JP7025861B2 - 封口板 - Google Patents

Description

本発明は、密閉型電池用の容器を封口する封口板に関し、さらに詳しくは容器の内部圧力が設定圧以上の場合に内部のガスを外部に放出する防爆弁を備えた封口板に関する。

従来、防爆弁を有する密封構造の電池用容器として、非水電解質二次電池（例えば、リチウムイオン二次電池）用の容器が知られている。この種の容器は、非水電解質が密閉容器の内部に収容されている。このため、充放電を繰り返したり、短絡や過充電などが生じた場合に、非水電解質が分解されてガスが発生し、そのガスで容器の内部圧力が上昇することがある。そこで、容器には、内部圧力が設定圧以上の場合に、開裂して内部圧力を解放する安全弁（防爆弁）が設けられている(例えば、特許文献１参照)。

特許文献１に記載の安全弁は、容器を封口する板状の封口板に薄肉の弁体が形成されており、内部圧力が設定圧以上となったときに弁体が破砕して容器内部のガスを外部に放出する。弁体には、ドーム形状を成すドーム部が形成され、かつ、弁体の中央部、またはその近傍には、弁体の破砕を容易にするための破砕溝が形成されている。

また、封口板としては、容器の開口部を閉塞する金属板の表面の所定領域に凹部を形成し、凹部の底面に溝、および膨出部を備えたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。その溝は、凹部の中央から凹部の境界近傍に延在し、隣接する二つの領域をほぼ囲繞するとともに、少なくとも一部が凹部の底面と同一面となるように形成されている。膨出部は、二つの領域が夫々金属板の表面側に膨出するように形成されている。

さらに、封口板としては、電池容器の外殻を構成するプレート部と、プレート部に一体に形成された安全弁とを備えたものが知られている（例えば、特許文献３参照）。この種の安全弁は、外側凹部、内側凹部、外周湾曲部、２つのハッチ部、リガメント部、第１の周溝、第１の横断溝、および第２の周溝を有している。外側凹部は、プレート部の外表面から凹んでいる。内側凹部は、外側凹部に一致する位置にプレート部の内表面から凹んでいる。外周湾曲部は、外側凹部と内側凹部との間にプレート部から一続きに、かつ外側凹部の内周に沿って一定の幅に形成され、外側凹部の方へ膨出している。ハッチ部は、外周湾曲部の内側に外周湾曲部から一続きに形成され、外側凹部の方へそれぞれ膨出している。リガメント部は、ハッチ部のそれぞれを外周湾曲部に連結させる。第１の周溝は、外周湾曲部とハッチ部との間に配置され、外側凹部側から凹んでいる。第１の横断溝は、２つのハッチ部の間に配置され、外側凹部側から凹み、第１の周溝に連続する。第２の周溝は、少なくともリガメント部を除いて第１の周溝の中に形成される。

特開２００１－３２５９３４号公報 特許第４９５５８６５号公報 特許第６０８８５６６号公報

特許文献１ないし特許文献３に記載された安全弁あるいは封口板では、いずれも開弁される弁体の厚みやその周りに設けられた溝の残厚の管理によって、電池毎の安全弁の作動圧力（開弁圧力）を管理している。

ところで、近年、リチウムイオン二次電池は、電子機器に限らず、電気自動車やハイブリッド自動車などの電源として、大容量、および高出力で、かつ高頻度の充放電の繰り返し可能な高性能のものが求められている。このように高性能な二次電池用の容器には、従来の二次電池用の容器よりもさらに高い安全性、および安定性が要求される。

例えば、電気自動車用の二次電池は、充電および放電が頻繁に実行され、それに伴ってガスが発生と、凝縮、熱膨張、および収縮が繰り返し生じ、またはその圧力差や容積変化量が大きくなる。このような二次電池の特性により従来の容器は、内部応力が変化される繰り返し応力により、安全弁（防爆弁）の一部として形成されている溝が疲労し、長期的に使用すると内部圧力が開弁圧力に到達しなくても溝が破断したり、開裂したりすることがある。

特に、電池容量の増大に伴って安全弁の開口面積を大きくすると、溝の長さが長くなって溝が疲労破断し易くなる。これを防ぐために溝の残厚を厚くすると、目標とする設定圧力で破断しないなど、開弁圧力の設定が難しくなるが課題が生じやすい。

本発明は上記の事情を背景としてなされたものであって、開弁圧力の設定が容易で、かつ開弁圧力に達する前に繰り返し応力によって溝が破断するのを抑制することができる防爆弁を備えた封口板を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、本発明は、密閉型電池の容器の外殻の一部を形成するプレートの一部に、前記容器の内部圧力の増大によって開弁する防爆弁を備えた封口板において、前記防爆弁は、前記プレートの一部に形成された、前記プレートより薄肉の薄板部と、前記薄板部の一部が前記薄板部の厚さ方向に凸となって曲げ剛性を高められた開弁部と、前記開弁部を前記薄板部から区画するとともに破断線として機能する溝部とを有し、前記溝部は、前記開弁部を完全には囲繞せずに両端部が離れた線状に形成され、前記両端部は、前記両端部を結んだ直線が前記開弁部を横切る位置に設けられ、前記直線を挟んで前記溝部の長さ方向での中央部とは反対側でかつ前記開弁部を外れた位置に前記直線とほぼ平行な折り曲げ線が設定され、前記薄板部のうち前記溝部の前記両端部と前記折り曲げ線との間の部分が前記溝部の破断に続けて自由破断する自由破断領域とされており、前記溝部の破断と前記溝部の破断に続く前記自由破断領域での前記薄板部の自由破断とによって前記開弁部が前記折り曲げ線で折り曲がることにより前記防爆弁が開弁するように構成されていることを特徴とするものである。

