JP2010012786A - 板状加工物積層方法及び板状加工物積層装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】初期コスト及び運転コストの点ならびに保守コストの点で改善する板状加工物積層技術を提案する。
【解決手段】少なくとも１つの熱溶着性接着層を有する板状加工物７を熱圧作用下で積層するための装置。真空チャンバ８の製品側ハーフチャンバ１０と加圧側ハーフチャンバ９との間に生じる圧力差によってフレキシブル圧接体６は加工物を真空チャンバの下側面に圧接し、ラミネータにおいて加工物を接着層の溶着温度以上または熱硬化温度以上の加熱作用下にさらす。フレキシブル圧接体６が、加工物とは個別にまたは加工物と共に真空積層プレス内に搬送されるシート、または真空チャンバを通り抜けて案内される連続シートである。
【選択図】図１
【解決手段】少なくとも１つの熱溶着性接着層を有する板状加工物７を熱圧作用下で積層するための装置。真空チャンバ８の製品側ハーフチャンバ１０と加圧側ハーフチャンバ９との間に生じる圧力差によってフレキシブル圧接体６は加工物を真空チャンバの下側面に圧接し、ラミネータにおいて加工物を接着層の溶着温度以上または熱硬化温度以上の加熱作用下にさらす。フレキシブル圧接体６が、加工物とは個別にまたは加工物と共に真空積層プレス内に搬送されるシート、または真空チャンバを通り抜けて案内される連続シートである。
【選択図】図１
Description
本発明は、板状加工物を熱圧作用下で積層するための方法ならびにその方法を実施する装置に関する。本明細書において、積層さるべき加工物は多層構造を有し、熱作用によって溶着化されるとともに場合によっては熱作用下で硬化する接着剤を有した少なくとも１つの接着層を含んでいる。本発明の好ましい適用分野は、ソーラ電池層がその電気的接触手段ともどもカプセル被覆されて防湿被覆されると同時に透光性を確保して耐候被覆される太陽電池モジュールの積層である。
本発明に係わる真空積層プレスは、プレス閉状態時（プレス作用時）に気密密閉され、気密性フレキシブル圧接体によって製品側ハーフチャンバと圧力側ハーフチャンバとに区分される真空チャンバを形成する。この真空チャンバの製品側ハーフチャンバは少なくとも１つの加工物を収容するために設けられておりかつ排気可能である。真空チャンバの圧力側ハーフチャンバも同じく排気可能であるとともに、場合により圧縮空気またはその他のガスの供給によって圧力造成可能である。上記フレキシブル圧接体は、製品側ハーフチャンバの排気工程または場合により行われる圧力側ハーフチャンバの補足的圧力造成工程、あるいはその両方の工程によって、真空チャンバ内に生み出される圧力差により、加工物を直接または間接に真空チャンバの下側面に圧接するように形成配置されている。ここでいう下側面とは通例、不可欠な加工用熱を加工物に伝達する加熱台である。
この種の真空積層プレスは、例えば国際公開公報第２００６−１２８６９９号から公知である。このプレスにおいて、加熱台の上方には、真空チャンバを作り出す密閉枠体を備えた上部体が配置されている。この密閉枠体はプレス閉状態時（ブレス作用時）に加熱台上に密接載置されるため、真空チャンバは排気可能となっている。この密閉枠体にはその全体にわたってフレキシブルな膜が張設されており、この膜は真空チャンバを封止すると同時に加工物の積層に必要な対加熱台圧接力をもたらすフレキシブル圧接体として機能する。そのため、プレス閉状態時に膜の下方、つまり膜と加熱台との間にあって、真空チャンバの製品側ハーフチャンバを形成する空間が排気され、これによって、膜は加工物に密接する。さらに、必要に応じ、上側プレス板に対する密閉枠体の封止によって形成されるとともに、下方が上記の膜によって境界づけられた真空チャンバの圧力側ハーフチャンバに圧縮空気が供給される。
これまでのところ太陽電池モジュールの積層にこの種の膜を使用することは不可欠である。なぜなら、これらのモジュールの大半は表面が凸凹であり、それにもかかわらず、気泡なしの積層を確実にすべく、表面に均等な圧力を及ぼすことが必要だからである。これは、積層時に気泡が形成されることにより不密箇所が生じ、こうした不密箇所を通して太陽電池モジュール内に湿気が侵入する可能性があるからである。
太陽電池モジュールの積層には、一般的に非常に粘着力の強い接着剤が使用されるため、国際公開公報第２００６−１２８６９９号の記載によれば、さらに、加工物と上記の膜との間に配置されて、加工物から万一漏れ出した接着剤の付着から膜を保護する隔膜が使用される。これは、上記の膜に接着剤が付着するとその膜が使用不能となるか、もしくは少なくとも次の積層プロセスの加工結果が不良となるかもしれないし、また、真空チャンバの内部に取り付けられている上記の膜からこの種の付着した接着剤を適正な費用範囲内で取り除くことがほぼ不可能だからである。
