JP2006156868A - Pressure release valve - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a pressure release valve provided on a pressure vessel in an electric or electronic component such as a battery (including a primary battery and a secondary battery), a fuel cell, a capacitor, or a pressure plate of a general equipment. is there.
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。
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。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of a conventional pressure release valve described in
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。
That is, this pressure release valve normally seals the inside of the pressure vessel by the seal lip 103b being in close contact with the outer peripheral surface of the
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。
By the way, in recent years, sealed electrolytic capacitors and capacitors tend to be flattened or downsized. FIG. 5 shows an example of a flattened
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。
However, in the
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。
In this regard, the pressure regulating valve described in
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。 The present invention has been made in view of the above points, and its technical problem is that it can be downsized and stable as compared with a conventional structure in which a reinforcing ring is embedded in the outer peripheral base. An object of the present invention is to provide a pressure release valve capable of performing the pressure release function.
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。
As a means for effectively solving the technical problem described above, the pressure release valve according to the invention of
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。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the pressure relief valve according to the first aspect, wherein a supported portion that protrudes toward the outside of the pressure relief opening is formed on the inner peripheral portion of the valve body, and the fixing means is the valve It is fixed to the pressure release port outside the main body and supports the supported portion. Therefore, in this configuration, at the time of mounting, the valve body may be inserted into the pressure release port and then the fixing means may be fixed to the pressure release port. At this time, the valve main body is easily aligned by the repulsive force in the radial direction of the seal lip, so that it can be mounted with high accuracy.
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。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a pressure release valve in which the fixing means according to the first aspect has a leaf spring that is press-fitted into the inner peripheral surface of the pressure release port. In this configuration, the fixing means is fixed simply by being press-fitted into the pressure release port.
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。 According to a fourth aspect of the present invention, in the pressure release valve according to the first aspect, the fixing means according to the first aspect has a support protrusion that supports the base of the inner periphery of the valve body. In this configuration, similarly to the second aspect, when mounting, the valve body may be inserted into the pressure release port and then the fixing means may be fixed to the pressure release port. At this time, the valve main body is easily aligned by the repulsive force in the radial direction of the seal lip, so that it can be mounted with high accuracy.
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。 According to the pressure release valve of the first aspect of the invention, the diameter of the pressure release port and the valve body can be reduced, and a stable pressure release function can be realized.
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。
According to the pressure release valve according to the inventions of
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。 Hereinafter, preferred embodiments of a pressure relief valve according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a pressure release valve provided on a sealing plate such as an electrolytic capacitor (capacitor) as a form of the present invention, cut in the thickness direction of the sealing plate, and FIG. 2 is a direction II in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional perspective view of the valve body.
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。
First, in FIG. 1,
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。
The pressure relief valve according to this embodiment includes a
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/cm3以下とするのが好ましい。
The
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。
The
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。
The outer diameter of the
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。
The
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。
The supported
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。
The gas-liquid separator 4 is formed in a disk shape with, for example, a gas permeable membrane, a rubber thin film, a nonwoven fabric, or the like, and is interposed between the
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。 The gas permeable membrane is made of a non-woven fabric made of a fiber material having excellent chemical resistance and water repellency or a fiber material treated with water repellency, and PTFE (polytetrafluoroethylene) having numerous continuous pores. A film-like or sheet-like porous body that has been subjected to a water-repellent treatment is preferably employed. Among these, a gas permeable membrane made of PTFE is formed by forming PTFE into a film-like or sheet-like porous body by a stretching method, and further coating with a fluorine-based chemical to impart more remarkable water repellency. Thus, water repellent treatment is performed, and not only the surface thereof but also the open cell surface inside the porous body is subjected to more reliable water repellent treatment.
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。 In addition to PTFE, polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride (PVDF), cellulose acetate, polysulfone, polyacrylonitrile, polyamide, polyamideimide, and the like can be used. Method, melt phase separation method, solution phase separation method, phase conversion method, or composite membrane method. In the case of PTFE, the stretching method is suitable as described above. The stretching method is a method in which a crystalline polymer is plasticized by heating or adding a plasticizer, and then stretched in a perpendicular direction to distort the film, thereby expanding the periphery of the crystalline region to form pores. This is a method of forming a microfiltration membrane made of polyethylene, polypropylene, PTFE or the like.
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。
In addition, when using a rubber thin film for the gas-liquid separator 4, the same material as that of the
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/cm3以下とするのが好ましい。
Similarly to the
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。
The
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。
In the
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。
According to the above configuration, the
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。
When the pressure relief valve according to this embodiment is mounted, the gas-liquid separator 4 is first inserted into the
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。
In the process of inserting the
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。
In the mounted state shown in FIG. 1, when the pressure (internal pressure) of the gas generated by the reaction of the electrolyte solution enclosed in the internal space S becomes equal to or higher than a predetermined valve-opening pressure, the divided
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。
Further, the internal pressure reaching the
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。 In this pressure release operation, the gas-liquid separator 4 has a function of preventing the electrolyte solution in the internal space S from flowing out together with the gas.
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。
That is, when the amount of the electrolytic solution sealed in the internal space S is relatively large, when the pressure is released, the gas generated in the internal space S entrains and blows out the electrolytic solution, or is placed horizontally (the sealing
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。 In the case of a rubber thin film, a gap generated by attenuating the jet power of the generated gas, or allowing only the gas to pass between the rubber molecules, or turning the outer periphery of the gas-liquid separator 4 by a pressure difference, By making the size difficult to allow the liquid to pass through, the outflow of the electrolyte can be effectively prevented.
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。
Further, when the internal pressure becomes equal to or lower than the predetermined valve opening pressure, the
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。
The fixing means for fixing the
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。
In the above-described embodiment, the columnar supported
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)
DESCRIPTION OF
31
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