(57)【要約】【課題】簡単な構成によって、薄膜積層体の巻きシワの発生を抑制する。【解決手段】長尺状の樹脂基材を連続的に搬送ローラによって搬送しつつ、前記樹脂基材に薄膜を連続的に積層する、薄膜積層体の製造方法である。この薄膜積層体の製造方法は、加熱部３０によって、樹脂基材に前記薄膜を積層する際に、所定の加熱温度に加熱する加熱処理を行、加熱処理が行われた後の、前記樹脂基材と前記薄膜との積層体を、巻取ロール２８にロール状に巻き取る。その巻取の工程は、前記積層体の周囲の温度を前記樹脂基材の冷却収縮温度以上に調整して、前記巻き取りを行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺状の樹脂基材を連続的に搬送ローラによって搬送しつつ、前記樹脂基材に薄膜を連続的に積層する、薄膜積層体の製造方法であって、
前記樹脂基材に前記薄膜を積層する際に、所定の加熱温度に加熱する加熱処理を行う加熱工程と、
前記加熱処理が行われた後の、前記樹脂基材と前記薄膜との積層体を、ロール状に巻き取る巻取工程と、
を備え、
前記巻取工程は、
前記積層体の周囲の温度を前記樹脂基材の冷却収縮温度以上に調整して、前記巻き取りを行う、薄膜積層体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜積層体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の薄膜積層体の製造方法として、特許文献１に記載されているように、長尺の透明樹脂基材を連続的に搬送ローラにより搬送しつつ、その上に透明薄膜をスパッタリング法により連続的に形成するようにした方法が提案されている。スパッタリングを行うと、基材温度が上昇し、大きく熱膨張が起こり、ロール巻き取りの際に急激に温度低下が起こることから、基材となる高分子フィルムが収縮して巻きシワが発生する虞があった。これを防止するために、特許文献１には、基材巻き出し室と、スパッタ室と、基材巻き取り室とを一定の温度となるように調整することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−７２１１２号公報
【特許文献２】特開２０１２−５２１７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の技術では、巻きシワの発生を抑制するために、過度の温度制御が行われており、構成が複雑であるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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。
【０００６】
本発明の一形態は、長尺状の樹脂基材を連続的に搬送ローラによって搬送しつつ、前記樹脂基材に薄膜を連続的に積層する、薄膜積層体の製造方法であって；前記樹脂基材に前記薄膜を積層する際に、所定の加熱温度に加熱する加熱処理を行う加熱工程と；前記加熱処理が行われた後の、前記樹脂基材と前記薄膜との積層体を、ロール状に巻き取る巻取工程と；を備え；前記巻取工程は；前記積層体の周囲の温度を前記樹脂基材の冷却収縮温度以上に調整して、前記巻き取りを行う、薄膜積層体の製造方法である。この薄膜積層体の製造方法によれば、加熱工程後の積層体の周囲の温度を樹脂基材の冷却収縮温度以上に調整するだけで、樹脂基材の冷却収縮による薄膜積層体の巻きシワの発生を抑制することがきる。したがって、簡単な構成で巻きシワの発生を抑制することができる。
【０００７】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能である。例えば、前記形態の薄膜積層体の製造方法を備える燃料電池の製造方法、前記形態の薄膜積層体の製造方法の各工程に対応する構成を備える薄膜積層体の製造装置等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態としての薄膜積層体の製造装置を示す説明図である。
【図２】冷却収縮温度を説明するためのグラフである。
【図３】参考例としての薄膜積層体の製造装置を示す説明図である。
【図４】第２実施形態としての薄膜積層体の製造装置を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、本発明の実施形態を説明する。
Ａ．第１実施形態：
図１は、本発明の第１実施形態としての薄膜積層体の製造装置を示す説明図である。この製造装置は、燃料電池に備えられる補強型電解質膜を製造する際に用いる中間積層体を薄膜積層体として製造している。この中間積層体は、長尺状（あるいは帯状、以下、同じ）のシートであり、電解質膜の一方側の面にバックシートを積層し、電解質膜の他方側の面に補強膜を積層したものである。
