JP2024061736A - 支持フィルム、積層基材、塗工装置、および塗工方法 - Google Patents

支持フィルム、積層基材、塗工装置、および塗工方法 Download PDF

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Abstract

【課題】厚みが大きい電解質膜が膨潤した場合でも、支持フィルムから電解質膜が剥がれることを抑制できる技術を提供する。【解決手段】厚みが５０μｍ以上の電解質膜９１を、支持フィルム９２により支持する。支持フィルム９２は、ベースフィルム９２１と、接着剤層９２２とを有する。接着剤層９２２は、ベースフィルム９２１の一方の面を覆う。ベースフィルム９２１の厚みは、５０μｍ以上かつ３００μｍ以下である。また、被着体をＰＥＴフィルムとしたときの、ＪＩＳＺ０２３７の試験方法により測定される接着剤層の粘着力は、０．０５Ｎ／ｃｍ以上である。【選択図】図１

Description

本発明は、電解質膜を支持するための支持フィルム、電解質膜と支持フィルムとを有する積層基材、電解質膜の表面に触媒インクを塗工する塗工装置、および電解質膜の表面に触媒インクを塗工する塗工方法に関する。
従来、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）が知られている。固体高分子形燃料電池には、電解質膜の表面に触媒層が形成された膜・触媒層接合体（ＣＣＭ：Catalyst-coated membrane）が使用される。膜・触媒層接合体は、電解質膜の表面に触媒インクを塗工することにより、製造される。膜・触媒層接合体を製造する従来の装置については、例えば、特許文献１に記載されている。
特許文献１に記載のように、電解質膜は、水分を吸収することにより膨潤し、変形しやすいという性質を有する。このため、特許文献１の装置では、電解質膜の変形を抑制するために、電解質膜を、支持フィルムで支持した状態で搬送している。
特開２０１８－１１２３号公報
また、従来、水（Ｈ２Ｏ）を電気分解することにより水素（Ｈ２）を製造する、固体高分子形水電解と呼ばれる技術が知られている。固体高分子形水電解においても、電解質膜の表面に触媒層が形成された膜・触媒層接合体が使用される。ただし、固体高分子形水電解に使用される電解質膜は、固体高分子形燃料電池に使用される電解質膜よりも、厚みが大きい。このため、電解質膜の膨潤が生じたときに、電解質膜がより大きく変形するという問題がある。
上記の特許文献１に記載された支持フィルムは、電解質膜に対して、支持フィルム自体のファンデルワールス力により密着している。しかしながら、このようなファンデルワールス力による密着のみでは、厚みの大きい電解質膜に膨潤が生じたときに、支持フィルムと電解質膜との間に、剥がれが生じる場合がある。
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、厚みが大きい電解質膜が膨潤した場合でも、支持フィルムから電解質膜が剥がれることを抑制できる技術を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本願の第１発明は、厚みが５０μｍ以上の電解質膜を支持するための支持フィルムであって、ベースフィルムと、前記ベースフィルムの一方の面を覆う接着剤層と、を有し、前記ベースフィルムの厚みは、５０μｍ以上かつ３００μｍ以下であり、被着体をＰＥＴフィルムとしたときの、ＪＩＳＺ０２３７の試験方法により測定される前記接着剤層の粘着力は、０．０５Ｎ／ｃｍ以上である。
本願の第２発明は、第１発明の支持フィルムであって、前記ベースフィルムの引張強度は、１０ｋｇ／ｍｍ２以上である。
本願の第３発明は、第１発明または第２発明の支持フィルムであって、前記接着剤層は、熱可塑性の接着剤を有する。
本願の第４発明は、第１発明から第３発明までのいずれか１発明の支持フィルムであって、前記粘着力は、３５Ｎ／ｃｍ以下である。
本願の第５発明は、積層基材であって、第１から請求項４までのいずれか１項に記載の支持フィルムと、前記支持フィルムの前記接着剤層に貼り付けられた前記電解質膜と、を有する。
