KR102252500B1 - 펀치윤활냉각수단이 구비된 리튬 2차 전지 극판의 타발금형 - Google Patents

펀치윤활냉각수단이 구비된 리튬 2차 전지 극판의 타발금형 Download PDF

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Abstract

본 발명은 펀치윤활냉각수단이 구비된 리튬 2차 전지 극판의 타발금형에 관한 것으로서, 상하로 구비되는 펀치홀더 및 하부홀더와, 상기 하부홀더 위에 고정된 다이플레이트와, 상기 다이플레이트에 고정되고 일측에 펀치홀이 형성된 다이와, 상기 펀치홀더 하부면에 고정되는 펀치플레이트와, 상기 펀치플레이트에 고정되는 펀치와, 상기 펀치에 형성되어 상기 펀치를 냉각 및 윤활시키는 펀치윤활냉각수단과, 상기 펀치플레이트의 하측에 이격되어 구비되고 상기 펀치가 관통하는 상부관통홀이 형성된 상부스트리퍼 및 상기 펀치홀더과 하부홀더 사이에 복수개가 구비되어 상기 펀치홀더의 승강을 안내하는 메인 가이드포스트를 포함하는 리튬 2차 전지 극판의 타발금형에 있어서, 상기 펀치윤활냉각수단은, 상기 펀치의 외주면에는 요홈 형상을 이루고 한번 이상 감싸도록 형성되는 냉각유로와, 상기 상부스트리퍼의 측면에 외부와 연통되도록 관통, 형성되어 냉매가 공급될 수 있고 상기 냉각유로와 연통되는 냉매공급홀을 포함하여 이루어져, 상기 냉매공급홀을 통해 공급된 냉매가 상기 냉각유로를 따라 흐르면서 상기 펀치를 냉각 및 윤활시키는 것을 특징으로 한다.

Description

펀치윤활냉각수단이 구비된 리튬 2차 전지 극판의 타발금형{Blanking mold for punching lithium secondary battery equipped with lubricating and cooling means of punch}
본 발명은 리튬 2차 전지 극판의 타발금형에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 리튬 2차 전지를 제조할 때 사용되는 박판 형상의 극판을 절단하거나 펀칭하는 타발금형에서 펀치를 냉각 및 윤활시킬 수 있는 펀치윤활냉각수단이 구비된 리튬 2차 전지 극판의 타발금형에 관한 것이다.
일반적으로 충방전이 가능한 이차전지는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차전지 등이 있다.
이 가운데 리튬 이차전지는 다른 전지에 비하여 많은 장점을 가지고 있으나, 리튬의 반응성이 너무 커서 안정성 문제해결이 어려워 상용화되지 못하다가 근래에 들어서 상용화되기 시작하였다.
리튬이온 2차 전지의 장점으로는, 첫째, 리튬 금속은 다른 어느 금속보다 가볍기 때문에 에너지 밀도가 매우 크고, 둘째 기전력이 크며, 셋째 기억효과(충전하기 전에 전지가 완전히 방전되어 있어야 하는 성질)가 없어 완전히 방전시키지 않고 어느 정도 충전되어 있는 상태에서도 충전이 가능하며, 넷째 자가 방전에 의한 전력 손실이 매우 적다.
이와 같은 장점을 갖는 리튬 2차 전지는 음극의 충전반응이 비교적 빠르게 이루어지는 리튬의 유입(intercalation) 반응으로 급속충전이 가능하고 리튬의 상태로 존재하므로 안정성을 갖춘 고전압전지임으로써, 충전용량이 크고 소형화가 가능하다는 점에서 휴대폰이나 노트북 컴퓨터와 같은 휴대용 전자기기에 주로 채택되고 있으며, 근래에는 전기 자동차의 배터리에도 사용되고 있다.
리튬 2차 전지는 양극(Cathode) 활물질을 금속 박막(Al foil) 형태의 양극 집전체에 도포하고, 음극(Anode) 활물질을 금속 박막(Cu foil) 형태의 음극 집전체에 도포하여 양극판과 음극판을 제조하고, 분리막(separator)을 양 전극판 사이에 넣고 감아서 제작된 젤리롤(JELLY ROLL)을 제작하고, 제작된 젤리롤을 원통형 또는 각형 금속 용기에 삽입하고, 전해액(electrolyte)을 충진하고 밀봉하여 완성된다.
