KR102322980B1 - 연료전지용 막 전극접합체를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템 - Google Patents

연료전지용 막 전극접합체를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료전지용 막 전극접합체를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템에 관한 것으로서, 막 전극접합체가 일정한 간격으로 형성된 피가공시트와 상기 피가공시트의 하부면을 지지하는 베이스필름을 공급하도록 형성되는 공급부와, 상기 피가공시트와 상기 베이스필름이 내부로 투입될 수 있도록 형성되며 상부 방향으로 가압하여 상기 피가공시트에 형성된 상기 막 전극접합체를 컷팅하는 컷팅부와, 상기 컷팅부에 형성되어 상기 컷팅부가 승강되도록 동력을 전달하는 구동부와, 상기 컷팅부에 형성되며 상기 막 전극접합체의 위치를 감지하여 상기 컷팅부의 위치를 보정하는 보정부와, 상기 컷팅부에 의해 컷팅된 후 배출되는 상기 막 전극접합체, 상기 막 전극접합체가 분리된 피가공시트, 상기 베이스필름을 각각 분리하여 배출하는 배출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

연료전지용 막 전극접합체를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템{Roll-to-sheet system for cutting membrane electrode assemblies for fuel cells}
본 발명은 연료전지용 막 전극접합체를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템에 관한 것으로서, 롤투롤을 이용하여 시트에 일정한 간격으로 형성된 전해질 막을 설정된 크기대로 컷팅하여 막 전극접합체를 생산하기 위한 연료전지용 막 전극접합체를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템에 관한 것이다.
전 세계적으로 석유와 같은 화석연료 사용에 따른 환경 및 에너지 문제가 이슈가 됨에 따라 최근 환경 친화적인 에너지를 이용하는 기술이 주목을 받고 있는데, 연료전지도 그 중 하나이다.
연료전지는 연료의 산화에 의해서 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 전지로, 수소가스에 의한 화학반응으로 전기에너지를 생산한다. 연료전지에서 화학반응이 일어나는 핵심구성인 막 전극접합체(Membrane Electrode Assembly)는 수소 양이온 전도체인 고분자 전해질 막의 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있는 전극층인 애노드(Anode)와 캐소드(Cathode)가 각각 형성되어 있다.
연료전지는 산화극인 애노드(Anode)에 공급된 수소가 수소 이온과 전자로 분리된 후, 수소 이온이 고분자 전해질 막을 통해 환원극인 캐소드쪽으로 이동하고, 전자는 외부 회로를 통해 캐소드로 이동하게 되는데, 이와 같이 캐소드에서 산소 분자, 수소 이온 및 전자가 함께 반응하여 전기가 생성된다.
한국특허 공개번호 제10-2018-0126670호와 같이 막 전극접합체는 한 쌍의 열 전사롤러를 이용하여 전해질 막과 전극시트를 가압하여 막 전극접합체를 제조하게 되는데, 이와 같은 특허기술은 회전하는 한 쌍의 롤이 연속적으로 전해질 막과 전극시트를 열 가압할 수 있어 생산성이 우수하다.
상기와 같은 제조 방식으로 생성된 막 전극접합체는 하나의 시트에 일정한 간격으로 전해질 막이 형성되어 있기 때문에 각각의 막 전극접합체를 컷팅하여 독립적으로 분리시켜야 하는 추가적인 공정이 필요하다.
이를 위해 한국특허 공개번호 제10-2020-0055564호에 게시된 바와 같이, 프레스를 이용하여 막 전극접합체의 위치에 따라 프레스의 위치가 가변되어 컷팅되는 점이 제시되어 있다.
그러나 상기와 같은 종래기술의 경우 막 전극접합체의 위치를 인식하기 위해 비전카메라가 프레스 내부로 이동된 후 위치를 감지하고, 다시 프레스 외부로 이동되어야 프레스가 동작되기 때문에 시간이 컷팅 시간이 오래 걸리는 문제점이 있었다.
또한 프레스가 가압하여 막 전극접합체를 컷팅할 때 힘이 균일하게 전달되지 않아 편측으로 힘이 가해져 막 전극접합체가 정상적으로 컷팅되지 않는 문제점이 있었다.
