(57)【要約】【課題】  化学的に安定しており、電解質性能の劣化が生じにくいイオン交換膜を連続的に製造できる製造装置と、製造方法を提供する。【解決手段】  イオン交換膜製造装置１は、多孔体膜２を送給する手段１０として送給ロール１１，１２、送給補助ロール１３、膜厚調整ロール１４と、送給される多孔体膜に溶融した電解質ポリマーを加圧含浸して電解質膜を形成する手段２０としてスクリュー押出し機２１，２２、樹脂型２３，２４と、形成された電解質膜中の電解質ポリマーにイオン交換性を付与してイオン交換膜６を形成する手段として加水分解装置３５とを備え、電解質膜が形成された多孔体膜を冷却する手段として自然冷却部３０、強制冷却部３１と、イオン交換性を付与されたイオン交換膜を収納する手段４０を、さらに備える。多孔体膜２を送給する手段１０は、多孔体膜２を連続的に送給することが好ましい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔体膜を送給する手段と、送給される多孔体膜に溶融した電解質ポリマーを加圧含浸して電解質膜を形成する手段と、形成された電解質膜中の電解質ポリマーにイオン交換性を付与する手段とを備えるイオン交換膜の製造装置。
【請求項２】
電解質膜が形成された多孔体膜を冷却する手段を、さらに備えることを特徴とする請求項１に記載のイオン交換膜の製造装置。
【請求項３】
イオン交換性を付与されたイオン交換膜を収納する手段を、さらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載のイオン交換膜の製造装置。
【請求項４】
多孔体膜を送給する手段は、多孔体膜を連続的に送給することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のイオン交換膜の製造装置。
【請求項５】
多孔体膜を送給する工程と、送給される多孔体膜に溶融した電解質ポリマーを加圧含浸して電解質膜を形成する工程と、形成された電解質膜中の電解質ポリマーにイオン交換性を付与する工程とを少なくとも備えるイオン交換膜の製造方法。
【請求項６】
電解質膜を形成する工程の後工程として、電解質膜が形成された多孔体膜を冷却する工程を、さらに備えることを特徴とする請求項５に記載のイオン交換膜の製造方法。
【請求項７】
イオン交換性を付与する工程の後工程として、イオン交換性を付与されたイオン交換膜を収納する工程を、さらに備えることを特徴とする請求項５または６に記載のイオン交換膜の製造方法。
【請求項８】
多孔体膜を送給する工程は、多孔体膜を連続的に送給することを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載のイオン交換膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子型燃料電池、水電解装置等に用いるイオン交換膜を製造する装置および方法に係り、特に、燃料電池に使用したときに、耐久性と化学的安定性を向上させたイオン交換膜を連続して効率良く製造できる製造装置および製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のイオン交換膜の製造方法は、溶媒に溶解したポリマーを延伸した多孔膜に含浸させ、乾燥してポリマーを多孔膜に付着させた後、ポリマーにイオン交換基を導入している。すなわち、延伸により作製されたフッ素樹脂等の多孔膜の少なくとも孔中に、溶媒に溶解したポリマーを含浸させ、乾燥することにより多孔膜に付着させた後、イオン交換基を導入している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、他のイオン交換膜の製造方法として、少なくとも一層の、一種又は二種以上の官能基を有する一種又は二種以上の含フッ素重合体からなる膜と、含フッ素重合体繊維からなる織布を積層させてなる積層膜の膜面に対して加圧処理するものがある。すなわち、フッ素重合体からなる層に縦横に織られた含フッ素重合体繊維からなる織布が積層されている膜面を加圧することを特徴としている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平９−１９４６０９号公報
