(57)【要約】      （修正有）【課題】積層基材の左右の端縁部の長さに差がある場合であっても、剥離ローラの搬送方向上流側の位置において、積層基材に弛みが生じることを抑制できる基材処理装置および基材処理方法を提供する。【解決手段】この装置は、吸着ローラ１０と、剥離ローラ３３と、導入部とを有する。導入部は、電解質膜９２と支持フィルム９３とが積層された積層基材９４を、吸着ローラ１０と剥離ローラ３３との間に導入する。また、基材処理装置は、エアシリンダ８０を有する。エアシリンダは、剥離ローラ３３を、吸着ローラ１０へ向けて押圧する。ただし、積層基材９４は、剥離ローラ３３の外周面に対して摺動可能である。このため、積層基材９４の左右の端縁部の長さに差がある場合であっても、積層基材９４の摺動によって、当該長さの差が吸収される。したがって、剥離ローラ３３の搬送方向上流側の位置において、積層基材９４に弛みが生じることを抑制できる。【選択図】図４
2018156746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺帯状の被処理基材を搬送しつつ処理する基材処理装置であって、
複数の吸着孔を有する外周面をもつ吸着ローラと、
前記吸着ローラの外周面に向けて、長尺帯状の支持フィルムと前記被処理基材とが積層された積層基材を導入する導入部と、
前記吸着ローラの前記外周面に前記積層基材を介して対向する外周面をもつ剥離ローラと、
前記剥離ローラを前記吸着ローラへ向けて押圧する押圧機構と、
を備え、
前記積層基材が、前記吸着ローラと前記剥離ローラとの間を通過した後、前記支持フィルムは、前記被処理基材から剥離されて前記吸着ローラから離れる方向へ搬送される一方、前記被処理基材は、前記吸着ローラに吸着保持され、
前記積層基材は、前記剥離ローラの外周面に対して摺動可能に保持される基材処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の基材処理装置であって、
前記積層基材は、搬送される前記積層基材にかかる張力によって、前記剥離ローラの外周面に対して摺動可能に保持される基材処理装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の基材処理装置であって、
前記吸着ローラの周囲において前記被処理基材に接触する保持面と、前記剥離ローラの中心との距離から、前記剥離ローラの自然状態における半径を引いた値であるギャップが、前記積層基材の厚みの６０％以上である基材処理装置。
【請求項４】
請求項３に記載の基材処理装置であって、
前記ギャップが、前記積層基材の厚み以上である基材処理装置。
【請求項５】
請求項４に記載の基材処理装置であって、
前記ギャップが、前記積層基材の厚みの２００％以下である基材処理装置。
【請求項６】
請求項３から請求項５までのいずれか１項に記載の基材処理装置であって、
前記吸着ローラの外周面と、前記被処理基材との間に、長尺帯状の多孔質基材が介在し、
前記保持面は、前記多孔質基材の表面である基材処理装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の基材処理装置であって、
前記剥離ローラである第１剥離ローラと、
前記第１剥離ローラよりも前記吸着ローラの回転方向下流側に位置し、前記吸着ローラの外周面に対向する外周面をもつ第２剥離ローラと、
を備え、
前記第１剥離ローラと前記吸着ローラとの間においては、前記積層基材が前記第１剥離ローラに保持され、
前記第２剥離ローラと前記吸着ローラとの間においては、前記支持フィルムが前記第２剥離ローラに保持されるとともに、前記被処理基材が前記吸着ローラに保持される基材処理装置。
【請求項８】
請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の基材処理装置であって、
前記吸着ローラの周囲において、前記被処理基材の表面に材料を塗布する塗布部
をさらに備える基材処理装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の基材処理装置であって、
前記被処理基材は、電解質膜である基材処理装置。
【請求項１０】
長尺帯状の被処理基材を搬送しつつ処理する基材処理方法であって、
ａ）長尺帯状の支持フィルムと前記被処理基材とが積層された積層基材を、吸着ローラと剥離ローラとの間へ導入する工程と、
ｂ）前記積層基材が、前記吸着ローラと前記剥離ローラとの間を通過した後、前記被処理基材から前記支持フィルムを剥離し、前記支持フィルムを前記吸着ローラから離れる方向へ搬送するとともに、前記被処理基材を前記吸着ローラに吸着保持させる工程と、
を含み、
前記剥離ローラは、前記吸着ローラへ向けて押圧され、かつ、前記積層基材は、前記剥離ローラの外周面に対して摺動可能に保持される基材処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長尺帯状の被処理基材を搬送しつつ処理する基材処理装置および基材処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車や携帯電話などの駆動電源として、燃料電池が注目されている。燃料電池は、燃料に含まれる水素（Ｈ２）と空気中の酸素（Ｏ２）との電気化学反応によって電力を作り出す発電システムである。燃料電池は、他の電池と比べて、発電効率が高く環境への負荷が小さいという特長を有する。
【０００３】
燃料電池には、使用する電解質によって幾つかの種類が存在する。そのうちの１つが、電解質としてイオン交換膜（電解質膜）を用いた固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ：Polymer Electrolyte Fuel Cell）である。固体高分子形燃料電池は、常温での動作および小型軽量化が可能であるため、自動車や携帯機器への適用が期待されている。
【０００４】
