(57)【要約】【課題】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、内圧上昇時に確実に圧力開放し、封入液の流出を防止し得る圧力開放弁８を提供する。【解決手段】コンデンサ又は電池のケースの開口部に封着される封口板３に開設された圧力開放口１０内に、軸部２０が同心的に設けられ、圧力開放口１０内に密嵌固定された弁本体３０が、圧力開放口１０の外側を向くと共に軸部２０の外周面に所定の緊迫力で密接されたシールリップ３３を有する。弁本体３０の内側に、気体透過性と液体不透過性を併有する気液分離体４０が、圧力開放口１０による圧力開放経路を塞ぐように配置されている。ケースの内圧が所定値を超えて上昇した場合にはシールリップ３３が開弁動作して、内圧を開放し、このときの封入液の流出を、気液分離体４０によって防止する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力容器（１）の開口部に封着される封口板（３）に開設された圧力開放口（１０）と、この圧力開放口（１０）内に同心的に設けられると共に所定の緊迫力で密接されたシールリップ（３３）と、前記圧力開放口（１０）による圧力開放経路を塞ぐように配置され気体透過性と液体不透過性を併有する気液分離体（４０）を有することを特徴とする圧力開放弁。
【請求項２】
圧力容器（１）がコンデンサ、キャパシタ又は電池のケースであることを特徴とする請求項１に記載の圧力開放弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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、キャパシタ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。
【０００２】
【従来の技術】
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（キャパシタ）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。
【０００３】
このような点に鑑みて、従来から、圧力容器の底部に切り込みを入れて破裂板としたり、また、蓋にゴム製のキャップを取り付け安全弁とすること等により圧力容器の破裂防止を図ったものがあるが、この場合には、容器内部に発生した圧力が開放されると、容器が破裂してしまったり、安全弁が吹き飛んでしまうことから圧力容器や封口板の繰り返しての使用ができない。
【０００４】
一方、下記の特許文献１には、封口板に、例えばＰＴＦＥ等からなる多孔質膜に撥水処理を施すことによって、気体は透過するが液体は不透過として容器の内圧を外部に開放する役割をもつブリーザを取り付けて、容器内部に発生する圧力を開放できるようにしたものが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２４５９７６
【０００６】
しかし、特許文献１の場合、封口板に設けられたブリーザは、圧力容器の内圧を一定に保ち、電解液等の内封液の漏洩を防止するといった機能を有するが、通常の使用状態で発生する熱及び内圧でも、容器内のガスがブリーザから僅かに放出されるため、電解液が蒸発によって減少しやすく、外部からの水蒸気の侵入も起こりやすい。また、劣悪な環境下では、ブリーザの多孔質膜が目詰まりを起こすこともあり、安定した性能を期待することが困難であった。更に、ブリーザは急激な内圧上昇には対応できないため、ブリーザとは別に、内圧が所定値以上となった時にこの内圧を瞬時に開放して容器の爆発を防止するための防爆弁を設ける必要があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述のような問題に鑑みてなされたもので、その技術的課題は、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、充放電を繰り返すことにより、或いは天地逆組付け或いは横置き時に電解液等の内封液が容器の内壁に付着し、これが圧力開放弁を通して容器外部へ漏れるのを防止することが可能な圧力開放弁を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記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、圧力容器の開口部に封着される封口板に開設された圧力開放口と、この圧力開放口内に同心的に設けられ所定の緊迫力で密接されたシールリップと、前記圧力開放口による圧力開放経路を塞ぐように配置され気体透過性と液体不透過性を併有する気液分離体を有するものである。
【０００９】
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、圧力容器がコンデンサ、キャパシタ又は電池のケースである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る圧力開放弁が適用される密閉型の電解コンデンサ或いはキャパシタ又は電解液電池の概略構造を示すもので、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は平面図である。すなわち、アルミニウム等の金属からなり請求項１に記載された圧力容器に相当する有底円筒状のケース１内に、コンデンサ或いはキャパシタ又は電池の本体素子２が収容されており、ケース１の上端開口部が、電気絶縁性の合成樹脂材料やエラストマで円盤状に成形された封口板３によって閉塞されている。本体素子２には、ケース１内に封入された電解液が含浸されている。
