JP2002302557A

JP2002302557A - 樹脂硬化炭素系又は多孔質炭素系のシート状物の巻取り体とその巻取り装置及び巻取り方法

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Publication number: JP2002302557A
Application number: JP2001274486A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Nishida; 俊彦西田; Hidehiko Ohashi; 英彦大橋; Mitsuo Hamada; 光夫浜田; Makoto Nakamura; 誠中村
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 2001-02-05
Filing date: 2001-09-11
Publication date: 2002-10-18
Anticipated expiration: 2021-09-11
Also published as: JP5102923B2

Abstract

(57)【要約】【課題】燃料電池製造工程において生産性を向上させる
ために、巻き崩れがなく巻き端面が揃っており、シート
状物に損傷を与えず巻出し時にシート状物が蛇行しない
ハンドリング性に優れた多孔質炭素系シート状物の巻取
り体と、同巻取り体の安定した巻取り方法及び巻取り装
置とを提供する。【解決手段】コアボビン(3) の外径Ｄと、多孔質炭素系
シート状物(2) の巻取り幅ＷとがＷ／Ｄ≦４．９を満足
し、且つ初期巻取り張力を単位幅当たり３０Ｎ／ｍ以
上、最終巻取り張力を単位幅当たり２０Ｎ／ｍ以上と
し、且つ巻き始めから巻き終わりにかけて巻取り張力を
漸減させながら、前記シート状物(2) をコアボビン(3)
に巻き取ることにより、巻取り体(1) が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、炭素短繊
維を抄造したシート状物に熱硬化性樹脂を含浸、硬化さ
せて得られる屈曲性のある樹脂硬化炭素系シート状物
や、同シート状物を更に炭素化して得られる屈曲性のあ
る多孔質炭素系シート状物の巻取り体と、その巻取り装
置及び巻取り方法に関し、特に燃料電池用電極基材とし
て有用に用いられる多孔質炭素系シート状物の巻取り体
と、その巻取り装置及び巻取り方法に関に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、燃料電池を取り巻く環境は著しく
進歩している。この燃料電池用の電極は、炭素繊維の短
繊維を抄造して得られたシート状物を一旦乾燥した後、
熱硬化性樹脂を含浸させ、硬化してから焼成することに
より製造する方法が主流である。

【０００３】例えば、特開平７−１４２０６８号公報に
は、リン酸型燃料電池の電極材料である多孔質炭素電極
基材が開示されている。同公報の多孔質炭素電極基材で
は、炭素繊維−炭素からなる多孔質構造の電極基材のマ
トリックス部に、繊維長が０．１ｍｍ以下である炭素質
ミルド繊維が、電極基材の厚さ方向に存在するため、厚
さ方向に配された繊維同士を交差部分以外でも結着され
る。従って、かかる構造をもつ電極基材は、全体的な導
電性、特に電極基材の厚さ方向での導電性が向上する。

【０００４】また、これらのリン酸型燃料電池に代わ
り、固体高分子型燃料電池がある。この固体高分子型燃
料電池用の多孔質電極は、その電流密度がリン酸型燃料
電池用電極の４〜２０倍と高いため、水素、酸素の供給
量や、反応により生成した水の除去量が多くなる。ま
た、作動温度が１００℃前後と低いため、水によりガス
供給路が塞がり、ガス供給路が狭くなりやすい。そのた
め、固体高分子型燃料電池用の多孔質電極は、リン酸型
燃料電池用の多孔質電極と比較して、ガスの拡散・透過
性や、ハンドリングに耐えるための強度及び柔軟性、更
に電極製造時や電極を組んだときの圧縮に耐え得る強度
などが必要とされる。

【０００５】また、電流密度が高いことから、固体高分
子型燃料電池の小型化に対する要望が強く、その実現に
は多孔質電極の薄型化が必要となる。固体高分子型燃料
電池の電極厚みは現時点では自動車用で０．２ｍｍ、据
え置き用で０．３ｍｍ程度のものがあるが、将来的には
更なる薄型化が望まれるものと考えられる。

【０００６】かかる固体高分子型燃料電池用の電極材料
として、特開平９−１５７０５２号公報に多孔質炭素板
が開示されている。同公報に開示されている多孔質炭素
板は、固体高分子型燃料電池に適用させるため、特に、
厚さ方向の気体透過性を高めている。かかる多孔質炭素
板は、炭素短繊維を抄造して得られた、炭素短繊維が実
質的に二次元平面内においてランダムな方向に分散した
シートに、レゾール型及びノボラック型のフェノール樹
脂を所定の混合割合で配合した樹脂を所要量含浸させ、
そのシートを加熱して前記樹脂を炭素化して得られる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した公
報に開示されている多孔質炭素系シート状物を含む燃料
電池の電極材料は、炭素繊維からなるシート状物に樹脂
を含浸、硬化させ、更に炭素化して得られるものであ
り、通常、可撓性に乏しく脆性の高いものである。その
ため、一般には樹脂を硬化させる前のシート状物を１５
ｃｍ×１５ｃｍ程度に切断したのち、樹脂を硬化させて
から炭素化がなされる。

