JP2019520986A - レーザー溶接用ジグアセンブリ - Google Patents

Abstract

本発明は、溶接レーザーが通過可能な第１透過部を備えるジグ本体；前記ジグ本体に連結されて溶接母材と接触し、前記第１透過部を通過したレーザーが溶接母材方向に通過可能な第２透過部を備える接触部材；前記ジグ本体と前記接触部材とを連結するヒンジ構造の傾動部；及び前記ジグ本体と前記接触部材との間に介在して前記接触部材と溶接母材との間の密着のための弾性力を提供する弾性部材を含むレーザー溶接用ジグアセンブリを開示する。

Description

本発明は、レーザー溶接用ジグアセンブリに関し、より詳しくは、二次電池の板状セルリードのような溶接母材に対して高品質のレーザー溶接を行うことができるレーザー溶接用ジグアセンブリに関する。
本出願は、２０１７年１月１１日出願の韓国特許出願第１０−２０１７−０００４４０３号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。

近年、携帯型電子機器のような小型装置だけでなく、内燃機関及び／または電気モーターを用いて駆動力を確保する電気自動車にも二次電池が広く活用されている。前記電気自動車には、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、及び内燃機関なしに電気モーターとバッテリーのみで駆動される純粋電気自動車などが含まれる。

二次電池が電気自動車に用いられる場合、容量及び出力を高めるため、多数の二次電池を直列及び／または並列で連結したバッテリーモジュールを構成する。このとき、中大型装置には、積層が容易であるという長所から、パウチ型二次電池が多く用いられる。

一般に、バッテリーモジュールでは、二次電池を電気的に連結するためにレーザー溶接方式を採択している。例えば、図１に示されたように、積層された二次電池１０はその両端から正極と負極のセルリード２０が突出し、これらセルリード２０が互いに逆極性になるように交互に積層される。積層された二次電池１０の一側で最外郭に位置するセルリード２０を除いた内側のセルリード２０は折り曲げて互いに重なるようにした後、折り曲げられたセルリード２０部分をレーザー発生器Ｓから出力されるレーザーＬで融着させる。積層された二次電池１０の他側では、セルリード２０をすべて折り曲げて重ね、折り曲げられたセルリード２０部分をレーザー発生器Ｓから出力されるレーザーＬで融着して電気的連結を完了する。

従来のバッテリーモジュールでは、セルリード２０を溶接するとき、１つのセルリード連結部位Ｐに小さいスポットサイズのレーザーＬを照射し、セルリード２０の長さ方向に沿って溶接した後、二次電池１０の積層体またはレーザー発生器Ｓを横方向（矢印Ａ）に移動させて、次のセルリード連結部位を溶接する方式を採用している。すなわち、１つのセルリード連結部位ＰにレーザーＬを１つずつ照射して溶接する方式である。

セルリード２０をレーザー溶接するとき、溶接母材を押下して母材同士の密着性を高めるために、図２に示されたようなレーザー溶接ジグが使用される。レーザー溶接ジグは、ジグ本体１、ジグ本体１の端部に位置してセルリードの表面に接触する溶接面２、及びジグ本体１を通過して溶接面２を貫通するように形成されたレーザー透過孔３を備える。

しかし、このようなレーザー溶接ジグは、バッテリーのセルサイズのバラツキ、モジュール組み立てのバラツキなどによって溶接母材の高さや平坦度が変更される場合、その補正に限界があるため、ジグの溶接面と母材との間に隙間が生じて母材の浮き上がりが発生するという問題がある。母材の浮き上がりが発生すれば、溶接母材同士の密着性が低下して溶接パターンに途切れが生じ得るため、その対策が求められている。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、溶接母材であるセルリードの高さや平坦度が変更されても、セルリードと溶接面との間の密着性を維持して接合品質を向上できる構造を有するレーザー溶接用ジグアセンブリを提供することを目的とする。
また、本発明は、セルリードの高さのバラツキに対応してレーザーの焦点距離を補正できる構造を有するレーザー溶接用ジグアセンブリを提供することを他の目的とする。

上記の課題を達成するため、本発明は、溶接レーザーが通過可能な第１透過部を備えるジグ本体；前記ジグ本体に連結されて溶接母材と接触し、前記第１透過部を通過したレーザーが溶接母材方向に通過可能な第２透過部を備える接触部材；前記ジグ本体と前記接触部材とを連結するヒンジ構造の傾動部；及び前記ジグ本体と前記接触部材との間に介在して前記接触部材と溶接母材との間の密着のための弾性力を提供する弾性部材；を含むレーザー溶接用ジグアセンブリを提供する。
前記弾性部材は、コイルバネで構成されて両端がそれぞれ前記ジグ本体と前記接触部材とに締結され、前記傾動部を中心に対称を成すように配置され得る。

