(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
並べて配置した一組の第１の線材からなる第１の線材群を準備し、
並べて配置した一組の第２の線材からなる第２の線材群であって、前記第２の線材が芯鞘構造を有し、かつ、鞘層が芯層よりも低い融点を有する前記第２の線材群を準備し、
前記第１の線材群を少なくとも１つの第１の筬を通して引き出して固定し、
前記第１の筬によって前記第１の線材群を少なくとも１回走査し、
前記第２の線材群を少なくとも１つの第２の筬を通して引き出し、前記第１の線材群と接触させることなく固定し、
前記第２の筬によって前記第２の線材群を少なくとも１回走査し、
前記第１の線材群のうち前記第１の筬によって走査した領域と、前記第２の線材群のうち前記第２の筬によって走査した領域とを、前記第１の線材と前記第２の線材とが平面視において交差するように重ね合わせて接触させ、
前記第２の線材の前記鞘層を加熱融解した後に冷却固化することによって前記第１の線材群と前記第２の線材群とを接合し、
前記第１の線材群と前記第２の線材群とが接合していない非接合部分において前記第１の線材群および前記第２の線材群の少なくとも一方を切断し、前記第１の線材と前記第２の線材とが平面視において交差するが、前記第１の線材群におけるすべての前記第１の線材が前記第２の線材群の両面のうち一方の面側にのみ存在して前記第２の線材に接合されてなる多孔性シートを得る、多孔性シートの製造方法。
【請求項２】
固定した前記第１の線材群を前記第１の筬によって走査するときに、前記第１の筬と共に移動する平面化部材によって前記第１の線材群の上面または下面を同じ平面に揃える、請求項１に記載の多孔性シートの製造方法。
【請求項３】
固定した前記第２の線材群を前記第２の筬によって走査するときに、前記第２の筬と共に移動する平面化部材によって前記第２の線材群の上面または下面を同じ平面に揃える、請求項１または請求項２に記載の多孔性シートの製造方法。
【請求項４】
前記平面化部材が線材群に接触して線材群を押すこと、および前記平面化部材が線材群に接触することなく線材群を押すことの少なくとも一方を行う、請求項２または請求項３に記載の多孔性シートの製造方法。
【請求項５】
固定した前記第１の線材群を前記第１の筬によって走査する前に、前記第１の線材群に予備加熱処理を施す、請求項１〜４のいずれか１項に記載の多孔性シートの製造方法。
【請求項６】
固定した前記第２の線材群を前記第２の筬によって走査する前に、前記第２の線材群に予備加熱処理を施す、請求項１〜５のいずれか１項に記載の多孔性シートの製造方法。
【請求項７】
前記第１の線材群を第１のリールに巻回して準備し、
前記第１の線材群を前記第１のリールから引き出すときに、前記第１の線材群に作用するテンションを調整して引き出して固定する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の多孔性シートの製造方法。
【請求項８】
前記第２の線材群を第２のリールに巻回して準備し、
前記第２の線材群を前記第２のリールから引き出すときに、前記第２の線材群に作用するテンションを除去しながら引き出して固定する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の多孔性シートの製造方法。
【請求項９】
前記第１の線材群と前記第２の線材群とを接合するとき、前記第１の線材と前記第２の線材とを加熱しつつ圧縮する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の多孔性シートの製造方法。
【請求項１０】
前記第１の線材群および前記第２の線材群の少なくとも一方を切断した後に、前記第１の線材と前記第２の線材とを加熱しつつ圧縮する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の多孔性シートの製造方法。
【請求項１１】
前記第２の線材を形成する材料がポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィンのいずれかの樹脂繊維からなる、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の多孔性シートの製造方法。
【請求項１２】
並べて配置した一組の第１の線材からなる第１の線材群を供給する第１の供給部と、
並べて配置した一組の第２の線材からなる第２の線材群であって、前記第２の線材が芯鞘構造を有し、かつ、鞘層が芯層よりも低い融点を有する前記第２の線材群を供給する第２の供給部と、
前記第１の線材群を引き出して固定自在な第１の固定部と、
前記第２の線材群を引き出して前記第１の線材群と接触させることなく固定自在な第２の固定部と、
前記第１の固定部に固定された前記第１の線材群に走査自在に通された少なくとも１つの第１の筬と、
前記第２の固定部に固定された前記第２の線材群に走査自在に通された少なくとも１つの第２の筬と、
前記第１の線材群のうち前記第１の筬によって走査した領域と、前記第２の線材群のうち前記第２の筬によって走査した領域とを、前記第１の線材と前記第２の線材とが平面視において交差するように重ね合わせて接触させ、前記第２の線材の前記鞘層を加熱融解して前記第１の線材群と前記第２の線材群とを接合する接合部と、
前記第１の線材群と前記第２の線材群とが接合していない非接合部分において前記第１の線材群および前記第２の線材群の少なくとも一方を切断する設段部と、を有し、
前記第１の線材と前記第２の線材とが平面視において交差するが、前記第１の線材群におけるすべての前記第１の線材が前記第２の線材群の両面のうち一方の面側にのみ存在して前記第２の線材に接合されてなる多孔性シートを得る、多孔性シートの製造装置。
【請求項１３】
固定した前記第１の線材群を前記第１の筬によって走査するときに、前記第１の線材群の上面または下面を同じ平面に揃えるために前記第１の筬と共に移動する平面化部材を、前記第１の筬の前もしくは後、かつ、前記第１の線材群の上部もしくは下部に備える、請求項１２に記載の多孔性シートの製造装置。
【請求項１４】
固定した前記第２の線材群を前記第２の筬によって走査するときに、前記第２の線材群の上面または下面を同じ平面に揃えるために前記第２の筬と共に移動する平面化部材を、前記第２の筬の前もしくは後、かつ、前記第２の線材群の上部もしくは下部に備える、請求項１２または請求項１３に記載の多孔性シートの製造装置。
【請求項１５】
前記平面化部材が、線材群に接触して線材群を押す接触部材、線材群に接触することなく線材群を押す非接触部材の少なくとも一方を備える、請求項１３または請求項１４に記載の多孔性シートの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多孔性シートの製造方法、および多孔性シートの製造装置に関する。より詳しくは、製造の簡素化を図りうる多孔性シートの製造方法、および多孔性シートの製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フィルタや、燃料電池のガス拡散層を形成する基材として、たとえば、複数の線材から形成した多孔性シートが用いられている。特許文献１には、ガス拡散層の基材に用いる多孔性シートとして、横糸と縦糸とを編んで作製したカーボンクロスが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１７３７８９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、多孔性シートを作成する場合に複数の線材を平面上に並べようとすると、分子間力や静電気等が作用することによって、線材間の間隔を適切な寸法に規制ないし維持することが難しい。線材の分布にムラが生じた多孔性シートをたとえばガス拡散層の基材に用いると、電力密度の集中を招き、燃料電池の耐久性や出力の安定性が阻害されてしまう。
【０００５】
