シート状物の巻取り方法および巻取り体の製造方法
【課題】分散している炭素短繊維が樹脂および／または有機物の炭化物で結着されてなる炭素繊維シート状物を巻き取った際に巻き端面が揃っており、かつ巻取り時に破断することのないシート状物の巻取り方法および巻取り体の製造方法を提供する。
【解決手段】分散している炭素短繊維が樹脂および／または有機物の炭化物で結着されてなるシート状物を、巻取り軸と該巻取り軸の上流側に設けられ、前記シート状物をニップするニップロールと、該ニップロールの上流側に設けられたシート状物の端部位置検出手段と、該検出手段からの検出信号により前記巻取り軸を巻取り軸の中心軸と平行な方向に移動させる移動手段と、該移動手段を制御する制御部とを有してなるシート状物の巻取り装置を用い、初期巻取り張力Ｔ１が単位幅当たり４０Ｎ／ｍ以上、最終巻取り張力Ｔ２が、Ｄ１を初期巻取り直径、Ｄ２を最終巻取り直径とした際に、Ｔ１≦Ｔ２≦（Ｄ１＋Ｄ２）／Ｄ１×Ｔ１の関係を満足する条件で巻き取ることを特徴とするシート状物の巻取り方法。
【解決手段】分散している炭素短繊維が樹脂および／または有機物の炭化物で結着されてなるシート状物を、巻取り軸と該巻取り軸の上流側に設けられ、前記シート状物をニップするニップロールと、該ニップロールの上流側に設けられたシート状物の端部位置検出手段と、該検出手段からの検出信号により前記巻取り軸を巻取り軸の中心軸と平行な方向に移動させる移動手段と、該移動手段を制御する制御部とを有してなるシート状物の巻取り装置を用い、初期巻取り張力Ｔ１が単位幅当たり４０Ｎ／ｍ以上、最終巻取り張力Ｔ２が、Ｄ１を初期巻取り直径、Ｄ２を最終巻取り直径とした際に、Ｔ１≦Ｔ２≦（Ｄ１＋Ｄ２）／Ｄ１×Ｔ１の関係を満足する条件で巻き取ることを特徴とするシート状物の巻取り方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、分散している炭素短繊維が熱硬化性樹脂の炭化物で結着されてなる炭素繊維シート状物のような脆性の高いシート状物の巻取り方法および巻取り体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題やエネルギー問題に関し様々な開発が行われている。その中でも発電効率が高いことによるＣＯ２削減や、排出物が水だけであることなどの特徴を活かした燃料電池が注目を浴びている。
【０００３】
燃料電池は主に電解質膜を中心として、触媒、電極、セパレータにより構成されており、電極基材として多孔質炭素繊維シート状物が用いられている。燃料電池の更なる普及にはコストダウンが必要不可欠であり、このため、電極基材についてももちろんコストダウンが要求されている。
【０００４】
かかるコストダウンのためには、燃料電池の生産性を向上させることが必要であり、電極基材である多孔質炭素繊維シート状物を長尺品として燃料電池製造工程へと供給し、同燃料電池製造工程での連続性を確保することが効果的である。そのため、電極基材である長尺なシート状物を巻取り体として供給することが望まれている。
【０００５】
しかしながら、従来の電極基材である多孔質炭素繊維シート状物の製造工程では、例えば、硬化処理ではホットプレス装置等を用いたバッチ方式が主流であった。
【０００６】
長尺な電極基材を得るため、製造工程の連続化が必要であり、さらには、長尺な電極基材を巻き取るための技術も必要となる。
【０００７】
