(57)【要約】【課題】パターニングツールの落下を防いで安全に取り付けることができるツールホルダを提供する。【解決手段】ホルダ本体３０と、蓋体３１とからなり、ホルダ本体３０の主面３２には磁石４０が埋め込まれる横溝３５と前記パターニングツール４に対応する型の縦溝３６とがＴ字をなすように形成され、縦溝３６の下端はホルダ本体３０の下面で開口３７となり、蓋体３１がホルダ本体３０に固定されることにより縦溝３６はパターニングツール４が挿入されるツール挿入穴４１を形成し、蓋体３１にはツール挿入穴４１に挿入されたパターニングツール４が磁石４０に当接された状態で固定するためのネジ孔４２，４３が形成される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
片側端に刃先が形成された棒状体のパターニングツールを、刃先を下方に向けて保持するツールホルダであって、
ツールホルダはホルダ本体と、ホルダ本体の側面の一つである主面に面接した状態でホルダ本体に固定される蓋体とからなり、
ホルダ本体の前記主面には磁石が埋め込まれた横溝と前記パターニングツールの棒状体部分に対応する型の縦溝とがＴ字をなすように形成され、
前記縦溝の下端はホルダ本体の下面で開口となり、
前記蓋体がホルダ本体に固定されることにより前記縦溝は前記パターニングツールが挿入されるツール挿入穴を形成し、
前記蓋体にはツール挿入穴に挿入されたパターニングツールが前記磁石に当接された状態で固定するためのネジ孔が形成されてなることを特徴とするツールホルダ。
【請求項２】
前記磁石は磁化方向を横溝の長手方向に沿わせたネオジム磁石である請求項１に記載のツールホルダ。
【請求項３】
パターニングツールの棒状体部分が角棒である請求項１または請求項２に記載のツールホルダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カルコパイライト化合物系薄膜太陽電池等の集積型薄膜太陽電池の製造工程で、電極分離や光吸収層分離に使用するパターニングツールを保持するためのツールホルダに関する。このツールホルダはスクライブ装置のスクライブヘッドで使用される。
ここで、カルコパイライト化合物とは、ＣＩＧＳ（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２）の他に、ＣＩＧＳＳ（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）２）、ＣＩＳ（ＣｕＩｎＳ２）等が含まれる。
【背景技術】
【０００２】
カルコパイライト化合物半導体等を光吸収層として用いる薄膜太陽電池においては、基板上に複数のユニットセルを直列接続した集積型構造が一般的であり、基板表面に薄膜太陽電池の電極層や機能膜層等の各薄膜層を形成する際に電極分離や機能膜分離用の溝を形成することによってパターンを形成している。
【０００３】
カルコパイライト化合物系集積型薄膜太陽電池の製造方法について説明する。図６は、ＣＩＧＳ薄膜太陽電池の製造工程を示す模式図である。まず、図６（ａ）に示すように、絶縁基板１上に、下部電極となるＭｏ電極層２をスパッタリング法によって形成した後、光吸収層形成前の薄膜太陽電池基板に対してスクライブ加工により下部電極分離用の溝Ｓを形成する（Ｐ１工程）。
【０００４】
その後、図６（ｂ）に示すように、Ｍｏ電極層２上に、化合物半導体（ＣＩＧＳ）薄膜からなる光吸収層３を蒸着法、スパッタリング法等によって形成し、その上に、ヘテロ接合のためのＺｎＳ薄膜等からなるバッファ層４をＣＢＤ法（ケミカルバスデポジション法）により形成し、その上に、ＺｎＯ薄膜からなる絶縁層５を形成する。そして、透明電極層形成前の薄膜太陽電池基板に対して、下部電極分離用の溝Ｓから横に離隔した位置に、スクライブ加工によりＭｏ電極層２にまで到達する電極間コンタクト用の溝Ｍ１を形成する（Ｐ２工程）。
【０００５】
続いて、図６（ｃ）に示すように、絶縁層５の上からＺｎＯ：Ａｌ薄膜からなる上部電極としての透明電極層６を形成し、光電変換を利用した発電に必要な各機能層を備えた太陽電池基板とし、スクライブ加工により下部のＭｏ電極層２にまで到達する電極分離用の溝Ｍ２を形成する（Ｐ３工程）。
