(57)【要約】【課題】安定して塗布が行なえ、かつ作業性に優れた吐出装置を提供する。【解決手段】基板上に塗布材料を吐出する吐出装置であって、少なくともシリンジ１０１とノズル１０２を有する材料供給部と、材料供給部を固定する支持部１０４とを有し、かつ基板に接面することによって、基板とノズル１０２との間のクリアランスを形成するストッパー１０５を有し、支持部１０４もしくはストッパー１０５の少なくとも一方に、ストッパー１０５が基板に接面する際の衝撃を緩和する衝撃吸収機構１０７が設けられている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に塗布材料を吐出する吐出装置であって、
少なくとも、塗布材料を収容するシリンジ及びその先端から塗布材料を吐出するノズルを備えて成る材料供給部と、
該材料供給部を支持する支持部と、
基板面に当接して基板面とノズル先端との間のクリアランスを設定するストッパーとを有し、
前記支持部もしくは前記ストッパーの少なくとも一方に、ストッパーが基板面に当接する際の衝撃を緩和する衝撃吸収機構が設けられていることを特徴とする吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に接着剤等の塗布材料を点状に塗布するための吐出装置に係り、特に半導体層等の光を吸収する層を有する基板や、形状的に波打ち部や湾曲部を有する基板上への塗布に有効な吐出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
クリーム半田、金属ペースト等の塗布材料を、例えば、基板上に微量吐出する場合および／または定量吐出する場合に用いられる装置として、デイスペンサー装置が広く用いられている。
【０００３】
デイスペンサー装置は、シリンジに充填された塗布材料に、パルス状のエアーを印加することによって塗布材料に直接圧力を印加し、シリンジの下部に取り付けられたノズルの先端から所定量の材料を吐出する装置である。
【０００４】
吐出量としては、近年の基板の小型化に伴い、非常に微量で、かつ定量であることが求められている。
【０００５】
このような微細吐出を安定的に行なうためには、塗布材料の選定は勿論のこと、塗布材料を押し出すための機構や、容器の形状等を工夫しておくことが重要であるが、基板上に吐出する際の基板面とノズル先端との間の距離、いわゆるクリアランスを一定に保つことも欠かせない要素の一つである。
【０００６】
クリアランスを一定に管理するための手段としては、例えば特許文献１に開示されている「ノズル先端にストッパーを設置して機械的にクリアランスを保つ方法」や、特許文献２に開示されている「変位センサを取り付けてノズル先端と基板との間の距離を測長して、クリアランスを制御する方法」が提案されており、よく用いられている手段である。特に後者は、基板に対して非接触な方法であるので、好んで使用されることが多いようである。
【０００７】
しかし、例えば特許文献３に開示されているような太陽電池上に材料を吐出しようとした場合、そもそも太陽電池自体に光を吸収する特性があるため、光センサ等のセンサ類では反射光を採り難くく測定誤差を生んでしまう。その結果、クリアランス管理が非常に難しくなるという現実がある。
【０００８】
加えて、太陽電池の中でも金属基板上に半導体層を積層した太陽電池の場合には、積層時に形成された膜内残留応力により基板自体が湾曲していたり、波打ちを起こしていたりすることがあり、この場合も、反射光の方向が定まらないため、正確な測定ができない。
【０００９】
以上のように、太陽電池等の基板上においては、変位センサ等を用いたクリアランス管理は欠点が多く、むしろストッパーを用いてクリアランスを保つ方法が実用的である。
【００１０】
【特許文献１】
特開昭６４−５６１６５号公報
【特許文献２】
特開平３−４２０６８号公報
【特許文献３】
特開平８−１３９３５４号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特許文献１に開示されているような公知のストッパー法には、以下のような問題があった。
【００１２】
すなわち、接触式であるため、ストッパーが基板面に接面したときにストッパーの圧力が直接基板にかかり、基板がダメージを受けてしまう。特に、太陽電池では半導体層にダメージを受けてしまうため、致命的である。
【００１３】
また、ストッパーがノズルに固定されているため、ストッパーが基板に接面した際には、ノズルとシリンジとの着脱部に接面時の全荷重がかかってしまい、着脱部が壊れ易い。
