KR20130110217A

KR20130110217A - 액체공급방법 및 장치

Info

Publication number: KR20130110217A
Application number: KR1020137020606A
Authority: KR
Inventors: 토시오 타케시
Original assignee: 가부시키가이샤 고가네이
Priority date: 2011-02-03
Filing date: 2011-10-14
Publication date: 2013-10-08
Also published as: WO2012105091A1; KR101418529B1; JP5475700B2; JP2012162269A

Abstract

본 발명의 액체공급장치(10)는 부압분위기로 유지된 전지용기에 액체를 공급하는 액체공급펌프(20)를 가지고 있다. 액체공급펌프(20)는 액체수용탱크(14)에 접속되는 1차측 배관(21) 및 토출노즐(13)에 접속되는 2차측 배관(22)에 연통하는 펌프실(28)을 가지며, 펌프실(28)을 수축시키면 액체가 노즐(13)로부터 피주입물로 주입된다. 1차측 개폐밸브(23)를 폐쇄하는 한편, 2차측 개폐밸브(24)를 개방함과 동시에 펌프실(28)을 수축하여 액체를 피주입물 내로 주입하는 주입공정에서, 토출노즐(13)에 형성된 스로틀링부(40)에 의해 진공탱크(11)내의 부압이 펌프실(28)로 전달되는 것이 방지된다.

Description

액체공급방법 및 장치{LIQUID SUPPLYING METHOD AND DEVICE}

본 발명은 내부를 부압(負壓)상태로 된 용기 내에 액체를 공급하기 위해 사용하는 액체공급기술에 관한 것이다.

통형 및 각형의 케이스 등의 용기 내부에 액체를 주입할 때에, 액체주입 전에 용기의 내부를 부압으로 하고, 이어서 액체를 주입하고, 소정시간 경과 후에 용기 내부를 대기압으로 전환함으로써, 용기 내부에 기체를 잔류시키지않고, 액체를 용기내에 확실히 충전시킬 수 있다. 예를 들어, 전해액을 이용한 2차전지를 제조할 때에는, 양극과 음극 및 두 전극 간에 배치되는 세퍼레이터가 전지용기의 내부에 설치된 상태하에, 전지용기의 내부에 전해액을 충전하고 있다. 세퍼레이터는 미세한 구멍이 다수형성된 다공질의 박막층이고, 이 박막층으로 전해액을 침투시킴에 있어서는 전지용기의 내부를 대기압 이하의 진공압력, 즉 부압상태로서 미세공의 내부에서 공기를 제거하는 것이 필요하다.

전지용기의 내부에 전해액을 주입하기 위해서 예를 들어, 특허문헌 1에 기재된 것과 같은 전해액주입장치가 사용되고 있다. 이 전해액주입장치는, 전지용기를 수용하는 밀폐 챔버와 밀폐 챔버안에 공급되는 전해액을 저장하는 실린더를 가지고 있고, 실린더에는 전해액을 토출하기 위한 피스톤이 설치되어 있다. 전지용기내에 전해액을 주입함에 있어서는 전지용기를 밀폐 챔버 안에 밀폐수용하고, 진공펌프에 의해 밀폐 챔버내, 즉 전지용기내를 부압으로 한 상태하에서, 피스톤에 의해 전해액을 실린더 내로부터 노즐로 토출시켜서, 노즐로부터 전지용기내에 전해액이 공급된다.

한편, 특허문헌 2에는 전지용기를 수용하는 밀폐 챔버와 전해액을 수용하는 전해액 저장부를 개폐밸브가 설치된 배관에 접속하도록 한 전해액주입장치가 기재되어 있다. 전지용기내에 전해액을 주입함에 있어서는 전지용기를 밀폐챔버내에 밀폐수용하고, 진공펌프에 의해 밀폐챔버 내, 즉 전지용기내를 부압으로한 상태하에 개폐 밸브를 개방함으로써 전해액 저장부내의 전해액을 노즐로부터 전지용기에 공급하도록 하고 있다.

특허문헌 1 : 일본특허공개 2003-217566호 공보 특허문헌 2 : 일본특허공개 2003-217567호 공보

특허문헌 1에 기재된 주입장치와 같이, 밀폐 챔버 내에서 부압상태로 된 전용기 내에, 실린더 내의 전해액을 피스톤으로 주입하려고 하면, 실린더 내에도 부압이 전달된다. 이 때문에, 피스톤이 부압에 의해 밀폐 챔버부의 방향으로 당겨지게 되어, 피스톤이 유압피스톤축으로 구동되는 스트로크보다 긴 스트로크를 이동해 버릴 가능성이 있다. 결국, 전해액의 토출량은 유압피스톤축으로 이동된 스트로크에 대응하지 않기 때문에 전해액의 주입량의 정밀도를 높일 수 없다.

한편, 특허문헌 2에 기재된 주입장치와 같이, 전해액 저장부 내의 전해액을 전지용기에 주입하려고 하면, 주입량은 미리 전해액 저장부 내에 공급된 전해액의 양에 의해 설정되게 되어, 전해액의 주입정밀도를 높일 수 없다.

본 발명의 목적은 부압분위기내에 있는 용기 등의 피주입물 내부에 대한 액체 주입정밀도를 높이는 데에 있다.