구체적으로 리튬 2차 전지 극판은 알루미늄으로 된 양극집전체 양면에 양극 활물질이 도포된 양극판과, 구리로 된 음극집전체의 양면에 음극 활물질이 도포된 음극판과, 양극판과 음극판의 사이에 개재되어 이들을 전기적으로 절연시키는 분리막으로 구성되며, 양극판, 분리막, 음극판 순으로 다수개를 적층하고 전해액과 함께 밀봉하여 리튬 2차 전지를 제조한다.
그런데 연속적으로 공급되는 극판을 적당한 길이로 절단하거나 일부를 커팅할 때 극판 타발금형을 사용한다.
극판 타발금형은 프레싱 금형으로서, 상하부 금형 사이로 스트랩 형상의 극판이 일측에서 연속적으로 투입되면, 펀치홀더에 구비된 펀치가 하강하면서 극판을 절단한다.
그런데 극판의 두께가 매우 얇기 때문에 펀치와 펀치홀 사이의 유격이 zero(0)인 상태를 항상 유지해야 단번에 정확하게 절단된다.
이것은 펀치와 펀치홀 사이의 유격을 최소화해야 하기 때문에 펀치와 펀치홀의 반복적인 상호 마찰로 인해 펀치는 마찰열이 발생하게 되며 이는 펀치의 변형을 가져올 수 있을 뿐 아니라 가공대상 즉, 극판을 열 변형시키거나 눌러붙게 만드는 문제가 발생한다. 따라서, 작업 중에 펀치를 일정 온도 이하로 냉각시키는 냉각장치가 필요하다.
이를 해결하고자 본 출원인이 아래 선행기술과 같이 '펀치냉각수단이 구비된 리튬 2차 전지 극판의 타발금형'을 출원하여 등록받았다.
상기 등록특허의 경우 스트리퍼에 형성되어 펀치가 관통하는 관통홀의 내주면에 냉각유를 배분하는 요홈 형상의 배분유로가 형성된 구조이다.
이러한 구조의 경우 가열된 펀치를 냉각하는 효과는 우수하나, 실제 스트리퍼의 내주면에 요홈을 가공하는 것이 매우 어렵고 시간 및 비용이 많이 소요되는 문제가 있었다.
- 대한민국 등록특허 제10-1943634호(2019.1.23.)"펀치냉각수단이 구비된 리튬 2차 전지 극판의 타발금형"
이에 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 리튬 2차 전지 극판을 절단하거나 펀칭하는 타발금형에서 연속적이고 반복적인 펀칭시 마찰열로 인해 펀치의 온도가 상승하는 것을 방지하고 윤활을 수행할 수 있으며 펀치 표면에 미세한 알루미늄 가루가 고착되는 것을 방지할 수 있는 펀치윤활냉각수단을 구비하되, 펀치의 외주면에 냉각유로가 형성된 구조를 가지는 리튬 2차 전지 극판의 타발금형을 제공하는 것이다.
상기한 목적 달성을 위한 본 발명에 따른 펀치윤활냉각수단이 구비된 리튬 2차 전지 극판의 타발금형은, 상하로 구비되는 펀치홀더 및 하부홀더와, 상기 하부홀더 위에 고정된 다이플레이트와, 상기 다이플레이트에 고정되고 일측에 펀치홀이 형성된 다이와, 상기 펀치홀더 하부면에 고정되는 펀치플레이트와, 상기 펀치플레이트에 고정되는 펀치와, 상기 펀치에 형성되어 상기 펀치를 냉각 및 윤활시키는 펀치윤활냉각수단과, 상기 펀치플레이트의 하측에 이격되어 구비되고 상기 펀치가 관통하는 상부관통홀이 형성된 상부스트리퍼 및 상기 펀치홀더과 하부홀더 사이에 복수개가 구비되어 상기 펀치홀더의 승강을 안내하는 메인 가이드포스트를 포함하는 리튬 2차 전지 극판의 타발금형에 있어서, 상기 펀치윤활냉각수단은, 상기 펀치의 외주면에는 요홈 형상을 이루고 한번 이상 감싸도록 형성되는 냉각유로와, 상기 상부스트리퍼의 측면에 외부와 연통되도록 관통, 형성되어 냉매가 공급될 수 있는 냉매공급홀을 포함하여 이루어져, 상기 펀치가 상기 상부스트리퍼를 관통할 때 상기 냉매공급홀과 냉각유로가 연통되어 상기 냉매공급홀을 통해 공급된 냉매가 상기 냉각유로를 따라 흐르면서 상기 펀치를 냉각 및 윤활시킬 수 있다.
