JPWO2017119011A1 - タブ付き電極シートの製造方法とその装置 - Google Patents

Abstract

原反を連続で送り、その連続送りの間に通常のレーザービームで原反からタブ付きの矩形電極シートを切り抜くことが出来るという画期的な方法である。原反１を連続的に移動させる。原反１の移動途中に設けた耳部切り離し領域で第１のレーザービームＬ１により電極部分１ａから耳部１ｂを切り離すと共に該耳部１ｂを電極部分１ａの走行方向に対して離間する方向に引き取り、且つ、この耳部切り離し工程で前記レーザービームＬ１を移動させて電極部分１ａから連続したタブ５を耳部１ｂから切り抜く。然る後、次の切断領域で、電極部分１ａの走行方向の張力Ｔを電極部分１ａの切断部分に付与しつつ第２のレーザービームＬ２で電極部分１ａを所定間隔で切断してタブ５付きの電極シート３を連続的に形成し、然る後、前記タブ５付きの電極シート３と切り離された耳部１ｂとを回収する。

Description

本発明は、リチウム二次電池やリチウムキャパシタ、電気二重層コンデンサ等に用いられるタブ付き電極シートの製造方法その装置に関する。

リチウムイオン二次電池に代表される非水電解液二次電池は、高エネルギー密度であるメリットを活かして、小は携帯電話、パソコンなどの電子機器、大はハイブリッド或いは電気自動車の蓄電装置に使用されている。リチウムイオン二次電池の主たる内部構造である電極組立体は、原反から矩形に切り出された正及び負電極シートとセパレータとを交互に積層した積層型である。この積層型の電極組立体が容器となる外装缶に収容され、電解液が注液された後、キャップがつけられ封口され、最後に初充電されて電池としての機能が付与される。上記リチウムキャパシタや電気二重層コンデンサも同様の構造を持つ。このように形成された積層型の二次電池等（以下、単に電子部品という。）は直方体の外観を呈する。

ここで、上記電子部品に供される原反に付いて簡単に説明する。原反は、アルミニウム又は銅のような金属箔の片面或いは両面に広幅にて正又は負の活物質を帯状に塗着した電極部分と、その両側又は片側に設けられた活物質が塗着されていない非電極部分（この部分を耳部とする）とで構成されており、一般的にはロール状に巻き取られている。換言すれば、原反は用途に応じて両側或いは片側のみに耳部が設けられているもの、電極部分の幅が広いものから狭いものまで様々なものがある。

積層型電子部品の電極シートは、従来は、上記のような幅広の原反の電極部分からトムソン刃（電極シートの形状を有する打ち抜き用金型）で打ち抜き、この正及び負の電極シートをセパレータの間に交互に積層すると共に同極のタブ同士を接続して電子部品用の積層体（積層型電極組立体）としていた。処が上記のようにトムソン刃で切断された電極シートは、切断端に鋭いバリが生じやすく、次のような問題が指摘されていた。

電極シートとセパレートを積層して電池の電極組立体として使用した場合、充放電により電池が僅かであるが膨張・収縮を繰り返すため、前記バリが絶縁フィルムであるセパレータを繰り返し傷つけて傷を成長させたり、場合によっては充放電によりバリが成長してセパレータを突き破って絶縁破壊を引き起こし、トラブルの原因となるという事があった。
また、トムソン刃による電極シートの打ち抜きは原反を停止させて行われねばならないため、原反の送りは間欠送りでなければならず、生産効率が低いという問題もあった。
更に、電極シートの大きさやタブの位置或いはタブの形状は仕様によって実に様々であり、トムソン刃での打ち抜きの場合、電極シートの種類毎に金型とトムソン刃とを用意せざるを得ず、金型コスト増やその管理が煩雑にならざるを得ないという現場からのクレームもあった。
そこで最近は原反から正または負電極シートをレーザービームで切断する方式が提案されている（特許文献１）。

特許文献１に記載の装置は、フレームと、レーザー切断機と、レーザー切断機を駆動する切断メカニカルアームと、制御システムと、少なくとも１つの電極シート搬送機構とで構成され、電極シート搬送機構は、材料掴みメカニカルアームと、固定長送り部材と、材料設置部材とを備える。
これは間欠送りされた原反をレーザー技術を用いて所定寸法に切断することで、リチウムイオン電池又はスーパーコンデンサの電極シートの製造を実現したもので、これにより従来技術の伝統的なトムソン刃による切断方法では避けえなかった電極シートの変形やバリの問題を解決することができ、その結果、製造された電極シートの品質が改善され、歩留りを高めることができるとしている。

特許５７２４１３７号公報

ここで、レーザービームによる原反の切断であるが、原反にレーザービームを当てつつ横断させて切断することになるのであるが、照射スポットの金属箔を蒸発させるような特殊なレーザービームであればレーザービームの横断で原反を切断することが出来るが、通常のシングルモードレーザーでは、照射スポットの原反の金属箔は瞬間的に溶融するが、蒸発（気化）まではしないため、照射スポットが次の照射位置に移動すれば該溶融部分は周囲に熱を奪われて瞬時に凝固して切断箇所が再接続してしまい、結果的には十分切断されず、レーザービームが原反上を単に横断しただけの場合と外観上は同じになる。
仮に、特許文献１に記載のレーザー出射装置が特殊なものであるとしても、切断にはある程度の時間が掛ることになるので、原反を固定した状態で切断しなければならない。換言すれば、この場合も原反送りは間欠送りとせざるを得ず、作業効率が悪い点は克服できない。また、タブの成形まで同時に行っていないので、後付けでタブを電極シート本体に溶接しなければならないというような問題もある。
本発明は、このような従来技術に対して原反を連続で送り、その連続送りの間に通常のレーザービームで原反からタブ付きの矩形電極シートを切り抜くことが出来るという画期的な方法とその装置を提供することをその課題とする。