本発明によるレーザー溶接用ジグアセンブリは、前記ジグ本体の下面と前記接触部材の上面とからそれぞれ突出して、前記コイルバネの両端に挿入されて前記コイルバネを支持するバネガイドをさらに含み得る。

前記溶接母材は、セルリードであり、前記ジグ本体に形成された前記第１透過部はセルリードに対応する長孔構造を有することが望ましい。
前記傾動部は、レーザーか通過可能な間隙を介在して相互平行に配置されたヒンジ片からなり、前記傾動部の間隙は前記第１透過部と連通され得る。
前記接触部材は、間隙を介在して相互平行に配置された一対のプレートからなり、前記第２透過部は前記接触部材の間隙によって提供され、前記傾動部の間隙と前記第２透過部とが連通されることが望ましい。

本発明によるレーザー溶接用ジグアセンブリは、前記ジグ本体の上面に接触して配置され、溶接母材の高さのバラツキを感知する変位センサをさらに含むことができる。

前記一対のプレートは、それぞれ独立して傾動され得る。
前記一対のプレートは、下部が相対的に薄くて上部が相対的に厚くなるように段差付けられて設けられ得る。

本発明によれば、ジグ本体に連結された接触部材を傾動自在に、且つ、弾性的にセルリードに密着させることができる。したがって、セルリードの平坦度が変更されても、溶接母材であるセルリードと密着状態を維持することで、溶接パターンに途切れなどの溶接不良が生じる問題を解消することができる。

本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。

一般的なセルリードのレーザー溶接工程を概略的に示した斜視図である。 従来技術によるレーザー溶接用ジグの構成を示した斜視図である。 本発明の望ましい実施例によるレーザー溶接用ジグアセンブリの構成を示した斜視図である。 図３の正面図である。 図３の側面図である。 図３の底面図である。 図３の平面図である。 本発明の望ましい実施例によるレーザー溶接用ジグアセンブリの使用例を示した斜視図である。 本発明の望ましい実施例によるレーザー溶接用ジグアセンブリの使用例を示した斜視図である。

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。

図３は本発明の望ましい実施例によるレーザー溶接用ジグアセンブリの構成を示した斜視図であり、図４は図３の正面図であり、図５は図３の側面図であり、図６は図３の底面図であり、図７は図３の平面図である。

図３〜図７を参照すれば、本発明の望ましい実施例によるレーザー溶接用ジグアセンブリは、ジグ本体１００、ジグ本体１００の下部に位置したヒンジ構造の傾動部１２０、傾動部１２０によってジグ本体１００に連結された接触部材１１０、及びジグ本体１００と接触部材１１０との間に介在された弾性部材１３０を含む。

ジグ本体１００は、所定の厚さを有する長方形の金属ブロックから構成される。ジグ本体１００には厚さ方向に第１透過部１０１が貫設され、長さ方向の両端部の上面にはレーザー溶接設備に締結可能な支持ロッド１５０が組み立てられる。支持ロッド１５０は、コイルバネ構造の緩衝部材１５１に挿入された状態でジグ本体１００にねじ結合されて固定されることが望ましい。

第１透過部１０１は、互いに重ねられて折り曲げられたセルリード２０を溶接するための溶接用レーザーを通過させる部分であって、セルリードに対応するようにリードの長さ方向に長く延びた長孔構造で形成される。

傾動部１２０は、ジグ本体１００と接触部材１１０とを連結し、ジグ本体１００に対して接触部材１１０を傾動可能なヒンジ構造からなる。傾動部１２０は、バッテリーのセルサイズのバラツキ、モジュール組み立てのバラツキなどによって溶接母材の高さや平坦度が変更される場合、それを補正するための傾動機能を行う。

例えば、セルリード２０は、末端部が折り曲げられて金属プレート状のバスバー（図示せず）上に重ねられた状態で溶接されるが、バスバーがモジュールに平坦に組み立てられない場合、従来のレーザー溶接ジグではセルリード２０を押下してもセルリード２０がバスバーの表面から浮き上がることがある。一方、本発明の場合、傾動部１２０によって接触部材１１０がバスバーの傾きほど傾動しながらセルリード２０を押下できるように構成されるため、バスバーに対するセルリード２０の高さや平坦度が一定でなくても、セルリード２０をバスバーに、より緊密に密着させることができる。

