JP2010144769A

JP2010144769A - 過剰圧力開放弁及びそれを有する過剰圧力開放ユニット

Info

Publication number: JP2010144769A
Application number: JP2008320504A
Authority: JP
Inventors: Masashi Nemoto; 雅司根本; Takashi Akaike; 尚思赤池; Masaki Endo; 雅樹遠藤; Takeo Yamashita; 武生山下
Original assignee: Asahi Rubber Inc
Current assignee: Asahi Rubber Inc
Priority date: 2008-12-17
Filing date: 2008-12-17
Publication date: 2010-07-01
Anticipated expiration: 2028-12-17
Also published as: JP5193014B2

Abstract

【課題】比較的低い過剰圧力でも確実に作動してその圧力を安全かつ確実に外界へ開放でき、小型で簡易な構成であって、作動圧力の再現性に優れ同品質のものを大量生産でき、ディスポーザブルである安価な過剰圧力開放弁、及びそれを有する過剰圧力解放ユニットを提供する。
【解決手段】過剰圧力開放弁１は、ゴム弾性板１１の裏面側２０にかかる過剰圧力を、前記ゴム弾性板１１の表裏何れかの面側１０・２０に設けられた脆弱部１２の破裂によってその表面側１０の外界へ開放する過剰圧力開放弁であって、前記脆弱部１２が、前記何れかの面側１０・２０から前記ゴム弾性板１１の内部へ向く尖端を有する窪み１３、又は前記何れかの面側から前記ゴム弾性板１１の内部へ傾斜して切れ込まれたスリットであるというものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、密閉された燃料電池、二次電池の電解槽、反応容器、貯蔵容器のような閉鎖系容器、又は配管から、それらの内部の過剰圧力を安全に外界へ開放するゴム弾性を有する開放弁、及びそれを有する過剰圧力開放ユニットに関するものである。

燃料電池、ニッケルカドミウム電池・ニッケル水素電池・リチウムイオン電池・鉛蓄電池のような二次電池は、携帯電話、ラップトップパーソナルコンピュータ等のポータブル電子機器・家電製品や、自動車の電源として、用いられる。

これらの電池の内部圧力が過剰となったときにその圧力を自動的に外界へ開放する安全弁が、電池容器に取り付けられている。

安全弁として、例えば、特許文献１に、弁体を弁座に着座させて流路を閉じる手段と、リリーフ管路への接続部とを有し、リリーフ管路の内部圧力がばね手段による閉弁力を超えたとき、弁体を弁座から離座させるリリーフ弁が、開示されている。一般に金属ばねやそれに付属するＯリングとゴム製弁とが密着して次第に固着し易いため、設計した所望の圧力値で開放できず作動圧がばらついたり変動したりしてしまい、所望通りに金属ばねで過剰内部圧力を開放できない恐れがある。

特許文献２に、所定パターンの孔を有する金属板にフィルムポリマーを介して熱溶着により金属箔が接合している電池用安全弁材料が、開示されている。特許文献３に、一端が開口する積層フィルム製の袋体の内部に電池の構成材料を収納し、電極リードを内部から外部に延長して開口部が封止される形式の電池ケースにおいて、電極リードが通る袋体の開口部が、内側の仕切りシール部と外側のシール部とで封止され、電池の構成材料が収納される主室と電極リードが通る従属室とが設けられ、従属室の電極リードに、内圧上昇により接続が切り離されるシャットダウン機構が設けられた安全弁付き電池ケースが、開示されている。また特許文献４に、極板群を収納したフィルム周囲の接合部の一部に、極板群が収納された空間と連通した湾状空間部を設け、該湾状空間部において一方のフィルム外面から他方のフィルム外面まで貫通する小孔又はスリットを形成した安全弁部を有密閉形二次電池が、開示されている。フィルムを溶着したりシールしたりフィルムに小孔等を設けたりした弁は、煩雑なうえ、安全弁作動圧が溶着程度に依存するため再現性や均質性を維持し難く、さらに作動圧力未満の圧力で次第に劣化し易い。

特開２００６−２７５１５６号公報特開２００１−２３５９７号公報特開２０００−６７８４６号公報特開平５−４７３６３号公報

本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、比較的低い過剰圧力でも確実に作動して、設計された圧力値通りに、過剰圧力を、ばらつくことなく、安全かつ確実に外界へ開放でき、小型で簡易な構成であって、作動圧力の再現性に優れ同品質のものを大量生産でき、ディスポーザブルである安価な過剰圧力開放弁、及びそれを有する過剰圧力解放ユニットを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するためになされた特許請求の範囲の請求項１に記載の過剰圧力開放弁は、ゴム弾性板の裏面側にかかる過剰圧力を、前記ゴム弾性板の表裏何れかの面側に設けられた脆弱部の破裂によってその表面側の外界へ開放する過剰圧力開放弁であって、前記脆弱部が、前記何れかの面側から前記ゴム弾性板の内部へ向く尖端を有する窪み、又は前記何れかの面側から前記ゴム弾性板の内部へ傾斜して切れ込まれたスリットであることを特徴とする。

