JP2011020161A

JP2011020161A - レーザ加工機

Info

Publication number: JP2011020161A
Application number: JP2009169066A
Authority: JP
Inventors: Masami Suzuki; 正美鈴木; Norio Nishi; 則男西; Junichi Matsumoto; 潤一松本
Original assignee: Kataoka Corp
Current assignee: Kataoka Corp
Priority date: 2009-07-17
Filing date: 2009-07-17
Publication date: 2011-02-03

Abstract

【課題】各加工ノズルをある程度独立に変位させることができるという自由度を確保しながら、ケーブルキャリアの設置数を減らすことにより容易に実装することができるレーザ加工機を提供する。
【解決手段】グループ化された複数本の加工ノズル４と、各加工ノズル４を個別に所定方向に移送して位置決めするためのノズル移送手段５と、各加工ノズル４やノズル移送手段５にエネルギまたは制御信号を伝送するケーブル群６と、前記グループ化された加工ノズル４及びそのノズル移送手段５に接続しているケーブル群６を一纏めにするフレキシブルなケーブル保持手段と、前記ケーブル保持手段を前記所定方向に移送して前記グループ化された加工ノズル４に追従させるためのキャリア移送手段８とを具備する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば太陽電池パネル、有機ＥＬディスプレイやプラズマディスプレイの製造工程における薄膜のレーザスクライブ、パターニング等を実施するレーザ加工機に関する。

従来、基板の被加工面の薄膜にレーザを照射する複数本の加工ノズルと、これらの加工ノズルを個別に搬送するためのレール及び台車を備えているレーザ加工機が知られている（例えば、特許文献１を参照）。また、これらの各加工ノズルに接続されレーザ光を入射するための光ファイバや、各台車に接続され制御信号を入力するための電気線等、種々のケーブルも備えている。

このようなレーザ加工機では、その用途目的上、これら複数本の加工ノズルが相互に関連することなく自由に位置決めできるよう制御している。そのため、各加工ノズルに接続される複数本のケーブルは、加工ノズル毎に別々に設けられたケーブルキャリアを通してエネルギまたは制御信号の供給源に接続されることが多い。

一般的にケーブルキャリアは、限られた方向のみの動作に対してケーブル群を無理なく移動させるものであり、動作方向など一定の設計上の制約があるとともに、このケーブルキャリアが移動する空間容積が必要となる。

このような性質を有するケーブルキャリアは、複数本の加工ノズルを独立に移動させる、すなわち各ノズル毎の相対位置を変化させ得ることが求められるため、従来は各加工ノズル毎に独立して設ける必要があった。そのため、限られたサイズのレーザ加工装置筐体内部に多数のケーブルキャリアを実装することは極めて困難となっていた。

特許第４２３１５３８号公報

本発明は、各加工ノズルをある程度独立に変位させることができるという自由度を確保しながら、ケーブルキャリアの設置数を減らすことにより容易に実装することを目的としている。

本発明は、以上のような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。すなわち、本発明に係るレーザ加工機は、集光光学系を内蔵しワークに向けてレーザ光を照射するグループ化された複数本の加工ノズルと、各加工ノズルを個別に所定方向に移送して位置決めするためのノズル移送手段と、各加工ノズルやノズル移送手段にエネルギまたは制御信号を伝送するケーブル群と、前記グループ化された加工ノズル及びそのノズル移送手段に接続しているケーブル群を一纏めにするフレキシブルなケーブル保持手段と、
前記ケーブル保持手段を前記所定方向に移送して前記グループ化された加工ノズルに追従させるためのキャリア移送手段とを具備する。

ここで、ケーブル保持手段とは、例えば保持ホースや保持ダクトのように、その内部にケーブル群をまとめることができるフレキシブルなものであれば、駆動源の種類にかかわらずどのようなものであってもよいが、ケーブルキャリア（ケーブルベア）を適用するのが好ましい一例として挙げられる。

このようなものであれば、複数本の加工ノズルがグループ化されることでその各グループに対して一つのケーブル保持手段を設ければよいので、ケーブル保持手段の設置数を減らすことができて実装が簡便となり、かつ、コスト面でも有利になる。さらに、グループ化された各加工ノズルは、前記ノズル移送手段により、前記キャリア移送手段の開放端の位置からある一定の領域内において、独立に変位させることができるため、多様な加工方法に対応し得る。

