JP2011147953A

JP2011147953A - レーザー加工装置

Info

Publication number: JP2011147953A
Application number: JP2010010026A
Authority: JP
Inventors: Ken Togashi; 謙富樫
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2010-01-20
Filing date: 2010-01-20
Publication date: 2011-08-04
Also published as: CN102151996A

Abstract

【課題】ガラス基板に積層された機能層の一部を、ガラス基板から効率よく除去することができるレーザー加工装置を提供すること。
【解決手段】ガラス基板１１に太陽電池膜１２が積層されたワークＷを、ガラス基板１１を下向きして保持する保持テーブル３と、保持テーブル３に保持されたワークＷにレーザービームを照射するレーザービーム照射ユニット４とを備え、保持テーブル３は、ワークＷの少なくとも一部を、レーザービーム照射ユニット４からレーザービームを照射可能となるように下側に露出させており、レーザービーム照射ユニット４は、レーザービームをワークＷのガラス基板１１側からガラス基板１１と太陽電池膜１２との境界面４６に集光点を合わせて照射する構成とした。
【選択図】図４

Description

本発明は、レーザー加工装置に関し、特に、太陽電池等のガラス基板上に機能層を有するワークを加工するレーザー加工装置に関する。

一般に、太陽電池パネルは、ガラス基板の一面に太陽電池膜（機能層）、接着シート、カバーシートを積層して構成される。従来、太陽電池パネルの製造工程において、ガラス基板から太陽電池膜の周縁部分を除去して、シール材の付け代を形成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この太陽電池パネルの製造工程においては、ガラス基板の一面に太陽電池膜が積層され、レーザー加工等により太陽電池膜の周縁部分がガラス基板から除去される。次に、太陽電池膜上に接着シートを介してカバーシートが接着され、太陽電池膜の除去によって露出されたガラス面を接着面として、太陽電池膜の外周縁に沿ってシール材が塗布される。このようにして製造された太陽電池パネルは、ガラス基板の一面側でシールすることによって、シール材のガラス基板の他面側への回り込みを防止して、外観性や受光量を向上させている。

特許第３７２７８７７号公報

ところで、上記したような太陽電池パネルの製造工程において、太陽電池膜の除去に用いられるレーザー加工装置は、一般に太陽電池膜に対して直にレーザービームを照射するように構成されている。しかしながら、このレーザー加工装置は、太陽電池膜に対して直にレーザービームを照射するため、高エネルギーが必要となり、ガラス基板を破損させてしまうおそれがあった。このため、レーザー加工装置のレーザービームの強さ等を微調整しなければならず、ガラス基板から太陽電池膜の一部を効率よく除去することができないという問題があった。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、ガラス基板に積層された機能層の一部を、ガラス基板から効率よく除去することができるレーザー加工装置を提供することを目的とする。

本発明のレーザー加工装置は、ガラス基板に機能層が積層されたワークを保持する保持テーブルと、前記保持テーブルに保持されたワークにレーザービームを照射するレーザービーム照射ユニットと、前記保持テーブルと前記レーザー照射ユニットとを相対的に移動させる移動機構と、を有するレーザー加工装置であって、前記保持テーブルは、ワークの外縁よりも小さい上面を有しワークのガラス基板を下側から支持するワーク保持部と、前記ワーク保持部を鉛直方向を回転軸として回転させるワーク保持部回転機構と、を有し、前記レーザービーム照射ユニットは、レーザービームを発振する発振器と、前記発振器から発振されたレーザービームをガラス基板側からガラス基板と機能層との境界面に集光点を合わせて集光することによって前記機能層を前記ガラス基板から剥離させて飛散させる集光レンズと、前記集光レンズを前記移動機構による移動方向と交わる方向に移動させる集光レンズ移動機構と、を有することを特徴とする。