【００１１】
封口板３は、その外周部が、ケース１の上端部を内側へ折り返すように形成されたカシメ部１ｂと、その下側に位置して、ケース１に円周方向に連続して形成された絞り部１ａとの間に、ゴム状弾性材料からなる環状のガスケット４を介して密封的に固定されている。また、ケース１の外周は、外缶５によって覆われている。
【００１２】
封口板３には、素子本体２にそれぞれリード線６を介して接続された一対の電極端子７が、厚さ方向に貫通して設けられると共に、本発明に係る圧力開放弁８が設けられている。電極端子７，７は、封口板３にインサート成形により一部が埋設された状態で一体化されたものであって、それぞれ外周面に形成された鍔部７ａによって、封口板３に対して抜け止めされている。
【００１３】
封口板３は、上述のように電気絶縁性の合成樹脂材料やエラストマ、あるいは合成樹脂材料とエラストマとの積層板材料からなる。
【００１４】
［第一の形態］
図２は、図１に示される電解コンデンサ又は電解液電池に適用される圧力開放弁８の好適な第一の形態を、図１（Ｂ）におけるII‐II’線で切断して示す断面図、図３は、本形態において、弁本体３０を分離した状態を、図１（Ｂ）におけるII‐II’線で切断して示す断面図である。すなわち、本形態の圧力開放弁８は、図２に示されるように、封口板３に開設された圧力開放口１０と、この圧力開放口１０内に同心的に設けられると共に封口板３に一体的に形成された軸部２０と、圧力開放口１０内に密嵌固定された弁本体３０と、この弁本体３０の内側に、圧力開放口１０による圧力開放経路を塞ぐように配置した気液分離体４０とを備える。
【００１５】
詳しくは、軸部２０は円柱状に形成されており、その基端部２１から円周方向等間隔で放射状に延びる複数の橋絡部２２を介して、円孔状の圧力開放口１０における内端（ケース１の内室側の端部）の内周面に固定されている。この軸部２０及び橋絡部２２は、封口板３と同一の合成樹脂材料からなるものであって、すなわち封口板３と連続した一体物として成形されている。また、圧力開放口１０における内端開口部は、橋絡部２２によって円周方向に分割され、開口形状が扇形をなす複数の分割孔１１として形成されている。
【００１６】
弁本体３０は、筒状部３１ａ及びその一端から内周側へ延びる端壁部３１ｂからなる近似L字形の断面形状をなす補強環３１に、ゴム状弾性材料で一体的に成形されたものである。詳しくは、補強環３１が埋設された基部３２と、前記補強環３１における端壁部３１ｂ側から前記筒状部３１ａの内周側へ向けて延在され前記基部３２と連続して形成されたシールリップ３３と、このシールリップ３３における先端近傍の外周面に装着されたエキステンションスプリング３４とを有する。基部３２の外周面には、未装着状態において圧力開放口１０の内周面１２よりも適宜大径の、円筒面状の圧接部３２ａが形成されている。そしてこの弁本体３０は、シールリップ３３が封口板３の外側を向くように、基部３２の圧接部３２ａが圧力開放口１０の内周面１２に所要の締め代をもって圧入固定され、シールリップ３３の内周リップ部３３ａが軸部２０の外周面に密接されている。
【００１７】
なお、シールリップ３３の内周リップ部３３ａは、軸方向に適当な間隔で複数形成されたものであってもよい。
【００１８】
補強環３１の端壁部３１ｂ及びこれに接合されているシールリップ３３の踵状端部３３ｂの内径は、軸部２０の外径よりも適宜大径であり、シールリップ３３の先端内周に形成されたリップ部３３ａの内径は、図３に示される未装着状態では、軸部２０の外径よりも適宜小径となっている。
【００１９】
エキステンションスプリング３４は、コイルスプリングの両端を結合して環状にしたものであって、温度や老化によるシールリップ３３の緊迫力低下を補償する機能を有し、シールリップ３３の外周面に形成した円周溝に、適当に広げた状態で嵌着されている。
【００２０】
したがって、封口板３への弁本体３０の装着状態では、図２に示されるように、シールリップ３３は、自らの弾性による緊迫力とエキステンションスプリング３４の緊迫力によって、リップ部３３ａが、破線で示される適当な潰し代をもって、軸部２０の外周面に密接される。なお、ケース１の内圧の上昇によってシールリップ３３が開弁される時の圧力値（開弁圧）は、シールリップ３３の内径や肉厚、断面形状、軸部２０の外径、エキステンションスプリング３４の緊迫力等によって、任意に設定することができる。したがって、この開弁圧は、通常の使用状態で発生する熱によるガス圧の値等を考慮して、適切に設定される。
【００２１】
図３に示されるように、封口板３の圧力開放口１０の内周面１２には、凹部１２ａが形成されている。この凹部１２ａは、各橋絡部２２の間に相当する各分割孔１１の開口範囲に対応して段付き形成されており、圧力開放口１０の内周面１２における内端（図３における下端）から、弁本体３０の装着位置の軸方向中間部まで延びている。
【００２２】
