KR100865166B1 - 리튬폴리머 전지용 리드필름 접합장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생산자동화 기술에 관한 것으로서, 좀더 자세하게는 휴대폰 등 휴대용 전자기기에 사용되는 리튬폴리머전지의 리드에 리드필름을 자동으로 접합하는 자동화 기계에 관한 것이다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 수단으로, 하나의 용착부위에서 2개 이상 다수 개소에 리드필름의 용착이 이루어지게 하여, 한번의 리드스트랩의 이송으로 다수 개소에서 동시에 리드필름의 용착이 일어나게 하고, 리드필름의 절단을 위한 별도의 절단장치를 구비하고, 리드필름 공급부에 공기를 공급하여 리드스트랩에 리드필름이 원활하게 공급할 수 있게 하는 나이프덕트를 구비하였다.

본 발명인 리드필름 접합장치는 한번의 리드스트랩의 이송으로 다수 개소에서 한꺼번에 리드필름의 용착과 리드필름의 절단을 수행할 수 있으므로, 이송오차가 적어 리드필름의 접합간격의 오차가 적고, 한번에 다수 개소에서 리드필름의 용착이 이루어지므로 생산성이 현저히 증대된다. 그리고 가열부위의 온도변화가 적어 용착불량이 일어날 확률이 현저히 낮고, 자체에 접합불량을 체크할 수 있는 검사장치를 구비하여 자동으로 접합불량을 검사한다.

리튬폴리머 전지, 리드필름, 접합장치, 자동화, 용착

Description

리튬폴리머 전지용 리드필름 접합장치{Lead Film Bonding Machine for Lithum Battery}

본 발명은 생산자동화 기술에 관한 것으로서, 좀더 자세하게는 휴대폰 등 휴대용 전자기기에 사용되는 리튬폴리머전지의 리드에 리드필름을 자동으로 접합하는 자동화 기계에 관한 것이다.

최근에 휴대폰, 노트북 등 전기를 비교적 많이 소비하는 휴대용 전자기기들은 대부분 전원공급용 베터리로 충전가능한 2차 전지인 리튬폴리머전지를 사용하고 있다.

리튬폴리머전지의 구조는 도 1에 도시한 바와 같이, 외부로 돌출된 리드(Lead)가 부착된 전지판이 전해액이 충진된 전해액튜브 속에 밀봉되는 구조를 취하고 있다. 통상적으로 리드는 전기 양도체인 알루미늄 등의 금속판으로 제작되고, 전해액튜브는 합성수지계통의 튜브로 제작되는데, 금속판과 합성수지재료 사이에 접합이 용이하지 않아 전해튜브에서 리드가 위치한 부위에서 전해액이 누설될 염려가 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여 리드에 금속재료와 합성수지재료에 모두 잘 부착되는 성질을 가진 리드필름(Lead Film)을 먼저 용착한 후, 리드필름이 부착된 리드를 전해액튜브의 입구에 두고 입구를 열 등으로 용착하는 방법을 취하고 있다.

휴대용 전자기기용 배터리와 같은 전자부품들은 자동화된 생산설비에 의하여 대량으로 생산되는데, 리드는 도 2에 도시한 바와 같이, 일정한 폭을 가진 금속재질의 띠 모양의 리드스트랩(Lead Strap)에 일정 간격(d)으로 리드필름을 용착하여 이를 릴(Reel)에 감아 배터리 생산공정에 공급된다. 이 리드스트랩은 자동 배터리 제조기계에서 한 토막씩 절단되어 전지의 리드로 사용된다. 이와 같이 자동 배터리 제조공정에 공급되는 리드스트랩에는 리드필름이 아주 일정한 간격으로 접착되어 있어야 하는데, 통상적으로 리드필름의 간격 오차가 0.1mm이내일 것을 요구한다.

종래의 자동화된 리드필름 접합장치는 도 3에 보인 바와 같이, 리드스트랩을 일정간격으로 이송하고, 리드스트랩의 이송방향과 수직방향으로 리드스트랩의 상하에 리드필름을 이송하여 이를 전기히터가 내장된 용착기로 압착하여 열용착을 하고, 용착이 끝난 후 리드필름의 공급부를 칼날로 절단한 후, 다음 피치의 리드필름을 접합하기 위하여 리드스트랩을 권취릴로 권취하여 한 피치 더 이송하는 방식을 취하고 있다. 그리고 생산성을 증대시키기 위하여 위와 같은 용착기를 2벌 이상 직렬로 배치하여 사용하기도 한다.

