JP5361967B2

JP5361967B2 - 基板の溝加工ツール

Info

Publication number: JP5361967B2
Application number: JP2011212148A
Authority: JP
Inventors: 正信曽山
Original assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Current assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2031-09-28
Also published as: KR20130034589A; KR101402755B1; CN103029155A; TWI501305B; TW201330079A; JP2013071316A; CN103029155B

Description

本発明は、溝加工ツール、特に、ホルダに保持され、加工対象である基板上をホルダと
ともに相対的に往復移動させて基板に溝を形成するための基板の溝加工ツールに関する。

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、ツール両端の刃先が摩耗してくると、刃の移動方向の幅が摩耗にしたがって
広くなり、加工品質を長期にわたって良好に維持することができない。

本発明の課題は、往復移動させて溝加工可能な溝加工ツールにおいて、摩耗による刃の
幅の変化が少なく、長寿命化を図ることにある。

第１発明に係る基板の溝加工ツールは、ホルダに保持され、加工対象である基板上をホ
ルダとともに相対的に往復移動させて基板に溝を形成するためのツールであって、ホルダ
に揺動自在に支持された揺動部材に支持されるツール本体と、刃先部と、を備えている。刃先部は、ツール本体の先端部に
形成され、移動方向の往動側の先端に形成された第１刃と、復動側の先端に形成された第
２刃と、を有し、第１刃と第２刃とは連続して隣接し、第１刃及び
第２刃のそれぞれは、刃先部の移動方向の中心位置から移動方向の両側に向かって形成さ
れ、移動方向に対して同じ角度だけツール本体側に傾斜しており、その傾斜角度は揺動部材の揺動角度に等しい。

ここでは、刃先部に形成された第１刃と第２刃とは隣接している。すなわち、第１刃と
第２刃との間には、刃が形成されていない部分は存在しない。このため、第１刃が摩耗す
ると第２刃を削ることになり、また逆に第２刃が摩耗すると第１刃を削ることになる。し
たがって、第１刃及び第２刃が摩耗しても、各刃の幅が変化するのを抑えることができ、
ツールの長寿命化を図ることができる。

また、往動時及び復動時のそれぞれにおいて、各刃の幅全体が基板に接することに
なり、効率良く加工を行うことができる。

第２発明に係る基板の溝加工ツールは、第１発明の溝加工ツールにおいて、刃
先部は、移動方向の幅が先端に行くにしたがって狭くなるように、対向する往動側の側面
と復動側の側面とが傾斜しかつ対称に形成されている。

ここで、刃先部の移動方向の幅は、すべて同じであることが望ましい。この場合は、第
１刃及び第２刃が摩耗しても、互いの刃を削ることになるので、移動方向の幅は変わらな
い。

しかし、通常、刃先部の幅は非常に小さく、小さい幅の刃先部を長くすると、強度が低
下し、加工中に破損する可能性が高くなる。

そこで、この第２発明では、刃先部は先端が細く、先端から離れるにしたがって太くな
るように形成されている。このため、強度の低下を抑えるとともに、摩耗による幅変化を
抑えて長寿命化を図ることができる。

第３発明に係る基板の溝加工ツールは、第１又は第２発明の溝加工ツールにおいて、刃
先部は、移動方向と直交する方向の幅が、ツール本体の同方向の幅に比較して狭い。

刃先部の移動方向と直交する方向の幅は、加工する溝の幅寸法に応じて設定する必要が
ある。そして、一般的に溝幅寸法は非常に狭い。一方で、ツール本体はホルダに装着され
るために、また強度を確保するために、所定の幅が必要である。

そこで、この溝加工ルールでは、刃先部の移動方向と直交する方向の幅を狭くし、一方
でツール本体の同方向の幅を太くしている。

第４発明に係る基板の溝加工ツールは、第３発明の溝加工ツールにおいて、ツール本体
の刃先部側の部分は、移動方向と直交する方向の幅が刃先部に近づくにしたがって狭くな
っている。

以上のような本発明では、往復移動させて溝加工可能な溝加工ツールにおいて、摩耗に
よる刃の幅の変化を少なくでき、長寿命化を図ることができる。

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。溝加工ツールの側面、正面、一部拡大を示す図。溝加工時の動作を説明するための模式図。溝加工時の動作及び刃先部の摩耗を示す模式図。

