KR101712290B1 - 전해질막 권회체 - Google Patents

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도요타지도샤가부시키가이샤
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Abstract

설비 내의 전해질막을 유효하게 이용할 수 있는 막전극 접합체의 제조 장치에 사용되는 전해질막 권회체를 제공하는 것이다.
전해질막 시트(20S) 및 당해 전해질막 시트(20S)를 지지하는 백 시트(Bs)가 권회되는 전해질막 시트 롤(20R)의 권취 코어부(201)에, 리드 필름(FL)의 일단부측(FLb) 및 리드 필름(FL)에 박리 가능하게 접착되는 리드 필름 지지 기재(FS)의 일단부측(FSb)이 접속되고, 리드 필름(FL)의 타단부측(FLa) 및 리드 필름 지지 기재(FS)의 타단부측(FSa)에, 각각 전해질막 시트(20S)의 종단부(20Sa) 및 백 시트(Bs)의 종단부(Bsa)가 접속되어 있다.

Description

전해질막 권회체{ELECTROLYTE MEMBRANE ROLL BODY}
본 발명은 전해질막 권회체에 관한 것이다.
연료 전지에 사용되는 막전극 접합체(Membrane Electrode Assembly/MEA)는 전해질막의 양면에, 연료 전지 반응을 촉진시키기 위한 촉매를 담지시킨 애노드 및 캐소드의 촉매층(이하, 전극 촉매층이라고도 칭함)을 접합시키고 있다.
이 막전극 접합체의 제조 장치로서는, 예를 들어 하기 특허문헌 1에 기재된 제조 장치가 있다. 하기 특허문헌 1에서는, 연속해서 반송되는 띠 형상의 전해질막 시트(전해질막 지지 기재 상에 전해질막이 형성된 것)에 대하여 연속해서 반송되는 촉매층 시트(촉매층 지지 기재 상에 촉매층이 형성된 것)를 중첩하여, 전해질막에 촉매층을 전사하는 방법이 제안되어 있다. 이 방법에서는, 전해질막에 대한 촉매층의 전사와 그 후의 지지 기재(전해질막 지지 기재나 촉매층 지지 기재)의 박리를 차례로 행하고 있다.
그런데, 하기 특허문헌 1에 기재된 막전극 접합체의 제조 장치에서는, 전해질막이 권회된 권회체(전해질막 권회체라고도 칭함)의 권취 코어는, 전해질막 및 전해질막 지지 기재와 직접 연결되어 있다. 이렇게 권회체의 권취 코어와 전해질막이 직접 연결되어서는, 권회체로부터 권출되는 모든 전해질에 대하여, 차례로 촉매층(애노드측 촉매층 및 캐소드측 촉매층)을 전사할 수 없다. 이로 인해, 제품으로서 이용할 수 없는 부분이 발생해 버리는 문제가 있었다.
이 문제를 해결하는 것을 의도하여, 전해질막을 직접 권회체의 권취 코어에 접속시키지 않고, 권회체의 권취 코어에 접속된 리드 필름을 사용하고, 당해 리드 필름에 접착된 전해질막 및 전해질막 지지 기재를 권회체에 권회하는 것을 본 발명자들은 발견하였다.
일본 특허 공개 제2013-182682호 공보
그러나 이하의 문제가 여전히 남아 있었다. 즉, 권회체의 권취 코어에 접속된 리드 필름이 1층인 경우에는, 리드 필름에 접속된 전해질막 지지 기재를 박리할 때에, 리드 필름과 전해질막 지지 기재의 접속 부분에서 박리할 수 없어, 그 시점에서 제품의 반송을 할 수 없게 되는 문제가 있었다. 그로 인해, 설비 내(제조 장치 내)에 남겨진 전해질막을 유효하게 이용할 수 없을 우려가 있었다.
본 발명은 이러한 과제에 비추어 이루어진 것으로, 그 목적은 설비 내의 전해질막을 유효하게 이용할 수 있는 막전극 접합체의 제조 장치에 사용되는 전해질막 권회체를 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명에 관한 전해질막 권회체는, 연속해서 반송되는 띠 형상의 전해질막 중 적어도 한쪽의 면에, 전극 촉매층을 전사해서 형성되는 막전극 접합체의 제조 장치에 사용되는 전해질막 권회체이며, 상기 전해질막 및 상기 전해질막을 지지하는 전해질막 지지 기재가 권회되는 권취 코어부에, 리드 필름의 일단부측 및 상기 리드 필름에 박리 가능하게 접착되는 리드 필름 지지 기재의 일단부측이 접속되고, 상기 리드 필름의 타단부측 및 상기 리드 필름 지지 기재의 타단부측에, 각각 상기 전해질막의 종단부 및 상기 전해질막 지지 기재의 종단부가 접속되어 있다.
