專利名稱：電容器用安全閥元件及帶安全閥的電容器盒蓋的制作方法
技術(shù)領(lǐng)本發(fā)明涉及可在低壓時(shí)在預(yù)定壓力下破裂而釋放內(nèi)壓的電容器用安全閥元件及帶安全閥的電容器盒蓋以及采用它們的電容器。
現(xiàn)有技術(shù)中，電解液采用有機(jī)溶劑的電容器中，有時(shí)電容器內(nèi)的壓力異常上升而使電容器破裂，因此，需要在內(nèi)壓過度上升時(shí)將壓力釋放到外部的安全閥，并已提出了各種各樣的機(jī)構(gòu)。為了不使電容器破裂時(shí)的碎片或內(nèi)裝物飛散而損傷人體，確保安全性，要求這些安全閥以2至5kgf/cm2以下的低壓動(dòng)作。
電解液采用有機(jī)溶劑的電容器，要求高密閉性。該要求高密閉性的電容器中的、把內(nèi)壓上升時(shí)的內(nèi)壓釋放到外部的安全閥，在日本特開昭63-285859號(hào)公報(bào)中已有揭示。
該安全閥是，用壓力裝置進(jìn)行冷壓，使電容器容器壁部的一部分減薄到原板厚度的約一半程度，在內(nèi)壓上升達(dá)到一定的內(nèi)壓時(shí)，該薄壁部破裂，將內(nèi)壓釋放到外部。
但是，欲要在30kgf/cm2以下的低壓釋放出內(nèi)壓時(shí)，則需要減薄該薄壁部的厚度，為此在將壁部用壓力加工到極端薄時(shí)，加工時(shí)在薄壁部產(chǎn)生微小裂縫，失去密閉性。另外，由于該沖壓加工，使受加工的薄壁部加工硬化，該加工硬化不均勻，所以，即使進(jìn)行沖壓加工使薄壁部厚度成為一定，也并不一定在預(yù)定的壓力破裂。
另外，使電容器容器的一部分壁部減薄的方法，也試用過腐蝕法，但要把腐蝕后的剩余厚度保持為一定是極為困難的。而且，在腐蝕部分容易產(chǎn)生針孔，必須對(duì)腐蝕后的薄壁部進(jìn)行全面檢查。
因此，采用上述方法時(shí)，要設(shè)置一定厚度的薄壁部是極為困難的，尤其是要在30kgf/cm2以下的低壓下使安全部閥破裂時(shí)，得不到再現(xiàn)性好的穩(wěn)定的作動(dòng)壓力。
使內(nèi)壓釋放到外部的其它方法，例如還有日本特開平2-304861號(hào)公報(bào)記載的方法。該方法中，在外裝罐的一部分上構(gòu)成閥室，該閥室具有透通電容器內(nèi)部的閥孔和透通外部的排氣孔，在該閥室內(nèi)有安全閥，該安全閥閥體的至少朝向閥孔的面由橡膠做成，該安全閥安裝著將閥體的橡膠面朝閥孔推壓的彈性體。
根據(jù)該方法，安全閥的釋放壓由彈性力的彈性系數(shù)和閥體的受壓面積決定，在10kgf/cm2、以下約1kgf/cm2的低釋放壓到50kgf/cm2的高釋放壓，任意的釋放壓的設(shè)定是容易的。但是，該方法得不到電解液采用有機(jī)溶劑的電容器所要求的高密閉性。發(fā)明內(nèi)容概要本發(fā)明是鑒于上述問題而作出的，其目的在于提供一種能在低壓中穩(wěn)定地、高精度地以預(yù)定壓力破裂而釋放內(nèi)壓、且制造容易的電容器用安全閥元件及組裝有該元件的電容器。
本發(fā)明的電容器用安全閥元件，由穿設(shè)著貫通孔的金屬基板和疊置在該基板上并閉塞上述貫通孔的金屬箔構(gòu)成。
該電容器用安全閥元件是，貫通孔最好穿設(shè)有若干個(gè)。另外，金屬基板最好是鋁板或Al合金板，金屬箔最好是鋁箔。權(quán)利要求5記載的電容器盒蓋，是在金屬基板上設(shè)置貫通孔，壓接金屬箔后成形的。權(quán)利要求6記載的電容器是采用上述的電容器用安全閥元件的電容器。權(quán)利要求7記載的電容器是采用上述的帶安全閥元件的電容器盒蓋的電容器。附圖簡(jiǎn)單說明

圖1是表示本發(fā)明電容器用安全閥元件的概略立體圖。
圖2是表示把本發(fā)明的電容器用安全閥元件安裝在電容器盒蓋上狀態(tài)的概略立體圖。
