JP2010207961A - 長尺フィルムの型抜き加工方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】下敷きシートの特定部位の消耗とそれに伴う裁断不良を抑制するとともに下敷きシートの交換頻度を低減し、製造コストを節減できる長尺フィルムの型抜き加工方法および装置を提供する。
【解決手段】長手方向に所定の間隔で製品部分（１１）を有する長尺フィルム（１０）を、無端ベルト状下敷きシート（４）の上に重ねて一体的に前進させ、型抜き加工部（３）にて製品部分（１１）を型抜きする加工において、下敷きシート（４）の周回経路の前記長尺フィルム非重合区間にて、横送り装置（４５）により、下敷きシート（４）の走行位置を幅方向（ｙ）に変位させる。
【選択図】図５

Description

本発明は、薄膜太陽電池など、長手方向に所定の間隔で製品部分を有する長尺フィルムから、前記製品部分を型抜きする加工方法および装置に関する。

光電変換層を構成する半導体膜としてアモルファスシリコン系薄膜を用いた薄膜太陽電池は、気相成長法で形成でき容易に大面積化できるとともに、形成温度が低いためにプラスチックフィルムのような可撓性基板に形成でき、さらに集積型の直列接続構造、即ち、プラスチックフィルム基板の表面側に多数の太陽電池単位セルが並設され、それらが基板背面側の接続用電極層と、基板を貫通する孔を介して直列接続された構造により、１枚の基板で高電圧を取り出すこともでき、また、低電圧／大電流型の太陽電池モジュールを構成するのにも適している（特許文献１参照）。

上記直列接続構造をなす薄膜太陽電池は、所定の配列で貫通孔を穿設した長尺のプラスチックフィルム基板の両面に電極層を形成する一次成膜工程、およびその表面側の電極層上に光電変換層および透明電極層を積層形成する二次成膜工程を経た後、フィルム基板を各太陽電池単位セルに分割するレーザ加工工程、フィルム基板の各面を封止する封止材のラミネート工程を経て製造される。

上記各製造工程を経た状態では、長尺のフィルム基板の長手方向に、直列接続構造をなす太陽電池単位セル群で構成される製品部分（太陽電池モジュール）が、所定の間隔で多数形成されており、次の裁断工程では、長尺フィルム基板を所定ピッチで間欠的に搬送しながら、前記製品部分をトムソン刃などの裁断刃で型抜きして取り出す。この際、薄いフィルム基板を型抜き加工部に正確に位置決めしかつ確実に裁断するために、長尺フィルム基板を、樹脂製の下敷きシートの上に重ね、それらをグリップフィーダで把持して一体的に前進させ、型抜き加工部に位置決めし、型抜きするようにしている。

上記下敷きシートは、無端ベルト状に連結されており、型抜き加工部の下流側から上流側にエンドレスに周回され、繰返し利用される。所定回数の型抜き加工に使用され、平面度の低下した下敷きシートは、新しい下敷きシートと交換される。ところで、上記太陽電池モジュールを始め、この種の型抜き加工では、長尺なフィルム基板から矩形または格子状のパターンで製品部分を型抜きする場合が多く、フィルム基板の幅方向や長手方向に直線的に延びる裁断線が多く含まれている。

この場合、図５（ｂ）に示されるように、フィルム基板の幅方向に延びる裁断線（Ｃｙ）に関しては、下敷きシート４′の周長が製品部分形成ピッチの整数倍にならない限り一致することはなく、裁断刃の当たる位置Ｃｙが分散するのに対し、フィルム基板の長手方向に延びる裁断線（Ｃｘ）に関しては、下敷きシート４′の同じ位置Ｃｘ，Ｃｘ′に繰り返し裁断刃が当たるので、下敷きシートの特定部位に消耗が集中し、安定した裁断を行なうことができる下敷きシートの耐用期間すなわち寿命が短くなる問題があった。

特開平６−３４２９２４号公報

本発明はこのような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、下敷きシートの特定部位の消耗とそれに伴う裁断不良を抑制するとともに下敷きシートの交換頻度を低減し、製造コストを節減できる長尺フィルムの型抜き加工方法および装置を提供することにある。