【００１４】
さらに、ストッパーがニードルに固定されているため、ノズルが複雑な構造になっており、その結果、クリアランスを変更する際には、ノズルごと外したりする作業が必要となり、作業性が悪い。
【００１５】
本発明は、上記の事情に鑑みて創案されたものであり、その目的は、安定して塗布が行なえ、かつ作業性に優れた吐出装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決すべく、本発明に係る吐出装置は、基板上に塗布材料を吐出する吐出装置であって、
少なくとも、塗布材料を収容するシリンジ及びその先端から塗布材料を吐出するノズルを備えて成る材料供給部と、
該材料供給部を支持する支持部と、
基板面に当接して基板面とノズル先端との間のクリアランスを設定するストッパーとを有し、
前記支持部もしくは前記ストッパーの少なくとも一方に、ストッパーが基板面に当接する際の衝撃を緩和する衝撃吸収機構が設けられていることを特徴とする。
【００１７】
前記吐出装置において、前記ストッパーが、前記支持部に取り付けられていることが好ましい。
【００１８】
また、前記支持部もしくは前記ストッパーの少なくとも一方に、基板面とノズル先端との間のクリアランスを調整する調整機構が備えられていることが好ましい。
【００１９】
さらに、前記調整機構がマイクロメータであることが好ましい。
【００２０】
そして、前記衝撃吸収機構が弾性部材を有する機構であることが好ましい。
【００２１】
また、前記基板が半導体層を含む基板である場合にも適用しうる。
【００２２】
さらに、前記基板が太陽電池素子層を含む基板である場合にも適用しうる。
【００２３】
そして、前記基板が、波打ち部および／または湾曲部を有する基板である場合にも適用しうる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明するが、本発明は本実施形態に限るものではない。
【００２５】
まず、本発明に係る吐出装置の構成について説明する。
【００２６】
本発明に係る吐出装置を大きく分類すると、材料供給部、材料供給部を固定するための支持部、ストッパー、及び衝撃吸収機構から構成される。
【００２７】
材料供給部は、少なくとも塗布材料が収容されるシリンジと、該シリンジの下端部に接続された塗布材料の吐出口としてのノズルとから構成されている。ノズルはシリンジに通常ねじ込み式で取り付けられ、着脱可能に設計されている。シリンジの上部にはエアー管が接続され、パルス状のエアーをシリンジ内に直接送り込んで材料に圧力を負荷することにより、ノズルから点状に塗布材料を吐出することができる。
【００２８】
使用する塗布材料としては、銀ペースト、半田ペースト等の金属ペーストや、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂などが挙げられるが、特に限定されない。
【００２９】
これらの材料供給部は、予め設けられた支持部により固定支持されている。
【００３０】
ストッパーは、基板と接面することによって、基板面とノズル先端との間のクリアランスを設定するためのものである。したがって、ストッパーの最下面（基板と接触する面）は、前述のノズル最下面よりも数十μｍから数ｍｍ程度下の位置に設けて、適度のクリアランスを形成する。
【００３１】
従来のストッパーは、ノズルと一体型になっているか、あるいはノズルとシリンジとの嵌合部付近に形成されていたため、基板に接面した際にノズル嵌合部に衝撃が直接伝わり、壊れやすいという欠点があった。したがって、ストッパーはノズル以外部分に設けることが好ましい。ストッパーをノズル以外の部分に設けることにより、ノズルやノズル嵌合部に直接衝撃が伝わることがなく、故障に至る寿命を長くすることができる。
【００３２】
また、従来のストッパーは上述のようにノズル近傍に設けられていたために、ノズルの交換作業やクリアランス設定等の作業に非常に時間がかかり、作業性が非常に悪かったので、この点からもノズル以外の部分に設けておいて、作業性を向上させることが好ましい。
【００３３】
ストッパーの具体的な設置場所としては、例えば、支持部に接続して設けることが好ましい。
【００３４】
