KR20190009803A - Coating device and coating method - Google Patents
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Abstract
이 도공 장치는, 기재를 유지하는 백업 롤러 (10) 와, 백업 롤러 (10) 를 회전시키는 구동부와, 백업 롤러 (10) 에 유지된 기재의 표면을 향하여 도공액을 토출하는 노즐 (41) 과, 기재의 표면에 도포된 도공액을 가열하는 가열부를 구비한다. 또, 이 도공 장치는, 노즐 (41) 의 토출구 (411) 의 근방에 기체를 분사하는 기체 분사부 (42) 를 추가로 구비한다. 이 때문에, 토출구 (411) 의 근방에 있어서 도공액으로부터 용매가 기화되어도, 당해 용매의 증기를 함유하는 기체는, 기체 분사부 (42) 로부터 토출되는 기체로 치환된다. 따라서, 도공액으로부터 기화된 용매가, 노즐 (41) 의 토출구 (411) 부근에 응집되는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 용매의 응집에서 기인하는 도공액의 토출 불량을 억제할 수 있다.The coating apparatus includes a backup roller 10 for holding a substrate, a driving unit for rotating the backup roller 10, a nozzle 41 for discharging the coating liquid toward the surface of the substrate held by the backup roller 10, And a heating unit for heating the coating liquid applied to the surface of the substrate. The coating apparatus further includes a gas spraying section 42 for spraying a gas in the vicinity of the discharge port 411 of the nozzle 41. Therefore, even if the solvent vaporizes from the coating liquid in the vicinity of the discharge port 411, the gas containing the vapor of the solvent is replaced by the gas discharged from the gas spraying section 42. Therefore, it is possible to suppress the evaporation of the solvent vaporized from the coating liquid in the vicinity of the discharge port 411 of the nozzle 41. As a result, defective ejection of the coating liquid resulting from agglomeration of the solvent can be suppressed.
Description
본 발명은, 장척 띠상의 기재를 반송하면서, 기재의 표면에 도공액을 도포하는 도공 장치 및 도공 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a coating apparatus and a coating method for coating a coating liquid onto the surface of a base material while transporting the base material in a long band.
최근, 자동차 또는 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.2. Description of the Related Art In recent years, a fuel cell has attracted attention as a driving power source for an automobile or a cellular phone. A fuel cell is a power generation system that generates electric power by electrochemical reaction between hydrogen (H 2 ) contained in fuel and oxygen (O 2 ) in the air. The fuel cell has a feature that the generation efficiency is high and the load on the environment is small as compared with other cells.
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, 자동차 또는 휴대 기기로의 적용이 기대되고 있다.There are several types of fuel cells depending on the electrolyte used. One of them is a solid polymer fuel cell (PEFC) using an ion exchange membrane (electrolyte membrane) as an electrolyte. The solid polymer type fuel cell can be operated at room temperature and can be reduced in size and weight, and thus is expected to be applied to automobiles or portable devices.
고체 고분자형 연료 전지는, 일반적으로는 복수의 셀이 적층된 구조를 갖는다. 1 개의 셀은, 막·전극 접합체 (MEA : Membrane-Electrode-Assembly) 의 양측을 1 쌍의 세퍼레이터로 끼움으로써 구성된다. 막·전극 접합체는, 전해질막과, 전해질막의 양면에 형성된 1 쌍의 전극층을 갖는다. 1 쌍의 전극층의 일방은 애노드 전극이고, 타방이 캐소드 전극이 된다. 애노드 전극에 수소를 함유하는 연료 가스가 접촉함과 함께, 캐소드 전극에 공기가 접촉하면, 전기 화학 반응에 의해 전력이 발생한다.Solid polymer fuel cells generally have a structure in which a plurality of cells are stacked. One cell is formed by sandwiching both sides of a membrane-electrode assembly (MEA) with a pair of separators. The membrane-electrode assembly has an electrolyte membrane and a pair of electrode layers formed on both surfaces of the electrolyte membrane. One of the pair of electrode layers is an anode electrode, and the other electrode layer is a cathode electrode. When fuel gas containing hydrogen contacts the anode electrode and air comes into contact with the cathode electrode, electric power is generated by the electrochemical reaction.
상기 막·전극 접합체의 제조시에는, 복수의 흡착공을 갖는 흡착 롤러의 외주면에, 띠상의 기재인 전해질막이 흡착 유지된다. 그리고, 흡착 롤러에 유지된 전해질막의 표면에, 백금 (Pt) 을 함유하는 촉매 입자를 알코올 등의 용매 중에 분산시킨 촉매 잉크 (전극 페이스트) 가 도포된다. 그 후, 촉매 잉크를 건조 시킴으로써, 전극층이 형성된다.At the time of manufacturing the membrane-electrode assembly, an electrolyte membrane serving as a strip-like base material is adsorbed and held on the outer peripheral surface of the adsorption roller having a plurality of adsorption holes. Catalyst ink (electrode paste) in which catalyst particles containing platinum (Pt) are dispersed in a solvent such as alcohol is applied to the surface of the electrolyte membrane held on the adsorption roller. Thereafter, the catalyst ink is dried to form an electrode layer.
롤러의 외주면에 띠상의 기재를 유지하면서 도공액을 도포하는 종래의 장치에 대해서는, 예를 들어, 특허문헌 1 에 기재되어 있다.A conventional apparatus for applying a coating liquid while holding a strip-like base material on the outer peripheral surface of a roller is described in, for example,
특허문헌 1 에 기재된 장치에서는, 흡인 가열 롤러에 흡착시킨 웨브상의 박막의 표면에 액체상의 촉매 잉크를 도포하고, 가열에 의해 당해 촉매 잉크를 가열 건조시킨다 (단락 0030). 이 종류의 장치에서는, 촉매 잉크 등의 도공액을 가열 건조시킬 때 발생하는 용매의 증기가, 도공액을 토출하는 노즐에 접촉하여, 노즐에 용매가 응집될 가능성이 있다. 그리고, 노즐에 용매의 액적이 부착되면, 도공액의 토출 불량이 발생하기 쉬워진다.In the apparatus described in
본 발명은, 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 도공액을 토출하는 노즐에, 도공액으로부터 기화된 용매가 응집되는 것을 억제할 수 있는 도공 장치 및 도공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a coating apparatus and a coating method capable of suppressing coagulation of a solvent vaporized from a coating liquid on a nozzle for discharging the coating liquid.
