JP2020063058A - 弁及びこれを備える包装体 - Google Patents

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Abstract

【課題】破壊弁の裂開後も継続的に使用することが可能な包装容器のための弁及びこれを備える包装体を提供する。【解決手段】樹脂成形品又はフィルムにより形成される包装容器の内外を連通させる通路を形成する弁が提供される。前記弁は、前記通路を閉塞するように配置され、前記包装容器の内部において発生したガスに起因して前記包装容器の内圧が上昇した場合に裂開する破壊弁と、前記通路内において前記破壊弁の外部に向かう側である二次側に配置され、前記破壊弁が裂開した後、前記包装容器の内圧に応じて前記包装容器の内部から外部へと前記ガスを放出する逆止弁と、前記通路を少なくとも部分的に画定し、前記包装容器を構成するフィルムに挟まれた状態で前記包装容器に固定される取付部とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、包装容器のための弁及びこれを備える包装体に関する。
特開２００４−００６２１３号公報（特許文献１）は、角型電池の電池パックについての発明を開示する。この電池パックには、発電要素を封止した金属製の電池缶が含まれる。電池缶の内部では、電解液の気化や分解に起因してガスが発生することがあり、発生したガスによって電池缶の内圧が異常に上昇してしまうと、電池缶の破裂を招き得る。こうした破裂を防止するため、特許文献１の開示する電池缶には、安全弁が形成される。安全弁は、電池缶が破裂する内圧よりも低い内圧で破断して、発生したガスを放出するように構成される。
特開２００４−００６２１３号公報
特許文献１の電池缶は、破壊弁が一度裂開してしまうと、その後は継続的に使用することができない。そして、同様の問題は、電池缶に限らず、ガスが発生する内容物を収容している包装容器にも生じ得る。
本発明は、破壊弁の裂開後も継続的に使用することが可能な包装容器のための弁及びこれを備える包装体を提供することである。
本発明の第１観点に係る弁は、樹脂成形品又はフィルムにより形成される包装容器の内外を連通させる通路を形成する弁であって、前記通路を閉塞するように配置され、前記包装容器の内部において発生したガスに起因して前記包装容器の内圧が上昇した場合に裂開する破壊弁と、前記通路内において前記破壊弁の外部に向かう側である二次側に配置され、前記破壊弁が裂開した後、前記包装容器の内圧に応じて前記包装容器の内部から外部へと前記ガスを放出する逆止弁と、前記通路を少なくとも部分的に画定し、前記包装容器を構成するフィルムに挟まれた状態で前記包装容器に固定される取付部とを備える。
本発明の第２観点に係る弁は、第１観点に係る弁であって、前記破壊弁の開弁圧力は、前記包装容器の耐内圧の２／３以下である。
本発明の第３観点に係る弁は、第１観点又は第２観点に係る弁であって、前記包装容器の外部に配置され、前記取付部に連続し、前記通路を部分的に画定する筒状部位をさらに備える。前記逆止弁は、前記筒状部位内に配置される。
本発明の第４観点に係る包装体は、第１観点から第３観点のいずれかに係る弁と、前記包装容器とを備える。
本発明の第５観点に係る包装体は、第４観点に係る包装体であって、前記包装容器は、パウチである。
本発明の第６観点に係る包装体は、第４観点又は第５観点に係る包装体であって、前記包装容器の耐内圧は、１ＭＰａ以下である。
本発明の第７観点に係る包装体は、第４観点から第６観点のいずれかに係る包装体であって、前記包装容器内には、前記破壊弁の裂開前において実質的に真空が形成されている。
本発明の第８観点に係る包装体は、第４観点から第７観点のいずれかに係る包装体であって、前記包装容器は、電池素子を収容する。
本発明の第９観点に係る包装体は、第４観点から第８観点のいずれかに係る包装体であって、前記包装容器は、ラミネート容器である。
