JP2012195219A - 安全弁及び安全弁を備えた電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な作業で電池ケースに取付けることができる安全弁を提供する。
【解決手段】 本願の安全弁２０は、電池ケースに形成された貫通孔１４ａに取付けられる。安全弁２０は、ボディ２２と弁体３４と付勢手段３６を有している。ボディ２２は、貫通孔１４ａに差込み可能な差込部２８を有しており、差込部２８を貫通孔１４ａに差込んだときに電池ケース内と電池ケース外を連通する通気孔３０が形成されている。弁体３４は、通気孔３０を閉じる閉位置と通気孔３０を開く開位置とに移動可能となっている。付勢手段３６は、弁体３４を開位置から閉位置に向かって付勢する。ボディ２２の差込部２８を貫通孔１４ａに差込んだ状態において、弁体３４が閉位置にあると電池ケースが密閉される一方で、弁体３４が開位置にあると電池ケース内と電池ケース外が通気孔３０を介して連通する。
【選択図】図３

Description

本願は、ニッケル−水素電池やリチウムイオン電池等の電池に関する。詳しくは、電池ケース内の圧力が上昇したときに開弁する安全弁を備えた電池に関する。

この種の電池では、使用環境等によって電池ケース内の圧力が一時的に上昇することがある。このため、電池ケース内の圧力が上昇したときに開弁する安全弁を備えた電池が開発されている（例えば、特許文献１）。特許文献１の電池では、電池ケースに形成された貫通孔の周囲に安全弁が設けられている。安全弁は、貫通孔を開閉する弁体と、弁体を貫通孔に向けて付勢するコイルばねと、コイルばねを収容する収容ケースを備えている。コイルばねは、予め圧縮された状態（初期状態）で収容ケース内に収容される。これにより、コイルばねの初期状態に応じた押圧力（初期荷重）が弁体に作用する。電池ケース内の圧力が所定圧力（開弁圧）以下であると、電池ケース内から弁体に作用する圧力がコイルばねから弁体に作用する力より小さいため、弁体が貫通孔の周囲に当接して貫通孔を閉じている。電池ケース内の圧力が所定圧力（開弁圧）を超えると、電池ケース内から弁体に作用する圧力がコイルばねから弁体に作用する力より大きくなるため、弁体が貫通孔より離間して貫通孔を開く。これにより、電池ケース内の圧力が開放される。

特開２０１０−１５３２３７号公報

上述した特許文献１に記載の電池では、安全弁を電池ケースに取付ける際に、まず、コイルばね及び安全弁を収容ケースに収容し、その状態で電池ケースの貫通孔の軸線に弁体の軸線を一致させ、両軸線が一致した状態で収容ケースを電池ケースに溶接する。このため、貫通孔の軸線と弁体の軸線を一致させる作業が難しく、また、溶接中に貫通孔の軸線と弁体の軸線とがずれ易いという問題があった。貫通孔の軸線と弁体の軸線がずれると、所望の開弁特性が得られない場合がある。

本願は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、簡易な作業で安全弁を電池ケースに取付けることができる技術を提供することを目的とする。

本明細書が開示する安全弁は、電池ケースに形成された貫通孔に取付けられ、電池ケース内の圧力が所定の圧力を超えたときに開弁する。この安全弁は、ボディと弁体と付勢手段とシール部材を有している。ボディは、電池ケースに形成された貫通孔に差込み可能な差込部を有しており、差込部を貫通孔に差込んだときに電池ケース内と電池ケース外とを連通する通気孔が形成されている。弁体は、ボディの通気孔を閉じる閉位置と通気孔を開く開位置とに移動可能となっている。付勢手段は、弁体を開位置から閉位置に向かって付勢する。シール部材は、ボディと電池ケースの貫通孔との隙間をシールする。ボディの差込部を貫通孔に差込んだ状態においては、弁体が閉位置にあると電池ケースが密閉される一方で、弁体が開位置にあると電池ケース内と電池ケース外が通気孔を介して連通する。

この安全弁では、電池ケースに形成された貫通孔にボディの差込部を差込むことで、電池ケースに安全弁を取付けることができる。このため、電池ケースと安全弁を溶接する必要はない。また、貫通孔にボディの差込部を差込むことで、ボディ（すなわち、安全弁）と電池ケースとの位置関係が決まる。このため、安全弁を電池ケースに取付ける際に、電池ケースに対する安全弁の位置を調整する必要もない。したがって、この安全弁を用いると、簡易な作業で安全弁を電池ケースに取付けることができる。

