KR20120015271A - 프레스 장치 및 프레스 방법 - Google Patents

Abstract

펌프로부터 가압용 실린더에 작동유를 공급하고 3분간 이상의 가압 공정에 의해 성형재를 가압하는 프레스 장치 및 프레스 방법에 있어서, 유압회로를 복잡하게 하지 않고 가압시의 에너지절약화를 도모하면서, 저압 영역의 가압 제어도 양호하게 행할 수 있는 프레스 장치 또는 프레스 방법을 제공한다.
펌프(21)로부터 가압용 실린더(14)에 작동유를 공급하고 펌프로부터 가압용 실린더에 작동유를 공급하여 3분간 이상의 가압 공정(H)에 의해 성형재(P)를 가압하는 프레스 장치(11)에 있어서, 서보모터(20) 또는 인버터 제어 모터에 의해 회전수를 제어 가능하고 또한 토출량을 변경 가능한 펌프(21)가 설치되고, 상기 펌프(21)를 제어하여 설정 유압 2MPa 이하의 저압 영역의 가압 공정 B, D를 포함하는 가압 공정(H)에 의해 성형재(P)를 가압한다.

Description

프레스 장치 및 프레스 방법{PRESS APPARATUS AND PRESS METHOD}

본 발명은 펌프로부터 가압용 실린더에 작동유를 공급하여 3분간 이상의 가압 공정에 의해 성형재를 가압하는 프레스 장치 및 프레스 방법에 관한 것이다.

종래, 회로기판 등의 적층에 사용되는 핫프레스 장치는 특허문헌 1 내지 특허문헌 3에 기재된 것 등이 알려져 있다. 회로기판 등의 적층에 사용되는 핫프레스는 가압 공정의 시간이 길고, 일반적으로는 짧은 것에서는 3분?30분, 표준적으로는 30분?2시간, 긴 것에서는 2시간?5시간에 이르는 것이 있다. 그 때문에 열판을 다단 구성으로 하여 한번에 많은 성형재를 가압할 수 있게 한 것이 많다. 또 회로기판 등의 적층에 사용되는 핫프레스 장치는 가압 공정의 시간이 길기 때문에, 가압시간 중의 가압에 관한 전력소비량을 적게 하여 에너지절약화를 도모하는 것을 목적으로 한 것도 있다. 특허문헌 1에서는, 유압기구의 유압원으로서, 대용량 펌프와 소용량 펌프를 갖고, 대용량 펌프와 소용량 펌프에 의해 가동반의 상승을 행하고, 열판 폐쇄 후에 대용량 펌프의 작동을 정지하고, 소용량 펌프만에 의해 가압을 행한다. 그러나 특허문헌 1에 대해서는, 유압 배관이나 밸브의 배치가 복잡하게 되는데다, 가압시간 중은 소용량 펌프의 회전을 계속하고 있으므로 에너지절약화의 점에서 만족할만한 결과가 얻어지지 않았다. 또 펌프가 항상 회전하고 있음으로써, 오일 온도의 상승의 문제나 소음의 발생의 문제도 있었다. 더욱이 또 특허문헌 1에서는, 전자 릴리프 밸브를 사용하여 압력 제어를 행하고 있지만, 특히 저압 영역에서는 정밀도 좋게 제어를 행할 수 없는 것이었다. 그 때문에 특허문헌 1의 것은, 태양전지용의 적층 프레스에 있어서의 유리 등의 취성 재료를 포함하는 성형재, 빌드업 기판의 2차 프레스 장치 등 연화점 이상의 온도로 가열된 수지 재료를 포함하는 성형재, 및 급속하게 강압(强壓)을 가하면 보이드가 발생하기 쉬운 성형재 등, 저압가압을 필요로 하는 성형재를 프레스 성형할 경우에는, 양호한 저압 영역의 가압 제어를 할 수 없었다.

상기의 문제에 대응하는 것으로서 특허문헌 2에는 저압 영역의 가압체결력을 양호하게 제어하기 위한 핫프레스 장치가 개시되어 있다. 특허문헌 2는 가압체결용의 실린더에 감압 실린더를 접속하여 사용함으로써, 펌프 압력보다도 낮은 유압으로 가압체결력을 제어 가능하게 되어 있다. 그러나 특허문헌 2에 대해서도, 특허문헌 1과 마찬가지로, 유압 배관이나 밸브의 배치가 복잡하게 되는데다, 가압시간 동안, 소용량 펌프는 회전을 계속하고 있으므로 에너지절약화의 점에서 만족할 만한 결과가 얻어지지 않는 것이었다.

한편 특허문헌 3에는, 전동 서보모터의 회전에 의해 직접 가압을 행하는 핫프레스 장치가 개시되어 있다. 특허문헌 3은 전동 서보모터를 사용하므로 저압 영역에서의 가압 제어는 양호하게 할 수 있는 것으로 추측된다. 그러나 특허문헌 3에 대해서는, 가압시간이 긴 경우, 서보모터를 비교적 높은 토크 상태에서 계속적으로 구동시킬 필요가 있으므로, 서보모터의 부하가 문제가 되고, 상기 부하에 대응하는 서보모터를 선정하면 대단히 대형의 서보모터가 필요하게 되어, 비용이 상승한다고 하는 문제가 있었다. 또 서보모터를 가압 공정 동안, 항상 구동시킬 필요가 있으므로, 반드시 에너지절약화를 도모할 수 있다고는 할 수 없다.

