JP2004319262A - 電池用負極作用物質の注入装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電解液を電池容器内に注入するノズル4と電解液を供給するポンプ5とを備え、容器を上下させる昇降駆動機構20と、昇降駆動機構による保持治具の昇降の移動量、移動速度に関する動作データを設定登録し、電気信号を出力し、動作を制御する昇降駆動制御装置40と、昇降に同期した電気信号を出力するパルス発生器と、液注入機構のポンプの駆動部を水平方向に前後させる水平駆動機構30と、水平駆動機構のポンプ駆動部の前進、後退端を検出し、電気的信号を出力する検出器と、パルス発生器からの電気信号を入力し、このパルス数に比例した電気信号を水平駆動機構に出力し、かつ検出器からの電気的信号入力に基いて水平駆動機構への電気信号の出力を停止させる水平駆動制御装置50とを具備する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池用負極作用物質の注入装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近時、半導体などのエレクトロニクス関連技術分野の急速な進歩によりカメラやゲーム機などの電子機器類の小型化およびポータブル化の要望が非常に高まってきている。これらの電子機器類の電源として搭載されるアルカリ乾電池などの一次電池は、性能面では高容量化を要求され、製造面では生産性の向上およびコストの低減が強く求められている。とくに円筒形一次電池はユーザーからの需要が高く、品質向上とともに高生産性と低コストが要望されている。
【0003】
このような円筒形一次電池に使用される負極作用物質の注入装置においては、ノズルの先端部を電池外装ケース(電池容器)の底部近傍まで挿入し、ノズル先端部を容器底部から引き離しながらゲル状の負極作用物質を電池容器内に注入する。
【0004】
上述の従来装置と実質的に同一又は類似の充填装置は、例えば特許文献1〜6にそれぞれ記載されている。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−299102公報(第1頁〜第5頁)
【0006】
【特許文献2】
特開平11−224674号公報(第1頁〜第5頁)
【0007】
【特許文献3】
特開2002−343338公報(第1頁〜第5頁)
【0008】
【特許文献4】
特開2001−6659公報(第1頁〜第4頁)
【0009】
【特許文献5】
特開平10−144325号公報(第1頁〜第5頁)
【0010】
【特許文献6】
特開平9−306480号公報(第1頁〜第7頁)
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の装置では、ノズル引き離し速度と液注入速度とが不均衡となる場合に、電池容器内において負極作用物質の内部空隙や液面高さのばらつきを生じることがあり、これらが電池性能の劣化を引き起こす一つの原因となっている。
【0012】
また、従来の装置においては、ノズル引き離し速度を調整した後に、液注入速度を調整するので、ノズル引き離し速度と液注入速度との調整が完了するまでに多くの時間を要することが問題となっている。また、液注入機構がエアー駆動方式のためばらつきが多いことも問題となっている。
【0013】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、ノズル引き離し速度と液注入速度とを迅速に調整することができ、性能にばらつきを生じない安定した品質の電池製品を製造することができる電池用負極作用物質の注入装置を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電池用負極作用物質の注入装置は、電池用負極作用物質を電池容器内に注入するノズルと該ノズルに前記電池用負極作用物質を供給するポンプとを備えた液注入機構と、電池容器を保持する保持治具を上昇または下降させる昇降駆動機構と、前記昇降駆動機構による前記保持治具の上昇/下降の移動量および移動速度に関する所定の動作データを設定登録し、電気パルス信号を前記昇降駆動機構に出力し、前記昇降駆動機構の動作を制御する昇降駆動制御装置と、前記昇降駆動機構に取り付けられ、昇降駆動動作に同期した電気信号をパルス出力するパルス発生器と、前記液注入機構のポンプの駆動部を水平方向に前進または後退させる水平駆動機構と、前記水平駆動機構に取り付けられ、前記ポンプ駆動部の前進端および後退端を検出し、電気的信号を出力する検出器と、前記パルス発生器からの電気的パルス信号を入力し、前記パルス数に比例増幅した電気的信号を前記水平駆動機構に出力し、かつ前記検出器からの電気的信号入力に基いて前記水平駆動機構に出力する電気的信号の出力を停止させる機能を備えた水平駆動制御装置と、を具備することを特徴とする。