본 발명의 액체공급방법은, 액체를 수용하는 액체수용탱크에 접속되는 1차측 배관과 액체를 피주입물에 주입하는 토출 노즐에 접속되는 2차측 배관에 연통하는 펌프실을 가지며, 그 펌프실을 팽창시켜서 상기 액체 수용 탱크 내의 액체를 상기 펌프실에 흡입하고, 상기 펌프실을 수축시켜서 액체를 토출 노즐로부터 토출하는 펌프구동부재가 설치된 액체공급펌프를 이용하여, 부압분위기로 유지된 피주입물에 액체를 공급하는 액체공급방법으로서, 상기 1차측 배관에 설치된 1차측 개폐밸브에 의해 상기 1차측 배관의 유로를 개방하고, 상기 2차측 배관에 설치된 2차측 개폐밸브에 의해 상기 2차측 배관의 유로를 폐쇄한 상태하에서 상기 펌프실을 팽창시켜서 상기 펌프 실내에 액체를 흡입하는 흡입공정과, 상기 1차측 배관의 유로를 상기 1차측 개폐밸브에 의해 폐쇄하고, 상기 2차측 배관의 유로를 상기 2차측 개폐밸브에 의해 개방한 상태하에서, 상기 2차측 개폐밸브로부터 상기 토출노즐의 선단까지의 사이에 설치된 스로틀링부에 의해 부압이 상기 펌프실에 전달되는 것을 방지하면서, 상기 펌프실을 수축시켜서 상기 펌프실 내의 액체를 상기 토출노즐로부터 피주입물에 주입공급하는 주입공정을 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 액체 공급방법은 피주입물내에 대한 액체주입을 개시할 때에 상기 2차측 개폐밸브의 개방동작을 상기 펌프 구동부재의 구동개시보다도 지연시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 액체공급방법은 피주입물내에 대한 액체주입을 정지할 때에 상기 2차측개폐밸브의 폐쇄동작을 상기 펌프구동부재의 구동정지보다도 앞당기는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 액체공급장치는, 부압분위기로 유지된 피주입물에 액체를 공급하는 액체공급장치로서, 액체를 수용하는 액체수용 탱크에 접속되는 1차측 배관과 액체를 피주입물에 주입하는 토출노즐에 접속되는 2차측 배관에 연통하는 펌프실을 가지며, 상기 펌프실을 팽창시켜서 상기 액체수용탱크 내의 액체를 상기 펌프실에 흡입하고, 상기 펌프실을 수축시켜서 액체를 토출노즐로부터 토출하는 펌프구동부재가 설치된 액체공급펌프와, 상기 1차측 배관에 설치되어 상기 펌프실을 팽창시킬 때에 전기 1차측 배관의 유로를 개방하는 한편, 상기 펌프실을 수축할 때에 상기 1차측 배관의 유로를 폐쇄하는 1차측 개폐 밸브와, 상기 2차측 배관에 설치되어, 상기 펌프실을 팽창시킬 때에 상기 2차측 배관의 유로를 폐쇄하는 한편, 상기 펌프실을 수축시킬 때에 상기 2차측 배관의 유로를 개방하는 2차측 개폐밸브와, 상기 2차측 개폐밸브로부터 상기 토출노줄의 선단까지의 사이에 설치되어, 상기 펌프실을 수축시켜 액체를 피주입물에 주입하는 과정하에서는 부압이 상기 펌프실에 전달되는 것을 방지하는 스로틀링부를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 액체공급 장치는, 피주입물에 대해 액체주입을 개시할 때, 상기 2차측 개폐 밸브의 개방동작을 상기 펌프 구동부재의 구동개시보다도 지연시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 액체공급장치는 피주입물내로 액체주입을 정지할 때 상기 2차측 개폐밸브의 폐쇄동작을 상기 펌프 구동부재의 구동정지보다도 앞당기는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 액체공급장치는, 상기 스로틀링부가 상기 토출노즐의 내경을 조절하는 가변스로틀링부인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 액체공급장치는, 상기 2차측 개폐밸브가 공기압에 의해 각각의 유로를 개폐하는 에어 오퍼레이트 밸브인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 액체공급 장치는 상기 스로틀링부가 상기 토출노즐의 유로의 길이를 조정하는 가변스로틀링부인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 액체 공급장치는 상기 2차측 개폐밸브가 전자밸브 (electromagnetic valve)인 것을 특징으로 한다.

본 발명에는, 2차측 배관 중에 2차측 개폐밸브로부터 토출노즐의 선단까지의 사이에 스로틀링부가 설치되어 있다. 부압분위기내에 있는 용기 등의 피주입물에, 2차측 개폐밸브를 개방상태로 전환하여 액체를 주입할 때에는 부압이 2차측 배관내의 유로를 통해 펌프실로 전달되는 것이, 상기 스로틀링부에 의해 방지된다. 그에 따라, 토출노즐로부터의 액체 토출량은, 부압분위기내의 부압에 의해 영향을 받지 않게 되어, 펌프실을 수축시키기 위한 펌프구동부재의 이동 스트로크에 의해서만 결정된다. 따라서, 피주입물 내에 대한 액체의 주입량의 정밀도를 높일 수 있다. 나아가, 부압이 변동하더라도 주입량은 그 영향을 받지 않게 되는 효과를 가진다.