本発明においては、前記開弁部は、前記薄板部の厚みと同じ厚みで、凸を前記容器の外に向けた断面円弧状に形成されていてよい。

本発明においては、前記開弁部、および前記溝部は、前記溝部の長さ方向での中央部を挟んで対称な位置に配置されていてもよい。

本発明においては、前記対称に配置された溝部は、前記中央部で重なっていてよい。

本発明においては、前記薄板部は、前記プレートから窪んだ凹部に設けられてよい。

本発明においては、前記直線に直交する方向における前記開弁部の長さを第１長さＤ、前記両端部と前記折り曲げ線との間の長さを第２長さＮとすると、前記第１長さＤに対する前記第２長さＮの割合が１８～４２％であってよい。

本発明においては、前記プレートの表面または裏面には、前記薄板部を囲繞するように突条部が形成されていてよい。

本発明においては、前記薄板部は、前記プレートの厚みに前記突条部の厚みを加えた厚みの中央に作られていてよい。

本発明においては、容器の内部圧力が増大すると、溝部に作用する剪断力が増大し、ついには、溝部で破断が生じる。その場合、開弁部は厚さ方向に曲げ変形させられてその曲げ剛性が高くなっている。このため、開弁部は、溝部の一部に破断が生じてもその形状を維持しており、一部が曲がってしまったり、そのために開弁部の他の部分が薄板部に繋がったままとなるなどの事態は生じない。すなわち、開弁部は、溝部の破断と、溝部の両端部に続く自由破断部での自由破断とによって、折り曲げ線で折り曲がることにより、薄板部から切り裂かれる。そのため、開弁部の切り裂き、すなわち防爆弁の開弁には、溝部での破断と、自由破断部での自由破断とに要する荷重が反力として作用する。溝部での破断に要する力（剛性）は、主として、溝部の残厚によって決めることができ、また自由破断部での破断に要する力（剛性）は、主として、自由破断部の長さ（溝部の両端から折り曲げ線までの距離）によって決めることができる。したがって、本発明では、開弁圧力を溝部の残厚だけでなく、自由破断部の長さによって調整もしくは設定でき、開弁部の面積の増大によって溝部が長くなるとしても、開弁圧力のバラツキを抑制して正確に開弁圧力を設定することができる。また、溝部の長さは、自由破断部を設けてある分、短くなる上に、容器の内部圧力の変化に起因する繰り返し応力を溝部だけでなく、自由破断部によっても受け持つので、溝部の疲労破断を防止もしくは抑制することができる。

凸を外に向けた断面円弧状に開弁部を形成した発明によれば、開弁部の内面にほぼ均等に内部応力が負荷されるようになるため、開弁圧力のバラツキを抑えることができる。

開弁部、および溝部が中央部を挟む対称な位置に設けた発明によれば、防爆弁が開弁する際に２つの開弁部が開くため、大きな開口面積を得ることができる。

溝部を中央部で重ねた発明によれば、２つの開弁部をほぼ同時に開弁させることができる。

薄板部をプレートから窪んだ凹部に設けた発明によれば、開弁部を凹部の内部に配置することができるので、開弁部に傷を付けるなどの不都合を防止することができる。

第１長さＤに対する第２長さＮの割合を１８～４２％にした発明によれば、正確な開弁圧力の設定と溝部の疲労破断の防止もしくは抑制と両方を最適な条件に確保することができる。

プレートの表面または裏面に突条部を設けた発明によれば、薄板部を、例えば鍛造による圧縮加工で作る場合に生じる余剰部分を使用して突条部を作ることができ、よって薄板部の加工をし易くすることができる。

プレートの厚みに突条部の厚みを加えた厚みの中央に薄板部を作る発明によれば、プレートの高さを超えない範囲で開弁部の凸高さを稼ぐことができる。このため、開弁部の凸形状の自由度を増やすことができる。

本発明に係る封口板を採用した密閉型電池の一例を示す斜視図である。 防爆弁の一例を示す斜視図である。 防爆弁の一例を示す平面図である。 図３に示したＩＶ－ＩＶ線に沿って切断した断面図である。 第１溝部の一例を示す拡大断面図である。 開弁した状態の防爆弁を示す斜視図であり、表面から視ている。 図６に示した防爆弁を裏面から視た状態を示す斜視図である。 第１溝部および第２溝部の他の実施形態を示す平面図である。 検証で使用した実験装置の一例を示す説明図である。 防爆弁の他の実施形態を示す平面図である。 開弁部の他の実施形態を示す平面図である。 図１１に示す開弁部をＸＩＩ－ＸＩＩ線に沿って切断した断面図である。

以下、本発明を適用した密閉型電池の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係る封口板１３を採用した密閉型電池１０の一例を示す。図１に示すように密閉型電池１０用の容器１１は、容器本体１２および封口板１３を備える。容器本体１２は、例えば金属板で作られており、上面に開口部１４を有し、かつ内部に電極体および非水電解液などを含む電池構造体が収納される。封口板１３は、例えばアルミニウムあるいはアルミニウム合金などの金属板で作られており、容器本体１２の内部が気密になるように開口部１４に接合される。

