特許 7452092 レーザ加工装置、レーザ加工方法、およびレーザ加工装置の制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-11

(45)【発行日】2024-03-19

(54)【発明の名称】レーザ加工装置、レーザ加工方法、およびレーザ加工装置の制御方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/00 20140101AFI20240312BHJP

   B23K 26/064 20140101ALI20240312BHJP

   B23K 26/38 20140101ALI20240312BHJP

   B23K 26/351 20140101ALI20240312BHJP

【ＦＩ】

B23K26/00 N

B23K26/064 A

B23K26/38 A

B23K26/351

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020031785

(22)【出願日】2020-02-27

(65)【公開番号】P2021133399

(43)【公開日】2021-09-13

【審査請求日】2022-10-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100160691

【弁理士】

【氏名又は名称】田邊 淳也

(74)【代理人】

【識別番号】100157277

【弁理士】

【氏名又は名称】板倉 幸恵

(74)【代理人】

【識別番号】100182718

【弁理士】

【氏名又は名称】木崎 誠司

(72)【発明者】

【氏名】加藤 元

(72)【発明者】

【氏名】大島 正

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 和男

(72)【発明者】

【氏名】加藤 覚

【審査官】松田 長親

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－２４５４９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２３８２９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０１４９９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１０１１８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／００－２６／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ加工装置であって、
レーザ光を照射するレーザ発振部と、
被加工物に対するレーザ光の照射位置を走査する走査部と、
前記レーザ発振部から照射されるレーザ光のエネルギー密度およびビーム径を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記被加工物の所定箇所に対して、エネルギー密度とビーム径との第１の組み合わせで前記レーザ光を照射させ、
前記被加工物の前記所定箇所に対して、前記第１の組み合わせと比較して、前記レーザ光のエネルギー密度を高くし、かつ、前記レーザ光のビーム径を狭くした第２の組み合わせで前記レーザ光を、前記第１の組み合わせの前記レーザ光と同時に照射させ、
前記第２の組み合わせのビーム径の範囲を前記第１の組み合わせのビーム径の範囲内に配置し、
レーザ加工の走査方向に沿って、前記第２の組み合わせの前記レーザ光の光軸を、前記第１の組み合わせの前記レーザ光の光軸の後方側に配置し、
前記被加工物は、金属箔と、前記金属箔の表面に形成された活物質層であって、切断に要するレーザ光のエネルギー密度が前記金属箔よりも小さい活物質層と、を含み、
前記制御部は、
前記第１の組み合わせにおける前記レーザ光のエネルギー密度を、前記活物質層を切断可能、かつ、前記金属箔を切断不可能なエネルギー密度とし、
前記第２の組み合わせにおける前記レーザ光のエネルギー密度を、前記金属箔を切断可能なエネルギー密度以上にする、レーザ加工装置。

【請求項2】

請求項１に記載のレーザ加工装置であって、
前記制御部は、前記第１の組み合わせにおいて、前記第２の組み合わせと比較して、前記レーザ光のビーム径を１．５倍以上とする、レーザ加工装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載のレーザ加工装置であって、さらに、
前記レーザ光のビーム径を変更するレーザ集光径調整部を備え、
前記制御部は、前記レーザ集光径調整部に前記レーザ光のビーム径を変更させる、レーザ加工装置。

【請求項4】

レーザ加工方法であって、
エネルギー密度とビーム径とが第１の組み合わせのレーザ光を照射する第１照射工程と、
被加工物の所定箇所に対して、前記第１の組み合わせの前記レーザ光の照射位置を走査する第１走査工程と、
前記第１の組み合わせと比較して、前記レーザ光のエネルギー密度を高くし、かつ、前記レーザ光のビーム径を狭くした第２の組み合わせの前記レーザ光を、前記第１の組み合わせの前記レーザ光と同時に照射する第２照射工程と、
前記被加工物の前記所定箇所に対して、前記第２の組み合わせの前記レーザ光の照射位置を、前記第１走査工程と同時に走査する第２走査工程と、
を備え、
前記第２照射工程は、前記第２の組み合わせのビーム径の範囲を前記第１の組み合わせのビーム径の範囲内に配置し、
前記第２走査工程は、前記第１走査工程におけるレーザ加工の走査方向に沿って、前記第２の組み合わせの前記レーザ光の光軸を、前記第１の組み合わせの前記レーザ光の光軸の後方側に配置し、
前記被加工物は、金属箔と、前記金属箔の表面に形成された活物質層であって、切断に要するレーザ光のエネルギー密度が前記金属箔よりも小さい活物質層と、を含み、
前記第１照射工程は、前記第１の組み合わせにおける前記レーザ光のエネルギー密度を、前記活物質層を切断可能、かつ、前記金属箔を切断不可能なエネルギー密度とし、
前記第２照射工程は、前記第２の組み合わせにおける前記レーザ光のエネルギー密度を、前記金属箔を切断可能なエネルギー密度以上にする、レーザ加工方法。

