JP2004185809A - 密閉形電池用安全弁構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】密閉形電池を長期間安全な内圧に保持することができるとともに、電池内圧の上昇時には精度よく水素ガス等の内部ガスを放出することができるようにした、安全弁の作動信頼性が高い密閉形電池用安全弁構造を提供すること。
【解決手段】密閉型電池の電槽蓋1を貫通して形成した弁筒21にキャップ形のゴム製の弁体22を装着するようにした密閉形電池用安全弁構造において、弁筒21と弁体22との接触面にフッ素樹脂微粉末26を介在させるようにする。
【選択図】 図1
【解決手段】密閉型電池の電槽蓋1を貫通して形成した弁筒21にキャップ形のゴム製の弁体22を装着するようにした密閉形電池用安全弁構造において、弁筒21と弁体22との接触面にフッ素樹脂微粉末26を介在させるようにする。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉形電池用安全弁構造に関し、特に、密閉形電池を長期間安全な内圧に保持することができるとともに、電池内圧の上昇時には精度よくガスを放出することができるようにした密閉形電池用安全弁構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、密閉形電池は、図3に示すように、発電要素を収納した電槽を密閉する電槽蓋1を貫通して弁筒21を設け、この弁筒21にはガスを通気するための弁孔23を形成すると共に、弁筒21にキャップ形のゴム製の弁体22を装着した安全弁構造2を有している。
そして、通常、電槽蓋1には弁体22の上部に電槽で発生した水素ガス等の内部ガスを放出するときに、弁体22が弁筒21から外れるのを防止する上蓋24が載せられ、この上蓋24にはガス排気口25が設けられている。
【0003】
上記のような密閉形電池においては、弁筒21に装着したキャップ形のゴム製の弁体22は、電池を充電するときに水素ガスが発生して電池内圧が上昇した場合にはこの弁体22が径方向及び上方に膨れて弁筒21との間の隙間からガスを放出し、電池内圧が低下したときには弁体22が弁筒21に密着して外部からの空気の流入を防ぐために設けられている。
【0004】
このような密閉形電池の安全弁構造2は密閉形電池において重要な役割を果たすものである。即ち、使用期間が長くなっている密閉形電池の全使用期間中、電池の放電性能に関係する部材ではないが、安全弁構造を正常に作動させる必要があり、長期間その安全性、信頼性が保たれる必要がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の、密閉形電池の安全弁構造2においては、電池内の水素ガス等の内部ガスを弁筒21と弁体22の隙間から放出する際に、電解液である硫酸が滲み出したり、この硫酸が霧状の状態でガスと共に噴き出したりすることがある。
この場合、弁筒21とキャップ形のゴム製の弁体22の間に硫酸が付着してしまうが、弁筒21と弁体22の隙間に硫酸が付着するとキャップ形のゴム製の弁体22が弁筒21に貼り付き易くなり、特に高温下では硫酸が濃縮されて弁筒21と弁体22の表面を侵し、貼り付きがより生じ易くなる。
【0006】
また、電槽の弁筒21を形成する材料としてはABS樹脂やポリプロピレン樹脂が、ゴム製の弁体22を形成する材料としてはジクミルパーオキサイドや硫黄により加硫成形されたエチレンプロピレンジエン共重合ゴム(以下、「EPDM」と略記する場合がある。)やクロロプレンゴム等の合成ゴムが主に使われているが、この組み合わせも、弁体22のゴムの未反応基が弁筒21に作用して貼り付きが発生し易くなる原因と考えられる。
【0007】
さらに、この弁筒21に対する弁体22の貼り付きを生じ難くするために、ゴム製の弁体22を形成する材料としてフッ素ゴムを使用することが提案されているが、電池の使用期間が長くなると、弁体22をフッ素ゴムで形成したとしても、長期間の使用の間に弁筒21に対する弁体22の貼り付きを生じてしまうことがある。
【0008】
このほか、弁体22の内面にシリコーンオイルを塗布することも行われるが、シリコーンオイルに硫酸が飛散するとシリコーンオイルの主鎖が切れて環状化合物となり、それがさらに進むと揮発性物質(低分子シロキサン)となり蒸発してしまうので、弁筒21と弁体22間の潤滑性が低下し、弁体22が膨らんで開くことが困難になる。
【0009】
以上のような問題点により安全弁構造2の前記の機能が正常に働かなくなると、電池内圧の上昇により電槽が膨れたり破裂に至ったりすることがあり、また、弁筒21と弁体22との密着が保たれていないと、電池内圧が低下したときに空気が電池内に侵入して、硫酸が酸化されると共に陰極が酸化して、自己放電が大きくなり電池の保存特性が低下したり、細流充電使用時に細流電流値が大きくなり、格子腐食が大きくなって、電池寿命が短かくなるという問題点があった。
【0010】