【0015】
本発明装置では、ゲル状の負極作用物質の注入動作と電池容器の下降動作とを同期させているので、ノズル引き離し速度および液注入速度を短時間で調整することができ、性能にばらつきを生じない安定した品質の電池製品を高能率に製造することができるという利点がある。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について説明する。
【0017】
電池製造ラインにおいては毎分数十個のペースで電池容器2が電解液注入装置10に送給されている。電池容器2は、図示しないラインコンベアから搬送機構を介して保持治具3に受け渡され、ゲル状の負極作用物質が注入充填された後に、搬送機構を介して保持治具3からラインコンベアに戻されるようになっている。
【0018】
図1に示すように、負極作用物質注入装置10は、保持治具3を垂直方向に上昇又は下降させる昇降駆動機構20と、水平駆動機構30のロッド33を水平方向に前進又は後退させる水平駆動機構30とを備えている。昇降駆動機構20の動作は昇降駆動制御装置40により制御され、水平駆動機構30の動作は水平駆動制御装置50により制御されるようになっている。
【0019】
昇降駆動制御装置40は、メモリに所定の上昇/下降動作の移動量および移動速度などの動作パラメータを設定登録できる機能を有し、所定の信号S1が入力されるとメモリから該当する動作設定登録データを呼び出し、該動作設定登録データと入力信号S1とに基いて制御出力量を演算により求め、求めた制御出力量に対応する制御出力信号S2を駆動機構20に出力して保持治具3とともに電池容器2を上昇させ、エンコーダ23で検出した上昇量信号S3を所定の登録上昇移動量と比較し、前者が後者と等しくなるまで駆動機構20の動作をフィードバック制御する。なお、エンコーダ23は、昇降駆動機構20のボールスクリュウ22を回転駆動させるモータ21に取り付けられ、モータ駆動軸の回転数を検出し、検出データを電気的パルス信号化して各制御装置40,50に送るようになっている。
【0020】
水平駆動制御装置50は、エンコーダ23から電気的パルス信号S10,S14が入力されると、その入力信号S10,S14に同期した制御出力信号S11,S15を水平駆動機構30に出力するようになっている。また、制御出力信号S11,S15は所定の位置に取り付けた水平駆動機構30の前進端/後退端のセンサ36,37からの信号S12,S16が入力されることにより信号出力を停止し、水平駆動機構30を所定の位置に動かす制御を行っている。
【0021】
本発明では上記の2つの制御装置40,50により2つの駆動機構20,30の動作をそれぞれ制御することにより、ノズル位置に対する電池容器引き離し速度と液注入速度とを同期制御することで液注入時における負極作用物質の内部空隙の発生率を低減し、負極作用物質を電池容器2のなかに安定して充填することができる。また、本発明では、ノズル位置に対する電池容器引き離し速度の調整および液注入速度の調整に要する時間を従来法よりも大幅に短縮するようにしている。
【0022】
次に、図2、図3のフローチャートと図4のタイミングチャートを参照しながら2つの制御装置40,50を用いた2つの駆動機構20,30の制御動作について詳しく説明する。
【0023】
先ず、開始信号S1を制御装置40に入力することで、電池容器2を予め設定登録された上昇動作パラメータデータ(図3参照)に従った制御出力量をモータ21に出力し、昇降駆動を開始させる(図4(a)のタイミングt1;工程K1)。
【0024】
昇降駆動機構20が設定された所定の上昇動作量だけ移動したことを確認するまで、制御装置40と昇降駆動機構20との間で信号S2,S3をやりとりする制御ループに従ってフィードバック制御を行う。実際の上昇移動量が所定の登録上昇移動量に等しくなるタイミングt3で、モータ21に動作完了の信号S4を出力し、上昇動作を停止させる。これにより電池容器2は所定の位置V2に停止される(工程K2)。
【0025】
モータ21が駆動すると、それに取り付けたエンコーダ23よりモータ21の動作に同期した電気的パルス信号S10が水平駆動制御装置50に入力される。制御装置50は、この同期パルス信号S10に予め登録した増幅係数に従い、同期パルス数S10を比例増幅した電気的パルス信号を水平駆動機構30のモータに出力する(工程K5)。これにより水平駆動機構30がタイミングt1で吸入側に駆動開始し、所定の位置に取り付けられた水平駆動機構後退端を例えば光電センサ37で検知し、その電気的信号12が制御装置50に入力される。水平駆動機構30が光電センサ37の位置まで動作したことを確認するまで、制御装置50と水平駆動機構30との間で信号S11,S12をやりとりする制御ループに従って制御を行う。実際の水平移動量が光電センサ37の位置までの移動量となるタイミングt2で、制御装置50は水平駆動機構のモータ34への制御信号S11の出力を停止し、水平動作を停止させる(工程K6)。この制御動作で水平駆動機構のノズルロッド33は所定の後退端位置H1に停止され、ポンプ5に所定量のゲル状負極物質を引き込むことができる。
