液体供給方法および装置
【課題】容器の内部への液体の注入精度を高める。
【解決手段】液体供給装置１０は負圧雰囲気に保持された電池容器に液体を供給する液体供給ポンプ２０を有している。液体供給ポンプ２０は液体収容タンク１４に接続される一次側配管２１と吐出ノズル１３に接続される二次側配管２２とに連通するポンプ室２８を有し、ポンプ室２８を収縮させると液体が吐出ノズル１３から被注入物に注入される。一次側開閉弁２３を閉塞する一方、二次側開閉弁２４を開放させると共にポンプ室２８を収縮させて液体を被注入物内に注入する注入工程のときには、吐出ノズル１３に設けられた絞り部４０により真空タンク１１内の負圧がポンプ室２８に伝達されることが防止される。
【解決手段】液体供給装置１０は負圧雰囲気に保持された電池容器に液体を供給する液体供給ポンプ２０を有している。液体供給ポンプ２０は液体収容タンク１４に接続される一次側配管２１と吐出ノズル１３に接続される二次側配管２２とに連通するポンプ室２８を有し、ポンプ室２８を収縮させると液体が吐出ノズル１３から被注入物に注入される。一次側開閉弁２３を閉塞する一方、二次側開閉弁２４を開放させると共にポンプ室２８を収縮させて液体を被注入物内に注入する注入工程のときには、吐出ノズル１３に設けられた絞り部４０により真空タンク１１内の負圧がポンプ室２８に伝達されることが防止される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内部を負圧状態とした容器内に液体を供給するために使用する液体供給技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
筒型や角型のケース等の容器の内部に液体を注入するときに、液体注入前に容器の内部を負圧にし、ついで液体を注入し、所定時間経過後に容器内部を大気圧に転じている。これによって、容器の内部に気体を残留させることなく液体を容器内に確実に充填させることができる。例えば、電解液を用いる二次電池を製造するときには、正負の電極と両電極間に配置されるセパレータとが電池容器の内部に組み込まれた状態のもとで、電池容器の内部に電解液を充填している。セパレータは微細な孔が多数形成された多孔質の薄膜層であり、この薄膜層に電解液を浸透させるには、電池容器の内部を大気圧以下の真空圧力つまり負圧状態として微細孔の内部から空気を除去しておく必要がある。
【０００３】
電池容器の内部に電解液を注入するために、例えば、特許文献１に記載されるような電解液注入装置が使用されている。この電解液注入装置は、電池容器を収容する密閉チャンバーと、密閉チャンバー内に供給される電解液を貯溜するシリンダとを有しており、シリンダには電解液を吐出するためのピストンが設けられている。電池容器内に電解液を注入するには、電池容器を密閉チャンバー内に密閉収容し、真空ポンプにより密閉チャンバー内つまり電池容器内を負圧にした状態のもとで、ピストンにより電解液をシリンダ内からノズルに吐出して、ノズルから電池容器内に電解液が供給される。
【０００４】
一方、特許文献２には、電池容器を収容する密閉チャンバーと電解液を収容する電解液貯溜部とを開閉バルブが設けられた配管により接続するようにした電解液注入装置が記載されている。電池容器内に電解液を注入するには、電池容器を密閉チャンバー内に密閉収容し、真空ポンプにより密閉チャンバー内つまり電池容器内を負圧にした状態のもとで開閉バルブを開放することにより、電解液貯溜部内の電解液をノズルから電池容器に供給するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２１７５６６号公報
【特許文献２】特開２００３−２１７５６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載される注入装置のように、密閉チャンバー内で負圧状態となった電池容器内に、シリンダ内の電解液をピストンにより注入するようにすると、シリンダ内にも負圧が伝達されることになる。このため、ピストンが負圧によって密閉チャンバー部の方向へ引かれ、ピストンは油圧ピストン軸で駆動されたストロークよりも長いストロークを移動してしまう可能性がある。つまり、電解液の吐出量は油圧ピストン軸で駆動されたストロークに対応しないので、電解液の注入量の精度を高めることができない。
【０００７】
一方、特許文献２に記載される注入装置のように、電解液貯溜部内の電解液を電池容器に注入するようにすると、注入量は予め電解液貯溜部内に供給された電解液の量によって設定されることになり、電解液の注入精度を高めることができない。
【０００８】
本発明の目的は、負圧雰囲気内にある容器等の被注入物の内部への液体の注入精度を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の液体供給方法は、液体を収容する液体収容タンクに接続される一次側配管と液体を被注入物に注入する吐出ノズルに接続される二次側配管とに連通するポンプ室を有し、当該ポンプ室を膨張させて前記液体収容タンク内の液体を前記ポンプ室に吸入し、前記ポンプ室を収縮させて液体を吐出ノズルから吐出するポンプ駆動部材が設けられた液体供給ポンプを用いて、負圧雰囲気に保持された被注入物に液体を供給する液体供給方法であって、前記一次側配管に設けられた一次側開閉弁により前記一次側配管の流路を開放し、前記二次側配管に設けられた二次側開閉弁により前記二次側配管の流路を閉塞した状態のもとで前記ポンプ室を膨張させて前記ポンプ室内に液体を吸入する吸入工程と、前記一次側配管の流路を前記一次側開閉弁により閉塞し、前記二次側配管の流路を前記二次側開閉弁により開放した状態のもとで、前記二次側開閉弁から前記吐出ノズルの先端までの間に設けられた絞り部により負圧が前記ポンプ室に伝達されるのを防止しながら、前記ポンプ室を収縮させて前記ポンプ室内の液体を前記吐出ノズルから被注入物に注入供給する注入工程とを有することを特徴とする。本発明の液体供給方法は、被注入物内への液体注入開始時に、前記二次側開閉弁の開放動作を前記ポンプ駆動部材の駆動開始よりも遅延させることを特徴とする。本発明の液体供給方法は、被注入物内への液体注入停止時に、前記二次側開閉弁の閉塞動作を前記ポンプ駆動部材の駆動停止よりも早めることを特徴とする。
【００１０】
本発明の液体供給装置は、負圧雰囲気に保持された被注入物に液体を供給する液体供給装置であって、液体を収容する液体収容タンクに接続される一次側配管と液体を被注入物に注入する吐出ノズルに接続される二次側配管とに連通するポンプ室を有し、当該ポンプ室を膨張させて前記液体収容タンク内の液体を前記ポンプ室に吸入し、前記ポンプ室を収縮させて液体を吐出ノズルから吐出するポンプ駆動部材が設けられた液体供給ポンプと、前記一次側配管に設けられ、前記ポンプ室を膨張させる際に前記一次側配管の流路を開放する一方、前記ポンプ室を収縮させる際に前記一次側配管の流路を閉塞する一次側開閉弁と、前記二次側配管に設けられ、前記ポンプ室を膨張させる際に前記二次側配管の流路を閉塞する一方、前記ポンプ室を収縮させる際に前記二次側配管の流路を開放する二次側開閉弁と、前記二次側開閉弁から前記吐出ノズルの先端までの間に設けられ、前記ポンプ室を収縮させて液体を被注入物内に注入する過程のもとでは負圧が前記ポンプ室に伝達されるのを防止する絞り部とを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の液体供給装置は、被注入物内への液体注入開始時に、前記二次側開閉弁の開放動作を前記ポンプ駆動部材の駆動開始よりも遅延させることを特徴とする。本発明の液体供給装置は、被注入物内への液体注入停止時に、前記二次側開閉弁の閉塞動作を前記ポンプ駆動部材の駆動停止よりも早めることを特徴とする。本発明の液体供給装置は、前記絞り部は前記吐出ノズルの内径を調節する可変絞りであることを特徴とする。本発明の液体供給装置は、前記二次側開閉弁は空気圧によりそれぞれの流路を開閉するエアオペレイトバルブであることを特徴とする。本発明の液体供給装置は、前記絞り部は前記吐出ノズルの流路の長さを調整する可変絞りであることを特徴とする。本発明の液体供給装置は、前記二次側開閉弁は電磁弁であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明においては、二次側配管のうち二次側開閉弁から吐出ノズルの先端までの間に絞り部が設けられている。負圧雰囲気内にある容器などの被注入物に、二次側開閉弁を開放状態に切り換えて液体を注入する際には、負圧が二次側配管内の流路を介してポンプ室に伝達されることが、この絞り部によって防止される。これにより、吐出ノズルからの液体の吐出量は、負圧雰囲気内の負圧により影響を受けることがなくなり、ポンプ室を収縮させるためのポンプ駆動部材の移動ストロークのみによって決まることになる。したがって、被注入物内への液体の注入量の精度を高めることができる。さらに、負圧そのものが変動しても、注入量はその影響を受けなくなるという効果を有する。
