JP2014008553A - 加工ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で狭いピッチで多数の加工ヘッドを並列に設けることができるようにすること。
【解決手段】平板状の金属部材にスリットを形成することにより、ヘッド部３０と、本体部２０を分離する。そして２本のロッド部１３，１６及び連結部１４，１５，１７，１８を介してヘッド部３０Ａと本体部２０とを連結するようにする。これによってヘッド部３０と本体部２０及びロッド部１３，１６から成る平行四辺形の形状を保ったままヘッド部３０をロッド部１３，１６に垂直に移動自在とすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は脆性材料基板等の加工対象にスクライブ等の加工を行う加工ヘッド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。

特開２００５−１９１１６７号公報 特開２０１１−１５５１５１号公報 特開２０１０−２４５２５５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。又刃先の上下動のガイドとしてリニアボールベアリングを用いており、ガイドの遊びにより加工中に刃先の位置が安定しないという問題点があった。更に刃先の間隔が広いため、加工位置の精度を保つために多数のカメラが必要であった。

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、極めて簡単な構成により狭いピッチで多数の刃先を並列に配列することができ、所望の加工を容易に行うことができる加工ヘッド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、本発明の加工ヘッドは、スリットによって平板状の部材を分断して形成されたヘッド部及び本体部と、所定の間隔を隔てて平行に配置された複数のロッド部と、前記ロッド部の両端に設けられ、ロッド部よりも幅が狭く、前記ヘッド部及び本体部を連結する連結部と、前記本体部に設けられ、前記ヘッド部を押圧する押圧部と、を具備し、前記ヘッド部は、前記本体部に対して前記ロッド部の長手方向に垂直に弾性的に保持されるものである。

ここで前記ヘッド部は、本体部に突出する突出部を有し、前記本体部は突出部に対して所定の間隔を隔てたスリットを有するようにしてもよい。

ここで前記ヘッド部、ロッド部及び連結部には、その面に平行な共通する少なくとも１つのスリットが設けられ、独立して動作する複数のヘッド部が一体に構成されるようにしてもよい。

ここで前記押圧部は、前記ヘッド部に向けて前記本体部に設けられたシリンダと、前記シリンダ内に保持され、前記ヘッド部を押圧するピストンと、前記シリンダを加圧する加圧手段と、を具備するようにしてもよい。

このような特徴を有する本発明によれば、単に金属ブロックに切り込みを形成した簡易な構造で加工ヘッドとすることができる。従って金属ブロックの幅を狭くすれば加工ヘッドの幅を狭くすることができ、多数の加工ヘッドを並列に配置しても隣り合う加工ヘッドとの間隔を短くすることができる。そのため加工すべき溝のピッチと同一の間隔で加工ヘッドを設けることが可能となる。又加工ヘッドの上下動は部材の変形のみによるため遊びがなく、刃先のふらつきを防止することができる。更に加工ヘッドの間隔を狭くすることができるので、複数の加工ヘッドで同時に加工を行う際、加工ラインの位置補正に同一データを用いても加工精度を高く保つことができるという効果が得られる。又加工用のヘッドと保持部材との自重をキャンセルするためのスプリングなどの部材を設ける必要がなく、部品の交換なども不要となる。

図１は本発明の実施の形態による加工ヘッドの正面図である。 図１は本実施の形態による加工ヘッドの平面図である。 図３は本実施の形態による加工ヘッドの側面図である。 図４は本実施の形態による加工ヘッドの中央縦断面図である。 図５は本実施の形態による加工ヘッドの斜視図である。 図６は本実施の形態による加工ヘッドが取付けられる位置調整ブロックの正面図である。 図７は本実施の形態による加工ヘッドが取付けられる位置調整ブロックの背面図である。 図８は実施の形態による加工ヘッドが取付けられる位置調整ブロックの側面図である。 図９は偏芯ピンの正面図及び平面図である。 図１０は加工ヘッドを位置調整ブロックに取付けた状態を示す側面図である。 図１１は加工ヘッドを位置調整ブロックに取付けた状態を示す斜視図である。

