KR102038762B1 - 도포 장치 및 도포 방법 - Google Patents

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요시노리 다카기
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가부시키가이샤 스크린 홀딩스
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Abstract

(과제) 챔버 내의 기체가 외부의 다른 공정에 영향을 미치는 것을 방지하는 도포 장치 및 도포 방법을 제공한다.
(해결 수단) 막·촉매층 접합체의 제조 장치 (1) 는, 반송되는 전해질막 (92) 에, 가연성 재료를 함유하는 촉매 재료를 도포하는 도포부 (30) 와, 도포부 (30) 보다 전해질막 (92) 의 반송 방향의 하류측에 배치되고, 도포부 (30) 에 의해 도포되는 촉매 재료를 건조시키는 건조로 (40) 와, 도포부 (30) 및 건조로 (40) 를 덮고, 반송되는 전해질막 (92) 의 반입구 (70A) 및 반출구 (70B) 를 갖는 챔버 (70) 와, 챔버 (70) 내의 분위기를 검출하는 배기량 센서 (71S) 와, 반입구 (70A) 및 반출구 (70B) 를 개폐하는 셔터 기구 (81, 82) 를 구비한다. 셔터 기구 (81, 82) 는, 평시에는 반입구 (70A) 및 반출구 (70B) 를 개방하고, 배기량 센서 (71S) 에 의한 검출 결과에 따라 반입구 (70A) 및 반출구 (70B) 를 폐쇄한다.

Description

도포 장치 및 도포 방법{COATING APPARATUS AND COATING METHOD}
본 발명은, 반송되는 기재에 도포액을 도포하고, 건조시키는 도포 장치 및 도포 방법에 관한 것이다.
최근, 자동차나 휴대 전화 등의 구동 전원으로서, 연료 전지가 주목받고 있다. 연료 전지는, 연료에 함유되는 수소 (H2) 와 공기 중의 산소 (O2) 의 전기 화학 반응에 의해 전력을 만들어 내는 발전 시스템이다. 연료 전지는, 다른 전지와 비교하여, 발전 효율이 높고 환경에 대한 부하가 작다는 특장을 갖는다.
연료 전지에는, 사용하는 전해질에 따라 몇 가지의 종류가 존재한다. 그 중 하나가, 전해질로서 이온 교환막 (전해질막) 을 사용한 고체 고분자형 연료 전지 (PEFC : Polymer Electrolyte Fuel Cell) 이다. 고체 고분자형 연료 전지는, 상온에서의 동작 및 소형 경량화가 가능하기 때문에, 자동차나 휴대 기기로의 적용이 기대되고 있다.
고체 고분자형 연료 전지는, 일반적으로는 복수의 셀 (Cell) 이 적층된 구조를 갖는다. 1 개의 셀은, 막·전극 접합체 (MEA : Membrane-Electrode-Assembly) 의 양측을 1 쌍의 세퍼레이터 (Separator) 로 끼움으로써 구성된다. 막·전극 접합체는, 전해질의 박막 (고분자 전해질막) 의 양면에 촉매층을 형성한 막·촉매층 접합체 (CCM : Catalyst-coated Membrane) 의 양측에, 추가로 가스 확산층을 배치하여 구성된다. 고분자 전해질막을 사이에 두고 양측에 배치된 촉매층과 가스 확산층으로 1 쌍의 전극층이 구성된다. 1 쌍의 전극층의 일방은 애노드 전극이고, 타방이 캐소드 전극이다. 애노드 전극에 수소를 함유하는 연료 가스가 접촉함과 함께, 캐소드 전극에 공기가 접촉하면, 전기 화학 반응에 의해 전력이 발생한다.
상기 막·전극 접합체는, 전형적으로는, 전해질막의 표면에, 백금 (Pt) 을 함유하는 촉매 입자를 알코올 등의 용매 중에 분산시킨 촉매 재료를 도포하고, 그 촉매 재료를 건조시킴으로써 제조된다. 종래의 막·전극 접합체의 제조 기술에 대해서는, 예를 들어, 특허문헌 1 에 기재되어 있다.
일본 공개특허공보 2013-161557호
특허문헌 1 에 기재된, 촉매 재료의 도포 공정, 또는, 촉매 재료의 건조 공정에서는, 가연성 기체가 발생한다. 이 때문에, 이들 공정은, 밀폐 상태로 한 챔버 (Chamber) 내에서 실시되는 것이 바람직하다. 챔버는, 내부가 가연성 기체로 가득 차지 않도록 배기 기구를 갖는다. 그리고, 챔버 내의 가연성 기체는, 배기 기구에 의해 챔버 외부로 배기된다.
그러나, 배기가 충분히 실시되지 않는 경우, 챔버 내는 가연성 기체가 가득 찬다. 챔버에는, 전극질막을 반입 및 반출하는 반입구 및 반출구가 형성되어 있어, 배기 기구에 의한 배기에 문제가 있으면, 챔버 내의 가연성 기체는, 반입구 및 반출구로부터, 다른 공정이 실시되는 공간에 흘러들어갈 우려가 있다. 이 경우, 가연성 기체가 다른 공정에 영향을 미칠 우려가 있다. 특허문헌 1 에서는, 이와 같은 과제를 해결할 수 없다.
본 발명은, 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 챔버 내의 기체가 외부의 다른 공정에 영향을 미치는 것을 방지하는 도포 장치 및 도포 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본원의 제 1 발명은, 도포 장치로서, 기재를 반송하는 반송부와, 상기 반송부에 의해 반송되는 기재에, 가연성 재료를 함유하는 도포액을 도포하는 도포부와, 상기 도포부보다 상기 기재의 반송 방향의 하류측에 배치되고, 상기 도포부에 의해 도포되는 도포액을 건조시키는 건조부와, 상기 도포부 및 상기 건조부의 적어도 일방을 덮고, 반송되는 기재의 반입구와 반출구를 갖는 챔버와, 상기 반입구 및 상기 반출구를 개폐하는 개폐 부재와, 상기 챔버 내의 분위기를 검출하는 검출부와, 상기 개폐 부재를 구동하고, 평시에는 상기 반입구 및 상기 반출구를 개방하고, 상기 검출부에 의한 검출 결과에 따라 상기 반입구 및 상기 반출구를 폐쇄하는 개폐 부재 구동부를 구비한다.
