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KR102135270B1 - 서로 다른 형상의 사출 성형체들을 동시에 제조할 수 있는 사출 성형 및 금형 장치 - Google Patents

서로 다른 형상의 사출 성형체들을 동시에 제조할 수 있는 사출 성형 및 금형 장치 Download PDF

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KR102135270B1
KR102135270B1 KR1020150145082A KR20150145082A KR102135270B1 KR 102135270 B1 KR102135270 B1 KR 102135270B1 KR 1020150145082 A KR1020150145082 A KR 1020150145082A KR 20150145082 A KR20150145082 A KR 20150145082A KR 102135270 B1 KR102135270 B1 KR 102135270B1
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장재영
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 고분자 수지 분말(resin powder)을 용융시키고, 용융 수지를 제 1 압력으로 하기 제 1 실린더와 제 2 실린더로 공급하는 공급부; 상기 공급부로부터 용융 수지의 일부를 수령하여 노즐(nozzle)을 통해 토출(discharge)시키는 제 1 실린더 부재; 상기 공급부로부터 용융 수지의 나머지를 수령하여 노즐을 통해 토출시키는 제 2 실린더 부재;을 포함하고, 상기 제 1 실린더 부재와 제 2 실린더 부재 중의 적어도 하나는 제 1 압력으로 공급된 용융 수지를 감압하여 수지의 토출 압력을 조절하는 것을 특징으로 사출 성형 및 금형 장치를 제공한다.

Description

서로 다른 형상의 사출 성형체들을 동시에 제조할 수 있는 사출 성형 및 금형 장치 {Apparatus Having Injection Molding Machine and Mold Capable of Simultaneously Manufacturing Injection Molding Articles Having Different Shapes}
본 발명은 서로 다른 형상의 사출 성형체들을 동시에 제조할 수 있는 사출 성형 및 금형 장치에 관한 것이다.
IT(Information Technology) 기술이 눈부시게 발달함에 따라 다양한 휴대형 정보통신 기기의 확산이 이뤄짐으로써, 21세기는 시간과 장소에 구애 받지 않고 고품질의 정보서비스가 가능한 '유비쿼터스 사회'로 발전되고 있다.
이러한 유비쿼터스 사회로의 발전 기반에는, 리튬 이차전지가 중요한 위치를 차지하고 있다. 구체적으로, 충방전이 가능한 리튬 이차전지는 와이어리스 모바일 기기 또는 신체에 착용하는 웨어러블 전자기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있을 뿐만 아니라, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 사용되고 있다.
상기와 같이, 리튬 이차전지가 적용되는 디바이스들이 다양화됨에 따라, 리튬 이차전지는, 적용되는 디바이스에 알맞은 출력과 용량을 제공할 수 있도록 다양화되고 있다. 더불어, 소형 경박화가 강력히 요구되고 있다.
한편, 리튬 이차전지는 디바이스의 크기 및 형상을 고려하여 제조되고 있고, 최근에는 리튬 이차전지가 사용되는 제품이 다양해지고, 곡선 또는 곡면을 가지는 다양한 디바이스에 적용 가능하도록, 장방형의 구조에서 벗어나, 기하학 구조의 다양한 디자인으로도 제조되고 있다.
여기서, 리튬 이차전지는 특정 형상을 만족하기 위해, 다양한 형상의 사출 성형체를 포함한다. 이차전지에 포함되는 사출 성형체는 이차전지의 외면을 감싸는 하우징, 이차전지의 상단에 장착되는 보호회로모듈 케이스 등과 이차전지들을 결합 및 조합하기 위한 지지부재나 결합부재 등을 예로 들 수 있다.
이와 같은 사출 성형체들은 도 1에 도시된 사출 성형 및 금형 장치를 통해 고분자 수지를 특정 형상으로 사출 성형함으로써 제조된다.
이와 관련하여 도 1을 참조하면, 사출 성형 및 금형 장치(10)는, 용융 수지 투입구(1), 투입구(1)로부터 연장되어 있는 매니폴드(3), 매니폴드(3)와 연결되어 있는 한 쌍의 실린더들(2a, 2b) 및 성형체의 형상과 대응되는 캐비티(5)를 포함하고, 실린더들 각각으로부터 용융 수지를 수령하는 한 쌍의 금형들(4a, 4b)로 이루어져 있다.
