(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記ノズルは、前記内周側ノズル部を通して伸縮するシャフト部をさらに備え、前記シャフト部は、その一端に、前記吸入口を開閉するバルブを備える、請求項1に記載の注液装置。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を参照しながら本発明の一実施例について説明する。
【0012】
図1には、フィルム外装電池1に電解液を注液するための注液装置2が示されている。フィルム外装電池1は、例えばリチウムイオン二次電池であり、電極としての図示せぬ正極ならびに負極と両者の間に介在した図示せぬセパレータとを複数積層してなる矩形の発電要素3(
図2参照)と、この発電要素3を電解液と共に収容するラミネートフィルム外装体4(
図2参照)と、発電要素3にそれぞれ接続された正極タブ5および負極タブ6(
図2参照)と、を備えている。
【0013】
ここで、注液対象となる袋状ラミネートフィルム外装体4について説明する。
図2に示すように、袋状ラミネートフィルム外装体4は、正極タブ5が1つの辺4aから外部に導出され、かつ負極タブ6が辺4aと平行な辺4bから外部に導出されるようにして2枚の矩形状ラミネートフィルムを互いに重ね合わせて、3つの辺4a,4b,4cを熱溶着することで形成される。3つの辺4a,4b,4cを熱溶着した状態では、上部の辺4dに、電解液を注液するための開口部7が形成されている。このようにして発電要素3を収容した袋状ラミネートフィルム外装体4内に、開口部7から電解液が注液される。
【0014】
注液装置2は、開口部7を有した袋状ラミネートフィルム外装体4を保持する押さえ治具8と、袋状ラミネートフィルム外装体4内を真空引きするとともに電解液を注液するノズル9と、このノズル9が挿入された状態の袋状ラミネートフィルム外装体4の開口部7をこのフィルム外装体4の両面から押圧する主シール機構10と、注液後に袋状ラミネートフィルム外装体4の開口部7をシールする副シール機構11と、注液後に袋状ラミネートフィルム外装体4の開口部7を熱封止する封止機構12と、を備えている。
【0015】
押さえ治具8は、主シール機構10、副シール機構11および封止機構12よりも下方に位置しており、押さえ治具固定台13上に設置されている。押さえ治具8は、例えば直方体形状をなしており、開口部7が上方に開口する姿勢で袋状ラミネートフィルム外装体4が差し込まれる差込穴14を備えている。
図1に示すように、差込穴14に袋状ラミネートフィルム外装体4を差し込んだ状態では、主シール機構10、副シール機構11および封止機構12が作用する袋状ラミネートフィルム外装体4の上部が、押さえ治具8の上面8aから上方に突出している。
【0016】
ノズル9は、昇降可能に構成されており、
図3に示すように、円筒状の外周側ノズル部15と、この外周側ノズル部15を通して伸縮する同じく円筒状の内周側ノズル部16と、この内周側ノズル部16を通して伸縮する円柱状のシャフト部17と、を備えている。
【0017】
ここで、説明の便宜上、外周側ノズル部15、内周側ノズル部16およびシャフト部17の共通の中心軸線となる、
図3に一点鎖線で示す中心軸線Mに沿った方向を「軸方向」と定義する。さらに、
図3の下側における軸方向端部側を「軸方向一端側」と定義し、
図3の上側における軸方向端部側を「軸方向他端側」と定義する。
【0018】
外周側ノズル部15の内径は、内周側ノズル部16の外径よりも大きく形成されており、外周側ノズル部15は、この外周側ノズル部15に対して伸縮する内周側ノズル部16との間に、電解液が通流する環状の電解液通路19を構成している。この電解液通路19の出口となる環状の注液口20が、軸方向一端側において、内周側ノズル部16の伸長状態で、外周側ノズル部15の先端部と内周側ノズル部16の外周面との間に形成される。内周側ノズル部16は、その先端に、弁となる拡径部24を有し、注液口20は、外周側ノズル部15と内周側ノズル部16との相対移動によって開閉される。注液口20が閉じられた状態では、
図3に示すように、軸方向一端側で円錐テーパ状に拡径した外周側ノズル部15の傾斜面15aと、内周側ノズル部16の先端に形成された拡径部24の外周側傾斜面24aとの間の隙間が、環状の電解液用シール部材26によって液密にシールされている。電解液用シール部材26は、外周側傾斜面24aに形成された環状溝内に設けられており、弾性材料、例えばゴムにより形成されている。
【0019】