前記グループが複数存在している場合、各グループ毎にケーブル保持手段及びキャリア移送手段を設けていれば、各グループ毎にノズルを移送させることができるため、多様な加工方法に対応し得る。また、各グループ毎にケーブル保持手段及びキャリア移送手段を設けるので、従来のように各加工ノズル毎にケーブル保持手段を取り付ける必要がなく、実装が簡便になる。

このようなレーザ加工機において、前記ノズル移送手段である加工ノズル用の台車と、前記キャリア移送手段であるケーブルキャリア用の台車とが離間して設けられ、このケーブルキャリア用の台車に前記ケーブル保持手段の開放端が支持されており、各加工ノズルから延びるケーブル群が前記ケーブル保持手段の開放端からその内に収められているものが好ましい一態様として挙げられる。

また、他の態様としては、前記キャリア移送手段であるケーブルキャリア用の台車に前記ノズル移送手段である加工ノズル用の台車が支持されて設けられ、前記ケーブルキャリア用の台車に前記ケーブル保持手段の開放端が支持されており、各加工ノズルから延びるケーブル群が前記ケーブル保持手段の開放端からその内に収められているものが挙げられる。

前記ケーブル群には、レーザ光を伝搬させて前記加工ノズルに入射させる光ファイバを含むものが挙げられる。

本発明は、以上のような構成であるから、各加工ノズルをある程度独立に変位させることができるという自由度を確保しながら、ケーブルキャリアの設置数を減らすことにより容易に実装することができる。

本発明の一実施形態のレーザ加工機を示す斜視図。同レーザ加工機の要部を示す斜視図。同レーザ加工機の要部を模式的に示す平面図。同レーザ加工機の要部を模式的に示す正面図。本発明の変形例におけるレーザ加工機を示す斜視図。同変形例におけるレーザ加工機の要部を示す斜視図。同変形例におけるレーザ加工機の要部を模式的に示す平面図。同変形例におけるレーザ加工機の要部を模式的に示す正面図。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。以下に述べるレーザ加工機１は、薄膜太陽電池の製造工程において使用されるものである。

＜第一実施形態＞図１ないし図４に示すレーザ加工機１は、加工対象となるワークたる基板９を支持する架台２と、基板９を搬送する搬送装置３と、集光光学系を内蔵し基板９に向けてレーザ光を照射するグループ化された複数本の加工ノズル４と、レーザ加工時に生じる粉塵を収集する集塵ノズル（図示せず）とを主要な構成要素とする。

また、各加工ノズル４を個別に所定方向に移送して位置決めするためのノズル移送手段５と、各加工ノズル４やノズル移送手段５にエネルギまたは制御信号を伝送するケーブル群６と、前記グループ化された加工ノズル４及びそのノズル移送手段５に接続しているケーブル群６を一纏めにするフレキシブルなケーブル保持手段であるケーブルキャリア７と、前記ケーブルキャリア７を前記所定方向に移送して前記グループ化された加工ノズル４に追従させるためのキャリア移送手段８とをさらに備えている。

前記基板９は、例えばガラス板の表面に光電変換能力を持つ薄膜、透明導電膜、裏面電極膜等を製膜してなり、その薄膜をレーザによりパターニングして薄膜太陽電池を製造する。本実施形態では主として、薄膜のある被加工面を上にして架台２上に配置する。

前記架台２は、前後寸法が基板９の二倍以上、巾寸法も基板９を上回っており、前後方向の中間部をレーザ加工を実施するための加工用領域に設定している。加工用領域を跨いだ前部領域及び後部領域には、気体、特に空気を上方に向けて吹出させる浮上装置２１を配設している。浮上装置２１の上面には、無数の吹出孔と、幾つかないし無数の吸込孔とを穿ってあり、それら吹出孔からの吹出量（正圧）と吸込孔からの吸込量（負圧）との調整を通じて基板９の浮上高さを制御することができる。加えて、架台２における加工用領域には、精密浮上装置２２を巾方向に沿って稠密に配設している。精密浮上装置２２の機能自体は浮上装置２１と同様であるが、基板９の浮上高さ制御の精度が浮上装置２１よりも高い。基板９は、積層膜を製膜した面を上にして架台２上に配置する。