一方の線材群と他方の線材群とを編んで多孔性シートを作成する場合には、編む作業が必要なために連続生産が難しく、製造時間も長いという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、線材を均一に配置することを通して均一な形状の開口を備えることができ、さらに、連続生産の実現が容易で、製造時間の短縮化を図りうる多孔性シートの製造方法、および多孔性シートの製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する本発明に係る多孔性シートの製造方法にあっては、まず、並べて配置した一組の第１の線材からなる第１の線材群を準備し、並べて配置した一組の第２の線材からなる第２の線材群を準備する。前記第２の線材は、芯鞘構造を有する樹脂繊維から形成され、かつ、鞘層が芯層よりも低い融点を有する。
【０００８】
前記第１の線材群を少なくとも１つの第１の図を通して引き出して固定する。前記第１の筬によって前記第１の線材群を少なくとも１回走査する。
【０００９】
前記第２の線材群を少なくとも１つの第２の筬を通して引き出し、前記第１の線材群と接触させることなく固定する。前記第２の筬によって前記第２の線材群を少なくとも１回走査する。
【００１０】
前記第１の線材群のうち前記第１の筬によって走査した領域と、前記第２の線材群のうち前記第２の筬によって走査した領域とを、前記第１の線材と前記第２の線材とが平面視において交差するように重ね合わせて接触させる。
【００１１】
前記第２の線材の前記鞘層を加熱融解した後に冷却固化することによって前記第１の線材群と前記第２の線材群とを接合する。
【００１２】
そして、前記第１の線材群と前記第２の線材群とが接合していない非接合部分において前記第１の線材群および前記第２の線材群の少なくとも一方を切断する。
【００１３】
この手順によって、前記第１の線材と前記第２の線材とが平面視において交差するが、前記第１の線材群におけるすべての前記第１の線材が前記第２の線材群の両面のうち一方の面側にのみ存在して前記第２の線材に接合されてなる多孔性シートを得る。
【００１４】
本発明に係る多孔性シートの製造装置にあっては、第１の線材群に関して、第１の線材群を供給する第１の供給部と、第１の固定部と、少なくとも１つの第１の筬とを有している。第２の線材群に関して、第２の線材群を供給する第２の供給部と、第２の固定部と、少なくとも１つの第２の筬とを有している。第１の線材群は、並べて配置した一組の第１の線材からなる。第１の固定部は、前記第１の線材群を引き出して固定自在に構成されている。少なくとも１つの第１の筬は、前記第１の固定部に固定された前記第１の線材群に走査自在に通されている。第２の線材群は、並べて配置した一組の第２の線材からなる。前記第２の線材は、芯鞘構造を有し、かつ、鞘層が芯層よりも低い融点を有する。第２の固定部は、前記第２の線材群を引き出して前記第１の線材群と接触させることなく固定自在に構成されている。少なくとも１つの第２の筬は、前記第２の固定部に固定された前記第２の線材群に走査自在に通されている。製造装置はさらに、接合部と、切断部とを有している。接合部は、前記第１の線材群のうち前記第１の筬によって走査した領域と、前記第２の線材群のうち前記第２の筬によって走査した領域とを、前記第１の線材と前記第２の線材とが平面視において交差するように重ね合わせて接触させ、前記第２の線材の前記鞘層を加熱融解して前記第１の線材群と前記第２の線材群とを接合する。切断部は、前記第１の線材群と前記第２の線材群とが接合していない非接合部分において前記第１の線材群および前記第２の線材群の少なくとも一方を切断する。そして、多孔性シートの製造装置は、前記第１の線材と前記第２の線材とが平面視において交差するが、前記第１の線材群におけるすべての前記第１の線材が前記第２の線材群の両面のうち一方の面側にのみ存在して前記第２の線材に接合されてなる多孔性シートを得る。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る多孔性シートの製造方法、および多孔性シートの製造装置によれば、第１の筬によって第１の線材群を走査することによって分子間力や静電気等の作用を低減させて第１の線材を整糸し、第２の筬によって第２の線材群を走査することによって分子間力や静電気等の作用を低減させて第２の線材を整糸できる。その後、整糸した第１の線材群と整糸した第２の線材群とを熱融着によって接合して多孔性シートを得ている。多孔性シートは、第１の線材と第２の線材とが平面視において交差するが、第１の線材群におけるすべての第１の線材が第２の線材群の両面のうち一方の面側にのみ存在して第２の線材に接合されている。分子間力や静電気等の作用を低減させて第１の線材および第２の線材を均一に配置できる結果、均一な形状の開口を備える多孔性シートを得ることができる。さらに、第１の線材と第２の線材とを編み込んでいないことから、編む作業が不要で連続生産の実現が容易となり、製造時間の短縮化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１（Ａ）は、第１の線材および第２の線材から形成した多孔性シートを示す斜視図、図１（Ｂ）は、芯鞘構造を有する樹脂繊維から形成される第２の線材を示す断面図、図１（Ｃ）は、第１の線材と第２の線材との接合状態を拡大して示す断面図である。
【図２】図２は、多孔性シートの製造装置の概略構成を示す斜視図である。
【図３】図３は、多孔性シートの製造装置のうち、第１の線材群に対する加工を施す第１加工ラインを示す構成図である。
【図４】図４は、多孔性シートの製造装置のうち、第２の線材群に対する加工を施す第２加工ラインを示す構成図である。
【図５】図５（Ａ）（Ｂ）は、筬によって線材群を走査することによって、線材を均一に配置できる様子を模式的に示す斜視図である。
【図６】図６は、多孔性シートの製造手順の概略を示すフローチャートである。
【図７】図７は、多孔性シートの製造手順のうち、第１の線材群に対する加工手順を示す図である。
【図８】図８は、図７に引き続いて第１の線材群に対する加工手順を示す図である。
【図９】図９は、図８に引き続いて第１の線材群に対する加工手順を示す図である。
【図１０】図１０は、図９に引き続いて第１の線材群に対する加工手順を示す図である。
【図１１】図１１は、図１０に引き続いて第１の線材群に対する加工手順を示す図である。
【図１２】図１２は、図１１に引き続いて第１の線材群に対する加工手順を示す図である。
【図１３】図１３は、多孔性シートの製造手順のうち、第２の線材群に対する加工手順を示す図である。
【図１４】図１４は、図１３に引き続いて第２の線材群に対する加工手順を示す図である。
【図１５】図１５は、図１４に引き続いて第２の線材群に対する加工手順を示す図である。
【図１６】図１６は、図１５に引き続いて第２の線材群に対する加工手順を示す図である。
【図１７】図１７（Ａ）（Ｂ）は、燃料電池の基本構成を示す概略断面図、および分解斜視図である。
【図１８】図１８（Ａ）（Ｂ）は、燃料電池を搭載した車両の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を説明するが、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきであり、以下の形態のみに制限されない。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００２２】
［多孔性シート３０］
本実施形態の多孔性シート３０について説明する。
【００２３】
図１（Ａ）（Ｃ）を参照して、多孔性シート３０は、第１の線材１１からなる第１の線材群１０と、第２の線材２１からなる第２の線材群２０とから形成されている。第１の線材１１および第２の線材２１は、ともに樹脂繊維から形成されている。図示する実施形態にあっては、第１の線材１１は、第２の線材２１に比べて太い。隣接する第１の線材１１のピッチは、隣接する第２の線材２１のピッチよりも広い。
【００２４】
