(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、容器に収容される電解液が弁構造体内の通路に侵入すると、塩や電解液成分等が析出して当該通路を塞ぎ、弁構造体のガス抜きの機能が損なわれることがある。
【0005】
本発明は、ガス抜き用の弁構造体を有する包装容器であって、これに収容される液体が弁構造体内の通路に侵入し、その機能を損なうことを抑制することができる包装容器及びこれを備える電池を提供することを目的とする。なお、本発明は、上記のような電池の例に限らず、包装容器に収容される液体が弁構造体内の通路に侵入したときに、これを塞ぎ得る包装容器全般に適用され得る。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の第1観点に係る包装容器は、容器本体と、弁構造体とを備える。前記容器本体は、包装材料で構成されており、内部空間の周縁を画定する周縁シール部を有する。前記弁構造体は、前記周縁シール部に取り付けられ、前記内部空間を外部空間に連通させる通路を有し、前記内部空間で発生したガスにより前記内部空間の圧力が上昇した場合に、前記通路を介して当該ガスを放出する。前記通路は、前記内部空間に面する入口及び前記外部空間に面する出口を有する。前記容器本体は、シール領域及び非シール領域を含むパターンシール部をさらに有する。前記非シール領域は、前記内部空間で発生した前記ガスを前記入口まで導く複数の流路を形成する。前記シール領域は、前記複数の流路の壁面を画定する。
【0007】
本発明の第2観点に係る包装容器は、第1観点に係る包装容器であって、前記パターンシール部は、少なくとも前記入口の周辺に形成される。
【0008】
本発明の第3観点に係る包装容器は、第1観点又は第2観点に係る包装容器であって、前記パターンシール部は、前記外部空間に接していない。
【0009】
本発明の第4観点に係る包装容器は、第1観点から第3観点のいずれかに係る包装容器であって、前記パターンシール部は、前記入口を囲むように配置される。
【0010】
本発明の第5観点に係る包装容器は、第1観点から第4観点のいずれかに係る包装容器であって、前記弁構造体は、逆止弁を含む。
【0011】
本発明の第6観点に係る包装容器は、第1観点から第5観点のいずれかに係る包装容器であって、前記弁構造体は、破壊弁を含む。
【0012】
本発明の第7観点に係る電池は、第1観点から第6観点のいずれかに係る包装容器であって、前記包装材料は、ラミネートフィルムから構成される。
【0013】
本発明の第8観点に係る電池は、第1観点から第7観点のいずれかに係る包装容器と、前記内部空間に収容される電池素子とを備える。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、ガス抜き用の弁構造体を備える包装容器が提供される。弁構造体は、容器本体の周縁シール部に取り付けられる。容器本体は、シール領域及び非シール領域を含むパターンシール部を有する。非シール領域は、複数の流路を形成し、これらの流路は、容器本体内で発生したガスを弁構造体の入口まで導くように延びる。シール領域は、これらの流路の壁面を画定する。このようなパターンシール部により形成される複数の流路は、単一の流路が形成される場合に比べ、流路全体としての構成がより複雑になり、容器本体内の液体が弁構造体の入口に達することの抵抗となる。一方で、容器本体内で発生したガスは、液体と比較して流動性が高いため、当該流路を通過し易い。よって、以上の構成によれば、弁構造体によるガス抜きの機能を確保しつつも、包装容器に収容される液体が弁構造体内の通路に侵入し、その機能を損なうことを抑制することができる。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る包装容器及びこれを備える電池について説明する。
【0017】
<1.電池の全体構成>
図1に、本実施形態に係る包装容器10を備える電池1の平面図を示す。
図2は、
図1のII−II断面図である。これらの図では、本来外部から視認できない部位が、参考のため、部分的に点線で示されている。以下では、説明の便宜のため、特に断らない限り、
図1の上下方向を「前後」と称し、左右方向を「左右」と称し、