本発明によれば、破壊弁の外部に向かう側である二次側に逆止弁が配置される。そのため、破壊弁の裂開後も継続的に使用することができる。
本発明の一実施形態に係る弁（弁構造体）及び包装容器を含む包装体の斜視図。 同実施形態に係る破壊弁の上面図。 図２のＩＩ−ＩＩ線断面図。 同実施形態に係る破壊弁及び逆止弁の周辺の構造を示す側方断面図。 変形例に係る破壊弁及び逆止弁の周辺の構造を示す側方断面図。 別の変形例に係る破壊弁及び逆止弁の周辺の構造を示す側方断面図。
以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る弁及びこれを備える包装体について説明する。
＜１．包装体の全体構成＞
図１は、本実施形態に係る包装体１０１の斜視図を示す。同図に示すように、包装体１０１は、本実施形態に係る弁である弁構造体１００と、弁構造体１００が取り付けられた包装容器２００とを備える。図１では、本来外部から視認できない部位が、参考のため、部分的に点線で示されている。以下では、説明の便宜のため、図１の上下方向を「上下」と称し、左右方向を「左右」と称するが、包装体１０１の使用時の向き及び方向は、これに限定されない。
包装体１０１の内容物は特に限定されないが、包装体１０１は、時間の経過に伴いガスを発生する内容物を収容するのに特に優れる。包装体１０１の内容物は、例えば、コーヒー、発酵食品（味噌等）、長期保存用食品等とすることができるが、本実施形態の包装体１０１は、電池、特にリチウムイオン二次電池であり、内容物として、電極及び電解液といった電池素子を収容する。
包装容器２００は、樹脂成形品又はフィルムにより形成される。ここでいう樹脂成形品とは、射出成型や圧空成形、真空成形、ブロー成形等の方法により製造することができ、意匠性や機能性を付与するためにインモールド成形を行ってもよい。樹脂の種類は、ＰＰ、ＰＥＴ、ナイロン、ＡＢＳ等とすることができる。また、ここでいうフィルムとは、例えば、インフレーション法やＴダイ法等の方法により製造することができるプラスチックフィルムや金属箔である。また、ここでいうフィルムは、延伸されたものであってもなくてもよく、単層のフィルムであっても積層フィルムであってもよい。また、ここでいう積層フィルムは、コーティング法により製造されてもよいし、複数枚のフィルムが接着剤等により接着されたものでもよいし、多層押出法により製造されてもよい。
包装容器２００は、本実施形態ではラミネート容器である。ラミネート容器とは、その名の通り、ラミネートフィルムから構成される。また、ラミネート容器の形態は特に限定されず、袋状にすることもできるが、本実施形態では、ラミネートフィルムを凹状に成形し、その上から重ね合わされたラミネートフィルムと適当な部分（周縁部）でヒートシールされ、これによりヒートシール部２０１が形成される。そして、このヒートシール部２０１により、外部空間から遮断された包装容器２００の内部空間が形成される。なお、本明細書でいうヒートシールの態様には、熱源からの加熱溶着、超音波溶着等の態様が想定される。ラミネートフィルムは、基材層、バリア層及び熱融着性樹脂層をこの順に積層した積層体とすることができる。
弁構造体１００は、包装容器２００の内部で発生したガスを必要に応じて外部へ逃がし、包装容器２００が内圧によって破裂することを防止するように構成される。以下では、弁構造体１００を基準として、包装容器２００の内部に向かう側を一次側、一次側の反対側（包装容器２００の外部に向かう側）を二次側と呼ぶ。
＜２．弁構造体の構成＞
図１に示すように、弁構造体１００は、内部に通路Ｌが形成される弁外体２を備える。弁外体２は、筒状部位２０及び取付部２２を有する。取付部２２は、弁構造体１００を包装容器２００に取り付けるための部位である。取付部２２は、本実施形態では、包装容器２００の成袋時にヒートシール部２０１を構成するラミネートフィルムに挟まれた状態でヒートシールされることによって、包装容器２００に固定される。
