JP3884039B2 - ガス抜き弁 - Google Patents

Description

本発明は、密封容器に取り付けて、内容物から気体が発生した場合に、これを容器外部に逃がす用途に使用されるガス抜き弁に関し、特に電気二重層キャパシタや二次電池の容器から、内部で発生した気体を外部に逃がすのに好適なガス抜き弁に関する。

硬質材料や軟質材料からなる密封容器に収納したものが気体を発生する場合、気体を外に放出しないと容器内の圧力が上昇し、破裂するおそれがある。収納容器の内容物から発生する気体を逃がしながら、外気の侵入を防止するために種々のガス抜き弁が従来から使用されている。

特許文献１には、図６に示す断面構造を有するガス抜き弁が記載されている。このガス抜き弁は、内容物から発生する気体を逃がす孔６０２を有する容器６０１、内側からその孔部に取り付けられた液体を遮断して気体を透過するガス透過フィルム６０３、外側からその孔部に取り付けられ、周面に放出孔６１２を有するカバー６１０、カバー内に収納された弁座６１６、弁体６１５、及び弾性体６１８からなっている。弁座６１６はリング形状であって容器外壁の孔６０２と同心位置に固定され、弾性体６１８が弁体６１５を閉弁方向に付勢する。その結果、弁体６１５の周囲部が、弁座６１６の内周部に当接して孔６０２が閉塞される。

しかしながら、この構造では弁座６１６が容器外壁によって支持されており、容器が袋等の軟質材料である場合は、弁座６１６の容器外壁による支持が不充分となり、その結果、弁体６１５と弁座６１６との当接力が弱くなって密閉性に劣る。また、カバー内の構造が複雑であり、容器６０１の内側及び外側の両側から各々部材を取り付ける必要もあるため、取り付け操作が煩雑である。

特許文献２には、外装がアルミラミネートフィルムにより形成されており、その内部に、プロピレンカーボネート溶液である電解液及び活性炭電極が収納された電気二重層キャパシタが記載されている。アルミラミネートフィルムでなる容器には樹脂製ガス抜き弁が備えられている。そのガス抜き弁の断面構造を図７に示す。このガス抜き弁７２０は、アルミラミネートフィルム７１５に融着された底面孔７２２を有する鍋状本体７２１、その底面に敷かれた弁膜７２３、及び弁膜上に設けられた押さえ部材７２４からなっている。

弁膜７２３は容器の内外圧力差によって動作する。すなわち、容器の内部圧力が外部圧力より低いときには弁膜７２３が底面に貼り付いて底面孔７２２が塞がれ（図７（ａ））、気体が発生して容器の内部圧力が外部圧力より高くなると捲れ上がって気体を外部に放出する（図７（ｂ））。

しかしながら、この構造では弁膜７２３の両端部は底面に常に押し付けられている状態ではなく、経時的に底面孔７２２の閉塞が不十分になり易い。また、このガス抜き弁では底面孔７２２から電解液が流出するのを防止することができない。更に、取り付けの際には鍋状本体の寸法に合わせて容器を切り抜く必要があり、取り付け操作が煩雑である。
特開２０００−３３５６４９ 特開２００３−２９７７００

本発明は上記従来の問題を解決するものであり、その目的とするところは、組み立て及び容器への取り付けが簡単であり、閉塞安定性及び耐薬品性に優れ、外気の侵入を長期間確実に防止することができるガス抜き弁を提供することにある。

本発明は、内容物から発生する気体を逃がす孔を有する容器に、内側からその孔部に取り付けられるガス抜き弁であって、
底面孔を有する凹部と凹部周縁のフランジ部とを有する合成樹脂カップ、
凹部内側の底面上に底面孔を覆うように敷かれた弾性及び非通気性の弁膜、及び
凹部内側の弁膜上に設けられた弾性及び通気性の合成繊維質材料、
を有し、
該合成樹脂カップは、凹部内側の底面が容器の孔部に対向するようにフランジ部において容器の内側面に接着されて取り付けられ、
取り付けた状態において、合成樹脂カップの接着部は容器の孔部を囲んでおり、該合成繊維質材料は容器の内側面によって押され、弁膜が圧迫されて底面孔が封止されている、ガス抜き弁を提供するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
また、このガス抜き弁は、上記合成樹脂カップ凹部外側の底面上に、フィルム体が底面孔を覆い、接着部が底面孔を囲むように接着された、液体を遮断して気体を透過するガス透過フィルムを更に有することが好ましい。

