(57)【要約】【課題】ワーク内部への電解液の注入時における電解液の液面の低下による電解液の注入不足を抑制可能な電解液含浸装置及び電解液注入方法を提供する。【解決手段】チャンバー内に配置され、ワークが電解液に浸漬されるワーク接液溝及びそのワーク接液溝に連接する蓄液領域を含む凹部が上面に形成され、ワーク接液溝及び蓄液領域に電解液が収納された電解液槽と、注入口の上端が電解液の液面よりも下になる位置でチャンバー内でワークを支持する支持機構と、チャンバー内を真空にする真空ポンプと、真空状態のチャンバー内にガスを導入するガス導入機構と、ワークに電解液が注入されることによって低下する液面の位置が注入口の上端よりも下の位置にならないように、電解液槽内の電解液の液面の位置に応じて電解液槽に電解液を供給して液面の位置を調整する液面調整装置とを備える。【選択図】図１
2014013816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に注入口が配置されたワークに真空差圧法によって電解液を注入する電解液含浸装置であって、
チャンバーと、
前記チャンバー内に配置され、前記ワークが電解液に浸漬されるワーク接液溝及び該ワーク接液溝に連接する蓄液領域を含む凹部が上面に形成され、前記ワーク接液溝及び前記蓄液領域に前記電解液が収納された電解液槽と、
前記ワークの少なくとも一部を前記ワーク接液溝で前記電解液に浸漬させ、前記注入口の上端が前記電解液の液面よりも下になる位置で前記チャンバー内で前記ワークを支持する支持機構と、
前記チャンバー内を真空にする真空ポンプと、
前記電解液に前記注入口全体が浸された状態で、真空状態の前記チャンバー内にガスを導入するガス導入機構と、
前記ワークに前記電解液が注入されることによって低下する前記液面の位置が前記注入口の上端よりも下の位置にならないように、前記電解液槽内の前記電解液の液面の位置に応じて前記電解液槽に前記電解液を供給して前記液面の位置を調整する液面調整装置と
を備えることを特徴とする電解液含浸装置。
【請求項２】
前記液面調整装置が、
前記液面の位置に関わらず一定の高さに保たれる基準位置、及び前記液面の液面位置を検出する検出装置と、
前記基準位置と前記液面位置との高低差が予め設定された設定値よりも大きい場合に、前記電解液容器に前記電解液を供給する電解液供給装置と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の電解液含浸装置。
【請求項３】
前記検出装置が、超音波を照射して前記基準位置と前記液面位置を検出することを特徴とする請求項２に記載の電解液含浸装置。
【請求項４】
前記液面調整装置が、前記ワークに前記電解液を注入した後の前記電解液の液面の位置に応じて前記液面の位置を調整することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電解液含浸装置。
【請求項５】
処理対象のワークが電解液に浸漬されるワーク接液溝及び該ワーク接液溝に連接する蓄液領域を含む凹部が上面に形成され、前記ワーク接液溝及び前記蓄液領域に前記電解液が収納された電解液槽を、チャンバー内に格納するステップと、
前記チャンバー内を真空にした後、前記ワークの少なくとも一部を前記ワーク接液溝で前記電解液に浸漬させ、前記ワークの注入口の上端が前記電解液の液面よりも下になる位置で前記チャンバー内で前記ワークを支持するステップと、
前記電解液に前記注入口全体が浸された状態で真空状態の前記チャンバー内にガスを導入して、前記ワーク内に前記電解液を注入するステップと、
前記ワーク内に前記電解液を注入した後の前記電解液槽内の前記電解液の前記液面の位置に応じて前記電解液槽に前記電解液を供給して、新たな前記ワークに前記電解液が注入されることによって低下する前記液面の位置が前記注入口の上端よりも下の位置にならないように、前記液面の位置を調整するステップと
を含むことを特徴とする電解液注入方法。
【請求項６】
前記液面の位置を調整するステップが、
前記液面の位置に関わらず一定の高さに保たれる基準位置、及び前記液面の液面位置を検出するステップと、
