KR101649730B1

KR101649730B1 - 이차 전지용 전극필름 권취장치

Info

Publication number: KR101649730B1
Application number: KR1020150020401A
Authority: KR
Inventors: 박동호; 강전영; 이경민; 장영덕; 김택규; 정현철; 하치연
Original assignee: 주식회사 디에이테크놀로지
Priority date: 2015-02-10
Filing date: 2015-02-10
Publication date: 2016-08-19
Also published as: KR20160097915A

Abstract

본 발명은 3개의 맨드릴이 각각 필름권취위치와 테이프부착위치와 언로딩위치를 연속적으로 순환 이동하면서 필름 권취 작업과, 테이프 부착 작업, 언로딩 과정을 반복적으로 연속 수행할 수 있는 이차 전지용 전극필름 권취장치에 관한 것으로, 수평한 축을 중심으로 회전하도록 설치된 회전블록(10), 상기 회전블록(10)에 설치되어 전극필름(CF)과 세퍼레이터필름(SF)을 권취하여 필름 롤(R)을 형성하는 3개의 맨드릴(20), 상기 회전블록(10)을 120도 각도씩 회전시켜 상기 3개의 맨드릴(20)을 필름권취위치(P1)와 테이프부착위치(P2) 및 언로딩위치(P3)로 순차적으로 순환 이동시키는 블록회동유닛, 상기 필름권취위치(P1)와 테이프부착위치(P2) 및 언로딩위치(P3) 각각에서 맨드릴(20)을 일정량씩 회전시키는 맨드릴회동유닛, 상기 필름권취위치(P1)의 상측에서 상기 전극필름(CF)을 절단하는 전극커팅유닛, 상기 필름권취위치(P1)와 테이프부착위치(P2) 사이에 설치되어 세퍼레이터필름(SF)을 절단하는 세퍼레이터커팅유닛, 상기 테이프부착위치(P2)에서 맨드릴(20)에 권취된 전극필름(CF)의 외면에 테이프(T)를 접합하는 테이프접합유닛, 상기 언로딩위치(P3)에서 맨드릴(20)에서 분리된 필름 롤(R)을 파지하여 외부로 이송하는 언로딩유닛(90), 상기 필름권취위치(P1)와 상기 언로딩위치(P3)에서 맨드릴(20)을 축방향으로 선형 이동시키는 맨드릴선형이동유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다

Description

이차 전지용 전극필름 권취장치{Apparatus for Rolling Electrode Film for 2nd Battery}

본 발명은 이차 전지의 제조 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이차 전지의 전극필름을 연속적으로 이송하면서 클램프에 권취하는 공정, 권취된 전극필름의 외면에 테이프를 부착하는 공정, 테이핑처리된 필름 롤을 클램프에서 분리하여 후공정으로 이송하는 공정을 순차적으로 수행히여 이차 전지를 제조할 수 있는 이차 전지용 전극필름 권취장치에 관한 것이다.

최근에는 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 콤팩트하고 경량화 된 전기/전자 장치들이 활발하게 개발 및 생산되고 있다. 이러한 휴대용 전기/전자장치들은 별도의 전원이 구비되지 않은 장소에서도 작동될 수 있도록 전지 팩을 내장하고 있다. 내장된 전지 팩은 휴대용 전기/전자 장치를 일정기간 동안 구동시키기 위해 일정 레벨의 전압을 출력시킬 수 있도록 내부에 적어도 하나의 전지를 구비하고 있다.

전지 팩은 경제적인 측면을 고려하여 최근에는 충ㆍ방전이 가능한 이차전지를 채용하고 있다. 이차 전지에는 대표적으로, 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지와 니켈-수소(Ni-MH)전지 및 리튬(Li) 전지와 리튬 이온(Li-ion) 전지 등의 리튬 이차 전지 등이 있다.

특히, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V로서, 휴대용 전자 장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.

이러한 리튬 이차 전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로는, 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다. 또한, 리튬 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다.

통상적으로, 리튬 이차 전지는 전극 조립체와, 전극 조립체를 수용하는 리튬 이차 전지용 케이스와, 리튬 이차 전지용 케이스 내측에 주입되어 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 전해액 및 케이스를 마감하는 캡 조립체를 포함한다.

상기 전극 조립체는 양극판과 음극판, 그리고 양극판과 음극판 사이에 개재되어 쇼트를 방지하며 전해액 또는 이온의 이동이 가능한 세퍼레이터를 권취시켜 이루어진다.

국내 공개특허 제10-2009-0103221호에는 양극 전극필름과 음극 전극필름이 클램프 및 권취롤를 통과하도록 한 상태에서 권취롤을 회전하여 권취롤의 외면에 전극필름을 권취하여 롤 형태로 이차 리튬이온전지소자를 제조하는 권취장치가 개시되어 있다.

상기 공개특허의 권취장치는 하나의 회전판에 2개의 클램프 및 권취롤이 구성되어 2개의 클램프 및 권취롤이 회전판에 의해 180도씩 회전하면서 전극필름의 권취 및 접착테이프 부착, 필름 롤 분리 작업이 순차적으로 진행하도록 되어 있다.