図１（Ｂ）（Ｃ）を参照して、第２の線材２１は、芯鞘構造を有する樹脂繊維から形成されている。鞘層２２は、芯層２３よりも低い融点を有する。第１の線材１１の融点は、鞘層２２よりも高い融点を有する。第２の線材２１を形成する樹脂繊維は、たとえば、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィンのいずれかから形成することができる。これらの材料は、安価でかつ機械特性に優れるために種々の材料として幅広い分野で使用されており、多孔性シート３０を安価に製造でき、所望の機械特性を多孔性シート３０に付与することができる。ただし、第２の線材２１は、上述した材料に限定されるものではない。第２の線材２１における鞘層２２と芯層２３とを異なる樹脂材料から形成してもよいが、融点が異なる同種の樹脂材料から形成することが好ましい。層の剥離が少なく、安定した第２の線材２１を得ることができるからである。第１の線材１１と第２の線材２１とを異なる樹脂材料から形成してもよいが、同種の樹脂材料から形成することが好ましい。第１の線材１１と第２の線材２１とを接合する界面における剥離が少なく、安定した接合状態を維持することができるからである。
【００２５】
第１の線材１１の直径、第２の線材２１の直径、および融点は特に限定されず、所望のサイズおよび融点を選択することができる。一例を挙げると、第１の線材１１の直径は約１００〜１５０μｍ、第２の線材２１における鞘層２２の直径は約５０μｍ、芯層２３の直径は約１０μｍである。また、第１の線材１１の融点、第２の線材２１における芯層２３の融点は約１９０℃、鞘層２２の融点は約１６０℃である。ただし、線材の直径や融点は、上述した寸法や温度に限定されるものではない。
【００２６】
図１（Ｃ）を参照して、第２の線材２１の鞘層２２を加熱融解した後に冷却固化することによって、第１の線材１１と第２の線材２１とが接合されている。第１の線材１１は、第２の線材２１に対して当接する部位が若干寸法潰されている。融解した鞘層２２の樹脂が第１の線材１１と第２の線材２１との界面や、符号２４によって示すように第１の線材１１の側方において毛管現象によって盛り上がって固化する。これにより、第１の線材１１と第２の線材２１とが接合される。
【００２７】
多孔性シート３０は、図１（Ａ）（Ｃ）に示されるように、第１の線材１１と第２の線材２１とが平面視において交差している。すなわち、図１（Ａ）のＺ軸から視たＸＹ平面上において、第１の線材１１と第２の線材２１とは直交（９０度）している。多孔性シート３０は、第１の線材群１０におけるすべての第１の線材１１が第２の線材群２０の両面のうち一方の面側にのみ存在して第２の線材２１に接合されている。すなわち、図１（Ａ）（Ｃ）のＸ軸から視たＹＺ平面上において、すべての第１の線材１１が第２の線材群２０の上下両面のうち上面側にのみ存在して第２の線材２１に接合されている。
【００２８】
本明細書において、「交差」の文言は、第１の線材１１と第２の線材２１とが平行に配置されておらず、平面視において交わった状態となることを表すために用いている。交わる角度は直交（９０度）の場合に限られない。したがって、第１の線材１１と第２の線材２１とによって区画される開口は、矩形形状に限られず、菱形形状であってもよい。また、「第１の線材群１０におけるすべての第１の線材１１が第２の線材群２０の両面のうち一方の面側にのみ存在する」とは、第１の線材１１と第２の線材２１とが編み込まれていないことを意味している。
【００２９】
なお、以下の説明においては、「第１の線材１１」を「太糸１１」、「第１の線材群１０」を「太糸群１０」、「第２の線材２１」を「細糸２１」、「第２の線材群２０」を「細糸群２０」と称することがある。
【００３０】
［多孔性シート３０の製造装置１００］
多孔性シート３０の製造方法を具現化した本実施形態の多孔性シート３０の製造装置１００について説明する。
【００３１】
図２、図３、図４を参照して、多孔性シート３０の製造装置１００は、概説すると、太糸群１０（第１の線材群）に関して、太糸群１０を供給する第１のリール４１（第１の供給部）と、ピンチ６１、６２、６３、６４、６５（第１の固定部）と、少なくとも１つの第１の筬５１とを有している。細糸群２０（第２の線材群）に関して、細糸群２０を供給する第２のリール７１（第２の供給部）と、ピンチ９１、９２、９３、９４（第２の固定部）と、少なくとも１つの第２の筬８１とを有している。太糸群１０は、並べて配置した一組の太糸１１（第１の線材）からなる。第１の固定部は、太糸群１０を引き出して固定自在に構成されている。第１の筬５１は、第１の固定部に固定された太糸群１０に走査自在に通されている。細糸群２０は、並べて配置した一組の細糸２１（第２の線材）からなる。細糸２１は、芯鞘構造を有し、かつ、鞘層２２が芯層２３よりも低い融点を有する。第２の固定部は、細糸群２０を引き出して太糸群１０と接触させることなく固定自在に構成されている。第２の筬８１は、第２の固定部に固定された細糸群２０に走査自在に通されている。製造装置１００はさらに、接合部と、切断部とを有している。接合部は、第１のヒーター６７、加圧機構６８、第２のヒーター９６、加圧機構９７などから構成される。切断部は、カッター６６から構成される。接合部は、太糸群１０のうち第１の筬５１によって走査した領域と、細糸群２０のうち第２の筬８１によって走査した領域とを、太糸１１と細糸２１とが平面視において交差するように重ね合わせて接触させる。接合部は、細糸２１の鞘層２２を加熱融解して太糸群１０と細糸群２０とを接合する。切断部は、太糸群１０と細糸群２０とが接合していない非接合部分において太糸群１０および細糸群２０の少なくとも一方を切断する。そして、多孔性シートの製造装置は、太糸１１と細糸２１とが平面視において交差するが、太糸群１０におけるすべての太糸１１が細糸群２０の両面のうち一方の面側にのみ存在して細糸２１に接合されてなる多孔性シート３０を得る。以下、多孔性シート３０の製造装置１００について詳述する。
【００３２】
多孔性シート３０の製造装置１００は、太糸群１０に対する加工を施す第１加工ライン１０１と、細糸群２０に対する加工を施す第２加工ライン１０２とを有している。第１加工ライン１０１および第２加工ライン１０２は、相対的に接近離反移動自在である。たとえば、第２加工ライン１０２が第１加工ライン１０１に向けて昇降自在に構成されている。太糸群１０と細糸群２０とを接合するときに、第２加工ライン１０２が第１加工ライン１０１に向けて上昇し、太糸群１０の一部と細糸群２０の一部とが重なり合う。図示する実施形態では、太糸群１０と細糸群２０とを接合した後、第１加工ライン１０１において太糸群１０を切断している。そして、多孔性シート３０を第２加工ライン１０２において巻き取っている。
【００３３】
第１加工ライン１０１は、太糸群１０を巻回した第１のリール４１と、第１のリール４１から引き出した太糸群１０をガイドする複数のガイドローラー４２と、対をなす回転ローラー４３、４５と、対をなす回転ローラー４３、４５の間に配置されテンションを調整するダンサーローラー４４と、太糸群１０が通される少なくとも１つの第１の筬５１と、太糸群１０の押えおよび押え解除が自在な複数のピンチ６１、６２、６３、６４、６５と、太糸群１０を切断するカッター６６とを有している。
【００３４】
第１のリール４１は、図示しない取り付け台に回転自在に保持されている。第１のリール４１は、巻回した太糸群１０を使い切ると、新たなリール４１に交換される。
【００３５】
ダンサーローラー４４は、テンションコントロールしながら第１のリール４１から太糸群１０を繰り出す。ダンサーローラー４４は、上下方向に移動自在である。
【００３６】
第１の筬５１は、太糸群１０が延びている方向に配置された図示しないガイドレールに沿って、スライド移動自在である。第１の筬５１は、モーターあるいはエアシリンダーなどのアクチュエータによってスライド駆動される。第１の筬５１は、筬歯を櫛の歯のように一定間隔に並べて構成されている。隣り合う筬歯同士の間に、微小なスリット５１ａが形成される。第１の筬５１には、スリット５１ａが形成され、スリット５１ａのそれぞれに、太糸１１が１本だけ挿通されている。スリット５１ａは、挿通する太糸１１の本数分、あるいは太糸１１の本数分よりも多く形成されている。第１の筬５１をスライド移動することによって、太糸群１０が走査される。太糸群１０を引き出して固定した段階では、分子間力や静電気等が作用しているため、隣り合う太糸１１が近づいたり遠ざかったりしてしまい、太糸１１間の間隔を適切な寸法に規制ないし維持することが難しい（図５（Ａ）を参照）。この状態から、第１の筬５１によって太糸群１０を少なくとも１回走査すると、分子間力や静電気等の作用を低減させ、太糸１１を整糸することができる（図５（Ｂ）を参照）。
【００３７】
