特許 6963964 破裂弁および蓄電素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6963964

(24)【登録日】2021年10月20日

(45)【発行日】2021年11月10日

(54)【発明の名称】破裂弁および蓄電素子

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/342 20210101AFI20211028BHJP

   H01M 50/308 20210101ALI20211028BHJP

【ＦＩ】

   H01M50/342 101

   H01M50/308

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-202779(P2017-202779)

(22)【出願日】2017年10月19日

(65)【公開番号】特開2018-125278(P2018-125278A)

(43)【公開日】2018年8月9日

【審査請求日】2020年10月8日

(31)【優先権主張番号】特願2017-12641(P2017-12641)

(32)【優先日】2017年1月27日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】507151526

【氏名又は名称】株式会社ＧＳユアサ

(73)【特許権者】

【識別番号】591245473

【氏名又は名称】ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100120329

【弁理士】

【氏名又は名称】天野 一規

(72)【発明者】

【氏名】門田 浩平

(72)【発明者】

【氏名】相方 陸

【審査官】 結城 佐織

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１４／０７３５１８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１５−０８８３８２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ５０／３４２

Ｈ０１Ｍ ５０／３０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

容器の壁に設けられ、前記容器の内圧上昇により破裂して開口する破裂弁であって、
それに沿って壁厚を減じた破断線を備え、
前記破断線が、開口領域の外縁を画定する外縁線と、前記開口領域を分割する複数の分割線とを有し、
前記外縁線が、
第１方向に延びるよう断続的に形成され、第１方向と直交する第２方向に間隔を空けて設けられた第１ベースラインおよび第２ベースラインと、
前記第１ベースラインの破断部に形成され、前記第１ベースラインから前記第２ベースラインに向かって延びる第１支持部形成ラインと、
前記第２ベースラインの破断部に形成され、前記第２ベースラインから前記第１ベースラインに向かって延びる第２支持部形成ラインと
を有する破裂弁。

【請求項2】

前記複数の分割線が交点を有し、
破裂の開始点が前記複数の分割線の交点である請求項１に記載の破裂弁。

【請求項3】

前記複数の分割線が、
前記第１ベースラインと前記第２ベースラインとを結ぶ第１分割線と、
前記第１ベースラインと前記第１分割線とを結ぶ第２分割線と、
前記第２ベースラインと前記第１分割線とを結ぶ第３分割線と
を有する請求項１または請求項２に記載の破裂弁。

【請求項4】

前記第２分割線と第１分割線との交点の第１分割線の端部からの距離が、前記第１分割線の長さの１／４以下である請求項３に記載の破裂弁。

【請求項5】

請求項１から請求項４のいずれかに記載の破裂弁が設けられた容器と、前記容器に収容された電極体とを備える蓄電素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、破裂弁および蓄電素子に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に、蓄電素子は、正極および負極を有する電極体を電解液と共に気密な容器に収容して構成される。

【0003】

このような蓄電素子は、通常予見される使用形態ではない、何らかの外的要因によって容器内部の温度が上昇して可燃性のガス等を発生させる可能性がある。このため、一般的な蓄電素子は、容器の内圧が一定の圧力以上に上昇した場合に開口して内部のガスを放出する安全弁を備える。

【0004】

上述の安全弁としては、例えば特開２０１０−２８２８５０号公報に記載されるように、容器の板状部または容器の開口部を封止する板状体に、容器の内圧が上昇したときに開裂するよう厚さを減じた複数の破断線を形成した破裂弁（Ｒｕｐｔｕｒｅ Ｖａｌｖｅ）の構成が知られている。このような破裂弁は、複数の破断線によって画定される舌辺状の部分が容器外側に向かって跳ね上げられることで一定の面積を有する開口を形成し、容器内のガスを迅速に放出できるよう設計される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０−２８２８５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

近年、例えば電気自動車、ハイブリッド自動車等の高性能化に伴って、蓄電素子の大容量化に対するニーズが高まっている。蓄電素子の容量を大きくすると、蓄電素子の内圧が上昇した場合に放出すべきガスの量も多くなる。このため、蓄電素子の容量の増大に伴って、内圧上昇時に内部のガスを放出するために破裂弁が形成する開口の面積も大きくする必要がある。