【０００８】しかしながら、電池の生産性を向上させる
ためには、前記電極材料である多孔質炭素系シート状物
を長尺品として燃料電池製造工程へと供給し、同電池製
造工程での連続性を確保することが重要である。そのた
め、電極材料である長尺なシート状物を巻取り体として
供給することが望まれている。しかし、従来の電極材料
である多孔質炭素系シート状物の製造工程では、そもそ
も、例えば硬化処理ではホットプレス装置等を用いた回
分式が主流であるため、長尺な電極材料を製造する試み
はなされておらず、上述したいずれの公報にあっても、
長尺な電極基材を連続して製造することについて何ら考
慮がなされていない。かかる現状においては、電極材料
を連続的にロール状に巻き取ることは不可能であり、そ
のため可撓性をもつ電極基材の開発は勿論、それを巻き
取るための技術も当然に開発されることが要求される。

【０００９】生産性向上を目的として電極材料の製造工
程における連続化を図ることは勿論、続く燃料電池製造
工程における生産性をも向上させるために、従来からも
長尺な多孔質炭素系シート状物の製造に関して検討がな
されており、先に本願出願人によって特願２０００−２
０１７８１号として長尺な多孔質炭素電極基材の製造方
法を提案している。

【００１０】同出願の明細書によれば、外径７５ｍｍ以
上のロールに巻取り可能な長尺な多孔質炭素電極基材を
製造する技術が確立されている。しかして、こうした長
尺な電極基材の巻取り体を得るとしても、１）巻き崩れがなく、巻き端面が揃っており、２）多孔質炭素系シート状物にダメージを与えることが
なく、３）多孔質炭素系シート状物の巻出し時に同シート状物
が蛇行しない、巻取り体でなければならず、かかる巻取り体を提供する
技術の構築が急務であり、製造コスト低減の他、近年の
燃料電池を取り巻く環境を考慮してもその技術の早期の
開発は不可避である。

【００１１】従って、本発明は、燃料電池製造工程にお
いて生産性が向上し、且つハンドリング性にも優れた、
上述のような構造をもつ長尺な多孔質炭素系シート状物
の巻取り体を提供すると共に、同巻取り体の安定した巻
取り方法を提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段及び作用効果】上記課題を
解決するために、本発明は、長尺な樹脂硬化炭素系又は
多孔質炭素系のシート状物がコアボビンに連続的に巻き
取られてなることを特徴とするシート状物の巻取り体を
主要な構成としている。このように長尺な樹脂硬化炭素
系又は多孔質炭素系のシート状物の巻取り体を提供する
ことにより、次工程への搬送が容易となり、また保管及
び在庫管理がし易くなり、燃料電池製造工程における生
産性を著しく向上させ得るようになる。

【００１３】なお、本発明の樹脂硬化炭素系シート状物
とは、炭素短繊維を含む短繊維を抄造したシート状物、
炭素繊維を含む織編物や不織布、或いは炭素繊維を一方
向又は多方向に引き揃えたシート状物などに、炭化可能
なマトリックス樹脂、好ましくは熱硬化性樹脂を含浸さ
せた後、同樹脂を硬化させたシート状物である。また、
本発明の多孔質炭素系シート状物は、好ましくは前記樹
脂硬化炭素系シート状物を更に不活性雰囲気中で炭素化
して得られたシート状物である。

【００１４】本件請求項２に係る発明によれば、前記コ
アボビンの外径Ｄと、前記多孔質炭素系シート状物の巻
取り幅Ｗとが次式（１）Ｗ／Ｄ≦４．９・・・・・・・（１）を満足することを特徴としている。なお、本発明におい
てシート状物の巻取り幅Ｗとは、単一のコアボビンに巻
き取られている一以上のシート状物の全巻取り範囲の幅
寸法であり、例えば複数のシート状物が単一のコアボビ
ンに巻き取られている場合に、前記巻取り幅Ｗは、各シ
ート状物の間隙をも含めた、最左端側のシート状物の左
端縁から、最右端側のシート状物の右端縁までの全長さ
寸法をいう。

【００１５】上記巻取り幅Ｗは、樹脂硬化炭素系シート
状物又は多孔質炭素系シート状物を製造する際に使用さ
れる硬化装置や炭素化装置によって上限の制約を受ける
ことになる。かかる制約のなかで、コアボビンの外径Ｄ
を小さくし、Ｗ／Ｄの値が４．９を超えると、コアボビ
ンへの巻取り時に前記樹脂硬化炭素系シート状物又は多
孔質炭素系シート状物は曲げによる物理的ダメージを受
ける。更には、続く燃料電池製造工程などの高次工程に
おいて本発明の巻取り体から樹脂硬化炭素系シート状物
又は多孔質炭素系シート状物を巻き出す際、同シート状
物に割れや欠けが生じやすく、巻取り体の巻取り工程
や、燃料電池製造工程における生産性が損なわれる。

【００１６】更に本件請求項３に係る発明によれば、前
層に対する次層の各巻き層ごとの端面ズレ量（ｔ）が±
２ｍｍ以内であり、且つ巻取り後の基準端面に対する最
大端面のズレ量（Ｔ）と最大巻取り径（φｍａｘ）とが
次式（２）Ｔ／φｍａｘ≦０．０１・・・・・・・（２）を満足することを特徴としている。