이와 같이, 리드 필름 및 리드 필름 지지 기재가 설치되어 있으므로, 전해질막 지지 기재를 박리한 후에, 리드 필름 지지 기재를 박리할 수 있다. 그 결과, 설비 내(제조 장치 내)에 리드 필름을 남길 수 있어, 전해질막 권회체에 권회된 전해질막을 유효하게 이용할 수 있다.
또한 본 발명에 관한 전해질막 권회체에서는, 상기 리드 필름에 대한 상기 리드 필름 지지 기재의 박리 강도는, 상기 전해질막에 대한 상기 전해질막 지지 기재의 박리 강도 이하인 것도 바람직하다.
또한 본 발명에 관한 전해질막 권회체에서는, 상기 리드 필름 및 상기 리드 필름 지지 기재의 두께는, 상기 전해질막 및 상기 전해질막 지지 기재의 두께와 대략 동등한 것도 바람직하다.
본 발명에 따르면, 설비 내의 전해질막을 유효하게 이용할 수 있는 막전극 접합체의 제조 장치에 사용되는 전해질막 권회체를 제공할 수 있다.
도 1은 막전극 접합체의 제조 장치의 개략 구성을, 각 반송 개소에서의 시트의 형태와 함께 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 2는 막전극 접합체의 제조 공정의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 3은 전사 종료 시에 있어서의 각 반송 개소에서의 시트의 형태를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 4는 전해질막 권회체의 권취 내측 최후에 접속되는 리드 필름을 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 5는 리드 필름 및 리드 필름 지지 기재의 개략 구성을 모식적으로 나타내는 설명도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 발명은 이하의 바람직한 실시 형태에 의해 설명되지만, 본 발명의 범위를 일탈하는 일 없이, 많은 방법에 의해 변경을 행할 수 있고, 본 실시 형태 이외의 다른 실시 형태를 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위 내에 있어서의 모든 변경이 특허 청구 범위에 포함된다.
<막전극 접합체의 제조 장치>
먼저, 막전극 접합체의 제조 장치에 대해서 설명한다. 도 1은, 막전극 접합체의 제조 장치의 개략 구성을, 각 반송 개소에서의 시트의 형태와 함께 모식적으로 나타내는 설명도이다.
또한, 도 1은, 시트 반송과 시트 접합, 및 시트 형태의 모습을 모식적으로 나타내고 있으며, 실제 전해질막 시트(20S), 제1 촉매층 시트(21S)나 제2 촉매층 시트(22S)의 두께나 종횡 사이즈를 반영한 것은 아니다. 또한, 본 발명에 있어서의 리드 필름 및 리드 필름 지지 기재에 대해서는, 도 1에서는 도시를 생략하고, 도 3 내지 도 5를 참조하면서 후술한다.
막전극 접합체의 제조 장치(1)는 전해질막의 양면에 촉매층(전극 촉매층)을 전사해서 막전극 접합체(MEA)를 제작하기 위한 장치이다. 보다 상세하게는, 백 시트(Bs)에 접착된 띠 형상의 전해질막 시트(20S)의 한쪽 면에, 제1 촉매층 지지 시트(Ds1)에 접착된 제1 촉매층 시트(21S)를 접합하고, 전해질막 시트(20S)의 다른 쪽의 면에, 제2 촉매층 지지 시트(Ds2)에 접착된 제2 촉매층 시트(22S)를 접합해서 막전극 접합체를 제작한다. 또한, 제1 촉매층 시트(21S) 및 제2 촉매층 시트(22S)는 반응 가스의 공급을 받아서 애노드(연료극) 또는 캐소드(산화제극)로서 기능하는 전극 촉매층이다.
도 1에 도시한 막전극 접합체의 제조 장치(1)는, 제1 촉매층 전사 기구부(110)(제1 접합부)와, 제2 촉매층 전사 기구부(120)(제2 접합부)와, 제어 장치(400)를 구비하고 있다.
제1 촉매층 전사 기구부(110)는 제1 촉매층 시트(21S)를 전해질막 시트(20S)에 전사하기 위한 기구를 구비한다. 제1 촉매층 전사 기구부(110)는 그 상류측으로부터, 전해질막 시트 롤(20R)(전해질막 권회체)과, 제1 촉매층 지지 시트 롤(DR1)과, 제1 전사 롤러(112)와, 제1 박리 롤러(113)와, 제1 반송 롤러(114)와, 제2 박리 롤러(117)를 구비한다.
