KR20210128720A - 레이저 용접용 지그 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저 용접용 지그에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 지그 측면에 형성된 슬릿으로 인해 지그 내부에 공기가 유동 가능하여 스패터 집진 효과를 향상시킬 뿐만 아니라, 지그 내부에 격벽이 추가됨으로써 용접면에서 비산되는 스패터의 외부 유출을 방지할 수 있는 레이저 용접용 지그에 관한 것이다.

Description

레이저 용접용 지그{JIG FOR LASER WELDING}

본 발명은 레이저 용접용 지그에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 지그 측면에 형성된 슬릿으로 인해 지그 내부에 공기가 유동 가능하여 스패터 집진 효과를 향상시킬 뿐만 아니라, 지그 내부에 격벽이 추가됨으로써 용접면에서 비산되는 스패터의 외부 유출을 방지할 수 있는 레이저 용접용 지그에 관한 것이다.

일반적으로 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하며, 이러한 이차 전지는 폰, 노트북 컴퓨터 및 캠코더 등의 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있다.

이차전지는 양극, 분리막 및 음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 권취한 구조의 스택 폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.

최근에는 스택형 또는 스택 폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 가능성 등을 이유로 많은 관심을 모으고 있고, 또한 그것의 사용량이 점차 증가하고 있다.

이러한 파우치형 전지 제조 공정에서 리드-탭 간 레이저 용접 시 지그의 용접면에 용접 스패터(Spatter)가 발생하여 지그의 교체 주기가 짧아지고, 스패터로 인한 용접면의 오염이 발생하는 문제점이 있다.

또한, 종래의 리드-탭 간 레이저 용접시 지그 하부에 흡입기(Suction)가 연결되어 용접시 발생하는 스패터를 흡입 및 집진시키는 방식을 취해왔다.

허나, 지그가 리드-탭에 밀착되는 구조일 경우 흡입기에 의해 음압 환경이 조성되는데, 이러한 음압이 리드-탭의 용접부위에 집중되어 리드-탭을 하부 방향으로 당기게 되어 리드-탭의 용접부위에 구멍(Pore)이 발생하는 문제점이 있다.

따라서, 지그의 용접 이물질량을 감소시키고 지그 교체주기를 향상시키며 레이저 용접시 리드-탭의 손상을 막는 레이저 용접용 지그의 구조를 개선하는 방안이 필요한 실정이다.

한국공개특허공보 제 10-2018-0082914호

본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 레이저 용접용 지그 측면에 외부와 통하는 슬릿으로 인해, 스패터 흡입시 지그 내부에 기류가 형성되어 스패터 집진 효과를 향상시킨 레이저 용접용 지그를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 내부에 격벽이 형성되어 용접면에서 비산되는 스패터의 외부 유출을 방지하는 레이저 용접용 지그를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 경사면 및 격벽을 통해 지그 내벽의 면적이 증가됨으로써, 스패터의 고착 범위를 넓히고 레이저 용접용 지그의 사용 주기가 길어진 레이저 용접용 지그를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 스패터 흡입시 조성되는 음압 환경을 슬릿으로 분산시킴으로써, 용접부에 밀착된 피용접물의 손상을 방지하는 레이저 용접용 지그를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 레이저 용접용 지그는 피용접물이 안착되고 레이저 투과공이 형성된 상부면; 슬릿(Slit)이 형성된 측면; 및 스패터(Spatter)가 배출되는 배출공이 형성된 하부면;을 포함할 수 있다.

여기에서, 내부에 상기 슬릿으로 유입된 공기가 유동되는 공간이 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 레이저 용접용 지그는, 상부면에서 내부로 수직으로 연장되어 형성되는 격벽;을 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 상부면과 상기 측면 사이 경사면이 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 레이저 용접용 지그는, 경사면에서 내부로 수직으로 연장되어 형성되는 격벽;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,

일 실시예에서, 상기 레이저 투과공 및 상기 슬릿은, 서로 평행하는 일자형 홀(hole)로 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 하부면은, 상기 스패터가 상기 배출공으로 배출되도록 가이드하는 배출가이드;를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 배출공 하부에 상기 스패터를 흡입(Suction)하는 흡입기가 위치될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 흡입기는, 상기 배출공을 통해 삽입되는 흡입관을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 흡입기는, 상기 레이저 용접용 지그 내부에 음압을 형성할 수 있다.

여기에서, 상기 음압은 상기 레이저 투과공 및 상기 슬릿으로 분산될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 피용접물은, 전지(Battery)의 리드-탭으로 구성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 레이저 용접용 지그 측면에 외부와 통하는 슬릿으로 인해, 스패터 흡입시 지그 내부에 기류가 형성되어 스패터 집진 효과를 향상시키는 효과가 발생하게 된다.

