特許 5763201 シリンダの縦軸線を中心とする加工ヘッドの旋回によりフレキシブルな帯を彫刻する方法及び装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5763201

(24)【登録日】2015年6月19日

(45)【発行日】2015年8月12日

(54)【発明の名称】シリンダの縦軸線を中心とする加工ヘッドの旋回によりフレキシブルな帯を彫刻する方法及び装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/00 20140101AFI20150723BHJP

   B23K 26/08 20140101ALI20150723BHJP

【ＦＩ】

   B23K26/00 B

   B23K26/08 F

【請求項の数】7

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2013-534228(P2013-534228)

(86)(22)【出願日】2011年9月20日

(65)【公表番号】特表2013-541421(P2013-541421A)

(43)【公表日】2013年11月14日

(86)【国際出願番号】EP2011066325

(87)【国際公開番号】WO2012052241

(87)【国際公開日】20120426

【審査請求日】2013年9月9日

(31)【優先権主張番号】102010038259.0

(32)【優先日】2010年10月19日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】513099577

【氏名又は名称】フォージェット テクノロジーズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】４ＪＥＴ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ＧｍｂＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100099483

【弁理士】

【氏名又は名称】久野 琢也

(72)【発明者】

【氏名】シュテファン ベアクフェルト

【審査官】 岩瀬 昌治

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−３３４６７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２６５４１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００８／１４９９４９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２０１２−５１５６５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５５−０９４７９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２６／００

Ｂ２３Ｋ ２６／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

帯（４）を、前記帯（４）の長手方向に運動させ、その際、支持面（３）としてのシリンダ（２）の表面セグメント上で前記シリンダ（２）の周方向（１０）に案内し、加工ヘッド（５）から前記支持面（３）に向けられた少なくとも１つの工具（６）により彫刻する、フレキシブルな帯（４）を彫刻する方法であって、
前記加工ヘッド（５）は、前記シリンダ（２）の周方向に運動可能であり、前記加工ヘッド（５）を、前記支持面（３）の上側で、前記シリンダ（２）の縦軸線（１５）を中心に旋回させることを特徴とする、フレキシブルな帯を彫刻する方法。

【請求項2】

前記少なくとも１つの工具（６）は、レーザ光線である、請求項１記載の彫刻方法。

【請求項3】

レーザ光線を、先ず前記シリンダ（２）の縦軸線（１５）上で案内し、次いで前記シリンダ（２）の半径方向（１７）に案内し、そのあとで前記シリンダ（２）の縦方向（１８）に案内して、前記加工ヘッド（５）内で前記支持面（３）に向かって変向させる、請求項２記載の彫刻方法。

【請求項4】

複数のレーザ光線を前記加工ヘッド（５）内で分割して、相互に平行に前記支持面（３）に向ける、請求項２又は３記載の彫刻方法。

【請求項5】

帯（４）の長手方向に前記帯（４）を運動させる送り装置と、支持面（３）としてのシリンダ（２）の表面セグメントを介して前記シリンダ（２）の周方向（１０）に前記帯（４）を案内する案内装置と、前記支持面（３）に向けられた少なくとも１つの工具（６）により前記帯（４）を彫刻する、前記支持面（３）に向けられた加工ヘッド（５）と、前記加工ヘッド（５）を運動させる駆動装置とを備える、フレキシブルな帯（４）を彫刻する装置（１）であって、
前記加工ヘッド（５）は、前記シリンダ（２）の周方向に運動可能であり、前記加工ヘッド（５）は、前記駆動装置により、前記シリンダ（２）の縦軸線（１５）を中心に前記支持面（３）の上側で旋回可能であることを特徴とする、フレキシブルな帯を彫刻する装置。

【請求項6】

前記シリンダ（２）は、前記シリンダ（２）の縦軸線（１５）を中心に前記彫刻装置（１）に回転可能に支持されている、請求項５記載の彫刻装置。

【請求項7】

前記少なくとも１つの工具（６）は、前記帯（４）の送り方向とは逆向きに、前記シリンダ（２）の表面に対する垂線（２１）に対して３０°〜６０°の当て付け角度（２０）で、前記支持面（３）に当て付けられている、請求項５又は６記載の彫刻装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、帯の長手方向に帯を運動させる送り装置と、支持面としてのシリンダの表面セグメントを介してシリンダの周方向に帯を案内する案内装置と、支持面に向けられた少なくとも１つの工具により帯を彫刻する、支持面に向けられた加工ヘッドと、加工ヘッドを運動させる駆動装置とを備える、フレキシブルな帯を彫刻する装置及び方法に関する。

