JP5779465B2 - 基板の溝加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、溝加工装置、特に、移動方向の両端に刃を有する溝加工ツールを基板のパターニングラインに沿って往復移動させ、基板上に溝を形成する基板の溝加工装置に関する。

薄膜太陽電池は、例えば特許文献１に示されるような方法で製造される。この特許文献１に記載された製造方法では、ガラス等の基板上にMo膜からなる下部電極膜が形成され、その後、下部電極膜に溝が形成されることによって短冊状に分割される。次に、下部電極膜上にCIGS膜等のカルコパイライト構造化合物半導体膜を含む化合物半導体膜が形成される。そして、これらの半導体膜の一部が溝加工によりストライプ状に除去されて短冊状に分割され、これらを覆うように上部電極膜が形成される。最後に、上部電極膜の一部が溝加工によってストライプ状に剥離されて短冊状に分割される。

以上のような工程における溝加工技術の１つとして、ダイヤモンド等のメカニカルツールによって薄膜の一部を除去するメカニカルスクライブ法が用いられている。このメカニカルスクライブ法において、安定した幅の溝加工を行うことができるように、特許文献２に示される方法が提案されている。この特許文献２に示された方法では、加工負荷を調整する加工負荷調整機構を備えた溝加工ツール及び剥離ツールが用いられている。

実開昭63-16439号公報 特開2002-033498号公報

従来の溝加工装置あるいは溝加工方法では、連続して複数の溝を加工する場合、１本の溝を加工した後に、ヘッドを上昇させ、加工開始位置まで移動させ、続いて次の溝を加工する、といった動作が繰り返される。このような従来の装置及び方法では、加工に時間がかかり、また先に調整されたツールの押圧力を再調整しなければならない場合がある。

そこで、本件発明者らは、効率よく迅速に溝加工を行うことができる加工装置を開発し、既に出願している（特願２０１０−０８２９５３）。この加工装置は、ヘッドに上下移動可能にツールホルダが取り付けられており、さらに、このツールホルダに所定の角度範囲内で揺動部材が揺動可能に取り付けられている。揺動部材には溝加工ツールが保持されており、揺動部材は往動時の前進切削姿勢と復動時の後進切削姿勢とで反転させられる。溝加工ツールには、往動側及び復動側に対称的な前部刃先及び後部刃先が設けられている。そして、揺動部材が往動（前進）切削姿勢にあるときに前部刃先が太陽電池基板に接触し、復動（後進）切削姿勢にあるときに後部刃先が太陽電池基板に接触する。

以上のような溝加工ツールを用いて溝加工を行うと、効率良く溝加工を行うことができる。しかし、ツールが固定された揺動部材が揺動自在であるために、溝加工時に移動方向と直交する方向にツール及び揺動部材が振れるおそれがある。溝加工時にツールが移動方向と直交する方向に振れると、溝を高い精度で形成することができない。

本発明の課題は、ツールを往復移動させて溝加工する装置において、ツールの振れを抑え、溝を高い精度で加工できるようにすることにある。

第１発明に係る基板の溝加工装置は、移動方向の両端に刃を有する溝加工ツールを基板のパターニングラインに沿って往復移動させ、基板上に溝を形成する装置であって、基板が載置されるテーブルと、溝加工ツールが装着されるヘッドと、テーブルとヘッドとを水平面内で相対的に移動させるための移動機構と、を備えている。ヘッドは、上下移動可能なホルダと、揺動部材と、振れ規制機構と、を有している。揺動部材は、溝加工ツールを保持し、移動方向と直交する揺動軸を支点としてホルダに揺動自在に支持されて往動位置と復動位置とを取り得る。振れ規制機構は往動位置と復動位置の揺動部材の揺動軸方向の振れを規制する。

