(57)【要約】      （修正有）【課題】高分子電解質積層フィルムの製造で、ネックインやシワの発生を抑制する方法の提供。【解決手段】（ａ）基材フィルム１２をロール５４に接触させ、ロール５４を回転させて基材フィルム１２を搬送し、（ｂ）ロール５４上で搬送中の基材フィルム１２上に、加熱された高分子電解質フィルム１１をダイ３８から押し出して、基材フィルム１２と高分子電解質フィルム１１とを接触させ、（ｃ）基材フィルム１２に接触した高分子電解質フィルム１１を基材フィルム１２と共に搬送し高分子電解質フィルム１１に張力を加えて、基材フィルム１２と高分子電解質フィルム１１とを貼り合せ、（ｄ）基材フィルム１２に貼り合わされた高分子電解質フィルム１１を基材フィルム１２を介してロール５４で冷却する基材フィルム１２と高分子電解質フィルム１１とが貼り合わした高分子電解質積層フィルム１０を製造する方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材フィルムと高分子電解質フィルムとが貼り合わされた高分子電解質積層フィルムを製造する方法であって、
（ａ）前記基材フィルムをロールに接触させ、前記ロールを回転させながら前記基材フィルムを搬送する工程と、
（ｂ）前記ロール上で搬送させている前記基材フィルム上に、加熱された前記高分子電解質フィルムをダイから押し出して、前記基材フィルムと前記高分子電解質フィルムとを接触させる工程と、
（ｃ）前記基材フィルムに接触した前記高分子電解質フィルムを前記基材フィルムとともに搬送することによって前記高分子電解質フィルムに張力を加えて、前記基材フィルムと前記高分子電解質フィルムとを貼り合せる工程と、
（ｄ）前記基材フィルムに貼り合わされた前記高分子電解質フィルムを前記基材フィルムを介して前記ロールによって冷却する工程と、を含む、
製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子電解質積層フィルムの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基材フィルムに高分子電解質フィルムを貼り合わせた高分子電解質積層フィルムを製造する方法として、例えば、特許文献１記載の技術では、高分子電解質フィルムをダイからロール上に押し出してロールに接触させることにより冷却させ、その後、そのロールと他のロールとを用いて高分子電解質フィルムと基材フィルムと、を貼り合わせている。貼り合わせの際には、高分子電解質フィルムと基材フィルムとは、ロールとロールとの間で加圧される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２１６０９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１記載の技術では、高分子電解質フィルムと基材フィルムとは、ロールとロールとの間で加圧されるため、フィルムやロールの表面に凹凸がある場合には、加圧によってフィルムやロールの表面状態が反映されて、貼り合わされた高分子電解質積層フィルムにシワが発生する場合があった。また、ロールと高分子電解質フィルムとは剥離性が比較的よいため、ダイから押し出された高分子電解質フィルムが、ロール上で冷却されることによって幅方向に収縮する（ネックインする）場合があった。そのため、高分子電解質積層フィルムの製造において、シワやネックインの発生を抑制可能な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つ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】
本発明の一形態によれば、基材フィルムと高分子電解質フィルムとが貼り合わされた高分子電解質積層フィルムを製造する方法が提供される。この方法は、（ａ）前記基材フィルムをロールに接触させ、前記ロールを回転させながら前記基材フィルムを搬送する工程と；（ｂ）前記ロール上で搬送させている前記基材フィルム上に、加熱された前記高分子電解質フィルムをダイから押し出して、前記基材フィルムと前記高分子電解質フィルムとを接触させる工程と；（ｃ）前記基材フィルムに接触した前記高分子電解質フィルムを前記基材フィルムとともに搬送することによって前記高分子電解質フィルムに張力を加えて、前記基材フィルムと前記高分子電解質フィルムとを貼り合せる工程と；（ｄ）前記基材フィルムに貼り合わされた高分子電解質フィルムを前記基材フィルムを介して前記ロールによって冷却する工程と、を含む。このような形態の製造方法によれば、ロールとロールとの間で加圧をすることなく、基材フィルムと高分子電解質フィルムとを貼り合わせることができるので、高分子電解質積層フィルムにシワが発生することを抑制することができる。また、高分子電解質フィルムが、基材フィルムを介してロールによって冷却されるので、ロール上で直接高分子電解質フィルムが冷却される場合と比較して、高分子電解質積層フィルムにネックインが発生することを抑制することができる。