気液分離体４０は、膜状又はシート状の円盤状に成形され、内周孔を有するものであって、弁本体３０における基部３２の内端からシールリップ３３の踵状端部３３ｂにかけての内側面に取り付けられ、軸部２０を圧力開放口１０の内端開口部に連結している橋絡部２２との間に介在している。この気液分離体４０には、耐薬品性に優れ、かつ撥水性のある多孔質体（例えば、織布、不織布、相分離法あるいは延伸法による多孔質体など）が用いられている。前記素材は、電解液との反応を小さくするため、塩素イオン・ハロゲン化物含有率が500ppm以下であり、重金属の含有率も100μg/cm２以下のものが良い。また、撥水性は後処理で持たせてもよい。
【００２３】
気液分離体４０の内径は、図３に示される未装着状態では、軸部２０の外径よりも小径となっている。このため、気液分離体４０の内周部４０ａは、図２に示される装着状態では、軸部２０の外周面と、弁本体３０におけるシールリップ３３の踵状端部３３ｂとの間の隙間Ｇ１内へ屈曲して挟み込まれた状態となっている。
【００２４】
以上の構成において、弁本体３０は、図２に示されるように、シールリップ３３が封口板３の外側を向くように、圧力開放口１０と軸部２０との間に圧入されることによって装着されている。そして、この圧入時に、弁本体３０の基部３２における圧接部３２ａは、基部３２に埋設された補強環３１の筒状部３１ａと圧力開放口１０の内周面１２との間で径方向に圧縮されて、図中に破線で示される潰し代が与えられるが、前記圧接部３２ａのうち、圧力開放口１０の内周面１２に形成された各凹部１２ａに達した部分は、圧縮状態から弾性的に復元されて各凹部１２ａに食い込んだ状態となる。このため、弁本体３０が圧力開放口１０に対して有効に抜け止めされる。
【００２５】
この装着状態において、図１に示されるケース１内に封入された電解液の反応によって発生するガス（コンデンサの場合はＨ2、キャパシタの場合はCO2）の圧力（ケース１の内圧）は、分割孔１１及び通気性のある気液分離体４０を介して、圧力開放口１０内における弁本体３０の内周空間に達し、シールリップ３３を外周側へ開か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３３自体の弾性とエキステンションスプリング３４の緊迫力による閉弁力よりも大きくなると、シールリップ３３のリップ部３３ａが軸部２０の外周面から離れて開弁し、内圧を外部の大気中へ開放する。そしてこのとき、ケース１内の熱も大気中へ放出されるので、熱によるキャパシタ等の機能低下が防止される。また、これによって内圧が低下すると、シールリップ３３は前記閉弁力によって直ちに閉弁し、外部からの水蒸気や異物の侵入を遮断する。そして、内圧が開弁圧を超えて上昇した場合にのみシールリップ３３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、コンデンサ又は電池の寿命を向上させることができる。
【００２６】
弁本体３０は、キャパシタ等の組立過程で発生する電解液の蒸発を最小限に抑えて、製品の品質の安定化を図るために、組立最終工程において、図１に示されるケース１内に電解液を注入した後で、封口板３の圧力開放口１０にその外側から圧入装着する。そして気液分離体４０は、図３に示されるように、予め弁本体３０の内側面３０ａに接着等により取り付けておくことによって、この弁本体３０と共に組み込むことができる。
【００２７】
本発明では、気液分離体４０が、圧力開放時に、ガスと共に電解液も流出してしまうのを防止する機能を有する。
【００２８】
すなわち、弁本体３０の内側面３０ａに設けた気液分離体４０の内周部４０ａが、弁本体３０による圧力開放経路となるシールリップ３３の踵状端部３３ｂの内周隙間Ｇ１に介在しているので、ケース１内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、ケース１内の発生ガスが電解液を巻き込んで噴き出したり、キャパシタを横置き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４０が、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。
【００２９】
また、上述の形態によれば、通常の使用状態では、弁本体３０によって、電解液の蒸発や、水蒸気の侵入や、外部からのダストによる気液分離体４０の目詰まりが防止される。
【００３０】
図４は、上述した図２の構成を備える実施例について、開弁時のガス放出特性を試験した結果を示す説明図である。実施例１は、気液分離体４０に通気特性85.4cc/cm２・secをもつ不織布を使用したものであり、実施例２は、気液分離体４０に通気特性100cc/cm２・secをもつ不織布を使用したものである。また、比較例として、気液分離体４０を設けない場合の試験結果も示した。この試験結果から明らかなように、実施例１，２は、気液分離体４０を設けない比較例よりも圧力開放速度は低下するが、内圧が、開弁圧（実施例１では0.31MPa程度，実施例１では0.3MPa程度）より僅か0.03〜0.05MPa程度高圧になっただけで100ml/s以上の十分な流量でガス放出が行われ、急速に圧力を開放可能であることがわかる。また、この時、実施例１，２では、電解液が圧力開放弁を通して容器外部へ漏れることもなかった。
【００３１】
［第二の形態］
