JP2006294669A - 圧力開放弁 - Google Patents

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Abstract

【課題】コンデンサ、キャパシタまたは電池等の圧力容器における外装ケース2を構成するラミネート3に対して圧力開放弁11を容易にかつ強固に取り付けることができる圧力開放弁11の取付構造を提供する。
【解決手段】外装ケース2がラミネート3よりなるラミネートタイプのコンデンサ、キャパシタまたは電池等の圧力容器に設けられ、容器内圧が所定値に達したときに開弁して内圧を開放する圧力開放弁11であって、ラミネート3に設けた開口部6に挿入される弁ハウジング12を有し、弁ハウジング12はラミネート3の開口周縁部7の内側に配置されるフランジ状の取付部16を有し、フランジ状の取付部16と固定用バネ板部材24の間にラミネート3の開口周縁部7を挟み込むことによってラミネート3に固定される。また取付部16とラミネート3の開口周縁部7間にガスケット25が介装される。
【選択図】図2

Description

本発明は、ラミネートタイプのコンデンサ、キャパシタまたは電池等の圧力容器に設けられ、前記圧力容器の内圧が所定値に達したときに開弁して前記内圧を開放する圧力開放弁に関するものである。本発明の圧力開放弁は、家電分野や自動車分野等において用いられる。
本願出願人は先に、図10および図11に示す圧力開放弁を提案しており、この圧力開放弁は、コンデンサ等の圧力容器(図示せず)の開口部に封着される封口板51に開設された圧力開放口52と、この圧力開放口52内に同心的に設けられ前記封口板51に固定された軸部53と、前記圧力開放口52内に密嵌固定された弁本体54とからなり、弁本体54は、前記圧力容器の外側(図10では上方)を向くとともに前記軸部53の外周面に所定の緊迫力で密接されたシールリップ55を有する構造を備えており、すなわちこの先願発明は、封入液の蒸発や外部からの異物等の浸入を防止するとともに、内圧上昇時に確実に圧力開放する機能を有する圧力開放弁について言及している(特許文献1参照)。
ところで、近年、これらの圧力容器、特にキャパシタや二次電池については、その収容空間を有効利用する省スペースの観点から、ラミネートタイプの製品が開発されている。ここにラミネートタイプとは、アルミニウム等の金属箔とプラスチックフィルムとを重ね合せることによって形成したラミネートフィルムを外装ケースとして使用するものをいう。
しかしながら、このラミネートタイプには、その省スペース化は実現できるものの、ラミネートが軟質材であることから、ケース内部で発生するガスを適切にケース外部に放出しないと、ケースが膨れ上がるという不都合がある。ケース内部で発生するガスを外部に放出するには、ケースの一部にフィルタ等を用いれば良いが、通常のフィルタでは外部から水蒸気が浸入してしまうので、使用することができない。また、上記したようにラミネートは軟質材であることから、このラミネートに圧力開放弁を取り付けるのはなかなか困難である。
また、ラミネートタイプのコンデンサ等に圧力開放機構を設けたものとして以下の従来技術が提案されているが、それぞれ併記する欠点を有している。
1)溶接部の破断による内圧開放構造
(a)特開2001−283928
構成)密閉形電池用パッケージの融着代に、特定領域がリチウム塩化合物を含有する融着性樹脂により融着された防爆部を備え、このリチウム塩化合物を含有する融着性樹脂が融着した融着代が、密閉形電池用パッケージの内圧が所定値以上に達したときに剥離可能とすることで、内圧開放機能を担っている。
欠点)しかしながら、このような内圧開放構造では、異常時のガスの開放は可能であるが、使用時の電解液分解等による内圧(低圧)上昇時のガス開放ができず、パッケージが膨張してしまう。また、一度開放してしまうと、以前の密封性を保持できない。また、ガス開放圧力の設定が難しい、等の問題がある。
(b)特開2004−103369
