(57)【要約】【課題】被加工物の切断面に付着するドロスを二次的な異物を発生させずに非接触で除去できるようにしたレーザ切断装置を提供する。【解決手段】レーザ光を発振するレーザ発振器と、前記レーザ光を焦点位置に集光して被加工物に照射するとともに、ガス供給機から供給されるアシストガスを噴出する加工ヘッドと、前記加工ヘッドの後方に設けられ、前記被加工物の切断面に対して、ガス供給機から供給されるガスを噴出するエアブロー装置を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発振するレーザ発振器と、
前記レーザ光を焦点位置に集光して被加工物に照射するとともに、ガス供給機から供給されるアシストガスを噴出する加工ヘッドと、
前記加工ヘッドの後方に設けられ、前記被加工物の切断面に対して、ガス供給機から供給されるガスを噴出するエアブロー装置と、
を備えたレーザ切断装置。
【請求項２】
前記エアブロー装置はすくなくとも２つのガス噴出ヘッドを備え、それぞれの前記ガス噴出ヘッドから噴出するガスの主流は、前記被加工物の両切断面に対して所定の角度を有する、請求項１に記載のレーザ切断装置。
【請求項３】
前記所定の角度が１５度〜４５度である、請求項２に記載のレーザ切断装置。
【請求項４】
前記加工ヘッドから噴出するアシストガス流と、前記エアブロー装置の各噴出ヘッドから噴出するガス流は、それぞれが互いに干渉しない位置関係にある、請求項２または３項に記載のレーザ切断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、レーザを用いた切断装置に関し、特に電極シートのようなシート状の被加工物の切断に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
捲回式リチウムイオン電池は、正極シートと負極シートでセパレータシートを挟み、３枚のシートをロール状に巻いたものを円筒の缶に詰め、そこに電解液を注入して封止した構造となっている。電極シートは厚さ１０μｍ程度のアルミ箔または銅箔等の金属箔の両面に活性剤を塗布した３層構造となっている。電極シートは、幅広の１枚の金属箔に活性層を塗布したものを原反とし、切断されて所望の幅に切り分けられる。
【０００３】
機械式カッタを使用した電極シートの切断では、カッタの刃が摩耗により劣化し、バリ発生等の品質悪化の問題が生じる。そのため、定期的にカッタを交換する必要がある。特に原反を巻取りながらロールカッタで切断を行う方式では、連続して切断が行えるため生産性に優れているが、カッタ交換が必要となると生産性を低下させてしまうことになる。
【０００４】
そこでレーザ技術を用いた切断が検討されている。レーザ切断では集光した高エネルギ密度のレーザ光をワークに照射し溶融させ、溶融部分をアシストガスで吹き飛ばすことにより切断するため、非接触での切断が可能となる。そのため機械式カッタのような、装置の劣化によるバリ発生を解消できる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−２４４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
レーザ切断では、切断時に発生する二次生成物が異物となる場合がある。特に薄膜化技術が進むほど、たとえ微小なものであっても異物混入は重大な品質問題となる。そこで特許文献１のように、レーザ切断時に発生する二次生成物を排除する機構を備えたシート切断装置が要求される。
【０００７】
特許文献１では、ヒュームや切端材をエアブローと吸引により排除する切断装置を提供しているが、シート材料によってはその他の二次生成物が発生し問題となる場合がある。その一つに切断時に溶融したものが除去されずに再凝固したドロスがある。アシストガスにより除去しきれず切断面上に付着したドロスは、後の巻取り工程などにおいて剥落した場合は異物となり、品質問題に発展する。
【０００８】
