(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータを介して積層された電極群(4)の挿入されたケース(1)を気密に閉鎖する閉塞シリンダー(5)と、この閉塞シリンダー(5)で閉鎖されるケース(1)内を減圧できると共に、減圧した状態から圧力を上昇できる減圧機と、閉塞シリンダー(5)で閉鎖されるケース(1)の開口部に電解液(3)を注入する注液管(7)と、この注液管(7)に連通されている電解液(3)の一時貯溜室(8)と、一時貯溜室(8)に蓄えられる電解液(3)を押し出して、注液管(7)でもってケース(1)に注液するピストン(9)と、このピストン(9)を駆動する押圧機構とを備え、
閉塞シリンダー(5)がケース(1)の開口部を気密に閉塞して減圧機がケース(1)内を減圧する状態で、ピストン(9)が一時貯溜室(8)の電解液(3)を注液管(7)からケース(1)に注液するように構成されてなる電解液の充填装置であって、
注液管(7)の先端が、一時貯溜室(8)の電解液(3)の液面よりも上方まで延長されており、ピストン(9)が一時貯溜室(8)の電解液(3)の液面を押し上げて、電解液(3)を注液管(7)からケース(1)に充填するように構成されてなることを特徴とする電解液の充填装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として、コンデンサーや電池のケースに電解液を充填する装置に関する。とくに、本発明の装置は、電極群を入れたケースであって、速やかに電解液を電極群の隙間に浸透できないケースに電解液を充填するのに最適な電解液の充填装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
オイルコンデンサーや電池は、電極群を入れたケースに電解液を充填し、その後ケースを閉塞して製造される。ケースに電解液を充填するとき、電極群の隙間に電解液を含浸させるには時間がかかる。とくに、電極板を密に積層した電極群を内部に収納したケースは、電解液の充填に極めて時間がかかる。それは、ケースに電解液を充填しても、電解液は電極群の隙間にスムーズに浸透されないからである。電解液の浸透に時間がかかるため、この間にケース内に不純物が侵入し易くなる弊害がある。この弊害を防止するために、電解液を充填したケースを最適な環境に調整されたストックヤードに保存して静置する必要がある。さらに、静置する湿度等の環境が適正でないと、水分が侵入して電気特性を低下させる等の弊害も発生する。さらにまた、多量のケースを静置するために広いストックヤードを必要とする。また、能率よくコンデンサーや電池を多量生産できない欠点もある。
【０００３】
このため、従来は、垂直に立てたケースに必要な所定の量の電解液を充填し、その後長い時間静置して、電極群の隙間に徐々に電解液を浸透させていた。この方法は電解液を電極群に含浸させるのに時間がかかって、能率よく電解液を充填できない欠点がある。さらに、この方法は、ケースに所定量の電解液を充填すると、電解液がケースから溢れる。ケースに充填した電解液が漏れるのは、電解液の注液量を、電極群に含浸された状態で適量になるように決定されるにもかかわらず、電解液が電極群の隙間に速やかに含浸しないため、ケースから溢れてしまうためである。したがって、図１に示すように、ケース１の開口部に、封口ガスケットで水密にカバー２を装着し、カバー２の内部に、必要な量の電解液３を充填して静置している。ケース１に一つづつカバー２を装着するには手間がかかり、電解液３を能率よくケース１に充填することを難しくしている。また、電解液３を電極群４の隙間に十分に含浸させるために、例えば２時間静置しておく必要があり、極めて生産効率が悪い。多量生産するためには、多くの設備が必要になり、カバー２の装着も大変な手間となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
電解液を速やかに電極群に含浸させるために、電解液を入れたケースの開口部を気密に閉塞し、閉塞したケースの開口部を真空ポンプで減圧する装置が開発されている。この装置は、ケース内を減圧するので、電極群の隙間にある空気が気泡となって電解液の液面に浮上する。このため、静置する方法に比較すると、相当に速い時間に電解液を電極群の隙間に充填できる。ただ、この装置は、減圧したときに、電極群の隙間にあった空気が気泡になるが、この気泡が微細なために、速やかに電解液の液面に浮上しない欠点がある。微細な気泡は、電極群の表面に付着し、あるいは、電極群の隙間からスムーズに排出されず、電解液の液面に速やかに浮上しない。このため、この装置は、電解液を電極群の隙間に充分に浸透させる時間を、充分に満足できる程度にまでは短くできない。電解液を電極群に浸透させる時間は、電極群の隙間、すなわち密度にもよるが、約数分間はかかって、１分以内に短縮することが難しい。
【０００５】