上記の安全弁においては、ボディの通気孔の径が電池ケースの貫通孔の径よりも小さくされていることが好ましい。通気孔の径を貫通孔より小さくすることで、電池ケース内から弁体に作用する力（圧力×面積）を小さくすることができる。これによって、安全弁に必要となる機械的強度も小さくなるため、安全弁を小型化することができる。

また、弁体と付勢手段とシール部材がボディに組み込まれてユニット化されていることが好ましい。弁体と付勢手段とシール部材とボディがユニット化されることで、安全弁を電池ケースに取付ける作業をより簡易にすることができる。

また、上記の安全弁においては、ボディの上面に、通気孔を取囲むようにフランジを突設し、そのフランジで囲まれた空間に付勢手段を収容することができる。この場合には、フランジの上端の高さが、付勢手段の最も高くなる部位よりも高いことが好ましい。このような構成によると、付勢手段が他の部品等と接触して損傷することをフランジによって防止することができる。

また、本明細書が開示する電池は、上記の安全弁を備えたことを特徴とする。この電池では、安全弁の取付け作業を簡易に行うことができる。

本実施例に係る電池の一部側面図。 本実施例に係る電池の平面図。 図２のIII−III線に沿った一部断面図。

（実施例１） 本実施例にかかる電池１０を図面に基づいて説明する。本実施例にかかる電池１０は、角形密閉式ニッケル水素蓄電池であり、図１，２に示すように、電池ケース１２と、電池ケース１２に固定された安全弁２０を備えている。

電池ケース１２は、金属（例えば、ニッケルめっき鋼板）により形成されており、直方体形状を有している。電池ケース１２内には、電極体及び電解液が収容されている。電極体及び電解液は、公知のニッケル水素蓄電池に用いられているものと同様のものを用いることができる。電池ケース１２の上面１４には、図３に示すように、円形状の貫通孔１４ａが形成されている。貫通孔１４ａは、電池１０の製造時には電池ケース１２内に電解液を注入する注入孔として機能し、その後は安全弁２０を取付けるための取付孔として機能する。

電池ケース１２の上面１４には、安全弁２０が設けられている。図２，３に示すように、安全弁２０は、電池ケース１２の貫通孔１４ａに取付けられるボディ２２と、ボディ２２に組込まれる弁体３４と、弁体３４を押圧する板ばね３６（請求項でいう付勢手段に相当）と、電池ケース１２とボディ２２の隙間をシールするシール部材４２を有している。

ボディ２２は、本体２６と、本体２６の下面に設けられる差込部２８と、本体２６の上面に設けられるフランジ部２４を有している。本体２６と差込部２８とフランジ部２４は、樹脂（例えば、ＰＯＭ，ＰＰ，ナイロン）により一体に形成されている。

本体２６は、略円盤状に形成されており、その中心に円形状の通気孔３０が形成されている。通気孔３０は、本体２６の上面から下面まで貫通している。通気孔３０の径は、電池ケース１２の貫通孔１４ａの径よりも小さくされている。通気孔３０の上端には、凹部３２が形成されている。凹部３２の径は、通気孔３０の径よりも大きくされている。凹部３２には、弁体３４が収容される。凹部３２の深さは、弁体３４の厚みよりもわずかに小さい。このため、凹部３２に弁体３４が収容されると、弁体３４の上端は、本体２６の上面よりわずかに上方に突出している。

差込部２８は、本体２６の下面に略円筒状に形成されている。ボディ２２の下方から差込部２８を見ると、通気孔３０は差込部２８の壁によって取囲まれている。通気孔３０は、差込部２８の内部空間を介して電池ケース１２の内部空間と連通している。差込部２８の径は、電池ケース１２の貫通孔１４ａの径と略同一とされている。また、差込部２８の下端には、外側に突出する突部２８ａが形成されている。突部２８ａは、差込部２８が電池ケース１２から抜けることを防止する抜止として機能する。

フランジ部２４は、本体２６の外周縁に沿って形成されており、本体２６の上面から上方に突出している。本体２６の外周縁に沿ってフランジ部２４を設けることで、ボディ２２の上面に板ばね３６を収容する凹部２９が形成される。フランジ部２４の内周壁には、板ばね３６の両端を固定するための固定部（図示省略）が設けられている。