本発明は、上記従来の密閉形電池用安全弁構造の有する問題点を解決し、密閉形電池を長期間安全な内圧に保持することができるとともに、電池内圧の上昇時には精度よく水素ガス等の内部ガスを放出することができるようにした、安全弁の作動信頼性が高い密閉形電池用安全弁構造を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の密閉形電池用安全弁構造は、密閉型電池の電槽蓋を貫通して形成した弁筒にキャップ形のゴム製の弁体を装着するようにした密閉形電池用安全弁構造において、前記弁筒と弁体との接触面にフッ素樹脂微粉末を介在させてなることを特徴とする。
【0012】
この密閉形電池用安全弁構造は、密閉形電池を長期間安全な内圧に保持することができるとともに、電池内圧の上昇時には精度よく水素ガス等の内部ガスを放出することができ、作動信頼性が高い。
【0013】
この場合において、液体の媒体に分散させた状態のフッ素樹脂微粉末を、弁筒に装着前の弁体に適用することができる。
【0014】
これにより、フッ素樹脂微粉末を、弁体の弁筒との接触面に、適量を均一に分散させて適用することができる。
【0015】
また、液体の媒体に混合するフッ素樹脂微粉末を1〜50重量%にすることができる。
【0016】
これにより、フッ素樹脂微粉末を分散させた状態の液体の媒体を、弁体に容易に適用することができる。
【0017】
また、フッ素樹脂微粉末を分散させる液体に、フッ素系オイルを用いることができる。
【0018】
これにより、長期間に亘って、安定した潤滑性を維持することができる。
【0019】
さらに、弁筒と弁体が接触する部分に、液体の媒体に分散させた状態のフッ素樹脂微粉末の所定量を保持する凹部を形成することができる。
【0020】
これにより、液体の媒体に分散させた状態のフッ素樹脂微粉末の保持量を増やすことができるとともに、その流出を防止して、弁筒と弁体が接触する部分に、液体の媒体に分散させた状態のフッ素樹脂微粉末を長期間に亘って安定して保持することができ、密閉形電池用安全弁構造の作動信頼性を一層向上することができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の密閉形電池用安全弁構造の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0022】
図1は、本発明に係る密閉形電池用安全弁構造における実施の形態の一例を示したものである。
この密閉形電池用安全弁構造は、密閉型電池の電槽蓋1を貫通して形成した弁筒21にキャップ形のゴム製の弁体22を装着するようにした密閉形電池用安全弁構造2において、前記弁筒21と弁体22との接触面にフッ素樹脂微粉末26を介在させるようにしたものである。
【0023】
この場合において、弁筒21と弁体22との接触面に介在させるフッ素樹脂微粉末26は、ポリテトラフルオロエチレン又はその変性重合体の微粉末であれば任意のものを用いることができ、その粒子径は通常1μm〜20μm程度のものであるが限定されるものではない。
【0024】
フッ素樹脂微粉末26は、液体の媒体に分散させた状態で適用するのが好ましく、この場合、液体の媒体としてはフッ素系オイル、シリコーンオイル或いは菜種油など任意の潤滑油を用いることができる。
この場合、フッ素樹脂微粉末26は液体の媒体中に、1〜50重量%、さらに好ましくは、1〜30重量%混合するのがよい。フッ素樹脂微粉末26の混合割合が30重量%を越えると分散液の粘度が高くなり、弁筒21と弁体22との接触面に分散液を適用し難くなり、50重量%を越えると分散液の適用が困難になる。
【0025】
フッ素樹脂微粉末26を分散させる媒体として最も好ましい液体の1つはフッ素系オイルであって、それ自体耐熱性、不燃性、耐酸化性を有する。典型的なフッ素系オイルの例として、下記の化学構造を持つフッ素系オイルを示すがこの化学構造に限定されるものではない。下記化学構造を有するフッ素系オイルは、低分子量のヘキサフルオロプロピレンエポキシドで、末端がフッ素で封鎖されたホモポリマーで、重合体の鎖は完全に飽和されており、炭素、酸素、フッ素から構成されている。
【0026】
【化1】
【0027】
このように、フッ素樹脂微粉末26を分散させる媒体としてフッ素系オイルを用いた場合、弁体22を構成するゴムの種類によっては、フッ素系オイルが吸着され、弁筒21と弁体22との接触面に存在するフッ素系オイルの量が減少することによって、フッ素系オイルによる潤滑性能が低下することがある。
これを防止するため、ゴム製の弁体22を予めフッ素系オイルに所定期間(特に限定されるものではないが、通常、数週間程度)浸漬することによって、弁体22にオイルを十分吸着させた後、弁体22にフッ素樹脂微粉末26を混合したフッ素系オイルを適用することが好ましい。
【0028】