太陽電池モジュールの電気エネルギー収率はモジュールの面積に直接依存している。この点から、時間的に定まった工程、例えば積層工程においては、単位面積当たりの加工処理能力がモジュール製造時のコストパフォーマンスに直接影響する。
単位面積当たりの加工処理能力を高める１つの方策は、多段真空積層プレスを使用することにある。ただし、この場合、個々の加熱台と周囲との相互作用が減少低下するせいで、いずれにしてもすでに高くなる所要エネルギーがさらに上昇することになる。
国際公開公報第９４−２９１０６号に開示されている方法および装置では、加工処理能力を高めるために別の方策が採用されている。つまり、動作サイクルの短縮である。そのため、接着層が活性化（例えば溶着化）されて真空チャンバの製品側ハーフチャンバ空間内の気体成分の排出が完了するか、または接着層の溶着化が終了するに至り、逆の表現をすれば、加工物ないしその層間への外部からの空気の侵入が排除されるに至ると直ちに、真空積層プレス内の積層プロセスはプレス開によって停止される。積層プロセスのこの時点において、加工物は開状態（プレス非作用状態）の真空積層プレスから取出されるが、それはその後の加工処理にしたがって一般に接着層の硬化はもはやそれ以上、真空下で行われる必要がないからである。さらなる接着層の硬化はむしろ、加工物を最終温度（これは場合により接着層の硬化温度であってよい）の近辺の温度またはそれ以上の温度作用を施す、真空チャンバなしラミネータの役割である。したがって、この真空積層プレスは接着層の硬化が真空積層プレス内で完全に実施される場合に比較して、遥かに早く次の動作サイクルに移ることができ、これが、積層の動作サイクルの短縮化に貢献する。
上述した従来の技術から出発して、本発明の目的は、冒頭に述べたタイプの板状加工物積層方法および板状加工物積層装置において初期コスト及び運転コストの点ならびに保守コストの点で改善する技術を提案することである。
少なくとも１つの熱溶着性接着層を有する実質的には板状である加工物を熱圧作用下で積層するための方法において、上記目的を達成するため、本発明では、先ず少なくとも１つの加工物が真空積層プレス内の、気密性フレキシブル圧接体によって製品側ハーフチャンバと圧力側ハーフチャンバとに区分された真空チャンバに搬入され、次いで、前記加工物は前記真空チャンバの前記製品側ハーフチャンバ内において熱作用下で積層プロセスを施され、その際、前記製品側ハーフチャンバに対する排気作用または前記加圧側ハーフチャンバの圧力形成作用あるいはその両方の作用を通じて生じる前記真空チャンバ内の圧力差によって前記フレキシブル圧接体は前記加工物を直接または間接に前記真空チャンバの下側面に圧接し、最後に前記積層プロセスが前記真空チャンバでの圧接解除によって中断され、前記加工物をラミネータに搬送し、このラミネータで前記接着層の溶着温度以上または熱硬化温度以上の加熱作用下におくことになるが、前記フレキシブル圧接体として、前記加工物とは個別にまたは前記加工物と共に前記真空積層プレス内に搬送されるシート、または前記真空チャンバを通り抜けて案内される連続シートが用いられる。
同様に、そのような板状加工物を熱圧作用下で積層するための装置において、上記目的を達成するため、本発明では、気密性フレキシブル圧接体によって製品側ハーフチャンバと圧力側ハーフチャンバとに区分された真空チャンバを有する真空積層プレスと、前記真空積層プレスに後置された少なくとも１つのラミネータと、前記加工物を前記真空積層プレス内に搬入すると共に前記加工物を前記真空積層プレスから前記ラミネータに搬送するための搬送装置とを備え、前記製品側ハーフチャンバは少なくとも１つの加工物を収容するために排気可能に設けられ、前記圧力側ハーフチャンバは排気可能であるとともに圧力造成可能に設けられ、その際、前記製品側ハーフチャンバに対する排気作用または前記加圧側ハーフチャンバの圧力形成作用あるいはその両方の作用を通じて生じる前記真空チャンバ内の圧力差によって前記フレキシブル圧接体は前記加工物を直接または間接に前記真空チャンバの下側面に圧接し、前記ラミネータにおいて前記加工物を前記接着層の溶着温度以上または熱硬化温度以上の加熱作用下にさらすことになるが、ここで前記フレキシブル圧接体が、前記加工物とは個別にまたは前記加工物と共に前記真空積層プレス内に搬送されるシート、または前記真空チャンバを通り抜けて案内される連続シートである。
