(57)【要約】【課題】加熱加工を行う加工炉の中で悪影響を与えず、製品に皺が発生しにくい、ガス拡散層の加工装置を提供すること。【解決手段】導電性多孔質体であるガス拡散層シート（カーボンペーパＣＰ）が巻きつけられた第１のローラ１０と、第１のローラ１０に巻きつけられたカーボンペーパＣＰを巻きとる第２のローラ２０と、第１のローラ１０から繰り出され第２のローラ２０に巻きとられる前のカーボンペーパＣＰに対して加熱加工を行う加工炉と、を備えるガス拡散層の加工装置であって、少なくとも加工炉を通して第１のローラ１０から第２のローラ２０に至るまでの長さを有し、第２のローラ２０に巻きとられる耐熱性リードＬＥを備え、耐熱性リードＬＥは、カーボンペーパＣＰに熱硬化性樹脂ＡＤが含侵して接合されるガス拡散層シートの加工装置である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性の多孔質体であるガス拡散層シートが巻きつけられた第１のローラと、
前記第１のローラに巻きつけられた前記ガス拡散層シートを巻きとる第２のローラと、
前記第１のローラから繰り出され前記第２のローラに巻きとられる前の前記ガス拡散層シートに対して加熱加工を行う加工炉と、を備えるガス拡散層シートの加工装置であって、
少なくとも前記加工炉を通して前記第２のローラに至るまでの長さを有し、前記第２のローラに巻きとられる耐熱性リードを備え、
前記耐熱性リードは、前記ガス拡散層シートに熱硬化性樹脂が含浸して接合されるガス拡散層シートの加工装置。
【請求項２】
前記耐熱性リードの部分であって、前記ガス拡散層シートが接合される前記耐熱性リードの部分に隣接する部分は、前記ガス拡散層シートに生じた皺を開放する皺解放部を有する請求項１に記載のガス拡散層シートの加工装置。
【請求項３】
前記皺解放部は、前記耐熱性リードの部分に形成された切り込みにより構成される請求項２に記載のガス拡散層シートの加工装置。
【請求項４】
前記熱硬化性樹脂は、前記耐熱性リードの長手方向における端部において、前記耐熱性リードの幅方向一端部近傍から他端部近傍に至るまで幅方向へ一本線形状に塗布されて前記ガス拡散層シートに接合される請求項１〜請求項３のいずれかに記載のガス拡散層シートの加工装置。
【請求項５】
前記ガス拡散層シートの長手方向における端部において、前記熱硬化性樹脂を含侵させ、前記ガス拡散層シートが前記耐熱性リードの上に位置する状態で加熱し硬化させて接合することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のガス拡散層シートの加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池等に用いられるガス拡散層シートの加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より燃料電池においては、例えば、電解質膜の両膜面に、燃料電池反応を促進させるための触媒を有するアノードおよびカソードの電極触媒層が接合されて膜電極接合体が構成されている。膜電極接合体は、長尺状の電解質膜シートと、電極触媒層が形成された支持シートとが重ね合わされて、電極触媒層が電解質膜面に接合され、転写ローラにて転写されて製造される。電解質膜シートが形成されたバックシートにダミーシートが繋がれ、その繋がれた箇所の表裏面にはテープが接着される（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５９７９１００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記公報記載の電解質膜シートが形成されたバックシートには、ダミーシートがテープにより繋がれるが、テープは、乾燥炉の耐熱性について考慮されていない。このため、テープは、乾燥炉の中で接合強度を保てず分離したり、製品となる電解質膜シートに悪影響を与えたり、電解質膜シートにおいて皺が発生したりするといった問題がある。
【０００５】
本発明は、乾燥炉のような加熱加工を行う加工炉の中で製品に悪影響を与えず、製品に皺が発生しにくい、ガス拡散層シートの加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため本発明は、導電性の多孔質体であるガス拡散層シート（例えば、後述のカーボンペーパＣＰ）が巻きつけられた第１のローラ（例えば、後述の繰り出し用ローラ１０）と、前記第１のローラに巻きつけられた前記ガス拡散層シートを巻きとる第２のローラ（例えば、後述の巻き取り用ローラ２０）と、前記第１のローラから繰り出され前記第２のローラに巻きとられる前の前記ガス拡散層シートに対して加熱加工を行う加工炉（例えば、後述の乾燥炉３０）と、を備えるガス拡散層シートの加工装置（例えば、後述のガス拡散層シートの加工装置１）であって、少なくとも前記加工炉を通して前記第２のローラに至るまでの長さを有し、前記第２のローラに巻きとられる耐熱性リード（例えば、後述の耐熱性リードＬＥ）を備え、前記耐熱性リードは、ガス拡散層シートに熱硬化性樹脂（例えば、後述の接着剤ＡＤ）が含侵して接合されるガス拡散層シートの加工装置を提供する。
