JP4773938B2 - 太陽電池モジュールのラミネート装置。 - Google Patents
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Description
これらのラミネート装置としては、上下にチャンバを備えたものが使用されている。
上チャンバは、下方に向けて膨張自在なダイアフラムを備えた下面開放の箱体である。
この上チャンバに対向する位置に下チャンバが配置してある。
この下チャンバは、内部に発熱板を備えた、上面開放の箱体であり、上チャンバが下チャンバの蓋のようになっている。
まず、上チャンバを開いた状態で、搬送ベルト上に被加工物を載せて搬送し、前記下チャンバに設けられた発熱板上に、被加工物を載置する。被加工物としての太陽電池モジュールは、最下層がガラス板で、その上にシート状の充填材、太陽電池セル、シート状の充填材と順次積層し、最上層にシート状の裏面材を配した構成である。
上チャンバを下チャンバに向けて下降させ、上下のチャンバの縁を確実に接触させて外部の大気圧とは絶縁した気密状態を形成する。
次に重ねた上下のチャンバ内部を減圧し、被加工物を加熱する。
その後、上チャンバのみに大気を導入することにより、ダイアフラムを膨張させ、被加工物としての太陽電池モジュールを発熱板の上面とダイアフラムとの間で挟圧する。
発熱板の熱により充填材が溶融し、架橋反応を起こして硬化しラミネート加工がされる。
<1> 下チャンバの内部に収納したヒーターは最高180℃程度の高温を発生する。そのために上下のチャンバの内部と大気に接する外部との間には大きな温度差が生じる。
<2> この温度差によって、どんな剛性と精度を備えたチャンバであっても、図10に示すように内側(ヒーター側の面)と外側の熱膨張の差によって反りが発生する。図11は、チャンバを被加工物の流れ方向(搬送方向)と直角な方向から見た説明図であるが、チャンバを被加工物の流れ方向(搬送方向)から見た場合もチャンバの反りは同様となる。
<3> この反りが、特にチャンバの隅部の変形として大きく現れ、上チャンバでは四隅が上方向に反り返り、下チャンバでは下方向に反り返る。
<4> 上下のチャンバは、接触する縁にOリングを配置して気密性を確保してある。ダイアフラムで仕切られたチャンバ内部の上下両方を真空引きする工程では、チャンバが大気圧により強く併合されるのでチャンバに多少の反りがあっても矯正され気密性は確保される。しかし、ダイアフラムの上側に大気導入するプレス工程では、チャンバを併合する力は上チャンバの自重のみとなり、チャンバの反りを矯正するような力は発生しない。その結果Oリングによるシール性は不均一となり、特に反りが発生した四隅はシール性が著しく悪化する
<5> 近年、ラミネータ装置は生産性を向上の目的で大型化する傾向がある。チャンバは真空引き工程で受ける大気圧に耐えうる剛性を確保した設計がなされるが、熱による変形を抑えるような剛性確保は容易ではない。そのためチャンバの大型化により四隅の反り量も増加する。実験結果では2m×3.6mの長方形チャンバをもつラミネータにおいてヒーターを170℃で加熱し、連続運転すると最大で約2mmの反り量が計測された。この結果四隅はOリングが十分につぶれずシール性が悪化し、しいては内部真空度が悪化につながる。
このように内部真空度が悪化すると被加工材の太陽電池内に気泡が生じ、その気泡が被加工材中に残存して製品不良となる。
<6> さらに別の問題であるが、上チャンバの下面に取り付けてあるダイアフラムは上チャンバの外周にクランプされた構造で取り付けてある。しかし前記したチャンバの反り返りの影響によって、ダイアフラムの加圧力に場所による不均衡が生じ、ダイアフラムにかかる圧力の弱いところではダイアフラムが内部に引き込まれたり、外部に押し出されるといった不都合が生じ、破損の原因になりやすい。
<7> このような問題に対処するために、反りの量にあわせて下チャンバを強制的に逆方向へ反らせるような構成、あるいはチャンバの縁により直径の大きいOリングを配置するような構成がなされている。
<8> しかし、前者のようにチャンバを逆方向に反らせる構成では、使用時の温度設定、あるいは使用時間の経過によって反りの量が変わるので、確実な設定が困難であるという問題がある。また後者のようにOリングの直径を大きくしてもOリングのつぶれる量による圧力の違いが生じるので、ダイアフラムが引き込まれるような問題は解決しない。
またこの目的に併せて、ダイアフラムがチャンバ内へ引き込まれる現象の発生を防止することができる、ラミネート装置を提供すること第2の目的としている。