【００１７】このように巻き端面のズレが小さい巻取り
体は、多孔質炭素系シート状物の端縁部分での損傷もな
く、更には巻出し時のハンドリング性にも優れている。
巻取り後の基準端面に対する最大端面のズレ量（Ｔ）と
最大巻取り径（φｍａｘ）との比Ｔ／φｍａｘが０．０
１を超えると、上述と同様に、多孔質炭素系シート状物
にダメージを与え、巻き形態も不安定になるとともに、
運搬時の巻き崩れの発生因子ともなる。

【００１８】本件請求項４及び５では、本発明のシート
状物には樹脂硬化炭素系シート状物又は多孔質炭素系シ
ート状物を含むことを規定している。前記シート状物が
樹脂硬化炭素系シート状物である場合には、同樹脂硬化
炭素系シート状物は炭素繊維及びマトリックス樹脂から
なる原料シート状物の硬化処理物である。一方、前記シ
ート状物が多孔質炭素系シート状物である場合には、同
多孔質炭素系シート状物は炭素繊維及びマトリックス樹
脂からなる原料シート状物の炭化処理物である。ここ
で、前記マトリックス樹脂としては、熱可塑性樹脂又は
熱硬化性樹脂のいずれでも良い。

【００１９】前記樹脂硬化炭素系シート状物は、炭素繊
維紙にマトリックス樹脂を含浸し、それを硬化すること
で得られる。前記炭素繊維紙を作製するための抄紙方法
としては、液体の媒体中に炭素短繊維を分散させて抄造
する湿式法や、空気中に炭素短繊維を分散させて降り積
もらせる乾式法が適用できる。また炭素短繊維同士を結
着させるバインダーとして、適当量の有機高分子物質を
混ぜることが好ましい。このバインダーとしては、ポリ
ビニルアルコール或いはアクリロニトリル系ポリマーの
パルプ状物又は短繊維であることが望ましい。

【００２０】これらのバインダーであるパルプ状物又は
短繊維を炭素短繊維に混入させる方法としては、炭素短
繊維とともに水中で攪拌分散させる方法と、直接混ぜ込
む方法があるが、均一に分散させるためには水中で分散
させる方法が好ましい。このようにバインダーを混ぜる
ことにより、炭素繊維紙の強度を保持し、その製造途中
で炭素繊維紙から炭素短繊維が剥離したり、炭素短繊維
の配向が変化したりするのを防止することができる。

【００２１】また、請求項６に係る発明では、前記多孔
質炭素系シート状物は前記樹脂硬化炭素系シート状物を
不活性雰囲気中で炭素化されたシート状物であることを
特徴としている。つまり、この発明では、前記多孔質炭
素系シート状物の原料シート状物として、本発明の上記
樹脂硬化炭素系シート状物を用い、これを不活性雰囲気
の高温下で炭素化して得られる。これにより、熱硬化性
樹脂の炭化が進み、良好な導電性を示すようになる。

【００２２】ここで、請求項７に規定するごとく、前記
マトリックス樹脂が熱硬化性樹脂であることが好まし
く、しかも前記樹脂硬化炭素系シート状物を１００質量
％とした時に、前記熱硬化性樹脂が３０から７０質量％
含まれていることが好ましい。熱硬化性樹脂の含有割合
を上記割合にすることで、柔軟で巻き取りやすい多孔質
炭素系シート状物とすることができる。

【００２３】前記熱硬化性樹脂は常温において粘着性、
或いは流動性を示す物でかつ炭素化後も導電性物質とし
て残存する物質が好ましく、フェノール樹脂、フラン樹
脂等を用いることができるが、中でも、請求項８に挙げ
たように、フェノール樹脂が好ましい。前記フェノール
樹脂としては、アルカリ触媒存在下においてフェノール
類とアルデヒド類の反応によって得られるレゾールタイ
プフェノール樹脂を用いることができる。また、レゾー
ルタイプの流動性フェノール樹脂に公知の方法によって
酸性触媒下においてフェノール類とアルデヒド類の反応
によって生成する、固体の熱融着性を示すノボラックタ
イプのフェノール樹脂を溶解混入させることもできる
が、この場合は硬化剤、例えばヘキサメチレンジアミン
を含有した、自己架橋タイプのものが好ましい。

【００２４】フェノール類としては、例えば、フェノー
ル、レゾルシン、クレゾール、キシロール等が用いられ
る。アルデヒド類としては、例えばホルマリン、パラホ
ルムアルデヒド、フルフラール等が用いられる。また、
これらを混合物として用いることができる。これらはフ
ェノール樹脂として市販品を利用することも可能であ
る。

【００２５】また、前記炭素繊維の太さは、請求項９に
あるように、平均直径５μｍ未満の炭素短繊維を含んで
いることが好ましい。このような細径炭素短繊維を用い
ることにより、多孔質電極基材の曲げ強さや柔軟性そし
て高い電気伝導性を実現することができる。平均直径が
５μｍより太い炭素短繊維のみであると柔軟性が不足
し、繊維間の結着点が少なく、このような炭素繊維紙を
用いて作製した電極は抵抗が大きくなってしまう。