여기서, 상기 냉각유로는 하향 경사진 경사유로가 형성되어 냉매를 하측으로 유도할 수 있다.
그리고 상기 상부관통홀의 내부면의 하단에는 내부면의 테두리를 따라 요홈 형상으로 이루어져 상기 상부관통홀과 펀치 사이로 흘러내리는 냉매를 수용하는 배분유로가 형성되고, 상기 배분유로에는 일정 간격으로 복수개의 상부미세통공이 하방 형성되어 냉매를 배출할 수 있다.
또 상기 상부스트리퍼의 하부면에는 상기 펀치가 관통하도록 상기 상부관통홀과 연통되는 하부관통홀이 형성된 하부스트리퍼가 더 구비될 수 있다.
또한, 상기 하부관통홀은 상기 상부미세통공과 연통되어 냉매가 유입될 수 있고, 상기 하부관통홀의 내부면 하단에는 내측으로 상기 펀치의 외면에 밀착되는 단턱이 형성되며 상기 단턱에는 일정 간격으로 하부미세통공이 형성될 수 있다.
한편, 상기 펀치에는 상하로 하나 이상의 에어홀이 관통, 형성되어 절단으로 인해 발생하는 칩을 불어 제거할 수 있다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따르면, 외부에서 공급된 냉매가 펀치의 냉각유로를 타고 흐르면서 펀치의 외부면을 냉각시킬 수 있고, 상부미세통공을 통해 천천히 미세하게 하부관통홀로 유입되게 함으로써 펀치를 전체적으로 효율적으로 냉각시킬 수 있다.
동시에 냉매가 펀치와 상부관통홀 및 하부관통홀 사이에 윤활 작용을 하게 함으로써 펀치를 보호하고 절단효율을 향상시킨다.
그리고 종전과 같이 상부스트리퍼의 내부면에 경사를 이루는 홈 가공이 매우 번거롭고 어려운 반면, 본 발명의 경우 펀치의 외주면에 냉각유로를 홈 가공하는 것이므로 매우 가공이 쉽고 비용 및 시간이 절감된다.
또 실제 펀치로 극판을 절단할 때 발생하는 미세한 알루미늄 가루가 펀치의 표면에 달라붙더라도 냉매의 윤활작용에 의해 소착되거나 고착되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예를 따른 펀치윤활냉각수단이 구비된 리튬 2차 전지 극판의 타발금형을 나타내는 전체 사시도
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 정면도
도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 펀치를 나타내는 사시도
도 4는 도 2에 도시된 본 발명의 상부스트리퍼를 나타내는 사시도
도 5는 도 4의 AA 단면도
도 6은 도 2에 도시된 본 발명의 하부스트리퍼를 나타내는 사시도
도 7은 도 6의 BB 단면도
도 8은 도 2에 도시된 본 발명의 하부스트리퍼의 다른 실시 예를 나타내는 사시도
도 9는 본 발명에 의한 펀치 냉각 및 윤활상태를 나타내는 단면도
도 10은 본 발명에 의한 펀치 냉각 및 윤활의 다른 상태를 나타내는 단면도
이하, 본 발명에 따른 일 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
참고로, 도면을 참조한 설명은 본 발명을 더 쉽게 이해하기 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단될 경우, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예를 따른 펀치윤활냉각수단이 구비된 리튬 2차 전지 극판의 타발금형을 나타내는 전체 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 정면도를 나타낸다.
본 발명은 프레싱 금형 구조를 가져 필요한 형상으로 가공하는 타발금형으로서, 연속적으로 진입하는 스트랩 형상의 리튬 2차 전지 극판 자체를 절단하거나 일부를 펀칭하여 절단할 수 있는 타발금형에서 반복적인 펀칭으로 인한 마찰열에 의해 가열된 펀치의 구조를 개선하여 펀치를 냉각 및 윤활시킴으로써 안정적인 절단작업이 지속될 수 있게 하는 것을 기술적 특징으로 한다.
