JP7566406B2 - パウチケース製造装置およびパウチケース製造方法 - Google Patents

パウチケース製造装置およびパウチケース製造方法 Download PDF

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Description

関連出願との相互参照
本出願は、２０２０年１１月１６日付の韓国特許出願第１０－２０２０－０１５２５２３号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明は、パウチケース製造装置およびパウチケース製造方法に関し、より具体的には、ディープドローイング方法を用いたパウチケース製造装置およびパウチケース製造方法に関する。
最近、化石燃料の枯渇によるエネルギー源の価格上昇、環境汚染の関心が増し、環境に優しい代替エネルギー源に対する要求が未来生活のための必須不可欠な要因になっている。このため、原子力、太陽光、風力、潮力などの多様な電力生産技術に関する研究が続いており、このように生産されたエネルギーをさらに効率的に用いるための電力貯蔵装置も大きな関心が注がれている。
特に、モバイル機器に対する技術開発と需要増加に伴ってエネルギー源としての電池の需要が急激に増加しており、それによって多様な要求に応えられる電池に関する多くの研究が行われている。
代表的に、高いエネルギー密度、放電電圧、出力安定性などのメリットを有するリチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池などのようなリチウム二次電池に対する需要が高い。
二次電池は、正極、負極、および正極と負極との間に介在する分離膜が積層された構造の電極組立体がどのような構造になっているかによって分類されたりもする。代表的には、長いシート状の正極と負極とを分離膜が介在した状態で巻取った構造のゼリーロール型電極組立体、所定サイズの単位に切り取った複数の正極と負極とを分離膜を介在した状態で順次に積層したスタック型電極組立体などが挙げられる。最近は、前記ゼリーロール型電極組立体およびスタック型電極組立体が有する問題点を解決するために、前記ゼリーロール型とスタック型との混合形態として、所定単位の正極と負極とを分離膜を介在した状態で積層した単位セルを分離フィルム上に位置させた状態で順次に巻取った構造のスタック／フォールディング型電極組立体が開発された。
また、二次電池は、ケースの形状により、電極組立体が円筒形のケースに内蔵された円筒形二次電池、電極組立体が角形のケースに内蔵された角形二次電池、および電極組立体がラミネートシートのパウチケースに内蔵されているパウチ型二次電池に分類される。
なかでも、高い集積度で積層可能であり、重量あたりのエネルギー密度が高く、安価で変形が容易なパウチ型二次電池が多くの関心を集めている。前記パウチ型二次電池は、電池ケースが樹脂層と金属層とを含むラミネートシートからなる電池セルを意味し、前記電池ケースの内部に電極組立体が内蔵される構造である。
図１は、パウチ型二次電池に用いられるパウチケースを示す斜視図である。
図１を参照すれば、ラミネートシートのパウチフィルムＦに湾入した形態の収納部Ｓを形成し、このような収納部Ｓに電極組立体を収納し、電解液を注入した後、密封することによって、パウチ型二次電池を製造することができる。
この時、パウチ型二次電池内のデッドスペース（ｄｅａｄ ｓｐａｃｅ）を低減するために、パウチフィルムＦにディープドローイング方式の装置を用いて収納部Ｓを形成することができる。参照として、平らな金属板材を円筒形や角筒形の製品に成形するには、パンチを用いて素材をダイ空洞部に押し込むディープドローイング方式の加工をしなければならず、この加工法は深いくぼみ状の製品を作製できるという意味からディープドローイングという。ラミネートシートのパウチフィルムに電極組立体収納部を形成するような、深さが薄い製品を加工するのに適用可能である。
図２は、従来のディープドローイング方式のパウチケースの製造過程を説明するための断面図である。
図２を参照すれば、パウチフィルムＦを下部ダイ２１とストリッパ２２との間に固定させた後、収納部に対応する形状を有するパンチ部３０がパウチフィルムＦの一面を加圧することができる。このように、下向きに加圧するパンチ部３０を用いてパウチフィルムＦを所望する深さまで延伸させる方法により、パウチケースの収納部を形成することができる。
図３は、従来のディープドローイング方式のパウチケースの製造過程におけるパウチケースの断面を示す模式図である。具体的には、収納部が形成された部分とその外側部分との間の境界を拡大して示した。
