JP6451489B2 - Method for producing reinforced electrolyte membrane - Google Patents

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Description

本発明は、補強型電解質膜の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a reinforced electrolyte membrane.

補強膜である多孔性膜を電解質膜に含浸させて補強された補強型電解質膜が知られている。こうした補強型電解質膜は、補強型電解質膜が組み込まれた燃料電池の耐久性向上に寄与する。補強型電解質膜を得るに当たり、多孔性膜を幅方向に延伸させて補助シートに接着してロール状に巻き取り、巻き取った延伸済み多孔性膜を電解質膜に貼り合わせる製造手法が提案されている(例えば特許文献1)。   A reinforced electrolyte membrane reinforced by impregnating an electrolyte membrane with a porous membrane as a reinforcing membrane is known. Such a reinforced electrolyte membrane contributes to improving the durability of a fuel cell in which the reinforced electrolyte membrane is incorporated. In order to obtain a reinforced electrolyte membrane, a manufacturing method has been proposed in which a porous membrane is stretched in the width direction, bonded to an auxiliary sheet and wound into a roll, and the wound porous membrane is bonded to the electrolyte membrane. (For example, Patent Document 1).

特開2013−114887号公報JP 2013-114887 A

上記の製造手法は、幅方向に延伸させた多孔性膜を補助シートの粘着領域に接着させてネックインの発生を抑制する点で優れている。他方、電解質膜の耐久性の向上には、補強膜である多孔性膜になるべく収縮が起きないようにすることが望ましい。こうしたことから、多孔性膜の収縮の抑制を通して耐久性の低下をも抑制可能な電解質膜の製造手法が要請されるに到った。   Said manufacturing method is excellent at the point which adhere | attaches the porous membrane extended | stretched to the width direction to the adhesion area | region of an auxiliary sheet, and suppresses generation | occurrence | production of a neck-in. On the other hand, in order to improve the durability of the electrolyte membrane, it is desirable to prevent the shrinkage from occurring as much as possible in the porous membrane as the reinforcing membrane. For these reasons, there has been a demand for a method for manufacturing an electrolyte membrane that can suppress a decrease in durability through suppression of shrinkage of the porous membrane.

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。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms.

(1)本発明の一形態によれば、多孔性膜により電解質膜を補強した補強型電解質膜の製造方法が提供される。この製造方法は、前記多孔性膜を膜長手方向の搬送区域において搬送しつつ、前記多孔性膜を幅方向に延伸する工程と、前記搬送区域の終点に配設された多孔性膜搬送用の搬送ローラーを用いて、前記電解質膜を延伸済みの前記多孔性膜に貼り合わせる工程とを備える。 (1) According to one aspect of the present invention, a method for producing a reinforced electrolyte membrane in which an electrolyte membrane is reinforced with a porous membrane is provided. This manufacturing method includes a step of stretching the porous membrane in the width direction while transporting the porous membrane in a transport zone in the membrane longitudinal direction, and a porous membrane transporting device disposed at an end point of the transport zone. Bonding the electrolyte membrane to the stretched porous membrane using a transport roller.

この形態の製造方法は、多孔性膜の搬送区域の終点において、幅方向に延伸させた状態のままの多孔性膜に電解質膜を貼り合わせることから、電解質膜を構成する電解質樹脂を、幅方向の収縮が起きる前の多孔性膜の細孔に入り込ませる。よって、以下に説明する利点がある。   Since the manufacturing method of this embodiment attaches the electrolyte membrane to the porous membrane that has been stretched in the width direction at the end point of the transport area of the porous membrane, the electrolyte resin constituting the electrolyte membrane is It is allowed to enter the pores of the porous membrane before the shrinkage occurs. Therefore, there is an advantage described below.

幅方向に延伸された多孔性膜は、何の対処もされないままであると、経時的に幅方向において収縮し、この収縮は、多孔質膜単独でロール状に巻き取られた状態においても起きる。このため、延伸を受けてから電解質膜との貼り合わせがなされるまでの経過時間が長くなると、多孔性膜は、幅方向に収縮した状態で電解質膜に貼り合わされて含浸することになる。   If the porous film stretched in the width direction is left untreated, it shrinks in the width direction over time, and this shrinkage occurs even when the porous film alone is wound into a roll. . For this reason, when the elapsed time from when the film is stretched to when it is bonded to the electrolyte membrane becomes long, the porous film is bonded and impregnated to the electrolyte membrane in a contracted state in the width direction.

多孔性膜が電解質膜に含浸すると、電解質膜を構成する電解質樹脂(例えば、電解質前駆体)は、多孔性膜の細孔に入り込んだ状態となる。多孔性膜が幅方向に収縮した状態での含浸では、多孔性膜が収縮を起こした分に相当するだけ、多孔性膜の拡張の余地が残されていることから、電解質膜が発電運転中に膨潤すると、電解質膜および多孔性膜の膨張量が大きくなる。電解質膜の大きな膨張は、シワも招くので、電解質膜、延いては膜電極接合体(Membrane Electrode Assembly:MEA)の耐久性の低下が懸念される。   When the porous membrane is impregnated in the electrolyte membrane, the electrolyte resin (for example, electrolyte precursor) constituting the electrolyte membrane enters the pores of the porous membrane. In the impregnation with the porous membrane contracted in the width direction, there is room for expansion of the porous membrane corresponding to the amount of shrinkage of the porous membrane. When it swells, the amount of expansion of the electrolyte membrane and the porous membrane increases. Since the large expansion of the electrolyte membrane also causes wrinkles, there is a concern that the durability of the electrolyte membrane and thus the membrane electrode assembly (MEA) may be lowered.

ところが、上記形態の補強型電解質膜の製造方法は、既述したように、電解質樹脂を幅方向の収縮が起きる前の多孔性膜の細孔に入り込ませるので、こうして細孔に入り込んだ電解質樹脂は、その後の多孔性膜の収縮を規制する。この結果、この形態の補強型電解質膜の製造方法によれば、幅方向に延伸された多孔性膜の収縮の抑制と、収縮抑制に伴う発電運転中の電解質膜の膨張の抑制とにより、電解質膜の耐久性の低下を抑制できる。しかも、電解質膜の耐久性の低下抑制を、多孔性膜の搬送区域の終点における電解質膜の貼り合わせで、容易に達成できる。   However, as described above, the manufacturing method of the reinforced electrolyte membrane having the above-described form allows the electrolyte resin to enter the pores of the porous membrane before the shrinkage in the width direction occurs. Regulates subsequent shrinkage of the porous membrane. As a result, according to the manufacturing method of the reinforced electrolyte membrane of this embodiment, the electrolyte can be reduced by suppressing the shrinkage of the porous membrane stretched in the width direction and by suppressing the expansion of the electrolyte membrane during the power generation operation accompanying the shrinkage suppression. A decrease in the durability of the film can be suppressed. In addition, it is possible to easily achieve the suppression of the decrease in the durability of the electrolyte membrane by bonding the electrolyte membrane at the end point of the transport area of the porous membrane.

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、補強型電解質膜の製造装置、或いは、補強型電解質膜を備える燃料電池の製造方法等の形態で実現することができる。   Note that the present invention can be realized in various modes. For example, it can be realized in the form of a manufacturing apparatus for a reinforced electrolyte membrane or a method for manufacturing a fuel cell including a reinforced electrolyte membrane.