請求項１に記載した発明（タブ付き矩形電極シート３の第１の製造方法）は、
長尺の金属箔４の少なくとも一方の面に活物質層を塗布して電極部分１ａとし、該金属箔４の少なくとも一方の側辺部分を活物質層が非塗布部分とした耳部１ｂからなる原反１からレーザービームＬ１・Ｌ２で電極シート３を切り出す電極シートの製造方法であって、
前記原反１を連続的に移動させ、原反１の移動途中に設けた耳部切り離し領域で第１のレーザービームＬ１により電極部分１ａから耳部１ｂを切り離すと共に耳部１ｂの切り離し位置で、切り離された耳部１ｂを電極部分１ａの走行方向に対して離間する方向に引き取り、且つ、この耳部切り離し工程で前記レーザービームＬ１を移動させて電極部分１ａから連続したタブ５を耳部１ｂから切り抜き、然る後、耳部切り離し領域の下流に設けた切断領域で、電極部分１ａの走行方向の張力Ｔを電極部分１ａの切断部分に付与しつつ第２のレーザービームＬ２を電極部分１ａの移動速度に同期させて電極部分１ａの一端から他端まで移動させ、電極部分１ａを所定間隔で切断してタブ５付きの電極シート３を連続的に形成し、然る後、前記タブ５付きの電極シート３と切り離された耳部１ｂとを回収することを特徴とする。

本発明では、第１のレーザービームＬ１で走行中の原反１の耳部１ｂを電極部分１ａから切り分けながら耳部１ｂからタブ５を適宜切り抜き、続いて電極部分１ａを第２のレーザービームＬ２で切断して電極シート３とするものであるから、従来のものに比べてタブ５付きの電極シート３の生産性が極めて高い。

請求項２に記載した発明（タブ付き矩形電極シート３の第２の製造方法（２枚取り））は、請求項１のタブ付き電極シート製造方法において、
原反１は両側に耳部１ｂを有し、
前記両耳部１ｂは、切り離し工程で左右に設けられた第１のレーザービームＬ１ａ・Ｌ１ｂにて切り離しと同時にタブ５が耳部１ｂからそれぞれ切り抜かれ、
更に、前記切り離し領域或いはその前後において、電極部分１ａの中央に第３のレーザービームＬ３を照射して原反１を左右に分割し、分割された半分幅の一方の原反１に対して分割された他方の半分幅の原反１の走行方向を離間させ、然る後、切断領域の上流側で分割された左右の半分幅の原反１・１の走行方向を同方向に戻し、切断領域に送り出すことを特徴とするもので、これにより、タブ５付きの電極シート３を連続的に原反１から２枚ずつ切り出すことが出来る。

請求項３は請求項１または２に記載した製造方法の発明において、
電極部分１ａと耳部１ｂとを切り分ける第１のレーザービームＬ１（Ｌ１ａ・Ｌ１ｂ）を耳部１ｂに所定時間固定して照射し、
続いて、第１のレーザービームＬ１（Ｌ１ａ・Ｌ１ａ）を前記耳部１ｂの側端縁４ａ方向に耳部１ｂの移動速度に同期させて移動させ、その後、前記側端縁４ａの手前で所定時間固定し、
然る後、前記耳部１ｂの範囲内で第１のレーザービームＬ１（Ｌ１ａ・Ｌ１ａ）を、耳部１ｂの移動速度に同期させて前記側端縁４ａの手前の前記固定照射位置から活物質層が塗布された電極部分１ａ方向に戻し、その後、戻り位置で所定時間固定するという動作を繰り返して電極部分１ａに連続したタブ５を耳部１ｂから切り抜き形成することを特徴とするもので、これにより移動中に耳部１ｂから矩形のタブ５を切り抜くことができる。

請求項４に記載した発明（タブ付き電極シート製造装置１００）は、長尺の金属箔４の少なくとも一方の面に活物質層を塗布して電極部分１ａとし、該金属箔４の少なくとも一方の側辺部分を活物質層が非塗布部分とした耳部１ｂからなる原反１からレーザービームＬ１・Ｌ２を用いて電極シート３を切り出す装置１００であって、
前記原反１を連続的に繰り出す原反供給部１０と、
繰り出された原反１の上方に配置され、耳部１ｂに第１のレーザービームＬ１を照射して耳部１ｂを電極部分１ａから切り離すと共にこの耳部１ｂの切り離し工程においてレーザービームＬ１を移動させて耳部１ｂから電極部分１ａに連続したタブ５を切り抜く第１のレーザー出射装置５０と、
切り離し工程の下流側に設置され、電極部分１ａの送り速度より若干早く回転して、耳部１ｂが切り離された電極部分１ａに張力Ｔを付与しながら該電極部分１ａを引き取る引取部３０と、
引取部３０の直前で、電極部分１ａの送り速度に同期して電極部分１ａの一端から他端まで第２のレーザービームＬ２を移動させ、電極部分１ａを所定寸法で切断してタブ付きの電極シート３を形成する第２のレーザー出射装置６０と、
切り離し工程の下流にて、電極部分１ａの引取部３０への送り路から上又は下に離間した位置に設けられ、電極部分１ａから切り離された耳部１ｂの引き取り路となる耳部分離部７０と、
耳部分離部７０の下流に設置され、耳部分離部７０を通過した耳部１ｂを回収する耳部回収部８０と、
引取部３０の下流側に設置され、前記切断されたタブ付きの電極シート３を回収する電極シート回収部９０とで構成されていることを特徴とする。

本装置１００を用いることで、走行状態の原反１から第１のレーザービームＬ１にて電極部分１ａに連続したタブ５を耳部１ｂから切り抜き、次いでタブ５付きの電極部分１ａを第２のレーザービームＬ２で切断して所定形状のタブ５付き電極シート３を連続的に生産することができる。

請求項５に記載した発明（タブ付き電極シート３の第２の製造装置（２枚取り））は、請求項４の装置１００に於いて、
原反１の両側に耳部１ｂが設けられており、
耳部１ｂからタブ５をそれぞれ切り抜く第１のレーザー出射装置５０ａ・５０ｂは、耳部１ｂに合わせて原反１の左右にそれぞれ設置されており、
前記左右の第１のレーザー出射装置５０ａ・５０ｂの間に原反１を左右に２分割する第３のレーザービームＬ３を出射する第３のレーザー出射装置６５が更に設けられ、
第３のレーザービームＬ３の電極部分１ａへの照射点Ｐｃの下流側に切断された一方の半分幅の電極部分１ａを上から押し下げ、他方の半分幅の電極部分１ａを下から持ち上げて両者を照射点Ｐｃから上下にセパレートさせるセパレート部１４と、前記セパレート部１４の下流側に配置され、引取部３０に並べて送り込まれる半分幅の両電極部分１ａ・１ａを上下から挟むローラ１５ａ・１５ｂが更に設けられていることを特徴とするもので、これにより１度に２枚のタブ５付き電極シート３が連続的に生産できる。

