JP2018122974A

JP2018122974A - 帯状の部材の貼り合わせ方法、および、帯状の部材の貼り合わせ装置

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Publication number: JP2018122974A
Application number: JP2017017349A
Authority: JP
Inventors: 将典相武; Masanori Aitake; 直弘三谷; Naohiro Mitani
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-02-02
Filing date: 2017-02-02
Publication date: 2018-08-09
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Abstract

【課題】帯状の部材の貼り合わせにおいてシワの発生を抑制する技術を提供する。
【解決手段】長尺の帯状の第１部材を、前記第１部材の長手方向に搬送する。搬送されていく前記第１部材に対して、短手方向における両端部が解放されている状態で配置され、前記短手方向における幅が前記第１部材の短手方向における幅よりも広い長尺の帯状の第２部材を、前記第１部材の前記短手方向と前記第２部材の前記短手方向とが揃い、前記第１部材の前記短手方向における両端部が、前記第２部材の前記両端部によって、前記第２部材の前記短手方向に挟まれるように、貼り合わせ、前記第１部材に貼り合わされた前記第２部材を、搬送されている前記第１部材に追従させて搬送させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、帯状の部材の貼り合わせ方法、および、帯状の部材の貼り合わせ装置に関する。

従来から、長尺の帯状の第１部材と長尺の帯状の第２部材とを貼り合わせる種々の方法および装置が提案されている（例えば、下記の特許文献１，２等）。下記特許文献１には、偏光板保護フィルム等の光学フィルムの表面に保護フィルムを貼り合わせる複層フィルムの製造装置が開示されている。下記特許文献２には、押出機のダイから押し出されたポリカーボネートシートにアクリルシートを圧着させるラミネートシートの製造方法が開示されている。

特開２０１５−０２４５８６号公報特開平６−２７０２２５号公報

２つの帯状の部材を貼り合わせる場合には、通常、上記の特許文献１，２に開示されているように、各部材にシワが生じないように、各部材に張力を掛け、それぞれを広げた状態で搬送して貼り合わせる。しかしながら、貼り合わせの前に各部材に掛けられる張力が過度に大きい場合には、貼り合わせ後に、一方の部材の収縮などによって剥離が生じ、シワが生じてしまう場合がある。一方、貼り合わせの前に各部材に掛けられる張力を過度に小さくした場合には、部材が弛んで、貼り合わせの際にシワが生じてしまう場合がある。

このように、帯状の部材の貼り合わせにおいて、シワの発生を抑制する技術については依然として改良の余地がある。特に、燃料電池の製造工程においては、電解質膜をはじめとする強度の低い種々の帯状部材を貼り合わせる場合があるため、そうした技術の改善に対する要望が大きい。

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。

［１］本発明の第１形態によれば、長尺の帯状の第１部材と長尺の帯状の第２部材とを貼り合わせる方法が提供される。この形態の方法は、前記第１部材を、前記第１部材の長手方向に搬送する搬送工程と；搬送されている前記第１部材に対して、短手方向における両端部が解放されている状態で配置され、前記短手方向における幅が前記第１部材の短手方向における幅よりも広い前記第２部材を、前記第１部材の前記短手方向と前記第２部材の前記短手方向とが揃い、前記第１部材の前記短手方向における両端部が、前記第２部材の前記両端部によって、前記第２部材の前記短手方向に挟まれるように、貼り合わせ、前記第１部材に貼り合わされた前記第２部材を、搬送されている前記第１部材に追従させて搬送させる貼合工程と、を備える。
この形態の方法によれば、第１部材と第２部材との貼り合わせの際に第２部材にかかる張力を低減しつつ、貼り合わせ後の帯状の部材にシワが生じてしまうことを抑制できる。

［２］上記形態の方法において、前記貼合工程は、前記第２部材を、前記短手方向に沿った中心軸の周りに巻いたロールを構成した状態で配置し、前記ロールの最外層に位置する前記第２部材を、前記第１部材に貼り合わせ、前記第１部材に貼り合わされた前記第２部材を、前記第１部材に追従させて、前記ロールから引き出して搬送する工程であってよい。
この形態の方法によれば、第１部材に貼り合わせられる前の第２部材に、搬送方向に反する方向への張力がかかることを抑制できる。また、第２部材を、第１部材に追従させて円滑に繰り出すことができる。

［３］上記形態の方法において、前記貼合工程では、前記第１部材は、前記第２部材が貼り合わされる面とは反対側の面を被覆する帯状の膜部材が貼付された状態で搬送されてよい。
この形態の方法によれば、第１部材が膜部材によって支持されるため、第１部材の弛みによるシワの発生が抑制される。

［４］上記形態の方法において、前記膜部材の短手方向における幅は、前記第２部材の前記短手方向における幅よりも大きくてよい。
この形態の方法によれば、第１部材と第２部材との貼り合わせ後に、膜部材によって第２部材の両端部を保護することができる。

［５］上記形態の方法において、前記第１部材は、加水分解によってイオン伝導性が付与されていない燃料電池用電解質膜の前駆体によって構成され；前記第２部材は、前記前駆体が入り込む細孔を有する多孔質部材によって構成され；前記膜部材は、フッ素系の樹脂フィルムによって構成されてよい。
この形態の方法によれば、燃料電池用電解質膜の前駆体を、フッ素系の樹脂フィルムに支持させた状態で、多孔質部材を貼り合わせることができるため、燃料電池用電解質膜の前駆体にシワが発生することが抑制される。また、加工後の膜部材の剥離が容易化される。

