JP4710341B2 - レーザ加工用クリーニングユニット - Google Patents

Description

本発明は、レーザ加工処理された可撓性基板面に付着しているレーザ加工残渣を除去するレーザ加工用クリーニングユニットに関する。

近年、環境保護重視の観点からいわゆるクリーンエネルギーの研究開発が進められている。その中でも太陽電池は、太陽エネルギーを直接電気エネルギーへ変換するものであるため従来の他の発電と比較して無公害であり、その資源である太陽光が事実上無限に利用可能であること等から極めて注目を集めている。特に、アモルファスシリコンを主材料とした光電変換層は大面積の製膜が容易であり且つ低価格であるため、それを用いた薄膜太陽電池に対する期待は大きい。従来の薄膜太陽電池はガラス基板等の絶縁性基板を用いていたが、厚型で重く割れやすい欠点があることと、屋外の屋根等への設置に対する作業性の改良等の理由とにより、薄型・軽量化の要望が強くなっている。これらの要望に対し、近年、プラスチックフィルム等の可撓性（フレキシブル）タイプの絶縁性基板あるいは薄膜金属フィルムの基板を用いた薄膜太陽電池の研究開発および実用化が進められている。

ここで、本出願人が所有する特許文献１に示される、ＳＣＡＦ（Series-Connection
through Apertures formed on Film）構造と呼ばれる直列構造を有する薄膜太陽電池について説明する。図４（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）は、ＳＣＡＦ構造の太陽電池を示す。図４（Ａ）はＳＣＡＦ構造の太陽電池の平面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）におけるＸＸ線に沿ったＸＸ断面図であり、図４（Ｃ）は基板上等に付着する加工残渣を示す断面図である。図４（Ｂ）の断面図において、太陽電池が光照射されて発電している時に同じ電位となる電極層には同じハッチングを施してある。図４（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、フレキシブルなプラスチック基板１ａの一面（表面とする。）上に第１電極層１ｂ、光電変換層１ｄおよび透明電極である第３電極層１ｅがこの順に積層されており、分離線１ｉにより複数の単位太陽電池（ユニットセルＵｎ）に分離されている。プラスチック基板１ａの反対面（裏面）上に第２電極層１ｃおよび第４電極層１ｆがこの順に積層されており、分離線１ｊにより分離され各単位太陽電池に対応する裏面電極Ｅｎ，ｎ＋１等とされている。プラスチック基板１ａには直列孔ｈ１および集電孔ｈ２が開けられており、直列孔ｈ１の内壁面では第１電極層１ｂと第２電極層１ｃとが重なって電気的に接続（導電）され、集電孔ｈ２の内壁面では第３電極層１ｅと第４電極層１ｆとが重なって電気的に接続（導電）されている。パターニングラインにより複数のユニットセルＵｎに分割され、これらのユニットセルＵｎが直列に接続されている。

図４（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、ユニットセルＵｎ等は集電孔ｈ２のみを有するように分離線１ｉにより切断されており、集電孔ｈ２においてのみ表面の第３電極層１ｅと裏面の第４電極層１ｆとが接続されている。一方、裏面電極Ｅｎ，ｎ＋１等は直列孔ｈ１と１つのユニットセルＵｎ等中の集電孔ｈ２とを有するように切断部１ｊにより切断されて形成されている。直列孔ｈ１においてはユニットセルＵｎ等の下部電極（第１電極層１ｂ）と裏面電極Ｅｎ−１，ｎ等（第４電極層１ｆ）とが接続されている。従って、任意のユニットセルＵｎ等に隣接し合う裏面電極Ｅｎ−１，ｎと裏面電極Ｅｎ，ｎ＋１とは、裏面電極Ｅｎ−１，ｎ−ユニットセルＵｎ−裏面電極Ｅｎ，ｎ＋１という直列接続をなし、所定の多段直列接続された太陽電池となっている。分離線１ｉおよび分離線１ｊは、レーザ加工によって形成される。

レーザ加工は、レーザエネルギにより基板上の電極層１ｅ等および非晶質半導体層（光電変換層）１ｄを蒸発させパターンを形成する加工である。このため、図４（Ｃ）に示されるように、蒸発時のガスが冷却されて上記両層上に粒径１μｍ以下の粒状のレーザ加工残渣４０（以下、単に「加工残渣４０」と言う。）として無数に付着する。さらに、上記両層の加工端部には完全蒸発されない長さ２０μｍ程度のバリ状の加工残渣４０も付着している。上記両層に粒状の加工残渣４０およびバリ状の加工残渣４０が付着した状態は、単位太陽電池の分離が不完全となり、単位太陽電池間の導通が生じるため、太陽電池の特性を低下させる要因となる。従って、上記粒状およびバリ状の加工残渣４０を除去する必要がある。