圖3是表示復(fù)合材制造法的概略立體圖。
圖4是表示復(fù)合材制造法的概略立體圖。
圖5是表示安全閥的大小與破裂壓力關(guān)系的圖。實(shí)施發(fā)明的最佳形態(tài)本發(fā)明的電容器用安全閥元件，由于破裂部分的厚度均勻，所以，破裂內(nèi)壓一定，作為電容器用安全閥使用時(shí)，以穩(wěn)定的作動(dòng)壓力作動(dòng)。
本發(fā)明的電容器用安全閥元件，由于用冷壓接法制作復(fù)合材，所以，與已往的高溫加熱壓接法相比，材料強(qiáng)度的降低少，作動(dòng)壓力穩(wěn)定。
另外，在金屬基板上設(shè)置貫通孔、壓接了作為安全閥的金屬箔后，在電容器盒蓋上成形加工，所以，可直接地容易得到具有作為安全閥的破裂部分的電容器盒蓋。
另外，采用本發(fā)明電容器用安全閥元件的電容器，能以穩(wěn)定的作動(dòng)壓力使安全閥作動(dòng)，所以很安全。
下面，詳細(xì)說明本發(fā)明實(shí)施例。
圖1是表示本發(fā)明電容器用安全閥元件的概略立體圖。
圖2是表示把本發(fā)明的電容器用安全閥元件安裝在電容器盒蓋上狀態(tài)的概略立體圖。
圖3和圖4是表示復(fù)合材制造法的概略立體圖。
圖1中，A是金屬基板，B是金屬箔，C是貫通孔。
本發(fā)明的電容器用安全閥元件D，在2至5kgf/cm2以下的低壓下作動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，本發(fā)明采用的金屬箔B雖因孔的形狀而不同，但最好采用厚度為5至50μm的金屬箔。如果厚度在5μm以下，則用于電容器等的安全閥時(shí)，容易因墜落等的沖擊而破裂。
如果厚度在50μm以上，則用于安全閥時(shí)，在30kgf/cm2以下的壓力下不破裂，在高壓下才開始破裂，所以，受內(nèi)壓作用的容器本身破裂，碎片飛散，內(nèi)裝物噴出而飛散，有損安全性。另外，在成本方面也不利。
金屬箔B的A種類，最好是JIS、A1085、AIN30等。
金屬箔B可采用用任何方法制成的金屬箔，但通常是采用用冷軋制法制成的薄金屬箔，或采用冷軋制后經(jīng)退火處理的金屬箔。
上述金屬基板A所采用的板厚無特別限定，但從強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)方面著眼，為了容易地將安全閥焊接或鉚接到容器上，通常最好為0.03至0.5mm，最好為0.05至0.1mm。
金屬基板A所用的Al金屬的種類，最好為JIS1000系列、3000系列、5000系列等。
上述的金屬基板A，可采用用任何方法制成的金屬基板，但通常是采用用冷軋制法制成的薄板，或者采用在冷軋制后經(jīng)退火處理的金屬基板。
在金屬基板A上，至少設(shè)有一個(gè)貫通孔C。該一個(gè)貫通孔C的大小和形狀無特別限定，根據(jù)電容器用安全閥元件D所安裝的容器的大小和形狀而有所不同。通常是直徑為1至10mm的圓形。另外，也可以采用長(zhǎng)徑為1至10mm的橢圓，或者與上述圓的直徑相當(dāng)大小的多邊形。
另外，貫通孔C的形狀，也可以是具有一定寬度的線狀(例如由直線或曲線等構(gòu)成的縫隙)。另外，為了降低作動(dòng)壓力，產(chǎn)生應(yīng)力集中，也可以是將上述各種圖形組合起來的幾何形狀的貫通孔。
這些貫通孔C，例如是在用冷軋法做成的薄板上，用沖孔加工等形成為預(yù)定的形狀。這些貫通孔的配列，最好是格子狀配列、交錯(cuò)形配列等呈幾何形狀地配置。貫通孔相互之間的間距根據(jù)采用安全閥用部件的大小進(jìn)行適當(dāng)選擇。這些貫通孔的形成方法無特別限定，可用沖孔加工或腐蝕等通常的穿孔法形成。
另外，在一個(gè)電容器用安全閥元件D上，也可以設(shè)置若干個(gè)貫通孔C，將金屬箔冷壓接在金屬基板的兩面，即使容器內(nèi)部的壓力上升以外的力作用(例如墜落等的沖擊)，使金屬基板一面的金屬箔破損，只要另一面的金屬箔不破損，就可確保作為安全閥的功能。