【0007】

しかしながら、従来の破裂弁を単純に大きくすると、寿命が短くなる可能性がある。蓄電素子の容器および破裂弁は通常の使用状態における温度変化に伴う圧力変動によって膨張と収縮を繰り返す。破裂弁を大型化するとこの通常使用時の変形量が大きくなり、材料の疲労が大きくなって、結果的に寿命が短くなると考えられる。

【0008】

本発明は、開口面積を大きくすることができる破裂弁およびそのような破裂弁を備える蓄電素子を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一態様に係る破裂弁は、容器の壁に設けられ、前記容器の内圧上昇により破裂して開口する破裂弁であって、それに沿って壁厚を減じた破断線を備え、前記破断線が、開口領域の外縁を画定する外縁線と、前記開口領域を分割する複数の分割線とを有し、前記外縁線が、第１方向に延びるよう断続的に形成され、第１方向と直交する第２方向に間隔を空けて設けられた第１ベースラインおよび第２ベースラインと、前記第１ベースラインの破断部に形成され、前記第１ベースラインから前記第２ベースラインに向かって延びる第１支持部形成ラインと、前記第２ベースラインの破断部に形成され、前記第２ベースラインから前記第１ベースラインに向かって延びる第２支持部形成ラインとを有する。

【発明の効果】

【0010】

本発明の一態様に係る破裂弁は、開口領域の外縁を画定する外縁線が、断続的に形成された一対のベースライン（第１ベースラインおよび第２ベースライン）と、このベースラインの破断部に開口領域内側に向かって形成された一対の支持部形成ライン（第１支持部形成ラインおよび第２支持部形成ライン）とを有することによって、蓄電素子の通常の使用における破裂弁の変形量を低減して疲労を軽減することができる。破裂弁の強度と耐久性を維持しながら、開口面積を大きくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態の蓄電素子を示す模式的斜視図である。

【図2】図１の蓄電素子の破裂弁の模式的斜視図である。

【図3】図２の破裂弁の模式的平面図である。

【図4】図２の破裂弁における破断線の模式的断面図である。

【図5】図２とは異なる破裂弁の模式的斜視図である。

【図6】図５の破裂弁の模式的断面図である。

【図7】破裂弁のモデル１の平面図である。

【図8】破裂弁のモデル２の平面図である。

【図9】破裂弁のモデル３の平面図である。

【図10】破裂弁のモデル４の平面図である。

【図11】破裂弁のモデル５の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の一態様は、容器の壁に設けられ、前記容器の内圧上昇により破裂して開口する破裂弁であって、それに沿って壁厚を減じた破断線を備え、前記破断線が、開口領域の外縁を画定する外縁線と、前記開口領域を分割する複数の分割線とを有し、前記外縁線が、第１方向に延びるよう断続的に形成され、第１方向と直交する第２方向に間隔を空けて設けられた第１ベースラインおよび第２ベースラインと、前記第１ベースラインの破断部に形成され、前記第１ベースラインから前記第２ベースラインに向かって延びる第１支持部形成ラインと、前記第２ベースラインの破断部に形成され、前記第２ベースラインから前記第１ベースラインに向かって延びる第２支持部形成ラインとを有する破裂弁である。

【0013】

破裂弁は、開口領域の外縁を画定する外縁線が、断続的に形成された一対のベースライン（第１ベースラインおよび第２ベースライン）と、このベースラインの破断部に開口領域内側に向かって形成された一対の支持部形成ライン（第１支持部形成ラインおよび第２支持部形成ライン）とを有する。これにより、破断線がないことで比較的変形しにくい支持部が形成される。支持部により、破裂弁は、通常の使用における圧力変動に伴う変形量が低減されることで疲労が軽減されるため、寸法を大きくして開口面積を大きくしても十分な寿命を確保することができる。