図示する実施形態では、第１の筬５１よりも上流側の位置にも、太糸群１０が通される筬５２を配置している。筬５２は、筬歯を櫛の歯のように一定間隔に並べて構成されている。隣り合う筬歯同士の間に、微小なスリット５２ａが形成される。この筬５２は、配置位置が固定されており、スライド移動することはない。説明の便宜上、以下の説明においては、第１の筬５１を「第１の移動筬５１」、位置固定の筬５２を「第１の固定筬５２」ともいう。第１の移動筬５１は、スライド移動自在なケーシング５３内に収納されている。
【００３８】
第１の移動筬５１によって走査するときに、線材群（太糸群１０）の上面または下面を同じ平面に揃えるために、筬５１と共に移動する平面化部材５５（図３、図５を参照）を、前記筬５１の前もしくは後、かつ、前記線材群の上部もしくは下部に備えることができる。
【００３９】
このような平面化部材５５として、線材群に接触して線材群を押す接触部材、線材群に接触することなく線材群を押す非接触部材の少なくとも一方を用いることができる。接触部材および非接触部材の両方を用いることができる。接触部材としては、ローラー、丸棒、スライダー等を挙げることができる。非接触部材として、圧縮空気、静電気等を利用する部材を挙げることができる。接触部材や非接触部材を用いることによって、過度の摩擦力の発生や線材の切断等の不具合を防ぎつつ線材群を押し込んで、当該線材群の上面または下面を同じ平面に揃えることができる。
【００４０】
前記微小なスリット５２ａの上面もしくは下面をこのような目的に用いることも可能である。ただし、平面化部材５５を別途用いることによって、微小なスリット５２ａの上面もしくは下面を使用することに伴う過度の摩擦力の発生や線材の切断等の不具合を防ぐことができる。
【００４１】
図５に示すように、平面化部材５５として接触部材の一例であるローラーを用いる場合、第１の移動筬５１の直前かつ太糸群１０の上面に、太糸群１０の幅より長く、かつ、第１の移動筬５１と同時に移動できるローラー５６を備える。第１の移動筬５１による走査に続いてローラー５６の下面をすべての線材（太糸１１）の上面に接触させることによって、良好な平面からなる太糸群１０を構成することができる。ローラー５６の下面をすべての太糸１１上面に接触させるには、基準面（第１の移動筬５１の前後にあるガイドローラーや回転ローラー、ピンチ等によって規定される基準高さを言う）に対して、一定寸法押し込むことによってオフセットをかける必要がある。装置の規模や線材のたるみ易さに応じてオフセット量を適宜決定することは当業者にとっては可能であるが、概ね０．１ｍｍ以上、５０ｍｍ以下が好ましい。オフセット量が０．１ｍｍ未満の場合は、たるみ易い線材のときに平面化部材５５がすべての線材と接触しないときがある。オフセット量が５０ｍｍ以上の場合は、線材群に必要以上の張力が働く恐れがあるため好ましくない。
【００４２】
ローラーや丸棒の直径は特に制約されないが、０．１ｍｍ以上、１００ｍｍ以下が好ましい。ローラーや丸棒の直径が０．１ｍｍ未満の場合はこれらや線材群が破損しやすいため好ましくない。ローラーや丸棒の直径が１００ｍｍ以上の場合は平面化部材５５が大きくなりすぎるとともに、線材群に必要以上の摩擦力が働く恐れがあるため好ましくない。スライダーを用いる際の接触長も０．１ｍｍ以上、１００ｍｍ以下が好ましい。
【００４３】
ピンチ６１は、太糸群１０の上側に配置される上ピンチ６１ａと、太糸群１０の下側に上ピンチ６１ａに対向して配置される下ピンチ６１ｂとを有している。上ピンチ６１ａおよび下ピンチ６１ｂは、エアシリンダーなどのアクチュエータによって互いに接近離反駆動される。上下のピンチ６１ａ、６１ｂを接近駆動することによって、太糸群１０が押えられる。上下のピンチ６１ａ、６１ｂを離反駆動することによって、太糸群１０の押えが解除される。
【００４４】
他のピンチ６２、６３、６４、６５も同様に、上ピンチ６２ａ、６３ａ、６４ａ、６５ａと、下ピンチ６２ｂ、６３ｂ、６４ｂ、６５ｂとを有し、それぞれの位置で太糸群１０の押えおよび押え解除が自在である。
【００４５】
上流側から２番目のピンチ６２は、ケーシング５３内に、第１の移動筬５１の下流側直近に位置して設けられている。ピンチ６２は、第１の移動筬５１と一緒に移動する。ピンチ６２によって太糸群１０の端部を押え、ケーシング５３を下流側にスライド移動することによって、太糸群１０が第１のリール４１から繰り出される。
【００４６】
カッター６６は、図示例にあっては、太糸群１０の上側に配置されている。カッター６６は、エアシリンダーなどのアクチュエータによって太糸群１０に対して接近離反駆動される。カッター６６は、太糸群１０と細糸群２０とが接合していない非接合部分に臨むように配置される。カッター６６を接近駆動することによって、非接合部分において太糸群１０が切断される。カッター６６を離反駆動することによって、太糸群１０の搬送路が開放される。
【００４７】
カッター６６を、太糸群１０の下側に配置してもよい。また、カッターを、太糸群１０の上側に配置される上カッターと、太糸群１０の下側に上カッターに対向して配置される下カッターとから構成してもよい。この場合、上カッターおよび下カッターは、エアシリンダーなどのアクチュエータによって互いに接近離反駆動される。上下のカッターを接近駆動することによって、非接合部分において太糸群１０が切断される。上下のカッターを離反駆動することによって、太糸群１０の搬送路が開放される。
【００４８】
カッター６６の形式は特に限定されない。カッター６６は、たとえば、切断刃、熱刃などから構成される。カッターを、レーザー切断器から構成することもできる。
【００４９】
第１加工ライン１０１には、細糸２１の鞘層２２を加熱融解するための熱を発生する第１のヒーター６７が設けられている。太糸群１０の一部と細糸群２０の一部とを重ね合わせた後、第１のヒーター６７は、下降駆動され、鞘層２２を融解する温度に加熱される。太糸群１０と細糸群２０とを重ね合わせる前から、第１のヒーター６７を加熱してもよい。第１のヒーター６７の種類は特に限定されないが、電気ヒーター、ハロゲンヒーター、誘導加熱ヒーターなどを用いうる。接合時における第１のヒーター６７の加熱温度や加熱時間は、細糸２１の鞘層２２や太糸１１の融点、糸径などに応じて適宜選択される。
【００５０】
第１のヒーター６７には、この第１のヒーター６７を太糸群１０に対して押し付ける加圧機構６８が接続されている。加圧機構６８は、加圧プレスや加圧ローラーなどから構成される。
【００５１】
太糸群１０や細糸群２０を加熱すると、樹脂繊維からなる太糸１１および細糸２１は個々ばらばらな挙動を示し、一本一本の糸の熱収縮にばらつきが生じる。熱収縮にばらつきがあると、太糸群１０と細糸群２０とを接合した後の多孔性シート３０に応力が作用し、タルミや冷延伸などの不具合を招く結果となる。そこで、接合時における熱収縮の衝撃を緩和するために、好ましくは、固定した太糸群１０を第１の移動筬５１によって走査する前に、太糸群１０に予備加熱処理を施してもよい。この予備加熱処理のときにも、第１のヒーター６７が用いられる。予備加熱処理時におけるヒーターの加熱温度や加熱時間は、太糸１１の融点、糸径などに応じて適宜選択される。
【００５２】
第２加工ライン１０２は、細糸群２０を巻回した第２のリール７１と、第２のリール７１から引き出した細糸群２０をガイドする複数のガイドローラー７２と、細糸群２０が通される少なくとも１つの第２の筬８１と、細糸群２０の押えおよび押え解除が自在な複数のピンチ９１、９２、９３、９４と、巻取り基準ローラー９９と、太糸群１０が接合された細糸群２０を巻き取る巻取りリール９５とを有している。
【００５３】
第２のリール７１は、図示しない取り付け台に回転自在に保持されている。第２のリール７１は、巻回した細糸群２０を使い切ると、新たなリール７１に交換される。
【００５４】
第２の筬８１は、第１の移動筬５１と同様に、細糸群２０が延びている方向に配置された図示しないガイドレールに沿って、スライド移動自在である。第２の筬８１は、モーターあるいはエアシリンダーなどのアクチュエータによってスライド駆動される。第２の筬８１には、スリット８１ａが形成され、スリット８１ａのそれぞれに、細糸２１が１本だけ挿通されている。スリット８１ａは、挿通する細糸２１の本数分、あるいは細糸２１の本数分よりも多く形成されている。第２の筬８１をスライド移動することによって、細糸群２０が走査される。第２の筬８１によって細糸群２０を少なくとも１回走査することによって、分子間力や静電気等の作用を低減させ、細糸２１を整糸することができる。