피주입물내에 대한 액체주입 개시시에, 2차측 개폐밸브의 개방동작을 펌프 구동부재의 구동개시보다도 지연시키면, 주입량 정밀도를 보다 높일 수 있다. 또한 피주입물 안에 대한 액체주입 정지시에, 2차측 개폐 밸브의 폐쇄동작을 펌프구동부재의 구동정지보다도 앞당기면, 주입정밀도를 보다 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예의 액체공급장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 액체공급장치의 구동제어회로를 나타내는 블럭도이다.
도 3은 도 1에 나타나는 액체공급장치의 펌프 토출동작과 펌프 흡입동작을 나타내는 타임 차트이다.
도 4는 비교예로서 나타내는 액체공급장치의 펌프 토출동작과 펌프흡입동작을 나타내는 타임 차트이다.
도 5는 다른 비교예로서 나타내는 액체공급장치의 펌프 토출동작과 펌프 흡입동작을 나타내는 타임 차트이다.
도 6은 2차측 개폐밸브를 나타내는 단면도이다.
도 7은 액체공급펌프의 다른 형태를 나타내는 단면도이다.

본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1에 도시된 액체공급장치(10)는 예를 들어, 전지용기(B)를 피주입물로 하여 그 안에 전해액을 주입하기 위해서 사용된다. 전지용기(B)는 진공탱크(11) 내의 진공실(11a)에 수용된다. 진공챔버, 즉 진공실(11a)은 진공탱크(11)에 접속된 진공펌프(12)에 의해 소정의 진공도, 예를 들어 -60 ~ -80kPa정도의 진공도로 유지된다. 전지용기(B)내에는 양극과 전극, 그리고 상기 두 전극 사이에 배치되는 다공질의 세퍼레이터, 즉 격리층이 미리 내장되어 있고, 조립된 때에는 세퍼레이터의 미세공 내부에는 공기가 들어 있다.

전지용기(B)가 수용된 상태하에서 진공탱크(11)내를 대기압 이하의 압력 즉 진공압으로 하면, 세퍼레이터의 미세공의 내부에 들어 있는 공기가, 전지용기(B)의 내부로부터 진공실(11a)의 외부로 배출된다. 전지용기(B)가 부압분위기로 유지되어 내부로부터 공기가 배출된 상태하에서, 토출노즐(13)로부터 토출되는 전해액(L)이 전해용기(B)로 주입된다. 전지용기(B)내로 주입된 액체로서 전해액 (L)은 액체수용 탱크(14)내에 수용된다.

액체공급장치(10)은 도 1에 도시되어 있듯이, 펌프 본체(15)와 펌프 구동부(16)로 이루어진 액체공급펌프(20)를 가지고 있다. 펌프 본체(15)는 내부에 길이방향으로 관통하는 수용공(17)이 형성된 펌프케이스(15a)를 가지고 있다. 펌프케이스(15a) 의 하단부에는 유입측의 조인트부재(18)가 부착되고 상단부에는 유출측의 조인트부재(19)가 부착되어 있다. 각각의 조인트부재(18, 19)는 펌프케이스(15a)의 일부를 구성하고 있다. 유입측의 조인트 부재(18)에는 그에 형성된 유입포트(18a)에 연통하는 1차측 배관(21)이 접속된다. 유출측의 조인트부재 (19)에는 그에 형성된 유출 포트(19a)에 연통하는 2차측 배관(22)이 접속된다. 1차측 배관(21)은 액체수용 탱크(14)에 접속되고, 2차측 배관(22)의 선단에는 전해액(L)을 토출하는 토출노즐(13)이 설치되어 있다. 토출노즐(13)은 진공탱크(11)의 덮개부재에 설치되어 있다. 진공탱크(11)내에 전지용기(B)를 배치한 후에 덮개부재를 진공탱크(11)에 부착하면, 진공실(11a)은 밀폐상태가 된다. 진공실(11a)을 소정의 진공도로 유지한 상태하에서, 토출노즐(13)로부터 전지용기(B) 내로 전해액(L)이 공급된다. 또한, 각각의 배관(21, 22)은 호스나 튜브등으로 형성되어 있다.

1차측 배관(21)에는 내부의 유로를 개폐하는 1차측 개폐 밸브(23)가 설치되고, 2차측 배관(22)에는 내부의 유로를 개폐하는 2차측 개폐밸브(24)가 설치된다. 각각의 개폐밸브(23, 24)는, 공기의 압력에 의해 밸브체를 작동하도록 한 공기조작밸브, 즉 에어 오퍼레이트 밸브이다. 각각 전자밸브(25, 26)의 파일럿 유로(25a , 26a)로부터 공급되는 압축공기를 파일럿압력으로하여 개폐밸브(23, 24)의 유로전환이 이루어진다.

펌프 케이스(15a)내에는, 불소 수지 등 직경 방향으로 탄성변형 가능한 가소성의 튜브(27)가 펌프 부재로서 장착되어 있다. 상기 튜브(27) 유입단부는 펌프 케이스(15a)와 조인트 부재(18) 사이에 끼워 붙여지고, 유출단부는 펌프케이스(15a)와 조인트 부재(19) 사이에 끼워 붙여져 있다. 튜브(27)의 유입 단부를 펌프 케이스(15a)에 용접하도록 하여도 되고, 유출 단부에 대해서도 마찬가지로 펌프 케이스(15a)에 용접하도록 하여도 된다. 튜브(27)에 의해 펌프 케이스(15a) 내부는, 튜브(27) 내측의 펌프실(28)과 외측의 구동실(29)로 있다. 펌프실(28)은 유입포트(18a) 및 유출포트(19a)와 연통되어 있다. 유출포트(19a)는 유입포트(18a)의 위쪽에 설치되어 있고, 두 포트(18a, 19a)는 동축상으로 되어 있다. 이로 인하여, 전해액 내에 기포가 혼입되어 있어도, 그 기포가 펌프실(28)내에 머무는 것이 방지된다.