検出された前記基準位置と前記液面位置との高低差が予め設定された設定値よりも大きい場合に、前記電解液容器に前記電解液を供給するステップと
を含むことを特徴とする請求項５に記載の電解液注入方法。
【請求項７】
超音波を照射して前記基準位置と前記液面位置を検出することを特徴とする請求項６に記載の電解液注入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解液に浸漬させたワーク内部に電解液を注入する電解液含浸装置及び電解液注入方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電解コンデンサの製造などにおいて、真空差圧法を用いてワーク内部に電解液を注入する方法が採用されている。（例えば、特許文献１参照。）。この場合、ワークの表面に配置された電解液の注入口が電解液中になるように、ワークが電解液に浸漬される。ワークの電解液に浸漬された部分の表面には高価な電解液が付着するため、製造コストの抑制や洗浄処理の観点などから電解液に浸漬されるワークの表面積は小さいほどよい。このため、ワークの注入口の位置が電解液の液面から深くない位置にあるように、ワークを電解液に浸漬することが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２１７９９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ワーク内部に電解液が注入されるに従って、電解液の液面が下降する。その結果、ワークの注入口が電解液の液面よりも上方になって、ワーク内部に電解液が注入されなくなるという問題が生じる。このため、ワーク内部に十分な量の電解液が注入されずに製品不良が発生する。
【０００５】
上記問題点に鑑み、本発明は、ワーク内部への電解液の注入時における電解液の液面の低下による電解液の注入不足を抑制可能な電解液含浸装置及び電解液注入方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願発明の一態様によれば、表面に注入口が配置されたワークに真空差圧法によって電解液を注入する電解液含浸装置であって、（イ）チャンバーと、（ロ）チャンバー内に配置され、ワークが電解液に浸漬されるワーク接液溝及びそのワーク接液溝に連接する蓄液領域を含む凹部が上面に形成され、ワーク接液溝及び蓄液領域に電解液が収納された電解液槽と、（ハ）ワークの少なくとも一部をワーク接液溝で電解液に浸漬させ、注入口の上端が電解液の液面よりも下になる位置でチャンバー内でワークを支持する支持機構と、（ニ）チャンバー内を真空にする真空ポンプと、（ホ）電解液に注入口全体が浸された状態で、真空状態のチャンバー内にガスを導入するガス導入機構と、（ヘ）ワークに電解液が注入されることによって低下する液面の位置が注入口の上端よりも下の位置にならないように、電解液槽内の電解液の液面の位置に応じて電解液槽に電解液を供給して液面の位置を調整する液面調整装置とを備える電解液含浸装置が提供される。
【０００７】
本願発明の他の態様によれば、（イ）処理対象のワークが電解液に浸漬されるワーク接液溝及びそのワーク接液溝に連接する蓄液領域を含む凹部が上面に形成され、ワーク接液溝及び蓄液領域に電解液が収納された電解液槽を、チャンバー内に格納するステップと、（ロ）チャンバー内を真空にした後、ワークの少なくとも一部をワーク接液溝で電解液に浸漬させ、ワークの注入口の上端が電解液の液面よりも下になる位置でチャンバー内でワークを支持するステップと、（ハ）電解液に注入口全体が浸された状態で真空状態のチャンバー内にガスを導入して、ワーク内に電解液を注入するステップと、（ニ）ワーク内に電解液を注入した後の電解液槽内の電解液の液面の位置に応じて電解液槽に電解液を供給して、新たなワークに電解液が注入されることによって低下する液面の位置が注入口の上端よりも下の位置にならないように、液面の位置を調整するステップとを含む電解液注入方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ワーク内部への電解液の注入時における電解液の液面の低下による電解液の注入不足を抑