［６］上記形態の方法において、前記第１部材の前記両端部をそれぞれ第１端部と第２端部とし、前記第２部材の前記両端部のうち、前記第１端部と対応する端部を第３端部とし、前記第２端部に対応する端部を第４端部とするとき、前記第１端部と前記第３端部の間の距離と、前記第２端部と前記第４端部との間の距離と、はそれぞれ、１０ｍｍ以上であってよい。
この形態の方法によれば、第２部材の両端部をそれぞれ、第１部材の端部から十分に離間させることができるため、第２部材の端部が第１部材の端部に近い位置に位置することに起因にして、第２部材が第１部材から剥離してしまうことが抑制される。

［７］上記形態の方法において、前記第１端部と前記第３端部の間の距離と、前記第２端部と前記第４端部との間の距離と、はそれぞれ、２０ｍｍ以上であってよい。
この形態の方法によれば、第２部材の両端部を、第１部材の端部から、さらに離間させることができるため、第２部材の端部が第１部材の端部に近い位置に位置することに起因にして第２部材が第１部材から剥離してしまうことが、さらに抑制される。

［８］本発明の第２形態によれば、長尺の帯状の第１部材と長尺の帯状の第２部材とを貼り合わせる装置が提供される。この形態の装置は、前記第１部材を、前記第１部材の長手方向に搬送する搬送部と；前記搬送部によって搬送されている前記第１部材に対して、短手方向における両端部が解放されている状態で配置され、前記短手方向における幅が前記第１部材の短手方向における幅よりも広い前記第２部材を、前記第１部材の前記短手方向と前記第２部材の前記短手方向とが揃い、前記第１部材の前記短手方向における両端部が、前記第２部材の前記両端部によって、前記第２部材の前記短手方向に挟まれるように、貼り合わせ、前記搬送部によって搬送されている前記第１部材に追従させて前記第２部材を送り出す貼合部と；を備える。
この形態の装置によれば、貼り合わせ後の帯状の部材にシワが生じてしまうことを抑制できる。

上述した本発明の各形態の有する複数の構成要素はすべてが必須のものではなく、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、適宜、前記複数の構成要素の一部について、その変更、削除、新たな他の構成要素との差し替え、限定内容の一部削除を行うことが可能である。また、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、上述した本発明の一形態に含まれる技術的特徴の一部又は全部を上述した本発明の他の形態に含まれる技術的特徴の一部又は全部と組み合わせて、本発明の独立した一形態とすることも可能である。

本発明は、帯状の部材の貼り合わせ方法や、帯状の部材の貼り合わせ装置以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、その貼り合わせ方法を用いて製造される燃料電池用電解質膜などの帯状部材の製造方法や製造装置、貼り合わせ装置や製造装置の制御方法、貼り合わせ方法や装置の制御方法を実現するコンピュータープログラム、そのコンピュータープログラムを記録した一時的でない記録媒体等の形態で実現することができる。

第１実施形態で作製される燃料電池用の電解質膜の構成を示す概略断面図。電解質膜の製造工程を示すフロー図。貼合装置の構成を示す概略図。第１部材の概略断面図。二層積層部材の概略断面図。離間距離とシワの発生数との関係についての実験結果を示す説明図。三層積層部材の概略断面図。複合部材の概略断面図。燃料電池の構成を示す概略断面図。第２実施形態の貼り合わせ方法で作製される二層積層部材を示す概略断面図。第３実施形態における貼合装置の構成を示す概略図。

A．第１実施形態：
図１は、燃料電池用の電解質膜１０の構成を示す概略断面図である。電解質膜１０は、後述する第１実施形態としての貼り合わせ方法の工程を経て作製される。電解質膜１０は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す電解質樹脂の薄膜である。電解質膜１０は、反応ガスとして水素と酸素の供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池に用いられる。

本実施形態では、電解質膜１０を構成する電解質樹脂は、フッ素系のイオン交換樹脂である。電解質樹脂は、例えば、ナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ：登録商標）など、側鎖末端に、イオン交換基である−ＳＯ_３Ｈ基を有するパーフルオロスルホン酸ポリマーが採用される。

電解質膜１０は、いわゆる補強型電解質膜であり、電解質樹脂のみで構成される第１電解質層１２および第２電解質層１３の間に補強層１１が設けられている。補強層１１は、細孔を有する膜状の多孔質部材を包含している。多孔質部材は、細孔が三次元的に絡み合った三次元網目構造を有するフッ素系樹脂などの樹脂材料によって構成される。多孔質部材の細孔には電解質樹脂が充填されている。多孔質部材を構成する樹脂材料については後述する。電解質膜１０では、補強層１１を有することによって、薄型化による強度の低下が抑制される。

図２は、電解質膜１０の製造工程を示すフロー図である。この製造工程では、工程１，２において、第１実施形態としての貼り合わせ方法が実行される。図３は、工程１，２で用いられる貼合装置２０の構成を示す概略図である。以下では、まず、図３を参照して、貼合装置２０の構成を説明した後、工程１，２の内容を説明する。