【特許文献２】特開２０００−２３４０３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前記構造のイオン交換膜の製造方法は、ポリマーが溶媒に可溶であることから化学的安定性が低く、電解質性能の劣化が生じやすいという問題点があった。すなわち、溶媒に溶解したポリマーを用いてイオン交換膜を製造するため、前記のような問題が発生していた。また、電解質膜の含水による膨潤変化によって膜の劣化が起こりやすく、燃料電池等の耐久性を短くするという問題点があった。さらに、電解質は保水性を持ち、膜内のプロトンの移動や電極での水の精製などにより電解質が膨潤するが、多孔体は膨潤しないため、多孔体膜に含浸した電解質が遊離しやすく、プロトン伝導性が落ちるという問題点があった。アルコール系の溶媒に加水分解処理されプロトン伝導性をもった電解質レジン（Ｈ型レジン）を混ぜて含浸させ、多孔体に電解質性能を持たせることはできるが、分子間の結びつきが弱く、溶解性をもっているため電極等で発生するラジカルの影響を受けやすいという問題点があった。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、化学的に安定しており、電解質性能の劣化が生じにくいイオン交換膜を連続的に効率良く製造できる製造装置と、製造方法を提供することにある。また、強度向上が図れ、多孔体膜（基材シート）の気孔のつぶれを抑制でき、電極触媒との接合の安定性が向上するイオン交換膜の製造装置と、製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成すべく、本発明に係るイオン交換膜の製造装置は、多孔体膜を連続的に送給する手段と、前記多孔体膜に溶融した電解質ポリマーを加圧含浸して電解質膜を形成する手段と、前記電解質膜中の電解質ポリマーにイオン交換性を付与する手段とを備えることを特徴とする。基材シートとなる多孔体膜は５０〜９５％程度の気孔率を有する多孔体膜が好ましく、補強材として機能することが好ましい。電解質ポリマーは、パーフロロスルホニルフロイド等の高分子電解質ポリマーが好適である。
【０００７】
前記のごとく構成された本発明のイオン交換膜の製造装置は、連続的に送給される多孔体膜に溶融した電解質ポリマーを加圧含浸して電解質膜を形成し、そのあと電解質膜中の電解質ポリマーにイオン交換性を付与しており、多孔体膜の送給手段、電解質ポリマーを加熱溶融して多孔体膜に電解質膜を形成する手段、電解質ポリマーにイオン交換性を付与する加水分解装置等を連続して設置することで構成を簡単とすることができる。また、多孔体膜を一定の速度で連続して移動できるため、イオン交換膜を連続して製造することができる。この製造装置で製造されたイオン交換膜は、電解質膜を加圧含浸して形成するため、表面の均一性を向上させることができる。
【０００８】
本発明に係るイオン交換膜の製造装置の好ましい態様としては、前記のイオン交換膜製造装置を前提として、電解質ポリマーが含浸され電解質膜が形成された多孔体膜を冷却する手段を、さらに備えることを特徴とする。冷却手段を備えることにより、加熱溶融した電解質ポリマーで電解質膜を形成して加熱された多孔体膜を、一連の工程で効率良く冷却することができるため、イオン交換膜を効率良く製造することができる。
【０００９】
また、本発明に係るイオン交換膜の製造装置の好ましい他の態様としては、前記のイオン交換膜製造装置を前提として、イオン交換性を付与されたイオン交換膜を収納する手段を、さらに備えることを特徴とする。収納手段を備えることにより、完成されたイオン交換膜を効率良く収納でき、イオン交換膜の製造から収納までの製造工程の効率化を図ることができる。さらに、多孔体膜を送給する手段は、多孔体膜を連続的に送給すると好適である。