前記搬送装置３は、基板９を前後方向に搬送する。本実施形態では、架台２の両側部にレール２３（または、走行軸）を敷設しており、このレール２３に沿って移動可能な台車３１をもって基板９を搬送するようにしている。台車３１の駆動源は、例えばリニアサーボモータである。この台車３１には、基板把持用のブラケット３２を設けている。ブラケット３２は、内側方に延出した平面視略Ｌ字形をなし、先端部にローラ３３を取り付けてあって、このローラ３３を基板９の端縁に当接させて基板９を把持する。

前記加工ノズル４は、基板９の下方からレーザビームを発射し、基板９を通過させて上面側の薄膜に照射する。加工ノズル４には光ファイバ６１を接続している。光ファイバ６１は、図示しないレーザ発振器から供給されるパルスレーザを入射させて加工ノズル４まで導くものである。加工ノズル４は、架台２上に設定した加工用領域の下部に位置する。より詳しくは、加工用領域の直下に横架フレーム５１を横架し、この横架フレーム５１に加工ノズル４を支持させている。加工ノズル４の駆動源は、例えばリニアサーボモータである。横架フレーム５１にはカメラを実装しており、基板９の縁辺または基板９に付したアライメントマークを撮影して基板９の向きを確認、台車３１のブラケット３２をフィードバック制御して基板９の向きを回転補正することができる。本実施形態では、巾方向に隣接する２本及び３本の加工ノズル４をそれぞれ１グループとしており、この横架フレーム５１には２グループに分けられた計５本の加工ノズル４を配列している。

前記ノズル移送手段５は、横架フレーム５１に敷設されたレール５２と、このレール５２に沿って巾方向に加工ノズル４を移送させる加工ノズル用の台車５３と、レール５２と台車５３との間に設けられたリニアサーボ可動子５４とを主体に構成される。加工ノズル用の台車５３は、リニアサーボ可動子５４によりレール５２の巾方向に沿って独立に移送し得るようになっている。

前記ケーブル群６は、加工ノズル４またはノズル移送手段５に接続されており、レーザ光を伝搬させて前記加工ノズル４に入射させる光ファイバ６１、並びに、加工ノズル４及びノズル移送手段５に制御・駆動用の電気信号や電力を供給するための電気信号供給線、電力供給線等から成る。

前記ケーブルキャリア７は、所定方向、即ち巾方向のみの動作に対してケーブル群６を無理なく移動させ得るものである。本実施形態においては、各加工ノズル４から延びるケーブル群６がケーブルキャリア７の開放端７１からその内に収められている。すなわち、ケーブルキャリア７の内部にグループ毎に一纏めにしたケーブル群６を配して、ケーブルキャリア７の他端側をエネルギや制御信号の供給源に接続している。

前記キャリア移送手段８は、前記横架フレーム５１に敷設されたレール５２と、このレール５２に沿って巾方向にケーブルキャリア７を移送させるケーブルキャリア用の台車８１と、レール５２と台車８１との間に設けられたリニアサーボ可動子８２とを主体に構成される。ケーブルキャリア用の台車８１は、平面視略Ｌ字形をなしており、一端側にケーブルキャリア７の開放端７１が支持されるとともに、他端側がレール５２上に設けられる。ケーブルキャリア用の台車８１は、加工ノズル用の台車５３の外側に所定距離離間して設けられ、加工ノズル用の台車５３の移動と略同期されている。

前記集塵ノズル（図示せず）は、薄膜をパターニングすることで発生する粉塵を吸引するために存在する。集塵ノズルは、基板９の被加工面に近接する下向きに開口した吸引口を有しており、ダクトホースを介して集塵機等に接続している。

このレーザ加工機１では、架台２上の前部領域または後部領域に基板９を配置し、浮上装置２１から気体を吹出させてこれを浮上させ、搬送装置３たる台車３１で把持して前後方向に搬送する。そして、架台２上の加工用領域において、基板９の上面側にある薄膜にレーザビームを照射し、パターニングを行う。このレーザ加工によって生じる粉塵は基板９の上面から剥落し、集塵ノズル及びダクトホースに吸い込まれる。

しかして、本実施形態においては、グループ化された２本及び３本の加工ノズル４が２グループ存在しているため、各グループ毎にケーブルキャリア７及びキャリア移送手段８を設けている。グループ化された２本または３本の加工ノズル４と、これら加工ノズル４に接続されたケーブルが一纏めにされたケーブルキャリア７は、略同期して移送される。また、各加工ノズル４は、個々に取り付けられたリニアサーボ可動子８２によりケーブルキャリア用の台車８１からケーブル群６が伸びる範囲内で相互に独立して変位し得る。

