KR102340250B1 - 2차전지 제조장치용 픽업 앤 플레이스 장치 - Google Patents

2차전지 제조장치용 픽업 앤 플레이스 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 소정길이 및 소정높이로 연장되어 형성되는 프레임, 프레임상에서 서로 간섭없이 왕복이동될 수 있도록 구성되는 제1 핸드 모듈 및 제2 핸드 모듈, 핸드 모듈을 제어할 수 있도록 구성되는 제어부를 포함하며, 제1 핸드 모듈과 제2 핸드 모듈은 매거진으로부터 극판을 들어올리는 픽업(pick up)동작과 버퍼 테이블에 내려놓는 플레이스(place)동작을 서로 교차하여 수행할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 2차전지 제조장치용 픽업 앤 플레이스 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 2차전지 제조장치용 픽업 앤 플레이스 장치는 하나의 극판 이송경로상에서 교차하며 이동하는 한 쌍의 핸드 모듈이 구비되어 극판 이송효율을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

2차전지 제조장치용 픽업 앤 플레이스 장치{PICK UP AND PLACE DEVICE FOR SECONDARY BATTERY STACKING APPARATUS}
본 발명은 2차전지 제조장치용 픽업 앤 플레이스 장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 극판 이송 효율을 극대화시킨 2차전지 제조장치용 픽업 앤 플레이스 장치에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지는 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 방전과 역방향인 충전과정을 통하여 반복 사용이 가능한 전지이며, 그 종류로는 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈-수소(Ni-MH) 전지, 리튬-금속 전지, 리튬-이온(Ni-Ion) 전지 및 리튬-이온 폴리머 전지(Li-Ion Polymer Battery) 등이 있다.
이차전지는 양극, 음극, 전해질, 분리막으로 구성되며, 서로 다른양극 및 음극 소재의 전압차이를 이용하여 전기를 저장 및 발생시킨다. 여기서, 방전이란 전압이 높은 음극에서 낮은 양극으로 전자를 이동시키는 것이며(양극의 전압 차이만큼 전기를 발생), 충전이란 전자를 다시 양극에서 음극으로 이동시키는 것으로 이때 양극물질은 전자와 리튬이온을 받아들여 원래의 금속산화물로 복귀하게 된다. 즉, 이차전지는 충전될 때 금속 원자가 분리막을 통하여 양극에서 음극으로 이동함에 따라 충전 전류가 흐르게 되고, 반대로 방전될 때 금속 원자는 음극에서 양극으로 이동하며 방전 전류가 흐르게 된다.
한편, 이러한 이차전지의 제조시 권취하여 제조하는 방식과 적층형 방식으로 구분될 수 있으며, 이 중 적층형 방식은 일정한 크기로 절단된 양극판과 음극판을 교대로 적층하여 전극조립체를 제작하는 방식이다. 이에 대하여 대한민국 등록특허 제1421847호(2012.05.31. 공개)가 개시되어 있다.
그러나 이러한 종래기술은 극판의 픽업시 한장만 픽업하기 위하여 이루어지는 동작에 의해 극판 이송효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허 제1421847호(2012.05.31. 공개)
본 발명은 전술한 종래의 2차전지 제조장치용 픽업 앤 플레이스 장치의 문제점을 해결하여 극판 이송효율을 극대화할 수 있는 2차전지 제조장치용 픽업 앤 플레이스 장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.
상기 과제의 해결 수단으로서, 소정길이 및 소정높이로 연장되어 형성되는 프레임, 프레임상에서 서로 간섭없이 왕복이동될 수 있도록 구성되는 제1 핸드 모듈 및 제2 핸드 모듈, 핸드 모듈을 제어할 수 있도록 구성되는 제어부를 포함하며, 제1 핸드 모듈과 제2 핸드 모듈은 매거진으로부터 극판을 들어올리는 픽업(pick up)동작과 버퍼 테이블에 내려놓는 플레이스(place)동작을 서로 교차하여 수행할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 2차전지 제조장치용 픽업 앤 플레이스 장치가 제공될 수 있다.
한편, 제1 핸드 모듈 및 제2 핸드 모듈은 각각 극판을 흡착하기 위한 흡착모듈이 구비되며, 각각 상하방향의 길이조절이 가능하도록 구성될 수 있다.