【０００７】
本発明によれば、ガス拡散層シートに熱硬化性樹脂が含侵して耐熱性リードに接合することで、当該熱硬化性樹脂の部分において耐熱性を確保しつつ、接合強度を保って、皺の少ない構成とすることができる。このように、接合部分における耐熱性が確保されるため、熱硬化性樹脂が加工炉の内部において、ガス拡散層シートに悪影響を与えることを防止することが可能となる。
【０００８】
また、耐熱性リードとガス拡散層シートとを熱硬化性樹脂により接合したため、熱硬化性樹脂に含まれている溶媒が気化した後に、気化した溶媒を多孔質のカーボンペーパから放出することが可能である。このため、熱硬化性樹脂を乾燥させた後に冷却される際に、カーボンペーパに皺が発生することを抑えることが可能となる。
【０００９】
そして、前記耐熱性リードの部分であって、前記ガス拡散層シートが接合される前記耐熱性リードの部分に隣接する部分は、前記ガス拡散層シートに生じた皺を開放する皺解放部（例えば、後述の切り込みＣＵ）を有する。
そして、前記皺解放部は、前記耐熱性リードの部分に形成された切り込み（例えば、後述の切り込みＣＵ）により構成される。
【００１０】
このため、耐熱性リードの切り込みにおいて、熱硬化性樹脂を乾燥させた後に冷却する際に、ガス拡散層シートに皺が発生することを確実に抑えることが可能となる。
【００１１】
そして、熱硬化性樹脂は、耐熱性リードの長手方向における端部において、耐熱性リードの幅方向一端部近傍から他端部近傍に至るまで幅方向へ一本線形状に塗布されてカーボンペーパに接合される。このため、熱硬化性樹脂に含まれている溶媒が気化した後に、多孔質のカーボンペーパから気化した溶媒を放出しやすくすることができる。また、熱硬化性樹脂を乾燥させた後に冷却される際に、ガス拡散層シートに皺が発生しにくく、且つ、確実に接合することが可能となる。
【００１２】
また、ガス拡散層シートの長手方向における端部において、熱硬化性樹脂を含侵させ、ガス拡散層シートが耐熱性リードの上に位置する状態で加熱し硬化させて接合することで、熱硬化性樹脂に含まれている溶媒が気化した後に、気化した溶媒を多孔質のガス拡散層シートから好適に放出することが可能である。このため、熱硬化性樹脂を乾燥させた後に冷却される際に、ガス拡散層シートに皺が発生することをさらに抑えることが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、加熱化加工を行う加工炉の中で悪影響を与えず、製品に皺が発生しにくい、ガス拡散層シートの加工装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のガス拡散層シートの加工装置を示す概略図である。
【図２】本発明のガス拡散層シートの加工装置におけるガス拡散層シートと耐熱性リードとの接合部分を示す概略図である。
【図３】本発明のガス拡散層シートの加工装置における耐熱性リードに熱硬化性樹脂が塗布された様子を示す側方断面概略図である。
【図４】本発明のガス拡散層シートの加工装置における耐熱性リードに熱硬化性樹脂を介してガス拡散層シートを接合させた様子を示す側方断面概略図である。
【図５】本発明のガス拡散層シートの加工装置における耐熱性リードにガス拡散層シートを接合する熱硬化性樹脂を硬化させる様子を示す側方断面概略図である。
【図６】本発明の変形例によるガス拡散層シートの加工装置におけるガス拡散層シートと耐熱性リードとの接合部分を示す平面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は、ガス拡散層シートの加工装置１を示す概略図である。
【００１６】
図１に示すように、ガス拡散層シートの加工装置１は、ガス拡散層シートを所定サイズに切り出すことで燃料電池のガス拡散層を構成するカーボンペーパＣＰ（ガス拡散層シート）に対して、電極や撥水層等を形成する塗工を行い、電解質膜等を形成するための装置であり、繰り出し用ローラ１０と巻き取り用ローラ２０と、加熱加工を行う加工炉としての乾燥炉３０と、ダイヘッド４０と、を備えている。
