JPWO2011080918A1 - 電解液を供給する装置 - Google Patents

Abstract

減圧室内に配置されたバッテリ容器内に電解液を供給する装置（１）は、シリンダ（１１）内の計量空間（Ｓ）をピストン（１２）が第１の方向に沿って動く計量ユニット（１０）と、バッテリ容器（２００）に対し上方から電解液を注入するディスペンサ（２０）と、計量ユニット（１０）の計量空間（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）に配置された背圧弁（５０）とを有する。ディスペンサ（２０）は、バッテリ容器（２００）内またはバッテリ容器（２００）の上端近傍に配置される吐出ノズル（２１）と、吐出ノズル（２１）の内側に配置され、吐出ノズル（２１）を開閉するニードル弁（２３）と、ニードル弁（２３）を上下に駆動するアクチュエータ（２４）とを含む。

Description

本発明は、バッテリ容器内に電解液を供給する装置および方法に関するものである。

バッテリ容器内に電解液を供給する工程において、電解液を浸透させる時間を短縮するなどの目的で、バッテリ容器を真空雰囲気（減圧雰囲気）内に配置することが行われている。

日本国特許公開公報２００８−５９９７３号には、電池ケース内を、有機電解液の沸点以下の−７０ｋｐａ〜−９５ｋｐａの範囲内の真空度に真空引きする工程と、所定量の有機電解液を注入した注液ホッパー内の一時貯液室を電池ケース内の圧力に対し０．１ｋｐａ〜５ｋｐａだけ高い圧力差が生じる真空度に真空引きする工程と、注液ホッパーの注液口を開いて一時貯液室内の有機電解液を圧力差により注液口およびこれに連接させた注液ノズルを介して電池ケース内に注液する工程とを有する、リチウム二次電池の注液方法が開示されている。

電解液をバッテリ容器（電池ケース）に注入する時間（注液時間）を短縮するために、電池ケース内を負圧にしたり、所定量ずつ分割して注液（分注）したり、負圧雰囲気で分注したりすることが行われている。いずれの場合も、電解液の飛散を抑制し、注液精度を確保することが重要である。

本発明の一態様は、減圧室内に配置されたバッテリ容器内に電解液を供給する装置（供給装置）である。この装置は、シリンダ内の計量空間をピストンが第１の方向に沿って動く計量ユニットと、バッテリ容器に対し上方から電解液を注入するディスペンサと、計量ユニットの計量空間の上端部とディスペンサとをつなぐ第１の管路と、第１の管路に配置された背圧弁とを有する。ディスペンサは、バッテリ容器内またはバッテリ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、ニードル弁を上下に駆動するアクチュエータとを含む。

本発明の他の態様の１つは、上記の供給装置により減圧室内に配置されたバッテリ容器内に電解液を供給することを含む方法である。電解液を供給することは、以下のステップを含む。
・制御ユニットが、ピストンを動作させて背圧弁に背圧を加え、計量空間の上端部から第１の管路の背圧弁およびニードル弁を介して電解液を減圧室内のバッテリ容器に注入すること。
・ピストンを止めて背圧弁を閉じること。

電解液を供給（注入、分注）するバッテリ容器は減圧室内に配置される。一方、電解液は減圧室外、典型的には大気圧雰囲気から供給される。さらに、電解液の飛散を抑制するために、電解液をポンプなどで加圧して注入する代わりに液柱の圧力（静圧、液圧）でバッテリ容器内に注入する。しかしながら、バッテリ容器への注入口には、バッテリ容器が収納されている室内が減圧されていることによる差圧と、電解液の静圧とが加わり、電解液が減圧室側へ強く吸引される。このため、注液量の制御が難しい。さらに、注入口からの液漏れ（液だれ）を停止させにくい。すなわち、液切りが悪い。これらの原因で液だれが収まるまで時間がかかることが、注液時間を短縮することを難しくしている理由の１つであることを本願の発明者らは見出した。

