KR20220169400A - 이차전지 전극 트리밍 장치 - Google Patents

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Abstract

끊김 없이 연속적으로 공급되는 이차전지 전극의 원단을 트리밍하는 이차전지 전극 트리밍 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 전극 트리밍 장치는, 상기 원단을 지지하며 상기 원단의 진행 방향에 순행하여 회전하는 롤러로서, 상기 원단의 진행 방향을 따라 이격되게 순차적으로 배치된 복수의 앤빌 롤러(anvil roller); 상기 원단을 사이에 두고 각각의 앤빌 롤러의 반대편에 위치하여 상기 원단의 진행 방향에 순행 회전하며 상기 원단을 부분적으로 절단하는 복수의 트리밍 롤러; 상기 앤빌 롤러의 외주면에 밀착되는 무한 궤도 경로를 따라 순환 주행하는 완충 벨트; 및 상기 원단의 진행 방향을 따라 상기 앤빌 롤러보다 하류에 위치하는 완충 벨트 가이드 롤러를 구비하고, 상기 복수의 트리밍 롤러는 각각, 원통형의 롤러 코어(roller core)와, 상기롤러 코어의 외주면을 따라 굽어져 상기 롤러 코어의 외주면에 내측면이 부착되는 금속 시트(metal sheet), 및 상기 원단을 절단하도록 상기 금속 시트의 외측면에서 돌출된 적어도 하나의 돌출 칼날을 구비한 칼날 시트(sheet)를 구비한다.

Description

이차전지 전극 트리밍 장치{Apparatus for trimming secondary battery electrode}
본 발명은 끊김 없이 연속적으로 공급되는 이차전지 전극을 미리 설정된 형상으로 전단 가공하는 이차전지 전극 트리밍 장치에 관한 것이다.
이차전지는 재충전(recharging)이 가능한 전지로서, 전해질 중의 이온이 분리막(separator)에 의해 절연된 양극과 음극의 사이를 이동함으로써 충전및 방전을 반복하도록 구성된다. 이차전지의 양극 및 음극과 같은 전극은 공통적으로, 전극 집전체와, 전극 집전체 상에 도포된 전극 활물질로 이루어진 전극재를 구비한다. 전극 집전체는 예컨대, 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)로 이루어진 시트(sheet)나 포일(foil)일 수 있다. 전극 집전체 상에서 전극재가 적층된 영역을 유지부라 하고, 전극재가 적층되지 않고 전극 집전체가 노출된 영역을 무지부라한다.
이차전지 전극은 전극 집전체에 전극재가 적층된 이차전지 전극의 원단(web)을 전단 가공하여 상기 원단의 폭 방향 단부에 전극 탭(tab)과 노치(notch)를 형성하고, 상기 원단을 전지 셀(cell)을 구성하는 단위 전극으로 절단하는 과정을 통해 제작된다. 상기 전극 탭과 노치를 형성하는 것을 트리밍(trimming) 또는 노칭(notching) 가공이라 한다. 종래에는 일반적으로 펀칭 프레스(punching press)를 이용하거나 레이저 절단기를 이용하여 이차전지 전극을 트리밍 가공하였다. 펀칭 프레스를 이용하여 이차전지 전극을 트리밍 하는 방식은 펀칭 프레스가 상하로 이동하여 펀칭할 때 상기 원단이 정지하고 있어야 하므로 트리밍 작업 생산성이 저하되고, 작업 소음이 매우 크다는 문제가 있다. 또한, 레이저 절단기를 이용하여 이차전지 전극을 트리밍하는 방식은 레이저 절단기가 고가이므로 작업 원가가 높고, 펀칭과 마찬가지로 생산성이 떨어지며, 절단면이 거칠어지는 등 절단 품질이 떨어진다는 문제가 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1342711호
본 발명은, 이차전지 전극의 원단의 진행 경로를 따라 복수의 트리밍 롤러를 구비하고, 상기 복수의 트리밍 롤러는 각각 원통형 롤러 코어에 착탈 가능하게 부착되는 칼날 시트를 구비한 이차전지 전극 트리밍 장치를 제공한다.
본 발명은, 끊김 없이 연속적으로 공급되는 이차전지 전극의 원단을 트리밍(trimming)하는 장치로서, 상기 원단을 지지하며 상기 원단의 진행 방향에 순행하여 회전하는 롤러로서, 상기 원단의 진행 방향을 따라 이격되게 순차적으로 배치된 복수의 앤빌 롤러(anvil roller), 및 상기 원단을 사이에 두고 각각의 앤빌 롤러의 반대편에 위치하여 상기 원단의 진행 방향에 순행 회전하며 상기 원단을 부분적으로 절단하는 복수의 트리밍 롤러를 구비하고, 상기 복수의 트리밍 롤러는 각각, 원통형의 롤러 코어(roller core)와, 상기 롤러 코어의 외주면을 따라 굽어져 상기 롤러 코어의 외주면에 내측면이 부착되는 금속 시트(metal sheet), 및 상기 원단을 절단하도록 상기 금속 시트의 외측면에서 돌출된 적어도 하나의 돌출 칼날을 구비한 칼날 시트(sheet)를 구비하고, 상기 원단에서 상기 복수의 트리밍 롤러중 임의의 하나가 절단하는 부분은, 상기 복수의 트리밍 롤러 중 나머지 롤러가 절단하지 않는 부분을 포함하는 이차전지 전극 트리밍 장치를 제공한다.
상기 복수의 앤빌 롤러는 한 쌍이 구비되고, 상기 한 쌍의 앤빌 롤러는 제1 앤빌 롤러와, 상기 원단의 진행 방향을 따라 상기 제1 앤빌 롤러보다 하류에 위치하는 제2 앤빌 롤러를 구비하고, 상기 복수의 트리밍 롤러는 한 쌍이 구비되고, 상기 한 쌍의 트리밍 롤러는 상기 원단을 사이에 두고 상기 제1 앤빌 롤러의 반대편에 위치하는 제1 트리밍 롤러와, 상기 원단을 사이에 두고 상기 제2 앤빌 롤러의 반대편에 위치하는 제2 트리밍 롤러를 구비할 수 있다.
본 발명의 이차전지 전극 트리밍 장치는, 상기 제1 앤빌 롤러와 제1 트리밍 롤러를 지지하는 상류측 프레임(frame); 및, 상기 제2 앤빌 롤러와 제2 트리밍 롤러를 지지하는 하류측 프레임을 더 구비하고, 상기 상류측 프레임 및 하류측 프레임 중 하나가 다른 하나에 대해 이동하여 상기 제1 트리밍 롤러와 제2 트리밍 롤러 사이의 거리가 조정될 수 있다.
상기 제1 트리밍 롤러와 제2 트리밍 롤러 사이의 거리를 조정하는 수단은, 서보 모터(servo motor), 상기 서보 모터의 동력에 의해 회전하는 볼 스크류(ball screw), 및 상기 상류측 프레임 및 하류측 프레임 중 하나에 고정 결합되고, 상기 볼 스크류가 회전함에 따라 상기 볼 스크류의 길이 방향으로 이동하는 프레임 결합 부재를 구비할 수 있다.
상기 제2 트리밍 롤러의 적어도 하나의 돌출 칼날에는, 상기 원단을 이차전지의 단위 셀(cell)을 구성하는 단위 전극으로 분할하기 위하여 상기 원단을 일정 간격마다 상기 원단의 폭 방향으로 절단하는 단위 전극 분할 칼날이 포함되고, 본 발명의 이차전지 전극 트리밍 장치는, 상기 제2 앤빌 롤러의 외주면에 밀착되는 무한 궤도 경로를 따라 순환 주행하는 완충 벨트, 및 상기 원단의 진행 방향을 따라 상기 제2 앤빌 롤러보다 하류에 위치하는 완충 벨트 가이드 롤러를 더 구비하고, 상기 제2 트리밍 롤러와 제2 앤빌 롤러 사이를 통과하며 분할되어 배출된 상기 단위 전극은 상기 제2 앤빌 롤러와 상기 완충 벨트 가이드 롤러 사이의 구간에서 상기 완충 벨트에 지지되어 진행할 수 있다.
상기 제1 트리밍 롤러의 적어도 하나의 돌출 칼날에는, 상기 원단의 폭 방향의 일 측에 이격된 복수의 노치(notch)를 형성하기 위한 일 측 노치 형성 칼날, 및 상기 원단의 폭 방향의 타 측에 이격된 복수의 탭(tab)을 형성하기 위한 탭 형성 칼날이 포함되고, 상기 제2 트리밍 롤러의 적어도 하나의 돌출 칼날에는, 상기 일 측 노치 형성 칼날에 의해 상기 원단의 폭 방향의 일 측에 형성된 복수의 노치 사이를 상기 원단의 길이 방향으로 절단하기 위한 일 측 트리밍(trimming) 칼날이 포함될 수 있다.