この構成によれば、レーザービームがガラス基板側からガラス基板と機能層との境界面に集光点を合わせて照射され、境界面における熱膨張により機能層がガラス基板から剥離される。このため、機能層に直にレーザービームを照射する構成と比較して、低エネルギーのレーザービームで機能層をガラス基板から剥離できるため、ガラス基板の破損を防止することができる。また、ワークは、ガラス基板側を下方にして、下側から保持テーブルによって支持されるため、保持テーブルの支持によってワークの機能層に傷がつくことがない。さらに、保持テーブル、移動機構、レーザービーム照射ユニットが、ワークの下側に配置されるため、装置を低重心として安定性を向上させることができる。

また本発明は、上記レーザー加工装置において、前記レーザービーム照射ユニットによるレーザービーム照射によって剥離して飛散するガラス基板に積層された機能層を吸引除去する吸引機構を有している。

本発明によれば、レーザービームがガラス基板側からガラス基板と機能層との境界面に集光点を合わせて照射することにより、ガラス基板に積層された機能層の一部を、ガラス基板から効率よく除去することができる。

本発明に係るレーザー加工装置の実施の形態を示す図であり、レーザー加工装置の斜視図である。本発明に係るレーザー加工装置の実施の形態を示す図であり、保持テーブル移動機構の斜視図である。本発明に係るレーザー加工装置の実施の形態を示す図であり、レーザー加工装置の断面図である。本発明に係るレーザー加工装置の実施の形態を示す図であり、レーザー加工の説明図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明においては、本発明を、ガラス基板から機能層としての太陽電池膜の周縁部分を剥離させる構成に適用した例について説明するが、この構成に限定されるものではない。本発明は、レーザー加工によってガラス基板から機能層を剥離させる構成であれば、どのような構成にも適用することも可能である。

図１を参照して、本発明の実施の形態に係るレーザー加工装置について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るレーザー加工装置の斜視図である。

図１に示すように、レーザー加工装置１は、基台２上の保持テーブル３に保持されたワークＷを、ワークＷの下方に設けられたレーザービーム照射ユニット４に対して相対移動させて、ワークＷを加工するように構成されている。ワークＷは、上面視四角形状に形成され、ガラス基板１１上に機能層としての太陽電池膜１２を積層して形成されている。太陽電池膜１２は、基板上に透明電極膜、半導体膜、金属電極膜等を積層して形成されている。

保持テーブル３は、ワークＷのガラス基板１１側を吸着保持するものであり、加工送り方向となるＸ軸方向に前後動される。この保持テーブル３の側方には、保持テーブル３の移動経路を挟んで、一対のレーザービーム照射ユニット４の加工ヘッド３８が基台２上の開口部１４から突出されると共に、レーザー加工によってワークＷから剥離した加工屑を吸引除去する一対の吸引機構５とが設けられている。

一対の吸引機構５は、基台２の上面から突出されており、上部が加工ヘッド３８側に延びて側面視略Ｌ字状に形成されている。各吸引機構５の吸引口は、加工ヘッド３８に対して上下方向において対向し、内部に形成された吸引路を介して、基台２内の図示しない吸引源に接続されている。各吸引機構５は、レーザービーム照射ユニット４に同期して駆動し、レーザー加工で飛散した加工屑が、ワークＷに付着するのを防止する。

また、基台２の上面中央には、保持テーブル３の移動経路に沿って矩形状の開口部１６が形成されている。この開口部１６は、保持テーブル３と共に移動可能な蛇腹状の防塵カバー１８、１９により被覆されている。防塵カバー１８、１９の下方には、保持テーブル３をＸ軸方向に移動させるテーブル移動機構６（移動機構）（図２参照）が設けられている。また、基台２内には、テーブル移動機構６を挟んで、加工ヘッド３８の先端側を基台２外に露出させた状態で、一対のレーザービーム照射ユニット４が配置されている（図３参照）。

