KR101907574B1 - 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법 - Google Patents

Abstract

제 1 부재와 제 2 부재를 레이저 용접하기 위한 레이저 용접 장치는: 상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재의 경계부에 레이저광을 조사하는 제 1 레이저 조사부, 상기 제 1 레이저 조사부에 의한 레이저광의 조사 위치에 비해, 레이저 용접의 진행 방향에 있어서의 전측에서, 상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재에 레이저광을 조사하는 제 2 레이저 조사부를 포함한다.

Description

레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법{LASER WELDING APPARATUS AND LASER WELDING METHOD}

본 발명은, 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법의 기술에 관한 것이고, 보다 상세하게는, 레이저 용접의 고속화를 실현하기 위한 기술에 관한 것이다.

2개의 부재를 레이저 용접하기 위한 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법이 널리 사용되고 있다. 상기 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법을 이용하여 2개의 부재를 용접하여 제조되는 제품에는, 예를 들면, 상자형의 전지 케이스와, 덮개 부재를 구비하는 이차 전지가 있고, 이러한 이차 전지는, 전지 케이스의 개구부에 덮개 부재를 레이저 용접함으로써 제조되는 것이 일반적이다. 전지 케이스의 개구부에 덮개 부재를 레이저 용접하는 기술로서는, 예를 들면, 이하에 나타내는 일본 공개특허 특개2012-110905호 공보에 개시된 것이 있다.

일본 공개특허 특개2012-110905호 공보에 개시된 레이저 용접 방법 및 레이저 용접 장치는, 케이스(전지 케이스)와 밀봉판(덮개 부재)에 레이저광을 조사하여 양쪽 부재를 용접하는 것이고, 레이저광은, 저(低)밀도 레이저광과 고(高)밀도 레이저광으로 구성된다. 일본 공개특허 특개2012-110905호 공보에 개시된 종래의 레이저 용접 방법 및 레이저 용접 장치에서는, 저밀도 레이저광을 전지 케이스와 덮개 부재 및 양쪽 부재의 간극에 대하여 전체적으로 조사하여, 고밀도 레이저광을 저밀도 레이저광의 조사 범위의 내측에 존재하는 전지 케이스와 덮개 부재에 조사하는 구성으로 하고 있다. 그리고, 일본 공개특허 특개2012-110905호 공보에 개시된 레이저 용접 방법 및 레이저 용접 장치에서는, 전지 케이스와 덮개 부재를, 고품질이고 안정적으로 용접하는 것을 가능하게 하고 있다.

일본 공개특허 특개2012-110905호 공보에 개시된 레이저 용접 방법 및 레이저 용접 장치에서는, 저밀도 레이저광은, 고밀도 레이저광에 의한 급격한 온도 변화를 억제하기 위해 조사되는 것이고, 소재를 용융시켜, 증발시킬 수 있을 정도의 강도로 조사되는 것은 아니다. 이 때문에, 종래의 레이저 용접 방법 및 레이저 용접 장치에서는, 용융된 소재를 간극에 유입시키는데에 시간을 요하고 있었다. 그리고, 종래의 레이저 용접 방법 및 레이저 용접 장치에서는, 용융된 소재에 의해 간극을 봉지하는데에 시간을 요하기 때문에, 레이저광(고밀도 레이저광)의 진행 속도를 빠르게 한 경우에는, 간극에 레이저광이 들어올 우려가 있었다. 또한, 이하에서는, 간극에 레이저광이 들어와서, 용접 대상인 워크의 내부 혹은 이면 측에 레이저광이 도달하는 현상을, 레이저 투과라고 부른다.

그리고, 일본 공개특허 특개2012-110905호 공보에 개시된 레이저 용접 방법 및 레이저 용접 장치에서는, 용접 대상인 워크의 내부 혹은 이면 측에 보호해야 할 부위 등이 있는 경우에는, 레이저 투과가 생기지 않는 용접 속도로 설정할 필요가 있기 때문에, 레이저 용접의 고속화를 도모하는 것이 곤란했다. 이 때문에, 레이저 투과를 방지하면서 2개의 부재를 레이저 용접하는 경우에 있어서, 레이저 용접의 고속화를 실현하는 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법에 관련된 기술의 개발이 요망되고 있었다.

본 발명은, 2개의 부재를 레이저 용접하는 경우에 있어서, 각 부재의 간극에 레이저광이 들어오는 것을 억제하여, 레이저 용접의 고속화를 실현할 수 있는 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법을 제공한다.

본 발명의 제 1 태양은, 제 1 부재와 제 2 부재를 레이저 용접하기 위한 레이저 용접 장치에 관한 것이다. 레이저 용접 장치는, 상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재의 경계부에 레이저광을 조사하는 제 1 레이저 조사부와, 상기 제 1 레이저 조사부에 의한 레이저광의 조사 위치에 비해, 레이저 용접의 진행 방향에 있어서의 전측에서, 상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재에 레이저광을 조사하는 제 2 레이저 조사부를 구비하는 것이다.

상기 태양에 있어서는, 제 2 레이저 조사부에 의해 조사하는 레이저광으로 용융시킨 소재에 의해 제 1 부재와 제 2 부재의 간극을 메울 수 있어, 제 1 레이저 조사부에 의해 조사하는 레이저광이 간극을 투과하여 조사되는 것을 억제할 수 있다. 이에 따라, 레이저 용접 속도를 고속화해도, 레이저 투과가 생기는 것을 억제할 수 있다.

상기 태양에 있어서는, 상기 제 1 레이저 조사부에 의한 레이저광의 조사 위치에 비해, 레이저 용접의 진행 방향에 있어서의 전측에서, 또한, 상기 제 2 레이저 조사부에 의한 레이저광의 조사 위치에 비해, 레이저 용접의 진행 방향에 있어서의 후측에서, 상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재에 레이저광을 조사하는 제 3 레이저 조사부를 구비해도 된다.

상기 태양에 있어서는, 제 3 레이저 조사부에 의해 조사하는 레이저광으로 소재를 충분히 용융시킬 수 있다. 이에 따라, 레이저 용접 속도의 고속화를 도모하면서, 충분한 용입 깊이를 확보할 수 있다.

상기 태양에 있어서는, 1개의 레이저 광원과 회절 광학 소자를 구비함으로써, 상기 제 1 레이저 조사부와, 상기 제 2 레이저 조사부를 일체적으로 구성해도 된다.

상기 태양에 있어서는, 레이저 용접 속도의 고속화를, 간이한 구성의 레이저 용접 장치에 의해 실현할 수 있다.

상기 태양에 있어서는, 1개의 레이저 광원과 회절 광학 소자를 구비함으로써, 상기 제 1 레이저 조사부와, 상기 제 2 레이저 조사부와, 상기 제 3 레이저 조사부를 일체적으로 구성해도 된다.

상기 태양에 있어서는, 충분한 용입 깊이를 확보 가능한 레이저 용접 장치를, 간이한 구성에 의해 실현할 수 있다.

본 발명의 제 2 태양은, 제 1 부재와 제 2 부재를 레이저 용접하기 위한 레이저 용접 방법에 관한 것이다. 레이저 용접 방법은, 상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재의 경계부에 레이저광을 조사하는 제 1 레이저 조사 공정과, 상기 제 1 레이저 조사 공정에 있어서의 레이저광의 조사 위치에 비해, 레이저 용접의 진행 방향에 있어서의 전측에서, 상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재에 레이저광을 조사하는 제 2 레이저 조사 공정을 구비하는 것이다.

상기 태양에 있어서는, 제 2 레이저 조사 공정에서 용융시킨 소재에 의해 제 1 부재와 제 2 부재의 간극을 메움으로써, 제 1 레이저 조사 공정에서 조사하는 레이저광이 간극을 투과하여 조사되는 것을 억제할 수 있다. 이에 따라, 레이저 용접 속도를 고속화해도, 레이저 투과가 생기는 것을 억제할 수 있다.

