JP2015024416A - シート切断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シート状のセパレータの切断時に発生する二次生成物であるところのヒュームや切端材をより確実に排除できるようにしたシート切断装置を提供する。【解決手段】テーブル３上の長尺な母材２に対してレーザ加工ヘッド５からレーザ光Ｌを照射しつつ走査して切断し、所定サイズのセパレータＷを切り出す。レーザ光Ｌを包囲している保護カバー７の一般部７ａにはエアブローノズル１２から下方に向けてエアブローがなされている。同時に、保護カバー７の一般部７ａには吸引ダクト８による吸引力が作用している。レーザ光Ｌの照射による切断時に二次生成物として発生するヒュームを切端材とともに吸引ダクト８で吸引除去する。【選択図】図２

Description

本発明はシート材の切断装置に関し、特に樹脂等の長尺なシート状の母材を幅方向に延びる切断線をもって切断して、母材よりも短尺なシート状ワークを順次切り出すようにしたシート切断装置に関する。

例えばリチウムイオン二次電池の主要素である電極やセパレータを長尺なシート状の母材から順次切り出すにあたって、いわゆる機械的なカッターによる切断方式に代えてレーザ光の照射により切断する方式のものが試みられている。このレーザ光照射による切断方式では、二次生成物であるヒューム等の発生が不可避であり、ヒューム等が製品部やレーザ光学系に付着することがないように考慮されていなければならない。

そこで、例えば特許文献１に記載された技術では、長尺な樹脂シートを母体としてＩＣチップやそのパッケージを含む多数の実装部品を組み立てた上で、それぞれの実装部品をレーザ光照射により樹脂シートごと切り出すにあたって、その切断部位にエアをブローするとともに吸引して排出する手段を設けることで、切断中に発生することのある「すす」などが実装部品に付着するのを防止するようにしている（特に特許文献１の段落［００３３］参照）。

特開２００９−１９４１００号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、エアブロー手段と吸引排出手段とを併用することが開示または示唆されてはいても、それらの具体的構造が何ら記載されておらず、なおも改善の余地を残している。特に、リチウムイオン二次電池の電極やセパレータの切り出しに際しては、レーザ光照射による熱で発生する二次成形物としてのヒュームが不純物または異物となって製品に付着するのを排除しなければならず、特許文献１に記載されたかぎりの対策では不十分で、さらなる改善の余地を残している。

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、シート切断時に発生する二次生成物をより確実に排除できるように考慮されたシート切断装置を提供するものである。

本発明は、長尺なシート状の母材を幅方向に延びる切断線をもって切断して、母材よりも短尺なシート状ワークを順次切り出すようにしたシート切断装置において、上記切断線での切断を司る切断機構部と、上記切断機構部のうち少なくとも上記切断線による切断部近傍を覆っているカバー部材と、上記切断に伴って発生する切端材を含む二次生成物を吸引する吸引手段と、を備えているものとし、上記カバー部材に吸引手段の吸い込み口を臨ませてある構造とした。

本発明によれば、切断部近傍をカバー部材にて覆った上で、切断に伴って発生する切端材を含む二次生成物を吸引手段にて吸引してしまうので、その二次生成物が外部に飛散することもなければ製品に付着することもなくなる。そのため、製品の品質向上に寄与できるとともに、切断工程での外部雰囲気の悪化をもたらすこともない。

本発明に係るシート切断装置での切断原理を示す概略平面図。 本発明に係るシート切断装置の実施の形態を示す構成説明図。 図２の要部の平面説明図。

図１〜３は本発明に係るシート切断装置を実施するためのより具体的な形態を示し、ここではシート状ワークとして先に述べたリチウムイオン二次電池用の所定サイズのセパレータ（例えば、樹脂製で多孔質のもの）を長尺な母材から切り出す場合の例を示している。

