JP2010123258A - 剥離装置、及びこれを使用した接合体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】良品を安定して確保することのできる剥離装置を提供することを課題とする。
【解決手段】触媒転写フィルム１２の触媒層１２２を電解質膜１１に転写した後に基材フィルム１２１を剥離するための剥離装置１である。基材フィルム１２１の右側を保持する触媒転写フィルム用治具３と、電解質膜１１を保持した電解質膜用治具２を右側から水平方向に引き出す引出機構４と、備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、基材フィルム上に転写物が形成された転写フィルムの転写物を被転写物に転写した後に基材フィルムを剥離するための剥離装置、及びこれを使用した接合体の製造方法に関するものである。

固体高分子形燃料電池は、触媒層及びガス拡散層からなる電極がプロトン伝導性高分子電解質膜の両面に形成された、いわゆる膜・電極接合体（ガス拡散層／触媒層／電解質膜／触媒層／ガス拡散層の層構成を有したもの）から主に構成されている。この膜・電極接合体は種々の方法によって作製されるが、例えば特許文献１には、基材フィルム上に触媒層を形成して触媒転写フィルムを作製し、この触媒転写フィルムの触媒層を電解質膜上に転写した後、基材フィルムを剥離し、この触媒層上にガス拡散層を積層して膜・電極接合体を作製する方法が開示されている。また、その他にも、上述した触媒転写フィルムの触媒層をガス拡散層上に転写した後に基材フィルムを剥離して電極を形成し、この電極を電解質膜に接合させて膜・電極接合体を作製する方法なども提案されている。
特開２０００−３５３５２９号公報

ところで、上述したような膜・電極接合体の製造方法において、基材フィルムを剥離する工程では、触媒層の一部が電解質膜やガス拡散層に転写されずに基材フィルムを剥離した際に一緒に剥離されてしまう、いわゆる剥離不良が発生する。そして、この基材フィルムを剥離する工程は手作業によるものであったため、上述した剥離不良が発生する確率は作業者の経験や技術に依存しており、安定して良品が確保できないという問題があった。

そこで、本発明は、安定して良品を確保することができる剥離装置及びこれを使用した接合体の製造方法を提供することを課題とする。

本発明に係る剥離装置は、上記課題を解決するためになされたものであり、基材フィルム上に転写物が形成された転写フィルムの転写物を被転写物に転写した後に基材フィルムを剥離するための剥離装置であって、基材フィルムの外周縁の一部を保持する保持部を有する第１の転写フィルム用治具と、基材フィルムの保持された側から被転写物を積層方向に対して垂直な方向に引き出す引出機構と、を備えている。

上記剥離装置は、第１の転写フィルム用治具によって基材フィルムの外周縁の一部を保持し、この保持した側から引出機構によって被転写物を引き出すことができる。これにより、基材フィルムを転写物に対してほぼ１８０度の方向に剥離することが可能となるため、良品を安定して確保することができる。

上記、剥離装置は種々の構成をとることができるが、例えば、別の基材フィルムの外周縁の一部を保持する保持部を有する第２の転写フィルム用治具をさらに備えていてもよい。これにより、被転写物の両面に転写物を転写した際であっても、安定して良品を確保することができる。

また、上記第１又は第２の転写フィルム用治具の少なくとも一方の保持部により保持された基材フィルムの外周縁の一部を、被転写物から離れる方向に移動させる離間機構をさらに有していることが好ましい。これにより、被転写物と転写フィルムとの間に隙間を形成し、被転写物をより引き出しやすくすることができる。なお、第１及び第２の転写フィルム用治具のうち少なくとも一方は、離間機構と一体的に構成されていてもよい。

上記第１及び第２の転写フィルム用治具の少なくとも一方は、開口部が形成され、基材フィルムが載置される載置面を有する治具本体部と、治具本体部との間で基材フィルムの外周縁の一部を挟持する押さえ部と、を有していることが好ましい。なお、上記押さえ部は、上述した保持部に相当する。このように治具本体部の載置面に転写フィルムを載せて転写フィルムを移動させることができるため、基材フィルムの取り扱いが容易となる。また、この治具本体部に開口部が形成されているため、ホットプレスを行う際に、熱盤が開口部を通って被転写フィルムを被転写物に対して押圧することができる。

また、被転写物を保持する被転写物用治具をさらに備えていることが好ましい。この場合、上述した引出機構は、被転写物を直接引き出すのではなく、被転写物を保持している被転写物用治具を引き出すように構成することが好ましい。なお、被転写物用治具は、引出機構と一体的に構成されていてもよい。

