KR20230018118A - 초음파 용접장치 및 초음파 용접방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 초음파 용접장치는, 가압력 측정센서를 구비한 가압력 측정용 엔빌; 상기 가압력 측정용 엔빌 상측에서 승강 가능하게 설치되고, 하강시 상기 가압력 측정용 엔빌을 가압하는 혼; 상기 혼의 가압력이 설정된 가압력 범위 내에 포함되도록 상기 혼의 하강 스트로크를 조절할 수 있는 혼 하강 스트로크 조절부; 및 혼에 의하여 용접되는 피용접부재가 놓여 지지되고, 상기 설정된 가압력 범위에 포함되도록 혼의 하강 스트로크가 조절된 후 상기 가압력 측정용 엔빌과 위치 변경되어 상기 혼 하부에 위치하는 용접용 엔빌을 포함한다.

Description

초음파 용접장치 및 초음파 용접방법{Ultrasonic welding apparatus and ultrasonic welding method}
본 발명은 초음파 용접장치 및 초음파 용접방법에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다. 따라서, 이차전지를 사용하는 애플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되고 있으며, 향후에는 지금보다는 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.
소형 모바일 기기들에는 1개 또는 두서너개의 전지 셀들이 사용되며, 자동차 등과 같은 중대형 장치에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해 다수의 전지 셀들을 전기적으로 연결한 전지 모듈 또는 상기 전지모듈을 다수개 연결한 전지 팩이 사용된다. 상기 전지 모듈은 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지 모듈의 전지 셀로서 주로 사용되고 있다.
상기 전지 셀 내에는 다수개의 단위셀들이 적층되는 전극 조립체가 구비되고, 상기 단위셀들의 전기적인 연결은 단위셀들로부터 도출된 전극 탭들을 서로 용접함에 의해서 이루어진다. 또한, 상기 전지 셀끼리의 전기적 연결 혹은 외부 장치와의 전기적 연결을 위하여 상기 용접된 전극 탭 뭉치는 전극 리드와 용접된다.
이러한 전극 탭들간, 전극 탭과 전극 리드와의 용접을 위해 초음파 용접방법이 사용된다.
도 1은, 전극 탭과 전극 리드를 초음파 용접하는 과정을 나타내는 모식도이다.
전극 조립체(1)로부터 도출된 탭들(W1)은 전극 리드(W2)와 상하로 적층되어 초음파 용접장치의 엔빌(20) 상에 위치한다. 상기 엔빌(20) 위에는 초음파 접합을 위한 진동을 제공하는 혼(10)이 위치한다. 상기 혼(10)은 피용접부재인 탭(W1)과 리드(W2) 상으로 하강하여 피용접부재를 가압하면서 진동을 가하여 탭과 리드를 초음파 용접하게 된다.
이러한 초음파 용접시에는 혼(10)이 피용접부재를 가압하면서 용접하므로 혼(10)의 가압력이 용접 품질을 좌우한다. 예컨대, 초음파 용접시 혼(10)의 가압력이 약하면 탭(W1)과 리드(W2)가 떨어져버리는 약용접이 발생할 수 있다. 반대로 혼(10)의 가압력이 너무 강하면 탭 또는 리드가 단선되거나, 혼 또는 엔빌이 조기에 마모되어 버리는 문제가 발생한다.
따라서, 혼과 엔빌을 이용한 초음파 용접시에는 혼의 가압력을 설정된 범위 내지 최적의 가압력으로 유지하는 것이 중요하다. 그러나, 종래에는 혼의 가압력을 정확하게 확인할 수 있는 방법이 없었다. 예를 들어 엔빌 등에 압력 센서를 설치하여 혼의 가압력을 측정한다고 하더라도, 용접 중에는 초음파진동이 가해지므로, 혼의 가압력을 정확하게 측정할 수 없었다. 또한, 피용접부재의 교체시 혹은 마모된 혼 또는 엔빌을 교체할 경우마다 혼의 가압력은 미세하게 변하기 때문에 균일한 용접 품질의 초음파 용접을 행하기 곤란하다는 기술적 과제가 있다.
한국공개특허공보 제10-2021-0037902호
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 혼의 가압력을 정확하게 측정하고, 설정된 가압력이 되도록 혼의 하강 스트로크를 조절할 수 있는 초음파 용접장치 및 초음파 용접방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 초음파 용접장치는, 가압력 측정센서를 구비한 가압력 측정용 엔빌; 상기 가압력 측정용 엔빌 상측에서 승강 가능하게 설치되고, 하강시 상기 가압력 측정용 엔빌을 가압하는 혼; 상기 혼의 가압력이 설정된 가압력 범위 내에 포함되도록 상기 혼의 하강 스트로크를 조절할 수 있는 혼 하강 스트로크 조절부; 및 혼에 의하여 용접되는 피용접부재가 놓여 지지되고, 상기 설정된 가압력 범위에 포함되도록 혼의 하강 스트로크가 조절된 후 상기 가압력 측정용 엔빌과 위치 변경되어 상기 혼 하부에 위치하는 용접용 엔빌을 포함한다.
구체적인 예에서, 본 발명의 초음파 용접장치는 상기 가압력 측정센서와 연결되어, 상기 가압력 측정센서에 의하여 감지되는 가압력을 나타내는 가압력 인디케이터를 더 포함힐 수 있다.
구체적인 예에서, 상기 가압력 측정센서는 상기 가압력 측정용 엔빌의 상부면 중앙에 형성된 설치홈에 설치될 수 있다.
보다 구체적인 예에서, 상기 가압력 측정용 엔빌은 몸체부 상부의 일측 또는 양측으로부터 돌출된 확장 돌출부를 구비하고, 상기 가압력 측정센서가 상기 확장 돌출부의 상부면 중앙에 형성된 설치홈에 설치될 수 있다.
구체적인 예로서, 상기 혼이 상기 가압력 측정용 엔빌을 가압할 때, 상기 혼에 초음파 진동이 부여되지 않을 수 있다.
하나의 예로서, 상기 측정된 혼의 가압력과 설정된 가압력 범위를 대비하고, 혼의 가압력이 상기 설정된 가압력 범위에 포함되도록 상기 혼 하강 스트로크 조절부를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
구체적인 예에서, 상기 제어부는, 측정된 혼의 가압력과 설정된 최적 가압력을 대비하고, 혼의 가압력이 상기 최적 가압력이 되도록 상기 혼 하강 스트로크 조절부를 반복 제어할 수 있다.