상기 태양에 있어서는, 상기 제 1 레이저 조사 공정에 있어서의 레이저광의 조사 위치에 비해, 레이저 용접의 진행 방향에 있어서의 전측에서, 또한, 상기 제 2 레이저 조사 공정에 있어서의 레이저광의 조사 위치에 비해, 레이저 용접의 진행 방향에 있어서의 후측에서, 상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재에 레이저광을 조사하는 제 3 레이저 조사 공정을 구비해도 된다.

상기 태양에 있어서는, 제 3 레이저 조사 공정에서 소재를 충분히 용융시킬 수 있다. 이에 따라, 레이저 용접 속도의 고속화를 도모하면서, 충분한 용입 깊이를 확보할 수 있다.

상기 태양에 있어서는, 레이저 용접의 진행 방향을 90도 변경시키면서 레이저 용접을 행하는 부위가 존재하는 경우에 있어서, 상기 제 1 레이저 조사 공정에 있어서의 레이저광과, 상기 제 2 레이저 조사 공정에 있어서의 레이저광의 조사 패턴을, 레이저 용접의 진행 방향으로 연장되는 직선에 관하여 대칭이고, 레이저 용접의 진행 방향으로 연장되는 직선에 직각인 직선에 대하여 대칭이도록 해도 된다. 상기 태양에 있어서는, 레이저 용접의 진행 방향을 90도 변경시키면서 레이저 용접을 행하는 부위가 존재하는 경우에 있어서, 상기 제 1 레이저 조사 공정에 있어서의 레이저광과, 상기 제 2 레이저 조사 공정에 있어서의 레이저광과, 상기 제 3 레이저 조사 공정에 있어서의 레이저광의 조사 패턴을, 레이저 용접의 진행 방향으로 연장되는 직선에 관하여 대칭이고, 레이저 용접의 진행 방향으로 연장되는 직선에 직각인 직선에 대하여 대칭이도록 해도 된다.

상기 태양에 있어서는, 레이저 용접 속도의 고속화를, 간이한 구성의 레이저 용접 방법에 의해 실현할 수 있다.

상기 태양에 있어서는, 상기 제 1 부재가 전지 케이스이고, 상기 제 2 부재가 덮개 부재이며, 상기 전지 케이스의 개구부에 상기 덮개 부재를 용접하여 상기 개구부를 봉지하는 경우에 있어서, 적어도 상기 개구부의 코너부에, 상기 전지 케이스와 상기 덮개 부재의 간극을 막으면서, 상기 덮개 부재를 지지하는 부위인 지지부를 형성해도 된다.

상기 태양에 있어서는, 코너부에 있어서의 레이저 투과를 억제할 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시형태의 특징, 이점, 기술적 및 산업적 의의는, 구성 요소들을 의미하는 숫자들이 기재된 첨부 도면을 참조하여 이하에 설명한다.
도 1a, 도 1b는 레이저 용접의 대상 워크의 일례인 이차 전지를 나타내는 도면이고, 도 1a는 사시 모식도, 도 1b는 평면 모식도이다.
도 2는 이차 전지의 코너부에 있어서의 레이저 용접 상황을 나타내는 부분 평면 모식도이다.
도 3a, 도 3b는 이차 전지의 코너부에 있어서의 용접 전의 부재의 배치 상황을 나타내는 모식도이고, 도 3a는 부분 평면 모식도, 도 3b는 부분 단면 모식도이다.
도 4a, 도 4b는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법에 있어서의 레이저광의 조사 패턴을 나타내는 도면이고, 도 4a는 주(主) 레이저광과 부(副) 레이저광에 의해 구성하는 경우, 도 4b는 주 레이저광, 부 레이저광 및 추가 레이저광에 의해 구성하는 경우이다.
도 5a, 도 5b는 이차 전지에 대한 레이저광의 조사 상황을 나타내는 부분 평면 모식도이고, 도 5a는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법에 의한 경우, 도 5b는 관련 기술의 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법에 의한 경우이다.
도 6a, 도 6b는 이차 전지의 레이저 용접 시에 있어서의 증발부의 생성 상황을 나타내는 평면 모식도이고, 도 6a는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법의 경우, 도 6b는 관련 기술의 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법의 경우이다.
도 7a, 도 7b는 이차 전지에 대한 레이저광의 조사 상황을 나타내는 부분 단면 모식도이고, 도 7a는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법에 의한 경우, 도 7b는 관련 기술의 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법에 의한 경우이다.
도 8은 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 레이저 용접 장치를 구성하는 각 레이저 조사 장치를 나타내는 모식도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 용접 장치에 의한 이차 전지에 대한 레이저광의 조사 상황을 나타내는 사시 모식도이다.
도 10은 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 레이저 용접 장치를 구성하는 레이저 조사 수단(회절 광학 소자를 갖는 경우)을 나타내는 모식도이다.
도 11a, 도 11b는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법에 있어서의 레이저광의 조사 패턴을 나타내는 도면이고, 도 11a는 패턴 1을 나타내는 도면, 도 11b는 패턴 2를 나타내는 도면이다.
도 12a, 도 12b는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법에 있어서의 레이저광의 조사 패턴을 나타내는 도면이고, 도 12a는 패턴 3을 나타내는 도면, 도 12b는 패턴 4를 나타내는 도면이다.
도 13a, 도 13b는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법에 있어서의 레이저광의 조사 패턴을 나타내는 도면이고, 도 13a는 패턴 5를 나타내는 도면, 도 13b는 패턴 6을 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 용접 방법에 의한 레이저 용접의 실시 상황을 나타내는 평면 모식도이다.
도 15a, 도 15b는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법에 있어서의 코너부에 대한 레이저 용접의 실시 상황을 나타내는 모식도이고, 도 15a는 부분 평면 모식도, 도 15b는 부분 단면 모식도이다.
도 16a, 도 16b는 레이저 투과의 방지 상황을 나타내는 모식도이고, 도 16a는 지지부를 갖는 경우, 도 16b는 지지부가 없는 경우이다.

다음으로, 발명의 실시형태를 설명한다. 먼저 처음으로, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법에 의해 용접하는 대상인 이차 전지의 구성에 대하여, 도 1∼도 3을 이용하여 설명을 한다.

도 1a, 도 1b에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법에 의해 레이저 용접을 행하여 제조되는 이차 전지(1)는, 전지 케이스(2), 덮개 부재(3), 정극 단자(4), 부극 단자(5) 등을 구비하고 있다.

전지 케이스(2)는, 전극체(도시 생략)와 전해액(도시 생략)을 수용하기 위한 대략 직육면체의 용기이고, 1개의 면이 개방되어, 개구부(2a)가 형성되어 있다. 덮개 부재(3)는, 전지 케이스(2)의 개구부(2a)를 봉지하기 위한 판상 부재이고, 개구부(2a)의 내주부의 형상에 대략 일치하는 외형 형상을 가지며, 또한, 크기는 개구부(2a)의 크기에 비해 한 단계 작게 형성되고, 덮개 부재(3)가 개구부(2a)의 내측에 들어가도록 구성하고 있다. 또한, 본 실시형태에 나타내는 이차 전지(1)를 구성하는 전지 케이스(2) 및 덮개 부재(3)는, 모두 알루미늄제이다.

