JP2018199558A - 巻取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性の向上。【解決手段】巻取装置は、第１回転方向に回転可能な円筒状部材と、円筒状部材の底面において点対称な構造を有する第１および第２巻取機構とを備える。第１および第２巻取機構の夫々は、自身の巻取機構によって巻き取りを実行する巻取位置と待機位置とをとることが可能であると共に、合紙ロール材を回転可能に支持する合紙ロール取付部と、シート材を合紙ロール材から送られて来る合紙を介在させて巻き取る巻取部と、待機位置において、自身の巻取機構によって巻き取るシート材の経路をガイドするガイド部と、を備える。巻取装置は、２つの巻取機構のうち巻取位置にある一方の巻取機構によって巻き取られたシート材に、ガイド部によって導かれたシート材を貼り合わせる張り合わせ部と、貼り合わされたシート材を切断して待機位置にある他方の巻取機構に巻かれたシート材から切り離すカッターとを備える。【選択図】図１０

Description

本発明は、巻取装置に関する。

一般に、ロールツーロール方式を採用する搬送設備には、シート材を巻き取る巻取装置が備え付けられている。例えば、特許文献１に記載された巻取装置は、シート材に合紙を重ね合わせて、シート材を巻き取る構造を有している。

特開２０１１−９３６４２号公報

しかし、特許文献１に記載された巻取装置では、巻き付けたロール材のサイズが十分な大きさになったり、重ね合わせるシート材が少なくなった場合に、搬送設備を停止した上で、新しいロール材のためのボビンと合紙のロール材との双方をセットする必要がある。このセットは、作業者による手作業で行うもので、長時間を要する。このため、特許文献１に記載された巻出装置では、生産性を低下させるという問題が発生した。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

本発明の一形態によれば、外部から長尺状のシート材の供給を受け、前記シート材が合紙を介在して巻き取られたロール材を製造する巻取装置が提供される。巻取装置は、中心軸に対して第１回転方向に回転可能な円筒状部材と、前記円筒状部材の底面において前記中心軸を中心として互いに点対称な構造を有する２つの巻取機構と、を備える。各巻取機構は、自身の巻取機構によってシート材の巻き取りを実行するための巻取位置と、前記巻取位置から前記第１回転方向に１８０度回転した待機位置と、の２つの位置をとることが可能であると共に、前記合紙が巻かれる合紙ロール材を回転可能に支持する合紙ロール取付部と、前記合紙ロール取付部に対して前記第１回転方向の側に設けられ、前記シート材を前記合紙ロール材から送られて来る前記合紙を介在させて巻き取る巻取部と、前記合紙ロール取付部に対して前記第１回転方向とは反対の第２回転方向の側に設けられ、前記待機位置において、自身の巻取機構によって巻き取るシート材の経路をガイドするガイド部と、を備える。前記巻取装置は、さらに、前記２つの巻取機構のうち、前記巻取位置にある一方の巻取機構によって巻き取られたシート材に、前記ガイド部によって導かれた前記シート材を貼り合わせる張り合わせ部と、貼り合わされた前記シート材を切断して前記待機位置にある他方の巻取機構に巻かれたシート材から切り離すカッターと、を備える。

この形態の巻取装置によれば、第１巻取機構と第２巻取機構のうち、巻取位置にある一方の巻取機構に備えられる合紙ロール材が少なくなった場合に、待機位置にある他方の巻取機構に新たな合紙ロール材を取り付ける作業を、第１巻取部への巻き取りを止めずに、作業者は行うことができる。その上、円筒状部材を第１回転方向に１８０度だけ回転させ、張り合わせ部とカッターを動作させるだけで、新しいロール材である第２ロール材への巻き取りを行うことができる。このため、この形態の巻取装置によれば、巻き取りを停止させずに連続的に行うことができ、生産性の向上を図ることができる。

本発明の一実施形態としての巻取装置を備えるガス拡散層製造装置の概略構成を示す説明図である。 巻出装置にセットされたロール材を示す説明図である。 巻出装置を示す説明図である。 工程２における巻出装置の状態を示す説明図である。 工程３における巻出装置の状態を示す説明図である。 プレスカッター装置と第２貼り合わせ部との具体的な構成を示す説明図である。 プレスカッター装置の動作を示す説明図である。 工程４における巻出装置の状態を示す説明図である。 巻取装置を示す説明図である。 工程１２における巻取装置の状態を示す説明図である。 工程１３における巻取装置の状態を示す説明図である。 工程１３におけるシート材の切断の様子を示す説明図である。 工程１４における巻取装置の状態を示す説明図である。

１．全体の構成：
図１は、本発明の一実施形態としての巻取装置を備えるガス拡散層製造装置の概略構成を示す説明図である。ガス拡散層製造装置１は、燃料電池用ガス拡散層を製造する。燃料電池用ガス拡散層としては、カソード側ガス拡散層であってもよいし、アノード側ガス拡散層であってもよい。

ガス拡散層製造装置１は、巻出装置１００と、複数のロール２１０〜２６０と、巻取装置５００と、アキューム部６００と、塗工部７００と、焼成炉８００と、を備える。

巻出装置１００は、燃料電池用ガス拡散層用のシート材５を巻き出す。本明細書で「巻き出す」とは、巻かれているものを繰り出すことを意味する。シート材５は、複数の炭素繊維がバインダによって結着されたカーボンペーパーを材料とした長尺状のシートである。炭素繊維としては、ガス拡散層を形成する繊維状炭素として利用可能なものであれば、特に限定されずに使用することができる。また、バインダとしては、炭素繊維を結着させることが可能な樹脂であれば特に限定されず、例えばポリテトラフルオロエチレン等を使用することができる。巻出装置１００の詳しい構成については、後述する。