【0014】

破裂弁において、前記複数の分割線が交点を有し、破裂の開始点が前記複数の分割線の交点であることが好ましい。このように、前記複数の分割線が交点を有し、破裂の開始点が前記複数の分割線の交点であることによって、破裂弁は、開口の開始点が開口領域の内部に設定され、開口面積を大きくしても、破裂時に跳ね上げられる部分の高さを抑制できる。

【0015】

破裂弁において、前記複数の分割線が、前記第１ベースラインと前記第２ベースラインとを結ぶ第１分割線と、前記第１ベースラインと前記第１分割線とを結ぶ第２分割線と、前記第２ベースラインと前記第１分割線とを結ぶ第３分割線とを有することが好ましい。これにより、破裂弁は、比較的簡単な構成でありながら、２つの破裂の開始点の位置を支持部に近付けて通常使用時の変形量をより確実に抑制することができる。

【0016】

破裂弁において、前記第２分割線と第１分割線との交点の第１分割線の端部からの距離が、前記第１分割線の長さの１／４以下であることが好ましい。このように、前記第２分割線と第１分割線との交点の第１分割線の端部からの距離を前記上限以下とすることによって、２つの破裂の開始点の距離を大きくすることで通常使用時の変形量を抑制しつつ、破壊の開始点における応力をより大きくして圧力上昇時の破裂を確実にすることができる。

【0017】

本発明の別の態様は、上述の破裂弁が設けられた容器と、前記容器に収容された電極体とを備える蓄電素子である。

【0018】

蓄電素子は、十分な寿命を確保しつつ開口面積を大きくすることができる破裂弁を有するので、何らかの異常により容器内にガスが発生した場合にはガスを外部に迅速に放出することができる。このため、容量増大という市場のニーズに対応することができる。

【0019】

以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。

【0020】

図１に、本発明の一実施形態に係る蓄電素子を示す。蓄電素子は、それ自体が本発明の別の実施形態である破裂弁１が設けられた容器２と、この容器２に収容された電極体３とを備える。図示する実施形態では、破裂弁１が容器２の蓋部に形成されているが、破裂弁１は容器２の本体に形成されてもよい。

【0021】

破裂弁１は、容器２の壁に設けられ、前記容器の内圧上昇により破裂して開口する。この破裂弁１は、容器２の壁の厚さを減じて一体に形成したものであってもよく、別体として形成され、容器２の壁に設けた開口に例えば溶接等により気密かつ堅固に取り付けられたものであってもよい。

【0022】

破裂弁１は、図２乃至図３に示すように、それに沿って壁厚を減じた溝状の破断線４を備える。この破断線４は、容器２の内圧が所定の圧力以上に上昇したときに裂けるように破断する。これにより、破裂弁１は、破断線４に囲まれる領域をフラップ状に外側に跳ね上げて開口を形成する。

【0023】

破裂弁１が破裂する圧力の設定値としては、例えば容器２の設計等によっても異なり得るが、例えば１ＭＰａ程度とすることができる。

【0024】

破裂弁１の材質としては、アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス鋼等の金属が好ましく、中でも破断特性および加工性の観点から、アルミニウムが特に好ましい。

【0025】

破裂弁１の開口領域における破断線４が形成される部分の厚さは、破裂弁１が開口する圧力に至るまで、破断線４に囲まれる領域が塑性変形せず板状に保たれるよう、破裂弁１の材質および平面寸法、破断線４の配置等に応じて定められる。目安として、破裂弁１の開口領域における破断線４が形成される部分の平均厚さの下限としては、０．２ｍｍが好ましく、０．３ｍｍがより好ましい。一方、破裂弁１の開口領域における破断線４が形成される部分の平均厚さの上限としては、１．０ｍｍが好ましく、０．８ｍｍがより好ましい。破裂弁１の開口領域における破断線４が形成される部分の平均厚さを前記下限以上とすることによって、破裂弁１の破断線４が形成される部分の塑性変形を抑制して破裂弁１が開口する圧力が変化することをより確実に防止できる。また、破裂弁１の開口領域における破断線４が形成される部分の平均厚さを前記上限以下とすることによって、破断線４の形成が比較的容易となる。

