KR20170062402A - 이차전지 제조장비의 파우치 실링장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기자동차 등에 사용되는 이차전지의 제조 시 전해액이 충전되어 있는 파우치의 개방부를 실링하는 장치에 관한 것이다.
본 발명은 전해액이 채워져 있는 파우치를 실링 처리하기 위하여, 파우치 로딩 및 언로딩을 위한 오실레이터 유니트, 파우치 실링 위치 이동을 위한 턴 테이블 유니트, 파우치 실링을 위한 실링 유니트 등을 연계적으로 조합하여, 파우치 로딩에서부터 파우치 실링 후에 파우치 언로딩까지의 전체 공정을 자동화 공정으로 수행할 수 있는 새로운 타입의 파우치 실링 시스템을 구현함으로써, 다양한 규격과 용량, 그리고 여러 형태를 가지는 파우치의 실링 공정에 범용적으로 적용할 수 있으며, 실링 공정의 자동화에 따른 공정의 효율성 향상으로 생산성을 높일 수 있는 한편, 파우치에 대한 실링 공정 전(前)과 실링 공정 후(後) 단계에 파우치 정렬을 위한 얼라인 유니트와 파우치 쇼트 여부 점검을 위한 쇼트 체크 유니트를 배치함으로써, 실링 공정의 정확성을 높일 수 있고 실링 품질에 대한 신뢰도를 확보할 수 있는 이차전지 제조장비의 파우치 실링장치를 제공한다.

Description

이차전지 제조장비의 파우치 실링장치{Pouch sealing apparatus for secondary battery production equipment}
본 발명은 이차전지 제조장비의 파우치 실링장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기자동차 등에 사용되는 이차전지의 제조 시 전해액이 충전되어 있는 파우치의 개방부를 실링하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지(Secondary cell)는 외부의 전기 에너지를 화학 에너지의 형태로 바꾸어 저장해 두었다가 필요할 때에 전기를 만들어 내는 장치를 말하며, 흔히 쓰이는 이차전지로는 납 축전지, 니켈-카드뮴 전지(Ni-Cd), 니켈 수소 축전지(NiMH), 리튬 이온 전지(Li-ion), 리튬 이온 폴리머 전지(Li-ion polymer)가 있다.
이러한 이차전지는 현재 휴대용 장치, 도구, 무정전 전원장치 등과 같이 형재 높은 전력을 사용하는 곳에 주로 쓰이고 있으며, 특히 온실가스 배출 억제와 수입원 저감 등을 위해 전기자동차 분야에서 널리 사용되고 있다.
최근 전가자동차의 효용성이 부각되고 전기자동차의 상용화가 근접됨에 따라 기존의 소형 전자제품에만 적용되었던 이차전지의 규격이 상당히 대형화되고 있는 추세이다.
특히, 이차전지가 대형화되고 다양한 규격 및 형태로 출시되는 상황에서 기존의 이차전지 제조장비 및 제조공정으로는 그 대응이 어려운 실정이다.
따라서, 이차전지의 대형화 추세에 맞춰 다양한 규격 및 형태를 가지는 이차전지를 처리할 수 있는 자동화 설비 및 공정이 필요성이 요구된다.
이러한 요구에 맞춰 한국 공개특허 10-2015-0071918호에서는『이차전지의 실링장치 및 실링방법』을 제시하고 있다.
상기『이차전지의 실링장치 및 실링방법』은 전극리드가 위치한 파우치 케이스를 열융착하여 실링하는 실링부와, 파우치 케이스의 외부로 노출된 전극리드를 가열하여 전극리드의 온도를 상승시키는 가열부를 포함하며, 전극 조립체에 접착된 전극리드가 위치한 파우치 케이스의 실링면을 열융착하여 실링하는 실링단계와, 파우치 케이스의 실링면을 열융착할 때 전극리드의 온도를 상승시키는 가열단계로 이차전지를 실링하는 방식으로 이루어진다.
이와 같은『이차전지의 실링장치 및 실링방법』은 전극 조립체가 수용되어 있는 파우치 케이스의 전체 실링면을 열융착하여 실링하는 낱개의 파우치 케이스에 대한 실링 방식, 즉 단일 파우치 케이스를 하나하나 반복 실시하는 실링 방식인 관계로 단위시간당 생산효율이 떨어지는 단점이 있다.
그리고, 상기『이차전지의 실링장치 및 실링방법』은 사각의 케이스 형태로 되어 있는 파우치 케이스를 실링 처리하는 방식인 관계로 다양한 규격 및 형태, 그리고 대용량의 주머니 형상으로 이루어진 파우치(Pouch) 형태의 셀(Cell)에는 적용할 수 없는 한계가 있다.
한국 공개특허 10-2015-0071918호
따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 전해액이 채워져 있는 파우치를 실링 처리하기 위하여, 파우치 로딩 및 언로딩을 위한 오실레이터 유니트, 파우치 실링 위치 이동을 위한 턴 테이블 유니트, 파우치 실링을 위한 실링 유니트 등을 연계적으로 조합하여, 파우치 로딩에서부터 파우치 실링 후에 파우치 언로딩까지의 전체 공정을 자동화 공정으로 수행할 수 있는 새로운 타입의 파우치 실링 시스템을 구현함으로써, 다양한 규격과 용량, 그리고 여러 형태를 가지는 파우치의 실링 공정에 범용적으로 적용할 수 있으며, 실링 공정의 자동화에 따른 공정의 효율성 향상으로 생산성을 높일 수 있는 이차전지 제조장비의 파우치 실링장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 파우치에 대한 실링 공정 전(前)과 실링 공정 후(後) 단계에 파우치 정렬을 위한 얼라인 유니트와 파우치 쇼트 여부 점검을 위한 쇼트 체크 유니트를 배치함으로써, 실링 공정의 정확성을 높일 수 있고 실링 품질에 대한 신뢰도를 확보할 수 있는 이차전지 제조장비의 파우치 실링장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 이차전지 제조장비의 파우치 실링장치는 다음과 같은 특징이 있다.
상기 이차전지 제조장비의 파우치 실링장치는 파우치 픽업을 위한 그리퍼와 상기 그리퍼의 업다운 작동 및 회전 작동을 위한 업다운 리니어모션 및 로테이션 모터를 포함하며, 파우치를 픽업하여 각 공정 영역으로 옮겨주는 역할의 오실레이터 유니트와, 상기 오실레이터 유니트에 의해 옮겨진 파우치의 세팅을 위한 트레이를 가지면서 회전 가능한 테이블과 상기 테이블을 회전시켜주는 테이블 구동부와 상기 테이블 내의 파우치를 상승 및 하강시켜주는 업다운 구동부를 포함하며, 파우치를 로딩/언로딩 공정 영역 및 실링 공정 영역으로 이동시켜주는 역할의 턴 테이블 유니트와, 상기 턴 테이블 유니트의 상부 일측에 위치되어 전후진 동작하면서 선단부의 히터 블럭을 이용하여 파우치의 개봉부위위를 열융착시켜주는 한쌍의 프레스 블럭 및 전후진 실린더를 포함하며, 파우치를 히터 블럭으로 가압 융착하여 실링하는 역할의 실링 유니트로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 오실레이터 유니트의 그리퍼는 서로 마주보며 나란하게 배치되는 한쌍으로 이루어지고, 각 그리퍼는 간격조절용 리니어모션에 지지되면서 이동 가능하여 서로 간격이 좁혀지거나 넓혀질 수 있도록 되어 있다.
이러한 오실레이터 유니트의 그리퍼는 90°간격을 두고 배치되는 4세트로 이루어져 90°씩 회전하면서 파우치를 90°간격의 위치로 옮겨주는 역할을 할 수 있다.
또한, 상기 턴 테이블 유니트의 테이블에 있는 트레이는 180°간격을 두고 배치되는 3세트로 이루어져 180°씩 회전하면서 파우치를 로딩 및 언로딩 영역, 2곳의 실링 영역으로 각각 옮겨줄 수 있도록 되어 있다.
이때의 상기 트레이의 내부에는 파우치를 세워진 자세로 잡아줄 수 있는 2개의 나란한 수직 바와 홈을 가지는 홀더 블럭으로 구성되는 지그장치가 설치될 수 있다.