請求項２に記載の過剰圧力開放弁は、請求項１に記載されたもので、前記脆弱部を、前記ゴム弾性板の中央に有していることを特徴とする。

請求項３に記載の過剰圧力開放弁は、請求項２に記載されたもので、前記脆弱部が、前記表裏面に沿う横断面を一文字状、Ｕ字状、Ｖ字状、Ｓ字状、十文字状、星印状、又は放射状とする前記窪み若しくは前記スリットであり、又は円錐状若しくは角錐状の前記窪みであることを特徴とする。

請求項４に記載の過剰圧力開放弁は、請求項２に記載されたもので、前記脆弱部が、溝からなる前記窪みで形成されており、前記溝が、前記表裏面に直交する縦断面をＵ字状、Ｖ字状、コ字状、又は五角形状とすることを特徴とする。

請求項５に記載の過剰圧力開放弁は、請求項１に記載されたもので、前記ゴム弾性板が、シリコーンゴム製であることを特徴とする。

請求項６に記載の過剰圧力開放ユニットは、ゴム弾性板の裏面側にかかる過剰圧力を、前記ゴム弾性板の表裏何れかの面側に設けられた脆弱部の破裂によってその表面側の外界へ開放する過剰圧力開放弁が、閉鎖系の容器、配管、及び／又はそれに連結される外部コネクタ内に、設けられており、前記脆弱部が、前記何れかの面側から前記ゴム弾性板の内部へ向く尖端を有する窪み、又は前記何れかの面側から前記ゴム弾性板の内部へ傾斜して切れ込まれたスリットであることを特徴とする。

請求項７に記載の過剰圧力開放ユニットは、請求項６に記載されたもので、前記過剰圧力開放弁が、その表面側でキャップにより覆われていることを特徴とする。

請求項８に記載の過剰圧力開放ユニットは、請求項７に記載されたもので、前記キャップが、前記過剰圧力による前記破裂に応じて外れるように、捻じ込まれ、若しくは前記破裂に応じてまくれるように、押し込まれており、又は前記過剰圧力による前記破裂に応じた音波若しくは信号の発生器に接続されていることを特徴とする。

請求項９に記載の過剰圧力開放ユニットは、請求項６に記載されたもので、前記容器、配管又は外部コネクタへ着脱する連結具が付されていることを特徴とする。

本発明の過剰圧力開放弁は、燃料電池等の閉鎖系容器や配管に簡易に装入して用いられるもので、小型で簡易な構造を有するものに、好ましく用いられる。この過剰圧力開放弁は、１０ｋＰａ程度の比較的低い圧力から２０００ｋＰａ程度の圧力までの広範な過剰内部圧力、特に高圧ガス法で規制されている１０００ｋＰａ以内の所期の過剰内部圧力で、設計された圧力値通りに、経時変化せずに、また、ばらつくことなく、正確かつ確実に作動し、その圧力を安全かつ確実に外界へ開放できる高性能のものである。過剰圧力開放弁は、均一なものを大量に低コストで製造でき、生産性が高い。しかも過剰圧力を開放すべき槽や容器や配管に合わせて自在に設計できる。また、開放すべき過剰圧力に応じた任意の圧力で作動させることができる。

この過剰圧力開放弁は、燃料電池、二次電池の電解槽、反応容器のように、冬期・夏期を通して−３０〜１００℃程度、特に室温付近又はそれより幾分高い温度で、正確に再現性良く、所期の過剰圧力を開放することができるものである。

本発明の過剰圧力開放ユニットは、過剰圧力を開放すべき閉鎖系の容器、配管、それに連結される外部コネクタに過剰圧力開放弁を装着した簡易な構成であるが、小型であっても圧力を安全かつ確実に外界へ開放できる。また、この過剰圧力開放弁を有するユニットは、一旦、過剰圧力を開放したときに、明瞭に交換すべきことを表示でき、しかも迅速に交換可能なディスポーザブルにすることができる。

発明を実施するための好ましい形態

以下、本発明の実施の好ましい形態を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの形態に限定されるものではない。

本発明の過剰圧力開放弁１は、実施例に対応する図１を参照して説明すると、シリコーンゴム製の円板状のゴム弾性板１１の裏面側２０に、そこへかかる過剰圧力を破裂によって表面側１０の外界へ開放する脆弱部１２を形成する窪み１３が設けられたものである。窪み１３は、ゴム弾性板１１の裏面側２０から内部へ向いて窪んだ略十文字状の窪み１３からなり、その交点に近い程、溝１５が深くなっていることにより、その交点が尖端となり、その交点と表面側１０とでなす脆弱部１２の厚さＴ_３が薄くなって、脆弱部１２を形成しており、その十文字状の窪み１３を構成する各溝１５は、傾斜面１４を有することによりその溝幅Ｗの内側ほど深く窪んでいるものである。