【０００６】
溝を加工する技術の一つとして、特に上述したＰ２工程およびＰ３工程において、カッターナイフや針のような工具で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。しかしながら、薄膜を除去した後の溝幅が一定せず、不必要な部分まで除去しまう不具合が発生することがあった。
そのため、安定した溝幅で加工できるようにするためのメカニカルスクライブ法が提案されている（特許文献１参照）。この文献によればスクライブ装置に取り付けた溝形成工具と剥離工具とを用いて溝を形成するようにしている。溝形成工具は２つの三角錐状の凸部と、これらの凸部の間に円弧状凹部が形成された刃先が形成されている。剥離工具は平板状の板からなるスクレイパーが用いられている。そして溝形成工具でスクライブすることによって２つの断面Ｖ字状の溝を薄膜に形成し、続いて２つの溝の間に残った薄膜を剥離工具で除去するようにしている。なお、スクライブ装置は、基板に対し溝形成工具や剥離工具を当接した状態で移動するときに、基板を押圧する負荷荷重を調整するための加工負荷調整機構を備えている。
【０００７】
これに対し、本願出願人は、一筋の溝加工に対し、一種類のツールによる１回のスクライブ加工だけで安定した溝加工ができるようにするため、また、長期間安定した溝幅で溝加工を続けることができるようにするため、特殊形状の溝加工ツールを提案している（特願２００９−０４０２３０号）。これによれば、刃先領域が直方体の形状を有する溝加工ツールを、基板に対し、刃先を所定角度に傾斜させて取り付けるようにしてスクライブさせることにより、安定した溝加工ができることを開示している。
【０００８】
さらに、本発明の出願人は溝加工ツールをスクライブ装置に取り付ける際に、溝加工ツールを保持するためのツールホルダを振子のように揺動する機構を設けることで、基板に対し傾斜させた溝加工ツールによって、往路と復路との両方で加工できるようにしたスクライブ装置を提案している（特願２０１０−０８２９５３号）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−０３３４９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
一般に、スクライブ装置では、上述した溝形成工具、剥離工具や溝加工ツールのような基板に当接させるパターニングツールを、基板が載置されるテーブルの上方に配置させたツールホルダに、刃先を下方に向けて保持させるようにしている。
【００１１】
具体的には、パターニングツールをツールホルダに固定するために、ツールホルダの下面側にパターニングツールを挿入する穴を形成し、その穴にパターニングツールを挿入して刃先の位置を微調整しながら、ネジなどの固定部材で固定するようにしている。
【００１２】
ところで、パターニングツールは、長さが５ｍｍ〜２０ｍｍ程度、幅や奥行きが２ｍｍ〜５ｍｍ程度のかなり小さな部材であり、ツールホルダに形成される挿入穴の径も同程度であるため、穴に挿入してからネジなどで固定し終えるまでの取り付け作業中に、誤って落下させ、刃先が欠けたり、折れたりする不具合が生じていた。
【００１３】
そこで、本発明は、パターニングツールをツールホルダに取り付けて固定する際に、パターニングツールの落下を防いで安全に取り付けることができるツールホルダを提供することを目的とする。