【００１３】
被注入物内への液体注入開始時に、二次側開閉弁の開放動作をポンプ駆動部材の駆動開始よりも遅延させると、注入量精度をより高めることができる。また、被注入物内への液体注入停止時に、二次側開閉弁の閉塞動作をポンプ駆動部材の駆動停止よりも早めると、注入精度をより高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施の形態である液体供給装置を示す断面図である。
【図２】液体供給装置の駆動制御回路を示すブロック図である。
【図３】図１に示す液体供給装置のポンプ吐出動作とポンプ吸入動作を示すタイムチャートである。
【図４】比較例として示す液体供給装置におけるポンプ吐出動作とポンプ吸入動作を示すタイムチャートである。
【図５】他の比較例として示す液体供給装置におけるポンプ吐出動作とポンプ吸入動作を示すタイムチャートである。
【図６】二次側開閉弁を示す断面図である。
【図７】液体供給ポンプの他の形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１に示される液体供給装置１０は、例えば、電池容器Ｂを被注入物としてこの中に電解液を注入するために使用される。電池容器Ｂは真空タンク１１内の真空室１１ａに収容される。真空チャンバーつまり真空室１１ａは、真空タンク１１に接続された真空ポンプ１２により、所定の真空度、例えば−６０〜−８０kPa程度の真空度に保持される。電池容器Ｂ内には予め正負の電極部材とこれらの電極間に配置される多孔質のセパレータつまり隔離層とが組み込まれており、組み立てられたときにはセパレータの微細孔の内部には空気が入り込んでいる。電池容器Ｂが収容された状態のもとで真空タンク１１内を大気圧以下の圧力つまり真空圧にすると、セパレータの微細孔の内部に入り込んでいる空気は、電池容器Ｂの内部から真空室１１ａの外部に排出される。電池容器Ｂが負圧雰囲気に保持されて内部から空気が排出された状態のもとで、吐出ノズル１３から吐出される電解液Ｌが電池容器Ｂへ注入される。電池容器Ｂ内に注入される液体としての電解液Ｌは、液体収容タンク１４内に収容されている。
【００１６】
液体供給装置１０は、図１に示されるように、ポンプ本体１５とポンプ駆動部１６とからなる液体供給ポンプ２０を有している。ポンプ本体１５は内部に長手方向に貫通する収容孔１７が形成されたポンプケース１５ａを有している。ポンプケース１５ａの下端部には流入側のジョイント部材１８が取り付けられ、上端部には流出側のジョイント部材１９が取り付けられており、それぞれのジョイント部材１８，１９はポンプケース１５ａの一部を構成している。流入側のジョイント部材１８にはこれに形成された流入ポート１８ａに連通する一次側配管２１が接続され、流出側のジョイント部材１９にはこれに形成された流出ポート１９ａに連通する二次側配管２２が接続される。一次側配管２１は液体収容タンク１４に接続され、二次側配管２２の先端には電解液Ｌを吐出する吐出ノズル１３が設けられている。吐出ノズル１３は真空タンク１１の蓋部材に設けられており、真空タンク１１内に電池容器Ｂを配置した後に蓋部材を真空タンク１１に取り付けると、真空室１１ａは密閉状態となる。真空室１１ａを所定の真空度に保持した状態のもとで、吐出ノズル１３から電池容器Ｂ内に電解液Ｌが供給される。なお、それぞれの配管２１，２２はホースやチューブ等により形成されている。
【００１７】
一次側配管２１には内部の流路を開閉する一次側開閉弁２３が設けられ、二次側配管２２には内部の流路を開閉する二次側開閉弁２４が設けられている。それぞれの開閉弁２３，２４は、空気の圧力により弁体を作動するようにした空気操作弁つまりエアオペレイトバルブであり、それぞれ電磁弁２５，２６のパイロット流路２５ａ，２６ａから供給される圧縮空気をパイロット圧として流路切換が行われる。
【００１８】
ポンプケース１５ａ内には、フッ素樹脂等の径方向に弾性変形自在の可撓性のチューブ２７がポンプ部材として装着されている。このチューブ２７の流入端部はポンプケース１５ａとジョイント部材１８との間に挟み付けられ、流出端部はポンプケース１５ａとジョイント部材１９の間に挟み付けられている。チューブ２７の流入端部をポンプケース１５ａに溶接するようにしても良く、流出端部についても同様にポンプケース１５ａに溶接するようにしても良い。チューブ２７によってポンプケース１５ａの内部は、チューブ２７の内側のポンプ室２８と外側の駆動室２９とに仕切られている。ポンプ室２８は流入ポート１８ａと流出ポート１９ａとに連通している。流出ポート１９ａは流入ポート１８ａの上方に設けられており、両方のポート１８ａ，１９ａは同軸となっている。これにより、電解液内に気泡が混入されていても、その気泡がポンプ室２８内に止まることが防止される。
【００１９】
ポンプ駆動部１６は駆動ユニット３１に取り付けられる駆動部ケース１６ａを有しており、この駆動部ケース１６ａはポンプケース１５ａと一体となっている。駆動部ケース１６ａの内部には円筒形状の収容孔３２が形成され、駆動部ケース１６ａの一端部は閉塞壁３３により閉塞された閉塞端となっており、他端部には開口部３４が形成されている。駆動部ケース１６ａの内部には、ポンプ駆動部材としての駆動ロッド３５が直線往復動自在に装着されており、この駆動ロッド３５は駆動ユニット３１内に組み込まれた電動モータや空気圧シリンダ等からなる図示しない駆動装置により往復動される。駆動ロッド３５の閉塞壁３３に向かう移動を前進移動とし、閉塞壁３３から離れる方向の移動を後退移動とする。
【００２０】
駆動部ケース１６ａ内にはベローズ３６が装着されている。このベローズ３６は、蛇腹部３６ａとこれの一端部に設けられた端板部３６ｂと他端部に設けられたリング部３６ｃとを有し、フッ素樹脂等によりこれらが一体となって成形されている。端板部３６ｂには、駆動ロッド３５の先端部に設けられた雄ねじ３５ａにねじ結合されるねじ孔３７が形成されており、端板部３６ｂは駆動ロッド３５の先端部に固定される。一方、リング部３６ｃは駆動部ケース１６ａの開口部３４に形成された段部３４ａに当接し、駆動ユニット３１と駆動部ケース１６ａとにより挟み付けられている。
【００２１】
ベローズ３６の外側と駆動部ケース１６ａの収容孔３２の内面とにより駆動室３８が区画され、この駆動室３８は連通孔３９によりポンプケース１５ａ内の駆動室２９に連通している。ベローズ３６の内側は図示しない息付き用のブリード孔を介して外部に連通し、大気圧となっている。それぞれの駆動室２９，３８と連通孔３９には間接媒体としての液媒体Ｍが封入されており、図１においては液媒体Ｍが点を付して示されている。
【００２２】
駆動ロッド３５を図１に示す後退限位置に向けて後退移動させると、駆動室３８が膨張して駆動室２９内の液媒体Ｍが連通孔３９を介して駆動室３８内に吸入される。これにより、駆動室２９が収縮してチューブ２７は径方向に膨張し、ポンプ室２８が膨張することになる。ポンプ室２８が膨張するときに、一次側開閉弁２３を開き、二次側開閉弁２４を閉じると、ポンプ室２８は負圧状態となり、液体収容タンク１４内の電解液Ｌはポンプ室２８内に吸入される。
【００２３】
これに対し、駆動ロッド３５を前進移動させると、駆動室３８が収縮して駆動室３８内の液媒体Ｍが連通孔３９を介して駆動室２９に供給され、駆動室２９が膨張する。これにより、チューブ２７は径方向に収縮してポンプ室２８が収縮することになる。ポンプ室２８が収縮するときに、一次側開閉弁２３を閉じ、二次側開閉弁２４を開くと、ポンプ室２８は吐出圧に加圧されてポンプ室２８内の電解液Ｌは吐出ノズル１３から吐出して電池容器Ｂ内に注入供給される。
【００２４】
吐出ノズル１３は真空室１１ａに開口しており、真空室１１ａを負圧状態とすると、吐出ノズル１３の内部流路も負圧状態となる。この状態のもとで、二次側開閉弁２４を開放させると、ポンプ室２８内にも負圧が伝達されることになる。このように、ポンプ室２８内に負圧が伝達された状態のもとで、ポンプ室２８を収縮させて吐出ノズル１３から電池容器Ｂ内に電解液Ｌを注入すると、ポンプ室２８内の電解液Ｌが真空室１１ａに吸い出されることになる。このため、吐出ノズル１３から吐出される電解液Ｌの吐出量が駆動ロッド３５の吐出ストロークに対応しなくなるので、一定量の電解液Ｌを高精度で電池容器Ｂ内に注入することができなくなる。