同様に、そのような板状加工物を熱圧作用下で積層するための装置において、上記目的を達成するため、本発明では、気密性フレキシブル圧接体によって製品側ハーフチャンバと圧力側ハーフチャンバとに区分された真空チャンバを有する真空積層プレスと、前記真空積層プレスに後置された少なくとも１つのラミネータと、前記加工物を前記真空積層プレス内に搬入すると共に前記加工物を前記真空積層プレスから前記ラミネータに搬送するための搬送装置とを備え、前記製品側ハーフチャンバは少なくとも１つの加工物を収容するために排気可能に設けられ、前記圧力側ハーフチャンバは排気可能であるとともに圧力造成可能に設けられ、その際、前記製品側ハーフチャンバに対する排気作用または前記加圧側ハーフチャンバの圧力形成作用あるいはその両方の作用を通じて生じる前記真空チャンバ内の圧力差によって前記フレキシブル圧接体は前記加工物を直接または間接に前記真空チャンバの下側面に圧接し、前記ラミネータにおいて前記加工物を前記接着層の溶着温度以上または熱硬化温度以上の加熱作用下にさらすことになるが、ここで前記フレキシブル圧接体が、前記加工物とは個別にまたは前記加工物と共に前記真空積層プレス内に搬送されるシート、または前記真空チャンバを通り抜けて案内される連続シートである。
本発明による板状加工物積層方法及び板状加工物積層装置の好適な実施形態の例は、特許性の範囲に記載されている。
上述した本発明による方法及び装置では、フレキシブル圧接体として機能する構成部材が、真空積層プレス内部に定置固定されているのではなく、前記加工物とは個別にまたは前記加工物と共に前記真空積層プレス内に搬送される単独シートまたは前記真空チャンバを通り抜けて案内される連続シートである。なお、これ以降、特別に区別する必要があるとき以外は、この単独シート及び連続シートは単にシートまたは膜という名前で総称される。とくに、連続シートは、上記真空チャンバを通り抜けて案内されて、それぞれ上記真空チャンバ内で圧接体として機能する区域が上記真空チャンバの外部から駆動されて上記真空チャンバ内に送り込まれ、再び真空チャンバから送り出されることになる。したがって、この種の積層プレスにおいて従来圧接体として不可欠と考えられていた固定配置されたフレキシブルな膜は不要となる。
したがって、上記フレキシブル圧接体としてのシートはもはや従来のように真空積層プレス内部に固定配置されているのではなく、加工物と同様にプレス内に搬入され、また再び同所から搬出される。これにより、摩耗または損傷したシート（膜）の交換が完全に不要となるために保守費用が大幅に減少するだけでなく、本発明による装備を備えた真空積層プレスの製造もコスト面からして有利になる。また同時に、加工物から万一流れ出た接着剤は確かに従来のように上記フレキシブル圧接体に達し得るが、ただし、こうした接着剤によって汚されたフレキシブルなシートは、本発明によれば真空積層プレスから搬出可能であり、その後の積層プロセスの作業成果の悪影響が生ずることがないため、真空積層プレスの運転信頼度が向上する。それゆえ、保守および故障に起因したシート（膜）交換によって生ずる製造中断期間はもはや考慮する必要がなくなる。このことはシート（膜）交換時の中断時間が無視できない時間であったため、特に重要である。つまり従来の真空積層プレスのシート（膜）交換時には、プレスが先ず冷却されて、古い膜が取り外され、次いで新規の膜が取り付けられた後、プレスは再度加熱されなければならなかった。
従来の真空積層プレスにおいて万一加工物から接着剤が流れ出た場合、接着剤とシート（膜）との直接の接触を防止するため、加工物とシート（膜）との間に一般にウェブの形をとった、加工物から容易に剥離可能な材料からなる隔膜を配置することはすでに周知であった。この場合、加工物と共にまたは、場合により、加工物とは独立的に真空積層プレス内にいわばエンドレスに運び込まれる連続シートの使用が最も効率的である。しかしながら、この連続シートはそれが従来のフレキシブルな膜の役割をにない得るように、つまり、真空チャンバを製品側ハーフチャンバと圧力側ハーフチャンバとに気密区分すると共に真空積層プレスの真空チャンバ内に形成されている圧力差と加工物にかけられる機械荷重とに耐えられるように改良されさえすれば本発明の実現に使用することができる。この種の材料は相対的に高価であるため、この種の連続シートは、いわばエンドレスに行ったきりになるのではなく、実際には見かけ状はエンドレスであるが、真空積層プレスの上部体の周囲をエンドレスに周回するようにして設けられることが好適であり、その際、万一接着剤が付着している場合には、浄化装置によってそれが除去するようにするのが好ましい。
フレキシブル圧接体として使用される本発明による上記シートの材料には、従来真空積層プレスで使用されていた、柔軟性だけでなく張弾性も有する膜に対して求められるほどの高度な材料特性は求められない。こうした高弾性膜は（例えば、家具用板製造時に明白であるように）加工物に非常に密に、加工物の端縁にあってもそこにほぼ密着する。ただし、このようなことは本発明においては不要であり、むしろ欠点となる場合がある。例えば、その密着性の良さによって加工物の端縁領域に高い圧力負荷が生じ、これがまさに太陽電池モジュールの場合にはガラス割れまたは端縁側に配置されたソーラ電池の破壊を招くことがあるからである。こうした圧力負荷を回避するには、低弾性のもしくは弾性のまったくない、そしてそれ故にコスト的には有利となるシート材料を適正なものとして本発明では使用できる。