상기 과제를 해결하기 위해, 본원의 제 1 발명은, 장척 띠상의 기재를 반송하면서, 상기 기재의 표면에 도공액을 도포하는 도공 장치로서, 상기 기재를 유지하는 원통상의 외주면을 갖는 백업 롤러와, 상기 백업 롤러를 회전시키는 구동부와, 상기 백업 롤러에 유지된 상기 기재의 표면을 향하여, 상기 도공액을 토출하는 토출구를 갖는 노즐과, 상기 백업 롤러에 유지된 상기 기재의 표면에 도포된 상기 도공액을 가열하는 가열부와, 상기 토출구의 근방에 기체를 분사하는 기체 분사부를 구비한다.In order to solve the above problems, a first invention of the present application is a coating apparatus for applying a coating liquid onto a surface of a base material while conveying a base material in a long band, comprising: a backup roller having a cylindrical outer peripheral surface for holding the base material; A driving roller for rotating the backup roller; a nozzle having a discharge port for discharging the coating liquid toward the surface of the substrate held by the backup roller; A heating unit for heating the liquid, and a gas ejecting unit for ejecting a gas in the vicinity of the ejection opening.
본원의 제 2 발명은, 제 1 발명의 도공 장치로서, 상기 기체 분사부는, 적어도, 상기 토출구에 대해, 상기 백업 롤러의 회전 방향 하류측에 인접하는 공간에, 기체를 분사한다.The second invention of the present application is the coating apparatus according to the first aspect of the invention, wherein the gas injecting unit injects a gas to at least a space adjacent to the discharge port on the downstream side in the rotating direction of the backup roller.
본원의 제 3 발명은, 제 1 발명 또는 제 2 발명의 도공 장치로서, 상기 토출구는, 상기 기재의 폭 방향으로 연장되는 슬릿상의 개구이고, 상기 기체 분사부는, 상기 토출구의 폭 방향의 범위의 전체에 대해 상기 기체를 분사한다.The third invention of the present application is the coating apparatus according to the first invention or the second invention, wherein the discharge port is a slit-shaped opening extending in the width direction of the base material, The gas is sprayed.
본원의 제 4 발명은, 제 3 발명의 도공 장치로서, 상기 기체 분사부는, 상기 토출구를 따라 상기 기체를 분사한다.The fourth invention of the present application is the coating apparatus of the third invention, wherein the gas injecting unit injects the gas along the ejection opening.
본원의 제 5 발명은, 제 1 발명 내지 제 4 발명 중 어느 하나의 도공 장치로서, 상기 가열부는, 상기 백업 롤러의 내부로부터, 상기 백업 롤러의 외주면을 통하여 상기 기재를 가열한다.The fifth invention of the present application is the coating apparatus according to any of the first through fourth aspects of the present invention, wherein the heating section heats the base material from the inside of the backup roller through the outer peripheral surface of the backup roller.
본원의 제 6 발명은, 제 1 발명 내지 제 5 발명 중 어느 하나의 도공 장치로서, 상기 기체 분사부로부터 분사되는 기체는, 클린 드라이 에어 또는 불활성 가스이다.The sixth invention of the present application is the coating apparatus according to any one of the first to fifth inventions, wherein the gas injected from the gas injecting section is clean dry air or inert gas.
본원의 제 7 발명은, 제 1 발명 내지 제 6 발명 중 어느 하나의 도공 장치로서, 상기 기재는, 전해질막이고, 상기 도공액은, 전극 재료이다.The seventh invention of the present application is the coating apparatus of any one of the first to sixth inventions, wherein the substrate is an electrolyte film, and the coating liquid is an electrode material.
본원의 제 8 발명은, 장척 띠상의 기재를 반송하면서, 상기 기재의 표면에 도공액을 도포하는 도공 방법으로서, 원통상의 백업 롤러의 외주면에 유지된 상기 기재를, 상기 백업 롤러의 회전에 의해 반송하면서, a) 노즐의 토출구로부터 상기 기재의 표면을 향하여, 도공액을 토출하는 공정과, b) 상기 기재의 표면에 도포된 상기 도공액을 가열하는 공정을 실행하고, 적어도 상기 공정 b) 의 실행 중에, 상기 토출구의 근방에 기체를 분사한다.According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a coating method for applying a coating liquid onto a surface of a base material while conveying a base material in a long band, the method comprising: rotating the base material held on the outer circumferential surface of a cylindrical backup roller by rotation of the backup roller A step of discharging a coating solution from a discharge port of the nozzle toward the surface of the base material while carrying it, and b) a step of heating the coating solution applied to the surface of the base material, During the execution, the gas is sprayed in the vicinity of the discharge port.
본원의 제 9 발명은, 제 8 발명의 도공 방법으로서, 상기 공정 b) 의 실행 중에, 상기 토출구에 대해, 상기 백업 롤러의 회전 방향 하류측에 인접하는 공간에, 기체를 분사한다.The ninth invention of the present application is the coating method of the eighth invention, wherein during the execution of the step b), the gas is injected into the space adjacent to the discharge port on the downstream side in the rotating direction of the backup roller.
본원의 제 10 발명은, 제 8 발명 또는 제 9 발명의 도공 방법으로서, 상기 토출구는, 상기 기재의 폭 방향으로 연장되는 슬릿상의 개구이고, 상기 공정 b) 의 실행 중에, 상기 토출구의 폭 방향의 범위의 전체에 대해 상기 기체를 분사한다.The tenth invention of the present application is the coating method of the eighth invention or the ninth invention, wherein the discharge port is a slit-shaped opening extending in the width direction of the substrate and during the execution of the step b) The gas is sprayed over the entire range.
본원의 제 11 발명은, 제 10 발명의 도공 방법으로서, 상기 공정 b) 의 실행 중에, 상기 토출구를 따라 상기 기체를 분사한다.The eleventh invention of the present application is the coating method of the tenth invention, wherein the gas is sprayed along the discharge port during the execution of the step b).
본원의 제 12 발명은, 제 8 발명 내지 제 11 발명 중 어느 하나의 도공 방법으로서, 상기 공정 b) 에서는, 상기 백업 롤러의 내부로부터, 상기 백업 롤러의 외주면을 통하여 상기 기재를 가열한다.The twelfth invention of the present application is the coating method of any one of the eighth to eleventh inventions, wherein the substrate is heated from the inside of the backup roller through the outer peripheral surface of the backup roller in the step b).
본원의 제 13 발명은, 제 8 발명 내지 제 12 발명 중 어느 하나의 도공 방법으로서, 상기 공정 b) 의 실행 중에, 클린 드라이 에어 또는 불활성 가스를 분사한다.The thirteenth invention of the present application is the coating method of any one of the eighth to twelfth inventions, wherein clean dry air or an inert gas is sprayed during the execution of the step b).
본원의 제 1 발명 ∼ 제 13 발명에 의하면, 도공액으로부터 기화된 용매가, 노즐의 토출구 부근에 응집되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 용매의 응집에서 기인하는 도공액의 토출 불량을 억제할 수 있다.According to the first to thirteenth inventions of the present application, it is possible to suppress the evaporation of the solvent vaporized from the coating liquid in the vicinity of the discharge port of the nozzle. Therefore, defective discharge of the coating liquid caused by agglomeration of the solvent can be suppressed.