이차 전지(1)는, 덮개 부재(3)로부터 외부를 향해 돌출 설치되는 정극 단자(4)와 부극 단자(5)를 구비하고 있고, 정극 단자(4)는 금구(金具)(6)를 개재하여 전극체의 정극(도시 생략)에 전기적으로 접속되며, 부극 단자(5)는 금구(7)를 개재하여 전극체의 부극(도시 생략)에 전기적으로 접속되어 있다. 또, 이차 전지(1)를 구성하는 덮개 부재(3)에는, 안전 밸브(8) 및 주액구(9)가 형성되어 있다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 전지 케이스(2)의 개구부(2a)에 덮개 부재(3)를 배치한 상태에서는, 개구부(2a)와 덮개 부재(3)의 사이에는, 간극(10)이 형성된다. 간극(10)은, 각 부품(2, 3)의 치수차에 기인하여 생기는 것이고, 본 실시형태에 나타내는 이차 전지(1)에서는, 0.5㎜ 이하의 미소한 치수로 간극(10)이 형성된다. 이차 전지(1)는, 전지 케이스(2)와 덮개 부재(3)라는 2개의 부재를 레이저 용접하고, 개구부(2a)를 덮개 부재(3)로 봉지함으로써 제조되며, 레이저 용접이 완료된 이차 전지(1)에 있어서, 간극(10)은, 당해 간극(10) 및 그 주위에 용입된 비드(11)에 의해 봉지되어 있다.

또, 레이저 용접은, 간극(10)의 연장 돌출 방향을 따라 행해지고, 이차 전지(1)는, 코너부(1a)를 구비하고 있다. 이 때문에, 코너부(1a)를 레이저 용접할 때에는, 코너부(1a)의 양단부(兩端部)에 있어서, 레이저 용접의 진행 방향의 방향이 90도 변경된다. 또한, 본 실시형태에 나타내는 코너부(1a)에 있어서의 간극(10)은 R형상을 갖고 있지만, 이차 전지(1)에 있어서의 코너부(1a)의 형상은, R형상이 아니어도 된다. 또, 도 2에서는, 이차 전지(1)에 있어서의 1개소의 코너부(1a)를 예시하고 있지만, 도 1a, 도 1b에 나타내는 바와 같이, 이차 전지(1)에는, 평면에서 보았을 때의 이차 전지(1)의 4모서리에 있어서 합계 4개소의 코너부(1a)가 구비되어 있다.

도 3a, 도 3b에는, 코너부(1a)를 레이저 용접하기 전의 상태에 있어서의 전지 케이스(2)와 덮개 부재(3)의 배치 상황을 나타내고 있다. 레이저 용접 전의 전지 케이스(2)와 덮개 부재(3)에는 간극(10)이 형성되어 있기 때문에, 간극(10)에 대하여 레이저광이 조사된 경우에는, 레이저 투과(전지 케이스(2)의 내부에까지 레이저광이 도달함)가 생길 우려가 있어, 전지 케이스(2)의 내부에 수용된 전극체(도시 생략)를 손상할 우려가 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법은, 이러한 전지 케이스(2)와 덮개 부재(3)라는 2개의 부재를, 레이저 투과를 방지하면서 레이저 용접하여 이차 전지(1)를 제조하기 위한 기술이다. 또한, 본 실시형태에서는, 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법의 용접 대상인 2개의 부재가, 이차 전지(1)를 구성하는 전지 케이스(2)와 덮개 부재(3)인 경우를 예시하고 있지만, 본 발명에 관련된 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법의 적용 대상인 워크를 이차 전지에 한정하는 것은 아니다. 본 발명에 관련된 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법은, 2개의 부재를 레이저 용접하여 제조되는 다양한 워크에 대하여 널리 적용하는 것이 가능하다.

다음으로, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법에 있어서의 레이저광의 조사 패턴에 대하여, 도 4∼도 7을 이용하여 설명을 한다. 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법에서는, 레이저 조사 수단에 의해, 도 4a에 나타내는 바와 같이, 적어도 주 레이저광(S1)과 부 레이저광(S2)을 조합한 조사 패턴으로 레이저광을 조사하여, 레이저 용접을 행하는 구성으로 하고 있다.

주 레이저광(S1)은, 당해 주 레이저광(S1)에 의해 부여하는 열량에 의해, 소재를 충분히 용융시켜, 필요한 용입 깊이를 확보하기 위해 조사되는 주요한 레이저광이다. 부 레이저광(S2)은, 주 레이저광(S1)의 조사 위치에 대하여, 레이저 용접의 진행 방향(X)에 있어서의 전측에 조사되는 레이저광을 포함하고 있다.

주 레이저광(S1)은, 도 5a에 나타내는 바와 같이, 전지 케이스(2)와 덮개 부재(3)의 경계부인 간극(10)을 겨누어 조사되고, 주 레이저광(S1)에 의해 부여하는 열량에 의해, 간극(10) 주변의 소재를 충분히 용융하여, 간극(10) 주변에 있어서의 소재의 용입 깊이가 확보된다.

주 레이저광(S1)에 대하여, 레이저 용접의 진행 방향(X)에 있어서의 전측에 조사되는 부 레이저광(S2)은, 주 레이저광(S1)이 조사되는 위치보다 전방의 간극(10)에, 용융시킨 소재를 공급하기 위해 조사되는 레이저광이고, 부 레이저광(S2)에 의해, 간극(10) 주변의 소재가 용융된다.

도 5b에는, 종래의 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법에 있어서의 레이저광의 조사 패턴을 예시하고 있다. 종래의 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법에 있어서의 레이저광의 조사 패턴은, 도 5b에 나타내는 바와 같이, 주 레이저광(S1)만을 구비하는 구성이었다. 이러한 조사 패턴의 경우, 간극(10)과 겹치는 위치에 주 레이저광(S1)을 배치하고, 주 레이저광(S1)에 의해 용융된 소재가 간극(10)에 용입되는 것을 기다려서, 레이저 용접의 진행 방향(X)으로 주 레이저광(S1)의 조사 위치를 변위시킴으로써, 레이저 용접이 행해진다. 이러한 종래의 조사 패턴에서는, 레이저 용접에 의해 형성되는 비드(11)의 선단(先端)부에 주 레이저광(S1)이 위치하는 구성이 되기 때문에, 레이저 용접의 진행 속도(즉, 주 레이저광(S1)의 조사 위치의 변위 속도)를 크게 하면, 간극(10)에 레이저광이 들어올 우려가 있었다.

한편, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법에서는, 도 4a 및 도 5a에 나타내는 바와 같은 조사 패턴으로 레이저광을 조사 함으로써, 주 레이저광(S1)의 전방에서, 부 레이저광(S2)에 의해, 전지 케이스(2)나 덮개 부재(3)를 용융시킴과 함께, 용융시킨 소재를 간극(10)에 공급하여 메울 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법에서는, 주 레이저광(S1)과 부 레이저광(S2)을 조합한 조사 패턴을 채용함으로써, 간극(10)에 레이저광이 들어오는 것(레이저 투과)을 방지할 수 있고, 나아가서는, 레이저 용접 속도의 고속화를 실현할 수 있다.

또, 도 4a에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법에서는, 레이저 용접의 진행 방향(X)에 있어서의 주 레이저광(S1)보다 후방의 소재에 대해서도, 부 레이저광(S2)을 더 조사하는 구성으로 하는 것이 바람직하다.

종래의 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법에서는, 간극(10) 상에 주 레이저광(S1)을 배치하면, 레이저 투과를 일으킬 우려가 있었기 때문에, 도 6b 및 도 7b에 나타내는 바와 같이, 간극(10)으로부터 이간시킨 위치에 복수의 주 레이저광(S1, S1…)을 조사하는 구성으로 하는 경우가 있었다. 이러한 경우, 도 6b에 나타내는 바와 같이, 복수의 증발부(12, 12…)가 이간되어 형성되어, 간극(10)의 주변에 있어서의 소재의 용입부(M)의 깊이를 충분히 확보할 수 없었다.