펌프 구동부(16)는 구동유닛(31)에 취부되는 구동부 케이스(16a)를 가지고 있으며, 상기 구동부 케이스(16a)는 펌프케이스(15a)와 일체로 되어있다. 구동부 케이스(16a)의 내부에는 원통형의 수용공(32)이 형성되어 있다. 구동부 케이스(16a)의 일단부는 폐쇄벽(33)에 의해 폐쇄된 폐쇄단으로 되어 있고, 타단부에는 개구부(34)가 형성되어 있다. 구동부 케이스(16a) 내부에는, 펌프 구동부재로 서의 구동로드(35)가 직선 왕복 운동가능하게 장착되어 있다. 상기 구동로드(35)는 구동장치(31)에 내장된 전동 모터 및 공기압실린더 등으로 구성된 도시하지 않은 구동장치에 의해 왕복 운동된다. 구동로드(35) 폐쇄벽(33)으로 향하는 이동을 전진이동으로 하고, 폐쇄벽(33)에서 멀어지는 방향의 이동을 후퇴이동으로 한다.

구동부 케이스(16a)내에는 벨로우즈(36)가 장착되어 있다. 상기 벨로우즈(36)는 주름부(36a)와 그 일단부에 형성된 단판부(36b)와 타단부에 형성된 링부(36c)를 갖고, 불소 수지 등에 의해 이것들이 일체로 성형되어 있다. 단판부(36b)에는, 구동로드(35)의 선단부에 설치된 수나사(35a)에 나사 결합되는 나사 공(37)이 형성되어 있어서, 단판부(36b)가 구동로드(35)의 선단부에 고정된다. 한편, 링부(36c)는 구동부 케이스(16a)의 개구부(34)에 형성된 계단부(34a)에 맞닿고, 구동유닛(31)과 구동부 케이스(16a)에 의해 끼워 붙여진다.

벨로우즈(36)의 외측과 구동부 케이스(16a) 수용공(32)의 내면에 의해 구동실(38)이 구획되어 있다. 상기 구동실(38)은 연통공(39)에 의해 펌프 케이스(15a)내의 구동실(29)에 연통되어 있다. 벨로우즈(36)의 안쪽은 도시하지 않은 통기용의 블리드 공을 통해 외부로 연통하여 대기압으로 되어있다. 각각의 구동실(29,38)과 연통 공(39)에는 간접 매체로 액체 매체(M)가 봉입되어 있으며, 도 1에서는 액체 매체(M)는 점으로 나타나 있다.

구동 로드(35)를 도 1에 나타낸 후퇴 한계 위치를 향해 후퇴 이동시키면, 구동실(38)이 팽창하여 구동실(29)내의 액체 매체(M)가 연통공(39)을 통해 구동실(38)에 흡입된다. 이로 인하여, 구동실(29)이 수축하고 튜브(27)가 직경 방향으로 팽창하여 펌프실(28)이 팽창하게 된다. 펌프실(28)이 팽창할 때, 1차측 개폐 밸브(23)를 열고 2차측 개폐 밸브(24)를 닫으면, 펌프실(28)은 부압 상태가 되어, 액체수용탱크(14)내의 전해액(L)이 펌프실(28)내로 흡입된다.

이에 대해, 구동로드(35)를 전진이동시키면, 구동실(38)이 수축하여 구동실(38)내의 액체 매체(M)가 연통공(39)을 통해 구동실(29)로 공급되어, 구동실(29)이 팽창한다. 이로 인하여, 튜브(27)가 직경방향으로 수축하여 펌프실(28)이 수축하게 된다. 펌프실(28)이 수축할 때, 1차측 개폐밸브(23)를 닫고 2차측 개폐밸브(24)를 열면, 펌프실(28)은 토출압으로 가압되고 펌프실(28)내의 전해액(L)은 토출노즐(13)로부터 토출되어 전지용기(B)에 주입 공급된다.

토출노즐(13)은 진공실(11a)에 대해 개구되어 있어서, 진공실(11a)를 부압 상태로 하면, 토출노즐(13)의 내부 유로도 부압상태가 된다. 이 상태에서, 2차측 개폐밸브(24)를 개방시키면, 펌프실(28) 내에도 부압이 전달되게 된다. 이처럼, 펌프실(28)내에 부압이 전달된 상태 하에서, 펌프실(28)을 수축시켜 토출노즐(13)로부터 전지용기(B)로 전해액(L)을 주입하면, 펌프실(28)의 전해액(L)이 진공실(11a)에 흡출되게 된다. 이 때문에, 토출노즐(13)로부터 토출되는 전해액(L)의 토출량이 구동로드(35)의 토출 스트로크에 대응하지 않게 되므로, 일정량의 전해액(L)을 높은 정밀도로 전지용기(B)에 주입할 수 없게 된다.