取付部２２は、筒状部位２０と中心軸が略一致する環状部２３と、環状部２３の左右の端部からそれぞれ左方向及び右方向に延びる翼状延端部２４及び２４とを含み、平面視において涙目形状である。筒状部位２０は、取付部２２の上端から上方向に延びる略円筒状の部位である。これに限定されないが、本実施形態では、筒状部位２０及び取付部２２は、ステンレス等の金属で構成されており、別部品として成形された後、互いに溶接されている。ただし、筒状部位２０及び取付部２２は、一体的に構成することもできる。なお、取付部２２と筒状部位２０とを別部品とする場合、両者を異素材とすることができ、例えば、筒状部位２０をステンレス製とし、取付部２２を硬質の樹脂製とすることができる。通路Ｌは、取付部２２及び筒状部位２０の内部を貫通して上下方向に延びる、断面が略円形の通路であり、包装容器２００の内外を連通させる。
通路Ｌ内において取付部２２の内周面には、フランジ部２１が形成されており、フランジ部２１の上面は、破壊弁１の外周縁と溶接されている。破壊弁１は、金属製であり、略円板形状である。破壊弁１は、通路Ｌを閉塞するように配置される。フランジ部２１は、内フランジであり、破壊弁１の外径は、フランジ部２１の内径よりも大きく、取付部２２のフランジ部２１以外の内径よりも僅かに小さい。なお、破壊弁１は、フランジ部２１の下面に固定されてもよい。
破壊弁１は、自身の一次側の圧力が上昇すると、裂開してガスを一次側の空間から二次側の空間に逃すように構成される。つまり、破壊弁１は、包装容器２００の内部において発生したガスに起因して包装容器２００の内圧が上昇した場合に裂開するように構成されている。なお、図１に示す状態では、破壊弁１は、裂開していない閉状態である。
通路Ｌ内において破壊弁１の一次側の空間Ｒ１は、包装容器２００の内部と連通しており、包装容器２００の内圧は、空間Ｒ１の内圧に一致する。一次側の空間Ｒ１は、包装容器２００の内部とともに、包装容器２００内部で発生したガスが最初に封止される閉空間を形成する。
図２Ａは、破壊弁１の上面図である。破壊弁１の上面には、略Ｙ字状に切り欠かれた切欠き部１０が形成される。図２Ｂは、破壊弁１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図２Ｂに示すように、切欠き部１０は、破壊弁１の上面と下面とで対称に形成され、切欠き部１０の厚みＷ１は破壊弁１の他の部分の厚みＷ２よりも薄い。つまり、切欠き部１０は、破壊弁１の他の部分よりも相対的に強度が低く、破壊弁１の一次側の圧力が上昇した場合に応力が集中する部位である。これにより、包装容器２００の内圧の上昇に伴って破壊弁１に一定以上の圧力が加わると、切欠き部１０から破断が発生し、破壊弁１が裂開する。破壊弁１の開弁圧力は、破壊弁１が裂開する圧力（一次側と二次側との圧力差）であり、切欠き部１０の形状、厚みＷ１、材料等のパラメータによって適宜実現することができる。なお、ここでいう「裂開」とは、破壊弁１を構成する材料が断ち切れることにより、破壊弁１の一次側と二次側とが気体及び液体連通した状態になることを指すものとする。
本実施形態の破壊弁１はアルミニウム製であり、Ｗ１は１０〜２０[μｍ]、Ｗ２は約２００[μｍ]である。また、本実施形態の破壊弁１の開弁圧力は０．２[ＭＰａ]である。なお、ここでいう開弁圧力は、二次側の圧力が大気圧（０．１ＭＰａ）であるものとして、破壊弁１の一次側の圧力から二次側の圧力を引いた値として表される。また、圧力を数値で示すとき、特に断らない限り、それらは２５℃環境で計測されるものとする。破壊弁１の開弁圧力は、包装容器２００の耐内圧の２／３以下であることが好ましい。この場合、包装容器２００が破裂する前に、より確実に破壊弁１を開弁させることができる。なお、包装容器２００の耐内圧とは、弁構造体１００を省略し、弁構造体１００の取り付け位置をその周辺と同様にヒートシールした場合に、包装容器２００が気密にシールされた状態を維持できる包装容器２００の最大の内圧を意味する。