특히, 본원의 제 2 발명 및 제 9 발명에 의하면, 토출구의 하류측에 인접하는 공간에 있어서, 도포 직후의 도공액으로부터 기화된 용매를, 기체 분사부로부터 공급되는 기체로 치환할 수 있다. 이로써, 노즐에 대한 용매의 부착을, 효과적으로 억제할 수 있다.Particularly, according to the second and ninth inventions of the present application, the solvent vaporized from the coating liquid immediately after the application in the space adjacent to the discharge port downstream can be replaced with the gas supplied from the gas spraying unit. As a result, adhesion of the solvent to the nozzle can be effectively suppressed.
특히, 본원의 제 3 발명 및 제 10 발명에 의하면, 슬릿상의 토출구의 전폭에 걸쳐, 용매의 토출 불량을 억제할 수 있다.Particularly, according to the third and tenth inventions of the present application, defective discharge of the solvent can be suppressed over the entire width of the slit-shaped discharge port.
특히, 본원의 제 4 발명 및 제 11 발명에 의하면, 토출구의 폭 방향의 일방측으로부터 기체를 분사함으로써, 용매를 함유하는 기체를, 폭 방향의 타방측에 배출하기 쉽다. 이로써, 토출구의 근방에 있어서, 기체를 효율적으로 치환할 수 있다. 그 결과, 노즐에 대한 용매의 응집을, 보다 효과적으로 억제할 수 있다.Particularly, according to the fourth and eleventh inventions of the present application, the gas containing the solvent can be easily discharged to the other side in the width direction by jetting the gas from one side in the width direction of the discharge port. Thereby, the gas can be efficiently replaced in the vicinity of the discharge port. As a result, agglomeration of the solvent with respect to the nozzle can be suppressed more effectively.
특히, 본원의 제 5 발명 및 제 12 발명에 의하면, 도포 직후부터 도공액의 건조를 개시할 수 있고, 또한, 노즐에 대한 용매의 응집을 억제할 수 있다.Particularly, according to the fifth and twelfth inventions of the present application, drying of the coating liquid can be started immediately after application, and coagulation of the solvent with respect to the nozzle can be suppressed.
도 1 은, 막·전극 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, 흡착 롤러, 도공 노즐 및 기체 분사부의 사시도이다.
도 5 는, 흡착 롤러, 도공 노즐 및 기체 분사 노즐의 측면도이다.
도 6 은, 변형예에 관련된 흡착 롤러, 도공 노즐 및 기체 분사부의 사시도이다.
도 7 은, 변형예에 관련된 흡착 롤러, 도공 노즐 및 기체 분사부의 사시도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view showing a configuration of an apparatus for producing a membrane-electrode assembly. FIG.
2 is an enlarged view of the vicinity of the lower portion of the adsorption roller.
3 is a block diagram showing the connection between the control unit and each unit.
Fig. 4 is a perspective view of the adsorption roller, the coating nozzle, and the gas injecting portion. Fig.
5 is a side view of the adsorption roller, the coating nozzle, and the gas injection nozzle.
Fig. 6 is a perspective view of a suction roller, a coating nozzle, and a gas injecting portion according to a modified example.
Fig. 7 is a perspective view of a suction roller, a coating nozzle, and a gas injecting portion according to a modification. Fig.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<1. 제 1 실시형태><1. First Embodiment>
도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 도공 장치를 포함하는 막·전극 접합체의 제조 장치 (1) 의 구성을 나타낸 도면이다. 이 제조 장치 (1) 는, 장척 띠상의 기재인 전해질막의 표면에, 전극층을 형성하여, 고체 고분자형 연료 전지용의 막·전극 접합체를 제조하는 장치이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 막·전극 접합체의 제조 장치 (1) 는, 흡착 롤러 (10), 다공질 기재 공급 회수부 (20), 전해질막 공급부 (30), 도포부 (40), 건조로 (50), 접합체 회수부 (60) 및 제어부 (70) 를 구비하고 있다.1 is a view showing a configuration of an
흡착 롤러 (10) 는, 다공질 기재 (91) 및 전해질막 (92) 을 흡착 유지하면서 회전하는 롤러이다. 흡착 롤러 (10) 는, 본 발명에 있어서의 백업 롤러의 일례가 된다. 흡착 롤러 (10) 는, 복수의 흡착공을 갖는 원통상의 외주면을 갖는다. 흡착 롤러 (10) 의 직경은, 예를 들어, 30 ㎜ ∼ 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 등의 구동원을 갖는 회전 구동부 (11) 가 접속된다. 회전 구동부 (11) 를 동작시키면, 흡착 롤러 (10) 는, 수평하게 연장되는 축심 둘레로 회전한다.The
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, 기공률은, 예를 들어 15 % ∼ 50 % 가 된다.As the material of the
또한, 흡착 롤러 (10) 의 재료에, 다공질 재료 대신에, 금속을 사용해도 된다. 금속의 구체예로는, SUS 등의 스테인리스 또는 철을 들 수 있다. 흡착 롤러 (10) 의 재료에 금속을 사용하는 경우에는, 흡착 롤러 (10) 의 외주면에, 미소한 흡착공을, 가공에 의해 형성하면 된다. 흡착흔의 발생을 방지하기 위해서, 흡착공의 직경은, 2 ㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다.A metal may be used for the material of the