図１に示すように、長尺なシート状の母材２が幾重にも巻き付けられたロール材１が用意されていて、このロール材１から長尺なシート状の母材２を引き出しながら切断工程Ｓに供給する。切断工程Ｓには後述するレーザ光照射式の切断装置が用意されていて、母材２から製品部たるシート状ワークとして所定サイズのセパレータＷを幅方向に延びる二つの切断線Ｃ１，Ｃ２をもって順次切り出すことになる。切り出されたセパレータＷは、図示しないハンドリングロボット等のハンドリング手段により電極との積層工程に移送される。

この場合において、セパレータＷの始端部側の切断線Ｃ１は段付き状のものであるのに対して、セパレータＷの終端部側の切断線Ｃ２はストレート（真直）状のものであり、図１に示すように、ｎ枚目として切り出されたセパレータＷとｎ＋１枚目として切り出されることになる次のセパレータＷとの間には切端材Ｐの発生が不可避となる。

なお、図１では、二つの切断線Ｃ１，Ｃ２のほか、切り出されたセパレータＷと切端材Ｐおよび母材２との関係が明確となるように、それら三者の間には意図的に隙間を持たせてある。

そこで、本実施の形態では、レーザ光照射によるセパレータＷの切断時に二次生成物として発生するヒュームのほか、上記にように不可避的に発生する切端材Ｐまでも二次生成物として取り扱うものとし、これらの二次生成物であるヒュームおよび切端材Ｐを外部に飛散させることなく吸引除去してしまうところに特徴がある。

図２はセパレータＷの切断装置の詳細を示していて、水平なテーブル３上に矢印Ｑ方向からシート状の母材２が供給されるようになっているとともに、テーブル３の上方にはレーザ発振器４を主要素とするレーザ加工ヘッド５が配置されている。レーザ加工ヘッド５はレーザ発振器４以外に反射ミラー、集光レンズ、保護ガラス等を含んでなるレーザ光学系６を備えていて、レーザ発振器４から出力されたレーザ光Ｌをテーブル３上の母材２に向けて照射するとともに、母材２の幅方向、すなわち図１の二本の切断線Ｃ１，Ｃ２に沿って走査（スキャンニング）する機能を有している。この場合において、例えばレーザ光Ｌの走査における往動が一方の切断線Ｃ１での切断に相当し、レーザ光Ｌの走査における復動が他方の切断線Ｃ２での切断に相当することになる。また、上記レーザ光Ｌの走査は光学的な走査であってもよく、また機械的な走査であってもよい。

レーザ加工ヘッド５の下面からテーブル３側に向けて、レーザ光Ｌを遮ることがないようにカバー部材として保護カバー７が垂設されている。この保護カバー７は図３の平面視にて母材２の全幅をカバーし得るだけの大きさの偏平状の一般部７ａを有していて、一般部７ａの上端部のみが傾斜部７ｂにて徐変しつつ拡張部７ｃとして母材２の供給方向で拡幅化が図られている。そして、一般部７ａの下端は母材２と接することがないようにわずかな隙間を隔てて当該母材２側に向かって開口している。

図２，３に示すように、保護カバー７における一般部７ａの下端部には吸引手段としての吸引ダクト８が付帯している。この吸引ダクト８は、円筒状の小径ダクト部８ａと、この小径ダクト部８ａから平面視において保護カバー７の一般部７ａに向かって急激に幅広化しつつ一般部７ａのほぼ全長に及んでいる偏平状の幅広ダクト部８ｂとから構成されている。そして、この幅広ダクト部８ｂの吸い込み口８ｃはその全幅が保護カバー７の一般部７ａに臨んで開口するように当該一般部７ａに接続されているとともに、小径ダクト部７ａは図示しない集塵機その他の所定の吸引源に接続されている。

また、吸引ダクト８は、後述するように母材２からのセパレータＷの切断時に二次生成物として発生するヒュームのほか図１の切端材Ｐまでも吸引除去する機能を有することから、吸引ダクト８の小径ダクト部８ａには切端材Ｐの通過を検知する通過検知手段として光電センサ９を設けてある。この光電センサ９は、小径ダクト部８ａの内部であって且つ直径方向に光軸が横切るように投光部９ａと受光部９ｂとを対向配置したもので、特定のタイミングで上記切端材Ｐが通過して光電センサ９の光軸を遮ることでその切端材Ｐの通過を検知するようになっている。

