JP5692284B2 - 補強型電解質膜の製造方法およびその製造装置 - Google Patents

補強型電解質膜の製造方法およびその製造装置 Download PDF

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Description

本発明は、燃料電池に関する。
従来から、固体高分子形燃料電池（以下、単に「燃料電池」と呼ぶ）に用いられる電解質膜として、内部に多孔質の補強部材を包含させた補強型電解質膜が知られている（下記特許文献１，２等）。特許文献１の技術では、互いに貼り合わされるように搬送されている２枚の帯状の多孔質補強膜の合流点において、２枚の多孔質補強膜の間に電解質樹脂を流入させて圧着することにより、補強型電解質膜が製造される。特許文献２の技術では、搬送されている帯状の補強膜の両側から帯状の電解質膜を重ね合わせて熱圧着することにより、補強型電解質膜が製造される。
特開２００８−００４３４４号公報 特開２００８−２７７２８８号公報
ところで、帯状部材をその長手方向に搬送する際には、当該帯状部材が搬送方向の引張応力を付与されることによって幅方向に収縮変形してしまう、いわゆるネックインが生じる場合がある。補強型電解質膜の製造工程において、電解質膜や補強部材などの帯状部材の搬送中にそうしたネックインが生じると、当該帯状部材の強度等の機能が低下してしまい、補強型電解質膜や、それを用いた燃料電池の耐久性が低下してしまう可能性がある。ネックインの発生を抑制するために搬送中に帯状部材に付与される引張応力を制御しようとすると、搬送制御が複雑化してしまい、装置が高額になる可能性がある。
このように、補強型電解質膜の製造工程においては、電解質膜や補強部材などの帯状部材の搬送方法ついて依然として改良の余地があった。そのほか、従来の補強型電解質膜の製造工程においては、工程の容易化や簡易化、低コスト化、省資源化、装置の小型化や使い勝手の向上等が要求されてきた。
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。
［１］本発明の一形態によれば、燃料電池に用いられ、内部に多孔質の補強部材が配置されている補強型電解質膜の製造方法が提供される。この形態の製造方法は、（ａ）電解質ポリマーの帯状体である帯状電解質ポリマーをバックシートの表面に配置した状態で、前記帯状電解質ポリマーの長手方向を搬送方向として搬送する工程と、（ｂ）前記補強部材の帯状体である第１の帯状補強部材をバックシートの表面に配置した状態で前記搬送方向に搬送して、前記帯状電解質ポリマーの表面に前記第１の帯状補強部材を配置する工程と、（ｃ）前記工程（ｂ）の後に、前記第１の帯状補強部材のバックシートと前記第１の帯状補強部材との間に存在する電解質ポリマーによって、前記第１の帯状補強部材のバックシートと前記第１の帯状補強部材との間の密着性が、前記帯状電解質ポリマーのバックシートと前記帯状電解質ポリマーとの間の密着性より高くなっている状態において、前記帯状電解質ポリマーから前記電解質ポリマーのバックシートを剥離する工程と、を備える。この形態の製造方法によれば、バックシートの使用によって、搬送中の帯状電解質ポリマーや帯状補強部材を保護できる。また、帯状電解質ポリマーからのバックシートの剥離が容易になり、その剥離に伴う搬送不良の発生が抑制される。
［２］上記形態の製造方法において、前記工程（ｃ）は、前記帯状電解質ポリマーのバックシートと前記第１の帯状補強部材のバックシートとを介して、前記帯状電解質ポリマーと前記第１の帯状補強部材とを熱圧着することによって、前記帯状電解質ポリマーを構成する前記電解質ポリマーを、前記第１の帯状補強部材の内部に含浸させて、前記第１の帯状補強部材のバックシートと前記第１の帯状補強部材との界面まで到達させることにより、前記第１の帯状補強部材のバックシートと前記第１の帯状補強部材との間の密着性を前記帯状電解質ポリマーのバックシートと前記帯状電解質ポリマーとの間の密着性より高くする工程を含んでいても良い。この形態の製造方法によれば、帯状電解質ポリマーと第１の帯状補強部材の熱圧着工程によって、第１の帯状補強部材と第１の帯状補強部材のバックシートとの間の密着性を増大させることができるため、その後に実行される帯状電解質ポリマーからのバックシートの剥離が容易になる。
［３］上記形態の製造方法はさらに、（ｄ）前記帯状電解質ポリマーのバックシートが剥離された前記帯状電解質ポリマーの面に、第２の帯状補強部材を配置して熱圧着する工程を備えていても良い。この形態の製造方法によれば、帯状電解質ポリマーの両面側に帯状補強部材を入り込ませた補強型電解質膜を得ることができる。
［４］上記形態の製造方法は、前記工程（ｃ）の前においては、前記第１の帯状補強部材と前記第１の補強部材のバックシートとの間の密着性は、前記帯状電解質ポリマーと前記帯状電解質ポリマーのバックシートとの間の密着性より低くても良い。この形態の製造方法によれば、第１の帯状補強部材の表面にバックシートを配置するときに、それらの間の密着性を高く設定する必要がないため、第１の帯状補強部材に対するバックシートの配置が容易になる。
［５］上記形態の製造方法は、前記工程（ａ）の前には、前記第１の帯状補強部材は、前記工程（ｃ）における熱圧着の温度より低い耐熱温度を有する搬送用バックシートの表面に配置されており、前記工程（ａ）は、前記搬送用バックシートを、前記工程（ｃ）における熱圧着の温度より高い耐熱温度を有する耐熱性バックシートに交換する工程を含むものとしても良い。この製造方法によれば、第１の帯状補強部材を帯状電解質ポリマーの表面に配置する前に使用される第１の帯状補強部材のバックシートとして耐熱性の低いものを採用することができる。従って、第１の帯状補強部材を帯状電解質ポリマーの表面に配置する前に使用される第１の帯状補強部材のバックシートについては、第１の帯状補強部材に対する密着性を重視した材料選択ができる。
［６］上記形態の製造方法において、前記第１の帯状補強部材と前記第１の帯状補強部材のバックシートとの間に電解質ポリマーを含む中間層が予め配置されていることによって、前記工程（ｂ）の前から、前記第１の帯状補強部材のバックシートと前記第１の帯状補強部材との間の密着性が前記帯状電解質ポリマーのバックシートと前記帯状電解質ポリマーとの間の密着性より予め高くなっており、前記工程（ｂ）は、前記帯状電解質ポリマーと前記第１の帯状補強部材との間の密着性が前記帯状電解質ポリマーのバックシートと前記帯状電解質ポリマーとの間の密着性より高くなるように、前記帯状電解質ポリマーと前記第１の帯状補強部材とを圧着する工程を含んでいても良い。この形態の製造方法によれば、帯状電解質ポリマーと第１の帯状補強部材とが一体化される前であっても、帯状電解質ポリマーからバックシートを容易に剥離することができる。また、帯状電解質ポリマーと第１の帯状補強部材とが一体化された後の補強型電解質膜の表面性状を良好にすることができる。
［７］上記形態の製造方法は、さらに、（ｅ）前記バックシートが剥離された前記帯状電解質ポリマーの面に、第２の帯状補強部材を配置して、前記帯状電解質ポリマーと、前記第１と第２の帯状補強部材とを熱圧着する工程を備えていても良い。この製造方法によれば、両面側に第１と第２の帯状補強部材が圧着された補強型電解質膜を得ることができる。
上述した本発明の各形態の有する複数の構成要素はすべてが必須のものではなく、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、適宜、前記複数の構成要素の一部の構成要素について、その変更、削除、新たな他の構成要素との差し替え、限定内容の一部削除を行うことが可能である。また、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、上述した本発明の一形態に含まれる技術的特徴の一部又は全部を上述した本発明の他の形態に含まれる技術的特徴の一部又は全部と組み合わせて、本発明の独立した一形態とすることも可能である。