그러나, 이와 같은 권취장치는 테이프를 롤 형태로 권취된 전극필름에 부착하는 공정과 제작이 완료된 필름 롤을 외부로 분리하는 작업이 하나의 위치에서 모두 수행되어야 하므로 작업 속도가 느려 생산성이 저하되는 문제가 있다.

또한 전극필름을 파지하는 클램프와 전극필름이 감겨지는 권취롤이 별도로 분리되어 있기 때문에 구성 및 작동이 복잡해지는 문제도 있다.

대한민국 공개특허 제10-2009-0103221호(2009년 10월 01일 공개)

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 맨드릴에 전극필름이 세퍼레이터와 함께 롤 형태로 권취되어 필름 롤을 형성하고, 전지 롤에 테이프를 부착시키는 작업과 테이프가 부착된 필름 롤을 맨드릴에서 분리하여 외부로 이송하는 언로딩 작업이 서로 다른 위치에서 순차적으로 수행될 수 있도록 하여 작업 속도를 향상시키고, 구조 및 작동을 단순화시킬 수 있는 이차 전지용 전극필름 권취장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차 전지용 전극필름 권취장치는, 수평한 축을 중심으로 일방향으로 120도씩 회전하도록 설치된 회전블록; 상기 회전블록의 전방부에 120도 간격으로 배치되고, 회전블록에 축방향을 따라 전후방향으로 슬라이딩 이동 및 회전가능하게 설치되며, 전극필름과 세퍼레이터필름이 삽입되는 슬릿을 구비하여 전극필름과 세퍼레이터필름을 권취하여 필름 롤을 형성하는 3개의 맨드릴; 상기 회전블록을 120도 각도씩 회전시켜 상기 각각의 맨드릴을 전극필름 및 세퍼레이터필름의 권취 공정이 수행되는 필름권취위치와, 맨드릴에 권취된 필름 롤의 외면에 테이프를 부착하는 공정이 이루어지는 테이프부착위치와, 테이프가 부착된 필름 롤을 맨드릴에서 분리하여 외부로 이송하는 언로딩 공정이 이루어지는 언로딩위치로 순차적으로 순환 이동시키는 블록회동유닛; 상기 필름권취위치와 테이프부착위치 및 언로딩위치 각각에서 맨드릴을 일정량씩 회전시키는 맨드릴회동유닛; 상기 필름권취위치의 상측에서 상기 전극필름을 절단하는 전극커팅유닛; 상기 필름권취위치에서 상기 맨드릴을 일정량씩 회전시키는 제1맨드릴회동유닛; 상기 필름권취위치와 테이프부착위치 사이에 설치되어 세퍼레이터필름을 절단하는 세퍼레이터커팅유닛; 상기 테이프부착위치에서 맨드릴에 권취된 전극필름의 외면에 테이프를 접합하는 테이프접합유닛; 상기 언로딩위치에서 맨드릴에서 분리된 필름 롤을 파지하여 외부로 이송하는 언로딩유닛; 그리고, 상기 필름권취위치와 상기 언로딩위치에서 맨드릴을 축방향으로 선형 이동시키는 맨드릴선형이동유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 전극필름 권취장치는 3개의 맨드릴이 각각 필름권취위치와 테이프부착위치와 언로딩위치를 연속적으로 순환 이동하면서 필름 권취 작업과, 테이프 부착 작업, 언로딩 과정을 반복적으로 연속 수행하여 필름 롤을 제조하게 된다. 따라서, 필름 롤의 제조가 신속하고 안정적으로 진행될 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극필름 권취장치의 구성을 나타낸 정면도이다.
도 2는 도 1의 전극필름 권취장치의 주요부의 사시도이다.
도 3은 도 1의 전극필름 권취장치의 맨드릴을 나타낸 평면도 및 I-I 단면도이다.
도 4는 도 1의 전극필름 권취장치의 요부 종단면도이다.
도 5는 도 1의 전극필름 권취장치의 평면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 이차 전지용 전극필름 권취장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극필름 권취장치는 베이스(1)와, 상기 베이스(1)에 수평한 축을 중심으로 회전하도록 설치된 회전블록(10), 상기 회전블록(10)에 설치되어 전극필름(CF)과 세퍼레이터필름(SF)을 권취하여 필름 롤(R)을 형성하는 3개의 맨드릴(20), 상기 회전블록(10)을 120도 각도씩 회전시켜 상기 3개의 맨드릴(20)을 필름권취위치(P1)와 테이프부착위치(P2) 및 언로딩위치(P3)로 순차적으로 순환 이동시키는 블록회동유닛, 상기 필름권취위치(P1)와 테이프부착위치(P2) 및 언로딩위치(P3) 각각에서 맨드릴(20)을 일정량씩 회전시키는 맨드릴회동유닛, 상기 필름권취위치(P1)의 상측에서 상기 전극필름(CF)을 절단하는 전극커팅유닛, 상기 필름권취위치(P1)와 테이프부착위치(P2) 사이에 설치되어 세퍼레이터필름(SF)을 절단하는 세퍼레이터커팅유닛, 상기 테이프부착위치(P2)에서 맨드릴(20)에 권취된 전극필름(CF)의 외면에 테이프(T)를 접합하는 테이프접합유닛, 상기 언로딩위치(P3)에서 맨드릴(20)에서 분리된 필름 롤(R)을 파지하여 외부로 이송하는 언로딩유닛(90), 상기 필름권취위치(P1)와 상기 언로딩위치(P3)에서 맨드릴(20)을 축방향(전후방향)으로 선형 이동시키는 맨드릴선형이동유닛을 포함한 구성으로 이루어진다.