ここで、図３に示すように、吸引ダクト８には直動型アクチュエータ１０によって進退駆動されるシャッター１１が設けられていて、任意のタイミングで吸引ダクト８の通路を開閉することが可能となっている。

さらに、図２において、保護カバー７の一般部７ａのうち吸引ダクト８よりも上方位置にはエアブロー手段としてエアブローノズル１２を接続してある。このエアブローノズル１２は、吸引ダクト８の幅広ダクト部８ｂと同様に平面視にて保護カバー７における一般部７ａのほぼ全長に及びつつ当該一般部７ａに開口する偏平状のものである。そして、このエアブローノズル１２から保護カバー７の一般部７ａに対してエアパージするべくエアを吹き込むことにより、一般部７ａの内部には下方の切断部側に向けて所定の空気の流れが形成されるようになっている。これにより、切断時に二次生成物として発生したヒュームがレーザ光学系６に及ぶのを防止するようになっている。なお、上記エアブローノズル１２からはイオナイザ等の除電手段にて予め除電されたクリーンエアが吹き出されるようになっている。このエアブローノズル１２の機能よりして、エアブローノズル１２からの一般部７ａ内へのクリーンエアに吹き出し位置は、一般部７ａに対する吸引ダクト８の開口位置よりも上方位置で且つレーザ光学系６よりも下方位置であることが条件とされる。

このように構成されたシート切断装置によれば、図１，２のロール材１から引き出された母材２がテーブル３上に所定量だけ供給されると、母材３はその位置で位置決めされて停止する。

続いて、レーザ光Ｌの照射による切断動作に移行する前に、保護カバー７の一般部７ａに対してエアブローノズル１２から除電後のクリーンエアを吹き込むエアブローを開始するとともに、吸引ダクト８による吸引を開始する。エアブローノズル１２からのエアブローの開始に伴い、保護カバー７の一般部７ａでは上方から下方に向かう空気の流れが形成され、同時に保護カバー７の一般部７ａの下端から吸引ダクト８へと向かう空気の流れが形成される。

このようなエアブローノズル１２および吸引ダクト８による空気の流れが形成されている状態で、レーザ加工ヘッド５からテーブル３上の母材２に対してレーザ光Ｌを照射しつつ走査して、図１の双方の切断線Ｃ１，Ｃ２に沿って順次切断してセパレータＷを切り出す。そして、二本の切断線Ｃ１，Ｃ２による切断が終了したならばレーザ光Ｌの照射を停止し、レーザ光Ｌの照射停止後も予めタイマー等によって設定されている所定時間だけエアブローノズル１２によるエアブローと吸引ダクト８による吸引動作を継続する。なお、レーザ光Ｌの照射による切断動作中は、母材２および切り出されるセパレータＷ共にそれぞれの切断線Ｃ１，Ｃ２の近傍は図示しないパッド等にて押圧されている。

この場合において、ｎ枚目のセパレータＷの切り終わりである切断線Ｃ２とｎ＋１枚目のセパレータＷの切り始めである切断線Ｃ１との間には、二次生成物として切端材Ｐの発生が不可避であることは先に述べたとおりである。

上記のようなレーザ光Ｌの照射中は二次生成物としてヒュームが発生することになるが、先に述べたように保護カバー７の一般部７ａ内にはエアブローノズル１２からのエアブローによって上方から下方に向かう空気の流れが形成されている一方で、同時に吸引ダクト８に向かう空気の流れが形成されているので、エアブローによる掃気効果とも相俟ってヒュームは吸引ダクト８によって直ちに吸引されることになる。

