JP2014013863A - ライン状加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】種々の製造ラインの中で省スペースで設置することができ、ワークに適度な押圧力を加えながら効率的な加熱が可能となるライン状加熱装置を提供する。
【解決手段】反射鏡９の内壁に部分楕円形状を含む反射面１０が形成される。反射面１０で囲まれた一方の焦点に細長い赤外線ヒータ８が設けられる。二焦点を結ぶ長軸上に、赤外線ヒータ８の長手方向と平行なスリット状の開口１２が形成される。開口１２を覆うように透明窓１５が固定される。透明窓１５の外表面が第二焦点と略合致し、この外表面がインターコネクタ３を押圧する押圧面となる。インターコネクタ３は透明窓１５で太陽電池セル２に押し付けられた状態でライン状に集光した赤外線で半田付けされる。
【選択図】図３

Description

本発明は、細長い形状の赤外線ヒータを熱源に用いたライン状加熱装置に関するものである。

太陽光発電に用いられている太陽電池モジュールは、例えば一辺が１５６ｍｍ程度の略正方形の太陽電池セルの複数枚を一列に接続して電池セルアレイとし、さらにこの電池セルアレイを複数列並列させて面状にしたものである。太陽電池セルを順次に接続する際には、タブリードあるいはインターコネクタと称されるリボン状の導体が用いられる。このインターコネクタは、細幅の帯状にした例えば銅などの導体に半田メッキをしたもので、隣接する太陽電池セルに順次に半田付けされる。また、最近では金属製のインターコネクタに代えて、導電粒子を熱硬化性樹脂に混入させた樹脂製のインターコネクタを利用して太陽電池セルを接続することも行われている。樹脂製のインターコネクタでは、加熱温度を低くして太陽電池セルの割れや反りを軽減することができるとともに、ペースト塗布工程の削減も可能となる。

特許文献１でも知られるように、インターコネクタは二枚の太陽電池セルを互いに接続する長さとなっている。互いに隣接する一方の太陽電池セルには、その裏面側にインターコネクタの全長の約１／２が半田付けされ、残りの１／２の長さ分は他方の太陽電池セルの表面側に半田付けされる。製造ラインでは、太陽電池セルの供給、インターコネクタの供給・位置決め、そして非接触で加熱が可能なランプ型の赤外線ヒータで半田付け処理を順次に繰り返すことによって、前述した電池セルアレイを効率的に製造してゆくことができる。

また特許文献２にも記載のように、インターコネクタの半田付け強度を高く安定に保つことが太陽電池モジュールの機械的強度のみならず、発電電力を有効に取り出すため重要であることが知られている。このため、特許文献１，２記載のいずれの製造装置でも、インターコネクタから離れた位置で加熱を行うことができるように赤外線ヒータを熱源に用いている。そして、この赤外線ヒータとインターコネクタとの間の空間を利用してインターコネクタの押圧装置を作動させ、インターコネクタを太陽電池セルの表面に押圧するようにしている。

特開２００６−１９６７４９号公報 特許第４０５６５５１号公報

ところが特許文献１記載の製造装置では、インターコネクタを太陽電池セルに押圧する押さえ装置を製造ライン中に組み込むために、赤外線ヒータをインターコネクタから離さなくてはならない。そして、赤外線ヒータからの赤外線は拡散しやすいためインターコネクタの加熱効率が悪く、また加熱ムラも生じやすいという欠点があった。また、特許文献２記載の装置も特許文献１と同様に、赤外線ヒータをインターコネクタの上方に離して設置せざるを得ず、製造ラインの構造を複雑化させ、加熱効率の点でも不利であった。同様に、樹脂製のインターコネクタを用いる場合にも加熱時にはインターコネクタを接続位置に押圧保持しなければならないため、ヒータのほかにインターコネクタの押さえ装置が不可欠となっている。

本発明は上記背景を考慮してなされたもので、細長い形状の赤外線ヒータを熱源に内蔵したライン状加熱装置を改良し、所定の加熱位置にワークを押圧保持すると同時に帯状に集光させた赤外線により効率的な加熱処理を行うことができるようにしたライン状加熱装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために、加熱対象となるワークにライン状加熱装置を接近させることができるように、熱源として細長い赤外線ヒータを用い、赤外線の集光効率を高めるために断面に部分的な楕円形状を含む反射面と組み合わせている。反射面は前記部分楕円の二焦点の一方に組み込まれた赤外線ヒータの長手方向に延長され、また同方向に延長されたスリット状の開口を反射面に形成することにより、前記二焦点の他方は反射面の外側に出るように構成される。そして、前記開口を赤外線ヒータからの赤外線に対して高い透過性をもつ透明窓で覆うとともに、ワークに対面する透明窓の外表面に前記他方の焦点を略合致させ、さらにこの外表面をワークの押圧面に用いるようにしている。

