液を供給する装置
【課題】電解液の注入量をさらに精度よく制御できる装置を提供する。
【解決手段】注入装置１は、シリンダ１１内の計量空間Ｓをピストン１２が動く計量ユニット１０と、電解液１９を注入するディスペンサ２０と、計量空間Ｓの上端部とディスペンサ２０とをつなぐ第１の管路４１と、第１の管路４１に配置され、ピストン１２の動作に伴う背圧の変化により作動する背圧弁５０と、第２の管路４２を介して計量空間Ｓへ流入する液をオンオフする入口弁５と、操作棒６１により背圧弁５０を一時的に開にセットする開放ユニット６０とを有する。
【解決手段】注入装置１は、シリンダ１１内の計量空間Ｓをピストン１２が動く計量ユニット１０と、電解液１９を注入するディスペンサ２０と、計量空間Ｓの上端部とディスペンサ２０とをつなぐ第１の管路４１と、第１の管路４１に配置され、ピストン１２の動作に伴う背圧の変化により作動する背圧弁５０と、第２の管路４２を介して計量空間Ｓへ流入する液をオンオフする入口弁５と、操作棒６１により背圧弁５０を一時的に開にセットする開放ユニット６０とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容器内に液を供給する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、高額な設備コストのかかる低湿度の作業環境が不要であり、安価で高性能のリチウム二次電池を製造できるリチウム二次電池の製造方法を提供することが記載されている。そのため、特許文献１には、内部の気体を排気する及び／又は内部に電解液を注入するためのバルブを有する管を少なくとも１本備えた電池容器の内部に、正極と負極をセパレータにて電気的に絶縁してなる電池素子を封入する封入工程と、前記管を介して前記電池容器の内部の気体を減圧下で排気すると共に、前記電池容器の内部を加熱乾燥する水分除去工程と、前記管を介して前記電池容器内に電解液を注入する注液工程と、前記管を封止する管封止工程とを有し、注液工程において、電解液を収容するタンク、該タンクに接続された定量ポンプおよび該定量ポンプに接続された排気装置を備えた注液装置の前記定量ポンプを前記管に接続した後に、前記管のバルブと注液装置の間の気体を排気することを特徴とする二次電池の製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−６２１６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
バッテリ容器（電池ケース）への電解液の注入量をさらに精度よく制御するためには、注入経路に空気などの泡が存在しないようにすることが望ましい。そのためには、事前に、注入経路から空気などの圧縮性の流体を除去しておくことが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様は、容器に液を供給する装置である。この装置は、シリンダ内の計量空間をピストンが動く計量ユニットと、容器に液を注入するディスペンサと、計量ユニットの計量空間とディスペンサとを接続する第１の管路と、第１の管路に配置され、ピストンの動作に伴う背圧の変化により作動する背圧弁と、第２の管路を介して前記計量空間へ流入する液をオンオフする入口弁と、背圧弁を一時的に開にする開放装置とを有する。
【０００６】
この装置（供給装置）においては、背圧弁がピストンの動作に伴う背圧の変化に連動して作動し、ディスペンサに対する液の供給をオンオフする。したがって、ディスペンサが閉め切る差圧を小さくでき、ディスペンサの先端が負圧雰囲気であってもディスペンサにおける液切れを改善でき、精度の高い注液が可能となる。
【０００７】
さらに、開放装置により、液を容器に注入する前に背圧弁を強制的に開に一時的にセットできる。このため、ディスペンサの先端を負圧にすることにより、背圧弁を通して供給装置から空気を抜くことができ、一時的に開に固定された背圧弁を含めて空気を抜くことができる。したがって、その後、供給装置に液を充填して容器に液を供給する際に液中に泡が発生するのを抑制でき、注入量をいっそう精度よく制御できる。
【０００８】
第１の管路は、背圧弁が下側に設けられた上下に延びる直管部を含み、開放装置は、直管部を通って背圧弁の弁体を操作する操作棒を含むことが好ましい。背圧弁自体に解放装置を設ける代わりに、背圧弁の操作を第１の管路を介して操作棒により行うことができる。
【０００９】
さらに、第１の管路は、直管部と計量空間とを連通する連結管を含み、直管部が上方に延びる様に設けられたガイド管であって、内部に操作棒が挿入されたガイド管を有することが好ましい。背圧弁を開に固定する必要がないときは操作棒をガイド管に退避させることができ、操作棒により第１の管路の圧力損失が増えるのを抑制できる。また、背圧弁を開に固定する必要がないときに操作棒の一部を第１の管路に突出させることにより第１の管路の圧力損失を調整することも可能となる。
【００１０】
直管部の上端は連結管により計量空間の上端と連通されていることが望ましい。空気抜き後、万一、計量空間に気泡が発生しやすい状況になったときでも、計量空間の上端の気泡が発生しやすい状態の液を、直管部を含む第１の管路を介して吐出できる。このため、注液中に供給装置に気泡が発生することを抑制できる。
【００１１】
供給装置は、操作棒が弁体を下に押して背圧弁を開に固定する第１の位置に操作棒を固定する第１の固定装置と、操作棒が直管部からガイド管に退避した第２の位置に操作棒を固定する第２の固定装置とを有することが好ましい。第１および第２の固定装置により操作棒の位置をロックできる。
【００１２】
この装置においては、ディスペンサは、容器内または容器の上端近傍に配置される吐出ノズルと、吐出ノズルの内側に配置され、吐出ノズルを開閉するニードル弁と、吐出ノズルが下端に装着され、上下に延びたシリンジと、を含むことが好ましい。ピストンの動作と連動して、ニードル弁をオンオフすることにより、電解液の注入量の精度をさらに向上できる。また、ニードル弁をオンオフすることにより液切れをさらに改善できるので注液時間を短縮できる。また、吐出ノズルを減圧環境にして、空気抜きのために背圧弁を開にするとともに、吐出ノズルに繋がるニードル弁を開にすることにより、ニードル弁を介して、ディスペンサ、背圧弁、第１の管路、計量ユニットを含めた供給装置から空気を抜くことができる。
【００１３】
ディスペンサの先端が減圧室内に配置されている場合は、減圧室の負圧により空気抜きが可能である。ディスペンサの先端が減圧室以外に設置されている場合は、空気抜きのときにディスペンサの先端を減圧雰囲気にすることにより空気抜きできる。
【００１４】
本発明の他の態様は、液を注入する供給装置における液を注入することを有する方法である。この方法は、液を注入することの前にディスペンサの先端を減圧雰囲気にして空気抜きすることを有し、この空気抜きすることは、入口弁を閉じて開放装置により背圧弁を一時的に開放することを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一例を示す電解液供給装置（注液装置）の概略構成を示す図。
【図２】図２（ａ）は開放装置の操作棒が第２の位置にある状態を拡大して示す図、図２（ｂ）は操作棒が第１の位置にある状態を拡大して示す図。
【図３】注入方法の概要を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１に本発明の一実施形態にかかる装置の概略構成を示している。この装置１は、バッテリ容器１５０に電解液１９を供給する装置（電解液供給装置、注液装置、供給装置）であり、以下において注液装置と称する。この例では、バッテリ容器１５０は、減圧室１００の内部に配置され、減圧室１００の内部は真空ポンプ１１０により所定の圧力（負圧、減圧雰囲気）になるように減圧される。
【００１７】