일본 특개 2003-200300호 공보(청구항 1, 도 1) 일본 특개 2003-166501호 공보(청구항 1, 도 1) 일본 특개 소62-146608호 공보(청구항 1, 도 1, 도3)

(발명의 개요)

(발명이 해결하고자 하는 과제)

상기한 바와 같이 장시간의 가압을 행하는 핫프레스 장치로는, 전동 서보모터의 구동력에 의해 직접 가압을 행하는 종래의 전동 프레스 장치는 적합하지 않고, 종래의 유압 프레스 장치에 대해서도 각각 에너지절약화의 점에 대해서 문제가 있었다. 또 특히는 저압 영역에서의 제어를 양호하게 행하려고 하면, 별도로 실린더나 밸브를 더 부착할 필요가 있어, 구조가 복잡하게 되었다. 그래서, 본 발명에서는, 펌프로부터 가압용 실린더에 작동유를 공급하고 3분간 이상의 가압 공정에 의해 성형재를 가압하는 프레스 장치에 있어서, 유압 회로를 복잡하게 하지 않고 가압시의 에너지절약화를 도모함과 아울러, 저압 영역의 가압 제어도 양호하게 행할 수 있는 프레스 장치 또는 프레스 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 청구항 1에 기재된 프레스 장치는, 펌프로부터 가압용 실린더에 작동유를 공급하여 3분간 이상의 가압 공정에 의해 성형재를 가압하는 프레스 장치에 있어서, 서보모터 또는 인버터 제어 모터에 의해 회전수를 제어 가능 또한 토출량을 변경 가능한 펌프가 설치되고, 상기 펌프를 제어하여 설정 유압 2MPa 이하의 저압 영역의 가압 공정을 포함하는 가압 공정에 의해 성형재를 가압하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 청구항 2에 기재된 프레스 장치는, 청구항 1에 있어서, 상기 펌프와 상기 가압용 실린더 사이에는, 압력 제어 밸브 또는 유량 제어 밸브가 배열 설치되어 있지 않고, 상기 펌프의 서보모터 또는 인버터 제어 모터의 회전수의 제어와, 토출량의 제어에 의해 가압용 실린더의 작동유를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 청구항 3에 기재된 프레스 방법은, 펌프로부터 가압용 실린더에 작동유를 공급하고 3분간 이상의 가압 공정에 의해 성형재를 가압하는 프레스 방법에 있어서, 서보모터 또는 인버터 제어 모터에 의해 회전수를 제어 가능 또한 토출량을 변경 가능한 펌프가 설치되고, 상기 펌프를 제어하여 설정 유압 2MPa 이하의 저압 영역의 가압 공정을 포함하는 가압 공정에 의해 성형재를 가압하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 청구항 4에 기재된 프레스 방법은, 청구항 3에 있어서, 상기 성형재는 취성 재료 또는 연화점 이상의 온도로 가열된 수지 재료를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 펌프로부터 가압용 실린더에 작동유를 공급하고 3분간 이상의 가압 공정에 의해 성형재를 가압하는 프레스 장치 및 프레스 방법은, 서보모터 또는 인버터 제어 모터에 의해 회전수를 제어 가능 또한 토출량을 변경 가능한 펌프가 설치되고, 상기 펌프를 제어하여 설정 유압 2MPa 이하의 저압 영역의 가압 공정을 포함하는 가압 공정에 의해 성형재를 가압하므로, 유압회로를 복잡하게 하지 않아, 에너지절약화를 도모함과 아울러 저압 영역의 가압을 양호하게 행할 수 있다.

도 1은 본 실시형태의 프레스 장치의 개략 설명도.
도 2는 본 실시형태의 프레스 방법의 1사이클분의 가압 제어를 나타내는 도면.
도 3은 본 실시형태의 프레스 방법의 주로 저압 영역의 가압 공정에 있어서의 펌프의 제어를 나타내는 도면.

(발명을 실시하기 위한 형태)

도 1에 도시되는 프레스 장치(11)는 취성 재료인 유리판을 포함하는 성형재를 적층하는 태양전지를 성형용의 다단의 프레스 장치(11)이다. 도 1에 있어서 프레스 장치(11)의 구조는 일부를 생략하여 기재하고 있는데, 하방의 기반(12)과 그 상방의 상반(13) 사이는 도시하지 않은 복수의 타이 바 등으로 연결되어 있다. 그리고 기반(12)의 하측에는 가압용 실린더(14)가 고정되고, 가압용 실린더(14)의 피스톤을 겸한 램(15)이 가동반(17)의 하면에 고정되어 있다. 가압용 실린더(14)는 가압용 오일실(14a)만을 갖는 단동(單動) 실린더이다. 따라서 가동반(17)은, 가압용 실린더(14)의 가압용 오일실(14a)에 펌프(21)로부터 작동유를 공급함으로써, 상승?가압되게 되어 있다.

상면에 열판(18a)이 고정된 가동반(17)과 하면에 열판(18b)이 고정된 상반(13) 사이에는, 하강시에 도시하지 않은 단판에 재치되도록 복수의 중간 열판(18c)이 배치되어 있다. 또한 본 발명에서는 열판(18a, 18b, 18c)의 매수는 한정되지 않는다. 열판(18a, 18b, 18c)은 평행하고 또한 평탄한 프레스면(18d)을 상면 및 하면에 갖는 소정 두께의 판체이다. 그리고 열판 내의 도시하지 않은 유로에, 증기와 냉각수, 또는 열매 오일과 냉매 오일과 같은 열매를 유통시키거나, 또는 열판 내에 설치한 전기 히터와 유로에 흘려지는 냉각매체의 유통의 조합에 의해, 자유롭게 승온과 강온이 가능하게 되어 있다. 프레스 장치(11)에는, 가동반(17)의 하강 완료 위치와 상승 완료 위치를 검출하는 검출 수단인 리미트 스위치(19a, 19b)가 배치되어 있다. 또 프레스 장치(11)은 진공펌프를 구비한 진공실(16) 내에 배치되어 있다.