【0026】

破断線４は、破裂弁１の開口領域の外縁を画定する外縁線５と、開口領域を分割する複数の分割線６とを有する。

【0027】

破断線４は、除去加工によって形成してもよいが、典型的には、破断線４に対応する凸部を有する金型を用いたプレス加工によって形成することができる。

【0028】

破断線４は、容器２の外側に配置される面（外表面）に形成することが好ましいが、これに限定はされない。

【0029】

破断線４の断面形状としては、例えばＶ字状、半円状、台形状、これらを多段に重ねた形状等とすることができる。このように、破断線４の断面形状を多段とすることにより、プレス金型の凸部の強度を確保しつつ破断線４の深さを大きくすることができるので、破断線４が破断する圧力を一定にすることが容易となる。

【0030】

破断線４の断面形状は、図４に示すように、奧端角部（底面と側面との角）は丸く面取りされていることが好ましい。このように、破断線４の奧端角部を面取りすることで、加工誤差による応力集中のばらつきを抑制して破裂弁１の破裂圧力を安定化することができる。この面取りの半径としては、例えば０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下とすることができる。

【0031】

破断線４の深さは、所望の圧力で破断するよう選択される。このため、破断線４の適当な深さは、破裂弁１の材質および破断線４を形成する部分の厚さに大きく依存し、破断線４の平面パターン等によっても異なる。具体例として、破裂弁１の材質がＪＩＳ−Ｈ４０００に規定されるＡ３００３（アルミニウム）である場合の破断線４の最深部における破裂弁１の厚さとしては、０．０３ｍｍ以上０．１０ｍｍ以下とすることができる。

【0032】

外縁線５は、第１方向に延びるよう断続的に形成され、第１方向と直交する第２方向に間隔を空けて対向するよう設けられた一対のベースライン（第１ベースライン７および第２ベースライン８）と、ベースライン７，８の破断部（溝がない部分）に形成され、破裂弁１の開口領域の幅を部分的に減少させる一対の支持部形成ラインとを有する。支持部形成ラインは、第１ベースライン７の破断部に形成され、第１ベースライン７から第２ベースライン８に向かって傾斜して延びる第１支持部形成ライン９、および、第２ベースライン８の破断部に形成され、第２ベースライン８から第１ベースライン７に向かって傾斜して延びる第２支持部形成ライン１０を含む。外縁線５は、一対のベースライン７，８の端部間を接続するよう断続的に形成された一対のエンドライン（第１エンドライン１１および第２エンドライン１２）をさらに有する。

【0033】

一対の支持部形成ライン９，１０は、破裂弁１の開口領域の平面視における内側に突出し、破断線４を有しないことにより相対的に変形しにくい支持部（第１支持部１３および第２支持部１４）を画定する。

【0034】

支持部形成ライン９，１０の平面形状としては、先端に角を形成するよう第１方向および第２方向に対して傾斜した２つの斜辺を有するＶ字状とすることが好ましい。

【0035】

支持部形成ライン９，１０は、複数の直線の組み合わせには限定されず、１又は複数の曲線であってもよい。図示しないが、例えば、曲線的な支持部形成ライン９，１０によって、支持部１３，１４が平面視半円状に形成されてもよい。

【0036】

支持部１３，１４には、図示するように、厚さを増大することにより変形をより確実に防止する厚肉部（第１支持厚肉部１５および第２支持厚肉部１６）が設けられてもよい。これらの支持厚肉部１５，１６は、図示するように平面的なものに限られず、一または複数のリブ状に形成されたものであってもよい。支持厚肉部１５，１６は、支持部形成ライン９，１０に接するよう形成されてもよいが、支持部形成ライン９，１０と間隔を空けて形成することで、支持部形成ライン９，１０の加工が容易となる。