【００２５】
そこで、図１に示す液体供給装置１０においては、吐出ノズル１３の内部流路には絞り部４０が設けられている。この絞り部４０は、二次側配管２２のうち二次側開閉弁２４と流出ポート１９ａとの間の流路径よりも吐出ノズル１３の流路径を小径にすることにより形成されている。このように、吐出ノズル１３に絞り部４０を設けると、二次側開閉弁２４を開放させた状態のもとで、ポンプ駆動部材としての駆動ロッド３５によりポンプ室２８を収縮させて電解液Ｌを真空室１１ａ内に吐出して電池容器Ｂ内に注入する過程においては、真空室１１ａ内の負圧つまり真空がポンプ室２８に伝達されるのが防止される。つまり、電解液Ｌの注入過程においては、ポンプ室２８の圧力は大気圧以上の吐出圧力に保持される。これにより、ポンプ室２８から吐出ノズル１３に向かって吐出される電解液Ｌの吐出量は、ポンプ室２８の収縮量に正確に対応する。この収縮量はベローズ３６の伸び移動のストロークに対応し、吐出ノズル１３から吐出される電解液Ｌの量は駆動ロッド３５の移動量に正確に比例する。
【００２６】
ポンプ室２８を収縮させて電池容器Ｂ内に電解液を注入する注入過程の開始から終了までが全吐出過程である。その全吐出過程において真空室１１ａ内の負圧がポンプ室２８内に伝達されないようにするには、以下のように行う。つまり、電池容器Ｂ内への電解液Ｌの注入開始時には、二次側開閉弁２４の開放動作を駆動ロッド３５の駆動開始よりも遅延させることが好ましい。また、注入停止時には、二次側開閉弁２４の閉塞動作を駆動ロッド３５の駆動停止よりも早めることが好ましい。これにより、ポンプ室２８の圧力は大気圧以上の吐出圧力に保持される。
【００２７】
図１に示す液体供給装置１０においては、絞り部４０を吐出ノズル１３の流路により形成している。しかし、絞り部４０を吐出ノズル１３に設けることなく、絞り部４０を二次側配管２２のうち二次側開閉弁２４よりも下流側の部分に設けるようにしても良い。
【００２８】
絞り部４０を形成するには、液体である電解液Ｌの粘度と吐出ノズル１３からの吐出流速に応じて、絞り部４０の内径寸法と長さ寸法とが設定されることになる。例えば、吐出ノズル１３に内径を１mmとし、長さを２０mmとした流路により絞り部４０を形成した場合には、電解液Ｌを１０ml/secの流速で吐出ノズル１３から吐出させることができ、同一の内径で長さを５０mmとした絞り部４０を形成した場合には、電解液Ｌを５ml/secの流速で吐出することができた。
【００２９】
図１に示した絞り部４０は内径が一定の固定絞りであるが、絞り部４０の他の形態としては可変絞りがある。可変絞りを吐出ノズル１３に設けると、液体の粘度に応じて吐出ノズル１３の内径を調節することができる。可変絞りを吐出ノズル１３に設けることなく、二次側配管２２のうち二次側開閉弁２４よりも下流側の部分に設けるようにしても良い。また、絞り部４０の他の形態としては、吐出ノズル１３の流路の長さを調整するようにした構造の可変絞りとすることができる。
【００３０】
ポンプ室２８を膨張させて液体収容タンク１４内の電解液Ｌをポンプ室２８内に供給する際には、二次側開閉弁２４が閉塞されるので、ポンプ室２８には負圧が伝達されない。したがって、電解液Ｌを電池容器Ｂ内に注入するときと相違し、駆動ロッド３５の後退移動開始とほぼ同時に一次側開閉弁２３を開放動作させることができる。さらに、駆動ロッド３５の後退移動開始よりも早く一次側開閉弁２３を開放させても良い。
【００３１】
図２は液体供給装置１０の駆動制御回路を示すブロック図であり、一次側と二次側の２つの電磁弁２５，２６と、駆動ロッド３５を往復動するための電動モータ４１はコントローラ４２により制御されるようになっている。コントローラ４２にはポンプ吐出動作と吸引動作とを指令する指令信号４３が上位のコントローラから送られるようになっている。
【００３２】
図３は図１に示す液体供給装置のポンプ吐出動作とポンプ吸入動作を示すタイムチャートであり、図３を参照しつつ液体供給装置１０によって電池容器Ｂ内に電解液Ｌを注入供給する手順について説明する。
【００３３】
吐出ノズル１３から真空室１１ａ内の電池容器Ｂ内に電解液Ｌを注入するには、真空室１１ａ内の圧力は大気圧以下の圧力つまり真空状態に保持される。これにより、予め真空室１１ａ内に配置された被注入物としての電池容器Ｂの内部は負圧雰囲気に保持された状態となり、多孔質のセパレータ内に入り込んだ空気は外部に排出される。この状態のもとで、指令信号がコントローラ４２に送られると、駆動ロッド３５が駆動ユニット３１内に組み込まれた電動モータ等の駆動手段により前進駆動されてポンプ吐出動作が実行される。駆動手段によって駆動ロッド３５が前進駆動が開始されてから、ポンプ室２８から二次側配管２２に向けて電解液Ｌが吐出される流量が一定になるまでには、若干の遅れがある。この前進駆動開始よりも遅延時間Ｔａだけ遅れて二次側開閉弁２４を開放させる。ポンプ吐出動作が行われるときには、一次側開閉弁２３は閉じられた状態に保持される。
【００３４】
図３に示すように、二次側開閉弁２４の開放動作時を駆動ロッド３５によるポンプ吐出動作開始時よりも遅延させると、ポンプ室２８内の圧力は急速に上昇する。二次側開閉弁２４が開放された後にはポンプ室２８の圧力は低下することになるが、吐出ノズル１３には絞り部４０が設けられているのでポンプ室２８内の圧力が負圧状態となることがなく、正圧に保持される。二次側開閉弁２４が開放されてから所定の時間が経過すると、ポンプ室２８内の圧力は駆動ロッド３５の前進移動により設定される一定の吐出圧力になる。すなわち、絞り部４０の先端側つまり真空室１１ａ側は負圧となり、絞り部４０の後端側つまり二次側配管２２側はポンプ吐出圧となる。このように、絞り部４０の先端側と後端側との間には圧力勾配が発生する。これが絞り部４０の効果である。言い換えれば、電解液Ｌは吐出抵抗による圧力勾配の中を定常状態で絞り部４０を流れる。
【００３５】
吐出ノズル１３から電池容器Ｂ内に対して一定量の電解液Ｌが注入された後には、二次側開閉弁２４を閉塞する。この二次側開閉弁２４の閉塞動作は、駆動ロッド３５の駆動停止時期よりも所定の時間Ｔｂだけ早く行われる。このように、ポンプ吐出動作の終了動作時期よりも二次側開閉弁２４を早く閉じると、ポンプ吐出動作が完全に終了するまでにポンプ室２８の圧力が負圧となることが防止され、正圧に保持される。
【００３６】
ポンプ室２８内に電解液Ｌを吸引注入する際には、図３に示されるように、二次側開閉弁２４を閉塞した状態のもとで、一次側開閉弁２３を開放するとともに駆動ロッド３５を後退移動させるポンプ吸入動作を行うことになる。
【００３７】
図４および図５はそれぞれ比較例として示す液体供給装置におけるポンプ吐出動作とポンプ吸入動作のタイムチャートである。
【００３８】
図４は吐出ノズル１３に絞り部４０を設けない液体供給装置を用いて、電解液Ｌの吐出時に二次側開閉弁２４の開放動作と駆動ロッド３５によりポンプ吐出動作とをほぼ同時に開始した場合における吐出時のポンプ室２８の吐出圧力の変化を示す。絞り部４０を液体供給装置に設けないと、真空室１１ａ内の負圧がポンプ室２８内に伝達されることになるので、吐出ノズル１３から電池容器Ｂ内への電解液Ｌの注入は、真空室１１ａ内の負圧による吸い出しにより行われることになる。このため、注入量は駆動ロッド３５のストロークに依存しなくなるので、高精度で電解液を注入することができない。
【００３９】
図５は図１に示したように吐出ノズル１３に絞り部４０を設けた液体供給装置を用いているが、二次側開閉弁２４の開閉動作と駆動ロッド３５によるポンプ動作の開始終了とを同期させた場合における吐出時のポンプ室２８の吐出圧力の変化を示す。二次側開閉弁２４の開放動作とポンプ動作開始とを同時に行うと、瞬時に、真空室１１ａの負圧がポンプ室２８内に伝達され、ポンプ室２８の圧力は負圧になる。それ以降は、電解液Ｌが絞り部を流れ始めてそこに圧力勾配が生じるから、図示するようにポンプ室２８の圧力が上昇する。電解液の流れが定常状態に至れば圧力勾配も一定となり、ポンプ室２８の圧力は一定となる。
【００４０】