다음에 프레스 장치(11)의 가압용 실린더(14)의 유압기구에 대하여 설명한다. 도 1에 도시되는 바와 같이, 본 실시형태의 유압기구의 작동유의 공급원은 서보모터(20)에 의해 회전수를 제어 가능하고, 또한 경사판의 틸팅각(傾轉角)을 변경함으로써 토출량을 변경 가능한 액셜 피스톤 펌프(21)(이하 단지 펌프(21)로 약칭함)이며, 전체적으로 펌프 유닛(22)을 구성하고 있다. 펌프(21)는 도시하지 않은 석션 필터를 통하여 탱크(23)에 접속되어 있다. 펌프(21)의 토출량(피스톤 스트로크)을 규정하는 경사판의 각도는 틸팅각 제어용 실린더(24)에 의해 변경되고, 틸팅각 제어용 실린더(24)는 전자 전환 밸브(25)에 의해 전후진 변경 가능하게 되어 있다. 또 경사판의 각도는, 파일럿압에 의한 비례 전환 밸브(26)에 의해 압력에 따라 자동적으로 조정 가능하게 되어 있다. 그리고 상기 전자 전환 밸브(25)는 펌프 유닛(22)의 제어 장치(27)로부터 전환 제어가 된다. 또 펌프 유닛(22)에는, 제 1 압력 센서(28)가 설치되고, 검출된 작동유의 압력값은 제 1 압력 센서(28)에 접속된 상기 펌프 유닛(22)의 제어 장치(27)에 보내지게 되어 있다. 또한 펌프 유닛(22)의 제어 장치(27)는 서보모터(20)에 접속되고, 제어 장치(27)로부터 서보모터(20)로의 구동 신호가 보내진다. 또 서보모터(20)의 회전을 검출하는 로터리 인코더(29)는 상기 제어 장치(27)에 접속되고, 서보모터(20)의 회전수가 피드백 된다. 그리고 또 펌프 유닛(22)의 제어 장치(27)는 프레스 장치(11) 전체를 담당하는 제어 장치(30)에 접속되고, 제어 장치(30)로부터 지령 신호를 받는다. 그리고 제어 장치(27)에 의해, 펌프 유닛(22)의 유량 지령값(틸팅각의 제어와 서보모터(20)의 회전수 제어)과 압력 지령값(틸팅각의 제어와 상기의 제 1 압력 센서(28) 등의 검출값에 기초하는 서보모터(20)의 회전수 제어)에 기초하는 제어가 가능하게 되어 있다.

또 펌프(21)로부터 가압용 실린더(14)의 가압용 오일실(14a)에 접속되는 주관로(31)에는, 전자 전환 밸브(32)가 설치되어 있다. 그리고 주관로(31)(또는 가압용 실린더(14)에 직접 주관로(31)로부터 분기된 부분)에는 제 2 압력 센서(33)가 설치되고, 가압용 실린더(14)의 작동유의 압력은, 제 2 압력 센서(33)에 의해 검출되고, 제 2 압력 센서(33)에 접속된 제어 장치(30)에 보내지게 되어 있다. 또 주관로(31)로부터 분기되서 탱크(23)를 향하여 가동반(17) 등을 하강시킬 때에 탱크(23)로 작동유를 되돌리기 위한 관로(34)가 설치되어 있다. 관로(34)에는, 유량 조정 밸브 부착 파일럿 체크 밸브(35)가 설치되어 있다. 또 주관로(31)로부터 분기된 파일럿 관로(36)가 상기 유량 조정 밸브 부착 파일럿 체크 밸브(35)에 접속되고, 그 파일럿 관로(36)의 도중에 전자 전환 밸브(37)가 설치되어 있다. 본 실시형태에서는, 펌프(21)와 가압용 실린더(14) 사이의 주관로(31), 또는 주관로(31)에 연통되는 회로에는 압력 제어 밸브 또는 유량 제어 밸브가 배열 설치되어 있지 않다. 그리고 펌프 유닛(22)을 제외한 유압기구는 주로 상기의 3개의 밸브(32, 35, 37)에 의해 작동되고, 고가인 서보 밸브나 그것과 유사한 유량 제어 밸브 등이 설치되어 있지 않으므로, 유압기구의 구조를 간략하게 할 수 있다.

또한 본 발명의 유압기구의 유량 조정 밸브 부착 파일럿 체크 밸브(35)에 대해서는, 관로(34)를 단지 개폐하는 기능을 갖는 것만의 밸브이어도 되고, 다른 밸브에 대해서도 동일한 기능을 갖는 다른 밸브를 사용해도 된다. 또 본 실시형태에서는 압력이 상승할 때는, 압력 조정용의 비례 전환 밸브(26)에 의해 경사판의 각도를 조정함으로써, 펌프(21)로부터의 작동유의 토출량이 0이 되므로, 릴리프 밸브는 설치되어 있지 않다. 그러나 별도로 릴리프 밸브를 부착하도록 해도 된다. 또 회전수를 제어하는 펌프 유닛(22)의 경우, 항상 펌프(21)가 작동하고 있지는 않아 불필요한 오일을 탱크(23)에 언로드 하고 있지 않으므로, 오일 온도의 상승을 무시할 수 있을 정도이어서, 오일 쿨러도 설치되어 있지 않다.

다음에 본 실시형태의 프레스 장치(11)를 사용한 프레스 방법, 특히 태양전지의 적층 성형 방법에 대하여 설명한다. 본 실시형태에 의해 성형되는 태양전지는 실리콘계의 박막형으로, Pin형의 탠덤형의 것이다. 그러나 본 발명의 프레스 장치(11)는 다른 타입의 태양전지의 적층공정에도 응용할 수 있다. 태양전지용의 성형재(P)는 유리 기판에 태양전지 셀이 붙여진 셀 부착 유리, 밀봉재인 PVB 수지 또는 EVA 수지, 보호 필름인 PET 수지를 포갠 것이다. 이들 성형재(P)는 열판(18a, 18c)의 1매의 프레스면(18d)에 상기 조합 1세트분이 재치된 것 이외에, 일례로서는 3세트 내지 10세트가 포개져서 재치된 것도 상정된다. 또 재치 시에는, 상하의 프레스면(18d)에 접하는 면 또는 각 세트의 사이에 완충재를 배치해도 되고, 그 경우는, 열판 폐쇄 시에 충격을 완화할 수 있다. 그러나 완충재를 사용하지 않고 그대로 재치해도 된다. 이들 태양전지용의 성형재(P)의 프레스 성형은 적어도 펌프(21)의 제어를 행하고, 가열용 실린더(14)의 제 2 압력 센서(33)에 의해 검출되는 설정 유압(p1)(압력 지령값)이 2MPa 이하의 저압 영역의 가압 공정을 포함하는 3분간 이상의 가압 공정에 의해 행해진다.