본 발명의 이차전지 전극 트리밍 장치는, 상기 복수의 앤빌 롤러 중 적어도 하나의 외주면을 에워싸며 상기 적어도 하나의 앤빌 롤러에 착탈 가능하게 결합되는 완충 튜브(tube)를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 이차전지 전극 트리밍 장치는, 상기 복수의 앤빌 롤러 중 적어도 하나의 외주면에 밀착되며, 무한 궤도(caterpillar) 경로를 따라 순환 주행하는 완충 벨트(belt), 상기 완충 벨트의 무한 궤도 경로를 한정하는 복수의 완충 벨트 가이드 롤러, 및 상기 완충 벨트의 주행을 위한 장력(tension)이 형성되도록 상기 완충 벨트를 가압하는 완충 벨트 가압기를 더 구비하고, 상기 완충 벨트 가압기는, 상기 복수의 완충 벨트 가이드 롤러 중 인접한 한 쌍의 완충 벨트 가이드 롤러 사이에서 상기 완충 벨트의 주행 경로가 지그재그(zigzag) 경로가 되도록 상기 완충 벨트를 가압하는 방향, 및 그 반대 방향으로 이동 가능한 완충 벨트 가압 롤러, 및 상기 완충 벨트 가압 롤러를 상기 완충 벨트를 가압하는 방향 및 그 반대방향으로 이동시키는 동력을 제공하는 액추에이터(actuator)를 구비할 수 있다.
상기 롤러 코어는 외주면에 상기 금속 시트를 끌어당기는 자력(磁力)을 형성하는 자석(magnet)을 구비하고, 상기 복수의 자석의 자력(磁力)에 의해 상기 금속 시트가 상기 롤러 코어의 외주면에 착탈 가능하게 부착될 수 있다.
상기 롤러 코어에는 자신의 길이 방향으로 중공(中空)이 형성되고, 상기 복수의 트리밍 롤러는 각각, 상기 롤러 코어의 중공에 착탈 가능하게 끼워지는 롤러 샤프트를 더 구비하고, 상기 롤러 샤프트가 회전함에 따라 상기 롤러 코어 및 칼날 시트가 상기 롤러 샤프트와 동축 회전할 수 있다.
상기 롤러 코어에는 자신의 중공의 내주면에서 내측으로 파인 롤러 코어 키 홈(key groove)이 형성되고, 상기 롤러 샤프트에는 자신의 외주면에서 내측으로 파인 롤러 샤프트 키 홈이 형성되고, 상기 복수의 트리밍 롤러는 각각, 상기 롤러 코어 키 홈과 롤러 샤프트 키 홈이 정렬된 상태에서 일 측이 상기 롤러 코어 키 홈에 착탈 가능하게 끼워지고 타 측이 상기 롤러 샤프트 키 홈에 착탈 가능하게 끼워져서 상기 롤러 샤프트에 대해 상기 롤러 코어를 고정시키는 연결 키(key)를 더 구비 할 수 있다.
본 발명의 이차전지 전극 트리밍 장치는 복수의 트리밍 롤러가 일정한 속도로 진행하는 이차전지 전극의 원단을 순차적으로 절단하여 트리밍한다. 그러므로, 펀칭 프레스를 이용하여 트리밍하는 경우보다 작업 생산성이 향상되고 작업 과정의 소음도 크게 감소되며, 레이저 절단기를 이용하여 트리밍하는 경우보다 작업 생산성과 트리밍 절단면의 절단 품질이 향상되고, 작업 원가도 절감된다.
본 발명의 이차전지 전극 트리밍 장치는 상기 원단의 진행 방향을 따라 이격 배치된 트리밍 롤러 사이의 거리를 정밀하게 조정할 수 있다. 이로 인해, 상기 원단의 진행 방향을 따라 상류에 배치된 트리밍 롤러가 절단하는 원단의 부분과 하류에 배치된 트리밍 롤러가 절단하는 원단의 부분이 정확하게 오프셋(offset) 되도록 튜닝(tuning)할 수 있다.
또한 본 발명의 이차전지 전극 트리밍 장치는, 칼날 시트를 롤러 코어에 착탈 가능하게 부착할 수 있다. 따라서, 다른 종류의 칼날 시트를 롤러 코어에 부착하여서 다양한 형태 및 다양한 폭의 단위 전극으로 가공될 수 있도록 이차전지 전극의 원단을 트리밍(trimming)할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 전극 트리밍 장치의 사시도 및 종단면도이다.
도 3은 도 2의 제1 트리밍 롤러와 제2 트리밍 롤러의 분해 사시도이다.
도 4는 도 2의 제1 트리밍 롤러의 제1 칼날 시트를 돌출 칼날이 아래로 돌출되도록 뒤집어 도시한 저면도이고, 도 5는 도 2의 제2 트리밍 롤러의 제2 칼날 시트를 돌출 칼날이 아래로 돌출되도록 뒤집어 도시한 저면도이다.
도 6은 이차전지 전극 원단에 도 4의 제1 칼날 시트와 도 5의 제2 칼날 시트를 겹쳐 나타낸 평면도이다.
도 7은 도 5의 제2 칼날 시트의 다른 예를 돌출 칼날이 아래도 돌출되도록 뒤집어 도시한 저면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 전극 트리밍 장치를 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 전극 트리밍 장치의 사시도 및 종단면도이고, 도 3은 도 2의 제1 트리밍 롤러와 제2 트리밍 롤러의 분해 사시도이고, 도 4는 도 2의 제1 트리밍 롤러의 제1 칼날 시트를 돌출 칼날이 아래로 돌출되도록 뒤집어 도시한 저면도이고, 도 5는 도 2의 제2 트리밍 롤러의 제2 칼날 시트를 돌출 칼날이 아래로 돌출되도록 뒤집어 도시한 저면도이고, 도 6은 이차전지 전극 원단에 도 4의 제1 칼날 시트와 도 5의 제2 칼날 시트를 겹쳐 나타낸 평면도이며, 도 7은 도 5의 제2 칼날 시트의 다른 예를 돌출 칼날이 아래로 돌출되도록 뒤집어 도시한 저면도이다. 도 1 내지 도 3을 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 전극 트리밍 장치(100)는 끊김 없이 연속적으로 공급되는 이차전지 전극의 원단(3)을 일정한 평면 형상이 되도록 절단하는 트리밍 작업을 수행하는 장치이다. 상기 트리밍 작업은 상기 원단(3)의 폭 방향 일 측과 타 측에 노치(notch)(13, 14)(도 6 참조)를 형성하는 작업, 및 상기 원단(3)의 폭 방향 타측에 탭(tab)(11)(도 6 참조)을 형성하는 작업을 포함할 수 있다.
이차전지 전극의 원단(3)은 금속 재질의 전극 집전체(2)와, 전극 집전체(2)상에 도포되는 슬러리(slurry) 형태의 전극재(1)를 구비한다. 전극 집전체(2)는 3 내지 100 ㎛의 두께를 갖는 예컨대, 구리(Cu), 알루미늄(Al)과 같은 금속재질의 포일(foil)일 수 있다. 상기 전극재(1)는 전극 활물질(active material), 도전재(conductive material), 및 바인더(binder)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 이차전지 전극 트리밍 장치(100)는 하류측 프레임(101), 상류측 프레임(103), 제1 및 제2 앤빌 롤러(anvil roller)(115, 160), 제1 및 제2 트리밍 롤러(120, 180), 및 완충 튜브(tube)(117)를 구비한다. 제1 앤빌 롤러(115)와 제2 앤빌 롤러(160)는 끊김 없이 연속적으로 진행하는 이차전지 전극의 원단(3)을 지지하며 상기 원단(3)의 진행 방향에 순행하여 회전하는 롤러이다. 상기 원단(3)의 진행 방향을 따라 상기 제2 앤빌 롤러(160)가 제1 앤빌 롤러(115)보다 하류에 위치한다. 제1 앤빌 롤러(115)와 제2 앤빌 롤러(160)는 서로 다른 전동 모터(미도시)의 동력에 의해 회전한다.
제1 및 제2 트리밍 롤러(120, 180)는 상기 원단(3)을 사이에 두고 제1 및 제2 앤빌 롤러(115, 160)의 반대편에 위치하여 상기 원단(3)의 진행 방향에 순행 회전하며 상기 원단(3)을 부분적으로 절단한다. 구체적으로, 상기 제1 트리밍 롤러(120)는 제1 앤빌 롤러(115) 위에 위치하고, 제2 트리밍 롤러(180)는 제2 앤빌 롤러(160)의 위에 위치한다. 제1 트리밍 롤러(120)와 제2 트리밍 롤러(180)는 서로 다른 전동 모터(미도시)의 동력에 의해 회전한다. 상기 제1 트리밍 롤러(120)와 제2 트리밍 롤러(180)에 회전 동력을 제공하는 전동 모터들은, 상기 제1 및 제2 앤빌 롤러(115, 160)에 회전 동력을 제공하는 전동 모터들과 다를 수 있다.
