KR102637366B1 - 셀 스택 제조장치의 분리막 컷팅유닛 - Google Patents

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최병경
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Abstract

본 발명은 다양한 크기를 갖는 배터리의 생산성과 확장성에 맞추어 분리막의 크기를 단일의 전용기에서 배터리에 제공되는 셀의 크기에 맞게 컷팅하여 공급하는 셀 스택 제조장치의 분리막 컷팅유닛에 관한 것으로, 권선된 상기 분리막을 와인딩시켜 공급하는 분리막공급부; 상기 분리막공급부로부터 공급된 분리막 선단부가 안착된 안착스테이지; 상기 안착스테이지 상부로 배치되며, 상기 안착스테이지의 분리막 선단부를 진공흡착하여 셋팅된 분리막의 폭 만큼 이동시킨 후 안착스테이지로 복귀하여 분리막을 지지하는 이동수단; 상기 안착스테이지에 이웃될 수 있도록 이동 가능하게 설치되고, 상기 이동수단에 의해 이동된 분리막 선단부가 안착되며, 컷팅 완료된 분리막을 분리막얼라인스테이지로 이송시키는 이송스테이지; 및 안착스테이지와 이송스테이지 사이를 횡단하면서 분리막을 컷팅하는 컷터부;를 포함한다.

Description

셀 스택 제조장치의 분리막 컷팅유닛{Separator cutting unit of cell stack manufacturing equipment}
본 발명은 셀 스택 제조장치의 분리막 컷팅유닛에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다양한 크기를 갖는 배터리의 생산성과 확장성에 맞추어 분리막의 크기를 단일의 전용기에서 배터리에 제공되는 셀의 크기에 맞게 컷팅하여 공급하는 셀 스택 제조장치의 분리막 컷팅유닛에 관한 것이다.
일반적으로 화학전지는 양극판과 음극판의 전극 한 쌍과 전해질로 구성되어 있는 전지로서 상기 전극과 전해질을 구성하는 물질에 따라 저장할 수 있는 에너지의 양이 달라진다.
이러한 화학전지는 충전반응이 매우 느려서 1회방전 용도로만 쓰이는 일차전지와, 반복적인 충방전을 통해 재사용이 가능한 이차전지로 구분되며, 최근 들어서는 충방전이 가능한 장점으로 인해 이차전지의 사용이 늘고 있는 추세에 있다.
즉, 이차전지는 그 장점으로 인해 산업 전반에 걸친 다양한 기술분야에 적용되고 있으며, 일예로 와이어리스 모바일 기기와 같은 첨단전자기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있을 뿐만 아니라 화석연료를 사용하는 기존의 가솔린 및 디젤 내연기관의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로도 주목받고 있다.
이러한 이차전지는 양극판, 분리막, 음극판이 순차적으로 적층되어 전해질 용액에 담가진 형태로 이루어지는데, 이와 같은 이차전지의 내부 셀 스택은 셀 스택 제조장치를 통해 제작되며, 제작 방식은 크게 두 가지로 나뉜다.
소형 이차전지의 경우 음극판 및 양극판을 분리막 상에 배치하고 이를 말아서(winding) 젤리-롤(jelly-roll) 형태로 제작하는 방식이 많이 사용되며, 보다 많은 전기 용량을 가지는 중대형 이차전지의 경우에는 음극판, 양극판 및 분리막을 적절한 순서로 적층(stacking)하여 제작하는 방식이 많이 사용된다.
적층식에 의해 제조되는 각형배터리(Prismatic cell)는 분리막이 연결된 상태로 지그재그로 접힌 형태를 이루며 접혀진 양측 방향에서 음극판 및 양극판이 교번으로 삽입되어 적층된다.
또 다른 적층식으로는 음극판, 분리막 및 양극판을 각각 낱장으로 순차적으로 공급하여 적층하는 방식이 있다.
그러나, 음극판, 분리막 및 양극판을 각각 낱장으로 공급하는 셀 스택 제조장치는 배터리의 다양한 크기 변화에 따라 분리막의 크기(폭)가 달라지는 경우에는 즉각적인 대응 자체가 어렵다.
즉, 종래의 단일 셀 스택 제조장치에서는 단일 크기(폭)를 갖는 분리막 만이 공급되기 때문에, 변경된 크기의 분리막을 공급할 수 있는 별도의 셀 스택 제조장치가 구비되어야 한다.
국내등록특허 제10-2003471호
상기와 같은 문제점 및 기술적 편견을 해소하기 위해 안출된 것으로, 단일 셀 스택 제조장치에서 배터리의 다양한 크기 변화에 따라 분리막의 크기(폭)를 셀의 크기에 맞게 선택적으로 컷팅하여 공급하는 셀 스택 제조장치의 분리막 컷팅유닛를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 분리막 컷팅유닛은, 권선된 상기 분리막을 와인딩시켜 공급하는 분리막공급부; 상기 분리막공급부로부터 공급된 분리막 선단부가 안착된 안착스테이지; 상기 안착스테이지 상부로 배치되며, 상기 안착스테이지의 분리막 선단부를 진공흡착하여 셋팅된 분리막의 폭 만큼 이동시킨 후 안착스테이지로 복귀하여 분리막을 지지하는 이동수단; 상기 안착스테이지에 이웃될 수 있도록 이동 가능하게 설치되고, 상기 이동수단에 의해 이동된 분리막 선단부가 안착되며, 컷팅 완료된 분리막을 분리막얼라인스테이지로 이송시키는 이송스테이지; 및 안착스테이지와 이송스테이지 사이를 횡단하면서 분리막을 컷팅하는 컷터부;를 포함한다.
이때. 상기 이동수단은, X축이동로봇에 이동 가능하게 설치된 X축이동플레이트; 상기 X축이동플레이트에 구비된 승강모터; 및 상기 승강모터의 구동에 따라 Z축방향으로 승강하며, 상기 안착스테이지에 안착된 분리막 선단을 진공흡착하여 상기 이송스테이지로 이동시키는 제1픽커;로 구성된 것이 바람직하다.