複数の加工物あるいは、真空積層プレス内で１つ以上の加工物が同時に処理される構成では、複数の加工物群がシーケンシャルに、つまり順序立てた処理で積層され、上記真空積層プレス内への加工物の搬入ならびにラミネータへの加工物の搬入はシーケンシャル的に同期されて行われるのが好ましい。
真空積層プレス内で行われる予備積層の動作サイクルが接着層の硬化のためのラミネータの動作サイクルよりも短い場合には、さらに１つ以上のラミネータを真空積層プレスの後段に接続するのが好適である。この場合、例えば２つのラミネータ使用時の硬化サイクルが真空積層プレスの動作サイクルの２倍の長さとなるようにして、真空積層プレスの待ち時間が生じないように運転することも可能である。
１つ以上の追加のラミネータに代えて、あるいはラミネータの追加とともにさらに、加工物を接着層の軟化温度以下の温度に冷却するための冷却装置が後置される構成を採用してもよい。この種の冷却装置は、加工物を冷却台への接触圧力によって冷却できるように、好ましくはプレスの形態が好適である。
本発明によれば、真空積層プレス内での予備的な積層進行を、接着層が軟化ないし軟化開始していたとしてもこの接着層が流れ出して圧接体であるシートに又は通常加熱台として形成されている真空チャンバの下側面に付着するほどには流動化しない程度の低温で行うことが可能である。この場合、後段のラミネータ内でのその後の処理は最終温度、特には接着層の硬化温度で行われるが、ただし当該ラミネータにおける処理はフレキシブル圧接体なしで実施することも可能である。
一般的に、本発明による方法及びこの方法を実施する装置の大きな利点は、個々の処理部における動作、つまり、真空積層プレス、ラミネータおよび場合によっては付加的に備えられている追加のラミネータにおける温度操作が互いに独立的に実施可能であるので、積層プロセス全体が単一の真空積層プレス内で実施される場合に比較して、加熱と圧力との連携を遥かに個別的に制御することが可能な点にある。例えば、真空積層プレスにおいて、加工物の急速な加熱を保証すべく、目標温度を最終温度よりも遥かに高く選択することが可能である。ただしこの場合、その特定処理は加工物が最終温度に達する前に、相応なタイミングを設定して早期に中止しなければならない。しかしながらまた反対に、真空積層プレス内の目標温度を、接着層に関する最終温度よりも著しく低く選択することも可能であり、これにより、加工物の加熱は、それが望ましい範囲において、より緩慢に行われ、このことによりエネルギー消費を抑制することができる。
同様に、複数のラミネータを直列に、つまりシーケンシャルに配置した構成では、その目標温度がラミネータごとに変えて、特にラミネータごとに順次高くなるように設定することで、積層処理をエネルギー使用の観点ならびに最適温度制御の観点から改善することも提案される。
積層処理すべき加工物への熱伝達を調節するとともに圧力分布を改善すべく、真空積層プレス、ラミネータ、冷却装置のうちの少なくとも１つの内部に、加工物の上にまたは加工物の下に位置する当て板またはパッドを介在させるようにしてもよい。そのような当て板またはパッドを良好な熱伝達が可能なように加工物に接触させたり、覆い被せたりすることになる。ここでは、こうした当て板またはパッドが機械内部に定置固定されているか、または固定されずに加工物と共にプロセス空間内にもたらされるかどうかはそれらのここで所望する作用にとって重要ではない。その際、加工物の温度制御に適した作用を及ぼすような所定の伝熱特性を有し、相応な熱伝達を所定どおりに遅延させる当て板またはパッドを使用することも可能である。
以下、添付図面を参照して、真空積層プレスとして構成された本発明の板状加工物積層装置の幾つかの実施形態を詳細に説明する。
図１は、プレス下部体１、プレス上部体２ならびに加熱台３、密閉枠体４を有した真空積層プレスの概略的な部分側面図を示す図である。加熱台３と密閉枠体４との間にはコンベアベルト５とフレキシブルな連続シートとしての隔膜６とが延びている。コンベアベルト５と隔膜６との間には、図示プレスの閉状態（プレス作用状態）において予備積層されるべく、加熱台３上に板状の加工物７が載置されて位置決めされている。加熱台３、プレス上部体２ならびに密閉枠体４はプレス閉状態時に真空チャンバ８の境界をそれぞれ形成する。その際、この真空チャンバ８はさらに隔膜６によって、プレス上部体２と密閉枠体４と隔膜６とによって境界づけられた圧力側ハーフチャンバ９と、加熱台３と隔膜６とによって境界づけられた製品側ハーフチャンバ１０とに区分されている。製品側ハーフチャンバ１０は概略的にのみ図示した通排気路１１を経て排気可能であり、他方、圧力側ハーフチャンバ９も、またも概略的にのみ図示した給排気路１２によって同じく排気可能であるとともに、圧力造成のため圧縮空気の供給を受けることができる。