그리고, 상기 실링 유니트는 한쌍의 프레스 블럭을 수용함과 더불어 버큠 파이프가 연결되어 있어 파우치 실링작업이 수행되는 공간을 진공상태로 조성하는 진공 챔버는 물론, 프레스 블럭의 저부에 나란하게 배치되면서 파우치의 개봉부위 양면을 잡아주는 한쌍의 클램프 및 클램프 실린더를 포함할 수 있다.
이러한 실링 유니트의 클램프는 클램프 실린더의 로드측 클램프 로드에 결합되어 있는 로드 브라켓측에 슬라이드 가능하게 지지됨과 더불어 후단의 클램프 스프링에 의해 탄력 지지를 받은 구조로 설치될 수 있다.
바람직한 실시예로서, 상기 이차전지 제조장비의 파우치 실링장치는 실링 공정으로 투입되기 전, 오실레이터 유니트로부터 옮겨진 파우치의 정위치를 잡아주는 수단으로서, 파우치를 세워진 자세로 잡아줄 수 있는 2개의 나란한 수직 바와 홈을 가지는 홀더 블럭으로 구성되는 지그장치와, 상기 지그장치의 양옆에 배치되어 파우치 양단부를 가운데로 밀어주는 한쌍의 얼라인 바 및 얼라인 실린더로 이루어지는 얼라인 유니트를 더 포함할 수 있다.
바람직한 실시예로서, 상기 이차전지 제조장비의 파우치 실링장치는 실링 공정을 마친 후, 오실레이터 유니트로부터 옮겨진 파우치의 쇼트 여부를 체크하는 수단으로서, 파우치를 세워진 자세로 잡아줄 수 있는 2개의 나란한 수직 바와 홈을 가지는 홀더 블럭으로 구성되는 지그장치와, 파우치측과 접촉되는 위아래의 통전기구, 프로프 핀을 가지면서 서로 마주보며 위치됨과 더불어 홀더 실린더에 의해 동작되면서 파우치를 잡아주는 2개의 홀더 및 상기 통전기구와 홀더 전체를 전후진 동작시켜주는 얼라인 리니어모션으로 구성되는 한쌍의 접속장치로 이루어지는 쇼트 체크 유니트를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 쇼트 체크 유니트의 통전기구는 포스트 플레이트 상에 슬라이드 가능하게 지지됨과 더불어 스프링에 의한 탄력지지를 받으면서 앞뒤로 이동가능한 구조로 설치될 수 있다.
본 발명에서 제공하는 이차전지 제조장비의 파우치 실링장치는 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, 오실레이터 유니트, 턴 테이블 유니트 및 실링 유니트 상호 간의 유기적인 연계 작동을 통해 파우치 로딩→파우치 이송→파우치 실링→파우치 언로딩으로 진행되는 전체 공정을 자동화 개념으로 수행함으로써, 다양한 규격과 용량, 그리고 여러 형태를 가지는 각종 파우치의 실링 공정에 범용적으로 적용할 수 있음은 물론, 파우치 실링 처리와 관련한 전체적인 공정의 효율성 및 생산성을 향상시킬 수 있다.
둘째, 파우치에 대한 실링 공정 전(前)과 실링 공정 후(後) 단계에 파우치 정렬을 위한 얼라인 유니트와 파우치 쇼트 여부 점검을 위한 쇼트 체크 유니트를 배치함으로써, 실링 공정의 정확성을 높여 제품 불량률을 줄일 수 있으며, 실링 품질에 대한 신뢰도를 향상시켜 제품의 품질을 확보할 수 있는 등 기업 이미지 향상 및 고객에 대한 신뢰도를 높일 수 있다.
도 1과 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 실링장치 및 파우치 이송 컨베이어를 나타내는 사시도 및 평면도
도 3과 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 실링장치를 나타내는 사시도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 실링장치의 오실레이터 유니트의 픽커 어셈블리를 나타내는 사시도
도 6 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 실링장치의 실링 유니트를 나타내는 사시도
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 실링장치의 얼라인 유니트를 나타내는 사시도
도 11 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 실링장치의 쇼트 체크 유니트를 나타내는 사시도
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 실링장치 및 파우치 이송 컨베이어 상의 파우치 흐름을 보여주는 평면도
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1과 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 실링장치 및 파우치 이송 컨베이어를 나타내는 사시도 및 평면도이다.
도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 파우치 실링장치는 파우치 형태로 되어 있는 이차전지 파우치(100)의 개봉부위를 실링하는 장치로서, 오실레이터 유니트(13), 턴 테이블 유니트(18), 실링 유니트(22), 얼라인 유니트(36), 쇼트 체크 유니트(43)를 포함하며, 파우치 이송을 위한 파우치 이송 컨베이어(45)가 설치되어 있는 라인의 한쪽 옆에 배치된다.
예를 들면, X축 방향을 따라 배치되어 있는 파우치 이송 컨베이어(44)의 인접한 위치에서 Y축 방향을 따라 오실레이터 유니트(13)와 상하부의 턴 테이블 유니트(18) 및 실링 유니트(22)가 차례로 배치되고, 상기 오실레이터 유니트(13)에 있는 4세트의 그리퍼 어셈블리 중 서로 180°간격을 유지하는 2세트의 그리퍼 어셈블리의 각 하부에서 각각의 얼라인 유니트(36)와 쇼트 체크 유니트(43)가 배치된다.
이때, 상기 오실레이터 유니트(13)에 있는 나머지 2세트의 그리퍼 어셈블리는 파우치 이송 컨베이어(45)의 영역과 턴 테이블 유니트(18)의 영역에 각각 위치된다.
그리고, 상기 턴 테이블 유니트(18)는 3분할 형태로 이루어져 3곳의 공정 영역을 가지게 되고, 이러한 턴 테이블 유니트(18)의 3곳의 공정 영역 중 120°간격을 두고 서로 이웃하는 2곳의 공정 영역의 상부에는 실링 유니트(22)가 각각 배치되며, 나머지 1곳의 공정 영역은 파우치의 로딩/언로딩 영역이 될 수 있게 된다.
다른 예로서, 상기 턴 테이블 유니트(18)는 6분할 형태로 이루어져 6곳의 공정 영역을 가질 수도 있게 되고, 이러한 턴 테이블 유니트(18)의 6곳의 공정 영역 중 120°간격을 두고 하나 걸러 이웃하는 2곳의 공정 영역의 상부에는 실링 유니트(22)가 각각 배치되며, 60°간격으로 위치되는 나머지 5곳의 공정 영역 중 1곳의 공정 영역은 파우치의 로딩/언로딩 영역이, 4곳의 공정 영역은 파우치 대기 영역이 될 수 있게 된다.
또한, 상기 파우치 이송 컨베이어(45)에는 전해액이 충전되어 있는 파우치를 세워진 상태로 지지하는 지그장치(27), 예를 들면 실링 유니트(22), 얼라인 유니트(36), 쇼트 체크 유니트(43) 등에 있는 지그장치(27)와 동일하거나 유사한 구조로 이루어진 지그장치(27)가 구비될 수 있게 된다.
여기서, 미설명 부호 46은 오실레이터 유니트(13), 턴 테이블 유니트(18), 실링 유니트(22), 얼라인 유니트(36), 쇼트 체크 유니트(43), 파우치 이송 컨베이어(45)를 지지하는 장치 프레임을 나타낸다.
따라서, 상기 파우치 이송 컨베이어(45)의 가동에 의해 스텝 방식으로 파우치가 이송될 수 있게 되고, 상기 오실레이터 유니트(13)의 반시계 방향으로의 스텝 회전 작동에 의해 파우치는 얼라인 유니트(36)의 영역, 턴 테이블 유니트(18)의 영역, 쇼트 체크 유니트(43)의 영역, 파우치 이송 컨베이어(45)의 영역으로 옮겨질 수 있게 된다.
그리고, 상기 턴 테이블 유니트(18)의 반시계 방향의 스텝 회전 작동에 의해 파우치는 턴 테이블 유니트(18)에 있는 3곳의 공정 영역으로 차례차례 옮겨질 수 있게 되고, 이렇게 옮겨지는 도중에 적어도 1곳의 공정 영역에서 실링 유니트(22)의 작동에 의해 파우치 개봉부위에 대한 실링 공정이 이루어질 수 있게 된다.
도 3과 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 실링장치를 나타내는 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 실링장치의 오실레이터 유니트의 픽커 어셈블리를 나타내는 사시도이다.
도 3 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 파우치 실링장치는 파우치를 픽업하여 90°씩 위치를 옮겨주는 수단으로 오실레이터 유니트(13)를 포함한다.
