(57)【要約】      （修正有）【課題】性能にばらつきを生じない安定した品質の電池を製造することができる電池用負極作用物質の注入装置を提供する。【解決手段】電解液を電池容器内に注入するノズル４と電解液を供給するポンプ５とを備え、容器を上下させる昇降駆動機構２０と、昇降駆動機構による保持治具の昇降の移動量、移動速度に関する動作データを設定登録し、電気信号を出力し、動作を制御する昇降駆動制御装置４０と、昇降に同期した電気信号を出力するパルス発生器と、液注入機構のポンプの駆動部を水平方向に前後させる水平駆動機構３０と、水平駆動機構のポンプ駆動部の前進、後退端を検出し、電気的信号を出力する検出器と、パルス発生器からの電気信号を入力し、このパルス数に比例した電気信号を水平駆動機構に出力し、かつ検出器からの電気的信号入力に基いて水平駆動機構への電気信号の出力を停止させる水平駆動制御装置５０とを具備する。【選択図】    図１
2004319262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池用負極作用物質を電池容器内に注入するノズルと該ノズルに前記電池用負極作用物質を供給するポンプとを備えた液注入機構と、
電池容器を保持する保持治具を上昇または下降させる昇降駆動機構と、
前記昇降駆動機構による前記保持治具の上昇／下降の移動量および移動速度に関する所定の動作データを設定登録し、電気パルス信号を前記昇降駆動機構に出力し、前記昇降駆動機構の動作を制御する昇降駆動制御装置と、
前記昇降駆動機構に取り付けられ、昇降駆動動作に同期した電気信号をパルス出力するパルス発生器と、
前記液注入機構のポンプの駆動部を水平方向に前進または後退させる水平駆動機構と、
前記水平駆動機構に取り付けられ、前記ポンプ駆動部の前進端および後退端を検出し、電気的信号を出力する検出器と、
前記パルス発生器からの電気的パルス信号を入力し、前記パルス数に比例増幅した電気的信号を前記水平駆動機構に出力し、かつ前記検出器からの電気的信号入力に基いて前記水平駆動機構に出力する電気的信号の出力を停止させる機能を備えた水平駆動制御装置と、
を具備することを特徴とする電池用負極作用物質の注入装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池用負極作用物質の注入装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、半導体などのエレクトロニクス関連技術分野の急速な進歩によりカメラやゲーム機などの電子機器類の小型化およびポータブル化の要望が非常に高まってきている。これらの電子機器類の電源として搭載されるアルカリ乾電池などの一次電池は、性能面では高容量化を要求され、製造面では生産性の向上およびコストの低減が強く求められている。とくに円筒形一次電池はユーザーからの需要が高く、品質向上とともに高生産性と低コストが要望されている。
【０００３】
このような円筒形一次電池に使用される負極作用物質の注入装置においては、ノズルの先端部を電池外装ケース（電池容器）の底部近傍まで挿入し、ノズル先端部を容器底部から引き離しながらゲル状の負極作用物質を電池容器内に注入する。
【０００４】
上述の従来装置と実質的に同一又は類似の充填装置は、例えば特許文献１〜６にそれぞれ記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２９９１０２公報（第１頁〜第５頁）
【０００６】
【特許文献２】
特開平１１−２２４６７４号公報（第１頁〜第５頁）
【０００７】
【特許文献３】
特開２００２−３４３３３８公報（第１頁〜第５頁）
【０００８】
【特許文献４】
特開２００１−６６５９公報（第１頁〜第４頁）
【０００９】
【特許文献５】
特開平１０−１４４３２５号公報（第１頁〜第５頁）
【００１０】
