KR20230034477A - 파우치 제조장치 - Google Patents

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김익준
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Abstract

본 발명은 파우치 제조장치에 관한 것으로서, 파우치 필름에 컵부를 포밍하기 위한 포밍홈을 구비하는 하부 다이, 상기 하부 다이에서 상측으로 이격되게 배치되는 상부 다이, 및 상기 상부 다이에 의해 지지되되, 상기 하부 다이 상에 배치될 상기 파우치 필름을 가압하기 위해 상기 포밍홈을 향해 이동하게 마련되는 펀치를 포함하고, 상기 펀치는 상기 상부 다이에 상하 이동 가능하게 연결되는 상부 펀치, 상기 상부 펀치에서 하측으로 이격되게 배치되고, 상기 상부 펀치와 함께 이동하여 상기 파우치 필름을 가압하게 마련되는 하부 펀치, 및 상기 상부 펀치와 상기 하부 펀치의 사이에 배치되어 상기 하부 펀치를 탄성적으로 지지하는 탄성부를 포함할 수 있다.

Description

파우치 제조장치{MANUFACTURING DEVICE FOR POUCH}
본 발명은 파우치 제조장치에 관한 것이다.
일반적으로, 이차전지는 충전이 불가능한 일차전지와 달리, 충방전이 가능한 전지를 의미하며, 휴대폰, 노트북, 캠코더 등의 전자기기 또는 전기 자동차 등에 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차전지는 니켈-카드뮴 전지 또는 니켈-수소 전지보다 큰 용량을 가지며, 단위 중량당 에너지 밀도가 높기 때문에 그 활용 정도가 급속도로 증가되는 추세에 있다.
이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극 조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는바, 대표적으로 긴 시트형의 전극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤 전극 조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 전극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형 전극 조립체, 소정 단위의 전극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이 셀(bi-cell) 또는 풀 셀(full-cell)들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극 조립체 등을 들 수 있다.
그리고 이차전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지 등으로 분류될 수도 있다.
도 1은 파우치형 이차전지의 일례를 도시하고 있다. 파우치형 이차전지(1)는 전극과 분리막이 교대로 적층되어 형성되는 전극 조립체(20)와, 전극 조립체가 내부에 삽입되는 파우치(10)를 포함한다. 그리고 파우치는 전극 조립체가 직접 수용되도록 만입된 형상을 가지는 파우치의 컵부(11)를 포함한다. 파우치의 컵부는 전극 조립체를 양측에서 감싸도록 하기 위하여 좌측 파우치의 컵부(11L)와 우측 파우치의 컵부(11R)로 마련될 수 있다. 파우치의 컵부 둘레 주변에는 파우치를 외부로부터 밀폐하기 위하여 실링이 이루어지는 파우치의 주변부(14)가 형성되어 있다.
파우치의 컵부는 보통 파우치 필름을 펀치로 가압하여 성형한다. 그런데 이와 같은 가압 과정에서 펀치 등에 충격이 가해질 수 있다. 이런 충격은 파우치의 외관이나 파우치 제조장치의 수명에 악영향을 미칠 수 있으므로 효과적으로 완충시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 과제는, 펀치에 의해서 파우치 필름을 가압 중에 펀치에 가해지는 충격이나, 펀치에 직접 또는 간접적으로 접촉하는 부재에 가해지는 충격을 효과적으로 완화시킬 수 있는 파우치 제조장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 과제는, 파우치의 외관을 더 양호하게 성형할 수 있는 파우치 제조장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 과제는, 파우치의 컵부를 더 각지게 성형할 수 있고, 또한 컵부의 깊이를 더 일정하게 성형할 수 있는 파우치 제조장치를 제공하는 것이다.
일 예에서 파우치 제조장치는, 파우치 필름에 컵부를 포밍하기 위한 포밍홈을 구비하는 하부 다이, 상기 하부 다이에서 상측으로 이격되게 배치되는 상부 다이, 및 상기 상부 다이에 의해 지지되되, 상기 하부 다이 상에 배치될 상기 파우치 필름을 가압하기 위해 상기 포밍홈을 향해 이동하게 마련되는 펀치를 포함하고, 상기 펀치는 상기 상부 다이에 상하 이동 가능하게 연결되는 상부 펀치, 상기 상부 펀치에서 하측으로 이격되게 배치되고, 상기 상부 펀치와 함께 이동하여 상기 파우치 필름을 가압하게 마련되는 하부 펀치, 및 상기 상부 펀치와 상기 하부 펀치의 사이에 배치되어 상기 하부 펀치를 탄성적으로 지지하는 탄성부를 포함할 수 있다.
다른 예에서 상기 탄성부는 상기 하부 펀치를 하측으로 탄성 가압하게 마련될 수 있다.
또 다른 예에서 상기 탄성부는 상기 상부 펀치와 상기 하부 펀치 중 어느 하나에는 고정되고, 상기 상부 펀치와 상기 하부 펀치 중 다른 하나에는 상기 다른 하나에 대해 상하 방향으로 이동 가능하게 연결되는 연결 바, 및 상기 상부 펀치와 상기 하부 펀치의 사이에서 상기 연결 바를 에워싸게 마련되는 탄성 부재를 포함할 수 있다.