도시된 바를 참조하면, 본 발명은 크게, 펀치홀더(100) 및 하부홀더(200), 다이플레이트(210), 다이(220), 펀치플레이트(110), 펀치(120), 상부스트리퍼(130), 메인 가이드포스트(300) 및 펀치윤활냉각수단(500)을 포함하여 구성될 수 있고, 하부스트리퍼(140)가 더 장착될 수 있다.
구체적으로, 하측으로 구비되는 상기 하부홀더(200) 상부면에 다이플레이트(210)가 결합되어 고정되고, 상기 다이플레이트(210)의 상부면에 펀치홀이 관통 형성되어 있는 다이(220)가 교체 가능하도록 결합되어 고정된다.
그리고 상측으로 구비되는 상기 펀치홀더(100)의 하부면에 펀치플레이트(110)가 결합되어 고정되고, 상기 펀치플레이트(110)의 하부면에 하측으로 돌출된 펀치(120)가 고정되며, 상기 펀치플레이트(110)의 하측으로 상부스트리퍼(130)가 이격되어 구비되되, 상기 펀치(120)가 관통한다.
또 상기 상부스트리퍼(130)만 구비될 수도 있으나 바람직한 것은 상기 상부스트리퍼(130)의 하부면에 평판 형상의 하부스트리퍼(140)가 탈부착 가능하게 더 결합, 고정될 수 있다.
또한, 상기 펀치홀더(100)과 하부홀더(200)은 복수개의 메인 가이드포스트(300)에 의해 상하로 연결된 구조를 가져 상기 하부홀더(200)이 고정된 상태에서 상기 펀치홀더(100)이 하강하면서 상기 다이(220)상에 공급된 극판을 상기 펀치(120)가 펀칭하면서 절단하는 구조이다.
먼저, 상기 하부홀더(200)는 장방형일 수 있으며, 맨 하측에 배치되어 상기 펀치홀더(100)의 하강 및 펀칭작업을 지지하는 베이스에 해당하고, 여기에 상기 다이플레이트(210) 및 다이(220)가 장착되어 지지된다. 그리고 네 모서리 측에 각각 상기 메인 가이드포스트(300)의 하단이 결합된다.
상기 메인 가이드포스트(300)는 상기 펀치홀더(100)의 하강 및 복귀를 안내하는 것으로서 복귀스프링(미도시)이 구비되어 하강 후 원상태로 복귀되도록 탄성 지지한다.
그리고 상기 다이(220)에 형성된 펀치홀(221)은 상기 펀치(120)가 맞춤 삽입될 수 있는 홀(hole)로서, 펀칭하여 절단하고자 하는 단면의 형상과 동일한 단면을 가지도록 형성된다.
상기 다이(220)는 초경합금 재질로 이루어질 수 있고 상기 펀치홀(221)의 테두리는 각이 지도록 가공 형성되어 상기 펀치(120)의 상부날에 대응되는 하부날이 된다.
또 상기 다이(220)는 상기 다이플레이트(210)의 상부면에 바로 결합될 수 있으나, 일부가 매설되도록 결합, 고정되어 상부면의 높이가 상기 다이플레이트(210)의 상부면보다 높게 형성되어 상기 다이(220)에 올려진 극판을 안착, 지지할 수 있다.
다음으로 상기 펀치홀더(100)도 장방형일 수 있으며, 맨 상측에 배치되어 상기 펀치플레이트(110)와 펀치(120)와 상부스트리퍼(130) 및 하부스트리퍼(140)를 장착, 지지하는 구성이다. 그리고 상기 펀치홀더(100)는 별도의 외부 동력에 의해 승강하도록 구동된다.
상기 펀치홀더(100)의 네 모서리에는 상기 메인 가이드포스트(300)의 상단이 각각 연결된다. 이때, 상기 펀치홀더(100)에는 상기 메인 가이드포스트(300)의 가이드봉(310)이 삽입되면서 안내될 수 있는 부싱(320)이 내설되고 상기 부싱(320)에는 롤러베어링(미도시)이 삽입될 수 있다. 그리고 상기 가이드봉(310)의 외주에 상기 롤러베어링이 결합된 상태에서 상기 롤러베어링이 상기 부싱(320) 내에서 안내되면서 승강할 수 있다. 또 상기 가이드봉(310) 하부에는 복귀스프링(미도시)이 구비되어 상기 펀치홀더(100)를 탄성 지지하면서 하강시 다시 원위치로 복귀시킨다.
