JP7699231B2 - 溶接マスク及び溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶接マスク及び溶接方法に関する。

本出願は、２０２１年１０月１４日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２１－０１３６９９６号、及び２０２２年９月２９日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２２－０１２３９１９号に基づく優先権を主張し、当該出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。

バッテリーセルの製造において、電極組立体と集電板との結合、集電板と端子との結合には、例えば超音波溶接を適用することができる。超音波溶接は、図１に示すように、被溶接体３を挟んで両側に超音波溶接ホーン１とアンビル２をそれぞれ接触させた後、超音波溶接ホーン１の振動を用いて溶接を行う方式である。

図２を参照すると、バッテリーセル４において、電池缶５の一側に形成される開放部とは反対側に備えられる電池缶５の閉鎖部側に位置する集電体３ａ及び端子３ｂを含む被溶接体３を溶接しようとする場合、電極組立体６の巻取中心孔を介して超音波溶接ホーン１の溶接チップを挿入しなければならない。これにより、超音波溶接ホーン１の溶接チップは、その延長長さが長くなるしかなく、これによって、超音波溶接時に超音波溶接ホーン１の溶接チップが反ったり折れたりすることがある。

他にも、電極組立体６の巻取中心孔内の狭い空間で超音波溶接を行うために振動を加える場合、巻取中心孔の内壁面と超音波溶接ホーン１との干渉によって、電極組立体６が損傷することもある。

このように、電池缶５の閉鎖部側に位置する被溶接体３を溶接するためには、電極組立体６の巻取中心孔を介して溶接用ツールを挿入しなければならないため、溶接を行う際に多くの制約があり、超音波溶接だけでなく抵抗溶接を適用する場合も、同様にこのような困難があり得る。

このような点を考慮して、溶接用ツールを電極組立体６の巻取中心孔を介して挿入することなく溶接が可能なレーザ溶接を適用する方案が考えられる。しかし、このようなレーザ溶接の場合にも制約はあり得る。

すなわち、図２に示すようなバッテリーセル４において、電池缶５が閉鎖部側に位置する被溶接体３の溶接のためにレーザ溶接を適用する場合、狭い幅を有する電極組立体６の巻取中心孔の入口から出口付近に至るまでレーザが通過する過程で、巻取中心孔の内壁面とレーザとが接触しないようにする必要がある。また、レーザ溶接を行う際に発生する溶接スパッタ、溶接ヒュームなどの異物が電極組立体６の内壁面に飛散する場合、電極組立体６の物理的な損傷が発生することがあり、その他にも金属異物によるバッテリーセル４内部の短絡が発生することもある。よって、バッテリーセル４の内部に位置する被溶接体３をレーザ溶接により溶接する際、電極組立体６が損傷しないようにする方案が求められる。

一方、レーザ溶接の際、被溶接体３の付近では酸素雰囲気を除去する必要がある。よって、レーザ溶接時に、酸素雰囲気の除去のためのパージガスを被溶接体付近に容易に流入させる方案が求められる。

その他にも、レーザ溶接により被溶接体３を溶接する場合において、溶接過程で発生する異物を適切に除去しないと、異物とレーザとの干渉によってレーザの焦点が合わず、円滑な溶接を行うことができない場合がある。よって、レーザ溶接時に発生する異物を適切に除去できるようにする方案が求められる。

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリーセルの内部に位置する被溶接体をレーザ溶接により溶接する際、電極組立体が損傷しないようにすることを一目的とする。

他の態様において、本発明は、レーザ溶接時に被溶接体付近の酸素雰囲気を除去するために、パージガスを被溶接体付近に容易に流入させることを一目的とする。

また他の態様において、本発明は、バッテリーセルの内部に位置する被溶接体をレーザ溶接により溶接する際に発生する異物を適切に除去できるようにすることを一目的とする。

ただし、本発明が解決しようとする技術的課題は上述した課題に限定されず、言及されていないまた他の課題は、下記の発明の説明から当業者が明確に理解することができるであろう。

上述した課題を解決するための本発明の一実施形態による溶接マスクは、バッテリーセルのハウジングの内部に照射されるレーザが通過できるように構成されるレーザ通過部を備え、前記ハウジングの一側開放部をカバーするように構成される溶接マスクボディーと、中空構造を有し、前記レーザ通過部と連結され、前記ハウジングの内部に収容される電極組立体の巻取中心孔に挿入されるように構成される挿入ガイドと、を含む。

前記レーザ通過部の入口は、前記レーザ通過部の出口よりも大きな幅を有することができる。

前記挿入ガイドは、前記巻取中心孔の入口を介して挿入され、前記入口の反対側に位置する前記巻取中心孔の出口まで延びることができる。

前記溶接マスクボディーは、前記溶接マスクボディーを介して前記ハウジングの内部にパージガスを注入できるように構成されるガス注入部を備えることができる。

前記挿入ガイドは、前記巻取中心孔の内壁面と離隔して配置することができる。

前記溶接マスクは、前記巻取中心孔の内壁面と前記挿入ガイドとの間に形成される隙間に向かう方向に前記パージガスの流れを誘導できるように構成されるガスガイダをさらに含むことができる。