이러한 오실레이터 유니트(13)는 파우치 픽업을 위한 그리퍼(10), 그리퍼(10)의 업다운을 위한 업다운 리니어모션(11), 그리퍼(10)의 회전을 위한 로테이션 모터(12) 등으로 구성되며, 상승 및 하강 작동, 그리고 회전 작동을 통해 파우치를 각각의 영역으로 옮겨주는 역할을 하게 된다.
이를 위하여, 파우치 실링장치의 장치 프레임(46)에 설치되어 있는 오실레이터 유니트 프레임(47)의 상판(48)의 저면에는 로테이션 모터(12), 예를 들면 스텝 모터가 수직 자세로 설치되는 동시에 상판(48)을 관통하는 로테이션 모터(12)의 축에는 베어링(미도시)을 매개로 하여 전,후 및 좌,우 방향으로 연장되는 4개의 암 부분을 가지는 회전체 구조물(49)이 연결 설치된다.
이에 따라, 상기 로테이션 모터(12)의 작동 시 회전체 구조물(49) 전체가 회전될 수 있게 된다.
그리고, 상기 회전체 구조물(49)의 각 암 부분 선단부에는 업다운 리니어모션(11)이 수직 자세로 설치되고, 이렇게 설치되는 업다운 리니어모션(11)의 슬라이더에는 브라켓(50)을 이용하여 그리퍼 간격 조절을 위한 그리퍼 리니어모션(51)이 설치되며, 이때의 그리퍼 리니어모션(51)이 가지는 아래쪽의 양쪽 슬라이더에는 한쌍씩의 그리퍼(10)를 가지는 그리퍼 액추에이터(52)가 각각 설치된다.
이에 따라, 상기 업다운 리니어모션(11)의 작동 시 그리퍼 리니어모션(51)과 그리퍼 액추에이터(52), 그리고 그리퍼(10) 전체가 업다운 리니어모션 슬라이더를 따라 상승 또는 하강 작동될 수 있게 된다.
특히, 상기 오실레이터 유니트(13)의 그리퍼(10)는 실질적으로 파우치를 픽업하는 수단으로서, 이러한 그리퍼(10)는 그리퍼 액추에이터(52)의 로드측에 결합되면서 수형 방향으로 동작하는 2개의 나란한 수직 바 형태로 이루어지게 된다.
이에 따라, 상기 그리퍼(10)는 그리퍼 액추에이터(52)의 작동에 의해 수평 방향으로 벌어지거나 좁혀지면서 그 사이로 파우치를 찝어서 픽업할 수 있게 된다.
이러한 그리퍼(10)는 일정 간격을 두고 서로 마주보며 나란하게 배치되는 한쌍의 이루어지게 되면, 이에 따라 양편의 그리퍼(10)는 파우치의 양단부를 동시에 잡아서 안정적으로 픽업할 수 있게 된다.
그리고, 상기 한쌍의 그리퍼(10)는 각각 수평 이동가능하여 서로 간의 간격을 넓히거나 좁힐 수 있게 된다.
이를 위하여, 상기 그리퍼 리니어모션(51)의 저면 양편에 있는 2개의 슬라이더에는 그리퍼(10)를 가지는 그리퍼 액추에이터(52)가 그리퍼 브라켓(53)을 이용하여 각각 결합된다.
즉, 한쌍의 그리퍼(10) 및 그리퍼 액추에이터(52)는 그리퍼 리니어모션(51)에 있는 2개의 슬라이더측에 각각 결합된다.
본 발명의 실시예에서는 1개의 그리퍼 리니어모션(51)에 4쌍의 그리퍼(10) 및 그리퍼 액추에이터(52)를 적용하여, 한번에 2개의 파우치를 동시에 픽업할 수 있는 예를 보여준다.
이에 따라, 상기 그리퍼 리니어모션(51)의 작동 시 양편의 그리퍼(10) 및 그리퍼 액추에이터(52)는 그리퍼 리니어모션(51)의 각 슬라이더 움직임에 의해 서로 가까워지는 쪽으로 모일 수 있게 됨과 더불어 서로 멀어지는 쪽으로 벌려질 수 있게 되므로서, 규격이 큰 파우치나 규격이 작은 파우치 등 다양한 규격의 파우치를 픽업할 수 있게 된다.
이와 같은 오실레이터 유니트(13)의 그리퍼(10)는 90°간격을 두고 배치되는 4세트로 이루어져 90°씩 회전하면서 파우치를 90°간격씩 옮겨줄 수 있게 된다.
본 발명의 일 예에서는 회전체 구조물(49)이 가지는 4개의 암 부분에 각각 네쌍씩 총 열여섯쌍의 그리퍼(10)가 배속되어 두쌍의 그리퍼(10)가 1개의 파우치를 담당하면서 모두 8개의 파우치를 동시에 픽업하여 90°간격씩 옮겨줄 수 있게 된다.
이와 같은 오실레이터 유니트(13)의 작동상태를 살펴보면, 90°간격을 두고 배치되는 4곳의 그리퍼(10)는 파우치 이송 컨베이어(45) 영역의 상부, 얼라인 유니트(36) 영역의 상부, 턴 테이블 유니트(18) 영역(로딩/언로딩 영역)의 상부 쇼트 체크 유니트(43) 영역의 상부에 각각 위치된다.
이 상태에서, 상기 업다운 리니어모션(11)이 하강 작동하면, 4곳의 그리퍼(10)도 하강하게 된다.
이 상태에서, 그리퍼 액추에이터(52)의 작동에 의해 그리퍼(10)가 좁혀지면서 파우치 이송 컨베이어(45) 영역의 상부, 얼라인 유니트(36) 영역의 상부, 턴 테이블 유니트(18) 영역의 상부 쇼트 체크 유니트(43) 영역에 있는 각 파우치를 물게 된다.
계속해서, 상기 업다운 유니트(11)가 상승 작동하면, 4곳의 그리퍼(10)는 물론 각 그리퍼(10)에 물려 있는 파우치가 상승하게 된다.
이 상태에서, 상기 로테이션 모터(12)가 90°회전 작동하게 되면, 회전체 구조물(49) 전체가 90°회전하게 되고, 결국 4곳의 그리퍼(10) 및 파우치 또한 90°회전되면서 회전방향으로 이웃하는 영역의 상부로 위치가 옮겨지게 된다.
예를 들면, 파우치 이송 컨베이어(45) 영역에 있던 파우치는 얼라인 유니트(36) 영역으로, 얼라인 유니트(36) 영역에 있던 파우치는 턴 테이블 유니트(18) 영역으로, 턴 테이블 유니트(18) 영역에 있던 파우치는 쇼트 체크 유니트(43) 영역으로, 쇼트 체크 유니트(43) 영역에 있던 파우치는 파우치 이송 컨베이어(45) 영역으로 옮겨지게 된다.
이 상태에서, 상기 업다운 리니어모션(11)이 재차 하강 작동하면, 4곳의 그리퍼(10)도 하강하게 된다.
이 상태에서, 그리퍼 액추에이터(52)의 작동에 의해 그리퍼(10)가 넓혀지면서 물고 있던 파우치를 놓아주게 되므로서, 파우치 이송 컨베이어(45) 영역의 상부, 얼라인 유니트(36) 영역의 상부, 턴 테이블 유니트(18) 영역의 상부 쇼트 체크 유니트(43) 영역에 각각 파우치를 놓아주게 된다.
또한, 상기 파우치 실링장치는 파우치의 위치를 120°씩 옮겨주면서 파우치를 파우치 실링 영역 등으로 이송시켜주는 수단으로 턴 테이블 유니트(18)를 포함한다.
상기 턴 테이블 유니트(18)는 오실레이터 유니트(13)의 그리퍼(10)로부터 공급되는 파우치를 회전시켜주는 테이블(15), 상기 테이블(15)의 회전을 위한 동력을 제공하는 테이블 구동부(16) 등으로 구성되며, 테이블(15) 상의 파우치를 120°씩 회전시켜서 2곳의 파우치 실링 영역 중 적어도 어느 1곳의 파우치 실링 영역은 물론 파우치 로딩/언로딩 영역으로 옮겨줄 수 있게 된다.
