JP2021082415A - サブガスケット付膜電極接合体の製造装置および製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、第1実施形態に係るガスケット付加装置100の第1基材準備部1を示す図である。また、図2は、第1実施形態に係るガスケット付加装置100の第2基材準備部2および第2貼付機構3を示す図である。このガスケット付加装置100は、膜電極接合体の両面にサブガスケットが取り付けられたサブガスケット付膜電極接合体87を含む基材接合体B3を製造する装置である。後述するように、基材接合体B3は、膜電極接合体85および第1サブガスケットフィルム92aを含む第1基材B1と、第2サブガスケットフィルム92bを含む第2基材B2とを接合した構造を有する。
第1基材準備部1は、電極層基材搬送機構11、第1サブガスケット基材搬送機構12、第1ハーフカット部13、第2ハーフカット部14、第1貼付機構15、バックシート回収ローラ16を備える。
電極層基材搬送機構11は、長尺帯状の電極層基材8(図3参照)を複数のローラで支持しつつ、第1貼付機構15へ向けて既定の搬送経路8TRに沿って搬送する。電極層基材搬送機構11は、第1供給ローラ111、第1フィードローラ112および第1ダンサーローラ113を備える。また、電極層基材搬送機構11は、搬送経路8TR上の電極層基材8から剥離される部分(後述する電解質膜82の非採用領域A82)を巻き取って回収する電解質膜回収ローラ114を備える。
第1サブガスケット基材搬送機構12は、長尺帯状の第1サブガスケット基材9a(図6参照)を、複数のローラで支持しつつ、第1貼付機構15へ向けて既定の搬送経路9Taに沿って搬送する。本実施形態では、第1サブガスケット基材搬送機構12によって第1貼付機構15へ向けて移動する第1サブガスケット基材9aの移動方向を搬送方向DR3とする。搬送経路9Taにおいて、第1供給ローラ111に近い方を搬送方向DR3の上流側とし、第1貼付機構15に近い方を搬送方向DR3の下流側とする。搬送方向DR3は、第1サブガスケット基材9aの長手方向に一致する。搬送方向DR3に直交する方向であって、第1サブガスケット基材9aの主面(最も面積が大きい面)と平行な方向は、幅方向DR2と一致する。
図11〜図14を参照しつつ、第1ハーフカット部13の構成について説明する。なお、図11〜図14には、説明の便宜上、互いに直交するX方向、Y方向およびZ方向を示す矢印を付している。以下の説明では、各矢印の先端が向く方を+(プラス)方向とし、その逆方向を−(マイナス)方向とする。X方向は、搬送方向DR1と平行であり、Y方向は、幅方向DR2と平行であり、Z方向は、電極層基材8の上面に垂直な方向である。本例では、X方向およびY方向は、水平面と平行であり、Z方向は、鉛直方向と平行である。
Z方向駆動部136は、ロータリーダイカッター131の+Y側および−Y側それぞれに、Z方向ガイド561、昇降プレート562、スプリング563および偏心カム564を1つずつ備える。また、Z方向駆動部136は、Y方向へ延びる回転軸565、および、回転軸565を回転させるZ方向モータ566を備える。2つの偏心カム564は、回転軸565に取り付けられている。
Y方向駆動部135は、サーボモータであるY方向モータ551、Y方向へ延びるボールネジ552、および、Y方向に沿って延びる4つのY方向ガイド553を有する(図14参照)。架橋体53の−Z側部分は、各Y方向ガイド553に連結されている。また、ボールネジ552は、架橋体53の−Y側面に設けられたナット部材に連結されている(図11,図13参照)。Y方向モータ551がボールネジ552を回転させることによって、架橋体53がY方向ガイド553に沿ってY方向へ移動する。これにより、ロータリーダイカッター131がY方向へ移動する。
X方向駆動部134は、サーボモータであるX方向モータ541、X方向へ延びるボールネジ542、および、X方向と平行に延びる2つのX方向ガイド543を備える。ボールネジ542は、架橋体53の+X側面に連結されており、X方向モータ541がボールネジ542を回転させることによって、架橋体53がX方向ガイド543に沿ってX方向へ移動する。これにより、ロータリーダイカッター131がX方向へ移動する。
回転駆動部132は、回転軸61Aを回転させることによって、ロータリーダイカッター131を回転させる。回転駆動部132は、回転モータ521およびクラッチ522を備える。