本発明の一態様の供給装置（注液装置）においては、ディスペンサの上流に計量ユニットを配置し、計量空間の上端部をディスペンサと連通させている。したがって、注液量を計量ユニットで計量できる。それとともに、計量空間の容積は配管より大きくなるので、ディスペンサに印加される静圧を小さくできる。さらに、計量空間の上端部においてディスペンサと接続することにより、計量空間の静圧はディスペンサに実質的に印加されず、計量空間の流入側を入口弁などで遮断することにより計量空間より上流の静圧の影響を抑制できる。このため、計量空間およびディスペンサをつなぐ管路における静圧と、ディスペンサ内の静圧と、減圧されていることによる差圧とが実質的に吐出ノズルに加わることになるが、それらの圧力の和は、管路およびディスペンサ内を電解液が流れる際の圧力損失にほぼ匹敵する程度となる。したがって、電解液のオンオフを容易に制御できる条件を提供できる。

さらに、計量空間の上端部がディスペンサに連通しているので計量空間内に圧縮性流体である気体が溜まりにくい。したがって電解液の飛散を抑制でき、注液精度の向上に寄与する。

これらに加え、この注液装置は、計量ユニットの計量空間の上端部とディスペンサとをつなぐ第１の管路に背圧弁を設けている。このため、計量空間内をピストンが動いて背圧弁に所定の背圧が加わることにより、ピストンの動きに対応する量の電解液を吐出ノズルの先端から精度良く吐出できる。また、ピストンの動きによる背圧弁の出口（ディスペンサ側）の圧力上昇は小さい。したがって、ピストンの動きにより注液量の制御が容易となり、液切れ性が改善される。このため、注液精度を向上し、注液時間を短縮できる。

背圧弁を、背圧弁の上流の第１の管路の静圧に対抗するように設定することにより、注入する際にピストンを動作させると即座に背圧弁は開かれ、ピストンの動作を止めると即座に背圧弁は閉じられる。

さらに、吐出ノズルにおける圧力差が小さいので、ピストンの動作を止めるとともにニードル弁を閉じることにより液切れ性はいっそう改善される。したがって、注液精度を確保しやすく、注液時間も短縮しやすい装置および方法を提供できる。

この装置において、ピストンが動く第１の方向は、典型的には上下方向である。この装置は、さらに、計量空間への電解液の流入をオンオフする入口弁と、入口弁と計量空間の下端部とを接続する第２の管路とを有することが好ましい。また、電解液を供給することは、制御ユニットが入口弁を開き、ピストンを動作させて第２の管路を介して計量空間の下端部から電解液を計量空間に流入させることと、注入する前に入口弁を閉じることとを含むことが好ましい。ピストンが上下方向に動き、計量空間の下端部から電解液を供給することにより、計量空間内において電解液が比較的スムーズに流入し、気泡の発生を抑制できる。

背圧弁の典型的なものは、ボールと、このボールを付勢するコイルばねとを含む弁である。このタイプの背圧弁であっても、第１の管路中に配置されるため、コイルばねは電解液に浸り、空気と接触する機会は少ないので腐食による損傷を抑制することができる。

さらに、この装置において、第１の管路は、少なくとも計量空間の下端部の近傍まで延び、背圧弁は、第１の管路の計量空間の下端部の近傍に相当する位置に配置されていることが好ましい。背圧弁により、背圧弁の上流、すなわち、計量空間に相当する静圧がディスペンサ側に印加されるのを抑制できる。したがって、液切れをさらに改善でき、注液精度を確保しやすく、注液時間も短縮しやすい。

この装置において、ディスペンサは、吐出ノズルが下端に装着され、上下に延びたシリンジと、シリンジを上下に貫通し、ニードル弁をアクチュエータにより上下に動かすための弁制御棒とを含むものであることが好ましい。また、第１の管路は、Ｌ字型で、一方の端がシリンジの側方に接続され、他方の端が計量空間の上端部に接続され、コーナー部分に背圧弁が配置されているものであることが好ましい。このような構成は、本発明の装置の好適な形態の１つである。

また、この場合、減圧室内に配置されたバッテリ容器内に良好に電解液を供給するためには、ディスペンサのシリンジが計量空間の下端より下側に延びていることが好ましい。さらに、背圧弁は、コーナー部分の近傍であって、第１の管路の上下に延びた部分に配置されていることが好ましい。背圧弁が、ボールとこのボールを付勢するコイルばねとを含む弁などである場合には、特にこのような構成は好ましい。背圧弁を第１の管路の上下に延びた部分に配置することにより、コイルばねの動作を上下方向の動作とすることができるため、弁としての機能（動作）がより安定する。