第１透過部１０１を通過したレーザーが第２透過部１１２に進行できるように、傾動部１２０はレーザーが通過可能な構造からなっている。このような点を考慮して、傾動部１２０はヒンジ片同士が所定の間隙を置いて相互平行に対向するように配置された構造を有する。傾動部１２０の間隙は第１透過部１０１及び第２透過部１１２と連通される。

図４に示されたように、傾動部１２０は、ジグ本体１００の下面から下方に延びた第１ヒンジ片１２１、接触部材１１０の上面から上方に延びた第２ヒンジ片１２２、及び第１ヒンジ片１２１と第２ヒンジ片１２２とを連結して傾動の中心になるシャフト１２３の組合せからなる。

図６に示されたように、傾動部１２０の第１ヒンジ片１２１は、所定の間隙を置いて一対が相互平行に配置される。同様に、第２ヒンジ片１２２も所定の間隙を置いて一対が相互平行に配置される。また、傾動の中心になるシャフト１２３も間隙を置いて一対で備えられることが望ましい。第１ヒンジ片１２１及び第２ヒンジ片１２２のうち一方は他方の内側に位置することができる。例えば、第１ヒンジ片１２１の内側に第２ヒンジ片１２２が配置され得る。このような構造によって、傾動部１２０は傾動機能を提供しながら、第１透過部１０１を通って入射したレーザーを第２透過部１１２の方に通過させることができる。

そして、第２透過部１１２を通過したレーザーは、バスバーに密着したセルリード２０の上面に照射される。レーザー溶接が行われる間、セルリード２０は接触部材１１０によってバスバーに密着した状態を維持することができる。

本発明は、上記のようにレーザーの溶接範囲が第１透過部１０１と第２透過部１１２によってガイドされるため、溶接位置とパターンを均一にすることができ、それによって溶接品質を向上させることができる。

接触部材１１０は、前端面が溶接母材と直接接触する部材であって、傾動部１２０によってジグ本体１００の下部に連結される。接触部材１１０は、ジグ本体１００の第１透過部１０１を通過したレーザーを溶接母材方向に通過できるように、第１透過部１０１及び傾動部１２０の間隙と連通可能に形成されたスリット状の第２透過部１１２を備える。接触部材１１０は、前記スリット、すなわち、第２透過部１１２を介在して相互平行に配置された一対のプレート１１１からなる。

前記一対のプレート１１１は、それぞれ独立して傾動することができる。すなわち、図３〜図５を参照すれば、プレート１１１と傾動部１２０は前記第２透過部１１２を形成する所定の間隙を介在して分離されて、一対で平行に配置される。

したがって、それぞれのプレート１１１はそれぞれの傾動部１２０に連動して傾動することができる。例えば、一方の傾動部１２０と他方の傾動部１２０の回転方向と回転角度によって、一方のプレート１１１と他方のプレート１１１の回転方向と傾きが変わり得る。本発明は、このように一対のプレート１１１が相互独立して傾動可能であるため、特にバスバー（図示せず）が捩れていても、セルリード２０を密着させることができる。

接触部材１１０を構成するそれぞれのプレート１１１は、下部が相対的に薄くて上部（図５の１１３を参照）が相対的に厚い構造になるように、段差付けられて構成されることが望ましい。このような構造によれば、溶接面が位置する接触部材１１０の端部の幅をセルリード２０の幅規格に合わせてスリムに設計しながら、接触部材１１０の上面に後述する弾性部材１３０を支持可能な十分な面積を確保することができる。

弾性部材１３０は、ジグ本体１００と接触部材１１０との間に介在されて接触部材１１０と溶接母材であるセルリード２０との間の密着のための弾性力を提供する。接触部材１１０は、溶接母材の高さや平坦度が変更される場合、弾性部材１３０から加えられる弾性力によって溶接母材の表面と密着するように傾動され、溶接母材とのバラツキが補正される。

弾性部材１３０はコイルバネで構成され、両端がそれぞれジグ本体１００と接触部材１１０とに締結される。弾性部材１３０は、傾動部１２０を中心に周辺に対称を成すように配置される。

弾性部材１３０は、ジグ本体１００の下部と接触部材１１０の上部とにそれぞれ垂設されたバネガイド１３１によって支持される。バネガイド１３１は、ジグ本体１００の下面と接触部材１１０の上面とからそれぞれ突出して互いに対向し、対応する弾性部材１３０の両端に挿入されて弾性部材１３０を支持する。このような弾性部材１３０及びバネガイド１３１の配置構造によれば、セルリード２０に微細な高さのバラツキが生じても敏感に弾性力が作用して、接触部材１１０とセルリード２０との間を密着させることができる。