図１は本発明の一実施態様であるガス抜き弁を容器に取り付けた状態を示す断面図である。容器の外壁１０には内容物から発生する気体を逃がす孔１１が設けられている。容器としては、外気の侵入を防止しながら定常的なガス抜きを要する密閉容器であれば特に限定されず、金属、硬質樹脂、軟質樹脂及びこれらの複合材料などで形成されるものであってよい。例えば、容器はプラスチックフィルム、例えば、ポリオレフィンフィルムを有してなる袋であってよく、好ましくは、内側層にポリオレフィンフィルムを有するアルミラミネートフィルムである。ポリオレフィンフィルムは耐薬品性、特に有機溶媒に対する耐性に優れているからである。ポリオレフィンの中でも好ましいものはポリプロピレンである。このことは明細書全体において記載されているポリオレフィンについて該当する。

ガス抜き弁１は、合成樹脂カップ２、弁膜３、合成繊維質材料４からなっている。合成樹脂カップ２の素材は使用中に形状を維持できるのに十分な剛性を有する樹脂であればよい。成形及び取り付けのし易さを考慮すれば熱可塑性樹脂であることが好ましい。また、ポリオレフィン樹脂は耐薬品性に優れるため特に好ましい。樹脂カップ２は底面孔５を有する凹部と凹部周縁のフランジ部とを有している。

凹部内側の底面上には、底面孔５を覆うように弁膜３が敷かれている。弁膜３は弾性及び非通気性を有し、有機溶媒に対する耐性を示す素材から形成される。好ましくはゴム等である。弁膜３上には合成繊維質材料４が設けられている。合成繊維質材料４は弾性及び通気性を有し、有機溶媒に対する耐性を示す素材から形成される。かかる観点からはポリオレフィン繊維を主体とする繊維質材料が好ましい。繊維質材料としては、繊維堆積体、織布、不織布、これらを組合わせたもの等が挙げられる。好ましくは不織布であり、より好ましくは全面にエンボスが形成された不織布である。合成繊維質材料の厚さは弁に求められる開放圧力に応じて適宜決定すればよい。

合成樹脂カップ２は、凹部内側の底面が容器１０の孔部に対向するようにフランジ部において容器１０の内側面に接着されている。接着方法は特に限定されないが、容器の内側面及び合成樹脂カップが共にポリオレフィン製である場合は融着すればよい。取り付けた状態において、合成樹脂カップ２の接着部は容器の孔１１の回りを囲んでおり、外気が内容物に触れることはない。つまり、合成樹脂カップの取り付け操作は位置を決めて接着すれば足り、非常に簡単である。

そして、合成繊維質材料４は容器１０の内側面によって押され、弁膜３が圧迫されて底面孔５が封止されている。合成繊維質材料４は弁膜３の表面全体を押すことができ、底面孔５の封止が確実に行われる。耐薬品性に優れる合成繊維質材料は弾性が劣化し難く封止の持続性に優れている。弁の開放圧力は合成繊維質材料の厚さを変化させることで容易に制御することができる。また、合成繊維質材料はバネなどの弾性体と比較して取扱いに注意を要さず、組み立ての操作が非常に簡単である。

図２は本発明の他の実施態様であるガス抜き弁を容器に取り付けた状態を示す断面図である。図１に示した実施態様との相違点は、合成樹脂カップ凹部外側にガス透過フィルム６を有している点である。ガス透過フィルム６は内容物に液体が含まれる場合に設けることが好ましい。ガス透過フィルム６を設けることにより気体と一緒に液体が持ち出されることがなく、弁構造内に液体が侵入することも防止されるからである。