多孔質炭素繊維シート状物を巻き取る方法として、該シート状物に加える初期巻取り張力を単位幅当たり３０Ｎ／ｍ以上、最終巻取り張力を単位幅当たり２０Ｎ／ｍ以上とし、かつ巻き始めから巻き終わりにかけて巻取り張力を漸減させる方法がある（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、表面の摩擦係数が小さく、脆性の高いシート状物を巻き取る際には巻取り張力が低いと巻きズレが発生し、巻取り張力が高いと巻きズレは発生しないが、シート状物の端部に微小な傷が存在した場合に破断しやすいという問題があった。また、表面の摩擦係数が小さく、剛性の高いシート状物を１５０ｍ以上巻き取る際に張力を漸減させる方法で巻き取ると半径方向に及ぼすシート状物の締め付け力Ｆは、巻取り張力をＴ、巻取り直径をＤとした際に、下式（２）のとおり、巻取り直径Ｄに反比例するため、巻取り直径が大きくなるに従い、軸方向にずれやすくなる問題点があった。
Ｆ＝２Ｔ／Ｄ ・・・（２）
【０００８】
また、多孔質炭素繊維シート状物を巻き取る方法として、巻取り軸と該巻取り軸に平行に配されたプレッシャーロールを有する巻取り装置で巻き取る方法がある（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、巻取り軸上でシート状物を押さえるため一旦巻きズレが発生すると巻きズレの抑制が困難となり巻きズレが大きくなる問題があった
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−３０２５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、従来の技術における上述した問題点に鑑み、分散している炭素短繊維が樹脂および／または有機物の炭化物で結着されてなる炭素繊維シート状物を巻き取った際に巻き端面が揃っており、かつ巻取り時に破断することのないシート状物の巻取り方法および巻取り体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は、次の手段を採用する。すなわち、
［１］分散している炭素短繊維が樹脂および／または有機物の炭化物で結着されてなるシート状物を、巻取り軸と該巻取り軸の上流側に設けられ、前記シート状物をニップするニップロールと、該ニップロールの上流側に設けられたシート状物の端部位置検出手段と、該検出手段からの検出信号により前記巻取り軸を巻取り軸の中心軸と平行な方向に移動させる移動手段と、該移動手段を制御する制御部とを有してなるシート状物の巻取り装置を用い、初期巻取り張力Ｔ１が単位幅当たり４０Ｎ／ｍ以上、最終巻取り張力Ｔ２が、Ｄ１を初期巻取り直径、Ｄ２を最終巻取り直径とした際に下式（１）を満足する条件で巻き取ることを特徴とするシート状物の巻取り方法。
Ｔ１≦Ｔ２≦（Ｄ１＋Ｄ２）／Ｄ１×Ｔ１ ・・・（１）
【００１２】
［２］前記ニップロールが、該巻取り軸の直前に設けられていることを特徴とする［１］に記載のシート状物の巻取り方法。
【００１３】
［３］前記シート状物の５０〜９５％のニップ幅を有するニップロールが設けられていることを特徴とする［１］または［２］に記載のシート状物の巻取り方法。
【００１４】
［４］前記シート状物の曲げ弾性率が３〜５０ＧＰａ、静摩擦係数が０．１〜０．７であることを特徴とする［１］〜［３］のいずれかに記載のシート状物の巻取り方法。
【００１５】
［５］前記シート状物が、１５０ｍ以上の長さに巻取られることを特徴とする［１］〜［４］のいずれかに記載のシート状物の巻取り方法。
【００１６】
［６］連続して搬送された前記シート状物を、［１］〜［３］に記載のシート状物の巻取り方法により巻取って、シート状物の巻取り体とする、シート状物の巻取り体の製造方法。
【００１７】
［７］前記シート状物の曲げ弾性率が３〜５０ＧＰａ、静摩擦係数が０．１〜０．７である、［６］に記載のシート状物の巻取り体の製造方法。
【００１８】
［８］前記シート状物が、１５０ｍ以上の長さに巻取られたものである、［６］または［７］に記載のシート状物の巻取り体の製造方法。
【００１９】