【特許文献６】
特開平９−３０６４８０号公報（第１頁〜第７頁）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の装置では、ノズル引き離し速度と液注入速度とが不均衡となる場合に、電池容器内において負極作用物質の内部空隙や液面高さのばらつきを生じることがあり、これらが電池性能の劣化を引き起こす一つの原因となっている。
【００１２】
また、従来の装置においては、ノズル引き離し速度を調整した後に、液注入速度を調整するので、ノズル引き離し速度と液注入速度との調整が完了するまでに多くの時間を要することが問題となっている。また、液注入機構がエアー駆動方式のためばらつきが多いことも問題となっている。
【００１３】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、ノズル引き離し速度と液注入速度とを迅速に調整することができ、性能にばらつきを生じない安定した品質の電池製品を製造することができる電池用負極作用物質の注入装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電池用負極作用物質の注入装置は、電池用負極作用物質を電池容器内に注入するノズルと該ノズルに前記電池用負極作用物質を供給するポンプとを備えた液注入機構と、電池容器を保持する保持治具を上昇または下降させる昇降駆動機構と、前記昇降駆動機構による前記保持治具の上昇／下降の移動量および移動速度に関する所定の動作データを設定登録し、電気パルス信号を前記昇降駆動機構に出力し、前記昇降駆動機構の動作を制御する昇降駆動制御装置と、前記昇降駆動機構に取り付けられ、昇降駆動動作に同期した電気信号をパルス出力するパルス発生器と、前記液注入機構のポンプの駆動部を水平方向に前進または後退させる水平駆動機構と、前記水平駆動機構に取り付けられ、前記ポンプ駆動部の前進端および後退端を検出し、電気的信号を出力する検出器と、前記パルス発生器からの電気的パルス信号を入力し、前記パルス数に比例増幅した電気的信号を前記水平駆動機構に出力し、かつ前記検出器からの電気的信号入力に基いて前記水平駆動機構に出力する電気的信号の出力を停止させる機能を備えた水平駆動制御装置と、を具備することを特徴とする。
【００１５】
本発明装置では、ゲル状の負極作用物質の注入動作と電池容器の下降動作とを同期させているので、ノズル引き離し速度および液注入速度を短時間で調整することができ、性能にばらつきを生じない安定した品質の電池製品を高能率に製造することができるという利点がある。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について説明する。
【００１７】
電池製造ラインにおいては毎分数十個のペースで電池容器２が電解液注入装置１０に送給されている。電池容器２は、図示しないラインコンベアから搬送機構を介して保持治具３に受け渡され、ゲル状の負極作用物質が注入充填された後に、搬送機構を介して保持治具３からラインコンベアに戻されるようになっている。
【００１８】
図１に示すように、負極作用物質注入装置１０は、保持治具３を垂直方向に上昇又は下降させる昇降駆動機構２０と、水平駆動機構３０のロッド３３を水平方向に前進又は後退させる水平駆動機構３０とを備えている。昇降駆動機構２０の動作は昇降駆動制御装置４０により制御され、水平駆動機構３０の動作は水平駆動制御装置５０により制御されるようになっている。
【００１９】