【0026】
さらに、制御装置50からは後退端検知信号S13が制御装置40に出力される。この信号S13と前述の上昇停止指令信号S4とが制御装置40のAND回路にともに入ってくると、制御装置40は上昇停止指令信号S4から下降指令信号S5に切り替えて昇降駆動機構のモータ21に出力し、下降動作が開始される(工程K3)。なお、工程K2,K6の完了確認後、ある一定の待機時間が経過した後に、工程K3の下降動作は開始される。
【0027】
工程K3では開始信号S4,S13を制御装置40に入力することで、電池容器2を予め設定された下降動作パラメータデータ(図3参照)に従った制御出力量(図4(b)の同期パルス信号)をモータ21に出力し、図4(a)のタイミングt4で下降駆動を開始させる。
【0028】
昇降駆動機構20が設定された所定の下降動作量だけ移動したことを確認するまで、制御装置40と昇降駆動機構20との間で信号S5,S6をやりとりする制御ループに従って制御を行う。実際の下降移動量が所定の登録下降移動量に等しくなるタイミングt6で、モータ21に動作完了の信号S7を出力し、下降動作を停止させる。これにより電池容器2は所定の位置V1に停止される(工程K4)。
【0029】
次に、モータ21が駆動すると、それに取り付けたエンコーダ23よりモータ21の動作に同期した電気的パルス信号S14が水平駆動制御装置50に入力される。制御装置50は、この同期パルス信号S14に予め登録した増幅係数に従い、同期パルス数S10を比例増幅した電気的パルス信号を水平駆動機構30のモータに出力する(工程K7)。これにより水平駆動機構30がタイミングt4で注入側に駆動開始し、所定の位置に取り付けられた水平駆動機構前進端を例えば光電センサ36で検知し、その電気的信号16が制御装置50に入力される。水平駆動機構30が光電センサ36の位置まで動作したことを確認するまで、制御装置50と水平駆動機構30との間で信号S15,S16をやりとりする制御ループに従ってフィードバック制御を行う。実際の水平移動量が光電センサ36の位置までの移動量となるタイミングt5で、制御装置50は水平駆動機構のモータ34への制御信号S15の出力を停止し、水平動作を停止させる(工程K8)。この制御動作で水平駆動機構のノズルロッド33は所定の前進端位置H2に停止され、ノズル4から電池容器2内に所定量のゲル状負極物質を注入することができる。
【0030】
次に、図3および図4を参照しながら動作設定登録および昇降駆動機構と水平駆動機構との同期動作について説明する。
【0031】
動作設定登録は、電池の品種に応じた所定のデータをオペレータが各制御装置40,50にキイボード入力することによりなされる。すなわち、図3に示す手順に従って、オペレータは、先ず昇降駆動機構による保持治具の移動量および移動速度を登録し、次いで水平駆動機構に入力同期パルスに対する出力パルスの増幅係数を登録する。ここで「昇降駆動機構の移動量」とは、昇降駆動機構が動作開始位置(またはホーム位置)から動作完了位置(またはホーム位置)まで電池容器を移動させる距離(ストローク量)をいう。また、「増幅係数」とは、水平制御装置が水平駆動機構を動作させる制御出力信号を得るために、位置パルス信号(パルス数)を比例増幅させる所定の係数をいう。
【0032】
これらの動作設定登録データは、制御装置40,50のメモリにそれぞれ記憶され、位置信号や位置パルス信号などが入力されたときに各メモリから呼び出され、ノズル引き離し速度とタイミングおよび液注入速度とタイミングをそれぞれ決定する制御出力信号を求める演算に用いられる。
【0033】
図4の(a),(b),(d)に示すように、同期パルス信号がタイミングt1に両制御装置40,50に出力され、昇降駆動機構20と水平駆動機構30との同期動作がタイミングt1から開始される。
【0034】
吸入側への水平移動量が所定の登録移動量に達したタイミングt2に、登録移動量動作完了を知らせる制御出力信号が制御装置40から水平駆動機構30に出力される。これにより同期パルス信号の出力が停止し、水平駆動機構30の動作は吸入モードから待機モードに切り替わる。タイミングt2からタイミングt4までの間においてロッド33は位置H1に待機している。
【0035】
