(57)【要約】【課題】離型層の電解質シートへの付着を防止して、電解質シートからバックシートを剥離することができる燃料電池用セルの接合体の製造装置を提供する。【解決手段】前記電解質シートは、イオン交換基として、スルホン酸基を有した高分子樹脂のシートであり、前記離型層は、ハロゲン原子を含有した樹脂層であり、製造装置１は、前記バックシートとガス拡散シート１５とを熱圧する一対の熱圧ロール５１、５１と、前記触媒層とガス拡散シート１５とが接合した接合シート１０Ｂを搬送するとともに、前記高分子樹脂のシートの高分子樹脂がゴム状領域の温度になるまで加熱した後、冷却することで、前記電解質シートに対する前記離型層の接着力を低下させるアニール処理部５２と、前記離型層と共に前記バックシート１４Ａを前記電解質シートから剥離する剥離部５３と、を備える。【選択図】図１
2020107430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池用セルの電解質膜を構成する帯状の電解質シートの一方側の表面に触媒層が形成され、前記電解質シートの他方側の表面に離型層を介してバックシートが貼着された複合シートと、前記燃料電池用セルのガス拡散層を構成する帯状のガス拡散シートと、を搬送しながら、前記複合シートの前記触媒層に、前記ガス拡散シートを接合する燃料電池用セルの接合体の製造装置であり、
前記電解質シートは、イオン交換基として、スルホン酸基を有した高分子樹脂のシートであり、前記離型層は、ハロゲン原子を含有した樹脂層であり、
前記製造装置は、前記触媒層と前記ガス拡散シートとが接触した状態で、前記複合シートと前記ガス拡散シートとを挟み込みながら搬送するとともに、前記触媒層と前記ガス拡散シートとが接合されるように前記バックシートと前記ガス拡散シートとを熱圧する一対の熱圧ロールと、
前記触媒層と、前記ガス拡散シートとが接合された接合シートを搬送するとともに、前記高分子樹脂のシートの高分子樹脂がゴム状領域の温度になるまで加熱した後、冷却することで、前記電解質シートに対する前記離型層の接着力を低下させるアニール処理部と、
前記バックシートに接触し、前記アニール処理部より搬送された前記バックシートの搬送方向を前記電解質シートの搬送方向とは異なる方向に変更し、前記離型層と共に前記バックシートを前記電解質シートから剥離する剥離部と、を備えることを特徴とする燃料電池用セルの接合体の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用セルの接合体の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池用セルの接合体の製造装置として、例えば、特許文献１には、ロールツーロール方式で、燃料電池用セルの電解質膜を構成する帯状の電解質シートに触媒層が形成された複合シートを、ガス拡散層を構成する帯状のガス拡散シートに接合する燃料電池用接合体の製造装置が開示されている。
【０００３】
具体的には、この製造装置では、複合シートとして、電解質シートの一方側の表面に触媒層が形成され、前記電解質シートの他方側の表面に離型層を介してバックシートが貼着された複合シートを用いている。複合シートとガス拡散シートを接合する際には、複合シートとガス拡散シートとを熱圧ロールの間に挟み込んで熱圧し、触媒層をガス拡散シートに接合した接合シートを製造する。接合シートの製造後、これを引き続き搬送し、バックシートを剥離部に当てて、連続的にバックシートを接合シートの電解質シートから剥離している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１８−４５８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の製造装置では、バックシートを接合シートの電解質シートから剥離する際に、バックシートに形成された離型層がバックシートから剥離して、電解質シートに付着することがあった。発明者の実験により、この付着は、電解質シートを構成する高分子樹脂のスルホン酸基が、電解質シートおよび離型層の界面で増加すると顕著になることがわかった。
【０００６】
