(57)【要約】【課題】ドラム周長（直径）やドラム数を増すことなく、膜に所望物質を付着させて層形成するための加工可能範囲を広げることのできる膜への層形成方法を提供する。【解決手段】帯状の膜１１を搬送させつつその膜に所望物質を付着させて層形成させる方法において、膜１１を、回転ドラム１２に螺旋状に掛け回すと共にそのドラム裏面側に負圧を生じさせてドラム表面に吸引しつつ搬送させることにして、膜１１の、螺旋状に掛け回されたドラム軸方向の範囲内における全長が所望物質を付着させ得る範囲（加工可能範囲）とした。回転ドラム１２への膜掛回し回数を増すだけで加工可能範囲を広げられるようにした。例えば、膜１１に５層の物質付着層１３からなる層１４を連続形成したい場合でも、回転ドラム１２に膜１１を５回掛け回し、掛け回された膜１１と対向する５箇所から各々所望物質を膜１１に付着させればよく、ドラム周長やドラム数を増す必要なく５層を形成できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の膜を搬送させつつその膜に所望の物質を付着させて層形成させる膜への層形成方法において、
前記膜を、回転ドラムに螺旋状に掛け回すと共にそのドラム裏面側に負圧を生じさせてドラム表面に吸引しつつ搬送させることを特徴とする膜への層形成方法。
【請求項２】
前記膜は燃料電池の電解質膜であり、この電解質膜に付着させる物質は前記燃料電池の電極触媒層を形成させるための液状体であることを特徴とする請求項１に記載の膜への層形成方法。
【請求項３】
前記膜を、その端面位置を定位置に制御しつつ搬送させることを特徴とする請求項１又は２に記載の膜への層形成方法。
【請求項４】
前記回転ドラムの外周側においてそのドラムに掛け回された前記膜と対向するドラム軸方向に沿う複数箇所から、各々前記所望の物質をその膜に付着させて層形成させることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の膜への層形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯状の膜、主に薄膜を搬送しつつその薄膜に所望の物質を付着させて層形成するための方法、特に、電解質膜を搬送しつつその電解質膜に電極触媒層を形成するための燃料電池の電極触媒層形成方法に好適する膜への層形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の電解質膜に電極触媒層を形成する技術においては、薄膜からなる電解質膜の伸縮を避けるために、負圧を用いた電解質膜の位置保持が行われるが、従来のこのような電解質膜への電極触媒層形成技術としては特許文献１，２に記載のものがあった。
特許文献１に記載の技術は、多数の吸引孔を有する搬送ベルト上に電解質膜を載置し吸引固定しながら搬送させ、同電解質膜に電極触媒層となる溶液を塗布することで電極触媒層を形成するというものである。
しかしこの特許文献１に記載の技術では、電極触媒層となる溶液の塗布可能範囲を広げるために搬送ベルトを長くすると、電解質膜を吸引固定するための搬送ベルト裏面側における負圧状態の保持が困難となる。
また、特許文献２に記載の技術は、ドラムに掛け回され、吸着保持されて搬送される電解質膜に触媒層形成用塗工液を塗工することで電極触媒層を形成するというものであり、電解質膜の吸着保持はドラム内に負圧を発生させて行う。
この特許文献２に記載の技術における電解質膜の吸着保持も、特許文献１に記載の技術における電解質膜の吸引固定も、共に負圧を発生させて行うが、一般に、ドラム内を負圧にすることのほうが搬送ベルト裏面側を負圧にすることに比べて容易である。このことはドラムを大きくしても変わりなく、したがって、負圧を用いた電解質膜の位置保持に関しては特許文献２に記載の技術のほうが有用と考えられる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３８７５８号
