KR20220041427A - 초음파 용접 혼 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 용접 혼은, 바디부; 및 상기 바디부의 가운데에 장착된 팁부를 포함하고, 상기 바디부의 가운데에는 함몰부가 형성되고, 상기 팁부는 상기 함몰부에 탈부착되고, 상기 팁부의 양측면과 상기 함몰부의 양측부 사이는 이격된다.

Description

초음파 용접 혼{ULTRASONIC WELDING HORN}

본 발명은 초음파 용접 혼에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 분리가 가능한 초음파 용접 혼에 관한 것이다.

최근, 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력 저장장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.

특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.

대표적으로 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.

또한, 이차전지는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막이 적층된 구조의 전극 조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리롤(권취형) 전극 조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극 조립체 등을 들 수 있으며, 최근에는, 상기 젤리-롤형 전극 조립체 및 스택형 전극 조립체가 갖는 문제점을 해결하기 위해, 상기 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태인 진일보한 구조의 전극 조립체로서, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 단위 셀들을 분리필름 상에 위치시킨 상태에서 순차적으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극 조립체가 개발되었다.

또한, 이차전지는 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 원통형의 케이스에 내장된 원통형 전지, 전극 조립체가 각형의 케이스에 내장된 각형 전지 및 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다. 그 중 원통형 전지 및 원통형 전지에 삽입되는 젤리롤 전극 조립체는 제조가 용이하고 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다.

이와 같은 젤리롤 전극 조립체를 제조할 경우, 양극, 음극 및 분리막 적층체를 와인딩하는 공정이 필요한데, 와인딩 공정 중 초음파 융착 공정은 대략 40KHz의 초음파를 이용하여 초음파 용접 혼을 증폭시켜, 초음파 용접 혼에 구비된 팁부를 통해 전극 탭과 호일을 융착시키는 공정이다.

도 1은 종래 초음파 용접 혼의 구조를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래 초음파 용접 혼은, 바디부(10)와 팁부(20)가 일체로 형성되어 있다. 따라서 혼의 교체시 바디부(10)와 팁부(20) 모두를 한꺼번에 교체해야 하므로, 팁부(20)의 교체가 필요한 경우 혼 전체를 교체해야 하며 혼의 교체에 따른 시간이 소모되어 전극 조립체의 생산성이 전반적으로 저하될 수 있다.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 팁부만 교체 가능한 초음파 용접 혼을 제공하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 용접 혼은, 바디부; 및 상기 바디부의 가운데에 장착된 팁부를 포함하고, 상기 바디부의 가운데에는 함몰부가 형성되고, 상기 팁부는 상기 함몰부에 탈부착되고, 상기 팁부의 양측면과 상기 함몰부의 양측부 사이는 이격된다.

상기 팁부와 상기 바디부는 볼트로 체결될 수 있다.

상기 볼트는 상기 팁부의 네 꼭지점 부분에 각각 삽입될 수 있다.

상기 바디부는 상기 바디부의 길이 방향 및 폭 방향을 중심으로 양측이 대칭으로 형성될 수 있다.

상기 함몰부는 평탄하게 형성된 바닥부를 포함하고, 상기 팁부의 하측면은 상기 함몰부의 바닥부상에 결합될 수 있다.

상기 팁부의 상면부 가운데 부분에는 돌출부가 형성될 수 있다.

상기 돌출부는 상기 바디부의 길이 방향과 수직인 방향으로 복수개가 배열될 수 있다.

상기 팁부와 상기 바디부를 체결하는 볼트를 더 포함하고, 상기 볼트는 상기 돌출부와 이격되도록 배치될 수 있다.

상기 팁부는 전극 탭과 전극 호일을 초음파 융착시킬 수 있다.

상기 팁부는 상기 바디부의 길이 방향에 형성된 상기 함몰부의 양측부와 이격될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 초음파 용접 혼의 팁부만 분리가 가능하도록 설계됨으로써, 일체형 혼과 동일한 작동 성능을 보장함과 동시에 교체시 팁부만 교체가 가능하여 공정 비용을 절감할 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 종래 초음파 용접 혼의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 용접 혼을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 용접 혼의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 용접 혼의 상면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.

또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.

이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 용접 혼에 대해 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 용접 혼을 나타낸 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 용접 혼의 측면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 용접 혼의 상면도이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 용접 혼은, 바디부(100) 및 바디부(100)의 가운데에 장착된 팁부(200)를 포함한다. 바디부(100)의 가운데에는 함몰부(110)가 형성되고, 팁부(200)는 함몰부(110)에 탈부착되고, 팁부(200)의 양측면과 함몰부(110)의 양측부 사이는 이격된다.

본 실시예에 따른 초음파 용접 혼은 팁부(200)를 이용하여 전극 탭을 전극 호일에 초음파 융착 결합시킬 수 있다. 초음파 융착 결합 방식은 초음파의 진동을 이용하여 전극 탭을 양극판 또는 음극판에 융착시켜 결합하는 방식으로서, 일반적인 용접 결합과 달리 모재의 손상이 적고, 용접시 용재가 필요 없어 세척 작업 등과 같은 번거로운 후속작업이 필요 없는 친환경 결합 방식이다. 이때, 팁부(200)의 진동에 의해 발생되는 마찰열에 의해 전극 탭을 전극 호일에 결합시킬 수 있다.

종래에는 초음파 용접 혼을 형성하는 바디부와 팁부가 일체로 형성되어 있어, 팁부의 손상시 팁부와 바디부 일체를 교체해야 하는 번거로움이 있었다. 이에 본 실시예에 따르면, 바디부(100)와 팁부(200)가 분리 가능토록 형성되어, 팁부(200)만 교체할 수 있게 됨으로써 공정 비용이 절감되고 공정의 생산성이 향상될 수 있다.