상류측 프레임(103)은 상기 제1 트리밍 롤러(120)와 제1 앤빌 롤러(115)를 회전 가능하게 지지하고, 상기 제1 트리밍 롤러(120)에 회전 동력을 제공하는 전동 모터와 상기 제1 앤빌 롤러(115)에 회전 동력을 제공하는 전동 모터를 고정 지지한다. 하류측 프레임(101)은 상기 제2 트리밍 롤러(180)와 제2 앤빌 롤러(160)를 회전 가능하게 지지하고, 상기 제2 트리밍 롤러(180)에 회전 동력을 제공하는 전동 모터와 상기 제2 앤빌 롤러(160)에 회전 동력을 제공하는 전동 모터를 고정 지지한다.
상기 상류측 프레임(103)은 하류측 프레임(101)에 대해 X축과 평행한 방향, 즉 상기 원단(3)의 진행 방향과 평행하게 이동 가능하게 상기 하류측 프레임(101)에 지지된다. 상기 하류측 프레임(101)은 이격된 4개의 지지발(foot)(110)에 의해 이차전지 전극 트리밍 장치(100)가 설치되는 바닥면에 지지된다. 트리밍 작업에 의한 진동을 완충하는 방진 패드(pad)(111)가 각각의 지지발(110)과 상기 바닥면 사이에 개재될 수 있다.
도 3 내지 도 6을 함께 참조하면, 제1 및 제2 트리밍 롤러(120, 180)는 각각, 원통형의 제1 및 제2 롤러 코어(roller core)(121, 181)와, 제1 및 제2 롤러 코어(121, 181)에 착탈 가능하게 부착 지지되는 제1 및 제2 칼날 시트(blade sheet)(135, 195)와, 상기 제1 및 제2 롤러 코어(121, 181)에 착탈 가능하게 결합되는 제1 및 제2 롤러 샤프트(shaft)(130, 190)를 구비한다.
제1 및 제2 칼날 시트(135, 195)는 각각, 제1 및 제2 롤러 코어(121, 181)의 외주면을 따라 굽어져 상기 제1 및 제2 롤러 코어(121, 181)의 외주면에 내측면이 부착되는 금속 시트(136, 196), 및 상기 원단(3)을 절단하도록 상기 금속 시트(136, 196)의 외측면에서 돌출된 복수의 돌출 칼날(140, 146, 200)을 구비한다. 상기 금속 시트(136, 196)와 돌출 칼날(140, 146, 200)은 예컨대, 스테인레스 스틸과 같은 금속 소재로 형성된다. 상기 제1 및 제2 칼날 시트(135, 195)는 예를 들어, 금속판을 화학 에칭(etching)한 후 기계 가공하여 형성하거나, 상기 금속 시트(136, 196)에 상기 돌출 칼날(140, 146, 200)을 용접에 의해 고정 접합하여 형성할 수 있다. 상기 제1 및 제2 칼날 시트(135, 195)를 제1 및 제2 롤러 코어(121, 181)의 외주면에 부착하면 상기 복수의 돌출 칼날(140, 146, 200)은 제1 및 제2 트리밍 롤러(120, 180)의 회전 축선(RX1, RX2)을 중심으로 하여 밖으로 확산되는 방사 방향으로 돌출된다.
제1 및 제2 롤러 코어(121, 181)는 외주면에 고정 지지된 복수의 자석(magnet)(125, 185)을 더 구비한다. 복수의 자석(125, 185)은 제1 및 제2 롤러 코어(121, 181)의 외주면에 일정한 간격으로 촘촘하게 배치된다. 상기 복수의 자석(125, 185)의 자력(磁力)에 의해 제1 및 제2 칼날 시트(135, 195)의 금속 시트(136, 196)가 제1 및 제2 롤러 코어(121, 181)의 외주면에 착탈 가능하게 부착된다.
제1 및 제2 롤러 코어(121, 181)는 각각 외주면에 서로 이격되게 돌출된 제1 정렬 돌기(127, 187)와 제2 정렬 돌기(128, 188)를 구비한다. 제1 및 제2 칼날 시트(135, 195)의 금속 시트(136, 196)에는 상기 제1 정렬 돌기(127, 187)가 끼워지는 제1 정렬 통공(137, 197), 및 상기 제2 정렬 돌기(128, 188)가 끼워지는 제2 정렬 통공(138, 198)이 형성된다. 상기 제1 정렬 돌기(127, 187)와 제2 정렬 돌기(128, 188)가 상기 제1 정렬 통공(137, 197) 및 제2 정렬 통공(138, 198)에 끼워지도록 상기 금속 시트(136, 196)를 제1 및 제2 롤러 코어(121, 181)의 외주면에 밀착시켜 감으면 상기 제1 및 제2 칼날 시트(135, 195)가 상기 제1 및 제2 롤러 코어(121, 181)의 올바른 위치에 부착된다.
제1 정렬 돌기(127, 187)와 제2 정렬 돌기(128, 188) 사이의 간격과, 제1 정렬 통공(137, 197) 및 제2 정렬 통공(138, 198) 사이의 간격에 오차가 발생할 수 있기 때문에 상기 제2 정렬 통공(138, 198)은 예컨대, 제2 정렬 돌기(128, 198)의 직경보다 큰 길이로 연장된 타원형일 수 있다. 이로 인해 제2 정렬 돌기(128, 198)가 유격(裕隔)을 가지고 제2 정렬 통공(138, 198)에 끼워질 수있다. 상기 금속 시트(136, 196)의 두께는 예컨대, 0.1 내지 1.0mm이고, 상기 복수의 돌출 칼날(140, 146, 200)의 높이는 예컨대, 0.05 내지 5.0mm일 수 있다.
제1 및 제2 롤러 코어(121, 181)에는 자신의 길이 방향, 다시 말해 제1 및 제2 트리밍 롤러(120, 180)의 회전 축선(RX1, RX2) 방향으로 중공(中空)(123, 183)이 형성되고, 제1 및 제2 롤러 샤프트(130, 190)는 상기 중공(123, 183)에 착탈 가능하게 끼워진다. 구체적으로, 하류측 프레임(101)의 전면판을 향한 제1 및 제2 롤러 코어(121, 181)의 일 측면에는 상기 롤러 코어(121, 181)의 중공(123, 183)의 내주면에서 내측으로 파인 롤러 코어 키 홈(key groove)(124, 184)이 형성된다. 또한, 상기 하류측 프레임(101)의 전면판을 향한 제1 및 제2 롤러 샤프트(130, 190)의 일 측면에는 상기 롤러 샤프트(130, 190)의 외주면에서 내측으로 파인 롤러 샤프트 키 홈(131, 191)이 형성된다.
제1 및 제2 트리밍 롤러(120, 180)는 각각 연결 키(key)(134, 194)를 더 구비한다. 상기 롤러 코어 키 홈(124, 184)과 롤러 샤프트 키 홈(131, 191)이 상기 회전 축선(RX1, RX2)과 방사 방향으로 정렬된 상태에서 상기 연결 키(134, 194)의 일 측이 상기 롤러 코어 키 홈(124, 184)에 착탈 가능하게 끼워지고 타 측이 상기 롤러 샤프트 키 홈(131, 191)에 착탈 가능하게 끼워져서 상기 제1 및 제2 롤러 샤프트(130, 190)에 대해 상기 제1 및 제2 롤러 코어(121, 181)를 고정시킨다.
이에 따라, 제1 및 제2 칼날 시트(135, 195)가 부착된 제1 및 제2 롤러 코어(121, 181)의 중공(123, 183)에 제1 및 제2 롤러 샤프트(130, 190)가 끼워지고, 연결 키(134, 194)가 상기 롤러 코어 키 홈(124, 184)과 롤러 샤프트 키 홈(131, 191)에 끼워진 상태로 상기 제1 및 제2 롤러 샤프트(130, 190)가 회전하면, 상기 제1 및 제2 롤러 코어(121, 181) 및 제1 및 제2 칼날 시트(135, 195)가 상기 제1 및 제2 롤러 샤프트(130, 190)와 회전축선(RX1, RX2)을 중심으로 동축 회전한다.
상기 원단(3)에서 제1 트리밍 롤러(120)가 절단하는 부분은 제2 트리밍 롤러(180)가 절단하지 않는 부분을 포함하고, 반대로 상기 원단(3)에서 제2 트리밍 롤러(180)가 절단하는 부분은 제1 트리밍 롤러(120)가 절단하지 않는 부분을 포함한다. 부연하면, 제1 트리밍 롤러(120)의 제1 칼날 시트(135)는 상기 원단(3)의 폭 방향의 일 측에 이격된 복수의 일 측 노치(notch)(13)를 형성하기 위한 복수의 일 측 노치 형성 칼날(140), 및 상기 원단(3)의 폭 방향의 타 측에 이격된 복수의 탭(tab)(11)과 이격된 복수의 타 측 노치(14)를 형성하기 위한 복수의 탭 형성 칼날(146)을 포함한다.