【００２６】請求項１０に係る発明によれば、前記多孔
質炭素系シート状物を１００質量％とした時に、炭素短
繊維以外の炭化物が２０から６０質量％含まれているこ
とが好ましい。熱硬化性樹脂はその種類や炭素繊維紙へ
の含浸量により、最終的に多孔質炭素電極基材に炭化物
として残る割合が異なってくる。そこで、多孔質炭素電
極基材を１００質量％とした時に、電極基材の柔軟性発
現の観点からは２０から６０質量％が炭素繊維分を除い
た樹脂由来の炭化物であることが好ましい。

【００２７】更に本件請求項１１に係る発明によれば、
前記多孔質炭素系シート状物の厚みは０．０５から０．
５ｍｍであることが好ましい。多孔質炭素系シート状物
を電極基材として用いる場合、その厚みは抵抗値の観点
から、０．０５〜０．５ｍｍが好ましく、さらに０．１
ｍｍ〜０．３ｍｍがより好ましい。厚みが０．０５ｍｍ
未満であると、厚み方向の強度が弱くなり、セルスタッ
クを組んだときのハンドリングに耐えられなくなる。ま
た、０．５ｍｍを越えるとその電気抵抗が高くなり、ス
タックを積層した際にトータルの厚みが大きくなる。

【００２８】更に本件請求項１２に係る発明によれば、
嵩密度は０．３〜０．８ｇ／ｃｍ³であることが必要で
あり、０．４〜０．７ｇ／ｃｍ³が好ましい。嵩密度が
０．３ｇ／ｃｍ³未満である場合、電気抵抗が高くなる
うえ、満足できる柔軟性も得られない。また、０．８ｇ
／ｃｍ³を越えて高くなるとガス透過性が悪くなり、燃
料電池の性能が低下する。

【００２９】更に本件請求項１３に係る発明によれば、
前記多孔質炭素系シート状物の曲げたわみは、歪み速度
１０ｍｍ／ｍｉｎ、支点間距離２ｃｍ、試験片幅１ｃｍ
の条件下で、１．５ｍｍ以上、より好ましくは２．０ｍ
ｍ以上であり、更に請求項１４に規定するように、前記
樹脂硬化炭素系シート状物が抄紙からなり、前記多孔質
炭素系シート状物の曲げ弾性率は２５ＧＰａ以下、より
好ましくは２０ＧＰａ以下であれば、連続的にロールに
巻き取る際も割れにくく、長尺の電極基材を作製・取り
扱いやすい。

【００３０】上述した樹脂硬化炭素系シート状物又は多
孔質炭素系シート状物の巻取り体を製造するために、請
求項１５に係る発明のごとく、長尺な樹脂硬化炭素系又
は多孔質炭素系のシート状物を巻き取るための巻取り
軸、同巻取り軸に平行に配されたプレッシャーロールを
有する巻取り部、及び同巻取り部の上流側に配された耳
端トリミング部とを備えてなる巻取り装置であって、前
記耳端トリミング部の上流側に配された耳端位置の検出
部と、同検出部からの検出信号に応じて前記巻取り軸を
軸方向に移動させてシート状物の蛇行に追従制御させる
制御部とを有してなることを特徴とするシート状物の巻
取り装置が提供される。

【００３１】本発明にあっては、トリミング部の上流側
に耳端位置の検出部を配しており、巻取り軸を移動させ
てシート状物の蛇行に追従制御させるため、長尺シート
状物はトリミング部において常にほぼ一定の位置を走行
することになり、トリミングによる端面の蛇行が小さく
なり、巻取り体の巻き端面にずれが生じない。

【００３２】更に本件請求項１６に係る発明は、長尺な
樹脂硬化炭素系シート状物又は多孔質炭素系シート状物
をコアボビンに、初期巻取り張力を単位幅当たり３０Ｎ
／ｍ以上、最終巻取り張力を単位幅当たり２０Ｎ／ｍ以
上とし、且つ巻き始めから巻き終わりにかけて巻取り張
力を漸減させながら巻き取ることを特徴する樹脂硬化炭
素系シート状物又は多孔質炭素系シート状物の巻取り方
法を提供する。

【００３３】初期巻取り張力が単位幅当たり３０Ｎ／ｍ
未満であると、巻き形態が不安定になると共に、走行し
ている樹脂硬化炭素系シート状物又は多孔質炭素系シー
ト状物は随所に配置された搬送ロール間でのたわみを生
じるなど蛇行の発生要因となる。最終巻取り張力が単位
幅当たり２０Ｎ／ｍ未満の場合も上記と同様の問題が発
生し、さらに巻き崩れが生じ易くなる。

【００３４】更に、本件請求項１７に係る発明は、前記
樹脂硬化炭素系シート状物又は多孔質炭素系シート状物
の耳端位置を検出すると共に、その検出信号に応じて巻
取り軸又はガイドロールを軸方向に移動させることによ
り、樹脂硬化炭素系シート状物又は多孔質炭素系シート
状物の蛇行に追従制御させることを特徴としている。