本発明は、補強型電解質膜の製造方法以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、補強型電解質膜の製造装置や、上記製造方法や前記製造装置によって製造された補強型電解質膜、それらの製造方法や製造装置を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した一時的でない記録媒体等の形態で実現することができる。
第１実施形態としての補強型電解質膜の製造装置の構成を示す概略図。 加工部によって実行される工程の手順を示す工程図。 第１の貼合部における工程を示す模式図。 第１の熱圧着部および第１の剥離部における工程を示す模式図。 第２の貼合部と、第２の熱圧着部と、第２の剥離部における工程を示す模式図。 加水分解処理部における工程を示す模式図。 補強型電解質膜のサンプルの性能評価試験の結果をまとめた表を示す説明図。 製造装置の工程途中における各部材間の密着性の９０°剥離試験による測定結果を示す説明図。 ９０°剥離試験の方法を説明するための模式図。 第２実施形態の補強型電解質膜の製造装置の構成を示す概略図。 第２実施形態の補強型電解質膜の製造装置の構成を示す概略図。 第２実施形態の加工部によって実行される工程の手順を示す工程図。 第１の貼合部と第１の剥離部における工程の内容を示す模式図。 第２の貼合部と第１の熱圧着部と第２の剥離部における工程の内容を示す模式図。 第３の貼合部と第３の剥離部における工程の内容を示す模式図。 第４の貼合部と第２の熱圧着部と第４の剥離部における工程の内容を示す模式図。 第１の剥離部において搬送用バックシートを剥離する前の各部材間の密着性を９０°剥離試験によって測定した結果を示す説明図。 第３実施形態としての補強型電解質膜の製造装置の構成を示す概略図。 第３実施形態の加工部によって実行される工程の手順を示す工程図。 第１の貼合部と第１の剥離部における工程の内容を示す模式図。 第２の貼合部における工程の内容を示す模式図。 熱圧着部と第２の剥離部における工程の内容を示す模式図。
A．第１実施形態：
図１は、本発明の第１実施形態としての補強型電解質膜の製造装置１００の構成を示す概略図である。この製造装置１００は、内部に多孔質補強部材が包含されている補強型電解質膜を帯状部材の連続搬送によって製造する。製造装置１００は、電解質ポリマー供給部１０と、第１の補強膜供給部２０と、第２の補強膜供給部２１と、加工部３０と、加水分解処理部４０と、を備える。
電解質ポリマー供給部１０は、バックシート１ｂに配置されている帯状電解質ポリマー１を、加工部３０に供給する。より具体的には、電解質ポリマー供給部１０は、バックシート１ｂに配置された状態でロール状に巻かれている帯状電解質ポリマー１を、送出ローラー（図示は省略）によって加工部３０に送り出す。なお、電解質ポリマー供給部１０は、別々にロール状に巻かれている帯状電解質ポリマー１とバックシート１ｂとを互いに貼り合わせた上で加工部３０に送り出す構成であっても良い。
帯状電解質ポリマー１は、加水分解処理によってプロトン伝導性が付与される前の電解質ポリマーが帯状に成形された部材である。電解質ポリマーは、燃料電池用の電解質膜を構成するフッ素系のイオン交換樹脂であり、例えば、ナフィオン（登録商標）などのパーフルオロスルホン酸系ポリマーによって構成される。帯状電解質ポリマー１の厚みは、例えば、５〜１５μｍ程度であることが好ましく、５〜１０μｍ程度であることがより好ましい。帯状電解質ポリマー１の厚みがこれらの範囲内であれば、燃料電池において十分なプロトン伝導性を確保することができる。
帯状電解質ポリマー１のバックシート１ｂは、搬送による帯状電解質ポリマー１の損傷・劣化を抑制できる程度の厚みや剛性を有することが望ましい。また、バックシート１ｂは、加工部３０における熱圧着工程（後述）に耐えることができる程度の耐熱性を有することが好ましい。具体的には、バックシート１ｂの連続最高使用温度は２３０°より高いことが好ましい。また、バックシート１ｂの表面は比較的粗くても良く、その表面粗さ（Ｒａ）は４００〜２０００ｎｍ程度であっても良い。
本実施形態では、バックシート１ｂは、下記のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）によって構成される。
＜バックシート１ｂを構成するＰＴＦＥ＞
弾性率： ０．３〜０．５ＧＰａ程度
厚み： ４５〜５５μｍ程度
表面粗さ（Ｒａ）：９００〜１１００ｎｍ程度
連続最高使用温度：２５０〜２７０℃程度
ここで、帯状電解質ポリマー１とバックシート１ｂとの間の密着性は、帯状電解質ポリマー１の支持性が確保されることが好ましい。また、帯状電解質ポリマー１とバックシート１ｂとの間の密着性は、帯状電解質ポリマー１と第１の補強膜２とが熱圧着された後の第１の補強膜２とバックシート２ｂとの間の密着性より高くならないように調整されていることが好ましい。この理由については後述する。
帯状電解質ポリマー１とバックシート１ｂとの間の密着性は、バックシート１ｂの種類や表面性状、貼り合わせの際の加圧力や加圧時間、温度によって調整することができる。具体的に、帯状電解質ポリマー１とバックシート１ｂとの間の密着性は、９０°剥離試験において、０．８〜１．２Ｎ／ｃｍの測定結果が得られる程度に調整されるものとしても良い。
第１の補強膜供給部２０は、バックシート２ｂに配置された状態の帯状の第１の補強膜２を加工部３０に供給し、第２の補強膜供給部２１は、バックシート３ｂに配置された状態の帯状の第２の補強膜３を加工部３０に供給する。より具体的には、第１と第２の補強膜供給部２０，２１はそれぞれ、バックシート２ｂ，３ｂに配置された状態でロール状に巻かれている第１と第２の補強膜２，３を、送出ローラー（図示は省略）によって加工部３０に送り出す。なお、第１と第２の補強膜供給部２０，２１は、別体として準備された第１と第２の補強膜２，３と、バックシート２ｂ，３ｂと、を互いに貼り合わせた上で加工部３０に送り出す構成であっても良い。
第１と第２の補強膜２，３は、溶融した電解質ポリマーを内部に含浸させることができる多孔質の帯状補強部材である。本実施形態では、第１と第２の補強膜２，３はそれぞれ、下記の延伸ＰＴＦＥ（ｅＰＴＦＥ）によって構成される。第１と第２の補強膜２，３を下記のｅＰＴＦＥによって構成すれば、好適な厚みと強度とを両立する補強型電解質膜を容易に製造することができる。
＜第１と第２の補強膜２，３を構成するｅＰＴＦＥ＞
目付：０．１〜０．３ｍｇ／ｃｍ2程度
強度：０．５〜２．０Ｎ／ｍｍ（＠１０％ひずみ）程度
第１と第２の補強膜２，３のバックシート２ｂ，３ｂはそれぞれ、第１と第２の補強膜２，３の搬送による損傷・劣化を抑制できる程度の厚みや剛性を有することが望ましい。また、バックシート２ｂ，３ｂは、加工部３０における熱圧着工程（後述）に耐えることができる程度の耐熱性を有することが好ましい。具体的には、バックシート２ｂ，３ｂの連続最高使用温度は２３０°より高いことが好ましい。また、バックシート２ｂ，３ｂの表面は、比較的滑らかであることが好ましく、例えば、その表面粗さ（Ｒａ）が、１００〜２００ｎｍ程度であることが好ましい。これによって、バックシート２ｂ，３ｂが剥離された後の補強型電解質膜の表面性状の劣化を抑制できる。
ところで、本実施形態において第１と第２の補強膜２，３を構成するｅＰＴＦＥは、一般に、バックシートとの間の密着性を確保することは容易ではない。これは、ｅＰＴＦＥを構成するフッ素樹脂が他の部材との密着性を確保しにくい性質を有していることや、ｅＰＴＦＥが多孔質に構成されていることに起因する。
しかし、本実施形態の製造装置１００および製造方法では、加工部３０に供給されるときの、第１と第２の補強膜２，３とバックシート２ｂ，３ｂとの間の密着性は比較的低くても良い。第１と第２の補強膜２，３とバックシート２ｂ，３ｂとの間の密着性は、第１と第２の補強膜２，３とバックシート２ｂ，３ｂとがかろうじて付着している程度であっても良い。
この理由は、加工部３０に供給されるときの第１と第２の補強膜２，３とバックシート２ｂ，３ｂとの間の密着性が低い場合であっても、熱圧着工程を経ることによって、両者の間の密着性を高くすることができるためである（詳細は後述）。具体的に、加工部３０に供給されるときの第１と第２の補強膜２，３とバックシート２ｂ，３ｂとの間の密着性は、９０°剥離試験において、０．０１〜０．０５Ｎ／ｃｍ程度の測定値が得られる程度であっても良い。