【0002】

前述の構成の方法及び装置は、特に、多層の帯としてロール状に提供されるフレキシブルなソーラモジュールを連続的なプロセスで構造化するために用いられる。個々の太陽電池を相互に分離するか又はロール材料の縁領域から分離するため、又は導体路のための溝を準備するために、工具としてのレーザ光線により、帯の１つ又は複数の機能層が除去される。

【0003】

前述の構成の方法及び装置は、特開平１０−２７９１８号公報において公知である。そこで提案された装置の加工ヘッドは、シリンダの縦軸線に沿って移動可能である。

【0004】

課題
本発明の根底を成す課題は、個々の加工ヘッドを用いて閉じたカーブを彫刻することである。

【0005】

解決手段
公知の方法から出発して、本発明によれば、加工ヘッドが駆動装置によりシリンダの縦軸線を中心に旋回可能であることが提案される。そうすると加工ヘッドは、特に簡単に支持面に対して一定の間隔でシリンダの周方向及び／又は縦方向に運動することができる。ロールから帯を一定に送りながら、同時に周方向に加工ヘッドを運動させることにより、局所的に、ベルト上の工具の送りが加速又は減速される。工具としてレーザ光線を使用する場合、一定のレーザ出力で、彫刻は、相応に強弱される。シリンダの縦方向の加工ヘッドの運動と組み合わせて、例えば横線やループ状の軌道のような任意の彫刻が可能になる。レーザ出力を同時に適合させると、又はロールからの可変の送りにより、そのような任意の彫刻は、局所的に一定の出力値で行うこともできる。

【0006】

本発明による方法の好適な態様では、少なくとも１つの工具はレーザ光線である。選択的に、少なくとも１つの工具は、帯を機械式に刻み付けるニードルであってもよい。

【0007】

特に好適には、そのような本発明による方法では、レーザ光線は、先ずシリンダの縦軸線上に案内され、次いでシリンダの半径方向に、そのあとでシリンダの縦方向に案内され、そして加工ヘッド内で支持面に向かって変向される。先ずシリンダの縦軸線上の光線案内により、この縦軸線を中心に旋回可能な加工ヘッドの平面への変向が簡単になる。このために、旋回されるユニットと固定的に結合された唯１つの変向要素しか必要とされず、加工ヘッドは、レーザ光線を能動的に後案内する必要なく、旋回させることができる。半径方向の光線案内により、半径方向に調節可能な加工ヘッドの平面への変向が簡単になる。半径方向の調節に際して、次の変向要素に対する間隔だけが拡大される。縦方向に調節可能な加工ヘッドの平面上のシリンダの縦方向の更なる光線案内により、支持面への変向が簡単になる。縦方向の調節に際して、同じく次の変向要素に対する間隔だけが拡大される。要求に応じて、本発明による方法におけるレーザ光線の案内のこれら３つの構成は、個別に用いてもよい。

【0008】

本発明による方法の特に好適な態様では、複数のレーザ光線が加工ヘッド内で分割されて、相互に平行に支持面に向けられる。レーザ光線の分割（例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第２００７０３４６４４号明細書において公知の原理に基づく）により、全てのレーザ光線を共通の光源で形成し、その形成を特に簡単に制御することができる。択一的に、複数のレーザ光線を、例えば加工ヘッド内で個別に形成して、個別に制御してもよい。

【0009】

公知の装置から出発して、本発明によれば、加工ヘッド（５）が駆動装置によりシリンダ（２）の縦軸線（１５）を中心に旋回可能であることが提案される。本発明による装置は、本発明による方法の実施を可能にし、本発明による方法に関して記載の利点において優れている。

【0010】

好適には、本発明による装置において、シリンダが、シリンダの縦軸線を中心に回転可能に支持されている。そのような装置では、シリンダを帯により駆動するか、又はシリンダが帯を駆動することができる。この場合、周速は、その都度帯の送り速度にほぼ相当する。そうして帯は、特にソフトに支持面を介して案内され、支持面は、シリンダの表面を介して前述の周速で「移動する」。そうして帯の下面の「引っ掻き」による破損が回避される。

【0011】

そのような本発明による装置により、より複雑な幾何学形状を帯に彫刻することができる。パターンが帯方向にシリンダ上の載設面の半分よりも長くない場合、連続的に運動させられる帯上に任意のパターンを形成することができる。例えば矩形のパターンを、各矩形が１つの領域を隙間なく囲むように形成することができる。この場合、加工ヘッドの各工具の１つの加工ステップで、同じパターンを平行に形成することができる。

【0012】

そのようなパターンは、電気的に独立した領域、特に矩形が残るように被覆を除去することができるので、特に太陽光発電において重要である。その領域は、あとで太陽電池を形成する。