또한, 레이저 용접용 지그 내부에 격벽이 형성되어 용접면에서 비산되는 스패터의 외부 유출을 방지하는 효과가 발생하게 된다.

또한, 경사면 및 격벽을 통해 지그 내벽의 면적이 증가됨으로써, 스패터의 고착 범위를 넓히고 레이저 용접용 지그의 사용 주기가 늘어나는 효과가 발생하게 된다.

또한, 스패터 흡입시 조성되는 음압 환경을 슬릿으로 분산시킴으로써, 용접부에 밀착된 피용접물의 손상을 방지하는 효과가 발생하게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 용접용 지그의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 a-a' 면을 도시한 단면도이다
도 3(a)은 종래 레이저 용접용 지그를 사용하여 레이저 용접을 진행할 때 발생하는 스패터의 이동 경로 및 온도를 도시한 도면이다.
도 3(b)은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 용접용 지그를 사용하여 레이저 용접을 진행할 때 발생하는 스패터의 이동 경로 및 온도를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 용접용 지그 내부에서 발생되는 기류의 유속을 도시한 도면이다.

본 발명에 대한 상세한 설명은 당 업계의 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 완전하게 설명하기 위한 것이다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 하거나, 어떤 구조와 형상을 “특징”으로 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하거나 다른 구조와 형상을 배제한다는 것이 아니라, 다른 구성요소, 구조 및 형상을 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 제시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 실시예의 의한 발명의 내용을 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 용접용 지그(100)의 구조를 도시한 도면이다. 도 1을 참고하면, 레이저 용접용 지그(100)는 상부면(10), 측면(20), 경사면(30)으로 구성된 다면체 구조로 이루어질 수 있다.

상부면(10)은 레이저 용접 공정시 피용접물의 용접 부위를 특정하여 사용자가 용이하게 용접을 진행할 수 있도록 상측에 피용접물이 안착될 수 있다. 이러한 기능을 수행하기 위해, 상부면(10)은 피용접물과 밀착되도록 돌출부분 없이 평평한 형태로 구성될 수 있고, 피용접물의 용접 부위에 조사된 레이저가 투과될 수 있도록 레이저 투과공(11)을 포함할 수 있다.

레이저 투과공(11)은 피용접물 중 하나인 전지(Battery)의 리드-탭 간 용접을 위해 전지의 리드에 대응하도록 리드의 길이방향으로 길게 연장된 일자형 홀(hole) 형태로 구성될 수 있다. 여기에서, 리드-탭은 이차전지 단위셀(Cell)의 전극 탭과 접속 리드를 의미한다.

또한, 레이저 투과공(11)은 레이저 용접시 피용접물에 조사된 레이저가 투과될 뿐만 아니라, 상부면(10)에서 레이저 용접시 발생되는 스패터(Spatter)가 지그 내부로 흡입되는 통로 역할을 수행할 수 있다. 여기에서, 스패터는 용접 중에 용융되어 비산되는 슬래그 또는 금속 입자를 의미한다.

측면(20)은 레이저 용접용 지그(100) 내부에 외부 공기가 유입될 수 있도록 슬릿(21)을 포함할 수 있다. 여기에서, 슬릿(21)은 원형, 사각형, 오각형, 육각형 등 다양한 단면 형상을 가질 수 있고 복수개로 형성될 수 있다.

도 1을 참고하면, 레이저 투과공(11) 및 슬릿(21)은 내부에 유입된 공기가 원할하게 유동될 수 있도록 서로 평행하는 일자형 홀(hole) 형태로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 슬릿(21)을 측면(20)의 사각형 단면 형상으로 구성된 일자형 홀 형태로 제시하였으나, 이는 본 발명의 권리범위를 한정하고자 하는 것은 아니며, 측면(20)에 위치한 슬릿(21)를 통해 레이저 용접용 지그(100) 내부에 외부 공기가 유입한다면, 본 발명의 슬릿(21)에 해당하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

경사면(30)은 레이저 용접용 지그(100)의 내벽을 넓힘으로써, 레이저 용접용 지그(100) 내부에서 비산되는 스패터의 고착 범위를 증가시키는 역할을 수행할 수 있다. 이러한 역할을 수행하기 위해, 경사면(30)은 상부면(10)과 측면(20) 사이에 형성될 수 있다. 특히, 경사면(30)은 상부면(10) 과 측면(20)의 길게 연장된 모서리와 연결되어 위치할 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 레이저 용접용 지그(100)의 형상을 측면(20)이 긴 팔면체 구조로 제시하였으나, 이는 본 발명의 권리범위를 한정하고자 하는 것은 아니며, 레이저 투과공(11) 및 슬릿(21)를 통해 내부에 유입된 공기가 유동되는 공간이 존재한다면, 본 발명의 레이저 용접용 지그(100)에 해당하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 2는 도 1의 a-a' 면을 도시한 단면도이다. 도 2를 참고하면, 레이저 용접용 지그(100)는 레이저 투과공(11)과 슬릿(21)을 통해 유입된 공기가 유동할 수 있는 공간이 존재할 수 있다.