本実施形態では、バックシート２ｂ，３ｂは、下記のパーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）によって構成される。下記のＰＦＡであれば、第１と第２の補強膜２，３がｅＰＴＦＥによって構成されている場合であっても、少なくとも、第１と第２の補強膜２，３の支持性を確保できる密着性と、熱圧着工程に耐えうる耐熱性とを確保することができる。
＜バックシート２ｂ，３ｂを構成するＰＦＡ＞
弾性率： ０．３〜０．５ＧＰａ程度
厚み： ４５〜５５μｍ程度
表面粗さ（Ｒａ）：１００〜２００μｍ程度
連続最高使用温度：２５０〜２７０℃程度
加工部３０は、帯状電解質ポリマー１をその長手方向に搬送しつつ、第１と第２の補強膜２，３をそれぞれ、帯状電解質ポリマー１の各面に熱圧着によって入り込ませ、帯状電解質ポリマー１と第１と第２の補強膜２，３とを一体化する。加工部３０では、第１の貼合部３１と、第１の熱圧着部３２と、第１の剥離部３３と、第２の貼合部３４と、第２の熱圧着部３５と、第２の剥離部３６とが、この順で、帯状電解質ポリマー１の搬送方向に配置されている。
図２は、加工部３０によって実行される工程の手順を示す工程図である。図３〜図５は、図２に示されている加工部３０において実行される各工程の内容を説明するための模式図である。図３〜図５にはそれぞれ、加工部３０において加工されていく帯状部材の様子を、各帯状部材を幅方向に切断したときの概略断面図によって各工程ごとに模式的に図示してある。以下では、加工部３０の各構成部３１〜３６における工程の内容を、図１とともに図２〜図５を参照図として用いて順に説明する。
加工部３０は、電解質ポリマー供給部１０からバックシート１ｂに配置されている帯状電解質ポリマー１の供給を受けるとともに、第１の補強膜供給部２０からバックシート２ｂに配置されている第１の補強膜２の供給を受ける（図２の工程１）。帯状電解質ポリマー１および第１の補強膜２は第１の貼合部３１へと搬送される。
図３は、第１の貼合部３１において実行される工程の内容を示す模式図である。第１の貼合部３１は、圧着ローラー３１ｒによって帯状電解質ポリマー１と第１の補強膜２とを互いに面接触させて密着させる（工程２）。互いに貼り合わされた帯状電解質ポリマー１と第１の補強膜２とは２枚のバックシート１ｂ，２ｂに挟まれた状態で第１の熱圧着部３２へと搬送される。
図４は、第１の熱圧着部３２および第１の剥離部３３において実行される工程の内容を示す模式図である。第１の熱圧着部３２は、ホットローラー３２ｒによって、帯状電解質ポリマー１と第１の補強膜２とを熱圧着する（工程３）。この工程では、ホットローラー３２ｒによる熱圧によって、帯状電解質ポリマー１を構成する電解質ポリマーが溶融し、第１の補強膜２の細孔に含浸する。これによって、第１の補強膜２が帯状電解質ポリマー１の内部に入り込み、第１の補強膜２と帯状電解質ポリマー１とが一体化される。以後、第１の補強膜２が一体化され、片面が補強された帯状電解質ポリマー１を「片面補強膜１ｒ」と呼ぶ。
ホットローラー３２ｒから繰り出された片面補強膜１ｒは、２枚のバックシート１ｂ，２ｂに挟まれた状態で、第１の剥離部３３へと搬送される。第１の剥離部３３は、剥離ローラー３３ｒによって、片面補強膜１ｒからバックシート１ｂを剥離して回収する（工程４）。
ここで、熱圧着工程では、帯状電解質ポリマー１の電解質ポリマーが第１の補強膜２とバックシート２ｂとの間まで染み出す。より具体的には、帯状電解質ポリマー１の電解質ポリマーは、第１の補強膜２とバックシート２ｂとの界面における第１の補強膜２の細孔まで染み出す。そして、この染み出した電解質ポリマーが接着剤として機能するため、第１の補強膜２とバックシート２ｂとの間の密着性が著しく高くなる。加えて、上述したように、帯状電解質ポリマー１とバックシート１ｂとの間の密着性は、ホットローラー３２ｒから繰り出された後の第１の補強膜２とバックシート２ｂとの間の密着性よりも低くなるように予め調整されている。
そのため、第１の剥離部３３では、バックシート２ｂによる片面補強膜１ｒの支持性が確保された状態で片面補強膜１ｒからバックシート１ｂを剥離することができる。従って、バックシート１ｂの剥離の際に、バックシート２ｂと片面補強膜１ｒとの剥離して片面補強膜１ｒが損傷・劣化するなどの搬送不良の発生が抑制される。第１の剥離部３３においてバックシート１ｂが剥離された片面補強膜１ｒは、第２の貼合部３４へと搬送される。
図５は、第２の貼合部３４と、第２の熱圧着部３５と、第２の剥離部３６のそれぞれにおいて実行される工程の内容を示す模式図である。第２の貼合部３４は、第２の補強膜供給部２１から、バックシート３ｂが貼付された状態の第２の補強膜３の供給を受ける（工程５）。第２の貼合部３４は、圧着ローラー３４ｒによって、片面補強膜１ｒのバックシート１ｂが剥離された面と第２の補強膜３とを互いに面接触させて密着させる（工程６）。互いに貼り合わされた片面補強膜１ｒと第２の補強膜３とは２枚のバックシート２ｂ，３ｂによって挟まれた状態で、第２の熱圧着部３５へと搬送される。
第２の熱圧着部３５は、ホットローラー３５ｒによって、片面補強膜１ｒと第２の補強膜３とを熱圧着する（工程７）。この工程では、ホットローラー３２ｒによる熱圧によって、工程３のときと同様に、第２の補強膜３が片面補強膜１ｒの内部に入り込み、片面補強膜１ｒと第２の補強膜３とが一体化される。以後、第２の熱圧着部３５において、第２の補強膜３が一体化され、第１と第２の補強膜２，３によって両面が補強された帯状電解質ポリマー１を「両面補強膜１ｒｒ」と呼ぶ。
ホットローラー３５ｒから繰り出された両面補強膜１ｒｒは、２枚のバックシート２ｂ，３ｂに挟まれた状態で、第２の剥離部３６へと搬送される。第２の剥離部３６は、剥離ローラー３６ｒによって、両面補強膜１ｒｒから、第１の補強膜２側のバックシート２ｂを剥離して回収する（工程８）。バックシート３ｂによって支持された状態の両面補強膜１ｒｒは加水分解処理部４０へと搬送される。なお、バックシート３ｂは、加水分解処理部４０へ搬送される前に、加水分解処理に好適な他のバックシートに貼り替えられても良い。
図６は、加水分解処理部４０における工程を示す、図３〜図５と同様な模式図である。加水分解処理部４０では、両面補強膜１ｒｒに対して加水分解処理が施され、両面補強膜１ｒｒの電解質ポリマーにプロトン伝導性が付与され、補強型電解質膜１ｃが完成する。加水分解処理の具体的な内容は、以下の通りである。両面補強膜１ｒｒを、アルカリ溶液に浸漬させ、電解質ポリマーが有する側鎖端末である−ＳＯ2Ｆ基を−ＳＯ3Ｎａ基に変性させる。そして、両面補強膜１ｒｒを水洗した後に、酸性溶液に浸漬させて、前段階で変性された−ＳＯ3Ｎａ基を、さらに、−ＳＯ3Ｈ基へと変性させる。
以上のように、本実施形態の製造装置１００および製造方法によれば、帯状電解質ポリマー１および第１と第２の補強膜２，３はそれぞれバックシート１ｂ，２ｂ，３ｂによって支持された状態で搬送されている。従って、帯状電解質ポリマー１や第１と第２の補強膜２，３が、搬送によって損傷・劣化してしまうことが抑制される。特に、本実施形態の製造装置１００であれば、第１と第２の補強膜２，３が２．０Ｎ以下の引っ張り応力を付与されただけでも歪みを生じてしまうようなｅＰＴＦＥによって構成されている場合であっても、その損傷・劣化を抑制することができる。
また、本実施形態の製造装置１００および製造方法によれば、片面補強膜１ｒからバックシート１ｂを剥離するときには、反対側のバックシート２ｂと片面補強膜１ｒとの間の密着性が高くなっていることによって片面補強膜１ｒの支持性が確保されている。従って、バックシート１ｂの剥離に伴う搬送不良の発生が抑制される。
図７は、補強型電解質膜のサンプルの性能評価試験の結果をまとめた表を示す説明図である。本発明の発明者は、模擬的に搬送中のネックインを生じさせた補強膜を用いて補強型電解質膜のサンプルｓ１〜ｓ４を作成し、各サンプルｓ１〜ｓ４の性能を評価するために、膨潤による寸法変化率と、限界サイクル数とを計測した。
表中の各サンプルｓ１〜ｓ４の「ネックイン度数」は、各サンプルｓ１〜ｓ４を作成する前に、各サンプルｓ１〜ｓ４の補強膜に対して長手方向（ＭＤ方向）に引張応力を付与してネックインを生じさせたときの各補強膜の幅方向（ＴＤ方向）の寸法収縮率である。このネックイン度数は、各サンプルｓ１〜ｓ４の補強膜に生じさせたネックインの度合いを表している。