여기서, 용융 수지는 실린더들(2a, 2b) 에 유입된 후, 실린더들(2a, 2b) 하단의 노즐(6)을 통해 금형의 캐비티(5) 상에 충진되고, 이 후, 캐비티 (5)상에서 수지가 경화되어 성형체를 형성한다.
그러나, 상기 구조의 사출 성형 및 금형 장치(10)는 용융 수지의 압력이 투입구(1)에서 결정되며, 용융 수지는 캐비티(5)로 토출되기 전 까지 상기 압력을 유지한다. 따라서, 용융 수지는 실린더들(2a, 2b)에서 동일한 압력 하에 유동하며, 캐비티(5)로 토출되는 용융 수지의 양과 충진 시간 또한 동일하다.
이와 같이 서로 다른 캐비티(5)에 충진되는 수지의 양과 충진 시간이 동일할 경우, 각 금형들(4a, 4b)은 동일한 형상의 사출 성형체들을 대량으로 제조할 수 있으나, 사출 성형체들의 형상은 용융 수지의 토출 압력과 수지의 양 및 충진 시간에 크게 영향을 받기 때문에, 서로 상이한 크기 및 형상으로 이루어진 사출 성형체들을 동시에 제조하기 힘든 단점이 있다.
또한, 보다 세밀하고 다양한 성형을 위해서는 실린더 내의 용융 수지 압력을 조절하여, 토출 량의 증감이 연속적으로 변화되어야 하나, 상기 구조의 성형기는 용융 수지의 압력이 투입구에서 결정된 후, 용융 수지가 토출되기 전 까지 압력이 유지되므로, 이차전지용 사출 성형체에 요구되는 세밀하고 복잡한 형상의 사출 성형체를 제조하기 어려운 단점이 있다.
따라서, 용융 수지의 압력과 토출 양을 정밀하게 조절함으로써, 소망하는 형상과 크기를 가지며 다양한 형상의 성형체를 동시에 제조할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 다양한 형상의 사출 성형체를 동시에 제조하기 위하여, 이에 요구되는 용융 수지의 토출 압력을 실린더 부재에서 정밀하게 조절할 수 있는 사출 성형 및 금형 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 사출 성형 및 금형 장치는,
고분자 수지를 용융하여 금형에서 사출하는 성형기로서,
고분자 수지 분말(resin powder)을 용융시키고, 용융 수지를 제 1 압력으로 하기 제 1 실린더와 제 2 실린더로 공급하는 공급부;
상기 공급부로부터 용융 수지의 일부를 수령하여 노즐(nozzle)을 통해 토출(discharge)시키는 제 1 실린더 부재;
상기 공급부로부터 용융 수지의 나머지를 수령하여 노즐을 통해 토출시키는 제 2 실린더 부재;
을 포함하고,
상기 제 1 실린더 부재와 제 2 실린더 부재 중의 적어도 하나는 제 1 압력으로 공급된 용융 수지를 감압하여 수지의 토출 압력을 조절하는 것을 특징으로 한다.
일반적으로, 사출 성형체들의 형상은 용융 수지의 토출 량과 토출 시간에 크게 영향을 받는다. 특히, 사출 성형체의 구조가 복잡할수록 이를 정밀하게 성형시키기 위해서는 토출 량과 토출 시간을 결정하는 용융 수지의 토출 압력이 중요하다.
이에, 본 발명에 따른 사출 성형 및 금형 장치는 제 1 실린더 부재와 제 2 실린더 부재에서 용융 수지의 압력을 감압 조절할 수 있고, 그에 따라 사출 성형체에 요구되는 토출 량 및 토출 시간이 정밀하게 조정되면서 다양한 형상의 성형체 제조가 가능하다.
구체적으로, 본 발명의 사출 성형 및 금형 장치는 제 1 실린더 부재와 제 2 실린더 부재가 서로 다른 압력으로 용융 수지를 정밀하게 감압함으로써, 이들을 통해 토출되는 용융 수지는 서로 다른 형상의 사출 성형체들로 제조될 수 있을 뿐만 아니라, 세밀하면서도 복잡한 구조로 이루어진 사출 성형체의 제조가 용이한 장점이 있다.