瞬間的にポンプ室２８内に負圧が伝達されると、より高精度での吐出が達成されなくなるが、図３に示すように、二次側開閉弁２４の開閉タイミングとポンプ動作のタイミングとに時間差を設けることにより、ポンプ動作開始時と終了時とにおいても負圧がポンプ室２８内に伝達されることなく、吐出精度をより高めることができる。
【００４１】
図６は二次側開閉弁２４を示す断面図であり、バルブケース４５にはポンプ本体１５が接続される一次側ポート４６と、吐出ノズル１３が接続される二次側ポート４７とが形成されている。両方のポートが連通する弁室４８にはダイヤフラム形の弁体４９が配置されており、弁体４９は二次側ポート４７が開口する弁座５０に接触する位置と弁座５０から離れる位置とに開閉動作する。弁体４９に設けられた弁軸５１には、弁体４９を閉じる方向にばね力が加えられ、電磁弁２６のパイロット流路２６ａからパイロット圧が加えられるようになっており、パイロット圧が加えられるとばね力に抗して弁体４９は弁座５０から離れて二次側開閉弁２４は開放状態となる。弁座５０に開口されたポートを二次側ポート４７としてこれに吐出ノズル１３を接続すると、真空タンク１１内の負圧により弁体４９は弁座５０に密着する方向の吸着力を受けることになり、二次側開閉弁２４のシール性を高めることができる。しかも、ダイヤフラム形の弁体４９を使用すると、開閉時の二次側ポート４７内の電解液の移動を少なくすることができるので、吐出ノズル１３からの吐出精度を高めることができる。
【００４２】
一次側開閉弁２３を二次側開閉弁２４と同様のエアオペレイトバルブを用いるようにすると、一次側と二次側の開閉弁を１種類の開閉弁とすることができる。図６に示すエアオペレイトバルブを一次側開閉弁２３として使用する場合には、図６に示された二次側ポート４７をポンプ室２８に連通させることになる。なお、それぞれの開閉弁２３，２４として、エアオペレイトバルブを使用することなく、流路を開閉する２ポート型であって、電気信号により開閉動作する電磁弁を使用するようにしても良い。
【００４３】
図１に示す液体供給装置１０においては、液体供給ポンプ２０はポンプ室２８が形成されたポンプ本体１５とベローズ３６が組み込まれたポンプ駆動部１６とを備え、駆動ロッド３５の軸方向往復動を間接媒体としての液媒体Ｍを介してポンプ室２８を膨張収縮させている。摺動する部分がないので、ポンプ室２８が吐出圧力にまで加圧されても外部に電解液Ｌや液媒体Ｍが漏出することがない。
【００４４】
図７は液体供給ポンプの他の形態を示す断面図である。この液体供給ポンプ２０ａは液媒体Ｍを使用することなく、図７に示すように、ベローズ３６により直接ポンプ室２８を膨張収縮させるようにしている。ポンプケース１５ａは、閉塞壁５２が設けられた円筒部材５３により形成されており、円筒部材５３の内面とベローズ３６とによりポンプ室２８が区画されている。駆動ロッド３５によりベローズ３６を伸縮させると、ポンプ室２８は膨張収縮してポンプ動作を行うことになる。
【００４５】
液体供給ポンプの他の形態としては、例えば、特許第４５４７３６８号公報に記載されるように、ピストンとこれが往復動自在に装着されるシリンダとを有する構造のものを使用することかできる。この形態の液体供給ポンプにおいては、ピストンがシリンダに摺動接触しているが、シール室がベローズカバーにより覆われるので、駆動室内における液媒体が外部に漏出することを防止できる。さらに他の液体供給ポンプの形態としては、例えば、特許第３５５４１１５号公報に記載されるように、ポンプ室を内部に形成するチューブの外側に、大型ベローズ部と小型ベローズ部とを有する軸方向に弾性変形自在のベローズを配置し、ベローズとチューブとの間に媒体液が封入された駆動室を形成するようにした構造のものを使用することができる。これらの液体供給ポンプはいずれも、電解液や媒体液が外部に漏出しないようにした形態であるが、ピストンを用いたシリンジタイプのものを使用することも可能である。
【００４６】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。図１に示した液体供給装置は、２次電池を製造するために電池容器Ｂ内に電解液Ｌを注入する工程に使用されているが、負圧雰囲気に保持された容器内に液体を注入するためであれば、本発明の液体供給装置は電池容器内に電解液を注入する場合以外にも使用することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１１ 真空タンク
１１ａ 真空室
１２ 真空ポンプ
１３ 吐出ノズル
１４ 液体収容タンク
１５ ポンプ本体
１６ ポンプ駆動部
１８ａ 流入ポート
１９ａ 流出ポート
２０ 液体供給ポンプ
２１ 一次側配管
２２ 二次側配管
２３ 一次側開閉弁
２４ 二次側開閉弁
２５，２６ 電磁弁
２７ チューブ
２８ ポンプ室
２９ 駆動室
３１ 駆動ユニット
３５ 駆動ロッド（ポンプ駆動部材）
３６ ベローズ
３８ 駆動室
４０ 絞り部
【技術分野】
【０００１】
本発明は内部を負圧状態とした容器内に液体を供給するために使用する液体供給技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
筒型や角型のケース等の容器の内部に液体を注入するときに、液体注入前に容器の内部を負圧にし、ついで液体を注入し、所定時間経過後に容器内部を大気圧に転じている。これによって、容器の内部に気体を残留させることなく液体を容器内に確実に充填させることができる。例えば、電解液を用いる二次電池を製造するときには、正負の電極と両電極間に配置されるセパレータとが電池容器の内部に組み込まれた状態のもとで、電池容器の内部に電解液を充填している。セパレータは微細な孔が多数形成された多孔質の薄膜層であり、この薄膜層に電解液を浸透させるには、電池容器の内部を大気圧以下の真空圧力つまり負圧状態として微細孔の内部から空気を除去しておく必要がある。
【０００３】
電池容器の内部に電解液を注入するために、例えば、特許文献１に記載されるような電解液注入装置が使用されている。この電解液注入装置は、電池容器を収容する密閉チャンバーと、密閉チャンバー内に供給される電解液を貯溜するシリンダとを有しており、シリンダには電解液を吐出するためのピストンが設けられている。電池容器内に電解液を注入するには、電池容器を密閉チャンバー内に密閉収容し、真空ポンプにより密閉チャンバー内つまり電池容器内を負圧にした状態のもとで、ピストンにより電解液をシリンダ内からノズルに吐出して、ノズルから電池容器内に電解液が供給される。
【０００４】
一方、特許文献２には、電池容器を収容する密閉チャンバーと電解液を収容する電解液貯溜部とを開閉バルブが設けられた配管により接続するようにした電解液注入装置が記載されている。電池容器内に電解液を注入するには、電池容器を密閉チャンバー内に密閉収容し、真空ポンプにより密閉チャンバー内つまり電池容器内を負圧にした状態のもとで開閉バルブを開放することにより、電解液貯溜部内の電解液をノズルから電池容器に供給するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２１７５６６号公報
【特許文献２】特開２００３−２１７５６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載される注入装置のように、密閉チャンバー内で負圧状態となった電池容器内に、シリンダ内の電解液をピストンにより注入するようにすると、シリンダ内にも負圧が伝達されることになる。このため、ピストンが負圧によって密閉チャンバー部の方向へ引かれ、ピストンは油圧ピストン軸で駆動されたストロークよりも長いストロークを移動してしまう可能性がある。つまり、電解液の吐出量は油圧ピストン軸で駆動されたストロークに対応しないので、電解液の注入量の精度を高めることができない。
【０００７】
一方、特許文献２に記載される注入装置のように、電解液貯溜部内の電解液を電池容器に注入するようにすると、注入量は予め電解液貯溜部内に供給された電解液の量によって設定されることになり、電解液の注入精度を高めることができない。
【０００８】