각 열판(18a, 18c)의 프레스면(18d) 위에 성형재(P)를 각각 대략 동시에 재치하면 진공실(16)을 폐쇄하고, 진공펌프를 작동시켜 진공실(16) 내를 진공화(감압) 한다. 또 대략 동시에 열판 내의 통로에 열매 오일 또는 증기 등의 열매를 유통시키고(열판에 전기 히터가 편입되어 있는 타입에서는 전기 히터에 통전), 열판(18a, 18b, 18c) 및 성형재(P)를 승온한다. 도 2에 도시되는 바와 같이, 당초의 열판(18a, 18b, 18c)의 온도는 30℃?80℃이지만, 가열함으로써 일례로서 150℃, 바람직하게는 120℃?200℃ 정도, 더욱 바람직하게는 130℃?170℃로 승온시킨다. 열판(18a, 18c)의 온도가 상승됨에 따라, 재치된 성형재(P)는, 재치면 쪽이 먼저 가열되어 열팽창에 차가 생기므로, 극히 약간 휨이 발생한다. 또 복수매가 포개져서 세팅된 것에서는, 열판(18, 18c)에 가까운 측과 먼 측에서 열팽창에 차가 생긴다. 이들 성형재(P)의 상하의 열팽창의 차는, 진공실(16) 내의 분위기 온도의 상승과, 성형재(P) 전체로의 열 전달에 의해, 재치부터 가압이 개시될 때까지의 시간(5?30분) 중에 다시 작아진다.

성형재(P)를 재치하고 진공실(16)을 진공화하고 있을 때, 가압용 실린더(14)의 램(15)의 위치는 최하강 위치에 있고, 펌프(21)의 회전은 정지해 있고, 각 밸브는 도 1의 상태에 있다. 즉 전자 전환 밸브(32)에 의해 펌프(21)와 가압용 실린더(14)의 가압용 오일실(14a) 사이의 주관로(31)는 접속되어 있고, 가압용 실린더(14)와 탱크(23) 사이의 관로(34)는 차단되어 있다. 그리고 도 3에 도시하는 바와 같이, 제어 장치(30)로부터 펌프 유닛(22)의 제어 장치(27)를 통하여 신호를 보내 서보모터(20)를 구동시켜 펌프(21)을 작동시키고, 주관로(31)를 통하여 가압용 실린더(14)의 가압용 오일실(14a)에 작동유를 보내고, 램(15) 및 가동반(17) 등을 상승시키는 상승 제어 공정(A)을 개시한다. 그리고 가동반(17)의 상승과 함께 중간의 열판(18c)에 대해서도 하방으로부터 차례로 1단씩 접촉하여 상승된다.

도 3에 도시되는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 상승 제어 공정(A) 시의 펌프(21)의 경사판의 틸팅각은 대틸팅각으로 제어되어 있다. 또 펌프(21)의 제어는 회전수가 일례로서 2000rev/min 하게 되도록 제어된다. 그러나 가동반(17) 등을 고속으로 상승시킬 때, 상기한 바와 같이 펌프(21)의 회전수는 클로즈드 루프 제어되어 있지만, 가동반(17) 등의 직접적인 위치 및 속도는 검출되고 있지 않고, 오픈 제어에 의해 가동반(17)등을 상승시킨다. 이때에 제 1 압력 센서(28)에 의해 검출되는 작동유의 설정 유압(p1)(압력 지령값)은 2.0MPa(2MPa)에 설정되어 있지만, 가동반(17)등의 상승과 함께 가압용 오일실(14a)의 용적이 확대해 가, 전자 전환 밸브(32)에 의한 압력 손실도 크므로, 가압용 실린더(14)측의 압력은, 0.2MPa?0.3MPa정도에밖에 안된다. 따라서 실질적으로는 상기의 회전수(유량 지령값)을 우선한 제어가 된다. 단 만약 제 1 유압 센서(28)의 검출값이 2.0MPa에 도달한 경우, 압력 제어로 전환되고, 펌프(21)의 회전수를 저하시키거나, 또는 압력 제어용의 비례 전환 밸브(26)가 작용하여, 펌프(21)의 틸팅각을 변경하여(컷오프 제어를 행하여), 토출량을 감소 또는 정지시킨다.

도 3에 도시되는 바와 같이, 가동반(17) 등이 상승하여 열판(18a, 18c)의 성형재(P)가 상방의 열판(18b, 18c)의 하면의 프레스면과 맞닿아 열판 폐쇄(열판(18b, 18c)의 하면과 성형재(P)의 맞닿음)된 것이 상승 확인 위치에 배치된 리미트 스위치(19b)에 의해 검출되면, 가압용 실린더(14)측의 유압과 펌프 유닛(22)측의 유압의 압력차가 급속하게 축소되게 된다. 본 실시형태에서는, 상기 열판 폐쇄로부터는 펌프 유닛(22)측의 작동유의 설정 유압(p1)을 0.5MPa로 하강시켜, 제 1 저압 가압 공정(B)(저압 영역의 가압 공정)을 행한다. 이때에 펌프(21)의 회전수는, 전압 제어에 의해 2000rev/min으로부터 40rev/min로 회전수를 저하시키지만, 서보모터(20)를 사용함으로써 급속하게 지령한 회전수로 줄일 수 있다. 그리고 제 2 압력 센서(33)에 의해 검출되는 작동유의 압력이 0.5MPa에 도달할 때까지는, 펌프(21)의 회전수는 40rev/mim으로 회전된다. 따라서 제 1 저압 제어 공정(B)은, 압력 지령값이 우선되고 있지만, 가압용 실린더(14)측의 압력은 반드시 일정하지는 않고, 처음에는 서보모터(20)의 회전수(유량 지령값)가 일정하게 되어 있다.