なお、隔膜６は抗付着性材料として形成されると好都合であり、そのようなものとして、例えば、ＰＴＦＥシートまたはＰＴＦＥでコートされたコートシートが利用できる。
なお、隔膜６は抗付着性材料として形成されると好都合であり、そのようなものとして、例えば、ＰＴＦＥシートまたはＰＴＦＥでコートされたコートシートが利用できる。
図１に示したプレスが閉状態にある場合、先ず真空チャンバ８の圧力側ハーフチャンバ９が給排気路１２からの吸引によって排気されて、隔膜６が加工物７から持ち上げられる。これとほぼ同時に真空チャンバ８の製品側ハーフチャンバ１０も、加工物７の接着層の気泡形成を回避すべく、通排気路１１からの吸引によって排気される。その際、隔膜６を引き続き加工物７から引き離しておくために、圧力側ハーフチャンバ９と製品側ハーフチャンバ１０との間の圧力差が保持される。製品側ハーフチャンバ１０内に気泡形成が防止できる程度の十分な真空が生じた後、圧力側ハーフチャンバ９に給気が行われて圧力差が反転される。これにより生ずる真空チャンバ８内の圧力側ハーフチャンバ９と製品側ハーフチャンバ１０との間の圧力差によって隔膜６は加工物７に密着して、加工物を加熱台３に圧接する。場合によっては、この圧力差は給排気路１２を通して真空チャンバ８の圧力側ハーフチャンバ９に圧縮空気が供給されることによってさらに増強することが可能である。ただし、必要に応じて圧力差を低く保つため、真空チャンバ８の圧力側ハーフチャンバ９は排気されたままにしておくことも可能である。
加熱台３との接触による加工物７の加熱が進行して接着層が軟化した後、ただし熱硬化性接着剤が使用される場合には、接着層の硬化温度にまだ達しない間に、真空チャンバ８の両ハーフチャンバが解放され、プレスは開かれて、コンベアベルト５に載置された加工物７はプレスから搬出され、（不図示の）ラミネータに搬送される。
図２は図１とほぼ同一で、部分的に異なるだけの別実施形態の側面図である。同じ構成要素には同じ符号が付されているため、基本的には図１での説明を参照することができる。図１に示した実施形態との相違点は、加熱台３と加工物７との間に当て板１３が配置されていることである。この当て板は一方で、加工物７に不整性（凹凸）または平行度に誤差がある場合にそれらを補償する。他方で、この当て板は加熱台３から加工物７への熱伝達を所定の伝熱特性によって所定の方法で遅延させるため、加工物７が本格的に熱を帯びる前に加工物７の気泡形成の回避を目的とした真空チャンバ８の製品側ハーフチャンバ１０の排気を行うことができる。
図３は、３つの処理部、つまり真空積層プレス２００と、ラミネータ２０１と、冷却装置２０２とに分割された、太陽電池モジュールを積層するための積層装置の一実施形態を模式的に示している側面図を示している。ラミネータ２０１も冷却装置２０２もいずれもプレス機械として形成されており、それぞれ加工物７’、７’’を加熱ないし冷却するために、ラミネータ２０１は加熱台２０３を、冷却装置２０２は冷却台２０４を有している。密閉枠体４は真空積層プレス２００に設けられているだけであり、ラミネータ２０１および冷却装置２０２には不要である。この形態では、コンベアベルト５は図示した一連の加工物７，７’，７’’を３つの処理部２００，２０１，２０２を間欠的かつ同期的に搬送し、他方、隔膜６は真空積層プレス２００のみに設けられて、そこでフレキシブル圧接体を形成している。ただし、隔膜６が３つの処理部２００，２０１，２０２のすべてを通るように配設することで、接着剤残滓がそれぞれのプレス上部体に付着するのを防止することも可能である。また、各処理部２００，２０１，２０２の各々にそれぞれ個別の隔膜の形態で構成することもできるし、各処理部を通り抜ける共通の連続シートの形態で構成することも可能である。
図４の（ａ）には、本発明による方法によって積層さるべき加工物７の一例が示されている。これは、２枚の接着フィルム４０２の間に埋設された一定数のケイ素ソーラ電池４０１を含んだケイ素太陽電池モジュールである。モジュールの表側面は支持体ガラス４０３によって形成され、他方、モジュールの裏側面には裏面フィルム４０４が配されている。図示加工物７は本発明による方法により、支持体ガラス４０３と、ケイ素ソーラ電池４０１と、裏面フィルム４０４とが接着フィルム４０２に含まれた架橋性または純粘着性の接着剤によって、耐久的かつ耐候的に互いに結合されるようにして積層される。
