(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
シート状部材から製品形状を切り出す第1切断線の一部に沿い、かつ前記第1切断線よりも切断後不要部分として除去する側の領域にさらにレーザ照射を行う第2切断線を設定し、前記第1切断線および前記第2切断線に沿ってレーザ光を照射することで前記シート状部材を前記製品形状部分と、第1スクラップと、当該第1スクラップと前記製品形状部分の間にできる島状の第2スクラップに切断し、前記第1切断線および前記第2切断線の両方による切断が終了後、前記第1スクラップを移動して除去することを特徴とするレーザ切断方法。
前記第2切断線は、前記第1切断線のうち、前記第1スクラップを移動して除去する際に、平面視において前記第1スクラップの移動軌跡の方向に沿う部分に設定されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載のレーザ切断方法。
前記第1スクラップは、前記製品形状部分側に突出する2つの突出部が接続された凹形状を有し、前記第1スクラップは前記突出部のうちの一方の突出部を吸着パッドで吸着して移動し、前記第2切断線は前記吸着パッドで吸着しない側の突出部と製品形状部分との間の前記第1切断線に沿う領域に設けることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載のレーザ切断方法。
レーザ照射手段と、請求項1〜5のいずれか一つに記載のレーザ切断方法により第1切断線および第2切断線に沿うように前記レーザ照射手段から照射されるレーザ光の照射方向を制御する制御手段と、を有することを特徴とするレーザ切断装置。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面における各部材の大きさや比率は説明の都合上誇張されており、実際の大きさや比率とは異なる。
【0011】
図1は、本発明を適用したレーザ切断装置を説明するための概略図で、(a)は上から見た要部を示す平面図、(b)は側面図である。
【0012】
このレーザ切断装置は、電池の外装から引き出されている電極箔から電極タブを形成するための装置である。なお、本実施形態において電極箔とはレーザ切断によって製品形状を作り出すシート状部材のことである。本実施形態では製品形状である電極タブの形状に切断する前の状態の電池の外装から出ている金属箔を電極箔と称している。
【0013】
図1に示すように、レーザ切断装置1は、ワークである電池100を乗せるステージ11、レーザ光を照射するレーザ照射装置12、切断後の不要部分(スクラップ120)を除去するスクラップ除去部13からなる。
【0014】
ステージ11は、電池100から出ている電極箔111および112(
図3参照)部分を載せる台座14が一体的に取り付けられている。ステージ面と台座面との間には段差が設けられている。これは、ステージ11上に電池100のラミネート封止されている部分(これを本体部分110という)が載せられたときに、ちょうど電極箔111および112が台座14上に載るようにするためである。
【0015】
この台座14を設けることで、後述するように、スクラップ除去部13をスクラップ120に上から押し当てたときに、電極箔111および112が変形しないようになっている。
【0016】
レーザ照射装置12は、レーザ光を電極箔111および112へ照射するレーザ照射部21(レーザ照射手段)、レーザ光が所定の切断線に沿って軌跡を描くように制御する制御部22(制御手段)を有している。レーザ照射部21は、たとえばステージ11外から伸びたアーム25に取り付けられている。このレーザ照射部21は、2つの軸(軸26および軸27)を中心に、それぞれモータ(不図示)によって回転する。なお、このようなアーム25ではなく、多軸ロボットのアーム先端にレーザ照射部21を設けて、自在にレーザ光の向きを変えられるようにしてもよい。
【0017】
制御部22は、後述する切断線に沿ってレーザ光が照射されるように各軸26および27のモータを制御している。また制御部22は、レーザ照射のオン/オフ、スクラップ除去部13の動作も制御している。この制御部22は
図1(b)中に図示したが、制御部22がステージ11近傍にある必要はなく、信号線などにより各部と接続されていて、レーザ光の向きを自在に制御できればどこにあってもよい。
【0018】
レーザ照射部21は図示しないレーザ発生源に接続されていて、レーザ発生源から導かれたレーザ光がレーザ照射部21先端から射出されるものである。
【0019】
スクラップ除去部13は2つの電極タブ(正極タブと負極タブ)を形成する際に、それぞれから出るスクラップを除去するために同じものが2つ設けられている。それぞれのスクラップ除去部13は、アーム31と、アーム31の先端に設けられている吸着パッド32とを有する。また、吸着パッド32が円弧(図示a)を描くように支点33を軸にしてアーム31を移動させるモータ(不図示)を有する。また、図示しないが吸着パッド32の電極箔111(112)との当接面には、吸引口が設けられていて、電極箔111(112)を吸着する。そしてこの吸着動作のためにエアー吸引器が設けられている。