複数のロール２１０〜２６０は、巻出装置１００から巻取装置５００までのロールツーロール方式による連続搬送を実現するためのものである。ロールの数は、図中では６つであるが、これに限らず、他の数としてもよい。

巻取装置５００は、ロール２１０〜２６０によって搬送されたシート材５を巻き取る。巻取装置５００の詳しい構成については、後述する。

アキューム部６００は、シート材５の行路のバッファーである。旧ロール材から新ロール材へ交換する際には、巻出装置１００や巻取装置５００を停止させる必要があるが、塗工部７００や焼成炉８００で連続運転するために、塗工部７００と巻出装置１００との間にアキューム部６００が設けられている。

塗工部７００は、塗工ヘッド７１０を備える。塗工ヘッド７１０は、いわゆるダイである。塗工ヘッド７１０は、２番目のロール２３０付近において搬送中のシート材５の表面に対して吐出口の向きが直交するように配置されており、マイクロポーラス層（ＭＰＬ）形成用のペーストをシート材５の表面に向けて吐出する。ペーストは、例えば、導電性部材としてのカーボンブラックや、バインダー（撥水性樹脂）としてのＰＴＦＥ等を混合分散させたペースト状の部材である。撥水性樹脂としては、ＰＴＦＥの他に、ポリエチレンやポリプロピレン等の他のフッ素系樹脂を用いることもできる。ペーストの吐出の結果、シート材５の表面にペーストが塗工される。

焼成炉８００は、塗工ヘッド７１０による塗工済のシート材５を加熱することによって、塗工済のシート材５に対して、乾燥および焼成処理を実行する。焼成炉８００による焼成済のシート材５が巻取装置５００によって巻き取られる。

以上のように構成されたガス拡散層製造装置１によれば、巻出装置１００からシート材５を巻き出し、シート材５をロールツーロール方式で搬送しながら、塗工部７００によるＭＰＬ形成用ペーストの塗工、および焼成炉８００による焼成を行い、塗工・焼成後のシート材５を巻取装置５００によって巻き取る。

２．巻出装置の構成：
図２は、巻出装置１００にセットされたロール材を示す説明図である。ロール材Ｒは、筒状の巻芯（ボビン）３を有し、長尺状のシート材５が合紙７を介在して巻芯３に巻き付けられた構造を有する。シート材５であるカーボンペーパーは脆く、巻いた際に貼り付きやすい。このため、引き剥がす際に破損しないように、ロール材Ｒは、シート材５の間に合紙７を入れて巻き付けられている。巻出装置１００では、シート材５を巻き出す際に、合紙７を引き剥がす必要がある。巻取装置５００では、シート材５を巻き取る際に、合紙７を入れる必要がある。

図３は、巻出装置１００を示す説明図である。巻出装置１００は、ドラム１０と、ドラム１０に設けられた第１巻出機構１０Ａおよび第２巻出機構１０Ｂと、プレスカッター装置６０と、を備える。ドラム１０は、円筒状部材であり、中心軸Ｏの周りに回転する。中心軸Ｏの右回りを以下、「右回り方向α」と呼ぶ。中心軸Ｏの左回りを以下、「左回り方向β」と呼ぶ。ドラム１０の一方の底面１０ｆを径ｒを境に２等分したときの片側に第１巻出機構１０Ａが配置されており、他方側に第２巻出機構１０Ｂが配置されている。底面１０ｆは、中心軸に垂直な面である。

巻出装置１００は、旧ロール材と新ロール材との両方をセットすることができ、旧ロール材から新ロール材へのロール交換を可能とした装置である。図３の状態では、第１巻出機構１０Ａは、旧ロール材の巻き出しを実行しており、第２巻出機構１０Ｂに新ロール材がセットされている。

第１巻出機構１０Ａは、第１ロール取付部２０Ａと、第１合紙巻取部３０Ａと、第１貼り合わせ部４０Ａと、第１ガイド部５０Ａと、を備える。第２巻出機構１０Ｂは、第２ロール取付部２０Ｂと、第２合紙巻取部３０Ｂと、第２貼り合わせ部４０Ｂと、第２ガイド部５０Ｂと、を備える。第１巻出機構１０Ａと第２巻出機構１０Ｂとは、中心軸Ｏを中心として互いに点対称な構造を有する。このため、図３の状態では、第１巻出機構１０Ａがシート材の巻き出しを実行する役割をし、第２巻出機構１０Ｂがシート材の巻き出しのための待機の役割をする。図３の状態からドラム１０を右回り方向αに１８０度回転した状態では、第２巻出機構１０Ｂがシート材の巻き出しを実行する役割をし、第１巻出機構１０Ａがシート材の巻き出しのための待機の役割をし得る。換言すると、第１巻出機構１０Ａと第２巻出機構１０Ｂのそれぞれは、自身の巻出機構からシート材の巻き出しを実行するための巻出位置と、前記巻出位置から右回り方向αに１８０度回転した待機位置と、の２つの位置をとることが可能である。