上述したように、本発明はニップロールを巻取り軸の上流側に配したことにより、ニップロールと巻取り軸との間の張力をニップロールの上流側の張力より大きくすることができ、巻取り装置全体に亘ってシートにかかる張力を増加させることなく、巻取り張力を大きく設定することが可能となる、またニップ幅をシート状物の５０〜９５％の幅とすることで、シート端部をロールがニップし、端部に大きな張力がかかることを防止できるため、巻き端面が揃っており、かつ巻取り時に破断することのないシート状物の巻取り方法および巻取り体の製造方法を得ることができるものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、シート状物の巻取り張力を大きく設定することが可能で、巻き端面が揃っており、かつ巻取り時に破断することのない、シート状物の巻取り方法を得ることができる。
【００２１】
また、本発明によれば、以下に説明する実施例と比較例との対比からも明らかなように、巻きズレの少ないシート状物の巻取り体の製造方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明による巻取り方法を説明する巻取り装置の一例を示す側面概略図である。
【図２】シート状物の端部位置検出手段の配置の一例を説明する正面図である。
【図３】シート状物の幅とニップ幅との関係を説明する正面説明図である。
【図４】本発明により巻き取られたシート状物の巻取り体の一例を示す概略斜視図である。
【図５】上記シート状物の巻取り体の全体の巻き層状態の一例を示す説明図である。
【図６】本発明による巻取り方法を説明する巻取り装置の他例を示す側面概略図である。
【図７】本発明による巻取り方法を説明する巻取り装置の他例を示す側面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態の一例について図面を参照しながら説明する。
【００２４】
図１、図６，図７は、本発明による巻取り方法の一例を説明する巻取り装置の側面概略図である。図２は、シート端位置検出手段の配置の一例を説明する正面図である。図３は、シート状物の幅とニップ幅との関係を説明する正面説明図である。図４は、本発明により巻き取られたシート状物の巻取り体の一例を示す概略斜視図である。図５は、上記シート状物の巻取り体の全体の巻き層状態の一例を示す説明図である。
【００２５】
本発明は、図１に示すように、矢印の方向から連続して搬送されるシート状物６をロール状に巻き取る巻取り軸２と、該巻取り軸２の上流側にシート状物６をニップするニップロール４と、該ニップロール４の上流側に設けられたシート端部の位置検出手段５と、該位置検出手段５からの検出信号により、前記巻取り軸２を巻取り軸中心軸と平行な方向に移動させる移動手段と、該移動手段を制御する制御部とを有してなるシート状物の巻取り装置で巻き取ることに特徴がある。
【００２６】
本発明によりシート状物６を巻き取ることで、前記ニップロール４と前記巻取り軸２との間の巻取り張力とニップロール４の上流側の搬送張力とを分離することができ、ニップロールより上流側の張力を増加させることなく、巻取り張力を大きく設定することが可能となるため、巻き端面が揃っており、かつ巻取り時に破断することのない、シート状物の巻取り体１を得ることができる。
【００２７】
ここで、シート状物６としては、炭素短繊維を含む短繊維を抄造したシート状物、炭素繊維を含む織編物や不織布、あるいは炭素繊維を一方向または多方向に引き揃えたシート状物などに、マトリックス樹脂および／または有機物の炭化物で結着されてなる炭素繊維シート状物などが挙げられる。さらに、前記炭素繊維シート状物をさらに不活性雰囲気中で炭素化して得られる多孔質炭素シート状物などが挙げられるが、炭素繊維以外の繊維強化プラスチックのシート状物や、フィルム、織物、不織布、紙などシート状物６の材質に特段の制限はない。特に分散している炭素短繊維が樹脂および／または有機物の炭化物で結着されてなる炭素繊維シート状物は、曲げ弾性率が高く、静摩擦係数が低く、脆い性質を有するので、本発明の巻取り方法および巻取り体の製造方法に適用することが重要である。ここで、分散した状態とは、炭素短繊維がシート面内において顕著な配向を持たず概ねランダムに、例えば、無作為な方向に存在している状態であることが多い。具体的には、後述する抄造法により短繊維が分散した状態である。炭素短繊維の繊維長は、３〜２０ｍｍが好ましく、さらに好ましくは５〜１５ｍｍである。炭素短繊維の繊維長を上記範囲とすることにより、炭素短繊維を分散させ抄紙して炭素繊維シートを得る際に、炭素短繊維の分散性を向上させ、目付ばらつきを抑制することができる。
