(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
充填用口を上方に位置させて電池ケースを装着した支持治具を、搬送路上を推進させつつ、前記電池ケースの充填用口に、前記搬送路上に配設された定量形ポンプの吐出ノズルから、ゲル状作用物質を所定量吐出・充填する電極用ゲル状作用物質の充填方法であって、
前記電池ケースが前記吐出ノズルの下方にきたとき前記支持治具が停止する所定のピッチで前記電池ケースを前記搬送路上に間歇的に推進させる工程と、
前記吐出ノズルの下にきた前記支持治具を上下動可能な把持手段で把持して、前記把持手段を前記吐出ノズルの先端部が前記電池ケースの充填用口から挿入されて内底部に達するまで上昇させる工程と、
前記把持手段を介して前記支持治具を加振するとともに、前記吐出ノズルから前記ゲル状作用物質を前記電池ケース内に所定量吐出しつつ、前記吐出ノズル先端が吐出された前記ゲル状作用物質面に近接した状態を維持するよう前記把持手段を前記支持治具が前記搬送路に達するまで下降させる工程と、
前記把持手段を開放して前記支持治具を前記搬送路に戻す工程と
を順に有することを特徴とするゲル状電極作用物質の充填方法。
【請求項２】
充填用口を上方に位置させて電池ケースを装着する支持治具を一列状態で搬送する搬送路と、
充填用口を上方に位置させて電池ケースを装着した前記支持治具を前記搬送路に順次押し込む押し込み機構と、
前記搬送路上の所定位置に配置され、前記電池ケース内に所定量の電池用ゲル状作用物質を吐出・充填する吐出ノズルと、
前記吐出ノズルに対向して配置され、その吐出ノズル先端部が前記電池ケースの充填用口から挿入されて内底部に達するまで前記支持治具を上昇させ、前記吐出ノズルが電池用ゲル状作用物質を前記電池ケース内に吐出する際、前記吐出ノズルの先端部を前記電池ケース内に吐出された前記ゲル状作用物質面に近接した状態を維持するよう前記支持治具を下降させるカム機構と、
前記カム機構による前記支持治具の上昇・下降に連動して上昇時には前記支持治具を挟着保持し、下降後に前記支持治具を開放する保持機構と、
前記保持機構による支持治具の下降時に、該把持機構を介して前記支持治具に振動を与える振動付与機構と
を有することを特徴とするゲル状電極作用物質の充填装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電極用ゲル状作用物質の充填方法および充填装置に係り、さらに詳しくは流動性の乏しいゲル状作用物質を定量充填できる充填方法と、その方法の実施に適する充填装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯型の液晶ディスプレイ、撮像機、あるいは電話機などの携帯型電子機器類においては、駆動電源として電池が多く使用されている。そして、これら電池としては、鉛蓄電池やニッケル・カドミウム蓄電池に比べ、取扱操作の簡易さなどから、たとえばアルカリマンガン電池が主用されており、また、一方では、信頼性などを含めて品質面が、量産の歩留まりなどとともに重視される。ここで、電池の品質もしくは性能・信頼性は、電池を構成する各部材に左右され、同一品種、同一規格の電池の場合、たとえば負極作用物質（活物質）組成の均一性や、その充填量（注入量）が一定量であることが望まれる。
【０００３】
ところで、コイン型アルカリマンガン電池の場合は、一般的に、次のような構造と成っている。すなわち、一端が開口する負極ケース内の底壁面に、負極集電体およびゲル状の負極作用物質（たとえばカルボキシメチルセルロースにZn粉末の均一分散系）が順次内装・充填されている。さらに、セパレータ（たとえばビニロンなど耐アルカリ性繊維の不織布）を介して、正極作用物質系（たとえば電解二酸化マンガン−黒鉛の正極合剤）および正極集電体を順次内装する一方、前記負極ケースの開口を正極端子として機能する蓋体で電気的に絶縁しながら気密に封止した構成を採っている。