この過剰圧力開放弁１は、例えば図２に示すように、密閉容器４０である燃料電池電解槽の上壁３０に嵌めこまれて、過剰圧力開放ユニット２として、使用される。図１及び図２に示すように、燃料電池を使用している途中で、水素燃料の過剰供給や過熱により電解槽３０の内圧が上昇し、所定の内圧を超えた過剰圧力となると、その内部過剰圧力によって、ゴム弾性板１１の裏面側２０の窪み１３へ応力がかかり、窪み１３の各溝１５が押し広げられて、応力が十文字状の溝１５の交点、特に傾斜面の交点である尖端に集中する結果、内部過剰圧力に耐えきれなくなって、脆弱部１２が破裂し、内部過剰圧力をその破裂孔１６から外界へ開放する。

不可逆的に破裂した過剰圧力開放弁１は、速やかに新たなものに交換される。又は過剰圧力開放弁１を有する過剰圧力開放ユニット２ごと、速やかに新たなものに交換される。

なお、この過剰圧力開放弁１で開放する過剰圧力の閾値は、ゴム弾性板１１の全厚さＴ_１や外径Ｄ、シリコーンゴムのようなゴム材質、円板状のような形状、それの圧縮率、ゴム弾性板１１の窪み１３の形状や大きさ例えば、溝１５の溝幅Ｗや溝全長Ｌや窪み１３内の中央にある尖端での窪み深さＴ_２、使用温度を、適宜選択することによって、１０〜２０００ｋＰａ、特に１０００ｋＰａ以下の任意の過剰圧力に調整することができる。

過剰圧力開放弁１の窪み１３として、ゴム弾性板１１の裏面側２０に十文字状の溝１５を有する例を示したが、窪み１３は、ゴム弾性板１１の表裏面側１０・２０の何れに設けられていてもよく、両面側１０・２０に設けられていてもよい。窪み１３の形状は、脆弱部１２を形成するものであれば特に限定されない。

例えば窪み１３は、図３（ａ）のように、ゴム弾性板１１の裏面側２０から平面中央の方へ向いて深く窪んでいくようにフラットな底部を持つ溝１５が略十文字に中央最深部で尖端を形成して突き当り、略十文字状の窪みを形成している。その交点に近い程、溝１５が深くなっていることにより、その交点が尖端となり、その交点と表面側１０とで成す脆弱部厚さＴ_３が他の部分より薄くなって、脆弱部１２を形成している。

また、窪み１３は、同図（ｂ）のように、ゴム弾性板１１の表面側１０に十文字状の窪み１３を有し、縦断面が五角形状を有する各溝１５を有し、その交点に近い程、溝１５が深くなっていることにより、その交点が尖端となり、その交点と裏面側２０とで成す脆弱部厚さＴ_３が薄くなって、脆弱部１２を形成していてもよい。その十文字状の窪み１３の各溝１５は縦断面の五角形状の２辺によってＶ字状となって溝幅の内側ほど深く窪んだ傾斜面１４を有していると、尖端を鋭くすることができ作動圧が微調整された脆弱部とすることができる。

また窪み１３は、同図（ｃ）のように、ゴム弾性板１１の裏面側２０から向けて窪んでおり、傾斜面１４を有する溝１５からなる一文字状の窪み１３であってもよい。また、溝１５は、前記表裏面に直交しその溝の長手方向にも直交する縦断面をＵ字状、Ｖ字状、コ字状、又はホームベース様の五角形状とする溝であってもよい。同図（ｄ）のように錐状例えば円錐状や角錐状であってもよい。何れも、窪み１３の尖端と表面側１０とで成す脆弱部厚さＴ_３が薄くなって、脆弱部１２が形成されている。

また、同図（ｅ）のように、窪み１３に代えて、ゴム弾性板１１の裏面側２０から内部へ向き、十文字状に切れ込まれたスリット１７が、その交点で尖端となり、その交点と表面側１０とで成す脆弱部厚さＴ_３が薄くなって、脆弱部１２を形成していてもよい。平面上に現われるスリットは、一文字状、Ｕ字状、Ｖ字状、Ｓ字状、星印状、又は５方向以上へ延びるアスタリスク字状のような放射状であってもよい。