또 다른 예에서 상기 상부 펀치는 상기 상부 펀치의 외형을 형성하는 상부 펀치 몸체, 상기 상부 펀치 몸체의 상부면에서 상기 상부 펀치 몸체의 상부면과 하부면 사이의 일 지점까지 상기 상부 펀치 몸체를 관통하는 제1 관통홀, 및 상기 제1 관통홀보다 큰 내경으로, 상기 일 지점에서 상기 상부 펀치 몸체의 하부면까지 상기 상부 펀치 몸체를 관통하되, 상기 제1 관통홀과 연통되는 제2 관통홀을 포함할 수 있다.
또 다른 예에서 상기 연결 바는 상기 상부 펀치 몸체의 상기 상부면의 외측에 배치되는 헤드, 및 상기 헤드에서 하측으로 연장되어 상기 제1 및 제2 관통홀을 통과하고 하단에서 상기 하부 펀치에 고정되는 고정 바를 포함할 수 있다.
또 다른 예에서 상기 헤드는 상기 제1 관통홀에 삽입되지 않게, 상기 제1 관통홀보다 큰 직경으로 형성되거나, 또는 상기 헤드와 상기 상부 펀치 몸체의 상기 상부면 사이에 배치되는 와셔의 중앙홀보다 큰 직경으로 형성될 수 있다.
또 다른 예에서 상기 탄성 부재의 상단은 상기 제1 관통홀과 상기 제2 관통홀 사이의 내경 차이에 의해 형성되는 턱에 안착되게 상기 제2 관통홀에 삽입될 수 있다.
또 다른 예에서 상기 상부 펀치는 상기 상부 펀치의 외형을 형성하는 상부 펀치 몸체, 및 상기 상부 펀치 몸체의 상부면과 하부면 사이의 일 지점에서 상기 상부 펀치 몸체의 하부면까지 상기 상부 펀치 몸체를 관통하는 관통홈을 포함하고, 상기 연결 바는 상기 관통홈의 내부에 배치되는 헤드, 및 상기 헤드보다 작은 직경으로 형성되되, 상기 헤드에서 하측으로 연장되어 하단에서 상기 하부 펀치에 고정되는 고정 바를 포함하고, 상기 탄성 부재의 상단은 상기 헤드의 하측에 위치하게 상기 관통홈에 삽입될 수 있다.
또 다른 예에서 상기 탄성부는 상기 상부 펀치 몸체의 관통홈에 삽입되되 뒤집어진 U자 형상의 단면을 갖는 몸체 부분과, 상기 몸체 부분의 하단에서 외측으로 수평하게 연장되어 상기 상부 펀치 몸체의 하부면에 밀착되는 연장 부분을 포함하고, 상기 연결 바와 상기 탄성 부재는 상기 관통홈에 삽입된 상기 몸체 부분의 내부 공간에 삽입될 수 있다.
또 다른 예에서 상기 탄성부는 상기 하부 펀치의 외측 테두리에 인접하게 배치되는 외측 탄성 부재, 및 상기 외측 탄성 부재보다 상기 하부 펀치의 중심에 인접하게 배치되는 내측 탄성 부재를 포함할 수 있다.
또 다른 예에서 상기 외측 탄성 부재의 탄성계수는 상기 내측 탄성 부재의 탄성계수보다 낮을 수 있다.
또 다른 예에서 상기 하부 다이는 상기 하부 다이의 외형을 형성하고 상기 포밍홈이 형성되는 하부 다이 몸체, 및 상기 포밍홈의 내측에 상하 방향으로 이동 가능하게 배치되어, 상기 포밍홈으로 이동된 상기 펀치를 지지하게 마련되는 네스트를 포함할 수 있다.
또 다른 예에서 상기 펀치는 상기 파우치 필름을 상기 네스트의 상면에 밀착시킬 때까지 하측으로 이동하게 마련될 수 있다.
본 발명에 의하면, 파우치 필름을 가압하는 펀치가 서로 이격되는 상부 펀치와 하부 펀치 및 이들 사이에 배치되는 탄성부를 포함하기 때문에, 펀치에 의한 가압 중에 펀치에 가해지는 충격이나, 펀치에 직접 또는 간접적으로 접촉하는 부재에 가해지는 충격을 효과적으로 완화시킬 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 파우치 제조장치에 네스트가 적용되더라도, 완충을 위한 탄성 부재가 네스트가 아닌 펀치에 구비되기 때문에, 네스트에 탄성 부재가 구비될 때와 대비하여, 파우치의 외관을 더 양호하게 성형할 수 있다.
더욱이 본 발명에 의하면, 파우치 제조장치에 진공 연신 공정이 적용될 수 있고, 진공 연신 공정이 적용되면 진공 작용과 펀치 가압으로 파우치의 컵부를 더 각지게 성형할 수 있고, 또한 컵부의 깊이를 더 일정하게 성형할 수 있다.
도 1은 이차전지 파우치와 그에 내장되는 전극 조립체를 도시하고 있는 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 파우치 제조장치를 도시하고 있는 단면도이다.
도 3은 도 2의 파우치 제조장치에 적용되는 펀치를 도시하고 있는 단면도이다.
도 4 내지 도 8은 도 2의 파우치 제조장치에 의한 파우치 필름의 성형 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예 2에 따른 파우치 제조장치를 도시하고 있는 단면도이다.
도 10은 도 9의 파우치 제조장치에 적용되는 펀치를 도시하고 있는 단면도이다.
도 11은 도 10의 펀치 중 하부 펀치를 제거시킨 후의 배면도이다.
