KR102002875B1

KR102002875B1 - 이차전지 전극 노칭 시스템

Info

Publication number: KR102002875B1
Application number: KR1020170168069A
Authority: KR
Inventors: 조은석
Original assignee: 주식회사 테크아이
Priority date: 2017-12-08
Filing date: 2017-12-08
Publication date: 2019-07-23
Also published as: KR20190068060A

Abstract

본 발명은 이차전지의 전극 노칭 가공에 관한 것으로, 상세하게는 2차 전지의 폴리머 전극 필름을 전단 가공하여 전극 탭을 형성하는 전극 노칭 공정(notching processing)을 수행함에 있어, 노칭 프레스 투입 전단의 이송량을 기준으로 보정 한 후단의 이송량 가감 제어로 노칭 구간에 균일한 장력을 유지하고, 연속적인 롤 피딩에 의해 고속 이송이 가능하면서도 불량 가공과, 파단을 방지하고 생산량을 증대할 수 있도록 이루어진 이차전지 전극 노칭 시스템인 것을 특징으로 한다.

Description

이차전지 전극 노칭 시스템{Secondary battery electrode notching system }

본 발명은 이차전지의 전극 노칭 가공에 관한 것으로, 상세하게는 2차 전지의 폴리머 전극 필름을 전단 가공하여 전극 탭을 형성하는 전극 노칭 공정(notching processing)을 수행함에 있어, 노칭 프레스 투입 전단의 이송량을 기준으로 보정 한 후단의 이송량 가감 제어로 노칭 구간에 균일한 장력을 유지하고, 연속적인 롤 피딩에 의해 고속 이송이 가능하면서도 불량 가공과, 파단을 방지하고 생산량을 증대할 수 있도록 이루어진 이차전지 전극 노칭시스템에 관한 것이다.

공지된 바와 같이 이차 전지의 폴리머 전극용 필름을 전극 형태로 전단 가공하는 노칭(notching) 시스템은 롤 형태로 감겨 있는 폴리머 전극용 필름(이하 단순히 '필름'이라 한다)을 풀어주는 언 와인더부(unwinder)와, 프레스 기계를 이용하여 필름을 전극 형태로 전단 가공해주는 노칭 가공부, 가공된 전극의 양, 부를 검사하는 비전검사부와, 가공된 전극을 롤 형태로 다시 감아주는 리 와인더부(rewinder)등으로 구성된다.

통상의 전극 노칭시스템은 상기 언와인더부와 노칭가공부, 비전검사부, 리와인더부를 인라인(in-line)으로 배치하고, 상기 리와인더부에서 전극필름을 감아드리는 방식으로 전극필름을 일정 피치로 이송하여 전극 노칭 공정을 수행한다.

이때, 피 가공물인 필름은 활 처리한 초 박의 금속 소재로 이루어져 일정한 평면을 유지하는 장력을 부여하는 것이 필수적이고, 장력이 과도하면 필름의 파단이 일어나 생산 공정의 진행이 중단되며, 장력이 부족하면 필름 가공의 정밀도(노칭 스케일)가 떨어져 불량 전극이 생산되는 문제가 있어 장력의 조절은 매우 중요한 요소로 작용한다.

전술한 것과 같은 종래의 전극 노칭시스템은 리와인더부의 구동력에만 의존하여 전극필름을 이송하므로 전체적인 장력 유지가 곤란하여 전극필름의 이송 속도가 느리게 세팅할 수밖에 없고, 장력의 잦은 변화를 적기에 되돌리지 못하므로 전극필름을 정확한 공정 위치로 이송하지 못하는 경우가 발생하여 노칭 가공 정밀도가 저하되는 등의 문제가 있다.

동시에 되감는 리와인더부 구동으로 필름을 당겨 되감으며 노칭 가공을 이룰 때 필름을 풀어 공급하는 언와인더부와는 상호 연계 구동 없이 댐퍼 등의 부속 장치에 의해 필름의 늘어짐을 제어하는 장치 구성을 이룸으로 댐퍼의 저항과 복귀 관성에 따라 필름에 장력은 일정하지 못하고 결과적으로 가공 속도를 증가시키는데 한계가 있다.

이차 전지용 필름의 노칭 가공은 일정 피치 필름을 이송하고 프레스로 노칭 가공을 이룬 후 다시 일정 피치 필름을 이송하는 공정이 무한 반복적으로 일어나며 그 피치의 설정은 소망의 제품에 따라 변경된다.

상기와 같은 특성에 의해 빠른 가공을 이루는 경우 필름의 파단이 초래되는 문제가 있어 생산성을 향상시키는데 제약이 발생하고, 언와인더부와 피치 이송이 불균형을 이루는 경우 필름의 장력이 줄어 이완되는 문제가 발생된다.

이러한 리와인더부의 되감기 구동력으로 필름을 이송하는 장치의 문제를 일부 개선하기 위해 종래에도 다양한 시도가 있었다.