上記被転写物用治具は、開口部が形成され、被転写物が載置される載置面を有する治具本体部と、治具本体部との間で被転写物を挟持する押さえ部と、を有していることが好ましい。このように被転写物を治具本体部の載置面に載せて移動させることができるため、被転写物の取り扱いが容易となる。また、治具本体部に開口部が形成されているため、ホットプレスを行う際に、熱盤がこの開口部を通ることができる。

本発明に係る接合体の製造方法は、上記課題を解決するためになされたものであり、上記いずれかの剥離装置を使用した接合体の製造方法であって、基材フィルム上に転写物が形成された転写フィルム、及び被転写物を準備する工程と、前記転写フィルムの基材フィルムの外周縁の一部を前記第１の転写フィルム用治具の保持部で保持する工程と、前記被転写物上に、前記転写物が前記被転写物と対向するように前記転写フィルムを配置する工程と前記被転写物上に前記転写物が転写するよう、ホットプレスを施す工程と、前記被転写物上に前記転写物が転写された後に、前記基材フィルムを剥離するよう、前記引出機構により前記被転写物を積層方向に引き出す工程と、を含む。

この接合体の製造方法によれば、第１の転写フィルム用治具によって基材フィルムの外周縁の一部を保持し、この保持した側から引出機構によって被転写物を引き出している。これにより、基材フィルムを転写物に対してほぼ１８０度の方向に剥離することが可能となるため、良品を安定して確保することができる。

本発明によれば、安定して良品を確保することができる剥離装置、及びこれを用いた接合体の製造方法を提供することを課題とする。

以下、本発明に係る剥離装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は剥離装置の側面断面図、図２は図１の右方向から見た剥離装置の正面図、図３は電解質膜を載置した状態の電解質用治具の側面断面図、図４は電解質用治具の平面図、図５は触媒転写フィルムを載置した状態の触媒転写フィルム用治具の側面断面図、図６は触媒転写フィルム用治具の平面図である。なお、図２において、引出機構４及び離間機構５を省略している。

図１に示すように、剥離装置１は、電解質膜１１を保持する電解質膜用治具２と、この電解質膜用治具２の上方及び下方に配置された、触媒転写フィルム１２を保持する触媒転写フィルム用治具３とを備えている。また、電解質用治具２を図１の右方向に引き出す引出機構４と、各触媒転写フィルム用治具３の右端部同士が離間するように各触媒転写用治具３を傾斜させる離間機構５とを備えている。また、図２に示すように、電解質膜用治具２を支持する案内溝６１が形成された支持部６が設けられている。なお、各治具２，３が積層された方向（図１の上下方向）が、本発明の「積層方向」に相当する。また、図１の水平方向が、「積層方向に対して垂直な方向」に相当する。

図３及び図４に示すように、電解質膜用治具２は、平面視矩形状の治具本体部２１と、ヒンジ部２３を介して治具本体部２１と連結した押さえ部２２とを備えている。治具本体部２１は、電解質膜１１を載置できるような大きさを有しており、その中央部に平面視矩形状の開口部２１１が形成されている。この開口部２１１は、ホットプレスの熱盤が通過する程度の大きさを有している。また、治具本体部２１は、開口部２１１の周囲に係合突起２１２が形成されており、この係合突起２１２が電解質膜１１の外周縁部に形成された固定用の穴に挿入して電解質膜１１を治具本体部２１に対して固定する。さらに、治具本体部２１は、後述する引出機構４の引掛部４１が引っ掛かるための引掛穴２１３が形成されている。

電解質膜用治具２の押さえ部２２は、ヒンジ部２３を介して治具本体部２１に連結しているので、治具本体部２１に対してヒンジ部２３を中心に揺動可能となっている。この押さえ部２２は、治具本体部２１と同様の大きさを有する開口部２２１が形成されている。この開口部２２１は、押さえ部２２を治具本体部２１と重なるように配置した場合に、治具本体部２１の開口部２１１と一致するように位置している。また、押さえ部２２は、治具本体部２１と重ね合わさったときに、治具本体部２１に形成された係合突起２１２と対向する位置に、係合突起２１２と係合するような係合穴２２２が形成されている。なお、電解質膜用治具２は、特に限定されるものではないが、鉄鋼や、ステンレス鋼やクロムモリブデン鋼、アルミ合金、チタン合金、などの金属系もしくは合金系の材料や、ジルコニアやアルミナなどのセラミックス材料、アクリル樹脂やフェノール樹脂、ABS樹脂、等の樹脂材料で形成されることが好ましい。上記材料は一例であり、機械強度や耐熱性が使用に耐えるものであればこれらに限定されず、上記材料を複合した材料でも構わない。実用に耐えれば木材や竹材でも構わない。

