(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】
【0005】
こうした防爆弁体は、密閉型電気化学デバイスのケース、特に封口板に対し、シールされた状態で一体化される。そのため、防爆弁体は、取付け部(特許文献1の防爆弁体においてはつば部)が、正確な形状で形成されている必要がある。
【0006】
しかしながら、特許文献1の防爆弁体においては、破断すべき凹溝部は薄肉に形成される一方で、厚肉の軸部などを形成する必要があり、防爆弁体の寸法精度が低くなりがちであった。これは、防爆弁体の射出成形工程において、破断させるべき薄肉の凹溝部を成形する際に、薄肉部分では樹脂が流れにくくなることや、薄肉の凹溝部で冷却が進行しやすく、他の部分との間で温度差や圧力差が生じやすいことから、成形体としての防爆弁体に、反りやひずみが生じがちであることに起因する。
【0007】
また、防爆弁体には、デバイスの内圧が所定の圧力に達した場合には、すみやかに弁体が破断して素早く内部のガスを排出して圧力を下げることができるよう、弁体の破壊強度を所定の範囲にすることが求められている。
【0008】
本発明の目的は、弁体の破壊強度のばらつきを抑えられ、取付け部の寸法精度が高い密閉型電気化学デバイス用防爆弁体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
発明者は、鋭意検討の結果、防爆弁体の形状を板状部と筒状部を組み合わせた形状とすると共に、かかる防爆弁体の射出成形において、ゲートを複数個所に配置して、ウェルドが所定の位置を通過するようにすると、上記課題が解決できることを知見し、本発明を完成させた。
【0010】
本発明は、密閉型電気化学デバイスの封口板のガス排出孔を閉塞し、デバイスの内圧が上昇した際に破断してガスを排出する、密閉型電気化学デバイス用防爆弁体であって、防爆弁体は、平板状の板状部から筒状部が突出する形状に、熱可塑性樹脂の射出成形により形成されており、板状部のうち、筒状部よりも外側に位置する部分をつば部として、防爆弁体は、つば部で前記封口板に一体化されると共に、つば部には、複数のゲート痕が周方向に離間して配置されており、板状部のうち、筒状部よりも内側に位置する部分を破壊部として、破壊部には、破壊部の略中心を通過するように、ウェルドが形成されている密閉型電気化学デバイス用防爆弁体である(第1発明)。
なお、ゲート痕とは、防爆弁体を射出成形する際のゲートの部分の痕跡のことである。
【0011】
第1発明において、好ましくは、破壊部及びつば部が、略同じ肉厚とされる(第2発明)。また、第1発明もしくは第2発明において、好ましくは、ゲート痕の数が3、4のいずれかである(第3発明)。また、第1発明ないし第3発明のいずれかにおいて、好ましくは、複数のゲート痕が、破壊部の略中心を通過する線に対し対称となる位置に配置される(第4発明)。また、第1発明ないし第3発明のいずれかにおいて、好ましくは、複数のゲート痕が、破壊部の略中心に対し等角度配置となるように配置される(第5発明)。
【発明の効果】
【0012】
本発明の防爆弁体(第1発明)によれば、ウェルドの位置が的確に調整され、弁体の破壊強度のばらつきを抑えることができる。また、防爆弁体の取付け部の寸法精度を高めることもできる。
【0013】
特に、第2発明のようにした場合には、防爆弁体の取付け部の寸法精度が特に高められる。また、第3発明や第4発明、第5発明のようにした場合には、ウェルドの位置等がより調整しやすくなるなどして、弁体の破壊強度のばらつきをより効果的に抑えることができる。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下図面を参照しながら、密閉型電気化学デバイスが電池である場合を例として、発明の実施形態について説明する。発明は以下に示す個別の実施形態に限定されるものではなく、その形態を変更して実施することもできる。
【0016】
図1は、第1実施形態の防爆弁体1を有する密閉型電気化学デバイス9を示す。この密閉型電気化学デバイス9は電池である。箱状のケース4の内部に、正負極素子部8が配置され、電解液7で満たされて電池が構成されている。ケース4の開口部は、封口板3により密閉されている。ケース4や封口板3は、金属や合成樹脂等により形成されており、互いに溶接や接着などの手段により、密閉可能な形態で接合されている。