ドロスの付着は切断条件の最適化により低減させることは可能であるが、シートの材料によっては完全に無くすことが困難なものもある。そこで、後処理工程によりドロスを強制的に剥落させる手段が必要となるが、ブラシ等を当てて除去する方法では、ブラシ等の摩耗によりさらなる二次的な異物発生が危惧される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記問題点を解決するために本発明は、レーザ光を発振するレーザ発振器と、前記レーザ光を焦点位置に集光して被加工物に照射するとともに、ガス供給機から供給されるアシストガスを噴出する加工ヘッドと、前記加工ヘッドの後方に設けられ、前記被加工物の切
断面に対して、ガス供給機から供給されるガスを噴出するエアブロー装置と、を備えたレーザ切断装置である。
【００１０】
これにより、二次的な異物を発生させずにドロスを強制的に剥落させることができ、加工品質が向上する。
【００１１】
また、前記エアブロー装置はすくなくとも２つのガス噴出ヘッドを備え、それぞれの前記ガス噴出ヘッドから噴出するガスの主流は、前記被加工物の両切断面に対して所定の角度を有することが好ましい。そして前記所定の角度は１５度〜４５度であることが好ましい。これにより、より効率的にドロスを除去することができる。
【００１２】
また、前記加工ヘッドから噴出するアシストガス流と、前記エアブロー装置の各噴出ヘッドから噴出するガス流は、それぞれが互いに干渉しない位置関係にあることが好ましい。
ガス流が互いに干渉することによる、ドロス除去効果の悪化を防止することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のレーザ切断装置は、レーザ切断後の切断面に高圧のガスを吹き付けることで、付着したドロスを非接触で除去することができ、加工品質が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態におけるレーザ切断装置の全体構成図
【図２】レーザ切断時のアシストガスによる溶融物除去と残留ドロスの状態を示す図
【図３】ガス噴出ヘッドからの噴出ガスによるドロスの除去の状態を示す図
【図４】ガスの吹付け角度とドロス除去率の関係を示す図
【図５】加工ノズルとエアブロー装置の位置関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に本発明を実施するための形態について、図を参照しながら説明する。
【００１６】
（実施の形態）
図１は本発明の実施形態におけるレーザ切断装置の全体構成図である。レーザ切断装置はレーザ光を用いて、被加工物である電極シート１００を長手方向に切断するものである。
【００１７】
電極シート１００の原反はロール状に巻かれた幅広かつ長尺の１枚のシートであり、送りローラ１０６にセットされる。切断後の電極シート１００は巻取りローラ１０７により巻き取られる。つまり電極シート１００が後述する加工ヘッド１０３に対して直線的に移動する。
【００１８】
レーザ光はレーザ発振器１０１から発振され、伝送ファイバ１０２により加工ヘッド１０３へと導かれる。レーザ光は加工ヘッド内部のコリメートレンズにより平行光線となり、その後集光レンズを通過することで焦点位置に向けて集光され、加工ヘッド１０３の先端ノズルから照射される。
【００１９】
また、加工ヘッド１０３はガス供給機１０４と接続されており、供給されたガスは先端ノズルからアシストガスとして、レーザ光と同軸方向に噴出する。ガス供給機１０４は高圧のガスを供給できるものであればよく、コンプレッサや圧縮ボンベを用いることができる。アシストガスは主に圧縮空気が使用されるが、電極シート１００の材質により酸素や窒素などを用いてもよい。
【００２０】
例えば、酸化による燃焼促進が見込まれる材質であれば、アシストガスに酸素を用いることで効率的なレーザ切断が可能となる。逆に、材料の酸化が電池作製時に悪影響を及ぼす場合は、窒素等の反応性の低いガスを使用すればよい。
【００２１】
レーザ切断では、被加工物とレーザ光焦点の位置関係が切断品質に大きく影響するので、加工ヘッド１０３近傍は支持ローラ１０８により上下から電極シート１００を保持し、電極シート１００の上下方向のぶれを抑制している。
【００２２】
集光され高エネルギ密度となったレーザ光を照射することで、電極シート１００を溶融する。溶融した部分をアシストガスにより下方へと吹き飛ばし、集塵装置１０５で回収する。本実施形態では電極シート１００が移動し、加工ヘッド１０３及び加工ヘッドに接続される装置は全て固定されているため、切断時に光学系がずれることはなく、安定した切断が可能となる。