【００５５】
図示する実施形態では、第２の筬８１よりも上流側の位置にも、細糸群２０が通される筬８２を配置している。筬８２は、隣り合う筬歯同士の間に、微小なスリット８２ａが形成される。この筬８２は、配置位置が固定されており、スライド移動することはない。説明の便宜上、以下の説明においては、第２の筬８１を「第２の移動筬８１」、位置固定の筬８２を「第２の固定筬８２」ともいう。
【００５６】
第１の移動筬５１に平面化部材５５を備えたのと同様に、第２の移動筬８１に平面化部材８５を備えることができる（図４を参照）。すなわち、第２の移動筬８１によって走査するときに、線材群（細糸群２０）の上面または下面を同じ平面に揃えるために、筬８１と共に移動する平面化部材８５を、前記筬８１の前もしくは後、かつ、前記線材群の上部もしくは下部に備えることができる。
【００５７】
平面化部材８５としてたとえばローラーを用いる場合、第２の移動筬８１の直前かつ細糸群２０の上面に、細糸群２０の幅より長く、かつ、第２の移動筬８１と同時に移動できるローラー８６を備える。第２の移動筬８１による走査に続いてローラー８６の下面をすべての線材（細糸２１）の上面に接触させることによって、良好な平面からなる細糸群２０を構成することができる。
【００５８】
ピンチ９１、９２、９３、９４は、第１の加工ラインにおけるピンチ６１、６２、６３、６４、６５と同様に、上ピンチ９１ａ、９２ａ、９３ａ、９４ａと、下ピンチ９１ｂ、９２ｂ、９３ｂ、９４ｂとを有し、それぞれの位置で細糸群２０の押えおよび押え解除が自在である。
【００５９】
細糸群２０は、切断されることなく巻取りリール９５に巻き取られる。このため、第２加工ライン１０２には、第２の移動筬８１と一緒に移動するピンチや、細糸群２０を切断するカッターは設けられていない。
【００６０】
第２加工ライン１０２においても、接合時における熱収縮の衝撃を緩和するために、好ましくは、固定した細糸群２０を第２の移動筬８１によって走査する前に、細糸群２０に予備加熱処理を施してもよい。この予備加熱処理のため、第２のヒーター９６が設けられている。ヒーターの種類は特に限定されないが、第１のヒーター６７と同様に、電気ヒーター、ハロゲンヒーター、誘導加熱ヒーターなどを用いうる。予備加熱処理時における第２のヒーター９６の加熱温度や加熱時間は、細糸２１の融点、糸径などに応じて適宜選択される。細糸２１の鞘層２２は融点が太糸１１に比べて低いことから、予備加熱処理の温度を、太糸１１に対する予備加熱処理の温度よりも低い温度に設定する。
【００６１】
第２のヒーター９６には、この第２のヒーター９６を細糸群２０に対して押し付ける加圧機構９７が接続されている。加圧機構９７は、加圧プレスや加圧ローラーなどから構成される。
【００６２】
細糸２１の鞘層２２を加熱融解するために、第１のヒーター６７と一緒に第２のヒーター９６を用いて加熱したり、第１のヒーター６７と第２のヒーター９６とを交互に切り替えて加熱したり、第１のヒーター６７に代えて第２のヒーター９６のみによって加熱したりすることができる。
【００６３】
なお、図示例では第２加工ライン１０２にダンサーローラー４４を設けていないが、ダンサーローラー４４を設けて、テンションを調整するようにしてもよい。
【００６４】
［多孔性シート３０の製造手順］
図６を参照して、多孔性シート３０の製造手順を概説する。
【００６５】
まず、並べて配置した一組の太糸１１からなる太糸群１０を準備し、並べて配置した一組の細糸２１からなる細糸群２０を準備する（ステップＳ１１）。
【００６６】
太糸群１０を第１の移動筬５１を通して引き出して固定し、細糸群２０を第２の移動筬８１を通して引き出し、太糸群１０と接触させることなく固定する（ステップＳ１２）。太糸群１０を第１のリール４１から引き出すときには、ダンサーローラー４４によって強すぎるテンションが作用しないようにして引き出す。引き出して固定した太糸群１０に応力が作用しないため、太糸群１０にタルミや冷延伸などの不具合が生じることを防止できる。
【００６７】
太糸群１０に予備加熱処理を施し、細糸群２０に予備加熱処理を施す（ステップＳ１３）。接合時における熱収縮の衝撃を緩和して、一本一本の太糸１１および細糸２１の熱収縮にばらつきが生じることを抑える。
【００６８】
第１の移動筬５１によって太糸群１０を少なくとも１回走査し、第２の移動筬８１によって細糸群２０を少なくとも１回走査する（ステップＳ１４）。分子間力や静電気等の作用を低減して、太糸１１および細糸２１を整糸する。
【００６９】
太糸群１０のうち第１の移動筬５１によって走査した領域と、細糸群２０のうち第２の移動筬８１によって走査した領域とを、太糸１１と細糸２１とが平面視において交差するように重ね合わせて接触させる（ステップＳ１５）。
【００７０】
細糸２１の鞘層２２を加熱融解した後に冷却固化することによって太糸群１０と細糸群２０とを接合する（ステップＳ１６）。太糸群１０と細糸群２０とを接合するときには、太糸１１と細糸２１とを加熱する。加熱しつつ圧縮してもよい。太糸１１と細糸２１との接合がより確実なものとなる。
【００７１】
そして、太糸群１０と細糸群２０とが接合していない非接合部分において太糸群１０を切断する（ステップＳ１７）。多孔性シート３０は細糸群２０の一部に形成され、細糸群２０を巻き取ることによって、製造した多孔性シート３０をロール状に巻回する。
【００７２】
ステップＳ１２に戻って処理を継続し、多孔性シート３０を得る。多孔性シート３０は、太糸１１と細糸２１とが平面視において交差するが、太糸群１０におけるすべての太糸１１が細糸群２０の両面のうち一方の面側にのみ存在して細糸２１に接合されている。
【００７３】
ステップＳ１６において多孔性シート３０を加熱圧縮しているが、ステップＳ１７の切断のあとに多孔性シート３０を加熱圧縮してもよい。多孔性シート３０の加熱圧縮は、加熱プレス、加熱ロールもしくは他の加熱加圧部材を用いて行われる。
【００７４】
ステップＳ１７において太糸群１０を切断したのち、製造した多孔性シート３０をロール状に巻回しているが、細糸群２０も切断し、製造した多孔性シート３０をシート状に積層していく形態でもよい。
【００７５】
［多孔性シート３０の製造装置１００の動作］
図７〜図１２を参照して、多孔性シート３０の製造装置１００における第１加工ライン１０１の動作を概説する。
【００７６】
第１加工ライン１０１に関して、第１の移動筬５１およびピンチ６２の位置を次のように定義する。最も上流側に移動した位置を「第１の位置Ｐ１１」といい、最も下流側に移動した位置を「第３の位置Ｐ１３」といい、第１と第２のヒーター６７、９６と第３の位置Ｐ１３との間に移動した位置を「第２の位置Ｐ１２」という。
【００７７】
図７（Ａ−Ｓ１）
ダンサーローラー４４は下がっており、第１の移動筬５１およびピンチ６２は第１の位置Ｐ１１に位置している。ピンチ６２は太糸群１０を押えている。他のピンチ６１、６３、６４、６５は押えを解除している。
【００７８】
図７（Ａ−Ｓ２）
第１の移動筬５１およびピンチ６２は第１の位置Ｐ１１から第３の位置Ｐ１３まで移動し、太糸群１０を第１の移動筬５１および第１の固定筬５２を通して引き出す。太糸群１０を引っ張ると、下流側の回転ローラー４５が従動回転し、ダンサーローラー４４が上昇移動する。これによって、強すぎるテンションが作用することなく、太糸群１０を引き出す。引き出して固定した太糸群１０に応力が作用しないため、太糸群１０にタルミや冷延伸などの不具合が生じることを防止できる。
【００７９】
図７（Ａ−Ｓ３）
ピンチ６５は太糸群１０を押える。
【００８０】
図８（Ａ−Ｓ４）
第３の位置Ｐ１３のピンチ６２は太糸群１０の押えを解除する。
【００８１】
図８（Ａ−Ｓ５）
第３の位置Ｐ１３の第１の移動筬５１およびピンチ６２は第２の位置Ｐ１２まで移動する。
【００８２】
図８（Ａ−Ｓ６）
ピンチ６４は太糸群１０を押える。
【００８３】
図９（Ａ−Ｓ７）
ダンサーローラー４４を下降移動し、上流側の回転ローラー４３を従動回転させる。これによって、第１のリール４１から太糸群１０を引き出す。ダンサーローラー４４の下降に伴って、ダンサーローラー４４からピンチ６４までの間に存する太糸群１０にテンションを作用し、太糸群１０のたわみ等を除去する。