ゴム弾性板１１の厚さＴ_１は、実用的には、０．３〜２０ｍｍである。特に燃料電池のような電池等の容器４０に用いられる場合は、ゴム弾性板１１の硬さと外径の大きさとにもよるが、特に小型化の観点から０．５〜２ｍｍであると一層好ましく、０．５〜１ｍｍであるとなお一層好ましい。０．３ｍｍよりも薄いと、温度依存性が顕著となりロット間での過剰圧力開放の作動圧力のばらつきを生じてしまったり、作動圧力以下の比較的強い圧力に曝されたときに脆弱部に亀裂が生じて過剰圧力開放の作動圧力の再現性が無くなってしまったりする。２０ｍｍよりも厚いと、高圧の過剰圧力の開放を可能とする反面、窪み１３やスリット１７が大きくなってしまうため作動圧力のばらつきを生じてしまう。

脆弱部１２の厚さは、０．０５〜１．０ｍｍ、好ましくは、０．０８〜０．５ｍｍ、更に好ましくは０．１〜０．４ｍｍである。本発明における脆弱部の形成は±０．０２ｍｍ以下で厚さをコントロールすることができるので、過剰圧力開放弁ごとの開放作動圧にバラツキがなく従来より精度よくしかも正確に作製することができる。

ゴム弾性板１１の外径Ｄは、実用的には、２〜４０ｍｍである。特に燃料電池のような電池等の容器４０に用いられる場合は、ゴム弾性板１１の硬さと厚さとにもよるが、２〜２０ｍｍであることが好ましく、２〜１０ｍｍであると一層好ましく、２〜６ｍｍであるとさらに一層好ましい。外径が大きすぎると、特に小型の電池等の容器に用いるのに、生産コストがかかるだけでなく、却って小型化に逆行することになってしまう。

ゴム弾性板１１の材質は、シリコーンゴムの他、ゴム弾性を有する天然又は合成高分子物質やエラストマーで、具体的には、合成ゴム例えばブチルゴム、イソプレンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）であってもよく、天然ゴムであってもよい。

中でも耐熱性に優れ高温で軟化し難く、耐寒性に優れ低温で硬化し難いシリコーンゴムが好ましい。このようなシリコーンゴムは、具体的には、ジメチルシリコーンゴム（ＭＱ）、メチルビニルシリコーンゴム（ＶＭＱ）、メチルフェニルビニルシリコーンゴム（ＰＶＭＱ）、フロロシリコーンゴム（ＦＶＭＱ）が挙げられる。シリコーンゴムは、広範囲での温度域で安定であり、しかも過剰圧力開放すべき容器や配管等の温度域でヤング率やバネ定数の変化が小さいため、他のゴムよりも好ましい。シリコーンゴムは、一次加硫で架橋させ、加熱しつつ二次加硫させて低分子シロキサン類を揮発させたものであると、なお一層好ましい。

シリコーンゴムは、金型転写性に優れているので、微細な窪み１３に対応する複雑な形状の金型からでも、正確に転写されて成型される。また、シリコーンゴムは、刃で自在に切り込みを入れられるので、微細で複雑なスリット１７を、正確かつ簡易に成形できる。

ゴム弾性板１１の形状は、真円の円板状であってもよく、過剰圧力を開放すべき槽や容器の形状に合わせ小型化するため楕円の円板状、多角例えば四角の角板状、正四角の四隅を欠く角板状であってもよい。中でも製造し易く均一な品質を保持でき過剰圧力を一層確実かつ正確に開放できる真円の円板状であることが好ましい。

窪み１３の各溝１５やスリット１７の全長Ｌは、実用的にはゴム弾性板１１の外径Ｄに対し５〜８０％の比であることが好ましく、２０〜８０％の比であると一層好ましい。その比が５％未満であると、窪み１３やスリット１７がピンホールに近づくため、ロット間での作動圧力のばらつきを生じてしまう。一方、その比が８０％を越えると、外縁近傍の接着部分乃至押さえしろ部分が、狭くなり過ぎて、ロット間での過剰圧力開放の作動圧力のばらつきを生じたり、窪み１３やスリット１７の端が裂け易くなって、作動圧力未満の過剰圧力で容易くゴム弾性板１１の端まで破断してしまったりする。

窪み１３の傾斜面の勾配は、最も深く窪んでいる窪み１３内の中央にある尖端での窪み深さＴ_２と、ゴム弾性板１１円周寄りの端部での窪み深さＴ_４とで、決まる。尖端での窪み深さＴ_２と、端部での窪み深さＴ_４とそこでの最小窪み深さＴ_５とは、夫々、０．２〜１９．７ｍｍ、０．１〜１９ｍｍ、０．１〜１８ｍｍであることが好ましく、Ｔ_２とＴ_４との差が０．３ｍｍ、Ｔ_４とＴ_５との差が０．１ｍｍであるとなお一層好ましい。