本実施形態における電解質膜製造装置100の構成を概略的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows roughly the structure of the electrolyte membrane manufacturing apparatus 100 in this embodiment. 電解質膜製造装置100を図1におけるA方向から平面視して模式的に示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory view schematically showing the electrolyte membrane manufacturing apparatus 100 in plan view from the direction A in FIG. 1. 図1における3−3線に沿った概略断面図である。It is a schematic sectional drawing in alignment with line 3-3 in FIG. 電解質膜製造装置100の概略構成を側面視して模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically schematic structure of the electrolyte membrane manufacturing apparatus 100 by a side view. 電解質膜製造装置100での製造対象である補強型電解質膜シートの製造手順を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing a manufacturing procedure of a reinforced electrolyte membrane sheet that is a manufacturing target in the electrolyte membrane manufacturing apparatus 100. 実施形態品と比較例品との寸法変化率を対比して示すグラフである。It is a graph which compares and shows the dimensional change rate of embodiment goods and a comparative example goods. 実施形態品と比較例品とのクロスリーク量を対比して示すグラフである。It is a graph which compares and shows the amount of cross leaks of an embodiment product and a comparative example product. 第1変形例の電解質膜製造装置100Aの概略構成を側面視して模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically schematic structure of the electrolyte membrane manufacturing apparatus 100A of a 1st modification by side view. 第2変形例の電解質膜製造装置100Bの概略構成を側面視して模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically schematic structure of the electrolyte membrane manufacturing apparatus 100B of a 2nd modification by side view. 第3変形例の電解質膜製造装置100Cの概略構成を側面視して模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically schematic structure of the electrolyte membrane manufacturing apparatus 100C of a 3rd modification by side view.

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。図1は本実施形態における電解質膜製造装置100の構成を概略的に示す説明図であり、図2は電解質膜製造装置100を図1におけるA方向から平面視して模式的に示す説明図であり、図3は図1における3−3線に沿った概略断面図であり、図4は電解質膜製造装置100の概略構成を側面視して模式的に示す説明図である。図示するように、電解質膜製造装置100は、第1送出ローラー110と、第2送出ローラー120と、シート搬送ローラー130と、加圧搬送ローラー132と、巻取ローラー140と、巻取案内ローラー150と、拡幅機構160と、シート切刃170とを備える。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a configuration of an electrolyte membrane manufacturing apparatus 100 in the present embodiment, and FIG. 2 is an explanatory view schematically showing the electrolyte membrane manufacturing apparatus 100 in plan view from the direction A in FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along line 3-3 in FIG. 1, and FIG. 4 is an explanatory view schematically showing the schematic configuration of the electrolyte membrane manufacturing apparatus 100 in a side view. As shown in the drawing, the electrolyte membrane manufacturing apparatus 100 includes a first delivery roller 110, a second delivery roller 120, a sheet conveyance roller 130, a pressure conveyance roller 132, a winding roller 140, and a winding guide roller 150. And a widening mechanism 160 and a sheet cutting edge 170.

第1送出ローラー110は、巻き取り済みの多孔性膜シートPsを多孔性膜搬送用のシート搬送ローラー130の回転、および後述の拡幅機構160におけるシート端把持ローラーの回転に伴って送り出す。多孔性膜シートPsは、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を用いて、厚さ1〜5μm、気孔率40〜75%程度の多孔性膜としてシート状に形成されている。この他、多孔性膜シートPsを、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体等のポリオレフィン系樹脂;ポリシロキサン;ポリメチルメタクリレート(PMMA)などのメタクリレート系樹脂;ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体(AS樹脂)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS樹脂)などのスチレン系樹脂;ポリアミド;ポリイミド(PI);ポリエーテルイミド(PEI);ポリアミドイミド;ポリエステルイミド;ポリカーボネート(PC);ポリアセタール;ポリフェニレンエーテル(PPO)などのポリアリーレンエーテル;ポリフェニレンスルフィド(PPS);ポリアリレート;ポリアリール;ポリスルホン(ポリサルホン);ポリエーテルスルホン(PES)(ポリエーテルサルホン);ポリウレタン類;ポリエチレンテレフタレート(PET)などのポリエステル系樹脂;ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)やポリエーテルケトンケトン(PEKK)などのポリエーテルケトン類;ポリアクリル酸ブチル、ポリアクリル酸エチルなどのポリアクリル酸エステル類;ポリブトオキシメチレンなどのポリビニルエステル類;ポリシロキサン類;ポリサルファイド類;ポリフォスファゼン類;ポリトリアジン類;ポリカーボラン類;ポリノルボルネン;エポキシ系樹脂;ポリビニルアルコール;ポリビニルピロリドン;ポリイソプレンやポリブタジエンなどのポリジエン類;ポリイソブチレンなどのポリアルケン類;フッ化ビニリデン系樹脂、ヘキサフルオロプロピレン系樹脂、ヘキサフルオロアセトン系樹脂などの樹脂(熱可塑性樹脂など)のいずれかを用いた多孔性膜としても良い。   The first delivery roller 110 delivers the wound porous membrane sheet Ps along with the rotation of the sheet conveyance roller 130 for conveying the porous membrane and the rotation of the sheet end gripping roller in the widening mechanism 160 described later. The porous membrane sheet Ps is formed in a sheet shape as a porous membrane having a thickness of 1 to 5 μm and a porosity of about 40 to 75% using polytetrafluoroethylene (PTFE). In addition, the porous membrane sheet Ps is made of polyolefin resin such as polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene copolymer; polysiloxane; methacrylate resin such as polymethyl methacrylate (PMMA); polystyrene, acrylonitrile-styrene copolymer ( AS resin), styrene resin such as acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS resin); polyamide; polyimide (PI); polyetherimide (PEI); polyamideimide; polyesterimide; polycarbonate (PC); Polyarylene ethers such as ether (PPO); polyphenylene sulfide (PPS); polyarylate; polyaryl; polysulfone (polysulfone); polyethersulfone (PES) (Polyethersulfone); Polyurethanes; Polyester resins such as polyethylene terephthalate (PET); Polyetherketones such as polyetheretherketone (PEEK) and Polyetherketoneketone (PEKK); Polybutyl acrylate, Polyacrylic Polyacrylic acid esters such as ethyl acid; Polyvinyl esters such as polybutoxymethylene; Polysiloxanes; Polysulfides; Polyphosphazenes; Polytriazines; Polycarboranes; Polynorbornene; Epoxy resin; Polyvinyl pyrrolidone; polydienes such as polyisoprene and polybutadiene; polyalkenes such as polyisobutylene; vinylidene fluoride resin, hexafluoropropylene resin, hexafluoro Either it may be porous film using a resin such as acetone resin (such as a thermoplastic resin).

