JP2009298496A - 搬送ローラおよび膜電極接合体の製造装置、製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】膜電極接合体に代表される従来よりも薄いウェブを高い搬送速度で適切に搬送することを可能とするために、ウェブに生じるしわを防止しつつ、搬送ローラとウェブが相対的にスリップすることを防止できる搬送ローラを提供し、またその搬送ローラを用いた膜電極接合体の製造装置およびその製造装置による膜電極接合体の製造方法を提供する。
【解決手段】搬送ローラ１の軸方向略中央部に形成される縮径ローラ部２と、搬送ローラ１の軸方向両端部において縮径ローラ部２の半径Ｒ１に比して大きい半径Ｒ２に形成される拡径ローラ部３と、縮径ローラ部２と拡径ローラ部３とを繋ぐテーパローラ部４と、を備える搬送ローラ１であって、縮径ローラ部２の外周面には、拡径ローラ部３に比して摩擦係数が大きい摩擦面５が形成される構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウェブ搬送装置に用いる搬送ローラの技術に関し、また、その搬送ローラを用いた膜電極接合体の製造装置および製造方法に関する。

近年、ウェブ搬送装置で取り扱われるウェブの薄化が進められており、従来よりも薄いウェブを適切に搬送するためのウェブハンドリング技術の開発が盛んに行われている。特に、燃料電池の分野において取り扱われる膜電極接合体は、非常に薄い膜であり、また、しわが生じやすいという特性があるため、膜電極接合体を高い搬送速度で安定して搬送することができるウェブハンドリング技術の確立が望まれている。

従来、搬送されるウェブにしわが生じることを防止する技術として、ウェブ搬送に用いる搬送ローラの軸方向略中央部のローラ径を搬送ローラの両端部のローラ径に比して小さくすることによって、ウェブに対して軸方向外側向きの張力を付与する技術が知られており、例えば、以下に示す特許文献１にその技術が開示され公知となっている。

しかしながら、搬送ローラの軸方向略中央部のローラ径を両端部のローラ径に比して小さくする方法によってウェブを搬送すると、搬送速度が増すにつれて、搬送ローラの軸方向略中央部において、ウェブに対してウェブが搬送ローラから浮き上がる方向への浮力が作用するため、搬送ローラとウェブが相対的にスリップしてしまう場合があった。このスリップはウェブを傷つけたり、搬送ローラが空転したりする原因となるため、スリップを防止しなければ、従来に比してより薄いウェブに対して、搬送ローラの軸方向略中央部のローラ径を両端部のローラ径に比して小さくする方法を適用することができなかった。

また従来、搬送ローラとウェブが相対的にスリップすることを防止する技術として、ウェブ搬送に用いる搬送ローラの表面に凹部やスパイラル上の溝を形成することにより、搬送ローラとウェブの間に巻き込んだ空気を係る溝から適宜排出して、ウェブに対してウェブが搬送ローラから浮き上がる方向への浮力が作用することを抑制し、搬送ローラとウェブが相対的にスリップすることを防止する技術が知られている。例えば、以下に示す特許文献２および特許文献３にその技術が開示され公知となっている。

しかしながら、搬送ローラとウェブが相対的にスリップすることを防止する技術だけでは、搬送されるウェブにしわが生じることを防止することができなかった。つまり、膜電極接合体に代表される従来よりも薄いウェブを適切に搬送する技術を確立するためには、搬送されるウェブにしわが生じることを防止する技術と、搬送ローラとウェブが相対的にスリップすることを防止する技術を両立させる必要があった。
特開２００３−１１２７０４号公報 特開平７−１５７１６７号公報 特開２００８−７７９７号公報

本発明は、係る現状を鑑みて成されたものであり、膜電極接合体に代表される従来よりも薄いウェブを高い搬送速度で適切に搬送することを可能とするために、ウェブに生じるしわを防止しつつ、搬送ローラとウェブが相対的にスリップすることを防止できる搬送ローラを提供し、またその搬送ローラを用いた膜電極接合体の製造装置およびその製造装置による膜電極接合体の製造方法を提供することを課題としている。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、ウェブ搬送装置に用いられるウェブの搬送ローラであって、前記搬送ローラの軸方向略中央部に形成される縮径ローラ部と、前記搬送ローラの軸方向両端部において前記縮径ローラ部の径に比して大きい径に形成される拡径ローラ部と、前記縮径ローラ部と前記拡径ローラ部とを繋ぐテーパローラ部と、を備え、前記縮径ローラ部の外周面には、前記拡径ローラ部の外周面に比して摩擦係数が大きい摩擦面が形成されるものである。

請求項２においては、前記縮径ローラ部および前記拡径ローラ部は、その径の最大差を、０．０５ｍｍ以上、３ｍｍ以下とするものである。

請求項３においては、前記摩擦面には、複数の溝部と、該溝部に隣接する複数のランド部が形成されるものである。

請求項４においては、前記ランド部の表面粗さは、前記拡径ローラ部の表面粗さに比して大きいものである。

請求項５においては、前記ランド部の表面粗さは、ＲＭＳ粗さを、０．１μｍ以上、１μｍ以下とするものである。

請求項６においては、前記複数の溝部は、溝幅を、１０μｍ以上、１０ｍｍ以下とし、かつ、溝深さを、１５０μｍ以上、１ｍｍ以下とし、かつ、溝ピッチを、設定した溝幅以上、１０ｍｍ以下とし、前記複数の溝部の溝断面積の合計を、浮上断面積以上とするものである。