하나의 예로서, 상기 혼 하강 스트로크 조절부는 유압 또는 공압 실린더이고, 상기 제어부는 상기 유압 또는 공압 실린더로 공급되는 유압 또는 공압을 제어하여 혼의 하강 스트로크를 조절할 수 있다.
다른 예로서, 상기 혼 하강 스트로크 조절부는 서보모터에 의하여 이동하는 직선이동기구이고, 상기 제어부는 상기 서보모터의 회전량을 제어하여 혼의 하강 스트로크를 조절할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예로서, 상기 가압력 측정용 엔빌 및 용접용 엔빌은 소정 간격 이격되어 상기 혼의 하부에서 상기 혼에 대하여 상대 이동 가능하게 설치되고, 상기 가압력 측정용 엔빌 및 용접용 엔빌이 상기 혼에 대하여 상대 이동하는 것에 의하여 상기 혼에 대한 상기 가압력 측정용 엔빌 및 용접용 엔빌의 위치가 가변될 수 있다.
구체적인 예로서, 상기 실시예의 초음파 용접장치는, 혼의 하부에서 상기 혼에 대하여 슬라이딩 이동하며 상기 가압력 측정용 엔빌 및 용접용 엔빌이 이격되어 고정 설치되는 가동판을 더 포함하고, 상기 가동판이 상기 혼에 대하여 슬라이딩 이동하는 것에 의하여, 상기 혼에 대한 상기 가압력 측정용 엔빌 및 용접용 엔빌의 위치가 가변될 수 있다.
상기 피용접부재는 이차전지의 전극 조립체로부터 연장되는 복수의 전극 탭들, 또는 상기 전극 탭과 전극 리드일 수 있다.
본 발명의 다른 측면으로서의 초음파 용접방법은, 가압력 측정센서가 구비된 가압력 측정용 엔빌을 혼의 하부에 배치하는 단계; 상기 혼을 하강시켜 가압력 측정용 엔빌을 가압하고, 상기 가압력 측정센서에 의하여 상기 혼의 가압력을 측정하는 단계; 상기 측정된 혼의 가압력과 설정된 가압력 범위를 대비하여, 혼의 가압력이 설정된 가압력 범위에 포함되도록 상기 혼의 하강 스트로크를 조절하는 단계; 상기 혼의 하강 스트로크가 조절된 후, 상기 가압력 측정용 엔빌을 피용접부재가 놓여 지지되는 용접용 엔빌의 위치를 변경하여 상기 용접용 엔빌을 혼 하부에 위치시키는 단계; 및 상기 조절된 하강 스트로크로 상기 혼을 하강시켜 용접용 엔빌 상의 피용접부재를 초음파 용접하는 단계; 를 포함한다.
구체적인 예로서, 상기 혼이 상기 가압력 측정용 엔빌을 가압할 때, 상기 혼에 초음파 진동이 부여되지 않을 수 있다.
구체적인 예로서, 상기 측정된 혼의 가압력이 설정된 최적 가압력이 될 때까지 상기 혼의 하강 스트로크를 반복 조절하고, 최적 가압력에 해당하는 하강 스트로크로 상기 혼을 용접용 엔빌로 하강시켜 피용접부재를 용접할 수 있다.
본 발명에 의하여, 초음파 용접 전의 혼의 가압력을 확인하고 이를 설정된 가압력 범위 혹은 최적 가압력으로 조절하여 용접 불량의 발생을 방지함으로써, 초음파 용접의 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은, 전극 탭과 전극 리드를 초음파 용접하는 과정을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 용접장치의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 초음파 용접장치의 구성요소인 가압력 측정용 엔빌과 가압력 인디케이터의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 초음파 용접장치의 구성요소인 가압력 측정용 엔빌의 평면도 및 측면도이다.
도 5는 본 발명의 초음파 용접장치의 구성요소인 용접용 엔빌의 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 혼 하강 스트로크의 조절과정을 나타내는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 의하여 용접이 행해지는 것을 나타내는 개략도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 용접장치의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초음파 용접장치의 구성을 나타내는 측면도 및 정면도이다.
도 12는 도 10 및 도 11의 초음파 용접장치의 요부를 나타내는 사시도이다.
도 13은 본 발명에 따른 초음파 용접방법의 순서를 나타낸 흐름도이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
한편, 본 출원에서 "길이 방향"이란 전지셀의 전극 리드가 돌출된 방향을 의미한다.
이하 본 발명에 대해 자세히 설명한다.
본 발명의 초음파 용접장치는, 가압력 측정센서를 구비한 가압력 측정용 엔빌; 상기 가압력 측정용 엔빌 상측에서 승강 가능하게 설치되고, 하강시 상기 가압력 측정용 엔빌을 가압하는 혼; 상기 혼의 가압력이 설정된 가압력 범위 내에 포함되도록 상기 혼의 하강 스트로크를 조절할 수 있는 혼 하강 스트로크 조절부; 및 혼에 의하여 용접되는 피용접부재가 놓여 지지되고, 상기 설정된 가압력 범위에 포함되도록 혼의 하강 스트로크가 조절된 후 상기 가압력 측정용 엔빌과 위치 변경되어 상기 혼 하부에 위치하는 용접용 엔빌을 포함한다.
본 발명은 혼의 가압력을 측정할 수 있는 가압력 측정용 엔빌을 구비하여 용접 품질과 밀접한 관련이 있는 혼의 가압력을 미리 측정할 수 있다. 또한, 이 가압력 측정용 엔빌에 의하여 측정된 혼의 가압력을 설정된 가압력 범위 내에 포함되도록 혼의 하강 스트로크를 조절할 수 있는 혼 하강 스트로크 조절부를 구비하여 혼의 가압력을 설정된 가압력 범위로 할 수 있다. 혼의 가압력이 설정된 가압력 범위에 포함되도록 혼의 하강 스트로크가 조절되면, 상기 가압력 측정용 엔빌과 피용접부재가 놓여 지지되는 용접용 엔빌의 위치를 변경하고 상기 혼의 조절된 하강 스트로크로 용접용 엔빌 상의 피용접부재를 용접함으로써, 약용접 등의 용접불량을 방지하면서 혼과 엔빌이 급격하게 마모되는 것을 방지할 수 있다.