以上に述べたように、本実施形態によれば、グループ化された２本または３本の加工ノズル４と、各加工ノズル４を個別に所定の走行方向に移送して位置決めするためのノズル移送手段５を有するレーザ加工機１に、ケーブル群６を一纏めにするケーブルキャリア７と、ケーブルキャリア７を前記所定方向に移送して前記グループ化された加工ノズル４に追従させるためのキャリア移送手段８とを備えるので、５本の各加工ノズル４に対して５つのケーブルキャリア７を設ける必要がない。すなわち、２本または３本の加工ノズル４に対して１つのケーブルキャリア７を設ければよく、本実施形態においては計５本の加工ノズル４に対してケーブルキャリア７は２つのみ設ければ足りることとなる。

したがって、レーザ加工機１全体としてケーブルキャリア７の設置数を減らすことができて実装が簡便となり、かつ、コスト面でも有利になる。さらに、グループ化された各加工ノズル４は、前記ノズル移送手段５により前記キャリア移送手段８の位置とケーブル群６の長さにより定められたある一定の領域内において、独立に変位させることができるため、多様な加工方法に対応し得る。

また、前記グループが２つ存在しており、各グループ毎にケーブルキャリア７及びキャリア移送手段８を設けているので、加工ノズル４の２つのグループをそれぞれ独立に移送させることができ、多様な加工方法に対応することが可能である。

加工ノズル用の台車５３とケーブルキャリア用の台車８１とが同じレール５２上に所定距離離間して設けられ、このケーブルキャリア用の台車８１の一端側にケーブルキャリア７の開放端７１が支持されており、各加工ノズル４から延びるケーブル群６がケーブルキャリア７の開放端７１からその内に収められているので、ケーブル群６を介して接続されたケーブルキャリア用の台車８１と加工ノズル用の台車５３との相対位置を変位させることができる。そのため、加工ノズル４が２本または３本ずつにグループ化されてケーブルキャリア用の台車８１に間接的に接続されていても、各加工ノズル４の位置を微調整させることが可能である。

また、ケーブル群６に含まれる光ファイバ６１により、レーザ発振器から供給されるレーザ光を適切に伝搬させて前記加工ノズル４に入射させることができる。

＜第二実施形態＞図５ないし図８に示すレーザ加工機１は、加工対象となるワークたる基板９を支持する架台２と、基板９を搬送する搬送装置３と、集光光学系を内蔵し基板９に向けてレーザ光を照射するグループ化された複数本の加工ノズル４と、レーザ加工時に生じる粉塵を収集する集塵ノズル（図示せず）とを主要な構成要素とする。

また、各加工ノズル４を個別に所定方向に移送して位置決めするためのノズル移送手段５と、各加工ノズル４やノズル移送手段５にエネルギまたは制御信号を伝送するケーブル群６と、前記グループ化された加工ノズル４及びそのノズル移送手段５に接続しているケーブル群６を一纏めにするフレキシブルなケーブル保持手段であるケーブルキャリア７と、前記ケーブルキャリア７を前記所定方向に移送して前記グループ化された加工ノズル４に追従させるためのキャリア移送手段８とをさらに備えている。以降、第一実施形態との相違を中心に説明する。

前記加工ノズル４は、架台２上に設定した加工用領域の下部に位置する。より詳しくは、加工用領域の直下に設けられたキャリアケーブル用の台車８１に加工ノズル４を支持させている。

前記ノズル移送手段５は、キャリアケーブル用の台車８１に敷設されたレール８３と、このレール８３に沿って巾方向に加工ノズル４を移送させる加工ノズル用の台車５３と、レール８３と台車５３との間に設けられたリニアサーボ可動子５４とを主体に構成される。加工ノズル用の台車５３は、リニアサーボ可動子５４によりレール８３の巾方向に沿って独立に移動し得るようになっている。

前記キャリア移送手段８は、加工用領域の直下に横架された横架フレーム５１に敷設されたレール５２と、このレール５２に沿って巾方向にケーブルキャリア７を移送させるケーブルキャリア用の台車８１と、レール５２と台車８１との間に設けられたリニアサーボ可動子８２とを主体に構成される。ケーブルキャリア用の台車８１は、平面視略コ字形をなしており、一端側にケーブルキャリア７の開放端７１が支持されるとともに、他端側から伸びる一辺がレール５２上に設けられている。また、ケーブルキャリア用の台車８１には、レール５２に対向する面と反対側の面に加工ノズル用のレール８３を敷設している。すなわち、ケーブルキャリア用の台車８１上の各加工ノズル４は、そのケーブルキャリア用の台車８１に設けられたレール８３の巾方向にわたって移送可能に設けられている。