また、フッ素樹脂微粉末26を分散させる媒体として好ましい液体の他の例としてはシリコーンオイルを挙げることができる。シリコーンオイルは、それ自体耐熱性、不燃性を有し、一定の温度までは耐酸化性を有する。典型的なシリコーンオイルは下記の化学構造を有するポリジメチルシロキサンで、主鎖はシロキサン結合であるが側鎖がメチル基であるため、高温時には、酸、アルカリが混入すると粘度の増加、ゲル化などが起こることがある。しかし、本発明の密閉形電池用安全弁構造においては、フッ素樹脂微粉末26が弁筒21と弁体22との間に介在しているため、弁筒21と弁体22とが貼り付いてしまうようなことがない。
【0029】
また、フッ素樹脂微粉末26を分散させる媒体として好ましい液体の他の例として菜種油を挙げることができる。菜種油は、それ自体耐熱性は十分ではないが、本発明の密閉形電池用安全弁構造においてフッ素樹脂微粉末26を分散させる媒体として用いる場合には、フッ素樹脂微粉末26が弁筒21と弁体22との間に介在しているため、弁筒21と弁体22とが貼り付いてしまうようなことはない。
【0030】
【化2】
【0031】
次に、このような密閉形電池用安全弁構造2の動作を、図1を参照して説明する。
【0032】
電槽蓋1を貫通して形成した弁筒21にキャップ形のゴム製の弁体22を装着するようにした密閉形電池用安全弁構造2を有する密閉型電池において、電池を充電するときには水素ガスが発生して電池内圧が上昇し、一定圧以上になるとキャップ形のゴム製の弁体22が径方向及び上方に膨れて弁筒21との間を押し広げて隙間を形成し、次いで、その隙間から水素ガス等の内部ガスが放出される。また、電池の内圧が低下したときにはキャップ形のゴム製の弁体22が弁筒21に密着して外部からの空気の流入を防ぐ。
【0033】
この場合、電池内に発生した水素ガスが、弁筒21と弁体22の隙間から放出されるにあたり、弁筒21と弁体22の隙間に電解液である硫酸が滲み出したり、この硫酸が霧状の状態でガスと共に噴き出したりして、弁筒21と弁体22の接触面に硫酸が付着しても、本発明の密閉形電池用安全弁構造2の弁筒21とキャップ形のゴム製の弁体22の間にフッ素樹脂微粉末26が介在することにより、キャップ形のゴム製の弁体22が弁筒21に貼り付き易くなることはなく、また、高温下で硫酸が濃縮されて弁筒21と弁体22の表面が若干侵されることがあっても、電池寿命が続く程度の期間は、弁筒21とキャップ形のゴム製の弁体22との貼り付きを防止することができる。
【0034】
また、密閉形電池に設けた本発明の安全弁構造2は、通常、電槽で発生した水素ガスを放出するときにキャップ形のゴム製の弁体22が弁筒21から上方へ抜けて外れるのを防止するために、弁体22の上面との間に若干の隙間を空けるようにして上蓋24を載せ、かつ、この上蓋24にはガス排気口25を設けて、水素ガス等の内部ガスをこのガス排気口から放出するようにする。
【0035】
このように、本発明の密閉形電池用安全弁構造2は、弁筒21と弁体22との接触面にフッ素樹脂微粉末26を介在させるので長期間使用される電池の信頼性、安全性を大きく向上させることができる。
【0036】
さらに、本発明の密閉形電池用安全弁構造2においては、弁筒21と弁体22が接触する部分に、液体の媒体に分散させた状態のフッ素樹脂微粉末の所定量を保持する凹部を形成することができる。
凹部を形成する箇所及び凹部の形状は、特に限定されるものではないが、例えば、図2(a)に示すように、弁筒21と接触する弁体22の内周面に溝状の凹部22a、より具体的には、幅0.5〜5mm、深さ0.05〜0.5mmの内周溝を1本乃至複数本(図示の実施例では2本)形成するようにしたり、図2(b)に示すように、弁体22と接触する弁筒21の外周面に溝状の凹部21a、より具体的には、幅0.5〜5mm、深さ0.05〜1.0mmの外周溝を1本乃至複数本(図示の実施例では2本)形成するようにしたり、さらに、弁筒21と弁体22の両方に、同様の凹部を形成することができる。
弁筒21と弁体22をこのように構成することにより、液体の媒体に分散させた状態のフッ素樹脂微粉末の保持量を増やすことができるとともに、その流出を防止して、弁筒21と弁体22が接触する部分に、液体の媒体に分散させた状態のフッ素樹脂微粉末を長期間に亘って安定して保持することができるようになり、密閉形電池用安全弁構造の作動信頼性を一層向上することができる。
【0037】
【実施例】
以下、実施例を挙げて、本発明の内容及び効果を具体的に説明する。なお、本発明は、その要旨を逸脱しない限り以下の実施例に限定されるものではない。
【0038】
[比較例1〜4、実施例1〜14]
密閉形電池から、図1に示す構造の安全弁構造2の部分を取り外し、この安全弁構造2の弁筒21に被せるキャップ形のゴム製の弁体22に下記の塗布材料をそれぞれ塗布したときの潤滑性を下記条件により評価した。
ここで、キャップ形のゴム製の弁体22としては、クロロプレンゴム(CR)及びエチレンプロピレンジエン共重合ゴム(EPDM)を、それぞれ成形(寸法=高さ:7mm、内径:11.9mm、外径:13.8mm、天肉:1.1mm)したものを用いた。
