(57)【要約】【課題】電解質膜の端部の座屈を抑制でき、スリット幅の精度を向上させることができる電解質膜のスリット装置を提供する。【解決手段】実施形態に係る電解質膜のスリット装置１は、帯状の電解質膜４０を搬送するローラ１０と、電解質膜４０の幅方向における端部４１を切り取るカッター２０と、を備える電解質膜のスリット装置１であって、カッター２０により切り取られた端部４１からなるスリット耳部４３を搬送するスリット後ローラ３０を備え、スリット後ローラ３０は、スリット耳部４３の搬送部分に対し水蒸気３５をあてる水蒸気発生部３４を備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の電解質膜を搬送するローラと、前記電解質膜の幅方向における端部を切り取るカッターと、を備える電解質膜のスリット装置であって、
前記カッターにより切り取られた前記端部からなるスリット耳部を搬送するスリット後ローラを備え、
前記スリット後ローラは、前記スリット耳部の搬送部分に対し水蒸気をあてる水蒸気発生部を備えることを特徴とする電解質膜のスリット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質膜のスリット装置に関するものであり、例えば、帯状の電解質膜の端部をスリットする電解質膜のスリット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
帯状の樹脂フィルムの長辺縁部を把持し、樹脂フィルムを延伸させることでシワやワレを防ぎつつインラインスリットにより端部を取り除く電解質膜の製造方法が特許文献１に記載されている。特許文献１の方法は、スリット後の端部を取り除いた製品部分に張力を掛けて搬送している。一方、スリット後の端部からなるスリット耳部は、製品部分のパスラインから外して搬送されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５９１２８６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
帯状の電解質膜の端部を切り取る際に、スリット幅が小さいと、電解質膜の端部が座屈してしまい、スリット幅にバラツキが生じる虞がある。
【０００５】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、電解質膜の端部の座屈を抑制でき、スリット幅の精度を向上させることができる電解質膜のスリット装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る電解質膜のスリット装置は、帯状の電解質膜を搬送するローラと、前記電解質膜の幅方向における端部を切り取るカッターと、を備える電解質膜のスリット装置であって、前記カッターにより切り取られた前記端部からなるスリット耳部を搬送するスリット後ローラを備え、前記スリット後ローラは、前記スリット耳部の搬送部分に対し水蒸気をあてる水蒸気発生部を備えることを特徴とする。このような構成によって、スリット幅の精度を向上させることができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、電解質膜の端部の座屈を抑制でき、スリット幅の精度を向上させることができる電解質膜のスリット装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係る電解質膜のスリット装置を例示した図であり、（ａ）は、斜視図を示し、（ｂ）は、スリット後ローラの斜視図を示し、（ｃ）は、（ａ）のＡＡ’線におけるスリット後ローラの断面図を示す。
【図２】（ａ）は、電解質膜の張力の測定方法を例示した図であり、（ｂ）は、スリット後ローラの水蒸気発生部により水蒸気を発生させない場合及び発生させた場合における電解質膜の張力を例示したグラフである。
【図３】（ａ）は、スリット後ローラの水蒸気発生部により水蒸気を発生させない場合及び発生させた場合におけるスリットの様子を例示した図であり、（ｂ）は、端部が座屈した状態の電解質膜を例示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００１０】
実施形態に係る電解質膜のスリット装置を説明する。まず、電解質膜のスリット装置の構成を説明する。図１は、実施形態に係る電解質膜のスリット装置を例示した図であり、（ａ）は、斜視図を示し、（ｂ）は、スリット後ローラの斜視図を示し、（ｃ）は、（ａ）のＡＡ’線におけるスリット後ローラの断面図を示す。
