WO2023190563A1 - レーザ切断方法およびレーザ切断装置 - Google Patents

レーザ切断方法およびレーザ切断装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2023190563A1
WO2023190563A1 PCT/JP2023/012611 JP2023012611W WO2023190563A1 WO 2023190563 A1 WO2023190563 A1 WO 2023190563A1 JP 2023012611 W JP2023012611 W JP 2023012611W WO 2023190563 A1 WO2023190563 A1 WO 2023190563A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
scanning
laser cutting
spots
laser
cutting method
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/012611
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
啓伍 松永
祐介 野上
崇 茅原
Original Assignee
古河電気工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 古河電気工業株式会社 filed Critical 古河電気工業株式会社
Publication of WO2023190563A1 publication Critical patent/WO2023190563A1/ja

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/067—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a laser cutting method and a laser cutting device.
  • Laser cutting using laser light irradiation is known as one method for cutting workpieces made of metal materials.
  • Laser cutting is a method of irradiating a part of a workpiece to be cut with a laser beam, melting the part with the energy of the laser light, and cutting the workpiece (for example, see Non-Patent Document 1).
  • the object to be processed is metal foil, cutting with a single laser beam irradiation may cause irregularities on the edge, or locally melt the edge and leave lumps, making it difficult to form a high-quality edge. There were times when it was difficult to
  • one of the objects of the present invention is to provide an improved and novel laser cutting method that makes it possible to form higher quality edges even when the object to be processed is a metal foil.
  • the present invention provides a method and a laser cutting device.
  • the laser cutting method of the present invention is, for example, a laser cutting method in which the metal foil is laser cut by irradiating a laser beam onto the surface of the metal foil and scanning the metal foil relatively to the surface.
  • the laser light includes a plurality of beams, and the plurality of beams are arranged on the surface to form a spot group including a plurality of spots spaced apart in a relative scanning direction.
  • the power of the beam that forms each of the plurality of spots included in the spot group on the surface may vary depending on the beam alone scanning at a predetermined speed in the scanning direction.
  • the power of the plurality of beams that form the plurality of spots included in the spot group on the surface is set to a size that cannot cut the foil, and the power of the plurality of beams is set to a size that cannot cut the foil, and the power of the plurality of beams that forms the plurality of spots included in the spot group on the surface is set to the predetermined power in the scanning direction of the plurality of beams.
  • the size may be set such that the metal foil can be cut by scanning at a high speed.
  • the scanning path of the beam on the surface includes a plurality of sections each scanning in a different scanning direction, and the plurality of beams, as the spot group, target each of the plurality of sections. They may be arranged to form a plurality of spot groups each including a plurality of spots separated in the scanning direction.
  • the scanning path may include two sections scanning in scanning directions perpendicular to each other.
  • the scanning path may include three or more sections scanning in mutually intersecting scanning directions.
  • the plurality of spot groups may be arranged such that the geometric centers of the spots formed on the surface substantially coincide with each other.
  • the distance from the geometric center of the plurality of spots formed on the surface to the center of each of the spots may be 30 [ ⁇ m] or more and 75 [ ⁇ m] or less.
  • the plurality of spots include a first spot and a plurality of second spots provided around the first spot, and the number of the first spots relative to the total power of the plurality of spots is
  • the power ratio of the spots may be 50% or more and 80% or less.
  • the plurality of beams may be formed by a beam shaper.
  • the beam shaper may be a diffractive optical grating.
  • the metal foil may include a base metal and a coating layer that covers at least one of the front and back surfaces of the base metal.
  • the metal foil may include the base metal and two coating layers covering each of the front and back surfaces of the base metal.
  • the scanning path of the beam on the surface includes a section passing through a first portion where both the front and back surfaces of the base metal are not covered with the coating layer, and a section passing through a first portion where both the front and back surfaces of the base metal are not covered with the coating layer.
  • the first part and the second part may be continuously cut, including a section passing through a second part, at least one of which is covered with the coating layer.
  • the laser beam irradiation conditions may be the same in a section of the scanning path passing through the first portion and a section passing through the second portion.
  • the base metal may be any one of an aluminum-based metal material, a copper-based metal material, and a nickel-based metal material.
  • the coating layer includes lithiated transition metal oxides NCA ( LiNiCoAl02 ), NCM ( LiNiCoMn02 ), carbon black, a polymer binder, LiMn204 , LiFeP04 , LiNi02, LiMn02 , LiCo0 . 2 and lithium sulfur (Li 2 S).
  • NCA LiNiCoAl02
  • NCM LiNiCoMn02
  • carbon black a polymer binder
  • LiMn204 LiFeP04
  • LiNi02, LiMn02 LiCo0 . 2
  • lithium sulfur Li 2 S
  • the laser cutting device of the present invention includes, for example, a laser oscillator and an optical head that emits a laser beam output from the laser oscillator, and while irradiating the laser beam onto the surface of the metal foil, the surface of the metal foil is A laser cutting device that laser cuts the metal foil by scanning the metal foil on the surface relative to the surface, the laser beam including a plurality of beams, and the plurality of beams cutting the metal foil on the surface. , are arranged to form a spot group including a plurality of spots spaced apart in a relative scanning direction.
  • the laser cutting device may include a beam shaper that forms the plurality of beams.
  • the beam shaper may be a diffractive optical grating.
  • FIG. 1 is an exemplary schematic configuration diagram of a laser cutting device according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing the concept of the principle of the diffractive optical element included in the laser cutting device of the embodiment.
  • FIG. 3 is an exemplary and schematic cross-sectional view of a metal foil coated with an active material as an example of a target to be processed by the laser cutting device of the embodiment.
  • FIG. 4 is an exemplary and schematic plan view of a metal foil coated with an active material as an example of a target to be processed by the laser cutting device of the embodiment, and is a diagram showing an example of a scanning path.
  • FIG. 1 is an exemplary schematic configuration diagram of a laser cutting device according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing the concept of the principle of the diffractive optical element included in the laser cutting device of the embodiment.
  • FIG. 3 is an exemplary and schematic cross-sectional view of a metal foil coated with an active material as an example of a target to be processed by
  • FIG. 5 is a schematic plan view showing an example of a pattern of spots formed on the surface of a workpiece by laser light emitted from the laser cutting device of the embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of a change over time in the output of a laser device included in the laser cutting device of the embodiment.
  • FIG. 7 is an exemplary and schematic plan view of a metal foil coated with an active material as an example of a target to be processed by the laser cutting device of the embodiment, and is a diagram showing another example of a scanning path.
  • FIG. 8 is a schematic plan view showing an example of a pattern of spots formed on the surface of a workpiece by laser light emitted from the laser cutting device of the embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic plan view showing an example of a pattern of spots formed on the surface of a workpiece by laser light irradiated from the laser cutting device of the embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic plan view showing an example of a pattern of spots formed on the surface of a workpiece by laser light emitted from the laser cutting device of the embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic plan view showing an example of a pattern of spots formed on the surface of a workpiece by laser light emitted from the laser cutting device of the embodiment.
  • FIG. 12 is a schematic plan view showing an example of a pattern of spots formed on the surface of a workpiece by laser light irradiated from the laser cutting device of the embodiment.
  • FIG. 13 is an exemplary schematic configuration diagram of a laser cutting device according to the second embodiment.
  • Exemplary embodiments of the present invention are disclosed below.
  • the configuration of the embodiment shown below, and the actions and results (effects) brought about by the configuration are examples.
  • the present invention can be realized by configurations other than those disclosed in the following embodiments. Further, according to the present invention, it is possible to obtain at least one of various effects (including derivative effects) obtained by the configuration.
  • the X direction is represented by an arrow X
  • the Y direction is represented by an arrow Y
  • the Z direction is represented by an arrow Z.
  • the X direction, Y direction, and Z direction intersect with each other and are orthogonal to each other.
  • the X direction and the Y direction are directions along the surface Wa (processed surface) of the workpiece W
  • the Z direction is the normal direction of the surface Wa.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a laser cutting device 100A (100) according to the first embodiment.
  • the laser cutting device 100 includes a laser device 110, an optical head 120, an optical fiber 130, and a moving mechanism 140.
  • the laser device 110 is equipped with a laser oscillator as a light source, and is configured to be able to output laser light with a power of several kW, for example.
  • the wavelength of the laser light output by the laser device 110 is, for example, 800 [nm] or more and 1200 [nm] or less, but is not limited thereto. Further, the laser device 110 can intermittently output continuous wave laser at a frequency of 10 [MHz] or less, for example.
  • the optical fiber 130 optically connects the laser device 110 and the optical head 120 and guides the laser beam output from the laser device 110 to the optical head 120.
  • the optical fiber 130 is configured to transmit the single mode laser beam.
  • the M2 beam quality of the single mode laser beam is set to 1.2 or less.
  • the optical fiber 130 is configured to transmit the multimode laser light.
  • the optical head 120 is an optical device for irradiating the surface Wa of the workpiece W with the laser light input from the laser device 110.
  • the optical head 120 includes a collimating lens 121, a condensing lens 122, and a DOE 123 (diffractive optical element). Collimator lens 121 and condensing lens 122 may also be referred to as optical components.
  • the optical head 120 may include optical components other than the collimating lens 121 and the condensing lens 122.
  • the collimating lens 121 collimates the input laser light.
  • the collimated laser light becomes parallel light.
  • the condensing lens 122 condenses the laser beam as parallel light and irradiates it onto the workpiece W as the laser beam L (output light).
  • the DOE 123 is arranged between the collimating lens 121 and the condensing lens 122.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing the concept of the principle of the DOE 123.
  • the DOE 123 has, for example, a structure in which a plurality of diffraction gratings 123a having different periods are superimposed.
  • the DOE 123 branches the laser beam into a plurality of beams by bending the parallel light in the direction affected by each diffraction grating 123a or superimposing the light, and determines the number and relative arrangement of the plurality of beams. , specs such as the shape of each beam can be determined.
  • the DOE 123 determines specifications such as the number of spots formed on the surface Wa, their relative arrangement, and the shape of each spot. Furthermore, by replacing the DOE 123 in the optical head 120, spots with various specifications can be formed on the surface Wa. Further, the optical head 120 may be configured to support the DOE 123 so as to be rotatable around the optical axis, and to be able to change the rotation angle. In this case, it becomes possible to rotate the spot pattern on the surface Wa.
  • the optical head 120 irradiates the surface Wa of the workpiece W with a laser beam L in a direction opposite to the Z direction.
  • the irradiation direction of the laser beam L from the optical head 120 is opposite to the Z direction.
  • the optical head 120 can condense the laser beam L so that the beam diameter is, for example, 10 [ ⁇ m] or more and 100 [ ⁇ m] or less.