固体高分子形燃料電池は、一般的には複数のセルが積層された構造を有する。１つのセルは、膜・電極接合体（ＭＥＡ：Membrane-Electrode-Assembly）の両側を一対のセパレータで挟み込むことにより構成される。膜・電極接合体は、電解質膜と、電解質膜の両面に形成された一対の触媒層とを有する膜・触媒層接合体（ＣＣＭ：Catalyst-Coated Membrane）に、ガスケット等の付属部品を付加したものである。一対の触媒層の一方はアノード電極となり、他方がカソード電極となる。アノード電極に水素を含む燃料ガスが接触するとともに、カソード電極に空気が接触すると、電気化学反応によって電力が発生する。
【０００５】
上記の膜・触媒層接合体は、典型的には、電解質膜の表面に、白金（Ｐｔ）を含む触媒粒子をアルコールなどの溶媒中に分散させた触媒インク（電極ペースト）を塗布し、その触媒インクを乾燥させることによって製造される。従来の膜・触媒層接合体の製造技術については、例えば、特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−３９１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の製造装置では、バックシート付きの電解質膜が、吸着ローラと剥離ローラとの間に導入される。そして、吸着ローラの外周面に電解質膜が吸着されるとともに、バックシートが電解質膜から剥離される（特許文献１の段落００３５〜００３６参照）。その後、吸着ローラに吸着支持された電解質膜に、触媒インクが塗工される（特許文献１の段落００４５参照）。
【０００８】
しかしながら、特許文献１の製造装置の構造において、吸着ローラに対する剥離ローラの押圧力が強過ぎると、バックシート付きの電解質膜（積層基材）が吸着ローラに強く押し付けられる。そうすると、積層基材の左右の端縁部の長さに差がある場合に、図８のように、吸着ローラ１０Ａと剥離ローラ３３Ａとの間へ導入される積層基材９４Ａに弛み９４１Ａが生じる。このような弛みは、吸着ローラ１０Ａの外周面における電解質膜の保持状態を不安定にする要因となり得る。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、積層基材の左右の端縁部の長さに差がある場合であっても、剥離ローラの搬送方向上流側の位置において、積層基材に弛みが生じることを抑制できる基材処理装置および基材処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本願の第１発明は、長尺帯状の被処理基材を搬送しつつ処理する基材処理装置であって、複数の吸着孔を有する外周面をもつ吸着ローラと、前記吸着ローラの外周面に向けて、長尺帯状の支持フィルムと前記被処理基材とが積層された積層基材を導入する導入部と、前記吸着ローラの前記外周面に前記積層基材を介して対向する外周面をもつ剥離ローラと、前記剥離ローラを前記吸着ローラへ向けて押圧する押圧機構と、を備え、前記積層基材が、前記吸着ローラと前記剥離ローラとの間を通過した後、前記支持フィルムは、前記被処理基材から剥離されて前記吸着ローラから離れる方向へ搬送される一方、前記被処理基材は、前記吸着ローラに吸着保持され、前記積層基材は、前記剥離ローラの外周面に対して摺動可能に保持される。
【００１１】
本願の第２発明は、第１発明の基材処理装置であって、前記積層基材は、搬送される前記積層基材にかかる張力によって、前記剥離ローラの外周面に対して摺動可能に保持される。
【００１２】
本願の第３発明は、第１発明または第２発明の基材処理装置であって、前記吸着ローラの周囲において前記被処理基材に接触する保持面と、前記剥離ローラの中心との距離から、前記剥離ローラの自然状態における半径を引いた値であるギャップが、前記積層基材の厚みの６０％以上である。
【００１３】
本願の第４発明は、第３発明の基材処理装置であって、前記ギャップが、前記積層基材の厚み以上である。
【００１４】
本願の第５発明は、第４発明の基材処理装置であって、前記ギャップが、前記積層基材の厚みの２００％以下である。
【００１５】
本願の第６発明は、第３発明から第５発明までのいずれか１発明の基材処理装置であって、前記吸着ローラの外周面と、前記被処理基材との間に、長尺帯状の多孔質基材が介在し、前記保持面は、前記多孔質基材の表面である。
【００１６】
本願の第７発明は、第１発明から第６発明までのいずれか１発明の基材処理装置であって、前記剥離ローラである第１剥離ローラと、前記第１剥離ローラよりも前記吸着ローラの回転方向下流側に位置し、前記吸着ローラの外周面に対向する外周面をもつ第２剥離ローラと、を備え、前記第１剥離ローラと前記吸着ローラとの間においては、前記積層基材が前記第１剥離ローラに保持され、前記第２剥離ローラと前記吸着ローラとの間においては、前記支持フィルムが前記第２剥離ローラに保持されるとともに、前記被処理基材が前記吸着ローラに保持される。
【００１７】
本願の第８発明は、第１発明から第８発明までのいずれか１発明の基材処理装置であって、前記吸着ローラの周囲において、前記被処理基材の表面に材料を塗布する塗布部をさらに備える。
【００１８】
本願の第９発明は、第１発明から第８発明までのいずれか１発明の基材処理装置であって、前記被処理基材は、電解質膜である。
【００１９】
本願の第１０発明は、長尺帯状の被処理基材を搬送しつつ処理する基材処理方法であって、ａ）長尺帯状の支持フィルムと前記被処理基材とが積層された積層基材を、吸着ローラと剥離ローラとの間へ導入する工程と、ｂ）前記積層基材が、前記吸着ローラと前記剥離ローラとの間を通過した後、前記被処理基材から前記支持フィルムを剥離し、前記支持フィルムを前記吸着ローラから離れる方向へ搬送するとともに、前記被処理基材を前記吸着ローラに吸着保持させる工程と、を含み、前記剥離ローラは、前記吸着ローラへ向けて押圧され、かつ、前記積層基材は、前記剥離ローラの外周面に対して摺動可能に保持される。
【発明の効果】
【００２０】