図２および図３を参照すれば、従来のパンチ部３０がパウチフィルムＦを加圧して収納部を形成する時、収納部の境界部分での「巻き角」がパウチフィルムＦの効果的な延伸程度を決定するのに重要な要因になる。この時、巻き角は、パンチ部３０のコーナー部分によって形成された収納部の境界部分での曲率が形成する弧の角度を意味する。
力学的に分析すれば、巻き角の増加に伴って、パンチ部３０とパウチフィルムＦとの間の摩擦接触が発生する部分（Ｃ部分）の上部部分（Ａ部分）および下部部分（Ｂ部分）にかかる引張力の差は指数関数的に増加する。
従来の場合、単一パンチ部３０の加圧で収納部Ｓが形成されるため、パウチフィルムの巻き角が大きくなり、前記上部部分（Ａ部分）にかかる引張力が過度に大きくなって、パウチフィルムＦの引張が前記上部部分（Ａ部分）でのみ発生することがある。このようにパウチフィルムＦの延伸が局部的に前記上部部分（Ａ部分）にのみ集中することによって平均延伸率が増加し、この部分の厚さが過度に薄くなって、結果として、パウチフィルムＦが破断する恐れがある。
本発明が解決しようとする課題は、目的とする深さを有する収納部を形成しながらも、パウチフィルムの外形上の欠陥や破断を誘発しないパウチケース製造装置およびパウチケース製造方法を提供することである。
しかし、本発明の実施例が解決しようとする課題は上述した課題に限定されず、本発明に含まれている技術的な思想の範囲で多様に拡張可能である。
本発明の一実施例によるパウチケース製造装置は、電池セル用ラミネートシートのパウチフィルムを固定する固定部と、前記パウチフィルムに収納部を形成するように前記パウチフィルムを加圧するパンチ部とを含む。前記パンチ部は、中央パンチ部と、前記中央パンチ部を囲む外周パンチ部とを含み、前記中央パンチ部は、前記パウチフィルムの中央部分を加圧し、前記外周パンチ部は、前記パウチフィルムの外周部分を加圧する。前記パンチ部の加圧方向と平行な垂直断面上で、前記中央パンチ部のコーナーの曲率半径が、前記外周パンチ部のコーナーの曲率半径より大きい。
前記パンチ部の加圧方向と垂直な水平断面上で、前記中央パンチ部のコーナーの曲率半径が、前記外周パンチ部のコーナーの曲率半径より大きい。
前記外周パンチ部は、複数で構成され、前記パンチ部の加圧方向と垂直な水平断面上で、複数の前記外周パンチ部は、前記中央パンチ部から外側に順次に位置することができる。
前記外周パンチ部は、前記中央パンチ部を囲む第１外周パンチ部と、前記第１外周パンチ部を囲む第２外周パンチ部とを含むことができる。
前記パンチ部の加圧方向と平行な垂直断面上で、前記第１外周パンチ部のコーナーの曲率半径が、前記第２外周パンチ部のコーナーの曲率半径より大きい。
前記パンチ部の加圧方向と垂直な水平断面上で、前記第１外周パンチ部のコーナーの曲率半径が、前記第２外周パンチ部のコーナーの曲率半径より大きい。
前記第１外周パンチ部の厚さが、前記第２外周パンチ部の厚さより厚い。
前記パウチケース製造装置は、前記パウチフィルムを加圧するように前記パンチ部を駆動させる駆動部をさらに含むことができる。前記駆動部は、前記中央パンチ部上に位置した中央カム部と、前記外周パンチ部上に位置した外周カム部と、前記中央カム部と前記外周カム部それぞれに連結されたカムシャフト部とを含むことができ、前記中央カム部のカム作動角が、前記外周カム部のカム作動角より大きい。
本発明の一実施例によるパウチケース製造方法は、電池セル用ラミネートシートのパウチフィルムを固定する段階と、固定された前記パウチフィルムをパンチ部で加圧して収納部を形成する段階とを含む。前記パンチ部は、中央パンチ部と、前記中央パンチ部を囲む外周パンチ部とを含む。前記収納部を形成する段階で、前記中央パンチ部は、前記パウチフィルムの中央部分を加圧し、前記外周パンチ部は、前記パウチフィルムの外周部分を加圧する。前記パンチ部の加圧方向と平行な垂直断面上で、前記中央パンチ部のコーナーの曲率半径が、前記外周パンチ部のコーナーの曲率半径より大きい。
前記パンチ部の加圧方向と垂直な水平断面上で、前記中央パンチ部のコーナーの曲率半径が、前記外周パンチ部のコーナーの曲率半径より大きい。
前記収納部を形成する段階で、先に前記中央パンチ部が前記パウチフィルムの中央部分を加圧し、次に前記外周パンチ部が前記パウチフィルムの外周部分を加圧することができる。
前記外周パンチ部は、複数で構成され、前記パンチ部の加圧方向と垂直な水平断面上で、複数の前記外周パンチ部は、前記中央パンチ部から外側に順次に位置することができる。
前記収納部を形成する段階で、複数の前記外周パンチ部のうち、前記中央パンチ部と近く位置した外周パンチ部が、前記中央パンチ部から遠く位置した外周パンチ部より先に前記パウチフィルムを加圧することができる。
本発明の実施例によれば、複数のパンチ部の組み合わせからなる同軸型パンチ部を設け、パンチ部の曲率半径を調整することによって、前記パンチ部が収納部を形成する過程で、パウチフィルムの延伸が広い領域で比較的均一な形態になる。