本発明者は、さらに、電解液の充填時間を短縮するために、減圧するのに代わって、電解液を充填したケースの開口部を閉塞して加圧する装置を開発した。この装置は、ケース内を１気圧以上に加圧できるので、電解液を強制的に浸透させることで、減圧する装置に比較すると、より短時間で電解液を浸透できる特長がある。ただ、この装置は、いったんは電極群の隙間に含浸させた電解液が、ケースの加圧状態を開放して大気圧に戻した瞬間に、ケースから飛び出してしまう欠点がある。それは、ケースの加圧状態を開放した瞬間に、電極群の隙間で加圧されて小さく押し潰されていた気泡が、大きく膨張するからである。
【０００６】
以上のように、ケースの開口部を閉塞して減圧する装置は、電極群の隙間にある空気をスムーズに排出するのが難しくて含浸に時間がかかる欠点があり、反対にケースを加圧する装置は、電極群の隙間にある空気が膨張して含浸された電解液を飛び出させる欠点がある。
【０００７】
本発明者は、減圧と加圧とを特別な条件で組み合わせることにより、従来の装置では到底に実現できないほど短い時間に、電極群の微細な隙間に、定量の電解液を速やかに浸透させることに成功した。したがって、本発明の重要な目的は、簡単かつ容易に、しかも短時間に定量の電解液を充填できる電解液の充填装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の電解液の充填装置は、セパレータを介して積層された電極群４の挿入されたケース１を気密に閉鎖する閉塞シリンダー５と、この閉塞シリンダー５で閉鎖されるケース１内を減圧し、減圧した状態から圧力を上昇できる減圧機と、閉塞シリンダー５で閉鎖されるケース１の開口部に電解液３を注入する注液管７と、この注液管７に連通されている電解液３の一時貯溜室８と、一時貯溜室８に蓄えられる電解液３を押し出して、注液管７でもってケース１に電解液３を注液するピストン９と、このピストン９を駆動する押圧機構とを備える。
【０００９】
以上の充填装置は、閉塞シリンダー５でケース１の開口部を気密に閉塞し、減圧機でケース１内を減圧する状態で、ピストン９を駆動して、一時貯溜室８の電解液３を注液管７からケース１に注液する。
【００１０】
さらに、本発明の電解液の充填装置は、注液管７の先端を、一時貯溜室８の電解液３の液面よりも上方まで延長している。先端が液面よりも高い位置にある注液管７は、一時貯溜室８の電解液３が流入しない。電解液３を注液管７からケース１に注液するときは、ピストン９が一時貯溜室８の電解液３の液面を押し上げる。この構造の装置は、ピストン９が電解液３を押圧して電解液３をケース１に注液する。
【００１１】
本発明の電解液の充填装置は、下記のようにして、ケースに電解液３を注液する。
(1)  閉塞シリンダー５が、電極群４の挿入されたケース１を気密に閉塞する。
(2)  減圧機が閉塞シリンダー５で閉鎖されたケース１を減圧する。この工程で、ケース１内の空気が排気される。このため、電極群４の隙間にある空気も排気される。
(3)  ピストン９が一時貯溜室８の電解液３を押し出して、ケース１に注液する。ケース１に注液された電解液３は、空気が排気された電極群４の微細な隙間に速やかに浸透して含浸される。ピストン９は減圧されたケース１に電解液３を注液するために駆動される。すなわち、減圧機がケース１を減圧した後にピストン９が電解液３を注液する。
(4)  減圧機はケース１内を減圧した後、圧力を上昇させて注液された電解液３を電極の隙間にさらに速やかに含浸させる。
【００１２】
以上のようにして、電解液３をケース１に注液する本発明の装置は、気密に閉鎖したケース１に減圧状態で電解液３を注液する。減圧された状態でケース１に電解液３を注液するので、従来の装置のように、電極群４の空隙にある空気を、気泡状態として電解液３上に浮上させて排気する必要はない。空気は、電解液３の充填される前に電極群４の隙間を通過して、速やかに排気される。隙間から空気を排気した電極群４に充填される電解液３は、速やかに電極群４の微細な空隙に浸透する。空隙に溜る空気が、電解液３の浸透を阻害しないからである。したがって、減圧した状態でケース１に充填された電解液３は、速やかに電極群４の隙間に浸透する。
【００１３】
ただ、この状態において、電解液３は完全には電極群４の隙間に含浸されない。減圧して電極群４の隙間にある空気を完全に排気することが難しいからである。空気が残存する電極群４の空隙に電解液３を強制的に含浸させるために、本発明の充填装置は、減圧機でもって、減圧した後にケース１内の圧力を上昇させる。圧力が上昇すると、電極群４の隙間に残存する空気の体積が小さくなる。空気の体積は圧力に反比例するからである。とくに、減圧された状態で膨張している空気は、圧力を上昇させることによって、体積が減少される。たとえば、７６Ｔｏｒｒの真空度に減圧しているケース１内を大気圧にすると、空気の体積は１／１０に減少し、大気圧よりも１気圧高くすると、１／２０に減少する。体積の減少した空気は、電極群４の隙間に電解液３が浸透されるのを阻害しなくなる。このため、圧力を上昇させることにより、電解液３は電極群４の隙間にさらにスムーズに浸透される。さらに、減圧した状態から相対的に圧力を上昇させるので、それほど絶対的な圧力を高くすることなく、電極群４の隙間に残存する空気の体積を著しく減少できる。このため、たとえケース１内を加圧しても、大気圧以上にそれほど加圧しないで、電解液３を浸透できるので、ケース１の加圧状態を開放して大気圧に戻したときに、電極群４に含浸された電解液３が飛び出すこともない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための電解液の充填装置を例示するものであって、本発明は電解液の充填装置を下記のものに特定しない。