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분 또는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하였으며, 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서는, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호를 붙이도록 한다
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
실시예 1
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 파우치 제조장치를 도시하고 있는 단면도이다. 본 발명의 실시예 1에 따른 파우치 제조장치(100)는 도 2에 도시되어 있듯이 하부 다이(110), 상부 다이(120) 및 펀치(130)를 포함한다.
하부 다이(110)는 컵부(11, 도 1 참조)의 포밍을 위한 포밍홈(111)이 형성되어 있는 다이일 수 있다. 포밍홈(111)은 하부 다이(110)의 외형을 형성하는 하부 다이 몸체(112)의 상부면(112U)에서 하측으로 만입되어 형성되는 홈 또는 홀일 수 있다. 하부 다이 몸체(112)의 상부면(112U)에 배치되는 파우치 필름(F, 도 4 참조)은 컵부(11)의 형성을 위해 후술할 펀치(130)에 의해 포밍홈(111)의 하측으로 가압될 수 있다.
상부 다이(120)는 하부 다이(110)에서 상측으로 이격되게 배치되는 다이일 수 있다. 상부 다이(120)와 하부 다이(110)의 사이에는 이격 거리의 유지를 위해 연결 기둥(B)이 구비될 수 있다. 상부 다이(120)에는 펀치(130)의 상하 이동이나 후술할 스트리퍼(150)의 상하 이동을 위한 실린더들(161, 166)이 배치될 수 있다.
펀치(130)는 하부 다이(110) 상에 배치되어 있는 파우치 필름(F)을 가압하기 위한 블록일 수 있다. 펀치(130)는 상부 다이(120)에 의해 지지될 수 있다. 펀치(130)는 포밍홈(111)을 향해 이동하게 마련될 수 있다. 예를 들어, 펀치(130)는 상부 다이(120)에 고정되어 있는 펀치 실린더(161)에 연결되어 상부 다이(120)에 간접적으로 고정되되, 펀치 실린더(161)의 작동에 따라 상부 다이(120)에 대해 상하 방향으로 이동될 수 있다. 펀치 실린더(161)는 실린더 몸체(162)와, 실린더 몸체(162)의 내부로 공급되는 유압에 따라 왕복 운동하는 실린더 로드(163)를 포함할 수 있다. 펀치(130)는 실린더 로드(163)에 연결될 수 있다.
펀치(130)는 상부 펀치(131)를 포함할 수 있다. 상부 펀치(131)는 상부 다이(120)에 상하 이동 가능하게 연결되는 블록일 수 있다. 상부 펀치(131)에는 펀치 실린더(161)의 실린더 로드(163)가 결합될 수 있다. 상부 펀치(131)는 상측에 배치되는 상측 블록(132)과, 하측에 배치되되, 도 2를 기준으로 상측 블록(132)보다 좌우 방향으로 넓게 형성되는 하측 블록(133)을 포함할 수 있다. 상부 펀치(131)는 뒤집어진 T-자 형상의 단면을 가질 수 있다.
펀치(130)는 하부 펀치(136)를 포함할 수 있다. 하부 펀치(136)는 상부 펀치(131)에서 하측으로 이격되게 배치되는 블록일 수 있다. 하부 펀치(136)는 상부 펀치(131)의 이동에 따라 상부 펀치(131)와 함께 이동할 수 있다. 이와 같은 이동 중에 하부 펀치(136)는 파우치 필름(F)에 접촉되어 파우치 필름(F)을 가압할 수 있다(도 7 참조). 하부 펀치(136)는 소정 바(bar)에 의해 상부 펀치(131)에 연결되어, 상부 펀치(131)에서 이격되어 있는 상태에서 상부 펀치(131)와 함께 이동할 수 있다. 예를 들어, 하부 펀치(136)는 후술할 고정 바(143, 도 3 참조)에 의해 상부 펀치(131)에 이격되게 연결될 수 있다.
펀치(130)는 상부 펀치(131)에 대해 하부 펀치(136)를 탄성적으로 지지하는 탄성부(140)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하부 펀치(136)가 파우치 필름(F)을 가압하는 중에 후술할 네스트(113) 등에 의해 하부 펀치(136)가 상측으로 가압되면, 탄성부(140)는 후술할 탄성 부재(146, 도 3 참조)를 압축시키면서 하부 펀치(136)에 가해지는 충격을 완화시킬 수 있다(도 7 참조).
탄성부(140)는 하부 펀치(136)의 완충을 위해 상부 펀치(131)에 의해 지지된 상태에서 하부 펀치(136)를 하측으로 탄성적으로 가압하게 마련될 수 있다. 예를 들어, 탄성부(140)의 탄성 부재(146)는 압축된 상태로 상부 펀치(131)와 하부 펀치(136) 사이에 배치될 수 있다. 탄성 부재(146)의 압축량은 요구되는 완충량에 따라 결정될 수 있다.
탄성부(140)는 상부 펀치(131)와 하부 펀치(136)의 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 탄성부(140)의 전부 또는 일부가 상부 펀치(131)와 하부 펀치(136)의 사이에 배치될 수 있다. 도 2에는 탄성부(140)의 일부가 상부 펀치(131)와 하부 펀치(136)의 사이에 배치되는 경우가 예시되어 있다.