흡착 롤러 (10) 의 단면에는, 흡인구 (12) 가 형성되어 있다. 흡인구 (12) 는, 도면 밖의 흡인 기구 (예를 들어, 배기 펌프) 에 접속된다. 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 1 및 도 2 의 예에서는, 다공질 기재 (91) 및 전해질막 (92) 이, 흡착 롤러 (10) 의 외주면에 흡착 유지되면서 반송되는 각도 범위는, 흡착 롤러 (10) 의 축심을 중심으로 하는 약 270 °의 범위로 되어 있다.A
또, 도 2 중에 파선으로 나타내는 바와 같이, 흡착 롤러 (10) 의 내부에는, 복수의 가열 유로 (13) 가 형성되어 있다. 가열 유로 (13) 에는, 도면 밖의 열 매체 공급 기구로부터, 고온의 열 매체가 공급된다. 열 매체에는, 예를 들어, 환경 온도보다 높은 온도로 가열된 물 또는 기름이 사용된다. 제조 장치 (1) 의 동작시에는, 가열 유로 (13) 를 흐르는 열 매체로부터, 흡착 롤러 (10) 의 외주면 및 다공질 기재 (91) 를 개재하여 전해질막 (92) 에 열이 전도된다. 그 결과, 전해질막 (92) 의 표면에 있어서, 후술하는 전극 재료가 가열된다.2, a plurality of
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 발생하기 어려운 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.The porous substrate supply and
공급 전의 다공질 기재 (91) 는, 다공질 기재 공급 롤러 (21) 에 감겨져 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 조출 (繰出) 된다. 조출된 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. 또한, 도 2 에서는, 이해를 용이하게 하기 위해, 흡착 롤러 (10) 와, 흡착 롤러 (10) 에 유지되는 다공질 기재 (91) 가, 간격을 두고 도시되어 있다.The
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 떨어진다. 흡착 롤러 (10) 로부터 떨어진 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. 이로써, 사용 후의 다공질 기재 (91) 가, 다공질 기재 회수 롤러 (24) 에 권취된다.The
전해질막 공급부 (30) 는, 전해질막 (92) 및 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.The electrolyte
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), 아사히가라스 (주) 제조의 Flemion (등록 상표), 아사히카세이 (주) 제조의 Aciplex (등록 상표), 고어 (Gore) 사 제조의 Goreselect (등록 상표)) 을 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.As the
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.The first supporting
도 1 에 나타내는 바와 같이, 전해질막 공급부 (30) 는, 적층 기재 공급 롤러 (31) (전해질막 공급 롤러), 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.1, the
공급 전의 적층 기재 (94) 는, 제 1 지지 필름 (93) 이 외측이 되도록, 적층 기재 공급 롤러 (31) 에 감겨져 있다. 본 실시형태에서는, 전해질막 (92) 의 제 1 지지 필름 (93) 과는 반대측의 면 (이하, 「제 1 면」이라고 칭한다) 에, 미리 전극층 (이하, 「제 1 전극층 (9a)」이라고 칭한다) 이 형성되어 있다. 제 1 전극층 (9a) 은, 이 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 전극 재료를 간헐 도포하고, 도포된 전극 재료를 건조시킴으로써 형성된다.The
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 조출된다. 조출된 적층 기재 (94) 는, 복수의 적층 기재 반입 롤러 (32) 에 의해 안내되면서, 소정의 반입 경로를 따라, 박리 롤러 (33) 까지 반송된다.The laminated
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. 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. 또, 박리 롤러 (33) 는, 도시를 생략한 에어 실린더에 의해, 흡착 롤러 (10) 측으로 가압되어 있다.The peeling
도 2 에 나타내는 바와 같이, 복수의 적층 기재 반입 롤러 (32) 에 의해 반입되는 적층 기재 (94) 는, 흡착 롤러 (10) 와 박리 롤러 (33) 사이에 도입된다. 이 때, 전해질막 (92) 의 제 1 면은, 제 1 전극층 (9a) 과 함께, 흡착 롤러 (10) 에 유지된 다공질 기재 (91) 의 표면에 접촉하고, 제 1 지지 필름 (93) 은, 박리 롤러 (33) 의 외주면에 접촉한다. 또, 적층 기재 (94) 는, 박리 롤러 (33) 로부터 받는 압력에 의해 흡착 롤러 (10) 측으로 눌린다. 흡착 롤러 (10) 에 유지된 다공질 기재 (91) 의 표면에는, 흡착 롤러 (10) 로부터의 흡인력에 의해 부압이 발생한다. 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 유지되면서, 흡착 롤러 (10) 의 회전에 의해, 원호상으로 반송된다. 또한, 도 2 에서는, 이해를 용이하게 하기 위해, 흡착 롤러 (10) 에 유지되는 다공질 기재 (91) 와, 전해질막 (92) 및 제 1 전극층 (9a) 이, 간격을 두고 도시되어 있다.2, the
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 전극층 (9a) 은 직접 접촉하지 않는다. 따라서, 제 1 전극층 (9a) 의 일부가 흡착 롤러 (10) 의 외주면에 부착되거나, 흡착 롤러 (10) 의 외주면으로부터 전해질막 (92) 에 이물질이 전재 (轉載) 되거나 하는 것을 방지할 수 있다.Thus, in the present embodiment, the
한편, 흡착 롤러 (10) 와 박리 롤러 (33) 사이를 통과한 제 1 지지 필름 (93) 은, 흡착 롤러 (10) 로부터 떨어져, 복수의 제 1 지지 필름 반출 롤러 (34) 측에 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 (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. 이로써, 제 1 지지 필름 (93) 이, 제 1 지지 필름 회수 롤러 (35) 에 권취된다.On the other hand, the
도포부 (40) 는, 흡착 롤러 (10) 의 주위에 있어서, 전해질막 (92) 의 표면에 전극 재료 (도공액) 를 도포하는 기구이다. 전극 재료에는, 예를 들어, 백금 (Pt) 을 함유하는 촉매 입자를 알코올 등의 용매 중에 분산시킨 촉매 잉크가 사용된다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 도포부 (40) 는 도공 노즐 (41) 을 갖는다. 도공 노즐 (41) 은, 흡착 롤러 (10) 에 의한 전해질막 (92) 의 반송 방향에 있어서, 박리 롤러 (33) 보다 하류측에 형성되어 있다. 도공 노즐 (41) 은, 흡착 롤러 (10) 의 외주면에 대향하는 토출구 (411) 를 갖는다. 토출구 (411) 는, 흡착 롤러 (10) 에 유지되는 전해질막 (92) 의 폭 방향을 따라, 수평하게 연장되는 슬릿상의 개구이다.The
도공 노즐 (41) 은, 도시를 생략한 전극 재료 공급원과 접속되어 있다. 도포부 (40) 를 구동시키면, 전극 재료 공급원으로부터 배관을 통하여 도공 노즐 (41) 에 전극 재료가 공급된다. 그리고, 도공 노즐 (41) 의 토출구 (411) 로부터 전해질막 (92) 의 제 2 면을 향하여 전극 재료가 토출된다. 이로써, 전해질막 (92) 의 제 2 면에, 전극 재료가 도포된다.The