図１，図２は本発明の実施の形態による加工ヘッドの正面図及び平面図であり、図３（ａ），（ｂ）はその左右の側面図、図４はＡ−Ａ線断面図、図５はその斜視図である。この実施の形態による加工ヘッド１０は、弾性変形する金属、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）から成る平板状の部材である。加工ヘッド１０は図１に示すように本体部２０とヘッド部３０を有している。そして本体部２０の左下部分が細いスリット１１によって切欠かれてヘッド部３０が構成されている。

この実施の形態では、図３に示すようにヘッド部３０の全体と本体部２０の下半分とは下方よりｘｚ面に平行にその中央部に微小なスリット１２が形成されている。従ってヘッド部３０は実際には２つの独立したヘッド部３０Ａ，３０Ｂから成り立っており、夫々独立して動作することとなる。以下では主に一方のヘッド部３０Ａについて説明するが、その説明は他方のヘッド部３０Ｂについてもそのまま適用される。

本体部２０とヘッド部３０Ａとの間は、図示のようにｘ軸に平行なロッド部１３とその左右の細い連結部１４，１５、及びｘ軸に平行なロッド部１６とその左右両端の細い連結部１７，１８によって連結されている。連結部１４，１５，１７，１８の厚さは同一とする。こうすればロッド部１３，１６の両側の連結部１４，１５，１７，１８はわずかに湾曲可能な弾性体として機能することとなる。従って２本の平行なロッド部１３，１６と本体部２０とヘッド部３０Ａから成るリンク機構が構成される。これにより２本のロッド部とその連結部で形成される四辺形が平行四辺形の形状を保ったまま、ヘッド部３０Ａを弾性的にｚ軸方向にわずかに上下動させることができる。ヘッド部３０Ｂについても同様である。

ヘッド部３０Ａは、ｘ軸方向に向けて突出する略三角形状の突出部３１を有している。一方本体部２０はこの突出部３１の周囲にスリット１１が形成されるように略三角形の切欠き２１が形成され、突出部３１との間隔が一定となっている。こうすればヘッド部３０Ａがｚ軸方向へ移動する際にその量が大きくなると本体部２０に接触することとなる。このためｚ軸方向への移動の上端と下端を規制することができる。即ち本体部２０の位置を固定しておくと、突出部３１の上端が本体部２０の切欠き２１に接触する位置がヘッド部３０Ａが上方向に振れるときの上限となる。同様にヘッド部３０Ａの突出部３１の下端が切欠き２１に接触する位置がヘッド部３０Ａが下方に振れるときの下限となる。

ヘッド部３０Ａはその下端に長方形状の部材を刃先として交換可能とし、着脱自在に取付けておくこともできる。ヘッド部３０Ａの下端には図５に示すようにヘッド部３０Ａの下方の幅を狭くするように切欠き３２が形成される。その中央部分にｚ軸に沿って上向きに溝３３、ｘ軸方向に溝３４が形成されている。そしてこの溝３３の上部にはマグネット３５が埋設されている。こうすれば溝３３に沿って刃先３６Ａを下方から挿入し、マグネット３５に接触させて固定することができる。更に溝３３に向けて図示しないねじ溝を設けねじ止めすることによって刃先３６Ａを固定することができる。同様にヘッド部３０Ｂの下端にも刃先３６Ｂが固定される。尚、ヘッド部３０Ａ，３０Ｂの下端に加工用の刃先を着脱自在とすることに代えて、ヘッド部３０Ａ，３０Ｂの下端をそのまま刃先としてもよい。