これによって、パウチフィルムの局部的な延伸を予防して、平均延伸率を低減することが可能で、パウチフィルムのクラックのような外形上の欠陥やパウチフィルムの破断を防止することができる。
本発明の効果は以上に言及した効果に制限されず、言及されていないさらに他の効果は特許請求の範囲の記載から当業者に明確に理解されるであろう。
パウチ型二次電池に用いられるパウチケースを示す斜視図である。 従来のディープドローイング方式のパウチケースの製造過程を説明するための断面図である。 従来のディープドローイング方式のパウチケースの製造過程におけるパウチケースの断面を示す模式図である。 本発明の一実施例によるパウチケース製造装置の垂直断面を示す断面図である。 図４の「Ｉ」部分を拡大して示す部分図である。 図４の切断線Ｊ－Ｊ’に相当する断面を示す断面図である。 本発明の一実施例によるパウチケース製造装置によって製造されたパウチケースの断面を示す模式図である。 本発明の一実施例による駆動部を示す斜視図である。 図９ａ～図９ｄは、図８の駆動部に含まれている中央カム部および第１～第３カム部それぞれに対するｙｚ平面上の断面を示す断面図である。 本発明の一実施例によるパウチケース製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施例によるパウチケース製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施例によるパウチケース製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施例によるパウチケース製造方法を説明するための断面図である。
以下、添付した図面を参照して、本発明の様々な実施例について、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。本発明は種々の異なる形態で実現可能であり、ここで説明する実施例に限定されない。
本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一の参照符号を付す。
また、図面に示された各構成の大きさおよび厚さは説明の便宜のために任意に示したので、本発明が必ずしも図示のものに限定されない。図面において様々な層および領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。そして、図面において、説明の便宜のために、一部の層および領域の厚さを誇張して示した。
また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上に」あるとする時、これは、他の部分の「直上に」ある場合のみならず、その中間にさらに他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分の「直上に」あるとする時には、中間に他の部分がないことを意味する。さらに、基準となる部分の「上に」あるというのは、基準となる部分の上または下に位置することであり、必ずしも重力の反対方向に向かって「上に」位置することを意味するのではない。
また、明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とする時、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに包含できることを意味する。
さらに、明細書全体において、「平面図」と記載する時、これは対象部分を上から見た時を意味し、「断面図」と記載する時、これは対象部分を垂直に切断した断面を横から見た時を意味する。
図４は、本発明の一実施例によるパウチケース製造装置の垂直断面を示す断面図である。図５は、図４の「Ｉ」部分を拡大して示す部分図である。図６は、図４の切断線Ｊ－Ｊ’に沿った断面を示す断面図である。
図４～図６を参照すれば、本発明の一実施例によるパウチケース製造装置は、電池セル用ラミネートシートのパウチフィルムＦを固定する固定部２００と、パウチフィルムＦに収納部を形成するようにパウチフィルムＦを加圧するパンチ部３００とを含む。パンチ部３００は、中央パンチ部３１０と、中央パンチ部３１０を囲む外周パンチ部３２０とを含む。中央パンチ部３１０と外周パンチ部３２０は、同軸をなすパンチであって、中央パンチ部３１０は、パウチフィルムＦの中央部分を加圧し、外周パンチ部３２０は、パウチフィルムＦの外周部分を加圧する。
まず、本実施例による固定部２００は、下部ダイ２１０と、ストリッパ２２０とを含むことができる。下部ダイ２１０は、パウチフィルムＦの外周辺を支えながら、収納部（Ｓ、図１参照）に対応する形状の空間が設けられた構造物であり、ストリッパ２２０は、下部ダイ２１０上でパウチフィルムＦを固定させる構造物である。つまり、パウチフィルムＦの外周辺は、下部ダイ２１０とストリッパ２２０との間に位置したまま固定される。