本願の第６発明は、塗工装置であって、第５発明の積層基材の前記電解質膜の表面に、触媒インクを塗工するノズルと、前記ノズルに対して前記積層基材を相対的に移動させる搬送機構と、を備える。
本願の第７発明は、塗工方法であって、第５発明の積層基材をノズルに対して相対的に移動させつつ、前記ノズルにより、前記電解質膜の表面に触媒インクを塗工する。
本願の第８発明は、塗工装置であって、第１発明から第４発明までのいずれか１発明の支持フィルムの前記接着剤層に、前記電解質膜を貼り付けることにより、積層基材を形成する貼付部と、前記積層基材の前記電解質膜の表面に、触媒インクを塗工するノズルと、前記ノズルに対して前記積層基材を相対的に移動させる搬送機構と、を備える。
本願の第９発明は、塗工方法であって、ａ）第１発明から第４発明までのいずれか１発明の支持フィルムの前記接着剤層に、前記電解質膜を貼り付けることにより、積層基材を形成する工程と、ｂ）前記積層基材をノズルに対して相対的に移動させつつ、前記ノズルにより、前記電解質膜の表面に触媒インクを塗工する工程と、を有する。
第１発明～第９発明によれば、電解質膜に対して支持フィルムが、十分な粘着力を有する接着剤層により、貼り付けられる。また、ベースフィルムの厚みを５０μｍ以上とすることにより、支持フィルムに高い剛性をもたせることができる。これにより、厚みが大きい電解質膜が膨潤した場合でも、支持フィルムから電解質膜が剥がれることを抑制できる。
特に、第２発明によれば、支持フィルムに、より高い剛性をもたせることができる。これにより、厚みが大きい電解質膜が膨潤した場合でも、電解質膜および支持フィルムが変形することを、抑制できる。
特に、第３発明によれば、支持フィルムに支持された電解質膜を加熱する場合に、接着剤が硬化することを抑制できる。
特に、第４発明によれば、電解質膜からベースフィルムを容易に剥離できる。
積層基材の部分斜視図である。 ベースフィルムの厚みを変化させて、電解質膜に対する密着性と、電解質膜を膨潤させたときの支持フィルムの変形量とを、評価した結果を示した図である。 ベースフィルムの引張強度を変化させて、電解質膜に対する密着性と、電解質膜を膨潤させたときの支持フィルムの変形量とを、評価した結果を示した図である。 接着剤層の粘着力を変化させて、電解質膜に対する密着性と、電解質膜を膨潤させたときの支持フィルムの変形量とを、評価した結果を示した図である。 第１実施形態に係る塗工装置の構成を示した図である。 第２実施形態に係る塗工装置の構成を示した図である。
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。
＜１．積層基材について＞
図１は、本発明の一実施形態に係る積層基材９の部分斜視図である。この積層基材９は、膜・触媒層接合体（ＣＣＭ：Catalyst-coated membrane）の製造工程において使用される、長尺帯状の基材である。図１に示すように、積層基材９は、電解質膜９１と、電解質膜９１を支持する支持フィルム９２と、を有する。
電解質膜９１は、イオン伝導性を有する薄膜（イオン交換膜）である。電解質膜９１には、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。具体的には、電解質膜９１として、例えば、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が使用される。
本実施形態の電解質膜９１は、水（Ｈ２Ｏ）を電気分解することにより水素（Ｈ２）を製造する、固体高分子形水電解に使用される。固体高分子形燃料電池用の電解質膜の厚みは、５μｍ～３０μｍ程度であるが、固体高分子形水電解用の電解質膜９１は、それよりも厚く、５０μｍ以上の厚みをする。電解質膜９１の厚みは、例えば、１５０μｍ～３００μｍである。
図１に示すように、電解質膜９１は、後述する塗工装置１において触媒インクが塗工される第１面９１１と、第１面９１１の裏面である第２面９１２と、を有する。電解質膜９１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９１は、大気中の湿度に応じて変形しやすい性質を有する。また、電解質膜９１は、触媒インクが塗工されたときに、触媒インク中の溶媒を吸収することによっても、膨潤する。