【0037】

支持部１３，１４の支持厚肉部１５，１６における厚さは、破裂弁１が容器２から突出しないよう、破裂弁１の周囲の容器の厚さ以下とすることが好ましい。

【0038】

一対のベースライン７，８の第１方向の長さは、一対のベースライン７，８の第２方向の間隔よりも大きい。つまり、破裂弁１の開口領域のベースライン７，８に沿う第１方向の長さは、破裂弁１の開口領域のベースライン７，８と直交する第２方向の幅よりも大きい。ベースライン７，８の第１方向の長さのベースライン７，８間の第２方向の幅に対する比の下限としては、１．５が好ましく、１．８がより好ましい。一方、ベースライン７，８の第１方向の長さのベースライン７，８間の第２方向の幅に対する比の上限としては、３．０が好ましく、２．５がより好ましい。ベースライン７，８の第１方向の長さのベースライン７，８間の第２方向の幅に対する比を前記下限以上とすることによって、蓄電素子の通常の使用による容器２の内圧変動による破裂弁１の変形を抑制し、破裂弁１の寿命をより確実に向上することができる。また、ベースライン７，８の第１方向の長さのベースライン７，８間の第２方向の幅に対する比を前記上限以下とすることによって、容器２の幅の小さい面に比較的開口面積が大きい破裂弁１を設けられる。なお、破裂弁１に必要とされる寿命（疲労耐性）としては、例えば蓄電素子の通常の使用時に想定される最大圧力の印加および除去を数万回以上繰り返しても疲労による破裂圧力が低下しないこととされる。

【0039】

エンドライン１１，１２は、ベースライン７，８の端部間を、図示するように直線的に接続してもよいが、湾曲していてもよい。エンドライン１１，１２は、ベースライン７，８との間に角を形成しない半円弧状に形成してもよい。

【0040】

分割線６は、第１ベースライン７の第１端部近傍と第２ベースライン８の第２端部近傍とを結ぶ第１分割線１７と、第２ベースライン８の第１端部近傍と第１分割線１７の途中とを結ぶ第２分割線１８と、第１ベースライン７の第２端部近傍と第１分割線１７の途中とを結ぶ第３分割線１９とを有する。

【0041】

第２分割線１８と第１分割線１７との交点は、第３分割線１９と第１分割線１７との交点とは異なる位置に配置されている。第２分割線１８と第１分割線１７との交点、および第３分割線１９と第１分割線１７との交点は、それぞれ破裂弁１の破裂の開始点となる。つまり、複数の分割線６は、破裂弁１の破裂の開始点となる複数の交点を有し、破裂弁１の破裂は、これらの開始点からそれぞれ分割線６に沿った破断が進行し、外縁線５の破断に至る。

【0042】

破裂弁１の開口領域は、第１ベースライン７、第１支持部形成ライン９、第１分割線１７および第３分割線１９によって囲まれる第１蓋部２０と、第２ベースライン８、第２支持部形成ライン１０、第１分割線１７および第２分割線１８によって囲まれる第２蓋部２１と、第１エンドライン１１、第１分割線１７および第２分割線１８によって囲まれる第３蓋部２２と、第２エンドライン１２、第１分割線１７および第３分割線１９によって囲まれる第４蓋部２３との４つに分割されて開口する。

【0043】

外縁線５は、各蓋部２０，２１，２２，２３を開口する際のヒンジとなるよう、各蓋部２０，２１，２２，２３の外縁にそれぞれ破断部が形成されている。

【0044】

第２分割線１８と第１分割線１７との交点の第１分割線１７の端部からの距離の下限としては、第１分割線１７の長さの１／１５が好ましく、１／１０がより好ましい。一方、第２分割線１８と第１分割線１７との交点の第１分割線１７の端部からの距離の上限としては、第１分割線１７の長さの１／４が好ましく、１／５がより好ましい。第２分割線１８と第１分割線１７との交点の第１分割線１７の端部からの距離を前記下限以上とすることによって、破裂の開始点に応力を集中させることで、破裂弁１が破裂する圧力を安定させられる。また、第２分割線１８と第１分割線１７との交点の第１分割線１７の端部からの距離を前記上限以下とすることによって、２つの破裂の開始点間の距離を大きくして蓄電素子の通常の使用における容器２の内圧変動による変形を分散させることで最大変形量を抑制し、破裂弁１の寿命をより向上することができる。