본 발명의 실시예 1에 따른 파우치 제조장치(100)는, 파우치 필름(F)을 가압하는 펀치(130)가 서로 이격되는 상부 펀치(131)와 하부 펀치(136) 및 이들 사이에 배치되는 탄성부(140)를 포함하기 때문에, 펀치(130)에 의한 가압 중에 펀치(130)에 가해지는 충격이나, 펀치(130)에 직접 또는 간접적으로 접촉하는 부재(예: 후술할 네스트(113))에 가해지는 충격을 효과적으로 완화시킬 수 있다.
도 3을 참조하여 본 실시예의 탄성부(140)에 대해 상술한다. 도 3은 도 2의 파우치 제조장치에 적용되는 펀치를 도시하고 있는 단면도이다. 탄성부(140)는 도 3에 도시되어 있듯이 연결 바(141)와 탄성 부재(146)를 포함할 수 있다.
연결 바(141)는 상부 펀치(131)와 하부 펀치(136) 중 어느 하나에는 고정되고 상부 펀치(131)와 하부 펀치(136) 중 다른 하나에는 다른 하나에 대해 상하 방향으로 이동 가능하게 연결되는 바(bar)일 수 있다. 도 3에는 하부 펀치(136)에 고정되되 상부 펀치(131)에 이동 가능하게 연결되는 연결 바(141)가 예시되어 있다.
도 3에서 상부 펀치(131)가 상하 방향으로 이동하면, 연결 바(141)에 의해 상부 펀치(131)에 연결되는 하부 펀치(136)도 상부 펀치(131)와 함께 상하 방향으로 이동할 수 있다. 도 3에서 하부 펀치(136)가 외력에 의해 상측으로 이동하면, 상부 펀치(131)의 이동 없이 하부 펀치(136)에 고정된 연결 바(141)만 하부 펀치(136)와 함께 상측으로 이동할 수 있다. 이때 탄성 부재(146)는 압축될 수 있고, 이와 같은 압축 중에 탄성 부재(146)는 하부 펀치(136)를 탄성적으로 지지할 수 있다. 이에 의해 하부 펀치(136) 등에 가해지는 충격이 완화될 수 있다.
연결 바(141)는 상부 펀치(131)에 상하 이동 가능하게 연결되는 것과 하부 펀치(136)에 고정되는 것을 모두 구현하기 위해 헤드(142)와 고정 바(143)를 포함할 수 있다.
상부 펀치(131)는 상부 펀치(131)의 외형을 형성하는 상부 펀치 몸체(134; 상측 블록(132)과 하측 블록(133)을 포함)를 포함할 수 있는데, 헤드(142)는 상부 펀치 몸체(134)의 상부면(134U)의 외측에 배치될 수 있다. 헤드(142)는 관통홀(135, 예: 후술할 제1 관통홀(135a))에 삽입되지 않게 관통홀(135)보다 큰 직경으로 형성될 수 있다. 헤드(142)와 상부 펀치 몸체(134)의 상부면(134U) 사이에는 와셔(W)가 배치될 수도 있는데, 이럴 경우 헤드(142)는 후술할 고정 바(143)가 통과하는 와셔(W)의 중앙홀보다 큰 직경으로 형성될 수 있다.
상부 펀치(131)는 상부 펀치 몸체(134)의 상부면(134U)에서 하부면(134L)까지 상부 펀치 몸체(134)를 관통하는 관통홀(135)(예: 후술할 제1 관통홀(135a) 및 제2 관통홀(135b))을 포함할 수 있는데, 고정 바(143)는 헤드(142)에서 하측으로 연장되어 관통홀(135)을 통과하게 마련될 수 있다. 고정 바(143) 중 상부 펀치 몸체(134)의 하측으로 노출되는 하단은 하부 펀치(136)에 고정될 수 있다. 도 3에는 뾰쪽하게 형성되는 고정 바(143)의 하단이 예시되어 있는데, 고정 바(143)의 뾰족한 하단에는 하부 펀치(136)와의 나사 결합을 위한 나사산이 형성될 수 있다.
탄성 부재(146)는 탄성부(140)의 탄성력을 형성하기 위한 것으로서, 예를 들어 스프링일 수 있다. 탄성 부재(146)의 전부 또는 일부는 상부 펀치(131)와 하부 펀치(136)의 사이에 배치될 수 있다. 도 3에는 탄성 부재(146)의 일부는 후술할 제2 관통홀(135b)에 삽입되고 탄성 부재(146)의 나머지는 상부 펀치(131)와 하부 펀치(136)의 사이에 배치되는 경우가 예시되어 있다. 탄성 부재(146)는 도 3에 도시되어 있듯이 연결 바(141)를 에워싸게 마련될 수 있다. 탄성 부재(146)가 연결 바(141)를 에워싸게 배치되면 상부 펀치(131)에 대한 하부 펀치(136)의 상대 이동 중에 탄성 부재(146)가 더 안정적으로 하부 펀치(136)를 지지할 수 있다. 다만 이와는 다르게 탄성 부재가 연결 바와 별도로 배치될 수도 있다.