支持フィルム９２は、電解質膜９１の変形を抑制するためのフィルムである。電解質膜９１と支持フィルム９２とは、互いに張り合わされる。これにより、電解質膜９１が、支持フィルム９２に支持される。電解質膜９１を、単体で取り扱うのではなく、支持フィルム９２に支持された状態で取り扱うことにより、電解質膜９１の変形を抑制できる。また、支持フィルム９２を用いることで、機械的強度が低い電解質膜９１を、損傷させることなく搬送できる。
図１に示すように、支持フィルム９２は、ベースフィルム９２１と、接着剤層９２２とを有する。
ベースフィルム９２１は、電解質膜９１よりも機械的強度が高く、形状保持機能に優れた樹脂製のフィルムである。ベースフィルム９２１の材料には、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）が使用される。ただし、ＰＥＴに代えて、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、延伸ナイロン、延伸硬質ポリ塩化ビニル、ＯＰＰ（オリエンテッドポリプロピレン）などを、ベースフィルム９２１の材料として使用してもよい。
ベースフィルム９２１の厚みは、５０μｍ以上かつ３００μｍ以下である。また、ベースフィルム９２１の常温における引張強度は、１０ｋｇ／ｍｍ２以上である。電解質膜９１の厚みが大きい場合、電解質膜９１の変形により生じる力も大きくなる。しかしながら、ベースフィルム９２１の厚みおよび引張強度を適切に設定することで、支持フィルム９２に高い剛性を付与することができる。これにより、電解質膜９１の変形を抑えつつ、電解質膜９１を支持できる。
接着剤層９２２は、ベースフィルム９２１の一方の表面を覆う接着剤の層である。電解質膜９１は、支持フィルム９２の接着剤層９２２に貼り付けられる。接着剤層９２２には、熱可塑性の接着剤が使用される。具体的には、エポキシ系、アクリル系、シリコーンゴム系の無機溶剤系接着剤を使用することができる。接着剤層９２２の粘着力は、被着体をＰＥＴフィルムとし、ＪＩＳＺ０２３７の試験方法により測定した場合に、０．０５Ｎ／ｃｍ以上である。このように、十分な粘着力を有する接着剤層９２２を有することで、支持フィルム９２を、電解質膜９１に対して、良好に密着させることができる。
＜２．実験例＞
続いて、ベースフィルム９２１の厚み、ベースフィルム９２１の引張強度、および接着剤層９２２の粘着力を変化させて、支持フィルム９２の特性を評価した結果について、説明する。
＜２－１．支持フィルムの厚みについて＞
図２は、ベースフィルム９２１の厚みを変化させて、電解質膜９１に対する密着性と、電解質膜９１を膨潤させたときの支持フィルム９２の変形量とを、評価した結果を示した図である。図２の実験においては、ベースフィルム９２１の常温における引張強度を、１５ｋｇ／ｍｍ２で固定とした。また、図２の実験においては、被着体をＰＥＴフィルムとしたときのＪＩＳＺ０２３７の試験方法により測定される接着剤層９２２の粘着力を、０．２５Ｎ／ｃｍで固定とした。そして、ベースフィルム９２１の厚みを、２５μｍ～１００μｍの範囲で変化させた。
図２の実験結果によると、ベースフィルム９２１の厚みが２５μｍ～１００μｍのいずれの場合においても、電解質膜９１に対する支持フィルム９２の密着性は、良好であった。また、ベースフィルム９２１の厚みが２５μｍの場合、電解質膜９１を膨潤させたときに、支持フィルム９２に変形が生じた。ベースフィルム９２１の厚みが４０μｍの場合、電解質膜９１を膨潤させたときに、支持フィルム９２にごく僅かな変形が生じた。しかしながら、ベースフィルム９２１の厚みが５０μｍ以上の場合、電解質膜９１を膨潤させても、支持フィルム９２に殆ど変形が生じなかった。
これらの結果から、ベースフィルム９２１の厚みが５０μｍ未満の場合には、ベースフィルム９２１の厚みが５０μｍ以上の場合よりも、支持フィルム９２の剛性が低いため、電解質膜９１が膨潤したときに、支持フィルム９２に変形が生じているものと考えられる。したがって、ベースフィルム９２１の厚みは、５０μｍ以上とすることが望ましい。また、ベースフィルム９２１の厚みは、７５μｍ以上とすることが、より望ましい。