膨潤による寸法変化率は以下のように計測された。
［１］８ｃｍ四方で切り出された各サンプルｓ１〜ｓ４を、基準となる乾燥環境下（温度２５°、相対湿度５０％ＲＨ）に配置し、ＴＤ方向の寸法を測定した。以後、このとき測定された寸法を「乾燥寸法」と呼ぶ。
［２］次に、各サンプルｓ１〜ｓ４を、１００℃の熱水に１時間浸漬させて膨潤させた後に、ＴＤ方向の寸法を測定した。以後、このとき測定された寸法を「膨潤寸法」と呼ぶ。
［３］乾燥寸法の測定値Ｘと膨潤寸法の測定値Ｙとを用いて、膨潤による寸法変化率Ｒを下記の式（Ａ）によって算出した。
寸法変化率Ｒ（％）＝１００（Ｙ／Ｘ）−１００ …（Ａ）
限界サイクル数は、各サンプルｓ１〜ｓ４を用いて作成された各膜電極接合体についての乾湿耐久試験において以下のように計測された。
＜膜電極接合体の作成方法＞
［１］各サンプルｓ１〜ｓ４の両面に、触媒担持カーボンとフッ素系アイオノマーの分散溶液をスプレー法によって塗布することによって、触媒電極を形成した。
［２］各サンプルｓ１〜ｓ４の触媒電極の上にガス拡散層としてカーボン繊維基材を配置した。
＜乾湿耐久試験の条件＞
［１］各サンプルｓ１〜ｓ４の膜電極接合体に、湿潤窒素ガスと乾燥窒素ガスを５分周期で交互に切り替えて供給しつつ、所定のタイミングで各サンプルｓ１〜ｓ４のガス透過性を検査した。
［２］ガス透過性の検査において計測されるガスの透過量（クロスリーク量）が規定値以上になったときに、それまでに湿潤窒素ガスと乾燥窒素ガスとを切り替えたサイクル数を限界サイクル数として取得した。
膨潤による寸法変化率Ｒは、ネックイン度数が大きいサンプルほど大きくなった。これは、ネックイン度が大きいほど、補強膜のＴＤ方向における強度が低下したためである。また、乾湿耐久試験では、ネックイン度数が大きいサンプルほど、限界サイクル数が小さくなった。これは、ネックイン度数が大きいサンプルほど、補強膜の強度の低下によって、乾湿状態の変動による膨潤・収縮の変化量が大きくなったためである。
以上のように、補強膜の搬送中に生じるネックインの度合いが大きいほど補強型電解質膜の性能が低下する可能性が高いことが実験によって確認された。従って、補強型電解質膜の製造工程では、本実施形態の製造装置１００のように、補強膜がバックシートで支持されて搬送されることが望ましい。
図８は、製造装置１００の工程途中における各部材間の密着性を９０°剥離試験によって測定した結果をまとめた表を示す説明図である。図９は、９０°剥離試験の方法を説明するための模式図である。第１の補強膜２や、２つのバックシート１ｂ，２ｂを以下に示す材料によって構成したときの製造装置１００の工程途中における各部材間の密着性が９０°引っ張り試験によって確認された。なお、弾性率は、東陽テクニカ社製のナノインテンダーＧ２００による測定値である。また、表面粗さ（Ｒａ）は、オリンパス社製レーザー顕微鏡ＯＬＳ４０００による測定値である。
＜第１の補強膜２＞
材料： ｅＰＴＦＥ
＜帯状電解質ポリマー１のバックシート１ｂ＞
材料： ＰＴＦＥ
弾性率： ０．４ＧＰａ
厚み： ５０μｍ
表面粗さ（Ｒａ）： １０００ｎｍ
連続最高使用温度： ２６０℃
＜第１の補強膜２のバックシート２ｂ＞
材料： ＰＦＡ
弾性率： ０．４ＧＰａ
厚み： ５０μｍ
表面粗さ（Ｒａ）： １６０ｎｍ
連続最高使用温度： ２６０℃
加工部３０に供給される前に、帯状電解質ポリマー１とバックシート１ｂとは以下の条件で貼り合わされた。また、第１の補強膜２とバックシート２ｂについても同様な条件で貼り合わされた。
温度： ２５℃
加圧力： ０．４ＭＰａ
加圧時間： １０分
第１の貼合部３１では、以下の条件下で第１の補強膜２と帯状電解質ポリマー１とが貼り合わされた。
温度： ２５℃
加圧力： ０．４ＭＰａ
加圧時間： １０分
第１の熱圧着部３２では、以下の条件下で第１の補強膜２と帯状電解質ポリマー１とが熱圧着された。
温度： ２３０℃
加圧力： ０．５ＭＰａ
加圧時間： １０分
＜９０°剥離試験の内容＞
９０°剥離試験では、試験対象である膜部材Ａ，Ｂが互いに貼り合わされるとともに、膜部材Ａが基台に固定され、部分的に剥離された膜部材Ｂの一端を垂直上方向に引っ張たときの引張力が計測される（図９）。表中の密着性の計測値は、表中の各材料Ａ，Ｂの組み合わせについて、幅１ｃｍ、長さ１０ｃｍで切り出されたサンプルを用いて、９０°剥離試験によって得られた計測値である。
９０°剥離試験の結果、第１の補強膜供給部２０から加工部３０に供給されるときの第１の補強膜２（ｅＰＴＦＥ）とバックシート２ｂ（ＰＦＡ）との間の密着性は０．０２Ｎ／ｃｍであった。一方、電解質ポリマー供給部１０から加工部３０に供給されたときの帯状電解質ポリマー１とバックシート１ｂ（ＰＴＦＥ）との間の密着性は１．０Ｎ／ｃｍであった。また、第１の貼合部３１において貼り合わされた後の帯状電解質ポリマー１と第１の補強膜２（ｅＰＴＦＥ）との間の密着性は、０．１Ｎ／ｃｍであった。
第１の熱圧着部３２における熱圧着工程を経た後の片面補強膜１ｒとバックシート２ｂ（ＰＦＡ）との間の密着性は、１．４Ｎ／ｃｍであり、熱圧着工程の前段階よりも著しく高い値になった。一方、熱圧着工程を経た後の片面補強膜１ｒとバックシート１ｂ（ＰＴＦＥ）との間の密着性は１．２Ｎ／ｃｍであり、熱圧着工程によってわずかに上昇するにとどまった。
このように、熱圧着工程を経ることによって、第１の補強膜２とバックシート２ｂとの間の密着性が著しく高くなり、帯状電解質ポリマー１とバックシート１ｂとの間の密着性よりも高くなった。これは、既に説明したように、第１の補強膜２とバックシート２ｂとの間に染み出した電解質ポリマーが接着剤として機能したためである。この結果、帯状電解質ポリマー１とそのバックシート１ｂとの間の密着性が、片面補強膜１ｒとバックシート１ｂとの間の密着性よりも高くなった。
以上のように、本実施形態の製造装置１００および製造方法によれば、第１の剥離部３３において、片面補強膜１ｒとバックシート１ｂとの間の密着性が高くなるため、片面補強膜１ｒからのバックシート１ｂの剥離が容易に実行できる。従って、バックシート１ｂの剥離に伴う搬送不良の発生が抑制される。
B．第２実施形態：
図１０，図１１は、本発明の第２実施形態としての補強型電解質膜の製造装置１００Ａの構成を示す概略図である。図１０，図１１にはそれぞれ、製造装置１００Ａの前段側と後段側とを、便宜上分離して図示してある。第２実施形態の製造装置１００Ａでは、帯状電解質ポリマー１に対する第１と第２の補強膜２，３の熱圧着の前に、第１と第２の補強膜２，３のバックシートの貼り替えが実行される。
第２実施形態の製造装置１００Ａは、電解質ポリマー供給部１０と、第１と第２の補強膜供給部２０Ａ，２１Ａと、第１と第２のバックシート供給部２２，２３と、加工部３０Ａと、加水分解処理部４０と、を備える。電解質ポリマー供給部１０は、第１実施形態で説明したのと同様な構成であり、バックシート１ｂに配置されている帯状電解質ポリマー１を加工部３０Ａに供給する。帯状電解質ポリマー１およびバックシート１ｂは第１実施形態で説明したのと同様な材料で構成される。
第１と第２の補強膜供給部２０Ａ，２１Ａはそれぞれ、加工部３０Ａに供給する第１と第２の補強膜２，３のバックシートが異なる点以外は、第１実施形態で説明した第１と第２の補強膜供給部２０，２１と同様な構成である。第１と第２の補強膜供給部２０Ａ，２１Ａはそれぞれ、供給用バックシート２ｂｆ，３ｂｆに配置されている第１と第２の補強膜２，３を加工部３０Ａに供給する。第１と第２の補強膜２，３は第１実施形態で説明したものと同じであり、ｅＰＴＦＥなどの多孔質膜部材によって構成される。
本第２実施形態では、第１と第２の補強膜２，３のそれぞれが配置されている供給用バックシート２ｂｆ,３ｂｆは、第１実施形態で説明したバックシート２ｂ，３ｂよりも剛性が高い樹脂部材によって構成される。従って、加工部３０Ａへの搬送中に、第１と第２の補強膜２，３にネックインなどの歪みや劣化が生じることが、より確実に抑制される。
供給用バックシート２ｂｆ，３ｂｆは、例えば、下記のポリエチレンテフタレート（ＰＥＴ）によって構成される。下記のＰＥＴであれば、第１と第２の補強膜２，３が樹脂材料との密着性を得にくいｅＰＴＦＥによって構成されている場合であっても、少なくとも、支持性を確保できる密着性を確保することができる。