前記挿入ガイドは、前記巻取中心孔の内壁面と前記挿入ガイドとの間に形成された離隔空間に流入したパージガスが内部に流入できるように構成することができる。

前記挿入ガイドは、少なくとも１つのガスインレットを備えることができる。

前記ガスインレットは、前記挿入ガイドの最下端から上方に切り欠かれた形態を有することができる。

前記ガスインレットは、前記挿入ガイドの最下端から上方に所定の距離だけ離隔して位置することができる。

前記溶接マスクは、前記ガスインレットをカバーするように構成されるメッシュ部材をさらに含むことができる。

前記挿入ガイドの最下端は、被溶接体と離隔して位置することができる。

前記溶接マスクは、前記溶接マスクボディーと前記ハウジングとの結合部位の気密性を向上させるように構成される密閉部材をさらに含むことができる。

前記溶接マスクボディーは、前記挿入ガイドの内部空間と連通するサクション部をさらに含むことができる。

一方、本発明の一実施形態による溶接方法は、バッテリーセルのハウジングの内部に位置する被溶接体を溶接する方法であって、溶接マスクボディー、及び前記溶接マスクボディーから下方に延びる挿入ガイドを含む溶接マスクを下降させることで、前記バッテリーセルの前記ハウジングに形成された開放部をカバーし、前記挿入ガイドが前記ハウジングの内部に備えられた電極組立体の巻取中心孔に挿入されるようにする溶接マスク安着ステップ（Ａステップ）と、前記溶接マスクボディーに備えられたレーザ通過部、及び前記挿入ガイドを通じてレーザを照射することで、前記開放部の反対側に備えられる前記ハウジングの閉鎖部側に位置する被溶接体を溶接する溶接ステップ（Ｂステップ）と、を含む。

前記溶接方法は、前記溶接マスクボディーを介して前記ハウジングの内部にパージガスを注入するガス注入ステップ（Ｃステップ）をさらに含むことができる。

前記ガス注入ステップ（Ｃステップ）は、前記ハウジングの内部に注入されたパージガスが前記巻取中心孔の内壁面と前記挿入ガイドとの間に形成される離隔空間に流入した後、前記挿入ガイドの内部に流入するようにするステップであり得る。

前記ガス注入ステップ（Ｃステップ）は、前記巻取中心孔の内壁面と前記挿入ガイドとの間に形成される離隔空間を介して流入したパージガスが、前記挿入ガイドに形成されたガスインレットを介して前記挿入ガイドの内部に流入するようにするステップであり得る。

前記ガス注入ステップ（Ｃステップ）は、前記パージガスが、前記挿入ガイドの下端部に形成されたガスインレットを介して前記挿入ガイドの内部に流入するようにするステップであり得る。

前記ガス注入ステップ（Ｃステップ）は、巻取中心孔の内壁面と前記挿入ガイドとの間に形成される離隔空間を介して流入したパージガスが、前記挿入ガイドの最下端と被溶接体との間に形成される隙間を介して前記挿入ガイドの内部に流入するようにするステップであり得る。

前記溶接方法は、前記溶接マスクボディーを介する前記被溶接体の溶接時に、前記挿入ガイドの内部で発生する溶接スパッタ及び溶接ヒュームの少なくとも一方を含む異物をサクションするサクションステップ（Ｄステップ）をさらに含むことができる。

前記サクションステップ（Ｄステップ）は、前記挿入ガイドと連通するように構成されたサクション部を介して前記異物をサクションするステップであり得る。

前記サクションステップ（Ｄステップ）は、前記レーザ通過部と連通するように構成されたサクション部を介してサクションを行うステップであり得る。

本発明の一態様によると、バッテリーセルの内部に位置する被溶接体をレーザ溶接により溶接する際に、電極組立体の損傷を防止することができる。

本発明の他の態様によると、レーザ溶接時に被溶接体付近の酸素雰囲気を除去するためのパージガスを被溶接体付近に容易に流入させることができる。

本発明のまた他の態様によると、バッテリーセルの内部に位置する被溶接体をレーザ溶接により溶接する際に発生する異物を適切に除去することができる。

ただし、本発明を通じて導出される有利な効果は上述した効果に限定されず、言及されていないまた他の有利な効果は、下記の発明の説明から当業者が明確に理解することができるであろう。

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形態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ものであるため、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。

超音波溶接を用いてバッテリーセルが内部で被溶接体を溶接する工程を説明するための図である。 超音波溶接を用いてバッテリーセルが内部で被溶接体を溶接する工程を説明するための図である。 本発明の溶接マスクの外観を示す図である。 バッテリーセルと本発明の溶接マスクとが結合された結合体の内部構造を示す図である。 本発明の溶接マスクボディーにガスガイダが備えられた実施形態について説明するための図である。 本発明の挿入ガイドがその下端に形成されるノッチ状のガスインレットを備える実施形態について説明するための図である。 本発明の挿入ガイドがその下端に形成されるノッチ状のガスインレットを備える実施形態について説明するための図である。 本発明の挿入ガイドが孔状のガスインレットを備える実施形態について説明するための図である。 本発明の溶接マスクがガスインレットをカバーするように構成されるメッシュ部材を備える実施形態について説明するための図である。 本発明の挿入ガイドが被溶接体から所定の距離だけ離隔するように構成される実施形態について説明するための図である。 本発明の溶接マスクが密閉部材を備える実施形態について説明するための図である。 本発明の溶接マスクが密閉部材を備える実施形態について説明するための図である。 本発明の溶接マスクに備えられるサクション部が挿入ガイドと直接連通するように構成される実施形態について説明するための図である。 本発明の溶接マスクがレーザ通過部、パージガス注入部、及びサクション部をすべて備える場合において、パージガスの循環経路、及び溶接によって発生する異物が排出される経路を説明するための図である。

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び特許請求の範囲において使用される用語や単語は通常的及び辞書的な意味に限定して解釈されるものではなく、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じた意味及び概念で解釈されるものである。したがって、本明細書に記載された実施形態に示された構成は、本発明の最も望ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを表すものではないため、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されたい。