  • the optical head 120 scans the laser beam L while irradiating the surface Wa of the workpiece W with the laser beam L, so that the optical head 120 is configured to be able to change the relative position with respect to the workpiece W.
  • the moving mechanism 140 can move the optical head 120 in a direction intersecting the Z direction, in other words, in a direction along the surface Wa.
  • the workpiece W may be transported in a direction intersecting the Z direction by a transport mechanism (not shown).
  • the relative movement between the optical head 120 and the workpiece W that is, the scanning of the laser beam L on the surface Wa, is caused by the movement of the optical head 120, the movement of the workpiece W, or the movement of both the optical head 120 and the workpiece W. , realized.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the metal foil 10 as the workpiece W
  • FIG. 4 is a plan view of the metal foil 10, including the scanning path Pt1 of the laser beam spot.
  • the scanning path Pt1 is a movement path of the geometric center of one or more spots.
  • the processing object W of the laser cutting device 100 is the metal foil 10 applied to the electrode of a battery.
  • the thickness of the metal foil 10 is, for example, 500 ⁇ m or less, but is not limited thereto.
  • the metal foil 10 includes a base metal 11 and an active material layer 12.
  • the active material layer 12 is a coating layer formed on both sides of the base metal 11 in the thickness direction, that is, on both the front and back sides of the base metal 11.
  • the active material layer 12 may also be referred to as a coating film, a coating material, a surface layer, or a surface material.
  • the metal foil 10 constitutes an electrode of a battery such as a lithium ion battery, for example.
  • the base metal 11 is made of, for example, one of an aluminum-based metal material, a copper-based metal material, and a nickel-based metal material.
  • the active material layer 12 is made of, for example, lithiated transition metal oxide NCA (LiNiCoAl0 2 ), NCM (LiNiCoMn0 2 ), carbon black, polymer binder, LiMn 2 0 4 , LiFeP0 4 , LiNi0 2 , LiMn0 2 , LiCo0 2 , and lithium sulfur (Li 2 S).
  • the base metal 11 may be covered with an insulating layer as a covering layer different from the active material layer 12. In this case, the insulating layer may cover the base metal 11 at a position apart from the active material layer 12. Further, a coating layer such as the active material layer 12 may cover only one of the front surface and the back surface of the base metal 11.
  • Base metal 11 is also referred to as a metal layer.
  • the base metal 11 is covered with the active material layer 12, that is, the covering portion Pc covered with the coating layer, and the active material
  • An exposed portion Pe where the base metal 11 is exposed without being covered with the layer 12 is formed.
  • the laser cutting device 100 can continuously cut both the covered portion Pc and the exposed portion Pe by scanning the laser beam L on the surface Wa of the metal foil 10 along a predetermined scanning path Pt1.
  • a portion where the active material layer 12 is not formed is formed on both the surface where the active material layer 12 is the end face in the Z direction of the base metal 11 and the back surface facing in the opposite direction to the Z direction on the opposite side of the surface.
  • a portion where the active material layer 12 is formed on at least one of the front and back surfaces of the base metal 11 is referred to as a second portion.
  • the exposed portion Pe is an example of a first portion
  • the covered portion Pc is an example of a second portion.
  • the scanning path Pt1 has an overall rectangular wave shape and repeatedly includes a plurality of sections P1 to P4.
  • the section P1 is a section in which the surface Wa is scanned in the scanning direction D1 over a predetermined length from the end point of the section P4.
  • the section P2 is a section scanned in the scanning direction D2 by a predetermined length from the end point of the section P1.
  • the section P3 is a section scanned in the scanning direction D3 by a predetermined length from the end point of the section P2.
  • the section P4 is a section scanned in the scanning direction D4 by a predetermined length from the end point of the section P3.
  • the scanning direction D2 intersects and is orthogonal to the scanning direction D1
  • the scanning direction D3 intersects and is orthogonal to the scanning direction D2
  • the scanning direction D4 intersects and is orthogonal to the scanning direction D3.
  • the scanning direction D1 intersects and is perpendicular to the scanning direction D4.
  • the scanning direction D1 and the scanning direction D3 are parallel to each other, and the scanning direction D2 and the scanning direction D4 are antiparallel to each other.
  • the scanning path Pt1 includes two sections (P1, P2, etc.) scanned in mutually orthogonal scanning directions (D1, D2, etc.), and also includes two sections (P1, P2, etc.) scanned in mutually orthogonal scanning directions D1 (D3), A plurality of scanning sections P1 (P3), P2, and P4 are included in D2 and D4.
  • the scanning directions D1 and D3 are examples of the longitudinal direction of the edge 10a that extends long along the scanning path Pt1
  • the scanning directions D2 and D4 are examples of the lateral direction (width direction) of the edge 10a. be.
  • the scanning directions D1 to D4 are relative scanning directions with respect to the surface Wa. Therefore, when the workpiece W is moving with respect to the laser cutting device 100 at a velocity vector Vw, the velocity vector Vl of the laser beam L with respect to the laser cutting device 100 in each section P1 to P4 is It is the sum of the velocity vector Vr and the velocity vector Vw in the scanning directions D1 to D4 of the laser beam L relative to Wa.
  • the velocity vector Vl of the laser beam L with respect to the laser cutting device 100 in each section P1 to P4 is It is the same as the velocity vector Vr of the laser beam L in the scanning directions D1 to D4 relative to the surface Wa in the sections P1 to P4.
  • the laser beam L is irradiated with the scanning along the scanning path Pt1 shown in FIG. It is set in a support device (not shown) that supports the workpiece W in a stationary state, or a conveyance device (not shown) that supports the workpiece W in a movable (transportable) manner.
  • FIG. 5 is a plan view showing an example of a pattern of a plurality of spots S applied when cutting the workpiece W by scanning the laser beam L along the scanning path Pt1 in FIG.
  • FIG. 5 shows the shape and arrangement at the moment when a plurality of beams B of laser light L are irradiated onto the surface Wa and a plurality of spots S are formed.
  • the laser light L includes four beams B, and each beam B forms four spots S (S1 to S4).
  • These four spots S include two spots S1 and S2 spaced apart from each other in the scanning directions D1 and D3, and two spots S3 and S4 spaced apart from each other in the scanning directions D2 and D4.
  • the spots S1 and S2 are referred to as a spot group G1
  • the spots S3 and S4 are referred to as a spot group G2.
  • each position in the section P1 two spots S (S1, S2 ) will be irradiated at time intervals. Specifically, each position is first irradiated with the spot S1, and then with the spot S2.
  • each position in the section P2 two spots S (S3, S4 ) will be irradiated at time intervals. Specifically, each position is first irradiated with the spot S3, and then with the spot S4.
  • each position in the section P3 two spots S (S1, S2 ) will be irradiated at time intervals. Specifically, each position is first irradiated with the spot S1, and then with the spot S2.
  • each position in the section P4 two spots S (S3 , S4) are irradiated at time intervals. Specifically, each position is first irradiated with the spot S4, and then with the spot S3.
  • the scanning path Pt1 includes a plurality of sections P1 (P3), P2, and P4 that scan in different scanning directions D1 (D3), D2, and D4, respectively.
  • the plurality of beams B of the laser beam L are applied to the surface Wa in the scanning directions D1 (D3), D2, and D4 of the plurality of sections P1 (P3), P2, and P4, respectively.
  • a plurality of spot groups G1 and G2 each including a plurality of (two) spots S separated from each other are formed. If such a laser beam L is irradiated while scanning along the relative scanning path Pt1 shown in FIG. 4, two spots S will pass through each position on the scanning path Pt1 with a time interval. In other words, each position on the scanning path Pt1 is irradiated with the beam B twice at a time interval.
  • the power of the beam B that forms each of the plurality of spots S included in each spot group G1 and G2 on the surface Wa can be determined by scanning the beam B alone at a predetermined speed in the scanning direction.
  • the size is set so that W cannot be cut. That is, in the example of FIG. 5, the power of the beam B forming each of the spots S1 and S2 included in the spot group G1 is determined by scanning the beam B independently in the scanning directions D1 and D3 at a predetermined speed V1. is set to a size that makes it impossible to cut the workpiece W.
  • the power of the beam B forming each of the spots S3 and S4 included in the spot group G2 may be such that the power of the beam B cutting the workpiece W depends on the beam B being scanned alone at a predetermined speed V2 in the scanning directions D2 and D4. be set to a size that cannot be set.
  • the predetermined speeds V1 and V2 are relative scanning speeds of the laser light L (beam B, spot S) with respect to the surface Wa in each section P1 to P4.
  • the power of the plurality of beams B forming the plurality of spots S included in each spot group G1 and G2 on the surface Wa is controlled by scanning the processing object W at a predetermined speed in the scanning direction of the plurality of beams B.
  • the power of the plurality of beams B forming the plurality of spots S3 and S4 included in the spot group G2 cuts the workpiece W by scanning the plurality of beams B at a predetermined speed V2 in the scanning directions D3 and D4. be set to a size that can be
  • the power of the beam B per irradiation that is, the power of the beam B per irradiation
  • the amount of energy supplied to each position per unit time can be set smaller.
  • a quality edge 10a can be formed.
  • the processing target W is the metal foil 10 constituting a part of the electrode of a battery, deterioration or disappearance of the active material layer 12 due to the energy supplied from the laser beam L is suppressed.
  • the position of the center of gravity C (geometric center) of spots S1 and S2 included in spot group G1 and the position of the center of gravity C of spots S3 and S4 included in spot group G2 are approximately Match.
  • the width d1 to d4 of the entire spot while being scanned in the scanning directions D1 to D4 is defined as the distance between the centers of the spots S located at both ends in the direction perpendicular to the scanning directions D1 to D4. do. That is, the widths d1 and d3 of the entire spot while being scanned in the scanning directions D1 and D3 are located at both ends in the direction orthogonal to the scanning directions D1 and D3 (scanning directions D2 and D4 in the example of FIG. 5). This is the distance between the centers of spots S3 and S4.
  • the widths d2 and d4 of the entire spot while being scanned in the scanning directions D2 and D4 are located at both ends in a direction perpendicular to the scanning directions D2 and D4 (scanning directions D1 and D3 in the example of FIG. 5). This is the distance between the centers of spots S1 and S2. Further, the diameter of each spot S (S1 to S4) is defined as the length of the region where the intensity is 1/e 2 or more of the peak intensity.
  • the irradiation energy E [J/mm] is set to It is the energy irradiated per unit length, and can be expressed by the following equation (1).
  • E Pp ⁇ Dr/(100 ⁇ v)...(1)
  • Pp peak output [W]
  • Dr duty ratio [%]
  • v scanning speed [mm/s]. Note that a state in which the pulse frequency is 0 indicates a state in which laser light is irradiated continuously rather than intermittently.
  • the overlap rate R between the irradiation area of a pulse and the irradiation area of the next pulse can be expressed by the following equation (2).