【００１０】
図１に示すように、薄膜積層体の製造装置１０は、搬送部２０と、加熱部３０と、調温部４０と、を備える。搬送部２０は、ロール・ツー・ロールのウェブハンドリング装置を実現するためのもので、２つの巻き出し（巻出）ロール２２、２４と、複数の搬送ローラ２６と、巻き取り（巻取）ロール２８と、を備える。
【００１１】
第１の巻出ロール２２には、電解質膜５２にバックシート５４が貼り合わされたバックシート付き電解質膜５０が巻回されている。電解質膜５２は、フッ素系電解質樹脂の前駆体高分子樹脂膜であり、例えば、高分子鎖末端がＳＯ2Ｆである電解質前駆体樹脂を、押出成形機を用いて厚さ約２０［μｍ］に成形したものである。バックシート５４は、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）であり、厚さが約１００［μｍ］である。なお、電解質膜５２は、フッ素系電解質膜に換えて、炭化水素系電解質膜としてもよい。バックシート５４は、ＰＴＦＥに換えて、ＰＦＡ等の他のフッ素系樹脂としてもよいし、ポリオレフィン系樹脂（ポリエチレン、ポリプロピレン等）としてもよいし、ポリエステル系樹脂（ポリエチレンテレフタラート、ポリブチレンテレフタラート等）としてもよい。なお、バックシート付き電解質膜５０は、長尺状のシートである。バックシート５４が、［発明の概要］の欄に記載の「樹脂基材」に相当する。
【００１２】
第２の巻出ロール２４には、補強膜６０が巻回されている。補強膜６０は、長尺状のＰＴＦＥであり、軟化した電解質を接合させることができる多孔質の部材である。補強膜６０は、厚さが約５［μｍ］の長尺状のシートである。
【００１３】
第１の巻出ロール２２から巻き出したバックシート付き電解質膜５０と、第２の巻出ロール２４から巻き出した補強膜６０とは、複数の搬送ローラ２６によって巻取ロール２８に向かって搬送される。その搬送の途中である所定の搬送ローラ２６ａの位置で、バックシート付き電解質膜５０と補強膜６０とは、バックシート付き電解質膜５０の電解質膜５２側の面が補強膜６０と接するように重ね合わされる。
【００１４】
搬送ローラ２６ａによって重ね合わされた後のシート（以下、「重ね合わせシート」と呼ぶ）７０は、搬送部２０によって加熱部３０に送られる。加熱部３０は、重ね合わせシート７０を第１の温度Ｔ１以上に加熱するものである。第１の温度Ｔ１は、バックシート付き電解質膜５０に含まれる電解質を接合することのできる温度（例えば１４０［℃］）である。加熱部３０によって第１の温度Ｔ１以上に加熱された重ね合わせシート７０は、電解質膜５０を構成する電解質が軟化され、補強膜６０に接合されることで、中間積層体８０となる。なお、本実施形態では、加熱部３０は、加熱室を備え、加熱室内全体をヒータ等によって加熱する構成とした。室内全体を加熱する構成に換えて、一部の搬送ローラをホットローラとして、ホットローラによって加熱する構成としてもよい。
【００１５】
加熱部３０によって加熱して得られた中間積層体８０は、次いで調温部４０に送られる。調温部４０は、加熱部３０よりも下流側の搬送ローラ２６と、巻取ロール２８と、を含む調温室４２を備え、図示しない空調装置によって、調温室４２内の温度を第２の温度Ｔ２に調整する。これによって、巻取ロール２８による中間積層体８０の巻き取りは、第２の温度Ｔ２以上の雰囲気下で行われることになる。すなわち、中間積層体８０の周囲の温度を第２の温度Ｔ２以上に調整して、中間積層体８０の巻き取りが行われる。なお、本実施形態では、第２の温度Ｔ２は７８．５［℃］とした。第２の温度Ｔ２を７８．５［℃］とした理由について、次に説明する。
【００１６】
本発明者は、バックシート５４として用いるＰＴＦＥシート（厚さ１００［μｍ］）を適当な試験片に裁断し、引張試験機（例えばインストロン社製）に固定した後、室温から１４０［℃］まで昇温し５分間保持し、その後、４０［℃］まで冷却させるという試験を行った。昇温から冷却までの引張試験機に付加した力［Ｎ］を測定し、その測定結果を図２のグラフに示した。グラフにおいて、１点鎖線が温度の変化であり、実線が付加した力の変化である。グラフから判るように、温度が約１４０［℃］から徐々に低下して７８．５［℃］となるまでは、付加した力はほぼ０［Ｎ］であるが、７８．５［℃］を下回ると、付加した力は急増する。これによって、本発明者は、図中の太い破線に示すように、７８．５［℃］を下回ってから試験片に収縮応力が発生するということを見出した。この７８．５［℃］が、［発明の概要］の欄に記載の「冷却収縮温度」に相当する。
【００１７】