ただし、ベースフィルム９２１の厚みを大きくし過ぎると、支持フィルム９２や積層基材９を、ロール状に巻き取って取り扱うことが難しくなる。このため、ベースフィルム９２１の厚みは、３００μｍ以下とすることが、望ましい。例えば、ベースフィルム９２１の厚みは、１２５～１９０μｍとしてもよい。
＜２－２．支持フィルムの引張強度について＞
図３は、ベースフィルム９２１の引張強度を変化させて、電解質膜９１に対する密着性と、電解質膜９１を膨潤させたときの支持フィルム９２の変形量とを、評価した結果を示した図である。図３の実験においては、ベースフィルム９２１の厚みを、１００μｍで固定とした。また、図３の実験においては、被着体をＰＥＴフィルムとしたときのＪＩＳＺ０２３７の試験方法により測定される接着剤層９２２の粘着力を、０．２５Ｎ／ｃｍで固定とした。そして、ベースフィルム９２１の常温における引張強度を、５ｋｇ／ｍｍ２～１５ｋｇ／ｍｍ２の範囲で変化させた。
図３の実験結果によると、ベースフィルム９２１の引張強度が５ｋｇ／ｍｍ２～１５ｋｇ／ｍｍ２のいずれの場合においても、電解質膜９１に対する支持フィルム９２の密着性は、良好であった。また、ベースフィルム９２１の引張強度が９ｋｇ／ｍｍ２以下の場合、電解質膜９１を膨潤させたときに、支持フィルム９２に変形が生じた。しかしながら、ベースフィルム９２１の引張強度が１０ｋｇ／ｍｍ２以上の場合、電解質膜９１を膨潤させても、支持フィルム９２に殆ど変形が生じなかった。
これらの結果から、ベースフィルム９２１の引張強度が１０ｋｇ／ｍｍ２未満の場合には、ベースフィルム９２１の引張強度が１０ｋｇ／ｍｍ２以上の場合よりも、支持フィルム９２の剛性が低いため、電解質膜９１が膨潤したときに、支持フィルム９２に変形が生じているものと考えられる。したがって、ベースフィルム９２１の常温における引張強度は、１０ｋｇ／ｍｍ２以上とすることが望ましい。また、ベースフィルム９２１の常温における引張強度は、１５ｋｇ／ｍｍ２以上とすることが、より望ましい。
ただし、ベースフィルム９２１の引張強度を大きくし過ぎると、支持フィルム９２や積層基材９を、ロール状に巻き取って取り扱うことが難しくなる。このため、ベースフィルム９２１の常温における引張強度は、５０ｋｇ／ｍｍ２以下とすることが、望ましい。
＜２－３．接着剤層の粘着力について＞
図４は、接着剤層９２２の粘着力を変化させて、電解質膜９１に対する密着性と、電解質膜９１を膨潤させたときの支持フィルム９２の変形量とを、評価した結果を示した図である。図４の実験においては、ベースフィルム９２１の厚みを、１００μｍで固定とした。また、図４の実験においては、ベースフィルム９２１の常温における引張強度を、１５ｋｇ／ｍｍ２で固定とした。そして、被着体をＰＥＴフィルムとしたときのＪＩＳＺ０２３７の試験方法により測定される接着剤層９２２の粘着力を、０．０２Ｎ／ｃｍ～０．２Ｎ／ｃｍの範囲で変化させた。
図４の実験結果によると、接着剤層９２２の粘着力が０．０２Ｎ／ｃｍ～０．２Ｎ／ｃｍのいずれの場合においても、電解質膜９１を膨潤させたときに、支持フィルム９２に殆ど変形が生じなかった。また、接着剤層９２２の粘着力が０．０５Ｎ／ｃｍ未満の場合、電解質膜９１に対する支持フィルム９２の密着性が比較的低かった。具体的には、電解質膜９１と接着剤層９２２との間に、部分的な剥がれが認められた。これに対し、接着剤層９２２の粘着力が０．０５Ｎ／ｃｍ以上の場合、電解質膜９１に対する支持フィルム９２の密着性は、良好であった。具体的には、接着剤層９２２からの電解質膜９１の剥がれが認められなかった。
これらの結果より、支持フィルム９２からの電解質膜９１の剥がれを抑制するためには、被着体をＰＥＴフィルムとしたときのＪＩＳＺ０２３７の試験方法により測定される接着剤層９２２の粘着力を、０．０５Ｎ／ｃｍ以上とすることが望ましい。また、被着体をＰＥＴフィルムとしたときのＪＩＳＺ０２３７の試験方法により測定される接着剤層９２２の粘着力を、０．１２５Ｎ／ｃｍ以上とすることが、より望ましい。