電解液通路19は、注液口20から軸方向他端側に延びており、外周側ノズル部15の外周部から円筒状に突出した突出部15cからなる電解液供給通路21と連通している。この電解液供給通路21は、電解液の供給源となる注液ポンプ22に接続されている。
【0020】
また、外周側ノズル部15では、軸方向他端側において、外周側ノズル部15の内周面に2つの環状溝15dが形成されており、これらの環状溝15d内に、環状のシール部材23がそれぞれ配置されている。シール部材23は、弾性材料、例えばゴムにより形成されており、外周側ノズル部15の内周面と内周側ノズル部16の外周面との間の隙間を液密にかつ摺動可能にシールしている。
【0021】
さらに、外周側ノズル部15は、軸方向他端側に、軸方向と直交するように外周側ノズル部15の外周面から外周側に張り出した張出部15bを有している。この張出部15bには、図示せぬ油圧ポンプに接続された往復直線運動型の油圧アクチュエータ18のロッド18aからの押圧力が、軸方向他端側から軸方向に作用し、これにより、外周側ノズル部15は、内周側ノズル部16およびシャフト部17とともに下降する。
【0022】
内周側ノズル部16は、外周側ノズル部15よりも長い円筒状に形成されている。内周側ノズル部16の内径は、シャフト部17の外径よりも大きく形成されており、内周側ノズル部16は、この内周側ノズル部16に対し伸縮するシャフト部17との間に、真空引き時にガスが通流する環状の減圧通路28を構成している。この減圧通路28の入口となる吸入口29が、軸方向一端側において、シャフト部17の伸長状態で、内周側ノズル部16の先端部とシャフト部17の外周面との間に形成される。シャフト部17は、その先端に、円錐台形状のバルブ25を有し、吸入口29は、内周側ノズル部16とシャフト部17との相対移動によって開閉される。吸入口29が閉じられた状態では、
図3に示すように、内周側ノズル部16の拡径部24に設けられた内周側傾斜面24bと、シャフト部17の先端に設けられたバルブ25のテーパ面25aとの間の隙間が、環状のガス用シール部材33によって気密にシールされている。ガス用シール部材33は、テーパ面25aに形成された環状溝内に収容されており、電解液用シール部材26と同様にゴムにより形成されている。
【0023】
減圧通路28は、吸入口29から、電解液通路19の長さよりも長く軸方向他端側に延びている。減圧通路28は、内周側ノズル部16の外周部から円筒状に突出した突出部16bによって画定されたガス排出通路30と連通している。このガス排出通路30は、真空ポンプ31に接続されている。
【0024】
また、内周側ノズル部16では、軸方向他端側において、外周側ノズル部15と同様に、内周側ノズル部16の内周面に、2つの環状溝16cが形成されており、これらの環状溝16c内に、弾性材料、例えばゴムからなる環状のシール部材32がそれぞれ配置されている。シール部材32は、減圧通路28内へ大気が侵入しないように、内周側ノズル部16の内周面とシャフト部17の外周面との間の隙間を気密にかつ摺動可能にシールしている。
【0025】
さらに、内周側ノズル部16は、軸方向他端側に、外周側ノズル部15の張出部15bと同じ方向に張り出した張出部16aを有している。張出部16aには、張出部15bに支持された往復直線運動型の油圧アクチュエータ27のロッド27aが連結されている。油圧アクチュエータ27のロッド27aの駆動により、内周側ノズル部16は、外周側ノズル部15に対し軸方向に相対移動する。
【0026】
シャフト部17は、内周側ノズル部16よりも長く形成された円柱状をなしている。シャフト部17は、軸方向他端側に、張出部15b,16aと同様に形成された張出部17aを有しており、この張出部17aには、張出部16aに支持された往復直線運動型の油圧アクチュエータ34のロッド34aが、連結されている。油圧アクチュエータ34のロッド34aの駆動により、シャフト部17は、内周側ノズル部16に対し軸方向に相対移動する。
【0027】
主シール機構10は、
図1に示すように封止機構12の下方に設けられており、ノズル9が挿入された状態の袋状ラミネートフィルム外装体4の両面を押圧して外周側ノズル部15をシールするように構成されている。主シール機構10は、外周側ノズル部15をシールする一対の弾性体35,36と、この一対の弾性体35,36を保持する一対の保持部材37,38と、を備えている。
【0028】
弾性体35は、
図4に示すように、袋状ラミネートフィルム外装体4を挟んで一方側(