【請求項5】

レーザ光を照射するレーザ発振部と、被加工物に対するレーザ光の照射位置を走査する走査部と、を備えるレーザ加工装置の制御方法であって、
前記レーザ発振部が、エネルギー密度とビーム径とが第１の組み合わせのレーザ光を照射する第１照射工程と、
前記被加工物の所定箇所に対して、前記第１の組み合わせの前記レーザ光の照射位置を走査する第１走査工程と、
前記レーザ発振部が、前記第１の組み合わせと比較して、前記レーザ光のエネルギー密度を高くし、かつ、前記レーザ光のビーム径を狭くした第２の組み合わせの前記レーザ光を、前記第１の組み合わせの前記レーザ光と同時に照射する第２照射工程と、
前記走査部が、前記被加工物の前記所定箇所に対して、前記第２の組み合わせの前記レーザ光の照射位置を、前記第１走査工程と同時に走査する第２走査工程と、
を備え、
前記第２照射工程は、前記第２の組み合わせのビーム径の範囲を前記第１の組み合わせのビーム径の範囲内に配置し、
前記第２走査工程は、前記第１走査工程におけるレーザ加工の走査方向に沿って、前記第２の組み合わせの前記レーザ光の光軸を、前記第１の組み合わせの前記レーザ光の光軸の後方側に配置し、
前記被加工物は、金属箔と、前記金属箔の表面に形成された活物質層であって、切断に要するレーザ光のエネルギー密度が前記金属箔よりも小さい活物質層と、を含み、
前記第１照射工程は、前記第１の組み合わせにおける前記レーザ光のエネルギー密度を、前記活物質層を切断可能、かつ、前記金属箔を切断不可能なエネルギー密度とし、
前記第２照射工程は、前記第２の組み合わせにおける前記レーザ光のエネルギー密度を、前記金属箔を切断可能なエネルギー密度以上にする、レーザ加工装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ加工装置、レーザ加工方法、およびレーザ加工装置の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザ加工により、多層の被加工物を切断加工する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された加工方法では、複数の樹脂層が積層された積層フィルムに対して、波長の異なる複数のレーザ光を走査させることにより、積層フィルムを切断している。特許文献２のレーザ加工方法では、１つのレーザ光が複数の分岐レーザ光に分岐し、積層体の異なる層がそれぞれの分岐レーザ光によって除去される。特許文献３に記載されたレーザ加工装置は、複数のレーザ発振源の各光束を集光して被加工物に複数の集光点を形成し、複数の集光点の少なくとも一部を重なるように制御している。特許文献４に記載されたレーザ加工装置は、２つのパルスレーザ光を使用して、被加工物に応じて２つのパルスレーザ光のずれ時間を制御している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－９８４００号公報

【文献】特開２０１７－６９２４３号公報

【文献】特開２０１７－１７０４５４号公報

【文献】特開２０１３－９４８４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１ないし特許文献４に記載された技術では、異なるレーザ光を空間的または時間的に変化させたり、被加工物に応じてレーザ光の波長を変化させることにより、加工品質の向上および被加工物に照射する総エネルギーが低減されている。しかしながら、異なるレーザ光を重畳する場合には、複数のレーザ光を用意しなければならず、コストが増加してしまう。また、レーザ光を複数の分岐レーザ光に変化させると、各分岐レーザ光のエネルギーが低下してしまい、レーザ発振源の特性を十分に活かすことができない。そのため、レーザ光のエネルギー効率を高めた上で、多層の被加工物の加工品質を向上させたいという要望がある。