なお、塗布材料に硫酸を混合しているのは、電池の電解液としての硫酸が混入した状態を再現したものである。
【0039】
得られた結果を表1に示す。下記結果から明らかなように、キャップ形のゴム製の弁体22に、▲1▼シリコーンオイルと硫酸又は▲2▼フッ素系オイルと硫酸を塗布した比較例では、いずれも1ヶ月後から潤滑性の不良が発生したのに対し、▲1▼フッ素樹脂微粉末と硫酸、▲2▼フッ素系オイルにフッ素樹脂微粉末を混合したものと硫酸又は▲3▼シリコーンオイルにフッ素樹脂微粉末を混合したものと硫酸を、それぞれ塗布して弁筒21と弁体22との接触面にフッ素樹脂微粉末を介在させた場合においては、潤滑性が低下することがなかった。
【0040】
(1)フッ素樹脂微粉末:平均粒子径2μm
(2)塗布材料
イ.シリコーンオイルと硫酸
ロ.フッ素系オイルと硫酸
ハ.フッ素樹脂微粉末と硫酸
ニ.フッ素系オイルにフッ素樹脂微粉末を10%混合したものと硫酸
ホ.フッ素系オイルにフッ素樹脂微粉末を20%混合したものと硫酸
ヘ.フッ素系オイルにフッ素樹脂微粉末を30%混合したものと硫酸
ト.シリコーンオイルにフッ素樹脂微粉末を10%混合したものと硫酸
チ.シリコーンオイルにフッ素樹脂微粉末を20%混合したものと硫酸
リ.シリコーンオイルにフッ素樹脂微粉末を30%混合したものと硫酸
【0041】
[潤滑性の評価]
ゴム製の弁体22に下記の塗布材料を塗布した後、ABS樹脂で成形された安全弁構造2の弁筒21に装着した。
実験雰囲気は、常温とし、装着時並びに1ヶ月、2ヶ月及び3ヶ月経過した時点における潤滑性の評価を行った。
潤滑性の評価は、弁筒21に装着した弁体22を指先でつまんで回転のしやすさを感覚評価し、回転性良好(○)、やや抵抗があるが回転はする(△)、貼り付いて回転しない(×)の3段階で潤滑性を評価した。
評価は、いずれも3回ずつ評価したときの平均値である。
【0042】
【表1】
【0043】
【発明の効果】
本発明の密閉形電池用安全弁構造によれば、密閉形電池を長期間安全な内圧に保持することができるとともに、電池内圧の上昇時には精度よく水素ガス等の内部ガスを放出することができ、安全弁構造の作動信頼性が高い。さらに詳しくは、電池内に発生した水素ガス等の内部ガスが、弁筒と弁体の隙間から放出されるにあたり、弁筒と弁体の隙間に電解液である硫酸が滲み出したり、この硫酸が霧状の状態でガスと共に噴き出したりして、弁筒と弁体の接触面に硫酸が付着しても、本発明の密閉形電池用安全弁構造の弁筒とキャップ形のゴム製の弁体の間にフッ素樹脂微粉末が介在することにより、キャップ形のゴム製の弁体が弁筒に貼り付き易くなることはなく、また、高温下で硫酸が濃縮されて弁筒と弁体の表面が若干侵されることがあっても、電池寿命が続く程度の期間は、弁筒とキャップ形のゴム製の弁体との貼り付きを防止することができる。
【0044】
また、液体の媒体に分散させた状態のフッ素樹脂微粉末を、弁筒に装着前の弁体に適用することにより、フッ素樹脂微粉末を、弁体の弁筒との接触面に、適量を均一に分散させて適用することができる。
【0045】
また、液体の媒体に混合するフッ素樹脂微粉末を1〜50重量%にすることにより、フッ素樹脂微粉末を分散させた状態の液体の媒体を、弁体に容易に適用することができる。
【0046】
また、フッ素樹脂微粉末を分散させる液体に、性状の安定したフッ素系オイルを用いることにより、長期間に亘って、安定した潤滑性を維持することができる。
【0047】
さらに、弁筒と弁体が接触する部分に、液体の媒体に分散させた状態のフッ素樹脂微粉末の所定量を保持する凹部を形成することにより、液体の媒体に分散させた状態のフッ素樹脂微粉末の保持量を増やすことができるとともに、その流出を防止して、弁筒と弁体が接触する部分に、液体の媒体に分散させた状態のフッ素樹脂微粉末を長期間に亘って安定して保持することができ、密閉形電池用安全弁構造の作動信頼性を一層向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る密閉形電池用安全弁構造の実施の形態の一例を示した縦断面である。
【図2】本発明に係る密閉形電池用安全弁構造の実施の形態の変形例を示した縦断面である。
【図3】従来の密閉形電池用安全弁構造の実施の形態の一例を示した縦断面である。
【符号の説明】
1 電槽蓋
2 密閉形電池用安全弁構造
21 弁筒
22 弁体
23 弁孔
24 上蓋
25 ガス放出口
26 フッ素樹脂微粉末
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉形電池用安全弁構造に関し、特に、密閉形電池を長期間安全な内圧に保持することができるとともに、電池内圧の上昇時には精度よくガスを放出することができるようにした密閉形電池用安全弁構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、密閉形電池は、図3に示すように、発電要素を収納した電槽を密閉する電槽蓋1を貫通して弁筒21を設け、この弁筒21にはガスを通気するための弁孔23を形成すると共に、弁筒21にキャップ形のゴム製の弁体22を装着した安全弁構造2を有している。