본원의 제 2 발명은, 제 1 발명의 도포 장치로서, 상기 챔버 내를 배기하는 배기부를 구비하고, 상기 검출부는, 상기 배기부에 의한 배기량을 검출하고, 상기 개폐 부재 구동부는, 상기 검출부가 검출하는 배기량이 제 1 임계값을 하회하는 경우, 상기 반입구 및 상기 반출구를 폐쇄한다.
본원의 제 3 발명은, 제 1 발명 또는 제 2 발명의 도포 장치로서, 상기 검출부는, 상기 챔버 내의 가연성 기체의 농도를 검출하고, 상기 개폐 부재 구동부는, 상기 검출부가 검출하는 농도가 제 2 임계값 이상인 경우, 상기 반입구 및 상기 반출구를 폐쇄한다.
본원의 제 4 발명은, 제 1 발명 내지 제 3 발명 중 어느 하나의 도포 장치로서, 상기 반송부는, 상기 개폐 부재로 상기 반입구 및 상기 반출구를 폐쇄하는 경우, 상기 기재의 반송을 정지한다.
본원의 제 5 발명은, 제 1 발명에서 제 4 발명까지 중 어느 하나의 도포 장치로서, 상기 개폐 부재는, 폐쇄시에 상기 기재와의 접촉 부분에 완충 부재를 갖는다.
본원의 제 6 발명은, 장척 띠상의 기재를 반송하면서, 반송되는 기재에, 가연성 재료를 함유하는 도포액을 도포부에 의해 도포하고, 건조부에서, 상기 도포부에 의해 도포되는 도포액을 건조시키는 도포 방법으로서, a) 상기 도포부 또는 상기 건조부의 적어도 일방을 덮는 챔버 내의 분위기를 검출하는 공정과, b) 상기 공정 a) 에서의 검출 결과에 따라 상기 챔버에 형성된 기재의 반입구 및 반출구를 폐쇄하는 공정을 포함한다.
본원의 제 1 발명 ∼ 제 6 발명에 의하면, 반입구 및 반출구를 폐쇄함으로써, 챔버 내의, 도포액에 함유되는 가연성 재료에 의한 가연성 기체가 반입구 및 반출구를 통하여 도포부 및 건조부 이외의 다른 공정에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
특히, 제 2 발명에 의하면, 챔버 내의 배기가 충분하지 않은 경우, 반입구 및 반출구를 개폐 부재로 폐쇄함으로써, 챔버 내의 기체가 반입구 또는 반출구를 통하여 다른 공정에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
특히, 제 3 발명에 의하면, 챔버 내의 기체 농도가 높아진 경우에, 반입구 및 반출구를 개폐 부재로 폐쇄함으로써, 챔버 내의 분위기가 반입구 또는 반출구를 통하여 외부에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
특히, 제 4 발명에 의하면, 반입구 및 반출구가 폐쇄되어도 기재를 계속 반송하여, 기재가 낭비되는 것을 억제할 수 있다.
특히, 제 5 발명에 의하면, 완충 부재에 의해 기재에 대한 충격을 완화하여, 기재의 파손을 회피할 수 있다.
도 1 은, 실시형태에 관련된 막·촉매층 접합체의 제조 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2 는, 셔터 기구를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 은, 제어부와, 제조 장치 내의 각 부의 접속을 나타낸 블록도이다.
도 4 는, 막·촉매층 접합체의 제조시의 흐름을 나타내는 플로 차트이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 이하의 실시형태에서는, 본 발명의「도포 장치」는, 고체 고분자형 연료 전지용의 막·촉매층 접합체를 제조하는 막·촉매층 접합체의 제조 장치로서 설명한다.
＜1. 제조 장치의 구성＞
도 1 은, 본 실시형태에 관련된 막·촉매층 접합체의 제조 장치 (1) 의 구성을 나타낸 도면이다. 이 제조 장치 (1) 는, 고체 고분자형 연료 전지용의 막·전극 접합체 (MEA : Membrane-Electrode-Assembly) 의 제조 과정에 사용되는 장치이다. 제조 장치 (1) 는, 장척 띠상의 기재인 전해질막의 표면에 촉매층을 형성하여, 막·촉매층 접합체 (CCM : Catalyst-coated Membrane) 를 제조한다.
막·촉매층 접합체의 제조 장치 (1) 는, 흡착 롤러 (10), 전해질막 공급부 (20), 도포부 (30), 건조로 (40), 접합체 회수부 (50) 및 제어부 (60) 를 구비하고 있다. 또, 제조 장치 (1) 는, 흡착 롤러 (10), 도포부 (30) 및 건조로 (40) 를 수용하는 챔버 (70) 를 구비하고 있다.
흡착 롤러 (10) 는, 전해질막 (92) 을 흡착 유지하면서 회전하는 롤러이다. 흡착 롤러 (10) 는, 복수의 흡착공을 갖는 원통상의 외주면을 갖는다. 흡착 롤러 (10) 의 직경은, 예를 들어, 200 ㎜ ∼ 1600 ㎜ 가 된다. 흡착 롤러 (10) 에는, 모터 등의 구동원을 갖는 도시 생략된 회전 구동부가 접속된다. 회전 구동부를 동작시키면, 흡착 롤러 (10) 는, 수평하게 연장되는 축심 둘레로 회전한다.
