(57)【要約】【課題】狭いピッチで多数のヘッドユニットのツールを並列に設けることができるようにすること。【解決手段】第１のヘッドユニット３１Ａはベース４２にリニアガイド４３を介してツールホルダ４４がｚ軸方向に移動自在に設けられている。第２のヘッドユニット３１Ｂも同様にベース４６にリニアガイド４７を介してツールホルダ４８がｚ軸方向に移動自在に設けられている。ヘッドユニット３１Ａのツールとリニアガイドのｘ軸方向の間隔Ｗａ２とヘッドユニット３１Ｂのツールとリニアガイドのｘ軸方向の間隔Ｗｂ２とを異ならせる。ヘッドユニット３１Ａ及び３１Ｂを交互に配置する際に、リニアガイド４３，４７の位置をずらせ干渉を避けることでヘッドユニットのピッチを狭くする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端にツールを有する複数の第１のヘッドユニットと、
先端にツールを有する複数の第２のヘッドユニットと、
前記第１，第２のヘッドユニットが一定間隔で交互に取付けられたフレームと、
前記第１，第２のヘッドユニットのツールを夫々ｚ軸方向に独立して駆動する駆動手段と、を具備し、
前記第１のヘッドユニットは、
前記フレームに固定されたベースと、
先端に前記ツールを保持するツールホルダと、
前記ベースに対してツールホルダをｚ軸方向に移動自在とするリニアガイドと、を具備するものであり、
前記第２のヘッドユニットは、
前記フレームに固定されたベースと、
先端に前記ツールを保持するツールホルダと、
前記ベースに対してツールホルダをｚ軸方向に移動自在とするリニアガイドと、を具備するものであり、
前記第１，第２のヘッドユニットは、ｚ軸に垂直のｘ軸方向に対して夫々のツールからリニアガイドまでの間隔が互いに異なったものであり、
前記フレームは、前記各ヘッドユニットのツールがｙ軸方向に一定間隔となり、各ヘッドユニットのリニアガイドのｘ軸方向の位置をずらせるように前記第１，第２のヘッドユニットを交互に配置したものである加工ヘッド。
【請求項２】
前記加工ヘッドは、ツールホルダが配置されるｙ軸に垂直のｘ軸方向の正及び負の位置に前記第１，第２のヘッドユニットを互いに組み合わせて前記フレームに配置したものである請求項１記載の加工ヘッド。
【請求項３】
先端にツールを有する複数のヘッドユニットと、
前記ヘッドユニットが一定間隔で取付けられたフレームと、
前記ヘッドユニットのツールを夫々ｚ軸方向に独立して駆動する駆動手段と、を具備し、
前記ヘッドユニットは、
前記フレームに固定されたベースと、
先端に前記ツールを保持するツールホルダと、
前記ベースに対してツールホルダをｚ軸方向に移動自在とするリニアガイドと、を具備するものであり、
前記ヘッドユニットは、ｚ軸に垂直のｘ軸方向に対して夫々のツールからリニアガイドまでの間隔が互いに異なる少なくとも２種類のヘッドユニットを含み、
前記フレームは、前記各ヘッドユニットのツールがｙ軸方向に一定間隔となり、隣り合うヘッドユニットのリニアガイドのｘ軸方向の位置をずらせるように、ツールからリニアガイドまでの間隔が互いに異なる前記ヘッドユニットを隣り合わせて配置したものである加工ヘッド。
【請求項４】
前記加工ヘッドは、ツールホルダが配置されるｙ軸に垂直のｘ軸方向の正及び負の位置に前記すくなくとも２種類のヘッドユニットを組み合わせて前記フレームに配置したものである請求項３記載の加工ヘッド。
【請求項５】
基板が載置されるテーブルと、
溝加工のためのツールが装着される請求項１又は２記載の加工ヘッドと、
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は薄膜太陽電池の製造加工時に薄膜に溝加工を行う加工ヘッド及び溝加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
又特許文献４の加工ヘッドは平板状の部材をスリットで分断してヘッド部及び本体部とロッド部とを設け、弾性的にヘッド部を保持するようにしている。この加工ヘッドのヘッド部にツールを取付け、加工ヘッドを多数並列に配列することで、薄膜太陽電池の製造工程において並列にスクライブできるようにすることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１９１１６７号公報
【特許文献２】特開２０１１−１５５１５１号公報
【特許文献３】特開２０１０−２４５２５５号公報
【特許文献４】特開２０１４−８５５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。又ツールの上下動のガイドとしてリニアボールベアリングを用いており、ガイドの遊びにより加工中にツールの位置が安定しないという問題点があった。更にツールの間隔が広いため、加工位置の精度を保つために多数のカメラが必要であった。又特許文献４の加工ヘッドは剛性が不足しているため、加工位置の精度を保つことが難しいという問題点があった。
【０００７】