更に本体部２０の上部には図４の断面図に示すように、ｚ軸方向に沿って本体部２０を貫通する２本のシリンダ２２Ａ，２２Ｂが並列に設けられる。シリンダ２２Ａの中心軸はヘッド部３０Ａに、シリンダ２２Ｂの中心軸はヘッド部３０Ｂに向けられている。シリンダ２２Ａ，２２Ｂの下方のヘッド部３０Ａ，３０Ｂに向けた部分は径を細くしている。２つのシリンダ２２Ａ，２２Ｂの上部には夫々ねじ溝２３Ａ，２３Ｂが形成され、シリンダ２２Ａ，２２Ｂの上部は図示しないボルトによって封止されている。更にこのシリンダ２２Ａ，２２Ｂには側方から圧縮空気を注入できるように、夫々シリンダ２２Ａ，２２Ｂに向けた２本の連結孔２４Ａ，２４Ｂがｚ軸方向の高さをわずかに異ならせて形成されている。連結孔２４Ａ，２４Ｂの出口部分には夫々プラグ２５Ａ，２５Ｂが設けられ、図示しないパイプを介して圧縮空気を夫々シリンダ２２Ａ，２２Ｂに送り込むことができ、これによってシリンダ２２Ａ，２２Ｂ内で夫々ピストン２６Ａ，２６Ｂを独立して上下動させることができる。又図４に示すように本体部２０の左側方には、この加工ヘッド１０を固定するための上下に２つのねじ溝２７，２８が形成されている。ここでシリンダ２２Ａ，２２Ｂ、ピストン２６Ａ，２６Ｂやこれに連結された圧縮空気を送り込む連結孔及びプラグは、刃先を加工対象に所望の荷重で押圧するための押圧部を構成しており、連結孔及びプラグは加工手段を構成している。

次にこの加工ヘッド１０が取付けられる位置調整ブロック４０について説明する。位置調整ブロックは図６に正面図を示すように、略直方体状の左右対称なブロックであって、弾性変形する金属、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）によって構成されている。図７は位置調整ブロック４０の背面図、図８はその側面図であり、後述する偏芯ピンを取付けた状態を示している。位置調整ブロック４０は図６に示すように、中央の本体部４１はＴ字状に構成され、その下方が左右に突出したものとなっている。そして本体部４１に設けられるスリットによって４つの移動部４２，４３，４４及び４５が右から左に向けて対称に設けられる。移動部４２と４５、移動部４３と４４は対称な形状を有している。

移動部４２の上部と本体部４１との間には、ｚ軸方向に４本のスリット５１〜５４が並列に設けられる。スリット５１の上下には貫通孔５１ａ，５１ｂが設けられる。他のスリット５２〜５４についても上下に貫通孔５２ａ，５２ｂ、５３ａ，５３ｂ、及び５４ａ，５４ｂが夫々設けられている。そして移動部４３の上部と本体部４１との間にはｚ軸方向に４本のスリット５５〜５８が並列に設けられる。スリット５５の上下に貫通孔５５ａ，５５ｂが設けられる。他のスリット５６〜５８についても上下に貫通孔が夫々設けられている。

移動部４５の上部と本体部４１との間には、ｚ軸方向に４本のスリット６１〜６４が並列に設けられる。スリット６１の上下には貫通孔が設けられる。他のスリット６２〜６４についても上下に貫通孔が夫々設けられている。同様に移動部４４の上部と本体部４１との間にはｚ軸方向に４本のスリット６５〜６８が並列に設けられる。スリット６６〜６８についても上下に貫通孔が夫々設けられている。

そしてスリット５２と５３とは図示のようにスリットで連結されており、スリット５６と５７もスリットで連結されている。更にスリット５４，５５は図示のようにスリット５９と連結されており、スリット５８はスリット６０と連結されている。これらのスリットによって移動部４２〜４５が各貫通孔の間の狭い部分を介して本体部４１と接続される。

