JP5111490B2 - 過剰圧力開放弁及びそれを有する開放弁ユニット - Google Patents

Description

【技術分野】
【０００１】
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、及びそれを有する開放弁ユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
これらの電池は、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取り付けられている。
【０００４】
例えば、特許文献１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、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する密閉形二次電池が、開示されている。しかし近年の電池や家電製品の小型化に伴い、比較的低い過剰圧力でも確実に作動して、その圧力を安全に外界へ開放できる一層小さくて簡易な構成の安全弁が求められている。
【０００５】
特に水素を燃料とする燃料電池の場合、水素の過剰供給、過熱又は過反応等によって、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精度の高い安全弁の取り付けが望まれている。さらに燃料電池や二次電池の電解槽、ポータブル電子機器やそれの密閉部品のケース、エアー配管、揮発性薬剤や発泡飲料の貯蔵容器の場合、安価で大量に生産でき均質な汎用小型安全弁の取り付けが望まれている。
【０００６】
特許文献２に、表側面がすり鉢状に窪んだ凹部と、裏側面が凹部と同方向に突出した凸部とを有し、凹部の最下点を通るシリンジ挿入孔が形成された医療用逆止弁が、開示されている。この医療用逆止弁は、輸液や輸血の際に簡便な操作で確実に、シリンジに充填された薬液を混注するのに用いられる。この医療用逆止弁は、小さな凹部の最下点にずれることなく全製品とも一定に挿入孔を設けるのが困難であるが、多少ずれていても医師や看護師が手作業でシリンジを強力に挿入してスリットを押し広げた後、シリンジの押子で加圧してシリンジに充填された薬液をスリットから混注するのであるから、誤作動が生じない。しかし、過剰圧力がかかったときにのみ自動的に精度良く外部へ開放させる必要がある燃料電池等の過剰圧力開放弁に、この医療用逆止弁を転用することはできない。
【０００７】
一方、特許文献３には、外部流体機器にワンタッチで取り付けできるもので、ロック爪を供えた継手本体と、外部流体機器の接続孔へ継手本体を取り付けるための取付部とを有する小型の管継手が、開示されている。この管継手は流体を流すものであるからその途中に開放弁が設けられていない。
【０００８】
【特許文献１】
特開平５−４７３６３号公報
【特許文献２】
特開平１０−１１８１７８号公報
【特許文献３】
特開２００２−１０６７６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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、均一に大量生産できる過剰圧力開放弁、及びそれを有する開放弁ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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、１〜２０質量％のシリコーンオイルを含有しつつ厚さを０．３〜２０ｍｍとし、径を２〜４０ｍｍとし、ＪＩＳ Ｋ６２５３によるデュロメータＡ硬さをＡ２０〜Ａ８０とするシリコーンゴム製のゴム弾性板の裏面側にかかる内部過剰圧力によってその表面側へ押し広げられて前記内部過剰圧力を外界へ開放する密閉開放自在で一文字状、Ｕ字状、Ｖ字状、Ｓ字状、及び十文字状から選ばれる何れかの形状であるスリットが、その全長を前記径の５〜８０％としつつ、前記ゴム弾性板の表裏両面を貫通し、前記ゴム弾性板から前記スリットの壁面へ滲み出た前記シリコーンオイルの介在によって前記密閉開放自在になっていることを特徴とする。
【００１１】
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、前記シリコーンオイルが、フェニルシリコーンオイル、ジメチルシリコーンオイル、メチルビニルシリコーンオイル、及びメチルフェニルシリコーンオイルから選ばれる少なくとも何れかであることを特徴とする。
【００１２】
請求項３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、周辺部で肉厚になっていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４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、前記ゴム弾性板が前記表面側の中央で窪み、その窪みの中央平坦部に前記スリットが前記貫通しており、又は前記ゴム弾性板が前記表面側の中央で盛りあがり、その盛りあがりの中央平坦部に前記スリットが前記貫通していることを特徴とする。
【００１４】
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、前記スリットが、前記ゴム弾性板の表裏両面の何れかに対して垂直に、又はその垂直から傾斜して、前記貫通していることを特徴とする。
【００１５】
前記ゴム弾性板が、以下のようなシリコーンゴム製である。
【００１６】
請求項６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、前記シリコーンゴムが、ジメチルシリコーンゴム、メチルビニルシリコーンゴム、メチルフェニルビニルシリコーンゴム、及びフロロシリコーンゴムから選ばれる何れか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弁は、請求項６に記載されたもので、前記シリコーンゴムがメチルビニルシリコーンゴムでシリコーンオイルがメチルフェニルシリコーンオイルであり、又は前記シリコーンゴムがメチルフェニルビニルシリコーンゴムでシリコーンオイルがジメチルシリコーンオイルであることを特徴とする。
請求項８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、前記厚さを０．３〜１ｍｍとすることを特徴とする。
【００１７】