한편, 상기 펀치플레이트(110)의 하부면에 고정된 펀치(120)는 상기 상부스트리퍼(130)에 형성된 상부관통홀(131)을 관통하거나, 상기 상부관통홀(131)과 상기 하부스트리퍼(140)에 형성된 하부관통홀(141)을 동시에 관통하되, 유격이 있도록 관통할 수 있다.
그리고 상기 상부스트리퍼(130)에는 상기 하부스트리퍼(140)가 매설되도록 결합될 수 있고, 상기 상부스트리퍼(130)는 상기 펀치플레이트(110)로부터 일정간격 이격된 상태를 유지하되, 상기 펀치(120)는 상기 하부스트리퍼(140)의 하부면으로 돌출되지 않는 상태를 유지한다. 즉, 상기 펀치(120)의 하부면과 상기 하부스트리퍼(140)의 하부면이 동일 평면상에 배치된 상태이다.
그런데 상기 펀치홀더(100)가 하강하면 상기 상부스트리퍼(130)에 상기 펀치플레이트(110)의 하부면이 밀착되면서 상기 상부스트리퍼(130)는 밀려 하강하고 동시에 상기 하부스트리퍼(140)도 하강하여 극판을 가압하여 고정시킨다. 이때, 상기 펀치(120)가 상기 하부관통홀(141)을 통해 상기 하부스트리퍼(140)의 하측으로 돌출되면서 상기 펀치홀(221)로 삽입되어 극판을 펀칭, 절단한다.
이때, 상기 펀치(120)의 돌출 높이는 상기 상부스트리퍼(130)와 펀치플레이트(110)의 간격과 동일하게 될 것이다.
바람직한 것은, 상기 상부스트리퍼(130)와 다이플레이트(210) 사이에 복수개의 서브 가이드포스트(400)가 더 구비될 수 있다. 상기 서브 가이드포스트(400)에 의해 상기 상부스트리퍼(130)는 탄성 지지되며, 상기 상부스트리퍼(130)의 정확한 하강을 안내하고, 상기 상부스트리퍼(130)의 복귀를 수행할 수 있다.
상기 서브 가이드포스트(400)도 가이드봉과 부싱을 포함하여 구성될 수 있다.
중요한 것은 상기 펀치(120)는 상기 펀치홀(221)에 유격없이 맞춤 삽입될 수 있도록 상호 단면의 형상과 단면적이 동일하다. 즉, 상기 펀치홀(221)에 형성된 하부날과 상기 펀치(120)의 상부날이 서로 유격없이 밀착된 상태로 절단작업이 이루어지도록 한다.
그런데 상기 펀치(120)와 펀치홀(221)이 밀착된 상태로 반복적인 절단작업을 수행하면, 상호 마찰에 의해 마찰열이 발생하여 온도가 상승하게 된다.
본 발명은 이러한 마찰열의 상승을 방지하고 상기 펀치(120) 및 펀치홀(221)이 일정 온도 이하를 유지하도록 냉각 및 윤활하며, 상기 펀치(120)의 표면에 미세한 알루미늄 가루가 소착되는 것을 방지할 수 있는 펀치윤활냉각수단(500)이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
참고로 상기 펀치(120)에는 상하를 관통하는 에어홀(121)이 하나 이상 형성되는 것이 바람직하다. 상기 에어홀(121)을 통해 에어가 분사되게 함으로써 상기 펀치의 절단작업으로 인해 하단에 고착된 칩을 불어 제거할 수 있다.
다음으로 도 3 내지 8을 함께 참조하여 본 발명의 핵심적 기술내용인 펀치윤활냉각수단에 대해 설명한다. 도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 펀치를 나타내는 사시도이고, 도 4는 도 2에 도시된 본 발명의 상부스트리퍼를 나타내는 사시도이며, 도 5는 도 4의 AA 단면도이고, 도 6은 도 2에 도시된 본 발명의 하부스트리퍼를 나타내는 사시도이며, 도 7은 도 6의 BB 단면도이고, 도 8은 도 2에 도시된 본 발명의 하부스트리퍼의 다른 실시 예를 나타내는 사시도이다. 여기서, 도 5(b)는 상부관통홀의 내부면을 펼친 전개도이다.