【００２８】
前記炭素繊維シート状物をポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素樹脂で撥水処理した炭素繊維シート状物や前記炭素繊維シート状物の表面にカーボンブラックとＰＴＦＥの混合物などを塗布した炭素繊維シート状物も元の炭素繊維シート状物同様に曲げ弾性率が高く、静摩擦係数が低く、脆い性質を有しており、その巻き取りにも、本発明の巻取り方法および巻取り装置と、その巻取り体の製造方法は有効である。
【００２９】
シート状物６をロール状に巻き取る方法としては、巻取り軸２に配されたコアボビン３に長尺なシート状物６を連続して巻き取ることにより行うことができる。巻き取ったシートの割れを防止するため、コアボビンの外径は直径７６ｍｍ以上が好ましく、より好ましくは直径１５２ｍｍ以上である。コアボビンの外径が直径７６ｍｍより小さい場合、特にシートの厚さが０．２ｍｍ以上の場合に割れやすくなる。巻取ったロールをコンパクトにするためコアボビンの外径は直径３３０ｍｍ以下が好ましい。
【００３０】
図７に示すように、前記ニップロール４と前記巻取り軸２の間には他のガイドロール７を設けることも可能であるが、ニップロール４から送り出されたシート状物は直接巻取り軸２で巻き取られ、他のガイドロール７等と接触しないことが好ましい。
【００３１】
また、本発明において、巻取り軸２の直前にシート状物６をニップするニップロール４を配する場合には、巻取り軸２とニップロール４との間には他のガイドロール７などを設けず、ニップロール４から送り出されたシート状物が直接巻取り軸２で巻き取られるようにする。ニップロール４でシート状物への張力を付与した状態で、シート状物が他のガイドロール７等と接触すると、シート状物が切れる可能性が高まる。また、ニップロール４のニップ部と巻取り軸２の間の高張力区間が長いと張力によりシート状物が切れる可能性が高まるため、ニップロール４のニップ部と巻取り軸２の距離は１ｍ以下であることが好ましく、０．５ｍ以下であることがさらに好ましい。
【００３２】
また、シート状端部の位置検出手段５としては、図２に示すように、シート状物６の進行方向の左右いずれかの一端、または両端の位置を検出できるよう設置されることが好ましい。シート状物端部の位置検出手段５には一般的にＥＰＣ（エッジポジションコントロール：株式会社ニレコ登録商標）と呼ばれる非接触式のシート状物端部位置検出手段を用いることが好ましい。前記シート状物端部の位置検出手段５のセンサ部は光源に赤外線発光ダイオードを用いた光電式センサや超音波センサ、空気圧による検出方法などがあるが特段の制約はない。
【００３３】
また、前記シート状物端部の位置検出手段５の検出信号に応じて、図１、図６や図７に示すようにシート状物端部の位置検出手段５の下流側に配された巻取り軸２、ニップロール４、およびガイドロール７などを、巻取り軸２の中心軸と平行な方向、すなわちシート状物６の進行方向に対して左右に移動させ、シート状物６の蛇行に追従制御させることが好ましい。この追従制御により巻き取ったロールの巻きズレ量を小さくすることができる。
【００３４】
