JP3812136B2 - 電池用自動重量選別機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池の製造工程で高速で行われている重量選別方法および選別装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、小型携帯機器の普及は急激に増大している。特にノートブックパソコンやＰＨＳ、レンズ付きフィルムなどの普及は著しい。これらの普及に伴い、アルカリマンガン乾電池の性能向上、特に電池の高容量化、大電流特性、長期保存性などを始めとして、各種の性能の安定性や信頼性に優れる乾電池が強く求められている。それらの品質を保証するために、各種の特性や性能を直接全数の電池について測定して、電池の品質を保証する方法もあるが、コスト的にも高価となり、さらに測定しようとする特性によっては長期間を要したり、一次電池の特性を測定することは生産のロスにつながり、また測定の不可能な特性もあり、必ずしも現実的ではない。従って従来から、保証しようとする電池性能の代用特性として、電池の重量を測定して性能を保証しようとする試みが広く一般的に採用されている。
【０００３】
なお、本明細書では、正しくは「質量」と言うべきところに「重量」と言う言葉を多数用いているが、一般の社会生活では「質量」と言う言葉はあまり使用されず、「質量」とほぼ同一の内容を意味する言葉として「重量」がしばしば用いられているので、ここでも「重量」を用いることとする。
【０００４】
電池重量は発電要素、その他の各種の部材が、間違い無く電池ケース内に所定量組込まれて居るか否かを簡易的に推定するためには非常に有効な手段であり、電池容量などとは特に強い相関関係があることが知られている。
【０００５】
一般的に市販されているアルカリマンガン乾電池の構成と特性その問題点などについて簡単に説明する。図４には一般的なアルカリマンガン乾電池の構成を示すが、電池ケース１４の内壁に接するように、４個の合剤ペレット１５が上下に積み重ねて挿入されている。その内側には筒状に巻かれたセパレーター１６を介して、ゲル状負極１７が所定量注入されている。さらに電池軸芯上には集電子１８が位置するような形状に製作された封口板１９等を用いて封口した、比較的単純な構造となっている。
【０００６】
しかし、高速で大量に電池を製造する工程においては、電池ケース１４内に挿入された合剤ペレット１５の個数不足、重量不足の合剤ペレットやペレットの一部が欠けたものなどを、ごく稀ではあるが組み込む可能性がある。また、ゲル状負極１７の注入量に関しても過不足の生ずる可能性を否定出来ない。したがって、電池１３の品質を保証するために、電池重量選別機を電池の製造工程中に組み込むことは有意義であり、所定の重量に達しない電池１３は不良品である可能性が高いために、製造工程から選別し排除される。
【０００７】
従来から電池製造工程で一般的に利用されている自動重量選別機は図５に示すようなものである。図５はその外観の斜視図であり、図６はそのブロックダイアグラムを示す。自動重量選別機（オートチェッカー）２０の動作及び測定原理について簡単に説明すると、前工程より送られてきた被測定物である電池１３は、左側の助走コンベア２１により、測定のために必要な間隔をもたせて秤量コンベア２２と、はかり２４から主要部を構成されるオートチェッカー２０内に搬入される。助走コンベアと秤量コンベアの間に設けられた投受光機２５は秤量コンベアへの電池１３の搬入を検出する役目を持ち、電池１３により遮光すると計測を開始し、電池が秤量コンベアで搬送されている内に重量の計測は完了するようになっている。計測結果は指示部２３に表示されると同時に、予め定められた基準値と比較判定されて、良品と不良品に応じて選別信号が出され、不良品は製造ラインから排除される。
【０００８】
次に、はかりの原理について簡単に説明すると、▲１▼電磁平衡式、▲２▼差動トランス式、▲３▼電気抵抗線式などが一般的に用いられているが、比較的重量が軽く、しかも高速度での計測には電磁平衡式が最も広く使用されているため、ここでは電磁平衡式についてのみ簡単に説明する。
【０００９】