흡착 롤러 (10) 의 재료에는, 예를 들어, 다공질 카본 또는 다공질 세라믹스 등의 다공질 재료가 사용된다. 다공질 세라믹스의 구체예로는, 알루미나 (Al2O3) 또는 탄화규소 (SiC) 의 소결체를 들 수 있다. 다공질의 흡착 롤러 (10) 에 있어서의 기공경은, 예를 들어 5 ㎛ 이하가 되고, 기공율은, 예를 들어 15 ％ ∼ 50 ％ 가 된다.
흡착 롤러 (10) 의 단면에는, 도시 생략된 흡인구가 형성되어 있다. 흡인구는, 흡인 기구 (예를 들어, 배기 펌프) 에 접속된다. 흡인 기구를 동작시키면, 흡착 롤러 (10) 의 흡인구에 부압이 발생한다. 그리고, 흡착 롤러 (10) 내의 기공을 통하여, 흡착 롤러 (10) 의 외주면에 형성된 복수의 흡착공에도 부압이 발생한다. 전해질막 (92) 은, 당해 부압에 의해, 흡착 롤러 (10) 의 외주면에 흡착 유지되면서, 흡착 롤러 (10) 의 회전에 의해 원호상으로 반송된다.
전해질막 공급부 (20) 는, 적층 기재 (94) 를 흡착 롤러 (10) 에 공급한다. 적층 기재 (94) 는, 전해질막 (92) 및 제 1 지지 필름 (93) 의 2 층으로 구성된다. 전해질막 공급부 (20) 는, 적층 기재 (94) 를 흡착 롤러 (10) 에 공급한 후, 전해질막 (92) 으로부터 제 1 지지 필름 (93) 을 박리한다.
전해질막 (92) 에는, 예를 들어, 불소계 또는 탄화수소계의 고분자 전해질막이 사용된다. 전해질막 (92) 의 구체예로는, 퍼플루오로카본술폰산을 함유하는 고분자 전해질막 (예를 들어, 미국 DuPont 사 제조의 Nafion (등록 상표), 아사히 가라스 (주) 제조의 Flemion (등록 상표), 아사히 화성 (주) 제조의 Aciplex (등록 상표), 고어 (Gore) 사 제조의 Goreselect (등록 상표)) 를 들 수 있다. 전해질막 (92) 의 막 두께는, 예를 들어, 5 ㎛ ∼ 30 ㎛ 가 된다. 전해질막 (92) 은, 대기 중의 습기에 의해 팽윤되는 한편, 습도가 낮아지면 수축된다. 즉, 전해질막 (92) 은, 대기 중의 습도에 따라 변형되기 쉬운 성질을 갖는다.
제 1 지지 필름 (93) 은, 전해질막 (92) 의 변형을 억제하기 위한 필름이다. 제 1 지지 필름 (93) 의 재료에는, 전해질막 (92) 보다 기계적 강도가 높고, 형상 유지 기능이 우수한 수지가 사용된다. 제 1 지지 필름 (93) 의 구체예로는, PEN (폴리에틸렌나프탈레이트) 또는 PET (폴리에틸렌테레프탈레이트) 의 필름을 들 수 있다. 제 1 지지 필름 (93) 의 막 두께는, 예를 들어 25 ㎛ ∼ 100 ㎛ 가 된다.
전해질막 공급부 (20) 는, 적층 기재 공급 롤러 (21), 복수의 적층 기재 반입 롤러 (22), 박리 롤러 (23), 복수의 제 1 지지 필름 반출 롤러 (24) 및 제 1 지지 필름 회수 롤러 (25) 를 갖는다. 적층 기재 공급 롤러 (21), 복수의 적층 기재 반입 롤러 (22), 박리 롤러 (23), 복수의 제 1 지지 필름 반출 롤러 (24) 및 제 1 지지 필름 회수 롤러 (25) 는, 모두 흡착 롤러 (10) 와 평행하게 배치된다.
적층 기재 공급 롤러 (21) 에는, 제 1 지지 필름 (93) 이 내측이 되도록, 적층 기재 (94) 가 감겨져 있다. 전해질막 (92) 의, 제 1 지지 필름 (93) 과는 반대측의 면 (이하,「 제 1 면」이라고 칭한다) 에, 미리 촉매층 (이하,「제 1 촉매층 (9A)」이라고 칭한다) 이 형성되어 있다. 제 1 촉매층 (9A) 은, 제조 장치 (1) 와는 다른 장치에 있어서, 제 1 지지 필름 (93) 및 전해질막 (92) 의 2 층으로 구성되는 적층 기재 (94) 를, 그대로 롤·투·롤 방식으로 반송하면서, 전해질막 (92) 의 제 1 면에 촉매 재료를 간헐 도포하고, 도포된 촉매 재료를 건조시킴으로써 형성된다.
적층 기재 공급 롤러 (21) 는, 도시를 생략한 모터의 동력에 의해 회전한다. 적층 기재 공급 롤러 (21) 가 회전하면, 적층 기재 (94) 는, 적층 기재 공급 롤러 (21) 로부터 조출 (繰出) 된다. 조출된 적층 기재 (94) 는, 복수의 적층 기재 반입 롤러 (22) 에 의해 안내되면서, 소정의 반입 경로를 따라 박리 롤러 (23) 까지 반송된다.
박리 롤러 (23) 는, 전해질막 (92) 으로부터 제 1 지지 필름 (93) 을 박리하기 위한 롤러이다. 박리 롤러 (23) 는, 흡착 롤러 (10) 보다 직경이 작은 원통상의 외주면을 갖는다. 박리 롤러 (23) 의 적어도 외주면은, 탄성체에 의해 형성된다. 박리 롤러 (23) 는, 흡착 롤러 (10) 에 인접 배치되고, 도시를 생략한 에어 실린더에 의해 흡착 롤러 (10) 측으로 가압되어 있다.