(제1 실시형태)
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 용접장치(100)의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 2(a)를 참조하면, 본 발명의 초음파 용접장치(100)는 가압력 측정센서(115)를 구비한 가압력 측정용 엔빌(110)을 포함하고 있다. 상기 가압력 측정센서(115)는 상기 가압력 측정용 엔빌(110)에 설치되어 혼(120)으로부터 전달되는 가압력을 측정하게 된다. 구체적으로, 상기 가압력 측정센서(115)는 로드셀과 같은 하중감지센서를 채용할 수 있다. 로드셀은 스트레인 게이지를 통해 로드셀에 가해지는 압력을 전기적 신호로 전환 및 출력하여 압력을 표시할 수 있다. 상기 가압력 측정센서(115)는 압력의 수치를 나타낼 수 있으면 그 종류는 크게 한정되지 않으며, 예를 들어 빔 로드셀, 원주형 로드셀 등 다양한 형태의 로드셀을 사용할 수 있다.
도 3은 초음파 용접장치(100)의 구성요소인 가압력 측정용 엔빌(110)과 가압력 인디케이터(117)의 개략도이고, 도 4는 도 3의 가압력 측정용 엔빌(110)의 평면도 및 측면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 상기 가압력 측정센서(115)에 가해지는 압력을 전기적 신호로 디지털화하여 출력하는 가압력 인디케이터(117)를 더 포함할 수 있다. 가압력 측정센서(115)는 와이어(116)에 의하여 상기 가압력 인디케이터(117)와 전기적으로 연결되며, 가압력 측정센서(115)에 가해지는 압력이 전기적 신호로 디지털화하여 육안으로 확인할 수 있는 수치로 가압력 인디케이터(117)의 압력 표시부(117a)에 현출된다. 또한, 상기 가압력 인디케이터(117)는 소정의 조작버튼(117a)을 구비하고 있다. 이러한 로드셀, 가압력 인디케이터(117)는 통상 알려져있는 압력측정부재 내지 하중측정부재이므로, 본 명세서에서 구체적인 설명은 생략한다. 본 명세서에서는 로드셀을 가압력 측정센서로 예시하였으나, 혼의 가압력 내지 하중을 측정할 수 있는 다른 적절한 종류의 가압력 측정센서를 채용할 수 있음은 물론이다.
가압력 측정센서(115)는 가압력 측정용 엔빌(110)의 상부면 중앙에 설치하는 것이 바람직하다. 본 발명은 혼(120)의 가압력을 정확하게 측정하여 설정 가압력 범위 혹은 최적의 가압력을 가할 수 있는 혼(120)의 하강 스트로크(H)를 찾는 것이 중요하다. 따라서, 가압력 측정센서(115)를 가압력 측정용 엔빌(110)의 측부나 하부에 설치할 경우, 혼의 가압력을 정확하게 측정할 수 없기 때문에 혼이 직접 가압하는 가압력 측정용 엔빌(110)의 상부면(111A)에 가압력 측정센서(115)를 설치한다. 또한, 가압력 측정센서(115)가 엔빌 상부면의 어느 일측에 치우치게 설치된다면, 역시 정확한 가압력을 반영할 수 없으므로, 엔빌 상부면 중앙에 가압력 측정센서(115)를 설치한다. 이를 위하여, 도 4에 나타난 바와 같이, 가압력 측정용 엔빌(110)에는 그 상부면 중앙에 가압력 측정센서(115)의 설치를 위한 설치홈(113)이 마련된다.
상기 가압력 측정용 엔빌(110)은 통상의 용접용 엔빌과 동일한 형상 및 재질의 것을 사용할 수 있다. 하지만, 피용접부재의 크기가 작으면 용접용 엔빌의 크기도 작아진다. 특히, 이차전지의 전극 탭이나 전극 리드는 크기가 매우 작으므로, 이를 용접하는 용접용 엔빌의 크기도 비교적 작다. 이 경우 용접용 엔빌과 동일한 크기나 형상의 엔빌을 가압력 측정용으로 사용한다면, 엔빌에 가압력 측정센서를 설치할 수 있는 충분한 공간을 확보할 수 없다. 가압력 측정센서(115)를 설치할 공간의 확보를 위하여, 도 3 및 도 4에 나타난 바와 같이 용접용 엔빌(140)의 형상과 다르게 가공된 가압력 측정용 엔빌(110)을 사용할 수 있다. 상기 가압력 측정용 엔빌(110)은 몸체부(111), 몸체부 양측으로 돌출된 체결부(114), 상기 몸체부 상부에 형성된 확장 돌출부(112)를 구비하고 있다.
상기 확장 돌출부(112)는 도 4에 도시된 바와 같이, 몸체부(111) 상부의 양측으로부터 돌출되어 보다 큰 설치면을 제공하고 있다. 하지만, 확장 돌출부(112)는 몸체부 상부의 일측으로부터 돌출되는 형태로 할 수도 있다. 확장 돌출부(112)의 돌출방향과 크기, 형상 등은 설치되는 센서의 크기나 형상을 고려하여 적절히 변경할 수 있다. 상기 확장 돌출부(112)의 상부면(112A) 중앙에는 설치홈(113)이 형성되며, 이 설치홈(113)에 가압력 측정센서(115)를 설치할 수 있다. 가압력 측정용 엔빌(110)의 몸체부(111) 양측부에 체결부(114)가 구비되고, 체결부에는 가압력 측정용 엔빌(110)을 베이스 등의 지지부재에 설치하기 위한 체결공(114a)이 형성되어 있다. 따라서 상기 가압력 측정용 엔빌(110)은 볼트 등의 체결부재(C)로 상기 체결공(114a)을 통하여 베이스 등의 지지부재에 고정 결합될 수 있다.
통상의 용접용 엔빌은 초음파 진동시 피용접부재를 가압 및 압입하기 위하여 표면에 요철부가 형성되어 있으나(도 5 참조), 상기 가압력 측정용 엔빌(110)은 용접을 위한 것이 아니므로 상부면에 돌기부가 형성되어 있지 않다.