한편, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법에서는, 도 6a에 나타내는 바와 같이, 간극(10) 상에 주 레이저광(S1)을 조사하고, 또한, 주 레이저광(S1)의 진행 방향(X)에 있어서의 후측에 부 레이저광(S2)을 조사함으로써, 일체적인 증발부(12)를 광범위하게 형성할 수 있다. 그리고, 주 레이저광(S1)의 후측에 부 레이저광(S2)을 조사함으로써, 도 7a에 나타내는 바와 같이, 간극(10)의 주위에 있어서의 소재의 용입부(M)의 깊이를 충분히 확보할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법에서는, 주 레이저광(S1)의 후측에 부 레이저광(S2)을 조사하도록 구성함으로써, 용접 품질의 향상을 도모할 수 있다.

또한, 도 4b에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법에서는, 주 레이저광(S1)과 부 레이저광(S2)뿐만 아니라, 추가 레이저광(S3)을 더 조사하는 구성으로 하는 것이 바람직하다.

추가 레이저광(S3)은, 주 레이저광(S1)과 부 레이저광(S2)에 의해 형성되는 증발부(12)를 보다 확실하게 연속시키기 위해 조사되는 레이저광이고, 주 레이저광(S1)과 부 레이저광(S2)의 사이를 겨누어 조사된다. 또한, 추가 레이저광(S3)의 조사 강도는, 부 레이저광(S2)과 동일 정도로 하는 것이 바람직하다.

레이저 용접에 있어서는, 레이저광의 조사에 의해 용융되어 있는 부위의 쪽이, 용융되어 있지 않은 부위에 비해 에너지 흡수율이 높아지기 때문에, 소재가 용융되어 있는 부위에 레이저광을 조사함으로써, 보다 효율적으로 레이저 용접을 진전시킬 수 있다는 특성이 있다. 이 때문에, 부 레이저광(S2)과 주 레이저광(S1)의 사이에 추가 레이저광(S3)을 조사하고, 각 레이저광(S1, S2, S3)의 조사 부위를 연속시킴으로써, 레이저광의 조사 부위 전체를 고온으로 유지하는 것이 가능하며, 에너지 흡수율을 높임으로써, 소재의 용융을 보다 단시간에 효율적으로 행하는 것이 가능해진다. 그리고, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법에서는, 추가 레이저광(S3)을 배치함으로써, 소재를 용융시키는데에 요하는 시간이 단축되어, 레이저 용접의 한층 높은 고속화를 도모할 수 있음과 함께, 충분한 용입 깊이가 얻어지게 되기 때문에, 용접 품질의 한층 높은 향상을 도모할 수 있다. 또한, 여기서 말하는 「각 레이저광(S1, S2, S3)의 조사 부위를 연속시키는」 상태는, 레이저광이 조사된 결과로서 소재에 생기는 증발부(12)가 연속할 정도로, 각 레이저광(S1, S2, S3)의 조사 부위가 인접하고 있는 상태를 가리키고, 각 레이저광(S1, S2, S3)에 의한 조사 범위끼리가 반드시 접하고 있는 것을 필요로 하지 않는다.

다음으로, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 용접 장치에 대하여, 도 8∼도 10을 이용하여 설명을 한다. 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 용접 장치는, 2개의 부재를 레이저 용접하기 위한 장치이고, 레이저광을 조사하기 위한 수단인 레이저 조사 수단을 구비하고 있다. 그리고, 레이저 용접 장치에서는, 복수의 레이저 조사 수단을 동시에 조합하여 사용함으로써, 예를 들면, 도 4a에 나타내는 바와 같은 조사 패턴으로, 레이저광을 조사할 수 있도록 구성된다.

도 8에는, 제 1 실시형태에 관련된 레이저 조사 수단(20)을 나타내고 있다. 레이저 조사 수단(20)은, 레이저 발진기(21), 갈바노(galvano) 스캐너(22), 광파이버(23) 등을 구비하고 있다. 레이저 발진기(21)로부터 나온 레이저광은, 광파이버(23)를 통과하여 갈바노 스캐너(22)에 입사된다.

갈바노 스캐너(22)는, 고속이며 또한 정확한 위치에 레이저광을 주사하기 위한 장치이고, 한 쌍의 반사경(갈바노 미러)(22a, 22b)을 구비하고 있다. 각 반사경(22a, 22b)은, 도시하지 않은 모터축 상에 지지되어 있고, 모터를 구동함으로써, 각 반사경(22a, 22b)의 반사각을 고속으로 변경하며, 이에 따라, 레이저광을 고속으로 주사하는 것을 실현하고 있는 장치이다. 갈바노 스캐너(22)의 입력 측에는, 콜리메이터(collimator) 렌즈(26)가 배치되어 있다. 콜리메이터 렌즈(26)는, 입력광(레이저광)을 평행광으로 하여, 갈바노 미러(22a, 22b)에 보내기 위한 렌즈이다.

또, 갈바노 스캐너(22)의 출력 측에는, Fθ 렌즈(24) 및 보호 렌즈(25)가 배치되어 있다. Fθ 렌즈(24)는, 레이저광의 주사 속도가 일정해지도록 보정하기 위한 렌즈이다.

레이저 조사 수단(20)에서는, 갈바노 스캐너(22)의 반사경(22a, 22b)의 각도를 각각 독립하여 변경하면서, 레이저광을 반사시킴으로써, Fθ 렌즈(24)로 주사 속도를 보정하면서, 이차 전지(1) 상에 레이저광을 주사하고, 도 9에 나타내는 바와 같이, 이차 전지(1)의 용접 부위에 대하여(즉, 간극(10)을 따라) 양호한 정밀도로 위치 결정하면서 레이저광을 조사하는 구성으로 하고 있다.

레이저 조사 수단(20)은, 레이저광의 종류마다, 사양이 다른 것이 준비된다. 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 용접 장치에서는, 주 레이저광(S1)에 대응하는 제 1 레이저 조사 수단(20)인 제 1 레이저 조사 수단(20a)과, 부 레이저광(S2)에 대응하는 제 2 레이저 조사 수단(20)인 제 2 레이저 조사 수단(20b)을 적어도 구비하는 구성으로 하고 있다. 또, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 용접 장치에서는, 제 1 레이저 조사 수단(20a)과 제 2 레이저 조사 수단(20b)뿐만 아니라, 추가 레이저광(S3)에 대응하는 제 3 레이저 조사 수단(20)인 제 3 레이저 조사 수단(20c)을 구비하는 구성으로 하는 것이 바람직하다.

예를 들면, 도 4a에 나타내는 바와 같은 레이저광의 조사 패턴을 실현하기 위해서는, 복수(여기서는 8개)의 각 레이저 조사 수단(20a, 20b)을 조합하여 레이저 용접 장치를 구성하고, 주 레이저광(S1)의 조사 위치에는 제 1 레이저 조사 수단(20a)에 의해 레이저광을 조사하며, 부 레이저광(S2)의 조사 위치에는 제 2 레이저 조사 수단(20b)에 의해 레이저광을 조사한다.

또, 도 4b에 나타내는 바와 같은 레이저광의 조사 패턴을 실현하기 위해서는, 제 3 레이저 조사 수단(20c)을 더 추가하여, 복수(여기서는 9개)의 각 레이저 조사 수단(20a, 20b, 20c)을 조합하여 레이저 용접 장치를 구성하고, 추가 레이저광(S3)의 조사 위치에는 제 3 레이저 조사 수단(20c)에 의해 레이저광을 조사한다.