【００１５】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解し易いように、実施の形態に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。
【００１６】
本発明の電解液の充填装置の一形態を図２に示す。この図に示す装置は、大きく分けて土台１０と閉塞シリンダー５とピストン９から構成される。図のような装置が１台または数台、あるいは数十台、ラインとして並べられ、並列にそれぞれの装置がケース１に電解液３を充填して、処理能力を大きくできる。
【００１７】
土台１０には、電極群４の挿入されたケース１が装着される。ケース１は土台１０に垂直に固定され上端を開口しており、ここから電解液３が注入される。ケース１の内部には、セパレータ等を介して積層された電極群４が挿入されている。この電極群４に電解液３を含浸させて、電解液３をケース１内に充填する。
【００１８】
土台１０は電解液の充填装置の下部に位置し、中央にケース１を固定するための支持部１０Ａが設けられている。支持部１０Ａは、ケース１に電解液３が充填できるようにケース１を保持するためのものであり、例えばケースの側面を挟着する部材や、ケースを挿入する挿入口等の構造が使用できる。
【００１９】
土台１０はキャリアの役目も果たし、電解液３を充填しようとするケース１を保持して電解液の充填装置の下面に移動し、ケース１に電解液３が充填されると土台１０が移動して、次の電解液３を充填するケース１を保持した土台１０が充填装置の下面に移動し、順次ケース１を電解液の充填装置に移送していく。たとえばライン状のコンベアに複数のケースを保持した土台や、ルーレット状にケースを保持した土台等が使用できる。また、一つの土台に一つのケースを保持する構造の他、一つの大きな土台に複数のケースを保持する構造も使用できる。
【００２０】
電解液３を充填するケース１には、コンデンサーや電池等、内部に電極群を収納しており、ここに電解液３を充填しようとするものが全て使用できる。特に、高性能化を図るために電極板を高密度に積層した電極群は隙間がほとんどないので、電解液の充填が困難である。本発明の電解液の充填装置はこのような電極群を収納したケースでも、効率よく電解液を充填できる。また、この装置は電解液に限らず、隙間の狭い部分に液体を充填する他のものにも応用できる。
【００２１】
土台１０は、閉塞シリンダー５に連結される。閉塞シリンダー５は、電解液３の充填部５Ａと、シリンダー本体５Ｂからなる。電解液３の充填部５Ａは、閉塞シリンダー５の下面を開口している開口壁５ａと、開口壁５ａの上部に位置するノズル部１１で構成される。また充填部５Ａは、ケース１に電解液３を充填する充填チャンバー１２を有する。充填チャンバー１２は、上面をノズル部１１、側面を開口壁５ａ、下面の開口部を土台１０の上面で密閉されて構成される。
【００２２】
また、閉塞シリンダー５には減圧機（図示せず）と連結するための吸引部１３が接続される。吸引部１３は閉塞シリンダー５内部の充填チャンバー１２と連結され、吸引部１３を介して減圧機は充填チャンバー１２と接続される。
【００２３】
閉塞シリンダー５は、一時貯溜室８と充填チャンバー１２を有する。充填チャンバー１２は電解液３の充填部５Ａの内部に設けられ、充填部５Ａの上部は、シリンダー本体５Ｂと固定される。シリンダー本体５Ｂと充填部５Ａの間にはノズル部１１があり、ノズル部１１はシリンダー本体５Ｂの下面を封鎖する。シリンダー本体５Ｂは上方を開口しており、開口部はピストン９と接続して閉鎖される。シリンダー本体５Ｂで構成される閉塞シリンダー５の上部は、電解液３の一時貯溜室８を有する。
【００２４】
一時貯溜室８は、シリンダー本体５Ｂとノズル部１１からなる。一時貯溜室８には電解液３が充填される。一時貯溜室８の底面はノズル部１１で封鎖されている。ノズル部１１の中心には注液管７が挿通して固定されている。注液管７は一時貯溜室８を連通して、上端部分は電解液３の液面よりも上方まで延長されている。注液管７の下端は充填チャンバー１２内に突出し、ケース１の開口部に位置する。本発明の電解液の充填装置は、ピストン９で一時貯溜室８内の電解液３の液面を押し上げ、電解液３を注液管７を通じてケース１に充填する。
【００２５】