第1送出ローラー110とシート搬送ローラー130との間には、後述の拡幅機構160が配設され、第1送出ローラー110からシート搬送ローラー130に到るまでが搬送・延伸セクションとされる。シート搬送ローラー130は、この搬送・延伸セクションにおける搬送区域の終点に配設される。拡幅機構160は、第1送出ローラー110から送り出される多孔性膜シートPsの幅方向両端に配設され、ワイヤー式の拡幅機構を構成する。この拡幅機構160は、上流側シート端把持ローラー161と、下流側シート端把持ローラー162と、無端状の把持ワイヤー163とを備える。上流側シート端把持ローラー161と下流側シート端把持ローラー162とは、図2に示すように、多孔性膜シートPsの膜長手方向たる搬送方向に対して傾斜して配設され、図3に示すように、把持ワイヤー163にて多孔性膜シートPsのシート端Pseを把持しつつ、回転する。上記の両端ローラーの間においては、多孔性膜シートPsのシート端Pseを把持ワイヤー163と共に把持する図示しない小径の把持ローラーが複数配設されている。こうした構成の拡幅機構160は、多孔性膜シートPsの幅方向両端に向かい合って位置して、シート端Pseを搬送区域に亘って把持したまま上流側シート端把持ローラー161と下流側シート端把持ローラー162および両端ローラー間の把持ローラーの回転により、多孔性膜シートPsを、搬送・延伸セクションにおける上流側シート端把持ローラー161から下流側シート端把持ローラー162までの間の搬送区域において搬送する。そして、拡幅機構160は、搬送方向に対する上流側シート端把持ローラー161と下流側シート端把持ローラー162の傾斜程度の調整を経て、多孔性膜シートPsを、膜幅が所定の倍率の膜幅となるように搬送しつつ幅方向に延伸する。本実施形態では、多孔性膜シートPsの巻取幅Psh0(図2参照)を搬送区域の終点における延伸幅Psh1で除算した拡幅率が110〜150%の範囲内の拡幅率となるように、拡幅機構160により多孔性膜シートPsを幅方向に延伸する。以下、多孔性膜シートPsのこうした幅方向の延伸を拡幅延伸と、便宜的に称する。   A widening mechanism 160, which will be described later, is disposed between the first delivery roller 110 and the sheet conveyance roller 130, and the conveyance / extension section extends from the first delivery roller 110 to the sheet conveyance roller 130. The sheet conveyance roller 130 is disposed at the end point of the conveyance area in the conveyance / extension section. The widening mechanism 160 is disposed at both ends in the width direction of the porous membrane sheet Ps delivered from the first delivery roller 110, and constitutes a wire-type widening mechanism. The widening mechanism 160 includes an upstream sheet end gripping roller 161, a downstream sheet end gripping roller 162, and an endless gripping wire 163. As shown in FIG. 2, the upstream sheet end gripping roller 161 and the downstream sheet end gripping roller 162 are disposed to be inclined with respect to the transport direction which is the film longitudinal direction of the porous film sheet Ps. As shown, the gripping wire 163 rotates while gripping the sheet end Pse of the porous membrane sheet Ps. A plurality of small-diameter gripping rollers (not shown) that grip the sheet end Pse of the porous membrane sheet Ps together with the gripping wire 163 are disposed between the both end rollers. The widening mechanism 160 having such a configuration is located facing both ends in the width direction of the porous membrane sheet Ps, and holds the sheet end Pse across the conveyance area, and the upstream sheet end gripping roller 161 and the downstream sheet end gripping roller. The porous membrane sheet Ps is transported in the transport area between the upstream sheet end gripping roller 161 and the downstream sheet end gripping roller 162 in the transporting / stretching section by the rotation of the gripping roller between 162 and both end rollers. The widening mechanism 160 adjusts the degree of inclination of the upstream sheet end gripping roller 161 and the downstream sheet end gripping roller 162 with respect to the transport direction to change the porous film sheet Ps to a film width whose film width is a predetermined magnification. It extends | stretches in the width direction, conveying so that it may become. In the present embodiment, the widening ratio obtained by dividing the winding width Psh0 (see FIG. 2) of the porous membrane sheet Ps by the stretching width Psh1 at the end point of the transport area is a widening ratio within a range of 110 to 150%. The porous film sheet Ps is stretched in the width direction by the widening mechanism 160. Hereinafter, such stretching in the width direction of the porous membrane sheet Ps is referred to as widening stretching for convenience.

第2送出ローラー120は、巻き取り済みの電解質膜シートMsを、加圧搬送ローラー132の回転、および巻取ローラー140の回転に伴って送り出す。電解質膜シートMsは、加水分解等の所定の処理を経て水素イオン伝導性を発揮するスルホン酸系の電解質樹脂たる電解質前駆体のシート体であり、本実施形態では、4〜20μmの厚さのナフィオン膜(ナフィオンは登録商標)等の電解質前駆体のシート体を用いた。電解質膜シートMsは、バックシートBsに重ね合わせた形態で、第2送出ローラー120に巻き取られており、バックシートBsが加圧搬送ローラー132のロール表面側となり、電解質膜シートMsが多孔性膜シートPsと対向するように、加圧搬送ローラー132に送り込まれる。バックシートBsは、電解質膜シートMsに対する剥離性を有するフッ素系の樹脂製シート、例えばテフロン(テフロンは登録商標)または炭化水素系の樹脂で形成されたシート体である。   The second delivery roller 120 sends the wound electrolyte membrane sheet Ms with the rotation of the pressure conveying roller 132 and the rotation of the winding roller 140. The electrolyte membrane sheet Ms is a sheet body of an electrolyte precursor that is a sulfonic acid-based electrolyte resin that exhibits hydrogen ion conductivity through a predetermined treatment such as hydrolysis. In the present embodiment, the electrolyte membrane sheet Ms has a thickness of 4 to 20 μm. A sheet body of an electrolyte precursor such as a Nafion membrane (Nafion is a registered trademark) was used. The electrolyte membrane sheet Ms is wound around the second delivery roller 120 in a form superimposed on the back sheet Bs, the back sheet Bs is on the roll surface side of the pressure conveying roller 132, and the electrolyte membrane sheet Ms is porous. It is sent to the pressure conveying roller 132 so as to face the film sheet Ps. The back sheet Bs is a sheet made of a fluorine-based resin sheet having releasability with respect to the electrolyte membrane sheet Ms, for example, Teflon (Teflon is a registered trademark) or a hydrocarbon-based resin.

加圧搬送ローラー132は、シート搬送ローラー130と共に貼り合わせセクションを形成し、第2送出ローラー120から送り出された電解質膜シートMsを、シート搬送ローラー130のローラー表面の多孔性膜シートPsに加圧して貼り合わせる。加圧搬送ローラー132は、多孔性膜シートPsの搬送区域の終点のシート搬送ローラー130と対向して配設されていることから、加圧搬送ローラー132による電解質膜シートMsの貼り合わせ対象は、拡幅機構160にて所定の拡幅率に延伸済みの多孔性膜シートPsとなる。つまり、電解質膜シートMsは、所定の拡幅率に延伸済みの多孔性膜シートPsに、シート搬送ローラー130と加圧搬送ローラー132とを用いて、貼り合わせられることになる。こうしたシート貼り合わせに際し、加圧搬送ローラー132を加熱可能な構成とすることで、電解質膜シートMsを軟化させることができる。こうすれば、軟化した電解質膜シートMsを、所定の拡幅率に延伸済みの多孔性膜シートPsに貼り合わせできる。なお、シート貼り合わせの際の加圧圧力は、シート搬送ローラー130と加圧搬送ローラー132とのローラー表面間の間隔で調整されるニップ圧で規定される。   The pressure conveyance roller 132 forms a bonded section together with the sheet conveyance roller 130, and pressurizes the electrolyte membrane sheet Ms delivered from the second delivery roller 120 to the porous membrane sheet Ps on the roller surface of the sheet conveyance roller 130. And paste them together. Since the pressure conveyance roller 132 is disposed to face the sheet conveyance roller 130 at the end point of the conveyance area of the porous film sheet Ps, the object to be bonded to the electrolyte membrane sheet Ms by the pressure conveyance roller 132 is: The porous film sheet Ps has been stretched to a predetermined widening ratio by the widening mechanism 160. That is, the electrolyte membrane sheet Ms is bonded to the porous membrane sheet Ps that has been stretched to a predetermined widening ratio by using the sheet conveyance roller 130 and the pressure conveyance roller 132. The electrolyte membrane sheet Ms can be softened by adopting a configuration in which the pressure conveying roller 132 can be heated at the time of such sheet bonding. In this way, the softened electrolyte membrane sheet Ms can be bonded to the porous membrane sheet Ps that has been stretched to a predetermined widening ratio. Note that the pressure applied during sheet bonding is defined by a nip pressure that is adjusted by the distance between the roller surfaces of the sheet conveying roller 130 and the pressure conveying roller 132.