本発明の一実施形態にかかる電解液供給装置（注液装置）の概略構成を示す図。 注液装置の動作を示すタイミングチャート。

図１は、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、減圧室１００内の減圧雰囲気１０２に配置されたバッテリ容器２００の内部に電解液１９を供給（注液、注入）するシステム（電解液供給装置、注液装置、注入装置）である。なお、このシステム１は、以下において注液装置と称する。減圧室１００の内部は真空ポンプ１１０により所定の圧力（負圧）になるように減圧される。

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２００に電解液１９を供給するものである。

図１において、太線は電解液１９の流路（管路）、太い破線は制御用空気の流路（管路）、斜線付きの細線は制御用の電気信号を伝達する配線をそれぞれ示す。電解液１９は可燃性の有機溶媒を含むものがあり、減圧室１００の周囲、すなわち、注液装置１の計量ユニット１０が設置される領域は一般的に防爆領域Ｈに含まれる。

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。したがって、計量ユニット１０は高速に動作できる。また、リザーバー２は気液分離機構を兼ねており、ベント弁４からリザーバー２の上部に溜まった気体を排出できる。ベント弁４は、防爆を考慮し、空気作動弁（エアー駆動弁）が用いられ、防爆領域Ｈ外に設けられた第１の電磁弁３１および制御ユニット３０により制御用空気を介して制御される。なお、制御用空気は、コンプレッサーに繋がった制御用空気ヘッダー３９を介して供給される。

計量ユニット１０は、シリンダ１１とピストン１２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、第１の方向）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。

計量ユニット１０は、さらに、ピストン１２を上下に駆動するサーボモータ１３を含む。サーボモータ１３の回転量、回転速度および回転方向を制御ユニット３０により制御することによりピストン１２のストロークを変え、ピストン１２を上下に移動できる。たとえば、サーボモータ１３としてステッピングモータを用い、パルス制御することにより高分解能な容量可変制御を行うことができる。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。

注液装置１は、計量ユニット１０の計量空間Ｓへの電解液１９の流入をオンオフ（開閉）する入口弁５を含む。入口弁５は、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と管路（第２の管路）４２により接続されている。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。入口弁５とリザーバー２とは管路（第３の管路）４３により接続されている。入口弁５も、防爆領域Ｈ内であることを考慮し空気作動弁（エアー駆動弁）が用いられ、防爆領域Ｈ外に設けられた第２の電磁弁３２および制御ユニット３０により制御用空気を介して制御される。

注液装置１は、バッテリ容器２００に対し上方から電解液１９を注入するディスペンサ２０を含む。ディスペンサ２０は、バッテリ容器２００内またはバッテリ容器２００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を開閉制御する空気駆動型のアクチュエータ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。

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２００に到達している。したがって、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いる。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いる。

シリンジ２２の内部を弁制御棒２５が貫通しており、シリンジ２２の弁制御棒２５に沿った部分が、電解液１９が流れる空間となっている。したがって、シリンジ２２の内径に対し適当な外径の弁制御棒２５を選択することにより、計量ユニット１０からシリンジ２２の先端の吐出ノズル２１に至る管路の面積を調整できる。このため、適切な内径のシリンジ２２と適切な外径の弁制御棒２５を選択することにより、電解液１９の粘度、減圧室１００の内圧（負圧）、電解液１９の流量などの注入条件に合わせて、計量ユニット１０から吐出ノズル２１までの圧力損失を制御できる。したがって、この構成をもちいて、バッテリ容器２００にスムーズに電解液１９を注入できる条件を設定できる。

弁制御棒２５は、吐出ノズル２１の内側を開閉するニードル弁（カット弁）２３をアクチュエータ２４により上下に動かすためのものである。弁制御棒２５の先端（下端）にニードル弁２３が接続され、他端（上端）がアクチュエータ２４と接続されている。ニードル弁２３は、コイルばね２６によりノーマルオフに設定されている。アクチュエータ２４は空気作動であり、第３の電磁弁３３により制御空気を送ることによりニードル弁２３はオン（開）され、制御空気を排出することによりオフ（閉）される。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。

ディスペンサ２０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と管路（第１の管路）４１により接続されている。この第１の管路４１は、少なくとも計量空間Ｓの下端部の近傍まで鉛直方向（上下）に延びる第１の部分４１ａと、第１の部分４１ａ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る第２の部分４１ｂとを有する。すなわち、第１の管路４１は、全体としてＬ字型に形成されており、水平に延びた部分の一方の端（第２の部分４１ｂの端）がシリンジ２２の側方に接続され、垂直（鉛直）に延びた部分の他方の端（第１の部分４１ａの端）が計量空間Ｓの上端部Ｓ２に接続されている。