閉塞シリンダー５の上部はピストン９と連結される。ピストン９はピストン上下機構（図示せず）に連結されて、上下に移動する。ピストン９は、ピストン本体１４と閉鎖環１５とスプリング１６と押圧板１７とからなる。閉鎖環１５の中心にはピストン本体１４が挿通され、摺動自在に連結される。ピストン本体１４は円柱状で、中心に挿通孔１８を設ける。ピストン本体１４の上端は押圧板１７に固定され、押圧板１７と閉鎖環１５はスプリング１６で連結される。スプリング１６は、ピストン９と閉塞シリンダー５を連結したときにこの連結部を気密に保持するためのものである。押圧板１７はさらに押圧機構（図示せず）に連結されており、押圧機構で押圧板１７は上下される。押圧機構で押圧板１７が押し下げられるとピストン本体１４は降下され、押圧板１７が引き上げられると、ピストン本体１４は上昇される。
【００２６】
次に、土台１０と閉塞シリンダー５の連結部を説明する。土台１０は閉塞シリンダー５の下部と連結される。閉塞シリンダー５は垂直方向に上昇、降下が可能で、図示しないがシリンダー上下機構に連結されている。閉塞シリンダー５は上部のシリンダー本体５Ｂと下部の電解液３の充填部５Ａとからなる。充填部５Ａは電解液３をケース１に充填する部分であり、土台１０と連結して充填チャンバー１２を構成する。閉塞シリンダー５は下部の充填部５Ａで土台１０と連結され、土台１０と閉塞シリンダー５の連結部は気密に閉鎖される。閉塞シリンダー５は圧変化に十分対応できる強度を有し、かつ電解液３に接触して錆等の変質をしないもの、例えばステンレス等の金属が使用できる。
【００２７】
図３に示す土台１０は、ケース１の支持部１０Ａと、段差面１０Ｂとを有し、凸状の円柱形状をしている。一方、電解液３の充填部５Ａは底面を開口する円筒状で、側面を開口壁５ａで構成しており、その断面は逆凹状で、凸状の土台１０と嵌合できる形状をしている。両者は中心軸が一直線上にあり、閉塞シリンダー５を垂直に降下させると充填部５Ａと土台１０とが嵌合できる位置にある。閉塞シリンダー５を土台１０に降下すると、土台１０の段差面１０Ｂと、開口壁５ａの端面が接触して、土台１０と充填部５Ａはぴったりと嵌合し、土台１０の支持部１０Ａの外周と充填部５Ａの開口壁５ａの内面が密着して、この部分で気密に閉鎖される。充填部５Ａと土台１０が気密に密着できるよう、土台１０の支持部１０Ａの外径は、充填部５Ａの開口壁５ａの内径にほぼ等しい。また、支持部１０Ａの側面にはＯリング等のシーリング部材が設けられ、土台１０と充填部５Ａが密着して、支持部１０Ａと開口壁５ａの隙間から空気が漏れないようにしている。
【００２８】
開口壁５ａの中間部では、ケース１の開口部で電解液３が充填される状態が確認できるよう、この部分に確認窓１９が設けられる。確認窓１９は圧変化に対応できる十分な強度を有し、かつ透明なガラス製等とし、閉塞シリンダー５の開口壁５ａに密着する円筒状をしている。接触面にＯリングを配して完全に密着できる。閉塞シリンダー５の開口壁５ａの一部で、ケース１の開口部が確認できる位置の部分を除去して、ここから確認窓１９を通じて電解液３の充填状態を確認できる。また、開口壁５ａを除去する部分は、閉塞シリンダー５の中心軸に対して相対する位置に２箇所または複数設けて、一部を確認窓１９とし、他を採光窓２０とすることができる。確認窓１９と相対する位置に採光窓２０を開口することで、ここから外部の光を閉塞シリンダー５に採光し、ケース１の開口部付近を明るくして電解液３を充填する様子が確認できる。
【００２９】
閉塞シリンダー５には図示しないが、減圧機が連結される。減圧機は、閉塞シリンダー５で閉鎖される空間を減圧でき、さらに減圧状態から圧力を上昇できる全てもの、例えば吸引ポンプや真空ポンプが使用できる。真空ポンプは、ポンプの運転を調節して空気の吸引量を変化でき、真空度を変えることで圧力を調節できる。はじめに空気を多く吸引して真空度を高め、すなわち圧力を低下して、ここから徐々に吸引を弱めて大気圧に近づけていき、すなわち相対的に加圧していくことができる。さらにポンプを逆転させて加圧して、大気圧よりも高い圧力状態とすることもできる。
【００３０】
減圧機は図示しないが、減圧機と閉塞シリンダー５の連結部は、図２に示すように、閉塞シリンダー５の側面で吸引部１３を、充填チャンバー１２に気密に接続している。充填チャンバー１２は、注液管７を通じて一時貯溜室８に連通される。一時貯溜室８および充填チャンバー１２を気密に閉鎖して減圧機を作動させると、充填チャンバー１２内部の空気が吸引され、減圧される。すると、充填チャンバー１２内のケース１の開口部から、電極群４の隙間の空気が排気され、電解液３を充填しやすい環境となる。同時に、一時貯溜室８に蓄えられる電解液３の上部に溜まった空気も、ピストン本体１４の挿通孔１８から注液管７を通じて排気される。一時貯溜室８から空気を除くことで、電解液３を充填する際に、電解液３中に気泡が混じってケース１に充填されることが防止される。減圧中の時点では、まだ電解液３は充填されない。
【００３１】