도 2를 다시 참조하면, 상기 가압력 측정용 엔빌(110) 상측에는 혼(120)이 승강 가능하게 설치된다. 상기 혼(120)은 피용접부재(W)의 접합 부위에 초음파 접합을 위한 진동을 제공하기 위한 것으로서, 피용접부재와(W)와 접촉하는 부위에는 진동을 효과적으로 전달하기 위해 상부에 위치한 피용접부재에 압입자국을 형성할 수 있는 요철부가 마련될 수 있다. 혼(120)은 소노트로드라고도 불리며 그 선단부에 피용접부재와 접촉하는 확장부(121)를 구비하고 있다. 하지만, 이러한 혼의 형상은 일례일 뿐, 초음파 용접을 행할 수 있는 다른 형태의 혼을 채용할 수 있음은 물론이다. 혼(120)은 자체 하중을 가지고 있으므로, 혼(120)의 하강시에 그 자중에 의한 혼의 가압력을 측정할 수 있다. 그러나 필요에 따라서, 혼(120) 상부에 별도의 가압부(도시하지 않음)를 설치하여 혼의 가압력을 증가시킬 수 있다. 예컨대, 혼의 상측에서 별도의 구동부에 의하여 구동되는 구동실린더를 가압부로 채용하여 혼을 추가적으로 가압할 수 있다.
상기 혼(120)은 초음파를 발생시키는 초음파 제너레이터(G), 초음파를 진동으로 변환시키는 트랜스듀서(T) 및 상기 트랜스듀서의 진폭을 증폭시키는 부스터(B) 등과 연결된다. 상기 초음파 제너레이터(G), 트랜스듀서(T) 및 부스터(B)는 초음파 용접장치에 공통적으로 사용되는 공지의 구성이므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
상기 혼(120)은 단독으로 혹은 부스터 등의 다른 초음파 용접부재들과 함께 가압력 측정용 엔빌(110) 상측에서 승강 가능하게 배치될 수 있다. 혼(120)이 가압력 측정용 엔빌(110)을 향하여 하강하고 상기 혼이 가압력 측정용 엔빌 상의 가압력 측정센서(115) (예컨대, 로드셀)을 가압하였을 때, 혼의 가압력이 측정된다. 가압력 측정센서에 의한 혼의 가압력 측정시에는 혼(120)에 초음파 진동을 부여하지 않는다. 초음파 진동을 가하면, 혼(120)이 동일한 하강 스트로크로 하강하더라도 혼(120)의 가압력이 가변되어 정확한 가압력을 측정할 수 없기 때문이다.
혼(120)의 승강 내지 하강 스트로크의 조절을 위해서 혼 하강 스트로크 조절부(130)가 구비된다. 이러한 스트로크 조절부로서 공지의 상하 운동기구를 채용할 수 있다. 예컨대, 유압 또는 공압실린더를 혼(120)을 지지하는 지지대(P) 하부에 설치하고 유압 또는 공압을 상기 실린더에 공급하여 혼을 승강시킬 수 있다. 공압실린더의 예로서 공기흡입포트가 1개 구비된 단동실린더 또는 공기흡입포트가 입구측과 출구측에 각각 구비된 복동실린더를 채용할 수 있다. 혹은, 서보모터와 연결된 직선이동기구, 예컨대 볼스크류와 볼너트를 이용하여 혼을 승강시킬 수 있다. 이 경우 필요하다면 상기 직선이동기구의 이동을 가이드하는 LM 가이드레일 등을 채용할 수 있다. 그 외에도 당해 기술분야에서 통상 사용되는 상하 이동기구 내지 직선이동기구를 상기 혼 하강 스트로크 조절부로 사용할 수 있다. 본 실시예에서는 실린더 본체(131)와 실린더 로드(132)를 구비한 공압실린더(130)를 혼 하강 스트로크 조절부로 도입하였다.
도 6은 본 발명에 따른 혼 하강 스트로크의 조절과정을 나타내는 개략도이다.
혼(120)의 가압력은 혼이 하강하는 스트로크에 의하여 표현될 수 있다. 즉, 혼(120)이 피용접부재를 향하여 상대적으로 더 많이 하강하면 피용접부재(W)가 받는 혼의 가압력은 증대한다. 반면, 혼의 하강 스트로크가 짧아지면, 피용접부재가 받는 혼의 가압력은 감소한다. 즉, 혼(120)의 가압력은 혼의 하강 스트로크로 표출 내지 환산될 수 있으며, 하강 스트로크를 조절함으로써, 혼의 가압력을 조절할 수 있다. 상술한 유압 또는 공압실린더, 혹은 서보모터와 이에 결합된 직선이동기구 등의 혼 하강 스트로크 조절부(130)를 조절하여 혼(120)의 가압력을 설정된 가압력 범위에 포함되도록 할 수 있다. 다만, 이를 위해서는 혼의 가압력 측정이 선행되어야 한다. 상술한 바와 같이, 혼(120)은 진동시에 가압력이 가변되고, 피용접부재(W)의 종류에 따라서, 혹은 피용접부재의 교체나 혼, 엔빌의 교체에 따라 혼의 가압력이 변할 수 있다. 따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 먼저 가압력 측정용 엔빌(110)로 혼(120)을 하강하여 혼의 (초기) 가압력을 확인한다. 이 가압력이 설정된 가압력 범위와 상이하면 상기 혼 하강 스트로크 조절부(130)로 혼의 하강 스트로크를 가변시키면서 반복적으로 혼의 가압력을 측정할 수 있다. 이 때 혼의 가압력은 상술한 가압력 인디케이터(117)에 의하여 실시간으로 표시되므로, 측정된 가압력이 설정된 가압력 범위에 포함되는지 대비하면서 혼(120)의 하강 스트로크를 조절할 수 있다. 예컨대, 작업자는 가압력 인디케이터(117)의 가압력 수치를 확인하고 유압 또는 공압을 조절하여 실린더 로드(132)의 승강 길이를 조절하여 혼의 하강 스트로크를 조절할 수 있다. 혹은 서보모터(도시하지 않음)의 회전량을 제어하여 직선이동기구의 이동량을 제어함으로써, 혼의 하강 스트로크를 조절할 수 있다.
도 2(a)를 다시 참조하면, 상기 혼(120)은 부스터(B)와 함께 지지대(P) 상에서 지지되고, 상기 지지대(P)는 공압 실린더(130)에 결합되어 있다. 구체적으로 공압 실린더(130)는 실린더 본체(131)와 상기 실린더 본체(131)로부터 출몰하는 실린더 로드(132)를 구비하며 상기 실린더 로드가 상기 지지대(P)에 결합되어 있다.
상기 혼(120)을 안정적으로 지지하기 위하여 공압 실린더(150)는 베이스(150)에 설치되어 있다. 도 2에서는, 가압력 측정용 엔빌(110)도 상기 베이스(150) 상에 함께 설치한 것을 도시하고 있지만, 가압력 측정용 엔빌(110)을 별도의 지지부재 상에 설치하는 것도 가능하다.