本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、本発明として、離型層の電解質シートへの付着を防止して、電解質シートからバックシートを剥離することができる燃料電池用セルの接合体の製造装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を鑑みて、本発明に係る燃料電池用セルの接合体の製造装置は、燃料電池用セルの電解質膜を構成する帯状の電解質シートの一方側の表面に触媒層が形成され、前記電解質シートの他方側の表面に、離型層を介してバックシートが貼着された複合シートと、前記燃料電池用セルのガス拡散層を構成する帯状のガス拡散シートと、を搬送しながら、前記複合シートの前記触媒層に、前記ガス拡散シートを接合する燃料電池用セルの接合体の製造装置であり、前記電解質シートは、イオン交換基として、スルホン酸基を有した高分子樹脂のシートであり、前記離型層は、ハロゲン原子を含有した樹脂層であり、前記製造装置は、前記触媒層と前記ガス拡散シートとが接触した状態で、前記複合シートと前記ガス拡散シートとを挟み込みながら搬送するとともに、前記触媒層と前記ガス拡散シートとが接合されるように前記バックシートと前記ガス拡散シートとを熱圧する一対の熱圧ロールと、前記触媒層と、前記ガス拡散シートとが接合された接合シートを搬送するとともに、前記高分子樹脂のシートの高分子樹脂がゴム状領域の温度になるまで加熱した後、冷却することで、前記電解質シートに対する前記離型層の接着力を低下させるアニール処理部と、前記バックシートに接触し、前記アニール処理部より搬送された前記バックシートの搬送方向を前記電解質シートの搬送方向とは異なる方向に変更し、前記離型層と共に前記バックシートを前記電解質シートから剥離する剥離部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、熱圧ロールで触媒層とガス拡散シートとを接合した際に、離形層に含有したハロゲン原子により、離型層と接する電解質シートの界面において、スルホン酸基が増加し、電解質シートと離型層の接着力が高まることがある。しかしながら、本発明では、アニール処理部により、接合シートを、電解質シートの高分子樹脂がゴム状領域の温度になるまで加熱することにより、離型層と接する電解質シートの界面において、高分子樹脂のスルホン酸基の量が低減され、この状態を保持するように冷却される。これにより、電解質シートに対する離型層の接着力が低下する。この結果、剥離部により、離型層の電解質シートへの付着を防止しつつ、電解質シートからバックシートを好適に剥離することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の本実施形態に係る燃料電池用セルの接合体の製造装置の模式図である。
【図２】（ａ）の上側および下側の図は、それぞれ、図１に示すガス拡散シートおよび複合シートの模式的断面図であり、（ｂ）は、図１に示す接合シートの模式的断面図であり、（ｃ）の上側および下側の図は、それぞれ、図１に示す接合体および離型層と共に剥離されたバックシートの模式的断面図である。
【図３】一般的な高分子材料に係る弾性率と温度の関係とを示す粘弾性カーブである。
【図４】本実施形態の製造装置による接合体の製造方法の工程を説明するフロー図である。
【図５】参考実施例２および参考比較例６〜１０の剥離強度を示すグラフである。
【図６】参考実施例２および参考比較例６〜１０の電解質シートおよび離型層の界面のスルホン酸基の状態を説明する拡大概念図であって、（ａ）は、参考比較例６および参考実施例２であり、（ｂ）は、参考比較例７であり、（ｃ）は、参考比較例８〜１０である。
【図７】参考実施例１の電解質シートに係る貯蔵弾性率と温度との関係とを示す粘弾性カーブである。
【図８】燃料電池用セルの接合体を製造する従来の製造装置の模式図である。
【図９】（ａ）は、図８に示す接合シートの模式的断面図であり、（ｂ）の上側および下側の図は、それぞれ、離型層が付着した状態の接合体と、離型層が剥離された状態のバックシートの模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、図１および図２を参照しながら本発明の実施形態に係る燃料電池用セルの接合体の製造装置について説明する。
【００１１】