팁부(200)는 자재에 접촉하여 전극 탭과 전극 호일을 융착시키는 부분으로, 마모에 의한 성능 저하로 60만 내지 80만타 주기로 교체가 요구된다. 이에 팁부(200)의 교체는 초음파 융착 공정을 위한 필수 과정이며, 팁부(200)만 분리될 경우 공정 비용 및 시간을 절감하고 생산성을 확보할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 바디부(100)와 팁부(200) 사이는 간격(G)이 형성되어 있다. 보다 상세하게는, 도 3에 도시된 바와 같이, 팁부(200)의 양측면(210)과 함몰부(110)의 양측부(111) 사이에 간격(G)이 형성되어 있다. 바디부(100)와 팁부(200) 사이의 간격(G)을 통해 바디부(100)와 팁부(200) 사이의 충돌을 방지할 수 있다. 또한 바디부(100)의 길이 방향으로 간격(G)이 형성되어 있으므로, 바디부(100)의 길이 방향으로 진동하는 팁부(200)의 순수 진폭 구현이 가능한 효과를 제공한다.

본 실시예에 따르면, 바디부(100)와 팁부(200)는 바디부(100)의 길이 방향을 중심으로 양측이 대칭이고, 바디부(100)의 폭 방향을 중심으로 양측이 대칭으로 형성될 수 있다. 바디부(100)는 인장, 압축 모드에서 축방향으로 운동을 할 수 있다. 바디부(100)가 대칭으로 이루어져 있지 않을 경우, 바디부(100)에 벤딩(Bending) 현상이 일어날 수 있는 바, 벤딩 현상이 일어나지 않도록 하기 위해 바디부(100)를 대칭 구조로 설계해야 될 필요가 있다.

함몰부(110)는 평탄하게 형성된 바닥부(112)를 포함하고, 팁부(200)의 하측면(211)은 함몰부(110)의 바닥부(112)상에 결합될 수 있다. 팁부(200)의 하측면(211)과 함몰부(110)의 바닥부(112)는 탈부착 되도록 형성될 수 있다. 따라서 팁부(200)만을 교체할 경우, 팁부(200)의 하측면(211)을 함몰부(110)의 바닥부(112)로부터 분리하여 교체할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 팁부(200)와 바디부(100)는 볼트(300)로 체결될 수 있다. 이때 볼트(300)는 팁부(200)의 네 꼭지점 부분에 각각 삽입될 수 있다. 볼트(300)를 통해 팁부(200)를 바디부(100)에 고정시킬 수 있다. 네 꼭지점 부분에 각각 배치된 볼트(300)를 통해 팁부(200)와 바디부(100)를 단단히 체결함으로써 종래 일체형 초음파 용접 혼과 동일한 작동 성능을 보장할 수 있다.

팁부(200)의 상면부 가운데 부분에는 돌출부(220)가 형성될 수 있다. 돌출부(220)는 바디부(100)의 길이 방향과 수직인 방향으로 복수개가 배열될 수 있다. 볼트(300)는 돌출부(220)와 이격되도록 배치될 수 있다. 복수개가 배열된 돌출부(220)는 도 4에 도시된 최대 증폭 전달부(S)를 구성할 수 있다. 볼트(300)는 최대 증폭 전달부(S)와 최대한 이격되도록 배치되어, 최대 증폭 전달부(S)를 통해 볼트(300)의 체결부 부분에서 발생할 수 있는 피로 파단의 영향을 최소화할 수 있다.

앞에서 설명한 본 실시예에 따른 하나 또는 그 이상의 이차전지는 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 예를 들어, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나 이에 제한되지 않고 이차전지를 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100: 바디부
110: 함몰부
111: 함몰부 양측부
112: 함몰부 바닥부
200: 팁부
210: 팁부 양측면
211: 팁부 하측면
220: 돌출부
300: 볼트
S: 최대 증폭 전달부

Claims (10)

1. 바디부; 및
   상기 바디부의 가운데에 장착된 팁부를 포함하고,
   상기 바디부의 가운데에는 함몰부가 형성되고, 상기 팁부는 상기 함몰부에 탈부착되고,
   상기 팁부의 양측면과 상기 함몰부의 양측부 사이는 이격되는 초음파 용접 혼.
2. 제1항에서,
   상기 팁부와 상기 바디부는 볼트로 체결되는 초음파 용접 혼.
3. 제2항에서,
   상기 볼트는 상기 팁부의 네 꼭지점 부분에 각각 삽입되는 초음파 용접 혼.
4. 제1항에서,
   상기 바디부는 상기 바디부의 길이 방향 및 폭 방향을 중심으로 양측이 대칭으로 형성된 초음파 용접 혼.
5. 제1항에서,
   상기 함몰부는 평탄하게 형성된 바닥부를 포함하고,
   상기 팁부의 하측면은 상기 함몰부의 바닥부상에 결합되는 초음파 용접 혼.
6. 제1항에서,
   상기 팁부의 상면부 가운데 부분에는 돌출부가 형성된 초음파 용접 혼.
7. 제6항에서,
   상기 돌출부는 상기 바디부의 길이 방향과 수직인 방향으로 복수개가 배열되는 초음파 용접 혼.
8. 제6항에서,
   상기 팁부와 상기 바디부를 체결하는 볼트를 더 포함하고,
   상기 볼트는 상기 돌출부와 이격되도록 배치되는 초음파 용접 혼.
9. 제1항에서,
   상기 팁부는 전극 탭과 전극 호일을 초음파 융착시키는 초음파 용접 혼.
10. 제1항에서,
    상기 팁부는 상기 바디부의 길이 방향에 형성된 상기 함몰부의 양측부와 이격되는 초음파 용접 혼.

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