第１ロール取付部２０Ａは、第１ロール材ＲＡを回転可能に支持する。具体的には、第１ロール取付部２０Ａは、図示しないモータによって回転可能な軸体であり、第１ロール材ＲＡがセットされる。第１ロール材ＲＡは、図２に示したロール材Ｒと同じであるが、他のロール材と区別するために「第１ロール材ＲＡ」と呼ぶ。図３の状態では、第１ロール材ＲＡは、旧ロール材である。

第１合紙巻取部３０Ａは、第１ロール取付部２０Ａにセットされた第１ロール材ＲＡに巻かれた合紙７（他のロール材の合紙と区別するために、以下、「第１合紙７Ａ」と呼ぶ）を巻き取る。第１合紙巻取部３０Ａは、図示しないモータによって回転可能な軸体であり、合紙７Ａの先端が接続された状態で回転することで第１合紙７Ａを巻き取ることができる。具体的には、第１合紙巻取部３０Ａは、第１ロール取付部２０Ａに対して左回り方向βの側に設けられており、第１ロール取付部２０Ａおよび第１合紙巻取部３０Ａがそれぞれ左回転することによって、第１合紙巻取部３０Ａは、第１ロール取付部２０Ａにセットされた第１ロール材ＲＡから第１合紙７Ａを引き出しながら、第１合紙７Ａを巻き取ることができる。

第１ロール材ＲＡからは、第１合紙７Ａとともにシート材５（他のロール材のシート材と区別するために、以下、「第１シート材５Ａ」と呼ぶ）が引き出される。第１シート材５Ａの引き出される方向、すなわち、巻出装置１００の巻き出しの方向は、アキューム部６００（図１参照）に向かう方向Ｗである。

第１貼り合わせ部４０Ａは、第１ロール取付部２０Ａに対して右回り方向αの側に設けられている。第１貼り合わせ部４０Ａは、第１巻出機構１０Ｂが巻出位置にあるとき、第１ロール取付部２０Ａに取り付けられた第１ロール材ＲＡに巻かれた第１シート材５Ａの先端領域に対して、第２ロール材ＲＢから巻き出したシート材５（以下、「第２シート材５Ｂ」と呼ぶ）を貼り合わせるための下型部分である。第１貼り合わせ部４０Ａの詳しい構成については、後述する。

第１ガイド部５０Ａは、ロールであり、第１合紙巻取部３０Ａに対して左回り方向βの側に設けられている。第１ガイド部５０Ａの中心とドラム１０の中心軸Ｏとの間の距離Ｓ１は、第１ロール取付部２０Ａの中心とドラム１０の中心軸Ｏとの間の距離Ｓ２よりも長い。第１ガイド部５０Ａは、第１巻出機構１０Ａが待機位置にあるときに（図４参照）、第１ロール材ＲＡから巻き出した第１シート材５Ａの経路をガイドする。具体的には、第１ガイド部５０Ａは、第１ロール材ＲＡから巻き出した第１シート材５Ａを、第２巻出機構１０Ｂに備えられた第２張り合わせ部４０Ｂへガイドする。第１ガイド部５０Ａの詳しい構成については、後述する。

第２巻出機構１０Ｂに備えられる第２ロール取付部２０Ｂ、第２合紙巻取部３０Ｂ、第２貼り合わせ部４０Ｂ、および第２ガイド部５０Ｂのそれぞれは、第１巻出機構１０Ａに備えられる第１ロール取付部２０Ａ、第１合紙巻取部３０Ａ、第１貼り合わせ部４０Ａ、および第１ガイド部５０Ａのそれぞれに対して、機能的に一致し、また、ドラム１０の中心軸Ｏを対称の中心とする点対称の位置関係にある。

プレスカッター装置６０は、ドラム１０の外側において、第１巻出機構１０Ａと第２巻出機構１０Ｂのうち、巻出位置にある巻出機構に備えられる第１貼り合わせ部４０Ａまたは第２貼り合わせ部４０Ｂに対向する位置に設けられている。図３の状態、すなわち第１巻出機構１０Ａが巻出位置にある状態では、プレスカッター装置６０は第１貼り合わせ部４０Ａに対向し、図３の状態からドラム１０を右回り方向αに１８０度回転させたとき、すなわち、第２巻出機構１０Ｂが巻出位置にある状態では、プレスカッター装置６０は第２貼り合わせ部４０Ｂに対向する（図４参照）。プレスカッター装置６０の構成および動作については、後ほど詳述する。

ガス拡散層製造装置１の動作前には、第１巻出機構１０Ａが巻出位置にあり、作業者によって、第１ロール取付部２０Ａに新しい第１ロール材ＲＡが取り付けられる。このとき、待機位置にある第２巻出機構１０Ｂに備えられる第２ロール取付部２０Ｂは、第２ロール材ＲＢが取り付けられていない状態である。ガス拡散層製造装置１の動作が開始されると、第１ロール取付部２０Ａに取り付けられた第１ロール材ＲＡから第１シート材５Ａがアキューム部６００（図１参照）に向かう方向Ｗに巻き出される。このとき、第１ロール材ＲＡから第１合紙７Ａも巻き出されて、第１合紙７Ａは第１合紙巻取部３０Ａによって巻き取られる。この動作が続くと、第１ロール材ＲＡに巻かれた第１シート材５Ａの残量が次第に減ってくる。