この位置調整ブロックは貫通孔５１ａと５２ａの間隔、貫通孔５１ｂと５２ｂの間隔を狭くすることによって、スリット５１と５２の間を１本のロッド状に形成する。同様に貫通孔５３ａ，５４ａの間隔、貫通孔５３ｂ，５４ｂの間隔を狭くすることによって、スリット５３と５４の間を１本のロッド状に形成する。こうすれば２本のロッド部の両側の連結部がわずかに湾曲可能な弾性体として機能することとなり、２本の平行なロッド部と本体部４１及び移動部４２から成るリンク機構によって、２本のロッド部を含む四辺形が平行四辺形の形状を保ったままで、本体部４１に対して移動部４２をｙ軸の正又は負の方向にわずかに移動させることができる。

同様にしてスリット５５，５６とその両端の貫通孔、スリット５７と５８及びその両端の貫通孔によって２本のロッド部を介して移動部４３が本体部４１と連結される。こうすれば２本のロッド部の両側の連結部がわずかに湾曲可能な弾性体として機能することとなり、２本の平行なロッド部と本体部４１及び移動部４３から成るリンク機構によって、２本のロッド部を含む四辺形が平行四辺形の形状を保ったままで、移動部４２をｙ軸の正又は負の方向にわずかに移動させることができる。左方の移動部４４，４５についても同様に夫々２本のロッド部を介して本体部４１と連結されている。従って２本のロッド部を含む四辺形が平行四辺形の形状を保ったままで、移動部４４，４５をｙ軸の正又は負の方向にわずかに移動させることができる。

移動部４２の左側部分には本体部４１に向けて角が湾曲したＬ字状の切欠き７１が形成され、その中央に円形の溝７２が設けられる。移動部４３の左側部分には本体部４１に向けてＵ字状の切欠き７３が形成され、その中央に円形の溝７４が設けられる。

移動部４５の右側部分には本体部４１に向けて角が湾曲したＬ字状の切欠き７５が形成され、その中央に円形の溝７６が設けられる。移動部４４の右側部分には本体部４１に向けてＵ字状の切欠き７７が形成され、その中央に円形の溝７８が設けられる。

図９（ａ），（ｂ）は円形の溝７２，７４，７６，７８内に挿入される偏芯ピン８０の一例を示す平面図及び正面図である。偏芯ピン８０は下方の円柱部８１と頭部８２が一体に形成されたものである。円柱部８１の中心軸と頭部８２の中心軸とは図示のように偏芯しており、頭部８２の上部には深い切り込み８３がその中央を貫通するように形成されている。

さてこの位置調整ブロック４０の本体部４１と４つの移動部４２〜４５には、ねじによって前述した加工ヘッド１０が５個並列に取付けられる。図１０はこうして５つの加工ヘッドを並列に取付けた状態を示す側面図、図１１はその斜視図である。ここで加工ヘッドのｙ軸方向の位置を微調整するための調整方法について説明する。図１０，図１１に示すように移動部４２の溝７２、移動部４５の溝７６、移動部４３の溝７４、移動部４４の溝７８には夫々前述した偏芯ピン８０の円柱部８１が挿入されている。そしてこの偏芯ピン８０をドライバを用いてボルトのように回動させることによって本体部４１の側面と頭部８２の接触位置が変化するため、各移動部のｙ軸方向の位置をわずかに微調整することができる。このとき位置調整ブロック４０の各移動部４２〜４５は夫々が偏芯ピン８０を介して本体部４１と接触しているため、夫々独立して位置調整することができ、設定時の誤差が積み重なることはない。こうして各移動部について加工ヘッドの位置を適宜調整し、位置調整ブロック４０を図示しないスクライブ装置のスライド機構に取付ける。

こうしてスクライブ装置に加工ヘッドを取付け、図示しないパイプを介して各加工ヘッドのシリンダ２２Ａ，２２Ｂに圧縮空気を送り込む。こうすれば圧縮空気の圧力を変化させることによって各加工ヘッド１０についてヘッド部３０Ａ，３０Ｂの夫々の刃先３６Ａ，３６Ｂの脆性材料基板への荷重を制御することができる。前述したように各加工ヘッドは２つの刃先を有し、加工ヘッドを５個並列に取付けているため、極めて狭い間隔で１０個の刃先を配置することができる。そして加工ヘッドと脆性材料基板とを相対的に移動させてスクライブすると、１０本のスクライブラインを同時に形成することができる。