本実施形態の製造装置１は、固体高分子型の燃料電池用セル（単セル）を製造する際に用いられる。この製造装置では、電解質膜の両面に電極（触媒）層が積層された膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）の両側にさらにガス拡散層（ＧＤＬ：Gas Diffusion Layer）が接合された膜電極ガス拡散接合体（ＭＥＧＡ：Membrane Electrode & Gas diffusion Layer Assembly）の中間加工物を製造する。まず、本実施形態のＭＥＧＡの構成について説明し、次に、本実施形態の接合体の製造装置１および製造装置１を用いた製造方法について説明する。
【００１２】
１．ＭＥＧＡの構成
ＭＥＧＡは、一対のセパレータにより挟持されることにより、燃料電池用セルを構成し、燃料電池の発電部の機能を果たす。上述のように、ＭＥＧＡは膜電極接合体と、この両面に積層されたガス拡散層とを備えている。
【００１３】
ＭＥＡは、イオン透過性の電解質膜と、該電解質膜を挟持するアノード側触媒層（電極層）およびカソード側触媒層（電極層）とからなる。各触媒層は、白金等の触媒をカーボン粒子に担持した、例えば多孔質のカーボンで形成されている。
【００１４】
電解質膜は、固体高分子材料で形成されたプロトン伝導性を有したイオン交換膜である。固体高分子材料の例としては、イオン交換基としてスルホン酸基を有した高分子樹脂を挙げることができる。高分子樹脂に含有するスルホン酸基の量は、含有ｍｏｌ数で表すことができ、イオン交換基１ｍｏｌ当たりの樹脂重量（イオン交換基当量重量ＥＷ）は、５００〜１２００ｇ／ｍｏｌである。
【００１５】
このような電解質膜は、例えば、Ｆ型電解質膜（プロトン伝導性を示さない電解質前駆体の膜）の前駆基−ＳＯ２Ｆ（スルホンフッ素基）を、Ｈ型電解質膜（プロトン伝導性を示す電解質膜）のイオン性基−ＳＯ３Ｈ（スルホン酸基）に変換させることにより作製することができる。
【００１６】
ＭＥＧＡの一方側のガス拡散層は、アノード側触媒層に接合されている。他方側のガス拡散層は、カソード側触媒層に接合されている。ガス拡散層は、例えばカーボンペーパー若しくはカーボンクロス等のカーボン多孔質体、または、金属メッシュ若しくは発泡金属等の金属多孔質体等のガス透過性を有する導電性部材によって形成されている。
【００１７】
ここで、一方側のガス拡散層には、セパレータから水素ガス等の燃料ガスが供給され、他方側のガス拡散層には、セパレータから大気等の酸化剤ガスが供給される。燃料ガスと酸化剤ガスの供給により、ＭＥＡ内において、電気化学反応が生じ発電される。
【００１８】
本実施形態では、上述したＭＥＧＡの中間加工物である（燃料電池用セルの）接合体を製造する。具体的には、製造される接合体は、電解質膜に相当する電解質シート１１に形成された触媒層（例えばアノード側触媒層）１２に、ガス拡散層に相当するガス拡散シート１５が接合されたシート状の接合体１０Ｄである（例えば図２（ｃ）の上側の図を参照）。この接合体１０Ｄを製造する製造装置１を以下に説明する。
【００１９】
２．接合体１０Ｄとこれを製造する製造装置１
ここでは、まず、接合体１０Ｄを製造するための材料シートとして、本実施形態の製造装置１で使用する複合シート１０Ａおよびガス拡散シート１５を説明し、次に、図１に示す製造装置１の構成を説明する。
【００２０】
２−１．複合シート１０Ａおよびガス拡散シート１５
複合シート１０Ａは、図２（ａ）の下側の図の如く、帯状の電解質シート１１の一方側の表面に、アノード側またはカソード側の触媒層１２が電解質シート１１とほぼ同じ幅で帯状に形成され、電解質シート１１の他方側の表面に、離型層１３を介して、バックシート１４が貼着されたものである。
【００２１】
電解質シート１１および触媒層１２は、それぞれ、上述したＭＥＧＡの電解質膜および触媒層と同様の材料で形成されている。バックシート１４は、例えば、ポリエステル系樹脂（ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の高分子樹脂シートであり、電解質シート１１とほぼ同じ幅で形成される。例えば、電解質シート１１の幅は、１００〜５００ｍｍであり、その長さは１００〜５００ｍである。
【００２２】
離型層１３は、ハロゲン原子を含有した樹脂層である。ハロゲン原子としては、フッ素、塩素、または臭素を挙げることができる。離型層１３を構成する樹脂としては、例えば、フッ素含有ポリオレフィン樹脂を挙げることができる。