대한민국 특허 등록 제1326628호(신규한 노칭장치 및 이를 사용하여 생산되는 이차전지), 제1342711호(이차 전지의 전극 노칭장치)와 같이 노칭 프레스 장치의 후단에 필름 공급 방향과 동일한 방향으로 선형 왕복 동하며 노칭 가공 피치만큼 필름을 당겨 이송하며, 이러한 이송 그리퍼를 동 축 상에 복수로 형성하여 상호 교번적으로 구동하여 가공 시간을 단축하고 정확한 피치 이송을 구현하고자 이루어진 기술이 알려져있다.

그러나 이러한 종래 기술에 의하더라도 장력을 크게 형성하여 빠른 이송을 하는 경우 파단의 우려는 여전하고, 장력을 작게 형성하는 경우 필름 이완으로 불량 발생의 문제는 상존하므로 여전히 일정한 생산 스피드를 초과할 수는 없고, 동시에 필름 이송에 필요한 부가적인 장력 장치들을 구성하여야 하므로 장치 구성이 복잡해지는 문제가 발생한다.

또한, 장력을 일정하게 유지하기 위해 언와인더부와 노칭 프레스 사이에 구성하는 장력 조절부는 통상 댐퍼 또는 이와 유사하게 스윙하는 구조로 이루어지는데 이러한 스윙 구조의 장력 조절부는 스윙하는 댐퍼의 관성과 댐퍼 자중, 스윙을 억제하는 반작용 힘 등에 의해 즉각적인 반응이 불가하거나 역작용 힘이 크게 작용하는 경우가 빈발하여 가공 스피드를 높게 하는 경우에는 댐퍼에 의한 필름 파단 또는 필름의 이완을 즉각적으로 수정하지 못하게 된다.

결과적으로는 장력 조절과 필름 공급량을 조절하는 피더의 복잡한 구조로 많은 제작비용을 소요하면서도 생산성과 품질을 높이는 데는 일정한 한계가 있다.

한편, 레이저를 이용한 전극 가공장치가 제안된 바 있으나 레이저 가공이 노칭 가공에 비해 생산성을 극대화하기에는 곤란하며, 각종 석션(가공 이물질 흡입 제거)장치 및 레이저 가공기에 대한 셋업 등 현장 작업자가 컨트롤하기에는 오히려 더욱 어려운 환경을 제공하는 단점이 있고 이러한 구조에서도 필름의 장력 제어는 전술한 바와 동일하다.

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10-1326628

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본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술이 갖는 여러 문제점을 감안하여 이를 개선하기 위해 안출된 것으로 다음과 같은 과제를 해결하고자 이루어진다.

본 발명은 초박 필름상의 이차전지용 폴리머 전극 필름을 롤 투 롤 가공함에 있어 언와인딩과 리와인딩을 고속으로 이루어 노칭 가공을 빠르게 수행하므로 생산성 향상이 이루어지는 이차전지 전극 노칭시스템을 제공하는 것이다.

본 발명은 노칭 가공 구간의 전, 후단에 위치하는 언와인딩과 리와인딩 작동은 연속적으로 이루어 단위 시간당 많은 필름 이송을 이루고, 노칭 구간에서는 이송중인 필름을 일시적 정지 상태로 조성하여 풀림과 되감김이 연속되는 상태에서 노칭 가공이 가능하므로 생산성이 극대화되며 단위 시간당 노칭 프레스 구동 횟수의 변경 설정이 가능하도록 이루어진 이차전지 전극 노칭시스템을 제공하는 것이다.

본 발명은 고속의 언와인딩과 리와인딩시 정밀하게 장력을 제어하므로 빠른 필름 이송에도 장력이 과도하여 필름이 파단 되거나 장력이 부족하여 필름이 이완되어 불량 제품이 발생하는 문제를 해결한 이차전지 전극 노칭시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 미소 장력 조정은 1차적으로 기계적 구조에 의해 이루게 하고 설정한 미소 장력 범위를 초과하거나 미달할 때에는 컴퓨터 연산 결과에 따라 필름 투입 측 서보모터의 단위 시단당 구동 펄스를 기준으로 배출 측 서보모터 구동 펄스를 가감 제어하는 2차적 전자제어를 이루게 하여 장력 조절이 상시로 정밀하게 이루어지는 이차전지 전극 노칭시스템을 제공하는 것이다.

본 발명은 초박의 전극 필름의 고속 장력 제어를 간결하게 이루어 장치 제조 원가를 크게 절감하고, 설정한 장력의 원점 값에 추종하도록 연동하므로 필름 세팅 초기는 물론 운전 중에도 장력 변화를 쉽게 조작할 수 있도록 이루어진 이차전지 전극 노칭시스템을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여 이루어지는 본 발명은 피 가공물인 폴리머 전극 필름을 롤 형태로 장착하여 풀어 공급하는 언와인더부와, 이송되는 필름의 일정 피치마다 전극 패턴을 노칭 가공하는 노칭 가공부와, 가공된 필름을 롤 형태로 다시 감기 위한 리와인더부를 포함하여 이루어지는 이차전지 전극 노칭장치에 있어서, 노칭 가공부 전단에는 피 가공물인 필름을 노칭 가공부에 투입하는 제1 필름 드라이브 수단과, 노칭 가공부 후단에는 가공된 필름을 노칭 가공부로부터 배출하는 제2 필름 드라이브 수단과, 제2 필름 드라이브 수단과 노칭 가공부 사이에 필름의 장력을 기계적으로 조절하고 장력의 변위량을 검출하여 제2 필름 드라이브 수단의 필름 배출량을 가, 감 조절하여 필름 투입량에 추종하도록 보정하는 신호를 발생하는 장력 조절수단과, 제1 필름 드라이브 수단의 후단과, 제2 필름 드라이브 수단의 전단에 각각 이송 중인 필름을 간헐적 일시 정지 상태로 조성하는 제1, 2 피딩 수단을 형성하여 이루어진다.

