一种主辊及切割设备的制作方法

1.本发明涉及光伏器件制造设备技术领域，尤其涉及一种主辊及切割设备。


背景技术：

2.现有的硅切片技术中，大都采用多线切割技术，多线切割机内设置可升降的晶托和至少两根主辊，晶托的下方连接硅棒工件，每根主辊的外周围设有用于定位切割线的凹槽，凹槽内绕制有切割线，经过初步加工的硅棒，通过晶托带动进行上下往复运动，另一方面主辊带动切割线往复运动，两者配合使硅棒被制作成合适的硅片。
3.目前多线切割中使用的主辊系统，包括辊芯、以及在辊芯外表面涂覆的涂覆层，同时，形成涂覆层后，再通过车削在涂覆层表面加工预设的槽型。涂覆层的生产过程存在技术要求高、时间长、能耗大、成本高等缺点。而开槽的过程加工时间长，槽的形状难以控制，使用时容易引发偏磨，导致主辊的使用寿命降低。到达一定的使用时间后需要将主辊上的涂覆层去除掉，导致涂覆层的浪费较大，加工周期长，使得太阳能硅片生产的成本增加。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种主辊及切割设备，用于解决现有切割设备中的主辊的使用寿命低、加工效率低问题。
5.第一方面，本发明提供一种主辊，应用于切割设备。该主辊包括辊芯、第一结构层以及第一涂覆层，第一结构层设置在辊芯上，第一结构层远离辊芯的表面上具有多个间隔的第一环形凹槽，第一涂覆层至少形成在第一环形凹槽的内壁上，第一涂覆层的硬度小于第一结构层的硬度。
6.采用上述技术方案的情况下，本发明实施例提供的主辊，通过在硬度大于第一涂覆层的第一结构层上预先设置多个第一环形凹槽，再在第一环形凹槽上形成第一涂覆层，使得第一涂覆层形成的第二环形凹槽的加工精度高，加工时间短。从而提高了主辊加工效率，同时每次更新第一涂覆层需要的第一涂覆层材料用量少，降低了切割成本。第一涂覆层形成在硬度更大的第一环形凹槽上，第一涂覆层的表面更加平整，从而使得第二环形凹槽的平整度更好，进而减低了第一涂覆层与切割线之间的磨耗。也就是说提高了第一涂覆层的使用寿命，进而提高主辊的使用寿命。
7.在一个可能的实现方式中，第一结构层为刚性结构层。刚性的第一结构层可以进行机械加工，加工第一环形凹槽的难度低，保证在第一结构层上的第一环形凹槽可以高精度形成。从而形成在第一环形凹槽上的第一涂覆层可以形成高精度的第二环形凹槽。
8.在一个可能的实现方式中，第一结构层至少由金属、金属合金、碳纤维或碳碳复合材料中的一种构成。
9.在一个可能的实现方式中，第一结构层的厚度为2毫米-50毫米。过厚会造成不必要的成本投入，过薄不利于加工以及安装。
10.在一个可能的实现方式中，第一涂覆层形成在第一结构层远离辊芯的表面。第一
涂覆层可以是完全覆盖在第一结构层的表面上，形成第一涂覆层的过程更加简单。
11.在一个可能的实现方式中，第一涂覆层的材质至少包括聚氨酯、聚四氟乙烯中的至少一种。
12.在一个可能的实现方式中，第一涂覆层的厚度为5微米-200微米。
13.在一个可能的实现方式中，第一结构层与辊芯可拆卸连接。在需要进行更换主辊的第一结构层的时候，只需要将第一结构层从辊芯上拆除更换，然后根据新的需求加工槽型，并喷涂第一涂覆层。
14.在一个可能的实现方式中，第一结构层至少通过卡扣、螺纹配合、过盈配合或者铆接中的一种方式与辊芯连接。
15.第二方面，本发明实施例还提供一种切割设备。该切割设备包括第一方面或第一方面任一可能的实现方式所描述的主辊。
16.第二方面提供的切割设备的有益效果与第一方面或第一方面任一可能的实现方式所描述的主辊的有益效果相同，此处不做赘述。
附图说明
17.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
18.图1-4为本发明实施例的一种主辊的结构示意图。
19.附图标记：
20.1-辊芯，
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2-第一结构层，
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21-第一环形凹槽，
21.3-第一涂覆层，
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31-第二环形凹槽，
