KR102038763B1 - 기재 처리 장치 및 기재 처리 방법 - Google Patents

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요시노리 다카기
다쿠토 가와카미
히로시 오카다
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가부시키가이샤 스크린 홀딩스
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Abstract

(과제) 적층 기재의 좌우의 끝 가장자리부의 길이에 차가 있는 경우에도, 박리 롤러의 반송 방향 상류측의 위치에 있어서, 적층 기재에 늘어짐이 발생하는 것을 억제할 수 있는 기재 처리 장치 및 기재 처리 방법을 제공한다.
(해결 수단) 이 장치는, 흡착 롤러 (10) 와, 박리 롤러 (33) 와, 도입부를 갖는다. 도입부는, 전해질막 (92) 과 지지 필름 (93) 이 적층된 적층 기재 (94) 를, 흡착 롤러 (10) 와 박리 롤러 (33) 사이에 도입한다. 또한, 기재 처리 장치는, 에어 실린더 (80) 를 갖는다. 에어 실린더는, 박리 롤러 (33) 를, 흡착 롤러 (10) 를 향하여 압압한다. 단, 적층 기재 (94) 는, 박리 롤러 (33) 의 외주면에 대하여 슬라이딩 가능하다. 이 때문에, 적층 기재 (94) 의 좌우의 끝 가장자리부의 길이에 차가 있는 경우에도, 적층 기재 (94) 의 슬라이딩에 의해, 당해 길이의 차가 흡수된다. 따라서, 박리 롤러 (33) 의 반송 방향 상류측의 위치에 있어서, 적층 기재 (94) 에 늘어짐이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

Description

기재 처리 장치 및 기재 처리 방법{BASE MATERIAL PROCESSING APPARATUS AND BASE MATERIAL PROCESSING METHOD}
본 발명은, 장척 띠상의 피처리 기재를 반송하면서 처리하는 기재 처리 장치 및 기재 처리 방법에 관한 것이다.
최근, 자동차나 휴대 전화 등의 구동 전원으로서, 연료 전지가 주목 받고 있다. 연료 전지는, 연료에 포함되는 수소 (H2) 와 공기 중의 산소 (O2) 의 전기 화학 반응에 의해 전력을 만들어 내는 발전 시스템 (power-generating system) 이다. 연료 전지는, 다른 전지와 비교하여, 발전 효율이 높고 환경에 대한 부하가 작다는 특장을 갖는다.
연료 전지에는, 사용하는 전해질에 따라 몇 가지 종류가 존재한다. 그 중의 1 개가, 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 기기에 대한 적용이 기대되고 있다.
고체 고분자형 연료 전지는, 일반적으로는 복수의 셀이 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, 전해질막과, 전해질막의 양면에 형성된 1 쌍의 촉매층을 갖는 막·촉매층 접합체 (CCM : Catalyst-Coated Membrane) 에, 개스킷 (gasket) 등의 부속 부품을 부가한 것이다. 1 쌍의 촉매층의 일방은 애노드 전극 (anode electrode) 이 되고, 타방이 캐소드 전극 (cathode electrode) 이 된다. 애노드 전극에 수소를 포함하는 연료 가스가 접촉함과 함께, 캐소드 전극에 공기가 접촉하면, 전기 화학 반응에 의해 전력이 발생한다.
상기의 막·촉매층 접합체는, 전형적으로는, 전해질막의 표면에, 백금 (Pt, platinum) 을 포함하는 촉매 입자를 알코올 (alcohol) 등의 용매 중에 분산시킨 촉매 잉크 (catalyst ink) 를 도포하고, 그 촉매 잉크를 건조시키는 것에 의해 제조된다. 또한, 촉매 잉크는, 전극 페이스트 (electrode paste) 이다. 종래의 막·촉매층 접합체의 제조 기술에 대해서는, 예를 들어, 특허문헌 1 에 기재되어 있다.
일본 공개특허공보 2016-39102호
특허문헌 1 의 제조 장치에서는, 백시트 (back sheet) 가 형성된 전해질막이, 흡착 롤러 (suction roller) 와 박리 롤러 (separation roller) 사이에 도입된다. 그리고, 흡착 롤러의 외주면에 전해질막이 흡착됨과 함께, 백시트가 전해질막으로부터 박리된다 (특허문헌 1 의 단락 0035 ∼ 0036 참조). 그 후, 흡착 롤러에 흡착 지지된 전해질막에, 촉매 잉크가 도공된다 (특허문헌 1 의 단락 0045 참조).
그러나, 특허문헌 1 의 제조 장치의 구조에 있어서, 흡착 롤러에 대한 박리 롤러의 압압력이 지나치게 강하면, 백시트가 형성된 전해질막 (적층 기재) 이 흡착 롤러에 강하게 가압된다. 그렇게 하면, 적층 기재의 좌우의 끝 가장자리부의 길이에 차가 있는 경우에, 도 8 과 같이, 흡착 롤러 (10A) 와 박리 롤러 (33A) 사이에 도입되는 적층 기재 (94A) 에 늘어짐 (941A) 이 발생한다. 이와 같은 늘어짐은, 흡착 롤러 (10A) 의 외주면에 있어서의 전해질막의 유지 상태를 불안정하게 하는 요인이 될 수 있다.
본 발명은, 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 적층 기재의 좌우의 끝 가장자리부의 길이에 차가 있는 경우에도, 박리 롤러의 반송 방향 상류측의 위치에 있어서, 적층 기재에 늘어짐이 발생하는 것을 억제할 수 있는 기재 처리 장치 및 기재 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본원의 제 1 발명은, 장척 띠상의 피처리 기재를 반송하면서 처리하는 기재 처리 장치로서, 복수의 흡착공을 갖는 외주면을 가지는 흡착 롤러와, 상기 흡착 롤러의 외주면을 향하여, 장척 띠상의 지지 필름 (support film) 과 상기 피처리 기재가 적층된 적층 기재를 도입하는 도입부와, 상기 흡착 롤러의 상기 외주면에 상기 적층 기재를 개재하여 대향하는 외주면을 가지는 박리 롤러와, 상기 박리 롤러를 상기 흡착 롤러를 향하여 압압하는 압압 기구를 구비하고, 상기 적층 기재가, 상기 흡착 롤러와 상기 박리 롤러 사이를 통과한 후, 상기 지지 필름은, 상기 피처리 기재로부터 박리되어 상기 흡착 롤러로부터 멀어지는 방향으로 반송되는 한편, 상기 피처리 기재는, 상기 흡착 롤러에 흡착 유지되고, 상기 적층 기재는, 상기 박리 롤러의 외주면에 대하여 슬라이딩 가능하게 유지된다.
본원의 제 2 발명은, 제 1 발명의 기재 처리 장치로서, 상기 적층 기재는, 반송되는 상기 적층 기재에 가해지는 장력에 의해, 상기 박리 롤러의 외주면에 대하여 슬라이딩 가능하게 유지된다.
본원의 제 3 발명은, 제 1 발명 또는 제 2 발명의 기재 처리 장치로서, 상기 흡착 롤러의 주위에 있어서 상기 피처리 기재에 접촉하는 유지면과, 상기 박리 롤러의 중심의 거리로부터, 상기 박리 롤러의 자연 상태에 있어서의 반경을 뺀 값인 갭 (gap) 이, 상기 적층 기재의 두께의 60 ％ 또는 60 ％ 보다 크다.
본원의 제 4 발명은, 제 3 발명의 기재 처리 장치로서, 상기 갭이, 상기 적층 기재의 두께와 동일하거나, 또는, 상기 적층 기재의 두께보다 크다.
본원의 제 5 발명은, 제 4 발명의 기재 처리 장치로서, 상기 갭이, 상기 적층 기재의 두께의 200 ％ 또는 200 ％ 보다 작다.
본원의 제 6 발명은, 제 3 발명부터 제 5 발명까지의 어느 1 발명의 기재 처리 장치로서, 상기 흡착 롤러의 외주면과, 상기 피처리 기재 사이에, 장척 띠상의 다공질 기재가 개재하고, 상기 유지면은, 상기 다공질 기재의 표면이다.