【0017】
封口板3には、電極用の穴が設けられており、穴には、正極端子5や負極端子6が封口板3を貫通するように設けられる。封口板3と正極端子5や負極端子6の間は、適宜ガスケット5G,6G等により、封止される。正極端子5はリード線51により正負極素子部8の正極に電気的に接続され、負極端子6はリード線61により正負極素子部8の負極に電気的に接続される。
【0018】
封口板3にはガス排出孔31が設けられており、防爆弁体1は、ガス排出孔31を覆い、閉塞するように、封口板3に一体化されている。後述するように、密閉型電気化学デバイス1の内部にガスが発生して、デバイスの内圧が上昇した際には、防爆弁体1の破壊部13が破断して解放され、内部のガスが排出される。
【0019】
防爆弁体1について説明する。
図2に示すように、防爆弁体1は、平板状の板状部11から筒状部14が突出する形状に、熱可塑性樹脂の射出成形により形成されている。
【0020】
防爆弁体1を形成する熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン(PE)樹脂、ポリプロピレン(PP)樹脂、ポリスチレン(PS)樹脂、ポリアミド(PA)樹脂、ポリカーボネート(PC)樹脂、ポリ塩化ビニル(PVC)樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂、フッ素(F)樹脂、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂などの熱可塑性樹脂が例示できる。これら熱可塑性樹脂は、単独もしくはブレンドして使用することもでき、適宜充填材や各種配合剤を含んでいてもよい。
【0021】
図2に示した第1実施形態の防爆弁体1においては、板状部11は円盤状である。板状部は、後述する他の実施形態のように、矩形状であってもよい。また、本実施形態においては、筒状部14は円筒状である。後述する他の実施形態のように、筒状部は角筒状であってもよい。
本実施形態では、筒状部14は、板状部11の片面に突出するように設けられているが、筒状部を板状部11の両面に突出するように設けてもよい。
【0022】
板状部11のうち、筒状部14よりも半径方向外側に位置する部分をつば部12とし、板状部11のうち、筒状部14よりも半径方向内側に位置する部分を破壊部13とする。筒状部14やつば部12、破壊部13は、本実施形態のように同心円状に配置・形成されることが好ましいが、これは必須ではない。
【0023】
防爆弁体1は、封口板3のガス排出孔31に筒状部14が入り込むように配置され、つば部12で封口板3に対し一体化されている。両者の一体化は、封口板3と防爆弁体1の間の気密性や液密性が保たれるよう、つば部12の全周にわたって行われる。なお、防爆弁体1が封口板3に一体化される手段は特に限定されないが、接着や溶着により一体化されることが好ましい。別個に取付け部材を設けて、つば部12を封口板3に対し押し付けるようにして固定してもよい。また、防爆弁体1と封口板3との間に、適宜シール部材を挟んで、両者の密封性を高めるようにしてもよい。
【0024】
防爆弁体1は熱可塑性樹脂の射出成形により成形された部材であるため、防爆弁体1には、ゲート痕GR,GRが存在する。そして、防爆弁体1のつば部12には、複数のゲート痕GR,GRが周方向に離間して配置されている。なお、ゲート痕とは、防爆弁体を射出成形する際の金型において、キャビティへの樹脂の注入経路となったゲートが設けられていた部分の、成形体における痕跡のことである。
【0025】
本実施形態では、つば部12の最外周部に、2つのゲート痕GR,GRが設けられており、ゲート痕GR,GRは、破壊部13の略中心を通過する線(例えば、図の上下方向に延在する線、ウェルドラインW)に対し対称となる位置に配置されている。また、本実施形態においては、同時に、2つのゲート痕GR,GRは、破壊部13の略中心に対し等角度配置となるように、すなわち、破壊部13の略中心を円の中心としてゲート痕GR,GRが配置される位置の中心角が互いに180度となるように、配置されている。
【0026】