請求項６に記載した発明（図９、１０）は、請求項５のセパレート部１４が照射点Ｐｃに対して近接・離間するように設けられていることを特徴とする。これにより、照射点Ｐｃにおける左右の半分幅の両電極部分１ａ・１ａのセパレート角度θを調整することが出来る。

本発明によれば、原反を連続で送りつつその連続送りの間にレーザービームで原反からタブ付きの電極シートを連続的に切り出すことができるようになった。

本発明に係るタブ付き電極シート製造装置（第１実施例）の主要部の斜視図である。 図１の引取部（第１実施例）の拡大側面図である。 (ａ)図２における引取部の拡大斜視図、(ｂ)引取部で使用されるトルクリミッタの永久磁石の正面図である。 本発明方法で生産された電極シートの一例の斜視図である。 本発明方法によるタブの切り抜き時のレーザービームの動きを示す斜視図である。 本発明方法によるタブ形成時のレーザービームの動きを示す平面図である。 本発明の引取部の第２実施例の要部断面図である。 図７に示す引取部の直角方向の縦断面図である。 本発明に係るタブ付き電極シート製造装置（第２実施例）の主要部の斜視図である。 図９の直角方向の縦断面図である。

以下、本発明を図示実施例に沿って説明する。本発明のタブ付き電極シート製造装置１００は、図１（第１実施例）に示すようにタブ付き電極シート３を１枚ずつ原反１から切り出して行くものと、図９（第２実施例）に示すように幅の広い原反１から２枚ずつ切り離して行くものがある。以下、本装置１００の第１実施例について詳述し、第２実施例では第１実施例と異なる点を中心に説明する。

図１の原反１は両側に耳部１ｂを有するもので、図中、手前の耳部１ｂからタブ５を切り抜き、他方の耳部１ｂ’はタブ５を切り抜くことなくそのままレーザー出射装置５０’のレーザービームＬ１’にて切り離される。図示していないが、原反１の片側しかない耳部１ｂが場合には、レーザー出射装置５０’は不要となり、第１のレーザー出射装置５０のレーザービームＬ１でタブ５を形成しながら当該耳部１ｂを電極部分１ａから切り離し、その後、第２のレーザービーム２で電極部分１ａを切断してタブ５を有する電極シート３を連続的に形成する。

なお、耳部１ｂが原反１の両側にある場合でも一方の耳部１ｂからタブ５を切り抜きつつ電極部分１ａから切り離され、他方の耳部１ｂは切り離されることなくそのまま電極部分１ａに連続した状態で残されることもある。なお、タブ５の形状は一般的には長方形のものであるが、当然これに限られず、半月状のものや三角形状のもの、その他、用途によってさまざまな形状のものが選定される。
本明細書では煩雑さを避けるため幅広、中幅及び細幅のもの、耳部１ｂが片側或いは両側にあるもの全てを一括して原反１とする。図１の実施例では耳部１ｂが原反１の両側に設けられている場合であるが、当然これに限られるものではない。

第１実施例のタブ付き電極シート製造装置１００は、大略、機構部として原反供給部１０、送り側ローラ１３ａ〜１３ｎ、引取部３０、レーザー出射装置５０、６０（及び必要に応じて設けられるレーザー出射装置５０’）、耳部回収部８０、電極シート回収部９０並びに断材引取側のローラ２３ａ〜２３ｎとで構成され、それぞれ装置躯体（図示せず）に組み込まれている。

原反供給部１０は送り出し側である送出側サーボモータ１１とこれに接続された原反送出軸１２及び原反支持架台（図示せず）とで構成されている。原反支持架台に懸架されたロール状の原反１は原反送出軸１２に取り付けられ、引取部３０に向けて送り出されている。送り出された原反１は送り側ローラ１３ａ〜１３ｎや最後尾の送り側ローラ１３ｎと後述する切断ラインＳｄとの間に必要に応じて設けられた支持プレート１３ｏにて支持されている。送り側ローラ１３ａ〜１３ｎには第１のレーザー出射装置５０の上流側に公知の原反側ダンサーローラ１３ｄが組み込まれ、送り出されている原反１の張力調整が行われている。

原反側ダンサーローラ１３ｄと引取部３０の間には原反１を引取部３０側に一定速度で送り出すための上下一対の原反送出用ローラ１３ｊ・１３ｋが設置され、原反送出用ローラ１３ｋに取り付けられた原反送出用サーボモータ１３ｓにて原反１が設定速度で引取部３０方向に送り出されるようになっている。原反送出用サーボモータ１３ｓと送り側サーボモータ１１とは同期して回転している。ただし、両者の間で何らかの原因により送り出されている原反１に張力変化が生じる場合があるが、前述の原反側ダンサーローラ１３ｄによってこの張力変化を吸収するようになっている。

引取部３０の第１実施例は、図１〜３に示すように、上下の引取ローラ３０ａ・３０ｂ、引取ローラ３０ａ・３０ｂに続く上下のガイドローラ３０ｃ〜３０ｎ、引取用サーボモータ３０ｓ及びトルクリミッタ４０で構成されている。上下の引取ローラ３０ａ・３０ｂは、電極部分１ａを直角に切断する切断ラインＳｄの直後に電極部分１ａの走行方向に対して直角に配置されている。切断ラインＳｄは、第２のレーザービームＬ２が電極部分１ａの走行スピードに同期して電極部分１ａの一端から他端まで若干傾斜して走行する走行軌跡で、これにより前述のように電極部分１ａは直角に切断される。前記引取ローラ３０ａはトルクリミッタ４０を介して引取用サーボモータ３０ｓで引き取り方向に回転駆動されている。