【0045】

第３分割線１９と第１分割線１７との交点の第１分割線１７の端部からの距離としては、上述の第２分割線１８と第１分割線１７との交点の第１分割線１７の端部からの距離と同様とすることができる。第３分割線１９と第１分割線１７との交点の第１分割線１７の端部からの距離は、２つの開始点が同時に破裂を開始するよう、第２分割線１８と第１分割線１７との交点の第１分割線１７の端部からの距離と等しいことが好ましい。

【0046】

このような分割線６に対して、第１蓋部２０の外縁の一部を定める第１支持部形成ライン９は、第２方向の頂点が第１蓋部２０の頂点、つまり第１分割線１７と第２分割線１８との交点に近づくよう第１方向に非対称に形成されることが好ましい。これによって、蓄電素子の通常の使用時における圧力変動に伴う破裂弁１の変形量が大きくなりやすい破裂の開始点（第１分割線１７と第２分割線１８との交点）の近くに第１支持部１３を形成して変形を抑制することで、破裂弁１の疲労を軽減することができる。このような構成を有するものとして、支持部形成ライン９は、第１分割線１７と平行な斜辺と、第２分割線１８と平行な斜辺とを有する非対称なＶ字状に形成されることが好ましい。

【0047】

同様に、第２蓋部２１の外縁の一部を定める第２支持部形成ライン１０は、第２方向の頂点が第２蓋部２１の頂点、つまり第１分割線１７と第３分割線１９との交点に近づくよう第１方向に非対称に形成されることが好ましい。

【0048】

破断線４によって画定される４つの蓋部２０，２１，２２，２３には、図示するように、厚さを増大することによって、蓋部２０，２１，２２，２３の塑性変形を防止する蓋厚肉部（第１蓋部２０の第１蓋厚肉部２４、第２蓋部２１の第２蓋厚肉部２５、第３蓋部２２の第３蓋厚肉部２６および第４蓋部２３の第４蓋厚肉部２７）が形成されてもよい。

【0049】

破裂弁１の蓋厚肉部２４，２５，２６，２７における厚さとしては、支持厚肉部１５，１６における厚さよりも小さいことが好ましい。

【0050】

以上のように、破裂弁１は、支持部１３，１４を有することによって、疲労が軽減されることによって、十分な寿命を有しながら、開口面積を大きくすることができる。このため、破裂弁１を備える蓄電素子は、容器２内にガスが発生する異常事態が生じても発生したガスを容器２の外に迅速に排出することができる。

【0051】

図５に、本発明の図２とは異なる実施形態の破裂弁１ａを示す。この破裂弁１ａは、図２の破裂弁に換えて、図１の蓄電素子に用いることができる。

【0052】

図５の破裂弁１ａは、表面側（蓄電素子における外面側）に、それに沿って壁厚を減じた溝状の破断線４を備える。この破断線４は、容器２の内圧が所定の圧力以上に上昇したときに裂けるように破断する。これにより、破裂弁１は、破断線４に囲まれる領域をフラップ状に外側に跳ね上げて開口を形成する。

【0053】

図５の破裂弁１ａにおける破断線４を含む表面側の凹凸形状は、図２の破裂弁１における表面側の凹凸形状と同様とすることができる。このため、図５の破裂弁１ａについて図２の破裂弁１と同じ構成要素には同じ符号を付して重複する説明を省略する。また、図５の破裂弁１ａの材質については、図２の破裂弁１と同様とすることができる。

【0054】

本実施形態の破裂弁１ａは、図６に示すように、平面視で長手方向両端から長手方向中央に向かって壁圧が増大するよう、裏面が傾斜している。

【0055】

また、破裂弁１ａは、裏面側に破断線４に対応する調節溝２８が形成されている。調節溝２８は、表面から一定の深さに形成される破断線４の最深部における破裂弁１ａの厚さを一定にするような深さで、つまり凹部の厚さ方向位置が一定となるよう形成される。これによって、破断線４の断面形状を一定にすることができるので、容器２の内圧上昇に伴って破断線４により生じる応力集中の計算が容易となる。