상기 제1, 2 필름 드라이브 수단은 각각 서보 구동하는 1쌍의 대접 드라이브 롤러로 이루어지고 정지 상태에서는 1쌍의 대접 드라이브 롤러가 서로 이격되고 작동 상태에서는 서로 밀착되어 서보 모터 구동으로 필름을 이송하도록 이루어진다.

상기 제1, 2 필름 드라이브 수단의 단위 시간당 회전각은 제어 수단에 의해 컨트롤 되고 제1 필름 드라이브 수단의 단위 시간당 회전각을 기준 값으로 제2 필름 드라이브 수단의 단위 시간당 회전각을 가, 감 보정하여 일정한 장력을 유지하도록 이루어진다.

상기 장력 조절수단은 위치 고정한 복수의 가이드 롤러와 가이드 롤러 사이에 위치하고 선형으로 승강하는 텐션 롤러로 이루고, 텐션 롤러에는 텐션의 변위를 검출하는 센서를 형성하여 필름에 일정한 장력이 조성되도록 이루어진다.

상기 장력 조절 수단에 텐션 롤러의 변위를 검출하는 센서는 장력의 기준 값, 고 장력 한계 값 및 저 장력 한계 값을 검출하도록 포토 커플러, 리미트 스위치, 포텐셔메타, 엔코더 및 트랜듀서 등 변위를 검출하는 다양한 센서가 구성될 수 있다.

상기 장력 조절 수단의 장력 변화 변위를 검출하면 제어 수단에 의해 제2 필름 드라이브 수단의 서보 모터에 대하여 단위 시간당 회전각을 증가시키거나 감소시켜 필름 장력이 기준값으로 복귀하도록 이루어진다.

상기 제1, 2 피딩 수단은 서보 모터로 구동하는 캠, 캠에 편심 결합한 캠 로드, 캠 로드 종단에 결합한 피딩 롤러로 이루어지고 회전하는 캠에 따라 피딩 롤러는 선형 작동하도록 이루어지고 제1, 2 피딩 롤러는 동기 구동하며 구동 방향은 상호 동일하도록 이루어진다.

이상의 본 발명에 의하면 폴리머 전극 필름을 롤 투 롤 가공함에 있어 언와인딩과 리와인딩을 고속으로 이루어 노칭 가공을 빠르게 수행하고, 노칭 가공 구간의 전, 후단에 위치하는 언와인딩과 리와인딩 작동은 연속적으로 이루어 단위 시간당 많은 필름 이송을 이루고, 노칭 구간에서는 이송중인 필름을 일시적 정지 상태로 조성하여 풀림과 되감김이 연속되는 상태에서 노칭 가공할 수 있고, 단위 시간당 노칭 프레스 구동 횟수의 변경 설정이 가능하도록 이루어 생산성이 극대화되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 고속의 언와인딩과 리와인딩시 정밀하게 장력을 제어하므로 빠른 필름 이송에도 장력이 과도하여 필름이 파단 되거나 장력이 부족하여 필름이 이완되어 불량 제품이 발생하는 문제를 해결하며, 미소 장력 조정은 1차적으로 기계적 구조에 의해 이루게 하고 설정한 미소 장력 범위를 초과하거나 미달할 때에는 컴퓨터 연산 결과에 따라 리와인더 측 서보 모터 구동 펄스를 가감 제어하는 2차적 전자제어에 의해 이루게 하여 장력 조절이 상시적으로 정밀하게 이루어진 효과가 있고, 초박의 전극 필름의 고속 장력 제어를 간결하게 이루어 장치 제조 원가를 크게 절감하고, 설정한 장력의 원점 값에 추종하도록 연동하므로 필름 세팅 초기는 물론 운전 중에도 장력 변화를 쉽게 조절할 수 있는 등의 전혀 새로운 효과를 갖는 매우 유익한 발명이다.