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、背圧弁５０が配置されている。本例では、背圧弁５０は、第１の管路４１の第１の部分４１ａと第２の部分４１ｂとのコーナー部分の、上下に延びた第１の部分４１ａの側に配置されている。

背圧弁５０は、ボール５１と、このボール５１を上方に付勢し、この背圧弁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。この背圧弁５０は、減圧室内１０２の負圧がブレークして大気圧となったり、あるいは逆に加圧されることによる、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では逆止弁としても作用する。

図２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２００に電解液１９を供給する方法の一例を示している。この例においては、注液装置１は、バッテリ容器２００に電解液１９を複数回に分けて注入（分注）する。まず、分注開始する時刻ｔ０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。

時刻ｔ１に入口弁５を開き、ニードル弁（カット弁）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とを連通させる。時刻ｔ２にピストン１２のストローク（上方への動作）を開始し、時刻ｔ３にストロークを停止す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（電解液を計量空間に流入させる工程）。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。

この注液装置１においては、ピストン１２の動きを、サーボモータ１３を介してパルス制御しているので、ピストン１２の移動速度は可変である。このため、図２において電解液１９の引き込み速度を示す角度θ１を任意に変えることができる。したがって、電解液１９の特性、引き込み条件などにより引き込み速度θ１を上昇できる環境であれば、引き込み速度θ１を早くして注液時間を短縮することが可能である。

電解液１９を計量空間Ｓに引き込む際、計量空間Ｓをピストン１２が上方に移動するのに応じて、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、ピストン１２の動きと、電解液１９の流入するポートＰ１とは離れる方向になるので、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。このため、計量空間Ｓの内部で気液分離が起こりにくい。

ピストン１２のストロークが停止した後、時刻ｔ４に入口弁５を閉じる（入口弁を閉じる工程）。入口弁５が閉じた後、時刻ｔ５にニードル弁２３を開く（ニードル弁を開く工程）。入口弁５を閉じているので、計量空間Ｓは入口弁５の上流の系から遮断され、リザーバー２を含む上流の系の静圧は計量空間Ｓに加わらない。したがって、ニードル弁２３に計量ユニット１０の上流、すなわち、入口弁５より上流のシステムの静圧が印加されるのを防止できる。

また、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。したがって、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ことができる。さらに、この注液装置１においては、背圧弁５０によりニードル弁２３に加わる圧力をさらに抑制している。

ニードル弁２３を開いた後、時刻ｔ６にピストン１２のストローク（下方へ動作）を開始する。計量ユニット１０の計量空間Ｓの上端部Ｓ２とディスペンサ２０とをつなぐ第１の管路４１に背圧弁５０を設けている。このため、バッテリ容器２００に電解液１９を供給する際にディスペンサ２０の吐出ノズル２１のニードル弁２３を時刻ｔ５において開いても、この時点では電解液１９は吐出されない。時刻ｔ６にピストン１２が動いて背圧弁５０に所定の背圧が加わることにより背圧弁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の先端から精度良く吐出される（電解液を注入する工程）。

また、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（背圧弁が即座に開かれる工程）。

したがって、時刻ｔ７にピストン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（背圧弁を閉じる工程、背圧弁が即座に閉じられる工程）。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。

この注液装置１においては、ピストン１２の動きを、サーボモータ１３を介してパルス制御しているので、ピストン１２の移動速度は可変である。このため、図２において電解液１９の吐出速度を示す角度θ２を任意に、引き込み速度θ１とは独立して変えることができる。したがって、電解液１９の特性、引き込み条件などにより引き込み速度θ１に対して吐出速度θ２を遅くすることも可能であり、また、吐出速度θ２を引き込み速度θ１に対して早くすることも可能である。このため、吐出速度θ２を早くできる環境であれば、注液時間をさらに短縮することが可能である。また、引き込み速度θ１に対して吐出速度θ２を遅くしてニードル弁２３の液切れ性をさらに改善したり、バッテリ容器２００における電解液１９の含浸時間を確保したりすることも可能である。