ここで、第２のレーザービームＬ２によって電極部分１ａを切断するためには、電極部分１ａに走行方向の張力Ｔを加えなければならない。換言すれば、原反送出用ローラ１３ｊ・１３ｋと引取ローラ３０ａ・３０ｂとに挟み込まれた切断前の電極部分１ａには送り方向の張力Ｔが加わるように構成されている。そのために、例えば、引取用サーボモータ３０ｓは原反送出用サーボモータ１３ｓより僅かに速く回るように設定されており、それ故、図示していないが、引取用サーボモータ３０ｓの回転軸に対し、トルクリミッタ４０を介してこれに接続されている引取ローラ３０ａが設定された抵抗力を以って回転するようになっている。また、トルクリミッタ４０を使用せず、引取用サーボモータ３０ｓを定トルクサーボモータとすることも可能である。

上記トルクリミッタ４０は駆動軸と従動軸の間に設けられ、従動軸に掛る負荷が設定値より小さい場合は駆動軸と従動軸は共に回転し、従動軸に掛る負荷が設定トルクを越えると、トルクリミッタ４０が内部でスリップを生じ、駆動軸の回転に対して従動軸が遅れ、常時、従動軸が設定トルクで回転する装置である。トルクリミッタ４０には永久磁石式や機械式など様々な方式のものがある。ここでは、永久磁石式の概略を示す。
引取ローラ３０ａに同軸で固定されているケーシング４５と、ケーシング４５に向かい合って固定された一対のリング状の永久磁石４６・４７と、永久磁石４６・４７の間に回転可能に配設され、引取用サーボモータ３０ｓの回転軸に取り付けられた回転板４１とで概略構成されている。引取用サーボモータ３０ｓの回転軸は永久磁石４６・４７の通孔に挿通されている。永久磁石４６・４７はＮ極とＳ極が通孔を中心として多数の磁区に分割されている。そして、一方の永久磁石４６に対して他方の永久磁石４７を回転することができ、図のように対向する永久磁石４６・４７の磁区がＳ極・Ｎ極としたり、図示していないが、Ｎ極・Ｎ極―Ｓ極・Ｓ極と同極にすることが出来る。回転板４１が回転すると、永久磁石４６・４７間に存在する無数の磁力線が回転板４１の回転を妨げようとする。前者の場合、回転板４１の回転を妨げようとするトルクが最小となり、後者の場合、最大となる。

その結果、原反送出用ローラ１３ｊ・１３ｋより若干早く回転している上下一対の引取ローラ３０ａ・３０ｂが、切断前の電極部分１ａの先端を噛み込むとこれと同時に引取ローラ３０ａ・３０ｂに負荷が掛かり、電極部分１ａの送り速度と同じ速度で回転する。これに対して引取用サーボモータ３０ｓは原反送出用ローラ１３ｊ・１３ｋより若干早く回転しているため、引取用サーボモータ３０ｓの回転軸に取り付けられた回転板４１が上の引取ローラ３０ａに取り付けられたケーシング４５中の永久磁石４６・４７より早く回る。
そうすると、前述の原理で永久磁石４６・４７間の磁力線により、非接触状態で、回転板４１の回転が設定されたトルクで妨げられ、その結果、引取ローラ３０ａ・３０ｂが設定されたトルクで電極部分１ａの送り速度と同じ速度で回転する。これにより、切断前の電極部分１ａに所定の送り方向の張力Ｔが発生する。

上下一対の引取ローラ３０ａ・３０ｂに続くガイドローラ３０ｃ〜３０ｎは、所定寸法で切断された電極シート３の厚みに合わせて上下の間隔があけられており、図示しないが、例えば、チェーン駆動により電極シート３を送り出すようになっている。そして、本実施例ではガイドローラ３０ｃ〜３０ｎは搬送途中で斜め下方に向けて折れ曲がり、下方に用意した電極シート回収部９０に向かって電極シート３を落下させるようになっている。電極シート３の回収はこのような方法に限られるものでなく、単なる滑り台式のもの或いは後述するような吸着ドラム式のものでもよい。

第１実施例のレーザー出射装置５０、６０及び必要に応じて設けられる単なる耳部切り離し用のレーザー出射装置５０’は、原反側ダンサーローラ１３ｄ又は原反送出用ローラ１３ｊ・１３ｋの下流側に設けられた耳部切り離し領域及び切断領域において、原反１の上方に設置され、原反１の所定の位置にレーザービームＬ１・Ｌ２及びＬ１’をそれぞれ出射するものである。これら、レーザー出射装置５０、６０及び５０’には、例えば、１台のレーザー装置（図示せず）で生起された例えばシングルモード・レーザービームを分岐し、この分岐したレーザービームがファイバーを介して与えられる。耳部１ｂからタブ５を切り出すレーザー出射装置５０及び電極部分１ａを切断するレーザー出射装置６０はレーザービームＬ１・Ｌ２を移動させる必要があるため、例えば、ＸＹ２軸のガルバノスキャナとミラーを備えた公知のガルバノ型出射装置が用いられる。これに対して、単に耳部１ｂを電極部分１ａから切り離すだけのレーザー出射装置５０’はレーザービームＬ１’を動かす必要がないため、固定型のものが用いられる。
なお、切断用のレーザー出射装置６０は、分岐シングルモード・レーザービームでもよいが、切断時の活物質に対する熱影響を考慮した場合、グリーンレーザ（第２〜４高調波レーザ）、ピコレーザやフェムト秒レーザが好ましい。この点は、後述する第２実施例の原反２分割用のレーザも同様である。

第１のレーザー出射装置５０は、タブ５を切り抜く側の耳部１ｂの直上に設置されている。タブ５の形状は、前述のように電極シート３の仕様により様々な形状をとるが、ここでは長方形或いは正方形のタブ５を例にとって説明する。前記矩形のタブ５の形成には図５，６に示すような動きを第１のレーザービームＬ１に与える。即ち、第１のレーザービームＬ１を耳部１ｂの移動方向に対して交差する方向（本実施例ではレーザービームＬ１による溶断線Ｓｙが電極部分１ａの側縁から垂直に設けられねばならない関係から、耳部１ｂの移動速度に同期して耳部１ｂと同方向に移動しつつ電極部分１ａの側縁側と耳部１ｂの側端縁４ａ近傍との間を往復し、且つ前記移動分を耳部１ｂの移動方向に対して逆方向に前記移動距離だけ戻ることになる。