調温部４０では、調温室４２内の温度を第２の温度Ｔ２以上（例えば、８０［℃］）に調整することによって、中間積層体８０を巻取ロール２８に巻き取る際に、バックシート５４の部分が上記の７８．５［℃］を下回らないように温度調整を図っている。これによって、巻き取りの際に、中間積層体８０に収縮応力が発生しないようにしている。こうして巻取ロール２８に巻き取られた中間積層体８０は、その後、含浸、加水分解、バックシート５４を剥がす工程（図示せず）を経る等して、補強型電解質膜となる。この補強型電解質膜は、燃料電池用として用いられる。
【００１８】
図３は、参考例としての薄膜積層体の製造装置を示す説明図である。参考例としての薄膜積層体の製造装置９１０は、第１実施形態としての薄膜積層体の製造装置１０と比べて、調温部４０を備えないことが相違し、その他の構成は同一である。この構成では、加熱部３０によって、１４０［℃］以上の高温で電解質を軟化させ補強膜６０に接合させることによって得られた中間積層体８０は、自然と徐々に冷却され、巻取ロール２８に達する前に冷却収縮温度である７８．５［℃］を下回ってしまう。中間積層体８０に含まれるバックシートとしてのＰＴＦＥシートは、７８．５［℃］を下回ると、大きな収縮応力が発生してしまい、巻取ロール２８にロール状に巻き取る際にシワＣＲが生じさせてしまう。
【００１９】
これに対して、第１実施形態としての薄膜積層体の製造装置によれば、加熱部３０による加熱後、調温部によって、中間積層体８０を巻取ロール２８にロール状に巻き取る際に、バックシート５４の部分が第２の温度Ｔ２を下回らないように温度調整が図られる。このために、バックシート５４の部分の冷却収縮による中間積層体８０の巻きシワの発生を抑制することできる。
【００２０】
Ｂ．第２実施形態：
図４は、第２実施形態としての薄膜積層体の製造装置を示す説明図である。第２実施形態としての薄膜積層体の製造装置２１０は、第１実施形態としての薄膜積層体の製造装置１０と比べて、調温部４０を備えないことと、加熱部３０を搬出された中間積層体８０は、直ちに巻取ロール２８によって巻き取りがなされることが相違する。加熱部３０を搬出された中間積層体８０は、温度グラフＴＧに示すように徐々に冷却されるが、第２の温度Ｔ２（＝冷却収縮温度）である７８．５［℃］に達するタイミングが巻取ロール２８への巻き取りのタイミングとなっている。第２実施例におけるその他の構成は、第１実施例における構成と同一であるので、同一の構成要素については、図４において、図１と同一の符合を付し、その説明を省略する。
【００２１】
こうした構成の第２実施形態としての薄膜積層体の製造装置２１０によれば、加熱部３０による加熱後、中間積層体８０が第２の温度Ｔ２を下回るよりも前に、巻取ロール２８への巻き取りがなされる。このために、第１実施形態と同様に、バックシート５４の部分の冷却収縮による中間積層体８０の巻きシワの発生を抑制することできる。
【００２２】
Ｃ．変形例：
・変形例１：
前記実施形態およびその変形例では、第２の温度Ｔ２を、冷却収縮温度に相当する７８．５［℃］とした。これに対して、冷却収縮温度は、必ず７８．５［℃］ではなく、バックシート５４として用いるＰＴＦＥシートの厚さや、その他の材料の厚さ等を変えた構成とし、ＰＴＦＥシートの冷却収縮温度は変動する。このため、材料等によって定まる実施形態に応じた冷却収縮温度の値に第２の温度Ｔ２を定める構成としてもよい。
【００２３】
・変形例２：
前記実施形態およびその変形例では樹脂基材をバックシート５４とした。これに対して、変形例では、樹脂基材を電解質膜そのものとしてもよい。
【００２４】
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、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又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、前述した実施形態および各変形例における構成要素の中の、独立請求項で記載された要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。
【符号の説明】
【００２５】
１０…薄膜積層体の製造装置
２０…搬送部
２２…第１の巻出ロール
２４…第２の巻出ロール
２６…搬送ローラ
２８…巻取ロール
３０…加熱部
４０…調温部
４２…調温室
５０…バックシート付き電解質膜
５２…電解質膜
５４…バックシート
６０…補強膜
７０…重ね合わせシート
８０…中間積層体
２１０…薄膜積層体の製造装置
【図１】
2015168158.tif 000003
【図２】
2015168158.tif 000004
【図３】
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【図４】
2015168158.tif 000006