本発明の目的は、負圧雰囲気内にある容器等の被注入物の内部への液体の注入精度を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の液体供給方法は、液体を収容する液体収容タンクに接続される一次側配管と液体を被注入物に注入する吐出ノズルに接続される二次側配管とに連通するポンプ室を有し、当該ポンプ室を膨張させて前記液体収容タンク内の液体を前記ポンプ室に吸入し、前記ポンプ室を収縮させて液体を吐出ノズルから吐出するポンプ駆動部材が設けられた液体供給ポンプを用いて、負圧雰囲気に保持された被注入物に液体を供給する液体供給方法であって、前記一次側配管に設けられた一次側開閉弁により前記一次側配管の流路を開放し、前記二次側配管に設けられた二次側開閉弁により前記二次側配管の流路を閉塞した状態のもとで前記ポンプ室を膨張させて前記ポンプ室内に液体を吸入する吸入工程と、前記一次側配管の流路を前記一次側開閉弁により閉塞し、前記二次側配管の流路を前記二次側開閉弁により開放した状態のもとで、前記二次側開閉弁から前記吐出ノズルの先端までの間に設けられた絞り部により負圧が前記ポンプ室に伝達されるのを防止しながら、前記ポンプ室を収縮させて前記ポンプ室内の液体を前記吐出ノズルから被注入物に注入供給する注入工程とを有することを特徴とする。本発明の液体供給方法は、被注入物内への液体注入開始時に、前記二次側開閉弁の開放動作を前記ポンプ駆動部材の駆動開始よりも遅延させることを特徴とする。本発明の液体供給方法は、被注入物内への液体注入停止時に、前記二次側開閉弁の閉塞動作を前記ポンプ駆動部材の駆動停止よりも早めることを特徴とする。
【００１０】
本発明の液体供給装置は、負圧雰囲気に保持された被注入物に液体を供給する液体供給装置であって、液体を収容する液体収容タンクに接続される一次側配管と液体を被注入物に注入する吐出ノズルに接続される二次側配管とに連通するポンプ室を有し、当該ポンプ室を膨張させて前記液体収容タンク内の液体を前記ポンプ室に吸入し、前記ポンプ室を収縮させて液体を吐出ノズルから吐出するポンプ駆動部材が設けられた液体供給ポンプと、前記一次側配管に設けられ、前記ポンプ室を膨張させる際に前記一次側配管の流路を開放する一方、前記ポンプ室を収縮させる際に前記一次側配管の流路を閉塞する一次側開閉弁と、前記二次側配管に設けられ、前記ポンプ室を膨張させる際に前記二次側配管の流路を閉塞する一方、前記ポンプ室を収縮させる際に前記二次側配管の流路を開放する二次側開閉弁と、前記二次側開閉弁から前記吐出ノズルの先端までの間に設けられ、前記ポンプ室を収縮させて液体を被注入物内に注入する過程のもとでは負圧が前記ポンプ室に伝達されるのを防止する絞り部とを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の液体供給装置は、被注入物内への液体注入開始時に、前記二次側開閉弁の開放動作を前記ポンプ駆動部材の駆動開始よりも遅延させることを特徴とする。本発明の液体供給装置は、被注入物内への液体注入停止時に、前記二次側開閉弁の閉塞動作を前記ポンプ駆動部材の駆動停止よりも早めることを特徴とする。本発明の液体供給装置は、前記絞り部は前記吐出ノズルの内径を調節する可変絞りであることを特徴とする。本発明の液体供給装置は、前記二次側開閉弁は空気圧によりそれぞれの流路を開閉するエアオペレイトバルブであることを特徴とする。本発明の液体供給装置は、前記絞り部は前記吐出ノズルの流路の長さを調整する可変絞りであることを特徴とする。本発明の液体供給装置は、前記二次側開閉弁は電磁弁であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明においては、二次側配管のうち二次側開閉弁から吐出ノズルの先端までの間に絞り部が設けられている。負圧雰囲気内にある容器などの被注入物に、二次側開閉弁を開放状態に切り換えて液体を注入する際には、負圧が二次側配管内の流路を介してポンプ室に伝達されることが、この絞り部によって防止される。これにより、吐出ノズルからの液体の吐出量は、負圧雰囲気内の負圧により影響を受けることがなくなり、ポンプ室を収縮させるためのポンプ駆動部材の移動ストロークのみによって決まることになる。したがって、被注入物内への液体の注入量の精度を高めることができる。さらに、負圧そのものが変動しても、注入量はその影響を受けなくなるという効果を有する。
【００１３】
被注入物内への液体注入開始時に、二次側開閉弁の開放動作をポンプ駆動部材の駆動開始よりも遅延させると、注入量精度をより高めることができる。また、被注入物内への液体注入停止時に、二次側開閉弁の閉塞動作をポンプ駆動部材の駆動停止よりも早めると、注入精度をより高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施の形態である液体供給装置を示す断面図である。
【図２】液体供給装置の駆動制御回路を示すブロック図である。
【図３】図１に示す液体供給装置のポンプ吐出動作とポンプ吸入動作を示すタイムチャートである。
【図４】比較例として示す液体供給装置におけるポンプ吐出動作とポンプ吸入動作を示すタイムチャートである。
【図５】他の比較例として示す液体供給装置におけるポンプ吐出動作とポンプ吸入動作を示すタイムチャートである。
【図６】二次側開閉弁を示す断面図である。
【図７】液体供給ポンプの他の形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１に示される液体供給装置１０は、例えば、電池容器Ｂを被注入物としてこの中に電解液を注入するために使用される。電池容器Ｂは真空タンク１１内の真空室１１ａに収容される。真空チャンバーつまり真空室１１ａは、真空タンク１１に接続された真空ポンプ１２により、所定の真空度、例えば−６０〜−８０kPa程度の真空度に保持される。電池容器Ｂ内には予め正負の電極部材とこれらの電極間に配置される多孔質のセパレータつまり隔離層とが組み込まれており、組み立てられたときにはセパレータの微細孔の内部には空気が入り込んでいる。電池容器Ｂが収容された状態のもとで真空タンク１１内を大気圧以下の圧力つまり真空圧にすると、セパレータの微細孔の内部に入り込んでいる空気は、電池容器Ｂの内部から真空室１１ａの外部に排出される。電池容器Ｂが負圧雰囲気に保持されて内部から空気が排出された状態のもとで、吐出ノズル１３から吐出される電解液Ｌが電池容器Ｂへ注入される。電池容器Ｂ内に注入される液体としての電解液Ｌは、液体収容タンク１４内に収容されている。
【００１６】
液体供給装置１０は、図１に示されるように、ポンプ本体１５とポンプ駆動部１６とからなる液体供給ポンプ２０を有している。ポンプ本体１５は内部に長手方向に貫通する収容孔１７が形成されたポンプケース１５ａを有している。ポンプケース１５ａの下端部には流入側のジョイント部材１８が取り付けられ、上端部には流出側のジョイント部材１９が取り付けられており、それぞれのジョイント部材１８，１９はポンプケース１５ａの一部を構成している。流入側のジョイント部材１８にはこれに形成された流入ポート１８ａに連通する一次側配管２１が接続され、流出側のジョイント部材１９にはこれに形成された流出ポート１９ａに連通する二次側配管２２が接続される。一次側配管２１は液体収容タンク１４に接続され、二次側配管２２の先端には電解液Ｌを吐出する吐出ノズル１３が設けられている。吐出ノズル１３は真空タンク１１の蓋部材に設けられており、真空タンク１１内に電池容器Ｂを配置した後に蓋部材を真空タンク１１に取り付けると、真空室１１ａは密閉状態となる。真空室１１ａを所定の真空度に保持した状態のもとで、吐出ノズル１３から電池容器Ｂ内に電解液Ｌが供給される。なお、それぞれの配管２１，２２はホースやチューブ等により形成されている。
【００１７】
一次側配管２１には内部の流路を開閉する一次側開閉弁２３が設けられ、二次側配管２２には内部の流路を開閉する二次側開閉弁２４が設けられている。それぞれの開閉弁２３，２４は、空気の圧力により弁体を作動するようにした空気操作弁つまりエアオペレイトバルブであり、それぞれ電磁弁２５，２６のパイロット流路２５ａ，２６ａから供給される圧縮空気をパイロット圧として流路切換が行われる。
【００１８】
ポンプケース１５ａ内には、フッ素樹脂等の径方向に弾性変形自在の可撓性のチューブ２７がポンプ部材として装着されている。このチューブ２７の流入端部はポンプケース１５ａとジョイント部材１８との間に挟み付けられ、流出端部はポンプケース１５ａとジョイント部材１９の間に挟み付けられている。チューブ２７の流入端部をポンプケース１５ａに溶接するようにしても良く、流出端部についても同様にポンプケース１５ａに溶接するようにしても良い。チューブ２７によってポンプケース１５ａの内部は、チューブ２７の内側のポンプ室２８と外側の駆動室２９とに仕切られている。ポンプ室２８は流入ポート１８ａと流出ポート１９ａとに連通している。流出ポート１９ａは流入ポート１８ａの上方に設けられており、両方のポート１８ａ，１９ａは同軸となっている。これにより、電解液内に気泡が混入されていても、その気泡がポンプ室２８内に止まることが防止される。
