(57)【要約】【課題】  本発明は、多孔質炭素電極基材を切断しながら巻き取るに際し、巻き取り張力を過度に付与することによる割れや欠けを、巻き取り張力を小さくすることによるシートの蛇行等を解決することを目的とする。【解決手段】  多孔質炭素電極基材を長手方向に切断し、複数のシート状物に分割した後、前記シート状物の各々を多軸で且つ張力を制御しながら巻き取ることにより、上記課題を解決した多孔質炭素電極基材を提供することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質炭素電極基材を長手方向に切断し、複数のシート状物に分割した後、前記シート状物の各々を多軸で且つ張力を制御しながら巻き取ることを含む、
多孔質炭素電極基材の製造方法。
【請求項２】
前記張力を制御しながら巻き取る手段として、フリクションシャフトを使用することを含む、
請求項１記載の製造方法。
【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に用いられる多孔質炭素電極基材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池の多孔質炭素電極基材には、導電性が高いこと、集電能に優れていること、電極反応に寄与する物質の拡散が良好であること、といった本来的な機能はもちろんのこと、ハンドリングに耐える機械的強度を有していることが要求される。
【０００３】
そのような電極を構成する基材は、従来、機械的強度を高くするために、炭素短繊維を抄造後、有機高分子で結着させ、これを高温で焼成して有機高分子を炭素化させたペーパー状の炭素／炭素複合体からなるものであった（特許文献１参照）。また、低コスト化を目的として、酸化短繊維を抄造後、これを高温で焼成して酸化短繊維を炭素化させた多孔質炭素電極基材が提案されている（特許文献２参照）。
【０００４】
そのような基材は、取り扱い性の観点からロール状物として梱包・出荷されることが好ましい。燃料電池の種類により多種類の幅の品種が要求されることから、製造工程においては、切断（スリット）しながらロール状として巻き取ることが好ましい。一般に切断しながらシートを巻き取る方法としては、特許文献３の方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００１／０５６１０３号パンフレット
【特許文献２】国際公開第２００２／０４２５３４号パンフレット
【特許文献３】特開２００６−２２５１３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、本多孔質炭素電極基材は非常に脆く、例えば巻き取り操作において過度な張力を付与することにより簡単に割れや欠けを生じる虞がある。また、張力を小さくすることで割れ等の問題は解決可能であるが、巻き取る際にシートが蛇行する。さらに広幅のシート状物を切断しながら同軸で巻き取る場合、切断された端部が接触し、接触面に欠けが生じる虞がある。
本発明は、多孔質炭素電極基材を切断しながら巻き取るに際し、上記の問題点を解決することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは上記課題に鑑み鋭意検討を行った結果、多孔質炭素電極基材を切断した後、多軸で張力制御が可能な巻き取り機により巻き取ることにより、上記課題を解決できることを見いだし、本発明を完成させた。
【０００８】
すなわち、本発明は、多孔質炭素電極基材を長手方向に切断し、複数のシート状物に分割した後、前記シート状物の各々を多軸で且つ張力を制御しながら巻き取ることを含む、多孔質炭素電極基材の製造方法である。前記張力を制御しながら巻き取る手段として、フリクションシャフトを使用することが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
多孔質炭素電極基材のような非常に脆く、簡単に割れか欠けを生じる基材であっても、基材に欠けを生じさせることなく、且つ基材が蛇行することなくロール状物を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の多孔質炭素電極基材の製造方法を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図１に参照しながら本発明を説明する。但し、本発明は図１の実施態様に限定解釈されるものではない。
【００１２】
図１は、本発明の多孔質炭素電極基材のロール状物を長手方向に切断しながら巻き取るための装置（以下、「巻き取り装置」と称す）を示した概要図である。巻き取り装置は、繰り出し部Ａ、切断部Ｂ及び巻き取り部Ｃから構成される。
【００１３】