【００１０】
本発明に係るイオン交換膜の製造方法は、多孔体膜を連続的に送給する工程と、前記多孔体膜に溶融した電解質ポリマーを加圧含浸して電解質膜を形成する工程と、前記電解質膜中の電解質ポリマーにイオン交換性を付与する工程とを少なくとも備えることを特徴としている。また、電解質膜を形成する工程の後工程として、電解質膜が形成された多孔体膜を冷却する工程を、さらに備えると好ましく、イオン交換性を付与する工程の後工程として、イオン交換性を付与されたイオン交換膜を収納する工程を、さらに備える好適である。多孔体膜を送給する工程は、多孔体膜を連続的に送給すると好ましい。
【００１１】
前記したイオン交換膜の製造方法によれば、多孔体膜の送給工程、電解質膜の形成工程、イオン交換性の付与工程を一連の工程として、イオン交換膜を効率良く製造することができる。また、電解質膜形成工程のあとに冷却工程を備えることで、さらに、イオン交換性の付与工程のあとに完成されたイオン交換膜を収納する工程を備えることで、より効率の良いイオン交換膜の製造を達成することができる。
【００１２】
前記した製造装置、または前記した製造方法により製造されるイオン交換膜で使用される多孔体膜は５０〜９５％の気孔率を有することが好ましい。このようにして製造されたイオン交換膜は、多孔体膜の上に界面状態を造らずに電解質膜を形成でき、電極触媒との接合の安定性が向上し、プロトン伝導性や水の制御性が向上する。そして、電解質膜の強度向上が図れ、多孔体膜の気孔のつぶれを抑制して耐久性を向上できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のイオン交換膜の製造装置および製造方法によれば、耐久性に優れ、化学的に安定しており、電解質性能が劣化しにくく、燃料電池に好適なイオン交換膜を連続して効率良く製造することができる。また、本発明のイオン交換膜は、電極触媒との接合の安定性が向上し、プロトン伝導性や水の制御性が向上する。さらに、電解質膜の強度向上が図れ、耐久性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係るイオン交換膜の製造装置の一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は、本実施形態に係るイオン交換膜の製造装置を示す全体構成図、図２は、図１の製造装置に制御系統を付加した全体構成図である。図１，２において、イオン交換膜の製造装置１は、イオン交換膜の基材シートとなる多孔体膜２を巻付けた材料ロール３から送給する送給手段１０と、送給された多孔体膜２に電解質膜４，５を形成する手段２０と、電解質膜４，５を形成した多孔体膜２を冷却する手段３０，３１と、冷却された多孔体膜２にイオン交換性を付与してイオン交換膜６を作製する手段３５と、作製されたイオン交換膜６を乾燥する手段３６、および乾燥され完成したイオン交換膜６を収納する手段４０とを備えている。
【００１５】
本実施形態で使用する基材シートとなる多孔体膜２は、例えばフッ素樹脂またはその他の樹脂を、その結晶融点以下の温度で、少なくとも１軸方向に延伸し、次いで延伸状態のまま結晶融点以上に加熱することによって、３次元の網目構造を有する多孔シートとなり、補強材として機能するものである。フッ素樹脂としては、例えばポリテトラフルオロエチレン等が挙げられ、その他の樹脂としてはポリエチレン、ポリプロピレン等が挙げられる。これらの樹脂の平均分子量は数十万〜数千万の範囲のものが好ましい。
【００１６】
このようにして作製した多孔体膜の厚さは１０〜２００μｍが好ましく、気孔の孔径は平均として０．０５〜１０μｍが好ましい。また、気孔率は５０〜９５％が好ましく、特に７０〜９５％の範囲が最適である。本実施形態のイオン交換膜の製造装置１は、多孔体膜２の少なくとも気孔内に溶融した電解質ポリマーを含浸させ、そのあと、例えば、−ＳＯ３Ｈ，−Ｎ＋Ｈ３，−ＣＯＯＨ等のイオン交換基を導入してイオン交換膜６を製造するものである。
【００１７】