そして、破壊部13には、破壊部13の略中心を通過するように、ウェルドWが形成されている。すなわち、射出成形の際に複数のゲートGR,GRからキャビティに流れ込んだ樹脂が合流する位置に形成されるウェルドWが、破壊部13の略中心を通過するよう、防爆弁体1は成形されている。なお、ウェルドWは、破壊部13の厳密な中心を通過しなければならないわけではなく、破壊部13の中心とウェルドWの間の隔たりが、破壊部13の直径(長径)のプラスマイナス15%以内であれば、ウェルドWが破壊部13の略中心を通過しているとみなせる。
【0027】
必須ではないが、板状部11(つば部12、破壊部13)や筒状部14の寸法は、以下のようにされることが好ましい。つば部12の肉厚t1と破壊部13の肉厚t2とは、略同じ肉厚とされることが好ましく、このようにされると、防爆弁体の寸法精度が一層高められる。また、つば部12の肉厚t1が破壊部13の肉厚t2よりも肉厚になるようにされていてもよい。
【0028】
筒状部14の肉厚t3は、つば部12の肉厚t1よりも小さくされることが好ましい。また、筒状部14の肉厚t3は、筒状部14の高さHよりも小さくされることが好ましい。このようにすることも、防爆弁体の寸法精度を一層高めることに貢献する。
【0029】
また、必須ではないが、本実施形態の防爆弁体1のように、筒状部14が突設される側とは反対側に、板状部11に環状の凹溝15を設けることも好ましい。この凹溝15は、筒状部14が設けられる位置と重なるように設けられる。このような凹溝15を設けることでも、成形される防爆弁体の実質的な肉厚の均一化が図られることになり、樹脂の冷却が均一に進むようになって、防爆弁体の寸法精度が一層高められる。
【0030】
上記実施形態の防爆弁体1や密閉型電気化学デバイス9は、公知の方法により成形される。防爆弁体1は、熱可塑性樹脂の射出成形法により成形される。防爆弁体1の外面形状に対応する形状のキャビティを形成可能な金型が準備される。当該金型には、樹脂を注入する経路が設けられており、防爆弁体1の複数のゲート痕GR,GRに対応する位置に、複数のゲートが設けられている。
【0031】
射出成形工程において高温の溶融樹脂が金型に射出されると、金型のキャビティに、複数のゲートを通じて樹脂が供給される。溶融樹脂は、それぞれのゲートを起点としてキャビティ内を広がりながら、キャビティを充填していく。このとき、本実施形態では、ゲートが対称に配置されていたり、等角度に配置されているので、それぞれのゲートから注入された樹脂は、キャビティの略中央部で合流することになり、この部分にウェルドが形成される。このようにして、上記実施形態のような、複数のゲート痕を有し、破壊部13の略中心をウェルドWが通過するような防爆弁体1が成形される。
【0032】
複数のゲートの配置は、上記実施形態の配置に限定されず、例えば、後述する他の実施形態のようなゲート配置としてもよい。また、破壊部13の略中心をウェルドWが通過するようにできるのであれば、複数のゲートの配置は対称であったり等角度配置であったりする必要はない。ゲートが非対称や不等角度の配置であっても、ゲートの太さや長さ、供給経路中の樹脂だまりなどを調節して、ウェルドWが形成される位置を調整すればよい。
【0033】
成形された防爆弁体1は、公知の方法により、密閉型電気化学デバイス9の封口板3に取り付けられる。防爆弁体1は、封口板3に設けられたガス排出孔31を覆い、ガス排出孔31を閉塞するように取り付けられる。たとえば、
図3に示すように、防爆弁体1の筒状部14が封口板3のガス排出孔31に入り込むように両者を配置し(
図3(a))、つば部12をガス排出孔31の周縁部に接着剤で固着させ、両者を密封状に一体化すればよい(
図3(b))。
【0034】
上記第1実施形態の防爆弁体1の作用及び効果について説明する。
上記実施形態の防爆弁体1においては、つば部12に複数のゲート痕GR,GRが周方向に離間して配置されており、破壊部13の略中心を通過するようにウェルドWが形成されているため、弁体の破壊強度のばらつきを抑えることができる。
【0035】
防爆弁体1では内圧が高まると、破壊部13が破壊して内部のガスが放出されるが、その際に、破壊部にウェルドWがあると、ウェルド部の強度は通常の部分に比べ強度が低いため(典型的には40〜60%程度強度が低下する)、ウェルドWの部分を起点として破壊が生じやすくなる。一方、内圧にさらされる破壊部13に生ずる応力は、一般に破壊部の中心部で最大となり、周縁に向かうにつれて応力が減る傾向を示す。