【０００７】
本発明は、上述した高分子電解質積層フィルムの製造方法以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、高分子電解質積層フィルムの製造装置などの形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】高分子電解質積層フィルムを示す説明図。
【図２】高分子電解質積層フィルムの製造方法に用いられる製造装置の概略構成図。
【図３】高分子電解質積層フィルムの製造方法を示す工程図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
Ａ．実施形態：
図１は、本発明の一実施形態としての高分子電解質積層フィルム１０の製造方法によって製造される高分子電解質積層フィルム１０を示す説明図である。図１に示すように、高分子電解質積層フィルム１０は、高分子電解質フィルム１１と、基材フィルム１２とが積層されたフィルムである。高分子電解質積層フィルム１０は、例えば燃料電池に用いられる。
【００１０】
高分子電解質フィルム１１は、フッ素系の高分子電解質が好ましく、例えば、パーフルオロスルホン酸ポリマであるナフィオン（登録商標）をフィルム状に成形したものである。高分子電解質フィルム１１としては、フッ素系の高分子電解質の他に、炭化水素系の高分子電解質を用いることもできる。高分子電解質フィルム１１の厚さは、例えば、１〜２０μｍの範囲内であり、本実施形態では高分子電解質フィルム１１の厚さは約４μｍである。基材フィルム１２は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素樹脂フィルムが好ましいが、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのポリエステルフィルムや、スーパーエンジニアリングプラスチックのフィルム等を用いることもできる。基材フィルム１２の厚さは、例えば、５〜８００μｍの範囲内であり、本実施形態では基材フィルム１２の厚さは約５００μｍである。
【００１１】
図２は、本発明の一実施形態としての高分子電解質積層フィルム１０の製造方法に用いられる製造装置１００の概略構成図である。図２には、相互に直交するＸＹＺ軸が図示されている。Ｙ軸方向は鉛直方向を示し、Ｘ軸方向は水平方向を示し、Ｚ軸方向は、Ｙ軸及びＸ軸に垂直な方向を示す。製造装置１００は、押出部３０と、貼り合わせ部５０と、を備える。
【００１２】
押出部３０は、押出ユニット３４と、Ｔダイ３８と、を備える。押出ユニット３４は、押出ユニット３４に投入され、加熱溶融された原料を混錬して、Ｔダイ３８へ送る。原料は、例えばフッ素系高分子電解質であるナフィオン（登録商標）ペレットが用いられる。Ｔダイ３８は、−Ｙ方向の先端にＺ軸に沿った直線状のスリット３９を有するダイである。Ｔダイ３８は、加熱されたフッ素系高分子電解質をスリット３９から押し出して、フィルム状に成形する。この成形されたフィルム状のフッ素系高分子電解質は、高分子電解質フィルム１１に相当する。
【００１３】
貼り合わせ部５０は、巻出ロール５１と、搬入ロール５２と、冷却ロール５４と、搬出ロール５６と、巻取ロール５８と、を備える。図２中の各ロールには、各ロールの回転軸が＋で示されている。回転軸は、Ｚ軸に沿った軸であり、各ロールは回転軸を中心に回転する。巻出ロール５１は、基材フィルム１２を所定の速度で搬入ロール５２へ向けて巻き出す。搬入ロール５２は、巻出ロール５１から巻き出された基材フィルム１２を冷却ロール５４上に搬入して、基材フィルム１２を冷却ロール５４に接触させる。
【００１４】
冷却ロール５４は、所定の速度で回転する駆動ロールである。冷却ロール５４は、図２の冷却ロール５４に付した矢印の向き（時計回り）に回転する。冷却ロール５４は、Ｔダイ３８のスリット３９よりも−Ｙ方向に配置されている。本実施形態では、冷却ロール５４とスリット３９とのＹ軸に沿った距離は約５０ｍｍであり、図２中に＋で示した冷却ロール５４の回転軸は、スリット３９の鉛直直下よりも巻出ロール５１側にずれている。冷却ロール５４には、冷媒としての水が循環されている。冷却ロール５４の表面温度は、図示しない温度調整機構によって冷媒の温度が調整されることにより、押し出された高分子電解質フィルム１１よりも低い温度に調整される。冷却ロール５４の表面温度は、例えば、室温より高い温度である。搬出ロール５６は、後述の製造方法によって製造された高分子電解質積層フィルム１０を巻取ロール５８に搬出する。巻取ロール５８は、搬出された高分子電解質積層フィルム１０を所定の速度で巻き取る。本実施形態では、これらのロールにより、高分子電解質積層フィルム１０が約１０ｍ／ｍｉｎの速度で搬送される。
【００１５】
