JP6406005B2 - ツールホルダ及び溝加工装置 - Google Patents

Description

本発明は薄膜太陽電池の製造加工時に薄膜に溝加工を行う加工ヘッドに取付けられるツールホルダ及び溝加工装置に関するものである。

集積型の薄膜太陽電池の製造工程においては、例えば特許文献１に記載されているように、基板上に半導体薄膜を積層し、複数回のパターニングを繰り返す工程がある。この製造工程では脆性材料基板上に金属製の下部電極層を形成し、パターニングＰ１として電極層をレーザビームによって短冊状に分割して切り分ける。その上にＰ型光吸収層、及びバッファ層を形成して積層型の半導体薄膜とする。その後、パターニングＰ２としてパターニングＰ１の溝から少しオフセットしたラインに沿ってバッファ層とＰ型光吸収層の一部を機械的にスクライブすることによって短冊状に分割して切り分ける。次にバッファ層の上に金属酸化物から成る透明導電膜を成膜する。次いでパターニングＰ３として、パターニングＰ２の溝から少しオフセットしたラインに沿って透明導電膜とバッファ層とＰ型光吸収層の一部を機械的にスクライブすることによって短冊状に切り分ける。こうして薄膜の太陽電池を製造することができる。このため、パターニングＰ１のラインに対してパターニングＰ２，Ｐ３のラインを夫々わずかにオフセットさせる必要があり、１枚の基板に対し例えば５ｍｍ程度のピッチで平行な溝を百数十本形成する必要がある。

特許文献２，３には太陽電池用のスクライブ装置が示されている。特許文献２にはスクライブヘッドのベース上に加工ツールを保持するツールホルダ、ツールホルダを上下動させるエアシリンダ、ツールホルダの自重を打ち消すためのスプリング等が設けられ、エアシリンダによって荷重を調整しながらツールをワークに押し付けている。又特許文献３にはビーム上のスライド機構に多数のヘッドを取付けることによって同時に複数のスクライブを行うスクライブ装置が示されている。

又特許文献４には太陽電池の溝加工に取付けられる溝加工装置の先端のツールの取付け機構が提案されている。

特開２００５−１９１１６７号公報 特開２０１１−１５５１５１号公報 特開２０１０−２４５２５５号公報 特開２０１１−１４２２３６号公報

しかし特許文献２に示されているヘッドでは、複数の部材を組み合わせた構造のためにヘッドの幅が数十ｍｍ程度と大きく、ヘッドをこれよりも狭くすることが困難であった。そのため特許文献３に示されるように多数のヘッドを並列に配置する場合に、ヘッドの間隔をあまり狭くできないという問題点があった。従って太陽電池の製造工程などで例えば５ｍｍの狭い間隔でスクライブし、多数のスクライブラインを同時に平行に形成することができないという問題点があった。又特許文献４は多数のヘッドを並列に配置するものではなく、ツールを交換する際に２つのねじを取り外す必要があり、交換が容易でないという問題点があった。

本発明はこのような従来の加工ヘッドの問題点に着目してなされたものであって、狭いピッチで多数のツールホルダを並列して配置する場合、円柱状のツールを夫々ツールホルダに正確に位置決めして取付けると共に、ツールを容易に交換できるようにするツールホルダ及びこれを用いた溝加工装置を提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明のツールホルダは、加工ヘッドに取付けられ、円柱状のツールを着脱自在に保持するツールホルダであって、ツールが取付けられるツール取付け部を有するベースプレートと、前記ベースプレートのツール取付け部に固定されるカバープレートと、を具備し、前記ベースプレートのツール取付け部は、互いに対向する位置に設けられる第１，第２の側壁部と、を有し、前記第１，第２の側壁部は、外側の縁より内向きに三角柱状に切欠かれて形成され、傾斜面を夫々第１，第２の基準面とするものであり、前記カバープレートは、前記ツール取付け部に対向する表面が形成され、当該表面を第３の基準面とするものであり、前記ツールを前記ツール取付け部と前記カバープレートとの間に挿入し、前記カバープレートの前記第３の基準面を前記ツールに押圧することにより前記第１，第２の基準面に合わせて前記ツールを固定するものである。