貼合装置２０は、供給部２１と、搬送部２２と、貼合部２５と、を備える。貼合装置２０は、供給部２１から繰り出される長尺の帯状の第１部材３１を、搬送部２２によって、その長手方向に連続搬送しつつ、貼合部２５において、第１部材３１の第１面３１ａに、長尺の帯状の第２部材３２を貼り合わせる。

第１部材３１は、燃料電池用電解質膜の前駆体であり、加水分解によりイオン伝導性（プロトン伝導性）が付与される前の電解質樹脂の前駆体によって構成される。第２部材３２は、補強層１１に含まれる上述の多孔質部材によって構成される。第２部材３２は、例えば、樹脂材量の押出成形によって形成された生テープを、同時二軸延伸機などによって延伸し、焼成することによって作製される。第２部材３２を構成する樹脂材料としては、フッ素系樹脂であるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）や、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などが採用される。本実施形態では、第１部材３１の第１面３１ａとは反対側の面３１ｂは、膜部材３３によって被覆されている（詳細は後述）。

供給部２１は、第１部材３１を搬送部２２に繰り出す。供給部２１には、第１部材３１がロール状に巻かれたロールである第１ロール３１ｒが設置されている。第１部材３１は、搬送部２２が第１部材３１に付与する搬送力によって、供給部２１から、長手方向に引き出される。

搬送部２２は、第１部材３１を、その長手方向に搬送する。搬送部２２は、第１部材３１の搬送路を形成する複数の搬送ローラーと、当該搬送ローラーを駆動するモーター（図示は省略）と、によって構成される。搬送部２２は、モーターが発生させる搬送力によって第１部材３１を搬送する。搬送部２２は、第１部材３１を、搬送方向に予め決められた目標張力に応じた張力がかかった状態で、予め決められた目標値に応じた搬送速度で搬送し、貼合部２５を通過させる。

図４は、図３に示される４−４切断における第１部材３１を示す概略断面図である。図４は、貼合部２５の手前での第１部材３１の状態を例示している。上述したように、本実施形態では、第１部材３１における第１面３１ａの反対側の第２面３１ｂは、長尺の帯状の膜部材３３によって被覆されている。膜部材３３は、第１部材３１を支持するバックシートとして機能する。第１部材３１は、予め準備された膜部材３３の上に、押出成形機によって、電解質樹脂の前駆体を成膜することによって作製されてよい。

膜部材３３は、例えば、第１部材３１に密着するとともに、剥離が容易な部材によって構成されることが望ましい。本実施形態では、膜部材３３は、フッ素系樹脂の樹脂フィルムによって構成される。膜部材３３は、第１部材３１の第２面３１ｂの全体を被覆していることが望ましい。本実施形態では、膜部材３３は、第１部材３１の短手方向における幅Ｗ１と同じ幅を有している。

貼合装置２０の貼合部２５（図３）は、搬送部２２によって搬送されている第１部材３１の第１面３１ａに、第２部材３２を貼り合わせる。本実施形態では、貼合部２５は、ロール保持部２６を備える。ロール保持部２６は、モーターの駆動力によって伸縮するアーム２７を有し、アーム２７の先端部に、第２部材３２によって構成されている第２ロール３２ｒが取り付けられる。

第２ロール３２ｒは、第２部材３２を、第２部材３２の短手方向に沿った中心軸ＣＸのまわりに、ロール状に巻いて構成したロールである。第２ロール３２ｒでは、第２部材３２は、その短手方向における両端部が拘束されることなく解放されている状態で保持されている。貼合部２５では、第２部材３２は、第２ロール３２ｒを構成している状態でセットされる。つまり、第２部材３２は、貼合部２５において、その短手方向に張力がなるべく生じないように、その短手方向における両端部が解放されている状態で配置される。

第２ロール３２ｒは、第２部材３２の短手方向が、搬送部２２によって搬送されていく第１部材３１の短手方向と揃い、第２ロール３２ｒが回転して第２部材３２が繰り出される方向が、第１部材３１の搬送方向に一致するようにアーム２７に取り付けられる。アーム２７は、第２ロール３２ｒを、中心軸ＣＸを中心として回転可能な状態で保持する。

ロール保持部２６は、アーム２７を伸長させて、搬送部２２によって長手方向に張り渡された状態で搬送されている第１部材３１の第１面３１ａに、第２ロール３２ｒの側面を接触させる。ロール保持部２６は、少なくとも、第２ロール３２ｒが接触する前よりも第１部材３１が押し上げられるまで、第２ロール３２ｒを変位させる。これによって、第１部材３１が第２ロール３２ｒの側面に巻き掛かり、第１部材３１と第２ロール３２ｒの最外層に位置する第２部材３２とが面接触する。そして、第１部材３１の張力によって、第１部材３１が第２ロール３２ｒの第２部材３２に押し付けられる押圧力ＰＰが生じ、第１部材３１に第２部材３２が貼り付く。貼合装置２０は、アーム２７を伸長させる長さを調整することによって、押圧力ＰＰを変化させて、第１部材３１に対する第２部材３２の密着力を調整することができる。