또한, 상기 사출 성형 및 금형 장치는 이것으로 기 제조되던 사출 성형체 대신, 상기와 같이 용융 수지의 압력을 조절하는 간단한 조작을 통해 전혀 다른 형상을 가지는 사출 성형체를 제조할 수 있으므로, 기존의 실린더 부재를 새로운 사출 성형체 제조에 적합한 실린더 부재로 교체할 필요가 없다.
상기 사출 성형 및 금형 장치는 또한, 제 1 실린더 부재로부터 토출된 수지를 수령하여 이를 경화시키는 제 1 금형; 및 제 2 실린더 부재로부터 토출된 수지를 수령하여 이를 경화시키는 제 2 금형;을 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 금형 및 제 2 금형에는 수지를 제품으로 형상화 하기 위한 캐비티(cavity)가 형성되어 있고, 상기 제 1 금형과 제 2 금형의 캐비티 형상은 서로 상이할 수 있으며, 상기 수지는 제 1 금형의 캐비티와 제 2 금형의 캐비티에서 서로 다른 형상으로 경화될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 사출 성형 및 금형 장치는, 제 1 실린더 부재와 제 2 실린더 부재에서 용융 수지의 토출 압력을 정밀하게 조절한 상태로 용융 수지를 서로 다른 형상의 캐비티에 각각 충진시킴으로써, 세밀하면서도 복잡한 구조로 이루어진 서로 다른 형상의 사출 성형체들의 동시 제조가 가능하다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 공급부는
복수의 나선면이 형성되어 있고, 회전 운동으로 고분자 수지 분말을 절삭하고, 내부에 장착된 히터를 통해 절삭된 고분자 수지 분말을 가열하여 용융시키는 스크류(screw); 및
상기 스크류로부터 공급된 용융 수지의 유동 흐름을 분할하여, 제 1 실린더 부재와 제 2 실린더 부재로 용융 수지를 공급하는 매니폴드;
를 포함할 수 있다.
상기 스크류는 절삭과 용융 후, 용융 수지를 제 1 압력 하에 매니폴드로 공급되도록 구성되어 있으며, 제 1 압력은 매니폴드에서도 유지되고, 용융 수지는 매니폴드에서 제 1 압력 하에 유동될 수 있다.
또한, 상기 공급부, 제 1 실린더 및 제 2 실린더는 용융 수지의 경화를 방지하기 위한 히터를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서, 상기 감압은 비례제어 밸브(proportional valve)를 통해 달성될 수 있다. 비례제어 밸브는, 이를 통과하는 유체의 유량과 압력에 따라 유체의 유통 량을 상대적으로 조절하는 능동 제어 밸브이다. 또한, 비례제어 밸브는 소망하는 유량 또는 압력 등의 입력 값의 설정 후, 기 입력된 값의 초과 또는 미만인 경우, 밸브의 열림과 닫힘이 제한되도록 설정될 수 있다.
본 발명의 사출 성형 및 금형 장치에서는, 상기 제 1 실린더 부재와 제 2 실린더 부재 각각에 비례제어 밸브가 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 제 1 실린더 부재와 제 2 실린더 부재는 각각 비례제어 밸브를 포함하고, 용융 수지는 비례제어 밸브들 중의 적어도 하나에 의해 토출 압력이 제 1 압력 미만으로 감압될 수 있다.
여기서, 상기 제 1 실린더 부재와 제 2 실린더 부재는 각각,
공급부의 매니폴드와 상호 연통되어 있고, 용융된 수지가 이동되는 수지 이동관;
상기 수지 이동관과 연통되어 있고, 용융된 수지를 실린더의 외부로 토출시키는 노즐;
상기 노즐의 상단에서 수지 이동관과 연결되어 있고, 상하로 승강 운동하면서 이동관의 수지를 노즐로 이동시키는 피스톤; 및
상기 피스톤의 On/Off 및 비례제어 밸브의 감압 정도를 조정하는 제어부(control part);
를 포함할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 비례제어 밸브는 노즐과 피스톤 사이의 이동관 내부에 설치되어 있고, 피스톤에 의해 이동되는 용융 수지가 비례제어 밸브에서 감압된 상태로 노즐로 이동한 후, 노즐을 통해 토출될 수 있다.
