JP4687130B2 - 真空ラミネート装置、および真空ラミネート方法 - Google Patents

Description

本発明は真空ラミネート装置、および真空ラミネート方法に関し、特にラミネートモジュールの構成材料を真空引きしてラミネート処理する真空ラミネート装置、および真空ラミネート方法に関する。

真空ラミネート装置は、半導体関連、特に太陽電池などの外気に晒して用いられる素子を被覆する目的で最終的な製造装置として適用される。図１１は、従来の真空ラミネート装置の蓋部材を取り外したものを上から見た斜視図であり、図１２は、従来の真空ラミネート装置に太陽電池モジュール構成材料を載せた状態のＥ−Ｅ矢視断面図である。この真空ラミネート装置１００を用いた太陽電池モジュールの一作成手順は、概略以下の通りである。

まず、基材１０１と角環状の枠体１０２Ｗとに挟まれた空間に網１０９を置く。そして、基材１０１上の中央部に通気性シート１１０を置き、その上に太陽電池モジュール構成材料１０８を置き、その上に通気性シート１１０を置き、その上を蓋部材１０７で覆う。

次に、真空ポンプ１０４を起動し、基材１０１と角環状の枠体１０２Ｗと蓋部材１０７と太陽電池モジュール構成材料１０８により形成された空間部を真空引きして、空間部の空気と太陽電池モジュール構成材料１０８の材料間の空気を、角環状の枠体１０２Ｗの内周側に設けられた排出口から排出または脱気する。そして、真空ポンプ１０４を作動させたままで、真空ラミネート装置１００を高温のオーブンに投入し、太陽電池モジュール構成材料１０８に含まれる充填材が硬化する温度に昇温させ、硬化が終了するまでそのまま保持する。充填材の硬化後に上記オーブンから取り出して冷却し、真空ポンプ１０４を止めて空間部を大気圧に戻す。以上のような手順で、太陽電池モジュールの作成が完了する。

従来、筒管の内側に沿って緩衝材を設置し、真空引きによる蓋部材の急峻な角度構成を緩慢化させることによって、蓋部材に亀裂が発生することを抑制した真空ラミネート装置がある（たとえば、特許文献１参照。）。また、真空引きによる蓋部材の急峻な角度構成を緩慢化させつつ、ラミネートモジュールの大面積化に耐えうる剛性を有する真空ラミネート装置がある（たとえば、特許文献２参照。）。
特開平９−５１１１１号公報（段落番号〔００１７〕〜〔００２６〕、図３） 特開２００４−３０６４２０号公報（段落番号〔００２１〕〜〔００２６〕、図１）

しかし、ラミネートすることによって製造される製品の構成材料が非常に大型化すると、蓋部材のサイズもそれに伴い非常に大面積になる。蓋部材には、耐熱性、柔軟性、軽量性、および真空引きした際の気密性を満足させるために、シリコン樹脂等のシート形状の材料を使用している。したがって、面積が大きくなるに従い蓋部材の自重が重くなることに伴い、ラミネートを繰り返す際にシリコン樹脂に傷がつき、特に気密性などを損なうリスクが高くなる。そのため、気密性を確保するためには、定期的に蓋部材を交換する必要があり、その分製造コストがかかってしまうという問題があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、蓋部材に傷がつくリスクを抑えることができ、蓋部材の交換頻度を低くすることができるので、真空ラミネートをして製造する製品の製造コストを抑えることが可能な真空ラミネート装置を提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、蓋部材に傷がつくリスクを抑えることができ、蓋部材の交換頻度を低くすることができるので、安価に真空ラミネートをすることが可能な真空ラミネート方法を提供することである。