透明窓には、近赤外領域を含む広い波長範囲で高い透過率を示す石英ガラスを好適に用いることができ、ワークを保持するうえでの機械的強度も十分である。本発明のライン状加熱装置は様々な態様で用いることが可能である。赤外線ヒータの長手方向と平行に延びた透明窓の外表面にその長手方向に直交して一つあるいは複数の溝を形成しておくことも本発明を実施するうえで有効である。この溝は、例えば透明窓でワークを押圧保持する前に、ワークを予め決められた位置に仮保持あるいは位置決めするアームの受け入れスペースに利用でき、あるいは透明窓の長手方向に直交して走行するワークに対しては、溝内で走行させることによってワークが走行路から外れないように位置決めすることができる。さらに、透明窓を円柱形状にしたうえで、その長手方向と平行な軸回りに回転自在とし、走行するワークを巻きかけて加熱ローラとして利用することも可能である。

本発明によれば、製造ラインの一工程中にワークを加熱するにあたり、ワークの搬送経路に近接して省スペースでライン状加熱装置を設置することができ、細長い形状の赤外線ヒータを用いながらも熱損失のないライン状加熱を行うことが可能となる。しかも、本発明のライン状加熱装置の先端部に用いられている透明窓がワークの押圧保持にも用いられることから、常に安定した加熱作用を得ることが可能となる。

太陽電池セルを接続した電池セルアレイの外観を示す概略図である。 ライン状加熱装置の使用時における正面図である。 ライン状加熱装置の概略断面図である。 ライン状加熱装置を複合させた溶着装置の説明図である。 ライン状加熱装置の底面側斜視図である。 インターコネクタの押さえ機構を示す概念図である。 透明窓の別の形態を示す概略斜視図である。 本発明の別の実施形態を示す概念図である。 回転型の透明窓の一例を示す説明図である。 回転型の透明窓を用いた実施形態の説明図である。 溝を多条に形成した回転型の透明窓の説明図である。 回転型の透明窓を用いた別の実施形態の説明図である。

本発明のライン状加熱装置は、例えば図１に示すように太陽電池セル２にインターコネクタ３を順次に半田付けし、太陽電池セル２が直列接続された電池セルアレイ４を製造する際に用いられる。太陽電池セル２の個々の表裏には電極がパターン化され、隣接する一方の裏面にインターコネクタ３の一端側の略１／２が半田付けされ、他方の表面に同じインターコネクタ３の他端側の略１／２が半田付けされている。

特許文献１，２などでも知られるように、詳細は省略するが電池セルアレイ４の製造工程は自動化されている。この例では、インターコネクタ３は導体となる細い帯状の銅板に半田をメッキしたものが用いられ、図２及び図３に示すように本発明を用いたヒータユニット５と受けプレート６によって太陽電池セル２の表裏面に半田付けが行われる。

ヒータユニット５は、熱源として細長い形状をしたハロゲンランプからなる赤外線ヒータ８と、赤外線ヒータ８を収容する反射鏡９とを備えている。反射鏡９は赤外線ヒータ８を内部に収容するチャンバとなっており、内面側に反射面１０が形成されている。図３に示すように反射面１０は、赤外線ヒータ８の長手方向に直交する断面に関して部分的な楕円形状を有し、反射面１０で囲まれた第一の焦点に赤外線ヒータ８が組み込まれている。部分楕円形状で決まる長軸（二焦点通る線分と一致）は赤外線ヒータ８から放射される赤外線の照射軸と一致する。なお、図示は省略したが、反射鏡９の内部には水冷用の適宜の配管構造が付設されている。

反射面１０はその全体が赤外線ヒータ８の長手方向に延長され、したがって反射鏡９も同方向に長くなっている。反射鏡９の下方には先細り形状にした下部チャンバ１１が固定され、その先端には赤外線ヒータ８の長手方向と同方向に延びたスリット状の開口１２が形成されている。開口１２を覆うように透明窓１５が固定され、この透明窓１５は赤外線ヒータ８から放射される加熱用の赤外線を十分に透過する材料、例えば石英ガラスで作られている。