탄성 부재(146)는 상부 펀치 몸체(134)에 형성되는 제1 관통홀(135a)과 제2 관통홀(135b) 중 제2 관통홀(135b)에 안착되게 배치될 수 있다. 제1 관통홀(135a)은 상부 펀치 몸체(134)의 상부면(134U)에서, 상부 펀치 몸체(134)의 상부면(134U)과 하부면(134L) 사이의 일 지점(P)까지 상부 펀치 몸체(134)를 관통하는 홀일 수 있다. 제2 관통홀(135b)은 제1 관통홀(135a)보다 큰 내경으로 형성되되, 일 지점(P)에서 상부 펀치 몸체(134)의 하부면(134L)까지 상부 펀치 몸체(134)를 관통하는 홀일 수 있다. 제1 관통홀(135a)과 제2 관통홀(135b)은 서로 연통될 수 있다. 제1 관통홀(135a)과 제2 관통홀(135b)은 내경이 서로 다르므로 제1 관통홀(135a)과 제2 관통홀(135b)의 경계에는 턱(135c)이 형성될 수 있다. 탄성 부재(146)의 상단은 제2 관통홀(135b)에 삽입되어 제1 및 제2 관통홀(135a, 135b) 사이의 턱(135c)에 안착될 수 있다. 이에 의해 탄성 부재(146)는 상부 펀치(131)와 하부 펀치(136)의 사이에 안정적으로 배치될 수 있다.
본 실시예의 파우치 제조장치(100)는 도 2에 도시되어 있듯이 파우치 필름(F)을 가압해서 고정하기 위한 스트리퍼(150)를 포함할 수 있다. 스트리퍼(150)는 상부 다이(120)에 고정되어 있는 스트리퍼 실린더(166)에 연결되어 상부 다이(120)에 간접적으로 고정되되, 스트리퍼 실린더(166)의 작동에 따라 상부 다이(120)에 대해 상하 방향으로 이동될 수 있다. 스트리퍼 실린더(166)는 실린더 몸체(167)와, 실린더 몸체(167)의 내부로 공급되는 유압에 따라 왕복 운동하는 실린더 로드(168)를 포함할 수 있다. 스트리퍼(150)는 실린더 로드(168)에 연결될 수 있다. 펀치(130)는 스트리퍼(150)의 중앙 부분에 형성되는 홀(H)을 통해 스트리퍼(150)를 지나 상하 방향으로 이동할 수 있다.
본 실시예의 하부 다이(110)는 도 2에 도시되어 있듯이 하부 다이 몸체(112)와 네스트(113)를 포함할 수 있다. 하부 다이 몸체(112)는 하부 다이(110)의 외형을 형성하는 블록일 수 있다. 하부 다이 몸체(112)에는 내측으로 함몰되게 포밍홈(111)이 형성될 수 있다. 네스트(113)는 포밍홈(111)으로 이동된 펀치(130)를 지지하게 포밍홈(111)의 내측에 마련될 수 있다. 펀치(130)가 포밍홈(111)의 내측으로 삽입되는 정도에 맞춰 지지 위치를 변경하기 위해 펀치(130)는 포밍홈(111)의 내측에서 상하 방향으로 이동하게 마련될 수 있다. 이를 위해 하부 다이(110)에는 네스트(113)의 상하 이동을 위한 네스트 실린더(170)가 배치될 수 있다.
이하에선 도 4 내지 도 8을 참조하여 본 실시예의 파우치 제조장치(100)에 의한 파우치 필름(F)의 성형 과정을 설명한다. 도 4 내지 도 8은 도 2의 파우치 제조장치에 의한 파우치 필름의 성형 과정을 설명하기 위한 도면이다.
우선 도 4에 도시되어 있듯이 네스트(113)가 하측으로 이동한다. 네스트(113)의 이동 거리는 펀치(130)의 삽입 깊이에 기초해서 결정될 수 있다. 도 4에는 포밍홈(111)의 상부 개구에 인접하게 위치하던 네스트(113)가 하측으로 이동하는 경우가 예시되어 있다. 네스트(113)가 포밍홈(111)의 하부 바닥에 인접하게 위치하는 경우에는 네스트(113)가 상측으로 이동할 수도 있다.
다음으로 도 5에 도시되어 있듯이 스트리퍼 실린더(166)에 의해 스트리퍼(150)가 하강한다. 스트리퍼(150)는 하부 다이 몸체(112)의 상부면(112U)에 배치된 파우치 필름(F)을 가압함으로써 파우치 필름(F)의 성형 중에 파우치 필름(F)을 고정시킬 수 있다.
다음으로 도 6에 도시되어 있듯이, 하부 다이 몸체(112)에 형성된 진공 통로(114)를 통해 포밍홈(111)의 내부 공기가 배출된다. 이에 의해 하부 다이 몸체(112)의 상부면(112U)에 배치된 파우치 필름(F)이 하측으로 연신될 수 있다. 이와 같은 진공 연신을 위해 하부 다이 몸체(112)의 진공 통로(114)는 진공 펌프(미도시)에 연통될 수 있다.
본 실시예의 파우치 제조장치(100)는 이와 같이 진공 연신 공정에도 적용될 수 있다. 진공 연신 공정이 적용되면 파우치의 컵부(11)를 더 각지게, 예를 들어 컵부(11)의 바닥면과 측면 사이의 각도를 90도에 가깝게 형성시킬 수 있다. 각진 파우치는 동일 부피 내에 수용되는 전극 조립체의 부피를 증가시킬 수 있어 전지의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다. 또한 진공 연신 공정이 적용되면, 제조되는 파우치에 있어 컵부(11)의 깊이가 대체로 일정할 수 있다.