ストッパーの材質としては、金属、高分子樹脂等、特に限定されることなく使用可能であるが、衝撃吸収能力をより高めるといった意味では、少なくとも基板と接面する部位に、ウレタンゴムやシリコンゴムのようなゴム材料を取り付けたようなものでも構わない。この場合は、確かに衝撃吸収性は向上するが、逆に磨耗や硬度変化等の経年変化によりクリアランスが変化してしまう可能性があるため、メンテナンスを頻繁に行う必要がある。
【００３５】
さらに、本発明に係る吐出装置においては、前記の支持部もしくはストッパーのいずれか一方に、基板に接面する際の衝撃を吸収するための衝撃吸収機構が設けられている。この衝撃吸収機構を設けることによって、基板へのダメージを低減することが可能となり、基板への応用範囲を広げるものである。
【００３６】
衝撃吸収機構は、基本的に基板にかかる応力を逆方向に逃がす機構のものであれば特にどんな機構であってもよく、例えば、弾性部材としてのばねを有する機構は構造が簡易で好適である。この場合のばねとしては、基板にダメージを与えないことや、昇降スピードに追従することなどの条件を満たすことが必要であり、その弾性係数やばね長さは適宜選択して使用する。また、基板へのダメージを左右する要因は、上記ばね弾性係数の他に、印加される力や、ストッパーと基板との接触面積も関係してくるため、各パラメータを注意して設計することが必要である。
【００３７】
そして、本発明においては、クリアランスの調整をより簡便にするために、前記の支持部もしくはストッパーのいずれか一方に、クリアランスの調整機構を設けることが好ましい。とりわけ、この調整機構としては、数ミクロンオーダーでの調整が可能なマイクロメーターを具備していることが好ましい。
【００３８】
また、本発明に用いる基板としては、被吐出物と成り得るありとあらゆる基板に対して成り立つものであり、特に限定されないが、例えば、光に対して吸収性の高い基板や、機械的な衝撃に対してダメージを受けやすい基板に対しては非常に有効である。そのような基板としては半導体層を含む基板が挙げられ、例えば、太陽電池素子層を含む基板が挙げられる。より具体的には、太陽電池素子層を積層した金属基板等が挙げられる。
【００３９】
基板の形状は平坦であることが望ましいが、湾曲部を有していたり、波打ち部を有している基板の場合にも、本発明は特に有効である。
【００４０】
図３は基板の外観であり、（ａ）は湾曲部を有している基板を示す概略図、（ｂ）は波打ち部を有している基板を示す概略図である。このような基板に本発明に係る吐出装置を適用する場合、塗布材料の吐出時にはストッパーが基板を押さえ付けるため、基板を平坦に矯正しながら吐出することが可能である。
【００４１】
なお、タクトを短くするために、１枚の基板に対して吐出装置を複数設けることも好適である。その場合、吐出装置の数としては、全吐出点数の公約数であることが好ましい。
【００４２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限るものではない。
【００４３】
〔実施例１〕
図１（ａ）は、実施例１の吐出装置を模式的に示す概略図であり、（ｂ）はストッパの詳細を示す概略図である。図１において、１０１はシリンジ、１０２はノズル、１０３はエアー管、１０４は支持部、１０５はストッパー、１０６は調整機構、１０７は衝撃吸収用のばね、１０８はブラケットである。
【００４４】
図１に示すように、シリンジ１０１内には、例えば、銀ペーストや半田ペースト等の塗布材料が充填されている。シリンジ１０１の下部には塗布材料を所定形状に吐出するためのノズル１０２が取り付けられており、またシリンジ１０１の上部にはエアー管１０３が取り付けられ、このエアー管１０３からパルス状のエアーを供給することによって、ノズル１０２の先端から塗布材料がパルス状に吐出されることになる。
【００４５】
これらのシリンジ部は、支持部１０４にしっかりと固定支持されている。支持部１０４の下部には、ノズル１０２の軸方向に延出されたストッパー１０５が取り付けられており、その詳細は図１（ｂ）に示されている。ストッパー１０５は、ノズル１０２の周囲を囲繞するように切り欠いた屈曲プレートにより形成され、その一部が下方へ屈曲されてノズル１０２の先端よりも突き出たような形状のものを作製した。
【００４６】
ストッパー１０５の最下面の位置は、ノズル１０２の先端位置よりも必ず下になるように支持部１０４に取り付けられ、これによりストッパー１０５はシリンジ１０１の下降時に基板と接面して、吐出時に基板面とノズル先端との間のクリアランスを常に一定に保つことが可能となる。
【００４７】