注液装置１は、減圧室１００の上壁（天板）１０１の上に配置された計量ユニット１０と、計量ユニット１０の上流に配置されたリザーバー（リザーバータンク）２と、計量ユニット１０の下流に配置されたディスペンサ２０と、注液装置１による電解液１９の注入を制御する制御ユニット３０とを備えている。典型的な制御ユニット３０は、ＣＰＵおよびメモリを含むハードウェア資源を備え、プログラム（プログラム製品）を実行することにより注液装置１を制御し、バッテリを製造する過程においてバッテリ容器１５０に電解液１９を供給する。図１において、斜線付きの細線は制御用の電気信号を伝達する配線を示す。
【００１８】
計量ユニット１０の上流のリザーバー２は、電解液供給手段のヘッダー３に接続され、計量ユニット１０が数回、分注する液量を一時的に確保する。リザーバー２は、ヘッダー３と計量ユニット１０と間のバッファとなり、ヘッダー３の供給能力に対して計量ユニット１０の消費量が一時的にオーバーすることをカバーする。
【００１９】
計量ユニット１０は、シリンダ１１と、ピストン１２と、サーボモータ１３とを有する。シリンダ１１は上下に延びており、シリンダ内をピストン１２が上下方向（鉛直方向）に沿って動く。細い破線で示すようにシリンダ１１の内部のピストン１２が出入りする領域が計量空間Ｓとなっており、ピストン１２の出入りする量（ストローク）を制御することにより計量空間Ｓで計量される電解液１９の量を自在に制御（調整）できる。サーボモータ１３の一例はステッピングモータであり、回転量、回転速度および回転方向を制御ユニット３０により制御し、ピストン１２のストロークを変え、ピストン１２を上下に移動する。サーボモータ１３をパルス制御することにより注入量を精度よく制御できる。計量ユニット１０として、ストロークを可変制御可能なプランジャーポンプを用いることができる。
【００２０】
計量ユニット１０により計量された電解液１９は、ディスペンサ２０によりバッテリ容器１５０に対し上方から注入される。ディスペンサ２０は、バッテリ容器１５０内またはバッテリ容器１５０の上端近傍に配置される吐出ノズル２１と、この吐出ノズル２１が下端に装着された単管（円筒またはシリンジ、以降においてはシリンジ）２２と、吐出ノズル２１の内側に配置されてこの吐出ノズル２１の先端を開閉するニードル弁（ストップ弁）２３と、シリンジ２２の内部を上下に貫通するように設けられた弁制御棒２５と、弁制御棒２５を介してニードル弁２３を上下に駆動し、ニードル弁２３を開閉制御するエンコーダ付きのアクチュエータ２４とを含む。ニードル弁２３はノーマルオフ（ノーマル閉）であり、弁制御棒２５を介してニードル弁２３を吐出ノズル２１の先端に付勢する手段（例えば、コイルばね）２６を含む。
【００２１】
シリンジ２２は、減圧室１００の上壁１０１を貫通して上下に延びており、先端は減圧室１００の内部１０２に配置されたバッテリ容器１５０に到達している。したがって、ディスペンサ２０の先端となるシリンジ２２の下端は、上壁１０１の上に配置された計量ユニット１０の計量空間Ｓの下端部Ｓ１よりも下側まで延びており、計量空間Ｓに充填された電解液１９は、静圧（スタティックヘッド）でバッテリ容器１５０まで流れる。さらに、シリンジ２２の先端（下端）となる吐出ノズル２１の周りは減圧雰囲気となっており、圧力差により電解液１９を減圧室１００のバッテリ容器１５０に注入できる。また、シリンジ２２の内部に設けられたニードル弁２３により吐出ノズル２１の直上を閉じることにより、吐出ノズル２１が減圧雰囲気に面している場合においても、吐出ノズル２１からの電解液１９の液漏れを抑制でき、液切れ性を改善できる。さらに、注入前に、ニードル弁２３を開にすることにより、減圧室１００の負圧を用いて計量空間Ｓを含めた注液装置１の内部から空気などの気体を抜くことができる。
【００２２】
注液装置１は、計量ユニット１０の計量空間Ｓの上端部Ｓ２に設けられた出口ポートＰ２とディスペンサ２０とを接続（連通）する第１の管路４１と、計量空間Ｓへの電解液１９の流入をオンオフ（開閉）する入口弁５と、計量ユニット１０の計量空間Ｓの下端部Ｓ１に設けられた入口ポートＰ１と入口弁５とを接続（連通）する第２の管路４２とを含む。入口弁５とリザーバー２とは第３の管路４３により接続（連通）されている。
【００２３】
図２（ａ）および（ｂ）に第１の管路４１の近傍を拡大して示している。第１の管路４１は、出口ポートＰ２から水平に延びた第１の連結部４５と、第１の連結部４５により上端が計量空間Ｓに接続され、計量空間Ｓの下端部の近傍まで鉛直方向（上下）に延びた直管部４４と、直管部４４の下端からディスペンサ２０の上端に向かって水平方向に延びた第２の連結部４７とを含む。
【００２４】
注液装置１は、さらに、第１の管路４１の途中であって、第１の管路４１の計量空間Ｓの下端部の近傍に相当する位置に配置された背圧弁５０を含む。本例では、背圧弁５０は、第１の管路４１の直管部４４と第２の連結部４７とのコーナ部分、すなわち、上下に延びた直管部４４の下端に配置されている。
【００２５】
背圧弁５０は、弁体であるボール５１と、このボール５１を上方に付勢し、背圧弁５０を閉（オフ）に維持するコイルばね５２とを含む。コイルばね５２は、計量ユニット１０のピストン１２が動作（ストローク、この場合は下側に移動）しない限り、背圧弁５０を介して電解液１９が流れない程度の圧力をボール５１に与えるように設定されている。たとえば、減圧室内１０２の最大負圧（真空度）と大気圧との差圧が背圧として加わっても電解液１９が流れない設定になっている。
【００２６】
この背圧弁５０は、減圧室内１０２に容器１５０が配置されている場合は、減圧室内１０２の負圧がブレークして大気圧となる異常事態が発生したときに逆止弁として作用する。また、注液装置１を用いて減圧室１００以外で、たとえば、大気圧で容器１５０に液を注入する場合は、シリンジ２２の内圧が計量空間Ｓの内圧よりも高くなる異常事態が発生したときに逆止弁として作用する。
【００２７】
注液装置１は、さらに、背圧弁５０を一時的に開にセット（固定）する開放ユニット６０を含む。開放ユニット６０は、第１の管路４１の直管部４４を通って背圧弁５０の弁体であるボール５１を操作する操作棒６１を含む。操作棒６１の下端６９はボール５１に接してボール５１を確実に下側へ押せるように細くなっており、操作棒６１の上端６２には操作棒６１をオペレータ（ユーザー）が手で操作棒６１を操作できるように六角柱状のノブ（レバー）６２が設けられている。背圧弁５０は直管部４４にボール５１とコイルばね５２とが直線的に配置されているので、操作棒６１により弁体であるボール５１を操作して背圧弁５０を開にセットできる。
【００２８】
注液装置１は、また、第１の管路４１の直管部４４が上方に延びる様に設けられたガイド管７１を含む。ガイド管７１の内部に操作棒６１が挿入されており、ガイド管７１に操作棒６１を退避させることにより直管部４４から操作棒６１を完全に退避させることができる。本例の注液装置１では、直管部４４およびガイド管７１が１つの管（管状部材）７９により構成されている。すなわち、管状部材７９が、第１の管路４１の第１の連結部４５とＴ字状に接続されており、その接続部分７８より上側がガイド管７１となり、下側が第１の管路４１の直管部４４となっている。
【００２９】
ガイド管７１の上端７２は０リング７３または他のタイプのパッキンなどにより、操作棒６１が上下に動くようにシールされている。したがって、ガイド管７１を介して電解液１９が漏れ出したり、外界から空気などが入り込んだりし難い構造となっている。また、バッテリ容器１５０に注入される電解液１９は直管部４４を介して供給されるが、その前の捨て打ちあるいは試し打ちの段階で、ガイド管７１に電解液１９が入る。したがって、直管部４４を流れる電解液１９はガイド管７１に封入された電解液１９により外界からシールされる。このため、直管部４４を流れる電解液１９をガイド管７１およびガイド管７１に封入された電解液１９により保護でき、空気の侵入も抑制できる。
【００３０】