図３は、高分子電解質積層フィルム１０の製造方法を示す工程図である。高分子電解質積層フィルム１０の製造では、まず、巻出ロール５１から巻き出された基材フィルム１２を冷却ロール５４に接触させて、冷却ロール５４を回転させながら基材フィルム１２を搬送する（ステップＳ１０）。本実施形態では、基材フィルム１２は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）であり、基材フィルム１２の厚さは、約５００μｍである。基材フィルム１２の温度は、図２に示す間隔ｄの間、すなわち、基材フィルム１２が冷却ロール５４に搬入されて基材フィルム１２上に加熱された高分子電解質フィルム１１が接触するまでの間に、予熱されて、冷却ロール５４の表面温度とほぼ等しい温度に達する。
【００１６】
次に、冷却ロール５４上で搬送させている基材フィルム１２上に、加熱された高分子電解質フィルム１１をＴダイ３８から押し出して、基材フィルム１２と高分子電解質フィルム１１とを接触させる（ステップＳ２０）。Ｔダイ３８のスリット３９から押し出された直後の高分子電解質フィルム１１の温度は約２００℃である。また、スリット３９から押し出された直後の高分子電解質フィルム１１の厚さは、約５００μｍである。なお、スリット３９のＺ方向の幅や、スリット３９と冷却ロール５４とのＹ方向に沿った距離を調整することにより、基材フィルム１２に接触する高分子電解質フィルム１１のＺ方向の幅を調整することができる。
【００１７】
次に、高分子電解質フィルム１１に接触した基材フィルム１２を高分子電解質フィルム１１とともに搬送し、張力によって高分子電解質フィルム１１と基材フィルム１２とを貼り合わせる（ステップＳ３０）。本実施形態では、スリット３９から高分子電解質フィルム１１が押し出される速度よりも、冷却ロール５４が基材フィルム１２を搬送する速度の方が大きいため、冷却ロール５４上に到達した高分子電解質フィルム１１には、冷却ロール５４の回転方向に張力が働く。この張力により、高分子電解質フィルム１１は冷却ロール５４を搬送される基材フィルム１２に貼り合わされる。また、この張力により、高分子電解質フィルム１１の厚さは、基材フィルム１２を搬送する冷却ロール５４上において、本実施形態においては約４μｍまで薄くなる。なお、この高分子電解質フィルム１１の厚さは、冷却ロール５４の回転速度（冷却ロール５４上を基材フィルム１２が搬送される速度）によって、調整することができる。
【００１８】
次に、基材フィルム１２に貼り合わされた高分子電解質フィルム１１を基材フィルム１２を介して冷却ロール５４によって冷却する（ステップＳ４０）。高分子電解質フィルム１１は、基材フィルム１２を介して冷却ロール５４によって冷却されることで、基材フィルム１２とＺ方向（幅方向）において固定される。このように高分子電解質フィルム１１と基材フィルム１２とが固定されることによって、高分子電解質積層フィルム１０が製造される。製造された高分子電解質積層フィルム１０は、冷却ロール５４から搬出ロール５６により搬出され、巻取ロール５８に巻き取られる。
【００１９】
以上のような本実施形態の高分子電解質積層フィルム１０の製造方法によれば、冷却ロール５４上で搬送させている基材フィルム１２上に、加熱された高分子電解質フィルム１１をＴダイ３８から押し出して、基材フィルム１２と高分子電解質フィルム１１とを接触させ、基材フィルム１２に接触した高分子電解質フィルム１１を基材フィルム１２とともに搬送することによって高分子電解質フィルム１１に張力を加えて、基材フィルム１２と高分子電解質フィルム１１とを貼り合せる。そのため、ロールとロールとの間で高分子電解質フィルム１１と基材フィルム１２とを加圧して貼り合わせることによるシワの発生を抑制することができる。また、一般的に、ロールとフィルムとは剥離性がよいために、冷却ロール５４に高分子電解質フィルム１１を押し出して、高分子電解質フィルム１１を冷却ロール５４に直接接触させた場合には、高分子電解質フィルム１１にネックインが発生するおそれがある。これは、高分子電解質フィルム１１が冷却ロール５４と密着せず、冷却ロール５４上で冷却されて幅方向に収縮するためである。しかし、以上で説明した本実施形態の高分子電解質積層フィルム１０の製造方法によれば、加熱された高分子電解質フィルム１１が基材フィルム１２を介して冷却ロール５４によって冷却されて、基材フィルム１２と幅方向に固定されるため、冷却ロール５４上で直接高分子電解質フィルムが冷却される場合と比較して、高分子電解質フィルム１１におけるネックインの発生を抑制することができる。そのため、高分子電解質積層フィルム１０にネックインが発生することを抑制することができる。
【００２０】
なお、ロールとロールとの間で高分子電解質フィルム１１と基材フィルム１２とを加圧して貼り合わせる場合には、高分子電解質フィルム１１と基材フィルム１２とを加圧する圧力を減少させてシワを軽減させる工程が行われる場合がある。しかし、本実施形態の高分子電解質積層フィルム１０によれば、このような工程が削減されるので、高分子電解質積層フィルム１０の製造にかかる手間や時間を削減することができる。また、工程数や製造設備を増加させることなく、簡易な構成の製造装置１００により高分子電解質積層フィルム１０を製造することができる。