本実施例では、ノズル１０２の先端からストッパー１０５の下端までの距離（クリアランス）が２００μｍとなるようにストッパー１０５を取り付けた。また、ストッパー１０５のうち、基板に接面する部位は、基板の追従という点で、できるだけノズル１０２から近い方が好ましく、本実施例ではノズルから１ｍｍの距離のところに形成した。
【００４８】
従来、このようなストッパー機構は、ノズル１０２と一体の機構か、もしくはノズル１０２に直接接続されていたので、ストッパー１０５が基板に接面した際にノズル部にストレスがかかり、非常に壊れやすいという欠点があった。しかしながら、本実施例の吐出装置においては、ノズル１０２ではなく支持部１０４にストッパ１０５を接続しているので、接面した際にノズル１０２に応力がかかることがなく、ノズル１０２の耐久性を向上させることができる。
【００４９】
また、クリアランスの調整を行いたい場合には、従来の一体構造ではノズルを外してから作業をする必要があり、非常に煩雑であったが、本実施例においては、ノズル１０２とストッパー１０５とがそれぞれが独立した場所にあるので、個々の作業を円滑に行うことができ、かつ作業数が非常に少ないという効果がある。
【００５０】
図１中、１０６はストッパー１０５の調整機構としての調整ねじを示したものであるが、ストッパー１０５の上端部には不図示の長穴加工が施されており、上下方向にスライドさせることが可能である。したがって、固定位置が上下方向に可変となっており、クリアランスを所望の長さに調節することが可能である。この調整ねじ１０６は、支持部１０４に設けられているので、調整が容易となり、作業性を向上させることが可能である。
【００５１】
一方、支持部１０４は、その中央付近において、衝撃吸収用のばね１０７を介してブラケット１０８に接続されている。ばね１０７としては、ばね定数が０．２Ｎ／ｍｍで、直径が１０ｍｍ、線径が０．５５ｍｍの丸型コイルスプリングを上下に２個使用している。
【００５２】
ブラケット１０８は不図示のスカラーロボット等に接続されており、ブラケット１０８の上下動に同期してシリンジ１０１の上下動が可能となるが、支持部１０４との間にばね１０７を介していることにより、支持部１０４に固定支持されたストッパー１０５が基板に接面した際の衝撃を吸収し、ストッパー１０５に余計な応力がかからない機構になっている。また、この衝撃吸収機構を設けることによって、基板側へのダメージも低減することが可能である。
【００５３】
本実施例では上記吐出装置を製作して、実際に基板上に塗布を行ってみた。基板は、太陽電池素子を有する基板として、１５０μｍ厚のステンレス鋼板上にＡｌとＺｎＯを順次堆積し、さらにその上にｎ型、ｉ型、ｐ型、ｎ型、ｉ型、ｐ型の非晶質シリコン層、ＩＴＯ層を順次堆積したものを作製した。
【００５４】
これらはロール・ツー・ロール方式により長いロール状に作製した後、２４０ｍｍ×３６０ｍｍの板状に切り出すことによって、約５０００枚の基板を作製した。
【００５５】
この５０００枚の中から、平坦な基板、波打ち部が生じている基板、湾曲部が生じている基板を任意に取り出し、塗布実験に使用した。波打ち部と湾曲部の程度を測定したところ、波打ち部を有する基板については３０ｍｍ周期、振幅１０ｍｍであり、湾曲部を有する基板については２４０ｍｍに長さに対して高さ１０ｍｍの湾曲であった。
【００５６】
塗布条件としては、温度を２５℃、塗布圧力を１５０ｋＰａ、塗布時間を３５ｍｓｅｃの一定とし、図３に示すような方向に、電極としての銀ペーストを１ｃｍ間隔で塗布を行った。
【００５７】
塗布のタイミングとしては、シリンジ１０１が基板に向かって下降し、その下降端にて吐出信号を出して吐出した後に上昇し、次の塗布点に移動するという工程を１サイクルとし、このサイクル動作を繰り返すことによって、点状の連続塗布を行った。
【００５８】
その結果、目標とする０．３ｍｇの塗布量に対して±０．１ｍｇの範囲での塗布ができ、非常に安定した塗布を達成することができた。
【００５９】
また、塗布時にストッパー１０５が基板に及ぼす圧力を測定したところ、約３００ｋＰａであり、さらには塗布した銀ペーストとステンレス鋼板を上下の電極として、素子のダメージの程度を表すパラメータであるシャント抵抗を測定したところ、特にシリコン層が壊れているような特性は見られず、ダメージなく塗布ができていることが明らかとなった。
【００６０】
〔比較例１〕
比較例１は、図１の吐出装置において、ばね１０７とブラケット１０８とを取り外して、支持部１０４を直接スカラーロボットに固定接続した点が実施例１とは異なっており、その他は全く同様にして塗布実験を行った。