この装置では、溝加工ツールは往復移動され、往動時と復動時の両方において基板上に溝が形成される。そして、揺動部材は、往動時には往動位置に、また復動時には復動位置に位置する。これらの位置において、移動方向と直交する方向の揺動部材の振れが振れ規制機構によって規制される。

ここでは、往動時及び復動時において、揺動部材の振れが規制されるので、加工時における溝加工ツールの振れが規制される。このため、溝の特に移動方向と直交する方向の端面を高い精度で加工することができる。

第２発明に係る基板の溝加工装置は、第１発明の溝加工装置において、揺動部材の揺動範囲を、往動位置と復動位置の間に規制するための１対のストッパをさらに備えている。

この装置では、揺動部材は１対のストッパによって揺動範囲が規制され、往動時には往動位置に、復動時には復動位置に位置させられる。

第３発明に係る基板の溝加工装置は、第２発明の溝加工装置において、揺動部材は、揺動軸の下方に形成され溝加工ツールが装着されるツール装着部と、揺動軸の上方に形成され１対のストッパに当接可能な当接部と、を有している。そして、振れ規制機構は、１対のストッパ及び当接部に形成された係合部及び係合部が係合する被係合部を有している。

ここでは、１対のストッパ及び当接部に形成された係合部及び被係合部によって、揺動軸の振れが規制される。このため、簡単な構成で溝の加工精度を高くすることができる。

第４発明に係る基板の溝加工装置は、第３発明の溝加工装置において、被係合部は移動方向に向かって幅が狭くなるＶ字状の溝であり、係合部はＶ字状溝に係合可能である。

ここでは、係合部がＶ字状溝に係合することによって、揺動部材の振れが規制される。

第５発明に係る基板の溝加工装置は、加工時以外において、揺動部材を中立位置に維持するための中立維持機構をさらに備えている。

第６発明に係る基板の溝加工装置は、第５発明の溝加工装置において、中立維持手段は、揺動部材を挟んで揺動部材を中立位置に付勢する１対のスプリングである。

以上のような本発明では、ツールを往復移動させて溝加工する装置において、ツールの振れを抑え、高い精度で溝を加工することができる。

本発明の一実施形態による溝加工ツールが装着された溝加工装置の外観斜視図。 溝加工装置のヘッドの正面図。 揺動部材の拡大部分図。 揺動部材とストッパとの関係を示す図。 本発明の他の実施形態による図４に相当する図。

本発明の一実施形態による溝加工装置としての集積型薄膜太陽電池用溝加工装置の外観斜視図を図１に示す。

［溝加工装置の全体構成］
この装置は、太陽電池基板Ｗが載置されるテーブル１と、溝加工ツール（以下、単にツールと記す）２が装着されたヘッド３と、それぞれ２つのカメラ４及びモニタ５と、を備えている。

テーブル１は水平面内において図１のＹ方向に移動可能である。また、テーブル１は水平面内で任意の角度に回転可能である。なお、図１では、ヘッド３の概略の外観を示しており、ヘッド３の詳細は後述する。

ヘッド３は、移動支持機構６によって、テーブル１の上方においてＸ，Ｙ方向に移動可能である。なお、Ｘ方向は、図１に示すように、水平面内でＹ方向に直交する方向である。移動支持機構６は、１対の支持柱７ａ，７ｂと、１対の支持柱７ａ，７ｂ間にわたって設けられたガイドバー８と、ガイドバー８に形成されたガイド９を駆動するモータ１０と、を有している。ヘッド３は、ガイド９に沿って、前述のようにＸ方向に移動可能である。

２つのカメラ４はそれぞれ台座１２に固定されている。各台座１２は支持台１３に設けられたＸ方向に延びるガイド１４に沿って移動可能である。２つのカメラ４は上下動が可能であり、各カメラ４で撮影された画像が対応するモニタ５に表示される。