상기 구조는 피스톤이 하강 운동하면서 용융 수지를 밀어내면, 용융 수지가 비례제어 밸브를 통해 감압되면서 노즐을 통해 토출되는 구조이다.
이때, 비례제어 밸브는 제어부에 기 입력된 유량이나 압력 값에 근거하여, 이를 통과하는 용융 수지의 압력을 실시간으로 변경할 수 있으며, 그에 따라 용융 수지는 노즐을 통해 토출되는 시간과 토출 량이 조절될 수 있다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 비례제어 밸브는 매니폴드와 인접한 이동관의 내부에 설치되어 있고, 매니폴드로부터 유입된 용융 수지가 비례제어 밸브에서 감압된 상태로 피스톤에 의해 노즐로 이동한 후, 노즐을 통해 토출될 수 있다.
상기 구조는 매니폴드로부터 이동관으로 유입되는 용융 수지가 비례제어 밸브에 의해 감압된 상태로 피스톤에 도달하며, 피스톤은 용융 수지의 감압된 상태가 유지되도록 하강 운동하여 용융 수지를 노즐로 밀어 낼 수 있다. 마찬가지로, 비례제어 밸브는 제어부에 기 입력된 유량이나 압력 값에 근거하여, 이를 통과하는 용융 수지의 압력을 실시간으로 변경할 수 있으며, 그에 따라 용융 수지는 노즐을 통해 토출되는 시간과 토출 량이 조절될 수 있다.
한편, 상기 제어부는 수지가 이동관으로부터 노즐을 통해 배출되기까지, 비례제어 밸브의 감압 정도를 연속적으로 조정하여, 용융 수지의 토출 압력, 토출 량 및 토출 시간을 변경할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 사출 성형 및 금형 장치는 실린더 부재들이 포함하는 비례제어 밸브와 제어부를 통해 용융 수지의 압력을 실시간으로 조절함으로써, 소망하는 형상의 사출 성형체를 제조할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 사출 성형 및 금형 장치는 제 1 실린더 부재와 제 2 실린더 부재를 통해 토출되는 용융 수지의 양이 상이할 수 있다. 상기 용융 수지의 양은 실제 사출 성형체의 크기에 영향을 미칠 수 있으므로, 제 1 실린더 부재와 대응되는 제 1 금형과 제 2 실린더 부재와 대응되는 제 2 금형에서 성형되는 사출 성형체의 크기가 상이할 수 있다.
경우에 따라서는 사출 성형 및 금형 장치는 제 1 실린더 부재와 제 2 실린더 부재를 통해 토출되는 용융 수지의 양이 동일할 수 있다. 이 경우, 용융 수지의 양이 동일하더라도, 제 1 금형과 제 2 금형으로 토출되는 용융 수지의 토출 시간이나 압력은 상이할 수 있다.
이와는 달리, 적어도 하나의 사출 성형체의 제조에 정밀한 압력 제어가 필요 없는 경우에는, 상기 사출 성형 및 금형 장치는 제 1 실린더 부재와 제 2 실린더 부재 중 하나를 통해 토출되는 용융 수지는 제 1 압력으로 토출되고, 나머지 실린더 부재를 통해 토출되는 수지는 제 1 압력 미만으로 감압되어 토출될 수 있다.
본 발명에서, 상기 제 1 압력은 1000bar 내지 3000bar 이고, 상기 비례제어 밸브를 통해 감압되는 압력은 상기 제 1 압력의 5% 내지 99%이며, 상기 비례제어 밸브가 완전히 개방된 상태에서는 용융된 수지가 감압되지 않을 수 있다. 상기 비례제어 밸브의 완전 개방은 제어부에 의해 수행될 수 있다.
상기 비례제어 밸브가 용융 수지를 제 1 압력의 5% 미만으로 감압시킬 경우, 제 1 압력 하의 용융 수지와 토출 시간 및 토출 량이 실질적으로 동일하므로, 본 발명의 목적을 달성할 수 없다. 이와는 달리, 상기 비례제어 밸브가 용융 수지를 제 1 압력의 99%를 초과 내지 100% 미만 사이에서 감압시키는 경우, 용융 수지가 역류할 수 있으므로 바람직하지 않다.