ラミネート処理を行う空間部を有する真空ラミネート装置において、ラミネートモジュールを載置するための基材と、前記基材上に固定されて前記基材との間に真空引きのための通路を形成するとともに、前記ラミネートモジュールの載置領域を取り囲むように配置された枠体と、前記ラミネートモジュールが前記基材に載置された状態で、前記枠体と前記ラミネートモジュールに掛け渡されるように配置され、前記ラミネートモジュールの周縁部を覆うとともに、前記基材および前記ラミネートモジュールとの間に前記ラミネート処理を行う空間部を形成するための蓋部材と、を有し、前記蓋部材は、可撓性を有する枠状のシート材からなり、前記真空引きの際にはその開口部近傍が前記ラミネートモジュールに密着するとともに、前記開口部から前記ラミネートモジュールの周縁部を除く部分を露出させるように構成される、ことを特徴とする真空ラミネート装置が提供される。

このような真空ラミネート装置によれば、蓋部材によってラミネートモジュールの周縁部を覆い、ラミネートモジュール自体をラミネート処理を行う空間部の空間領域形成に用いたため、蓋部材によりラミネートモジュール全体を覆う必要がなくなり、蓋部材の面積を小さくすることができる。

基材の外周縁近傍に環状に、もしくは前記基材の対向する２辺に、排気通路が形成された真空ラミネート装置を使用して、ラミネートモジュールを製造する真空ラミネート方法において、枠体内側の前記基材上に前記ラミネートモジュールの構成材料を配置するモジュール材料配置工程と、前記枠体と、前記基材と、前記ラミネートモジュールの外周縁とを、可撓性を有する枠状のシート材からなり、真空引きの際にはその開口部近傍が前記ラミネートモジュールに密着するとともに、前記開口部から前記ラミネートモジュールの周縁部を除く部分を露出させるように構成された蓋部材により覆い、ラミネート処理を行う空間部を形成するラミネート空間形成工程と、前記空間部に対して真空引きを行う真空引き工程と、前記真空引きを維持しつつ前記空間部を加熱処理することにより、前記ラミネートモジュールの構成材料のラミネート処理を行うラミネート処理工程と、からなることを特徴とする真空ラミネート方法が提供される。

このような真空ラミネート方法によれば、枠体と、基材と、ラミネートモジュールの外周縁とを蓋部材で覆い、ラミネートモジュール自体をラミネート処理を行う空間部の空間領域形成に用いるので、蓋部材の面積を小さくしても真空ラミネートをすることができる。

本発明の真空ラミネート装置によれば、蓋部材の面積を小さくすることができ、大面積化による自重の増加を抑制することができるので、蓋部材に傷がつくリスクを抑えることができ、蓋部材の交換頻度を低くすることができる。また、それによって真空ラミネートをして製造する製品の製造コストを抑えることが可能となる。

また、本発明の真空ラミネート方法によれば、蓋部材の面積を小さくしても真空ラミネートをすることができるので、蓋部材の自重の増加を抑制することができる。したがって、蓋部材に傷がつくリスクを抑えることができ、蓋部材の交換頻度を低くすることができる。また、それによって、安価に真空ラミネートをすることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１は、本実施の形態の真空ラミネート装置の蓋部材を取り外したものを上から見た斜視図であり、図２は、図１の真空ラミネート装置におけるＡ−Ａ矢視断面図である。

本実施の形態の真空ラミネート装置１０は、ラミネートモジュールを設置するための基材１１と、基材１１上に固定され、ラミネートモジュールの載置領域を真空排気するための排気口を有し、その排気口には網１９が挿入されている角環状の枠体１２Ｗと、基材１１上の枠体１２Ｗ内に配置されて、ラミネートモジュールの載置領域を構成する通気性シート２０と、ラミネートモジュールの載置領域を密閉する後述の蓋部材を有する。さらに、枠体１２Ｗと真空ポンプ１４とを接続するための経路である接続部１５と、バルブ１６とを有している。以下の説明ではラミネートモジュールを太陽電池モジュール構成材料として説明する。

基材１１は、真空ラミネート装置１０の底部を構成する部材である。太陽電池モジュールの製造装置に使用される板状の基材１１には、耐熱性、剛性、軽量性、表面接着性等の特性が要求される。基材１１に用いられる材料は、主に鉄やアルミニウム等の金属であるが、溶接性、耐蝕性の点からステンレスを使用する。熱容量の低減や軽量化を図るためには薄くしなければならないが、過度に薄くすると剛性が低下してしまう。そのため、基材１１には厚さが約０．８〜２．０ｍｍのステンレス板を使用する。