ここで、包装容器２００の内圧は、大気圧との差で表すものとする。包装容器２００の耐内圧は、１[ＭＰａ]以下とすることができる。この場合、包装容器２００内で大量に発生したガスにより、電池の内部部品に不具合が生じることが抑制され得る。１００℃の高温環境で包装容器２００の耐内圧が１ＭＰａを上回る場合、破壊弁１の開弁圧力は、１ＭＰａの２／３以下であることが好ましい。破壊弁１の開弁圧力が１ＭＰａの２／３を上回ると、包装容器２００が破袋しないとしても変形により電極が変形し、ショートするなどの問題が発生するためである。
通路Ｌ内において破壊弁１の二次側には、逆止弁３が配置される。逆止弁３は、破壊弁１が裂開した後、包装容器２００の内圧に応じて包装容器２００の内部から外部へとガスを放出する一方通行の弁である。逆止弁３は、繰り返しのガス抜きが可能な復帰弁である。
図３は、破壊弁１及び逆止弁３の周辺の構造を示す側方断面図である。図３に示されるように、通路Ｌは、破壊弁１が裂開した後、包装容器２００内において発生したガスを逆止弁３へ誘導する。逆止弁３の構成は特に限定されず、本実施形態では、図３に示すとおり、ボールスプリング型であるが、例えば、ダックビル型、アンブレラ型等とすることもできる。本実施形態の逆止弁３は、弁座２１０と、Ｏリング２１２と、ボール２１４と、バネ２１６と、天面部２１８とを含む。
弁座２１０は、筒状部位２０の内周面から通路Ｌ内に向かって突出するように配置される。弁座２１０は、通路Ｌ内に、上方に向かって拡径する逆円錐型の空間を画定し、同空間を破壊弁１の二次側の空間Ｒ２に連通させる貫通孔Ｏ１を中央に有する。弁座２１０は、バネ２１６により上方から付勢される弁体としてのボール２１４を受け取り、このとき、逆止弁３の閉状態が形成される。ボール２１４は、バネ２１６の下端に接触し、バネ２１６の上端は、天面部２１８に接触する。天面部２１８は、筒状部位２０の上端に配置され、中央に貫通孔Ｏ２を有するドーナツ板状の部位である。なお、弁座２１０及び天面部２１８は、各々、例えば、ステンレス等の金属製とすることができ、筒状部位２０と一体的に構成することができる。Ｏリング２１２は、ボール２１４が弁座２１０に着座したときに、ボール２１４と弁座２１０との隙間をなくし、閉状態の密閉性を高めるのを補助する。Ｏリング２１２は、中空円形のリングであり、例えば、フッ素ゴムによって構成される。ボール２１４及びバネ２１６の材質は特に限定されず、例えば、両者をステンレス等の金属製とすることができる。また、ボール２１４は、樹脂で構成されてもよい。また、ボール２１４及び弁座２１０の一方をゴム製とし、他方をテフロン（登録商標）又はテフロン（登録商標）コートしたステンレス等の金属製とすることもできる。
通路Ｌ内において破壊弁１の二次側であって、逆止弁３の一次側の空間Ｒ２は、破壊弁１の裂開後、破壊弁１の一次側の空間Ｒ１と連通する。このとき、空間Ｒ２の内圧は、包装容器２００の内圧及び空間Ｒ１の内圧に一致する。空間Ｒ２は、包装容器２００の内部及び空間Ｒ１とともに、包装容器２００内部で発生したガスを、破壊弁１の裂開後に封止する閉空間を形成する。
また、通路Ｌ内において逆止弁３の二次側（弁座２１０とボール２１４とが接触する位置よりも包装容器２００の外部へ向かう側）の空間Ｒ３は、外部空間と連通している。破壊弁１の裂開後、包装容器２００の内圧、すなわち、逆止弁３の一次側の空間Ｒ２の内圧が所定の圧力に達すると、包装容器２００の内部から誘導されたガスがボール２１４を上方に押圧する。ボール２１４が押圧され、弁座２１０から離れると、バネ２１６が縮み、逆止弁３の開状態が形成される。この開状態において、包装容器２００内部で発生したガスは、ボール２１４とＯリング２１２との間に形成された隙間を介して空間Ｒ３内へ流れ出し、さらに貫通孔Ｏ２を介して包装体１０１の外部に排出される。ガスが排出され、ボール２１４を上方向に押圧する力が弱まると、バネ２１６がボール２１４を下方向に付勢する力がこれよりも大きくなり、バネ２１６が復元して延びる。その結果、再度、逆止弁３の閉状態が形成される。