圖2表示將本發(fā)明的電容器用安全閥元件D安裝在電容器盒蓋E上狀態(tài)的一例。圖2中，從預(yù)先穿設(shè)著孔F的蓋E的上側(cè)，安裝電容器用安全閥元件D，這時(shí)，用激光焊接法使電容器用安全閥元件D的周圍熔融，使其閉塞電容器盒蓋E的孔F地焊接。
如上所述，為了閉塞設(shè)在蓋或電容器外裝罐等容器局部的孔，通常是用焊接等方法將電容器用安全閥元件D裝在容器上。但是，也可以在稍厚的金屬基板上設(shè)置孔F，將金屬箔閉塞該孔F地壓接在其上面，這樣成形為電容器盒蓋E使用。這時(shí)，金屬箔存在于電容器盒蓋E下面的全部或一部分(見圖2(b))。
接著，例如用日本特開平1-224184號(hào)公報(bào)揭示的方法，將金屬箔B和設(shè)有貫通孔C的金屬基板A在真空中冷壓接。
圖3和圖4表示將金屬箔20B和金屬基板20A冷壓接、制造復(fù)合材19的制造裝置的局部斷面圖。
圖3和圖4中，從卷輥3A、3B抽出的金屬基板20A和金屬箔20B，其各自的一部分分別卷繞到突出于腐蝕腔22內(nèi)的電極輥6A、6B上，在腐蝕腔22內(nèi)，被濺蝕處理而活性化。然后，由設(shè)在真空槽1內(nèi)的軋制裝置2軋制而冷壓接，作為復(fù)合材19卷繞到卷繞輥5上。軋制裝置2中設(shè)有輥壓用的壓下裝置18。真空槽1由大型排氣泵9保持10-3～10-6Torr的真空度。
復(fù)合材19的制造中，使金屬箔20B、金屬基板20A活性化的方法，是采用磁控管濺蝕法，濺蝕電源是采用1至50MHz頻率的高頻率電源。如果頻率不足1MHz時(shí)，難以保持穩(wěn)定的輝光放電，不能連續(xù)地腐蝕。如果頻率高于50MHz，則容易發(fā)振，電力供給系統(tǒng)的裝置復(fù)雜化。
腐蝕開始時(shí)，預(yù)先用排氣泵25將腐蝕腔內(nèi)保持為1×10-4Torr以下，然后導(dǎo)入氬氣，形成10-1～10-4Torr的氬氣氣氛，在與真空槽1之間接通高頻率電時(shí)，在腔內(nèi)產(chǎn)生等離子體，金屬箔20B和金屬基板20A的表面被腐蝕。氬氣的壓力在1×10-4Torr以下時(shí)，難以穩(wěn)定地輝光放電，并且得不到高離子流，不能高速腐蝕當(dāng)氬氣的壓力超過1×10-1Torr時(shí)，被噴濺原子的平均行程減小，打入中間電極的頻度增高，從由腐蝕在金屬箔和金屬基板表面形成的氧化物脫離的氧，再次打入中間電極，所以，表面活性化處理的效率降低。因此，腐蝕腔22內(nèi)的氬氣壓力應(yīng)在10-1Torr～10-4Torr的范圍。
復(fù)合材19制造中采用的磁控管濺蝕法，由于可得到1000埃/分以上的腐蝕速度，所以，鋁、鈦等中的穩(wěn)定的厚氧化皮膜也能在數(shù)分鐘內(nèi)用腐蝕完全除去。銅、鋼、不銹鋼、非晶金屬等，經(jīng)過數(shù)秒鐘的腐蝕，可得到清潔的表面。
真空槽1內(nèi)的真空度降低，必然導(dǎo)致接合強(qiáng)度的降低，但考慮到工業(yè)的經(jīng)濟(jì)性，1×10-6Torr是下限。上限為1×10-3Torr可得到足夠高的接合強(qiáng)度。
復(fù)合材19的制造中，在冷壓接時(shí)，不必加熱金屬箔20B和金屬基板20A，冷壓接時(shí)的軋制嚙入時(shí)的板溫T在也可以是常溫。但是，壓接時(shí)產(chǎn)生的熱引起的不同種金屬的熱膨脹率差和隨之冷卻后的變形減少等，根據(jù)需要加熱金屬箔20B和金屬基板20A時(shí)，上限應(yīng)在不產(chǎn)生使接合強(qiáng)度降低的再結(jié)晶退火、合金層、碳化物形成等的范圍，最好為300℃以下。
