JP2010255757A - 面状ばね及びこれを用いた安全弁 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】面状かつ枠状に形成された基部20と、該基部20の面方向内側に、複数のばね素子部26を介して弾性的に支持される荷重受け部22と、を一体的に有している。荷重受け部22に荷重が入力された際に、該荷重受け部22は基部20に対して瞬時に、かつ弾性的に変位し、荷重がなくなると元の状態に自己復帰する。
【選択図】図1
Description
[面状ばね]
(第1構成例)
図1において、第1構成例に係る面状ばね1は、基部20と、荷重受け部22とを一体的に有している。
図3において、第2構成例に係る面状ばね2では、壊裂部28が、荷重受け部22の周方向の6箇所に形成されている。ばね素子部26も、基部20の周方向の6箇所に配置されており、隣り合うばね素子部26間に、壊裂部28がそれぞれ形成されている。他の部分については、第1構成例と同様であるので、同一の部分には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。
図4において、第3構成例に係る面状ばね3では、隣り合うばね素子部26間において、例えば荷重受け部22の外周に開口する切欠き22Bが、該荷重受け部22の周方向の6箇所に形成されている。ばね素子部26も、基部20の周方向の6箇所に配置されており、隣り合うばね素子部26間に、切欠き22Bがそれぞれ形成されている。切欠き22Bは、荷重受け部22の周方向において部分的に幅広となっており、これにより荷重受け部22に形成されるくびれ部が、壊裂部28となっている。他の部分については、第1構成例と同様である。
図5において、第4構成例に係る面状ばね4では、荷重受け部22の中央に貫通孔22Aが設けられており、かつ荷重受け部22の外周に開口する切欠き22Bが、該荷重受け部22の周方向におけるばね素子部26の両側にそれぞれ形成されている。図6に示されるように、この切欠き22Bは、荷重受け部22の周方向におけるばね素子部26の両側に一対形成され、該荷重受け部22の中心側に向かって互いに接近するように延びて終端している。これにより荷重受け部22に形成されるくびれ部が、壊裂部28となっている。他の部分については、第1構成例と同様である。
図7において、第5構成例に係る面状ばね5では、基部20の内周に開口する切欠き20Bが、該基部20の周方向におけるばね素子部26の両側にそれぞれ形成されている。図8に示されるように、この切欠き20Bは、基部20の周方向におけるばね素子部26の両側に一対形成され、該基部20の半径方向外側に向かって互いに接近するように延びて終端している。これにより基部20に形成されるくびれ部が、壊裂部28となっている。他の部分については、第1構成例と同様である。
図9,図10において、第6構成例に係る面状ばね6では、壊裂部28がばね素子部26に設けられている。この壊裂部28は、正弦波状のばね素子部26における、例えば湾曲部の外周側に切欠き状にそれぞれ形成されている。他の部分については、第1構成例と同様である。
図11において、第7構成例に係る面状ばね7では、ばね素子部26が、荷重受け部22の中心部を中心として同心円状となる周方向部26Aと、荷重受け部22、各周方向部26A及び基部20を連結するように該基部20の半径方向に延び、該基部20の周方向の8箇所に配置される径方向部26Bとを有して構成されている。各径方向部26Bは、45°間隔で均等に配置されている。他の部分については、第1構成例と同様である。
図12に示されるように、第8構成例に係る面状ばね8は、第7構成例に係る面状ばね7において、ばね素子部26における径方向部26Bを、基部20の周方向の4箇所に配置したものである。径方向部26Bは、45°間隔で均等に配置されている。他の部分については、第7構成例と同様である。
図13に示されるように、第9構成例に係る面状ばね9では、第8構成例に係る面状ばね8において、同心円状の孔部30の周方向の位相を、径方向において1つおきに45°ずらしたものである。これに伴い、径方向部26Bは、基部20の径方向において、断続的に配置されている。
図14において、第10構成例に係る面状ばね10では、ばね素子部26が、径方向部26Bと周方向部26Aとを交互に形成することで構成されている。このばね素子部26は、基部20の周方向の4箇所に設けられている。このようにばね素子部26を構成することで、該ばね素子部26の長さをより多く確保して、荷重受け部22に入力される荷重に対する感度を高めると共に、基部20の厚さ方向への荷重受け部22の変位可能寸法Y(図2)をより大きく設定できるようになっている。他の部分については、第1構成例と同様である。
図15に示されるように、第11構成例に係る面状ばね11は、第10構成例に係る面状ばね10において、ばね素子部26を、基部20の周方向の8箇所に設けたものである。
図17において、第12構成例に係る面状ばね12では、ばね素子部26が、径方向部26Bと周方向部26Aとを交互に形成すると共に、基部20の径方向において隣り合う周方向部26A間に、径方向部26Bに連結される環状部26Cを形成することで構成されている。このばね素子部26は、基部20の周方向の8箇所設けられている。他の部分については、第1構成例と同様である。
図18において、第13構成例に係る面状ばね13では、各々のばね素子部26が台形の折れ線状に形成されている。このばね素子部26は、2本で1組をなし、基部20の周方向に8組設けられている。1組のばね素子部26は、基部20の半径方向を中心軸として略線対称となっている。他の部分については、第1構成例と同様である。
図19に示されるように、第構成例に係る面状ばね14は、第13構成例に係る面状ばね13において、ばね素子部26を、基部20の周方向に10組設けたものである。