窪み１３の各溝１５の溝幅Ｗは、１０ｍｍ以下であることが好ましく、０．５ｍｍであるとなお一層好ましい。

窪み１３の大きさについて示したが、スリット１７の大きさや傾斜については、溝を有しないこと以外は窪み１３やその溝１５と同様である。

過剰圧力開放弁１や過剰圧力開放ユニット２を、携帯電話やラップトップパーソナルコンピュータ等に用いられる電池、例えば燃料電池用の水素ガスやメタノール、水等のエネルギー貯蔵容器４０等に用いる場合には、ゴム弾性板１１が、厚さを０．３〜１ｍｍ、外径を２〜６ｍｍ、ＪＩＳＫ６２５３によるデュロメータＡ硬さをＡ２０〜Ａ８０とし、窪み１３やスリット１７の全長を該外径の２０〜８０％とすることが、特に好ましい。

この過剰圧力開放弁１は、アノードとカソードとを内在させた燃料電池；ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、鉛蓄電池のような二次電池で例示される電池に取り付けられる。この過剰圧力開放弁１は、密閉された反応容器４０例えばマイクロリアクター、その配管に取り付けられてもよい。

過剰圧力開放弁１をユニット２として用いる場合の取り付けは図２のように、電解槽のような容器４０の容器壁３０に、過剰圧力開放弁１を嵌め込んだり、接着したりするものであってもよい。

また、別な過剰圧力開放ユニット２の例は、図４や図５に示すように、ゴム弾性板１１の裏面側２０に設けられた脆弱部１２の破裂によってその表面側１０の外界へ開放する過剰圧力開放弁１が組み込まれたものであってもよい。過剰圧力開放弁１は、閉鎖系の容器４０の容器壁３０例えば燃料電池電解槽、配管、それに連結される外部コネクタの通気経路３２の途中に、その通気経路３２を遮って設けられている。過剰圧力開放弁１は、通気経路３２を有する中空のナット３３と同じく中空のボルト３４との間に挟まれて両者３３・３４の螺合により締め付けられている。ボルト３４の通気経路３２の端には、樹脂製キャップ３６例えばシリコーンゴム製キャップが捻じ込まれている。透明なフード３５が、ボルト３４全体を覆いつつ、ボルト３４の側面に接着剤などで結合されている。フード３５には、通気孔３７が開けられている。ナット３３は、雄螺子である連結具３１に繋がっておりそれを介して容器壁３０の雌螺子へ螺合している。それによって、過剰圧力開放ユニット２は、容器壁３０に、着脱可能に固定されている。

図４の過剰圧力開放ユニット２は、以下のように動作する。過剰圧力開放弁１が、作動圧力により動作すると、脆弱部１２が破裂する。それと同時にキャップ３６が外れ、圧力が通気穴３７から、外界へ開放される。キャップ３６が外れたことは、透明なフード３５を通して、目視することができる。キャップ３６が外れていたら、過剰圧力開放弁１が動作したことを表示している。破裂した脆弱部１２は復元しないので、速やかに、過剰圧力開放ユニット２ごと取り替える。

また、別な過剰圧力開放ユニット２の一例は、図５に示すように、フードキャップ３８の上端の開放口先端３９がフードキャップ３８内部へ押し込まれていてもよい。

図５の過剰圧力開放ユニット２は、以下のように動作する。過剰圧力開放弁１が、作動圧力により動作すると、脆弱部１２が破裂する。それと同時にフードキャップ３８内部へ向いていた開放口先端３９がまくれ上がり、圧力が開放口先端３９から、外界へ開放される。開放口先端３９がまくれ上がっていたら、過剰圧力開放弁１が動作したことを表示している。破裂した脆弱部１２は復元しないので、速やかに、過剰圧力開放ユニット２ごと取り替える。

脆弱部１２の破裂や、外れたキャップ３６や、めくれたフードキャップ３８をトリガーにして、破裂を知らせる音波発生器、例えば笛、又は破裂を知らせる信号発生器、例えば無線通信機器が、過剰圧力開放ユニット２に接続されていてもよい。フード３５の通気孔３７に、通気によって音を出す笛が付されていてもよい。

さらに別な過剰圧力開放ユニット２の一例は、図６（ｂ）に示すように、配管４６に連結される外部コネクタ４１が容器壁３０に螺合して取り付けられ、過剰圧力開放弁１が外部コネクタ４１内に嵌め込まれ熱接着性フィルムや接着剤を介して接着され固定されているというものである。配管４６の先端が過剰圧力開放弁１に隙間無く接触し、配管４６の外周が外部コネクタ４１の内部の環状パッキン４２と隙間無く接触し、又は圧接し、容器４０の圧力を遮断している。配管４６は、外部コネクタ４１内に設けられた可撓性の爪４３で係止されて抜け落ち不能に固定されている。過剰圧力開放弁１には熱接着性フィルムや接着剤がなくてもよく、また、過剰圧力開放弁１の両面または片面に接触部の安定化及びガス漏れ防止のためスペーサー（不図示）を設けてもよい。配管４６は、金属製、プラスチック製、ゴム製であってもよい。配管４６内に、フィルタ４４が設けられていてもよい。