図１に示した巻出装置１００の状態は、残量が少なくなったときの状態である。残量が少なくなったとき、あるいは残量が０となったガス拡散層製造装置１において、巻き出されるロール材を、第１ロール材ＲＡから新しい第２ロール材ＲＢに取り替える新旧ロール材取り替え作業が実行される。この新旧ロール材取り替え作業は、工程１から工程４までの４つの工程によって構成される。各工程１〜工程４はこの順に実行される。各工程１〜工程４について、順に説明する。

［工程１］
工程１は、待機位置にある第２巻出機構１０Ｂに備えられる第２ロール取付部２０Ｂに新しい第２ロール材ＲＢを取り付ける工程であり、作業者によって行なわれる。図３に示すように、作業者Ｈは、第２ロール取付部２０Ｂに新しい第２ロール材ＲＢを取り付け、その後、第２ロール材ＲＢから第２合紙７Ｂを引き出して、第２合紙７Ｂの先端を第２合紙巻取部３０Ｂに接続する。接続時には、図示するように第２合紙７Ｂは弛ませた状態であるが、第１合紙巻取部３０Ａを回転することによって、第２合紙７Ｂは一点鎖線に示すように張ることができる。第２合紙巻取部３０Ｂへの接続は、例えば、両面接着テープによって行う。第２ロール材ＲＢから引き出した第２シート材５Ｂは必要に応じて切断し、第２シート材５Ｂの先端領域を第２貼り合わせ部４０Ｂに接続する。「先端領域」とは、先端を含む予め定めた範囲の領域である。接続の態様については後述する。

待機位置に該当する、ドラム１０の中心軸Ｏを通る垂線ＬよりもＸ方向の側（図中の右側）が、ガス拡散層製造装置１において外に開いた部分であり、作業者による手作業が可能な部分である。巻出位置に該当する、垂線Ｌに対してＸ方向と反対の側は、筺体によって覆われており、手作業が不可能な部分である。

［工程２］
図４は、工程２における巻出装置１００の状態を示す説明図である。工程２は、ドラム１０を右回り方向αに１８０度だけ回転させる工程であり、巻出装置１００によって行われる。ドラム１０が、図３の状態から右回り方向αに１８０度、回転されると、図４の状態、すなわち、第１巻出機構１０Ａが待機位置に、第２巻出機構１０Ｂが巻出位置に移行される。巻出装置１００からの第１シート材５Ａの巻出方向は、アキューム部（図１）の方向Ｗと定まっていることから、ドラム１０が右回り方向αに１８０度、回転されると、第１ロール取付部２０Ａに取り付けられた第１ロール材ＲＡから巻き出された第１シート材５Ａは、第１合紙巻取部３０Ａを経て、第２ガイド部５０Ｂによって第２貼り合わせ部４０Ｂに導かれ、続いてアキューム部（図１）の方向Ｗに向かう。プレスカッター装置６０と向かい合う位置には、第２貼り合わせ部４０Ｂが移動している。

［工程３］
図５は、工程３における巻出装置１００の状態を示す説明図である。工程３は、第２貼り合わせ部４０Ｂに接続された第２シート材５Ｂの先端領域に対して、待機位置にある第１巻出機構１０Ａ側から巻き出され第２貼り合わせ部４０Ｂに導かれた第１シート材５Ａを貼り合わせるとともに、その貼り合わせた部分よりも第１シート材５Ａの上流側の位置で切断する工程である。工程３は、作業者による補助を受けながら、プレスカッター装置６０によって行われる。なお、工程３の最中には、第２ロール取付部２０Ｂおよび第２合紙巻取部３０Ｂの回転を停止する。このとき、アキューム部６００は、シート材５の行路を短くすることで、アキューム部６００の下流側へ連続してシート材５を供給できるように動作する。

図６は、プレスカッター装置６０と第２貼り合わせ部４０Ｂとの具体的な構成を示す説明図である。プレスカッター装置６０は、押さえ板１２０と、押さえ板１２０を上下動させる移動機構部１３０と、ばね１４０と、カッター１５０と、を備える。押さえ板１２０がいわゆる上型として機能し、第２貼り合わせ部４０Ｂが下型として機能することで、押さえ板１２０と第２貼り合わせ部４０Ｂとは嵌合しうる。第２貼り合わせ部４０Ｂの上面の一部分に第２シート材５Ｂの先端領域５Ｂｅが配置され、押さえ板１２０の下面に第１シート材５Ａが配置される。第２シート材５Ｂの先端領域５Ｂｅに対向する第１シート材５Ａの部分に、作業者の手によって両面接着テープ１９０が張り付けられる。移動機構部１３０と押さえ板１２０との間に、一対のばね１４０が設けられている。移動機構部１３０には、下側方向に刃先を向けたカッター１５０が設けられている。

図７に示すように、移動機構部１３０が下方（図中のＹ方向）に動作すると、押さえ板１２０が下降し、第１シート材５Ａが、第２貼り合わせ部４０Ｂの上面に配置された第２シート材５Ｂの先端領域５Ｂｅと合わされ、両面接着テープ１９０によって両者の間が接着される。更に移動機構部１３０が下方に動作すると、ばね１４０が圧縮され、カッター１５０の刃先が第１シート材５Ａに達し、第１シート材５Ａを切断する。第１シート材５Ａの切断位置は、第２シート材５Ｂの先端領域５Ｂｅが張り合わされている部分よりも上流側、すなわち、第１ロール取付部２０Ａ（図５）に至る側である。