이때, 컷팅되는 상기 분리막의 크기는 분리막을 흡착한 상태로 이동하는 상기 이동수단의 제1픽커 이동 거리에 따라 결정되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 컷터부는, 상기 안착스테이지와 이송스테이지 상부에 배치된 Y축이동로봇을 타고 이동하는 Y축이동플레이트와, 상기 Y축이동플레이트에 회전 가능하게 설치된 원형컷터,로 구성된 것이 바람직하다.
그리고, 상기 이송스테이지 양측에는, 상기 이동수단에 의해 분리막이 안착된 상태에서 상기 컷터부를 통한 분리막의 컷팅이 이루어질 때 분리막을 선택적으로 가압하여 지지하는 가압푸셔가 구비된 것이 바람직하다.
마지막으로, 상기 이송스테이지와 분리막얼라인스테이지 사이에는 이송스테이지의 컷팅된 분리막을 분리막얼라인스테이지로 이송시키기 위해 Y축이동로봇을 타고 이동하는 제2픽커가 배치된 것이 바람직하다.
상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 셀 스택 제조장치의 분리막 컷팅유닛에 의하면, 배터리의 다양한 크기에 맞춰 변화되는 셀의 크기(폭)에 맞게 컷팅되는 분리막의 크기(폭)가 조절될 수 있도록 함으로써, 단일의 셀 스택 제조장치에서 다양한 크기의 분리막 컷팅이 이루어지는 탁월한 효과가 있다.
도 1은 본 발명이 적용된 셀 스택 제조장치를 보여주는 개념도이고,
도 2는 음극매거진과 감별이송픽커를 보여주는 요부사시도이며,
도 3은 음극매거진에 적층된 리튬음극시트와 더미플레이트를 보여주는 사시도이고,
도 4는 감별이송픽커가 더미플레이트를 픽업하는 상태를 보여주는 요부사시도이며,
도 5 및 도 6은 감별이송픽커가 더미플레이트 또는 리튬음극시트 각각 픽업하는 상태를 보여주는 작용도이고,
도 7 및 도 8은 분리막 컷팅유닛의 정면도와 평면도이며,
도 9는 분리막 컷팅유닛의 구성중 이동수단이 분리막을 이동시키는 과정을 보여주는 작용도이고,
도 10 내지 도 13은 분리막의 설정된 이동과 절단 및 이송이 이루어지는 과정을 보여주는 작용도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부된 도면을 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시 예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예들은 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명이 적용된 셀 스택 제조장치를 보여주는 개념도이고, 도 2는 음극매거진과 감별이송픽커를 보여주는 요부사시도이며, 도 3은 음극매거진에 적층된 리튬음극시트와 더미플레이트를 보여주는 사시도이고, 도 4는 감별이송픽커가 더미플레이트를 픽업하는 상태를 보여주는 요부사시도이며, 도 5 및 도 6은 감별이송픽커가 더미플레이트 또는 리튬음극시트 각각 픽업하는 상태를 보여주는 작용도이고, 도 7 및 도 8은 분리막 컷팅유닛의 정면도와 평면도이며, 도 9는 분리막 컷팅유닛의 구성중 이동수단이 분리막을 이동시키는 과정을 보여주는 작용도이고, 도 10 내지 도 13은 분리막의 설정된 이동과 절단 및 이송이 이루어지는 과정을 보여주는 작용도이다.
설명에 앞서, 후술하는 X축이동로봇(XL), Y축이동로봇(YL)은 통상의 기술이기 때문에 자세한 설명은 생략하면서 동일한 부호를 부여하기로 한다.
또한, 후술하는 각종 픽커들은 복수개의 석션공(H)을 통한 에어의 진공흡착에 의해 대상물들을 픽업하는 구조를 가지며, 대상물의 픽업은 다양한 석션방식을 통해 구현될 수 있음에 따라 그 방식을 한정하지 않는다.
또한, 후술하는 각 구조들은 도시하지 않은 콘트롤러의 제어에 따라 구동됨은 당연하다.
셀 스택 제조장치(400)는 공급되는 낱장의 리튬음극시트(216), 분리막(311) 및 양극시트(121)를 순차적으로 적층하여 소정의 매수로 이루어진 셀을 제작하는 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이 도면상 좌측에는 리튬음극시트(216)를 낱장으로 공급하는 리튬음극시트 공급유닛(200)이 배치되어 있고, 도면상 우측에는 분리막(311)을 컷팅하여 공급하는 분리막 컷팅유닛(300)이 배치되어 있으며, 리튬음극시트 공급유닛(200)과 분리막 컷팅유닛(300) 사이에는 리튬음극시트(216)와 분리막(311) 및 양극시트(121)를 순차적으로 적층하여 셀 스택을 제작하는 스택킹유닛(100)이 배치되어 있다.
스택킹유닛(100)에는 도 1에 도시된 바와 같이 각각 낱장으로 공급되는 리튬음극시트(216)와 분리막(311) 및 양극시트(121)를 순차적으로 적층하는 스택킹테이블(110)이 구비되어 있다.
스택킹테이블(110)에는 순차적으로 적층되는 리튬음극시트(216), 분리막(311) 및 양극시트(121)의 상면을 지지하는 적층푸셔(111)들이 도시하지 않은 구동수단들에 의해 승강 가능하게 설치되어 있다.
또한, 스택킹테이블(110)의 일측에는 소정의 형상으로 타발된 복수매의 양극시트(121)가 적재된 양극매거진(120)이 배치되어 있다.
또한, 스택킹테이블(110)과 양극매거진(120) 사이에는 양극매거진(120)에서 이송된 양극시트(121)가 안착되는 양극얼라인스테이지(130)가 배치되어 있다.