  • R L2/L1...
  • L1 Length in the scanning direction of the irradiation area
  • L2 Length in the scanning direction of the overlapping area between the pulse and the next pulse when the pulse and the next pulse overlap in the scanning direction
  • the irradiation energy E is 0.05 [J/mm] or more and 0.4 [J/mm] or less
  • the overlap rate R is -100 [%] or more and 50 [%] or less. It has been found that it is preferable to
  • each spot S is more preferably 14 [ ⁇ m] or more and 30 [ ⁇ m] or less.
  • the widths d1 to d4 of the spot S are preferably 60 [ ⁇ m] or more and 150 [ ⁇ m] or less.
  • the distance between the center of gravity C of the plurality of spots S and the centers of the surrounding spots S is preferably 30 [ ⁇ m] or more and 75 [ ⁇ m] or less. It has been found that when the distance is larger than 75 [ ⁇ m], the thermal influence on the surrounding area of the cutting point becomes large, the desired quality cannot be achieved, and it becomes difficult to cut the workpiece W.
  • the distance was 75 [ ⁇ m] or less, it was possible to suppress the thermal influence on the surrounding area, and it was possible to cut efficiently. This is presumed to be because, by setting the distance to 75 [ ⁇ m] or less, the heat applied to the workpiece W at a plurality of distant spots S is suitably superimposed near the center of gravity C. Moreover, when the distance is smaller than 30 [ ⁇ m], the effect of setting a plurality of spots separated in the scanning direction cannot be obtained.
  • the inventors have discovered that by intermittently (intermittently) irradiating the surface Wa with the laser beam L at a predetermined frequency, a higher processing speed can be achieved in a shorter processing time.
  • the frequency of the pulse of the laser beam L is preferably 10 [MHz] or less.
  • FIG. 6 is a graph showing a typical temporal change in the pulse of laser light output by the laser device 110.
  • the horizontal axis is time
  • the vertical axis is the output of laser light from the laser device 110.
  • Pp is peak power (high power).
  • FIG. 7 is a plan view of the metal foil 10, including a scanning path Pt2 of the laser beam spot.
  • a section P5 scanned in the scanning direction D5 between the section P1 and the section P2
  • a section P5 scanned in the scanning direction D5 is interposed between the section P4 and the section P1.
  • the scanning direction D5 is a direction between the scanning direction D1 (D3) and the scanning direction D2
  • the scanning direction D6 is a direction between the scanning direction D1 (D3) and the scanning direction D4.
  • the scanning path Pt2 is the same as the scanning path Pt1, except that these sections P5 and P6 are present and the length of the section P1 is different.
  • the scanning path Pt2 includes four sections (P1 (P3), P5, P2, P6, etc.) scanned in mutually intersecting scanning directions (D1 (D3), D5, D2, D6, etc.).
  • the absolute value (minimum value) of the angular difference between the scanning direction D1 and the scanning directions D5 and D6 is, for example, 45°, but is not limited to this.
  • the mutually intersecting scanning directions do not include mutually parallel scanning directions or mutually antiparallel (opposite) scanning directions.
  • the scanning path may include three, five or more sections scanning in mutually intersecting scanning directions.
  • FIG. 8 is a plan view showing an example of a pattern of a plurality of spots S used when cutting the workpiece W by scanning the laser beam L along the scanning path Pt2 in FIG. 7.
  • FIG. 8 also shows the shape and arrangement at the moment when the plurality of beams B of the laser light L are irradiated onto the surface Wa and the plurality of spots S are formed.
  • the arrangement of the spots S in FIG. 8 is the same as the arrangement of the spots S in FIG. That is, the plurality of spots S include spot groups G1 and G2 (not shown in FIG. 8) shown in FIG. Furthermore, as shown in FIG. 8, the plurality of spots S includes a spot group G5 including two spots S separated in the scanning direction D5 of the section P5, and a spot group G5 including two spots S separated in the scanning direction D6 of the section P6. A spot group G6 including the spot group G6 is included.
  • Spot S3 and spot S2, and spot S1 and spot S4 each constitute a spot group G5.
  • the laser beam L including the beam B forming these spots S is scanned in the scanning direction D5 on the surface Wa in the section P5, two spots S separated from each other in the scanning direction D5 are formed at each position in the section P5. (S3 and S2, S1 and S4) are irradiated at time intervals.
  • spot S1 and spot S3, and spot S4 and spot S2 each constitute a spot group G6.
  • the laser beam L including the beam B forming these spots S is scanned in the scanning direction D6 on the surface Wa in the section P6, two spots S separated from each other in the scanning direction D6 are formed at each position in the section P6. (S1 and S3, S4 and S2) are irradiated at time intervals.
  • the four beams B of the laser light L form four spots S separated from each other on the surface Wa, so the number of beams B (spots S) is Compared to a case where the number of spots S is small, it is possible to form a larger number of spot groups G1 to G6 as a combination of two spots S separated in different directions, which has the advantage of being easier to apply to more scanning directions D1 to D6. It will be done.
  • FIG. 8 FIG. 5
  • the present invention can be applied to a scanning path having a section in the scanning direction in which the absolute value (minimum value) of the angular difference is 90 degrees. That is, the pattern shown in FIG. 8 (FIG. 5) can be easily applied to the typical shape of the edge 10a.
  • FIG. 9 is a plane showing an example different from FIG. 5 (FIG. 8) of a pattern of a plurality of spots S applied when cutting the workpiece W by scanning the laser beam L on the scanning path Pt1 of FIG. It is a diagram. FIG. 9 also shows the shape and arrangement at the moment when the plurality of beams B of the laser light L are irradiated onto the surface Wa and the plurality of spots S are formed.
  • a spot S5 located at the center of the plurality of spots S is added to the pattern of FIG.
  • the number of spots S increases from 2 to 3 in both spot groups G1 and G2.
  • the power of each beam B cannot cut the processing object W by scanning the beam B alone, and the processing object W cannot be cut by the plurality of beams B forming each spot group G1, G2. is set so that it can be disconnected. Therefore, in the pattern of FIG. 9, energy can be divided into more spots S (beam B) and supplied to each position on the surface Wa, so that the power of beam B per irradiation to each position can be reduced.
  • the amount of energy supplied per unit time to each position by one irradiation can be set even smaller. Therefore, according to the pattern of FIG. 9, for example, it is possible to further suppress an excessive temperature rise at each position, thereby preventing inconvenient events such as unevenness or localized lumps in the metal foil 10. This makes it possible to further suppress the occurrence of such problems and form an edge 10a of even higher quality.
  • the position of the center of gravity C of the spot S included in the spot group G1 and the position of the center of gravity C of the spot S included in the spot group G2 substantially match. Therefore, in the example of FIG. 9 as well, it is possible to suppress the amount of movement of the cutting position when the scanning direction is switched. In the example of FIG. 9, a spot S5 overlapping the center of gravity C is formed.
  • FIG. 10 is a plan view showing an example of a pattern of a plurality of spots S, different from those shown in FIGS. 5, 8, and 9.
  • FIG. 10 also shows the shape and arrangement at the moment when the plurality of beams B of the laser light L are irradiated onto the surface Wa and the plurality of spots S are formed.
  • the scanning path has more sections scanned in the scanning directions D1 to D4 and D7 to D11. It can be applied to Therefore, the pattern of FIG. 10 can be applied to a more complex or denser edge 10a shape. Moreover, since each of the plurality of spot groups includes three spots S, the same effect as the pattern of FIG. 9 can be obtained.
  • the absolute value (minimum value) of the angular difference between the scanning direction D1 and the scanning directions D8 to D11 is, for example, 60°, but is not limited to this.
  • FIG. 11 is a plan view showing an example of a pattern of a plurality of spots S, different from those shown in FIGS. 5 and 8 to 10.
  • FIG. 11 also shows the shape and arrangement at the moment when the plurality of beams B of the laser light L are irradiated onto the surface Wa and the plurality of spots S are formed.
  • a spot S1 (S) located approximately at the center and a plurality of spots S2 arranged in a circumferential (annular) manner surrounding the spot S1 are arranged on the surface Wa. ing.
  • the plurality of spots S has a larger number of spots S than those shown in FIGS. It can be applied to a scanning path having sections. That is, the pattern of FIG. 11 can be applied to a more complicated or more dense shape of the edge 10a.
  • each of the plurality of spot groups includes three spots S, the same effects as the patterns in FIGS. 9 and 10 can be obtained.
  • the center of the spot S located at the center does not necessarily have to coincide with the center of gravity C of a plurality of spots S.
  • the spot S located at the center It suffices if the spot S is located in a position surrounded or sandwiched between a plurality of surrounding spots S, such as being located within a polygon with the center of the corner as a corner.
  • FIG. 12 is a plan view showing an example of a pattern of a plurality of spots S, different from those shown in FIGS. 5 and 8 to 11.
  • FIG. 12 also shows the shape and arrangement at the moment when the plurality of beams B of the laser light L are irradiated onto the surface Wa and the plurality of spots S are formed.
  • Figure 12 is the simplest pattern.
  • each position scanned in the scanning directions D1 and D7 is irradiated with the beam B twice at a time interval. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of inconvenient phenomena such as unevenness or local lumps on the metal foil 10, and to form a higher quality edge 10a.
  • the number of spots S arranged in a linear manner may be three or more.
  • the plurality of beams of the laser light L form spot groups G1 to G6 including the plurality of spots S separated in the relative scanning direction on the surface Wa. It is arranged like this. As a result, a first portion where the active material layer 12 is not formed on both the front and back surfaces of the base metal 11, and a second portion where the active material layer 12 is formed on at least one of the front and back surfaces of the base metal 11. In both cases, it was possible to efficiently form a high-quality edge 10a. Therefore, as shown in FIGS.
  • FIG. 13 is a schematic configuration diagram of a laser cutting device 100B (100) according to the second embodiment.
  • the optical head 120 includes a galvano scanner 126 between a collimating lens 121 and a condensing lens 122.
  • the galvano scanner 126 includes two mirrors 126a and an actuator 126b that changes the attitude of the mirrors 126a. By changing the posture of these two mirrors 126a by the actuator 126b, the irradiation direction and irradiation position of the laser beam L change.
  • the laser cutting device 100B can move, ie, scan, the irradiation position of the beam B of the laser light L, that is, the position of the spot S, on the surface Wa, without moving the optical head 120.
  • This embodiment also provides the same functions and effects as those of the first embodiment.
  • the galvano scanner 126 may be provided in the optical head 120 of the laser cutting device 100A of the first embodiment. That is, the scanning of the beam B (spot S) of the laser beam L on the surface Wa is caused by at least one of the movement of the optical head 120 and the movement of the workpiece W, and the emission angle of the laser beam L with respect to the optical head 120. It may also be realized by a combination of changes.