본원의 제 7 발명은, 제 1 발명부터 제 6 발명까지의 어느 1 발명의 기재 처리 장치로서, 상기 박리 롤러인 제 1 박리 롤러와, 상기 제 1 박리 롤러보다 상기 흡착 롤러의 회전 방향 하류측에 위치하고, 상기 흡착 롤러의 외주면에 대향하는 외주면을 가지는 제 2 박리 롤러를 구비하고, 상기 제 1 박리 롤러와 상기 흡착 롤러 사이에 있어서는, 상기 적층 기재가 상기 제 1 박리 롤러에 유지되고, 상기 제 2 박리 롤러와 상기 흡착 롤러 사이에 있어서는, 상기 지지 필름이 상기 제 2 박리 롤러에 유지됨과 함께, 상기 피처리 기재가 상기 흡착 롤러에 유지된다.
본원의 제 8 발명은, 제 1 발명부터 제 6 발명까지의 어느 1 발명의 기재 처리 장치로서, 상기 흡착 롤러의 주위에 있어서, 상기 피처리 기재의 표면에 재료를 도포하는 도포부를 추가로 구비한다.
본원의 제 9 발명은, 제 1 발명부터 제 6 발명까지의 어느 1 발명의 기재 처리 장치로서, 상기 피처리 기재는, 전해질막이다.
본원의 제 10 발명은, 장척 띠상의 피처리 기재를 반송하면서 처리하는 기재 처리 방법으로서, a) 장척 띠상의 지지 필름과 상기 피처리 기재가 적층된 적층 기재를, 흡착 롤러와 박리 롤러 사이에 도입하는 공정과, b) 상기 적층 기재가, 상기 흡착 롤러와 상기 박리 롤러 사이를 통과한 후, 상기 피처리 기재로부터 상기 지지 필름을 박리하고, 상기 지지 필름을 상기 흡착 롤러로부터 멀어지는 방향으로 반송함과 함께, 상기 피처리 기재를 상기 흡착 롤러에 흡착 유지시키는 공정을 포함하고, 상기 박리 롤러는, 상기 흡착 롤러를 향하여 압압되고, 또한, 상기 적층 기재는, 상기 박리 롤러의 외주면에 대하여 슬라이딩 가능하게 유지된다.
본원의 제 1 발명 ∼ 제 10 발명에 의하면, 적층 기재의 좌우의 끝 가장자리부의 길이에 차가 있는 경우에도, 박리 롤러의 외주면에 대하여 적층 기재가 슬라이딩함으로써, 당해 길이의 차를 흡수할 수 있다. 따라서, 박리 롤러의 반송 방향 상류측의 위치에 있어서, 적층 기재에 늘어짐이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
특히, 본원의 제 2 발명에 의하면, 적층 기재의 늘어짐을 해소하기 위해서, 적층 기재에, 반송을 위한 장력과는 별도의 힘을 가할 필요가 없다.
특히, 본원의 제 4 발명에 의하면, 흡착 롤러 주위에 있어서 피처리 기재를 유지하는 유지면과, 박리 롤러에 유지되는 적층 기재가, 비접촉이 된다. 이 때문에, 박리 롤러의 외주면에 대하여 적층 기재가, 보다 슬라이딩하기 쉬워진다. 따라서, 적층 기재의 늘어짐을 보다 억제할 수 있다.
특히, 본원의 제 5 발명에 의하면, 피처리 기재가 흡착 롤러에 흡착 유지될 때에, 피처리 기재가 반송 방향으로 과도하게 신장된 상태가 되는 것을 억제할 수 있다.
특히, 본원의 제 8 발명에 의하면, 적층 기재의 늘어짐을 억제함으로써, 흡착 롤러의 표면에 있어서의 피처리 기재의 유지 상태를 안정시킬 수 있다. 그 결과, 피처리 기재에 대한 재료의 도포 상태도 안정시킬 수 있다.
특히, 본원의 제 9 발명에 의하면, 변형하기 쉬운 전해질막을, 흡착 롤러의 표면에 안정적으로 유지시킬 수 있다.
도 1 은 막·촉매층 접합체의 제조 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2 는 흡착 롤러의 하부 부근의 확대도이다.
도 3 은 제어부와 각 부의 접속을 나타낸 블록도이다.
도 4 는 박리 롤러 부근의 확대도이다.
도 5 는 흡착 롤러와 박리 롤러의 위치 관계를 변화시켜, 적층 기재의 늘어짐의 유무와, 흡착 롤러에 유지된 전해질막의 신장의 유무를, 조사한 결과를 나타낸 도면이다.
도 6 은 변형예에 관련된 제조 장치의 박리 롤러 부근의 확대도이다.
도 7 은 변형예에 관련된 제조 장치의 박리 롤러 부근의 확대도이다.
도 8 은 본 발명이 해결하고자 하는 과제를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다.
＜1. 제조 장치의 구성＞
도 1 은, 본 발명의 기재 처리 장치의 일 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 피처리 기재인 전해질막을 반송하면서, 전해질막의 표면에 촉매층을 형성함으로써, 막·촉매층 접합체 (CCM : Catalyst-Coated Membrane) 를 제조한다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 막·촉매층 접합체의 제조 장치 (1) 는, 흡착 롤러 (10), 다공질 기재 공급 회수부 (20), 전해질막 공급부 (30), 도포부 (40), 건조노 (50), 접합체 회수부 (60) 및 제어부 (70) 를 구비하고 있다.
흡착 롤러 (10) 는, 다공질 기재 (91) 및 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. 도 2 는, 흡착 롤러 (10) 의 하부 부근의 확대도이다. 도 2 중에 파선으로 나타낸 바와 같이, 흡착 롤러 (10) 에는, 모터 (motor) 등의 구동원을 갖는 회전 구동부 (11) 가 접속된다. 회전 구동부 (11) 를 동작시키면, 흡착 롤러 (10) 는, 수평으로 연장되는 축심 주위로 회전한다.
흡착 롤러 (10) 의 재료에는, 예를 들어, 다공질 카본 (porous carbon) 이나 다공질 세라믹스 (porous ceramic) 등의 다공질 재료가 사용된다. 다공질 세라믹스의 구체예로는, 알루미나 (Al2O3, alumina) 또는 탄화규소 (SiC, silicon carbide) 의 소결체를 들 수 있다. 다공질의 흡착 롤러 (10) 에 있어서의 기공 직경은, 예를 들어 5 ㎛ 이하가 되고, 기공율은, 예를 들어 15 ％ ∼ 50 ％ 가 된다.
또한, 흡착 롤러 (10) 의 재료에, 다공질 재료 대신에, 금속을 사용해도 된다. 금속의 구체예로는, SUS 등의 스테인리스 (stainless-steel) 또는 철을 들 수 있다. 흡착 롤러 (10) 의 재료에 금속을 사용하는 경우에는, 흡착 롤러 (10) 의 외주면에, 미소한 흡착공을, 가공에 의해 형성하면 된다. 흡착공의 직경은, 흡착 흔적의 발생을 방지하기 위해서, 2 ㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다.
흡착 롤러 (10) 의 단면에는, 흡인구 (12) 가 형성되어 있다. 흡인구 (12) 는, 도면 밖의 흡인 기구에 접속된다. 흡인 기구는, 예를 들어, 배기 펌프 (exhaust pump, vacuum pump) 에 의해 구성된다. 흡인 기구를 동작시키면, 흡착 롤러 (10) 의 흡인구 (12) 에 부압이 발생한다. 그리고, 흡착 롤러 (10) 내의 기공을 통하여, 흡착 롤러 (10) 의 외주면에 형성된 복수의 흡착공에도, 부압이 발생한다. 다공질 기재 (91) 및 전해질막 (92) 은, 당해 부압에 의해, 흡착 롤러 (10) 의 외주면에 흡착 유지되면서, 흡착 롤러 (10) 의 회전에 의해 원호상으로 반송된다.
또한, 도 2 중에 파선으로 나타내는 바와 같이, 흡착 롤러 (10) 의 내부에는, 복수의 수냉관 (13) 이 형성되어 있다. 수냉관 (13) 에는, 도면 밖의 급수 기구로부터, 소정 온도로 온조된 냉각수가 공급된다. 제조 장치 (1) 의 동작시에는, 흡착 롤러 (10) 의 열이, 열 매체인 냉각수에 흡수된다. 이에 의해, 흡착 롤러 (10) 가 냉각된다. 열을 흡수한 냉각수는, 도면 밖의 배액 기구로 배출된다.
