KR102106872B1 - 코일 스프링의 압축량 조정 특성이 향상된 지그 장치 - Google Patents

코일 스프링의 압축량 조정 특성이 향상된 지그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 코일 스프링의 압축량 조정 특성이 향상된 지그 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시트 부재를 가공하여 전극조립체가 내장되는 전지셀의 전지케이스를 제조하는 지그 장치로서, 전지케이스의 수납부에 대응하는 형상의 만입부 또는 관통부가 형성되어 있는 다이; 상기 다이의 만입부 또는 관통부의 상부에서 중력 방향으로 시트 부재를 가압하여 수납부를 형성하는 펀치; 상기 펀치에 의한 시트 부재의 가압 전에, 다이의 만입부 또는 관통부의 외주 부위에서 시트 부재를 중력 방향으로 다이에 가압 고정하는 스트리퍼; 상기 스트리퍼의 일면에 일측 단부가 연결된 코일 스프링이 그것의 타측 단부 부위가 내부로 삽입된 상태로 연결되는 하나 이상의 스프링 장착부들이 형성되어 있고, 상기 스프링 수납부에는 코일 스프링의 압축량을 조정하기 위해 와셔와 고정식 볼트가 체결되어 있으며, 하면에 펀치가 장착되어 있는 제 1 플레이트; 및 상기 제 1 플레이트에 대응하며 다이의 하부에서 장치를 지지하는 제 2 플레이트;를 포함하고 있는 지그 장치를 제공한다.

Description

코일 스프링의 압축량 조정 특성이 향상된 지그 장치 {Jig Apparatus with Improved Compression Adjustment of Coil Spring}
본 발명은 코일 스프링의 압축량 조정 특성이 향상된 지그 장치에 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.
이러한 이차전지는 전극과 전해액의 구성에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 하며, 그 중 전해액의 누액 가능성이 적으며, 제조가 용이한 리튬이온 폴리머 전지의 사용량이 늘어나고 있다.
일반적으로, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.
이 중, 전지의 고용량화로 인해 케이스의 대면적화 및 얇은 소재로의 가공이 많은 관심을 모으고 있고, 이에 따라, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
도 1에는 종래의 전극조립체를 포함하고 있는 파우치형 이차전지의 모식도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 파우치형 이차전지(10)는, 파우치형 전지케이스(20) 내부에, 양극, 음극 및 이들 사이에 배치되는 분리막으로 이루어진 전극조립체(30)가 그것의 양극 및 음극 탭들(31, 32)과 전기적으로 연결되는 두 개의 전극리드(40, 41)가 외부로 노출되도록 밀봉되어 있는 구조로 이루어져 있다.
전지케이스(20)는 전극조립체(30)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(23)를 포함하는 케이스 본체(21)와 그러한 본체(21)에 일체로서 연결되어 있는 커버(22)로 이루어져 있다.
스택형 전극조립체(30)는 다수의 양극 탭들(31)과 다수의 음극 탭들(32)이 각각 융착되어 전극리드(40, 41)에 함께 결합되어 있다. 또한, 케이스 본체(21)의 상단부(24)와 커버(22)의 상단부가 열융착기에 의해 열융착될 때 그러한 열융착기와 전극리드(40, 41) 간에 쇼트가 발생하는 것을 방지하고 전극리드(40, 41)와 전지케이스(20)와의 밀봉성을 확보하기 위하여, 전극리드(40, 41)의 상하면에 절연필름(50)이 부착된다.
이러한 구조의 파우치형 전지케이스에 전극조립체를 수납하는 전극조립체 수납부를 형성하기 위해 전지케이스 시트를 지그 장치에서 가공한다. 전지케이스 시트의 수납부를 성형하는 펀치가 가압하고, 코일 스프링으로 연결되어 있는 스트리퍼가 성형이 완료된 전지케이스 시트에 하중을 가하여 펀치를 분리한다.
그러나, 전지케이스 시트에 가해지는 하중은 스트리퍼에 연결된 코일 스프링의 압축량에 의해 조절되지만 코일 스프링의 압축량을 조절하기 어렵다는 문제가 있다.
또한, 코일 스프링의 압축량을 조절하기 위해 코일 스프링이 고정되어 있는 지그에 무두(無頭) 볼트를 결합하여 회전시키는 경우도 있지만 코일 스프링의 압축량을 정확하게 조절하기 어렵다는 문제가 있다.
