(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロール状の炭化処理後の電極基材を巻き出して、熱処理を施すための高温炉を通して、再度ロール状に巻き取る際の、電極基材の搬送方法であって、
前記電極基材の搬送方向における少なくとも一方の端部を、接着材料を用いてポリイミドフィルムと接続して搬送することを特徴とする、電極基材の搬送方法。
【請求項２】
電極基材の端部を、接着材料を用いて、ポリイミドフィルムと接続した領域を接続部とすると、
前記接続部において、前記電極基材と前記ポリイミドフィルムは、一部が重なっており、
前記接着材料として、複数のテープを用いており、
前記接続部の両面において、前記電極基材の幅方向の両端が前記テープにより前記ポリイミドフィルムと接着している請求項１に記載の電極基材の搬送方法。
【請求項３】
電極基材の端部を、接着材料を用いて、ポリイミドフィルムと接続した領域を接続部とすると、
前記接着材料として、テープを用いており、
前記接続部において、前記テープの接着面積が前記ポリイミドフィルム側よりも前記電極基材側の方が大きい、請求項１または２に記載の電極基材の搬送方法。
【請求項４】
電極基材の端部を、接着材料を用いて、ポリイミドフィルムと接続した領域を接続部とすると、
前記接続部において、電極基材とポリイミドフィルムは、一部が重なっており、
前記接着材料として、少なくとも両面接着テープを用いる、請求項１〜３のいずれかに記載の電極基材の搬送方法。
【請求項５】
前記接着材料が、シリコンを含む層を有するポリイミドテープである請求項１〜４のいずれかに記載の電極基材の搬送方法。
【請求項６】
高温炉における炉内の温度が１５０℃以上４００℃以下である請求項１〜５のいずれかに記載の電極基材の搬送方法。
【請求項７】
搬送時の張力が０．１〜０．５Ｎ／ｍｍである請求項１〜６のいずれかに記載の電極基材の搬送方法。
【請求項８】
搬送時の速度が、０．１〜２０．０ｍ／ｍｉｎである請求項１〜７のいずれかに記載の電極基材の搬送方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の搬送方法を行う工程を有する、電極基材の製造方法。
【請求項１０】
電極基材上に微多孔質層を有するガス拡散電極の製造方法であって、
前記高温炉の前に、微多孔質層形成用塗液を塗布する工程を有し、請求項１〜９のいずれかに記載の搬送方法を行う工程を有する、ガス拡散電極の製造方法。
【請求項１１】
電極基材の端部を、接着材料を用いて、ポリイミドフィルムと接続した領域を接続部とすると、
前記接続部において、電極基材とポリイミドフィルムは、一部が重なっており、
前記電極基材の微多孔質層が形成されてない面と前記ポリイミドフィルムの間に、前記接着材料があり、
前記接着材料として、少なくとも両面接着テープを用いる、請求項１０に記載のガス拡散電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極基材の搬送方法、電極基材の製造方法及びガス拡散電極の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維は耐熱性に優れ、繊維状であることから、織物状、不織布状、ペーパー状等の炭素繊維シートに加工され、断熱材、耐熱保護材、更に電気伝導性を有することにより、燃料電池等の電極基材としての応用開発が進められている。
【０００３】
これらの炭素繊維シートである電極基材は、炭素繊維シート前駆体を炭素化することで製造されるが、この炭素繊維シートを上記のような電極基材として利用するにあたり、炭化処理のあと、再度一定の高温度下での熱処理を施す場合がある。その再度の熱処理を連続して行う際、電極基材の生産ロスを低減することはコスト競争力向上のため重要な要素である。
【０００４】
しかし、炭素繊維シートはエンドレスではないため、炭素繊維シートごとに高温炉の温度を一旦下げ、新たな炭素繊維シート前駆体を走行ラインに配置して、再度高温炉の温度を上げる工程が必要となり、高温の高温炉の温度を昇降させる工程には長時間を費やさざるを得ず、結果として高温炉の稼働効率を大きく低下させることになる。また、炭素繊維シートを一定の高温度下で熱処理を施す際、高温炉の温度が所定の温度にまで昇温する間、生産は止める必要がある。また、製品部分を高温炉に通して巻き取り部分まで搬送した後に高温炉の昇温を開始しなければならず、高温炉の入口以降は熱履歴が異なるので製品として使えずロスとなる場合がある。
【０００５】
