(57)【要約】【課題】容器の少なくとも一部に備えることが可能であって、容器に生じる変化が及ぼす影響により、作動条件の緩和を可能としうる安全装置、ならびにそのような安全装置を備えてなる部品、およびそれらのいずれかを備えてなる容器の提供。【解決手段】箔材からなる弁体層２３および開口部を有する基材層２４を積層してなる安全装置２０において、弁体層２３および基材層２４の接合されるそれぞれの面を活性化処理して当接し、重ね合わせて積層接合して安全装置２０を製造する。またこの安全装置２０を用いて電池用途などに適用しうる部品や容器を製造する。【選択図】        図１
2004330533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器の少なくとも一部に備えることが可能であって、容器に生じる変化が及ぼす影響により、作動条件の緩和を可能としうることを特徴とする安全装置。
【請求項２】
容器の少なくとも一部に備えることが可能であって、容器に生じる変形が及ぼす力により、作動圧力の低減を可能としうることを特徴とする安全装置。
【請求項３】
前記安全装置が、開口を有する基材層と、弁体層との積層体からなること特徴とする請求項１または２に記載の安全装置。
【請求項４】
前記作動条件の緩和または前記作動圧力の低減が、安全装置に対する引っ張り応力によることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の安全装置。
【請求項５】
容器の少なくとも一部に備えることが可能であって、容器に生じる変化が及ぼす影響により、作動条件の緩和を可能としうるような安全装置を備えてなることを特徴とする部品。
【請求項６】
容器に生じる変化が及ぼす影響により、作動条件の緩和を可能としうるような安全装置、またはそのような安全装置を備える部品を用いてなることを特徴とする容器。
【請求項７】
前記容器が電池用途に用いられることを特徴とする請求項６に記載の容器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、容器の少なくとも一部に備えることが可能であって、容器に生じる変化が及ぼす影響により、作動条件の緩和を可能としうるような安全装置、および前記安全装置を備えた部品、および前記安全装置または前記部品を備えた容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、容器などの圧力を安全に解放する装置として、クラッド材料による安全弁が使用されてきている。取り分け電池用途に多用されており、安全弁の解放開始圧力の精度や信頼性の高さを誇っている。例えば電池分野では、クラッド材を用いた例が開示されている（例えば特許文献１〜２参照）。
【０００３】
本出願に関する先行技術文献として次のものがある。
【特許文献１】
特開平９−２２３４９０号公報
【特許文献２】
特願平９−５２９１９１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、容器の少なくとも一部に備えることが可能であって、容器に生じる変化が及ぼす影響により、作動条件の緩和を可能としうるような安全装置、および前記安全装置を備えた部品、および前記安全装置または前記部品を備えた容器を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題に対する第１の解決手段として本発明の安全装置は、容器の少なくとも一部に備えることが可能であって、容器に生じる変化が及ぼす影響により、作動条件の緩和を可能としうる構成とした。あるいは容器の少なくとも一部に備えることが可能であって、容器に生じる変形が及ぼす力により、作動圧力の低減を可能としうる構成とした。好ましくは、前記安全装置が、開口を有する基材層と、弁体層との積層体からなる構成とし、あるいは前記作動条件の緩和または前記作動圧力の低減が、安全装置に対する引っ張り応力による構成とした。
【０００６】
前記課題に対する第２の解決手段として本発明の部品は、容器の少なくとも一部に備えることが可能であって、容器に生じる変化が及ぼす影響により、作動条件の緩和を可能としうるような安全装置を備えてなる構成とした。
【０００７】
前記課題に対する第３の解決手段として本発明の容器は、容器に生じる変化が及ぼす影響により、作動条件の緩和を可能としうるような安全装置、またはそのような安全装置を備える部品を用いてなる構成とした。また好ましくは、電池用途に用いられることとした。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の安全装置の一実施形態を示す概略断面図であり、開口を有する基材層２４と箔材からなる弁体層２３とを積層した例を示している。弁体層２３は所定範囲の設定圧力で貫通する部材であり、適切に選択された材質や厚みを有している。基材層２４は弁体層２３よりも高い強度を有しており、弁体層２３が貫通した際に通ずる開口を有している。この開口は、安全装置に１個でもよいし複数個あってもよい。また基材層に複数個を有していてもよい。