즉, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 레이저 용접 장치는, 제 1 부재인 전지 케이스(2)와 제 2 부재인 덮개 부재(3)를 레이저 용접하기 위한 장치이고, 전지 케이스(2)와 덮개 부재(3)의 경계부인 간극(10)에 레이저광을 조사하기 위한 레이저 조사 수단(20)인 제 1 레이저 조사 수단(20a)과, 제 1 레이저 조사 수단(20a)에 의한 레이저광의 조사 위치에 비해, 레이저 용접의 진행 방향(X)에 있어서의 전측에서, 전지 케이스(2)와 덮개 부재(3)에 레이저광을 조사하기 위한 수단인 제 2 레이저 조사 수단(20b)을 구비하는 것이다. 이러한 구성에 의해, 제 1 레이저 조사 수단(20a)에 의해 조사하는 레이저광으로 용융시킨 소재에 의해 전지 케이스(2)와 덮개 부재(3)의 간극(10)을 메울 수 있어, 제 2 레이저 조사 수단(20b)에 의해 조사하는 레이저광이 간극(10)을 투과하여 조사되는 것(즉, 레이저 투과)을 방지할 수 있으며, 이에 따라, 레이저 용접 속도를 고속화해도, 레이저 투과가 생기는 것을 확실하게 방지할 수 있다.

또, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 레이저 용접 장치는, 제 1 레이저 조사 수단(20a)에 의한 레이저광(주 레이저광(S1))의 조사 위치에 비해, 레이저 용접의 진행 방향(X)에 있어서의 전측에서, 또한, 제 2 레이저 조사 수단(20b)에 의한 레이저광(부 레이저광(S2))의 조사 위치에 비해, 레이저 용접의 진행 방향(X)에 있어서의 후측에서, 전지 케이스(2)와 덮개 부재(3)에 추가 레이저광(S3)을 조사하기 위한 수단인 제 3 레이저 조사 수단(20c)을 구비하는 것이다. 이러한 구성에 의해, 제 3 레이저 조사 수단(20c)에 의해 조사하는 레이저광으로 소재를 충분히 용융시킬 수 있고, 이에 따라, 레이저 용접 속도의 고속화를 도모하면서, 용접 부위에 있어서의 소재의 충분한 용입 깊이를 확보할 수 있다.

또, 도 10에는, 레이저 조사 수단의 다른 실시형태를 나타내고 있다. 도 10에 나타내는 제 2 실시형태에 관련된 레이저 조사 수단(30)은, 레이저 발진기(21), 갈바노 스캐너(22), 광파이버(23) 등을 구비함과 함께, 콜리메이터 렌즈(26)와 회절 광학 소자(31)를 구비하는 구성으로 하고 있다. 갈바노 스캐너(22)의 입력 측에는, 콜리메이터 렌즈(26)와 회절 광학 소자(31)가 배치되고, 갈바노 스캐너(22)의 출력 측에는, Fθ 렌즈(24) 및 보호 렌즈(25)가 배치되어 있다.

레이저 조사 수단(30)에서는, 콜리메이터 렌즈(26)로 레이저광의 광속(光束)을 평행하게 조정한 후, 레이저광을 회절 광학 소자(DOE:Diffractive Optical Element)(31)에 통과시킴으로써, 레이저광의 조사 패턴을 조정한다. 그리고, 레이저 조사 수단(30)에서는, 회절 광학 소자(31)에 의해 조사 패턴을 조정한 후의 레이저광이 갈바노 스캐너(22)에 입사되도록 구성하고 있다.

즉, 레이저 조사 수단(30)에서는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 1개의 레이저 발진기(21)로부터 출력된 한 줄기의 레이저광이, 콜리메이터 렌즈(26) 및 회절 광학 소자(31)를 관통함으로써, 복수 줄기의 레이저광으로 분광되고, 복수 줄기의 레이저광을, 갈바노 스캐너(22) 및 Fθ 렌즈(24)를 통과하여, 이차 전지(1)의 용접 부위에 대하여(즉, 간극(10)을 따라) 조사하는 구성으로 하고 있다.

그리고, 회절 광학 소자(31)로, 레이저광을, 주 레이저광(S1) 및 부 레이저광(S2)에 각각 대응하는 레이저광으로 분광함으로써, 1개의 레이저 조사 수단(30)에 의해, 제 1 레이저 조사 수단(20a)과 제 2 레이저 조사 수단(20b)과 동일한 기능을 실현할 수 있다.

즉, 레이저 조사 수단(30)은, 1개의 레이저 조사 수단(30)으로, 복수 종류의 레이저 조사 수단(20a, 20b)을, 복수개 구비하고 있는 것과 동등한 기능을 실현할 수 있어, 레이저 용접 장치의 간이화 및 저비용화를 도모할 수 있다. 또한, 여기서는, 주 레이저광(S1)과 부 레이저광(S2)에 대응한 레이저광으로 분광하는 것이 가능한 회절 광학 소자(31)를 예시하고 있지만, 회절 광학 소자(31)의 구성을 조정함으로써 추가 레이저광(S3)에 대응하는 레이저광도 합쳐서 출력시키는 것이 가능하다. 즉, 1개의 레이저 발진기(21)와 회절 광학 소자(31)를 구비하는 1개의 레이저 조사 수단(30)으로, 3개의 레이저 조사 수단(20a, 20b, 20c)을 갖는 것과 동등한 기능을 달성하도록 구성하는 것이 가능하다.

즉, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 레이저 용접 장치는, 1개의 레이저 광원인 레이저 발진기(21)와 회절 광학 소자(31)를 구비하고, 제 1 레이저 조사 수단(20a)과, 제 2 레이저 조사 수단(20b)을 일체적으로 구성하는 것이다. 이러한 구성에 의해, 레이저 용접 속도의 고속화를, 간이한 구성의 레이저 용접 장치에 의해 실현할 수 있다.

또, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 레이저 용접 장치는, 1개의 레이저 광원인 레이저 발진기(21)와 회절 광학 소자(31)를 구비하고, 제 1 레이저 조사 수단(20a)과, 제 2 레이저 조사 수단(20b)과, 제 3 레이저 조사 수단(20c)을 일체적으로 구성하는 것이다. 이러한 구성에 의해, 용접 부위에 있어서 소재의 충분한 용입 깊이를 확보하는 것이 가능한 레이저 용접 장치를, 간이한 구성에 의해 실현할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 용접 장치는, 복수의 레이저 조사 수단(20, 20…)을 개별적으로 구비하는 구성을 채용할 수 있고, 혹은, 회절 광학 소자(31)를 구비한 레이저 조사 수단(30)에 의해, 복수의 레이저 조사 수단(20, 20…)의 기능을 실현하는 구성을 채용할 수도 있다.

다음으로, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 용접 장치 및 레이저 용접 방법에 있어서의 레이저광의 조사 패턴의 베리에이션에 대하여, 도 11∼도 13을 이용하여 설명을 한다. 또한, 이하에 나타내는 레이저광의 각 조사 패턴을 실현함에 있어서, 레이저 용접 장치의 구성(보다 상세하게는, 채용하는 레이저 조사 수단의 구성)은, 복수의 레이저 조사 수단(20, 20…)을 구비하는 구성, 혹은 1개의 레이저 조사 수단(30)을 구비하는 구성의 어느 쪽이어도 된다.

여기서는 먼저, 레이저광의 조사 패턴이, 도 11a에 나타내는 바와 같은 (패턴 1)인 경우에 대하여, 설명을 한다. 도 11a에 나타내는 (패턴 1)에서는, 제 1 부재인 전지 케이스(2)와 제 2 부재인 덮개 부재(3)의 양방에 부 레이저광(S2, S2)의 조사 위치를 배치하고, 간극(10)과 겹치는 위치에 주 레이저광(S1)의 조사 위치를 배치하여, 레이저 용접을 행하는 구성으로 하고 있다. 그리고 (패턴 1)의 조사 패턴에서는, 레이저 용접의 진행 방향(X)을 기준으로 하여, 주 레이저광(S1)보다 전방의 전지 케이스(2)와 덮개 부재(3)의 양방에 부 레이저광(S2, S2)을 배치하고, 각 레이저광(S1, S2)의 배치를 대략 V자 형상으로 함으로써, 주 레이저광(S1)보다 전방의 간극(10)에, 보다 조속히 용융된 소재를 유입시킬 수 있다. 이 때문에, (패턴 1)을 채용한 경우에는, 부 레이저광(S2) 및 주 레이저광(S1)의 이동 속도를 빠르게 할 수 있어, 레이저 용접 속도의 고속화가 도모된다.