図６の過剰圧力開放ユニット２は、以下のようにして使用される。使用前の状態を示す図６(ａ)のように、押子４５を外部コネクタ４１へ押し込むと、爪４３が曲げられて、配管４６が押子４５内部を経て外部コネクタ４１へ貫入される。さらに環状パッキン４２内部を経て、配管４６の先端が過剰圧力開放弁１に当接する。押子４５を引き上げると、同図(ｂ)のように爪４３がその可撓性により復元して配管４６に食込み、配管４６を抜け落ち不能に固定する。この過剰圧力開放ユニット２により、容器４０内が密閉される。また、過剰圧力開放弁１と環状パッキン４２とは連結した一体化した形でもよい。

以下、本発明を適用する過剰圧力開放弁１及びそれを有する過剰圧力開放ユニット２を試作した実施例と、本発明を適用外の過剰圧力開放弁及びそのユニットを試作した比較例とを、以下に示す。

（デュロメータＡ硬さの相違するシリコーンゴムの調製例）
原料として、シリコーンゴム１００質量部に、過酸化物加硫剤を配合し、二本ロールで混合分散させて、シリコーンゴムコンパウンドを作製し、二本ロールを用いて厚さ４ｍｍにシーティングした。金型を用いて、１７０℃で６分間、プレス加硫した後、２００℃で１時間、二次加硫することにより、ＪＩＳＫ６２５３によるデュロメータＡ硬さが、Ａ３０、Ａ３５、Ａ４０、Ａ５０、Ａ５５、Ａ６０及びＡ７０の７種類の各シリコーンゴムを調製した。それの原料の各配合比は、表１に記載のとおりである。

（実施例１）
前記のようにして調製したデュロメータＡ硬さがＡ３５のシリコーンゴムを金型に流し込み、図１に示す過剰圧力開放弁１を作製した。過剰圧力開放弁１は、外径Ｄが４ｍｍで全厚さＴ_１が１ｍｍのゴム弾性板１１であり、その窪み１３で形成された脆弱部１２の厚さＴ_３が０．３ｍｍであり、窪み１３内の中央にある尖端での窪み深さＴ_２と端部での窪み深さＴ_４との差が０．３ｍｍであり、窪み１３を形成している溝１５の溝幅Ｗが０．５ｍｍ、溝全長Ｌが２．０ｍｍであるものである。

これを、図６のように、内径２．５ｍｍで外径４．０ｍｍのポリウレタン製配管４６を接着剤で過剰圧力開放弁１の表面側１０に接着し、外部コネクタ４１に嵌着する過剰圧力開放ユニット２を、作製した。

（実施例２）
実施例１の過剰圧力開放弁１のデュロメータＡ硬さがＡ３５のシリコーンゴムに代えて前記のようにして調製したデュロメータＡ硬さがＡ５５のシリコーンゴムを用いたことと、その窪み１３で形成された脆弱部の厚さＴ_３が０．３ｍｍに代えて０．１ｍｍとしたこと以外は、実施例１と同様にして、過剰圧力開放弁１及び過剰圧力開放ユニット２を、作製した。

（耐熱性試験）
実施例１で作製した過剰圧力開放ユニット２を、−３０℃、０℃、２５℃、６０℃、６５℃、８５℃の各恒温槽に入れ、圧力測定器にそのユニット２の配管４６を接続した。恒温槽に入れてから３０分経過後に、配管４６から窒素ガス又は水素ガスを２ｋＰａ／秒の速度で昇圧しながら流し込み、過剰圧力開放弁１が、脆弱部１２の破裂により動作したときの作動圧力、即ちリリーフ圧を測定した。夫々の温度で５検体ずつ測定を行った。その結果を平均したデータを、表２に示す。

表２から明らかな通り、過剰圧力開放ユニット２によれば、−３０℃〜１００℃、特に、燃料電池、二次電池の電解槽、反応容器で汎用される温度域である０〜８５℃程度、所期の過剰圧力を開放することができるものである。また、窒素ガスや水素ガスなどガスの種類に依らず、常に略一定の過剰圧力を開放することができる。

（再現性試験）
実施例１で作製した過剰圧力開放ユニット２の配管４６に接続し、水中に浸け、２ｋＰａ／秒で昇圧を開始し、過剰圧力開放ユニット２から泡が遺漏しているか否かを目視し、初期遺漏の有無を確認した。次いで過剰圧力開放ユニット２を常圧に戻してから、２５℃の恒温槽に入れ、圧力測定器に配管４６を接続した。恒温槽に入れてから３０分経過後に、配管４６から窒素ガスを２ｋＰａ／秒の昇圧速度で昇圧しながら流し込み、過剰圧力開放弁１が、脆弱部１２の破裂により動作したときの作動圧力を測定した。１７検体の過剰圧力開放ユニット２について繰り返して測定を行った。その結果を、表３に示す。

