(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の湿度に調整した雰囲気中で、基材の表面に電解質膜を形成し膜付基材を得る膜形成工程と、
得られた前記膜付基材を前記所定の湿度と同等の湿度に調整した雰囲気中で加湿する第１加湿工程と、
加湿された前記膜付基材に触媒材を塗布して触媒付基材を得る塗布工程と、
得られた前記触媒付基材を前記所定の湿度と同等の湿度に調整した雰囲気中で加湿する第２加湿工程と、
加湿された前記触媒付基材を乾燥して乾燥体を得る乾燥工程と、
からなることを特徴とする電解質構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材の表面に電解質膜を形成してなる膜付基材に触媒材を塗布して電解質構造体を得ることを特徴とする電解質構造体の製造方法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電解質構造体を備える燃料電池（固体高分子形燃料電池とも云う。）は、低温で作動し出力密度が高く小型化が可能であるという特徴を有することから、車載用電源などへの応用が期待され、その研究開発が盛んに行われている。
【０００３】
燃料電池の電解質構造体は、基材の表面に電解質膜及び触媒材を形成してなる積層体であり、この電解質構造体を均質、安価で且つ大量に製造する技術を確立することが重要な課題となっている。
【０００４】
従来、基材の表面に電解質膜を塗布してなる膜付基材を得る。そして、この膜付基材を乾燥して乾燥体を得る製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００４−３５６０７５公報（図１）
【０００５】
特許文献１を次図に基づいて説明する。
図９は従来の技術の基本構成を説明する図であり、電解質構造体の製造装置１００は、基材１０１を巻き出す基材巻き出し装置１０２と、基材１０１に電解質膜の溶液１０３を塗布して膜付基材１０４を得る塗布装置１０５と、支持材１０６を巻き出す支持材巻き出し装置１０７と、基材１０１に塗布された電解質膜１０８に、支持材１０６を重ね合わせて膜付部材１０４を含む積層体１０９を得る積層ロール１１０及び、積層体１０９を乾燥する乾燥器１１１・・・（・・・は複数を示す。以下同じ。）と、乾燥した積層体１０９を巻き取る巻取り装置１１２を備えた装置である。そして、基材巻き出し装置１０２及び支持材巻き出し装置１０７のボビン１１４、１１５の回転トルクを調整し、基材１０１及び支持材１０６に所定の張力を付与することで、積層体１０９において、しわのない膜付基材１０４を得るというものである。
【０００６】
しかし、基材１０１に電解質膜１０８を形成した後、膜付部材１０４をすぐに巻き取ると、電解質膜１０８がまだ柔らかいために、電解質膜１０８が崩れてしまう。
【０００７】
電解質膜１０８の強度を高めるために、巻き取る前に電解質膜１０８を乾燥器１１１・・・で急激に乾燥させると、電解質膜１０８は脱湿され、電解質膜１０８に収縮が起きる。
【０００８】
電解質膜１０８は吸湿性及び撥水性に富んでいる材料であり、湿分を大量に吸湿した電解質膜１０８を脱湿すると、収縮する量は大きい。このように、電解質膜１０８の膨張又は収縮により、基材１０１上に一体化した電解質膜１０８が剥離したり、電解質膜１０８にしわが発生するという問題が残る。
基材１０１上の電解質膜１０８に剥離やしわが発生しない製造方法を確立することが望まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は、電解質膜の基材からの剥離や基材上の電解質膜のしわを防止する電解質構造体を製造する技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に係る発明は、所定の湿度に調整した雰囲気中で、基材の表面に電解質膜を形成し膜付基材を得る膜形成工程と、得られた膜付基材を所定の湿度と同等の湿度に調整した雰囲気中で加湿する第１加湿工程と、加湿された膜付基材に触媒材を塗布して触媒付基材を得る塗布工程と、得られた触媒付基材を所定の湿度と同等の湿度に調整した雰囲気中で加湿する第２加湿工程と、加湿された触媒付基材を乾燥して乾燥体を得る乾燥工程と、
からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に係る発明では、所定の湿度に調整した雰囲気中で加湿し、膜付基材に触媒材を塗布して触媒付基材を形成し、その後、得られた触媒付基材を所定の湿度と同等の湿度に調整した雰囲気中で加湿し、この触媒付基材を乾燥して乾燥体を形成するようにした。
【００１２】
吸水性及び撥水性に富む電解質膜に膜付基材を得るときの雰囲気と同等の湿度調整した雰囲気中で加湿する加湿工程において、適度な湿分を付加することにより、電解質膜の過度な収縮を防止することができる。電解質膜が過度に収縮することを防止することで、基材から電解質膜が剥離するという問題を防止することができる。
この結果、基材上の電解質膜が剥離し難い電解質構造体を製造することができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
