０℃１秒間で加熱して、熱溶着させることによって、円板状気液分離部材１３０をバルブカップ部材１１０に取り付ける。
【００２６】
また、バルブカップ部材１１０の上側カップ状部１２０における貫通孔１１５上には、この貫通孔１１５全面を覆うようにして円板状ゴム部材１４０を配設する。この円板状ゴム部材１４０としては、エチレンプロピレンゴムを用いる。また、円板状ゴム部材１４０上には、ステンレス製のバネ受け部材１５０を載置する。
【００２７】
次に、バネ受け部材１５０の上には、ステンレス製の板バネ部材１６０が設けられる。この板バネ部材１６０は、図４に詳細に示すように、中央に孔部１６２が設けられた環状
平板部１６１とこの外周略３等分の箇所から３方向に突出するようにして設けられる弾性片１６５とから構成される。３つの弾性片１６５は、それぞれ環状平板部１６１か延出する放射方向弾性部１６６と、放射方向弾性部１６６から周方向に延びる周方向弾性部１６７とから構成される。板バネ部材１６０の弾性は、放射方向弾性部１６６及び周方向弾性部１６７とからなる弾性片１６５によって付与されることとなる。
【００２８】
キャパシタバルブ１００に、この板バネ部材１６０が組み付けられる際には、板バネ部材１６０の一端側である環状平板部１６１がその平板部によって、バネ受け部材１５０を略全体的に押圧するように組み付けられ、板バネ部材１６０の他端側である周方向弾性部１６７が天板部材１７０を押圧するように組み付けられる。
【００２９】
中央１箇所に貫通孔１７１が設けられた天板部材１７０は、ポリプロピレン製であり、上側カップ状部１２０内における第３平面部１２３に熱溶着することによって取り付けられている。このような熱溶着による固着をしっかりと行うことによって、天板部材１７０下部が第３平面部１２３から浮くことがないように保障している。したがって、板バネ部材１６０はその弾性によって、バネ受け部材１５０を介して、円板状ゴム部材１４０を下側に押しつけるようになっている。なお、本実施形態においては、天板部材１７０の中央１箇所に貫通孔１７１を設ける例につき示しているが、天板部材１７０に貫通孔を複数設けるようにしても良い。
【００３０】
以上のように構成されるキャパシタバルブ１００は図５のようになる。図５は本発明の実施形態に係るキャパシタバルブ１００の断面の概要を示す図である。また、図６は本発明の実施形態に係るキャパシタバルブ１００が電気二重層キャパシタセル１０の容器１１に取り付けられた時の断面を示す図であり、図７は本発明の実施形態に係るキャパシタバルブ１００が電気二重層キャパシタセル１０の容器１１内のガスの排気を行っている時の断面を示す図である。図７において、矢印で示す線はガスの流れを示している。
【００３１】
電気二重層キャパシタセル１０においては、充放電が繰り返されたりすることでガスが発生し、このガスによって容器内の圧力が高まることとなる。このためキャパシタバルブ１００によって容器内のガスを容器外に排出する。このときの動作は図７に示すように、容器内の圧力が高まることによって、板バネ部材１６０が弾性変形して、貫通孔１１５を覆っていた円板状ゴム部材１４０と上側カップ状部１２０の第２平面部１２１との間に空間が形成され、この空間を通って容器内のガスが大気へと開放される。容器内の圧力と、板バネ部材１６０の復元力がバランスすると、再び円板状ゴム部材１４０は貫通孔１１５を覆い、大気と容器内を隔絶する。
【００３２】
本実施形態に係るキャパシタバルブ１００では、板バネ部材１６０の高さを精度良く作製することが可能であると共に、板バネ部材１６０の弾性常数も均一に作製することができる。このため、キャパシタバルブ１００の開放圧が安定すると共に、キャパシタバルブ１００がいったん開放した後に、板バネ部材１６０が規定通り復元し、容器１１内への大気の進入を防止することができる。また、このようなキャパシタバルブ１００を用いた電気二重層キャパシタセル１０によれば、歩留まりが向上すると共に、充放電、内部抵抗などの電気的特性が長期的に安定する。
【００３３】
なお、本発明のキャパシタバルブで用いるバネ部材としては、板バネ部材１６０の形状のものに限定されるものではない。例えば、上側カップ状部１２０に配するバネ部材として、板バネ部材１６０に代えて、図８に示すような皿バネ部材を用いるようにしてもよい。また、上側カップ状部１２０に配するバネ部材として、板バネ部材１６０に代えて、円板状バネ受け部材１５０と天板部材１７０との間にコイル状のバネ部材を設けるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１０・・・電気二重層キャパシタセル
１１・・・容器部
１２・・・（正の）引出電極
１３・・・（負の）引出電極
１４・・・通気孔
１００・・・キャパシタバルブ
１１０・・・バルブカップ部材
１１１・・・ベース部
１１２・・・下側筒状部
１１３・・・上側筒状部
１１４・・・フランジ部
１１５・・・貫通孔
１１６・・・下側カップ状部
１１７・・・第１平面部
１１８・・・第１内壁部
１２０・・・上側カップ状部
１２１・・・第２平面部
１２２・・・第２内壁部
１２３・・・第３平面部
１２４・・・第３内壁部
１３０・・・円板状気液分離部材
１４０・・・円板状ゴム部材
１５０・・・円板状バネ受け部材
１６０・・・板バネ部材
１６１・・・環状平板部
１６２・・・孔部
１６５・・・弾性片
１６６・・・放射方向弾性部
１６７・・・周方向弾性部
１７０・・・天板部材
１７１・・・貫通孔
１８０・・・皿バネ部材
１８１・・・環状傾斜面部
１８２・・・孔部
１９０・・・円板状不織布部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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