상기 혼 하강 스트로크 조절부(130)에 의하여 혼(120)의 하강 스트로크가 설정된 가압력 범위에 포함되도록 혼의 하강 스트로크(H)가 조절된 후에 상기 가압력 측정용 엔빌(110)과 위치 변경되는 용접용 엔빌(140)이 구비된다.
도 5는 본 발명의 초음파 용접장치(100)의 구성요소인 용접용 엔빌(140)의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 5를 참조하면, 용접용 엔빌(140)은 몸체부(141)와 몸체부 좌우측에 체결부재가 삽입될 수 있는 체결공(142a)을 구비한 체결부(142)를 구비하고 있다. 또한, 몸체부(141)의 상부면(141A)에는 피용접부재의 저면에 압입자국을 형성할 수 있는 요철부가 마련되어 있다. 도시된 용접용 엔빌의 형태는 일례일 뿐, 반드시 상기한 형태의 엔빌로 한정되는 것은 아니다. 용접용 엔빌은 혼에 의하여 실제로 초음파 용접이 진행되는 부분이므로, 상기 용접용 엔빌의 상부에는 피용접부재가 놓여 지지된다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 예컨대 피용접부재(W)가 이차전지의 전극 조립체로부터 연장되는 전극 탭(W1)과 전극 리드(W2)인 경우 상기 전극 탭과 전극 리드가 적층되어 상기 용접용 엔빌(140) 상에 위치된다.
도 2(b)를 참조하면, 용접용 엔빌(140)이 가압력 측정용 엔빌(110)과 위치 변경되어 혼(120)의 하부에 설치된 것이 도시되어 있다. 가압력 측정용 엔빌(110)과 용접용 엔빌(140)의 위치 변경 내지 교체는 작업자가 수동으로 행할 수 있다. 이 경우에는 상술한 가압력 측정용 엔빌(110)의 체결부(114)로부터 체결부재(C)를 분리하여 가압력 측정용 엔빌(110)을 베이스(150) 등으로부터 탈거한다. 이후, 용접용 엔빌(140)을 가압력 측정용 엔빌(110)이 설치되었던 위치로 배치하고 용접용 엔빌(140)의 체결부(141)에 체결부재(C)를 설치하여 혼 하부에 상기 용접용 엔빌(140)을 설치할 수 있다. 하지만, 가압력 측정용 엔빌 및 용접용 엔빌의 위치 변경은 후술하는 바와 같이, 별도의 이동부재를 사용하여 자동으로 행하는 것도 가능하다.
도 7은 도 2의 실시예에 의하여 용접이 행해지는 것을 나타내는 개략도이다.
도 7에서는, 혼의 하강 스트로크(H)가 설정된 가압력 범위에 포함되도록 조절된 후, 가압력 측정용 엔빌(110)과 위치 변경되어 용접용 엔빌(140)이 베이스(150) 상에 위치한 상태를 나타낸다. 이 경우, 혼(120)의 가압력은 가압력 측정용 엔빌의 가압력 측정센서(115)에 의하여 확인되고, 또한 그 가압력이 설정된 가압력과 대비되어 설정된 가압력 범위에 포함되도록 혼의 하강 스트로크가 조절된 상태이다. 따라서, 상기 혼(120)은 설정된 가압력에 해당하는 하강 스트로크(H) 만큼 용접용 엔빌(140)의 피용접부재로 하강하게 된다. 이후, 도 7에 도시된 바와 같이, 초음파 제너레이터(G)-트랜스듀서(T)-부스터(B)로 전달된 초음파 진동에 의하여 상기 혼(120)이 설정된 가압력으로 용접용 엔빌 상의 피용접부재(W)를 초음파 용접할 수 있다.
(제2 실시형태)
도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 용접장치(100')의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 실시예의 초음파 용접장치(100')는, 혼의 측정 가압력과 설정된 가압력 범위를 대비하고, 혼의 가압력이 상기 설정된 가압력 범위에 포함되도록 상기 혼 하강 스트로크 조절부(130)를 제어하는 제어부(160)를 더 포함할 수 있다.
즉, 본 실시예는, 혼(120)의 가압력 확인과 연계하여 혼 하강 스트로크 조절을 자동제어하는 제어부(160)를 구비하고 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(160)는 혼 하강 스트로크 조절부(130)인 공압 실린더와 연결되어 가압력 측정 단계에서부터 혼(120)을 자동으로 하강시킬 수 있다. 제어부(160)가 상기 혼 하강 스트로크 조절부(130)를 작동시켜, 혼이 가압력 측정용 엔빌(110)로 하강하면 가압력 측정센서(115)에 의하여 측정된 혼의 가압력이 상기 가압력 인디케이터(117)에 표시되고, 제어부(160)는 이 가압력 데이터를 전달받을 수 있다. 또한, 제어부(160)는 측정된 상기 혼(120)의 가압력과 설정된 가압력 범위와 대비하고, 측정된 혼의 가압력이 설정된 가압력 범위를 벗어날 경우, 상기 혼 하강 스트로크 조절부(130)를 조절할 수 있다. 예컨대, 전극 탭과 전극 리드의 설정 가압력 범위가 150~200kfg이고, 측정된 가압력이 150kgf 미만이라면, 상기 제어부(160)는 유압/공압을 제어하거나 서보모터의 회전량을 증가시켜 혼의 가압력이 150kgf 이상이 될 때까지 혼의 하강 스트로크를 증가시킨다. 이 때, 가압력 측정센서(115) (로드셀)에서는 혼의 가압력이 하강 스트로크의 증가에 따라 연속적으로 측정되고, 그 가압력은 상기 가압력 인디케이터의 표시부(117a)에 표시될 수 있다. 제어부(160)는 가압력 인디케이터로부터 전달받은 측정 가압력이 상기 설정 가압력 범위에 속하게 될 때의 혼의 하강 스트로크를 저장할 수 있다. 또는, 혼의 가압력이 설정 가압력을 초과하는 경우, 예컨대 200kfg 초과인 경우, 혼의 하강 스트로크를 감소시켜 혼의 가압력이 상술한 설정 범위 내가 되도록 조절할 수 있다.