冷壓接金屬箔20B和金屬基板20A時(shí)的軋制率，最好在0.1～30％的范圍內(nèi)。即，T1金屬箔的壓接前厚度T2金屬基板的壓接前厚度TA冷壓接后的復(fù)合材料厚度R作為軋制率(％)的場(chǎng)合，R=(T1+T2-TA)×100/(T1+T2)以0.1≤R≤30的范圍軋制。
軋制率的最下限由以下因素決定。即，板的表面粗看上去是平坦的，但細(xì)看時(shí)存在著凹凸，所以，在非加壓狀態(tài)金屬之間的接觸面積非常少的現(xiàn)有冷軋制壓接法中，即使表面被充分活性化也得不到強(qiáng)力的接合。因此，現(xiàn)有的冷軋制壓接法中，用高軋制率的冷軋制，使表面的氧化物皮膜塑性流動(dòng)，部分地形成活性化的表面，同時(shí)擴(kuò)大接觸面積進(jìn)行接合，所以，金屬表面并不一定非要平坦。即，表面預(yù)先經(jīng)過稍粗加工的金屬基板，可以用高軋制率軋制使其平坦化后接合。
在復(fù)合材19制造中金屬箔20B和金屬基板20A的表面清潔化中，在金屬表面上不形成新的凹凸，保持壓接前加工軋制時(shí)的表面平坦度地進(jìn)行壓接，所以，即使小的加壓力，接觸面積也大，并且接觸部金屬切實(shí)結(jié)合，即使用低軋制率也能得到高接合強(qiáng)度。
另外，在冷壓接和加工軋制、或用1次軋制工序?qū)嵤┱{(diào)質(zhì)軋制時(shí)，軋制率的上限為30％，如果超過30％，則加工硬化顯著，是不理想的。另外，金屬泊與金屬基板的冷壓接，也可以不采用軋制輥，而在一側(cè)或兩側(cè)采用平坦的塊進(jìn)行加壓的加壓機(jī)構(gòu)。
下面，用較好實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。實(shí)施例1在厚0.4mm的Al板上，用沖孔法形成直徑7mm的圓孔，該圓孔呈間距為20mm的格子狀配列，作為金屬基板。把該金屬基板和厚度20μm的箔插入真空槽，在5×10-3Torr的氬氣中，用磁控管濺蝕法將金屬基板的一面腐蝕約500埃、將鋁箔的一面腐蝕約2000埃后，將兩者的被腐蝕面重合，在120℃的溫度下以3％的軋制率軋制、冷壓接合，制成復(fù)合材料。用沖切法從該得到的復(fù)合材上沖切出直徑為30mm的、在其中心穿設(shè)有1個(gè)直徑7mm國(guó)孔的電容器用安全閥元件。
用激光使這些電容器用安全閥元件的金屬基板周邊熔融，閉塞設(shè)在Al制壓力容器上的貫通孔地焊接。
通過壓力計(jì)把上述鋼板制壓力容器的一端與空氣壓縮機(jī)連接，加壓鋼板制壓力容器內(nèi)部，在2kgf/cm2的內(nèi)壓時(shí)電容器用安全閥元件的鋁箔破裂。然后，同樣地制作幾個(gè)改變了孔徑的電容器用安全閥元件，測(cè)定鋁箔的破裂壓力。結(jié)果是均在1～5kgf/cm2的穩(wěn)定壓力范圍內(nèi)鋁箔破裂(見圖5)。比較例1對(duì)軋制成厚0.4mm的鋁板的一側(cè)，使其剩余厚度成為20μm那樣地，以0.1mm的寬度腐蝕(半腐蝕)直徑7mm的圓。然后，與實(shí)施例1同樣地，從該半腐蝕的鋁板上采取若干個(gè)在中心帶有半腐蝕出的上述圓的安全閥。與實(shí)施例1同樣地，把這些安全閥密閉地焊接到Al制壓力容器上后，與實(shí)施例1同樣地，加壓鋼板制壓力容器內(nèi)部，在3～10kgf/cm2的壓力范圍，鋁的半腐蝕部破裂。實(shí)施例2在厚0.4mm的JIS A3004 Al板上，沖孔形成直徑2～7mm的圓孔，把該Al板和厚度30μm的Al(AlN30、A1085)箔插入真空槽，在1×10-2Torr的氬氣中，用磁控管濺蝕法將冷軋穿孔板的一面和箔的一面腐蝕約500埃后，將兩者的被腐蝕面重合，在室溫下以2％的軋制率軋制、冷壓接合，制成復(fù)合材料。
