(57)【要約】【課題】樹脂繊維間の孔径の均一化を図ることができ、かつ繊維を規則的に配列することができるとともに、燃料電池用電極の電極層に適用した場合、触媒にガスを十分に効率良く到達させることができる多孔質シートおよびその製造方法を提供する。【解決手段】正の電荷に帯電した樹脂溶液１０がノズル１０１Ａから放出されると、負の電荷に帯電させたコレクタ電極部１３上に樹脂繊維１１Ａが紡糸される。樹脂繊維１１Ａは、隣接する電極１３Ａ間を延在する。ノズル１０１Ａに対向する基材１２の表面にコレクタ電極部１３を設けているから、基材１２の裏面にコレクタ電極部１３を設けた図５の形態とは異なり、 樹脂繊維１１Ａが紡糸される部分同士の間（すなわち、コレクタ電極部１３の電極１３Ａ同士の間）で電位が一様になることを抑制することができる。【選択図】図１
2013087390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のパターン形状をなすコレクタ電極部が一面に形成された基材と、前記基材の一面に対向配置されたノズルとを用い、
樹脂の溶液を正または負の電荷に帯電させ、前記樹脂の溶液とは異なる電荷に前記コレクタ電極部を帯電させ、前記帯電させた樹脂の溶液を前記ノズルから前記コレクタ電極部に向けて放出することを特徴とする多孔質シートの製造方法。
【請求項２】
前記コレクタ電極部としては、 前記基材の一面に導電性材料を塗工してパターニングすることにより複数の電極が配列された電極部を用いることを特徴とする請求項１に記載の多孔質シートの製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の多孔質シートの製造方法により製造され、前記樹脂の繊維が所定方向に配向された繊維層を備えたことを特徴とする多孔質シート。
【請求項４】
燃料電池用電極に適用されることを特徴とする請求項３に記載の多孔質シート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂繊維からなる多孔質シートおよびその製造方法に係り、特に樹脂繊維の配向制御技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非常に細い繊維からなる多孔質シートを製造する方法として、たとえば電気紡糸法（エレクトロスピニング法）がある。たとえば図４に示すように、電気紡糸法で製造される多孔質シート１は、一般的に繊維２同士がランダムに絡まった不織布状をなす樹脂繊維シートである。なお、符号３は基材を示している。
【０００３】
このような多孔質シートは、各種用途に使用されている。たとえば特許文献１では、燃料電池の電解質膜両面の触媒層（電極層）に、不織布状の電解質樹脂繊維シート（多孔質シート）を適用し、当該樹脂繊維シートに触媒を付着させている。特許文献１では、触媒層中の電解質を繊維状とすることにより、繊維長方向におけるプロトン伝導性を向上させ、電池性能を向上させることを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２２０４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
また、触媒層に繊維樹脂シートを適用すると、当該樹脂繊維シートは多孔質であるため、触媒層中への水素や酸素などのガスの到達を容易にし、触媒層中の触媒が前記ガスと反応しやすくなり電池性能が向上すると考えられる。しかしながら、特許文献１の多孔質シートは、不織布状であるため、樹脂繊維同士がランダムに絡まった構造を有し、触媒層中のガス拡散経路が長くなる。また、樹脂繊維間の孔（空隙）の径が不均一となり、ガスを効率良く触媒層中の触媒に到達させることは十分にはできなかった。
【０００６】
したがって、本発明は、樹脂繊維間の孔径の均一化を図ることができ、かつ繊維を規則的に配列することができるとともに、燃料電池用電極の電極層に適用した場合、触媒にガスを十分に効率良く到達させることができる多孔質シートおよびその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の多孔質シートの製造方法は、所定のパターン形状をなすコレクタ電極部が一面に形成された基材と、基材の一面に対向配置されたノズルとを用い、樹脂の溶液を正または負の電荷に帯電させ、樹脂の溶液とは異なる電荷にコレクタ電極部を帯電させ、帯電させた樹脂の溶液をノズルからコレクタ電極部に向けて放出することを特徴とする。
【０００８】