枠体１２Ｗは、４つの板材１２が基材１１の周囲に固定されることにより形成され、枠体１２Ｗと基材１１により基材１１の外周縁近傍に環状の排気空間を形成する。この板材１２に要求される特性は、耐熱性、剛性、軽量性等が挙げられる。材料としては主にステンレスを使用する。

枠体１２Ｗの断面形状は、図２に示すように、第１折り曲げ面１２ａ、第２折り曲げ面１２ｂ、第３折り曲げ面１２ｃ、第４折り曲げ面１２ｄで構成される。第１折り曲げ面１２ａと第２折り曲げ面１２ｂとはほぼ直角に曲げられており、基材１１の外周側を第１折り曲げ面１２ａと突き合わせて電気抵抗溶接により約１００ｍｍ間隔で点付溶接をしている。第３折り曲げ面１２ｃは、基材１１に対し約３０°の挟角を有する形状に折り曲げられている。第４折り曲げ面１２ｄは、第３折り曲げ面１２ｃと第４折り曲げ面１２ｄとの折り曲げ部分が基材１１に対して一定の隙間を有するように折り曲げられている。この隙間が排気口となり、排気効率を良くするためには、高さは基材１１と第４折り曲げ面１２ｄとの間に挿入されている網１９の厚さとほぼ合わさるような高さであることが望ましい。

網１９は、真空引きすることによって、後述の太陽電池モジュール構成材料における、各層間の脱気を行う際の空気の流れを確保するために使用される。すなわち、真空引きする空間部の基材１１と枠体１２Ｗとの間に位置し、真空引きの際に撓んだ枠体１２Ｗと基材１１とが接触して空気の流れを遮断するのを防ぐために使用する。要求される特性は、耐熱性、柔軟性、軽量性等である。材料は、ステンレスやアルミニウム等の金網、ポリエステル等の耐熱性樹脂繊維を網状にしたものを使用する。

通気性シート２０も、網１９と同様に、後述の太陽電池モジュール構成材料における各層間の脱気を行う際の、空気の流れを確保するために使用される。通気性シート２０のサイズは、枠体１２Ｗにより形成される環状体の内側と同じ形状、および大きさのものを使用する。要求される特性は、耐熱性、柔軟性、軽量性等である。材料は、ステンレスやアルミニウム等の金網、ポリエステル等の耐熱性樹脂繊維を網状にしたものを使用する。なお、網１９と通気性シート２０の２つは別個独立である必要はなく、２つのものを１枚の網状のシートを用いて代用してもよい。

図３は、本実施の形態の真空ラミネート装置内に太陽電池モジュール構成材料を載置したものを上から見た斜視図であり、図４は、図３の真空ラミネート装置におけるＢ−Ｂ矢視断面図である。

図３に示す真空ラミネート装置１０には、図１に示した真空ラミネート装置１０の基材１１上の通気性シート２０上に、太陽電池モジュール構成材料１８を載置し、さらに、枠体１２Ｗの形成するラミネートモジュール載置領域を覆うように蓋部材１７が置かれている。

蓋部材１７は、枠体１２Ｗと太陽電池モジュール構成材料１８の一部にかかるように太陽電池モジュール構成材料１８を覆う構造となっている。図３において、便宜上蓋部材１７を斜線で示している。なお、ラミネートのための真空引き空間は、基材１１、枠体１２Ｗ、蓋部材１７および被ラミネート材である太陽電池モジュール構成材料１８により囲まれる空間によって形成されている。