또한, 후술하는 건조노 (50) 대신에, 흡착 롤러 (10) 의 내부에, 온수 순환 기구나 히터 (heater) 등의 가열 기구가 형성되어 있어도 된다. 그 경우, 흡착 롤러 (10) 의 내부에 수냉관을 형성하지 않고, 흡착 롤러 (10) 의 내부에 형성된 가열 기구를 제어하는 것에 의해, 흡착 롤러 (10) 의 외주면의 온도를 제어해도 된다.
다공질 기재 공급 회수부 (20) 는, 장척 띠상의 다공질 기재 (91) 를 흡착 롤러 (10) 를 향하여 공급함과 함께, 사용 후의 다공질 기재 (91) 를 회수하는 부위이다. 다공질 기재 (91) 는, 다수의 미세한 기공을 갖는 통기 가능한 기재이다. 다공질 기재 (91) 는, 분진이 잘 발생하지 않는 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 다공질 기재 공급 회수부 (20) 는, 다공질 기재 공급 롤러 (21), 복수의 다공질 기재 반입 롤러 (22), 복수의 다공질 기재 반출 롤러 (23) 및 다공질 기재 회수 롤러 (24) 를 갖는다. 다공질 기재 공급 롤러 (21), 복수의 다공질 기재 반입 롤러 (22), 복수의 다공질 기재 반출 롤러 (23) 및 다공질 기재 회수 롤러 (24) 는, 모두, 흡착 롤러 (10) 와 평행하게 배치된다.
공급 전의 다공질 기재 (91) 는, 다공질 기재 공급 롤러 (21) 에 감겨 있다. 다공질 기재 공급 롤러 (21) 는, 도시를 생략한 모터의 동력에 의해 회전한다. 다공질 기재 공급 롤러 (21) 가 회전하면, 다공질 기재 (91) 는, 다공질 기재 공급 롤러 (21) 로부터 계속해서 내보내진다. 계속해서 내보내진 다공질 기재 (91) 는, 복수의 다공질 기재 반입 롤러 (22) 에 의해 안내되면서, 소정의 반입 경로를 따라, 흡착 롤러 (10) 의 외주면까지 반송된다. 그리고, 다공질 기재 (91) 는, 흡착 롤러 (10) 의 외주면에 흡착 유지되면서, 흡착 롤러 (10) 의 회전에 의해, 원호상으로 반송된다.
다공질 기재 (91) 는, 흡착 롤러 (10) 의 축심을 중심으로 하여, 180°이상, 바람직하게는 270°이상 반송된다. 그 후, 다공질 기재 (91) 는, 흡착 롤러 (10) 의 외주면으로부터 멀어진다. 흡착 롤러 (10) 로부터 멀어진 다공질 기재 (91) 는, 복수의 다공질 기재 반출 롤러 (23) 에 의해 안내되면서, 소정의 반출 경로를 따라, 다공질 기재 회수 롤러 (24) 까지 반송된다. 다공질 기재 회수 롤러 (24) 는, 도시를 생략한 모터의 동력에 의해 회전한다. 이에 의해, 사용 후의 다공질 기재 (91) 가, 다공질 기재 회수 롤러 (24) 에 권취된다.
전해질막 공급부 (30) 는, 전해질막 (92) 과 장척 띠상의 제 1 지지 필름 (93) 의 2 층으로 구성되는 적층 기재 (94) 를, 흡착 롤러 (10) 의 주위에 공급함과 함께, 전해질막 (92) 으로부터 제 1 지지 필름 (93) 을 박리하는 부위이다.
전해질막 (92) 에는, 예를 들어, 불소계 또는 탄화수소계의 고분자 전해질막이 사용된다. 전해질막 (92) 의 구체예로는, 퍼플루오로카본술폰산 (Perfluorocarbon sulfonic acid) 을 포함하는 고분자 전해질막 (예를 들어, 미국 DuPont 사 제조의 Nafion (등록상표), 아사히 유리 (주) 제조의 Flemion (등록상표), 아사히 화성 (주) 제조의 Aciplex (등록상표), 고어 (Gore) 사 제조의 Goreselect (등록상표)) 를 들 수 있다. 전해질막 (92) 의 막 두께는, 예를 들어, 5 ㎛ ∼ 30 ㎛ 가 된다. 전해질막 (92) 은, 대기 중의 습기에 의해 팽윤하는 한편, 습도가 낮아지면 수축한다. 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, polyethylene naphthalate) 나 PET (폴리에틸렌테레프탈레이트, polyethylene terephthalate) 의 필름을 들 수 있다. 제 1 지지 필름 (93) 의 막 두께는, 예를 들어 25 ㎛ ∼ 100 ㎛ 가 된다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 전해질막 공급부 (30) 는, 적층 기재 공급 롤러 (31), 복수의 적층 기재 반입 롤러 (32), 박리 롤러 (33), 복수의 제 1 지지 필름 반출 롤러 (34) 및 제 1 지지 필름 회수 롤러 (35) 를 갖는다. 적층 기재 공급 롤러 (31), 복수의 적층 기재 반입 롤러 (32), 박리 롤러 (33), 복수의 제 1 지지 필름 반출 롤러 (34) 및 제 1 지지 필름 회수 롤러 (35) 는, 모두, 흡착 롤러 (10) 와 평행하게 배치된다.
공급 전의 적층 기재 (94) 는, 제 1 지지 필름 (93) 이 내측이 되도록, 적층 기재 공급 롤러 (31) 에 감겨 있다. 본 실시형태에서는, 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, 이 제조 장치 (1) 와는 별도의 장치에 있어서, 제 1 지지 필름 (93) 및 전해질막 (92) 의 2 층으로 구성되는 적층 기재 (94) 를, 그대로 롤·투·롤 (role-to-role) 방식으로 반송하면서, 전해질막 (92) 의 제 1 면에 촉매 재료를 간헐 도포하고, 도포된 촉매 재료를 건조시키는 것에 의해 형성된다.
적층 기재 공급 롤러 (31) 는, 도시를 생략한 모터의 동력에 의해 회전한다. 적층 기재 공급 롤러 (31) 가 회전하면, 적층 기재 (94) 는, 적층 기재 공급 롤러 (31) 로부터 계속해서 내보내진다. 계속해서 내보내진 적층 기재 (94) 는, 복수의 적층 기재 반입 롤러 (32) 에 의해 안내되면서, 소정의 반입 경로를 따라, 흡착 롤러 (10) 와 박리 롤러 (33) 사이까지 반송된다. 즉, 본 실시형태에서는, 적층 기재 공급 롤러 (31) 및 복수의 적층 기재 반입 롤러 (32) 가, 흡착 롤러 (10) 의 외주면을 향하여 적층 기재 (94) 를 도입하는 도입부가 된다.
박리 롤러 (33) 는, 전해질막 (92) 으로부터 제 1 지지 필름 (93) 을 박리하기 위한 롤러이다. 박리 롤러 (33) 는, 흡착 롤러 (10) 보다 직경이 작은 원통상의 외주면을 갖는다. 박리 롤러 (33) 의 적어도 외주면은, 탄성체에 의해 형성된다. 흡착 롤러 (10) 의 외주면과, 박리 롤러 (33) 의 외주면은, 다공질 기재 (91) 및 적층 기재 (94) 를 개재하여, 서로 대향한다. 박리 롤러 (33) 는, 흡착 롤러 (10) 에 대한 다공질 기재 (91) 의 도입 위치보다, 흡착 롤러 (10) 의 회전 방향의 약간 하류측에 있어서, 흡착 롤러 (10) 에 인접 배치되어 있다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 박리 롤러 (33) 에는, 압압 기구인 에어 실린더 (air cylinder) (80) 가 접속되어 있다. 에어 실린더 (80) 는, 제어부 (70) 로부터 공급되는 제어 신호에 따라 발생하는 공기압에 의해, 박리 롤러 (33) 를, 흡착 롤러 (10) 를 향하여 압압한다. 제조 장치 (1) 의 가동시에는, 항상, 에어 실린더 (80) 에 의해, 박리 롤러 (33) 의 위치가, 흡착 롤러 (10) 에 근접한 위치에 유지되어 있다.