請求項９に記載の過剰圧力開放ユニットは、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の内部過剰圧力を開放する過剰圧力開放ユニットであって、
１〜２０質量％のシリコーンオイルを含有しつつ厚さを０．３〜２０ｍｍとし、径を２〜４０ｍｍとし、ＪＩＳ Ｋ６２５３によるデュロメータＡ硬さをＡ２０〜Ａ８０とするシリコーンゴム製のゴム弾性板の裏面側にかかる前記内部過剰圧力によってその表面側へ押し広げられて前記内部過剰圧力を外界へ開放する密閉開放自在で一文字状、Ｕ字状、Ｖ字状、Ｓ字状、及び十文字状から選ばれる何れかの形状であるスリットが、その全長を前記径の５〜８０％としつつ、前記ゴム弾性板の表裏両面を貫通し、前記ゴム弾性板から前記スリットの壁面へ滲み出た前記シリコーンオイルの介在によって前記密閉開放自在になっている過剰圧力開放弁を、
有していることを特徴とする。
【００１８】
請求項１０に記載の過剰圧力開放ユニットは、請求項９に記載されたもので、前記ゴム弾性板の裏面側に付された熱接着性フィルム又は接着剤で前記容器、配管、及び／又はそれに連結される外部コネクタに接着されていることにより、又は前記容器、配管、及び／又はそれに連結される外部コネクタに付されたガイドで前記ゴム弾性板の外縁部を覆うことにより、前記容器、配管、及び／又はそれに連結される外部コネクタと前記過剰圧力開放弁とが、固定されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項１１に記載の過剰圧力開放ユニットは、請求項９に記載されたもので、前記容器、配管、及び／又はそれに連結される外部コネクタに、前記ゴム弾性板が嵌め込まれ、又は座金、中空管若しくは中空ネジで前記ゴム弾性板の外縁部が押さえつけられて、前記容器、配管、及び／又は外部コネクタと、前記過剰圧力開放弁とが、固定されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項１２に記載の過剰圧力開放ユニットは、請求項９に記載されたもので、前記ゴム弾性板が圧縮されて圧縮圧力がかけられており、前記圧縮圧力に応じて開放すべき前記過剰圧力が調整されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明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る高性能のものである。過剰圧力開放弁は、小型で簡易な構成であり、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。
【００２２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】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平面図及び側面断面図である。
【図２】本発明を適用する過剰圧力開放弁の実施途中を示す斜視図である。
【図３】本発明を適用する過剰圧力開放弁の実施の別な態様を示す斜視図である。
【図４】本発明を適用する過剰圧力開放弁の実施の別な態様を示す側面断面図である。
【図５】本発明を適用する過剰圧力開放弁の別な実施途中を示す側面断面図である。
【図６】本発明を適用する過剰圧力開放弁の別な実施途中を示す側面断面図である。
【図７】本発明を適用する過剰圧力開放ユニットの実施途中を示す側面断面図である。
【図８】本発明を適用する過剰圧力開放ユニットの別な実施途中を示す側面断面図である。
【図９】本発明を適用する過剰圧力開放ユニットの別な実施途中を示す側面断面図である。
【図１０】本発明を適用する過剰圧力開放ユニットの別な実施途中を示す側面断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１は過剰圧力開放弁、１０はゴム弾性板、１１・１１(a)・１１(b)・１１(c)・１１(d)はスリット、１２はゴム弾性板の表面側、１３はゴム弾性板の裏面側、１４は電解槽、１５は肉厚部位、１６は段違い肉厚部位、１７は取付具、１８は窪み、１９は盛りあがり、２０・２１は締付具、２２はリング状スペーサー、２３は肉厚、２４は壁、２５は熱接着性フィルム、２６はガイド、２７は中空雄ネジ、２８は外部コネクタ、２９は押子、３０は爪、３１は環状パッキン、３２は配管、３３はフィルタである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
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。
【００２６】
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、シリコーンオイルを含有するシリコーンゴム製の円板状のゴム弾性板１０に、一文字にスリット１１が垂直に切り込まれたものである。スリット１１の壁面は、互いに密着しているが、ゴム弾性板１０から滲み出たシリコーンオイルが介在することによって、固着することなく密閉開放自在となっている。
【００２７】
ゴム弾性板がシリコーンオイルを含有するシリコーンゴム製のものを示したが、シリコーンオイルを含有しないシリコーンゴム製であってもよい。
【００２８】
過剰圧力開放弁１は、例えば図２に示すように、燃料電池の電解槽１４の上壁に嵌めこまれて、過剰圧力開放ユニット２にして、使用される。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１４の内圧が上昇し、所定の内圧を超えた過剰圧力となると、その圧力によってゴム弾性板１０のスリット１１の裏面側１３へ応力がかかり、スリット１１が、押し広げられて圧力を外界へ開放する結果、安全な範囲内の所定の内圧に戻る。すると、ゴム弾性板１０の弾力によってスリット１１が押し戻され、元のように密着した状態となる。
【００２９】
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１０の厚さｔ・径Ｄ・材質・形状と、それの圧縮率と、スリット１１の形状・全長Ｌと、温度とを、適宜選択することによって、任意に調整することができる。過剰圧力の閾値は、５０〜２００ｋＰａの間で設定されることが好ましい。
【００３０】