그 때문에, 도 1에 나타낸 액체공급장치(10)에 있어서는, 토출노즐(13)의 내부유로에는 스로틀링부(40)가 형성되어 있다. 상기 스로틀링부(40)는 2차측 배관(22)중 2차측 개폐밸브(24)와 유출포트(19a) 사이의 유로직경보다 토출노즐(13)의 유로직경이 작게 하는 것으로 형성되어 있다. 이와 같이, 토출노즐(13)에 스로틀링부(40)를 마련하면, 2차측 개폐밸브(24)를 개방시킨 상태하에서, 펌프구동부재로서의 구동로드(35)에 의해 펌프실(28)을 수축시켜 전해액(L)을 진공실(11a)내에 토출하여 전지용기(B)에 주입하는 과정에서는, 진공실(11a)내의 부압, 즉 진공이 펌프실(28)에 전달되는 것이 방지된다. 즉, 전해액(L)의 주입과정에서는, 펌프실(28)의 압력이 대기압 이상의 토출 압력으로 유지된다. 이로 인하여, 펌프실(28)에서 토출노즐(13)을 향하여 토출되는 전해액(L)의 토출량은, 펌프실(28)의 수축량에 정확하게 대응된다. 상기 수축량은 벨로우즈(36)의 신장이동의 스트로크에 대응되고, 토출노즐(13)에서 토출되는 전해액(L)의 양은 구동로드(35) 이동량에 정비례한다.

펌프실(28)을 수축시켜 전지용기(B)내에 전해액을 주입하는 주입 과정의 개시부터 종료까지가 토출 과정의 전부이다. 그 모든 토출 과정에서 진공실(11a)내의 부압이 펌프실(28)에 전달되지 않도록 하려면, 다음과 같이 한다. 즉, 전지용기 (B) 내로 전해액(L)의 주입을 개시할 때에는 2차측 개폐 밸브(24)의 개방 동작을 구동로드(35) 구동 개시보다 지연시키는 것이 바람직하다. 또한, 주입 정지시에는 2차측 개폐 밸브(24)의 폐쇄동작을 구동로드(35)의 구동 정지보다 앞당기는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 펌프실(28)의 압력이 대기압 이상의 토출 압력으로 유지된다.

도 1에 나타낸 액체 공급 장치(10)에서는 스로틀링부(40)를 토출 노즐(13)의 유로에의해 형성하고 있다. 그러나, 스로틀링부(40)를 토출 노즐(13)에 형성하지 않고, 스로틀링부(40)를 2차측 배관(22) 중에서 2차측 개폐 밸브(24) 보다 하류측 부분에 형성하여도 된다.

스로틀링부(40)를 형성함에 있어서는, 액체인 전해액(L)의 점도와 토출 노즐(13)로부터의 토출 유속에 따라, 스로틀링부(40)의 내경 치수와 길이 치수가 설정되게 된다. 예를 들어, 토출 노즐(13)에 내경을 1mm로 하고 길이를 20mm로 한 유로에 의해 스로틀링부(40)를 형성한 경우에는, 전해액(L)을 10ml/sec의 유속으로 토출 노즐(13)로부터 토출시킬 수 있고, 동일한 내경으로 하고 길이를 50mm로 하여 스로틀링부(40)를 형성한 경우에는, 전해액(L)을 5ml/sec의 유속으로 토출할 수 있었다.

도 1에 나타낸 스로틀링부(40)는 내경이 일정한 고정 스로틀링이지만, 스로틀링부(40)의 다른 형태로서는 가변 스로틀링이 있다. 가변 스로틀링을 토출 노즐(13)에 형성하면, 액체의 점도에 따라 토출 노즐(13)의 내경을 조절할 수 있다. 가변 스로틀링을 토출 노즐(13)에 설치하지 않고, 2차측 배관(22)중 2차측 개폐 밸브(24)보다 하류측 부분에 형성하여도 된다. 또한, 스로틀링부 (40)의 다른 형태로서는, 토출 노즐(13)의 유로 길이를 조정할 수 있는 구조의 가변 스로틀링으로 할 수 있다.

펌프실(28)을 팽창시켜 액체 수용 탱크(14)의 전해액(L)을 펌프실(28)내에 공급할 때는, 2차측 개폐 밸브(24)가 폐쇄되므로, 펌프실(28)에는 부압이 전달되지 않는다. 따라서, 전해액(L)을 전지 용기(B)에 주입하는 것과 다르게, 구동로드(35)의 후퇴 이동 개시와 거의 동시에 1차측 개폐밸브(23)를 개방 동작시킬 수 있다. 또한, 구동로드(35) 후퇴 이동 개시보다 빠르게 1차측 개폐 밸브(23)를 개방할 수도 있다.

도 2는 액체 공급 장치(10)의 구동 제어 회로를 나타낸 블록도이다. 1차측과 2차측의 두개의 전자 밸브(25,26)와 구동로드(35)를 왕복 운동하기 위한 전동 모터(41)는 컨트롤러(42)에 의해 제어되도록 되어 있다. 컨트롤러(42)에는 펌프 토출 동작과 흡인 동작을 지시하는 지시 신호(43)가 상위 컨트롤러에서 보내지도록 되어 있다.

도 3은 도 1에 나타낸 액체 공급 장치의 펌프 토출 동작과 펌프 흡입 동작을 나타내는 타임 차트이다. 도 3을 참조하여 액체 공급 장치(10)에 의해 전지 용기(B)에 전해액(L)을 주입 공급하는 순서에 대해서 설명한다.