그러나 상기와 같은 종래의 리드필름 접합장치는 1회에 1개소에만 리드필름이 용착되므로, 생산성이 높지 못하고, 1개소 용착후 1피치씩 리드스트랩을 이송하 여야 하므로 리드스트랩의 연신, 이송간격오차의 누적 등으로 필연적으로 리드필름의 접합간격 오차가 크다. 그리고 용착부위가 1개소의 리드필름만 접합하는 구조이므로, 가열부의 크기가 작고 따라서 열용량이 작아 자동으로 온도가 제어되는 가열부의 온도 변동이 심하고, 따라서 용착불량이 발생할 가능성이 크다. 또한 용착이 끝난 리드필름의 공급부를 칼날로 절단을 하므로 리드필름의 절단부위가 고르지 못하다.

생산성을 높이기 위하여 용착장치를 하나의 라인에 다수 벌을 배치할 경우. 설비가 복잡해 지고 설비의 제어도 복잡해 진다. 그리고 이 경우에도 생산성은 증가하나, 용착불량, 리드필름의 접합간격 오차, 리드필름의 절단 불량 등은 개선되지 않는다.

그리고 종래의 리드필름 접합장치는 리드필름의 접합불량을 검사할 수 있는 검사수단이 구비되어 있지 않아, 육안으로 접합상태를 검사하거나 별도의 검사장비를 추가로 구비하여야하는 문제점이 있다.

종래의 자동화된 리드필름 접합장치는 상기와 같이 생산성이 높지않고, 용착불량이 발생할 가능성이 크고, 그리고 리드필름의 접합간격 오차가 큰 문제점이 있는바, 생산성이 높고, 용착불량이 적고, 리드필름 접합간격의 오차가 작은 리드필름 접합장치가 필요하다. 그리고 접합장치 자체에 필름 접합불량을 검사할 수 있는 검사장치가 구비되어 있어야 한다.

본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결한 자동 리드필름 접합장치에 관한 것이다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 수단으로, 하나의 용착부위에서 2개 이상 다수 개소에 리드필름의 용착이 이루어지게 하여, 한번의 리드스트랩의 이송으로 다수 개소에서 동시에 리드필름의 용착이 일어나게 하고, 리드필름의 용착과 동시에 리드필름의 절단이 이루어지게 하고, 자동으로 접합상태를 검사할 수 있는 검사장비를 구비하고, 리드필름 공급부에 공기를 공급하여 리드스트랩에 리드필름이 원활하게 공급할 수 있게 하는 나이프덕트(Knife Duct)를 구비한 것이다.

본 발명인 리드필름 접합장치는 한번의 리드스트랩의 이송으로 2개소 이상 다수 개소(통상 3 내지 5개소)에서 한꺼번에 리드필름의 용착과 리드필름의 절단을 수행할 수 있으므로, 이송오차가 적어 리드필름의 접합간격의 오차가 적고, 한번에 다수 개소에서 리드필름의 용착이 이루어지므로 생산성이 현저히 증대된다, 그리고 접합을 위한 가열부위의 크기가 커지고 그에 따라 열용량이 증가하므로 가열부위의 온도변화가 적어 용착불량이 일어날 확률이 현저히 낮아진다.

본 리드필름 접합장치는 자체에 접합불량을 체크할 수 있는 검사장치를 구비하여 자동으로 접합불량을 검사한다.

그리고 본 리드필름 접합장치는 리드필름의 절단부위가 아주 정밀해지고, 리드필름의 공급을 위한 나이프덕트를 채택하여 리드에 접합된 리드필름에 주름이 생기는 등의 불량이 발생하지 않는다.

본 발명인 리드필름 접합장치의 구체적인 구성은 도 4의 정면도와 도 5의 평면도에 도시한 바와 같이, 몸체(10), 리드스트랩이송부(20), 리드필름이송부(30, 30-1), 용착부(40, 40-1), 그리고 자동검사기(50)를 포함하여 제어장치, 전원공급장치 등의 부수 구성품들로 구성된다.

몸체(10)는 본 발명의 각종 구성품들이 장착되는 구조체이다.

리드스트랩이송부(20)는 통상의 스트랩 이송장치와 유사한데, 공급릴(21), 권취릴(22), 가이드롤러(23), 그리고 이송모터(23)를 포함하여 구성되고, 리드스트 랩(100)을 한번 작업에 소요되는 길이만큼씩 공급릴(21)에 감겨 있던 리드스트랩(100)을 순차적으로 이송시키고, 리드필름(200)의 용착이 끝난 리드스트랩을 권취릴(22)에 감는 기능을 한다.