そして、通常、電槽蓋1には弁体22の上部に電槽で発生した水素ガス等の内部ガスを放出するときに、弁体22が弁筒21から外れるのを防止する上蓋24が載せられ、この上蓋24にはガス排気口25が設けられている。
【0003】
上記のような密閉形電池においては、弁筒21に装着したキャップ形のゴム製の弁体22は、電池を充電するときに水素ガスが発生して電池内圧が上昇した場合にはこの弁体22が径方向及び上方に膨れて弁筒21との間の隙間からガスを放出し、電池内圧が低下したときには弁体22が弁筒21に密着して外部からの空気の流入を防ぐために設けられている。
【0004】
このような密閉形電池の安全弁構造2は密閉形電池において重要な役割を果たすものである。即ち、使用期間が長くなっている密閉形電池の全使用期間中、電池の放電性能に関係する部材ではないが、安全弁構造を正常に作動させる必要があり、長期間その安全性、信頼性が保たれる必要がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の、密閉形電池の安全弁構造2においては、電池内の水素ガス等の内部ガスを弁筒21と弁体22の隙間から放出する際に、電解液である硫酸が滲み出したり、この硫酸が霧状の状態でガスと共に噴き出したりすることがある。
この場合、弁筒21とキャップ形のゴム製の弁体22の間に硫酸が付着してしまうが、弁筒21と弁体22の隙間に硫酸が付着するとキャップ形のゴム製の弁体22が弁筒21に貼り付き易くなり、特に高温下では硫酸が濃縮されて弁筒21と弁体22の表面を侵し、貼り付きがより生じ易くなる。
【0006】
また、電槽の弁筒21を形成する材料としてはABS樹脂やポリプロピレン樹脂が、ゴム製の弁体22を形成する材料としてはジクミルパーオキサイドや硫黄により加硫成形されたエチレンプロピレンジエン共重合ゴム(以下、「EPDM」と略記する場合がある。)やクロロプレンゴム等の合成ゴムが主に使われているが、この組み合わせも、弁体22のゴムの未反応基が弁筒21に作用して貼り付きが発生し易くなる原因と考えられる。
【0007】
さらに、この弁筒21に対する弁体22の貼り付きを生じ難くするために、ゴム製の弁体22を形成する材料としてフッ素ゴムを使用することが提案されているが、電池の使用期間が長くなると、弁体22をフッ素ゴムで形成したとしても、長期間の使用の間に弁筒21に対する弁体22の貼り付きを生じてしまうことがある。
【0008】
このほか、弁体22の内面にシリコーンオイルを塗布することも行われるが、シリコーンオイルに硫酸が飛散するとシリコーンオイルの主鎖が切れて環状化合物となり、それがさらに進むと揮発性物質(低分子シロキサン)となり蒸発してしまうので、弁筒21と弁体22間の潤滑性が低下し、弁体22が膨らんで開くことが困難になる。
【0009】
以上のような問題点により安全弁構造2の前記の機能が正常に働かなくなると、電池内圧の上昇により電槽が膨れたり破裂に至ったりすることがあり、また、弁筒21と弁体22との密着が保たれていないと、電池内圧が低下したときに空気が電池内に侵入して、硫酸が酸化されると共に陰極が酸化して、自己放電が大きくなり電池の保存特性が低下したり、細流充電使用時に細流電流値が大きくなり、格子腐食が大きくなって、電池寿命が短かくなるという問題点があった。
【0010】
本発明は、上記従来の密閉形電池用安全弁構造の有する問題点を解決し、密閉形電池を長期間安全な内圧に保持することができるとともに、電池内圧の上昇時には精度よく水素ガス等の内部ガスを放出することができるようにした、安全弁の作動信頼性が高い密閉形電池用安全弁構造を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の密閉形電池用安全弁構造は、密閉型電池の電槽蓋を貫通して形成した弁筒にキャップ形のゴム製の弁体を装着するようにした密閉形電池用安全弁構造において、前記弁筒と弁体との接触面にフッ素樹脂微粉末を介在させてなることを特徴とする。
【0012】
この密閉形電池用安全弁構造は、密閉形電池を長期間安全な内圧に保持することができるとともに、電池内圧の上昇時には精度よく水素ガス等の内部ガスを放出することができ、作動信頼性が高い。
【0013】
この場合において、液体の媒体に分散させた状態のフッ素樹脂微粉末を、弁筒に装着前の弁体に適用することができる。
【0014】
これにより、フッ素樹脂微粉末を、弁体の弁筒との接触面に、適量を均一に分散させて適用することができる。
【0015】
また、液体の媒体に混合するフッ素樹脂微粉末を1〜50重量%にすることができる。
【0016】
これにより、フッ素樹脂微粉末を分散させた状態の液体の媒体を、弁体に容易に適用することができる。