한국특허 공개번호 제10-2018-0126670호 한국특허 공개번호 제10-2020-0055564호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 막 전극접합체를 컷팅할 때 비전카메라가 컷팅부 내부로 이동되지 않아도 막 전극접합체의 위치를 인식하여 컷팅부의 위치를 막 전극접합체의 위치에 맞게 가변시킬 수 있는 연료전지용 막 전극접합체를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 컷팅부가 막 전극접합체를 컷팅할 때 컷팅되는 부위에 균일하게 하중을 전달하여 편측 하중에 의한 컷팅 불량이 발생되지 않도록 하는 연료전지용 막 전극접합체를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 다양한 크기로 제조되는 막 전극접합체에 맞춰 위치인식 및 컷팅 부위를 가변시켜 사용할 수 있는 연료전지용 막 전극접합체를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 연료전지용 막 전극접합체를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템은 막 전극접합체가 일정한 간격으로 형성된 피가공시트와 상기 피가공시트의 하부면을 지지하는 베이스필름을 공급하도록 형성되는 공급부와, 상기 피가공시트와 상기 베이스필름이 내부로 투입될 수 있도록 형성되며 상부 방향으로 가압하여 상기 피가공시트에 형성된 상기 막 전극접합체를 컷팅하는 컷팅부와, 상기 컷팅부에 형성되어 상기 컷팅부가 승강되도록 동력을 전달하는 구동부와, 상기 컷팅부에 형성되며 상기 막 전극접합체의 위치를 감지하여 상기 컷팅부의 위치를 보정하는 보정부와, 상기 컷팅부에 의해 컷팅된 후 배출되는 상기 막 전극접합체, 상기 막 전극접합체가 분리된 피가공시트, 상기 베이스필름을 각각 분리하여 배출하는 배출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 연료전지용 막 전극접합체를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템의 상기 컷팅부는 상기 보정부가 상기 컷팅부 내부로 공급된 상기 막 전극접합체의 위치를 확인할 수 있도록 상부 중앙에 개구부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 연료전지용 막 전극접합체를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템의 상기 보정부는 상기 컷팅부의 상부에 형성되어 상기 컷팅부 내부로 공급된 상기 막 전극접합체의 모서리를 촬영하여 위치를 인식하는 비전카메라와, 상기 컷팅부의 하부에 형성되어 상기 비전카메라를 통해 측정된 위치에 따라 상기 컷팅부의 위치를 가변시키는 UVW스테이지로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 연료전지용 막 전극접합체를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템의 상기 보정부는 상기 컷팅부에 형성되며 상기 공급부로부터 상기 막 전극접합체를 감지하여 상기 피가공시트가 상기 컷팅부 내부로 인입되는 위치를 제어하는 검출센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 연료전지용 막 전극접합체를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템의 상기 공급부와 상기 배출부는 상기 피가공시트와 상기 베이스필름이 상기 컷팅부 내부로 진입하면 상기 피가공시트와 상기 베이스필름의 양측을 각각 가압시켜 고정하여 장력컷팅을 통해 상기 컷팅부가 동작될 때 위치가 틀어지지 않도록 방지하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 연료전지용 막 전극접합체를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템의 상기 컷팅부는 각종 부재를 지지할 수 있도록 형성되어 있는 고정프레임과, 상기 고정프레임으로부터 상부에 이격되어 형성되며 하부면에는 상기 피가공시트에 형성된 상기 막 전극접합체를 컷팅하기 위한 컷팅날이 형성되어 있고, 중앙에는 상기 보정부가 상기 컷팅날 하부에 공급되는 막 전극접합체의 위치를 확인할 수 있도록 개구부가 형성되어 있는 지지프레임과, 상기 고정프레임과 상기 지지프레임 사이에서 위치되어 상기 구동부에 의해 승강되도록 형성되며 상부면에는 상기 피가공시트 및 상기 베이스필름의 하부면을 상기 컷팅날에 밀착시켜 가압하는 가압판이 형성되어 있는 승강대로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 연료전지용 막 전극접합체를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템의 상기 승강대는 상기 피가공시트와 상기 베이스필름을 상기 컷팅날이 형성된 상부 방향으로 가압하며, 상기 컷팅날은 상기 피가공시트의 상기 막 전극접합체만 컷팅하고 컷팅된 상기 막 전극접합체는 상기 베이스필름에 의해 지지되어 상기 배출부로 배출되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 연료전지용 막 전극접합체를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템의 상기 구동부는 상기 고정프레임의 상부 중앙에 형성되어 동력을 발생시키는 구동모터와, 상기 구동모터의 양측에 각각 형성되며 동력전달벨트에 의해 상기 구동모터의 회전력을 전달받아 회전되는 복수 개의 구동휠과, 상기 구동휠의 전면과 후면으로 연장되어 돌출되는 구동축의 양단에 각각 편심 결합되는 다수 개의 구동링크와, 상기 승강대의 하부면에 형성되어 상기 구동링크와 결합되어 상기 구동링크의 동작에 의해 상기 승강대를 상하로 승강시키는 구동대로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 연료전지용 막 전극접합체를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템의 상기 구동부는 회전력에 의해 상기 승강대를 반복 승강시키며, 상기 구동대 및 상기 구동링크가 상기 승강대의 하부면에 일정한 간격으로 분산되어 있어 상기 컷팅날에 가압되는 하중이 일정하게 유지되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지용 막 전극접합체를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템에 의하면, 막 전극접합체를 컷팅할 때 비전카메라가 컷팅부 내부로 이동되지 않아도 막 전극접합체의 위치를 인식하여 컷팅부의 위치를 막 전극접합체의 위치에 맞게 가변시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 연료전지용 막 전극접합체를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템에 의하면, 컷팅부가 막 전극접합체를 컷팅할 때 컷팅되는 부위에 균일하게 하중을 전달하여 편측 하중에 의한 컷팅 불량이 발생되지 않도록 하는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 연료전지용 막 전극접합체를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템에 의하면, 다양한 크기로 제조되는 막 전극접합체에 맞춰 위치인식 및 컷팅 부위를 가변시켜 사용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 연료전지용 막 전극접합체를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템의 전체적인 구성을 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 연료전지용 막 전극접합체를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템의 막 전극접합체가 컷팅된 모습을 나타낸 평면도.