また、蓋部材１７は、外周が枠体１２Ｗの外周よりも大きく、内周が中央の太陽電池モジュール構成材料１８よりも小さい四角形の開口部１７ａを有している。この蓋部材１７は、枠体１２Ｗと、基材１１上に載置された太陽電池モジュール構成材料１８の周縁部を覆っており、基材１１と、枠体１２Ｗとにより真空引きするための空間部を造る目的で使用される。蓋部材１７に要求される特性は、耐熱性、柔軟性、軽量性、および真空引きした時の気密性等である。使用材料は主にシリコン樹脂であり、形状はシート状である。たとえば、タイガースポリマー製のシリコン樹脂汎用タイプであり、厚さが２ｍｍ、硬度が５０のものを用いる。

通気性シート２０の利用形態は、図４に示すように、基材１１上に通気性シート２０を置き、その上に太陽電池モジュール構成材料１８を置き、さらにその上から蓋部材１７を置き、真空ポンプ１４で空間部の空気を吸うことによって蓋部材１７が基材１１方向に引き寄せられ、太陽電池モジュール構成材料１８の周縁部が押されることによって太陽電池モジュール構成材料１８と蓋部材１７とが密着する。

また、蓋部材１７の開口部１７ａからのぞく太陽電池モジュール構成材料１８には、大気圧がかかっており、真空引きの際には、蓋部材１７と、枠体１２Ｗと、太陽電池モジュール構成材料１８により囲まれる空間部は、圧力が低下していることから、大気圧との差によって太陽電池モジュール構成材料１８が上方から押されているのと同様の効果がある。つまり、蓋部材１７の開口部１７ａは、蓋部材１７が太陽電池モジュール構成材料１８全体を覆い、太陽電池モジュール構成材料１８全体を押すことによって、構成材料間の空気を押し出さなくとも、それと同様の効果を得ることが可能である。

このように、蓋部材１７に開口部１７ａを設けても構成材料間の空気を押し出すことは可能であり、蓋部材１７は、開口部１７ａを設けることにより自重が軽くなるので、蓋部材１７の損傷リスクを抑えることが可能となる。また、それに伴い蓋部材１７の交換頻度を低くすることができので、製造コストを抑えることが可能となる。

次に、本実施の形態の真空ラミネート装置１０を適用したラミネートモジュール製造装置によってラミネートモジュールを作成する際の手順、および実際に作成した結果について説明する。なお、本実施の形態では、ラミネートモジュールとして太陽電池モジュールを配置して作成する。図５は、本実施の形態の真空ラミネート装置を適用したラミネートモジュール製造装置の構成例を示す図である。

ラミネートモジュール製造装置３０では、熱風循環式加熱炉３１の内部に、真空ラミネート装置１０を水平に１０個配置する。ただし、各真空ラミネート装置１０のバルブ１６の排出側をマニホールド３２に一括接続し、マニホールド３２を真空ポンプ１４に接続し、各真空ラミネート装置１０を一括して真空引きする構成とする。

このラミネートモジュール製造装置３０を用いて、太陽電池モジュールを作成する手順を以下に説明する。
まず、各真空ラミネート装置１０に対して、図４と同様に基材１１上に通気性シート２０を置き、さらにその上に太陽電池モジュール構成材料１８を配置する。そして枠体１２Ｗが形成する四角形を覆い、かつ蓋部材１７の中ほどにある開口部１７ａの縁が基材１１に置かれている太陽電池モジュール構成材料１８の周縁部近傍にくるように蓋部材１７を置く。

各部材の配置後、各真空ラミネート装置１０のバルブ１６の排出側とマニホールド３２とをそれぞれに接続する。そして、真空ポンプ１４を起動し、各真空ラミネート装置１０のラミネート空間部を真空引きして、各真空ラミネート装置１０に配置された太陽電池モジュール構成材料１８の材料間にある空気を脱気する。

真空ポンプ１４で脱気している状態で、各太陽電池モジュール構成材料１８に含まれている充填材が硬化する温度（約１５０℃）まで昇温させ、硬化が終了するまで３０分間保持する。その後、各真空ラミネート装置１０のバルブ１６を閉じて、各真空ラミネート装置１０を熱風循環式加熱炉３１から真空を保持したまま取り出して冷却させ、バルブ１６を開いて各真空ラミネート装置１０のラミネート空間部を大気圧に戻す。

