JP2005259444A - 注液装置および注液方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で容器内に液体を精度良く効率的に注入できる注入方法および装置を提供する。
【解決手段】容器２０９に接続される接続部２１０と、貯留部２１１と、減圧部２１２と、大気開放部２１３を備え、液体を一時貯留部２１１に貯留した状態で減圧し容器内の空気の排気と液体内の脱泡を同時に行い、回転部２１７により容器２０９と接続部２１０と貯留部２１１を９０°回転することにより、重力により液体が貯留部２１１より容器２０９に流れ込み、残った液体も大気圧開放により注入される。真空系がひとつの簡便な構成で、貯留部２１１から容器２０９までの流体の経路が最短で途中に余計な弁などもないため注液量のバラツキが最小で、かつ早く注入できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、容器内に液体を注液する注液方法および注液装置に関し、特に電池容器内に収容された電極などの被含浸物に電解液等の液体を効率よく含浸させることができるものに関するものである。

従来の注液方法としては、電解液と電池容器内の圧力差により液を容器内に注入する方法があった（例えば、特許文献１，２参照）。

図５は第１の従来の注液方法を示す説明図である。図５において、電池容器１０１の開口部を気密に封口するノズル部１０２は、分岐部１０３で第２減圧装置１０４と貯留タンク１０５に接続されている。分岐部１０３と貯留タンク１０５の間には注液バルブ１０６が備えられている。貯留タンク１０５はさらに第１減圧装置１０７と大気圧開放バルブ１０８に接続されている。

注液バルブ１０６を閉じた状態で電解液を所要量貯留タンク１０５に供給し、第２減圧装置１０４と第１減圧装置１０７を作動させる。電池容器１０１内の空気が排出されたのち、注液バルブ１０６を開き、電解液を注入する。このとき第２減圧装置１０４と第１減圧装置１０７の間に適切な差圧を設けることで注入速度を制御し、気泡の巻き込みを低減するという方法が提案されている。

図６は第２の従来の注液方法を示す説明図である。図６において、電池缶容器１０９は、電解液を供給された貯留カップ１１０、開閉バルブ１１１、注液ノズル１１２とともに真空チャンバ１１３内に収納される。当初、開閉バルブ１１１は閉じられた状態で、電池缶容器１０９と注液ノズル１１２は空間的に離れている。この状態で真空チャンバ１１３内を減圧し、電池缶容器１０９内の空気の排出と電解液の脱泡を同時に行う。次に電池缶容器１０９を真空チャンバ１１３内で上昇させ注液ノズル１１２を接続し、開閉バルブ１１１を開き、電解液を注入していた。
特開平１１−０７３９４２号公報 特開平０８−２９８１１０号公報

しかしながら、図５に示す第１の従来例では、第２減圧装置１０４の方に電解液が一時的に逆流することは避けられない。また逆流による気泡の巻き込みを最小限におさえるため、分岐部１０３からノズル部１０２の先端までの空間の容量は、被含浸物に含浸させる注液量以上に設定される必要があり、大容量の電解液を精密に供給する電池の場合は適用できないという課題があった。すなわち、流路が長くなれば装置的に構成が困難になるだけでなく、流路の壁面への電解液の付着量も多くなり、注液量がばらついてしまう。また貯留タンク１０５とノズル部１０２の間に注液バルブ１０６が存在するため、このバルブのメカニズムに電解液が付着したり、漏液が発生し、注液量が安定しないという問題も有していた。さらに２系統の真空系が必要で配管が複雑で高価になるという課題があった。