制可能な電解液含浸装置及び電解液注入方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る電解液含浸装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電解液含浸装置の電解液槽の構造を示す模式的な平面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ方向に沿った模式的な断面図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ方向に沿った模式的な断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る電解液含浸装置によって複数のワークに電解液を同時に注入する例を示す模式図である。
【図６】比較例の電解液槽の構造を示す模式的な平面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る電解液含浸装置による液面調整方法を説明するための模式図である。
【図８】基準位置と液面位置との差を示す模式図である。
【図９】本発明の実施形態に係る電解液含浸装置による電解液注入方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１１】
本発明の実施形態に係る電解液含浸装置１は、図１に示すように、チャンバー１０と、チャンバー１０内に配置され、電解液２００が収納された電解液槽２０と、ワーク１００の少なくとも一部を電解液２００に浸漬させ、チャンバー１０内でワーク１００を支持する支持機構３０と、ワーク１００が格納されたチャンバー１０内を真空にする真空ポンプ４０と、真空状態のチャンバー１０内にガス５００を導入するガス導入機構５０と、電解液槽２０内の電解液２００の液面２０１の位置に応じて電解液槽２０に電解液２００を供給して液面２０１の位置を調整する液面調整装置６０とを備える。
【００１２】
ワーク１００の表面に配置された注入口１１０はワーク１００内部の空洞に接続しており、注入口１１０から電解液２００がワーク１００内部に注入される。ワーク１００は、例えば電解二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ）などの電解コンデンサ、或いは二次電池などの電解液収納容器である。
【００１３】
液面調整装置６０は、ワーク１００に電解液２００が注入されることによって低下する液面２０１の位置がワーク１００の注入口１１０の上端よりも下の位置にならないように、液面２０１の位置を調整する。液面調整装置６０による液面２０１の位置の調整は、ワーク１００への電解液２００の注入が終了した後、新たなワーク１００に電解液２００を注入する工程の前に行われる。つまり、ワーク１００交換時に、次に電解液２００が注入されるワーク１００の注入口１１０が電解液２００の注入工程中に液面２０１よりも上方にならないように、予め液面２０１の位置の調整が行われる。ワーク１００への電解液注入工程では、図１に示すように液面調整装置６０はチャンバー１０の外部に配置されている。液面調整装置６０の機能の詳細は後述する。
【００１４】
電解液槽２０は昇降機構７０によって支持される。具体的には、ワーク１００に電解液２００を注入する場合に、電解液槽２０を上昇させてチャンバー１０内に格納させる。ワーク１００内に電解液２００を注入した後は、電解液槽２０を下降させてチャンバー１０の外部に移動させる。
【００１５】
図２に電解液槽２０の構造例を示す。電解液槽２０の上面には、ワーク１００が電解液２００に浸漬されるワーク接液溝２１０及びワーク接液溝２１０に連接する蓄液領域２２１、２２２からなる凹部が上面に形成されている。そして、ワーク接液溝２１０及び蓄液領域２２１、２２２には電解液２００が収納されている。
【００１６】
図３、図４に、ワーク１００がワーク接液溝２１０に浸漬された状態を示す。電解液２００は高価であるため、ワーク１００の表面に付着する電解液２００の量をできるだけ少なくすることが好ましい。例えば、注入口１１０はワーク１００の底面の角部周辺に配置する。これにより電解液２００中に浸漬されるワークの表面積を小さくできる。その結果、ワーク１００を電解液２００から引き出す際にワーク１００の表面に付着する電解液２００の量を少なくできる。