本発明の一実施形態による溝加工ツールが装着された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２
２ａ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１
８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２５
ａ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。

延長部２５の上端部２５ｂの左右両側には、１対の規制部材２７ａ，２７ｂが設けられ
ている。各規制部材２７ａ，２７ｂは、図４に示すように、ホルダ本体２２に固定された
筒状部材２８ａ，２８ｂと、筒状部材２８ａ，２８ｂの内部に挿入されたスプリング２９
ａ，２９ｂと、を有している。そして、各スプリング２９ａ，２９ｂの先端が延長部２５
の上端部２５ｂに当接することにより、揺動部材１８は図２及び図４（ｂ）に示すような
中立位置に維持されている。また、揺動部材１８が揺動していずれかのスプリング２９ａ
，２９ｂを押し、延長部２５の上端部２５ｂが筒状部材２８ａ，２８ｂに当接することに
より、揺動角度が規制されるようになっている。この実施形態では、±3°の角度範囲で
揺動部材１８の揺動角度が規制されるように設定されているが、±5°以内で規制される
ことが好ましい。

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。

［ツール］
図３にツール２の詳細を示している。図３（ａ）はツール２の側面図であり、同図（ｂ
）はその正面図、同図（ｃ）は刃先部の一部拡大図である。図３（ｃ）にツール２の移動
方向Ｍを示している。

ツール２は、ホルダ１７に保持されるツール本体３６と、ツール本体３６の先端部に形
成された刃先部３７と、を有している。刃先部３７は、ツール本体３６の先端部において
、高さｈ（図３（ｂ）参照）の範囲に形成されている。

刃先部３７の先端において、移動方向の両側には第１刃３８ａ及び第２刃３８ｂが形成
されている。ここでは、第１刃３８ａが往動時に溝加工をするための刃であり、第２刃３
８ｂが復動時に溝加工をするための刃である。

ツール本体３６の刃先部３７側の部分と刃先部３７とは、図３（ｂ）から明らかなよう
に、正面視で連続して形成されている。そして、これらの移動方向の幅は先端に行くにし
たがって狭くなっている（刃の先端の幅はＷ１）。すなわち、刃先部３７の対向する往動
側の側面３７ａと復動側の側面３７ｂとが傾斜し、かつ対称に形成されており、両側面３
７ａ，３７ｂは上方に向かって角度Ｄ１で開いている。

また、図３（ａ）で示すように、刃先部３７において、移動方向と直交する方向の幅Ｗ
２はツール本体３６の同方向の幅に比較して狭く形成されている。この方向の刃先部３７
の幅は全長にわたって同じ幅Ｗ２である。

さらに、ツール本体３６の刃先部３７側の部分は、図３（ａ）から明らかなように、移
動方向と直交する方向の幅が刃先部３７に近づくにしたがって狭くなるように、角度Ｄ２
で傾斜している。

図３（ｃ）に示すように、第１刃３８ａはツール２の移動方向の中心Ｃから移動方向一
方側（往動側：＋Ｍ）に向かって形成されている。また、第２刃３８ｂは、ツール２の移
動方向の中心Ｃから移動方向他方側（復動側：−Ｍ）に向かって形成されている。すなわ
ち、第１刃３８ａと第２刃３８ｂとは連続して隣接しており、これらの刃３８ａ，３８ｂ
の間には、刃でない部分は存在していない。そして、第１刃３８ａ及び第２刃３８ｂは、
共に移動方向に沿った直線（中心線Ｃに直交する直線）Ｈに対して同じ角度Ｄ３だけ傾斜
している。

なお、以下に、一実施例としての刃先部３７の各諸元を示しておく。

Ｗ１：０．０５ｍｍ〜０．２０mm
Ｗ２：０．０２mm〜０．１０mm（溝幅によって設定）
Ｄ１：３０°〜５０°
Ｄ２：２０°〜６０°
Ｄ３：２°〜１５°
［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を溝を形成する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。このとき
の揺動部材１８及びツール２の姿勢を、図４及び図５に模式的に示している。