ガスケット付加装置100において行われる第1ハーフカット処理を説明する。まず、電極層基材搬送機構11によって、電極層基材8において、良品とされる第1触媒層83を含む採用領域A81が吸着ステージ130上の既定位置に搬送される。すると、制御部4は、電極層基材搬送機構11を制御して、電極層基材8の搬送方向DR1(+X方向)へ向けた移動を停止させる。採用領域A81が、既定位置に到達したか否かの判定は、例えば、搬送経路8TR上の所定位置に配されたフォトセンサで、目的の第1触媒層83の通過を検出することによって行われてもよい。
図17および図18を参照しつつ、第1貼付機構15の構成について説明する。図17および図18は、第1貼付機構15を模式的に示す側面図である。なお、図17および図18には、説明の便宜上、互いに直交するX方向、Y方向およびZ方向を示す矢印を付している。+X方向は、搬送方向DR1と一致し、−X方向は搬送方向DR3と一致する。また、Y方向は、幅方向DR2と平行である。
図2に示すように、第2基材準備部2は、第2サブガスケット基材搬送機構21と、第3ハーフカット部22と、第2カバーフィルム回収ローラ24とを備える。図21は、第2基材準備部2において処理される第2サブガスケット基材9bを模式的に示す縦断面図である。第2基材準備部2は、第2サブガスケット基材9bを処理することにより、第2基材B2を準備する。
第2サブガスケット基材搬送機構21は、長尺帯状の第2サブガスケット基材9bを、複数のローラで支持しつつ、第2貼付機構3へ向けて既定の搬送経路9Tbに沿って搬送する。本実施形態では、第2サブガスケット基材搬送機構21によって第2貼付機構3へ向けて移動する第2サブガスケット基材9bの移動方向を、搬送方向DR5とする。搬送経路9Tbにおいて、第3供給ローラ211に近い方を搬送方向DR5の上流側とし、第2貼付機構3に近い方を搬送方向DR5の下流側とする。搬送方向DR5は、第2サブガスケット基材9bの長手方向に一致する。第2サブガスケット基材9bの主面と平行であって、搬送方向DR5に直交する方向は、幅方向DR2と一致する。
第3ハーフカット部22は、第3ダンサーローラ213の下流側に設けられる。第3ハーフカット部22は、第2サブガスケット基材9bにおける第2カバーフィルム93bおよび第2サブガスケットフィルム92bを、対応領域A93と非対応領域A94とに切り分ける処理(第3ハーフカット処理)を行う。
撮像部224は、第1貼付機構15によって作製される第1基材B1の第2触媒層84を撮像する。撮像部224は、例えば、第1触媒層83を撮像する撮像部137と同様に、1つまたは複数のカメラを有する。撮像部224は、制御部4と電気的に接続されており、撮像によって得られる画像信号を制御部4に送信する。
第2カバーフィルム回収ローラ24は、図21下段に示すように、第2切断部C9bが設けられた第2サブガスケット基材9bから、第2カバーフィルム93bの非対応領域A94を剥離して巻き取る。第2カバーフィルム回収ローラ24は、第2カバーフィルム93bの非対応領域A94を除去する第1除去機構の一例である。第2カバーフィルム回収ローラ24による剥離処理によって、第2サブガスケットフィルム92bの上面に、第2カバーフィルム93bの対応領域A93が残された第2基材B2が得られる。すなわち、第2基材B2は、一方側から他方側へ向かって順に、第2バックシート91bと、第2サブガスケットフィルム92bと、複数の第2カバーフィルム93bの対応領域A93とを有する。複数の第2カバーフィルム93bの対応領域A93は、第2基材B2の長手方向に間隔をあけて設けられる。
図2に示すように、第2貼付機構3は、2つの貼付ローラ31,31を有する。2つの貼付ローラ31,31のうち、一方の貼付ローラ31には第1基材準備部1からの第1基材B1が供給され、他方の貼付ローラ31には第2基材準備部2からの第2基材B2が供給される。2つの貼付ローラ31,31の間に、第1および第2基材B1,B2が挟み込まれることによって、第2基材B2が、第1基材B1に貼り付けられる。これにより、基材接合体B3が得られる。
第2実施形態について説明する。なお、以下の説明において、既に説明した要素と同様の機能を有する要素については、同符号またはアルファベット文字を追加した符号を付して、詳細な説明を省略する場合がある。
図28は、第3実施形態に係る加熱部34aおよび冷却部36aを示す側面図である。加熱部34aおよび冷却部36aは、図2に示すガスケット付加装置100において、加熱部34および冷却部36の代わりに用いることができる。