この点を図５で詳述する。線Ｎはタブ５の形成の第１のレーザービームＬ１の耳部１ｂ上の移動軌跡であり、点ＰがレーザービームＬ１の照射点であり、移動開始点や方向転換点を示す。そして、レーザービームＬ１の移動開始点をＰ１で示し、方向転換点を順次Ｐ２〜Ｐ５で示す。（耳部１ｂにおけるレーザービームＬ１の移動の理解を容易にするために移動順にＰ１、Ｐ２と言うようにアラビア数字を附している。）この動きが繰り返されてタブ５が耳部１ｂから切り抜かれる。以下、この点を詳述する。

レーザービームＬ１による切り抜きが移動開始点Ｐ１から始まると、図５に示すように、原反１の側端縁１ｂ方向で原反１の移動速度に合わせて移動方向に同期してレーザービームＬ１が斜めに移動する（この移動ラインＮを（１）で示す。）。
移動終点である方向転換点Ｐ２に至るとレーザービームＬ１は非電極部分１ａの移動量に等しい距離だけ非電極部分１ａの移動を勘案しつつ非電極部分１ａの移動と反対方向の戻り終点である方向転換点Ｐ３に戻る。（この移動ラインＮを（２）で示す。）。戻り方向は非電極部分１ａの側端縁４ａと平行である。そして、移動開始点Ｐ１と戻り終点Ｐ３とを結ぶ線は、側端縁４ａに対して直角である。
戻り終点である方向転換点Ｐ３に至るとレーザービームＬ１は、原反１の電極部分１ａ方向で原反１の移動速度に合わせて移動方向に同期して斜めに移動し移動終点である方向転換点Ｐ４に達する（この移動ラインを（３）で示す。）そして前述同様、点Ｐ３と点Ｐ４とを結ぶ線は、側端縁４ａに対して直角である。
点Ｐ４に至るとレーザービームＬ１は非電極部分１ａの移動を勘案しつつ前記同様非電極部分１ａの移動量に等しい距離だけ非電極部分１ａの移動と反対方向の戻り終点である点Ｐ５に戻る。（この移動ラインを（４）で示す。）戻り方向は非電極部分１ａの側端縁４ａと平行である。これにより図１の拡大図に示すような長方形或いは正方形のタブ５が非電極部分１ａに切り抜かれる。なお、レーザー出射装置３０がガルバノミラータイプなのでレーザービームＬ１の出射方向を自由に制御でき、これによってタブ５は長方形或いは正方形に限られず、電極部分１ａの側縁に判円形或いはその他の形状に自由に切り抜くことが出来る。

上記動作を示したのが図６で、耳部１ｂの移動とレーザービームＬ１の斜め方向の移動との合成で電極部分１ａに対して直角方向の溶断線Ｓｙが形成されるように描いてある。

第２のレーザー出射装置６０は、切断領域において、上側の引取ローラ３０ａの直前で電極部材１ａの直上に設置されている。この場合は、電極部材１ａを所定間隔で電極部材１ａに対して直角に切断して電極シート３を形成して行くだけであるので、電極部材１ａの走行速度に同期して第２のレーザービームＬ２を電極部材１ａの一端から他端まで僅かに斜めに走らせる。これにより、電極部分１ａに対して直角方向の切断ラインＳｄが形成される。

レーザー出射装置５０’は単なる耳部切り離し用で必要に応じて設けられる。このレーザー出射装置５０’はタブ５を設けない方の耳部１ｂ’の直上に設置され、電極部分１ａの直近部分の耳部１ｂ’上にレーザービームＬ１’が固定して照射するようになっており、耳部１ｂ’の移動によって電極部分１ａの直近部分の耳部１ｂ’が該電極部分１ａに沿って切り離される。

耳部切離部７０はこの実施例では左右一対のローラで形成されている（この実施例では、理解を容易にするために、耳部切離用ローラ７０とするが、別段、ローラでなく、耳部１ｂ・１ｂ’が通過できるような滑り板でもよい。）。この耳部切離ローラ７０は前記第１のレーザービームＬ１・Ｌ１’の照射点Ｐｍ・Ｐｍ’より下流側で、切断前の電極部分１ａの移動面の高さより高い（或いは低い）位置に設置されている。照射点Ｐｍ・Ｐｍ’で切り離された耳部１ｂ・１ｂ’はこの耳部切離ローラ７０に乗り上げて引き取られるため、照射点Ｐｍ・Ｐｍ’において、電極部分１ａの移動面との間で角度αの引き出し角度が発生する。

引き取られた耳部１ｂ・１ｂ’はそのまま引取側ローラ２３ａ〜２３ｎにガイドされながら引き取られ、後述する耳部回収部８０のリール８３・８３’にそれぞれ巻き取られる。引取側ローラ２３ａ〜２３ｎの途中には引取側ダンサーローラ２３ｄが設けられており、耳部１ｂ・１ｂ’は一定の張力のもとでリール８３・８３’にそれぞれ巻き取られる。

耳部回収部８０は、前述の２基のリール８３・８３’と、両者を繋ぐリール軸８２及び耳部回収用サーボモータ８１とで構成され、２基のリール８３・８３’は図示しない架台に支持されている。耳部回収用サーボモータ８１は送出側サーボモータ１１と同期して回転するようになっている。なお、リール８３’は耳部１ｂが片一方だけの場合には用いられないことになる。

電極シート回収部９０は、前述の引取部３０の出口側である引取側ローラ２３ｎに対応して設置された上面開口の箱状のもので、例えば、排出された電極シート３を積み重ねて回収するようになっている。電極シート３が一杯になれば移動して空の電極シート回収部９０に入れ替えられる。

次に、第１実施例の装置１００の作用に付いて説明する。原反１は図１のように原反送出軸１２に装着されており、原反１の先端部分は両耳部１ｂがリール８３・８３’に巻き付けられており、電極部分１ａは送り側ローラ１３ａ〜１３ｎを経て切断ラインＳｄの直前に配置されている。この状態から本装置１００を作動させると、送り側サーボモータ１１が作動して原反１を所定の速度で送りだす。同時に原反送出用サーボ-モータ１３ｓが作動して原反送出用ローラ１３ｊ・１３ｋに挟まれている原反１を切断ラインＳｄ方向に送り出す。原反送出用サーボ-モータ１３ｓと原反送出用ローラ１３ｊ・１３ｋとの間には原反側ダンサーローラ１３ｄが設けてあるので、原反送出用ローラ１３ｊ・１３ｋへは常に一定の張力のもと原反１が供給されることになる。