본 발명은 또한, 사출 성형 및 금형 장치를 통해 제조된 고분자 성형체를 제공한다.
상기 고분자 성형체는 예를 들어, 전지팩의 외면을 감싸는 하우징, 전지팩의 상단에 장착되는 보호회로모듈 케이스, 또는 다수의 이차전지들을 결합하는 결합 부재 및 이들을 지지하고 충격을 완화시키는 지지부재 등일 수 있으나, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 또한, 상기 고분자 성형체를 하나 이상 포함하는 전지팩을 제공한다.
상기 전지팩은 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 장착된 구조로 이루어진 이차전지를 더 포함할 수 있다.
상기 이차전지는 그것의 종류가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적인 예로서, 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬 이온(Li-ion) 이차전지, 리튬 폴리머(Li-polymer) 이차전지, 또는 리튬 이온 폴리머(Li-ion polymer) 이차전지 등과 같은 리튬 이차전지일 수 있다.
일반적으로, 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 및/또는 연장 집전부 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 집전체 및/또는 연장 집전부는 일반적으로 3 내지 500 마이크로미터의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체 및 연장 집전부는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 양극 집전체 및 연장 집전부는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
상기 음극은 음극 집전체 및/또는 연장 집전부 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 집전체 및/또는 연장 집전부는 일반적으로 3 내지 500 마이크로미터의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체 및/또는 연장 집전부는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 마이크로미터이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 마이크로미터다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.
상기 전해액은 리튬염 함유 비수계 전해액일 수 있고, 비수 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 비수 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 비수 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene Carbonate), PRS(Propene sultone) 등을 더 포함시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiN(SO2CF3)2 등의 리튬염을, 고유전성 용매인 EC 또는 PC의 환형 카보네이트와 저점도 용매인 DEC, DMC 또는 EMC의 선형 카보네이트의 혼합 용매에 첨가하여 리튬염 함유 비수계 전해질을 제조할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지팩을 하나 이상 포함하는 디바이스를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 사출 성형 및 금형 장치는 제 1 실린더 부재와 제 2 실린더 부재에서 용융 수지의 압력을 감압 조절할 수 있고, 그에 따라 사출 성형체에 요구되는 토출 량 및 토출 시간이 정밀하게 조정되면서 다양한 형상의 성형체 제조가 가능하다.
구체적으로, 본 발명의 사출 성형 및 금형 장치는 제 1 실린더 부재와 제 2 실린더 부재가 서로 다른 압력으로 용융 수지를 정밀하게 감압함으로써, 이들을 통해 토출되는 용융 수지는 서로 다른 형상의 사출 성형체들로 제조될 수 있을 뿐만 아니라, 세밀하면서도 복잡한 구조로 이루어진 사출 성형체의 제조가 용이한 장점이 있다.
또한, 상기 사출 성형 및 금형 장치는 이것으로 기 제조되던 사출 성형체 대신, 상기와 같이 용융 수지의 압력을 조절하는 간단한 조작을 통해 전혀 다른 형상을 가지는 사출 성형체를 제조할 수 있으므로, 기존의 실린더 부재를 새로운 사출 성형체 제조에 적합한 실린더 부재로 교체할 필요가 없다.
도 1은 종래 기술에 따른 사출 성형 및 금형 장치의 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 사출 성형 및 금형 장치의 모식도이다;
도 3는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 사출 성형 및 금형 장치의 모식도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 사출 성형 및 금형 장치가 모식적으로 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 사출 성형 및 금형 장치는 용융 수지를 공급하는 공급부(120), 제 1 실린더 부재(110a), 제 2 실린더 부재(110b), 제 1 금형(130) 및 제 2 금형(132)을 포함한다.
공급부(120)는 복수의 나선면(123)이 형성되어 있고, 회전 운동으로 고분자 수지 분말을 절삭하고, 내부에 장착된 히터를 통해 절삭된 고분자 수지 분말을 가열하여 용융시키는 스크류(124, screw)를 포함한다. 나선면(123)은 스크류(124)가 회전할 때 고분자 분말을 절삭하며, 열선을 포함하고 있어 절삭과 동시에 절삭된 수지 분말을 용융시킬 수 있다.