背圧弁５０を圧力変動により瞬時に開閉させるには、ある程度の一定の背圧が加わっていることが望ましい。このため、注液装置１においては、第１の管路４１の形状をＬ字型にして、そのコーナー部の垂直（鉛直）方向に延びた部分に背圧弁５０を設置し、第１の管路４１の上部の静圧が常に背圧弁５０に背圧として加わるようにしている。さらに、背圧弁５０のコイルばね５２が鉛直方向に延び、コイルばね５２と配管あるいは弁ケースとの間に機械的な摩擦が発生しにくい状態で配置している。したがって、この点でも、背圧弁５０がピストン１２の動き（ストローク）に連動して敏感にオンオフするようにしている。

また、背圧弁５０を第１の管路４１の管路内に配置することにより、背圧弁５０のボール５１およびコイルばね５２は、常に電解液１９に浸される。このため、ボール５１およびコイルばね５２が空気中に晒されることがないので、電解液１９の成分と空気中の成分とによりボール５１およびコイルばね５２が腐食されたり、ボール５１およびコイルばね５２に析出物が付着したりすることは少ない。このため背圧弁５０の動作は安定しており、背圧弁５０をピストン１２の動き（ストローク）に連動して敏感に開閉させることができる。したがって、計量ユニット１０のピストン１２の動きによりディスペンサ２０への電解液１９の供給量を極めて精度よく制御できる。

所定の量の電解液１９を計量した時刻ｔ７に、ピストン１２のストロークを停止する。それとともに（同時に）ニードル弁２３を閉にする（ニードル弁を閉じる工程）。ニードル弁２３を閉にすることによりディスペンサ２０の吐出ノズル２１から電解液１９が漏れ出すことを防止できる。したがって、時刻ｔ７に計量ユニット１０における計量を終了するとともに、ニードル弁２３によりディスペンサ２０からバッテリ容器２００に対する注入も停止でき、吐出ノズル２１からの液漏れを防止できる。

時刻ｔ７にピストン１２の停止とともに、背圧弁５０が動作して背圧弁５０の上流の静圧を遮断する。このため、ニードル弁２３に加わる差圧は小さくなる。したがって、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。

さらに、背圧弁５０が設けられた第１の管路４１に繋がる出口ポートＰ２を計量空間Ｓの上端部Ｓ２に設けているので、計量空間Ｓには気体が溜まりにくい。計量空間Ｓ内の電解液１９が気液分離しやすい状況になっても、気泡が生成される以前に気液分離直前の状態の液層が計量空間Ｓの上方から電解液１９とともに排出されるので、計量空間Ｓには気泡が生成されにくい。気泡が生成されると、気体は圧縮性なので、計量空間Ｓの計量精度に影響を与え、さらに、減圧により気体が膨張するとディスペンサ２０の吐出ノズル２１から電解液１９が飛散する要因となる。したがって、この注液装置１においては計量空間Ｓに気泡が生成されにくいので、計量精度、すなわち注液精度を確保でき、液だれも抑制でき、さらに、電解液１９が減圧室内１０２で飛散するような事態も未然に防止できる。

減圧室内１０２に複数のバッテリ容器２００がセットされている場合には、バッテリ容器２００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２００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２００に対し分注が次々と行われる。この場合、この注液装置１においては、液切れがよく液だれが停止する待ち時間が殆ど不要であり、さらに、吐出ノズル２１からの飛散も殆どない。したがって、殆ど待ち時間なしに次の分注を開始できる。すなわち、時刻ｔ７に前のバッテリ容器２００への分注が終了すると、バッテリ容器２００の移動時間をおいて、時刻ｔ１１に入口弁５を開け、時刻ｔ１２にピストンのストローク（上方）を開始し、以降、上記のサイクルと同様に分注を繰り返すことができる。

さらに、吐出ノズル２１の先からの液漏れが基本的にないので、計量ユニット１０で計量している間、すなわち、時刻ｔ１３あるいは時刻ｔ１４までをバッテリ容器２００の移動時間に使用することが可能である。したがって、さらに注液時間を短縮することが可能となる。また、引き込み速度θ１を変更することも可能なので、バッテリ容器２００の移動時間と同期させてピストン１２の移動時間を設定することも可能である。

また、この注液装置１においては、計量ユニット１０のピストン１２のストロークを調整することにより注液量（分注量）をほぼ自在に制御できる。たとえば、図２において、最初のサイクルのピストン１２のストロークの時間ｔ２〜ｔ３に対して、次のサイクルのピストン１２のストロークの時間ｔ１２〜ｔ１３を短縮することにより、注液量をΔｑだけ少なくできる。したがって、この注液装置１は、様々なパターンの分注に対し極めてフレキシブルに対応でき、さらに、注液精度も高く分注に要する時間も短縮できる。