特許文献１（特開２００４−１７６２３３号公報）には、「複数の炭素繊維シート端部側を互いに重ね合せてポリアクリロニトリル系酸化繊維よりなる特定の太さの紡績糸またはフィラメント束を用いて繋ぎ合せる構成」が記載され、これにより「後工程の高温熱処理時において、繋ぎ部の切断、すき間詰り、ガイドへの引掛りが生ぜず、且つ繋ぎ合せ部の皺やねじれのない長尺の炭素繊維シートが得られる」効果が開示されている。
【０００６】
また、特許文献２（特開平５−３０１７８１号公報）には、「炭素繊維シート化物などの炭素質又は炭素化可能な基材にフェノール樹脂などの炭素化可能な熱硬化樹脂を含浸させた炭素材用シート状接着材等を用いて、炭素質材同士を接着した後、焼成して全体を炭素化させる炭素材の接着方法」が記載され、これにより「炭素材の接着に際して、塗布量にむらのない、接着力の信頼性が高く、被接着面が充分接着させることができる」効果が開示されている。
【０００７】
また、特許文献３（特開２０１１−８０１６１号公報）では、「繋ぎ合わせようとする第一の炭素繊維シート前駆体の終端部又は第二の炭素繊維シート前駆体の始端部にフェノール樹脂と炭素材からなる接着剤層を炭素繊維シート前駆体の長手方向に不連続に塗布した後、それらの終端部と始端部とを重ね合わせ、その重なり部を熱プレス装置で接合し、第一及び第二の炭素繊維シート前駆体の端部同士を繋ぎ合わせる長尺炭素繊維シートの製造方法」が記載され、これにより「不織布状やペーパー状の薄手のシートであっても、高品質な長尺の炭素繊維シートを低コストに得られる」効果が開示されている。
【０００８】
また、特許文献４（特開２０１１−０８０１６０号公報）では、「繋ぎ合わせようとする第一の炭素繊維シート前駆体の終端部又は第二の炭素繊維シート前駆体の始端部に、フェノール樹脂を含浸してなる炭素繊維前駆体からなるシート状接着材をシート長手方向に対して不連続に順次仮留めし、次いで、それらの終端部と始端部とを重ね合わせ、その重なり部を熱プレス装置で接着し、繋ぎ合わせる長尺炭素繊維シートの製造方法」が開示され、これにより「不織布状やペーパー状の長尺の炭素繊維シート前駆体又は炭素繊維シートと、それらの炭素繊維シート前駆体又は炭素繊維シートを低コストで効率的に製造できる」効果が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１７６２３３号公報
【特許文献２】特開平５−３０１７８１号公報
【特許文献３】特開２０１１−０８０１６１号公報
【特許文献４】特開２０１１−０８０１６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、特許文献１の構成では、炭素繊維シート前駆体の端部同士を、針を用いて縫い繋いだ場合、針を刺した箇所に亀裂が入ってしまい、その亀裂が進行して繋ぎ合わせ部が分断するという課題が生じる場合がある。
【００１１】
また特許文献２の構成では、シート状接着材を所定の形状を有する炭素質成形材料等の被接着材全面の間に挟んで加圧接着するものであり、炭素質成形材料等の被接着材とその間に挟んで加圧接着される同形・同寸法のシート状接着材を積層するバッチ式での成形材の接合に関する開示であり、炭素繊維シートの端部を繋ぎ合わせて製品部分を焼結炉に通して巻き取り部分まで搬送した後に焼結炉の昇温を開始する場合における製品ロスの低減に関する示唆はなされていない。
【００１２】
しかし、特許文献３や特許文献４の構成では、炭素繊維シート同士を終端部と始端部とを重ね合わせて繋ぎ合わせることにより長尺の炭素繊維シートを得ることができるが、生産開始時での製品部分を焼結炉に通して巻き取り部分まで搬送した後に焼結炉の昇温を開始する場合における製品ロスの低減に関する示唆はなされていない。
【００１３】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み、炭素繊維シートを電極基材として利用するにあたり、炭化処理の後、再度一定の高温度下での熱処理を施す場合でも、生産ロスを低減することができるとともに、熱処理時の昇温と他の生産の準備作業や製造条件設定を同時に進行でき生産時間を短縮できる電極基材の搬送方法、電極基材の製造方法及びガス拡散電極の製造方法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】
【００１４】
かかる課題を解決するために、本発明の電極基材の搬送方法は次の構成からなる。
【００１５】
ロール状の電極基材を巻き出して、高温炉を通して、再度ロール状に巻き取る際の、電極基材の搬送方法であって、