도 3은 본 발명에 따른 연료전지용 막 전극접합체를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템의 컷팅부를 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 연료전지용 막 전극접합체를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템의 보정부가 컷팅부에 투입되는 막 전극접합체의 위치를 인식하는 모습을 나타낸 평면도.
도 5는 본 발명에 따른 연료전지용 막 전극접합체를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템의 컷팅부의 구조를 분해시켜 나타낸 조립도.
도 6은 본 발명에 따른 연료전지용 막 전극접합체를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템의 구동부가 컷팅부를 구동시키는 모습을 나타낸 예시도.
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 이하에서 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
본 발명은 연료전지용 막 전극접합체를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템에 관한 것으로서, 롤투롤을 이용하여 시트에 일정한 간격으로 형성된 전해질 막을 설정된 크기대로 컷팅하여 막 전극접합체를 생산하기 위한 연료전지용 막 전극접합체를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참고로 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 연료전지용 막 전극접합체를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템의 전체적인 구성을 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 연료전지용 막 전극접합체를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템의 막 전극접합체가 컷팅된 모습을 나타낸 평면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지용 막 전극접합체(11)를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템은 막 전극접합체(11)가 일정한 간격으로 형성된 피가공시트(10)와 피가공시트(10)의 하부면을 지지하는 베이스필름(30)을 공급하도록 형성되는 공급부(100)와, 피가공시트(10)와 베이스필름(30)이 내부로 투입될 수 있도록 형성되며 상부 방향으로 가압하여 피가공시트(10)에 형성된 막 전극접합체(11)를 컷팅하는 컷팅부(200)와, 컷팅부(200)에 형성되어 컷팅부(200)가 승강되도록 동력을 전달하는 구동부(300)와, 컷팅부(200)에 형성되며 막 전극접합체(11)의 위치를 감지하여 컷팅부(200)의 위치를 보정하는 보정부(400)와, 컷팅부(200)에 의해 컷팅된 후 배출되는 막 전극접합체(11), 막 전극접합체(11)가 분리된 피가공시트(10), 베이스필름(30)을 각각 분리하여 배출하는 배출부(500)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
공급부(100)는 피가공시트(10)와 베이스필름(30)을 컷팅부(200)로 공급하기 위해 사용되는 것으로, 권취되어 있는 피가공시트(10)를 일정한 속도로 배출하는 제1공급릴(110)과, 권취되어 있는 베이스필름(30)을 일정한 속도로 배출하는 제2공급릴(120)과, 제1공급릴(110)에서 배출되는 피가공시트(10)에 형성된 보호필름(20)을 회수하여 권취시키는 권취릴(550)이 형성되어 있다.
이때 제1공급릴(110)과 제2공급릴(120)에서 각각 배출되는 피가공시트(10)와 베이스필름(30)은 다수 개의 지지롤러(140)에 의해 지지되어 설정된 방향으로 이동되면서 피가공시트(10)의 하부면에 베이스필름(30)이 위치되도록 적층되어 컷팅부(200)로 공급되게 된다.
또한 피가공시트(10)에는 막 전극접합체(11)가 일정한 간격으로 형성되어 있고 막 전극접합체(11)를 보호하기 위해 보호필름(20)이 일면에 형성되어 있는데, 피가공시트(10)가 제1공급릴(110)에서 배출될 때 보호필름(20)은 회수릴(130)에 의해 피가공시트(10)와 분리되어 별도로 보관되게 된다.
베이스필름(30)은 피가공시트(10)가 컷팅부(200)에 투입되어 피가공시트(10)에 형성된 막 전극접합체(11)가 컷팅되면 하부로 낙하하지 않도록 막 전극접합체(11)를 지지하는 역할을 하게 된다.
피가공시트(10)와 베이스필름(30)이 적층된 상태로 컷팅부(200)에 공급될 때 장력이 일정하게 유지될 수 있도록 하기 위해 상하로 승강하여 장력을 조절하는 텐션롤러(150)가 형성되어 있다.
이때 텐션롤러(150)는 피가공시트(10)와 베이스필름(30)과 접촉되는 압력을 이용하여 장력을 측정할 수 있으며, 측정된 장력을 기반으로 텐션롤러(150)가 승강되면서 장력을 조절할 수 있게 된다.
또한 공급부(100)는 컷팅부(200) 전면에 형성되어 피가공시트(10)와 베이스필름(30)을 수평방향으로 공급하는 공급롤러(160)를 더 포함하고 있으며, 공급롤러(160)를 통해 피가공시트(10)와 베이스필름(30)은 수평 상태를 유지하여 컷팅부(200) 내부로 진입할 수 있게 된다.
컷팅부(200)는 공급부(100)에 의해 내부로 공급되는 피가공시트(10)와 베이스필름(30)을 상부 방향으로 가압하여 피가공시트(10)에 형성된 막 전극접합체(11)를 설정된 크기로 컷팅하기 위한 것이다.
이때 컷팅부(200)는 종래의 프레스와 같이 하부로 하강하여 컷팅하지 않고 상부 방향으로 상승하여 피가공시트(10)에 형성된 막 전극접합체(11)를 컷팅하도록 형성되어 있다.
컷팅부(200)와 구동부(300)에 관한 세부사항은 첨부된 도면과 함께 후술하기로 한다.