また、電解液を計量空間に流入させる工程と、電解液を注入する工程とが一対一に対応していなくてもよく、電解液１９を計量空間Ｓに流入させた後、複数回に分けて電解液１９をバッテリ容器２００に注入してもよい。

なお、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。

また、上記の計量ユニット１０はサーボモータ駆動であるが、駆動方式は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は、防爆領域であることを考慮し、空気作動のアクチュエータを採用しているが、防爆領域でなければ、電磁弁あるいは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り、アクチュエータには様々なタイプのものを使用できる。上記の装置（システム）では、ボールタイプの背圧弁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好適なものであるが、ダイアフラムタイプなどの他のタイプであってもよい。

Claims (10)

1. シリンダ内の計量空間をピストンが第１の方向に沿って動く計量ユニットを含む供給装置により減圧室内に配置されたバッテリ容器内に電解液を供給することを含む方法であって、
   前記供給装置は、前記バッテリ容器に対し上方から電解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の上端部と前記ディスペンサとをつなぐ第１の管路と、
   前記第１の管路に配置された背圧弁と、
   前記ディスペンサは、前記バッテリ容器内または前記バッテリ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を含み、
   前記電解液を供給することは、
   制御ユニットが、前記ピストンを動作させて前記背圧弁に背圧を加え、前記計量空間の上端部から前記第１の管路の前記背圧弁および前記ニードル弁を介して電解液を前記減圧室内の前記バッテリ容器に注入することと、
   前記ピストンを止めて前記背圧弁を閉じることとを含む、方法。
2. 請求項１において、前記背圧弁は前記背圧弁の上流の第１の管路の静圧に対抗するように設定されており、
   前記注入することは、前記ピストンを動作させると即座に前記背圧弁が開かれることを含み、
   前記背圧弁を閉じることは、前記ピストンの動作を止めると即座に前記背圧弁が閉じられることを含む、方法。
3. 請求項２において、前記電解液を供給することは、前記ピストンの動作を止めるとともに前記ニードル弁を閉じることをさらに含む、方法。
4. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、
   前記供給装置は、さらに、前記計量空間の電解液の流入をオンオフする入口弁と、
   前記入口弁と前記計量空間の下端部とを接続する第２の管路とを有し、
   前記電解液を供給することは、
   前記制御ユニットが、前記入口弁を開き、前記ピストンを動作させて前記第２の管路を介して前記計量空間の下端部から電解液を前記計量空間に流入させることと、
   前記注入することの前に、前記入口弁を閉じることとを含む、方法。
5. 減圧室内に配置されたバッテリ容器内に電解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第１の方向に沿って動く計量ユニットと、
   前記バッテリ容器に対し上方から電解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の上端部と前記ディスペンサとをつなぐ第１の管路と、
   前記第１の管路に配置された背圧弁とを有し、
   前記ディスペンサは、前記バッテリ容器内または前記バッテリ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、
   前記ニードル弁を上下に駆動するアクチュエータとを含む、装置。
6. 請求項５において、前記ディスペンサは、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、
   前記シリンジを上下に貫通し、前記ニードル弁を前記アクチュエータにより上下に動かすための弁制御棒とを含み、
   前記第１の管路は、Ｌ字型で、一方の端が前記シリンジの側方に接続され、他方の端が前記計量空間の上端部に接続され、コーナー近傍の上下に延びた部分に前記背圧弁が配置されている、装置。
7. 請求項６において、前記シリンジは、前記計量空間の下端部より下側に延びている、装置。
8. 請求項５ないし７のいずれかにおいて、前記第１の管路は、少なくとも前記計量空間の下端部の近傍まで延び、前記背圧弁は、前記第１の管路の前記計量空間の下端部の近傍に相当する位置に配置されている、装置。
9. 請求項５において、前記第１の方向は上下方向であり、
   さらに、前記計量空間の電解液の流入をオンオフする入口弁と、
   前記入口弁と前記計量空間の下端部とを接続する第２の管路とを有する、装置。
10. 請求項５において、前記背圧弁は、ボールと前記ボールを付勢するコイルばねとを含む弁である、装置。

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