前記電極基材の搬送方向における少なくとも一方の端部を、接着材料を用いて耐熱材料と接続して搬送することを特徴とする、電極基材の搬送方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の電極基材の搬送方法によれば、炭素繊維シートなどを電極基材として使用するにあたり、炭化処理の後、再度一定の高温度下での熱処理を施す場合でも、生産ロスを低減することができるとともに、熱処理時の昇温と他の生産の準備作業や製造条件設定を同時に進行できるために生産時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る電極基材の製造フロー図
【図２】含浸・乾燥工程Ｅの製造工程図
【図３】本発明にかかる電極基材２の一方の端部に接着材料１１を用いて耐熱材料１２を接続させた状態の断面図
【図４】接着材料１１により耐熱材料１２と接続した電極基材２が搬送される状態の断面図
【図５】巻き出しロール３から巻き出された電極基材２が含浸・乾燥工程Ｅを経て巻取りロール１０に巻き取られる製造工程図
【図６】巻き出しロール３から巻き出された電極基材２が表面塗工・乾燥工程Ｆ及び焼結工程Ｇを経て巻取りロール１０に巻き取られる製造工程図
【図７】接着材料１１を用いて電極基材２の端部と耐熱材料１２とを接続した状態の平面図
【図８】接着材料１１を用いて電極基材２の端部と耐熱材料１２とを接続した状態の側面図
【図９】接着材料として両面接着テープ１１ａを用いて、電極基材２の端部と耐熱材料１２とを接続した状態の平面図
【図１０】接着材料として両面接着テープ１１ａを用いて、電極基材２の端部と耐熱材料１２とを接続した状態の側面図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に係る電極基材の搬送方法は、ロール状の電極基材を巻き出して、高温炉を通して、再度ロール状に巻き取る際の電極基材の搬送方法であって、電極基材の搬送方向における少なくとも一方の端部を、接着材料を用いて耐熱材料と接続して搬送する構成とするものである。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いながら説明する。なお、本実施形態は本発明の一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【００２０】
図１に本発明に係る電極基材の製造フローの一例を示す。なお、ここでは電極基材として炭素繊維シート（いわゆるカーボンペーパー）を用いた場合について説明するが、本発明において適用することができる電極基材は、炭素繊維シートに限定されるものではなく、導電性を有するシート状物、例えば不織布（いわゆるフェルト基材）などを用いることができる。
【００２１】
抄紙工程Ａでは、炭素短繊維を含む短繊維をよく解繊した後、一定量の炭素繊維になるように水中に分散させ、樹脂および／または有機物を抄造用のバインダとして用いて、連続的に抄紙して一定厚さの炭素繊維紙である中間基材が得られる。抄紙体の形態保持性、ハンドリング性を向上する目的で、バインダとして有機高分子を含むことができる。有機高分子としては、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリロニトリル、セルロース等を用いることができる。
【００２２】
特に、分散している炭素短繊維が樹脂および／または有機物の炭化物で結着されてなる炭素繊維紙のようなシート状物は、曲げ弾性率が高く、静摩擦係数が低く、脆い性質を有する。また、分散した状態とは、炭素短繊維がシート面内において顕著な配向を持たず概ねランダムに、例えば、無作為な方向に存在している状態である。
【００２３】
本発明における炭素繊維としては、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系、ピッチ系、レーヨン系等の炭素繊維が挙げられる。なかでも、機械強度に優れることから、ＰＡＮ系炭素繊維が好ましく用いられる。
【００２４】
また、本発明における炭素繊維は、単糸の平均直径が３〜２０μｍの範囲内であることが好ましく、５〜１０μｍの範囲内であることがより好ましい。平均直径が３μｍ以上であると、電極基材が柔軟性に富んだものとなり好ましい。一方、平均直径が２０μｍ以下であると、電極基材が機械強度の優れたものとなり好ましい。また、異なる平均直径を有する２種類以上の炭素繊維を用いると、電極基材の表面平滑性を向上できるために好ましい。
【００２５】
また、分散させる炭素短繊維の繊維長の平均長さは、３〜２０ｍｍが好ましく、さらに好ましくは５〜１５ｍｍである。炭素短繊維の繊維長を３〜２０ｍｍとすることにより、炭素短繊維を分散させ抄紙して炭素繊維シートを得る際に、炭素短繊維の分散性を向上させ、目付のばらつきを抑制することができる。平均長さが３ｍｍ以上であると、電極基材が機械強度の優れたものとなり好ましい。一方、繊維長の平均長さが２０ｍｍ以下であると、抄紙の際の炭素繊維の分散性が優れ、均質な電極基材が得られるために好ましい。かかる繊維長の平均長さを有する炭素繊維は、連続した炭素繊維を所望の長さにカットする方法等により得られる。