ここで前記ベースプレートのツール取付け部の第１，第２の側壁部は、切欠かれた頂角が互いに等しい角度としてもよい。

この課題を解決するために、本発明の溝加工装置は、基板が載置されるテーブルと、溝加工のためのツールを有するツールホルダが装着される前記加工ヘッドと、前記テーブルと前記加工ヘッドとを水平面内で相対的に移動させるための移動手段と、を備え、前記加工ヘッドを基板の上面に平行に移動させ、基板上に溝を形成するものである。

このような特徴を有する本発明によれば、ツールホルダのベースプレートの第１，第２の側壁部の内面をＶ字形の傾斜面としている。これらの傾斜面を第１，第２の基準面とし、カバープレートの溝の内面を第２の基準面としてツールをこれらの基準面で挟み込んで固定することによって位置決めしている。従って１つのねじを締め付けるだけで正確に位置決めすることができ、円柱状のツールを極めて容易に固定したり交換することができるという効果が得られる。

図１は本発明の実施の形態による溝加工装置の斜視図である。 図２は本発明の実施の形態による溝加工装置の加工ヘッドの正面図である。 図３は本実施の形態によるツールホルダの正面図及び側面図である。 図４は本実施の形態によるツールホルダのベースプレートを示す斜視図である。 図５は本実施の形態によるカバープレートを示す斜視図である。 図６は本実施の形態によるツールホルダにツールを取付けた状態を示す底面図及び断面図である。

図１は本発明の実施の形態による溝加工装置の全体構成を示す斜視図である。本図において溝加工装置１０はｘｙ平面上に加工の対象となる薄膜太陽電池基板Ｗが載置されるテーブル１１を備えている。テーブル１１は水平面（ｘｙ平面）内において図１のｙ方向に移動することができ、水平面内で任意の角度に回転することができる。

テーブル１１の上方において２つの台座１２には夫々カメラ１３が取付けられている。各台座１２は支持台１４に設けられたｘ方向に延びるガイド１５に沿って移動可能である。２つのカメラ１３は上下動が可能であり、各カメラ１３で撮影された画像が対応するモニタ１６に表示される。

テーブル１１の上方にはブリッジ１７が設けられる。ブリッジ１７は１対の支持柱１８ａ，１８ｂと、これらの支持柱の間にわたってｘ軸方向に設けられたガイドバー１９と、ガイドバー１９に形成されたガイド２０を駆動するモータ２１とを有している。ブリッジ１７は、ガイド２０に沿って水平面内でｘ方向に移動できるように加工ヘッド３０を保持している。ここでブリッジ１７に設けられたガイド２０及びモータ２１は、加工ヘッド３０をｘ軸方向に水平面内で相対的に移動させるための移動手段を構成している。

次に本発明の実施の形態による加工ヘッド３０について図２を用いて説明する。加工ヘッド３０は隣接して一定間隔で配置された多数のヘッドユニット３１が枠状のフレーム３２に取付けられている。ここでは例えば１０本のヘッドユニット３１が５ｍｍの間隔で配置されているものとする。フレーム３２の上部にはシリンダブロック３３が設けられる。シリンダブロック３３には１０本のシリンダが形成されており、各シリンダには夫々独立してエアを供給するためのダクトが設けられる。そして各シリンダにエアを供給することで、夫々のシリンダ内のピストンをｚ軸方向に移動自在としている。そして各ピストンには夫々ヘッドユニット３１が連結され、各ヘッドユニット３１とフレーム３２との間に図示しないばねが張り渡されている。各ヘッドユニット３１の下方には夫々図示しないリニアガイドによって上下動自在にツールホルダ３４が取付けられている。

次にヘッドユニット３１に取付けられているツールホルダ３４について説明する。図３はツールホルダ３４の正面図及び側面図である。ツールホルダ３４は狭い間隔で配置するために、細長い直方体状の形態を有している。ツールホルダ３４は、全体として直方体でありその一部が切欠かれたベースプレート４０と、その切欠き部に取付けられるカバープレート５０とを有しており、下端にツール６０を着脱自在に保持している。

図４はベースプレート４０の斜視図である。本図に示すように、ベースプレート４０は略直方体状であり、リニアスライダに取付けられる上部の加工ヘッド取付け部４１と、下方にツールを取付けて固定するツール取付け部４２を有している。加工ヘッド取付け部４１には上下に一対の貫通孔４３ａ，４３ｂが設けられている。