【0020】
ここで、電池の一例について説明する。
図2はラミネート封止された電池の外観を示す斜視図である。また、
図3(a)はタブ形成前の状態を示す平面図、
図3(b)はタブ形成後の状態を示す平面図である。
【0021】
ここで説明する電池100は、発電要素がラミネートフィルムにより封止された電池である。周知のように、ラミネートフィルムは、金属箔(たとえばアルミニウム箔)が樹脂フィルムにはさまれた積層フィルム構造である。そしてラミネートフィルムで外装(封止)された電池100は、全体がラミネートフィルム200によって覆われており、内部に発電要素がある。図示する電池100では、ラミネートフィルム200によって覆われている部分(発電要素が内包されている)を本体部分110という。そして、この電池100では、一つの辺から電極端子となるタブが2つ(正極タブ101と負極タブ102)引き出されている。ラミネートフィルム200は、その周囲の縁部分210で熱融着または接着剤などにより接着されて封止されている。
【0022】
この電池100では、タブ形成前の状態では、
図3(a)に示すように、タブが形成される前の電極箔111および112がそのまま本体部分110の外に出ている。電極箔111および112は、正極用と負極用の2つである。このような電極箔111および112をレーザ切断によって、
図3(b)に示すように、正極タブ101と負極タブ102の形状に形成するのである。
【0023】
次に、レーザ切断装置1による切断動作を説明する。
【0024】
図4および5は、レーザ切断装置1による切断動作を説明するための説明図である。
【0025】
レーザ切断装置1による切断動作は、まず、
図4(a)に示すように、ステージ11上に電池100を置く。電池100は電極箔111および112がタブ形状に切断加工される前の状態(タブ加工前という)である。このときスクラップ除去部13は
図4(a)に示したとおり開いた状態である。タブ加工前の電池100をステージ11上に置く際には、電極箔111および112部分が台座14上に来るように位置決めする。なお、この位置決めのためには、たとえばステージ11に電池100の端を突き当てて位置決めする突き当て部材などを設けておいてもよい。
【0026】
続いて、
図4(a)に示した状態のまま、タブ加工前の電池100の電極箔111および112に、あらかじめ決められた切断線に沿ってレーザ照射部21からレーザ光を照射する。この切断線については後述する。
【0027】
切断終了後、
図4(b)に示すように、支点33を軸にしてアーム31を傾倒させて電池100の電極箔111および112上に吸着パッド32をもってくる。この状態で吸着パッド32がスクラップ120を吸着する。
【0028】
その後、
図5に示すように、吸着パッド32を元の位置に戻す。このとき吸着パッド32は円弧状に移動する。したがって、スクラップ120は電池100の電極箔111および112に対して垂直上方に持ち上げられるのではなく、吸着パッド32が開く方向である、支点33の上方の方向に斜め(図示矢印b方向)に引き離されることになる。
【0029】
なお、スクラップ120は、吸着パッド32がおおむね45度乃至90度開いたところで、吸着力を切ってスクラップ120を落下させて回収する。
【0030】
次に、レーザ切断時の切断線(レーザ光の照射軌跡)について説明する。
【0031】
図6は、電極箔へのレーザ光の照射軌跡となる切断線を説明するための電極箔部分の拡大平面図である。
【0032】
レーザ光の照射軌跡となる切断線は、一筆書きでレーザ光が照射できるように設定している。そして切断線の一部が重複している。すなわち図示するように、レーザ光の軌跡となる切断線は、経路aから開始して、経路aに続く経路dを経て、経路bを通り、さらに経路bに重複する経路cを通り、再び経路d、経路bを通り、経路e、f、gを経て、経路fに重複する経路hを通り、再び経路f、gを経て、経路iを通り、抜けて行く。ここで重複している経路bとc、経路fとhはそれぞれ完全に同じ線上ではなく、経路b、fに対して経路c、hがスクラップ120側となる領域の方にずれている。このずれ分が経路dとgである。これにより切り離されたスクラップ120と共に、経路b、c、dと経路f、g、hによるほぼ三角形の2つの島状スクラップ121ができる。ここでは経路a、b、d、e、f、g、およびiが第1切断線、経路cおよびhが第2切断線となる。したがって、第2切断線は第1切断線の途中に、第1切断線の一部に沿って設定したものとなっている。
【0033】
なお、経路d、b、cと、経路f、g、hのそれぞれは順番が逆でもよい。すなわち、
図7に示すように、全体の経路として経路a、c’、b’、d’を通り、再びc’を経て、経路h’、g’、f’を通り、再び経路h’を通り、経路iを通って抜ける順となるようにしてもよい。この場合、一筆書きでレーザを照射する際の切断線のレーザ軌跡の進行方向が、第2切断線を先に行うようになるだけで、その効果は同じである。