상기 회전블록(10)은 원통형으로 이루어져, 상기 베이스(1)에 수평축을 중심으로 일방향으로 120도씩 연속적으로 회전할 수 있도록 설치된다. 상기 회전블록(10)은 베이스(1)의 후방에 설치되는 블록회동유닛에 의해 120도씩 회전한다. 상기 회전블록(10)의 중심부에는 클램퍼블록(15)이 연장되게 형성되고, 상기 클램퍼블록(15)의 전단부에는 상기 각각의 맨드릴(20)의 전단부가 삽입되면서 맨드릴(20)의 슬릿(20a) 간격을 좁히는 클램핑홀(17)이 형성되어 있는 3개의 맨드릴클램퍼(16)가 120도 간격으로 설치되어 있다. 상기 맨드릴클램퍼(16)는 클램퍼블록(15)과 개별체로 되어 나사(18)와 같은 체결수단에 의해 클램퍼블록(15)의 전단부에 착탈 가능하게 결합되어, 맨드릴클램퍼(16)를 수리하거나 교체하고자 할 경우 나사(18)를 풀어서 맨드릴클램퍼(16)를 클램퍼블록(15)에서 분리할 수 있다.

상기 블록회동유닛은, 상기 회전블록(10)의 후방부 외측에 설치되는 구동모터(51)와, 상기 구동모터(51)에 의해 회전하는 구동풀리(52)와, 상기 구동풀리(52)의 회전력을 감속하여 전달하는 감속기어부(미도시)와, 상기 회전블록(10)에 고정되게 설치되고 상기 감속기어부(미도시)와 치합되어 감속기어부(미도시)로부터 동력을 전달받는 종동기어(53)를 포함한다. 따라서, 상기 구동모터(51)에 전원이 인가되어 구동모터(51)가 작동하면, 구동풀리(52) 및 감속기어부(미도시)를 통해 종동기어(53)에 회전력이 전달되어 회전블록(10)이 회전하게 된다.

상기 맨드릴(20)은 반원형 단면을 갖는 바아 형태의 제1맨드릴부(21)와, 상기 제1맨드릴부(21)의 일측에 일정 거리 이격되게 설치되며 반원형 단면을 갖는 바아 형태로 되어 제1맨드릴부(21)와 함께 회전하는 제2맨드릴부(22)로 구성되며, 상기 제1맨드릴부(21)와 제2맨드릴부(22) 사이에 전극필름(CF)과 세퍼레이터필름(SF)이 끼워지는 슬릿(20a)이 형성된다. 즉, 상기 슬릿(20a)은 제1맨드릴부(21)와 제2맨드릴부(22) 사이의 간극이 된다.

상기 제1맨드릴부(21)는 제2맨드릴부(22)에 대해 슬라이딩은 가능하지만 상대 회전은 불가능하게 연결된다.

상기 제1맨드릴부(21)의 후단부는 중공의 원통관 형태의 제1맨드릴슬리브(23)의 선단부에 고정되고, 상기 제2맨드릴부(22)의 후단부는 상기 제1맨드릴슬리브(23)의 중공부 내측에 설치되는 원형봉 형상의 제2맨드릴슬리브(24)의 선단부에 고정된다. 상기 제1맨드릴슬리브(23)는 회전블록(10)에 대해 축방향을 따라 슬라이딩 및 회전 운동 가능하게 설치된다. 그리고, 상기 제1맨드릴슬리브(23)와 제2맨드릴슬리브(24)는 스플라인(spline) 구조로 연결되어, 제2맨드릴슬리브(24)가 제1맨드릴슬리브(23)에 대해 축방향으로 슬라이딩은 가능하지만 상대 회전은 불가능하게 구속되어, 제1맨드릴슬리브(23)가 회전하게 되면 제2맨드릴슬리브(24)는 제1맨드릴슬리브(23)와 함께 회전하게 된다.

이와 같이 제1맨드릴슬리브(23)와 제2맨드릴슬리브(24)는 상기 회전블록(10)에 축방향을 따라 개별적으로 전후방향으로 슬라이딩은 가능하지만, 맨드릴회동유닛에 의해 제1맨드릴슬리브(23)에 회전력이 전달되면 제1맨드릴슬리브(23)와 제2맨드릴슬리브(24)는 함께 회전블록(10)에 대해 회전 운동하게 된다.

상기 회전블록(10)의 중심부에는 상기 필름권취위치(P1)와 테이프부착위치(P2) 및언로딩위치(P3)에서 맨드릴(20)을 정해진 양만큼 회전시키기 위한 맨드릴회동유닛으로서 제1구동축(31)과 제2구동축(32) 및 제3구동축(33)이 동축상으로 상대 회전이 가능하게 설치된다. 상기 제1구동축(31)과 제2구동축(32) 및 제3구동축(33)의 전방부 및 상기 3개의 제1맨드릴슬리브(23) 각각에는 제1,2,3구동축(31, 32, 33)의 회전력을 제1맨드릴슬리브(23)에 개별적으로 전달하는 제1,2,3동력전달부재(37a, 37b, 37c; 38a, 38b, 38c)가 구비된다. 상기 제1,2,3동력전달부재(37a, 37b, 37c; 38a, 38b, 38c)로는 기어가 사용될 수 있다.