【００１９】
ポンプ駆動部１６は駆動ユニット３１に取り付けられる駆動部ケース１６ａを有しており、この駆動部ケース１６ａはポンプケース１５ａと一体となっている。駆動部ケース１６ａの内部には円筒形状の収容孔３２が形成され、駆動部ケース１６ａの一端部は閉塞壁３３により閉塞された閉塞端となっており、他端部には開口部３４が形成されている。駆動部ケース１６ａの内部には、ポンプ駆動部材としての駆動ロッド３５が直線往復動自在に装着されており、この駆動ロッド３５は駆動ユニット３１内に組み込まれた電動モータや空気圧シリンダ等からなる図示しない駆動装置により往復動される。駆動ロッド３５の閉塞壁３３に向かう移動を前進移動とし、閉塞壁３３から離れる方向の移動を後退移動とする。
【００２０】
駆動部ケース１６ａ内にはベローズ３６が装着されている。このベローズ３６は、蛇腹部３６ａとこれの一端部に設けられた端板部３６ｂと他端部に設けられたリング部３６ｃとを有し、フッ素樹脂等によりこれらが一体となって成形されている。端板部３６ｂには、駆動ロッド３５の先端部に設けられた雄ねじ３５ａにねじ結合されるねじ孔３７が形成されており、端板部３６ｂは駆動ロッド３５の先端部に固定される。一方、リング部３６ｃは駆動部ケース１６ａの開口部３４に形成された段部３４ａに当接し、駆動ユニット３１と駆動部ケース１６ａとにより挟み付けられている。
【００２１】
ベローズ３６の外側と駆動部ケース１６ａの収容孔３２の内面とにより駆動室３８が区画され、この駆動室３８は連通孔３９によりポンプケース１５ａ内の駆動室２９に連通している。ベローズ３６の内側は図示しない息付き用のブリード孔を介して外部に連通し、大気圧となっている。それぞれの駆動室２９，３８と連通孔３９には間接媒体としての液媒体Ｍが封入されており、図１においては液媒体Ｍが点を付して示されている。
【００２２】
駆動ロッド３５を図１に示す後退限位置に向けて後退移動させると、駆動室３８が膨張して駆動室２９内の液媒体Ｍが連通孔３９を介して駆動室３８内に吸入される。これにより、駆動室２９が収縮してチューブ２７は径方向に膨張し、ポンプ室２８が膨張することになる。ポンプ室２８が膨張するときに、一次側開閉弁２３を開き、二次側開閉弁２４を閉じると、ポンプ室２８は負圧状態となり、液体収容タンク１４内の電解液Ｌはポンプ室２８内に吸入される。
【００２３】
これに対し、駆動ロッド３５を前進移動させると、駆動室３８が収縮して駆動室３８内の液媒体Ｍが連通孔３９を介して駆動室２９に供給され、駆動室２９が膨張する。これにより、チューブ２７は径方向に収縮してポンプ室２８が収縮することになる。ポンプ室２８が収縮するときに、一次側開閉弁２３を閉じ、二次側開閉弁２４を開くと、ポンプ室２８は吐出圧に加圧されてポンプ室２８内の電解液Ｌは吐出ノズル１３から吐出して電池容器Ｂ内に注入供給される。
【００２４】
吐出ノズル１３は真空室１１ａに開口しており、真空室１１ａを負圧状態とすると、吐出ノズル１３の内部流路も負圧状態となる。この状態のもとで、二次側開閉弁２４を開放させると、ポンプ室２８内にも負圧が伝達されることになる。このように、ポンプ室２８内に負圧が伝達された状態のもとで、ポンプ室２８を収縮させて吐出ノズル１３から電池容器Ｂ内に電解液Ｌを注入すると、ポンプ室２８内の電解液Ｌが真空室１１ａに吸い出されることになる。このため、吐出ノズル１３から吐出される電解液Ｌの吐出量が駆動ロッド３５の吐出ストロークに対応しなくなるので、一定量の電解液Ｌを高精度で電池容器Ｂ内に注入することができなくなる。
【００２５】
そこで、図１に示す液体供給装置１０においては、吐出ノズル１３の内部流路には絞り部４０が設けられている。この絞り部４０は、二次側配管２２のうち二次側開閉弁２４と流出ポート１９ａとの間の流路径よりも吐出ノズル１３の流路径を小径にすることにより形成されている。このように、吐出ノズル１３に絞り部４０を設けると、二次側開閉弁２４を開放させた状態のもとで、ポンプ駆動部材としての駆動ロッド３５によりポンプ室２８を収縮させて電解液Ｌを真空室１１ａ内に吐出して電池容器Ｂ内に注入する過程においては、真空室１１ａ内の負圧つまり真空がポンプ室２８に伝達されるのが防止される。つまり、電解液Ｌの注入過程においては、ポンプ室２８の圧力は大気圧以上の吐出圧力に保持される。これにより、ポンプ室２８から吐出ノズル１３に向かって吐出される電解液Ｌの吐出量は、ポンプ室２８の収縮量に正確に対応する。この収縮量はベローズ３６の伸び移動のストロークに対応し、吐出ノズル１３から吐出される電解液Ｌの量は駆動ロッド３５の移動量に正確に比例する。
【００２６】
ポンプ室２８を収縮させて電池容器Ｂ内に電解液を注入する注入過程の開始から終了までが全吐出過程である。その全吐出過程において真空室１１ａ内の負圧がポンプ室２８内に伝達されないようにするには、以下のように行う。つまり、電池容器Ｂ内への電解液Ｌの注入開始時には、二次側開閉弁２４の開放動作を駆動ロッド３５の駆動開始よりも遅延させることが好ましい。また、注入停止時には、二次側開閉弁２４の閉塞動作を駆動ロッド３５の駆動停止よりも早めることが好ましい。これにより、ポンプ室２８の圧力は大気圧以上の吐出圧力に保持される。
【００２７】
図１に示す液体供給装置１０においては、絞り部４０を吐出ノズル１３の流路により形成している。しかし、絞り部４０を吐出ノズル１３に設けることなく、絞り部４０を二次側配管２２のうち二次側開閉弁２４よりも下流側の部分に設けるようにしても良い。
【００２８】
絞り部４０を形成するには、液体である電解液Ｌの粘度と吐出ノズル１３からの吐出流速に応じて、絞り部４０の内径寸法と長さ寸法とが設定されることになる。例えば、吐出ノズル１３に内径を１mmとし、長さを２０mmとした流路により絞り部４０を形成した場合には、電解液Ｌを１０ml/secの流速で吐出ノズル１３から吐出させることができ、同一の内径で長さを５０mmとした絞り部４０を形成した場合には、電解液Ｌを５ml/secの流速で吐出することができた。
【００２９】
図１に示した絞り部４０は内径が一定の固定絞りであるが、絞り部４０の他の形態としては可変絞りがある。可変絞りを吐出ノズル１３に設けると、液体の粘度に応じて吐出ノズル１３の内径を調節することができる。可変絞りを吐出ノズル１３に設けることなく、二次側配管２２のうち二次側開閉弁２４よりも下流側の部分に設けるようにしても良い。また、絞り部４０の他の形態としては、吐出ノズル１３の流路の長さを調整するようにした構造の可変絞りとすることができる。
【００３０】
ポンプ室２８を膨張させて液体収容タンク１４内の電解液Ｌをポンプ室２８内に供給する際には、二次側開閉弁２４が閉塞されるので、ポンプ室２８には負圧が伝達されない。したがって、電解液Ｌを電池容器Ｂ内に注入するときと相違し、駆動ロッド３５の後退移動開始とほぼ同時に一次側開閉弁２３を開放動作させることができる。さらに、駆動ロッド３５の後退移動開始よりも早く一次側開閉弁２３を開放させても良い。
【００３１】
図２は液体供給装置１０の駆動制御回路を示すブロック図であり、一次側と二次側の２つの電磁弁２５，２６と、駆動ロッド３５を往復動するための電動モータ４１はコントローラ４２により制御されるようになっている。コントローラ４２にはポンプ吐出動作と吸引動作とを指令する指令信号４３が上位のコントローラから送られるようになっている。
【００３２】
図３は図１に示す液体供給装置のポンプ吐出動作とポンプ吸入動作を示すタイムチャートであり、図３を参照しつつ液体供給装置１０によって電池容器Ｂ内に電解液Ｌを注入供給する手順について説明する。
【００３３】
吐出ノズル１３から真空室１１ａ内の電池容器Ｂ内に電解液Ｌを注入するには、真空室１１ａ内の圧力は大気圧以下の圧力つまり真空状態に保持される。これにより、予め真空室１１ａ内に配置された被注入物としての電池容器Ｂの内部は負圧雰囲気に保持された状態となり、多孔質のセパレータ内に入り込んだ空気は外部に排出される。この状態のもとで、指令信号がコントローラ４２に送られると、駆動ロッド３５が駆動ユニット３１内に組み込まれた電動モータ等の駆動手段により前進駆動されてポンプ吐出動作が実行される。駆動手段によって駆動ロッド３５が前進駆動が開始されてから、ポンプ室２８から二次側配管２２に向けて電解液Ｌが吐出される流量が一定になるまでには、若干の遅れがある。この前進駆動開始よりも遅延時間Ｔａだけ遅れて二次側開閉弁２４を開放させる。ポンプ吐出動作が行われるときには、一次側開閉弁２３は閉じられた状態に保持される。