ガス透過フィルム６は液体を遮断して気体を透過する特性を有し、有機溶媒に対する耐性を示す素材から形成される。かかる観点から好ましいものはポリフルオロオレフィンの連続多孔質構造フィルムである。

ガス透過フィルム６は、フィルム体が底面孔を覆い、接着部が底面孔を囲むように、合成樹脂カップの外側面に接着される。そうすると内容物に含まれる液体は外部に漏れることはない。接着方法は、合成樹脂カップ材がポリオレフィンであり、ガス透過膜がポリフルオロオレフィンの連続多孔質構造フィルムである場合は、接着部において合成樹脂カップ材を融解する工程、融解部にガス透過フィルムを接触させる工程、及び接触部を急冷硬化させる工程を包含する方法によって行うことが好ましい。

ポリフルオロオレフィンは液体に濡れ難い。したがって、接着剤や融解樹脂はポリフルオロオレフィンの連続多孔質構造フィルムに接着せず、通常の接着方法や融着方法では接着が困難だからである。本願発明で用いる接着方法によれば、ポリフルオロオレフィンの微細孔構造に融解したポリオレフィンが浸透し、その状態でポリオレフィンが硬化することでアンカー効果を発揮し、強固な接着が可能になると考えられる。

本発明のガス抜き弁は閉塞安定性及び耐薬品性に優れ、外気の侵入を長期間確実に防止することができるため二次電池や電気二重層キャパシタの容器に取り付けて、好適に使用することができる。例えば、有機溶媒に炭素質電極を浸して成る有機系電気二重層キャパシタでは、電解液用の溶媒として浸食性及び浸出性が強い有機溶媒が使用され、耐薬品性、密閉性及び液体遮断性に優れた本発明のガス抜き弁は特に有用である。このような有機溶媒の具体例には、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、スルホラン、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、及びアセトニトリル等がある。

以下の実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。

図３は本実施例のガス抜き弁の分解斜視図である。厚さ０．５ｍｍのポリプロピレン板（三菱樹脂製「菱プレート」厚み：1ｍｍ）をプレス成形して、底部内径６ｍｍ、縁部内径７ｍｍ、深さ１ｍｍの円形平底凹部、及びこの凹部周縁に幅３ｍｍのフランジ部を有するポリプロピレンカップ３２を形成した。凹部中央に直径0.5ｍｍの孔５を一個開けた。

厚さ0.3ｍｍのＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）連続多孔質構造フィルム（住友電工(株)製「ポアフロン」WP −100 −100）を直径15ｍｍの円形に裁断した。ポリプロピレンカップ３２の外側面に得られたＰＴＦＥフィルム３６を重ね、(株)ムネカタ製のインパルスウエルダーにより、温度200℃まで5秒で昇温させ10秒ホールドした後、10秒で常温まで急冷した。この結果ＰＴＦＥフィルム３６の周縁部をポリプロピレンカップ３２フランジ部の外側面に接着した。

厚さ0.2ｍｍのゴムシート（興国インテック製「EPDM」）を直径６ｍｍの円形に裁断し、ポリプロピレンカップ３２の内側の底面上に得られたゴムシート３３を敷いた。次いで、直径約０．５ｍｍのエンボスが約２ｍｍ間隔で全面に形成されている厚さ0.8ｍｍのポリプロピレン繊維不織布（Kmberly-Clark社製）を直径６ｍｍの円形に裁断し、ゴムシート３３の上にこのポリプロピレン繊維不織布３４を重ねてガス抜き弁３１を得た。

このガス抜き弁を容器に取り付けて電気二重層キャパシタを作製した。図４は本実施例の電気二重層キャパシタの斜視図である。図５は図４に示した電気二重層キャパシタのＡＡ’断面図である。

まず、縦14ｃｍ、横11.0ｃｍ、幅1.5ｃｍの内側層にポリオレフィンフィルムを有するアルミラミネートの袋（大日本印刷製）４０を準備し、そのシール口付近の側面に針で数ヵ所孔４１を開けた。ポリプロピレンカップのフランジ部を、袋４０の内側から孔４１の回りを囲むように融着して、ガス抜き弁３１を袋４０に取り付けた。