양극얼라인스테이지(130) 상측에는 안착된 양극시트(121)의 좌표를 촬영하기 위한 적어도 두 개의 비전카메라(BC)가 설치되며, 양극얼라인스테이지(130)의 하측에는 촬영된 좌표값을 연산한 콘트롤러의 제어에 따라 안착된 양극시트(121)를 설정된 좌표로 얼라인시키기 위해 X-Y-θ 방향으로 이동하는 3축구동장치(미도시)가 배치되어 있다.
한편, 스택킹유닛(100)에는 Y축이동로봇(YL)을 타고 이동하는 복수개의 제1적재픽커(140)가 설치되어 있다. 제1적재픽커(140)들은 Y축이동로봇(YL)을 타고 이동하면서 리튬음극시트 공급유닛(200)의 리튬음극시트(216), 분리막 컷팅유닛(300)의 분리막(311) 및 양극매거진(120)의 양극시트(121)를 각각 진공흡착을 통해 낱장으로 픽업하여 스택킹테이블(110)에 안착시킨다.
또한, 제1픽커(333)들의 하측으로는 또 다른 Y축이동로봇(YL)을 타고 이동하는 제2적재픽커(150)가 배치되어 있으며, 이 제2적재픽커(150)는 후술하는 분리막 컷팅유닛(300)으로부터 컷팅되어 분리막얼라인스테이지(360)로 이송되어 얼라인 완료된 분리막(311)을 진공흡착하여 스택킹테이블(110)로 이송시킨다.
리튬음극시트 공급유닛(200)은 리튬음극시트(216)를 낱장으로 픽업하고, 얼라인을 통해 정렬된 리튬음극시트(216)가 스택킹유닛(100)으로 공급될 수 있도록 한다.
도 1 내지 도 6에 나타낸 바와 같이 리튬음극시트 공급유닛(200)은, 상기 리튬음극시트(216)와 더미플레이트(211)가 순차적으로 적재된 음극매거진(210); 상기 음극매거진(210)에 적재된 상기 더미플레이트(211)가 배출되는 배출함체(220); 상기 음극매거진(210)으로부터 이송된 상기 리튬음극시트(216)가 안착되며, 안착된 리튬음극시트(216)의 위치를 얼라인시키는 음극얼라인스테이지(230); 및 X축이동로봇(XL)에 이동가능하게 설치되어 상기 음극매거진(210)에 적재된 상기 리튬음극시트(216) 또는 더미플레이트(211)를 순차적으로 픽업하여 음극얼라인스테이지(230) 또는 배출함체(220)로 이송시키며, 픽업시 진공흡착을 통해 리튬음극시트(216)와 더미플레이트(211)를 감별하여 선택적으로 이동하는 감별이송픽커(240);를 포함한다.
음극매거진(210)은 소정의 높이를 갖는 사각의 형상을 유지하고 있으며, 내부에는 복수개의 리튬음극시트(216)와 더미플레이트(211)가 순차적으로 적재되어 있다.
음극매거진(210)의 높이방향으로는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 리튬음극시트(216)에 노출되게 형성된 전극(216a)이 수용되는 적어도 하나의 수용슬롯(210a)이 형성되어 있다.
리튬음극시트(216)는 순수 리튬(Pure Lithium)재질로서, 타발공정을 통해 도 3과 같은 전극(216a)을 구비한 사각 시트형상을 유지하고 있으며, 표면에는 끈적임이 있다.
위와 같이 타발된 순수 리튬음극시트(216)는 이차전지의 에너지 저장성과 충.방전이 급속하게 이루어질 수 있도록 한다.
리튬음극시트(216) 사이에는 도 3과 같이 리튬음극시트(216) 전체를 커버할 수 있도록 최소한 리튬음극시트(216)의 형상과 대응하는 형상을 갖는 합성수지 재질의 더미플레이트(211)가 개재된다.
즉, 더미플레이트(211)는 더미플레이트(211)의 상.하로 적재된 리튬음극시트(216) 간의 끈적이는 접촉을 차단한다.
또한, 더미플레이트(211)의 하면에는 하측에 적재된 리튬음극시트(216)와의 접촉면적을 최소화함으로써 후술하는 감별이송픽커(240)를 통한 더미플레이트(211)의 픽업이 이루어질 때, 더미플레이트(211)가 리튬음극시트(216)로부터 쉽게 분리될 수 있도록 하는 복수개의 안착돌기(212)가 길이방향을 따라 형성될 수 있다.
이때, 리튬음극시트(216)와 접촉되는 안착돌기(212)의 말단부는 리튬음극시트(216)의 표면에 영향이 가해지지 않도록 편평한 면을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 더미플레이트(211)의 상면 양측에는 도 3과 같이 소정의 면적으로 이루어진 편평한 면을 갖는 플랫면(215)이 각각 형성되어 있고, 양 플랫면(215) 사이의 중앙에는 후술하는 감별이송픽커(240)의 더미플레이트(211) 진공흡착시 에어의 유동이 감별이송픽커(240)측으로 신속하게 공급될 수 있도록 산과 골로 이루어진 에어로(213)가 형성될 수도 있다.
이때, 산과 골로 이루어진 에어로(213)의 산의 상단은 앞서 서술된 안착돌기(212)의 말단부와 같이 편평한 면을 갖느 것이 바람직한데, 이는 에어로(213)가 에어가 유동하는 통로 역할을 함과 동시에 더미플레이트(211)의 상측으로 적재되는 리튬음극시트(216)의 하면이 최소한의 면적으로 지지될 수 있도록 함으로써, 감별이송픽커(240)를 통한 리튬음극시트(216)의 픽업시 리튬음극시트(216)가 더미플레이트(211)로부터 쉽게 분리될 수 있도록 하기 위함이다.
더하여, 도 3과 같이 에어로(213)의 길이방향 양측 단부에는 감별이송픽커(240)를 통한 더미플레이트(211)의 진공흡착시 서로 밀착된 상태에서 에어로(213)측을 향하여 대량의 에어 공급이 순간적으로 이루어질 수 있도록 단차진 에어공급부(214)가 형성될 수 있다.
이 에어공급부(214)는 더미플레이트(211) 외측 둘레와 도 3과 같이 확장된 상태로 연결될 수 있다.