ただし、支持フィルム９２は、最終的には、電解質膜９１から剥離する必要がある。接着剤層９２２の粘着力が強すぎると、電解質膜９１から支持フィルム９２を剥離することが困難となる。このため、被着体をＰＥＴフィルムとしたときのＪＩＳＺ０２３７の試験方法により測定される接着剤層９２２の粘着力は、例えば、３５Ｎ／ｃｍ以下とすることが望ましい
＜３．塗工装置について＞
＜３－１．第１実施形態＞
続いて、上記の積層基材９を用いて、電解質膜９１の第１面９１１に触媒インクを塗工する塗工装置１について、説明する。
図５は、第１実施形態に係る塗工装置１の構成を示した図である。この塗工装置１は、固体高分子形水電解に使用される膜・触媒層接合体の製造工程において、長尺帯状の積層基材９を長手方向に搬送しつつ、電解質膜９１の第１面９１１に、電極となる触媒層９３を形成する装置である。図５に示すように、塗工装置１は、搬送機構１０、塗工部２０、乾燥部３０、および制御部４０を備えている。
搬送機構１０は、積層基材９をその長手方向に沿う搬送方向に搬送する機構である。本実施形態の搬送機構１０は、巻出ローラ１１、複数の搬送ローラ１２および巻取ローラ１３を有する。巻出ローラ１１には、予め別の装置で電解質膜９１と支持フィルム９２とを貼り合わせることにより形成された積層基材９が、セットされる。積層基材９は、巻出ローラ１１から繰り出され、複数の搬送ローラ１２により規定される搬送経路に沿って搬送される。各搬送ローラ１２は、水平軸を中心として回転することによって、積層基材９を搬送経路の下流側へ案内する。搬送後の積層基材９は、巻取ローラ１３へ回収される。なお、搬送ローラ１２の位置や数は、必ずしも図５の通りでなくてもよい。
塗工部２０は、搬送機構１０により搬送される積層基材９の電解質膜９１の第１面９１１に、触媒インクを塗工するための機構である。触媒インクには、触媒材料（例えば、白金（Ｐｔ））を含む粒子をアルコールなどの溶媒中に分散させた電極ペーストが用いられる。
積層基材９は、巻出ローラ１１よりも搬送経路の下流側、かつ、乾燥部３０よりも搬送経路の上流側において、搬送ローラの役割も兼ねたバックアップローラ１４に支持される。バックアップローラ１４は、円柱状または円筒状のローラであり、積層基材９の支持フィルム９２に接触しながら、水平軸を中心として回転する。
塗工部２０は、バックアップローラ１４に支持された積層基材９の電解質膜９１の第１面９１１に対向する塗工ノズル２１を有する。バックアップローラ１４の回転により、積層基材９は、塗工ノズル２１に対して相対的に移動する。塗工ノズル２１には、例えば、幅方向（積層基材９の長手方向に直交し、かつ水平な方向）に沿って延びるスリット状の吐出口を有する、いわゆるスリットノズルが用いられる。
塗工ノズル２１は、給液配管２２を介して、触媒インク供給源２３と流路接続されている。また、給液配管２２には、開閉弁２４が介挿されている。このため、開閉弁２４を開放すると、触媒インク供給源２３から給液配管２２を通って塗工ノズル２１に、触媒インクが供給される。そして、塗工ノズル２１の吐出口から、バックアップローラ１４に支持された積層基材９の電解質膜９１の第１面９１１へ向けて、触媒インクが吐出される。これにより、電解質膜９１の第１面９１１に、触媒インクが塗工される。
本実施形態では、開閉弁２４を一定の周期で開閉することによって、塗工ノズル２１の吐出口から、触媒インクを断続的に吐出する。これにより、電解質膜９１の第１面９１１に、触媒インクを搬送方向に一定の間隔で間欠塗工する。ただし、開閉弁２４を連続的に開放して、電解質膜９１の第１面９１１に、搬送方向に切れ目無く触媒インクを塗工してもよい。
なお、塗工ノズル２１は、必ずしもバックアップローラ１４に支持された積層基材９に対して、触媒インクを吐出するものでなくてもよい。例えば、隣り合うローラの間に掛け渡された積層基材９の電解質膜９１に対して、触媒インクを吐出するものであってもよい。また、塗工ノズル２１は、電解質膜９１に対して、スプレー状に触媒インクを噴射するものであってもよい。