本願の第１発明〜第１０発明によれば、積層基材の左右の端縁部の長さに差がある場合であっても、剥離ローラの外周面に対して積層基材が摺動することにより、当該長さの差を吸収できる。したがって、剥離ローラの搬送方向上流側の位置において、積層基材に弛みが生じることを抑制できる。
【００２１】
特に、本願の第２発明によれば、積層基材の弛みを解消するために、積層基材に、搬送のための張力とは別の力をかける必要がない。
【００２２】
特に、本願の第４発明によれば、吸着ローラ周囲において被処理基材を保持する保持面と、剥離ローラに保持される積層基材とが、非接触となる。このため、剥離ローラの外周面に対して積層基材が、より摺動しやすくなる。したがって、積層基材の弛みをより抑制できる。
【００２３】
特に、本願の第５発明によれば、被処理基材が吸着ローラに吸着保持されるときに、被処理基材が搬送方向に過度に伸びた状態となることを抑制できる。
【００２４】
特に、本願の第８発明によれば、積層基材の弛みを抑えることにより、吸着ローラの表面における被処理基材の保持状態を安定させることができる。その結果、被処理基材に対する材料の塗布状態も安定させることができる。
【００２５】
特に、本願の第９発明によれば、変形しやすい電解質膜を、吸着ローラの表面に安定して保持させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】膜・触媒層接合体の製造装置の構成を示した図である。
【図２】吸着ローラの下部付近の拡大図である。
【図３】制御部と各部との接続を示したブロック図である。
【図４】剥離ローラ付近の拡大図である。
【図５】吸着ローラと剥離ローラとの位置関係を変化させて、積層基材の弛みの有無と、吸着ローラに保持された電解質膜の伸びの有無とを、調べた結果を示した図である。
【図６】変形例に係る製造装置の剥離ローラ付近の拡大図である。
【図７】変形例に係る製造装置の剥離ローラ付近の拡大図である。
【図８】本発明が解決しようとする課題を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２８】
＜１．製造装置の構成＞
図１は、本発明の基材処理装置の一実施形態に係る膜・触媒層接合体の製造装置１の構成を示した図である。この製造装置１は、固体高分子形燃料電池用の膜・電極接合体（ＭＥＡ：Membrane-Electrode-Assembly）の製造過程に用いられる装置である。製造装置１は、長尺帯状の被処理基材である電解質膜を搬送しつつ、電解質膜の表面に触媒層を形成することにより、膜・触媒層接合体（ＣＣＭ：Catalyst-Coated Membrane）を製造する。図１に示すように、膜・触媒層接合体の製造装置１は、吸着ローラ１０、多孔質基材供給回収部２０、電解質膜供給部３０、塗布部４０、乾燥炉５０、接合体回収部６０および制御部７０を備えている。
【００２９】
吸着ローラ１０は、多孔質基材９１および電解質膜９２を吸着保持しつつ回転するローラである。吸着ローラ１０は、複数の吸着孔を有する円筒状の外周面を有する。吸着ローラ１０の直径は、例えば、２００ｍｍ〜１６００ｍｍとされる。図２は、吸着ローラ１０の下部付近の拡大図である。図２中に破線で示したように、吸着ローラ１０には、モータ等の駆動源を有する回転駆動部１１が接続される。回転駆動部１１を動作させると、吸着ローラ１０は、水平に延びる軸心周りに回転する。
【００３０】
吸着ローラ１０の材料には、例えば、多孔質カーボンや多孔質セラミックス等の多孔質材料が用いられる。多孔質セラミックスの具体例としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）または炭化ケイ素（ＳｉＣ）の焼結体を挙げることができる。多孔質の吸着ローラ１０における気孔径は、例えば５μｍ以下とされ、気孔率は、例えば１５％〜５０％とされる。
【００３１】
なお、吸着ローラ１０の材料に、多孔質材料に代えて、金属を用いてもよい。金属の具体例としては、ＳＵＳ等のステンレスまたは鉄を挙げることができる。吸着ローラ１０の材料に金属を用いる場合には、吸着ローラ１０の外周面に、微小な吸着孔を、加工により形成すればよい。吸着孔の直径は、吸着痕の発生を防止するために、２ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００３２】
吸着ローラ１０の端面には、吸引口１２が設けられている。吸引口１２は、図外の吸引機構（例えば、排気ポンプ）に接続される。吸引機構を動作させると、吸着ローラ１０の吸引口１２に負圧が生じる。そして、吸着ローラ１０内の気孔を介して、吸着ローラ１０の外周面に設けられた複数の吸着孔にも、負圧が発生する。多孔質基材９１および電解質膜９２は、当該負圧によって、吸着ローラ１０の外周面に吸着保持されつつ、吸着ローラ１０の回転によって円弧状に搬送される。
【００３３】
また、図２中に破線で示すように、吸着ローラ１０の内部には、複数の水冷管１３が設けられている。水冷管１３には、図外の給水機構から、所定温度に温調された冷却水が供給される。製造装置１の動作時には、吸着ローラ１０の熱が、熱媒体である冷却水に吸収される。これにより、吸着ローラ１０が冷却される。熱を吸収した冷却水は、図外の排液機構へ排出される。
【００３４】
なお、後述する乾燥炉５０に代えて、吸着ローラ１０の内部に、温水循環機構やヒータなどの加熱機構が設けられていてもよい。その場合、吸着ローラ１０の内部に水冷管を設けず、吸着ローラ１０の内部に設けられた加熱機構を制御することによって、吸着ローラ１０の外周面の温度を制御してもよい。
【００３５】
多孔質基材供給回収部２０は、長尺帯状の多孔質基材９１を吸着ローラ１０へ向けて供給するとともに、使用後の多孔質基材９１を回収する部位である。多孔質基材９１は、多数の微細な気孔を有する通気可能な基材である。多孔質基材９１は、粉塵が発生しにくい材料で形成されていることが好ましい。図１に示すように、多孔質基材供給回収部２０は、多孔質基材供給ローラ２１、複数の多孔質基材搬入ローラ２２、複数の多孔質基材搬出ローラ２３および多孔質基材回収ローラ２４を有する。多孔質基材供給ローラ２１、複数の多孔質基材搬入ローラ２２、複数の多孔質基材搬出ローラ２３および多孔質基材回収ローラ２４は、いずれも、吸着ローラ１０と平行に配置される。