【００２６】
次に、樹脂含浸、乾燥・脱溶媒工程Ｂでは、抄紙した炭素繊維紙に樹脂および／または有機物を含浸し、樹脂成分および／または有機物付着させた後、乾燥して溶媒を除去することでプリプレグを得ることができる。
【００２７】
樹脂成分を構成する樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フラン樹脂等の熱硬化性樹脂等が好ましく用いられる。なかでも、炭化収率が高いことから、フェノール樹脂が好ましく用いられる。また、樹脂成分に必要に応じて添加する添加物としては、電極基材の機械特性、導電性、熱伝導性を向上する目的で、炭素系フィラーを含むことができる。ここで、炭素系フィラーとしては、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、炭素繊維のミルドファイバー、黒鉛等を用いることができる。
【００２８】
また、抄紙体への含浸性を高める目的で、各種溶媒を含むことができる。ここで、溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等を用いることができる。
【００２９】
次に、樹脂硬化工程Ｃでは、含浸・乾燥したプリプレグを間欠的に搬送しながら、連続加熱加圧して樹脂を硬化して炭素繊維シート前駆体を成型することができる。
【００３０】
次に、炭化工程Ｄでは、硬化させた炭素繊維シート前駆体を連続的に搬送しながら連続炭化炉で不活性雰囲気中、一定の高温度で加熱することにより熱硬化性樹脂が炭化した炭素繊維シートを得ることができる。なお、炭素繊維シート前駆体中の熱硬化性樹脂が炭化したものを、単に炭素繊維シートという。
【００３１】
焼成の最高温度は１５００〜３０００℃の範囲内であることが好ましく、１７００〜２８００℃の範囲内であることがより好ましく、さらには、１９００〜２６００℃の範囲内であることが好ましい。最高温度が１５００℃以上であると、樹脂成分の炭素化が進み、電極基材が導電性、熱伝導性の優れたものとなり好ましい。一方、最高温度が３０００℃以下であると、加熱炉の運転コストが低くなるために好ましい。また、焼成にあたっては、昇温速度が８０〜５０００℃／分の範囲内であることが好ましい。昇温速度が８０℃以上であると、生産性が優れるために好ましい。一方、５０００℃以下であると、樹脂成分の炭素化が緩やかに進み緻密な構造が形成されるため、電極基材が導電性、熱伝導性の優れたものとなり好ましい。
【００３２】
次に、含浸・乾燥工程Ｅでは、排水性を向上する目的で、炭素繊維シートに撥水加工を施すことが好ましい。撥水加工は、炭素繊維シートに疎水性樹脂を含んだ分散液を浸漬し、その後一定温度の下で乾燥する。かかる疎水性樹脂としては、ポリクロロトリフルオロエチレン樹脂（ＰＣＴＦＥ）、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＦ）、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレンとパーフルオロプロピルビニルエーテルの共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレンとエチレンの共重合体（ＥＴＦＥ）等のフッ素樹脂が挙げられる。
【００３３】
次に、表面塗布・乾燥工程Ｆでは、電極基材の少なくとも片面に、導電性を有する微多孔質層ＭＰＬ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｏｒｏｕｓ Ｌａｙｅｒ）を形成することが好ましい。微多孔質層を設けると、電極基材の表面凹凸が覆われ平滑となるため、膜−電極接合体を構成し、燃料電池を構成した際に、触媒層との間の電気抵抗を低減することができる。微多孔質層は、電極基材の表面に、前述した撥水加工で用いた疎水性樹脂と、後述する炭素フィラーとの混合物を塗布することによって形成することができる。つまり微多孔質層形成用塗液は、疎水性樹脂と炭素フィラーとの混合物であることが好ましい。炭素フィラーとしては、黒鉛、カーボンブラック、グラフェンの他、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維などのカーボンナノファイバー、炭素繊維ミルドファイバーなどが挙げられ、なかでもカーボンブラックであることが好ましい。カーボンブラックとしては、ファーネスブラック、チャンネルブラック、アセチレンブラック、サーマルブラックなどが挙げられる。なかでも導電性が高く、不純物の含有が少ないアセチレンブラックを用いることが好ましい。