본 실시형태에서는, 도공 노즐 (41) 에 접속되는 밸브를 일정한 주기로 개폐함으로써, 도공 노즐 (41) 의 토출구 (411) 로부터, 전극 재료를 단속적으로 토출한다. 이로써, 전해질막 (92) 의 제 2 면에, 전극 재료를 반송 방향으로 일정한 간격으로 간헐 도포한다. 단, 밸브를 연속적으로 개방하여, 전해질막 (92) 의 제 2 면에, 반송 방향으로 끊김 없이 전극 재료를 도포해도 된다.In this embodiment, the electrode material is intermittently discharged from the
또한, 전극 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 전극 재료에는 백금이 사용되고, 애노드용의 전극 재료에는 백금 합금이 사용된다. 도공 노즐 (41) 로부터 토출되는 전극 재료는, 캐소드용이어도 되고 애노드용이어도 된다. 단, 전해질막 (92) 의 표리에 형성되는 전극층 (9a, 9b) 에는, 서로 역극성의 전극 재료가 사용된다.As the catalyst particles in the electrode material, a material that causes a fuel cell reaction in an anode or a cathode of a polymer type fuel cell is used. Specifically, particles such as platinum (Pt), a platinum alloy, and a platinum compound can be used as catalyst particles. Examples of the platinum alloy include at least one kind of platinum alloy selected from the group consisting of ruthenium (Ru), palladium (Pd), nickel (Ni), molybdenum (Mo), iridium (Ir) Metals and platinum alloys. Generally, platinum is used for the electrode material for the cathode, and platinum alloy is used for the electrode material for the anode. The electrode material discharged from the
도포부 (40) 의 도공 노즐 (41) 또는 배관은, 정기적으로 분해 세정 등의 메인터넌스를 실시할 필요가 있다. 이 때문에, 이 제조 장치 (1) 는, 도포부 (40) 의 메인터넌스를 실시하기 위한 메인터넌스 스페이스 (80) 를 갖는다. 본 실시형태에서는, 도포부 (40) 와 제 1 지지 필름 회수 롤러 (35) 사이에, 메인터넌스 스페이스 (80) 가 배치되어 있다. 도포부 (40) 의 메인터넌스를 실시할 때에는, 메인터넌스 스페이스 (80) 에 형성된 족장 (足場) (801) 상에 작업자 (89) 가 서서, 도포부 (40) 를 구성하는 부품의 세정 등을 실시한다.It is necessary to regularly perform maintenance such as disassembly cleaning or the like at the
건조로 (50) 는, 전해질막 (92) 의 제 2 면에 가열된 기체 (열풍) 를 분사하는 부위이다. 본 실시형태의 건조로 (50) 는, 흡착 롤러 (10) 에 의한 전해질막 (92) 의 반송 방향에 있어서, 도포부 (40) 보다 하류측에 배치되어 있다. 또, 건조로 (50) 는, 흡착 롤러 (10) 의 외주면을 따라, 원호상으로 형성되어 있다. 건조로 (50) 는, 흡착 롤러 (10) 와 대향하는 면에 형성된 취출구로부터, 전해질막 (92) 의 제 2 면을 향하여, 열풍을 분사한다.The drying
이 제조 장치 (1) 에서는, 전해질막 (92) 이 도포부 (40) 를 통과한 후, 전해질막 (92) 의 제 2 면에 도포된 전극 재료가, 가열 유로 (13) 로부터 전도되는 열에 의해 가열된다. 이로써, 전극 재료 중의 용매가 기화되어, 전극 재료가 건조된다. 또, 건조로 (50) 는, 열풍을 분사함으로써, 전극 재료를 보조적으로 가열한다. 이로써, 전극 재료의 건조가 보다 촉진된다. 전해질막 (92) 의 제 2 면에 도포된 전극 재료는, 건조됨으로써 전극층 (이하, 「제 2 전극층 (9b)」이라고 칭한다) 이 된다. 그 결과, 전해질막 (92), 제 1 전극층 (9a) 및 제 2 전극층 (9b) 으로 구성되는 막·전극 접합체 (95) 가 얻어진다.In this
이와 같이, 본 실시형태에서는, 흡착 롤러 (10) 의 내부에 형성된 가열 유로 (13) 와, 건조로 (50) 가, 전해질막 (92) 의 제 2 면에 도포된 전극 재료를 가열하는 가열부를 구성한다. 단, 가열 유로 (13) 및 건조로 (50) 중 어느 일방이 생략되어 있어도 된다. 또, 가열 유로 (13) 대신에, 흡착 롤러 (10) 의 내부에, 통전에 의해 발열하는 히터가, 가열부로서 형성되어 있어도 된다.As described above, in the present embodiment, the
접합체 회수부 (60) 는, 막·전극 접합체 (95) 에 제 2 지지 필름 (96) 을 첩부 (貼付) 하여, 막·전극 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 (63), 복수의 접합체 반출 롤러 (64) 및 접합체 회수 롤러 (65) 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.The
공급 전의 제 2 지지 필름 (96) 은, 제 2 지지 필름 공급 롤러 (61) 에 감겨져 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 조출된다. 조출된 제 2 지지 필름 (96) 은, 복수의 제 2 지지 필름 반입 롤러 (62) 에 의해 안내되면서, 소정의 반입 경로를 따라, 라미네이트 롤러 (63) 까지 반송된다.The
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 (35) 에 권취된 제 1 지지 필름 (93) 을, 제 2 지지 필름 (96) 으로 하여 제 2 지지 필름 공급 롤러 (61) 로부터 조출하도록 해도 된다.As the material of the second supporting
라미네이트 롤러 (63) 는, 막·전극 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, 건조로 (50) 보다 하류측, 또한, 흡착 롤러 (10) 로부터 다공질 기재 (91) 가 떨어지는 위치보다 상류측에 있어서, 흡착 롤러 (10) 에 인접 배치되어 있다. 또, 라미네이트 롤러 (63) 는, 도시를 생략한 에어 실린더에 의해, 흡착 롤러 (10) 측으로 가압되고 있다.The
도 2 에 나타내는 바와 같이, 라미네이트 롤러 (63) 의 내부에는, 통전에 의해 발열하는 히터 (631) 가 형성되어 있다. 히터 (631) 에는, 예를 들어, 시즈히터가 사용된다. 히터 (631) 에 통전하면, 히터 (631) 로부터 발생하는 열에 의해, 라미네이트 롤러 (63) 의 외주면이, 환경 온도보다 높은 소정의 온도로 온도 조절된다. 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.As shown in Fig. 2, a
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·전극 접합체 (95) 와 라미네이트 롤러 (63) 사이에 도입된다. 이 때, 제 2 지지 필름 (96) 은, 라미네이트 롤러 (63) 로부터의 압력에 의해, 막·전극 접합체 (95) 에 눌림과 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 전극층 (9b) 은, 전해질막 (92) 과 제 2 지지 필름 (96) 사이에 협지된다.2, the