【0005】

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、レーザ光のエネルギー効率を高めた上で、レーザ光による多層の被加工物の加工品質を向上させる技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現できる。レーザ加工装置であって、レーザ光を照射するレーザ発振部と、被加工物に対するレーザ光の照射位置を走査する走査部と、前記レーザ発振部から照射されるレーザ光のエネルギー密度およびビーム径を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記被加工物の所定箇所に対して、エネルギー密度とビーム径との第１の組み合わせで前記レーザ光を照射させ、前記被加工物の前記所定箇所に対して、前記第１の組み合わせと比較して、前記レーザ光のエネルギー密度を高くし、かつ、前記レーザ光のビーム径を狭くした第２の組み合わせで前記レーザ光を、前記第１の組み合わせの前記レーザ光と同時に照射させ、前記第２の組み合わせのビーム径の範囲を前記第１の組み合わせのビーム径の範囲内に配置し、レーザ加工の走査方向に沿って、前記第２の組み合わせの前記レーザ光の光軸を、前記第１の組み合わせの前記レーザ光の光軸の後方側に配置し、前記被加工物は、金属箔と、前記金属箔の表面に形成された活物質層であって、切断に要するレーザ光のエネルギー密度が前記金属箔よりも小さい活物質層と、を含み、前記制御部は、前記第１の組み合わせにおける前記レーザ光のエネルギー密度を、前記活物質層を切断可能、かつ、前記金属箔を切断不可能なエネルギー密度とし、前記第２の組み合わせにおける前記レーザ光のエネルギー密度を、前記金属箔を切断可能なエネルギー密度以上にする、レーザ加工装置。そのほか、本発明は、以下の形態としても実現可能である。

【0007】

（１）本発明の一形態によれば、レーザ加工装置が提供される。このレーザ加工装置は、レーザ光を照射するレーザ発振部と、被加工物に対するレーザ光の照射位置を走査する走査部と、前記レーザ発振部から照射されるレーザ光のエネルギー密度およびビーム径を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記被加工物の所定箇所に対して、エネルギー密度とビーム径との第１の組み合わせで前記レーザ光を照射させたのち、前記被加工物の前記所定箇所に対して、前記第１の組み合わせとはエネルギー密度とビーム径との少なくとも一方が異なる第２の組み合わせで再び前記レーザ光を照射させる。

【0008】

この構成によれば、例えば、異なる材質の材料が積層された被加工物内の各積層体に対して、材質に応じて照射されるレーザ光のエネルギー密度およびビーム径が変化する。これにより、各積層体の材質に応じて最適な条件を有するレーザ光が、各積層体を加工する。その結果、被加工物に照射されるレーザ光のエネルギー量の総量の低減、すなわち、レーザ加工装置のエネルギー効率が向上する。さらに、被加工物の加工部分が最適な条件で加工されるため、被加工物における加工品質が向上する。

【0009】

（２）上記形態のレーザ加工装置において、前記制御部は、前記第１の組み合わせにおいて、前記第２の組み合わせと比較して、前記レーザ光のエネルギー密度を低くし、かつ、前記レーザ光のビーム径を広くしてもよい。
この構成によれば、被加工物が、例えば集電体のように、芯材の加工に必要なレーザ光のエネルギー密度が異なる場合に、同じレーザ発振源を用いてビーム径を変化させることにより、加工箇所に応じたレーザ光のエネルギー密度に変化させることができる。

【0010】

（３）上記形態のレーザ加工装置において、前記制御部は、前記第１の組み合わせにおいて、前記第２の組み合わせと比較して、前記レーザ光のビーム径を１．５倍以上としてもよい。
この構成によれば、被加工物が、例えば集電体のように、芯材の加工と芯材の表面を覆う材料の加工とに必要なレーザ光のエネルギー密度が異なる場合に、加工しやすい表面の材料を広く除去でき、加工品質が向上する。

【0011】

（４）上記形態のレーザ加工装置において、さらに、レーザ光のビーム径を変更するレーザ集光径調整部を備え、前記制御部は、前記レーザ集光径調整部にレーザ光のビーム径を変更させてもよい。
この構成では、レーザ集光径調整部がビーム径を変更することにより、レーザ光のビーム径を瞬時に変更できる。これにより、制御部は、レーザ発振源などを制御せずに、第１の組み合わせのレーザ光から、第２の組み合わせのレーザ光へと瞬時に切り替えることができる。