복수의 적층 기재 반입 롤러 (32) 에 의해 반입되는 적층 기재 (94) 는, 흡착 롤러 (10) 와 박리 롤러 (33) 사이에 도입된다. 이 때, 제 1 지지 필름 (93) 은, 박리 롤러 (33) 의 외주면에 접촉한다. 또한, 전해질막 (92) 의 제 1 면은, 흡착 롤러 (10) 에 유지된 다공질 기재 (91) 의 표면에 접촉하거나, 혹은, 다공질 기재 (91) 의 표면과 약간의 간극을 개재하여 대향한다. 흡착 롤러 (10) 에 유지된 다공질 기재 (91) 의 표면에는, 흡착 롤러 (10) 로부터의 흡인력에 의해, 부압이 발생한다. 적층 기재 (94) 가 흡착 롤러 (10) 와 박리 롤러 (33) 사이를 통과한 후, 전해질막 (92) 은, 당해 부압에 의해, 다공질 기재 (91) 의 표면에 흡착된다. 그리고, 전해질막 (92) 은, 다공질 기재 (91) 와 함께 흡착 롤러 (10) 에 흡착 유지되면서, 흡착 롤러 (10) 의 회전에 의해, 원호상으로 반송된다.
이와 같이, 본 실시형태에서는, 흡착 롤러 (10) 의 외주면과 전해질막 (92) 사이에, 다공질 기재 (91) 를 개재시킨다. 이 때문에, 흡착 롤러 (10) 의 외주면과, 전해질막 (92) 의 제 1 면에 형성된 제 1 촉매층 (9a) 은, 직접 접촉하지 않는다. 따라서, 제 1 촉매층 (9a) 의 일부가 흡착 롤러 (10) 의 외주면에 부착하거나, 흡착 롤러 (10) 의 외주면으로부터 전해질막 (92) 으로 이물질이 전재되는 것을, 방지할 수 있다.
한편, 적층 기재 (94) 가 흡착 롤러 (10) 와 박리 롤러 (33) 사이를 통과한 후, 제 1 지지 필름 (93) 은, 전해질막 (92) 으로부터 박리됨과 함께, 흡착 롤러 (10) 로부터 멀어져, 복수의 제 1 지지 필름 반출 롤러 (34) 측에 반송된다. 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 (34) 에 의해 안내되면서, 소정의 반출 경로를 따라, 제 1 지지 필름 회수 롤러 (35) 까지 반송된다. 제 1 지지 필름 회수 롤러 (35) 는, 도시를 생략한 모터의 동력에 의해 회전한다. 이에 의해, 제 1 지지 필름 (93) 이, 제 1 지지 필름 회수 롤러 (35) 에 권취된다.
도포부 (40) 는, 흡착 롤러 (10) 의 주위에 있어서, 전해질막 (92) 의 표면에 촉매 재료를 도포하는 기구이다. 촉매 재료에는, 예를 들어, 백금 (Pt) 을 포함하는 촉매 입자를 알코올 등의 용매 중에 분산시킨 촉매 잉크가 사용된다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 도포부 (40) 는 노즐 (41) 을 갖는다. 노즐 (41) 은, 흡착 롤러 (10) 에 의한 전해질막 (92) 의 반송 방향에 있어서, 박리 롤러 (33) 보다 하류측에 형성되어 있다. 노즐 (41) 은, 흡착 롤러 (10) 의 외주면에 대향하는 토출구 (411) 를 갖는다. 토출구 (411) 는, 흡착 롤러 (10) 의 외주면을 따라, 수평으로 연장되는 슬릿상의 개구이다.
노즐 (41) 은, 도시를 생략한 촉매 재료 공급원과 접속되어 있다. 도포부 (40) 를 구동시키면, 촉매 재료 공급원으로부터 배관을 통하여 노즐 (41) 에, 촉매 재료가 공급된다. 그리고, 노즐 (41) 의 토출구 (411) 로부터 전해질막 (92) 의 제 2 면을 향하여, 촉매 재료가 토출된다. 이에 의해, 전해질막 (92) 의 제 2 면에, 촉매 재료가 도포된다.
본 실시형태에서는, 노즐 (41) 에 접속되는 밸브를 일정한 주기로 개폐함으로써, 노즐 (41) 의 토출구 (411) 로부터, 촉매 재료를 단속적으로 토출한다. 이에 의해, 전해질막 (92) 의 제 2 면에, 촉매 재료를 반송 방향으로 일정한 간격으로 간헐 도포한다. 단, 밸브를 연속적으로 개방하여, 전해질막 (92) 의 제 2 면에, 반송 방향으로 절단선없이 촉매 재료를 도포해도 된다.
또한, 촉매 재료 중의 촉매 입자에는, 고분자형 연료 전지의 애노드 (anode) 또는 캐소드 (cathode) 에 있어서 연료 전지 반응을 일으키는 재료가 사용된다. 구체적으로는, 백금 (Pt, platinum), 백금 합금, 백금 화합물 등의 입자를, 촉매 입자로서 사용할 수 있다. 백금 합금의 예로는, 예를 들어, 루테늄 (Ru, ruthenium), 팔라듐 (Pd, palladium), 니켈 (Ni, nickel), 몰리브덴 (Mo, molybdenum), 이리듐 (Ir, iridium), 철 (Fe, iron) 등으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 금속과 백금의 합금을 들 수 있다. 일반적으로는, 캐소드용의 촉매 재료에는 백금이 이용되고, 애노드용의 촉매 재료에는 백금 합금이 사용된다. 노즐 (41) 로부터 토출되는 촉매 재료는, 캐소드용이어도 되고 애노드용이어도 된다. 단, 전해질막 (92) 의 표리에 형성되는 촉매층 (9a, 9b) 에는, 서로 반대 극성의 촉매 재료가 사용된다.
도포부 (40) 의 노즐 (41) 이나 배관은, 정기적으로 분해 세정 등의 메인터넌스 (maintenance) 를 실시할 필요가 있다. 이 때문에, 이 제조 장치 (1) 는, 도포부 (40) 의 메인터넌스를 실시하기 위한 메인터넌스 스페이스 (maintenance space) (101) 를 갖는다. 본 실시형태에서는, 도포부 (40) 와 제 1 지지 필름 회수 롤러 (35) 사이에, 메인터넌스 스페이스 (101) 가 배치되어 있다. 도포부 (40) 의 메인터넌스를 실시할 때에는, 메인터넌스 스페이스 (101) 에 형성된 족장 (足場) (102) 상에 작업자 (103) 가 서서, 도포부 (40) 를 구성하는 부품의 세정 등을 실시한다.
건조노 (50) 는, 전해질막 (92) 의 제 2 면에 도포된 촉매 재료를 건조시키는 부위이다. 본 실시형태의 건조노 (50) 는, 흡착 롤러 (10) 에 의한 전해질막 (92) 의 반송 방향에 있어서, 도포부 (40) 보다 하류측에 배치되어 있다. 또한, 건조노 (50) 는, 흡착 롤러 (10) 의 외주면을 따라, 원호상으로 형성되어 있다. 건조노 (50) 는, 흡착 롤러 (10) 의 주위에 있어서, 전해질막 (92) 의 제 2 면에, 가열된 기체 (열풍) 를 분사한다. 그렇게 하면, 전해질막 (92) 의 제 2 면에 도포된 촉매 재료가 가열되어, 촉매 재료 중의 용제가 기화한다. 이에 의해, 촉매 재료가 건조되어, 전해질막 (92) 의 제 2 면에 촉매층 (이하, 「제 2 촉매층 (9b)」 이라고 칭한다) 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 (60) 는, 막·촉매층 접합체 (95) 에 제 2 지지 필름 (96) 을 첩부하여, 막·촉매층 접합체 (95) 를 회수하는 부위이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 접합체 회수부 (60) 는, 제 2 지지 필름 공급 롤러 (61), 복수의 제 2 지지 필름 반입 롤러 (62), 라미네이트 롤러 (laminating roler) (63), 복수의 접합체 반출 롤러 (64) 및 접합체 회수 롤러 (65) (전해질막 회수 롤러) 를 갖는다. 제 2 지지 필름 공급 롤러 (61), 복수의 제 2 지지 필름 반입 롤러 (62), 라미네이트 롤러 (63), 복수의 접합체 반출 롤러 (64) 및 접합체 회수 롤러 (65) 는, 모두, 흡착 롤러 (10) 와 평행하게 배치된다.