【００３６】
供給前の多孔質基材９１は、多孔質基材供給ローラ２１に巻き付けられている。多孔質基材供給ローラ２１は、図示を省略したモータの動力により回転する。多孔質基材供給ローラ２１が回転すると、多孔質基材９１は、多孔質基材供給ローラ２１から繰り出される。繰り出された多孔質基材９１は、複数の多孔質基材搬入ローラ２２により案内されつつ、所定の搬入経路に沿って、吸着ローラ１０の外周面まで搬送される。そして、多孔質基材９１は、吸着ローラ１０の外周面に吸着保持されつつ、吸着ローラ１０の回転によって、円弧状に搬送される。
【００３７】
多孔質基材９１は、吸着ローラ１０の軸心を中心として、１８０°以上、好ましくは２７０°以上搬送される。その後、多孔質基材９１は、吸着ローラ１０の外周面から離れる。吸着ローラ１０から離れた多孔質基材９１は、複数の多孔質基材搬出ローラ２３により案内されつつ、所定の搬出経路に沿って、多孔質基材回収ローラ２４まで搬送される。多孔質基材回収ローラ２４は、図示を省略したモータの動力により回転する。これにより、使用後の多孔質基材９１が、多孔質基材回収ローラ２４に巻き取られる。
【００３８】
電解質膜供給部３０は、電解質膜９２と長尺帯状の第１支持フィルム９３との２層で構成される積層基材９４を、吸着ローラ１０の周囲へ供給するとともに、電解質膜９２から第１支持フィルム９３を剥離する部位である。
【００３９】
電解質膜９２には、例えば、フッ素系または炭化水素系の高分子電解質膜が用いられる。電解質膜９２の具体例としては、パーフルオロカーボンスルホン酸を含む高分子電解質膜（例えば、米国DuPont社製のNafion（登録商標）、旭硝子（株）製のFlemion（登録商標）、旭化成（株）製のAciplex（登録商標）、ゴア(Gore)社製のGoreselect（登録商標））を挙げることができる。電解質膜９２の膜厚は、例えば、５μｍ〜３０μｍとされる。電解質膜９２は、大気中の湿気によって膨潤する一方、湿度が低くなると収縮する。すなわち、電解質膜９２は、大気中の湿度に応じて変形しやすい性質を有する。
【００４０】
第１支持フィルム９３は、電解質膜９２の変形を抑制するためのフィルムである。第１支持フィルム９３の材料には、電解質膜９２よりも機械的強度が高く、形状保持機能に優れた樹脂が用いられる。第１支持フィルム９３の具体例としては、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）やＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）のフィルムを挙げることができる。第１支持フィルム９３の膜厚は、例えば２５μｍ〜１００μｍとされる。
【００４１】
図１に示すように、電解質膜供給部３０は、積層基材供給ローラ３１、複数の積層基材搬入ローラ３２、剥離ローラ３３、複数の第１支持フィルム搬出ローラ３４および第１支持フィルム回収ローラ３５を有する。積層基材供給ローラ３１、複数の積層基材搬入ローラ３２、剥離ローラ３３、複数の第１支持フィルム搬出ローラ３４および第１支持フィルム回収ローラ３５は、いずれも、吸着ローラ１０と平行に配置される。
【００４２】
供給前の積層基材９４は、第１支持フィルム９３が内側となるように、積層基材供給ローラ３１に巻き付けられている。本実施形態では、電解質膜９２の、第１支持フィルム９３とは反対側の面（以下、「第１面」と称する）に、予め触媒層（以下、「第１触媒層９ａ」と称する）が形成されている。第１触媒層９ａは、この製造装置１とは別の装置において、第１支持フィルム９３および電解質膜９２の２層で構成される積層基材９４を、そのままロール・ツー・ロール方式で搬送しつつ、電解質膜９２の第１面に触媒材料を間欠塗布し、塗布された触媒材料を乾燥させることによって形成される。
【００４３】
積層基材供給ローラ３１は、図示を省略したモータの動力により回転する。積層基材供給ローラ３１が回転すると、積層基材９４は、積層基材供給ローラ３１から繰り出される。繰り出された積層基材９４は、複数の積層基材搬入ローラ３２により案内されつつ、所定の搬入経路に沿って、吸着ローラ１０と剥離ローラ３３との間まで搬送される。すなわち、本実施形態では、積層基材供給ローラ３１および複数の積層基材搬入ローラ３２が、吸着ローラ１０の外周面に向けて積層基材９４を導入する導入部となる。
【００４４】
剥離ローラ３３は、電解質膜９２から第１支持フィルム９３を剥離するためのローラである。剥離ローラ３３は、吸着ローラ１０よりも径の小さい円筒状の外周面を有する。剥離ローラ３３の少なくとも外周面は、弾性体により形成される。吸着ローラ１０の外周面と、剥離ローラ３３の外周面とは、多孔質基材９１および積層基材９４を介して、互いに対向する。剥離ローラ３３は、吸着ローラ１０に対する多孔質基材９１の導入位置よりも、吸着ローラ１０の回転方向のやや下流側において、吸着ローラ１０に隣接配置されている。
【００４５】
図２に示すように、剥離ローラ３３には、押圧機構であるエアシリンダ８０が接続されている。エアシリンダ８０は、制御部７０から供給される制御信号に応じて生じる空気圧によって、剥離ローラ３３を、吸着ローラ１０へ向けて押圧する。製造装置１の稼働時には、常に、エアシリンダ８０によって、剥離ローラ３３の位置が、吸着ローラ１０に近接した位置に維持されている。
【００４６】