상기 펀치윤활냉각수단(500)은 상기 펀치(120)의 외주면에 형성되는 냉각유로(510)와 상기 상부스트리퍼(130)에 형성되는 냉매공급홀(520)을 포함하여 이루어진다.
상기 냉각유로(510)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 펀치(120)의 외주면에 요홈 형상으로 형성되는 유로로서, 상기 펀치(120)의 외주면을 감싸도록 둘러 형성된다. 이때, 상기 펀치(120)의 외주면을 1회 이상 감싸게 형성될 수 있다.
상기 냉각유로(510)는 전체적으로 수평을 이루도록 형성될 수도 있으나 바람직한 것은 하향 경사지게 경사유로(513)가 형성되는 것이 좋다. 즉, 도시된 바와 같이 일면에는 수평으로 제1냉각유로(511)가 형성되고, 타면에는 상기 제1냉각유로(511)보다 상대적으로 낮은 위치에 수평으로 제2냉각유로(512)가 형성되며, 상기 제1냉각유로(511)와 제2냉각유로(512)는 상기 경사유로(513)에 의해 연결될 수 있다.
따라서, 상기 제1냉각유로(511)로 유입된 냉매는 중력에 의해 상기 경사유로(513)를 따라 제2냉각유로(512)로 흘러갈 수 있다.
그리고 상기 냉매공급홀(520)은 도 4, 5에 도시된 바를 참조하면, 상기 상부스트리퍼(130)의 측면에서 상기 상부관통홀(131)을 관통하도록 형성되는 통로로서, 외부에서 냉매가 상기 상부관통홀(131)의 내부로 공급될 수 있다.
여기서, 상기 냉매공급홀(520)과 냉각유로(510)는 서로 연통된다.
구체적으로 상기 냉매공급홀(520)의 단부와 상기 제1냉각유로(511)가 서로 접촉하도록 형성되어 상기 냉매공급홀(520)을 통해 주입된 냉매가 상기 제1냉각유로(511)로 직접 공급될 수 있다.
따라서, 상기 냉각유로(510)에 전체적으로 냉매가 흐르게 되고, 지속적으로 냉매가 공급되면, 상기 제2냉각유로(512)에 적체된 냉매가 상기 펀치(120)와 상부관통홀(131) 사이의 미세한 틈을 통해 하측으로 흘러내리면서 상기 펀치(120)의 단부를 전체적으로 윤활 및 냉각시킬 수 있다.
본 발명에서 상기 냉매공급홀(520)의 하측, 다시 말해서, 상기 상부관통홀(131)의 내부면 하단에는 배분유로(530)와 상부미세통공(540)이 더 형성될 수 있다.
상기 배분유로(530)는 상기 상부관통홀(131) 내부면 하단으로부터 소정 높이에 형성되는 요홈 형상의 유로이다. 다시 말해서, 상기 상부관통홀(131)의 내부면에 오목하게 파인 요홈 형상을 이루며 상기 상부관통홀(131)의 내부면을 따라 연속적으로 형성된다.
좀더 설명하자면, 상기 상부관통홀(131)은 4개의 내부면을 가지게 되므로 상기 배분유로(530)는 4개의 내부면에 모두 수평으로 형성되며 각각은 하단으로부터 동일한 높이에 형성된다. 따라서, 상기 배분유로(530)에 스며든 냉매는 동일한 수위를 가질 수 있다.
또한, 상기 배분유로(530) 상에는 복수개의 상부미세통공(540)이 형성된다.
상기 상부미세통공(540)은 하방을 향해 관통된 작은 구멍 형상이며, 도시된 바와 같이 상기 배분유로(530)의 바닥에 일정 간격을 두고 형성되어 상기 배분유로(530) 내에 스며든 냉매를 하측에 위치하는 하부스트리퍼(140)로 조금씩 공급한다.
이때, 상기 상부미세통공(540)은 내향 개구된 반원형 또는 V형의 홈 형상일 수 있다.