마지막으로 본 발명의 구체적인 적용분야는 초박 필름의 이차전지 전극 노칭 시스템을 기준으로 상세하게 설명하였으나, 필름의 두께가 초박에 비해 두꺼운 필름의 경우에는 파단의 우려가 적으므로 당연히 본 발명이 적용될 것이므로 두께에 대해 한정되지 아니할 것이고, 또한 본 발명에서는 이차전지 전극이 초박 필름이면서도 고속 노칭을 이루어야 하는 과제를 해결하는 것으로 이차전지 전극 노칭 시스템으로 설명하였지만 이차전지용 필름 이외에 롤투롤 공정을 거쳐 프레스 타발을 이루는 어떠한 장치 또는 본 발명에서 추구하는 장력을 유지하고 보정하는 기술 구성은 산업 분야에 다양하게 적용될 수 있어 본 발명이 이차전지 전극 노칭에 한정되니 아니하며 본 발명의 기술 사상을 그대로 이용하는 경우에는 이 발명의 권리범위에 귀속됨을 밝혀둔다.

도 1은 본 발명인 이차전지 전극 노칭 시스템의 요부 구성도.
도 2는 본 발명의 실시 예로서 노칭 시스템을 도시한 전체적인 구성도.
도 3은 도 2 발명의 "A"부 확대도.
도 4는 도 2 발명의 "B"부 확대도.
도 5는 도 2 발명의 "C"부 확대도.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 기술 구성에 대하여 살펴보기로 한다.

먼저, 본 발명은 도 1 도시와 같은 기술 수단들로 이루어져 있다.

본 발명은 피 가공물인 폴리머 전극 필름(F)을 롤 형태로 장착하여 풀어 공급하는 언와인더부(10)와, 이송되는 필름의 일정 피치마다 전극 패턴을 노칭 가공하는 노칭 가공부(20)와, 가공된 필름을 롤 형태로 다시 감기 위한 리와인더부(30)를 포함하여 이루어지는 이차전지 전극 노칭장치에 있어서, 노칭 가공부(20) 전단에는 피 가공물인 필름을 노칭 가공부에 투입하도록 이송하는 제1 필름 드라이브 수단(1)과, 노칭 가공부 후단에는 가공된 필름을 노칭 가공부로부터 배출하여 리와인더부에 되감도록 이송하는 제2 필름 드라이브 수단(2)과, 제2 필름 드라이브 수단(2)과 노칭 가공부(20) 사이에 필름(F)의 장력을 1차 기계적으로 조절하고, 2차 필름의 장력 변위량을 검출하여 제2 필름 드라이브 수단(2)의 단위 시간당 필름 배출량을 가, 감 조절하도록 보정하는 신호를 발생하는 장력 조절수단(3)과, 제1 필름 드라이브 수단(1)의 후단과, 제2 필름 드라이브 수단(2)의 전단에 각각 노칭 가공부(20)를 지나 이송 중인 필름을 간헐적 일시 정지와 이송 상태로 교번 조성하는 제1, 2 피딩 수단(4, 5)을 형성하여 이루어진다.

상기 제1, 2 필름 드라이브 수단(1, 2)은 각각 서보 구동하는 1쌍의 대접 드라이브 롤러로 이루어지고 정지 상태에서는 1쌍의 대접 드라이브 롤러가 서로 이격되고 작동 상태에서는 서로 밀착되어 서보 모터 구동으로 필름(F)을 이송하도록 이루어진다.

상기 제1, 2 필름 드라이브 수단(1, 2)에 구성한 서보 모터의 단위 시간당 회전각은 제어 수단(6)에 의해 컨트롤 되고, 제1 필름 드라이브 수단 서보 모터의 단위 시간당 회전각을 기준 값으로 제2 필름 드라이브 수단 서보 모터의 단위 시간당 회전각을 가, 감 보정하여 필름 투입량과 배출량을 균등하게 하여 필름이 일정한 장력을 유지하도록 이루어진다.

상기 장력 조절수단(3)은 정 위치에서 자전하도록 고정한 복수의 가이드 롤러와 가이드 롤러 사이에 위치하고 필름에 의해 가해지는 압력에 따라 선형으로 승강하며 자전하는 텐션 롤러로 이루고, 텐션 롤러에는 텐션의 변위를 검출하는 센서를 형성하여 이루어진다.

상기 장력 조절 수단(3)에 텐션 롤러의 텐션 변위를 검출하는 센서는 장력의 기준 값, 고 장력 한계 값 및 저 장력 한계 값을 검출하도록 포토 커플러, 리미트 스위치, 포텐셔메타, 엔코더 및 트랜듀서 등 변위를 검출하는 다양한 센서가 구성될 수 있다.

상기 제1, 2 피딩 수단은 서보 모터로 구동하는 캠, 캠에 편심 결합한 캠 로드, 캠 로드 종단에 결합한 피딩 롤러로 이루어지고 회전하는 캠에 따라 피딩 롤러는 수평 선형 작동하도록 이루어지고 제1, 2 피딩 롤러는 동기 구동하며 구동 방향은 상호 동일한 방향을 갖도록 이루어진다.

상기 제어 수단(6)은 제1, 2 피딩 수단(4, 5)과 노칭 가공부(20)를 동기시켜 1 행정 신호를 제공하도록 이루어 제1, 2 피딩 수단(4, 5)이 이송중인 필름(F)을 멈춤 상태로 조성할 때 노칭 가공이 이루어지고, 노칭 가공이 종료된 후 멈춤 상태에서 이송 상태로 변환되는 1 행정의 구동을 완료하는 제어를 이루도록 한다.

