(57)【要約】【課題】薄膜の接合面に気泡が混入することを抑制できる薄膜の接合装置を実現する。【解決手段】複数の薄膜の接合装置１００は、接合される前記複数の薄膜を鉛直方向上方から下方へ向けて供給する搬送部１０と、複数の薄膜を接合する加熱接合部材２０と、加熱接合部材２０の鉛直方向上方に配置されたエア吸引部材３０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の薄膜を接合する装置であって、
接合される前記複数の薄膜を鉛直方向上方から下方へ向けて供給する搬送部と、
前記複数の薄膜を接合する加熱接合部材と、
前記加熱接合部材の鉛直方向上方に配置されたエア吸引部材と、
を備えることを特徴とする薄膜の接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の膜電極接合体（ＭＥＡ）の補強型電解質膜などの薄膜を製造するための複数の薄膜の接合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の膜電極接合体を構成する補強型電解質膜の製造工程は、例えば、図３（Ａ）に示すような薄膜の接合装置２００を用いて、補強層の電解質膜が含浸接合される。図３（Ａ）に示すように、従来の薄膜の接合装置２００において、加熱プレスロール２２１Ａ，２２１Ｂは、横向きのレイアウトに設定されている。すなわち、当該接合装置２００おいて、一方の電解質膜２０１は上方から斜め下方に向けて搬送されると共に、他方の電解質膜２０２は下方から斜め上方に向けて、ともに加熱プレスロール２２１Ａへ向けて搬送される。加熱プレスロール２２１Ａに巻きついて貼りあわせられた二つの電解質膜２０１、２０２は、さらに加熱プレスロール２２１Ａ，２２１Ｂ間を横向きに搬送され、加熱プレスロール２２１Ａと２２１Ｂとにより熱接合される。
【０００３】
薄膜の接合装置に関連する技術としては、例えば、特許文献１には、薄膜を上方から下方に向けて搬送し、薄膜の搬送中に薄膜を接合する貼り合わせ装置が開示されている。また、特許文献２から５には、定着ローラの近傍に吸気ファンを設け、定着により発生した蒸気を吸収する定着装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２２５３６８号公報
【特許文献２】特開２０１３−２３８８９５号公報
【特許文献３】特開２００８−１８５６９７号公報
【特許文献４】特開２０１１−１９１７１１号公報
【特許文献５】特開２０１０−１２８１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の薄膜の接合装置２００では、図３（Ａ）に示すように、加熱プレスロール２２１Ａ，２２１Ｂに侵入する前に、薄膜２０１，２０２が貼り合わせられている。また、加熱プレスロール２２１Ａ，２２１Ｂ間を薄膜２０１，２０２が横向きに通過する。したがって、図３（Ｂ）および図４に示すように、薄膜２０１，２０２の熱接合時に発生した蒸気が残留しやすく、薄膜２０１，２０２の接合面に気泡Ｐが混入する。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みて創案されたものであり、薄膜の接合面に気泡が混入することを抑制できる薄膜の接合装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る薄膜の接合装置は、複数の薄膜の接合装置であって、接合される前記複数の薄膜を鉛直方向上方から下方に向けて供給する搬送部と、上記複数の薄膜を接合する加熱接合部材と、上記加熱接合部材の鉛直方向上方に配置されたエア吸引部材と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る薄膜の接合装置は、鉛直方向上方から下方に向けた搬送中に薄膜を接合することで、薄膜の接合面の上方に区画されたスペースから蒸気を排出し、かつ上方にエア吸引部材を設けて、該エア吸引部材が蒸気を吸い取ることにより、薄膜の接合面に気泡が混入することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態に係る薄膜の接合装置を示す模式図である。
【図２】電解質膜の含浸後の表面状態を示す説明図である。
【図３】従来の薄膜の接合装置を示す模式図である。