予め引き出し電極部にシール前処理を施したアルミ電極４７、炭素質電極４８、セパレーター４９を適当な寸法に成形し、アルミ電極４７／炭素質電極４８／セパレーター４９／炭素質電極４８／アルミ電極４７の順に重ねて積層体を得、これを治具で挟んで袋４０に挿入した。テトラフルオロホウ酸テトラエチルアンモニウム塩のプロピレンカーボネート溶液を電解液として袋４０に注入し、シール口を熱融着して所定の減圧状態に密閉して電気二重層キャパシタを得た。

このようにして得られた電気二重層キャパシタは、製造時又は使用中に発生するガスを確実に放出することができ、外気の侵入を防止することができる。また、電解液はＰＴＦＥフィルムによって完全に遮断され、気体と一緒に液体が持ち出されることがなく、弁内に液体が侵入することも防止される。更に、耐薬品性に優れた材料で構成されており、密閉性は長期間確実に保たれる。

本発明の一実施態様であるガス抜き弁を容器に取り付けた状態を示す断面図である。 本発明の他の実施態様であるガス抜き弁を容器に取り付けた状態を示す断面図である。 実施例のガス抜き弁の分解斜視図である。 実施例の電気二重層キャパシタの斜視図である。 図４に示した電気二重層キャパシタのＡＡ’断面図である。 従来のガス抜き弁の構造を示す断面図である。 従来のガス抜き弁の構造を示す断面図である。

符号の説明

１…ガス抜き弁、
２…合成樹脂カップ、
３…弁膜、
４…合成繊維質材料、
５…底面孔、
６…ガス透過フィルム。

Claims (8)

1. 内容物から発生する気体を逃がす孔を有する容器に、内側からその孔部に取り付けられるガス抜き弁であって、
   底面孔を有する凹部と凹部周縁のフランジ部とを有する合成樹脂カップ、
   凹部内側の底面上に底面孔を覆うように敷かれた弾性及び非通気性の弁膜、及び
   凹部内側の弁膜上に設けられた弾性及び通気性の合成繊維質材料、
   を有し、
   該合成樹脂カップは、凹部内側の底面が容器の孔部に対向するようにフランジ部において容器の内側面に接着されて取り付けられ、
   取り付けた状態において、合成樹脂カップの接着部は容器の孔部を囲んでおり、該合成繊維質材料は容器の内側面によって押され、弁膜が圧迫されて底面孔が封止されている、ガス抜き弁。
2. 前記合成樹脂カップ凹部外側の底面上に、フィルム体が底面孔を覆い、接着部が底面孔を囲むように接着された、液体を遮断して気体を透過するガス透過フィルムを更に有する請求項１記載のガス抜き弁。
3. 前記合成樹脂カップ材がポリオレフィンであり、ガス透過膜がポリフルオロオレフィンの連続多孔質構造フィルムである請求項２記載のガス抜き弁。
4. 前記接着が、接着部において合成樹脂カップ材を融解する工程、融解部にガス透過フィルムを接触させる工程、及び接触部を急冷硬化させる工程を包含する方法によって行われたものである、請求項３記載のガス抜き弁。
5. 前記合成繊維質材料がポリオレフィン繊維を有してなる不織布である請求項１〜４のいずれか記載のガス抜き弁。
6. 前記容器がポリオレフィンフィルムを有してなる袋である請求項１〜５のいずれか記載のガス抜き弁。
7. 前記袋が、内側層にポリオレフィンフィルムを有するアルミラミネートフィルムで形成されている請求項６記載のガス抜き弁。
8. 前記内容物が、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、スルホラン、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、及びアセトニトリルからなる群から選択される少なくとも一種の有機溶媒を含む電解液に炭素質電極を浸して成る電気二重層キャパシタの構成である請求項１〜７のいずれか記載のガス抜き弁。
   
   

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