ツール取付け部４２は図４に示すように下方が薄く切欠かれており、その上部には２本の基準ピンが挿入される開口４４ａ，４４ｂ、下方にはねじが取付けられるねじ溝４５を有している。又ねじ溝４５の下方には、両側に側壁と同一面上で延長された側壁部４６と４７が設けられている。側壁部４６，４７の中間は細長い溝４８となっている。側壁部４６は図示のように側面の縁の先端から内側の溝４８に向けて略三角柱状となるように切欠かれ、内側が傾斜面４６ａとなっている。同様にして側壁部４７は外側の側面の縁から内側の溝４８に向けて略三角柱状となるように切欠かれ、内側が傾斜面４７ａとなっている。切欠きの頂角は等しく、例えば４５°〜６０°であり、傾斜面４６ａ，４７ａの断面はＶ字形となっている。傾斜面４６ａは第１の基準面、傾斜面４７ａは第２の基準面を構成している。

次にこのツール取付け部４２に取付けられるカバープレート５０について説明する。カバープレート５０は図５に示すように細長い直方体状の部材であり、段差部５１より下の部分は薄く切欠かれている。カバープレート５０の段差部５１の上部には２本の基準ピンが挿入される貫通孔５２ａ，５２ｂ、ねじが挿入される貫通孔５３が一列に設けられている。カバープレート５０の段差部５１の下方には両側の側壁から内向きに傾斜して切欠かれた側壁部５４，５５を有しており、その内側の溝５６の表面の平面５６ａが第３の基準面を構成している。この平面５６ａはカバープレート５０の背面と平行な面を構成している。

次にツールホルダ３４へのツール６０の取付けについて説明する。図３においてまず２本の基準ピン６１，６２をカバープレートの貫通孔５２ａ，５２ｂを貫通させてベースプレート４０の開口４４ａ，４４ｂに挿入する。更にカバープレート５０側の貫通孔５３からねじ６３をツール取付け部４２のねじ溝４５に貫通させ、ねじ６３を締め付ける。これによってベースプレート４０とカバープレート５０は全体として略直方体状のツールホルダ３４となり、下方には細長い溝が形成されることとなる。

次に図３に示すように円柱状のツール６０の刃先を下にして溝より挿入する。図６（ａ）は円柱状のツール６０を取付けた状態を示す底面図、図６（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線での断面図である。ツール６０を最も奥深く挿入すると、ツール６０の上部はマグネット６４で保持される。この状態でねじ６３を締め付けると、２本の基準ピン６１，６２を用いているため、カバープレート５０はベースプレート４０に対して平行を保ったまま接近する。ツール６０の側壁がカバープレート５０の溝５６の平面５６ａとベースプレートの側壁部４６，４７の第１，第２の傾斜面４６ａ，４７ａと接し、所定位置に固定される。このとき平面５６ａが第３の基準面となってこれらの面を押圧することとなってツール６０を挟み込み、側壁部４６，４７の傾斜面４６ａ，４７ａが第１，第２の基準面となり、円柱状のツール６３を正確に位置決めして取付けることができる。こうして図２に示すようにツールホルダにツールを取付けた状態でツールホルダ３４を加工ヘッド３０に多数配列する。このときツールを用いてスクライブする方向を図３（ｂ）に矢印で示すｘ軸方向となるように取付ける。なお、カバープレートの側壁部５４，５５は、第１，第２の傾斜面４６ａ，４７ａと平面５６ａとで保持された状態のツール６０には接触せず、ツールの保持には寄与しないため、カバープレートの側壁部５４，５５を省略することとしてもよい。

さてこの加工ヘッドを用いて溝加工を行う場合には、図１に示すように薄膜太陽電池基板Ｗをテーブル１１上に配置する。そして加工ヘッド３０をｘ軸方向の一端に移動させ、加工ヘッドのシリンダブロックのシリンダに供給するエアを調整して夫々のヘッドユニットのツールのｚ軸方向の位置を制御する。これによって太陽電池の製造時に各ツールの荷重を夫々独立して設定することができる。そしてモータ２１を駆動し、加工ヘッド３０をｘ軸に沿って移動させることで最適な荷重で薄膜太陽電基板Ｗをスクライブし、多数の溝を同時に形成することができる。尚スクライブ時にツール６０には第１，第２の基準面に対して対称な力が加わる。こうしてｘ軸方向に溝を形成し終えると各ヘッドブロックを少し上昇させ、テーブル１１をｙ軸方向にずらせて再び各ヘッドブロックを下げて溝加工を繰り返す。こうすれば狭い間隔でパターニングＰ１，Ｐ２，Ｐ３を実行することができる。ここで傾斜面４６ａ，４７ａを構成する切欠きの頂角を等しくしているので、ツール６０の外径にわずかな誤差があっても誤差はｘ軸方向の位置ずれとなり、ｙ軸方向に位置がずれることはなくなる。

