JP2018106876A - 電解質膜の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電解質膜の巻取時に耳立ちが発生することを抑制可能な技術を提供する。【解決手段】電解質膜の製造方法であって、帯状の電解質膜の側端部を波形状にスリット加工して裁断するスリット加工工程と、スリット加工された電解質膜を巻き取る巻取工程と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、電解質膜の製造方法に関する。

燃料電池に用いられる電解質膜の製造方法として、バックシート上に電解質膜を積層させた帯状のワークを生成し、生成したワークの側端部をスリット加工により裁断してロール状に巻き取る方法が知られている。ワークの裁断方法に関し、例えば特許文献１には、積層体の温度を調節しながら切断することで、切り粉や切り屑の発生を抑制することが記載されている。

特開２００５−３０５６３７号公報

上述した電解質膜の製造方法において、ワークの幅方向における同一位置でスリット加工を行った場合、ロール状に巻き取りを行うと、スリット加工された側端部が同じ位置で重なるため、ロールの端部の径が大きくなり、いわゆる「耳立ち」が発生する場合がある。耳立ちはワークの巻き出し時における電解質膜の剥がれの原因になるおそれがある。そのため、電解質膜の巻き取り時に耳立ちが発生することを抑制可能な技術が望まれていた。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部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、電解質膜の製造方法が提供される。この製造方法は、帯状の電解質膜の側端部を波形状にスリット加工して裁断するスリット加工工程と；スリット加工された前記電解質膜を巻き取る巻取工程と、を備える。この形態の電解質膜の製造方法によれば、電解質膜の側端部に対して波形状にスリット加工を行うため、電解質膜の巻き取り時に側端部が同じ位置に重なることを抑制できる。そのため、電解質膜の巻取時に耳立ちが発生することを抑制できる。

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、電解質膜の製造装置、電解質膜を備えた膜電極接合体の製造方法等の態様で実現することが可能である。

電解質膜の製造方法のフローチャートである。 スリット機構の斜視図である。 スリット機構の側面図および正面図である。 スリット加工工程後のワークを示す説明図である。 電解質膜のロール側端部と中央部の高さの差を比較したグラフである。

Ａ．実施形態：
図１は、本発明の一実施形態における電解質膜の製造方法のフローチャートである。この製造方法で製造する電解質膜は、固体高分子形燃料電池で用いられる電解質膜である。

まず、押出工程が行われる（ステップＳ１００）。この押出工程では、ペレット状の電解質材料が押出機に投入される。押出機は電解質材料を加熱、溶融し、押し出してフィルム状の電解質樹脂前駆体をバックシート上に成形する。成形された電解質樹脂前駆体は、冷却ロールによって冷却され、適当な温度に調整される。

電解質材料は、例えば、末端基にスルホニルフルオリド基（−ＳＯ_２Ｆ）を有する高分子ポリマーであるフッ素樹脂（例えば、「Ｎａｆｉｏｎ」＜登録商標＞Ｒ−１１００ ｒｅｓｉｎ， ｓｕｌｆｏｎｙｌ ｆｌｕｏｒｉｄｅ ｆｏｒｍ）によって形成されている。また、バックシートとしては、例えば、フッ素系フィルムを用いることができる。バックシートは、電解質膜に対して、接着可能な接着性と剥離可能な剥離性とを併せ持つ。なお、本実施形態において、「電解質膜」とは、押出工程で形成された電解質樹脂前駆体や、後述する加水分解工程が行われる前および後の電解質膜を全て含む概念とする。

次に、貼合・含浸工程が行われる（ステップＳ１１０）。この貼合・含浸工程では、押出工程によって得られたバックシート２３、２４付きの電解質樹脂前駆体２１、２２で補強層２０を両面から挟持し、熱プレスにより電解質樹脂前駆体２１、２２を融解させ、補強層２０中に含浸させる。補強層２０としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を用いることが出来る。補強層は、熱や酸・アルカリに強い多孔質な薄膜である。以下、この貼合・含浸工程により得られたバックシート２３、２４付きの電解質膜２５のことを「ワークＷ」という。

次に、帯状の電解質膜の側端部を波形状にスリット加工して裁断するスリット加工工程が行われる（ステップＳ１２０）。このスリット加工工程では、ワークの幅方向の両側端部に対してスリット刃を用いてスリット加工が施される。本実施形態ではシャースリット方式によりスリット加工を行うが、ギャングスリット方式によりスリット加工を行っても良い。なお、本実施形態において、「スリット加工」とは、帯状のワークＷの側端部を縦方向に裁断することである。

図２、３は、スリット加工工程で用いられるスリット機構１００を模式的に示す説明図である。図２は、スリット機構１００の斜視図であり、図３は、スリット機構１００の側面図および正面図である。これらの図に示すようにスリット機構１００は、回転軸の垂直方向に対して傾斜した回転丸刃１０を備える。なお、本実施形態では、回転丸刃１０は傾斜しているが、回転軸に対して垂直な方向に沿って、湾曲していてもよい。

