CN1147888C - 电容器用安全阀元件及带安全阀的电容器盒盖 - Google Patents

Abstract

本发明旨在提供在低压中能在稳定的、高精度压力下破裂而开放内压并制造容易的电容器用安全阀元件和组装着该安全阀元件的电容器盒盖。本发明的电容器用安全阀元件，由穿设着贯通孔C的金属基板A和叠置在基板A上并闭塞贯通孔C的金属箔B构成。

Description

电容器用安全阀元件及带安全阀的电容器盒盖

技术领域

本发明涉及可在低压时在预定压力下破裂而释放内压的电容器用安全阀元件及带安全阀的电容器盒盖以及采用它们的电容器。

背景技术

现有技术中，电解液采用有机溶剂的电容器中，有时电容器内的压力异常上升而使电容器破裂，因此，需要在内压过度上升时将压力释放到外部的安全阀，并已提出了各种各样的机构。为了不使电容器破裂时的碎片或内装物飞散而损伤人体，确保安全性，要求这些安全阀以2至5kgf/cm²以下的低压动作。

电解液采用有机溶剂的电容器，要求高密闭性。该要求高密闭性的电容器中的、把内压上升时的内压释放到外部的安全阀，在日本特开昭63-285859号公报中已有揭示。

该安全阀是，用压力装置进行冷压，使电容器容器壁部的一部分减薄到原板厚度的约一半程度，在内压上升达到一定的内压时，该薄壁部破裂，将内压释放到外部。

但是，欲要在30kgf/cm²以下的低压释放出内压时，则需要减薄该薄壁部的厚度，为此在将壁部用压力加工到极端薄时，加工时在薄壁部产生微小裂缝，失去密闭性。另外，由于该冲压加工，使受加工的薄壁部加工硬化，该加工硬化不均匀，所以，即使进行冲压加工使薄壁部厚度成为一定，也并不一定在预定的压力破裂。

另外，使电容器容器的一部分壁部减薄的方法，也试用过腐蚀法，但要把腐蚀后的剩余厚度保持为一定是极为困难的。而且，在腐蚀部分容易产生针孔，必须对腐蚀后的薄壁部进行全面检查。

因此，采用上述方法时，要设置一定厚度的薄壁部是极为困难的，尤其是要在30kgf/cm²以下的低压下使安全部阀破裂时，得不到再现性好的稳定的作动压力。

使内压释放到外部的其它方法，例如还有日本特开平2-304861号公报记载的方法。该方法中，在外装罐的一部分上构成阀室，该阀室具有透通电容器内部的阀孔和透通外部的排气孔，在该阀室内有安全阀，该安全阀阀体的至少朝向阀孔的面由橡胶做成，该安全阀安装着将阀体的橡胶面朝阀孔推压的弹性体。

根据该方法，安全阀的释放压由弹性力的弹性系数和阀体的受压面积决定，在10kgf/cm²、以下约1kgf/cm²的低释放压到50kgf/cm²的高释放压，任意的释放压的设定是容易的。但是，该方法得不到电解液采用有机溶剂的电容器所要求的高密闭性。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而作出的，其目的在于提供一种能在低压中稳定地、高精度地以预定压力破裂而释放内压、且制造容易的电容器用安全阀元件及组装有该元件的电容器。

本发明的电容器用安全阀元件，它由穿设着贯通孔的金属基板和覆盖所述金属基板的金属箔构成；使所述金属基板与所述金属箔的接合面、以及所述金属箔与所述金属基板的接合面在真空中通过腐蚀而活化，以0.1～30％的压延率对所述金属基板和金属箔进行冷压接，从而闭塞所述贯通孔。

该电容器用安全阀元件是，贯通孔最好穿设有若干个。另外，金属基板最好是铝板或Al合金板，金属箔最好是铝箔。本发明的电容器盒盖，其安全阀是在金属基板上穿设孔，使所述金属基板与金属箔的接合面、以及所述金属箔与金属基板的接合面在真空中通过腐蚀而活化，以0.1～30％的压延率通过真空冷轧、在所述金属基板上压接所述金属箔而形成的。本发明的电容器是采用上述的电容器用安全阀元件的电容器。本发明的电容器是采用上述的带安全阀元件的电容器盒盖的电容器。