한편, 제어부는 제1 핸드 모듈 및 제2 핸드 모듈의 수평방향으로 교차시 흡착모듈간 서로 간섭이 일어나지 않도록 매거진으로 향하는 제1 수평이동과 버퍼 테이블로 향하는 제2 수평이동시의 흡착모듈의 높이를 다르게 제어할 수 있다.
또한, 제1 핸드 모듈 및 제2 핸드 모듈은 프레임상에서 수평방향으로 이동시킬 수 있도록 구성되는 수평위치조절부 및 상하방향으로 위치가 조절될 수 있도록 구성되는 수직위치조절부를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 제1 핸드 모듈의 수직위치조절부와 제2 핸드 모듈의 수직위치조절부는 프레임을 사이에 두고 양측에 구비될 수 있다.
한편, 흡착모듈은 수직위치조절부의 단부에서 서로 바라보는 수평방향으로 연장되어 형성될 수 있다.
한편, 제1 핸드 모듈의 수평위치조절부와 제2 핸드 모듈의 수평위치조절부는 수평방향으로 나란하게 구비될 수 있다.
나아가, 흡착모듈에 진동을 전달하기 위해 구성되는 진동부를 더 포함할 수 있다.
한편, 제1 핸드 모듈 및 제2 핸드 모듈은 픽업동작시 흡착모듈에 흡착된 극판의 하측에 딸려오는 극판을 매거진으로 떨어뜨릴 수 있도록 진동부가 작동될 수 있다.
또한, 제1 핸드 모듈은 제2 핸드 모듈의 픽업동작과 진동부 작동시간동안 플레이스동작을 완료하도록 제어될 수 있다.
본 발명에 따른 2차전지 제조장치용 픽업 앤 플레이스 장치는 하나의 극판 이송경로상에서 교차하며 이동하는 한 쌍의 핸드 모듈이 구비되어 극판 이송효율을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 2차전지 적층의 개념을 나타낸 도면이다.
도 2는 기종별로 다른 크기로 구성되는 전극조립체를 나타낸 사시도이다.
도 3은 픽업앤 플레이스 장치의 사시도이다.
도 4는 픽업앤 플레이스 장치의 핸드 모듈과 프레임을 분해하여 도시한 도면이다.
도 5는 핸드 모듈의 확대사시도이다.
도 6은 핸드 모듈에서 진동이 적용될 때의 작동상태도이다.
도 7은 픽업앤 플레이스 장치의 작동상태도이다.
도 8은 픽업앤 플레이스 장치의 다른 작동상태도이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 2차전지용 픽업 앤 플레이스 장치에 대하여, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 이하의 실시예의 설명에서 각각의 구성요소의 명칭은 당업계에서 다른 명칭으로 호칭될 수 있다. 그러나 이들의 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 변형된 실시예를 채용하더라도 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 각각의 구성요소에 부가된 부호는 설명의 편의를 위하여 기재된다. 그러나 이들 부호가 기재된 도면상의 도시 내용이 각각의 구성요소를 도면내의 범위로 한정하지 않는다. 마찬가지로 도면상의 구성을 일부 변형한 실시예가 채용되더라도 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 당해 기술 분야의 일반적인 기술자 수준에 비추어 보아, 당연히 포함되어야 할 구성요소로 인정되는 경우, 이에 대하여는 설명을 생략한다.
도 1은 2차전지 적층의 개념을 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이 전극조립체(1000)(또는 젤리롤)의 생산은 하나의 분리막(5000)을 경계로 극판(2000)을 적층시켜 생산되며, 일측에는 양극판(3000)이, 타측에는 음극판(3000)이 배치하여 이루어진다. 2차전지 극판 적층장치는 예를 들어 양극판(3000)을 내려놓고 분리막(5000)을 덮고, 이후 음극판(3000)을 내려놓고 그 위로 분리막(5000)을 덮는 동작을 반복적으로 수행하여 수십 내지 수백 층으로 이루어진 전극 조립체를 생성할 수 있다.
도 2는 기종별로 다른 크기로 구성되는 2차전지 전극조립체(1000)을 나타낸 사시도이다. 본 발명은 도 2에 도시된 다양한 기종의 전극조립체(1000)를 생산할 수 있도록 구성된다. 각 기종은 극판(2000)의 크기, 특히 평면방향의 면적이 다르게 구성될 수 있다. 본 발명에 따른 2차전지 적층장치는 전극 조립체의 기종을 전환됨에 따라 극판(2000)의 크기 대응성을 갖추고 있어 생산효율을 극대화할 수 있게 된다.