逆止弁３の開弁圧力は、破壊弁１の開弁圧力より小さく設定することもできるし、破壊弁１の開弁圧力と同じに設定することもできるし、破壊弁１の開弁圧力より大きく設定することもできる。なお、ここでいう逆止弁３の開弁圧力も、破壊弁１の場合と同様に、二次側の圧力が大気圧（０．１ＭＰａ）であるものとして、逆止弁３の一次側の圧力から二次側の圧力を引いた値である。
以上のとおり、本実施形態では、破壊弁１の二次側に逆止弁３が配置される。そのため、破壊弁１の裂開後も、逆止弁３の作用により、包装容器２００内への大気の進入を防止し、これに含まれる水分による電池の劣化を効果的に防止することができる。よって、破壊弁１の裂開後も、電池である包装体１０１を継続的に使用することができる。
ところで、逆止弁３は、一方通行の弁であると言えるものの、それ単体では、逆流を完全に防止することまではできない。よって、逆止弁３のみでは、包装容器２００内への大気の進入を完全に防止することは困難であり、電池の劣化が生じ得る。この点、本実施形態では、破壊弁１の裂開前には、破壊弁１の存在により、包装容器２００内への大気の進入を完全に防止し、これに含まれる水分による電池の劣化を効果的に防止することができる。
また、破壊弁１が裂開するのは、包装容器２００の内圧が、破壊弁１の開弁圧力以上になったときである。よって、破壊弁１の裂開後においては、逆止弁３の一次側の空間Ｒ１の内圧が比較的高い状態に維持されるため、逆止弁３を介しての僅かな逆流さえも生じにくい状態が生じる。よって、破壊弁１の裂開後においても、包装容器２００内への大気の進入を防止し、これに含まれる水分による電池の劣化を効果的に防止することができる。
さらに、本実施形態の包装体１０１は、電池であり、破壊弁１の裂開前においては、包装容器２００内には実質的に真空が形成される。ここで、以上述べた大気の逆流の問題により、仮に破壊弁１が存在せず、逆止弁３のみの構成では、包装容器２００内を真空引きすることが困難である。この点、本実施形態では、破壊弁１の存在により、このような真空引きも容易に行うことができる。
さらに、本実施形態では、逆止弁３が取付部２２ではなく、筒状部位２０内に配置される。その結果、包装容器２００に取付部２２をヒートシールにより取り付ける時の熱で、逆止弁３を構成する各種部品が変形する虞が低減される。
＜３．弁構造体の動作＞
以下、弁構造体１００の使用状態について説明する。弁構造体１００は、包装容器２００に気密に取り付けられた状態で使用される。
既に述べたとおり、包装体１０１は電池であり、包装容器２００には、電解液が収容される。電解液は、何らかの原因で気化したり、分解したりすることがある。電解液の気化や分解に伴って包装容器２００の内部でガスが発生すると、空間Ｒ１の内圧が上昇する。そして、空間Ｒ１の内圧（空間Ｒ２との差圧）が上昇して破壊弁１の開弁圧力に達すると、破壊弁１が裂開する。破壊弁１が裂開すると、空間Ｒ１と空間Ｒ２とが連通し、ガスは元々閉空間であった空間Ｒ２内に逃れることができるようになる。その結果、包装容器２００に加わる内圧が降下する。
破壊弁１は、一度裂開すると、その機能を果たさなくなる。しかしながら、破壊弁１の二次側に逆止弁３が存在するため、包装容器２００の内外が連通することなく、包装容器２００内への大気及びこれに含まれる水分の進入が生じ難い状態が継続する。従って、破壊弁１の裂開後も、電池である包装体１０１の使用を継続することができる。
以後、電池である包装体１０１の使用を継続し、空間Ｒ１及び空間Ｒ２の内圧（空間Ｒ３との差圧）が逆止弁３の開弁圧力に達すると、逆止弁３が開弁する。逆止弁３が開弁すると、空間Ｒ１及びＲ２がさらに空間Ｒ３を介して外部空間と連通する。すなわち、包装体１０１の内外が連通し、包装容器２００の内部で発生したガスが外部空間へと放出される。その結果、包装容器２００に加わる内圧が降下し、逆止弁３は、閉状態に復帰する。よって、包装容器２００内への大気及びこれに含まれる水分の進入が生じ難い状態がさらに継続され、電池である包装体１０１の使用を継続することができる。