図2の上下方向を「上下」と称する。ただし、電池1の使用時の向きは、これに限定されない。
【0018】
本実施形態の包装容器10は、電池用途であり、容器本体100の他、容器本体100に取り付けられたタブ300及びタブフィルム310を備える。容器本体100の内部空間S1には、電池素子400が収容される。
【0019】
容器本体100は、包装材料110及び120から構成される。上下方向に直交する向きから視たときの容器本体100の外周部においては、包装材料110及び120がヒートシールされ、互いに融着しており、これにより、周縁シール部130が形成されている。そして、この周縁シール部130により、外部空間から遮断された容器本体100の内部空間S1が形成される。周縁シール部130は、上下方向に直交する向きから視て、容器本体100の内部空間S1の周縁を画定する。なお、ここでいうヒートシールの態様には、熱源からの加熱溶着、超音波溶着等の態様が想定される。いずれにせよ、周縁シール部130とは、包装材料110及び120が融着され、一体化している部分を意味する。
【0020】
包装材料110及び120は、例えば、樹脂成形品又はフィルムから構成される。ここでいう樹脂成形品とは、射出成型や圧空成形、真空成形、ブロー成形等の方法により製造することができ、意匠性や機能性を付与するためにインモールド成形を行ってもよい。樹脂の種類は、ポリオレフィン、ポリエステル、ナイロン、ABS等とすることができる。また、ここでいうフィルムとは、例えば、インフレーション法やTダイ法等の方法により製造することができるプラスチックフィルムや金属箔である。また、ここでいうフィルムは、延伸されたものであってもなくてもよく、単層のフィルムであっても積層フィルムであってもよい。また、ここでいう積層フィルムは、コーティング法により製造されてもよいし、複数枚のフィルムが接着剤等により接着されたものでもよいし、多層押出法により製造されてもよい。
【0021】
以上のとおり、包装材料110及び120は様々に構成することができるが、本実施形態では、ラミネートフィルムから構成される。ラミネートフィルムは、基材層、バリア層及び熱融着性樹脂層を積層した積層体とすることができる。基材層は、包装材料110及び120の基材として機能し、典型的には、容器本体100の最外層を形成し、絶縁性を有する樹脂層である。バリア層は、包装材料110及び120の強度向上の他、電池1内に水蒸気、酸素、光等が侵入することを防止する機能を有し、典型的には、アルミニウム等からなる金属層である。熱融着性樹脂層は、典型的には、ポリオレフィン等の熱融着可能な樹脂からなり、容器本体100の最内層を形成する。
【0022】
容器本体100の形状は、特に限定されず、例えば、袋状(パウチ状)とすることができる。ここでいう袋状には、三方シールタイプ、四方シールタイプ、ピロータイプ、ガセットタイプ等が考えられる。ただし、本実施形態の容器本体100は、
図1及び
図2のような形状を有する。すなわち、本実施形態の容器本体100は、トレイ状に成形された包装材料110と、その上から重ね合わされたシート状の包装材料120とを、平面視における外周部分に沿ってヒートシールすることにより製造される。包装材料110は、平面視における外周部分に相当する角環状のフランジ部114と、フランジ部114の内縁に連続し、そこから下方に膨出する成形部112とを含む。フランジ部114と、これと対面する包装材料120の平面視における外周部分とは、一体化するようにヒートシールされ、周縁シール部130を構成する。周縁シール部130は、容器本体100の外周全体に亘って延び、角環状に形成される。なお、包装材料110は、包装材料120と同様の形状であってもよいし、包装材料120が、包装材料110と同様の形状であってもよい。
【0023】
電池素子400は、例えば、リチウムイオン電池(二次電池)やキャパシタ等の蓄電部材であり、電解液を含む。電池素子400に異常が生じると、容器本体100の内部空間S1内にガスが発生し得る。また、電池素子400がキャパシタである場合には、キャパシタにおける化学反応に起因して容器本体100の内部空間S1内にガスが発生し得る。
【0024】