ゴム弾性板１０の厚さｔ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に用いられる場合は、ゴム弾性板１０の硬さと径の大きさとにもよるが、特に小型化の観点から０．５〜１ｍｍであると一層好ましい。この範囲よりも薄いと、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、一端開放した後に元通りに復元できなくなり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。この範囲よりも厚いと、高圧の過剰圧力の開放を可能とするが、対応してスリット厚も厚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。
【００３１】
ゴム弾性板１０の径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に用いられる場合は、ゴム弾性板１０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。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。
【００３２】
ゴム弾性板１０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、合成ゴム例えばブチルゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、イソプレンゴムであってもよく、天然ゴムであってもよい。
【００３３】
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。
【００３４】
このシリコーンゴムに、１〜２０質量％のシリコーンオイルが含まれていることが好ましい。シリコーンオイルは、具体的には、フェニルシリコーンオイル、ジメチルシリコーンオイル、メチルビニルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル等が挙げられる。シリコーンゴムとシリコーンオイルとを組み合わせたとき両者の溶解度パラメータ（ＳＰ値）が離れているほど、ゴム弾性板１０のスリット１１が、シリコーンオイルの滲み出しによって、許容圧力内であるときに密着し過剰圧力に晒されたときに潤滑に剥がれて押し広げられ易くなる。この溶解度パラメータは、液体である非重合性物質等のモル蒸発熱をΔＨ、モル体積をＶとするとき、正則溶液の理論から導き出されδ＝（ΔＨ／Ｖ）^１／２により定義される量δである。シリコーンゴムがメチルビニルシリコーンゴム（ＶＭＱ）のときシリコーンオイルがメチルフェニルシリコーンオイルであることが好ましく、又シリコーンゴムがメチルフェニルビニルシリコーンゴム（ＰＶＭＱ）のときシリコーンオイルがジメチルシリコーンオイルであることが好ましい。このようにゴム弾性板１０の材質を適宜選択することにより、それの硬さを、ＪＩＳ Ｋ６２５３によるデュロメータＡ硬さでＡ２０〜Ａ８０、好ましくはＡ２８〜Ａ７３に調整することができる。
【００３５】
ゴム弾性板１０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。
【００３６】
スリット１１は、ゴム弾性板１０の表裏両面１２・１３の何れかに対して垂直であっても、垂直から傾斜していてもよい。傾斜していると、逆止弁としても効果が一層向上する。スリット１１は、例えば図３（Ａ）のように傾斜して設けられたＵ字状スリット１１（ａ）、同図（Ｂ）のように傾斜して設けられたＶ字状スリット１１（ｂ）、また、同図（Ｃ）のように垂直に設けられたＳ字状スリット１１（ｃ）、同図（Ｄ）のように垂直に設けられた十文字状スリット１１（ｄ）であってもよい。このようにスリット１１が曲がったり交差したりしていると、一文字状のスリット１１に比べ、スリット１１の全長を長くすることができるので、過剰圧力開放弁１を一層小型化しつつ、一層低圧の過剰圧力でも作動できるようになる。その他にも、スリット１１は、Ω字状スリット、Ｗ字状スリット等でもよい。しかし、スリット１１の全長を長くすると一層複雑な形状になるため、スリット１１が表面から持ち上がって過剰圧力を開放した後の戻りの際、表面側でつかえてしまい、元のように密着して密閉した状態に戻らない虞がある。
【００３７】
ゴム弾性板１０が、図４（Ａ）又は（Ｂ）のように、周辺部で、縁まで延びつつ一体化した肉厚１５を有していてもよい。この肉厚１５の部位は、過剰圧力を開放すべき槽や容器へ、スペーサーやワッシャや締付具で押さえて締め付けながら、固定するためのものであり、その肉厚１５の締め付け程度、即ち圧縮率を調整することにより、過剰圧力を開放する作動圧を、適度に調節することができる。同図（Ｃ）のように、段違いの肉厚１６を有していてもよい。段違いの肉厚１６の部位は、内圧が急激に上昇し過ぎて過剰圧力をスリット１１から開放しきれない非常時に、ゴム弾性板１０とこの段違いの肉厚１６との接合部位で破断して過剰圧力を開放することができる。同図（Ｄ）のように、過剰圧力開放弁１の縁が、嵌め込み、接着、又は圧縮成型により密着した金属製、硬質ゴム製又は硬質樹脂製の取付具１７を有していてもよい。同図（Ｅ）のように、ゴム弾性板１０が裏面側の中央で窪んでおり、その窪み１８の中央平坦部にスリット１１が貫通していてもよく、これにより内圧上昇に対して圧力調整の応答性が向上する。同図（Ｆ）のように、ゴム弾性板１０が表面側の中央で盛りあがっており、その盛りあがり１９の中央平坦部にスリット１１が貫通していてもよく、これにより逆止弁としての効果が一層向上する。このような平坦部にスリット１１が位置するようにスリット１１の切り込みを入れればよいので、切り込み方向を調整する必要がない。同図（Ｆ）の場合も同図（Ｃ）と同様に、急激な過剰圧力をスリット１１から開放しきれない非常時に、厚肉の周辺部とゴム弾性板１０の間の肉厚が薄くなっている部分で破断して、過剰圧力を開放することができる。
【００３８】
スリット１１の全長Ｌは、実用的にはゴム弾性板１０の径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、スリット１１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、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、スリット１１の端が裂けてゴム弾性板１０の端まで破断してしまったりする。
【００３９】
スリット１１による過剰圧力開放機能を十分に発揮させるのに、適切な範囲は、例えばスリット１１が一文字状の場合、径Ｄが２ｍｍのとき全長Ｌが０．１〜１．６ｍｍ、径Ｄが３ｍｍのとき全長Ｌが０．１５〜２．４ｍｍ、径Ｄが５ｍｍのとき全長Ｌが０．２５〜４ｍｍである。スリット１１の全長を変化させるだけでも、開放できる過剰圧力の閾値を調整できる。