【０００９】
弁体層２３の材質としては、安全装置を製造可能な素材であれば特にその種類は限定されず、安全装置の用途により適宜選択して用いることができる。例えば、常温で固体である金属や、これらの金属のうち少なくとも１種類を含む合金や、これらの金属や合金を少なくとも１層有する積層体などである。安全装置の用途が電池用途などであれば、弁体層２３としては、アルミニウム合金やニッケル系合金やステンレス合金など、または鋼板にニッケル系めっき処理を施した積層体などを用いることができる。
【００１０】
弁体層２３の厚みは、安全装置を製造可能であれば特に限定はされず、安全装置の用途により適宜選定して用いることができる。例えば、１〜１００μｍであることが好ましい。１μｍ未満では安定した機械的強度を保持することが難しくなり、１００μｍを超えると安全装置としての製造が難しくなる。より好ましくは、１０〜９０μｍである。なお弁体層２３は、電解箔や圧延箔などの板材であってもよいし、板材にめっきや蒸着などによる膜材を予め積層した積層体であってもよいし、クラッド材などの積層体でもよいし、積層体に拡散処理などを施したものであってもよい。
【００１１】
基材層２４の材質としては、安全装置を製造可能な素材であれば特にその種類は限定されず、安全装置の用途により適宜選択して用いることができる。例えば、常温で固体である金属や、これらの金属のうち少なくとも１種類を含む合金や、これらの金属や合金を少なくとも１層有する積層体などであり、弁体層２３が貫通する際に通じる開口を有しているものである。安全装置の用途が電池用途などであれば、基材層２４としては、アルミニウム合金やニッケル系合金やステンレス合金など、または鋼板にニッケル系めっき処理を施した積層体などを用いることができる。なお開口は安全装置、部品、容器に各１個でもよいし複数個あってもよく、パンチングプレスやエッチング加工などを施すことにより形成することができる。その形状は円形状でも角形状でもよく長細い形状例えば楕円形状でも長方形状などでもよくスリット状でもよい。さらに開口の表裏両面の開口面積は必ずしも同一でなくてもよいし、同形状や相似形状でなくてもよい。
【００１２】
基材層２４の厚みは、安全装置を製造可能であれば特に限定はされず、安全装置の用途により適宜選定して用いることができる。基材層２４は、例えば１００〜１０００μｍであることが好ましい。１００μｍ未満では充分な機械的強度を保持することが製造が難しくなり、１０００μｍを超えると重くなりすぎる。より好ましくは、１００〜３００μｍである。なお基材層２４は、電解箔や圧延箔などの板材であってもよいし、板材にめっきや蒸着などによる膜材を予め積層した積層体であってもよいし、クラッド材などの積層体でもよいし、積層体に拡散処理などを施したものであってもよい。
【００１３】
常温で固体である金属とは、例えば、Ａｌ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕなどである。これらの金属のうち少なくとも１種類を含む合金には、例えば、ＪＩＳに規定の合金なども含むことができ、合金鋼やステンレス鋼の他にも、Ｃｕ系合金では、無酸素銅、タフピッチ銅、りん脱酸銅、丹銅、黄銅、快削黄銅、すず入り黄銅、アドミラルティ黄銅、ネーバル黄銅、アルミニウム青銅、白銅など、Ａｌ系合金では、１０００系、２０００系、３０００系、５０００系、６０００系、７０００系など、Ｎｉ系合金では、常炭素ニッケル、低炭素ニッケル、ニッケル−銅合金、ニッケル−銅−アルミニウム−チタン合金、ニッケル−モリブデン合金、ニッケル−モリブデン−クロム合金、ニッケル−クロム−鉄−モリブデン−銅合金、ニッケル−クロム−モリブデン−鉄合金、ニッケル−鉄合金などがある。これらの金属や合金を少なくとも１層有する積層体とは、例えば、クラッド材、メッキ材、蒸着膜材などであり、金属間化合物などの合金層も含むことができる。
【００１４】
上記の安全装置は、容器の少なくとも一部に直接にあるいは間接に備えることが可能であって、容器に生じる変化が及ぼす影響により、作動条件の緩和を可能としうるものである。直接とは容器の一部として一体として形成されたものあるいは機能するものであり、間接とは溶接やかしめなどの適切な手段を用いて取り付けたものなどである。容器に生じる変化とは、容器の内部の要因により引き起こされるものや、容器の外部の要因により引き起こされるものなどがある。容器の内部の要因とは、例えば内部にガスが発生して内部圧力が上昇して容器が膨張したりすることである。容器の外部の要因とは、大きな圧力が容器に掛かって縮小する場合などである。また上記の及ぼす影響とは、応力などの力や、温度や振動などの伝搬を意味しており、作動条件の緩和とは、圧力式の場合であれば解放開始圧力の低減などを意味している。