【００２３】
一方、図２（ａ）の上側の図に示すガス拡散シート１５は、上述したガス拡散層と同様の材料で、電解質シート１１とほぼ同じ幅で帯状に形成されている。このような複合シート１０Ａおよびガス拡散シート１５を用いて、接合体１０Ｄを製造する本実施形態の製造装置１の構成を以下に説明する。
【００２４】
２−２．製造装置１の構成
図１に示すように、製造装置１は、一対の熱圧ロール５１、５１と、アニール処理部５２と、剥離部５３と、を主に備えている。
【００２５】
一対の熱圧ロール５１、５１は、触媒層１２とガス拡散シート１５とが接触した状態で、複合シート１０Ａと、ガス拡散シート１５とを挟み込みながら搬送する機能を有する。さらに、一対の熱圧ロール５１、５１は、触媒層１２とガス拡散シート１５とが接合されるように、複合シート１０Ａとガス拡散シート１５とを熱圧する機能を有する。
【００２６】
具体的には、各熱圧ロール５１は、詳細に図示しないが、ロール本体と、ロール本体に内蔵された加熱部と、一対のロール本体同士を押圧する加圧部とを備えている。これにより、複合シート１０Ａとガス拡散シート１５とを熱圧することができる。さらに、各ロール本体同士は、モータなどの駆動装置（図示せず）により回転自在になっており、この駆動装置により、複合シート１０Ａと、ガス拡散シート１５とを搬送することができる。
【００２７】
一対の熱圧ロール５１、５１では、複合シート１０Ａと、ガス拡散シート１５との接合温度が、例えば電解質シート１１を構成する高分子樹脂のガラス転移温度付近となるように設定されているが（後述する転移領域の温度に設定されているが）、これらを接合することができるのであれば特に限定されない。また、複合シート１０Ａと、ガス拡散シート１５とを加圧する加圧力は、例えば２〜８ｋＮに設定されている。このような一対の熱圧ロール５１、５１で、図２（ｂ）の如く、複合シート１０Ａの触媒層１２と、ガス拡散シート１５とが接合された接合シート１０Ｂが作製される。
【００２８】
本実施形態では、アニール処理部５２は、加熱ロールであり、複合シート１０Ａの触媒層１２と、ガス拡散シート１５とが接合した接合シート１０Ｂを搬送する機能を有する。これに加えて、アニール処理部５２は、電解質シート１１の高分子樹脂がゴム状領域（ゴム状態となる領域）の温度になるまで、接合シート１０Ｂを加熱した後、冷却して、電解質シート１１に対する離型層１３の接着力を低下させる機能を有する。
【００２９】
ここで、図３に示すように、一般的な高分子材料は、粘弾性カーブにおいて、温度と弾性率との関係から４つの領域に区分され、本実施形態に係る電解質シートの高分子樹脂も同じように区分される。
【００３０】
具体的には、この４つの領域は、（１）低温側から、高い弾性率を維持しているガラス状領域、（２）温度上昇を伴って、弾性率が急激に低下する転移領域、（３）さらに温度が上昇すると、再び弾性率を一定に維持するゴム状領域、および、（４）さらに温度が融点以上に上昇すると再び弾性率が低下する流動領域である。なお、転移領域の温度の中央付近に、ガラス転移温度がある。したがって、本発明でいう「ゴム状領域の温度」とは、粘弾性カーブにおいて、ガラス転移温度より高い温度領域であり、かつ、弾性率が一定に維持されている温度領域の温度をいう。
【００３１】
アニール処理部５２により、ゴム状領域の温度まで加熱することで、電解質シート１１を構成する高分子樹脂は、ゴム状態となり、スルホン酸基が、離型層１３のハロゲン原子に吸引（電子吸引）されるよりも、高分子樹脂の分子の動きが支配的になる。これにより、離型層１３と接する電解質シート１１の界面に存在していたスルホン酸基の量が低減される。
【００３２】
本実施形態では、アニール処理部５２として、加熱ロールを採用しているが、例えば、加熱炉、またはランプヒータ等を採用してもよい。さらに、アニール処理部５２は、接合シート１０Ｂを加熱した後、これを冷却することにより、電解質膜１０の界面で低減されたスルホン酸基の量を保持する。
【００３３】
本実施形態では、加熱後の接合シート１０Ｂは放冷により冷却されるが、たとえば、冷風などで強制冷却してもよい。さらに、搬送ロール６３の内部に冷却用媒を充填して冷却した搬送ロール６３を用いて、接合シート１０Ｂを搬送しながら冷却してもよい。接合シート１０Ｂの冷却速度は、１０〜６０℃／秒であることが好ましく、少なくとも一対の熱圧ロール５１、５１により熱圧された接合シート１０Ｂの温度よりも低い温度まで冷却されることが好ましい。