附图说明

图1是表示本发明电容器用安全阀元件的概略立体图。

图2是表示把本发明的电容器用安全阀元件安装在电容器盒盖上状态的概略立体图。

图3是表示复合材制造法的概略立体图。

图4是表示复合材制造法的概略立体图。

图5是表示安全阀的大小与破裂压力关系的图。

具体实施方式

本发明的电容器用安全阀元件，由于破裂部分的厚度均匀，所以，破裂内压一定，作为电容器用安全阀使用时，以稳定的作动压力作动。

本发明的电容器用安全阀元件，由于用冷压接法制作复合材，所以，与已往的高温加热压接法相比，材料强度的降低少，作动压力稳定。

另外，在金属基板上设置贯通孔、压接了作为安全阀的金属箔后，在电容器盒盖上成形加工，所以，可直接地容易得到具有作为安全阀的破裂部分的电容器盒盖。

另外，采用本发明电容器用安全阀元件的电容器，能以稳定的作动压力使安全阀作动，所以很安全。

下面，详细说明本发明实施例。

图1是表示本发明电容器用安全阀元件的概略立体图。

图2是表示把本发明的电容器用安全阀元件安装在电容器盒盖上状态的概略立体图。

图3和图4是表示复合材制造法的概略立体图。

图1中，A是金属基板，B是金属箔，C是贯通孔。

本发明的电容器用安全阀元件D，在2至5kgf/cm²以下的低压下作动。为了实现这一点，本发明采用的金属箔B虽因孔的形状而不同，但最好采用厚度为5至50μm的金属箔。如果厚度在5μm以下，则用于电容器等的安全阀时，容易因坠落等的冲击而破裂。

如果厚度在50μm以上，则用于安全阀时，在30kgf/cm²以下的压力下不破裂，在高压下才开始破裂，所以，受内压作用的容器本身破裂，碎片飞散，内装物喷出而飞散，有损安全性。另外，在成本方面也不利。

金属箔B的A种类，最好是JIS、A1085、AIN30等。

金属箔B可采用用任何方法制成的金属箔，但通常是采用用冷轧制法制成的薄金属箔，或采用冷轧制后经退火处理的金属箔。

上述金属基板A所采用的板厚无特别限定，但从强度、经济方面着眼，为了容易地将安全阀焊接或铆接到容器上，通常最好为0.03至0.5mm，最好为0.05至0.1mm。

金属基板A所用的Al金属的种类，最好为JIS 1000系列、3000系列、5000系列等。

上述的金属基板A，可采用用任何方法制成的金属基板，但通常是采用用冷轧制法制成的薄板，或者采用在冷轧制后经退火处理的金属基板。

在金属基板A上，至少设有一个贯通孔C。该一个贯通孔C的大小和形状无特别限定，根据电容器用安全阀元件D所安装的容器的大小和形状而有所不同。通常是直径为1至10mm的圆形。另外，也可以采用长径为1至10mm的椭圆，或者与上述圆的直径相当大小的多边形。

另外，贯通孔C的形状，也可以是具有一定宽度的线状(例如由直线或曲线等构成的缝隙)。另外，为了降低作动压力，产生应力集中，也可以是将上述各种图形组合起来的几何形状的贯通孔。

这些贯通孔C，例如是在用冷轧法做成的薄板上，用冲孔加工等形成为预定的形状。这些贯通孔的配列，最好是格子状配列、交错形配列等呈几何形状地配置。贯通孔相互之间的间距根据采用安全阀用部件的大小进行适当选择。这些贯通孔的形成方法无特别限定，可用冲孔加工或腐蚀等通常的穿孔法形成。

另外，在一个电容器用安全阀元件D上，也可以设置若干个贯通孔C，将金属箔冷压接在金属基板的两面，即使容器内部的压力上升以外的力作用(例如坠落等的冲击)，使金属基板一面的金属箔破损，只要另一面的金属箔不破损，就可确保作为安全阀的功能。

图2表示将本发明的电容器用安全阀元件D安装在电容器盒盖E上状态的一例。图2中，从预先穿设着孔F的盖E的上侧，安装电容器用安全阀元件D，这时，用激光焊接法使电容器用安全阀元件D的周围熔融，使其闭塞电容器盒盖E的孔F地焊接。

如上所述，为了闭塞设在盖或电容器外装罐等容器局部的孔，通常是用焊接等方法将电容器用安全阀元件D装在容器上。但是，也可以在稍厚的金属基板上设置孔F，将金属箔闭塞该孔F地压接在其上面，这样成形为电容器盒盖E使用。这时，金属箔存在于电容器盒盖E下面的全部或一部分(见图2(b))。

接着，例如用日本特开平1-224184号公报揭示的方法，将金属箔B和设有贯通孔C的金属基板A在真空中冷压接。

图3和图4表示将金属箔20B和金属基板20A冷压接、制造复合材19的制造装置的局部断面图。

图3和图4中，从卷辊3A、3B抽出的金属基板20A和金属箔20B，其各自的一部分分别卷绕到突出于腐蚀腔22内的电极辊6A、6B上，在腐蚀腔22内，被溅蚀处理而活性化。然后，由设在真空槽1内的轧制装置2轧制而冷压接，作为复合材19卷绕到卷绕辊5上。轧制装置2中设有辊压用的压下装置18。真空槽1由大型排气泵9保持10^-3～10^-6Torr的真空度。