【0012】

（５）上記形態のレーザ加工装置において、前記被加工物は、金属箔と、前記金属箔の表面に形成された活物質層であって、切断に要するレーザ光のエネルギー密度が前記金属箔よりも小さい活物質層と、を含み、前記制御部は、前記第１の組み合わせにおけるレーザ光のエネルギー密度を、前記活物質層を切断可能、かつ、前記金属箔を切断不可能なエネルギー密度とし、前記第２の組み合わせにおけるレーザ光のエネルギー密度を、前記金属箔を切断可能なエネルギー密度以上にしてもよい。
この構成によれば、第１の組み合わせのレーザ光が照射された際に活物質層が除去されているため、金属箔の切断時に、活物質層の飛散活物質からプルームが発生しない。これにより、金属箔の切断時に、レーザ光がプルームに吸収されないため、被加工物に照射されるエネルギー量の効率を高めることができ、被加工物の切断品質が向上する。

【0013】

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、レーザ加工装置、切断装置、積層体加工装置、積層体製造システム、レーザ加工方法、および、これら装置、システム、および方法を実行するためのコンピュータプログラム、このコンピュータプログラムを配布するためのサーバ装置、コンピュータプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等の形態で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施形態としてのレーザ加工装置の概略ブロック図である。

【図2】被加工物の概略断面図である。

【図3】第１の組み合わせの第１レーザ光が照射されている場合の被加工物の概略断面図である。

【図4】第２の組み合わせの第２レーザ光を照射するレーザ加工装置の概略ブロック図である。

【図5】第２の組み合わせの第２レーザ光が照射されている場合の被加工物の概略断面図である。

【図6】レーザ加工装置を用いたレーザ加工方法のフローチャートである。

【図7】比較例のレーザ光が照射されている場合の被加工物の概略断面図である。

【図8】被加工物を加工するために必要なエネルギー量の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

＜実施形態＞
図１は、本発明の実施形態としてのレーザ加工装置１０の概略ブロック図である。レーザ加工装置１０は、レーザ発振源１から照射されたレーザ光ＬＺを加工対象である被加工物ＯＢに照射することにより、被加工物ＯＢを任意の形状に切断する装置である。図１に示されるように、レーザ加工装置１０は、レーザ光を照射するレーザ発振源（レーザ発振部）１と、レーザ発振源１から照射されたレーザ光を平行光に調整するレーザビーム径調整部２と、レーザビーム径調整部２により平行光に調整されたレーザ光のビーム径を変更可能なレーザ集光径調整部３と、レーザ集光径調整部３により調整されたレーザ光ＬＺが被加工物ＯＢに照射される照射位置を走査する走査部４と、レーザ発振源１とレーザ集光径調整部３と走査部４とを制御する制御部５と、を備えている。

【0016】

レーザ集光径調整部３が有する光学系は、内部のレンズ間距離を変化させることにより、入射する平行光のビーム径を変化させる。例えば、レーザ集光径調整部３は、レーザビーム径調整部２を介して入射する平行光のレーザ光の直径を小さくすることにより、走査部４が走査するレーザ光ＬＺのビーム径を大きくする。制御部５は、レーザ発振源１を制御することにより、レーザ発振源１から照射されるレーザ光のエネルギー量を調整する。制御部５は、例えば、レーザ集光径調整部３が有する光学系をレーザ光の光軸から外すことにより、最もビーム径を絞れる平行ビーム径を走査部４へと入射させることもできる。

【0017】

なお、図１および図２以降に示されるＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸で構成される直交座標系ＣＳは、それぞれ対応している直交座標系と同じである。本明細書では、被加工物ＯＢにおけるＺ軸に平行な方向を厚さ方向とも呼ぶ。

【0018】

図２は、被加工物ＯＢの概略断面図である。図２には、被加工物ＯＢである集電体が拡大された概略断面図が示されている。本実施形態の被加工物ＯＢは、金属箔ＭＦと、厚さ方向において金属箔ＭＦの一方のＺ軸正方向側の面に形成された上面活物質層ＡＭ１と、金属箔ＭＦの他方の面に形成された下面活物質層ＡＭ２と、を備えている。本実施形態の被加工物ＯＢにおける金属箔ＭＦとして、例えば、アルミ箔や銅箔が用いられる。また、活物質層ＡＭ１，ＡＭ２の材料として、有機物、複合酸化物、およびグラファイトなどが用いられる。レーザ光で被加工物ＯＢを切断する場合に、活物質層ＡＭ１，ＡＭ２の切断に要するレーザ光のエネルギー密度は、金属箔ＭＦの切断に要するレーザ光のエネルギー密度よりも小さい。本実施形態の金属箔ＭＦの厚さは、約１０μｍであり、活物質層ＡＭ１，ＡＭ２の厚さは、約４０μｍであるが、他の実施形態では異なる寸法であってもよい。