本実施形態のイオン交換膜の製造装置１は、送給手段１０として前記構成の多孔体膜２を巻付けた材料ロール３から供給された多孔体膜２を送給する第１送給ロール１１と、下流側の第２送給ロール１２とが、多孔体膜２のそれぞれの面に対接している。第１の送給ロール１１部分で多孔体膜２は９０度の角度範囲で一方の面が接触し、他面側には送給補助ロール１３が接触している。また、第２の送給ロール１２部分で多孔体膜２は９０度の角度範囲で他面が接触し、１面側に膜厚調整ロール１４が接触している。これらの第１、第２送給ロール１１，１２、送給補助ロール１３、膜厚調整ロール１４により多孔体膜２は適度の張力が付与され、弛むことなく送給される。
【００１８】
第１送給ロール１１の上流側には、高分子電解質ポリマーを多孔体膜２に押付けながら含浸する第１スクリュー押出し機２１が設置され、第２送給ロール１２の上流側には、同様に高分子電解質ポリマーを多孔体膜２に押付けながら含浸する第２スクリュー押出し機２２が設置されている。スクリュー押出し機２１，２２は、加熱溶融した電解質ポリマーを樹脂型２３，２４から送給ロール１１，１２を挟んで多孔体膜２に加圧して供給し、送給ロール１１，１２と共に多孔体膜２に電解質膜４，５を形成する手段２０を構成する。
【００１９】
第１スクリュー押出し機２１は多孔体膜２の一面側に電解質膜４を付着して形成するものであり、第２スクリュー押出し機２２は多孔体膜２の他面側に電解質膜５を付着して形成するものである。すなわち、加熱保温式のスクリュー押出し機２１，２２にて、高分子電解質ポリマーを溶かしながら撹拌し、圧縮しながら樹脂型２３，２４より押出して多孔体膜２の両面に加圧含浸するものである。電解質ポリマーとしては、パーフロロスルホニルフロイドを使用しているが、スチレン樹脂、ポリイミド、ポリアミド等であってもよい。
【００２０】
第２送給ロール１２と多孔体膜２を挟んで対向する膜厚調整ロール１４は、第２送給ロール１２に対して進退する調整機構（図示せず）により、形成された電解質膜４，５の厚さを調整しながら送給するものである。多孔体膜２に供給される電解質ポリマー（Ｆ型ポリマー）量は、多孔体膜２への含浸量として数１０μｍ程度の厚さに相当する量であり、表面に数〜数１０μｍの厚さの電解質膜４，５を形成できる量である。これにより、含浸時の空気の巻き込みを防止でき、多孔体膜２の両面から均一に含浸される。すなわち、第１スクリュー押出し機２１により多孔体膜２の片面から電解質ポリマーを供給し、第２スクリュー押出し機２２により多孔体膜２の他の面に電解質ポリマーを供給し、膜厚調整ロール１４は両面に形成された電解質膜４，５の全体の厚さを調整している。前記の第１送給ロール１１、第２送給ロール１２、送給補助ロール１３、および膜厚調整ロール１４は保温式とし、電解質ポリマーを押出す樹脂押出し用の樹脂型２３，２４と同じ温度に保たれる。
【００２１】
第１、第２のスクリュー押出し機２１，２２の下流側には、冷却手段として例えば送風機を備える自然冷却部３０が設置されている。この自然冷却部は必ずしも必要ではないが、下流の強制冷却部３１と共に加熱された多孔体膜２を効率良く冷ます機能を有する。自然冷却部３０の下流に設置された強制冷却部３１は、２つの冷却ロール３２，３３と１つの送給補助ロール３４とを備えている。第１、第２冷却ロール３２，３３、および送給補助ロール３４も、多孔体膜２の送給手段を構成し、多孔体膜２を安定した状態で送給する。なお、自然冷却部は送風機を備えずに熱を放散するものでもよい。
【００２２】
第１の冷却ロール３２と送給補助ロール３４との間を多孔体膜２が送られ、第１冷却ロール３２が多孔体膜２の一方の面と対接しており、送給補助ロール３４の下流側の第２冷却ロール３３が多孔体膜２の他方の面と対接している。これらの第１、第２冷却ロール３２，３３により電解質膜４，５が形成された多孔体膜２は熱伝導により放熱されて冷却される。第１冷却ロール３２は多孔体膜２の一方の電解質膜４と９０度の角度範囲で対接し、第２冷却ロール３３は多孔対膜２の他方の電解質膜５と９０度の角度範囲で対接しており、対接角度範囲を広く、しかも両面の電解質膜４，５と同じ角度で対接することで多孔体膜２の両面を効率良く均一に冷却することができる。