図５は従来のレーザ加工装置５０の側面断面図を示す。図５において、符号２は可撓性基板１の巻き出し用の送り室、３は可撓性基板１の加工室、４は可撓性基板１に付着した加工残渣４０を除去するためのクリーニング室、５は可撓性基板１の巻き取り用の巻取り室である。送り室２は、可撓性基板１が巻かれている送りローラ３０および複数のアイドルローラ２９を備えている。送りローラ３０に巻かれている可撓性基板１は、送り室２内の搬送パス上に配置した複数のアイドルローラ２９、加工室３内の加工ステージ３３および複数のアイドルローラ２９を経て、さらにクリーニング室４を通過した後、巻取り室５内の駆動ローラ３５とガイドローラ３６との間を通って巻き取りローラ３４に巻かれる。レーザ加工装置５０の中央部は可撓性基板１の加工室３である。加工室３内に備えられた加工ステージ３３は、固定ステージ４３と螺合する送りネジ４１によってガイド棒４２により矢印Ａに示される上下方向へ移動することができ、送られてきた可撓性基板１が停止すると下方に移動して可撓性基板１を固定する。

加工ステージ３３の下部には、レーザ光源３２、例えばＹＡＧ（yttrium aluminium garnet）レーザ等の固体レーザ、を搭載したＸＹステージ３１が備えられており、レーザ光源３２からのＹＡＧレーザにより所定の分割線に沿って矢印Ｂに示されるように走査し、可撓性基板１を加工する。加工が終了すると加工ステージ３３は上昇して可撓性基板１から離れ、可撓性基板１は搬送可能な状態となる。

加工室３におけるレーザ加工により可撓性基板１に付着した加工残渣４０を除去するため、可撓性基板１はクリーニング室４へ搬送される。本出願人が所有する特許文献２には加工残渣４０の除去について記載されている。特許文献２に示されるように、クリーニング室４には、可撓性基板１のレーザ加工を行なった面には、表面が柔らかく弾力性のある円筒形状のクリーニングローラ６が配置されている。クリーニングローラ６と対向して可撓性基板１の反対面には、クリーニングローラ６に比して十分硬い材質で形成した回転自在な円筒状の押さえローラ７が配置されている。クリーニングローラ６は弾力性のあるクリーニングローラ６の形状が少し変形する程度に押さえローラ７に可撓性基板１を押しつけ密着させた状態で、搬送速度に比して高速回転され、可撓性基板１を擦ることにより、可撓性基板１に付着した加工残渣４０を除去することができることが示されている。さらに、加工残渣４０が飛散して再度可撓性基板１に付着しないように、押さえローラ７を覆う吸引カバー２６とクリーニングローラ６を覆う吸引ダクト２５とを備えている。クリーニングローラ６としては、連続発泡により形成されたウレタン樹脂の円筒状のスポンジを用いることが示されている。クリーニングローラ６に加工残渣４０が蓄積していくことが認識されており、クリーニングローラ６の定期的な交換周期を長くできる方法が記載されている。

上述のレーザ加工装置５０と異なる方式のレーザ加工装置として、ガルバノ(galvano)方式レーザ加工装置がある。図６はガルバノ方式レーザ加工装置６０を示す。図６で図５と同じ符号を付した箇所は同じ要素を示すため説明は省略する。図６に示されるように、加工ステージ３３の上部にレーザ光源３２、例えばＹＡＧレーザ、を搭載し、レーザ光をガルバノミラー１３に反射させて加工ステージ３３側に照射する。コイルに流した電流により発生する磁力を利用して回転子に接続されたガルバノミラー１３を回すガルバノミラー駆動装置１４によってガルバノミラー１３の角度を変化させることにより、レーザ加工位置を移動することができる。このため、ガルバノ方式レーザ加工装置６０は、図５に示されるレーザ加工装置５０のＸＹステージ３１を移動させながらレーザ加工する方法に対して１０倍以上の加工速度を得ることができ、生産性に優れている。ガルバノミラー１３等の光学系ヘのレーザ加工残渣４０による汚染を防ぐため、可撓性基板１をガルバノミラー１３より下に置くことから、レーザ加工面は上を向いている。