【００１７】
このため、支持機構３０は、ワーク１００の注入口１１０が配置された角部周辺が最下箇所になるように傾けた姿勢でワーク１００を保持する。そして、注入口１１０を含むワーク１００の一部をワーク接液溝２１０で電解液２００に浸漬させる。つまり、図４に示したように、電解液２００の液面２０１に対してワーク１００の底面が一定の角度をなすように、ワーク１００は支持される。このとき、注入口１１０の上端が電解液２００の液面２０１よりも下になる位置で、チャンバー１０内でワーク１００が支持される。
【００１８】
ガス導入機構５０は、電解液２００にワーク１００の注入口１１０全体が浸された状態で、真空状態のチャンバー１０内に窒素ガスなどのガス５００を導入する。これにより、電解液含浸装置１では、減圧を利用した真空差圧法によってワーク１００の中に電解液２００が注入される。なお、図５に示すように、複数のワーク１００をワーク接液溝２１０で電解液２００に浸漬させてもよい。これにより、複数のワーク１００に電解液２００を同時に注入することができる。
【００１９】
ここで、蓄液領域２２１、２２２を有する電解液槽２０の効果について説明する。例えば、図６に示したように、蓄液領域２２１、２２２を形成せずにワーク接液溝２１０のみを上面に形成した電解液槽２０Ａの場合、電解液槽２０Ａに収納される電解液２００の量が少ない。このため、ワーク１００に電解液２００が注入されるに従って、電解液２００の液面２０１が急速に低下する。したがって、電解液２００の注入工程の途中で、ワーク１００の注入口１１０よりも液面２０１が下がって、電解液２００の注入不足が発生するおそれがある。
【００２０】
これに対し、図２に示した電解液槽２０では、ワーク接液溝２１０だけでなく、蓄液領域２２１、２２２にも電解液２００が収納されている。このため、電解液槽２０に収納される電解液２００の全体量が多い。したがって、ワーク１００への電解液２００の注入に伴う電解液２００の液面２０１の低下が緩やかである。その結果、ワーク１００内部への電解液２００の注入時における液面２０１の低下による電解液２００の注入不足が抑制される。
【００２１】
なお、蓄液領域２２１、２２２などの蓄液領域の形状や位置は図２に示したものに限られず、例えば蓄液領域を丸形状以外の多角形や矩形にしてもよい。また、蓄液領域の数は２つに限定されず、例えば１つでもよい。
【００２２】
図１に示した電解液含浸装置１では、ワーク１００の注入口１１０が電解液２００の液面２０１よりも常に低い位置にあるように、液面調整装置６０が電解液槽２０内の電解液２００の液面２０１の位置を調整する。液面調整装置６０の機能を以下に説明する。
【００２３】
液面調整装置６０は、図１に示したように、検出装置６１と電解液供給装置６２とを有する。既に述べたように、液面調整装置６０による液面２０１の位置の調整は、ワーク１００の交換時に行われる。液面２０１の位置調整時には、図７に示すように、検出装置６１と電解液供給装置６２の供給ノズル６５がチャンバー１０内に配置される。または、電解液槽２０をチャンバー１０の外に移動し、チャンバー１０外において図７の位置関係で電解液槽２０と検出装置６１及び供給ノズル６５を配置する。
【００２４】
検出装置６１は、電解液２００の液面２０１の位置に関わらず電解液注入工程において一定の高さに保たれる位置（以下において、「基準位置Ｈ１」という。）、及び液面２０１の位置（以下において、「液面位置Ｈ２」という。）を検出する。
【００２５】
基準位置Ｈ１を測定する場所は、例えば電解液槽２０の上面などに設定する。具体的には、ワーク接液溝２１０及び蓄液領域２２１、２２２が形成された領域の残余の領域である、例えば図２に破線で示した領域（以下において、「基準位置測定領域２３０」という。）に設定する。液面位置Ｈ２として、例えば蓄液領域２２１の液面２０１の位置を測定する。検出装置６１には、基準位置測定領域２３０と蓄液領域２２１の液面２０１にそれぞれ超音波を照射して基準位置Ｈ１と液面位置Ｈ２を検出する超音波センサーなどを採用可能である。