또한, (패턴 1)에서는, 간극(10)과 겹치는 위치에, 주 레이저광(S1)을 1점만 조사하는 구성으로 하고 있지만, 도 11b의 (패턴 2)에 나타내는 바와 같이, 주 레이저광(S1)을 복수점(본 실시형태에서는 4점) 조사하는 구성으로 해도 된다. 이 경우, (패턴 1)을 채용한 경우에 비해, 부 레이저광(S2) 및 주 레이저광(S1)의 이동 속도를 더욱 빠르게 할 수 있어, 한층 높은 레이저 용접 속도의 고속화를 실현할 수 있다.

다음으로, 레이저광의 조사 패턴이, 도 12a에 나타내는 바와 같은 (패턴 3)인 경우에 대하여, 설명을 한다. 도 12a에 나타내는 (패턴 3)에서는, 제 1 부재인 전지 케이스(2)와 제 2 부재인 덮개 부재(3)의 양방에 부 레이저광(S2, S2)의 조사 위치를 배치하고, 간극(10)과 겹치는 위치에 주 레이저광(S1)의 조사 위치를 배치하고 있다. 그리고 (패턴 3)에서는, 레이저 용접의 진행 방향(X)을 기준으로 하여, 주 레이저광(S1)보다 전방의 전지 케이스(2)와 덮개 부재(3)의 양방에 부 레이저광(S2, S2)의 조사 위치를 배치함과 함께, 주 레이저광(S1)보다 후방의 전지 케이스(2)와 덮개 부재(3)에도 부 레이저광(S2, S2)의 조사 위치를 배치하고, 각 레이저광(S1, S2)을 대략 X자 형상의 배치로 조사하는 구성으로 하고 있다. 이러한 구성에 의해, 주 레이저광(S1)의 조사 위치보다 전방의 간극(10)에 대하여, 용융된 소재를 조속히 유입시킴과 함께, 용융된 소재를, 주 레이저광(S1)보다 후방의 부 레이저광(S2, S2)으로, 주 레이저광(S1)이 통과한 후에 계속해서 가열할 수 있다. 이러한 구성에 의해, 간극(10)에 있어서의 소재의 용입량을 확실하게 확보하여, 용접 품질의 향상을 도모할 수 있다. 즉, (패턴 3)에서는, 레이저 용접의 고속화를 도모하면서, 레이저 용접에 있어서의 용접 품질의 향상도 도모할 수 있다.

또한, (패턴 3)에서는, 간극(10)과 겹치는 위치에, 주 레이저광(S1)을 1점만 조사하는 구성으로 하고 있지만, 도 12b의 (패턴 4)에 나타내는 바와 같이, 주 레이저광(S1)을 복수점(본 실시형태에서는 4점) 조사하는 구성으로 해도 된다. 이 경우, (패턴 3)을 채용한 경우에 비해, 부 레이저광(S2) 및 주 레이저광(S1)의 이동 속도를 더욱 빠르게 할 수 있어, 레이저 용접 속도의 한층 높은 고속화를 실현할 수 있다.

다음으로, 레이저광의 조사 패턴이, 도 13a에 나타내는 바와 같은 (패턴 5)인 경우에 대하여, 설명을 한다. 도 13a에 나타내는 (패턴 5)에서는, 전지 케이스(2)와 덮개 부재(3)의 양방에 부 레이저광(S2, S2)의 조사 위치를 배치하고, 간극(10)과 겹치는 위치에 주 레이저광(S1)을 배치하며, 진행 방향(X)을 기준으로 하여, 주 레이저광(S1)보다 전방의 전지 케이스(2)와 덮개 부재(3)의 양방에 부 레이저광(S2, S2)의 조사 위치를 배치함과 함께, 주 레이저광(S1)보다 후방의 전지 케이스(2)와 덮개 부재(3)에도 부 레이저광(S2, S2)을 배치하고, 각 레이저광(S1, S2)의 조사 위치를 대략 X자 형상으로 배치하는 구성으로 하고 있다. 그리고 (패턴 5)를 채용한 경우에는, 부 레이저광(S2)과 주 레이저광(S1)의 사이에 있어서, 추가 레이저광(S3)의 조사 위치를 더 배치하는 구성으로 하고 있다.

또한, (패턴 5)에서는, 간극(10)과 겹치는 위치에, 주 레이저광(S1)을 1점만 조사하는 구성으로 하고 있지만, 도 13b의 (패턴 6)에 나타내는 바와 같이, 주 레이저광(S1)을 복수점(본 실시형태에서는 4점) 조사하는 구성으로 해도 되고, 이 경우, (패턴 5)를 채용한 경우에 비해, 부 레이저광(S2) 및 주 레이저광(S1)의 이동 속도를 더욱 빠르게 할 수 있어, 레이저 용접 속도의 한층 높은 고속화를 실현할 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 용접 방법에서는, 부 레이저광(S2)과 주 레이저광(S1)의 사이에 추가 레이저광(S3)을 배치함으로써, 소재를 용융시키는데에 요하는 시간이 단축되어, 레이저 용접의 고속화를 실현함과 함께, 충분한 용입 깊이가 얻어지게 되기 때문에, 용접 품질의 향상도 실현할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 용접 방법에 대하여, 도 14∼도 16을 이용하여 설명을 한다. 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 용접 방법은, 제 1 부재와 제 2 부재를 레이저 용접하는 방법이고, 본 실시형태에서는, 도 14에 나타내는 바와 같이, 전지 케이스(2)의 개구부(2a)와 덮개 부재(3)의 사이에서 형성되는 대략 직사각형의 간극(10)을 따라, 레이저광의 조사 위치를 대략 직사각형으로 주사함으로써, 개구부(2a)에 덮개 부재(3)를 레이저 용접하는 것이며, 레이저 용접의 개시 위치에 종료 위치를 중복시킴으로써, 직사각형 형상으로 무단(無端)의 비드(11)를 형성하여 레이저 용접하는 구성으로 하고 있다. 또한, 여기서는, 회절 광학 소자(31)를 구비하여 구성되는 제 2 실시형태에 관련된 레이저 용접 장치를 이용하여, 레이저 용접을 행하는 경우를 예시하여 설명을 한다.

본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 용접 방법에서는, 상술한 (패턴 1)∼(패턴 6)의 조사 패턴을 선택할 수 있다. 예를 들면, (패턴 1)∼(패턴 4)를 선택한 경우, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 용접 방법에서는, 주 레이저광(S1)을 조사하는 제 1 레이저 조사 공정과, 부 레이저광(S2)을 조사하는 제 2 레이저 조사 공정을 구비하도록 구성된다.

그리고, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 용접 방법에서는, 주 레이저광(S1)을 조사하는 제 1 레이저 조사 공정과, 부 레이저광(S2)을 조사하는 제 2 레이저 조사 공정을 구비하도록 구성함으로써, 레이저 투과를 확실하게 방지하여, 레이저 용접의 고속화를 도모할 수 있다.

또, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 용접 방법에서는, (패턴 5) 및 (패턴 6)을 선택한 경우, 주 레이저광(S1)을 조사하는 제 1 레이저 조사 공정과, 부 레이저광(S2)을 조사하는 제 2 레이저 조사 공정에 더하여, 추가 레이저광(S3)을 더 조사하는 제 3 레이저 조사 공정을 구비하도록 구성된다.

그리고, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 용접 방법에서는, 주 레이저광(S1)을 조사하는 제 1 레이저 조사 공정과, 부 레이저광(S2)을 조사하는 제 2 레이저 조사 공정과, 추가 레이저광(S3)을 더 조사하는 제 3 레이저 조사 공정을 구비하도록 구성함으로써, 레이저 투과를 확실하게 방지하여, 레이저 용접의 고속화를 도모함과 함께, 용접 품질의 향상을 도모할 수 있다.