공급부(120)는 또한, 스크류(124)로부터 공급된 용융 수지의 유동 흐름을 분할하여, 제 1 실린더 부재(110a)와 제 2 실린더 부재(110b)로 용융 수지를 공급하는 매니폴드(122)를 포함한다.
이 때, 용융된 수지는 스크류(124)의 회전운동과 유체 흐름에 의해 제 1 압력 하에 매니폴드(122)로 유입된다. 따라서, 공급부(120)의 스크류와 매니폴드(122)에서 용융 수지는 제 1 압력으로 유동된다.
제 1 금형(130) 및 제 2 금형(132)은 수지를 제품으로 형상화 하기 위한 캐비티(134, 136, cavity)를 포함한다. 여기서, 제 1 금형(130)과 제 2 금형(132)의 캐비티(134, 136) 형상과 크기는 서로 상이하다. 경우에 따라서는 금형들(130, 132) 표면에 다수의 그루브가 형성될 수 있다.
제 1 실린더 부재(110a)와 제 2 실린더 부재(110b)는 각각 매니폴드(122)와 상호 연통되어 있고, 용융된 수지가 이동되는 수지 이동관(111a, 111b), 수지 이동관(111a, 111b)과 연통되어 있고, 용융된 수지를 실린더 부재들(110a, 111b)의 외부로 토출시키는 노즐(116a, 116b), 노즐(116a, 116b)의 상단에서 수지 이동관(111a, 111b)과 연결되어 있고, 상하로 승강 운동하면서 이동관(111a, 111b)의 수지를 노즐(116a, 116b)로 이동시키는 피스톤(114a, 114b), 노즐(116a, 116b)과 피스톤(114a, 114b) 사이의 이동관(111a, 111b) 내부에 설치되어 있는 비례제어 밸브(118a, 118b) 및 제어부(112a, 112b)를 포함한다.
제어부(112a, 112b)는 피스톤(114a, 114b)의 On/Off 기능과, 비례제어 밸브(118a, 118b)의 감압 정도를 조정할 수 있다.
제어부(112a, 112b)는 또한, 소망하는 용융 수지의 최대/최소 유량 또는 최대/최소 압력과 관련된 입력 값을 기준으로 비례제어 밸브(118a, 118b)의 작동 매커니즘 설정할 수 있다.
비례제어 밸브(118a, 118b)는 입력 값 내에서는, 밸브의 열림과 닫힘을 능동적으로 수행하고, 그에 따라 용융 수지의 토출 압력을 제 1 압력 미만으로 조정할 수 있다.
또한, 제어부(112a, 112b)에는 비례제어 밸브(118a, 118b)의 열림과 닫힘이 가변적으로 변화될 수 있도록 다양한 입력 값들, 예를 들어 용융 수지의 토출 시간, 토출 량, 압력, 토출 중단 등이 복합적으로 입력 및 설정될 수 있으며, 그에 따라 비례제어 밸브(118a, 118b)는 밸브의 열림과 닫힘을 연속적으로 수행하면서, 용융 수지가 비례제어 밸브(118a, 118b)로부터 노즐(116a, 116b)을 통해 토출 되기 까지, 유동 상태, 즉, 유속, 유량, 유압 등이 연속적으로 변화할 수 있다 경우에 따라서는 제어부(112a, 112b)는 비례제어 밸브(118a, 118b)를 완전히 폐쇠하거나 개방할 수도 있다.
용융 수지의 흐름을 구체적으로 설명하면, 용융 수지는 스크류(124)로부터 제 1 압력 하에 매니폴드(122)로 유입된다. 그 후, 용융 수지는 매니폴드(122)로부터 제 1 압력 하에 제 1 실린더 부재(110a) 및 제 2 실린더 부재(110b)의 이동관(111a, 111b)으로 유동한다. 이 후, 제어부(112a, 112b)에 의해 피스톤(114a, 114b)이 작동되면, 피스톤(114a, 114b)은 승강 운동 하면서 용융 수지를 노즐(116a, 116b) 방향으로 밀어낸다. 이 때, 용융 수지는 비례제어 밸브(118a, 118b)를 통과하면서 감압되며, 감압된 용융 수지는 노즐(116a, 116b)을 통해 토출된다. 여기서, 용융 수지의 감압 정도는 제 1 실린더 부재(110a)와 제 2 실린더 부재(110b)에서 각각 상이하거나 동일할 수 있으며, 제 1 실린더 부재(110a)와 제 2 실린더 부재(110b) 중, 하나에서는 비례제어 밸브가 완전히 개방되어 용융 수지가 감압 되지 않을 수도 있다.