【0019】

本実施形態の制御部５は、レーザ光を照射する側に配置される活物質層ＡＭ１の切断時および金属箔ＭＦの切断時において、レーザ光におけるエネルギー密度とビーム径との組み合わせを変化させている。具体的には、制御部５は、被加工物ＯＢの上面活物質層ＡＭ１を除去する際に、被加工物ＯＢの所定箇所に対して、第１エネルギー密度と第１ビーム径との第１の組み合わせを有する第１レーザ光ＬＺ１を照射する。本実施形態の所定箇所は、被加工物ＯＢを切断する位置である。

【0020】

図３は、第１の組み合わせの第１レーザ光ＬＺ１が照射されている場合の被加工物ＯＢの概略断面図である。図３には、第１レーザ光ＬＺ１の照射によって上面活物質層ＡＭ１が除去されている状態が拡大されて示されている。図３に示されるように、上面活物質層ＡＭ１の除去時には、飛散活物質からプルームＰＬが発生する。

【0021】

本実施形態では、第１レーザ光ＬＺ１のビーム径が１００μｍであり、プルームＰＬは、第１レーザ光ＬＺ１の照射点を中心として約５００μｍの領域に形成される。制御部５は、第１レーザ光ＬＺ１の第１エネルギー密度を、上面活物質層ＡＭ１を除去可能、かつ、金属箔ＭＦを切断不可能なエネルギー密度に制御している。プルームＰＬは、第１レーザ光ＬＺ１を吸収し、レーザ光による被加工物ＯＢの加工を妨げる性質を有している。

【0022】

図４は、第２の組み合わせの第２レーザ光ＬＺ２を照射するレーザ加工装置１０の概略ブロック図である。図４に示されるように、制御部５は、上面活物質層ＡＭ１が除去された除去部Ｐ１に対して、第１の組み合わせとは異なる第２エネルギー密度と第２ビーム径との第２の組み合わせを有する第２レーザ光ＬＺ２を切断箇所Ｐ２に照射する。制御部５は、レーザ集光径調整部３の光学系を制御することにより、第２エネルギー密度を第１エネルギー密度よりも高くすると共に、第２ビーム径を第１ビーム径よりも小さくする。

【0023】

本実施形態では、制御部５は、第１レーザ光ＬＺ１の第２ビーム径が第２レーザ光ＬＺ２のビーム径の１．５倍以上になるように制御する。なお、除去部Ｐ１の中心線上（第１レーザ光ＬＺ１の光軸の軌跡）と、切断箇所Ｐ２の中心線上（第２レーザ光ＬＺ２の光軸の軌跡）とは、同一である。本明細書における「同一」および「同じ」とは、全く同じではなく、公差等の誤差を含んでいる。

【0024】

図５は、第２の組み合わせの第２レーザ光ＬＺ２が照射されている場合の被加工物ＯＢの概略断面図である。図５には、第２レーザ光ＬＺ２の照射によって、上面活物質層ＡＭ１の除去後に、金属箔ＭＦおよび下面活物質層ＡＭ２が切断されている状態が、拡大されて示されている。本実施形態では、第２レーザ光ＬＺ２のビーム径は、２０μｍであり、第１レーザ光ＬＺ１のビーム径の１／５倍である。第２レーザ光ＬＺ２の第２エネルギー密度は、金属箔ＭＦを切断可能なエネルギー密度であり、第１レーザ光ＬＺ１のエネルギー密度よりも高い。そのため、第２レーザ光ＬＺ２は、金属箔ＭＦの切断と共に、下面活物質層ＡＭ２を除去する。