＜バックシート２ｂｆ，３ｂｆを構成するＰＥＴ＞
弾性率： ３〜５ＧＰａ程度
厚み： ３０〜５０μｍ程度
表面粗さ（Ｒａ）： ２０〜４０ｎｍ程度
ここで、第１の補強膜２と供給用バックシート２ｂｆとの間の密着性は、帯状電解質ポリマー１とバックシート１ｂとの間の密着性および熱圧着される前の第１の補強膜２と帯状電解質ポリマー１との間の密着性より低く調整される。また、第２の補強膜３と供給用バックシート３ｂｆとの間の密着性は、片面補強膜１ｒとバックシート２ｂとの間の密着性より低く調整される。この理由については後述する。
このように、第１と第２の補強膜２，３と供給用バックシート２ｂｆ,３ｂｆとの間の密着性は比較的低くても良い。具体的に、第１と第２の補強膜２，３と供給用バックシート２ｂｆ,３ｂｆとの間の密着性は、９０°剥離試験において、０．０１〜０．０３Ｎ／ｃｍの測定結果が得られる程度であっても良い。
また、後述するように、第２実施形態の製造装置１００Ａでは、供給用バックシート２ｂｆ，３ｂｆは、熱圧着工程の前に、耐熱性の高いバックシート２ｂ，３ｂに貼り替えられる。そのため、供給用バックシート２ｂｆ，３ｂｆは、耐熱性が低い材料によって構成されても良い。
第１と第２のバックシート供給部２２，２３はそれぞれ、加工部３０Ａに貼り替え用のバックシート２ｂ，３ｂを供給する。バックシート２ｂ，３ｂは、熱圧着工程における加熱温度に耐えることができる程度の耐熱性を有していることが望ましく、第１実施形態において第１と第２の補強膜２，３に貼り合わされていたものと同じもので良い。なお、以下では、バックシート２ｂ，３ｂを特に、「耐熱性バックシート２ｂ，３ｂ」と呼ぶ。
加工部３０Ａは、第１と第２の補強膜２，３の供給用バックシート２ｂｆ，３ｂｆを耐熱性バックシート２ｂ，３ｂに貼り替えた上で、第１と第２の補強膜２，３と帯状電解質ポリマー１とを熱圧着によって一体化する。加工部３０Ａは、第１の貼合部５０と、第１の剥離部５１と、第２の貼合部５２と、第１の熱圧着部５３と、第２の剥離部５４と、第３の貼合部５５と、第３の剥離部５６と、第４の貼合部５７と、第２の熱圧着部５８と、第４の剥離部５９とが、この順で、帯状電解質ポリマー１の搬送方向に配置されている。
図１２は、第２実施形態の加工部３０Ａによって実行される工程の手順を示す工程図である。図１３〜図１６は、図１２に示されている加工部３０Ａにおいて実行される各工程の内容を説明するための模式図である。図１３〜図１６にはそれぞれ、第２実施形態の加工部３０Ａにおいて加工されていく帯状部材の様子を、各帯状部材を幅方向に切断したときの概略断面図によって各工程ごとに模式的に図示してある。以下では、第２実施形態の加工部３０Ａの各構成部５０〜５９において実行される工程の内容を、図１０，図１１とともに図１２〜図１６を参照図として用いて順に説明する。
加工部３０Ａは、電解質ポリマー供給部１０からバックシート１ｂに配置されている帯状電解質ポリマー１の供給を受けるとともに、第１の補強膜供給部２０Ａから供給用バックシート２ｂｆに配置されている第１の補強膜２の供給を受ける（図１２の工程１１）。帯状電解質ポリマー１および第１の補強膜２は第１の貼合部５０へと搬送される。
図１３は、第１の貼合部５０と第１の剥離部５１における工程の内容を示す模式図である。第１の貼合部５０は、圧着ローラー５０ｒによって帯状電解質ポリマー１と第１の補強膜２とを互いに面接触させて密着させる（工程１２）。第１の貼合部５０は、帯状電解質ポリマー１と第１の補強膜２との間の密着性が、少なくとも、第１の補強膜２と供給用バックシート２ｂｆとの間の密着性よりも高くなるように、圧着ローラー５０ｒによって加圧する。第１の貼合部５０において加圧された後の帯状電解質ポリマー１と第１の補強膜２との間の密着性は、９０°剥離試験において、０．０５〜０．１５Ｎ／ｃｍの測定値が得られる程度であっても良い。
互いに貼り合わされた帯状電解質ポリマー１と第１の補強膜２とは２枚のバックシート１ｂ，２ｂｆに挟まれた状態で第１の剥離部５１へと搬送される。第１の剥離部５１は、剥離ローラー５１ｒによって、第１の補強膜２の表面から供給用バックシート２ｂｆを剥離して回収する（工程１３）。上述したように、第１の補強膜２と供給用バックシート２ｂｆとの間の密着性は、帯状電解質ポリマー１とバックシート１ｂとの間の密着性および第１の補強膜２と帯状電解質ポリマー１との間の密着性より低くなるように調整されている。即ち、この段階では、第１の補強膜２と供給用バックシート２ｂｆとの間の密着力が、他の部材同士の密着力よりも小さい。従って、第１の補強膜２から供給用バックシート２ｂｆを容易に剥離することができる。
供給用バックシート２ｂｆが剥離された後の第１の補強膜２および帯状電解質ポリマー１は、バックシート１ｂに配置された状態で第２の貼合部５２に搬送される。なお、このとき、第１の補強膜２は、帯状電解質ポリマー１およびそのバックシート１ｂによって支持されているため、ネックインなどの搬送不良の発生が抑制されている。
図１４は、第２の貼合部５２と第１の熱圧着部５３と第２の剥離部５４における工程の内容を示す模式図である。第２の貼合部５２は、第１のバックシート供給部２２から耐熱性バックシート２ｂの供給を受けるとともに、圧着ローラー５２ｒによって、当該バックシート２ｂを第１の補強膜２の表面に貼り合わせる（工程１４）。
前述したように、第１の補強膜２は帯状電解質ポリマー１およびそのバックシート１ｂによって支持されているため、第２の貼合部５２において付与される耐熱性バックシート２ｂと第１の補強膜２との間の密着性は比較的低くても良い。具体的に、耐熱性バックシート２ｂと第１の補強膜２との間の密着性は、９０°剥離試験において、０．０１〜０．０３Ｎ／ｃｍの測定結果が得られる程度であっても良い。帯状電解質ポリマー１と第１の補強膜２とは、耐熱性の高い２枚のバックシート１ｂ，２ｂに挟まれた状態で、第１の熱圧着部５３に搬送される。
第１の熱圧着部５３は、ホットローラー５３ｒによって、帯状電解質ポリマー１と第１の補強膜２とを熱圧着し、片面補強膜１ｒを生成する（工程１５）。第１実施形態でも説明したように、この熱圧着工程では、第１の補強膜２と耐熱性バックシート２ｂとの間に電解質ポリマーが染み出してくる。そのため、第１の補強膜２と耐熱性バックシート２ｂとの間の密着性が著しく高くなり、帯状電解質ポリマー１とバックシート１ｂとの間の密着性より高くなる。２枚のバックシート１ｂ，２ｂに挟まれた状態の片面補強膜１ｒは、第２の剥離部５４へと搬送される。
第２の剥離部５４は、剥離ローラー５４ｒによって、片面補強膜１ｒからバックシート１ｂを剥離して回収する（工程１６）。なお、前述したように、第１の補強膜２と耐熱性バックシート２ｂとの間の密着性が著しく高くなっているため、第２の剥離部５４では、片面補強膜１ｒの支持性が確保された状態でバックシート１ｂを剥離することができる。バックシート１ｂが剥離された片面補強膜１ｒは、耐熱性バックシート２ｂに支持された状態で第３の貼合部５５へと搬送される。
図１５は、第３の貼合部５５と第３の剥離部５６における工程の内容を示す模式図である。第３の貼合部５５は、第２の補強膜供給部２１Ａから供給用バックシート３ｂｆに配置されている第２の補強膜３の供給を受ける（工程１７）。そして、第３の貼合部５５は、圧着ローラー５５ｒによって第２の補強膜３を片面補強膜１ｒの露出面（第１の補強膜２とは反対側の面）に密着させる（工程１８）。なお、第３の貼合部５５における圧着条件は、第１の貼合部５０における圧着条件と同じで良い。
第３の剥離部５６は、剥離ローラー５６ｒによって、第２の補強膜３から供給用バックシート３ｂｆを剥離する（工程１９）。上述したように、第２の補強膜３と供給用バックシート３ｂｆとの密着性は、第３の貼合部５５において付与された第２の補強膜３と片面補強膜１ｒとの密着性より低くなるように調整されている。そのため、供給用バックシート３ｂｆの剥離が容易に実行でき、供給用バックシート３ｂｆの剥離に伴って搬送不良が発生してしまうことが抑制される。供給用バックシート３ｂｆが剥離された片面補強膜１ｒは、第４の貼合部５７に搬送される。