巻取ローラー140は、第1送出ローラー110からの多孔性膜シートPsの送り出しや第2送出ローラー120からの電解質膜シートMsの送り出し、およびシート搬送ローラー130と加圧搬送ローラー132とによる電解質膜シートMsの貼り合わせの各ローラーの回転に同期して回転し、電解質膜シートMsを、所定の拡幅率に延伸済みの多孔性膜シートPsに貼り合わせた状態で巻き取る。巻取案内ローラー150は、電解質膜シートMsをテンションを掛けて巻取ローラー140に案内する。シート切刃170は、電解質膜シートMsの貼り合わせ箇所の下流に、電解質膜シートMsの幅に合わせて配設され、多孔性膜シートPsのシート端側の余剰シート部Psoを切断する。よって、図1に概略的に示すように、巻取ローラー140には、所定の拡幅率に延伸済みで電解質膜シートMsと同じ幅の多孔性膜シートPsが電解質膜シートMsに貼り合わされた状態で、電解質膜シートMsがバックシートBsと共に巻き取られる。こうして巻き取られた電解質膜シートMsは、多孔性膜シートPsに貼り合わされた半製品電解質膜シートCEsとして扱われる。シート切刃170にて切断された余剰シート部Psoは、その間を長形状の切断部Pshとして、図示しない回収ローラーに巻き取られる。   The winding roller 140 feeds the porous membrane sheet Ps from the first delivery roller 110, delivers the electrolyte membrane sheet Ms from the second delivery roller 120, and the electrolyte membrane by the sheet transport roller 130 and the pressure transport roller 132. The electrolyte membrane sheet Ms rotates in synchronization with the rotation of the rollers for laminating the sheet Ms, and is wound in a state where the electrolyte membrane sheet Ms is adhered to the porous membrane sheet Ps that has been stretched to a predetermined width-enlarging rate. The winding guide roller 150 guides the electrolyte membrane sheet Ms to the winding roller 140 with tension. The sheet cutting edge 170 is disposed downstream of the bonding position of the electrolyte membrane sheet Ms according to the width of the electrolyte membrane sheet Ms, and cuts the excess sheet portion Pso on the sheet end side of the porous membrane sheet Ps. Therefore, as schematically shown in FIG. 1, the winding roller 140 is a state in which the porous film sheet Ps having the same width as the electrolyte film sheet Ms, which has been stretched to a predetermined width-expanding rate, is bonded to the electrolyte film sheet Ms. Thus, the electrolyte membrane sheet Ms is wound together with the back sheet Bs. The electrolyte membrane sheet Ms wound up in this way is treated as a semi-finished electrolyte membrane sheet CEs bonded to the porous membrane sheet Ps. The surplus sheet portion Pso cut by the sheet cutting blade 170 is taken up by a collecting roller (not shown) with a long cut portion Psh therebetween.

巻取ローラー140に巻き取られた電解質膜シートMs(半製品電解質膜シートCEs)は、図示しない含浸セクションと加水分解処理セクションに順次、送り込まれる。含浸セクションでの加熱により、多孔性膜シートPsは電解質膜シートMs(詳しくは電解質前駆体)に含浸し、加水分解処理セクションでの加水分解を受けて、電解質膜シートMsは、水素イオン伝導性を有する補強型電解質膜として利用される。なお、所定の拡幅率に延伸済みの多孔性膜シートPsに貼り合わされた状態で、電解質膜シートMsを直に含浸セクションや加水分解処理セクションに搬送することも可能であり、この場合には、巻取ローラー140は不要となる。また、既述したように、加圧搬送ローラー132にて電解質膜シートMsを加熱した状態で多孔性膜シートPsに貼り合わせることで、多孔性膜シートPsの含浸を起こすことも可能である。   The electrolyte membrane sheet Ms (semi-finished electrolyte membrane sheet CEs) wound around the winding roller 140 is sequentially fed to an impregnation section and a hydrolysis treatment section (not shown). By heating in the impregnation section, the porous membrane sheet Ps impregnates the electrolyte membrane sheet Ms (specifically, an electrolyte precursor) and undergoes hydrolysis in the hydrolysis treatment section, so that the electrolyte membrane sheet Ms becomes hydrogen ion conductive. It is used as a reinforced electrolyte membrane having The electrolyte membrane sheet Ms can be directly conveyed to the impregnation section or the hydrolysis treatment section in a state of being bonded to the porous membrane sheet Ps that has been stretched to a predetermined widening rate. The winding roller 140 is not necessary. Further, as described above, it is possible to cause the impregnation of the porous membrane sheet Ps by bonding the electrolyte membrane sheet Ms to the porous membrane sheet Ps while being heated by the pressure conveying roller 132.

図5は電解質膜製造装置100での製造対象である補強型電解質膜シートの製造手順を示すフローチャートである。   FIG. 5 is a flowchart showing a manufacturing procedure of a reinforced electrolyte membrane sheet which is a manufacturing target in the electrolyte membrane manufacturing apparatus 100.

図示するように、電解質膜製造装置100にて補強型電解質膜シートを製造するに当たっては、第1送出ローラー110からの多孔性膜シートPsの送り出し搬送と拡幅機構160による搬送過程での既述した拡幅延伸(ステップS100)と、第2送出ローラー120からの電解質膜シートMsの送り出し搬送(ステップS110)とが同期して実行される。これにより、搬送・延伸セクション(図2参照)における搬送区域の終点では、多孔性膜シートPsは、既述した所定の拡幅率で幅方向に延伸した状態となり、この延伸済みの多孔性膜シートPsに、シート搬送ローラー130と加圧搬送ローラー132とにより、電解質膜シートMsが加圧して貼り合わされる(ステップS120)。その後、電解質膜シートMsより広がった部位の余剰シート部Psoを、電解質膜シートMsの貼り合わせ箇所の下流に配設されたシート切刃170により切断する(ステップS130)。そして、所定の拡幅率に延伸済みで電解質膜シートMsと同じ幅の多孔性膜シートPsが電解質膜シートMsに貼り合わされた半製品電解質膜シートCEsを巻取ローラー140に巻き取り(ステップS140)、シート切刃170にて切断された余剰シート部Pso(図1,図4参照)が回収ローラーに巻き取り回収され(ステップS150)、既述した各工程が繰り返される。なお、ステップS140で得られた半製品電解質膜シートCEsは、含浸セクションと加水分解処理セクションといった次工程に搬送される。   As shown in the drawing, in manufacturing the reinforced electrolyte membrane sheet with the electrolyte membrane manufacturing apparatus 100, the porous membrane sheet Ps from the first delivery roller 110 is delivered and transported by the widening mechanism 160 as described above. The widening stretching (step S100) and the delivery conveyance (step S110) of the electrolyte membrane sheet Ms from the second delivery roller 120 are executed in synchronization. As a result, at the end point of the transport area in the transport / stretch section (see FIG. 2), the porous membrane sheet Ps is stretched in the width direction at the predetermined widening rate described above, and this stretched porous membrane sheet The electrolyte membrane sheet Ms is pressed and bonded to Ps by the sheet conveying roller 130 and the pressure conveying roller 132 (step S120). Thereafter, the surplus sheet portion Pso of the portion extending from the electrolyte membrane sheet Ms is cut by the sheet cutting blade 170 disposed downstream of the bonding location of the electrolyte membrane sheet Ms (step S130). Then, the semi-finished electrolyte membrane sheet CEs in which the porous membrane sheet Ps having the same width as the electrolyte membrane sheet Ms and having been stretched to a predetermined widening rate is bonded to the electrolyte membrane sheet Ms is taken up by the take-up roller 140 (step S140). The surplus sheet portion Pso (see FIGS. 1 and 4) cut by the sheet cutting blade 170 is wound and collected by the collection roller (step S150), and the above-described steps are repeated. The semi-finished electrolyte membrane sheet CEs obtained in step S140 is transported to the next process such as an impregnation section and a hydrolysis treatment section.