【0025】

第２レーザ光ＬＺ２の光軸は、第１レーザ光ＬＺ１の光軸と同じであり、かつ、第２レーザ光ＬＺ２のビーム径の方が第１レーザ光ＬＺ１よりも小さい。これにより、第２レーザ光ＬＺ２が上面活物質層ＡＭ１に照射されないため、上面活物質層ＡＭ１がプルームＰＬとして発生せずに済む。なお、図５では、下面活物質層ＡＭ２の除去時に、金属箔ＭＦに対してＺ軸負方向側に発生するプルームの図示が省略されている。

【0026】

図６は、レーザ加工装置１０を用いたレーザ加工方法のフローチャートである。図６に示されるように、レーザ加工方法では、初めに、加工対象である被加工物ＯＢがレーザ加工可能な位置に配置される（ステップＳ１）。制御部５は、エネルギー密度およびビーム径が第１の組み合わせの第１レーザ光ＬＺ１をレーザ発振源１から照射させる第１照射工程を行う（ステップＳ２）。制御部５は、走査部４を制御することにより、被加工物ＯＢの上面活物質層ＡＭ１を除去したい所定箇所に対して、第１の組み合わせの第１レーザ光ＬＺ１を照射し、照射位置を走査する第１走査工程を行う（ステップＳ３）。

【0027】

第１走査工程後に、制御部５は、エネルギー密度およびビーム径が第２の組み合わせの第２レーザ光ＬＺ２をレーザ発振源１から照射させる第２照射工程を行う（ステップＳ４）。制御部５は、走査部４を制御することにより、上面活物質層ＡＭ１が除去された被加工物ＯＢの除去部Ｐ１に対して、第２の組み合わせの第２レーザ光ＬＺ２を照射し、照射位置を走査する第２走査工程を行う（ステップＳ５）。被加工物ＯＢに対する第２レーザ光ＬＺ２の照射により、被加工物ＯＢが切断され、制御部５は、レーザ加工方法を終了する。

【0028】

図７は、比較例のレーザ光ＬＺｘが照射されている場合の被加工物ＯＢの概略断面図である。比較例では、活物質層ＡＭ１，ＡＭ２および金属箔ＭＦを１度のレーザ光で切断可能なエネルギー密度を有する比較例のレーザ光ＬＺｘが、被加工物ＯＢに照射される。図７に拡大されて示されるように、上面活物質層ＡＭ１が除去されていない被加工物ＯＢに比較例のレーザ光ＬＺｘが照射されると、プルームＰＬが発生する。プルームＰＬは、比較例のレーザ光ＬＺｘのエネルギー量を減衰させる。そのため、比較例のレーザ光ＬＺｘのエネルギー量は、金属箔ＭＦを切断するためのエネルギー量に加え、プルームＰＬにより低減されるエネルギー量も必要とする。また、プルームＰＬによって被加工物ＯＢの効率的な切断が妨げられると、金属箔ＭＦを切断するために長時間レーザ光ＬＺｘが照射される。これにより、加工面に長時間熱が加わるため、酸化物の発生によって加工面が変質して切断品質が悪化する場合がある。

【0029】

図８は、被加工物ＯＢを加工するために必要なエネルギー量の説明図である。図８には、上記実施形態の加工方法（図６）で被加工物ＯＢを切断した実施例の場合と、比較例の加工方法で被加工物ＯＢを切断した場合とにおいて、加工時に必要となる単位面積当たりに投入されたエネルギー量の平均が示されている。図８に示されるように、実施例のエネルギー量は、上面活物質層ＡＭ１除去時の第１レーザ光ＬＺ１のエネルギー量と、金属箔ＭＦの切断時の第２レーザ光ＬＺ２のエネルギー量と、の合計である。

【0030】

一方で、比較例のエネルギー量は、図７に示される加工方法で、活物質層ＡＭ１，ＡＭ２および金属箔ＭＦを同時に切断した場合のレーザ光ＬＺｘのエネルギー量である。図８に示されるように、本実施例の加工方法のエネルギー量は、金属箔ＭＦの切断時に比較例の加工方法と異なり、除去された上面活物質層ＡＭ１に起因するプルームＰＬによって吸収されないため、約１４％比較例のエネルギー量よりも低減されている。すなわち、本実施例の加工方法のエネルギー効率は、比較例の加工方法よりも向上している。