【００３５】長尺なシート状物は伸長性がないため、例
えば通常のシート状物の巻取りのように巻き始めから巻
き終わりまでの巻取り張力を一定にすると、内層のシー
ト状物が外層のシート状物により締めつけられることに
なり、内層の巻きが緩んでしまい巻き崩れを生じたり、
巻取り体の形態が不安定となる。従って、初期の巻取り
張力を最終的な巻取り張力よりも大きく設定すると共
に、巻き始めから巻き終わりにかけて巻取り張力を漸減
させることが必要となる。

【００３６】このように耳端位置を検出して樹脂硬化炭
素系シート状物又は多孔質炭素系シート状物の走行状態
を逐次、把握し、シート状物が蛇行してもその蛇行に追
従させて安定した巻取り形態を維持することができる。
特に、巻き層ごとの端面ズレ量ｔや、巻取り後の基準端
面に対する最大端面のズレ量Ｔを制御することができ、
樹脂硬化炭素系シート状物又は多孔質炭素系シート状物
にダメージを与えることなく安定した巻き形態を確保で
きる。また、巻取り体からの巻出し時に、樹脂硬化炭素
系シート状物又は多孔質炭素系シート状物が蛇行するこ
となく安定して巻き出すことができる。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
ついて図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の
好適な実施形態による樹脂硬化炭素系シート状物又は多
孔質炭素系シート状物の巻取り体１の斜視図、図２は同
巻取り体１の一部の巻き層状態の説明図、図３は前記巻
取り体１の全体の巻き層状態の説明図である。

【００３８】本実施形態においては、樹脂硬化炭素系シ
ート状物又は多孔質炭素系シート状物として、炭素短繊
維を含む短繊維の分散液を、例えば長網抄紙機を用いて
長尺なシート状物に抄造した後、同シート状物を一旦乾
燥させ、その後、熱硬化性樹脂を含浸させて同樹脂を硬
化させ、続けて焼成することにより製造されたシート状
物を例に説明する。

【００３９】前記巻取り体１は、巻取り幅Ｗの樹脂硬化
炭素系シート状物又は多孔質炭素系シート状物２が、外
径Ｄの均一円筒断面をもち、長さが前記シート状物２の
巻取り幅Ｗよりも長いコアボビン３にロール状に巻き取
られている。ここで、前記シート状物２の巻取り幅Ｗ
と、コアボビン３の外径Ｄとは、次式（１）Ｗ／Ｄ≦４．９・・・・・・・（１）を満たす寸法に設定されている。

【００４０】巻取り幅Ｗは、樹脂硬化炭素系シート状物
又は多孔質炭素系シート状物２を上述した方法により製
造する場合に、使用される硬化装置や炭素化装置によっ
て上限の制約を受けることになる。かかる制約のなか
で、コアボビン３の外径Ｄを小さくし、Ｗ／Ｄの値が
４．９を超えると、前記樹脂硬化炭素系シート状物又は
多孔質炭素系シート状物２は曲げによる物理的ダメージ
を受け、電極製造工程での巻取り時、及び高次工程での
巻出し時に、割れ、欠けを生じやすく電極並びに燃料電
池製造工程における生産性は損なわれる。

【００４１】ここで、巻取り幅Ｗとは一つのコアボビン
に対する巻取り幅であって、一つのコアボビンに複数の
樹脂硬化炭素系シート状物又は多孔質炭素系シート状物
が巻き取られている場合にあっては、隣り合うシート状
物の間隙をも含めて、複数のシート状物が巻き取られて
いる全範囲の幅を巻取り幅Ｗとする。

【００４２】また、前層と次層との各巻き層ごとの端面
ズレ量ｔ、すなわち、図２に示すようにＮ層目の端面
と、その上の（Ｎ＋１）層目の端面とのズレ量ｔが±２
ｍｍ以内となっている。各巻き層ごとの端面ズレ量ｔが
±２ｍｍ以内の範囲を超えると、巻き端でのせり上がり
などによって樹脂硬化炭素系シート状物又は多孔質炭素
系シート状物にダメージを与えるばかりでなく、安定し
た巻取りが困難になる。

【００４３】更に、図３に示すように、巻取り後の基準
端面Ａに対する最大端面Ｂのズレ量Ｔと、最大巻取り径
φｍａｘとが、下式（２）Ｔ／φｍａｘ≦０．０１・・・・・・・（２）を満足するように調節される。Ｔ／φｍａｘが０．０１
を超えると、上述と同様に、樹脂硬化炭素系シート状物
又は多孔質炭素系シート状物にダメージを与え、巻き形
態が不安定になるとともに、運搬時の巻き崩れの発生因
子ともなる。

【００４４】以下、炭素化処理を終えた長尺な樹脂硬化
炭素系シート状物又は多孔質炭素系シート状物の巻取り
方法について説明する。図４は本発明の巻取り装置を説
明する概略図である。

【００４５】長尺な樹脂硬化炭素系シート状物又は多孔
質炭素系シート状物２は、巻取り手段４における巻取り
軸４ａに取り付けられたコアボビン３に連続的にロール
状に巻き取られるが、この巻取り手段としては、巻き終
わった巻取りボビン５と、次回のスタンバイボビン６と
の切替え作業が容易なターレットワインダー４を用いる
ことが好ましい。更に、前記巻取り軸４ａと平行にプレ
ッシャーロール８が配されており、安定的な巻取り状態
を維持すべく巻取り面圧が保持される。