原反送出用ローラ１３ｊ・１３ｋから送り出された原反１は、作動している第１のレーザー出射装置５０、５０’により耳部１ｂの所定の位置（ここでは電極部分１ａの側端近傍）にレーザービームＬ１・Ｌ１’が照射され、第１のレーザー出射装置５０ではレーザービームＬ１を移動させてタブ５を耳部１ｂから切り抜きつつ耳部１ｂを電極部分１ａから切り離す。
一方、レーザー出射装置５０’は固定であるから、そのまま耳部１ｂ’を電極部分１ａから切り離す。

なお、原反送出用ローラ１３ｊの下流側でレーザービームＬ１・Ｌ１’の照射点Ｐｓ・Ｐｓ’に合わせて電極部分１ａだけを押さえこむローラ１３ｍ・１３ｎが設置されている。耳部１ｂ・１ｂ’は、既述のように、電極部分１ａの走行面から離間した位置に設けられている耳部切離ローラ７０に乗って送られ、且つ、ローラ１３ｍ・１３ｎの電極部分１ａの抑え込みにより、効果的にレーザービームＬ１・Ｌ１’の照射点Ｐｍ・Ｐｍ’で電極部分１ａと耳部１ｂ・１ｂ’との間に離間角度αが形成され、レーザービームＬ１・Ｌ１’で照射点Ｐｍ・Ｐｍ’が溶融すると同時に電極部分１ａから耳部１ｂ・１ｂ’がセパレートされ、確実に分離される。（但し、ローラ１３ｍ・１３ｎは必ずしも必要でなく、これがあれば、耳部１ｂ・１ｂ’が持ち上げられてとしても電極部分１ａは走行面に保持されることなり、前記セパレートがより確実になる。）そして、分離された耳部１ｂ・１ｂ’は上記のルートを通ってリール８３・８３’にそれぞれ巻き取られる。この間、巻取り側のダンサーローラ２３ｄにより設定された張力で巻き取られて行くので、作業途中での破断は最小限に抑えられる。

一方、耳部１ｂ・１ｂ’が分離された電極部分１ａの先端は、原反送出用ローラ１３ｊ・１３ｋにて送り出され、ローラ１３ｍ・１３ｎを経て引取部３０に至り、引き取りローラ３０ａ・３０ｂに噛み込まれる。引取ローラ３０ａ・３０ｂは、前述のように電極部分１ａの先端を噛み込む前は原反送出用ローラ１３ｊ・１３ｋより若干速い速度で回転しているが、電極部分１ａの先端を噛み込むと引取用サーボモータ３０ｓの回転軸に対して設定された抵抗をもって空回りし、原反送出用ローラ１３ｊ・１３ｋとの間で電極部分１ａに送り方向の張力Ｔを与える。

この状態で電極部分１ａが所定距離だけ送られた処で第２のレーザービームＬ２を電極部分１ａの走行速度に同期させて僅かに斜めに走らせ、電極部分１ａを直角に切断する。この時、前述のように電極部分１ａに張力Ｔが、加わっているので、２のレーザービームＬ２の照射点において、電極部分１ａは照射点で溶融と同時に引き裂かれるように分離して行く。電極部分１ａの切断は所定間隔で行われるため、タブ５付の電極シート３が連続的に切り出されて行く。切り出されたタブ５付の電極シート３は、引取ローラ３０ａ・３０ｂに続いて述べられているガイドローラ３０ｃ〜３０ｎによって順次送られ、引取部３０の下方に設けられている電極シート回収部９０に収納される。

本発明装置１００では上記のようにして移動している原反１から図４に示すタブ５付の電極シート３が効率よく製造されることになる。

次に、引取部３０の別の実施例である吸引ドラム方式について簡単に説明する。この方式は、原反１の送り方向に対して直角に且つ装置躯体に水平に懸架されて固定された円柱状の固定ドラム３１と、ベアリングを介して固定ドラム３１の周囲を回転する回転筒体３２とで構成されている。回転筒体３２の外周面には一端から他端に至る多数のレーザー走行溝３２ａが一定間隔（図６に示す引取部３０の正面から見れば一定角度）で凹設され、レーザー走行溝３２ａを避けた位置に多数の通気孔３３が回転筒体３２の全体に穿設されている。前記通気孔３３は回転筒体３２の内周面から外周面に貫通している。そして回転筒体３２の少なくとも一方の側部にタイミングプーリ３４が固定されており、このタイミングプーリ３４と装置躯体に設置された回収用サーボモータ３６との間にタイミングベルト３５が掛けられ、回転筒体３２を回転させるようになっている。
回転筒体３２の回転速度は原反送り出しローラ１３ｃ・１３ｄの原反送り出し速度より若干速く回転するように設定されている。

吸引ドラム方式では、切断された電極シート３を吸着して移動させ、下方に設置されている電極シート回収部９０に電極シート３を投入しなければならないため、電極シート回収部９０の直前で通気孔３３から空気を噴出させる必要があるため、場所によって減圧吸引領域と空気噴出領域とを設ける必要がある。そこで、固定ドラム３１の外周面には回転筒体３２に対する電極シート３の切断ラインＳｄに対応する位置から回転筒体３２の回転方向に向けて固定ドラム３１の下端で電極シート回収部９０の直前に至る位置まで減圧凹所３７が形成されている。この減圧凹所３７と回転筒体３２の内周面で構成される空間を減圧空間で、前記凹部３７の周囲にはＯリング溝が掘られており、回転筒体３２の内周面に気密性を以って摺接する減圧用Ｏリング３７ａが嵌め込まれている。
凹部３７の下流側には更に加圧凹所３８が形成されており、この加圧凹所３８と回転筒体３２の内周面で構成される空間が加圧空間で、同様に加圧凹所３８の周囲に気密性を以って加圧用Ｏリング３８ａが嵌め込まれている。減圧空間、加圧空間はそれぞれ吸引源、加圧源に接続されている。