보정부(400)는 컷팅부(200) 내부로 피가공시트(10)가 공급되면 피가공시트(10)에 형성된 막 전극접합체(11)의 위치를 인식한 후 컷팅부(200)의 위치를 X, Y, θ 방면으로 가변시켜 컷팅부(200)가 일정한 크기 및 형태로 막 전극접합체(11)를 컷팅할 수 있도록 보정하기 위해 사용된다.
또한 보정부(400)는 컷팅부(200)에 형성되며 공급부(100)로부터 막 전극접합체(11)를 감지하여 피가공시트(10)가 컷팅부(200) 내부로 인입되는 위치를 제어하는 검출센서(420)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 보정부(400)는 컷팅부(200)의 상부에 형성되어 컷팅부(200) 내부로 공급된 막 전극접합체(11)의 모서리를 촬영하여 위치를 인식하는 비전카메라(410)와, 컷팅부(200)의 하부에 형성되어 비전카메라(410)를 통해 측정된 위치에 따라 컷팅부(200)의 위치를 가변시키는 UVW스테이지(430)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 컷팅부(200)는 보정부(400)가 컷팅부(200) 내부로 공급된 막 전극접합체(11)의 위치를 확인할 수 있도록 상부 중앙에 개구부(213)(도 3 참조)가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
보정부(400)는 막 전극접합체(11)의 위치를 인식하기 위해 검출센서(420)와 비전카메라(410)를 이용하고 있으며, 이 중 검출센서(420)는 공급부(100)로부터 초기에 공급되는 피가공시트(10)에 형성된 막 전극접합체(11)를 인식한 후 컷팅부(200) 내부에 막 전극접합체(11)가 위치되면 공급부(100) 및 배출부(500)를 정지시키기 위해 사용된다.
이때 검출센서(420)를 통해 막 전극접합체(11)가 인식되면 설정된 시간 이후에 공급부(100)와 배출부(500)가 정지되도록 하여 준비교체 등으로 인해 초기 설정이 필요한 경우 검출센서(420)를 통해 막 전극접합체(11)가 컷팅부(200) 내부 중앙에 위치되도록 제어할 수 있게 된다.
또한 비전카메라(410)는 컷팅부(200)의 상부에 위치되어 있는데, 컷팅부(200)의 상부 중앙에는 하부 방면으로 관통되는 개구부(213)가 마련되어 있어 컷팅부(200) 내부에 위치된 막 전극접합체(11)를 비전카메라(410)가 촬영하여 인식할 수 있게 된다.
따라서 비전카메라(410)를 통해 컷팅부(200) 내부에 위치된 막 전극접합체(11)의 위치를 인식할 수 있게 되며, 투입되는 위치를 보다 정밀하게 제어하기 위해 컷팅부(200) 내부에 공급된 막 전극접합체(11)를 비전카메라(410)로 인식한 후 공급부(100) 및 배출부(500)가 검출센서(420)에 의해 정지되는 시간을 보다 정밀하게 조절하여 컷팅부(200) 내부 중앙에 항상 막 전극접합체(11)가 위치될 수 있게 된다.
검출센서(420)는 준비교체 등으로 인해 초기 설정이 필요한 경우에 사용되는 것이 바람직하며, 초기 설정 이후에는 막 전극접합체(11)가 피가공시트(10)에 일정한 간격으로 형성되어 있으므로 이격된 간격만큼만 공급부(100) 및 배출부(500)가 작동되도록 제어하여 컷팅부(200) 내부 중앙에 막 전극접합체(11)가 위치되도록 할 수 있다.
또한 비전카메라(410)는 다수 개가 형성되어 있어 피가공시트(10)에 형성된 막 전극접합체(11)의 모서리 부분을 촬영하여 막 전극접합체(11)가 틀어진 상태를 확인할 수 있게 된다.
이를 위해 컷팅부(200)의 상부에 형성된 비전카메라(410)는 도 3의 개구부(213) 양측에 각각 형성되어 있으며, 컷팅부(200) 내부로 공급된 막 전극접합체(11)의 모서리를 각각 촬영한 후 두 모서리의 틀어진 상태를 확인하여 컷팅부(200)가 가변되어야 하는 위치를 계산하게 된다.
비전카메라(410)에 의해 계산된 보정 값은 컷팅부(200) 하부에 형성된 UVW스테이지(430)로 전달되게 되고, 컷팅부(200)와 막 전극접합체(11)가 서로 평행한 상태가 되도록 X축, Y축, θ축으로 UVW스테이지(430)가 컷팅부(200)의 위치를 가변시킬 수 있게 된다.
UVW에 의해 컷팅부(200)의 위치가 가변되면 컷팅부(200)가 동작되어 막 전극접합체(11)가 형성된 피가공시트(10)를 컷팅하게 되고, 컷팅된 막 전극접합체(11)는 베이스필름(30) 상부에 거치된 상태로 배출부(500) 방면으로 배출될 수 있게 된다.
즉, 비전카메라(410)와 UVW스테이지(430)를 통해 피가공시트(10)에 형성되어 있는 막 전극접합체(11)가 틀어진 위치에 맞춰 컷팅부(200)의 위치를 보정할 수 있으며, 보정된 상태에서 컷팅하기 때문에 일정한 크기, 일정한 형상의 막 전극접합체(11)를 제조할 수 있게 된다.