【００４６】前記巻取り手段４の上流側にはトリミング
カッター９が配され、樹脂硬化炭素系シート状物又は多
孔質炭素系シート状物２は同トリミングカッター９によ
り、樹脂硬化炭素系シート状物又は多孔質炭素系シート
状物２の進行方向に直交する方向、すなわち、シート面
の幅方向の両端縁をトリミングカッター９にて除去され
て、巻取り端面が揃えられると共に端尺処理が施され
る。

【００４７】更に、本発明にあっては、前記トリミング
カッター９の上流側に、耳端位置検出手段７が配されて
いる。図５及び図６に前記耳端位置検出手段７の概要図
を示す。前記耳端位置検出手段７は、樹脂硬化炭素系シ
ート状物又は多孔質炭素系シート状物２の進行方向左右
両端を同時に検出できるよう、左右それぞれの同位置に
設置される。耳端位置の検出方法には特に制約はない
が、一般的にＥＰＣ（エッジポジションコントロール：
株式会社ニレコ登録商標）と呼ばれる非接触式耳端位置
検出手段を用いることが好ましい。

【００４８】この耳端位置検出手段７の検出信号に応じ
て、前記巻取り手段４の巻取り軸４ａ、又は前記プレッ
シャーロール８より上流側に配された図示せぬガイドロ
ールを、多孔質炭素系シート状物の進行方向に対して左
右に揺動させ、或いは１本のガイドロール両端の支点の
高さを変えるなどの蛇行追従機構により、多孔質炭素系
シート状物の蛇行に追従制御される。そのため、トリミ
ングカッター９の部位においてシート状物が蛇行するこ
とがなく、耳端が常に揃った状態で巻取り手段４へと送
られ、端面のズレが小さく、安定した状態で巻き取るこ
とができる。

【００４９】上記装置を用いて本発明の樹脂硬化炭素系
シート状物又は多孔質炭素系シート状物を安定して巻き
取るためには、初期巻取り張力を単位幅当たり３０Ｎ／
ｍ以上、最終巻取り張力を単位幅当たり２０Ｎ／ｍ以上
に設定すると共に、巻き始めから巻き終わりにかけて巻
取り張力を漸減させている。

【００５０】初期巻取り張力が単位幅当たり３０Ｎ／ｍ
未満であると、巻き形態が不安定になると共に、走行し
ている多孔質炭素系シート状物は随所に配置された搬送
ロール間でのたわみを生じるなど蛇行の発生要因とな
る。最終巻取り張力が単位幅当たり２０Ｎ／ｍ未満の場
合も上記と同様の問題が発生し、さらに巻き崩れが生じ
易くなる。また、例えば、巻き始めと巻き終わりの巻取
り張力が一定の場合にも、巻き締まりや巻き崩れを生
じ、巻取り体の形態が不安定となる。

【００５１】得られた巻取り体は最終的に、製品の保護
並びに巻き崩れ発生防止の観点からフィルムなどにより
包装することが好ましいが、包装に関する方法、包装材
の材質等に特に制限はなく、さらに運搬時の搬送形態に
も特段の制限はない。

【００５２】以下、本発明について実施例及び比較例を
挙げて具体的に説明する。なお、以下の実施例及び比較
例について次の条件は全て同一とした。

【００５３】・炭素繊維紙の抄紙平均繊維径が４μｍのポリアクリロニトリル系炭素繊維
束をカットして、平均繊維長３ｍｍの短繊維を得た。炭
素繊維の平均繊維径は、ＪＩＳＲ−７６０１記載のヘ
リウム−ネオンレーザーによる測定を１００本の炭素繊
維に対して行い、その平均値をもって炭素繊維の平均繊
維径とした。この短繊維束を湿式短網連続抄紙装置のス
ラリータンク中で水中に均一に分散させ、解繊し、十分
に分散したところにバインダーであるポリビニルアルコ
ール（ＰＶＡ）の短繊維（クラレ株式会社製ＶＢＰ１０
５−１カット長３ｍｍ）を炭素繊維とＰＶＡとの合計
量に対して１４質量％となるように均一に分散させ、送
り出した。送り出されたウェブを短網板に通し、ドライ
ヤー乾燥後、長さ１００ｍの炭素繊維紙を得た。

【００５４】・樹脂硬化炭素系シート状物の製法前記炭素繊維紙をフェノール樹脂（フェノライトＪ−３
２５・大日本インキ化学（株）製）の２０質量％メタノ
ール溶液のトレイに、連続的に送り込み、絞り装置にて
樹脂を絞り、連続的に熱風を吹きかけ乾燥させ、樹脂含
浸炭素繊維紙を得た。このとき炭素繊維紙１００質量部
に対し、フェノール樹脂を１３２質量部付着した（熱硬
化性樹脂割合：５７質量％）。さらに、この樹脂含浸炭
素繊維紙を連続式加熱ロールプレス装置にて連続的に加
熱加圧し、樹脂硬化炭素系シート状物を得た。

【００５５】・多孔質炭素系シート状物の製法及び評価前記樹脂硬化炭素系シート状物を、窒素ガス雰囲気中に
て２０００℃の連続焼成炉において１０分間加熱し、炭
素化することで厚さ０．２ｍｍの多孔質炭素系シート状
物を得た。嵩密度は０．５ｇ／ｃｍ³、炭素化樹脂比率
は４１％、曲げたわみ１．６ｍｍ、曲げ弾性率１６ＧＰ
ａであった。