図５及び図６に示すように、触媒転写フィルム用治具３は、平面視矩形状の治具本体部３１と、ヒンジ部３３を介して治具本体部３１と連結した押さえ部３２とを備えている。治具本体部３１は、触媒転写フィルム１２を載置できるような大きさを有しており、その中央部に平面視矩形状の開口部３１１が形成されている。また、治具本体部３１は、後述する押さえ部３２の係合穴３２１と係合する係合突起３１２が、開口部３１１とヒンジ部３３との間に形成されている。この係合突起３１２は、触媒転写フィルム１２の外周縁部に形成された固定用の穴に挿入することで、触媒転写フィルム１２を治具本体部３１に固定することもできる。

触媒転写フィルム用治具３の押さえ部３２は、ヒンジ部３３を介して治具本体部３１と連結しているので、治具本体部３１に対してヒンジ部３３を中心に揺動可能となっている。この押さえ部３２は、治具本体部３１と接するように治具本体部３１と重ね合わせたときに、治具本体部３１に形成された係合突起３１２と対向する位置に係合穴３２１が形成されており、この係合穴３２１は係合突起３１２と係合するように形成されている。なお、触媒転写フィルム用治具３は、特に限定されるものではないが、上述した電解質膜用治具の材料として挙げた材料と同様の材料を使用することができる。

引出機構４は、図１に示すように、上述した電解質膜用治具２の治具本体部２１に形成された引掛穴２１３に引っ掛かる引掛部４１が先端に形成されており、電解質膜用治具２を図１の右方向に引き出すように構成されている。

離間機構５は、図１に示すように、各触媒転写フィルム用治具３を保持しており、各触媒転写フィルム用治具３の右端部を電解質膜用治具２から離間するように持ち上げるよう構成されている。

次に上述したような剥離装置１の作動方法について図面を参照しつつ説明する。なお、図７は、剥離装置１の作動方法を示す説明図である。

まず、電解質膜１１又は触媒転写フィルム１２を各治具２，３によって保持する。より詳細には、図３に示すように、電解質膜用治具２の押さえ部２２を治具本体部２１から離間する方向に持ち上げ、治具本体部２１上に電解質膜１１を載置する。この際、電解質膜１１に形成した固定用の穴に係合突起２１２を挿入して電解質膜１１を治具本体部２１に固定する。そして、押さえ部２２を下ろして各係合穴２２２と治具本体部２１の係合突起２１２とを係合させ、治具本体部２１と押さえ部２２とで挟持することによって電解質膜１１を治具２に確実に固定する。

同様に、図５に示すように、触媒転写フィルム用治具３の押さえ部３２を持ち上げ、触媒層１２２が上方を向くように触媒転写フィルム１２を治具本体部３１上に載置する。また、触媒層１２２が開口部３１１と対向するように配置する。このとき、触媒転写フィルム１２に形成された固定用の穴に治具本体部３１の係合突起３１２を挿入することで触媒転写フィルム１２を治具本体部３１に固定する。続いて、押さえ部３２を下ろして押さえ部３２の各係合穴３２１と治具本体部３１の係合突起３１２とを係合させ、治具本体部３１と押さえ部３２とで挟持することによって触媒転写フィルム１２を治具３に確実に固定させる。なお、上述した電解質膜１１や触媒転写フィルム１２の固定用の穴は、種々の方法で形成することができる。例えば、図１５に示すような、電解質膜１１や触媒転写フィルム１２が載置される載置台７１と、これとヒンジ７３を介して接続された可動部７２とを備えた打ち抜き機７を使用することができる。載置台７１には穴部７１１が形成されており、可動部７２には穴部７１１と対向する位置に突起部７２１が形成されている。この突起部７２１の先端は鋭利な刃として形成されており、この穴部７１１と突起部７２１とによって電解質膜１１や触媒転写フィルム１２に剪断力を加えることによって固定用の穴を形成する。また、これ以外にも、電解質膜用治具２の係合突起２１２や、触媒転写フィルム用治具３の係合突起３１２の先端を鋭利な刃として形成することで、各治具２，３によって固定用の穴を形成することもできる。

次に、各治具２，３をホットプレス機の熱盤Ｂ間に配置する（図７（ａ））。詳細には、真ん中に電解質膜用治具２を配置し、この上方及び下方に触媒転写フィルム用治具３を配置する。このとき、各触媒転写フィルム用治具３は、触媒層１２２が電解質膜１１を向くように配置し、また、各治具２，３は、開口部が整列するように配置する。電解質膜用治具２は、支持部６に形成された案内溝６１内に両側部が挿入されることで支持されており（図２参照）、触媒転写フィルム用治具３は、離間機構５に取り付けられることで支持されている。