ジグ本体１００の上部には変位センサ１４０が設けられて、溶接用レーザーの焦点距離の補正に使用される。変位センサ１４０は端部がジグ本体１００の上面に接触可能に垂設されて、セルリード２０の高さのバラツキを感知する。このような変位センサ１４０は、通常の接触式直線変位センサによって具現できる。バッテリーのセルサイズのバラツキ、モジュール組み立てのバラツキなどによってセルリード２０の高さや平坦度が変更されれば、ジグ本体１００の高さが変化し、それによる高さのバラツキが変位センサ１４０によって感知されてレーザーの焦点距離を増加（または、減少）させる補正プロセスに反映される。

図８及び図９は、本発明の望ましい実施例によるレーザー溶接用ジグアセンブリの使用例を示した斜視図である。図示されたように、本発明の望ましい実施例によるレーザー溶接用ジグアセンブリは、互いに重ねられて折り曲げられたセルリード２０を融着させて電気的に連結するレーザー溶接工程に適用することができる。

図８に示されたように、接触部材１１０の溶接面をセルリード２０に密着させた状態で、変位センサ１４０をジグ本体１００の上面に接触させて高さを測定する。変位センサ１４０による高さ測定の結果、バラツキが発生した場合、レーザー溶接設備ではバラツキ値を反映して変化した高さ分レーザーの焦点距離を補正する。

その後、図９に示されたように、接触部材１１０でセルリード２０を押下した状態で、レーザーＬを照射してセルリード２０を溶接する工程を行う。このとき、レーザーＬはジグ本体１００の第１透過部１０１、傾動部１２０の間隙、及び接触部材１１０の第２透過部１１２を順次通過してセルリード２０に照射され、融着が行われる。

接触部材１１０は、傾動部１２０と弾性部材１３０によって、傾動自在に、且つ、弾性的にセルリード２０に密着するため、セルリード２０の平坦度（角度）が変更されても、セルリード２０との密着状態を維持できるため、溶接パターンに途切れが生じる問題を防止することができる。

以上のように、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。

１００ ジグ本体
１０１ 第１透過部
１１０ 接触部材
１１２ 第２透過部
１２０ 傾動部
１３０ 弾性部材

Claims (9)

1. 溶接レーザーが通過可能な第１透過部を備えるジグ本体；
   前記ジグ本体に連結されて溶接母材と接触し、前記第１透過部を通過したレーザーが溶接母材方向に通過可能な第２透過部を備える接触部材；
   前記ジグ本体と前記接触部材とを連結するヒンジ構造の傾動部；及び
   前記ジグ本体と前記接触部材との間に介在して前記接触部材と溶接母材との間の密着のための弾性力を提供する弾性部材を含むレーザー溶接用ジグアセンブリ。
2. 前記弾性部材は、コイルバネで構成されて両端がそれぞれ前記ジグ本体と前記接触部材とに締結され、前記傾動部を中心に対称を成すように配置されたことを特徴とする請求項１に記載のレーザー溶接用ジグアセンブリ。
3. 前記ジグ本体の下面と前記接触部材の上面とからそれぞれ突出して、前記コイルバネの両端に挿入されて前記コイルバネを支持するバネガイドをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のレーザー溶接用ジグアセンブリ。
4. 前記溶接母材は、セルリードであり、
   前記ジグ本体に形成された前記第１透過部はセルリードに対応する長孔構造を有することを特徴とする請求項１に記載のレーザー溶接用ジグアセンブリ。
5. 前記傾動部は、レーザーか通過可能な間隙を介在して相互平行に配置されたヒンジ片からなり、
   前記傾動部の間隙は、前記第１透過部と連通されてレーザーが通過可能であることを特徴とする請求項４に記載のレーザー溶接用ジグアセンブリ。
6. 前記接触部材は、間隙を介在して相互平行に配置された一対のプレートからなり、
   前記第２透過部は、前記接触部材の間隙によって提供され、
   前記傾動部の間隙と前記第２透過部とが連通されてレーザーが通過可能であることを特徴とする請求項５に記載のレーザー溶接用ジグアセンブリ。
7. 前記ジグ本体の上面に接触して配置され、溶接母材の高さのバラツキを感知する変位センサをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のレーザー溶接用ジグアセンブリ。
8. 前記一対のプレートは、それぞれ独立して傾動されるように設けられたことを特徴とする請求項６に記載のレーザー溶接用ジグアセンブリ。
9. 前記一対のプレートは、下部が相対的に薄くて上部が相対的に厚くなるように段差付けられて設けられたことを特徴とする請求項６に記載のレーザー溶接用ジグアセンブリ。

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