공급 전의 제 2 지지 필름 (96) 은, 제 2 지지 필름 공급 롤러 (61) 에 권부되어 있다. 제 2 지지 필름 공급 롤러 (61) 는, 도시를 생략한 모터의 동력에 의해 회전한다. 제 2 지지 필름 공급 롤러 (61) 가 회전하면, 제 2 지지 필름 (96) 은, 제 2 지지 필름 공급 롤러 (61) 로부터 계속해서 내보내진다. 계속해서 내보내진 제 2 지지 필름 (96) 은, 복수의 제 2 지지 필름 반입 롤러 (62) 에 의해 안내되면서, 소정의 반입 경로를 따라서, 라미네이트 롤러 (63) 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) 이나 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. 또한, 제 1 지지 필름 회수 롤러 (35) 에 권취된 제 1 지지 필름 (93) 을, 제 2 지지 필름 (96) 으로서 제 2 지지 필름 공급 롤러 (61) 로부터 조출하도록 해도 된다.
라미네이트 롤러 (63) 는, 막·촉매층 접합체 (95) 에 제 2 지지 필름 (96) 을 첩부하기 위한 롤러이다. 라미네이트 롤러 (63) 의 재료에는, 예를 들어, 내열성이 높은 고무가 사용된다. 라미네이트 롤러 (63) 는, 흡착 롤러 (10) 보다 직경이 작은 원통상의 외주면을 갖는다. 라미네이트 롤러 (63) 는, 흡착 롤러 (10) 의 회전 방향에 있어서, 건조노 (50) 보다 하류측, 또한, 흡착 롤러 (10) 로부터 다공질 기재 (91) 가 멀어지는 위치보다 상류측에 있어서, 흡착 롤러 (10) 에 인접 배치되어 있다. 또한, 라미네이트 롤러 (63) 는, 도시를 생략한 에어 실린더에 의해, 흡착 롤러 (10) 측으로 가압되어 있다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 라미네이트 롤러 (63) 의 내부에는, 통전에 의해 발열하는 히터 (631) 가 형성되어 있다. 히터 (631) 에는, 예를 들어, 시즈 히터 (sheathed heater) 가 사용된다. 히터 (631) 에 통전하면, 히터 (631) 로부터 발생하는 열에 의해, 라미네이트 롤러 (63) 의 외주면이, 환경 온도보다 높은 소정의 온도로 온조된다. 또한, 라미네이트 롤러 (63) 의 외주면의 온도를 방사 온도계 등의 온도 센서를 사용하여 측정하고, 그 측정 결과에 기초하여, 라미네이트 롤러 (63) 의 외주면이 일정한 온도가 되도록, 히터 (631) 의 출력을 제어해도 된다.
복수의 제 2 지지 필름 반입 롤러 (62) 에 의해 반입되는 제 2 지지 필름 (96) 은, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 흡착 롤러 (10) 의 주위에 있어서 반송되는 막·촉매층 접합체 (95) 와 라미네이트 롤러 (63) 사이에 도입된다. 이 때, 제 2 지지 필름 (96) 은, 라미네이트 롤러 (63) 로부터의 압력에 의해, 막·촉매층 접합체 (95) 에 가압됨과 함께, 라미네이트 롤러 (63) 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 (63) 사이를 통과한 제 2 지지 필름 (96) 이 형성된 막·촉매층 접합체 (95) 는, 흡착 롤러 (10) 로부터 멀어지는 방향으로 반송된다. 이에 의해, 다공질 기재 (91) 로부터 막·촉매층 접합체 (95) 가 박리된다.
또한, 본 실시형태에서는, 라미네이트 롤러 (63) 의 근방에, 압압 롤러 (632) 가 배치되어 있다. 압압 롤러 (632) 는, 흡착 롤러 (10) 와 라미네이트 롤러 (63) 사이의 간극보다, 막·촉매층 접합체 (95) 의 반송 방향 하류측에 있어서, 라미네이트 롤러 (63) 에 인접 배치되어 있다. 또한, 압압 롤러 (632) 는, 도시를 생략한 에어 실린더에 의해, 라미네이트 롤러 (63) 측으로 가압되어 있다. 다공질 기재 (91) 로부터 멀어진 제 2 지지 필름 (96) 이 형성된 막·촉매층 접합체 (95) 는, 계속해서, 라미네이트 롤러 (63) 와 압압 롤러 (632) 사이를 통과한다. 이에 의해, 전해질막 (92) 의 제 2 면에 대한 제 2 지지 필름 (96) 의 밀착성이 향상된다.
그 후, 제 2 지지 필름 (96) 이 형성된 막·촉매층 접합체 (95) 는, 복수의 접합체 반출 롤러 (64) 에 의해 안내되면서, 소정의 반출 경로를 따라, 접합체 회수 롤러 (65) 까지 반송된다. 접합체 회수 롤러 (65) 는, 도시를 생략한 모터의 동력에 의해 회전한다. 이에 의해, 제 2 지지 필름 (96) 이 형성된 막·촉매층 접합체 (95) 가, 제 2 지지 필름 (96) 이 외측이 되도록, 접합체 회수 롤러 (65) 에 권취된다.
이와 같이, 본 실시형태의 제조 장치 (1) 에서는, 적층 기재 공급 롤러 (31) 로부터의 적층 기재 (94) 의 조출, 흡착 롤러 (10) 와 박리 롤러 (33) 사이로의 적층 기재 (94) 의 도입, 전해질막 (92) 으로부터의 제 1 지지 필름 (93) 의 박리, 전해질막 (92) 으로의 촉매 재료의 도포, 건조노 (50) 에 의한 건조, 전해질막 (92) 에 대한 제 2 지지 필름 (96) 의 첩부, 접합체 회수 롤러 (65) 에 대한 막·촉매층 접합체 (95) 의 권취, 의 각 공정이, 순차적으로 실행된다. 이에 의해, 고체 고분자형 연료 전지의 전극에 사용되는 막·촉매층 접합체 (95) 가 제조된다. 전해질막 (92) 은, 제 1 지지 필름 (93), 흡착 롤러 (10), 또는 제 2 지지 필름 (96) 에, 항상 유지되어 있다. 이에 의해, 제조 장치 (1) 에 있어서의 전해질막 (92) 의 팽윤·수축 등의 변형이 억제된다.
제어부 (70) 는, 제조 장치 (1) 내의 각 부를 동작 제어하기 위한 수단이다. 도 3 은, 제어부 (70) 와, 제조 장치 (1) 내의 각 부의 접속을 나타낸 블록도이다. 도 3 중에 개념적으로 나타낸 바와 같이, 제어부 (70) 는, CPU 등의 연산 처리부 (71), RAM 등의 메모리 (memory) (72) 및 하드 디스크 드라이브 (hard disk drive) 등의 기억부 (73) 를 갖는 컴퓨터 (computer) 에 의해 구성된다. 기억부 (73) 내에는, 막·촉매층 접합체의 제조 처리를 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램 (computer program) (P) 이, 인스톨되어 있다.
또한, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 제어부 (70) 는, 상기 서술한 흡착 롤러 (10) 의 회전 구동부 (11), 흡착 롤러 (10) 의 흡인 기구, 다공질 기재 공급 롤러 (21) 의 모터, 다공질 기재 회수 롤러 (24) 의 모터, 적층 기재 공급 롤러 (31) 의 모터, 박리 롤러 (33) 의 에어 실린더 (80), 제 1 지지 필름 회수 롤러 (35) 의 모터, 도포부 (40), 건조노 (50), 제 2 지지 필름 공급 롤러 (61) 의 모터, 라미네이트 롤러 (63) 의 에어 실린더, 라미네이트 롤러 (63) 의 히터 (631), 압압 롤러 (632) 의 에어 실린더 및 접합체 회수 롤러 (65) 의 모터와, 각각 통신 가능하게 접속되어 있다.