【００１１】
図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、電解質膜４０のスリット装置１は、ローラ１０、カッター２０及びスリット後ローラ３０を備えている。電解質膜４０のスリット装置１は、ローラ１０によって、帯状の電解質膜４０を搬送し、カッター２０によって電解質膜４０の幅方向における端部４１を切り取る装置である。電解質膜４０のスリット装置１は、例えば、燃料電池に使用される電解質膜４０のロール・ツー・ロール工程等の連続生産におけるスリット形成に適用される。なお、電解質膜４０のスリット装置１は、燃料電池用の電解質膜４０以外に適用されてもよい。
【００１２】
電解質膜４０は薄いフィルム状で一方向に延びた帯状をしている。電解質膜４０は、例えば、電解質膜単膜でもよいし、バックシート及び電解質単膜を含む積層体でもよい。帯状の電解質膜４０の幅方向における端部、すなわち、帯状の電解質膜４０が延びた一方向と直交する方向の縁の部分を端部４１という。電解質膜４０における端部４１以外の部分を主部４２という。主部４２は、幅方向における一方の端部４１ａ及び他方の端部４１ｂで挟まれている。電解質膜４０は、主部４２を端部４１で挟まれた状態で一方向に延びている。電解質膜４０は、両面を有している。両面に直交する方向を厚さ方向という。
【００１３】
電解質膜４０は、ローラ１０上に載置されている。電解質膜４０は、例えば、電解質膜４０が延びた一方向に搬送されている。電解質膜４０が搬送される方向を搬送方向５０という。単に、搬送方向５０という場合には、電解質膜４０が進む方向を示し、逆方向を含まない。
【００１４】
ローラ１０は、帯状の電解質膜４０を搬送する。ローラ１０は、例えば、円筒形状であり、中心軸を有している。ローラ１０は、例えば、中心軸を回転軸１１として回転する。ローラ１０の回転軸１１は、例えば、電解質膜４０の幅方向と平行になるように配置されている。また、ローラ１０の回転軸１１は、搬送方向５０に直交するように配置されている。ローラ１０の回転により、ローラ１０上に搬送された電解質膜４０は搬送方向５０に搬送される。
【００１５】
ローラ１０が配置された位置よりも、搬送方向５０の逆方向に、１つまたは複数の他のローラ１２が配置されてもよい。そして、ローラ１０及び他のローラ１２上に電解質膜４０が搬送され、ローラ１０及び他のローラ１２の回転により、電解質膜４０が搬送方向５０に搬送されてもよい。
【００１６】
カッター２０は、電解質膜４０の幅方向における端部４１を切り取る。カッター２０は、電解質膜４０上に配置されている。カッター２０は、例えば、ローラ１０の上方に配置されている。カッター２０とローラ１０との間を、電解質膜４０が搬送される。
【００１７】
カッター２０は、例えば、２個設けられている。一方のカッター２０ａは、電解質膜４０の一方の端部４１ａと主部４２との間に配置されている。他方のカッター２０ｂは、他方の端部４１ｂと主部４２との間に配置されている。各カッター２０は、ローラ１０上において、端部４１と主部４２との間を切断する。これにより、電解質膜４０の端部４１が主部４２から分離される。すなわち、カッター２０は、電解質膜４０の端部４１を切り取る。カッター２０により切り取られた端部４１からなる部分を、スリット耳部４３という。また、カッター２０が接する端部４１と主部４２との分岐部分をスリット部位４４という。
【００１８】
端部４１を切り取られた電解質膜４０の主部４２は、例えば、搬送方向５０に搬送される。スリット耳部４３は、例えば、ローラ１０上で、所定の抱き角だけ、ローラ１０の円周に沿って湾曲し、搬送方向５０から所定の角度だけ下方に傾斜させて搬送される。スリット耳部４３は、ローラ１０上を搬送された後、スリット後ローラ３０上に搬送される。
【００１９】
スリット後ローラ３０は、カッター２０により切り取られたスリット耳部４３を搬送する。スリット後ローラ３０は、ローラ１０が配置された位置よりも搬送方向５０側に設けられている。スリット後ローラ３０は、例えば、円筒形状である。円筒形状のスリット後ローラ３０は、内部に空洞３２を有している。スリット後ローラ３０の内部の空洞３２に接する面を内面という。
【００２０】