【0013】

シリンダの周方向の横線に対して、一度、ヘッドは、送り方向に帯よりも速く運動させられ、一度、送り方向とは逆向きに運動させられる。シリンダの縦方向の縦線に対して、ヘッドは、帯が搬送されるのと同じ速度で旋回される。追加的に、シリンダの縦方向の運動が行われる。特にそのような本発明による装置は、シリンダの縦方向に運動させるため及び／又は半径方向に運動するための駆動要素を備える。半径方向の運動により、支持面に対する加工ヘッドの間隔を調節することができる。このことは、それぞれ異なる厚さを有する帯を加工し、帯上のレーザ痕直径又は帯に導入されるレーザ出力を局所的に適合させたい場合に、特に工具としてレーザ光線を使用する際に、重要である。

【0014】

本発明による装置の好適な態様では、工具は、帯の送り方向とは逆向きに、シリンダの表面に対する垂線に対して３０°〜６０°の当て付け角度を成して支持面に当て付けられる。この場合、工具としてレーザ光線を使用すると、レーザ光線は、前述の当て付け角度下で帯に照射される。そうして、彫刻時に剥離する材料は、レーザ光線に戻し案内されず、特にそこで加熱、蒸発又は飛散されず、更なる加工に影響を及ぼさない。

【0015】

シリンダ表面は、好適には、レーザ光線により除去されるか又は他の方法で継続的に影響を及ぼされることも、反射して戻された光線が加工したい材料を不都合に損なうようにレーザ光線が反射し戻されることもない材料から成っている。

【0016】

以下に、本発明を、１つの実施の形態に基づいて概略図で説明する。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明による装置の側面図である。

【図2】本発明による装置の正面図である。

【図3a】本発明による装置により彫刻可能なパターンを示す図である。

【図3b】パターンの詳細図である。

【0018】

図１及び図２に示された本発明による装置１は、フレキシブルな帯４を支持する支持面３を有するシリンダ２と、互いに平行に支持面３に案内される、工具６としての９本のレーザ光線により帯４を彫刻するための加工ヘッド５とを備える。帯４は、ソーラモジュールを製造するための、３０ｃｍの幅７を有する多層の半製品であり、ルーズな第１のロール８から、下側から支持する案内ローラ９を介して、支持面３に向かって繰り出され、シリンダ２の周方向１０に、支持面３を介して案内され、彫刻のあとで支持面３の下流側で、下側から支持する案内ローラ１１を介して、被駆動の第２のロール１２に再び巻き上げられる。

【0019】

シリンダ２は、３０ｃｍの直径１３と、２ｃｍ〜４ｃｍだけ半製品の幅７を超える幅１４とを有し、縦軸線１５を中心に回転可能に装置１に支持されていて、案内ローラ９と同様に、帯４により連行される。第１のロール８に設けられた図示されていないブレーキにより、帯４は、僅かに張力を受けて保持される。シリンダ２の表面１６は、セラミック被覆されていて、能動的に冷却される。

【0020】

加工ヘッド５は、同様に縦軸線１５を中心に旋回可能に支持面３の上側で装置１に支持されていて、旋回駆動装置、並びにシリンダ２の半径方向１７及び縦方向１８に移動するためのそれぞれ１つの駆動装置を備える。加工ヘッド５の旋回駆動装置及び両方の別の駆動装置は、図示されていない。

【0021】

レーザ光線は、図示されていない、共通の光源として、５ｐｓ〜２０ｐｓのパルス長さで１０３０ｎｍまたは１０６４ｎｍの波長λを有する、パルス化された赤外ピコ秒レーザを起点として、先ず縦軸線１５上で案内され、次いで２つのミラー１９によりシリンダ２の半径方向１７に、最終的に再び縦方向１８に変向される。加工ヘッド５においてレーザ光線は分割され、それぞれ平行に支持面３に向かって案内される。加工ヘッド５では、個々のレーザ光線は、図示されていない個別ヘッドにより相互に移動させることができる。

【0022】

レーザ光線は、帯４の送り方向とは逆向きに、垂線２１に対して４５度の当て付け角度２０で支持面３に当て付けられている。そうすると、帯４から除去された材料がレーザ光線ひいては加工に影響を及ぼして、レーザ光線が剥落された材料を加熱し、この材料を蒸発させるか、又はさらに破壊して、部分製品が加工したい表面に運び戻されることが回避される。