【0036】
このため、ウェルドWと破壊部13の中心の隔たりが大きくなると、弁体の破壊強度がばらつくことになり、好ましくない。上記実施形態の防爆弁体1においては、複数のゲート(痕)があるため、ウェルドWが破壊部13の略中心を通過するように的確に調整しやすくなるので、弁体の破壊強度のばらつきを抑えることができる。
【0037】
また、上記実施形態の防爆弁体1においては、ウェルドWを起点として破壊部13が破壊され、弁体の一部に極端に薄い場所を作らなくてもよいので、防爆弁体の取付け部の寸法精度を高めることもできる。特許文献1に記載されたような従来の防爆弁体では、弁体が破壊すべき箇所を薄肉に成形する必要があり、このような薄肉の部分を設けると、薄肉部分が早く冷却される一方で、厚肉部分では冷却が遅くなるため、防爆弁体の射出成形工程において、成形体の冷却や保圧が不均一となり、成形体が反ったり、ひずんだり、ヒケを生じたりするなど、成形体の取付け部の寸法精度が悪化しがちであった。
【0038】
上記実施形態の防爆弁体1においては、破壊部13の略中央を通過するウェルドWを起点として破壊部が破壊するので、弁体に極端に薄い場所を作らなくてもよい。その結果、防爆弁体1の寸法精度、特に、取付け部となるつば部12の平面度などを向上できる。つば部12の平面度が向上すると、つば部と封口板3を一体化する部分の密封度が良くなるといったメリットがある。
【0039】
また、上記実施形態の防爆弁体1における寸法精度の向上には、防爆弁体1が平板状の板状部11から筒状部14が突出する形状に成形されていることも寄与している。破壊部13の破壊する内圧を低くしようとすると、破壊部13の肉厚やつば部12の肉厚を薄くすることになるが、筒状部14が板状部から突出するように成形されていれば、板状部が薄くなっても、成形時につば部が反ったり変形したりしにくくなるからである。この観点から、筒状部の形状は高さHが厚みt3よりも大きくなるようにされることが好ましい。
【0040】
また、防爆弁体1の取付け部の寸法精度をより効果的に高める観点からは、第1実施形態のように、破壊部13及びつば部12が、略同じ肉厚とされる(t1≒t2)ことが好ましい。両者が略同じ肉厚とされていれば、射出された樹脂の冷却度合いが両者の間で大きく異なることが抑制され、成形された防爆弁体を冷却する際に反りやひずみが発生することが抑制されるからである。
【0041】
また、弁体の破壊強度のばらつきをより効果的に抑えるとの観点からは、第1実施形態のように、つば部12に設けられる複数のゲート痕GR,GRが、破壊部13の略中心を通過する線(例えば
図2の上下方向に延在する線)に対し対称となる位置に配置されることが好ましい。このようにされていると、ウェルドWが破壊部13の略中心を通過するように的確に調整しやすくなると共に、破壊部13の略中心を通るウェルドWが直線状に生じることになり、所定の内圧による応力で割れやすくなるからである。
【0042】
また、同様の理由から、第1実施形態のように、つば部12に設けられる複数のゲート痕GR,GRが、破壊部の略中心に対し等角度配置となるように配置されることが好ましい。このようにされていると、ウェルドWが破壊部13の略中心を通過するように的確に調整しやすくなると共に、破壊部13の略中心を通るウェルドWが直線状に生じることになり、所定の内圧による応力で割れやすくなるからである。
【0043】
発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の改変をして実施することができる。以下に発明の他の実施形態について説明するが、以下の説明においては、上記実施形態と異なる部分を中心に説明し、同様である部分についてはその詳細な説明を省略する。また、これら実施形態は、その一部を互いに組み合わせて、あるいは、その一部を置き換えて実施できる。
【0044】
図4には、第2実施形態の防爆弁体21を示す。第2実施形態の防爆弁体21において、円盤状の板状部に円筒状の筒状部214が突出形成されている点や、つば部212に複数のゲート痕GR,GRが周方向に離間して設けられ、破壊部213の略中心をウェルドWが通過している点は、第1実施形態の防爆弁体1と同様である。
【0045】