請求項７においては、膜電極接合体の製造装置であって、該製造装置が備えるウェブの搬送ローラは、該搬送ローラの軸方向略中央部に形成される縮径ローラ部と、前記搬送ローラの軸方向両端部において前記縮径ローラ部の径に比して大きい径に形成される拡径ローラ部と、前記縮径ローラ部と前記拡径ローラ部とを繋ぐテーパローラ部と、を備え、前記縮径ローラ部の外周面には、前記拡径ローラ部の外周面に比して摩擦係数が大きい摩擦面が形成されるものである。

請求項８においては、前記縮径ローラ部および前記拡径ローラ部は、その径の最大差を、０．０５ｍｍ以上、３ｍｍ以下とするものである。

請求項９においては、前記摩擦面には、複数の溝部と、該溝部に隣接する複数のランド部が形成されるものである。

請求項１０においては、前記ランド部の表面粗さは、前記拡径ローラ部の表面粗さに比して大きいものである。

請求項１１においては、前記ランド部の表面粗さは、ＲＭＳ粗さを、０．１μｍ以上、１μｍ以下とするものである。

請求項１２においては、前記複数の溝部は、溝幅を、１０μｍ以上、１０ｍｍ以下とし、かつ、溝深さを、１５０μｍ以上、１ｍｍ以下と、かつ、前記複数の溝部の溝断面積の合計を、浮上断面積以上とし、かつ、溝ピッチを、設定した溝幅以上、１０ｍｍ以下とするものである。

請求項１３においては、膜電極接合体の製造方法であって、前記膜電極接合体は、軸方向略中央部に形成される縮径ローラ部と、前記搬送ローラの軸方向両端部において前記縮径ローラ部の径に比して大きい径に形成される拡径ローラ部と、前記縮径ローラ部と前記拡径ローラ部とを繋ぐテーパローラ部とを備え、前記縮径ローラ部の外周面に、前記拡径ローラ部の外周面に比して摩擦係数が大きい摩擦面が形成される、搬送ローラによって搬送されるものである。

請求項１４においては、前記縮径ローラ部および前記拡径ローラ部は、その径の最大差を、０．０５ｍｍ以上、３ｍｍ以下とするものである。

請求項１５においては、前記摩擦面には、複数の溝部と、該溝部に隣接する複数のランド部が形成されるものである。

請求項１６においては、前記ランド部の表面粗さは、前記拡径ローラ部の表面粗さに比して大きいものである。

請求項１７においては、前記ランド部の表面粗さは、ＲＭＳ粗さを、０．１μｍ以上、１μｍ以下とするものである。

請求項１８においては、前記複数の溝部は、溝幅を、１０μｍ以上、１０ｍｍ以下とし、かつ、溝深さを、１５０μｍ以上、１ｍｍ以下と、かつ、前記複数の溝部の溝断面積の合計を、浮上断面積以上とし、かつ、溝ピッチを、設定した溝幅以上、１０ｍｍ以下とするものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、搬送ローラによって搬送されるウェブにしわが発生することを防止しつつ、搬送ローラとウェブの間でスリップが発生することを防止できる。

請求項２においては、搬送ローラによってウェブに適切な張力を付与することができる。これにより、ウェブにしわが発生することを確実に防止できる。

請求項３においては、複数の溝部によって、ウェブと搬送ローラの間に巻き込んだ空気を排出することができる。これにより、ウェブがランド部から浮き上がる方向に作用する浮力を低減し、ランド部からウェブに対して付与される張力を増大させることができる。

請求項４においては、ランド部とウェブの間において作用する摩擦力を高めて、搬送ローラとウェブの間でスリップが発生することを防止できる。

請求項５においては、ランド部とウェブの間で作用する摩擦力を適切な大きさにまで高めて、搬送ローラとウェブの間でスリップが発生することを確実に防止できる。

請求項６においては、ウェブと搬送ローラの間に巻き込んだ空気を確実に排出することができる。これにより、ウェブの浮き上がりを確実に防止し、ランド部とウェブの間で作用する摩擦力が低下することを確実に防止できる。

請求項７においては、搬送ローラによって搬送される膜電極接合体にしわが発生することを防止しつつ、搬送ローラと膜電極接合体の間でスリップが発生することを防止できる。

請求項８においては、搬送ローラによって膜電極接合体に適切な張力を付与することができる。これにより、膜電極接合体にしわが発生することを確実に防止できる。

請求項９においては、複数の溝部によって、膜電極接合体と搬送ローラの間に巻き込んだ空気を排出することができる。これにより、膜電極接合体がランド部から浮き上がる方向に作用する浮力を低減し、ランド部から膜電極接合体に対して付与される張力を増大させることができる。

請求項１０においては、ランド部と膜電極接合体の間で作用する摩擦力を高めて、搬送ローラと膜電極接合体の間でスリップが発生することを防止できる。

請求項１１においては、ランド部と膜電極接合体の間で作用する摩擦力を適切な大きさにまで高めて、搬送ローラと膜電極接合体の間でスリップが発生することを確実に防止できる。

請求項１２においては、膜電極接合体と搬送ローラの間に巻き込んだ空気を確実に排出することができる。これにより、膜電極接合体の浮き上がりを確実に防止し、ランド部と膜電極接合体の間で作用する摩擦力が低下することを確実に防止できる。

請求項１３においては、搬送ローラによって搬送される膜電極接合体にしわが発生することを防止しつつ、搬送ローラと膜電極接合体の間でスリップが発生することを防止できる。

請求項１４においては、搬送ローラによって膜電極接合体に適切な張力を付与することができる。これにより、膜電極接合体にしわが発生することを確実に防止できる。

請求項１５においては、複数の溝部によって、膜電極接合体と搬送ローラの間に巻き込んだ空気を排出することができる。これにより、膜電極接合体がランド部から浮き上がる方向に作用する浮力を低減し、ランド部から膜電極接合体に対して付与される張力を増大させることができる。