제 1 저압 제어 공정(B)의 개시 시에, 펌프 유닛(22)의 제어 장치(27)로부터 전자 전환 밸브(25)에는 펌프(21)의 틸팅각을 대틸팅각으로부터 소틸팅각으로 바꾸는 지령을 낸다. 그러나 펌프(21)의 틸팅각에 대해서는 이 단계에서는 아직 대틸팅각인 상태이다. 펌프(21)의 경사판에는 펌프 유닛(22)의 틸팅각 제어용 실린더(24)에 대향하는 방향을 향하여 경사판 각도를 안정시키기 위한 스프링이 들어가 있고, 저압(일례로서 2.0MPa 이하)에서는 경사판의 각도가 변경되지 않게 되어 있기 때문이다. 제 1 저압 제어 공정(B)은 열판 폐쇄로부터 5?30초 정도 행해지고, 설정 유압(p1)(압력 지령값)에 도달한다. 그리고 이 열판 폐쇄 후, 또는 형에 근접 후에 펌프(21)의 서보모터(20)의 회전수와 설정 유압(p1)을 설정함으로써 제 1 저압 제어 공정(B)의 압력과 시간을 자유롭게 컨트롤할 수 있다. 제 1 저압 제어 공정(B)의 설정 유압(p1)(주로 펌프 유닛(22)측 n 작동유의 설정 유압(p1))은 펌프 유닛(22)의 제어의 하한인 0.3MPa로부터 2.0MPa, 보다 바람직하게는 0.3MPa로부터 1.5MPa, 태양전지 등의 프레스 성형에서 더욱 바람직하게는 0.3MPa?0.8MPa의 사이에서 선택된다. 또 펌프(21)의 회전수는 지령 가능한 하한의 회전수?1000rev/min 이하, 더욱 바람직하게는 하한의 회전수?200rev/min 이하로 하는 것이 바람직하다.

한편 종래의 압력 제어 밸브 등을 사용한 유압에 프레스 장치는, 도 3에서 파선으로 나타내는 바와 같이, 열판 폐쇄의 타이밍으로 대용량 펌프를 정지해도 제어 지연 등의 문제로부터 피크 압이 생겨 버려 양호한 저압 제어를 행할 수 없다고 하는 문제가 있었다. 그러나 본 실시형태는, 서보모터(20)를 사용한 펌프(21)를 사용하여 열판 폐쇄 후에 저압 제어 공정을 함으로써, 상기한 바와 같이 펌프(21)의 회전수를 민감하게 변경 가능하게 되고, 그것에 따라 가압용 실린더(14)의 작동유의 압력이 제어 가능하게 되었으므로, 도 2에서 실선으로 나타내는 종래의 펌프를 사용한 예와 같이, 피크 압이 검출되지 않게 된다.

또 태양전지용의 성형재(P)의 경우에는, 당초부터 피크 압 등에 의해 강압(유압 베이스로 2.0MPa 이상)이 가해지면 보이드가 발생하기 쉽다고 하는 문제가 있다. 더욱이 열팽창의 차로부터 셀 부착 유리에 휨이 남아있으면 그곳에 한번에 강압이 가해지면 셀 부착 유리의 일부의 부분에 가압력이 집중되어 버려, 깨짐이나 균열 등의 불량품의 발생으로 이어질 우려가 있다. 그러나 본 발명에서는 설정 유압 2.0MPa 이하의 저압에서 제 1 저압 제어 공정(B) 및 다음의 제 2 저압 제어 공정(D)을 행함으로써, 보이드의 발생이나 셀 부착 유리의 깨짐이나 균열 등의 발생이 거의 사라졌다.

또한 본 실시형태에 있어서, 또한 가압용 실린더(14)의 설정 유압(p1)과 성형재(P)에 직접적으로 가해지는 면압(p2)의 관계는 다음 식으로 표시된다.

「면압(p2)=(설정 유압(p1)×실린더 가압 면적(a1)-가동반 등의 중량(w))÷성형재(P)의 면적(a2)」

따라서 성형재(P)에 가해지는 면압(p2)은 가압용 실린더(14)의 설정 유압(p1)을 상당히 밑돈다. 이것은 성형에 사용되는 열판(18c)의 매수(단수), 성형재(P)의 중량 및 면적(a2), 작동유의 설정 유압(p1), 및 실린더의 가압면적(a1)의 값에 따라 상이하지만, 면압(p2)은 설정 유압(p1)의 25?60%가 된다. 따라서 본 발명의 저압 영역의 가압 공정을 면압에 의해 제어하면 1.2MPa 이하(0.5?1.2MPa)가 된다.

도 3에 도시되는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 제 1 저압 제어 공정(B)은 제 2 압력 센서(33)에 의한 검출 압력이 소정의 시간(일례로서 15초)을 경과하면 종료되고, 다음에 제 2 저압 제어 공정(D)으로 향한 승압 제어 공정(C)을 행한다. 또한 제 1 저압 제어 공정(B)은, 제 1 압력 센서(33)의 값이 소정의 검출값에 도달한 시점에서 전환하도록 해도 된다. 승압 제어 공정(C)에서는, 펌프 유닛(22)의 제어 장치(27)로부터 서보모터(20)에 지령을 보내고, 펌프(21)의 회전수(유량 지령값)를 800rev/min으로 증가시킨다. 또 설정 유압(p1)의 상승도에 따라, 제 2 압력 센서(33)에 의해 실측되는 압력이 상승하도록 압력 지령값을 상승시키는 제어를 행한다. 즉 펌프(21)의 회전수는 상기의 800rev/min으로 하지만, 제 2 압력 센서(33)가 설정 유압(p1)으로 되면 펌프(21)의 회전수를 저하시키도록 압력 제어 우선의 클로즈드 루프 제어를 행한다. 또한 제 1 저압 제어 공정(B)의 후에 대해서는, 작동유의 유동량이 감소하여, 전자 전환 밸브(32)를 경계로 하여 펌프(21)측의 제 1 압력 센서(28)와 가압용 실린더(14)측의 제 2 압력 센서(33)의 차압은 대단히 작아진다.