ここで、貼合部２５において、第２ロール３２ｒの中心軸ＣＸ方向に見たときに、第１部材３１が搬送される上で第１部材３１と第２ロール３２ｒとの接触が開始される位置を示す点を接触開始点Ｃ１とする。また、第２ロール３２ｒからの第２部材３２の剥離が開始される位置を示す点を接触終了点Ｃ２とする。このとき、接触開始点Ｃ１と第２ロール３２ｒの中心軸ＣＸとを結ぶ仮想線Ｌ１と、接触終了点Ｃ２と第２ロール３２ｒの中心軸ＣＸとを結ぶ仮想線Ｌ２とに挟まれている第１部材３１が描く円弧の中心角θを「貼合範囲角θ」と呼ぶ。貼合範囲角θは、貼合部２５において第１部材３１と第２部材３２とを貼り合わせるための押圧力ＰＰが付与される範囲を表す。貼合装置２０では、アーム２７を伸長させる長さを調整して、貼合範囲角θを変化させることによって、第１部材３１に対する第２部材３２の密着力を調整することが可能である。

本実施形態では、貼合部２５は、一対の支持ローラー２９を備えている。当該一対の支持ローラー２９は、第１部材３１の第２面３１ｂ（図４）側において、第２ロール３２ｒを第１部材３１の搬送方向に挟むように設置される。支持ローラー２９が第２面３１ｂ側から第１部材３１を支持することによって、第２ロール３２ｒが第１部材３１から受ける押圧力ＰＰが高められ、第１部材３１に対する第２部材３２の密着力が高められる。貼合装置２０では、第２ロール３２ｒに対する各支持ローラー２９の位置を調整することによって、押圧力ＰＰや貼合範囲角θを調整することが可能である。なお、一対の支持ローラー２９は省略されてもよい。

第１部材３１に貼り合わされた第２部材３２は、搬送部２２によって付与される第１部材３１の搬送力によって、第２ロール３２ｒから送り出され、貼合部２５よりも下流へと搬送される。以下、第１部材３１と第２部材３２とが貼り合わされた積層部材を「二層積層部材３４」とも呼ぶ。本実施形態では、貼合装置２０における貼合部２５の下流には、当該二層積層部材３４に、後述する第３部材を貼り合わせる第２の貼合部が設けられている（図示および詳細な説明は省略）。なお、貼合部２５の下流には、第２の貼合部の代わりに、二層積層部材３４を巻き取る巻取部（図示は省略）が設けられてもよい。

工程１，２（図２）を説明する。工程１は、第１部材３１の搬送工程である。工程１では、第１部材３１が、搬送部２２によって貼合部２５を通過するように、その長手方向に搬送される。工程２は、搬送されている第１部材３１に、第２部材３２を貼り合わせる貼合工程である。工程２では、搬送部２２に第１部材３１の搬送を開始させた後に、上述したように、ロール保持部２６のアーム２７を伸長させて、第２ロール３２ｒを第１部材３１に押し付け、第１部材３１に第２部材３２を貼り付かせる。そして、第１部材３１に貼り合わされた第２部材３２は、搬送部２２に搬送されている第１部材３１に追従して下流側へと搬送される。

このように、工程２では、第２部材３２は、第２ロール３２ｒに巻かれた状態のまま、第１部材３１に貼り合わされている。つまり、第２部材３２は、第１部材３１に貼り合わされる前には、長手方向に張り渡された状態にはされておらず、第１部材３１に貼り合わされる前の第２部材３２に長手方向の張力が抑制された状態で配置されている。本実施形態において、「張り渡される」状態とは、長尺の可撓性を有する部材が水平方向に離間した二点において支持されている状態を意味し、単に配置されている状態とは区別される。従って、そうした長手方向における張力に起因して第２部材３２が短手方向に収縮してしまう、いわゆるネックインの発生が抑制される。

また、第２ロール３２ｒでは、上述したように、第２部材３２の短手方向における両端部が解放されている。これによって、第１部材３１に貼り合わされる前の第２部材３２に、第２部材３２を短手方向に広げるための張力がかかってしまうことが抑制されている。そのため、貼り合わせ前に第２部材３２に生じていた張力に起因する残留応力が、二層積層部材３４において生じてしまうことが抑制される。よって、そうした張力に起因する二層積層部材３４における第１部材３１と第２部材３２との剥離が抑制され、二層積層部材３４におけるシワの発生が抑制される。

図５は、図３に示される５−５切断における二層積層部材３４を示す概略断面図である。第２部材３２の短手方向における幅Ｗ２は、第１部材３１の短手方向における幅Ｗ１よりも大きい（Ｗ２＞Ｗ１）。工程２では、貼合部２５において、第１部材３１と第２部材３２とは、第１部材３１の短手方向における両端部ｅ１，ｅ２が、第２部材３２の両端部ｅ３，ｅ４によって、第２部材３２の短手方向に挟まれるように位置合わせされた状態で貼り合わされる。これによって、第２部材３２の両端部ｅ３，ｅ４が、二層積層部材３４の短手方向において、第１部材３１の両端部ｅ１，ｅ２の外側に延出し、第２部材３２の両端部ｅ３，ｅ４を第１部材３１から離間させることができる。