【００１５】
上記安全装置の基材に設けられた開口は、容器に生じる変化が及ぼす影響を受け易い形状とすることにより、より作動条件を緩和することが可能である。例えば圧力による解放を行うタイプでは、容器が膨張変形するときに応力を受け易い方向に長い開口を設けることなどである。このとき開口が容器の変形に伴って引っ張り応力などを受けることにより、弁体の耐圧を低減させることができる。解放開始圧力は、弁体の耐圧と弁体に掛かる応力により決定されるため、容器の変形量などにより想定することが可能である。
【００１６】
図１に示す安全装置２０の活性化接合法を用いた製造方法について説明する。図３に示すように、真空槽５２内において、巻き戻しリール６２に設置された弁体層２３の接合予定面側を、活性化処理装置７０で活性化処理する。同様にして巻き戻しリール６４に設置された基材層２４の接合予定面側を、活性化処理装置８０で活性化処理する。
【００１７】
活性化処理は、以下のようにして実施する。すなわち、真空槽５２内に装填された弁体層２３および基材層２４をそれぞれアース接地された一方の電極Ａと接触させ、絶縁支持された他の電極Ｂとの間に、１０〜１×１０−３Ｐａの極低圧不活性ガス雰囲気中で、１〜５０ＭＨｚの交流を印加してグロー放電を行わせ、グロー放電によって生じたプラズマ中に露出される電極Ａと接触した弁体層２３、および基材層２４のそれぞれの接合予定面側の面積が、実効的に電極Ｂの面積の１／３以下となるようにスパッタエッチング処理する。不活性ガスとしては、アルゴン、ネオン、キセノン、クリプトンなどやこれらを含む混合体を適用することができる。好ましくはアルゴンである。なお不活性ガス圧力が１×１０−３Ｐａ未満では安定したグロー放電が行いにくく高速エッチングが困難であり、１０Ｐａを超えると活性化処理効率が低下する。印加する交流は、１ＭＨｚ未満では安定したグロー放電を維持するのが難しく連続エッチングが困難であり、５０ＭＨｚを超えると発振し易く電力の供給系が複雑となり好ましくない。また効率よくエッチングするためには、電極Ａと接触した弁体層２３および基材層２４のそれぞれの面積を実効的に電極Ｂの面積より小さくする必要があり、実効的１／３以下とすることにより充分な効率でエッチング可能となる。
【００１８】
その後、活性化処理された弁体層２３と基材層２４を積層接合する。積層接合は、弁体層２３、基材層２４の接合予定面側が対向するようにして両者を当接して重ね合わせ圧接ユニット６０で冷間圧接を施すことによって達成される。この際の積層接合は低温度で可能であり、弁体層２３、基材層２４ならびに接合部に組織変化や合金層の形成などといった悪影響を軽減または排除することが可能である。Ｔを弁体層２３、基材層２４の温度（℃）とするとき、０℃＜Ｔ＜３００℃で良好な圧接状態が得られる。０℃以下では特別な冷却装置が必要となり、３００℃以上では組織変化などの悪影響が生じてくるため好ましくない。また圧延率Ｒ（％）は、０．０１％≦Ｒ≦３０％であることが好ましい。０．０１％未満では充分な接合強度が得られず、３０％を超えると変形が大きくなり加工上好ましくない。より好ましくは、０．１％≦Ｒ≦５％である。さらに好ましくは、１％＜Ｒ≦３％である。
【００１９】
このように積層接合することにより、所要の層厚みを有する２層構造の安全装置２０を形成することができ、巻き取りロール６６に巻き取られる。さらに必要により所定の大きさに切り出して、図１に示すような安全装置２０を製造することができる。またこのようにして製造された安全装置２０に、必要により残留応力の除去または低減などのために問題が生じない範囲で熱処理を施してもよい。
【００２０】
図２に示す３層の安全装置２２は、上記説明において弁体層２３の代わりに安全装置２０を用いることにより基材層２４−弁体層２３−基材層２４の３層の安全装置を製造することができる。３層の安全装置はこの他にも弁体層２３−基材層２４−弁体層２３の構成も可能である。
【００２１】
安全装置の製造にはバッチ処理を用いることができる。すなわち真空槽内に予め所定の大きさに切り出された弁体層、基材層を複数装填して活性化処理装置に搬送して垂直または水平など適切な位置に処理すべき面を対向または並置した状態などで設置または把持して固定して活性化処理を行い、さらに弁体層、基材層を保持する装置が圧接装置を兼ねる場合には活性化処理後に設置または把持したまま圧接し、弁体層、基材層を保持する装置が圧接装置を兼ねない場合にはプレス装置などの圧接装置に搬送して圧接を行うことにより達成される。なお活性化処理は、弁体層、基材層を絶縁支持された一方の電極Ａとし、アース接地された他の電極Ｂとの間で行うことが好ましい。