【0056】

図５の破裂弁１ａにおける破断線４の断面形状及び最深部における破裂弁１ａの厚さは、図２の破裂弁１における破断線４の断面形状及び最深部における破裂弁１の厚さと同様とすることができる。

【0057】

本実施形態の破裂弁１ａは、平面視で外側から内側に向かって壁圧が増大するよう形成されているため、応力集中が大きくなる中央部の強度が大きくなっている。このため、破裂弁１ａは、通常の使用範囲における容器２の内圧上昇による変形が小さいので、疲労に強く、破裂圧力の変化が小さい。

【0058】

前記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、前記実施形態は、本明細書の記載および技術常識に基づいて前記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。

【0059】

破裂弁は、４本以上の分割線を有してもよい。例として、破裂弁は、一対のベースラインの中央にベースラインと平行に形成されるベースラインよりも短い第１の分割線と、この第１の分割線の端部と一対のベースラインの端部とをそれぞれ接続する４本の第２の分割線とを有する構成としてもよい。

【0060】

破裂弁は、短手方向外側から内側に向かって壁圧が増大してもよい。また、平面視で外側から内側に向かって壁圧が増大するよう表面が傾斜していてもよい。

【実施例】

【0061】

以下、実施例に基づき本発明を詳述するが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるものではない。

【0062】

図７〜１１に示す破裂弁のモデル１〜５をコンピューター上でモデリングし、シミュレーションによって通常使用圧力におけるミーゼス応力および最大変形量を算出した。

【0063】

＜モデル１＞
モデル１は、図７に示すように、上述の実施形態に準じた形状を有するものとし、材料物性としてＪＩＳ−Ｈ４０００に規定されるＡ３００３（アルミニウム）相当の値を用いた。

【0064】

具体的には、モデル１は、全体の長さが２５ｍｍ、幅が６．５ｍｍ、破断線形成部分の壁厚が０．４ｍｍとされている。破断線は、最深部における壁厚が０．０５ｍｍとなるよう形成されている。一対のベースラインは、長さ（一対のエンドラインの中心線間隔）が２２．７ｍｍ、中心線間隔が１０．７ｍｍとされている。第２分割線および第３分割線は、第１分割線に垂直に形成されている。この結果、第２分割線と第１分割線と交点の第１分割線の端部からの距離および第３分割線と第１分割線と交点の第１分割線の端部からの距離は、それぞれ第１分割線の長さの１８％となっている。支持部形成ラインは、第１分割線に平行な斜辺と第２分割線または第３分割線に平行な斜辺とからなり、第１方向の長さ（ベースラインの破断部の長さ）が９．１ｍｍ、第２方向の突出高さが３．５ｍｍとされている。支持厚肉部は、破断線（支持部形成ライン）からの距離が１．０ｍｍ、壁厚が１．０ｍｍとされ、蓋厚肉部は、破断線からの距離が０．５ｍｍ、壁厚が０．６ｍｍとされている。

【0065】

＜モデル２＞
図８に示すモデル２は、第２分割線および第３分割線を、第１分割線との交点の第１分割線の端部からの距離が第１分割線の長さの３６％となるよう形成した点を除いて、モデル１と同様とした。

【0066】

＜モデル３＞
図９に示すモデル３は、第２分割線および第３分割線を、第１分割線との交点の第１分割線の端部からの距離が第１分割線の長さの３６％となるよう形成し、さらに支持部形成ラインを、第１方向の長さが９．１ｍｍ、第２方向の突出高さが３．５ｍｍの第１方向に対称なＶ字状となるよう第１方向中央に形成した点を除いてモデル１と同様とした。

【0067】

＜モデル４＞
図１０に示すモデル４は、支持部形成ラインを省略し、この部分のベースラインを連続して形成した点を除いて、モデル１と同様とした。

【0068】

＜モデル５＞
図１１に示すモデル５は、従来使用されていた破裂弁をモデル化したものであり、全体の長さが２５ｍｍ、幅が６．５ｍｍ、破断線形成部分の壁厚が０．３ｍｍとされている。破断線は、最深部における壁厚が０．０５ｍｍとなるよう形成されている。この破断線は、第１方向に延びる一対のベースラインと、このベースラインの端部間を接続する半円弧状の一対のエンドラインと、開口領域の中央に、第１方向に４５°傾斜して一対のベースライン間を接続するよう１つの分割線とを有する。モデル５において、一対のベースラインは、長さが１５．０ｍｍ、中心線間隔が５．０ｍｍとされている。