例えば密閉型電池１０がリチウムイオン二次電池の場合には、深絞り加工により製造された、例えばアルミニウム合金製の容器本体１２を採用してもよい。封口板１３は、例えばアルミニウム合金板に鍛造加工を施して作られたものを使用し、例えばレーザ溶接によって開口部１４の全周に亘って接合されることで気密にされてよい。なお、同図に示す符号Ｈは容器１１の高さ方向を、符号Ｌは容器１１の長辺（横）方向を、そして符号Ｗは容器１１の短辺（幅）方向をそれぞれ示す。

容器１１は、コアを電解液とともに格納している。コアは、セパレータを介在させ、正極および負極を積層して、あるいは捲回して造られている。正極端子１６および負極端子１７は、容器１１の内部から封口板１３を貫通して外部にそれぞれ露呈されており、絶縁部材１８を介して封口板１３にそれぞれ固定されている。正極端子１６および負極端子１７は、電池１０の長辺方向Ｌに並んで配置されている。容器１１は、正極端子１６および負極端子１７が並ぶ長辺方向Ｌを短辺方向Ｗに偏平した直方体に形成されている。正極端子１６および負極端子１７は、容器１１の長辺方向Ｌにおける封口板１３の中央を挟んだ両側にそれぞれ露出している。なお、容器１１の形状としては、例えば円筒状などであってもよい。

封口板１３には、プレート１９、表面凹部２０、および注液孔２１を有する。表面凹部２０は、容器１１の長辺方向Ｌおよび短辺方向Ｗにおける中央の位置にプレート１９と一体的に形成されており、表面凹部２０の内部には、防爆弁２２が形成されている。注液孔２１は、非水電解液を注入するための孔であり、防爆弁２２から所定間隔を離した隣に形成されている。非水電解質を注入した後には、防爆弁２２が開弁する際の所定の内部圧力（開弁圧）よりも高い圧力によっても開かないように、封栓２３により注液孔２１が封止される。

図２は、防爆弁２２の一例を示す。図２に示すように表面凹部２０は、輪郭が容器１１の長辺方向Ｌに長い小判形状（オーバル形状）になっている。表面凹部２０の内部には、プレート１９と一体に形成された薄板部２４を有する。防爆弁２２は、薄板部２４の表面（表面凹部２０の底面）２４ａの所定領域に薄板部２４と一体に形成されている。薄板部２４は、第１開弁部２５、第２開弁部２６、第１輪郭領域２７、第２輪郭領域２８、第１溝部２９、第２溝部３０、第１自由破断領域３１、および第２自由破断領域３２を有する。第１開弁部２５、および第２開弁部２６は、薄板部２４の一部を薄板部２４の厚さ方向に凸になるようにそれぞれ形成されており、薄板部２４の表面２４ａからプレート１９の表面１９ａを越えない高さに作られている。表面１９ａを越えない高さに作られることにより、第１開弁部２５および第２開弁部２６に外力が直接作用しにくくなるので好ましい。なお、第１開弁部２５、および第２開弁部２６の高さとしては、プレート１９の表面１９ａを越える高さで作ってもよい。

図３は、防爆弁２２の一例を示す。図３に示すように第１開弁部２５は、平面視にて閉じた第１輪郭領域２７を有し、第１輪郭領域２７の内部が容器１１の外に向けて突出しており、つまり容器１１の外に向けて高さを有している。したがって、第１開弁部２５は、防爆弁２２が開弁する際に、第１輪郭領域２７の内部で曲がりや変形が生じない剛性を有する。同図では、表面２４ａから隆起し始める地点を囲った線を第１輪郭領域２７として表している。第１輪郭領域２７としては、平面視にて、例えば円形としてよい。なお、第１輪郭領域２７の形状としては、円形に限らず、閉じた輪郭領域であれば、例えば容器１１の長辺方向Ｌに長い小判形状（オーバル形状）であってもよい。

第１溝部２９は、第１開弁部２５を薄板部２４から区画するとともに破断線として機能する。具体的に、第１溝部２９は、第１輪郭領域２７を囲繞するように設けられており、かつ第１開弁部２５を完全には囲繞せずに両端部（一端部３４，他端部３５）が離れた曲線状に形成されている。なお、第１溝部２９は、両端部３４，３５が離れた曲線状に形成されることに限らず、例えば両端部３４，３５が離れた直線と曲線とを組み合わせた線状、あるいは複数の直線を組み合わせた線状に形成されていてよい。

一端部３４および他端部３５は、一端部３４および他端部３５を結ぶ第１直線３７が第１開弁部２５を横切る位置に設けられている。好ましくは同図に示すように、第１輪郭領域２７のうちの中心２７ａを通り、かつ第１直線３７に平行な中心線４５に対して、第１溝部２９が囲繞する側の囲繞範囲Ｘ１とは逆側の開放側の範囲Ｘ２を第１直線３７が横切るように両端部３４，３５を設けてもよい。なお、第１直線３７は、本発明の実施形態における直線の一例である。

一端部３４は、第１輪郭領域２７の中心２７ａに対して一方側（同図に示す中心２７ａの上側）に位置する。他端部３５は、中心２７ａに対して他方側（同図に示す中心２７ａの下側）に位置する。つまり、一端部３４および他端部３５は、中心２７ａを通り、かつ第１直線３７に直交する第２直線３９を軸として対称な位置に設けられている。