図５には、プレスカッター装置６０による切断後の状態を示した。図示するように、第２シート材５Ｂの先端領域には、待機位置に位置するロール材ＲＡから巻き出された第１シート材５Ａが貼り合わされている。第１ロール取付部２０Ａとつながる側の第１シート材５Ａは切断されている。

なお、本実施形態では、両面接着テープ１９０によっては、第２シート材５Ｂの先端領域５Ｂｅが張り合わされている部分よりも上流側、すなわち、第１ロール取付部２０Ａ（図５）に至る側で切断するようにしたが、これに替えて、両面接着テープ１９０によって接着されている部分の途中で切断するようにしてもよい。

［工程４］
図８は、工程４における巻出装置１００の状態を示す説明図である。工程４は、巻出装置１００による巻き出しを再開する工程である。巻出位置には、第２ロール材ＲＢが位置する。この結果、旧ロール材に替えて新ロール材としての第２ロール材ＲＢから、第２シート材５Ｂがアキューム部６００に向かう方向Ｗに巻き出される。

以上のように構成された巻出装置１００によれば、工程３を除いて、巻出装置１００の連続運転を行いながら、新旧ロール材取り替え作業を行うことができる。なお、図８の状態からさらに運転を継続すると、第２ロール材ＲＢに巻かれた第２シート材５Ｂの残量が少なくなって取り替えが必要となってくるが、このときには、待機位置にある第１ロール取付部２０Ａに新たなロール材を取り付け、ドラム１０を右回り方向αに１８０度、回転して、第１巻出機構１０Ａを巻出位置に移行するようにすれば、さらに運転を継続することができる。

３．巻取装置の構成：
図９は、巻取装置５００を示す説明図である。巻取装置５００は、ドラム５１０と、ドラム５１０に設けられた第１巻取機構５１０Ａおよび第２巻取機構５１０Ｂと、タッチロール５８０と、カッター５９０と、を備える。ドラム５１０は、円筒状部材であり、中心軸Ｏの周りに回転する。中心軸Ｏに対する左回りを、以下、「第１回転方向γ」と呼び、中心軸０にする右回りを、「第２回転方向δ」と呼ぶ。ドラム５１０の一方の底面５１０ｆを径ｒを境に２等分したときの片側に第１巻取機構５１０Ａが配置されており、他方側に第２巻取機構５１０Ｂが配置されている。底面５１０ｆは、中心軸に垂直な面である。

巻取装置５００は、旧ロール材と新ロール材との両方をセットすることができ、旧ロール材から新ロール材へのロール交換を可能とした装置である。図９の状態では、第１巻取機構５１０Ａは、旧ロール材への巻き取りを実行しており、第２巻取機構５１０Ｂに新ロール材の空ボビンがセットされている。

第１巻取機構５１０Ａは、第１合紙ロール取付部５２０Ａと、第１巻取部５３０Ａと、第１ガイド部５４０Ａと、第１カット台５５０Ａと、を備える。第２巻取機構５１０Ｂは、第２合紙ロール取付部５２０Ｂと、第２巻取部５３０Ｂと、第２ガイド部５４０Ｂと、第２カット台５５０Ｂと、を備える。第１巻取機構５１０Ａと第２巻取機構５１０Ｂとは、中心軸Ｏを中心として互いに点対称な構造を有する。このため、図９の状態では、第１巻取機構５１０Ａがシート材の巻き取りを実行する役割をし、第２巻取機構５１０Ｂがシート材の巻き取りのための待機の役割をする。図９の状態からドラム１０を第１回転方向γに１８０度回転した状態では、第２巻取機構５１０Ｂがシート材の巻き取りを実行する役割をし、第１巻取機構５１０Ａがシート材の巻き取りのための待機の役割をし得る。換言すると、第１巻取機構５１０Ａと第２巻取機構５１０Ｂのそれぞれは、自身の巻取機構によってシート材の巻き取りを実行するための巻取位置と、前記巻取位置から第１回転方向γに１８０度回転した待機位置と、の２つの位置をとることが可能である。

第１合紙ロール取付部５２０Ａは、合紙が巻かれる第１合紙ロール材ＰＡを回転可能に支持する。具体的には、第１合紙ロール取付部５２０Ａは、図示しないモータによって回転可能な軸体であり、第１合紙ロール材ＰＡがセットされる。

第１巻取部５３０Ａは、ロール２６０（図１参照）側から供給されたシート材５を第１合紙ロール材ＰＡにセットされた合紙７（他の合紙ロール材の合紙と区別するために、以下、「第１合紙７Ｃ」と呼ぶ）を介在させて巻き取る。第１巻取部５３０Ａは、図示しないモータによって回転可能な軸体であり、第１合紙７Ｃの先端が予め接続されており、その状態でシート材５の供給を受けて回転することで、シート材５と第１合紙７Ｃとを重ね合わされた状態で巻き取ることができる。具体的には、第１巻取部５３０Ａは、第１合紙ロール取付部５２０Ａに対して第１回転方向γの側に設けられており、第１合紙ロール取付部５２０Ａおよび第１巻取部５３０Ａがそれぞれ左回転することによって、第１巻取部５３０Ａは、第１合紙ロール取付部５２０Ａにセットされた第１合紙ロール材ＰＡから第１合紙７Ｃを引き出しながら、シート材５と第１合紙７Ｃとを重ね合わせた状態で巻き取ることができる。