請求項１６においては、ランド部と膜電極接合体の間において作用する摩擦力を高めて、搬送ローラと膜電極接合体の間でスリップが発生することを防止できる。

請求項１７においては、ランド部と膜電極接合体の間で作用する摩擦力を適切な大きさにまで高めて、搬送ローラと膜電極接合体の間でスリップが発生することを確実に防止できる。

請求項１８においては、膜電極接合体と搬送ローラの間に巻き込んだ空気を確実に排出することができる。これにより、膜電極接合体の浮き上がりを確実に防止し、ランド部と膜電極接合体の間において作用する摩擦力が低下することを確実に防止できる。

次に、発明の実施の形態を説明する。
まず始めに、本発明の一実施例に係る搬送ローラの全体構成について、図１および図２を用いて説明をする。図１は本発明の一実施例に係る搬送ローラの全体構成を示す模式図、図２は本発明の一実施例に係る搬送ローラの摩擦面を示す部分拡大模式図である。

図１に示す如く、本発明の一実施例に係る搬送ローラ１は、ウェブ搬送装置に用いられるウェブ搬送用のローラ部材であり、縮径ローラ部２、拡径ローラ部３、テーパローラ部４等を備えている。
縮径ローラ部２は、搬送ローラ１の軸方向略中央部において半径Ｒ１に形成される略円筒形状の部位であり、縮径ローラ部２の外周面には摩擦面５を形成している。
また、拡径ローラ部３・３は、搬送ローラ１の軸方向両端部において半径Ｒ２に形成される円筒形状の部位である。

搬送ローラ１は、縮径ローラ部２の径に比して拡径ローラ部３・３の径を大きく設定する（即ち、Ｒ２＞Ｒ１）構成としている。このような構成とすることにより、ウェブ９を搬送する際に、搬送ローラ１によって、ウェブ９に対して該ウェブ９の搬送方向に対する略左右方向外側に作用する張力を付与することができる。縮径ローラ部２の半径Ｒ１と拡径ローラ部３の半径Ｒ２の最大差（以後、コンケイブ量と記載する）ΔＲは、ウェブ９に対して付与する張力の大きさを決める要素となることが知られている。

テーパローラ部４・４は、縮径ローラ部２と拡径ローラ部３・３を繋ぐ部位であり、テーパローラ部４・４においては、搬送ローラ１の半径を、縮径ローラ部２から各拡径ローラ部３・３へ向かって半径Ｒ１から半径Ｒ２まで漸次変化させる構成としている。

図２に示す如く、摩擦面５には、複数の溝部６・６・・・と、複数のランド部７・７・・・を形成している。
溝部６・６・・・の状態は、溝幅Ｗ、溝深さＤ、溝ピッチＰおよび溝断面積Ｓｇ等によって特定され、ランド部７・７・・・の状態は、その表面のＲＭＳ粗さ（以後、ランド部粗さＲｑと記載する）によって特定される。
つまり、摩擦面５の摩擦係数は、ランド部７・７・・・のランド部粗さＲｑや、あるいは搬送ローラ１の材質、溝部６・６・・・およびランド部７・７・・・の形状等によって特定することができる。

そして、本発明の一実施例に係る搬送ローラ１では、ランド部粗さＲｑを、拡径ローラ部３およびテーパローラ部４の表面のＲＭＳ粗さに比して大きく設定することにより、摩擦面５の摩擦係数が、拡径ローラ部３およびテーパローラ部４の摩擦係数に比して大きくなるようにしている。これにより、搬送ローラ１によって搬送するウェブ９に対して、該ウェブ９の搬送方向に対する略左右方向外側に作用する張力をより確実に付与することができる。
尚、本実施例では、ランド部７・７・・・のランド部粗さＲｑを調整することにより、摩擦面５の摩擦係数を、拡径ローラ部３およびテーパローラ部４の摩擦係数に比して大きくする構成としているが、例えば、搬送ローラ１の材質を変更したり、溝部６・６・・・およびランド部７・７・・・の形状等を変更することによっても摩擦面５の摩擦係数を調整することが可能である。

また、搬送ローラ１では、溝部６・６・・・の状態によって、搬送ローラ１とウェブ９の間に巻き込まれる空気の排出状態が異なってくる。つまり、溝部６・６・・・によって、搬送ローラ１とウェブ９の間に巻き込まれる空気を速やかに排出する構成とすれば、ウェブ９が空気から受ける浮上力が減少し、搬送ローラ１とウェブ９の接触面圧を増大させることができる。そして、接触面圧が増大すれば、搬送ローラ１とウェブ９との間でスリップが起こりにくくなる。

さらに、ランド部７・７・・・の状態（即ち、ランド部粗さＲｑ）によって、搬送ローラ１とウェブ９の間で作用する摩擦力が決まってくるため、ランド部粗さＲｑを調整して搬送ローラ１とウェブ９の間で作用する摩擦力を増大させる構成とすれば、搬送ローラ１とウェブ９との間でスリップがより起こりにくくなる。
つまり、搬送ローラ１では、溝部６・６・・・の状態およびランド部７・７・・・のランド部粗さＲｑを適切に設定することにより、搬送ローラ１とウェブ９との間で起こるスリップを確実に防止する構成としている。

即ち、本発明の一実施例に係る搬送ローラ１は、ウェブ搬送装置に用いられる搬送ローラ１であって、搬送ローラ１の軸方向略中央部に形成される縮径ローラ部２と、搬送ローラ１の軸方向両端部において縮径ローラ部２の半径Ｒ１に比して大きい半径Ｒ２に形成される拡径ローラ部３と、縮径ローラ部２と拡径ローラ部３とを繋ぐテーパローラ部４と、を備える搬送ローラ１であって、縮径ローラ部２の外周面には、拡径ローラ部３に比して摩擦係数が大きい摩擦面５が形成される構成としている。
このような構成とすることにより、搬送ローラ１によって搬送されるウェブ９にしわが発生することを防止しつつ、搬送ローラ１とウェブ９の間でスリップが発生することを防止できるのである。