【特許文献２】特開２００６−１２５２５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら特許文献２に記載の技術では、電極触媒層を形成するための塗工液の塗布可能範囲を広げるためにはドラムの周長を大きくするか、ドラムの数を増やさなければならないという問題点があった。
図３（ａ），（ｂ）は、ドラム３１の周長を大きくすることによって塗工液の塗布可能範囲（加工可能範囲）が広がる様子を示す。すなわち、ドラム３１の周長を（ａ）図から（ｂ）図に示すように大きくすれば矢印アに示す加工可能範囲が広がる。しかしこの方法では、図から分かるようにドラム３１の直径Ｄを大きくしなければならず、ドラム３１の占有空間増大した。例えば、ドラム３１を横置きにした場合に、縦、横、両方向で寸法が増し、占有空間が増大した。なお、矢印イは電解質膜３２の搬送方向を示す。
また、図示しないが、ドラムの数を増やして加工可能範囲を広げることによると、ドラム数に応じてのその占有空間が増大した。
【０００５】
本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、ドラムの周長（直径）を大きくしたり、ドラムの数を増やすことなく、膜に所望の物質を付着させて層形成するための加工可能範囲を広げることのできる膜への層形成方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題は、膜への層形成方法を下記各態様の構成とすることによって解決される。
各態様は、請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも本発明の理解を容易にするためであり、本明細書に記載の技術的特徴及びそれらの組合わせが以下の各項に記載のものに限定されると解釈されるべきではない。また、１つの項に複数の事項が記載されている場合、それら複数の事項を常に一緒に採用しなければならないわけではなく、一部の事項のみを取り出して採用することも可能である。
【０００７】
以下の各項のうち、（１）項が請求項１に、（２）項が請求項２に、（３）項が請求項３に、（５）項が請求項４に、各々対応する。（４）項は請求項に係る発明ではない。
【０００８】
（１） 帯状の膜を搬送させつつその膜に所望の物質を付着させて層形成させる膜への層形成方法において、前記膜を、回転ドラムに螺旋状に掛け回すと共にそのドラム裏面側に負圧を生じさせてドラム表面に吸引しつつ搬送させることを特徴とする膜への層形成方法。
膜の厚みに制限はないが、いわゆる薄膜が好適する。例えば、燃料電池の電極触媒層が形成される電解質膜が適例である。膜に形成された層（付着された物質）を膜搬送中に乾燥することは応用例として望ましい。
（２） 前記膜は燃料電池の電解質膜であり、この電解質膜に付着させる物質は前記燃料電池の電極触媒層を形成させるための液状体であることを特徴とする（１）項に記載の膜への層形成方法。
本項は、（１）項に記載の膜への層形成方法を燃料電池の電極触媒層形成方法に適用した発明であり、電解質膜はイオン交換樹脂材からなり、また電極触媒層を形成するための物質は白金等からなる物質である。
（３） 前記膜を、その端面位置を定位置に制御しつつ搬送させることを特徴とする（１）項又は（２）項に記載の膜への層形成方法。
膜端面位置の定位置制御にはエッジポジションコントローラ等が用いられる。
（４） 前記膜の端面位置を、その膜の繰出し部と前記回転ドラムとの間、及び巻取り部と前記回転ドラムとの間の、各々回転ドラム近傍位置で定位置に制御することを特徴とする（３）項に記載の膜への層形成方法。
本項に記載の発明によれば、（３）項に記載の発明における螺旋角度と位置との保持をより効率的に行うことができるという効果がある。
（５） 前記回転ドラムの外周側においてそのドラムに掛け回された前記膜と対向するドラム軸方向に沿う複数箇所から、各々前記所望の物質をその膜に付着させて層形成させることを特徴とする（１）項〜（４）項のうちのいずれか１項に記載の膜への層形成方法。
【発明の効果】
【０００９】