構成)周囲に溶接代を形成した本体ケースに極板群を収納し、溶接代上に蓋板を被せて溶接代で溶接するとき、溶接線上に部分的に溶接強度を低下させて易破断部を形成し、内圧が異常上昇したとき易破断部の溶接を破断させて内圧を外部放出する。
欠点)しかしながら、このような内圧開放構造では、異常時のガスの開放は可能であるが、使用時の電解液分解等による内圧(低圧)上昇時のガス開放ができず、パッケージが膨張してしまう。また、一度開放してしまうと、以前の密封性を保持できない。また、ガス開放圧力の設定が難しい、等の問題がある。
2)一方向弁をフィルムに溶着
(c)特開2003−037028
構成)外装ケースの内側にガス放出弁が取り付けられ、更にこの外装ケースには、ガス放出弁から外部へガスを放出させるためのピンホールが形成されている。更にガス放出弁は、内部発生ガスを透過する選択性ガス透過材料で覆うように構成している。
効果)このため、外装ケース内部で発生したガスは、ガス放出弁を介してピンホールから外部へと放出され、これによって外装ケース内部で発生したガス(例えば、一酸化炭素や二酸化炭素)を外部に放出する一方で、外部から浸入する酸素や水分等は阻止することが可能となる。またこの選択性ガス透過材料を設けたことによって、外装ケース内に存在する電解液が、ガス放出時に共に外部に漏出するのを防ぐこともできる。この結果、上記外装ケースの膨れによって密閉が損なわれるのを防止すると共に、長期における電気特性の安定性を向上することができる。
欠点)液体の粘性を利用したシール機構は、外部温度による粘性変化の影響を受けやすく、開放圧力の設定が難しい。通気孔の径が小さいため、異常時のガス放出が不可能である。
3)一方向弁をケースに溶着
(d)特開2004−071725
構成)アルミラミネートフィルムで包装された電気化学素子に放圧弁を設けた構造において、前記放圧弁として、樹脂で構成された台座と、該台座に取り付ける放圧ゴムとの組み合わせを用いることを特徴とする。
効果)この構造により、放圧弁は、アルミラミネートフィルムと溶着させる台座とこの台座に取り付けられる放圧ゴムとの組み合わせであるため、アルミラミネートフィルムと溶着させる場合は台座だけを加熱接着させるだけで後から放圧ゴムを取り付ければよいので、構成がシンプルであり、取付ミスが少ない。
欠点)弁シール原理が、一体成形されたゴム先端部に形成されたスリット部であるため、プリロードを大きく設定するのが難しく、高い開弁圧の弁は作れない。
PCT WO03/044397 A1公報 特開2001−283928公報 特開2004−103369公報 特開2003−037028公報 特開2004−071725公報
本発明は以上の点に鑑みて、コンデンサ、キャパシタまたは電池等の圧力容器における外装ケースを構成するラミネートに対して圧力開放弁を容易に取り付けることができ、しかもラミネートに対して圧力開放弁を強固に取り付けることができる圧力開放弁の取付構造を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の請求項1による圧力開放弁は、外装ケースがラミネートよりなるラミネートタイプのコンデンサ、キャパシタまたは電池等の圧力容器に設けられ、前記圧力容器の内圧が所定値に達したときに開弁して前記内圧を開放する圧力開放弁であって、前記ラミネートに設けた開口部に挿入される弁ハウジングを有し、前記弁ハウジングは、前記ラミネートの開口周縁部の内側に配置されるフランジ状の取付部を有し、前記フランジ状の取付部と前記ラミネートの開口周縁部の外側に配置される固定用バネ板部材との間に前記ラミネートの開口周縁部を挟み込むことによって前記ラミネートに固定され、前記フランジ状の取付部と前記ラミネートの開口周縁部との間に、前記弁ハウジングおよびラミネート間をシールするガスケットを介装したことを特徴するものである。
また、本発明の請求項2による圧力開放弁は、外装ケースがラミネートよりなるラミネートタイプのコンデンサ、キャパシタまたは電池等の圧力容器に設けられ、前記圧力容器の内圧が所定値に達したときに開弁して前記内圧を開放する圧力開放弁であって、前記ラミネートに設けた開口部に挿入される弁ハウジングを有し、前記弁ハウジングは、前記ラミネートの開口周縁部の内側に配置されるフランジ状の取付部を有し、前記フランジ状の取付部を前記ラミネートの開口周縁部に溶着することによって前記ラミネートに固定されることを特徴とするものである。