배출함체(220)는 후술하는 감별이송픽커(240)의 이동 선상에 배치되고, 소정의 높이를 갖는 사각의 형상과 함께 내부에 공간이 형성되어 있으며, 음극매거진(210)에 리튬음극시트(216)와 함께 적재된 더미플레이트(211)가 감별이송픽커(240)의 감지에 의해 픽업되어 배출된다.
음극얼라인스테이지(230)는 후술하는 감별이송픽커(240)를 통해 이송된 리튬음극시트(216)가 안착되는 곳으로, 안착된 리튬음극시트(216)의 좌표 위치를 얼라인시킨다.
즉, 리튬음극시트(216)의 안착 위치가 음극얼라인스테이지(230)에서 설정된 좌표 위치로 얼라인되도록 함으로써, 얼라인된 리튬음극시트(216)가 후술하는 감별이송픽커(240)에 의해 스택킹테이블(110)로 이송될 때 설정된 위치에 정확하게 안착될 수 있도록 하기 위함이다.
이를 위해, 음극얼라인스테이지(230) 상측에는 앞서 서술된 양극얼라인스테이지(130)와 같이 안착된 리튬음극시트(216)의 좌표를 촬영하기 위한 적어도 두 개의 비전카메라(BC)가 배치되며, 음극얼라인스테이지(230)의 하측에는 촬영된 좌표값을 연산한 콘트롤러의 제어에 따라 안착된 리튬음극시트(216)를 설정된 좌표로 얼라인시키기 위해 X-Y-θ 방향으로 이동하는 3축구동장치(미도시)가 배치된다.
또한, 음극얼라인스테이지(230)는 편평한 면을 갖는 알루미늄 재질로 이루어지고, 표면에는 안착되는 리튬음극시트(216)의 외면을 스크레치 등으로부터 보호하기 위한 아노다이징으로 표면처리될 수도 있다.
또한, 음극얼라인스테이지(230)의 판면에는 리튬음극시트(216)의 안착 및 분리가 용이하게 이루어질 수 있도록 진공흡착 및 블로워가 이루어질 수 있도록 석션공(H)(미도시)들이 형성됨은 물론이다.
감별이송픽커(240)는 음극매거진(210), 배출함체(220) 및 음극얼라인스테이지(230) 사이를 이동할 수 있도록 X축이동로봇(XL)에 이동 가능하게 설치되어 있으며, 음극매거진(210)에 적재된 리튬음극시트(216) 또는 더미플레이트(211)를 순차적으로 픽업하여 픽업된 대상물에 따라 음극얼라인스테이지(230) 또는 배출함체(220)로 이동하여 대상물을 안착 또는 배출시킨다.
즉, 감별이송픽커(240)가 리튬음극시트(216)를 픽업한 경우에는 리튬음극시트(216)를 음극얼라인스테이지(230)로 이송시켜 음극얼라인스테이에 안착시키고, 반대로 더미플레이트(211)를 픽업한 경우에는 더미플레이트(211)를 배출함체(220)로 이송시켜 배출하는 것이다.
이때, 감별이송픽커(240)는 픽업시 진공흡착을 통해 픽업 대상물이 리튬음극시트(216) 또는 더미플레이트(211)인지를 감별하게 되고, 감별 결과에 따라 이동 목적지를 음극얼라인스테이지(230) 또는 배출함체(220)로 선택하여 이동하게 된다.
위와 같은 감별이송픽커(240)는 도 1, 도 2, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 석션블럭(241)과, 중앙진공발생기(242), 외측진공발생기(243) 및 진공센서(244)를 포함할 수 있다.
석션블럭(241)은 소정의 높이를 갖는 사각의 형상을 유지하고 있으며, 도 1과 같이 일측이 X축이송로봇에 이동 가능하게 설치되어 있다.
석션블럭(241)의 하면에는 도 5 및 도 6과 같이 복수개의 석션공(H)으로 이루어진 중앙석션부(241a)와 외측석션부(241b)가 형성되어 있다.
상세하게, 석션블럭(241) 하면의 길이방향 중앙에 복수개의 미세 석션공(H)이 소정의 면적으로 분포된 중앙석션부(241a)가 형성되고, 중앙석션부(241a)의 양측으로 복수개의 미세 석션공(H)이 소정의 면적으로 분포된 외측석션부(241b)가 각각 형성된 것이다.
즉, 석션블럭(241)의 하면으로 3개 영역의 석션부가 형성되어 있는 것이다.
중앙진공발생기(242) 및 외측진공발생기(243)는 각각 석션블럭(241) 하면에 형성된 중앙석션부(241a) 및 외측석션부(241b)와 도 5 및 도 6과 같이 연결되게 배치되며, 음극매거진(210)의 리튬음극시트(216) 또는 더미플레이트(211) 픽업시 진공압을 제공하게 된다.
이때, 중앙진공발생기(242)와 한 쌍의 외측진공발생기(243)는 진공배관(B)을 통해 도시하지 않은 진공펌프와 연결됨은 물론이며, 진공펌프의 구동방식에 따라 진공압을 형성하거나 또는 에어를 블로워하게 된다.
진공센서(244)는 중앙진공발생기(242)와 한 쌍의 외측진공발생기(243)에 유선 또는 무선으로 각각 연결되며, 중앙진공발생기(242)와 외측진공발생기(243)의 진공흡착시 진공압이 설정된 진공압에 도달되는 가를 센싱한다.
이때, 진공센서(244)는 중앙진공발생기(242)와 외측진공발생기(243) 내부에 배치되는 것이 바람직한데, 이는 진공흡착시 중앙진공발생기(242)와 외측진공발생기(243) 내부를 유동하는 에어의 압력을 센싱하기 위함이다.
더하여, 진공센서(244)들은 도시하지 않은 콘트롤러와 연결되어 각 위치(중앙 및 외측)에서 센싱된 진공압을 콘트롤러로 전송하고, 콘트롤러에서는 진공압을 연산하여 감별이송픽커(240)를 통한 픽업 대상이 리튬음극시트(216) 또는 더미플레이트(211) 인지를 감별하게 된다.