弁体３４は、ボディ２２の凹部３２に収容され、ゴム（例えば、ＥＰＤＭ）により形成されている。弁体３４の下面は、通気孔３０の周囲において、凹部３２の底面に当接可能となっている。弁体３４が凹部３２の底面に当接して密着すると、ボディ２２の通気孔３０が封止される。弁体３４が凹部３２の底面から離間すると、ボディ２２の通気孔３０が開かれる。また、弁体３４が凹部３２に収容されることで、弁体３４が位置決めされるため、弁体３４により通気孔３０を確実に封止することができる。さらに、ボディ２２の差込部２８は貫通孔１４ａに差し込まれて位置決めされるため、弁体３４と貫通孔１４ａの位置関係も一定となり、貫通孔１４ａを確実に封止することができる。

板ばね３６は、弁体３４をボディ２２の通気孔３０に向かって付勢するばねである。板ばね３６は、弁体３４と当接する中央板部３８と、中央板部３８の両端に設けられる端部側板部４０ａ，４０ｂを有している。中央板部３８と端部側板部４０ａ，４０ｂとは、一体に成形されており、一枚の金属板（例えば、ばね用ステンレス鋼）を塑性加工（プレス成形、曲げ加工等）することで製作することができる。

中央板部３８は、平面視すると略矩形状に形成されている。中央板部３８の下面には、弁体３４の上面が当接する。中央板部３８の両側辺（図２の上下の辺）には、突片３８ａが形成されている。突片３８ａは上方に折り曲げられている。中央板部３８に突片３８ａを設けることで、中央板部３８は端部側板部４０ａ，４０ｂよりも剛性が高められている。これによって、中央板部３８の変形が抑えられ、弁体３４とボディ２２の凹部３２の上面との密着性が確保されている。なお、中央板部３８の両端辺（図２の左右の辺）のそれぞれには、端部側板部４０ａ，４０ｂが接続されている。

端部側板部４０ａ，４０ｂは、図３によく示されるように、中央板部３８から上方に伸びてから屈曲して下方に伸び、その先端がボディ２２のフランジ部２４の下端に固定されている。端部側板部４０ａ、４０ｂの屈曲点（最も高くなる位置）は、ボディ２２のフランジ部２４より低くされている。これによって、板ばね３６と他の部品等が衝突することが防止され、板ばね３６が損傷してしまうことが防止されている。

板ばね３６の端部側板部４０ａ，４０ｂの先端がフランジ部２４に固定されると、板ばね２２の端部側板部４０ａ，４０ｂが所定量だけ曲げ変形し、板ばね３６は弁体３４をボディ２２の凹部３２の底面に所定荷重で押圧する。このため、通常時においては、弁体３４は、ボディ２２の凹部３２の底面に当接して密着し、ボディ２２の通気孔３０を閉じている。

シール部材４２は、リング形状を有しており、ゴム（例えば、ＥＰＤＭ）により形成されている。シール部材４２は、ボディ２２の差込部２８に外嵌されている。ボディ２２の差込部２８が電池ケース１２の貫通孔１４ａに差込まれると、シール部材４２は、電池ケース１２とボディ２２の間に位置し、電池ケース１２と差込部２８（ボディ２２）との間の隙間をシールする。

上述した安全弁２０は予めユニット化され、ユニット化された安全弁２０が電池ケース１２に取付けられる。安全弁２０をユニット化するには、まず、ボディ２２の凹部３２に弁体３４を配置し、板ばね３６をボディ２２に取付ける。次に、ボディ２２の差込部２８にシール部材４２を外嵌する。これにより、ボディ２２に弁体３４、板ばね３６及びシール部材４２が装着され、安全弁２０がユニット化される。

ユニット化された安全弁２０は、下記の手順で電池ケース１２に取付けられる。すなわち、ユニット化された安全弁２０の差込部２８を電池ケース１２の貫通孔１４ａに差込む。貫通孔１４ａに差込部２８を差込むと、シール部材４２によって電池ケース１２と差込部２８の隙間がシールされる。また、上述したように、板ばね３６は弁体３４を通気孔３０に向かって付勢し、弁体３４は凹部３２の底面に押圧され密着している。