상기 제1,2,3구동축(31, 32, 33)의 후단부에는 제1풀리(34), 제2풀리(35), 및 제3풀리(36)가 설치되고, 상기 제1,2,3풀리(34, 35, 36)는 각각 벨트와 같은 동력전달기구를 통해 제1맨드릴구동모터(39a), 제2맨드릴구동모터(39b), 및 제3맨드릴구동모터(39c)와 연결되어 회전하게 된다.

상기 전극커팅유닛은 상기 필름권취위치(P1)의 상측에서 상기 전극필름(CF)을 절단하는 기능을 수행하도록 구성된다. 상기 전극커팅유닛은 공지의 커팅기구를 이용하여 구성할 수 있는데, 예를 들어 전극필름(CF)이 통과하는 통로의 일측에 설치되는 실린더(62)와, 상기 실린더(62)에 의해 전후진하면서 전극필름(CF)을 절단하는 날카로운 커터(61)로 구성될 수 있다.

상기 세퍼레이터커팅유닛은 상기 필름권취위치(P1)와 테이프부착위치(P2) 사이에 설치되어 세퍼레이터필름(SF)을 절단하는 작업을 수행한다. 이 실시예에서 상기 세퍼레이터커팅유닛은 세퍼레이터필름(SF)의 하측에서 실린더(72)에 의해 직선 왕복 운동하면서 세퍼레이터필름(SF)을 클램퍼블록(15)에 대해 가압하는 가압롤러(71)와, 상기 가압롤러(71)가 세퍼레이터필름(SF)을 클램퍼블록(15)에 대해 가압한 상태에서 실린더(74)에 의해 전진하여 세퍼레이터필름(SF)을 절단하는 커터(73)를 포함한다.

상기 테이프접합유닛은 상기 테이프부착위치(P2)의 일측에 구성되어 맨드릴(20)에 권취된 전극필름(CF)의 외면에 테이프(T)를 접합하여 권취된 필름 롤(R)이 풀리지 않도록 하는 기능을 한다. 이 실시예에서 상기 테이프접합유닛은, 상기 테이프부착위치(P2)의 일측에 일정 거리 이동 가능하게 설치되고 상기 필름 롤(R)에 감겨질 테이프(T)의 끝단을 파지하여 필름 롤(R)의 외면으로 공급하는 테이프피더(81)와, 상기 테이프피더(81)를 일정 거리 왕복 이동시키는 테이프피더 이동수단(82)과, 상기 테이프부착위치(P2)의 다른 일측에 일정 거리 이동 가능하게 설치되어 필름 롤(R)에 감겨진 테이프(T)의 외면을 가압하여 접합시키는 테이프가압롤(83)과, 상기 테이프가압롤(83)을 일정 거리 직선 왕복 이동시키는 가압롤 이동수단(84)과, 상기 테이프가압롤(83)의 일측에서 일정 거리 이동 가능하게 설치되어 상기 테이프가압롤(83)에 의해 테이프(T)가 가압된 상태에서 전진하여 테이프(T)를 절단하는 테이프커터(85)와, 상기 테이프커터(85)를 일정 거리 직선 왕복 이동시키는 테이프커터 이동수단(86)을 포함한 구성으로 이루어진다.

여기서, 상기 테이프피더 이동수단(82), 가압롤 이동수단(84), 테이프커터 이동수단(86)은 공압실린더로 구성되지만, 이외에도 다양한 선형운동장치를 이용하여 구성될 수 있다.

상기 언로딩유닛(90)은 상기 언로딩위치(P3)의 일측에서 180도씩 회전 운동하면서 맨드릴(20)에서 분리된 필름 롤(R)을 파지하여 외부의 지정된 장소로 이송하는 기능을 수행한다. 상기 언로딩유닛(90)은 모터에 의해 180도씩 회전하는 회전아암(91)과, 상기 회전아암(91)의 양단부에 실린더(93)에 의해 벌어졌다 오므려졌다하면서 언로딩위치(P3)의 필름 롤(R)을 파지하거나 해제하는 2개의 그립퍼(92)를 포함한다.

한편, 상기 맨드릴선형이동유닛은, 상기 필름권취위치(P1)와 상기 언로딩위치(P3)에서 맨드릴(20)을 축방향(전후방향)으로 선형 이동시키는 기능을 수행하도록 구성되는데, 상기 언로딩위치(P3)에서는 맨드릴(20)의 제1맨드릴부(21)와 제2맨드릴부(22)가 동시에 후방으로 이동했다가 제2맨드릴부(22)만 전진하여 복귀하고, 상기 필름권취위치(P1)에서 제1맨드릴부(21)가 전진하여 복귀하면서 제1맨드릴부(21)와 제2맨드릴부(22) 사이의 슬릿(20a)에 전극필름(CF)과 세퍼레이터필름(SF)이 끼워져 파지될 수 있도록 구성된다.