【0034】
このように島状スクラップ121ができるように切断線を設定することで、製品となるタブ101側で発生したバリとスクラップ120側で発生したバリが島状スクラップ121の分だけ離れることになる。このため、スクラップ120を引き離す際にこの部分でのバリが引っ掛からなくなる。切り出された島状スクラップ121は、非常に小さな物となるので、たとえば、吸引機(吸引掃除機)などにより吸い取って回収すればよい。
【0035】
なお、図においては、正極タブ101となる電極箔111のみ示したが、負極タブ102となる電極箔112も同じ形状であるので、同様に第1切断線および第2切断線を設定する。
【0036】
重複経路を設定する好ましい位置は、切断線の全経路長に渡る必要はなく、図示するようにその一部であればよい。これは、スクラップ120を除去する際の方向とスクラップ120を吸着パッド32により吸着する位置によって決まってくる。
【0037】
本実施形態では、前述のように、スクラップ120を除去する際には、吸着パッド32によりスクラップ120を吸着して、吸着パッド32を円弧状に移動させて取り去っている。このため、平面視(電極箔を上から見たとき)において、吸着パッド32が描く円弧の軌跡と同じ方向の切断線の経路bおよびfは、タブ101とスクラップ120とのギャップ(切断部)が広がらない。このため、この経路bおよびfでは、スクラップ120を除去する際に、バリ同士が擦れる方向に移動することになって引っ掛かりやすいのである。一方、吸着パッド32の移動軌跡と垂直な方向の切断線の経路a、d、e、g、およびiでは、平面視においてタブ101とスクラップ120とのギャップが広がる方向に移動することになる。このためバリがそのまま離れる方向に移動されることになって引っ掛かりにくい。
【0038】
上述した切断線の例では、平面視(電極箔を上から見たとき)において、吸着パッド32が描く円弧の軌跡と同じ方向の第1切断線の経路bおよびfに沿うように、それぞれ第2切断線の経路cおよびhを設けた。これはすでに説明した通りであり、最も好ましい形態である。
【0039】
しかしこれに限定されず、たとえば平面視(電極箔を上から見たとき)において、吸着パッド32が描く円弧の軌跡と同じ方向のいずれか一方の経路にのみ重複する第2切断線を設けただけとしてもよい。
【0040】
これは、スクラップ120に対する吸着パッド32の吸着位置に関係する。吸着位置が切断線に近いく、かつ、広い部分を吸着するほど、バリが引っ掛かっても影響が少ない。これは吸着パッド32で吸着される位置に近い切断線部分では、スクラップ120の形状が変形しづらいため、その部分でバリが引っ掛かったとしても変形せずに抜けて除去できる。一方、吸着パッド32で吸着された位置から遠い切断線部分では、変形しやすいためバリが引っ掛かると、引っ掛かったまま変形してスクラップ120が抜けなくなることがある。このため、第1切断線に沿う第2切断線は、凹形状となっているスクラップ120の2つ突出部125および126のうち、突出部125の部分を吸着した場合には、その吸着位置から遠い側の突出部126側に設けるだけでも効果がある。
【0041】
これらをまとめると第1切断線の一部に沿う第2切断線を設ける位置は、以下のとおりとなる。
【0042】
第1に、スクラップ120を除去する際に、斜め上方にスクラップ120を移動させて除去する。このとき第1切断線による切断によってできたギャップが、平面視において広がらない部分に沿う位置に第2切断線を設定する。特に、平面視において広がらない部分となるすべての第1切断線の経路部分に対して第2切断線を設けることが最も好ましい。
【0043】
第2に、スクラップ120はタブ形状(製品形状)側に突出する2つの突出部が接続された凹形状を有しているので、この凹形状の2つの突出部のうちの一方を吸着パットで吸着する。そして第2切断線は吸着パッド32で吸着しない側の突出部と製品形状との第1切断線に沿う領域に設ける。
【0044】
なお、スクラップが凹形状ではなく、単純に矩形を切り落とすような場合には、第1切断線による切断によってできたギャップが、平面視において広がらない部分に沿う位置に第2切断線を設定するとよい。
【0045】
このように、製品形状を切り出す全経路ではなく、バリにより引っ掛かりが発生しやすい部分にのみ、第2切断線を設定することで、確実にスクラップを除去すると共に可能な限りレーザ照射経路を短くすることができる。
【0046】
以上説明した本実施形態によれば以下の効果を奏する。
【0047】
(1)第1切断線の一部に沿って第2切断線を設けることで、レーザ照射によってできる切断後のタブ101および102(製品)側のバリと、スクラップ120(不要部分)側のバリの間に、2つのレーザ照射軌跡ができることになる。この第2切断線に沿ってレーザを照射した部分では、切断後のタブ(製品)側のバリと、スクラップ120(不要部分)側のバリとが直接接することがなくなり、この部分でバリ同士が引っ掛からなくなる。このためバリが最も引っ掛かりやすい部分でのバリの引っ掛かりが少なくなって、スクラップ120を確実に除去することができるようになる。