特許第２７５５２８１号公報 特許第３４７８０７５号公報

上述のように、従来のレーザ加工装置５０では、クリーニングローラ６における加工残渣４０の蓄積に対してクリーニングローラ６の定期的な交換周期を長くすることにより対処していた。しかし、従来のレーザ加工装置５０ではＸＹステージ３１を移動させながらレーザ加工を行なうため、加工速度が遅く、生産性に関しては劣る点があるという問題があった。

一方、上述のガルバノ方式レーザ加工装置６０では、ガルバノミラー駆動装置１４によってガルバノミラー１３の角度を変化させることによりレーザ加工位置を移動することができるため、生産性に関しては優れているという特徴がある。そこで、クリーニングローラ６における加工残渣４０の蓄積に対処すると共に生産性の向上を得ることを目的として、ガルバノ方式レーザ加工装置６０に特許文献２に示されるクリーニングローラ６を適用することが考えられる。例えば、レーザ加工面が上側を向いていることに合わせてクリーニングローラ６と押さえローラ７の配置を上下逆にすればよい。しかし、レーザ加工残渣４０がＳＣＡＦ構造の薄膜太陽電池の全面に配置した直列孔ｈ１および集電孔ｈ２を通って裏側（下側）に回り込んでしまうため、完全にレーザ加工残渣４０を除去することができないという問題があった。

そこで、本発明の目的は、上記問題を解決するためになされたものであり、レーザ加工面が上面および下面のいずれであるかに関わらず、十分にレーザ加工残渣を除去することができ、長期間にわたりクリーニングローラの交換を不要にすると共に生産性の向上を得ることができるレーザ加工用クリーニングユニット等を提供することにある。

この発明のレーザ加工用クリーニングユニットは、レーザ加工処理された可撓性基板面に付着しているレーザ加工残渣を除去するレーザ加工用クリーニングユニットであって、前記可撓性基板のレーザ加工を行なった面と該面の反対側の面とに対向して配置され、該可撓性基板を押しつけ合って挟む、弾力性を有する円筒形状のクリーニングローラと、前記クリーニングローラの各々に結合され該クリーニングローラを回転させる駆動モータとを備え、前記クリーニングローラを前記駆動モータにより回転させて前記可撓性基板を擦ることにより、該可撓性基板面に付着したレーザ加工残渣を除去するものであり、前記クリーニングローラは表面に穴が設けられた中空の回転軸を有し、該回転軸の一端に接続された吸引装置をさらに備え、擦りとられた前記レーザ加工残渣を該穴を通して該吸引装置により連続的に排出することを特徴とする。

ここで、この発明のレーザ加工用クリーニングユニットにおいて、前記クリーニングローラに取付けられた、前記可撓性基板付近のみを開放する吸引カバーをさらに備えることができる。

ここで、この発明のレーザ加工用クリーニングユニットにおいて、前記クリーニングローラは連続発泡により形成されたウレタン樹脂製であるものとすることができる。

本発明のレーザ加工用クリーニングユニットによれば、クリーニングユニット内における可僥性基板のレーザ加工をおこなった面（上面）とその反対側の面（下面）とに、連続発泡により形成されたウレタン樹脂の円筒形状のクリーニングローラを配置する。上下のクリーニングローラは、互いに形状が少し変形する程度に可撓性基板を押しつけており、任意に回転方向および回転速度を設定できる駆動モータに各々結合されている。上下のクリーニングローラを用いて可撓性基板を擦ることにより、可撓性基板に付着した加工残渣を除去することができる。クリーニングローラの回転軸の表面には多数の穴が開けられており、当該回転軸の一端は吸引装置に接続されている。この構造により、可撓性基板より擦り取られた加工残渣をクリーニングローラの表面から回転軸に開けられた穴を通して、吸引装置により連続的に排出することができる。このため、クリーニングローラにレーザ加工残漬の蓄積がなく、長期間交換しなくても良い。この結果、レーザ加工面が上面および下面のいずれであるかに関わらず、十分にレーザ加工残渣を除去することができ、長期間にわたりクリーニングローラの交換を不要にすると共に生産性の向上を得ることができるレーザ加工用クリーニングユニット等を提供することができるという効果がある。