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4-支撑件。
具体实施方式
22.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
23.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
24.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
25.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
26.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可
以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
27.切割设备，如多线切割设备，是生产光伏电池或芯片的重要生产设备。通过将硅棒切割后形成硅片，硅片用于光伏组件或半导体器件制备的衬底。
28.多线切割设备，需要采用主辊来固定切割线，主辊上设有凹槽用于定位切割线，以保证切割线不会在切割过程中偏离预设位置。硅棒在切割过程中，切削量要严格控制，切割线出现偏移或者抖动，都会导致切割刀口过大，影响硅片的切割质量。
29.相关技术提供了一种主辊，包括辊芯以及辊芯上的涂覆层，涂覆层上具有凹槽。凹槽是涂覆层成形后，再通过机械加工的方式在涂覆层的表面形成需要的凹槽，如采用车削。切割线与凹槽接触的表面需要保证光滑，防止切割线与凹槽产生磨损。于是一般用于主辊的涂覆层，多为耐磨性较好的高分子聚合物涂覆层，还可以是含有聚合物复合物或混合物或改性物。这一类涂覆层的生产过程存在技术要求高、时间长、能耗大、成本高等缺点。由于涂覆层质地偏软，涂覆层上开设凹槽的过程加工时间长，槽的形状难以控制，凹槽难以得到精确加工。凹槽加工不到位会导致凹槽使用时容易引发切割线偏磨，从而导致涂覆层与切割线偏磨的位置磨损加快，从而导致主辊的使用寿命降低。主辊上的涂覆层到达一定的使用时间后需要将主辊上的涂覆层车削掉，再重新涂覆上一层新的涂覆层并开设凹槽，导致涂覆层的浪费较大，加工周期长，这些都阻碍了太阳能硅片生产对低成本的要求。
30.为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种切割设备，该切割设备可以包括主辊。该主辊解决现有主辊的凹槽加工难，主辊上凹槽的加工精度不足，导致现有主辊的使用寿命低的问题。
31.图1示例图本发明提供的一种主辊的结构图。参见图1，该主辊应用于切割设备，该切割设备包括切割线。该主辊包括辊芯1、第一结构层2以及第一涂覆层3，第一结构层2设置在辊芯1上，第一结构层2远离辊芯1的表面上具有多个间隔的第一环形凹槽21。第一涂覆层3至少形成在第一环形凹槽21的内壁上，第一结构层2的硬度大于第一涂覆层3的硬度。由于第一涂覆层3形成在第一环形凹槽21的内壁上，因此，第一涂覆层3中位于每一个第一环形凹槽21上的部分，在远离第一结构层2的表面上具有多个第二环形凹槽31，第二环形凹槽31用于容纳切割线。
32.图2示例图本发明提供的一种主辊的结构图。参见图2，上述第一结构层2的硬度大于第一涂覆层3的硬度，因此在第一结构层2上加工凹槽的精度大于在第一涂覆层3上加工凹槽的精度，难度小于在第一涂覆层3上加工凹槽的难度。第一结构层2可以为刚性材料制成的结构层，刚性材料更加容易进行机械加工，加工的精度也更高。通过在刚性的第一结构层2上加工第一环形凹槽21，加工难度降低，保证在第一结构层2上的第一环形凹槽21可以高精度形成。从而在第一环形凹槽21上的第一涂覆层3可以形成高精度的第二环形凹槽31，进而保证切割线能够被第二环形凹槽31固定，实现在切割过程中，切割线不会发生偏磨与抖动的问题。基于切割线在切割过程中，不会出现在第二环形凹槽31中发生偏磨的问题。因此第一涂覆层3的磨损只来源于切割线正常的磨损，从而相对于现有技术的主辊相比，提高了主辊的使用寿命。
33.参见图2，上述第一结构层2及其上的第一环形凹槽21可以是通过浇筑成形或其他