本発明の溶接マスク１００を説明する前、まず、本発明の溶接マスク１００を用いたレーザ溶接の対象物を含むバッテリーセル２００の例示的形態を説明する。

図３は、本発明の溶接マスクの外観を示す図であり、図４は、バッテリーセルと本発明の溶接マスクとが結合された結合体の内部構造を示す図である。

図３及び図４を参照すると、本発明の一実施形態による溶接マスク１００は、バッテリーセル２００の内部に位置する被溶接体にレーザ溶接を行うためのツールであり、バッテリーセル２００の上部から下降してバッテリーセル２００の上端に結合することができる。本発明の溶接マスク１００を用いたレーザ溶接工程は、バッテリーセル２００に備えられたハウジング２２０の一側が仕上げられずにオープンした状態で行うことができる。

前記バッテリーセル２００は、例えば、円筒形バッテリーセル２００であり得る。前記バッテリーセル２００は、電極組立体２１０、ハウジング２２０、集電板（第１集電板）２３０及び端子２４０を含むことができる。前記電極組立体２１０は、中心部に形成される巻取中心孔を備えるゼリーロールタイプの電極組立体であり得る。前記ハウジング２２０は、上端に形成される開放部を介して電極組立体２１０を収容するように構成することができる。前記集電板（第１集電板）２３０は、電極組立体２１０の下端に結合することができる。前記集電板（第１集電板）２３０は、電極組立体２１０の下端に備えられる第１無地部２１１と結合することができる。この場合、前記集電板（第１集電板）２３０は、ハウジング２２０の開放部とは反対側に備えられるハウジング２２０の閉鎖部と電極組立体２１０との間に介在することができる。

本発明の溶接マスク１００を用いたレーザ溶接工程は、バッテリーセル２００の集電板（第１集電板）２３０と端子２４０とを結合させるための溶接工程であり得る。すなわち、本発明において、被溶接体は、集電板（第１集電板）２３０と端子２４０とを含むことができる。前記端子２４０は、例えば、ハウジング２２０の下端に備えられる閉鎖部を貫通してハウジング２２０に固定することができる。この場合、電極組立体２１０と集電板（第１集電板）２３０との結合体がハウジング２２０の上端開放部を介してハウジング２２０の内部に挿入され、集電板（第１集電板）２３０と端子２４０とが接触した状態で電極組立体２１０の巻取中心孔を介して集電板（第１集電板）２３０にレーザを照射することにより、集電板（第１集電板）２３０と端子２４０とを溶接することができる。

一方、前記バッテリーセル２００は、集電板（第２集電板）２５０をさらに含むことができる。前記集電板（第２集電板）２５０は、電極組立体２１０の上端に結合することができる。前記集電板（第２集電板）２５０は、電極組立体２１０の下端に備えられる第２無地部２１２と結合することができる。前記集電板（第２集電板）２５０は、電極組立体２１０の巻取中心孔を覆わないように巻取中心孔と対応する位置に形成される集電板孔を備えることができる。この場合、例えば、電極組立体２１０と一対の集電板２３０、２５０との結合体をハウジング２２０の上端開放部を介してハウジング２２０内に挿入した後、上述したように電極組立体２１０の巻取中心孔を介してレーザを照射することで、集電板（第１集電板）２３０と端子２４０とを溶接することができる。

以上、本発明の溶接マスク１００を用いたレーザ溶接工程において、被溶接体を含むバッテリーセル２００について説明したが、本発明の溶接マスク１００を用いたレーザ溶接において、被溶接体は、上述したような構造を有するバッテリーセル２００に備えられる集電板（第１集電板）２３０と端子２４０に限定されるものではない。すなわち、バッテリーセル２００に備えられる電極組立体２１０に巻取中心孔が形成され、レーザが入射する巻取中心孔の入口とは反対側に位置する巻取中心孔の出口側に位置する被溶接体であれば、本発明の溶接マスク１００を用いたレーザ溶接の被溶接体とすることができる。

図３及び図４を参照すると、本発明の一実施形態による溶接マスク１００は、溶接マスクボディー１１０及び挿入ガイド１２０を含むことができる。

前記溶接マスクボディー１１０は、バッテリーセル２００のハウジング２２０の内部に照射されるレーザが通過できるように構成されるレーザ通過部１１１を備えることができる。前記溶接マスクボディー１１０は、ハウジング２２０の一側に形成される開放部をカバーするように構成することができる。前記挿入ガイド１２０は、その内部を介してレーザが通過できるように中空構造を有することができる。前記挿入ガイド１２０は、レーザ通過部１１１と連結することができる。前記挿入ガイド１２０の内部空間は、レーザ通過部１１１の内部空間と連通することができる。前記挿入ガイド１２０は、ハウジング２２０の内部に収容される電極組立体２１０の巻取中心孔に挿入されるように構成することができる。

前記溶接マスク１００のこのような構成によると、バッテリーセル２００の外部から照射されたレーザが、レーザ通過部１１１及び挿入ガイド１２０を介して電極組立体２１０の巻取中心孔を通過して被溶接体に到逹することができる。さらに、挿入ガイド１２０がレーザと巻取中心孔の内壁面との間でマスクとして機能することができるので、レーザ照射のための装置設定などで誤差が発生する場合、レーザによって電極組立体２１０が損傷することを防止することができる。その他にも、レーザ溶接過程で発生し得る溶接スパッタ、溶接ヒュームなどの異物が巻取中心孔の内壁面に当たって電極組立体２１０が損傷する現象、及び／又は金属異物が電極組立体２１０内でショートを発生する現象などを防止することができる。