図３に示すように、前記ニップロール４によるニップ幅ＷＮはシート状物の幅ＷＳの５０〜９５％であることが好ましく、６０〜９０％がより好ましく、さらに好ましくは７０〜８５％である。前記ニップ幅ＷＮがシート状物の幅ＷＳの５０％より小さいと、前記シート状物６の中央部分にかかる圧力が大きくなり、該シート状物６に変形や損傷を及ぼす恐れがある。前記ニップ幅ＷＮがシート状物の幅ＷＳの９５％より大きいと、前記シート状物６の端部にかかる張力が大きくなり、該シート状物６の端部に微細な傷が存在した場合に破断することがある。ニップ幅ＷＮは２本のニップロールでシート状物６を挟む幅であり、２本のロール長さは同じでも、異なる長さでも構わないが、ロール長さが異なる方がニップ幅変更やロール位置合わせが容易になり好ましい。
【００３５】
ニップロール７の端部は面取り加工を行うことが好ましい。特に２本のニップロール長さが異なる場合、短いニップロールの端部を面取り加工することが好ましい。ニップ幅端部ではニップ圧力が高くなるが、端部面取り加工によりニップ圧力の増加を抑制することができる。
【００３６】
前記ニップロール４の少なくとも一方は硬度３０〜８０度のゴムロールであることが好ましく、３０〜７０度がより好ましく、さらに好ましくは４０〜６０度である。前記ニップロール４の硬度が３０度よりも小さいと、該ニップロール４が変形し、前記シート状物６の搬送が困難になることがある。前記ニップロール４の硬度が８０度よりも大きいと、前記シート状物６は該ニップロール４のニップ部分ですべりが発生し、巻取り張力と搬送張力との分離が困難になるため、搬送中のガイドロール７で前記シート状物６にかかる曲げ応力が大きくなったり、シート状物全長に亘って高い巻取り張力がかかったりして破断することがある。
【００３７】
ゴムロールの硬度は、ＪＩＳ Ｋ ６２５３（１９９７）に規定される方法に準拠して求めることができる。このとき、ゴムロールの硬度は、デュロメータ硬さ試験で求めたデュロメータ硬さで表すものとする。
【００３８】
前記ニップロール４は双方フリーロールであることが好ましく、該ニップロール４の少なくとも一方はブレーキ機構を設けてあることが好ましい。
【００３９】
前記ブレーキ機構のブレーキ方式に特段の制約はないが、単純な機構でブレーキ力を付与することができる摩擦方式であることが好ましい。
【００４０】
ガイドロール７はフリーロールでも固定ロールでも構わないが、シート状物６との摩擦低減のためにフリーロールであることが好ましい。またシート状物６の割れを防止するためガイドロール７の直径は７６ｍｍ以上が好ましく、１５２ｍｍ以上がさらに好ましい。ガイドロール７の直径が７６ｍｍより小さい場合、特にシートの厚さが０．２ｍｍ以上の場合に割れやすくなる。設備をコンパクトにするためガイドロール７の外径は３３０ｍｍ以下が好ましい。
【００４１】
前記シート状物６の初期巻取り張力Ｔ１は単位幅当たり４０Ｎ／ｍ以上であることが重要である。なかでも４０Ｎ／ｍ〜１０００Ｎ／ｍであることがさらに好ましく、より好ましくは６０Ｎ／ｍ〜６００Ｎ／ｍ以上である。また、最終巻取り張力Ｔ２は下式（１）を満足する巻取り方法であることが重要である。
Ｔ１≦Ｔ２≦（Ｄ１＋Ｄ２）／Ｄ１×Ｔ１ ・・・（１）
ここに、Ｔ１：初期巻取り張力（Ｎ／ｍ）
Ｔ２：最終巻取り張力（Ｎ／ｍ）
Ｄ１：初期巻取り直径（ｍｍ）
Ｄ２：最終巻取り直径（ｍｍ）
【００４２】
初期巻取り張力Ｔ１が４０Ｎ／ｍよりも小さいと、前記シート状物６を巻き取った際に巻き端面が揃わないことがある。また、前記シート状物６の搬送状態が不安定になり、蛇行の原因となることがある。前記初期巻取り張力Ｔ１が１０００Ｎ／ｍよりも大きいと、前記シート状物６を巻き取る際に変形や破断が起こることがある
最終巻取り張力Ｔ２が初期巻取り張力Ｔ１よりも小さいと、半径方向に及ぼすシート状物の締め付け力Ｆは巻取り張力をＴ、巻取り直径をＤとした際に、下式（２）のとおり、巻取り径に反比例するため、巻取り直径Ｄが大きくなるに従い、軸方向にずれやすくなることがある。
Ｆ＝２Ｔ／Ｄ ・・・（２）