また、本発明の一実施例に係る搬送ローラ１において、摩擦面５には、複数の溝部６・６・・・と、溝部６に隣接する複数のランド部７・７・・・が形成される構成としている。
このような構成とすることにより、複数の溝部６・６・・・によって、ウェブ９と搬送ローラ１の間に巻き込んだ空気を排出することができるのである。またこれにより、ウェブ９がランド部７・７・・・から浮き上がる方向に作用する浮力を低減し、ランド部７・７・・・からウェブ９に対して付与される張力を増大させることができるのである。

さらに、本発明の一実施例に係る搬送ローラ１において、ランド部７・７・・・の表面粗さは、拡径ローラ部３の表面粗さに比して大きくしている。
このような構成とすることにより、ランド部７・７・・・とウェブ９の間において作用する摩擦力を高めて、搬送ローラ１とウェブ９の間でスリップが発生することを防止できるのである。

次に、本発明の一実施例に係る搬送ローラを用いた膜電極接合体製造装置について、図３を用いて説明をする。図３は本発明の一実施例に係る膜電極接合体製造装置の全体構成を示す模式図である。

図３に示す如く、本発明の一実施例に係る搬送ローラ１を用いた膜電極接合体製造装置１０は、巻出し部１１、塗工部１２、乾燥部１３、巻取り部１４等の各部により構成している。尚、ここでは、膜電極接合体の製造装置の一例として、塗工および乾燥工程に用いる膜電極接合体製造装置１０を例示しているが、その他切断工程や貼り合せ工程に用いる膜電極接合体の製造装置においても、本発明に係る搬送ローラ１を用いることができる。

膜電極接合体製造装置１０においては、ウェブ９の搬送経路上流側より順に、まず巻出し部１１の巻出しローラ１１ａにセットされるロール状のウェブ９を巻出して塗工部１２へと供給する。次に塗工部１２において、塗工用ダイ１５によりウェブ９に対して等幅かつ均等厚さにペーストを塗工する。このときペーストが塗工されるウェブ９の背後には、バックアップローラ１６を配置している。これにより、塗工用ダイ１５によるウェブ９に対するペーストの塗工を安定して行うようにしている。次に乾燥部１３において、ペーストが塗工されたウェブ９を昇温した乾燥部１３内を通過させてペーストを乾燥させる。最後に巻取り部１４において、ペースト塗工後のウェブ９を巻取りローラ１４ａによって再びロール状に巻取って一連の塗工および乾燥工程を完了する構成としている。

巻取り部１４には、ウェブ９の搬送手段として駆動ローラ１７が設けられている。駆動ローラ１７は、ウェブ９の搬送方向に対して直角かつ水平に回転可能に支持されており、モーター（図示せず）により回転駆動される構成としている。

さらに、ウェブ９の搬送経路上には、複数のガイドローラ１８・１８・・・が設けられている。各ガイドローラ１８・１８・・・は駆動ローラ１７と同様にウェブ９の搬送方向に対して直角かつ水平に回転可能に支持されており、適宜曲がりを設けつつウェブ９の搬送経路を形成する構成としている。
各ガイドローラ１８・１８・・・は、それ自身は駆動されず、ガイドローラ１８・１８・・・と接するウェブ９が駆動されることにより、従動的に回転されるものである。

また、巻出し部１１、巻取り部１４には、テンション検出器１９・２０が設けられている。テンション検出器１９・２０は、搬送経路上のウェブ９のテンションを検出しており、検出したテンションに応じて駆動ローラ１７や巻出しローラ１１ａおよび巻取りローラ１４ａ等の回転数を制御してウェブ９の搬送速度を調整することにより、ウェブ９の張り過ぎや弛みを防止するようにしている。

即ち、本発明の一実施例に係る膜電極接合体製造装置１０において、膜電極接合体製造装置１０が備える搬送ローラ１は、搬送ローラ１の軸方向略中央部に形成される縮径ローラ部２と、搬送ローラ１の軸方向両端部において縮径ローラ部２の半径Ｒ１に比して大きい半径Ｒ２に形成される拡径ローラ部３と、縮径ローラ部２と拡径ローラ部３とを繋ぐテーパローラ部４と、を備え、縮径ローラ部２の外周面には、拡径ローラ部３に比して表面粗さが大きい摩擦面５が形成される構成としている。

また、本発明の一実施例に係る膜電極接合体９ａの製造方法では、膜電極接合体９ａは、搬送ローラ１の軸方向略中央部に形成される縮径ローラ部２と、搬送ローラ１の軸方向両端部において縮径ローラ部２の半径Ｒ１に比して大きい半径Ｒ２に形成される拡径ローラ部３と、縮径ローラ部２と拡径ローラ部３とを繋ぐテーパローラ部４と、を備え、縮径ローラ部２の外周面には、拡径ローラ部３に比して表面粗さが大きい摩擦面５が形成される搬送ローラ１によって搬送される構成としている。
このような構成とすることにより、搬送ローラ１によって搬送される膜電極接合体９ａにしわが発生することを防止しつつ、搬送ローラ１と膜電極接合体９ａの間でスリップが発生することを防止できるのである。