タブ300は、電池素子400における電力の入出力に用いられる金属端子である。タブ300は、容器本体100の左右方向の端部に分かれて配置されており、一方が正極側の端子を構成し、他方が負極側の端子を構成する。各タブ300の左右方向の一方の端部は、容器本体100の内部空間S1において電池素子400の電極(正極又は負極)に電気的に接続されており、他方の端部は、周縁シール部130から外側に突出している。以上の電池1の形態は、例えば、電池1を多数直列接続して高電圧で使用する電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両で使用するのに特に好ましい。
【0025】
タブ300を構成する金属材料は、例えば、アルミニウム、ニッケル、銅等である。電池素子400がリチウムイオン電池である場合、正極に接続されるタブ300は、典型的には、アルミニウム等によって構成され、負極に接続されるタブ300は、典型的には、銅、ニッケル等によって構成される。
【0026】
左側のタブ300は、周縁シール部130のうち左端部において、タブフィルム310を介して包装材料110及び120に挟まれている。右側のタブ300も、周縁シール部130のうち右端部において、タブフィルム310を介して包装材料110及び120に挟まれている。
【0027】
タブフィルム310は、接着性フィルムであり、包装材料110及び120と、タブ300(金属)との両方に接着するように構成されている。タブフィルム310を介することによって、タブ300と、包装材料110及び120の最内層(熱融着性樹脂層)とが異素材であっても、両者を固定することができる。
【0028】
電池1の動作に伴い、容器本体100の内部空間S1でガスが発生すると、内部空間S1内の圧力が徐々に上昇してゆく。内部空間S1内の圧力が過剰に上昇すると、容器本体100が破裂し、電池1が破壊される虞がある。包装容器10は、このような事態を防止するための機構として、弁構造体200を備える。弁構造体200は、内部空間S1内の圧力を調整するためのガス抜き弁であり、容器本体100の周縁シール部130に取り付けられている。また、本実施形態の容器本体100には、弁構造体200のガス抜きの機能を維持するため、パターンシール部500が形成されている。以下、弁構造体200及びパターンシール部500の構成について、詳細に説明する。
【0029】
<2.弁構造体の構成>
図3は、弁構造体200の平面図である。
図4は、
図3のIV−IV断面図であり、
図5は、
図3のV−V断面図である。
図5に示す通り、本実施形態の弁構造体200は、繰り返しのガス抜きが可能な逆止弁であり、特にボールスプリング型の逆止弁である。弁構造体200は、内部空間S1内の圧力に応じて、開状態と閉状態との間を切り替わるリリーフ弁である。
【0030】
図3〜
図5に示すとおり、弁構造体200は、弁機能部210及び取付部220を含む。取付部220は、弁構造体200を容器本体100に取り付けるための部位である。取付部220は、容器本体100の成形時に、周縁シール部130を構成する包装材料110及び120に挟まれた状態でヒートシールされることにより、容器本体100に固定される(
図2参照)。このヒートシールにより、取付部220の外周面と、包装材料110及び120とは、融着して接合された状態となる。本実施形態では、弁機能部210は、周縁シール部130の外側に配置されており、包装材料110及び120に挟まれていない(
図1及び
図2参照)。その結果、容器本体100に取付部220をヒートシールにより取り付ける時の熱で、弁機能部210を構成する各種部品が変形等により破壊される虞が低減される。
【0031】
取付部220は、包装材料110及び120の最内層と直に接着する材料から構成することが好ましい。例えば、取付部220は、包装材料110及び120の最内層と同じ熱融着性を備えた材料、例えば、ポリオレフィン等の樹脂から構成することができる。仮に耐熱性等の理由で、取付部220を以上のような材料で構成することができない場合、取付部220と包装材料110及び120の最内層との両方に接着可能なフィルムを介してこれらを接着することができる。
【0032】
取付部220は、弁機能部210に接続されている。