【００２１】
また、Ｔダイ３８のスリット３９から製造直後に最初に高分子電解質フィルム１１を押し出す際には、押し出された高分子電解質フィルム１１は、自重によりその厚さが例えば約２０００μｍまで厚くなる。厚い高分子電解質フィルム１１と基材フィルム１２とをロールとロールとの間で加圧して貼り合わせる場合には、シワがより発生しやすい。さらに、高分子電解質フィルム１１が厚い場合には、高分子電解質フィルム１１と基材フィルム１２とを加圧する圧力を減少させても、シワは軽減しにくい。製造された高分子電解質積層フィルム１０のうち、シワが発生している箇所は、製品不良となる。しかし、本実施形態の高分子電解質積層フィルム１０の製造方法では、ロールとロールとの間で加圧せずに、高分子電解質フィルム１１と基材フィルム１２とを貼り合わせるので、Ｔダイ３８のスリット３９から最初に押し出された比較的厚い高分子電解質フィルム１１と、基材フィルム１２と、が貼り合わされた場合においても、シワの発生を低減させることができ、高分子電解質積層フィルム１０の製品不良となる箇所を低減させることができる。
【００２２】
また、例えば、１〜２０μｍの範囲内のような薄い高分子電解質フィルム１１では、高分子電解質フィルム１１をロールや基材フィルム１２に接触させないで空気中を搬送し、その後基材フィルム１２と貼り合わせると、高分子電解質フィルム１１の搬送中にシワが発生するおそれがある。しかし、本実施形態の高分子電解質積層フィルム１０の製造方法では、高分子電解質フィルム１１を基材フィルム１２を搬送するロール上に押し出して冷却ロール５４を回転させて高分子電解質フィルム１１と基材フィルム１２とを貼り合わせるため、高分子電解質フィルム１１の搬送中におけるシワの発生を抑制できる。そのため、貼り合わされた高分子電解質積層フィルム１０におけるシワの発生を抑制できる。
【００２３】
Ｂ．変形例：
Ｂ１．変形例１：
上記実施形態では、冷却ロール５４の表面温度は４０℃であるが、冷却ロール５４の表面温度は、４０℃〜１００℃の範囲のいずれかの値であってもよいし、４０℃〜７０℃の範囲のいずれかの値であってもよい。
【００２４】
Ｂ２．変形例２：
上記実施形態の製造装置１００において、巻出ロール５１と冷却ロール５４との間にさらに、基材フィルム１２の温度を調整可能なロールを少なくとも一つ以上設け、基材フィルム１２を該ロールによって搬送させてもよい。すなわち、基材フィルム１２の温度を調整可能なロールは、複数であってもよい。こうすることにより、加熱された高分子電解質フィルム１１が基材フィルム１２上に押し出されるまでに、基材フィルム１２を冷却ロールの表面の温度により近づけることができるので、基材フィルム１２を介して高分子電解質フィルム１１をより冷却することができる。また、こうすることにより、例えば、基材フィルム１２が比較的厚い場合や、基材フィルム１２の温度が比較的高い場合においても、加熱された高分子電解質フィルム１１が、基材フィルム１２上に押し出されるまでに、基材フィルム１２を冷却ロールの表面の温度により近づけることができる。そのため、高分子電解質フィルム１１を基材フィルム１２により固定でき、ネックインの発生をより抑制することができる。
【００２５】
Ｂ３．変形例３：
上記実施形態では、冷却ロール５４に循環させる冷媒として水を用いているが、冷媒は、オイル等の任意の冷却液を利用することができる。
【００２６】
上記実施形態では、本発明の特徴を示す上で必要な構成のみを示して説明したが、これらの構成要素のみに限定されるものではなく、各ロールの回転速度を制御して１０の搬送速度を調整する搬送速度調整機構や、搬送張力調整機構等の実際の装置構成上望ましい種々の構成要素を適用することが可能である。
【００２７】
本発明は、上述の実施形態や実施例、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、実施例、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、前述した実施形態及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】
【００２８】
１０…高分子電解質積層フィルム
１１…高分子電解質フィルム
１２…基材フィルム
３０…押出部
３４…押出ユニット
３８…Ｔダイ
３９…スリット
５０…貼り合わせ部
５１…巻出ロール
５２…搬入ロール
５４…冷却ロール
５６…搬出ロール
５８…巻取ロール
１００…製造装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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