제어부 (70) 는, 기억부 (73) 에 기억된 컴퓨터 프로그램 (P) 이나 데이터 (data) 를 메모리 (72) 에 일시적으로 판독하고, 당해 컴퓨터 프로그램 (P) 에 기초하여, 연산 처리부 (71) 가 연산 처리를 실시함으로써, 상기의 각 부를 동작 제어한다. 이에 의해, 제조 장치 (1) 에 있어서의 막·촉매층 접합체의 제조 처리가 진행된다.
＜2. 적층 기재의 늘어짐 방지에 대하여＞
상기 서술한 바와 같이, 이 제조 장치 (1) 에서는, 흡착 롤러 (10) 와 박리 롤러 (33) 사이에 적층 기재 (94) 가 도입된다. 이 때, 에어 실린더 (80) 의 압압력이 지나치게 강하면, 박리 롤러 (33) 가, 적층 기재 (94) 를, 흡착 롤러 (10) 를 향하여 강하게 누른다. 이 때문에, 흡착 롤러 (10) 와 박리 롤러 (33) 사이에 있어서, 적층 기재 (94) 가 강하게 유지된다. 그렇게 하면, 적층 기재 (94) 의 좌우의 끝 가장자리부의 길이에 차가 있는 경우에, 박리 롤러 (33) 의 상류측에 있어서, 적층 기재 (94) 의 긴 쪽의 끝 가장자리부가 남고, 그것에 의해, 적층 기재 (94) 에 늘어짐이 발생한다.
본 실시형태의 제조 장치 (1) 에서는, 이와 같은 적층 기재 (94) 의 늘어짐이 발생하지 않도록, 흡착 롤러 (10) 와 박리 롤러 (33) 사이의 간격이 조절되어 있다. 도 4 는, 박리 롤러 (33) 부근의 확대도이다. 도 4 에 나타내는 바와 같이, 에어 실린더 (80) 는, 실린더 본체 (81), 실린더 로드 (cylinder rod) (82) 및 스토퍼 (stopper) (83) 를 갖는다. 박리 롤러 (33) 의 회전축은, 실린더 로드 (82) 의 선단에, 회전 가능하게 장착되어 있다. 에어 실린더 (80) 는, 실린더 본체 (81) 내에 공급되는 고압의 공기에 의해, 실린더 로드 (82) 를, 퇴피 상태와, 퇴피 상태보다 흡착 롤러 (10) 를 향하여 돌출된 돌출 상태 (도 4 의 위치) 사이에서, 이동시킨다.
스토퍼 (83) 는, 실린더 로드 (82) 의 흡착 롤러 (10) 측으로의 이동을 제한하기 위한 부재이다. 스토퍼 (83) 는, 실린더 본체 (81) 등의, 흡착 롤러 (10) 에 대하여 위치가 변동하지 않는 부위에 장착된다. 또한, 스토퍼 (83) 의 장착 위치를 바꾸는 것에 의해, 흡착 롤러 (10) 에 대한 스토퍼 (83) 의 위치는, 조정 가능하게 되어 있다. 실린더 로드 (82) 가 돌출 상태일 때에는, 도 4 와 같이, 실린더 로드 (82) 에 형성된 접촉부 (821) 가, 스토퍼 (83) 에 접촉한다. 이에 의해, 실린더 로드 (82) 의 돌출 상태에 있어서의 위치가 고정된다. 따라서, 박리 롤러 (33) 의 위치도 고정된다.
박리 롤러 (33) 의 위치가, 흡착 롤러 (10) 에 지나치게 접근하면, 박리 롤러 (33) 와 흡착 롤러 (10) 사이에 끼워진 적층 기재 (94) 가, 박리 롤러 (33) 에 대하여 슬라이딩 불능이 된다. 이에 의해, 상기 서술한 적층 기재 (94) 의 늘어짐이 발생한다. 그래서, 이 제조 장치 (1) 에서는, 박리 롤러 (33) 의 위치를, 박리 롤러 (33) 의 외주면에 대하여 적층 기재 (94) 가 슬라이딩 가능해지는 위치로 설정한다. 그렇게 하면, 적층 기재 (94) 의 좌우의 끝 가장자리부의 길이에 차가 있는 경우에도, 적층 기재 (94) 에 가해지는 반송 방향의 장력에 의해, 흡착 롤러 (10) 의 외주면에 대하여 적층 기재 (94) 가 슬라이딩한다. 이에 의해, 적층 기재 (94) 의 좌우의 끝 가장자리부의 길이의 차를 흡수할 수 있다. 따라서, 박리 롤러 (33) 의 반송 방향 상류측의 위치에 있어서, 적층 기재 (94) 에 늘어짐이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
적층 기재 (94) 의 늘어짐을 억제하면, 변형하기 쉬운 전해질막 (92) 을, 흡착 롤러 (10) 에 유지된 다공질 기재 (91) 의 표면에, 안정적으로 유지시킬 수 있다. 그 결과, 전해질막 (92) 에 대한 촉매 재료의 도포 상태도 안정시킬 수 있다.
박리 롤러 (33) 와 흡착 롤러 (10) 사이에 있어서, 적층 기재 (94) 와 다공질 기재 (91) 는, 접촉하고 있어도 되고, 약간 떨어져 있어도 된다. 적층 기재 (94) 와 다공질 기재 (91) 가 접촉하는 경우에도, 박리 롤러 (33) 를 흡착 롤러 (10) 를 향하여 지나치게 압압하지 않는 것에 의해, 박리 롤러 (33) 와 적층 기재 (94) 사이의 마찰력이 저감되어, 박리 롤러 (33) 의 외주면에 대하여 적층 기재 (94) 가 슬라이딩 가능해져 있으면 된다.
단, 박리 롤러 (33) 는, 흡착 롤러 (10) 에 전해질막 (92) 을 흡착시킬 때에, 전해질막 (92) 에 가해지는 장력을 저감시키는 역할도 담당하고 있다. 흡착 롤러 (10) 로부터 박리 롤러 (33) 가 지나치게 떨어지면, 이 장력을 저감시키는 기능이 저하한다. 그 경우, 전해질막 (92) 이 반송 방향으로 신장한 상태인 채로, 흡착 롤러 (10) 에 유지되게 된다. 이 때문에, 박리 롤러 (33) 의 위치는, 흡착 롤러 (10) 로부터 지나치게 떨어지지 않게 하는 것이 바람직하다.
도 5 는, 흡착 롤러 (10) 와 박리 롤러 (33) 의 위치 관계를 변화시켜, 적층 기재 (94) 의 늘어짐의 유무와, 흡착 롤러 (10) 에 유지된 전해질막 (92) 의 신장의 유무를, 조사한 결과를 나타낸 도면이다. 도 5 중의 갭 (G) 은, 도 4 에 나타낸 길이 (D) 로부터, 박리 롤러 (33) 의 자연 상태에 있어서의 반경 (R) 을 뺀 값이다. 길이 (D) 는, 흡착 롤러 (10) 의 주위에 있어서 전해질막 (92) 에 접촉하는 유지면과, 박리 롤러 (33) 의 중심 사이의 거리이다. 본 실시형태에서는, 흡착 롤러 (10) 에 유지된 다공질 기재 (91) 의 외측의 표면이, 유지면이 된다.
도 5 의 조사에서는, 갭 (G) 이 적층 기재 (94) 의 두께 (T) 의 52 ％ 이하일 때에, 상기 서술한 적층 기재 (94) 의 늘어짐이 확인되었다. 또한, 갭 (G) 이 적층 기재 (94) 의 두께와 동일, 혹은, 적층 기재 (94) 의 두께 (T) 보다 클 때에는, 상기 서술한 적층 기재 (94) 의 늘어짐은 확인되지 않았다. 이 결과로부터, 갭 (G) 은, 예를 들어, 적층 기재 (94) 의 두께 (T) 의 60 ％ 이상으로 하는 것이 바람직한 것으로 생각된다. 또한, 갭 (G) 은, 적층 기재 (94) 의 두께 (T) 와 동일, 혹은, 적층 기재 (94) 의 두께 (T) 보다 크게 하는 것이, 보다 바람직하다고 할 수 있다. 특히, 갭 (G) 이, 적층 기재 (94) 의 두께 (T) 와 동일, 혹은, 적층 기재 (94) 의 두께 (T) 보다 클 때에는, 다공질 기재 (91) 의 표면과, 박리 롤러 (33) 에 유지되는 적층 기재 (94) 의 전해질막 (92) 이, 비접촉이 된다. 이 때문에, 박리 롤러 (33) 의 외주면에 대하여, 적층 기재 (94) 가 보다 슬라이딩하기 쉬워진다. 따라서, 상기 서술한 적층 기재 (94) 의 늘어짐이, 보다 저감된다.