［ヘッド］
図２にヘッド３を抽出して示している。ヘッド３は、板状のベース１６と、ホルダ１７と、揺動部材１８と、エアシリンダ１９と、を有している。

ホルダ１７は、図示しないレールを介して、ベース１６に対して上下方向にスライド自在に支持されている。ホルダ１７は、ホルダ本体２２と、ホルダ本体２２の表面に固定された支持部材２３と、を有している。ホルダ本体２２は、板状に形成され、上部に開口２２ａを有している。支持部材２３は横方向に長い矩形状の部材であり、内部に揺動部材１８が挿通する貫通孔２３ａが形成されている。

揺動部材１８は、ホルダ本体２２及び支持部材２３に揺動自在に支持されている。揺動部材１８は、下部のツール装着部２４と、ツール装着部２４から上方に延びて形成された延長部２５と、を有している。

ツール装着部２４には溝が形成され、この溝にツール２が挿入され、さらに固定プレート２４ａによってツール２が溝内に固定されている。

延長部２５の下部には、水平方向で、かつ溝形成方向と直交する方向に貫通する孔２５ａが形成されている。そして、この孔２５ａを貫通するピン２６を中心に揺動部材１８は揺動自在となっている。ピン２６はホルダ本体２２と支持部材２３によって支持されている。また、延長部２５の上端部には、図３に示すように、当接部２８が形成されている。当接部２８の左右側面には、それぞれ上下方向に延びる係合溝２８ａが形成されている。係合溝２８ａは、図４に示すように、平面視でＶ字状に形成されている。なお、図３は揺動部材１８の延長部２５を拡大して示したものである。また、図４は、揺動部材１８の上端部を上方から見た図である。

図２及び図４に示すように、揺動部材１８の当接部２８の左右両側には、１対のストッパ２７ａ，２７ｂが設けられている。各ストッパ２７ａ，２７ｂは、図４に示すように、筒状部材４１と、ネジ部材４２と、を有している。各筒状部材４１は、ホルダ本体２２に固定されており、内部にネジ孔４１ａが形成されている。ネジ部材４２はこのネジ孔４１ａに螺合されている。ネジ部材４２の先端はほぼ円錐状に形成されている。

図４は、前述のように、揺動部材１８の当接部２８を上方から見た図であり、同図（ａ）は、揺動部材１８がピン２６の回りに反時計回りに揺動して、当接部２８の係合溝２８ａにストッパ２７ｂ側のネジ部材４２の先端が係合した状態を示している。この状態は、ヘッド３が図２の−Ｍ方向に移動するときの状態であり、揺動部材１８は復動位置に位置している。同図（ｂ）は揺動部材１８の当接部２８のみを示している。同図（ｃ）は、揺動部材１８がピン２６の回りに時計回りに揺動して、当接部２８の係合溝２８ａにストッパ２７ａ側のネジ部材４２の先端が係合した状態を示している。この状態は、ヘッド３が図２の＋Ｍ方向に移動するときの状態であり、揺動部材１８は往動位置に位置している。

以上のような構成では、Ｖ字状の係合溝２８ａにネジ部材４２の先端が係合した状態では、ツール２が固定された揺動部材１８は移動方向と直交する方向の振れが規制される。すなわち、揺動部材１８の当接部２８に形成されたＶ字状の係合溝２８ａとネジ部材４２とによって、振れ規制機構が構成されている。

エアシリンダ１９はシリンダ支持部材３０の上面に固定されている。シリンダ支持部材３０は、ホルダ１７の上部に配置され、ベース１６に固定されている。シリンダ支持部材３０には上下方向に貫通する孔が形成されており、エアシリンダ１９のピストンロッド（図示せず）がこの貫通孔を貫通し、ロッド先端がホルダ１７に連結されている。

また、ベース１６の上部にはスプリング支持部材３１が設けられている。スプリング支持部材３１とホルダ１７との間にはスプリング３２が設けられており、スプリング３２によってホルダ１７は上方に付勢されている。このスプリング３２によって、ホルダ１７の自重をほぼキャンセルすることができる。