スリット後ローラ３０は、中心軸を有している。スリット後ローラ３０は、例えば、中心軸を回転軸３１として回転する。スリット後ローラ３０の回転軸３１は、例えば、電解質膜４０及びスリット耳部４３の幅方向と平行になるように配置されている。また、スリット後ローラ３０の回転軸３１は、搬送方向５０に直交するように配置されている。スリット後ローラ３０の回転により、スリット後ローラ３０上に搬送されたスリット耳部４３は、所定の方向に搬送される。例えば、スリット耳部４３は、スリット後ローラ３０上で、所定の抱き角だけ、スリット後ローラ３０の円周に沿って湾曲し、搬送方向５０から所定の角度だけ下方に傾斜させて搬送される。
【００２１】
図１（ｂ）に示すように、スリット後ローラ３０の円筒部分には、孔３３が設けられている。孔３３は、スリット後ローラ３０の円筒部分の表面から内面まで貫通している。孔３３は、複数設けられている。孔３３は、例えば、微細な孔となっている。孔３３の径は、サブミリ程度またはミリ程度が好ましい。
【００２２】
図１（ｃ）に示すように、スリット後ローラ３０は、水蒸気発生部３４を備えている。水蒸気発生部３４は、スリット後ローラ３０の内部の空洞３２内に設けられている。水蒸気発生部３４は、水蒸気３５を発生させる。水蒸気発生部３４は、例えば、超音波式または加熱方式等の方式により水蒸気３５を発生させる。水蒸気発生部３４によって発生された水蒸気３５は、スリット後ローラ３０の孔３３を通って、スリット後ローラ３０の表面上へ放出される。このようにして、水蒸気発生部３４は、スリット耳部４３の搬送部分に対し水蒸気３５をあてる。
【００２３】
スリット後ローラ３０上に搬送されたスリット耳部４３は、孔３３を介して放出された水蒸気３５に接する。水蒸気３５と接することにより、スリット耳部４３と、スリット後ローラ３０との間に、密着性が生じる。これにより、スリット部位４４と、スリット後ローラ３０との間に張力が生じる。
【００２４】
生じた張力は、カッター２０による端部４１の切り取りを容易にするとともに、切り取りを安定化させることができる。また、生じた張力により、スリット耳部４３がスムーズに搬送されるので、ニップ機構及び駆動機構等をスリット後ローラ３０に設けることを不要とする。このように、本実施形態の電解質膜４０のスリット装置１は、電解質膜４０をフリーロールとしながら張力を発生させることができる。
【００２５】
スリット後ローラ３０の孔３３の径が小さすぎると、スリット後ローラ３０の内部から発生した水蒸気３５が透過しにくくなる。よって、スリット後ローラ３０と電解質膜４０との間に十分な密着性が確保できず、スリット耳部４３の張力が確保できない。
【００２６】
一方、孔３３の径が大きすぎると、スリット後ローラ３０の内部から空気中に水蒸気３５が拡散してしまう。また、スリット後ローラ３０の表面とスリット耳部４３との接触面積が小さくなる。したがって、やはり、スリット後ローラ３０と電解質膜４０との間に十分な密着性が確保できず、スリット耳部４３の張力が確保できない。このような観点を考慮して、孔３３の径を最適化する。
【００２７】
次に、本実施形態の効果を説明する。本実施形態に係る電解質膜４０のスリット装置１は、スリット耳部４３を搬送するスリット後ローラ３０に水蒸気発生部３４を備えている。これにより、スリット後ローラ３０とスリット耳４３との間が水蒸気によって濡れて湿潤状態になる。そうすることにより、スリット後ローラ３０とスリット耳部４３との密着力を向上させることができる。よって、電解質膜４０の端部４１の座屈を抑制でき、スリット幅の精度を向上させることができる。
【００２８】
電解質膜４０は、例えば、他のフィルムに比べると、吸水（吸湿）性を有する場合がある。例えば、吸水率は、電解質膜４０を構成する分子の親水基量にもよるが、約１０％程度である。したがって、電解質膜４０は吸水（吸湿）によってタック性（付着力）が発生する。よって、例えば、他のフィルムに比べて少ない水蒸気量で同等の密着力を得ることができる。
【００２９】
図２（ａ）は、電解質膜４０の張力の測定方法を例示した図であり、（ｂ）は、スリット後ローラ３０の水蒸気発生部３４により水蒸気３５を発生させない場合（水蒸気無）及び発生させた場合（水蒸気有）における電解質膜４０の張力を例示したグラフである。
【００３０】
図２（ａ）に示すように、幅１０ｍｍの電解質膜４０を、動かないように固定したスリット後ローラ３０に、抱き角９０°となるように配置させる。測定に用いた電解質膜４０は、電解質膜とバックシート（ＰＦＡ樹脂）との積層体である。スリット耳部４３を想定し、電解質膜４０の幅を１０ｍｍとする。電解質膜４０の延在した方向における一端４５を水平方向に保持し、他端４６を鉛直方向に保持する。