즉, 제 1 부재인 전지 케이스(2)와 제 2 부재인 덮개 부재(3)를 레이저 용접하는 방법에 있어서, 전지 케이스(2)와 덮개 부재(3)의 경계부에 레이저광(주 레이저광(S1))을 조사하는 제 1 레이저 조사 공정과, 제 1 레이저 조사 공정에 있어서의 주 레이저광(S1)의 조사 위치에 비해, 레이저 용접의 진행 방향에 있어서의 전측에서, 전지 케이스(2)와 덮개 부재(3)에 레이저광(부 레이저광(S2))을 조사하는 제 2 레이저 조사 공정을 구비하는 것이다. 이러한 구성에 의해, 제 2 레이저 조사 공정에서 용융시킨 소재에 의해 전지 케이스(2)와 덮개 부재(3)의 간극(10)을 메움으로써, 제 1 레이저 조사 공정에서 조사하는 레이저광이 간극(10)을 투과하여 조사되는 것(즉, 레이저 투과)을 방지할 수 있고, 이에 따라, 레이저 용접 속도를 고속화해도, 레이저 투과가 생기는 것을 확실하게 방지할 수 있다.

또, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 용접 방법은, 제 1 레이저 조사 공정에 있어서의 레이저광(주 레이저광(S1))의 조사 위치에 비해, 레이저 용접의 진행 방향(X)에 있어서의 전측에서, 또한, 제 2 레이저 조사 공정에 있어서의 레이저광(부 레이저광(S2))의 조사 위치에 비해, 레이저 용접의 진행 방향(X)에 있어서의 후측에서, 전지 케이스(2)와 덮개 부재(3)에 레이저광(추가 레이저광(S3))을 조사하는 제 3 레이저 조사 공정을 구비하는 것이다. 이러한 구성에 의해, 제 3 레이저 조사 공정에서 소재를 충분히 용융시킬 수 있고, 이에 따라, 레이저 용접 속도의 고속화를 도모하면서, 용접 부위에 있어서의 소재의 충분한 용입 깊이를 확보할 수 있다.

이차 전지(1)와 같이, 코너부(1a)를 갖는 워크에 레이저 용접을 행하는 경우, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 용접 방법에서는, 도 15에 나타내는 바와 같이, 코너부(1a)에 있어서 전지 케이스(2)와 덮개 부재(3)를 레이저 용접할 때에, 레이저 용접 장치에 의한 레이저광의 조사 패턴을 R형상을 따라 회전시키지 않고(즉, 레이저 조사 수단(30)을 회전시키지 않고) 레이저 용접의 진행 방향(X)을 90도 방향 전환하여, 레이저 용접을 행하는 구성으로 하고 있다. 이러한 레이저 용접 방법은, 도 12, 도 13에 나타내는 (패턴 3)∼(패턴 6)과 같이, 레이저광의 조사 패턴을, 레이저 용접의 진행 방향으로 연장되는 직선에 관하여 대칭이고, 또한 레이저 용접의 진행 방향으로 연장되는 직선에 직각인 직선에 대하여 대칭이도록 구성되어 있는 경우에 있어서, 특히 유효하다. 더 상세하게는, 도 12, 도 13에 나타내는 (패턴 3)∼(패턴 6)과 같이, 상기 레이저광의 조사 패턴은, 레이저 용접의 진행 방향으로 연장되어 레이저광 조사 패턴의 중앙을 통과하는 직선에 관하여 대칭이고, 또한 레이저광 조사 패턴의 중앙을 통과하여 레이저 용접의 진행 방향으로 연장되는 직선에 직각인 직선에 대하여 대칭이도록 구성되어 있다.

예를 들면 만약, 코너부(1a)를 레이저 용접할 때에 레이저 조사 수단(30)을 회전시키는 구성으로 한 경우, 레이저 조사 수단(30)의 회전 동작과 변위 동작을 동기시킬 필요가 생기기 때문에, 레이저 용접의 고속화를 저해하는 요인이 된다.

한편, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 용접 방법과 같이, 레이저 조사 수단(30)을 회전시키지 않고 레이저 조사 수단(30)을 레이저 용접의 진행 방향(X)으로 변위시키는 구성에서는, 코너부(1a)를 레이저 용접할 때에, 레이저 조사 수단(30)의 변위 속도를 감속시킬 필요가 없기 때문에, 레이저 용접의 고속화에 유리하다.

즉, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 용접 방법은, 레이저 용접의 진행 방향을 90도 변경시키면서 레이저 용접을 행하는 부위가 존재하는 경우, 즉 코너부에 레이저 용접을 행하는 경우에 있어서, 제 1 레이저 조사 공정에 있어서의 레이저광(주 레이저광(S1))과 제 2 레이저 조사 공정에 있어서의 레이저광(부 레이저광(S2))의 조사 패턴(패턴 3, 패턴 4), 또는, 제 1 레이저 조사 공정에 있어서의 레이저광(주 레이저광(S1))과 제 2 레이저 조사 공정에 있어서의 레이저광(부 레이저광(S2))과 제 3 레이저 조사 공정에 있어서의 레이저광(추가 레이저광(S3))의 조사 패턴(패턴 5, 패턴 6)을 레이저 용접의 진행 방향으로 연장되는 직선에 관하여 대칭이고, 또한 레이저 용접의 진행 방향으로 연장되는 직선에 직각인 직선에 대하여 대칭이도록 구성한다. 더 상세하게는 상기 레이저광의 조사 패턴은, 레이저 용접의 진행 방향으로 연장되어 레이저광 조사 패턴의 중앙을 통과하는 직선에 관하여 대칭이고, 또한 레이저광 조사 패턴의 중앙을 통과하여 레이저 용접의 진행 방향으로 연장되는 직선에 직각인 직선에 대하여 대칭이도록 구성되어 있다. 이러한 구성에 의해, 레이저 용접 속도의 고속화를, 간이한 구성의 레이저 용접 방법에 의해 실현할 수 있다.

또, 본 실시형태에 나타내는 레이저 용접 방법에서는, 도 15a, 도 15b에 나타내는 바와 같이, 코너부(1a)에 레이저광을 조사할 때에, 레이저 투과가 생기는 것을 방지하기 위해, 코너부(1a)에 지지부(13)를 배치한 상태에서, 레이저 용접을 행하는 구성으로 하고 있다.

지지부(13)는, 적어도 코너부(1a)를 포함하는 범위에 있어서, 전지 케이스(2)의 내면으로부터 내측을 향해, 간극(10)의 폭 이상의 높이(두께)로 팽출시켜 설치되는 부위이고, 적어도 코너부(1a)에 있어서의 간극(10)을 봉지할 수 있도록 배치된다. 레이저광의 조사 패턴이 주 레이저광(S1)에 선행하는 부 레이저광(S2)을 구비하는 경우, 조사 위치가 코너부(1a)에 당도하면, 도 15a에 나타내는 바와 같이, 주 레이저광(S1)에 선행하는 부 레이저광(S2)이, 반드시 간극(10)을 가로지르게 된다. 이 때문에, 코너부(1a)에 있어서는, 레이저 투과를 생기게 할 우려가 있지만, 코너부(1a)에 있어서의 간극(10)을 하방으로부터 지지부(13)로 봉지하는 구성으로 함으로써, 간극(10)에 입사한 레이저광은 지지부(13)에 닿기 때문에, 코너부(1a)에 있어서의 레이저 투과를 용이하고 또한 확실하게 방지할 수 있다.