또한 비전카메라(410)는 별도의 이송유닛(도시되지 않음)을 구비하고 있어 투입되는 막 전극접합체(11)의 크기나 형상에 따라 위치를 가변시킬 수 있게 되며, 모델에 따라 설정된 위치로 비전카메라(410)가 이동된 후 해당 모델의 막 전극접합체(11)의 모서리를 인식하여 틀어진 상태 및 위치를 판단할 수 있게 된다.
또한 비전카메라(410)는 막 전극접합체의 위치를 명확하게 인식하기 위해 램프가 일체형으로 형성되어 있거나 램프가 컷팅부(200) 상부에 형성되어 있는 것이 바람직하다.
배출부(500)는 컷팅부(200)를 통해 컷팅된 막 전극접합체(11), 막 전극접합체(11)가 컷팅된 후 남은 피가공시트(10), 베이스필름(30)을 컷팅부(200) 외부로 각각 분리시켜 배출하기 위한 것이다.
이때 배출부(500)에는 컷팅부(200)에 의해 피가공시트(10)로부터 컷팅된 막 전극접합체(11)를 별도의 픽업유닛(도시되지 않음)에 의해 흡착 픽업하여 이송할 수 있도록 하부면을 지지하는 배출가이드(510)와, 배출가이드(510)의 끝단에 형성되며 컷팅부(200)에서부터 배출되는 피가공시트(10), 막 전극접합체(11), 베이스필름(30)을 수평상태로 유지시키고 하부 방면으로 방향을 전환시키는 배출롤러(520)와, 피가공시트(10) 및 베이스필름(30)의 장력을 조절하고 배출 방향을 제어하는 다수 개의 가이드롤러(540)와, 배출가이드(510) 하부 일측에 형성되어 베이스필름(30)을 권취시켜 수거하는 권취릴(550)과, 가이드롤러(540)에 의해 방향이 전환되면서 하부로 낙하되는 피가공시트(10)를 수거하는 수거함(560)으로 이루어져 있다.
컷팅부(200)에서 컷팅이 완료되면 도 2와 같이 피가공시트(10)로부터 막 전극접합체(11)가 분리될 수 있게 되며, 픽업유닛이 막 전극접합체(11)를 픽업하여 외부로 배출하게 된다.
이때 배출가이드(510)의 경우 상부면이 평평하게 형성되어 있어 픽업유닛이 픽업할 때 막 전극접합체(11)의 하부면을 지지할 수 있게 되어 픽업유닛이 안정적으로 막 전극접합체(11)를 흡착하여 외부로 배출할 수 있게 된다.
또한 배출가이드(510)를 통해 수평상태로 배출되는 피가공시트(10)와 베이스필름(30)은 배출롤러(520)에 의해 하부 방면으로 이동된 후 가이드롤러(540)를 따라 이동하게 된다.
가이드롤러(540)를 따라 이동되는 베이스필름(30)의 상부에는 막 전극접합체(11)가 분리된 후 남은 피가공시트(10)가 남아있게 되며, 베이스필름(30)은 가이드롤러(540)를 통해 권취릴(550)에 권취된 후 필요에 따라 재사용할 수 있게 된다.
또한 막 전극접합체(11)가 분리된 후 남은 피가공시트(10)는 베이스필름(30)을 따라 이동되다가 수거함(560)의 상부에 형성된 가이드롤러(540)에 의해 하부로 낙하하여 수거함(560)에 투입될 수 있게 된다.
또한 공급부(100)와 배출부(500)는 피가공시트(10)와 베이스필름(30)이 컷팅부(200) 내부로 진입하면 피가공시트(10)와 베이스필름(30)의 양측을 각각 가압시켜 고정하여 장력컷팅을 통해 컷팅부(200)가 동작될 때 위치가 틀어지지 않도록 방지하는 것을 특징으로 한다.
여기서 장력컷팅은 피가공시트(10)와 베이스필름(30)이 팽팽한 상태로 유지되도록 양측을 고정한 상태에서 컷팅부(200)가 동작되도록 함으로써 장력이 유지된 상태로 컷팅되는 것을 의미한다.
컷팅부(200)에 컷팅할 때 피가공시트(10)와 베이스필름(30)은 팽팽하게 펼쳐진 상태로 유지되어야 컷팅 중 틀어짐이나 시트가 울면서 발생하는 컷팅 불량을 방지할 수 있게 된다.
이를 위해 피가공시트(10)와 베이스필름(30)이 공급 및 배출되는 컷팅부(200)의 양측에는 피가공시트(10) 및 베이스필름(30)을 고정하기 위한 수단이 형성되어 있다.
보다 상세하게는 공급부(100)에는 피가공시트(10)와 베이스필름(30)을 수평방면으로 공급하는 공급롤러(160)의 상부에 실린더에 의해 승강되는 가압롤러(170)가 형성되어 있고, 배출부(500)에는 배출가이드(510) 끝단에 형성된 배출롤러(520)의 일측에 실린더에 의해 이송되는 고정롤러(530)가 형성되어 있다.