図4の右側)に設けられており、弾性体36と協働して、開口部7をノズル9とともに袋状ラミネートフィルム外装体4の両面から押圧することで、ノズル9を横切るシール線L1(
図2参照)に沿って外周側ノズル部15をシールするように構成されている。弾性体35は、弾性材料としてゴム、例えばフッ素ゴムから形成されている。弾性体35は、断面円形の細長い棒状に形成されており、袋状ラミネートフィルム外装体4の上部の辺4dの開口部7を密閉することができる程度の長さを有している。
図5に示すように、弾性体35は、その中央部にノズル9の外周側ノズル部15の外径に沿って窪んだ半円弧状の屈曲部39を備えている。この屈曲部39は、
図6に示すように、外周側ノズル部15とともに開口部7を袋状ラミネートフィルム外装体4の外側から押圧したときに、外周側ノズル部15およびこの外周側ノズル部15に沿った袋状ラミネートフィルム外装体4の部分を適宜押圧し得る程度の大きさに形成されている。
【0029】
保持部材37は、例えば金属によって、
図4に示すように断面概ねU字状に形成されている。保持部材37は、垂直に立ち上がった底壁37aと、互いに平行となるように底壁37aから水平方向に延びる一対の側壁37b,37bと、を備えている。底壁37aおよび一対の側壁37b,37bによって形成された凹溝37c内に弾性体35が収容されており、かつ熱溶着または接着されている。なお、一対の側壁37b,37bには、外周側ノズル部15との干渉を避けるように、弾性体35の屈曲部39に対応した形状を有する
図6に示す切り欠き部37dが形成されている。
【0030】
弾性体36は、
図4に示すように袋状ラミネートフィルム外装体4を挟んで他方側(
図4の左側)に設けられている。弾性体36は、弾性体35よりも硬度が高いゴム、例えばシリコーンゴムによって平坦なシート状に形成されている。
【0031】
保持部材38は、例えば金属によって形成されている。保持部材38は、
図4に示すように直方体形状を有し、その表面に弾性体36が熱溶着または接着されている。
【0032】
図1に示すように、主シール機構10は、
図2に示すシール線L1の位置に設けられており、2つの油圧アクチュエータ40,50を備えている。これらの油圧アクチュエータ40,50は、袋状ラミネートフィルム外装体4に対して弾性体35,36をそれぞれ独立して往復直線運動させるように構成されている。油圧アクチュエータ40は、
図4に示すように、ロッド40aを介して保持部材37の底壁37aに連結されており、一方、油圧アクチュエータ50は、
図4に示すように、ロッド50aを介して保持部材38に連結されている。油圧アクチュエータ40と油圧アクチュエータ50とは、互いに連動して作動し、開口部7を挟んで両側に位置する弾性体35と弾性体36とが、開閉動作する。
【0033】
なお、上記主シール機構10は、請求の範囲に記載の「シール機構」に相当する。
【0034】
副シール機構11は、主シール機構10よりも発電要素3寄りの位置つまり
図2に示すシール線L2の位置に設けられており、注液工程の後に、ノズル9を介さずに開口部7をシールすることで、電解液の漏洩や外気の侵入を抑制するように構成されている。副シール機構11は、開口部7をシールする一対の弾性体41,42と、この一対の弾性体41,42を保持する一対の保持部材43,44と、を備えている。
【0035】
弾性体41は、
図4に示すように袋状ラミネートフィルム外装体4を挟んで一方側(
図4の右側)に、弾性体35よりも下方に設けられており、弾性体42と協働して、開口部7を袋状ラミネートフィルム外装体4の両面から押圧することで、シール線L2(
図2参照)に沿って開口部7をシールするように構成されている。弾性体41は、弾性体35と同じゴム、例えばフッ素ゴムから形成されており、弾性体35と同じ硬度を有している。
図7に示すように、弾性体41は、細長い円柱状に形成されており、弾性体35と同様に、袋状ラミネートフィルム外装体4の上部の辺4dの開口部7を密閉することができる程度の長さを有している。
【0036】
保持部材43は、例えば金属によって、
図4に示すように断面概ねU字状に形成されている。保持部材43は、保持部材37と同様の構成を有しており、底壁43aと、一対の側壁43b,43bと、から構成される凹溝43c内に弾性体41が収容され、かつ熱溶着または接着されている。
【0037】
弾性体42は、弾性体36と同じゴムによって平坦なシート状に形成されている。
【0038】
保持部材44は、保持部材38と同様に直方体形状を有しており、その表面に弾性体42が熱溶着または接着されている。
【0039】
