JP4206352B2

JP4206352B2 - ガス抜きバルブおよびその製造方法

Info

Publication number: JP4206352B2
Application number: JP2004084521A
Authority: JP
Inventors: 勝飯島; 真土香伊川
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2004-03-23
Filing date: 2004-03-23
Publication date: 2009-01-07
Anticipated expiration: 2024-03-23
Also published as: JP2005276906A

Description

この発明は、電気二重層キャパシタの性能（特性）を長く維持する上から備えられるガス抜きバルブおよびその製造方法に関する。

近年、各種の蓄電装置として、急速充電が可能で充放電サイクル寿命が長い電気二重層キャパシタの適用技術が注目される。

電気二重層キャパシタは、帯状の正極体および負極体をこれらの間にセパレータを介装しつつロール形に丸める巻回タイプと、平板状の正極体および負極体をこれらの間にセパレータを介装しつつ交互に重ねる積層タイプと、に大別される。

図７および図８において、積層タイプの一例を説明すると、１０は積層体１５（キャパシタ本体）を電解液と共に密封する容器、１１は容器１０の外部に一部が引き出される１対の端子板（外部電極）であり、各端子板１１は軽量かつ電気抵抗の小さいアルミニウムから短尺状に形成される。

キャパシタ本体１５については、正の電極体（正極体）と負の電極体（負極体）をこれらの間にセパレータを介在させつつ交互に重ねることにより所定の積層体に組成される。正極体および負極体は、集電極とその両面に形成される分極性電極（活性炭電極）とから平板状に構成される。これら集電極は、矩形状の金属箔（アルミニウム箔）からなり、矩形平面の一辺に片側へ寄せて帯状の導電部（リード）が一体形成される。導電部は同極どうしが集束され、１対の端子板１１に極性が対応する集束部が接合される。

容器１０は、複数の樹脂層に金属の中間層を含む柔軟な積層フィルム（たとえば、アルミラミネート）から冷間プレス加工によって成形される２つの容器部材（底側部材と蓋側部材）からなり、これらを組み合わせると、互いに向き合う凹部により、底側部材と蓋側部材との間に積層体１５の収容部が形成される。

底側部材の内側にキャパシタ本体１５は納められ、その上に蓋側部材が被せられる。容器１０の周縁において、１対の端子板１１（その一部）が引き出される一辺を除く三辺が熱溶着（ヒートシール）される。容器１０は、１対の端子板１１が突き出る一辺が開口可能となり、その開口部から内部に電解液が注入され、電解液の含浸処理などが終わると、真空ポンプにより空気や水分を除去した状態において、残りの一辺が熱溶着（ヒートシール）されるのである。

このような電気二重層キャパシタにおいては、充放電の繰り返しにより、活性炭電極の残存水分や官能基が電気分解され、ガス（CO，CO₂など）が発生すると、容器１０の内圧が次第に高まり、キャパシタ性能を阻害しかねないのである。そのため、容器１０の内部に発生するガスを容器１０の外部へ排除するガス抜きバルブ１２が設けられる。図示の場合、ガス抜きバルブ１２は、１対の端子板１１が突き出る容器１０の上部にその開口部を封止する熱溶着によって組み付けられる。

特許文献１および特許文献２においては、飲料などを詰める容器（口栓付きパウチ）の気密性を高めるため、３層構成の積層材料から形成される袋に口栓を熱溶着するものが開示される。
特開２００１−３２８６４９号特開２００３−１９１９７０号

ガス抜きバルブ１２は、キャパシタ本体１５を電解液と共に封入する容器１０の内部が発生するガスにより所定値以上の圧力になると、弁体が弁座から離れてガス抜き通路を開く構成に設定される。ガス抜き通路および弁座を形成するバルブボディが熱可塑性樹脂から作られ、容器１０を封止する熱溶着により、１対の端子板１１と共に簡単かつ容易に組み付けられるのである。しかしながら、熱溶着の際の加熱により、バルブボディの内部に変形が生じる可能性があり、バルブボディの内部が変形すると、弁体の動作が妨げられ、正常なガス抜き機能（バルブ機能）も得られなくなる、という不具合が考えられる。