전해질막 시트 롤(20R)은 제어 장치(400)의 제어를 받아서 회전하고, 전해질막 시트(20S)를 백 시트(Bs)와 함께 제1 전사 롤러(112)로 송출한다. 전해질막 시트(20S)는 백 시트(Bs)의 시트면에 긴 형상으로 형성되어 있다. 전해질막 시트(20S)는 고체 고분자 재료, 예를 들어 불소계 수지에 의해 형성된 프로톤 전도성의 이온 교환막이며, 습윤 상태에서 양호한 전도성을 띠는 전해질막을 포함한다. 백 시트(Bs)는, 전해질막 시트(20S)로부터 박리 가능하게 되어, 예를 들어 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트), PEN(폴리에틸렌나프탈레이트) 등의 폴리에스테르계, 폴리스티렌 등의 고분자 시트에 의해, 전해질막 시트(20S)와 거의 동일한 폭으로 형성된다. 이렇게 해서 형성된 전해질막 시트(20S)를 백 시트(Bs)마다 롤 형상으로 권취한 전해질막 시트 롤(20R)이 준비된다.
제1 촉매층 지지 시트 롤(DR1)은, 제어 장치(400)의 제어를 받아서 회전하고, 제1 촉매층 시트(21S)를 제1 촉매층 지지 시트(Ds1)와 함께 제1 전사 롤러(112)로 송출한다. 도면 중 측면 단면에서 보는 바와 같이, 제1 촉매층 지지 시트(Ds1) 상에 제1 촉매층 시트(21S)가 형성되어 있다. 제1 촉매층 시트(21S)는, 예를 들어 백금, 또는 백금 합금 등의 촉매를 담지한 도전성의 담체, 예를 들어 카본 입자(촉매 담지 카본 입자)를, 프로톤 전도성을 갖는 아이오노머로 피복해서 형성된 전극 촉매층이다. 이 제1 촉매층 시트(21S)는 촉매 담지 카본 입자와 아이오노머를 분산시킨 촉매 잉크를 적당한 도포 시공기기에 의해 연속적으로 도포 시공하고, 그 후의 건조를 거쳐, 긴 형상으로 제1 촉매층 지지 시트(Ds1) 상에 형성되는 것이다. 제1 촉매층 시트(21S)는 도면 중 측면 단면에서 보는 바와 같이, 제1 촉매층 지지 시트(Ds1)의 시트 폭보다 좁게 형성된다. 제1 촉매층 지지 시트(Ds1)는, 시트 형상으로 연속 형성이 완료된 제1 촉매층 시트(21S)에 대하여 박리 가능하고, 제1 촉매층 시트(21S)가 형성이 완료된 상태에서 롤 형상으로 권취되어, 제1 촉매층 지지 시트 롤(DR1)로서 준비된다.
상기 전해질막 시트 롤(20R) 및 제1 촉매층 지지 시트 롤(DR1)에 권회된 각 시트를 송출할 때, 전해질막 시트(20S)와 제1 촉매층 시트(21S)가 접합하도록, 백 시트(Bs)와 제1 촉매층 지지 시트(Ds1)를 제1 전사 롤러(112)로 송출한다.
제1 전사 롤러(112)는 롤러(112a)와 롤러(112b)를 대향시켜서 구비하고, 이 양 롤러의 접합 개소를 전사 압착 개소로 한다. 롤러(112a)와 롤러(112b)는, 제어 장치(400)의 제어를 받아서 역방향으로 회전하고, 전해질막 시트(20S)를 지지하는 백 시트(Bs)와 제1 촉매층 시트(21S)를 지지하는 제1 촉매층 지지 시트(Ds1)를 전사 압착 개소로 인입하고, 전해질막 시트(20S)에 제1 촉매층 시트(21S)를 전사하고, 하류로 반송한다. 또한, 롤러(112a)가 롤러(112b)의 측을 향해서 부여하는 전사 가압력 또는 롤러(112b)가 롤러(112a)의 측을 향해서 부여하는 전사 가압력은, 제어 장치(400)에 의해 제어된다. 이하, 복수의 시트가 적층 형상이 되어서 반송되는 과정에 있어서, 이들 복수의 시트가 적층된 적층체를 「적층 형상 시트」라고 약칭한다.
제1 박리 롤러(113)는 제어 장치(400)의 제어를 받아서 회전하고, 적층 형상 시트로부터 제1 촉매층 지지 시트(Ds1)를 박리하여, 당해 제1 촉매층 지지 시트(Ds1)를 회수 롤러(313)로 송출한다. 제1 박리 롤러(113)의 하류측에 배치되는 제1 반송 롤러(114)는 제어 장치(400)의 제어를 받아서 회전하고, 제1 박리 롤러(113)로부터 송출된 적층 형상 시트를, 텐션을 가하면서 하류측에 배치된 제2 박리 롤러(117)로 반송한다.