電池の重量による負荷と、磁石と電磁コイルに流す電流で発生する力を平衡させ、そのときの電磁コイルに流れる電流値をとらえることにより、電池重量を測定する方式である。電磁平衡式のはかり機構は、無負荷時には支点に支えられた「さお」の平衡をとってあるが、電池が秤量コンベアに載ると支点のまわりのバランスが崩れて、「さお」が傾斜する。この傾きを位置センサーにより検出し、「さお」の傾きがゼロに復帰するように電磁コイルに電流を流し、この時の電流値を測定する。この電流値は電池１３の重量に比例するので、重量のオートチェッカーとして利用するものである。
【００１０】
近年、電池製造ラインの生産能力は格段に向上し（単三形電池の場合では８００〜１０００個／分）、それに対応する高速で電池の重量を選別でき、電池の製造ライン中に導入し、全数選別の可能な信頼性の高いオートチェッカーが強く求められている。
【００１１】
しかし、従来から一般的に広く使用されている電磁平衡式オートチェツカーの、秤量コンベアの長さは２０ｃｍ程度であったが、秤量コンベア上には同時に複数個の電池を載せることは出来ず、１個の電池に限定されるので高速での選別には不向きであった。秤量コンベアの長さを短縮、走行スピードを高速化すると、幾分かは高速度の選別も可能ではあるが、助走コンベアから秤量コンベアに電池を渡す際に、振動が生じ易く、さらに計測回路などの高速応答性にも限界があり、その最高処理能力は３００個／分程度であったため、製造工程外でのオフライン選別を余儀なくされていた。さらに電磁平衡式オートチェッカーの測定値は、工場の床面の振動や工場内を吹く風の影響などをも受けて過敏に反応し易く、精度的にも欠点を抱えていた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような問題点を解決するもので、電池の重量を高速で、精度よく選別することのできる装置を提供できるものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
水平面内を振動もほとんど無く、ゆっくりと滑らかに定速回転する、比較的直径の大きな回転テーブル上の、テーブルと同芯の円周上に、特別に巾を狭く製作したてんびん秤を等間隔に多数個取り付け、てんびん秤のアームは回転テーブルの軸芯を含む鉛直面内を自由に揺動可能とする。そして、回転テーブルが一回転する間に、それぞれのてんびん秤に磁性体を主要構成材料とする電池を供給し、それぞれのてんびん秤の一方のアームに事前に備えつけている基準分銅と、永久磁石を固定した他方のアームに磁気吸着された磁性体を主要構成材料とする電池の重量の比較をし、その判定結果に基づく、良否を判定、選別して電池を回転テーブルから送り出すようにする。
【００１４】
それぞれのてんびん秤で、供給された電池と基準分銅の重量を比較するために要する時間として、少なくとも１．５〜２秒は必要であるが、回転テーブル上に取り付けた、多数個のてんびん秤を用いて同時に並列的に処理するため、８００〜１０００個／分程度の選別能力は容易に持たせることが出来る。
【００１５】
もちろん、構造の極めてシンプルなてんびん秤ではあるが、各種プレスによる振動が有る等、測定環境が必ずしも良いとはいえない電池製造ラインに導入され、回転するテーブル上に固定されて、遠心力や振動の悪影響を受ける中で使用されるてんびん秤であるから、電池製造ラインの環境や電池の仕様、製造ラインの生産スピードなどに即した対策が必要であるが、これらについて順次簡単に説明する。
【００１６】
てんびん秤が精度良く機能するためには、まず基準分銅や電池を保持するアームが支点の回りに軽く揺動出来なければならない。しかし、電池の製造工程中で使用されるものであり、研究室や実験室で使用するものではないため、支点構造を通常のナイフエッジのものとは異なり、細い円形断面のピンと、わずかな隙間で嵌め合わされる円筒状の孔とすることで、てんびん秤を堅牢なメンテナンスの容易な構造とする。支点部に、異物やほこりが付着しない様にするために、支点はもちろん、てんびん秤全体をエアーパージ構造の内部に収容し、かつ、支点部はオイルの粘度変化の影響などを避けるために無給油方式とする。また、てんびん秤に電池を供給する直前に、ア−ムを強制的に支点の周りに上下に揺動させて、ア−ムの動きを確認する動作をさせる。
【００１７】