토출 노즐(13)로부터 진공실(11a) 내의 전지 용기(B) 내에 전해액(L)을 주입함에 있어서는, 진공실(11a) 내의 압력이 대기압 이하의 압력 즉 진공 상태로 유지된다. 이로 인하여, 미리 진공실 (11a)내에 배치된 피주입물로서의 전지 용기(B)의 내부는 부압 분위기로 유지된 상태가 되어, 다공질의 세퍼레이터 내에 들어간 공기가 외부로 배출된다. 이 상태 하에서 지시 신호가 컨트롤러(42)에 보내지면, 구동로드(35)가 구동 유닛(31)에 내장된 전기모터 등의 구동 수단에 의해 전진 구동되어 펌프 토출 동작이 실행된다. 구동 수단에 의해 구동로드(35)가 전진 구동이 시작되고 나서, 펌프실(28)에서 2차측 배관(22)을 향하여 전해액(L)이 토출되는 유량이 일정하게 되기까지에는 약간의 지연이 있다. 상기 전진 구동 개시보다 지연 시간(Ta) 만큼 늦게 2차측 개폐 밸브(24)를 개방시킨다. 펌프 토출 동작이 행해질 때에는, 1차측 개폐 밸브(23)는 닫힌 상태로 유지된다.

도 3에 나타내 것과 같이, 2차측 개폐 밸브(24)의 개방 동작 시간을 구동로드(35)에 의한 펌프 토출 동작 개시 시간보다 지연시키면, 펌프실(28) 내의 압력은 급속하게 상승한다. 2차측 개폐 밸브(24)가 개방된 후에는 펌프실(28) 압력은 저하하게 되지만, 토출 노즐(13)에는 스로틀링부(40)가 형성되어 있기 때문에 펌프실(28) 내의 압력이 부압 상태가 되지않고, 정압(正壓)으로 유지된다. 2차측 개폐 밸브(24)가 개방되고 나서 소정의 시간이 경과하면, 펌프실(28)내의 압력은 구동로드(35)의 전진 이동에 의해 설정되는 일정한 토출 압력이 된다. 즉, 스로틀링부(40)의 선단측, 즉 진공실(11a)측은 부압이 되고, 스로틀링부(40)의 후단측, 즉 2차측 배관(22)측은 펌프 토출압이 된다. 이처럼, 스로틀링부(40) 선단측과 후단측의 사이에는 압력 구배가 발생한다. 이것이 스로틀링부(40)의 효과이다. 바꿔 말하면, 전해액(L)은 토출 저항에 의한 압력구배속을 정상 상태로서 스로틀링부(40)를 흐른다.

토출 노즐(13)로부터 전지 용기(B) 내로 일정량의 전해액(L)이 주입된 후에는, 2차측 개폐밸브(24)를 폐쇄한다. 상기 2차측 개폐밸브(24)의 폐쇄 동작은, 구동로드(35)의 구동 정지시기보다 소정의 시간(Tb) 만큼 빨리 진행된다. 이와 같이, 펌프토출 동작의 종료 동작시기보다 2차측 개폐 밸브(24)를 빨리 닫으면, 펌프 토출 동작이 완전히 종료될 때까지 펌프실 (28)의 압력이 부압이 되는 것이 방지되어, 정압으로 유지된다.

펌프실(28)내에 전해액(L)을 흡인 주입할 때에는, 도 3에 나타낸 것과 같이, 2차측 개폐 밸브(24)를 폐쇄한 상태하에서, 1차측 개폐 밸브(23)를 개방함과 동시에 구동로드(35)를 후퇴 이동시키는 펌프 흡입 작업을 행하게 된다.

도 4 및 도 5는 각각 비교예로서 나타내는 액체 공급 장치의 펌프 토출 동작과 펌프 흡입 동작 타임 차트이다.

도 4는 토출노즐(13)에 스로틀링부(40)를 마련하지 않는 액체 공급 장치를 사용하여, 전해액(L)의 토출시에 2차측 개폐 밸브(24)의 개방 동작과 구동로드(35)에 의해 펌프 토출 동작을 거의 동시에 개시한 경우의 토출할 때의 펌프실(28)의 토출 압력 변화를 나타낸다. 스로틀링부(40)를 액체 공급 장치에 형성하지 않으면, 진공실(11a)의 부압이 펌프실(28)내에 전달되게 되므로, 토출 노즐(13)로부터 전지 용기(B)에 대한 전해액(L) 주입은, 진공실(11a) 내의 부압에 의한 흡출에 의해 수행되게 된다. 이 때문에, 주입량은 구동로드(35)의 스트로크에 의존하지 않게 되므로, 높은 정밀도로 전해액을 주입할 수 없다.

도 5는 도 1에 나타낸 바와 같이 토출 노즐(13)에 스로틀링부(40)를 설치한 액체 공급 장치를 사용하고 있지만, 2차측 개폐 밸브(24)의 개폐 동작과 구동로드(35)에 의한 펌프 동작의 개시 종료를 동기화한 경우의 토출할 때의 펌프실(28)의 토출 압력의 변화를 나타낸다.

2차측 개폐 밸브(24)의 개방 동작과 펌프 동작 개시를 동시에 행하면, 즉시, 진공실(11a)의 부압이 펌프실(28)내에 전달되어 펌프실(28) 압력이 부압이 된다. 그 이후에는 전해액(L)이 스로틀링부를 흐르기 시작하고 그곳에 압력 구배가 생기기 때문에, 도시한 것과 같이 펌프실(28)의 압력이 상승한다. 전해액의 흐름이 정상 상태에 이르면 압력 구배도 일정하게 되어, 펌프실(28)의 압력은 일정하게 된다.