上記従来技術の有する課題を解決するため、本発明は、長手方向に所定の間隔で製品部分を有する長尺フィルムを、無端ベルト状下敷きシートの上に重ねて一体的に前進させ、型抜き加工部にて前記製品部分を型抜きする加工方法において、前記下敷きシートの周回経路の前記長尺フィルム非重合区間にて、前記下敷きシートの走行位置をシート幅方向に変位させることを特徴とする。

上記本発明方法において、前記下敷きシートの走行位置をシート幅方向マージンの一側から他側に向けて可及的に小さいピッチで連続的または間欠的に漸次変位させることが好適である。

また、本発明は、長手方向に所定の間隔で製品部分を有する長尺フィルムから前記製品部分を型抜きする加工装置であって、型抜き加工を行なう型抜き加工部と、前記型抜き加工部を通って周回される無端ベルト状の下敷きシートと、前記型抜き加工部の上流側にて前記下敷きシート上に前記長尺フィルムを供給する手段と、前記下敷きシート上に前記長尺フィルムを重ねて、前記型抜き加工部に一体的に前進させる搬送手段と、を備えるものにおいて、前記下敷きシートの周回経路の前記長尺フィルム非重合区間にて、前記下敷きシートの走行位置をシート幅方向に変位させる横送り手段をさらに備えたことを特徴とする。

上記本発明装置において、前記横送り手段は、前記下敷きシートの周回経路の前記長尺フィルム非重合区間にて前記下敷きシートを案内しつつ送出可能な偏向ロールであって、その回転軸方向が前記下敷きシートの幅方向に対して微小偏角を有するような偏向ロールを含むことが好適である。さらに、前記横送り手段は、前記偏向ロールの前記微小偏角を調節可能に構成されていることが好適である。また、前記横送り手段は、前記下敷きシートの幅方向における走行位置を検出する検出手段をさらに含み、前記偏向ロールの前記微小偏角を制御可能に構成されていることが好適である。

本発明に係る長尺フィルムの型抜き加工方法は、下敷きシートの走行位置を、長尺フィルムとの非重合区間にてシート幅方向に変位させる操作により、長尺フィルムの長手方向に直線的に延びる裁断線を含む型抜き加工であっても、下敷きシートの特定部位の消耗とそれに伴う裁断不良を効果的に抑制でき、下敷きシートの耐用期間が長くなり、下敷きシートの交換頻度が少なくなることで、保守交換に係る製造コストを節減できる。

本発明方法において、前記下敷きシートの走行位置をシート幅方向マージンの一側から他側に向けて可及的に小さいピッチで連続的または間欠的に漸次変位させるようにすれば、下敷きシートの加工マージンの範囲内で、可及的に多段階での幅方向変位すなわち横送りを実施でき、下敷きシートの耐用期間を長くするうえで有利である。特に、下敷きシートの横送りを間欠的に実施する操作により、横送りの停止期間中に、加工精度に影響の出ない許容範囲内で長手方向裁断線を重複させることで、下敷きシートの耐用期間を一層有効に利用可能となる。

また本発明は、上記方法を実施する装置として、前記下敷きシートの周回経路の前記長尺フィルム非重合区間にて、前記下敷きシートの走行位置をシート幅方向に変位させる横送り手段を備えたので、上記のような効果を得つつも、型抜き加工部を含めて、下敷きシート上に長尺フィルムが重なる区間では、下敷きシートの直線的な走行経路が維持されており、このような下敷きシート上に、それとは独立した供給手段で長尺フィルムが供給されることで、下敷きシートと長尺フィルムとの幅方向の相対位置は変化するものの、型抜き加工部に対する長尺フィルムの搬送経路は一定に維持され、型抜き加工の位置精度も良好に維持される。

上記本発明装置において、前記横送り手段が、前記下敷きシートの周回経路の前記長尺フィルム非重合区間にて前記下敷きシートを案内しつつ送出可能な偏向ロールであって、その回転軸方向が前記下敷きシートの幅方向に対して微小偏角を有するような偏向ロールを含む態様では、下敷きシートを偏向ロールに通過させるだけで、下敷きシートの走行位置をシート幅方向に変位させることができ、簡素な構成で横送り手段を構成可能である。