次に、性能評価について説明する。性能評価は、寸法変化率とクロスリーク量について行った。寸法変化率の性能評価を行うに当たっては、まず、電解質膜製造装置100にて得られた実施例品の電解質膜シートMs(半製品電解質膜シートCEs)と、拡幅延伸を行わない多孔性膜シートPsに電解質膜シートMsを貼り合わせた比較例品の電解質膜シートMsとを、加熱ローラーを用いた多孔性膜シートPsの電解質樹脂(電解質前駆体)への含浸および加水分解に処して、完成品としての補強型電解質膜とした。次いで、得られた補強型電解質膜(実施形態品・比較例品)を、図1や図2に示す10センチの正方サンプル片形状に裁断し、裁断したサンプル品(実施形態品・比較例品)を、80℃の温水中に20分間、浸漬した後の搬送方向寸法MDと幅方向寸法TDの寸法変化率(膨潤)を求めた。図6は実施形態品と比較例品との寸法変化率を対比して示すグラフである。   Next, performance evaluation will be described. The performance evaluation was performed for the dimensional change rate and the cross leak amount. In performing the performance evaluation of the dimensional change rate, first, the electrolyte membrane sheet Ms (semi-finished electrolyte membrane sheet CEs) of the example product obtained by the electrolyte membrane manufacturing apparatus 100 and the porous membrane sheet not subjected to widening stretching The electrolyte membrane sheet Ms of the comparative example in which the electrolyte membrane sheet Ms is bonded to Ps is impregnated into the electrolyte resin (electrolyte precursor) and hydrolyzed with the porous membrane sheet Ps using a heating roller. A reinforced electrolyte membrane as a product was obtained. Next, the obtained reinforced electrolyte membrane (embodiment product / comparative example product) was cut into a 10 cm square sample piece shape shown in FIG. 1 or FIG. 2, and the cut sample product (embodiment product / comparative example product). ) Was measured for the dimensional change rate (swelling) of the transport direction dimension MD and the width direction dimension TD after being immersed in warm water of 80 ° C. for 20 minutes. FIG. 6 is a graph showing the dimensional change rates of the embodiment product and the comparative product in comparison.

図6から明らかなように、拡幅延伸済みの状態のままの多孔性膜シートPsに電解質膜シートMsを貼り合わせた実施形態品は、搬送方向寸法MDと幅方向寸法TDの両寸法とも、3〜4%程度しか寸法変化(膨潤)を起こさず、搬送方向と幅方向の寸法変化もバランスが取れている。これに対し、拡幅延伸を行わない多孔性膜シートPsに電解質膜シートMsを貼り合わせた比較例品は、搬送方向寸法MDの寸法変化は僅かであるものの、幅方向寸法TDは20%を越える寸法変化(膨潤)を起こし、搬送方向と幅方向の寸法変化にアンバランスが起きた。電解質膜の寸法変化が小さいと、電解質膜が組み込まれた燃料電池の発電運転中に生じる乾湿変化により電解質膜に及ぶ機械的なストレスは低減する。特に、燃料電池の発電運転が電解質膜の湿潤をもたらす状態であると、電解質膜が膨潤しやすくなるので、電解質膜の寸法変化が大きいと、電解質膜にシワが発生して、耐久性の低下を招く。こうしたことを図6の寸法対比結果に照らすと、実施形態品は、高い耐久性を備える電解質膜であると判別できる。   As is apparent from FIG. 6, the embodiment product in which the electrolyte membrane sheet Ms is bonded to the porous membrane sheet Ps that has been widened and stretched is 3 in both the transport direction dimension MD and the width direction dimension TD. Only about ˜4% causes a dimensional change (swelling), and the dimensional change in the conveyance direction and the width direction is balanced. On the other hand, the comparative product in which the electrolyte membrane sheet Ms is bonded to the porous membrane sheet Ps that is not subjected to widening stretching has a slight change in the dimension MD in the transport direction, but the width dimension TD exceeds 20%. A dimensional change (swelling) occurred, and an unbalance occurred in the dimensional change in the conveyance direction and the width direction. When the dimensional change of the electrolyte membrane is small, mechanical stress on the electrolyte membrane is reduced due to a change in wet and dry conditions during the power generation operation of the fuel cell in which the electrolyte membrane is incorporated. In particular, when the power generation operation of the fuel cell causes the electrolyte membrane to wet, the electrolyte membrane easily swells. Therefore, if the dimensional change of the electrolyte membrane is large, wrinkles occur in the electrolyte membrane, resulting in a decrease in durability. Invite. In light of the result of the dimensional comparison in FIG. 6, it can be determined that the embodiment product is an electrolyte membrane having high durability.

クロスリーク量の性能評価を行うに当たっては、まず、既述したように得られた完成品としての補強型電解質膜(実施形態品・比較例品)の両膜面にアノード・カソードの両電極触媒層を形成して燃料電池セル(実施形態品・比較例品)とし、この燃料電池セルに水素ガス・酸素含有ガス(空気)を供給して継続して発電させ、発電過程における乾湿サイクル評価を実施した。この乾湿サイクルでは、燃料電池セルの両電極から電流を引かない状態で発電する乾燥処理を所定時間継続し、その後、加湿しながら電流を引いて発電する湿潤処理を所定時間継続する。そして、乾燥処理と湿潤処理を1サイクルとしてカウントしつつ、クロスリーク量を求めた。図7は実施形態品と比較例品とのクロスリーク量を対比して示すグラフであり、横軸は乾湿サイクルのサイクル数を表し、縦軸はクロスリーク量を表す。   In evaluating the performance of the cross leak amount, first, both anode and cathode electrode catalysts are formed on both membrane surfaces of the reinforced electrolyte membrane (the embodiment product and the comparative example product) as a finished product obtained as described above. A fuel cell (formation product / comparative example product) is formed by forming a layer, and hydrogen gas / oxygen-containing gas (air) is supplied to the fuel cell to continuously generate power. Carried out. In this dry / wet cycle, the drying process of generating power without drawing current from both electrodes of the fuel cell is continued for a predetermined time, and then the wet process of generating power by drawing current while humidifying is continued for a predetermined time. And the amount of cross leak was calculated | required, counting a dry process and a wet process as 1 cycle. FIG. 7 is a graph showing the cross leak amount of the embodiment product and the comparative product in comparison, the horizontal axis represents the cycle number of the wet and dry cycle, and the vertical axis represents the cross leak amount.

図7から明らかなように、拡幅延伸済みの状態のままの多孔性膜シートPsに電解質膜シートMsを貼り合わせた実施形態品は、乾湿サイクルが1万サイクル数に達しても、燃料電池セルとして許容される許容リーク量の1/4〜1/3程度しかクロスリークを起こさなかった。これに対し、拡幅延伸を行わない多孔性膜シートPsに電解質膜シートMsを貼り合わせた比較例品は、乾湿サイクルが4千サイクル数程度に達すると、クロスリークが急増し、許容リーク量を大きく超えるクロスリークが起きた。このことから、実施形態品の補強型電解質膜は、膨潤が小さい故に、膨潤とこれに続く収縮の繰り返しに伴う電解質膜の機械的ストレスが低減された結果、高い耐久性を備えた電解質膜であると判別できる。   As is clear from FIG. 7, the embodiment product in which the electrolyte membrane sheet Ms is bonded to the porous membrane sheet Ps that has been widened and stretched is a fuel cell, even if the number of dry and wet cycles reaches 10,000 cycles. As a result, the cross leak occurred only about 1/4 to 1/3 of the allowable leak amount. On the other hand, in the comparative product in which the electrolyte membrane sheet Ms is bonded to the porous membrane sheet Ps that is not subjected to widening stretching, when the number of dry and wet cycles reaches about 4,000 cycles, the cross leak rapidly increases and the allowable leak amount is increased. A large cross leak occurred. Therefore, the reinforced electrolyte membrane of the embodiment product is a highly durable electrolyte membrane as a result of reducing the mechanical stress of the electrolyte membrane due to repeated swelling and subsequent shrinkage because the swelling is small. It can be determined that there is.