각각의 일 측 노치 형성 칼날(140)은 상기 원단(3)의 폭 방향, 다시 말해 제1 트리밍 롤러(120)의 길이 방향으로 연장되는 폭 방향 연장부(141)와, 상기 폭 방향 연장부(141)와 이격되며 상기 원단(3)의 폭 방향에 대해 경사지게 연장된 경사 연장부(142)와, 상기 폭 방향 연장부(141)의 원단(3) 내측 방향의 말단에서 절곡되어 상기 경사 연장부(142)를 향해 상기 원단(3)의 길이 방향으로 연장되는 길이 방향 연장부(143)와, 상기 길이 방향 연장부(143)와 경사 연장부(142)를 이어주며 상기 일 측 노치(13)에 대응되게 원단(3) 내측 방향으로 돌출된 노치 돌기부(144)를 구비한다. 복수의 일 측 노치 형성 칼날(140)은 상기 원단(3)의 길이 방향을 따라 일정한 간격으로 서로 이격된다.
각각의 탭 형성 칼날(146)은 상기 원단(3)의 폭 방향으로 연장되며 서로 이격된 한 쌍의 폭 방향 연장부(147)와, 상기 원단(3)의 길이 방향으로 연장되며 양 단이 상기 한 쌍의 폭 방향 연장부(147)의 원단(3) 내측 방향의 말단에 절곡 연결되는 길이 방향 연장부(148)와, 상기 타 측 노치(14)에 대응되게 상기 길이 방향 연장부(148)의 중간에서 원단(3) 내측 방향으로 돌출된 노치 돌기부(149)를 구비한다. 복수의 탭 형성 칼날(146)은 상기 원단(3)의 길이 방향을 따라 일정한 간격으로 서로 이격된다. 상기 일 측 노치 형성 칼날(140)의 노치 돌기부(144)와 상기 탭 형성 칼날(146)의 노치 돌기부(149)는 상기 원단(3)의 폭 방향으로 연장된 임의의 일 직선, 즉 Y축과 평행한 일 직선 상에 위치한다.
제2 트리밍 롤러(180)의 제2 칼날 시트(195)는 상기 복수의 일 측 노치 형성 칼날(140)에 의해 상기 원단(3)의 폭 방향의 일 측에 형성된 복수의 일 측 노치(13) 사이를 상기 원단(3)의 길이 방향으로 절단하기 위한 복수의 일 측 트리밍(trimming) 칼날(200)을 포함한다. 각각의 일 측 트리밍 칼날(200)은 상기 원단(3)의 폭 방향으로 연장되며 서로 이격된 한 쌍의 폭 방향 연장부(201)와, 상기원단(3)의 길이 방향으로 연장되며 양 단이 상기 한 쌍의 폭 방향 연장부(201)의 원단(3) 내측 방향의 말단에 절곡 연결되는 길이 방향 연장부(202)를 구비한다.
도 4 및 도 5에서 수평 방향의 이점쇄선은 위에서부터 차례로 이차전지 전극 원단(3)의 폭 방향의 일 측 말단 모서리(6), 상기 원단(3)의 유지부 경계선(8), 및 상기 원단(3)의 폭 방향의 타 측 말단 모서리(7)를 지시한다. 상기 일측 말단 모서리(6)와 상기 유지부 경계선(8) 사이의 영역이 전극 집전체(2)(도 2 참조)의 상측면 및 하측면에 전극재(1)가 적층되는 유지부(4)이고, 상기 유지부 경계선(8)과 상기 타 측 말단 모서리(7) 사이의 영역이 상측면 및 하측면에 전극재(1)가 적층되지 않아 전극 집전체(2)가 노출된 무지부(5)이다.
도 1 내지 도 6을 다시 참조하면, 상기 원단(3)이 제1 앤빌 롤러(115)와 제1 트리밍 롤러(120) 사이를 통과할 때 상기 원단(3)의 폭 방향의 일 측단부가 일 측 노치 형성 칼날(140)에 의해 절단되어 상기 원단(3)에서 상기 일 측 말단 모서리(6)와 일 측 노치 형성 칼날(140)에 의해 한정되는 부분, 다시 말해 일측 제1 스크랩(scrap)(13)이 상기 원단(3)에서 분리 제거된다. 또한, 상기 원단(3)의 폭 방향의 타 측 단부가 탭 형성 칼날(146)에 의해 절단되어 상기 원단(3)에서 상기 타 측 말단 모서리(7)와 탭 형성 칼날(146)에 의해 한정되는 부분, 다시 말해 타 측 스크랩(15)이 상기 원단(3)에서 분리 제거된다.
그러므로, 상기 제1 앤빌 롤러(115)와 제1 트리밍 롤러(120) 사이를 통과한 이차전지 전극 원단(3)의 폭 방향 일 측에는 일정한 간격으로 이격된 복수의 일 측 노치(13)가 형성되고, 상기 원단(3)의 폭 방향 타 측에는 일정한 간격으로 이격된 복수의 타 측 노치(14), 및 절단 제거된 타 측 스크랩(15)에 의해 상기 원단(3)의 폭 방향 타 측으로 돌출된 복수의 탭(11)이 형성된다.
한편, 제1 앤빌 롤러(115)와 제1 트리밍 롤러(120) 사이를 통과한 이차전지 전극 원단(3)이 제2 앤빌 롤러(160)와 제2 트리밍 롤러(180) 사이를 통과할 때 상기 원단(3)의 폭 방향의 일 측 단부가 복수의 일 측 트리밍 칼날(200)에 의해 절단되어, 상기 원단(3)에서 상기 일 측 말단 모서리(6)와 일 측 트리밍 칼날(200)에 의해 한정되지만 상기 일 측 노치 형성 칼날(140)에 의해 제거된 부분을 제외한 부분, 즉 도 6의 일 측 제2 스크랩(14)이 상기 원단(3)에서 분리 제거된다.
상기 원단(3)과 복수의 일 측 노치 형성 칼날(140)과 복수의 일 측 트리밍 칼날(200)을 겹쳐서 볼 때, 상기 일 측 노치 형성 칼날(140)의 길이 방향 연장부(143)와 상기 일 측 트리밍 칼날(200)의 길이 방향 연장부(202)가 부분적으로 일 직선으로 겹쳐지도록 상기 원단(3)의 폭 방향으로 제1 칼날 시트(135)와 제2 칼날 시트(195)가 정렬된다. 이에 따라, 상기 원단(3)의 일 측 단부는 원단(3)의 길이 방향과 평행하고 절단면이 매끄러운 모서리를 갖도록 트리밍(trimming)된다.
제1 및 제2 롤러 코어(121, 181)의 외주면을 에워싸는 제1 및 제2 칼날 시트(135, 195)의 금속 시트(136, 196)는 중공 튜브(tube) 형태가 아니므로, 원단(3)의 길이 방향으로 일 측 모서리와 타 측 모서리가 이어지지 않는다. 이에 따라, 상기 원단(3)에서 제1 칼날 시트(135)의 복수의 돌출 칼날(140, 146)이 절단할 수 없는 부분이 발생하고, 제2 칼날 시트(195)의 복수의 돌출 칼날(200)이 절단할 수 없는 부분이 발생한다. 제1 칼날 시트(135)와 제2 칼날 시트(195)는 이를 상호 보완하여, 제1 칼날 시트(135)에 의해 절단되지 않는 부분을 제2 칼날 시트(195)가 절단하고, 상기 제2 칼날 시트(195)에 의해 절단되지 않는 부분을 상기 제1 칼날 시트(135)가 절단하도록 구성된다.
제2 앤빌 롤러(160)와 제2 트리밍 롤러(180) 사이를 통과하여 이차전지 전극 트리밍 장치(100)에서 배출된 이차전지 전극 원단(3)은 자신의 폭 방향으로 연장되는 가상의 전극 절단선(9)을 따라 절단되어 이차전지의 단위 셀(cell)을 구성하는 단위 전극(unit electrode)(10)으로 형성될 수 있다. 상기 전극 절단선(9)은 상기 원단(3)의 일 측 노치(13)와 이에 대응되는 타 측 노치(14)를 연결한 직선일 수 있다.
한편, 본 발명의 이차전지 전극 트리밍 장치(100)의 제2 트리밍 롤러(180)는 도 5에 도시된 제2 칼날 시트(195)를 대신하여 도 7에 도시된 다른 실시예에 따른 제2 칼날 시트(205)를 구비할 수도 있다. 도 4, 도 6, 및 도 7을 함께 참조하면, 상기 제2 칼날 시트(205)는 제2 롤러 코어(181)(도 3 참조)의 외주면을 따라 굽어져 상기 제2 롤러 코어(181)의 외주면에 내측면이 부착되는 금속 시트(206)와, 이차전지 전극의 원단(3)을 절단하도록 상기 금속 시트(206)의 외측면에서 돌출된 복수의 돌출 칼날(210, 213)을 구비한다. 상기 금속 시트(206)에는 제2 롤러 코어(181)의 제1 정렬 돌기(187)(도 3 참조)가 끼워지는 제1 정렬 통공(207), 및 제2 롤러 코어(181)의 제2 정렬 돌기(188)(도 3 참조)가 끼워지는 제2 정렬 통공(208)이 형성된다. 상기 금속 시트(206)는 도 3 및 도 5를 참조하여 설명한 제2 칼날 시트(195)의 금속 시트(196)와 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.