図１６は、第４の貼合部５７と第２の熱圧着部５８と第４の剥離部５９における工程の内容を示す模式図である。第４の貼合部５７は、第２のバックシート供給部２３から耐熱性バックシート３ｂの供給を受けるとともに、圧着ローラー５７ｒによって、当該バックシート３ｂを第１の補強膜２の表面に貼り合わせる（工程２０）。第４の貼合部５７における圧着条件は、第２の貼合部５２における圧着条件と同じで良い。第２の補強膜３が貼り合わされた片面補強膜１ｒは、２枚の耐熱性バックシート２ｂ，３ｂに挟まれた状態で、第２の熱圧着部５８に搬送される。
第２の熱圧着部５８は、ホットローラー５８ｒによって、片面補強膜１ｒと第２の補強膜３とを熱圧着し、両面補強膜１ｒｒを生成する（工程２１）。両面補強膜１ｒｒは、２枚の耐熱性バックシート２ｂ，３ｂに挟まれた状態で第４の剥離部５９に搬送される。第４の剥離部５９は、剥離ローラー５９ｒによって、両面補強膜１ｒｒから、第１の補強膜２側に配置されている耐熱性バックシート２ｂを剥離する（工程２２）。
両面補強膜１ｒｒは、耐熱性バックシート３ｂに支持された状態で、加水分解処理部４０へと搬送される。加水分解処理部４０において両面補強膜１ｒｒにプロトン伝導性が付与されることによって補強型電解質膜が完成する。なお、加水分解処理部４０において実行される工程は、第１実施形態で説明したのと同じである（図６）。
以上のように、第２実施形態の製造装置１００Ａでは、第１と第２の補強膜２，３の供給用バックシート２ｂｆ，３ｂｆが、加工部３０Ａにおける熱圧着工程の前に耐熱性バックシート２ｂ，３ｂに貼り替えられる。従って、第２実施形態の製造装置１００Ａによれば、第１と第２の補強膜２，３の供給用バックシート２ｂｆ，３ｂｆとして耐熱性の低い材料を採用することができ、バックシート材料の選択の幅が広がる。
図１７は、加工部３０Ａの第１の剥離部５１において供給用バックシート２ｂｆを剥離する前の各部材間の密着性を９０°剥離試験によって測定した結果をまとめた表を示す説明図である。この実験では、帯状電解質ポリマー１と、そのバックシート２ｂと、第１の補強膜２は、図８で説明した９０°引っ張り試験のときと同じ材料によって構成された。また、供給用バックシート２ｂｆは以下に示す材料によって構成された。なお、弾性率は、東陽テクニカ社製のナノインテンダーＧ２００による測定値であり、表面粗さ（Ｒａ）は、オリンパス社製レーザー顕微鏡ＯＬＳ４０００による測定値である。
＜供給用バックシート２ｂｆ＞
材料： ＰＥＴ
弾性率： ４ＧＰａ
厚み： ３８μｍ
表面粗さ（Ｒａ）： ３０ｎｍ
加工部３０Ａに供給される前に、第１の補強膜２と供給用バックシート２ｂｆとは、以下の条件で貼り合わされた。
温度： ２５℃
加圧力： ０．４ＭＰａ
加圧時間： １０分
第１の貼合部５０では、帯状電解質膜１と第１の補強膜２とは、以下の条件で貼り合わされた。
温度： ２５℃
加圧力： ０．４ＭＰａ
加圧時間： １０分
９０°剥離試験は、図８で説明した９０°引っ張り試験のときと同じ条件で実施された。この結果、加工部３０Ａに供給されるときの第１の補強膜２（ｅＰＴＦＥ）と供給用バックシート２ｂｆ（ＰＥＴ）との間の密着性は０．０２Ｎ／ｃｍであった。なお、第１の貼合部５０での圧着工程の後においても、第１の補強膜２（ｅＰＴＦＥ）と供給用バックシート２ｂｆ（ＰＥＴ）との間の密着性はほとんど変わらなかった。
これに対して、第１の剥離部５１において供給用バックシート２ｂｆが剥離される前の帯状電解質ポリマー１と第１の補強膜２（ｅＰＴＦＥ）との間の密着性は０．１Ｎ／ｃｍであった。また、帯状電解質ポリマー１とバックシート２ｂ（ＰＴＦＥ）との間の密着性は１．０Ｎ／ｃｍであった。
このように、第１の補強膜２としてｅＰＴＦＥを採用したときに、供給用バックシート２ｂｆとして上記のようなＰＥＴを採用すれば、第１の剥離部５１において、第１の補強膜２と供給用バックシート２ｂｆとの間の密着力が、他の帯状部材同士の密着力よりも小さくなる。従って、供給用バックシート２ｂｆを第１の補強膜２から容易に剥離することができる。
C．第３実施形態：
図１８は、本発明の第３実施形態としての補強型電解質膜の製造装置１００Ｂの構成を示す概略図である。第３実施形態の製造装置１００Ｂでは、第１と第２の補強膜２，３が同一の熱圧着工程において帯状電解質ポリマー１と一体化される。第３実施形態の製造装置１００Ｂは、電解質ポリマー供給部１０Ｂと、第１と第２の補強膜供給部２０Ｂ，２１Ｂと、加工部３０Ｂと、加水分解処理部４０と、を備える。
電解質ポリマー供給部１０Ｂは、加工部３０Ｂに帯状電解質ポリマー１を送り出すときのバックシートの材料が異なる点以外は、第２実施形態で説明した電解質ポリマー供給部１０と同様な構成である。電解質ポリマー供給部１０Ｂが供給する帯状電解質ポリマー１は第２実施形態で説明したものと同じである。本第３実施形態において、帯状電解質ポリマー１が配置されるバックシート１ｂＢは、第２実施形態で説明したバックシート１ｂよりも帯状電解質ポリマー１との密着性が低く調整できる材料で構成されることが望ましい。また、第３実施形態のバックシート１ｂＢは、第２実施形態で説明したバックシート１ｂよりも耐熱性が低くても良い。
第３実施形態のバックシート１ｂＢは、例えば、下記のポリプロピレン（ＰＰ）によって構成される。
＜バックシート１ｂＢを構成するＰＰ＞
弾性率： ０．６〜０．８ＧＰａ程度
厚み： ４０〜６０μｍ程度
表面粗さ（Ｒａ）： ４００〜６００ｎｍ程度
連続使用最高温度： １２０〜１４０°程度
本第３実施形態では、帯状電解質ポリマー１とバックシート１ｂＢとの間の密着性は、第１の貼合部６０において互いに貼り合わされた帯状電解質ポリマー１と第１の補強膜２との間の密着性より低くなるように予め調整される。具体的に、帯状電解質ポリマー１とバックシート１ｂＢとの間の密着性は、９０°引っ張り試験において、０．０２〜０．１０Ｎ／ｃｍの測定結果が得られる程度であっても良い。なお、下記のＰＰによってバックシート１ｂＢを構成し、下記の加圧条件によって帯状電解質ポリマー１とバックシート１ｂとを貼り合わせれば、上記範囲内の密着性が得られることが実験的に確認されている。
＜バックシート１ｂＢを構成するＰＰの実施例＞
弾性率： ０．７ＧＰａ
厚み： ５０μｍ
表面粗さ（Ｒａ）： ５００ｎｍ
連続使用最高温度： １３０°
＜帯状電解質ポリマー１とバックシート１ｂＢとの加圧条件＞
温度： ２５℃
加圧力： ０．４ＭＰａ
第１と第２の補強膜供給部２０Ｂ，２１Ｂはそれぞれ、加工部３０Ｂ送り出す帯状部材の構成が異なる点以外は、第２実施形態で説明した第１と第２の補強膜供給部２０Ａ，２１Ａと同様な構成である。第１と第２の補強膜供給部２０Ｂ，２１Ｂはそれぞれ、中間層５を挟んで耐熱性バックシート２ｂ，３ｂに配置されている第１と第２の補強膜２，３を加工部３０Ｂに供給する。
第１と第２の補強膜２，３は第２実施形態で説明したものと同じであり、ｅＰＴＦＥなどの多孔質膜部材によって構成される。第１と第２の補強膜２，３のそれぞれが配置されている耐熱性バックシート２ｂ，３ｂは第２実施形態で説明したものと同じであり、ＰＦＡなどの耐熱性の高い樹脂フィルムによって構成される。
中間層５は、第１と第２の補強膜２，３と耐熱性バックシート２ｂ，３ｂとの間に密着性を付与する接着層として機能する。中間層５は、帯状電解質ポリマー１を構成する電解質ポリマーと同種または類似の電解質ポリマーによって構成される。中間層５を構成する電解質ポリマーは、各補強膜２，３と各耐熱性バックシート２ｂ，３ｂとの界面において、各補強膜２，３の細孔内に入り込んでいる。中間層５は、第１と第２の補強膜２，３または耐熱性バックシート２ｂ，３ｂの接着面に、前記の電解質ポリマーの溶液をダイコーターなどの塗工具を用いて塗布することによって形成される。なお、第１と第２の補強膜供給部２０Ｂ，２１Ｂはそれぞれ、第１と第２の補強膜２，３と耐熱性バックシート２ｂ，３ｂとを、中間層５を設けた上で貼り合わせる貼合部を有していても良い。
ここで、中間層５によって付与される第１と第２の補強膜２，３と耐熱性バックシート２ｂ，３ｂとの間に密着性は、ポリマー供給部１０から供給される帯状電解質ポリマー１とそのバックシート１ｂとの間の密着性よりも高くなるように調整される。具体的に、第１と第２の補強膜２，３と耐熱性バックシート２ｂ，３ｂとの間に密着性は、９０°剥離試験において、０．１〜０．５Ｎ／ｃｍ計測値が得られる程度であるとしても良い。これによって、後述する加工部３０Ｂにおいて実行される帯状電解質ポリマー１からのバックシート２ｂの剥離が容易となる。