【００３４】
次に、焼結工程Ｇでは、分散液に含まれる界面活性剤を熱分解するとともに、上述した疎水性樹脂を溶融させて融着させるため、一定の温度で加熱する。巻出と巻取の設備を用いてロールで処理して巻き取られる。
【００３５】
図２に、含浸・乾燥工程Ｅ、表面塗布・乾燥工程Ｆ、及び焼結工程Ｇの製造工程図を示す。炭化工程Ｄで熱硬化性樹脂を炭化して得られた炭素繊維シート（電極基材２）が巻き取られたロールをこの工程で巻き出しロール３として使用し、このロール３から電極基材２が巻き出されて、炭素フィラーと疎水性樹脂の分散液が貯められた含浸槽４に電極基材２を浸漬し、その後、乾燥機５で一定温度の下で乾燥され、この乾燥された電極基材２は表面塗布・乾燥工程Ｆに進む。表面塗布・乾燥工程Ｆでは、炭素フィラーと疎水性樹脂との分散液を表面塗工機６であるスリットダイコータ等を用いて電極基材２の片面に炭素フィラーと疎水性樹脂７を塗布した後乾燥され、乾燥された電極基材２は焼結工程Ｇに進む。焼結工程では、１５０〜４００℃の温度の高温炉９で加熱し、ＰＴＦＥ粒子を溶融させて融着させた後、巻き取りロール１０にて巻き取られる。なお、表面塗布・乾燥工程Ｆにおいて、表面塗工機６であるスリットダイコータ等を用いて電極基材２の片面に炭素フィラーと疎水性樹脂７を塗工することを、微多孔質層形成用塗液を塗布する工程といい、この微多孔質層形成用塗液を塗布する工程は、本発明の搬送方法において高温炉の前に有することが好ましい。
【００３６】
図３に本発明にかかる電極基材２の一方の端部２ａである先端部に、接着剤である接着材料１１を配して、耐熱材料１２と接着させて接続させた状態の断面図を示す。
【００３７】
本発明においては、図３に示すように、ロール状の電極基材２を巻き出しロール３から巻き出し、高温炉９を通して、再度、巻取りロール１０にロール状に電極基材２を巻き取る際、電極基材２の搬送方向における一方の端部２ａである先端部に接着材料１１を配し、それによって電極基材２と耐熱材料１２とを接続することを特徴とするものである。
【００３８】
図４に耐熱材料１２を接続した電極基材２が搬送される状態の断面図を示す。巻き出しロール３から耐熱材料１２を先頭にして電極基材２が巻き出される。
【００３９】
焼結工程Ｇは高温炉９にて高温で処理を行うため、電極基材２を巻き取りロール１０まで搬送しセットした後、高温炉９の昇温を開始し、所定の温度に達した後、電極基材２の送り出しを行う手順だと、高温炉９から巻き取りロール１０までの間の電極基材は、昇温の履歴が残り、熱履歴が不正規となるため、製品として使うことができず、廃棄ロスが生じ、無駄なコストとなってしまう。そのため、本発明では電極基材２を巻き取りロール１０まで搬送しセットする代わりに、高温炉９から巻き取りロール１０までの間に耐熱材料１２を用いることで、電極基材２の廃棄ロスをなくすことができる。さらには、高温炉９の昇温とその他の生産の準備作業や製造条件設定を同時進行でき生産効率向上にもなる。耐熱材料１２の長さは上記した熱履歴が電極基材２に残らないように乾燥工程８や焼結工程９等の高温度で処理する工程を跨ぐように長さを設定することが好ましい。本実施の形態では耐熱材料の長さは乾燥工程８から巻き取りロール１０までの工程長に相当する長さとしている。
【００４０】
図３と図４は電極基材の一方の端部である先端部に耐熱材料を配した構成を示したが、電極基材２の他の一方の端部である後端部に耐熱材料を配する構成も、同様に尾の部分の廃棄ロスの削減を図ることができる。つまり本発明においては、前記電極基材の搬送方向における少なくとも一方の端部を、接着材料を用いて耐熱材料と接続して搬送することが重要であり、電極基材の搬送方向における両方の端部を、接着材料を用いて耐熱材料と接続して搬送する方法はより好ましい。
【００４１】
図５、図６に、ロール状の電極基材２を巻き出して、高温炉９を通して、再度ロール状に前記電極基材２を巻き取る別の電極基材の搬送方法の態様を示す。
【００４２】
図４では含浸・乾燥工程Ｅ、表面塗布・乾燥工程Ｆ及び焼結工程Ｇを１パスになっている態様を示した。一方で、図５および図６では含浸・乾燥工程Ｅを終えると一旦電極基材２を巻き取り、その巻き取ったロール状の電極基材を再度巻き出して、表面塗布・乾燥工程Ｆ及び焼結工程Ｇを流す態様を示したものである。本フローは含浸・乾燥工程Ｅと、表面塗布・乾燥工程Ｆ及び焼結工程Ｇとを異なる製造場所で行うことを想定したものである。
【００４３】
図５に、巻き出しロール３から巻き出された電極基材２が含浸・乾燥工程Ｅを経て巻取りロール１３に巻き取られる工程図を示す。