複数の積層基材搬入ローラ３２により搬入される積層基材９４は、吸着ローラ１０と剥離ローラ３３との間へ導入される。このとき、第１支持フィルム９３は、剥離ローラ３３の外周面に接触する。また、電解質膜９２の第１面は、吸着ローラ１０に保持された多孔質基材９１の表面に接触するか、あるいは、多孔質基材９１の表面と僅かな隙間を介して対向する。吸着ローラ１０に保持された多孔質基材９１の表面には、吸着ローラ１０からの吸引力によって、負圧が生じる。積層基材９４が吸着ローラ１０と剥離ローラ３３との間を通過した後、電解質膜９２は、当該負圧によって、多孔質基材９１の表面に吸着される。そして、電解質膜９２は、多孔質基材９１とともに吸着ローラ１０に吸着保持されつつ、吸着ローラ１０の回転によって、円弧状に搬送される。
【００４７】
このように、本実施形態では、吸着ローラ１０の外周面と電解質膜９２との間に、多孔質基材９１を介在させる。このため、吸着ローラ１０の外周面と、電解質膜９２の第１面に形成された第１触媒層９ａとは、直接接触しない。したがって、第１触媒層９ａの一部が吸着ローラ１０の外周面に付着したり、吸着ローラ１０の外周面から電解質膜９２へ異物が転載されたりすることを、防止できる。
【００４８】
一方、積層基材９４が吸着ローラ１０と剥離ローラ３３との間を通過した後、第１支持フィルム９３は、電解質膜９２から剥離されるとともに、吸着ローラ１０から離れて、複数の第１支持フィルム搬出ローラ３４側へ搬送される。その結果、電解質膜９２の第１面とは反対側の面（以下、「第２面」と称する）が露出する。剥離された第１支持フィルム９３は、複数の第１支持フィルム搬出ローラ３４により案内されつつ、所定の搬出経路に沿って、第１支持フィルム回収ローラ３５まで搬送される。第１支持フィルム回収ローラ３５は、図示を省略したモータの動力により回転する。これにより、第１支持フィルム９３が、第１支持フィルム回収ローラ３５に巻き取られる。
【００４９】
塗布部４０は、吸着ローラ１０の周囲において、電解質膜９２の表面に触媒材料を塗布する機構である。触媒材料には、例えば、白金（Ｐｔ）を含む触媒粒子をアルコールなどの溶媒中に分散させた触媒インクが用いられる。図１に示すように、塗布部４０はノズル４１を有する。ノズル４１は、吸着ローラ１０による電解質膜９２の搬送方向において、剥離ローラ３３よりも下流側に設けられている。ノズル４１は、吸着ローラ１０の外周面に対向する吐出口４１１を有する。吐出口４１１は、吸着ローラ１０の外周面に沿って、水平に延びるスリット状の開口である。
【００５０】
ノズル４１は、図示を省略した触媒材料供給源と接続されている。塗布部４０を駆動させると、触媒材料供給源から配管を通ってノズル４１に、触媒材料が供給される。そして、ノズル４１の吐出口４１１から電解質膜９２の第２面に向けて、触媒材料が吐出される。これにより、電解質膜９２の第２面に、触媒材料が塗布される。
【００５１】
本実施形態では、ノズル４１に接続されるバルブを一定の周期で開閉することによって、ノズル４１の吐出口４１１から、触媒材料を断続的に吐出する。これにより、電解質膜９２の第２面に、触媒材料を搬送方向に一定の間隔で間欠塗布する。ただし、バルブを連続的に開放して、電解質膜９２の第２面に、搬送方向に切れ目無く触媒材料を塗布してもよい。
【００５２】
なお、触媒材料中の触媒粒子には、高分子形燃料電池のアノードまたはカソードにおいて燃料電池反応を起こす材料が用いられる。具体的には、白金（Ｐｔ）、白金合金、白金化合物等の粒子を、触媒粒子として用いることができる。白金合金の例としては、例えば、ルテニウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、イリジウム（Ｉｒ）、鉄（Ｆｅ）等からなる群から選択される少なくとも１種の金属と白金との合金を挙げることができる。一般的には、カソード用の触媒材料には白金が用いられ、アノード用の触媒材料には白金合金が用いられる。ノズル４１から吐出される触媒材料は、カソード用であってもアノード用であってもよい。ただし、電解質膜９２の表裏に形成される触媒層９ａ，９ｂには、互いに逆極性の触媒材料が用いられる。
【００５３】
塗布部４０のノズル４１や配管は、定期的に分解洗浄等のメンテナンスを行う必要がある。このため、この製造装置１は、塗布部４０のメンテナンスを行うためのメンテナンススペース１０１を有する。本実施形態では、塗布部４０と第１支持フィルム回収ローラ３５との間に、メンテナンススペース１０１が配置されている。塗布部４０のメンテナンスを行うときには、メンテナンススペース１０１に設けられた足場１０２の上に作業者１０３が立って、塗布部４０を構成する部品の洗浄等を行う。
【００５４】
乾燥炉５０は、電解質膜９２の第２面に塗布された触媒材料を乾燥させる部位である。本実施形態の乾燥炉５０は、吸着ローラ１０による電解質膜９２の搬送方向において、塗布部４０よりも下流側に配置されている。また、乾燥炉５０は、吸着ローラ１０の外周面に沿って、円弧状に設けられている。乾燥炉５０は、吸着ローラ１０の周囲において、電解質膜９２の第２面に、加熱された気体（熱風）を吹き付ける。そうすると、電解質膜９２の第２面に塗布された触媒材料が加熱され、触媒材料中の溶剤が気化する。これにより、触媒材料が乾燥して、電解質膜９２の第２面に触媒層（以下、「第２触媒層９ｂ」と称する）が形成される。その結果、電解質膜９２、第１触媒層９ａおよび第２触媒層９ｂで構成される膜・触媒層接合体９５が得られる。
【００５５】
接合体回収部６０は、膜・触媒層接合体９５に第２支持フィルム９６を貼り付けて、膜・触媒層接合体９５を回収する部位である。図１に示すように、接合体回収部６０は、第２支持フィルム供給ローラ６１、複数の第２支持フィルム搬入ローラ６２、ラミネートローラ６３、複数の接合体搬出ローラ６４および接合体回収ローラ６５（電解質膜回収ローラ）を有する。第２支持フィルム供給ローラ６１、複数の第２支持フィルム搬入ローラ６２、ラミネートローラ６３、複数の接合体搬出ローラ６４および接合体回収ローラ６５は、いずれも、吸着ローラ１０と平行に配置される。
【００５６】
供給前の第２支持フィルム９６は、第２支持フィルム供給ローラ６１に巻き付けられている。第２支持フィルム供給ローラ６１は、図示を省略したモータの動力により回転する。第２支持フィルム供給ローラ６１が回転すると、第２支持フィルム９６は、第２支持フィルム供給ローラ６１から繰り出される。繰り出された第２支持フィルム９６は、複数の第２支持フィルム搬入ローラ６２により案内されつつ、所定の搬入経路に沿って、ラミネートローラ６３まで搬送される。
