JP2019069605A - 溝加工ヘッドの集塵機構及び溝加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】溝加工ヘッドを用いて溝加工する際に生じる粉塵を基板に付着させることなく吸引できるようにすること。【解決手段】溝加工ヘッドの底面板３３のツールが突出する近傍に吸い込み口を有する集塵フード４０を設ける。溝加工ヘッドを用いて基板Ｗを溝加工する際に、集塵フード４０の空気をダクトを介してブロアで吸引する。こうすれば溝加工によって生じる粉塵を基板Ｗに付着する前に集塵フード４０の吸い込み口に吸い込むことができる。【選択図】図９

Description

本発明は薄膜太陽電池等の製造過程時など薄膜に溝加工をする際に生じる粉塵を集塵するための溝加工ヘッドの集塵機構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には工作機の切り屑を排除するために工作用ヘッドにファンを有する集塵機を設けた集塵装置が提案されている。

特開２００５−１９１１６７号公報 特開２０１１−１５５１５１号公報 特開２０１０−２４５２５５号公報 特開平９−２８５９３９号公報

特許文献１〜３に示されているように、スクライバでパターニングのラインをスクライブする場合には粉塵が発生する。このとき粉塵が一旦薄膜太陽基板に付着すると、取り去ることが難しくなったり、取り去った場合にも基板表面を損傷することがあるという問題点があった。又特許文献４の集塵装置では、回転工具の周囲に粉塵を吸引する吸引ヘッドを設けているが、ファンを回転させているため、構造が複雑になるという問題点があった。

本発明はスクライブによって生じた粉塵を効果的に基板の表面に付着する前に取り去ることができる溝加工ヘッドの集塵機構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、本発明の溝加工ヘッドの集塵機構は、溝加工ヘッドと、前記溝加工ヘッドの下部に設けられた集塵フードと、前記集塵フードからダクトを介して空気を吸引する集塵機と、を具備する溝加工ヘッドの集塵機構であって、前記溝加工ヘッドは、刃先を下方にしたツールを保持するツールホルダを有するものであり、前記集塵フードは、上面が開放された筐体であり、前記溝加工ヘッドのツールを突出させる開口と、前記ツールホルダとの間に一定間隔隔てるように前記開口部から上方に向けて設けられた枠状の仕切り部とを有し、前記ツールの先端が前記開口から下方に突出するように取付けられたものである。

ここで前記集塵フードは、前記ヘッドに設けられる吸い込み口を中心とした底面をＶ字形としてもよい。

ここで前記集塵フードの開口部及び仕切り部は、吸い込み口の端面の先端が鋭く切り欠かれたものとしてもよい。

ここで前記集塵フードは、筐体の内側の角に三角柱状の整流ブロックを更に有するようにしてもよい。

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溝加工ヘッドの集塵機構と、前記テーブルと前記溝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、前記溝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、溝加工ヘッドの下部に集塵フードを取付けており、ツールの近傍からスクライブ時に発生した粉塵を集塵フードに吸引している。このため粉塵が薄膜太陽電池基板などに付着する前に吸引して取り去ることができ、基板の表面を損傷することなく溝加工することができるという効果が得られる。又ツールホルダとの間に一定の間隔を隔てた枠状の仕切り部を底面板に設けているため、ダクトで吸引した場合にツールホルダの側方からツールの先端に向けた空気流が生じ、ツールホルダに粉塵が混入することがなくなるという効果が得られる。

図１は本発明の第１の実施の形態による溝加工装置の斜視図である。 図２は本実施の形態による溝加工ヘッドの主要部を示す平面図である。 図３は本実施の形態による溝加工ヘッドの主要部を示す縦面図である。 図４は本実施の形態による集塵機構の底面板とダクトを示す斜視図である。 図６は本実施の形態による集塵機の斜視図である。 図６は本実施の形態による集塵フードの斜視図である。 図７は本実施の形態による集塵フードを中央で縦断した斜視図である。 図８は本実施の形態による溝加工ヘッドに取付けられた集塵フードの中央で縦断した斜視図である。 図９は本実施の形態の溝加工ヘッドによる溝加工時の空気の流れを示す図である。 図１０は本発明の第２の実施の形態による集塵フードの主要部を示す断面図である。 図１１は本実施の形態の溝加工ヘッドによる溝加工時の空気の流れを示す図である。