공급릴(21)에는 리튬전지의 리드로 사용되는 띠 형상의 리드스트랩(100)이 감겨 있고, 이송오차를 줄이기 위하여 리드스트랩에 일정한 장력을 주기 위하여 통상적으로 사용되는 텐션스프링(미도시)이 구비되어 있다. 권취릴(22)는 리드필름의 용착이 끝난 리드스트랩을 감는 릴로서, 이송모터(23)에 의하여 구동된다. 이송모터(23)는 상기 권취릴(22)에 연결되어 한 번의 리드필름 용착작업이 끝나면 일정 각도로 회전을 하여 다음 작업을 위하여 리드스트랩을 일정간격 만큼 이송시킨다. 그리고 리드스트랩을 정확한 위치로 유도하기 위하여 리드스트랩이 지나가는 부위에 필요한 갯수만큼의 가이드롤러(24)가 부착된다.

리드필름이송부(30, 30-1)는 도 6의 단면도에 도시한 바와 같이, 좌우 2개의 리드필름릴(31), 좌우 2개의 필름이송롤러(32), 상기 필름이송롤러(32)를 각각 구동하는 2개의 필름이송롤러구동모터(미도시), 그리고 다수개의 필름가이드롤러(34)를 포함하여 구성된다. 이 리드필름이송부(30, 30-1)는 상기 리드스트랩이송부(20)에 의하여 리드스트랩이 용착 작업위치에 이송되어 위치하면 리드스트랩의 상면과 하면에 직각방향으로 좌우에서 리드필름을 일정 길이만큼 수평으로 이송시켜 주는 기능을 한다.

상기 리드필름이송부(30, 30-1)는 리드필름의 사이에서 이송방향으로 바람을 불어주어 리드필름이 리드스트랩의 상하면으로 접히지 않고 잘 유도되도록 나이프 덕트(35)를 추가로 구비할 수 있다. 이 나이프 덕트(35)는 외부로부터 압축공기를 공급받거나 자체에 팬을 구비하여 리드스트랩과 수직방향으로 좁은 평면으로 바람을 불어줄 수 있는 횡방향의 슬릿을 가진 공기공급장치이다.

용착부(40)는 리드스트랩에 리드필름을 열용착을 하고 리드필름을 절단하는 기능을 하는데, 상부용착부(40-1)과 하부용착부(40-2)로 구분된다. 상부용착부(40-1)와 하부용착부(40-2)는 각각 2개 이상 다수 개의 용착헤드(41)와 상기 다수 개의 용착헤드(41)에 열을 공급하는 발열부(42)와 발열부(42)를 수용하는 용착홀더(43)를 포함하여 구성된다.

용착헤드(41)은 열전도가 좋은 구리, 알루미늄 등의 재료로 제작되고, 상기 발열부(42)에 리드필름의 용착간격과 같은 간격으로 부착된다. 용착헤드(41)의 수가 많으면 많을수록 한번의 용착작업으로 많은 개소에 리드필름을 동시에 용착할 수 있는데, 각각의 발열부(42)에 6 내지 18개의 용착헤드(41)를 부착하는 것이 작업능률이 높고, 제품의 품질이 좋다.

발열부(42)의 내부에는 니크롬선 등의 전기 발열장치가 내장되어 있고, 외부 전기의 공급 또는 중단으로 온도가 제어된다. 경우에 따라서는 이 발열부에 고온의 스팀을 공급하여 가열을 하는 구조를 취할 수도 있다. 상부용착부(40-1)의 발열부(42)는 용착홀더(43)에서 이송가이드(미도시)를 따라 일정 길이만큼 상하로 슬라이딩을 할 수 있게 결합된다. 그리고 하부용착부(40-1)의 발열부(42)는 용착홀더(43)에 고정된다.

상부용착부(40-1)의 용착헤드(41)에는 좌우에 절단칼날(44)이 부착되어 있 고, 하부용착부(40-2)의 용착헤드(41)에는 상기 절단칼날(44)이 삽입될 수 있는 절단홈(45)이 형성되어 있다. 이 절단칼날과 절단홈의 부착위치는 서로 바뀔 수도 있다. 그리고 절단칼날과 절단홈은 상부용착부(40-1)와 하부용착부(40-2)의 용착헤드(41)에 부착되는 대신에, 발열부(42)에 부착될 수도 있다.

좌우 각각의 용착홀더(43)에는 상기 리드필름이송부(30)의 필름이송롤러(32), 필름이송롤러를 구동하는 모터, 그리고 나이프덕트(35)가 고정되어 있고, 리드스트랩과 직각방향으로 수평으로 전진 및 후진을 할 수 있도록 몸체(10)에 결합된다.

용착부(40)와 리드필름이송부(30, 30-1)의 작동은 다음과 같다.