한편, 도시되지는 않았으나, 2차전지 적층장치는 극판이 이송되는 순서를 기준으로 극판 픽업 앤 플레이스 장치, 비전 검사 장치, 스태커 테이블, 적재위치 검사부, 그리고 극판의 이송경로와 별도로 분리막 공급장치가 구비될 수 있으며, 또한, 분리막의 장력과 모서리 위치 제어장치가 구비될 수 있다
이하에서는 도 3 내지 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 다기종 2차전지 적층 장치의 픽업 앤 플레이스 장치(100)에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 픽업 앤 플레이스 장치(100)의 사시도이며, 도 4는 픽업 앤 플레이스 장치(100)의 핸드 모듈(120)과 PNP 프레임(110)을 분해하여 도시한 도면이고, 도 5는 핸드 모듈(120)의 확대사시도이다.
도시된 바와 같이, 극판 픽업 앤 플레이스 장치(100)는 복수의 극판이 적재되어 있는 매거진(200)으로부터 버퍼 테이블(300)로 극판을 하나씩 이송할 수 있도록 구성될 수 있다. 극판 픽업 앤 플레이스 장치(100)는 한 쌍으로 구성되어 각각 양극판(3000)의 이송과 음극판(4000)의 이송을 담당할 수 있도록 구성될 수 있다. 각각의 픽업 앤 플레이스 장치(100)는 서로 동일하게 구성될 수 있으므로, 이하에서는 어느 하나에 대하여만 설명하도록 한다.
도 3을 다시 살펴보면, 극판 픽업 앤 플레이스 장치(100)는 PNP(Pick up and place) 프레임(110) 및 핸드 모듈(120)을 포함하여 구성될 수 있다.
PNP 프레임(110)은 외부의 베이스로부터 수직방향으로 소정높이로 형성되며, 이후 수평방향으로 소정길이 연장되어 형성될 수 있다. PNP 프레임(110)의 소정높이 및 소정길이는 설치되는 핸드 모듈(120)의 작동반경을 정의할 수 있도록 구성된다. 구체적으로 PNP 프레임(110)은 핸드 모듈(120)이 기 설정된 상하 방향의 이동거리 및 수평 방향의 이동거리를 달성할 수 있는 길이로 형성될 수 있다.
핸드 모듈(120)은 극판(2000)을 한장씩 픽업하여 이송하고 플레이스 할 수 있도록 구성된다. 핸드 모듈(120)은 한 쌍으로 구성되며, 극판(2000)을 이송 출발지인 매거진(200)과 이송 목적지인 버퍼 테이블(300)로 이송할 수 있도록 구성된다. 즉 하나의 매거진(200)과 하나의 버퍼 테이블(300) 사이에서 한 쌍의 핸드 모듈(120)이 작동하여 극판(2000)을 이송시킨다.
도 4를 다시 살펴보면, 한 쌍의 핸드 모듈(120)은 제1 핸드 모듈 및 제2 핸드 모듈을 포함하여 구성될 수 있다. 제1 핸드 모듈 및 제2 핸드 모듈은 PNP프레임 상에서 서로 대칭적으로 설치되며, 서로 평행한 방향으로 각각 왕복이동하면서 교대로 극판을 이송할 수 있도록 구성될 수 있다. 각각의 핸드 모듈(120)은 PNP 프레임(110)의 양측에 일측이 거치되며, 연직 하방측으로 소정길이 연장되고, 한 쌍의 핸드 모듈(120)이 서로 마주보는 방향으로 소정길이로 연장되어 형성될 수 있다. E또한, 한 쌍의 핸드 모듈(120)은 하나의 극판 이송경로를 공유하더라도 높이차를 조절하여 간섭을 방지할 수 있도록 구성된다.