また、てんびん秤のアームが万一軽く揺動しないようになっても、不良品が良品と判定されることの無いように、電池を保持するアームは、基準重量の分銅を保持するアームより高い位置で電池を受取り、選別のための所定の判定時間が経過した後においては、基準の重量に達する電池を保持するてんびん秤は、電池保持アームが支点のまわりに下方に回転して、基準重量の分銅を保持するアームより低い位置、またはアームが水平の姿勢になるように設定し、低い位置、または、水平な姿勢を取ったアームに保持された電池のみを、良品と判定する。また、短時間の内に電池アームの先端に電池を供給保持、及び、排出させるために、前記アーム先端には永久磁石を固定し、電池ケースが薄肉の鋼製であることを利用して磁気的に吸着保持させる構造とする。
【００１８】
電池重量の良否判定に要する時間を短縮するために、てんびん秤のアームが上下に揺動を繰り返すのではなく、前記のように電池を保持するアームが上向きに傾斜した姿勢で電池を受取り、所定の時間が経過後には、水平、または、下向きに傾斜した電池保持アームに保持された電池のみを、基準重量を満足する良品の電池と判定させる。従って、電池を保持するアームは、電池の重量を基準の分銅と比較し所定の重量に達していると、上向きの傾斜姿勢から、水平、または下向きの傾斜姿勢に移動する一方通行により、電池の良否を判定することとなる。
【００１９】
上記のように、てんびん秤となるアームに電池を供給する際に、アームの傾斜角度をコントロールするために、アームの先端付近にはカムフォロワを取り付け、回転テーブルの支持台にテーブルと同芯に配設されたカムにより、アームの傾斜角度を制御する。もちろん、てんびん秤のアームに取りつけた基準重量の分銅の重心位置と、支点と、アームに保持される電池の重心位置の３点を結ぶ位置関係は、何れのてんびん秤においても一定不変になるように、てんびん秤の各部品を加工・組立し、カムとカムフォロワも調整する。
【００２０】
また、遠心力の影響を可能な限り少なく、また、重量選別機の設置面積を小さくするために、電池を選別機に供給、選別、排出するときの姿勢は電池をほぼ直立または、倒立した姿勢で行わせ、それぞれのてんびん秤が回転テーブル上に必要とする設置面積を出来る限り小さくする。また、回転テーブルの回転スピードが選別作業中に変化しないようにする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明による実施の形態について、単三形電池の製造ラインに本発明を適用した具体例を図１〜図３を参照しながら説明する。
【００２２】
図１は本発明のてんびん秤１９に電池１３を供給しアームの先端に保持させた状態の正面図であり、図２は本発明のてんびん秤１９を多数個、回転テーブル１２と同芯の円周上に、等間隔に多数配設した選別機として、電池製造ラインに導入した状況を示す平面図である。なお、電池の供給と取り出しを容易にするために、てんびん秤の電池を保持する側のアーム１を、回転テーブル１２の外径側に、基準重量の分銅４を保持する側のアーム２は回転テーブル１２の内径側に配設する。図３（ａ）は本発明のてんびん秤１９に電池１３を供給した直後の電池保持アーム１と基準重量の分銅保持アーム２の傾斜した姿勢を示す図であり、図３（ｂ）はてんびん秤に供給された電池が基準重量を満足していた場合に、てんびん秤のアーム１と２が所定の時間が経過した後に取るべき、略水平となった姿勢を示す。３図（ｃ）はてんびん秤に供給された電池が、基準重量に達しない不良品であった場合に、電池保持アーム１が上側に傾斜したままの姿勢を取り続けることを示す図である。
【００２３】
図１に示すように、てんびん秤１９の電池保持アーム１と基準重量の分銅保持アーム２はφ３のピンと孔からなる支点３をはさんで対称的な位置にあり、電池保持アーム１の端部に２個の永久磁石５を上下に配設して、鋼製の電池ケース１４を磁力により吸着保持させる。電池ケース１４を一旦吸着保持すると、重量の自動選別作業中に電池に働く重量、振動、遠心力などでは、電池１３の姿勢や重心位置が変化することの無いよう強力な磁力で確実に保持させる。外径の小さな磁石５を２個上下に配設することにより、上記の要件を簡単に達成することができる、なお、電池ケース１４を永久磁石により保持させる場合には、電池の供給や排出が非常に簡単なメカニズムで、しかも非常に高速で処理できる効果がある。