ここで、第２部材３２の両端部ｅ３，ｅ４は、第２部材３２が第１部材３１に貼り合わされるまでに、静電気によって帯電してしまう場合がある。そうした静電気によって、第２部材３２の両端部ｅ３，ｅ４が第１部材３１から離れる方向に働く力が生じる場合がある。また、第２部材３２の両端部ｅ３，ｅ４には、第２部材３２の裁断加工などにおいて、バリや毛羽立ち、細孔の潰れなど、構造上の変形・劣化が生じてしまう可能性がある。そうした第２部材３２の両端部ｅ３，ｅ４における構造上の変形・劣化は、第１部材３１に対する第２部材３２の両端部ｅ３，ｅ４の密着力の低下を生じさせる場合がある。これに対して、上記のように、工程２では、第２部材３２の両端部ｅ３，ｅ４が第１部材３１から離間した状態で、第１部材３１と第２部材３２とが貼り合わされる。従って、そうした第２部材３２の両端部ｅ３，ｅ４に生じている静電力や構造上の変形・劣化に起因して、第１部材３１から第２部材３２が剥離してしまうことが抑制される。

第１部材３１の両端部ｅ１，ｅ２をそれぞれ、「第１端部ｅ１」、「第２端部ｅ２」と呼ぶ。また、第２部材の両端部ｅ３，ｅ４をそれぞれ、「第３端部ｅ３」、「第４端部ｅ４」と呼ぶ。第１部材３１の第１端部ｅ１と、第２部材３２の第３端部ｅ３とは、二層積層部材３４の短手方向における一方の端部側に位置している。第１部材３１の第２端部ｅ２と、第２部材３２の第４端部ｅ４とは、二層積層部材３４の短手方向における他方の端部側に位置している。

第１端部ｅ１と第３端部ｅ３との間の距離を離間距離Ｄ１とし、第２端部ｅ２と第４端部ｅ４との間の距離を離間距離Ｄ２とする。離間距離Ｄ１，Ｄ２はそれぞれ、第２部材３２の各端部ｅ３，ｅ４が、第１部材３１から短手方向に延び出ている長さを示す。ここで、離間距離Ｄ１，Ｄ２はそれぞれ、１０ｍｍ以上であることが望ましい。これによって、第２部材３２の両端部ｅ３，ｅ４を、第１部材３１の両端部ｅ１，ｅ２から、十分に離間させることができ、第１部材３１からの第２部材３２の剥離が抑制される。離間距離Ｄ１，Ｄ２はそれぞれ、２０ｍｍ以上であることが、より好ましい。これによって、第１部材３１からの第２部材３２の剥離が、さらに抑制される。本実施形態では、離間距離Ｄ１，Ｄ２はいずれも、２０ｍｍ以上の値に設定されている。本実施形態では、離間距離Ｄ１，Ｄ２はほぼ同じ値としている。ただし、離間距離Ｄ１，Ｄ２は互いに異なる値に設定されてもよい。

離間距離Ｄ１，Ｄ２は、第２部材３２の両端部ｅ３，ｅ４が支持されていないことによって二層積層部材３４の搬送時にシワが生じない程度の長さに設定されていることが望ましい。離間距離Ｄ１，Ｄ２は、例えば、１００ｍｍ以下であるとしてもよい。

図６は、離間距離Ｄ１，Ｄ２と二層積層部材３４におけるシワの発生数との関係についての実験結果を示す説明図である。本発明の発明者は、離間距離Ｄ１，Ｄ２と二層積層部材３４におけるシワの発生数との関係を調査するために、上述した工程１，２によって作製される二層積層部材３４のサンプルＳ０１〜Ｓ０４を以下のように作製した。各サンプルＳ０１〜Ｓ０４は、離間距離Ｄ１，Ｄ２が異なっている点以外は、ほぼ同じ条件で作製された。

［各サンプルの作製条件の概要］
（１）第１部材３１：
第１部材３１は、電解質樹脂の前駆体を、押出成形にて、バックシートとしての膜部材３３の上に成膜した単層の薄膜として作製した。電解質樹脂の前駆体の側鎖末端は、−ＳＯ_２Ｆであり、そのイオン交換容量（ＩＥＣ；ｉｏｎＥｘｃｈａｎｇｅｃａｐａｃｉｔｙ）は、１．３〜１．８ｍｅｇ／ｇであった。第１部材３１の厚みは、厚み２〜２０μｍ程度とした。第１部材３１の幅Ｗ１は、３００〜６００ｍｍ程度とした。膜部材３３は、フッ素系樹脂によって作製した。

（２）第２部材３２：
第２部材３２は、ＰＴＦＥファインパウダーのペーストを押出成形し、圧延処理を施した生テープを、同時二軸延伸機において延伸・焼成して作製した。第２部材３２の厚みは、１〜５μｍ程度とし、その気孔率は、４０〜６０％程度とした。気孔率は、第２部材３２の重量比と厚みとから求めた値である。第２部材３２の幅Ｗ２は、３００〜６００ｍｍ程度とした。

（３）貼合工程の条件：
・第１部材３１の搬送張力：０．１〜０．８ＭＰａ
・第１部材３１の搬送速度：５〜１５ｍ／分
・貼合範囲角θ：１０〜１００°
・押圧力ＰＰ：０．０５〜０．４ＭＰａ

図６の表における離間距離Ｄ１，Ｄ２の値は、第２部材３２の両端部ｅ３，ｅ４が、第１部材３１の両端部ｅ１，ｅ２より内側に位置しているときがマイナスである。また、第２部材３２の両端部ｅ３，ｅ４が、第１部材３１の両端部ｅ１，ｅ２より外側に位置しているときをプラスである。シワの検出数は、長さ２０ｍの二層積層部材３４において生じているシワを目視によって計数した値である。