前記レーザ通過部１１１は、溶接マスクボディー１１０を貫通する孔状であり得る。前記レーザ通過部１１１の入口は出口よりも大きな幅を有することができる。前記溶接マスク１００のこのような構成によると、レーザ通過部１１１にレーザ照射装置（図示せず）を容易に挿入することができる。一方、前記レーザ通過部１１１の入口の幅とは、レーザ通過部１１１の入口の最大幅を意味することができる。同様に、前記レーザ通過部１１１の出口の幅とは、レーザ通過部１１１の出口の最大幅を意味することができる。もし、前記レーザ通過部１１１の入口及び／又は出口がほぼ円形の場合であれば、入口の幅及び／又は出口の幅は、入口の内径及び／又は出口の内径と定義することができる。

前記レーザ通過部１１１は、溶接マスクボディー１１０の略中心部に備えられ得る。前記レーザ通過部１１１は、溶接マスクボディー１１０がハウジング２２０の上端開放部をカバーしたとき、電極組立体２１０の巻取中心孔と対応する位置に備えられ得る。前記溶接マスク１００のこのような構成によると、レーザ通過部１１１を通過したレーザが、電極組立体２１０の巻取中心孔に挿入された挿入ガイド１２０の内壁面に接触しないようにすることが容易になる。

図４を参照すると、前記挿入ガイド１２０は、電極組立体２１０の巻取中心孔の入口を介して挿入され、前記入口の反対側に位置する巻取中心孔の出口まで延びることができる。前記溶接マスク１００のこのような構成によると、電極組立体２１０の巻取中心孔の延長方向（Ｚ軸に並ぶ方向）に沿う全領域において、レーザ及びレーザ溶接によって発生する異物から電極組立体２１０を保護することができる。溶接によって発生する前記異物は、溶接スパッタ及び溶接ヒュームの少なくとも一方を含むことができる。

図３及び図４を参照すると、前記溶接マスクボディー１１０は、ガス注入部１１２を備えることができる。前記ガス注入部１１２は、溶接マスクボディー１１０を介してハウジング２２０の内部にパージガス（ｐｕｒｇｉｎｇ ｇａｓ）を注入できるように構成することができる。前記溶接マスク１００のこのような構成によると、ハウジング２２０の内部にパージガスを容易に注入可能となる。前記ハウジング２２０の内部にパージガスを注入することで、バッテリーセル２００のハウジング２２０内部における酸素濃度を下げることができる。レーザ溶接が行われる過程で、ハウジング２２０内部における酸素濃度を一定レベル以下に下げることによって、内部発火を防止することができる。その他にも、パージガスが被溶接体の溶接領域に供給される場合、被溶接体の酸化による腐食を防止することができる。

前記ガス注入部１１２は、溶接マスクボディー１１０を貫通する孔状であり得る。例えば、前記ガス注入部１１２にガス注入装置（図示せず）を挿入することができる。前記ガス注入部１１２は複数で備えられ、この場合、複数のガス注入部１１２は、レーザ通過部１１１の周りに配置され得る。パージガスとしては、例えばＮ_２ガスを用いることができる。ただし、前記パージガスの種類はこれに限定されず、多様な不活性気体をパージガスとして適用することができる。

図３及び図４を参照すると、前記挿入ガイド１２０は、電極組立体２１０の巻取中心孔の内壁面と離隔して配置することができる。例えば、前記電極組立体２１０の巻取中心孔及び挿入ガイド１２０がそれぞれ略円筒状の場合、電極組立体２１０の巻取中心孔の内径は、挿入ガイド１２０の外径よりも大きく形成することができる。例えば、前記電極組立体２１０の巻取中心孔の内径は、約５ｍｍ～８ｍｍの範囲で形成し、挿入ガイド１２０の外径は、電極組立体２１０の巻取中心孔よりも約１ｍｍ～２ｍｍ小さく形成することができる。

このように、電極組立体２１０の巻取中心孔の内壁面と挿入ガイド１２０の外周面との間に離隔空間が形成される場合、ハウジング２２０の開放部を介してハウジング２２０の内部に流入したパージガスを前記離隔空間を介して被溶接体側に供給することができる。このように被溶接体に供給されたパージガスは、レーザ溶接時に被溶接体付近における酸素濃度を減少させることができる。

図５は、本発明の溶接マスクボディーにガスガイダが備えられた実施形態について説明するための図である。

図５を参照すると、前記溶接マスク１００は、パージガスの流れを誘導できるように構成されるガスガイダ１１４を備えることができる。前記ガスガイダ１１４は、電極組立体２１０の巻取中心孔の内壁面と挿入ガイド１２０との間に形成される隙間に向かう方向にパージガスの流れを誘導できるように構成することができる。

このように溶接マスク１００がガスガイダ１１４を備える場合、ガス注入部１１２を介してハウジング２２０の内部に注入されたパージガスを、巻取中心孔の内壁面と挿入ガイド１２０との間の空間側に集中的に供給することができる。よって、被溶接体付近における酸素濃度をより効率的に下げることができる。

一方、図５に示すように、前記溶接マスクボディー１１０は、その下面から前記ハウジング２２０の内部空間に向かって延びたボディー延長部１１５を備えることができる。この場合、前記ボディー延長部１１５は、溶接マスクボディー１１０がハウジング２２０の上端に密着したときに電極組立体２１０又は集電板（第２集電板）２５０と離隔するように構成することができる。このように、前記溶接マスクボディー１１０がボディー延長部１１５を備える場合において、前記ガスガイダ１１４は、ガス注入部１１２の出口から延びてボディー延長部１１５と集電板（第２集電板）２５０との間、又はボディー延長部１１５と電極組立体２１０との間に形成される空間を介して電極組立体２１０の巻取中心孔の入口付近まで延びることができる。