【００２３】
強制冷却部３１の下流には、イオン交換性を付与してイオン交換膜を作製する手段として加水分解装置３５が設置されている。この加水分解装置３５は、ポリマーの透水性を活用し加水分解により末端のＦとＯＨイオンを置換してプロトン伝導性を付与し、イオン交換性を付与するものである。加水分解装置３５は、電解質ポリマーとして、例えばパーフロロスルホニルフロライドを用いる場合は、その末端のＳＯ２Ｆを、ＳＯ３Ｈ＋に変換することで、イオン交換性を持たせている。
【００２４】
加水分解装置３５の下流には、イオン交換膜６を乾燥させる手段として乾燥装置３６が設置されている。この乾燥装置３６は、温風等を吹き出させることにより、加水分解装置３５で付与された水分等を気化させて、所定の湿度まで乾燥させ、イオン交換膜６を完成させるものである。完成されたイオン交換膜６は、収納手段を構成する巻取り装置４０でロール芯４１に巻取られて収納される。
【００２５】
前記のように構成された製造装置１は、図２に示すように、各種のセンサー等からの出力に基づきメインコントローラ５０により制御されている。メインコントローラ５０は、ロール速度コントローラ５１、押出し機コントローラ５２、ロール温度コントローラ５３、加水分解コントローラ５４、乾燥コントローラ５５を備えている。
【００２６】
多孔体膜２は、送給ロール１１等の各ロール上での密着性を向上するため、途中に設置された３個のテンションセンサー６０によって引張り量を計測し、その情報をテンション変換器６１に入力し、その出力に基づいてロール速度コントローラ５１にフィードバックし、この出力により材料ロール３、第１、第２の送給ロール１１，１２、送給補助ロール１３、膜厚調整ロール１４、第１、第２冷却ロール３２，３３、送給補助ロール３４および巻取り装置４０のロール芯４１の回転を制御して多孔質膜２を弛まないようにテンションを調整して送給する。なお、テンションセンサーは３個に限らず、例えば冷却手段３０，３１の下流に設けるように構成してもよい。
【００２７】
押出し機コントローラ５２は、溶融した電解質ポリマーの温度、押出し速度および樹脂型２３，２４の先端圧力を制御して第１スクリュー押出し機２１、第２スクリュー押出し機２２、および樹脂型２３，２４を制御する。樹脂型の先端圧力を測定する圧力センサー（図示せず）は樹脂型のポリマー出口付近に設置される。
【００２８】
第１送給ロール１１の下流には、付着された電解質ポリマーの膜厚を測定する膜厚センサー６２が設置されている。この膜厚センサーは多孔体膜２と片側の電解質ポリマーとの膜厚を測定する。また、第２送給ロール１２の下流には、付着された導電性ポリマーの膜厚を測定する膜厚センサー６３が設置されている。この膜厚センサー６３は多孔体膜２と両側の電解質ポリマーの膜厚、すなわち電解質膜４，５の厚さを測定する。そして、２つの膜厚センサーからの出力により第１スクリュー押出し機２１からのポリマーを含浸した後の膜厚と、第２のスクリュー押出し機２２からのポリマーを含浸した後の膜厚とを測定し、この情報を膜厚変換器６４に入力して押出し機コントローラ５２にフィードバックする。
【００２９】
第１、第２の送給ロール１１，１２、送給補助ロール１３、膜厚調整ロール１４、冷却ロール３２，３３は、ロール温度コントローラ５３により、その温度が制御されている。すなわち、第１、第２の送給ロール１１，１２、送給補助ロール１３、膜厚調整ロール１４は高温状態に保たれており、多孔体膜２に電解質溶融ポリマーを加圧含浸しやすい状態となっている。また、強制冷却部３１の冷却ロール３２，３３は低温状態に保たれており、加熱された多孔体膜２を容易に冷却できるように構成されている。ロール温度コントローラ５３は各ロールの温度をセンサー（図示せず）で測定し、この情報に基づいて各ロールの温度をフィードバック制御している。
【００３０】