また、本発明は、パターニングツールをツールホルダの穴に挿入する際に、挿入する深さ方向の位置を容易に一定にすることができるようにしたツールホルダを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するためになされた本発明のツールホルダは、片側端に刃先が形成された棒状体のパターニングツールを、刃先を下方に向けて保持するツールホルダであって、ツールホルダはホルダ本体と、ホルダ本体の側面の一つである主面に面接した状態でホルダ本体に固定される蓋体とからなり、ホルダ本体の前記主面には磁石が埋め込まれた横溝と前記パターニングツールの棒状体部分に対応する型の縦溝とがＴ字をなすように形成され、前記縦溝の下端はホルダ本体の下面で開口となり、前記蓋体がホルダ本体に固定されることにより前記縦溝は前記パターニングツールが挿入されるツール挿入穴を形成し、前記蓋体にはツール挿入穴に挿入されたパターニングツールが前記磁石に当接された位置で固定するためのネジ孔が形成されている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、パターニングツールをツール挿入穴に挿入すると、横溝に埋め込まれた磁石の磁力に引き付けられ、刃先とは反対側のパターニングツールの端部が磁石に当接した状態で吸着するようになる。その結果、パターニングツールは手を離してもツール挿入穴から落下することなく保持される。この状態で、固定のためのネジ孔にビスを入れて固定することで、同じツール挿入穴に同じ深さまでパターニングツールを挿入した状態で固定することができる。
【００１６】
上記発明で、磁石は磁化方向を横溝の長手方向に沿わせたネオジム磁石とするのが好ましい。
ネオジム磁石を使用することにより、パターニングツールを磁力で磁石表面に当接させたときに、もろいフェライト磁石等に比べて磁石の破片が発生しにくくなり、クリーンな条件下での溝加工が可能になる。また、ネオジム磁石は非常に強い磁力を発生するので、小さな磁石だけでパターニングツールを落下させずに吸着することができ、ツールホルダを軽量化できる。なお、ネオジム磁石は非常に磁力が強いので、磁化方向を横溝の長手方向に沿わせた場合でも、パターニングツールを吸着する磁力を適度な大きさにすることができ、パターニングツールのツール挿入穴からの着脱を容易にすることができる。
【００１７】
上記発明で、パターニングツールの棒状体部分は角棒にするのが好ましい。すなわち、棒状体部分を丸棒ではなく、例えば断面が正方形や長方形の角棒にし、縦溝の型も対応する正方形や長方形にすることにより、パターニングツールをツール挿入穴に入れたときに縦溝の内部で縦溝に垂直な面内で回転することがなくなり、回転方向の位置決めが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明にかかるツールホルダを備えた集積型薄膜太陽電池用スクライブ装置の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】上記スクライブ装置におけるスクライブヘッドを拡大した斜視図である。
【図３】上記スクライブ装置におけるスクライブヘッドを拡大した正面図である。
【図４】溝加工ツール（パターニングツール）の斜視図である。
【図５】本発明にかかるツールホルダの構成を示す図である。
【図６】ＣＩＧＳ薄膜太陽電池の製造工程を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下において、本発明の詳細をその実施の形態を示す図面に基づいて詳細に説明する。最初に、本発明にかかるツールホルダを用いたスクライブ装置の全体構成について説明する。ここではパターニングツールとして刃先が直方体状の溝加工ツールを使用するものとする。
図１は集積型薄膜太陽電池用のスクライブ装置の実施形態を示す斜視図である。スクライブ装置は、略水平方向（Ｙ方向）に移動可能で、かつ、水平面内で９０度および角度θ回転可能なテーブル１１を備えており、テーブル１１上に太陽電池基板Ｗが載置される。
【００２０】
テーブル１１を挟んで設けてある両側の支持柱１２，１２と、Ｘ方向に延びるガイドバー１３とで構成されるブリッジ１４は、テーブル１１上を跨ぐように設けてある。ガイドバー１３に形成したガイド１５に沿って移動できるようにスクライブヘッド１が設けられており、モータ１６の回転によりＸ方向に移動する。スクライブヘッド１にはテーブル１１上に載置される太陽電池基板Ｗの薄膜表面をスクライブ加工する溝加工ツール４（パターニングツール）を保持するためのツールホルダ８が設けられている。