리드스트랩(100)이 이송되어 용착위치에 정지하면, 상부용착부(40-1)와 하부용착부(40-2)가 각각 리드스트랩(100) 쪽으로 이동하여 각각 리드스트랩의 상부와 하부에 위치한다. 그 후 리드필름이송부(30, 30-1)의 필름이송롤러(32)가 회전을 하여 각각 리드필름(200)응 리드스트랩(100)의 상면과 하면에 리드스트랩(100)과 직각방향으로 리드필름(200)을 일정 길이만큼 이송한다. 이때 나이프덕트(35)로 리드필름과 이송방향으로 바람을 불어주면 리드필름이 접히거나 구부러지지않고 리드스트랩 상면과 하면으로 잘 이송된다.

상기와 같이 리드필름이 리드스트랩위로 이송이 완료되면, 상부용착부(40-1)의 발열부(42)가 용착홀더(43)를 따라 아래로 운동을 하면서 절단칼날(44)이 절던홈(45)로 삽입되면서 리드필름의 공급부위를 절단한다. 리드필름이 절단되면 좌우의 필름이송롤러(32)가 역회전을 하여 리드필름이 뒤로 물러나게 하여 가열헤 드(41)와 이격시킨다. 이어서 용착에 필요한 온도를 유지하고 있는 상부와 하부의 용착헤드(41)가 서로 접촉하면서 리드필름(200)과 리드스트랩(100)을 함께 압착하여 리드필름(200)을 리드스트랩(100)에 열용착을 시킨다. 용착에 충분한 시간(2~3초)이 경과하면, 상부용착부(40-1)의 발열부(42)가 용착홀더(43)를 따라 위로 운동을 하면서 상하 가열헤드(41)가 벌어지고, 상부용착부(40-1)와 하부용착부(40-2)가 각각 리드스트랩(100)으로부터 뒤로 물러나고 한 피치의 용착작업이 종료한다.

상기와 같이 한 피치의 용착공정이 종료되면, 리드스트랩이송부(30, 30-1)의 이송모터(23)가 일정각도로 회전을 하면서 권취릴(22)을 회전시켜, 다음 작업을 위하여 1 작업 피치만큼 리드스트랩(100)을 일정 간격만큼 이송시킨다.

상기와 같은 리드필름 접합장치에 자동검사기(50)를 추기로 구비할 수 있는데, 이 자동검사기는 도 7에 도시한 바와 같이, 불량여부를 판단하고 지시하는 컨트롤러(54), 리드스트랩(100)이 지나갈 수 있는 홈을 가진 몸체(51), 하나의 기준프루브(53), 그리고, 리드필름 접합간격과 동일한 간격으로 상기 몸체(51)의 상부와 하부에서 상하로 운동을 할 수 있는 다수개의 검침프루브(52, Probe)로 구성된다.

자동검사기는 하나의 기준프루브(53)를 리드필름(200)이 용착되지 않은 리드스트랩(100)에 접촉하게 하고, 각각의 검침프루브(52)는 검사시에 리드필름의 접합부위에 접할 수 있게 한다. 한 피치의 용착작업이 끝나고 다음 피치의 용착작업을 위하여 리드스트랩이 이송되어 나오면, 상부와 하부의 검침프루브(52)들과 기준프루브(53)가 리드스트랩(100)을 상하에서 집게 되고, 각각의 검침프루브(52)들은 리 드필름(200)이 용착되지 않은 리드스트랩(100)에 접촉하고 있는 기준프루브(53) 사이의 전기저항을 측정한다.

리드스트랩에 리드필름이 잘 용착이 되어 있으면, 기준극(53)과 검침프루브 사이의 저항이 무한대가 될 것이고, 리드필름이 용착이 되어있지 않으면 기준극(53)과 검침프루브 사이의 전기 절연물질인 리드필름이 없어 저항이 영(Zero)에 가깝게 되어 리드필름의 접합불량을 알 수 있다.

상기와 같이 측정된 저항값은 컨트롤러(54)로 보내어 용착불량 부위의 위치를 표시하고, 불량발생시 경고음을 내거나 경고등을 켜게 하고, 용착작업을 중단시킨다. 이와 같이 용착불량이 발생하여 용착작업이 중단되면 작업자가 적절한 조치를 취한 후(주로 용착불량부위를 절단해 내고 리드스트랩을 서로 연결하는 방법으로 조치한다.) 용착기를 재가동하여 용착작업을 계속한다.