【００８４】
図９（Ａ−Ｓ８）
ピンチ６１は太糸群１０を押える。
【００８５】
図９（Ａ−Ｓ９）
第２の位置Ｐ１２の第１の移動筬５１およびピンチ６２は第１の位置Ｐ１１まで移動する。第１のヒーター６７を下降して太糸群１０を加熱し、太糸群１０に予備加熱処理を施す。予備加熱処理によって、太糸群１０は接合時における熱収縮の衝撃が緩和され、一本一本の太糸１１の熱収縮にばらつきが生じることが抑えられる。
【００８６】
図１０（Ａ−Ｓ１０）
第１のヒーター６７を上昇し、第１の移動筬５１は第１の位置Ｐ１１と第２の位置Ｐ１２との間を往復動する。第１の移動筬５１によって太糸群を少なくとも１回走査することによって、太糸１１は、分子間力や静電気等の作用が低減され、整糸される。
【００８７】
図１０（Ａ−Ｓ１１）
第１の移動筬５１およびピンチ６２は第１の位置Ｐ１１まで移動し、走査を終了する。
【００８８】
図１０（Ａ−Ｓ１２）
ピンチ６３は太糸群１０を押える。
【００８９】
図１１（Ａ−Ｓ１３）
第１の位置Ｐ１１のピンチ６２は太糸群１０を押える。
【００９０】
図１１（Ａ−Ｓ１４）
第２加工ライン１０２を第１加工ライン１０１に向けて上昇させ、太糸１１と細糸２１とが平面視において交差するように重ね合わせて接触させる。第２のヒーター９６を上昇し、細糸２１の鞘層２２を加熱融解する。太糸群１０と細糸群２０とが融着する。
【００９１】
図１１（Ａ−Ｓ１５）
第２のヒーター９６を下降し、カッター６６を太糸群１０に向けて接近駆動し、非接合部分において太糸群１０を切断する。
【００９２】
図１２（Ａ−Ｓ１６）
カッター６６を太糸群１０から離反駆動し、太糸群１０の搬送路を開放する。ダンサーローラー４４によって付与していたテンションを低くする。
【００９３】
図１２（Ａ−Ｓ１７）
ピンチ６１、６３、６４、６５は太糸群１０の押えを解除する。第１の位置Ｐ１１のピンチ６２は、太糸群１０の次の引き出しのために太糸群１０を押えたままである。多孔性シート３０は第２加工ライン１０２において巻き取る。
【００９４】
図１３〜図１６を参照して、多孔性シート３０の製造装置１００における第２加工ライン１０２の動作を概説する。
【００９５】
第２加工ライン１０２に関して、第２の移動筬８１の位置を次のように定義する。最も上流側に移動した位置を「第１の位置Ｐ２１」といい、最も下流側に移動した位置を「第３の位置Ｐ２３」といい、第１と第２のヒーター６７、９６と第３の位置Ｐ２３との間に移動した位置を「第２の位置Ｐ２２」という。
【００９６】
図１３（Ｂ−Ｓ１）
第２の移動筬８１は第１の位置Ｐ２１に位置する。ピンチ９１、９２、９３、９４は押えを解除する。
【００９７】
図１３（Ｂ−Ｓ２）
巻取りリール９５を回転駆動し、多孔性シート３０が形成された細糸群２０を巻取りリール９５に巻き取り、第２のリール７１から細糸群２０を引き出す。
【００９８】
図１３（Ｂ−Ｓ３）
ピンチ９１は細糸群２０を押える。
【００９９】
図１４（Ｂ−Ｓ４）
第２の移動筬８１は第１の位置Ｐ２１から第３の位置Ｐ２３まで移動する。
【０１００】
図１４（Ｂ−Ｓ５）
ピンチ９４は細糸群２０を押える。
【０１０１】
図１４（Ｂ−Ｓ６）
第３の位置Ｐ２３の第２の移動筬８１は第２の位置Ｐ２２まで移動する。
【０１０２】
図１５（Ｂ−Ｓ７）
ピンチ９３は細糸群２０を押える。
【０１０３】
図１５（Ｂ−Ｓ８）
第２の位置Ｐ２２の第２の移動筬８１は第１の位置Ｐ２１まで移動する。第２の移動筬８１によって細糸群２０を少なくとも１回走査することによって、細糸２１は、分子間力や静電気等の作用が低減され、整糸される。
【０１０４】
図１５（Ｂ−Ｓ９）
ピンチ９２は細糸群２０を押える。
【０１０５】
図１６（Ｂ−Ｓ１０）
第２加工ライン１０２を第１加工ライン１０１に向けて上昇させ、太糸１１と細糸２１とが平面視において交差するように重ね合わせて接触させる。第１のヒーター６７を下降し、第２のヒーター９６を上昇し、細糸２１の鞘層２２を加熱融解する。太糸群１０と細糸群２０とが融着する。第１と第２のヒーター６７、９６によって太糸１１と細糸２１とを圧縮する。加熱しつつ圧縮することによって、太糸１１と細糸２１との接合がより確実なものとなる。
【０１０６】
図１６（Ｂ−Ｓ１１）
ピンチ９１、９２、９３、９４は細糸群２０の押えを解除する。
【０１０７】
上述した多孔性シート３０の製造方法、およびこの製造方法を具現化した多孔性シート３０の製造装置１００によれば、第１の移動筬５１によって太糸群１０を走査することによって分子間力や静電気等の作用を低減させて太糸１１を整糸し、第２の移動筬８１によって細糸群２０を走査することによって分子間力や静電気等の作用を低減させて細糸２１を整糸できる。その後、整糸した太糸群１０と整糸した細糸群２０とを熱融着によって接合して多孔性シート３０を得ている。多孔性シート３０は、太糸１１と細糸２１とが平面視において交差するが、太糸群１０におけるすべての太糸１１が細糸群２０の両面のうち一方の面側にのみ存在して細糸２１に接合されている。分子間力や静電気等の作用を低減させて太糸１１および細糸２１を均一に配置できる結果、均一な形状の開口を備える多孔性シート３０を得ることができる。編み込んでいる通常の網にあっては、緯糸（たとえば、太糸）を１本ずつしか入れられない。これに対して、本実施形態にあっては、大量の太糸１１および大量の細糸２１を一度に供給することが可能となるので、編み込んでいる通常の網に比べて、生産性が大幅にアップする。このように、太糸１１と細糸２１とを編み込んでいないことから、編む作業が不要で連続生産の実現が容易となり、製造時間の短縮化を図ることができる。
【０１０８】
［多孔性シート３０を含む燃料電池］
本実施形態によれば、太糸１１および細糸２１を均一に配置することを通して均一な形状の開口を備えることができ、さらに、連続生産の実現が容易で、製造時間の短縮化を図りうる多孔性シート３０の製造方法を提供することができる。したがって、均一な開口形状を備える多孔性シート３０を、コスト的に有利に得ることができる。このような多孔性シート３０を燃料電池に用いることによって、燃料電池において多孔性シート３０を適用した部品の性能の向上を図ることができ、部品コストの低減を通して燃料電池全体のコストの低減を図ることができる。燃料電池において多孔性シート３０を適用する部品として、燃料ガスや酸化剤ガスの供給ラインの途上に配置されるフィルタや、ガス拡散層の基材などを例示することができる。
【０１０９】
［多孔性シート３０をガス拡散層の基材として用いてなる燃料電池］
多孔性シート３０を含む燃料電池の具体例として、多孔性シート３０をガス拡散層の基材として用いてなる燃料電池について説明する。
【０１１０】
図１７（Ａ）（Ｂ）は、燃料電池の基本構成を示す概略断面図、および分解斜視図である。
【０１１１】
燃料電池２００は、高分子電解質膜２１０を有し、高分子電解質膜２１０の一方の面には、カソード触媒層２２０ｃと、カソードガス拡散層２３０ｃと、導電性を備えガスを遮断するカソードセパレータ２４０ｃとが設けられている。高分子電解質膜２１０の他方の面には、アノード触媒層２２０ａと、アノードガス拡散層２３０ａと、導電性を備えガスを遮断するアノードセパレータ２４０ａとが設けられている。ここで、高分子電解質膜２１０、アノード触媒層２２０ａ、アノードガス拡散層２３０ａ、カソード触媒層２２０ｃ、カソードガス拡散層２３０ｃは、積層された状態で膜電極接合体（ＭＥＡ）２５０を構成する。複数のＭＥＡ２５０をアノードセパレータ２４０ａおよびカソードセパレータ２４０ｃを介して順次積層することによって、燃料電池スタックを構成する。なお、高分子電解質膜２１０、アノード触媒層２２０ａおよびカソード触媒層２２０ｃが積層された状態を「ＣＣＭ」とも称する。
【０１１２】
セパレータ２４０ａ、２４０ｃの対向する二辺（長辺）の外周部には、流路開口部として、複数の燃料ガス流路開口部２６１、冷却水流路開口部２６２、および酸化ガス流路開口部２６３が設けられている（図１７（Ｂ）を参照）。図示するＭＥＡ２５０の電極層において、ガスの流れる方向を短辺、ガスの流れる方向に対して直交する方向を長辺としたとき、アスペクト比ＲをＲ＝短辺／長辺で定義すると、アスペクト比Ｒは１未満となる。低アスペクト比（Ｒが０．０１以上１未満）のセパレータの場合、流路長が短くなるため、圧力損失が減少する。そのため、アスペクト比Ｒを小さくし、かつ、流路の高さを低くした場合でも、高アスペクト比（Ｒが１以上）のセパレータと同等の圧力損失を維持することができるとともに、セパレータ２４０ａ、２４０ｃ自体の高さを低くすることができる。