【００２６】
電解液供給装置６２は、図８に示すように定義される基準位置Ｈ１と液面位置Ｈ２との高低差に応じて、電解液槽２０に電解液２００を供給する。具体的には、電解液供給装置６２は、基準位置Ｈ１と液面位置Ｈ２との差が予め設定された設定値よりも大きい場合に、電解液槽２０に電解液２００を供給する。
【００２７】
このとき、基準位置Ｈ１と液面位置Ｈ２との差が設定値よりも大きい場合には次のワーク１００への電解液２００の注入工程中に電解液２００の液面２０１がワーク１００の注入口１１０の上端よりも低下する可能性が高いように、設定値が決められている。例えば、ワーク１００を電解液２００に浸漬したことによる液面２０１の上昇や、新たなワーク１００に所定量の電解液２００を注入することによる液面２０１の下降などを考慮して、次の電解液注入工程が完了するまで電解液２００の液面２０１がワーク１００の注入口１１０の上端よりも下の位置にならないように、電解液槽２０に電解液２００を供給開始する基準である設定値が決定される。
【００２８】
基準位置Ｈ１と液面位置Ｈ２の差が設定値よりも大きい場合には、電解液供給装置６２は、電解液２００が貯蔵された電解液タンク６３と供給ノズル６５とをつなぐ送液ライン６６の途中に設置された供給バルブ６４に信号Ｓを送信する。これにより供給バルブ６４が開き、電解液タンク６３から送られた電解液２００が、供給ノズル６５から電解液槽２０に供給される。供給ノズル６５は、例えば蓄液領域２２２の上方に配置され、蓄液領域２２２から電解液槽２０に電解液２００を供給する。
【００２９】
電解液タンク６３から電解液槽２０に供給される電解液２００の量は、基準位置Ｈ１よりも液面位置Ｈ２が一定の距離だけ下方に位置するように設定される。このとき、電解液槽２０が移動することによって生じる揺れや、ワーク１００をワーク接液溝２１０に浸漬することにより、電解液槽２０から電解液２００が溢れないように電解液槽２０に供給される電解液２００の量が設定される。例えば、基準位置Ｈ１と液面位置Ｈ２との差が０．２ｍｍ程度になるように、電解液タンク６３から電解液槽２０に供給される電解液２００の量を設定する。
【００３０】
所定の量だけ電解液槽２０に電解液２００が供給された後、電解液供給装置６２の制御によって供給ノズル６５が閉じられ、電解液タンク６３から電解液槽２０への電解液２００の供給が停止する。
【００３１】
以上のようにして、液面調整装置６０は、電解液注入工程において液面２０１の位置が注入口１１０の上端よりも下の位置にならないように、電解液槽２０に電解液２００を供給して液面２０１の位置を調整する。
【００３２】
以下に、図１に示した電解液含浸装置１によってワーク１００に電解液２００を充填する方法の例を、図９を参照して説明する。
【００３３】
先ず、ステップＳ１１において、ワーク接液溝２１０及び蓄液領域２２１、２２２に電解液２００が収納された電解液槽２０をチャンバー１０内に格納する。また、ワーク１００もチャンバー１０内に格納する。このとき、昇降機構７０により電解液槽２０が上昇した配置においてワーク１００の注入口１１０の上端が電解液２００の液面２０１よりも下になるように、支持機構３０がワーク１００を支持する。
【００３４】
次いで、ステップＳ１２において、真空ポンプ４０による排気によってチャンバー１０内を真空状態にする。チャンバー１０内の圧力は例えば数パスカル程度である。その後、昇降機構７０により電解液槽２０が上昇し、ワーク１００が注入口１１０上部まで浸漬する。その後、ステップＳ１３において、電解液２００に注入口１１０が浸された状態で、ガス導入機構５０によって真空状態のチャンバー１０内にガス５００を導入する。導入されるガス５００は窒素ガスなどである。例えば、チャンバー１０内の圧力が大気圧又は大気圧以上になるように導入されるガス５００の流量が調整される。その結果、注入口１１０を介してワーク１００内に電解液２００が注入される。
【００３５】