ガイド管７１に封入された電解液１９は、注液作業が終了した後に、以下で説明する空気抜きと同じ方法で除去することができる。また、操作棒６１をガイド管７１から引き抜くと、直管部４４およびガイド管７１は１つの管状部材７９により構成されているので、極めて簡単にガイド管７１および直管部４４を洗浄することができる。
【００３１】
さらに、注液する際に、操作棒６１はガイド管７１へ完全に退避させてもよく、操作棒６１の先端６９が直管部４４に入っていてもよい。操作棒６１を直管部４４から引き上げて、操作棒６１の先端６９を背圧弁５０のボール５１から外すことにより背圧弁５０は通常に動作する。操作棒６１の一部を直管部４４に挿入しておくことにより、直管部４４の電解液１９が通過する断面積が小さくなるので、直管部４４を電解液１９が通過するときの圧力損失を制御できる。たとえば、減圧室内１０２の圧力が何らかの要因で変わると背圧弁５０に加わる力が多少なりといえども変化する可能性がある。そのようなときに、計量空間Ｓを動くピストン１２の位置と背圧弁５０が開閉するタイミングを操作棒６１の位置により制御することが可能である。
【００３２】
さらに、注液装置１は、操作棒６１の先端６９が弁体であるボール５１を下に押して背圧弁５０を開に固定する第１の位置ＰＯＳ１（図２（ｂ）参照）に操作棒６１を固定する第１の固定装置８１と、操作棒６１が直管部４４からガイド管７１に退避した第２の位置ＰＯＳ２（図２（ａ）参照）に操作棒６１を固定する第２の固定装置８２とを有する。この例では、第１の固定装置８１はガイド管７１の上端７２に設けられたネジ穴８３であり、操作棒６１のノブ６２の下側に設けられたネジ６３をガイド管７１の上部のネジ穴８３にねじ込むことにより操作棒６１を第１の位置ＰＯＳ１に固定できる。第２の固定装置８２は、計量ユニット１０のシリンダ１１に取り付けられたアーム８５と、アーム８５に設けられたネジ穴８６であり、操作棒６１のノブ６２の上側に設けられたネジ６４をアーム８５のネジ穴８６にねじ込むことにより操作棒６１を第２の位置ＰＯＳ２に固定できる。
【００３３】
図２（ａ）に、バッテリを製造する過程において、制御ユニット３０の制御により、注液装置１がバッテリ容器１５０に電解液１９を供給する過程（供給する状態）を示している。この例においては、注液装置１は、バッテリ容器１５０に電解液１９を複数回に分けて注入（分注）する。まず、分注を開始するときにいったんベント弁４を開閉し、リザーバー２をベントする。リザーバー２は供給装置１の上流の配管系における空気抜き機能を備えている。リザーバー２と供給装置１とを繋ぐ第３の管路４３はリザーバー２に向かって上方に延びており管路４３などで発生した気泡あるいは気体はリザーバー２の上部に溜まり、溜まった気体はベント弁４から排出できる。
【００３４】
次に、入口弁５を開き、ニードル弁（カット弁、ストップ弁）２３が閉じた状態で、リザーバー２と計量ユニット１０の計量空間Ｓとを連通させ、ピストン１２を上方にストロークさせることにより所定の量の電解液１９を計量空間Ｓ内に流入させる。入口弁５は、入口ポートＰ１の近傍に配置され、第２の管路４２をできるだけ短くし、計量空間Ｓにおける計量精度の低下を防いでいる。
【００３５】
ピストン１２が上方へストロークしている間は、背圧弁５０を開にする背圧が背圧弁５０には加わらず、背圧弁５０は閉じた状態に維持される。電解液１９は、入口弁５および第２の管路４２を経由して計量空間Ｓの下端部Ｓ１の入口ポートＰ１から流入する。したがって、電解液１９は比較的スムーズに、乱流が起こりにくい状況で計量空間Ｓに流入するので、計量空間Ｓの内部で気液分離が起こりにくい。
【００３６】
次に、ピストン１２を停止し、入口弁５を閉じた後、ニードル弁２３を開く。計量空間Ｓは入口弁５の上流の系から遮断され、入口弁５より上流のシステムの静圧が印加されない。シリンダ１１およびピストン１２により構成される計量空間Ｓの断面積は配管の断面積の１桁以上、通常は２桁〜３桁以上大きい。分注する電解液１９を断面積の大きな計量空間Ｓにいったん蓄積することにより、分注する電解液１９の静圧（液柱による圧力）がニードル弁２３に印加されるのを最小限に抑える。さらに、背圧弁５０によりニードル弁２３に加わる圧力を抑制している。
【００３７】
ニードル弁２３を開いた後、ピストン１２を下側へストロークさせ、背圧弁５０に所定の背圧が加わると背圧弁５０が開き、ピストン１２の動きに対応する量の電解液１９が吐出ノズル２１の先端から安定して吐出される。背圧弁５０が設けられた第１の管路４１は、計量空間Ｓの上端部Ｓ２の出口ポートＰ２に接続されており、出口ポートＰ２に加わる静圧（液柱による圧力）は基本的にはゼロであり、ピストン１２の位置（上下の位置）が変化しても変動しない。したがって、背圧弁５０には、背圧弁５０の上流の第１の管路（配管）４１の内部の電解液１９の静圧と、ピストン１２の動き（下側へのストローク）による圧力のみが加わる。背圧弁５０の上流の第１の管路４１の内部の電解液１９の静圧（管路の静圧）は一定なので、この管路の静圧、あるいは管路の静圧よりも若干高い圧力に対抗するように背圧弁５０を設定しておくことにより、背圧弁５０はピストン１２の動きに瞬時（即座）に反応して開かれる。
【００３８】
したがって、ピストン１２がストロークを停止すると、背圧弁５０により、非常に短い時間で、ほぼ瞬時に計量ユニット１０とディスペンサ２０とを圧力的に分離できる。このため、ディスペンサ２０の先端が減圧（真空）状態に置かれていても、計量空間Ｓの電解液１９が減圧に引っ張られて大量に流出してしまう事態を未然に防止できる。
【００３９】
しかしながら、計量空間Ｓおよび第１の管路４１を含む供給装置１の内部に空気などを含む気泡が存在すると、液体１９に対し気泡は圧縮性が高いので、計量空間Ｓで計量する際の精度に影響を与える。さらに、供給装置１に気泡が存在すると、ピストン１２の動きによる圧力の変化が背圧弁５０に伝達されるのが遅れる可能性がある。たとえば、圧力伝播の遅れにより背圧弁５０が開いたときの計量空間Ｓの圧力が若干高くなると、ディスペンサ２０の吐出ノズル２１から急激に電解液１９が放出されて飛び散る可能性がある。また、吐出ノズル２１における電解液１９の圧力が高くなるとキャビテーションが発生する要因になったり、圧力伝播の遅れにより背圧弁５０が閉じるのが遅れると注入量を精度よく制御できない要因になる。いずれの場合も、バッテリ容器１５０への電解液１９の注入量の精度が低下する要因となる。
【００４０】
したがって、注液装置１から空気が完全に除去されることが望ましく、注液装置１において計量ユニット１０の計量空間Ｓおよび第１の管路４１から空気を除去する空気抜きの作業が必要となる。この注液装置１においては、注液装置１の上流ではリザーバー２により空気抜きが行われる。また、計量ユニット１０の計量空間Ｓにおいては、下側の第１のポートＰ１から電解液１９を流入させ、最も上部にある第２のポートＰ２から電解液１９を流出させるようにしているので、計量空間Ｓの内部に気泡は溜まりにくい。したがって、計量空間Ｓに最初に電解液１９を流入させる際に気泡を排出しやすい。さらに、ピストン１２を動かしてディスペンサ２０から電解液１９を捨て打ちすることにより注液装置１から空気を電解液１９とともに排出しやすい。
【００４１】
しかしながら、電解液１９の注入量の精度をさらに高めることを要望された場合、電解液１９を注入する前に何度も捨て打ちを繰り返す必要が発生し、作業時間が増加し、電解液１９が浪費される要因となる。特に、捨て打ちでは、背圧弁５０のような、他の部分より構造が複雑な個所で気泡が溜まり易いところでは、気泡を除去することは容易ではないと推測される。
【００４２】
そこで、図２（ｂ）に示すように、この注液装置１においては、注液装置１に電解液１９を流入させる前に、開放ユニット６０を用いて背圧弁５０を一時的に開にセットし、減圧室内１０２の負圧を利用して注液装置１を減圧する。これにより、電解液１９を流入させる前に注液装置１から空気などの気体を除去でき、電解液１９を注液装置１に流入させたときに注液装置１の内部で気泡が発生するのを抑制できる。
