(57)【要約】【課題】エアーが高分子電解質材料と共にリップから押し出されることを抑制して、高品質のフィルムを生成する。【解決手段】溶融した膜材料をフィルム状に押出成形する押出成形用ダイである。押出成形用ダイは、該押出成形用ダイの内部に流入された前記膜材料を幅方向に拡幅するマニホールドと、前記マニホールドの下流側端部に連結され、前記拡幅された膜材料を下方に吐出するリップと、前記マニホールド内のエアーを上方に向けて排出する通気孔と、を備える。前記通気孔は、前記マニホールドの前記幅方向の中央、かつ前記マニホールドの上下方向の中央より上方に配置され、前記マニホールドは、前記幅方向の両側から前記幅方向の中央に向かって上方に傾斜するテーパー形状の傾斜面を有する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融した膜材料をフィルム状に押出成形する押出成形用ダイであって、
該押出成形用ダイの内部に流入された前記膜材料を幅方向に拡幅するマニホールドと、
前記マニホールドの下流側端部に連結され、前記拡幅された膜材料を下方に吐出するリップと、
前記マニホールド内のエアーを上方に向けて排出する通気孔と、
を備え、
前記通気孔は、前記マニホールドの前記幅方向の中央、かつ前記マニホールドの上下方向の中央より上方に配置され、
前記マニホールドは、前記幅方向の両側から前記幅方向の中央に向かって上方に傾斜するテーパー形状の傾斜面を有する、押出成形用ダイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、押出成形用ダイに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、押出成形用ダイを含む高分子電解質積層フィルム製造装置として、例えば、特許文献１に記載されているように、押出装置のシリンダ内で溶融された高分子電解質材料をＴダイに供給し、Ｔダイのリップから高分子電解質材料を押し出し、フィルム状に成形する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２１６０９０号公報
【特許文献２】特開２０１２−０１７４０６号公報
【特許文献３】特開２０１５−０９８１５５号公報
【特許文献４】特開２０１４−１８４７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記先行技術では、押出装置内で発生したエアーがＴダイ内に混入すると、エアーが高分子電解質材料と共にリップから押し出されることになる。このために、成形される電解質フィルムに穴等の欠陥が生じる。特許文献２には、押出装置のシリンダにガス排出口を設けて脱気する構成が開示されているが、この構成でも、材料の湿度バラツキや材料の溶融に伴うガス発生に伴い、脱気しきれずに、Ｔダイ内にエアーが混入する虞があった。このために、エアーが高分子電解質材料と共にリップから押し出されることを抑制して、高品質のフィルムを生成することのできる技術が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
本発明の一形態は、溶融した膜材料をフィルム状に押出成形する押出成形用ダイである。この押出成形用ダイは、該押出成形用ダイの内部に流入された前記膜材料を幅方向に拡幅するマニホールドと、前記マニホールドの下流側端部に連結され、前記拡幅された膜材料を下方に吐出するリップと、前記マニホールド内のエアーを上方に向けて排出する通気孔と、を備える。前記通気孔は、前記マニホールドの前記幅方向の中央、かつ前記マニホールドの上下方向の中央より上方に配置され、前記マニホールドは、前記幅方向の両側から前記幅方向の中央に向かって上方に傾斜するテーパー形状の傾斜面を有する。
【０００７】
上記形態の押出成形用ダイでは、マニホールドに通気孔が配置されていることから、押出成形用ダイ内に混入したエアーを通気孔から抜くことができる。また、通気孔はマニホールドの上方のマニホールドの幅方向に設けられ、マニホールドは幅方向の中央に向かって上方に傾斜するテーパー形状の傾斜面を有することから、通気孔にエアーが集まり易い。したがって、上記形態の押出成形用ダイによれば、エアーが高分子電解質材料と共にリップから押し出されることを抑制することができ、高品質のフィルムを生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態としての押出成形用ダイが使用される高分子電解質積層フィルム製造装置の一部分を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施形態としての押出成形用ダイとアダプタとを示す斜視図である。