しかして、本実施形態においては、グループ化された２本または３本の加工ノズル４は、これら加工ノズル４に接続されたケーブル群６が一纏めにされたケーブルキャリア７の移送に伴って移送される。また、各加工ノズル４は、個々に取り付けられたリニアサーボ可動子５４によりケーブルキャリア用の台車８１からケーブル群６が伸びる範囲内で相互に独立して変位し得る。

本実施形態によれば、ケーブルキャリア用の台車８１に敷設されたレール８３に加工ノズル用の台車５３が支持されて設けられ、前記ケーブルキャリア用の台車８１にケーブルキャリア７の開放端７１が支持されており、各加工ノズル４から延びるケーブル群６がケーブルキャリア７の開放端７１からその内に収められているので、ケーブル群６を介して接続されたケーブルキャリア用の台車８１と加工ノズル用の台車５３との相対位置を変位させることができる。そのため、加工ノズル４が２本または３本ずつにグループ化されてケーブルキャリア用の台車８１に支持されていても、各加工ノズル４の位置を微調整させることが可能である。

なお、本発明は以上に述べた実施形態に限られない。

レーザ加工機において、加工ノズルを基板の上方に配して上方からレーザを照射するとともに、集塵ノズルを基板の下方に配して集塵してもよい。また、基板を移動させず、加工ノズルや集塵ノズルを前後方向に移動させてもよい。あるいは、加工ノズルを基板の薄膜を製膜した面に臨ませ、レーザビームを基板を透過させることなく直に薄膜に照射してもよい。

第一実施形態におけるキャリア移送手段は、電磁石、永久磁石を用いたリニアサーボ可動子で動くものに限られず、ピニオンラック型のものや、駆動手段を用いないもの等種々変更可能である。

加工ノズルのグループは２つに限られず、ケーブルキャリアの実装が簡便な範囲内において変更可能である。また、１つのグループにグループ化される加工ノズルの本数も種々変更可能である。

また、複数のグループがある場合、特定のグループのみ動作させるものであってもよい。

その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。

１…レーザ加工機
４…加工ノズル
５…ノズル移送手段
５３…（加工ノズル用の）台車
６…ケーブル群
６１…光ファイバ
７…ケーブルキャリア
８…キャリア移送手段
８１…（ケーブルキャリア用の）台車

Claims

集光光学系を内蔵しワークに向けてレーザ光を照射するグループ化された複数本の加工ノズルと、
各加工ノズルを個別に所定方向に移送して位置決めするためのノズル移送手段と、
各加工ノズルやノズル移送手段にエネルギまたは制御信号を伝送するケーブル群と、
前記グループ化された加工ノズル及びそのノズル移送手段に接続しているケーブル群を一纏めにするフレキシブルなケーブル保持手段と、
前記ケーブル保持手段を前記所定方向に移送して前記グループ化された加工ノズルに追従させるためのキャリア移送手段と
を具備するレーザ加工機。
前記グループが複数存在しており、各グループ毎にケーブル保持手段及びキャリア移送手段を設けている請求項１記載のレーザ加工機。
前記ケーブル保持手段が、ケーブルキャリアである請求項１または２記載のレーザ加工機。
前記ノズル移送手段である加工ノズル用の台車と、前記キャリア移送手段であるケーブル保持手段用の台車とが離間して設けられ、このケーブル保持手段用の台車に前記ケーブル保持手段の開放端が支持されており、各加工ノズルから延びるケーブル群が前記ケーブル保持手段の開放端からその内に収められている請求項１、２または３記載のレーザ加工機。
前記キャリア移送手段であるケーブル保持手段用の台車に前記ノズル移送手段である加工ノズル用の台車が支持されて設けられ、前記ケーブル保持手段用の台車に前記ケーブル保持手段の開放端が支持されており、各加工ノズルから延びるケーブル群が前記ケーブル保持手段の開放端からその内に収められている請求項１、２または３記載のレーザ加工機。
前記ケーブル群が、レーザ光を伝搬させて前記加工ノズルに入射させる光ファイバを含むものである請求項１、２、３、４または５記載のレーザ加工機。