【００１７】
繰り出し用ローラ１０には、カーボンペーパＣＰが予め巻回されており、繰り出し用ローラ１０は、巻き取り用ローラ２０に向けてカーボンペーパＣＰを繰り出す。ダイヘッド４０は、繰り出し用ローラ１０から繰り出されたカーボンペーパＣＰに対して、電極やガス拡散層や撥水層を形成する塗工を行う。乾燥炉３０の内部は、例えば、４００℃程度の高温の雰囲気とされており、乾燥炉３０の内部を、ダイヘッド４０により電極やガス拡散層や撥水層の塗工が行われたカーボンペーパＣＰが通されることにより加熱加工され、乾燥させられる。巻き取り用ローラ２０は、電極、撥水層、及び、ガス拡散層が形成されたカーボンペーパＣＰを巻き取る。
【００１８】
繰り出し用ローラ１０から繰り出されるカーボンペーパＣＰの先端部には、耐熱性リードＬＥが接合される。耐熱性リードＬＥは、カーボンペーパＣＰの幅と同一の幅を有するポリイミド素材の樹脂フィルムにより構成されている。耐熱性リードＬＥの一端部は、巻き取り用ローラ２０に固定されており、巻き取り用ローラ２０に巻回される。
【００１９】
耐熱性リードＬＥは、ダイヘッド４０及び乾燥炉３０を通して繰り出し用ローラ１０から巻き取り用ローラ２０に至るまでの長さを有しており、耐熱性リードＬＥの他端部は、繰り出し用ローラ１０から繰り出されるカーボンペーパＣＰの先端部に、いわゆるワニスと呼ばれるポリイミド系の熱硬化性樹脂により構成される接着剤ＡＤ（図２参照）により接合される。耐熱性リードの長さは少なくとも乾燥炉３０を通して巻き取り用ローラ２０に至る長さを有していればよい。
カーボンペーパＣＰの後端部にも同様の耐熱性リードが、上記のポリイミド系の熱硬化性樹脂により構成される接着剤ＡＤ（図２参照）により接合される。その耐熱性リードは少なくとも乾燥炉３０を通して繰り出し用ローラ１０まで至る長さを有しており、好適には繰り出し用ローラ１０と巻き取り用ローラ２０との間の長さを有する。
【００２０】
従って、耐熱性リードＬＥがダイヘッド４０、乾燥炉３０を通過して、巻き取り用ローラ２０によって巻き取られた後に、カーボンペーパＣＰも同様に、ダイヘッド４０、及び、乾燥炉３０を通過して、巻き取り用ローラ２０によって巻き取られる。
図２は、ガス拡散層シートの加工装置１におけるカーボンペーパＣＰと耐熱性リードＬＥとの接合部分を示す概略図である。
【００２１】
耐熱性リードＬＥの他端部とカーボンペーパＣＰの先端部とは、カーボンペーパＣＰが上に位置する状態で接着剤ＡＤを介して耐熱性リードＬＥに接合されている。より具体的には、耐熱性リードＬＥの他端部とカーボンペーパＣＰの先端部との接合は、以下のようにして行われる。
【００２２】
先ず、図３に示すように、耐熱性リードＬＥの他端部の上面に接着剤ＡＤを塗布する。接着剤ＡＤの塗布は、耐熱性リードＬＥの他端部の上面において耐熱性リードＬＥの幅方向へ一本線形状、より詳細には、図２に示すように、長円形状に行われる。次に、図４に示すように、接着剤ＡＤを塗布した耐熱性リードＬＥの上方から、カーボンペーパＣＰの先端部を貼り付けて、耐熱性リードＬＥの他端部にカーボンペーパＣＰの先端部を張り付ける。これにより、図２に示すように長円形状に塗布された接着剤ＡＤが広がり、接着剤ＡＤをカーボンペーパＣＰの先端部に含浸させる。
図３は、ガス拡散層シートの加工装置１における耐熱性リードＬＥに接着剤ＡＤが塗布された様子を示す側方断面概略図である。図４は、ガス拡散層シートの加工装置１における耐熱性リードＬＥに接着剤ＡＤを介してカーボンペーパＣＰを接合させた様子を示す側方断面概略図である。
【００２３】
そして、図５に示すように、ヒータ７０を用いて、このように接合させた部分を加熱して乾燥させて硬化させる。これにより、接着剤ＡＤに含まれている溶媒を、気化させて多孔質のカーボンペーパＣＰから放出する。また、この加熱接合時には、耐熱性リードＬＥ及びカーボンペーパＣＰを自由膨張させる。以上にようにして、耐熱性リードＬＥの他端部とカーボンペーパＣＰの先端部とは接合される。
図５は、ガス拡散層シートの加工装置１における耐熱性リードＬＥにカーボンペーパＣＰを接合する接着剤ＡＤを硬化させる様子を示す側方断面概略図である。
【００２４】
本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態では、ガス拡散層シートの加工装置１は、カーボンペーパＣＰを巻きつけられた第１のローラとしての繰り出し用ローラ１０と、繰り出し用ローラ１０に巻きつけられたカーボンペーパＣＰを巻きとる第２のローラとしての巻き取り用ローラ２０と、繰り出し用ローラ１０から繰り出され巻き取り用ローラ２０に巻きとられる前のカーボンペーパＣＰに対して加熱加工を行う加工炉としての乾燥炉３０と、を備える。