本発明の多孔質シートの製造方法では、樹脂の溶液を正または負の電荷に帯電させ、樹脂の溶液とは異なる電荷にコレクタ電極部を帯電させ、帯電させた樹脂の溶液をノズルからコレクタ電極部に向けて放出する。すると、樹脂溶液では、異なる電荷に帯電させたコレクタ電極部に到達するまでの間に溶媒が蒸発し、コレクタ電極部上に樹脂の繊維が紡糸される。ここで、コレクタ電極部は所定のパターン形状をなしているから、樹脂の繊維は、コレクタ電極部において隣接する電極間を延在するようにして紡糸され、多孔質シートが形成される。この場合、樹脂の繊維は、コレクタ電極部のパターン形状の各ラインの延在方向に交差するようにして配列される。
【０００９】
ここで、たとえば図５に示すように仮にコレクタ電極部の電極１１３を基材１１２の裏面に配置し、たとえば電極１１３をアースした場合、基材１１２の裏面から表面へ向かうに従い、電極１１３同士の電位が重なり合うため、樹脂の繊維が紡糸される基材１１２の表面では、電極１１３同士の間で電位が一様に近づく。このように基板１１２の表面において電位が一様になるため、電極１１３による樹脂の繊維の配列効果が得られず、樹脂の繊維がランダムになる虞がある。
【００１０】
これに対して、本発明の多孔質シートの製造方法では、ノズルに対向する基材の一面にコレクタ電極部を設けているから、 樹脂繊維が紡糸される部分同士の間（すなわち、コレクタ電極部の電極同士の間）で電位が一様になることを抑制することができる。これにより、電極による樹脂の繊維の配列効果を確実に得ることができる。このように樹脂の繊維の配向を制御することができるから、樹脂の繊維を規則的に配列させることができる。したがって、樹脂の繊維同士の間の孔径の均一化を図ることができるとともに、ガス拡散経路を短くすることができる。その結果、たとえば燃料電池用電極の電極層に適用した場合、触媒にガスを十分に効率良く到達させることができる。
【００１１】
本発明の多孔質シートの製造方法は、種々の構成を用いることができる。たとえばコレクタ電極部としては、 基材の一面に導電性材料を塗工してパターニングすることにより複数の電極が配列された電極部を用いる態様を用いることができる。
【００１２】
本発明の多孔質シートは、本発明の多孔質シートの製造方法により製造され、樹脂の繊維が所定方向に配向された繊維層を備えたことを特徴とする。本発明の多孔質シートは、本発明の多孔質シートの製造方法と同様な効果を得ることができる。
【００１３】
本発明の多孔質シートは、種々の構成を用いることができる。たとえば本発明の多孔質シートは、燃料電池用電極に適用される態様を用いることができる。具体的には、燃料電池用電極の電極層や、電極層と拡散層との間の保水層に適用することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の多孔質シートあるいはその製造方法によれば、樹脂の繊維間の孔径の均一化を図ることができ、かつ繊維を規則的に配列することができるとともに、たとえば燃料電池用電極の電極層に適用した場合、触媒にガスを十分に効率良く到達させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る一実施形態の多孔質シートの製造方法で使用する装置の一例の概略構成を表す図である。
【図２】（Ａ），（Ｂ）は、本発明に係る一実施形態の多孔質シートの製造方法で使用する基材上に形成されたコレクタ電極部のパターン形状の例を表す上面図である。
【図３】図２（Ａ）に示すコレクタ電極部上に形成された樹脂繊維からなる多孔質シートを表す上面図である。
【図４】従来の多孔質シートの一部の概略構成を表し、基材上に形成された状態の斜視図である。
【図５】コレクタ電極部が基材の裏面に配置された比較例のコレクタ電極部をアースした状態を表す側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る一実施形態の多孔質シートの製造方法で使用する装置の一例の概略構成を表す図である。装置１００は、エレクトロスピニング法（Electrospinning method）を用いて樹脂繊維（繊維）からなる多孔質シート１１を製造する装置である。
【００１７】
装置１００は、たとえばシリンジ１０１を備えている。シリンジ１０１は、樹脂溶液１０を放出するノズル１０１Ａを先端部に有している。ノズル１０１Ａは、たとえば正の電位に設定され、ノズル１０１Ａから放出される樹脂溶液１０は、たとえば正の電荷に帯電している。樹脂溶液１０の樹脂は、エレクトロスピニング法を行うことが可能な電解質樹脂や非電解質樹脂であればよい。
【００１８】
基材１２は、たとえばポリエチレンテレフタラート (ＰＥＴ）等からなる絶縁フィルムである。基材１２の表面には、所定のパターン形状を有するコレクタ電極部１３が形成されている。
【００１９】