この緩衝部は、コイルばねと、このコイルばねを介して上チャンバへ加圧力を伝達する連結材とによって構成したことを特徴としている。
<1> 加熱時の高温によってチャンバが変形しても、反り返りの発生する四つの隅部を強制的に押さえることができるから、上下のチャンバの縁部を確実に閉合することができ、内部の真空度を確実に保持することができる。
<2> 本発明の構成によってラミネート加工中の真空度が確実に維持されるため、被加工物中に気泡が残存することがなくなるので製品の品質が向上するとともに歩留まりが向上する。
<3> 本発明の構成によって真空度が確実に維持されるためにチャンバの剛性を高めたり、高い精度の平坦度を必要とせず、チャンバの制作費を低減することができる。
<4> 真空度の維持と同時に、上チャンバに取り付けたダイアフラムの引き込まれによる破損を阻止することもできる。
まず、本発明のラミネート装置で加工する被加工物10の例について説明する。
図2は、被加工物10としての太陽電池モジュールの構造を示す断面図である。
太陽電池モジュールは、図示のように、下側に配置された透明なカバーガラス11と上側に配置された裏面材12の間に,充填材13,14を介してストリング15をサンドイッチした構成を有する。
裏面材12は例えばポリエチレン樹脂などの透明な材料が使用される。充填材13,14には例えばEVA(エチレンビニルアセテート)樹脂などが使用される。ストリング15は,電極16,17の間に,太陽電池セル18を、リード線19を介して接続した構成である。
あるいは、被加工物10としては、一般に薄膜式と呼ばれる太陽電池を対象とすることもできる。
この薄膜式の代表的な構造例では、下側に配置された透明なカバーガラスには、予め、透明電極、半導体、裏面電極からなる発電素子が蒸着してある。
このような薄膜型太陽電池モジュールは、ガラスを下向きに配置し、ガラス上の太陽電池素子の上に充填材を被せ、更に、充填材の上に裏面材を被せた構造で、真空加熱ラミネートすることにより作成される。
このように、被加工物10としての薄膜式の太陽電池モジュールは、結晶系セルが蒸着された発電素子に変わるだけで、基本的な封止構造は前記した結晶系セルの場合と同じである。
図1は、本発明のチャンバ押さえ機構を備えたラミネート装置100の側面図である。便宜的にラミネート装置の四隅近傍に配置した昇降装置は、略している。
同図に示すラミネート装置100の右側には、搬入コンベア200があり、左側には搬出コンベア300がある。
搬入コンベア200は、これからラミネート加工をする被加工物10としての太陽電池モジュールをラミネート部に供給するものであり、搬出コンベア300は、ラミネート加工した被加工物10を搬出するものである。
そして、これら搬入コンベア200、ラミネート装置100及び搬出コンベア300の順に被加工物10を受け渡しながら、図1の左向きに被加工物10を搬送する。
ラミネート装置100には、被加工物10を搬入コンベアから受け取り、搬出コンベア300に渡すための搬送ベルト130が設けられている。
図3は、ラミネート部101を示す断面図である。ラミネート部は、上チャンバ113とそれに対抗する位置に配置した下チャンバ121(図4)とによって構成されている。
上ケース110の内部を水平に仕切るようにしてダイアフラム112が装着されており、このダイアフラム112と上ケース110の内壁面で囲まれた空間が上チャンバ113となっている。
ダイアフラム112は、フッ素系のゴムなどの耐熱性のあるゴムなどを使用している。
また、上ケース110の上面には上チャンバ113に連通する吸排気口114が設けられており、この吸排気口114を図示しない真空ポンプに接続して上チャンバ113内を真空引きしたり、外気と接続して上チャンバ113内に大気圧を導入したりできるようになっている。
下ケース120の内部空間としての下チャンバ121内(図4)には板状のヒータ122が配置されている。
ヒータ122は、図3又は図4に示すとおり下チャンバ121の底部からサポート体などで支持されている。
このヒータの上を搬送ベルトにより被加工物が搬送される。その上の少し距離をおいて剥離シート140が設けられている。
下ケース120の下面には下チャンバ121に連通するようにして吸排気口123が設けられている。
下チャンバ121は、上方を上ケース110により封止され、吸排気口123から下チャンバ121内を真空引きしたり、この吸排気口123から下チャンバ121内に大気圧を導入したりできるように構成されている。
前記したラミネート部101の上チャンバ113は、図5に示した昇降装置40の作動によって昇降する。