한편, 제어부(160)는 상기와 같이, 혼의 가압력의 범위 제어를 할 수 있지만, 혼의 가압력이 최적 가압력이 되도록 핀 포인트 제어도 가능하다. 이 경우에는 혼의 측정된 가압력이 최적 가압력이 될 때까지, 상기 혼 하강 스트로크 조절부(130)를 반복적으로 제어할 수 있다. 이를 위하여 혼의 측정 가압력이 최적 가압력이 될 때까지 혼을 반복적으로 승강 및 하강시키고, 가압력 측정센서(115)에 의한 가압력의 측정을 반복하여, 최적 가압력을 나타내는 혼의 하강 스트로크(H)를 찾아낼 수 있다.
도 9는 혼의 가압력이 설정 가압력 범위 혹은 최적 가압력이 된 후에, 가압력 측정용 엔빌(110)과 용접용 엔빌(140)을 위치변경하여 용접용 엔빌 상의 피용접부재(W)가 혼(120)에 의하여 용접되는 것을 나타내고 있다. 혼(120)이 설정 가압력 범위 혹은 최적 가압력에 해당하는 하강 스트로크(H)만큼 하강하여 용접용 엔빌 상의 피용접부재(W)를 가압하여 초음파용접하므로, 피용접부재의 약용접이나 혼과 엔빌이 과도하게 마모하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시형태는, 제어부(160)에 의하여 혼 하강 스트로크 조절부(130) 내지 혼의 하강 스트로크를 자동으로 제어하므로, 혼의 가압력을 보다 세밀하고 정확하게 조정할 수 있다는 장점이 있다.
(제3 실시형태)
도 10 및 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초음파 용접장치(100'')의 구성을 나타내는 측면도 및 정면도이고, 도 12는 도 10 및 도 11의 초음파 용접장치(100'')의 요부를 나타내는 사시도이다.
본 실시형태는 혼의 가압력 확인과 연계하여 혼 하강 스트로크 조절을 자동 제어할 뿐만 아니라, 가압력 측정용 엔빌과 용접용 엔빌의 위치 변경도 자동으로 행할 수 있는 것을 특징으로 하고 있다.
도 10 내지 도 12를 참조하면, 본 실시예의 가압력 측정용 엔빌(110) 및 용접용 엔빌(140)은 서로 소정 간격을 두고 상기 혼(120) 하부에서 상기 혼에 대하여 상대 이동 가능하게 배치된다. 본 실시예에서는, 상기 가압력 측정용 엔빌(110) 및 용접용 엔빌(140)이 상기 혼에 대하여 상대 이동하는 것에 의하여 상기 혼에 대한 상기 가압력 측정용 엔빌 및 용접용 엔빌의 위치가 가변될 수 있다.
본 실시예는, 구체적으로 상기 혼(120)의 하부에서 혼에 대하여 슬라이딩 이동할 수 있는 가동판(170)을 구비하고 있다. 상기 가동판(170) 상에는 가압력 측정용 엔빌(110)과 용접용 엔빌(140)이 소정 간격을 두고 고정 설치된다. 제어부(160)에 의한 혼의 하강 스트로크 조절작업이 끝나면, 작업자가 혹은 제어부의 이동신호에 의하여 상기 가동판(170)을 혼에 대하여 슬라이딩 이동하도록 한다. 즉, 상기 가동판(170)의 이동에 의하여 상기 가압력 측정용 엔빌(110) 및 용접용 엔빌(140)이 혼에 대하여 동시에 수평방향으로 이동하게 되고, 이에 따라 용접용 엔빌(110)이 상기 혼의 하부에 위치하게 된다. 이후 혼을 설정된 가압력 또는 최적 가압력에 해당하는 하강 스트로크만큼 용접용 엔빌(140) 상에 하강시켜 용접용 엔빌에 지지된 피용접부재(W)를 가압 및 초음파 용접할 수 있다. 초음파 용접이 끝나면, 상기 가동판(170)을 다시 원위치로 이동하여 가압력 측정용 엔빌(110)에 의한 가압력 측정작업을 반복할 수 있다.
따라서, 본 실시예에 의하면, 가압력 측정 및 혼 하강 스트로크 조절후 용접과정으로의 이행시마다 가압력 측정용 엔빌(110)의 분해 및 용접용 엔빌(174)의 설치작업을 행할 필요가 없다. 제어부(160)는, 가압력 측정, 혼 하강 스트로크 조절 및 가압력 측정용 엔빌(110) 및 용접용 엔빌(140)의 이동을 통괄 제어할 수 있다. 필요에 따라서 상기 제어부(160)는 초음파 제너레이터 및 트랜스듀서와 연결되어 그 부재들도 함께 통합 제어할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 가압력 측정용 엔빌(110)로 측정된 혼의 가압력과 혼의 설정 가압력 범위 혹은 최적 가압력을 대비하여 혼의 하강 스트로크(H)를 조절한 후, 상기 가압력 측정용 엔빌(110)의 교체 및 용접용 엔빌(140)의 설치는 예컨대 가압력 측정용 엔빌의 체결부의 체결부재를 분해하고 용접용 엔빌 체결부의 체결부재를 베이스 등에 결합함으로써 수작업으로 행할 수 있다. 그러나, 이는 시간과 인력이 소요되는 일이고, 제어부(160)의 자동제어의 효율을 낮출 수 있다. 본 실시예는 혼의 하강 스트로크와 연계하여 엔빌의 교체 내지 위치 변경도 예컨대 제어부(160)에 의하여 자동으로 행할 수 있도록 함으로써, 대량생산 및 설비자동화에 본 발명이 더욱 부합할 수 있도록 한 것이다.
상기 가동판(170)의 혼(120)에 대한 슬라이딩 이동은 통상 알려진 기계분야의 직선이동기구에 의하여 행할 수 있다. 예컨대 도 10 및 도 12에 도시된 바와 같이, 베이스(150) 상에 가이드 레일(151)을 설치하고 가동판(170) 하부에 가이드홈(171)을 형성하여 가동판(170)을 혼(120) 및 베이스(150)에 대하여 슬라이딩 이동시킬 수 있다. 혹은 반대로 가동판(170) 하부에 가이드 레일을 설치하고 베이스(150) 상에 가이드홈을 형성할 수도 있다. 또한, 가동판(170)은 혼에 대하여 상대 이동하면 족하며, 베이스(150) 상에 반드시 설치하여야 하는 것은 아니다. 다만, 본 실시예에서는, 슬라이딩 작동의 안정성을 위하여 실린더 등이 설치된 베이스(150) 상에 가동판(170)을 설치하고 상기 가동판을 혼에 대하여 상대 이동시키고 있다.