パンチ部３００は、固定されたパウチフィルムＦのうち収納部が形成される部分を加圧するディープドローイング方式でパウチフィルムＦに収納部を形成することができる。このようなパンチ部３００は、単一パンチ部ではなく、中央パンチ部３１０と外周パンチ部３２０とが同軸をなす複数のパンチを含む。
一方、外周パンチ部３２０は、単数や複数で構成される。外周パンチ部３２０の個数に特別な制限はない。図４～図６には、外周パンチ部３２０が複数で構成されて、第１外周パンチ部３２０ａと、第２外周パンチ部３２０ｂと、第３外周パンチ部３２０ｃとを含むことを示した。つまり、外周パンチ部３２０は、中央パンチ部３１０を囲む第１外周パンチ部３２０ａと、第１外周パンチ部３２０ａを囲む第２外周パンチ部３２０ｂと、第２外周パンチ部３２０ｂを囲む第３外周パンチ部３２０ｃとを含むことができる。
外周パンチ部３２０が複数で構成される場合、パンチ部３００の加圧方向と垂直な水平断面上で、複数の外周パンチ部は、中央パンチ部３１０から外側に順次に位置することができる。パンチ部３００の加圧方向に対しては、中央パンチ部３１０と外周パンチ部３２０それぞれがパウチフィルムＦと対面することができる。ここで、パンチ部３００の加圧方向は、図４に示されているように、パンチ部３００がパウチフィルムＦに向かう方向を意味する。したがって、前記水平断面は、加圧前のパウチフィルムＦの一面と平行な面であってもよい。
この時、図４および図５に示されているように、パンチ部３００の加圧方向と平行な垂直断面上で、中央パンチ部３１０のコーナーの曲率半径Ｒ０が、外周パンチ部３２０のコーナーの曲率半径Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃより大きい。前記垂直断面は、加圧前のパウチフィルムＦの一面と垂直な面であってもよい。また、前記曲率半径は、各パンチ部の垂直断面上で、コーナー部分が形成する円弧の半径を意味する。曲率半径が大きいというのは、各パンチ部の垂直断面上で、コーナー部分が緩やかな曲率を有することを意味する。
具体的には、パンチ部３００の加圧方向と平行な垂直断面上で、中央パンチ部３１０のコーナーの曲率半径Ｒ０は、第１外周パンチ部３２０ａのコーナーの曲率半径Ｒａより大きく、第１外周パンチ部３２０ａのコーナーの曲率半径Ｒａは、第２外周パンチ部３２０ｂのコーナーの曲率半径Ｒｂより大きく、第２外周パンチ部３２０ｂのコーナーの曲率半径Ｒｂは、第３外周パンチ部３２０ｃのコーナーの曲率半径Ｒｃより大きい。つまり、言い換えれば、中央パンチ部３１０から外側方向へいくほど、垂直断面上で、パンチ部のコーナーの曲率半径が小さくなり、コーナー部分が急な曲率を形成することができる。
図６は、図４の切断線Ｊ－Ｊ’に沿った断面を示す断面図である。つまり、図６は、本実施例によるパンチ部３００をパンチ部３００の加圧方向と垂直な水平断面に沿った断面である。
図４および図６を参照すれば、上述のように、中央パンチ部３１０を囲む外周パンチ部３２０の様子を確認することができる。この時、パンチ部３００の加圧方向と垂直な水平断面上で、中央パンチ部３１０のコーナーの曲率半径Ｒ０’が、外周パンチ部３２０のコーナーの曲率半径Ｒａ’、Ｒｂ’、Ｒｃ’より大きい。前記水平断面は、上述のように、加圧前のパウチフィルムＦの一面と平行な面であってもよい。また、前記曲率半径は、各パンチ部の水平断面上で、コーナー部分が形成する円弧の半径を意味する。曲率半径が大きいということは、各パンチ部の水平断面上で、コーナー部分が緩やかな曲率を有することを意味する。
具体的には、パンチ部３００の加圧方向と垂直な水平断面上で、中央パンチ部３１０のコーナーの曲率半径Ｒ０’は、第１外周パンチ部３２０ａのコーナーの曲率半径Ｒａ’より大きく、第１外周パンチ部３２０ａのコーナーの曲率半径Ｒａ’は、第２外周パンチ部３２０ｂのコーナーの曲率半径Ｒｂ’より大きく、第２外周パンチ部３２０ｂのコーナーの曲率半径Ｒｂ’は、第３外周パンチ部３２０ｃのコーナーの曲率半径Ｒｃ’より大きい。つまり、言い換えれば、中央パンチ部３１０から外側方向へいくほど、水平断面上で、パンチ部のコーナーの曲率半径が小さくなり、コーナー部分が急な曲率を形成することができる。
つまり、図４～図６を併せて参照すれば、本発明の一実施例によるパンチ部３００は、垂直断面上で、中央パンチ部３１０のコーナーの曲率半径Ｒ０が、外周パンチ部３２０のコーナーの曲率半径Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃより大きい。また、本発明の他の実施例によるパンチ部３００は、垂直断面上で、中央パンチ部３１０のコーナーの曲率半径Ｒ０が、外周パンチ部３２０のコーナーの曲率半径Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃより大きく、同時に水平断面上で、中央パンチ部３１０のコーナーの曲率半径Ｒ０’が、外周パンチ部３２０のコーナーの曲率半径Ｒａ’、Ｒｂ’、Ｒｃ’より大きい。