【００３４】
図３に示すように、二次側開閉弁２４の開放動作時を駆動ロッド３５によるポンプ吐出動作開始時よりも遅延させると、ポンプ室２８内の圧力は急速に上昇する。二次側開閉弁２４が開放された後にはポンプ室２８の圧力は低下することになるが、吐出ノズル１３には絞り部４０が設けられているのでポンプ室２８内の圧力が負圧状態となることがなく、正圧に保持される。二次側開閉弁２４が開放されてから所定の時間が経過すると、ポンプ室２８内の圧力は駆動ロッド３５の前進移動により設定される一定の吐出圧力になる。すなわち、絞り部４０の先端側つまり真空室１１ａ側は負圧となり、絞り部４０の後端側つまり二次側配管２２側はポンプ吐出圧となる。このように、絞り部４０の先端側と後端側との間には圧力勾配が発生する。これが絞り部４０の効果である。言い換えれば、電解液Ｌは吐出抵抗による圧力勾配の中を定常状態で絞り部４０を流れる。
【００３５】
吐出ノズル１３から電池容器Ｂ内に対して一定量の電解液Ｌが注入された後には、二次側開閉弁２４を閉塞する。この二次側開閉弁２４の閉塞動作は、駆動ロッド３５の駆動停止時期よりも所定の時間Ｔｂだけ早く行われる。このように、ポンプ吐出動作の終了動作時期よりも二次側開閉弁２４を早く閉じると、ポンプ吐出動作が完全に終了するまでにポンプ室２８の圧力が負圧となることが防止され、正圧に保持される。
【００３６】
ポンプ室２８内に電解液Ｌを吸引注入する際には、図３に示されるように、二次側開閉弁２４を閉塞した状態のもとで、一次側開閉弁２３を開放するとともに駆動ロッド３５を後退移動させるポンプ吸入動作を行うことになる。
【００３７】
図４および図５はそれぞれ比較例として示す液体供給装置におけるポンプ吐出動作とポンプ吸入動作のタイムチャートである。
【００３８】
図４は吐出ノズル１３に絞り部４０を設けない液体供給装置を用いて、電解液Ｌの吐出時に二次側開閉弁２４の開放動作と駆動ロッド３５によりポンプ吐出動作とをほぼ同時に開始した場合における吐出時のポンプ室２８の吐出圧力の変化を示す。絞り部４０を液体供給装置に設けないと、真空室１１ａ内の負圧がポンプ室２８内に伝達されることになるので、吐出ノズル１３から電池容器Ｂ内への電解液Ｌの注入は、真空室１１ａ内の負圧による吸い出しにより行われることになる。このため、注入量は駆動ロッド３５のストロークに依存しなくなるので、高精度で電解液を注入することができない。
【００３９】
図５は図１に示したように吐出ノズル１３に絞り部４０を設けた液体供給装置を用いているが、二次側開閉弁２４の開閉動作と駆動ロッド３５によるポンプ動作の開始終了とを同期させた場合における吐出時のポンプ室２８の吐出圧力の変化を示す。二次側開閉弁２４の開放動作とポンプ動作開始とを同時に行うと、瞬時に、真空室１１ａの負圧がポンプ室２８内に伝達され、ポンプ室２８の圧力は負圧になる。それ以降は、電解液Ｌが絞り部を流れ始めてそこに圧力勾配が生じるから、図示するようにポンプ室２８の圧力が上昇する。電解液の流れが定常状態に至れば圧力勾配も一定となり、ポンプ室２８の圧力は一定となる。
【００４０】
瞬間的にポンプ室２８内に負圧が伝達されると、より高精度での吐出が達成されなくなるが、図３に示すように、二次側開閉弁２４の開閉タイミングとポンプ動作のタイミングとに時間差を設けることにより、ポンプ動作開始時と終了時とにおいても負圧がポンプ室２８内に伝達されることなく、吐出精度をより高めることができる。
【００４１】
図６は二次側開閉弁２４を示す断面図であり、バルブケース４５にはポンプ本体１５が接続される一次側ポート４６と、吐出ノズル１３が接続される二次側ポート４７とが形成されている。両方のポートが連通する弁室４８にはダイヤフラム形の弁体４９が配置されており、弁体４９は二次側ポート４７が開口する弁座５０に接触する位置と弁座５０から離れる位置とに開閉動作する。弁体４９に設けられた弁軸５１には、弁体４９を閉じる方向にばね力が加えられ、電磁弁２６のパイロット流路２６ａからパイロット圧が加えられるようになっており、パイロット圧が加えられるとばね力に抗して弁体４９は弁座５０から離れて二次側開閉弁２４は開放状態となる。弁座５０に開口されたポートを二次側ポート４７としてこれに吐出ノズル１３を接続すると、真空タンク１１内の負圧により弁体４９は弁座５０に密着する方向の吸着力を受けることになり、二次側開閉弁２４のシール性を高めることができる。しかも、ダイヤフラム形の弁体４９を使用すると、開閉時の二次側ポート４７内の電解液の移動を少なくすることができるので、吐出ノズル１３からの吐出精度を高めることができる。
【００４２】
一次側開閉弁２３を二次側開閉弁２４と同様のエアオペレイトバルブを用いるようにすると、一次側と二次側の開閉弁を１種類の開閉弁とすることができる。図６に示すエアオペレイトバルブを一次側開閉弁２３として使用する場合には、図６に示された二次側ポート４７をポンプ室２８に連通させることになる。なお、それぞれの開閉弁２３，２４として、エアオペレイトバルブを使用することなく、流路を開閉する２ポート型であって、電気信号により開閉動作する電磁弁を使用するようにしても良い。
【００４３】
図１に示す液体供給装置１０においては、液体供給ポンプ２０はポンプ室２８が形成されたポンプ本体１５とベローズ３６が組み込まれたポンプ駆動部１６とを備え、駆動ロッド３５の軸方向往復動を間接媒体としての液媒体Ｍを介してポンプ室２８を膨張収縮させている。摺動する部分がないので、ポンプ室２８が吐出圧力にまで加圧されても外部に電解液Ｌや液媒体Ｍが漏出することがない。
【００４４】
図７は液体供給ポンプの他の形態を示す断面図である。この液体供給ポンプ２０ａは液媒体Ｍを使用することなく、図７に示すように、ベローズ３６により直接ポンプ室２８を膨張収縮させるようにしている。ポンプケース１５ａは、閉塞壁５２が設けられた円筒部材５３により形成されており、円筒部材５３の内面とベローズ３６とによりポンプ室２８が区画されている。駆動ロッド３５によりベローズ３６を伸縮させると、ポンプ室２８は膨張収縮してポンプ動作を行うことになる。
【００４５】
液体供給ポンプの他の形態としては、例えば、特許第４５４７３６８号公報に記載されるように、ピストンとこれが往復動自在に装着されるシリンダとを有する構造のものを使用することかできる。この形態の液体供給ポンプにおいては、ピストンがシリンダに摺動接触しているが、シール室がベローズカバーにより覆われるので、駆動室内における液媒体が外部に漏出することを防止できる。さらに他の液体供給ポンプの形態としては、例えば、特許第３５５４１１５号公報に記載されるように、ポンプ室を内部に形成するチューブの外側に、大型ベローズ部と小型ベローズ部とを有する軸方向に弾性変形自在のベローズを配置し、ベローズとチューブとの間に媒体液が封入された駆動室を形成するようにした構造のものを使用することができる。これらの液体供給ポンプはいずれも、電解液や媒体液が外部に漏出しないようにした形態であるが、ピストンを用いたシリンジタイプのものを使用することも可能である。
【００４６】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。図１に示した液体供給装置は、２次電池を製造するために電池容器Ｂ内に電解液Ｌを注入する工程に使用されているが、負圧雰囲気に保持された容器内に液体を注入するためであれば、本発明の液体供給装置は電池容器内に電解液を注入する場合以外にも使用することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１１ 真空タンク
１１ａ 真空室
１２ 真空ポンプ
１３ 吐出ノズル
１４ 液体収容タンク
１５ ポンプ本体
１６ ポンプ駆動部
１８ａ 流入ポート
１９ａ 流出ポート
２０ 液体供給ポンプ
２１ 一次側配管
２２ 二次側配管
２３ 一次側開閉弁
２４ 二次側開閉弁
２５，２６ 電磁弁
２７ チューブ
２８ ポンプ室
２９ 駆動室
３１ 駆動ユニット
３５ 駆動ロッド（ポンプ駆動部材）
３６ ベローズ
３８ 駆動室
４０ 絞り部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を収容する液体収容タンクに接続される一次側配管と液体を被注入物に注入する吐出ノズルに接続される二次側配管とに連通するポンプ室を有し、当該ポンプ室を膨張させて前記液体収容タンク内の液体を前記ポンプ室に吸入し、前記ポンプ室を収縮させて液体を吐出ノズルから吐出するポンプ駆動部材が設けられた液体供給ポンプを用いて、負圧雰囲気に保持された前記被注入物に液体を供給する液体供給方法であって、