繰り出し部Ａにおいては、マスタロール１１から繰り出された広幅の多孔質炭素電極基材（以下、単に「基材」と称す場合がある）が、ロール１２上に搬送され、必要に応じてニップロール１３によりニップされ、切断部Ｂへ導入される。
【００１４】
基材としては、この多孔質炭素電極基材は、例えば特開２００６−４０８８５号公報に開示された製造方法により製造されたものである。すなわち、多孔質炭素電極基材は、実質的に二次元平面においてランダムな方向に分散せしめられた繊維直径が３〜９μｍの炭素短繊維および繊維素繊維以外の濾水度が４００〜９００ｍｌのフィブリル状物からなる炭素繊維紙に樹脂を含浸したのち、樹脂を炭素化して製造される。同多孔質炭素電極基材の炭素短繊維には、炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維などいずれかが使われる。また、炭素短繊維の生産コスト、分散性、最終多孔質炭素電極基材の平滑性の面から、炭素短繊維の直径を３〜９μｍとして、炭素短繊維の繊維長を、前記樹脂との結着性や分散性の点から、２〜１２ｍｍとしている。
【００１５】
ここで、「実質的に二次元平面内においてランダムな方向に分散」とは、炭素短繊維がおおむね一つの面を形成するように横たわっているということであり、樹脂としては、フェノール樹脂など炭素繊維との結着力が強く、炭化時の残存重量が大きいものが好ましい。この樹脂炭化物は、多孔質炭素電極基材を１００質量％としたときに、その中の樹脂炭化物が２５〜４０質量％である。炭素短繊維同士が不定形の樹脂炭化物で結着されている。
【００１６】
不定形の樹脂炭化物は最小繊維径３μｍ以下で網状を呈し、炭素短繊維と炭素短繊維とを網状の樹脂炭化物で架橋させて、直径２μｍ程度の小さな孔と直径５０μｍ程度の大きな孔とが混在している。このように大小の孔が混在することにより、多孔質炭素電極基材は、反応ガスを反応部（触媒層）に効率よく送り届ける機能だけでなく、反応ガスに含まれている水や発電により発生する水を効率よく排出する機能も有することとなる。この多孔質炭素電極基材のガス透過度を、２０００ｍ／ｓｅｃ／ＭＰａ以下とすることにより、目付が小さくても割れずらく、また、嵩密度が小さくても基材の厚み方向に延びる炭素短繊維が殆ど存在しない。この多孔質炭素電極基材は可撓性があり、３×２．５４ｃｍ以下の直径を有する紙管に巻くことができ、梱包品がコンパクト化でき、持ち運び及び取り扱いが容易である。
【００１７】
そのような基材の幅は、巻き取り装置の許容できうる基材により異なるが、一般的には１００〜５００ｍｍである。またマスタロール１１の軸の直径は、基材の剛性、柔軟性等により適宜設定されるが、例えば５０〜３００ｍｍである。
ここで、マスタロール１１から繰り出される基材１０の搬送速度としては、巻き取りの際にかかる張力や基材の種類にもよるが、一般的には１．０〜１００ｍ／ｍｉｎである。
【００１８】
基材１０の搬送位置ズレ防止の点でニップロール１３によりニップされることが好ましい。また、ローラ１２とニップローラ１３の間に基材の外観検査のための装置を設置してもよい。例えば、基材の表面に検査光を照射し、その透過光、正反射光及び散乱光を撮像し、それらの撮像データを画像処理部にて解析し、その欠陥の種類、存在位置を記録媒体に記録可能な装置である。
【００１９】
次に切断部Ｂに導入された基材は、所望の幅に長手方向に切断される。この際、切断方法としては、矩形刃シェアー切断・丸刃シャー切断・レザー切断・スコアー切断などが挙げられる。スリッター２１のタイプは限定されないが、基材のエッジを平滑にするためには、切断刃（上刃）と受けローラ（下刃）によって挟み込まれるタイプであることが好ましい。
【００２０】
ここで、切断に際し発生する炭素繊維を含む屑が飛散することを防止するため、スリッター付近に集塵機２２を設置してもよい。スリッター２１は基材１０の搬送速度に連動していることが好ましい。本実施態様ではスリッターは上下一対の構成をなし、基材１０を押圧している。なお、切断面を平滑にするための上刃の深さは、下刃の最上部から０．９〜１．５ｍｍ程度であることが好ましい。
【００２１】
さらにシート状物端部の位置検出手段としては、基材１０の進行方向の左右いずれかの一端、または両端の位置を検出できるよう設置されることが好ましい。シート状物端部の位置検出手段６には一般的にＥＰＣ（エッジポジションコントロール：株式会社ニレコ登録商標）と呼ばれる非接触式のシート状物端部の位置検出手段を用いることが好ましい。
【００２２】
次に切断された各々の基材は、多軸で、且つ張力を制御しながら巻き取られる。ここで、各基材が多軸で、且つＺ軸方向に切断された基材が分配され巻き取られることにより、各基材同士が端面で接触することにより端面に欠け等を生じることが防止できる。ここで、張力を制御しながら巻き取る方法としては、軸としてフリクションシャフト（３１、３１’）を使用することが好ましい。
【００２３】