この発明は、熱溶着により簡単かつ容易に組み付けられ、その際の加熱によっても正常なバルブ機能の障害となるような変形が生じることのない、ガス抜きバルブおよびその合理的な製造方法の提供を目的とする。

第１の発明は、正極体と負極体とセパレータとから組成されるキャパシタ本体を電解液と共に封入する容器の内部に発生するガスにより所定値以上の内圧になると弁体が弁座から離れてガスを外部へ逃がすガス抜きバルブにおいて、ガス抜き通路を形成する熱可塑性樹脂製のバルブボディと、バルブボディに内包されて弁体の動きを案内する熱硬化性樹脂製のリング体と、を備えることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明に係るガス抜きバルブにおいて、リング体は、耐電解液性を持つ熱硬化性樹脂から形成されることを特徴とする。

第３の発明は、第１の発明に係るガス抜きバルブにおいて、熱硬化性樹脂製のリング体は、弁座を一体に形成することを特徴とする。

第４の発明は、正極体と負極体とセパレータとから組成されるキャパシタ本体を電解液と共に封入する容器の内部に発生するガスにより所定値以上の内圧になると弁体が弁座から離れてガスを外部へ逃がすガス抜きバルブの製造方法において、同軸上を進退可能な２つの中子の一方に熱硬化性樹脂から予め形成のリング体を嵌め付けておき、その先端にもう一方の中子の先端を同軸上に突き合わせると共にその状態で金型を締めて加熱により流動性を与えた熱可塑性樹脂を金型の内部に充填する一方、冷却固化後に２つの中子を金型から互いに逆方向へ抜き取り、金型を開いて成型品を突き出すことによりリング体を内包するバルブボディを作成する工程、を含むことを特徴とする。

第１の発明によれば、ガス抜きバルブは、容器の封止と共に熱可塑性樹脂製のバルブボディを介して熱溶着（ヒートシール）により簡単かつ容易に組み付けられる。バルブボディに内包のリング体については、熱硬化性樹脂製のため、熱溶着の際の加熱による変形を生じることがなく、弁体の動きを正常に案内しえるのである。

第２の発明によれば、容器の内部からガスと共に電解液が持ち出され、リング体に付着することがあっても、リング体は耐電解液性を持つ熱硬化性樹脂のため、リング体の機能（弁体の動きを案内する）が腐食などにより害されるようなこともない。

第３の発明によれば、リング体は、熱硬化性樹脂から弁座を含めて一体に形成されるので、弁体の正常な動作および閉弁時の高度な封止性を確保しえる。

第４の発明によれば、熱溶着により簡単かつ容易に組み付けられ、その際の加熱によっても正常なバルブ機能の障害となるような変形が生じることのないガス抜きバルブを合理的に製造できる。リング体を内包するバルブボディを作成する工程においては、同軸上を進退可能な２つの中子の１つを利用する簡便な手法により、予め形成のリング体を熱可塑性樹脂の成型品（バルブボディ）に内包できるのである。２つの中子は、冷却固化後に金型から抜き取られ、成型品の内部にガス抜き通路を形成する。

図１〜図３は、電気二重層キャパシタの容器に組み付けられるガス抜きバルブ２０を表すものであり、バルブボディ２１に内包されるリング体２２を備える。バルブボディ２１は、容器１０（図７および図８、参照）との熱溶着部２４と、容器１０の内部への挿入部２５と、容器１０の外部への突出部２６と、からなり、これらを貫通するガス抜き通路２３が形成される。

ガス抜き通路２３は、挿入部２５（入口）側が小径通路２３ａ、突出部２６（出口）側が大径通路２３ｂ、に形成され、小径通路２３ａと大径通路２３ｂとの境（段差面）に弁座２３ｃ（バルブシート）が設定される。弁座２３ｃを離接（開閉）するのが弁体３０（バルブラバー）であり、その先端部は小径通路２３ａへ挿入可能な円錐状に形成される。

