包括可旋转砧座的超声波焊接设备及使用其的焊接方法与流程

本技术要求于2020年10月22日提交的韩国专利申请第2020-0137617号的优先权的权益，通过引用将上述专利申请的整个公开内容结合在此。本发明涉及一种包括可旋转砧座的超声波焊接设备。更具体地，本发明涉及一种包括这样的砧座的超声波焊接设备及使用其的焊接方法，该砧座能够旋转，以实现用于超声波焊接的焊头的焊接表面与砧座的上表面之间的平行，从而防止它们之间的平行度偏差。

背景技术：

1、对作为移动装置、电动车辆等的能源的二次电池的需求急速增加。特别是，对具有高能量密度和高放电电压的锂二次电池的需求较高。

2、锂二次电池基于其壳体的材料可分为由金属材料制成的圆柱形二次电池、由金属材料制成的棱柱形二次电池、或由层压片制成的袋形二次电池。袋形二次电池的优点在于，袋形二次电池以高度集成堆叠而具有较高的每单位重量的能量密度，以低成本制造并且易于变形。因此，袋形二次电池被用在各种装置中。

3、通过将电极组件和电解质溶液容纳在壳体中并且将壳体的外周热熔合以气密地密封壳体来制造袋形二次电池，电极组件的电极引线从壳体的外周向外暴露以便用作电极端子。

4、电极引线可通过焊接结合至由彼此结合的多个电极接片构成的电极接片束。当使用电阻焊接或激光焊接时，过多的能量被施加到电极组件，从而会劣化锂二次电池的性能。由于该原因，近年来主要使用受到关注并且应用增加的环境友好的超声波焊接。

5、超声波焊接设备可包括超声波振荡器、超声波振子、增幅器、焊头和砧座。超声波振荡器将60hz的ac电流转换为20khz或更高的高频电流并且将高频电流提供给超声波振子。超声波振子将由超声波振荡器产生的高频电流转换为超声波。转换的超声波移动到增幅器，增幅器对接收到的超声波进行放大并且将放大的超声波传输到焊头。

6、焊头以预定载荷按压被放置在砧座的上表面上的电极接片和电极引线的表面，同时，将从增幅器接收到的放大的超声波施加到电极接片和电极引线，以将电极接片和电极引线彼此焊接。

7、使用超声波焊接设备时，确保高焊接质量的条件是实现焊头与砧座之间的平行。通常，砧座被固定到主体，从而在设置时不会发生错位。然而，焊头连接到圆柱形的增幅器。结果，在用裸眼检查焊头的水平设置并且使用螺栓固定焊头的过程中，焊头稍微偏离适当位置。

8、与此相关，图1示出了使用常规的超声波焊接设备的焊接工序。

9、参照图1，在焊头10稍微错位x度的情况下，未实现焊头10与砧座20之间的平行。因此，在焊头10的与待焊接对象30接触的表面相对于待焊接对象错位x度的状态下执行焊接。结果，仅在部分(b)处满意地执行焊接，并且形成未焊接部分(a)和过焊接部分(c)。

10、当如上所述焊头与砧座之间的平行度发生偏差时，焊头与砧座之间的紧密接触程度改变，从而对待焊接对象的紧密接触压力改变，这导致焊接部分之间的温度差异。结果，如上所述，焊接强度出现差异。

11、此外，在焊头错位的状态下执行焊接的情况下，形成在焊头上的突起被不均匀地磨损，从而缩短了焊头的寿命。焊头的短更换周期降低了生产线的利用率。

12、为了解决这一问题，专利文献1公开了一种焊头平行度设定设备，其能够在确定焊头与砧座之间的平行度发生偏差时使用设定块校正焊头的角度，以使得焊头与砧座平行。

13、专利文献1的焊头平行度设定设备包括配置为执行焊头平行度设定的焊头平行度设定块、设定块测量单元和焊头角度校正单元。结果，焊接设备的结构复杂，并且需要确保提供这种设施所需的空间和成本。

14、专利文献2涉及一种配置为调平构成超声波焊接设备的焊头和砧座的水平调节夹具，公开了一种将焊头和砧座插入夹具框架中并且调节焊头的水平度和砧座的水平度的方法。

15、在专利文献2中，为了调平焊头和砧座，需要执行手动紧固螺栓的操作，因此难以进行精确控制。

16、因此，高度需要一种能够容易实现超声波焊接设备的焊头与砧座之间的平行以确保超声波焊接质量的技术。

17、韩国授权专利公开第2072853号(2020.01.28)(“专利文献1”)