本発明は、以下の効果を奏する。
すなわち、上記構成を備えた本発明の請求項1による圧力開放弁においては、圧力容器のラミネートに開口部を設け、この開口部に弁ハウジングを挿入する。弁ハウジングは、その外周にフランジ状の取付部を有し、このフランジ状の取付部をラミネートの開口周縁部の内側に配置する。また、ラミネートの開口周縁部の外側には、固定用バネ板部材を配置する。そして、フランジ状の取付部と固定用バネ板部材との間にラミネートの開口周縁部を挟み込むことによって弁ハウジングをラミネートに固定する構成としたことから、弁ハウジングを軟質材よりなるラミネートに対して容易にかつ強固に取り付けることができる。また、フランジ状の取付部とラミネートの開口周縁部との間に配置するガスケットによって弁ハウジングおよびラミネート間をシールする構成としたことから、両者の間から内封液が漏洩したり、外部異物が浸入したりするのを有効に防止することができる。
また、上記構成を備えた本発明の請求項2による圧力開放弁においては、弁ハウジングが熱可塑性樹脂等よりなる場合に、圧力容器のラミネートに開口部を設け、この開口部に弁ハウジングを挿入する。弁ハウジングは、その外周にフランジ状の取付部を有し、このフランジ状の取付部をラミネートの開口周縁部の内側に配置する。そして、このフランジ状の取付部をラミネートの開口周縁部に溶着することによって弁ハウジングをラミネートに固定する構成としたことから、弁ハウジングを軟質材よりなるラミネートに対して容易にかつ強固に取り付けることができる。また、フランジ状の取付部をラミネートの開口周縁部に溶着することによって弁ハウジングおよびラミネート間をシールする構成としたことから、ガスケットを介装しなくても両者の間から内封液が漏洩したり、外部異物が浸入したりするのを有効に防止することができる。
つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。
第一実施例・・・
図1は、本発明の第一実施例に係る圧力開放弁を取り付けるコンデンサ、キャパシタまたは電池等の圧力容器1の外観を示しており、この圧力容器1は、アルミニウム等の金属箔とプラスチックフィルムとを重ね合せることによって形成したラミネートフィルム(ラミネート)3を外装ケース2として使用するラミネートタイプに属するものである。符号4および5は、ラミネート3から外部へ突出するように配置された電極端子を示している。
この圧力容器1において、当該実施例に係る圧力開放弁は、図のC部に取り付けられ、ラミネート3がフレキシブルな軟質材であることから、以下のような特殊な取付構造が採用されている。また、当該実施例に係る圧力開放弁は、通常の使用状態では圧力容器1の内圧が設定開弁圧未満であるので閉弁しており、内圧が設定開弁圧に達すると開弁して内圧を大気開放する。当該圧力開放弁11は以下のように構成されている。
すなわち、図2に示すように先ず、上記ラミネート3に平面円形の開口部6が設けられており、この開口部6に弁ハウジング12が挿入されている。
この弁ハウジング12は、所定の高分子材料、例えば熱硬化性樹脂によって円盤状に成形されており、上記ラミネート3の開口部6に圧力容器1の内側(図では下側)から差し込まれる筒状部13と、この筒状部13の中心軸線上に設けられた軸部14と、筒状部13および軸部14を連結した円周上複数(例えば3等配)の連結部15と、筒状部13の下端部外周面に設けられたフランジ状の取付部(平坦部とも称する)16とを一体に有している。連結部15同士の間の空間は、弁ハウジング12の内外すなわち圧力容器1の内外を連通する連通部17とされ、連通部17および連結部15の外側(図では上側)であって筒状部13と軸部14の間の環状空間は、弁本体20を取り付けるための弁取付空間18とされている。