【0017】
また、フッ素樹脂微粉末を分散させる液体に、フッ素系オイルを用いることができる。
【0018】
これにより、長期間に亘って、安定した潤滑性を維持することができる。
【0019】
さらに、弁筒と弁体が接触する部分に、液体の媒体に分散させた状態のフッ素樹脂微粉末の所定量を保持する凹部を形成することができる。
【0020】
これにより、液体の媒体に分散させた状態のフッ素樹脂微粉末の保持量を増やすことができるとともに、その流出を防止して、弁筒と弁体が接触する部分に、液体の媒体に分散させた状態のフッ素樹脂微粉末を長期間に亘って安定して保持することができ、密閉形電池用安全弁構造の作動信頼性を一層向上することができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の密閉形電池用安全弁構造の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0022】
図1は、本発明に係る密閉形電池用安全弁構造における実施の形態の一例を示したものである。
この密閉形電池用安全弁構造は、密閉型電池の電槽蓋1を貫通して形成した弁筒21にキャップ形のゴム製の弁体22を装着するようにした密閉形電池用安全弁構造2において、前記弁筒21と弁体22との接触面にフッ素樹脂微粉末26を介在させるようにしたものである。
【0023】
この場合において、弁筒21と弁体22との接触面に介在させるフッ素樹脂微粉末26は、ポリテトラフルオロエチレン又はその変性重合体の微粉末であれば任意のものを用いることができ、その粒子径は通常1μm〜20μm程度のものであるが限定されるものではない。
【0024】
フッ素樹脂微粉末26は、液体の媒体に分散させた状態で適用するのが好ましく、この場合、液体の媒体としてはフッ素系オイル、シリコーンオイル或いは菜種油など任意の潤滑油を用いることができる。
この場合、フッ素樹脂微粉末26は液体の媒体中に、1〜50重量%、さらに好ましくは、1〜30重量%混合するのがよい。フッ素樹脂微粉末26の混合割合が30重量%を越えると分散液の粘度が高くなり、弁筒21と弁体22との接触面に分散液を適用し難くなり、50重量%を越えると分散液の適用が困難になる。
【0025】
フッ素樹脂微粉末26を分散させる媒体として最も好ましい液体の1つはフッ素系オイルであって、それ自体耐熱性、不燃性、耐酸化性を有する。典型的なフッ素系オイルの例として、下記の化学構造を持つフッ素系オイルを示すがこの化学構造に限定されるものではない。下記化学構造を有するフッ素系オイルは、低分子量のヘキサフルオロプロピレンエポキシドで、末端がフッ素で封鎖されたホモポリマーで、重合体の鎖は完全に飽和されており、炭素、酸素、フッ素から構成されている。
【0026】
【化1】
【0027】
このように、フッ素樹脂微粉末26を分散させる媒体としてフッ素系オイルを用いた場合、弁体22を構成するゴムの種類によっては、フッ素系オイルが吸着され、弁筒21と弁体22との接触面に存在するフッ素系オイルの量が減少することによって、フッ素系オイルによる潤滑性能が低下することがある。
これを防止するため、ゴム製の弁体22を予めフッ素系オイルに所定期間(特に限定されるものではないが、通常、数週間程度)浸漬することによって、弁体22にオイルを十分吸着させた後、弁体22にフッ素樹脂微粉末26を混合したフッ素系オイルを適用することが好ましい。
【0028】
また、フッ素樹脂微粉末26を分散させる媒体として好ましい液体の他の例としてはシリコーンオイルを挙げることができる。シリコーンオイルは、それ自体耐熱性、不燃性を有し、一定の温度までは耐酸化性を有する。典型的なシリコーンオイルは下記の化学構造を有するポリジメチルシロキサンで、主鎖はシロキサン結合であるが側鎖がメチル基であるため、高温時には、酸、アルカリが混入すると粘度の増加、ゲル化などが起こることがある。しかし、本発明の密閉形電池用安全弁構造においては、フッ素樹脂微粉末26が弁筒21と弁体22との間に介在しているため、弁筒21と弁体22とが貼り付いてしまうようなことがない。
【0029】
また、フッ素樹脂微粉末26を分散させる媒体として好ましい液体の他の例として菜種油を挙げることができる。菜種油は、それ自体耐熱性は十分ではないが、本発明の密閉形電池用安全弁構造においてフッ素樹脂微粉末26を分散させる媒体として用いる場合には、フッ素樹脂微粉末26が弁筒21と弁体22との間に介在しているため、弁筒21と弁体22とが貼り付いてしまうようなことはない。
【0030】
【化2】
【0031】
次に、このような密閉形電池用安全弁構造2の動作を、図1を参照して説明する。
【0032】