그리고 레이저 용접용 지그(100)는 하부면(40)에 스패터가 배출되는 배출공(41) 및 배출가이드(42)가 형성될 수 있고, 경사면(30) 하부에 위치된 격벽(31) 및 배출공(41) 하부에 위치된 흡입기(50)을 더 포함될 수 있다. 각 구성에 대한 설명은 다음과 같다.

하부면(40)은 레이저 투과공(11)의 맞은 편에 해당하는 부분에 스패터가 배출되는 배출공(41)이 형성될 수 있다. 여기에서, 배출공(41)은 원형, 사각형, 오각형, 육각형 등 다양한 단면 형상을 가질 수 있고 복수개로 형성될 수 있다.

또한, 하부면(40)은 상부면(10)에서 비산되는 스패터가 배출공(41)으로 원활하게 배출되도록 가이드하는 배출가이드(42)를 더 포함할 수 있다.

여기에서, 배출가이드(42)는 배출공(41) 양단에 형성될 수 있고, 상부로 연장되어 형성될 수 있다. 특히, 레이저 투과공(11)에 인접하게 연장된 판 형태로 구성될 수 있다. 도 2를 참고하면, 배출가이드(42)는 레이저 용접용 지그(100)의 내부 공기가 원활하게 유동될 수 있도록 끝부분이 뽀족한 형태로 구성될 수 있다.

격벽(31)은 레이저 투과공(11)에서 비산되는 스패터가 슬릿(21)으로 배출되는 것을 방지하는 역할을 수행한다. 이러한 역할을 수행하기 위해, 격벽(31)은 상부면(10) 또는 경사면(30)에서 수직으로 연장되어 형성될 수 있고, 일정 크기의 판 형태로 구성될 수 있다.

이때, 격벽(31)은 레이저 투과공(11)에서 슬릿(21)으로 이동하는 스패터의 이동을 차단함으로써, 슬릿(21)을 통해 스패터가 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.

바람직하게, 격벽(31)은 스패터의 이동을 차단함과 동시에 슬릿(21)을 통해 레이저 용접용 지그(100) 내부에 기류가 형성되도록 슬릿(21)과 일정거리 이격되어 위치될 수 있다.

또한, 스패터는 레이저 용접용 지그(100) 내부 사방으로 비산되어 레이저 용접용 지그(100) 내부에 고착될 수 있다. 이때, 격벽(31)은 레이저 용접용 지그(100) 내부 흡입된 스패터의 고착 범위를 증가시키는 역할을 수행할 수 있다.

흡입기(50)는 레이저 용접용 지그(100) 내부로 비산된 스패터를 흡입(Suction)하여 집진하는 역할을 수행한다. 이러한 역할을 수행하기 위해, 흡입기(50)는 배출공(41) 하부로 레이저 용접용 지그(100) 내부 공기를 흡입할 수 있다.

레이저 용접용 지그(100) 내부에 흡입기(50)에 의해 형성된 음압으로 인해, 외부 공기가 레이저 투과공(11) 및 슬릿(21)을 통해 레이저 용접용 지그(100) 내부로 유입될 수 있다.

이때, 흡입기(50)에 의해 형성된 음압은 레이저 투과공(11) 및 슬릿(21)으로 분산되어 상부면(10)에 밀착된 피용접물이 음압에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 흡입기(50)는 상부면(10)에서 비산되는 스패터를 원활하게 흡입할 수 있도록 흡입관(51)을 포함할 수 있다. 흡입관(51)은 배출공(41)을 통해 삽입되어 배출가이드(42) 사이에 위치될 수 있다.

상술된 흡입기(50) 및 흡입관(51)은 배출공(41) 및 배출가이드(42)의 크기 및 형태에 따라 변경될 수 있으며, 레이저 용접용 지그(100) 내부 공기를 흡입하여 레이저 용접용 지그(100) 내부에 음압 환경을 조성 할 수 있다면 본 발명의 흡입기(50) 및 흡입관(51)로 해석될 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 레이저 용접용 지그(100)를 사용하여 레이저 용접할 경우 발생하는 스패터의 이동 경로 및 온도를 측정하여 종래 레이저 용접용 지그와 비교하는 실험결과를 도시한 도면이다. 도 3을 참고하면, 스패터의 위치별 온도가 온도에 따라 상이한 색으로 구별되어 표시된 것을 확인할 수 있다.