以下、各実施例について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施例に係るレーザ加工用クリーニングユニット８を備えたレーザ加工装置７０の全体を示す基板搬送方向Ｄに沿っての断面図である。図１で従来のガルバノ方式レーザ加工装置６０（図６）と同じ符号を付した箇所は同じ要素を示すため、詳細な説明は省略する。図１に示されるように、レーザ加工装置７０は送り室２、加工室３、クリーニング室４および巻取り室５より構成されている。送りローラ３０に巻かれている可撓性基板１は送りローラ３０から巻き出され、送り室２内の搬送パス上に配置した複数のアイドルローラ２９により方向を変えながら矢印Ｄで示される方向に搬送される。可撓性基板１は加工室３内の加工ステージ３３および複数のアイドルローラ２９を経て、さらにクリーニング室４を通過した後、巻取り室５内の駆動ローラ３５とガイドローラ３６とによる搬送駆動に従って間歇搬送を繰り返しながら、巻取り室５の巻取りローラ３４に巻き取られる。

加工室３には、搬送される可撓性基板１の上側に、例えばＹＡＧレーザであるレーザ光源３２とガルバノミラー１３とガルバノミラー駆動装置１４とが備えられている。可撓性基板１の下側に設置した加工ステージ３３が上昇することにより、可撓性基板１を加工ステージ３３に密着させ、平坦に固定することができる。この状態で、予め設定していたパターンに従ってガルバノミラー１３をガルバノミラー駆動装置１４により制御して、可撓性基板１上にレーザ光を走査して所定形状のレーザ加工を行なうことができる。

レーザ加工された可撓性基板１には、図４（Ｃ）に示されるように、パターニング加工を行なった周辺部に加工残渣４０が生成され、強固に付着している。この可撓性基板１はレーザ加工の終了後、加工ステージ３３の下降と共に加工ステージ３３から解放され、加工室３と巻取り室５との間に隣接配備された、レーザ加工用のクリーニングユニット８を有するクリーニング室４へ搬送される。

図２は、本発明の一実施例に係るレーザ加工用のクリーニングユニット８を示す断面図である。図２で図１と同じ符号を付した箇所は同じ要素を示すため説明は省略する。図２に示されるように、クリーニング室４内のクリーニングユニット８内における、可僥性基板１のレーザ加工をおこなった面（上面）とその反対側の面（下面）とに、弾力性を有するクリーニングローラ６が対向して配置されている。クリーニングローラ６としては連続発泡により形成されたウレタン樹脂製が好適である。図２において、符号６ａはクリーニングローラ６の回転軸であり、６ｂは上記連続発泡により形成されたウレタン樹脂の円筒状のスポンジである。

図３は、クリーニングユニット８の要部破断正面図である。図３で図１および図２と同じ符号を付した箇所は同じ要素を示すため説明は省略する。図３に示されるように、上下の対向するクリーニングローラ６は、互いに形状が少し変形する程度に可撓性基板１を押しつけ合って挟んでおり、任意に回転方向および回転速度を設定できる駆動モータ１２に各々結合されている。各クリーニングローラ６の一端は駆動モータ１２にカップリング９により結合され、他端は回転スリーブ１５により保持されている。上下の対向するクリーニングローラ６は各々取付板１６を介してベース板１７に取り付けられている。上下の対向するクリーニングローラ６を用いて可撓性基板１を擦ることにより、可撓性基板１に付着したレーザ加工残渣４０を除去することができる。

クリーニングローラ６の中空になっている回転軸６ａは、好適にはステンレス製またはアルミニウム製等とすることができる。図３に示されるように、回転軸６ａの表面には多数の穴１８が開けられており、当該回転軸６ａの一端は吸引装置１０に接続されている。この構造により、可撓性基板１より擦り取られた加工残渣４０をクリーニングローラ６の表面から回転軸６ａに開けられた穴１８を通して、吸引装置１０により連続的に排出することができる。

クリーニングローラ６に可撓性基板１付近のみを開放する吸引カバー（不図示）を取付けることにより、さらにレーザ加工残渣４０を効率的に除去することができる。

以上より、本発明の実施例１によれば、レーザ加工装置７０のクリーニング室４内にレーザ加工用クリーニングユニット８を備え、当該クリーニングユニット８内で可僥性基板１のレーザ加工をおこなった面（上面）とその反対側の面（下面）とに、連続発泡により形成されたウレタン樹脂の円筒形状のクリーニングローラ６を配置する。上下のクリーニングローラ６は、互いに形状が少し変形する程度に可撓性基板１を押しつけており、任意に回転方向および回転速度を設定できる駆動モータ１２に各々結合されている。各クリーニングローラ６の一端は駆動モータ１２にカップリング９により結合され、他端は回転スリーブ１５により保持されている。上下のクリーニングローラ６は各々取付板１６を介してベース板１７に取り付けられている。上下のクリーニングローラ６を用いて可撓性基板１を擦ることにより、可撓性基板１に付着した加工残渣４０を除去することができる。クリーニングローラ６の回転軸６ａの表面には多数の穴１８が開けられており、当該回転軸６ａの一端は吸引装置１０に接続されている。この構造により、可撓性基板１より擦り取られた加工残渣４０をクリーニングローラ６の表面から回転軸６ａに開けられた穴１８を通して、吸引装置１０により連続的に排出することができる。このため、クリーニングローラ６にレーザ加工残漬４０の蓄積がなく、長期間交換しなくても良い。この結果、レーザ加工面が上面および下面のいずれであるかに関わらず、十分にレーザ加工残渣４０を除去することができ、長期間にわたりクリーニングローラ６の交換を不要にすると共に生産性の向上を得ることができるレーザ加工用クリーニングユニット８等を提供することができる。