さらに、前記横送り手段が、前記偏向ロールの前記微小偏角を調節可能に構成されている態様では、型抜きする製品部分の形状やパターンに応じて下敷きシートの変位量を調節することで、裁断不良を回避しつつ、下敷きシートの耐用期間をより有効に利用可能となる。

また、前記横送り手段が、前記下敷きシートの幅方向における走行位置を検出する検出手段をさらに含み、前記偏向ロールの前記微小偏角を制御可能に構成されている態様では、下敷きシートの幅方向における変位を検出し、それに応じて偏向ロールの微小偏角を制御することにより、より微細な下敷きシートの変位量（横送りピッチ）を設定可能となり、さらには、先述したような間欠的な横送りを実施可能となるので、下敷きシートの耐用期間を一層有効に利用可能となる。また、下敷きシートの幅方向の変位が、設定限界に達した場合に、加工装置を停止させたり、偏向ロールの偏角をゼロにしたり、反転させたりすることも可能となる。

本発明実施形態の型抜き加工装置を示す平面図である。 本発明実施形態の型抜き加工装置を示す側面図である。 （ａ）は、本発明実施形態の型抜き加工装置における下敷きシート横送り装置を示す概略的な平面図、（ｂ）はその側面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、型抜き加工プロセスを示す概略側面図である。 （ａ）は本発明実施形態に係る型抜き加工実施後の下敷きシートを示す模式的な平面図、（ｂ）は従来の型抜き加工実施後の下敷きシートを示す模式的な平面図である。

以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１および図２は、本発明に係る型抜き加工装置を、薄膜太陽電池の型抜き加工装置として実施した実施形態を示している。図において、型抜き加工装置は、成膜工程を経たフィルム基板１０が巻装された供給ロール１の巻出し装置、フィルム基板１０の張力調整部２、フィルム基板１０の型抜き加工を行なう型抜き加工部３、該型抜き加工部３を通って周回される無端ベルト状の下敷きシート４、張力調整部２から引出されるフィルム基板１０を下敷きシート４上に案内するガイドロール２４、フィルム基板１０および下敷きシート４を型抜き加工部３の下流側で把持する固定グリップ５、フィルム基板１０と下敷きシート４とを固定グリップ５の下流側で把持して一体的に前進させるグリップフィーダ６、型抜きされたフィルム基板１０（１２）から製品部分１１を搬出するアンローダ７などから構成されている。

張力調整部２は、フィルム基板１０の搬送方向に並設された２つのガイドロール２１，２２、それらの中間部において上下方向に移動可能なダンサロール２３などで構成され、供給ロール１から連続的に巻出されるフィルム基板１０を、型抜き加工に伴う停止期間中にループさせその張力を調整する。

型抜き加工部３は、加工テーブル３１の上方に昇降フレーム３２を備え、昇降フレーム３２の下面に、打抜き加工を行なうための裁断刃３０が保持されている。裁断刃３０としては、平坦な基板の下面に打抜き形状にレイアウトされた刃を有するトムソン刃やピナクル刃などを使用可能である。昇降フレーム３２は、モータ３４により偏心カムなどの昇降機構３３を介して昇降駆動され、加工テーブル３１上の下敷きシート４に裁断刃３０を圧接し、フィルム基板１０から太陽電池モジュールを構成する製品部分１１を型抜きする。

また、型抜き加工部３には、マーカ検出手段３５が配設されている。該マーカ検出手段３５は、フィルム基板１０の側縁部に各製品部分１１に対応して所定の間隔で穿設された図示しないマーカホールを検出し、後述するグリップフィーダ６の制御部に検出信号を送り、グリップフィーダ６をその位置で停止させ、フィルム基板１０を型抜き加工部３に位置決めする。

下敷きシート４は、ＰＥＴ樹脂などの可撓性シート材料で構成され、フィルム基板１０の搬送経路両端部に配置された一対のガイドロール４１，４２を含む複数のガイドロールにエンドレスに巻き掛けられており、前記搬送経路外となる基枠下方にテンション検出ロール４３、テンション装置４４、および横送り装置４５が配置されている。横送り装置４５については後述する。