【００２４】
支点３の左側には基準重量の分銅４と微調整ねじ１０などを設け、電池１３及び電池保持アーム１と重量のバランスをとるための微調整が可能な構成とする。電池保持アーム１の端部に保持された電池１３の重心と、支点３と、基準分銅４の重心の３点を結ぶ線を、わずかにＶ字形とするか、逆Ｖ字形にするかによって応答速度、振動の影響度、測定精度などは影響を受けるが、実施例ではこれらの３点を略直線上に設けた。以上の構成により本発明による電池用重量選別機は電池製造ラインに導入も可能な高速での処理能力を持ち、かつ、高精度の重量選別が可能になる。
【００２５】
図３に示すように、てんびん秤の左側の分銅保持アーム２には２個のカムフォロワ６ａと６ｂが設けられているが、回転テーブル１２の支持台（図示しない）に固定されたカム９ａ及び９ｂとそれぞれ係合して、てんびん秤１９のアーム傾斜角度を制御し、かつ、てんびん秤に電池を供給する直前にア−ムを支点の周りに強制的に揺動させるためのものである。図３（ａ）はてんびん秤１９に電池１３を供給する際に、電池を保持するアーム１を支点３に対し上側になるようにコントロールし、しかも、電池を供給するごとに、電池を受取るアームの位置が変化することのないようにするために、カム９ａにカムフォロワ６ａを係合させている様子を示す。
【００２６】
本実施例では、カムフォロワ２個を左側の分銅保持アーム２に取り付けているが、２個に限定されるものでは無く、カムフォロワは１個でもよく、また、電池保持アーム側に取り付けることも可能である。
【００２７】
電池１３を受取ると、アームはカムから開放され、てんびん秤に供給された電池１３が基準重量を満たす場合には、所定の重量選別時間が経過するとアームは電池保持ア−ム側が下がるように回転して、図３（ｂ）に示すように略水平姿勢またはそれより下側となり、一対の光電式非接触検出器７ａ、７ｂで確認して選別する。
【００２８】
上記のような構成の場合、てんびん秤のアームは殆ど揺動せず、アームは電池保持ア−ム側が下がるように、わずかに回転するのみであり、電池の選別のための判定に要する時間は短く、高能率に電池の選別が可能である。
【００２９】
電池の重量が基準重量に達しない場合には、図３（ｃ）に示すように、てんびん秤のアームは電池を供給された直後と同じく、電池を保持するアーム１側が支点３に対し上側になるように傾斜したままの姿勢で残る。その場合には、投光器７ａから出た光は分銅保持アーム２の下端に取り付けられた部品によって遮られて、受光器７ｂに到達しないので、不良品と判定され電池製造ラインから排除される。
【００３０】
図２には、本発明の重量選別機の全体平面図を示すが、前工程から送られて来た電池１３は、入口送転盤３１を経由して、右回転している回転盤１２上に多数配設されたてんびん秤１９のアームに、倒立した姿勢で供給される。回転盤１２が右回転して、てんびん秤１９に供給されたそれぞれの電池１３は基準重量の分銅４と比較判定され、その結果を非接触検出機７により確認の後、出口送転盤３２を経由して重量選別機より送り出されるが、出口送転盤３２により搬送されている途中に、前記の比較判定結果により、不良品はライン外に選別排出される。なお、回転テーブル１２の外周近くに設けられた近接スイッチ１１は、それぞれのてんびん秤１９に、電池１３が供給されたことを確認するためのものである。
【００３１】
【発明の効果】
本発明を用いることにより、非常にシンプルで信頼性が高く、しかも８００〜１０００個／分という処理能力を持つ、高速自動重量選別機を電池製造ライン中に導入することが出来る。このため、電池の重量を自動的に全数選別が可能となり、電池の品質を向上させることが出来、併せて、電池製造工程の省人化とコストダウンを達成出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による重量選別機用、てんびん秤の正面図
【図２】本発明の一実施形態による重量選別機の全体平面図
【図３】（ａ）本発明によるてんびん秤の、電池供給直後のアーム姿勢を示す正面図
（ｂ）本発明によるてんびん秤の、電池重量が基準値に達した場合の姿勢を示す正面図
（ｃ）本発明によるてんびん秤の、電池重量が基準値以下の場合の姿勢を示す正面図