【０１１３】
カソードガス拡散層２３０ｃおよびアノードガス拡散層２３０ａの基材として、上述したように製造される多孔性シート３０を適用している。ガス拡散層２３０ａ、２３０ｃは導電性を備えることが必要であることから、樹脂繊維からなる多孔性シート３０を被覆する導電性の表層材をコーティングしている。表層材としては、導電性を有する材料であれば特に制限されない。具体的には、金、白金、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、パラジウム、銀、銅、鉄、チタン及びアルミニウム、ならびにこれらの合金等の金属；導電性の高分子材料、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）等の導電性炭素材料などが挙げられる。これらは１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【０１１４】
カソードガス拡散層２３０ｃの基材としての多孔性シート３０は、細糸群２０をカソード触媒層２２０ｃの側に位置させ、太糸群１０をカソードセパレータ２４０ｃ側に位置させて配置されている。細糸２１の上に、複数の太糸１１が平行に配置されている。太糸１１と細糸２１とは平面視において直交（９０度）している。隣接する太糸１１間の空間が、酸化剤ガスをカソード触媒層２２０ｃに供給するガス流路空間２７０ｃとなる。
【０１１５】
アノードガス拡散層２３０ａの基材として多孔性シート３０は、細糸群２０をアノード触媒層２２０ａの側に位置させ、太糸群１０をアノードセパレータ２４０ａ側に位置させて配置されている。細糸２１の上に、複数の太糸１１が平行に配置されている。太糸１１と細糸２１とは平面視において直交（９０度）している。隣接する太糸１１間の空間が、燃料ガスをアノード触媒層２２０ａに供給するガス流路空間２７０ａとなる。
【０１１６】
このような構造によって、十分なガス流路空間を確保しつつガス流路の高さを低くでき、その結果、燃料電池単セルを薄くすることができ、燃料電池２００を小型化できる。一般的にセパレータは金属板のプレス加工によって製造されるが、この方法では、加工に伴うセパレータのたわみ、微細加工に伴うセパレータの割れやひずみ硬化の問題がある。これに対して、ガス拡散層の基材として多孔性シート３０を適用すると、平滑なセパレータを用いることができるため、上記の問題が生じない。さらに、ガス拡散層の基材として多孔性シート３０を適用すると、触媒層２２０ｃ、２２０ａと太糸１１との間に細糸２１が配置されている。このため、厚み方向にも触媒層２２０ｃ、２２０ａ全体にガスを供給でき、発電性能に優れる。燃料電池単セルを積層する際に作用する圧縮力に対しても、細糸２１によって、太糸１１が触媒層２２０ｃ、２２０ａの側にめり込むことを抑制ないし防止する。このため、良好なガス拡散性および圧損の低減が達成できる。さらに、触媒層２２０ｃ、２２０ａとセパレータ２４０ｃ、２４０ａとの間の導電性は、導電性の表層材をコーティングした太糸１１および細糸２１を介して十分に確保できる。
【０１１７】
よって、ガス拡散層２３０ｃ、２３０ａの基材として多孔性シート３０を適用することによって、十分なガス拡散性および導電性を確保しつつ、燃料電池２００の薄層化を図ることができる。さらに、多孔性シート３０を安価に製造できることから、部品としてのガス拡散層基材のコストを低減でき、これを通して燃料電池２００全体のコストの低減を図ることができる。
【０１１８】
太糸１１の直径（Ｄ１）は、十分量のガス（燃料ガスや酸化剤ガス）を触媒層２２０ｃ、２２０ａに供給でき、かつ、燃料電池２００の小型化を達成できる観点などから適宜選択される。たとえば、太糸１１の直径（Ｄ１）は、１０〜３００μｍが好ましく、５０〜２００μｍがより好ましく、１００〜１５０μｍが特に好ましい。隣接する太糸１１のピッチ（Ｐ１）は、太糸１１の直径、十分量のガスを触媒層２２０ｃ、２２０ａに供給できる観点などから適宜選択される。たとえば、太糸１１のピッチ（Ｐ１）は、２０〜６００μｍが好ましく、１００〜４００μｍがより好ましく、２００〜３００μｍが特に好ましい。
【０１１９】
細糸２１の直径は、特に制限されないが、太糸１１が触媒層２２０ｃ、２２０ａの側にめり込むことを抑制ないし防止する機能を発揮しうる観点から適宜選択される。たとえば、細糸２１の直径は、３００μｍ以下であることが好ましく、５〜２００μｍであることがより好ましく、１０〜１００μｍであることが特に好ましい。隣接する細糸２１のピッチ（Ｐ２）は、太糸１１のピッチ（Ｐ１）より小さい（Ｐ２＜Ｐ１）ことが好ましい。この場合には、細糸２１は、小さなピッチで（密に）平行に配置されるため、触媒層で発生した電気を効率よくセパレータ側に伝えることができる。一方、太糸１１は、ある程度のピッチで平行に配置されるため、セパレータ側からのガスの良好な流れを確保できる。具体的には、太糸１１のピッチ（Ｐ１）に対する細糸２１のピッチ（Ｐ２）の割合（Ｐ２／Ｐ１）は、好ましくは０．１〜０．８であり、より好ましくは０．２〜０．６である。
【０１２０】
なお、太糸１１や細糸２１の断面形状は円形に限られず、楕円形、円形、不定形、矩形、三角形などであってもよい。
【０１２１】
太糸１１の材質として、ステンレスやチタンなどの金属とすることもできる。電気抵抗のさらなる低減を図ることができるからである。
【０１２２】
［燃料電池２００を搭載した車両］
図１８（Ａ）（Ｂ）には、燃料電池２００を搭載した車両の一例を示す。図１８（Ａ）に示す車両１８は、燃料電池２００をエンジンルームに搭載している。図１８（Ｂ）に示す車両１８は、燃料電池２００をフロア下に搭載している。車両３００は、多孔性シート３０を含む燃料電池２００を備えるため、車載性、生産性、およびコストに優れた車両となる。
【０１２３】
［本実施形態の効果］
以上説明したように、上述した多孔性シート３０の製造方法、および製造装置１００によれば、第１の移動筬５１によって太糸群１０を走査することによって分子間力や静電気等の作用を低減させて太糸１１を整糸し、第２の移動筬８１によって細糸群２０を走査することによって分子間力や静電気等の作用を低減させて細糸２１を整糸できる。その後、整糸した太糸群１０と整糸した細糸群２０とを熱融着によって接合して多孔性シート３０を得ている。多孔性シート３０は、太糸１１と細糸２１とが平面視において交差するが、太糸群１０におけるすべての太糸１１が細糸群２０の両面のうち一方の面側にのみ存在して細糸２１に接合されている。分子間力や静電気等の作用を低減させて太糸１１および細糸２１を均一に配置できる結果、均一な形状の開口を備える多孔性シート３０を得ることができる。さらに、太糸１１と細糸２１とを編み込んでいないことから、編む作業が不要で連続生産の実現が容易となり、製造時間の短縮化を図ることができる。
【０１２４】
好ましくは、固定した太糸群１０を第１の移動筬５１によって走査するときに、太糸群１０の上面または下面を同じ平面に揃えるために第１の移動筬５１と共に移動する平面化部材５５を、第１の移動筬５１の前もしくは後、かつ、太糸群１０の上部もしくは下部に備える。そして、固定した太糸群１０を第１の移動筬５１によって走査するときに、第１の移動筬５１と共に移動する平面化部材５５によって太糸群１０の上面または下面を同じ平面に揃える。太糸群１０の上面または下面が同じ平面に揃い、良好な平面からなる太糸群１０を構成することができる。
【０１２５】
好ましくは、好ましくは、固定した細糸群２０を第２の移動筬８１によって走査するときに、細糸群２０の上面または下面を同じ平面に揃えるために第２の移動筬８１と共に移動する平面化部材８５を、第２の移動筬８１の前もしくは後、かつ、細糸群２０の上部もしくは下部に備える。そして、固定した細糸群２０を第２の移動筬８１によって走査するときに、第２の移動筬８１と共に移動する平面化部材８５によって細糸群２０の上面または下面を同じ平面に揃える。細糸群２０の上面または下面が同じ平面に揃い、良好な平面からなる細糸群２０を構成することができる。
【０１２６】