図29は、第4実施形態に係るガスケット付加装置100bを示す図である。ガスケット付加装置100bは、図1に示す第1基材準備部1と、接着力強化部33と、基材回収ローラ6とを備える。ガスケット付加装置100bでは、第1基材準備部1によって製造される第1基材B1(図9)に対して、接着力強化部33が接着層921の接着力を強化する処理を行う。具体的には、加熱部34による加熱処理、押圧部35による押圧処理、および、冷却部36による冷却処理が、第1基材B1に対して行われる。接着力強化部33を通過した第1基材B1は、基材回収ローラ6に回収される。
図30は、第5実施形態に係るガスケット付加装置100cを示す図である。ガスケット付加装置100cは、図29に示すガスケット付加装置100bと同様に、膜電極接合体85の片側のみに、第1サブガスケットフィルム92aを付加する装置である。なお、ガスケット付加装置100cでは、膜電極接合体85には、単層である第1サブガスケットフィルム92aのみが貼り付けられる。すなわち、ガスケット付加装置100cによって、図27に示す第1基材B1aが得られる。
11 電極層基材搬送機構
15 第1貼付機構
1,1a 第1基材準備部
2,2a 第2基材準備部
3 第2貼付機構
31 貼付ローラ
33 接着力強化部
34 加熱部
340 ヒータ
34a 加熱部
35 押圧部
343,351,363 押圧ローラ
36,36a 冷却部
4 制御部
41 プロセッサ
410 位置特定部
5 基材接合体回収ローラ
8 電極層基材
80 膜電極接合体層
82 電解質膜
83 第1触媒層
84 第2触媒層
85 膜電極接合体
87 サブガスケット付膜電極接合体
91a 第1バックシート
91b 第2バックシート
921,922 接着層
92a 第1サブガスケットフィルム
92b 第2サブガスケットフィルム
93a 第1カバーフィルム
93b 第2カバーフィルム
9a,9a1 第1サブガスケット基材
9b,9b1 第2サブガスケット基材
A91,A93 対応領域
A92,A94 非対応領域
B3,B3a 基材接合体
Claims (20)
- 触媒層および電解質膜を含む膜電極接合体にサブガスケットが付加されたサブガスケット付膜電極接合体の製造装置であって、
前記膜電極接合体を含む長尺帯状の膜電極基材を搬送経路に沿って搬送する膜電極基材搬送機構と、
前記膜電極基材搬送機構によって搬送される前記膜電極基材の前記膜電極接合体に、接着剤を介してサブガスケットフィルムを貼り付けることにより、基材接合体を作製する貼付機構と、
前記基材接合体における前記接着剤の接着力を強化する接着力強化部と、
を備える、サブガスケット付膜電極接合体の製造装置。
- 請求項1のサブガスケット付膜電極接合体の製造装置であって、
前記接着剤が熱可塑性または熱硬化性の樹脂を含み、
前記接着力強化部は、前記基材接合体を加熱する加熱部を有する、サブガスケット付膜電極接合体の製造装置。
- 請求項2のサブガスケット付膜電極接合体の製造装置であって、
前記接着力強化部は、前記加熱部よりも前記搬送経路の下流側に位置し、前記基材接合体を冷却する冷却部をさらに有する、サブガスケット付膜電極接合体の製造装置。
- 請求項1から請求項3のいずれか1項のサブガスケット付膜電極接合体の製造装置であって、
前記接着力強化部は、前記基材接合体において、前記サブガスケットフィルムを前記膜電極接合体に押し付ける押圧部を有する、サブガスケット付膜電極接合体の製造装置。
- 請求項2のサブガスケット付膜電極接合体の製造装置であって、
前記接着力強化部は、前記加熱部よりも前記搬送経路の下流側に位置し、前記サブガスケットフィルムを前記膜電極接合体に押し付ける押圧部を有する、サブガスケット付膜電極接合体の製造装置。
- 請求項1から請求項5のいずれか1項のサブガスケット付膜電極接合体の製造装置であって、
前記膜電極接合体は、前記電解質膜と、前記電解質膜の一方側に位置する第1触媒層、および、前記電解質膜の他方側に位置する第2触媒層を有し、
前記膜電極基材は、前記膜電極接合体の一方側に第1サブガスケットフィルムを有し、
前記貼付機構は、前記膜電極基材における前記膜電極接合体の他方側に、前記サブガスケットフィルムを貼り付ける、サブガスケット付膜電極接合体の製造装置。
- 請求項6のサブガスケット付膜電極接合体の製造装置であって、
前記膜電極基材は、前記第1サブガスケットフィルムの一方側に長尺帯状の第1バックシートを有する、サブガスケット付膜電極接合体の製造装置。
- 請求項7のサブガスケット付膜電極接合体の製造装置であって、
前記膜電極基材は、
前記第1サブガスケットフィルムと前記膜電極接合体との間に位置し、前記第1触媒層に対応する形状の第1カバーフィルムと、