図４の（ｂ）に示された加工物７も、太陽電池モジュールとして形成された積層さるべき加工物７であるが、以下の点で図４の（ａ）の加工物７と異なっている。つまり、この加工物７は支持体ガラス４０３と裏面ガラス４０６との間で接着フィルム４０２内に埋設された薄層太陽電池４０５を含んでいる。積層プロセス完了後、支持体ガラス４０３と裏面ガラス４０６とは中間に介在する薄膜太陽電池４０５と耐久的かつ耐候的に互いに結合されている。
図５および図６は、本発明による装置の２つの異なった実施形態を模式的に示したものであり、この場合、図５に示した実施形態では、真空積層プレス２００（真空処理部Ｉ）に２つのラミネータ２０１ａ，２０１ｂ（加熱処理部ＩＩおよびＩＩＩ）ならびに冷却装置２０２（冷却処理部ＩＶ）が後置されている。また、真空積層プレス２００への搬送のために搬送装置２０３が設けられ、他方、冷却装置２０２からの取出しのために取出し装置が後置されている。図６に示した実施形態では、例えば真空積層プレス２００の動作サイクルが場合により積層済みの加工物を単一の冷却処理部で冷却完了するには短すぎる場合に真空積層プレスの動作サイクルに合わせるために、単一の冷却処理部２０２に代えて２つの冷却処理部２０２ａおよび２０２ｂが設けられている。
以下、従来の技術による方法と本発明による方法とを比較説明するにあたり、一例として、加工物の接着層に含まれた、熱作用下で硬化する架橋性接着剤が使用されることを出発点とする。ただし、純粘着作用を有するその他の熱反応性接着剤も本発明の範囲において使用可能であることは、ここに付記しておく。したがって、本発明は熱硬化性樹脂の使用にも熱可塑性樹脂の使用にも適しているというだけでなく、それらの使用において従来技術に比べて有利である。
図７は真空積層プレスにおける従来の処理プロセスのさまざまな周辺条件に関しての線図である。従来の技術においては、加工物は接着層が硬化するまで真空積層プレス内で加工処理される。実線３０１は加工物の温度を表しており、他方、線図の前半の鎖線３０２は真空チャンバの製品側ハーフチャンバの空気圧を表し、線図後半では線３０３として加工物に作用する接触圧力を表している。線３０２の単位は直接にガス圧としてｍｂａｒで表され、線３０３の単位は等価ガス圧としてｍｂａｒで表されている。これらの周辺条件（圧力および温度）の結果として破線で表された線３０４と３０５が生ずるが、この場合、線３０４は接着層の軟化度を％で表し、線３０５は接着層（この場合、架橋性接着剤）の架橋度を表している。
この線図から理解できるように、加工物の温度は線３０１に沿って室温（２０℃）から目標温度（約１５０℃）まで上昇するが、この場合、線３０１の上昇勾配は加熱台と加工物との間の熱伝達率に依存している。
急速に下降する線３０２により、真空チャンバの製品側ハーフチャンバは加工物が本格的に加熱される前にできるだけ急速に排気されることが明白である。加工物温度が５０℃以下ですでに真空チャンバ内の圧力はほぼ５ｍｂａｒに低下しているため、接着層における気泡形成は回避される。接着層の軟化度線３０４は加工物温度３０１の上昇に相応して増大する。温度約１２０℃かつ軟化度８０％以上に達すると、真空チャンバの圧力側ハーフチャンバは通気されるため、圧力側ハーフチャンバを真空チャンバの（引き続き排気されたままの）製品側ハーフチャンバから分離している圧接体は増大する圧接力を加工物に及ぼす。これは線３０３によって明白に示されている。このケースにおいて、真空チャンバの圧力側ハーフチャンバは単に通気されるだけで、付加的な圧力が加えられないために、こうして生ずる、加工物に作用する圧接力線３０３は大気圧をやや下回ったままである。圧力線３０３の上昇および温度線３０１の上昇と共に接着層の架橋度線３０５が高まる結果、硬化が生ずる。真空チャンバの圧力側ハーフチャンバの通気によって生ずる、加熱台に対する加工物の接触圧力はいうまでもなく加工物への熱伝達率を高め、これによって、温度線３０１は相対的に急速に上昇して、その後、ゆるやかに目標温度に接近する。
他方、図８は本発明によって各処理が分割された処理プロセスの第１の実施形態を示しており、ここで、処理部Ｉは真空積層プレスを、処理部ＩＩはラミネータを、処理部ＩＩＩは第２のラミネータを表している。冷却装置は処理部ＩＶであり、その対応する線図は、図１０に示されている。
図８から明白となるように、この場合にも処理部Ｉにおいて、真空チャンバの製品側ハーフチャンバの圧力線３０２は、接着層における気泡形成を防止すべく、できるだけ速やかに低下させられる。ただし、本発明によるプロセスは複数の処理部に分割されているため、目標温度は従来のプロセスのように接着層の硬化温度の近辺もしくはそれ以上である必要はなく、それよりも低く選択することができる。本例において目標温度は１２０℃であり、これは二重線３０６によって明白に示されている。