즉, 가압롤러(170)와 고정롤러(530)는 모두 실린더에 의해 위치가 가변될 수 있도록 형성되어 있으며, 피가공시트(10)와 베이스필름(30)이 컷팅부(200) 내부로 공급되거나 배출될 때는 공급롤러(160)와 배출롤러(520)로부터 이격된 상태로 유지되고, 컷팅부(200)가 동작될 때는 공급롤러(160)와 배출롤러(520)의 외면에 밀착되어 컷팅부(200)에 위치된 피가공시트(10)와 베이스필름(30)이 움직이지 않도록 고정시키게 된다.
이를 통해 컷팅부(200)가 피가공시트(10) 및 베이스필름(30)을 가압할 때 위치가 틀어지면서 발생하는 컷팅 불량이 발생되지 않게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 연료전지용 막 전극접합체(11)를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템의 컷팅부(200)를 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 연료전지용 막 전극접합체(11)를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템의 보정부(400)가 컷팅부(200)에 투입되는 막 전극접합체(11)의 위치를 인식하는 모습을 나타낸 평면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 연료전지용 막 전극접합체(11)를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템의 컷팅부(200)의 구조를 분해시켜 나타낸 조립도이다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지용 막 전극접합체(11)를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템의 컷팅부(200)는 각종 부재를 지지할 수 있도록 형성되어 있는 고정프레임(230)과, 고정프레임(230)으로부터 상부에 이격되어 형성되며 하부면에는 피가공시트(10)에 형성된 막 전극접합체(11)를 컷팅하기 위한 컷팅날(211)이 형성되어 있고, 중앙에는 보정부(400)가 컷팅날(211) 하부에 공급되는 막 전극접합체(11)의 위치를 확인할 수 있도록 개구부(213)가 형성되어 있는 지지프레임(210)과, 고정프레임(230)과 지지프레임(210) 사이에서 위치되어 구동부(300)에 의해 승강되도록 형성되며 상부면에는 피가공시트(10) 및 베이스필름(30)의 하부면을 컷팅날(211)에 밀착시켜 가압하는 가압판(222)이 형성되어 있는 승강대(220)로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.
승강대(220)는 피가공시트(10)와 베이스필름(30)을 컷팅날(211)이 형성된 상부 방향으로 가압하며, 컷팅날(211)은 피가공시트(10)의 막 전극접합체(11)만 컷팅하고 컷팅된 막 전극접합체(11)는 베이스필름(30)에 의해 지지되어 배출부(500)로 배출되는 것을 특징으로 한다.
컷팅부(200)는 크게 지지프레임(210), 승강대(220), 고정프레임(230)으로 구성되어 있으며, 지지프레임(210)과 고정프레임(230)은 서로 이격된 상태에서 모서리에 형성된 4개의 승강축(221) 양단에 고정되어 있다.
승강대(220)는 지지프레임(210)과 고정프레임(230) 사이에 형성되며 승강축(221)을 따라 지지프레임(210) 방면으로 승강될 수 있도록 형성되어 있으며, 고정프레임(230)과 승강대(220) 사이에는 승강대(220)를 승강시키기 위해 동력을 전달하는 구동부(300)가 마련되게 된다.
피가공시트(10)에 형성된 막 전극접합체(11)를 설정된 크기로 컷팅하기 위해서 지지프레임(210)의 하부면에는 막 전극접합체(11)를 컷팅하기 위한 사각형 형태의 컷팅날(211)이 형성되어 있으며, 컷팅날(211)의 교체를 용이하게 하기 위해 컷팅날(211)과 지지프레임(210) 사이에는 연결대(212)가 형성되게 된다.
연결대(212)의 상부면은 지지프레임(210)과 결합될 수 있도록 형성되고 하부면은 컷팅날(211)이 탈 부착될 수 있도록 형성되어 있어 공급되는 막 전극접합체(11)의 형태나 크기에 맞춰 컷팅날(211)을 교체하여 사용할 수 있게 된다.
또한 지지프레임(210), 연결대(212), 컷팅날(211)은 모두 중앙이 상부에서 하부로 관통되는 개구부(213)가 마련되어 있어 승강대(220)와 지지프레임(210) 사이로 공급되는 피가공시트(10)를 지지프레임(210) 상부에 위치된 비전카메라(410)가 확인할 수 있게 된다.
비전카메라(410)는 컷팅부(200)의 상부에 위치된 상태로 개구부(213)를 통해 막 전극접합체(11)의 위치 및 틀어진 상태를 판단할 수 있게 되므로, 컷팅 속도를 향상시킬 수 있게 된다.
즉, 종래와 같이 컷팅부(200) 내부로 비전카메라(410)가 이동되는 과정이 없으므로 구조가 간결해지고 컷팅부(200)가 하나의 막 전극접합체(11)를 컷팅하는데 걸리는 시간도 단축될 수 있게 된다.
또한 승강대(220)는 구동부(300)에 의해 상부 방향으로 이동되면 컷팅날(211)에 밀착되어 피가공시트(10)가 컷팅날(211)에 의해 컷팅될 수 있도록 가압력을 전달하는 가압판(222)이 형성되게 된다.
