JP2011005501A - 薄膜太陽電池用レーザ加工残渣の除去装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
レーザ加工された長尺の可撓性基板表面に付着している加工残渣（バリ）を除去するレーザ加工残渣除去装置において、クリーニングロールの高速運転を可能とし、加工残渣を除去する。
【解決手段】
クリーニングロールを可撓性基板の長手方向に形成されたレーザ加工溝に沿って回転させる回転用モータと、レーザ加工溝と交差する方向に移動させる駆動用モータの動作をスプライン機構により独立させる。これにより回転用モータは垂直方向の運動の影響を受けず駆動可能となる。また、駆動用モータも回転用モータの負荷がかからないことにより、高速運転が可能となると同時に、レーザ加工された可撓性基板表面に付着した加工残渣を除去することが可能となる。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば電気絶縁性を持つ可撓性基板上にユニットセルを複数個直列接続する薄膜太陽電池などの大面積な被加工物表面のパターニング工程において、レーザ加工後に加工残渣を除去する方法およびレーザ加工残渣の除去装置に関する。

薄膜太陽電池は、電気絶縁性を有する可撓性基板の表面に下部電極層としての第１電極層，光電変換層，透明電極層（第２電極層）を順次積層してなる光電変換部と、前記基板の裏面に形成した接続電極層としての第３電極層および第４電極層とを備え、前記光電変換部および接続電極層を互いに位置をずらして単位部分にパターニングしてなり、前記光電変換層形成領域内に形成した接続孔ならびに集電孔を介して、前記表面上の互いにパターニングされて隣り合う単位光電変換部分（ユニットセル）を電気的に直列に接続して構成されている。

かかる薄膜太陽電池の製造方法においては、前記パターニング工程において、レーザ加工により加工端部に数十〜数百μｍのバリが加工残渣として融着または付着する。
従来、このようなレーザ加工により加工溝端部に融着した加工残渣（バリ）を除去するために、クリーニングロールにより加工残渣（バリ）を擦り除去する先行技術が知られている。

特許文献１（特開平１１−５７６３１号公報）においては、レーザ加工により可撓性基板をパターニングした後、可撓性基板を押えロールとクリーニングロールで挟持し、クリーニングロールを可撓性基板の搬送方向と直交する方向に振動させて加工残渣（バリ）を擦り洗浄している。図８に特許文献１の構成を示す。特許文献１では、可撓性基板１０２の加工面側にクリーニングロール１０７を配し、クリーニングロールの軸端部にクリーニングロールを回転駆動する回転用モータ１１２と、クリーニングロールを固定した第一のベース板１１３を設ける。

第一のベース板の下方に平行に第二のベース板１１５を配備し、第二のベース板上に、搬送方向と直交する方向に移動可能なように送りモータ１１７、および、送りネジ１１４aを設けた。また、送りネジの両端近傍に前記第一のベース板の下面に送りホルダー１１４ｂを配し、該送りホルダーに挿入して取り付けた送りナット１１４ｃを、送りネジに組み込ませ、該送りモータの回転が結合リングを介して送りネジに伝達し、前記送りホルダーを移動させる。これにより、クリーニング動作時には、回転用モータでクリーニングロールを回転させ、送り用モータはクリーニングロールを第一のベース板ごと可撓性基板の搬送方向と直角方向に移動させる構成である。

特開平１１−５７６３１号公報

しかし、特許文献１に代表される従来技術においては、可撓性基板の搬送方向に対し、直交する方向にクリーニングロールを移動させるが、レーザ加工により可撓性基板に融着した加工残渣（バリ）の除去率向上のためには、更に高速で送り移動をする必要であった。しかし、特許文献１に示す従来方法では、送り用モータが回転用モータごとクリーニングロールを移動させているため、回転用モータに慣性力が加わることと、送り用モータを駆動するときに回転モータの重量分だけ余計な負荷がかかるため、高速化が出来ないという問題があった。また、高速でクリーニングロールを移動させると、回転軸のずれが発生しやすいという問題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、可撓性基板にレーザ加工により
融着した加工残渣（バリ）を、速やかに除去し、高性能な太陽電池モジュールを提供する。