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。本図に示すように溝加工装置１０は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溝加工ヘッド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、溝加工ヘッド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。溝加工ヘッドには、ツールを有するツールホルダが一定間隔で多数並列に配置されている。

次に本発明の実施の形態による溝加工ヘッドについて説明する。図２は集塵機構を有する溝加工ヘッドの一部を示す図、図３はその断面図である。これらの図に示すように、溝加工ヘッド３０はツールホルダ３１を紙面に垂直方向に多数保持している。各ツールホルダは夫々細長い直方体状で下端にツール３２を保持している。ここではツール３２は円柱状で先端が鋭くテーパー状に形成された刃先を有するものとする。溝加工ヘッド３０は一定の荷重をかけてツール３２を基板に接触させ、基板の面に沿って移動させることによって基板面にパターニングを形成するものである。

図４は溝加工ヘッドの底面板とダクトを示す斜視図、図５はダクトの先端に設けられる集塵機を示している。図４に示すように溝加工ヘッド３０の下面には底面板３３が設けられる。底面板３３はその中央に長手方向に沿って細長い開口３３ａが形成されている。又底面板３３の開口３３ａの外側には一対の開口を有し、これらの開口の部分に一対のダクト３４が傾けて取付けられている。ダクト３４には図５に示すように集塵機３５のブロアが連結されている。集塵機３５はダクト３４より空気を吸引するものである。ここでは集塵機を用いているが、ブロア単体で使用してもよい。

そして底面板３３の更に下面には、ツール３２を用いてスクライブしたときに粉塵を吸引するための集塵フード４０が設けられている。図６はこの集塵フード４０とその上部に取付けられる整流ブロックを示す斜視図であり、図７は集塵フード４０を中央で縦断した状態を示す斜視図である。これらの図に示すように集塵フード４０は底面板４１と四方の垂直の壁面板４２〜４５を有し、上面が開放された筐体状の部材である。底面板４１は長手方向に細長い開口を中央部分に有している。そして壁面板４２，４３の上部には、外向きに折り曲げた折り曲げ部４２ａ，４３ａが設けられる。折り曲げ部４２ａ，４３ａには集塵フード４０を溝加工ヘッド３０の底面板３３にねじ止めにより固定するための複数の貫通孔が設けられている。又壁面板４４，４５の上部にも外向きの折り曲げ部４４ａ，４４ｂが形成されている。これらの折り曲げ部４２ａ，４３ａ，４４ａ，４５ａは、集塵フード４０を底面板３０に取付けて集塵機３５により空気を吸引したときに取付部分の隙間から空気が漏れ込まないようにするものである。

集塵フード４０の内部には仕切り部４６が設けられる。仕切り部４６は壁面板４２，４３及び壁面板４４，４５に平行な仕切り板４７〜５０からなり、これらが枠状に形成されている。底面板４１の開口と仕切り板４７，４８の下方との間には狭いスリットが形成され、これが空気の吸い込み口となっている。

図８は集塵フード４０と仕切り部４６の詳細を拡大して示す断面図である。本図に示すように、この仕切り板４７，４８の下方の端部は内向きに、即ち中央部に向けてわずかに折り曲げられる。このため仕切り板４７，４８と底面板４１との間の細長いスリットは、ツール３２に向けられている。更に底面板４１の中央の開口の端部は、ツールホルダ３１及びその先端に保持されたツール３２に向けて下面が鋭くなるように斜めに切欠かれた端部４１ａ，４１ｂを有している。又仕切り板４７，４８の下端もツールホルダ３１に向けて先端が鋭く切欠かれた端部４７ａ，４８ａを有している。端部を鋭く切り欠いておかなければ端部に粉塵が堆積する可能性があるが、各端部を鋭く形成しておくことによって、空気の流入及び流出を円滑にすると共に、粉塵を端部に付着させることなくスムースに集塵フード４０に流入させることができる。