図4に示す通り、弁機能部210及び取付部220の外形は、各々、略円柱形状であり、互いに同軸である。ここで、両者の共通する中心軸を、参照符号C1で表す。中心軸C1は、前後方向に平行又は略平行に延びる。
【0033】
弁機能部210及び取付部220は、全体としてはいずれも筒状である。弁機能部210の内側空間と取付部220の内側空間とは、互いに連通しており、これにより、弁構造体200の内部には、通路L1が形成される。通路L1は、中心軸C1方向に沿って延びる。通路L1は、容器本体100の内部空間S1に面する入口O1と、外部空間に面する出口O2とを有する。よって、通路L1は、弁構造体200の開状態において、内部空間S1を外部空間に連通させる。一方、弁構造体200は、閉状態において、内部空間S1を外部空間から密閉する。弁構造体200は、内部空間S1で発生したガスにより内部空間S1内の圧力が上昇した場合に、開状態となり、通路L1を介して当該ガスを外部空間に放出する。
【0034】
本実施形態では、弁機能部210は、筒体211と、Oリング212と、ボール214と、バネ216とを有する。筒体211と取付部220とは、一体的に構成することもできるし、別部品として製造した後、これらを接続することもできる。筒体211は、例えば、ステンレス等の金属製とすることもできるし、ポリオレフィン等の樹脂製とすることもできる。筒体211は、通路L1の一部としての内部空間を画定し、当該内部空間内に、Oリング212、ボール214及びバネ216が、中心軸C1方向の外側に向かってこの順に配置される。
【0035】
筒体211は、弁座211aを有する。弁座211aは、筒体211の内部空間の一部として、外部空間に向かって拡径する逆円錐台型の空間を画定する。弁座211aは、バネ216により外側から付勢される弁体としてのボール214を受け取り、このとき、弁構造体200の閉状態が形成される。バネ216は、
図5の例では、コイルばねであるが、これに限定されず、例えば、板バネとすることもできる。Oリング212は、弁座211aに着座したときに、ボール214と弁座211aとの隙間をなくし、閉状態の密閉性を高めるのを補助する。Oリング212は、中空円形のリングであり、例えば、フッ素ゴムにより構成される。ボール214及びバネ216の材質は特に限定されず、例えば、両者をステンレス等の金属製とすることができる。また、ボール214は、樹脂製としてもよいし、ゴム製としてもよい。
【0036】
取付部220の内部空間は、容器本体100の内部空間S1に連通している。内部空間S1内の圧力、すなわち、取付部220の内部空間内の圧力が所定の圧力に達すると、内部空間S1から導かれたガスがボール214を
図5の上方向に押圧する。ボール214が押圧され、弁座211aから離れると、バネ216が変形して、ボール214が上方へ移動し、弁構造体200の開状態が形成される。この開状態において、内部空間S1内で発生したガスは、ボール214とOリング212との間に形成された隙間を介して弁機能部210内へ流れ出し、さらに出口O2を介して外部空間へ排出される。このようにして、内部空間S1内のガスが通路L1を介して排出されると、ボール214を
図5の上方向に押圧する力が弱まり、これよりもバネ216がボール214を
図5の下方向に付勢する力が大きくなる。その結果、バネ216の形状が復元し、再度、弁構造体200の閉状態が形成される。
【0037】
弁構造体200は、閉状態において、容器本体100の内部空間S1内への大気の進入を防止することができる。一方、開状態においても、内部空間S1内への大気の進入は生じ難い。開状態においては、内部空間S1内の圧力が外部空間内の圧力よりも高い又は同等の状態が維持されるためである。よって、弁構造体200は、容器本体100内への大気の進入を効果的に防止し、これに含まれる水分による電池素子400の劣化を防止することができる。
【0038】
<3.パターンシール部の構成>
以上のとおり、弁構造体200は、容器本体100の内部空間S1内の圧力の調整を行うガス抜き弁である。しかしながら、仮に内部空間S1に収容されている液体(主として、電解液)が、弁構造体200内の通路L1に侵入すると、弁構造体200のガス抜きの機能が損なわれることがある。このような液体から析出した塩や電解液成分等の固体が、通路L1を塞ぎ得るからである。以上の事態を防止するため、容器本体100は、弁構造体200の入口O1の周辺において、