【００４３】
注液装置１の空気抜きが効率よくできることにより、捨て打ちの回数が少なくて済み、背圧弁５０の動作が安定するので、注液量の精度が向上する。また、ピストン１２の動きに連動して、同時にあるいはほとんど時間差なくニードル弁２３を閉じることにより、ニードル弁２３で電解液１９を容易に遮断でき、液切れ性を改善できる。このため、注液装置１の注液精度を改善できる。さらに液だれが止まるのを待つ時間が基本的には不要であるので、注液時間も短縮できる。
【００４４】
減圧室内１０２に複数のバッテリ容器１５０がセットされている場合には、バッテリ容器１５０とディスペンサ２０とを相対的に移動させ、ディスペンサ２０の下に次のバッテリ容器１５０を移動することにより、注液装置１により複数のバッテリ容器１５０に対し分注を短時間に次々と行うことができる。
【００４５】
図３に、バッテリを製造する過程において、注液装置１がバッテリ容器１５０に電解液１９を供給する方法の一例を示している。この方法は、注液装置１におりバッテリ容器１５０に電解液１９を複数回に分けて注入（分注）する工程２００と、注入する工程２００の前に空気抜きする工程２１０とを有する。
【００４６】
空気抜きする工程２１０では、まず、ステップ２１１において入口弁５を閉じ、注液装置１を上流のシステムから分離し、ステップ２１２において開放ユニット６０により背圧弁５０を開にセットする。具体的には、図２（ｂ）に示すように、操作棒６１を第１の位置ＰＯＳ１までガイド管７１に挿入して第１の固定装置８１に固定する。操作棒６１の先端６９が背圧弁５０のボール５１をコイルばね５２の方向に押し、背圧弁５０は強制的に開にセットされる。背圧弁５０を開にセットするのと同時に、あるいは前後して、ディスペンサ２０のニードル弁２３を開にする。
【００４７】
ディスペンサ２０の先端の吐出ノズル２１は減圧室内１０２にあるので、ニードル弁２３、シリンジ２２を含むディスペンサ２０が減圧され、背圧弁５０を含む第１の管路４１が減圧され、計量ユニット１０の計量空間Ｓが減圧され、さらに、第２の管路４２が減圧される。したがって、注液装置１の内部が減圧され、注液装置１の内部から空気が除去される。特に、背圧弁５０が開の状態で背圧弁５０を通って減圧されるので、背圧弁５０あるいはその近傍の配管（管路）に空気が残る可能性が低い。このため、注液中に背圧弁５０の近傍などに気泡が発生したり、存在したりする可能性を小さくでき、気泡の存在により注液量の精度が悪化するのを抑制できる。
【００４８】
ステップ２１３で所定の時間が経過し、注液装置１から空気抜きを行った後、ステップ２１４で背圧弁５０のセットを解除し、ニードル弁２３をいったん閉にして空気抜きを終了する。具体的には、操作棒６１を第２の位置ＰＯＳ２までガイド管７１から引き出して第２の固定装置８２に固定する。操作棒６１の先端６９が背圧弁５０のボール５１から離れるので、ボール５１がコイルばね５２に押されて背圧弁５０は閉になる。
【００４９】
続いて、ステップ２００において、制御ユニット３０の制御により、注液装置１がバッテリ容器１５０に電解液１９を供給する。
【００５０】
なお、上記は、ディスペンサ２０の先端の吐出ノズル２１が減圧室内１０２に配置されているので、減圧室内１０２の負圧を用いて空気抜きする例であるが、大気圧で容器に液を注入する注液装置１においては、空気抜きする工程のときに吐出ノズル２１の先端を減圧雰囲気にすることにより上記の例と同様に空気抜きできる。たとえば、ディスペンサ２０の先端をキャップなどの適当な治具を用いて真空ポンプに接続することによりディスペンサ２０の吐出口を一時的に負圧にできる。
【００５１】
ボールタイプの背圧弁５０は簡易な構造で配管への組み込みが容易であり、動作も安定しているので注液装置１には好適なものである。一方、背圧弁５０はダイアフラムタイプなどの他のタイプであってもよい。
【００５２】
また、上記の注液装置１では、操作棒６１の移動を手動で行うようにしているが、ソレノイドやモーターなどのアクチュエータを用いて操作棒６１を制御ユニット３０で制御し、空気抜きする工程２１０も含めて自動化することも可能である。また、操作棒６１を固定する方法はネジに限定されず、磁石などの他の方法で固定してもよい。
【００５３】
また、上記の計量ユニット１０は、シリンダ１１が上下に延び、ピストン１２が上下に移動するタイプであるが、シリンダ１１が左右方向(水平方向)に沿って配置され、ピストン１２を左右方向(水平方向)に沿って移動するタイプであってもよい。計量空間Ｓへの電解液１９の流入および流出をスムーズに行えるように配管をアレンジする必要があるが、上下方向の寸法を小さくできるので、よりコンパクトな注液装置に適している。
【００５４】
計量ユニット１０の駆動方式もサーボモータに限定されない。注液量をフレキシブルに可変させる要求がなければ、ピストンをソレノイドタイプのアクチュエータで駆動することも可能である。さらに、上記の入口弁、ベント弁およびニードル弁には、電動アクチュエータを採用しているが、ソレノイドタイプのアクチュエータを採用することも可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 注液装置、 ５ 入口弁
１０ 計量ユニット、 １１ シリンダ、 １２ ピストン
２０ ディスペンサ、 ２１ 吐出ノズル、 ２３ ニードル弁
４１ 第１の管路、 ４４ 直管部
５０ 背圧弁、 ５１ ボール、 ５２ コイルばね
６０ 開放装置、 ６１ 操作棒、 ７１ ガイド管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容器内に液を供給する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、高額な設備コストのかかる低湿度の作業環境が不要であり、安価で高性能のリチウム二次電池を製造できるリチウム二次電池の製造方法を提供することが記載されている。そのため、特許文献１には、内部の気体を排気する及び／又は内部に電解液を注入するためのバルブを有する管を少なくとも１本備えた電池容器の内部に、正極と負極をセパレータにて電気的に絶縁してなる電池素子を封入する封入工程と、前記管を介して前記電池容器の内部の気体を減圧下で排気すると共に、前記電池容器の内部を加熱乾燥する水分除去工程と、前記管を介して前記電池容器内に電解液を注入する注液工程と、前記管を封止する管封止工程とを有し、注液工程において、電解液を収容するタンク、該タンクに接続された定量ポンプおよび該定量ポンプに接続された排気装置を備えた注液装置の前記定量ポンプを前記管に接続した後に、前記管のバルブと注液装置の間の気体を排気することを特徴とする二次電池の製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−６２１６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
バッテリ容器（電池ケース）への電解液の注入量をさらに精度よく制御するためには、注入経路に空気などの泡が存在しないようにすることが望ましい。そのためには、事前に、注入経路から空気などの圧縮性の流体を除去しておくことが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様は、容器に液を供給する装置である。この装置は、シリンダ内の計量空間をピストンが動く計量ユニットと、容器に液を注入するディスペンサと、計量ユニットの計量空間とディスペンサとを接続する第１の管路と、第１の管路に配置され、ピストンの動作に伴う背圧の変化により作動する背圧弁と、第２の管路を介して前記計量空間へ流入する液をオンオフする入口弁と、背圧弁を一時的に開にする開放装置とを有する。
【０００６】