【0031】

以上説明したように、本実施形態のレーザ加工装置１０では、制御部５は、被加工物ＯＢの切断箇所に対して、第１エネルギー密度と第１ビーム径との第１の組み合わせを有する第１レーザ光ＬＺ１を照射する。また、制御部５は、被加工物ＯＢの切断箇所に対して、第２エネルギー密度と第２ビーム径との第２の組み合わせを有する第２レーザ光ＬＺ２を照射する。すなわち、本実施形態のレーザ加工装置１０は、例えば集電体のように異なる材質が積層された被加工物ＯＢ内の積層体の材質に応じてエネルギー密度とビーム径とを変化させる。これにより、レーザ光ＬＺは、各積層体の加工時に発生するプルームＰＬなどの影響を受けずに、各積層体を加工できる。その結果、被加工物ＯＢに照射されるエネルギー量の総量を低減、すなわち、エネルギー効率を高めることができる。さらに、被加工物ＯＢの加工部分（例えば、切断部分）がプルームＰＬなどの影響を受けないため、加工品質が向上する。

【0032】

また、本実施形態の制御部５は、第１レーザ光ＬＺ１のエネルギー密度を第２レーザ光ＬＺ２のエネルギー密度よりも低くし、かつ、第１レーザ光ＬＺ１のビーム径を第２レーザ光ＬＺ２のビーム径よりも広くする。被加工物ＯＢが、例えば集電体のように、芯材である金属箔ＭＦの加工に必要なエネルギー密度が高い場合に、制御部５は、同じレーザ発振源１を用いてビーム径を変化させることで、エネルギー密度を変化させることができる。

【0033】

また、本実施形態の制御部５は、第１レーザ光ＬＺ１のビーム径を、第２レーザ光ＬＺ２のビーム径の５倍（＞１．５倍）に設定している。そのため、被加工物ＯＢが、例えば集電体のように、金属箔ＭＦの切断と金属箔ＭＦの表面を覆う活物質層ＡＭ１，ＡＭ２との切断に必要なレーザ光ＬＺのエネルギー密度が異なる場合に、加工しやすい活物質層ＡＭ１，ＡＭ２を広く除去でき、被加工物ＯＢの切断品質が向上する。

【0034】

また、本実施形態のレーザ加工装置１０は、レーザ光ＬＺのビーム径を変更できるレーザ集光径調整部３を備えている。そのため、制御部５は、レーザ集光径調整部３を制御することにより、レーザ光ＬＺのビーム径を瞬時に変更できる。これにより、制御部５は、レーザ発振源１などを制御せずに、第１の組み合わせの第１レーザ光ＬＺ１から、第２の組み合わせの第２レーザ光ＬＺ２へと瞬時に切り替えることができる。

【0035】

また、本実施形態の被加工物ＯＢは、金属箔ＭＦと、切断に要するレーザ光ＬＺのエネルギー密度が金属箔ＭＦよりも低い活物質層ＡＭ１，ＡＭ２とを含んでいる。さらに、制御部５は、第１レーザ光ＬＺ１のエネルギー密度を活物質層ＡＭ１，ＡＭ２を切断可能、かつ、金属箔ＭＦを切断不可能なエネルギー密度にする。また、制御部５は、第２レーザ光ＬＺ２のエネルギー密度を、金属箔ＭＦを切断可能なエネルギー密度にする。そのため、第１レーザ光ＬＺ１の照射時に上面活物質層ＡＭ１が除去されているため、金属箔ＭＦの切断時に、上面活物質層ＡＭ１の飛散活物質からプルームＰＬが発生しない。これにより、金属箔ＭＦの切断時に、レーザ光ＬＺがプルームＰＬに吸収されないため、被加工物ＯＢに照射されるエネルギー量の効率を高めることができ、被加工物ＯＢの切断品質が向上する。

【0036】

＜本実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

【0037】

上記実施形態では、被加工物ＯＢの所定箇所に、第１の組み合わせの第１レーザ光ＬＺ１と、第１の組み合わせとは異なる第２の組み合わせの第２レーザ光ＬＺ２とを照射する加工装置１０の一例について説明したが、加工装置１０の各種構成は種々変形可能である。例えば、第１の組み合わせの第１レーザ光ＬＺ１のエネルギー密度の方が、第２の組み合わせの第２レーザ光ＬＺ２のエネルギー密度よりも高くてもよい。また、第２レーザ光ＬＺ２のエネルギー密度が第１レーザ光ＬＺ１よりも高く、かつ、第２レーザ光ＬＺ２のビーム径が第１レーザ光ＬＺ１よりも広くてもよい。また、第１レーザ光ＬＺ１と第２レーザ光ＬＺ２とのエネルギー密度が同じで、第２レーザ光ＬＺ２のビーム径が第１レーザ光ＬＺ１よりも広くてもよい。このように、第１の組み合わせの第１レーザ光ＬＺ１と、第２の組み合わせの第２レーザ光ＬＺ２とにおいて、エネルギー密度とビーム径との少なくとも一方が異なっていればよい。