前記第1カバーフィルムの縁部に沿って、前記第1サブガスケットフィルムを貫通する第1切断部と、
を有する、サブガスケット付膜電極接合体の製造装置。
- 請求項6から請求項8のいずれか1項のサブガスケット付膜電極接合体の製造装置であって、
前記サブガスケットフィルムは、一方側に長尺帯状の第2バックシートを有する、サブガスケット付膜電極接合体の製造装置。
- 請求項9のサブガスケット付膜電極接合体の製造装置であって、
前記サブガスケットフィルムは、他方側に前記第2触媒層に対応する形状の第2カバーフィルムを有するとともに、前記第2カバーフィルムの縁部に沿って、前記サブガスケットフィルムを貫通する第2切断部を有し、
前記貼付機構は、前記第2触媒層の位置と前記第2カバーフィルムの位置とを合わせつつ、前記サブガスケットフィルムを前記膜電極接合体に貼り付ける、サブガスケット付膜電極接合体の製造装置。
- 触媒層および電解質膜を含む膜電極接合体にサブガスケットが付加されたサブガスケット付膜電極接合体の製造方法であって、
(a)膜電極接合体を含む膜電極基材を搬送経路に沿って搬送する工程と、
(b)前記工程(a)によって搬送される前記膜電極基材の前記膜電極接合体に、サブガスケットフィルムを、接着剤を介して貼り付けて基材接合体を作製する工程と、
(c)前記基材接合体における前記接着剤の接着力を強化する工程と、
を含む、サブガスケット付膜電極接合体の製造方法。
- 請求項11のサブガスケット付膜電極接合体の製造方法であって、
前記接着剤が熱可塑性または熱硬化性の樹脂を含み、
前記工程(c)は、
(d) 前記基材接合体を加熱する工程、
を含む、サブガスケット付膜電極接合体の製造方法。
- 請求項12のサブガスケット付膜電極接合体の製造方法であって、
前記工程(c)は、
(e) 前記工程(d)によって加熱された前記基材接合体を冷却する工程、
を含む、サブガスケット付膜電極接合体の製造方法。
- 請求項11から請求項13のいずれか1項のサブガスケット付膜電極接合体の製造方法であって、
前記工程(c)は、
(f1) 前記基材接合体において、前記サブガスケットフィルムを前記膜電極基材に押し付ける工程、
を含む、サブガスケット付膜電極接合体の製造方法。
- 請求項12のサブガスケット付膜電極接合体の製造方法であって、
前記工程(c)は、
(f2) 前記工程(d)によって加熱された前記基材接合体において、前記サブガスケットフィルムを前記膜電極基材に押し付ける工程を含む、サブガスケット付膜電極接合体の製造方法。
- 請求項11から請求項15のいずれか1項のサブガスケット付膜電極接合体の製造方法であって、
前記膜電極接合体は、前記電解質膜と、前記電解質膜の一方側に位置する第1触媒層、および、前記電解質膜の他方側に位置する第2触媒層を有し、
前記膜電極基材は、前記膜電極接合体の一方側に第1サブガスケットフィルムを有し、
前記工程(b)は、前記膜電極基材における前記膜電極接合体の他方側に、前記サブガスケットフィルムを貼り付ける工程を含む、サブガスケット付膜電極接合体の製造方法。
- 請求項16のサブガスケット付膜電極接合体の製造方法であって、
前記膜電極基材は、前記第1サブガスケットフィルムの一方側に長尺帯状の第1バックシートを有する、サブガスケット付膜電極接合体の製造方法。
- 請求項17のサブガスケット付膜電極接合体の製造方法であって、
前記膜電極基材は、
前記第1サブガスケットフィルムと前記膜電極接合体との間に位置し、前記第1触媒層に対応する形状の第1カバーフィルムと、
前記第1カバーフィルムの縁部に沿って、前記第1サブガスケットフィルムを貫通する第1切断部と、
を有する、サブガスケット付膜電極接合体の製造方法。
- 請求項16から請求項18のいずれか1項のサブガスケット付膜電極接合体の製造方法であって、
前記サブガスケットフィルムは、一方側に長尺帯状の第2バックシートを有する、サブガスケット付膜電極接合体の製造方法。
- 請求項19のサブガスケット付膜電極接合体の製造方法であって、
前記サブガスケットフィルムは、他方側に前記第2触媒層に対応する形状の第2カバーフィルムを有するとともに、前記第2カバーフィルムの縁部に沿って、前記サブガスケットフィルムを貫通する第2切断部を有し、
前記工程(b)は、前記第2触媒層の位置と前記第2カバーフィルムの位置とを合わせつつ、前記サブガスケットフィルムを前記膜電極基材に貼り付ける工程を含む、サブガスケット付膜電極接合体の製造方法。
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