도 7에 도시된 제2 칼날 시트(205)는 제1 칼날 시트(135)의 복수의 일 측 노치 형성 칼날(140)에 의해 상기 원단(3)의 폭 방향의 일 측에 형성된 복수의 일 측 노치(13) 사이를 상기 원단(3)의 길이 방향으로 절단하기 위한 복수의 일측 트리밍 칼날(210)과, 상기 원단(3)을 이차전지의 단위 셀을 구성하는 단위 전극으로 분할하기 위하여 상기 원단(3)을 일정한 간격마다 상기 원단(3)의 폭 방향으로 절단하는 복수의 단위 전극 분할 칼날(213)을 포함한다.
각각의 일 측 트리밍 칼날(210)은 상기 원단(3)의 폭 방향으로 연장되며 서로 이격된 한 쌍의 폭 방향 연장부(211)와, 상기 원단(3)의 길이 방향으로 연장되며 양 단이 상기 한 쌍의 폭 방향 연장부(211)의 원단(3) 내측 방향의 말단에 절곡 연결되는 길이 방향 연장부(212)를 구비한다. 상기 일 측 트리밍 칼날(210)은 도 5를 참조하여 설명한 제2 칼날 시트(195)의 일 측 트리밍 칼날(210)과 동일하다.
각각의 단위 전극 분할 칼날(213)은 상기 원단(3)의 폭 방향으로, 다시 말해 Y축과 평행하게 연장된다. 상기 단위 전극 분할 칼날(213)의 일 측 말단은 상기 일 측 트리밍 칼날(210)의 하나의 폭 방향 연장부(211)와 이어지고, 타 측 말단은 상기 원단(3)의 타 측 말단 모서리(7)를 가로지르도록 연장된다.
도 2, 도 6, 및 도 7을 함께 참조하면, 제1 앤빌 롤러(115)와 제1 트리밍 롤러(120) 사이를 통과한 이차전지 전극 원단(3)이 제2 앤빌 롤러(160)와 제2 트리밍 롤러(180) 사이를 통과할 때 상기 원단(3)의 폭 방향의 일 측 단부가 복수의 일 측 트리밍 칼날(200)에 의해 절단되어, 상기 원단(3)의 일 측 단부가 상기 원단(3)의 길이 방향과 평행하고 절단면이 매끄러운 모서리를 갖도록 트리밍된다. 또한, 상기 원단(3)은 복수의 단위 전극 분할 칼날(213)에 의해 상기 전극 절단선(9)을 따라 절단되어 단위 전극(10)으로 분리된다. 상기 원단(3)의 일 측 노치(13)와 이에 대응되는 타 측 노치(14)를 연결한 전극 절단선(9)과 상기 단위 전극분할 칼날(213)이 정렬되도록 상기 제1 트리밍 롤러(120)와 제2 트리밍 롤러(180) 사이의 거리는 정밀하게 조정되어야 한다.
도 1 및 도 2를 다시 참조하면, 상류측 프레임(103)은 하류측 프레임(101)에 대해 X축과 평행한 방향으로 이동 가능하며, 이를 통해 제1 트리밍 롤러(120)와 제2 트리밍 롤러(180) 사이의 거리가 정밀하게 조정될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 트리밍 롤러(120)와 제2 트리밍 롤러(180) 사이의 거리를 조정하는 수단은, 서보 모터(servo motor)(105), X 방향 볼 스크류(ball screw)(106), 프레임 결합 부재(107), X 방향 가이드 레일(guide rail)(108), 및 X 방향 가이드 레일 리시버(receiver)(109)를 구비한다.
서보 모터(105)와 X 방향 볼 스크류(106)는 상류측 프레임(103)을 지지하는 하류측 프레임(101)의 하단부에 지지된다. X 방향 볼 스크류(106)는 X축과 평행하게 연장되고, 상기 서보 모터(105)의 회전 동력에 의해 시계 방향 및 반시계 방향으로 회전한다. 상기 프레임 결합 부재(107)는 상기 상류측 프레임(103)의 하측면에 고정 결합되고, 상기 X 방향 볼 스크류(106)가 회전함에 따라 상기 X 방향 볼 스크류(106)의 길이 방향으로, 즉 X축과 평행하게 이동한다.
상기 프레임 결합 부재(107)의 이동 방향과 이동 거리는 X 방향 볼스크류(106)의 회전 방향 및 회전 각도에 따라 달라진다. 상기 X 방향 가이드 레일(108)은 X축과 평행하게 연장되고, 상기 상류측 프레임(103)을 마주보는 하류측 프레임(101)의 일 측면에 고정된다. 상기 X 방향 가이드 레일 리시버(109)는 상기 X 방향 가이드 레일(108)의 길이 방향으로 미끄러질 수 있게 상기 X 방향 가이드 레일(108)에 연결되고 상기 상류측 프레임(103)에 고정 지지된다.
이와 같은 구성으로 상기 서보 모터(105)를 구동하여 제1 트리밍 롤러(120)와 제2 트리밍 롤러(180) 사이의 거리를 정밀하게 조정함으로써, 제1 칼날시트(135)의 일 측 노치 형성 칼날(140)(도 4 참조)과 제2 칼날 시트(195)의 일 측 트리밍 칼날(200)(도 5 참조)이 상기 원단(3)을 순차적으로 절단하여 상기 원단(3)의 일 측 단부가 상기 원단(3)의 길이 방향 일직선을 따라 절단되지 않은 곳 없이 매끄럽게 트리밍될 수 있다. 또한, 도 5의 제2 칼날 시트(195)를 대신하여 도 7의 제2 칼날 시트(205)를 적용하는 경우, 상기 원단(3)의 일 측 단부가 상기 원단(3)의 길이 방향 일직선을 따라 매끄럽게 트리밍되는 것과 함께, 상기 원단(3)이 상기 제2 칼날 시트(205)의 단위 전극 분할 칼날(213)에 의해 일 측 노치(13)(도 6 참조)와 타 측 노치(14)(도 6 참조)를 연결하는 전극 절단선(9)을 따라 정확하게 절단되어 단위 전극(10)으로 분할될 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2에는 하류측 프레임(101)에 대해 상류측 프레임(103)이 이동하여 제1 트리밍 롤러(120)와 제2 트리밍 롤러(180) 사이의 간격이 조정되는 구성이 개시되어 있으나, 이와 반대로 상류측 프레임에 대하여 하류측 프레임이 이동하여 제1 트리밍 롤러와 제2 트리밍 롤러 사이의 간격이 조정되도록 구성될 수도 있다.
도 1 내지 도 3을 함께 참조하면, 이차전지 전극 트리밍 장치(100)는 제1 트리밍 롤러(120)를 위아래로 미세 조정 가능하게 지지하는 수단, 및 제2 트리밍 롤러(180)를 위아래로 미세 조정 가능하게 지지하는 수단을 더 구비한다. 상기 제1 트리밍 롤러(120)를 위아래로 미세 조정 가능하게 지지하는 수단은, 한쌍의 제1 서보 모터(151), 한 쌍의 제1 승강 지지체(153), 한 쌍의 제1 Z 방향 볼스크류(152), 및 한 쌍의 제1 접촉식 변위 센서(155)를 구비한다.
상기 한 쌍의 제1 서보 모터(151)와 한 쌍의 제1 Z 방향 볼 스크류(152)는 제1 롤러 샤프트(130)의 일 측 단부(132)와 타 측 단부(133)의 상측에 하나씩 배치된다. 상기 한 쌍의 제1 서보 모터(151)는 상류측 프레임(103)의 상단에 고정 지지된다. 상기 한 쌍의 제1 Z 방향 볼 스크류(152)는 Z축과 평행하게 연장되고, 동력 전달 가능하게 체결된 제1 서보 모터(151)의 회전 동력에 의해 시계 방향 및 반시계 방향으로 회전한다.
상기 한 쌍의 제1 승강 지지체(153)는 제1 롤러 샤프트(130)의 일측 단부(132)와 타 측 단부(133)를 회전 가능하게 지지한다. 각각의 제1 승강 지지체(153)는 대응되는 제1 Z 방향 볼 스크류(152)가 회전함에 따라 상기 제1 Z 방향볼 스크류(152)의 길이 방향으로, 즉 Z축과 평행하게 이동한다. 상기 제1 승강 지지체(153)의 승강 방향과 승강 거리는 제1 Z 방향 볼 스크류(152)의 회전 방향 및회전 각도에 따라 달라진다. 상기 한 쌍의 제1 접촉식 변위 센서(155)는 제1 롤러샤프트(130)의 일 측 단부(132)와 제1 앤빌 롤러(115)의 일 측 단부 사이의 간격, 및 제1 롤러 샤프트(130)의 타 측 단부(133)와 제1 앤빌 롤러(115)의 타 측 단부 사이의 간격을 측정한다.
이치전지 전극 원단(3)의 트리밍 작업 중에 상기 한 쌍의 제1 접촉식 변위 센서(155) 중 적어도 하나에 의해 측정된 간격이 미리 설정된 기준 간격의 범위를 벗어나면, 이차전지 전극 트리밍 장치(100)의 콘트롤러(controller)(미도시)는 상기 기준 간격을 벗어난 것으로 측정한 제1 접촉식 변위 센서(155)에 대응되는 제1 서보 모터(151)를 구동하여 제1 트리밍 롤러(120)와 제1 앤빌 롤러(115) 사이의 간격을 상기 롤러(120, 115)의 길이 방향으로 정밀하게 조정할 수 있다.