図２に示す装置を複数台備えて、多量のケースに並列に電解液を充填する場合、減圧機は複数設ける必要はなく、一台の減圧機にロータリージョイントを介して複数のホースに分岐して、各々の装置に吸引部を接続することもできる。この場合、ロータリージョイントを回転して吸引のオンオフを切り換え、あるいは吸引力を調整をすることができる。
【００３２】
本発明の電解液の充填装置は、減圧機で閉塞シリンダー５内を減圧した後、ピストン９を降下してケース１に電解液３を充填する。閉塞シリンダー５は上部に電解液３の一時貯溜室８を有する。一時貯溜室８は、シリンダー本体５Ｂとノズル部１１の上面からなる。シリンダー本体５Ｂは閉塞シリンダー５の上部に固定される。シリンダー本体５Ｂは円筒状で、内部に電解液３の一時貯溜室８を設ける。円筒状のシリンダー本体５Ｂの下面は、ノズル部１１の上面で閉鎖される。図２に示す装置では、電解液３の充填部５Ａを構成する開口壁５ａを円筒状として、開口壁５ａの上部で内周に密着させるように、円筒状のシリンダー本体５Ｂの外周と、シリンダー本体５Ｂの底面を封鎖する円盤状のノズル部１１とを固定する。
【００３３】
ノズル部１１の中心には注液管７が固定される。注液管７は閉塞シリンダー５内部で垂直方向に延長され、上端は一時貯溜室８に、下端は充填チャンバー１２に突出し、これらを連通する。注液管７の上端は、一時貯溜室８に蓄えられる電解液３の液面よりも上方まで延長される。注液管７の下端は、充填チャンバー１２内でケース１の開口部に位置する。ピストン９が降下し一時貯溜室８の電解液３の液面を押し上げると、液面が注液管７の上端に達し、電解液３は注液管７を通じて、減圧されたケース１に充填されるように構成されている。
【００３４】
一時貯溜室８は、電解液３が充填された状態で、ピストン９が降下して上端の開口部を閉鎖される。ピストン９はピストン上下機構（図示せず）によって、上昇、下降される。ピストン９を上昇位置として、一時貯溜室８の上端を開口して、ここから電解液３を供給ノズル２１で一時貯溜室８に充填する。電解液３の充填された一時貯溜室８の上端に、ピストン９は垂直に降下して、一時貯溜室８を気密に閉鎖する。したがって、ピストン９の中心軸と一時貯溜室８の中心軸、すなわち閉塞シリンダー５の中心軸は、同一の垂直線上にある。ピストン９に設けられたスプリング１６と、シリンダー本体５Ｂの上端に設けられたＯリング等の作用で、ピストン本体１４の降下等によっても、一時貯溜室８は気密状態に保たれる。
【００３５】
ピストン９をピストン上下機構で降下して、一時貯溜室８を閉鎖した状態から、さらにピストン本体１４を降下して、電解液３を押し出す。ピストン本体１４の上下移動は、押圧機構（図示せず）によって駆動される。押圧機構は、押圧板１７に連結されており、押圧板１７の下面には、ピストン本体１４の上端が固定されている。したがって、押圧機構が押圧板１７を降下させると、ピストン本体１４は押し下げられ、押圧機構が押圧板１７を上昇させると、ピストン本体１４は引き上げられる。
【００３６】
ピストン本体１４の中心には、挿通孔１８が設けられる。挿通孔１８は、円柱状のピストン本体１４の底面の中心から、中心軸に沿って、ピストン本体１４内部の途中まで設けられる。図２において、挿通孔１８はピストン本体１４の底面を開口し、途中で閉鎖されている。挿通孔１８の中心に注液管７が挿通できるように、挿通孔１８と注液管７も同一垂直線上にあり、挿通孔１８の内径は、注液管７の外径よりも一回り大きい。挿通孔１８と注液管７の隙間に電解液３を通すためである。また、挿通孔１８の長さは、ピストン本体１４を一時貯溜室８の底面までいっぱいに押し込んだときに、注液管７の先端が挿通孔１８の上端の閉鎖部に接触しない長さとする。
【００３７】
ピストン９を降下した状態で、注液管７は挿通孔１８に挿入される。ピストン本体１４をさらに降下させると、注液管７はさらに挿入される。一時貯溜室８には電解液３が充填されるので、ピストン本体１４を降下すると、電解液３には圧力が加わる。圧力の加えられた電解液３は、液面を下げられ、下方に行き場を失って、挿通孔１８と注液管７の間の隙間に押し上げられる。すなわち、挿通孔１８での電解液３の液面は上昇する。さらにピストン本体１４が押し下げられて、電解液３の液面が上昇して、挿通孔１８に挿入された注液管７の上端にまで達すると、電解液３は注液管７を通じて下方の充填チャンバー１２に流れ込む。注液管７の下端は充填チャンバー１２内に固定されたケース１の開口部に位置するので、一時貯溜室８から押し上げられた電解液３は、ケース１内に充填される。
【００３８】
シリンダー本体５Ｂは上端を開口した円筒状で、開口部をピストン９で閉鎖して一時貯溜室８は気密に封鎖される。一時貯溜室８の大きさはピストン本体１４が内部に挿入でき、かつ必要量の電解液３を充填できる容積に設計される。よって、シリンダー本体５Ｂの内径と、ここに挿入されるピストン本体１４の外径とはほぼ等しい。シリンダー本体５Ｂの内径と高さは、ケース一本に必要な量の電解液３を蓄えられる十分な容積となるよう決定される。一時貯溜室８には電解液３を蓄えておけるように底面をノズル部１１で封鎖している。
【００３９】