【００５７】
第２支持フィルム９６の材料には、電解質膜９２よりも機械的強度が高く、形状保持機能に優れた樹脂が用いられる。第２支持フィルム９６の具体例としては、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）やＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）のフィルムを挙げることができる。第２支持フィルム９６の膜厚は、例えば２５μｍ〜１００μｍとされる。第２支持フィルム９６は、第１支持フィルム９３と同じものであってもよい。また、第１支持フィルム回収ローラ３５に巻き取られた第１支持フィルム９３を、第２支持フィルム９６として第２支持フィルム供給ローラ６１から繰り出すようにしてもよい。
【００５８】
ラミネートローラ６３は、膜・触媒層接合体９５に第２支持フィルム９６を貼り付けるためのローラである。ラミネートローラ６３の材料には、例えば、耐熱性の高いゴムが用いられる。ラミネートローラ６３は、吸着ローラ１０よりも径の小さい円筒状の外周面を有する。ラミネートローラ６３は、吸着ローラ１０の回転方向において、乾燥炉５０よりも下流側、かつ、吸着ローラ１０から多孔質基材９１が離れる位置よりも上流側において、吸着ローラ１０に隣接配置されている。また、ラミネートローラ６３は、図示を省略したエアシリンダによって、吸着ローラ１０側へ加圧されている。
【００５９】
図２に示すように、ラミネートローラ６３の内部には、通電により発熱するヒータ６３１が設けられている。ヒータ６３１には、例えば、シーズヒータが用いられる。ヒータ６３１に通電すると、ヒータ６３１から生じる熱によって、ラミネートローラ６３の外周面が、環境温度よりも高い所定の温度に温調される。なお、ラミネートローラ６３の外周面の温度を放射温度計等の温度センサを用いて測定し、その測定結果に基づいて、ラミネートローラ６３の外周面が一定の温度となるように、ヒータ６３１の出力を制御してもよい。
【００６０】
複数の第２支持フィルム搬入ローラ６２により搬入される第２支持フィルム９６は、図２に示すように、吸着ローラ１０の周囲において搬送される膜・触媒層接合体９５とラミネートローラ６３との間へ導入される。このとき、第２支持フィルム９６は、ラミネートローラ６３からの圧力により、膜・触媒層接合体９５に押し付けられるとともに、ラミネートローラ６３の熱により加熱される。その結果、電解質膜９２の第２面に、第２支持フィルム９６が貼り付けられる。電解質膜９２の第２面に形成された第２触媒層９ｂは、電解質膜９２と第２支持フィルム９６との間に挟まれる。
【００６１】
吸着ローラ１０とラミネートローラ６３との間を通過した第２支持フィルム９６付きの膜・触媒層接合体９５は、吸着ローラ１０から離れる方向へ搬送される。これにより、多孔質基材９１から膜・触媒層接合体９５が剥離される。
【００６２】
また、本実施形態では、ラミネートローラ６３の近傍に、押圧ローラ６３２が配置されている。押圧ローラ６３２は、吸着ローラ１０とラミネートローラ６３との間の隙間よりも、膜・触媒層接合体９５の搬送方向下流側において、ラミネートローラ６３に隣接配置されている。また、押圧ローラ６３２は、図示を省略したエアシリンダによって、ラミネートローラ６３側へ加圧されている。多孔質基材９１から離れた第２支持フィルム９６付きの膜・触媒層接合体９５は、続いて、ラミネートローラ６３と押圧ローラ６３２との間を通過する。これにより、電解質膜９２の第２面に対する第２支持フィルム９６の密着性が向上する。
【００６３】
その後、第２支持フィルム９６付きの膜・触媒層接合体９５は、複数の接合体搬出ローラ６４により案内されつつ、所定の搬出経路に沿って、接合体回収ローラ６５まで搬送される。接合体回収ローラ６５は、図示を省略したモータの動力により回転する。これにより、第２支持フィルム９６付きの膜・触媒層接合体９５が、第２支持フィルム９６が外側となるように、接合体回収ローラ６５に巻き取られる。
【００６４】
このように、本実施形態の製造装置１では、積層基材供給ローラ３１からの積層基材９４の繰り出し、吸着ローラ１０と剥離ローラ３３との間への積層基材９４の導入、電解質膜９２からの第１支持フィルム９３の剥離、電解質膜９２への触媒材料の塗布、乾燥炉５０による乾燥、電解質膜９２への第２支持フィルム９６の貼り付け、接合体回収ローラ６５への膜・触媒層接合体９５の巻取り、の各工程が、順次に実行される。これにより、固体高分子形燃料電池の電極に用いられる膜・触媒層接合体９５が製造される。電解質膜９２は、第１支持フィルム９３、吸着ローラ１０、または第２支持フィルム９６に、常に保持されている。これにより、製造装置１における電解質膜９２の膨潤・収縮等の変形が抑制される。
【００６５】
制御部７０は、製造装置１内の各部を動作制御するための手段である。図３は、制御部７０と、製造装置１内の各部との接続を示したブロック図である。図３中に概念的に示したように、制御部７０は、ＣＰＵ等の演算処理部７１、ＲＡＭ等のメモリ７２およびハードディスクドライブ等の記憶部７３を有するコンピュータにより構成される。記憶部７３内には、膜・触媒層接合体の製造処理を実行するためのコンピュータプログラムＰが、インストールされている。
【００６６】
また、図３に示すように、制御部７０は、上述した吸着ローラ１０の回転駆動部１１、吸着ローラ１０の吸引機構、多孔質基材供給ローラ２１のモータ、多孔質基材回収ローラ２４のモータ、積層基材供給ローラ３１のモータ、剥離ローラ３３のエアシリンダ８０、第１支持フィルム回収ローラ３５のモータ、塗布部４０、乾燥炉５０、第２支持フィルム供給ローラ６１のモータ、ラミネートローラ６３のエアシリンダ、ラミネートローラ６３のヒータ６３１、押圧ローラ６３２のエアシリンダおよび接合体回収ローラ６５のモータと、それぞれ通信可能に接続されている。