具体的には、コレクタ電極部１３は複数の電極１３Ａを有し、複数の電極１３Ａは所定のパターン形状をなしている。パターン形状としては、たとえば電極１３Ａが所定方向に延在して互いに平行に配列された形態を用いることができる。具体的には、図２（Ａ）に示すように、電極１３ＡがＸ方向に延在して互いに平行に配列された形態や、図２（Ｂ）に示すように、電極１３ＡがＹ方向に延在して互いに平行に配列された形態を用いることができる。電極１３Ａ同士の間隔は、たとえば１５ｍｍ以下に設定する。電極１３Ａの幅は、たとえば１００μｍ以下（好適には１０μｍ以下）に設定する。
【００２０】
コレクタ電極部１３は、たとえば導電性材料からなる。コレクタ電極部１３の形成手法は、導線性材料を用いてパターン形状を形成することができる手法であればよい。たとえばコレクタ電極部１３は、 基材１２の一面に導電性材料をたとえばグラビア印刷法を用いて塗工、パターニングすることにより形成することができる。
【００２１】
コレクタ電極部１３は、アースする、あるいは、負の電位に設定する。ノズル１０１Ａとコレクタ電極部１３との電位差は、たとえば５ｋＶ〜３０ｋＶ程度に設定される。
【００２２】
このようなコレクタ電極部１３を有する基材１２は、その表面がシリンジ１０１のノズル１０１Ａに対向するようにして固定される。この場合、基材１２の表面は、たとえば図１に示すようにノズル１０１Ａの延在方向に対して垂直となるように配置されている。なお、図１に示す基材１２では、コレクタ電極部１３のパターン形状として図２（Ａ）に示す形態を用いている。
【００２３】
装置１００では、ノズル１０１Ａとコレクタ電極部１３との間には高電場が形成され、たとえば正の電荷に帯電させた樹脂溶液１０には、負の電荷に帯電させたコレクタ電極部１３から電気的力が働く。この場合、ノズル１０１Ａの先端では、樹脂溶液１０は、その表面が正の電荷に帯電した円錐状のテイラーコーン（Taylor cone）の形態をなす。たとえばテイラーコーンにおいて電荷の反発力が表面張力を超えたとき、そこから樹脂溶液１０が連続的に放出される。放出された樹脂溶液１０では、負の電荷に帯電させたコレクタ電極部１３の表面に到達するまでの間に樹脂溶液１０の溶媒が蒸発し、コレクタ電極部１３の表面上に樹脂繊維１１Ａが紡糸される。
【００２４】
ここで、図２（Ａ）に示すようにコレクタ電極部１３のパターン形状では、複数の電極１３ＡがＸ方向に延在して互いに平行に配列されている。これにより、樹脂繊維１１Ａは、たとえば図３に示すようにコレクタ電極部１３において隣接する電極１３Ａ間を延在するようにして紡糸され、樹脂繊維１１Ａからなる多孔質シート１１が形成される。この場合、樹脂繊維１１Ａは、たとえば図３に示すようにコレクタ電極部１３のパターン形状の各電極１３Ａの延在方向であるＸ方向に交差する（たとえばＹ方向に延在する）ようにして配列される。
【００２５】
本実施形態では、ノズル１０１Ａに対向する基材１２の表面にコレクタ電極部１３を設けているから、 樹脂繊維１１Ａが紡糸される部分同士の間（すなわち、コレクタ電極部１３の電極１３Ａ同士の間）で電位が一様になることを抑制することができる。これにより、コレクタ電極部１３による樹脂繊維１１Ａの配列効果を確実に得ることができ、樹脂繊維１１Ａの配向を制御することができる。この場合、各種条件を適宜設定することにより、所定方向に配向した繊維層を一層有する多孔質シート１１を形成することができる。樹脂繊維１１Ａは、たとえば繊維径が３０〜５０００ｎｍ（好適には２００ｎｍ以下）であるナノファイバであり、繊維間距離は、たとえば０．５〜２０μｍである。
【００２６】
繊維層を積層する場合、一方の多孔質シート１１に、他方の多孔質シート１１を転写することにより繊維層の積層構造を得ることができる。この場合、隣接する繊維層同士の樹脂繊維の配向方向の交差角度は、たとえば３０〜９０°の範囲内に設定することが好適である。この態様では、たとえば燃料電池用電極の電極層に適用した場合、触媒にガスをさらに効率良く到達させることができる。
【００２７】
以上のように本実施形態では、樹脂繊維１１Ａを規則的に配列させることができるから、樹脂繊維１１Ａ同士の間の孔径の均一化を図ることができるとともに、ガス拡散経路を短くすることができる。その結果、たとえば燃料電池用電極の電極層に適用した場合、触媒にガスを十分に効率良く到達させることができる。
【符号の説明】
【００２８】
１０…樹脂溶液、１１…多孔質シート、１１Ａ…樹脂繊維（繊維）、１２…基材、１３…コレクタ電極部、１３Ａ…電極、１０１…シリンジ、１０１Ａ…ノズル
【図１】
2013087390.tif 000003
【図２】
2013087390.tif 000004
【図３】
2013087390.tif 000005
【図４】
2013087390.tif 000006
【図５】
2013087390.tif 000007