固定グリップ５は、下敷きシート４の上下に配置された一対の把持部材（５，５０）を含み、上側把持部材（５）は、図示しないエアシリンダなどのアクチュエータにより下側把持部材５０に対して接離可能に設けられている。

グリップフィーダ６は、下敷きシート４の上下に配置された一対の把持部材（６，６０）を含む把持機構部と、該把持機構部を往復動させるための送り手段で構成されている。上側把持部材（６）は下側把持部材６０に対して図示しないエアシリンダなどのアクチュエータにより接離可能に設けられている。下側把持部材６０は、搬送経路の両側に配置された一対のガイドレール６１，６１により摺動可能に案内されるとともに、モータ６３で駆動される送りネジ機構６２によって往復動可能であり、フィルム基板１０を下敷きシート４とともに把持して一体的に前進させる。

アンローダ７は、搬送経路の上方に搬送方向と交差するように延設された一対の軌道７３に沿って移動可能なキャリッジ７２、およびその下方に昇降手段（アクチュエータ）を介して昇降可能に支持された吸着部材７１で構成されており、型抜きされた製品部分１１を吸着部材７１で吸着して持ち上げ、フィルム基板１０の残部１２から分離して搬出可能である。

以上のような基本構成を備えた型抜き加工装置は、下敷きシート４の周回経路におけるフィルム基板１０の非重合区間となる基枠下方に、下敷きシート４の走行位置をシート幅方向に変位させる横送り装置４５備えている。

横送り装置４５は、図３に示すように、下敷きシート４をＳ字状に屈曲させるように案内する一対のガイドロール４５１，４５２を備えている。下敷きシート４の周回方向上流側に位置した一方のガイドロール４５１は、その回転軸方向が、下敷きシート４の走行方向と直交する幅方向に固定された固定ロールであり、その一端側には、下敷きシート４の側端位置を検出するエッジセンサ４５０が配設されている。

上記ガイドロール４５１に対して下敷きシート４の周回方向下流側に位置したもう一方のガイドロール４５２は、その回転軸方向が下敷きシート４の幅方向に対して微小偏角θを有する偏向ロールである。ガイドロール４５２は、下敷きシート４の幅方向中央付近において、下敷きシート４の上流側走行面と直交する軸４５３ａ回りに回動可能な支持体４５３を介して回転自在に支持されている。支持体４５３には図示しないアクチュエータが連結され、該アクチュエータは、図示しない制御部により後述する動作モードに従って駆動され、ガイドロール４５２の微小偏角θを制御する。その際、前記制御部にエッジセンサ４５０の検出値が取得され、制御に反映される。ガイドロール４５１，４５２は、下敷きシート４に対して充分な把持力が得られるように、周面がゴムで被覆されている。

次に、上記実施形態に基づく作用について、型抜き加工プロセスに沿って図４（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。

先ず、図４（ａ）に示すように、張力調整部２のダンサロール２３にフィルム基板１０がループされた状態で、固定グリップ５側に位置したグリップフィーダ６が閉じてフィルム基板１０と下敷きシート４とをその位置で把持する。その後、固定グリップ５が開き、図４（ｂ）に示すように、グリップフィーダ６が前進することで、フィルム基板１０と下敷きシート４とが所定ストロークに亘ってグリップ搬送され、センサ３５がマーカホールを検出した地点でグリップフィーダ６が停止し、フィルム基板１０が型抜き加工部３に対して位置決めされる。

この際、下敷きシート４が、型抜き加工部３に対して上流側に位置した横送り装置４５のガイドロール４５２（偏向ロール）を通過することで、下敷きシート４がガイドロール４５２の微小偏角θに応じて幅方向に変位される。すなわち、図３に示すように、ガイドロール４５２の上流側に下敷きシート４が引張される過程で、ガイドロール４５２の偏向方向に下敷きシート４が案内され、かつ、下敷きシート４に作用する張力によって、下敷きシート４に対して、より走行距離を減少させ、従ってより張力を減少させようとする幅方向ｙへの力が作用し、この幅方向の力（ｙ）によって、下敷きシート４が幅方向に変位されることになる。