乾燥部３０は、塗工ノズル２１よりも搬送経路の下流側に配置されている。乾燥部３０は、触媒インクを乾燥させるための乾燥炉３１を有する。乾燥炉３１内では、搬送機構１０により搬送される積層基材９の電解質膜９１に、加熱された気体（熱風）が吹き付けられる。そうすると、電解質膜９１の第１面９１１に塗工された触媒インクが加熱され、触媒インク中の溶媒が気化する。これにより、触媒インクが乾燥して、電解質膜９１の第１面９１１に触媒層９３が形成される。ただし、触媒インクを乾燥させるための方法は、必ずしも熱風の供給でなくてもよい。乾燥部３０は、光照射や減圧などの他の方法で、触媒インクを乾燥させるものであってもよい。
このように、この塗工装置１では、巻出ローラ１１からの積層基材９の繰り出し、電解質膜９１の第１面９１１への触媒インクの塗工、乾燥炉３１による乾燥、の各工程が、順次に実行される。これにより、電解質膜９１の第１面９１１に、触媒層９３が形成される。また、この塗工装置１では、電解質膜９１は、支持フィルム９２に常に支持されている。これにより、電解質膜９１の膨潤による変形が抑制される。
制御部４０は、塗工装置１内の各部を動作制御するための手段である。制御部４０は、ＣＰＵ等のプロセッサ、ＲＡＭ等のメモリ、およびハードディスクドライブ等の記憶部を有するコンピュータにより構成される。記憶部内には、上述した塗工・乾燥処理を実行するためのコンピュータプログラムが、記憶されている。
また、制御部４０は、搬送機構１０、開閉弁２４、および乾燥炉３１と、それぞれ通信可能に接続されている。制御部４０は、コンピュータプログラムに従って、塗工装置１内の上記各部を動作制御する。これにより、塗工装置１における塗工・乾燥処理が進行する。
上記の塗工部２０において、電解質膜９１に触媒インクを塗工すると、触媒インク中の溶媒が、電解質膜９１に浸透する。これにより、電解質膜９１が膨潤する。特に、固体高分子形水電解用の電解質膜９１は、５０μｍ以上の厚みを有するため、膨潤により大きな変形が生じやすい。しかしながら、本実施形態では、電解質膜９１の第２面９１２に、厚みが５０μｍ以上のベースフィルム９２１を、接着剤層９２２を介して貼り付けている。これにより、電解質膜９１の変形を抑制できる。また、電解質膜９１が膨潤により多少変形したとしても、支持フィルム９２から電解質膜９１が剥がれることを、抑制できる。
また、固体高分子形水電解用の膜・触媒層接合体では、触媒層９３に含まれる白金の担持量を、０．５ｍｇ／ｃｍ２以上とする必要がある。固体高分子形燃料電池用の膜・触媒層接合体では、触媒層に含まれる白金の担持量は、０．５ｍｇ／ｃｍ２未満であるが、固体高分子形水電解用の膜・触媒層接合体では、それよりも白金の担持量が多い。具体的には、固体高分子形水電解用の膜・触媒層接合体では、触媒層９３に含まれる白金の担持量が、例えば、０．５ｍｇ／ｃｍ２～１．０ｍｇ／ｃｍ２である。
このように、触媒層９３に含まれる白金の担持量を多くするためには、上述した塗工部２０において、電解質膜９１に塗工される触媒インクの単位面積あたりの量を多くする必要がある。そうすると、電解質膜９１への溶媒の浸透量も多くなるため、電解質膜９１が、より膨潤しやすくなる。しかしながら、本実施形態では、上述の通り、電解質膜９１の第２面９１２に、厚みが５０μｍ以上のベースフィルム９２１を、接着剤層９２２を介して貼り付けている。これにより、電解質膜９１の変形を抑制できる。また、電解質膜９１が膨潤により多少変形したとしても、支持フィルム９２から電解質膜９１が剥がれることを、抑制できる。
また、上述した乾燥部３０では、触媒インクだけでなく、接着剤層９２２も加熱される。具体的には、接着剤層９２２が、５０～１６０℃の温度まで加熱される。しかしながら、本実施形態では、接着剤層９２２に熱可塑性の接着剤を使用している。このため、乾燥部３０において接着剤層９２２が加熱されても、接着剤層９２２が硬化して、電解質膜９１との密着性が過剰に高くなるということはない。したがって、乾燥処理後の電解質膜９１から支持フィルム９２を剥離しにくくなるという問題は生じない。また、電解質膜９１から支持フィルム９２を剥離した後に、電解質膜９１の第２面９１２に、接着剤が残存することも抑制される。