大径通路２３ｂはキャップ２９に塞がれ、ガス抜き通路２３の出口を確保するため、複数の通孔（図示せず）がバルブボディ２１およびキャップ２９に形成される。弁体３０にその中心をキャップ側へ延びる軸部３１が備えられ、弁体３０が弁座２３ｃから離れるにつれてキャップ２９へ接近する軸部３１の先端がキャップ２９に突き当たると、弁体３０のそれ以上の可動を規制するようになっている。

３２は弁体３０の開弁圧を設定するスプリングであり、キャップ２９とバネ受３３との間に介装される。バネ受３３は、大径通路２３ｂを仕切るピストン状に形成され、その中心に弁体３０の軸部３１が貫通される。リング体２２は、軸部３１により規制される弁体３０の可動範囲において、弁体３０の動きを案内するものであり、バネ受３３との摺接面を形成する。バネ受３３とリング体２２との間にガス抜き通路２３の一部を形成する通孔が設定される。

バルブボディ２１は、熱溶着しやすい熱可塑性樹脂（例えば、ポリプロピレン）から作成される（図２、参照）。容器１０との熱溶着面を大きく確保するため、バルブボディ２１の熱溶着部２４は翼状に拡張される。リング体２２は、耐電解液性に優れかつ熱に変形しにくい熱硬化性樹脂（例えば、フェノール樹脂）から作成される（図３、参照）。後述のバルブボディ２１を作成する工程において、バルブボディ２１に予め形成のリング体２２が内包されるのである。キャップ２９は、バルブボディ２１と別体に形成され、大径通路２３ｂにスプリング３２を弁体３０およびバネ受３３と共に収めてからバルブボディ２１に取り付けられる。

ガス抜きバルブ２０は、従前と同じく１対の端子板１１が突き出る容器１０の上部にその開口部を封止する熱溶着によって組み付けられる（図７および図８、参照）。バルブボディ２１に内包のリング体２２については、熱硬化性樹脂製のため、熱溶着の際の加熱による変形も生じることがなく、弁体３０の動きを正常に案内しえるのである。

充放電の繰り返しに伴って容器１０の内部が発生するガスにより所定値以上の圧力になると、弁体３０がスプリング３２を圧縮しつつ弁座２３ｃから離れ、ガス抜き通路２３が開成されると、容器１０の内部からガスが外部へ排出される。そのため、容器１０の内部は、ガス抜きバルブ２０により、所定値未満の圧力に抑えられ、良好なキャパシタ性能（特性）を長く維持しえるのである。

図４は、バルブボディ２１を作成する工程を説明するものであり、内包リングおよび中子セット工程、熱可塑性樹脂の充填工程、型外し工程、が設定される。４０はバルブボディ２１の金型であり、図面上の前後（奥行き）方向または左右方向へ２分割可能に構成される。金型４０は、熱可塑性樹脂の充填孔４１が備えられ、中子４２ａ，４２ｂ（ガス抜き通路形成用）の抜取孔４３ａ，４３ｂが同軸上に設けられる。

内包リングおよび中子セット工程においては、２つの中子４２ａ，４２ｂの一方４２ｂに熱硬化性樹脂から予め形成のリング体２２が嵌め付けられる。金型４０がふたつに開かれ、その内側にこの中子４２ｂおよびもう一方の中子４２ａが収められる。中子４２ａ，４２ｂは同軸上の抜取孔４３ａ，４３ｂを介して互いの先端が所定の突き合わせ状態に位置づけられる。

熱可塑性樹脂の充填工程においては、中子４２ａ，４２ｂが所定の突き合わせ状態に位置づけられると、金型４０がひとつに閉じられ、熱可塑性樹脂（加熱により流動性を与える）が充填孔４１を介して金型４０の内部へ注入される。