【００１４】
図１は本発明で用いる膜付基材を説明する図であり、基材２１の表面２１ａに電解質膜２２・・・を形成してなる膜付基材２３を得る。
所定の湿度に調整した雰囲気中で、基材２１の表面２１ａに電解質膜２２を形成し膜付基材２３を得る。所定の温度は、４０％〜６０％、好ましくは５０％である。膜付基材２３は、ロール部材２４の形で供給され、このロール部材２４を巻き出すことにより得られる。
【００１５】
基材２１の表面に形成した電解質膜２２は、ロール部材２４の巻き出し方向に、断続的に配置されている。また、電解質膜２２の幅方向の長さは、基材２１の幅よりも小さい。
ここで、基材２１とは、多孔質の材料で、電解質を含浸させるためのもと材となるものであり、電解質膜２２を補強する部材である。
【００１６】
図２は図１の２−２線断面図であり、膜付部材の構造を説明する図である。
巻き出した膜付基材２３は、幅方向水平に延ばした基材２１と、この基材２１の表面２１ａに密着させた電解質膜２２と、からなる２層構造の部材である。
【００１７】
図３は本発明に係る触媒付基材の断面図であり、触媒付基材２６の構造を説明する図である。
電解質膜２２の表面２２ａに触媒材２５を塗布すると、膜付基材２３は触媒付基材２６となる。
【００１８】
触媒付基材２６は、基材２１と、基材２１の表面２１ａに配置した電解質膜２２と、電解質膜２２の表面２２ａに配置した触媒材２５と、からなる３層構造の部材である。
すなわち、塗布工程において、膜付基材２３に触媒材２５を塗布して触媒付基材２６を得る。
【００１９】
図４は本発明で用いる乾燥室を説明する図である。
乾燥室３１内に乾燥空気を吹き出すヒータユニット３２を３つ設ける。そして、乾燥室３１内に図矢印３３の方向に触媒付基材２６を移動させ、この触媒付基材２６の基材２１側に向けヒータユニット３２・・・から熱した空気を当て、触媒付基材２６を乾燥させ乾燥体３４を得る。なお、３５・・・は触媒付基材２６を回動自在に支持するローラである。
すなわち、触媒付基材２６を乾燥して乾燥体３４を得る。
【００２０】
なお、本実施例において、ヒータユニット３２の数は３つとし、断続的に熱した空気を当てるが、これに限定されず、ヒータユニットの数、ヒータユニットの能力などは任意に設定可能なものとする。
【００２１】
図５は本発明で用いる加湿室を説明する図である。
加湿室４１内に加湿空気を吹き出す加湿ユニット４２を３つ設ける。そして、加湿室４１内に図矢印４３の方向に触媒付基材２６を乾燥させた乾燥体３４を移動させ、触媒材２５を塗布する側に向け加湿ユニット４２・・・から加湿した空気を当て、膜形成工程における所定の湿度と同等の湿度に調整した雰囲気中で加湿する。なお、４５・・・は支持部材としてのローラである。
加湿工程における雰囲気の設定は、膜形成工程での湿度（４０％〜６０％、好ましくは５０％）と同一とするが、±５％の差は許容できる。
【００２２】
本実施例において、加湿ユニット４２の数は３つとし、断続的に加湿した空気を当てるものであるが、加湿ユニットの数、加湿ユニットの能力などは任意に設定可能なものとする。
【００２３】
以下に、図１〜図５を参照して本発明の作用を説明する。
基材２１と電解質膜２２とからなる膜付基材２３に、触媒材２５を塗布して触媒付基材２６を得、この触媒付基材２６を乾燥し乾燥体３４を得、この乾燥体３４を加湿して乾燥体３４に備える電解質膜２２に湿分を付加する。
【００２４】
従来、触媒材を塗布する工程において、電解質膜を得る膜形成工程と湿度が異なっているときには、電解質２２（例えば、芳香族炭化水素系電解質。）と基材２１（例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）。）は、収縮率が異なるので、ロール加工により折り返しなどを行うと、基材２１から電解質膜２２が剥離したり、基材２１上の電解質膜２２にしわが発生する虞があった。
【００２５】
この点、本発明では、基材２１と電解質膜２２間の密着性を維持するため、基材２１に電解質膜２２を塗布して膜付基材２３を得る膜形成工程と同等の湿度（５０％）に調整した雰囲気中で加湿する加湿工程を設けたので、電解質膜２２の剥離やしわが防止でき、膜付基材の連続加工やローラによって折り返して加工する場合において、剥離やしわを抑え、工程の品質を安定させることができる。
【００２６】
すなわち、吸水性及び撥水性に富む電解質膜２２に適度な湿分を付加することにより、電解質膜２２の過度な収縮を抑制することができる。電解質膜２２が過度に収縮することは無くなるため、基材２１と、この基材２１の上に形成した電解質膜２２との間に大きな応力は発生せず、基材２１から電解質膜２２が剥離するなどの問題を抑制することができる。
【００２７】
この結果、基材２１上の電解質膜２２が剥離し難い電解質構造体を製造することができる。基材２１上の電解質膜２２が剥離するなどの問題は発生しないため、高品質な電解質構造体を製造することができる。
【００２８】