第１開弁部２５は、防爆弁２２が開弁する際に、折り曲げ線３８で折り曲げられる。折り曲げ線３８は、第１直線３７を挟んで第１溝部２９の長さ方向での中央部５０とは反対側で、かつ第１開弁部２５を外れた位置に、第１直線３７とほぼ平行な線に設定されている。薄板部２４のうち第１溝部２９の両端部３４，３５と折り曲げ線３８との間の薄板部２４には、第１自由破断領域３１が設けられている。第１自由破断領域３１は、第１開弁部２５が折り曲げ線３８で折れ曲がる際に、第１溝部２９の破断に続けて自由破断する領域である。なお、折り曲げ線３８は、第１輪郭領域２７と第２直線３９との交点（左側交点４０、右側交点４１）のうち、開放側の範囲Ｘ２にある左側交点４０を通り、かつ第１直線３７に平行な線に仮定している。

実際には、防爆弁２２が開弁の際に、第１開弁部２５の折れ目は、折り曲げ線３８上に限らず、例えば折り曲げ線３８から第１輪郭領域２７とは逆側にずれることがある。これは、第１開弁部２５が第１輪郭領域２７の内部で変形しない剛性を持っているためである。このため、同図に示す折り曲げ線３８は仮想的な線である。

第１自由破断領域３１は、第１輪郭領域２７、表面２４ａの外周２４ｂ、第１直線３７、および折り曲げ線３８で囲まれた領域であり、第１上自由破断部４３と第１下自由破断部４４とを有する。第１上自由破断部４３は、一端部３４と折り曲げ線３８との間に第１溝部２９の破断に続けて自由破断が生じる領域である。また、第１下自由破断部４４は、他端部３５と折り曲げ線３８との間に第１溝部２９の破断に続けて自由破断が生じる領域である。

第１溝部２９は、第１直線３７を挟んで第１溝部２９の長さ方向での中央部５０を含む曲線部分２９ａが、第１輪郭領域２７から所定の間隔を保つように、第１輪郭領域２７に相似する形状、例えば円弧状に作られている。第１溝部２９は、中心線４５に交差する交点のうちの上側交点４６と一端部３４との間の一端部分２９ｂが、外周２４ｂから所定の間隔を保つように第２直線３９に平行な直線状で作られている。同様に下側交点４７と他端部３５との間の他端部分２９ｃは、外周２４ｂから所定の間隔を保つように、第２直線３９に平行な直線状に作られている。このように、一端部分２９ｂおよび他端部分２９ｃを第２直線３９に平行な直線状とすることで、開弁の際に、自由破断部が略直線状に破断するので、開弁圧の調整が容易になる。

第１開弁部２５が開弁される領域の長さ（第１長さ）Ｄに対する第１溝部２９が形成されていない第１自由破断領域３１の長さ（第２長さ）Ｎの比率が所定値よりも大きいと、第１自由破断領域３１の長辺方向Ｌに沿う長さが長くなる。第１長さＤは、第１溝部２９と第２直線３９とが交差する交点（中央部５０）を通り、かつ第１直線３７に平行な中央線４９と折り曲げ線３８との間の最短距離の長さである。第２長さＮは、両端部３４，３５と折り曲げ線３８との間の最短距離の長さである。第１自由破断領域３１の長辺方向Ｌに沿う長さが長いと、第１溝部２９の長辺方向Ｌに沿う長さが短くなる。このため、第１自由破断領域３１での破断に要する力（剛性）が強くなり、第１開弁部２５が開き難くなる。

逆に、第１長さＤに対する第２長さＮの比率が所定値よりも小さいと、第１自由破断領域３１の長辺方向Ｌに沿う長さが短くなる。第１自由破断領域３１の長辺方向Ｌに沿う長さが短くなると、第１溝部２９の長辺方向Ｌに沿う長さが長くなる。このため、第１自由破断領域３１での破断に要する力（剛性）が弱くなり、第１開弁部２５が開き易くなる。つまり、第１自由破断領域３１での破断に要する力（剛性）は、主として、第２長さＮによって決めることができる。第１溝部２９の長さ（第１長さＤ－第２長さＮ）は、第１自由破断領域３１を設けてある分短くなるため、繰り返し応力を第１溝部２９だけでなく第１自由破断領域３１によっても受け持つので、第１溝部２９の疲労破断を防止もしくは抑制するパラメータになる。

つまり、第１長さＤに対する第２長さＮの割合を調整することで、開弁圧を所定圧に維持させる剛性と、繰り返し応力により第１溝部２９が破断するのを抑制する剛性との両立を管理することができる。なお、第２長さＮの第１長さＤに対する割合は、例えば１８～４２％が好適である。

第２長さＮの第１長さＤに対する割合は、例えばプレート１９の強さなどの条件で変わる。プレート１９の強さは、材料や薄板部２４の厚みに起因する。材料の強さには、弾性的強度、降伏強度、破断（破壊）に対する強度、最大（引張）強度、クリープ変形（小さな負荷における経時変化）に対する強度、疲労に対する強度、および摩擦（摩耗）への耐性などのパラメータがある。つまり、第２長さＮの第１長さＤに対する割合は、前述したパラメータを変えることでも調整可能である。

第２開弁部２６、第２溝部３０、第２自由破断領域３２、および第２折り曲げ線３３は、第１開弁部２５、第１溝部２９、第１自由破断領域３１、および第１折り曲げ線３８に対して、中央線４９を軸として反転した対称の形状になるように作られている。そして、第１溝部２９、および第２溝部３０は、中央線４９上で重なるように作られている。なお、中央部５０は、表面凹部２０の中心点であってよい。