  • the number of spots spot group
  • scanning path can also be changed in various ways.
  • the present invention can be used in a laser cutting method and a laser cutting device.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

レーザ切断方法は、例えば、レーザ光を金属箔の表面上に照射しながら当該表面上で当該表面に対して相対的に走査することにより当該金属箔をレーザ切断する、レーザ切断方法であって、レーザ光は、複数のビームを含み、複数のビームは、表面上で、相対的な走査方向に離れた複数のスポットを含むスポット群を形成するよう配置される。表面上のビームの走査経路には、それぞれ異なる走査方向に走査する複数の区間が含まれ、複数のビームは、スポット群として、複数の区間のそれぞれの走査方向に離れた複数のスポットをそれぞれ含む複数のスポット群を形成するよう、配置されてもよい。

Description

レーザ切断方法およびレーザ切断装置
　本発明は、レーザ切断方法およびレーザ切断装置に関する。
　金属材料で作られた加工対象を切断する手法の一つとして、レーザ光の照射によるレーザ切断が知られている。レーザ切断とは、レーザ光を加工対象の切断する部分に照射し、レーザ光のエネルギで当該部分を溶融させ、加工対象を切断する方法である（例えば、非特許文献１参照）。
Patwa,　Rahul,　et　al.　"High　speed　laser　cutting　of　electrodes　for　advanced　batteries."　International　Congress　on　Applications　of　Lasers　&　Electro　Optics.　2010.
　加工対象が金属箔である場合、レーザ光の一度の照射による切断では、端縁に凹凸が生じたり、端縁が局所的に溶けて塊が残ったりして、高品質な端縁を形成するのが難しい場合があった。
　また、金属箔が電池の電極に適用されるような場合にあっては、より一層高品質なレーザ切断が求められる。
　そこで、本発明の課題の一つは、例えば、加工対象が金属箔である場合にあっても、より高品質な端縁を形成することが可能となるような、改善された新規なレーザ切断方法およびレーザ切断装置を得ること、である。
　本発明のレーザ切断方法は、例えば、レーザ光を金属箔の表面上に照射しながら当該表面上で当該表面に対して相対的に走査することにより当該金属箔をレーザ切断する、レーザ切断方法であって、前記レーザ光は、複数のビームを含み、前記複数のビームは、前記表面上で、相対的な走査方向に離れた複数のスポットを含むスポット群を形成するよう配置される。
　前記レーザ切断方法では、前記表面上で前記スポット群に含まれる前記複数のスポットのそれぞれを形成する前記ビームのパワーは、当該ビーム単独での前記走査方向への所定速度での走査によっては前記金属箔を切断することができない大きさに設定され、前記表面上で前記スポット群に含まれる前記複数のスポットを形成する前記複数のビームのパワーは、当該複数のビームの前記走査方向への前記所定速度での走査によって前記金属箔を切断することができる大きさに設定されてもよい。
　前記レーザ切断方法では、前記表面上の前記ビームの走査経路には、それぞれ異なる走査方向に走査する複数の区間が含まれ、前記複数のビームは、前記スポット群として、前記複数の区間のそれぞれの走査方向に離れた複数のスポットをそれぞれ含む複数のスポット群を形成するよう、配置されてもよい。
　前記レーザ切断方法では、前記走査経路には、互いに直交した走査方向に走査する二つの区間が含まれてもよい。
　前記レーザ切断方法では、前記走査経路には、互いに交差した走査方向に走査する三つ以上の区間が含まれてもよい。
　前記レーザ切断方法では、前記複数のスポット群は、前記表面上に形成するスポットの幾何中心が略一致するよう配置されてもよい。
　前記レーザ切断方法では、前記表面上に形成する複数のスポットの幾何中心から前記スポットのそれぞれの中心までの距離が、３０［μｍ］以上かつ７５［μｍ］以下であってもよい。
　前記レーザ切断方法では、前記複数のスポットは、第一スポットと、当該第一スポットの周囲に設けられた複数の第二スポットと、を有し、前記複数のスポットのパワーの合計に対する前記第一スポットのパワーの比が、５０［％］以上かつ８０［％］以下であってもよい。
　前記レーザ切断方法では、前記複数のビームは、ビームシェイパによって形成されてもよい。
　前記レーザ切断方法では、前記ビームシェイパは、回折光学格子であってもよい。
　前記レーザ切断方法では、前記金属箔は、ベース金属と、当該ベース金属の表面および裏面のうち少なくとも一方を覆う被覆層と、を有してもよい。
　前記レーザ切断方法では、前記金属箔は、前記ベース金属と、当該ベース金属の表面および裏面のそれぞれを覆う二つの被覆層と、を有してもよい。
　前記レーザ切断方法では、前記表面上の前記ビームの走査経路は、前記ベース金属の表面および裏面の双方が前記被覆層で覆われていない第一部位を通る区間と、前記ベース金属の表面および裏面のうち少なくとも一方が前記被覆層で覆われた第二部位を通る区間と、を含み、前記第一部位および前記第二部位を連続的に切断してもよい。
　前記レーザ切断方法では、前記走査経路の、前記第一部位を通る区間と前記第二部位を通る区間とで、前記レーザ光の照射条件が同じであってもよい。
　前記レーザ切断方法では、前記ベース金属は、アルミニウム系金属材料、銅系金属材料、およびニッケル系金属材料のうちいずれか一つであってもよい。
　前記レーザ切断方法では、前記被覆層は、リチウム化遷移金属酸化物ＮＣＡ（LiNiCoAl02）、ＮＣＭ（LiNiCoMn02）、カーボンブラック、ポリマーバインダー、LiMn204、LiFeP04、LiNi02、LiMn02、LiCo02、およびリチウム硫黄（Li2S）のうちいずれか一つであってもよい。
　また、本発明のレーザ切断装置は、例えば、レーザ発振器と、前記レーザ発振器から出力されたレーザ光を出射する光学ヘッドと、を備え、前記レーザ光を金属箔の表面上に照射しながら当該表面上で当該表面に対して相対的に走査することにより当該金属箔をレーザ切断する、レーザ切断装置であって、前記レーザ光は、複数のビームを含み、前記複数のビームは、前記表面上で、相対的な走査方向に離れた複数のスポットを含むスポット群を形成するよう配置される。
　前記レーザ切断装置は、前記複数のビームを形成するビームシェイパを備えてもよい。
　前記レーザ切断装置では、前記ビームシェイパは、回折光学格子であってもよい。
　本発明によれば、改善された新規なレーザ切断方法およびレーザ切断装置を得ることができる。
図１は、第１実施形態のレーザ切断装置の例示的な概略構成図である。 図２は、実施形態のレーザ切断装置に含まれる回折光学素子の原理の概念を示す説明図である。 図３は、実施形態のレーザ切断装置による加工対象の一例としての活物質が塗布された金属箔の例示的かつ模式的な断面図である。 図４は、実施形態のレーザ切断装置による加工対象の一例としての活物質が塗布された金属箔の例示的かつ模式的な平面図であって、走査経路の一例を示す図である。 図５は、実施形態のレーザ切断装置から照射されたレーザ光により加工対象の表面上に形成されたスポットのパターンの一例を示す模式的な平面図である。 図６は、実施形態のレーザ切断装置に含まれるレーザ装置の出力の経時変化の一例を示す模式図である。 図７は、実施形態のレーザ切断装置による加工対象の一例としての活物質が塗布された金属箔の例示的かつ模式的な平面図であって、走査経路の別の一例を示す図である。 図８は、実施形態のレーザ切断装置から照射されたレーザ光により加工対象の表面上に形成されたスポットのパターンの一例を示す模式的な平面図である。 図９は、実施形態のレーザ切断装置から照射されたレーザ光により加工対象の表面上に形成されたスポットのパターンの一例を示す模式的な平面図である。 図１０は、実施形態のレーザ切断装置から照射されたレーザ光により加工対象の表面上に形成されたスポットのパターンの一例を示す模式的な平面図である。 図１１は、実施形態のレーザ切断装置から照射されたレーザ光により加工対象の表面上に形成されたスポットのパターンの一例を示す模式的な平面図である。 図１２は、実施形態のレーザ切断装置から照射されたレーザ光により加工対象の表面上に形成されたスポットのパターンの一例を示す模式的な平面図である。 図１３は、第２実施形態のレーザ切断装置の例示的な概略構成図である。
　以下、本発明の例示的な実施形態が開示される。以下に示される実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果（効果）は、一例である。本発明は、以下の実施形態に開示される構成以外によっても実現可能である。また、本発明によれば、構成によって得られる種々の効果（派生的な効果も含む）のうち少なくとも一つを得ることが可能である。
　以下に示される実施形態は、同様の構成を備えている。よって、各実施形態の構成によれば、当該同様の構成に基づく同様の作用および効果が得られる。また、以下では、それら同様の構成には同様の符号が付与されるとともに、重複する説明が省略される場合がある。
　また、各図において、Ｘ方向を矢印Ｘで表し、Ｙ方向を矢印Ｙで表し、Ｚ方向を矢印Ｚで表している。Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向は、互いに交差するとともに直交している。Ｘ方向およびＹ方向は、加工対象Ｗの表面Ｗａ（加工面）に沿う方向であり、Ｚ方向は、当該表面Ｗａの法線方向である。
［第１実施形態］
［レーザ切断装置の構成］
　図１は、第１実施形態のレーザ切断装置１００Ａ（１００）の概略構成図である。レーザ切断装置１００は、レーザ装置１１０と、光学ヘッド１２０と、光ファイバ１３０と、移動機構１４０と、を備えている。
　レーザ装置１１０は、光源としてレーザ発振器を備えており、一例としては、数ｋＷのパワーのレーザ光を出力できるよう構成されている。レーザ装置１１０が出力するレーザ光の波長は、例えば、８００［ｎｍ］以上かつ１２００［ｎｍ］以下であるが、これには限定されない。また、レーザ装置１１０は、連続発振レーザを、例えば、１０［ＭＨｚ］以下の周波数で断続的に出力することができる。