이 후, 토출된 용융 수지는 금형의 캐비티 상에 충진된 후, 경화되어 사출 성형체를 형성한다.
상기와 같이, 본 발명에 따른 사출 성형 및 금형 장치는 제 1 실린더 부재(110a)와 제 2 실린더 부재(110b)에서 용융 수지의 압력 조건을 독립적으로 조절 할 수 있으므로, 제 1 실린더 부재(110a)와 제 2 실린더 부재(110b) 각각을 통해 토출되는 용융 수지는 서로 다른 성형체로 제조될 수 있다.
한편, 도 3에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 사출 성형 및 금형 장치가 모식적으로 도시되어 있다.
도 3의 사출 성형 및 금형 장치(200)의 기본적인 구조와 구성은 도 2의 사출 성형 및 금형 장치(200)와 유사하나, 사출 성형 및 금형 장치(200)는 제 1 실린더 부재(210a)와 제 2 실린더 부재(210b)의 비례제어 밸브(218a, 218b)는 각각 매니폴드(220)와 인접한 이동관(211b)의 내부에 설치되어 있다.
이러한 구조에서 용융 수지의 흐름을 구체적으로 설명하면, 용융 수지는 스크류(224)로부터 제 1 압력 하에 매니폴드(222)로 유입된다. 그 후, 용융 수지는 매니폴드(222)로부터 제 1 실린더 부재(210a) 및 제 2 실린더 부재(210b)의 이동관들(211a, 211b)로 유동하며, 이동관(211a, 211b)에 유입된 직후, 비례제어 밸브(218a, 218b)에 의해 감압된다. 이 후, 제어부(212a, 212b)에 의해 피스톤(214a, 214b)이 작동되면, 피스톤(214a, 214b)은 승강 운동 하면서 감압된 상태의 용융 수지를 노즐(216a, 216b) 방향으로 밀어낸다. 이 후, 감압된 용융 수지는 노즐(216a, 216b)을 통해 토출되며, 제 1 금형(230) 및 제 2 금형(232)의 캐비티(234, 236) 상에 충진된 후, 경화되어 사출 성형체를 형성한다.
본 발명이 속한 분양에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (18)

  1. 고분자 수지를 용융하여 금형에서 사출하는 성형 및 금형 장치로서,
    고분자 수지 분말(resin powder)을 용융시키고, 용융 수지를 제 1 압력으로 하기 제 1 실린더와 제 2 실린더로 공급하는 공급부;
    상기 공급부로부터 용융 수지의 일부를 수령하여 제1노즐(nozzle)을 통해 토출(discharge)시키는 제 1 실린더 부재;
    상기 공급부로부터 용융 수지의 나머지를 수령하여 제2노즐을 통해 토출시키는 제 2 실린더 부재;
    을 포함하고,
    상기 제 1 실린더 부재와 제 2 실린더 부재 중의 적어도 하나는 제 1 압력으로 공급된 용융 수지를 감압하여 수지의 토출 압력을 조절함으로써, 제1 실린더 부재와 제2 실린더 부재에서 용융 수지의 감압 정도를 달리하여,
    제1 실린더 부재와 제2 실린더 부재 중 하나를 통해 토출되는 용융 수지는 제1 압력으로 토출되고, 나머지 실린더 부재를 통해 토출되는 수지는 제1 압력 미만으로 감압되어 토출되는 것을 특징으로 사출 성형 및 금형 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 공급부는
    복수의 나선면이 형성되어 있고, 회전 운동으로 고분자 수지 분말을 절삭하고, 내부에 장착된 히터를 통해 절삭된 고분자 수지 분말을 가열하여 용융시키는 스크류(screw); 및
    상기 스크류로부터 공급된 용융 수지의 유동 흐름을 분할하여, 제 1 실린더 부재와 제 2 실린더 부재로 용융 수지를 공급하는 매니폴드;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 사출 성형 및 금형 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 사출 성형 및 금형 장치는,
    제 1 실린더 부재로부터 토출된 수지를 수령하여 이를 경화시키는 제 1 금형; 및