【００４０】
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等に用いる場合には、ゴム弾性板が、厚さを０．３〜１ｍｍ、径を２〜５ｍｍ、ＪＩＳ Ｋ６２５３によるデュロメータＡ硬さをＡ２０〜Ａ８０とし、前記スリットが、全長を該径の２０〜８０％とすることが、特に好ましい。
【００４１】
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。
【００４２】
取り付けは図２のように、槽や容器の壁に、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く、図５のように、スペーサー２２を介して、又は介さないで、過剰圧力開放弁１のゴム弾性板１０の表裏両面から、穴の開いた締付具２０で、ゴム弾性板１０の縁近傍を押さえ付けて圧縮しつつ、締め付けるものであってもよい。その締め付け程度を適度に調整することにより、過剰圧力を開放する作動圧を、適度に調節することができる。また、図６のように、過剰圧力開放弁１のゴム弾性板１０の周辺で二重のリング状の肉厚２３となり、それらが、燃料電池用容器や電解槽のような容器等の壁２４にあいた穴に嵌まり込んでいてもよい。
【００４３】
過剰圧力開放弁１がシリコーンゴム製であって圧縮されて取り付けられていると、室温〜２００℃程度の高温に曝されても、高温によるシリコーンゴムの膨張と軟化とによって相殺される結果、開放すべき過剰圧力の閾値の変動が極めて小さい。
【００４４】
別な過剰圧力開放ユニット２の一例は、図７に示すように、容器の壁２４に開けられた穴を過剰圧力開放弁１で塞いだもので、過剰圧力開放弁１がゴム弾性板１０の裏面側に付された熱接着性フィルム２５で容器等の壁２４に接着されたものである。
【００４５】
熱接着性フィルム２５は、熱可塑性樹脂からなる。熱可塑性樹脂は、エチレンビニルアセテート(共)重合体、ポリアミド、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレンが挙げられる。熱接着性フィルムは１〜２００μｍ以下であることが好ましく、１０〜１００μｍであると一層好ましい。熱可塑性樹脂は、シリコーンゴムのようなゴム弾性板よりも硬いが、薄層であるため、過剰圧力を開放するのに支障がない。
【００４６】
この過剰圧力開放ユニット２は、例えば次ぎのようにして作製される。先ず、熱接着性フィルムの片面をプライマー処理し、次いで液状シリコーンゴムをコーターで塗布し、加熱硬化および加熱接着させて、熱接着性フィルム２５を付す。それを、円形に打ち抜き、ゴム弾性板１０と熱接着性フィルム２５とを予め一体化させておく。それを加熱下で容器等の壁２４へ圧着し接着してから、刃でゴム弾性板１０の中央にスリット１１を設けると、過剰圧力開放ユニット２が得られる。
【００４７】
熱接着性フィルム２５に代えて、接着剤を用いてもよい。
【００４８】
別な過剰圧力開放ユニット２の一例は、図８(a)に示すように、容器の壁２４に開けられた穴を過剰圧力開放弁１で塞ぎ、スリット１１による過剰圧力の開放を阻害しないように容器の壁２４から延びた金属製又はプラスチック製のガイド２６で、過剰圧力開放弁１のゴム弾性板１０の外延部を覆って、過剰圧力開放弁１が固定されているというものである。同図(b)に示すように、容器等の壁２４に過剰圧力開放弁１が嵌入し、ガイド２６でずれないように固定されていてもよい。何れもガイド２６が容器等の壁２４の外表から突き出していると、他の部材の取り付けや操作の際に邪魔になる場合には、同図(c)に示すように、容器等の壁２４の深部にまで過剰圧力開放弁１が嵌入し、ガイド２６で容器等の壁２４の外表からはみ出さないように固定されたものとしてもよい。
【００４９】
別な過剰圧力開放ユニット２の一例は、図９に示すように、容器の壁２４に開けられた穴にその途中まで雌ネジが設けられており、そこに嵌めこまれた過剰圧力開放弁１のゴム弾性板１０が、中空雄ネジ２７で押さえつけられて、固定されているというものである。
【００５０】
さらに別な過剰圧力開放ユニット２の一例は、図１０(b)に示すように、配管３２に連結される外部コネクタ２８が容器の壁２４に取り付けられ、過剰圧力開放弁１が外部コネクタ２８内に嵌め込まれ熱接着性フィルム２５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３２の先端が過剰圧力開放弁１に隙間無く接触し、配管３２の外周が外部コネクタ２８の内部の環状パッキン３１と隙間無く接触し、容器内を密閉している。配管３２は、外部コネクタ２８内に設けられた可撓性の爪３０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２５がなくてもよいし、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を設けてもよい。
【００５１】
配管３２は、金属製、プラスチック製、ゴム製であってもよい。配管３２内に、フィルタ３３が設けられていてもよい。
【００５２】
こ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１０(ａ)のように、押子２９を外部コネクタ２８へ押し込むと、爪３０が曲げられて、配管３２が押子２９内部を経て外部コネクタ２８へ貫入される。さらに環状パッキン３１内部を経て、配管３２の先端が過剰圧力開放弁１に当接する。押子２９を引き上げると、同図(ｂ)のように爪３０がその可撓性により復元して配管３２に食込み、配管３２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、容器内が密閉される。また、過剰圧力開放弁１と環状パッキン３１とは連結した一体化した形でもよい。
【実施例】
【００５３】
以下、本発明を適用する過剰圧力開放弁１を試作した実施例と、本発明を適用外の過剰圧力開放弁１を試作した比較例とを、以下に示す。
【００５４】
（デュロメータＡ硬さの相違するシリコーンゴムの調製）
原料として、シリコーンオイルを含有しているEL7396、EL7592、DS-8、WS7793（何れも旭化成ワッカーシリコーン株式会社製：商品名）（DS-8は加硫剤）を表１の配合比で配合して、ＪＩＳ Ｋ６２５３によるデュロメータＡ硬さが表１のようなＡ２８〜Ａ７３の６種類の各シリコーンゴムを調製した。
【００５５】
【表１】