そして、幅方向に変位した下敷きシート４上に、そのガイドロール４１とは別のガイドロール２４で案内されたフィルム基板１０が供給され、下敷きシート４と共に型抜き加工部３に位置決めされる。したがって、下敷きシート４の走行位置は、先行する型抜き加工時に対して幅方向に変位しているが、ガイドロール２４で案内されたフィルム基板１０の幅方向位置は不変である。

次いで、フィルム基板１０が型抜き加工部３に位置決めされた状態で、図４（ｃ）に示すように、固定グリップ５が閉じ、グリップフィーダ６が開き、昇降フレーム３２と共に裁断刃３０が降下して加工テーブル３１に圧接され、下敷きシート４上のフィルム基板１０から製品部分１１が型抜きされる。これと並行してグリップフィーダ６は固定グリップ５側に後退し、図４（ａ）に示すように、フィルム基板１０と下敷きシート４とを把持して、次のグリップ搬送に備える。

一方、製品部分１１が型抜きされたフィルム基板１０は、図１に示すように、下敷きシート４に載置された状態でアンローダ７に送られ、アンローダ７により製品部分１１が搬出される。その後、搬送経路の終端部（４２）にてフィルム基板の残部１２を排出した下敷きシート４は、加工装置下部の横送り装置４５を経て、型抜き加工部３の上流側に周回される。

以上のようなプロセスを繰り返すことで、下敷きシート４には、図５（ａ）に示されるように、製品部分１１に対応した裁断刃３０の痕跡Ｃが残る。しかし、本発明に係る加工装置では、上述したように、下敷きシート４が、搬送プロセスに乗じて、横送り装置４５で幅方向に漸次変位されるので、フィルム基板の長手方向に延びる裁断線（Ｃｘ，Ｃｘ′）が幅方向にずれ、相互に重複することがない。

図５に示すようなパターンの痕跡Ｃは、製品部分１１に対応した長手方向に延びる裁断線（Ｃｘ）の長さＬ１が、製品部分１１間のマージンに対応した長さＬ２を含む製品ピッチ（Ｌ１＋Ｌ２）の８０％であれば、下敷きシート４の長手方向における裁断線（Ｃｘ）の出現率が８０％ということになり、もし、下敷きシート４の幅方向への変位が無ければ、図５（ｂ）に示すように、下敷きシート４′の各周における裁断線（Ｃｘ，Ｃｘ′）は、常に重複区間を生じ、この部分が集中的に消耗することになる。

これに対して、本発明実施形態では、図５（ａ）に示すように、幅方向に延びる裁断線（Ｃｙ）との交差部分での重複は生じるものの、下敷きシート４が幅方向に変位される限り、長手方向における裁断線（Ｃｘ，Ｃｘ′）の重複は発生しない。隣接する裁断線（Ｃｘ，Ｃｘ′）が、各回の型抜き加工において相互に影響を及ぼさない変位量（横送りピッチ）であって制御可能な変位量をｄｘとすれば、その変位量ｄｘで、下敷きシート４が幅方向に変位可能な加工マージンＸに対してｄｘ／Ｘ回の横送りが可能となり、下敷きシート４の周回数が、ｄｘ／Ｘ回以下であれば、裁断線（Ｃｘ，Ｃｘ′）の長手方向の重複は１回も発生しない。

例えば、幅１ｍの製品部分１１（太陽電池モジュール）の型抜き加工を行なうフィルム基板１０の加工マージンが１０ｃｍであれば、変位量ｄｘが１ｍｍの場合、下敷きシート４の周回数１００回までは、裁断線（Ｃｘ，Ｃｘ′）の長手方向の重複を発生させないようにすることができる。したがって、幅方向の裁断線（Ｃｘ）がそれ以上の確率で分散するならば、加工マージンの範囲内で下敷きシート４を往復して横送りする動作モードか、下敷きシート４を間欠的に横送りする動作モードで変位させることで、下敷きシート４の耐用期間を、横送り操作を実施しない場合の１００倍まで延長できることになり、制御の誤差などを考慮しても、下敷きシート４の耐用期間を格段に向上できると言える。