즉, 감별이송픽커(240)가 픽업 대상(리튬음극시트(216) 또는 더미플레이트(211))과 밀착된 상태에서 동일한 진공압으로 픽업시 석션블럭(241) 양측의 외측진공발생기(243)와 연결된 진공센서(244)에서 설정된 진공압이 감지되고, 동시에 석션블럭(241) 중앙의 중앙진공발생기(242)와 연결된 진공센서(244)에서 설정된 진공압이 미 감지되면 픽업 대상을 더미플레이트(211)로 판단하여 픽업된 더미플레이트(211)를 배출함체(220)로 이송시켜 배출한다.
또한, 감별이송픽커(240)가 픽업 대상과 밀착된 상태에서 동일한 진공압으로 픽업시 석션블럭(241) 중앙의 중앙진공발생기(242) 및 양측의 외측진공발생기(243)와 연결된 진공센서(244)에서 설정된 진공압이 동시에 감지되면 픽업 대상을 리튬음극시트(216)로 판단하여 픽업된 리튬음극시트(216)를 음극얼라인스테이지(230)로 이송시켜 안착시킨다.
위 진공흡착을 통한 더미플레이트(211)와 리튬음극시트(216)의 감별방식을 상세하게 설명하면, 먼저 도 5에 도시된 바와 같이 석션블럭(241) 하면과 밀착된 픽업 대상이 더미플레이트(211)인 경우이다.
중앙석션부(241a)와 외측석션부(241b)를 통해 동시에 진공이 가해지면, 양측 외측석션부(241b)가 더미플레이트(211) 플랫면(215)과 밀착됨에 따라 에어의 유입이 차단되어 외측진공발생기(243)의 진공센서(244)에서 설정된 진공압이 감지되고, 중앙석션부(241a)는 더미플레이트(211)의 에어로(213)와 연통된 상태임에 따라 도시된 화살표와 같이 에어공급부(214)와 에어로(213)를 통한 에어가 강하게 유입됨으로써, 중앙진공발생기(242)의 진공센서(244)가 설정된 진공압을 감지하지 못함에 따라 콘트롤러에서 더미플레이트(211)로 감별한다.
즉, 콘트롤러가 외측석션부(241b)에서는 진공압이 감지되고, 중앙석션부(241a)에서 진공압이 감지되지 않으면 더미플레이트(211)로 판단하는 것이다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이 석션블럭(241) 하면과 밀착된 픽업 대상이 리튬음극시트(216)인 경우에는, 석션블럭(241) 하면의 중앙석션부(241a)와 외측석션부(241b)가 리튬음극시트(216)의 표면과 밀착됨에 따라 중앙석션부(241a)와 외측석션부(241b)에서 에어의 유입이 차단되어 중앙진공발생기(242)와 외측진공발생기(243)의 각 진공센서(244)에서 설정된 진공압이 감지되며, 콘트롤러는 이를 통해 리튬음극시트(216)로 감별한다.
따라서, 감별이송픽커(240)는 픽업 대상과 밀착된 상태에서 진공압을 형성함으로써, 석션블럭(241)의 중앙진공발생기(242)와 연결된 진공센서(244)의 설정 진공압 감지 유무에 따라 더미플레이트(211) 또는 리튬음극시트(216)로 감별하는 것이다.
본 발명의 분리막 컷팅유닛(300)은 스택킹유닛(100)의 스택킹테이블(110)로 리튬음극시트(216)와 양극시트(121)가 공급될 때, 스택킹테이블(110)에서 리튬음극시트(216), 분리막(311) 및 양극시트(121) 순으로 반복적인 적층이 이루어질 수 있도록 분리막(311)을 요구되는 치수로 컷팅하여 스택킹테이블(110)로 공급될 수 있도록 한다.
도 7 내지 도 13에 나타낸 바와 같이 본 발명의 분리막 컷팅유닛(300)은, 권선된 상기 분리막(311)을 와인딩시켜 공급하는 분리막공급부(310); 상기 분리막공급부(310)로부터 공급된 분리막(311) 선단부가 안착된 안착스테이지(320); 상기 안착스테이지(320) 상부로 배치되며, 상기 안착스테이지(320)의 분리막(311) 선단부를 진공흡착하여 셋팅된 분리막(311)의 폭 만큼 이동시킨 후 안착스테이지(320)로 복귀하여 분리막(311)을 지지하는 이동수단(330); 상기 안착스테이지(320)에 이웃될 수 있도록 이동 가능하게 설치되고, 상기 이동수단(330)에 의해 이동된 분리막(311) 선단부가 안착되며, 컷팅 완료된 분리막(311)을 분리막얼라인스테이지(360)로 이송시키는 이송스테이지(340); 및 안착스테이지(320)와 이송스테이지(340) 사이를 횡단하면서 분리막(311)을 컷팅하는 컷터부(350);를 포함한다.
설명에 앞서, 분리막(311)(saparator)은 수십 ㎛ 두께의 박막으로서, 리튬음극시트(216)와 양극시트(121) 사이에 위치하여 각 시트간 직접적인 전기 접촉을 차단하며, 리튬음극시트(216)와 양극시트(121)의 크기에 맞게 컷팅되어 스택킹테이블(110)로 공급된다.
분리막공급부(310)는 분리막(311)이 요구되는 치수로 컷팅될 수 있도록 후술하는 안착스테이지(320)로 공급하는 것으로, 롤형태로 권선된 분리막(311)을 와인딩시켜 안착스테이지(320)로 공급한다.
롤형태의 분리막(311)은 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 직립되게 설치된 수직판(312)에 회전 가능하게 설치되어 있으며, 롤형태의 분리막(311)으로부터 와인딩된 분리막(311)은 복수개의 장력유지부재(313)들에 의해 장력을 유지한 상태로 지지되어 와인딩을 통해 안착스테이지(320)로 공급된다.