目標温度３０６が低下されたことにより、加工物はもっと緩慢に加熱されるため、よりゆるやかな温度カーブ３０１が生ずる。したがって、接着層の軟化度線３０４も相対的に緩慢に行なわれるため、製品側空間の排気線３０２は接着層が顕著に軟化する前にすでに完了させることができる。
それゆえ、接着層の硬化は段階的に処理部ＩＩとＩＩＩで、したがって、直列配置された２つのラミネータで行われる。第１のラミネータ（処理部ＩＩ）において、目標温度３０６は依然として硬化温度に比較して低下したレベル（本例において約１４０℃）にあるため、温度３０１はもっぱら緩慢に上昇し、第２段階の処理部ＩＩＩにおいてようやく目標温度１５０℃に接近する。処理部ＩＩおよびＩＩＩのラミネータは熱圧プレスとして形成されているため、線３０３が示しているように、加工物に作用する圧接力は最適架橋度線３０５を意図して調節することが可能である。ちなみに、先ず処理部Ｉにおける真空チャンバの圧力側ハーフチャンバのみの片側通気と、それに続く真空積層プレス開のための両チャンバ側通気とによって、すでに処理部Ｉにおいてある程度の圧接力線３０３が加工物に及ぼされる。
図９には本発明の方法によるさらに別な処理プロセスを実行する実施形態が示されている。これは図８に示した実施形態と構成的には実質的に同じであるが、ただしプロセスパラメータの点で異なっている。この場合、特に処理部ＩＩＩにおいて、より高い圧接力が加工物に加えられる一方で、目標温度は図８に示した例と同じに選択されている。また、予備積層時の気泡形成回避をより効果的なものとするために処理部Ｉにおける加工物への圧接力の付与は、ここでは、もっと早期にかつより大きな規模で行われる。
図１０は冷却装置を表す処理部ＩＶによる図８ならびに図９の線図を補足を示す図である。ここでの目標温度３０６は室温であり、加工物温度線３０１のカーブは約１５０℃の硬化温度から室温にまで低下している。冷却台温度線３０６から加工物温度線３０１への熱伝達率は圧接力線３０３によって向上させられるため、この冷却装置（処理部ＩＶ）は冷却台付きプレスとして形成されている。
最後に、真空積層プレスも単一および場合により複数のラミネータもしくは冷却装置もそれぞれ単段式または多段式に構成することができる。
１：プレス下部体
２：プレス上部体
３：加熱台
４：密閉枠体
５：コンベアベルト
６：フレキシブル圧接体（シート、連続シート、隔膜）
７：加工物
８：真空チャンバ
９：圧力側ハーフチャンバ
１０：製品側ハーフチャンバ
２００：真空積層プレス
２０１：ラミネータ
２０２：冷却装置
２：プレス上部体
３：加熱台
４：密閉枠体
５：コンベアベルト
６：フレキシブル圧接体（シート、連続シート、隔膜）
７：加工物
８：真空チャンバ
９：圧力側ハーフチャンバ
１０：製品側ハーフチャンバ
２００：真空積層プレス
２０１：ラミネータ
２０２：冷却装置
Claims (18)
- 少なくとも１つの熱溶着性接着層を有する板状加工物を熱圧作用下で積層するための方法であって、先ず少なくとも１つの加工物が真空積層プレス内の、気密性フレキシブル圧接体によって製品側ハーフチャンバと圧力側ハーフチャンバとに区分された真空チャンバに搬入され、次いで、前記加工物は前記真空チャンバの前記製品側ハーフチャンバ内において熱作用下で積層プロセスを施され、その際、前記製品側ハーフチャンバに対する排気作用または前記加圧側ハーフチャンバの圧力形成作用あるいはその両方の作用を通じて生じる前記真空チャンバ内の圧力差によって前記フレキシブル圧接体は前記加工物を直接または間接に前記真空チャンバの下側面に圧接し、最後に前記積層プロセスが前記真空チャンバでの圧接解除によって中断停止され、前記加工物はラミネータに搬送され、このラミネータで前記接着層の溶着温度以上または熱硬化温度以上の加熱作用下にさらされる方法において、
前記フレキシブル圧接体として、前記加工物とは個別にまたは前記加工物と共に前記真空積層プレス内に搬送されるシート、または前記真空チャンバを通り抜けて案内される連続シートが用いられることを特徴とする板状加工物積層方法。 - 前記フレキシブル圧接体が前記加工物から容易に剥離する材料からなるとともに前記真空チャンバを通り抜けて案内される連続シートであることを特徴とする請求項１に記載の板状加工物積層方法。
- 前記連続シートが抗付着性材料をコーティングしたコートシートであることを特徴とする請求項２に記載の板状加工物積層方法。
- 前記加工物が前記ラミネータの通過後さらに別のラミネータに搬送されるか、または前記加工物が前記接着層の軟化温度以下の温度に冷却するための冷却装置に搬送されるか、あるいは前記加工物が別のラミネータ及び冷却装置に搬送されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の板状加工物積層方法。