＜４．変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、以下の変更が可能である。また、以下の変形例の要旨は、適宜組み合わせることができる。
＜４−１＞
上記実施形態では、破壊弁１は、切欠き部１０が形成された金属製の板状部材とされたが、破壊弁１の構成は、この態様に限定されない。例えば、図４Ａに示すように、弁外体２の下端部に外周縁がヒートシールされたラミネートフィルム１ａにより、破壊弁を構成することもできる。別の例を挙げると、図４Ｂに示すように、ラミネートフィルムから構成される包装容器２００において、弁外体２の下端部を囲むように形成したヒートシール部１ｂにより、破壊弁を構成することもできる。この例では、ヒートシール部１ｂの内部と外部とがヒートシール部１ｂにより気体及び液体連通することのないように分離される。しかし、包装容器２００の内部において発生したガスにより、ヒートシール部１ｂの内部側の空間の圧力が上昇すると、このヒートシール部１ｂが剥離するように構成されている。以上のとおり、図４Ａ及び図４Ｂのようなイージーピールによっても、好ましく破壊弁を形成することができる。
＜４−２＞
上記実施形態では、破壊弁１が取付部２２内に配置されたが、筒状部位２０内に配置してもよい。この場合、包装容器２００に対するヒートシールによる取付部２２の取り付け時の熱で、破壊弁１が変形する虞が低減される点で好ましい。また、破壊弁１を筒状部位２０内に配置するとともに、涙目形状の取付部２２を省略して、包装容器２００を筒状部位２０の外周面にヒートシールにより固定してもよい。
１ 破壊弁
１ａ ラミネートフィルム（破壊弁）
１ｂ ヒートシール部（破壊弁）
２ 弁外体
３ 逆止弁
２００ 包装容器
Ｌ 通路

Claims (9)

  1. 樹脂成形品又はフィルムにより形成される包装容器の内外を連通させる通路を形成する弁であって、
    前記通路を閉塞するように配置され、前記包装容器の内部において発生したガスに起因して前記包装容器の内圧が上昇した場合に裂開する破壊弁と、
    前記通路内において前記破壊弁の外部に向かう側である二次側に配置され、前記破壊弁が裂開した後、前記包装容器の内圧に応じて前記包装容器の内部から外部へと前記ガスを放出する逆止弁と、
    前記通路を少なくとも部分的に画定し、前記包装容器を構成するフィルムに挟まれた状態で前記包装容器に固定される取付部と
    を備える、弁。
  2. 前記破壊弁の開弁圧力は、前記包装容器の耐内圧の２／３以下である、
    請求項１に記載の弁。
  3. 前記包装容器の外部に配置され、前記取付部に連続し、前記通路を部分的に画定する筒状部位
    をさらに備え、
    前記逆止弁は、前記筒状部位内に配置される、
    請求項１又は２に記載の弁。
  4. 請求項１から３のいずれかに記載の弁と、
    前記包装容器と
    を備える、包装体。
  5. 前記包装容器は、パウチである、
    請求項４に記載の包装体。
  6. 前記包装容器の耐内圧は、１ＭＰａ以下である、
    請求項４又は５に記載の包装体。
  7. 前記包装容器内には、前記破壊弁の裂開前において実質的に真空が形成されている、
    請求項４から６のいずれかに記載の包装体。
  8. 前記包装容器は、電池素子を収容する、
    請求項４から７のいずれかに記載の包装体。
  9. 前記包装容器は、ラミネート容器である、
    請求項４から８のいずれかに記載の包装体。
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