溝加工ヘッド３０にはツールホルダが刃先を下向きに向けて一定間隔で多数並列に配列されているが、集塵フード４０を取付ける際にはこれらの多数のツールが仕切り部４６によって形成される枠状の空間内に仕切り板４７〜５０とはわずかな間隔を隔てるようにして集塵フード４０が取付けられる。

又この集塵フード４０の長辺の内側には略三角柱状の整流ブロック５１，５２がヘッドの下面に設けられる。この整流ブロック５１，５２は集塵フード４０の内壁上部と底面板３３の下面とに整流ブロックの直角をなす２面が取付けられ、斜面部が集塵フード４０の内側に面している。整流ブロック５１，５２は空気を吸引したときに集塵フード４０の内側の隅に粉塵を堆積させることなく空気の流れを整流してダクト３４に導くようにするものである。

さてこの溝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。そして溝加工ヘッド３０をｘ軸方向の一端に移動させ、溝加工ヘッドの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。そしてモータ２１を駆動し、溝加工ヘッド３０をｘ軸に沿って移動させる。溝加工ヘッドに円柱形のツールが取付けられる場合には、溝加工ヘッドを傾けることなく基板と溝加工ヘッドとを相対的に移動させることによってスクライブを行う。従って図９（ａ）に示すように溝加工ヘッドを相対的に図中右側に移動させると、矢印Ａ１方向に基板表面の薄膜が剥離することとなる。このとき集塵機３５のブロアを駆動すると、ダクト３４を介して集塵フード４０内の空気が吸引される。ツール３２の近傍の空気は負圧のため集塵フード４０の下面と基板Ｗとの間の空気は矢印Ｂ，Ｃ方向に移動し、端部４１ａと４７ａ、４１ｂと４８ａの狭い隙間を通って集塵フード４０内に吸引されることとなる。生じた粉塵は集塵ダクト４０内に空気と共に取り込まれ、粉塵が基板に付着する前に直接ダクト３４を介して外部に粉塵を排出することができる。集塵フード４０の内には整流ブロック５１，５２が設けられているため、集塵フード４０の内部の空気は矢印Ｄ，Ｅのように移動し、集塵フード４０の隅に粉塵が付着することなく、確実に外部に排出することができる。

このとき集塵機の吸引に伴って端部４１ａ，４７ａの狭い隙間に負圧が生じ、底面板４１の開口部からのみならず仕切り部４６の内部から空気が吸引され、仕切り板４７，４８とツールホルダ３１の間では矢印Ｇ，Ｈに示すように空気が下向きに流れ、ツールの先端に向けた空気流が発生する。このためツールホルダ３１には粉塵が付着しにくくなり、ツールホルダへの粉塵の付着による悪影響をなくすることができる。このとき、仕切り部４６の内部から空気が吸引されやすいようにするため、仕切り板４７，４８の下端である端部４７ａ，４８ａは、端部４１ａ，４１ｂよりも上方に位置させておきことが望ましい。

ここで前述したように底面板３３の上部にはダクト３４が加工方向であるx軸方向から
見て、底面板３３の開口部及び底面板４１の開口部の外側に、斜め上方の方向に取付けられている。このようにx軸方向から見たダクト３４の位置を仕切り部４６の開口部とずら
すことによって、ダクト３４の内部に付着した粉塵が脱落した場合であっても、加工の動作に伴うｘ軸方向の加減速や気流の変化によって底面板41の開口部から粉塵が下方に落下しにくくなる。また、ダクト３４は斜めに取り付けられているためダクト３４の内部に付着した粉塵が脱落してもダクトの斜めの部分で一旦接触するため、集塵フード４０に落下することを抑制できる。さらに、ダクト３４と底面板４１の開口部とは底面板４１と繋がっている仕切り板４９及び５０で仕切られているため、ダクト３４から底面板４１に脱落した粉塵は仕切り板４９及び５０によって遮られるため、底面板４１の開口部から落下することを抑制できる。そのためダクト３４から脱落した粉塵が開口部から落下して基板に付着することを防止することができる。