この弁取付空間18は、弁ハウジング12の上面に開口するように形成されていて、円筒面状の内周面18aと平面状の底面18bとを有しており、底面18bの中央に、円筒面状の外周面14aを備えた上記軸部14が上方に向けて設けられている。図示はしないが、弁取付空間18の内周面18aには、弁本体20を抜け止めするための段差状の係合部を設けても良い。底面12bには上記したように、圧力容器1の内外を連通する連通部17が複数円周上に並んで設けられている。軸部14は、その中心軸線を弁ハウジング12の厚み方向に向けて配置されて弁ハウジング12に対して一体成形されており(但し、別体であっても良い)、その外周面14aが、当該圧力開放弁11の弁体をなすリップ部22cに対する弁座面として作用する。
上記弁取付空間18にその上方すなわち圧力容器1の外側から弁本体20が圧入されており、この弁本体20は、補強環21にゴム状弾性材製の弾性体22を加硫接着したものである。補強環21は、弁取付空間18の内周面18aに嵌合される筒状部21aの一端に径方向内方へ向けてフランジ部21bを一体形成したものであって、断面形状が近似L字形をなすように形成されている。また、弾性体22には、補強環21の筒状部21aの外周面に被着されて弁本体20および弁ハウジング12(弁取付空間18の内周面18a)間をシールする外周シール部22aと、補強環21のフランジ部21bの下面に被着されて同じく弁本体20および弁ハウジング12(弁取付空間18の底面18b)間をシールする端面シール部22bとが一体に設けられ、更に補強環21の内周側に位置して、軸部14の外周面14aに接離自在に密接する外向き(図上上向き)のリップ部22cが一体に設けられている。
このリップ部22cは、当該圧力開放弁11における弁体として作用し、すなわちこのリップ部22cはガータスプリング23を嵌着される等して軸部14に対して所定の大きさの締めしろをもって接触(着座)しており、容器1内部の圧力が所定値未満であるときには閉弁しており、容器1内部の圧力が所定値に達すると、リップ部22cが軸部14から離れて開弁する。したがって、所定値を上回る分の圧力を容器1外部へ放出することが可能とされている。また、内圧が開放された後は、リップ部22cの弾性とガータスプリング23の緊迫力による復元力によって直ちに閉弁する。リップ部22cないし当該圧力開放弁11はその作動からして一方向弁をなしている。
上記弁ハウジング12は、ラミネート3の開口周縁部7の内側に配置されるフランジ状の取付部16と、ラミネート3の開口周縁部7の外側に配置される固定用バネ板部材24との間にラミネート3の開口周縁部7を挟み込むことによってラミネート3に固定されている。
図3に示すように、固定用バネ板部材24は、平板環状の挟圧部24aの内周縁に板バネ部(片持ちバネ部)24bを多数全周に亙って一体成形したものであって、板バネ部24bをもって弁ハウジング12の筒状部13の外周面に強固に固定され、挟圧部24aがフランジ状の取付部16との間でラミネート3の開口周縁部7を強固に挟圧する。バネ板部材24の材質は、金属、樹脂の何れでも良いが、好ましくは、耐食性のある金属(例えばステンレス、銅系合金のバネ材のメッキ処理品等)が良い。
また、弁ハウジング12の取付部16とラミネート3の開口周縁部7との間には、平板環状を呈するゴム状弾性材製のガスケット25が介装されており、このガスケット25の介在によって、弁ハウジング12およびラミネート3間がシールされている。ガスケット25の材質については、ゴム材料では、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、ビニル変性ブチルゴム、エチレンプロピレン系ゴム、フッ素ゴム、アクリル系ゴムまたは水素添加二トリルゴム等の飽和系ゴムが挙げられ、架橋剤、充填剤、可塑剤または老化防止剤等を適宜配合する。