【００４４】
図６に、巻き出しロール１３から巻き出された電極基材２が表面塗布・乾燥工程Ｆ（微多孔質層形成用塗液を塗布する工程）及び焼結工程Ｇを経て巻取りロール１４に巻き取られる工程図を示す。図５に示した含浸・乾燥工程Ｅを経て電極基材２が巻き取られた巻取りロール１３を、この工程で巻き出しロール１３として使用する。図５での巻取りロール１３巻き取られた電極基材２の一方の端部である後端部は、図６の巻き出しロール１３では先端部となる。
【００４５】
巻き出しロール３での電極基材２の先端部２ａに接着材料１１を配して電極基材２と耐熱材料１２とを接続し、耐熱材料１２を先頭として巻き出しロール３から電極基材２が巻き出され、耐熱材料１２が巻取りロール１０にセットされる。耐熱材料１２の長さは少なくとも表面塗布される表面塗工機６から巻取りロール１０に至るまでの長さとしている。これにより、製品となる電極基材２が乾燥工程や焼結工程の不正規な熱履歴を受けることを避けることができ、表面塗布以降の電極基材２の廃棄ロスをなくすことができる。
【００４６】
また、微多孔質層形成用塗液について、例えば、炭素フィラーとしてアセチレンブラック、疎水性樹脂としてＰＴＦＥ粒子を用いるのが好ましい。アセチレンブラックとＰＴＦＥ粒子の分散液を、スリットダイコータ等の表面塗工装置を用いて、焼結後の微多孔質層の目付が一定量になるように表面塗布した後に乾燥することによって、微多孔質層が得られる。なお前述のように、高温炉の前に、微多孔質層形成用塗液を塗布する工程を設けることにより、電極基材上に微多孔質層を形成することが好ましい。以下、電極基材上に微多孔質層を有する態様をガス拡散電極ということがある。
【００４７】
また、本発明において、電極基材の端部を、接着材料を用いて、耐熱材料と接続した領域を接続部とすると、接続部において、電極基材と耐熱材料は、一部が重なっており、接着材料として、複数のテープを用いており、接続部の両面において、電極基材の幅方向の両端がテープにより耐熱材料と接着されている構成が好ましい。ここで接続部とは、電極基材と耐熱材料とが接着材料を用いてつながった部分を意味する。また、この態様で用いるテープは特に限定されないが、両面接着テープを用いることも可能である。「幅方向の両端がテープにより耐熱材料と接着」とは、テープが電極基材の幅方向の両端にあることを意味しているわけではなく、複数あるテープの中で、幅方向の両端にあるテープに着目していることを意味する。つまり、幅方向の両端にある接着材料としてテープを用いていることを意味している。
【００４８】
なお、接着材料として用いるテープは、種々の形状を用いることが可能であるが、多角形であることが好ましく、より好ましくは四角形である。さらにこの場合、幅方向の両端のテープの四角形の長辺が、電極基材の搬送方向に平行となるように、前記電極基材と前記耐熱材料とが接着している構成が好ましい。
【００４９】
図７に、接着材料１１を用いて、電極基材２の端部と耐熱材料１２とを接続した状態の平面図を、図８にその側面図を示す。図７と図８により、電極基材上２の幅方向の両端と中央部に、長辺が電極基材２の搬送方向に平行となるように四角形の接着テープ１１を３箇所に貼り付けた態様を示す。これにより、電極基材２の端部と耐熱材料１２との接続が強固なものとなり、高温炉内を通過する際にも確実な接着性を確保することができる。
【００５０】
ここで幅方向の両端のテープの四角形の長辺が、電極基材の搬送方向に平行となるように、前記電極基材と前記耐熱材料とが接着している構成について説明する。この、「幅方向の両端のテープの四角形の長辺が、電極基材の搬送方向に平行となる」とは、複数あるテープの中で、幅方向の両端にあるテープに着目すると、両端の２枚のテープの四角形の長辺が、電極基材の搬送方向と平行になっていることを意味しており、前述のとおり、接続部の両面において、電極基材の幅方向の両端がテープによって耐熱材料と接着されていることからすると、合計４枚のテープの四角形の長辺が、電極基材の搬送方向と平行となっていることを意味している。さらに「平行」とは、テープの長辺と搬送方向とが−５°から＋５°の角度を有している状態を意味し、好ましくはテープの長辺と搬送方向とが０°の状態である。
【００５１】
また、本発明において、電極基材２と耐熱材料１２との接続部１５において、テープ１１の接着面積が耐熱材料側よりも電極基材２側の方が大きい態様が好ましい。なお、接続部１５において、テープ１１の接着面積が耐熱材料側よりも電極基材２側の方が大きい場合には、テープ１１は電極基材２と耐熱材料１２の片面のみに接着している構成とすることもできるし、電極基材２と耐熱材料１２の両面に接着している構成とすることも可能である。