透明窓１５の厚み寸法は、透明窓１５の外表面が反射面１０の部分楕円形状によって決まる第二の焦点と合致するように設定されている。よく知られるように、楕円面鏡がもつ二つの焦点のうちの一方に光源を配置したとき、そこから放射された光は他方の焦点に集光する。したがって、上記構成によれば赤外線ヒータ８から放射された赤外線のほとんどは透明窓１５の外表面にライン状に集光され、高効率の加熱が可能となる。

もちろん、赤外線ヒータ８が外径寸法をもつこと、また反射面１０で反射されずに赤外線ヒータ８から照射光軸にしたがって直接的に透明窓１５に入射する赤外線もあることから、透明窓１５の外表面と第二の焦点とを高精度に一致させなくてもよく、加熱効率を考慮して適宜の調整を行うことが望ましい。例えば外径が数ｍｍ程度の赤外線ヒータ８の場合では、その外径範囲内のずれであれば実用的にはほとんど問題はない。

ヒータユニット５は、図２及び図３に示すように受けプレート６との協同により半田付け処理を行う。図２において、ヒータユニット５を上昇位置で停止させておき、矢印Ａ方向に太陽電池セル２を搬送した後、ヒータユニット５の真下で搬送停止する。先行する太陽電池セル２ａの上面にはすでにインターコネクタ３ａの先端側が半田付けされ、その次の太陽電池セル２の下面にはインターコネクタ３の後端側が位置決めされている。なお、太陽電池セル２の下面あるいは上面にインターコネクタ３ａ，３を位置決めする前に、所要部分に予めペーストを自動塗布しておく機構も併用される。

続いて、太陽電池セル２の上面に先端側が半田付けされる次のインターコネクタ３が自動供給装置によって供給され、その先端を太陽電池セル２の先端に合わせた状態で位置決めされる。インターコネクタ３は、その後端側が後方に延ばされたままとなっているが、次の太陽電池セル２ｂをその上に載置した後に後端がカットされる。こうして半田付け処理の準備が完了すると受けプレート６が上昇し、太陽電池セル２の下面に位置しているインターコネクタ３ａの後端側を受ける位置で停止する。受けプレート６にはインターコネクタ３ａを加熱する加熱レール６ａが突設され、またヒータ１６が組み込まれている。

続いて図３に示すようにヒータユニット５が下降し、太陽電池セル２の上面に載置されたインターコネクタ３の表面に、半田付けに適した押圧力のもとで透明窓１５の外表面が押し付けられる。そして、ヒータ１６に通電して受けプレート６を加熱し、加熱レール６ａによって太陽電池セル２の下面にインターコネクタ３ａの半田付けが行われる。同時にヒータユニット５の赤外線ヒータ８への通電が行われ、透明窓１５の外表面で集光している赤外線の加熱によって太陽電池セル２の上面にもインターコネクタ３の半田付けが行われる。

以上のように、加熱効率が最も高い透明窓１５の外表面を利用し、インターコネクタ３を太陽電池セル２の表面に適切な圧力で押圧保持した状態で半田付けが行われる。したがって、半田付けが要求されるインターコネクタ３の所要部全長分を確実に太陽電池セル２に半田付けすることができ、従来装置にはない高い信頼性が得られる。また、インターコネクタ３を押圧保持するための構造が従来装置と比較して非常に簡略化され、設備コストの削減にも効果的である。

なお、図１に示す電池セルアレイ４の場合には、上述したヒータユニット５を二台並列して利用することにより、一ラインで二本のインターコネクタ３を半田付けすることが可能となる。また、図４に示すように、紙面と垂直な方向に搬送される太陽電池セル２に対して三台のヒータユニット５を並列させて用い、三本のインターコネクタを一度に半田付けすることもできる。もちろん、インターコネクタの本数に応じて四台以上のヒータユニット５を並列させることも可能である。

図４には、ボールネジ方式でヒータユニット５を昇降させる機構も簡略的に図示されている。サーボモータ１７の駆動制御によりボールネジ１８を回転させ、三台のヒータユニット５を固定した支持アーム１９を昇降させる構成となっている。これにより、ヒータユニット５を太陽電池セル２の搬送系内から退避させ、あるいは進入させることが可能となり、またインターコネクタの半田付け処理に際しては適切な押圧力を与えることができる。さらに、支持アーム１９の昇降経路内に圧力センサ２０を設け、検出された圧力値に基づいてサーボモータ１７の駆動をフィードバック制御することもでき、インターコネクタの半田付け品質を向上させるうえで効果的である。