図1に斜線のハッチングで示されるパターンシール部500を有する。
【0039】
図6は、パターンシール部500の周辺の拡大平面図である。
図6中、ヒートシールがされているシール領域は、クロス線のハッチングで示されている。一方、
図6中、ヒートシールがされていない非シール領域は、ハッチング及び塗りつぶしなしで示されている。なお、
図6中、パターンシール部500を示す一点鎖線の囲み線は、参考線であり、実際には視認されない。また、ここでいうパターンシール部とは、実質的に隙間なくシールがされているベタシール部ではなく、シール領域と非シール領域との組み合わせにより、全体として模様又は図柄を形成している領域を意味する。また、ヒートシールがされているシール領域とは、対面する包装材料110及び120が融着され、一体化している部分を意味する。
【0040】
図6に示す通り、パターンシール部500は、弁構造体200の取付部220の入口O1を覆い囲むように配置される。従って、容器本体100の内部空間S1内のガス及び液体は、パターンシール部500を通り抜けることなく、弁構造体200の入口O1に達することができない。なお、
図6中、点線は、取付部220のうち、周縁シール部130に取り付けられている部分を示している。
【0041】
パターンシール部500に含まれる非シール領域520は、分岐するように延びる複数の流路L2を形成し、パターンシール部500に含まれるシール領域510は、これらの流路L2の壁面を画定する。これらの流路L2は、内部空間S1で発生したガスを入口O1まで導くように延びている。よって、これらの流路L2を介して、弁構造体200内の通路L1は、内部空間S1の中央部(内部空間S1において流路L2により形成される空間を除く、パターンシール部500よりも内側の空間)と連通している。
【0042】
シール領域510は、非シール領域520により形成される流路L2を分岐させるように配置される。よって、仮にパターンシール部500が存在せず、これが占める領域全体が非シール領域である場合に比べて、弁構造体200の入口O1の周辺において、内部空間S1の中央部から入口O1に達する流路が狭められる。このように分岐し、その断面積(管径)が狭められた流路L2の形状は、内部空間S1内の液体が流路L2を通過し、弁構造体200の入口O1に達するまでの抵抗(配管抵抗)を増大させる。すなわち、シール領域510により画定される流路L2の壁面と、液体との間に作用する摩擦力が増大し、液体がパターンシール部500に進入し難くなる。一方で、内部空間S1で発生したガスにとっても、以上のような流路L2の形状は、入口O1に達することの抵抗となり得る。しかし、ガスは一般に液体と比較して流動性が高いため、液体と比較すると流路L2を通過し易い。よって、パターンシール部500は、十分なガスの透過を許容する一方で、液体の透過を抑制する。その結果、パターンシール部500は、内部空間S1内のガスを安定的に弁構造体200の通路L1内に導く一方で、内部空間S1内の液体が通路L1に侵入し、その機能を損なうことを抑制することができる。
【0043】
図6に示す通り、本実施形態のパターンシール部500は、左右方向に延びる細長いシール領域510を間欠的に配置したパターンを形成する。より具体的には、左右方向に延びる細長いシール領域510が、左右方向に間隔を開けて配置されるパターンが、前後方向に多段構成で配列される。なお、各段のパターンは、一致していても、相違していてもよい(ここでいう一致及び相違は、左右方向のずれは考慮せず、平行移動させたときに、パターンが重なることを一致、重ならないことを相違という)。シール領域510は、隣接する段において、互い違いに配置される。すなわち、ある段におけるシール領域510間の非シール領域520は、左右方向を基準として、これに隣接する段のシール領域510と重なる。これにより、パターンシール部500内で流路L2は何度も折れ曲がり、シール領域510により形成される壁面とより多くの面積で接触することになる。よって、このような形状のパターンシール部500は、液体の透過を効率的に抑制することができる。
【0044】