昇降駆動制御装置４０は、メモリに所定の上昇／下降動作の移動量および移動速度などの動作パラメータを設定登録できる機能を有し、所定の信号Ｓ１が入力されるとメモリから該当する動作設定登録データを呼び出し、該動作設定登録データと入力信号Ｓ１とに基いて制御出力量を演算により求め、求めた制御出力量に対応する制御出力信号Ｓ２を駆動機構２０に出力して保持治具３とともに電池容器２を上昇させ、エンコーダ２３で検出した上昇量信号Ｓ３を所定の登録上昇移動量と比較し、前者が後者と等しくなるまで駆動機構２０の動作をフィードバック制御する。なお、エンコーダ２３は、昇降駆動機構２０のボールスクリュウ２２を回転駆動させるモータ２１に取り付けられ、モータ駆動軸の回転数を検出し、検出データを電気的パルス信号化して各制御装置４０，５０に送るようになっている。
【００２０】
水平駆動制御装置５０は、エンコーダ２３から電気的パルス信号Ｓ１０，Ｓ１４が入力されると、その入力信号Ｓ１０，Ｓ１４に同期した制御出力信号Ｓ１１，Ｓ１５を水平駆動機構３０に出力するようになっている。また、制御出力信号Ｓ１１，Ｓ１５は所定の位置に取り付けた水平駆動機構３０の前進端／後退端のセンサ３６，３７からの信号Ｓ１２，Ｓ１６が入力されることにより信号出力を停止し、水平駆動機構３０を所定の位置に動かす制御を行っている。
【００２１】
本発明では上記の２つの制御装置４０，５０により２つの駆動機構２０，３０の動作をそれぞれ制御することにより、ノズル位置に対する電池容器引き離し速度と液注入速度とを同期制御することで液注入時における負極作用物質の内部空隙の発生率を低減し、負極作用物質を電池容器２のなかに安定して充填することができる。また、本発明では、ノズル位置に対する電池容器引き離し速度の調整および液注入速度の調整に要する時間を従来法よりも大幅に短縮するようにしている。
【００２２】
次に、図２、図３のフローチャートと図４のタイミングチャートを参照しながら２つの制御装置４０，５０を用いた２つの駆動機構２０，３０の制御動作について詳しく説明する。
【００２３】
先ず、開始信号Ｓ１を制御装置４０に入力することで、電池容器２を予め設定登録された上昇動作パラメータデータ（図３参照）に従った制御出力量をモータ２１に出力し、昇降駆動を開始させる（図４（ａ）のタイミングｔ１；工程Ｋ１）。
【００２４】
昇降駆動機構２０が設定された所定の上昇動作量だけ移動したことを確認するまで、制御装置４０と昇降駆動機構２０との間で信号Ｓ２，Ｓ３をやりとりする制御ループに従ってフィードバック制御を行う。実際の上昇移動量が所定の登録上昇移動量に等しくなるタイミングｔ３で、モータ２１に動作完了の信号Ｓ４を出力し、上昇動作を停止させる。これにより電池容器２は所定の位置Ｖ２に停止される（工程Ｋ２）。
【００２５】
モータ２１が駆動すると、それに取り付けたエンコーダ２３よりモータ２１の動作に同期した電気的パルス信号Ｓ１０が水平駆動制御装置５０に入力される。制御装置５０は、この同期パルス信号Ｓ１０に予め登録した増幅係数に従い、同期パルス数Ｓ１０を比例増幅した電気的パルス信号を水平駆動機構３０のモータに出力する（工程Ｋ５）。これにより水平駆動機構３０がタイミングｔ１で吸入側に駆動開始し、所定の位置に取り付けられた水平駆動機構後退端を例えば光電センサ３７で検知し、その電気的信号１２が制御装置５０に入力される。水平駆動機構３０が光電センサ３７の位置まで動作したことを確認するまで、制御装置５０と水平駆動機構３０との間で信号Ｓ１１，Ｓ１２をやりとりする制御ループに従って制御を行う。実際の水平移動量が光電センサ３７の位置までの移動量となるタイミングｔ２で、制御装置５０は水平駆動機構のモータ３４への制御信号Ｓ１１の出力を停止し、水平動作を停止させる（工程Ｋ６）。この制御動作で水平駆動機構のノズルロッド３３は所定の後退端位置Ｈ１に停止され、ポンプ５に所定量のゲル状負極物質を引き込むことができる。
【００２６】
さらに、制御装置５０からは後退端検知信号Ｓ１３が制御装置４０に出力される。この信号Ｓ１３と前述の上昇停止指令信号Ｓ４とが制御装置４０のＡＮＤ回路にともに入ってくると、制御装置４０は上昇停止指令信号Ｓ４から下降指令信号Ｓ５に切り替えて昇降駆動機構のモータ２１に出力し、下降動作が開始される（工程Ｋ３）。なお、工程Ｋ２，Ｋ６の完了確認後、ある一定の待機時間が経過した後に、工程Ｋ３の下降動作は開始される。