そして、乾燥炉３０を通して巻き取り用ローラ２０に至るまでの長さを有し、巻き取り用ローラ２０に巻きとられる耐熱性リードＬＥを備え、耐熱性リードＬＥは、ガス拡散層シートに熱硬化性樹脂により構成される接着剤ＡＤが含侵して接合される。
【００２５】
これにより、カーボンペーパＣＰに熱硬化性樹脂により構成される接着剤ＡＤが含侵して、カーボンペーパＣＰが耐熱性リードＬＥに接合されることで、当該接合部分において４００℃程度の耐熱性を確保しつつ、接合の耐久性を保ち、皺の少ない構成とすることができる。このように、接合部分における耐熱性が確保されるため、接着剤ＡＤが乾燥炉３０の内部において、カーボンペーパＣＰに悪影響を与えることを防止することが可能となる。
また、耐熱性リードＬＥとカーボンペーパＣＰとを接着剤ＡＤにより接合したため、接着剤ＡＤに含まれている溶媒が気化した後に、多孔質のカーボンペーパＣＰから放出することが可能である。このため、接着剤ＡＤを乾燥させた後に冷却される際に、カーボンペーパＣＰに皺が発生することを抑えることが可能となる。
【００２６】
そして、熱硬化性樹脂により構成される接着剤ＡＤは、耐熱性リードＬＥの長手方向における端部において、耐熱性リードＬＥの幅方向一端部近傍から他端部近傍に至るまで幅方向へ一本線形状に塗布されてカーボンペーパＣＰに接合される。このため、接着剤ＡＤを乾燥させた後に冷却される際に、熱硬化性樹脂に含まれている溶媒が気化した後に、気化した溶媒を多孔質のカーボンペーパから放出しやすくすることが可能であり、カーボンペーパＣＰに皺が発生しにくく、且つ、確実に接合される。
【００２７】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
例えば、耐熱性リードＬＥの部分であって、カーボンペーパＣＰが接合される耐熱性リードＬＥの部分に隣接する部分は、カーボンペーパＣＰに生じた皺を開放する皺解放部を有していてもよい。
【００２８】
具体的には、例えば、皺解放部は、耐熱性リードＬＥの部分に形成された切り込みＣＵにより構成される。切り込みＣＵは、図６に示すように、耐熱性リードＬＥの他端部とカーボンペーパＣＰの先端部との接合部分において耐熱性リードＬＥの他端部とカーボンペーパＣＰの先端部とが重なっている部分の縁部から、耐熱性リードＬＥの一端部に向けて平行に複数本、１５ｃｍ〜２０ｃｍの長さで形成されている。耐熱性リードＬＥの幅方向における切り込みＣＵの間隔は、８ｃｍ前後である。
【００２９】
このように、耐熱性リードＬＥの部分であって、カーボンペーパＣＰが接合される耐熱性リードＬＥの部分に隣接する部分は、カーボンペーパＣＰに生じた皺を開放する皺解放部を有する。そして皺解放部は、耐熱性リードＬＥの部分に形成された切り込みＣＵにより構成される。このため、接着剤ＡＤを乾燥させた後に冷却される際に、耐熱性リードＬＥの切り込みＣＵにより、カーボンペーパＣＰに皺が生ずることを吸収することが可能となり、カーボンペーパＣＰに皺が発生することを確実に抑えることが可能となる。
図６は、ガス拡散層シートの加工装置１におけるカーボンペーパＣＰと耐熱性リードＬＥとの接合部分を示す平面概略図である。
また、切り込みＣＵは、上記形状に限定されない。
【００３０】
また、ガス拡散層シートとしてはカーボンペーパに限らず、導電性の多孔質材であればよく、導電性樹脂や導電材と樹脂のコンポジット、金属繊維体なども好適に利用できる。
さらに、第１のローラ、第２のローラ、加工炉、耐熱性リード、皺解放部等の各部の構成は、本実施形態における繰り出し用ローラ１０、巻き取り用ローラ２０、乾燥炉３０、耐熱性リードＬＥ、切り込みＣＵ等の各部の構成に限定されない。例えば、加熱加工を行う加工炉は、乾燥炉３０に変えて焼成炉が用いられてもよい。また、例えば、接着剤ＡＤは、一本線形状に塗布されることに限定されず、例えば、間欠ライン状に塗布されてもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１…ガス拡散層の加工装置
１０…繰り出し用ローラ
２０…巻き取り用ローラ
３０…乾燥炉（加工炉）
ＡＤ…接着剤（熱硬化性樹脂）
ＣＰ…カーボンペーパ
ＣＵ…切り込み（皺解放部）
ＬＥ…耐熱性リード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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