도 5를 참조하면, 상기 맨드릴선형이동유닛은, 상기 회전블록(10)의 후방부 외측 중 필름권취위치(P1)와 대응하는 위치에서 제1가이드레일(42)을 따라 전후진운동하도록 설치되며 상기 제2맨드릴슬리브(24)의 후단부에 고정된 슬리브링(26)과 접촉하도록 된 제1가동블록(41)과, 상기 제1가동블록(41)을 전후방향으로 선형 이동시키는 제1선형이동부(43)와, 상기 회전블록(10)의 후방부 외측 중 언로딩위치(P3)와 대응하는 위치에서 제2가이드레일(46)을 따라 전후진운동하도록 설치되며 상기 제1맨드릴슬리브(23)의 후단부에 고정된 슬리브링(25)과 접촉하도록 된 제2가동블록(44)과, 상기 제2가동블록(44)과 나란하게 전후진하도록 설치되어 제2맨드릴슬리브(24)의 후단부에 고정된 슬리브링(26)과 접촉하도록 된 제3가동블록(45)과, 상기 제2가동블록(44)을 전후방향으로 선형 이동시키는 제2선형이동부(48), 상기 제3가동블록(45)을 전후방향으로 선형 이동시키는 제3선형이동부(47)를 포함한다.

상기 제1선형이동부(43)와 제2선형이동부(48), 제3선형이동부(47)는 공압실린더 또는 볼스크류나 리니어모터 등의 공지의 선형운동장치를 이용하여 구성할 수 있다. 또는 블록회동유닛의 구동모터(51)의 동력을 상기 제1선형이동부(43) 또는 제2선형이동부(48) 또는 제3선형이동부(47)의 직선 운동으로 변환하여 전달하는 캠기구를 사용하여 구성할 수 있다. 상기 캠기구는 상기 구동모터(51)로부터 동력을 전달받아 회전하며 일면에 원주방향을 따라 캠홈(47b, 48b)이 형성되어 있는 캠판(47a, 48a)과, 일단이 상기 캠판(47a, 48a)의 캠홈(47b, 48b)을 따라 이동하도록 캠판(47a, 48a)에 연결되고 타단이 상기 제1가동블록(41) 또는 제2가동블록(44) 또는 제3가동블록(45)에 연결되어 캠판(47a, 48a)의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하여 전달하는 링크기구(47c, 48c)를 포함한 구성으로 이루어진다.

이 실시예에서는 제1선형이동부(43)가 공압실린더를 이용하여 구성되고, 제2선형이동부(48) 및 제3선형이동부(47)는 캠기구부, 즉 캠판(47a, 48a)과 링크기구(47c, 48c)를 이용하여 구성된 것으로 나타내었다(도 5 참조).

상기와 같이 구성된 전극필름 권취장치는 다음과 같이 작동한다.

전극필름(CF)과 세퍼레이터필름(SF)이 필름권취위치(P1)에 있는 맨드릴(20)의 슬릿(20a)에 끼워지면, 제1맨드릴구동모터(39a)의 작동에 의해 맨드릴(20)의 제1맨드릴슬리브(23)가 수평한 축을 중심으로 회전하게 되고, 이에 따라 첫번째 맨드릴(20)이 정해진 양만큼 회전하여 맨드릴(20)의 외면에 전극필름(CF)과 세퍼레이터필름(SF)이 함께 권취된다. 그리고, 전극커팅유닛의 커터(61)가 실린더(62)에 의해 전진하여 전극필름(CF)을 절단한다.

상기와 같이 맨드릴(20)의 외면에 전극필름(CF)과 세퍼레이터필름(SF)이 함께 권취되어 필름 롤(R)이 만들어지면, 블록회동유닛의 구동모터(51)가 작동하여 회전블록(10)이 수평한 축을 중심으로 일방향으로(도 1의 시계방향) 120도 회전하게 되고, 상기 필름 롤(R)이 만들어진 맨드릴(20)은 테이프부착위치(P2)에 위치하게 된다.

이어서 세퍼레이터커팅유닛의 가압롤러(71)가 실린더(72)에 의해 전진하여 세퍼레이터필름(SF)을 클램퍼블록(15)에 대해 가압하고, 커터(73)가 실린더(74)에 의해 전진하여 세퍼레이터필름(SF)을 절단한다.

그리고, 테이프피더 이동수단(82)의 작동에 의해 테이프피더(81)가 전진하여 테이프(T)의 끝단을 맨드릴(20)에 권취되어 있는 필름 롤(R)의 외면에 접근시킨다. 이 상태에서 가압롤 이동수단(84)이 작동하여 테이프가압롤(83)이 전진하면서 테이프(T)의 끝단을 필름 롤(R)에 가압하면서 부착한다.

이 때, 상기 제1맨드릴구동모터(39a)의 작동에 의해 제1맨드릴슬리브(23)가 회전하여 맨드릴(20)이 정해진 양만큼 회전하면, 테이프(T)가 필름 롤(R)의 외면에 감기면서 부착되고, 이로써 필름 롤(R)이 풀려지지 않고 완전한 롤 상태를 이루게 된다.