図４は、スリット加工工程後のワークＷを示す説明図である。スリット加工工程において、回転丸刃１０は、ワークＷを常に同じ位置では裁断しない。そのため、図４に示すように、スリット加工工程後のワークＷの幅は一定の周期で変化している波形状である。回転丸刃１０の径や傾斜角度、あるいは湾曲の周期や振幅により、スリット加工工程後のワークＷの形状は任意に定めることが出来る。

なお、本実施形態において、ワークＷの最大の幅である最大ワーク幅Ｗｍａｘと、ワークＷの最小の幅である最小ワーク幅Ｗｍｉｎとの差は４ｍｍである。最大ワーク幅Ｗｍａｘと、最小ワーク幅Ｗｍｉｎとの差は１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましいが、これよりも小さくても大きくてもよい。

次に、スリット加工された電解質膜２５を巻き取る巻取工程が行われる（図１ステップＳ１３０）。この巻取工程では、スリット加工工程によって幅方向の両側端部が取り除かれたワークＷの上面側のバックシート２３が剥離された上で、巻き取りが行われる。すなわち、本実施形態では、電解質膜２５は、一方の面がバックシート２４によって支持された状態で巻き取られる。

次に、加水分解工程が行われる（ステップＳ１４０）。この加水分解工程では、巻取工程によって巻き取られたワークが、巻き出されて、加水分解処理が施される。この加水分解処理により、ワークに含まれる電解質膜はプロトン伝導性を備えたものとなる。

次に、貼替工程が行われる（ステップＳ１５０）。この貼替工程では、加水分解工程によって形成されたワークのバックシートが貼り替えられる。この貼替工程により、電解質膜とバックシートとの密着強度が適正になる。なお、加水分解工程（ステップＳ１４０）後の電解質膜とバックシートとの密着強度が適正であれば、貼替工程は省略しても良い。

図５は、電解質膜のロール側端部と中央部の高さの差を比較したグラフである。以下、電解質膜のロール側端部と中央部の高さの差を「耳立ち」という。本実施形態における電解質膜の耳立ちはほぼ０ｍｍとなっている。比較例１として、スリット加工工程（ステップＳ１２０）において、傾斜も湾曲もしていない回転丸刃１０を用い、同じ位置でスリットを形成した場合を示し、比較例２として、スリット加工工程（ステップＳ１２０）において、直線状の平刃を用い、同じ位置でスリットを形成した場合を示す。比較例１の耳立ちは０．５ｍｍ程度となっており、比較例２の耳立ちは２ｍｍ程度となっている。

以上で説明した本実施形態の電解質膜２５の製造方法によれば、スリット加工工程において、回転丸刃１０は、電解質膜２５を含む積層体であるワークＷの側端部に対して波形状にスリット加工を行うため、電解質膜２５の巻き取り時にロールの端部が同じ位置に重なることを抑制できる。そのため、電解質膜２５の巻取時に耳立ちが発生することを抑制できる。この結果、耳立ちに起因してワークＷの巻き出し時に電解質膜２５がバックシート２４から剥がれることを抑制することができる。

Ｂ．変形例：
＜第１変形例＞
上記実施形態では、傾斜した回転丸刃１０により波形状にスリット加工を行っている。これに対して、スリット機構１００は平刃を備え、ワークＷの幅方向に対して平刃を水平方向に移動させながら波形状にスリット加工を行ってもよい。また、スリット機構１００はレーザー加工やウォータージェット加工を用いて波形状にスリット加工を行ってもよい。

＜第２変形例＞
上記実施形態において、スリット加工工程は、貼合・含浸工程の後のワークＷに対してのみ行われている。これに対して、スリット加工工程は、押出工程と貼合・含浸工程との間、貼合・含浸工程の後、加水分解工程と貼替工程との間、および貼替工程の後のうち、少なくとも一以上のタイミングに行われてもよい。また、スリット加工工程は、電解質膜２５のみに対して行われてもよい。

＜第３変形例＞
上記実施形態における各工程（ステップＳ１００〜Ｓ１５０）は、スリット加工工程（ステップＳ１２０）と巻取工程（ステップＳ１３０）とが行われればよく、全ての工程が必須ではない。例えば、押出工程（ステップＳ１００）、貼合・含浸工程（ステップＳ１１０）、加水分解工程（ステップＳ１４０）、貼替工程（ステップＳ１５０）の少なくともいずれか一つが省略されてもよい。

＜第４変形例＞
上記実施形態において、電解質膜２５は、補強層２０を電解質樹脂前駆体２１、２２で挟持したものである。これに対して、電解質膜２５は、補強層２０を備えていなくてもよい。

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、上述した課題を解決するために、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、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜削除することが可能である。

１０…回転丸刃
２０…補強層
２１、２２…電解質樹脂前駆体
２３、２４…バックシート
２５…電解質膜
１００…スリット機構
Ｗ…ワーク
Ｗｍａｘ…最大ワーク幅
Ｗｍｉｎ…最小ワーク幅

Claims (1)

1. 電解質膜の製造方法であって、
   帯状の電解質膜の側端部を波形状にスリット加工して裁断するスリット加工工程と、
   スリット加工された前記電解質膜を巻き取る巻取工程と、を備える製造方法。

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