図５に示す透明窓１５は前述のヒータユニット５に同様に用いられ、その外表面が第二の焦点となって半田付けに用いられる点で共通しているが、その外表面に長手方向と直交して四本の溝２２が形成されている。この溝２２は、半田付けする際にインターコネクタ３が不用意に移動することがないように、図６に示す仮保持機構を効果的に活用する際に必要となる。

図６に示すように、ヒータユニット５を退避させた状態でインターコネクタ３の先端を自動機のグリップ（図示省略）で保持して引き出し、太陽電池セル２の上面の半田付け位置に載置した後、矢印ＢのようにＬ字形に移動する押さえアーム２４を用いてインターコネクタ３を太陽電池セル２の上面からずれないように仮保持することがある。このような仮保持機構を用いる際に、透明窓１５に設けた溝２２に押さえアーム２４が入り込むため、透明窓１５の外表面でインターコネクタ３を太陽電池セル２に押圧しながら半田付けすることが可能となる。

なお、昇降動作するヒータユニット５を利用してインターコネクタ３の位置決めを行うには、図７に示すように透明窓１５に位置決め用の仮保持板２５を固定しておいてもよい。仮保持板２５は、底面側を広げた誘い斜面２５ａと、透明窓１５の外表面ではインターコネクタ３の幅とほぼ同じになる規制面２５ｂとを備えている。このような仮保持板２５としては、耐熱性に優れたステンレス製のものがよい。

ヒータユニット５とともに透明窓１５が下降してくる途中でインターコネクタ３の左右側面のいずれかの上縁が誘い斜面２５ａに接する。さらに透明窓１５が降下するにしたがって、インターコネクタ３は長手方向と直交する幅方向に関して透明窓１５の真下にくるように案内される。さらに、透明窓１５が所定の押圧位置まで降下すると、インターコネクタ３の幅に合わせて決められた規制面２５ｂによってインターコネクタ３は幅方向に関して正しく位置決めされる。そして、この状態でも仮保持板２５の下端が太陽電池セル２の上面に接することがないようにしておけば、透明窓１５による押圧作用にも何ら不都合はない。

以上の実施形態では透明板１５の長手方向に沿わせて細長いワーク（インターコネクタ３）の位置を定めてライン状に加熱しているが、本発明のライン状加熱装置は他の態様でも効果的に用いることができる。図８は、ヒータユニット５を用いて帯状のシート２８を連続走行させながら加熱するときに様子を示している。シート２８は搬送系から付与される一定のテンションのもとで矢印Ｃ方向に一定の速さで送られる。その経路の途中でヒータユニット５が一定の押圧力のもとでシート２８の上面に押し付けられる。

赤外線ヒータ８から放射される赤外線は、これまでの実施形態と同様に透明窓３０の外表面に集光される。透明窓３０はシート２８の表面との接触摩擦を軽くするために底面が円柱面に整形され、その最も突出した頂点部分が反射面１０の第二焦点と一致するように設定されている。ポリマー製のある種のシート２８には、その強度を高めるために延伸処理が行われるが、図８のように本発明のヒータユニット５を用い、幅方向には均一な加熱を与えながら透明窓３０による押圧力の調整を行うことによって、所望の延伸処理を行うことも可能となる。

ヒータユニット５のスリット状の開口１２を覆うように用いられる別の透明窓の例を示している。この透明窓３２は、やはり赤外線ヒータ８から放射される赤外線を透過する材料で作られている。図示のように、透明窓３２は円柱形状に整形され、両端には支軸３３，３３が固着されている。また、中央部分に一段低くした広幅溝３５が全周にわたって形成されている。そしてこの透明窓３２では、太径部分の外周面に反射面１０の第二焦点を合わせてもよいが、加熱効率を高めるうえでは広幅溝３５の外周面を反射面１０の第二焦点に合わせるのが有利になる。

この透明窓３２は、図１０に示すように、両端の支軸３３が下部チャンバ１１の両端部で回転自在に支持されている。そして、先の実施形態で説明したように、シート２８を矢印Ｄ方向に連続走行させながら幅方向に関しては均一な加熱を行うときに、シート２８の走行に従動して透明窓３２を回転させることができる。透明窓３２は赤外線に対して透明であるから、回転位置によらず加熱効率は一定である。