次に、図２を参照して、保持テーブルを有するテーブル移動機構について説明する。図２は、本発明の実施の形態に係る保持テーブル移動機構の斜視図である。

図２に示すように、テーブル移動機構６は、Ｘ軸方向に延在する支持台２１と、支持台２１上に配置された互いに平行な一対のガイドレール２２と、一対のガイドレール２２にスライド可能に配置されたモータ駆動のＸ軸テーブル２３とを有している。Ｘ軸テーブル２３の背面側には、図示しないナット部が形成され、このナット部にボールネジ２４が螺合されている。ボールネジ２４の一端部には、駆動モータ２５が連結され、この駆動モータ２５によりボールネジ２４が回転駆動される。また、テーブル移動機構６は、図示しないリニアエンコーダを有し、リニアエンコードによりＸ軸テーブル２３の移動位置を調整する。

Ｘ軸テーブル２３の上部には、保持テーブル３が設けられている。保持テーブル３は、Ｘ軸テーブル２３の上面に固定され、Ｚ軸周りに回転可能なワーク保持部回転機構２７（図３参照）と、ワーク保持部回転機構２７の上部に設けられ、ワークＷを吸着保持するワーク保持部２８とを有している。ワーク保持部回転機構２７は、図示しないロータリーエンコーダを有し、ロータリーエンコーダによりワーク保持部２８の回転角度を調整する。

ワーク保持部２８は、上面視四角形の板状であり、ワークＷの外周縁よりも小さく形成されている。すなわち、ワーク保持部２８は、上面に対してワークＷの周縁部分を外側にはみ出させるようにして、ワークＷを保持する。この場合、ワーク保持部２８からはみ出たワークＷの周縁部分は、加工ヘッド３８に対向され、下側に位置する加工ヘッド３８からレーザービームが照射される。また、ワーク保持部２８の中央部分は、吸着面２９となっており、この吸着面２９は基台２内に配置された図示しない吸引源に接続されている。

次に、図３を参照して、基台内部に配置されたレーザービーム照射ユニットについて説明する。図３は、本発明の実施の形態に係るレーザー加工装置の断面図である。なお、図３において、一点鎖線は、加工ヘッドの移動範囲を示し、二点鎖線は、レーザービームの光路を示している。

図３に示すように、基台２の内部は、隔壁３１によって、テーブル移動機構６用の収容部３２とレーザービーム照射ユニット４用の収容部３３とに仕切られている。レーザービーム照射ユニット４は、隔壁３１に突設された支持板３４の下方に配置され、レーザービームを発振する発振器３７と、支持板３４上に配置され、発振器３７から発振されたレーザービームをワークＷに向けて照射する加工ヘッド３８とを有している。また、基台２の隔壁３１に対向する側壁３５には、発振器３７で発振されたレーザービームを加工ヘッド３８に案内するミラー４１、４２が設けられている。

加工ヘッド３８は、レーザービームを集光する集光レンズ４３と、ミラー４１、４２によって案内されたレーザービームを集光レンズ４３に向けて反射するガルバノミラー４４とを有している。集光レンズ４３は、上下動可能に構成されており、ワークＷのガラス基板１１と太陽電池膜１２との境界面４６に集光点が合うように調整される。また、集光レンズ４３は、単レンズ、または組み合わせレンズで構成されている。ガルバノミラー４４は、図示しない駆動源によって往復揺動可能に構成されており、集光レンズ４３を介してレーザービームの照射スポットをＹ軸方向に往復走査する。この照射スポットの走査量（振れ量）は、ワーク保持部２８の上面に対するワークＷの所望の除去幅に応じて調整される。

また、支持板３４には、加工ヘッド３８をＹ軸方向に移動させるヘッド移動機構（集光レンズ移動機構）４７が設けられている。ヘッド移動機構４７は、加工ヘッド３８のＹ軸方向の位置合わせをするものであり、ワーク保持部２８に保持されるワークＷの所望の除去幅に応じて加工ヘッド３８を位置合わせする。ヘッド移動機構４７は、Ｙ軸方向に延在する支持台５１と、支持台５１のガイドに沿って移動可能に配置されたモータ駆動のＹ軸テーブル５２とを有している。Ｙ軸テーブル５２には、図示しないナット部が形成され、このナット部に送りネジ５３が螺合されている。送りネジ５３の一端部には、駆動モータ５４が連結され、この駆動モータ５４により送りネジ５３が回転駆動される。