【００２３】
図２は、加工ヘッド１０３の直下の電極シート１００の断面図である。レーザ切断において、切断溝にある溶融物の大部分２０１は加工ヘッド１０３の先端ノズルから噴出するアシストガスにより除去できるが、切断溝から抜け落ちずに壁面に沿って残留した溶融物は膜状のドロス２００を形成する。本実施形態では、このドロス２００を除去する目的で、加工ヘッド１０３より後方の巻取りローラ側にエアブロー装置１０９を設けている。
【００２４】
エアブロー装置１０９は、加工ヘッド１０３に接続されているガス供給機１０４から分岐して接続しており、各径路にガス圧調整弁（図示せず）を備えている。なお、エアブロー装置１０９にガス供給機１０４とは異なる別のガス供給機を接続してもよい。
【００２５】
エアブロー装置１０９は、エアブロー（噴出ガス）により切断溝に付着したドロス２００に衝撃を与えて除去することを目的としているが、真上（電極シートに垂直な方向）からガスを吹き付けた場合でも効果を有する。しかし、より効果を発揮するために、図３に示すように、エアブロー装置１０９のガス噴出ヘッド１１０から噴出するガスの主流が、切断面に対して角度Θとなるようにガス噴出ヘッド１１０の位置を調整している。
【００２６】
図４は、角度Θと切断面付着ドロスの除去率の関係を示すグラフである。実線は吹き付け側の電極シートの切断面のドロス除去率を示し、破線は反対側の電極シートの切断面のドロス除去率を示している。図でわかるように、切断面に対して３０度の角度を付けたときが、最も高い除去効果が得られ、１５度〜４５度の範囲でよい結果が得られている。
【００２７】
また、破線で示されるように、反対側の電極シートの切断面のドロスの除去率は悪くなる。そこで図５に示すように、反対側の切断面をエアブローするために、噴出するガスの主流が反対側の切断面に対して角度Θとなるような、別のガス噴出ヘッド１１１を設けている。
【００２８】
ところで、加工ヘッドから離れるほどドロスは冷却され、切断面のドロスの付着が強固になり剥がれにくくなる。また、ドロスが膜状の１つの塊として長くなるほど剥がすことが困難になる。そのために、エアブロー装置１０９のガス噴出ヘッド１１０、１１１は、可能な限り加工ヘッドの近傍に設けることが望ましい。逆に、あまり近づきすぎると、加工ヘッド１０３からも高圧のアシストガスが噴出されているので、その近傍でガスを噴射してもガス流が互いに干渉しドロスの除去効果が低減する。
【００２９】
図５の２点鎖線で囲んだ３つの領域は、それぞれのガス流の影響範囲を示している。この３つの領域が互いに接触（干渉）しないように、加工ヘッド１０３とガス噴出ヘッド１
１０とガス噴出ヘッド１１１のそれぞれの位置を調整している。
【００３０】
図５においては、２つのガス噴出ヘッド１１０、１１１から噴出されるガス流が互いに干渉しないように、２つのガス噴出ヘッド１１０、１１１を交差させ、２つのガス流の方向を電極シートの切断方向（図の左右方向）にずらしている。
【００３１】
なお、エアブロー装置のガス噴出ヘッドの形状やガス圧は、付着ドロスの特性に合わせて最適な条件を選択すればよい。また、本実施形態ではエアブロー装置のガス噴出ヘッドは２つとしたが、ガス流が干渉をしない範囲であれば、除去効果の向上のために噴出ヘッドの数を増やしてもよい。また、本実施形態では被加工物を電極シートとしたが、これに限らず、シート状の被加工物に適用できるのは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
以上のように、本発明のレーザ切断装置は、電極シートの切断に最適である。
【符号の説明】
【００３３】
１００  電極シート
１０１  レーザ発振器
１０２  伝送ファイバ
１０３  加工ヘッド
１０４  ガス供給機
１０５  集塵装置
１０６  送りローラ
１０７  巻取りローラ
１０８  支持ローラ
１０９  エアブロー装置
１１０、１１１  ガス噴出ヘッド
２００  ドロス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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