【００３４】
アニール処理部５２により、上述した条件で、接合シート１０Ｂを加熱した後冷却することで、一対の熱圧ロール５１、５１で増加した、電解質シート１１に対する離型層１３の接着力を低下させる。接着力の低下した接合シート１０Ｃは、剥離部５３に搬送される。なお、アニール処理部５２では、接合シート１０Ｂを、挟み込んで熱圧しないことが望ましい。
【００３５】
剥離部５３は、バックシート１４に接触し、アニール処理部５２より搬送されたバックシート１４の搬送方向Ｇを、電解質シート１１の搬送方向Ｆとは異なる方向に変更し、バックシート１４を電解質シート１１から剥離する部材である。
【００３６】
図１に示す態様では、剥離部５３は、バックシート１４の幅方向に延在したロールであるが、例えば、バックシート１４の幅方向に延在した多角柱状のバーでもよい。剥離部５３の剥離温度は、高分子樹脂の軟化に起因した電解質シート１１の損傷を回避することができる温度であればよく、例えば、常温であることが好ましい。
【００３７】
この他にも、製造装置１は、複合シート１０Ａを巻き出す第１巻き出し部５４およびガス拡散シート１５を巻き出す第２巻き出し部５５を備えている。また、製造装置１は、図２（ｃ）の下側の図に示す、離型層１３と共に剥離されたバックシート１４を巻き取る第１巻き取り部５６、および、図２（ｃ）の上側の図に示す接合体１０Ｄを巻き取る第２巻き取り部５７をさらに備えている。
【００３８】
さらに、製造装置１は、複合シート１０Ａを搬送する搬送ロール６１、および接合シート１０Ｂを搬送する搬送ロール６２に加えて、接合シート１０Ｃを搬送する搬送ロール６３、６４、および接合体１０Ｄを搬送する搬送ロール６５を備えている。
【００３９】
ところで、上述した如く、熱圧ロール５１、５１による熱圧時に、離型層１３と接する電解質シート１１の界面では、離型層１３のハロゲン原子により、電解質シート１１の高分子樹脂のスルホン酸基の量が増加することがある。この結果、電解質シート１１と離型層１３との接着力が増加する。図８に示す従来の製造装置１’には、図１に示すアニール処理部５２が設けられていないため、図９（ａ）に示す接合シート１０Ｂに対して、剥離部５３でバックシート１４を剥離する際に、離型層１３の一部が電解質シート１１に付着することがある（図９（ｂ）参照）。
【００４０】
これに対して、本実施形態では、アニール処理部５２が、接合シート１０Ｂを、電解質シート１１の高分子樹脂がゴム状領域の温度になるまで加熱した後、冷却する。これにより、離型層１３に接する電解質シート１１の界面において、熱圧ロール５１、５１での接合時に増加したスルホン酸基の量が低減され、電解質シート１１に対する離型層１３の接着力が低下する。この結果、図２（ｃ）の如く、離型層１３の電解質シート１１への付着を防止して、電解質シート１１からバックシート１４を剥離することができる。
【００４１】
３．接合体１０Ｄの製造方法
次に、図４に示す、本実施形態の製造装置１による接合体１０Ｄの製造方法の工程を説明するフロー図を参照しながら、該製造方法を説明する。
【００４２】
＜準備工程Ｓ１＞
この製造方法では、まず、準備工程Ｓ１を行う。この工程では、まず、上述した複合シート１０Ａおよびガス拡散シートを準備する（図２（ａ）参照）。ここで、上述の如く、準備した複合シート１０Ａでは、電解質シート１１と離型層１３との界面のスルホン酸基の量が、触媒塗工前シートより増加している。
【００４３】
次に、準備した複合シート１０Ａおよびガス拡散シート１５を、第１および第２巻き出し部５４、５５から、それぞれ巻き出して、一対の熱圧ロール５１、５１の間に搬送し、後述する接合工程を行う。ここで、複合シート１０Ａとガス拡散シート１５との搬送は、ロールツーロール方式で行う。
【００４４】
＜接合工程Ｓ２＞
次いで、接合工程Ｓ２を行う。この工程では、第１および第２巻き出し部５４、５５からそれぞれ搬送された複合シート１０Ａおよびガス拡散シート１５を一対の熱圧ロール５１、５１の間に導入して、これらを熱圧しながら搬送する。
【００４５】
導入の際、複合シート１０Ａとガス拡散シート１５を、熱圧ロール５１、５１で熱圧し、複合シート１０Ａとガス拡散シート１５とを接合する。本実施形態では、触媒層１２がガス拡散シート１５に対向しているため、触媒層１２にガス拡散シート１５が接合される（図２（ｂ）参照）。