【図４】円筒形アルカリ乾電池電池の内部構造を示す図
【図５】従来のオートチェッカーの斜視図
【図６】従来のオートチェッカーのブロックダイアグラムを示す図
【符号の説明】
１ 電池保持アーム
２ 基準分銅保持アーム
３ アーム支点
４ 基準重量の分銅
５ 永久磁石
６ カムフォロワ
７ 非接触センサー
８ てんびん秤支持台
９ カム
１０ 微調整ねじ
１１ 非接触センサー
１２ 回転テーブル
１３ 電池
１４ 電池ケース
１５ 合剤ペレット
１６ セパレーター
１７ ゲル負極
１８ 集電子
１９ 封口板
２０ オートチェッカー
２１ 助走コンベア
２２ 秤量コンベア
２３ 指示部
２４ はかり
２５ 投受光器
３１ 入口送転盤
３２ 出口送転盤

Claims (9)

1. 水平面内で滑らかに定速回転する回転テーブル上に、前記回転テーブルと同芯の円周に沿って多数個のてんびん秤を等間隔で、かつ、てんびん秤のアームが鉛直面内で揺動可能なように固定し、前記回転テーブルが１回転するまでに、それぞれの永久磁石を具備したてんびん秤に供給され磁気吸着した磁性体を主要構成材料とする電池の重量が基準値以上であるか否かを判定し、判定結果に応じて電池を選別する電池用自動重量選別機。
2. てんびん秤の支点をはさんで少なくとも一方の側のアームに取り付けたカムフォロワと、回転テーブルの支持台に回転テーブルと同芯に配設されたカムを利用して、てんびん秤のアーム傾斜角度を、回転テーブルの回転角度に応じて設定し、その後はカムから開放されて被測定物の重量に応じて揺動可能にすることを特徴とする請求項１記載の電池用自動重量選別機。
3. 被測定物である電池の重量選別開始時において、てんびん秤のアームは電池を保持する側が、基準重量の分銅を保持する側より高い位置にあり、重量選別に要する所定時間経過後においては、被測定電池の重量が基準値以上である場合のみ、電池を保持する側のアームは分銅を保持する側のアームに対し水平より低い位置にあることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電池用自動重量選別機。
4. 支点をはさんで重量の基準である分銅を取り付けたアームと対称位置にある被測定物保持用アームの先端位置に永久磁石を固定し、強磁性体を主要構成材料とする電池を磁気吸着して保持することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電池用自動重量選別機。
5. てんびん秤のアームを揺動自在に支持する支点は小径の円形断面をしたピンとわずかなクリアランスをもって嵌め合わされた円筒状の孔とで構成され、支点部に種々の塵埃や異物が侵入する防止手段として、エアーパージ構造が採用されている請求項１〜４のいずれかに記載の電池用自動重量選別機。
6. てんびん秤を多数取り付けた回転テーブルの１回転ごとに、電池の重量選別開始直前に、カムとカムフォロワを利用して、被測定物および基準重量の分銅を保持するアームを支点の周りに強制的に上下に揺動させることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電池用自動重量選別機。
7. 電池を保持する側のてんびん秤のアーム先端部は回転テーブルの外周付近に設けられ、基準重量の分銅を保持する側のアームの先端は、回転テーブルの軸芯近くに配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の電池用自動重量選別機。
8. てんびん秤のアームの先端部に、被測定物である電池を直立させた姿勢、または、電池の正極端子部が下側となる倒立させた姿勢で保持することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の電池用自動重量選別機。
9. てんびん秤のアームの傾斜角度の判定を非接触式センサーにより行い、その判定結果に基づき、被測定電池の選別を行うことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の電池用自動重量選別機。

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