复合材19的制造中，使金属箔20B、金属基板20A活性化的方法，是采用磁控管溅蚀法，溅蚀电源是采用1至50MHz频率的高频率电源。如果频率不足1MHz时，难以保持稳定的辉光放电，不能连续地腐蚀。如果频率高于50MHz，则容易发振，电力供给系统的装置复杂化。

腐蚀开始时，预先用排气泵25将腐蚀腔内保持为1×10^-4Torr以下，然后导入氩气，形成10^-1～10^-4Torr的氩气气氛，在与真空槽1之间接通高频率电时，在腔内产生等离子体，金属箔20B和金属基板20A的表面被腐蚀。氩气的压力在1×10^-4Torr以下时，难以稳定地辉光放电，并且得不到高离子流，不能高速腐蚀。

当氩气的压力超过1×10^-1Torr时，被喷溅原子的平均行程减小，打入中间电极的频度增高，从由腐蚀在金属箔和金属基板表面形成的氧化物脱离的氧，再次打入中间电极，所以，表面活性化处理的效率降低。因此，腐蚀腔22内的氩气压力应在10^-1Torr～10^-4Torr的范围。

复合材19制造中采用的磁控管溅蚀法，由于可得到1000埃/分以上的腐蚀速度，所以，铝、钛等中的稳定的厚氧化皮膜也能在数分钟内用腐蚀完全除去。铜、钢、不锈钢、非晶金属等，经过数秒钟的腐蚀，可得到清洁的表面。

真空槽1内的真空度降低，必然导致接合强度的降低，但考虑到工业的经济性，1×10^-6Torr是下限。上限为1×10^-3Torr可得到足够高的接合强度。

复合材19的制造中，在冷压接时，不必加热金属箔20B和金属基板20A，冷压接时的轧制啮入时的板温T在也可以是常温。但是，压接时产生的热引起的不同种金属的热膨胀率差和随之冷却后的变形减少等，根据需要加热金属箔20B和金属基板20A时，上限应在不产生使接合强度降低的再结晶退火、合金层、碳化物形成等的范围，最好为300℃以下。

冷压接金属箔20B和金属基板20A时的轧制率，最好在0.1～30％的范围内。即，

T₁：金属箔的压接前厚度

T₂：金属基板的压接前厚度

T_A：冷压接后的复合材料厚度

R：作为轧制率(％)的场合，

R＝(T₁+T₂-T_A)×100/(T₁+T₂)

以0.1≤R≤30的范围轧制。

轧制率的最下限由以下因素决定。即，板的表面粗看上去是平坦的，但细看时存在着凹凸，所以，在非加压状态金属之间的接触面积非常少的现有冷轧制压接法中，即使表面被充分活性化也得不到强力的接合。因此，现有的冷轧制压接法中，用高轧制率的冷轧制，使表面的氧化物皮膜塑性流动，部分地形成活性化的表面，同时扩大接触面积进行接合，所以，金属表面并不一定非要平坦。即，表面预先经过稍粗加工的金属基板，可以用高轧制率轧制使其平坦化后接合。

在复合材19制造中金属箔20 B和金属基板20 A的表面清洁化中，在金属表面上不形成新的凹凸，保持压接前加工轧制时的表面平坦度地进行压接，所以，即使小的加压力，接触面积也大，并且接触部金属切实结合，即使用低轧制率也能得到高接合强度。

另外，在冷压接和加工轧制、或用1次轧制工序实施调质轧制时，轧制率的上限为30％，如果超过30％，则加工硬化显著，是不理想的。另外，金属泊与金属基板的冷压接，也可以不采用轧制辊，而在一侧或两侧采用平坦的块进行加压的加压机构。

下面，用较好实施例进一步说明本发明。

实施例1

在厚0.4mm的Al板上，用冲孔法形成直径7mm的圆孔，该圆孔呈间距为20mm的格子状配列，作为金属基板。把该金属基板和厚度20μm的箔插入真空槽，在5×10^-3Torr的氩气中，用磁控管溅蚀法将金属基板的一面腐蚀约500埃、将铝箔的一面腐蚀约2000埃后，将两者的被腐蚀面重合，在120℃的温度下以3％的轧制率轧制、冷压接合，制成复合材料。用冲切法从该得到的复合材上冲切出直径为30mm的、在其中心穿设有1个直径7mm圆孔的电容器用安全阀元件。