また、基台２には、吸引機構５をＹ軸方向に移動させる吸引機構移動機構４８が設けられている。吸引機構移動機構４８は、吸引機構５のＹ軸方向の位置合わせをするものであり、ヘッド移動機構４７の駆動に伴って吸引口が加工ヘッド３８に対向するように位置合わせする。吸引機構移動機構４８は、Ｙ軸方向に延在する支持台５６と、支持台５６のガイドに沿って移動可能に配置されたモータ駆動のＹ軸テーブル５７とを有している。Ｙ軸テーブル５７には、図示しないナット部が形成され、このナット部に送りネジ５８が螺合されている。送りネジ５８の一端部には、駆動モータ５９が連結され、この駆動モータ５９により送りネジ５８が回転駆動される。

このように、ワークＷが保持テーブル３によって下側から支持されると共に、テーブル移動機構６、レーザービーム照射ユニット４がワークＷの下方の基台２内に収容されるため、レーザー加工装置１を低重心として安定性を向上させることが可能となっている。

図４を参照して、レーザー加工装置によるレーザー加工について説明する。図４は、レーザー加工装置によるレーザー加工の説明図である。

図４（ａ）に示すように、ワークＷは、ガラス基板１１を下側に向けてワーク保持部２８に保持されている。このとき、ワークＷの外縁部分は、レーザー加工可能なようにワーク保持部２８からはみ出されている。また、ワークＷは、ガラス基板１１側がワーク保持部２８に保持されるため、機能層である太陽電池膜１２がワーク保持部２８との接触によって傷つけられることがない。

加工ヘッド３８は、ヘッド移動機構４７によってワークＷの除去幅Ｌに応じて、Ｙ軸方向で位置合わせされている。具体的には、加工ヘッド３８は、ワークＷの除去幅Ｌの略中間位置に位置合わせされている。また、吸引機構５は、吸引機構移動機構４８によって吸引口が加工ヘッド３８に対向するように位置合わせされている。加工ヘッド３８の集光レンズ４３は、ワークＷのガラス基板１１と太陽電池膜１２との境界面４６に集光点が合うように位置調整されている。なお、集光点を境界面４６に合わせるとは、集光点が境界面４６に完全に合わされる状態だけでなく、本発明と同様な効果を有する範囲内、すなわち、太陽電池膜１２の剥離時にガラス基板１１を破損させない程度の範囲内で、集光点が境界面４６から外れていてもよい。

レーザー加工が開始されると、発振器３７から発振されたレーザービームは、ミラー４１、４２を介して加工ヘッド３８に入射される。加工ヘッド３８に入射されたレーザービームは、ガルバノミラー４４によって集光レンズ４３を介してワークＷに向けて反射される。ワークＷに向けられたレーザービームは、ガラス基板１１を透過して、ガラス基板１１と太陽電池膜１２との境界面４６を照射する。このとき、レーザービームの集光点は、ガルバノミラー４４の矢印Ｆ１に示す往復揺動によって、ガラス基板１１と太陽電池膜１２との境界面４６を矢印Ｆ２に示すＹ軸方向に走査される。

図４（ｂ）に示すように、ガラス基板１１と太陽電池膜１２の境界面４６に照射されたレーザービームは、境界面４６を加熱して、太陽電池膜１２を境界面４６側から熱膨張させて吹き飛ばす。このときの境界面４６の温度は、ガラス基板１１に積層される機能層の材質によって異なるが、レーザービームによって機能層を加工する構成と比較して、低エネルギーでレーザー加工することができる。したがって、レーザー加工によってガラス基板１１が破損することが防止される。