따라서, 전지케이스 시트에 하중이 과도하게 가해지는 경우에 전지셀의 품질에 영향을 미치게 되어 전지셀의 수명 및 안전성을 저해하는 문제가 발생된다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 전지케이스 시트에 가해지는 하중을 정확하게 조절할 수 없어 발생되는 전지셀의 품질 저하 또는 제조 공정의 생산성 저하 문제를 해결하기 위한 것으로, 스트리퍼의 일면에 일측 단부가 연결된 코일 스프링이 그것의 타측 단부 부위가 내부로 삽입된 상태로 연결되는 하나 이상의 스프링 장착부들이 형성되어 있고, 스프링 장착부에는 코일 스프링의 압축량을 조정하기 위해 와셔(washer)와 고정식 볼트가 체결되어 있으며, 하면에 펀치가 장착되어 있는 구조의 코일 스프링의 압축량 조정 특성이 향상된 지그 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 코일 스프링의 압축량 조정 특성이 향상된 지그 장치는,
시트 부재를 가공하여 전극조립체가 내장되는 전지셀의 전지케이스를 제조하는 지그 장치로서,
전지케이스의 수납부에 대응하는 형상의 만입부 또는 관통부가 형성되어 있는 다이;
상기 다이의 만입부 또는 관통부의 상부에서 중력 방향으로 시트 부재를 가압하여 수납부를 형성하는 펀치;
상기 펀치에 의한 시트 부재의 가압 전에, 다이의 만입부 또는 관통부의 외주 부위에서 시트 부재를 중력 방향으로 다이에 가압 고정하는 스트리퍼;
상기 스트리퍼의 일면에 일측 단부가 연결된 코일 스프링이 그것의 타측 단부 부위가 내부로 삽입된 상태로 연결되는 하나 이상의 스프링 장착부들이 형성되어 있고, 상기 스프링 장착부에는 코일 스프링의 압축량을 조정하기 위해 와셔와 고정식 볼트가 체결되어 있으며, 하면에 펀치가 장착되어 있는 제 1 플레이트; 및
상기 제 1 플레이트에 대응하며 다이의 하부에서 장치를 지지하는 제 2 플레이트;
를 포함하고 있는 구조로 구성되어 있다.
즉, 본 발명에 따른 코일 스프링의 압축량 조정 특성이 향상된 지그 장치는 전지케이스 시트에 가해지는 하중을 정확하게 조절하여 가공하므로 전지셀의 품질 향상 및 제조 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 시트 부재는 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트일 수 있다.
또한, 상기 전지셀은 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 전지케이스에 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 분리막이 개재된 전극조립체가 내장되어 있는 구조의 파우치형 전지셀일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 스트리퍼는 중앙에 펀치가 통과하는 관통 개구가 천공되어 있고, 상면 외주부에 코일 스프링들이 연결될 수 있다.
하나의 예에서, 상기 제 1 플레이트의 코일 스프링에 의해 연결된 스트리퍼가 시트 부재를 가압하여 정위치 고정한 후에 펀치가 시트 부재를 가압할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 스프링 장착부들은 스트리퍼를 향해 수직 관통 구조로 제 1 플레이트 상에 천공될 수 있다.
이러한 구조에서, 상기 코일 스프링은 제 1 플레이트의 상단에 위치하는 고정식 볼트에 의해 스프링 장착부에 체결되어 있고, 스프링 장착부의 하부로부터 삽입되는 코일 스프링과 고정식 볼트 사이에 와셔가 개재될 수 있다.
이 경우에, 상기 와셔의 두께는 코일 스프링의 압축량에 대응하여 설정될 수 있다.
이 때, 상기 와셔의 설정 두께 범위는 0.5 mm 내지 5 mm 범위일 수 있다.
이와 같은 경우에, 상기 스프링 장착부에 대한 고정식 볼트의 삽입 깊이와 와셔 두께의 총합은 제 1 플레이트 두께의 20% 내지 70% 범위일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 코일 스프링은 와셔의 두께에 따라 압축량이 가변 될 수 있다.
이러한 경우에, 상기 코일 스프링은 압축량에 따라 스트리퍼에 가하는 하중이 가변 될 수 있다.
상기 구조에서, 상기 코일 스프링의 압축 길이는 펀치의 길이보다 상대적으로 작을 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 장치는 제 1 플레이트를 상하 방향으로 이동시키는 구동력을 제공하는 구동부를 추가로 포함할 수 있다.
이러한 경우에, 상기 코일 스프링은 압축 스프링일 수 있다.
본 발명은, 지그 장치를 사용하여 제조된 전지셀을 제공한다.
본 발명은 또한, 전지셀을 포함하는 전지팩 및 상기 전지팩을 포함하는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는 컴퓨터, 휴대폰, 웨어러블 전자기기, 파워 툴(power tool), 전기자동차(Electric Vehicle: EV), 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 전기 이륜차, 전기 골프 카트, 또는 전력저장용 시스템 등으로부터 선택되는 것일 수 있다.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 코일 스프링의 압축량 조정 특성이 향상된 지그 장치는, 전지케이스 시트에 가해지는 하중을 정확하게 조절하여 전지셀의 품질을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 설정한 하중에 미치지 못하는 하중이 가해지는 경우의 문제점을 해결하여 제조 공정의 생산성을 향상시키는 효과를 제공한다.