이러한 지지부(13)는, 레이저 용접의 개시점으로서 선택하는 부위에 적합하다. 지지부(13)가 없는 경우, 레이저 용접을 행할 때의 개시점은, 전지 케이스(2) 및 덮개 부재(3)를 선택할 필요가 있고, 개시점으로 선택한 전지 케이스(2) 혹은 덮개 부재(3)를 용융시켜 간극(10)을 봉지한 후에, 간극(10)을 따라, 주 레이저광(S1)을 진행시키는 구성으로 하고 있다.

한편, 지지부(13)가 있는 경우, 레이저 용접을 행할 때의 개시점으로서 전지 케이스(2) 혹은 덮개 부재(3)를 선택할 필요가 없고, 맨 처음부터 간극(10) 상에 주 레이저광(S1)을 배치할 수 있으며, 간극(10)의 하방에 위치하는 지지부(13)에 레이저광을 쬐면서, 그 주위의 전지 케이스(2) 및 덮개 부재(3)를 용융시킴으로써, 그 후 간극(10)을 따라 레이저 용접을 진행시킬 수 있다. 따라서, 지지부(13)를 설치한 경우에는, 레이저 조사 수단(30)의 변위 거리를 짧게 할 수 있어, 레이저 용접의 고속화 하는 경우에 유리하다.

또한, 지지부(13)의 태양은, 예를 들면, 도 16a에 나타내는 코너부(1a)의 케이스의 벽면에 단차를 형성하여 설치하는 태양이나, 혹은, 코너부(1a)에 케이스의 벽면으로부터 내측 방향으로 돌출되는 부재를 부설하여 설치하는 태양 등, 다양한 태양을 채용할 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 용접 방법은, 전지 케이스(2)의 개구부(2a)에 덮개 부재(3)를 용접하여 개구부(2a)를 봉지하는 경우에 있어서, 적어도 코너부(1a)에 있어서, 전지 케이스(2)와 덮개 부재(3)의 간극(10)을 막으면서, 덮개 부재(3)를 지지하는 부위인 지지부(13)를 설치하는 것이다. 이러한 구성에 의해, 코너부(1a)에 있어서의 레이저 투과를 확실하게 방지할 수 있다.

Claims (7)

1. 제 1 부재(2)와 제 2 부재(3)를 레이저 용접하기 위한 레이저 용접 장치에 있어서:
   상기 제 1 부재(2)와 상기 제 2 부재(3)의 경계부에 레이저광을 조사하는 제 1 레이저 조사수단(20a),
   상기 경계부 사이의 간극을 메움과 함께 증발부를 형성하기 위해, 상기 제 1 레이저 조사수단(20a)에 의한 레이저광의 조사 위치에 비해, 레이저 용접의 진행 방향에 있어서의 전측 및 후측에서, 상기 경계부가 아닌 상기 제 1 부재(2)와 상기 제 2 부재(3)의 각각에 레이저광을 조사하는 제 2 레이저 조사수단(20b)을 포함하고,
   상기 제 1 레이저 조사수단(20a) 및 상기 제 2 레이저 조사수단(20b)에 의해 형성된 증발부를 연속시키기 위해, 상기 제 1 레이저 조사수단(20a)에 의한 레이저광의 조사 위치와 상기 제 2 레이저 조사수단(20b)에 의한 레이저광의 조사 위치의 사이에서, 상기 경계부가 아닌 상기 제 1 부재(2)와 상기 제 2 부재(3)의 각각에 레이저광을 조사하는 제 3 레이저 조사수단(20c)을 더 포함하고,
   상기 제 1 레이저 조사수단(20a), 상기 제 2 레이저 조사수단(20b) 및 상기 제 3 레이저 조사수단(20c)에 의한 레이저광의 각각의 조사 위치는, 상기 제 1 레이저 조사수단(20a)에 의한 조사 위치를 중심으로 하여 X자 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   1개의 레이저 광원(21)과 회절 광학 소자를 더 포함하고,
   상기 1개의 레이저 광원과 상기 회절 광학 소자에 의해, 상기 제 1 레이저 조사수단(20a)과, 상기 제 2 레이저 조사수단(20b)은, 상기 제 1 레이저 조사수단(20a)과 상기 제 2 레이저 조사수단(20b)의 양방으로서 기능하는 1개의 레이저 조사 수단(30)으로서 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   1개의 레이저 광원과 회절 광학 소자를 더 포함하고,
   1개의 레이저 광원과 회절 광학 소자에 의해, 상기 제 1 레이저 조사수단(20a)과, 상기 제 2 레이저 조사수단(20b)과, 상기 제 3 레이저 조사수단(20c)은, 상기 제 1 레이저 조사수단(20a)과 상기 제 2 레이저 조사수단(20b)과 상기 제 3 레이저 조사수단(20c)으로서 기능하는 1개의 레이저 조사 수단(30)으로서 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 장치.
4. 제 1 부재(2)와 제 2 부재(3)를 레이저 용접하기 위한 레이저 용접 방법에 있어서,
   상기 제 1 부재(2)와 상기 제 2 부재(3)의 경계부에 레이저광을 조사하는 제 1 레이저 조사 공정,
   상기 경계부 사이의 간극을 메움과 함께 증발부를 형성하기 위해, 상기 제 1 레이저 조사 공정에 있어서의 레이저광의 조사 위치에 비해, 레이저 용접의 진행 방향에 있어서의 전측 및 후측에서, 상기 경계부가 아닌 상기 제 1 부재(2)와 상기 제 2 부재(3)의 각각에 레이저광을 조사하는 제 2 레이저 조사 공정,
   상기 제 1 레이저 조사 공정 및 상기 제 2 레이저 조사 공정에 의해 형성된 증발부를 연속시키기 위해, 상기 제 1 레이저 조사 공정에 있어서의 레이저광의 조사 위치와 상기 제 2 레이저 조사 공정에 있어서의 레이저광의 조사 위치의 사이에서, 상기 경계부가 아닌 상기 제 1 부재(2)와 상기 제 2 부재(3)의 각각에 레이저광을 조사하는 제 3 레이저 조사 공정을 포함하고,
   상기 제 1 레이저 조사 공정, 상기 제 2 레이저 조사 공정 및 상기 제 3 레이저 조사 공정에 의한 레이저광의 각각의 조사 위치는, 상기 제 1 레이저 조사 공정에 의한 조사 위치를 중심으로 하여 X자 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   레이저 용접의 진행 방향을 90도 변경시키면서 레이저 용접을 행하는 부위가 존재하는 경우에 있어서, 상기 제 1 레이저 조사 공정에 있어서의 레이저광과, 상기 제 2 레이저 조사 공정에 있어서의 레이저광의 조사 패턴을, 레이저 용접의 진행 방향으로 연장되는 직선에 관하여 대칭이고, 레이저 용접의 진행 방향으로 연장되는 직선에 직각인 직선에 대하여 대칭이도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 방법.
6. 제 4 항에 있어서,
   레이저 용접의 진행 방향을 90도 변경시키면서 레이저 용접을 행하는 부위가 존재하는 경우에 있어서, 상기 제 1 레이저 조사 공정에 있어서의 레이저광과, 상기 제 2 레이저 조사 공정에 있어서의 레이저광과, 상기 제 3 레이저 조사 공정에 있어서의 레이저광의 조사 패턴을, 레이저 용접의 진행 방향으로 연장되는 직선에 관하여 대칭이고, 레이저 용접의 진행 방향으로 연장되는 직선에 직각인 직선에 대하여 대칭이도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 방법.
7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 1 부재(2)가 전지 케이스이고, 상기 제 2 부재(3)가 덮개 부재이며,
   상기 전지 케이스의 개구부에 상기 덮개 부재를 용접하여 상기 개구부를 봉지하는 경우에 있어서, 적어도 상기 개구부의 코너부에, 상기 전지 케이스와 상기 덮개 부재의 간극을 막으면서, 상기 덮개 부재를 지지하는 부위인 지지부를 설치하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 방법.
   

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