【0069】

＜シミュレーション＞
コンピューター上で、前記モデル１〜５に１．０ＭＰａの圧力を作用させるシミュレーションを行い、ミーゼス応力および最大変形量（法線方向への最大突出高さ）を算出した。この結果を、次の表１にまとめて示す。

【0070】

【表1】

【0071】

ミーゼス応力は、破裂の開始点に作用する応力であり、このミーゼス応力が破断応力以上となると破裂弁が破裂する。破裂弁の破裂圧力の設定は、破断線の深さを調整することによって行うことができるため、このミーゼス応力が大きい程、破裂圧力を正確に設定することができる。モデル１〜５の設計条件（破断線の最深部における壁厚が０．０５ｍｍ）において、経験上、ミーゼス応力が２５００ＭＰａ以上であれば破裂圧力を比較的正確に設定することができると考えられる。

【0072】

一方、最大変形量は、蓄電素子の通常の使用状態における圧力変動によって繰り返し変形させられる量の大きさを表し、この最大変形量が小さいほど破裂弁の疲労が小さくなるため、破裂弁の寿命が長くなる。この最大変形量は、ミーゼス応力とトレードオフの関係となる。

【0073】

本発明の実施例であるモデル１の破裂弁の開口面積は、従来例であるモデル５の破裂弁の開口面積の約２．５倍である。前記シミュレーションの結果、モデル１の破裂弁は、モデル５の破裂弁と比較して、ミーゼス応力が小さくなっているものの、最大変形量も小さくなっている。ミーゼス応力と最大変形量とがトレードオフの関係にあることを考慮すると、モデル１の破裂弁は、破裂圧力の正確性および寿命がモデル５の破裂弁と同等以上であると予想される。

【0074】

本発明の別の実施例であるモデル２の破裂弁は、モデル１の破裂弁と比べて分割線の交点が支持部に近く、モデル１の破裂弁と比べるとミーゼス応力および最大変形量の値が僅かに劣っているが、十分に実用に耐えると考えられる。

【0075】

本発明のさらに別の実施例であるモデル３の破裂弁は、支持部を左右対称に形成したことによって、モデル２の破裂弁よりも最大変形量が抑制される反面、ミーゼス応力が減少している。このモデル３の破裂弁は、十分実用可能と考えられるが、モデル２の破裂弁よりも製造誤差の許容範囲が小さくなると予想される。

【0076】

本発明の特徴である支持部を備えていないモデル４の破裂弁は、ミーゼス応力が小さく、最大変形量が比較的大きい。このため、モデル４の破裂弁は、正確な破裂圧力と十分な寿命とを両立させることが難しいと思われる。

【産業上の利用可能性】

【0077】

本発明の一態様に係る破裂弁は、蓄電素子の安全弁として好適に利用される。また、当該破裂弁を備える本発明の別の態様に係る蓄電素子は、電気自動車や、プラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）といった車両の駆動源として好適に利用される。

【符号の説明】

【0078】

１ 破裂弁
２ 容器
３ 電極体
４ 破断線
５ 外縁線
６ 分割線
７ 第１ベースライン
８ 第２ベースライン
９ 第１支持部形成ライン
１０ 第２支持部形成ライン
１１ 第１エンドライン
１２ 第２エンドライン
１３ 第１支持部
１４ 第２支持部
１５ 第１支持厚肉部
１６ 第２支持厚肉部
１７ 第１分割線
１８ 第２分割線
１９ 第３分割線
２０ 第１蓋部
２１ 第２蓋部
２２ 第３蓋部
２３ 第４蓋部
２４ 第１蓋厚肉部
２５ 第２蓋厚肉部
２６ 第３蓋厚肉部
２７ 第４蓋厚肉部
２８ 調節溝

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】