이를 위하여, 각 유니트들이 지지되어 있는 장치 프레임(46)에는 모터(16a)와 기어박스(16b)의 조합으로 이루어진 테이블 구동부(16)가 설치되고, 상기 테이블 구동부(16)의 출력축, 즉 위를 향해 있는 기어박스 출력축(미도시)에는 테이블(15)이 그 저면 중심을 통해 지지되는 구조로 설치된다.
여기서, 상기 테이블(15)은 벽체(54)에 의해 구분되며서 120°간격으로 조성되는 3곳의 트레이 설치영역 또는 60°간격으로 조성되는 6곳의 트레이 설치영역을 가지는 원판 형태의 플레이트로 이루어질 수 있게 된다.
본 발명에서는 6곳의 트레이 설치영역 중 120°간격으로 배치되는 3곳의 트레이 설치영역에 트레이(14)를 배치한 구조를 보여주고 있다.
그리고, 상기 테이블(15)에 조성되는 3곳의 트레이 설치영역에는 상하부가 개방되어 있는 사각박스 형태의 트레이(14)가 각각 설치되고, 이렇게 설치되는 트레이(14)의 내부에는 파우치를 세워진 자세로 잡아줄 수 있는 2개의 나란한 수직 바(도 6의 도면부호 24)와 홀더 블럭(도 6의 도면부호 26)의 조합으로 이루어진 지그장치(도 6의 도면부호 27)가 설치된다.
또한, 상기 홀더 블럭(26)의 상단면에는 가로방향으로 길게 파인 형태의 홈(도 6의 도면부호 25)이 형성되어 있어서, 이 홈(25)에 파우치 하단부가 끼워져 지지될 수 있게 된다.
또한, 상기 홀더 블럭(26)의 양편에는 2개의 지그 플레이트(63)가 조립되므로서, 지그장치(27)는 수직 바(24), 홀더 블럭(26) 및 지그 플레이트(63)가 일체식으로 조립되어 있는 어셈블리 형태로 이루어질 수 있게 된다.
이때의 지그장치(27)는 후술하는 얼라인 유니트(36)나 쇼트 체크 유니트(43)에 있는 지그장치(27)와 동일하거나 유사한 형태로 이루어질 수 있게 된다.
이러한 테이블(15)에 있는 트레이(14)는 120°간격을 두고 배치되는 3세트로 이루어질 수 있게 되고, 이에 따라 120°씩 회전하는 테이블(15)에 의해 파우치는 로딩/언로딩 영역, 2곳의 파우치 실링 영역으로 각각 위치가 옮겨질 수 있게 된다.
여기서, 상기 테이블(15)의 3곳의 트레이 설치영역에는 1개씩의 트레이(14)가 각각 설치되고, 각 트레이(14)의 내부에는 서로 일정간격을 두고 나란하게 배치되는 한쌍씩의 지그장치(27)가 설치되므로서, 하나의 테이블(15)의 회전 작동에 의해 총 6개의 셀이 120°씩 동시에 위치가 옮겨질 수 있게 된다.
이와 같은 턴 테이블 유니트(18)의 작동상태를 살펴보면, 상기 테이블(15) 상에서 120°간격으로 위치되는 3곳의 트레이(14)는 오실레이터 유니트(13)에 있는 1곳의 그리퍼(10)가 위치되는 로딩/언로딩 영역, 파우치의 개봉부위를 실링하는 2곳의 파우치 실링 영역에 각각 위치될 수 있게 된다.
이 상태에서, 상기 테이블 구동부(16)가 반시계 방향으로 120°회전 작동하게 되면, 테이블(15) 또한 120°회전하게 되고, 이에 따라 각 트레이(14)에 세팅되어 있는 파우치는 각각의 영역으로 동시에 옮겨지게 되며, 이렇게 옮겨진 위치에서 해당 공정이 이루어질 수 있게 된다.
예를 들면, 로딩/언로딩 영역에 있는 파우치는 1곳의 실링 유니트(22) 영역 바로 아래쪽 위치로, 1곳의 실링 유니트(22) 영역에 있는 파우치는 다른 1곳의 실링 유니트(22) 영역 바로 아래쪽 위치로, 다른 1곳의 실링 유니트(22) 영역에 있는 파우치는 그리퍼(10)의 하부에 위치되는 로딩/언로딩 영역으로 각각 위치가 옮겨질 수 있게 된다.
그리고, 상기 실링 유니트(22) 영역에서는 파우치의 개봉부위에 대한 실링 공정이 이루어지게 되고, 로딩/언로딩 영역에 위치되는 파우치(개봉부위가 실링 처리되어 있는 파우치)는 그리퍼(10)에 의해 픽업되어 언로딩됨과 더불어 이곳에 위치되는 트레이(14) 내에 빈 파우치가 새로이 로딩될 수 있게 된다.
여기서, 파우치 실링 공정의 경우, 2곳의 실링 유니트(22) 어느 1곳에서만 수행될 수 있도록 하고, 나머지 1곳은 2곳 중 1곳에 이상이 생겼을 때 점검이나 수리 등의 목적으로 하는 예비용의 용도로 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 파우치 실링장치는 파우치 개봉부위를 열융착으로 실링 처리하는 실링 유니트(22), 파우치를 실링 높이까지 상승시켜주는 업다운 구동부(17) 등을 포함하며, 이에 대해서는 뒤에서 상세히 설명하기로 한다.
여기서, 상기 실링 유니트(22)는 장치 프레임(46) 상의 프레임 구조물(55)의 플레이트 상면에 지지되는 구조로 설치될 수 있게 되고, 상기 업다운 구동부(17)는 장치 프레임(46)의 내부에 설치되는 실린더(미도시)에 의해 지지되는 구조로 설치될 수 있게 된다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 실링장치의 실링 유니트를 나타내는 사시도이다.
도 6 내지 도 9에 도시한 바와 같이, 상기 실링 유니트(22)는 턴 테이블 유니트(18)의 실링 영역 상부에 위치되면서 파우치의 개봉부위를 히터 열로 융착하여 실링하는 수단이다.
상기 실링 유니트(22)는 전후진 동작이 가능한 선단부의 히터 블럭(19)을 이용하여 파우치의 개봉부위를 열융착시켜주는 한쌍의 프레스 블럭(20) 및 전후진 실린더(21)를 포함하며, 이러한 한쌍의 프레스 블럭(20) 및 전후진 실린더(21)는 서로 마주보는 곳에 위치되면서 그 사이에 위치되는 파우치 개봉부위를 실링할 수 있게 된다.
이를 위하여, 프레임 구조물(도 3의 도면부호 55)의 상판에는 일정 거리를 두고 서로 마주대하는 위치에 실린더 베이스(56)가 설치되고, 이렇게 설치되는 실린더 베이스(56)에는 전후진 실린더(21)가 각각 설치된다.
그리고, 상기 전후진 실린더(21)의 앞쪽으로는 2열의 나란한 전후진 로드(57) 및 이 전후진 로드(57)를 슬라이드 가능하게 수용하면서 지지하는 로드 하우징(58)이 나란하게 배치되고, 이렇게 배치되는 전후진 로드(57)의 후단부는 전후진 실린더(21)의 로드에 연결되는 동시에 선단부는 프레스 블럭(20)의 후면부에 연결되며, 상기 로드 하우징(58)은 플랜지(60)를 통해 후술하는 진공 챔버(29)의 벽면에 지지되는 구조로 설치될 수 있게 된다.
이에 따라, 상기 전후진 실린더(21)의 작동 시 전후진 로드(57)는 물론 그 선단부에 결합되어 있는 프레스 블럭(20)이 전후진 동작될 수 있게 된다.
또한, 상기 프레스 블럭(20)은 직사각형의 블럭 형태로서, 블럭 후면부를 통해 전후진 로드(57)의 선단부에 결합되어 지지될 수 있게 된다.
이러한 프레스 블럭(20)의 전면부에는 막대 형태의 히터 블럭(19)이 가로 방향으로 자세를 취하면서 삽입 설치되며, 이렇게 설치되는 히터 블럭(19)의 전면에는 융착부(59)가 돌출 형성되어 있어서 이곳으로 파우치 개봉부위를 가압 융착시킬 수 있게 된다.
물론, 도시하지는 않았지만 상기 히터 블럭(19)에는 프레스 블럭(20)의 측면 홀을 통해 블럭 내부로 연장되는 전원선(미도시)이 연결되어 전원이 공급될 수 있게 된다.