前記一次側配管に設けられた一次側開閉弁により前記一次側配管の流路を開放し、前記二次側配管に設けられた二次側開閉弁により前記二次側配管の流路を閉塞した状態のもとで前記ポンプ室を膨張させて前記ポンプ室内に液体を吸入する吸入工程と、
前記一次側配管の流路を前記一次側開閉弁により閉塞し、前記二次側配管の流路を前記二次側開閉弁により開放した状態のもとで、前記二次側開閉弁から前記吐出ノズルの先端までの間に設けられた絞り部により負圧が前記ポンプ室に伝達されるのを防止しながら、前記ポンプ室を収縮させて前記ポンプ室内の液体を前記吐出ノズルから被注入物に注入供給する注入工程とを有することを特徴とする液体供給方法。
【請求項２】
請求項１に記載の液体供給方法において、被注入物内への液体注入開始時に、前記二次側開閉弁の開放動作を前記ポンプ駆動部材の駆動開始よりも遅延させることを特徴とする液体供給方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の液体供給方法において、被注入物内への液体注入停止時に、前記二次側開閉弁の閉塞動作を前記ポンプ駆動部材の駆動停止よりも早めることを特徴とする液体供給方法。
【請求項４】
負圧雰囲気に保持された被注入物に液体を供給する液体供給装置であって、
液体を収容する液体収容タンクに接続される一次側配管と液体を被注入物に注入する吐出ノズルに接続される二次側配管とに連通するポンプ室を有し、当該ポンプ室を膨張させて前記液体収容タンク内の液体を前記ポンプ室に吸入し、前記ポンプ室を収縮させて液体を吐出ノズルから吐出するポンプ駆動部材が設けられた液体供給ポンプと、
前記一次側配管に設けられ、前記ポンプ室を膨張させる際に前記一次側配管の流路を開放する一方、前記ポンプ室を収縮させる際に前記一次側配管の流路を閉塞する一次側開閉弁と、
前記二次側配管に設けられ、前記ポンプ室を膨張させる際に前記二次側配管の流路を閉塞する一方、前記ポンプ室を収縮させる際に前記二次側配管の流路を開放する二次側開閉弁と、
前記二次側開閉弁から前記吐出ノズルの先端までの間に設けられ、前記ポンプ室を収縮させて液体を被注入物内に注入する過程のもとでは負圧が前記ポンプ室に伝達されるのを防止する絞り部とを有することを特徴とする液体供給装置。
【請求項５】
請求項４記載の液体供給装置において、被注入物内への液体注入開始時に、前記二次側開閉弁の開放動作を前記ポンプ駆動部材の駆動開始よりも遅延させることを特徴とする液体供給装置。
【請求項６】
請求項４または５記載の液体供給装置において、被注入物内への液体注入停止時に、前記二次側開閉弁の閉塞動作を前記ポンプ駆動部材の駆動停止よりも早めることを特徴とする液体供給装置。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか１項に記載の液体供給装置において、前記絞り部は前記吐出ノズルの内径を調節する可変絞りであることを特徴とする液体供給装置。
【請求項８】
請求項４〜７のいずれか１項に記載の液体供給装置において、前記二次側開閉弁は空気圧によりそれぞれの流路を開閉するエアオペレイトバルブであることを特徴とする液体供給装置。
【請求項９】
請求項４〜７のいずれか１項に記載の液体供給装置において、前記絞り部は前記吐出ノズルの流路の長さを調整する可変絞りであることを特徴とする液体供給装置。
【請求項１０】
請求項４〜７のいずれか１項に記載の液体供給装置において、前記二次側開閉弁は電磁弁であることを特徴とする液体供給装置。
【請求項１】
液体を収容する液体収容タンクに接続される一次側配管と液体を被注入物に注入する吐出ノズルに接続される二次側配管とに連通するポンプ室を有し、当該ポンプ室を膨張させて前記液体収容タンク内の液体を前記ポンプ室に吸入し、前記ポンプ室を収縮させて液体を吐出ノズルから吐出するポンプ駆動部材が設けられた液体供給ポンプを用いて、負圧雰囲気に保持された前記被注入物に液体を供給する液体供給方法であって、
前記一次側配管に設けられた一次側開閉弁により前記一次側配管の流路を開放し、前記二次側配管に設けられた二次側開閉弁により前記二次側配管の流路を閉塞した状態のもとで前記ポンプ室を膨張させて前記ポンプ室内に液体を吸入する吸入工程と、
前記一次側配管の流路を前記一次側開閉弁により閉塞し、前記二次側配管の流路を前記二次側開閉弁により開放した状態のもとで、前記二次側開閉弁から前記吐出ノズルの先端までの間に設けられた絞り部により負圧が前記ポンプ室に伝達されるのを防止しながら、前記ポンプ室を収縮させて前記ポンプ室内の液体を前記吐出ノズルから被注入物に注入供給する注入工程とを有することを特徴とする液体供給方法。
【請求項２】
請求項１に記載の液体供給方法において、被注入物内への液体注入開始時に、前記二次側開閉弁の開放動作を前記ポンプ駆動部材の駆動開始よりも遅延させることを特徴とする液体供給方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の液体供給方法において、被注入物内への液体注入停止時に、前記二次側開閉弁の閉塞動作を前記ポンプ駆動部材の駆動停止よりも早めることを特徴とする液体供給方法。
【請求項４】
負圧雰囲気に保持された被注入物に液体を供給する液体供給装置であって、
液体を収容する液体収容タンクに接続される一次側配管と液体を被注入物に注入する吐出ノズルに接続される二次側配管とに連通するポンプ室を有し、当該ポンプ室を膨張させて前記液体収容タンク内の液体を前記ポンプ室に吸入し、前記ポンプ室を収縮させて液体を吐出ノズルから吐出するポンプ駆動部材が設けられた液体供給ポンプと、
前記一次側配管に設けられ、前記ポンプ室を膨張させる際に前記一次側配管の流路を開放する一方、前記ポンプ室を収縮させる際に前記一次側配管の流路を閉塞する一次側開閉弁と、
前記二次側配管に設けられ、前記ポンプ室を膨張させる際に前記二次側配管の流路を閉塞する一方、前記ポンプ室を収縮させる際に前記二次側配管の流路を開放する二次側開閉弁と、
前記二次側開閉弁から前記吐出ノズルの先端までの間に設けられ、前記ポンプ室を収縮させて液体を被注入物内に注入する過程のもとでは負圧が前記ポンプ室に伝達されるのを防止する絞り部とを有することを特徴とする液体供給装置。
【請求項５】
請求項４記載の液体供給装置において、被注入物内への液体注入開始時に、前記二次側開閉弁の開放動作を前記ポンプ駆動部材の駆動開始よりも遅延させることを特徴とする液体供給装置。
【請求項６】
請求項４または５記載の液体供給装置において、被注入物内への液体注入停止時に、前記二次側開閉弁の閉塞動作を前記ポンプ駆動部材の駆動停止よりも早めることを特徴とする液体供給装置。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか１項に記載の液体供給装置において、前記絞り部は前記吐出ノズルの内径を調節する可変絞りであることを特徴とする液体供給装置。
【請求項８】
請求項４〜７のいずれか１項に記載の液体供給装置において、前記二次側開閉弁は空気圧によりそれぞれの流路を開閉するエアオペレイトバルブであることを特徴とする液体供給装置。
【請求項９】
請求項４〜７のいずれか１項に記載の液体供給装置において、前記絞り部は前記吐出ノズルの流路の長さを調整する可変絞りであることを特徴とする液体供給装置。
【請求項１０】
請求項４〜７のいずれか１項に記載の液体供給装置において、前記二次側開閉弁は電磁弁であることを特徴とする液体供給装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１６２２６９（Ｐ２０１２−１６２２６９Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１７０１（Ｐ２０１１−２１７０１）
【出願日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【出願人】（０００１４５６１１）株式会社コガネイ (142)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【出願人】（０００１４５６１１）株式会社コガネイ (142)
【Ｆターム（参考）】
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