안착스테이지(320)는 분리막공급부(310)로부터 공급된 분리막(311) 선단부가 안착되는 곳으로, 지면으로부터 지지된 상태로 상측이 소정의 면적을 갖는 편평한 판면을 유지하고 있다.
안착스테이지(320)의 판면은 도 7과 같이 분리막공급부(310)로부터 공급되는 분리막(311)의 수평선상에 맞는 위치로 배치되는 것이 바람직한데, 이는 후술하는 이동수단(330)에 의해 분리막(311)이 이동될 때 최소한의 장력을 유지한 상태로의 이동이 이루어지도록 함으로써 분리막(311)이 이동수단(330)으로부터 분리되는 것을 방지하기 위함이다.
이동수단(330)은 안착스테이지(320)에 안착된 분리막(311)을 후술하는 이송스테이지(340)로 이동시키는 것으로, 안착스테이지(320)의 상부에 X축방향으로 이동 가능하게 배치되어 있다.
정확하게 이동수단(330)은, 안착스테이지(320)에 안착된 분리막(311)의 선단부를 진공흡착하여 지지한 상태로 리튬음극시트(216) 또는 양극시트(121)의 크기에 대응하는 크기로 셋팅된 분리막(311)의 폭(크기) 만큼 이동시켜 이송스테이지(340)에 안착시키고, 이후 안착스테이지(320)로 복귀하여 안착스테이지(320)의 분리막(311)을 진공으로 흡착하면서 지지한다.
위와 같은 기능을 수행하는 이동수단(330)은 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이 X축이동플레이트(331)와, 승강모터(332) 및 제1픽커(333)를 포함할 수 있다.
X축이동플레이트(331)는 도 9와 같이 안착스테이지(320)로부터 이격되어 X축방향을 향하여 배치된 X축이동로봇(XL)에 이동 가능하게 설치되어 X축방향으로 이동한다.
승강모터(332)는 X축이동플레이트(331)의 도면상 좌측 선단에 직립방향인 Z축방향을 향하여 설치된다.
여기서, 승강모터(332)는 유압 또는 공압을 적용하는 실린더 또는 스텝모터일 수도 있기 때문에 종류를 한정하지 않는다.
제1픽커(333)는 승강모터(332)의 로드(미부호)와 연결되며, 승강모터(332)의 구동에 따라 Z축방향으로 승강한다.
제1픽커(333)는 최소한 안착스테이지(320)의 폭과 대응하는 면적과 함께, 하면은 편평한 면을 유지하고 있으며, 안착스테이지(320)에 안착된 분리막(311) 선단을 진공흡착하여 후술하는 이송스테이지(340)로 이동시킨다.
그리고, 제1픽커(333)의 하면에는 분리막(311) 선단부의 진공흡착을 위한 복수개의 석션공(H)(미도시)들이 형성됨은 당연하다.
따라서, 이동수단(330)에 의해 컷팅되는 분리막(311)의 크기는 분리막(311)을 진공흡착한 상태로 이동하는 제1픽커(333)의 이동 거리에 따라 결정되며, 그 결정은 콘트롤러의 제어에 따라 이루어지게 된다.
이송스테이지(340)는 이동수단(330)에 의해 진공흡착된 상태로 이동된 분리막(311) 선단부가 안착되며, 후술하는 컷터부(350)에 의해 리튬음극시트(216)와 양극시트(121)의 크기와 대응하는 크기로 컷팅 완료된 분리막(311)을 분리막얼라인스테이지(360)로 이송시키는 역할을 한다.
이를 위해, 이송스테이지(340)는 소정의 면적과 함께 편평한 표면을 유지하고 있으며, X축이동로봇(XL)에 X축을 향하도록 이동 가능하게 설치되어 있다.
여기서, 분리막얼라인스테이지(360)는 컷팅된 분리막(311)이 안착되는 곳으로, 안착된 분리막(311)의 좌표 위치를 얼라인시킨다.
즉, 분리막(311)의 안착 위치가 분리막얼라인스테이지(360)에서 설정된 좌표 위치로 얼라인되도록 함으로써, 얼라인된 분리막(311)이 도 1에 도시된 바와 같이 Y축이동로봇(YL)을 타고 이동하는 제2적재픽커(150)에 의해 스택킹테이블(110)로 이송될 때 설정된 위치에 정확하게 안착될 수 있도록 한다.
이를 위해, 분리막얼라인스테이지(360)는 도 1과 같이 제2적재픽커(150)와 마주하는 위치에 배치되어 있다.
더하여, 분리막얼라인스테이지(360)의 구조는 앞서 서술한 음극얼라인스테이지(230)의 구조와 동일함에 따라 자세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 도 7 및 도 8과 같이 이송스테이지(340)와 분리막얼라인스테이지(360) 사이에는 이송스테이지(340)의 컷팅된 분리막(311)을 분리막얼라인스테이지(360)로 이송시키기 위해 Y축이동로봇(YL)을 타고 이동하는 제2픽커(150)가 배치될 수 있다.
이때, 제2픽커(150)는 도 8과 같이 이송스테이지(340)가 이동하는 X축이동로봇(XL)의 도면상 좌측에 배치되어 분리막얼라인스테이지(360)의 위치와 수평상으로 일치됨으로써, 컷팅된 분리막(311)이 안착된 이송스테이지(340)가 일점쇄선 위치로 이송되었을 때 분리막(311)을 진공흡착으로 픽업하여 분리막얼라인스테이지(360)로 이송시킨다.
한편, 이송스테이지(340) 양측에는 도 7 내지 도 9와 같이 이동수단(330)의 제1픽커(333)를 통해 분리막(311)이 이송스테이지(340)에 안착된 상태에서 후술하는 컷터부(350)를 통한 분리막(311)의 컷팅이 이루어질 때 분리막(311)을 선택적으로 가압하여 지지하는 한 쌍의 가압푸셔(341)가 구비되는 것이 바람직하다.