복수의 적층 기재 반입 롤러 (22) 에 의해 반입되는 적층 기재 (94) 는, 흡착 롤러 (10) 와 박리 롤러 (23) 사이에 도입된다. 제 1 지지 필름 (93) 은, 박리 롤러 (23) 의 외주면에 접촉한다. 그리고, 적층 기재 (94) 는, 박리 롤러 (23) 로부터 받는 압력에 의해 흡착 롤러 (10) 측으로 눌린다. 그리고, 전해질막 (92) 은, 흡착 롤러 (10) 에 유지되면서, 흡착 롤러 (10) 의 회전에 의해 원호상으로 반송된다.
한편, 흡착 롤러 (10) 와 박리 롤러 (23) 사이를 통과한 제 1 지지 필름 (93) 은, 흡착 롤러 (10) 로부터 떨어져, 복수의 제 1 지지 필름 반출 롤러 (24) 측으로 반송된다. 이로써, 전해질막 (92) 으로부터 제 1 지지 필름 (93) 이 박리된다. 그 결과, 전해질막 (92) 의 제 1 면과는 반대측의 면 (이하,「제 2 면」이라고 칭한다) 이 노출된다. 박리된 제 1 지지 필름 (93) 은, 복수의 제 1 지지 필름 반출 롤러 (24) 에 의해 안내되면서, 소정의 반출 경로를 따라 제 1 지지 필름 회수 롤러 (25) 까지 반송된다. 제 1 지지 필름 회수 롤러 (25) 는, 도시를 생략한 모터의 동력에 의해 회전한다. 이로써, 제 1 지지 필름 (93) 이, 제 1 지지 필름 회수 롤러 (25) 에 권취된다.
도포부 (30) 는, 흡착 롤러 (10) 의 주위에 있어서, 전해질막 (92) 의 표면에 촉매 재료를 도포하는 기구이다. 촉매 재료에는, 예를 들어, 백금 (Pt) 을 함유하는 촉매 입자를 알코올 등의 용매 중에 분산시킨 촉매 재료가 사용된다.
도포부 (30) 는 노즐 (31) 을 갖는다. 노즐 (31) 은, 흡착 롤러 (10) 에 의한 전해질막 (92) 의 반송 방향에 있어서, 박리 롤러 (23) 보다 하류측에 형성되어 있다. 노즐 (31) 은, 흡착 롤러 (10) 의 외주면에 대향하는 토출구 (311) 를 갖는다. 토출구 (311) 는, 흡착 롤러 (10) 의 외주면을 따라 수평하게 연장되는 슬릿상의 개구이다.
노즐 (31) 은, 도시를 생략한 촉매 재료 공급원과 접속되어 있다. 도포부 (30) 를 구동시키면, 촉매 재료 공급원으로부터 배관을 통하여 노즐 (31) 에 촉매 재료가 공급된다. 그리고, 노즐 (31) 의 토출구 (311) 로부터 전해질막 (92) 의 제 2 면을 향하여 촉매 재료가 토출된다. 이로써, 전해질막 (92) 의 제 2 면에 촉매 재료가 도포된다. 이 제 2 면에 도포된 촉매 재료는, 후술하는 건조로 (40) 에서 건조되어 제 2 촉매층 (9B) 이 형성된다.
또한, 촉매 재료 중의 촉매 입자에는, 고분자형 연료 전지의 애노드 또는 캐소드에 있어서 연료 전지 반응을 일으키는 재료가 사용된다. 구체적으로는, 백금 (Pt), 백금 합금, 백금 화합물 등의 입자를 촉매 입자로서 사용할 수 있다. 백금 합금의 예로는, 예를 들어, 루테늄 (Ru), 팔라듐 (Pd), 니켈 (Ni), 몰리브덴 (Mo), 이리듐 (Ir), 철 (Fe) 등으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 금속과 백금의 합금을 들 수 있다. 일반적으로는, 캐소드용의 촉매 재료에는 백금이 사용되고, 애노드용의 촉매 재료에는 백금 합금이 사용된다. 노즐 (31) 로부터 토출되는 촉매 재료는, 캐소드용이어도 되고 애노드용이어도 된다. 단, 전해질막 (92) 의 제 1 면에 형성되는 제 1 촉매층 (9A) 과 전해질막 (92) 의 제 2 면에 형성되는 제 2 촉매층 (9B) 에는, 서로 역극성의 촉매 재료가 사용된다.
건조로 (40) 는, 전해질막 (92) 의 제 2 면에 도포된 촉매 재료를 건조시키는 건조부이다. 건조로 (40) 는, 흡착 롤러 (10) 에 의한 전해질막 (92) 의 반송 방향에 있어서, 도포부 (30) 보다 하류측에 배치되어 있다. 건조로 (40) 는, 흡착 롤러 (10) 의 외주면을 따라 원호상으로 형성되어 있다. 그리고, 건조로 (40) 는, 도포부 (30) 에서 전해질막 (92) 의 제 2 면에 도포된 촉매 재료에 대해, 가열된 기체 (열풍) 를 분사한다. 그렇게 하면, 전해질막 (92) 의 제 2 면에 도포된 촉매 재료가 가열되고, 촉매 재료 중의 용제가 기화된다. 이로써, 촉매 재료가 건조되어, 전해질막 (92) 의 제 2 면에 제 2 촉매층 (9B) 이 형성된다. 그 결과, 전해질막 (92), 제 1 촉매층 (9A) 및 제 2 촉매층 (9B) 으로 구성되는 막·촉매층 접합체 (95) 가 얻어진다.