上記構成の圧力開放弁11においては、圧力容器1の外装ケース2であるラミネート3に開口部6が設けられ、開口部6に円盤状の弁ハウジング12が挿入され、弁ハウジング12の一端部外周面に設けたフランジ状の取付部16と固定用バネ板部材24との間にラミネート3の開口周縁部7を挟み込むことによって弁ハウジング12がラミネート3に固定されるよう構成されていることから、ラミネート3の開口部6に弁ハウジング12を差し込んで反対側から固定用バネ板部材24を圧入する手順のみにて弁ハウジング12をラミネート3に取り付けることができ、その取付は固定用バネ板部材24のバネ性によって極めて強固なものとされる。したがって初期の目的どおり、圧力容器1における外装ケース2を構成するラミネート3に対して圧力開放弁11を容易に取り付けることができ、しかもラミネート3に対して圧力開放弁11を強固に取り付けることができる圧力開放弁11の取付構造を提供することができる。
また、フランジ状の取付部16とラミネート3の開口周縁部7との間にガスケット25が介装されて弁ハウジング12およびラミネート3間をシールするよう構成されていることから、両者2,12の間から内封液が漏洩したり、外部異物が浸入したりするのを有効に防止することができる。
尚、このガスケット25によるシール性については、図4に示すように、フランジ状の取付部16の上面にシールビード16aを設けることにより、このビード16aがガスケット25に食い込むため、シール性を一層向上させることができる。フランジ状の取付部16の上面には、ガスケット25を挿入する溝を形成しても良い。
また、図5(A)に示すように、ガスケット25は平板環状に成形されるが、図5(B)に示すように、その両面または片面(図では両面)にシールビード25aを設けることによりシール性を向上させるようにしても良い。
また、ガスケット25は、弁ハウジング12に対して別体とされるが、その加硫時に直接、弁ハウジング12の表面に成形することにしても良い。熱硬化性樹脂、例えばフェノール樹脂の場合はゴム加硫温度(約200℃)に影響されることがないので、ゴムの焼付(接着)も可能である。
第二実施例・・・
また、上記第一実施例では、固定用バネ板部材24は、平板環状の挟圧部24aの内周縁に板バネ部24bを多数全周に亙って一体成形した形状とされ、テーパー面状に形成された板バネ部24bが弁ハウジング12の筒状部13の外周面に弾性的に嵌合することによってこの固定用バネ板部材24が弁ハウジング12に対して固定される構成とされているが、この固定用バネ板部材24の弁ハウジング12に対する固定構造は、図6に示すように、固定用バネ板部材24に断面V字形を呈する板バネ部24cを設けて、この断面V字状の板バネ部24cをフランジ状の取付部16の上面に設けた溝状凹部16bに楔のように圧入するものとしても良い。
この場合、固定用バネ板部材24は、図7に示すように、平板環状の挟圧部24aの外周縁に板バネ部24cを多数全周に亙って一体成形した形状とされ、板バネ部24cは、V字をなす内周側の面24dと外周側の面24eとを一体に有している。また図示するように、外周側の面24eの端部を折り曲げて平面部24fとすると、この平面部24fによってもラミネート3およびガスケット25を押さえ付けることができる。一方、ラミネート3およびガスケット25は平面状のものがV字状の板バネ部24cによって押圧されることにより凹部16b内に押し込められることになる。
第三実施例・・・
また、弁ハウジング12の材質が熱可塑性樹脂よりなる場合には、フランジ状の取付部16をラミネート3の開口周縁部7に溶着することによって弁ハウジング12をラミネート3に固定するようにしても良い。
この場合、溶着は、図8に示すように、予め取付部16の上面に溶着用突起16cを設けておき、溶着ヘッド31を用いて、熱圧着、振動溶着または超音波溶着等の手段によって突起16cを溶融して接合する。突起16cの周りには、溶融した樹脂を溜める溝状の材料溜り16dを設けておくと良い。図9に示すように、溶着後、弁ハウジング12はラミネート3に対して強固に接合される。
この構成によれば、圧力容器1の外装ケース2であるラミネート3に開口部6が設けられ、開口部6に円盤状の弁ハウジング12が挿入され、弁ハウジング12の一端部外周面に設けたフランジ状の取付部16をラミネート3の開口周縁部7に溶着することによって弁ハウジング12がラミネート3に固定されるように構成されていることから、弁ハウジング12をラミネート3に溶着する手順のみにて弁ハウジング12をラミネート3に取り付けることができ、その取付は溶着によって極めて強固なものとされる。したがって初期の目的どおり、圧力容器1における外装ケース2を構成するラミネート3に対して圧力開放弁11を容易に取り付けることができ、しかもラミネート3に対して圧力開放弁11を強固に取り付けることができる圧力開放弁11の取付構造を提供することができる。