　光ファイバ１３０は、レーザ装置１１０と光学ヘッド１２０とを光学的に接続し、レーザ装置１１０から出力されたレーザ光を光学ヘッド１２０に導く。レーザ装置１１０が、シングルモードレーザ光を出力する場合、光ファイバ１３０は、シングルモードレーザ光を伝送するよう構成される。この場合、シングルモードレーザ光のＭ２ビーム品質は、１．２以下に設定される。また、レーザ装置１１０がマルチモードレーザ光を出力する場合、光ファイバ１３０はマルチモードレーザ光を伝送するよう、構成される。
　光学ヘッド１２０は、レーザ装置１１０から入力されたレーザ光を加工対象Ｗの表面Ｗａへ照射するための光学装置である。光学ヘッド１２０は、コリメートレンズ１２１と、集光レンズ１２２と、ＤＯＥ１２３（diffractive　optical　element、回折光学素子）と、を有している。コリメートレンズ１２１および集光レンズ１２２は、光学部品とも称されうる。光学ヘッド１２０は、コリメートレンズ１２１および集光レンズ１２２以外の光学部品を有してもよい。
　コリメートレンズ１２１は、入力されたレーザ光をコリメートする。コリメートされたレーザ光は、平行光になる。集光レンズ１２２は、平行光としてのレーザ光を集光し、レーザ光Ｌ（出力光）として、加工対象Ｗに照射する。
　ＤＯＥ１２３は、コリメートレンズ１２１と集光レンズ１２２との間に配置されている。図２は、ＤＯＥ１２３の原理の概念を示す説明図である。図２に例示されるように、ＤＯＥ１２３は、例えば、周期の異なる複数の回折格子１２３ａが重ね合わせられた構成を備えている。ＤＯＥ１２３は、平行光を、各回折格子１２３ａの影響を受けた方向に曲げたり、重ね合わせたりすることにより、レーザ光を複数のビームに分岐し、当該複数のビームの数や、相対的な配置、各ビームの形状等のスペックを定めることができる。光学ヘッド１２０から、当該分岐された複数のビームを含むレーザ光Ｌが加工対象Ｗの表面Ｗａ上に照射されることにより、表面Ｗａ上には、各ビームに対応したスポットが形成される。すなわち、ＤＯＥ１２３は、表面Ｗａ上に形成されるスポットの数や、相対的な配置、各スポットの形状等のスペックを定めている。また、光学ヘッド１２０においてＤＯＥ１２３を交換することにより、表面Ｗａ上に、種々のスペックのスポットを形成することができる。また、光学ヘッド１２０は、ＤＯＥ１２３を光軸回りに回動可能に支持し、当該回動角度を変更可能に構成されてもよい。この場合、表面Ｗａ上で、スポットのパターンを回転させることが可能となる。
　光学ヘッド１２０は、加工対象Ｗの表面Ｗａへ、Ｚ方向の反対方向に、レーザ光Ｌを照射する。光学ヘッド１２０からのレーザ光Ｌの照射方向は、Ｚ方向の反対方向である。光学ヘッド１２０は、例えば、ビーム径が１０［μｍ］以上かつ１００［μｍ］以下となるようにレーザ光Ｌを集光することができる。
　また、本実施形態では、光学ヘッド１２０は、加工対象Ｗの表面Ｗａ上でレーザ光Ｌの照射を行いながらレーザ光Ｌを走査するため、加工対象Ｗとの相対位置を変更可能に構成されている。移動機構１４０は、光学ヘッド１２０を、Ｚ方向と交差する方向、言い換えると表面Ｗａに沿う方向に、移動することができる。また、加工対象Ｗは、不図示の搬送機構により、Ｚ方向と交差する方向に搬送されてもよい。光学ヘッド１２０と加工対象Ｗとの相対移動、すなわち表面Ｗａ上でのレーザ光Ｌの走査は、光学ヘッド１２０の移動、加工対象Ｗの移動、または光学ヘッド１２０および加工対象Ｗの双方の移動により、実現される。
［加工対象］
　図３は、加工対象Ｗとしての金属箔１０の断面図であり、図４は、金属箔１０の平面図であって、レーザ光のスポットの走査経路Ｐｔ１を含む図である。なお、走査経路Ｐｔ１は、一つ以上のスポットの幾何中心の移動経路である。また、本実施形態では、レーザ切断装置１００の加工対象Ｗは、電池の電極に適用される金属箔１０である。金属箔１０の厚さは、例えば、厚さが５００［μｍ］以下であるが、これには限定されない。
　図３に示されるように、金属箔１０は、ベース金属１１と、活物質層１２と、を有している。活物質層１２は、ベース金属１１の厚さ方向の両側、すなわちベース金属１１の表裏両面に形成された被覆層である。活物質層１２は、塗膜や、塗布物質、表層、表層材とも称されうる。金属箔１０は、例えば、リチウムイオン電池のような電池の、電極を構成する。この場合、ベース金属１１は、例えば、アルミニウム系金属材料、銅系金属材料、およびニッケル系金属材料のうちいずれか一つで作られる。また、活物質層１２は、例えば、リチウム化遷移金属酸化物ＮＣＡ（LiNiCoAl02）、ＮＣＭ（LiNiCoMn02）、カーボンブラック、ポリマーバインダー、LiMn204、LiFeP04、LiNi02、LiMn02、LiCo02、およびリチウム硫黄（Li2S）のうちいずれか一つで作られる。なお、ベース金属１１は、活物質層１２とは別の被覆層としての絶縁層によって覆われてもよい。この場合、絶縁層は、活物質層１２とは外れた位置で、ベース金属１１を覆ってもよい。また、活物質層１２のような被覆層は、ベース金属１１の表面および裏面のうちの一方のみを覆ってもよい。ベース金属１１は、金属層とも称される。
　図４に示されるように、電池の電極の一部を構成する金属箔１０の表面Ｗａにあっては、ベース金属１１が活物質層１２すなわち被覆層で覆われた被覆箇所Ｐｃと、活物質層１２で覆われずベース金属１１が露出した露出箇所Ｐｅとが、形成されている。レーザ切断装置１００は、金属箔１０の表面Ｗａ上で所定の走査経路Ｐｔ１でレーザ光Ｌを走査することにより、被覆箇所Ｐｃおよび露出箇所Ｐｅの双方を連続的に切断することができる。活物質層１２がベース金属１１のＺ方向の端面である表面、および当該表面の反対側でＺ方向の反対方向を向いた裏面の双方に、活物質層１２が形成されていない部位を、第一部位と称し、ベース金属１１の表面および裏面のうち少なくとも一方に活物質層１２が形成されている部位を、第二部位と称する。露出箇所Ｐｅは、第一部位の一例であり、被覆箇所Ｐｃは、第二部位の一例である。
［走査経路（１）］
　図４の例では、走査経路Ｐｔ１は、全体として矩形波状の形状を有し、複数の区間Ｐ１～Ｐ４を反復的に含んでいる。区間Ｐ１は、区間Ｐ４の終点から所定長さで表面Ｗａに対して走査方向Ｄ１に走査される区間である。区間Ｐ２は、区間Ｐ１の終点から所定長さで走査方向Ｄ２に走査される区間である。区間Ｐ３は、区間Ｐ２の終点から所定長さで走査方向Ｄ３に走査される区間である。区間Ｐ４は、区間Ｐ３の終点から所定長さで走査方向Ｄ４に走査される区間である。
　図４に示されるように、走査方向Ｄ２は、走査方向Ｄ１と交差するとともに直交し、走査方向Ｄ３は、走査方向Ｄ２と交差するとともに直交し、走査方向Ｄ４は、走査方向Ｄ３と交差するとともに直交し、走査方向Ｄ１は、走査方向Ｄ４と交差するとともに直交している。走査方向Ｄ１と走査方向Ｄ３とは互いに平行であり、走査方向Ｄ２と走査方向Ｄ４とは互いに反平行である。すなわち、本実施形態では、走査経路Ｐｔ１には、互いに直交した走査方向（Ｄ１，Ｄ２等）に走査する二つの区間（Ｐ１，Ｐ２等）が含まれるとともに、互いに異なる走査方向Ｄ１（Ｄ３），Ｄ２，Ｄ４に走査する複数の区間Ｐ１（Ｐ３），Ｐ２，Ｐ４が含まれている。なお、走査方向Ｄ１，Ｄ３は、走査経路Ｐｔ１に沿って長く延びる端縁１０ａの長手方向の一例であり、走査方向Ｄ２，Ｄ４は、当該端縁１０ａの短手方向（幅方向）の一例である。
　なお、走査方向Ｄ１～Ｄ４は、表面Ｗａに対する相対的な走査方向である。したがって、レーザ切断装置１００に対して加工対象Ｗが速度ベクトルＶｗで移動している場合、各区間Ｐ１～Ｐ４におけるレーザ切断装置１００に対するレーザ光Ｌの速度ベクトルＶｌは、各区間Ｐ１～Ｐ４における表面Ｗａに対する相対的なレーザ光Ｌの走査方向Ｄ１～Ｄ４への速度ベクトルＶｒと、速度ベクトルＶｗとの和となる。また、レーザ切断装置１００に対して加工対象Ｗが静止している場合、すなわち速度ベクトルＶｗが０である場合、各区間Ｐ１～Ｐ４におけるレーザ切断装置１００に対するレーザ光Ｌの速度ベクトルＶｌは、各区間Ｐ１～Ｐ４における表面Ｗａに対する相対的なレーザ光Ｌの走査方向Ｄ１～Ｄ４への速度ベクトルＶｒと同じである。
　また、図４に示される走査経路Ｐｔ１による走査を伴うレーザ光Ｌの照射が行われる前に、加工対象Ｗは、レーザ光Ｌが走査されながら照射可能な状態となるよう、当該加工対象Ｗを静止状態で支持する支持装置（不図示）、あるいは当該加工対象Ｗを移動可能に（搬送可能に）支持する搬送装置（不図示）に、セットされる。
［スポットパターン（１）］
　図５は、図４の走査経路Ｐｔ１でレーザ光Ｌを走査して加工対象Ｗを切断する場合に適用する複数のスポットＳのパターンの一例を示す平面図である。図５は、レーザ光Ｌの複数のビームＢが表面Ｗａ上に照射され複数のスポットＳが形成された瞬間での形状および配置を示している。
　図５の例では、レーザ光Ｌには四つのビームＢが含まれ、各ビームＢにより四つのスポットＳ（Ｓ１～Ｓ４）が形成されている。これら四つのスポットＳは、走査方向Ｄ１，Ｄ３に互いに離間した二つのスポットＳ１，Ｓ２と、走査方向Ｄ２，Ｄ４に互いに離間した二つのスポットＳ３，Ｓ４と、を含んでいる。ここでは、スポットＳ１，Ｓ２を、スポット群Ｇ１と称し、スポットＳ３，Ｓ４を、スポット群Ｇ２と称する。
　表面Ｗａ上で、区間Ｐ１において、これらビームＢを含むレーザ光Ｌが走査方向Ｄ１に走査された場合、区間Ｐ１の各位置では、当該走査方向Ｄ１に互いに離れた二つのスポットＳ（Ｓ１，Ｓ２）が時間間隔をあけて照射されることになる。具体的に、当該各位置には、まずは、スポットＳ１が照射され、次に、スポットＳ２が照射されることになる。
　表面Ｗａ上で、区間Ｐ２において、これらビームＢを含むレーザ光Ｌが走査方向Ｄ２に走査された場合、区間Ｐ２の各位置では、当該走査方向Ｄ２に互いに離れた二つのスポットＳ（Ｓ３，Ｓ４）が時間間隔をあけて照射されることになる。具体的に、当該各位置には、まずは、スポットＳ３が照射され、次に、スポットＳ４が照射されることになる。
　表面Ｗａ上で、区間Ｐ３において、これらビームＢを含むレーザ光Ｌが走査方向Ｄ３に走査された場合、区間Ｐ３の各位置では、当該走査方向Ｄ３に互いに離れた二つのスポットＳ（Ｓ１，Ｓ２）が時間間隔をあけて照射されることになる。具体的に、当該各位置には、まずは、スポットＳ１が照射され、次に、スポットＳ２が照射されることになる。