なお、広幅溝３５の深さはシート２８の厚みに応じて設定し、広幅溝３５の幅はシート２８の幅寸法に応じて設定すればよく、走行中におけるシート２８の蛇行を防ぐことができる。この透明窓３２を利用したヒータユニット５によれば、これまでの実施形態と同様に高い加熱効率を保ちながらも、シート２８の搬送負荷を大きくせずに幅方向に均一な加熱を与えることが可能となる。

さらに図１１に示す透明窓３８も本発明のライン状加熱装置に効果的に用いることができる。この透明窓３８は、円柱形状である点、両端に支軸３３が固定されている点で図９の透明窓３２と共通し、同様にスリット状の開口１２を覆うように下部チャンバ１１に回転自在に取り付けられる。透明窓３８の外周面には、その長手方向と直交して複数本の溝３９が設けられている。この溝３９のそれぞれには連続走行する糸状のワーク４０が一条分ずつ通される。この例は、走行するワークの長手方向と直交する方向でライン状加熱を行うものであるが、生産効率を高めるために糸状のワーク４０を多数本同時に走行させ、これらに対して一斉に均質な押圧加熱処理を行う際にはこの実施態様が効果的である。

上記透明窓３８を組み合わせたヒータユニット５は、図１２に示すように搬送系と組み合わせて用いられる。ヒータユニット５のそれぞれに対しては、ワーク４０に向かう押圧力が加えられ、ワーク４０を矢印Ｅ方向に連続走行させる間にヒータユニット５で加熱を行えば、１１本の糸状のワーク４０に搬送経路の三箇所で一斉に均一な加熱を与えることが可能となる。合成繊維や撚り糸の製造工程中には、こうした加熱処理が有効であることも多いから、ヒータユニット５からワーク４０に加えられる押圧力、ワーク４０への加熱温度をそれぞれの用途・目的に応じて設定することによって、本発明のライン状加熱装置は多用途で利用することができる。

以上、図示した実施形態にしたがって本発明について説明してきたが、本発明のライン状加熱装置は太陽電池セルに金属製あるいは樹脂製のインターコネクタを接続する用途だけでなく、連続走行するシートや糸などのワークに、その搬送経路内の局所的な個所で押圧しながら加熱する場合にも用いることができる。また、回路基板に並列形成された複数の電極に、フレキシブル基板の並列電極を加熱接続する場合にも、回路基板に重ねたフレキシブル基板の上から電極が並列する方向に透明窓の長手方向を合わせて押圧加熱すれば、これらの電極相互間を一斉に接続することができる。

２ 太陽電池セル
３ インターコネクタ
４ 電池セルアレイ
５ ヒータユニット
８ 赤外線ヒータ
９ 反射鏡
１０ 反射面
１５ 透明窓
１８ ボールネジ
２０ 圧力センサ
２２ 溝
２４ 押さえアーム
２８ シート
３０ 透明窓
３２ 透明窓
３８ 透明窓

Claims (6)

1. 断面に部分楕円形状を含む反射面が、前記部分楕円の二焦点の一方に組み込まれた細長い赤外線ヒータの長手方向に延長されるとともに、前記二焦点の他方が前記反射面の外に出るようにスリット状の開口が形成され、前記開口を通して前記赤外線ヒータからの赤外線をライン状に照射して前記他方の焦点に位置するワークを加熱するライン状加熱装置であって、
   前記開口が前記赤外線を透過する透明窓で覆われ、前記ワークに対面する前記透明窓の外表面が前記二焦点の他方に略合致するとともに前記ワークの押圧面となることを特徴とするライン状加熱装置。
2. 前記透明窓が石英ガラス製であることを特徴とする請求項１記載のライン状加熱装置。
3. 前記ワークに対面する透明窓の外表面に、その長手方向と直交する溝が形成されたことを特徴とする請求項１又は２記載のライン状加熱装置。
4. 前記透明窓が円柱形状であり、その長手方向と平行な軸の回りに回転自在であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載のライン状加熱装置。
5. 前記溝が前記長手方向に間隔を開けて複数本形成されていることを特徴とする請求項３又は４記載のライン状加熱装置。
6. 連続体からなるワークが前記溝の中に落とし込まれた状態で走行され、前記透明窓は前記溝内におけるワークの走行に従動して回転することを特徴とする請求項４記載のライン状加熱装置。

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