도 5를 살펴보면, 핸드 모듈(120)은 수평위치조절부(121), 수직위치조절부(122), 암(123), 흡착모듈(124) 및 진동부(126)를 포함하여 구성될 수 있다. 수평위치조절부(121)는 전술한 바와 같이 PNP 프레임(110)상에서 수평이동될 수 있도록 구성되며, 리니어 가이드와 수평위치조절 구동부를 포함하여 구성될 수 있다. 수직위치조절부(122)는 흡착모듈(124)의 높이를 조절할 수 있도록 구성된다. 수직위치조절부(122)는 수평위치조절부(121)와 마찬가지로 리니어가이드와 수직위치조절 구동부를 포함하여 구성될 수 있다. 암(123)은 수직위치조절부(122)로부터 소정길이 연장되며 수직 방향에서 수평방향으로 구부러진 형상으로 구성되며, 수평방향으로 후술할 흡착모듈(124)이 연결될 수 있도록 구성될 수 있다. 흡착모듈(124)은 극판을 선택적으로 흡착할 수 있도록 구성될 수 있다. 흡착모듈(124)은 극판(2000)의 크기에 대응하여 수평방향으로 연장되어 형성되며, 복수의 진공홀(125)이 형성되어 극판(2000)의 일면에 접촉한 뒤 극판(2000)을 흡착할 수 있도록 구성된다. 진동부(126)는 흡착모듈(124)로 매거진(200)에 적재된 극판을 흡착할 때 현재 흡착되어 있는 극판 바로 밑에 다른 극판이 밀착되어 함께 딸려나오는 경우 이를 떨어뜨리기 위해 구비된다. 진동부(126)는 핸드 모듈(120)이 픽업 동작을 수행하여 극판을 흡착한 때 매거진(200) 위에서 진동을 발생시켜 딸려나오는 극판을 다시 매거진(200)으로 떨어뜨리게 된다. 이때 극판이 딸려 올라오거나 올라오지 않는 경우에 대하여 직접 판단하지 않고 모든 극판의 픽업시 진동을 발생시켜 원천적으로 극판이 동시에 이송되는 것을 방지하게 된다.
도 6은 핸드 모듈(120)에서 진동이 적용될 때의 작동상태도이다. 도 6(a)를 살펴보면 어느 하나의 핸드 모듈(120)이 매거진 공급장치(210)에 적재된 매거진(200)으로부터 극판(20)을 흡착하여 픽업할 때 바로 밑에서 극판(21)이 딸려나올 수 있게 된다. 따라서 핸드 모듈(120)에는 도 6(b)와 같이 딸려나온 극판을 떨어뜨리기 위하여 진동부(126)를 구동시키게 된다. 여기서 진동부(126)의 작동시간 만큼 픽업 앤 플레이스 시간에 지연이 발생하게 된다. 따라서 하나의 핸드 모듈(120)에서 진동을 발생시켜 딸려나온 극판(21)을 떨어뜨리는 동안 다른 하나의 핸드 모듈(120)을 이용하여 극판을 플레이스 시키고 픽업준비를 하게 된다.
이하에서는 도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 2차전지 제조장치용 픽업 앤 플레이스 장치의 작동에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 7은 픽업 앤 플레이스 장치(100)의 작동상태도이다. 핸드 모듈(120)의 작동은 도 7(a)에서부터 7(c)의 순서로 이루어진다. 도시된 바와 같이, 한쌍의 핸드 모듈(120)은 PNP 프레임(110)을 따라 수평방향으로 왕복이동하며, 왕복이동시 방향에 따라 흡착모듈(124)의 높이가 달라질 수 있도록 수직위치조절부(122)가 제어된다. 일 예로서, 도 7을 기준으로, 좌측에 있는 제1 핸드 모듈(120)은 우측방향으로 이동시 흡착모듈(124)의 높이를 높게 설정할 수 있고, 우측에 있는 제2 핸드 모듈(120)은 좌측 방향으로 이동될 때 흡착 모듈의 높이가 제1 핸드 모듈(120)의 흡착모듈(124)보다 낮은 위치로 이동될 수 있다. 이와 같이 높이차이를 주어 동일한 경로를 공유하고, 서로 교차하여 이송을 수행할 수 있게 된다.