【図４】従来の薄膜の接合装置において、薄膜の接合面に気泡が混入する状況を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１１】
まず、図１を参照して、本発明の実施の形態に係る薄膜の接合装置１００の構成について説明する。図１は本発明の実施の形態に係る薄膜の接合装置を示す模式図である。
【００１２】
図１に示すように、本実施の形態に係る薄膜の接合装置１００は、複数の薄膜を接合する装置であって、搬送部１０、加熱接合部材２０、およびエア吸引部材３０を備える。
【００１３】
本実施の形態に係る薄膜の接合装置１００で接合する薄膜は、第１の薄膜１と第２の薄膜２とから構成される。第１および第２の薄膜１，２は、例えば、電解質膜貼合体（バックシート／電解質膜／補強層）からなる。電解質膜としては、例えば、パーフルオロアルキルスルホン酸前駆体が挙げられる。バックシートとしては、例えば、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）等の合成樹脂材が挙げられる。補強層としては、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の合成樹脂材が挙げられる。
【００１４】
搬送部１０は、接合される第１の薄膜１と第２の薄膜２を鉛直方向上方から下方に向けて供給する。本実施の形態の搬送部１０は、ロール・ツー・ロール装置を構成する繰出しロール１１Ａ，１１Ｂで構成される。繰出しロール１１Ａと繰出しロール１１Ｂとは、所定の間隔を隔てて水平方向に配置される。繰出しロール１１Ａから繰り出される第１の薄膜１と、繰出しロール１１Ｂから繰り出される第２の薄膜２とは、相対方向から加熱接合部材２０に侵入する。
【００１５】
加熱接合部材２０は、第１の薄膜１と第２の薄膜２とを接合する。本実施の形態の加熱接合部材２０は、一対の加熱プレスロール２１Ａ，２１Ｂによって構成される。加熱プレスロール２１Ａ，２１Ｂは、搬送部１０に対して縦向きにレイアウトされている。すなわち、本実施の形態の加熱接合部材２０は、接合対象としての第１の薄膜１と第２の薄膜２の搬送方向が縦向きとなるようにレイアウトされている。
【００１６】
加熱プレスロール２１Ａ，２１Ｂは、第１の薄膜１と第２の薄膜２の搬送中において、これら薄膜１，２を加圧しながら熱接合する。加熱プレスロール２１Ａと加熱プレスロール２１Ｂは、鉛直方向上方から下方に向けて搬送される第１の薄膜１と第２の薄膜２の厚さ方向両側に対向配置され、第１の薄膜１と第２の薄膜２とを厚さ方向両側から加熱プレスする。
【００１７】
エア吸引部材３０は、加熱接合部材２０の鉛直方向上方に配置される。すなわち、加熱プレスロール２１Ａ，２１Ｂに侵入する第１の薄膜１と第２の薄膜２とによって区画されるＶ字状のスペースにエア吸引部材３０が設けられている。具体的には、エア吸引部材３０は、加熱接合部材２０によって接合される第１の薄膜１と第２の薄膜２との接合位置の直上に配置されている。エア吸引部材３０は、加熱接合部材２０による第１の薄膜１と第２の薄膜２との接合時に発生する蒸気を吸引する。本実施の形態のエア吸引部材３０は、例えば、吸引ダクトによって形成されているが、蒸気を吸引することができれば、当該吸引ダクトに限定されない。
【００１８】
次に、図１および図２を参照して、本発明の実施の形態に係る薄膜の接合装置１００の作用について説明する。本実施の形態に係る薄膜の接合装置１００は、例えば、燃料電池の膜電極接合体（ＭＥＡ）の補強型電解質膜の製造に用いられる。図１に示すように、補強型電解質膜は、第１の薄膜１としての電解質膜（バックシート／電解質膜／補強層）と、第２の薄膜２としての電解質膜（バックシート／電解質膜／補強層）とを熱接合して製造する。
【００１９】
本実施の形態の搬送部１０としての繰出しロール１１Ａから繰り出される第１の薄膜１と、繰出しロール１１Ｂから繰り出される第２の薄膜２とは、相対方向から加熱接合部材２０に侵入する。繰出しロール１１Ａ，１１Ｂは、接合される第１の薄膜１と第２の薄膜２を鉛直方向上方から下方に向けて加熱接合部材２０に供給する。
【００２０】
加熱接合部材２０としての加熱プレスロール２１Ａ，２１Ｂは、第１の薄膜１と第２の薄膜２の搬送中において、これら薄膜１，２を加圧しながら熱接合する。加熱プレスロール２１Ａ，２１Ｂによって、第１の薄膜１と第２の薄膜２の電解質膜が含浸され、含浸膜３が形成される。加熱プレスロール２１Ａ，２１Ｂによる熱接合の際には、電解質膜としての第１および第２の薄膜１，２から蒸気Ｓが発生する。