前述の課題を解決するため、請求項１に記載のレーザ加工残渣の除去装置では、レーザ加工溝に沿ってクリーニングロールを回転させると同時に、レーザ加工溝に対して直交する方向にクリーニングロール本体を動かすことにより、レーザ加工溝壁面および端部に融着した加工残渣（バリ）を除去することを特徴とする。

また、請求項２に記載のレーザ加工残渣の除去装置によれば、クリーニングロールを保持する第一のベース板と第二のベース板の間に設けたスライドガイドにより、クリーニングロールの回転軸の軸ずれが抑えられることを特徴とする。

また、請求項３に記載のレーザ加工残渣の除去装置によれば、レーザ加工溝に沿ってクリーニングロールを回転させる回転用モータと、レーザ加工溝に対して直角方向にクリーニングロール本体を動かす駆動用モータの動作を独立させたことにより、高速運転が可能となることを特徴とする。

また、請求項４に記載のレーザ加工残渣の除去装置によれば、クリーニングロール本体をレーザ加工溝に対して直交する方向に動かして除去された加工残渣（バリ）は、レーザ加工溝表面を鉛直下向きに搬送しているため、重力の作用により溝の中に残存することなく可撓性基板表面から落下し、加工残渣（バリ）の再付着を防止することを特徴とする。

本発明によれば、レーザ加工された可撓性基板表面に融着している加工残渣（バリ）を除去する装置において、クリーニングロールを高速運転することが可能となると同時に、可撓性基板表面に融着したレーザ加工残渣（バリ）の除去することができる。

レーザ加工装置を示した平面図である。 クリーニングユニットを示した断面図である。 本発明のクリーニングロールの構成を示した平面図である。 本発明のスプライン機構を示した平面図である。 図３のA−A’断面を示した断面図である。 本発明のクリーニングロールのスライド動作を示した平面図である。 レーザ加工残渣（バリ）の除去動作を示した図である。 従来のクリーニングロールの構成を示した平面図である。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態について詳細に説明する。
図１にレーザ加工装置を示す。送りローラ１に巻かれた可撓性基板２は搬送パス上に配置したロールを経て、レーザパターニングユニット３、クリーナユニット４を通って、巻取りロール５で巻かれる。

加工残渣（バリ）を除去するクリーニングユニットを図２に示す。送りローラより搬送された可撓性基板は、クリーニングユニット内でブラシを用いたクリーニングロール７とクリーニングロールと対向面側に配されたクリーニングロールより硬い材質で形成した回転自在な円筒状の押さえロール６に挟まれ、レーザパターニングユニットで発生した加工残渣（バリ）を除去している。さらに、加工残渣（バリ）除去時の飛散物が可撓性基板へ再付着することを防止するために、レーザ加工溝のある表面は鉛直下向に搬送され、クリーニングロールは可撓性基板のレーザ加工溝のある表面側に設置される。また、加工残渣（バリ）の装置外への飛散を防ぐため、クリーニングローラを覆う集塵カバー８を備えている。

図３に本発明の装置構成を示す。クリーニングロールは回転軸シャフト７aに円筒状のブラシ７ｂを巻き付けた構成で、両端が軸受け９で保持される。
回転軸シャフト７aの片端に、凹凸をもつスプライン軸２０を取り付け、そのスプライン軸を内部に保持できるギアホルダ２１にスプライン軸を差し込む。ギアホルダはタイミングベルト１１とタイミングプーリー１０を介して回転用モータ１２へ結合され、この回転用モータはフレーム１６に固定される。ギアホルダとスプライン軸を組み合わせることで、回転軸シャフトへは回転力のみを伝え、クリーニングロールの水平方向の動作は妨げない。

図４にスプライン機構の詳細を示す。スプライン機構以外に、ユニバーサルジョイントや歯車を使うことも可能である。
クリーニングロールは、軸受け９を介して第一のベース板１３に取り付けられ、さらに第一のベース板はスライドガイド１４を介して第二のベース板１５に接続されている。

図５にスライドガイド１４の断面図を示す。第一のベース板１３と第二のベース板１５に鉤状アルミ板１４aを取り付け、両方の鉤状アルミ板の内部形状に合うようなコマ１４ｂをはめ込む。このコマは鉤状アルミ板内でベース板と水平方向に移動可能であり、第１のベース板は第2のベース板と垂直方向には固定され、水平方向には可動となる。図６にスライド動作を示す。