図1に示すように、副シール機構11は、2つの油圧アクチュエータ45,51を備えている。これらの油圧アクチュエータ45,51のロッド45a,51a(
図4参照)の駆動により、開口部7を挟んで両側に位置する弾性体41と弾性体42とが、開閉動作する。
【0040】
なお、上記副シール機構11は、請求の範囲に記載の「第2のシール機構」に相当する。
【0041】
封止機構12は、電解液の注液後に袋状ラミネートフィルム外装体4の開口部7を熱封止する一対の封止用ヒータ46,46を備えている。一対の封止用ヒータ46,46は、実質的に互いに同様に構成されている。封止用ヒータ46は、
図1に示すように、主シール機構10の上方に位置している。封止用ヒータ46は、ブロック状をなしており、例えば熱伝導性に優れた金属材料によって形成されている。封止用ヒータ46は、例えば熱線等の発熱体を内部に備えている。一対の封止用ヒータ46,46は、図示省略したアクチュエータにそれぞれ接続されており、開口部7を挟んで開閉動作するように構成されている。
【0042】
かかる注液装置2では、
図1に示すように、開口部7が上方に開口する姿勢で袋状ラミネートフィルム外装体4を差込穴14内に差し込んだうえで、油圧アクチュエータ18の駆動によりノズル9を下降させて、ノズル9の先端部を開口部7内に挿入する。そして、油圧アクチュエータ40,50の駆動により一対の弾性体35,36を互いに接近させることで、弾性体35,36によって、ノズル9が挿入された袋状ラミネートフィルム外装体4を両側から押圧する。これにより、袋状ラミネートフィルム外装体4とともに外周側ノズル部15が、弾性体35,36によってシールされる。
【0043】
次に、
図8(a)〜
図8(c)を参照することにより、袋状ラミネートフィルム外装体4の真空引き工程、注液工程および注液後のシール工程について説明する。
【0044】
なお、
図8(a)〜
図8(c)では、ノズル9が袋状ラミネートフィルム外装体4内に既に挿入された状態となっており、シール線L1(
図2参照)の位置で、外周側ノズル部15が挿入された袋状ラミネートフィルム外装体4を両側から押圧する弾性体35,36を破線で示してある。さらに、
図8(c)では、シール線L2(
図2参照)の位置で、袋状ラミネートフィルム外装体4をシールする弾性体41,42を一点鎖線で示してある。
【0045】
図8(a)に示すように、真空引き工程では、油圧アクチュエータ27の駆動により、外周側ノズル部15に対し内周側ノズル部16を軸方向一端側に突出させる。内周側ノズル部16の突出後には、
図8(a)に示すように、外周側ノズル部15の先端部と内周側ノズル部16の外周面との間の環状の注液口20が開かれた状態で、内周側ノズル部16の拡径部24は、注液口20よりも軸方向一端側に突出した位置にある。
【0046】
そして、拡径部24が軸方向一端側に突出した状態のまま、油圧アクチュエータ34の駆動により、内周側ノズル部16に対しシャフト部17を軸方向一端側に突出させる。シャフト部17の突出後には、拡径部24とシャフト部17の外周面との間の環状の吸入口29が開かれた状態で、バルブ25は、拡径部24よりも軸方向一端側に突出した位置にある。このようにして、内周側ノズル部16先端の吸入口29は、外周側ノズル部15の注液口20よりも軸方向一端側に突出した位置において、袋状ラミネートフィルム外装体4内に開口する。なお、上記突出した位置では、バルブ25は、発電要素3の端縁近傍にある。
【0047】
次に、真空ポンプ31の作動により、
図8(a)に矢印Gで示すように、吸入口29および減圧通路28を通して袋状ラミネートフィルム外装体4内のガスを引き抜く即ち真空引きする。
【0048】
図8(b)に示すように、真空引き工程の後工程としての注液工程では、油圧アクチュエータ34の駆動により、シャフト部17を、内周側ノズル部16に対し上方に後退させる。これにより、内周側ノズル部16の吸入口29は、
図8(b)に示すように、バルブ25によって外側から閉じられ、ガス用シール部材33によって、テーパ面25aと内周側傾斜面24bとの間の隙間が気密にシールされる。
【0049】
そして、バルブ25によって吸入口29が閉じられた状態のまま注液ポンプ22を作動することにより、
図8(b)に矢印Lで示すように、電解液通路19および注液口20を通して袋状ラミネートフィルム外装体4内へ電解液を注液する。
【0050】
図8(c)に示すように、注液工程の後工程としてのシール工程では、油圧アクチュエータ27の駆動により、内周側ノズル部16をシャフト部17とともに、