その後、ステップＳ１５以降において、電解液槽２０内の電解液２００の液面２０１の位置に応じて電解液槽２０に電解液２００を供給して、新たなワーク１００に電解液２００が注入されることによって低下する液面２０１の位置が注入口１１０の上端よりも下の位置にならないように、液面２０１の位置が調整される。この液面調整工程においては、既に説明した方法によって、液面調整装置６０が電解液槽２０内の電解液２００の液面２０１の位置を調整する。
【００３６】
即ち、ステップＳ１５において、検出装置６１が、基準位置Ｈ１と液面位置Ｈ２を検出する。そして、ステップＳ１６において、電解液供給装置６２が、基準位置Ｈ１と液面位置Ｈ２との差が予め設定された設定値よりも大きいか否かを判定する。基準位置Ｈ１と液面位置Ｈ２との差が設定値よりも大きい場合には、ステップＳ１７に処理が進み、電解液槽２０に電解液２００が供給される。その後、処理はステップＳ１８に進む。
【００３７】
一方、基準位置Ｈ１と液面位置Ｈ２との差が設定値以下である場合には、ステップＳ１８に進み、電解液２００が注入されていない新たなワーク１００がチャンバー１０内に格納される。ステップＳ１８の後、処理はステップＳ１２に戻り、新たなワーク１００に電解液２００が注入される。
【００３８】
なお、ワーク１００内に注入される電解液２００の量と注入時間との関係を予め調査しておくことにより、ワーク１００内への電解液２００の注入量を注入時間によって制御することができる。つまり、電解液注入を開始してからの時間経過によって、ワーク１００内に十分な量の電解液２００が注入されたか否かを判断できる。
【００３９】
以上に説明したように、本発明の実施形態に係る電解液含浸装置１では、ワーク１００内に電解液２００が注入されるに従って低下する電解液槽２０内の電解液２００の液面２０１の位置が、常にワーク１００の注入口１１０の上端よりも下にあるように、電解液槽２０内の電解液２００の量が調整される。このため、ワーク１００内が電解液２００で充填された状態になるまで、注入口１１０が電解液２００に浸っている。その結果、電解液含浸装置１によれば、ワーク１００内部への電解液２００の注入時における電解液２００の液面２０１の低下による電解液２００の注入不足が抑制される。
【００４０】
更に、電解液含浸装置１によれば、注入口１１０が電解液２００にぎりぎりに浸るように電解液２００の液面２０１の位置を調整することができる。このため、ワーク１００の表面に付着する電解液２００の量が少なく、ワーク１００に付着した電解液２００を拭き取る工程の所要時間が短縮される。また、拭き取る電解液２００の量を少なくすることにより、高価な電解液２００の消費量を抑制できる。
【００４１】
（その他の実施形態）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００４２】
既に述べた実施形態の説明においては、基準位置Ｈ１と液面位置Ｈ２を検出し、これらの差を用いて電解液槽２０に電解液２００を注入するか否かを判定する例を示した。しかし、例えば基準位置Ｈ１が常に一定である場合には、液面位置Ｈ２のみを検出して電解液槽２０に電解液２００を注入するか否かを判定してもよい。
【００４３】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００４４】
１…電解液含浸装置
１０…チャンバー
２０…電解液槽
３０…支持機構
４０…真空ポンプ
５０…ガス導入機構
６０…液面調整装置
６１…検出装置
６２…電解液供給装置
６３…電解液タンク
６４…供給バルブ
６５…供給ノズル
６６…送液ライン
７０…昇降機構
１００…ワーク
１１０…注入口
２００…電解液
２０１…液面
２１０…ワーク接液溝
２２１、２２２…蓄液領域
２３０…基準位置測定領域
５００…ガス
【図１】
2014013816.tif 000003
【図２】
2014013816.tif 000004
【図３】
2014013816.tif 000005
【図４】
2014013816.tif 000006
【図５】
2014013816.tif 000007
【図６】
2014013816.tif 000008
【図７】
2014013816.tif 000009
【図８】
2014013816.tif 000010
【図９】
2014013816.tif 000011