以上説明したように、電解質膜製造装置100を用いた本実施形態の補強型電解質膜の製造方法は、搬送・延伸セクションにおける多孔性膜シートPsの搬送区域の終点において、拡幅延伸させた状態のままの多孔性膜シートPsに電解質膜シートMsを貼り合わせることから、電解質膜シートMsを構成する電解質樹脂を、幅方向の収縮が起きる前の多孔性膜シートPsの細孔に入り込ませる。こうして細孔に入り込んだ電解質樹脂は、その後の多孔性膜シートPsの収縮を規制する。この結果、電解質膜製造装置100を用いた本実施形態の補強型電解質膜の製造方法によれば、拡幅延伸された多孔性膜シートPsの収縮の抑制と、収縮抑制に伴う発電運転中の電解質膜の膨張の抑制とにより、電解質膜の耐久性の低下を抑制できる。しかも、電解質膜の耐久性の低下の抑制を、多孔性膜シートPsの搬送区域の終点における電解質膜シートMsの貼り合わせで、容易に達成できるので、簡便である。   As described above, the manufacturing method of the reinforced electrolyte membrane of the present embodiment using the electrolyte membrane manufacturing apparatus 100 is in the state of being widened and stretched at the end point of the transport area of the porous membrane sheet Ps in the transport / stretch section. Since the electrolyte membrane sheet Ms is bonded to the porous membrane sheet Ps as it is, the electrolyte resin constituting the electrolyte membrane sheet Ms enters the pores of the porous membrane sheet Ps before contraction in the width direction. The electrolyte resin that has entered the pores in this way regulates subsequent shrinkage of the porous membrane sheet Ps. As a result, according to the manufacturing method of the reinforced electrolyte membrane of the present embodiment using the electrolyte membrane manufacturing apparatus 100, the shrinkage of the expanded porous membrane sheet Ps and the electrolyte during the power generation operation accompanying the shrinkage suppression are as follows. By suppressing the expansion of the membrane, a decrease in the durability of the electrolyte membrane can be suppressed. In addition, since it is possible to easily suppress the decrease in the durability of the electrolyte membrane by bonding the electrolyte membrane sheet Ms at the end point of the conveyance area of the porous membrane sheet Ps, it is simple.

拡幅機構160による拡幅延伸や、シート搬送ローラー130と加圧搬送ローラー132とを用いた多孔性膜シートPsと電解質膜シートMsの重ね合わせは、既存設備で容易に達成可能であるので、既存の補強型電解質膜の製造装置を、耐久性に優れた補強型電解質膜を製造できるよう、容易に改変できる。   Widening stretching by the widening mechanism 160 and superposition of the porous membrane sheet Ps and the electrolyte membrane sheet Ms using the sheet conveying roller 130 and the pressure conveying roller 132 can be easily achieved with existing equipment. The apparatus for producing a reinforced electrolyte membrane can be easily modified so that a reinforced electrolyte membrane having excellent durability can be produced.

次に、変形例について説明する。図8は第1変形例の電解質膜製造装置100Aの概略構成を側面視して模式的に示す説明図である。図示するように、この電解質膜製造装置100Aは、シート搬送ローラー130に他の電解質膜シートMsを送り出して、拡幅延伸済みの多孔性膜シートPsの両シート面に電解質膜シートMsを貼り合わせる点に特徴がある。つまり、電解質膜製造装置100Aは、第3送出ローラー180を備え、この第3送出ローラー180は、巻き取り済みの他の電解質膜シートMsを、シート搬送ローラー130の回転と、加圧搬送ローラー132の回転と、巻取ローラー140の回転、および第2送出ローラー120の回転に伴って、他の電解質膜シートMsをバックシートBsに重ね合わせた状態でシート搬送ローラー130に送り出す。この場合、電解質膜シートMsは、バックシートBsがシート搬送ローラー130のロール表面側となり、電解質膜シートMsが多孔性膜シートPsと対向するように、シート搬送ローラー130に送り込まれる。   Next, a modified example will be described. FIG. 8 is an explanatory view schematically showing a schematic configuration of the electrolyte membrane manufacturing apparatus 100A of the first modification as viewed from the side. As shown in the figure, the electrolyte membrane manufacturing apparatus 100A sends out another electrolyte membrane sheet Ms to the sheet conveying roller 130, and bonds the electrolyte membrane sheet Ms to both sheet surfaces of the widened and stretched porous membrane sheet Ps. There is a feature. That is, the electrolyte membrane manufacturing apparatus 100 </ b> A includes a third delivery roller 180, and the third delivery roller 180 rotates another electrolyte membrane sheet Ms that has been wound up to the rotation of the sheet conveyance roller 130 and the pressure conveyance roller 132. , The winding roller 140, and the second delivery roller 120, the other electrolyte membrane sheet Ms is fed to the sheet conveying roller 130 in a state of being superimposed on the back sheet Bs. In this case, the electrolyte membrane sheet Ms is fed into the sheet conveyance roller 130 such that the back sheet Bs is on the roll surface side of the sheet conveyance roller 130 and the electrolyte membrane sheet Ms faces the porous membrane sheet Ps.

この電解質膜製造装置100Aは、搬送・延伸セクションにおける搬送区域において、多孔性膜シートPsを搬送しつつ拡幅延伸し、拡幅延伸済みの多孔性膜シートPsの両シート面に、搬送区域の終点のシート搬送ローラー130と加圧搬送ローラー132とを用いて、電解質膜シートMsをそれぞれに貼り合わせる。よって、この電解質膜製造装置100Aを用いた補強型電解質膜の製造方法によっても、補強型電解質膜の耐久性の低下を簡便に抑制できる。   The electrolyte membrane manufacturing apparatus 100A performs widening stretching while transporting the porous membrane sheet Ps in the transport zone in the transport / stretch section, and the end points of the transport zone are formed on both sheet surfaces of the wide stretched porous membrane sheet Ps. The electrolyte membrane sheet Ms is bonded to each other using the sheet conveyance roller 130 and the pressure conveyance roller 132. Therefore, also by the manufacturing method of the reinforced electrolyte membrane using this electrolyte membrane manufacturing apparatus 100A, the fall of durability of a reinforced electrolyte membrane can be suppressed easily.

図9は第2変形例の電解質膜製造装置100Bの概略構成を側面視して模式的に示す説明図である。図示するように、この電解質膜製造装置100Bは、搬送・延伸セクションでの搬送区域における拡幅延伸済み多孔性膜シートPsへの電解質膜シートMsの貼り合わせ前に、電解質膜シートMsをバックシートBsに形成する点に特徴がある。つまり、電解質膜製造装置100Bは、シート搬送ローラー130より上流側に、第4送出ローラー200と、バックシート搬送ローラー210と、電解質樹脂の吐出ノズル220と、乾燥炉230とを備える。   FIG. 9 is an explanatory view schematically showing a schematic configuration of the electrolyte membrane manufacturing apparatus 100B of the second modification as viewed from the side. As shown in the figure, the electrolyte membrane manufacturing apparatus 100B transfers the electrolyte membrane sheet Ms to the back sheet Bs before the electrolyte membrane sheet Ms is bonded to the widened and stretched porous membrane sheet Ps in the transport area in the transport / stretch section. It is characterized in that it is formed. That is, the electrolyte membrane manufacturing apparatus 100 </ b> B includes the fourth delivery roller 200, the back sheet conveyance roller 210, the electrolyte resin discharge nozzle 220, and the drying furnace 230 on the upstream side of the sheet conveyance roller 130.

第4送出ローラー200は、バックシートBsを単独で巻き取っており、バックシート搬送ローラー210は、バックシートBsをテンションを掛けた状態で搬送する。そして、この第4送出ローラー200とバックシート搬送ローラー210とは、シート搬送ローラー130の回転と、加圧搬送ローラー132の回転と、巻取ローラー140の回転、および第2送出ローラー120の回転伴って、バックシートBsをシート搬送ローラー130に送り出す。   The fourth delivery roller 200 winds the back sheet Bs alone, and the back sheet conveyance roller 210 conveys the back sheet Bs in a tensioned state. The fourth delivery roller 200 and the back sheet conveyance roller 210 are accompanied by rotation of the sheet conveyance roller 130, rotation of the pressure conveyance roller 132, rotation of the take-up roller 140, and rotation of the second delivery roller 120. Then, the back sheet Bs is sent to the sheet conveying roller 130.