なお、電解質膜は、芳香族炭化水素系電解質であるが、この他、パーフルオロスルホン酸系電解質（ナフィオン：登録商標  デュポン社製、フレミオン：登録商標  旭硝子（株）製、アシプレックス  旭化成工業（株））等であっても剥離等の問題は発生せず同様の効果を有する。
【００２９】
図６は本発明に係る電解質構造体の製造フロー図である。
先ず、膜形成工程において、基材の表面に電解質膜を形成し膜付基材を形成し、次に、第１加湿工程において、膜付基材を加湿する。
【００３０】
そして、塗布工程において、この膜付基材の電解質膜に触媒材を塗布し、第２加湿工程において、触媒材を塗布した膜付基材である触媒付基材を加湿する。
【００３１】
触媒材を塗布した後、乾燥工程において、触媒付基材を乾燥する。
最後に、第３加湿工程において、触媒材を塗布した膜付基材を加湿する。
【００３２】
すなわち、膜形成工程と塗布工程の間に第１加湿工程を、塗布工程と乾燥工程の間に第２加湿工程を、乾燥工程の後に第３加湿工程を各々設ける。
【００３３】
図７は本発明で用いる膜付基材の加湿室を説明する図である。
膜形成工程の後に加湿室６１を設け、この加湿室６１内に加湿空気を吹き出す加湿ユニット６２を３つ設けたものである。そして、加湿室６１内に図矢印６３の方向に膜付基材２３を移動させ、この膜付基材２３の電解質膜２２・・・を塗布した側に向け加湿した空気を当て、膜付基材２３を加湿する。なお、６５・・・は膜付基材２３を回動自在に支持するローラである。
【００３４】
なお、塗布工程と乾燥工程の間に設ける加湿室、加湿ユニット、及びローラの構成は図５と同一の構成であり、説明を省略する。
【００３５】
図６に戻って、膜形成工程と塗布工程の間に別の加湿工程である第１加湿工程を設けると、触媒材２５（図３参照）の塗布前に、膜付基材２３に好ましい湿分をもたせることができる。
【００３６】
触媒材２５（図３参照）を塗布するための好ましい湿分を膜付基材２３にもたせることで、電解質膜２２と基材２１との間に大きな応力は発生しない。応力の発生は大きくないため、電解質膜２２と基材２１との間に剥離などは発生せず、電解質膜２２と基材２１の良好な密着度を維持しながら、触媒材２５を塗布することができる。
加えて、電解質膜２２に対する触媒材２５の塗布品質を向上することができる。
【００３７】
塗布工程と乾燥工程の間に第２加湿工程（図７参照）を設けることで、触媒材２５（図３参照）塗布後における電解質膜２２の収縮を抑制することができる。
【００３８】
このように、各工程の間に加湿工程５１、５２、５３を設け、電解質膜２２（図４参照）の湿分をきめ細かく制御することにより、電解質構造体が含む湿分の過小又は過大により、収縮又は膨張して、電解質膜２２が基材２１から剥離するなどの問題を解消することができる。
【００３９】
図８は従来例と本発明とを比較した基材上の電解質膜の状態を説明する図である。
（ａ）は比較例であり、基材２１上には電解質膜２２が密着しているが、湿分が低いため電解質膜２２は収縮し、その一部は基材２１から剥離することを示す。
このように湿分が低いと、電解質膜２２が収縮し、電解質膜２２と基材２１の間に応力が発生し、電解質膜２２が基材２１から剥離する。あるいは、膜付基材２３が内側に反るなどの問題が発生する。
【００４０】
（ｂ）は実施例であり、本発明に係る電解質構造体の製造方法において、膜形成工程（図６参照）と塗布工程の間に第１加湿工程を設けることにより、電解質膜２２の収縮はないか、軽微である。このため、基材２１と電解質膜２２との間の面６６に大きな応力は発生せず、基材２１上に電解質膜２２は密着したままであり、剥離しないことを示す。
【００４１】
以上、本発明に係る電解質構造体の製造方法によれば、膜付基材を形成する膜形成工程の雰囲気と同等の湿度（５０％）に調整した雰囲気中で加湿することによって、剥離やしわが防止でき、膜付基材の連続加工やローラによって折り返して加工する場合であっても、工程の品質を安定させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、燃料電池用の電解質構造体の製造に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明で用いる膜付基材を説明する図である。
【図２】図１の２−２線断面図である。
【図３】本発明に係る触媒付基材の断面図である。
【図４】本発明で用いる乾燥室を説明する図である。
【図５】本発明で用いる加湿室を説明する図である。
【図６】本発明に係る電解質構造体の製造フロー図である。
【図７】本発明で用いる膜付基材の加湿室を説明する図である。
【図８】従来例と本発明とを比較した基材上の電解質膜の状態を説明する図である。
【図９】従来の技術の基本構成を説明する図である。
【符号の説明】
【００４４】
２１…基材、２１ａ…基材の表面、２２…電解質、２２ａ…電解質の表面、２３…膜付基材、２５…触媒材、２６…触媒付基材、３０…電解質構造体。
【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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