（１）項に記載の発明によれば、ドラムの周長（直径）を大きくしたり、ドラムの数を増やすことなく、膜に所望の物質を付着させて層形成するための加工可能範囲を広げることのできる膜への層形成方法を提供できる。
（２）項に記載の発明によれば、燃料電池の電極触媒層を形成するための液状体の塗布可能範囲広げることのできる膜への層形成方法（燃料電池の電極触媒層形成方法）を提供できる。
（３）項に記載の発明によれば、（１）項又は（２）項に記載の膜への層形成方法において、回転ドラムに掛け回される膜の回転ドラムに対する螺旋角度と位置とを一定に保つことができる。
（５）項に記載の発明によれば、（１）項、（２）項又は（３）項に記載の膜への層形成方法において、例えば、膜上に複数層の物質からなる層の連続又は間欠形成を比較的小さなドラム占有空間で実現できる。
なお、（４）項に記載の発明は、本発明（特許請求の範囲に記載した発明）ではないの
で、上記課題を解決するための手段の欄に、その効果を述べた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。なお、各図間において、同一符号は同一又は相当部分を示す。
図１は、本発明による膜への層形成方法の一実施形態の説明図であって、（ａ）は全体図、（ｂ）は（ａ）図中の回転ドラム部分を右側方から示す図である。
本実施形態は、帯状の薄膜、ここでは電解質膜を搬送させつつその電解質膜に、電極触媒層を形成するための物質を塗布させて電極触媒層を形成させる燃料電池の電極触媒層形成方法に本発明を適用したものである。この場合、電解質膜及び電極触媒層を形成するための物質は、固体高分子形燃料電池用の電極の製造に通常用いられる材料からなる。例えば、電解質膜はイオン交換樹脂材からなり、また電極触媒層を形成するための物質（電極触媒層形成物質）は白金等を含む液状体である。
【００１１】
図１に示すように、本実施形態に係る燃料電池の電極触媒層形成方法は、電解質膜１１を、軸周り方向に回転自在のドラム（回転ドラム）１２に螺旋状に複数回、ここでは５回、掛け回すと共に、その回転ドラム１２の裏面側に負圧を生じさせて上記電解質膜１１を回転ドラム１２表面に吸引しつつその先端側から巻き取って搬送させるものである。
この方法によれば、電解質膜１１の、螺旋状に掛け回された回転ドラム軸方向の範囲ウ内における全長（電解質膜１１の掛回し回数×回転ドラム周長）が電極触媒層形成物質、ここでは電極触媒層形成用液状体の塗布可能範囲（加工可能範囲）となる。したがって、加工可能範囲を広げるには、電解質膜１１の回転ドラム１２への掛回し回数を増やすだけですみ、ドラム周長（直径Ｄ）を大きくしたり、ドラム数を増やす必要はない。すなわち、加工可能範囲を広げることによる回転ドラム１２の占有空間の増加は最小限ですむ。
【００１２】
本実施形態においては、上記回転ドラム１２の外周側においてそのドラム１２に掛け回された電解質膜１１と対向する回転ドラム軸方向に沿う複数箇所、ここでは５箇所（塗布装置１５ａ〜１５ｅ）から、各々上記電極触媒層形成用液状体を電解質膜１１に付着、ここでは吹付け塗布させ、電解質膜１１上に５層の電極触媒層形成用液状体塗布層１３からなる電極触媒層１４を形成する例を示す。
【００１３】
図示例において、電解質膜１１は、ロール状に巻かれた状態から帯状に引き出されて上記のように回転ドラム１２に螺旋状に掛け回され、回転ドラム１２上における電解質膜１１の塗布形成後はロール状に巻き取られる。
電解質膜１１の搬送（矢印イにその方向を示す）は、電解質膜１１の先端側からの巻取りにより、あるいは同巻取り及び回転ドラム１２の回転駆動の併用により行われる。いずれにしても、電解質膜１１が搬送中、あるいは搬送の開始、停止時において、破断しないように構成される。例えば、電解質膜１１の巻取りにより電解質膜１１を搬送させる場合には、回転ドラム１２は軽負荷で自由回転可能に軸支され、必要に応じて適量のバックテンションが付与される。巻取り及び回転ドラム１２の回転駆動の併用による場合には、電解質膜１１の巻取り速度に同期するように回転ドラム１２を回転させる等の構成が採られる。
【００１４】