この装置（供給装置）においては、背圧弁がピストンの動作に伴う背圧の変化に連動して作動し、ディスペンサに対する液の供給をオンオフする。したがって、ディスペンサが閉め切る差圧を小さくでき、ディスペンサの先端が負圧雰囲気であってもディスペンサにおける液切れを改善でき、精度の高い注液が可能となる。
【０００７】
さらに、開放装置により、液を容器に注入する前に背圧弁を強制的に開に一時的にセットできる。このため、ディスペンサの先端を負圧にすることにより、背圧弁を通して供給装置から空気を抜くことができ、一時的に開に固定された背圧弁を含めて空気を抜くことができる。したがって、その後、供給装置に液を充填して容器に液を供給する際に液中に泡が発生するのを抑制でき、注入量をいっそう精度よく制御できる。
【０００８】
第１の管路は、背圧弁が下側に設けられた上下に延びる直管部を含み、開放装置は、直管部を通って背圧弁の弁体を操作する操作棒を含むことが好ましい。背圧弁自体に解放装置を設ける代わりに、背圧弁の操作を第１の管路を介して操作棒により行うことができる。
【０００９】
さらに、第１の管路は、直管部と計量空間とを連通する連結管を含み、直管部が上方に延びる様に設けられたガイド管であって、内部に操作棒が挿入されたガイド管を有することが好ましい。背圧弁を開に固定する必要がないときは操作棒をガイド管に退避させることができ、操作棒により第１の管路の圧力損失が増えるのを抑制できる。また、背圧弁を開に固定する必要がないときに操作棒の一部を第１の管路に突出させることにより第１の管路の圧力損失を調整することも可能となる。
【００１０】
直管部の上端は連結管により計量空間の上端と連通されていることが望ましい。空気抜き後、万一、計量空間に気泡が発生しやすい状況になったときでも、計量空間の上端の気泡が発生しやすい状態の液を、直管部を含む第１の管路を介して吐出できる。このため、注液中に供給装置に気泡が発生することを抑制できる。
【００１１】
供給装置は、操作棒が弁体を下に押して背圧弁を開に固定する第１の位置に操作棒を固定する第１の固定装置と、操作棒が直管部からガイド管に退避した第２の位置に操作棒を固定する第２の固定装置とを有することが好ましい。第１および第２の固定装置により操作棒の位置をロックできる。
【００１２】
この装置においては、ディスペンサは、容器内または容器の上端近傍に配置される吐出ノズルと、吐出ノズルの内側に配置され、吐出ノズルを開閉するニードル弁と、吐出ノズルが下端に装着され、上下に延びたシリンジと、を含むことが好ましい。ピストンの動作と連動して、ニードル弁をオンオフすることにより、電解液の注入量の精度をさらに向上できる。また、ニードル弁をオンオフすることにより液切れをさらに改善できるので注液時間を短縮できる。また、吐出ノズルを減圧環境にして、空気抜きのために背圧弁を開にするとともに、吐出ノズルに繋がるニードル弁を開にすることにより、ニードル弁を介して、ディスペンサ、背圧弁、第１の管路、計量ユニットを含めた供給装置から空気を抜くことができる。
【００１３】
ディスペンサの先端が減圧室内に配置されている場合は、減圧室の負圧により空気抜きが可能である。ディスペンサの先端が減圧室以外に設置されている場合は、空気抜きのときにディスペンサの先端を減圧雰囲気にすることにより空気抜きできる。
【００１４】
本発明の他の態様は、液を注入する供給装置における液を注入することを有する方法である。この方法は、液を注入することの前にディスペンサの先端を減圧雰囲気にして空気抜きすることを有し、この空気抜きすることは、入口弁を閉じて開放装置により背圧弁を一時的に開放することを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一例を示す電解液供給装置（注液装置）の概略構成を示す図。
【図２】図２（ａ）は開放装置の操作棒が第２の位置にある状態を拡大して示す図、図２（ｂ）は操作棒が第１の位置にある状態を拡大して示す図。
【図３】注入方法の概要を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１に本発明の一実施形態にかかる装置の概略構成を示している。この装置１は、バッテリ容器１５０に電解液１９を供給する装置（電解液供給装置、注液装置、供給装置）であり、以下において注液装置と称する。この例では、バッテリ容器１５０は、減圧室１００の内部に配置され、減圧室１００の内部は真空ポンプ１１０により所定の圧力（負圧、減圧雰囲気）になるように減圧される。
【００１７】
注液装置１は、減圧室１００の上壁（天板）１０１の上に配置された計量ユニット１０と、計量ユニット１０の上流に配置されたリザーバー（リザーバータンク）２と、計量ユニット１０の下流に配置されたディスペンサ２０と、注液装置１による電解液１９の注入を制御する制御ユニット３０とを備えている。典型的な制御ユニット３０は、ＣＰＵおよびメモリを含むハードウェア資源を備え、プログラム（プログラム製品）を実行することにより注液装置１を制御し、バッテリを製造する過程においてバッテリ容器１５０に電解液１９を供給する。図１において、斜線付きの細線は制御用の電気信号を伝達する配線を示す。
【００１８】
計量ユニット１０の上流のリザーバー２は、電解液供給手段のヘッダー３に接続され、計量ユニット１０が数回、分注する液量を一時的に確保する。リザーバー２は、ヘッダー３と計量ユニット１０と間のバッファとなり、ヘッダー３の供給能力に対して計量ユニット１０の消費量が一時的にオーバーすることをカバーする。
【００１９】
計量ユニット１０は、シリンダ１１と、ピストン１２と、サーボモータ１３とを有する。シリンダ１１は上下に延びており、シリンダ内をピストン１２が上下方向（鉛直方向）に沿って動く。細い破線で示すようにシリンダ１１の内部のピストン１２が出入りする領域が計量空間Ｓとなっており、ピストン１２の出入りする量（ストローク）を制御することにより計量空間Ｓで計量される電解液１９の量を自在に制御（調整）できる。サーボモータ１３の一例はステッピングモータであり、回転量、回転速度および回転方向を制御ユニット３０により制御し、ピストン１２のストロークを変え、ピストン１２を上下に移動する。サーボモータ１３をパルス制御することにより注入量を精度よく制御できる。計量ユニット１０として、ストロークを可変制御可能なプランジャーポンプを用いることができる。
【００２０】
計量ユニット１０により計量された電解液１９は、ディスペンサ２０によりバッテリ容器１５０に対し上方から注入される。ディスペンサ２０は、バッテリ容器１５０内またはバッテリ容器１５０の上端近傍に配置される吐出ノズル２１と、この吐出ノズル２１が下端に装着された単管（円筒またはシリンジ、以降においてはシリンジ）２２と、吐出ノズル２１の内側に配置されてこの吐出ノズル２１の先端を開閉するニードル弁（ストップ弁）２３と、シリンジ２２の内部を上下に貫通するように設けられた弁制御棒２５と、弁制御棒２５を介してニードル弁２３を上下に駆動し、ニードル弁２３を開閉制御するエンコーダ付きのアクチュエータ２４とを含む。ニードル弁２３はノーマルオフ（ノーマル閉）であり、弁制御棒２５を介してニードル弁２３を吐出ノズル２１の先端に付勢する手段（例えば、コイルばね）２６を含む。
【００２１】
シリンジ２２は、減圧室１００の上壁１０１を貫通して上下に延びており、先端は減圧室１００の内部１０２に配置されたバッテリ容器１５０に到達している。したがって、ディスペンサ２０の先端となるシリンジ２２の下端は、上壁１０１の上に配置された計量ユニット１０の計量空間Ｓの下端部Ｓ１よりも下側まで延びており、計量空間Ｓに充填された電解液１９は、静圧（スタティックヘッド）でバッテリ容器１５０まで流れる。さらに、シリンジ２２の先端（下端）となる吐出ノズル２１の周りは減圧雰囲気となっており、圧力差により電解液１９を減圧室１００のバッテリ容器１５０に注入できる。また、シリンジ２２の内部に設けられたニードル弁２３により吐出ノズル２１の直上を閉じることにより、吐出ノズル２１が減圧雰囲気に面している場合においても、吐出ノズル２１からの電解液１９の液漏れを抑制でき、液切れ性を改善できる。さらに、注入前に、ニードル弁２３を開にすることにより、減圧室１００の負圧を用いて計量空間Ｓを含めた注液装置１の内部から空気などの気体を抜くことができる。