    제 2 실린더 부재로부터 토출된 수지를 수령하여 이를 경화시키는 제 2 금형;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사출 성형 및 금형 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 금형 및 제 2 금형에는 수지를 제품으로 형상화 하기 위한 캐비티(cavity)가 형성되어 있고, 상기 제 1 금형과 제 2 금형의 캐비티 형상은 서로 상이한 것을 특징으로 하는 사출 성형 및 금형 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 수지는 제 1 금형의 캐비티와 제 2 금형의 캐비티에서 서로 다른 형상으로 경화되는 것을 특징으로 하는 사출 성형 및 금형 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 실린더 부재와 제 2 실린더 부재는 각각 비례제어 밸브(proportional valve)를 포함하고, 용융 수지는 비례제어 밸브들 중의 적어도 하나에 의해 토출 압력이 제 1 압력 미만으로 감압되어, 제1 실린더 부재와 제2 실린더 부재에서 용융 수지의 감압 정도가 서로 다르게 되는 것을 특징으로 하는 사출 성형 및 금형 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 실린더 부재와 제 2 실린더 부재는 각각,
    공급부의 매니폴드와 상호 연통되어 있고, 용융된 수지가 이동되는 수지 이동관;
    상기 수지 이동관과 연통되어 있고, 용융된 수지를 실린더의 외부로 토출시키는 노즐;
    상기 노즐의 상단에서 수지 이동관과 연결되어 있고, 상하로 승강 운동하면서 이동관의 수지를 노즐로 이동시키는 피스톤; 및
    상기 피스톤의 On/Off 및 비례제어 밸브의 감압 정도를 조정하는 제어부(control part);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 사출 성형 및 금형 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 비례제어 밸브는 노즐과 피스톤 사이의 이동관 내부에 설치되어 있고, 피스톤에 의해 이동되는 용융 수지가 비례제어 밸브에서 감압된 상태로 노즐로 이동한 후, 노즐을 통해 토출되는 것을 특징으로 하는 사출 성형 및 금형 장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 비례제어 밸브는 매니폴드와 인접한 이동관의 내부에 설치되어 있고, 매니폴드로부터 유입된 용융 수지가 비례제어 밸브에서 감압된 상태로 피스톤에 의해 노즐로 이동한 후, 노즐을 통해 토출되는 것을 특징으로 하는 사출 성형 및 금형 장치.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 제어부는 수지가 이동관으로부터 노즐을 통해 배출되기까지, 비례제어 밸브의 감압 정도를 연속적으로 조정하여, 용융 수지의 토출 압력, 토출 량 및 토출 시간을 변경하는 것을 특징으로 하는 사출 성형 및 금형 장치.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 사출 성형 및 금형 장치는 제 1 실린더 부재와 제 2 실린더 부재를 통해 토출되는 용융 수지의 양이 상이한 것을 특징으로 하는 사출 성형 및 금형 장치.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 압력은 1000bar 내지 3000bar 이고, 상기 비례제어 밸브를 통해 감압되는 압력은 상기 제 1 압력의 5% 내지 99%이며, 상기 비례제어 밸브가 완전히 개방된 상태에서는 용융된 수지가 감압되지 않는 것을 특징으로 하는 사출 성형 및 금형 장치.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 공급부, 제 1 실린더 및 제 2 실린더는 용융 수지의 경화를 방지하기 위한 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사출 성형 및 금형 장치.
  16. 제 1 항 내지 제11항 중 어느 하나, 또는 제14항 또는 제 15 항 중 어느 하나에 따른 사출 성형 및 금형 장치를 통해 제조된 고분자 성형체.
  17. 제 16 항에 따른 고분자 성형체를 하나 이상 포함하는 전지팩.
  18. 제 17 항에 따른 전지팩을 하나 이상 포함하는 디바이스.
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