以下、本実施例によるパンチ部３００が従来のパンチ部３０と比較して有しているメリットを、図７などと共に説明する。図７は、本発明の一実施例によるパウチケース製造装置によって製造されたパウチケースの断面を示す模式図である。
まず、図３を再び参照すれば、上述のように、従来のパンチ部３０は、単一パンチ部で構成されて、パウチフィルムＦを目的とする深さまで一度に加圧して収納部Ｓを形成する。したがって、大きい巻き角を形成し、上部部分（Ａ部分）にかかる引張力が過度に大きくなって、パウチフィルムＦの局部的な延伸および破断が発生することがある。
これに対し、図４～図６を参照すれば、本実施例によるパンチ部３００は、同軸をなす複数のパンチつまり、中央パンチ部３１０と、外周パンチ部３２０とを含む。さらに、外周パンチ部３２０も、複数で構成される。このように同軸をなす複数のパンチが順次にパウチフィルムＦを加圧するため、目的とする深さまで漸進的に収納部Ｓを形成することができる。つまり、一度に加圧して収納部Ｓを形成するのではなく、収納部Ｓが形成される境界部分まで漸進的に収納部Ｓの面積を広げていく方式で収納部Ｓを形成することができる。ここで、前記境界部分は、パウチフィルムＦのうち、収納部Ｓが形成された部分とそうでない部分との間の境界を意味する。
一方、本実施例によるパンチ部３００は、最外側にある外周パンチ部（図４などでは３２０ｃを意味）から中央パンチ部３１０へいくほど、垂直断面上で、コーナーの曲率半径が大きくなる構造を有する。このような構造において、中央パンチ部３１０の加圧が先に行われ、後に外周パンチ部３２０の加圧が行われる。外周パンチ部３２０が複数の場合、中央パンチ部３１０と近い外周パンチ部から順次に加圧が行われる。この時、中央パンチ部３１０と外周パンチ部３２０のコーナーが同一の曲率半径を有する構造が比較例として比較できる。すべて同一の曲率半径を有する場合、中央パンチ部３１０と外周パンチ部３２０それぞれの加圧が行われるたびに、パウチフィルムＦが一定の深さまで一度に延伸される。この場合、巻き角が大きくて特定部分にのみ延伸が過度に集中する恐れがあり、クラックや破断などの可能性が高まることは当然である。これに対し、本実施例のように、パンチ部それぞれのコーナーの曲率半径が中心部へいくほど大きく設定されれば、パンチ部のコーナーに対応するパウチフィルムＦ部分が漸進的に延伸される効果を実現することができる。一定の深さまで一度に延伸されるのではないので、特定部分のみの局部的延伸ではない、全体的に均一な形態の延伸が行われる。クラックや破断などの発生の可能性を大きく低減できる。
また、クラックや破断が最も多く起こりうる収納部Ｓの境界部分を形成するにあたり、第１～第３外周パンチ部３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃのように複数の外周パンチ部を構成すれば、収納部Ｓの境界部分と隣接したパウチフィルムＦの延伸がより漸進的に行われる。つまり、相対的に曲率半径が大きい第１外周パンチ部３２０ａが一次的に収納部Ｓの境界部分でのパウチフィルムＦを若干加圧し、次に曲率半径が次第に小さくなる第２外周パンチ部３２０ｂと第３外周パンチ部３２０ｃが順次に収納部Ｓの境界部分でのパウチフィルムＦを加圧することができる。このような方式により、目的とする深さまで収納部を形成しながらも、同時に均一な延伸を誘導することができる。
図７と共に再び説明すれば、収納部Ｓの境界部分でパウチフィルムＦが漸進的に延伸される様子を確認することができる。つまり、パウチフィルムＦの延伸過程での巻き角を縮小させることによって、パンチ部３００とパウチフィルムＦとの間の摩擦接触が発生する部分（Ｃ’部分）の上部部分（Ａ’部分）および下部部分（Ｂ’部分）にかかる引張力の差を縮小することができる。パウチフィルムＦの延伸が上部部分（Ａ’部分）および下部部分（Ｂ’部分）のすべてにおいて均等に起こるため、平均延伸率が減少し、局部的に過度な延伸が集中して発生するのを防止することができる。
一方、図６のように、水平断面上で、コーナーの曲率半径が中心部から外側方向へいくほど小さくなるように構成することも類似の効果を実現することができる。収納部（Ｓ、図１参照）の角部分を形成するにあたり、パウチフィルムＦの漸進的な延伸を誘導可能なため、同様に均一な形態の延伸が行われて、クラックや破断などの発生の可能性を大きく低減できる。