図５は、図１に示される電解コンデンサ又は電解液電池に適用される圧力開放弁８の好適な第二の形態を、図１（Ｂ）におけるII‐II’線で切断して示す断面図である。本形態の圧力開放弁８も、弁本体３０より内側に位置して、圧力開放口１０による圧力開放経路を塞ぐように気液分離体４０を配置したもので、圧力開放口１０、軸部２０及び弁本体３０は、先に説明した第一の形態と基本的には同様の構成を備え、気液分離体４０が、封口板３の内面に圧力開放口１０（分割孔１１）の外周縁に沿って突設されたフック状の保持部１３に保持されている点で、第一の形態と相違するものである。
【００３２】
したがって、この形態では、気液分離体４０が圧力開放口１０の分割孔１１を内側から覆った状態に存在することによって、第一の形態と同様の効果を奏するものである。また、気液分離体４０は、保持部１３で保持する代わりに、封口板３の内面に接着剤を塗布して、圧力開放口１０（分割孔１１）を塞ぐように接着しても良い。
【００３３】
［第三の形態］
気体透過性と、液体不透過性の機能を併有する気液分離体４０としては、上述の形態における不織布のほか、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）からなる連続気泡の多孔質体やこの多孔質体に撥水処理を施した膜状又はシート状物質を好適に用いることができる。詳しくは、耐薬品性に優れたＰＴＦＥを延伸法により膜状又はシート状の多孔質体に成形する。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ている。
【００３４】
気液分離体４０の素材は、上述のＰＴＦＥのほかに、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、ポリイミド、ポリアミ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。
【００３５】
なお、上述した各形態においては、コンデンサあるいは電池のケースを密閉する封口板に、本発明を適用したものについて説明したが、その他、一般の圧力容器の圧力開放機構についても実施することができる。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１の発明に係る圧力開放弁によれば、圧力容器の開口部に封着される封口板に開設された圧力開放口内に同心的に設けられたシールリップを有するため、圧力容器の内圧が所定値を超えて上昇した場合には、シールリップが開弁動作して、内圧を大気開放する。このため、内圧上昇による圧力容器の破壊を未然に防止することができ、その開弁圧を、シールリップの緊迫力によって任意に設定することができる。また、内圧が開放されると、シールリップが直ちに閉弁するので、外部からの異物や水蒸気等の侵入を遮断すると共に、圧力容器内のガス等の放出を最小限に抑えることができる。更に、圧力開放時にガスが圧力容器内の内封液を巻き込んで噴き出したり、充放電を繰り返すことにより或いは圧力容器を天地逆組付け或いは横置き時に設置したような場合に、電解液等の内封液が容器の内壁に付着し、これが圧力開放弁を通して容器外部へ漏れるのを、弁本体の内側に配置した気液分離体により、有効に防止することができる。また、通常の使用状態では、弁本体によって、内封液の蒸発や、水蒸気の侵入や、外部からのダストによる気液分離体の目詰まりが防止される。
【００３７】
請求項２の発明に係る圧力開放弁によれば、電解コンデンサ或いはキャパシタや電池のケースに適用されることによって、異常内圧の発生によるケースの破壊や、発熱や、内封液の蒸発等による減少を抑えて、機能の低下を抑制することができる。また、この圧力開放弁は、ケース内に内封液を注入した後で圧入装着することができるため、組立時に発生する内封液の蒸発を最小限に抑えて、製品の品質の安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る圧力開放弁が適用されるコンデンサの概略構造を示すもので、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は平面図である。
【図２】図１に示されるコンデンサに適用される圧力開放弁８の好適な第一の形態を、図１（Ｂ）におけるII‐II’線で切断して示す断面図である。
【図３】第一の形態において、弁本体３０を分離した状態を、図１（Ｂ）におけるII‐II’線で切断して示す断面図である。
【図４】開弁時のガス放出特性を試験した結果を示す説明図である。
【図５】図１に示されるコンデンサに適用される圧力開放弁８の好適な第二の形態を、図１（Ｂ）におけるII‐II’線で切断して示す断面図である。
【符号の説明】
１  ケース（圧力容器）
３  封口板
８  圧力開放弁
１０  圧力開放口
１１  分割孔
１２  内周面
１２ａ  凹部
１３  保持部
２０  軸部
２２  橋絡部
３０  弁本体
３０ａ  内側面
３１  補強環
３１ａ  筒状部
３１ｂ  端壁部
３２  基部
３２ａ  圧接部
３３  シールリップ
３３ａ，３３ｃ  リップ部
３４  エキステンションスプリング
４０  気液分離体
４０ａ  内周部
【図１】
2004193384.tif 000003
【図２】
2004193384.tif 000004
【図３】
2004193384.tif 000005
【図４】
2004193384.tif 000006
【図５】
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