흡착 롤러 (10) 와 라미네이트 롤러 (63) 사이를 통과한 제 2 지지 필름 (96) 이 부착된 막·전극 접합체 (95) 는, 흡착 롤러 (10) 로부터 떨어지는 방향으로 반송된다. 이로써, 다공질 기재 (91) 로부터 막·전극 접합체 (95) 가 박리된다.The
또, 본 실시형태에서는, 라미네이트 롤러 (63) 의 근방에, 압압 (押壓) 롤러 (632) 가 배치되어 있다. 압압 롤러 (632) 는, 흡착 롤러 (10) 와 라미네이트 롤러 (63) 사이의 간극보다, 막·전극 접합체 (95) 의 반송 방향 하류측에 있어서, 라미네이트 롤러 (63) 에 인접 배치되어 있다. 또, 압압 롤러 (632) 는, 도시를 생략한 에어 실린더에 의해, 라미네이트 롤러 (63) 측으로 가압되어 있다. 다공질 기재 (91) 로부터 떨어진 제 2 지지 필름 (96) 이 부착된 막·전극 접합체 (95) 는, 계속해서, 라미네이트 롤러 (63) 와 압압 롤러 (632) 사이를 통과한다. 이로써, 전해질막 (92) 의 제 2 면에 대한 제 2 지지 필름 (96) 의 밀착성이 향상된다.In the present embodiment, a
그 후, 제 2 지지 필름 (96) 이 부착된 막·전극 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. 이로써, 제 2 지지 필름 (96) 이 부착된 막·전극 접합체 (95) 가, 제 2 지지 필름 (96) 이 외측이 되도록, 접합체 회수 롤러 (65) 에 권취된다.Thereafter, the membrane-
이와 같이, 본 실시형태의 제조 장치 (1) 에서는, 적층 기재 공급 롤러 (31) 로부터의 적층 기재 (94) 의 조출, 전해질막 (92) 으로부터의 제 1 지지 필름 (93) 의 박리, 전해질막 (92) 으로의 전극 재료의 도포, 전극 재료의 건조, 전해질막 (92) 으로의 제 2 지지 필름 (96) 의 첩부, 접합체 회수 롤러 (65) 로의 막·전극 접합체 (95) 의 권취의 각 공정이, 순차적으로 실행된다. 이로써, 고체 고분자형 연료 전지의 전극에 사용되는 막·전극 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. 이로써, 제조 장치 (1) 에 있어서의 전해질막 (92) 의 팽윤·수축 등의 변형이 억제된다.As described above, in the
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 (72) 및 하드 디스크 드라이브 등의 기억부 (73) 를 갖는 컴퓨터에 의해 구성된다. 기억부 (73) 내에는, 막·전극 접합체의 제조 처리를 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램 (P) 이 인스톨되어 있다.The control unit (70) is a means for controlling the operation of each unit in the manufacturing apparatus (1). 3 is a block diagram showing the connection between the
또, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 제어부 (70) 는, 상기 서술한 흡착 롤러 (10) 의 회전 구동부 (11), 흡착 롤러 (10) 의 흡인 기구, 가열 유로 (13) 로의 열 매체 공급 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, 제 1 지지 필름 회수 롤러 (35) 의 모터, 도포부 (40), 건조로 (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. 또, 제어부 (70) 는, 후술하는 기체 분사부 (42) 와도 통신 가능하게 접속되어 있다.3, the
제어부 (70) 는, 기억부 (73) 에 기억된 컴퓨터 프로그램 (P) 또는 데이터를 메모리 (72) 에 일시적으로 판독 출력하고, 당해 컴퓨터 프로그램 (P) 에 기초하여, 연산 처리부 (71) 가 연산 처리를 실시함으로써, 상기의 각 부를 동작 제어한다. 이로써, 제조 장치 (1) 에 있어서의 막·전극 접합체의 제조 처리가 진행된다.The
<2. 기체 분사부에 대해><2. About gas injector>
이 제조 장치 (1) 에서는, 도포부 (40) 로부터 전해질막 (92) 의 제 2 면에 전극 재료가 도포된 후, 즉시, 가열 유로 (13) 로부터의 열에 의해, 전극 재료의 건조가 개시된다. 따라서, 도공 노즐 (41) 의 토출구 (411) 에 가까운 위치에 있어서, 전해질막 (92) 에 도포된 전극 재료로부터 용매가 기화된다. 이 용매가 도공 노즐 (41) 에 접촉하여 응집되고, 액적으로서 도공 노즐 (41) 에 부착되면, 전극 재료의 토출 불량이 발생할 가능성이 있다. 이와 같은 토출 불량의 발생을 억제하기 위해서, 이 제조 장치 (1) 는, 기체 분사부 (42) 를 갖는다.In this
도 4 는, 흡착 롤러 (10), 도공 노즐 (41) 및 기체 분사부 (42) 의 사시도이다. 도 4 에 나타내는 바와 같이, 기체 분사부 (42) 는, 기체 분사 노즐 (421), 급기 배관 (422) 및 개폐 밸브 (423) 를 갖는다. 기체 분사 노즐 (421) 은, 도공 노즐 (41) 의 측방 (흡착 롤러 (10) 의 축심과 평행한 방향에 있어서의 도공 노즐 (41) 의 일방측) 에 배치되어 있다. 급기 배관 (422) 의 하류측의 단부는, 기체 분사 노즐 (421) 에 접속되어 있다. 급기 배관 (422) 의 상류측의 단부는, 기체 공급원 (424) 에 접속되어 있다. 또, 급기 배관 (422) 의 경로 상에는, 개폐 밸브 (423) 가 개재 삽입되어 있다.Fig. 4 is a perspective view of the
기체 공급원 (424) 으로부터 공급되는 기체에는, 용매의 성분을 함유하지 않는 건조된 기체가 사용된다. 구체적으로는, 클린 드라이 에어, 또는 질소 가스 등의 불활성 가스가 사용된다. 개폐 밸브 (423) 를 개방하면, 기체 공급원 (424) 으로부터 급기 배관 (422) 을 통하여 기체 분사 노즐 (421) 에 기체가 공급된다. 그리고, 도 4 중에 파선 화살표로 나타낸 바와 같이, 기체 분사 노즐 (421) 로부터, 도공 노즐 (41) 의 토출구 (411) 의 근방을 향하여 기체가 분사된다.For the gas supplied from the
이와 같이 하면, 토출구 (411) 의 근방의 공간에 있어서, 용매의 증기가, 기체 분사 노즐 (421) 로부터 토출되는 기체로 치환된다. 이 때문에, 도공 노즐 (41) 의 토출구 (411) 의 부근에, 용매가 응집되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 용매의 응집에서 기인하는 전극 재료의 토출 불량을 억제할 수 있다.In this way, in the space near the ejection opening 411, the vapor of the solvent is replaced by the gas ejected from the
또한, 기체 분사 노즐 (421) 로부터 토출되는 기체의 압력은, 예를 들어 0.01 ∼ 0.4 ㎫, 바람직하게는 0.05 ∼ 0.1 ㎫ 가 된다. 또, 기체 분사 노즐 (421) 로부터 토출되는 기체의 유량은, 예를 들어 1 ∼ 300 ℓ/min, 바람직하게는 10 ∼ 100 ℓ/min 이 된다.The pressure of the gas discharged from the
도 5 는, 흡착 롤러 (10), 도공 노즐 (41) 및 기체 분사 노즐 (421) 의 측면도이다. 도 5 에 나타내는 바와 같이, 기체 분사 노즐 (421) 은, 측면에서 볼 때에 있어서, 도공 노즐 (41) 의 토출구 (411) 보다, 흡착 롤러 (10) 의 회전 방향의 약간 하류측에 위치한다. 그리고, 기체 분사 노즐 (421) 은, 도공 노즐 (41) 의 토출구 (411) 에 대해, 흡착 롤러 (10) 의 회전 방향 하류측에 인접하는 공간에 기체를 분사한다. 이 때문에, 토출구 (411) 의 하류측에 인접하는 공간에 있어서, 도포 직후의 전극 재료로부터 기화된 용매가, 기체 분사 노즐 (421) 로부터 분사되는 기체로 치환된다. 이로써, 도공 노즐 (41) 에 대한 용매의 부착을 효과적으로 억제할 수 있다.5 is a side view of the