一方、図５を再び参照すれば、第１外周パンチ部３２０ａの厚さＴａが、第２外周パンチ部３２０ｂの厚さＴｂより厚い。また、第２外周パンチ部３２０ｂの厚さＴｂが、第３外周パンチ部３２０ｃの厚さＴｃより厚い。つまり、外周パンチ部３２０が複数で構成される時、中央パンチ部３１０から遠くなるほど厚さが薄くなる。中央パンチ部３１０から遠くなるほど、前記垂直断面上または前記水平断面上で、外周パンチ部のコーナーの曲率半径を小さく形成すると同時に、中央パンチ部３１０から遠くなるほど外周パンチ部の厚さを薄く設定すれば、収納部Ｓの境界部分に対応するパウチフィルムＦの延伸がより細分化して行われる。これは、前記境界部分でのパウチフィルムＦの均一な延伸に役立つことができる。
図８は、本発明の一実施例による駆動部を示す斜視図である。
図４および図８を参照すれば、本発明の一実施例によるパウチケース製造装置は、パウチフィルムＦを加圧するようにパンチ部３００を駆動させる駆動部４００をさらに含むことができる。
具体的には、駆動部４００は、中央パンチ部３１０上に位置した中央カム部４１０と、外周パンチ部３２０上に位置した外周カム部４２０と、中央カム部４１０と外周カム部４２０それぞれに連結されたカムシャフト部４３０とを含むことができる。このような、駆動部４００は、パンチ部３００上に位置して、パンチ部３００をパウチフィルムＦ方向に押し出すことができる。つまり、カムシャフト部４３０の回転運動が、中央カム部４１０と外周カム部４２０によってパンチ部３００の上下運動に切り替えられる。
カムシャフト部４３０は棒状の部材で、中央カム部４１０と外周カム部４２０を回転させることができる。
外周カム部４２０は、外周パンチ部３２０の個数に合わせて構成される。例として、外周パンチ部３２０が第１～第３外周パンチ部３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃで構成される時、第１～第３外周パンチ部３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃそれぞれの上部に第１～第３外周カム部４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃが位置することができる。
図９ａ～図９ｄは、図８の駆動部に含まれている中央カム部および第１～第３外周カム部それぞれに対するｙｚ平面上の断面を示す断面図である。
図８および図９ａ～図９ｄを参照すれば、中央カム部４１０のカム作動角Ａ０が、外周カム部４２０のカム作動角Ａａ、Ａｂ、Ａｃより大きい。言い換えれば、中央カム部４１０は、他の第１～第３外周カム部４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃに比べて広いカム作動角を形成することができる。前記カム作動角は、各カム部のカムノーズ（ｃａｍ ｎｏｓｅ）が形成された領域に相当する角度であって、カム部が回転する時、パンチ部３００の上下運動を起こしうる区間の長さに対応する値である。つまり、カム作動角が広いというのは、相応するパンチ部の加圧時間が長いことを意味する。中央カム部４１０のカム作動角Ａ０が最も広いため、これに相応する中央パンチ部３１０が最も長い時間加圧が行われる。
一方、第１外周カム部４２０ａのカム作動角Ａａは、第２外周カム部４２０ｂのカム作動角Ａｂより大きく、第２外周カム部４２０ｂのカム作動角Ａｂは、第３外周カム部４２０ｃのカム作動角Ａｃより大きい。つまり、第１～第３外周パンチ部３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃのうち、第１外周カム部４２０ａに相応する第１外周パンチ部３２０ａが最も長い時間で加圧が行われ、第３外周カム部４２０ｃに相応する第３外周パンチ部３２０ｃが最も短い時間で加圧が行われる。
このような、中央カム部４１０と第１～第３外周カム部４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃの角度を調整することによって、中央パンチ部３１０が先にパウチフィルムＦを加圧し、後に第１～第３外周パンチ部３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃが順次にパウチフィルムＦを加圧するものとしてパウチケース製造装置を設定することができる。中央パンチ部３１０と第１～第３外周パンチ部３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃの駆動の様子は、以下、図１０～図１３を参照して詳しく説明する。
以下、本発明の一実施例によるパウチケース製造方法について詳しく説明する。具体的には、先に説明したパウチケース製造装置を用いたパウチケース製造方法である。