【００５２】
図７には、片面接着テープ１１により電極基材２と耐熱材料１２の両面に接着している構成を示し、テープ１１の接着面積が耐熱材料側よりも電極基材２側の方が大きい構成である。これにより、電極基材２の端部の接着をより強固なものとすることができる。
【００５３】
また、本発明において、接続部において、電極基材２と耐熱材料１２は、一部が重なっており、接着材料１１として少なくとも両面接着テープを用いることが好ましい。
【００５４】
図９に、接着材料として両面接着テープ１１ａを用いて、電極基材２の端部と耐熱材料１２とを接続した状態の平面図を、図１０にその側面図を示す。電極基材上２の幅方向の両端と中央部に、長辺が電極基材２の搬送方向に平行となるように四角形の両面接着テープ１１ａを３箇所に貼り付けた態様を示す。これにより、電極基材と耐熱材料との貼り合わせ時の位置合わせが容易にできるとともに、十分な接着強度を確保することができる。
【００５５】
また、本発明において、接続部において、電極基材２と耐熱材料１２は、一部が重なっているとともに、電極基材２の微多孔質層７が形成されてない面と耐熱材料１２の間に接着材料があり、接着材料１１として、少なくとも両面接着テープ１１ｂを用いる構成が好ましい。
【００５６】
図３に示すように、電極基材２の一方の端部２ａである先端部において、上面が微多孔質層７が形成される面であり、下面が微多孔質層が形成されない面２ｂであり、この下面２ｂに接着材料１１を配し、耐熱材料１２と接着される。これにより電極基材の一方の端部と耐熱材料との接続が強固なものとなり、高温炉内を通過する際にも確実な接着性を確保したガス拡散電極とすることができる。
【００５７】
また、本発明において、耐熱材料が、ポリイミドフィルムであることが好ましい。
【００５８】
耐熱性が高く、また接着性の良好なポリイミドフィルムの使用により、電極基材２との接着が強固になるとともに、高温炉内を通過する際にも確実な接着性を確保することができる。
【００５９】
また、本発明において、接着材料が、シリコンを含む層を有するポリイミドテープであることが好ましい。
【００６０】
接着材料としてシリコンを含む層を有するポリイミドテープを使用することにより、特に、耐熱性に対し接着性がより強固になるため、接着材料はシリコンを含む層を有するポリイミドテープが好ましい。
【００６１】
また、本発明において、高温炉における炉内の温度が１５０℃以上４００℃以下であることが好ましい。高温炉における炉内の温度を１５０℃以上４００℃以下とすることにより、分散液（微多孔質層形成用塗液）に含まれる界面活性剤を熱分解するとともに、ＰＴＦＥ粒子を溶融させて融着させることができる。高温炉における炉内の温度が１５０℃未満であると、ＰＴＦＥ粒子の溶融融着が十分に行えず、４００℃を越えると、ＰＴＦＥ粒子の熱分解が生じる場合がある。高温炉における炉内の温度は、好ましくは２００℃以上３９０℃以下、より好ましくは２５０℃以上３８０℃以下である。
【００６２】
また、本発明において、搬送時の張力は０．１〜０．５Ｎ／ｍｍであることが好ましい。搬送時の張力が０．１Ｎ／ｍｍ未満であると、電極基材２を巻き取った際に巻き端面が揃わないことがある。また、電極基材２７の搬送状態が不安定になり、蛇行の原因となることがある。搬送時の張力が０．５Ｎ／ｍｍを越えると、電極基材２を巻き取る際に変形や破断が起こることがある。
【００６３】
また、本発明において、搬送時の速度は０．１〜２０．０ｍ／ｍｉｎであることが好ましい。搬送時の速度が０．１ｍ／ｍｉｎ未満であると、高温炉内で接続部の接着力が低下し、搬送中に破断の危険性が生じる可能性がある。搬送時の速度が２０．０ｍ／ｍｉｎを超えると、ＰＴＦＥ粒子の溶融結着が不十分になりやすい。搬送時の速度は、好ましくは０．５〜１５．０ｍ／ｍｉｎ、より好ましくは１．０〜１２．０ｍ／ｍｉｎ、さらに好ましくは１．５〜１０．０ｍ／ｍｉｎである。
【００６４】
また、本発明は、上記した搬送方法を行う工程を有する、電極基材の製造方法である。
【００６５】
また、本発明は、上記した搬送方法を行う工程を有する、電極基材上に微多孔質層を有するガス拡散電極の製造方法であって、高温炉の前に、微多孔質層形成用塗液を塗布する工程を有し、高温炉を通した後、再度ロール状に、微多孔質層を有するガス拡散電極を巻き取る製造方法である。
【００６６】
さらに本発明のガス拡散電極基材の製造方法は、前述のように、接続部において、電極基材と耐熱材料は一部が重なっており、前記電極基材の微多孔質層が形成されてない面と前記耐熱材料の間に前記接着材料があり、前記接着材料として少なくとも両面接着テープを用いる製造方法である。
【００６７】