【００４６】
ここで、上述の如く、接合シート１０Ｂは、接合の際の加熱により、離型層１３と接する電解質シート１１の界面では、接合前よりもスルホン酸基の量が増加している。接合シート１０Ｂは、搬送ロール６２を通って、アニール処理部５２にさらに搬送される。アニール処理部５２では、以下に示すアニール工程Ｓ３が行われる。
【００４７】
＜アニール工程Ｓ３＞
この工程では、接合工程Ｓ２後の接合シート１０Ｂを搬送するとともに、電解質シート１１の高分子樹脂がゴム状領域の温度になるまで加熱した後、冷却して、接合シート１０Ｃ（図２（ｂ）参照）を作製する。
【００４８】
この加熱により、ゴム状態となった電解質シート１１の高分子樹脂では、スルホン酸基が動き易くなる。このため、図６（ａ）の如く、離型層１３と接する電解質シート１１の界面では、接合工程Ｓ２で増加したスルホン酸基の量が低減される。また、加熱後の冷却により、界面上で低減したスルホン酸基の量が保持される。この結果、電解質シート１１に対する離型層１３の接着力が低下する。接合シート１０Ｃは、搬送ロール６３、６４を通って剥離部５３へ搬送される。剥離部５３では、以下に示す剥離工程Ｓ４が行われる。
【００４９】
＜剥離工程Ｓ４＞
この工程では、アニール工程Ｓ３後の接合シート１０Ｃを搬送しながら、剥離部５３により、電解質シート１１からバックシート１４を剥離する。具体的には、剥離部５３にバックシート１４を巻き付けて、接合体１０Ｄの搬送方向Ｆに対して、バックシート１４を異なる搬送方向Ｇに変更するように、バックシート１４（バックシート１４Ａ）を搬送し、その後第１巻き取り部５６で巻き取る。これと同時に、バックシート１４が剥離された接合体１０Ｄを搬送ロール６５により搬送し、その後第２巻き取り部５７で巻き取る。
【００５０】
本実施形態では、接合シート１０Ｃの電解質シート１１および離型層１３の接着力が、熱圧工程Ｓ２直後の接着力よりも低下している。これにより、剥離の際、離型層１３が電解質シート１１に付着することを防止して、電解質シート１１からバックシート１４を剥離することができる（図２（ｃ）参照）。
【００５１】
＜参考実施例１＞
まず、図２（ａ）の下側の図に示す複合シートに対応する試験材料シートを作製した。具体的には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のバックシートに、離型層を介して、電解質シートが貼着した状態のシート（触媒塗工前シート）の電解質シートの表面に、触媒を塗布し、これを乾燥させて、触媒層を形成した。触媒は、アイオノマーと白金担持カーボンとを含み、触媒を塗布して乾燥する触媒塗工での乾燥条件は、８５℃および５分間であった。また、離型層は、フッ素系ポリオレフィン樹脂からなる樹脂層であり、電解質シートを構成する高分子樹脂は、スルホン酸基を有した樹脂である。
【００５２】
次に、作製した試験材料シートに対して、アニール処理を行った。具体的には、試験体を１６０℃に加温された加熱ロールに、加熱（接触）時間１．９秒で、通紙させて加熱した後、常温まで自然放冷した。これを参考実施例１の試験体とした。
【００５３】
なお、加熱温度である１６０℃は、電解質シートの高分子樹脂がゴム状領域の温度に相当する。なお、この温度領域は、ＭＤ方向における電解質シートの動的粘弾性を測定すること（ＪＩＳ  Ｋ  ７２４４準拠）で確認した（図７参照）。
【００５４】
＜参考比較例１＞
参考実施例１と同じようにして、試験体を作製した。参考比較例１が参考実施例１とは異なる点は、アニール処理を行わなかった点である。
【００５５】
＜参考比較例２〜４＞
参考実施例１と同じようにして、試験体を作製した。参考比較例２〜４が参考実施例１とは異なる点は、アニール処理の際の加熱温度である。具体的には、参考比較例２〜４の加熱温度は、それぞれ、１３０℃、１４０℃、および１５０℃であった。これらの加熱温度は、電解質シートの高分子樹脂がゴム状領域の温度よりも低い、転移領域の温度である（図７参照）。
【００５６】
（目視による剥離試験とその結果）