まず、図１および図４を参照すれば、本発明の一実施例によるパウチケース製造方法は、電池セル用ラミネートシートのパウチフィルムＦを固定する段階と、固定されたパウチフィルムＦをパンチ部３００で加圧して収納部Ｓを形成する段階とを含む。パンチ部３００は、中央パンチ部３１０と、中央パンチ部３１０を囲む外周パンチ部３２０とを含む。前記収納部Ｓを形成する段階で、中央パンチ部３１０は、パウチフィルムＦの中央部分を加圧し、外周パンチ部３２０は、パウチフィルムＦの外周部分を加圧する。
この時、図５に示されているように、パンチ部３００の加圧方向と平行な垂直断面上で、中央パンチ部３１０のコーナーの曲率半径Ｒ０が、外周パンチ部３２０のコーナーの曲率半径Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃより大きい。また、図６に示されているように、パンチ部３００の加圧方向と垂直な水平断面上で、中央パンチ部３１０のコーナーの曲率半径Ｒ０’が、外周パンチ部３２０のコーナーの曲率半径Ｒａ’、Ｒｂ’、Ｒｃ’より大きい。これに関する詳しい説明は、先に説明した内容と重複するので省略する。
前記パウチフィルムＦを固定する段階で、先に説明したように、パウチフィルムＦの外周辺が下部ダイ２１０とストリッパ２２０との間に位置したまま固定される。
一方、前記収納部Ｓを形成する段階で、先に中央パンチ部３１０がパウチフィルムＦの中央部分を加圧し、次に外周パンチ部３２０がパウチフィルムの外周部分を加圧することができる。
外周パンチ部３２０が複数で構成される場合、パンチ部３００の加圧方向と垂直な水平断面上で、複数の外周パンチ部３２０は、中央パンチ部３１０から外側に順次に位置することができる。この時、前記収納部Ｓを形成する段階で、複数の外周パンチ部３２０のうち、中央パンチ部３１０と近く位置した外周パンチ部が、中央パンチ部３１０から遠く位置した外周パンチ部より先にパウチフィルムＦを加圧することができる。
以下、図１０～図１３を参照して、中央パンチ部３１０と外周パンチ部３２０の加圧順序について詳しく説明する。
図１０～図１３は、本発明の一実施例によるパウチケース製造方法を説明するための断面図である。
まず、図１０を参照すれば、本実施例によるパンチ部３００のうち、中央パンチ部３１０が最も先に下に向かいながら、固定されているパウチフィルムＦを加圧することができる。
次に、図１１を参照すれば、中央パンチ部３１０が下に向かっている状態で、第１外周パンチ部３２０ａが下に向かいながら、パウチフィルムＦを加圧することができる。
次に、図１２を参照すれば、中央パンチ部３１０および第１外周パンチ部３２０ａが下に向かっている状態で、第２外周パンチ部３２０ｂが下に向かいながら、パウチフィルムＦを加圧することができる。
次に、図１３を参照すれば、中央パンチ部３１０、第１外周パンチ部３２０ａおよび第２外周パンチ部３２０ｂが下に向かっている状態で、第３外周パンチ部３２０ｃが下に向かいながら、パウチフィルムＦを加圧することができる。第３外周パンチ部３２０ｃが収納部の形成される領域の最外側境界部分を最終的に加圧することによって、パウチケースの製造が完了できる。
つまり、図１０～図１３に順次に示されているように、中央パンチ部３１０、第１～第３外周パンチ部３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃが順次に下に向かいながら、パウチフィルムＦを加圧することができる。つまり、垂直断面上で、コーナーの曲率半径が最も大きい中央パンチ部３１０がパウチフィルムＦの中央部分を加圧した状態で、垂直断面上で、コーナーの曲率半径が順次に小さくなる第１～第３外周パンチ部３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃが前記中央部分から延伸された部分を徐々に広げていく方式で収納部を形成することができる。一定の深さまで一度に延伸されるのではなく、パウチフィルムＦが漸進的に延伸されるものであるので、特定部分のみの局部的延伸ではない、全体的に均一な形態の延伸が行われる。
中央パンチ部３１０、第１～第３外周パンチ部３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃが順次に下に向かう方式は、先に図８および図９で説明したように、中央パンチ部３１０および第１～第３外周パンチ部３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃそれぞれの上部に中央カム部４１０および第１～第３外周カム部４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃを配置することによって、行われる。しかしながら、このような中央カム部４１０および第１～第３外周カム部４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃを含む駆動部４００による駆動方式は一つの例示に該当し、中央パンチ部３１０、第１～第３外周パンチ部３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃが順次に下に向かうならば、その方法に特別な制限はない。つまり、カム部の位相差方式ではない、ＮＣ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ）Ｓｅｒｖｏ制御などの方法が行われる。