순간적으로 펌프실(28)에 부압이 전달되면, 더 높은 정밀도의 토출이 달성되지 않게 되지만, 도 3에 나타낸 것과 같이, 2차측 개폐 밸브(24)의 개폐 타이밍과 펌프 동작의 타이밍에 시간 차이를 둠으로써, 펌프 작동 개시시와 종료시에도 부압이 펌프실(28) 내에 전달되지 않고, 토출 정밀도를 더 높일 수 있다.

도 6은 2차측 개폐 밸브(24)를 나타내는 단면도이다. 밸브 케이스(45)에는 펌프 본체(15)가 접속되는 1차측 포트(46)와 토출 노즐(13)이 접속되는 2차측 포트(47)가 형성되어 있다. 두 포트가 연통하는 밸브실(48)에는 다이어프램형의 밸브체(49)가 배치되어 있고, 밸브체(49)는 2차측 포트(47)가 개구하는 밸브시트(50)에 접촉하는 위치와 밸브시트(50)에서 멀어지는 위치로 개폐 동작을 한다. 밸브체(49)에 형성된 밸브축(51)에는 밸브체(49)를 닫는 방향으로 스프링력이 가해서, 전자 밸브(26)의 파일럿 유로(26a)로부터 파일럿 압력이 가해지게 되어 있어서, 파일럿 압력이 가해지면 스프링력에 맞서 밸브체(49)는 밸브시트(50)로부터 떨어져 2차측 개폐 밸브(24)가 개방 상태로 된다. 밸브시트(50)에 개구된 포트를 2차측 포트(47)로 하여 이것에 토출 노즐(13)을 접속하면 진공 탱크(11)내의 부압에 의해 밸브체(49)는 밸브시트(50)에 밀착하는 방향의 흡착력을 받게 되어, 2차측 개폐 밸브(24)의 밀봉성을 높일 수 있다. 게다가 다이어프램형 밸브체(49)를 사용하면, 개폐시의 2차측 포트(47)내의 전해액의 이동을 적게 할 수 있기 때문에 토출 노즐(13)로부터의 토출 정밀도를 높일 수 있다.

1차측 개폐 밸브(23)를 2차측 개폐 밸브(24)와 유사한 에어 오퍼레이트 밸브를 사용하도록 하면, 1차측과 2차측의 개폐 밸브를 한 종류의 개폐밸브로 할 수 있다. 도 6에 나타낸 에어 오퍼레이트 밸브를 1차측 개폐 밸브(23)로서 사용하는 경우에는, 도 6에 나타낸 2차측 포트(47)를 펌프실(28)에 연통시키게 된다. 또한, 각각의 개폐 밸브(23,24)로서 에어 오퍼레이트 밸브를 사용하지 않고 유로를 개폐하는 2포트형으로서, 전기 신호에 의해 개폐 작동하는 전자밸브를 사용하도록 해도 된다.

도 1에 나타낸 액체 공급 장치(10)에서는, 액체 공급 펌프(20)가 펌프실(28)이 형성된 펌프 본체(15)와 벨로우즈(36)가 포함된 펌프구동부(16)를 구비하고, 구동 로드(35)의 축 방향 왕복 운동을 간접 매체로서의 액체 매체(M)를 통해 펌프실(28)을 팽창수축시키고 있다. 슬라이딩(摺動)하는 부분이 없기 때문에, 펌프실(28)이 토출 압력에까지 가압되어도 외부에 전해액(L) 또는 액체 매체(M)가 누출되는 일이 없다.

도 7은 액체 공급 펌프의 다른 형태를 나타내는 단면도이다. 상기 액체 공급 펌프(20a)는 액체 매체(M)를 사용하지 않고, 도 7에 나타낸 것과 같이, 벨로우즈(36)에 의해 직접 펌프실(28)을 팽창 수축시키도록 하고 있다. 펌프 케이스(15a)는 폐쇄벽(52)이 형성된 원통부재(53)에 의해 형성되고, 원통부재(53)의 내면과 벨로우즈(36)에 의해 펌프실(28)이 구획되어 있다. 구동로드(35)에 의해 벨로우즈(36)를 신축시키면, 펌프실(28)이 팽창 수축하여 펌프 동작을 행하게 된다.

액체 공급 펌프의 다른 형태로는 예를 들면, 일본 특허 제 4547368 호 공보에 기재된 바와 같이, 피스톤과 이것이 왕복 운동 가능하게 장착되는 실린더를 가지는 구조의 것을 사용할 수 있다. 상기 형태의 액체 공급 펌프에서는, 피스톤이 실린더에 슬라이딩 접촉하고 있지만, 밀봉실이 벨로우즈커버로 덮여 있기 때문에, 구동 실내의 액체매체가 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다. 나아가, 다른 액체 공급 펌프의 형태로서는, 예를 들어, 일본 특허 제 3554115 호 공보에 기재된 바와 같이, 펌프실을 내부에 형성하는 튜브 외측에, 대형 벨로우즈부와 소형 벨로우즈부를 갖는, 축 방향으로 탄성 변형 자재한 벨로우즈를 배치하고, 벨로우즈와 튜브 사이에 매체액이 봉입된 구동실을 설치하도록 한 구조의 것을 사용할 수 있다. 이러한 액체 공급 펌프는 모두 전해액이나 매체액이 외부로 누출되지 않도록 한 형태이지만, 피스톤을 이용한 실린더 타입을 사용하는 것도 가능하다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경할 수 있다. 도 1에 나타낸 액체 공급 장치는 2차 전지를 제조하기 위하여 전지 용기(B)에 전해액(L)을 주입하는 공정에 사용되고 있지만, 부압분위기로 유지된 용기 내에 액체를 주입하기 위해서라면, 본 발명의 유체 공급 장치는, 배터리 용기 내에 전해액을 주입하는 경우 이외에도 사용할 수 있다.