【００５６】・多孔質炭素系シート状物の幅：１１０
０ｍｍ・多孔質炭素系シート状物の厚み：０．２ｍｍ・巻取り速度：１ｍ／分・巻取り手段：株式会社西村製作所製ＷＡ型２軸ターレ
ット巻取り機・耳端位置検出手段：株式会社ニレコ社製ＵＨ２０型耳
端位置検出装置である。

【００５７】（実施例１）外径Ｄが２６０ｍｍのコアボ
ビンを採用し、巻き層ごとの端面ズレ量ｔが０．７ｍｍ
となるよう調整しながら、最大巻取り径φｍａｘが４１
０ｍｍとなるまで多孔質炭素系シート状物を巻き取っ
た。このとき、初期巻取り張力を４０Ｎ／ｍとし、最終
巻取り張力が２７Ｎ／ｍとなるように巻取り張力を漸減
させるよう調節した。

【００５８】巻取り後の基準端面に対する最大端面ズレ
量Ｔは１．３ｍｍで、割れや欠け等の問題を生じること
なく、また巻き崩れや巻き締まりもなく安定的に巻き取
ることが可能であった。

【００５９】〔比較例１〕外径Ｄが１８０ｍｍのコアボ
ビンを採用し、実施例１と同様に巻き取った。多孔質炭
素系シート状物は、巻取り開始直後に巻取り曲率が小さ
いことが原因と思われる割れが発生し、それ以上の巻取
りができなかった。

【００６０】〔比較例２〕実施例１と同じ外径Ｄ（２６
０ｍｍ）のコアボビンを採用し、実施例１と同様に端面
のズレを調整しながらし、初期巻取り張力を４０Ｎ／ｍ
とし、一定の張力で巻き取った。得られたパッケージ
は、外層の巻取り張力が過剰に大きかったため、内層部
に撓みが生じて内装部が柔らかくなり、良好な巻き形態
を得ることができなかった。

【００６１】〔比較例３〕実施例１と同じ外径Ｄ（２６
０ｍｍ）のコアボビンを採用し、初期巻取り張力を２５
Ｎ／ｍとし、最終巻取り張力が１７Ｎ／ｍとなるように
張力を漸減させるよう調節して巻き取った。走行する多
孔質炭素系シート状物は搬送ロール間でのたわみが大き
く、正確な耳端検出が不能であったため、得られた巻取
り体は端面が揃わず、巻取り状況も不安定で、更には巻
き崩れの生じやすい巻取り体であった。

【００６２】以上、説明したように、本発明の巻取り方
法によれば、長尺な多孔質炭素系シート状物をノンダメ
ージで安定的に巻き取ることができるため、同シート状
物の製造工程や、次の燃料電池製造工程において格段の
生産性向上が達成され、ハンドリング性に優れた多孔質
炭素系シート状物の巻取り体を低コストで得ることが可
能になる。

【００６３】また、得られた多孔質炭素系シート状物の
巻取り体は、巻き締まりや巻き崩れがなく、また割れや
欠け等の損傷もない。更には、得られた多孔質炭素系シ
ート状物の巻取り体は、次の燃料電池製造工程などにお
いて安定して巻き出すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な実施形態による多孔質炭素系シ
ート状物の概略斜視図である。

【図２】上記巻取り体の一部の巻き層状態の説明図であ
る。

【図３】上記巻取り体の全体の巻き層状態の説明図であ
る。

【図４】本発明による巻取り方法を説明する概略図であ
る。

【図５】耳端位置検出手段の配置を説明する正面図であ
る。

【図６】耳端位置検出手段の配置を説明する上面図であ
る。

【符号の説明】

１巻取り体２多孔質炭素系シート状物３コアボビン４巻取り手段（ターレットワインダー）４ａ巻取り軸５巻取りボビン６スタンバイボビン７耳端位置検出手段８プレッシャーロール９トリミングカッターＷ多孔質炭素系シート状物の巻取り幅Ｄコアボビンの外径 φｍａｘ最大巻取り径ｔ前層に対する次層の各巻き層ごとの端面
ズレ量Ｔ巻取り後の基準端面に対する最大端面ズ
レ量