＜３－２．第２実施形態＞
続いて、上記の積層基材９を用いて、電解質膜９１の第１面９１１に触媒インクを塗工する塗工装置１の、第２実施形態について説明する。
図６は、第２実施形態に係る塗工装置１の構成を示した図である。上述した第１実施形態では、塗工装置１とは別の装置において、電解質膜９１と支持フィルム９２の貼り合わせが行われていた。これに対し、第２実施形態では、塗工装置１の内部において、電解質膜９１と支持フィルム９２の貼り合わせが行われる。
図６に示すように、第２実施形態の塗工装置１は、貼付部５０、搬送機構１０、塗工部２０、乾燥部３０、および制御部４０を備えている。搬送機構１０の巻出ローラ１１以外の部分、塗工部２０、乾燥部３０、および制御部４０については、上述した第１実施形態と同等であるため、重複説明を省略する。
貼付部５０は、電解質膜供給ローラ５１、支持フィルム供給ローラ５２、剥離ローラ５３，剥離フィルム回収ローラ５４、および一対の貼合ローラ５５を有する。
電解質膜供給ローラ５１には、ロール状の電解質膜９１がセットされる。電解質膜９１は、電解質膜供給ローラ５１から繰り出される。支持フィルム供給ローラ５２には、ロール状の支持フィルム９２がセットされる。支持フィルム９２の接着剤層９２２の表面には、剥離フィルム９２３が貼り付けられている。すなわち、支持フィルム供給ローラ５２にセットされる支持フィルム９２は、ベースフィルム９２１、接着剤層９２２、および剥離フィルム９２３の３層を有する。
剥離ローラ５３は、支持フィルム供給ローラ５２から繰り出された支持フィルム９２から、剥離フィルム９２３を剥離するためのローラである。支持フィルム９２が剥離ローラ５３を通過した後、剥離フィルム９２３は、剥離フィルム回収ローラ５４へ向けて搬送され、剥離フィルム回収ローラ５４に回収される。また、ベースフィルム９２１および接着剤層９２２は、剥離ローラ５３を通過した後、貼合ローラ５５へ向けて搬送される。
一対の貼合ローラ５５は、電解質膜９１と、剥離フィルム９２３が剥離された支持フィルム９２とを、貼り合わせるためのローラである。一対の貼合ローラ５５の一方は、ゴムにより形成される。一対の貼合ローラ５５の他方は、金属により形成される。一対の貼合ローラ５５は、外周面同士が対向し、図示を省略した加圧機構によって、互いに接近する方向へ加圧されている。
電解質膜９１および支持フィルム９２は、一対の貼合ローラ５５の間に導入される。電解質膜９１の第１面９１１は、ゴム製の貼合ローラ５５に接触する。支持フィルム９２のベースフィルム９２１は、金属製の貼合ローラ５５に接触する。支持フィルム９２の接着剤層９２２と、電解質膜９１の第２面９１２とは、一対の貼合ローラ５５の間を通過する際に、互いに密着する。これにより、接着剤層９２２に電解質膜９１が貼り付けられる。その結果、電解質膜９１と支持フィルム９２とで構成される長尺帯状の積層基材９が形成される。
その後、積層基材９は、搬送機構１０により、下流側へ向けて搬送される。そして、上記の第１実施形態と同様に、塗工部２０における触媒インクの塗工と、乾燥炉３１における乾燥処理とが、順次に実行される。これにより、電解質膜９１の第１面９１１に、触媒層９３が形成される。
第２実施形態の塗工装置１も、第１実施形態の塗工装置１と同様に、電解質膜９１の第２面９１２に、接着剤層９２２を有する支持フィルム９２を貼り付けた状態で、触媒インクの塗工および乾燥処理を行う。これにより、電解質膜９１の変形を抑制できる。また、電解質膜９１が膨潤により多少変形したとしても、支持フィルム９２から電解質膜９１が剥がれることを、抑制できる。
また、第２実施形態の塗工装置１では、塗工装置１内で、電解質膜９１と支持フィルム９２の貼り合わせを行う。このため、貼り合わせ後の積層基材９を、複数の装置の間で搬送する必要がない。
＜４．変形例＞
以上、本発明の主たる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。