一方、図６に示す第２の従来例では、大容量の注液が可能で、真空系もひとつですむという利点はあるが、すべての機器と動作機構を真空チャンバ１１３内におさめる必要があり、減圧する容積が大きくなる。高い能力の真空装置が必要で装置としても大掛かりなものとなり、真空引きに時間がかかり生産性も低いという課題を有していた。また第１の従来例と同じく、開閉バルブ１１１を持つため、この部位への電解液の付着により注液量がばらつくという課題はそのまま有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、注液量に制約がなく、注液量のばらつきが最小で、生産性が高く、しかも構成の簡単な注液方法およびその装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の注液方法は、容器の開口部を気密に封口しかつ液体を供給する通路を内部に持つ接続部と、前記接続部が接続され注入する液体を貯留する貯留部と、前記貯留部内の減圧を行う減圧部と、前記貯留部内を大気開放する大気開放部と、前記容器と前記接続部と前記貯留部を一体で回転させる回転部を有し、注液を行うものである。

本構成によって、液を貯留部に溜めたまま、容器内の空気の排出と液の脱泡を１系統の真空系で同時に行った後、装置を９０°回転させることでバルブを使うことなく貯留部の液を静かに容器に注入できるようになる。

以上のように、本発明によれば、簡単な構成で容量の大きい液体を精度良く、短時間に注液することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における注液装置の側面図である。

図１において、容器２０９の開口部を気密に封口する接続部２１０は貯留部２１１に直接接続されている。貯留部２１１はさらに減圧部２１２と大気開放部２１３に接続されている。貯留部２１１はガイド２１４を介してベース２１５に取り付けられており、容器２０９も同じくベース２１５の所定の位置に載置されている。これらはばね２１６により図１の状態、すなわち貯留部２１１が容器２０９の上方に位置した状態で保持される。またベース２１５のある点を中心に９０°回転する回転部２１７を有し、これらによって注液装置が構成されている。

このように構成された注液装置において、その注液工程を図１〜図３を用いて説明する。図１の注液装置を回転部２１７によりベース２１５を９０°回転させ、図２に示すように、貯留部２１１が容器２０９が水平に並んだ状態になる。この姿勢で注ぐべき液体を貯留部２１１に供給する。このとき所定量供給された液が接続口と排気口にかからないように貯留部２１１の設計を行う。貯留部２１１にはフタ２１８があり、液が貯留部２１１に供給された後、このフタ２１８が閉じられる。この状態を図３に示す。

次に図３に示す状態で減圧部２１２を作動させ、貯留部２１１および容器２０９内の減圧を行い、一度に、液の脱泡と容器２０９内の排気を行う。次に回転部２１７を９０°回転させ、図１の状態に戻すことにより、重力により液が容器２０９内に流入する。次に減圧部２１２を停止し、大気開放部２１３を作動させると、貯留部２１１内に残っていた液も差圧により、容器内２０９に注入される。

リチウムイオン２次電池のように被含浸物の浸透性が悪い場合は、図１の状態でさらに減圧・大気圧開放を数回繰り返し、全量を容器に注入する。

かかる構成によれば容器と貯留部を最短長さの接続部で接続し、全体を９０°回転させることにより、一度に液の脱泡と容器内の排気ができ、重力と差圧により液を静かに容器に注入することができる。さらに、接続部に弁などの附属物が一切なく、距離も最短のため、接続部における管への液の付着残りは極小となり、付着したとしても逆流や乱流による気泡発生のない静かな注入ができることから毎回安定した付着量となり結果的に注液量のバラツキは最小となる。また、真空系も１系統ですむ上、減圧すべき容積も最小でポンプ能力は小さくてすみ、所要時間も短い。切り替え弁などもなく構成は極めて単純にでき、信頼性の高い装置を実現できる。

なお、本実施形態におけるばね２１６はエアシリンダなど力を発生する他の機構でも良い。回転部２１７の回転角は貯留状態から傾けて液体を容器２０９に流入できれば良く、ちょうど９０°である必要はない。

また、図１に示す注液装置を複数個間欠送りのできるターンテーブル上に配置し、液供給、減圧、９０°回転、大気開放の各工程を分割することで、より効率的な注入が可能である。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２の注液装置の側面図である。図４において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図４において、回転速度制御手段３２１は回転部２１７に接続され、任意の速度およびパターンでベース２１５を回転できる。圧力制御弁３２２と加圧部３２３は大気開放部２１３の前後に接続され、大気圧ではなく数気圧に加圧可能としている。さらに、減圧時から加圧までの圧力上昇速度およびパターンを任意に設定できるよう構成される。