접합체 회수부 (50) 는, 막·촉매층 접합체 (95) 에 제 2 지지 필름 (96) 을 첩부 (貼付) 하여, 막·촉매층 접합체 (95) 를 회수한다. 접합체 회수부 (50) 는, 제 2 지지 필름 공급 롤러 (51), 복수의 제 2 지지 필름 반입 롤러 (52), 라미네이트 롤러 (53), 복수의 접합체 반출 롤러 (54) 및 접합체 회수 롤러 (55) 를 갖는다. 제 2 지지 필름 공급 롤러 (51), 복수의 제 2 지지 필름 반입 롤러 (52), 라미네이트 롤러 (53), 복수의 접합체 반출 롤러 (54) 및 접합체 회수 롤러 (55) 는, 모두 흡착 롤러 (10) 와 평행하게 배치된다.
제 2 지지 필름 공급 롤러 (51) 에는, 제 2 지지 필름 (96) 이 감겨져 있다. 제 2 지지 필름 공급 롤러 (51) 는, 도시를 생략한 모터의 동력에 의해 회전한다. 제 2 지지 필름 공급 롤러 (51) 가 회전하면, 제 2 지지 필름 (96) 은, 제 2 지지 필름 공급 롤러 (51) 로부터 조출된다. 조출된 제 2 지지 필름 (96) 은, 복수의 제 2 지지 필름 반입 롤러 (52) 에 의해 안내되면서, 소정의 반입 경로를 따라 라미네이트 롤러 (53) 까지 반송된다.
제 2 지지 필름 (96) 의 재료에는, 전해질막 (92) 보다 기계적 강도가 높고, 형상 유지 기능이 우수한 수지가 사용된다. 제 2 지지 필름 (96) 의 구체예로는, PEN (폴리에틸렌나프탈레이트), 또는 PET (폴리에틸렌테레프탈레이트) 의 필름을 들 수 있다. 제 2 지지 필름 (96) 의 막 두께는, 예를 들어 25 ㎛ ∼ 100 ㎛ 가 된다. 제 2 지지 필름 (96) 은, 제 1 지지 필름 (93) 과 동일한 것이어도 된다. 또, 제 1 지지 필름 회수 롤러 (25) 에 권취된 제 1 지지 필름 (93) 을, 제 2 지지 필름 (96) 으로 하여 제 2 지지 필름 공급 롤러 (51) 로부터 조출하도록 해도 된다.
라미네이트 롤러 (53) 는, 막·촉매층 접합체 (95) 에 제 2 지지 필름 (96) 을 첩부하기 위한 롤러이다. 라미네이트 롤러 (53) 의 재료에는, 예를 들어, 내열성이 높은 고무가 사용된다. 라미네이트 롤러 (53) 는, 흡착 롤러 (10) 보다 직경이 작은 원통상의 외주면을 갖는다. 라미네이트 롤러 (53) 는, 흡착 롤러 (10) 의 회전 방향에 있어서, 건조로 (40) 보다 하류측에서, 흡착 롤러 (10) 에 인접 배치되어 있다. 그리고, 라미네이트 롤러 (53) 는, 도시를 생략한 에어 실린더에 의해 흡착 롤러 (10) 측으로 가압되어 있다.
제 2 지지 필름 (96) 은, 복수의 제 2 지지 필름 반입 롤러 (52) 에 의해 반입되고, 흡착 롤러 (10) 로 반송되는 막·촉매층 접합체 (95) 와 라미네이트 롤러 (53) 사이에 도입된다. 이 때, 제 2 지지 필름 (96) 은, 라미네이트 롤러 (53) 로부터의 압력에 의해, 막·촉매층 접합체 (95) 에 눌림과 함께, 라미네이트 롤러 (53) 의 열에 의해 가열된다. 그 결과, 전해질막 (92) 의 제 2 면에, 제 2 지지 필름 (96) 이 첩부된다. 전해질막 (92) 의 제 2 면에 형성된 제 2 촉매층 (9B) 은, 전해질막 (92) 과 제 2 지지 필름 (96) 사이에 끼워진다.
흡착 롤러 (10) 와 라미네이트 롤러 (53) 사이를 통과한 제 2 지지 필름 (96) 이 부착된 막·촉매층 접합체 (95) 는, 흡착 롤러 (10) 로부터 떨어지는 방향으로 반송된다.
제 2 지지 필름 (96) 이 부착된 막·촉매층 접합체 (95) 는, 복수의 접합체 반출 롤러 (54) 에 의해 안내되면서, 소정의 반출 경로를 따라 접합체 회수 롤러 (55) 까지 반송된다. 접합체 회수 롤러 (55) 는, 도시를 생략한 모터의 동력에 의해 회전한다. 이로써, 제 2 지지 필름 (96) 이 부착된 막·촉매층 접합체 (95) 가, 제 2 지지 필름 (96) 이 외측이 되도록, 접합체 회수 롤러 (55) 에 권취된다.
챔버 (70) 는, 흡착 롤러 (10), 도포부 (30) 및 건조로 (40) 를 수용하고 있다. 상기와 같이, 촉매 재료는, 촉매 입자를 알코올 등의 용매 중에 분산시킨 촉매 재료이다. 요컨대, 촉매 재료에 함유되는 용매는 가연성이다. 이 때문에, 촉매 재료를 도포하는 공정, 촉매 재료가 도포된 전해질막 (92) 을 반송하는 공정 및 촉매 재료를 건조시키는 공정에서는, 가연성 기체가 주위로 확산될 우려가 있다. 이 때문에, 이들 공정이 실시되는 스페이스를 챔버 (70) 로 덮음으로써, 가연성 기체의 확산을 막고 있다.
챔버 (70) 는, 반입구 (70A) 와 반출구 (70B) 를 갖고 있다. 반입구 (70A) 는, 박리 롤러 (23) 근방에 형성된다. 반출구 (70B) 는, 라미네이트 롤러 (53) 근방에 형성된다. 전해질막 공급부 (20) 에 의해, 흡착 롤러 (10) 에 공급되는 적층 기재 (94) 와, 전해질막 (92) 으로부터 박리되고, 제 1 지지 필름 회수 롤러 (25) 에 반송되는 제 1 지지 필름 (93) 은, 반입구 (70A) 를 통과한다. 또, 제 2 지지 필름 공급 롤러 (51) 로부터 흡착 롤러 (10) 에 공급되는 제 2 지지 필름 (96) 과, 흡착 롤러 (10) 로부터 접합체 회수 롤러 (55) 에 조출되는 막·촉매층 접합체 (95) 는, 반출구 (70B) 를 통과한다.