図６及び図７は、本発明の挿入ガイドがその下端に形成されるノッチ状のガスインレットを備える実施形態について説明するための図であり、図８は、本発明の挿入ガイドが孔状のガスインレットを備える実施形態について説明するための図である。また、図９は、本発明の溶接マスクがガスインレットをカバーするように構成されるメッシュ部材を備える実施形態について説明するための図であり、図１０は、本発明の挿入ガイドが被溶接体から所定の距離だけ離隔するように構成される実施形態について説明するための図である。

図３及び図４と、図６ないし図１０を参照すると、前記挿入ガイド１２０は、電極組立体２１０の巻取中心孔の内壁面と挿入ガイド１２０との間に形成された離隔空間に流入したパージガスが挿入ガイド１２０の内部に流入できるように構成することができる。図６ないし図１０は、挿入ガイド１２０のこのような構成の例示的形態を示す図である。

前記挿入ガイド１２０のこのような構成によると、ガス注入部１１２を介してハウジング２２０の内部に流入したパージガスは、巻取中心孔と挿入ガイド１２０との間に形成される離隔空間を介して挿入ガイド１２０の内部に流入することができる。これによって、パージガスは、レーザＬが照射される被溶接体の溶接領域における酸素濃度を下げることができる。

図６を参照すると、前記挿入ガイド１２０は、少なくとも１つのガスインレット１２１を備えることができる。この場合、前記巻取中心孔の内壁面と挿入ガイド１２０の外周面との間の離隔空間を介して流入したパージガスは、ガスインレット１２１を介して挿入ガイド１２０の内部空間に流入することができる。前記ガスインレット１２１は、例えば、挿入ガイド１２０の下端から上方に切り欠かれた形態を有することができる。このように、前記ガスインレット１２１が挿入ガイド１２０の最下端部に形成される場合、挿入ガイド１２０の内部に流入するパージガスは、レーザＬが照射される被溶接体の溶接領域に集中的に供給でき、これによって溶接領域の不活性雰囲気を効率的に形成することができる。

図７を参照すると、前記ガスインレット１２１は複数で備えることができる。複数の前記ガスインレット１２１は、挿入ガイド１２０の下端部の周りに沿って互いに離隔して位置することができる。このように、前記ガスインレット１２１が複数備えられる場合、挿入ガイド１２０の内部空間へのパージガスの流入がより円滑になる。

図８を参照すると、前記ガスインレット１２１は、図６及び図７に示されたものとは異なり、挿入ガイド１２０の最下端から上方に所定の距離Ｈだけ離隔して位置することができる。この場合、レーザ溶接時に発生する異物が挿入ガイド１２０の外部に飛び出す現象を最小化することができる。前記ガスインレット１２１は複数で備えることができ、この場合、複数のガスインレット１２１は、挿入ガイド１２０の周方向に沿って互いに離隔して位置することができる。

一方、このような実施形態において、ガスインレット１２１の形成高さＨは、一定レベル以下に制限することが有利であり得る。前記挿入ガイド１２０のシールドとしての機能のみを考慮すると、ガスインレット１２１の形成高さＨを高めることが有利であり得るが、ガスインレット１２１の形成高さＨが過度に高い場合、パージガスの循環速度を一定レベル以下に低めないと、挿入ガイド１２０の内部に流入したパージガスが挿入ガイド１２０の最下端部に供給されないこともある。よって、ガスインレット１２１の形成高さが一定レベルを超過する場合、溶接領域にパージガスを良好に供給するために、パージガスの循環速度を下げなければならず、これは生産性の低下につながり得る。これを考慮して、前記ガスインレット１２１は、挿入ガイド１２０の最下端から約０超過１０ｍｍ以下の高さ、好ましく約０超過１５ｍｍ以下の高さ、より好ましく約０超過２０ｍｍ以下の高さに位置することができる。

一方、図６ないし図８に示すように、本発明の挿入ガイド１２０がガスインレット１２１を備える場合において、挿入ガイド１２０の最下端は、被溶接体に接触することができる。この場合、挿入ガイド１２０は、ガスインレット１２１が形成された領域を除いたすべての領域において、レーザ溶接時に発生し得る異物が電極組立体２１０側に飛散することを防止するシールド（ｓｈｉｅｌｄ）として機能することができ、これによって、電極組立体２１０の損傷を効果的に防止することができる。もちろん、前記挿入ガイド１２０の最下端が被溶接体に接触せずに被溶接体と離隔することも可能であるが、この場合、挿入ガイド１２０のシールドとしての機能を考慮すると、挿入ガイド１２０の最下端と被溶接体との間に非常に微細な隙間のみ形成されるようにすることが有利であり得る。

図９を参照すると、本発明の溶接マスク１００（図４を参照）は、メッシュ部材Ｍをさらに含むことができる。前記メッシュ部材Ｍは、ガスインレット１２１をカバーするように構成することができる。このように、ガスインレット１２１をメッシュ部材Ｍがカバーする場合、メッシュ部材Ｍに形成された微細な孔を介して、パージガスは、挿入ガイド１２０の内部に円滑に流入できる一方、挿入ガイド１２０の内部の溶接領域で発生する溶接スパッタ及び／又は溶接ヒュームを含む異物は、挿入ガイド１２０の外側に容易に流出しない。よって、溶接領域の不活性雰囲気の形成及び電極組立体２１０の損傷防止の両方を実現することができる。

一方、図１０を参照すると、前記挿入ガイド１２０の最下端は、被溶接体と離隔して位置することができる。前記挿入ガイド１２０は、上述したようなガスインレット１２１を別途備えないことができる。この場合、前記パージガスは、挿入ガイド１２０の最下端と被溶接体との間に形成される隙間を介してのみ挿入ガイド１２０の内部に流入することができる。