【００５６】
（実施例１）
調製した各シリコーンゴムで、直径５ｍｍで厚さ０．５ｍｍの円板状のゴム弾性板１０を夫々作製し、その中央に薄い刃で一文字状に切り込んで全長１．６ｍｍのスリット１１を形成し、過剰圧力開放弁１を得た。
【００５７】
図５に示すように、窪みを有し窪みの中央が貫通した穴を有し、厚さ０．５９ｍｍの穴を有するリング状スペーサー２２で底上げされそこに過剰圧力開放弁１を嵌め込んでいる下側締付具２１と、貫通した穴を有する上側締付具２０とで、過剰圧力開放弁１を２５％前後の圧縮率となるよう締め付け、密閉された流路を作製した。過剰圧力開放弁１の裏面側から、昇圧速度２０ｋＰａ／ｓの窒素ガスによる圧力をかけ、３ｋＰａの漏れ検出圧を検知することにより、過剰圧力の作動圧を測定した。その結果を表２に示す。
【００５８】
【表２】

【００５９】
（実施例２）
実施例１のようにして過剰圧力開放弁１を得た後、１０％前後の圧縮率となるように厚さ０．５０ｍｍの中央に穴の開いたリング状スペーサー２２で締め付けたこと以外は実施例１と同様にして、過剰圧力を開放する作動圧を測定した。その結果を表３に示す。
【００６０】
【表３】