フリクションシャフトとは、幅方向に寸法のばらつきのある物のスリッター後の巻き取りをする為の巻き取り軸のことである。多孔質炭素電極基材のように非常に脆い材料であって、張力によって伸び縮みしない材料を取り扱う場合、少しでも寸法バラつきがあると、通常のシャフトでは、幅方向に基材にかかる張力のムラが発生し、巻きズレや割れが発生してしまう。フリクションシャフトを使用すれば、張力調整可能であるためこのような問題は発生しない。
【００２４】
フリクションシャフトには、エアー圧力を変化させる事で張力調整するエアーフリクション方式と側圧を変化させる事で張力調整するボールロック方式があるが、張力調整することができれば特に限定されない。前記ロールの軸の直径は、例えば５０〜３００ｍｍである。また、巻き取り速度は、基材にかかる張力や基材の種類にもよるが、一般的には１．０〜１００ｍ／ｍｉｎである。このような範囲で巻き取ることにより、基材が蛇行することなくロール状物を得ることが可能となる。
【００２５】
上記のごとくマスタロールから搬送された基材が所望の幅に切断され、さらにフリクションシャフトによって巻き取られることにより、基材に欠けを生じさせることなく、且つ基材が蛇行することなくロール状物を製造することができる。
【実施例】
【００２６】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
＜実施例１＞
長さ１０００ｍ、幅７００ｍｍ、厚み２００μｍ、曲げ強度３６ＭＰａ、曲げ弾性率６．１ＧＰａの多孔質炭素電極基材（マスタロール１１）を巻き出しシャフトにセットした。次に多孔質電極基材を図１のようにニップロール１３で挟んだのち、スリッター２１で２００ｍｍ幅のシートとなるよう３分割した。このとき両端に５０ｍｍ幅の耳が得られたが、耳回収装置（図示略）にて裁断し、回収した。３分割されたシートのうち両端のシートを手前のフリクションシャフト３１にセットした内径６インチの紙管に巻き取った。また、中央のシートは、フリクションシャフト３１’にセットした内径６インチの紙管に巻き取った。それぞれの巻き取り張力は、１８０Ｎ／ｍであった。なお、切断中は、集塵機２２を動かし、切断によって発生した粉塵は回収した。１０ｍ／ｍｉｎで、切断したところ、２００ｍｍ幅×１０００ｍのシートが３本得られた。すべて、エッジの端面が平滑でかつ揃っており、粉塵の付着も確認されなかった。
なお、使用したスリッター・フリクションシャフトの品番は以下のとおりである。
スリッター：株式会社西村製作所製・Ｋ−１２８Ｆ
フリクションシャフト：株式会社セイワ製・ＫＳエアフリクションシャフト・６インチ用
【００２７】
＜実施例２＞
３分割して２００ｍｍ幅のシートを得る代わりに２分割して３００ｍｍ幅のシートを２本得る以外は、実施例１と同様の方法で切断した。その結果、巻きズレなどの問題もなく切断できた。
【００２８】
＜実施例３＞
多孔質炭素電極基材（マスタロール１１）の幅を６３０ｍｍ幅にし、６分割して１００ｍｍ幅のシートを得た。この際、巻き出し側から見て、左から順に１番目、３番目、５番目のシートはフリクションシャフト３１にセットした内径６インチの紙管に巻き取った。また左から２番目、４番目、６番目のシートはフリクションシャフト３１’にセットした内径６インチの紙管に巻き取った。それ以外は、実施例１と同様の方法で切断した。その結果、巻きズレなどの問題もなく切断できた。
【００２９】
＜実施例４＞
多孔質炭素電極基材（マスタロール１１）の厚みを１２０μｍ、曲げ強度を３３ＭＰａ、曲げ弾性率を５．２ＧＰａにした以外は、すべて実施例２と同じ方法で切断した。その結果、巻きズレなどの問題もなく切断できた。
【００３０】
＜実施例５＞
２分割して３００ｍｍ幅のシートを得る代わりに４分割して１５０ｍｍ幅のシートを２本得る以外は、実施例４と同様の方法で切断した。その結果、巻きズレなどの問題もなく切断できた。
【００３１】
＜比較例１＞
【００３２】
巻き取り用シャフトにフリクションシャフトを使用せず、通常のエアシャフトを使用する以外は、実施例１と同様の方法で切断した。両端のシートを手前のシャフト３１に巻き取ったが、巻取り開始から３ｍのところで、巻き出し側から見て、最も左側のシートの巻きが緩くなり、大きく蛇行したため、切断を中止した。
【００３３】
実施例および比較例の結果をまとめた表を以下の表１に示す。
【００３４】
【表１】
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【符号の説明】
【００３５】
Ａ・・・繰り出し部
Ｂ・・・切断部
Ｃ・・・巻き取り部
１１・・・マスタロール
１２・・・ロール
１３・・・ニップロール
２１・・・スリッター
２２・・・集塵機
３１、３１’・・・フリクションシャフト
【図１】
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