成形方式。只要保证第一环形凹槽21可以高精度形成在第一结构层2上。第一环形凹槽21可以是在第一结构层2形成的时候同步形成，也可以是在第一结构层2形成后，进行二次加工后形成。例如，采用不锈钢制备的第一结构层2，第一结构层2上通过车削与磨削加工形成多个第一环形凹槽21。又例如采用砂壳浇筑形成具有第一环形凹槽21的第一结构层2。
34.在一种可能的实现方式中，参见图1，第一结构层2至少由金属、金属合金、碳纤维或碳碳复合材料中的一种构成。
35.例如，本发明实施例中的第一结构层2，采用金属或金属合金的时候，可以是铝合金、碳钢、镁合金、铝合金、锌合金、钛合金、镁铝合金等轻合金或对应的金属材料制成。还可以是碳纤维或碳碳复合材料等新型刚性材料。
36.上述第一结构层2的厚度可以为2毫米-50毫米，第一结构层2的厚度与主辊的直径以及切割线的直径相关。因为第一环形凹槽21的槽深影响第一结构层2的厚度，第一结构层2需要考虑加工第一环形凹槽21后的结构稳定性。第一结构层2过厚会造成不必要的成本投入，第一结构层2过薄不利于加工以及安装。其中第一环形凹槽21的槽形在此不做限制，可以稳定容纳切割线即可。
37.例如，第一环形凹槽21的结构可以为连续的圆弧形、三角形、矩形或者梯形截面的连续回转结构或环形结构，基于第二环形凹槽31是通过第一涂覆层3形成第一环形凹槽21的内壁上，因此第二环形凹槽31的形状与第一环形凹槽21相同。
38.参见图3，上述第一涂覆层3可以是通过涂覆或喷涂的方式形成在第一环形凹槽21上的薄层结构，其厚度可以为5微米-200微米。通过高精度加工形成的第一环形凹槽21，在第一环形凹槽21的表面形成一层厚度均匀的第一涂覆层3，第一涂覆层3远离第一结构层2的表面形成第二环形凹槽31。第二环形凹槽31用于与切割线接触。由于第一环形凹槽21通过高精度加工形成，切割线在第二环形凹槽31中，并不会出现现有主辊的偏磨现象，从而第一涂覆层3的使用寿命得到保证，进而较于现有的主辊的使用寿命得到增加。
39.上述第一涂覆层3可以形成连续的膜层，完全覆盖在第一结构层2远离辊芯1的表面上。也可以是只覆盖在第一环形凹槽21的内壁上。这个可以是参照第一环形凹槽21的槽间距以及第一涂覆层3的成形方式来设置，当槽间距很大的时候，采用只在第一环形凹槽21上设置能节省第一涂覆层3的用量。但是在第一涂覆层3采用喷涂或涂覆的工艺形成，采用全面覆盖在第一结构层2，第一涂覆层3的形成更加方便。当然采用喷涂或涂覆的时候，第一结构层2外通过遮掩的方式，也可以形成不连续、只存在在第一环形凹槽21中的第一涂覆层3。
40.上述第一涂覆层3采用耐磨性高的材料制成，该第一涂覆层3的磨损率至少小于或等于聚氨酯的磨损率。第一涂覆层的材质可以至少包括聚氨酯、聚四氟乙烯中的至少一种。同时第一涂覆层3表面的平整度高，通过确保第一涂覆层3表面光滑，使得第二环形凹槽31容纳切割线时，切割线与凹槽接触的表面光滑，防止切割线与凹槽产生磨损。
41.例如，当第一涂覆层3采用聚氨酯制成时，聚氨酯薄膜层的厚度大于5um能保证聚氨酯薄膜层表面光滑，聚氨酯薄膜层厚度小于200um能保证切割线容纳在凹槽内，不发生偏移，提高切割的精度，对于本领域人员来说，根据实际需要，将聚氨酯薄膜层的厚度设置为5um、10um、15um、30um、50um、80um、120um也在本技术的保护范围内，本技术对此不作限定。第一涂覆层3的材料主要考虑表面光滑程度以及耐磨度，并不考虑具体的材质。可以为耐磨
性较好的高分子聚合物薄膜层，例如聚氨酯与聚四氟乙烯，还可以是含有该聚合物的复合物或混合物或改性物。
42.实际应用中，在第一涂覆层3在正常使用情况下达到了需要更换的时候，可以通过将主辊浸泡在脱胶剂中，将第一涂覆层3去除，再在第一结构层2表面上涂覆第一涂覆层3即可。第一涂覆层3的更换的频率以及用量都较现有的主辊更换的时候来的更加低。