電解質膜１１への電極触媒層形成用液状体の塗布は、回転ドラム１２に掛け回された電解質膜１１と対向する、ドラム軸方向に沿う５箇所に各々配置された塗布装置１５（１５ａ〜１５ｅ）によって行われる。
電極触媒層形成用液状体の塗布の形態は、電解質膜１１の搬送速度（電解質膜１１の巻取り速度やドラム回転速度）、搬送の開始及び停止のタイミングの制御、及び塗布装置１５による電極触媒層形成用液状体塗布の開始及び停止のタイミング制御により、更にまた塗布装置１５（１５ａ〜１５ｅ）の使用台数の設定等により、種々に変えることができる
。
５層の電極触媒層形成用液状体塗布層を連続して形成する場合には、回転ドラム１２に掛け回され搬送されている電解質膜１１に対して、電解質膜１１の繰出し部側の塗布装置１５ａから順に１台ずつ、電解質膜１１の巻取り部側の塗布装置１５ｅまで、回転ドラム１２が１回転する毎に順次塗布作動を開始させ、以後塗布装置１５ａ〜１５ｅ共に連続塗布作動させる。あるいは、始めから塗布装置１５ａ〜１５ｅの全ての塗布作動を開始させる。後者の、始めから塗布装置１５ａ〜１５ｅの全ての塗布作動を開始させる方法は、電解質膜１１への電極触媒層形成用液状体の塗布層は最初から５層とはならないが、回転ドラム１２の５回転以降は５層の電極触媒層形成用液状体の塗布層が連続して得られる。
５層の電極触媒層形成用液状体塗布層１３からなる電極触媒層１４が連続形成された電解質膜１１は、その後、適宜長で裁断される。
【００１５】
塗布装置１５（１５ａ〜１５ｅ）の電極触媒層形成用液状体塗布の開始及び停止のタイミング制御によって、電解質膜１１に間欠的に電極触媒層１４を形成することもできる。
塗布装置１５による電極触媒層形成用液状体の塗布幅の設定によれば、電極触媒層１４の幅寸法を任意に設定でき、したがって、例えば電解質膜１１の幅方向両端部に電極触媒層１４のない部分を形成できる。
本実施形態では、電極触媒層形成用液状体はその塗布と共に乾燥も行われるが、これについては後述する。
なお、搬送中の電解質膜１１は、例えばエッジポジションコントローラ１６による膜端面位置の制御によって定位置に制御され、回転ドラム１２に対する螺旋角度（ドラム回転軸に対する電解質膜傾斜角）と位置とを一定に保つことができる。本実施形態では、エッジポジションコントローラ１６は回転ドラム１２の近傍位置に配置されており、上記螺旋角度と位置との保持を効率よく行える。
【００１６】
本実施形態では、電解質膜１１の回転ドラム１２表面への吸引は上記のように回転ドラム１２の裏面側に負圧を生じさせて行っており、また、電極触媒層形成用液状体の乾燥はドラム表面を加温することにより行っているが、以下これらにつき、図２を参照して具体的に説明する。
図２は、電解質膜１１の回転ドラム１２表面への吸引及び電極触媒層形成用液状体の乾燥を説明するための図であって、（ａ）は図１中の回転ドラム１２部分の断面構造を電解質膜１１と共に一部を破断して示す図、（ｂ）は（ａ）図中の回転ドラム１２部分を右側方から示す図である。
図２に示すように、回転ドラム１２は径方向に内，外筒１２ａ，１２ｂを有する二重円筒状に形成されている。
電解質膜１１が掛け回される外筒１２ｂには、ほぼ全長、全周に亘って多数の空気吸入孔２１が形成され、外筒１２ｂの右端面に設けられた排気口２２に外筒１２ｂ内の空間（内筒１２ａとの間に形成された空間）２３を通じて連通する。排気口２２は図示しないポンプ等の空気吸引装置に連結されており、同空気吸引装置を作動させることにより、外筒１２ｂ裏面側、つまり回転ドラム１２の裏面側に負圧が生じて空気吸入孔２１から空気が吸引されるため、回転ドラム１２に掛け回された電解質膜１１部分を回転ドラム１２表面に吸引可能である。
上記空気吸入孔２１は回転ドラム１２（外筒１２ｂ）に直接穿設してもよいが、回転ドラム１２の外筒１２ｂを骨組みだけで形成し、その外周を多孔体やメッシュ材で覆うことにより形成してもよい。
【００１７】
回転ドラム１２の内筒１２ａには、軸方向に、ここでは軸方向の左端面から右端面に向けて（矢印オ参照）、温水を通水可能とするために、左端面には温水導入口２４が右端面には排水口２５が、各々通じている。そして排水口２５は、図示しないポンプ等の温水循環装置に連結されており、同温水循環装置を作動させることにより、内筒１２ａ内を左端