【００６７】
制御部７０は、記憶部７３に記憶されたコンピュータプログラムＰやデータをメモリ７２に一時的に読み出し、当該コンピュータプログラムＰに基づいて、演算処理部７１が演算処理を行うことにより、上記の各部を動作制御する。これにより、製造装置１における膜・触媒層接合体の製造処理が進行する。
【００６８】
＜２．積層基材の弛み防止について＞
上述の通り、この製造装置１では、吸着ローラ１０と剥離ローラ３３との間に積層基材９４が導入される。このとき、エアシリンダ８０の押圧力が強過ぎると、剥離ローラ３３が、積層基材９４を、吸着ローラ１０へ向けて強く押し付ける。このため、吸着ローラ１０と剥離ローラ３３との間において、積層基材９４が強く保持される。そうすると、積層基材９４の左右の端縁部の長さに差がある場合に、剥離ローラ３３の上流側において、積層基材９４の長い方の端縁部が余り、それによって、積層基材９４に弛みが生じる。
【００６９】
本実施形態の製造装置１では、このような積層基材９４の弛みが生じないように、吸着ローラ１０と剥離ローラ３３との間の間隔が調節されている。図４は、剥離ローラ３３付近の拡大図である。図４に示すように、エアシリンダ８０は、シリンダ本体８１、シリンダロッド８２およびストッパ８３を有する。剥離ローラ３３の回転軸は、シリンダロッド８２の先端に、回転可能に取り付けられている。エアシリンダ８０は、シリンダ本体８１内に供給される高圧の空気によって、シリンダロッド８２を、退避状態と、退避状態よりも吸着ローラ１０へ向けて突出した突出状態（図４の位置）との間で、移動させる。
【００７０】
ストッパ８３は、シリンダロッド８２の吸着ローラ１０側への移動を制限するための部材である。ストッパ８３は、シリンダ本体８１などの、吸着ローラ１０に対して位置が変動しない部位に取り付けられる。また、ストッパ８３の取り付け位置を変えることによって、吸着ローラ１０に対するストッパ８３の位置は、調整可能となっている。シリンダロッド８２が突出状態のときには、図４のように、シリンダロッド８２に設けられた接触部８２１が、ストッパ８３に接触する。これにより、シリンダロッド８２の突出状態における位置が固定される。したがって、剥離ローラ３３の位置も固定される。
【００７１】
剥離ローラ３３の位置が、吸着ローラ１０に接近し過ぎると、剥離ローラ３３と吸着ローラ１０との間に挟まれた積層基材９４が、剥離ローラ３３に対して摺動不能となる。これにより、上述した積層基材９４の弛みが生じる。そこで、この製造装置１では、剥離ローラ３３の位置を、剥離ローラ３３の外周面に対して積層基材９４が摺動可能となるような位置に設定する。そうすれば、積層基材９４の左右の端縁部の長さに差がある場合であっても、積層基材９４にかかる搬送方向の張力によって、吸着ローラ１０の外周面に対して積層基材９４が摺動する。これにより、積層基材９４の左右の端縁部の長さの差を吸収できる。したがって、剥離ローラ３３の搬送方向上流側の位置において、積層基材９４に弛みが生じることを抑制できる。
【００７２】
積層基材９４の弛みを抑制すれば、変形しやすい電解質膜９２を、吸着ローラ１０に保持された多孔質基材９１の表面に、安定して保持させることができる。その結果、電解質膜９２に対する触媒材料の塗布状態も安定させることができる。
【００７３】
剥離ローラ３３と吸着ローラ１０との間において、積層基材９４と多孔質基材９１とは、接触していてもよいし、僅かに離れていてもよい。積層基材９４と多孔質基材９１とが接触する場合であっても、剥離ローラ３３を吸着ローラ１０に向けて押圧し過ぎないことによって、剥離ローラ３３と積層基材９４との間の摩擦力が低減し、剥離ローラ３３の外周面に対して積層基材９４が摺動可能となっていればよい。
【００７４】
ただし、剥離ローラ３３は、吸着ローラ１０に電解質膜９２を吸着させる際に、電解質膜９２にかかる張力を低減させる役割も担っている。吸着ローラ１０から剥離ローラ３３が離れ過ぎると、この張力を低減させる機能が低下する。その場合、電解質膜９２が搬送方向に伸びた状態のまま、吸着ローラ１０に保持されてしまう。このため、剥離ローラ３３の位置は、吸着ローラ１０から離れ過ぎないようにすることが好ましい。
【００７５】
図５は、吸着ローラ１０と剥離ローラ３３との位置関係を変化させて、積層基材９４の弛みの有無と、吸着ローラ１０に保持された電解質膜９２の伸びの有無とを、調べた結果を示した図である。図５中のギャップＧは、図４に示した長さＤから、剥離ローラ３３の自然状態における半径Ｒを引いた値である。長さＤは、吸着ローラ１０の周囲において電解質膜９２に接触する保持面と、剥離ローラ３３の中心との間の距離である。本実施形態では、吸着ローラ１０に保持された多孔質基材９１の外側の表面が、保持面となる。
【００７６】
図５の調査では、ギャップＧが積層基材９４の厚みＴの５２％以下のときに、上述した積層基材９４の弛みが確認された。また、ギャップＧが積層基材９４の厚み以上のときには、上述した積層基材９４の弛みは確認されなかった。この結果から、ギャップＧは、例えば、積層基材９４の厚みＴの６０％以上とすることが好ましいと考えられる。また、ギャップＧは、積層基材９４の厚みＴ以上とすることが、より好ましいと言える。特に、ギャップＧが、積層基材９４の厚みＴ以上のときには、多孔質基材９１の表面と、剥離ローラ３３に保持される積層基材９４の電解質膜９２とが、非接触となる。このため、剥離ローラ３３の外周面に対して、積層基材９４がより摺動し易くなる。したがって、上述した積層基材９４の弛みが、より低減される。
【００７７】
また、図５の調査では、ギャップＧが積層基材９４の厚みＴの１４８％以下のときには、吸着ローラ１０に保持された電解質膜９２の伸びは、確認されなかった。また、ギャップＧが積層基材９４の厚みＴの１７９％以上のときに、吸着ローラ１０に保持された電解質膜９２の伸びが、僅かながら確認された。また、ギャップＧが積層基材９４の厚みＴの３３８％以上のときに、吸着ローラ１０に保持された電解質膜９２の顕著な伸びが確認された。この結果から、ギャップＧは、例えば、積層基材９４の厚みＴの２００％以下とすることが好ましいと考えられる。また、ギャップＧは、積層基材９４の厚みＴの１５０％以下とすることが、より好ましいと言える。これにより、吸着ローラ１０に吸着保持される電解質膜９２が、搬送方向に過度に伸びた状態となることを抑制できる。