상기와 같은 과정을 통해 맨드릴(20)에 감겨진 필름 롤(R)에 테이프(T)가 부착되면, 다시 블록회동유닛의 구동모터(51)가 작동하여 회전블록(10)이 수평한 축을 중심으로 일방향으로 120도 회전하게 되고, 상기 테이프(T)가 부착된 필름 롤(R)을 구비한 맨드릴(20)이 언로딩위치(P3)에 위치하게 된다.

이어서 상기 제1맨드릴구동모터(39a)의 작동에 의해 제1맨드릴슬리브(23)가 회전하여 맨드릴(20)이 정해진 양만큼 회전함으로써 필름 롤(R)의 방향이 정렬된다. 상기 필름 롤(R)에는 전극탭이 부착되어 있으며, 필름 롤(R)이 언로딩유닛(90)에 의해 후공정 위치로 이송되었을 때 전극탭이 항상 일정한 위치에 오도록 필름 롤(R)이 놓여져야 하므로 언로딩유닛(90)에 의해 필름 롤(R)이 이송되기 전에 맨드릴(20)을 회전시켜 필름 롤(R)의 전극탭 방향을 조정한다.

상기 언로딩위치(P3)에서 맨드릴(20)이 소정량만큼 회전하여 필름 롤(R)의 방향이 조정되면, 상기 언로딩유닛(90)의 그립퍼(92)가 필름 롤(R)을 파지한다. 이어서, 제2선형이동부(48) 및 제3선형이동부(47)가 동시에 작동하여 제2가동블록(44) 및 제3가동블록(45)이 후진하게 되고, 이에 따라 제1맨드릴슬리브(23) 및 제2맨드릴슬리브(24)가 함께 후진하여 맨드릴(20)이 필름 롤(R)에서 후퇴하여 분리된다.

이 때, 언로딩유닛(90)의 회전아암(91)이 180도 회전하여 파지하고 있던 필름 롤(R)을 후공정 위치로 이송하여 안착시킨다.

상기 언로딩위치(P3)에서 필름 롤(R)이 후공정 위치로 이송되면, 다시 제2선형이동부(48)에 의해 제1맨드릴슬리브(23)만 전진하여 제1맨드릴부(21)가 복귀한다.

그리고, 블록회동유닛의 구동모터(51)가 작동하여 회전블록(10)이 수평한 축을 중심으로 일방향으로 120도 회전하게 되고, 맨드릴(20)은 다시 필름권취위치(P1)로 복귀하게 된다. 이 때, 제1맨드릴부(21)만 전진되어 있기 때문에 제1맨드릴부(21)의 일면에 전극필름(CF)과 세퍼레이터필름(SF)이 연접하게 된다. 이 상태에서 제1선형이동부(43)가 동작하여 제1가동블록(41)이 전진하게 되면 제2맨드릴슬리브(24)가 전진하여 제2맨드릴부(22)가 제1맨드릴부(21)와 대면하게 되고, 제1맨드릴부(21)와 제2맨드릴부(22) 사이의 슬릿(20a)에 전극필름(CF)과 세퍼레이터필름(SF)이 끼워진 상태가 된다.

이 상태가 되면, 다시 전술한 것과 같이 필름권취위치(P1)에서는 맨드릴(20)이 회전하여 맨드릴(20)의 외면에 전극필름(CF)과 세퍼레이터필름(SF)이 권취되면서 필름 롤(R)이 만들어지고, 테이프부착위치(P2)에서는 필름 롤(R)의 외면에 테이프가 부착되는 작업이 진행되며, 언로딩위치(P3)에서는 맨드릴(20)이 후진하여 필름 롤(R)이 맨드릴(20)에서 분리되고 언로딩유닛(90)에 의해 후공정 위치로 이송되는 작업이 동시에 진행되게 된다.

이와 같이 본 발명의 전극필름 권취장치는 3개의 맨드릴(20)이 각각 필름권취위치(P1)와 테이프부착위치(P2)와 언로딩위치(P3)를 연속적으로 순환 이동하면서 상술한 과정을 반복적으로 수행하여 필름 롤(R)을 제조하게 된다. 따라서, 필름 롤(R)의 제조가 신속하고 안정적으로 진행될 수 있게 된다.

이상에서 본 발명은 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연하며, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

1 : 베이스 10 : 회전블록
15 : 클램퍼블록 16 : 맨드릴클램퍼
17 : 클램핑홀 20 : 맨드릴
21 : 제1맨드릴부 22 : 제2맨드릴부
23 : 제1맨드릴슬리브 24 : 제2맨드릴슬리브
31, 32, 33 : 제1,2,3구동축 34, 35, 36 : 제1,2,3풀리
39a : 제1맨드릴구동모터 39b : 제2맨드릴구동모터
39c : 제3맨드릴구동모터 41 : 제1가동블록
42 : 제1가이드레일 43 : 제1선형이동부
44 : 제2가동블록 45 : 제3가동블록
46 : 제2가이드레일 47 : 제3선형이동부
48 : 제2선형이동부 47a, 48a : 캠판
47b, 48b : 캠홈 47c, 48c : 링크기구
51 : 구동모터 52 : 구동풀리
53 : 종동풀리 81 : 테이프피더
82 : 테이프피더 이동수단 83 : 테이프가압롤
84 : 가압롤 이동수단 85 : 테이프커터
86 : 테이프커터 이동수단 90 : 언로딩유닛
CF : 전극필름 SF : 세퍼레이터필름
R : 필름 롤 T : 테이프
P1 : 필름권취위치 P2 : 테이프부착위치
P3 : 언로딩위치