제 2 저압 제어 공정(D)은, 가압용 실린더(14)의 제 2 압력 센서(33)에 의해 검출되는 설정 유압(p1)(압력 지령값)이 1.1MPa(면 압 0.5MPa)가 되도록 클로즈드 루프 제어를 함으로서, 펌프(21)의 회전수(유량 지령값)는 최대 800rev/min 그대로이다. 그리고 본 실시형태에서 제 2 저압 제어 공정(D)의 시간은 5분이지만, 바람직하게는 3분?20분 행해진다. 또한 제 1 저압 제어 공정(B)과 제 2 저압 제어 공정(D)으로 나누지 않고 한번만 저압 제어 공정을 행하는 것이어도 된다. 즉, 제 1 압력 제어 공정(B)을 설정 유압(p1)이 되어도 종료하지 않고, 타이머에 의해 소정 시간이 경과하면 종료하도록 유지해도 된다. 또한 제 2 저압 제어 공정(D)을 포함한 저압 제어 공정의 설정 유압(p1)은, 2.0MPa 이하로 행하는 것이 바람직하고, 또한 1.5MPa 이하에서 행하는 것이 보다 바람직하다. 또한 본 실시형태의 펌프 유닛(22)의 경우, 설정 유압 0.3MPa 이상에서의 제어가 가능하므로, 하한은 0.3MPa가 된다. 또 제 1 저압 제어 공정(B) 또는 제 2 저압 제어 공정(D)을 포함하는 저압 제어 공정(B, D)에 있어서의 성형재(P)에 가해지는 면압(p2)에 대해서는 0.1MPa?1.0MPa로 하는 것이 바람직하고, 0.1MPa?0.7MPa로 하는 것이 보다 바람직하다.

제 2 저압 제어 공정(D)이 타임업 하여 종료되면, 다음 가압 유지 제어 공정(F)(상대적으로 고압 영역의 가압 공정)으로 향하여 승압 제어 공정(E)을 행한다. 이때 펌프(21)의 최대 회전수는 800rev/min 그대로이다. 전반의 제 1 승압 제어 공정(E1)에서는 열판 폐쇄의 직후로부터 계속해서 펌프(21)의 경사판의 각도를 대틸팅각으로 변경하는 지령이 나오고 있지만, 틸팅각 제어용 실린더(24)에 보내지는 작동유의 압력이 2.0MPa를 초과하면 비로소 펌프(21)의 틸팅각은 대틸팅각으로부터 소틸팅각으로 전환되고, 제 2 승압 제어 공정(E2)으로 이행한다. 펌프(21)의 틸팅각이 소틸팅각으로 전환되면 펌프(21)의 1회전당의 토출량이 대틸팅각 시의 1/4 정도로 제어되어, 펌프(21)의 서보모터(20)에 큰 부하를 걸지 않고 가압용 실린더(14)의 가압용 오일실(14a)를 승압할 수 있다. 또한 펌프(21)와 가압용 실린더(14) 사이의 주관로(31)에 항상 일정 이상의 차압이 발생하는 기구를 설치하는 등 하면, 예를 들면, 제 1 저압 제어 공정(B)의 개시 시로부터 가압용 실린더(14)측을 원하는 저압으로 하면서, 펌프(21)의 틸팅각을 소틸팅각으로 전환하여 제어하는 것도 가능하다.

그리고 승압 제어 공정(E)으로 이행하고나서, 20초?1분 정도에서 제 2 압력 센서(33)의 검출 압력이 미리 설정되고 압력을 검출(본 실시형태에서는 일례로서 3.1MPa)까지 승압하거나, 또는 상기 시간이 경과하면, 다음에 가압 유지 제어 공정(F)으로 이행한다. 가압 유지 제어 공정(F)에서는, 제 2 압력 센서(33)의 압력이 설정된 3.1MPa(면압 환산으로는 1.5MPa)를 유지하도록, 앞의 공정으로부터 계속해서 압력 우선의 클로즈드 루프 제어에 의해 펌프(21)의 서보모터(20)의 회전을 제어한다. 구체적으로는 서보모터(20)는 압력 센서(33)의 값이 3.1MPa가 되면 일단 회전을 중지하고, 가압용 실린더(14) 또는 밸브(32, 35) 등으로부터 작동유가 리크하여 압력이 저하된 분량만큼 펌프(21)의 서보모터(20)를 회전시키도록 제어한다. 이때 일정한 히스테리시스값을 두도록 해도 된다. 즉, 제 2 압력 센서(33)의 값이 일례로서 설정 유압(p1)보다도 아래인 3.0MPa로 된 시점에서 펌프(21)의 회전을 재개하도록 해도 된다.

가압 유지 제어 공정(F)에 대해서는 펌프(21)의 틸팅각은 그대로 소틸팅각으로 유지되어 있고, 실제로 펌프(21)가 회전되어 있는 시간은 작다. 따라서 종래와 같이 가압 유지 제어 공정(F)에도 적어도 소용량 펌프는 회전을 계속하여 작동유를 탱크에 언로드 하고 있었던 것과 비교하여 대폭 에너지절약화를 도모할 수 있다. 시험 계산에 의하면, 전력소비량은 1/6?1/9 정도로 삭감할 수 있다. 또한 가압 유지 제어 공정(F)의 성형재(P)를 가압하기 위하여 면압(p2)은 일례로서 1.5MPa, 바람직하게는 1.0?3.0MPa의 면압(p2)으로 성형재(P)를 가압하는 것이 바람직하다. 상기 면압으로 가압함으로써, 태양전지용의 성형재(P)의 셀 부착 유리와 밀봉재 사이나, 밀봉재와 보호 필름의 사이 등에 보이드가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또 본 실시형태에서는 가압 유지 제어 공정(F)은 열판(18a, 18b, 18c)의 온도는 상기한 바와 같이 150℃, 바람직하게는 120℃?200℃ 정도, 더욱 바람직하게는 130℃?170℃로 하여 30분 행해진다. 또 가압 유지 제어 공정(F)의 시간이 바람직한 범위로서는 5분?50분 정도 행해진다. 단 본 발명으로서는 전체의 가압 공정(H)(제 1 저압 제어 공정(B)으로부터 강압 제어 공정(G) 까지의 사이이며 승압 제어 공정(C, E) 등도 포함함)이 적어도 3분 이상이며 5시간까지의 것을 상정하고 있다.