【００２２】
注液装置１は、計量ユニット１０の計量空間Ｓの上端部Ｓ２に設けられた出口ポートＰ２とディスペンサ２０とを接続（連通）する第１の管路４１と、計量空間Ｓへの電解液１９の流入をオンオフ（開閉）する入口弁５と、計量ユニット１０の計量空間Ｓの下端部Ｓ１に設けられた入口ポートＰ１と入口弁５とを接続（連通）する第２の管路４２とを含む。入口弁５とリザーバー２とは第３の管路４３により接続（連通）されている。
【００２３】
図２（ａ）および（ｂ）に第１の管路４１の近傍を拡大して示している。第１の管路４１は、出口ポートＰ２から水平に延びた第１の連結部４５と、第１の連結部４５により上端が計量空間Ｓに接続され、計量空間Ｓの下端部の近傍まで鉛直方向（上下）に延びた直管部４４と、直管部４４の下端からディスペンサ２０の上端に向かって水平方向に延びた第２の連結部４７とを含む。
【００２４】
注液装置１は、さらに、第１の管路４１の途中であって、第１の管路４１の計量空間Ｓの下端部の近傍に相当する位置に配置された背圧弁５０を含む。本例では、背圧弁５０は、第１の管路４１の直管部４４と第２の連結部４７とのコーナ部分、すなわち、上下に延びた直管部４４の下端に配置されている。
【００２５】
背圧弁５０は、弁体であるボール５１と、このボール５１を上方に付勢し、背圧弁５０を閉（オフ）に維持するコイルばね５２とを含む。コイルばね５２は、計量ユニット１０のピストン１２が動作（ストローク、この場合は下側に移動）しない限り、背圧弁５０を介して電解液１９が流れない程度の圧力をボール５１に与えるように設定されている。たとえば、減圧室内１０２の最大負圧（真空度）と大気圧との差圧が背圧として加わっても電解液１９が流れない設定になっている。
【００２６】
この背圧弁５０は、減圧室内１０２に容器１５０が配置されている場合は、減圧室内１０２の負圧がブレークして大気圧となる異常事態が発生したときに逆止弁として作用する。また、注液装置１を用いて減圧室１００以外で、たとえば、大気圧で容器１５０に液を注入する場合は、シリンジ２２の内圧が計量空間Ｓの内圧よりも高くなる異常事態が発生したときに逆止弁として作用する。
【００２７】
注液装置１は、さらに、背圧弁５０を一時的に開にセット（固定）する開放ユニット６０を含む。開放ユニット６０は、第１の管路４１の直管部４４を通って背圧弁５０の弁体であるボール５１を操作する操作棒６１を含む。操作棒６１の下端６９はボール５１に接してボール５１を確実に下側へ押せるように細くなっており、操作棒６１の上端６２には操作棒６１をオペレータ（ユーザー）が手で操作棒６１を操作できるように六角柱状のノブ（レバー）６２が設けられている。背圧弁５０は直管部４４にボール５１とコイルばね５２とが直線的に配置されているので、操作棒６１により弁体であるボール５１を操作して背圧弁５０を開にセットできる。
【００２８】
注液装置１は、また、第１の管路４１の直管部４４が上方に延びる様に設けられたガイド管７１を含む。ガイド管７１の内部に操作棒６１が挿入されており、ガイド管７１に操作棒６１を退避させることにより直管部４４から操作棒６１を完全に退避させることができる。本例の注液装置１では、直管部４４およびガイド管７１が１つの管（管状部材）７９により構成されている。すなわち、管状部材７９が、第１の管路４１の第１の連結部４５とＴ字状に接続されており、その接続部分７８より上側がガイド管７１となり、下側が第１の管路４１の直管部４４となっている。
【００２９】
ガイド管７１の上端７２は０リング７３または他のタイプのパッキンなどにより、操作棒６１が上下に動くようにシールされている。したがって、ガイド管７１を介して電解液１９が漏れ出したり、外界から空気などが入り込んだりし難い構造となっている。また、バッテリ容器１５０に注入される電解液１９は直管部４４を介して供給されるが、その前の捨て打ちあるいは試し打ちの段階で、ガイド管７１に電解液１９が入る。したがって、直管部４４を流れる電解液１９はガイド管７１に封入された電解液１９により外界からシールされる。このため、直管部４４を流れる電解液１９をガイド管７１およびガイド管７１に封入された電解液１９により保護でき、空気の侵入も抑制できる。
【００３０】
ガイド管７１に封入された電解液１９は、注液作業が終了した後に、以下で説明する空気抜きと同じ方法で除去することができる。また、操作棒６１をガイド管７１から引き抜くと、直管部４４およびガイド管７１は１つの管状部材７９により構成されているので、極めて簡単にガイド管７１および直管部４４を洗浄することができる。
【００３１】
さらに、注液する際に、操作棒６１はガイド管７１へ完全に退避させてもよく、操作棒６１の先端６９が直管部４４に入っていてもよい。操作棒６１を直管部４４から引き上げて、操作棒６１の先端６９を背圧弁５０のボール５１から外すことにより背圧弁５０は通常に動作する。操作棒６１の一部を直管部４４に挿入しておくことにより、直管部４４の電解液１９が通過する断面積が小さくなるので、直管部４４を電解液１９が通過するときの圧力損失を制御できる。たとえば、減圧室内１０２の圧力が何らかの要因で変わると背圧弁５０に加わる力が多少なりといえども変化する可能性がある。そのようなときに、計量空間Ｓを動くピストン１２の位置と背圧弁５０が開閉するタイミングを操作棒６１の位置により制御することが可能である。
【００３２】
さらに、注液装置１は、操作棒６１の先端６９が弁体であるボール５１を下に押して背圧弁５０を開に固定する第１の位置ＰＯＳ１（図２（ｂ）参照）に操作棒６１を固定する第１の固定装置８１と、操作棒６１が直管部４４からガイド管７１に退避した第２の位置ＰＯＳ２（図２（ａ）参照）に操作棒６１を固定する第２の固定装置８２とを有する。この例では、第１の固定装置８１はガイド管７１の上端７２に設けられたネジ穴８３であり、操作棒６１のノブ６２の下側に設けられたネジ６３をガイド管７１の上部のネジ穴８３にねじ込むことにより操作棒６１を第１の位置ＰＯＳ１に固定できる。第２の固定装置８２は、計量ユニット１０のシリンダ１１に取り付けられたアーム８５と、アーム８５に設けられたネジ穴８６であり、操作棒６１のノブ６２の上側に設けられたネジ６４をアーム８５のネジ穴８６にねじ込むことにより操作棒６１を第２の位置ＰＯＳ２に固定できる。
【００３３】
図２（ａ）に、バッテリを製造する過程において、制御ユニット３０の制御により、注液装置１がバッテリ容器１５０に電解液１９を供給する過程（供給する状態）を示している。この例においては、注液装置１は、バッテリ容器１５０に電解液１９を複数回に分けて注入（分注）する。まず、分注を開始するときにいったんベント弁４を開閉し、リザーバー２をベントする。リザーバー２は供給装置１の上流の配管系における空気抜き機能を備えている。リザーバー２と供給装置１とを繋ぐ第３の管路４３はリザーバー２に向かって上方に延びており管路４３などで発生した気泡あるいは気体はリザーバー２の上部に溜まり、溜まった気体はベント弁４から排出できる。
【００３４】
次に、入口弁５を開き、ニードル弁（カット弁、ストップ弁）２３が閉じた状態で、リザーバー２と計量ユニット１０の計量空間Ｓとを連通させ、ピストン１２を上方にストロークさせることにより所定の量の電解液１９を計量空間Ｓ内に流入させる。入口弁５は、入口ポートＰ１の近傍に配置され、第２の管路４２をできるだけ短くし、計量空間Ｓにおける計量精度の低下を防いでいる。
【００３５】
ピストン１２が上方へストロークしている間は、背圧弁５０を開にする背圧が背圧弁５０には加わらず、背圧弁５０は閉じた状態に維持される。電解液１９は、入口弁５および第２の管路４２を経由して計量空間Ｓの下端部Ｓ１の入口ポートＰ１から流入する。したがって、電解液１９は比較的スムーズに、乱流が起こりにくい状況で計量空間Ｓに流入するので、計量空間Ｓの内部で気液分離が起こりにくい。