　また、表面Ｗａ上で、区間Ｐ４において、これらビームＢを含むレーザ光Ｌが走査方向Ｄ４に走査された場合、区間Ｐ４の各位置では、当該走査方向Ｄ４に互いに離れた二つのスポットＳ（Ｓ３，Ｓ４）が時間間隔をあけて照射されることになる。具体的に、当該各位置には、まずは、スポットＳ４が照射され、次に、スポットＳ３が照射されることになる。
　図４に示されるように、走査経路Ｐｔ１には、それぞれ異なる走査方向Ｄ１（Ｄ３），Ｄ２，Ｄ４に走査する複数の区間Ｐ１（Ｐ３），Ｐ２，Ｐ４が含まれる。そして、図５に示されるように、レーザ光Ｌの複数のビームＢは、表面Ｗａ上に、複数の区間Ｐ１（Ｐ３），Ｐ２，Ｐ４のそれぞれの走査方向Ｄ１（Ｄ３），Ｄ２，Ｄ４に離れた複数（二つ）のスポットＳをそれぞれ含む、複数のスポット群Ｇ１，Ｇ２を形成する。このようなレーザ光Ｌを図４に示される相対的な走査経路Ｐｔ１で走査しながら照射すれば、走査経路Ｐｔ１上の各位置を、時間間隔をあけて二つのスポットＳが通過することになる、言い換えると、走査経路Ｐｔ１上の各位置には、時間間隔をあけてビームＢが二回ずつ照射されることになる。
　また、表面Ｗａ上で各スポット群Ｇ１，Ｇ２に含まれる複数のスポットＳのそれぞれを形成するビームＢのパワーは、当該ビームＢの単独での走査方向への所定速度での走査によっては加工対象Ｗを切断することができない大きさに設定される。すなわち、図５の例では、スポット群Ｇ１に含まれるスポットＳ１，Ｓ２のそれぞれを形成するビームＢのパワーは、当該ビームＢの単独での走査方向Ｄ１，Ｄ３への所定速度Ｖ１での走査によっては加工対象Ｗを切断することができない大きさに設定される。他方、スポット群Ｇ２に含まれるスポットＳ３，Ｓ４のそれぞれを形成するビームＢのパワーは、当該ビームＢの単独での走査方向Ｄ２，Ｄ４への所定速度Ｖ２での走査によっては加工対象Ｗを切断することができない大きさに設定される。ここに、所定速度Ｖ１，Ｖ２は、各区間Ｐ１～Ｐ４での表面Ｗａに対する相対的なレーザ光Ｌ（ビームＢ、スポットＳ）の走査速度である。
　さらに、表面Ｗａ上で各スポット群Ｇ１，Ｇ２に含まれる複数のスポットＳを形成する複数のビームＢのパワーは、当該複数のビームＢの走査方向への所定速度での走査によって加工対象Ｗを切断することができる大きさに設定される。すなわち、図５の例では、スポット群Ｇ１に含まれる複数のスポットＳ１，Ｓ２を形成する複数のビームＢのパワーは、当該複数のビームＢの走査方向Ｄ１，Ｄ２への所定速度Ｖ１での走査によって加工対象Ｗを切断することができる大きさに設定される。他方、スポット群Ｇ２に含まれる複数のスポットＳ３，Ｓ４を形成する複数のビームＢのパワーは、当該複数のビームＢの走査方向Ｄ３，Ｄ４への所定速度Ｖ２での走査によって加工対象Ｗを切断することができる大きさに設定される。
　このような本実施形態によれば、走査経路Ｐｔ１上の各位置を一つのビームＢの一度の照射によって切断する場合に比べて、１回の照射あたりのビームＢのパワー、すなわち１回の照射によって各位置に単位時間あたりに供給されるエネルギ量を、より小さく設定することができる。これにより、例えば、各位置における過度な温度上昇を抑制することができるため、金属箔１０に凹凸が生じたり、局所的に塊が生じたり、といった不都合な事象が生じるのを抑制し、より高品質な端縁１０ａを形成することができる。また、本実施形態のように、加工対象Ｗが、電池の電極の一部を構成する金属箔１０である場合、レーザ光Ｌから供給されるエネルギによる活物質層１２の変質や消失を抑制することができるという利点も得られる。
　また、図５に示されるように、スポット群Ｇ１に含まれるスポットＳ１，Ｓ２の重心Ｃ（幾何中心）の位置と、スポット群Ｇ２に含まれるスポットＳ３，Ｓ４の重心Ｃの位置とは、略一致している。このような設定により、スポット群間の重心位置が互いに離れている場合に比べて、走査方向が切り替わる際の切断位置の移動量を抑制することができる。
　走査方向Ｄ１～Ｄ４で走査されている状態でのスポット全体の幅ｄ１～ｄ４（図５参照）は、走査方向Ｄ１～Ｄ４と直交する方向の両端に位置するスポットＳの中心間の距離と定義する。すなわち、走査方向Ｄ１，Ｄ３で走査されている状態でのスポット全体の幅ｄ１，ｄ３は、走査方向Ｄ１，Ｄ３と直交する方向（図５の例では走査方向Ｄ２，Ｄ４）の両端に位置するスポットＳ３，Ｓ４の中心間の距離である。また、走査方向Ｄ２，Ｄ４で走査されている状態でのスポット全体の幅ｄ２，ｄ４は、走査方向Ｄ２，Ｄ４と直交する方向（図５の例では走査方向Ｄ１，Ｄ３）の両端に位置するスポットＳ１，Ｓ２の中心間の距離である。また、各スポットＳ（Ｓ１～Ｓ４）の直径は、ピーク強度の１／ｅ２以上の強度となる領域の長さと定義する。発明者らの実験的な研究により、より確実な金属箔１０の切断と金属箔１０や活物質層１２への熱影響の抑制という観点から、照射エネルギＥ［Ｊ／ｍｍ］は、表面Ｗａの単位長さあたりに照射されるエネルギであって、次の式（１）で表すことができる。
　Ｅ＝Ｐｐ×Ｄｒ／（１００×ｖ）　・・・（１）
　ここに、Ｐｐ：ピーク出力［Ｗ］、Ｄｒ：デューティ比［％］、ｖ：走査速度［ｍｍ／ｓ］である。なお、パルスの周波数が０である状態は、レーザ光が断続的ではなく連続的に照射されている状態を示す。
　また、本実施形態の金属箔のレーザ切断方法では、パルスの照射領域と次のパルスの照射領域との重なり率Ｒを、以下の式（２）で表すことができる。
　Ｒ＝Ｌ２／Ｌ１　・・・　（２）
　ここに、Ｌ１：照射領域の走査方向における長さ、Ｌ２：パルスと次のパルスとが走査方向に重なっている場合にはパルスと次のパルスとの重複領域の走査方向における長さ、パルスと次のパルスとが走査方向に接している場合には０、パルスと次のパルスとが走査方向に距離Ｉ（＞０）だけ離間している場合には－Ｉ、と定義する。発明者らの実験的な研究により、照射エネルギＥは、０．０５［Ｊ／ｍｍ］以上０．４［Ｊ／ｍｍ］以下、重なり率Ｒは、－１００［％］以上５０［％］以下とするのが好ましいことが判明した。
　また、各スポットＳの幅は、１４［μｍ］以上かつ３０［μｍ］以下であるのがより好ましいことが判明した。また、スポットＳの幅ｄ１～ｄ４は、６０［μｍ］以上かつ１５０［μｍ］以下であるのが好ましいことが判明した。また、複数のスポットＳの重心Ｃと周囲に位置するスポットＳの中心との間の距離は、３０［μｍ］以上７５［μｍ］以下であるのが好ましいことが判明した。当該距離が７５［μｍ］より大きい場合には、切断箇所の周辺領域への熱影響が大きくなり、所期の品質を満たせない上、加工対象Ｗが切断され難くなることが判明した。他方、当該距離が７５［μｍ］以下である場合には、周辺領域への熱影響を抑制することができるとともに、効率良く切断することができた。これは、当該距離を７５［μｍ］以下とすることにより、離れた複数のスポットＳで加工対象Ｗに与えられた熱が重心Ｃ付近で好適に重畳するからであると推定される。また、当該距離が３０［μｍ］より小さい場合には、走査方向に離れた複数のスポットを設定した効果が得られなくなった。
［間欠照射］
　さらに、発明者らは、このような金属箔１０のレーザ切断においては、レーザ光Ｌを表面Ｗａに所定の周波数で断続的に（間欠的に）照射することにより、より短い加工時間でより高品質な加工を実行可能であるという知見を得た。発明者らは、このような観点から、レーザ光Ｌのパルスの周波数は、１０［ＭＨｚ］以下であるのが好ましいことを、実験的に見出した。
　図６は、レーザ装置１１０が出力するレーザ光のパルスの模式的な経時変化を示すグラフである。図６において、横軸は時間であり、縦軸はレーザ装置１１０からのレーザ光の出力である。Ｐｐは、ピークパワー（ハイパワー）である。間欠照射において、各パルスにおける発振時間をＴｐ、パルスの周期をＴｃとしたとき、デューティ比Ｄｒは、Ｄｒ＝（Ｔｐ／Ｔｃ）×１００［％］と表すことができる。また、パルスの周波数は、１／Ｔｃとなる。
［走査経路（２）］
　図７は、金属箔１０の平面図であって、レーザ光のスポットの走査経路Ｐｔ２を含む図である。図７を図４と比較すればわかるように、本実施形態では、区間Ｐ１と区間Ｐ２との間に走査方向Ｄ５で走査される区間Ｐ５が介在し、区間Ｐ４と区間Ｐ１との間に走査方向Ｄ６で走査される区間Ｐ６が介在している。走査方向Ｄ５は、走査方向Ｄ１（Ｄ３）と走査方向Ｄ２との間の方向であり、走査方向Ｄ６は、走査方向Ｄ１（Ｄ３）と走査方向Ｄ４との間の方向である。これら区間Ｐ５，Ｐ６が介在し、かつ区間Ｐ１の長さが異なる点を除き、走査経路Ｐｔ２は、走査経路Ｐｔ１と同じである。走査経路Ｐｔ２には、互いに交差した走査方向（Ｄ１（Ｄ３）,Ｄ５，Ｄ２，Ｄ６等）に走査する四つの区間（Ｐ１（Ｐ３），Ｐ５，Ｐ２，Ｐ６等）が含まれている。なお、走査方向Ｄ１と走査方向Ｄ５，Ｄ６との角度差の絶対値（最小値）は、例えば４５°であるが、これには限定されない。また、互いに交差した走査方向には、互いに平行な走査方向あるいは互いに反平行な（逆向きの）走査方向は含まれないものとする。また、走査経路には、互いに交差した走査方向に走査する三つあるいは五つ以上の区間が含まれてもよい。
　図８は、図７の走査経路Ｐｔ２でレーザ光Ｌを走査して加工対象Ｗを切断する場合に適用する複数のスポットＳのパターンの一例を示す平面図である。図８も、レーザ光Ｌの複数のビームＢが表面Ｗａ上に照射され複数のスポットＳが形成された瞬間での形状および配置を示している。
　図８を図５と比較すれば明らかとなるように、図８のスポットＳの配置は、図５のスポットＳの配置と同じである。すなわち、複数のスポットＳには、図５に示されたスポット群Ｇ１，Ｇ２（図８には図示せず）が含まれている。さらに、図８に示されるように、複数のスポットＳには、区間Ｐ５の走査方向Ｄ５に離れた二つのスポットＳを含むスポット群Ｇ５と、区間Ｐ６の走査方向Ｄ６に離れた二つのスポットＳを含むスポット群Ｇ６と、が含まれている。
　スポットＳ３およびスポットＳ２、ならびにスポットＳ１およびスポットＳ４が、それぞれスポット群Ｇ５を構成している。表面Ｗａ上で、区間Ｐ５において、これらスポットＳを形成するビームＢを含むレーザ光Ｌが走査方向Ｄ５に走査された場合、区間Ｐ５の各位置では、走査方向Ｄ５に互いに離れた二つのスポットＳ（Ｓ３およびＳ２、Ｓ１およびＳ４）が時間間隔をあけて照射されることになる。
　また、スポットＳ１およびスポットＳ３、ならびにスポットＳ４およびスポットＳ２が、それぞれスポット群Ｇ６を構成している。表面Ｗａ上で、区間Ｐ６において、これらスポットＳを形成するビームＢを含むレーザ光Ｌが走査方向Ｄ６に走査された場合、区間Ｐ６の各位置では、走査方向Ｄ６に互いに離れた二つのスポットＳ（Ｓ１およびＳ３、Ｓ４およびＳ２）が時間間隔をあけて照射されることになる。