第2実施形態の防爆弁体21では、破壊部213の肉厚が、つば部212よりも薄くされている。破壊部213の肉厚は、つば部212の寸法精度に悪影響を与えない範囲であれば、つば部よりも薄くしてもよい。
【0046】
また、第2実施形態の防爆弁体21においては、複数のゲート痕GR,GRの配置が、破壊部213の略中心を通過する線(
図4の上下方向の線)に対し対称となる位置に配置される一方で、破壊部の略中心に対し等角度配置となるようには配置されていない。このような配置であっても、対称に配置されていれば、直線状のゲート痕Wを的確に配置できる。
すなわち、第2実施形態の防爆弁体21でも、弁体の破壊強度のばらつきを抑えることができ、防爆弁体の取付け部の寸法精度も高められる。
【0047】
図5には、第3実施形態の防爆弁体22を示す。第3実施形態の防爆弁体22においては、板状部に筒状部224が突出形成されている点や、つば部222に複数のゲート痕GR,GRが周方向に離間して設けられ、破壊部223の略中心をウェルドWが通過している点は、第1実施形態の防爆弁体1と同様である。
【0048】
第3実施形態の防爆弁体22では、板状部が矩形状、特に方形状に形成され、筒状部が角筒状に形成されている。このように、板状部や筒状部、つば部の形状は、円形や円筒でなくてもよい。また、第3実施形態の防爆弁体22では、つば部222の外周側のコーナー部のそれぞれに、計4つのゲート痕GR,GRが設けられている。ゲート痕GR,GRがこのように配置されることにより、ウェルドWは破壊部223の略中心を通る十文字状に生じている。
【0049】
第3実施形態の防爆弁体22でも、弁体の破壊強度のばらつきを抑えることができ、防爆弁体の取付け部の寸法精度も高められる。
特に、4つのゲート痕が周方向に離間して設けられることにより、ウェルドWが破壊部223の略中心を通る十文字状に生じるので、ウェルド部を起点とする破壊強度の調整がしやすくなり、より効果的に弁体の破壊強度のばらつきを抑えることができる。
【0050】
また、第3実施形態の防爆弁体22では、つば部222の肉厚や破壊部223の肉厚よりも、筒状部224の肉厚が小さくなるようにされている。このようにすることも、板状部の冷却の均質性を高め、防爆弁体22の取付け部の寸法精度を高めることに効果的であり、好ましい。
【0051】
図6には、第4実施形態の防爆弁体23を示す。第4実施形態の防爆弁体23においては、板状部に筒状部234が突出形成されている点や、つば部232に複数のゲート痕GR,GRが周方向に離間して設けられ、破壊部233の略中心をウェルドWが通過している点は、他の実施形態の防爆弁体と同様である。第4実施形態の防爆弁体23でも、弁体の破壊強度のばらつきを抑えることができ、防爆弁体の取付け部の寸法精度も高められる。
【0052】
第4実施形態の防爆弁体23では、筒状部234が、板状部の両面に突出するように設けられている。筒状部を両側に突出させるようにすれば、それぞれの筒状部234,234の突出量を低く抑えながら、防爆弁体の取付け部の寸法精度をより効果的に高めることができる。
【0053】
また、第4実施形態の防爆弁体23では、3つのゲート痕GR,GRが、破壊部の略中心に対しそれぞれ120度の間隔で等角度配置となるように配置されている。このような配置であると、ウェルドWが破壊部233の略中心を通る三つ又状に生じるので、第3実施形態の防爆弁体22と同様に、ウェルド部を起点とする破壊強度の調整がしやすくなり、より効果的に弁体の破壊強度のばらつきを抑えることができる。この観点から、ゲート痕の数は、3つまたは4つであることが特に好ましい。
【0054】
なお、第4実施形態の防爆弁体23では、ゲート痕GR,GRは、つば部232の半径方向の中央部に設けられている。ゲート痕の位置は、寸法精度を高めるうえで、第1実施形態ないし第3実施形態のように、つば部の最外周部であることが好ましいが、第4実施形態のように、つば部の半径方向中央部であってもよく、つば部の内周側であってもよい。
【0055】
上記実施形態の説明においては、防爆弁体が適用される密閉型電気化学デバイスが電池である場合について説明した。電池は1次電池、例えばアルカリ電池であってもよいし、2次電池、例えばリチウムイオン電池等でもよいし、他の電池でもよく、特に限定されない。また、防爆弁体が適用される密閉型電気化学デバイスは、電解コンデンサであってもよい。