そのため、ヒュームが保護カバー７の一般部７ａ内を吸引ダクト８よりも上方まで浮上してしまうことがなく、レーザ光学系６へのヒュームの付着やそれによるレーザ光Ｌの出力低下を未然に防止できるとともに、ヒュームが母材２や製品であるセパレータＷに付着することもなければ、ヒュームが外部に飛散してしまうこともない。また、エアブローされるクリーンエアが予め除電されていることにより、レーザ光Ｌの照射に伴って発生したヒュームは保護カバー７等にも付着しにくいものとなる。

そして、レーザ光Ｌの照射による切断中に図１に示した切端材Ｐが完全に切り離されると、その切端材Ｐはヒュームとともに吸引ダクト８によって吸引除去される。この切端材Ｐの吸引は吸引ダクト８に付帯している光電センサ９によって検知されるので、光電センサ９が切端材Ｐの吸引・通過を検知した時点でエアブローノズル１２によるエアブローと吸引ダクト８による吸引動作を停止する。なお、エアブローノズル１２によるエアブローと吸引ダクト８による吸引動作を特定のタイミングで停止してしまうのは、切り出されたセパレータＷに折れ線や皺が発生するのを未然に防止するためである。

こうして母材２からのセパレータＷの切り出しの１サイクルが終了し、切り出されたセパレータＷは図示しないハンドリング手段により電極との積層工程に搬送される一方、ロール材１からの母材２の定量引き出しが行われて、以降は上記のような一連の動作を繰り返すことになる。

このように本実施の形態によれば、レーザ光Ｌの照射によるセパレータＷの切断時にその二次生成物であるヒュームや切端材Ｐまでも効率良く吸引除去することで、ヒュームが異物または不純物として製品を付着する未然に防止して、製品の品質向上に寄与することができるほか、切端材Ｐの処理のための特別な手段を必要としない利点がある。

ここで、本実施の形態では、レーザ光Ｌの照射によるセパレータＷの切断を例にとって説明したが、本発明はセパレータＷ以外に正極や負極となる電極シートの切断にも適用することができるほか、レーザ光Ｌの照射による切断に代えて機械式のカッターを用いた切断方式に本発明を適用して、例えばセパレータＷへの付着を嫌う細かな切り粉や切り屑（細片）を積極的を吸引除去するようにすることも可能である。

２…シート状の母材
５…レーザ加工ヘッド
６…レーザ光学系
７…保護カバー（カバー部材）
８…吸引ダクト（吸引手段）
８ｃ…吸い込み口
９…光電センサ（通過検知手段）
１２…エアブローノズル（エアブロー手段）
Ｃ１，Ｃ２…切断線
Ｐ…切端材
Ｗ…セパレータ（シート状ワーク）

Claims (5)

1. 長尺なシート状の母材を幅方向に延びる切断線をもって切断して、母材よりも短尺なシート状ワークを順次切り出すようにしたシート切断装置において、
   上記切断線での切断を司る切断機構部と、
   上記切断機構部のうち少なくとも上記切断線による切断部近傍を覆っているカバー部材と、
   上記切断に伴って発生する切端材を含む二次生成物を吸引する吸引手段と、
   を備えていて、
   上記カバー部材に吸引手段の吸い込み口を臨ませてあることを特徴とするシート切断装置。
2. 上記カバー部材には切断線での切断部側に向けてエアブローを施すエアブロー手段を設けてあることを特徴とする請求項１に記載のシート切断装置。
3. 上記エアブロー手段は除電処理された空気をもってエアブローを施すことを特徴とする請求項２に記載のシート切断装置。
4. 上記切断機構部はレーザ光の照射による切断機能を有するものであって、
   上記エアブロー手段はレーザ光照射のための光学系とレーザ光照射による切断部との間であって且つ上記吸引手段の吸い込み口よりも上記光学系寄りの位置に設けられていて、上記レーザ光照射による切断部側に向けてエアブローを施すものであることを特徴とする請求項３に記載のシート切断装置。
5. 上記吸引手段は切端材の通過を検知する通過検知手段を備えてい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シート切断装置。

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