図8(b)に示す軸方向位置から上方へ後退させる。内周側ノズル部16の後退により、外周側ノズル部15の注液口20は、
図8(c)に示すように、内周側ノズル部16の拡径部24によって閉じられ、電解液用シール部材26によって、傾斜面15aと外周側傾斜面24aとの間の隙間が液密にシールされる。
【0051】
そして、注液口20および吸入口29が閉じられた状態で、一対の弾性体41,42により、シール線L2の位置で袋状ラミネートフィルム外装体4の開口部7をシールする。
【0052】
次に、一対の弾性体41,42により袋状ラミネートフィルム外装体4の開口部7をシールした状態のまま、一対の弾性体35,36を袋状ラミネートフィルム外装体4から離間させた後に、ノズル9を開口部7から引き抜く。
【0053】
そして、
図8(c)のシール工程の後工程である熱封止工程において、一対の封止用ヒータ46,46により、
図2に示すシール線L1よりも上方の位置で、袋状ラミネートフィルム外装体4を両側から加熱する。これにより、袋状ラミネートフィルム外装体4は、
図2に示す上部の辺4dに沿って熱封止される。
【0054】
上記のように、本実施例では、袋状ラミネートフィルム外装体4の真空引き時に、内周側ノズル部16先端の吸入口29は、外周側ノズル部15の注液口20よりも軸方向に突出した位置において、袋状ラミネートフィルム外装体4内に開口する。換言すれば、内周側ノズル部16は、袋状ラミネートフィルム外装体4内の発電要素3の近傍まで深く挿入されており、吸入口29は、発電要素3の端縁近傍に位置する。従って、真空引き時に、内周側ノズル部16が袋状ラミネートフィルム外装体4の内部へと延び、吸入口29が発電要素3の端縁近傍に位置するので、吸入口29を通して袋状ラミネートフィルム外装体4内を確実に真空引きすることができる。
【0055】
なお、仮に、ノズルが単一のパイプにより構成されており、このノズルを袋状ラミネートフィルム外装体内に深く挿入して真空引きを行う場合には、真空引き後にノズルを長い距離にわたって引き抜く必要があり、ノズルをシールする一対の弾性体による袋状ラミネートフィルム外装体の密閉性が低下する虞がある。
【0056】
しかし、本実施例では、弾性体35,36によってシールされる外周側ノズル部15を袋状ラミネートフィルム外装体4内に深く挿入しなくて済むので、ノズル9の引き抜き時における袋状ラミネートフィルム外装体4の密閉性の低下を抑制することができる。
【0057】
また、本実施例では、内周側ノズル部16の吸入口29が、シャフト部17先端に設けられたバルブ25によって開閉されるようにしてあり、注液時には、吸入口29は、バルブ25によって閉じられた状態となっている。これにより、注液時に、電解液通路19と減圧通路28とが確実に遮断される。
【0058】
さらに、本実施例では、注液装置2は、主シール機構10および副シール機構11からなる2つのシール機構を有しており、真空引き後に、一対の弾性体41,42により袋状ラミネートフィルム外装体4の開口部7をシールした状態のまま、一対の弾性体35,36によるシールを解放した後に、ノズル9を開口部7から引き抜く。これにより、一対の弾性体41,42により袋状ラミネートフィルム外装体4の密閉性が確保されるので、ノズル9の引き抜き時における袋状ラミネートフィルム外装体4の密閉性の低下が抑制される。
【0059】
また、本実施例では、弾性体35,36によってシールされるノズルが外周側ノズル部15の1つのみであるため、一対の弾性体によってシールされた単一の注液ノズルおよび単一の真空ノズルを引き抜く場合と比較して、外周側ノズル部15の引き抜きが容易である。
【0060】
なお、上記実施例では、2枚の矩形状ラミネートフィルムを互いに重ね合わせて3辺を熱溶着してなる袋状ラミネートフィルム外装体4を例にとり説明したが、本発明で用いられる袋状フィルム外装体は、1枚の矩形状ラミネートフィルムを2つ折りにして、さらに、折り曲げられた辺と直交した2辺を熱溶着するようにした構成であってもよい。
【0061】
また、上記実施例では、正極タブ5を袋状ラミネートフィルム外装体4の1つの辺4aから外部に導出し、かつ負極タブ6を辺4bから外部に導出してなるフィルム外装電池1について説明したが、正極タブ5および負極タブ6の双方を1つの辺から導出してなるフィルム外装電池1を本発明に適用することもできる。
【0062】
さらに、上記実施例では、袋状ラミネートフィルム外装体4の開口部7が上方に開口する姿勢で袋状ラミネートフィルム外装体4を配置する例を開示したが、他の姿勢で袋状ラミネートフィルム外装体4を配置するようにしても良い。