用激光使这些电容器用安全阀元件的金属基板周边熔融，闭塞设在AI制压力容器上的贯通孔地焊接。

通过压力计把上述钢板制压力容器的一端与空气压缩机连接，加压钢板制压力容器内部，在2kgf/cm²的内压时电容器用安全阀元件的铝箔破裂。然后，同样地制作几个改变了孔径的电容器用安全阀元件，测定铝箔的破裂压力。结果是均在1～5kgf/cm²的稳定压力范围内铝箔破裂(见图5)。

比较例1

对轧制成厚0.4mm的铝板的一侧，使其剩余厚度成为20μm那样地，以0.1mm的宽度腐蚀(半腐蚀)直径7mm的圆。然后，与实施例1同样地，从该半腐蚀的铝板上采取若干个在中心带有半腐蚀出的上述圆的安全阀。与实施例1同样地，把这些安全阀密闭地焊接到Al制压力容器上后，与实施例1同样地，加压钢板制压力容器内部，在3～10kgf/cm²的压力范围，铝的半腐蚀部破裂。

实施例2

在厚0.4mm的JIS A3004 Al板上，冲孔形成直径2～7mm的圆孔，把该Al板和厚度30μm的Al(AlN30、A1085)箔插入真空槽，在1×10^-2Torr的氩气中，用磁控管溅蚀法将冷轧穿孔板的一面和箔的一面腐蚀约500埃后，将两者的被腐蚀面重合，在室温下以2％的轧制率轧制、冷压接合，制成复合材料。

用冲床从该得到的复合材料取得直径为15mm的、在其中心穿设着1个圆孔的电容器用安全阀元件。与实施例1同样地，将这些安全阀元件密闭地焊接到Al制压力容器上后，再与实施例1同样地，加压钢板制压力容器内部，如图5所示，得到电容器用安全阀元件在5～18kgf/cm²的稳定压力范围内作动的安全阀。

比较例2

对轧制成厚0.4mm的Al薄板的一侧，用冲压法形成直径为7mm的凹凸，该凹凸呈间距为10.5mm的格子状配列，凹部的剩余厚度约为20μm。从具有该凹部的镍薄板上，与实施例1同样地，取得7个在中心有圆形凹部的电容器用安全阀元件。

与实施例1同样地把这些电容器用安全阀元件密闭地焊接到钢板制压力容器上后，与实施例1同样地，在加压钢板制压力容器内部时，3个安全阀用元件在冲压加工时已经产生微裂缝，不能承受内压，其余的4个分别在8～33kgf/cm²的内压下，电容器用安全阀元件的凹部破裂了。

工业实用性

本发明的电容器用安全阀元件，由于能使容易破裂部分的厚度均匀，所以，破裂的内压均匀，作为从低作动压到较高作动压的安全阀使用时，能以稳定的作动压力作动。

本发明中，由于用冷压接法制作复合材料，所以，与已往的高温加热压接法相比，材料强度降低少，作动压力稳定。

本发明的电容器盒盖，是在金属基板上设置贯通孔后压接金属箔而形成的，所以，容易得到具有作为安全阀的破裂部分的电容器盒盖，作为带安全阀电容器盒盖使用时，能以稳定的作动压力作动。

另外，采用本发明电容器用安全阀元件的电容器，能以稳定的作动压力使安全阀作动，所以很安全。

Claims (7)

1.电容器用安全阀元件，其特征在于，它由穿设着贯通孔的金属基板和覆盖所述金属基板的金属箔构成；使所述金属基板与所述金属箔的接合面、以及所述金属箔与所述金属基板的接合面在真空中通过腐蚀而活化，以0.1～30％的压延率对所述金属基板和金属箔进行冷压接，从而闭塞所述贯通孔。

2.如权利要求1所述的电容器用安全阀元件，其特征在于，上述贯通孔有若干个。

3.如权利要求1或2所述的电容器用安全阀元件，其特征在于，上述金属基板是钢板、不锈钢板、铜板或铝板中的任一种。

4.如权利要求1至3中任一项所述的电容器用安全阀元件，其特征在于，上述金属箔是钢箔、不锈钢箔、铜箔、铝箔、镍箔或镍铁合金箔中的任一种。

5.带安全阀的电容器盒盖，其特征在于，其安全阀是在金属基板上穿设孔，使所述金属基板与金属箔的接合面、以及所述金属箔与金属基板的接合面在真空中通过腐蚀而活化，以0.1～30％的压延率通过真空冷轧、在所述金属基板上压接所述金属箔而形成的。

6.电容器，其特征在于，它采用了权利要求1至4中任一项所述的电容器用安全阀元件。

7.电容器，其特征在于，它采用了权利要求5记载的带安全阀电容器盒盖。

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