また、フランジ状の取付部16がラミネート3の開口周縁部7に溶着されて弁ハウジング12およびラミネート3間をシールするように構成されていることから、ガスケットを用いなくても両者2,12の間から内封液が漏洩したり、外部異物が浸入したりするのを有効に防止することができる。
尚、上記第二および第三実施例の他の構成はそれぞれ、上記第一実施例と同じである。したがって、同一の符号を付して説明を省略する。
本発明の実施例に係る圧力開放弁を取り付ける圧力容器の外観斜視図 本発明の第一実施例に係る圧力開放弁の断面図 同圧力開放弁における固定用バネ板部材の単品斜視図 同圧力開放弁における弁ハウジングの他の例を示す単品断面図 (A)は同圧力開放弁におけるガスケットの単品断面図、(B)は同圧力開放弁におけるガスケットの他の例を示す単品断面図 本発明の第二実施例に係る圧力開放弁の断面図 同圧力開放弁における固定用バネ板部材の単品斜視図 本発明の第三実施例に係る圧力開放弁の取付工程を示す断面図 同圧力開放弁の取付工程完了後の状態を示す断面図 従来例にかかる圧力開放弁の断面図 同圧力開放弁の底面図であって図10におけるD方向矢視図
符号の説明
1 圧力容器
2 外装ケース
3 ラミネート
4,5 電極端子
6 開口部
7 開口周縁部
11 圧力開放弁
12 弁ハウジング
13,21a 筒状部
14 軸部
14a 外周面
15 連結部
16 取付部
16a,25a シールビード
16b 溝状凹部
17 連通部
18 弁取付空間
18a 内周面
18b 底面
20 弁本体
21 補強環
21b フランジ部
22 ゴム状弾性体
22a 外周シール部
22b 内周シール部
22c リップ部
23 ガータスプリング
24 固定用バネ板部材
24a 挟圧部
24b,24c 板バネ部
24d 内周側面
24e 外周側面
24f 平面部
25 ガスケット
31 溶着ヘッド

Claims (2)

  1. 外装ケース(2)がラミネート(3)よりなるラミネートタイプのコンデンサ、キャパシタまたは電池等の圧力容器(1)に設けられ、前記圧力容器(1)の内圧が所定値に達したときに開弁して前記内圧を開放する圧力開放弁(11)であって、
    前記ラミネート(3)に設けた開口部(6)に挿入される弁ハウジング(12)を有し、
    前記弁ハウジング(12)は、前記ラミネート(3)の開口周縁部(7)の内側に配置されるフランジ状の取付部(16)を有し、前記フランジ状の取付部(16)と前記ラミネート(3)の開口周縁部(7)の外側に配置される固定用バネ板部材(24)との間に前記ラミネート(3)の開口周縁部(7)を挟み込むことによって前記ラミネート(3)に固定され、
    前記フランジ状の取付部(16)と前記ラミネート(3)の開口周縁部(7)との間に、前記弁ハウジング(12)およびラミネート(3)間をシールするガスケット(25)を介装したことを特徴する圧力開放弁。
  2. 外装ケース(2)がラミネート(3)よりなるラミネートタイプのコンデンサ、キャパシタまたは電池等の圧力容器(1)に設けられ、前記圧力容器(1)の内圧が所定値に達したときに開弁して前記内圧を開放する圧力開放弁(11)であって、
    前記ラミネート(3)に設けた開口部(6)に挿入される弁ハウジング(12)を有し、
    前記弁ハウジング(12)は、前記ラミネート(3)の開口周縁部(7)の内側に配置されるフランジ状の取付部(16)を有し、前記フランジ状の取付部(16)を前記ラミネート(3)の開口周縁部(7)に溶着することによって前記ラミネート(3)に固定されることを特徴とする圧力開放弁。
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