面から右端面に向けて温水を循環させて、内筒１２ａ、ひいては外筒１２ｂ（回転ドラム１２表面）を加熱可能である。したがって、回転ドラム１２に掛け回された電解質膜１１を介してその電解質膜１１に塗布された電極触媒層形成用液状体を乾燥可能である。
このように、外筒１２ｂにおける通気及び内筒１２ａにおける通水を各々可能とし、かつ回転ドラム全体の回転を可能とするために、Ｏリング２６等が設けられている。
図中の矢印エは、上記負圧を生じさせるための空気流を電解質膜１１が掛け回されていない状態で示す。
【００１８】
以上述べたように本実施形態では、図１に示すように、電解質膜１１を、回転ドラム１２に螺旋状に複数回掛け回すと共に、そのドラム裏面側に負圧を生じさせて同ドラム表面に吸引しつつその先端側から巻き取って搬送させるようにした。したがって、電解質膜１１の、螺旋状に掛け回された回転ドラム軸方向の範囲ウ内における全長（電解質膜１１の掛回し回数×回転ドラム周長）が電極触媒層形成用液状体の塗布可能範囲（加工可能範囲）となる。すなわち、加工可能範囲を広げるには、電解質膜１１の回転ドラム１２への掛回し回数を増やすだけですみ、ドラム周長（直径）を大きくしたり、ドラム数を増やす必要はない。
【００１９】
例えば、回転ドラム１２に掛け回された電解質膜１１と対向するドラム軸方向に沿う５箇所から、各々電極触媒層形成用液状体を電解質膜１１に吹付け塗布させ、電解質膜１１上に５層の電極触媒層形成用液状体塗布層１３からなる電極触媒層１４を形成したい場合に、ドラム周長を大きくしたり、ドラム数を増やすことなくその形成が可能である。
特許文献２に記載の技術においては、５層の電極触媒層形成用液状体塗布層を積層形成する場合、ドラム周方向に沿う５箇所から電極触媒層形成用液状体を吹付け塗布するか、５つのドラムを用意して各ドラムの周方向から各別に電極触媒層形成用液状体を吹付け塗布する必要がある。いずれにしても、回転ドラムの設置に必要な占有空間は可成りの大きさになるが、本実施形態によれば比較的小さな占有空間ですむ。
【００２０】
また本実施形態では、回転ドラム１２を二重円筒状に形成し、その内筒１２ａ内に温水を通して回転ドラム１２を加温するので、同ドラム１２に掛け回されて搬送される電解質膜１１に塗布された電極触媒層形成用液状体の乾燥をコンパクトな形態にて行うことができる。
更に、搬送中の電解質膜１１については、定位置になるように制御するので、回転ドラム１２に掛け回される電解質膜１１の回転ドラム１２に対する螺旋角度と位置とを一定に保つことができる。しかも、回転ドラム１２の近傍位置で上記電解質膜１１の定位置制御を行っているので、上記螺旋角度と位置との保持を効率よく行うことができる。
【００２１】
なお上述実施形態では、電極触媒層形成における電極触媒層形成用液状体の乾燥を温水により行っていたが、例えば電気ヒータで行うようにしてもよい。電極触媒層形成用液状体の乾燥を行わなくてもよい。
また上述実施形態では、本発明を燃料電池の電極触媒層形成方法に適用した場合について述べたが、これのみに限定されることはない。例えば、燃料電池のガス拡散層を所定の膜に形成するためのガス拡散層形成方法に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明が適用された燃料電池の電極触媒層形成方法の一実施形態の説明図である。
【図２】同上実施形態における電解質膜のドラム表面への吸引及び電極触媒層形成用液状体の乾燥についての説明図である。
【図３】従来技術の説明図である。
【符号の説明】
【００２３】
１１：電解質膜、１２：回転ドラム、１３：電極触媒層形成用液状体塗布層、１４：電極触媒層、１５（１５ａ〜１５ｅ）：塗布装置、１６：エッジポジションコントローラ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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