そして、回転筒体３２の上方に回転筒体３２と平行に従動型の引取ローラ３０ｚが設置されており、送られてきた電極部分１ａの先端を回転筒体３２とで噛み込むようになっている。引取ローラ３０ｚに対応する回転筒体３２は減圧空間の始点となっており、噛み込まれた電極部分１ａは回転筒体３２の通気孔３３によって確実に吸着されるようになっている。

そして、噛み込まれた電極部分１ａは第２のレーザービームＬ２にて前述同様に切断される。切断位置は回転筒体３２のレーザー走行溝３２ａに一致した部分で行われる。所定長さで切断された電極シート３は固定ドラム３１の周囲を回転している回転筒体３２によって半周し、電極シート回収部９０の直前で通気孔３３が加圧空間に切り替わり、通気孔３３から噴出した噴出空気により回転筒体３２から離れ、電極シート回収部９０に収納される。

ここで、上記電極部分１ａの切断について説明すると、回転筒体３２は電極部分１ａの送り速度より若干速い速度で回転しているので、引取ローラ３０ｚとの協働により、電極部分１ａに張力Ｔが発生する。この時、電極部分１ａはこの張力Ｔでは伸びないので、回転筒体３２に対して電極部分１ａはスリップすることになる。また、回転筒体３２への電極部分１ａの吸着を確実にするため、電極部分１ａの表面をゴム材で被覆することが好ましい。

次に、本装置１００の第２実施例について説明する。この場合は、原反１は両側に耳部１ｂを有する倍幅のもので、両側の耳部１ｂにタブ５を形成するための第１のレーザー出射装置５０ａ・５０ｂが耳部切り離し領域の左右に設置されている。そして、原反１を中央からに分割するための第１のレーザー出射装置５０ａ・５０ｂの間に第３のレーザー出射装置６５が設置されている。切断領域においては、原反１の幅が広いので、切断用の第２のレーザー出射装置６０ａ・６０ｂが電極部分１ａの上方の左右に設置されている。勿論、レーザーの切断幅が足れば一台でもよい。

第２実施例では、原反送出用ローラ１３ｊ・１３ｋは、耳部切り離し領域より下流側に設置されており、電極部分１ａのみを挟持する長さになっている。（勿論、第１実施例のように、耳部切り離し領域より上流側に設けて原反１の全幅を挟持する長さとしてもよい。）
そして、原反送出用ローラ１３ｊ・１３ｋと原反側ダンサーローラ１３ｄとの間には原反１の全幅を挟持する上下一対で２組のローラ１３ｅ・１３ｆ、１５ａ・１５ｂが設けられており、その間にセパレート部１４となる左右一対のセパレートローラ１４ａ・１４ｂが設けられている。そして、上流側のローラ１３ｅ・１３ｆの直後に第３のレーザービームＬ３の照射点Ｐｃが設定されている。

セパレートローラ１４ａ・１４ｂは図９、１０に示すように、同軸で互いに反対方向に回転するようになっており、第３のレーザービームＬ３で切断されて左右２分割された半分幅の原反１ａの一方は前記セパレートローラ１４ａの下を通過し、半分幅の原反１ａの他方は、もう一方のセパレートローラ１４ｂの上を通過するようになっている。各セパレートローラ１４ａ・１４ｂは同じ高さに取り付けられており、セパレートローラ１４ａ・１４ｂによって左右の半分幅の原反１ａ・１ａは照射点Ｐｃで上下にセパレートされる。セパレートの角度はθである。セパレート部１４は前後移動可能で、上流側のローラ１３ｅ・１３ｆに近づくほどその角度θは大きくなる。

第１実施例と同様に、本装置１００を作動させると、上流側のローラ１３ｅ・１３ｆから出て来た原反１は、まず、第３のレーザービームＬ３で左右に２分割される。この時、前述のように左右の半分幅の原反１ａ・１ａは照射点Ｐｃで上下にセパレートされ、再凝固による融着はない。上下に分かれてセパレート部１４を通過した左右の半分幅の原反１ａ・１ａは、下流側のローラ１５ａ・１５ｂに挟持されて同じ走行高さに戻り、次の耳部切り離し領域に至る。耳部切り離し領域では左右の第１のレーザービームＬ１ａ・Ｌ１ｂにより左右の耳部１ｂが第１実施例と同様の作用でタブ５が切り抜かれると同時に電極部分１ａから切り離される。

耳部１ｂが切り離された左右の電極部分１ａ・１ａは原反送出用ローラ１３ｊ・１３ｋを通過して所定速度で切断部３０に送られ、第１実施例と同様の作用で切断され回収される。これにより、第２実施例では２枚の電極シート３が作られることになる。
なお、この場合もその他の構成は第１実施例と同じで、切断用のレーザー出射装置６０ａ・６０ｂ及び第３の２分割用レーザー出射装置６５は、分岐シングルモード・レーザービームでもよいが、切断時の活物質に対する熱影響を考慮した場合、グリーンレーザ（第２〜４高調波レーザ）、ピコレーザやフェムト秒レーザが好ましい。