가압판(222)은 컷팅날(211)보다 면적이 넓게 형성되어 있어 공급되는 피가공시트(10) 및 베이스필름(30)을 안정적으로 지지할 수 있게 되며, 승강대(220)가 승강되면서 컷팅날(211)에 가압판(222)이 밀착되면 컷팅날(211)과 가압판(222) 사이에 위치된 피가공시트(10)가 컷팅날(211)에 의해 컷팅되어 막 전극접합체(11)를 분리시킬 수 있게 된다.
이때 컷팅날(211)은 피가공시트(10)는 완전히 관통되도록 하여 막 전극접합체(11)가 피가공시트(10)로부터 분리될 수 있도록 하며, 베이스필름(30)은 컷팅날(211)이 관통되지 않도록 하여 컷팅된 막 전극접합체(11)가 베이스필름(30)에 의해 지지되어 배출부(500) 방면으로 배출되게 된다.
즉, 컷팅날(211)의 높이는 피가공시트(10) 두께보다 길게 형성되고, 피가공시트(10)와 베이스필름(30)을 합친 두께보다는 작게 형성되어 있어 가압판(222)이 컷팅날(211)에 밀착되었을 때 컷팅날(211)이 피가공시트(10)의 막 전극접합체(11)를 컷팅하고, 베이스필름(30)은 컷팅하지 않도록 방지할 수 있게 된다.
또한 피가공시트(10)에 컷팅날(211)이 관통되면 베이스필름(30)에 컷팅날(211)이 일부 삽입될 수 있게 되는데, 컷팅날(211)이 삽입되는 깊이가 베이스필름(30) 두께의 30%이하로 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
이때 30%보다 깊게 컷팅날(211)이 삽입되는 경우 베이스필름(30)이 피가공시트(10) 및 컷팅된 막 전극접합체(11)를 지지하여 컷팅부(200)로부터 배출될 때 찢어지거나 하중에 의해 쳐지게 되는 문제점이 있으므로 30%이하로 형성하는 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명에 따른 연료전지용 막 전극접합체(11)를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템의 구동부(300)가 컷팅부(200)를 구동시키는 모습을 나타낸 예시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 발명에 따른 연료전지용 막 전극접합체(11)를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템의 구동부(300)는 고정프레임(230)의 상부 중앙에 형성되어 동력을 발생시키는 구동모터(310)와, 구동모터(310)의 양측에 각각 형성되며 동력전달벨트에 의해 구동모터(310)의 회전력을 전달받아 회전되는 복수 개의 구동휠(320)과, 구동휠(320)의 전면과 후면으로 연장되어 돌출되는 구동축의 양단에 각각 편심 결합되는 다수 개의 구동링크(330)와, 승강대(220)의 하부면에 형성되어 구동링크(330)와 결합되어 구동링크(330)의 동작에 의해 승강대(220)를 상하로 승강시키는 구동대(340)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 구동부(300)는 회전력에 의해 승강대(220)를 반복 승강시키며, 구동대(340) 및 구동링크(330)가 승강대(220)의 하부면에 일정한 간격으로 분산되어 있어 컷팅날(211)에 가압되는 하중이 일정하게 유지되는 것을 특징으로 한다.
구동모터(310)는 고정프레임(230)의 상부 중앙에 위치되어 컷팅부(200)의 동작에 맞춰 회전력을 전달하도록 형성되어 있으며, 구동모터(310)의 양측에는 구동휠(320)이 형성되어 있으며 구동휠(320)은 동력전달벨트에 의해 구동모터(310)의 회전력을 전달받아 동일한 방향으로 회전될 수 있게 된다.
이때 구동모터(310)의 양측에 각각 형성된 구동휠(320)의 중심축에는 구동축이 형성되어 있어 구동휠(320)의 전면과 후면 방면으로 구동축이 돌출되어 있으며, 구동축의 양단은 고정프레임(230)의 상부 전면과 후면에 각각 형성된 지지대(350)에 지지될 수 있게 된다.
또한 구동축의 양단은 지지대(350)를 관통하여 지지대(350) 외부로 돌출되게 되며, 구동축 양단의 돌출된 부위에는 구동링크(330)가 편심되게 축 결합하게 되며, 구동링크(330)가 편심되어 축결합되어 있기 때문에 구동축의 중심으로부터 편심된 길이만큼 승강대(220)를 승강시킬 수 있게 된다.
이때 구동링크(330)의 상단은 승강대(220)의 하부면에 형성된 구동대(340)와 축 결합되어 구속되게 되며, 편심된 상태에서 구동모터(310)가 동작되면 회전력이 구동휠(320), 구동축, 구동링크(330)로 전달되고, 편심된 상태로 결합된 구동링크(330)는 승강대(220)를 상하로 승강시킬 수 있게 된다.
즉, 구동링크(330)는 크랭크와 같은 형태로 회전운동을 직선운동으로 변환시켜 승강대(220)를 승강시킬 수 있게 된다.
이때 구동대(340)는 승강대(220) 하부 중심에서부터 일정한 간격으로 분산되어 형성되어 있는 것이 바람직하며, 구동모터(310)의 회전력에 의해 구동링크(330)가 동작되면 분산된 상태로 하중이 전달되면서 승강대(220)가 평행한 상태로 승강될 수 있게 된다.