도 8은 픽업 앤 플레이스 장치(100)의 다른 작동상태도이다. 도 8(a)에 도시된 바와 같이, 제1 핸드 모듈(120)이 매거진(200)으로부터 최상단의 극판을 흡착하여 픽업하고, 진동부(126)를 구동시켜 딸려나오는 극판을 떨어뜨리는 동작을 수행한다. 이후 도 8(b)와 같이 하나의 극판만을 흡착한 제1 핸드 모듈(120)은 우측의 버퍼 테이블(300)을 향하여 수평이동되며, 이때 흡착모듈(124)의 높이가 높게 설정되어 이동된다. 이와 동시에 제2 핸드 모듈(120)은 버퍼 테이블(300)로부터 매거진(200)을 픽업할 수 있도록 이동하며, 이때 제2 핸드 모듈(120)의 흡착모듈(124)이 제1 핸드 모듈(120)의 흡착모듈(124)보다 낮은 위치로 이동될 수 있도록 위치가 제어된다. 이후 도 8(c)와 같이 제1 핸드 모듈(120)이 흡착했던 극판을 버퍼 테이블(300)에 안착시키고, 제2 핸드 모듈(120)은 극판을 픽업하는 동작을 수행한다. 결국 어느 하나의 핸드 모듈(120)이 극판을 픽업하고 진동부(126)를 발생시키는 동안 다른 하나의 핸드 모듈(120)은 픽업된 극판을 이송하여 버퍼 트레이로 안착시키고 다시 픽업위치로 이동할 수 있게 된다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따라 2차 전지 제조장치용 픽업 앤 플레이스 장치(100)가 구성된 경우 진동을 적용시키는 동안 극판의 이송이 중단되어 이송 효율이 떨어지게 되는 문제점을 해결하고 고속으로 극판을 공급할 수 있게 된다. 또한 한 쌍의 핸드 모듈(120)이 극판 이송경로를 공유하더라도 서로 간섭이 없이 작동 가능하므로, 공간효율을 극대화활 수 있는 효과가 있다.
1000: 전극조립체
2000: 극판
3000: 양극판
4000: 음극판
5000: 분리막
100: 픽업 앤 플레이스 장치
110: PNP 프레임
120: 핸드 모듈
121: 수평위치조절부
122: 수직위치조절부
123: 암
124: 흡착모듈
125: 진공홀
126: 진동부
20: 흡착된 극판
21: 딸려나오는 극판
200: 매거진
210: 매거진 공급장치
300: 버퍼 테이블

Claims (10)

  1. 소정길이 및 소정높이로 연장되어 형성되는 프레임;
    상기 프레임상에서 서로 간섭없이 왕복이동될 수 있도록 구성되는 제1 핸드 모듈 및 제2 핸드 모듈;
    상기 핸드 모듈을 제어할 수 있도록 구성되는 제어부를 포함하며,
    상기 제1 핸드 모듈과 상기 제2 핸드 모듈은 매거진으로부터 극판을 들어올리는 픽업(pick up)동작과 버퍼 테이블에 내려놓는 플레이스(place)동작을 서로 교차하여 수행할 수 있도록 구성되며,
    상기 프레임은 상기 전극이 이송되는 경로의 연직 상방에서 상기 제1 핸드 모듈 및 상기 제2 핸드 모듈을 지지할 수 있도록 구성되며,
    상기 제1 핸드 모듈 및 상기 제2 핸드 모듈은 각각,
    상기 극판을 흡착하기 위한 흡착모듈;
    상기 프레임상에서 수평방향으로 이동시킬 수 있도록 구성되는 수평위치조절부;
    상하방향으로 위치가 조절될 수 있도록 구성되는 수직위치조절부; 및
    상기 흡착모듈에 진동을 전달하기 위해 구성되는 진동부를 포함하며,
    상기 제1 핸드 모듈의 수직위치조절부와 상기 제2 핸드 모듈의 수직위치조절부는 상기 프레임을 사이에 두고 상기 프레임의 양측에 구비되며,
    상기 흡착모듈은 상기 수직위치조절부의 단부에서 서로 바라보는 수평방향으로 연장되어 형성되며,
    상기 제어부는 상기 제1 핸드 모듈 및 상기 제2 핸드 모듈의 수평방향으로 교차시 상기 흡착모듈간 서로 간섭이 일어나지 않도록 매거진으로 향하는 제1 수평이동과 상기 버퍼 테이블로 향하는 제2 수평이동시의 상기 흡착모듈의 높이를 다르게 제어하는 2차전지 제조장치용 픽업 앤 플레이스 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 핸드 모듈의 수평위치조절부와 상기 제2 핸드 모듈의 수평위치조절부는 수평방향으로 나란하게 구비되는 것을 특징으로 하는 2차전지 제조장치용 픽업 앤 플레이스 장치.
  8. 삭제
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 핸드 모듈 및 상기 제2 핸드 모듈은 상기 픽업동작시 상기 흡착모듈에 흡착된 상기 극판의 하측에 딸려오는 극판을 상기 매거진으로 떨어뜨릴 수 있도록 상기 진동부가 작동되는 것을 특징으로 하는 2차전지 제조장치용 픽업 앤 플레이스 장치.

  10. 삭제
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