【００６１】
（実施例３）
実施例１のようにして、全長２．０ｍｍのスリット１１を形成して過剰圧力開放弁１を得たことと、その後、１０％前後の圧縮率となるように厚さ０．５０ｍｍの中央に穴の開いたリング状スペーサー２２で締め付けたこと以外は実施例１と同様にして、過剰圧力を開放する作動圧を測定した。その結果を表４に示す。
【００６２】
【表４】

【００６３】
（実施例４）
実施例１のようにして厚さ０．７５ｍｍであること以外は同様にして過剰圧力開放弁１を得た後、１０％前後の圧縮率となるように厚さ０．２７ｍｍの中央に穴の開いたリング状スペーサー２２で締め付けたこと以外は実施例１と同様にして、過剰圧力を開放する作動圧を測定した。その結果を表５に示す。
【００６４】
【表５】

【００６５】
（実施例５）
実施例１のようにして得たデュロメータＡ硬さをＡ３５とする過剰圧力開放弁１を得た後、温度を変えたことと、１分間隔で繰返して測定したこと以外は、実施例２と同様にして、過剰圧力を開放する作動圧を測定した。その結果を表６に示す。
【００６６】
【表６】

【００６７】
（比較例１）
実施例１のようにして得たデュロメータＡ硬さをＡ３５とするもので、スリットに代えて直径１．２５ｍｍの針で小穴を一つ開けた過剰圧力開放弁１を得た後、温度を変えたことと、１分間隔で繰返して測定したこと以外は、実施例２と同様にして、過剰圧力を開放する作動圧を測定した。その結果を表７に示す。
【００６８】
【表７】

【００６９】
（実施例６）
原料としてイソプレンゴムであるニッポールＩＲ−２２００（日本ゼオン株式会社製：商品名）の１００質量部、ステアリン酸（花王株式会社製）の１．０質量部、酸化亜鉛（正同化学工業株式会社製）の３．０質量部、カーボンブラックであるＭＴブラック（カナダ Ｃａｎｃａｒｂ社製：商品名）の１５質量部、ＭＢＴＳ（ジベンゾチアゾリルジスルフィド）であるノクセラーＤＭ（大内新興化学工業株式会社製：商品名）の０．８質量部、ＤＰＧ（１，３−ジフェニルグアニジン）であるノクセラーＤ（大内新興化学工業株式会社製：商品名）の０．８質量部、及び沈降硫黄（鶴見化学工業株式会社製）の２．０質量部を配合して、イソプレンゴム組成物を調製した。この組成物を用い実施例１のようにして得たデュロメータＡ硬さをＡ３８とする過剰圧力開放弁１を得た後、温度を変えたことと、１分間隔で繰返して測定したこと以外は、実施例１と同様にして、過剰圧力を開放する作動圧を測定した。その結果を表８に示す。
【００７０】
【表８】

【００７１】
（実施例７）
実施例１と同様に調製してＪＩＳ Ｋ６２５３によるデュロメータＡ硬さがＡ３５／Ｓとなるシリコーンゴムで、厚さを一定とし、ゴム弾性板１０の直径とスリットの長さとを変えて表９に示す過剰圧力開放弁１を得た後、表９の条件で示す以外は実施例１と同様に過剰圧力を開放する作動圧を測定した。その結果を表９に示す。
【００７２】
【表９】

【００７３】
（実施例８）
実施例１と同様に調製したＪＩＳ Ｋ６２５３によるデュロメータＡ硬さがＡ３５／Ｓとなるシリコーンゴムを用いて、スペーサーを除いて接着剤（商品名「アロンアルファ」：東亜合成株式会社製）で接着し、表１０に示す過剰圧力開放弁１を得た後、表１０の条件で示す以外は実施例１と同様に過剰圧力を開放する作動圧を測定した。その結果を表１０に示す。
【００７４】
【表１０】

【００７５】
（実施例９）
実施例１の原料に代えて、シリコーンオイルを含有していないＫＥ９３１−Ｕ、ＫＥ９４１−Ｕ、Ｃ−８（信越化学工業株式会社製、商品名）（Ｃ−８は加硫剤）を用いて表１１の組成でシリコーンゴムを調製し、表１２に示す過剰圧力開放弁１を得た後、表１２の条件で示す以外は実施例１と同様に過剰圧力を開放する作動圧を測定した。その結果を表１２に示す。
【００７６】
【表１１】