또한, 도 5 의 조사에서는, 갭 (G) 이 적층 기재 (94) 의 두께 (T) 의 148 ％ 또는 148 ％ 보다 작을 때에는, 흡착 롤러 (10) 에 유지된 전해질막 (92) 의 신장은, 확인되지 않았다. 또한, 갭 (G) 이 적층 기재 (94) 의 두께 (T) 의 179 ％ 또는 179 ％ 보다 클 때에, 흡착 롤러 (10) 에 유지된 전해질막 (92) 의 신장이, 약간이지만 확인되었다. 또한, 갭 (G) 이 적층 기재 (94) 의 두께 (T) 의 338 ％ 또는 338 ％ 보다 클 때에, 흡착 롤러 (10) 에 유지된 전해질막 (92) 의 현저한 신장이 확인되었다. 이 결과로부터, 갭 (G) 은, 예를 들어, 적층 기재 (94) 의 두께 (T) 의 200 ％ 또는 200 ％ 보다 작게 하는 것이 바람직한 것으로 생각된다. 또한, 갭 (G) 은, 적층 기재 (94) 의 두께 (T) 의 150 ％ 또는 150 ％ 보다 작게 하는 것이, 보다 바람직하다고 할 수 있다. 이에 의해, 흡착 롤러 (10) 에 흡착 유지되는 전해질막 (92) 이, 반송 방향으로 과도하게 신장한 상태가 되는 것을 억제할 수 있다.
＜3. 변형예＞
이상, 본 발명의 일 실시형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은, 상기의 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
도 6 은, 일 변형예에 관련된 막·촉매층 접합체의 제조 장치의 박리 롤러 (33) 부근의 확대도이다. 상기의 실시형태와 비교하여, 도 6 의 제조 장치는, 기체 분사부 (36) 를 갖는 점이 상이하다.
기체 분사부 (36) 는, 도 6 중의 파선 화살표와 같이, 흡착 롤러 (10) 와 박리 롤러 (33) 사이의 간극을 향하여, 반송 방향의 하류측으로부터 기체를 분사한다. 이와 같이 하면, 전해질막 (92) 의 제 2 면과 제 1 지지 필름 (93) 사이에, 기체가 닿는다. 이에 의해, 전해질막 (92) 으로부터의 제 1 지지 필름 (93) 의 박리를 촉진시킬 수 있다. 그 결과, 다공질 기재 (91) 로부터 전해질막 (92) 이 뜨는 것을 방지하여, 흡착 롤러 (10) 의 주위에 있어서의 전해질막 (92) 의 유지 상태를, 보다 안정시킬 수 있다. 또한, 기체 분사부 (36) 로부터 분출되는 기체는, 클린 드라이 에어여도 되고, 질소 등의 불활성 가스여도 된다.
도 7 은, 일 변형예에 관련된 막·촉매층 접합체의 제조 장치의 박리 롤러 부근의 확대도이다. 상기의 실시형태와 비교하여, 도 7 의 제조 장치는, 제 1 박리 롤러 (33) 와 제 2 박리 롤러 (37) 의 2 개 박리 롤러를 갖는 점이 상이하다.
제 1 박리 롤러 (33) 및 제 2 박리 롤러 (37) 는, 모두, 흡착 롤러 (10) 의 주위에 배치되어 있다. 즉, 제 1 박리 롤러 (33) 및 제 2 박리 롤러 (37) 는, 모두, 흡착 롤러 (10) 의 외주면에 대향하는 외주면을 갖는다. 또한, 제 2 박리 롤러 (37) 는, 제 1 박리 롤러 (33) 보다, 흡착 롤러 (10) 의 회전 방향 하류측에 배치되어 있다. 또한, 제 1 박리 롤러 (33) 및 제 2 박리 롤러 (37) 는, 각각, 스토퍼 (83) 를 갖는 에어 실린더 (80) 에 의해, 흡착 롤러 (10) 에 대한 위치를 조절 가능하게 되어 있다.
이 예에서는, 적층 기재 (94) 는, 먼저, 흡착 롤러 (10) 와 제 1 박리 롤러 (33) 사이에 도입되고, 그 후에, 흡착 롤러 (10) 와 제 2 박리 롤러 (37) 사이에 도입된다. 흡착 롤러 (10) 와 제 1 박리 롤러 (33) 사이에 있어서는, 적층 기재 (94) 는, 제 1 박리 롤러 (33) 에 유지된다. 즉, 적층 기재 (94) 와 다공질 기재 (91) 사이에는, 간극이 있어도 된다. 적층 기재 (94) 가 제 1 박리 롤러 (33) 로부터 제 2 박리 롤러 (37) 로 이동하는 동안에, 전해질막 (92) 은, 다공질 기재 (91) 에 흡착된다. 그리고, 적층 기재 (94) 가 제 1 박리 롤러 (33) 로부터 제 2 박리 롤러 (37) 로 이동하는 동안에, 전해질막 (92) 으로부터 제 1 지지 필름 (93) 이 박리된다. 따라서, 흡착 롤러 (10) 와 제 2 박리 롤러 (37) 사이에 있어서는, 전해질막 (92) 이 다공질 기재 (91) 를 개재하여 흡착 롤러 (10) 에 유지됨과 함께, 제 1 지지 필름 (93) 이 제 2 박리 롤러 (37) 에 유지된다.
이와 같이 하면, 전해질막 (92) 이, 반송 방향으로 신장한 상태인 채로, 다공질 기재 (91) 에 흡착되는 것을, 보다 억제할 수 있다. 따라서, 제 1 박리 롤러 (33) 및 제 2 박리 롤러 (37) 를, 흡착 롤러 (10) 로부터 보다 떨어트릴 수 있다. 즉, 상기 서술한 갭 (G) 을 크게 할 수 있다. 이에 의해, 제 1 박리 롤러 (33) 의 반송 방향 상류측의 위치에 있어서, 적층 기재 (94) 에 늘어짐이 발생하는 것을, 보다 억제할 수 있다.
또한, 상기의 실시형태 및 변형예에서는, 박리 롤러 (33) 를 압압하는 압압 기구로서, 에어 실린더 (80) 를 사용하고 있었다. 그러나, 압압 기구에, 모터 등의 다른 동력원을 사용해도 된다.
또한, 상기의 실시형태 및 변형예에서는, 흡착 롤러 (10) 의 외주면에, 다공질 기재 (91) 를 개재하여, 전해질막 (92) 이 유지되어 있었다. 그러나, 다공질 기재 (91) 는 생략해도 된다. 즉, 흡착 롤러 (10) 의 외주면에, 직접, 전해질막 (92) 이 유지되어도 된다. 그 경우, 상기 서술한 길이 (D) 의 기준이 되는 유지면은, 흡착 롤러 (10) 의 외주면이 된다.
또한, 상기의 실시형태에서는, 일방의 면에 미리 제 1 촉매층 (9a) 이 형성된 전해질막 (92) 의 타방의 면에, 제 2 촉매층 (9b) 을 형성하는 경우에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명의 기재 처리 장치는, 표리의 어느 면에도 촉매층이 형성되어 있지 않은 전해질막에 대하여, 촉매층을 형성하는 것이어도 된다.
또한, 본 발명에 있어서 처리 대상이 되는 피처리 기재는, 전해질막 이외의 장척 띠상의 기재여도 된다. 기재의 재료는, 수지, 금속, 유리 (glass), 종이 등이어도 된다.