本発明はこのような従来の加工ヘッド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を並列に配列することができ、薄膜太陽電池基板に同時に多数の溝を形成するための加工ヘッド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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題を解決するために、本発明の加工ヘッドは、先端にツールを有する複数の第１のヘッドユニットと、先端にツールを有する複数の第２のヘッドユニットと、前記第１，第２のヘッドユニットが一定間隔で交互に取付けられたフレームと、前記第１，第２のヘッドユニットのツールを夫々ｚ軸方向に独立して駆動する駆動手段と、を具備し、前記第１のヘッドユニットは、前記フレームに固定されたベースと、先端に前記ツールを保持するツールホルダと、前記ベースに対してツールホルダをｚ軸方向に移動自在とするリニアガイドと、を具備するものであり、前記第２のヘッドユニットは、前記フレームに固定されたベースと、先端に前記ツールを保持するツールホルダと、前記ベースに対してツールホルダをｚ軸方向に移動自在とするリニアガイドと、を具備するものであり、前記第１，第２のヘッドユニットは、ｚ軸に垂直のｘ軸方向に対して夫々のツールからリニアガイドまでの間隔が互いに異なったものであり、前記フレームは、前記各ヘッドユニットのツールがｙ軸方向に一定間隔となり、各ヘッドユニットのリニアガイドのｘ軸方向の位置をずらせるように前記第１，第２のヘッドユニットを交互に配置したものである。なお、ヘッドユニットを２種類に限定する必要はなく、ツールからリニアガイドまでの間隔が互いに異なる３種類以上のヘッドユニットを、互いに隣り合うリニアガイドのｘ軸方向の位置をずらして配置してもよい。
【０００９】
ここで前記加工ヘッドは、ツールホルダが配置されるｙ軸に垂直のｘ軸方向の正及び負の位置に前記第１，第２のヘッドユニットを互いに組み合わせて前記フレームに配置したものとしてもよい。
【００１０】
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が装着される前述の加工ヘッドと、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。
【発明の効果】
【００１１】
このような特徴を有する本発明によれば、隣接するヘッドブロックでリニアガイドの位置をずらせているため、ヘッドブロックを並列に配置する際に隣り合うヘッドとブロックの間隔を狭くすることができる。そのため加工すべき溝のピッチと同一の間隔でヘッドブロックを設けることができ、太陽電池製造時の薄膜に同時に多数の溝を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】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】図１は本発明の第１の実施の形態による加工ヘッドの正面図である。
【図３】図３は本実施の形態による加工ヘッドの底面図である。
【図４】図４は本実施の形態による２種類のヘッドブロックの側面図である。
【図５】図５は本実施の形態による２種類のヘッドブロックの１組の配置を示す側面図である。
【図６】図６は本発明の第２の実施の形態による加工ヘッドの底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
次に本発明の第１の実施の形態による加工ヘッド３０について説明する。図２はこの加工ヘッド３０の正面図、図３はその底面図である。これらの図に示すように加工ヘッド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を有している。ここでは例えば１０本のヘッドユニット３１Ａ−１〜３１Ａ−５，３１Ｂ−１〜３１Ｂ−５が５ｍｍの間隔で配置されているものとする。これらのヘッドユニットは図２，図３に示すように枠状のフレーム３２に取付けられている。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は１つのブロックにヘッドの数のシリンダ、ここでは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３１Ａ−１〜３１Ａ−５，３１Ｂ−１〜３１Ｂ−５が連結され、各ヘッドユニットとフレーム３２との間に図示しないばねが張り渡されている。
【００１７】
次に各ヘッドユニットの構成について説明する。各ヘッドユニットを狭い間隔で配置するために、本実施の形態ではリニアガイドの位置を異ならせた第１の種類のヘッドユニット３１Ａ及び第２の種類のヘッドユニット３１Ｂが用いられる。ヘッドユニット３１Ａは図４（ａ）に示すように比較的薄いベース４２にリニアガイド４３を介してツールホルダ４４がｚ軸方向に移動自在に設けられている。リニアガイド４３はベース４２の上面に沿ってｚ軸方向に伸びるレール４３ａと、このレール上をｚ軸方向にスライドする一対のスライダ４３ｂ，４３ｃとから成り、スライダ４３ｂ，４３ｃはツールホルダ４４に接続されている。これによってベース４２に対してツールホルダ４４をｚ軸の正及び負方向に自在に移動させることができる。ツールホルダ４４の右端部には図示のようにツール４５が取付けられる。
【００１８】
一方図４（ｂ）に示すように、ヘッドユニット３１Ｂはベース４２より厚いベース４６にリニアガイド４７を介してツールホルダ４８がｚ軸方向に移動自在に設けられている。リニアガイド４７はベース４６の上面に沿ってｚ軸方向に伸びるレール４７ａと、このレール上をｚ軸方向にスライドする一対のスライダ４７ｂ，４７ｃとから成り、スライダ４７ｂ，４７ｃはツールホルダ４８に接続されている。これによってベース４６に対してツールホルダ４８をｚ軸の正及び負方向に自在に移動させることができる。ツールホルダ４８の右端部には図示のようにツール４９が取付けられる。ヘッドユニット３１Ａ，３１Ｂのツール４５，４９は太陽電池等の薄膜基板にパターニングをするため数十μｍ幅で先端がやや細くなった形状の部材である。ここでフレームの上部に設けられたシリンダブロックとシリンダ及びピストンは、ヘッドユニットのツールをｚ軸方向に駆動する駆動手段を構成している。