図４は、図３に示したＩＶ－ＩＶ線に沿って切断した図である。図４に示すように薄板部２４は、プレート１９の厚みＴ１よりも薄い厚みＴ２になるように、例えば上型と下型との間で圧縮することで塑性変形させる鍛造加工により作られる。この鍛造加工により平面視にて表面凹部２０に輪郭が一致する位置に裏面凹部５１が形成される。その後に、例えばコイニング加工が行われ、そのコイニング加工により第１開弁部２５、第２開弁部２６、第１溝部２９、および第２溝部３０が薄板部２４に形成される。第１開弁部２５、および第２開弁部２６は、凸を容器１１の外に向けた円弧状の断面形状になっており、第１開弁部２５、および第２開弁部２６の厚みは、厚みＴ２とほぼ同じ厚みになっている。

薄板部２４を作る圧縮加工では、プレート１９に余剰部分が生じる。圧縮加工により生じる余剰部分は、加工をし易くするために、例えば上型および下型に作られた傾斜部により表面凹部２０の外周、および裏面凹部５１の外周に向けて押し出される。押し出された余剰部分は、圧縮加工での圧縮率が大きくなるにつれて、つまりプレート１９の厚みＴ１に対する薄板部２４の厚みＴ２の割合が小さくなるにつれて体積が増加して、表面凹部２０の外周、および裏面凹部５１の外周に膨出する量が増加する。膨出された余剰部分は、圧縮加工後に行われるトリマー（矯正加工）により形が整えられた突条部５２に形成される。この突条部５２は、所定の幅で裏面凹部５１を囲繞し、かつプレート１９の裏面１９ｂから容器１１の内部に向けて所定の突出量で突出する形状になるように形成されており、そして表面が滑らかになるように整えられる。これにより、突条部５２の見栄えを良くすることができるとともに、突条部５２の表面の仕上りを良好にして作業者への安全性を確保することができる。

薄板部２４の表面２４ａは、プレート１９の厚みＴ１の範囲内で、かつ厚みＴ１の中央よりも裏面凹部５１側に寄った位置に作られている。つまり、突条部５２が裏面１９ｂに形成されているため、薄板部２４は、突条部５２の厚みＴ３を含む裏面凹部５１の深さｈ１と表面凹部２０の深さｈ２とがほぼ同じ深さになる位置に形成されてよい。つまり、薄板部２４は、プレート１９の厚みＴ１に突条部５２の厚みＴ２を加えた厚みの中央に作られてよい。このため、薄板部２４は、プレート１９の厚みＴ１のほぼ中央に作った際の深さよりも深い位置に表面２４ａを作ることができる。よって、表面凹部２０の内部で第１開弁部２５、および第２開弁部２６の高さを稼ぐことができる。これにより、第１開弁部２５、および第２開弁部２６について、内部圧力が均一に負荷される断面形状の自由度を増やすことができる。

なお、突条部５２としては、プレート１９の表面１９ａに形成されていてもよい。また、表面凹部２０の側面（表面２４ａからプレート１９の表面１９ａに立ち上がる側面）には、余剰部分を表面凹部２０の外周に向けて押し出すための上型の傾斜部が転写される表面斜面５４が形成されている。同様に裏面凹部５１の側面には、余剰部分を裏面凹部５１の外周に向けて押し出すための下型の傾斜部が転写される裏面斜面５５が形成されている。

図５は、第１溝部の一例を示す。なお、図５に示す第１溝部２９は一例であり、本発明では図５に示す形状に限定されることはない。図５に示すように第１溝部２９には、残厚Ｓの寸法精度を向上させるために、例えば圧縮加工により薄板部２４の表面２４ａ、および裏面２４ｃにそれぞれ段差部が形成されている。表面２４ａには、第１段差部５７、および第２段差部５８が形成されている。第１段差部５７は、容器１１の長辺方向Ｌの長さＷ１が相対的に長くなるように作られている。第２段差部５８は、長辺方向Ｌの長さＷ２を長さＷ１よりも短くして、第１段差部５７内に作られている。第２段差部５８の深さは、例えば第１段差部５７の深さよりも深く作られている。

裏面２４ｃには、第３段差部５９、および第４段差部６０が形成されている。第３段差部５９は、長辺方向Ｌの長さＷ３で作られている。第４段差部６０は、長辺方向Ｌの長さＷ４が長さＷ３よりも短くなるように第１段差部５７内に作られている。第４段差部６０の長さＷ４は、上型および下型の間に予測される中心ずれを許容する長さ、つまり、第２段差部５８の長さＷ２よりも長くなるように形成されている。第３段差部５９の長さＷ３は、上型および下型の間に予測される中心ずれを許容する長さ、つまり第１段差部５７の長さＷ１よりも長くなるように形成されている。第３段差部５９、および第４段差部６０の深さは、第１段差部５７の深さよりも浅くなるように作られている。

第１溝部２９の残厚Ｓは、第２段差部５８の底面５８ａと第４段差部６０の底面６０ａとの間の厚みに相当するものであり、第１溝部２９での破断に要する力（剛性）を管理するパラメータになる。なお、第２溝部３０の断面形状は、第１溝部２９と同じまたは同様な断面形状であるため、ここでの詳しい説明を省略する。また、図３に示した中央部５０で重なる第１溝部２９、および第２溝部３０の長辺方向Ｌにおける断面形状も図５に示した断面形状と同じ断面形状になる。