【0038】

上記実施形態では、第１の組み合わせの第１レーザ光ＬＺ１のビーム径は、第２の組み合わせの第２レーザ光ＬＺ２のビーム径の５倍（＞１．５倍）であったが、第１レーザ光ＬＺ１と第２レーザ光ＬＺ２とにおけるビーム径の比率は、５倍よりも大きくてもよいし、５倍よりも小さくてもよい。第１レーザ光ＬＺ１のビーム径は、第２レーザ光ＬＺ２のビーム径の１．５倍以上が好ましい。なお、レーザ光ＬＺの強度をガウス関数とみなす場合、レーザ光ＬＺのビーム径は、最大強度に対して（１／ｅ²）の強度となる径として定義される。このビーム径と強度との関係が用いられ、活物質層ＡＭ１，ＡＭ２の材質および金属箔ＭＦの材質に応じて、ビーム径と強度とが制御されてもよい。

【0039】

上記実施形態の制御部５は、レーザ集光径調整部３を制御することにより、被加工物ＯＢに照射されるレーザ光ＬＺのビーム径を変更させていたが、ビーム径およびエネルギー密度の制御方法については、種々変形可能である。例えば、制御部５は、被加工物ＯＢに照射するレーザ光ＬＺの焦点距離を変化させることにより、レーザ光ＬＺのエネルギー密度およびビーム径を変更してもよい。

【0040】

また、加工装置１０は、レーザ集光径調整部３を備えていなくてもよい。この場合に、制御部５は、レーザ発振源１と走査部４との少なくとも一方を制御することにより、レーザ光ＬＺのエネルギー密度およびビーム径を制御してもよい。制御部５は、走査部４と一体で構成されていてもよい。この場合に、制御部５は、レーザ発振源１およびレーザ集光径調整部３を制御せずに、走査部４を制御することにより、レーザ光ＬＺのエネルギー密度およびビーム径を変更してもよい。

【0041】

上記実施形態の被加工物ＯＢである集電体は、被加工物の一例であり、レーザ加工装置１０が加工する被加工物については、種々変形可能である。例えば、金属箔ＭＦおよび活物質層ＡＭ１，ＡＭ２以外の材料も積層された集電体であってもよいし、集電体とは全く異なる２種以上の材料で構成された被加工物ＯＢであってもよい。レーザ加工装置１０は、異なる２つの条件である第１の組み合わせと第２の組み合わせとのレーザ光ＬＺを照射することにより、種々の被加工物ＯＢを加工できる。

【0042】

上記実施形態の加工装置１０は、図６の第１走査工程（ステップＳ３）と第２走査工程（ステップＳ５）との２工程で行われる、いわゆる２パス（2 path）のレーザ光ＬＺの切断加工であったが、１パスの工程で加工されてもよいし、３パス以上の工程で加工されてもよい。１パスの工程で加工する方法としては、例えばエネルギー密度分布制御が挙げられる。エネルギー密度分布制御では、制御部５は、第１レーザ光ＬＺ１の内、第１レーザ光ＬＺ１の走査方向に沿って後方側に、第２レーザ光ＬＺ２が位置するように制御してもよい。

【0043】

以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。

【符号の説明】

【0044】

１…レーザ発振源（レーザ発振部）
２…レーザビーム径調整部
３…レーザ集光径調整部
４…走査部
５…制御部
１０…レーザ加工装置
ＡＭ１…上面活物質層
ＡＭ２…下面活物質層
ＣＳ…直交座標系
ＬＺ，ＬＺｘ…レーザ光
ＬＺ１…第１レーザ光
ＬＺ２…第２レーザ光
ＭＦ…金属箔
ＯＢ…被加工物
Ｐ１…除去部
Ｐ２…切断箇所
ＰＬ…プルーム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】