この実験結果に示されているように、離間距離Ｄ１，Ｄ２が大きくなるほど、検出されたシワの数が低減された。離間距離Ｄ１，Ｄ２が０ｍｍであるサンプルＳ０２では、シワの検出数が４本であったのに対して、離間距離Ｄ１，Ｄ２が１０ｍｍ以上であるサンプルＳ０３では、シワの検出数が１本であった。このように、離間距離Ｄ１，Ｄ２が０ｍｍより大きい方が、シワの検出数が明らかに減少している。

また、離間距離Ｄ１，Ｄ２が１０ｍｍ以上であるサンプルＳ０３では、シワの検出数が１本であり、離間距離Ｄ１，Ｄ２が２０ｍｍ以上であるサンプルＳ０３では、シワの検出数が０本である。この結果から、離間距離Ｄ１，Ｄ２が１０ｍｍ以上であることが好ましく、２０ｍｍ以上であることがより好ましいことがわかる。

図７を参照して、図２の工程３を説明する。図７は、工程３において作製される三層積層部材３６の概略断面図である。工程３では、工程１，２で作製された二層積層部材３４の第２部材３２側の面に、第３部材３５が貼り付けられて三層積層部材３６が作製される。第３部材３５は、加水分解によりイオン伝導性が付与される前の電解質樹脂の前駆体によって構成される長尺の帯状部材である。工程３では、第３部材３５を長手方向に搬送しつつ、押圧ローラー（図示は省略）によって二層積層部材３４に押し付けて貼り合わされる。

本実施形態では、第３部材３５は、第１部材３１と同じ電解質樹脂によって構成されている。また、第３部材３５の短手方向における幅や厚みは、第１部材３１と同じである。なお、第３部材３５を構成する電解質樹脂の前駆体は、異なる電解質樹脂の前駆体であってもよいし、第３部材３５の短手方向における幅や厚みは、第１部材３１と異なっていてもよい。本実施形態では、第３部材３５の第２部材３２に貼り合わされる面とは反対側の面は、第１部材３１と同様に、膜部材３３によって被覆されている。

図８を参照して、図２の工程４を説明する。図８は、工程４において作製される複合部材３８の概略断面図である。工程４では、工程３で作製された三層積層部材３６を押圧して、三層積層部材３６（図７）を構成する各部材３１，３２，３５を一体化することによって、複合部材３８が作製される。工程４では、第２部材３２の全体に、電解質樹脂の前駆体が行き渡るように、第２部材３２の細孔に、第１部材３１および第３部材３５を構成する電解質樹脂の前駆体を入り込ませる。本実施形態の工程４では、押圧ローラー（図示は省略）によって、三層積層部材３６をその積層方向に押圧することによって複合部材３８が作製される。

工程５では、複合部材３８に対して加水分解処理をおこなってプロトン伝導性を付与して、電解質膜１０を得る。加水分解処理は、例えば、以下のようにおこなわれる。複合部材３８を、アルカリ溶液に浸漬させ、電解質樹脂の前駆体が有する側鎖端末である−ＳＯ_２Ｆ基を−ＳＯ_３Ｎａ基に変性させる。そして、複合部材３８を水洗した後に、酸性溶液に浸漬させて、前段階で変性された−ＳＯ_３Ｎａ基を、−ＳＯ_３Ｈ基へと変性させる。以上の工程によって、燃料電池用の電解質膜１０が完成する。

図９は、電解質膜１０が用いられる燃料電池５０の構成を示す概略断面図である。燃料電池５０の製造工程では、電解質膜１０の両面に、ガス拡散性を有する電極層５１が配置されて膜電極接合体５５が作製される。各電極層５１は、例えば、発電反応を促進するための触媒粒子が担持された導電性材料によって構成される。触媒としては、例えば、白金（Ｐｔ）が採用される。導電性材料としては、例えば、カーボンが採用される。次に、膜電極接合体５５を、セパレータ５６によって両面から挟む。これによって、燃料電池５０が構成される。セパレータ５６は、例えば、金属板によって構成される。

セパレータ５６の膜電極接合体５５側の面には、対向する電極層５１に反応ガスを行き渡らせるための流路溝５７が形成されていてもよい。セパレータ５６と、それに対向する電極層５１との間には、反応ガスを電極層５１の面に沿った方向に拡散させつつ流す流路部材が配置されてもよい。膜電極接合体５５の外周端部には、燃料電池５０の外部への反応ガスのリークを防止するためのシール部材が設けられてもよい（図示が省略）。

以上のように、本実施形態の工程１，２の貼り合わせ方法およびその方法を実行する貼合装置２０によれば、第２部材３２になるべく張力が生じないようにした状態で、第２部材３２が第１部材３１に貼り合わされる。そのため、二層積層部材３４においてシワが生じてしまうことが抑制される。また、第２部材３２の両端部ｅ３，ｅ４が、第１部材３１の両端部ｅ１，ｅ２よりも外方に張り出した状態で、第２部材３２が第１部材３１に貼り合わされるため、二層積層部材３４において第２部材３２が第１部材３１から剥離してしまうことが抑制される。従って、第２部材３２の剥離に起因して二層積層部材３４にシワが生じてしまうことが抑制される。