図６は、開弁した状態の防爆弁を示す。図６に示すように第１開弁部２５、および第２開弁部２６は、第１折り曲げ線３８、および第２折り曲げ線３３で中央部５０から長辺方向Ｌの両側に向けてそれぞれ折れ曲がる観音開き式に開弁される。中央部５０は、第１溝部２９、および第２溝部３０における中央部５０を含む突き合わせ部（中央線４９上の付近）６２，６３になっている。突き合わせ部６２，６３から外周２４ｂまでの中央領域部２４ｄは、突き合わせ部６２，６３を除く第１溝部２９、および第２溝部３０から外周２４ｂまでの外周領域部２４ｅよりも広いため、撓みやすく、よって破断し難い。逆に外周領域部２４ｅは、外周２４ｂが近くにあるため撓み難く、よって破断し易い。

突き合わせ部６２，６３には、撓み易いため、繰り返し応力により膨出や収縮により弾性的に変形し、開弁の際には、弾性力に抗して破断させるのに要する荷重が反力として作用する。突き合わせ部６２，６３に作用する荷重に抗する引張強さは、突き合わせ部６２，６３以外の第１溝部２９および第２溝部３０の破断に要する力や、第１自由破断領域３１および第２自由破断領域３２の自由破断６５に要する力よりも強くなる。このため、突き合わせ部６２，６３の第１溝部２９および第２溝部３０は、突き合わせ部６２，６３以外の第１溝部２９および第２溝部３０の破断、ならびに第１自由破断領域３１および第２自由破断領域３２の自由破断６５よりも僅かに遅れて最後に破断する。

開弁する際には、第１開弁部２５、および第２開弁部２６の内面に、容器１１の内部応力、または繰り返し応力の負荷により、突き合わせ部６２，６３が破断するまでの間に非常に高い圧力がほぼ均等に負荷されている。このため、突き合わせ部６２，６３が引張強度の限界を超えると、突き合わせ部６２，６３の第１溝部２９および第２溝部３０に破断が生じて、第１開弁部２５、および第２開弁部２６が一気に開く。このように第１開弁部２５、および第２開弁部２６が一気に開くことで第１開弁部２５、および第２開弁部２６の開きタイミングをほぼ同時に行わせることができる。また、開弁した後の突き合わせ部６２，６３の表面２４ａに対する開き角度が、例えば４５度以上の角度になるように第１開弁部２５、および第２開弁部２６を大きく開かせることができる。

図７は、図６に示した防爆弁２２を裏面から視た状態を示す。図７では、薄板部２４における開口された領域をハッチィングで表している。第１開弁部２５は、突き合わせ部６２以外での第１溝部２９の破断、第１自由破断領域３１の自由破断６５、および突き合わせ部６２の破断がそれぞれ生じることによって第１折り曲げ線３８を折り目として開弁される。第２開弁部２６は、突き合わせ部６３以外での第２溝部３０の破断、第２自由破断領域３２の自由破断６５、および突き合わせ部６３の自由破断がそれぞれ生じることによって第２折り曲げ線３３で折り曲げられて開弁される。中央領域部２４ｄは、外周領域部２４ｅよりも外周２４ｂまでの隙間が広くなっている。

図８は、第１溝部２９および第２溝部３０の他の実施形態を示す。図８に示すように第１溝部２９は、上側交点４６と一端部３４との間の一端部分２９ｂが第１輪郭領域２７と相似の円弧状に作られている。同様に、下側交点４７と他端部３５との間の他端部分２９ｃは、第１輪郭領域２７と相似の円弧状に作られている。なお、一端部分２９ｂおよび他端部分２９ｃは、第１輪郭領域２７と相似の円弧状に限らず、円弧状に近い曲線であってよい。図８の実施形態における第２溝部３０は、第１溝部２９を、中央線４９に対して対称に配置した形状と同じ形状になっている。なお、図８では、図３で説明したと同じまたは同様な部分には同符号を付与してここでの詳しい説明を省略する。

表１は、本発明を適用した封口板１３により奏する効果を説明するための検証結果を示す。本発明者などが行った検証では、表１に示すように、図３で説明した第２長さＮの寸法（ｍｍ）を１．２、１．４、１．８、および２．２（ｍｍ）に変化させ、かつ第１溝部２９、および第２溝部３０の残厚Ｓ（μｍ）を１００～４０（μｍ）の範囲で２０（μｍ）ずつ変化させたＮｏ．１～Ｎｏ．４の封口板１３をそれぞれ作り、防爆弁２２が開弁する際の内部圧力（開裂内圧（ＭＰａ））、および繰り返し破断回数を、実験装置を使用して測定した。実験装置では、防爆弁２２に負荷する圧力を大気圧よりも高い所定の圧力と大気圧とに所定の間隔で切り替えて負荷して測定した。繰り返し破断回数は、空気圧を所定の圧力で負荷した後に、空気圧を大気圧に切り替えるまでのサイクルを回数「１」として計数し、防爆弁２２の開弁または開裂が視認されるまでの回数（疲労寿命）を表１に記載した。

検証で使用した実験装置は、図９に示すようにテーブル６７の位置決め部６８に封口板１３をセットし、押さえ板６９で上方から封口板１３をテーブル６７に押さえ付ける。テーブル６７には、防爆弁２２に空気を供給する配管７０が取り付けられている。配管７０を介して供給される空気は、テーブル６７に設けられた吹出し口７９を介して防爆弁２２に内側から負荷される。押さえ板６９には、防爆弁２２の開弁状態を視認するための開口７１が形成されている。コンプレッサ７２は、圧縮空気を作る。圧縮空気は、増圧器７３および圧力調整弁７４に送られて、増圧器７３および圧力調整弁７４により所定の圧力に調整された後に電磁弁７５に供給される。電磁弁７５は、所定の圧力に調整された空気圧を配管７０に供給するときに切り替えられる第１ポート７６と、大気圧を配管７０に供給するときに切り替えられる第２ポート７７とを備える。制御部７８は、電磁弁７５を制御しており、電磁弁７５のポート７６，７７を所定の間隔で切り替えることで防爆弁２２に繰り返し応力を負荷する。