　したがって、図７の走査経路Ｐｔ２に対して、図８（図５）のパターンを適用した場合にあっても、区間Ｐ５，Ｐ６を含む走査経路Ｐｔ２の全区間において、走査方向Ｄ１～Ｄ６に互いに離れた二つのスポットＳが時間間隔をあけて照射されることになる。また、この場合も、各ビームＢのパワーは、当該ビームＢの単独での走査では加工対象Ｗを切断することができず、各スポット群Ｇ１～Ｇ６を形成する複数のビームＢによって加工対象Ｗを切断できるように、設定される。よって、この場合も、例えば、各位置における過度な温度上昇を抑制することができるため、金属箔１０に凹凸が生じたり、局所的に塊が生じたり、といった不都合な事象が生じるのを抑制し、より高品質な端縁１０ａを形成することができる。
　また、図８（図５）のパターンでは、レーザ光Ｌの四つのビームＢが、表面Ｗａ上に、互いに離れた四つのスポットＳを形成しているため、ビームＢ（スポットＳ）の数が少ない場合に比べて、異なる方向に離れた二つのスポットＳの組み合わせとしてのスポット群Ｇ１～Ｇ６をより多く形成することができ、より多くの走査方向Ｄ１～Ｄ６に適用しやすくなるという利点が得られる。ビームＢの数、すなわち互いに離れたスポットＳの数が多いほど、より多くの走査方向に適用しやすくなる。また、図８（図５）のパターンでは、例えば、所定の走査方向の所定区間と、当該所定区間に対し角度差の絶対値（最小値）が４５°となる走査方向の区間と、当該所定区間に対し角度差の絶対値（最小値）が９０°となる走査方向の区間と、を有した走査経路に、適用することができる。すなわち、図８（図５）のパターンは、典型的な端縁１０ａの形状に適用しやすい。
［スポットパターン（２）］
　図９は、図４の走査経路Ｐｔ１でレーザ光Ｌを走査して加工対象Ｗを切断する場合に適用する複数のスポットＳのパターンの、図５（図８）とは別の一例を示す平面図である。図９も、レーザ光Ｌの複数のビームＢが表面Ｗａ上に照射され複数のスポットＳが形成された瞬間での形状および配置を示している。
　図９を図５と比較すれば明らかとなるように、図９のパターンでは、図５のパターンに対して、複数のスポットＳの中央に位置するスポットＳ５が追加されている。この場合、スポット群Ｇ１，Ｇ２の双方において、スポットＳの数が２から３に増える。そして、この場合も、各ビームＢのパワーは、当該ビームＢの単独での走査では加工対象Ｗを切断することができず、各スポット群Ｇ１，Ｇ２を形成する複数のビームＢによって加工対象Ｗを切断できるように、設定される。よって、図９のパターンでは、表面Ｗａの各位置に、エネルギをより多くのスポットＳ（ビームＢ）に分けて供給することができるので、当該各位置に対する１回の照射あたりのビームＢのパワー、すなわち１回の照射によって各位置に単位時間あたりに供給されるエネルギ量を、より一層小さく設定することができる。したがって、図９のパターンによれば、例えば、各位置における過度な温度上昇をより一層抑制することができるため、金属箔１０に凹凸が生じたり、局所的に塊が生じたり、といった不都合な事象が生じるのをより一層抑制し、より一層高品質な端縁１０ａを形成することができる。
　また、図９の例でも、スポット群Ｇ１に含まれるスポットＳの重心Ｃの位置と、スポット群Ｇ２に含まれるスポットＳの重心Ｃの位置とは、略一致している。よって、図９の例でも、走査方向が切り替わる際における切断位置の移動量を抑制することができる。なお、図９の例では、重心Ｃと重なるスポットＳ５が形成されている。
［スポットパターン（３）］
　図１０は、複数のスポットＳのパターンの、図５，８，９とは別の一例を示す平面図である。図１０も、レーザ光Ｌの複数のビームＢが表面Ｗａ上に照射され複数のスポットＳが形成された瞬間での形状および配置を示している。
　図１０のパターンにあっては、図５，８，９よりもさらにスポットＳの数が多く、その分、より多くの走査方向Ｄ１～Ｄ４，Ｄ７～Ｄ１１に走査される区間を有した走査経路に適用することができる。よって、図１０のパターンは、より複雑なあるいはより緻密な端縁１０ａの形状に適用できる。また、複数のスポット群が、それぞれ、三つのスポットＳを含むため、図９のパターンと同様の効果が得られる。なお、走査方向Ｄ１と走査方向Ｄ８～Ｄ１１との間の角度差の絶対値（最小値）は、例えば６０°であるが、これには限定されない。
［スポットパターン（４）］
　図１１は、複数のスポットＳのパターンの、図５，８～１０とは別の一例を示す平面図である。図１１も、レーザ光Ｌの複数のビームＢが表面Ｗａ上に照射され複数のスポットＳが形成された瞬間での形状および配置を示している。
　図１１のパターンにあっては、表面Ｗａ上に、略中央に位置するスポットＳ１（Ｓ）と、当該スポットＳ１を取り囲むように周状（環状）に並んだ複数のスポットＳ２と、が配置されている。この場合、複数のスポットＳは、図５，８～１０よりもさらにスポットＳの数が多く、かつ重心Ｃを通る種々の径方向に並ぶスポット群を有することになるため、種々の走査方向の区間を有した走査経路に適用することができる。すなわち、図１１のパターンは、より一層複雑なあるいはより一層緻密な端縁１０ａの形状に適用できる。また、複数のスポット群が、それぞれ、三つのスポットＳを含むため、図９，１０のパターンと同様の効果が得られる。
　また、発明者らの鋭意研究により、図９～１１のように、中心に位置するスポットＳと、その周囲に位置するスポットＳとを有したパターンにあっては、中心に位置するスポットＳのパワーを、周囲に位置する複数のスポットＳのパワーの合計値より高くするのが好ましいことが判明した。より具体的には、中心に位置するスポットＳのパワーが、中心および周囲を含む全てのスポットＳのパワーの合計値に対して、５０［％］以上かつ８０［％］以下であるのが好ましいことが判明した。また、この場合において、加工対象Ｗを切断するのにより大きなパワーを要するほど、中心の比率をより高く設定するのが好ましいことが判明した。なお、種々のパターンにあっては、中心に位置するスポットＳの中心は、複数のスポットＳの重心Ｃと必ずしも一致する必要はなく、例えば、中心に位置するスポットＳは、周囲の各スポットＳの中心を角とする多角形内に位置するなど、周囲の複数のスポットＳで囲まれたあるいは挟まれた位置にあればよい。
［スポットパターン（５）］
　図１２は、複数のスポットＳのパターンの、図５，８～１１とは別の一例を示す平面図である。図１２も、レーザ光Ｌの複数のビームＢが表面Ｗａ上に照射され複数のスポットＳが形成された瞬間での形状および配置を示している。
　図１２は、最もシンプルなパターンである。この場合も、走査方向Ｄ１，Ｄ７で走査される各位置には、時間間隔をあけてビームＢが二回ずつ照射されることになる。よって、金属箔１０に凹凸が生じたり、局所的に塊が生じたり、といった不都合な事象が生じるのを抑制し、より高品質な端縁１０ａを形成することができる。なお、線状に並ぶスポットＳの数は、３以上であってもよい。
　以上、説明したように、本実施形態によれば、レーザ光Ｌの複数のビームが、表面Ｗａ上で、相対的な走査方向に離れた複数のスポットＳを含むスポット群Ｇ１～Ｇ６を形成するよう配置されている。これにより、ベース金属１１の表面および裏面の双方に活物質層１２が形成されていない第一部位、およびベース金属１１の表面および裏面のうち少なくとも一方に活物質層１２が形成された第二部位の双方において、効率良く、高品質な端縁１０ａを形成することができた。このため、図４や図７に示されるように、走査経路Ｐｔ１，Ｐｔ２を、第一部位および第二部位の双方を連続的にかつ交互に通るように設定した場合にあっても、第一部位を通るときと、第二部位を通るときとでレーザ光の照射条件を大きく変更することなく、例えば、同じ照射条件で、より容易にかつより迅速に高品質な端縁１０ａを形成することができる。また、活物質層１２が塗布された部位にあっては、活物質層１２に対する熱影響を抑制し、レーザ切断による活物質層１２の劣化を抑制することができた。
［第２実施形態］
　図１３は、第２実施形態のレーザ切断装置１００Ｂ（１００）の概略構成図である。本実施形態では、光学ヘッド１２０は、コリメートレンズ１２１と集光レンズ１２２との間に、ガルバノスキャナ１２６を有している。ガルバノスキャナ１２６は、二つのミラー１２６ａと、当該ミラー１２６ａの姿勢を変化させるアクチュエータ１２６ｂと、を有している。アクチュエータ１２６ｂによるこれら二つのミラー１２６ａの姿勢の変化により、レーザ光Ｌの照射方向および照射位置が変化する。すなわち、レーザ切断装置１００Ｂは、光学ヘッド１２０を移動させることなく、レーザ光ＬのビームＢの照射位置、すなわちスポットＳの位置を表面Ｗａ上で移動させる、すなわち走査することができる。本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の作用および効果が得られる。ただし、ガルバノスキャナ１２６は、第１実施形態のレーザ切断装置１００Ａの光学ヘッド１２０に設けてもよい。すなわち、表面Ｗａ上でのレーザ光ＬのビームＢ（スポットＳ）の走査は、光学ヘッド１２０の移動および加工対象Ｗの移動のうちの少なくとも一つと、光学ヘッド１２０に対するレーザ光Ｌの出射角度の変化との組み合わせによって実現されてもよい。
　以上、本発明の実施形態が例示されたが、上記実施形態は一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。また、各構成や、形状、等のスペック（構造や、種類、方向、型式、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数、配置、位置、材質等）は、適宜に変更して実施することができる。
　例えば、スポット（スポット群）の数や、配置、走査方向（スポットの並び方向）等は、種々に変更して実施することができる。また、走査経路も種々に変更して実施することができる。
　本発明は、レーザ切断方法およびレーザ切断装置に利用することができる。
１０…金属箔
１０ａ…端縁
１１…ベース金属
１２…活物質層
１００，１００Ａ，１００Ｂ…レーザ切断装置
１１０…レーザ装置
１２０…光学ヘッド
１２１…コリメートレンズ
１２２…集光レンズ
１２３…ＤＯＥ
１２３ａ…回折格子
１２６…ガルバノスキャナ
１２６ａ…ミラー
１２６ｂ…アクチュエータ
１３０…光ファイバ
１４０…移動機構
Ｂ…ビーム