回転速度制御手段３２１により、図２に示すようにするまでの９０°回転時において、ゆっくり回転させることにより貯留部２１１から容器内への液の流れが層流になるようにできる。これはちょうどコップの水を別のコップに移し変える際、コップをゆっくり傾けながら水をコップの壁に沿わし、泡を立てないようにして静かに注ぐようなものである。封口前の電池で容器内の電解液の飛散が問題となる場合やわずかでも気泡の巻き込みを嫌う場合は特に有効となる。

また、加圧部３２３により、大気圧以上の加圧が可能となり、注液時間の短縮化を図ることができる。さらに圧力制御弁３２２により、注入時容器２０９内との差圧を適切に設定でき飛散の防止と時間短縮の最適化が可能である。

本発明は、簡単な構成で任意の量の液体を精度良く、かつ速く注液する特徴を有し、リチウムイオン電池やニッケル水素電池など２次電池の電解液の供給工程などに有益である。電池以外でも、容器内の被含浸物の浸透性が良くない場合の液の注入用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における注液装置の注液時の側面図 本発明の実施の形態１における注液装置の液供給時の側面図 本発明の実施の形態１における注液装置の減圧時の側面図 本発明の実施の形態２における注液装置の側面図 従来の注液装置の第１の例の側面図 従来の注液装置の第２の例の側面図

符号の説明

２０９ 容器
２１０ 接続部
２１１ 貯留部
２１２ 減圧部
２１３ 大気開放部
２１７ 回転部
３２１ 回転速度制御手段
３２２ 圧力制御弁
３２３ 加圧部

Claims (8)

1. 一部が開口した容器に液体を注入する注液装置において、前記容器の開口部を気密に封口しかつ内部に液体を供給する通路を持つ接続部と、前記接続部に接続され注入する液体を貯留する貯留部と、前記貯留部に接続され減圧を行う減圧部と、前記貯留部に接続され大気開放する大気開放部と、前記容器と前記接続部と前記貯留部を一体で回転させる回転部を備えたことを特徴とする注液装置。
2. 前記回転部に回転速度制御手段を付与し、前記回転部の回転速度を可変制御できるようにしたことを特徴とする請求項１記載の注液装置。
3. 前記大気開放部に圧力制御手段を付与し、開放圧力を調整可能にしたことを特徴とする請求項１記載の注液装置。
4. 大気圧以上に加圧できるように前記大気開放部開放端に加圧部を接続したことを特徴とする請求項３記載の注液装置。
5. 一部が開口した容器に液体を注入する注液方法において、接続部にて前記容器の開口部を気密に封口し、前記接続部に接続された貯留部に液体を注入し、前記貯留部に一時液を貯留した状態で減圧部により前記容器内と前記貯留部内の減圧を行い、回転部により前記容器と前記接続部と前記貯留部を一体で回転させ、重力により液を前記貯留部から接続部を通じ容器に注入し、大気開放部により前記貯留部内を大気開放し、差圧により残った液を注入することを特徴とする注液方法。
6. 前記回転部に付与した回転速度制御手段によって、前記容器と前記接続部と前記貯留部を回転させる際、貯留部から容器への液体の移動が層流に近づくように前記回転部の回転速度が制御されることを特徴とする請求項５記載の注液方法。
7. 前記大気開放部に付与した圧力制御手段によって、減圧後大気開放する際、任意の圧力上昇曲線がとれるように前記大気開放部が制御されることを特徴とする請求項５記載の注液方法。
8. 前記大気開放部開放端に接続した加圧部によって、減圧後大気圧開放する際、さらに大気圧以上に加圧できるように前記大気開放部が制御されることを特徴とする請求項５記載の注液方法。

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