상기와 같은 용착작업과 검사작업의 일련의 동작은 컨트롤러에서 제어알고리즘에 따라 순차적으로 제어되며, 이러한 제어시스템은 제어분야에 종사하는 보통의 기술자가 아주 용이하게 구성할 수 있다.

본 발명인 리드필름 접합장치는 자동화 기계에서 대량으로 생산되는 리튬폴리머전지의 리드를 제조하는데 적용되고, 이와 유사한 연속 열용착 공정에 응용될 수 있다.

도 1은 리튬폴리머전지의 구성도이다.

도 2는 리튬폴리머전지의 제조에 사용되는 리드 형상이다.

도 3은 종래의 리드필름 접합장치이다.

도 4는 본 발명인 리드필름 접합장치의 정면도이다.

도 5는 본 발명인 리드필름 접합장치의 평면도이다.

도 6은 본 발명인 리드필름 접합장치의 특정부위 종단면도이다.

도 7은 자동검사기의 구성도이다.

※ 중요구성품 번호

10 : 몸체,

20 : 리드스트랩이송부, 21 : 공급릴, 22 : 권취릴, 23 : 이송모터,

30, 30-1 : 리드필름이송부, 31 : 리드필름릴, 32 : 필름이송롤러,

34 : 필름가이드롤러, 35 : 나이프덕트

40 : 용착부, 41 : 용착헤드, 42 : 발열부, 43 : 용착홀더,

44 : 절단칼날, 45 : 절단홈

50 : 자동검사기, 51 : 몸체, 52 : 검침프루브, 53 : 기준프루브,

54 : 컨트롤러

Claims (3)

1. 하기 구성품들이 장착되는 몸체(10);

   상기 몸체(10)의 일단에 부착되어 리드스트랩을 감고 있는 공급릴(21), 상기 몸체(10)의 타단에 부착되어 리드필름이 용착된 리드스트랩을 감아 리드스트랩을 이송하는 권취릴(22), 리드스트랩을 정확한 위치로 유도하는 다수개의 가이드롤러(23), 그리고 상기 권취릴(22)에 축으로 직접연결 또는 타이밍벨트로 연결되는 이송모터(23)를 포함하여 구성되는 리드스트랩이송부(20);

   좌우 한 쌍이 사용되는 것으로서, 좌우 각각은 용착에 소요되는 리드필름을 감고 있는 리드필름릴(31), 용착부(40)의 용착홀더(43)에 고정되어 리드필름을 리드스트랩에 공급하는 필름이송롤러(32), 상기 필름이송롤러(32)를 구동하는 필름이송롤러구동모터, 그리고 리드필름을 정확한 위치로 안내하는 다수개의 필름가이드롤러(34)를 포함하여 구성되는, 리드필름이송부(30, 30-1);

   그리고, 1개 이상 다수 개의 용착헤드(41), 상기 용착헤드(41)가 일정한 간격으로 부착되어 용착헤드(41)에 열을 공급하고 리드필름을 정단할 수 있는 절단칼날(44)와 절단홈(45)를 각각 구비한 좌우 한 쌍의 발열부(42), 그리고 상기 발열부(42)가 장착된 것으로서 일정 길이만큼 수평이동이 가능한 용착홀더(43)를 포함하여 구성되는 것으로서, 리드스트랩의 이송방향과 직각인 수평방향으로 일정 거리만큼 운동할 수 있는 상부용착부(40-1)와 하부용착부(40-2)로 구성된 용착부(40);

   를 포함하여 구성되는 리드필름 접합장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 리드필름이송부(30)는, 상기 용착부에 고정되고, 수평방향의 슬릿이 형성되어, 리드스트랩과 리드필름 사이에 리드필름 이송방향으로 바람을 불어주는 나이프덕트(35)를 추가로 구비한 것을 특징으로 하는, 리드필름 접합장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 리드필름접합장치는,

   상기 접합부(40)의 후방에 설치되는 것으로서, 리드스트랩(100)이 지나갈 수 있는 홈을 가진 몸체(51), 상기 몸체(51)의 상부와 하부에서 상하로 운동을 할 수 있는 것으로서 리드필름 접합간격과 동일한 간격으로 배열되며 각각 리드필름 접합부위의 리드필름 상면 또는 하면에 접촉할 수 있는 다수개의 검침프루브(52), 상기 몸체(51)에 부착되어 리드필름이 접합되지 않은 리드스트랩의 상면 또는 하면에 접촉할 수 있는 하나의 기준프루브(53), 그리고 불량여부를 판단하고 지시하는 컨트롤러(54)를 포함하여 구성되는 자동검사기(50)을 추가로 구비하여, 용착불량을 자동으로 검사할 수 있는 것을 특징으로 하는 리드필름 접합장치.

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