次に、本発明の一実施例に係る搬送ローラを用いた膜電極接合体製造装置による膜電極接合体の搬送結果について、図４〜図７を用いて説明をする。図４は本発明の一実施例に係る搬送ローラによる膜電極接合体の搬送結果を示す説明図、図５（ａ）は図４中に示す（条件１）に係る搬送ローラを示す模式図、図５（ｂ）は図４中に示す（条件２）に係る搬送ローラを示す模式図、図６（ａ）は図４中に示す（条件３）に係る搬送ローラを示す模式図、図６（ｂ）は図４中に示す（条件５）に係る搬送ローラを示す模式図、図７は図４中に示す（条件６）に係る搬送ローラを示す模式図である。尚、以下に示す（条件１）〜（条件６）の条件は、膜電極接合体の製造装置に用いる搬送ローラとして最適な条件を確認するために行った実験の際に設定した条件の一例である。

図４および図５（ａ）に示す如く、（条件１）に係る搬送ローラ１ａは、コンケイブ量ΔＲが０で、溝部６・６・・・を設けない構成としている。つまり、（条件１）に係る搬送ローラ１ａは、従来から存在する単純な円筒形状を有する搬送ローラである。また、この場合、搬送ローラ１ａの周面全体を単一のランド部７とし、ランド部７のＲＭＳ粗さ（即ち、ランド部粗さＲｑ）を０．１μｍとしている。尚、以下に示す各条件（条件２〜条件６）においても、ランド部粗さＲｑは全て０．１μｍとしており、ランド部粗さＲｑの条件を統一するようにしている。

この場合、搬送ローラ１ａと膜電極接合体９ａの間ではスリップが生じている。また、膜電極接合体９ａには、スリップに起因する擦り傷が生じている。さらに、膜電極接合体９ａにはしわが発生している。
このように、従来から存在する単純な円筒形状を有する搬送ローラ１ａでは、膜電極接合体９ａにしわや擦り傷を生じさせてしまうため、このような搬送ローラ１ａを膜電極接合体製造装置１０に使用することは適当でない。

次に、図４および図５（ｂ）に示す如く、（条件２）に係る搬送ローラ１ｂは、コンケイブ量ΔＲは（条件１）に係る搬送ローラ１ａと同様に０であるが、溝部６・６・・・を設ける構成としている。溝部６・６・・・の構成は、溝ピッチＰを１ｍｍ、溝幅Ｗを０．２ｍｍ、溝深さＤを０．２ｍｍとしている。また、この場合、溝部６・６・・・に隣接する搬送ローラ１ｂの外周面をランド部７・７・・・としている。つまり、（条件２）に係る搬送ローラ１ｂは、従来から存在する単純な円筒形状を有する搬送ローラ１ａに溝部６・６・・・を追加した構成としている。

この場合、搬送ローラ１ｂと膜電極接合体９ａの間でスリップは生じていない。このため、膜電極接合体９ａには、スリップに起因する擦り傷は生じていない。しかし、膜電極接合体９ａにはしわが発生している。
このように、従来から存在する単純な円筒形状を有する搬送ローラ１ａに溝部６・６・・・を追加した（条件２）に係る搬送ローラ１ｂの構成では、膜電極接合体９ａに擦り傷を生じさせることは防止できるが、膜電極接合体９ａにしわを生じさせることは防止できないため、このような搬送ローラ１ｂを膜電極接合体製造装置１０に使用することは適当でない。

次に、図４および図６（ａ）に示す如く、（条件３）に係る搬送ローラ１ｃは、コンケイブ量ΔＲを１ｍｍとし、溝部６・６・・・は設けない構成としている。また、この場合、縮径ローラ部２において摩擦面５を形成している。そして摩擦面５における搬送ローラ１ｃの外周面をランド部７としている。つまり、（条件３）の搬送ローラ１ｃは、従来から存在する縮径ローラ部を有する搬送ローラである。

この場合、溝部６・６・・・を設けていないため、搬送ローラ１ｃと膜電極接合体９ａの間ではスリップが生じている。そして、膜電極接合体９ａには、スリップに起因する擦り傷が生じている。しかし、コンケイブ量ΔＲを１ｍｍとし、縮径ローラ部２を設けることにより、ウェブ９には適切な張力を付与され、膜電極接合体９ａに発生するしわを防止することができている。
このように、従来から存在する縮径ローラ部を有する搬送ローラ１ｃでは、膜電極接合体９ａにしわが発生することは防止できるが、膜電極接合体９ａに擦り傷を生じさせてしまうため、このような搬送ローラ１ｃを膜電極接合体製造装置１０に使用することは適当でない。

次に、図１、図２および図４に示す如く、（条件４）の搬送ローラは、コンケイブ量ΔＲを１ｍｍとし、溝部６・６・・・を設ける構成としている。溝部６・６・・・の構成は、溝ピッチＰを１ｍｍ、溝幅Ｗを０．２ｍｍ、溝深さＤを０．２ｍｍとし、（条件２）における溝部６・６・・・の構成と同様としている。また、この場合、縮径ローラ部２において摩擦面５を形成している。そして摩擦面５において、溝部６・６・・・に隣接する搬送ローラ１の外周面をランド部７・７・・・としている。つまり、（条件４）の搬送ローラは、本発明の一実施例に係る搬送ローラ１であり、従来から存在する縮径ローラ部を有する搬送ローラ１ｃに溝部６・６・・・を追加した構成としている。

この場合、搬送ローラ１と膜電極接合体９ａの間ではスリップは生じていない。このため、スリップに起因する擦り傷も生じていない。さらに、膜電極接合体９ａにはしわが発生していない。
このように、本発明に係る搬送ローラ１では、搬送ローラ１と膜電極接合体９ａの間でスリップが生じることを防止して、膜電極接合体９ａに擦り傷を生じさせることがなく、また、膜電極接合体９ａに張力を付与することによって、膜電極接合体９ａにしわを生じさせることもない。このような搬送ローラ１は、膜電極接合体製造装置１０に使用することに適している。