ノズル部１１はＯリング等を使用してシリンダー本体５Ｂと気密に閉鎖される。ノズル部１１の中心には注液管７が固定される。ノズル部１１は、シリンダー本体５Ｂの底面を構成し、また充填チャンバー１２の上部に位置してケース１の開口部に注液管７を位置させる。ノズル部１１で一時貯溜室８と充填チャンバー１２を分離し、注液管７を通じて一時貯溜室８と充填チャンバー１２を連通する。
【００４０】
ピストン９の駆動は、押圧機構によって制御される。押圧機構がピストン本体１４を上下させるタイミング、周期は、減圧機の動作と同期させる。すなわち、減圧機が作動して、気密に閉鎖された充填チャンバー１２内の空気を吸引しているときはピストン本体１４を上昇位置で停止させる。減圧機がケース１内を十分減圧してから、押圧機構はピストン本体１４を降下して電解液３を押し出し、ケース１に充填する。このように、まずケース１内の空気を除去して、電解液３を充填しやすい状態としてから、ピストン９で電解液３をケース１に充填するように、減圧機と押圧機構の動作を同期させることで、スムーズかつ迅速に電解液３をケース１内に充填することができる。
【００４１】
本発明の電解液の充填装置がケース１に電解液３を充填する様子を、図３から図１１に基づいて説明する。
(1)  図３に示すように、ケース１を土台１０にセットする。ピストン９と閉塞シリンダー５は上昇位置にある。ケース１のセットされた土台１０を閉塞シリンダー５の下部に位置させる。
【００４２】
(2)  図４に示すように、土台１０の上に閉塞シリンダー５を降下させて、閉塞シリンダー５と土台１０の接続部分を気密に密着する。このとき、ピストン９は上昇位置にあるので、閉塞シリンダー５は閉鎖されておらず、一時貯溜室８の上部は開口している。
【００４３】
(3)  図５に示すように、供給ノズル２１を移動して一時貯溜室８の開口部に位置させ、電解液３を一時貯溜室８に充填する。供給ノズル２１は、先端を一時貯溜室８の開口部に位置させることができるように、図示しないが、供給ノズル移動機構に連結される。また供給ノズル２１には、ケース１に充填する電解液３の貯蔵タンクが連結されており（図示せず）、貯蔵タンクから電解液３を必要な量供給できる。充填される電解液の量は、一本のケースに必要とされる電解液の量とする。このとき、注液管７の上端は電解液３の液面よりも上に位置するので、電解液３は注液管７から下に落ちることがなく、一時貯溜室８に溜まる。所定量の電解液３が充填されると、供給ノズル２１は一時貯溜室８の開口部から移動する。
【００４４】
(4)  図６に示すように、ピストン９をピストン上下機構で降下させて、閉塞シリンダー５の上部に連結する。この状態でピストン９と閉塞シリンダー５は密着されるので、一時貯溜室８は気密に閉鎖され、同時に充填チャンバー１２も密閉される。次に、密閉された充填チャンバー１２を減圧機で減圧する。減圧機は充填チャンバー１２と吸引部１３を介して連結されているので、減圧機で吸引して充填チャンバー１２内の空気を排気して減圧する。このとき、充填チャンバー１２と一時貯溜室８は注液管７を介して連結されているので、一時貯溜室８内の空気も吸引され、注液管７を通じて充填チャンバー１２内の空気と一緒に排気される。充填チャンバー１２は真空状態にまでする必要はなく、例えば６０Ｔｏｒｒとする。この工程で、ケース１内の電極群の隙間に存在する空気は大部分が排気される。
【００４５】
(5)  図７に示すように、減圧機で充填チャンバー１２内の負圧状態を保ったまま、ピストン本体１４を降下させる。すると一時貯溜室８の体積が減少して一時貯溜室８の圧力が上昇し、電解液３が挿通孔１８に押し上げられる。押し上げられた電解液３が注液管７の上端に達すると、注液管７を通過して下方に流れ込み、充填チャンバー１２のケース１に電解液３が充填される。充填チャンバー１２は減圧されており、ケース１内の電極群の隙間の空気はかなりの部分で排気されている。このため、電解液３は空気に邪魔されることなくスムーズに電極群の隙間に入り込み、またケース１内は真空状態に近い負圧なので吸い込まれるように急速に電極群の隙間に浸透していく。
【００４６】
なお、一時貯溜室８の電解液全てを押し出さなくとも、ケースに必要な量の電解液が充填されればよいので、ピストン本体１４を一時貯溜室８の最下部まで降下せずにピストン本体１４の降下を止め、一時貯溜室８に電解液３が少量残る状態とすることもできる。この場合、図５のようにピストン９を上昇したときの一時貯溜室８にはケース１に必要な量よりも多めの電解液３が充填されており、ピストン本体１４を降下すると一時貯溜室８には少量の電解液３が残り、次のケース１に充填する電解液３を必要な量、すなわち先にケース１に充填した量だけ供給ノズル２１から補充していき、ピストン本体１４の降下時には常に少量の電解液３が一時貯溜室８に残ることとなる。
【００４７】