吐出ノズル220は、バックシート搬送ローラー210のローラー表面に対向して配置され、電解質膜シートMsを形成するための電解質樹脂が所定濃度で溶解した溶解液を、ローラー表面のバックシートBsに向けて吐出する。この溶解液吐出により、バックシートBsには電解質膜シートMsが形成され、形成された電解質膜シートMsは、バックシートBsに重なった状態でシート搬送ローラー130に送り出され、搬送区域の終点のシート搬送ローラー130で、拡幅延伸済みの多孔性膜シートPsに貼り合わせられる。この際、電解質膜シートMsは、バックシートBsに電解質樹脂の溶解液吐出を経て形成された直後であることから、シート形態の保持が可能なペースト状である。よって、シート搬送ローラー130で貼り合わせの際、多孔性膜シートPsの細孔に電解質膜シートMsの電解質樹脂が毛管現象によって含浸し、シート搬送ローラー130の下流では、電解質膜シートMsは、多孔性膜シートPsが含浸した形態の半製品電解質膜シートCEsとなる。   The discharge nozzle 220 is disposed to face the roller surface of the back sheet conveying roller 210, and directs a solution in which an electrolyte resin for forming the electrolyte membrane sheet Ms is dissolved at a predetermined concentration toward the back sheet Bs on the roller surface. Discharge. By discharging the solution, an electrolyte membrane sheet Ms is formed on the back sheet Bs, and the formed electrolyte membrane sheet Ms is sent to the sheet transport roller 130 in a state of being overlapped with the back sheet Bs, and is a sheet at the end of the transport area. It is bonded to the porous film sheet Ps that has been widened and stretched by the transport roller 130. At this time, since the electrolyte membrane sheet Ms is immediately after being formed on the back sheet Bs through discharge of the electrolyte resin solution, the electrolyte membrane sheet Ms is in a paste form capable of maintaining the sheet form. Therefore, at the time of bonding with the sheet conveying roller 130, the electrolyte resin of the electrolyte membrane sheet Ms is impregnated by capillary action into the pores of the porous membrane sheet Ps, and the electrolyte membrane sheet Ms is porous downstream of the sheet conveying roller 130. The semi-finished electrolyte membrane sheet CEs is impregnated with the conductive membrane sheet Ps.

乾燥炉230は、半製品電解質膜シートCEsを加熱して、電解質膜シートMsから電解質樹脂の溶解液の溶液成分を蒸発させ、電解質膜シートMsを固形状とする。よって、巻取ローラー140は、電解質膜シートMsの電解質樹脂に多孔性膜シートPsが含浸した半製品電解質膜シートCEsを巻き取ることになる。   The drying furnace 230 heats the semi-finished electrolyte membrane sheet CEs, evaporates the solution component of the electrolyte resin solution from the electrolyte membrane sheet Ms, and makes the electrolyte membrane sheet Ms solid. Therefore, the winding roller 140 winds up the semi-finished electrolyte membrane sheet CEs obtained by impregnating the electrolyte resin of the electrolyte membrane sheet Ms with the porous membrane sheet Ps.

この電解質膜製造装置100Bにあっても、搬送・延伸セクションにおける搬送区域において、多孔性膜シートPsを搬送しつつ拡幅延伸し、拡幅延伸済みの多孔性膜シートPsに、搬送区域の終点のシート搬送ローラー130で、電解質膜シートMsを貼り合わせる。よって、この電解質膜製造装置100Bを用いた補強型電解質膜の製造方法によっても、補強型電解質膜の耐久性の低下を簡便に抑制できる。これに加え、電解質膜製造装置100Bは、バックシートBsへの電解質樹脂の溶解液吐出を経て形成したペースト状の電解質膜シートMsを多孔性膜シートPsに貼り合わせるので、半製品電解質膜シートCEsは電解質膜シートMsの電解質樹脂が多孔性膜シートPsに含浸した電解質膜シートとなる。よって、この電解質膜製造装置100Bを用いた補強型電解質膜の製造方法によれば、後工程の含浸が不要となり、工程の簡略化を図ることができる。   Even in this electrolyte membrane manufacturing apparatus 100B, the porous membrane sheet Ps is widened while being conveyed in the conveyance area in the conveyance / extension section, and the sheet at the end of the conveyance area is expanded into the porous film sheet Ps that has been widened and elongated. The electrolyte membrane sheet Ms is bonded together by the transport roller 130. Therefore, also by the manufacturing method of the reinforcement type electrolyte membrane using this electrolyte membrane manufacturing apparatus 100B, the fall of durability of a reinforcement type electrolyte membrane can be suppressed easily. In addition to this, the electrolyte membrane manufacturing apparatus 100B bonds the paste-like electrolyte membrane sheet Ms formed by discharging the electrolyte resin solution onto the back sheet Bs to the porous membrane sheet Ps, so that the semi-finished electrolyte membrane sheet CEs. Is an electrolyte membrane sheet in which the porous membrane sheet Ps is impregnated with the electrolyte resin of the electrolyte membrane sheet Ms. Therefore, according to the method for manufacturing a reinforced electrolyte membrane using the electrolyte membrane manufacturing apparatus 100B, it is not necessary to impregnate in the subsequent process, and the process can be simplified.

図10は第3変形例の電解質膜製造装置100Cの概略構成を側面視して模式的に示す説明図である。図示するように、この電解質膜製造装置100Cは、多孔性膜シートPsへの電解質膜シートMsの貼り合わせ前に、電解質膜シートMsをバックシートBsに形成した上で、拡幅延伸済みの多孔性膜シートPsの両シート面に電解質膜シートMsを貼り合わせる点に特徴がある。つまり、電解質膜製造装置100Cは、乾燥炉230の下流側に、第1中間案内ローラー241と、第2中間案内ローラー242と、第3中間案内ローラー243と、第4中間案内ローラー244と、電解質樹脂の吐出ノズル221と、乾燥炉231とを備える。   FIG. 10 is an explanatory view schematically showing a schematic configuration of an electrolyte membrane manufacturing apparatus 100C according to a third modification as viewed from the side. As shown in the figure, the electrolyte membrane manufacturing apparatus 100C is formed by forming the electrolyte membrane sheet Ms on the back sheet Bs before bonding the electrolyte membrane sheet Ms to the porous membrane sheet Ps, and then expanding and stretching the porous membrane. It is characterized in that the electrolyte membrane sheet Ms is bonded to both sheet surfaces of the membrane sheet Ps. That is, the electrolyte membrane manufacturing apparatus 100C includes a first intermediate guide roller 241, a second intermediate guide roller 242, a third intermediate guide roller 243, a fourth intermediate guide roller 244, and an electrolyte on the downstream side of the drying furnace 230. A resin discharge nozzle 221 and a drying furnace 231 are provided.

第1中間案内ローラー241〜第4中間案内ローラー244の各案内ローラーは、乾燥炉230にて乾燥済みの電解質膜シートMs(半製品電解質膜シートCEs)を、テンションを掛けつつ乾燥炉231に搬送する。半製品電解質膜シートCEsは、これら案内ローラーにて搬送される間に冷却され、第4中間案内ローラー244のローラー表面において、吐出ノズル221から電解質樹脂の溶解液の吐出を受ける。吐出ノズル221は、冷却した半製品電解質膜シートCEsの表面、即ち電解質膜シートMsに含浸した状態の多孔性膜シートPsの表面に、新たに電解質樹脂の溶解液を吐出し、新たな電解質膜シートMsを、多孔性膜シートPsが含浸済みの電解質膜シートMsに重ねて形成する。   Each guide roller of the first intermediate guide roller 241 to the fourth intermediate guide roller 244 conveys the electrolyte membrane sheet Ms (semi-finished electrolyte membrane sheet CEs) dried in the drying furnace 230 to the drying furnace 231 while applying tension. To do. The semi-finished electrolyte membrane sheet CEs is cooled while being conveyed by these guide rollers, and receives the discharge of the electrolyte resin solution from the discharge nozzle 221 on the roller surface of the fourth intermediate guide roller 244. The discharge nozzle 221 discharges a new electrolyte resin solution to the surface of the cooled semi-finished electrolyte membrane sheet CEs, that is, the surface of the porous membrane sheet Ps impregnated in the electrolyte membrane sheet Ms. The sheet Ms is formed so as to overlap the electrolyte membrane sheet Ms impregnated with the porous membrane sheet Ps.