【0023】

本発明による装置１は、帯４上のレーザ光線の照射箇所の傍に、圧縮空気、不活性ガス又はプロセスを補助するガスを供給するための図示されていないガスノズルを備える。プロセス進行中、ガスは、レーザ光線の領域及び帯４の表面からの、除去された材料の搬出を補助する。レーザ光線の別の側で、吸込開口が、搬出された材料と、ノズルを通って流入するガスとを吸い込む。

【0024】

本発明による装置１は、さらに、図示されていない識別センサを備え、識別センサは、シートの表面又は側面の構造（特に縁、半製品に取り付けられた構造又はマーク）を認識する。本発明による装置１により、帯４上に、既に存在する構造に対して極めて精確に位置決めされた構造を形成することができる。

【0025】

最終的に、本発明による装置１は、加工ヘッド５にガルバノスキャナを備え、ガルバノスキャナにより、例えばエッジデリーションを「オンザフライ」（ｏｎ ｔｈｅ ｆｌｙ）で、つまり前進運動中に搬送方向に対して横向きに行うことができ、その際、加工間隔が変化することはない。より長い加工の場合、さらに、材料に導入された熱を、ローラを介して導出することができる。

【0026】

本発明による装置１は、パイロットプラントである。別の本発明による装置の生産に関する使用は、１５０ｃｍまでの範囲、特に１２０ｃｍ又は３０ｃｍの別の整数倍の半製品で好適であると見なされる。シリンダ２の直径は、別の本発明による装置では、一方では半製品を過剰に曲げずに、他方ではシリンダ２の重量を取扱可能な限界範囲内に維持するために、１０ｃｍ以上で１００ｃｍ以下に選択されるべきである。

【0027】

別の本発明による装置は、別のレーザパラメータ、特に別の波長やパルス継続時間を有してよい。除去したい層における吸収性を最大化して、同時に残存する材料の吸収性を最小化するために、層システムに対して種々異なる波長が選択される。パルス継続時間により、加工の縁領域における熱の影響を受けるゾーンに影響を及ぼすことができる。極めて短いパルス（１０ピコ秒を下回る）では、特定の材料で、吸収性を同様に高めることができる。

【0028】

図３ａは、図示されていない、モノリシック接続のフレキシブルなモジュールのための、本発明による装置１により彫刻可能なパターン２２を示している。このパターンは、それぞれ、シリンダ２の周方向１０に等間隔の３本の横線２４，２５，２６と縦方向１８に相互に平行の２本の縦線２７，２８とを有する９個のブロック２３から成っている。各ブロック２３は、正確に１つの工具６により、図３ｂに図示された加工経過に従って彫刻され、加工中、帯４は、シリンダ２により、連続的に送り方向２９に駆動される。

【0029】

運動させられる帯上の出発点ａを起点として、工具６は、先ず第２の点ｂまで第１の横線２４を彫刻する。そこで工具６は、第３の点ｃに空走し、そこから第４の点ｄまで第２の横線２５を彫刻する。次いで、工具６は、第５の点ｅに空走し、そこから第６の点ｆまで第１の縦線２７を彫刻する。次のステップで、工具６は、再び第７の点ｇに空走し、第８の点ｈまで第３の横線２６を彫刻する。最終的に工具６は、第９の点ｊに空走し、第１０の点ｋまで第２の横線２８を彫刻する。

【0030】

第１の横線２４及び第３の横線２６の彫刻に際して、加工ヘッド５は工具６と共に送り方向２９とは逆向きに旋回し、第２の横線２５の彫刻時に、送り方向２９に旋回する。縦線２７，２８の彫刻及び彫刻の間の空走に際して、加工ヘッド５は、旋回し、同時にシリンダ２の縦方向に又は縦方向とは逆向きに移動する。そのあとで加工ヘッド５は、工具６を、図示されていない、送り方向２９とは逆向きに続くパターン２２の、同じく図示されていない出発点ａに移動させる。

【符号の説明】

【0031】

１ 装置、 ２ シリンダ、 ３ 支持面、 ４ 帯、 ５ 加工ヘッド、 ６ 工具、 ７ 幅、 ８ ロール、 ９ 案内ローラ、 １０ 周方向、 １１ 案内ローラ、 １２ ロール、 １３ 直径、 １４ 幅、 １５ 縦軸線、 １６ 表面、 １７ 半径方向、 １８ 縦方向、 １９ ミラー、 ２０ 当て付け角度、 ２１ 垂線、 ２２ パターン、 ２３ ブロック、 ２４ 第１の横線、 ２５ 第２の横線、 ２６ 第３の横線、 ２７ 第１の縦線、 ２８ 第２の縦線、 ２９ 送り方向、 ａ〜ｋ 点

【図1】

【図2】

【図3a】

【図3b】