도 1은 종래의 전극조립체를 포함하고 있는 파우치형 이차전지의 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 코일 스프링의 압축량 조정 특성이 향상된 지그 장치의 모식도이다;
도 3은 도 2의 지그 장치의 제 1 플레이트에 장착되어 있는 펀치가 전지케이스 시트를 가압하는 모식도이다;
도 4는 도 3의 제 1 플레이트에 장착되어 있는 코일 스프링과 고정식 볼트 사이에 와셔가 개재되어 있는 확대 모식도이다;
도 5 및 도 6은 각각 두께가 다른 와셔를 구비한 제 1 플레이트의 모식도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 코일 스프링의 압축량 조정 특성이 향상된 지그 장치의 모식도가 도시되어 있으며, 도 3에는 도 2의 지그 장치의 제 1 플레이트에 장착되어 있는 펀치가 전지케이스 시트를 가압하는 모식도가 도시되어 있다.
도 2 및 도 3을 함께 참조하면, 지그 장치(100)는, 전지케이스의 수납부에 대응하는 형상의 다이(110), 다이(110)의 상부에서 중력 방향으로 시트 부재(101)를 가압하여 수납부를 형성하는 펀치(120), 시트 부재(101)를 중력 방향으로 다이(110)에 가압 고정하는 스트리퍼(130), 스트리퍼(130)와 코일 스프링들(140, 141)에 의해 연결되어 있고, 코일 스프링들(140, 141)의 일측 단부 부위가 내부로 삽입된 상태로 연결되는 하나 이상의 스프링 장착부들(153, 154)이 형성되어 있고, 스프링 장착부들(153, 154)에는 와셔들(157, 158)과 고정식 볼트들(155, 156)이 각각 체결되어 있으며, 하면에 펀치(120)가 장착되어 있는 제 1 플레이트(150), 및 제 1 플레이트(150)에 대응하며 다이(110)의 하부에서 지그 장치(100)를 지지하는 제 2 플레이트(170)를 포함하여 구성되어 있다.
스트리퍼(130)는 중앙에 펀치(120)가 통과하는 관통 개구가 천공되어 있고, 스트리퍼(130)의 상면 외주부에 코일 스프링들(140, 141)이 연결되어 있다.
스트리퍼(130)는 펀치(120)에 의해 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트 부재(101)에 전지케이스의 수납부를 형성하도록 가압 전에, 다이(110)의 만입부(111)의 외주 부위에서 시트 부재(101)를 중력 방향으로 다이(110)에 가압 고정한다.
제 1 플레이트(150)의 코일 스프링들(140, 141)에 의해 연결된 스트리퍼(130)가 시트 부재(101)를 다이(110)에 가압하여 정위치 고정한 후에 펀치(120)가 다이(110)의 만입부(111)의 상부에서 중력 방향으로 시트 부재(101)를 가압하여 수납부를 형성한다.
스트리퍼(130)의 일면, 즉 상면에 코일 스프링들(140, 141)의 일측 단부가 연결되어 있다. 코일 스프링들(140, 141)의 타측 단부는 제 1 플레이트(150)의 내부로 삽입된 상태로 연결되는 하나 이상의 스프링 장착부들(153, 154)이 형성되어 있다.
제 1 플레이트(150)의 스프링 장착부들(153, 154)에는 코일 스프링들(140, 141)의 압축량을 조정하기 위해 와셔들(157, 158)과 고정식 볼트들(155, 156)이 각각 체결되어 있으며, 제 1 플레이트(150)의 하면 중앙 부위에 펀치(120)가 장착되어 있다. 스프링 장착부들(153, 154)에 고정되어 있는 코일 스프링들(140, 141)의 압축 길이(L1)는 펀치(120)의 길이(L2)보다 상대적으로 작다.
제 1 플레이트(150)에 형성되어 있는 스프링 장착부(153)에 대한 고정식 볼트(155)의 삽입 깊이(H1)와 와셔(157) 두께(T2)의 총합은 제 1 플레이트(150) 두께(T1)의 50% 이다.
도 4에는 도 3의 코일 스프링과 고정식 볼트 사이에 와셔가 개재되어 있는 제 1 플레이트의 확대 모식도가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 제 1 플레이트(150)의 스프링 장착부들(153, 154)에는 코일 스프링들(140, 141)의 압축량을 조정하기 위해 와셔들(157, 158)과 고정식 볼트들(155, 156)이 체결되어 있다.