【００１９】
ここで図４（ａ）に示すようにベース４２，リニアガイド４３，ツールホルダ４４のｘ軸方向の厚さをＷａ１とし、ツール４５とリニアガイドの中心とのｘ軸方向の間隔をＷａ２とする。又図４（ｂ）に示すようにベース４６，リニアガイド４７，ツールホルダ４８のｘ軸方向の厚さをＷｂ１とし、ツール４９とリニアガイド４７の中心との間隔をＷｂ２とする。さてベース４２はベース４６に比べてｘ軸方向の厚さが薄く、ツールホルダ４４はツールホルダ４８に比べてｘ軸方向の厚さが厚くなっている。しかしベースとリニアガイド，ツールホルダを含むｘ軸方向の厚さＷａ１とＷｂ１は、いずれのヘッドユニット３１Ａ及び３１Ｂも同一の大きさとする。一方ツールとリニアガイドとの間隔はヘッドユニット３１Ａ，ヘッドユニット３１Ｂとは夫々異なった大きさとする。例えば図４ではＷａ２＞Ｗｂ２とする。
【００２０】
さて図３に示すように本実施の形態の加工ヘッド２０はツールのｙ軸方向の位置をそろえるようにヘッドユニット３１Ａとヘッドユニット３１Ｂとを交互に配置している。更に各ツールの中心位置を通る一点鎖線で示すｙ軸に平行な中心線に対して線対称にヘッドユニットを反転させて配置し、ツールの位置をそろえている。即ち図３の各ツールの中心位置を通る一点鎖線に対して下側では、ヘッドユニット３１Ａ−１，３１Ｂ−１，３１Ａ−２，３１Ｂ−２，３１Ａ−３を配置している。又図３の各ツールの中心位置を通る一点鎖線に対して上側では、ヘッドユニット３１Ｂ−３，３１Ａ−４，３１Ｂ−４，３１Ａ−５，３１Ｂ−５を配置している。そして上下のヘッドユニットを互い違いに先端のツールの間隔を一定幅（ここでは５ｍｍの間隔）となるように配置する。図５では図３の左端にあるヘッドユニット３１Ａ−１，３１Ｂ−３を示している。そしてこれらのヘッドユニットのベースは枠状のフレーム３２によって保持される。
【００２１】
このようにして本実施の形態では２種類のヘッドユニット３１Ａ，３１Ｂを交互に配置し、更にこのヘッドユニットを交互にｘ軸方向に沿って異なった方向から配置することで、ｙ軸方向の幅が広いリニアガイド相互の干渉が生じないようにしてツールのピッチを狭くしている。従って前述した２種類のヘッドユニット３１Ａ，３１Ｂのツールとリニアガイドとの間隔の差は、リニアガイド相互の干渉が生じない程度に大きくしておくものとする。
【００２２】
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。
【００２３】
次に本発明の加工ヘッドの第２の実施の形態について説明する。前述した第１の実施の形態では、図３に示すようにｘ軸方向の正及び負のいずれの方向にも２種類のヘッドユニット３１Ａ，３１Ｂを交互に配置しているが、第２の実施の形態ではｘ軸方向の正及び負のいずれか一方の方向にのみ前述した２種類のヘッドユニット３１Ａ，３１Ｂを交互に配置する。図６はこの一例を示すものであり、ヘッドユニット３１Ａ−１〜３１Ｂ−５をｘ軸の一方の側にのみ配置した例を示している。この場合にもヘッドユニットのリニアガイドの位置をずらせることでツールの間隔を狭くしてヘッドユニットを配置することができる。
【００２４】
又この実施の形態の溝加工装置では加工ヘッドをｘ軸方向に移動させることで太陽電池基板に溝を形成しているが、ツールの位置を９０°回転させて保持し、ｙ軸方向にテーブルを移動させるときに溝加工を行うようにしてもよい。この場合にはテーブルのｙ軸方向への移動手段がテーブルと加工ヘッドとを水平面内で相対的に移動させる移動手段となる。
【００２５】
第１および第２の実施の形態ではリニアガイドの位置が互いに異なる２種類のヘッドユニットを交互に配置することとしたが、これに代えてリニアガイドの位置が互いに異なる３種類以上のヘッドユニットを用いることとしてもよい。リニアガイドの位置が互いに異なる少なくとも２種類のヘッドユニットを、隣り合うヘッドユニットのリニアガイドの位置が異なるように、ツールからリニアガイドまでの間隔が互いに異なる前記ヘッドユニットを隣り合わせて配置すれば、第１および第２の実施の形態と同様に狭い間隔でツールを配置できる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
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に好適に使用することができる。
【符号の説明】
【００２７】
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
３１Ａ，３１Ｂ，３１Ａ−１〜３１Ａ−５，３１Ｂ−１〜３１Ｂ−５  ヘッドユニット
４２，４６  ベース
４３，４７  リニアガイド
４４，４８  ツールホルダ
４５，４９  ツール
【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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