Claims

수평한 축을 중심으로 일방향으로 120도씩 회전하도록 설치된 회전블록(10);
상기 회전블록(10)의 전방부에 120도 간격으로 배치되고, 회전블록(10)에 축방향을 따라 전후방향으로 슬라이딩 이동 및 회전가능하게 설치되며, 전극필름(CF)과 세퍼레이터필름(SF)이 삽입되는 슬릿(20a)을 구비하여 전극필름(CF)과 세퍼레이터필름(SF)을 권취하여 필름 롤(R)을 형성하는 3개의 맨드릴(20);
상기 회전블록(10)을 120도 각도씩 회전시켜 상기 각각의 맨드릴(20)을 전극필름(CF) 및 세퍼레이터필름(SF)의 권취 공정이 수행되는 필름권취위치(P1)와, 맨드릴(20)에 권취된 필름 롤(R)의 외면에 테이프(T)를 부착하는 공정이 이루어지는 테이프부착위치(P2)와, 테이프(T)가 부착된 필름 롤(R)을 맨드릴(20)에서 분리하여 외부로 이송하는 언로딩 공정이 이루어지는 언로딩위치(P3)로 순차적으로 순환 이동시키는 블록회동유닛;
상기 필름권취위치(P1)와 테이프부착위치(P2) 및 언로딩위치(P3) 각각에서 맨드릴(20)을 일정량씩 회전시키는 맨드릴회동유닛;
상기 필름권취위치(P1)의 상측에서 상기 전극필름(CF)을 절단하는 전극커팅유닛;
상기 필름권취위치(P1)와 테이프부착위치(P2) 사이에 설치되어 세퍼레이터필름(SF)을 절단하는 세퍼레이터커팅유닛;
상기 테이프부착위치(P2)에서 맨드릴(20)에 권취된 전극필름(CF)의 외면에 테이프(T)를 접합하는 테이프접합유닛;
상기 언로딩위치(P3)에서 맨드릴(20)에서 분리된 필름 롤(R)을 파지하여 외부로 이송하는 언로딩유닛(90); 그리고,
상기 필름권취위치(P1)와 상기 언로딩위치(P3)에서 맨드릴(20)을 축방향으로 선형 이동시키는 맨드릴선형이동유닛;을 포함하고,
상기 언로딩유닛(90)은 상기 언로딩위치(P3)의 일측에 모터에 의해 180도씩 회전하게 설치된 회전아암(91)과, 상기 회전아암(91)의 양단부에 실린더(93)에 의해 벌어졌다 오므려졌다하면서 언로딩위치(P3)의 필름 롤(R)을 파지하거나 해제하는 2개의 그립퍼(92)를 포함하며,
상기 맨드릴(20)은 반원형 단면을 갖는 바아 형태의 제1맨드릴부(21)와, 상기 제1맨드릴부(21)의 일측에 일정 거리 이격되게 설치되며 반원형 단면을 갖는 바아 형태로 되어 제1맨드릴부(21)와 함께 회전하는 제2맨드릴부(22)로 구성되어, 상기 제1맨드릴부(21)와 제2맨드릴부(22) 사이에 전극필름(CF)과 세퍼레이터필름(SF)이 끼워지는 슬릿(20a)이 형성되며,
상기 제1맨드릴부(21)는 상기 회전블록(10)에 축방향을 따라 슬라이딩 및 회전 운동 가능하게 설치된 중공의 원통관 형태의 제1맨드릴슬리브(23)의 선단부에 고정되고, 상기 제2맨드릴부(22)는 상기 제1맨드릴슬리브(23)의 중공부 내측에 수용되게 설치되는 원형봉 형상의 제2맨드릴슬리브(24)의 선단부에 고정되며, 상기 제1맨드릴슬리브(23)와 제2맨드릴슬리브(24)는 스플라인 구조로 연결되어 제2맨드릴슬리브(24)가 제1맨드릴슬리브(23)에 대해 축방향으로 슬라이딩은 가능하지만 상대 회전은 불가능하게 설치되고, 상기 제1맨드릴슬리브(23)는 상기 맨드릴회동유닛과 연결되어 맨드릴회동유닛에 의해 회전블록(10)에 대해서 회전하고,
상기 맨드릴회동유닛은,
상기 회전블록(10)의 중심부에 서로 다른 직경을 가지며 동축상으로 겹쳐져서 상대 이동 가능하게 설치되어 3중관 구조를 이루는 제1구동축(31)과 제2구동축(32)과 제3구동축(33);
상기 제1구동축(31)과 제2구동축(32) 및 제3구동축(33)의 전방부 및 3개의 제1맨드릴슬리브(23) 각각에 개별적으로 연결되도록 설치되어 상기 제1구동축(31)과 제2구동축(32)과 제3구동축(33)의 회전력을 3개의 제1맨드릴슬리브(23) 각각에 개별적으로 전달하는 제1동력전달부재와 제2동력전달부재와 제3동력전달부재;
상기 제1구동축(31)과 제2구동축(32)과 제3구동축(33)의 후단부에 각각 설치되는 제1풀리(34)와 제2풀리(35)와 제3풀리(36); 그리고,
상기 제1풀리(34)와 제2풀리(35)와 제3풀리(36)에 동력전달기구를 통해 개별적으로 연결되어 제1풀리(34)와 제2풀리(35)와 제3풀리(36)를 각각 회전시키는 제1맨드릴구동모터(39a)와 제2맨드릴구동모터(39b)와 제3맨드릴구동모터(39c)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극필름 권취장치.