【0048】
(2)第2切断線を第1切断線の途中に設けたことで、レーザ照射を止めることなく第1および第2切断線に沿ってレーザ光を照射できる。
【0049】
(3)第1切断線と第2切断線を一筆書きとなるように設定することで、途中でレーザ照射を止めることなく一気に切断することができる。このため、レーザ照射時間を少しでも早くすることができる。
【0050】
(4)第2切断線は、スクラップ120(不要部分)を除去する際に、平面視においてスクラップ120の移動に伴い、切断後の製品形状とスクラップ120との間におけるギャップが広がらない位置の第1切断線に沿う領域内に設定することとした。このため、スクラップ除去の際にバリが引っ掛かりやすい部分でバリが引っ掛からないようにできる。また、このように最もバリの引っ掛かりやすい部分に狙いをつけて、その部分だけ第2切断線を設けることとしたので、第1切断線のみで切る場合と比較してレーザ照射軌跡をできるだけ延ばさずに、スクラップ除去を確実に行うことができる。
【0051】
(5)スクラップ120(不要部分)は、タブ101および102(製品形状)側に突出する2つの突出部125および126が接続された凹形状を有している。スクラップ120の除去は突出部のうちの一方の突出部125の部分を吸着パット32で吸着して除去するので、第2切断線は吸着パッド23で吸着しない側の突出部126側に、第1切断線に沿って設けた。これによりスクラップ除去の際にバリがより引っ掛かりやすい部分でバリが引っ掛からないようにできる。
【0052】
(6)制御部22により、レーザ照射部21から照射されるレーザ光を上述した第1切断線および第2切断線に沿って照射するように制御することとした。これにより第2切断線に沿ってレーザを照射した部分では、バリの引っ掛かりが少なくなって、スクラップ120を確実に除去することができるようになる。
【0053】
以上本発明を適用した実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。
【0054】
たとえば、第1切断線に対して、第2切断線をほぼ平行にスクラップ(不要部分)側の領域に設定してもよい。この場合、島状スクラップはほぼ四角形の形状となる。
【0055】
また、島状スクラップができない程度のわずかな量だけ第2切断線を平行にスクラップ側の領域にずらして設定してもよい。この場合、第1切断線に従ってレーザ光を照射した部分の上から第1切断線に対して戻る方向にもう一度レーザ光を照射することになり、これが第2切断線となる。そして、一筆書きでレーザ照射を続ける場合、さらに第1切断線の方向にレーザ光を照射することになる。したがって、この場合、レーザ光の照射が同一経路上を3回行われることになる。このため第1切断線のレーザ照射によってできたバリがさらに2回のレーザ照射によって溶けて消失することになり、バリそのものが少なくなって引っ掛かりがなくなる。ただし、第1切断線と完全に同じ位置に第2切断線を設定してしまうと、同じ切断線上をレーザ光が数回にわたり照射されることになる。このためレーザ光により消失する領域が大きくなって製品形状を小さくしてしまうおそれがある。そこで、第2切断線は、第1切断線に対して島状スクラップができない程度に、わずかにスクラップ側の領域に設定することが好ましい。
【0056】
また、第2切断線を経路b、fに沿う部分だけでなく、経路eに沿う部分にも設けてもよい。このようにすることで、レーザ光の照射経路は長くなるものの、バリの引っ掛かりがより少なくなって、いっそう確実にスクラップ120を除去することができる。
【0057】
また、レーザ照射後にスクラップ除去のための吸着パッド32を降ろすこととしているが、これは、レーザ光とスクラップ除去装置(主に吸着パッド32およびアーム31)が干渉することを避けるためである。したがって、レーザ照射中であってもレーザ光とスクラップ除去装置が干渉しないように配置することで、レーザ照射前に吸着パッド32を電極箔111および112側に降ろしておいて、レーザ切断後、吸着パッド32を上げるようにしてもよい。これによりレーザ照射前の段階で電極箔111および112を吸着パッド32によって押さえておくことができる。
【0058】
また、電池として、一方の辺から2つの電極タブが引き出された形態を例に説明したが、このような形態の電池に限らず、たとえば、対向する2辺からそれぞれ電極タブが引き出された形態の電池においても適用可能である。
【0059】
さらに、上述した実施形態は、切断対象であるシート状部材として、電池のタブ形状を形成することを例に説明したが、本発明は電池のタブ形成に限らず、さまざまなシート状部材のレーザ切断に応用することができる。
【0060】
そのほか、本発明は特許請求の範囲に既定した構成を有するものであれば、ここに説明した以外の構成が付加されまたは一部が存在しない構成などであってもよく、さまざまな形態が本発明に含まれることはいうまでもない。