제2 박리 롤러(117)는 제어 장치(400)의 제어를 받아서 회전하고, 적층 형상 시트[백 시트(Bs)와 전해질막 시트(20S)와 제1 촉매층 시트(21S)를 적층한 시트]로부터 백 시트(Bs)를 박리하여, 이 백 시트(Bs)를 회수 롤러(317)로 송출한다. 백 시트(Bs)가 박리된 결과, 제1 촉매층 전사 기구부(110)로부터, 전해질막 시트(20S)와 제1 촉매층 시트(21S)가 적층한만큼의 적층 형상 시트가, 제2 촉매층 전사 기구부(120)로 송출된다.
제2 촉매층 전사 기구부(120)는 제1 촉매층 전사 기구부(110)의 하류측에 배치되어, 제2 촉매층 시트(22S)를 전해질막 시트(20S)에 전사하기 위한 기구를 구비한다. 제2 촉매층 전사 기구부(120)는 제2 촉매층 지지 시트 롤(DR2)과, 제2 전사 롤러(122)와, 제2 반송 롤러(125)를 구비한다.
제2 촉매층 지지 시트 롤(DR2)은, 제2 촉매층 시트(22S)가 제2 촉매층 지지 시트(Ds2)에 지지된 상태에서, 당해 제2 촉매층 지지 시트(Ds2)를 제2 전사 롤러(122)로 송출한다. 그리고 제2 촉매층 시트(22S)는 제2 전사 롤러(122)에 있어서의 접합 개소 앞에서, 제1 촉매층 전사 기구부(110)로부터 반송되어 오는 적층 형상 시트의 전해질막 시트(20S)와 접합되고, 그 상태 그대로, 제2 전사 롤러(122)로 인입된다. 제2 촉매층 시트(22S)는 예를 들어 백금, 또는 백금 합금 등의 촉매를 담지한 도전성의 담체(촉매 담지 카본 입자)를, 프로톤 전도성을 갖는 아이오노머로 피복해서 형성된 전극 촉매층이다. 이 제2 촉매층 시트(22S)는 촉매 담지 카본 입자와 아이오노머를 분산시킨 촉매 잉크를 적당한 도포 시공기기에 의해 도포 시공하고, 그 후의 건조를 거쳐 제2 촉매층 지지 시트(Ds2) 상에 형성되는 것이다. 제2 촉매층 시트(22S)는, 도 1로부터도 명백한 바와 같이, 제2 촉매층 지지 시트(Ds2)에 간헐적으로 형성된다. 제2 촉매층 지지 시트(Ds2)는, 제2 촉매층 시트(22S)에 대하여 박리 가능하고, 제2 촉매층 시트(22S)가 형성 완료된 상태에서 롤 형상으로 권취되어, 제2 촉매층 지지 시트 롤(DR2)로서 준비된다.
제2 전사 롤러(122)는, 상술한 제1 전사 롤러(112)와 마찬가지로, 롤러(122a)와 롤러(122b)를 대향시켜서 구비하고, 이 양 롤러의 접합 개소를 전사 압착 개소로 한다. 양 롤러는, 제어 장치(400)의 제어를 받아서 역방향으로 회전하고, 제2 촉매층 지지 시트 롤(DR2)로부터의 제2 촉매층 지지 시트(Ds2)와, 제1 촉매층 전사 기구부(110)로부터 반송되어 오는 적층 형상 시트[전해질막 시트(20S)와 제1 촉매층 시트(21S)를 적층한 시트]를, 제2 촉매층 시트(22S)가 전해질막 시트(20S)에 접합된 상태 그대로 전사 압착 개소로 인입하여, 전해질막 시트(20S)에 제2 촉매층 시트(22S)를 전사한다. 이 제2 촉매층 시트(22S)의 전사에 의해, 전해질막 시트(20S)의 양면에 애노드와 캐소드를 접합한 시트 형상의 막전극 접합체(Ms)가 얻어진다. 또한, 제2 전사 롤러(122)에 의한 이러한 시트 인입과 전사 가압력은, 제어 장치(400)에 의해 제어된다. 전해질막의 양면에 애노드와 캐소드가 접합된 시트 형상의 막전극 접합체(Ms)는, 제2 전사 롤러(122)의 하류측에 배치된, 제2 반송 롤러(125)로 반송되고, 그 후, 예를 들어 연료 전지 제조 라인으로 출하된다.
또한, 제어 장치(400)는 논리 연산을 실행하는 CPU나, ROM, RAM을 갖는 컴퓨터로 구성된다. 제어 장치(400)는, 앞서 서술한 각 롤러의 회전 속도를 조정 제어한다.