このような手順により、大きさ５００×２０００ｍｍの太陽電池モジュールを一度に１０枚作成した。
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態の真空ラミネート装置は、蓋部材と太陽電池モジュール構成材料との重なり部分におもりを載せる点が異なる以外は、第１の実施の形態で示した構成と同様である。このため、上記第１の実施の形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付すなどして適宜その説明を省略する。

図６は、図３の真空ラミネート装置におもりを載せたときに上から見た斜視図であり、図７は、図６の真空ラミネート装置におけるＣ−Ｃ矢視断面図である。
真空ラミネート装置２１０には、蓋部材１７と太陽電池モジュール構成材料１８との重なり部に枠状のおもり１７ｂが置かれている。おもり１７ｂは、金属製の枠状のおもりであり、蓋部材１７の開口部１７ａより大きく、太陽電池モジュール構成材料１８より小さい。

蓋部材１７と、太陽電池モジュール構成材料１８が密着するための圧力や、太陽電池モジュール構成材料１８との重なり部分が足りないときは、その重なり部分におもり１７ｂを載せることによって、より強固に密着させ、空気のリークを防ぐことができる。なお、おもり１７ｂは、ある程度の重さが必要であり、たとえばここでは５ｋｇである。また、本実施の形態ではおもりを用いたが、蓋部材１７と太陽電池モジュール構成材料１８との密着の度合いを上げることができるならば、装置などによって押さえつけてもよい。

〔第３の実施の形態〕
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態の真空ラミネート装置は、排気通路が枠体の４辺でなく対向する２辺に備えられている点が異なる以外は、第１の実施の形態で示した構成と同様である。このため、上記第１の実施の形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付すなどして適宜その説明を省略する。

図８は、本実施の形態の真空ラミネート装置の蓋部材を取り外したものを上から見た斜視図である。
本実施の形態の真空ラミネート装置３１０は、第１の実施の形態の真空ラミネート装置１０と同様に基材１１と、枠体３１２Ｗと、接続部１５と、バルブ１６と、網１９と、通気性シート２０と後述の蓋部材を有する。

本実施の形態の真空ラミネート装置３１０の枠体３１２Ｗは、排気通路を有する排気通路形成部３１２と、枠形成部３１３とで構成されている。排気通路形成部３１２は、基材１１上の対向する２辺に固定されており、排気通路形成部３１２の幅方向端部で枠形成部３１３と固定されている。また、排気通路形成部３１２の一方の端部に固定されている枠形成部３１３の対応部分には排気のための穴が開いており、その穴と真空ポンプ１４とを接続するための経路である接続部１５とが接続されている。

図９は、本実施の形態の真空ラミネート装置内に太陽電池モジュール構成材料を載置したものを上から見た斜視図であり、図１０は、図９の真空ラミネート装置におけるＤ−Ｄ矢視断面図である。

排気通路形成部３１２の断面形状は、第１の実施の形態の枠体１２Ｗと同様に略三角形の形状を有している。ただし、第４折り曲げ面１２ｄに際しては、蓋部材１７を密着させるために、排気通路形成部３１２の幅方向の両端に所定の範囲に空気を排気させないための密閉範囲を残すようにして、第３折り曲げ面１２ｃから折り曲げる。たとえば、この密閉範囲は１０ｍｍとする。一方、枠形成部３１３の断面形状は、第１折り曲げ面３１２ａと、第２折り曲げ面３１２ｂのみのＬ字型である。

ラミネート処理の際には、真空ポンプ１４により、蓋部材１７によって密閉された処理空間から排気口を介して排気通路に空気が排気され、この排気通路からは接続部１５を介して空気が排気される。

なお、本実施の形態の真空ラミネート装置３１０においても、第１の実施の形態に対応する第２の実施の形態のように、蓋部材１７と、太陽電池モジュール構成材料１８が密着するための圧力や、太陽電池モジュール構成材料１８との重なり部分が足りないときは、その重なり部分におもりを載せることによって、より強固に密着させ、空気のリークを防ぐことができる。