본 발명은, 예를 들어 전지용기의 속에 전해액을 주입하는데 적용된다.

Claims

액체를 수용하는 액체수용 탱크에 접속되는 1차측 배관과 액체를 피주입물에 주입하는 토출 노즐에 접속되는 2차측 배관을 연통시키는 펌프실을 구비하고, 상기 펌프실을 팽창시켜서 상기 액체수용 탱크내의 액체를 상기 펌프실에 흡입하고, 상기 펌프실을 수축시켜서 액체를 토출 노즐로부터 토출하는 펌프 구동부재가 설치된 액체공급 펌프를 이용하여, 부압분위기로 유지된 상기 피주입물에 액체를 공급하는 액체공급방법으로서,
상기 1차측 배관에 설치된 1차측 개폐 밸브에 의해 상기 1차측 배관의 유로를 개방하고, 상기 2차측 배관에 설치된 2차측 개폐 밸브에 의해 상기 2차측 배관의 유로를 폐쇄한 상태하에 상기 펌프실을 팽창시켜서 상기 펌프실내에 액체를 흡입하는 흡입공정과,
상기 1차측 배관의 유로를 상기 1차측 개폐밸브에 의해 폐쇄하고, 상기 2차측 배관의 유로를 상기 2차측 개폐 밸브에 의해 개방한 상태하에, 상기 2차측 개폐밸브에서 상기 토출 노즐의 선단까지의 사이에 설치된 스로틀링부에 의해 부압이 상기 펌프실에 전달되는 것을 방지하면서, 상기 펌프실을 수축시켜서 상기 펌프실내의 액체를 상기 토출 노즐로부터 피주입물에 주입공급하는 주입공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체공급방법.
제1항에 있어서, 피주입물내로 액체주입을 개시할 때, 상기 2차측 개폐 밸브의 개방동작을 상기 펌프 구동부재의 구동개시보다도 지연시키는 것을 특징으로 하는 액체공급방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
피주입물내에 액체를 주입하는 것을 정지할 때, 상기 2차측 개폐 밸브의 폐쇄동작을 상기 펌프 구동부재의 구동정지보다도 앞당기는 것을 특징으로 하는 액체 공급방법.
부압 분위기로 유지된 피주입물에 액체를 공급하는 액체공급장치로서,
액체를 수용하는 액체수용 탱크에 접속되는 1차측 배관과 액체를 피주입물에 주입하는 토출 노즐에 접속되는 2차측 배관을 연통시키는 펌프실을 구비하고, 상기 펌프실을 팽창시켜서 상기 액체수용 탱크내의 액체를 상기 펌프실에 흡입하고, 상기 펌프실을 수축시켜서 액체를 토출 노즐로부터 토출하는 펌프 구동부재가 설치된 액체공급 펌프와,
상기 1차측 배관에 설치되고, 상기 펌프실을 팽창시킬 때 상기 1차측 배관의 유로를 개방하는 한 편, 상기 펌프실을 수축시킬 때 상기 1차측 배관의 유로를 폐쇄하는 1차측 개폐 밸브와,
상기 2차측 배관에 설치되고, 상기 펌프실을 팽창시킬 때 상기 2차측 배관의 유로를 폐쇄하는 한 편, 상기 펌프실을 수축시킬 때 상기 2차측 배관의 유로를 개방하는 2차측 개폐 밸브와,
상기 2차측 개폐 밸브에서 상기 토출 노즐의 선단까지의 사이에 설치되고, 상기 펌프실을 수축시켜서 액체를 피주입물 내에 주입하는 과정하에서는 부압이 상기 펌프실에 전달되는 것을 방지하는 스로틀링부를 구비하는 것을 특징으로 하는 액체 공급장치.
제4항에 있어서,
피주입물내로 액체주입을 개시할 때, 상기 2차측 개폐 밸브의 개방동작을 상기 펌프 구동부재의 구동개시보다도 지연시키는 것을 특징으로 하는 액체공급장치.
제4항 또는 제5항에 있어서,
피주입물내에 액체를 주입하는 것을 정지할 때, 상기 2차측 개폐 밸브의 폐쇄동작을 상기 펌프 구동부재의 구동정지보다도 앞당기는 것을 특징으로 하는 액체공급장치.
제4항 내지 제6항의 어느 한 항에 있어서,
상기 스로틀링부는 상기 토출 노즐의 내경을 조절하는 가변 스로틀링부인 것을 특징으로 하는 액체공급장치.
제4항 내지 제7항의 어느 한 항에 있어서,
상기 2차측 개폐 밸브는 공기압에 의해 각각의 유로를 개폐하는 에어 오퍼레이트 밸브인 것을 특징으로 하는 액체공급장치.
제4항 내지 제7항의 어느 한 항에 있어서,
상기 스로틀링부는 상기 토출 노즐의 유로의 길이를 조정하는 가변 스로틀링부인 것을 특징으로 하는 액체공급장치.
제4항 내지 제7항의 어느 한 항에 있어서,
상기 2차측 개폐 밸브는 전자 밸브(electromagnetic valve)인 것을 특징으로 하는 액체공급장치.