電解質膜４，５が形成された多孔体膜２にイオン交換性を付与する加水分解装置３５は、加水分解コントローラ５４により制御されており、メインコントローラ５０から入力される送給速度情報により温度と時間がコントロールされる。そして、加水分解装置３５でイオン交換性を付与する際に多孔体膜２は液体中に浸漬されるので、乾燥コントローラ５５により制御される乾燥装置３６で所定の湿度に乾燥される。この乾燥コントローラ５５もメインコントローラ５０から入力される送給速度情報により温度と時間をコントロールされている。
【００３１】
前記の如く構成された本実施形態のイオン交換膜の製造装置の動作について以下に説明する。多孔体膜２は巻付けられた材料ロール３と、第１の送給ロール１１と送給補助ロール１３、第２の送給ロール１２と膜厚調整ロール１４によりテンションがかけられた状態で送給される。また、第１、第２の冷却ロール３２，３３、および送給補助ロール３４により、自然冷却部３０、強制冷却部３１からなる冷却工程と、加水分解装置３５を備えるイオン交換性付与工程、および乾燥装置３６を備える乾燥工程部分を送給される。多孔体膜２の送給は、３個所に設置されたテンションセンサー６０からの出力をテンション変換器６１で受けてロール速度コントローラ５１が、各ロールの速度を調整している。
【００３２】
前記構成の送給手段１０により一定速度で送られる多孔体膜２は、送給の途中の電解質膜形成工程でスクリュー押出し機２１，２２により加熱溶融した電解質ポリマーが樹脂型２３，２４を介して加圧含浸され、所定膜厚の電解質膜４，５が両面に形成される。スクリュー押出し機２１，２２は押出し機コントローラ５２により電解質ポリマーの温度、押出し速度および樹脂型２３，２４の先端圧力が制御され、膜厚センサー６２，６３からの出力が膜厚変換器６４に入力されて、フィードバック制御される。
【００３３】
このように形成された電解質膜４，５は、溶媒等の混入が防止され、多孔体膜２内に均一に電解質を含浸できると共に、溶融により分子間の結合が強固になった状態を多孔体膜内から表面の電解質膜層まで連続的に保つことができるので化学的に安定し、膨潤等による性能劣化を抑制することができる。また、強度は多孔体膜２単体に比べて向上する。電解質膜を多層に形成するときは、スクリュー押出し機を増設する。
【００３４】
前記の電解質膜形成工程では、多孔体膜２は溶融した電解質ポリマーが加圧含浸されるため２００℃程度の高温となり、つぎの工程では高温の多孔体膜２を冷却する。すなわち、多孔体膜２は自然冷却部３０で放熱すると共に、強制冷却部３１で熱伝導により放熱して低温状態となる。強制冷却部３１の冷却ロール３２，３３はロール温度コントローラ５３により温度が制御され、効率良く冷却することができる。
【００３５】
自然冷却部３０および強制冷却部３１で所定の温度まで冷却された多孔体膜２は、加水分解装置３５を備えるイオン交換性を付与する工程で、電解質膜４，５にイオン交換性が付与される。加水分解装置３５は、メインコントローラ５０からの送給速度情報に基づいて、加水分解コントローラ５４によりイオン交換基を導入する時間と温度がコントロールされ、前記した、−ＳＯ３Ｈ，−Ｎ＋Ｈ３，−ＣＯＯＨ等のイオン交換基を導入して多孔体膜２からイオン交換膜６を作製する。
【００３６】
電解質膜４，５が形成された多孔体膜２は、前記の工程でイオン交換基が導入されてイオン交換膜６が作製されるが、このイオン交換膜６は湿気が多量に含まれているため、乾燥装置３６を備える乾燥工程で乾燥コントローラ５５に制御され、所定の湿度まで乾燥される。そして、この後の収納工程で、乾燥されたイオン交換膜６は巻取り装置４０のロール芯４１で巻取られて収納される。このロール芯４１もロール速度コントローラ５１で制御されるため、一定の速度で弛むことなく収納することができる。
【００３７】