한편, 완충을 위해 네스트(113)의 하부에 탄성 부재를 배치하는 것을 고려할 수 있다. 그러나 네스트(113)의 하부에 탄성 부재를 배치하면, 진공 연신 중에 또는 네스트(113)의 이동 중에, 네스트(113)의 흔들림으로 인해, 포밍홈(111)을 정의하는 하부 다이 몸체(112)의 내측벽과 네스트(113)의 사이에 파우치 필름(F)이 끼일 수 있다. 이는 파우치의 외관을 불량하게 만들므로 바람직하지 않다. 그런데 본 실시예의 파우치 제조장치(100)는 완충을 위한 탄성 부재(146)가 네스트(113)에 배치되지 않고 펀치(130)에 배치되므로 위와 같은 문제가 발생하지 않는다.
다음으로 도 7에 도시되어 있듯이 펀치 실린더(161)에 의해 펀치(130)가 하강한다. 이에 의해 파우치 필름(F)이 가압되어 파우치의 컵부(11)가 더 각지게 형성될 수 있다. 이때 펀치(130)와 네스트(113) 사이에서 발생하는 충격은 펀치(130)의 탄성부(140)에 의해 완화될 수 있다. 예를 들어, 네스트(113)에 의해 펀치(130)에 충격이 가해지면, 도 7에 도시되어 있듯이 하부 펀치(136)가 탄성부(140)에 의해 탄성적으로 지지된 상태에서 상부 펀치(131)를 향해 이동하게 되며, 이런 과정에서 펀치(130)와 네스트(113) 사이에서 발생하는 충격이 완화될 수 있다. 이는 파우치의 우수한 외관이나 파우치 제조장치의 수명에도 유익할 수 있다.
한편, 펀치(130)는 파우치 필름(F)을 네스트(113)의 상면에 밀착시킬 때까지 하측으로 이동하게 마련될 수 있다. 이와 같이 이동하면 펀치(130)와 네스트(113) 사이에 갭(필름으로 인한 갭은 제외)이 형성되지 않은 상태에서 파우치 필름(F)을 가압할 수 있으므로, 파우치의 외관이 더 우수하게 성형될 수 있다.
마지막으로 도 8에 도시되어 있듯이 펀치 실린더(161)에 의해 펀치(130)가 상승한다.
실시예 2
도 9는 본 발명의 실시예 2에 따른 파우치 제조장치를 도시하고 있는 단면도이고 도 10은 도 9의 파우치 제조장치에 적용되는 펀치를 도시하고 있는 단면도이고 도 11은 도 10의 펀치 중 하부 펀치를 제거시킨 후의 배면도이다. 실시예 2의 제조장치는 펀치에 있어서 실시예 1의 제조장치와 차이가 있다. 이하에선 펀치(230)를 중심으로 설명한다. 참고로 실시예 1에 설명되어 있는 사항은 실시예 2에 동일 또는 유사하게 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예 2에 따른 파우치 제조장치(200)는 도 9에 도시되어 있듯이 하부 다이(110), 상부 다이(120) 및 펀치(230)를 포함한다. 하부 다이(110)는 포밍홈(111)을 포함할 수 있다. 하부 다이(110)는 포밍홈(111)에 배치되는 네스트(113)를 포함할 수 있다. 펀치(230)는 상부 펀치(231)와 하부 펀치(236)를 포함할 수 있다. 상부 펀치(231)는 상측 블록(232)과 하측 블록(233)을 포함할 수 있다.
본 실시예의 파우치 제조장치(200)는 파우치 필름의 고정을 위한 스트리퍼(150)를 포함할 수 있다.
본 실시예의 펀치(230)는 탄성부(240)를 포함할 수 있다. 본 실시예의 탄성부(240)는 도 9와 도 11에 도시되어 있듯이 외측 탄성 부재(246o)와 내측 탄성 부재(246i)를 포함할 수 있다. 외측 탄성 부재(246o)는 하부 펀치(236)의 외측 테두리(예: 도 11을 기준으로 하부 펀치의 네 꼭지점)에 인접하게 배치되는 탄성 부재일 수 있고, 내측 탄성 부재(246i)는 외측 탄성 부재(246o)보다 하부 펀치(236)의 중심에 인접하게 배치되는 탄성 부재일 수 있다. 도 11에는 예시적으로 4개의 외측 탄성 부재(246o)와 4개의 내측 탄성 부재(246i)가 도시되어 있다. 참고로 도 11은 펀치(230) 중의 하부 펀치(236)를 제거시킨 후의 배면도이나, 하부 펀치(236)의 외측 테두리와 중심은 상부 펀치(231)의 외측 테두리와 중심에 실질적으로 대응될 수 있다.
본 실시예의 펀치(230)는 하부 펀치(236) 또는 상부 펀치(231)의 외측 테두리에 인접하게, 그리고 하부 펀치(236) 또는 상부 펀치(231)의 중심에 인접하게 각각 탄성 부재(246o, 246i)를 구비하고 있으므로, 탄성 부재(246o, 246i)를 통해 하부 펀치(236)를 더 안정적으로 지지할 수 있다. 참고로 외측 탄성 부재(246o)와 내측 탄성 부재(246i)의 중심에도 실시예 1과 동일하게 연결 바(241, 241'; 도 10 참조)가 배치될 수 있다.
본 실시예에 있어 외측 탄성 부재(246o)의 탄성계수는 내측 탄성 부재(246i)의 탄성계수보다 낮을 수 있다. 이와 같으면 파우치 필름(F)에서 컵부(11)가 형성될 영역(예: 포밍홈에 대응되는 영역) 중 중앙 부분은 상대적으로 강하게, 그리고 주변 부분은 상대적으로 약하게 펀치(230)가 가압할 수 있다. 이는 컵부(11)의 성형 중에 컵부(11)의 모서리(바닥면과 측면의 경계)에서 문제가 발생하는 것을 억제하는 데에 도움이 될 수 있다. 참고로 동일 탄성계수를 갖는 소재이더라도 압축 정도를 달리하여 위와 같은 효과를 달성할 수도 있다(예: 외측 탄성 부재를 덜 압축되게 배치시킴).