その他に、本実施形態の貼り合わせ方法およびその方法を実行する貼合装置２０を利用して、電解質膜１０を作製すれば、電解質膜１０にシワが生じてしまうことが抑制される。そのため、そうしたシワに起因する電解質膜１０およびそれを用いた燃料電池５０の発電性能や耐久性の低下が抑制される。また、電解質膜１０およびそれを用いた燃料電池５０の製造コストの増加が抑制される。その他に、本実施形態の貼り合わせ方法およびその方法を実行する貼合装置２０によれば、本実施形態中で説明した種々の作用効果を奏することができる。

B．第２実施形態：
図１０を参照して、第２実施形態としての貼り合わせ方法を説明する。図１０は、第２実施形態の貼り合わせ方法によって第１部材３１と第２部材３２とを貼り合わせて作製した二層積層部材３４を示す概略断面図である。第２実施形態の貼り合わせ方法は、以下に説明する点以外は、第１実施形態で説明した工程１，２によって実行される。また、第２実施形態の貼り合わせ方法は、第１実施形態で説明した貼合装置２０において実行可能である。第２実施形態では、第１部材３１を支持する膜部材３３の幅Ｗ３が、第１部材３１の幅Ｗ１よりも大きい。これによって、第１部材３１の両端部ｅ１，ｅ２の支持性および保護性が高められている。

第１部材３１を支持する膜部材３３の幅Ｗ３は、第２部材３２の幅Ｗ２よりも大きくてもよい。これによって、第１部材３１に第２部材３２を貼り合わせた後において、第２部材３２の両端部ｅ３，ｅ４を膜部材３３に保護させることができる。その他に、第２実施形態の貼り合わせ方法およびその貼り合わせ方法を実行する貼合装置２０によれば、上記の第１実施形態で説明した種々の作用効果を奏することができる。

C．第３実施形態：
図１１は、第３実施形態としての貼り合わせ方法を実行する貼合装置２０Ａの構成を示す概略図である。第３実施形態の貼合装置２０Ａの構成は、以下に説明する点以外は、第１実施形態で説明した貼合装置２０とほぼ同じである。貼合装置２０Ａの貼合部２５Ａは、ロール保持部２６の代わりに、第２部材３２が配置される支持基台６０と、押圧ローラー６５と、を備える。支持基台６０は、第２部材３２が載置される支持面６１を有する。押圧ローラー６５は、支持面６１に対向する位置に設置されており、当該支持面６１と自身との間に繰り入れられる第１部材３１および第２部材３２に押圧力を付与する。

貼合装置２０Ａでは、第２部材３２は、ロールを構成している状態で配置される代わりに、支持基台６０の支持面６１上に長手方向に延ばされ、短手方向における両端部が解放されている状態で配置されている。第２部材３２は、支持面６１上に長手方向に張り渡された状態にはされておらず、長手方向に張力が生じることが抑制された状態で配置されている。搬送部２２は、第１部材３１を、支持基台６０に配置されている第２部材３２に向かって搬送し、押圧ローラー６５と、支持基台６０の支持面６１上の第２部材３２との間に繰り入れる。第１部材３１と第２部材３２とは押圧ローラー６５から付与される押圧力によって貼り合わされる。第１部材３１に貼り合わされた第２部材３２は、第１部材３１に追従して搬送される。なお、支持基台６０の上流側には、第２部材３２の押圧ローラー６５より上流側の部位にかかる張力が低減されるように、第２部材３２を支持基台６０上に徐々に送り出す送出部が設けられていることが望ましい。

第３実施形態の貼り合わせ方法およびその方法を実行する貼合装置２０Ａによれば、搬送部２２によって搬送されていく第１部材３１に、短手方向における両端部が解放されている状態で支持基台６０上に配置されている第２部材３２が貼り合わされる。また、第１実施形態と同様に、第１部材３１と第２部材３２とは、第１部材３１の両端部ｅ１，ｅ２と第２部材３２の両端部ｅ３，ｅ４との間の離間距離Ｄ１，Ｄ２を有する状態で貼り合わされる。従って、上記の各実施形態で説明したのと同様な種々の作用効果を得ることができる。

D．変形例：
上記の各実施形態で説明した種々の構成は、例えば、以下のように変形することが可能である。以下に説明する変形例はいずれも、発明を実施するための形態の一例として位置づけられる。

D1．変形例１：
上記各実施形態では、第１部材３１は、燃料電池用の電解質膜１０の前駆体によって構成されており、第２部材３２は、電解質膜１０の補強層１１に包含されている多孔質部材を構成する樹脂材料によって構成されている。これに対して、第１部材３１，３２を構成する材料は、上記実施形態で説明した材料に限定されることはなく、上記の各実施形態で説明した貼り合わせ方法や貼合装置は、燃料電池用の電解質膜の製造工程以外に適用されてもよい。第１部材３１は、電解質樹脂の前駆体以外の高分子材料によって構成されてもよいし、繊維材料などによって構成されてもよい。第２部材３２は、細孔を有する多孔質部材によって構成されていなくてもよい。第２部材３２は、繊維部材や、フッ素系樹脂以外の高分子材料の薄膜によって構成されてもよい。