往動時（図４において右側への移動時）は、図４（ａ）及び図５（ａ）に示すように、
第１刃３８ａ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の上端部２５ｂが右側の筒状部材２８ａに
当接することによって、規制される。したがって、ツール２は図４（ａ）に示すような傾
斜姿勢のまま、第１刃３８ａが基板上の薄膜に当接し、第２刃３８ｂが基板の表面に当接
していない状態で＋M方向に移動され、溝が形成される。

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４において左側への移動時）においては、図４（ｃ）及び図５（ｂ）に
示すように、第２刃３８ｂ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２
６を中心に反時計回りに揺動する。この揺動は、揺動部材１８の上端部２５ｂが左側の筒
状部材２８ｂに当接することによって、規制される。したがって、ツール２は図４（ｃ）
に示すような傾斜姿勢のまま、第２刃３８ｂが基板上の薄膜に当接し、第１刃３８ａが基
板の表面に当接していない状態で−M方向に移動され、溝が形成される。

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。

［特徴］
（１）以上のような溝加工時においては、第１刃３８ａ及び第２刃３８ｂはほぼ均等に
摩耗していく。そして、第１刃３８ａ及び第２刃３８ｂは幅方向の中心Ｃを境に両側に隣
接して形成されているために、一方が摩耗すると他方も摩耗し、各刃３８ａ，３８ｂの移
動方向の幅は大きく変化しない。この様子を、図５（ｃ）に示している。図５（ｃ）にお
いて、左側のツール２は初期状態を示している。また、中央のツール２は摩耗がある程度
進んだ状態を示し、右側のツール２はさらに摩耗が進んだ状態を示している。中央及び右
側の図において、斜線で示した部分が摩耗した部分である。これらの図から明らかなよう
に、摩耗が進んでも各刃３８ａ，３８ｂの移動方向の幅はあまり変化していない。このた
め、従来のツールに比較して長寿命化を図ることができる。

（２）揺動部材の揺動角度と各刃先３８ａ，３８ｂの傾斜角度Ｄ３とを同じにしている
ので、ツール２の往動時及び復動時のそれぞれにおいて、各刃３８ａ，３８ｂの幅全体が
基板に接する。このため、効率良く加工を行うことができる。

（３）刃先部３７の移動方向の幅を、先端に行くにしたがって狭くなるように形成して
いるために、刃先部３７の強度の低下を抑えて、長寿命化を図ることができる。

［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。

刃先部の諸元の一例を挙げたが、これは一例であって、種々の変更が可能である。例え
ば、幅が数mm程度の溝を形成するために、刃先の幅Ｗ２をツール本体の幅と同じ、あるい
はツール本体より長くすることとしてもよい。

２ツール
３ヘッド
１７ホルダ
１８揺動部材
３６ツール本体
３７刃先部
３８ａ，３８ｂ刃

Claims

ホルダに保持され、加工対象である基板上を前記ホルダとともに相対的に往復移動させて基板に溝を形成するための溝加工ツールであって、
前記ホルダに揺動自在に支持された揺動部材に支持されるツール本体と、
前記ツール本体の先端部に形成され、移動方向の往動側の先端に形成された第１刃と、復動側の先端に形成された第２刃と、を有し、前記第１刃と前記第２刃とは連続して隣接している、刃先部と、
を備え、
前記第１刃及び前記第２刃のそれぞれは、前記刃先部の移動方向の中心位置から移動方向の両側に向かって形成され、移動方向に対して同じ角度だけ前記ツール本体側に傾斜しており、その傾斜角度は前記揺動部材の揺動角度に等しい、基板の溝加工ツール。
前記刃先部は、移動方向の幅が先端に行くにしたがって狭くなるように、対向する往動側の側面と復動側の側面とが傾斜しかつ対称に形成されている、請求項１に記載の基板の溝加工ツール。
前記刃先部は、移動方向と直交する方向の幅が、前記ツール本体の同方向の幅に比較して狭い、請求項１又は請求項２に記載の基板の溝加工ツール。
前記ツール本体の前記刃先部側の部分は、移動方向と直交する方向の幅が前記刃先部に近づくにしたがって狭くなっている、請求項３に記載の基板の溝加工ツール。