전극 재료의 토출시에는, 도 5 와 같이, 도공 노즐 (41) 의 토출구 (411) 에, 전극 재료의 표면 장력에 의해, 전극 재료의 액 고임부 (bead) (90) 가 형성된다. 이 액 고임부 (90) 의 형상이 흐트러지면, 전해질막 (92) 의 제 2 면에 있어서 전극 재료의 도공 불량이 발생하기 쉬워진다. 이 점에 있어서, 본 실시형태의 기체 분사 노즐 (421) 은, 액 고임부 (90) 보다, 흡착 롤러 (10) 의 회전 방향 하류측의 위치에 기체를 분사한다. 즉, 기체 분사 노즐 (421) 로부터의 기체의 토출 방향이, 액 고임부 (90) 를 향해져 있지 않다. 따라서, 액 고임부 (90) 의 형상이 흐트러지는 것을 억제하면서, 토출구 (411) 의 근방의 공간에, 기체를 분사할 수 있다. 또, 상기 서술한 바와 같이, 도공 노즐 (41) 의 토출구 (411) 부근에 용매가 응집되기 어렵다. 이 때문에, 용매의 액적에 의해, 액 고임부 (90) 의 형상이 흐트러지는 것도 억제할 수 있다.In order to discharge the electrode material, a
또, 본 실시형태에서는, 기체 분사 노즐 (421) 에, 원통상의 파이프형 노즐이 사용되고 있다. 이 때문에, 도 4 중의 파선 화살표와 같이, 기체 분사 노즐 (421) 로부터 취출되는 기체는, 높은 지향성을 가지고, 도공 노즐 (41) 의 토출구 (411) 를 따른 기류를 형성한다. 따라서, 토출구 (411) 를 따른 공간의 전체에 대해, 기체를 분사하는 것이 가능해진다. 또, 토출구 (411) 의 일방의 측방으로부터 기체를 분사함으로써, 용매를 함유하는 기체를, 토출구 (411) 의 타방의 측방에 용이하게 배출할 수 있다. 이로써, 토출구 (411) 의 근방에 있어서, 기체를 보다 효율적으로 치환할 수 있다. 그 결과, 슬릿상의 토출구 (411) 의 전폭에 걸쳐, 도공 노즐 (41) 에 대한 용매의 응집을 효과적으로 억제할 수 있다.In the present embodiment, a cylindrical pipe-type nozzle is used for the
기체 분사 노즐 (421) 은, 적어도, 흡착 롤러 (10) 의 주위에 있어서, 전해질막 (92) 의 제 2 면에 도포된 전극 재료가 가열될 때, 기체를 토출하고 있는 것이 바람직하다. 기체 분사 노즐 (421) 은, 흡착 롤러 (10) 에 의한 전해질막 (92) 의 반송 중에는, 항상 기체를 토출하고 있어도 된다. 또, 기체 분사 노즐 (421) 은, 도공 노즐 (41) 에 의한 전극 재료의 간헐 도포의 타이밍에 맞추어, 전극 재료가 도포될 때에만, 기체를 토출하도록 해도 된다.It is preferable that the
<3. 변형예><3. Modifications>
이상, 본 발명의 일 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은, 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다.Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment.
도 6 은, 일 변형예에 관련된 흡착 롤러 (10), 도공 노즐 (41) 및 기체 분사부 (42) 의 사시도이다. 상기 실시형태에서는, 기체 분사 노즐 (421) 에, 지향성이 높은 파이프형 노즐을 사용하고 있었다. 이에 반해, 도 6 의 예에서는, 기체 분사 노즐 (421) 에, 넓은 각도 범위로 기체를 토출하는 확산 노즐을 사용하고 있다. 이와 같은 확산 노즐을 사용하면, 도공 노즐 (41) 의 토출구 (411) 부근의 보다 넓은 공간에 있어서, 용매의 증기를 함유하는 기체를, 기체 분사 노즐 (421) 로부터 토출되는 기체로 치환할 수 있다. 또한, 확산 노즐은, 토출된 기체가 평면적인 부채 형상으로 확산되는 부채꼴 노즐이어도 되고, 토출된 기체가 원 추상으로 확산되는 원추형 노즐이어도 된다. 또, 기체 분사 노즐 (421) 은, 파이프형, 부채꼴, 원추형 이외의 노즐이어도 된다.Fig. 6 is a perspective view of the
또, 상기 실시형태 및 도 6 의 예에서는, 기체 분사부 (42) 가, 1 개의 기체 분사 노즐 (421) 을 가지고 있었다. 그러나, 기체 분사부 (42) 는, 복수의 기체 분사 노즐 (421) 을 가지고 있어도 된다. 예를 들어, 도공 노즐 (41) 의 양측 (흡착 롤러 (10) 의 축심과 평행한 방향에 있어서의 도공 노즐 (41) 의 양측) 으로, 1 쌍의 기체 분사 노즐 (421) 이 배치되어 있어도 된다. 그리고, 당해 1 쌍의 기체 분사 노즐 (421) 이, 각각, 도공 노즐 (41) 의 토출구 (411) 근방을 향하여 기체를 분사해도 된다.In the above-described embodiment and the example of Fig. 6, the
도 7 은, 다른 변형예에 관련된 흡착 롤러 (10), 도공 노즐 (41) 및 기체 분사부 (42) 의 사시도이다. 도 7 에 있어서는, 급기 배관 (422), 개폐 밸브 (423) 및 기체 공급원 (424) 의 도시가 생략되어 있다. 도 7 의 예에서는, 기체 분사부 (42) 가, 복수의 기체 분사 노즐 (421) 을 가지고 있다. 복수의 기체 분사 노즐 (421) 은, 흡착 롤러 (10) 의 축심과 평행한 방향으로 배열되어 있다. 각 기체 분사 노즐 (421) 은, 흡착 롤러 (10) 의 외주면을 향하여 기체를 토출한다. 이와 같이 하면, 도공 노즐 (41) 의 토출구 (411) 를 따른 공간의 전체에, 확실하게 기체를 공급할 수 있다. 또한, 기체의 치환 효율을 높이기 위해서, 각 기체 분사 노즐 (421) 의 방향을, 흡착 롤러 (10) 의 외주면에 대해 수직인 방향으로부터, 약간 기울여도 된다.7 is a perspective view of the
또, 상기 실시형태에서는, 일방의 면에 미리 제 1 전극층 (9a) 이 형성된 전해질막 (92) 의 타방의 면에, 제 2 전극층 (9b) 을 형성하는 경우에 대해 설명하였다. 그러나, 본 발명의 제조 장치는, 표리 중 어느 면에도 전극층이 형성되어 있지 않은 전해질막에 대해, 전극층을 형성하는 것이어도 된다.In the above embodiment, the case where the
또, 상기 실시형태에서는, 장척 띠상의 기재인 전해질막의 표면에, 도공액으로서 전극 재료를 도포하는 경우에 대해 설명하였다. 그러나, 본 발명의 도공 장치는, 전해질막 이외의 장척 띠상의 기재의 표면에, 전극 재료 이외의 도공액을 도포하는 것이어도 된다. 또, 본 발명의 도공 장치는, 고체 고분자형 연료 전지용의 막·전극 접합체 이외의 제품을 제조하기 위한 장치여도 된다.In the above embodiment, the case where the electrode material is applied as the coating liquid on the surface of the electrolyte membrane serving as the base material in the long band has been described. However, in the coating apparatus of the present invention, a coating liquid other than the electrode material may be applied to the surface of the base material in the elongated strip other than the electrolyte membrane. The coating apparatus of the present invention may be an apparatus for producing a product other than a membrane-electrode assembly for a solid polymer type fuel cell.