【図３】押出成形用ダイとアダプタとを分解して示す斜視図である。
【図４】押出成形用ダイとアダプタとの縦断面図である。
【図５】第２ダイブロックの正面図である。
【図６】図５におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
Ａ．第１実施形態：
図１は、本発明の一実施形態としての押出成形用ダイが使用される高分子電解質積層フィルム製造装置の一部分を示す説明図である。高分子電解質積層フィルム製造装置１００は、押出機１１０と、アダプタ１２０と、押出成形用ダイ１３０と、冷却ロール１４０と、各種ロール１５０と、を備える。
【００１０】
押出機１１０は、シリンダ１１２と、シリンダ１１２の一方の端部に設けられたホッパー１１４と、を備える。シリンダ１１２の中には、螺旋状の溝のあるスクリュー（図示せず）が挿入されている。ホッパー１１４に投入された原料であるフッ素系高分子電解質は、加熱されたシリンダ１１２内で溶融し、スクリューの回転により混錬されて、吐出される。
【００１１】
アダプタ１２０は、押出機１１０と押出成形用ダイ１３０との間に設けられ、押出機１１０から吐出されたフッ素系高分子電解質を押出成形用ダイ１３０へ送ることを仲介する。
【００１２】
フッ素系高分子電解質としては、デュポン社製ナフィオン（登録商標）ペレットを用いた。押出成形用ダイ１３０は、直線状のリップ１３０ａを有し、アダプタ１２０を介して送られてきたフッ素系高分子電解質をリップ１３０ａから押し出してフィルム状に成形する。押出成形用ダイ１３０から押し出された直後のフッ素系高分子電解質の温度は、例えば１９０℃である。
【００１３】
この成形されたフィルム状のフッ素系高分子電解質は、冷却ロール１４０によって冷却され、適当な温度に調整される。その後、各種ロール１５０によって搬送されながら、後工程で各種の処理が施され、燃料電池用の高分子電解質積層フィルムが生成される。
【００１４】
図２は、本発明の一実施形態としての押出成形用ダイ１３０と、アダプタ１２０と、を示す斜視図である。図３は、押出成形用ダイ１３０とアダプタ１２０とを分解して示す斜視図である。図４は、押出成形用ダイ１３０とアダプタ１２０との縦断面図である。
【００１５】
押出成形用ダイ１３０の一方側には、前述したアダプタ１２０が接続されている。アダプタ１２０の接続方向は、鉛直方向Ｙに垂直なＸ軸方向となっている。すなわち、アダプタ１２０は、押出成形用ダイ１３０におけるＸ軸方向の一方側に接続されている。
【００１６】
押出成形用ダイ１３０は、溶融した膜材料としてのフッ素系高分子電解質をフィルム状に押出成形する押出成形用の金型であり、Ｔダイと呼ばれるものである。押出成形用ダイ１３０は、第１ダイブロック１０と、第２ダイブロック２０と、シム３０（図３）と、を備える。シム３０は、Ｕ字形の形状であり、第１ダイブロック１０と第２ダイブロック２０とにより挟持されることによって、リップ１３０ａ（図４）を構成している。なお、本実施例では、シム３０を用いた構成について説明したが、シム３０を用いなくても、第１ダイブロック１０と第２ダイブロック２０とを合わせる対向面にリップを形成してもよい。
【００１７】
第１ダイブロック１０と第２ダイブロック２０とは、Ｘ軸方向と鉛直方向Ｙとに互いに垂直なＺ方向に伸びる外形を有する。以下、Ｚ方向を「幅方向Ｚ」と呼ぶ。第２ダイブロック２０の第１ダイブロック１０側の面には、第１ダイブロック１０と第２ダイブロック２０とを合わせたときにマニホールド５０（図３、４）となる凹部が形成されている。第１ダイブロック１０には、Ｘ軸方向に貫通する貫通孔１０ｈが形成されている。押出成形用ダイ１３０にアダプタ１２０が連結されたときに、貫通孔１０ｈはアダプタ１２０の連通孔１２０ｈと接続される。なお、貫通孔１０ｈとアダプタ１２０の連通孔１２０ｈとの間には、ブレーカプレート１２５とフィルター１２７と（図４）が設けられている。フィルター１２７は、連通孔１２０ｈ側にあり、金網を何枚か重ねたもので、ゴミをとることを目的とする。ブレーカプレート１２５は、レンコンのように複数の貫通穴１２５ａが空いている。フィルター１２７だけでは、樹脂の圧力でフィルター１２７が変形ししまう虞があるため、ブレーカプレート１２５でバックアップを図っている。フィルターアダプタ１２０からＸ軸方向に送られてきた溶融した膜材料としてのフッ素系高分子電解質(以下、「溶融膜材料」と呼ぶ)は、フィルター１２７およびブレーカプレート１２５を通って第１ダイブロック１０の貫通孔１０ｈに至り、マニホールド５０に流れ込む。
【００１８】