【００２１】
また、Ｘ方向およびＹ方向に移動することが可能な台座１７，１８には、カメラ１９，２０がそれぞれ設けられている。台座１７，１８は支持台２１上でＸ方向に延設されたガイド２２に沿って移動する。カメラ１９，２０は、手動操作で上下動することができ、撮像の焦点を調整することができる。カメラ１９，２０で撮影された画像はモニタ２３，２４に表示される。
【００２２】
薄膜太陽電池製造工程のＰ１工程においては、基板にマークされたアライメントマークや、基板の端部を、また、Ｐ２工程およびＰ３工程においては、Ｐ１工程やＰ２工程で形成された溝の痕跡（光吸収層や上部電極の窪み）を、スクライブ位置（溝を形成する位置）を特定するためのマーク（基準）として利用する。具体的には、カメラ１９，２０により基準となるマークを撮像することにより、スクライブ予定ラインの位置を特定する。特定されたスクライブ予定ラインに溝加工ツールがくるように、太陽電池基板Ｗの位置を調整することによりスクライブ位置を調整する。
【００２３】
そして、テーブル１１をＹ方向に所定ピッチで移動するごとに、スクライブヘッド１に取り付けた溝加工ツール４の刃先を、シリンダ６（図２参照）により太陽電池基板Ｗの表面に設定圧力で押しつけた状態でＸ方向に移動させ、太陽電池基板Ｗの表面をＸ方向に沿ってスクライブ加工する。太陽電池基板Ｗの表面をＹ方向に沿ってスクライブ加工する場合は、テーブル１１を９０度回転させて、上記と同様の動作を行う。
【００２４】
次に、本発明のツールホルダ８を支持するスクライブヘッド１について説明する。図２、図３は、図１のスクライブヘッド１を拡大した斜視図および正面図である。
スクライブヘッド１は、板状のベース２と、このベース２にレール３を介して上下摺動可能に取り付けられたスライダ５と、溝加工ツール４を加圧するためにスライダ５の上方位置でベース２に支持されスライダ５を下降させるエアシリンダ６とを備えている。
【００２５】
スライダ５には、枢軸７を支点として許容範囲内で揺動運動ができるようにしたツールホルダ８が取り付けられている。ツールホルダ８には、枢軸７を通る垂線Ｌを境として前進切削姿勢並びに後進切削姿勢に姿勢を強制する付勢機構９が設けられている。図２、図３で示した実施例では、付勢機構９は、枢軸７をデッドポイントとして前進切削姿勢（図３の状態）並びに後進切削姿勢にツールホルダ８を反転させるスプリング９ａにより形成されている。なお、付勢機構９に代えて、ツールホルダ８を水平方向に押圧する姿勢制御用のエアシリンダを別途に設けてもよい。
【００２６】
ツールホルダ８には工具鋼からなる溝加工ツール４が保持されている。この溝加工ツール４は、図４に示すように、棒状体部分４ｃの断面が四角形（角棒）をなし、その下端部に刃先領域が形成され、進行方向側とその反対側とに前部刃先４ａと後部刃先４ｂが形成されている。なお、溝加工ツール４は磁石に吸着される性質を有する材料（刃先と反対側の端が磁石に吸着されればよい）であれば使用可能である。
【００２７】
そして、ツールホルダ８が図３で示す前進切削姿勢にあるときに、前部刃先４ａが所定の切削角度（約６０度）で太陽電池基板Ｗに接して溝を加工し、ツールホルダ８が後進切削姿勢にあるときに、後部刃先４ｂが太陽電池基板Ｗに接して溝を加工するようにしている。
【００２８】
前進切削姿勢並びに後進切削姿勢におけるツールホルダ８の傾斜角、すなわち、前部刃先４ａ、後部刃先４ｂの太陽電池基板Ｗに対する切削角度は、ツールホルダ８の揺動を規制するストッパ１０の位置によって定まる。したがって、このストッパ１０を移動調整可能にすることによって、切削角度を調整することができる。本実施例ではこの調整手段として、ストッパ１０を回動並びに固定可能なカムにして、このカムを回動操作することによりストップ位置を調整できるようにしてある。
【００２９】