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｍ 4/96 Ｃ０８Ｌ 101:00 // Ｃ０８Ｌ 101:00 Ｃ０４Ｂ 35/52 Ｅ (72)発明者浜田光夫広島県大竹市御幸町20番１号三菱レイヨン株式会社中央技術研究所内 (72)発明者中村誠広島県大竹市御幸町20番１号三菱レイヨン株式会社中央技術研究所内Ｆターム(参考） 3F104 AA03 CA23 CA36 DA12 3F105 AA04 AB15 BA03 BA20 DA05 DA29 DB11 DC11 4F072 AA02 AA08 AB10 AB31 AG13 AG15 AK05 AL11 4G032 AA14 AA52 BA04 GA19 5H018 AA04 BB00 DD08 EE05 EE17 HH00 HH01 HH03 HH05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】長尺な樹脂硬化炭素系又は多孔質炭素系
のシート状物がコアボビンに連続的に巻き取られてなる
ことを特徴とするシート状物の巻取り体。
【請求項２】前記コアボビンの外径Ｄと、前記樹脂硬
化炭素系又は多孔質炭素系シート状物の巻取り幅Ｗとが
下式（１）を満足することを特徴とする請求項１記載の
シート状物の巻取り体。Ｗ／Ｄ≦４．９・・・・・・・（１）
【請求項３】前層に対する次層の各巻き層ごとの端面
ズレ量（ｔ）が±２ｍｍ以内であり、且つ巻取り後の基
準端面に対する最大端面のズレ量（Ｔ）と最大巻取り径
（φｍａｘ）とが下式（２）を満足することを特徴とす
る請求項１又は２記載のシート状物の巻取り体。Ｔ／φｍａｘ≦０．０１・・・・・・・（２）
【請求項４】前記シート状物が樹脂硬化炭素系シート
状物であって、同樹脂硬化炭素系シート状物は炭素繊維
及びマトリックス樹脂からなる原料シート状物の前記マ
トリックス樹脂の硬化処理物であることを特徴とする請
求項１〜３のいずれかに記載のシート状物の巻取り体。
【請求項５】前記シート状物が多孔質炭素系シート状
物であって、同多孔質炭素系シート状物は炭素繊維及び
マトリックス樹脂からなる原料シート状物の炭化処理物
であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載
のシート状物の巻取り体。
【請求項６】前記シート状物が多孔質炭素系シート状
物であって、同多孔質炭素系シート状物は前記樹脂硬化
炭素系シート状物を不活性雰囲気中で炭素化されて得ら
れるシート状物であることを特徴とする請求項１〜５の
いずれかに記載のシート状物の巻取り体。
【請求項７】前記マトリックス樹脂が熱硬化性樹脂で
あって、前記樹脂硬化炭素系シート状物を１００質量％
とした時に、前記熱硬化性樹脂が３０から７０質量％含
まれてなることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに
記載のシート状物の巻取り体。
【請求項８】前記熱硬化性樹脂がフェノール樹脂であ
ることを特徴とする請求項７記載のシート状物の巻取り
体。
【請求項９】前記炭素繊維が平均直径５μｍ未満の炭
素短繊維を含んでなることを特徴とする請求項４〜８の
いずれかに記載のシート状物の巻取り体。
【請求項１０】前記多孔質炭素系シート状物を１００質
量％とした時に、炭素短繊維以外の炭化物が２０から６
０質量％含まれてなることを特徴とする請求項９記載の
シート状物の巻取り体。
【請求項１１】前記多孔質炭素系シート状物の厚みが
０．０５から０．５ｍｍである請求項１〜１０のいずれ
かに記載のシート状物の巻取り体。
【請求項１２】前記多孔質炭素系シート状物の嵩密度が
０．３から０．８ｇ／ｃｍ³であることを特徴とする請
求項１〜１１のいずれかに記載のシート状物の巻取り
体。
【請求項１３】前記多孔質炭素系シート状物の曲げたわ
みが、以下の測定条件で、１．５ｍｍ以上であることを
特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載のシート状
物の巻取り体。測定条件・歪速度：１０ｍｍ／ｍｉｎ・支点間距離：２ｃｍ・試験片幅：１ｃｍ
【請求項１４】前記樹脂硬化炭素系シート状物の炭素繊
維シート状物が抄紙からなり、前記多孔質炭素系シート
状物の曲げ弾性率が２５ＧＰａ以下であることを特徴と
する請求項６〜１３のいずれかに記載のシート状物の巻
取り体。
【請求項１５】長尺な樹脂硬化炭素系又は多孔質炭素系
のシート状物を巻き取るための巻取り軸、同巻取り軸に
平行に配されたプレッシャーロールを有する巻取り部、
及び同巻取り部の上流側に配された耳端トリミング部と
を備えてなる巻取り装置であって、前記耳端トリミング部の上流側に配された耳端位置の検
出部と、同検出部からの検出信号に応じて前記巻取り軸
を軸方向に移動させてシート状物の蛇行に追従制御させ
る制御部とを有してなることを特徴とするシート状物の
巻取り装置。
【請求項１６】長尺な樹脂硬化炭素系又は多孔質炭素系
のシート状物を、初期巻取り張力が単位幅当たり３０Ｎ
／ｍ以上、最終巻取り張力が単位幅当たり２０Ｎ／ｍ以
上に設定され、且つ巻き始めから巻き終わりにかけて巻
取り張力を漸減させて、コアボビンに巻き取ることを特
徴とする樹脂硬化炭素系シート状物又は多孔質炭素系シ
ート状物の巻取り方法。
【請求項１７】前記樹脂硬化炭素系シート状物又は多孔
質炭素系シート状物の耳端位置を検出すると共に、その
検出信号に応じて巻取り軸又はガイドロールを軸方向に
移動させることにより、樹脂硬化炭素系シート状物又は
多孔質炭素系シート状物の蛇行に追従制御させることを
特徴とする請求項１６記載の樹脂硬化炭素系シート状物
又は多孔質炭素系シート状物の巻取り方法。