JP6331701B2 - 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など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溝加工装置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、角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、角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ねじ止めによって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、第１の基準面を有する第１の側壁部と、前記第１の側壁部に対向する位置に設けられた第２の側壁部と、前記第１，第２の側壁部の間に形成され、第２の基準面を有する溝と、を有し、前記第２の側壁部は、外側の縁より内向きに前記溝に向けて切欠かれ、三角柱状に形成されたものであり、前記カバープレートは、前記ツール取付け部の第２の側壁部に対向する位置に外向きに切欠かれて三角柱状に形成された側壁部を有し、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側壁部を前記ベースプレート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側壁部の第１の基準面は、一定の間隔を隔てて同一平面をなす第１の平面及び第２の平面を有するものであり、前記カバープレートの側壁部は、前記カバープレートを前記ベースプレートに押圧した際に前記第１，第２の平面の間に位置するように前記ツールを押圧する第３の平面を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の側壁部に第１の基準面を有し、第１，第２の側壁部の間の溝に第１の基準面と直角な第２の基準面を有している。カバープレートをベースプレートにねじ止めする際にカバープレートの側壁部の傾斜面を第２の側壁部の傾斜面に対して押し付けることで、くさびによって角柱状のツールを固定している。従って１つのねじを締め付けるだけでツールの面を第１，第２の基準面に接触させて正確に位置決めすることができ、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及びその一部を示す拡大図である。 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（ａ）はベースプレート４０の斜視図、図４（ｂ）はその下部を拡大した斜視図である。図４（ａ）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（ａ）に示すように下方が薄く切欠かれており、その上部には基準ピンが挿入される開口４４、下方にはねじが取付けられるねじ溝４５が設けられている。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、その中間は下方から切欠かれた溝４８となっている。図４（ｂ）に示すように側壁部４６の内側上部にはツール取付け部４２の外側面と平行な第１の平面４６ａ、内側下部には一定の間隔を隔ててこれと同一平面をなす第２の平面４６ｂが設けられ、その間はわずかに切欠かれたものとなっている。これらの平面４６ａ，４６ｂを合わせて第１の基準面とし、これと直角をなす溝４８の平面４８ａを第２の基準面とする。又側壁部４７は図示のように側面の縁から溝４８に向けて側壁部４７が略三角柱状となるように例えば頂角４５°の角度で切欠かれ、内側が傾斜面４７ａとなっている。又側壁部４７の上部は側方からコ字状に切欠かれた切欠き部４９を有し、切欠き部４９の内部には後述するようにマグネットが埋め込まれる。

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平板状の部材であり、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の上部中央には基準ピンが挿入される貫通孔５２、ねじが挿入される貫通孔５３が設けられる。図中左側の側面には中央よりやや下部から側方に突出した側壁部５４を有している。ここで側壁部５４は図示のように内側にわずかに突出する突出部が設けられ、その上面が第３の平面５４ａを構成している。第３の平面５４ａはカバープレート５０をベースプレート４０に取付けた際に、第１，第２の平面４６ａ，４６ｂの中間となる位置に設けられる。更にこの側壁部５４は内側の縁の先端より外側に設けて側壁部５４が略三角柱状となるように、例えば頂角４５°で切欠かれており、外側が傾斜面５４ｂとなっている。この切欠きの頂角はベースプレート４０の側壁部４６に切欠かれた三角柱状部分の頂角に等しい角度となるようにしている。

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においてまず基準ピン６１をカバープレートの貫通孔５２を貫通させてベースプレート４０の開口４４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６２をツール取付け部４２のねじ溝４５に貫通させ、ねじ６２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、下方には角柱状の溝が形成されることとなる。

次に図３に示すように直方体状で一方向から研磨して鋭くなるように形成された刃先を持つツール６０を、刃先を下にし、刃先の先端部分が第１の基準面の側となるようにして溝より挿入する。図６（ａ）は直方体状のツール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６３で保持される。この状態でねじ６２を締め付けると、カバープレート５０はベースプレート４０に対して平行に接近し、ベースプレート４０の側壁部４７の傾斜面４７ａとカバープレート５０の側壁部５４の傾斜面５４ｂとが互いに面接触する。更にねじを締め付けるとカバープレート５０は矢印Ｂ方向に押し付けられ、段差部５１の下方がわずかに傾くことでくさびとなり、側壁部５４がツール６０を矢印Ｃの方向に押圧する。このとき第１，第２の平面４６ａ，４７ａと第３の平面５４ａによってツール６０を挟み込み、側壁部４６の平面４６ａ，４７ａが第１の基準面、溝４８の面４８ａが第２の基準面となって角柱状のツール６２の刃先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。

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。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。

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６２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６２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。

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など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
４３ａ，４３ｂ 貫通孔
４４ 開口
４５ ねじ溝
４６，４７ 側壁部
４６ａ，４６ｂ，５４ａ 平面
４７ａ，５４ｂ 傾斜面
４８ 溝
４９ 切欠き部
５０ カバープレート
５１ 段差部
５２，５３ 貫通孔
５４ 側壁部
６０ ツール
６１ 基準ピン
６２ ねじ

Claims (2)

1. 加工ヘッドに取付けられ、角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ねじ止めによって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、
   第１の基準面を有する第１の側壁部と、
   前記第１の側壁部に対向する位置に設けられた第２の側壁部と、
   前記第１，第２の側壁部の間に形成され、第２の基準面を有する溝と、を有し、
   前記第１の基準面は、一定の間隔を隔てて同一平面をなす第１の平面及び第２の平面を有し、
   前記第２の側壁部は、外側の縁より内向きに前記溝に向けて切欠かれ、三角柱状に形成されたものであり、
   前記カバープレートは、
   前記ツール取付け部の第２の側壁部に対向する位置に外向きに切欠かれて三角柱状に形成された側壁部を有し、
   前記カバープレートの側壁部は、前記カバープレートを前記ベースプレートに押圧した際に前記第１，第２の平面の間に位置するように前記ツールを押圧する第３の平面を有し、
   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側壁部を前記ベースプレート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. 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であって、
   前記ツールホルダは、
   角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ねじ止めによって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、
   第１の基準面を有する第１の側壁部と、
   前記第１の側壁部に対向する位置に設けられた第２の側壁部と、
   前記第１，第２の側壁部の間に形成され、第２の基準面を有する溝と、を有し、
   前記第１の基準面は、一定の間隔を隔てて同一平面をなす第１の平面及び第２の平面を有し、
   前記第２の側壁部は、外側の縁より内向きに前記溝に向けて切欠かれ、三角柱状に形成されたものであり、
   前記カバープレートは、
   前記ツール取付け部の第２の側壁部に対向する位置に外向きに切欠かれて三角柱状に形成された側壁部を有し、
   前記カバープレートの側壁部は、前記カバープレートを前記ベースプレートに押圧した際に前記第１，第２の平面の間に位置するように前記ツールを押圧する第３の平面を有し、
   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側壁部を前記ベースプレート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ことを特徴とする、溝加工装置。

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