図１１及び図１２は、本発明の溶接マスクが密閉部材を備える実施形態について説明するための図である。

図１１及び図１２を参照すると、前記溶接マスク１００は、溶接マスクボディー１１０とハウジング２２０との結合部位の気密性を向上させるように構成される密閉部材Ｇをさらに含むことができる。前記密閉部材Ｇが備えられる場合、レーザ溶接工程の進行中にバッテリーセル２００のハウジング２２０の内部を密閉することができる。よって、ハウジング２２０の内部に供給されるパージガスが、溶接マスクボディー１１０とハウジング２２０の上端との結合界面を介して外部に漏洩する現象を防止することができる。

前記密閉部材Ｇは、例えば、弾性を有するゴム材質であり得る。ただし、これによって、前記密閉部材Ｇの材質を限定するのでなく、物体と物体との間に介在して気密性の向上をもたらすことができる材質であれば、本発明の密閉部材Ｇとして適用可能である。一方、本発明の図面においては、前記密閉部材Ｇがハウジング２２０の上端領域の外周面に密着するように構成される場合（図１３を参照）、及びハウジング２２０の上端領域の内周面に密着するように構成される場合（図１４を参照）のみをそれぞれ示しているが、本発明がこれらの実施形態に限定されるのではない。前記密閉部材Ｇは、ハウジング２２０の上端領域の内周面及び外周面両方に密着するように構成することができる。前記密閉部材Ｇは、その他にもハウジング２２０の最上端と溶接マスクボディー１１０の下面との間に介在されるように構成することもできる。

図３及び図４を参照すると、本発明の溶接マスクボディー１１０はサクション部１１３を備えることができる。前記サクション部１１３は、挿入ガイド１２０の内部空間と連通するように構成することができる。前記溶接マスクボディー１１０がこのようにサクション部１１３を備える場合、レーザ溶接によって挿入ガイド１２０の内部で発生する溶接スパッタ及び／又は溶接ヒュームを含む異物を円滑に外部に排出することができる。

前記サクション部１１３は、溶接マスクボディー１１０を貫通する孔状であり得る。例えば、前記サクション部１１３にサクション装置を挿入することができる。上述のガス注入部１１２を介してパージガスを注入しながらサクション部１１３を介してサクションが行われる場合、レーザ溶接時に発生した異物がサクション部１１３を介して排出されてパージガスの循環も行われる。前記サクション部１１３は複数で備えることができる。この場合、複数の前記サクション部１１３は、レーザ通過部１１１の周りに配置され得る。このようにレーザ溶接による異物をレーザ通過部１１１を介して外部に排出せず、別途のサクション部１１３を介して外部に排出する場合、レーザ照射のための装置とサクションのための装置を互いに異なる位置で溶接マスクボディー１１０に設置することができるので、両装置間の干渉を防止することができる。

図４を参照すると、前記サクション部１１３は、レーザ通過部１１１と直接連通するように構成することができる。この場合、レーザ溶接時に発生する異物を、前記挿入ガイド１２０の内部空間及びレーザ通過部１１１の内部空間を介して、サクション部１１３を介して外部に排出することができる。

図１３は、本発明の溶接マスクに備えられるサクション部が挿入ガイドと直接連通するように構成される実施形態について説明するための図である。

図１３を参照すると、前記サクション部１１３は、図４に示されたものとは異なり、挿入ガイド１２０に直接連結されるように構成することができる。この場合、レーザ溶接によって発生する異物は、レーザ通過部１１１を介さず、挿入ガイド１２０の内部空間からサクション部１１３の内部空間を介して外部に排出することができる。このように、レーザ溶接によって発生する異物がレーザ通過部１１１を介さずに外部に排出される場合、異物とレーザとの干渉によってレーザ焦点距離が合わないなどの問題を防止することができる。

図１４は、本発明の溶接マスクがレーザ通過部、パージガス注入部、及びサクション部をすべて備える場合において、パージガスの循環経路、及び溶接によって発生する異物が排出される経路を説明するための図である。

図１４を参照すると、前記溶接マスクボディー１１０にレーザ通過部１１１、ガス注入部１１２、及びサクション部１１３が独立して備えられる場合、パージガスは、経路（１）～（４）を経てハウジング２２０の内部に流入及び排出することができる。すなわち、前記パージガスは、経路（１）に沿ってハウジング２２０の内部に投入され、経路（２）に沿って巻取中心孔の内壁面と挿入ガイド１２０との間の離隔空間に流入し、経路（３）に沿って挿入ガイド１２０の内部に流入し、経路（４）に沿って溶接マスク１００及びバッテリーセル２００の外部に排出することができる。一方、電極組立体２１０の巻取中心孔の最下端部で発生する溶接スパッタ及び／又は溶接ヒュームを含む異物は、経路（４）に沿って溶接マスク１００及びバッテリーセル２００の外部に排出することができる。

本発明のこのような構成によると、パージガスを溶接領域に集中的に供給することにより、溶接領域における酸素濃度をできるだけ下げることができることに加え、レーザ溶接時に発生する異物が電極組立体２１０を損傷する現象、及び溶接領域に異物が蓄積して溶接品質が低下する現象を防止することができる。

次いで、本願の図３ないし図１４を参照して、上述した本発明の溶接マスク１００を用いてバッテリーセル２００に備えられた被溶接体を溶接する方法について説明する。

本発明の一実施形態による溶接方法は、バッテリーセル２００のハウジング２２０の内部に位置する被溶接体を溶接する方法に関する。前記溶接方法は、溶接マスクをバッテリーセル２００のハウジング２２０に形成された開放部に安着する溶接マスク安着ステップ（Ａステップ）と、溶接マスク１００を介してハウジング２２０の内部の被溶接体を溶接する溶接ステップ（Ｂステップ）と、を含むことができる。