各治具２，３のセッティングが完了した後、各熱盤Ｂによってホットプレスを施す。各熱盤Ｂは、触媒転写フィルム用治具３の開口部３１１を通って触媒転写フィルム１２の背面から熱を掛けながら押圧し、電解質膜１１に触媒層１２２を転写する（図７（ｂ））。このときの温度や圧力は、触媒層や電解質膜のサイズや種類によっても変わってくるため特に限定されるものではないが、一般的に、１００℃〜２００℃程度、１０ｋｇｆ／ｃｍ２〜１５０ｋｇｆ／ｃｍ２程度である。

続いて、各熱盤Ｂを離間する方向に戻すとともに、離間機構５によって各触媒転写フィルム用治具３の右端部が電解質膜用治具２から離れる方向に各触媒転写フィルム用治具３を傾斜させる。そして、引張機構４によって、電解質膜用治具２を右方向に引っ張る。触媒層１２２が電解質膜１１に転写している一方で、基材フィルム１２１の右端部は触媒転写フィルム用治具３に固定された状態であるため、電解質膜用治具２を右方向に引っ張ることによって基材フィルム１２１が触媒層１２２から剥離する（図７（ｃ））。

そして、電解質膜用治具２を完全に取り出し、押さえ部２２を治具本体部２１から離間する方向に上げて、電解質膜１１の両面に触媒層１２２が形成された膜・触媒層接合体１００を取り出す（図７（ｄ））。

以上、本実施形態によれば、触媒転写フィルム用治具３によって触媒転写フィルム１２の基材フィルム１２１の右側を保持するとともに、その基材フィルム１２１の保持された右側から引出機構４によって電解質膜１１を引き出すため、基材フィルム１２１を触媒層１２２に対して１８０度方向に引っ張るように剥離することができる。このように剥離することで、剥離不良の発生を抑え良品を安定して確保することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態の電解質膜用治具２は、押さえ部２２をヒンジ部２３を介して治具本体部２１に連結していたが、押さえ部２２を治具本体部２１と連結しないように構成することもできる。この場合は、例えば図８及び図９に示すように、上方に突出する嵌合壁２１４を治具本体部２１の右側部及び左側部に形成し、この嵌合壁２１４の間に押さえ部２２を嵌め込むように構成することが好ましい。

また、同様に、上記実施形態の触媒転写フィルム用治具３は、押さえ部３２をヒンジ部３３を介して治具本体部３１に連結させていたが、押さえ部３２を治具本体部３１と連結しないように形成することもできる。この場合は、例えば、図１０及び図１１に示すように、係合突起３１２及び係合穴３２１のみで押さえ部３２を治具本体部３１に固定するように構成することができる。

また、上記実施形態では、触媒層１２２が予め所望の形状で基材フィルム１２１上にパターン印刷されており、この触媒層１２２を全て電解質膜１１上に転写しているが、特にこれに限定されるものではなく、例えば、基材フィルム１２１の全体に触媒層１２２が形成されていてもよい。この場合は、例えば図１２に示すように、触媒転写フィルム用治具３が、触媒転写フィルム１２だけではなく所望の形状を有する開口部が形成されたマスクフィルム１３をさらに保持することが好ましい。これにより、マスクフィルム１３の開口部に対応する触媒層１２２のみが電解質膜１１に転写される。また、その他にも、図１３に示すように、熱盤Ｂの触媒転写フィルム１２と接触する面に、所望の形状を有する凸部を形成することもできる。これにより、この熱盤Ｂの凸部に対応する触媒層１２２のみを電解質膜１１に転写することができる。

また、各治具２，３の開口部の形状は特に限定されるものではなく、例えば、矩形状の基材フィルム１２１を剥離する際、角の部分から剥離する方が剥離不良の発生を抑制することができるため、図１４に示すように、開口部を菱形に形成してもよい。

また、上記実施形態では、引出機構４は、右側から電解質膜用治具２を引き出すようにしているが、左側から電解質膜用治具２を押し出すように構成することもできる。

また、上記実施形態では、電解質膜１１は電解質膜用治具３によって保持されているが、この電解質膜用治具３を省略することもできる。この場合は、引出機構４は、電解質膜１１を直接把持するなどして電解質膜１１を引き出す。

また、離間機構５は、電解質膜用治具２をスムーズに引き出せるように触媒転写フィルム用治具３を離間させるものであれば特に上記実施形態に限定されるものではなく、触媒転写フィルム用治具３の右側を保持してもよいし、また、触媒転写フィルム用治具３の全体を持ち上げるものであってもよい。