エアシリンダ６は、スライダ５を上下動させることで、ツールホルダ８に固定された溝加工ツール４の太陽電池基板Ｗに対する押圧力の制御を行う。また、スライダ５の自重の影響を除去して略無荷重の状態に補償するように、スライダ５とベース２の上部との間に補償スプリング２５が設けられている。これにより、エアシリンダ６による溝加工ツール４の低押圧力の制御を容易にしている。
【００３０】
次に、本発明のツールホルダ８の内部構造について説明する。図５は図３におけるツールホルダ８を取り出した図であり、図５（ａ）は正面図、図５（ｂ）は右側面図、図５（ｃ）はＡ−Ａ’断面図である。
ツールホルダ８は、主にホルダ本体３０と蓋体３１とにより外形が形成される。蓋体３１はホルダ本体３０の側面の一つである主面３２に面接され、ネジ孔３３，３４でネジ止めすることによりホルダ本体３０に固定される。
ホルダ本体３０の主面３２には、図５（ｃ）の断面図に示すように、横溝３５と縦溝３６とがＴ字状に形成してあり、縦溝３６の端はホルダ本体３０の下面に達し、開口３７を形成している。
横溝３５には棒状のネオジム磁石４０が埋め込んである。ネオジム磁石４０は強力な磁力を有するので、磁化方向が横溝３５の長手方向に向くようにして、後述する溝加工ツール４が強く吸着されすぎないようにしてある。ネオジム磁石４０は表面にニッケルめっきなどの表面処理がなされているので、フェライト磁石等に比べて溝加工ツール４が磁石に当たったり、こすれたりしたときにも破片が発生しにくく、下に載置される基板に破片が落下するような問題をなくすことができる。
【００３１】
縦溝３６は、溝加工ツール４の幅や奥行きに合わせて溝の大きさ・形状（型）が形成してある。なお、溝加工ツール４の形状によっては蓋体３１の側にも対応する型の溝を形成するようにしてある。縦溝３６の深さは使用する溝加工ツール４の上下長さよりも短くしてあり、図５（ｃ）に示すように、溝加工ツール４が縦溝３６に挿入され、上端がネオジム磁石４０に当接した状態で、刃先がホルダ本体３０の開口３７の外側に位置するようにしてある。
【００３２】
そして、蓋体３１とホルダ本体３０とが面接されることにより、縦溝３６はツール挿入穴４１となるようにしてある。
【００３３】
次に、溝加工ツール４のツールホルダ８への取り付け動作について説明する。ツール挿入穴４１の開口３７から溝加工ツール４を挿入すると、縦溝３６の壁面に案内されながら奥に挿入されていき、やがて磁力が及ぶ位置に達すると、引力が働いて溝加工ツール４の端が磁石４０に当接するまで入り、吸着されるようになる。
このとき、溝加工ツール４から手を離しても磁石４０の磁力によって吸着されており、決して落下することはない。
そしてネジ孔４２，４３にネジ止めすることにより、ツール挿入穴４１に一定の深さまで挿入させた状態で溝加工ツール４が固定される。
以上の動作によって、溝加工ツール４はツールホルダ８に対し、常に一定の位置関係で固定されることになる。
【００３４】
以上、本発明の代表的な実施例について説明したが、本発明は必ずしも実施例の構造のみに特定されるものではない。例えば、実施例では、パターニングツールとして図４に示した方形の溝加工ツール４を用いたが、これに限られず他の形状のパターニングツールであってもよい。
本発明では、その目的を達成し、請求の範囲を逸脱しない範囲内で適宜修正、変更することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、集積型薄膜太陽電池の製造工程などで使用するスクライブ装置に用いるツールホルダに利用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
Ｗ  太陽電池基板
１  スクライブヘッド
４  溝加工ツール
５  スライダ
６  エアシリンダ
７  枢軸
８  ツールホルダ
９  付勢機構
３０  ホルダ本体
３１  蓋体
３２  主面
３５  横溝
３６  縦溝
３７  開口
４０  ネオジム磁石
４１  ツール挿入穴
４２，４３  ネジ孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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