第１の実施の形態の真空ラミネート装置の蓋部材を取り外したものを上から見た斜視図である。 図１の真空ラミネート装置におけるＡ−Ａ矢視断面図である。 第１の実施の形態の真空ラミネート装置内に太陽電池モジュール構成材料を載置したものを上から見た斜視図である。 図３の真空ラミネート装置におけるＢ−Ｂ矢視断面図である。 第１の実施の形態の真空ラミネート装置を適用したラミネートモジュール製造装置の構成例を示す図である。 図３の真空ラミネート装置におもりを載せたときに上から見た斜視図である。 図６の真空ラミネート装置におけるＣ−Ｃ矢視断面図である。 第３の実施の形態の真空ラミネート装置の蓋部材を取り外したものを上から見た斜視図である。 第３の実施の形態の真空ラミネート装置内に太陽電池モジュール構成材料を載置したものを上から見た斜視図である。 図９の真空ラミネート装置におけるＤ−Ｄ矢視断面図である。 従来の真空ラミネート装置の蓋部材を取り外したものを上から見た斜視図である。 従来の真空ラミネート装置に太陽電池モジュール構成材料を載せた状態のＥ−Ｅ矢視断面図である。

符号の説明

１０ 真空ラミネート装置
１１ 基材
１２ 板材
１２Ｗ 枠体
１４ 真空ポンプ
１５ 接続部
１６ バルブ
１９ 網
２０ 通気性シート

Claims (5)

1. ラミネート処理を行う空間部を有する真空ラミネート装置において、
   ラミネートモジュールを載置するための基材と、
   前記基材上に固定されて前記基材との間に真空引きのための通路を形成するとともに、前記ラミネートモジュールの載置領域を取り囲むように配置された枠体と、
   前記ラミネートモジュールが前記基材に載置された状態で、前記枠体と前記ラミネートモジュールに掛け渡されるように配置され、前記ラミネートモジュールの周縁部を覆うとともに、前記基材および前記ラミネートモジュールとの間に前記ラミネート処理を行う空間部を形成するための蓋部材と、
   を有し、
   前記蓋部材は、可撓性を有する枠状のシート材からなり、前記真空引きの際にはその開口部近傍が前記ラミネートモジュールに密着するとともに、前記開口部から前記ラミネートモジュールの周縁部を除く部分を露出させるように構成される、
   ことを特徴とする真空ラミネート装置。
2. 前記蓋部材における前記ラミネートモジュールとの重なり部を、前記基材方向に押さえる押さえ手段を有することを特徴とする請求項１記載の真空ラミネート装置。
3. 前記押さえ手段は、枠状のおもりであることを特徴とする請求項２記載の真空ラミネート装置。
4. 前記枠体は、前記基材の対向する２辺に設けられて前記真空引きのための通路を形成する排気通路形成部と、前記基材の残る２辺に設けられて、前記排気通路形成部とともに前記空間部を取り囲むように配置された枠形成部とからなることを特徴とする請求項１記載の真空ラミネート装置。
5. 基材の外周縁近傍に環状に、もしくは前記基材の対向する２辺に、排気通路が形成された真空ラミネート装置を使用して、ラミネートモジュールを製造する真空ラミネート方法において、
   枠体内側の前記基材上に前記ラミネートモジュールの構成材料を配置するモジュール材料配置工程と、
   前記枠体と、前記基材と、前記ラミネートモジュールの外周縁とを、可撓性を有する枠状のシート材からなり、真空引きの際にはその開口部近傍が前記ラミネートモジュールに密着するとともに、前記開口部から前記ラミネートモジュールの周縁部を除く部分を露出させるように構成された蓋部材により覆い、ラミネート処理を行う空間部を形成するラミネート空間形成工程と、
   前記空間部に対して真空引きを行う真空引き工程と、
   前記真空引きを維持しつつ前記空間部を加熱処理することにより、前記ラミネートモジュールの構成材料のラミネート処理を行うラミネート処理工程と、
   からなることを特徴とする真空ラミネート方法。

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