ホルダ１７の左右両側には、１対のエア供給部３４ａ，３４ｂが設けられている。１対のエア供給部３４ａ，３４ｂはともに同じ構成であり、それぞれジョイント３５とエアノズル３６とを有している。

［溝加工動作］
以上のような装置を用いて薄膜太陽電池基板に溝加工を行う場合は、移動支持機構６によりヘッド３を移動させるとともにテーブル１を移動させ、カメラ４及びモニタ５を用いて、ツール２を溝加工予定ライン上に位置させる。

以上のような位置合わせを行った後、エアシリンダ１９を駆動してホルダ１７及び揺動部材１８を下降させて、ツール２の先端を薄膜に当てる。このときの、ツール２の薄膜に対する加圧力は、エアシリンダ１９に供給されるエア圧によって調整される。

次にモータ１０を駆動して、ヘッド３を溝加工予定ラインに沿って走査する。

往動時（図２において右側への移動時）は、ツール２の刃と基板上の薄膜との接触抵抗によって、揺動部材１８はピン２６を中心に時計回りに揺動する。この揺動は、揺動部材１８の当接部２８の係合溝２８ａに、ストッパ２７ａ側のネジ部材４２の先端が当接することによって規制される。すなわち、ヘッド３の往動時には、揺動部材１８は往動位置に位置する。そして、ネジ部材２９の先端が揺動部材１８の当接部２８に形成された係合溝２８ａに係合した状態では、揺動部材１８の振れ、詳しくは、移動方向と直交する方向の振れが規制される。このため、往動時におけるツール２の振れが規制され、加工される溝の両端面の品質が向上する。

この後、ヘッド３を基板に対して相対的に移動させて、ツール２を次に下降すべき溝加工予定ライン上に移動させる。そして、前記同様に、ツール２を基板上の薄膜に押し付けて、前記とは逆方向にヘッド３を移動させる。

この復動時（図２において左側への移動時）においては、ツール２の刃と基板上の薄膜との接触抵抗によって、揺動部材１８はピン２６を中心に反時計回りに揺動する。この揺動は、揺動部材１８の当接部２８の係合溝２８ａに、ストッパ２７ａ側のネジ部材４２の先端が当接することによって規制される。すなわち、ヘッド３の復動時には、揺動部材１８は復動位置に位置する。そして、ネジ部材４２の先端が揺動部材１８の当接部２８に形成された係合溝２８ａに係合した状態では、揺動部材１８の移動方向と直交する方向の振れが規制される。このため、往動時と同様に、復動時におけるツール２の振れが規制され、加工される溝の両端面の品質が向上する。

なお、溝加工中あるいは溝加工終了時において、各エア供給部３４ａ，３４ｂのエアノズル３６からエアが噴出され、基板から剥離された膜が除去される。

［他の実施形態］
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。

（ａ）図５に他の実施形態を示している。この図５に示す実施形態では、１対のストッパの構成が前記実施形態と異なっており、他の構成は同様である。なお、図５（ａ）は揺動部材１８の復動位置を示し、同図（ｂ）は加工していない状態での中立位置を示し、同図（ｃ）は往動位置を示している。

ここでは、筒状部材５０には、同軸の第１孔５１、第２孔５２、第３孔５３が形成されている。孔径は、第１孔５１が最も大きく、第２孔５２が次に大きく、第３孔５３が最も小さい。

第１孔５１にはピン５５がスライド自在に挿入されている。ピン５５の先端はほぼ円錐状に形成されており、この円錐状の先端部は揺動部材１８の当接部２８の係合溝２８ａに係合可能である。また、第２孔５２にはスプリング５６が挿入されており、ピン５５を揺動部材１８の当接部２８に向かって付勢している。