第１ガイド部５４０Ａは、ロールであり、第１合紙ロール取付部５２０Ａに対して、第２回転方向δの側に設けられている。第１ガイド部５４０Ａの中心とドラム５１０の中心軸Ｏとの間の距離ｔ１は、第１合紙ロール取付部５２０Ａの中心とドラム５１０の中心軸Ｏとの間の距離ｔ２よりも長く、かつ、第１巻取部５３０Ａの中心とドラム５１０の中心軸Ｏとの間の距離ｔ３よりも長い。第１ガイド部５４０Ａは、第１巻出機構１０Ａが待機位置にあるときに（図１０参照）、第１巻取部５３０Ａによって巻き取るシート材５Ａの経路をガイドする。具体的には、第１ガイド部５４０Ａは、ロール２６０（図１参照）側から供給されたシート材５を第１巻取部５３０Ａへガイドする。第１ガイド部５４０Ａの詳しい構成については、後述する。

第１カット台５５０Ａは、第１巻取部５３０Ａと第１ガイド部５４０Ａとの間に設けられ、第１ガイド部５４０Ａによってガイドされたシート材５をこの間で切断するための台の役目をする。第１カット台５５０Ａの詳しい構成については、後述する。

第２巻取機構５１０Ｂに備えられる第２合紙ロール取付部５２０Ｂ、第２巻取部５３０Ｂ、第２ガイド部５４０Ｂ、および第２カット台５５０Ｂのそれぞれは、第１巻取機構５１０Ａに備えられる第１合紙ロール取付部５２０Ａ、第１巻取部５３０Ａ、第１ガイド部５４０Ａ、および第１カット台５５０Ａのそれぞれに対して、機能的に一致し、また、ドラム５１０の中心軸Ｏを対称の中心とする点対称の位置関係にある。

タッチロール５８０は、ドラム５１０の外側において、第１巻取機構５１０Ａと第２巻取機構５１０Ｂのうち、巻取位置にある巻取機構に備えられ第１巻取部５３０Ａまたは第２巻取部５３０Ｂに対向する位置に設けられている。図９の状態では、すなわち第１巻取機構５１０Ａが巻取位置にある状態では、タッチロール５８０は第１巻取機構５１０Ａに対向し、図９の状態からドラム５１０を１８０度回転させたときには、タッチロール５８０は第２巻取部５３０Ｂに対向する（図１０参照）。タッチロール５８０は、ロールの位置を変位させて、そのロールと第１巻取部５３０Ａまたは第２巻取部５３０Ｂの間に介在させたシール材を第１巻取部５３０Ａまたは第２巻取部５３０Ｂにタッチさせるものである。その作用については、後ほど詳述する。

カッター５９０は、第１カット台５５０Ａと第２カット台５５０Ｂとに対向し得る位置に設けられている。図９の状態では、カッター５９０は第１カット台５５０Ａに対向し、図９の状態からドラム５１０を第１回転方向γに１８０度回転させたとき、すなわち、第２巻取機構５１０Ｂが巻取位置にある状態では、カッター５９０は第２カット台５５０Ｂに対向する（図１０参照）。カッター５９０の動作については、後ほど詳述する。

ガス拡散層製造装置１の動作前には、第１巻取機構５１０Ａが巻取位置にあり、作業者によって、第１合紙ロール取付部５２０Ａに新しい第１合紙ロール材ＰＡが取り付けられる。このとき、待機位置にある第２巻取機構５１０Ｂに備えられる第２合紙ロール取付部５２０Ｂは、第２合紙ロール材ＰＢが取り付けられていない状態である。作業者の手によって、第１合紙ロール材ＰＡの先端領域が引き出され、その先端領域は、空ボビンの状態である第１巻取部５３０Ａに対して両面接着テープを用いて接続される。ガス拡散層製造装置１の動作が開始されると、ロール２６０（図１参照）側から供給されたシート材５は、第１巻取部５３０Ａによって、第１合紙ロール材ＰＡから巻き出された第１合紙７Ｃと重ね合わされた状態で巻き取られる。この動作を継続することによって、第１巻取部５３０Ａによって、シート材５が合紙７Ｃを介在して巻き取られた第１ロール材ＬＡが製造される。このとき、第１合紙ロール取付部５２０Ａに巻かれた第１合紙７Ｃの残量は少なくなっている。

図１に示した巻取装置５００の状態は、第１ロール材ＬＡのサイズが大きくなって完成し、第１合紙ロール取付部５２０Ａに巻かれた第１合紙７Ｃの残量が少なくなったときの状態である。この状態になったとき、ガス拡散層製造装置１において、第１ロール材ＬＡを空ボビンに取り替え、第１合紙ロール材ＰＡを新しい合紙ロール材に取り替える作業が実行される。この新旧ロール材取り替え作業は、工程１１から工程１４までの４つの工程によって構成される。各工程１１〜工程１４はこの順に実行される。各工程１１〜工程１４について、順に説明する。