즉, 가압판(222)과 컷팅날(211)이 밀착되어 가압될 때 가압판(222)의 어느 한쪽에 하중이 집중되는 현상을 방지할 수 있어 컷팅이 정상적으로 되지 않거나 한쪽면만 과도하게 컷팅되어 베이스필름(30)까지 컷팅되는 현상을 방지할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지용 막 전극접합체를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템에 의하면, 막 전극접합체를 컷팅할 때 비전카메라가 컷팅부 내부로 이동되지 않아도 막 전극접합체의 위치를 인식하여 컷팅부의 위치를 막 전극접합체의 위치에 맞게 가변시킬 수 있고, 컷팅부가 막 전극접합체를 컷팅할 때 컷팅되는 부위에 균일하게 하중을 전달하여 편측 하중에 의한 컷팅 불량이 발생되지 않도록 하며, 다양한 크기로 제조되는 막 전극접합체에 맞춰 위치인식 및 컷팅 부위를 가변시켜 사용할 수 있는 효과가 있다.
이상과 같이 본 발명은, 바람직한 실시 예를 중심으로 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어야 한다.
10 : 피가공시트 11 : 막 전극접합체
20 : 보호필름 30 : 베이스필름
100 : 공급부 110 : 제1공급릴
120 : 제2공급릴 130 : 회수릴
140 : 지지롤러 150 : 텐션롤러
160 : 공급롤러 170 : 가압롤러
200 : 컷팅부 210 : 지지프레임
211 : 컷팅날 212 : 연결대
213 : 개구부 220 : 승강대
221 : 승강축 222 : 가압판
230 : 고정프레임 300 : 구동부
310 : 구동모터 320 : 구동휠
330 : 구동링크 340 : 구동대
350 : 지지대 400 : 보정부
410 : 비전카메라 420 : 검출센서
430 : UVW스테이지 500 : 배출부
510 : 배출가이드 520 : 배출롤러
530 : 고정롤러 540 : 가이드롤러
550 : 권취릴 560 : 수거함

Claims (6)

  1. 막 전극접합체가 일정한 간격으로 형성된 피가공시트와 상기 피가공시트의 하부면을 지지하는 베이스필름을 공급하도록 형성되는 공급부와;
    상기 피가공시트와 상기 베이스필름이 내부로 투입될 수 있도록 형성되며 상부 방향으로 가압하여 상기 피가공시트에 형성된 상기 막 전극접합체를 컷팅하는 컷팅부와;
    상기 컷팅부에 형성되어 상기 컷팅부가 승강되도록 동력을 전달하는 구동부와;
    상기 컷팅부에 형성되며 상기 막 전극접합체의 위치를 감지하여 상기 컷팅부의 위치를 보정하는 보정부와;
    상기 컷팅부에 의해 컷팅된 후 배출되는 상기 막 전극접합체, 상기 막 전극접합체가 분리된 피가공시트, 상기 베이스필름을 각각 분리하여 배출하는 배출부;를 포함하고,
    상기 컷팅부는
    각종 부재를 지지할 수 있도록 형성되어 있는 고정프레임과;
    상기 고정프레임으로부터 상부에 이격되어 형성되며 하부면에는 상기 피가공시트에 형성된 상기 막 전극접합체를 컷팅하기 위한 컷팅날이 형성되어 있고, 중앙에는 상기 보정부가 상기 컷팅날 하부에 공급되는 막 전극접합체의 위치를 확인할 수 있도록 개구부가 형성되어 있는 지지프레임과;
    상기 고정프레임과 상기 지지프레임 사이에서 위치되어 상기 구동부에 의해 승강되도록 형성되며 상부면에는 상기 피가공시트 및 상기 베이스필름의 하부면을 상기 컷팅날에 밀착시켜 가압하는 가압판이 형성되어 있는 승강대;로 이루어지며,
    상기 승강대는
    상기 피가공시트와 상기 베이스필름을 상기 컷팅날이 형성된 상부 방향으로 가압하며,
    상기 컷팅날은
    상기 피가공시트의 상기 막 전극접합체만 컷팅하고 컷팅된 상기 막 전극접합체는 상기 베이스필름에 의해 지지되어 상기 배출부로 배출되는 것을 특징으로 하는
    연료전지용 막 전극접합체를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 컷팅부는
    상기 보정부가 상기 컷팅부 내부로 공급된 상기 막 전극접합체의 위치를 확인할 수 있도록 상부 중앙에 개구부;가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    연료전지용 막 전극접합체를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 보정부는
    상기 컷팅부의 상부에 형성되어 상기 컷팅부 내부로 공급된 상기 막 전극접합체의 모서리를 촬영하여 위치를 인식하는 비전카메라와;
    상기 컷팅부의 하부에 형성되어 상기 비전카메라를 통해 측정된 위치에 따라 상기 컷팅부의 위치를 가변시키는 UVW스테이지;로 이루어지는 것을 특징으로 하는
    연료전지용 막 전극접합체를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 공급부와 상기 배출부는
    상기 피가공시트와 상기 베이스필름이 상기 컷팅부 내부로 진입하면 상기 피가공시트와 상기 베이스필름의 양측을 각각 가압시켜 고정하여 장력컷팅을 통해 상기 컷팅부가 동작될 때 위치가 틀어지지 않도록 방지하는 것을 특징으로 하는
    연료전지용 막 전극접합체를 컷팅하기 위한 롤투시트 시스템.
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