加工部３０Ｂは、搬送されている帯状電解質ポリマー１の両面に第１と第２の補強膜２，３を配置して熱圧着することによってそれらを一体化して両面補強膜１ｒｒを形成する。加工部３０Ｂは、第１の貼合部６０と、第１の剥離部６１と、第２の貼合部６２と、熱圧着部６３と、第２の剥離部６４とが、この順で、帯状電解質ポリマー１の搬送方向に配置されている。
図１９は、第３実施形態の加工部３０Ｂによって実行される工程の手順を示す工程図である。図２０〜図２２は、図１９に示されている加工部３０Ａにおいて実行される各工程の内容を説明するための模式図である。図２０〜図２２にはそれぞれ、第３実施形態の加工部３０Ｂにおいて加工されていく帯状部材の様子を、各帯状部材を幅方向に切断したときの概略断面図によって各工程ごとに模式的に図示してある。以下では、第３実施形態の加工部３０Ｂの各構成部６０〜６４における工程の内容を、図１８とともに図１９〜図２２を参照図として用いて順に説明する。
加工部３０Ｂは、電解質ポリマー供給部１０からバックシート１ｂＢに配置されている帯状電解質ポリマー１の供給を受ける（図１９の工程３１）。また、加工部３０Ｂは、第１の補強膜供給部２０Ｂから、中間層５を介して耐熱性バックシート２ｂの上に配置されている第１の補強膜２の供給を受ける。帯状電解質ポリマー１および第１の補強膜２は第１の貼合部６０へと搬送される。
図２０は、第１の貼合部６０と第１の剥離部６１における工程の内容を示す模式図である。第１の貼合部６０は、圧着ローラー６０ｒによって帯状電解質ポリマー１と第１の補強膜２とを互いに面接触させて密着させる（工程３２）。互いに貼り合わされた帯状電解質ポリマー１と第１の補強膜２とは、バックシート１ｂＢと耐熱性バックシート２ｂとに挟まれた状態で、第１の剥離部６１へと搬送される。
第１の剥離部６１は、剥離ローラー６１ｒによって、帯状電解質ポリマー１からそのバックシート１ｂＢを剥離して回収する（工程３３）。上述したように、帯状電解質ポリマー１とバックシート１ｂＢとの密着性は、帯状電解質ポリマー１と第１の補強膜２との間の密着性および第１の補強膜２と耐熱性バックシート２ｂとの間の密着性よりも低くなるように予め調整されている。従って、第１の剥離部６１では、バックシート１ｂＢを容易に剥離することができる。バックシート１ｂＢが剥離された帯状電解質ポリマー１は、第１の補強膜２および耐熱性バックシート２ｂに支持された状態で第２の貼合部６２に搬送される。
図２１は、第２の貼合部６２における工程の内容を示す模式図である。第２の貼合部６２は、第２の補強膜供給部２１Ｂから、中間層５を介して耐熱性バックシート３ｂの上に配置されている第２の補強膜３の供給を受ける（工程３４）。第２の貼合部６２は、圧着ローラー６２ｒによって帯状電解質ポリマー１の露出面（第１の補強膜２とは反対側の面）に密着させる（工程３５）。第２の貼合部６２における圧着条件は、第１の貼合部６０における圧着条件と同じで良い。第１と第２の補強膜２，３と帯状電解質ポリマー１の積層部材は、耐熱性バックシート２ｂ，３ｂに挟まれた状態で、熱圧着部６３へと搬送される。
図２２は、熱圧着部６３と第２の剥離部６４における工程の内容を示す模式図である。熱圧着部６３は、ホットローラー６３ｒによって帯状電解質ポリマー１と第１と第２の補強膜２，３とを熱圧着し、両面補強膜１ｒｒを生成する（工程３６）。この熱圧着工程では、溶融した帯状電解質ポリマー１の電解質ポリマーが第１と第２の補強膜２，３に含浸するとともに、溶融した中間層５の電解質ポリマーが第１と第２の補強膜２，３に含浸する。従って、第３実施形態の製造装置１００Ｂでは、両面補強膜１ｒｒの両面に中間層５の電解質ポリマーによって構成される薄膜層が形成されるため、両面補強膜１ｒｒにおいて良好な表面性状が確保される。
両面補強膜１ｒｒは２枚の耐熱性バックシート２ｂ，３ｂに挟まれた状態で第２の剥離部６４へと搬送される。第２の剥離部６４は、剥離ローラー６４ｒによって、第１の補強膜２側の耐熱性バックシート２ｂを両面補強膜１ｒｒから剥離する（工程３７）。耐熱性バックシート３ｂに配置されている両面補強膜１ｒｒは加水分解処理部４０へと搬送される。加水分解処理部４０において両面補強膜１ｒｒにプロトン伝導性が付与されることによって、補強型電解質膜が完成する。なお、加水分解処理部４０において実行される工程は、第１実施形態で説明したのと同じである（図６）。
以上のように、第３実施形態の製造装置１００Ｂによれば、第１と第２の補強膜２，３を耐熱性バックシート２ｂ，３ｂとの密着性を確保した上で搬送することができる。また、第１と第２の補強膜２，３と耐熱性バックシート２ｂ，３ｂとの間に電解質ポリマーを含む中間層５が設けられていることによって、表面性状が良好な両面補強膜１ｒｒを得ることができる。さらに、第３実施形態の製造装置１００Ｂであれば、第１と第２の補強膜２，３を同一の工程内で帯状電解質ポリマー１に熱圧着できるため、第１と第２の補強膜２，３を別々に熱圧着する構成に比較して工程数を低減することができる。
D．変形例：
D1．変形例１：
上記各実施形態では、第１と第２の補強膜２，３がｅＰＴＦＥによって構成された。しかし、第１と第２の補強膜２，３はｅＰＴＦＥ以外の材料によって構成されても良い。また、上記各実施形態では、第１と第２の補強膜２，３のバックシートは、ＰＦＡやＰＥＴによって構成された。しかし、第１と第２の補強膜２，３のバックシートは、ＰＦＡやＰＥＴ以外の材料によって構成されても良い。
D2．変形例２：
上記各実施形態では、各バックシート１ｂ，２ｂ，３ｂ，２ｂｆ,３ｂｆ，２ｂＢ，３ｂＢはいずれも単層のフィルム部材によって構成されていた。しかし、各バックシート１ｂ，２ｂ，３ｂ，２ｂｆ,３ｂｆ，２ｂＢ，３ｂＢは複数の異なる材料層が積層された多層構造を有していても良い。この場合において、熱圧着工程を経るバックシートについては、両最外層が、高い耐熱性（例えば、連続使用最高温度が２００〜２７０℃程度）を有し、かつ、滑らかな表面性状（例えば、表面粗さ（Ｒａ）が１０〜８００ｎｍ程度）を有することが好ましい。これによって、帯状電解質ポリマー１と第１と第２の補強膜２，３との熱圧着工程にも対応でき、熱圧着工程後の片面補強膜１ｒや両面補強膜１ｒｒの良好な表面性状を確保することができる。
D3．変形例３：
上記各実施形態の製造装置１００，１００Ａ，１００Ｂは、帯状電解質ポリマー１の両面に第１と第２の補強膜２，３を入り込ませた両面側が補強された補強型電解質膜を製造した。しかし、上記各実施形態の製造装置１００，１００Ａ，１００Ｂは、帯状電解質ポリマー１の一方の面に第１の補強膜２のみを入り込ませた片面側のみが補強された補強型電解質膜を製造しても良い。
D4．変形例４：
上記第３実施形態の製造装置１００Ｂは、第１と第２の補強膜２，３を、帯状電解質ポリマー１に対して、同一工程内において同時に熱圧着していた。しかし、第３実施形態の製造装置１００Ｂは、第１と第２の補強膜２，３の帯状電解質ポリマー１に対する熱圧着工程を、それぞれ別個に実行しも良い。
D5．変形例５：
上記第３実施形態では、中間層５は、各補強膜２，３と各耐熱性バックシート２ｂ，３ｂとの界面全体を被覆するように形成されていた。しかし、中間層５は各補強膜２，３と各耐熱性バックシート２ｂ，３ｂの界面全体を被覆するように形成されていなくても良い。中間層５は、各補強膜２，３と各耐熱性バックシートの間の複数の箇所に点在するように形成されていても良い。
本発明は、上述の実施形態や実施例、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、実施例、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、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。
１…帯状電解質ポリマー
１ｂ…バックシート
１ｃ…補強型電解質膜
１ｒ…片面補強膜
１ｒｒ…両面補強膜
２…第１の補強膜
２ｂ…バックシート（耐熱性バックシート）
２ｂｆ…供給用バックシート
３…第２の補強膜
３ｂ…バックシート（耐熱性バックシート）