<막전극 접합체의 제조 공정>
도 1에 도시한 막전극 접합체의 제조 장치(1)를 사용한 막전극 접합체의 제조 공정에 대해서 설명한다. 도 2는, 막전극 접합체의 제조 공정의 일례를 나타내는 흐름도이다.
(스텝 S110)
먼저, 전해질막 시트(20S)를 지지하는 백 시트(Bs)와 제1 촉매층 시트(21S)를 지지하는 제1 촉매층 지지 시트(Ds1)를, 제1 전사 롤러(112)의 전사 압착 개소로 인입하여, 전해질막 시트(20S)(전해질막)에 제1 촉매층 시트(21S)(제1 촉매층)를 전사한다(스텝 S110).
(스텝 S120)
계속해서, 제1 전사 롤러(112)로부터 반송되어 오는 적층 형상 시트로부터 제1 촉매층 지지 시트(Ds1)(제1 촉매층 지지 기재)를, 제1 박리 롤러(113)에 의해 박리한다(스텝 S120). 박리된 제1 촉매층 지지 시트(Ds1)는, 회수 롤러(313)에 의해 권취되어 회수된다. 제1 촉매층 지지 시트(Ds1)가 박리된 적층 형상 시트[백 시트(Bs)와, 전해질막 시트(20S)와, 제1 촉매층 시트(21S)를 적층한 시트]는 하류측에 배치된 제1 반송 롤러(114)에 의해 텐션이 유지된 채 제2 박리 롤러(117)로 반송된다.
(스텝 S130)
계속해서, 제2 박리 롤러(117)에 의해, 적층 형상 시트[백 시트(Bs)와 전해질막 시트(20S)와 제1 촉매층 시트(21S)를 적층한 시트]로부터 백 시트(Bs)(전해질막 지지 기재)를 박리한다(스텝 S130). 박리된 백 시트(Bs)는 회수 롤러(317)에 의해 회수된다. 제2 박리 롤러(117)에 의해 백 시트(Bs)가 박리된 적층 형상 시트는, 하류측에 배치되는 제2 전사 롤러(122)로 반송된다.
(스텝 S140)
계속해서, 제2 박리 롤러(117)로부터 제2 전사 롤러(122)로 반송되어 오는 적층 형상 시트[전해질막 시트(20S)와 제1 촉매층 시트(21S)를 적층한 시트]와, 제2 촉매층 지지 시트 롤(DR2)로부터 권출되는 제2 촉매층 지지 시트(Ds2)를, 제2 전사 롤러(122)로 인입하고, 전사 압착한다. 이에 의해, 적층 형상 시트에 포함되는 전해질막 시트(20S)(전해질막)에, 제2 촉매층 시트(22S)(제2 촉매층)가 전사된다(스텝 S140). 이 제2 촉매층 시트(22S)의 전사에 의해, 전해질막의 양면에 애노드와 캐소드를 접합한 시트 형상의 막전극 접합체(Ms)가 얻어진다. 얻어진 시트 형상의 막전극 접합체(Ms)는, 제2 전사 롤러(122)의 하류측에 배치된 제2 반송 롤러(125)에 의해, 텐션이 유지되면서 반송된다.
이상, 스텝 S110 내지 S140의 공정을 거쳐, 시트 형상의 막전극 접합체(Ms)가 얻어진다. 얻어진 막전극 접합체는, 예를 들어 연료 전지 제조 라인으로 출하된다.
계속해서, 상술한 막전극 접합체의 제조 장치(1)에 있어서의 전해질막 시트 롤(20R)(전해질막 권회체)의 권취 내측 최후(최내측)에 설치되는 리드 필름(FL) 및 리드 필름 지지 기재(FS)에 대해서 설명한다.
도 3은, 전해질막 권회체에 권회된 전해질막이 모두 권출된 후, 바꿔 말하면, 전해질막에 대하여 제1 촉매층이 다 전사했을 때(제1 촉매층의 전사 종료 시),에 있어서의 각 반송 개소에서의 시트 형태를 모식적으로 나타내는 설명도이다. 도 4는, 전해질막 권회체의 권취 내측 마지막 상태를 모식적으로 나타내는 설명도이다. 도 5는, 리드 필름 및 리드 필름 지지 기재의 개략 구성을 모식적으로 나타내는 설명도이다. 또한, 도 5에서는, 전해질막 권회체의 도시를 생략하고 있다.