제어 수단은 통상의 컴퓨터 연산으로 서보 제어하는 것으로 이미 잘 알려졌으며 상기와 같이 제1, 2 피딩 수단(4, 5)과 노칭 가공부(20)가 동작 후 원점으로 복귀하는 구간인 1 행정 작동 제어를 서로 동기시켜 제어하는 것만을 설명하였다.

상기 본 발명에 따르면 제1 필름 드라이브 수단(1)과 제2 필름 드라이브 수단(2)은 상호 가공 오차를 극감시켜 동일한 외경을 갖도록 이루어진 드라이브 롤러로 형성하고 서보 모터의 구동은 바람직하게는 일정한 시간 범위 내에서 항상 동일한 회전각으로 구동하여 필름 투입량과 배출량이 일정하게 이루어지는 것이 바람직하다.

그러나 드라이브 롤러의 기계적 가공 오차는 상존하며 필름과의 마찰계수 등 외부 환경 요인에 따라서는 필름 투입량과 배출량이 동일하지 못하게 될 수 있고, 이러한 경우 이송중인 필름(F)의 장력 변화가 발생하며 극단적으로는 파단되거나 늘어지는 문제가 발생된다.

이때, 장력 조절수단(3)에 의해 1차적으로는 필름에 의해 가해지는 압력에 따라 텐션 롤러는 선형으로 승강하며 자전하되 텐션이 약한 경우에는 텐션 롤러가 상승하면서 필름에 텐션을 가하고 반대로 텐션이 강한 경우에는 텐션 롤러가 하강하면서 1차 기계적인 작용으로 지속적으로 텐션을 맞추는 작용을 이룬다.

물론 요구되는 적정 텐션은 텐션 롤러 하부로 연장한 로드와, 이 로드의 변위를 검출하는 센서 중에서 기준 값 센서(Ts-0)를 중심으로 약화된 텐션의 저장력 한계 값 센서(Ts-L), 강화된 텐션의 고장력 한계 값 센서(Ts-H) 위치까지 장력 변위가 발생하면 제2 필름 드라이브 수단의 서보 모터의 단위 시간당 회전각을 빠르게 하거나 늦추어 필름의 배출량을 가변시켜 다시 정상 장력 범위 내로 복귀하도록 제어한다.

이때 구체적으로 도시하고 설명하지는 아니하였지만 제어수단은 한계 값 센서(Ts-L, Ts-H)의 검출 작동에 따라 제1 필름 드라이브 수단의 서보 모터의 단위 시간당 회전각을 기준으로 제2 필름 드라이브 수단의 서보 모터 구동을 보정 하며 바람직하게는 노칭 가공부의 가공 횟수를 참조하여 누적 타발 수와 장력 변화를 변수로 하여 적정 보정 값을 산출하여 제2 필름 드라이브 수단의 서보 모터의 단위 시간당 회전각 보정을 이루게 한다.

한편, 상기 제1, 2 필름 드라이브 수단은 피가공 필름을 걸어 세팅하고 노칭 시스템을 초기화한 후 작동을 개시하면서부터 연속적 지속적으로 필름을 공급하고 되감기 위한 배출 구동을 지속하게 된다.

지속적으로 이송되는 필름에 대해 노칭 가공을 이루도록 제1, 2 피딩 수단(4, 5)은 전술한 바와 같이 제1 피딩수단이 공급되는 필름을 축적하고, 제2 피딩수단은 축적되어 있던 필름을 배출 위치로 이송시키며 필름의 정지 효과를 얻어 노칭 가공을 실현한다.

반대로 정지 상태를 조성하여 노칭 가공이 완료되면 연속으로 이송되는 필름은 제2 피딩수단에 의해 제2 필름 드라이브 수단으로 모두 유입되기 전에 제2 피딩수단에 축적되고, 상기 제1 피딩 수단에 축적되었던 필름은 배출 방향으로 이송시키게 되며 이 과정을 반복하면서 연속 공급되는 필름을 노칭 가공부 구간에서 일시 정지 효과를 조성하고 가공후 배출 방향으로 이송한다.

따라서 제1, 2 필름 드라이브 수단은 연속적으로 필름을 공급, 배출하는 작용을 이룰 수 있다.

상기와 같은 본 발명을 구체적 실시 예로서의 장치 구성을 살펴본다.

도2 내지 도5 도시와 같이 본 발명의 노칭 시스템은 금형을 장착하여 고속 타발을 이루는 프레스로 이루어지는 노칭 가공부(20), 노칭 가공부의 전단에 피가공 필름을 롤 상태로 장착하고 서보 모터 구동으로 풀어 공급하는 언와인더부(10), 노칭 가공된 필름을 롤 상태로 되감는 리와인더부(30)를 인라인으로 구성한다.