도 3(a)는 종래 레이저 용접용 지그를 사용하여 레이저 용접을 진행할 때 발생하는 스패터의 이동 경로 및 온도를 도시한 도면이다. 도 3(a)를 참고하면, 200μm 크기의 스패터가 용접부에서 발생하여 하부로 흡입되는 과정에서 온도가 760℃에서 730℃로 감소하는 것을 확인할 수 있다.

도 3(b)는 본 발명에 따른 레이저 용접용 지그(100)를 사용하여 레이저 용접을 진행할 때 발생하는 스패터의 이동 경로 및 온도를 도시한 도면이다. 도 3(b)를 참고하면, 200μm 크기의 스패터가 용접부에서 발생하여 하부로 흡입되는 과정에서 온도가 760℃에서 707℃로 감소하는 것을 확인할 수 있다.

도 3(a) 및 도 3(b)를 참고하여 본 발명에 따른 레이저 용접용 지그(100)와 종래 레이저 용접용 지그를 비교해보면, 본 발명에 따른 레이저 용접용 지그(100)를 사용할 경우, 종래 레이저 용접용 지그를 사용하는 경우 보다 상대적으로 스패터의 온도 감소폭이 큰 것을 확인할 수 있다.

이러한 온도 감소폭의 증가로 인해, 본 발명에 따른 레이저 용접용 지그(100)를 사용할 경우, 액체 상태로 발생한 스패터의 온도가 어는점 이하로 떨어짐으로써, 스패터가 레이저 용접용 지그(100) 내벽에 고착되지 않고 용이하게 흡입기(50)로 흡입 및 집진될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 용접용 지그(100) 내부에서 발생되는 기류의 유속을 측정하는 실험결과를 도시한 도면이다. 도 4를 참고하면, 본 발명의 레이저 용접용 지그(100)는 양 측면(20)에 형성된 슬릿(21)으로 인해 내부에 기류가 형성되는 것을 확인할 수 있다. 그리고, 레이저 용접용 지그(100) 내부 기류의 유속은 유속에 따라 상이한 색으로 구별되어 표시된 것을 확인할 수 있다.

또한, 레이저 용접용 지그(100) 내부에 형성된 기류의 유속은 30m/s부터 최대 150m/s까지 나타나는 것을 확인할 수 있다. 특히, 레이저 용접용 지그(100) 내부에서 최대 유속을 나타내는 부분은 격벽(31) 및 배출가이드(42)가 형성된 부분으로써, 이는 격벽(31) 및 배출가이드(42)로 인해 내부 공간이 좁아진 것에 기인한 것이다.

이러한 레이저 용접용 지그(100) 내부에 형성된 기류가 스패터를 배출공(41)으로 이동시킴으로써, 스패터가 원활하게 제거될 수 있다.

상기 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 당 업계의 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: 레이저 용접용 지그
10: 상부면
11: 레이저 투과공
20: 측면
21: 슬릿
30: 경사면
31: 격벽
40: 하부면
41: 배출공
42: 배출가이드
50: 흡입기
51: 흡입관

Claims (10)

1. 피용접물이 안착되고 레이저 투과공이 형성된 상부면;
   슬릿(Slit)이 형성된 측면; 및
   스패터(Spatter)가 배출되는 배출공이 형성된 하부면;을 포함하고,
   내부에 상기 슬릿으로 유입된 공기가 유동되는 공간이 형성되는 것을 특징으로 하는,
   레이저 용접용 지그.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 레이저 용접용 지그는,
   상부면에서 내부로 수직으로 연장되어 형성되는 격벽;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
   레이저 용접용 지그.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 상부면과 상기 측면 사이 경사면이 형성되는 것을 특징으로 하는,
   레이저 용접용 지그.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 레이저 용접용 지그는,
   경사면에서 내부로 수직으로 연장되어 형성되는 격벽;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
   레이저 용접용 지그.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 레이저 투과공 및 상기 슬릿은,
   서로 평행하는 일자형 홀(hole)로 형성되는 것을 특징으로 하는,
   레이저 용접용 지그.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 하부면은,
   상기 스패터가 상기 배출공으로 배출되도록 가이드하는 배출가이드;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
   레이저 용접용 지그.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 배출가이드는,
   상기 배출공 양단에 상부로 연장되어 형성된 것을 특징으로 하는,
   레이저 용접용 지그.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 배출공 하부에 상기 스패터를 흡입(Suction)하는 흡입기가 위치되는 것을 특징으로 하는,
   레이저 용접용 지그.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 흡입기는,
   상기 배출공을 통해 삽입되는 흡입관을 포함하는 것을 특징으로 하는,
   레이저 용접용 지그.
   
10. 제8항에 있어서,
    상기 흡입기는,
    상기 레이저 용접용 지그 내부에 음압을 형성하고,
    상기 음압은 상기 레이저 투과공 및 상기 슬릿으로 분산되는 것을 특징으로 하는,
    레이저 용접용 지그.
    

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