参考実施例１および参考比較例１〜４の試験体について、バックシートを電解質シートから剥離して、電解質シートへの剥離層の付着の有無を目視にて確認した。参考実施例１には、付着は認められなかったのに対して、参考比較例１〜４には、付着が認められた。なお、参考比較例５として、アニール処理の際に加圧したが、試験体が破壊されたため、剥離ができなかった。参考比較例２〜４では、加熱温度が、ゴム状領域の温度以下であったので、電解質シートに剥離層が付着したと考えられる。
【００５７】
＜参考実施例２＞
参考実施例２が参考実施例１とは異なる点は、アニール処理の際の加熱時間が５分である。なお、アニール処理の加熱温度は、１６０℃である。
【００５８】
＜参考比較例６、７＞
参考比較例６が参考実施例２とは異なる点は、参考比較例６の試験体が触媒塗工前シートであった点、および、アニール処理を行わなかった点である。参考比較例７が参考実施例２とは異なる点は、アニール処理を行わなかった点である。なお、参考比較例７は参考比較例１に対応する。
【００５９】
＜参考比較例８〜１０＞
参考比較例８〜１０が参考実施例２とは異なる点は、アニール処理の際の加熱温度であり、具体的には、参考比較例８〜１０は、それぞれ１３０℃、１４０℃、および１５０℃であった。
【００６０】
（９０℃剥離試験とその結果）
参考実施例２および参考比較例６〜１０について、バックシートを電解質シートに対して９０°の角度で剥離する剥離試験を行って剥離強度を測定した。結果を図５に示す。
【００６１】
本実施形態の複合シートに対応する参考比較例７の剥離強度は、触媒塗工前シートに対応する参考比較例６の剥離強度より大きくなった。この結果より、触媒塗工により、複合シートの電解質シートおよび離型層の接着力が増加することがわかった。
【００６２】
これは、触媒塗工の乾燥時の加熱により、電解質シートの高分子樹脂のスルホン酸基が、離型層の樹脂のフッ素基に吸引され易くなったためであると考えられる。このため、図６（ｂ）の如く、複合シートでは、離型層と接する電解質シートの界面で、スルホン酸基の量が、図６（ａ）に示す触媒塗工前シートの界面のスルホン酸基の量より増加したものと考えられる。このような結果、触媒塗工により、電解質シートと剥離層との接着力が増加すると考えられる。結果として、結果１で説明した参考比較例１の如く、複合シートでは、離型層が電解質シートに付着すると考えられる。
【００６３】
また、アニール処理の際、１３０〜１５０℃で加熱した参考比較例８〜１０の剥離強度は、該温度で加熱していない参考比較例７の剥離強度よりも大きかった。この結果から、転移領域である１３０〜１５０℃の加熱により、図６（ｃ）の如く、加熱後の複合シートでは、離型層と接する電解質シートの界面では、スルホン酸基の量がさらに増加したと考えられる。この結果、離型層と接する電解質シートの接着力が増加すると考えられる。
【００６４】
一方、アニール処理の際、１３０〜１５０℃で加熱した参考比較例８〜１０と比べて、ゴム状領域である１６０℃で加熱した参考実施例２の剥離強度は低く、しかも、触媒塗工前シートに対応する参考比較例６の剥離強度と同程度であった。
【００６５】
この結果から、ゴム状領域である１６０℃以上の加熱により、剥離層に接する電解質シートの界面では、スルホン酸基の量が、図６（ａ）の如く、触媒塗工前シートと同程度の量まで低減していると考えられる。また、この低減したスルホン酸基の量は、１６０℃未満になると、増加する可能性があるため、加熱後の冷却は、低減したスルホン酸基の量を確保するように行うことが好ましい。
【００６６】
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
【符号の説明】
【００６７】
１：製造装置、１０Ａ：複合シート、１０Ｂ：接合シート、１０Ｄ：接合体、１１：電解質シート、１２：触媒層、１３：離型層、１４：バックシート、１５：ガス拡散シート、５１、５１：一対の熱圧ロール、５２：アニール処理部、５３：剥離部、Ｇ：電解質シートの搬送方向とは異なる方向
【図１】
2020107430.tif 000003
【図２】
2020107430.tif 000004
【図３】
2020107430.tif 000005
【図４】
2020107430.tif 000006
【図５】
2020107430.tif 000007
【図６】
2020107430.tif 000008
【図７】
2020107430.tif 000009
【図８】
2020107430.tif 000010
【図９】
2020107430.tif 000011