본 발명은 노칭 가공부(20) 전단 필름 이송 경로에 필름을 압착시켜 공급하는 1쌍의 롤러로 이루며, 하부 롤러(110)와 상부 롤러(120)를 대향 시킨 1쌍으로 이루고 상부 롤러(120)는 에어 실린더인 이젝터(130)로 하부 롤러에 압접하거나 이격되는 위치로 승강 구동하며 하부 롤러(110)는 서보 모터(미도시)로서 자전 구동하고 상부 롤러(120)는 하부 롤러(110)에 압접하여 피동 자전하도록 제1 필름 드라이버(100)를 구성한다.

노칭 가공부(20) 후단 필름 이송 경로에 필름을 압착시켜 공급하는 1쌍의 롤러로 이루며, 하부 롤러(210)와 상부 롤러(220)를 대향 시킨 1쌍으로 이루고 상부 롤러(220)는 에어 실린더인 이젝터(230)로 하부 롤러에 압접하거나 이격되는 위치로 승강 구동하며 하부 롤러(210)는 서보 모터(미도시)로서 자전 구동하고 상부 롤러(220)는 하부 롤러(210)에 압접하여 피동 자전하도록 제2 필름 드라이버(200)를 구성한다.

상기 제2 필름 드라이버 전단에는 정 위치 자전하도록 프레임에 고정한 복수의 가이드 롤러(310, 320)와 가이드 롤러 사이에 위치하고 필름에 의해 가해지는 압력에 따라 선형으로 승강하며 자전하는 텐션 롤러(330)로 이루고, 텐션 롤러(330)에는 텐션의 변위를 검출하는 센서(Ts)를 형성하여 장력 조절기(300)를 이룬다.

텐션 롤러(330)는 프레임에 일단을 고정하고 다른 일단을 텐션 롤러에서 연장한 로드(334) 끝단에 연결한 인장 스프링(332)으로 탄성이 가해지도록 구성한다.

이때 인장 스프링의 탄성은 필름의 미세한 텐션 변화에 응동하도록 강성을 유지하는 것은 배제되고 소프트한 탄성으로 텐션 롤러(330)의 자중에 의해 탄성 한계에 도달하지 아니하는 정도로 설정하는 것이 필요하다.

또한, 상기 텐션 롤러(330)에서 연장시킨 로드(334)에는 센서 도그(336)를 결합하고 이 센서 도그의 변위를 검출하는 센서(Ts)를 결합하여 이루어진다.

상기 텐션 롤러(330)를 탄성 지지하는 인장 스프링은 에어 실린더, 전자석과 같이 탄성을 제공 받을 수 있는 것이라면 치환도 가능하다.

본 실시 예에서는 텐션 변위를 검출하는 센서는 포토 커플러로 이루어 장력의 기준 값 센서(Ts-0)를 중심으로 상부에 센서(Ts-L), 하부에 센서(Ts-H)를 배치시켜 이루어진다.

상기 센서(Ts)는 리미트 스위치, 포텐션 메타, 엔코더 및 트랜듀서 등 변위를 검출하는 다양한 센서가 구성될 수도 있다.

상기 제1 필름 드라이버(100)의 후단과, 제2 필름 드라이버(200)의 전단에는 노칭 가공 구간에서 이송 필름(F)을 실질적으로 정지상태에 두거나 이송상태로 전환하고 반복하도록 제1 피딩부(400)와 제2 피딩부(500)를 구성한다.

상기 피딩부(400, 500)는 동기 구동을 이루며 상호 작동 방향은 한쪽을 지향하도록 이루어진다.

제1, 2 피딩부(400, 500)는 서보 모터로 회전 구동하는 캠 디스크(410, 510)와 캠 디스크에 편심되게 일단을 결합한 캠 로드(420, 520)와, 프레임 블록에 결합한 LM 가이드 블록(430, 530)에 상기 캠 로드(420, 520)의 타단을 결합하여 이루고 LM 가이드 블록을 필름 통과 폭 이상 이격시켜 LM 가이드 블록(430, 530) 사이에 피딩 롤러(440, 540)를 결합하여 이루어진다.

노칭 가공 과정을 살펴보면, 언와인더부(10)에 피 가공 필름(F) 롤을 걸고 이젝터(130, 230)로 이격된 상태의 하부 롤러(110) 틈새로 필름을 걸어 피딩 롤러(440), 노칭 가공부(20)의 금형 사이로 통과시켜 장력 조절기(300)의 텐션 롤러(330) 상부로 감아 피딩 롤러(540)에 걸어 하부롤러(210) 틈새로 필름을 당겨 리와인더부(30)에 수회 감아 필름 셋팅을 완료한다.

제어 수단인 컴퓨터에 의해 초기화 작업이 개시되면 이젝터(130, 230) 역 구동으로 벌어진 상부 롤러(120, 220)가 하강하여 하부 롤러와 압접을 이루게된다.

필름 장력을 기준 값으로 설정하는 원점 설정은 제1 필름 드라이버(100)는 정지 상태(필름 고정), 제2 필름 드라이버(200)는 장력 원점 센서(Ts-0)에 센서 도그(336)가 위치하도록 서보 모터로 회전 구동을 이룬다.