また、実施例２で作製した１８検体の過剰圧力開放ユニット２についても、同様に測定を行った。その結果を、表４に示す。

表３及び表４から明らかな通り、過剰圧力開放ユニット２によれば、設計された圧力値通りに、ロット内で異常にばらつくことなく、略一定の過剰圧力を、正確かつ確実に開放することができる。この過剰圧力開放ユニット２は、デュロメータＡ硬さや脆弱部の厚さを適宜変更して設計することができ、異常を生じず、設計された圧力値通りに、略一定の過剰圧力を、再現性良く確実に開放することができる。

（実施例３）
実施例１で作製した過剰圧力開放ユニット２とは、過剰圧力開放弁１の向きを上下逆にしたこと以外は、実施例１と同様にして、過剰圧力開放ユニット２を作製した。

（方向性の性能試験）
実施例３で作製した過剰圧力開放ユニット２の１検体を用いて、再現性試験と同様にして、測定した。その結果を表５に示す。

表３及び表５から明らかな通り、過剰圧力開放弁１は、裏面側２０の窪み１３側から圧力をかけた場合よりも、窪み１３の無い表面側１０から圧力をかけた場合の方が、約１．５倍も作動圧力が高かった。従って、過剰圧力開放弁１は、方向性があり、それによっても開放すべき所望の過剰圧力を調整できる。

（実施例４）
前記のようにして調製したデュロメータＡ硬さがＡ３０、Ａ４０、Ａ５０、Ａ６０、及びＡ７０のシリコーンゴムを、夫々金型に流し込み、図１に示す過剰圧力開放弁１を作製した。過剰圧力開放弁１は、外径Ｄが４ｍｍで全厚さＴ_１が１．０ｍｍ又は１．５ｍｍのゴム弾性板１１であり、その窪み１３で形成された脆弱部の厚さＴ_３が０．１ｍｍ、０．２ｍｍ又は０．３ｍｍであり、窪み１３内の中央にある尖端での窪み深さＴ_２と端部での窪み深さＴ_４との差が０．３ｍｍであり、窪み１３を形成している溝１５の溝幅Ｗが０．５ｍｍ、溝全長Ｌが２．０ｍｍであるものである。デュロメータＡ硬さと全厚さＴ_１と脆弱部の厚さＴ_３とが、表６に示す値である３０種類の過剰圧力開放弁１を用い、実施例１と同様に、図６のような過剰圧力開放ユニット２を、作製した。

（材質・形状毎の性能試験）
実施例４で作製した過剰圧力開放ユニット２の各２検体を用いて、再現性試験と同様にして、測定した。その結果をまとめて表６に示す。

１０００ｋＰａにまで昇圧したとことで測定を中止したが、測定できたデータを基に、脆弱部厚さＴ_３／開放弁厚さＴ_１毎のデュロメータＡ硬さと作動圧力の相関関係を、図７に示す。

表６及び図７から明らかな通り、過剰圧力開放弁１を形成するシリコーンゴムのデュロメータＡ硬さＡ３０からＡ７０へと硬くなるに連れ、作動圧力が増大した。また、開放弁厚さＴ_１が同じであれば、脆弱部厚さＴ_３が厚いほど、作動圧力が増大した。一方、脆弱部厚さＴ_３が同じであれば、開放弁厚さＴ_１が厚くなっても、作動圧力は略同等であった。

（実施例５）
実施例１と同様にして得た過剰圧力開放ユニット２を、１箇月間、８０℃で保管した後、前記と同様にして、耐熱性試験、再現性試験を行ったところ、保管前に行った実施例１と同等の結果が得られた。

（比較例１）
実施例１の過剰圧力開放ユニット２中の過剰圧力開放弁１を、円柱状の窪みを有しそれによってその窪みに尖端を有しない過剰圧力開放弁にかえたこと以外は、実施例１同様にして、本発明を適用外の過剰圧力開放ユニットを得た。前記と同様にして、耐熱性試験、再現性試験を行ったところ、ロット間に、実施例１の場合よりも遥かにばらつくことが認められた。また、過剰圧力開放ユニットの過剰圧力開放弁が、捲れ上がってしまったロットが散見された。

（比較例２）
実施例１の過剰圧力開放ユニット２中の過剰圧力開放弁１を、半球状の窪みを有しそれによってその窪みに尖端を有しない過剰圧力開放弁にかえたこと以外は、実施例１同様にして、本発明を適用外の過剰圧力開放ユニットを得た。前記と同様にして、耐熱性試験、再現性試験を行ったところ、ロット間に、実施例１の場合よりも遥かにばらつくことが認められた。