一度にピストン本体１４を降下して電解液を所定量充填する方法の他、数段階に分けて充填することもできる。図８に示すように、ある程度ピストン本体１４を降下した状態で、ピストン本体１４の降下を一時的に止め、減圧機を調整して充填チャンバー１２の圧力を上げる。圧力を上げるには、充填チャンバー１２が負圧状態であるから、減圧機の吸引を弱めることで簡単に調整できる。そして、この圧力を維持したまま、図９に示すようにピストン本体１４をさらに降下して電解液３を加圧し、ケース１に供給する。圧力が上昇すると、空気は圧縮されて体積が減少するので、電極群の隙間の空気はさらに減少し、ピストン本体１４によって加圧された電解液３がさらにスムーズにケース１内に浸透する。ここで再びピストン本体１４の降下を止め、さらに減圧機を調整して充填チャンバー１２を加圧し、またピストン本体１４を降下して電解液３をケース１に充填する。このように、減圧機で加圧する工程とピストン本体１４を降下して電解液３を充填する工程を数回繰り返し、所定量の電解液３をケース１に充填する。例えば、はじめに減圧する圧力を６０Ｔｏｒｒとし、一定量電解液３を充填した後、減圧を弱めて２６０Ｔｏｒｒとして相対的に加圧し、以下同様に電解液３注入後４６０Ｔｏｒｒ、吸引を止め大気圧の７６０Ｔｏｒｒとし、さらに図９に示すように加圧して、大気圧より若干高い１．５ｋｇ／ｃｍ２とする。この方法であれば、一度に電解液を供給する方法に較べよりスムーズに、確実に無理なく電解液を浸透できる。
【００４８】
(6)  所定量の電解液３がケース１内に供給されると、加圧状態を解除する。このときの充填チャンバー１２内の圧力は大気圧に近い気圧となっている。この装置は大気圧を一旦減圧状態としてから次第に加圧していくので、最終的にはもとの大気圧に近い圧力に戻っており、例えば１．５ｋｇ／ｃｍ２となっている。この状態で充填チャンバー１２を開放してもほとんど圧力変化がないので、空気の膨張による電解液の飛び跳ねやオーバーフローはほとんど生じない。土台１０と閉塞シリンダー５の密閉状態を開放した後、図１０に示すように閉塞シリンダー５を上昇させ、さらに図１１に示すようにピストン９も上昇させてピストン９と閉塞シリンダー５の密閉状態を解除する。土台１０は閉塞シリンダー５の下部から水平方向に移動して、次に電解液３を充填するケース１を装着した土台１０が上昇した閉塞シリンダー５の下部に移送される。電解液３の充填されたケース１は土台１０から外し、さらに別の電解液３を充填するケース１を装着し、以下同様の工程を繰り返す。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の電解液の充填装置は、極めて短時間に、電極群を挿入したケースに電解液を効率よく充填できる特長を実現する。それは、いったん減圧状態として、電極群の隙間にある空気を排除し、隙間に電解液が浸透しやすい状態としてから電解液を充填し、さらに加圧して電解液をよりスムーズに充填する独特の構成によって、電解液をケースに充填するからである。内部に電極板を密に積層した電極群を有するケースに、短時間に電解液を充填するのは極めて困難である。特に、性能を上げるため高密度に積層した電極群を有するケースでは、電極間の隙間が極めて小さく、さらに隙間には空気もあるのでここに電解液を注入するにはかなりの時間がかかった。ケースを減圧して電解液を充填する装置では、電極群の隙間の空気が気泡になり、これが速やかに液面に浮上せず、電解液を電極群の隙間に浸透させる時間を短くできなかった。また、ケースを加圧して電解液を充填する装置では、加圧状態を開放したときに気泡が膨張して電解液が飛び散る欠点があった。本発明の電解液の充填装置は、減圧と加圧を巧みに組み合わせることにより、これらの装置の持つ欠点を解決することに成功した。
【００５０】
本発明の電解液の充填装置は、まず閉塞シリンダーを減圧して、充填チャンバー内の空気を吸引し、ケース内の電極群の隙間から空気を除去する。これにより、電極群に注液される電解液が、電極群の隙間に溜まる空気で浸透を邪魔されることが回避できる。減圧状態としてケース内の空気を排気してから電解液を注入すると、スムーズに電極群の隙間に電解液は浸透する。また、負圧状態であるから、電解液は電極群の間に吸い込まれるように吸収される。さらに、この状態から加圧して電解液を充填することで、さらにスムーズにケース内に浸透される。加圧することで、隙間に残った微細な気泡が圧縮され体積が小さくなるので、気泡によって浸透が阻害されることがさらに減り、電解液が電極群の微細な隙間に入りやすくなるからである。圧力を上げるほど、電解液はケース内により浸透される。また、いったん減圧してから次第に、段階的に加圧していくことで、ケース内の圧力を絶対的に高くすることなく、相対的に高めていくことができる。すなわち、圧力が高くなるといっても、減圧した状態から高くするので、大気圧か、大気圧よりも少し高い程度の圧力とできる。したがって、加圧状態を開放して大気圧に戻しても、圧変化はほとんど生じない。このことは、この装置にとって極めて大切な特長を実現するものである。それは、単に加圧するだけであれば、加圧状態から開放して大気圧に戻すと、体積が急激に膨張するため、押し縮められていた気泡がはじけ、電解液がケースから飛び出して溢れてしまうからである。一方、減圧して電解液を充填するだけでは、電極群の隙間から完全に空気を排気することが難しく、排気のための真空ポンプも大がかりで高価な装置となる。