前記Ａステップは、溶接マスクボディー１１０、及び溶接マスクボディー１１０から下方に延びる挿入ガイド１２０を含む溶接マスク１００を下降させることで、バッテリーセル２００のハウジング２２０に形成された開放部をカバーし、挿入ガイド１２０がハウジング２２０の内部に備えられた電極組立体２１０の巻取中心孔に挿入されるようにするステップである。前記Ｂステップは、前記溶接マスクボディー１１０に備えられたレーザ通過部１１１及び挿入ガイド１２０を介してレーザＬを照射することで、開放部の反対側に備えられるハウジング２２０の閉鎖部側に位置する被溶接体を溶接するステップである。

これによると、バッテリーセル２００の外部から照射されたレーザが、レーザ通過部１１１及び挿入ガイド１２０を介して電極組立体２１０の巻取中心孔を通過して被溶接体に到逹することができる。さらに、挿入ガイド１２０がレーザと巻取中心孔の内壁面との間でマスクとして機能することができるので、レーザ照射のための装置設定などにおいて誤差が発生する場合、レーザによって電極組立体２１０が損傷することを防止することができる。その他にも、レーザ溶接過程で発生し得る溶接スパッタ、溶接ヒュームなどの異物が巻取中心孔の内壁面に接触して組立体２１０が損傷する現象、及び／又は金属異物が電極組立体２１０内でショートを発生する現象などを防止することができる。

前記溶接方法は、上述したような２つのステップに加え、ガス注入ステップ（ステップＣ）をさらに含むことができる。前記Ｃステップは、溶接マスクボディー１１０を介してハウジング２２０の内部にパージガスを注入するステップであり得る。これによると、前記バッテリーセル２００のハウジング２２０の内部における酸素濃度を下げることができる。

前記Ｃステップは、ハウジング２２０の内部に注入されたパージガスが、巻取中心孔の内壁面と挿入ガイド１２０との間に形成される離隔空間に流入した後、挿入ガイド１２０の内部に流入するようにするステップであり得る。これによると、レーザＬが照射される被溶接体の溶接領域における酸素濃度を効果的に下げることができる。

前記Ｃステップは、巻取中心孔の内壁面と挿入ガイド１２０との間に形成される離隔空間を介して流入したパージガスが、例えば挿入ガイド１２０に形成されたガスインレット１２１を介して挿入ガイド１２０の内部に流入するようにするステップであり得る。前記Ｃステップは、これとは異なり、巻取中心孔の内壁面と挿入ガイド１２０との間に形成される離隔空間を介して流入したパージガスが、挿入ガイド１２０の最下端と被溶接体との間に形成される隙間を介して挿入ガイド１２０の内部に流入するようにするステップであり得る。

前記溶接方法は、レーザ溶接時に発生する異物をサクションするサクションステップ（Ｄステップ）をさらに含むことができる。すなわち、前記溶接方法は、Ａステップ及びＢステップを含むか、Ａステップ、Ｂステップ及びＣステップを含むか、Ａステップ、Ｂステップ及びＤステップを含むか、又はＡステップ、Ｂステップ、Ｃステップ及びＤステップを含むことができる。

前記Ｄステップは、溶接マスクボディー１１０を介する被溶接体の溶接時に、挿入ガイド１２０の内部で発生する溶接スパッタ及び溶接ヒュームの少なくとも一方を含む異物をサクションするステップであり得る。これによると、レーザ溶接によって挿入ガイド１２０の内部で発生する溶接スパッタ及び／又は溶接ヒュームを含む異物を円滑に外部に排出することができる。

前記Ｄステップは、挿入ガイド１２０と連通するように構成されたサクション部１１３を介して異物をサクションするステップであり得る。前記Ｄステップは、例えば、レーザ通過部１１１と直接連通するように構成されたサクション部１１３を介してサクションを行うステップであり得る。前記Ｄステップは、これとは異なり、挿入ガイド１２０と直接連通するように構成されたサクション部１１３を介してサクションを行うステップであり得る。このように、サクションによる異物の排出がレーザ通過部１１１を介さずに行われる場合、異物とレーザとの干渉によってレーザ焦点距離が合わないなどの問題を防止することができる。

以上、本発明は限定された実施形態と図面によって説明されたが、本発明はこれによって限定されず、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者によって本発明の技術思想と下記の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 溶接マスク
１１０ 溶接マスクボディー
１１１ レーザ通過部
１１２ パージガス注入部
１１３ サクション部
１１４ ガスガイダ
１１５ ボディー延長部
１２０ 挿入ガイド
１２１ ガスインレット
Ｍ メッシュ部材
Ｇ 密閉部材
Ｌ レーザ
２００ バッテリーセル
２１０ 電極組立体
２１１ 第１無地部
２１２ 第２無地部
２２０ ハウジング
２３０ 集電板（第１集電板）
２４０ 端子
２５０ 集電板（第２集電板）

Claims (24)