【００２２】
本発明の部品は、弁体層と基材層とを積層してなる安全装置を用いるものや、あるいは少なくともその一部に安全装置を有するものなどである。この安全装置は部品の一部として一体として形成されたものであってもよいし、溶接やかしめなどの適切な手段を用いて取り付けたものであってもよい。例えば部品の用途が電池用であれば、安全装置付の封口板や安全装置付の外装缶などである。これらの安全装置や部品では、接合部に合金層などの用途上好ましくない層を形成させることが抑止できるため、曲げ加工やプレス加工などの機械加工性や、エッチング加工におけるエッチング性の低下問題などが発生しない。このため本発明の安全装置や部品は、圧力解放用途などに適しており、電池用途にも好適である。
【００２３】
本発明の容器は、上記の安全装置や部品を少なくとも一部に有するものであり、容器に何らかの要因により変化が生じた場合に、この変化によって安全装置に直接的または間接的に影響を及ぼさせ、安全装置の弁体に変化を生ぜしめて、安全装置の作動条件を緩和することができるものである。この安全装置や部品は容器の一部として一体として形成されたものであってもよいし、溶接やかしめなどの適切な手段を用いて取り付けたものであってもよい。例えば、何らかの原因で容器内圧が高まり、これにより容器が膨らみにより変形し、この変形に伴い安全装置に外力が加わり、この外力が弁体に引っ張り応力などを起こさせて、弁体自体の耐圧を下げることにより、変形がないときに比べてより小さな圧力で弁体を破断させて開口を形成させ、容器内部の圧力を開口より外部に解放することができる。この容器が、例えば電池用途などに用いられる場合、電池の放電あるいは充電などにより異常が発生した場合などに内部にガスが発生することがあり、これが容器内部圧力の上昇を引き起こすこととなる。
【００２４】
例えば小さな圧力で弁体を開口させるには、すなわち安全装置の作動圧力を低減させるには、弁体自体の強度、耐圧を下げることによっても可能である。例えば、材質を強度の低いものを選んだり、厚みを薄くすることなどによっても可能ではある。しかしながら、弁体自体の強度を下げることは、通常の取扱いにおいてさえも傷つき易くなり、製造時に不良品となるおそれがあるため、品質管理の点から言えば好ましくない。例えば品質確認のための行程が増えたり、取扱いに注意を要するなどコストアップの要因となる。このため上記のような効果を組み入れることで、弁体自体の強度を維持もしくは向上させながら作動条件の緩和例えば作動圧力の低減などが可能となる。また弁体自体の取扱いを容易にし、不良品除去のための検査工程などを省けるようになるためコスト、品質の維持向上に役立つ。
【００２５】
【実施例】
以下に、実施例を図面に基づいて説明する。弁体層２３として厚み５０μｍの３０００系アルミニウム合金圧延箔を用い、基材層２４として厚み２００μｍの３０００系アルミニウム合金圧延箔を用いて、安全装置製造装置５０にセットし、真空槽５２内の活性化処理ユニット７０および８０でスパッタエッチング法によりそれぞれ活性化処理し、圧延ユニット６０で圧接して積層接合して安全装置２０を製造した。これを所定の大きさに切り出して封口部品とし、有底形状の外装缶に取り付け、容器を製造した。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の安全装置は弁体層と基材層とを積層してなるものであり、本発明の部品や容器は安全装置を用いてなるものである。このため電池用途部品などに好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の安全装置の一実施形態を示す概略断面図である。
【図２】本発明の安全装置の他の一実施形態を示す概略断面図である。
【図３】本発明の安全装置の製造に用いる装置の一実施形態を示す概略断面図である。
【符号の説明】
２０    安全装置
２２    安全装置
２３    弁体層
２４    基材層
５０    安全装置製造装置
５２    真空槽
６０    圧接ユニット
６２    巻き戻しリール
６４    巻き戻しリール
６６    巻き取りロール
７０    活性化処理装置
７２    電極ロール
７４    電極
８０    活性化処理装置
８２    電極ロール
８４    電極
Ａ      電極Ａ
Ｂ      電極Ｂ
【図１】
2004330533.tif 000003
【図２】
2004330533.tif 000004
【図３】
2004330533.tif 000005