次に、図４および図６（ｂ）に示す如く、（条件５）に係る搬送ローラ１ｄは、コンケイブ量ΔＲを４ｍｍとし、溝部６・６・・・を設ける構成としている。溝部６・６・・・の構成は、溝ピッチＰを１ｍｍ、溝幅Ｗを０．２ｍｍ、溝深さＤを０．２ｍｍとし、（条件２）および（条件４）における溝部６の構成と同様としている。また、この場合、縮径ローラ部２において摩擦面５を形成している。そして摩擦面５において、溝部６・６・・・に隣接する搬送ローラ１ｄの外周面をランド部７・７・・・としている。つまり、（条件５）に係る搬送ローラ１ｄは、（条件４）の本発明に係る搬送ローラ１に比して、コンケイブ量ΔＲを大きく設定している点が相違している。

この場合、搬送ローラ１ｄと膜電極接合体９ａの間では相対的なスリップは生じていないが、拡径ローラ部３と縮径ローラ部２の周速度差が大きくなりすぎてしまい、ウェブ９に擦り傷が生じてしまう。尚、この場合、膜電極接合体９ａにしわは発生していない。
このように、コンケイブ量ΔＲを大きく設定し過ぎると、膜電極接合体９ａにしわが発生することは防止できるが、搬送状態が不安定となり、擦り傷等が発生してしまうことになる。このような搬送ローラ１ｄを膜電極接合体製造装置１０に使用することは適当でない。
つまり、本発明に係る搬送ローラ１において、スリップ防止効果としわ防止効果を両立させるためには、コンケイブ量ΔＲの適正範囲を把握して、適正なコンケイブ量ΔＲとなるように搬送ローラを設計することが重要となってくる。

次に、図４および図７に示す如く、（条件６）に係る搬送ローラ１ｅは、コンケイブ量ΔＲを１ｍｍとし、溝部６・６・・・を設ける構成としている。溝部６・６・・・の構成は、溝ピッチＰを２０ｍｍ、溝幅Ｗを０．２ｍｍ、溝深さＤを０．２ｍｍとし、（条件２）、（条件４）および（条件５）に比して溝ピッチＰを大きく設定している。また、この場合、縮径ローラ部２において摩擦面５を形成している。そして摩擦面５において、溝部６・６・・・に隣接する搬送ローラ１ｅの外周面をランド部７・７・・・としている。つまり、（条件６）に係る搬送ローラ１ｅは、（条件４）の本発明に係る搬送ローラ１に比して、溝ピッチＰを大きく設定している点が相違している。

この場合、膜電極接合体９ａに擦り傷やしわは発生していないが、搬送ローラ１ｅと膜電極接合体９ａの間ではスリップが生じており、搬送状態が不安定となっている。このように、溝ピッチＰを大きく設定し過ぎると、搬送状態が不安定となるため、このような搬送ローラ１ｅを膜電極接合体製造装置１０に使用することは適当でない。
つまり、本発明に係る搬送ローラ１において、スリップ防止効果としわ防止効果を両立させるためには、溝ピッチＰについても適正範囲を把握して、適正な溝ピッチＰとなるように搬送ローラを設計することが重要となってくる。

ここに示した（条件１）〜（条件６）は、膜電極接合体の製造装置に用いる搬送ローラとして最適な条件を確認するために行った実験の際に設定した条件の一例であり、その他にも数多くの条件による試行を行って、膜電極接合体製造装置１０に用いる搬送ローラとして最適な条件を確認した。その結果を以下に示す。

まず、コンケイブ量ΔＲは、０．０５ｍｍ以上、３ｍｍ以下の範囲にあることが望ましい。コンケイブ量ΔＲが０．０５ｍｍ未満であれば、しわ防止効果が不十分であり、また、コンケイブ量ΔＲが３ｍｍを越えると、拡径ローラ部３と縮径ローラ部２の周速度差が大きくなりすぎてしまい、ウェブ９に擦り傷が発生してしまうからである。尚、テーパローラ部４の形状は、必ずしも直線および曲線状に連続的に径が変化する構成とする必要はなく、ステップ状に段階的に径が変化する構成とすることも可能である。但し、機械加工の容易さと言う観点から見れば、テーパローラ部４の形状は、直線状に連続的に径が変化する構成とすることが望ましい。

即ち、本発明の一実施例に係る搬送ローラ１は、縮径ローラ部２および拡径ローラ部３は、その径の最大差（即ち、コンケイブ量ΔＲ）を、０．０５ｍｍ以上、３ｍｍ以下としている。このような構成とすることにより、搬送ローラ１によってウェブ９に適切な張力を付与することができるのである。またこれにより、ウェブ９にしわが発生することを確実に防止できるのである。

溝部６・６・・・を形成する領域は、ウェブ９を支持する支持面のうち、少なくとも縮径ローラ部２に形成されていればよいが、ウェブ９を支持する支持面の全体（即ち、テーパローラ部４や拡径ローラ部３）に溝部６・６・・・を形成する構成とすることも可能である。但し、溝部６・６・・・を設ける目的（即ち、浮上力の低減）や搬送ローラ１の製造に掛かる手間等を考慮すれば、縮径ローラ部２にのみ溝部６・６・・・を形成する構成とすることが望ましい。

溝幅Ｗは、１０μｍ以上、１０ｍｍ以下とすることが望ましい。溝幅Ｗが１０μｍ未満であると、ウェブ９と搬送ローラ１の間に巻き込んだ空気を十分に排出することができず、また、溝幅Ｗが１０ｍｍを越えると、ウェブ９が溝部６に落ち込んでしまい、ウェブ９に溝部６のエッジによる接触痕がついてしまうためである。