【０００４】
そして、前記コイン型アルカリマンガン電池などの構成においては、ゲル状の負極作用物質の供給・充填が次のように行われている。すなわち、負極ケースが装着された支持治具を、押し込みシリンダーによって搬送路（たとえば搬送コンベアー）に押し出し、たとえばプランジャー型ポンプなどの定量形ポンプに連接する吐出ノズルの設置位置まで搬送され、前記吐出ノズルを介して支持治具に装着された負極ケース内に、一定量のゲル状負極作用物質を吐出・充填（供給）している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アルカリマンガン電池などの電池は、電池の高容量化に当たって、たとえば負極活物質成分の改良や負極活物質成分の高濃度化などが図られ、ゲル状負極作用物質が高粘度化する傾向がある。また、一方では、負極ケースを装着する支持治具が繰り返し使用されるため、外形上の損傷が生じ、結果的に、外形寸法が変化する。ここで、外形の損傷ないし外形寸法の変化は、押し込みシリンダーによる送り込み距離（搬送距離）に差を生じることになり、吐出ノズルに対する位置ズレを招来する恐れがある。
【０００６】
すなわち、内部に気泡が残留し易く、ゲル状負極作用物質を緻密に充填できなかったり、あるいはゲル状負極作用物質の充填・供給を精度よく行えないなどの問題がある。ここで、ゲル状負極作用物質の充填量を高精度に保持することの困難さなどは、この種電池の高容量・コンパクト化において、実用上、次のような問題の発生・招来が懸念される。すなわち、ゲル状負極作用物質の充填量を少なく抑えることは、その充填量の僅かな相違が電池特性に及ぼす影響も大きい。したがって、前記充填量の僅かなバラツキが電池の製造歩留まりや品質を大きく左右することになる。
【０００７】
本発明はこのような事情に対処してなされたもので、ゲル状電極作用物質の所定量を、容易に、かつ高精度に充填することのできるゲル状電極作用物質の充填方法および充填装置の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、充填用口を上方に位置させて電池ケースを装着した支持治具を、搬送路上を推進させつつ、前記電池ケースの充填用口に、前記搬送路上に配設された定量形ポンプの吐出ノズルから、ゲル状作用物質を所定量吐出・充填する電極用ゲル状作用物質の充填方法であって、前記電池ケースが前記吐出ノズルの下方にきたとき前記支持治具が停止する所定のピッチで前記電池ケースを前記搬送路上に間歇的に推進させる工程と、前記吐出ノズルの下にきた前記支持治具を上下動可能な把持手段で把持して、前記把持手段を前記吐出ノズルの先端部が前記電池ケースの充填用口から挿入されて内底部に達するまで上昇させる工程と、前記把持手段を介して前記支持治具を加振するとともに、前記吐出ノズルから前記ゲル状作用物質を前記電池ケース内に所定量吐出しつつ、前記吐出ノズル先端が吐出された前記ゲル状作用物質面に近接した状態を維持するよう前記把持手段を前記支持治具が前記搬送路に達するまで下降させる工程と、
前記把持手段を開放して前記支持治具を前記搬送路に戻す工程とを順に有することを特徴とするゲル状電極作用物質の充填方法である。
【０００９】
請求項２の発明は、充填用口を上方に位置させて電池ケースを装着する支持治具を一列状態で搬送する搬送路と、充填用口を上方に位置させて電池ケースを装着した前記支持治具を前記搬送路に順次押し込む押し込み機構と、前記搬送路上の所定位置に配置され、前記電池ケース内に所定量の電池用ゲル状作用物質を吐出・充填する吐出ノズルと、前記吐出ノズルに対向して配置され、その吐出ノズル先端部が前記電池ケースの充填用口から挿入されて内底部に達するまで前記支持治具を上昇させ、前記吐出ノズルが電池用ゲル状作用物質を前記電池ケース内に吐出する際、前記吐出ノズルの先端部を前記電池ケース内に吐出された前記ゲル状作用物質面に近接した状態を維持するよう前記支持治具を下降させるカム機構と、前記カム機構による前記支持治具の上昇・下降に連動して上昇時には前記支持治具を挟着保持し、下降後に前記支持治具を開放する保持機構と、前記保持機構による支持治具の下降時に、該把持機構を介して前記支持治具に振動を与える振動付与機構とを有することを特徴とするゲル状電極作用物質の充填装置である。