【００３１】
電解質膜４０を鉛直方向に保持した他端４６に荷重を掛け、電解質膜４０が固定したスリット後ローラ３０から動く際の荷重を測定する。なお、スリット後ローラ３０の水蒸気発生部３４から水蒸気３５を発生させた場合には、スリット後ローラ３０の表面に水滴が存在しない程度に湿潤させた状態とした。
【００３２】
図２（ｂ）に示すように、水蒸気３５を発生させない場合（水蒸気無）においては、荷重は４ｇ重である。一方、水蒸気３５を発生させた場合（水蒸気有）には、荷重は１３０ｇ重である。このように、水蒸気３５を発生させた場合には、水蒸気３５により、スリット後ローラ３０の表面を湿潤な状態にすることができる。よって、水蒸気３５を発生させない場合に比べて３０倍以上の張力を確保することができる。なお、張力は、スリット後ローラ３０の外径や抱き角により、調整・制御することができる。
【００３３】
図３（ａ）は、スリット後ローラ３０の水蒸気発生部３４により水蒸気３５を発生させない場合（水蒸気無）及び発生させた場合（水蒸気有）におけるスリットの様子を例示した図であり、電解質膜４０から幅１０ｍｍのスリット耳部４３を形成するスリットの試験を行ったときのスリットの様子を観察したものである。図３（ｂ）は、端部４１が座屈した状態の電解質膜４０を例示した断面図である。
【００３４】
図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、水蒸気３５を発生させない場合（水蒸気無）には、スリットの途中で電解質膜４０が座屈し、スリットの継続が困難となる。一方、水蒸気３５を発せさせた場合（水蒸気有）には、問題なくスリットを継続することができる。
【００３５】
一般的に、燃料電池用部材は高価であることから、材料の低コスト化とともに製造時の材料歩留りの向上や加工費の低減が必須である。材料歩留りの向上の一つの手段がスリット時のスリット耳部４３としてロスする部分の低減である。したがって、スリット耳部４３の幅の極小化が求められている。
【００３６】
しかし、スリット耳部４３の幅を極小化しようとすると、電解質膜４０の端部４１が座屈することで、スリットの継続が困難になるという問題が発生する。仮に、スリットができたとしても、スリット耳部４３の幅が不安定になってしまう。
【００３７】
また、電解質膜４０の端部４１が座屈した結果、スリット耳部４３が切れてしまうという問題も発生する。特に、スリット耳部４３の幅を極小化する場合に頻発する。これらは、スリット後のスリット耳部４３に適切な張力がかけられていないためであると考えられる。
【００３８】
本実施形態では、図２（ａ）及び（ｂ）に示したように、スリット後ローラ３０の表面を湿潤な状態にすることにより、スリット耳部４３に張力を確保することができる。したがって、特に、スリット耳部４３の幅を極小とする場合には、スリット後ローラ３０とスリット耳４３との密着力を向上させることができる。よって、電解質膜４０の端部４１の座屈を抑制でき、スリット幅の精度を向上させることができる。
【００３９】
以上、本発明に係る実施の形態を説明したが、上記の構成に限らず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、変更することが可能である。
【００４０】
例えば、本実施形態では、スリット装置１を電解質膜４０に適用した場合を説明したが、スリット装置１を他の帯状の膜の端部を切り取る場合に適用してもよい。
【００４１】
また、水蒸気発生部３４をスリット後ローラ３０の内部の空洞３２に配置させたが、これに限らない。電解質膜４０を湿潤な状態にできるならば他の場所に配置してもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１  電解質膜のスリット装置
１０  ローラ
１１  回転軸
１２  他のローラ
２０  カッター
２０ａ  一方のカッター
２０ｂ  他方のカッター
３０  スリット後ローラ
３１  回転軸
３２  空洞
３３  孔
３４  水蒸気発生部
３５  水蒸気
４０  電解質膜
４１  端部
４１ａ  一方の端部
４１ｂ  他方の端部
４２  主部
４３  スリット耳部
４４  スリット部位
４５  一端
４６  他端
５０  搬送方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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