D2．変形例２：
上記第１実施形態では、二層積層部材３４に第３部材３５を貼り合わせて三層積層部材３６を作製し、三層積層部材３６を構成する各部材３１，３２，３５を一体化した複合部材３８を用いて燃料電池用の電解質膜１０を作製している。これに対して、二層積層部材３４に第３部材３５を貼り合わせることなく、二層積層部材３４の第１部材３１および第２部材３２を一体化した複合部材を作製し、当該複合部材を用いて電解質膜を作製してもよい。

D3．変形例３：
上記第１実施形態において、第１部材３１や第３部材３５は、膜部材３３によって支持されている。これに対して、第１部材３１や第３部材３５を支持する膜部材３３は省略されてもよい。また、膜部材３３は、フッ素系の樹脂材量以外の材料によって構成されてもよい。

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、その技術的特徴が本明細書中に必須ではないと説明されているものに限らず、その技術的特徴が本明細書中に必須ではないと説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…電解質膜
１１…補強層
１２…第１電解質層
１３…第２電解質層
２０…貼合装置
２０Ａ…貼合装置
２１…供給部
２２…搬送部
２５…貼合部
２５Ａ…貼合部
２６…ロール保持部
２７…アーム
２９…支持ローラー
３１…第１部材
３１ａ…第１面
３１ｂ…第２面
３１ｒ…第１ロール
３２…第２部材
３２ｒ…第２ロール
３３…膜部材
３４…二層積層部材
３５…第３部材
３６…三層積層部材
３８…複合部材
５０…燃料電池
５１…電極層
５５…膜電極接合体
５６…セパレータ
５７…流路溝
６０…支持基台
６１…支持面
６５…押圧ローラー
Ｃ１…接触開始点
Ｃ２…接触終了点
ＣＸ…中心軸
Ｄ１…離間距離
Ｄ２…離間距離
Ｌ１…仮想線
Ｌ２…仮想線
ＰＰ…押圧力
ｅ１…第１端部
ｅ２…第２端部
ｅ３…第３端部
ｅ４…第４端部

Claims

長尺の帯状の第１部材と長尺の帯状の第２部材とを貼り合わせる方法であって、
前記第１部材を、前記第１部材の長手方向に搬送する搬送工程と、
搬送されている前記第１部材に対して、短手方向における両端部が解放されている状態で配置され、前記短手方向における幅が前記第１部材の短手方向における幅より広い前記第２部材を、前記第１部材の前記短手方向と前記第２部材の前記短手方向とが揃い、前記第１部材の前記短手方向における両端部が、前記第２部材の前記両端部によって、前記第２部材の前記短手方向に挟まれるように、貼り合わせ、前記第１部材に貼り合わされた前記第２部材を、搬送されている前記第１部材に追従させて搬送させる貼合工程と、
を備える、方法。
請求項１記載の方法であって、
前記貼合工程は、前記第２部材を、前記短手方向に沿った中心軸の周りに巻いたロールを構成した状態で配置し、前記ロールの最外層に位置する前記第２部材を、前記第１部材に貼り合わせ、前記第１部材に貼り合わされた前記第２部材を、前記第１部材に追従させて、前記ロールから引き出して搬送する工程である、方法。
請求項１または請求項２記載の方法であって、
前記貼合工程では、前記第１部材は、前記第２部材が貼り合わされる面とは反対側の面を被覆する帯状の膜部材が貼付された状態で搬送される、方法。
請求項３記載の方法であって、
前記膜部材の短手方向における幅は、前記第２部材の前記短手方向における幅よりも大きい、方法。
請求項３または請求項４記載の方法であって、
前記第１部材は、加水分解によってイオン伝導性が付与されていない燃料電池用電解質膜の前駆体によって構成され、
前記第２部材は、前記前駆体が入り込む細孔を有する多孔質部材によって構成され、
前記膜部材は、フッ素系の樹脂フィルムによって構成される、方法。
請求項５記載の方法であって、
前記第１部材の前記両端部をそれぞれ第１端部と第２端部とし、
前記第２部材の前記両端部のうち、前記第１端部と対応する端部を第３端部とし、前記第２端部に対応する端部を第４端部とするとき、
前記第１端部と前記第３端部の間の距離と、前記第２端部と前記第４端部との間の距離と、はそれぞれ、１０ｍｍ以上である、方法。
請求項６記載の方法であって、
前記第１端部と前記第３端部の間の距離と、前記第２端部と前記第４端部との間の距離と、はそれぞれ、２０ｍｍ以上である、方法。
長尺の帯状の第１部材と長尺の帯状の第２部材とを貼り合わせる装置であって、
前記第１部材を、前記第１部材の長手方向に搬送する搬送部と、
前記搬送部によって搬送されている前記第１部材に対して、短手方向における両端部が解放されている状態で配置され、前記短手方向における幅が前記第１部材の短手方向における幅よりも広い前記第２部材を、前記第１部材の前記短手方向と前記第２部材の前記短手方向とが揃い、前記第１部材の前記短手方向における両端部が、前記第２部材の前記両端部によって、前記第２部材の前記短手方向に挟まれるように、貼り合わせ、前記搬送部によって搬送されている前記第１部材に追従させて前記第２部材を送り出す貼合部と、
を備える、装置。