【００７７】
【表１２】

【００７８】
表２〜６及び８から明らかな通り、本発明を適用する過剰圧力開放弁は、低圧から高圧に渡る広範囲の過剰圧力で、確実に作動した。
【００７９】
表２から明らかな通り、過剰圧力開放弁は、厚さや圧縮率が略同じでも、デュロメータＡ硬さの数値が大きくなるほど、即ち硬さが硬くなるほど、作動圧が上昇したものとなる。表３からも同様なことが明らかである。
【００８０】
表２と表３とでデュロメータＡ硬さが同じ過剰圧力開放弁同士の比較から明らかな通り、過剰圧力開放弁は、厚さが略同じでも、圧縮率が高いほど、作動圧が上昇したものとなっていた。過剰圧力開放弁がシリコーンゴムで形成されているから、圧縮圧力が、スリット面に、締め応力としてかかる。このことから、スリットが長過ぎたり短過ぎたりすると圧縮圧力をかけても応力に影響しなくなるものと考えられる。したがって、適度な物性を有するシリコーンゴムのような原材料を選択して過剰圧力開放弁を作製しても、また圧縮圧力を調整しても、作動圧力を調整することができる。
【００８１】
表３と表４とでデュロメータＡ硬さと厚さと圧縮率とが略同じ過剰圧力開放弁同士の比較から明らかな通り、スリットの全長が表３のものよりも長い表４のものの方が、作動圧が低くなっていた。
【００８２】
表３と表５とでデュロメータＡ硬さと圧縮率とが略同じ過剰圧力開放弁同士の比較から明らかな通り、厚さが表３のものよりも厚い表５のものの方が、作動圧が高くなっていた。
【００８３】
表６から明らかな通り、デュロメータＡ硬さと厚さと圧縮率とが同じ過剰圧力開放弁であっても、測定温度が高いほど作動圧が低下していたが、測定温度に関わらず繰返して測定したときの作動圧は、殆ど変化しなかった。
【００８４】
表６と表７とでデュロメータＡ硬さと厚さと圧縮率と測定温度が同じ過剰圧力開放弁同士の比較から明らかな通り、本発明を適用外とするスリットを有さず小穴を有する表7の過剰圧力開放弁は、本発明を適用するスリットを有する表６の過剰圧力開放弁よりも、作動圧が低くなっていた。また、繰り返し行われた作動圧のバラツキも大きく信頼性に乏しものとなった。
【００８５】
表７に示すように、小穴を有する過剰圧力開放弁は、２３℃の室温程度での測定時で正常に作動するが、その温度よりも高い８０℃での測定時で急激な作動圧の低下が認められた。さらに高温の１２０℃、１６０℃、２００℃に曝した時、小穴が開いたまま元の状態に戻らなくなっていたので、作動圧の測定を行い得なかった。
【００８６】
表８に示すように、イソプレンゴム製の過剰圧力開放弁は、２３℃の室温程度〜１２０℃での繰返し測定時で正常に作動するが、その温度よりも高い１６０℃での繰返し測定時に測定回数が増える毎に急激な作動圧の低下が認められた。さらに高温の２００℃に曝した時、スリットが開いたまま元の状態に戻らなくなっていたので、作動圧の測定を行い得なかった。
【００８７】
表６と表８とでデュロメータＡ硬さと厚さと圧縮率と測定温度が同じ過剰圧力開放弁同士の比較から明らかな通り、シリコーン製の過剰圧力開放弁である表６のものは２００℃まで繰返して測定しても確実に略一定の作動圧で作動したが、イソプレンゴム製の過剰圧力開放弁である表８のものはやや低い１２０℃まで確実に略一定の作動圧で作動した。
【００８８】
表９に示すように、スリット全長が直径の５％未満である３％になると、繰り返し測定すると一定の作動圧で作動しなくなる傾向になる。スリット全長が直径の８０％を超えて９０％になると、繰り返し測定すると一定の作動圧で作動しなくなる傾向になる。直径が２ｍｍ未満である１ｍｍになると、繰り返し測定すると一定の作動圧で作動しなく傾向になる。
直径が４０ｍｍを超えて５０ｍｍになると、繰り返し測定しても確実に略一定の作動圧で作動したが、安全弁としては大きなものとなり、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。
【００８９】
表１０に示すように、スペーサーを除き、接着剤で接着して、上限の大きさと思われる厚さが２０ｍｍ、直径４０ｍｍにした過剰圧力開放弁でも、繰り返し測定しても確実に略一定の作動圧で作動した。
【００９０】
表１１及び表１２に示すように、シリコーンオイルを含まないシリコーンゴムでは、繰り返し測定すると最初作動圧の低下が大きいが、後に略一定の作動圧で作動した。
【００９１】
以上のことから、本発明を適用する過剰圧力開放弁は、ゴム弾性板の厚さ・材質と、それの圧縮率と、スリットの形状・全長と、温度とを、適宜選択することによって、開放すべき所望の過剰圧力で確実に、また何回でも繰返して正確に作動するように、任意に調整することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明の過剰圧力開放弁は、小さくても、低圧力〜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。