検証で使用した封口板１３は、厚みＴ１が２．０ｍｍのアルミ合金板を表裏の両面から圧縮する圧縮加工により、長辺方向Ｌの長さが１６．２ｍｍ、短辺方向Ｗの長さが８．２ｍｍ、および厚みＴ２が０．２５ｍｍの薄板部２４を形成し、その後に、開口部１４に対向するサイズに外形剪断加工を施して作られている。薄板部２４には、第１開弁部２５、および第２開弁部２６が一体に作られている。第１開弁部２５は、表面２４ａからの高さが１．３ｍｍ、第１輪郭領域２７が半径２．８ｍｍのドーム状に形成されている。第２開弁部２６は、第１開弁部２５と同じ形状になるように作られている。

検証で使用する封口板１３に要求される開裂内圧（開弁圧力）は２ＭＰａ、および繰り返し破断回数はほぼ３万回以上に設定されている。検証で使用するＮｏ．１～Ｎｏ．４の封口板１３は、第２長さＮの寸法を予め複数の値に決め、その後に、各値の第２長さＮに対して開裂内圧が２ＭＰａを確保する残厚Ｓを決定し、開裂内圧が２ＭＰａを確保する第２長さＮの寸法と残厚Ｓとの組み合わせで作った封口板１３に対して、繰り返し破断回数を検証している。

残厚Ｓを相対的に大きくすると、第１溝部２９、および第２溝部３０を破断させる力に抗する剛性が強くなる、つまり第１溝部２９、および第２溝部３０が破断し難くなる。また、第２長さＮの寸法、つまり第２長さＮの第１長さＤに対す割合を相対的に小さくすると、第１開弁部２５、および第２開弁部２６を開弁する荷重に抗する剛性が低くなる、つまり第１開弁部２５、および第２開弁部２６が開弁し易くなる。

検証では、第２長さＮの第１長さＤに対する割合（％）と残厚Ｓ（μｍ）との組み合わせは、Ｎｏ．１の封口板１３では２１．４％および１００μｍ、Ｎｏ．２の封口板１３では２５％および８０μｍ、Ｎｏ．３の封口板１３では３２．１％および６０μｍ、Ｎｏ．４の封口板１３では３９．３％および４０μｍとしている。

表１に示すように、Ｎｏ．１～Ｎｏ．４の封口板１３については、２ＭＰａの開裂内圧を確保したうえで、３万回以上の繰り返し破断回数を満足していることが分かった。

表１に示す比較例１の封口板１３は、第２長さＮ（ｍｍ）および残厚Ｓ（μｍ）が１ｍｍおよび１２０μｍの組み合わせになっており、検証では開裂内圧が２ＭＰａを満足している。このとき、繰り返し破断回数が３万回を下回った。第２長さＮが短くなると、残厚Ｓの寸法によって開裂内圧と繰り返し応力とを受け持つ割合が大きくなる。よって、比較例１の封口板１３では、第１自由破断領域３１、および第２自由破断領域３２よりも残厚Ｓによって繰り返し応力に抗する剛性を受け持つことになり、結果、繰り返し破断回数が低下したと考えられる。繰り返し破断回数を目標値の３万回に近づけるためには、残厚Ｓを厚くすることが考えられる。そこで、残厚Ｓを厚くすると、開裂内圧の値が目標値（２ＭＰａ）を超える値に上昇して、防爆弁２２が開裂内圧の目標値で開弁しなくなった。このため、Ｎｏ．１の封口板１３よりも第２長さＮが短くなる方向の値、および残厚Ｓが厚くなる方向の値での組み合わせにより作った封口板１３に対しては、開裂内圧を目標の設定圧力に確保することができなかった。

表１に示す比較例２の封口板１３は、比較例１とは逆に、第２長さＮを２．４ｍｍにし、かつＮｏ．４の封口板１３よりも第２長さＮを長くして、第１開弁部２５、および第２開弁部２６の開弁に抗する剛性を強くした。検証では、２ＭＰａの開裂内圧で第１開弁部２５、および第２開弁部２６が開弁するように残厚Ｓを小さくしたものを使用したが、３０μｍの残厚Ｓでも開弁しなかった。３０μｍの残厚Ｓは、厚みが非常に薄くなる。このため、第１溝部２９、および第２溝部３０に割れが生じ易く、よって、残厚Ｓをこれ以上薄くすることができなかった。また、検証では、比較例２の繰り返し破断回数は、第１溝部２９、および第２溝部３０に割れが生じて目標値から激減した値になった。

結果として、残厚Ｓで開裂内圧を調整するとともに、第２長さＮの値で第１開弁部２５、および第２開弁部２６の開弁に抗する剛性を保ち、繰り返し破断回数を向上させるように、両者を満足させる領域が存在することが分かった。これらは、図８で説明した封口板１３でも表１で説明したと同じまたは同様な効果が得られた。

以上、上記で説明した各実施例は本発明の例示であり、ある実施例に特有の構造および機能は他の実施例にも適用できる。また、本発明は、上述した各実施例に限定されないのであって、本発明の目的を逸脱しない範囲で適宜に変更することができる。