そしてツールが劣化して交換する場合には、ツールホルダ３４のねじ６３をゆるめてツール６０を図３の下方に引き抜く。そして新しいツールをツールホルダ３４の下方の溝から挿入し、ねじ６３で締め付けるだけで、新たなツールを正確に所定位置に固定でき、簡単にツールの交換作業を行うことができる。このとき、カバープレートの側壁部５４，５５は、引き抜かれまたは挿入されるツール６０の姿勢を規制するガイドとして機能し、ツールの交換を容易にする。

尚この実施の形態では太陽電池基板に溝加工する溝加工装置について説明しているが、本発明は太陽電池基板に限定されるものではなく、種々の脆性材料基板に溝加工を施す溝加工装置及びツールホルダに提供することができる。

この加工ヘッドは多数の加工ヘッドを並列に取付けることで狭いピッチで多数のツールを取付けることができるので、多数の溝を同時に形成する太陽電池用の溝加工装置に好適に使用することができる。

１０ 溝加工装置
１１ テーブル
１２ カメラ
１３ 台座
１４ 支持台
１５ ガイド
１６ モニタ
１７ ブリッジ
１８ａ，１８ｂ 支柱
１９ ガイドバー
２０ ガイド
２１ モータ
３０ 加工ヘッド
３１ ヘッドユニット
３２ フレーム
３３ シリンダブロック
３４ ツールホルダ
４０ ベースプレート
４１ 加工ヘッド取付け部
４２ ツール取付け部
４４ａ，４４ｂ 開口
４５ ねじ溝
４６，４７ 側壁部
４６ａ，４７ａ 傾斜面
４８ 溝
５０ カバープレート
５１ 段差部
５２，５３ 貫通孔
５４，５５ 側壁部
５６ 溝
５６ａ 平面
６０ ツール
６１，６２ 基準ピン
６３ ねじ

Claims (4)

1. 加工ヘッドに取付けられ、円柱状のツールを着脱自在に保持するツールホルダであって、
   ツールが取付けられるツール取付け部を有するベースプレートと、
   前記ベースプレートのツール取付け部に固定されるカバープレートと、を具備し、
   前記ベースプレートのツール取付け部は、
   互いに対向する位置に設けられる第１，第２の側壁部を有し、
   前記第１，第２の側壁部は、外側の縁より内向きに三角柱状に切欠かれて形成され、傾斜面を夫々第１，第２の基準面とするものであり、
   前記カバープレートは、
   前記ツール取付け部に対向する表面が形成され、当該表面を第３の基準面とするものであり、
   前記ツールを前記ツール取付け部と前記カバープレートとの間に挿入し、前記カバープレートの前記第３の基準面を前記ツールに押圧することにより前記第１，第２の基準面に合わせて前記ツールを固定するツールホルダ。
2. 前記ベースプレートのツール取付け部の第１，第２の側壁部は、切欠かれた頂角が互いに等しい角度である請求項１記載のツールホルダ。
3. 前記カバープレートは、前記ツール取付け部に対向するように溝が形成され、その外側に一対の側壁部が形成されたものであり、
   前記ツールを前記ツール取付け部及び前記カバープレートによって形成される溝内に挿入し、前記カバープレートの前記溝の表面を前記第３の基準面とする、請求項１又は２記載の加工ヘッド。
4. 基板が載置されるテーブルと、
   溝加工のためのツールを有するツールホルダが装着される請求項１又は２記載の加工ヘッドと、
   前記テーブルと前記加工ヘッドとを水平面内で相対的に移動させるための移動手段と、を備え、前記加工ヘッドを基板の上面に平行に移動させ、基板上に溝を形成する溝加工装置。

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