【００１０】
すなわち、上記各発明は、電極用ゲル状作用物質をプランジャー型ポンプなどの定量形ポンプによって、電極ケース内にそれぞれ定量充填するに当たり、電極ケースを精度よく位置決めする一方、吐出ノズルからの吐出・充填の経過に伴って、電極ケースに振動を付与しながら吐出ノズルと電池ケースとを相対的に離隔（離す）させ、緻密な充填、精度の高い充填を確保することを骨子としたものである。
【００１１】
請求項１および２の発明において、電極ケースは、一般的に、円筒形電池用であるが、角型電池用でもよい。また、この電極ケースは、電極用ゲル状作用物質を充填・供給するための充填用開口を有しており、前記充填用開口をゲル状作用物質の吐出ノズルに対向させ、支持治具によって支持される。そして、吐出ノズルおよび電池ケースは、ゲル状作用物質の吐出・充填時ないし吐出・充填過程において、吐出ノズルの吐出先端部が電池ケースの底面ないし電池ケース内のゲル状作用物質充填面が順次離隔するように、少なくとも一方が対向して進退可能に、たとえばカム機構で進退するように設定されている。
【００１２】
さらに、ゲル状作用物質を吐出・充填する時点において、電池ケースを支持する支持治具は、前記吐出ノズルに対する相対的な進退動作に連動し、振動が付与される構成となっている。ここで、吐出ノズルに対する相対的な進退動作に連動して振動を付与する構成は、たとえば次のような構成で行われる。
【００１３】
すなわち、電池ケースの整列的な搬送・移動方向に沿って対向してカム機構などを配置し、前記吐出ノズルに対する電池ケースの進退を行う。一方、カム機構に付設した開閉型の爪型アームの上死点への到達によって、支持治具の側壁面を押圧し、同じくカム機構に付設もしくは隣接して配置され、かつ支持治具に離接可能に振動付与体との間で挟着的に支持固定する構成が採られている。なお、支持治具の下降に伴って、爪型アームが下死点へ下がると、爪型アームは挟着を開放する。
【００１４】
請求項１および２の発明において、電極ケース内に充填・供給されるゲル状作用物質は、たとえばカルボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸ソーダ、もしくはこれらの混合系と、たとえば水酸化カリウム水溶液とのゲル状物に、Zn粉末を均一に分散含有させたものが例示される。ここで、ゲル状負極作用物質の粘度は、特に限定されないが、たとえば 120,000cp程度の高粘度でも有効であり、また、アルカリマンガン電池以外の場合も対象となる。
【００１５】
請求項１および２の発明では、電池ケースに対するゲル状電極作用物質の吐出・充填において、吐出ノズルがゲル状電極作用物質の充填面に接するように行われるので、気泡など空隙部の残存が大幅に解消される。一方、前記電池ケースには振動が付与されているため、充填されるゲル状電極作用物質も緻密な充填が行われる。つまり、形状の如何に拘らず電池ケース内に、容易に、また、安定ないし再現性よく、高い精度でゲル状電極作用物質が充填される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図１，図２および図３(a) ，(b) を参照して実施例を説明する。
【００１７】
図１はゲル状電極作用物質の充填装置の要部構成例を示す上面図、図２はゲル状電極作用物質の充填装置の要部構成例を示す側面図、図３はゲル状電極作用物質の充填装置の充填機構部構成例を示すもので(a) は側面図、(b) は上面図である。
【００１８】
