JP6406006B2 - 溝加工ツール並びにこの溝加工ツールを取り付けたスクライブ装置 - Google Patents
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Description
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。
また、加工される溝の左右側壁の平行度を精密に仕上げるために、図8(b)に示すような、テーパ部28の下部に上下均等な直径の円柱部31を形成し、その先端角部32を刃先としたものがある。ツール先端の水平な底面29は、溝加工の際に鋭利な刃先先端とすることによって、Mo電極層を傷つけないようにするために設けられたものである。
しかし、溝加工ツールの刃先を上記の押圧力で薄膜太陽電池に押しつけながら使用していると、図9(a)の新品の状態から、加工溝の深さhに相当する外周側面と底面との刃先の角部30、32が太陽電池基板の膜との接触によって摩耗し、図9(b)に示すように、刃先の左右幅が小さくなるとともに切れ味が劣化する。刃先先端部の左右幅が小さくなると、加工される溝幅が狭くなって規定された寸法の溝を精度よく加工することができず、図7の電極分離用の溝P2、P3では充分な絶縁効果が得られない場合も発生する。また、刃先の切れ味が劣化すると、溝をきれいに加工することができないだけでなく、一部の薄膜が不規則に大きく剥がれて必要以上に除去してしまうことがあり、太陽電池の特性および歩留まりが低下するといった問題点があった。
また、底面はツール素材の地肌が露出した状態で残されていることから、外周側面に形成された硬度の高い被膜の摩耗速度と、この被膜に比べて硬度の低い底面(ツール素材)の摩耗速度とが均衡し、略水平な姿勢でほぼ均等に摩耗が進行することになる。これにより、刃先となる尖った角部を保持して切れ味の劣化を防ぐことができるといった効果がある。
これにより、ツールにかかる振動(衝撃)を実験値で示すように小さく抑えることができるとともに、中心角を小さくすることで加工される溝の左右側壁面の平行度を維持することができ、きれいな溝を精密に加工することができる。また、加工される溝の左右のエッジが斜めに削られるようなことがなくなって膜剥がれの発生を抑制することができる。さらに、テーパ部は、角度は小さいものの底面から上方にかけての直径が太くなっているので、正円柱体のツールに比べて強度を高めることができ、スクライブ中に折れる等の不具合の発生を抑制することができる。
これにより、ツールにかかる振動(衝撃)を小さく抑えることができるとともに、中心角を小さくすることで加工される溝の左右のエッジが斜めに削られるようなことがなくなって膜剥がれの発生を抑制することができる。しかも下段テーパ部は、加工すべき溝幅に対応して小さい直径で形成された底面よりもさらに小さい寸法の高さ(背丈)で形成され、しかもその上部が下段テーパ部より大きな角度を有する上段テーパ部に連設して補強されているので、スクライブ中に下段テーパ部が中間部から折れる等のトラブルの発生をなくすことができる。また、下段テーパ部の高さが、加工すべき溝深さより大きな寸法で形成されているので、所定深さの溝を確実に加工することができる。
図1は本発明に係る溝加工ツールを用いた集積型薄膜太陽電池用スクライブ装置の実施形態を示す概略的な正面図である。
スクライブ装置Aは、太陽電池基板Wを載置して保持するテーブル1を備えている。テーブル1は、水平なレール2に沿ってY方向(図1の前後方向)に移動できるようになっており、モータ(図示略)によって回転するネジ軸3により駆動される。さらに、テーブル1はモータを内蔵する回転駆動部4により水平面内で回動できるようになっている。
ビーム6には、X方向に水平に延びるガイド9が設けられ、このガイド9にはスクライブヘッド10がモータMによってX方向に移動できるように取り付けられている。
溝加工ツール8は、実質的にホルダ11への取付部となる断面円形の棒状のボディ81と、このボディ81の下部に一体的に形成された先細り状のテーパ部82と、テーパ部82の細くなった先端部で一体的に形成された正円柱体からなる細径の円柱部83と、この円柱部83の先端部分に形成された刃先領域84とからなる。ボディ81、テーパ部82並びに円柱部83は、それぞれの軸心が同軸となるように形成するのがよい。これにより、ボディ81を旋盤などの加工機械のチャックで掴んで回転させ、バイトでボディ81の先端部分を研削することにより、容易かつ精密にテーパ部82並びに円柱部83を加工することができる。
そして、円柱部83の外周側面86が、ツール素材よりも硬い硬質材料の被膜88によってコーティングされる。被膜88の厚みは0.5μm〜2μm程度である。