第二のベース板１５は両端をフレーム１６により固定され、その中心に設置された駆動用モータ１７に楕円状のカム１８が取り付けられる。このカムは、第一のベース板１３に取り付けられたガイド１９の内側に配置されている。加工残渣（バリ）除去の動作時には、回転用モータ１２でクリーニングロールを回転させ、駆動用モータ１７ではクリーニングロール７と軸受け９、および第一のベース板１３だけを横方向に振動させる。

図３の装置を用いて、レーザ加工された可撓性基板表面に融着している加工残渣（バリ）の除去を行った。クリーニングロールには、ナイロンブラシを用いた。
図７に除去動作を示す。除去したレーザ加工残渣尾（バリ）の再付着やレーザ加工溝２２への入り込みを防ぐため、可撓性基板は、レーザ加工面を鉛直下向きに搬送した。ブラシの回転動作は、レーザ加工溝２２と平行な方向に力をかけているため、レーザ加工溝２２端部に沿って強固に融着している加工残渣（バリ）２３を剥離する方向に力はかからない。一方、レーザ加工溝２２に対して直角方向に移動するブラシの動作は、ブラシ先端２４がレーザ加工溝２２端部に融着している加工残渣（バリ）２３に対して横方向から力をかけることとなり、加工残渣（バリ）２３を剥離除去できる。

クリーニング条件は、フィルム搬送速度１０[ｍ／ｓ]、ブラシ回転速度１４００[ｒｐｍ]、ブラシが移動する振幅５０[ｍｍ]、ブラシ移動の周波数 ５０[Ｈｚ]で実施した。
その結果、加工残渣（バリ）除去率９０％以上、洗浄による表面傷も無かった。加工残渣（バリ）の除去率は、光学顕微鏡でレーザ加工ライン5ｍｍ幅中の加工残渣（バリ）面積を測定、洗浄前後で比較して算出した。

更に、前記条件で５時間連続運転を行い、動作中のクリーニングロールの回転軸の軸ずれを調べた結果、クリーニングロールの回転軸ずれは見られなかった。

１ 送りロール ２ 可撓性基板
３ レーザーユニット ４ クリーニングユニット
５ 巻き取りロール ６ 押さえロール
７ クリーニングロール ７ａ 回転軸シャフト
７ｂ ブラシ ８ 集塵カバー
９ 軸受け １０ タイミングプーリー
１１ タイミングベルト １２ 回転用モータ
１３ 第一のベース板 １４ スライドガイド
１４ａ 鉤状アルミ板 １４ｂ コマ
１５ 第二のベース板 １６ フレーム
１７ 駆動用モータ １８ カム １９ ガイド ２０ スプライン軸 ２１ ギアホルダ ２２ レーザ加工 溝 ２３ 加工残渣（バリ） ２４ ブラシ 先端

Claims (4)

1. 長尺の可撓性基板を搬送し、前記基板はレーザにより長手方向に溝加工され、加工面に付着しているレーザ加工残渣を除去する装置において、レーザ加工残渣が付着している表面に円筒状のクリーニングロールと、クリーニングロールと対向面側に回転自在な円筒状の押さえロールとからなり、クリーニングロールをレーザ加工溝に沿って回転させると同時に、クリーニングロール本体をレーザ加工溝と直交する方向に移動させる機構をもつことを特徴とするレーザ加工残渣の除去装置。
   
2. 請求項１に記載の装置において、クリーニングロールにガイドレール機構を設けることによりクリーニングロールの回転軸ずれを抑制し、高速で動作することが可能なことを特徴とするレーザ加工残渣の除去装置。
   
3. 請求項１または請求項２に記載の装置において、スプライン機構を用いてクリーニングロールをレーザ加工溝に沿って回転させる回転用モータと、クリーニングロールをレーザ加工溝と直角方向に移動させる駆動用モータの動作を独立させたことにより、高速運転を可能としたことを特徴とするレーザ加工残渣の除去装置。
   
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の装置において、長尺の可撓性基板はレーザ加工溝表面を鉛直下向きに搬送し、クリーニングロールは可撓性基板のレーザ加工面側にあることを特徴とするレーザ加工残渣の除去装置。