また、
図6に示す通り、周縁シール部130は、ベタシール部であり、取付部220とともに、パターンシール部500を外側から囲んでいる。その結果、パターンシール部500は、平面視において外部空間に接しておらず、流路L2から直接的に内部空間S1内のガス及び液体が外部に漏れることはない。
【0045】
<4.変形例>
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、以下の変更が可能である。また、以下の変形例の要旨は、適宜組み合わせることができる。
【0046】
<4−1>
上記実施形態の包装容器10は、電池用として構成されたが、本発明に係る包装容器の用途はこれに限定されず、その内容物は特に限定されない。本発明に係る包装容器は、時間の経過に伴いガスを発生させるような内容物であって、弁構造体の通路内に入り込んだ場合に固化する等して通路を詰まらせる虞のある成分が含まれる液体を含む内容物を収容するのに優れる。
【0047】
<4−2>
上記実施形態の弁構造体200は、ボールスプリング型であったが、これに限定されず、例えば、ポペット型、ダックビル型、アンブレラ型、ダイヤフラム型等とすることができる。また、上記実施形態の弁構造体200は、繰り返しのガス抜きが可能な逆止弁であったが、1回限りのガス抜きが可能な破壊弁であってもよい。また、弁構造体200に含まれる弁機構の数は特に限定されず、例えば、弁構造体200は、逆止弁及び破壊弁の両方を含んでいてもよいし、複数の破壊弁を含んでいてもよいし、複数の逆止弁を含んでいてもよい。
【0048】
本変形例でいう破壊弁は、様々に構成することができる。例えば、
図7Aに示すように、弁構造体200内の通路L1を閉塞するように配置される薄板又はフィルム250により、破壊弁を構成することができる。この破壊弁(これ以降、破壊弁に、参照符号250を付す)は、例えば、出口O2を覆うように筒体211にラミネートフィルムをヒートシールにより取り付けることで、構成することができる。この例では、容器本体100の内部空間S1内の圧力が上昇すると、破壊弁250であるラミネートフィルムが剥離することにより開弁する。別の例を挙げると、破壊弁250をアルミニウム等の金属製の薄板とし、
図7Bに示すように、同薄板にその中心付近から放射状に延びる切欠き部251を形成してもよい。切欠き部251は、破壊弁250を厚み方向に貫通しておらず、他の部位に比べて薄く形成されている。この場合、破壊弁250は、容器本体100の内部空間S1内の圧力が上昇すると、破壊弁250が筒体211から脱落するのではなく、破壊弁250が破断することにより開弁し得る。
【0049】
<4−3>
パターンシール部500により形成されるパターンは、上記実施形態で説明されたものに限定されない。例えば、
図8Aに示すように、十字型のシール領域510Aを間隔を開けながら配列することにより、パターンシール部500を形成してもよい。また、
図8Bに示すように、パターンシール部500は、1つの連続したシール領域510Bのみを有していてもよい。この場合も、流路L2は分岐し、パターンシール部500は、液体の透過を抑制することができる。その他、パターンシール部500に含まれるシール領域は、円形、正方形、星型等、任意の形状とすることができる。
【0050】
<4−4>
容器本体100におけるパターンシール部500の配置は、上記実施形態のように、弁構造体200の入口O1周辺のみに限定されない。例えば、
図9Aに示すように、周縁シール部130の内側の端部全周に沿って、周縁シール部130に隣接する位置に、パターンシール部500Aを形成してもよい。別の例を挙げると、
図9Bに示すように、周縁シール部130において弁構造体200が取り付けられる辺全体に沿って、周縁シール部130に隣接する位置に、パターンシール部500Bを形成してもよい。
【0051】
<4−5>
図10に示すようなパターンシール部500も考えられる。すなわち、上記した
図6、
図8A及び
図8Bの態様では、流路L2の分岐点は、弁構造体200の入口O1周辺に位置していたが、
図10に示すように、シール領域510Cの断絶により形成される流路L2の分岐点が、弁構造体200の入口O1の周辺から離れた位置に配置されてもよい。