【００３６】
次に、ピストン１２を停止し、入口弁５を閉じた後、ニードル弁２３を開く。計量空間Ｓは入口弁５の上流の系から遮断され、入口弁５より上流のシステムの静圧が印加されない。シリンダ１１およびピストン１２により構成される計量空間Ｓの断面積は配管の断面積の１桁以上、通常は２桁〜３桁以上大きい。分注する電解液１９を断面積の大きな計量空間Ｓにいったん蓄積することにより、分注する電解液１９の静圧（液柱による圧力）がニードル弁２３に印加されるのを最小限に抑える。さらに、背圧弁５０によりニードル弁２３に加わる圧力を抑制している。
【００３７】
ニードル弁２３を開いた後、ピストン１２を下側へストロークさせ、背圧弁５０に所定の背圧が加わると背圧弁５０が開き、ピストン１２の動きに対応する量の電解液１９が吐出ノズル２１の先端から安定して吐出される。背圧弁５０が設けられた第１の管路４１は、計量空間Ｓの上端部Ｓ２の出口ポートＰ２に接続されており、出口ポートＰ２に加わる静圧（液柱による圧力）は基本的にはゼロであり、ピストン１２の位置（上下の位置）が変化しても変動しない。したがって、背圧弁５０には、背圧弁５０の上流の第１の管路（配管）４１の内部の電解液１９の静圧と、ピストン１２の動き（下側へのストローク）による圧力のみが加わる。背圧弁５０の上流の第１の管路４１の内部の電解液１９の静圧（管路の静圧）は一定なので、この管路の静圧、あるいは管路の静圧よりも若干高い圧力に対抗するように背圧弁５０を設定しておくことにより、背圧弁５０はピストン１２の動きに瞬時（即座）に反応して開かれる。
【００３８】
したがって、ピストン１２がストロークを停止すると、背圧弁５０により、非常に短い時間で、ほぼ瞬時に計量ユニット１０とディスペンサ２０とを圧力的に分離できる。このため、ディスペンサ２０の先端が減圧（真空）状態に置かれていても、計量空間Ｓの電解液１９が減圧に引っ張られて大量に流出してしまう事態を未然に防止できる。
【００３９】
しかしながら、計量空間Ｓおよび第１の管路４１を含む供給装置１の内部に空気などを含む気泡が存在すると、液体１９に対し気泡は圧縮性が高いので、計量空間Ｓで計量する際の精度に影響を与える。さらに、供給装置１に気泡が存在すると、ピストン１２の動きによる圧力の変化が背圧弁５０に伝達されるのが遅れる可能性がある。たとえば、圧力伝播の遅れにより背圧弁５０が開いたときの計量空間Ｓの圧力が若干高くなると、ディスペンサ２０の吐出ノズル２１から急激に電解液１９が放出されて飛び散る可能性がある。また、吐出ノズル２１における電解液１９の圧力が高くなるとキャビテーションが発生する要因になったり、圧力伝播の遅れにより背圧弁５０が閉じるのが遅れると注入量を精度よく制御できない要因になる。いずれの場合も、バッテリ容器１５０への電解液１９の注入量の精度が低下する要因となる。
【００４０】
したがって、注液装置１から空気が完全に除去されることが望ましく、注液装置１において計量ユニット１０の計量空間Ｓおよび第１の管路４１から空気を除去する空気抜きの作業が必要となる。この注液装置１においては、注液装置１の上流ではリザーバー２により空気抜きが行われる。また、計量ユニット１０の計量空間Ｓにおいては、下側の第１のポートＰ１から電解液１９を流入させ、最も上部にある第２のポートＰ２から電解液１９を流出させるようにしているので、計量空間Ｓの内部に気泡は溜まりにくい。したがって、計量空間Ｓに最初に電解液１９を流入させる際に気泡を排出しやすい。さらに、ピストン１２を動かしてディスペンサ２０から電解液１９を捨て打ちすることにより注液装置１から空気を電解液１９とともに排出しやすい。
【００４１】
しかしながら、電解液１９の注入量の精度をさらに高めることを要望された場合、電解液１９を注入する前に何度も捨て打ちを繰り返す必要が発生し、作業時間が増加し、電解液１９が浪費される要因となる。特に、捨て打ちでは、背圧弁５０のような、他の部分より構造が複雑な個所で気泡が溜まり易いところでは、気泡を除去することは容易ではないと推測される。
【００４２】
そこで、図２（ｂ）に示すように、この注液装置１においては、注液装置１に電解液１９を流入させる前に、開放ユニット６０を用いて背圧弁５０を一時的に開にセットし、減圧室内１０２の負圧を利用して注液装置１を減圧する。これにより、電解液１９を流入させる前に注液装置１から空気などの気体を除去でき、電解液１９を注液装置１に流入させたときに注液装置１の内部で気泡が発生するのを抑制できる。
【００４３】
注液装置１の空気抜きが効率よくできることにより、捨て打ちの回数が少なくて済み、背圧弁５０の動作が安定するので、注液量の精度が向上する。また、ピストン１２の動きに連動して、同時にあるいはほとんど時間差なくニードル弁２３を閉じることにより、ニードル弁２３で電解液１９を容易に遮断でき、液切れ性を改善できる。このため、注液装置１の注液精度を改善できる。さらに液だれが止まるのを待つ時間が基本的には不要であるので、注液時間も短縮できる。
【００４４】
減圧室内１０２に複数のバッテリ容器１５０がセットされている場合には、バッテリ容器１５０とディスペンサ２０とを相対的に移動させ、ディスペンサ２０の下に次のバッテリ容器１５０を移動することにより、注液装置１により複数のバッテリ容器１５０に対し分注を短時間に次々と行うことができる。
【００４５】
図３に、バッテリを製造する過程において、注液装置１がバッテリ容器１５０に電解液１９を供給する方法の一例を示している。この方法は、注液装置１におりバッテリ容器１５０に電解液１９を複数回に分けて注入（分注）する工程２００と、注入する工程２００の前に空気抜きする工程２１０とを有する。
【００４６】
空気抜きする工程２１０では、まず、ステップ２１１において入口弁５を閉じ、注液装置１を上流のシステムから分離し、ステップ２１２において開放ユニット６０により背圧弁５０を開にセットする。具体的には、図２（ｂ）に示すように、操作棒６１を第１の位置ＰＯＳ１までガイド管７１に挿入して第１の固定装置８１に固定する。操作棒６１の先端６９が背圧弁５０のボール５１をコイルばね５２の方向に押し、背圧弁５０は強制的に開にセットされる。背圧弁５０を開にセットするのと同時に、あるいは前後して、ディスペンサ２０のニードル弁２３を開にする。
【００４７】
ディスペンサ２０の先端の吐出ノズル２１は減圧室内１０２にあるので、ニードル弁２３、シリンジ２２を含むディスペンサ２０が減圧され、背圧弁５０を含む第１の管路４１が減圧され、計量ユニット１０の計量空間Ｓが減圧され、さらに、第２の管路４２が減圧される。したがって、注液装置１の内部が減圧され、注液装置１の内部から空気が除去される。特に、背圧弁５０が開の状態で背圧弁５０を通って減圧されるので、背圧弁５０あるいはその近傍の配管（管路）に空気が残る可能性が低い。このため、注液中に背圧弁５０の近傍などに気泡が発生したり、存在したりする可能性を小さくでき、気泡の存在により注液量の精度が悪化するのを抑制できる。
【００４８】
ステップ２１３で所定の時間が経過し、注液装置１から空気抜きを行った後、ステップ２１４で背圧弁５０のセットを解除し、ニードル弁２３をいったん閉にして空気抜きを終了する。具体的には、操作棒６１を第２の位置ＰＯＳ２までガイド管７１から引き出して第２の固定装置８２に固定する。操作棒６１の先端６９が背圧弁５０のボール５１から離れるので、ボール５１がコイルばね５２に押されて背圧弁５０は閉になる。
【００４９】
続いて、ステップ２００において、制御ユニット３０の制御により、注液装置１がバッテリ容器１５０に電解液１９を供給する。
【００５０】
なお、上記は、ディスペンサ２０の先端の吐出ノズル２１が減圧室内１０２に配置されているので、減圧室内１０２の負圧を用いて空気抜きする例であるが、大気圧で容器に液を注入する注液装置１においては、空気抜きする工程のときに吐出ノズル２１の先端を減圧雰囲気にすることにより上記の例と同様に空気抜きできる。たとえば、ディスペンサ２０の先端をキャップなどの適当な治具を用いて真空ポンプに接続することによりディスペンサ２０の吐出口を一時的に負圧にできる。