新たな電解質膜シートMsが形成された半製品電解質膜シートCEsは、乾燥炉231を通過する間に加熱され、新たに形成された電解質膜シートMsは、電解質樹脂の溶解液の溶液成分の蒸発により固形状となる。よって、巻取ローラー140は、先に形成された電解質膜シートMsの電解質樹脂に多孔性膜シートPsが含浸し、後に形成された電解質膜シートMsが先に形成された電解質膜シートMsに積層した形態の半製品電解質膜シートCEsを巻き取ることになる。ところで、多孔性膜シートPsは、その膜厚が電解質膜シートMsに比して薄いことから、先に形成された電解質膜シートMsに含浸した状態で、後に形成された電解質膜シートMsと先に形成された電解質膜シートMsとの積層境界に介在することになる。   The semi-finished electrolyte membrane sheet CEs on which the new electrolyte membrane sheet Ms is formed is heated while passing through the drying furnace 231, and the newly formed electrolyte membrane sheet Ms evaporates the solution components of the electrolyte resin solution. It becomes a solid state. Therefore, the winding roller 140 is formed by impregnating the electrolyte resin of the electrolyte membrane sheet Ms formed earlier with the porous membrane sheet Ps and laminating the electrolyte membrane sheet Ms formed later on the electrolyte membrane sheet Ms formed first. The semi-finished electrolyte membrane sheet CEs having the above shape is wound up. By the way, the porous membrane sheet Ps is thinner than the electrolyte membrane sheet Ms. Therefore, the porous membrane sheet Ps and the previously formed electrolyte membrane sheet Ms are impregnated with the previously formed electrolyte membrane sheet Ms. It intervenes at the boundary of lamination with the electrolyte membrane sheet Ms formed.

この電解質膜製造装置100Cによっても、既述した電解質膜製造装置100Bと同様の効果を奏することができる。   Also with this electrolyte membrane manufacturing apparatus 100C, the same effects as the electrolyte membrane manufacturing apparatus 100B described above can be achieved.

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、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部また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。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, examples, and modifications, and can be realized with various configurations without departing from the spirit thereof. For example, the technical features in the embodiments, examples, and modifications corresponding to the technical features in each embodiment described in the summary section of the invention are to solve some or all of the above-described problems, or In order to achieve part or all of the above-described effects, replacement or combination can be performed as appropriate. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.

既述した実施形態では、多孔性膜シートPsへの電解質膜シートMsの貼り合わせを、ニップ圧を利用した加圧タイプのローラー構成にて行ったが、既存の貼り合わせ機構を用いるようにしてもよい。例えば、搬送区域の終点において、加圧搬送ローラー132をシート搬送ローラー130より搬送方向下流に配置して、加圧搬送ローラー132のローラー表面で電解質膜シートMsにテンションが掛かるようにして貼り合わせるラップタイプの貼り合わせ機構を設けてもよい。また、加圧搬送ローラー132をローラー表面からの吸引が可能な吸引ローラーに代えた吸引タイプの貼り合わせ機構を設けてもよい。   In the embodiment described above, the electrolyte membrane sheet Ms is bonded to the porous membrane sheet Ps with a pressure type roller configuration using a nip pressure. However, an existing bonding mechanism is used. Also good. For example, at the end point of the transport area, the pressure transport roller 132 is disposed downstream of the sheet transport roller 130 in the transport direction, and the lap is bonded so that tension is applied to the electrolyte membrane sheet Ms on the roller surface of the pressure transport roller 132. A type of bonding mechanism may be provided. Further, a suction type bonding mechanism in which the pressure conveying roller 132 is replaced with a suction roller capable of suction from the roller surface may be provided.

既述した実施形態では、拡幅機構160を把持ワイヤー163を用いたワイヤー式の拡幅機構を有するものとしたが、多孔性膜シートPsの幅方向両端のシート端Pseを搬送区域に亘って把持して、多孔性膜シートPsを搬送しながら拡幅できる機構であればよい。よって、シート端Pseを上下から把持するテンター式、或いはクリップ式の拡幅機構を用いるようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the widening mechanism 160 has a wire-type widening mechanism using the gripping wire 163. However, the sheet ends Pse at both ends in the width direction of the porous membrane sheet Ps are gripped across the transport area. Any mechanism that can widen the film while conveying the porous membrane sheet Ps may be used. Therefore, a tenter-type or clip-type widening mechanism that grips the sheet end Pse from above and below may be used.

100、100A〜100C…電解質膜製造装置
110…第1送出ローラー
120…第2送出ローラー
130…シート搬送ローラー
132…加圧搬送ローラー
140…巻取ローラー
150…巻取案内ローラー
160…拡幅機構
161…上流側シート端把持ローラー
162…下流側シート端把持ローラー
163…把持ワイヤー
170…シート切刃
180…第3送出ローラー
200…第4送出ローラー
210…バックシート搬送ローラー
220…吐出ノズル
221…吐出ノズル
230…乾燥炉
231…乾燥炉
241…第1中間案内ローラー
242…第2中間案内ローラー
243…第3中間案内ローラー
244…第4中間案内ローラー
Bs…バックシート
CEs…半製品電解質膜シート
Ms…電解質膜シート
Ps…多孔性膜シート
Pse…シート端
Psh…切断部
Psh0…巻取幅
Psh1…延伸幅
Pso…余剰シート部
MD…搬送方向寸法
TD…幅方向寸法
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100, 100A-100C ... Electrolyte membrane manufacturing apparatus 110 ... 1st sending roller 120 ... 2nd sending roller 130 ... Sheet conveyance roller 132 ... Pressure conveyance roller 140 ... Winding roller 150 ... Winding guide roller 160 ... Widening mechanism 161 ... Upstream sheet end gripping roller 162... Downstream side sheet end gripping roller 163... Gripping wire 170... Sheet cutting blade 180. ... drying furnace 231 ... drying furnace 241 ... first intermediate guide roller 242 ... second intermediate guide roller 243 ... third intermediate guide roller 244 ... fourth intermediate guide roller Bs ... back sheet CEs ... semi-finished electrolyte membrane sheet Ms ... electrolyte membrane Sheet Ps ... porous membrane sheet Pse ... sheet end Psh ... cut section Psh0 ... winding width PSH1 ... stretched width Pso ... surplus seat MD ... conveying direction dimension TD ... widthwise dimension

Claims (1)

多孔性膜により電解質膜を補強した補強型電解質膜の製造方法であって、
前記多孔性膜を膜長手方向の搬送区域において搬送しつつ、前記多孔性膜を幅方向に延伸する工程と、
前記多孔性膜を前記幅方向に延伸する延伸区域の終点に配設された多孔性膜搬送用の搬送ローラーを用いて、前記電解質膜を延伸済みの前記多孔性膜に貼り合わせることで、前記幅方向に延伸させた状態の前記多孔性膜の細孔に前記電解質膜を構成する電解質樹脂を入り込ませる工程とを備える、補強型電解質膜の製造方法。
A method for producing a reinforced electrolyte membrane in which an electrolyte membrane is reinforced with a porous membrane,
Stretching the porous membrane in the width direction while transporting the porous membrane in the transport zone in the longitudinal direction of the membrane;
With the transport roller for endpoint porous membrane transport disposed stretching ku region of porous membrane is stretched in the width direction, in Rukoto bonded to the electrolyte membrane to stretch already said porous membrane And a step of allowing the electrolyte resin constituting the electrolyte membrane to enter the pores of the porous membrane in a state of being stretched in the width direction .
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JP6610582B2 (en) 2017-03-06 2019-11-27 トヨタ自動車株式会社 Bonding device
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JP4600500B2 (en) * 2007-11-26 2010-12-15 トヨタ自動車株式会社 Manufacturing method of fuel cell
JP4633834B2 (en) * 2008-10-22 2011-02-16 トヨタ自動車株式会社 Film stretcher
JP5439812B2 (en) * 2008-12-26 2014-03-12 トヨタ自動車株式会社 Manufacturing method of electrolyte membrane
JP2011146256A (en) * 2010-01-14 2011-07-28 Toyota Motor Corp Reinforcing membrane type electrolyte membrane

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