【００２７】
工程Ｋ３では開始信号Ｓ４，Ｓ１３を制御装置４０に入力することで、電池容器２を予め設定された下降動作パラメータデータ（図３参照）に従った制御出力量（図４（ｂ）の同期パルス信号）をモータ２１に出力し、図４（ａ）のタイミングｔ４で下降駆動を開始させる。
【００２８】
昇降駆動機構２０が設定された所定の下降動作量だけ移動したことを確認するまで、制御装置４０と昇降駆動機構２０との間で信号Ｓ５，Ｓ６をやりとりする制御ループに従って制御を行う。実際の下降移動量が所定の登録下降移動量に等しくなるタイミングｔ６で、モータ２１に動作完了の信号Ｓ７を出力し、下降動作を停止させる。これにより電池容器２は所定の位置Ｖ１に停止される（工程Ｋ４）。
【００２９】
次に、モータ２１が駆動すると、それに取り付けたエンコーダ２３よりモータ２１の動作に同期した電気的パルス信号Ｓ１４が水平駆動制御装置５０に入力される。制御装置５０は、この同期パルス信号Ｓ１４に予め登録した増幅係数に従い、同期パルス数Ｓ１０を比例増幅した電気的パルス信号を水平駆動機構３０のモータに出力する（工程Ｋ７）。これにより水平駆動機構３０がタイミングｔ４で注入側に駆動開始し、所定の位置に取り付けられた水平駆動機構前進端を例えば光電センサ３６で検知し、その電気的信号１６が制御装置５０に入力される。水平駆動機構３０が光電センサ３６の位置まで動作したことを確認するまで、制御装置５０と水平駆動機構３０との間で信号Ｓ１５，Ｓ１６をやりとりする制御ループに従ってフィードバック制御を行う。実際の水平移動量が光電センサ３６の位置までの移動量となるタイミングｔ５で、制御装置５０は水平駆動機構のモータ３４への制御信号Ｓ１５の出力を停止し、水平動作を停止させる（工程Ｋ８）。この制御動作で水平駆動機構のノズルロッド３３は所定の前進端位置Ｈ２に停止され、ノズル４から電池容器２内に所定量のゲル状負極物質を注入することができる。
【００３０】
次に、図３および図４を参照しながら動作設定登録および昇降駆動機構と水平駆動機構との同期動作について説明する。
【００３１】
動作設定登録は、電池の品種に応じた所定のデータをオペレータが各制御装置４０，５０にキイボード入力することによりなされる。すなわち、図３に示す手順に従って、オペレータは、先ず昇降駆動機構による保持治具の移動量および移動速度を登録し、次いで水平駆動機構に入力同期パルスに対する出力パルスの増幅係数を登録する。ここで「昇降駆動機構の移動量」とは、昇降駆動機構が動作開始位置（またはホーム位置）から動作完了位置（またはホーム位置）まで電池容器を移動させる距離（ストローク量）をいう。また、「増幅係数」とは、水平制御装置が水平駆動機構を動作させる制御出力信号を得るために、位置パルス信号（パルス数）を比例増幅させる所定の係数をいう。
【００３２】
これらの動作設定登録データは、制御装置４０，５０のメモリにそれぞれ記憶され、位置信号や位置パルス信号などが入力されたときに各メモリから呼び出され、ノズル引き離し速度とタイミングおよび液注入速度とタイミングをそれぞれ決定する制御出力信号を求める演算に用いられる。
【００３３】
図４の（ａ），（ｂ），（ｄ）に示すように、同期パルス信号がタイミングｔ１に両制御装置４０，５０に出力され、昇降駆動機構２０と水平駆動機構３０との同期動作がタイミングｔ１から開始される。
【００３４】
吸入側への水平移動量が所定の登録移動量に達したタイミングｔ２に、登録移動量動作完了を知らせる制御出力信号が制御装置４０から水平駆動機構３０に出力される。これにより同期パルス信号の出力が停止し、水平駆動機構３０の動作は吸入モードから待機モードに切り替わる。タイミングｔ２からタイミングｔ４までの間においてロッド３３は位置Ｈ１に待機している。
【００３５】