43.在一种可能的实现方式中，参见图1，第一结构层2与辊芯1可拆卸连接。由于硅片的切割厚度并不是唯一的，第一环形凹槽21的槽间距是根据实际生产决定的，因此需要多种型号的主辊用于硅片切割生产。同时在本发明提供的主辊的第一涂覆层3正常损耗后，需要进行更换第一涂覆层3的操作，那么主辊就需要从切割设备中拆除下来。为了减少主辊的维修或更换时间，将第一结构层2可拆卸连接到辊芯1上。在需要进行更换主辊或重新喷涂第一涂覆层3的时候，只需要将第一结构层2从辊芯1中拆除，更换新的具有第一涂覆层3的第一结构层2即可。那么在日常使用过程中，只需要制备多个规格的第一结构层2备用，在必要时进行更换。从而大大减少由于更换主辊或更新第一涂覆层3需要的时间，以及减少辊芯1的投入，进而降低了切割硅片所需要的成本与时间。
44.例如，上述第一结构层2与辊芯1连接后可以实现相对固定。第一结构层2可以至少通过卡扣、螺纹、过盈配合或者铆接中的一种方式与辊芯1连接。还可以是通过胶粘接的方式，在需要进行拆卸的时候采用脱胶剂浸泡进行脱胶。也可以是第一结构层2的端面与辊芯1的端面，通过连接组件进行连接，如采用法兰进行连接。
45.在一种可能的实现方式中，图4示例出本发明提供的一种主辊的结构图。参见图4，主辊还包括支撑件4，辊芯1的两端分别设有一个支撑件4，支撑件4与辊芯1连接。支撑件4用于对主辊进行支撑和定位，防止主辊发生偏移。主辊偏移会导致切割线在第二环形凹槽31中偏移，会发生切割线对第一涂覆层3偏磨的情况。
46.例如，如图4所示，支撑件4可以采用圆锥形的结构来进行对主辊的定位，两个锥角相对的支撑件4，可以实现定位效果。
47.本发明实施例提供的主辊，通过在硬度大于第一涂覆层3的第一结构层2上预先设置有多个第一环形凹槽21，再在第一环形凹槽21上形成第一涂覆层3，使得第一涂覆层3形成的第二环形凹槽31的加工精度高，加工时间短。从而提高了主辊加工效率，同时每次更新第一涂覆层3需要的材料用量少，降低了主辊的维护成本。第一涂覆层3形成在硬度更大的第一环形凹槽21上，第一涂覆层3的表面更加平整，从而使得第二环形凹槽31的平整度更好，进而减低了第一涂覆层3与切割线之间的磨耗。也就是说提高了第一涂覆层3的使用寿命，进而提高主辊的使用寿命。
48.在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
49.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种主辊，其特征在于，应用于切割设备，所述主辊包括辊芯、第一结构层以及第一涂覆层，所述第一结构层设置在所述辊芯上，所述第一结构层远离所述辊芯的表面上具有多个间隔的第一环形凹槽，所述第一涂覆层形成在所述第一环形凹槽的内壁上，所述第一涂覆层的硬度小于所述第一结构层的硬度。2.根据权利要求1所述的主辊，其特征在于，所述第一结构层为刚性结构层。3.根据权利要求2所述的主辊，其特征在于，所述第一结构层的材质至少包括金属、金属合金、碳纤维、碳碳复合材料中的至少一种。4.根据权利要求3所述的主辊，其特征在于，所述第一结构层的厚度为2毫米-50毫米。5.根据权利要求1所述的主辊，其特征在于，所述第一涂覆层形成在所述第一结构层远离所述辊芯的表面。6.根据权利要求1～5任一项所述的主辊，其特征在于，所述第一涂覆层的材质至少包括聚氨酯、聚四氟乙烯中的至少一种。7.根据权利要求6所述的主辊，其特征在于，所述第一涂覆层的厚度为5微米-200微米。8.根据权利要求1～5任一项所述的主辊，其特征在于，所述第一结构层与所述辊芯可拆卸连接。9.根据权利要求8所述的主辊，其特征在于，所述第一结构层至少通过卡扣、螺纹配合、过盈配合或者铆接中的一种方式与所述辊芯连接。10.一种切割设备，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的主辊。

技术总结
本发明公开一种主辊及切割设备，涉及光伏器件制造设备技术领域，以解决解决现有切割设备中的主辊的使用寿命低、加工效率低的问题。所述主辊包括辊芯、第一结构层以及第一涂覆层，第一结构层设置在辊芯上，第一结构层远离辊芯的表面上具有多个间隔的第一环形凹槽，第一涂覆层至少形成在第一环形凹槽的内壁上，第一涂覆层的硬度小于第一结构层的硬度。所述切割设备包括上述技术方案所提的主辊。割设备包括上述技术方案所提的主辊。割设备包括上述技术方案所提的主辊。


技术研发人员：毛剑波 李杰 刘晓东 管辉
受保护的技术使用者：隆基绿能科技股份有限公司
技术研发日：2020.11.23
技术公布日：2022/5/25