따라서, 양편에 있는 전후진 실린더(21)가 전진 작동하게 되면, 전후진 로드(57), 히터 블럭(19)을 가지는 프레스 블럭(20) 전체가 전진하게 되고, 결국 파우치 개봉부위는 양쪽의 히터 블럭(19)의 융착부(59)에 의해 가압됨과 더불어 열융착되면서 실링될 수 있게 된다.
즉, 후술하는 진공 챔버(29) 내에서의 진공 조성→히터 블럭(19)을 포함하는 프레스 블럭(20)의 가압→히터 블럭(19)의 가열의 순서로 실링 공정이 이루어질 수 있게 된다.
특히, 파우치 개봉부위에 대한 실링 공정이 진공 환경 하에서 진행될 수 있도록 하기 위한 수단으로 진공 챔버(29)가 마련된다.
상기 진공 챔버(29)는 개폐가능한 사각박스 형태의 챔버로서, 프레임 구조물(55)의 플레이트 상면에 설치된다.
이렇게 설치되는 진공 챔버(29)의 내부에는 히터 블럭(19)을 가지는 한쌍의 프레스 블럭(20)은 물론 후술하는 한쌍의 클램프(30)가 수용되며, 이에 따라 진공이 조성되어 있는 진공 챔버(29)의 내부에서 히터 블럭(19)을 가지는 한쌍의 프레스 블럭(20)이 동작하면서 파우치 개봉부위를 실링할 수 있게 된다.
이러한 진공 챔버(29)의 후면부에는 2열의 버큠 파이프(28)가 연결 설치되며, 이때의 버큠 파이프(28)는 외부의 진공펌프(미도시)측과 연결될 수 있게 된다.
이에 따라, 상기 진공펌프의 작동 시 파우치 실링작업이 수행되는 공간인 진공 챔버(29)의 내부는 진공이 조성될 수 있게 된다.
그리고, 상기 진공 챔버(29)의 바닥체에는 파우치의 출입을 위한 출입구(미도시)가 형성되어 있어서, 이곳을 통해 파우치의 개봉부위가 들어와 위치되거나 밖으로 나갈 수 있게 된다.
여기서, 상기 진공 챔버(29)의 출입구에는 실링장치(미도시)가 갖추어져 있어서 챔버 내의 진공 조성 시 진공압이 유지될 수 있으며, 이러한 실링장치는 당해 기술분야에서 통상적으로 알려져 있는 방식이라면 특별히 제한되지 않고 채택될 수 있다.
또한, 상기 실링 유니트(22)는 파우치의 개봉부위 양면을 눌러서 잡아주는 역할을 하는 한쌍의 클램프(30) 및 클램프 실린더(31)를 포함하며, 이때의 클램프(30)는 히터 블럭(19) 및 프레스 블럭(20)에 의한 실링 공정이 수행하기에 앞서, 또는 실링 공정이 수행됨과 동시에 파우치의 개봉부위 양면을 잡아줄 수 있게 된다.
이를 위하여, 일렬로 위치되어 있는 프레스 블럭(20)과 전후진 로드(57) 및 로드 하우징(58)의 하부에는 역시 일렬로 위치되는 클램프(30)와 클램프 로드(61) 및 로드 하우징(62), 그리고 클램프 실린더(31)가 나란하게 배치된다.
이렇게 배치되는 클램프 실린더(31)는 프레임 구조물(55)의 플레이트 상면에 설치되고, 상기 클램프 로드(61)를 포함하는 로드 하우징(62)은 플랜지 부분을 통해 진공 챔버(29)의 후면부 벽체에 지지될 수 있게 된다.
그리고, 상기 클램프 실린더(31)의 로드는 클램프 로드(61)의 후단부에 연결되고, 바 형태의 클램프(30)는 클램프 로드(61)의 선단측에 지지되는 구조로 설치될 수 있게 된다.
이에 따라, 양편에 있는 클램프 실린더(31)가 전진 작동하게 되면, 클램프 로드(61) 및 클램프(30)이 전진하게 되고, 결국 파우치 개봉부위는 양쪽의 클램프(30)에 의해 가압되면서 고정될 수 있게 된다.
이렇게 히터 블럭(19)에 의한 실링 시에 파우치 개봉부위의 일측, 예를 들면 실링부위에 인접한 아래쪽 부위를 클램프(30)가 견고하게 잡아줌으로써, 실링 공정이 안정적으로 이루어지면서 실링 품질을 확보할 수 있게 된다.
특히, 상기 실링 유니트(22)의 클램프(30)는 파우치 가압 시에 스프링 탄성력을 이용하여 가압할 수 있는 구조로 설치될 수 있게 된다.
이를 위하여, 상기 클램프 로드(61)의 선단부에는 사각바 형태의 로드 브라켓(32)이 고정 설치되고, 이렇게 설치되는 로드 브라켓(32)의 한쪽에는 부시(64)가 설치된다.
그리고, 상기 클램프(30)의 후면에 체결구조로 결합되어 있는 로드부(65)는 부시(64)에 관통 결합되고, 이때의 로드부(65)는 후단의 헤드부(66)에 의해 부시(64)측에 걸리게 되며, 이에 따라 로드부(65)를 포함하는 클램프(30) 전체는 로드 브라켓(32)의 부시(64)에 슬라이드 가능하게 지지되면서 앞쪽으로 이탈되지 않게 된다.
또한, 프레임 구조물(55)의 플레이트 상면에는 스프링 브라켓(67)이 설치되고, 이렇게 설치되는 스프링 브라켓(67)에는 클램프 스프링(33)의 후단부가 지지됨과 더불어 이때의 클램프 스프링(33)의 선단부는 클램프(30)에 있는 로드부(65)의 헤드부(66)에 지지된다.
이에 따라, 클램프(30)는 클램프 스프링(33)에 의해 항상 앞쪽, 파우치가 위치되어 있는 쪽으로 스프링 힘을 받게 되는데, 평상 시에는 로드 브라켓(32)에 의해 앞쪽으로의 이동이 제한되지만, 클램프 실린더(31)의 작동에 따른 로드 브라켓(32)의 전진 이동 시에는 클램프 스프링(33)의 힘을 받아 전진하게 되고, 결국 파우치 개봉 부위를 가압할 수 있게 된다.
이렇게 스프링 힘을 받아 탄력적으로 유동되는 클램프(30)를 이용하여 파우치 개봉 부위를 가압함으로써, 파우치측이 과도하게 눌려져 손상되는 것을 막을 수 있는 등 파우치를 보다 유연하고 긴밀하게 잡아줄 수 있게 된다.
한편, 여기서는 턴 테이블 유니트(18)의 테이블(15)에 있는 트레이(14) 내의 파우치를 실링 공정이 수행되는 높이까지 상승시켜주고 실링 공정 후에는 하강시켜주는 역할을 하는 업다운 구동부(17)를 보여준다.
이를 위하여, 상기 테이블(15)에 있는 트레이(14)의 저부에는 2개의 나란한 승하강 로드(68)가 수직자세로 배치됨과 더불어 각 승하강 로드(68)의 하단부는 로드 바(69)에 의해 연결되어 함께 동작할 수 있게 된다.
이때의 상기 승하강 로드(68)의 상단부는 트레이(14)에 수납되어 있는 지그장치(27)의 하단부에 근접 위치될 수 있게 된다.
그리고, 상기 로드 바(68)의 길이 중간 부분은 장치 프레임(46)의 내부에 설치되는 실린더(미도시)의 로드에 연결된다.
따라서, 상기 실린더의 작동 시 로드 바(68)를 포함하는 2개의 승하강 로드(68) 전체가 상승하게 되고, 계속해서 승하강 로드(68)의 상단부가 지그장치(27)의 저면부 양쪽을 밀어 올리게 되므로서, 지그장치(27) 및 그 속에 세팅되어 있는 파우치(100)가 위로 올라가게 되고, 결국 파우치(100)의 개봉 부위는 양편에 위치되어 있는 히터 블럭(19) 사이에 위치될 수 있게 된다.
이러한 업다운 구동부(17)는 두 세트의 지그장치(27)에 하나씩 배속되는 두 세트가 구비될 수 있게 된다.
여기서, 두 세트의 업다운 구동부(17) 중 도 6과 도 7에서 오른쪽에 배치되는 한 세트의 업다운 구동부(17), 도 8에서 왼쪽에 배치되는 한 세트의 업다운 구동부(17)는 지그장치(27)가 하강위치에 있는 상태 및 상승위치에 있는 상태를 중복해서 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 실링장치의 얼라인 유니트를 나타내는 사시도이다.