Claims (12)

1. １〜２０質量％のシリコーンオイルを含有しつつ厚さを０．３〜２０ｍｍとし、径を２〜４０ｍｍとし、ＪＩＳ Ｋ６２５３によるデュロメータＡ硬さをＡ２０〜Ａ８０とするシリコーンゴム製のゴム弾性板の裏面側にかかる内部過剰圧力によってその表面側へ押し広げられて前記内部過剰圧力を外界へ開放する密閉開放自在で一文字状、Ｕ字状、Ｖ字状、Ｓ字状、及び十文字状から選ばれる何れかの形状であるスリットが、その全長を前記径の５〜８０％としつつ、前記ゴム弾性板の表裏両面を貫通し、前記ゴム弾性板から前記スリットの壁面へ滲み出た前記シリコーンオイルの介在によって前記密閉開放自在になっていることを特徴とする過剰圧力開放弁。
2. 前記シリコーンオイルが、フェニルシリコーンオイル、ジメチルシリコーンオイル、メチルビニルシリコーンオイル、及びメチルフェニルシリコーンオイルから選ばれる少なくとも何れか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。
3. 前記ゴム弾性板が、周辺部で肉厚になっ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。
4. 前記ゴム弾性板が前記裏面側の中央で窪み、その窪みの中央平坦部に前記スリットが前記貫通しており、又は前記ゴム弾性板が前記表面側の中央で盛りあがり、その盛りあがりの中央平坦部に前記スリットが前記貫通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。
5. 前記スリットが、前記ゴム弾性板の表裏両面の何れかに対して垂直に、又はその垂直から傾斜して、前記貫通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。
6. 前記シリコーンゴムが、ジメチルシリコーンゴム、メチルビニルシリコーンゴム、メチルフェニルビニルシリコーンゴム、及びフロロシリコーンゴムから選ばれる何れか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。
7. 前記シリコーンゴムがメチルビニルシリコーンゴムでシリコーンオイルがメチルフェニルシリコーンオイルであり、又は前記シリコーンゴムがメチルフェニルビニルシリコーンゴムでシリコーンオイルがジメチルシリコーンオイル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弁。
8. 前記ゴム弾性板が、前記厚さを０．３〜１ｍｍとすることを特徴とする請求項１に記載の過剰圧力開放弁。
9. 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の内部過剰圧力を開放する過剰圧力開放ユニットであって、
   １〜２０質量％のシリコーンオイルを含有しつつ厚さを０．３〜２０ｍｍとし、径を２〜４０ｍｍとし、ＪＩＳ Ｋ６２５３によるデュロメータＡ硬さをＡ２０〜Ａ８０とするシリコーンゴム製のゴム弾性板の裏面側にかかる前記内部過剰圧力によってその表面側へ押し広げられて前記内部過剰圧力を外界へ開放する密閉開放自在で一文字状、Ｕ字状、Ｖ字状、Ｓ字状、及び十文字状から選ばれる何れかの形状であるスリットが、その全長を前記径の５〜８０％としつつ、前記ゴム弾性板の表裏両面を貫通し、前記ゴム弾性板から前記スリットの壁面へ滲み出た前記シリコーンオイルの介在によって前記密閉開放自在になっている過剰圧力開放弁を、
   有していることを特徴とする過剰圧力開放ユニット。
10. 前記ゴム弾性板の裏面側に付された熱接着性フィルム又は接着剤で前記容器、配管、及び／又はそれに連結される外部コネクタに接着されていることにより、又は前記容器、配管、及び／又はそれに連結される外部コネクタに付されたガイドで前記ゴム弾性板の外縁部を覆うことにより、前記容器、配管、及び／又はそれに連結される外部コネクタと前記過剰圧力開放弁とが、固定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。
11. 前記容器、配管、及び／又はそれに連結される外部コネクタに、前記ゴム弾性板が嵌め込まれ、又は座金、中空管若しくは中空ネジで前記ゴム弾性板の外縁部が押さえつけられて、前記容器、配管、及び／又は外部コネクタと、前記過剰圧力開放弁とが、固定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。
12. 前記ゴム弾性板が圧縮されて圧縮圧力がかけられており、前記圧縮圧力に応じて開放すべき前記過剰圧力が調整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。

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