本発明の過剰圧力開放弁は、小さくても、低圧力から高圧力までの過剰な圧力を安全に開放できるので、燃料電池や二次電池等の電池の過剰圧力や過剰生成または供給された水素燃料等を開放する安全弁や逆止弁として、用いられる。また、ビールや炭酸飲料のような発泡飲料用の容器、過酸化水素のようなガス発生性試薬の保存容器、エアー配管やガス配管から、過剰なガスを開放する安全弁として、用いられる。特に、小型の携帯電話、ラップトップパーソナルコンピュータ、携帯ラジオ、携帯テレビ、携帯ライトに用いられる電池の安全弁や逆止弁として有用であり、その中でも小型の携帯電話やラップトップパーソナルコンピュータに組み込まれる水素を燃料とする燃料電池の過剰圧力開放弁として有用である。

本発明を適用する過剰圧力開放弁の実施の一例を示す斜視図である。本発明を適用する過剰圧力開放弁を用いた過剰圧力開放ユニットの実施の一例を示す斜視図である。本発明を適用する過剰圧力開放弁の別な実施例を示す斜視図である。本発明を適用する過剰圧力開放弁を用いた過剰圧力開放ユニットの別な実施の一例を示す断面図である。本発明を適用する過剰圧力開放弁を用いた過剰圧力開放ユニットの別な実施の一例を示す断面図である。本発明を適用する過剰圧力開放弁を用いた過剰圧力開放ユニットの別な実施の一例を示す断面図である。本発明を適用する過剰圧力開放弁を用いた過剰圧力開放ユニットにつき、過剰圧力開放弁の脆弱部厚さ及びその全厚さ毎のデュロメータＡ硬さと作動圧力との相関関係を示す図である。

符号の説明

１は過剰圧力開放弁、２は過剰圧力開放ユニット、１０は表面側、１１はゴム弾性板、１２は脆弱部、１３は窪み、１４は傾斜面、１５は溝、１６は破裂孔、１７はスリット、２０は裏面側、３０は容器壁、３１は連結具、３２は通気経路、３３はナット、３４はボルト、３５はフード、３６はキャップ、３７は通気孔、３８はフードキャップ、３９は開放口先端、４０は容器、４１は外部コネクタ、４２は環状パッキン、４３は爪、４４はフィルタ、４５は押子、４６は配管、Ｄは外径、Ｌは全長、Ｗは幅、Ｔ_１は全厚さ、Ｔ_２は尖端での窪み深さ、Ｔ_３は脆弱部の厚さ、Ｔ_４は端部での窪み深さ、Ｔ_５は端部での最小窪み深さである。

Claims

ゴム弾性板の裏面側にかかる過剰圧力を、前記ゴム弾性板の表裏何れかの面側に設けられた脆弱部の破裂によってその表面側の外界へ開放する過剰圧力開放弁であって、前記脆弱部が、前記何れかの面側から前記ゴム弾性板の内部へ向く尖端を有する窪み、又は前記何れかの面側から前記ゴム弾性板の内部へ傾斜して切れ込まれたスリットであることを特徴とする過剰圧力開放弁。
前記脆弱部を、前記ゴム弾性板の中央に有していることを特徴とする請求項１に記載の過剰圧力開放弁。
前記脆弱部が、前記表裏面に沿う横断面を一文字状、Ｕ字状、Ｖ字状、Ｓ字状、十文字状、星印状、又は放射状とする前記窪み若しくは前記スリットであり、又は円錐状若しくは角錐状の前記窪みであることを特徴とする請求項２に記載の過剰圧力開放弁。
前記脆弱部が、溝からなる前記窪みで形成されており、前記溝が、前記表裏面に直交する縦断面をＵ字状、Ｖ字状、コ字状、又は五角形状とすることを特徴とする請求項２に記載の過剰圧力開放弁。
前記ゴム弾性板が、シリコーンゴム製であることを特徴とする請求項１に記載の過剰圧力開放弁。
ゴム弾性板の裏面側にかかる過剰圧力を、前記ゴム弾性板の表裏何れかの面側に設けられた脆弱部の破裂によってその表面側の外界へ開放する過剰圧力開放弁が、閉鎖系の容器、配管、及び／又はそれに連結される外部コネクタ内に、設けられており、前記脆弱部が、前記何れかの面側から前記ゴム弾性板の内部へ向く尖端を有する窪み、又は前記何れかの面側から前記ゴム弾性板の内部へ傾斜して切れ込まれたスリットであることを特徴とする過剰圧力開放ユニット。
前記過剰圧力開放弁が、その表面側でキャップにより覆われていることを特徴とする請求項６に記載の過剰圧力解放ユニット。
前記キャップが、前記過剰圧力による前記破裂に応じて外れるように、捻じ込まれ、若しくは前記破裂に応じてまくれるように、押し込まれており、又は前記過剰圧力による前記破裂に応じた音波若しくは信号の発生器に接続されていることを特徴とする請求項７に記載の過剰圧力解放ユニット。
前記容器、配管又は外部コネクタへ着脱する連結具が付されていることを特徴とする請求項６に記載の過剰圧力解放ユニット。