好ましくは、平面化部材５５、８５が、線材群に接触して線材群を押す接触部材（ローらー５６、８６）、線材群に接触することなく線材群を押す非接触部材の少なくとも一方を備える。そして、平面化部材５５、８５が線材群に接触して線材群を押すこと、および平面化部材５５、８５が線材群に接触することなく線材群を押すことの少なくとも一方を行う。過度の摩擦力の発生や線材の切断等の不具合を防ぎつつ線材群を押し込んで、当該線材群の上面または下面を同じ平面に揃えることができる。
【０１２７】
好ましくは、固定した太糸群１０を第１の移動筬５１によって走査する前に、太糸群１０に予備加熱処理を施してもよい。予備加熱処理によって、太糸群１０は接合時における熱収縮の衝撃が緩和され、一本一本の太糸１１の熱収縮にばらつきが生じることが抑えられる。
【０１２８】
好ましくは、固定した細糸群２０を第２の移動筬８１によって走査する前に、細糸群２０に予備加熱処理を施してもよい。予備加熱処理によって、細糸群２０は接合時における熱収縮の衝撃が緩和され、一本一本の細糸２１の熱収縮にばらつきが生じることが抑えられる。
【０１２９】
太糸群１０を第１のリール４１に巻回して準備し、太糸群１０を第１のリール４１から引き出すときに、太糸群１０に作用するテンションを調整して、すなわち強すぎるテンションが作用することなく引き出して固定している。引き出して固定した太糸群１０に応力が作用しないため、太糸群１０にタルミや冷延伸などの不具合が生じることを防止できる。
【０１３０】
太糸群１０と細糸群２０とを接合するとき、太糸１１と細糸２１とを加熱しつつ圧縮している。加熱圧縮することによって、太糸１１と細糸２１との接合がより確実なものとなる。
【０１３１】
細糸２１を形成する樹脂繊維がポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィンのいずれかからなる。これらの材料は、安価でかつ機械特性に優れるために種々の材料として幅広い分野で使用されており、多孔性シート３０を安価に製造でき、所望の機械特性を多孔性シート３０に付与することができる。
【０１３２】
本実施形態に係る燃料電池２００は、上述のように製造した多孔性シート３０を含んでいるため、多孔性シート３０を適用した部品の性能の向上を図ることができ、部品コストの低減を通して燃料電池２００全体のコストの低減を図ることができる。
【０１３３】
ガス拡散層２３０ｃ、２３０ａの基材として多孔性シート３０を適用することによって、十分なガス拡散性を確保しつつ、燃料電池２００の薄層化を図ることができる。さらに、多孔性シート３０を安価に製造できることから、部品としてのガス拡散層基材のコストを低減でき、これを通して燃料電池２００全体のコストの低減を図ることができる。
【０１３４】
本実施形態に係る車両３００は、上述のように製造した多孔性シート３０を含む燃料電池２００を備えるため、車載性、生産性、およびコストに優れた車両となる。
【０１３５】
（変形例）
第１の線材１１の材質と、芯鞘構造を有する第２の線材２１の材質との組み合わせは、ともに樹脂繊維から形成する場合に限定されるものではない。第１の線材１１を樹脂繊維から形成し、第２の線材２１を金属から形成する組み合わせ、第１の線材１１を金属から形成し、第２の線材２１を樹脂繊維から形成する組み合わせ、あるいは第１と第２の線材１１、２１をともに金属から形成する組み合わせとすることができる。
【０１３６】
第１の線材１１が第２の線材２１に比べて太く、第１の線材１１のピッチが第２の線材２１のピッチよりも広い例に限定されるものではない。第１の線材１１が第２の線材２１に比べて細くてもよいし、同じ太さでもよい。ピッチについても同様に、第１の線材１１のピッチが第２の線材２１のピッチよりも狭くてもよいし、同じピッチでもよい。
【０１３７】
第１の線材群１０を切断する側（横出し側）とし、第２の線材群２０を巻き取る側とする搬送形態に限定されるものではない。これとは逆に、第１の線材群１０を巻き取る側とし、第２の線材群２０を切断する側（横出し側）としてもよい。
【０１３８】
さらに、上述した材質−径・ピッチ−搬送形態を相互に組み合わせた改変例とすることができる。
【０１３９】
第２加工ライン１０２にもダンサーローラーを組み込み、強すぎるテンションが作用することなく、細糸群２０を引き出すようにしてもよい。引き出して固定した細糸群２０に応力が作用しないため、細糸群２０にタルミや冷延伸などの不具合が生じることを防止できる。
【０１４０】
多孔性シート３０をガス拡散層２３０ｃ、２３０ａの基材に適用した例を示したが、本発明はこの場合に限定されるものではない。編み込んで製造していた従来の多孔性シートに広く適用することができる。たとえば、フィルタの基材として用いる多孔性シートに適用することができる。
【０１４１】
太糸群１０を切断した後に、太糸１１と細糸２１とを加熱しつつ圧縮してもよい。切断後においてさらに加熱圧縮することによって、太糸１１と細糸２１との接合がより確実なものとなる。
【０１４２】
２本の線材１１、２１から多孔性シート３０を形成する例を示したが、本発明は、３本以上の線材から多孔性シート３０を形成する場合にも適用可能である。隣り合って重なる２本の線材に着目し、一方の線材と他方の線材とが平面視において交差するが、一方の線材群におけるすべての一方の線材が他方の線材群の両面のうち一方の面側にのみ存在して他方の線材に接合されている限りにおいて適用可能である。
【符号の説明】
【０１４３】
１０    太糸群（第１の線材群）、
１１    太糸（第１の線材）、
２０    細糸群（第２の線材群）、
２１    細糸（第２の線材）、
２２    鞘層、
２３    芯層、
３０    多孔性シート、
４１    第１のリール（第１の供給部）、
４２    ガイドローラー、
４３、４５    駆動ローラー、
４４    ダンサーローラー、
５１    第１の移動筬（第１の筬）、
５１ａ  スリット、
５２    第１の固定筬、
５２ａ  スリット、
５５    平面化部材、
５６    平面化部材としてのローラー（接触部材）、
６１、６２、６３、６４、６５    ピンチ（第１の固定部）、
６６    カッター（切断部）、
６７    第１のヒーター（接合部）、
６８    加圧機構（接合部）、
７１    第２のリール（第２の供給部）、
７２    ガイドローラー、
８１    第２の移動筬（第２の筬）、
８１ａ  スリット、
８２    第２の固定筬、
８２ａ  スリット、
８５    平面化部材、
８６    平面化部材としてのローラー（接触部材）、
９１、９２、９３、９４    ピンチ（第２の固定部）、
９５    巻取りリール、
９６    第２のヒーター（接合部）、
９７    加圧機構（接合部）、
９９    巻取り基準ローラー、
１００  多孔性シートの製造装置、
１０１  第１加工ライン、
１０２  第２加工ライン、
２００  燃料電池、
２１０  高分子電解質膜、
２２０ｃ、２２０ａ    触媒層、
２３０ｃ、２３０ａ    ガス拡散層、
２４０ｃ、２４０ａ    セパレータ、
２５０  膜電極接合体（ＭＥＡ）、
３００  車両。
【図１】
0006608649.tif 000002
【図２】
0006608649.tif 000003
【図３】
0006608649.tif 000004
【図４】
0006608649.tif 000005
【図５】
0006608649.tif 000006
【図６】
0006608649.tif 000007
【図７】
0006608649.tif 000008
【図８】
0006608649.tif 000009
【図９】
0006608649.tif 000010
【図１０】
0006608649.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0006608649.tif 000014
【図１４】
0006608649.tif 000015
【図１５】
0006608649.tif 000016
【図１６】
0006608649.tif 000017
【図１７】
0006608649.tif 000018
【図１８】
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