센서 도그 이동으로 원점 센서(Ts-0)에 신호 검출이 이루어지면 세팅 필름이 기준값의 장력으로 설정된다.

노칭 가공을 개시하면 언와인더부(10)와 리와인더부(30)은 풀기와 되감기를 이루며 필름을 공급, 회수하는 롤 투 롤 공정을 시작한다.

노칭 가공을 이루는 필름은 적정 기준 값으로 장력 설정된 상태에서 제1 필름 드라이버(100)가 당겨 공급하고, 제2 필름 드라이버(200)가 당겨 배출하는 과정을 이룬다.

상기 두 드라이버(100, 200)는 단위 시간당 동일한 필름 이송을 이루는 것이 이상적이며 이때는 필름의 장력 변화가 없을 것이다.

그러나 가공 중에는 다양한 원인에 따라 장력 변화가 발생하고 장력이 변화하는 경우 1차적으로 장력 조절기(300)의 인장 스프링(332)이 승강하면서 텐션 롤러(330)의 포지션이 변화하므로 장력을 일정하게 유지하며, 장력 원점 위치를 벗어나 상부나 하부의 센서(Ts-L, Ts-H)까지 텐션 롤러(330)가 변위 하면, 이 변위 신호에 의해 제어 컴퓨터는 제2 드라이버(200)의 서보 모터의 회전각 제어를 보정하여 단위 시간당 필름 이송을 빠르게 하거나 늦추어 텐션 롤러(330) 위치가 원점 센서(Ts-0) 측으로 복귀하도록 제어하는 2차 장력 조절을 이룬다.

이로써 장력의 미소 변화나 급변화 모두 장력 조절기(300)로 균일한 설정 장력을 유지케 작용한다.

노칭 과정에서는 이송 중인 필름을 정지시키고 프레스 타발을 이루어야 할 것이나, 본 발명에서는 간헐적으로 필름을 정지 상태로 조성하고 이 시기에 맞추어 타발을 이룸으로 연속적인 언와인딩, 리와인딩이 이루어지는 조건 하에서도 타발이 가능하다.

즉, 제1, 2 피딩부(400, 500)의 캠 디스크(410, 510) 구동으로 캠 로드(420, 520)는 LM 가이드에 선형 안내되어 왕복 동을 이루고 이때 피딩 롤러(440, 540)가 필름(F)을 간헐적 정지 상태로 조성하고 풀기를 반복하는 작용을 이룬다.

따라서 필름의 공급과 배출은 지속적으로 이루어지므로 생산 속도가 증가하고 필름을 공급 배출하는 드라이버의 서보 모터가 온 오프 구동을 반복하지 아니하므로 필름에 미치는 관성에 의한 장력 변화가 전혀 없게된다.

이로써 불량 제품은 방지되고 생산량은 증가하는 지대한 작용이 발생한다.

본 발명을 설명하는 과정에서 단위 시간당 필름 공급 또는 배출량이라 함은 서보 모터가 단위 시간당 회전각 변화의 제어를 이루는 것과 같은 뜻으로 판단할 수 있고 단위 시간이라 함은 서보 모터 제어에 필요한 임의의 시간으로 1초 또는 수초 중 임의 선정된 시간으로 이해한다.

1: 제1 필름 드라이브 수단 2: 제2 필름 드라이브 수단
3: 장력 조절 수단 4: 제1 피딩수단
5: 제2 피딩수단 6: 제어수단
100: 제1 필름 드라이버 200: 제2 필름 드라이버
110, 210: 하부 롤러 120, 220: 상부 롤러
130, 230: 이젝터 300: 장력 조절기
310, 320: 가이드 롤러 330: 텐션 롤러
332: 인장 스프링 334: 로드
336: 센서 도그 400: 제1 피딩부
500: 제2 피딩부 410, 510: 캠 디스크
420, 520: 캠 로드 430, 530: LM 가이드 블록