상기 가동판(170)의 이동 전후에 가동판(170)의 이동거리를 제한하고 가동판을 정지시키는 스토퍼(152) 내지 고정부재를 상기 가이드레일(151) 상에 설치할 수 있다. 도 11 및 도 12는 가압력 측정용 엔빌(110)에 의한 가압력 측정 후에 가동판(170)이 이동하여 용접용 엔빌(140)이 혼 하부에 위치한 상태에서 스토퍼(152)를 가이드레일(151)에 고정하여 가동판(170)이 정지한 상태를 나타내고 있다. 상기 스토퍼(152)를 가이드레일(151)로부터 분리하고 용접용 엔빌(140)을 혼에 대하여 왼쪽으로 이동시키면, 가압력 측정용 엔빌(110)을 혼의 하부에 다시 위치시킬 수 있다. 이 상태에서 상기 스토퍼(152)를 베이스(150) 상의 가이드레일(151)에 결합하여 가압력 측정용 엔빌(110) 및 용접용 엔빌(140)을 혼(120)에 대하여 위치 고정시킬 수 있다.
상기 가이드레일(151)이나 가이드 홈(171)에 더하여 서보모터와 볼 스크류기구(도시하지 않음)를 상기 가동판(170)에 설치함으로써, 가동판(170)을 혼 및 베이스에 대하여 상대이동시킬 수 있다. 이 경우는 서보모터의 회전량에 의하여 가동판의 이동거리를 제한하고 가동판을 정지시킬 수 있으므로, 상술한 스토퍼가 꼭 필요하지는 않다. 다만, 가동판의 이동 전후에 가동판을 확실하게 고정하여 혼에 대하여 흔들림 없이 용접을 수행하기 위해서 스토퍼를 설치하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서는, 가압력 측정용 엔빌(110) 및 용접용 엔빌(140)을 혼에 대하여 상대이동시키는 것을 설명하였지만, 혼(120)을 상기 엔빌들에 대하여 수평방향으로 상대이동시키도록 변형하는 것도 가능하다. 또한, 본 실시예에서는 가압력 측정용 엔빌(110)과 용접용 엔빌(170)이 혼의 연장방향을 가로지르는 수평방향으로 상대이동하는 것을 나타내었지만, 혼(120)의 연장방향에 대하여 평행한 방향으로 혼(120)의 하부에서 가동판(170)이 상대이동하도록 변형하는 것도 가능하다. 또한, 혼에 대한 엔빌들 혹은 가동판의 이동방향은 혼의 연장방향, 엔빌의 배치방향 등을 고려하여 적절하게 변경할 수 있음은 물론이다.
이하 본 발명의 초음파 용접방법의 각 단계에 대해 설명한다.
도 13은 본 발명에 따른 초음파 용접방법의 순서를 나타낸 흐름도이다.
먼저, 가압력 측정센서(115)가 구비된 가압력 측정용 엔빌(110)을 혼(120)의 하부에 배치한다(S10 단계). 가압력 측정용 엔빌(110)은 혼 하부의 설정위치(베이스(150) 상의 설정위치)에 체결부재(C)에 의하여 설치될 수 있다. 혹은 베이스(150) 상에 혼에 대하여 슬라이딩 이동될 수 있는 가동판(170)이 설치되는 경우, 상기 가동판(170)에 체결부재(C)에 의하여 고정 설치될 수 있다. 가압력 측정용 엔빌(110)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 통상의 용접용 엔빌과는 상이한 형상으로 제작될 수 있으며, 가압력 측정센서(115)를 설치할 수 있는 여유 공간을 가지도록 확장 돌출부(112) 등을 구비할 수 있다.
다음, 상기 혼(120)을 하강시켜 가압력 측정용 엔빌(110)을 가압하고, 상기 가압력 측정센서(115)에 의하여 상기 혼의 가압력을 측정한다(S20 단계). 상기 가압력 측정센서(1105는 로드셀과 같은 하중측정센서일 수 있다. 또한, 상기 가압력 측정센서는 가압력 인디케이터(117)와 연결되어 혼의 가압력을 디지털화하여 실시간으로 수치로 표시할 수 있다. 이 혼의 가압력은 육안으로 확인하거나, 제어부로 전달될 수 있다.
그 다음 상기 측정된 혼(120)의 가압력과 설정된 가압력 범위를 대비하여, 혼의 가압력이 설정된 가압력 범위에 포함되도록 상기 혼의 하강 스트로크를 조절한다(S30 단계).
혼의 하강 스트로크의 조절은 예컨대 공압 또는 유압 실린더로 공급되는 공압 또는 유압을 제어하거나, 볼스크류와 같은 직선이동기구에 연결된 서보모터의 회전량을 제어하여 행할 수 있다. 상기 스트로크의 조절은 작업자가 수작업으로 행하거나, 제어부(160)에 의하여 자동으로 행할 수 있다.
측정된 가압력이 설정된 가압력 범위에 속하지 않거나 최적 가압력과 상이한 경우, 필요에 따라 상기 가압력 측정 및 하강 스트로크 조절작업을 반복적으로 행할 수 있다.
상기 혼의 하강 스트로크(H)가 조절된 후, 상기 가압력 측정용 엔빌(110)과 피용접부재가 놓여 지지되는 용접용 엔빌(140)을 위치 변경한다(S40 단계). 이 경우, 수작업으로 엔빌의 위치를 변경 내지 교체할 수 있지만, 이는 효율성이 떨어지므로, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 미리 가압력 측정용 엔빌(110) 및 용접용 엔빌(140)을 고정 설치해두고 상기 엔빌들을 혼(120)에 대하여 상대 이동시킴으로써 엔빌의 교체를 용이하게 행할 수 있다.
마지막으로, 상기 조절된 하강 스트로크(H)로 상기 혼(120)을 하강시키고 진동을 인가하여 용접용 엔빌 상의 피용접부재(W)를 초음파 용접한다(S50 단계).
S20단계에서, 상기 혼(120)이 상기 가압력 측정용 엔빌을 가압할 때, 상기 혼에 초음파 진동을 부여하지 않는다. 이에 의해서 초음파에 의한 영향 없이 혼의 가압력을 보다 정확하게 측정할 수 있다.