도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 전해질막 시트 롤(20R)에 권회된 전해질막 시트(20S)의 권취 코어부(201)에, 2층 구조 리드 필름[리드 필름(FL) 및 당해 리드 필름(FL)에 접착된 리드 필름 지지 기재(FS)]이 접속되어 있다. 바꿔 말하면, 전해질막 시트 롤(20R)의 권취 내측 최후(최내측)에, 2층 구조 리드 필름[리드 필름(FL) 및 리드 필름 지지 기재(FS)]이 사용되고 있다. 이 리드 필름 지지 기재(FS)는, 리드 필름(FL)에 대하여 박리 가능하게 접착되어 있다. 이렇게 리드 필름(FL) 및 리드 필름 지지 기재(FS)가 사용되고 있으므로, 도 3에 도시한 바와 같이, 전해질막 시트 롤(20R)에 권회된 전해질막 시트(20S)가 모두 권출된 후, 전해질막 시트 롤(20R)로부터, 리드 필름(FL) 및 리드 필름 지지 기재(FS)가 송출된다. 송출된 리드 필름(FL) 및 리드 필름 지지 기재(FS)는, 전사 롤러(112), 제1 박리 롤러(113), 제1 반송 롤러(114)를 지나, 제2 박리 롤러(117)로 그대로 반송되고, 리드 필름 지지 기재(FS)에 대해서는 제2 박리 롤러(117)로 박리된다. 이 리드 필름 지지 기재(FS)는, 도 5에 도시한 바와 같이, 백 시트(Bs)의 종단부에 접착되는 것이므로, 제2 박리 롤러(117)에 의해 백 시트(Bs)가 박리된 후(도 1 참조)에, 리드 필름 지지 기재(FS)가 박리되게 된다.
또한, 도 3에서는, 일례로서 리드 필름(FL)이 제2 박리 롤러(117)의 하류측까지 송출된 상태를 나타내고, 제2 박리 롤러(117)의 하류측에 위치하는 일점 쇄선 원(E)에 있는 적층 형상 시트의 단부가, 전해질막 시트(20S) 및 제1 촉매층 시트(21S)의 종단부를 나타내고 있다. 명백한 바와 같이, 전해질막 시트(20S), 제1 촉매층 시트(21S) 및 제2 촉매층 시트(22S)가 종료되었을 때에는, 설비 내[막전극 접합체의 제조 장치(1) 내]에 리드 필름(FL) 및 제2 촉매층 지지 시트(Ds2)가 남겨지게 된다.
리드 필름(FL) 및 리드 필름 지지 기재(FS)의 구성에 대해서 다시 설명한다. 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 이 리드 필름(FL) 및 리드 필름 지지 기재(FS)는, 그 일단부측이 전해질막 시트 롤(20R)의 권취 코어부(201)에 접속되고, 그 타단부측이 각각 전해질막 시트(20S) 및 백 시트(Bs)에 접속되어 있다. 보다 상세하게는, 리드 필름(FL)의 일단부측(FLb) 및 리드 필름 지지 기재(FS)의 일단부측(FSb)이, 전해질막 시트 롤(20R)의 권취 코어부(201)에 접속되고, 리드 필름(FL)의 타단부측(FLa) 및 리드 필름 지지 기재(FS)의 타단부측(FSa)이, 각각 전해질막 시트(20S)의 종단부(권취 내측 최후)(20Sa) 및 백 시트(Bs)의 종단부(권취 내측 최후)(Bsa)에 접속되어 있다. 또한, 리드 필름(FL)의 타단부측(FLa)과 전해질막 시트(20S)의 종단부(20Sa)와의 접속 부분 및 리드 필름 지지 기재(FS)의 타단부측(FSa)과 백 시트(Bs)의 종단부(Bsa)와의 접속 부분은, 박리 가능한 부재(예를 들어 접속 테이프 TA)를 사용해서 서로 접착된다. 백 시트(Bs)를 박리할 때에는, 이 접속 부분(접속 테이프 TA에 의해 접속되어 있는 부분)에서 박리할 수 있으므로, 백 시트(Bs)를 박리한 후, 리드 필름 지지 기재(FS)를 박리할 수 있게 되어 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 리드 필름(FL)의 일단부측(FLb) 및 리드 필름 지지 기재(FS)의 일단부측(FSb)이 권취 코어부(201)에 접속되는 것이지만, 당해 일단부측(FLb)은 리드 필름(FL)의 종단부에 한정되는 것은 아니며, 리드 필름(FL)의 종단부 근방의 영역도 포함한다. 즉, 리드 필름(FL)의 종단부 근방이 권취 코어부(201)에 접속되어 있으면 된다. 마찬가지로, 리드 필름 지지 기재(FS)의 일단부측(FSb)이라 함은, 리드 필름 지지 기재(FS)의 종단부에 한정되는 것은 아니고, 리드 필름 지지 기재(FS)의 종단부 근방의 영역도 포함한다. 즉, 리드 필름 지지 기재(FS)의 종단부 근방이 권취 코어부(201)에 접속되어 있으면 된다.