참고로 상기 상부미세통공(540)의 내경은 미세하게 형성시키는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 상기 상부미세통공(540)의 내경이 너무 크면 냉매가 빠른 속도로 빠져나가기 때문에 상기 상부미세통공(540)의 내경은 냉매의 종류에 따라 적절하게 선정해야 한다.
냉매로 오일을 사용할 경우 오일의 점성 등을 고려해서 오일이 일정시간 동안 미세하게 조금씩 배출되도록 상기 상부미세통공(540)의 내경을 결정할 수 있을 것이다.
또 상기 냉각유로(510)는 상기 펀치(120)의 외부면을 1회 감싸도록 형성되게 할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 상기 냉각유로(510)의 경사를 더 완만하게 하여 상기 펀치(120)를 한번 이상 감싸도록 할 수도 있음은 물론이다. 따라서, 냉각효율이 향상될 수 있다.
한편, 상기 하부스트리퍼(140)의 하부관통홀(141)의 하단에는 단턱(550)이 내측으로 돌출되어 형성될 수 있고, 상기 단턱(550)에 하부미세통공(560)이 복수개 형성될 수 있다.
상기 단턱(550)은 상기 하부관통홀(141)의 내부면으로부터 단이 지도록 형성되는데, 내부면을 따라 수평으로 연속 형성되므로 삽입되는 상기 펀치(120)의 외부면과 밀착된다.
따라서, 상기 단턱(550)을 제외한 상기 하부관통홀(141)의 내부면과 상기 펀치(120) 사이에는 상기 단턱(550)의 폭에 해당하는 갭이 형성되며 이 갭은 상기 상부관통홀(131)과 연통된다.
그리고 상기 하부미세통공(560)은 상기 단턱(550) 상에 내측으로 개구된 반원형 또는 V형의 홈 형상일 수 있으며, 상기 하부미세통공(560)의 내경도 상기 상부미세통공(540)의 내경과 동일하거나 유사한 길이로 형성되게 함으로써 냉매가 미세하게 조금씩 배출되도록 조절한다.
상기 하부스트리퍼는 도 8에 도시된 바와 같이 다른 구조를 가질 수 있다.
즉, 상기 하부관통홀(141)의 일측이 개방된 홈 형상으로 이루어져, 상기 펀치(120)가 통과할 수도 있다. 이때는 3면에 상기 단턱(550) 및 하부미세통공(560)이 형성될 것이다.
이하에서 도 9, 10을 함께 참조하여 본 발명에 의한 펀치 냉각과정을 설명하기로 한다. 도 9는 본 발명에 의한 펀치 냉각 및 윤활상태를 나타내는 단면도이고, 도 10은 본 발명에 의한 펀치 냉각 및 윤활의 다른 상태를 나타내는 단면도이다.
도 9의 경우는 상부스트리퍼만 있는 구조일 때의 작동상태도를 나타낸다.
구체적으로 상기 냉매공급홀(520)을 통해 오일과 같은 냉매를 주입한다.
그리고 상기 냉매공급홀(520)로 주입된 냉매는 상기 제1냉각유로(511)로 유입되고, 상기 경사유로(513)를 따라 중력에 의해 상기 제2냉각유로(512)까지 스며들면서 채워지며, 점진적으로 상기 펀치(120)와 상부관통홀(131) 사이의 미세한 틈을 따라 하강하게 된다.
따라서, 냉매는 상기 펀치(120)의 외주면을 코팅하면서 윤활 및 냉각을 수행하고, 더불어 미세한 알루미늄 가루가 상기 펀치(120)의 외면에 달라붙어 소착되는 것을 막는다.
이렇게 하강한 냉매는 상기 배분유로(530)에 도달하여 상기 배분유로(530)에 수용된 상태로 상기 펀치(120)를 윤활 및 냉각하게 된다.
또 상기 배분유로(530)의 냉매는 상기 상부미세통공(540)을 통해서 조금씩 외부로 배출될 수 있다.
또 다른 예로서 도 10은 상부스트리퍼에 하부스트리퍼가 더 장착된 구조일 때의 작동상태를 나타낸다.