Ｃ…重心
Ｄ１～Ｄ１１…走査方向
ｄ１～ｄ４…幅
Ｇ１～Ｇ６…スポット群
Ｌ…レーザ光
Ｐ１～Ｐ６…区間
Ｐｃ…被覆箇所（第二部位）
Ｐｅ…露出箇所（第一部位）
Ｐｐ…ピークパワー
Ｐｔ１，Ｐｔ２…走査経路
Ｓ，Ｓ１～Ｓ５…スポット
Ｔｃ…周期
Ｔｐ…発振時間
Ｗ…加工対象
Ｗａ…表面
Ｘ…方向
Ｙ…方向
Ｚ…方向

Claims (19)

  1. 　レーザ光を金属箔の表面上に照射しながら当該表面上で当該表面に対して相対的に走査することにより当該金属箔をレーザ切断する、レーザ切断方法であって、
    　前記レーザ光は、複数のビームを含み、
    　前記複数のビームは、前記表面上で、相対的な走査方向に離れた複数のスポットを含むスポット群を形成するよう配置された、レーザ切断方法。
  2. 　前記表面上で前記スポット群に含まれる前記複数のスポットのそれぞれを形成する前記ビームのパワーは、当該ビームの単独での前記走査方向への所定速度での走査によっては前記金属箔を切断することができない大きさに設定され、
    　前記表面上で前記スポット群に含まれる前記複数のスポットを形成する前記複数のビームのパワーは、当該複数のビームの前記走査方向への前記所定速度での走査によって前記金属箔を切断することができる大きさに設定された、請求項１に記載のレーザ切断方法。
  3. 　前記表面上の前記ビームの走査経路には、それぞれ異なる走査方向に走査する複数の区間が含まれ、
    　前記複数のビームは、前記スポット群として、前記複数の区間のそれぞれの走査方向に離れた複数のスポットをそれぞれ含む複数のスポット群を形成するよう、配置された、請求項１または２に記載のレーザ切断方法。
  4. 　前記走査経路には、互いに直交した走査方向に走査する二つの区間が含まれる、請求項３に記載のレーザ切断方法。
  5. 　前記走査経路には、互いに交差した走査方向に走査する三つ以上の区間が含まれる、請求項３に記載のレーザ切断方法。
  6. 　前記複数のスポット群は、前記表面上に形成するスポットの幾何中心が略一致するよう配置された、請求項３～５のうちいずれか一つに記載のレーザ切断方法。
  7. 　前記表面上に形成する複数のスポットの幾何中心から前記スポットのそれぞれの中心までの距離が、３０［μｍ］以上かつ７５［μｍ］以下である、請求項１～６のうちいずれか一つに記載のレーザ切断方法。
  8. 　前記複数のスポットは、第一スポットと、当該第一スポットの周囲に設けられた複数の第二スポットと、を有し、
    　前記複数のスポットのパワーの合計に対する前記第一スポットのパワーの比が、５０［％］以上かつ８０［％］以下である、請求項１～７のうちいずれか一つに記載のレーザ切断方法。
  9. 　前記複数のビームは、ビームシェイパによって形成された、請求項１～８のうちいずれか一つに記載のレーザ切断方法。
  10. 　前記ビームシェイパは、回折光学格子である、請求項９に記載のレーザ切断方法。
  11. 　前記金属箔は、ベース金属と、当該ベース金属の表面および裏面のうち少なくとも一方を覆う被覆層と、を有した、請求項１～１０のうちいずれか一つに記載のレーザ切断方法。
  12. 　前記金属箔は、前記ベース金属と、当該ベース金属の表面および裏面のそれぞれを覆う二つの被覆層と、を有した、請求項１１に記載のレーザ切断方法。
  13. 　前記表面上の前記ビームの走査経路は、前記ベース金属の表面および裏面の双方が前記被覆層で覆われていない第一部位を通る区間と、前記ベース金属の表面および裏面のうち少なくとも一方が前記被覆層で覆われた第二部位を通る区間と、を含み、
    　前記第一部位および前記第二部位を連続的に切断する、請求項１１または１２に記載のレーザ切断方法。
  14. 　前記走査経路の、前記第一部位を通る区間と前記第二部位を通る区間とで、前記レーザ光の照射条件が同じである、請求項１３に記載のレーザ切断方法。
  15. 　前記ベース金属は、アルミニウム系金属材料、銅系金属材料、およびニッケル系金属材料のうちいずれか一つである、請求項１１～１４のうちいずれか一つに記載のレーザ切断方法。
  16. 　前記被覆層は、リチウム化遷移金属酸化物ＮＣＡ（LiNiCoAl02）、ＮＣＭ（LiNiCoMn02）、カーボンブラック、ポリマーバインダー、LiMn204、LiFeP04、LiNi02、LiMn02、LiCo02、およびリチウム硫黄（Li2S）のうちいずれか一つである、請求項１１～１５のうちいずれか一つに記載のレーザ切断方法。
  17. 　レーザ発振器と、
    　前記レーザ発振器から出力されたレーザ光を出射する光学ヘッドと、
    　を備え、
    　前記レーザ光を金属箔の表面上に照射しながら当該表面上で当該表面に対して相対的に走査することにより当該金属箔をレーザ切断する、レーザ切断装置であって、
    　前記レーザ光は、複数のビームを含み、
    　前記複数のビームは、前記表面上で、相対的な走査方向に離れた複数のスポットを含むスポット群を形成するよう配置された、レーザ切断装置。
  18. 　前記複数のビームを形成するビームシェイパを備えた、請求項１７に記載のレーザ切断装置。
  19. 　前記ビームシェイパは、回折光学格子である、請求項１８に記載のレーザ切断装置。
PCT/JP2023/012611 2022-03-31 2023-03-28 レーザ切断方法およびレーザ切断装置 WO2023190563A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022-058110 2022-03-31
JP2022058110 2022-03-31

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023190563A1 true WO2023190563A1 (ja) 2023-10-05

Family

ID=88201807

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2023/012611 WO2023190563A1 (ja) 2022-03-31 2023-03-28 レーザ切断方法およびレーザ切断装置

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2023190563A1 (ja)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015188908A (ja) * 2014-03-28 2015-11-02 株式会社豊田自動織機 切断装置及び電極の製造方法
WO2022004827A1 (ja) * 2020-06-30 2022-01-06 古河電気工業株式会社 金属箔のレーザ切断方法およびレーザ切断装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015188908A (ja) * 2014-03-28 2015-11-02 株式会社豊田自動織機 切断装置及び電極の製造方法
WO2022004827A1 (ja) * 2020-06-30 2022-01-06 古河電気工業株式会社 金属箔のレーザ切断方法およびレーザ切断装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6108178B2 (ja) レーザー溶接装置およびレーザー溶接方法
CN110730702B (zh) 用于将特别用于电池的电极的带类型基底高生产量切割成分离的块的方法和装置
EP2976177B1 (en) Apparatus for and method of forming plural groups of laser beams using two rotating diffractive optical elements
JP2019162668A (ja) レーザ加工装置及びレーザ加工方法
KR101862298B1 (ko) 레이저 방사 수단에 의한 재료 가공 장치
US20110266264A1 (en) Method and apparatus for forming grooves in the surface of a polymer layer
JP7366429B2 (ja) 溶接方法および溶接装置
US10118251B2 (en) Manufacturing method for welded structure
WO2019189927A1 (ja) 溶接方法および溶接装置
CN112313079B (zh) 用于制造三维物体的设备和方法
JP2008012916A (ja) 複合シート、複合シートの加工方法、及びレーザ加工装置
US20210031301A1 (en) Welding method and welding apparatus
WO2019245053A1 (ja) 溶接方法および溶接装置
WO2023190563A1 (ja) レーザ切断方法およびレーザ切断装置
JP2024038423A (ja) 溶接方法および溶接装置
GB2031793A (en) Method of cutting and welding plastics films with laser beams
EP3188875A1 (en) Systems for and method of welding with two collections of laser heat source points
WO2020241276A1 (ja) 加工方法および加工装置
WO2020241275A1 (ja) 加工方法および加工装置
US20170334021A1 (en) Systems for and method of welding using beam shaping means and shielding means
JP5420172B2 (ja) レーザ装置
JP2020104144A (ja) 溶接装置
KR102113184B1 (ko) 표면 그루브 형성 장치
JP2023053696A (ja) 金属箔のレーザ切断方法
JP7444681B2 (ja) 溶接方法および溶接装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23780572

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1