【００２１】
加熱プレスロール２１Ａ，２１Ｂは、繰出しロール１１Ａ，１１Ｂに対して、縦向きにレイアウト配置されている。第１の薄膜１と第２の薄膜２とは相対方向から加熱プレスロール２１Ａ，２１Ｂに侵入し、加熱プレスロール２１Ａ，２１Ｂ間を鉛直方向上方から下方に向けて搬送される。したがって、加熱プレスロール２１Ａ，２１Ｂによって、第１および第２の薄膜１，２から発生した蒸気Ｇが自然と上方へ追い出される。さらに、加熱プレスロール２１Ａ，２１Ｂの加熱によって上昇気流が発生するので、第１の薄膜１と第２の薄膜２との接合面の脱気が促進される。
【００２２】
加熱プレスロール２１Ａ，２１Ｂの上方、即ち、第１の薄膜１と第２の薄膜２との接合位置の直上には、エア吸引部材３０が配置されている。すなわち、加熱プレスロール２１Ａ，２１Ｂに侵入する第１の薄膜１と第２の薄膜２とによって区画されるＶ字状のスペースにエア吸引部材３０が設けられている。エア吸引部材３０としての吸引ダクトは、加熱プレスロール２１Ａ，２１Ｂによる第１の薄膜１と第２の薄膜２との熱接合時に発生する蒸気Ｇを積極的に吸引して速やかに蒸気Ｇを排除し、第１の薄膜１と第２の薄膜２との接合面に気泡が留まることを防止する。したがって、第１の薄膜１と第２の薄膜２との薄膜接合体３に気泡が混入するのが抑制されることになる。
【００２３】
次に、本発明の実施の形態に係る薄膜の接合装置１００の作用効果を確認すべく、比較実験を行った。まず、電解質膜にパーフルオロアルキルスルホン酸前駆体（Ｄｏｗ型、ＥＷ６５０、Ｍ１２０）を、バックシートにＰＦＡを、および補強層にＰＴＦＥを採用し、バックシート／電解質膜／補強層の電解質膜貼合体を作製した。次いで、当該電解質膜貼合体を２枚重ねて貼り合わせ、繰出しロールに対して横向きレイアウトした加熱プレスロールで含浸加工し、比較例の含浸膜接合体Ｉを作製した。他方、本実施の形態に係る薄膜の接合装置１００を用いて上記電解質膜合体を縦向きに含浸加工して、実施例の含浸膜接合体ＩＩを作製した。
【００２４】
次いで含浸膜接合体ＩおよびＩＩのバックシートを剥がし、表面状態を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、両接合体における残留気泡の有無を評価した。図２（Ａ）は電解質膜の含浸後における、比較例の含浸膜接合体Ｉの表面状態を示す説明図である。図２（Ｂ）は電解質膜の含浸後における、実施例の含浸膜接合体ＩＩの表面状態を示す説明図である。なお、図２（Ａ）（Ｂ）は、ＳＥＭ画像を模写した図である。図２（Ａ）に示すように、比較例の接合体Ｉには残留気泡Ｐが散見された。他方、図２（Ｂ）に示すように、実施例の接合体ＩＩには気泡がなく、良好な含浸状態であった。
【００２５】
以上、説明したように、本実施の形態に係る薄膜の接合装置１００によれば、搬送部１０による第１および第２の薄膜１，２の鉛直方向上方から下方に向けた搬送中に、加熱接合部材２０で当該第１および第２の薄膜１，２を熱接合することで、これら薄膜１，２の接合面の上方に区画されたスペースから蒸気Ｇを排出して脱気する。さらに、加熱接合部材２０の加熱による上昇気流を利用して、第１および第２の薄膜１，２の接合面の脱気が促進される。加えて、加熱接合部材２０の上方にエア吸引部材３０を設けて、当該エア吸引部材３０が上記スペースから蒸気Ｇを積極的に吸い取ることにより、第１および第２の薄膜１，２のの接合面に気泡が混入することを抑制できるという優れた効果を奏する。
【００２６】
上記のように本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。すなわち、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。
【符号の説明】
【００２７】
１    第１の薄膜
２    第２の薄膜
１０    搬送部
２０    加熱接合部材
３０    エア吸引部材
１００    薄膜の接合装置
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図２】
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