用沖床從該得到的復(fù)合材料取得直徑為15mm的、在其中心穿設(shè)著1個(gè)圓孔的電容器用安全閥元件。與實(shí)施例1同樣地，將這些安全閥元件密閉地焊接到Al制壓力容器上后，再與實(shí)施例1同樣地，加壓鋼板制壓力容器內(nèi)部，如圖5所示，得到電容器用安全閥元件在5～18kgf/cm2的穩(wěn)定壓力范圍內(nèi)作動(dòng)的安全閥。比較例2對(duì)軋制成厚0.4mm的Al薄板的一側(cè)，用沖壓法形成直徑為7mm的凹凸，該凹凸呈間距為10.5mm的格子狀配列，凹部的剩余厚度約為20μm。從具有該凹部的鎳薄板上，與實(shí)施例1同樣地，取得7個(gè)在中心有圓形凹部的電容器用安全閥元件。
與實(shí)施例1同樣地把這些電容器用安全閥元件密閉地焊接到鋼板制壓力容器上后，與實(shí)施例1同樣地，在加壓鋼板制壓力容器內(nèi)部時(shí)，3個(gè)安全閥用元件在沖壓加工時(shí)已經(jīng)產(chǎn)生微裂縫，不能承受內(nèi)壓，其余的4個(gè)分別在8～33kgf/cm2的內(nèi)壓下，電容器用安全閥元件的凹部破裂了。工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明的電容器用安全閥元件，由于能使容易破裂部分的厚度均勻，所以，破裂的內(nèi)壓均勻，作為從低作動(dòng)壓到較高作動(dòng)壓的安全閥使用時(shí)，能以穩(wěn)定的作動(dòng)壓力作動(dòng)。
本發(fā)明中，由于用冷壓接法制作復(fù)合材料，所以，與已往的高溫加熱壓接法相比，材料強(qiáng)度降低少，作動(dòng)壓力穩(wěn)定。
本發(fā)明的電容器盒蓋，是在金屬基板上設(shè)置貫通孔后壓接金屬箔而形成的，所以，容易得到具有作為安全閥的破裂部分的電容器盒蓋，作為帶安全閥電容器盒蓋使用時(shí)，能以穩(wěn)定的作動(dòng)壓力作動(dòng)。
另外，采用本發(fā)明電容器用安全閥元件的電容器，能以穩(wěn)定的作動(dòng)壓力使安全閥作動(dòng)，所以很安全。
權(quán)利要求
1．電容器用安全閥元件，其特征在于，它由穿設(shè)著貫通孔的金屬基板和疊置在該金屬基板上并閉塞上述貫通孔的金屬箔構(gòu)成。
2．如權(quán)利要求1所述的電容器用安全閥元件，其特征在于，上述貫通孔有若干個(gè)。
3．如權(quán)利要求1或2所述的電容器用安全閥元件，其特征在于，上述金屬基板是鋼板、不銹鋼板、銅板或鋁板中的任一種。
4．如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的電容器用安全閥元件，其特征在于，上述金屬箔是鋼箔、不銹鋼箔、銅箔、鋁箔、鎳箔或鎳鐵合金箔中的任一種。
5．帶安全閥的電容器盒蓋，其安全閥是在金屬基板上穿設(shè)孔，再壓接金屬箔而形成的。
6．電容器，其特征在于，它采用了權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的電容器用安全閥元件。
7．電容器，其特征在于，它采用了權(quán)利要求5記載的帶安全閥電容器盒蓋。
全文摘要
本發(fā)明旨在提供在低壓中能在穩(wěn)定的、高精度壓力下破裂而開放內(nèi)壓并制造容易的電容器用安全閥元件和組裝著該安全閥元件的電容器盒蓋。本發(fā)明的電容器用安全閥元件，由穿設(shè)著貫通孔C的金屬基板A和疊置在基板A上并閉塞貫通孔C的金屬箔B構(gòu)成。
文檔編號(hào)H01G9/12GK1227661SQ97197061
公開日1999年9月1日 申請(qǐng)日期1997年8月5日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月6日
發(fā)明者西條謹(jǐn)二, 吉田一雄, 好本信行, 礒部剛彥 申請(qǐng)人:東洋鋼鈑株式會(huì)社