溝ピッチＰは、設定した溝幅Ｗ以上、１０ｍｍ以下とすることが望ましい。溝ピッチＰが設定した溝幅Ｗ未満であると、ウェブ９と搬送ローラ１との接触面積が小さくなり、接触面圧が高くなるため、ウェブ９に接触面による接触痕がついてしまう。また、溝ピッチＰが１０ｍｍを越えると、接触面積に対する溝部６・６・・・の割合が少なくなりすぎてしまい、ウェブ９と搬送ローラ１の間に巻き込んだ空気を十分に排出することができなくなるためである。

溝深さＤは、１５０μｍ以上、１ｍｍ以下とすることが望ましい。溝深さＤが１５０μｍ未満であると、ウェブ９と搬送ローラ１の間に巻き込んだ空気を十分に排出することができず、また、溝深さＤが１ｍｍを越えると、ウェブ９と搬送ローラ１の間に巻き込んだ空気の排出効果が飽和し、また加工の困難性も高くなり、溝深さＤが１ｍｍを越える構成とする必要性に乏しいためである。

さらに溝部６・６・・・の溝断面積Ｓｇの合計は、浮上断面積Ｓ以上とすることが望ましい。浮上断面積Ｓとは、ウェブ９と搬送ローラ１の間に空気を巻き込んだ際に、ウェブ９と縮径ローラ部２との間で形成される空間の断面積のことである。このため、溝断面積Ｓｇの合計を浮上断面積Ｓ以上とすることにより、溝部６・６・・・によって、ウェブ９と搬送ローラ１の間に巻き込んだ空気の体積以上の空間を確保することができ、ウェブ９と搬送ローラ１の間に巻き込んだ空気を効果的に排出することができるためである。

尚、浮上断面積Ｓは、以下の数式（１）〜（５）によって求められる。各数式中の各語は、ε_ａはウェブの平均ひずみ、ε_ｆはフラット部（即ち、縮径ローラ部２）におけるウェブのひずみ、Ｔはウェブに作用する平均張力（Ｎ／ｍ）、Ｅはウェブのヤング率（Ｐａ）、ｔはウェブの厚さ（ｍ）、Ｒはフラット部（即ち、縮径ローラ部２）のローラ半径（ｍ）、ΔＲはコンケイブ量（ｍ）、Ｗ_ｔはテーパ部（即ち、テーパローラ部４）の長さ（ｍ）、Ｌはウェブの幅（ｍ）、Ｔ_ｆはフラット部（即ち、縮径ローラ部２）においてウェブに作用する張力（Ｎ／ｍ）、フラット部（即ち、縮径ローラ部２）の巻き込み空気による浮上量ｈ（ｍ）、ηは空気の粘度（Ｐａ・ｓｅｃ）、Ｕはウェブの搬送速度（ｍ／ｓｅｃ）、Ｗ_ｆはフラット部（即ち、縮径ローラ部２）の幅（ｍ）を表している。

即ち、本発明の一実施例に係る搬送ローラ１において、複数の溝部６・６・・・は、溝幅Ｗを、１０μｍ以上、１０ｍｍ以下とし、かつ、溝深さＤを、１５０μｍ以上、１ｍｍ以下とし、かつ、溝部６・６・・・の溝断面積Ｓｇの合計を、浮上断面積Ｓ上とし、かつ、溝ピッチＰを、設定した溝幅Ｗ以上、１０ｍｍ以下としている。このような構成とすることにより、ウェブ９と搬送ローラ１の間に巻き込んだ空気を確実に排出することができるのである。またこれにより、ウェブ９の浮き上がりを確実に防止し、ランド部７とウェブ９の間において作用する摩擦力が低下することを確実に防止できるのである。

ランド部粗さＲｑは、ＲＭＳ粗さで、０．１μｍ以上、１μｍ以下とすることが望ましい。ランド部粗さＲｑを、ＲＭＳ粗さで０．１μｍ以上とすることにより、表面粗さがウェブ９と搬送ローラ１の間に巻き込んだ空気を排出するための微細な溝として働き、より高速で搬送した場合にもスリップ防止効果が得られるためである。また、ランド部粗さＲｑが、ＲＭＳ粗さで１μｍを越えると、表面粗さによってウェブ９に擦り傷がつきやすくなってしまうためである。尚、ランド部７・７・・・に表面粗さを形成する方法としては、研削加工や溶射加工等が挙げられるが、本発明に係る搬送ローラ１は、ランド部７・７・・・の表面粗さの形成方法によっては限定されない。

即ち、本発明の一実施例に係る搬送ローラ１において、ランド部７・７・・・の表面粗さ（即ち、ランド部粗さＲｑ）は、ＲＭＳ粗さを、０．１μｍ以上、１μｍ以下としている。このような構成とすることにより、ランド部７・７・・・とウェブ９の間で作用する摩擦力を適切な大きさにまで高めて、搬送ローラ１とウェブ９の間でスリップが発生することを確実に防止できるのである。

本発明の一実施例に係る搬送ローラの全体構成を示す模式図。 本発明の一実施例に係る搬送ローラの摩擦面を示す部分拡大模式図。 本発明の一実施例に係る膜電極接合体製造装置の全体構成を示す模式図。 本発明の一実施例に係る搬送ローラによる膜電極接合体の搬送結果を示す説明図。 （ａ）図４中に示す（条件１）に係る搬送ローラを示す模式図、（ｂ）図４中に示す（条件２）に係る搬送ローラを示す模式図。 （ａ）図４中に示す（条件３）に係る搬送ローラを示す模式図、（ｂ）図４中に示す（条件５）に係る搬送ローラを示す模式図。 図４中に示す（条件６）に係る搬送ローラを示す模式図。