電槽蓋1を貫通して形成した弁筒21にキャップ形のゴム製の弁体22を装着するようにした密閉形電池用安全弁構造2を有する密閉型電池において、電池を充電するときには水素ガスが発生して電池内圧が上昇し、一定圧以上になるとキャップ形のゴム製の弁体22が径方向及び上方に膨れて弁筒21との間を押し広げて隙間を形成し、次いで、その隙間から水素ガス等の内部ガスが放出される。また、電池の内圧が低下したときにはキャップ形のゴム製の弁体22が弁筒21に密着して外部からの空気の流入を防ぐ。
【0033】
この場合、電池内に発生した水素ガスが、弁筒21と弁体22の隙間から放出されるにあたり、弁筒21と弁体22の隙間に電解液である硫酸が滲み出したり、この硫酸が霧状の状態でガスと共に噴き出したりして、弁筒21と弁体22の接触面に硫酸が付着しても、本発明の密閉形電池用安全弁構造2の弁筒21とキャップ形のゴム製の弁体22の間にフッ素樹脂微粉末26が介在することにより、キャップ形のゴム製の弁体22が弁筒21に貼り付き易くなることはなく、また、高温下で硫酸が濃縮されて弁筒21と弁体22の表面が若干侵されることがあっても、電池寿命が続く程度の期間は、弁筒21とキャップ形のゴム製の弁体22との貼り付きを防止することができる。
【0034】
また、密閉形電池に設けた本発明の安全弁構造2は、通常、電槽で発生した水素ガスを放出するときにキャップ形のゴム製の弁体22が弁筒21から上方へ抜けて外れるのを防止するために、弁体22の上面との間に若干の隙間を空けるようにして上蓋24を載せ、かつ、この上蓋24にはガス排気口25を設けて、水素ガス等の内部ガスをこのガス排気口から放出するようにする。
【0035】
このように、本発明の密閉形電池用安全弁構造2は、弁筒21と弁体22との接触面にフッ素樹脂微粉末26を介在させるので長期間使用される電池の信頼性、安全性を大きく向上させることができる。
【0036】
さらに、本発明の密閉形電池用安全弁構造2においては、弁筒21と弁体22が接触する部分に、液体の媒体に分散させた状態のフッ素樹脂微粉末の所定量を保持する凹部を形成することができる。
凹部を形成する箇所及び凹部の形状は、特に限定されるものではないが、例えば、図2(a)に示すように、弁筒21と接触する弁体22の内周面に溝状の凹部22a、より具体的には、幅0.5〜5mm、深さ0.05〜0.5mmの内周溝を1本乃至複数本(図示の実施例では2本)形成するようにしたり、図2(b)に示すように、弁体22と接触する弁筒21の外周面に溝状の凹部21a、より具体的には、幅0.5〜5mm、深さ0.05〜1.0mmの外周溝を1本乃至複数本(図示の実施例では2本)形成するようにしたり、さらに、弁筒21と弁体22の両方に、同様の凹部を形成することができる。
弁筒21と弁体22をこのように構成することにより、液体の媒体に分散させた状態のフッ素樹脂微粉末の保持量を増やすことができるとともに、その流出を防止して、弁筒21と弁体22が接触する部分に、液体の媒体に分散させた状態のフッ素樹脂微粉末を長期間に亘って安定して保持することができるようになり、密閉形電池用安全弁構造の作動信頼性を一層向上することができる。
【0037】
【実施例】
以下、実施例を挙げて、本発明の内容及び効果を具体的に説明する。なお、本発明は、その要旨を逸脱しない限り以下の実施例に限定されるものではない。
【0038】
[比較例1〜4、実施例1〜14]
密閉形電池から、図1に示す構造の安全弁構造2の部分を取り外し、この安全弁構造2の弁筒21に被せるキャップ形のゴム製の弁体22に下記の塗布材料をそれぞれ塗布したときの潤滑性を下記条件により評価した。
ここで、キャップ形のゴム製の弁体22としては、クロロプレンゴム(CR)及びエチレンプロピレンジエン共重合ゴム(EPDM)を、それぞれ成形(寸法=高さ:7mm、内径:11.9mm、外径:13.8mm、天肉:1.1mm)したものを用いた。
なお、塗布材料に硫酸を混合しているのは、電池の電解液としての硫酸が混入した状態を再現したものである。
【0039】
得られた結果を表1に示す。下記結果から明らかなように、キャップ形のゴム製の弁体22に、▲1▼シリコーンオイルと硫酸又は▲2▼フッ素系オイルと硫酸を塗布した比較例では、いずれも1ヶ月後から潤滑性の不良が発生したのに対し、▲1▼フッ素樹脂微粉末と硫酸、▲2▼フッ素系オイルにフッ素樹脂微粉末を混合したものと硫酸又は▲3▼シリコーンオイルにフッ素樹脂微粉末を混合したものと硫酸を、それぞれ塗布して弁筒21と弁体22との接触面にフッ素樹脂微粉末を介在させた場合においては、潤滑性が低下することがなかった。
【0040】
(1)フッ素樹脂微粉末:平均粒子径2μm
(2)塗布材料
イ.シリコーンオイルと硫酸
ロ.フッ素系オイルと硫酸
ハ.フッ素樹脂微粉末と硫酸
ニ.フッ素系オイルにフッ素樹脂微粉末を10%混合したものと硫酸
ホ.フッ素系オイルにフッ素樹脂微粉末を20%混合したものと硫酸
ヘ.フッ素系オイルにフッ素樹脂微粉末を30%混合したものと硫酸
ト.シリコーンオイルにフッ素樹脂微粉末を10%混合したものと硫酸
チ.シリコーンオイルにフッ素樹脂微粉末を20%混合したものと硫酸
リ.シリコーンオイルにフッ素樹脂微粉末を30%混合したものと硫酸