또한, 리드 필름(FL)에 대한 리드 필름 지지 기재(FS)의 박리 강도는, 0.01N/25㎜ 이상, 또한 전해질막 시트(20S)에 대한 백 시트(Bs)의 박리 강도 이하인 것이 적합하다. 이렇게 박리 강도를 규정함으로써, 박리 불량이 되는 것을 억제할 수 있어, 안정적으로 반송할 수 있다.
또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 리드 필름(FL)의 두께와 리드 필름 지지 기재(FS)의 두께와의 합을 D1로 하고, 전해질막 시트(20S)의 두께와 백 시트(Bs)의 두께와의 합을 D2로 하면, D1과 D2는 대략 동등한 것이 바람직하다. 보다 상세하게는, D1은 D2±30㎛의 범위 내인 것이 바람직하다. 이렇게 리드 필름(FL) 및 리드 필름 지지 기재(FS)의 두께를 일정 범위의 것으로 함으로써, 리드 필름(FL)에 접속되어 있는 전해질막 시트(20S)를 주름 없이, 치수 변화 없이, 안정적으로 반송할 수 있게 된다.
이상과 같이, 전해질막 시트 롤(20R)의 권취 코어부(201)에는, 전해질막 시트(20S) 및 백 시트(Bs)가 직접 접속되어 있지 않고, 권취 코어부(201)에 접속된 리드 필름(FL) 및 리드 필름 지지 기재(FS)를 통하여, 권취 코어부(201)와 전해질막 시트(20S) 및 백 시트(Bs)가 접속되어 있다. 구체적으로는, 리드 필름(FL)의 일단부측(FLb) 및 리드 필름 지지 기재(FS)의 일단부측(FSb)이 권취 코어부(201)에 접속되고, 리드 필름(FL)의 타단부측(FLa)이 전해질막 시트(20S)의 종단부(20Sa)에 접속되고, 리드 필름 지지 기재(FS)의 타단부측(FSa)이 백 시트(Bs)의 종단부(Bsa)에 접속되어 있다. 또한, 리드 필름 지지 기재(FS)와 백 시트(Bs)의 접착 부분은, 예를 들어 접속 테이프 TA로 접착되고, 이 접속 테이프 TA는 용이하게 제거 가능하게 되어 있다. 이렇게 리드 필름(FL) 및 리드 필름 지지 기재(FS)가 설치되어 있으므로, 백 시트(Bs)의 종단부 부분을 박리할 때에, 백 시트(Bs)와 리드 필름 지지 기재(FS)와의 접착 부분에서 백 시트(Bs)만 박리한 후, 리드 필름 지지 기재(FS)를 박리할 수 있다. 이에 의해, 설비 내[막전극 접합체의 제조 장치(1) 내]에, 권취 코어부(201)에 접속된 리드 필름(FL)을 남길 수 있다. 그 결과, 제품의 반송 자체를 할 수 없게 된다고 하는 일이 없으므로, 전해질막에 대하여 촉매층의 전사를 할 수 없게 된다고 하는 구간이 억제되어, 설비 내에 남겨진 전해질막을 유효하게 이용할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 변경하지 않는 한도에 있어서 여러가지 변형이 가능하다.
예를 들어 본 실시 형태에서는, 제1 촉매층 시트(21S)로서 애노드 시트, 제2 촉매층 시트(22S)로서 캐소드 시트가 사용되지만, 이에 한정되지 않고, 전해질막 시트(20S)의 한쪽 면에 애노드 시트, 다른 쪽의 면에 캐소드 시트를 접합하는 것이면 그 접합하는 순서는 한정되지 않는다. 또한, 막전극 접합체로서, 전해질막의 양면에 전극 촉매층이 형성된 것을 설명해 왔지만, 막전극 접합체에 가스 확산층이 포함되는 것에 대해서도 당연히 본 발명의 범위에 포함된다. 기타, 각 구체예가 구비하는 각 요소 및 그 배치, 재료, 조건, 형상, 사이즈 등은, 예시한 것에 한정되는 것은 아니며 적절히 변경할 수 있다.