【００５１】
ボールタイプの背圧弁５０は簡易な構造で配管への組み込みが容易であり、動作も安定しているので注液装置１には好適なものである。一方、背圧弁５０はダイアフラムタイプなどの他のタイプであってもよい。
【００５２】
また、上記の注液装置１では、操作棒６１の移動を手動で行うようにしているが、ソレノイドやモーターなどのアクチュエータを用いて操作棒６１を制御ユニット３０で制御し、空気抜きする工程２１０も含めて自動化することも可能である。また、操作棒６１を固定する方法はネジに限定されず、磁石などの他の方法で固定してもよい。
【００５３】
また、上記の計量ユニット１０は、シリンダ１１が上下に延び、ピストン１２が上下に移動するタイプであるが、シリンダ１１が左右方向(水平方向)に沿って配置され、ピストン１２を左右方向(水平方向)に沿って移動するタイプであってもよい。計量空間Ｓへの電解液１９の流入および流出をスムーズに行えるように配管をアレンジする必要があるが、上下方向の寸法を小さくできるので、よりコンパクトな注液装置に適している。
【００５４】
計量ユニット１０の駆動方式もサーボモータに限定されない。注液量をフレキシブルに可変させる要求がなければ、ピストンをソレノイドタイプのアクチュエータで駆動することも可能である。さらに、上記の入口弁、ベント弁およびニードル弁には、電動アクチュエータを採用しているが、ソレノイドタイプのアクチュエータを採用することも可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 注液装置、 ５ 入口弁
１０ 計量ユニット、 １１ シリンダ、 １２ ピストン
２０ ディスペンサ、 ２１ 吐出ノズル、 ２３ ニードル弁
４１ 第１の管路、 ４４ 直管部
５０ 背圧弁、 ５１ ボール、 ５２ コイルばね
６０ 開放装置、 ６１ 操作棒、 ７１ ガイド管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器に液を供給する装置であって、
シリンダ内の計量空間をピストンが動く計量ユニットと、
前記容器に液を注入するディスペンサと、
前記計量ユニットの前記計量空間と前記ディスペンサとを接続する第１の管路と、
前記第１の管路に配置され、前記ピストンの動作に伴う背圧の変化により作動する背圧弁と、
第２の管路を介して前記計量空間へ流入する液をオンオフする入口弁と、
前記背圧弁を一時的に開にする開放装置とを有する、装置。
【請求項２】
請求項１において、前記第１の管路は、前記背圧弁が下側に設けられた上下に延びる直管部を含み、
前記開放装置は、前記直管部を通って前記背圧弁の弁体を操作する操作棒を含む、装置。
【請求項３】
請求項２において、前記第１の管路は、前記直管部と前記計量空間とを連通する連結部を含み、
さらに、前記直管部が上方に延びる様に設けられたガイド管であって、内部に前記操作棒が挿入されたガイド管を有する、装置。
【請求項４】
請求項２または３において、前記操作棒が前記弁体を下に押して前記背圧弁を開にする第１の位置に前記操作棒を固定する第１の固定装置と、
前記操作棒が前記直管部から前記ガイド管に退避した第２の位置に前記操作棒を固定する第２の固定装置とを有する、装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、前記ディスペンサは、前記容器内または前記容器の上端近傍に配置される吐出ノズルと、前記吐出ノズルの内側に配置され、前記吐出ノズルを開閉するニードル弁と、前記吐出ノズルが下端に装着され、上下に延びたシリンジとを含む、装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかにおいて、前記ディスペンサの先端が減圧室内に配置されている、装置。
【請求項７】
液を注入する装置における液を注入することを有する方法であって、
前記装置は、シリンダ内の計量空間をピストンが動く計量ユニットと、液を注入するディスペンサと、前記計量空間と前記ディスペンサとを接続する第１の管路と、前記第１の管路に配置された背圧弁と、前記計量空間へ流入する液をオンオフする入口弁と、前記背圧弁を操作する開放装置とを有し、
当該方法は、
前記液を注入することの前に前記ディスペンサの先端を減圧雰囲気にして空気抜きすることを有し、
前記空気抜きすることは、前記入口弁を閉じて前記開放装置により前記背圧弁を一時的に開放することを含む、方法。
【請求項１】
容器に液を供給する装置であって、
シリンダ内の計量空間をピストンが動く計量ユニットと、
前記容器に液を注入するディスペンサと、
前記計量ユニットの前記計量空間と前記ディスペンサとを接続する第１の管路と、
前記第１の管路に配置され、前記ピストンの動作に伴う背圧の変化により作動する背圧弁と、
第２の管路を介して前記計量空間へ流入する液をオンオフする入口弁と、
前記背圧弁を一時的に開にする開放装置とを有する、装置。
【請求項２】
請求項１において、前記第１の管路は、前記背圧弁が下側に設けられた上下に延びる直管部を含み、
前記開放装置は、前記直管部を通って前記背圧弁の弁体を操作する操作棒を含む、装置。
【請求項３】
請求項２において、前記第１の管路は、前記直管部と前記計量空間とを連通する連結部を含み、
さらに、前記直管部が上方に延びる様に設けられたガイド管であって、内部に前記操作棒が挿入されたガイド管を有する、装置。
【請求項４】
請求項２または３において、前記操作棒が前記弁体を下に押して前記背圧弁を開にする第１の位置に前記操作棒を固定する第１の固定装置と、
前記操作棒が前記直管部から前記ガイド管に退避した第２の位置に前記操作棒を固定する第２の固定装置とを有する、装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、前記ディスペンサは、前記容器内または前記容器の上端近傍に配置される吐出ノズルと、前記吐出ノズルの内側に配置され、前記吐出ノズルを開閉するニードル弁と、前記吐出ノズルが下端に装着され、上下に延びたシリンジとを含む、装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかにおいて、前記ディスペンサの先端が減圧室内に配置されている、装置。
【請求項７】
液を注入する装置における液を注入することを有する方法であって、
前記装置は、シリンダ内の計量空間をピストンが動く計量ユニットと、液を注入するディスペンサと、前記計量空間と前記ディスペンサとを接続する第１の管路と、前記第１の管路に配置された背圧弁と、前記計量空間へ流入する液をオンオフする入口弁と、前記背圧弁を操作する開放装置とを有し、
当該方法は、
前記液を注入することの前に前記ディスペンサの先端を減圧雰囲気にして空気抜きすることを有し、
前記空気抜きすることは、前記入口弁を閉じて前記開放装置により前記背圧弁を一時的に開放することを含む、方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−１２３４０（Ｐ２０１３−１２３４０Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４３１６３（Ｐ２０１１−１４３１６３）
【出願日】平成２３年６月２８日（２０１１．６．２８）
【出願人】（５９８１４２０１４）長野オートメーション株式会社 (14)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２８日（２０１１．６．２８）
【出願人】（５９８１４２０１４）長野オートメーション株式会社 (14)
【Ｆターム（参考）】
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