한편, 하부 펀치(236)의 외측 테두리에 인접하게 배치되는 탄성부(240o)(이하, 외측 탄성부)와, 외측 탄성부(240o)보다 하부 펀치(236)의 중심에 인접하게 배치되는 탄성부(240i)(이하, 내측 탄성부)는 도 9와 10에 도시되어 있듯이 서로 다른 구조를 가질 수도 있다.
외측 탄성부(240o)는 도 10에 도시되어 있듯이 실시예 1의 탄성부(140)와 동일 구조를 가질 수 있다. 즉, 외측 탄성부(240o)는 헤드(242)와 고정 바(243)를 갖는 연결 바(241) 및 탄성 부재(246o)를 구비할 수 있다. 외측 탄성부(240o)는 뒤집어진 T-자 형상의 단면을 갖는 상부 펀치(231) 중 하측 블록(233)에 배치될 수 있다.
내측 탄성부(240i)는 도 10에 도시되어 있듯이, 하측 블록(233) 중 상측 블록(232)에 대응되는 영역에 배치될 수 있다. 내측 탄성부(240i)는 연결 바(241')와 탄성 부재(246i)를 포함할 수 있다. 연결 바(241')는 상부 펀치 몸체(234)에 형성되는 관통홈(235')의 내부에 배치되는 헤드(242')를 포함할 수 있다. 여기서 관통홈(235')은 상부 펀치 몸체(234)의 상부면(234U)과 하부면(234L) 사이의 일 지점(P')에서 상부 펀치 몸체(234)의 하부면(234L)까지 상부 펀치 몸체(234)를 관통하게 형성되는 홈일 수 있다. 연결 바(241')는 헤드(242')보다 작은 직경으로 형성되되 헤드(242')에서 하측으로 연장되어 하단에서 하부 펀치(236)에 고정되는 고정 바(243')를 포함할 수 있다. 탄성 부재(246i)의 상단은 헤드(242')의 하측에 위치하게 관통홈(235')에 삽입될 수 있다.
상부 펀치(231) 중 상측 블록(232)과 하측 블록(233)이 중첩되는 영역은 하측 블록(233)보다 두꺼울 뿐만 아니라, 상측 블록(232)의 상부면은 상부 다이(120)의 하부면에 맞닿을 수 있으므로, 내측 탄성부(240i)는 상부 펀치 몸체(234)의 관통홈(235')에 수용되는 형태를 갖는 것이 바람직할 수 있다.
내측 탄성부(240i)는 상부 펀치 몸체(234)의 관통홈(235')에 삽입되어 고정되는 고정 부재(247)를 포함할 수 있다. 고정 부재(247)는 관통홈(235')에 삽입되되 뒤집어진 U자 형상의 단면을 갖는 몸체 부분(247a)과, 몸체 부분(247a)의 하단에서 외측으로 수평하게 연장되어 상부 펀치 몸체(234)의 하부면(234L)에 밀착되는 연장 부분(247b)을 포함할 수 있다.
연결 바(241')와 탄성 부재(246i)는 관통홈(235')에 삽입된 몸체 부분(247a)의 내부 공간에 삽입될 수 있다. 몸체 부분(247a)의 내부 공간에는 내측으로 수평하게 돌출되는 스토퍼(247c)가 형성될 수 있다. 스토퍼(247c)는 연결 바(241')의 헤드(242')가 하측으로 이탈하는 것을 방지할 수 있다. 스토퍼(247c)는 연결 바(241')의 상하 이동을 허용하기 위해, 몸체 부분(247a)의 내부 공간의 천장면에서 하측으로 소정 거리 이격될 수 있다. 탄성 부재(246i)의 상단은 스토퍼(247c)의 하측에 위치될 수 있다.