18、韩国授权专利公开第1773644号(2017.08.25)(“专利文献2”)

技术实现思路

1、技术问题

2、鉴于上述问题而做出了本发明，本发明的目的是提供一种超声波焊接设备及使用其的焊接方法，该超声波焊接设备包括能够容易实现超声波焊接设备的焊头与砧座之间的平行的可旋转砧座，从而可确保优异的焊接质量。

3、技术方案

4、为了实现上述目的，根据本发明的超声波焊接设备包括：焊头单元，所述焊头单元包括焊头(horn)和振子，所述焊头配置为在与待焊接对象接触的状态下振动，所述振子配置为对所述焊头施加振动；砧座单元，所述砧座单元包括砧座(anvil)和支撑部，所述砧座具有其上放置所述待焊接对象的上部平坦表面，所述支撑部配置为以所述砧座能够旋转的状态支撑所述砧座；以及焊接主体，所述焊接主体配置为使所述焊头单元和所述砧座单元固定至所述焊接主体，其中所述砧座在由所述支撑部支撑的状态下旋转，使得所述砧座的所述上部平坦表面与所述焊头的焊接表面平行。

5、所述砧座可形成为以下任意一种的形状：具有与下表面垂直的切割面的圆柱体或椭圆柱体；和具有切割面的球体，所述切割面可成为所述上部平坦表面，所述支撑部可形成为在其中形成有内部空间的容器的形状，所述内部空间配置为以所述圆柱体、所述椭圆柱体或所述球体的弯曲表面能够旋转的状态容纳所述圆柱体、所述椭圆柱体或所述球体的弯曲表面，并且所述砧座可设置为使得在所述砧座停止的初始状态下所述上部平坦表面从所述支撑部向外突出。

6、所述支撑部与所述砧座的接触表面可被添加有润滑剂或轴承。

7、所述支撑部可固定至所述焊接主体。

8、在除所述砧座的所述上部平坦表面之外的所述砧座的外表面的至少一部分中可形成有凹部或通孔。

9、所述砧座可具有通过与所述圆柱体的下表面垂直地将所述圆柱体切割，使得少于50％的圆柱体保留下来而形成的平坦切割面，所述切割面可成为所述上部平坦表面，所述支撑部可形成为在其中形成有内部空间的容器的形状，所述内部空间配置为以所述圆柱体的弯曲表面能够旋转的状态容纳所述圆柱体的弯曲表面，并且被切割的所述圆柱体旋转所围绕的中心轴可与所述焊头的中心轴一致。

10、所述砧座可具有其中设置在所述砧座的上部的切割面成为所述上部平坦表面的三维结构，并且所述支撑部可配置为具有其中所述支撑部的固定轴延伸穿过所述砧座以将所述砧座固定至所述焊接主体的结构。

11、所述固定轴可与所述上部平坦表面平行，或者可与所述砧座的旋转表面的一部分平行。

12、在所述焊头和所述砧座的彼此抵接的表面中的至少一个表面上可形成有突起。

13、此外，本发明提供了一种使用所述超声波焊接设备的焊接方法。

14、具体地，所述焊接方法可包括以下步骤：(s1)将待焊接对象设置在所述砧座的所述上部平坦表面上；(s2)将所述焊头的所述焊接表面设置在所述待焊接对象的上表面上；(s3)旋转所述砧座，以将所述砧座对准为使得所述上部平坦表面与所述焊头的所述焊接表面平行；以及(s4)施加超声波以执行焊接。

15、可在所述砧座的旋转停止之后施加超声波以执行焊接。

16、此外，本发明可提供上述解决手段的所有可能组合。

17、有益效果

18、通过上面的描述显见的是，在使用根据本发明的超声波焊接设备的情况下，砧座可基于焊头的焊接表面的角度旋转，从而可简单地通过焊头与砧座之间的紧密接触容易实现焊头与砧座之间的平行度。

19、此外，在砧座的旋转表面上产生的摩擦力被最小化，从而可快速且精确地实现焊头与砧座之间的平行。

20、此外，即使砧座是可旋转的，砧座也经由支撑部固定至焊接主体，从而可防止砧座在焊头的振动方向上移动。

21、此外，砧座的上部平坦表面比支撑部的上端部更加突出。因此，即使在安装到支撑部的砧座旋转的状态下，砧座的上部平坦表面也保持为比支撑部更加突出，从而可确保焊接所需的区域。

22、由于在如上所述容易实现焊头与砧座之间的平行的状态下执行超声波焊接，所以可防止形成在焊头上的突起被不均匀地磨损并且延长焊头的寿命，从而可防止生产线的利用率降低。