以上、本発明の実施形態につき述べたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいてさらに各種の変形および変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、横送り装置４５のガイドロール４５２（偏向ロール）の微小偏角θをアクチュエータで制御する場合について述べたが、ガイドロール４５２を所定の微小偏角θに予め調整（固定）しておき、下敷きシート４を連続的に横送りすることによっても、下敷きシート４の耐用期間を延長できる。その場合、下敷きシート４が幅方向位置に到達した場合、一旦装置を停止してガイドロール４５２の微小偏角θを逆方向に設定し直す必要があるが、装置の構成は簡素化される。

また、上記実施形態では、ガイドロール４５２のみが偏角を有する場合を示したが、２つのガイドロール４５１，４５２が共に偏向ロールで構成されても良い。あるいは、ガイドロール４５２がニップローラを伴っていても良い。また、横送り装置４５を、下敷きシート４の２つのガイドロール間の直線的な走行区間において下敷きシート４の耳部を把持して横送りする一対の偏向ローラで構成することもできる。

また、上記実施形態では、本発明に係る横送り装置を、グリップ搬送によってフィルム基板を型抜き加工部に間欠的に位置決めする加工装置の下敷きシートに実施する場合を示したが、裁断刃にロータリーガイカッタを用いた連続式の型抜き加工装置に実施することもできる。

１ 供給ロール
２ 張力調整部
３ 型抜き加工部
４ 下敷きシート
５ 固定グリップ
６ グリップフィーダ
７ アンローダ
１０ フィルム基板
１１ 製品部分
１２ 残部
４５ 横送り装置
４５０ センサ
４５１ ガイドロール（固定ロール）
４５２ ガイドロール（偏向ロール）

Claims (6)

1. 長手方向に所定の間隔で製品部分を有する長尺フィルムを、無端ベルト状下敷きシートの上に重ねて一体的に前進させ、型抜き加工部にて前記製品部分を型抜きする加工方法において、前記下敷きシートの周回経路の前記長尺フィルム非重合区間にて、前記下敷きシートの走行位置をシート幅方向に変位させることを特徴とする長尺フィルムの型抜き加工方法。
2. 前記下敷きシートの走行位置をシート幅方向マージンの一側から他側に向けて可及的に小さいピッチで連続的または間欠的に漸次変位させることを特徴とする請求項１に記載の長尺フィルムの型抜き加工方法。
3. 長手方向に所定の間隔で製品部分を有する長尺フィルムから前記製品部分を型抜きする加工装置であって、型抜き加工を行なう型抜き加工部と、前記型抜き加工部を通って周回される無端ベルト状の下敷きシートと、前記型抜き加工部の上流側にて前記下敷きシート上に前記長尺フィルムを供給する手段と、前記下敷きシート上に前記長尺フィルムを重ねて、前記型抜き加工部に一体的に前進させる搬送手段と、を備えるものにおいて、
   前記下敷きシートの周回経路の前記長尺フィルム非重合区間にて、前記下敷きシートの走行位置をシート幅方向に変位させる横送り手段をさらに備えたことを特徴とする長尺フィルムの型抜き加工装置。
4. 前記横送り手段は、前記下敷きシートの周回経路の前記長尺フィルム非重合区間にて前記下敷きシートを案内しつつ送出可能な偏向ロールであって、その回転軸方向が前記下敷きシートの幅方向に対して微小偏角を有するような偏向ロールを含むことを特徴とする請求項３に記載の長尺フィルムの型抜き加工装置。
5. 前記横送り手段は、前記偏向ロールの前記微小偏角を調節可能に構成されていることを特徴とする請求項４に記載の長尺フィルムの型抜き加工装置。
6. 前記横送り手段は、前記下敷きシートの幅方向における走行位置を検出する検出手段をさらに含み、前記偏向ロールの前記微小偏角を制御可能に構成されていることを特徴とする請求項５に記載の長尺フィルムの型抜き加工装置。
   

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