고정 부재(247)가 구비되면 고정 부재(247)에 연결 바(241')와 탄성 부재(246i)를 배치시킨 상태에서 이들을 상부 펀치 몸체(234)의 관통홈(235')에 설치할 수 있으므로 내측 탄성부(240i)의 설치를 용이하게 할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 파우치 제조장치
110: 하부 다이
111: 포밍홈
112: 하부 다이 몸체
113: 네스트
114: 진공 통로
120: 상부 다이
130: 펀치
131: 상부 펀치
132: 상측 블록
133: 하측 블록
134: 상부 펀치 몸체
135: 관통홀
135a: 제1 관통홀
135b: 제2 관통홀
135c: 턱
136: 하부 펀치
140: 탄성부
141: 연결 바
142: 헤드
143: 고정 바
146: 탄성 부재
150: 스트리퍼
161, 166: 실린더
200: 파우치 제조장치
230: 펀치
231: 상부 펀치
232: 상측 블록
233: 하측 블록
235': 관통홈
236: 하부 펀치
240: 탄성부
240o: 외측 탄성부
240i: 내측 탄성부
241, 241': 연결 바
242, 242': 헤드
243, 243': 고정 바
246o: 외측 탄성 부재
246i: 내측 탄성 부재
247: 고정 부재
247a: 몸체 부분
247b: 연장 부분
247c: 스토퍼
B: 연결 기둥
F: 파우치 필름
W: 와셔

Claims (13)

  1. 파우치 필름에 컵부를 포밍하기 위한 포밍홈을 구비하는 하부 다이;
    상기 하부 다이에서 상측으로 이격되게 배치되는 상부 다이; 및
    상기 상부 다이에 의해 지지되되, 상기 하부 다이 상에 배치될 상기 파우치 필름을 가압하기 위해 상기 포밍홈을 향해 이동하게 마련되는 펀치를 포함하고,
    상기 펀치는,
    상기 상부 다이에 상하 이동 가능하게 연결되는 상부 펀치;
    상기 상부 펀치에서 하측으로 이격되게 배치되고, 상기 상부 펀치와 함께 이동하여 상기 파우치 필름을 가압하게 마련되는 하부 펀치; 및
    상기 상부 펀치와 상기 하부 펀치의 사이에 배치되어 상기 하부 펀치를 탄성적으로 지지하는 탄성부를 포함하는, 파우치 제조장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 탄성부는,
    상기 하부 펀치를 하측으로 탄성 가압하게 마련되는, 파우치 제조장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 탄성부는,
    상기 상부 펀치와 상기 하부 펀치 중 어느 하나에는 고정되고, 상기 상부 펀치와 상기 하부 펀치 중 다른 하나에는 상기 다른 하나에 대해 상하 방향으로 이동 가능하게 연결되는 연결 바; 및
    상기 상부 펀치와 상기 하부 펀치의 사이에서 상기 연결 바를 에워싸게 마련되는 탄성 부재를 포함하는, 파우치 제조장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 상부 펀치는,
    상기 상부 펀치의 외형을 형성하는 상부 펀치 몸체;
    상기 상부 펀치 몸체의 상부면에서 상기 상부 펀치 몸체의 상부면과 하부면 사이의 일 지점까지 상기 상부 펀치 몸체를 관통하는 제1 관통홀; 및
    상기 제1 관통홀보다 큰 내경으로, 상기 일 지점에서 상기 상부 펀치 몸체의 하부면까지 상기 상부 펀치 몸체를 관통하되, 상기 제1 관통홀과 연통되는 제2 관통홀을 포함하는, 파우치 제조장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 연결 바는,
    상기 상부 펀치 몸체의 상기 상부면의 외측에 배치되는 헤드; 및
    상기 헤드에서 하측으로 연장되어 상기 제1 및 제2 관통홀을 통과하고 하단에서 상기 하부 펀치에 고정되는 고정 바를 포함하는, 파우치 제조장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 헤드는,
    상기 제1 관통홀에 삽입되지 않게, 상기 제1 관통홀보다 큰 직경으로 형성되거나, 또는 상기 헤드와 상기 상부 펀치 몸체의 상기 상부면 사이에 배치되는 와셔의 중앙홀보다 큰 직경으로 형성되는, 파우치 제조장치.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 탄성 부재의 상단은,
    상기 제1 관통홀과 상기 제2 관통홀 사이의 내경 차이에 의해 형성되는 턱에 안착되게 상기 제2 관통홀에 삽입되는, 파우치 제조장치.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 상부 펀치는,
    상기 상부 펀치의 외형을 형성하는 상부 펀치 몸체; 및
    상기 상부 펀치 몸체의 상부면과 하부면 사이의 일 지점에서 상기 상부 펀치 몸체의 하부면까지 상기 상부 펀치 몸체를 관통하는 관통홈을 포함하고,
    상기 연결 바는,
    상기 관통홈의 내부에 배치되는 헤드; 및
    상기 헤드보다 작은 직경으로 형성되되, 상기 헤드에서 하측으로 연장되어 하단에서 상기 하부 펀치에 고정되는 고정 바를 포함하고,
    상기 탄성 부재의 상단은,
    상기 헤드의 하측에 위치하게 상기 관통홈에 삽입되는, 파우치 제조장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 탄성부는,
    상기 상부 펀치 몸체의 관통홈에 삽입되되 뒤집어진 U자 형상의 단면을 갖는 몸체 부분과, 상기 몸체 부분의 하단에서 외측으로 수평하게 연장되어 상기 상부 펀치 몸체의 하부면에 밀착되는 연장 부분을 포함하고,
    상기 연결 바와 상기 탄성 부재는,
    상기 관통홈에 삽입된 상기 몸체 부분의 내부 공간에 삽입되는, 파우치 제조장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 탄성부는,
    상기 하부 펀치의 외측 테두리에 인접하게 배치되는 외측 탄성 부재; 및
    상기 외측 탄성 부재보다 상기 하부 펀치의 중심에 인접하게 배치되는 내측 탄성 부재를 포함하는, 파우치 제조장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 외측 탄성 부재의 탄성계수는,
    상기 내측 탄성 부재의 탄성계수보다 낮은, 파우치 제조장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부 다이는,
    상기 하부 다이의 외형을 형성하고 상기 포밍홈이 형성되는 하부 다이 몸체; 및
    상기 포밍홈의 내측에 상하 방향으로 이동 가능하게 배치되어, 상기 포밍홈으로 이동된 상기 펀치를 지지하게 마련되는 네스트를 포함하는, 파우치 제조장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 펀치는,
    상기 파우치 필름을 상기 네스트의 상면에 밀착시킬 때까지 하측으로 이동하게 마련되는, 파우치 제조장치.
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