［工程１１］
工程１１は、図９に示すように、待機位置にある第２巻取機構５１０Ｂに備えられる第２合紙ロール取付部５２０Ｂに新しい合紙ロール材（以下、第２合紙ロール材）ＰＢを取り付けるとともに、第２巻取部５３０Ｂに空ボビンを取り付ける工程であり、作業者Ｈによって行なわれる。工程１１では、さらに、作業者Ｈは、第２合紙ロール材ＰＢから第２合紙７Ｄを引き出して、第２合紙７Ｂの先端を第２巻取部５３０Ｂに接続する。接続時には、図示するように第２合紙７Ｄは弛ませた状態であるが、第２合紙ロール取付部５２０Ｂを回転することによって、第２合紙７Ｄは一点鎖線に示すように張ることができる。第２巻取部５３０Ｂへの接続は、例えば、両面接着テープによって行う。

待機位置に該当する、ドラム５１０の中心軸Ｏを通る垂線Ｌよりも−Ｘ方向の側（図中の左側）が、ガス拡散層製造装置１において外に開いた部分であり、作業者による手作業が可能な部分である。巻取位置に該当する、垂線Ｌに対して＋Ｘ方向の側は筺体によって覆われており、手作業が不可能な部分である。

［工程１２］
図１０は、工程１２における巻取装置５００の状態を示す説明図である。工程１２は、ドラム５１０を第１回転方向γに１８０度だけ回転させる工程であり、巻出装置１００によって行われる。ドラム５１０が、図９の状態から第１回転方向γに１８０度、回転されると、図１０の状態、すなわち、第１巻取機構５１０Ａが待機位置に、第２巻取機構５１０Ｂが巻取位置に移行される。巻取装置５００へのシート材５の供給方向は、ロール２６０（図１）の方向によって定まることから、ドラム５１０が第１回転方向γに１８０度、回転された場合、第１巻取部５３０Ａに取り付けられた第１ロール材ＬＡまでのシート材５の経路は、第２巻取部５３０Ｂの周辺から第２カット台５５０Ｂを経て、第１ガイド部５４０Ａに至り、第１ガイド部５４０Ａによって第１巻取部５３０Ａに導かれる。カッター５９０と向かい合う位置には、第２カット台５５０Ｂが移動している。

［工程１３］
図１１は、工程１３における巻取装置５００の状態を示す説明図である。工程１３では、タッチロール５８０を用いて、第１ガイド部５４０Ａによって導かれたシート材５を、巻取位置にある第２巻取機構５１０Ｂに備えられる巻取部５３０Ｂに支持された第２ロール材ＬＢのシート材部分に貼り合わせる。タッチロール５８０は、先端側に設けたロール５８０ａを突出させて、そのロールと第１巻取部５３０Ａまたは第２巻取部５３０Ｂの間に介在させたシート材５を第１ロール材ＬＡまたは第２ロール材ＬＢのシート材部分にタッチさせるもので、巻取装置５００によって駆動される。シート材５のそのタッチされる部分には、両面接着テープが作業者の手によって予め配置され、タッチによってシート材５は第２ロール材ＬＢのシート材部分に貼り合わされる。タッチロール５８０が「張り合わせ部」に相当する。

工程１３では、さらに、カッター５９０を用いて、シート材５を、上記の張り合わせ部分よりも第１ガイド部５４０Ａの側の位置で切断する。図１２は、この切断の様子を示す説明図である。カッター５９０から刃先５９０ａが延び、刃先５９０ａが第２カット台５５０Ｂに達することで、第２カット台５５０Ｂの位置でシート材５を切断する。これによって、貼り合わされたシート材５は、切断され、待機位置にある第１巻取機構５１０Ａに巻かれたシート材５から切り離される。なお、工程１３の貼り合わせからカットまでの最中には、第２巻取部５３０Ｂおよび第２合紙ロール取付部５２０Ｂの回転を停止する。このとき、アキューム部６００（図１）は、シート材５の行路を長くすることで、アキューム部６００の下流側へのシート材５の供給が停止するように動作する。シート材５の切断後、第２巻取部５３０Ｂを右回りに逆回転させて、カットした先端の部分（いわゆるベロ部分）をロール５８０ａが突出した状態のタッチロール５８０で第２巻取部５３０Ｂのボビンに貼り付け、その後、タッチロール５８０はロール５８０ａを戻す。

［工程１４］
図１３は、工程１４における巻取装置５００の状態を示す説明図である。工程１４は、巻取装置５００による巻き取りを再開する工程である。巻取位置には、第２ロール材ＬＢが位置する。この結果、第１ロール材ＬＡに替えて第２ロール材ＬＢに、シート材５Ｂが第２合紙７Ｄを介在して巻き取られる。

以上のように構成された巻取装置５００によれば、連続運転を行いながら、旧ロール材としての第１ロール材ＬＡに替わる新しい第２ロール材ＬＢを製造することができる。なお、図１３の状態からさらに運転を継続すると、第２合紙ロール材ＰＢの残量が少なくなって取り替えが必要となってくるが、このときには、待機位置にある第１合紙ロール取付部５２０Ａに新たな合紙ロール材を取り付け、ドラム５１０を第１回転方向γに１８０度、回転して、第１巻取機構５１０Ａを巻取位置に移行するようにすれば、さらに運転を継続することができる。