도 10에 도시한 바와 같이, 상기 얼라인 유니트(36)는 파우치를 실링 공정으로 투입하기에 앞서 파우치의 중심을 정렬하는 유니트이다.
이를 위하여, 상기 장치 프레임(46)에는 얼라인 유니트 프레임(70)이 설치되고, 상기 얼라인 유니트 프레임(70)의 상면부에는 좌우 중심 위치에 지그장치(27)가 설치되는 동시에 좌우 양편 위치에 한쌍의 얼라인 바(34) 및 얼라인 실린더(35)가 설치된다.
즉, 얼라인 유니트 프레임(70)의 상부 중앙에 지그장치(27)가 위치되고, 이렇게 위치되는 지그장치(27)를 사이에 두고 양편에 한쌍의 얼라인 바(34) 및 얼라인 실린더(35)가 서로 마주보며 위치된다.
여기서, 상기 지그장치(27)는 파우치를 세워진 자세로 잡아줄 수 있는 2개의 나란한 수직 바(24)와, 상기 수직 바(24)의 사이 하단측에 설치되는 동시에 상면부에 홈(25)을 가지는 홀더 블럭(26)으로 이루어질 수 있게 된다.
이때, 상기 한쌍의 수직 바(24)는 하나의 홀더 블럭(26)의 단부에 각각 위치되어 파우치의 양단부를 지지할 수 있게 된다.
그리고, 얼라인 유니트(36)에는 두 세트의 지그장치(27)가 구비되어 2개의 파우치가 동시에 정렬될 수 있게 된다.
이에 따라, 상기 오실레이터 유니트(13)의 그리퍼(10)에 의해 픽업된 파우치가 지그장치(27)에 놓여지게 되면, 즉 2개의 수직 바(24) 사이에 위치되면서 홀더 블럭(26)의 홈(25) 내에 놓여지게 되면, 이와 동시에 양쪽의 얼라인 실린더(35)가 전진 작동하게 되고, 계속해서 얼라인 실린더(35)의 로드에 연결되어 있는 얼라인 바(34)가 전진하면서 파우치 양단부를 동시에 밀어주게 되므로서, 파우치는 얼라인 유니트(36)의 중심에 정렬될 수 있게 되고, 결국 이 상태에서 픽업되는 파우치는 턴 테이블 유니트(18)측이나 실링 유니트(22)측으로 옮겨질 때 정위치에 세팅될 수 있게 된다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 실링장치의 쇼트 체크 유니트를 나타내는 사시도이다.
도 11 내지 도 13에 도시한 바와 같이, 상기 쇼트 체크 유니트(43)는 파우치 실링 후에 파우치, 즉 이차전지 셀을 프로브 핀과 통전고무를 이용하여 쇼트 여부를 체크하는 유니트이다.
이를 위하여, 장치 프레임(46)에 설치되어 있는 쇼트 체크 유니트 프레임(71)의 상면 좌우 중앙 위치에는 파우치를 세워진 자세로 잡아줄 수 있는 지그장치(27)가 설치되고, 이때의 지그장치(27)는 2개의 나란한 수직 바(24)와 홈(25)을 가지는 홀더 블럭(26)의 조합형으로 이루어지게 된다.
즉, 상기 지그장치(27)는 쇼트 체크 유니트 프레임(71)의 상면에 블럭 상면 길이방향을 따라 나란하게 파여 있는 형태로 이루어진 홈(25)을 가지는 홀더 블럭(26)이 설치되고, 이렇게 설치되는 홀더 블럭(26)의 양옆으로 서로 나란한 2개의 수직 바(24)가 설치되는 구조로 이루어지게 된다.
이때의 수직 바(24)는 홀더 블럭(26)의 전단측과 후단측에 각각 한쌍씩 구비될 수 있게 된다.
이에 따라, 파우치는 세워진 자세로 홀더 블럭(26)에 있는 홈(25) 내에 그 하단부가 삽입 위치되고, 이와 더불어 한쌍의 수직 바(24) 내에 위치되면서 양단의 전후면이 밀착된 상태로 지지될 수 있게 된다.
여기서, 상기 지그장치(27)는 쇼트 체크 유니트 프레임(71)의 전후 폭방향으로 나란하게 배치되는 두 세트가 구비될 수 있으며, 이에 따라 쇼트 체크 유니트(43)에서는 동시에 2개의 파우치에 대한 쇼트 여부를 체크할 수 있게 된다.
또한, 상기 쇼트 체크 유니트(43)는 파우치의 양단부 위아래 단면부에 접촉되는 상하부 2개의 통전기구(37)를 포함한다.
상기 통전기구(37)는 파우치측과 직접 접촉하는 위아래 서로 나란한 한쌍의 통전고무(37a)와, 후면으로 2개의 나란한 지지봉(37b)를 가지면서 통전고무(37a)가 고정되는 지지 블럭(37c)으로 구성되며, 쇼트 체크 유니트 프레임(71)의 상면 가장자리에 설치되는 포스트 플레이트(44)의 전면 윗쪽과 아래쪽에 각각 위치되면서 지지봉(37b)을 이용하여 포스트 플레이트(44)측에 전후 슬라이드 가능한 구조로 설치된다.
여기서, 상기 통전기구(37)는 파우치측에 밀착 시 스프링(미도시)에 의한 탄력지지를 받으면서 앞뒤로 이동가능한 구조로 설치될 수 있으며, 이에 따라 통전기구(37)의 통전고무(37a)의 선단이 파우치의 단부에 밀착 시 약간 뒤로 밀릴 수 있게 되고, 결국 스프링 힘을 받아 계속적으로 파우치측으로 힘을 가하면서 안정적으로 밀착될 수 있게 된다.
이때, 상기 스프링은 지지봉(37b) 둘레에 배치되면서 지지 블럭(37c)의 후면과 포스트 플레이트(44)에 있는 부시, 즉 지지봉(37b)이 끼워져 슬라이드 안내를 받는 부시의 선단 사이에 개재될 수 있게 된다.
이러한 통전기구(37)는 지그장치(27)의 양편에서 서로 마주보는 한쌍으로 이루어져 파우치 양단부측과 접속될 수 있게 된다.
본 발명의 일 예에서 쇼트 체크 유니트(43)에는 쇼트 체크 유니트 프레임(71)의 전후 폭방향으로 나란하게 배치되는 두 세트의 통전기구(37)가 구비될 수 있으며, 이에 따라 쇼트 체크 유니트(43)는 총 8개로 이루어진 통전기구(37)를 이용하여 동시에 2개의 파우치측에 접속될 수 있게 된다.
또한, 상기 쇼트 체크 유니트(43)는 파우치의 일측 단부를 가압 및 밀착하면서 파우치 일측 단부에 있는 리드(미도시)에 접속되는 프로브 핀(76)을 가지는 2개의 홀더(40)와 이 홀더(40)를 동작시켜주는 홀더 실린더(39)를 포함한다.
이를 위하여, 상기 포스트 플레이트(44)의 상하 중간 위치 전면에는 "T"자 형상의 가이드 플레이트(72)가 설치되고, 상기 가이드 플레이트(72)의 일측에는 모터 플레이트(73)가 설치되는 동시에 상기 모터 플레이트(73)에는 홀더 실린더(39)가 지지되는 구조로 설치된다.
그리고, 상기 가이드 플레이트(72)를 사이에 두고 각각의 홀더(40), 예를 들면 가압 블럭(75)을 가지는 홀더(40a)와 프로브 핀(76)을 가지는 홀더(40b)가 나란하게 배치되고, 이렇게 배치되는 각 홀더(40a,40b)는 각각의 홀더 실린더(39)의 로드측에 연결되어 전후진 동작이 가능한 한쌍의 나란한 홀더가동용 바(74)에 의해 고정 또는 관통되어 홀더가동용 바(74)의 전후진 동작 시 함께 움직이거나 또는 그대로 관통될 수 있게 된다.
본 발명의 일 예에서는 2개의 파우치를 동시에 잡아주는 두 세트의 홀더(40)를 양편에서 마주보는 2개의 홀더 실린더(39)와 서로 나란한 2개의 홀더가동용 바(74)를 이용하여 동시에 움직여주는 방식이 적용된다.