図１〜３において、１は整列的にワーク２を供給するワーク供給部、ここでワーク２は充填用口3aを有する負極ケース（電池ケース）３、および電池ケース３を着脱可能に支持する支持治具（負極ケース支持体）４で形成されている。５は前記電極ケース３を装着・支持する支持治具４を整列的に移載・搬送する搬送路、６は前記ワーク供給部１に供給され、かつ搬送路５に移載された支持治具４を間欠的に押圧して送る押し込み機構（たとえば押し込みシリンダー）である。
【００１９】
また、７は前記支持治具２を移載・搬送する搬送路５の上面側に配置され、ゲル状電極作用物質を間欠的に吐出する吐出ノズル、８は吐出ノズル７からゲル状電極作用物質を吐出させるためのプランジャー型ポンプである。そして、この吐出ノズル７は、前記電池ケース３を支持・装着した支持治具４が搬送路５を整列的に押圧・搬送され、その搬送が停止したときに電池ケース３の充填用口3aと対向するように配置されている。つまり、搬送路５における支持治具４の押圧的な押し込み搬送は、吐出ノズル７の設置位置に対応（制御）して行われるように配置・設定されている。
【００２０】
さらに、９は前記搬送路５における押圧的な押し込み搬送で、電池ケース３を装着・支持する支持治具４が吐出ノズル７に対向して停止したとき、その停止動作に連動して支持治具４を自動的に上昇し、装着・支持する電池ケース３内に対向する吐出ノズル７先端が挿入するように作用するカム機構である。この吐出ノズル７の挿入は電池ケース３内底部におよび、この状態で、プランジャー型ポンプ８の動作にによりゲル状電極作用物質の吐出・注入が開始することになる。
【００２１】
さらにまた、10は前記カム機構９に付設されている爪型アーム、11は同じくカム機構９に隣接して配置されている振動付与機構（たとえばバイブレーター）、12は前記振動付与機構10の先端面に装着された対接板である。ここで、カム機構９に付設されている爪型アーム10は、前記カム機構９の動作（支持治具４の上昇）に伴って上死点に到達し、振動付与機構11の先端面に装着された対接板12とで、支持治具４の外周側面を挟着するように押圧する。
【００２２】
一方、振動付与機構11の動作によって、対接板12および支持治具４を介し、電池ケース３に振動が付与される。なお、前記爪型アーム10および対接板12による挟着的な支持により、電池ケース３センター出しが容易に行われ、吐出ノズル７に対する位置出しが精度よく行われることになる。
【００２３】
そして、この状態で、ゲル状電極作用物質の吐出・注入が開始し、ゲル状電極作用物質の吐出・注入が進行する。この充填・注入の進行に伴う電池ケース３内の充填・注入量の増量、および引き続くカム機構９の動作（支持治具４の下降）により、吐出ノズル７の先端部は、前記充填・注入されたゲル状電極作用物質面に隣接ないし近接した状態が保持される。
【００２４】
このように、吐出・充填の経過に対応した支持治具４の下降に伴って、支持治具４は、振動付与機構11の先端面に装着した対接板12から順次離れるとともに、爪型アーム10の下死点への到達によって、前記支持治具４の外周側面の挟着的な押圧が開放される。つまり、▲１▼カム機構９による支持治具４の上昇・下降、▲２▼爪型アーム10と振動付与機構11の先端面に装着した対接板12とによる挟着的な押圧・振動付与、▲３▼振動付与の開放、▲４▼電池ケース３を装着支持する支持治具４の次工程側への送り出しの繰り返し動作が行われる。
【００２５】
次に、上記ゲル状負極作用物質の充填装置の動作ないし使用例について説明する。
【００２６】
たとえば円筒形負極ケース３を装着・支持し支持治具４をワーク供給部１に供給し、搬送路５側に順次送り込むと、予め設定してあるピッチで動作する押し込み機構６によって、間欠的に、吐出ノズル７を設定した位置側に整列的に移動・搬送される。搬送路５を整列的に、移動・搬送される支持治具４は、吐出ノズル７に対向する位置に到達したカム機構９によって、対向する吐出ノズル７に向かって、吐出ノズル７の先端部が電池ケース３内底面に近接するまで上昇する。