1 : 막전극 접합체의 제조 장치
20R : 전해질막 시트 롤(전해질막 권회체)
20S : 전해질막 시트(전해질막)
21S : 제1 촉매층 시트
22S : 제2 촉매층 시트
110 : 제1 촉매층 전사 기구부
112 : 제1 전사 롤러
113 : 제1 박리 롤러
117 : 제2 박리 롤러
120 : 제2 촉매층 전사 기구부
122 : 제2 전사 롤러
201 : 권취 코어부
313, 317 : 회수 롤러
400 : 제어 장치
Bs : 백 시트(전해질막 지지 기재)
DR1 : 제1 촉매층 지지 시트 롤
DR2 : 제2 촉매층 지지 시트 롤
Ds1 : 제1 촉매층 지지 시트(제1 촉매층 지지 기재)
Ds2 : 제2 촉매층 지지 시트(제2 촉매층 지지 기재)
FL : 리드 필름
FS : 리드 필름 지지 기재
TA : 접속 테이프

Claims (3)

  1. 연속해서 반송되는 띠 형상의 전해질막 중 적어도 한쪽의 면에, 전극 촉매층을 전사해서 형성되는 막전극 접합체의 제조 장치에 사용되는 전해질막 권회체이며,
    상기 전해질막 및 상기 전해질막을 지지하는 전해질막 지지 기재가 권회되는 권취 코어부에, 상기 전해질막과는 상이한 리드 필름의 일단부측 및 상기 리드 필름에 박리 가능하게 접착되는 리드 필름 지지 기재의 일단부측이 접속되고,
    상기 리드 필름의 타단부측 및 상기 리드 필름 지지 기재의 타단부측에, 각각 상기 전해질막의 종단부 및 상기 전해질막 지지 기재의 종단부가 접속되어 있는 것을 특징으로 하는, 전해질막 권회체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 리드 필름에 대한 상기 리드 필름 지지 기재의 박리 강도는, 상기 전해질막에 대한 상기 전해질막 지지 기재의 박리 강도 이하인 것을 특징으로 하는, 전해질막 권회체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 리드 필름 및 상기 리드 필름 지지 기재의 두께는, 상기 전해질막 및 상기 전해질막 지지 기재의 두께와 동등한 것을 특징으로 하는, 전해질막 권회체.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6098949B2 (ja) 2014-12-12 2017-03-22 トヨタ自動車株式会社 電解質膜巻回体
JP6673241B2 (ja) 2017-02-02 2020-03-25 トヨタ自動車株式会社 帯状の部材の貼り合わせ方法、および、帯状の部材の貼り合わせ装置
JP7096717B2 (ja) * 2018-07-04 2022-07-06 東レエンジニアリング株式会社 電極シートの製造方法および電極シートの製造装置
JP7070312B2 (ja) 2018-10-11 2022-05-18 トヨタ自動車株式会社 ガス拡散層用シートの製造方法
CN112599795B (zh) * 2020-12-14 2022-05-20 中国科学院大连化学物理研究所 Ccm制备用卷对卷连续涂布机及卷材衔接方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009043549A (ja) * 2007-08-08 2009-02-26 Nissan Motor Co Ltd 膜電極接合体の製造装置および膜電極接合体の製造方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0440948Y2 (ko) * 1988-10-31 1992-09-25
JPH0612051U (ja) * 1991-12-18 1994-02-15 ダイニック株式会社 サーマルリボン
JPH11323264A (ja) * 1998-05-08 1999-11-26 Nitto Denko Corp スプライステープ
JP2006212827A (ja) * 2005-02-01 2006-08-17 Tombow Pencil Co Ltd 塗膜転写具用パンケーキおよびこれを搭載した塗膜転写具
JP4550784B2 (ja) * 2005-09-28 2010-09-22 本田技研工業株式会社 電解質構造体の製造方法
JP4369410B2 (ja) * 2005-09-28 2009-11-18 本田技研工業株式会社 電解質構造体の製造方法
US20080057380A1 (en) * 2006-09-06 2008-03-06 Dabel Jeremy W Membrane electrode assembly fabrication
KR101415129B1 (ko) * 2010-03-08 2014-07-04 도판 인사츠 가부시키가이샤 막-전극 접합체 제조 장치 및 막-전극 접합체의 제조 방법
WO2012124518A1 (ja) * 2011-03-15 2012-09-20 凸版印刷株式会社 固体高分子形燃料電池用膜・電極接合体の製造方法及び製造装置、固体高分子形燃料電池
WO2013024544A1 (ja) * 2011-08-18 2013-02-21 日立化成工業株式会社 接着材リール
JP2013182682A (ja) 2012-02-29 2013-09-12 Toyota Motor Corp 膜電極接合体の製造方法および製造装置
JP5670973B2 (ja) * 2012-08-20 2015-02-18 Ckd株式会社 捲回装置
JP5954233B2 (ja) * 2013-03-28 2016-07-20 トヨタ自動車株式会社 転写ローラーと膜電極接合体の製造方法および製造装置
JP6098949B2 (ja) 2014-12-12 2017-03-22 トヨタ自動車株式会社 電解質膜巻回体

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009043549A (ja) * 2007-08-08 2009-02-26 Nissan Motor Co Ltd 膜電極接合体の製造装置および膜電極接合体の製造方法

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