즉, 각각의 홀더 실린더(39)의 로드측에 연결되는 2개의 홀더가동용 바(74)는 두 세트의 홀더(40) 및 각 세트의 홀더 사이에 있는 2개의 가이드 플레이트(72)를 동시에 관통하게 되고, 이때 1개의 홀더가동용 바(74a)는 각 세트에 있는 한쌍의 홀더(40) 중 어느 1개의 홀더(40a), 예를 들면 가압 블럭(75)을 가지는 홀더(40a)와 결합되어 함께 움직이게 됨과 더불어 나머지 1개의 홀더(40b), 예를 들면 프로브 핀(76)을 가지는 홀더(40b)와는 그대로 관통되는 구조를 이룰 수 있게 된다.
마찬가지로, 다른 1개의 홀더가동용 바(74b)는 각 세트에 있는 한쌍의 홀더(40) 중 어느 1개의 홀더(40b), 예를 들면 상기 홀더가동용 바(74a)가 그대로 관통되는 홀더(40b)와 결합되어 함께 움직이게 됨과 더불어 다른 1개의 홀더(40a)와는 그대로 관통되는 구조를 이룰 수 있게 된다.
이에 따라, 상기 2개의 홀더 실린더(39)가 전진 작동하게 되면, 한쌍의 홀더(40a,40b)는 서로 마주보는 방향으로 이동하여 거리를 좁히면서 각각이 가지고 있는 프로브 핀(76)과 가압 블럭(75)을 통해 파우치 단부의 양면과 접촉함과 더불어 접속될 수 있게 된다.
여기서, 상기 프로브 핀(76)은 외부의 쇼트 측정장치(미도시)측과 전기적으로 연결될 수 있게 된다.
또한, 상기 쇼트 체크 유니트(43)에는 통전기구(37) 및 홀더(40) 전체를 전후진 동작시켜주는 얼라인 리니어모션(41)이 구비된다.
이러한 얼라인 리니어모션(41)은 쇼트 체크 유니트 프레임(71)의 상면에 서로 마주보며 설치되는 두세트로 이루어지게 되고, 이렇게 설치되는 얼라인 리니어모션(41)의 슬라이더에는 베이스 플레이트(77)가 설치되는 동시에 이때의 베이스 플레이트(77)에 접속기구(37) 및 홀더(40) 등이 지지되는 포스트 플레이트(44) 전체가 설치될 수 있게 되며, 이에 따라 상기 얼라인 리니어모션(41)의 전진 작동 시 접속기구(37)의 통전 고무(38)와 홀더(40)의 프로브 핀(76)이 앞쪽으로 이동하여 파우치측과 접속될 수 있게 된다.
따라서, 오실레이트 유니트(13)에 의해 실링 공정을 마친 파우치(100)가 쇼트 체크 유니트(43)의 지그장치(27) 상에 로딩되면, 이와 동시에 얼라인 리니어모션(41)이 작동하여 접속기구(37)의 통전 고무(38)와 홀더(40)의 프로브 핀(76)이 앞쪽으로 이동하게 됨과 더불어 이때의 통전 고무(38)는 파우치(100)의 양단부 위아래에 접촉되면서 통전되고, 계속해서 홀더 실린더(39)의 작동에 의해 프로브 핀(76)이 파우치(100)측과 통전되므로서, 파우치에 대한 쇼트 여부가 측정될 수 있게 된다.
여기서, 상기 파우치를 프로브 핀 등으로 통전시킨 상태에서 외부의 쇼트 측정장치를 이용하여 쇼트 여부를 측정하는 방법은 당해 기술분야에서 통상적으로 알려져 있는 방법이라면 특별히 제한되지 않고 채택될 수 있다.
예를 들면, 파우치 상단부와 하단부면에 실린더를 전진시켜 통전 고무가 파우치 단면에 접촉되게 한다.
6군데에 접촉이 된 상태에서 통전 고무로 (-)전류를 흘려 우선 파우치의 통전 상태를 확인한다.
통전 후 전류가 통하면 다음 단계로 넘어가고 전류가 흐르지 않으면 NG(ERROR)로 판정한다.
통전이 제대로 이루어진 상태이면 프로브 핀을 전진시켜 파우치(CELL)의 리드를 접촉 후, 측정기의 의하여 파우치에 발생되어지는 저항값을 측정하여 저항값이 높으면 양품, 저항값이 낮으면 쇼트로 판정하여 다음 공정으로 진행시킨다.
보통 CELL 공정에서 LEAD와 파우치는 분리막(절연체)의 의하여 서로 떨어져서 들어오는데, 정상적인 공정에 의하여 진행되어졌다면 분리막의 의하여 LEAD쪽에는 저항값이 올라갈 것이나, 분리막이 찢어지거나 파손의 의하여 LEAD와 파우치가 접촉이 되어졌다면 전류가 흘러 저항값은 본래 정해진 저항값이 아닌 낮은 저항값으로 발생되므로, 이때의 저항값을 확인하여 불량인지를 판단할 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 실링장치 및 파우치 이송 컨베이어 상의 파우치 흐름을 보여주는 평면도이다.
도 14에 도시한 바와 같이, 이차 전지의 셀, 즉 파우치는 파우치 이송 컨베이어(45)를 따라 스텝 방식으로 진행되다가 픽업 위치에 오게 되면, 오실레이터 유니트(13)의 그리퍼(10)에 의해 픽업된다(①).
이렇게 픽업된 파우치는 오실레이터 유니트(13)의 90°회전에 의해 얼라인 유니트(36) 상의 지그장치(27)에 세팅된 후에 이 상태에서 파우치 정렬이 이루어지게 된다(②).
다음, 얼라인 유니트(36)에서 정렬을 마친 파우치는 오실레이터 유니트(13)의 90°회전에 의해 턴 테이블 유니트(18)의 트레이(14) 내의 지그장치(27), 즉 턴 테이블 유니트(18)의 로딩/언로딩 영역에 위치되어 있는 트레이(14) 내의 지그장치(27)에 세팅된다(③).
다음, 상기 트레이(14) 내의 지그장치(27)에 세팅되어 있는 파우치는 두세트의 실링 유니트(22) 중 턴 테이블 유니트(18)의 120°회전에 의해 앞선 위치에 있는 한세트의 실링 유니트(22)의 하부 영역에 위치되거나(④), 또는 턴 테이블 유니트(18)의 240°회전에 의해 뒷쪽 위치에 있는 다른 한세트의 실링 유니트(22)에 위치된다(⑤).
한편, 상기 ④ 위치 또는 ⑤ 위치에 파우치가 놓여지게 되면, 업다운 구동부(17)가 트레이(14) 내에 있는 지그장치(27)를 포함하는 파우치 전체를 상승시켜주게 되고, 이와 동시에 진공 챔버(29) 내부의 진공 조건 하에서 히터 블럭(19)에 의해 파우치 개봉부위가 열융착되는 실링 공정이 수행된다.
다음, 실링 공정을 마친 파우치는 턴 테이블 유니트(18)의 240°회전 또는 120°회전에 의해 로딩/언로딩 영역에 위치된다(⑥).
다음, 상기 턴 테이블 유니트(18)의 로딩/언로딩 영역에 위치된 파우치, 즉 실링 처리를 마친 파우치는 그 위치에서 대기하고 있던 오실레이터 유니트(13)의 그리퍼(10), 즉 실링 처리 전의 파우치를 턴 테이블 유니트(18)의 로딩/언로딩 영역에 로딩시킨 후에 대기하고 있던 그리퍼(10)의 90°회전에 의해 쇼트 체크 유니트(43) 상의 지그장치(27)에 세팅된 후에 이 상태에서 파우치에 대한 쇼트 여부 측정이 이루어지게 된다(⑦).
다음, 쇼트 체크 유니트(43)에서 쇼트 체크를 마친 파우치는 오실레이터 유니트(13)의 90°회전에 의해 파우치 이송 컨베이어(45) 상에 놓여져 위치된다(⑧).
이때, 상기 오실레이터 유니트(13)의 4곳의 그리퍼(10)는 파우치 이송 컨베이어(45) 상의 파우치, 얼라인 유니트(36) 상의 파우치, 턴 테이블 유니트(18)의 로딩/언로딩 영역에 있는 파우치, 쇼트 체크 유니트(43) 상의 파우치를 동시에 픽업하게 되고, 오실레이터 유니트(13)의 90°회전 후, 각 그리퍼(10)에 픽업된 파우치는 얼라인 유니트(36) 영역, 턴 테이블 유니트(18)의 로딩/언로딩 영역, 쇼트 체크 유니트(43) 영역, 파우치 이송 컨베이어(45) 영역으로 동시에 위치가 옮겨질 수 있게 된다.