상기 제2 트리밍 롤러(180)를 위아래로 미세 조정 가능하게 지지하는 수단은, 한 쌍의 제2 서보 모터(215), 한 쌍의 제2 승강 지지체(217), 한 쌍의 제2 Z 방향 볼 스크류(216), 및 한 쌍의 제2 접촉식 변위 센서(219)를 구비한다.
상기 한 쌍의 제2 서보 모터(215)와 한 쌍의 제2 Z 방향 볼 스크류(216)는 제2 롤러 샤프트(190)의 일 측 단부(192)와 타 측 단부(193)의 상측에 하나씩 배치된다. 상기 한 쌍의 제2 서보 모터(215)는 하류측 프레임(101)의 상단에 고정 지지된다. 상기 한 쌍의 제2 Z 방향 볼 스크류(216)는 Z축과 평행하게 연장되고, 동력 전달 가능하게 체결된 제2 서보 모터(215)의 회전 동력에 의해 시계 방향 및 반시계 방향으로 회전한다.
상기 한 쌍의 제2 승강 지지체(217)는 제2 롤러 샤프트(190)의 일측 단부(192)와 타 측 단부(193)를 회전 가능하게 지지한다. 각각의 제2 승강 지지체(217)는 대응되는 제2 Z 방향 볼 스크류(216)가 회전함에 따라 상기 제2 Z 방향볼 스크류(216)의 길이 방향으로, 즉 Z축과 평행하게 이동한다. 상기 제2 승강 지지체(217)의 승강 방향과 승강 거리는 제2 Z 방향 볼 스크류(216)의 회전 방향 및회전 각도에 따라 달라진다. 상기 한 쌍의 제2 접촉식 변위 센서(219)는 제2 롤러샤프트(190)의 일 측 단부(192)와 제2 앤빌 롤러(160)의 일 측 단부 사이의 간격, 및 제2 롤러 샤프트(190)의 타 측 단부(193)와 제2 앤빌 롤러(160)의 타 측 단부 사이의 간격을 측정한다.
이치전지 전극 원단(3)의 트리밍 작업 중에 상기 한 쌍의 제2 접촉식 변위 센서(219) 중 적어도 하나에 의해 측정된 간격이 미리 설정된 기준 간격의 범위를 벗어나면, 이차전지 전극 트리밍 장치(100)의 콘트롤러(controller)(미도시)는 상기 기준 간격을 벗어난 것으로 측정한 제2 접촉식 변위 센서(219)에 대응되는 제2 서보 모터(215)를 구동하여 제2 트리밍 롤러(180)와 제2 앤빌 롤러(160) 사이의 간격을 상기 롤러(180, 160)의 길이 방향으로 정밀하게 조정할 수 있다. 이와 같이 제1 트리밍 롤러(120)와 제1 앤빌 롤러(115) 사이의 간격, 및 제2 트리밍 롤러(180)와 제2 앤빌 롤러(160) 사이의 간격을 정밀하게 조정함으로써, 이차전지 전극의 원단(3)을 트리밍하는 작업의 품질이 향상된다.
이차전지 전극 트리밍 장치(100)는, 제1 트리밍 롤러(120)가 상류측 프레임(103)에서 이탈되지 않도록 제1 롤러 샤프트(130)의 양 측 단부(132, 133)을 가로막으며 상기 상류측 프레임(103)에 착탈 가능하게 고정되는 한 쌍의 제1 트리밍 롤러 고정 블록(156), 및 제2 트리밍 롤러(180)가 하류측 프레임(101)에서 이탈되지 않도록 제2 롤러 샤프트(190)의 양 측 단부(192, 193)을 가로막으며 상기 하류측 프레임(101)에 착탈 가능하게 고정되는 한 쌍의 제2 트리밍 롤러 고정 블록(220)을 더 구비한다.
도 1의 전면에 보이는 제1 트리밍 롤러 고정 블록(156)을 상류측 프레임(103)에서 분리하면 상기 제1 트리밍 롤러(120)의 제1 롤러 샤프트(130)가 한쌍의 제1 승강 지지체(153) 중 하나에 지지된 상태로 제1 롤러 코어(121)와 이에 부착된 제1 칼날 시트(135)를 상기 제1 롤러 샤프트(130)에서 분리하여 상류측 프레임(103)의 바깥으로 빼낼 수 있다. 작업자는 제1 롤러 코어(121)가 상류측 프레임(103)의 바깥으로 빼내어진 상태에서 용이하게 신품인 제1 칼날 시트(135) 또는다른 종류의 돌출 칼날을 갖는 제1 칼날 시트를 교체 부착하고, 상기 제1 롤러 코어(121)를 제1 롤러 샤프트(130)에 결합할 수 있다. 심지어 기존의 제1 롤러 코어(121)의 직경(diameter)과 다른 직경을 갖는 다른 종류의 제1 롤러 코어와, 이에적합한 제1 칼날 시트를 상기 제1 롤러 샤프트(130)에 교체 결합할 수도 있다.
마찬가지로, 도 1의 전면에 보이는 제2 트리밍 롤러 고정 블록(220)을 하류측 프레임(101)에서 분리하면 상기 제2 트리밍 롤러(180)의 제2 롤러 샤프트(190)가 한 쌍의 제2 승강 지지체(217) 중 하나에 지지된 상태로 제2 롤러 코어(181)와 이에 부착된 제2 칼날 시트(195)를 상기 제2 롤러 샤프트(190)에서 분리하여 하류측 프레임(101)의 바깥으로 빼낼 수 있다. 작업자는 제2 롤러 코어(181)가 하류측 프레임(101)의 바깥으로 빼내어진 상태에서 용이하게 신품인 제2 칼날시트(195) 또는 다른 종류의 돌출 칼날을 갖는 제2 칼날 시트를 교체 부착하고, 상기 제2 롤러 코어(181)를 제2 롤러 샤프트(190)에 결합할 수 있다. 심지어 기존의 제2 롤러 코어(181)의 직경과 다른 직경을 갖는 다른 종류의 제2 롤러 코어와, 이에 적합한 제2 칼날 시트를 상기 제2 롤러 샤프트(190)에 교체 결합할 수도 있다.
작업자는 상류측 프레임(103) 및 하류측 프레임(101)에 설치된 기존의 것들과 규격이 다른 제1 및 제2 칼날 시트(135, 195, 205)를 기존의 것과 규격이 다른 제1 및 제2 롤러 코어(121, 181)에 부착하고, 상기 규격이 다른 제1 및 제2 롤러 코어(121, 181)를 기존의 제1 및 제2 롤러 코어(121, 181)를 대신하여 제1 및 제2 롤러 샤프트(130, 190)에 교체 결합함으로써, 기존의 것과 다른 평면 형상이 형성된 이차전지 전극 원단(3), 또는 기존의 것과 다른 폭(UW)(도 6 참조)을 갖는 단위 전극(10)을 형성할 수 있다. 이 경우에, 상술한 제1 및 제2 트리밍 롤러(120, 180) 사이 거리 조정용 서보 모터(151)를 구동하여 새롭게 설치된 제1 및 제2 트리밍 롤러(120, 180) 사이의 거리를 정밀하게 조정하고, 상술한 제1 및 제2 서보 모터(151, 215)를 구동하여 새롭게 설치된 제1 및 제2 트리밍 롤러(120, 180)의 높이를 정밀하게 조정할 수 있다.
완충 튜브(tube)(117)는 예를 들어, 고분자 합성수지, 즉 플라스틱(plastics) 소재로 형성된 중공 튜브 형태의 부재이다. 완충 튜브(117)는 금속 소재로 형성된 제1 앤빌 롤러(115)의 외주면을 에워싸며 상기 제1 앤빌 롤러(115)에 착탈 가능하게 결합된다. 제1 칼날 시트(135)의 돌출 칼날(140, 146)(도 4 참조)은 상기 완충 튜브(117)에 지지되어 상기 원단(3)을 깨끗하게 관통하여 절단하므로, 상기 제1 앤빌 롤러(115)의 외주면과 충돌하지는 않게 된다. 따라서, 상기 완충 튜브(117)는 상기 돌출 칼날(140, 146)의 절단력을 향상시키고, 수명을 향상시키며, 제1 앤빌 롤러(115)를 보호한다.
완충 튜브(117)는 제1 앤빌 롤러(115)를 에워싼 상태에서 제1 앤빌 롤러(115)에 대해 Y축과 평행한 방향으로 위치 이동 가능하다. 반복적인 트리밍 작업으로 완충 튜브(117)가 부분적으로 해어지면, 상기 완충 튜브(117)를 신품으로 교체하기 보다 제1 앤빌 롤러(115)에 대해 Y축과 평행한 방향으로 위치 이동시켜서 상기 완충 튜브(117)의 해어지지 않은 부분이 돌출 칼날(140, 146)에 찍히도록 한다.