도 2에 도시되는 바와 같이, 가압 유지 제어 공정(F)의 설정시간이 타임업 하면, 다음에 강압 제어 공정(G)으로 이행한다. 강압 제어에서는 제어 장치(27)로부터 펌프(21)의 서보모터(20)로 역회전 지령을 보내고, 미리 설정된 압력 하강도에 따라, 제 2 압력 센서(33)로 실측되는 압력이 하강하도록 제어를 행한다. 이와 같이 서보모터(20)를 사용하여 강압 제어함으로써 정확한 강압 제어 공정(G)이 가능하게 된다. 본 실시형태에서는, 강압 제어에서는 10분?30분 걸쳐서 거의 압력 센서의 값이 상압으로 되도록 감소시킨다. 또 강압 제어 공정(G)과 동시에 열판 내의 통로에 냉매를 유통시켜, 열판(18a, 18b, 18c)의 온도를 150℃로부터 50℃로 저하시킨다.

또한 강압 제어 공정(G)에 대해서는, 관로(34)를 통하여 유량 조정 밸브 부착 파일럿 체크 밸브(35)의 유량을 최소한으로 하고, 전자 전환 밸브(36)를 개폐 제어하여, 원하는 압력까지 저하시켜도 되고, 다른 밸브를 설치하여 제어하도록 해도 된다.

그리고 가압용 실린더(14)의 검출압력(제 2 압력 센서(33))이 소정의 값까지 하강하고, 또한 제어 장치(30)의 타이머가 소정의 시간(일례로서 60분)을 경과하면, 다음에 가동반(17) 및 열판(18a, 18c)을 하강시키는 하강 제어 공정(도시 생략)을 행한다. 가동반(17) 등의 하강 제어 공정은, 도 1의 상태로부터 전자 전환 밸브를 여자하여 관로(31)를 폐쇄함과 아울러 전자 전환 밸브(36)를 소자하여 유량 조정 밸브 부착 파일럿 체크 밸브(35)를 개방한다. 그러면 가압용 실린더(14)의 램(15)이 가동반(17) 등의 자중으로 하강하여 가압용 오일실(14a)의 작동유가 탱크(23)로 되돌려진다. 그리고 가동반(17)이 하한까지 하강한 것이 리미트 스위치(19a)에 의해 검출되면 전자 전환 밸브(37)를 여자하여 관로(34)를 폐쇄한다. 또한 진공실(16) 내에 대기를 도입하는 진공 파괴에 대해서는, 본 실시형태에서는 가압용 실린더(14)의 압력 및 열판 온도가 완전히 하강되기 직전에 개시되고 있으므로, 가동반(17)이 하강되면 진공실(16)의 도어를 개방하고, 가압이 종료된 성형재(P)를 꺼낸다.

본 발명에 대해서는, 상기의 제어에 한정되지 않고, 각종 응용을 생각할 수 있다. 예를 들면, 승압 제어 공정(C, E), 강압 제어 공정(G) 모두 도 3에 도시되는 패턴에 한정되지 않고, 1단계 내지는 더욱 복수 단계로 승압이나 강압을 행하도록 해도 되고, 곡선 형상으로 승압이나 강압을 행하도록 해도 된다. 또한 리미트 스위치(19b)의 위치는, 열판 폐쇄 직전의 위치에 설치하고, 폐쇄 직전의 가동반(17)의 위치를 검출하여 펌프(21)의 회전수나 설정 유압(p1)을 감소시켜도 된다. 그렇게 하면 더욱 저속으로 열판 폐쇄를 행할 수 있으므로, 맞닿음시에 성형재(P)에 주는 영향이 작아진다. 또 서보모터(20)의 회전수의 합계 값으로부터 가동반(17)의 현재 위치를 구하고, 그곳으로부터 저속 상승(틸팅각을 대틸팅각으로부터 소틸팅각으로의 전환 및/또는 회전수의 변경)으로 이행하도록 해도 된다. 또 가동반(17)과 상반(13) 사이에 위치 센서를 부착하고, 가동반(17)을 속도 제어에 의해 이동시키도록 해도 된다.

또 제 1 압력 센서(28) 및 제 2 압력 센서(33)에 의한 검출값은 상기의 실시형태 이외의 형태로 제어에 사용해도 된다. 예를 들면, 모든 제어를 제 1 압력 센서(28)의 검출값에 의해 제어하는 것도 가능하고, 양자의 검출 압력을 조합시키도록 해도 된다. 따라서 가동반(17) 등의 맞닿음 후의 저압 제어 공정(B, D)을 설정 유압 2.0MPa 이하 또는 더욱이 설정 유압 1.5MPa 이하로 하는 경우에 사용하는 압력 센서(28, 33)는 어느 압력 센서이어도 된다.