【００５１】
本発明の装置は、減圧と加圧をうまく組み合わせることで、両方のメリットを生かし、極めて効率よくスムーズに、これまで困難とされてきた短時間での電極群を入れたケースへの電解液の充填を実現した。すなわち、まずケースを減圧して、電解液の浸透を阻害する空気を排除し、浸透しやすい環境とする。減圧する工程だけで空気を完全に排気するのは困難であるから、本発明の装置では真空状態にまでせずにおくことで、真空とするための大がかりな装置を不要にできる。つぎに、減圧状態から加圧していくことで、さらにスムーズに電解液を充填できる。いったん減圧してから加圧していくので、加圧のための特別な装置でなくても、例えば吸引ポンプの吸引力を弱めていくことで、負圧から相対的に加圧して圧力を上げていくことができる。つまり、減圧機の吸引力を調整することで、簡単に圧力を上げることができる。圧力を段階的に、あるいは次第に上げていき、最終的に大気圧に戻すか、大気圧よりも少し高い圧力とするだけで良いので、加圧のための設備も極めて簡単にできる。例えば、吸引ポンプを逆転させればよい。
【００５２】
このように、減圧してから加圧する電解液の充填装置は、真空状態にしたり、極めて高い圧力としたりするための設備が不要で、装置自体の構造を簡単でコンパクトに設計できる。ケースを静置しておくためのストックヤードのような、厳しい環境下で長時間管理する設備も不要で、従来の装置と較べ装置自体の小型化も図れ、また単位時間当たりの処理能力が極めて大きいので、装置の規模に対し生産能力の高いプラントとできる。本発明者が行った実験では、約６ｃｃのケースに４ｃｃの電解液を充填するのに要した時間は３０秒以下で、従来の装置に比較してはるかに短縮することができた。
【００５３】
さらにまた、本発明の電解液の充填装置は、電解液を充填する注液管の先端を一時貯溜室の電解液の液面よりも上方まで延長している。したがって、先端が液面よりも高い位置にある注液管に電解液は流入せず、一時貯溜室に電解液を蓄えることができる。ピストン本体が降下して一時貯溜室の電解液に圧力を加えると、圧力の加えられた電解液はピストン本体の挿通孔に集中して電解液の液面を上げる。押し上げられた電解液の液面が注液管の上端に達すると、注液管を通じて電解液はケースに充填される。
【００５４】
このように、予め蓄えられた電解液をケースに供給するピストンの押圧力、すなわちピストン本体を制御する押圧機構によって、ケースに充填する電解液の量、圧力、タイミングを正確に制御できる。つまり、ピストン本体を強く押し下げると圧力があがって電解液を勢いよくケースに供給でき、またピストン本体をゆっくりと押し下げて少量の電解液を少しずつ供給できる。ピストンの降下量を調整することで、ケースに供給する電解液の量を調整できるので、ケース内の圧力やすでに充填された電解液の浸透の度合いによって供給量を変えて、最適な状態で電解液をケースに供給できる。たとえばケースに速やかに電解液が浸透しているときは、供給する電解液の量を多くし、電解液の浸透する速度が遅くなったときは、電解液の量を減じて、ケースから電解液が溢れないように電解液の供給量を調整できる。この構造の装置は、充填する電解液の量を正確に制御できる特長を実現する。したがって、予め各段階での電解液の浸透する状態や速度を測定しておき、これに応じた押圧機構の動作を決定しておくことで、以後最適な状態で電解液を充填することができる。このように、ピストンの駆動で簡単に電解液の供給量を調整できる特長が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の電解液の充填装置を示す断面図
【図２】本発明の電解液の充填装置を示す断面図
【図３】本発明の電解液の充填装置を示す断面図
【図４】本発明の電解液の充填装置を示す断面図
【図５】本発明の電解液の充填装置を示す断面図
【図６】本発明の電解液の充填装置を示す断面図
【図７】本発明の電解液の充填装置を示す断面図
【図８】本発明の電解液の充填装置を示す断面図
【図９】本発明の電解液の充填装置を示す断面図
【図１０】本発明の電解液の充填装置を示す断面図
【図１１】本発明の電解液の充填装置を示す断面図
【符号の説明】
１…ケース
２…カバー
３…電解液
４…電極群
５…閉塞シリンダー      ５Ａ…充填部      ５Ｂ…シリンダー本体
５ａ…開口壁
７…注液管
８…一時貯溜室
９…ピストン
１０…土台              １０Ａ…支持部    １０Ｂ…段差面
１１…ノズル部
１２…充填チャンバー
１３…吸引部
１４…ピストン本体
１５…閉鎖環
１６…スプリング
１７…押圧板
１８…挿通孔
１９…確認窓
２０…採光窓
２１…供給ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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