도 2에는 도시되지 않았으나, 본 발명의 이차전지 전극 트리밍 장치(100)는 제2 앤빌 롤러(160)의 외주면을 에워싸는 완충 튜브를 더 구비할 수 있다. 상기 제2 앤빌 롤러(160)의 외주면을 에워싸는 완충 튜브는 상기 제1 앤빌 롤러(115)의 외주면을 에워싸는 완충 튜브(117)와 동일한 구성을 구비하고 동일한 기능을 수행하므로 중복되는 설명은 생략한다.
한편, 본 발명의 이차전지 전극 트리밍 장치(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 제2 앤빌 롤러(160)를 에워싸는 완충 튜브를 대신하여 완충 벨트(161)를구비할 수 있다. 상기 완충 벨트(161)는 이차전지 전극의 원단(3)을 지지하면서 제2 앤빌 롤러(180)의 상단부 외주면에 밀착되는 무한 궤도(caterpillar) 경로를 따라 순환 주행한다. 완충 벨트(161)는 예컨대, PET(polyethylene terephthalate), PVC(polyvinyl chloride), PC(polycarbonate), PI(polyimide) 등의 합성수지, 또는고무로 형성될 수 있다. 제2 칼날 시트(195)의 돌출 칼날(200)은 완충 벨트(161)에지지되어 상기 원단(3)을 절단하므로, 상기 제2 앤빌 롤러(180)의 외주면과 충돌하지 않게 된다. 따라서, 상기 완충 벨트(161)는 상기 돌출 칼날(200)의 절단력을 향상시키고, 수명을 향상시키며, 제2 앤빌 롤러(160)를 보호한다. 특히, 이차전지 전극의 원단(3)이 제2 트리밍 롤러(180)와 제2 앤빌 롤러(160) 사이를 통과하면서 단위 전극(10)(도 6 참조)으로 절단되어 배출되는 경우에 완충 튜브를 대신하여 완충 벨트(161)가 사용될 수 있다.
상기 이차전지 전극 트리밍 장치(100)는 상기 완충 벨트(161)의 무한 궤도 경로를 한정하는 복수의 완충 벨트 가이드 롤러(162 내지 168), 상기 완충 벨트(161)의 주행을 위한 장력(tension)이 형성되도록 상기 완충 벨트(161)를 가압하는 완충 벨트 가압기(173), 상기 제2 앤빌 롤러(160) 및 복수의 완충 벨트 가이드 롤러 중 일부(164 내지 168)를 회전 가능하게 지지하며 하류측 프레임(101)에 착탈 가능하게 고정되는 롤러 지지체(170), 및 롤러 지지체 고정 블록(block)(171)을 더 구비한다.
복수의 완충 벨트 가이드 롤러는 모두 아이들링 롤러(idling roller)이며, 제2 앤빌 롤러(160)의 아래에 배치되는 제1 내지 제3 하층 가이드 롤러(164, 165, 166)와, 상기 제2 앤빌 롤러(160)와 상기 제1 내지 제3 가이드 롤러(164, 165, 166) 사이의 높이에 배치되는 제1 및 제2 중층 가이드 롤러(162, 163)와, 상기 제2 앤빌 롤러(160)와 대등한 높이에 배치되는 제1 및 제2 상층 가이드 롤러(167, 168)을 구비한다.
이차전지 전극의 원단(3)이 제1 트리밍 롤러(120)와 도 7에 도시된 제2 칼날 시트(205)를 구비한 제2 트리밍 롤러(180)를 통과하여 트리밍되는 경우, 다시 말해 상기 원단(3)이 단위 전극(10)(도 6 참조)으로 분할되도록 원단의 폭 방향으로 절단되는 경우에, 완충 벨트(161)는 도 2에 실선으로 도시된 무한 궤도 경로를 따라 순환 주행하거나, 도 2에 일점쇄선으로 도시된 무한 궤도 경로를 따라 순환 주행한다.
상기 실선으로 도시된 무한 궤도 경로는, 제2 앤빌 롤러(160), 제1 중층 가이드 롤러(162), 제1 하층 가이드 롤러(164), 제2 하층 가이드 롤러(165), 제3 하층 가이드 롤러(166), 및 제2 중층 가이드 롤러(163)를 거쳐 다시 제2 앤빌 롤러(160)를 향하는 경로이다.
상기 제1 중층 가이드 롤러(162)는 상기 원단(3)의 진행 방향을 따라 상기 제2 앤빌 롤러(180)보다 하류에 위치한다. 이에 따라, 상기 도 7의 제2 칼날 시트(205)를 구비한 제2 트리밍 롤러(180)와 제2 앤빌 롤러(160) 사이를 통과하며 분할되어 배출된 단위 전극(10)(도 6 참조)은 제2 앤빌 롤러(160)와 제1 중층 가이드 롤러(162) 사이의 구간에서 완충 벨트(161)에 지지되어 진행한다. 다시 말해, 상기 단위 전극(10)이 제2 앤빌 벨트(160)를 통과함과 동시에 자유 낙하하지 않게 된다. 도시되진 않았으나, 상기 제2 앤빌 롤러(160)와 제1 중층 가이드 롤러(162) 사이의 구간을 통과한 단위 전극(10)은 완충 벨트(161)에서 낙하하여 트레이(tray)(미도시)에 적재될 수 있다.
한편, 상기 일점쇄선으로 도시된 무한 궤도 경로는, 제2 앤빌 롤러(160), 제1 상층 가이드 롤러(167), 제1 중층 가이드 롤러(162), 제1 하층 가이드 롤러(164), 제2 하층 가이드 롤러(165), 제3 하층 가이드 롤러(166), 제2 중층 가이드 롤러(163), 및 제2 상층 가이드 롤러(168)를 거쳐 다시 제2 앤빌 롤러(160)를 향하는 경로이다.
상기 제1 상층 가이드 롤러(167)는 상기 원단(3)의 진행 방향을 따라 상기 제2 앤빌 롤러(180)보다 하류에 위치한다. 이에 따라, 상기 도 7의 제2 칼날 시트(205)를 구비한 제2 트리밍 롤러(180)와 제2 앤빌 롤러(160) 사이를 통과하며 분할되어 배출된 단위 전극(10)(도 6 참조)은 제2 앤빌 롤러(160)와 제1 상층 가이드 롤러(167) 사이의 구간에서 완충 벨트(161)에 지지되어 진행한다. 다시 말해, 상기 단위 전극(10)이 제2 앤빌 벨트(160)를 통과함과 동시에 자유 낙하하지 않게 된다. 도시되진 않았으나, 상기 제2 앤빌 롤러(160)와 제1 상층 가이드 롤러(167) 사이의 구간을 통과한 단위 전극(10)은 완충 벨트(161)에서 낙하하여 트레이(tray)(미도시)에 적재될 수 있다.
롤러 지지체(170)는 하류측 프레임(101)의 전면판에 착탈 가능하게 고정된다. 롤러 지지체 고정 블록(171)은 상기 롤러 지지체(170)가 하류측 프레임(101)에 부착된 때 상기 롤러 지지체(170)를 상기 하류측 프레임(101)에서 분리되지 않게 고정한다. 롤러 지지체(170)는 제2 앤빌 롤러(160), 제1 및 제2 상측 가이드 롤러(167, 168), 제1, 제2, 및 제3 하측 가이드 롤러(164, 165, 166)의 롤러 샤프트의 일 측 단부, 구체적으로 하류측 프레임(101)의 전면판 측 단부를 회전 가능하게 지지한다. 상기 롤러 지지체(170)를 하류측 프레임(101)에서 분리하면, 하류측 프레임(101)의 전면판에 개구(開口)가 노출된다. 상기 개구를 통해 완충 벨트(161)를 제2 앤빌 벨트(160) 및 복수의 완충 벨트 가이드 롤러(162 내지 168)에 설치하거나, 반대로 점검을 위해 설치된 완충 벨트(161)를 하류측 프레임(101)의 외부로 빼낼 수 있다.
완충 벨트 가압기(173)는 완충 벨트 가압 롤러(175), 가압 롤러 지지체(176), 및 액추에이터(actuator)(174)를 구비한다. 완충 벨트 가압 롤러(175)는 제1 하층 가이드 롤러(164)와 제2 하측 가이드 롤러(165) 사이에서 완충 벨트(161)의 주행 경로가 지그재그(zigzag) 경로가 되도록 상기 완충 벨트(161)를 가압하는 방향, 및 그 반대 방향으로 이동 가능한 아이들링 롤러이다.
도 2에 도시된 실시예에서 상기 완충 벨트 가압 롤러(175)가 완충 벨트(161)를 가압하는 방향으로 이동하는 것은, 완충 벨트 가압 롤러(175)가 상기 제1 하층 가이드 롤러(164)와 제2 하측 가이드 롤러(165)보다 낮은 위치에서 상기 제1 하층 가이드 롤러(164)와 제2 하측 가이드 롤러(165)보다 높은 위치로 상승하는 것이고, 상기 완충 벨트 가압 롤러(175)가 그 반대 방향으로 이동하는 것은, 완충 벨트 가압 롤러(175)가 상기 제1 하층 가이드 롤러(164)와 제2 하측 가이드 롤러(165)보다 높은 위치에서 상기 제1 하층 가이드 롤러(164)와 제2 하측 가이드 롤러(165)보다 낮은 위치로 하강하는 것이다.