1. ハウジングの一側開放部を通じて電極集電体を収容するバッテリーセルの前記ハウジングの内部に照射されるレーザが通過できるように構成されるレーザ通過部を備える溶接マスクボディーであって、前記ハウジングの前記一側開放部が開放された状態で前記一側開放部に位置し、前記一側開放部をカバーするように構成される溶接マスクボディーと、
   中空構造を有し、前記レーザ通過部と連結され、前記ハウジングの内部に収容される電極組立体の巻取中心孔に挿入されるように構成される挿入ガイドと、
   を含む、溶接マスク。
2. 前記レーザ通過部の入口は、前記レーザ通過部の出口よりも大きな幅を有することを特徴とする、請求項１に記載の溶接マスク。
3. 前記挿入ガイドは、
   前記巻取中心孔の入口を介して挿入され、前記入口の反対側に位置する前記巻取中心孔の出口まで延びることを特徴とする、請求項１に記載の溶接マスク。
4. 前記溶接マスクボディーは、
   前記溶接マスクボディーを介して前記ハウジングの内部にパージガスを注入できるように構成されるガス注入部を備えることを特徴とする、請求項１に記載の溶接マスク。
5. 前記挿入ガイドは、
   前記巻取中心孔の内壁面と離隔して配置されることを特徴とする、請求項４に記載の溶接マスク。
6. 前記溶接マスクは、
   前記巻取中心孔の内壁面と前記挿入ガイドとの間に形成される隙間に向かう方向に前記パージガスの流れを誘導できるように構成されるガスガイダをさらに含むことを特徴とする、請求項５に記載の溶接マスク。
7. 前記挿入ガイドは、
   前記巻取中心孔の内壁面と前記挿入ガイドとの間に形成された離隔空間に流入したパージガスが内部に流入できるように構成されることを特徴とする、請求項５に記載の溶接マスク。
8. 前記挿入ガイドは、
   少なくとも１つのガスインレットを備えることを特徴とする、請求項７に記載の溶接マスク。
9. 前記ガスインレットは、
   前記挿入ガイドの最下端から上方に切り欠かれた形態を有することを特徴とする、請求項８に記載の溶接マスク。
10. 前記ガスインレットは、前記挿入ガイドの最下端から上方に所定の距離だけ離隔して位置することを特徴とする、請求項８に記載の溶接マスク。
11. 前記溶接マスクは、
    前記ガスインレットをカバーするように構成されるメッシュ部材をさらに含むことを特徴とする、請求項８に記載の溶接マスク。
12. 前記挿入ガイドの最下端は、被溶接体と離隔して位置することを特徴とする、請求項７に記載の溶接マスク。
13. 前記溶接マスクは、
    前記溶接マスクボディーと前記ハウジングとの結合部位の気密性を向上させるように構成される密閉部材をさらに含むことを特徴とする、請求項１～１２のいずれか一項に記載の溶接マスク。
14. 前記溶接マスクボディーは、
    前記挿入ガイドの内部空間と連通するサクション部をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の溶接マスク。
15. 前記サクション部は、
    前記レーザ通過部の前記内部空間と直接連通することを特徴とする、請求項１４に記載の溶接マスク。
16. ハウジングの一側開放部を通じて電極集電体を収容するバッテリーセルの前記ハウジングの内部に位置する被溶接体を溶接する方法であって、
    溶接マスクボディー、及び前記溶接マスクボディーから下方に延びる挿入ガイドを含む溶接マスクを下降させることで、前記バッテリーセルの前記ハウジングに形成された開放部が開放された状態で前記溶接マスクボディーが前記開放部に位置し且つ前記開放部をカバーし、前記挿入ガイドが前記ハウジングの内部に備えられた電極組立体の巻取中心孔に挿入されるようにする溶接マスク安着ステップ（Ａステップ）と、
    前記溶接マスクボディーに備えられたレーザ通過部及び前記挿入ガイドを介してレーザを照射することで、前記開放部の反対側に備えられる前記ハウジングの閉鎖部側に位置する被溶接体を溶接する溶接ステップ（Ｂステップ）と、
    を含む、溶接方法。
17. 前記溶接方法は、
    前記溶接マスクボディーを介して前記ハウジングの内部にパージガスを注入するガス注入ステップ（Ｃステップ）をさらに含むことを特徴とする、請求項１６に記載の溶接方法。
18. 前記ガス注入ステップ（Ｃステップ）は、
    前記ハウジングの内部に注入されたパージガスが前記巻取中心孔の内壁面と前記挿入ガイドとの間に形成される離隔空間に流入した後、前記挿入ガイドの内部に流入するようにするステップであることを特徴とする、請求項１７に記載の溶接方法。
19. 前記ガス注入ステップ（Ｃステップ）は、
    前記巻取中心孔の内壁面と前記挿入ガイドとの間に形成される離隔空間を介して流入したパージガスが、前記挿入ガイドに形成されたガスインレットを介して前記挿入ガイドの内部に流入するようにするステップであることを特徴とする、請求項１８に記載の溶接方法。
20. 前記ガス注入ステップ（Ｃステップ）は、
    前記パージガスが、前記挿入ガイドの下端部に形成されたガスインレットを介して前記挿入ガイドの内部に流入するようにするステップであることを特徴とする、請求項１８に記載の溶接方法。
21. 前記ガス注入ステップ（Ｃステップ）は、
    巻取中心孔の内壁面と前記挿入ガイドとの間に形成される離隔空間を介して流入したパージガスが、前記挿入ガイドの最下端と被溶接体との間に形成される隙間を介して前記挿入ガイドの内部に流入するようにするステップであることを特徴とする、請求項１８に記載の溶接方法。
22. 前記溶接方法は、
    前記溶接マスクボディーを介する前記被溶接体の溶接時に、前記挿入ガイドの内部で発生する溶接スパッタ及び溶接ヒュームの少なくとも一方を含む異物をサクションするサクションステップ（Ｄステップ）をさらに含むことを特徴とする、請求項１６～２１のいずれか一項に記載の溶接方法。
23. 前記サクションステップ（Ｄステップ）は、
    前記挿入ガイドと連通するように構成されたサクション部を介して前記異物をサクションするステップであることを特徴とする、請求項２２に記載の溶接方法。
24. 前記サクションステップ（Ｄステップ）は、
    前記レーザ通過部と連通するように構成されたサクション部を介してサクションを行うステップであることを特徴とする、請求項２２に記載の溶接方法。

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