또한, 기재 처리 장치의 세부의 구성에 대해서는, 본원의 각 도면과 상이해도 된다. 또한, 상기의 실시형태나 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 ; 다공질 기재 공급 회수부
30 ; 전해질막 공급부
31 ; 적층 기재 공급 롤러
32 ; 적층 기재 반입 롤러
33 ; 박리 롤러, 제 1 박리 롤러
34 ; 제 1 지지 필름 반출 롤러
35 ; 제 1 지지 필름 회수 롤러
36 ; 기체 분사부
37 ; 제 2 박리 롤러
40 ; 도포부
50 ; 건조노
60 ; 접합체 회수부
70 ; 제어부
80 ; 에어 실린더
81 ; 실린더 본체
82 ; 실린더 로드
83 ; 스토퍼
91 ; 다공질 기재
92 ; 전해질막
93 ; 제 1 지지 필름
94 ; 적층 기재

Claims (12)

  1. 장척 띠상의 피처리 기재를 반송하면서 처리하는 기재 처리 장치로서,
    복수의 흡착공을 갖는 외주면을 가지는 흡착 롤러와,
    상기 흡착 롤러의 외주면을 향하여, 장척 띠상의 지지 필름과 상기 피처리 기재가 적층된 적층 기재를 도입하는 도입부와,
    상기 흡착 롤러의 상기 외주면에 상기 적층 기재를 개재하여 대향하는 외주면을 가지는 박리 롤러와,
    상기 박리 롤러를 상기 흡착 롤러를 향하여 압압하는 압압 기구,
    를 구비하고,
    상기 적층 기재가, 상기 흡착 롤러와 상기 박리 롤러 사이를 통과한 후, 상기 지지 필름은, 상기 피처리 기재로부터 박리되어 상기 흡착 롤러로부터 멀어지는 방향으로 반송되는 한편, 상기 피처리 기재는, 상기 흡착 롤러에 흡착 유지되고,
    상기 적층 기재는, 상기 박리 롤러의 외주면에 대하여 슬라이딩 가능하게 유지되고,
    상기 흡착 롤러의 주위에 있어서 상기 피처리 기재에 접촉하는 유지면과, 상기 박리 롤러의 중심의 거리로부터, 상기 박리 롤러의 자연 상태에 있어서의 반경을 뺀 값인 갭이, 상기 적층 기재의 두께의 60 ％ 이상 200 ％ 이하인, 기재 처리 장치.
  2. 장척 띠상의 피처리 기재를 반송하면서 처리하는 기재 처리 장치로서,
    복수의 흡착공을 갖는 외주면을 가지는 흡착 롤러와,
    상기 흡착 롤러의 외주면을 향하여, 장척 띠상의 지지 필름과 상기 피처리 기재가 적층된 적층 기재를 도입하는 도입부와,
    상기 흡착 롤러의 상기 외주면에 상기 적층 기재를 개재하여 대향하는 외주면을 가지는 박리 롤러와,
    상기 박리 롤러를 상기 흡착 롤러를 향하여 압압하는 압압 기구,
    를 구비하고,
    상기 적층 기재가, 상기 흡착 롤러와 상기 박리 롤러 사이를 통과한 후, 상기 지지 필름은, 상기 피처리 기재로부터 박리되어 상기 흡착 롤러로부터 멀어지는 방향으로 반송되는 한편, 상기 피처리 기재는, 상기 흡착 롤러에 흡착 유지되고,
    상기 압압 기구는,
    선단에 상기 박리 롤러를 회전 가능하게 장착하는 로드와,
    상기 로드를, 퇴피 상태와, 상기 퇴피 상태보다 상기 흡착 롤러를 향하여 돌출된 돌출 상태 사이에서 이동시키는 압압 기구 본체와,
    상기 로드의 상기 흡착 롤러측으로의 이동을 제한하고, 상기 돌출 상태에 있어서의 상기 박리 롤러의 위치를 고정시키는, 스토퍼를 갖고,
    상기 적층 기재는, 상기 박리 롤러의 외주면에 대하여 슬라이딩 가능하게 유지되는, 기재 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 흡착 롤러의 주위에 있어서 상기 피처리 기재에 접촉하는 유지면과, 상기 박리 롤러의 중심의 거리로부터, 상기 박리 롤러의 자연 상태에 있어서의 반경을 뺀 값인 갭이, 상기 적층 기재의 두께의 60 ％ 또는 60 ％ 보다 큰, 기재 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 갭이, 상기 적층 기재의 두께의 200 ％ 또는 200 ％ 보다 작은, 기재 처리 장치.
  5. 제 1 항, 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 갭이, 상기 적층 기재의 두께와 동일, 또는 상기 적층 기재의 두께보다 큰, 기재 처리 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적층 기재는, 반송되는 상기 적층 기재에 가해지는 장력에 의해, 상기 박리 롤러의 외주면에 대하여 슬라이딩 가능하게 유지되는, 기재 처리 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡착 롤러의 외주면과, 상기 피처리 기재 사이에, 장척 띠상의 다공질 기재가 개재하고,
    상기 유지면은, 상기 다공질 기재의 표면인, 기재 처리 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 박리 롤러인 제 1 박리 롤러와,
    상기 제 1 박리 롤러보다 상기 흡착 롤러의 회전 방향 하류측에 위치하고, 상기 흡착 롤러의 외주면에 대향하는 외주면을 가지는 제 2 박리 롤러,
    를 구비하고,
    상기 제 1 박리 롤러와 상기 흡착 롤러 사이에 있어서는, 상기 적층 기재가 상기 제 1 박리 롤러에 유지되고,
    상기 제 2 박리 롤러와 상기 흡착 롤러 사이에 있어서는, 상기 지지 필름이 상기 제 2 박리 롤러에 유지됨과 함께, 상기 피처리 기재가 상기 흡착 롤러에 유지되는, 기재 처리 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡착 롤러의 주위에 있어서, 상기 피처리 기재의 표면에 재료를 도포하는 도포부를 추가로 구비하는, 기재 처리 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피처리 기재는, 전해질막인, 기재 처리 장치.
  11. 장척 띠상의 피처리 기재를 반송하면서 처리하는 기재 처리 방법으로서,
    a) 장척 띠상의 지지 필름과 상기 피처리 기재가 적층된 적층 기재를, 흡착 롤러와 박리 롤러 사이에 도입하는 공정과,
    b) 상기 적층 기재가, 상기 흡착 롤러와 상기 박리 롤러 사이를 통과한 후, 상기 피처리 기재로부터 상기 지지 필름을 박리하고, 상기 지지 필름을 상기 흡착 롤러로부터 멀어지는 방향으로 반송함과 함께, 상기 피처리 기재를 상기 흡착 롤러에 흡착 유지시키는 공정,
    을 포함하고,
    상기 박리 롤러는, 상기 흡착 롤러를 향하여 압압되고, 또한, 상기 적층 기재는, 상기 박리 롤러의 외주면에 대하여 슬라이딩 가능하게 유지되고,
    상기 흡착 롤러의 주위에 있어서 상기 피처리 기재에 접촉하는 유지면과, 상기 박리 롤러의 중심의 거리로부터, 상기 박리 롤러의 자연 상태에 있어서의 반경을 뺀 값인 갭이, 상기 적층 기재의 두께의 60 ％ 이상 200 ％ 이하인, 기재 처리 방법.
  12. 장척 띠상의 피처리 기재를 반송하면서 처리하는 기재 처리 방법으로서,
    a) 장척 띠상의 지지 필름과 상기 피처리 기재가 적층된 적층 기재를, 흡착 롤러와 박리 롤러 사이에 도입하는 공정과,
    b) 상기 적층 기재가, 상기 흡착 롤러와 상기 박리 롤러 사이를 통과한 후, 상기 피처리 기재로부터 상기 지지 필름을 박리하고, 상기 지지 필름을 상기 흡착 롤러로부터 멀어지는 방향으로 반송함과 함께, 상기 피처리 기재를 상기 흡착 롤러에 흡착 유지시키는 공정,
    을 포함하고,
    상기 박리 롤러는, 상기 흡착 롤러를 향하여 압압됨과 함께, 상기 흡착 롤러측으로의 이동이 스토퍼에 의해 제한되고, 또한, 상기 적층 기재는, 상기 박리 롤러의 외주면에 대하여 슬라이딩 가능하게 유지되는, 기재 처리 방법.
KR1020180011631A 2017-03-15 2018-01-30 기재 처리 장치 및 기재 처리 방법 KR102038763B1 (ko)

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