액추에이터(174)는 상기 완충 벨트 가압 롤러(175)를 완충 벨트(161)를 가압하는 방향 및 그 반대 방향으로 이동시키는 동력을 제공한다. 상기 액추에이터(174)는 예컨대, 공압 실린더, 유압 실린더, 리니어 모터 등을 포함할 수있다. 가압 롤러 지지체(176)는 상기 액추에이터(174)에 고정 지지되고 상기 완충 벨트 가압 롤러(175)를 회전 가능하게 지지한다.
작업자가 상기 롤러 지지체(170)를 하류측 프레임(101)에서 분리하고 상기 완충 벨트(161)를 제2 앤빌 벨트(160) 및 복수의 완충 벨트 가이드 롤러(162 내지 168)를 지나가도록 설치할 때, 설치가 용이하도록 상기 완충 벨트(161)가 제1 앤빌 롤러(160) 및 복수의 완충 벨트 가이드 롤러(162 내지 168)에 적절한 장력(tension)으로 접촉되지 않고 늘어진 상태이므로 이대로는 완충 벨트(161)가 무한 궤도 경로를 따라 순환 주행할 수 없다.
이때 상기 완충 벨트 가압 롤러(175)가 상승하여 완충 벨트(161)를 가압 밀착하는 방향으로 액추에이터(174)를 작동시키면, 제1 하층 가이드 롤러(164)와 제2 하층 가이드 롤러(165) 사이의 완충 벨트(161)의 주행 경로가 지그재그 경로가 되도록 완충 벨트 가압 롤러(175)가 완충 벨트(161)를 가압하여서, 상기 완충 벨트가 제2 앤빌 롤러(160) 및 복수의 완충 벨트 가이드 롤러(162 내지 168)에 적절한 장력으로 접촉된다. 따라서, 이차전지 전극 트리밍 장치(100)의 트리밍 작업 중에 완충 벨트(161)가 순환 주행하게 된다. 한편, 작업자가 상기 완충 벨트(161)를 점검하기 위해 하류측 프레임(101)의 밖으로 빼내고자 하면, 상기 롤러 지지체(170)를 하류측 프레임(101)에서 분리하고, 상기 완충 벨트 가압 롤러(175)가 하강하여 완충 벨트(161)에서 이격되는 방향으로 액추에이터(174)를 작동시키면, 상기 완충 벨트(161)가 제1 앤빌 롤러(160) 및 복수의 완충 벨트 가이드 롤러(162 내지 168)에 적절한 장력으로 접촉되지 않고 늘어진 상태가 된다. 이 상태에서 작업자는 상기 완충 벨트(161)를 쉽게 하류측 프레임(101)의 밖으로 빼낼 수 있다.
이상에서 설명한 이차전지 전극 트리밍 장치(100)는 복수의 트리밍 롤러(120, 180)가 일정한 속도로 진행하는 이차전지 전극의 원단(3)을 순차적으로 절단하여 트리밍한다. 그러므로, 펀칭 프레스를 이용하여 트리밍하는 경우보다 작업 생산성이 향상되고 작업 과정의 소음도 크게 감소되며, 레이저 절단기를 이용하여 트리밍하는 경우보다 작업 생산성과 트리밍 절단면의 절단 품질이 향상되고, 작업 원가도 절감된다.
상기 이차전지 전극 트리밍 장치(100)는 상기 원단(3)의 진행 방향을 따라 이격 배치된 트리밍 롤러(120, 180) 사이의 거리를 정밀하게 조정할 수 있다. 이로 인해, 상기 원단(3)의 진행 방향을 따라 상류에 배치된 트리밍 롤러(120)가 절단하는 원단(3)의 부분과 하류에 배치된 트리밍 롤러(180)가 절단하는 원단(3)의 부분이 정확하게 오프셋(offset)되도록 튜닝(tuning)할 수 있다.
또한 상기 이차전지 전극 트리밍 장치(100)는, 칼날 시트(135, 195, 205)를 롤러 코어(121, 181)에 착탈 가능하게 부착할 수 있다. 따라서, 다른 종류의 칼날 시트를 롤러 코어에 부착하여서 다양한 형태 및 다양한 폭의 단위 전극으로 가공될 수 있도록 이차전지 전극의 원단(3)을 트리밍할 수 있다.
한편, 이상에서 도면을 참조하여 설명한 이차전지 전극 트리밍 장치(100)는 한 쌍의 트리밍 롤러(120, 180)와 이에 대응되는 한 쌍의 앤빌 롤러(115, 160)를 구비하나 이는 예시적인 것으로서, 본 발명의 이차전지 전극 트리밍 장치는 3개 이상의 트리밍 롤러와 이에 대응되는 3개 이상의 앤빌 롤러를 구비할 수도 있다.
또한, 도 3에 도시된 트리밍 롤러(120, 180)는 롤러 샤프트(130, 190)와, 상기 롤러 샤프트(130, 190)에 착탈 가능하게 결합되는 롤러 코어(121, 181)를 구비하나, 이는 예시적인 것으로 롤러 샤프트와 롤러 코어가 분리되지 않게 일체로 결합된 구성을 가질 수도 있다.
또한, 상기 이차전지 전극 트리밍 장치(100)는 하나의 완충 튜브(117)와 하나의 완충 벨트(161)를 구비하나 이는 예시적인 것으로서, 예를 들어 완충 튜브가 모든 앤빌 롤러에 적용되거나, 완충 벨트가 모든 앤빌 롤러에 적용될 수도 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
3: 이차전지 전극 원단 100: 이차전지 전극 트리밍 장치
115, 180: 앤빌 롤러 120, 180: 트리밍 롤러
135, 195: 칼날 시트 140, 146, 200: 돌출 칼날
161: 완충 벨트 173: 완충 벨트 가압기

Claims (4)

  1. 끊김 없이 연속적으로 공급되는 이차전지 전극의 원단을 트리밍(trimming)하는 장치로서,
    상기 원단을 지지하며 상기 원단의 진행 방향에 순행하여 회전하는 한 쌍의 롤러로서, 상기 원단의 진행 방향을 따라 이격되게 순차적으로 배치된 제1 및 제2 앤빌 롤러(anvil roller);
    상기 원단을 사이에 두고 각각의 앤빌 롤러의 반대편에 위치하여 상기 원단의 진행 방향에 순행 회전하며 상기 원단을 부분적으로 절단하는 제1 및 제2 트리밍 롤러;
    상기 제1 앤빌 롤러와 제1 트리밍 롤러를 지지하는 상류측 프레임과 상기 제2 앤빌 롤러와 제2 트리밍 롤러를 지지하는 하류측 프레임; 및
    상기 제1 트리밍 롤러와 상기 제2 트리밍 롤러 사이의 거리를 조정하는 수평 방향 거리 조정 수단;을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 트리밍 롤러는 각각, 상기 롤러 코어의 외주면에 내측면이 부착되는 금속 시트(metal sheet)와, 상기 원단을 절단하도록 상기 금속 시트의 외측면에서 돌출된 적어도 하나의 돌출 칼날을 구비한 칼날 시트(sheet)를 구비하며,
    상기 수평 방향 거리 조정 수단은, 상기 상류측 프레임 및 하류측 프레임 중 하나가 다른 하나에 대해 이동하여 상기 제1 트리밍 롤러와 제2 트리밍 롤러 사이의 거리를 조정하되, 상기 거리는 상기 제1 트리밍 롤러의 칼날 시트와 상기 제2 트리밍 롤러의 칼날 시트의 절단 부위를 고려하여 설정되는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 트리밍 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수평 방향 거리 조정 수단은,
    수평 이송용 서보 모터(servo motor);
    상기 수평 이송용 서보 모터의 동력에 의해 회전하는 수평 방향 볼 스크류(ball screw); 및
    상기 상류측 프레임 및 하류측 프레임 중 하나에 고정 결합되고, 상기 수평 방향 볼 스크류가 회전함에 따라 상기 수평 방향 볼 스크류의 길이 방향으로 이동하는 프레임 결합부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 트리밍 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 앤빌 롤러와 상기 제1 트리밍 롤러 사이의 간격 및 상기 제2 앤빌 롤러와 상기 제2 트리밍 롤러 사이의 간격 중 하나 이상의 간격을 조정하는 수직 방향 거리 조정 수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 트리밍 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 수직 방향 거리 조정 수단은,
    승강용 서보 모터(servo motor);
    상기 승강용 서보 모터의 동력에 의해 회전하는 수직 방향 볼 스크류(ball screw); 및
    상기 수직 방향 볼 스크류가 회전함에 따라 상기 앤빌 롤러와 상기 트리밍 롤러 사이의 간격을 조정하는 승강 지지체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 트리밍 장치.
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