本実施例において、前、後、左、右、上、下のような方向を示す用語が使用されたが、このような用語は説明の便宜のために過ぎず、対象になる事物の位置や観測者の位置などにより異なる。
以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の様々な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属する。
２００：固定部
３００：パンチ部
３１０：中央パンチ部
３２０：外周パンチ部
４００：駆動部

Claims (7)

  1. 電池セル用ラミネートシートのパウチフィルムを固定する固定部と、
    前記パウチフィルムに収納部を形成するように前記パウチフィルムを加圧するパンチ部とを含み、
    前記パンチ部は、中央パンチ部と、前記中央パンチ部を囲む外周パンチ部とを含み、
    前記中央パンチ部は、前記パウチフィルムの中央部分を加圧し、前記外周パンチ部は、前記パウチフィルムの外周部分を加圧し、
    前記外周パンチ部は、前記中央パンチ部を囲む第１外周パンチ部と、前記第１外周パンチ部を囲む第２外周パンチ部とを含み、
    前記パンチ部の加圧方向と平行な垂直断面上で、前記中央パンチ部のコーナーの曲率半径が、前記第１外周パンチ部のコーナーの曲率半径より大きく、前記第１外周パンチ部のコーナーの曲率半径が、前記第２外周パンチ部のコーナーの曲率半径より大きい、パウチケース製造装置。
  2. 前記パンチ部の加圧方向と垂直な水平断面上で、前記中央パンチ部のコーナーの曲率半径が、前記第１外周パンチ部のコーナーの曲率半径より大きく、前記第１外周パンチ部のコーナーの曲率半径が、前記第２外周パンチ部のコーナーの曲率半径より大きい、請求項１に記載のパウチケース製造装置。
  3. 前記第１外周パンチ部の厚さが、前記第２外周パンチ部の厚さより厚い、請求項１または２に記載のパウチケース製造装置。
  4. 前記パウチフィルムを加圧するように前記パンチ部を駆動させる駆動部をさらに含み、
    前記駆動部は、前記中央パンチ部上に位置した中央カム部と、前記第１外周パンチ部上に位置した第１外周カム部と、前記第２外周パンチ部上に位置した第２外周カム部と、前記中央カム部、前記第１外周カム部及び前記第２外周カム部のそれぞれに連結されたカムシャフト部とを含み、
    前記中央カム部のカム作動角が、前記第１外周カム部のカム作動角より大きく、前記第１外周カム部のカム作動角が、前記第２外周カム部のカム作動角より大きい、請求項１から３のいずれか一項に記載のパウチケース製造装置。
  5. 電池セル用ラミネートシートのパウチフィルムを固定する段階と、
    固定された前記パウチフィルムをパンチ部で加圧して収納部を形成する段階とを含み、
    前記パンチ部は、中央パンチ部と、前記中央パンチ部を囲む外周パンチ部とを含み、
    前記収納部を形成する段階で、前記中央パンチ部は、前記パウチフィルムの中央部分を加圧し、前記外周パンチ部は、前記パウチフィルムの外周部分を加圧し、
    前記外周パンチ部は、前記中央パンチ部を囲む第１外周パンチ部と、前記第１外周パンチ部を囲む第２外周パンチ部とを含み、
    前記パンチ部の加圧方向と平行な垂直断面上で、前記中央パンチ部のコーナーの曲率半径が、前記第１外周パンチ部のコーナーの曲率半径より大きく、前記第１外周パンチ部のコーナーの曲率半径が、前記第２外周パンチ部のコーナーの曲率半径より大きい、パウチケース製造方法。
  6. 前記パンチ部の加圧方向と垂直な水平断面上で、前記中央パンチ部のコーナーの曲率半径が、前記第１外周パンチ部のコーナーの曲率半径より大きく、前記第１外周パンチ部のコーナーの曲率半径が、前記第２外周パンチ部のコーナーの曲率半径より大きい、請求項５に記載のパウチケース製造方法。
  7. 前記収納部を形成する段階で、先に前記中央パンチ部が前記パウチフィルムの中央部分を加圧し、次に前記第１外周パンチ部が前記パウチフィルムの外周部分を加圧し、次に前記第２外周パンチ部が前記パウチフィルムの外周部分を加圧する、請求項５または６に記載のパウチケース製造方法。
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