また、上記実施形態では、電解質膜用治具２と引出機構４とは別体に構成していたが、これを一体とすることもできる。また同様に、触媒転写フィルム用治具３と離間機構５も一体に構成することもできる。

また、上記実施形態では、触媒層１２２を電解質膜１１に転写しているが、ガス拡散層などその他の被転写物に対して触媒層１２２を転写することもできる。また、その他にも、カーボンペーパーやカーボンクロス等の導電性多孔質基材上に、ミクロポーラスレイヤー、保水層、水管理層、ラジカル捕捉層、などと呼称される機能層を転写することもできる。

本実施体系に係る剥離装置の側面断面図である。 本実施形態に係る剥離装置の正面図である。 本実施形態に係る電解質膜用治具の側面断面図である。 本実施形態に係る電解質膜用治具の平面図である。 本実施形態に係る触媒転写フィルム用治具の側面断面図である。 本実施形態に係る触媒転写フィルム用治具の平面図である。 本実施形態に係る剥離装置の作動方法を示す説明図である。 他の実施形態に係る電解質膜用治具の側面断面図である。 他の実施形態に係る電解質膜用治具の平面図である。 他の実施形態に係る触媒転写フィルム用治具の側面断面図である。 他の実施形態に係る触媒転写フィルム用治具の平面図である。 マスクフィルムをさらに挟持した状態の触媒転写フィルム用治具の実施形態を示す側面断面図である。 他の実施形態に係る熱盤を示した側面断面図である。 さらに他の実施形態に係る触媒転写フィルム用治具の平面図である。 本実施形態に係る打ち抜き機の側面断面図である。

符号の説明

１ 剥離装置
２ 電解質膜用治具（被転写物用治具）
２１ 治具本体部
２１１ 開口部
２２ 押さえ部
３ 触媒転写フィルム用治具（転写フィルム用治具）
４ 引出機構
５ 離間機構

Claims (9)

1. 基材フィルム上に転写物が形成された転写フィルムの転写物を被転写物に転写した後に基材フィルムを剥離するための剥離装置であって、
   基材フィルムの外周縁の一部を保持する保持部を有する第１の転写フィルム用治具と、
   基材フィルムの保持された側から被転写物を積層方向に対して垂直な方向に引き出す引出機構と、
   を備えた、剥離装置。
2. 別の基材フィルムの外周縁の一部を保持する保持部を有する第２の転写フィルム用治具をさらに備えた、
   請求項１に記載の剥離装置。
3. 前記第１又は第２の転写フィルム用治具の少なくとも一方の保持部により保持された基材フィルムの外周縁の一部を、被転写物から離れる方向に移動させる離間機構をさらに有する、請求項１又は２に記載の剥離装置。
4. 前記第１及び第２の転写フィルム用治具のうち少なくとも一方は、前記離間機構と一体的に構成されている、請求項３に記載の剥離装置。
5. 前記第１及び第２の転写フィルム用治具の少なくとも一方は、
   開口部が形成され、基材フィルムが載置される載置面を有する治具本体部と、
   前記治具本体部との間で基材フィルムの外周縁の一部を挟持する押さえ部と、を有しており、
   前記保持部は、前記押さえ部により構成されている、請求項１〜４のいずれかに記載の剥離装置。
6. 被転写物を保持する被転写物用治具をさらに備え、
   前記引出機構は、前記被転写物用治具を引き出す、請求項１〜５のいずれかに記載の剥離装置。
7. 前記被転写物用治具は、前記引出機構と一体的に構成されている、請求項６に記載の剥離装置。
8. 前記被転写物用治具は、
   開口部が形成され、被転写物が載置される載置面を有する治具本体部と、
   前記治具本体部との間で被転写物を挟持する押さえ部と、を有している、請求項６又は７に記載の剥離装置。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の剥離装置を使用した接合体の製造方法であって、
   基材フィルム上に転写物が形成された転写フィルム、及び被転写物を準備する工程と、
   前記転写フィルムの基材フィルムの外周縁の一部を前記第１の転写フィルム用治具の保持部で保持する工程と、
   前記被転写物上に、前記転写物が前記被転写物と対向するように前記転写フィルムを配置する工程と
   前記被転写物上に前記転写物が転写するよう、ホットプレスを施す工程と、
   前記被転写物上に前記転写物が転写された後に、前記基材フィルムを剥離するよう、前記引出機構により前記被転写物を積層方向に対して垂直な方向に引き出す工程と、
   を含む、接合体の製造方法。

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