また、発振器３７のレーザービームの発振と同時に、保持テーブル３がＸ軸方向に加工送りされる。このようにして、上面視四角形状のワークＷの対向する２辺において、ガラス基板１１から太陽電池膜１２が除去される。ガラス基板１１から吹き飛ばされた太陽電池膜１２の加工屑は、吸引機構５によって上方に吸い上げられ、ワークＷに付着することが防止される。

ここで、レーザー加工装置の全体動作について説明する。まず、ガラス基板１１側を下向きにしてワークＷがワーク保持部２８に保持される。このとき、ワークＷは、ワーク保持部２８からワークＷの周縁部分がはみ出した状態で載置される。次に、ヘッド移動機構４７によって加工ヘッド３８がワークＷの周縁部分に対して位置合わせされると共に、吸引機構移動機構４８によって吸引機構５がワークＷの周縁部分に対して位置合わせされる。次に、レーザービームの集光点がガラス基板１１と太陽電池膜１２との境界面４６となるように加工ヘッド３８の集光レンズ４３が位置調整される。

次に、レーザー加工装置１が稼働され、発振器３７から発振されたレーザービームがミラー４１、４２を介して加工ヘッド３８に入射され、加工ヘッド３８から出射されて、ワークＷのガラス基板１１と太陽電池膜１２との境界面４６に照射される。このとき、レーザービームは、ガルバノミラー４４の往復揺動により、ワークＷの周縁部分の境界面４６においてＹ軸方向に往復走査される。

レーザービーム照射ユニット４が駆動されると、保持テーブル３がＸ軸方向に加工送りされ、ワークＷの対向する２辺が同時に加工される。このとき、ガラス基板１１から剥離された太陽電池膜１２の加工屑が吸引機構５によって吸引される。続いて、ワーク保持部回転機構２７によって保持テーブル３が９０度回転され、ワークＷの残りの２辺がＸ軸方向に平行に調整される。そして、保持テーブル３がＸ軸方向に加工送りされ、ワークＷの残りの対向する２辺が同時に加工される。

このようにして、ワークＷの太陽電池膜１２の周縁部分がガラス基板１１から剥離される。太陽電池膜１２の周縁部分が除去されたワークＷは、後工程において接着シートを介してカバーシートが接着され、太陽電池膜１２が除去された部分がシールされて太陽電池パネルが製造される。なお、上記したレーザー加工装置の加工動作においては、保持テーブル３の加工速度や集光点の走査速度を調整することによって、保持テーブルの１往復動作によってワークＷの４辺を加工することが可能である。すなわち、保持テーブル３の後方への移動時にワークＷの対向する２辺を加工し、保持テーブル３の前方への戻り時にワークＷの残りの対向する２辺を加工する。このような動作により、ワークＷをより効率的に加工することが可能となる。

以上のように、本実施の形態に係るレーザー加工装置１によれば、レーザービームがガラス基板１１側からガラス基板１１と太陽電池膜１２との境界面４６に集光点を合わせて照射され、境界面４６における熱膨張により太陽電池膜１２がガラス基板１１から剥離される。このため、太陽電池膜１２に直にレーザービームを照射する構成と比較して、低エネルギーのレーザービームで太陽電池膜１２をガラス基板１１から剥離できるため、ガラス基板１１の破損を防止することが可能となる。また、ワークＷは、ガラス基板１１側を下方にして、下側から保持テーブル３によって支持されるため、保持テーブル３の支持によってワークＷの太陽電池膜１２に傷がつくことがない。さらに、保持テーブル３、テーブル移動機構６、レーザービーム照射ユニット４が、ワークＷの下側に配置されるため、装置を低重心として安定性を向上させることが可能となる。