この実施形態では、往動時又は復動時には、前記実施形態と同様に、揺動部材１８はスプリング５６の付勢力に抗して揺動され、ピン５５は筒状部材５０の内部に押し込まれる。そして、ピン５５の端面が第１孔５１の底部に当接した状態で停止する。すなわち、揺動部材１８は、往動位置（図５（ｃ））又は復動位置（図５（ａ））の位置で停止する。

一方、加工していない状態では、揺動部材１８は、両側からピン５５を介してスプリング５６の付勢力によって押され、中立位置に維持される。

この実施形態においても、前記実施形態と同様の作用効果が得られる。

（ｂ）振れ機構の構成は前記各実施形態に限定されない。例えば、揺動部材１８の上方にガイド部材を設けて、揺動部材１８の振れを規制するようにしてもよい。具体的には、ガイド部材の下部に、移動方向に沿って延び下方に開放するガイド溝が形成し、このガイド溝に揺動部材１８の延長部２５が嵌り込むようにすればよい。

この場合は、揺動部材１８の延長部２５はガイド溝に沿って揺動する。このため、延長部２５がガイド溝の両側壁によってガイドされ、揺動部材１８及びツール２の振れを規制することができる。

１ テーブル
２ ツール
３ ヘッド
６ 移動支持機構
１７ ホルダ
１８ 揺動部材
２８ 当接部
２８ａ 係合溝
４２ ネジ部材
５５ ピン
５６ スプリング

Claims (4)

1. 移動方向の両端に刃を有する溝加工ツールを基板のパターニングラインに沿って往復移動させ、基板上に溝を形成する溝加工装置であって、
   基板が載置されるテーブルと、
   前記溝加工ツールが装着されるヘッドと、
   前記テーブルと前記ヘッドとを水平面内で相対的に移動させるための移動機構と、
   を備え、
   前記ヘッドは、
   上下移動可能なホルダと、
   前記溝加工ツールを固定し、前記移動方向と直交する揺動軸を支点として前記ホルダに揺動自在に支持されて往動位置と復動位置とを取り得る揺動部材と、
   前記往動位置と前記復動位置の前記揺動部材の前記揺動軸方向の振れを規制する振れ規制機構と、
   を有しており、
   前記揺動部材の揺動範囲を、前記往動位置と前記復動位置の間に規制するための１対のストッパをさらに備え、
   前記揺動部材は、
   前記揺動軸の下方に形成され前記溝加工ツールが装着されるツール装着部と、
   前記揺動軸の上方に形成され前記１対のストッパに当接可能な当接部と、
   を有し、
   前記振れ規制機構は、前記１対のストッパに形成された係合部と、前記当接部に形成され前記係合部が係合する被係合部と、を有している、
   基板の溝加工装置。
2. 前記被係合部は前記移動方向に向かって幅が狭くなるＶ字状の溝であり、
   前記係合部は前記Ｖ字状溝に係合可能である、
   請求項１に記載の基板の溝加工装置。
3. 移動方向の両端に刃を有する溝加工ツールを基板のパターニングラインに沿って往復移動させ、基板上に溝を形成する溝加工装置であって、
   基板が載置されるテーブルと、
   前記溝加工ツールが装着されるヘッドと、
   前記テーブルと前記ヘッドとを水平面内で相対的に移動させるための移動機構と、
   を備え、
   前記ヘッドは、
   上下移動可能なホルダと、
   前記溝加工ツールを固定し、前記移動方向と直交する揺動軸を支点として前記ホルダに揺動自在に支持されて往動位置と復動位置とを取り得る揺動部材と、
   前記往動位置と前記復動位置の前記揺動部材の前記揺動軸方向の振れを規制する振れ規制機構と、
   を有しており、
   加工時以外において、前記揺動部材を中立位置に維持するための中立維持機構をさらに備えた、
   基板の溝加工装置。
4. 前記中立維持手段は、前記揺動部材を挟んで前記揺動部材を中立位置に付勢する１対のスプリングである、請求項３に記載の基板の溝加工装置。

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