또, 제조 장치의 세부 구성에 대해서는, 본원의 각 도면과 상이해도 된다. 또, 상기 실시형태 또는 변형예에 등장한 각 요소를, 모순이 발생하지 않는 범위에서, 적절히 조합해도 된다.The detailed configuration of the manufacturing apparatus may be different from the drawings in this application. It is to be noted that the respective elements appearing in the above-described embodiments or modifications may be appropriately combined within a range in which no contradiction occurs.
1 : 제조 장치
9a : 제 1 전극층
9b : 제 2 전극층
10 : 흡착 롤러
11 : 회전 구동부
13 : 가열 유로
20 : 다공질 기재 공급 회수부
30 : 전해질막 공급부
40 : 도포부
41 : 도공 노즐
42 : 기체 분사부
50 : 건조로
60 : 접합체 회수부
70 : 제어부
90 : 액 고임부
92 : 전해질막
411 : 토출구
421 : 기체 분사 노즐
422 : 급기 배관
423 : 개폐 밸브1: Manufacturing apparatus
9a: first electrode layer
9b: second electrode layer
10: adsorption roller
11:
13: heating channel
20: Porous substrate supply recovery unit
30: electrolyte membrane supplier
40:
41: Paint nozzle
42:
50: drying furnace
60:
70:
90: Latex pregnancy
92: electrolyte membrane
411:
421: gas injection nozzle
422: Supply piping
423: opening / closing valve
Claims (13)
상기 기재를 유지하는 원통상의 외주면을 갖는 백업 롤러와,
상기 백업 롤러를 회전시키는 구동부와,
상기 백업 롤러에 유지된 상기 기재의 표면을 향하여, 상기 도공액을 토출하는 토출구를 갖는 노즐과,
상기 백업 롤러에 유지된 상기 기재의 표면에 도포된 상기 도공액을 가열하는 가열부와,
상기 토출구의 근방에 기체를 분사하는 기체 분사부를 구비하는 도공 장치.A coating apparatus for coating a coating liquid on a surface of a base material while conveying a base material in a long band,
A backup roller having a cylindrical outer circumferential surface for holding the base material;
A driving unit for rotating the backup roller,
A nozzle having a discharge port for discharging the coating liquid toward the surface of the substrate held by the backup roller;
A heating unit for heating the coating liquid applied to the surface of the substrate held by the backup roller,
And a gas ejecting portion for ejecting a gas in the vicinity of the ejection opening.
상기 기체 분사부는, 적어도, 상기 토출구에 대해, 상기 백업 롤러의 회전 방향 하류측에 인접하는 공간에, 기체를 분사하는 도공 장치.The method according to claim 1,
Wherein the gas injecting portion injects a gas to at least a space adjacent to the discharge port on the downstream side in the rotational direction of the backup roller.
상기 토출구는, 상기 기재의 폭 방향으로 연장되는 슬릿상의 개구이고,
상기 기체 분사부는, 상기 토출구의 폭 방향의 범위의 전체에 대해 상기 기체를 분사하는 도공 장치.3. The method according to claim 1 or 2,
The discharge port is a slit-shaped opening extending in the width direction of the substrate,
Wherein the gas injecting portion injects the gas onto the whole of the width direction range of the discharge port.
상기 기체 분사부는, 상기 토출구를 따라 상기 기체를 분사하는 도공 장치.The method of claim 3,
And the gas injecting unit injects the gas along the ejection opening.
상기 가열부는, 상기 백업 롤러의 내부로부터, 상기 백업 롤러의 외주면을 통하여 상기 기재를 가열하는 도공 장치.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the heating unit heats the base material from the inside of the backup roller through an outer peripheral surface of the backup roller.
상기 기체 분사부로부터 분사되는 기체는, 클린 드라이 에어 또는 불활성 가스인 도공 장치.6. The method according to any one of claims 1 to 5,
Wherein the gas injected from the gas injecting portion is clean dry air or an inert gas.
상기 기재는, 전해질막이고,
상기 도공액은, 전극 재료인 도공 장치.7. The method according to any one of claims 1 to 6,
The substrate is an electrolyte membrane,
The coating liquid is an electrode material.
원통상의 백업 롤러의 외주면에 유지된 상기 기재를, 상기 백업 롤러의 회전에 의해 반송하면서,
a) 노즐의 토출구로부터 상기 기재의 표면을 향하여, 도공액을 토출하는 공정과,
b) 상기 기재의 표면에 도포된 상기 도공액을 가열하는 공정을 실행하고,
적어도 상기 공정 b) 의 실행 중에, 상기 토출구의 근방에 기체를 분사하는 도공 방법.A coating method for coating a coating liquid onto the surface of a base material while conveying a base material in a long band,
While the substrate held on the outer peripheral surface of the cylindrical backup roller is conveyed by the rotation of the backup roller,
a) a step of discharging a coating liquid from a discharge port of the nozzle toward the surface of the base material;
b) heating the coating liquid applied to the surface of the base material,
Wherein at least during the execution of the step b), a gas is sprayed in the vicinity of the discharge port.
상기 공정 b) 의 실행 중에, 상기 토출구에 대해, 상기 백업 롤러의 회전 방향 하류측에 인접하는 공간에, 기체를 분사하는, 도공 방법.9. The method of claim 8,
Wherein during the execution of the step b), the gas is injected into the space adjacent to the discharge port on the downstream side in the rotating direction of the backup roller.
상기 토출구는, 상기 기재의 폭 방향으로 연장되는 슬릿상의 개구이고,
상기 공정 b) 의 실행 중에, 상기 토출구의 폭 방향의 범위의 전체에 대해 상기 기체를 분사하는, 도공 방법.10. The method according to claim 8 or 9,
The discharge port is a slit-shaped opening extending in the width direction of the substrate,
Wherein during the execution of the step b), the gas is sprayed over the entire range in the width direction of the discharge port.
상기 공정 b) 의 실행 중에, 상기 토출구를 따라 상기 기체를 분사하는, 도공 방법.11. The method of claim 10,
Wherein during the execution of the step b), the gas is sprayed along the discharge port.
상기 공정 b) 에서는, 상기 백업 롤러의 내부로부터, 상기 백업 롤러의 외주면을 통하여 상기 기재를 가열하는, 도공 방법.The method according to any one of claims 8 to 11,
In the step b), the substrate is heated from the inside of the backup roller through the outer peripheral surface of the backup roller.
상기 공정 b) 의 실행 중에, 클린 드라이 에어 또는 불활성 가스를 분사하는, 도공 방법.13. The method according to any one of claims 8 to 12,
Wherein a clean dry air or an inert gas is sprayed during the execution of the step b).
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