챔버 (70) 는, 배기 기구 (71) 를 갖고 있다. 배기 기구 (71) 는, 챔버 (70) 내의 기체를 외부로 배기하여, 챔버 (70) 내의 가연성 기체의 농도가 일정값 이하가 되도록 한다. 배기 기구 (71) 에는, 배기량 센서 (71S) 가 형성된다. 배기량 센서 (71S) 는, 배기 기구 (71) 로부터 배기되는 기체의 유량을 검출하는 검출부이다.
챔버 (70) 내에는, 농도 센서 (72) 가 형성되어 있다. 농도 센서 (72) 는, 챔버 (70) 내의 가연성 기체의 농도를 측정하는 검출부이다.
챔버 (70) 의 반입구 (70A) 및 반출구 (70B) 각각에는, 셔터 기구 (81) 및 셔터 기구 (82) 가 형성되어 있다. 셔터 기구 (81) 는, 반입구 (70A) 를 개방하고, 또한 폐쇄한다. 셔터 기구 (82) 는, 반출구 (70B) 를 개방하고, 또한 폐쇄한다. 평시에는, 셔터 기구 (81) 및 셔터 기구 (82) 는, 전해질막 (92) 등의 기재를 반송할 수 있도록, 반입구 (70A) 및 반출구 (70B) 를 개방한다. 챔버 (70) 내의 분위기가 비정상일 때에는, 셔터 기구 (81) 및 셔터 기구 (82) 는, 반입구 (70A) 및 반출구 (70B) 를 폐쇄하여, 챔버 (70) 를 밀폐한다. 이로써, 챔버 (70) 내의 가연성 기체가 반입구 (70A) 및 반출구 (70B) 를 통하여 챔버 (70) 의 외부에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
여기서,「챔버 (70) 내의 분위기의 비정상」이란, 챔버 (70) 내의 가연성 기체의 농도가, 인화 또는 연소를 일으킬 우려가 있는 농도보다 높아지는 것을 말한다. 비정상인지의 여부의 판정은, 배기량 센서 (71S) 및 농도 센서 (72) 의 검출 결과에 기초하여 실시된다. 이후에 상세하게 서술하겠지만, 배기량 센서 (71S) 가 검출하는 배기량이 낮은 경우, 또는 농도 센서 (72) 가 검출하는 농도가 높은 경우, 챔버 (70) 내의 분위기가 비정상이라고 판정된다.
이하에 셔터 기구 (81, 82) 에 대해 설명한다. 셔터 기구 (81, 82) 는 동일한 구성이기 때문에, 이하에서는 셔터 기구 (81) 에 대해 설명한다.
도 2 는, 셔터 기구 (81) 를 설명하기 위한 도면이다. 도 2 의 상측 도면은 반입구 (70A) 를 개방한 상태, 하측 도면은 반입구 (70A) 를 폐쇄한 상태를 나타낸다.
셔터 기구 (81) 는, 개폐 부재 (811) 와 진퇴 기구 (812) 와 완충 부재 (813) 를 갖고 있다.
개폐 부재 (811) 는, 반입구 (70A) 보다 큰 판상 부재이다. 개폐 부재 (811) 는, 진퇴 기구 (812) 에 의해, 도 2 의 상측 도면에 나타내는, 반입구 (70A) 와 겹치지 않는 위치 (이하,「개방 위치」라고 칭한다) 와, 도 2 의 하측 도면에 나타내는, 반입구 (70A) 와 겹치는 위치 (이하,「폐쇄 위치」라고 칭한다) 사이를 이동한다. 개폐 부재 (811) 는, 폐쇄 위치에 있을 때, 챔버 (70) 의 반입구 (70A) 의 주위에 밀착하여, 반입구 (70A) 를 밀폐한다. 이 때문에, 챔버 (70) 내의 기체가 반입구 (70A) 로부터 누출되는 것이 방지된다.
개폐 위치에서 폐쇄 위치로 이동할 때에 챔버 (70) 와 접촉하는 개폐 부재 (811) 의 부분에는, 완충 부재 (813) 가 형성되어 있다. 완충 부재 (813) 는, 예를 들어, 고무 부재이다. 반입구 (70A) 에는, 적층 기재 (94) 및 제 1 지지 필름 (93) 이 통과한다. 반입구 (70A) 에 적층 기재 (94) 및 제 1 지지 필름 (93) 이 통과하고 있을 때에 개폐 부재 (811) 를 닫으면, 반입구 (70A) 와 개폐 부재 (811) 에 끼워져, 적층 기재 (94) 및 제 1 지지 필름 (93) 이 파손될 우려가 있다. 이 때문에, 완충 부재 (813) 를 형성함으로써 충격을 완화하여, 적층 기재 (94) 및 제 1 지지 필름 (93) 의 파손을 회피할 수 있다.
진퇴 기구 (812) 는, 개폐 부재 (811) 를 유지하고, 도 2 의 상측 도면 및 하측 도면에 나타내는 바와 같이, 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 개폐 부재 (811) 를 진퇴시키는 개폐 부재 구동부이다. 진퇴 기구 (812) 는, 예를 들어 에어 실린더이다.