図５は、第２ダイブロック２０の正面図である。ここで、正面とは、マニホールド５０側の面である。図６は、図５におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。図６は、図４における第２ダイブロック２０の部分を拡大したものでもある。図５に示すように、マニホールド５０は、幅方向Ｚの両側に拡幅しており、幅方向Ｚの両側に対称の形状を有する。図４に示すように、マニホールド５０の下方（鉛直方向Ｙの下側）の端部には、幅方向Ｚに伸びるリップ１３０ａが連結されている。Ｘ軸方向からマニホールド５０に流れ込んだ溶融膜材料は、リップ１３０ａから下方に押し出される。
【００１９】
図６に示すように、第２ダイブロック２０における軸方向Ｚの中央部分では、マニホールド５０はほぼ半球面形状である。実際は、図５に示すように、上方（鉛直方向Ｙの上側）の端部近くには、凹み５０ａを有する。凹み５０ａには、マニホールド５０内のエアーを上方に向けて排出するためのエアーベント（通気孔）５２の開口が配置されている。
【００２０】
エアーベント５２は、凹み５０ａの内側から第２ダイブロック２０の上面（上側表面）に至る通路である。エアーベント５２の上側の端部には、ブッシュ５４（図６）が嵌挿されている。ブッシュ５４は、微細な多数の孔を有する焼結金属製である。孔のサイズは、例えば０．０２ｍｍである。エアーベント５２の上側の端部には、キャップ５６が取り付けられている。キャップ５６によって、ブッシュ５４の飛び出しを防いでいる。キャップ５６には貫通孔５６ａが設けられており、エアーベント５２を閉塞することはない。
【００２１】
マニホールド５０の上方（鉛直方向Ｙの他方）の面は、テーパー形状に傾斜している。具体的には、図５に示した正面視において、幅方向Ｚの両側から幅方向Ｚの中央に向かって上方に傾斜し、幅方向Ｚの真ん中で最も上方となるテーパー形状の傾斜面５０ｂを有する。傾斜面５０ｂは、図５におけるＢ−Ｂ線矢視断面においては、図６の一点鎖線で示す位置（Ｂ−Ｂ断面傾斜面）となる。傾斜面５０ｂは、図５におけるＣ−Ｃ線矢視断面においては、図６の２点鎖線で示す位置（Ｃ−Ｃ断面傾斜面）となる。
【００２２】
押出機１１０内で発生したエアーは、押出成形用ダイ１３０のマニホールド５０内に侵入するが、エアーベント５２、キャップ５６の貫通孔５６ａを通って押出成形用ダイ１３０の外側に排出される。
【００２３】
押出成形用ダイ１３０の上面には、複数のヒーター１５０が配置されている。ヒーター１５０によって、溶融膜材料が冷えることを抑制している。
【００２４】
以上のように構成された本実施形態の押出成形用ダイ１３０では、マニホールド５０にエアーベント５２が配置されていることから、押出成形用ダイ１３０内に混入したエアーをエアーベント５２から抜くことができる。また、エアーベント５２はマニホールド５０の上方の幅方向Ｚの中央に設けられ、マニホールド５０は上向きのテーパー形状の傾斜面５０ｂを有することから、エアーベント５２にエアーが集まり易い。したがって、本実施形態の押出成形用ダイ１３０によれば、エアーが溶融膜材料と共にリップ１３０ａから押し出されることを抑制することができ、高品質の高分子電解質積層フィルムを生成することができる。
【００２５】
前記実施形態では、エアーベント５２の開口をマニホールド５０内の凹み５０ａに設けていたが、これに換えて、凹み５０ａの下側に設ける構成としてよい。要は、エアーベント５２の開口は、マニホールドの上下方向の中央より上方であり、かつ幅方向Ｚにおいては中央である位置であれば、いずれの位置とすることもできる。
【００２６】
本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、前述した実施形態および各変形例における構成要素の中の、独立請求項で記載された要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１０…第１ダイブロック
１０ｈ…貫通孔
２０…第２ダイブロック
３０…シム
５０…マニホールド
５０ｂ…傾斜面
５２…エアーベント
５４…ブッシュ
５６…キャップ
５６ａ…貫通孔
１００…高分子電解質積層フィルム製造装置
１１０…押出機
１１２…シリンダ
１１４…ホッパー
１２０…アダプタ
１２０ｈ…連通孔
１２５…ブレーカプレート
１２７…フィルター
１３０…押出成形用ダイ
１３０ａ…リップ
１４０…冷却ロール
１５０…ヒーター
Ｙ…鉛直方向
Ｚ…幅方向
【図１】
2017128085.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2017128085.tif 000006
【図５】
2017128085.tif 000007
【図６】
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