４．実施形態の効果：
以上のように構成された巻取装置５００によれば、第１巻取機構５１０Ａと第２巻取機構５１０Ｂのうち、巻取位置にある一方の巻取機構に備えられる合紙ロール材が少なくなった場合に、待機位置にある他方の巻取機構に新たな合紙ロール材を取り付ける作業を、第１巻取部５３０Ａへの巻き取りを止めずに、作業者Ｈは行うことができる。その上、ドラム５１０を第１回転方向γに１８０度だけ回転させ、張り合わせ部４０Ａとカッター１５０を動作させるだけで、新しいロール材である第２ロール材ＲＢへの巻き取りを行うことができる。このため、本実施形態の巻取装置５００によれば、巻き取りを停止させずに連続的に行うことができ、生産性の向上を図ることができる。

５．変形例：
・変形例１：
前記実施形態の巻取装置５００では、新旧ロール材取り替え作業においてドラム５１０を回転する方向を図９における左回りである第１回転方向γとした。これに対して、変形例として、ドラム１０を回転する方向を図９における右回りとし、第１または第２ガイド部、第１または第２合紙ロール取付部、第１または第２巻取部、および第１または第２カット台の並び方向を、前記実施形態と逆方向としてもよい。この構成によっても、前記実施形態と同様の効果を奏することができる。

・変形例２：
また、前記実施形態の巻取装置５００では、第１カット台５５０Ａおよび第２カット台５５０Ｂを備えていた。これに対して、変形例として、第１カット台５５０Ａおよび第２カット台５５０Ｂを無くした構成とし、カッター５９０だけでシート材５を切断する構成としてもよい。

・変形例３：
前記実施形態の巻出装置１００では、シート材５は、複数の炭素繊維がバインダによって結着されたカーボンペーパーを材料とした長尺状のシートである。これに対して、変形例として、シート材を、電解質膜にキャリアシートを貼り合わせたものであってもよい。さらに、燃料電池用の材料に限る必要はなく、他の分野におけるシート材であってもよい。要は、長尺状のシート材が合紙を介在して巻き付けられたロール材であれば、いずれの構成としてもよい。

本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、前述した実施形態および各変形例における構成要素の中の、独立請求項で記載された要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。

１…ガス拡散層製造装置
３…巻芯
５…シート材
５Ａ…第１シート材
５Ｂ…第２シート材
５Ｂｅ…先端領域
７…合紙
７Ａ，７Ｃ…第１合紙
７Ｂ，７Ｄ…第２合紙
１０…ドラム
１０Ａ…第１部品群
１０Ｂ…第２部品群
１０ｆ…底面
２０Ａ…第１ロール取付部
２０Ｂ…第２ロール取付部
３０Ａ…第１合紙巻取部
３０Ｂ…第２合紙巻取部
４０Ａ…第１貼り合わせ部
４０Ｂ…第２貼り合わせ部
５０Ａ…第１ガイド部
５０Ｂ…第２ガイド部
６０…プレスカッター装置
１００…巻出装置
１２０…押さえ板
１３０…移動機構部
１５０…カッター
１９０…両面接着テープ
２１０〜２６０…ロール
５００…巻取装置
５１０…ドラム
５１０Ａ…第１部品群
５１０Ｂ…第２部品群
５１０ｆ…底面
５２０Ａ…第１合紙ロール取付部
５２０Ｂ…第２合紙ロール取付部
５３０Ａ…第１巻取部
５３０Ｂ…第２巻取部
５４０Ａ…第１ガイド部
５４０Ｂ…第２ガイド部
５５０Ａ…第１カット台
５５０Ｂ…第２カット台
５８０…タッチロール
５８０ａ…ロール
５９０…カッター
５９０ａ…刃先
６００…アキューム部
７００…塗工部
７１０…塗工ヘッド
８００…焼成炉
Ｈ…作業者
ＬＡ…第１ロール材
ＬＢ…第２ロール材
Ｏ…中心軸
ＰＡ…第１合紙ロール材
ＰＢ…第２合紙ロール材
Ｒ…ロール材
ＲＡ…第１ロール材
ＲＢ…第２ロール材

Claims (1)

1. 外部から長尺状のシート材の供給を受け、前記シート材が合紙を介在して巻き取られたロール材を製造する巻取装置であって、
   中心軸に対して第１回転方向に回転可能な円筒状部材と、
   前記円筒状部材の底面に設置され、前記中心軸を中心として互いに点対称な構造を有する２つの巻取機構と、
   を備え、
   各巻取機構は、
   自身の巻取機構によってシート材の巻き取りを実行するための巻取位置と、前記巻取位置から前記第１回転方向に１８０度回転した待機位置と、の２つの位置をとることが可能であると共に、
   前記合紙が巻かれる合紙ロール材を回転可能に支持する合紙ロール取付部と、
   前記合紙ロール取付部に対して前記第１回転方向の側に設けられ、前記シート材を前記合紙ロール材から送られて来る前記合紙を介在させて巻き取る巻取部と、
   前記合紙ロール取付部に対して前記第１回転方向とは反対の第２回転方向の側に設けられ、前記待機位置において、自身の巻取機構によって巻き取るシート材の経路をガイドするガイド部と、
   を備え、
   前記巻取装置は、さらに、
   前記２つの巻取機構のうち、前記巻取位置にある一方の巻取機構によって巻き取られたシート材に、前記ガイド部によって導かれた前記シート材を貼り合わせる張り合わせ部と、
   貼り合わされた前記シート材を切断して前記待機位置にある他方の巻取機構に巻かれたシート材から切り離すカッターと、
   を備える巻取装置。

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