このように、本実施形態のイオン交換膜の製造装置１は、溶媒で溶解した電解質ポリマーを用いず、加熱溶融した電解質ポリマーを加圧含浸して電解質膜４，５を形成するため、基材となる多孔体膜２に直接電解質膜を形成でき、電解質ポリマーを溶解する溶媒層が不要となり、製造装置の構成を簡単とすることができる。また、電解質膜を形成するための溶媒を入れる槽を必要としないため、製造装置の構成を簡略化でき、設置面積を小さくすることができる。さらに、このイオン交換装置の製造装置１は、化学的に安定しており、電解質の性能が劣化しにくく、耐久性に優れたイオン交換膜を連続して効率良く製造することができる。
【００３８】
また、このようにして製造されたイオン交換膜６は、溶融した電解質ポリマーを多孔体膜２に加圧含浸させて電解質膜４，５を形成するため、ベースとなる多孔体膜に電解質樹脂をキャストして形成した電解質膜と比較して電解質分子の主鎖の絡み合いが密となり、水素透過量を減らすことができる。そして、イオン交換膜の耐久性、化学的安定性を見る方法の一つである膨潤性能でみると、本実施形態の溶融含浸膜と、ＰＴＦＥ多孔体を基材にキャストしたゴアセレクト（商品名）と、ナフィオンの単膜について、溶媒等による膨潤性を比較すると、図３，４に示されるような結果が得られた。
【００３９】
図３ａは、横軸を溶媒濃度とし、縦軸を長さ変化としたときの長さ方向の膨潤性を示している。また、図３ｂは横軸を溶媒濃度とし、縦軸を厚さ変化としたときの厚さ方向の膨潤性を示している。図３ａから分かるように、長さ方向では、溶融含浸膜とゴアセレクトは寸法変化がなく膨潤しないが、ナフィオン単膜は寸法変化が大きい。また、図３ｂから分かるように、厚さ方向では、溶融含浸膜とナフィオン単膜は膨潤量が少ないが、ゴアセレクトでは膨潤量が大幅に変化する。このように、溶融含有膜は、ゴアセレクトやナフィオン単膜と比較して膨潤性能が大幅に向上し、膜自体あるいはこの膜を用いた燃料電池の耐久性や化学的安定性を向上させることができる。
【００４０】
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、多孔体膜の両面に電解質ポリマーを供給して電解質膜を形成する例を示したが、片面のみに電解質ポリマーを供給して電解質膜を片面に形成してもよいことは勿論である。
【００４１】
イオン交換性付与手段として、多孔体膜に電解質ポリマー加圧含浸して電解質膜を形成し、加水分解装置でイオン交換基を導入する構成を示したが、この電解質膜を発煙硝酸に浸漬して、−ＣＨ基をスルホン化する等の他の方法でイオン交換基を導入するように構成してもよい。また、多孔体膜は１層からなる構成の膜を用いたが、１層だけでなく複層とした膜を用いてもよい。
【００４２】
完成したイオン交換膜を収納する手段として、巻取りロールによりイオン交換膜を巻回する例を示したが、所定長に折り畳んで収納するように構成してもよい。さらに、作製されたイオン交換膜を所定長に切断し、切断された膜体を積み重ねるようにして収納手段を構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係るイオン交換膜の製造装置の一実施形態を示す全体構成図。
【図２】図１の製造装置に制御系統を付加した全体構成図。
【図３】本発明で製造されたイオン交換膜の特性を示し、（ａ）は溶媒濃度に対する長さ変化を示すグラフ図、（ｂ）は溶媒濃度に対する厚さ変化を示すグラフ図。
【符号の説明】
【００４４】
１：イオン交換膜の製造装置、２：多孔体膜、３：材料ロール、４，５：電解質膜、６：イオン交換膜、１０：送給手段、１１，１２：送給ロール、１３：送給補助ロール、１４：膜厚調整ロール、２０：電解質膜形成手段、２１：第１スクリュー押出し機、２２：第２スクリュー押出し機、２３，２４：樹脂型、３０：自然冷却部（冷却手段）、３１：強制冷却部（冷却手段）、３２，３３：冷却ロール、３４：送給補助ロール、３５：加水分解装置（イオン交換性付与手段）、３６：乾燥装置（乾燥手段）、４０：巻取り装置（収納手段）
【図１】
2005162784.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005162784.tif 000005