진퇴 기구 (812) 는, 챔버 (70) 내의 분위기가 비정상인지의 여부에 따라 개폐 부재 (811) 를 진퇴시킨다. 챔버 (70) 는, 내부의 가연성 기체의 확산을 막고 있다. 그리고, 챔버 (70) 내의 가연성 기체는, 배기 기구 (71) 에 의해 외부로 배기된다. 배기 기구 (71) 에 의해 정상적으로 배기되고 있는 경우, 진퇴 기구 (812) 는, 개폐 부재 (811) 를 개방 위치에 위치시킨다. 가연성 기체가 정상적으로 배기되고 있지 않은 경우, 진퇴 기구 (812) 는, 개폐 부재 (811) 를 폐쇄 위치에 이동시켜, 반입구 (70A) 를 폐쇄한다. 반입구 (70A) 를 폐쇄함으로써, 가연성 기체가 반입구 (70A) 를 통하여 다른 공정, 예를 들어, 전해질막 공급부 (20) 에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
반출구 (70B) 에 형성되는 셔터 기구 (82) 에 대해서도 동일하다. 즉, 챔버 (70) 내의 분위기에 따라 셔터 기구 (82) 의 개폐 부재에 의해 반출구 (70B) 를 개방하고, 또한 폐쇄한다. 그리고, 챔버 (70) 내의 분위기가 비정상일 때에 반출구 (70B) 를 폐쇄함으로써, 챔버 (70) 내의 가연성 기체가 반출구 (70B) 를 통하여 다른 공정, 예를 들어, 접합체 회수부 (50) 에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
제어부 (60) 는, 제조 장치 (1) 내의 각 부를 동작 제어하기 위한 수단이다. 도 3 은, 제어부 (60) 와, 제조 장치 (1) 내의 각 부의 접속을 나타낸 블록도이다. 도 3 중에 개념적으로 나타낸 바와 같이, 제어부 (60) 는, CPU 등의 연산 처리부 (61), RAM 등의 메모리 (62) 및 하드 디스크 드라이브 등의 기억부 (63) 를 갖는 컴퓨터에 의해 구성된다. 기억부 (63) 내에는, 막·촉매층 접합체의 제조 처리를 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램 (P) 이 인스톨되어 있다.
또, 제어부 (60) 는, 상기 서술한 흡착 롤러 (10) 의 회전 구동부, 흡착 롤러 (10) 의 흡인 기구, 적층 기재 공급 롤러 (21) 의 모터, 박리 롤러 (23) 의 에어 실린더, 제 1 지지 필름 회수 롤러 (25) 의 모터, 도포부 (30), 건조로 (40), 제 2 지지 필름 공급 롤러 (51) 의 모터, 라미네이트 롤러 (53) 의 에어 실린더, 접합체 회수 롤러 (55) 의 모터, 배기량 센서 (71S), 농도 센서 (72), 셔터 기구 (81) 의 진퇴 기구 및 셔터 기구 (82) 의 진퇴 기구와 각각 통신 가능하게 접속되어 있다.
＜2. 막·촉매층 접합체의 제조시의 동작에 대해＞
도 4 는, 막·촉매층 접합체의 제조시의 흐름을 나타내는 플로 차트이다.
제어부 (60) 는, 막·촉매층 접합체의 제조 처리를 개시한다 (스텝 S1). 상세하게는, 전해질막 공급부 (20), 도포부 (30), 건조로 (40) 및 접합체 회수부 (50) 각각을 구동하고, 전해질막 (92) 을 반송하여, 막·촉매층 접합체 (95) 를 형성하는 처리를 개시한다.
제어부 (60) 는, 배기량 센서 (71S) 에 의한 배기량의 검지 결과를 취득한다 (스텝 S2). 제어부 (60) 는, 취득한 배기량이 소정값 (제 1 임계값) 을 하회하고 있는지의 여부를 판정한다 (스텝 S3). 여기서의 소정값은, 예를 들어, 배기 기구 (71) 가 정상 동작시에 배출하는 배출량이다. 요컨대, 취득한 배기량이 소정값 미만이면, 배기 기구 (71) 가 정상 동작하고 있지 않다고 판정된다.
배기량이 소정값 미만인 경우 (스텝 S3 에서 예), 제어부 (60) 는, 셔터 기구 (81, 82) 를 구동하여, 반입구 (70A) 및 반출구 (70B) 를 폐쇄한다 (스텝 S6). 이로써, 챔버 (70) 내의 가연성 기체가 반입구 (70A) 및 반출구 (70B) 를 통하여 외부의 공정에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
그 후, 제어부 (60) 는, 전해질막 공급부 (20) 에 의한, 전해질막 (92) 의 반송을 정지한다 (스텝 S7). 이로써, 반입구 (70A) 및 반출구 (70B) 가 폐쇄되어도, 전해질막 (92) 이 계속 반송되어, 전해질막 (92) 이 낭비되는 것을 억제할 수 있다.
배기량이 소정값 미만이 아닌 경우 (스텝 S3 에서 아니오), 제어부 (60) 는, 농도 센서 (72) 에 의한, 챔버 (70) 내의 가연성 기체의 농도의 측정 결과를 취득한다 (스텝 S4). 제어부 (60) 는, 취득한 농도가 소정값 (제 2 임계값) 이상인지의 여부를 판정한다 (스텝 S5). 여기서의 소정값은, 인화 또는 연소를 일으킬 우려가 있는 농도이다. 농도가 소정값 이상인 경우 (스텝 S5 에서 예), 제어부 (60) 는, 셔터 기구 (81, 82) 를 구동하여, 반입구 (70A) 및 반출구 (70B) 를 폐쇄한다 (스텝 S6). 배기량이 소정값 미만이 아니어도, 농도 센서 (72) 의 검출 결과로부터, 반입구 (70A) 및 반출구 (70B) 를 폐쇄함으로써, 가연성 기체가 챔버 (70) 의 외부의 다른 공정에 영향을 미치는 것을, 보다 확실하게 방지할 수 있다. 그 후, 제어부 (60) 는, 전해질막 공급부 (20) 에 의한, 전해질막 (92) 의 반송을 정지한다 (스텝 S7). 한편, 농도가 소정값 이상이 아닌 경우 (스텝 S5 에서 아니오), 제어부 (60) 는, 스텝 S2 의 처리를 재실행한다.