アセチレンブラックとＰＴＦＥ粒子の分散液（微多孔質層形成用塗液）を、スリットダイコータ７を用いて電極基材の表面に塗布した後、高温炉にて焼結処理を施すことにより、分散液（微多孔質層形成用塗液）に含まれる界面活性剤を熱分解するとともに、ＰＴＦＥ粒子を溶融させて融着させ、良好な微多孔質層を形成することができる。
【００６８】
微多孔質層を備えた電極基材であるガス拡散電極を、微多孔質層が触媒層と接するように、両面に触媒層を有する固体高分子電解質膜の少なくとも片面に接合することで膜−電極接合体を構成することができる。かかる膜−電極接合体の両側にガスケットを介してセパレータで挟んだものを複数個積層することによって固体高分子型燃料電池を構成することができる。触媒層は、固体高分子電解質と触媒担持炭素を含む層からなる。触媒としては、通常、白金が用いられる。アノード側に一酸化炭素を含む改質ガスが供給される燃料電池にあっては、アノード側の触媒としては白金およびルテニウムを用いるのが好ましい。固体高分子電解質は、プロトン伝導性、耐酸化性、耐熱性の高い、パーフルオロスルホン酸系の高分子材料を用いるのが好ましい。
【実施例】
【００６９】
以下、実施例によって、本発明について具体的に説明するが、下記の実施例は本発明を何ら制限するものではない。
【００７０】
実施例では、図１及び図４に図示した製造工程を用いて電極基材を作成した。
【００７１】
＜抄紙工程Ａ＞
炭素繊維（ＰＡＮ系炭素繊維  “トレカ（登録商標）”Ｔ３００−３Ｋ（東レ（株）製、単糸の平均直径：７μｍ、単繊維数：３０００本）をよく解繊した後、水中に分散させ、ポリビニルアルコールを抄造用のバインダとして用いて、連続的に抄紙して中間基材を得た。
【００７２】
＜樹脂含浸、乾燥・脱溶媒工程Ｂ＞
抄紙工程Ａによって得た中間基材（抄紙した炭素繊維紙）を、ノボラック型フェノール樹脂とレゾール型フェノール樹脂のメタノール溶液に鱗片状黒鉛粒子（平均粒径：5μm）を分散した液に連続的に含浸し、引き上げて炭素繊維に対してフェノール樹脂と黒鉛粒子を付着させた後、さらに約100℃で約１分間連続的に乾燥してメタノールを除去したプリプレグを得た。
【００７３】
＜樹脂硬化工程Ｃ＞
樹脂含浸、乾燥・脱溶媒工程Ｂによって得たプリプレグを、間欠的に搬送しながら、平行な熱板で連続加熱加圧してフェノール樹脂を硬化、シートを成型した。
【００７４】
＜炭化工程Ｄ＞
樹脂硬化工程Ｃによって得たシートを連続的に搬送しながら連続炭化炉で窒素雰囲気中、最高温度が２４００℃で加熱することにより熱硬化性樹脂を炭化して炭素繊維シート（電極基材）とした。
【００７５】
＜含浸・乾燥工程Ｅ、表面塗布・乾燥工程Ｆ、焼結工程Ｇ＞
炭化工程Ｄによって得た電極基材２を、図３に示すように電極基材の一方の端部２ａである先端部の微多孔質層が形成されない面２ｂに、接着材料１１として両面接着テープを配し、耐熱材料１２としてシリコンを含む層を有するポリイミドフィルム１２を接着させた。
【００７６】
図９又は図１０に示すように、両面接着テープ１１ａは電極基材２上の幅方向の両端に、長辺が電極基材の搬送方向に平行となるように四角形の両面接着テープ（長辺６０ｍｍ、短辺２５ｍｍ）を３箇所に貼り付けた。ポリイミドフィルム１２の、横幅は３６０ｍｍとした。また電極基材２の横幅は４５０ｍｍとした。
【００７７】
ポリイミドフィルム１２を先頭に接続した電極基材２を巻取りロール１０にセットし、搬送時の張力０．５Ｎ／ｍｍ、搬送時の速度１５．０ｍ／ｍｉｎで搬送し、含浸槽４にてＰＴＦＥ粒子の分散液に浸漬し、１５０℃で乾燥させた。その後、アセチレンブラックとＰＴＦＥ粒子の分散液（微多孔質層形成用塗液）を、スリットダイコータ７を用いて、電極基材の表面に塗布し、１５０℃で乾燥した。その後、４００℃に加熱した高温炉９を通過させた。電極基材２の先端部２ａが乾燥機及び高温炉を通過するときにはすでにそれぞれ所定の温度に昇温されており、正規の温度条件で焼結処理が行え、製品の廃棄ロスをなくすことができた。
【符号の説明】
【００７８】
２      電極基材
２ａ    電極基材の一方の端部
２ｂ    電極基材の微多孔質層が形成されていない面
３      巻き出しロール
４      含浸槽
５      乾燥機
６      表面塗工機
７      微多孔質層
８      乾燥機
９      高温炉
１０    巻取りロール
１１    接着材料（片面テープ）
１１ａ  接着材料（両面テープ）
１２    耐熱材料
１５    接続部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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