本発明の活用例として、プラスチックフィルム等の可撓性タイプの絶縁性基板あるいは薄膜金属フィルムの基板を用いたＳＣＡＦ構造の薄膜太陽電池に対し、レーザ加工により分離線を形成する際の加工残渣の除去への適用が挙げられる。

本発明の一実施例に係るレーザ加工用のクリーニングユニット８を備えたレーザ加工装置７０の全体を示す基板搬送方向Ｄに沿っての断面図である。 本発明の一実施例に係るレーザ加工用のクリーニングユニット８を示す断面図である。 クリーニングユニット８の要部破断正面図である。 ＳＣＡＦ構造の太陽電池を示す平面図である。 図４（Ａ）のＸＸ断面図である。 基板上等に付着する加工残渣を示す断面図である。 従来のレーザ加工装置５０を示す側面断面図である。 ガルバノ方式レーザ加工装置６０を示す図である。

符号の説明

１、１ａ プラスチック（可撓性）基板、 １ｂ 第１電極層、 １ｃ 第２電極層、 １ｄ 光電変換層、 １ｅ 第３電極層、 １ｆ 第４電極層、 １ｉ、１ｊ 分離線、 ２ 送り室、 ３ 加工室、 ４ クリーニング室、 ５ 巻取り室、 ６ クリーニングローラ、 ６ａ 回転軸、 ６ｂ ウレタン樹脂、 ７ 押さえローラ、 ８ レーザ加工用クリーニングユニット、 ９ カップリング、 １０ 吸引装置、 １１ 転がり軸受、 １２ 駆動モータ、 １３ ガルバノミラー、 １４ ガルバノミラー駆動装置、 １５ 回転スリーブ、 １６ 取付板、 １７ ベース板、 １８ 穴、 ２５ 吸引ダクト、 ２６ 吸引カバー、 ２９ ガイドローラ、 ３０ 送りローラ、 ３１ ＸＹステージ、 ３２ レーザ光源、 ３３ 加工ステージ、 ３４ 巻取りローラ、 ３５ 駆動ローラ、 ３６ ガイドローラ、 ４０ 加工残渣、 ４１ 送りネジ、 ４２ ガイド棒、 ４３ 固定ステージ、 ５０ 従来のレーザ加工装置、 ６０ ガルバノ方式レーザ加工装置、 ７０ 本発明のレーザ加工装置。

Claims (3)

1. レーザ加工処理された可撓性基板面に付着しているレーザ加工残渣を除去するレーザ加工用クリーニングユニットであって、
   前記可撓性基板のレーザ加工を行なった面と該面の反対側の面とに対向して配置され、該可撓性基板を押しつけ合って挟む、弾力性を有する円筒形状のクリーニングローラと、
   前記クリーニングローラの各々に結合され該クリーニングローラを回転させる駆動モータとを備え、
   前記クリーニングローラを前記駆動モータにより回転させて前記可撓性基板を擦ることにより、該可撓性基板面に付着したレーザ加工残渣を除去するものであり、
   前記クリーニングローラは表面に穴が設けられた中空の回転軸を有し、該回転軸の一端に接続された吸引装置をさらに備え、擦りとられた前記レーザ加工残渣を該穴を通して該吸引装置により連続的に排出することを特徴とするレーザ加工用クリーニングユニット。
2. 請求項１記載のレーザ加工用クリーニングユニットにおいて、前記クリーニングローラに取付けられた、前記可撓性基板付近のみを開放する吸引カバーをさらに備えたことを特徴とするレーザ加工用クリーニングユニット。
3. 請求項１又は２記載のレーザ加工用クリーニングユニットにおいて、前記クリーニングローラは連続発泡により形成されたウレタン樹脂製であることを特徴とするレーザ加工用クリーニングユニット。

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