硬質材料としてはDLC(ダイヤモンドライクカーボン)が好ましいが、TiN(窒化チタン)、TiC(チタンカーバイト)、TiCN(窒化チタンカーバイト)といった硬質セラミックスなどでも効果があり、CVD法やPVD法によりコーティングすることができる。
なお、コーティングされる硬質材料にはツール素材よりも硬度の高いものが選択される。例えば、ツール素材が超硬合金の場合にはDLCが用いられる。
なお、成膜不要な部分を剥離可能な遮断膜で塞ぐことによりコーティングする上記の方法に代えて、外周側面86と共に底面85をコーティングしておき、その後底面85のコーティングを摩滅させて除去するようにしてもよい。
テーパ部82の外周側面86の中心角αは、発明者等による下記実験のデータから20°を中心とした10°〜30°の範囲に設定されている。
これらの実験から、中心角20°のものが、角度の大きな45°のものに比べて膜剥がれ幅が半分程度と小さいことがわかる。また、刃先先端にかかる荷重の変位量(振動)についても、中心角20°のものが他に比べて小さく、ツールにかかる衝撃が少ないことが判明した。
そして、外周円錐面の中心角αを、20°を中心とした±10°の範囲とすれば、膜剥がれ幅をほぼ同程度に抑えられることが判明した。
そこで、本実施例では、テーパ部の中心角αを、20°を中心とした10°〜30°としている。
この実施例では、ツールにかかる振動(衝撃)を実験値で示すように小さく抑えることができるとともに、中心角αを小さくすることで加工される溝の左右側壁面の平行度を維持することができ、きれいな溝を精密に加工することができる。また、加工される溝の左右のエッジが斜めに削られるようなことがなくなって膜剥がれの発生を抑制することができる。また、テーパ部82は、角度は小さいものの底面から上方にかけて直径が太くなっているので、従来の正円柱体のツールに比べて強度を高めることができ、スクライブ中に折れる等の不具合の発生を抑制することができる。
この実施例では、棒状ボディ81の下部に中心角度αの大きなテーパ部82と、この上段テーパ部82aより角度の小さな下段テーパ部82bとの2段形状で形成され、下段テーパ部82bの先端部分に上記刃先領域84が形成されている。そして、下段テーパ部82bから上段テーパ部82aにかけてその外周側面に硬質材料からなる被膜88がコーティングにより形成されている。下段テーパ部82bの中心角α1は、図4の実験データで好ましい数値とされた20°を中心とした10°〜30°の範囲内で形成され、上段テーパ部82aの中心角α2は140°以上の大きな角度で形成されている。また、下段テーパ部82bの高さHが加工すべき溝深さの寸法より大きく、前記底面85の直径Dより小さく形成されている。
W 太陽電池基板
P1、P2、P3 スクライブ溝
8 溝加工ツール
81 ボディ
82 テーパ部
82a 上段テーパ部
82b 下段テーパ部
83 円柱部
84 刃先領域
85 底面
86 外周側面
87 刃先
88 被膜
10 スクライブヘッド
11 ホルダ
Claims (5)
- 薄膜太陽電池基板の薄膜を剥離させて溝を形成する溝加工ツールであって、
棒状のボディと、前記ボディの下部に形成された先細り状のテーパ部と、前記テーパ部の先端部、もしくは、当該テーパ部に連なって形成される円柱部の先端部に形成された刃先領域とを備え、
前記刃先領域は、水平な底面と、当該底面と前記円柱部又は前記テーパ部の外周側面との角部に形成された刃先とからなり、
前記外周側面は、ツール素材よりも硬い硬質材料からなる被膜がコーティングされるとともに、前記底面はツール素材の地肌が露出している溝加工ツール。 - 前記刃先領域は前記テーパ部の先端部に形成され、当該テーパ部の外周側面の中心角が10°〜30°の範囲内で形成されている請求項1に記載の溝加工ツール。
- 前記テーパ部が、上段テーパ部と、当該上段テーパ部より外周側面の中心角度の小さな下段テーパ部とによって2段形状で形成され、下段テーパ部の先端部分が前記刃先領域を形成しており、
前記下段テーパ部の中心角が10°〜30°の範囲内で形成され、かつ、当該下段テーパ部の高さが加工すべき溝深さの寸法より大きく、前記底面の直径より小さく形成されている請求項1に記載の溝加工ツール。 - 溝加工ツールの素材が超硬合金であり、前記被膜がDLCである請求項1〜3のいずれかに記載の溝加工ツール。
- 前記請求項1〜4のいずれかに記載の溝加工ツールを、ホルダを介して保持するスクライブヘッドと、前記薄膜太陽電池基板を載置するテーブルを備え、前記スクライブヘッドを薄膜太陽電池基板に対して相対的に移動させることにより前記溝加工ツールの刃先で前記薄膜太陽電池基板の表面に溝を加工するようにしたスクライブ装置。
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