S30 단계에서, 상기 측정된 혼(120)의 가압력이 설정된 최적 가압력이 될 때까지 상기 혼의 하강 스트로크를 반복 조절할 수 있다. 반복 조절에 의하여, 최적 가압력에 해당하는 하강 스트로크를 구한 뒤, 그 하강 스트로크로 상기 혼을 용접용 엔빌(140)로 하강시켜 피용접부재를 용접하면, 최적의 가압력으로 용접할 수 있다. 이에 의하여, 예컨대 전극 탭과 전극 리드간의 약용접을 방지할 수 있다. 또한, 최적의 가압력으로 용접하므로, 혼과 용접용 엔빌이 필요 이상으로 마모되거나 전극 탭이나 리드가 강한 압력에 의하여 단선되는 등의 문제를 방지할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 자명하다.
100,100',100'': 초음파 용접장치
110: 가압력 측정용 엔빌
111: 몸체부
112: 확장 돌출부
113: 설치홈
114: 체결부
120: 혼
121: 확장부
130: 혼 스트로크 조절부(공압 실린더)
131: 실린더 본체
132: 실린더 로드
140: 용접용 엔빌
141: 몸체부
142: 체결부
150: 베이스
151: 가이드레일
152: 스토퍼
160: 제어부
170: 가동판
171: 가이드홈
G: 초음파 제너레이터
T: 트랜스듀서
B: 부스터
C: 체결부재
P: 지지대
W: 피용접부재

Claims (15)

  1. 가압력 측정센서를 구비한 가압력 측정용 엔빌;
    상기 가압력 측정용 엔빌 상측에서 승강 가능하게 설치되고, 하강시 상기 가압력 측정용 엔빌을 가압하는 혼;
    상기 혼의 가압력이 설정된 가압력 범위 내에 포함되도록 상기 혼의 하강 스트로크를 조절할 수 있는 혼 하강 스트로크 조절부; 및
    혼에 의하여 용접되는 피용접부재가 놓여 지지되고, 상기 설정된 가압력 범위에 포함되도록 혼의 하강 스트로크가 조절된 후 상기 가압력 측정용 엔빌과 위치 변경되어 상기 혼 하부에 위치하는 용접용 엔빌을 포함하는 초음파 용접장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가압력 측정센서와 연결되며, 상기 가압력 측정센서에 의하여 감지되는 혼의 가압력을 나타내는 가압력 인디케이터를 더 포함하는 초음파 용접장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가압력 측정센서는 상기 가압력 측정용 엔빌의 상부면 중앙에 형성된 설치홈에 설치되는 초음파 용접장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가압력 측정용 엔빌은 몸체부 상부의 일측 또는 양측으로부터 돌출된 확장 돌출부를 구비하고, 상기 가압력 측정센서가 상기 확장 돌출부의 상부면 중앙에 형성된 설치홈에 설치되는 초음파 용접장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 혼이 상기 가압력 측정용 엔빌을 가압할 때, 상기 혼에 초음파 진동이 부여되지 않는 초음파 용접장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 측정된 혼의 가압력과 설정된 가압력 범위를 대비하고, 혼의 가압력이 상기 설정된 가압력 범위에 포함되도록 상기 혼 하강 스트로크 조절부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 초음파 용접장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는, 측정된 혼의 가압력과 설정된 최적 가압력을 대비하고, 혼의 가압력이 상기 최적 가압력이 되도록 상기 혼 하강 스트로크 조절부를 반복 제어하는 초음파 용접장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 혼 하강 스트로크 조절부는 유압 또는 공압 실린더이고, 상기 제어부는 상기 유압 또는 공압 실린더로 공급되는 유압 또는 공압을 제어하여 혼의 하강 스트로크를 조절하는 초음파 용접장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 혼 하강 스트로크 조절부는 서보모터에 의하여 이동하는 직선이동기구이고, 상기 제어부는 상기 서보모터의 회전량을 제어하여 혼의 하강 스트로크를 조절하는 초음파 용접장치.
  10. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    상기 가압력 측정용 엔빌 및 용접용 엔빌은 소정 간격 이격되어 상기 혼의 하부에서 상기 혼에 대하여 상대 이동 가능하게 설치되고,
    또한, 상기 가압력 측정용 엔빌 및 용접용 엔빌이 상기 혼에 대하여 상대 이동하는 것에 의하여 상기 혼에 대한 상기 가압력 측정용 엔빌 및 용접용 엔빌의 위치가 가변되는 초음파 용접장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 혼의 하부에서 상기 혼에 대하여 슬라이딩 이동하며, 상기 가압력 측정용 엔빌 및 용접용 엔빌이 이격되어 고정 설치되는 가동판을 더 포함하고,
    상기 가동판이 상기 혼에 대하여 슬라이딩 이동하는 것에 의하여, 상기 혼에 대한 상기 가압력 측정용 엔빌 및 용접용 엔빌의 위치가 가변되는 초음파 용접장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 피용접부재는 이차전지의 전극 조립체로부터 연장되는 복수의 전극 탭들, 또는 상기 전극 탭과 전극 리드인 초음파 용접장치.
  13. 가압력 측정센서가 구비된 가압력 측정용 엔빌을 혼의 하부에 배치하는 단계;
    상기 혼을 하강시켜 가압력 측정용 엔빌을 가압하고, 상기 가압력 측정센서에 의하여 상기 혼의 가압력을 측정하는 단계;
    상기 측정된 혼의 가압력과 설정된 가압력 범위를 대비하여, 혼의 가압력이 설정된 가압력 범위에 포함되도록 상기 혼의 하강 스트로크를 조절하는 단계;
    상기 혼의 하강 스트로크가 조절된 후, 상기 가압력 측정용 엔빌과 피용접부재가 놓여 지지되는 용접용 엔빌의 위치를 변경하여 상기 용접용 엔빌을 혼 하부에 위치시키는 단계; 및
    상기 조절된 하강 스트로크로 상기 혼을 하강시켜 상기 용접용 엔빌 상의 피용접부재를 초음파 용접하는 단계; 를 포함하는 초음파 용접방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 혼이 상기 가압력 측정용 엔빌을 가압할 때, 상기 혼에 초음파 진동이 부여되지 않는 초음파 용접방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 측정된 혼의 가압력이 설정된 최적 가압력이 될 때까지 상기 혼의 하강 스트로크를 반복 조절하고, 최적 가압력에 해당하는 하강 스트로크로 상기 혼을 용접용 엔빌로 하강시켜 피용접부재를 용접하는 초음파 용접방법.
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