이상과 같이, 챔버 (70) 내의 분위기에 따라 반입구 (70A) 및 반출구 (70B) 를 폐쇄함으로써, 챔버 (70) 내의 가연성 기체가 반입구 (70A) 및 반출구 (70B) 를 통하여 챔버 (70) 의 외부의 다른 공정에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
＜3. 변형예＞
이상, 본 발명의 주요 실시형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 챔버 (70) 내에 농도 센서 (72) 를 형성하지 않아도 된다. 요컨대, 상기 실시형태에서는, 배기량이 소정값 미만이 아닌 경우에, 챔버 (70) 내의 기체의 농도를 검출하는 처리를 실시하고 있지만, 이 처리를 실시하지 않아도 된다. 또, 제조 장치 (1) 는, 배기량 센서 (71S) 를 구비하지 않아도 된다. 요컨대, 배기 기구 (71) 의 배기량에 관계없이, 농도 센서 (72) 가 검출하는 농도가 소정값 이상이 되면, 반입구 (70A) 및 반출구 (70B) 를 폐쇄하도록 해도 된다.
또, 셔터 기구의 구성은, 도 2 에 한정되지 않는다. 셔터 기구의 개폐 부재는, 에어 실린더 이외의 수단에 의해 이동시켜도 된다.
상기 실시형태에서는, 챔버 (70) 는, 흡착 롤러 (10), 도포부 (30) 및 건조로 (40) 를 수용하고 있지만, 이것에 한정되지 않는다. 챔버 (70) 는, 적어도 도포부 (30) 및 건조로 (40) 의 일방을 수용하고 있으면 된다. 또, 제조 장치 (1) 는, 도포부 (30) 를 수용하는 챔버와 건조로 (40) 를 수용하는 챔버를 각각 구비하고 있어도 된다.
또, 챔버 (70) 는, 반입구 (70A) 와 반출구 (70B) 를 따로 갖고 있지만, 반입구 (70A) 와 반출구 (70B) 를 공통화해도 된다. 요컨대, 전해질막은, 동일한 개구로부터 챔버 (70) 내에 반입되고, 챔버 (70) 로부터 반출되도록 해도 된다.
또, 제조 장치 (1) 의 세부의 구성에 대해서는, 본원의 각 도면과 상이해도 된다. 또, 상기 실시형태 및 변형예에 등장한 각 요소를, 모순이 발생하지 않는 범위에서 적절히 조합해도 된다.
1 : 제조 장치
9A : 제 1 촉매층
9B : 제 2 촉매층
10 : 흡착 롤러
20 : 전해질막 공급부
30 : 도포부
31 : 노즐
40 : 건조로
50 : 접합체 회수부
60 : 제어부
70 : 챔버
70A : 반입구
70B : 반출구
71 : 배기 기구
71S : 배기량 센서
72 : 농도 센서
81 : 셔터 기구
82 : 셔터 기구
92 : 전해질막
95 : 막·촉매층 접합체
811 : 개폐 부재
812 : 진퇴 기구
813 : 완충 부재

Claims (6)

  1. 기재를 반송하는 반송부와,
    상기 반송부에 의해 반송되는 기재에, 가연성 재료를 함유하는 도포액을 도포하는 도포부와,
    상기 도포부보다 상기 기재의 반송 방향의 하류측에 배치되고, 상기 도포부에 의해 도포되는 도포액을 건조시키는 건조부와,
    상기 도포부 및 상기 건조부의 적어도 일방을 덮고, 반송되는 기재의 반입구와 반출구를 갖는 챔버와,
    상기 반입구 및 상기 반출구를 개폐하는 개폐 부재와,
    상기 챔버 내의 가연성 기체를 함유하는 분위기를 검출하는 검출부와,
    상기 개폐 부재를 구동하고, 평시에는 상기 반입구 및 상기 반출구를 개방하고, 상기 검출부에 의한 검출 결과에 따라 상기 반입구 및 상기 반출구를 폐쇄하는 개폐 부재 구동부를 구비하는, 도포 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버 내를 배기하는 배기부를 구비하고,
    상기 검출부는,
    상기 배기부에 의한 배기량을 검출하고,
    상기 개폐 부재 구동부는,
    상기 검출부가 검출하는 배기량이 제 1 임계값을 하회하는 경우, 상기 반입구 및 상기 반출구를 폐쇄하는, 도포 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 검출부는,
    상기 챔버 내의 가연성 기체의 농도를 검출하고,
    상기 개폐 부재 구동부는,
    상기 검출부가 검출하는 농도가 제 2 임계값 이상인 경우, 상기 반입구 및 상기 반출구를 폐쇄하는, 도포 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 반송부는,
    상기 개폐 부재로 상기 반입구 및 상기 반출구를 폐쇄하는 경우, 상기 기재의 반송을 정지하는, 도포 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 개폐 부재는, 폐쇄시에 상기 기재와 접촉하는 부분에 완충 부재를 갖는, 도포 장치.
  6. 장척 띠상의 기재를 반송하면서,
    반송되는 기재에, 가연성 재료를 함유하는 도포액을 도포부에 의해 도포하고,
    건조부에서, 상기 도포부에 의해 도포되는 도포액을 건조시키는 도포 방법으로서,
    a) 상기 도포부 또는 상기 건조부의 적어도 일방을 덮는 챔버 내의 가연성 기체를 함유하는 분위기를 검출하는 공정과,
    b) 상기 공정 a) 에서의 검출 결과에 따라 상기 챔버에 형성된 기재의 반입구 및 반출구를 폐쇄하는 공정을 포함하는, 도포 방법.
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