上チャンバは、ラミネート装置100の四隅近傍に設置した昇降装置により水平面を維持した状態で下降して下チャンバに接近して両者が閉合し、あるいは水平面を維持した状態で上チャンバが上昇して下チャンバから離れる。
昇降装置40としては、その駆動源をエアーとしたエアーシリンダー、駆動源を油圧とした油圧シリンダー、また駆動源を電気とした電動式のパワーシリンダーなどを使用することができる。
この昇降装置のピストンロッド41の伸縮によってロッドの先端に、後述する緩衝部400を介して取り付けた上チャンバの昇降を行うとともにラミネート部の四隅の押さえ込みをすることができる。
緩衝部400の構成について図6により説明する。図6は、緩衝部にコイルバばね使用した場合の構成である。尚本発明の緩衝部は、以下の実施例に限定されるものではない。
図6aは緩衝部400をラミネート装置100の被加工物10の流れ方向から見た図面であり、図6bはそれを直角な方向から見た図面である。
401は、図5にも示したようにラミネート装置の上チャンバの四隅近傍に設けられた、昇降装置40と接続するための連結材である。41は、シリンダー等の昇降装置のピストンロッド、402はコイルばね、403はパイプカラー、404はコイルばねを受けるワッシャー、405は緩衝時にコイルばねを押し付けるワッシャー、406はスタッドボルト、407はシリンダーなどの昇降装置とコイルばねの緩衝部を接続するアダプター、408はシリンダー等の昇降装置のピストンロッドをアダプターに取り付けるための取付け孔、409はセットボルトおよびナットである。
次に上記の構成によって上チャンバ113を下降して、下チャンバ121と閉合させた場合の動作を図5および図7(a)(b)により説明する。
図5は、上チャンバが上昇した状態である。この時上チャンバは、図7(a)のように、その四隅近傍に配置された連結材が、昇降装置のピストンロッドの上昇端にてアダプターを介して支えられている。この状態から、ラミネート装置の四隅近傍に配置した昇降装置が4本同期して作動し上チャンバは下降し、上チャンバ113は下チャンバ121の上面に接する。
昇降装置の下降ストロークには、余裕を持たせてある。その理由は、昇降装置のストロークの余裕がないとこの状態で上チャンバと下チャンバが昇降装置の下降力(締付力)によりクランプされる。この締付力が大きすぎると装置部材の破損を招来する虞や、上チャンバの中央部に大きな変形が生じることによりチャンバの周縁の中央部に隙間が発生し真空度の悪化を招来する虞がある。
またこのような事情から、使用するコイルスプリングの加圧力は、昇降装置の下降力よりも小さく設定する必要がある。
ピストンロッドに接続されたアダプターも同時に下降しワッシャー405が下降することによりコイルばねは圧縮される。実施例の図6では、昇降装置のストローク余裕を5mmとしているので、上チャンバが下チャンバの上面に接した後、コイルばねは5mm圧縮される。これによりコイルばねが5mm圧縮した分に相当する加圧力がチャンバの四隅近傍に加えられることになる。
被加工物10のラミネート加工は、次のようにして行う。
まず、搬送ベルト130を走行駆動させながら被加工物10を搬送し、ラミネート位置に達すると停止する。
上記で説明した作動にしたがって、上ケース110を下ケース120上に重ねて気密性を維持した後、吸排気口114,123を真空ポンプにつなぎ、上チャンバ113と下チャンバ121内の空間を減圧する。
また、ヒータ122を加熱し、搬送ベルト130を通して被加工物10に圧接させる。
所定の真空度に達し、ヒータが所定の温度に達したら、上チャンバ113内に大気を導入する。
すると、ダイアフラム112は下方に膨らみ、被加工物10をヒータ122に強く押しつける。
被加工物10はヒータ122により加熱され、被加工物10内の充填材13,14が溶融する。
ラミネート加工が完了したら、下チャンバ121内に大気を導入し、大気圧にして上ケース110を開く。
搬送ベルト130が走行駆動し被加工物10は図1の左方に進み、搬出位置に達して搬出コンベア300に載って搬出される。
被加工物の搬出が完了したら搬送コンベア200から次の被加工物10を受け取り、上記の作動を繰り返す。
本発明の緩衝部を設けた昇降装置を有したラミネート装置を用いることにより、ラミネート加工中の内部真空度の悪化は皆無となった。
さらに図3に示した通りダイアフラムは、上チャンバのケース110とチャンバレール150との間に挟みこみ、チャンバケースとチャンバレールの周囲側面に複数個設けられたクランプ金具160にて固定されている。従来の構成の昇降装置を有したラミネート装置では、ラミネート加工中にチャンバの反りにより四隅に隅間が発生する。このため、チャンバの四隅では、チャンバケースとチャンバレールとの間で隙間が発生しラミネート加工中にダイアフラムが過度に引き込まれ破損や損傷することが発生していた。