이렇게 파우치 이송 컨베이어(45) 상의 셀이 ①→②→③→④→⑤→⑥→⑦→⑧로 이어지는 경로를 거쳐 다시 파우치 이송 컨베이어(45)에 놓여지는 것으로 파우치 실링 공정을 위한 한 사이클이 완료될 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명에서는 전해액이 충전되어 있는 파우치의 실링 시, 오실레이터 유니트, 턴 테이블 유니트, 실링 유니트, 얼라인 유니트, 쇼트 체크 유니트 등 각 유니트들을 유기적으로 조합한 자동화 개념의 새로운 파우치 실링장치를 제공함으로써, 파우치 로딩에서부터 실링 처리까지의 전체 과정, 그리고 파우치 정렬 및 쇼트 체크 과정을 자동화 공정으로 수행할 수 있으며, 따라서 다양한 규격과 용량을 가지는 파우치의 실링 공정에 범용적으로 적용할 수 있고, 쇼트 체크 등을 통해 이차전지 제품의 품질과 신뢰도를 확보할 수 있다.
10 : 그리퍼 11 : 업다운 리니어모션
12 : 로테이션 모터 13 : 오실레이터 유니트
14 : 트레이 15 : 테이블
16 : 테이블 구동부 17 : 업다운 구동부
18 : 턴 테이블 유니트 19 : 히터 블럭
20 : 프레스 블럭 21 : 전후진 실린더
22 : 실링 유니트 23 : 간격조절용 리니어모션
24 : 수직 바 25 : 홈
26 : 홀더 블럭 27 : 지그장치
28 : 버큠 파이프 29 : 진공 챔버
30 : 클램프 31 : 클램프 실린더
32 : 로드 브라켓 33 : 클램프 스프링
34 : 얼라인 바 35 : 얼라인 실린더
36 : 얼라인 유니트 37 : 접속기구
38 : 통전 고무 39 : 홀더 실린더
40 : 홀더 41 : 얼라인 리니어모션
42 : 접속장치 43 : 쇼트 체크 유니트
44 : 포스트 플레이트 45 : 파우치 이송 컨베이어
46 : 장치 프레임 47 : 오실레이터 유니트 프레임
48 : 상판 49 : 회전체 구조물
50 : 브라켓 51 : 그리퍼 리니어모션
52 : 그리퍼 액추에이터 53 : 그리퍼 브라켓
54 : 벽체 55 : 프레임 구조물
56 : 실린더 베이스 57 : 전후진 로드
58 : 로드 하우징 59 : 융착부
60 : 플랜지 61 : 클램프 로드
62 : 로드 하우징 63 : 지그 플레이트
64 : 부시 65 : 로드부
66 : 헤드부 67 : 스프링 브라켓
68 : 승하강 로드 69 : 로드 바
70 : 얼라인 유니트 프레임 71 : 쇼트 체크 유니트 프레임
72 : 가이드 플레이트 73 : 모터 플레이트
74 : 홀더가동용 바 75 : 가압 블럭
76 : 프로브 핀 77 : 베이스 플레이트

Claims (11)

  1. 파우치 픽업을 위한 그리퍼(10)와 상기 그리퍼(10)의 업다운 작동 및 회전 작동을 위한 업다운 리니어모션(11) 및 로테이션 모터(12)를 포함하며, 파우치를 픽업하여 각 공정 영역으로 옮겨주는 역할의 오실레이터 유니트(13);
    상기 오실레이터 유니트(13)에 의해 옮겨진 파우치의 세팅을 위한 트레이(14)를 가지면서 회전 가능한 테이블(15)과 상기 테이블(15)을 회전시켜주는 테이블 구동부(16)와 상기 테이블(15) 내의 파우치를 상승 및 하강시켜주는 업다운 구동부(17)를 포함하며, 파우치를 로딩/언로딩 공정 영역 및 실링 공정 영역으로 이동시켜주는 역할의 턴 테이블 유니트(18);
    상기 턴 테이블 유니트(18)의 상부 일측에 위치되어 전후진 동작하면서 선단부의 히터 블럭(19)을 이용하여 파우치의 개봉부위위를 열융착시켜주는 한쌍의 프레스 블럭(20) 및 전후진 실린더(21)를 포함하며, 파우치를 히터 블럭으로 가압 융착하여 실링하는 역할의 실링 유니트(22);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장비의 파우치 실링장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 오실레이터 유니트(13)의 그리퍼(10)는 서로 마주보며 나란하게 배치되는 한쌍으로 이루어지고, 각 그리퍼(10)는 간격조절용 리니어모션(23)에 지지되면서 이동 가능하여 서로 간격이 좁혀지거나 넓혀질 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장비의 파우치 실링장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 오실레이터 유니트(13)의 그리퍼(10)는 90°간격을 두고 배치되는 4세트로 이루어져 90°씩 회전하면서 파우치를 90°간격의 위치로 옮겨주는 역할을 할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장비의 파우치 실링장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 턴 테이블 유니트(18)의 테이블(15)에 있는 트레이(14)는 180°간격을 두고 배치되는 3세트로 이루어져 180°씩 회전하면서 파우치를 로딩 및 언로딩 영역, 2곳의 실링 영역으로 각각 옮겨줄 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장비의 파우치 실링장치.
  5. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 트레이(14)의 내부에는 파우치를 세워진 자세로 잡아줄 수 있는 2개의 나란한 수직 바(24)와 홈(25)을 가지는 홀더 블럭(26)으로 구성되는 지그장치(27)가 설치되는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장비의 파우치 실링장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 실링 유니트(22)는 한쌍의 프레스 블럭(20)을 수용함과 더불어 버큠 파이프(28)가 연결되어 있어 파우치 실링작업이 수행되는 공간을 진공상태로 조성하는 진공 챔버(29)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장비의 파우치 실링장치.
  7. 청구항 1 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 실링 유니트(22)는 프레스 블럭(20)의 저부에 나란하게 배치되면서 파우치의 개봉부위 양면을 잡아주는 한쌍의 클램프(30) 및 클램프 실린더(31)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장비의 파우치 실링장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 실링 유니트(22)의 클램프(30)는 클램프 실린더(31)의 로드 클램프 로드(61)에 결합되어 있는 로드 브라켓(32)측에 슬라이드 가능하게 지지됨과 더불어 후단의 클램프 스프링(33)에 의해 탄력 지지를 받은 구조로 설치되는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장비의 파우치 실링장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    실링 공정으로 투입되기 전, 오실레이터 유니트(13)로부터 옮겨진 파우치의 정위치를 잡아주는 수단으로서, 파우치를 세워진 자세로 잡아줄 수 있는 2개의 나란한 수직 바(24)와 홈(25)을 가지는 홀더 블럭(26)으로 구성되는 지그장치(27)와, 상기 지그장치(27)의 양옆에 배치되어 파우치 양단부를 가운데로 밀어주는 한쌍의 얼라인 바(34) 및 얼라인 실린더(35)로 이루어지는 얼라인 유니트(36)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장비의 파우치 실링장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    실링 공정을 마친 후, 오실레이터 유니트(13)로부터 옮겨진 파우치의 쇼트 여부를 체크하는 수단으로서, 파우치를 세워진 자세로 잡아줄 수 있는 2개의 나란한 수직 바(24)와 홈(25)을 가지는 홀더 블럭(26)으로 구성되는 지그장치(27)와, 파우치측과 접속되는 위아래의 통전기구(37), 프로브 핀(76)을 가지면서 서로 마주보며 위치됨과 더불어 홀더 실린더(39)에 의해 동작되면서 파우치를 잡아주는 2개의 홀더(40) 및 상기 통전기구(37)와 홀더(40) 전체를 전후진 동작시켜주는 얼라인 리니어모션(41)으로 구성되는 한쌍의 접속장치(42)로 이루어지는 쇼트 체크 유니트(43)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장비의 파우치 실링장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 쇼트 체크 유니트(43)의 통전기구(37)는 포스트 플레이트(44) 상에 슬라이드 가능하게 지지됨과 더불어 스프링에 의한 탄력지지를 받으면서 앞뒤로 이동가능한 구조로 설치되는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장비의 파우치 실링장치.
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