장착되어 있는 와셔들(157, 158)의 각각의 두께(T2)는 코일 스프링들(140, 141)의 압축량에 대응하여 설정된다. 와셔들(157, 158)의 두께(T2)에 따라 압축량이 가변 되고, 코일 스프링들(140, 141)은 압축량에 따라 스트리퍼(130)에 가하는 하중이 가변 된다.
도 5 및 도 6에는 각각 두께가 다른 와셔를 구비한 제 1 플레이트의 확대 모식도가 도시되어 있다.
도 5 및 도 6을 함께 참조하면, 제 1 플레이트(150)의 스프링 장착부들(153, 154)에는 코일 스프링들(140, 141)의 압축량을 조정하기 위해 두께가 다른 와셔들(157a, 158a, 157b, 158b)과 볼트들(155, 156)이 각각 체결되어 있고, 제 1 플레이트(150)의 하면 중앙부에는 펀치(120)가 장착되어 있다.
이 중, 도 5의 각각의 와셔들(157a, 157b, 158a, 158b)의 다른 두께들(T3, T4)은 코일 스프링들(140, 141)의 압축량에 대응하여 각각 설정되고, 코일 스프링들(140, 141)의 압축량이 가변 되며, 이에 따라 스트리퍼(도 2: 130)에 가하는 하중이 가변 되어 시트 부재(101)에 정확한 하중을 가할 수 있다.
와셔들(157a, 158a)의 두께와 코일 스프링들(140, 141)의 압축량이 다르다는 점을 제외하면 구조가 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (18)

  1. 시트 부재를 가공하여 전극조립체가 내장되는 전지셀의 전지케이스를 제조하는 지그 장치로서,
    전지케이스의 수납부에 대응하는 형상의 만입부 또는 관통부가 형성되어 있는 다이;
    상기 다이의 만입부 또는 관통부의 상부에서 중력 방향으로 시트 부재를 가압하여 수납부를 형성하는 펀치;
    상기 펀치에 의한 시트 부재의 가압 전에, 다이의 만입부 또는 관통부의 외주 부위에서 시트 부재를 중력 방향으로 다이에 가압 고정하는 스트리퍼(stripper);
    상기 스트리퍼의 일면에 일측 단부가 연결된 코일 스프링이 그것의 타측 단부 부위가 내부로 삽입된 상태로 연결되는 하나 이상의 스프링 장착부들이 형성되어 있고, 상기 스프링 장착부들에는 코일 스프링의 압축량을 조정하기 위해 와셔(washer)와 고정식 볼트가 체결되어 있으며, 하면에 펀치가 장착되어 있는 제 1 플레이트; 및
    상기 제 1 플레이트에 대응하며 다이의 하부에서 장치를 지지하는 제 2 플레이트;
    를 포함하고,
    상기 스프링 장착부들은 스트리퍼를 향해 수직 관통 구조로 제 1 플레이트 상에 천공되어 있고,
    상기 코일 스프링은 제 1 플레이트의 상단에 위치하는 고정식 볼트에 의해 스프링 장착부에 체결되어 있고, 스프링 장착부의 하부로부터 삽입되는 코일 스프링과 고정식 볼트 사이에 와셔가 개재되어 있으며,
    상기 와셔의 두께는 코일 스프링의 압축량에 대응하여 설정되는 것을 특징으로 하는 지그 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 시트 부재는 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트인 것을 특징으로 하는 지그 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 전지셀은 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 전지케이스에 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 분리막이 개재된 전극조립체가 내장되어 있는 구조의 파우치형 전지셀인 것을 특징으로 하는 지그 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 스트리퍼는 중앙에 펀치가 통과하는 관통 개구가 천공되어 있고, 상면 외주부에 코일 스프링들이 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 지그 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 플레이트의 코일 스프링에 의해 연결된 스트리퍼가 시트 부재를 가압하여 정위치 고정한 후에 펀치가 시트 부재를 가압하는 것을 특징으로 하는 지그 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 와셔의 설정 두께 범위는 0.5 mm 내지 5 mm 범위인 것을 특징으로 하는 지그 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 스프링 장착부에 대한 고정식 볼트의 삽입 깊이와 와셔 두께의 총합은 제 1 플레이트 두께의 20% 내지 70% 범위인 것을 특징으로 하는 지그 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 코일 스프링은 와셔의 두께에 따라 압축량이 가변되는 것을 특징으로 하는 지그 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 코일 스프링은 압축량에 따라 스트리퍼에 가하는 하중이 가변되는 것을 특징으로 하는 지그 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 코일 스프링의 압축 길이는 펀치의 길이보다 상대적으로 작은 것을 특징으로 하는 지그 장치.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 장치는 제 1 플레이트를 상하 방향으로 이동시키는 구동력을 제공하는 구동부를 추가로 포함하고 것을 특징으로 하는 지그 장치.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 코일 스프링은 압축 스프링인 것을 특징으로 하는 지그 장치.
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