上記の実施形態の塗工装置１は、長尺帯状の積層基材９を搬送しつつ、電解質膜９１に触媒インクを塗工していた。しかしながら、塗工装置は、静止したステージにシート状の積層基材９を載置し、当該積層基材９に対して塗工ノズルを移動させつつ、電解質膜９１に触媒インクを塗工するものであってもよい。すなわち、塗工装置１は、積層基材９および塗工ノズルのいずれか一方を、他方に対して相対的に移動させつつ、塗工ノズルにより、電解質膜９１に触媒インクを塗工するものであればよい。
また、上記の実施形態では、固体高分子形水電解に使用される膜・触媒層接合体を製造するための支持フィルム９２および積層基材９について、説明した。しかしながら、本発明の支持フィルムおよび積層基材は、固体高分子形水電解以外の用途に使用されるものであってもよい。例えば、本発明の支持フィルムおよび積層基材は、燃料電池に使用される膜・触媒層接合体を製造するためのものであってもよい。
また、本発明の支持フィルムおよび積層基材は、トルエンなどの芳香族化合物を水素化することにより、有機ハイドライド（例えば、トルエン－メチルシクロヘキサン）を製造するプロセスに使用される膜・触媒層接合体を製造するためのものであってもよい。
また、積層基材や塗工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、適宜に取捨選択してもよい。
１ 塗工装置
９ 積層基材
１０ 搬送機構
２０ 塗工部
２１ 塗工ノズル
３０ 乾燥部
４０ 制御部
５０ 貼付部
９１ 電解質膜
９２ 支持フィルム
９３ 触媒層
９２１ ベースフィルム
９２２ 接着剤層
９２３ 剥離フィルム

Claims (9)

  1. 厚みが５０μｍ以上の電解質膜を支持するための支持フィルムであって、
    ベースフィルムと、
    前記ベースフィルムの一方の面を覆う接着剤層と、
    を有し、
    前記ベースフィルムの厚みは、５０μｍ以上かつ３００μｍ以下であり、
    被着体をＰＥＴフィルムとしたときの、ＪＩＳＺ０２３７の試験方法により測定される前記接着剤層の粘着力は、０．０５Ｎ／ｃｍ以上である、支持フィルム。
  2. 請求項１に記載の支持フィルムであって、
    前記ベースフィルムの引張強度は、１０ｋｇ／ｍｍ２以上である、支持フィルム。
  3. 請求項１または請求項２に記載の支持フィルムであって、
    前記接着剤層は、熱可塑性の接着剤を有する、支持フィルム。
  4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の支持フィルムであって、
    前記粘着力は、３５Ｎ／ｃｍ以下である、支持フィルム。
  5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の支持フィルムと、
    前記支持フィルムの前記接着剤層に貼り付けられた前記電解質膜と、
    を有する、積層基材。
  6. 請求項５に記載の積層基材の前記電解質膜の表面に、触媒インクを塗工するノズルと、
    前記ノズルに対して前記積層基材を相対的に移動させる搬送機構と、
    を備える、塗工装置。
  7. 請求項５に記載の積層基材をノズルに対して相対的に移動させつつ、前記ノズルにより、前記電解質膜の表面に触媒インクを塗工する、塗工方法。
  8. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の支持フィルムの前記接着剤層に、前記電解質膜を貼り付けることにより、積層基材を形成する貼付部と、
    前記積層基材の前記電解質膜の表面に、触媒インクを塗工するノズルと、
    前記ノズルに対して前記積層基材を相対的に移動させる搬送機構と、
    を備える、塗工装置。
  9. ａ）請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の支持フィルムの前記接着剤層に、前記電解質膜を貼り付けることにより、積層基材を形成する工程と、
    ｂ）前記積層基材をノズルに対して相対的に移動させつつ、前記ノズルにより、前記電解質膜の表面に触媒インクを塗工する工程と、
    を有する、塗工方法。
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