３ｂｆ…供給用バックシート
５…中間層
１０…ポリマー供給部
１０，１０Ｂ…電解質ポリマー供給部
２０，２０Ａ，２０Ｂ…第１の補強膜供給部
２１，２１Ａ，２１Ｂ…第２の補強膜供給部
２２…第１のバックシート供給部
２３…第２のバックシート供給部
３０，３０Ａ，３０Ｂ…加工部
３１…第１の貼合部
３１ｒ…圧着ローラー
３２…第１の熱圧着部
３２ｒ…ホットローラー
３３…第１の剥離部
３３ｒ…剥離ローラー
３４…第２の貼合部
３４ｒ…圧着ローラー
３５…第２の熱圧着部
３５ｒ…剥離ローラー
３６…第２の剥離部
３６ｒ…ホットローラー
４０…加水分解処理部
５０…第１の貼合部
５０ｒ…圧着ローラー
５１…第１の剥離部
５１ｒ…剥離ローラー
５２…第２の貼合部
５２ｒ…圧着ローラー
５３…第１の熱圧着部
５３ｒ…ホットローラー
５４…第２の剥離部
５４ｒ…剥離ローラー
５５…第３の貼合部
５５ｒ…圧着ローラー
５６…第３の剥離部
５６ｒ…剥離ローラー
５７…第４の貼合部
５７ｒ…圧着ローラー
５８…第２の熱圧着部
５８ｒ…ホットローラー
５９…第４の剥離部
５９ｒ…剥離ローラー
６０…第１の貼合部
６０ｒ…圧着ローラー
６１…第１の剥離部
６１ｒ…剥離ローラー
６２…第２の貼合部
６２ｒ…圧着ローラー
６３…熱圧着部
６３ｒ…ホットローラー
６４…第２の剥離部
６４ｒ…剥離ローラー
１００，１００Ａ，１００Ｂ…製造装置

Claims (10)

  1. 燃料電池に用いられ、内部に補強部材が配置されている補強型電解質膜の製造方法であって、
    （ａ）電解質ポリマーの帯状体である帯状電解質ポリマーをバックシートの表面に配置した状態で、前記帯状電解質ポリマーの長手方向を搬送方向として搬送する工程と、
    （ｂ）前記補強部材の帯状体である第１の帯状補強部材をバックシートの表面に配置した状態で前記搬送方向に搬送して、前記帯状電解質ポリマーの表面に前記第１の帯状補強部材を配置する工程と、
    （ｃ）前記第１の帯状補強部材のバックシートと前記第１の帯状補強部材とに接する位置に電解質ポリマーを位置させる工程と、
    （ｄ）前記工程（ｂ）の後に、前記第１の帯状補強部材のバックシートと前記第１の帯状補強部材とに接する位置に存在する前記電解質ポリマーによって、前記第１の帯状補強部材のバックシートと前記第１の帯状補強部材との間の密着性が、前記帯状電解質ポリマーのバックシートと前記帯状電解質ポリマーとの間の密着性より高くなっている状態において、前記帯状電解質ポリマーから前記電解質ポリマーのバックシートを剥離する工程と、
    を備える、製造方法。
  2. 請求項１記載の製造方法であって、
    前記工程（ｃ）は、前記工程（ｂ）の後に、前記帯状電解質ポリマーのバックシートと前記第１の帯状補強部材のバックシートとを介して、前記帯状電解質ポリマーと前記第１の帯状補強部材とを熱圧着することによって、前記帯状電解質ポリマーを構成する前記電解質ポリマーを、前記第１の帯状補強部材の内部に含浸させて、前記第１の帯状補強部材のバックシートと前記第１の帯状補強部材とに接する位置まで到達させることにより、前記第１の帯状補強部材のバックシートと前記第１の帯状補強部材との間の密着性を前記帯状電解質ポリマーのバックシートと前記帯状電解質ポリマーとの間の密着性より高くする工程を含む、製造方法。
  3. 請求項２記載の製造方法であって、さらに、
    （ｅ）前記帯状電解質ポリマーのバックシートが剥離された前記帯状電解質ポリマーの面に、第２の帯状補強部材を配置して熱圧着する工程を備える、製造方法。
  4. 請求項２または３記載の製造方法であって、
    前記工程（ｃ）の前においては、前記第１の帯状補強部材と前記第１の補強部材のバックシートとの間の密着性は、前記帯状電解質ポリマーと前記帯状電解質ポリマーのバックシートとの間の密着性より低い、製造方法。
  5. 請求項２から４のいずれか一項に記載の製造方法であって、
    前記工程（ａ）の前には、前記第１の帯状補強部材は、前記工程（ｃ）における熱圧着の温度より低い耐熱温度を有する搬送用バックシートの表面に配置されており、
    前記工程（ａ）は、前記搬送用バックシートを、前記工程（ｃ）における熱圧着の温度より高い耐熱温度を有する耐熱性バックシートに交換する工程を含む、製造方法。
  6. 請求項１記載の製造方法であって、
    前記工程（ｃ）は、前記工程（ｂ）の前に、前記第１の帯状補強部材と前記第１の帯状補強部材のバックシートとの間に電解質ポリマーを含む中間層を配置することによって、前記第１の帯状補強部材のバックシートと前記第１の帯状補強部材との間の密着性を前記帯状電解質ポリマーのバックシートと前記帯状電解質ポリマーとの間の密着性より高くする工程を含み、
    前記工程（ｂ）は、前記帯状電解質ポリマーと前記第１の帯状補強部材との間の密着性が前記帯状電解質ポリマーのバックシートと前記帯状電解質ポリマーとの間の密着性より高くなるように、前記帯状電解質ポリマーと前記第１の帯状補強部材とを圧着する工程を含む、製造方法。
  7. 請求項６記載の製造方法であって、さらに、
    （ｆ）前記バックシートが剥離された前記帯状電解質ポリマーの面に、第２の帯状補強部材を配置して、前記帯状電解質ポリマーと、前記第１と第２の帯状補強部材とを熱圧着する工程を備える、製造方法。
  8. 燃料電池に用いられ、内部に補強部材が配置されている補強型電解質膜の製造装置であって、
    電解質ポリマーの帯状体である帯状電解質ポリマーをバックシートの表面に配置した状態で、前記帯状電解質ポリマーの長手方向を搬送方向として搬送する搬送部と、
    前記補強部材の帯状体である第１の帯状補強部材をバックシートの表面に配置した状態で、前記搬送方向に搬送し、前記第１の帯状補強部材を前記帯状電解質ポリマーの表面に配置する補強部材配置部と、
    前記第１の帯状補強部材のバックシートと前記第１の帯状補強部材とに接する位置に電解質ポリマーを位置させる電解質ポリマー処理部と、
    前記補強部材配置部の後段に設けられ、前記第１の帯状補強部材のバックシートと前記第１の帯状補強部材との間に存在する電解質ポリマーによって、前記第１の帯状補強部材のバックシートと前記第１の帯状補強部材との間の密着性が、前記帯状電解質ポリマーのバックシートと前記帯状電解質ポリマーとの間の密着性より高くなっている状態において、前記帯状電解質ポリマーから前記帯状電解質ポリマーのバックシートを剥離するバックシート剥離部と、
    を備える、製造装置。
  9. 請求項８の製造装置であって、さらに、
    前記電解質ポリマー処理部は、前記補強部材配置部の後段に設けられ、補強部材配置部と前記バックシート剥離部との間において、前記帯状電解質ポリマーのバックシートおよび前記帯状補強部材のバックシートを介して、前記帯状電解質ポリマーと前記第１の帯状補強部材とを熱圧着することによって、前記帯状電解質ポリマーを構成する前記電解質ポリマーを、前記第１の帯状補強部材に含浸させることによって、前記第１の帯状補強部材のバックシートと前記第１の帯状補強部材とに接する位置まで到達させることにより、前記第１の帯状補強部材のバックシートと前記第１の帯状補強部材との間の密着性を前記帯状電解質ポリマーのバックシートと前記帯状電解質ポリマーとの間の密着性より高くする熱圧着部を含む、製造装置。
  10. 請求項８の製造装置であって、
    前記電解質ポリマー処理部は、前記補強部材配置部の前段に設けられ、前記第１の帯状補強部材と前記第１の帯状補強部材のバックシートとの間に電解質ポリマーを含む中間層を配置することによって、前記補強部材配置部に搬送される前から、前記第１の帯状補強部材のバックシートと前記第１の帯状補強部材との間の密着性を前記帯状電解質ポリマーのバックシートと前記帯状電解質ポリマーとの間の密着性より予め高くする中間層配置部を含み、
    前記補強部材配置部は、前記帯状電解質ポリマーと前記第１の帯状補強部材との間の密着性が前記帯状電解質ポリマーのバックシートと前記帯状電解質ポリマーとの間の密着性より高くなるように、前記帯状電解質ポリマーと前記第１の帯状補強部材とを圧着する、製造装置。
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