１：原反、１ａ：電極部分、１ｂ・１ｂ’：耳部、３：電極シート、４：金属箔、４ａ：一方の側端縁、５：タブ、１０：原反供給部、１１：送り側サーボモータ、１２：原反送出軸、１３ａ〜１３ｎ：送りローラ、１３ｄ：原反側ダンサーローラ、１３ｊ・１３ｋ：原反送出用ローラ、１３ｏ：支持プレート、１３ｓ：原反送出用サーボモータ、１４：セパレート部、１４ａ・１４ｂ：セパレートローラ、１５ａ・１５ｂ：ローラ、２３ａ〜２３ｎ：引取側ローラ、２３ｄ：引取側ダンサーローラ、３０：引取部、３０ａ・３０ｂ・３０ｚ：引取ローラ、３０ｃ〜３０ｎ：ガイドローラ、３０ｓ：引取用サーボモータ、３１：固定ドラム、３２：回転筒体、３２ａ：レーザー走行溝、３３：通気孔、３４：タイミングプーリ、３５：タイミングベルト、３６：回収用サーボモータ、３７：減圧凹所、３７ａ：減圧用Ｏリング、３８：加圧凹所、３８ａ：加圧用Ｏリング、４０：トルクリミッタ、４１：円板、４５：ケーシング、４６・４７：永久磁石、５０・５０ａ・５０ｂ：第１の（タブ形成用）レーザー出射装置、５０’：耳部切り離し用レーザー出射装置、６０・６０ａ・６０ｂ：第２の（切断用）レーザー出射装置、６５：第３の（中央２分割用）レーザー出射装置、７０：耳部切離部（耳部切離用ローラ）、８０：耳部回収部、８１：耳部回収用サーボモータ、８２：リール軸、８３・８３’： リール、９０：電極シート回収部、１００：タブ付き電極シート製造装置、Ｌ１・Ｌ１ａ・Ｌ１ａ’・Ｌ１ｂ・Ｌ２・Ｌ２ａ・Ｌ２ｂ・Ｌ３：レーザービーム、Ｎ：レーザービームの移動ライン、Ｐ・Ｐ１：移動開始点、Ｐ２〜Ｐ５：方向変更点、Ｐｃ：（中央部の）照射点、Ｐｍ・Ｐｍ’：（耳部の）照射点、Ｓｄ：切断ライン、Ｓｙ：溶断線、Ｔ：張力。

Claims (6)

1. 長尺の金属箔の少なくとも一方の面に活物質層を塗布して電極部分とし、該金属箔の少なくとも一方の側辺部分を活物質層が非塗布部分とした耳部からなる原反からレーザービームで電極シートを切り出す電極シートの製造方法であって、
   前記原反を連続的に移動させ、原反の移動途中に設けた耳部切り離し領域で第１のレーザービームにより電極部分から耳部を切り離すと共に耳部の切り離し位置で、切り離された耳部を電極部分の走行方向に対して離間する方向に引き取り、且つ、この耳部切り離し工程で前記レーザービームを移動させて電極部分から連続したタブを耳部から切り抜き、然る後、耳部切り離し領域の下流に設けた切断領域で、電極部分の走行方向の張力を電極部分の切断部分に付与しつつ第２のレーザービームを電極部分の移動速度に同期させて電極部分の一端から他端まで移動させ、電極部分を所定間隔で切断してタブ付きの電極シートを連続的に形成し、然る後、前記タブ付きの電極シートと切り離された耳部とを回収することを特徴とする電極シートの製造方法。
2. 請求項１の電極シートの製造方法において、
   原反は両側に耳部を有し、
   前記両耳部は、切り離し工程で左右に設けられた第１のレーザービームにて切り離しと同時にタブが耳部からそれぞれ切り抜かれ、
   更に、前記切り離し領域或いはその前後において、電極部分の中央に第３のレーザービームを照射して原反を左右に分割し、分割された半分幅の一方の原反に対して分割された他方の半分幅の原反の走行方向を離間させ、然る後、切断領域の上流側で分割された左右の半分幅の原反の走行方向を同方向に戻し、切断領域に送り出すことを特徴とする電極シートの製造方法。
3. 請求項１または２に記載した電極シートの製造方法において、
   電極部分と耳部とを切り分ける第１のレーザービームを耳部に所定時間固定して照射し、
   続いて、第１のレーザービームを前記耳部の側端縁方向に耳部の移動速度に同期させて移動させ、その後、前記側端縁の手前で所定時間固定し、
   然る後、前記耳部の範囲内で第１のレーザービームを、耳部の移動速度に同期させて前記側端縁の手前の前記固定照射位置から活物質層が塗布された電極部分方向に戻し、その後、戻り位置で所定時間固定するという動作を繰り返して電極部分に連続したタブを耳部から切り抜き形成することを特徴とする電極シートの製造方法。
4. 長尺の金属箔の少なくとも一方の面に活物質層を塗布して電極部分とし、該金属箔の少なくとも一方の側辺部分を活物質層が非塗布部分とした耳部からなる原反からレーザービームを用いて電極シートを切り出す電極シートの製造装置であって、
   前記原反を連続的に繰り出す原反供給部と、
   繰り出された原反の上方に配置され、耳部に第１のレーザービームを照射して耳部を電極部分から切り離すと共にこの耳部の切り離し工程においてレーザービームを移動させて耳部から電極部分に連続したタブを切り抜く第１のレーザー出射装置と、
   切り離し工程の下流側に設置され、電極部分の送り速度より若干早く回転して、耳部が切り離された電極部分に張力を付与しながら該電極部分を引き取る引取部と、
   引取部の直前で、電極部分の送り速度に同期して電極部分の一端から他端まで第２のレーザービームを移動させ、電極部分を所定寸法で切断してタブ付きの電極シートを形成する第２のレーザー出射装置と、
   切り離し工程の下流にて、電極部分の引取部への送り路から上又は下に離間した位置に設けられ、電極部分から切り離された耳部の引き取り路となる耳部分離部と、
   耳部分離部の下流に設置され、耳部分離部を通過した耳部を回収する耳部回収部と、
   引取部の下流側に設置され、前記切断されたタブ付きの電極シートを回収する電極シート回収部とで構成されていることを特徴とする電極シートの製造装置。
5. 請求項４の電極シートの製造装置に於いて、
   原反の両側に耳部が設けられており、
   耳部からタブをそれぞれ切り抜く第１のレーザー出射装置は、耳部に合わせて原反の左右にそれぞれ設置されており、
   前記左右の第１のレーザー出射装置の間に原反を左右に２分割する第３のレーザービームを出射する第３のレーザー出射装置が更に設けられ、
   第３のレーザービームの電極部分への照射点の下流側に切断された一方の半分幅の電極部分を上から押し下げ、他方の半分幅の電極部分を下から持ち上げて両者を照射点から上下にセパレートさせるセパレート部と、前記セパレート部の下流側に配置され、引取部に並べて送り込まれる半分幅の両電極部分を上下から挟むローラが更に設けられていることを特徴とする電極シートの製造装置。
6. セパレート部は照射点に対して近接・離間するように設けられていることを特徴とする請求項５に記載の電極シートの製造装置。

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