符号の説明

１ 搬送ローラ
２ 縮径ローラ部
３ 拡径ローラ部
４ テーパローラ部
５ 摩擦面
６ 溝部
７ ランド部
９ ウェブ
９ａ 膜電極接合体
１０ 膜電極接合体製造装置

Claims (18)

1. ウェブ搬送装置に用いられるウェブの搬送ローラであって、
   前記搬送ローラの軸方向略中央部に形成される縮径ローラ部と、
   前記搬送ローラの軸方向両端部において前記縮径ローラ部の径に比して大きい径に形成される拡径ローラ部と、
   前記縮径ローラ部と前記拡径ローラ部とを繋ぐテーパローラ部と、
   を備え、
   前記縮径ローラ部の外周面には、
   前記拡径ローラ部の外周面に比して摩擦係数が大きい摩擦面が形成される、
   ことを特徴とする搬送ローラ。
2. 前記縮径ローラ部および前記拡径ローラ部は、
   その径の最大差を、０．０５ｍｍ以上、３ｍｍ以下とする、
   ことを特徴とする請求項１に記載の搬送ローラ。
3. 前記摩擦面には、
   前記搬送ローラの軸方向に対して平行でない複数の溝部と、
   該溝部に隣接する複数のランド部が形成される、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の搬送ローラ。
4. 前記ランド部の表面粗さは、
   前記拡径ローラ部の表面粗さに比して大きい、
   ことを特徴とする請求項３に記載の搬送ローラ。
5. 前記ランド部の表面粗さは、
   ＲＭＳ粗さを、０．１μｍ以上、１μｍ以下とする、
   ことを特徴とする請求項４に記載の搬送ローラ。
6. 前記複数の溝部は、
   溝幅を、１０μｍ以上、１０ｍｍ以下とし、かつ、
   溝深さを、１５０μｍ以上、１ｍｍ以下とし、かつ、
   溝ピッチを、設定した溝幅以上、１０ｍｍ以下とし、
   前記複数の溝部の溝断面積の合計を、浮上断面積以上とする、
   ことを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれか一項に記載の搬送ローラ。
7. 膜電極接合体の製造装置であって、
   該製造装置が備えるウェブの搬送ローラは、
   該搬送ローラの軸方向略中央部に形成される縮径ローラ部と、
   前記搬送ローラの軸方向両端部において前記縮径ローラ部の径に比して大きい径に形成される拡径ローラ部と、
   前記縮径ローラ部と前記拡径ローラ部とを繋ぐテーパローラ部と、
   を備え、
   前記縮径ローラ部の外周面には、
   前記拡径ローラ部の外周面に比して摩擦係数が大きい摩擦面が形成される、
   ことを特徴とする膜電極接合体の製造装置。
8. 前記縮径ローラ部および前記拡径ローラ部は、
   その径の最大差を、０．０５ｍｍ以上、３ｍｍ以下とする、
   ことを特徴とする請求項７に記載の膜電極接合体の製造装置。
9. 前記摩擦面には、
   複数の溝部と、
   該溝部に隣接する複数のランド部が形成される、
   ことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の膜電極接合体の製造装置。
10. 前記ランド部の表面粗さは、
    前記拡径ローラ部の表面粗さに比して大きい、
    ことを特徴とする請求項９に記載の膜電極接合体の製造装置。
11. 前記ランド部の表面粗さは、
    ＲＭＳ粗さを、０．１μｍ以上、１μｍ以下とする、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の膜電極接合体の製造装置。
12. 前記複数の溝部は、
    溝幅を、１０μｍ以上、１０ｍｍ以下とし、かつ、
    溝深さを、１５０μｍ以上、１ｍｍ以下と、かつ、
    前記複数の溝部の溝断面積の合計を、浮上断面積以上とし、かつ、
    溝ピッチを、設定した溝幅以上、１０ｍｍ以下とする、
    ことを特徴とする請求項９〜請求項１１のいずれか一項に記載の膜電極接合体の製造装置。
13. 膜電極接合体の製造方法であって、
    前記膜電極接合体は、
    軸方向略中央部に形成される縮径ローラ部と、
    前記搬送ローラの軸方向両端部において前記縮径ローラ部の径に比して大きい径に形成される拡径ローラ部と、
    前記縮径ローラ部と前記拡径ローラ部とを繋ぐテーパローラ部とを備え、
    前記縮径ローラ部の外周面に、前記拡径ローラ部の外周面に比して摩擦係数が大きい摩擦面が形成される、
    搬送ローラによって搬送される、
    ことを特徴とする膜電極接合体の製造方法。
14. 前記縮径ローラ部および前記拡径ローラ部は、
    その径の最大差を、０．０５ｍｍ以上、３ｍｍ以下とする、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の膜電極接合体の製造方法。
15. 前記摩擦面には、
    複数の溝部と、
    該溝部に隣接する複数のランド部が形成される、
    ことを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の膜電極接合体の製造方法。
16. 前記ランド部の表面粗さは、
    前記拡径ローラ部の表面粗さに比して大きい、
    ことを特徴とする請求項１５に記載の膜電極接合体の製造方法。
17. 前記ランド部の表面粗さは、
    ＲＭＳ粗さを、０．１μｍ以上、１μｍ以下とする、
    ことを特徴とする請求項１６に記載の膜電極接合体の製造方法。
18. 前記複数の溝部は、
    溝幅を、１０μｍ以上、１０ｍｍ以下とし、かつ、
    溝深さを、１５０μｍ以上、１ｍｍ以下と、かつ、
    前記複数の溝部の溝断面積の合計を、浮上断面積以上とし、かつ、
    溝ピッチを、設定した溝幅以上、１０ｍｍ以下とする、
    ことを特徴とする請求項１５〜請求項１７のいずれか一項に記載の膜電極接合体の製造方法。

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