又逆方向に溝加工ヘッドを相対的に移動させると、図９（ｂ）に示すように矢印Ａ２に示す方向に粉塵が剥離する。この場合も粉塵は矢印Ｂ〜Ｅの空気流と共に端部４１ｂ，４８ａの狭い隙間を通って集塵フード４０に取り込まれ、更にダクト４３を介して外部に排出される。このようにいずれの方向へスクライブしても粉塵を基板に付着させることなく排出することができる。

こうして薄膜太陽電基板Ｗをスクライブし、多数の溝を同時に形成し、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。

次に本発明の第２の実施の形態について説明する。この実施の形態による溝加工ヘッドはツールとして角柱形のツール３６とこれを保持するツールホルダ３７が用いられる。角形ツールを用いる場合には、わずかに溝加工ヘッドを基板に対して傾けて使用する。従って図１０に示すように集塵フード６０の底面板６１を浅いＶ字形に形成しておく。この場合も底面板６１の開口端部は鋭く切欠かれた端部６１ａ，６１ｂとしている。その他の構成は前述した第１の実施の形態の溝加工ヘッドと同様である。このＶ字形の傾き角度はスクライブ時の溝加工ヘッドの傾きに対応するものとする。

こうすれば図１１に示すように溝加工ヘッド３０を傾けて溝加工する際に、集塵フード６０の一方の底面が基板の面と平行となる。このように基板と集塵フード６０の底面が平行となれば、前述した第１の実施の形態と同様に矢印Ａ１〜Ｈ又はＡ２〜Ｈに示すように空気の流れが生じ、いずれの方向にスクライブする場合も効率よく溝加工する際に生じる粉塵を確実に集塵フード６０の内部に取り込むことができる。

この溝加工ヘッドは集塵フードを溝加工ヘッドの下部に取付けることで溝加工時に生じる粉塵を除去することができるので、種々の加工装置、例えば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 溝加工ヘッド
３１ ツールホルダ
３２ ツール
３３ 底面板
３４ ダクト
３５ 集塵機
４０，６０ 集塵フード
４１，６１ 底面板
４２〜４５ 壁面板
４６ 仕切り部
４７〜５０ 仕切り板
４１ａ，４１ｂ，４７ａ，４８ａ 端部
５１，５２ 整流ブロック

Claims (5)

1. ツールを基板に接触させた状態で基板の上面に沿って相対的に移動させることによって基板上に溝を形成する溝加工ヘッドと、
   前記溝加工ヘッドの下部に設けられた集塵フードと、
   前記集塵フードからダクトを介して空気を吸引する集塵機と、を具備する溝加工ヘッドの集塵機構であって、
   前記溝加工ヘッドは、刃先を下方にしたツールを保持するツールホルダを有するものであり、
   前記集塵フードは、上面が開放された筐体であり、底面板と、壁面板と、前記底面板に設けられ前記底面板から前記溝加工ヘッドのツールを突出させる開口と、前記ツールホルダとの間に一定間隔隔てるように前記開口から上方に向けて設けられた枠状の仕切り部とを有し、前記ツールの先端が前記開口から下方に突出するように取付けられたものであり、
   前記仕切り部と前記開口との間に空気の吸い込み口となるスリットが設けられている、
   溝加工ヘッドの集塵機構。
2. 前記開口は、前記底面板の中央部に設けられている請求項１記載の溝加工ヘッドの集塵機構。
3. 前記集塵フードの開口及び仕切り部は、吸い込み口の端面の
   先端が鋭く切り欠かれたものである請求項１又は２記載の溝加工ヘッドの集塵機構。
4. 前記集塵フードは、筐体の内側の角に三角柱状の整流ブロックを更に有する請求項１又は２記載の溝加工ヘッドの集塵機構。
5. 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１〜４のいずれか１項記載の溝加工ヘッドの集塵機構と、
   前記テーブルと前記溝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、前記溝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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