삭제
제1항에 있어서, 상기 회전블록(10)의 중심부에 클램퍼블록(15)이 연장되게 형성되고, 상기 클램퍼블록(15)의 전단부에 상기 각각의 맨드릴(20)의 전단부가 삽입되면서 맨드릴(20)의 슬릿(20a) 간격을 좁히는 클램핑홀(17)이 형성되어 있는 3개의 맨드릴클램퍼(16)가 120도 간격으로 설치된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극필름 권취장치.
제3항에 있어서, 상기 맨드릴클램퍼(16)는 클램퍼블록(15)과 개별체로 되어 체결수단에 의해 클램퍼블록(15)의 전단부에 착탈 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극필름 권취장치.
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삭제
제1항에 있어서, 상기 맨드릴선형이동유닛은, 상기 회전블록(10)의 후방부 외측 중 필름권취위치(P1)와 대응하는 위치에서 전후진운동하도록 설치되며 상기 제2맨드릴슬리브(24)의 후단부에 고정된 슬리브링(26)과 접촉하도록 된 제1가동블록(41);
상기 제1가동블록(41)을 전후방향으로 선형 이동시키는 제1선형이동부(43);
상기 회전블록(10)의 후방부 외측 중 언로딩위치(P3)와 대응하는 위치에서 전후진운동하도록 설치되며 상기 제1맨드릴슬리브(23)의 후단부에 고정된 슬리브링(25)과 접촉하도록 된 제2가동블록(44);
상기 제2가동블록(44)과 나란하게 전후진하도록 설치되어 제2맨드릴슬리브(24)의 후단부에 고정된 슬리브링(26)과 접촉하도록 된 제3가동블록(45);
상기 제2가동블록(44)을 전후방향으로 선형 이동시키는 제2선형이동부(48); 그리고,
상기 제3가동블록(45)을 전후방향으로 선형 이동시키는 제3선형이동부(47)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극필름 권취장치.
제7항에 있어서, 상기 제1선형이동부(43)와 제2선형이동부(48)와 제3선형이동부(47) 중 적어도 1개는,
상기 회전블록(10)을 회전시키는 구동모터(51)의 동력을 전달받아 회전하며, 일면에 원주방향을 따라 캠홈(47b, 48b)이 형성되어 있는 캠판(47a, 48a); 그리고,
일단이 상기 캠판(47a, 48a)의 캠홈(47b, 48b)을 따라 이동하도록 캠판(47a, 48a)에 연결되고 타단이 제1가동블록(41) 또는 제2가동블록(44) 또는 제3가동블록(45)에 연결되어, 상기 캠판(47a, 48a)의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하여 전달하는 링크기구(47c, 48c)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극필름 권취장치.
제1항에 있어서, 상기 세퍼레이터커팅유닛은,
세퍼레이터필름(SF)의 하측에서 실린더(72)에 의해 직선 왕복 운동하면서 세퍼레이터필름(SF)을 회전블록(10)에 설치된 구조물에 대해 가압하는 가압롤러(71); 그리고,
상기 가압롤러(71)가 세퍼레이터필름(SF)을 구조물에 대해 가압한 상태에서 실린더(74)에 의해 전진하여 세퍼레이터필름(SF)을 절단하는 커터(73)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극필름 권취장치.
제1항에 있어서, 상기 테이프접합유닛은,
상기 테이프부착위치(P2)의 일측에 일정 거리 이동 가능하게 설치되고 상기 필름 롤(R)에 감겨질 테이프(T)의 끝단을 파지하여 필름 롤(R)의 외면으로 공급하는 테이프피더(81);
상기 테이프피더(81)를 일정 거리 왕복 이동시키는 테이프피더 이동수단(82);
상기 테이프부착위치(P2)의 다른 일측에 일정 거리 이동 가능하게 설치되어 필름 롤(R)에 감겨진 테이프(T)의 외면을 가압하여 접합시키는 테이프가압롤(83);
상기 테이프가압롤(83)을 일정 거리 직선 왕복 이동시키는 가압롤 이동수단(84);
상기 테이프가압롤(83)의 일측에서 일정 거리 이동 가능하게 설치되어 상기 테이프가압롤(83)에 의해 테이프(T)가 가압된 상태에서 전진하여 테이프(T)를 절단하는 테이프커터(85); 그리고,
상기 테이프커터(85)를 일정 거리 직선 왕복 이동시키는 테이프커터 이동수단(86)을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극필름 권취장치.