사용되는 펌프(21)는 액셜형 피스톤 펌프(21)의 예에 대하여 설명했지만, 1회전당의 토출량을 제어하여 변경 가능한 펌프(21)이면, 일례로서 베인 펌프 등이어도 된다. 또 펌프(21)에 사용되는 모터는, 서보모터(20)가 적합하게 사용되지만, 회전수의 제어 및 1성형 싸이클 중에 정지 및 구동을 반복하는 것이 가능한 모터이면, 일례로서 인버터 제어 모터 등이어도 된다. 또한 펌프(21)는 쌍방향 토출형, 일방향 토출형 중 어느 펌프(21)이어도 된다. 또 본 실시형태에서는 1기의 프레스 장치(11)의 가압용 실린더(14)에 작동유를 공급하는 펌프(21)는 1대로 행하고 있지만, 펌프(21)는 1대에 한정되지 않는다. 예를 들면, 900mm×1800mm와 같은 대형의 태양전지의 프레스 장치(11)의 경우, 가압용 실린더(14)도 2개?6개가 되고, 펌프(21)도 복수가 되는 것도 상정된다. 그 때, 가압용 실린더(14)마다 대응하여 펌프 유닛(22)을 형성해도 되고, 서보 밸브 등이나 유량 제어 밸브 등에 의해 펌프 유닛(22)의 작동유를 각 실린더(14)에 분배하는 것이어도 된다. 또 가압용 실린더(14)는 단동 실린더 외에, 복동(復動) 실린더이어도 된다. 또 비교적 염가이고 토출량이 큰 서보모터를 사용하지 않는 기어 펌프나 피스톤 펌프와, 서보모터 등에 의해 토출량을 변경 가능한 펌프 양쪽을 배치하고, 가동반(17) 등의 상승 시로는 상기의 서보모터를 사용하지 않는 기어 펌프 등을 주로 사용하고, 상승 완료 직전 또는 상승 완료를 확인하고나서 상기의 서보모터를 사용하지 않는 펌프를 정지하고, 서보모터 등을 사용한 펌프에 의해 제어를 해도 된다.

또 프레스 장치(11)에 대해서는, 성형 효율의 점에서 다단의 열판 사이에 성형재(P)가 재치되어 가압되는 것이 바람직하지만, 2매의 열판(18)의 프레스면 사이에서 성형재(P)가 가압되는 것이어도 된다. 또 프레스 장치(11)는 상측의 열판(18)이 하강되어 가압되는 것이어도 된다. 또한 프레스 장치(11)는, 프레스면은 평탄한 것에 한정되지 않고, 곡면이나 요철면 등으로 형성되고, 곡면이나 요철면 등을 갖는 성형품을 성형하는 것이어도 된다. 또 프레스 장치(11)는 수평방향으로 가동반(17), 형, 열판 등이 이동되어 가압되는 것이어도 된다.

또 본 발명에 의해 성형되는 성형재(P)는, 태양전지가 상정되지만, 그것 이외에도 설정 유압 2MPa 이하의 저압 영역의 가압 공정을 포함하고 적어도 3분간 이상의 가압 공정이 필요한, 취성 재료인 그린시트 등에 의해 형성된 층을 포함하는 회로기판 등이어도 된다. 게다가 다른 취성 재료인 강압에 의해 변형되거나 꺾이거나 하는 금속부를 포함하는 회로기판 또는 회로기판 이외의 성형재(P)이어도 된다. 그들 성형재(P)에서는, 열에 의한 성형재(P)의 휨의 문제, 열판(18)의 평탄도의 문제, 상반(13)과 가동반(17)의 평행도의 문제 등으로 강압을 가하면 깨짐이나 균열등의 불량이 발생하거나 하므로, 본 발명이 유효하다. 또 본 발명에 의해 성형되는 성형재는 빌드업 기판의 2차 프레스 장치 등 연화점 이상의 온도로 가열된 수지 재료를 포함하는 성형재이어도 된다. 이들 연화점(열가소성 수지, 열경화성 수지, 또는 그것들의 혼합물에 상관없이, 압력을 가하는 것에 의해 변형 가능하게 되는 온도점) 이상의 수지를 가압하는 경우, 가압 당초에 강압을 가하면 원하는 두께보다도 얇아져 버리거나, 필요한 부분의 수지가 주위로 흘러 버리거나 하여 불량품으로 되는 경우가 있다. 그 때문에 맞닿음 직후에 피크 압이 일어나지 않도록 하는 것이 중요하게 된다. 게다가 설정 유압 2MPa 이하의 저압 영역의 가압 공정을 포함하여 적어도 3분간 이상의 가압 공정이 필요한, 성형재라면 다른 것이어도 된다.

11 프레스 장치
14 가압용 실린더
17 가동반
18a, 18b, 18c 열판
20 서보모터
21 펌프
22 펌프 유닛
24 틸팅각 제어용 실린더
25, 32, 37 전자 전환 밸브
27, 30 제어 장치
28 제1 압력 센서
33 제 2 압력 센서
B 제 1 저압 제어 공정
D 제 2 저압 제어 공정
F 가압 유지 제어 공정
H 가압 공정

Claims (4)

1. 펌프로부터 가압용 실린더에 작동유를 공급하고 3분간 이상의 가압 공정에 의해 성형재를 가압하는 프레스 장치에 있어서,
   서보모터 또는 인버터 제어 모터에 의해 회전수를 제어 가능하고 또한 토출량을 변경 가능한 펌프가 설치되고,
   상기 펌프를 제어하여 설정 유압 2MPa 이하의 저압 영역의 가압 공정을 포함하는 가압 공정에 의해 성형재를 가압하는 것을 특징으로 하는 프레스 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 펌프와 상기 유압실린더 사이에는, 압력 제어 밸브 또는 유량제어 밸브가 배열 설치되어 있지 않고,
   상기 펌프의 서보모터 또는 인버터 제어 모터의 회전수의 제어와, 토출량의 제어에 의해 가압용 실린더의 작동유를 제어하는 것을 특징으로 하는 프레스 장치.
3. 펌프로부터 가압용 실린더에 작동유를 공급하고 3분간 이상의 가압 공정에 의해 성형재를 가압하는 프레스 방법에 있어서,
   서보모터 또는 인버터 제어 모터에 의해 회전수를 제어 가능하고 또한 토출량을 변경 가능한 펌프가 설치되고,
   상기 펌프를 제어하여 설정 유압 2MPa 이하의 저압 영역의 가압 공정을 포함하는 가압 공정에 의해 성형재를 가압하는 것을 특징으로 하는 프레스 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 성형재는 취성 재료 또는 연화점 이상의 온도로 가열된 수지 재료를 포함하는 성형재인 것을 특징으로 하는 프레스 방법.
   

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