図20において、第構成例に係る面状ばね15では、各々のばね素子部26が周方向部26Aと径方向部26Bとを有する折れ線状に形成されている。このばね素子部26は、2本で1組をなし、基部20の周方向に8組設けられている。1組のばね素子部26は、基部20の半径方向を中心軸として略線対称となっている。1組のばね素子部26の間には、略十字形の孔部30が形成されている。また隣り合う2組のばね素子部26の間には、略H形の孔部30が形成されている。他の部分については、第1構成例と同様である。
図21に示されるように、第構成例に係る面状ばね16は、第1構成例に係る面状ばね1において、正弦波状のばね素子部26が、基部20の周方向の18箇所に設けられている。荷重受け部22に貫通孔22Aが形成されていない点を除き、他の構成は第1構成例と同様である。
面状ばねの構成は、上記した第1構成例から第16構成例に限られるものではなく、用途や使用条件に応じて適宜構成を変更することが可能である。
本実施形態に係る面状ばね1〜16の製法を述べる。本実施形態では、面状ばねの製法として、面状ばねシートを金型で打ち抜くことも容易に考えられるが、微圧で正確な作動を求められる電気化学素子用には、圧延によるばね材料では精度が得られない。本実施形態では、電鋳法で生産する。
図25において、安全弁40は、自己復帰型の安全弁であり、例えば電気化学素子44の缶体48におけるガス逸散孔46の周囲の弁座50に取り付けられている。この安全弁40は、例えば第7構成例に係る面状ばね7(図11)と、該面状ばね7によりガス逸散孔(圧力開放口)に押圧付勢される弁体42とを有している。面状ばね7は、3〜5kgf/cm2の微圧にも正確に機能するように設定されている。面状ばね7の荷重受け部22は、例えば球体である弁体42に対応して、球面状に形成されている。
通常、自動車や複写機、ロボットのような産業機器には、50〜1900F/缶の中〜大型の有底アルミ缶から成る電気二重層キャパシタが使用される。アルミ缶体には、一対の活性炭を主成分とする分極性電極がセパレータを介して、有機系電解液と共に収納されている。そしてこの有底アルミ缶体の開口部に、本実施形態に係る面状ばねを用いた自己復帰型の安全弁を装備した封口体を設けることで、電気二重層キャパシタが構成される。
本実施形態に係る安全弁40を電気二重層キャパシタに用いて、その特性を確認した。電気二重層キャパシタの構成としては、分極性電極として活性炭を用い、アセチレンブラック及び水系のSRB系バインダーによりスラリーを作製し、20μmのAl集電体上に、乾燥厚みで20μmになるように塗布してこれを乾燥させ、内径35mmの500mmのAl缶に収納した。電解液として、溶媒であるプロピレンカーボネート(PC)と、テトラエチルアンモンニュームテトラフルオロボレート(TEABF4)との1mol/L(リットル)濃度の溶質からなる有機系電解液を用いた。実施例1及び実施例2には、図25に示される本実施形態に係る自己復帰型の安全弁40を用い、従来例1及び従来例2には、コイル型自己復帰安全弁を用いた。
ニッケル水素電池の場合は、特に、水素ガスの発生が電池のサイクル特性を劣化させたり、50℃以上の耐熱性に弱いために電池の爆発の危険がある。従来例のコイルばねは、応答圧力が8〜20kgf/cm2のものが市販されている。また、このばね圧での応答速度は、150〜800msec/回である。本実施形態に係る面状ばねでは、3〜5kgf/cm2の微圧駆動が可能であるため、応答速度は、20〜100msec/回が可能である。
リチウムイオン電池は、電気二重層キャパシタと同様にエチルメチルカーボネート(EMC)のような有機系溶媒とLiPF6(6フッ化燐酸リチウム)塩を溶質に用いるため、安全弁の開閉動作時に外部空気中のH2Oの影響が大である。しかしながら、本実施形態に係る安全弁では、面状ばねの応答圧力が低く、応答速度が速いため、著しく短時間で弁の開閉を行うことができ、リチウムイオン電池に対しても極めて有効である。
2 面状ばね
3 面状ばね
4 面状ばね
5 面状ばね
6 面状ばね
7 面状ばね
8 面状ばね
9 面状ばね
10 面状ばね
12 面状ばね
13 面状ばね
14 面状ばね
15 面状ばね
16 面状ばね
20 基部
22 荷重受け部
26 ばね素子部
28 壊裂部
40 安全弁
42 弁体
44 電気化学素子
46 ガス逸散孔
X 基部の外形寸法
Y 変位可能寸法
Claims (7)
- 面状かつ枠状に形成された基部と、
該基部の面方向内側に、複数のばね素子部を介して弾性的に支持される荷重受け部と、
を一体的に有する面状ばね。 - 前記基部、前記ばね素子部及び前記荷重受け部の少なくとも1箇所には、該荷重受け部に所定以上の荷重が作用した際に壊裂する壊裂部が設けられている請求項1に記載の面状ばね。
- 前記基部の外形寸法をXとし、前記ばね素子部の弾性変形による前記基部の厚さ方向の一方における前記荷重受け部の変位可能寸法をYとすると、
アスペクト比(Y/X)が0.1〜0.5である請求項1又は請求項2に記載の面状ばね。 - 前記面状ばねは、Niの電鋳金属、Ni系合金の電鋳合金、Cuの電鋳金属、Cu系合金の電鋳合金、又はPd−Ni合金、Pd−Co合金若しくはPd−Ni−Co三元合金であってPdが10〜90%含まれた電鋳合金で製作されている請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の面状ばね。
- 前記面状ばねの厚さは、1〜100μmである請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の面状ばね。
- 請求項1〜請求項5の何れか1項に記載の面状ばねと、
前記面状ばねによりガス逸散孔に押圧付勢される弁体と、
を有する安全弁。 - 請求項6に記載の安全弁を有する電気化学素子。
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