冷却固化後の型抜き工程においては、２つの中子４２ａ，４２ｂが閉状態の金型４０から抜取孔４３ａ，４３ｂを介して互いに逆方向へ抜き取られる。その後、金型４０がふたつに開かれ、金型４０の内部に残る成型品を突き出すことにより、リング体２２を内容するバルブボディ２１が得られるのである。

このような工程により、中子４２ａ，４２ｂを利用する簡便な手法に基づいて、リンク体２２を内包するバルブボディ２１を能率よく製作することができる。ガス抜きバルブ２０は、バルブボディ２１に弁体３０，スプリング３２，バネ受３３を収めてキャップ２９を取り付けると完成されることになる。

図５および図６は、リング体２２の別形態を表すものであり、リング体２２は、リング部２２ａの底部２２ｂに弁座２３ｃ（バルブシート）を形成する開口部２２ｃが設けられる。リング体２２は、前記の場合と同じく耐電解液性に優れかつ熱に変形しにくい熱硬化性樹脂から一体成形される。開口部２２ｃについては、ガス抜き通路２３の小径通路２３ａと径が略同一に設定される。

バルブボディ２１を作成する工程において、リング体２２は中子４２ｂの先端部に嵌め付けられ、金型４０の内側において、もう一方の中子４２ａが開口部２２ｃに挿入され、中子４２ａ，４２ｂの先端が所定の突き合わせ状態に位置づけられる。その後は、図４の場合と同様の充填工程および型外し工程により、図５のようなバルブボディ２１が得られるのである。図５において、図２と同一の部位に同一の符号を付ける。

リング体２２は、熱硬化性樹脂から弁座２３ｃを含めて一体に形成されるので、弁体３０の正常な動きおよび閉弁時の高度な封止性を確保しえる。なお、図１および図５のバルブボディ２１については、耐電解液性に優れかつ熱に溶着しやすい熱可塑性樹脂から形成する方が良い。

ガス抜きバルブの構成を説明する断面図である。バルブボディの構成を説明する正面図およびその平面図である。リング体の斜視図である。バルブボディを作成する工程の説明図である。バルブボディの構成を説明する正面図およびその平面図である。リング体の斜視図である。電気二重層キャパシタの外観図である。電気二重層キャパシタの組成を説明する斜視図である。

符号の説明

１０容器
２０ガス抜きバルブ
２１バルブボディ
２２リング体
２３ガス抜き通路
３０弁体
３１弁体の軸部
３２スプリング
３３バネ受

Claims

正極体と負極体とセパレータとから組成されるキャパシタ本体を電解液と共に封入する容器の内部に発生するガスにより所定値以上の内圧になると弁体が弁座から離れてガスを外部へ逃がすガス抜きバルブにおいて、ガス抜き通路を形成する熱可塑性樹脂製のバルブボディと、バルブボディに内包されて弁体の動きを案内する熱硬化性樹脂製のリング体と、を備えることを特徴とするガス抜きバルブ。
リング体は、耐電解液性を持つ熱硬化性樹脂から形成されることを特徴とする請求項１の記載に係るガス抜きバルブ。
熱硬化性樹脂製のリング体は、弁座を一体に形成することを特徴とする請求項１の記載に係るガス抜きバルブ。
正極体と負極体とセパレータとから組成されるキャパシタ本体を電解液と共に封入する容器の内部に発生するガスにより所定値以上の内圧になると弁体が弁座から離れてガスを外部へ逃がすガス抜きバルブの製造方法において、同軸上を進退可能な２つの中子の一方に熱硬化性樹脂から予め形成のリング体を嵌め付けておき、その先端にもう一方の中子の先端を同軸上に突き合わせると共にその状態で金型を締めて加熱により流動性を与えた熱可塑性樹脂を金型の内部に充填する一方、冷却固化後に２つの中子を金型から互いに逆方向へ抜き取り、金型を開いて成型品を突き出すことによりリング体を内包するバルブボディを作成する工程、を含むことを特徴とするガス抜きバルブの製造方法。