なお、上記した実施の形態においては、レーザー加工装置は、加工ヘッドの集光レンズを位置調整することによって、ワークのガラス基板と機能層との境界面に集光点を合わせる構成としたが、この構成に限定されるものではない。レーザー加工装置は、ワークの境界面に集光点を合わせることができる構成であればよく、例えば、保持テーブルを上下動させることによって、ワークの境界面に集光点を合わせる構成としてもよい。

また、上記した実施の形態においては、レーザー加工装置は、ワークの機能層の周縁部分を剥離する構成としたが、この構成に限定されるものではない。レーザー加工装置は、用途に合わせて、ワークの少なくとも一部から機能層を剥離する構成に適用できる。この場合、保持テーブルは、ワークの機能層を剥離させる部分を、レーザービームで照射可能に露出させる。

また、上記した実施の形態においては、機能層として、太陽電池膜を例示して説明したが、この構成に限定されるものではない。機能層は、ガラス基板に積層されて特定の機能を付与させるものであれば、どのようなものでもよい。また、機能層が積層されるガラス基板の代わりに、透過性を有する基板を用いてもよい。

また、上記した実施の形態においては、レーザー加工装置は、ワークに対して下側からレーザービームを照射する構成としたが、ワークに対して上側からレーザービームを照射する構成としてもよい。この場合、レーザー加工装置は、保持テーブルによってガラス基板を上向きにして上方から吸着保持し、ガラス基板側（上側）からワークに対してレーザービームを照射するように構成する。

また、上記した実施の形態においては、ヘッド移動機構が、保持テーブルが加工送りされるＸ軸方向に直交するＹ軸方向に加工ヘッドを移動する構成としたが、この構成に限定されるものではない。ヘッド移動機構は、加工ヘッドをＸ軸方向に斜めに交差する方向に加工ヘッドを移動する構成としてもよい。

また、上記した実施の形態においては、レーザー加工装置は、レーザー加工中にワークから飛散した加工屑を吸引除去する吸引機構を有する構成としたが、この構成に限定されるものではない。レーザー加工装置は、ワークに対して加工屑が付着するのを抑制する機構を有すればよく、例えば、加工屑を吹き飛ばすブロア機構を有してもよい。

また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

以上説明したように、本発明は、ガラス基板に積層された機能層の一部を、ガラス基板から効率よく除去することができるという効果を有し、特に、太陽電池等のガラス基板上に機能層を有するワークを加工するレーザー加工装置に有用である。

１レーザー加工装置
３保持テーブル
４レーザービーム照射ユニット
５吸引機構
６テーブル移動機構（移動機構）
１１ガラス基板
１２太陽電池膜（機能層）
２７ワーク保持部回転機構
２８ワーク保持部
３７発振器
３８加工ヘッド
４１、４２ミラー
４３集光レンズ
４４ガルバノミラー
４６境界面
４７ヘッド移動機構（集光レンズ移動機構）
Ｗワーク

Claims

ガラス基板に機能層が積層されたワークを保持する保持テーブルと、前記保持テーブルに保持されたワークにレーザービームを照射するレーザービーム照射ユニットと、前記保持テーブルと前記レーザー照射ユニットとを相対的に移動させる移動機構と、を有するレーザー加工装置であって、
前記保持テーブルは、ワークの外縁よりも小さい上面を有しワークのガラス基板を下側から支持するワーク保持部と、前記ワーク保持部を鉛直方向を回転軸として回転させるワーク保持部回転機構と、を有し、
前記レーザービーム照射ユニットは、レーザービームを発振する発振器と、前記発振器から発振されたレーザービームをガラス基板側からガラス基板と機能層との境界面に集光点を合わせて集光することによって前記機能層を前記ガラス基板から剥離させて飛散させる集光レンズと、前記集光レンズを前記移動機構による移動方向と交わる方向に移動させる集光レンズ移動機構と、を有することを特徴とするレーザー加工装置。
前記レーザービーム照射ユニットによるレーザービーム照射によって剥離して飛散するガラス基板に積層された機能層を吸引除去する吸引機構を有することを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。