【００６１】
その結果、塗布量に関しては、全ての基板において０．３±０．１ｍｇの範囲内で塗布ができた。しかしながら、シャント抵抗に関しては、全ての基板において満足する値が得られずに低い値を示した。
【００６２】
実施例１と比較例１とを比較することにより、衝撃吸収用のばね１０７を設けていることによって、基板にダメージを与えることなく、塗布が可能であることが分かった。
【００６３】
〔実施例２〕
図２は、実施例２の吐出装置を模式的に示す概略図である。図２において、２０１はシリンジ、２０２はノズル、２０３はエアー管、２０４は支持部、２０５はストッパー、２０６及び２１０はスライドガイド、２０７及び２１１は衝撃吸収用のばね、２０８はマイクロメータ、２０９はブラケットである。
【００６４】
実施例２は、クリアランス調整用としてマイクロメータ２０８を設けたことを特徴としている。シリンジ２０１、ノズル２０２、及びエアー管２０３は、実施例１と同様に、支持部２０４にしっかりと固定支持されている。
【００６５】
この支持部２０４には、ストッパー２０５がスライドガイド２０６を介して取り付けられており、ストッパー２０５に対して支持部２０４が上下動可能に設計されている。スライドガイド２０６は、支持部を上方向に引き付けるばね２０７と、下方向に規制するマイクロメータ２０８とによって固定されている。ここでのばね２０７は支持部２０４を上方向に固定するものであるから、そのばね力は強い程好ましく、本実施例では、ばね定数が２．０６Ｎ／ｍｍの引張ばねを用いた。
【００６６】
本実施例の吐出装置の場合には、マイクロメータ２０８を動かすことによってシリンジ１０１が上下動する構造になっており、クリアランスの調整が数十ミクロン単位で容易に変更可能である。よって、クリアランスを調整したい場合には、マイクロメータを回すことだけで容易に調整が可能であり、実施例１で示したクリアランスの調整機構よりも極めて簡易な作業で済む設計になっている。
【００６７】
また、ストッパー２０５は、ノズル付近では実施例１と同様の形状をしており、その接続構造としては、もう一つのスライドガイド２１０を用いてブラケット２０９と接続されている。ブラケット２０９は、さらに不図示のスカラーロボット等に接続されており、ブラケット２０９が上下動することによって、ストッパー２０５も上下動することが可能である。
【００６８】
なお、ブラケット２０９とストッパー２０５とは、ばね２１１によっても接続されており、このばね２１１によってストッパー２０５が基板に接面した際の衝撃を緩和できる構造になっている。本実施例では、ばね２１１としてばね定数が０．４９Ｎ／ｍｍの引張ばねを用いた。
【００６９】
上記の吐出装置を製作し、実施例１や比較例１と同様の基板に塗布実験を行ったところ、全く同様の結果が得られた。また、クリアランスの調整等の作業性に関しても、実施例１のねじ調整式では３分程度の時間を要していたのに対し、本実施例のマイクロメータ方式では数秒程度の作業で調整が可能であり、作業性が飛躍的に向上した。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明よれば、基板にダメージを与えることなく安定して塗布が行なえ、かつ作業性に優れた吐出装置を提供することができる。また、この吐出装置によれば、半導体層等の光を吸収する層を有する基板や、波打ち部もしくは湾曲部を有する基板に対しても安定した塗布ができ、基板への応用範囲を広げることができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、実施例１の吐出装置を模式的に示す概略図であり、（ｂ）はストッパの詳細を示す概略図である。
【図２】実施例２の吐出装置を模式的に示す概略図である。
【図３】基板の波打ち部及び湾曲部を示す概略図である。
【符号の説明】
１０１  シリンジ
１０２  ノズル
１０３  エアー管
１０４  支持部
１０５  ストッパー
１０６  調整機構
１０７  衝撃吸収用ばね
１０８  ブラケット
２０１  シリンジ
２０２  ノズル
２０３  エアー管
２０４  支持部
２０５  ストッパー
２０６  スライドガイド
２０７  衝撃吸収用ばね
２０８  マイクロメータ
２０９  ブラケット
２１０  スライドガイド
２１１  衝撃吸収用ばね
【図１】
2004275815.tif 000003
【図２】
2004275815.tif 000004
【図３】
2004275815.tif 000005