【0041】
[潤滑性の評価]
ゴム製の弁体22に下記の塗布材料を塗布した後、ABS樹脂で成形された安全弁構造2の弁筒21に装着した。
実験雰囲気は、常温とし、装着時並びに1ヶ月、2ヶ月及び3ヶ月経過した時点における潤滑性の評価を行った。
潤滑性の評価は、弁筒21に装着した弁体22を指先でつまんで回転のしやすさを感覚評価し、回転性良好(○)、やや抵抗があるが回転はする(△)、貼り付いて回転しない(×)の3段階で潤滑性を評価した。
評価は、いずれも3回ずつ評価したときの平均値である。
【0042】
【表1】
【0043】
【発明の効果】
本発明の密閉形電池用安全弁構造によれば、密閉形電池を長期間安全な内圧に保持することができるとともに、電池内圧の上昇時には精度よく水素ガス等の内部ガスを放出することができ、安全弁構造の作動信頼性が高い。さらに詳しくは、電池内に発生した水素ガス等の内部ガスが、弁筒と弁体の隙間から放出されるにあたり、弁筒と弁体の隙間に電解液である硫酸が滲み出したり、この硫酸が霧状の状態でガスと共に噴き出したりして、弁筒と弁体の接触面に硫酸が付着しても、本発明の密閉形電池用安全弁構造の弁筒とキャップ形のゴム製の弁体の間にフッ素樹脂微粉末が介在することにより、キャップ形のゴム製の弁体が弁筒に貼り付き易くなることはなく、また、高温下で硫酸が濃縮されて弁筒と弁体の表面が若干侵されることがあっても、電池寿命が続く程度の期間は、弁筒とキャップ形のゴム製の弁体との貼り付きを防止することができる。
【0044】
また、液体の媒体に分散させた状態のフッ素樹脂微粉末を、弁筒に装着前の弁体に適用することにより、フッ素樹脂微粉末を、弁体の弁筒との接触面に、適量を均一に分散させて適用することができる。
【0045】
また、液体の媒体に混合するフッ素樹脂微粉末を1〜50重量%にすることにより、フッ素樹脂微粉末を分散させた状態の液体の媒体を、弁体に容易に適用することができる。
【0046】
また、フッ素樹脂微粉末を分散させる液体に、性状の安定したフッ素系オイルを用いることにより、長期間に亘って、安定した潤滑性を維持することができる。
【0047】
さらに、弁筒と弁体が接触する部分に、液体の媒体に分散させた状態のフッ素樹脂微粉末の所定量を保持する凹部を形成することにより、液体の媒体に分散させた状態のフッ素樹脂微粉末の保持量を増やすことができるとともに、その流出を防止して、弁筒と弁体が接触する部分に、液体の媒体に分散させた状態のフッ素樹脂微粉末を長期間に亘って安定して保持することができ、密閉形電池用安全弁構造の作動信頼性を一層向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る密閉形電池用安全弁構造の実施の形態の一例を示した縦断面である。
【図2】本発明に係る密閉形電池用安全弁構造の実施の形態の変形例を示した縦断面である。
【図3】従来の密閉形電池用安全弁構造の実施の形態の一例を示した縦断面である。
【符号の説明】
1 電槽蓋
2 密閉形電池用安全弁構造
21 弁筒
22 弁体
23 弁孔
24 上蓋
25 ガス放出口
26 フッ素樹脂微粉末
Claims (5)
- 密閉型電池の電槽蓋を貫通して形成した弁筒にキャップ形のゴム製の弁体を装着するようにした密閉形電池用安全弁構造において、前記弁筒と弁体との接触面にフッ素樹脂微粉末を介在させてなることを特徴とする密閉形電池用安全弁構造。
- 液体の媒体に分散させた状態のフッ素樹脂微粉末を、弁筒に装着前の弁体に適用するようにしたことを特徴とする請求項1記載の密閉形電池用安全弁構造。
- 液体の媒体にフッ素樹脂微粉末を1〜50重量%混合するようにしたことを特徴とする請求項2記載の密閉形電池用安全弁構造。
- 液体がフッ素系オイルであることを特徴とする請求項2又は3記載の密閉形電池用安全弁構造。
- 弁筒と弁体が接触する部分に、液体の媒体に分散させた状態のフッ素樹脂微粉末の所定量を保持する凹部を形成したことを特徴とする請求項2、3又は4記載の密閉形電池用安全弁構造。
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2003
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- 2003-07-18 CN CNA031786472A patent/CN1477723A/zh active Pending
Cited By (2)
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WO2006004143A1 (ja) * | 2004-07-02 | 2006-01-12 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | ニッケル水素蓄電池 |
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