즉, 가압푸셔(341)가 컷터부(350)를 통한 분리막(311)의 컷팅이 이루어질 때 분리막(311)을 강하게 가압하여 지지함으로써, 분리막(311)의 유동이 방지되어 분리막(311)의 계속적인 컷팅이 일률적으로 이루어질 수 있도록 하기 위함이다.
이때, 분리막(311)과 접촉되는 가압푸셔(341)의 일면에는 가압에 의한 분리막(311) 표면의 손상을 방지하기 위해 탄성을 갖는 탄성패드(미도시)가 부착될 수도 있다.
컷터부(350)는 안착스테이지(320)와 안착스테이지(320)와 이송스테이지(340) 사이를 횡단하면서 안착스테이지(320)와 이송스테이지(340)에 동시에 지지된 분리막(311)을 컷팅한다.
컷터부(350)는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, Y축이동플레이트(351)와 원형컷터(352)를 포함할 수 있다.
Y축이동플레이트(351)는 판 상의 형태를 유지하고 있으며, 안착스테이지(320)와 이송스테이지(340) 상부에서 Y축방향을 향하여 배치된 Y축이동로봇(YL)에 이동 가능하게 설치되어 Y축이동로봇(YL)을 타고 이동한다.
원형컷터(352)는 Y축이동플레이트(351)의 하측에 회전 가능하게 설치되어 있으며, 중심부에 연결된 구동모터(353)의 구동에 의해 회전한다.
이때, 원형컷터(352)의 날부는 안착스테이지(320)와 이송스테이지(340) 사이로 지지된 분리막(311)을 횡단하는 과정에서 컷팅할 수 있도록 분리막(311) 보다 낮게 위치되는 것이 바람직하다.
또한, 원형컷터(352)는 분리막(311)을 지나가면서 회전을 통해 컷팅하기 때문에 컷팅된 분리막(311)의 절단라인을 균일하게 형성시킨다.
위와 같은 구조를 갖는 분리막 컷팅유닛(300)에 의해 공급되는 분리막(311)이 컷팅되는 과정을 도면들을 참조하여 설명하기로 한다.
먼저, 롤형태로 권선된 분리막(311)을 와인딩시켜 장력이 유지된 상태로 안착스테이지(320)로 공급된다.
분리막(311) 선단부가 안착스테이지(320)에 위치하면 이동수단(330)의 제1픽커(333)가 승강모터(332)에 의해 안착스테이지(320) 방향으로 하강하면서 도9(a) 및 도 10과 같이 분리막(311)을 안착스테이지(320)에 지지시킨다.
동시에, 분리막(311)은 제1픽커(333)에 의해 진공흡착 된 상태이다.
제1픽커(333)를 통한 분리막(311)의 지지가 완료되면, 제1픽커(333)는 분리막(311)을 진공흡착한 상태로 Z축방향으로 상승하면서 분리막(311)을 안착스테이지(320)로부터 이격시키고, 도9(b)와 같이 안착스테이지(320)의 도면상 좌측에 이웃되게 이동된 이송스테이지(340) 상부로 이동하게 된다.
여기서, 제1픽커(333)의 이동거리는 적층되는 리튬음극시트(216)와 양극시트(121)의 크기(폭)로서, 제1픽커(333)에 지지되어 이동하는 분리막(311) 선단의 위치에 따라 달라진다.
즉, 컷팅되는 분리막(311)의 크기가 커지는 경우에는 제1픽커(333)의 이동거리가 늘어나며, 반대로 컷팅되는 분리막(311)의 크기가 작아지는 경우에는 제1픽커(333)의 이동거리는 줄어드는 것이다.
위와 같은, 제1픽커(333)의 이동은 콘트롤러에 의해 제어되며, 콘트롤러에는 분리막(311) 컷팅을 위한 리튬음극시트(216)와 양극시트(121)의 크기에 대한 다양한 정보가 기 셋팅된 상태이다.
이후, 제1픽커(333)는 하강을 통해 분리막(311)을 이송스테이지(340) 상면에 안착시키면서 블로워를 통해 분리막(311)을 제1픽커(333)로부터 분리시키고, 동시에 이송스테이지(340)에서는 진공흡착을 통해 안착된 분리막(311)을 지지한다.
여기서, 안착스테이지(320)에 이웃되게 이동된 이송스테이지(340)는 안착스테이지(320)와 소정의 간격을 유지하고 있으며, 이 간격은 원형컷터(352)가 진입하는 간격이다.
분리막(311)이 이송스테이지(340)에 안착되면, 가압푸셔(341)가 진입하여 하강하면서 도 11과 같이 분리막(311) 양측을 지지하고, 제1픽커(333)는 안착스테이지(320)로 복귀하여 안착스테이지(320)에 걸쳐진 분리막(311) 부위를 진공흡착과 동시에 가압하게 된다.
이렇게 되면, 분리막(311) 선단부는 이송스테이지(340)에서 가압푸셔(341)에 의해 지지되고, 안착스테이지(320)에 걸쳐진 분리막(311)은 제1픽커(333)에 의해 지지됨에 따라 장력 유지와 동시에 유동이 방지된다.
이후, 원형컷터(352)가 안착스테이지(320)와 이송스테이지(340) 사이의 간격을 횡단하면서 도 12와 같이 분리막(311)을 컷팅한다.
분리막(311)의 컷팅이 완료되면, 도 13과 같이 원형컷터(352)는 초기위치로 복귀하게 되고, 동시에 이송스테이지(340)는 X축이동로봇(XL)을 타고 도 7의 일점쇄선과 같이 제2픽커(150)의 하부로 이동하면서 컷팅된 분리막(311)을 이송시킨다.
이후, 제2픽커(150)가 이송스테이지(340)에 안착된 분리막(311)을 픽업하여 분리막얼라인스테이지(360)로 이송시켜 분리막얼라인스테이지(360)에 안착시키고, 분리막얼라인스테이지(360)에서는 안착된 분리막(311)의 좌표 위치를 얼라인시킨다.