電池ケース１２内のガス圧が所定値（開弁圧）以下のときは、弁体３４を上方に押圧する力（電池ケース１２内のガス圧による力）が弁体３４を下方に押圧する力（板ばね３６による力）より小さいため、弁体３４は通気孔３０を封止する。したがって、電池ケース１２内のガスが外部に流出することが禁止される。一方、電池ケース１２内のガス圧が所定値（開弁圧）を越えると、弁体３４を上方に押圧する力（電池ケース１２内のガス圧による力）が弁体３４を下方に押圧する力（板ばね３６による力）より大きくなるため、弁体３４は上方に変位し、通気孔３０が開放される。これによって、電池ケース１２内のガスが外部に排出され、過大な力が電池ケース１２に作用することが防止される。

上述した説明から明らかなように、本実施例では、安全弁２０の差込部２８を電池ケース１２の貫通孔１４ａに差込むだけで、電池ケース１２と安全弁２０の位置合わせが完了できると共に、安全弁２０の電池ケース１２への取付けが完了する。このため、電池ケース１２と安全弁２０を溶接する必要はなく、安全弁２０を電池ケース１２に容易に取付けることができる。特に、安全弁２０は、ボディ２２に弁体３４、板ばね３６及びシール部材４２を予め装着してユニット化できるため、安全弁２０と電池ケース１２の取付作業を極めて簡易に短時間で行うことができる。

さらに、本実施例の安全弁２０は、ボディ２２と弁体３４と板ばね３６とシール部材４２が予めユニット化されているため、安全弁２０を電池ケース１２に取付ける前に開弁性能を評価できる。一方、従来の構造では、電池ケースに収容ケースを溶接することによって安全弁が機能するため、電池ケースに取付ける前に開弁性能を評価することはできない。したがって、本実施例の安全弁２０によると、電池ケース１２に取付ける前に開弁性能を評価できるため、安定した開弁性能を保証することができる。

また、本実施例では、ボディ２２に形成された通気孔３０の径を、電池ケース１２の貫通孔１４ａより小さくしている。このため、電池ケース１２内のガスから弁体３４に作用する力（電池ケース１２内の圧力×通気孔３０の面積）を小さくすることができる。その結果、電池ケースの貫通孔を弁体で封止する従来構造と比較して、弁体３４に作用する力が小さくなり、板ばね３６に必要とされる機械的強度を小さくすることができる。したがって、安全弁２０を小型化することができ、電池１０の小型化に寄与する。なお、電池ケース１２の貫通孔１４ａの径は小さくしなくてもよいため、電池ケース１２内に電解液を注入する作業が困難となることはない。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、上述した実施例では、弁体３４を付勢するばねを両端固定の板ばね３６としたが、弁体３４を付勢するばねは種々のばねを用いることができる。例えば、コイルばねによって弁体３４を付勢してもよい。
また、電池ケース１２と安全弁２０をシールする機構は、上述した実施例の構造に限られず、種々の構造を採用することができる。例えば、上述した実施例では、電池ケース１２の上面１４と本体２６の下面との間にシール部材４２を配置したが、このような例に限られず、貫通孔１４ａの内壁面と差込部２８の外壁面との間にシール部材を配置するようにしてもよい。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０ 電池
１２ 電池ケース
２０ 安全弁
２２ ボディ
３４ 弁体
３６ 板ばね

Claims (5)

1. 電池ケースに形成された貫通孔に取付けられ、電池ケース内の圧力が所定の圧力を超えたときに開弁する安全弁であり、
   前記貫通孔に差込み可能な差込部を有しており、差込部を前記貫通孔に差込んだときに電池ケース内と電池ケース外を連通する通気孔が形成されているボディと、
   前記通気孔を閉じる閉位置と前記通気孔を開く開位置とに移動可能な弁体と、
   弁体を開位置から閉位置に向かって付勢する付勢手段と、
   ボディと電池ケースの貫通孔との隙間をシールするシール部材と、を有しており、
   ボディの差込部を前記貫通孔に差込んだ状態において、弁体が閉位置にあると電池ケースが密閉される一方で、弁体が開位置にあると電池ケース内と電池ケース外が通気孔を介して連通することを特徴とする、安全弁。
2. 前記通気孔の径が前記貫通孔の径よりも小さくされていることを特徴とする、請求項１に記載の安全弁。
3. 弁体と付勢手段とシール部材がボディに組み込まれてユニット化されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の安全弁。
4. ボディの上面には、通気孔を取囲むようにフランジが突設されており、そのフランジで囲まれた空間に付勢手段が収容されており、
   フランジの上端の高さが、付勢手段の最も高くなる部位よりも高いことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の安全弁。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の安全弁を備える電池。

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