【００２７】
このとき、前記カム機構９に併設されている爪型アーム10が上昇しながら、支持治具４の外周壁面側に移動し、その上死点に達して支持治具４の外周壁面に対接する。一方、前記爪型アーム10の対接面とは反対側の支持治具４の外周壁面は、対接板12を介して振動付与体11に接し、支持治具４に支持・装着された電池ケース３の充填用口3aが、結果的に、吐出ノズル７に対してセンター位置出しが行われる。
【００２８】
この状態で、前振動付与機構11を動作させる一方、吐出ノズル７を介して電池ケース３内に、ブランジャー型ポンプ８からゲル状負極作用物質を吐出・注入
（充填）を開始する。そして、ゲル状負極作用物質の充填注入量の増加に伴って、相対的に、前記電池ケース３を支持・装着した支持治具４が下降し、吐出ノズル７が充填注入されたゲル状負極作用物質内に位置しないように制御される。この振動付与と吐出ノズル７の位置制御とによって、電池ケース３内には気泡などが残存しない緻密な注入・充填が行われる。
【００２９】
前記電池ケース３内へのゲル状負極作用物質の充填・注入が最終段階になると、すなわち、吐出ノズル７が電池ケース３内より、相対的に、上昇すると（電池ケース３を支持装着した支持治具４が下降すると）、爪型アーム10による圧着が開放されるため、実質的には振動付与も解消される形となる。そして、ゲル状負極作用物質が充填・注入電池ケース３を支持装着する支持治具４は、搬送路５に戻され列状に順次、次工程側に押し出される。
【００３０】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものでなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲でいろいろの変化を採ることができる。たとえば、ゲル状負極（もしくは正極）作用物質の組成や種類、その粘度、さらには、電池の種類や電池ケースの容量・形状など適宜選択・設定しても支障ない。また、吐出ノズルに対して、支持治具側を進退させる代りに、支持治具側を固定的とし、吐出ノズル側を進退させる構成としてもよい。つまり、支持治具の側壁面部を挟む爪型アームおよび対接板（振動付与機構側に一体的に配置）対の開閉を、吐出ノズルの進退に連動して行うように構成してもよい。
【００３１】
【発明の効果】
上記説明したように、請求項１〜２の発明によれば、常時、ゲル状電極作用物質の所定量を高精度に、かつ再現性よく電池ケース内に緻密に充填することができる。すなわち、ゲル状電極作用物質の粘度に左右されず、良好なセンターリング、吐出ノズルの適切な位置設定、および適度の振動付与などによって、安定したゲル状電極作用物質の定量供給・充填が行われる。しかも、前記ゲル状電極作用物質の吐出・注入の過程において、支持治具同士の接触などに起因する支持治具の損傷・変形なども回避できるので、搬送における位置ズレも防止される。したがって、電池の製造工程において、量産性および製品の品質ないし信頼性向上などに大きく寄与するものといえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に係るゲル状負極作用物質の充填装置の要部構成を示す上面図。
【図２】実施例に係るゲル状負極作用物質の充填装置の要部構成を示す側面図。
【図３】実施例に係るゲル状負極作用物質の充填領域の要部構成を示す(a) は側面図、(b) は爪型アームなどによる支持治具の挟着的な押圧状態の上面図。
【符号の説明】
１……ワーク供給部
２……ワーク
３……電池ケース
３ａ……充填用口
４……支持治具
５……搬送路
６……押し込み機構
７……吐出ノズル
８……プランジャー型ポンプ
９……カム機構
１０……爪型アーム
１１……振動付与機構
１２……対接板
【図１】
0004183839.tif 000002
【図２】
0004183839.tif 000003
【図３】
0004183839.tif 000004