Claims

피 가공물인 폴리머 전극 필름을 롤 형태로 장착하여 풀어 공급하는 언와인더부와, 이송되는 필름의 일정 피치마다 전극 패턴을 노칭 가공하는 노칭 가공부와, 가공된 필름을 롤 형태로 다시 감기 위한 리와인더부를 포함하여 이루어지는 이차전지 전극 노칭 장치에 있어서,
노칭 가공부 전단에는 피 가공물인 필름을 노칭 가공부에 투입하도록 이송하는 제1 필름 드라이브 수단,
노칭 가공부 후단에는 가공된 필름을 노칭 가공부로부터 배출하여 리와인더부에 되감도록 이송하는 제2 필름 드라이브 수단,
상기 제2 필름 드라이브 수단과 노칭 가공부 사이에 필름 장력을 1차 기계적으로 조절하고, 2차 필름의 장력 변위량을 검출하여 제2 필름 드라이브 수단의 단위 시간당 필름 배출량을 가, 감 조절하도록 보정하는 신호를 발생하는 장력 조절수단,
상기 제1 필름 드라이브 수단의 후단과, 제2 필름 드라이브 수단의 전단에 각각 노칭 가공부를 지나 이송 중인 필름을 간헐적 일시 정지와 이송 상태로 교번 조성하는 제1, 2 피딩 수단,
노칭 시스템을 제어하는 컴퓨터 기반 제어 수단을 포함하여 이루되,
상기 제1, 2 피딩 수단은 서보 모터로 구동하는 캠, 캠에 편심 결합한 캠 로드, 캠 로드 종단에 결합한 피딩 롤러로 이루어지고 회전하는 캠에 따라 피딩 롤러는 수평 선형 작동하도록 이루어지고 제1, 2 피딩 롤러는 동기 구동하며 구동 방향은 상호 동일한 방향을 갖도록 이루어 이송 중인 필름이 노칭 구간에서 간헐적으로 정지 상태를 조성하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차 전지 전극 노칭 시스템.
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청구항 1에 있어서,
상기 제어 수단은 제1, 2 피딩 수단과 노칭 가공부를 동기시켜 1 행정 신호를 제공하도록 이루어 제1, 2 피딩 수단이 이송중인 필름 멈춤 상태로 조성할 때 노칭 가공이 이루어지고, 노칭 가공이 종료된 후 멈춤 상태에서 이송 상태로 변환되는 1 행정의 구동을 완료하는 제어를 이루도록 한 것을 특징으로 하는 이차 전지 전극 노칭 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 노칭 시스템은 금형을 장착하여 고속 타발을 이루는 프레스로 이루어지는 노칭 가공부(20), 노칭 가공부의 전단에 피가공 필름을 롤 상태로 장착하고 서보 모터 구동으로 풀어 공급하는 언와인더부(10), 노칭 가공된 필름을 롤 상태로 되감는 리와인더부(30)를 인라인으로 구성하고,
노칭 가공부(20) 전단 필름 이송 경로에 필름을 압착시켜 공급하는 1쌍의 롤러로 이루며, 하부 롤러(110)와 상부 롤러(120)를 대향 시킨 1쌍으로 이루고 상부 롤러(120)는 에어 실린더인 이젝터(130)로 하부 롤러에 압접하거나 이격되는 위치로 승강 구동하며 하부 롤러(110)는 서보 모터로서 자전 구동하고 상부 롤러(120)는 하부 롤러(110)에 압접하여 피동 자전하도록 구성한 제1 필름 드라이버(100),
노칭 가공부(20) 후단 필름 이송 경로에 필름을 압착시켜 공급하는 1쌍의 롤러로 이루며, 하부 롤러(210)와 상부 롤러(220)를 대향 시킨 1쌍으로 이루고 상부 롤러(220)는 에어 실린더인 이젝터(230)로 하부 롤러에 압접하거나 이격되는 위치로 승강 구동하며 하부 롤러(210)는 서보 모터(미도시)로서 자전 구동하고 상부 롤러(220)는 하부 롤러(210)에 압접하여 피동 자전하도록 구성한 제2 필름 드라이버(200),
상기 제2 필름 드라이버 전단에는 정 위치 자전하도록 프레임에 고정한 복수의 가이드 롤러(310, 320)와 가이드 롤러 사이에 위치하고 필름에 의해 가해지는 압력에 따라 선형으로 승강하며 자전하는 텐션 롤러(330)로 이루고, 텐션 롤러(330)에는 텐션의 변위를 검출하는 센서(Ts)를 형성한 장력 조절기(300),
상기 제1 필름 드라이버(100)의 후단과, 제2 필름 드라이버(200)의 전단에는 노칭 가공 구간에서 이송 필름(F)을 실질적으로 정지상태에 두거나 이송상태로 전환하고 반복하도록 제1 피딩부(400)와 제2 피딩부(500)를 구성하여 이루도록 한 것을 특징으로 하는 이차 전지 전극 노칭 시스템.
청구항 8에 있어서,
상기 텐션 롤러(330)는 프레임에 일단을 고정하고 다른 일단을 텐션 롤러에서 연장시킨 로드(334) 끝단에 연결한 인장 스프링(332)으로 탄성이 가해지도록 이루고, 로드(334)에는 센서 도그(336)를 결합하고 이 센서 도그의 변위를 검출하는 센서(Ts)를 결합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차 전지 전극 노칭 시스템.
청구항 8에 있어서,
상기 피딩부(400, 500)는 동기 구동을 이루며 상호 작동 방향은 한쪽을 지향하도록 제1, 2 피딩부(400, 500)는 서보 모터로 회전 구동하는 캠 디스크(410, 510)와 캠 디스크에 편심되게 일단을 결합한 캠 로드(420, 520)와, 프레임 블록에 결합한 LM 가이드 블록(430, 530)에 상기 캠 로드(420, 520)의 타단을 결합하여 이루고 LM 가이드 블록을 필름 통과 폭 이상 이격시켜 LM 가이드 블록(430, 530) 사이에 피딩 롤러(440, 540)를 결합하여 이루도록 한 것을 특징으로 하는 이차 전지 전극 노칭 시스템.