本発明の緩衝部を設けた昇降装置を有したラミネート装置を用いることにより、ラミネート加工中にダイアフラムが過度に引き込まれることによる破損や損傷は皆無となった。
図8(a)において41は、昇降装置40のピストンロッドである。401は、上チャンバに取り付けされている連結材である。図6の実施例では、緩衝部のコイルバネを連結材の上部に設置していたが、本実施例の場合は連結材の下にエアーシリンダー420を取り付けしてある。昇降装置のピストンロッド41と緩衝部のエアーシリンダーの本体を接続しさらにエアーシリンダーのピストンロッド421を連結材の図6の孔H(この場合は通常の丸孔)を通し、さらにピストンロッドの先端に孔Hより大きな押さえプレート422が接続されている。
昇降装置のピストンロッドが縮んで上チャンバが下降し、上チャンバが下チャンバの上面に接した後、昇降装置の下降ストロークの余裕分下降する。昇降装置が下降端までの動作を完了した時、エアーシリンダーのピストンロッドの先端の押さえプレートと連結材の上面と間には一定の距離の隙間がある。この後、エアー回路を作動させエアーシリンダーの上室に圧縮エアーを導入するとエアーシリンダーのピストンロッドは下降し押さえプレートが連結材の上面に接触し図8(b)の状態となる。これによりエアーシリンダーのボア径に相当する下向きの加圧力が上チャンバに加えられることになる。
連結材の下面に緩衝部のエアーシリンダーを取付け昇降装置のピストンロッドとエアーシリンダーのピストンロッドを接続している。上チャンバが上昇している時は、図9(a)の通り、昇降装置のピストンロッドは延びた状態であり、エアーシリンダーのピストンロッドは縮んだ状態で取り付けされている。この場合は、エアーシリンダーの上室と下室はエアー回路により共に大気と通じた状態になっていてもよい。
上チャンバが上昇した状態から昇降装置のピストンロッドが下降すると上チャンバは下降し、下チャンバに接する。更に昇降装置の下降ストロークの余裕分下降する。昇降装置が下降端までの動作を完了した時、昇降装置により上チャンバに下向き加圧力は何ら加わらない。
上チャンバが下チャンバに接した後、押さえ装置の退避用エアーシリンダー431が作動し、押さえ装置用エアーシリンダー432が、ほぼ鉛直になるように旋回する。この時押さえ装置用エアーシリンダーのピストンロッドはのびた状態となっている。次に押さえ装置用エアーシリンダーのピストンロッドが下降しロッド先端に設けた押さえプレート433により上チャンバの押さえブラケットが下方に押し付けられる。これにより上チャンバに下向きの加圧力が加えられることになる。
13,14 充填材
100 ラミネート装置
101 ラミネート部101
112 ダイアフラム112
122 ヒータ
130 搬送ベルト
140 剥離シート
150 チャンバレール
160 クランプ金具
170 ラミネート装置架台
200 搬入コンベア200
210 搬送ベルト(コンベアベルト)
300 搬出コンベア
40 昇降装置
41 ピストンロッド
400 緩衝部
401 連結材
402 コイルばね
403 パイプカラー
404 ワッシャー
405 ワッシャー
406 スタッドボルト
407 アダプター
408 ロッド接続孔
409 セットボルトおよびナット
420 エアーシリンダー
421 ピストンロッド
422 押さえプレート
430 押さえブラケット
431 押さえ装置退避用エアーシリンダー
432 押さえ装置用エアーシリンダー
433 押さえプレート
H 長孔
K 角型部
0 Oリング
Claims (2)
- 内部充填材を加熱により溶融させる太陽電池のラミネートに使用する装置であって、
前記装置は内部をダイアフラムにより仕切った上チャンバと、
上チャンバに対向する位置に設置した下チャンバによってラミネート部を構成し、
前記ラミネート部の上チャンバを、前記装置の四隅近傍の昇降装置によって昇降させて下チャンバの上から密着させる構造であり、
昇降装置と上チャンバとは直結せずに、昇降装置の昇降力を緩衝して上チャンバに伝達する緩衝部を介在させ、
この緩衝部は、
コイルばねと、
このコイルばねを介して上チャンバへ加圧力を伝達する連結材とによって構成したことを特徴とする、
ラミネート装置。 - 前記緩衝部は、
ダンパーと、
このダンパーを介して上チャンバへ加圧力を伝達する連結材とによって構成したことを特徴とする、
請求項1に記載のラミネート装置。
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