また、電池容器(保持治具)の上昇量が所定の登録移動量に達したタイミングt3に、登録移動量動作完了を知らせる制御出力信号が制御装置40から昇降駆動機構20に出力される。これにより同期パルス信号の出力が停止し、昇降駆動機構20の動作は上昇モードから待機モードに切り替わる。タイミングt3からタイミングt4までの間において保持治具3は位置V2に待機している。
【0036】
タイミングt4は上記の動作設定登録時に予め設定されたものである。このタイミングt4に同期パルス信号が両制御装置40,50に出力され、昇降駆動機構20と水平駆動機構30との同期動作がタイミングt4から再開される。
【0037】
注入側への水平移動量が所定の登録移動量に達したタイミングt5に、登録移動量動作完了を知らせる制御出力信号が制御装置40から水平駆動機構30に出力される。これにより同期パルス信号の出力が停止し、水平駆動機構30の動作は注入モードから待機モードに切り替わる。タイミングt5から待機モードが解除されるまでの間においてロッド33は位置H2に待機している。
【0038】
また、電池容器(保持治具)の下降量が所定の登録移動量に達したタイミングt6に、登録移動量動作完了を知らせる制御出力信号が制御装置40から昇降駆動機構20に出力される。これにより同期パルス信号の出力が停止し、昇降駆動機構20の動作は下降モードから待機モードに切り替わる。タイミングt5から待機モードが解除されるまでの間において保持治具3は位置V1に待機している。
【0039】
図4の(c)に示すように、方向信号は同期パルス信号が出力されるタイミングt1の直前のタイミングで両制御装置40,50に出力される。これにより昇降駆動機構20は上昇モードに、水平駆動機構30は吸入モードになる。一方、タイミングt4の直前に方向信号の出力が切り替わるか又は停止すると、昇降駆動機構20は下降モードに、水平駆動機構30は注入モードに切り替わる。
【0040】
本実施形態の装置を電池製造ラインに設置して実際に用いたところ、注入時に負極作用物質の内部空隙が発生しなくなり、製造歩留まりが大幅に向上した。
【0041】
【発明の効果】
本発明によれば、ノズルから電池容器を引き離す速度にゲル状負極物質の注入速度を同期することで、注入時における負極作用物質の内部空隙の発生を低減でき、液面高さを安定させることができる。また、ノズル引き離し速度および液注入速度を短時間で調整することができ、性能にばらつきを生じない安定した品質の電池製品を高能率に製造することができる。このため、製品の歩留まり向上に大きく貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電池用負極作用物質の注入装置を示す構成ブロック図。
【図2】本発明の装置を用いて負極作用物質を電池容器に注入するときの動作を説明するための制御フローチャート。
【図3】動作設定登録時のフローチャート。
【図4】(a)は昇降駆動機構の制御動作を示すタイミングチャート、(b)は同期パルス信号のタイミングチャート、(c)は方向信号のタイミングチャート、(d)と(e)は水平駆動機構の制御動作をそれぞれ示すタイミングチャート。
【符号の説明】
2…電池容器、3…保持治具、
4…ノズル、5…ポンプ、
10…注入装置、
20…昇降駆動機構、
21…モータ、22…スクリュウ、23…エンコーダ、
30…水平駆動機構、
31…リニアスライダ、32…スクリュウ、
33…ロッド、34…ナット、
35…モータ、36,37…センサ、
40…昇降駆動制御装置、
50…水平駆動制御装置。
Claims (1)
- 電池用負極作用物質を電池容器内に注入するノズルと該ノズルに前記電池用負極作用物質を供給するポンプとを備えた液注入機構と、
電池容器を保持する保持治具を上昇または下降させる昇降駆動機構と、
前記昇降駆動機構による前記保持治具の上昇/下降の移動量および移動速度に関する所定の動作データを設定登録し、電気パルス信号を前記昇降駆動機構に出力し、前記昇降駆動機構の動作を制御する昇降駆動制御装置と、
前記昇降駆動機構に取り付けられ、昇降駆動動作に同期した電気信号をパルス出力するパルス発生器と、
前記液注入機構のポンプの駆動部を水平方向に前進または後退させる水平駆動機構と、
前記水平駆動機構に取り付けられ、前記ポンプ駆動部の前進端および後退端を検出し、電気的信号を出力する検出器と、
前記パルス発生器からの電気的パルス信号を入力し、前記パルス数に比例増幅した電気的信号を前記水平駆動機構に出力し、かつ前記検出器からの電気的信号入力に基いて前記水平駆動機構に出力する電気的信号の出力を停止させる機能を備えた水平駆動制御装置と、
を具備することを特徴とする電池用負極作用物質の注入装置。
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