이후, 분리막얼라인스테이지(360)의 분리막(311)은 도 1과 같이 스택킹유닛(100)의 제2적재픽커(150)에 의해 픽업되어 스택킹테이블(110)로 공급된다.
지금까지 서술된 바와 같이 본 발명의 셀 스택 제조장치의 분리막 컷팅유닛은, 배터리의 다양한 크기에 맞춰 변화되는 셀의 크기(폭)에 맞게 컷팅되는 분리막의 크기(폭)가 조절될 수 있도록 함으로써, 단일의 셀 스택 제조장치에서 다양한 크기의 분리막 컷팅이 이루어지는 탁월한 효과가 있다.
이상, 본 발명의 셀 스택 제조장치의 분리막 컷팅유닛을 바람직한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 설명하였으나, 이는 발명의 이해를 돕고자 하는 것일 뿐 발명의 기술적 범위를 이에 한정하고자 함이 아님은 물론이다.
즉, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않고도 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 변형이나 개조가 가능함은 물론이고, 그와 같은 변경이나 개조는 청구범위의 해석상 본 발명의 기술적 범위 내에 있음은 말할 나위가 없다.
100 : 스택킹유닛 110 : 스택킹테이블
111 : 적층푸셔 120 : 양극매거진
121 : 양극시트 130 : 양극얼라인스테이지
140 : 제1적재픽커 150 : 제2적재픽커
200 : 리듐음극시트 공급유닛 210 : 음극매거진
211 : 더미플레이트 212 : 안착돌기
213 : 에어로 214 : 에어공급부
215 : 플랫면 216 : 리튬음극시트
220 : 배출함체 230 : 음극얼라인스테이지
240 : 감별이송픽커 241 : 석션블럭
241a : 중앙석션부 241b : 외측석션부
242 : 중앙진공발생기 243 : 외측진공발생기
244 : 진공센서 300 : 분리막 컷팅유닛
310 : 분리막공급부 311 : 분리막
320 : 안착스테이지 330 : 이동수단
331 : X축이동플레이트 332 : 승강모터
333 : 제1픽커 334 : 제2픽커
340 : 이송스테이지 341 : 가압푸셔
350 : 컷터부 351 : Y축이동플레이트
352 : 원형컷터 360 : 분리막얼라인스테이지
400 : 셀 스택 제조장치 B : 진공배관
BC : 비전카메라 H : 석션공
XL : X축이동로봇 YL : Y축이동로봇

Claims (6)

  1. 리튬음극시트(216), 분리막(311) 및 양극시트(121)를 순차적으로 공급하여 셀 스택을 제작하는 셀 스택 제조장치(400)의 분리막 컷팅유닛(300)에 있어서,
    권선된 상기 분리막(311)을 와인딩시켜 공급하는 분리막공급부(310);
    상기 분리막공급부(310)로부터 공급된 분리막(311) 선단부가 안착된 안착스테이지(320);
    상기 안착스테이지(320) 상부로 배치되며, 셋팅된 상기 분리막(311)의 폭에 맞게 이동거리를 결정하여 상기 안착스테이지(320)의 분리막(311) 선단부를 진공흡착하여 이동시킨 후 안착스테이지(320)로 복귀하여 분리막(311)을 지지하는 이동수단(330);
    상기 안착스테이지(320)에 이웃될 수 있도록 이동 가능하게 설치되고, 상기 이동수단(330)에 의해 이동된 분리막(311) 선단부가 안착되며, 컷팅 완료된 분리막(311)을 분리막얼라인스테이지(360)로 이송시키는 소정의 면적을 갖는 이송스테이지(340); 및
    안착스테이지(320)와 이송스테이지(340) 사이를 횡단하면서 분리막(311)을 컷팅하는 컷터부(350);를 포함하며,
    상기 이동수단(330)은, X축이동로봇(XL)에 이동 가능하게 설치된 X축이동플레이트(331); 상기 X축이동플레이트(331)에 구비된 승강모터(332); 및 상기 안착스테이지(320)에 안착된 분리막(311) 선단부를 진공흡착하여 상기 승강모터(332)의 구동에 의해 Z축방향으로 승강하며, 컷팅되는 분리막의 폭에 따라 분리막의 이동거리가 결정된 상태로 분리막(311) 선단부의 위치를 상기 이송스테이지(340) 상에서 가변시켜 안착시키는 제1픽커(333);로 구성된 것을 특징으로 하는 셀 스택 제조장치의 분리막 컷팅유닛.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 컷터부(350)는, 상기 안착스테이지(320)와 이송스테이지(340) 상부에 배치된 Y축이동로봇(YL)을 타고 이동하는 Y축이동플레이트(351)와, 상기 Y축이동플레이트(351)에 회전 가능하게 설치된 원형컷터(352),로 구성된 것을 특징으로 하는 셀 스택 제조장치의 분리막 컷팅유닛.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이송스테이지(340) 양측에는, 상기 이동수단(330)에 의해 분리막(311)이 안착된 상태에서 상기 컷터부(350)를 통한 분리막(311)의 컷팅이 이루어질 때 분리막(311)을 선택적으로 가압하여 지지하는 가압푸셔(341)가 구비된 것을 특징으로 하는 셀 스택 제조장치의 분리막 컷팅유닛.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 이송스테이지(340)와 분리막얼라인스테이지(360) 사이에는 이송스테이지(340)의 컷팅된 분리막(311)을 분리막얼라인스테이지(360)로 이송시키기 위해 Y축이동로봇(YL)을 타고 이동하는 제2픽커(150)가 배치된 것을 특징으로 하는 셀 스택 제조장치의 분리막 컷팅유닛.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030000471A (ko) 2001-06-25 2003-01-06 엘지전자 주식회사 광섬유 배열을 이용한 디스플레이
JP6987672B2 (ja) * 2018-03-02 2022-01-05 日機装株式会社 セパレータシート切断装置
KR20220089333A (ko) * 2020-12-21 2022-06-28 현대자동차주식회사 배터리 셀 제조장치

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