この実施の形態では位置調整ブロック４０は金属ブロックに切り込みを入れた簡素な構造のため、従来のリニアガイド等と比較して安価に製造することができる。位置調整ブロックには複数の加工ヘッドを狭い間隔で並列に正確に位置決めして取付けることができる。更に位置調整ブロックのスクライブ装置への取付けも容易である。

尚この実施の形態では押圧部としてシリンダに空気を圧入してピストンをヘッド部に突出させ押し付けるようにして荷重を制御している。これに代えて油圧によってピストンを制御してもよい。この場合にはピストンの自励振動を効果的に防止することができる。又モータとギアによってピストンを上下方向に駆動し、必要な荷重を得るようにしてもよい。

更にこの実施の形態では加工ヘッドのヘッド部と本体部とを２本の平行なロッド部で連結しているが、３本又はそれ以上の数のロッド部を用いて連結してもよい。

尚この実施の形態では、加工ヘッド１０の本体部２０の下半分とヘッド部３０とをｘｚ平面に平行な微小なスリット１２で分割することで、２つのヘッド部３０Ａ，３０Ｂとしているが、更に複数のスリットを用いて３以上のヘッド部を同時に構成するようにしてもよい。又１つの本体部に１つのヘッド部のみを移動自在とするように構成してもよい。

又この実施の形態の加工ヘッドでは連結部１４，１５，１７，１８を長円の貫通孔の間としているが、長円に代えて円形の貫通孔の間を連結部としてもよい。

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刃先を取付けることができるので、種々の加工装置、例えば多数のスクライブラインを同時に形成する太陽電池用の加工装置などのスクライブ装置に好適に使用することができる。

１０ 加工ヘッド
１１，１２ スリット
１３，１６ ロッド部
１４，１５，１７，１８ 連結部
２０ 本体部
２１ 切欠き
２２Ａ，２２Ｂ， シリンダ
２３Ａ，２３Ｂ ねじ溝
２４Ａ，２４Ｂ 連結孔
２５Ａ，２５Ｂ プラグ
２６Ａ，２６Ｂ ピン
３０，３０Ａ，３０Ｂ ヘッド部
３１ 突出部
３２ 切欠き
３３，３４ 溝
３５ マグネット
３６Ａ，３６Ｂ 刃先
４０ 位置調整ブロック
４１ 本体部
４２，４３，４４，４５ 移動部
５１〜７０ スリット
５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂ，５４ａ，５４ｂ 貫通孔
８０ 偏芯ピン
８１ 円柱部
８２ 頭部

Claims (4)

1. スリットによって平板状の部材を分断して形成されたヘッド部及び本体部と、
   所定の間隔を隔てて平行に配置された複数のロッド部と、
   前記ロッド部の両端に設けられ、ロッド部よりも幅が狭く、前記ヘッド部及び本体部を連結する連結部と、
   前記本体部に設けられ、前記ヘッド部を押圧する押圧部と、を具備し、
   前記ヘッド部は、前記本体部に対して前記ロッド部の長手方向に垂直に弾性的に保持される加工ヘッド。
2. 前記ヘッド部は、
   本体部に突出する突出部を有し、
   前記本体部は突出部に対して所定の間隔を隔てたスリットを有する請求項１記載の加工ヘッド。
3. 前記ヘッド部、ロッド部及び連結部には、その面に平行な共通する少なくとも１つのスリットが設けられ、独立して動作する複数のヘッド部が一体に構成される請求項１記載の加工ヘッド。
4. 前記押圧部は、
   前記ヘッド部に向けて前記本体部に設けられたシリンダと、
   前記シリンダ内に保持され、前記ヘッド部を押圧するピストンと、
   前記シリンダを加圧する加圧手段と、を具備する請求項１記載の加工ヘッド。

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