また、電池容器（保持治具）の上昇量が所定の登録移動量に達したタイミングｔ３に、登録移動量動作完了を知らせる制御出力信号が制御装置４０から昇降駆動機構２０に出力される。これにより同期パルス信号の出力が停止し、昇降駆動機構２０の動作は上昇モードから待機モードに切り替わる。タイミングｔ３からタイミングｔ４までの間において保持治具３は位置Ｖ２に待機している。
【００３６】
タイミングｔ４は上記の動作設定登録時に予め設定されたものである。このタイミングｔ４に同期パルス信号が両制御装置４０，５０に出力され、昇降駆動機構２０と水平駆動機構３０との同期動作がタイミングｔ４から再開される。
【００３７】
注入側への水平移動量が所定の登録移動量に達したタイミングｔ５に、登録移動量動作完了を知らせる制御出力信号が制御装置４０から水平駆動機構３０に出力される。これにより同期パルス信号の出力が停止し、水平駆動機構３０の動作は注入モードから待機モードに切り替わる。タイミングｔ５から待機モードが解除されるまでの間においてロッド３３は位置Ｈ２に待機している。
【００３８】
また、電池容器（保持治具）の下降量が所定の登録移動量に達したタイミングｔ６に、登録移動量動作完了を知らせる制御出力信号が制御装置４０から昇降駆動機構２０に出力される。これにより同期パルス信号の出力が停止し、昇降駆動機構２０の動作は下降モードから待機モードに切り替わる。タイミングｔ５から待機モードが解除されるまでの間において保持治具３は位置Ｖ１に待機している。
【００３９】
図４の（ｃ）に示すように、方向信号は同期パルス信号が出力されるタイミングｔ１の直前のタイミングで両制御装置４０，５０に出力される。これにより昇降駆動機構２０は上昇モードに、水平駆動機構３０は吸入モードになる。一方、タイミングｔ４の直前に方向信号の出力が切り替わるか又は停止すると、昇降駆動機構２０は下降モードに、水平駆動機構３０は注入モードに切り替わる。
【００４０】
本実施形態の装置を電池製造ラインに設置して実際に用いたところ、注入時に負極作用物質の内部空隙が発生しなくなり、製造歩留まりが大幅に向上した。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、ノズルから電池容器を引き離す速度にゲル状負極物質の注入速度を同期することで、注入時における負極作用物質の内部空隙の発生を低減でき、液面高さを安定させることができる。また、ノズル引き離し速度および液注入速度を短時間で調整することができ、性能にばらつきを生じない安定した品質の電池製品を高能率に製造することができる。このため、製品の歩留まり向上に大きく貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電池用負極作用物質の注入装置を示す構成ブロック図。
【図２】本発明の装置を用いて負極作用物質を電池容器に注入するときの動作を説明するための制御フローチャート。
【図３】動作設定登録時のフローチャート。
【図４】（ａ）は昇降駆動機構の制御動作を示すタイミングチャート、（ｂ）は同期パルス信号のタイミングチャート、（ｃ）は方向信号のタイミングチャート、（ｄ）と（ｅ）は水平駆動機構の制御動作をそれぞれ示すタイミングチャート。
【符号の説明】
２…電池容器、３…保持治具、
４…ノズル、５…ポンプ、
１０…注入装置、
２０…昇降駆動機構、
２１…モータ、２２…スクリュウ、２３…エンコーダ、
３０…水平駆動機構、
３１…リニアスライダ、３２…スクリュウ、
３３…ロッド、３４…ナット、
３５…モータ、３６，３７…センサ、
４０…昇降駆動制御装置、
５０…水平駆動制御装置。
【図１】
2004319262.tif 000003
【図２】
2004319262.tif 000004
【図３】
2004319262.tif 000005
【図４】
2004319262.tif 000006