【００７８】
＜３．変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。
【００７９】
図６は、一変形例に係る膜・触媒層接合体の製造装置の剥離ローラ３３付近の拡大図である。上記の実施形態と比べて、図６の製造装置は、気体吹付部３６を有する点が異なる。
【００８０】
気体吹付部３６は、図６中の破線矢印のように、吸着ローラ１０と剥離ローラ３３との間の隙間へ向けて、搬送方向の下流側から気体を吹き付ける。このようにすれば、電解質膜９２の第２面と第１支持フィルム９３との間に、気体が当たる。これにより、電解質膜９２からの第１支持フィルム９３の剥離を促進できる。その結果、多孔質基材９１から電解質膜９２が浮くことを防止して、吸着ローラ１０の周囲における電解質膜９２の保持状態を、より安定させることができる。なお、気体吹付部３６から吹き出される気体は、クリーンドライエアであってもよく、窒素などの不活性ガスであってもよい。
【００８１】
図７は、一変形例に係る膜・触媒層接合体の製造装置の剥離ローラ付近の拡大図である。上記の実施形態と比べて、図７の製造装置は、第１剥離ローラ３３と第２剥離ローラ３７の２つ剥離ローラを有する点が異なる。
【００８２】
第１剥離ローラ３３および第２剥離ローラ３７は、いずれも、吸着ローラ１０の周囲に配置されている。すなわち、第１剥離ローラ３３および第２剥離ローラ３７は、いずれも、吸着ローラ１０の外周面に対向する外周面を有する。また、第２剥離ローラ３７は、第１剥離ローラ３３よりも、吸着ローラ１０の回転方向下流側に配置されている。また、第１剥離ローラ３３および第２剥離ローラ３７は、それぞれ、ストッパ８３を有するエアシリンダ８０によって、吸着ローラ１０に対する位置を調節可能となっている。
【００８３】
この例では、積層基材９４は、まず、吸着ローラ１０と第１剥離ローラ３３との間に導入され、その後に、吸着ローラ１０と第２剥離ローラ３７との間に導入される。吸着ローラ１０と第１剥離ローラ３３との間においては、積層基材９４は、第１剥離ローラ３３に保持される。すなわち、積層基材９４と多孔質基材９１との間には、隙間があってもよい。積層基材９４が第１剥離ローラ３３から第２剥離ローラ３７へ移動する間に、電解質膜９２は、多孔質基材９１に吸着される。そして、積層基材９４が第１剥離ローラ３３から第２剥離ローラ３７へ移動する間に、電解質膜９２から第１支持フィルム９３が剥離される。したがって、吸着ローラ１０と第２剥離ローラ３７との間においては、電解質膜９２が多孔質基材９１を介して吸着ローラ１０に保持されるとともに、第１支持フィルム９３が第２剥離ローラ３７に保持される。
【００８４】
このようにすれば、電解質膜９２が、搬送方向に伸びた状態のまま、多孔質基材９１に吸着されることを、より抑制できる。したがって、第１剥離ローラ３３および第２剥離ローラ３７を、吸着ローラ１０からより引き離すことができる。すなわち、上述したギャップＧを大きくすることができる。これにより、第１剥離ローラ３３の搬送方向上流側の位置において、積層基材９４に弛みが生じることを、より抑制できる。
【００８５】
また、上記の実施形態および変形例では、剥離ローラ３３を押圧する押圧機構として、エアシリンダ８０を用いていた。しかしながら、押圧機構に、モータ等の他の動力源を用いてもよい。
【００８６】
また、上記の実施形態および変形例では、吸着ローラ１０の外周面に、多孔質基材９１を介して、電解質膜９２が保持されていた。しかしながら、多孔質基材９１は省略してもよい。すなわち、吸着ローラ１０の外周面に、直接、電解質膜９２が保持されてもよい。その場合、上述した長さＤの基準となる保持面は、吸着ローラ１０の外周面となる。
【００８７】
また、上記の実施形態では、一方の面に予め第１触媒層９ａが形成された電解質膜９２の他方の面に、第２触媒層９ｂを形成する場合について説明した。しかしながら、本発明の基材処理装置は、表裏のいずれの面にも触媒層が形成されていない電解質膜に対して、触媒層を形成するものであってもよい。
【００８８】
また、本発明において処理対象となる被処理基材は、電解質膜以外の長尺帯状の基材であってもよい。基材の材料は、樹脂、金属、ガラス、紙などであってもよい。
【００８９】
また、基材処理装置の細部の構成については、本願の各図と相違していてもよい。また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００９０】
１  製造装置
９ａ  第１触媒層
９ｂ  第２触媒層
１０  吸着ローラ
２０  多孔質基材供給回収部
３０  電解質膜供給部
３１  積層基材供給ローラ
３２  積層基材搬入ローラ
３３  剥離ローラ，第１剥離ローラ
３４  第１支持フィルム搬出ローラ
３５  第１支持フィルム回収ローラ
３６  気体吹付部
３７  第２剥離ローラ
４０  塗布部
５０  乾燥炉
６０  接合体回収部
７０  制御部
８０  エアシリンダ
８１  シリンダ本体
８２  シリンダロッド
８３  ストッパ
９１  多孔質基材
９２  電解質膜
９３  第１支持フィルム
９４  積層基材
【図１】
2018156746.tif 000003
【図２】
2018156746.tif 000004
【図３】
2018156746.tif 000005
【図４】
2018156746.tif 000006
【図５】
2018156746.tif 000007
【図６】
2018156746.tif 000008
【図７】
2018156746.tif 000009
【図８】
2018156746.tif 000010