例えば図３および図８で説明した表面凹部２０に設けた第２開弁部２６、および第２溝部３０を省略して、防爆弁２２としては、第１開弁部（以下、単に「開弁部」と称す）２５、および第１溝部２９（以下、単に「溝部」と称す）のみを設けた形態にしてもよい。図１０は、防爆弁２２の他の実施形態を示す。図１０に示すように薄板部２４は、１つの開弁部２５および一つの溝部２９を有する。薄板部２４は、第１直線３７に対して溝部２９の長さ方向の中央部５０側にて、第１溝部２９との間の隙間８０が均一になるように外周２４ｂが形成されている。

また、図３に示した第１開弁部２５、第２開弁部２６、および図１０に示した開弁部２５は、凸を外に向けた円弧状の断面形状になるように作っているが、本発明ではこれに限らず、例えば図１１および図１２に示すように、開弁部８２を断面テーブル状に作ってもよい。図１１は、他の実施形態の開弁部８２を示す。図１２は、図１１に示すＸＩＩ－ＸＩＩ線に沿って切断した開弁部８２を示す。開弁部８２は、薄板部２４の一部が薄板部２４の厚さ方向に凸となって曲げ剛性を高められた形状に作られている。つまり、開弁部８２は、平面視にて交点８２ａを中心とする円状に閉じた輪郭領域に沿ってビード８３が作られている。断面視にてビード８３の内部は、テーブル状の平面部８４を有する。平面部８４は、曲がりや変形を生じさせない剛性を有する。この平面部８４は、表面２４ａよりも高さｈ３の分だけ高くして作られている。開弁部８２の厚みは、薄板部２４の厚みとほぼ同じに作られている。なお、図１１および図１２では、図３および図１０で説明したと同じまたは同様な部分には同符号を付与してここでの詳しい説明を省略する。また、開弁部２５の他の形態としては、図１１および図１２に示した開弁部８２の形態に対して、ビード８３を省略した形状に作ってもよい。さらに、図１１および図１２に示した開弁部８２の形態に対して、ビード８３の内側に同様なビードを同心円状に１本または複数本作った形状にしてもよい。さらにまた、ビード８３の内部の平面部８４を、図３で説明したように凸を外に向けた円弧状に作ってもよい。

また、例えば図１０および図１１に示したように、開弁部２５，８２を１つだけ設けた薄板部２４を、プレート１９の異なる位置に複数、例えば２つ設けてもよい。例えば２つ設ける場合には、封口板１３における長辺方向Ｌの中央に対して対称の位置に設けるのが好適である。さらに封口板１３は、図１で説明したように容器１１の外殻を構成する面のうちの上面に取り付けられているが、これに限らず、容器１１の外殻を構成する面であれば、いずれの面に取り付けられてよい。

１０…電池、 １１…容器、 １３…封口板、 １９…プレート、 ２０…表面凹部、 ２２…防爆弁、 ２４…薄板部、 ２５…第１開弁部、 ２６…第２開弁部、 ２７…第１輪郭領域、 ２８…第２輪郭領域、 ２９…第１溝部、 ３０…第２溝部、 ３１…第１自由破断領域、 ３２…第２自由破断領域、 ３３…第２折り曲げ線、 ３４…一端部、 ３５…他端部、 ３８…第１折り曲げ線、 ５２…突条部、 ８２…開弁部。

Claims (8)

1. 密閉型電池の容器の外殻の一部を形成するプレートの一部に、前記容器の内部圧力の増大によって開弁する防爆弁を備えた封口板において、
   前記防爆弁は、
   前記プレートの一部に形成された、前記プレートより薄肉の薄板部と、
   前記薄板部の一部が前記薄板部の厚さ方向に凸となって曲げ剛性を高められた開弁部と、
   前記開弁部を前記薄板部から区画するとともに破断線として機能する溝部とを有し、
   前記溝部は、前記開弁部を完全には囲繞せずに両端部が離れた線状に形成され、
   前記両端部は、前記両端部を結んだ直線が前記開弁部を横切る位置に設けられ、
   前記直線を挟んで前記溝部の長さ方向での中央部とは反対側でかつ前記開弁部を外れた位置に前記直線とほぼ平行な折り曲げ線が設定され、
   前記薄板部のうち前記溝部の前記両端部と前記折り曲げ線との間の部分が前記溝部の破断に続けて自由破断する自由破断領域とされており、
   前記溝部の破断と前記溝部の破断に続く前記自由破断領域での前記薄板部の自由破断とによって前記開弁部が前記折り曲げ線で折り曲がることにより前記防爆弁が開弁するように構成されていることを特徴とする封口板。
2. 前記開弁部は、前記薄板部の厚みと同じ厚みで、凸を前記容器の外に向けた断面円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の封口板。
3. 前記開弁部、および前記溝部は、前記溝部の長さ方向での中央部を挟む対称な位置に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の封口板。
4. 前記溝部は、前記対称に配置された溝部は、前記中央部で重なっていることを特徴とする請求項３に記載の封口板。
5. 前記薄板部は、前記プレートから窪んだ凹部に設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の封口板。
6. 前記直線に直交する方向における前記開弁部の長さを第１長さＤ、前記両端部と前記折り曲げ線との間の長さを第２長さＮとすると、前記第１長さＤに対する前記第２長さＮの割合が１８～４２％であることを特徴とする請求項５に記載の封口板。
7. 前記プレートの表面または裏面には、前記薄板部を囲繞するように突条部が形成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の封口板。
8. 前記薄板部は、前記プレートの厚みに前記突条部の厚みを加えた厚みの中央に作られていることを特徴とする請求項７に記載の封口板。

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