- 複数の加工物または複数の加工物群がシーケンシャルに積層処理され、前記真空積層プレス内への前記加工物の搬入ならびに前記ラミネータへの前記加工物の搬送はシーケンシャルな同期によって行われることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の板状加工物積層方法。
- 前記真空積層プレス、前記ラミネータ、前記接着層の軟化温度以下の温度に冷却するための冷却装置のうちの少なくとも１つの内部において前記加工物の接着層に対する時間的熱作用を施すために、前記加工物とそれぞれの熱交換面との間に所定の伝熱特性を有する当て板またはパッドが介装されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の板状加工物積層方法。
- 前記真空積層プレス内における前記加工物に対する熱作用は、前記接着層が軟化されて積層プロセスが開始され、前記接着層の温度が最終温度以下に保たれるように調節されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の板状加工物積層方法。
- 前記真空積層プレス内での前記熱作用の調節のため、目標温度を低く選択するか、または前記プロセスを早めに停止することを特徴とする請求項７に記載の板状加工物積層方法。
- 複数の直列配置されたラミネータが使用され、前記目標温度はラミネータごとに相違していることを特徴とする請求項７または８に記載の板状加工物積層方法。
- 少なくとも１つの熱溶着性接着層を有する板状加工物を熱圧作用下で積層するための装置であって、気密性フレキシブル圧接体によって製品側ハーフチャンバと圧力側ハーフチャンバとに区分された真空チャンバを有する真空積層プレスと、前記真空積層プレスに後置された少なくとも１つのラミネータと、前記加工物を前記真空積層プレス内に搬入すると共に前記加工物を前記真空積層プレスから前記ラミネータに搬送するための搬送装置とを備え、前記製品側ハーフチャンバは少なくとも１つの加工物を収容するために排気可能に設けられ、前記圧力側ハーフチャンバは排気可能であるとともに圧力造成可能に設けられ、その際、前記製品側ハーフチャンバに対する排気作用または前記加圧側ハーフチャンバの圧力形成作用あるいはその両方の作用を通じて生じる前記真空チャンバ内の圧力差によって前記フレキシブル圧接体は前記加工物を直接または間接に前記真空チャンバの下側面に圧接し、前記ラミネータにおいて前記加工物を前記接着層の溶着温度以上または熱硬化温度以上の加熱作用下にさらす装置において、
前記フレキシブル圧接体が、前記加工物とは個別にまたは前記加工物と共に前記真空積層プレス内に搬送されるシート、または前記真空チャンバを通り抜けて案内される連続シートであることを特徴とする板状加工物積層装置。 - 前記フレキシブル圧接体が前記加工物から容易に剥離する材料からなるとともに前記真空チャンバを通り抜けて案内される連続シートであることを特徴とする請求項１０に記載の板状加工物積層装置。
- 前記連続シートが抗付着性材料をコーティングしたコートシートであることを特徴とする、請求項１１に記載の板状加工物積層装置。
- 前記ラミネータ以外の別のラミネータ、または前記加工物を前記接着層の軟化温度以下の温度に冷却するための冷却装置、あるいはその両方が後置されていることを特徴とする請求項１０から１２のいずれか一項に記載の板状加工物積層装置。
- 板状加工物積層装置における各積層工程を行う装置がシーケンシャルに同期駆動されている請求項１０から１３のいずれか一項に記載の板状加工物積層装置。
- 前記真空積層プレス、前記ラミネータ、前記接着層の軟化温度以下の温度に冷却するための冷却装置のうちの少なくとも１つの内部に、前記加工物の上にまたは前記加工物の下に位置する当て板またはパッドが介在されていることを特徴とする請求項１０から１４のいずれか一項に記載の板状加工物積層装置。
- 前記当て板またはパッドは前記加工物の前記接着層に対する時間的な熱作用を行うために、それぞれ所定の伝熱特性を有することを特徴とする請求項１５に記載の板状加工物積層装置。
- 前記真空積層プレス内のプロセス温度は前記ラミネータとはそれぞれの目標温度がより高くまたはより低く設定することができるように独立的に調節可能であることを特徴とする請求項１０から１６のいずれか一項に記載の板状加工物積層装置。
- 前記真空積層プレス内における前記加工物に対する熱作用は、前記接着層が軟化されて積層プロセスが開始され、前記接着層の温度が最終温度以下に保たれるように調節されることを特徴とする請求項１０から１７のいずれか一項に記載の板状加工物積層装置。
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