이때는 상기 상부미세통공(540)로 배출된 냉매는 미세하게 상기 하부스트리퍼(140)의 하부관통홀(141) 내부로 유입된다.
상기 하부스트리퍼(140)의 하부관통홀(141)에 유입된 냉매는 상기 펀치와 하부관통홀(141) 사이의 갭에 채워져 상기 펀치(120)를 냉각시키는 동시에 윤활시킨다. 그리고 상기 하부미세통공(560)을 통해 미세하게 하측으로 조금씩 배출될 수 있다.
이상에서 도면을 참조하여 본 발명의 대표적인 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : 펀치홀더 110 : 펀치플레이트
120 : 펀치 121 : 에어홀
130 : 상부스트리퍼 131 : 상부관통홀
140 : 하부스트리퍼 141 : 하부관통홀
200 : 하부홀더 210 : 다이플레이트
220 : 다이 221 : 펀치홀
300 : 메인 가이드포스트 310 : 가이드봉
320 : 부싱 330 : 롤러베어링
400 : 서브 가이드포스트
500 : 펀치윤활냉각수단 510 : 냉각유로
511 : 제1냉각유로 512 : 제2냉각유로
513 : 경사유로 520 : 냉매공급홀
530 : 배분유로 540 : 상부미세통공
550 : 단턱 560 : 하부미세통공

Claims (6)

  1. 상하로 구비되는 펀치홀더 및 하부홀더와, 상기 하부홀더 위에 고정된 다이플레이트와, 상기 다이플레이트에 고정되고 일측에 펀치홀이 형성된 다이와, 상기 펀치홀더 하부면에 고정되는 펀치플레이트와, 상기 펀치플레이트에 고정되는 펀치와, 상기 펀치에 형성되어 상기 펀치를 냉각 및 윤활시키는 펀치윤활냉각수단과, 상기 펀치플레이트의 하측에 이격되어 구비되고 상기 펀치가 관통하는 상부관통홀이 형성된 상부스트리퍼 및 상기 펀치홀더과 하부홀더 사이에 복수개가 구비되어 상기 펀치홀더의 승강을 안내하는 메인 가이드포스트를 포함하는 리튬 2차 전지 극판의 타발금형에 있어서,
    상기 펀치윤활냉각수단은,
    상기 펀치의 일면에는 수평으로 형성되는 제1냉각유로와 타면에는 상기 제1냉각유로보다 낮은 위치에 수평으로 형성되는 제2냉각유로와 상기 제1냉각유로와 제2냉각유로를 하향 경사지게 연결하여 냉매를 하측으로 유도하는 경사유로로 이루어져, 상기 펀치의 외주면을 한번 이상 감싸도록 형성되는 요홈 형상의 냉각유로; 및 상기 상부스트리퍼의 측면에 외부와 연통되도록 관통, 형성되어 냉매가 공급될 수 있고 상기 제1냉각유로와 연통되는 냉매공급홀;을 포함하여 이루어지고,
    상기 상부관통홀의 내부면의 하단에는 내부면의 테두리를 따라 요홈 형상으로 이루어져 상기 상부관통홀과 펀치 사이로 흘러내리는 냉매를 수용하는 배분유로가 형성되고, 상기 배분유로에는 일정 간격으로 복수개의 상부미세통공이 하방 형성되어 냉매를 배출하며,
    상기 상부스트리퍼의 하부면에는 상기 펀치가 관통하도록 상기 상부관통홀과 연통되는 하부관통홀이 형성된 하부스트리퍼가 더 구비되되, 상기 하부관통홀은 상기 상부미세통공과 연통되어 냉매가 유입될 수 있고 상기 하부관통홀의 내부면 하단에는 내측으로 상기 펀치의 외면에 밀착되는 단턱이 형성되며 상기 단턱에는 일정 간격으로 하부미세통공이 형성되어,
    상기 냉매공급홀을 통해 공급된 냉매가 상기 냉각유로를 따라 흐르면서 상기 펀치를 냉각 및 윤활시키는 것을 특징으로 하는 펀치윤활냉각수단이 구비된 리튬 2차 전지 극판의 타발금형.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 펀치에는 상하로 하나 이상의 에어홀이 관통, 형성되는 것을 특징으로하는 펀치윤활냉각수단이 구비된 리튬 2차 전지 극판의 타발금형
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