ここに、Ｆ：半径方向に及ぼすシート状物の締め付け力（Ｎ／ｍ２）
Ｔ：巻取り張力（Ｎ／ｍ）
Ｄ：巻取り直径（ｍｍ）
【００４３】
前記シート状物６の曲げ弾性率は３〜５０ＧＰａであることが好ましく、３〜３０ＧＰａがより好ましく、さらに好ましくは３〜２０ＧＰａである。前記シート状物６の曲げ弾性率が３ＧＰａより小さいと、例えば、燃料電池の電極基材用途で使用する場合にハンドリング性が悪く、またセパレータの溝への落ち込みが生じることがある。前記シート状物６の曲げ弾性率が５０ＧＰａよりも大きいと、前記シート状物６をコアボビン３にロール状に巻き取る際、剛性によりコアボビン３に該シート状物６が沿いにくく、巻き取りやすさが低下し、巻きズレの原因となることがある。
【００４４】
シート状物の曲げ弾性率は、ＪＩＳ Ｋ ６９１１（１９９５）に規定される方法に準拠して求めることができる。このとき、試験片の幅は１５ｍｍ、長さは４０ｍｍ、支点間距離は１５ｍｍとする。また、支点と圧子の曲率半径は３ｍｍ、荷重速度は２ｍｍ／ｍｉｎとする。シート状物の曲げ弾性率は、ロール状への巻き取りやすさや、ハンドリング性の良否を示す指標となる。
【００４５】
前記シート状物６の静摩擦係数は０．１〜０．７であることが好ましく、０．２〜０．６がより好ましく、さらに好ましくは０．２〜０．５である。前記シート状物６の静摩擦係数が０．１よりも小さいと、該シート状物６の層間の摩擦力が小さいため、巻き取り後に端部ズレが発生しやすくなる。前記シート状物６の静摩擦係数が０．７よりも大きいと、従来の技術で巻き端面が揃っている前記シート状物６の巻き取り体を得ることができる。
【００４６】
シート状物の静摩擦係数は、新東科学株式会社製静摩擦係数測定機“ポータブル摩擦計ミューズ Ｔｙｐｅ：９４ｉ”を用いて測定する。直径２５ｍｍに切り取った一方のサンプルを、測定器下面にある重りに貼り付け、測定器を他方のサンプル上に置き、測定開始すると、自動で重りを水平方向に移動させる荷重が加えられていく。滑り始める瞬間の荷重を最大静止摩擦力Ｆ、重りの重さを垂直力Ｇとし、静摩擦係数μを測定する。静摩擦係数μは下式（３）より求めることができる。測定回数は１０回とし、１０個の平均値から静摩擦係数を算出する。
μ＝Ｆ／Ｇ ・・・（３）
ここに、μ：静摩擦係数
Ｆ：最大静止摩擦力（Ｎ）
Ｇ：垂直力（Ｎ）
【００４７】
本発明の巻き取り方法によれば、好ましくは１５０ｍ以上の、より好ましくは１５０ｍ〜１０００ｍの長尺な、分散している炭素短繊維が樹脂および／または有機物の炭化物で結着されてなる炭素繊維シート状物６を、巻きズレ量ｔが３ｍｍ以下で、かつ巻取り時に破断することないシート状物の巻取り体１として巻取ることができる。
【００４８】
前記シート状物の巻き取り体１の巻き端面が揃っていると、該シート状物の巻き取り体１の搬送時に前記シート状物６の端部が梱包資材に接触することによる該シート状物６の端部の欠け、さらには巻き出し時の破断を防止することができる。また、前記シート状物６を巻き出し時の蛇行を抑制することができ、後工程での撥水処理や塗工工程での幅方向位置調整が容易になるとともに、蛇行制御による破断を未然に防止できる。
【００４９】
巻きズレ量ｔは、図５に示すとおり、巻取り体の巻きズレを含む全幅Ｗとシート状物の幅ＷＳをスケールやノギスを用いて測定し、下式（４）より求めることができる。
ｔ＝Ｗ−ＷＳ ・・・（４）
ここに、ｔ：巻きズレ量（ｍｍ）
Ｗ：巻取り体の巻きズレを含む全幅（ｍｍ）
ＷＳ：シート状物の幅（ｍｍ）
【実施例】
【００５０】
以下、実施例により、本発明をさらに具体的に説明する。
【００５１】
実施例１
東レ株式会社製ポリアクリロニトリル系炭素繊維“トレカ”（登録商標）Ｔ−３００−６Ｋ（平均単繊維径：７μｍ、単繊維数：６，０００本）を１２ｍｍの長さにカットし、水を抄造媒体として連続的に抄造し、さらにポリビニルアルコールの１０重量％水溶液に浸漬し、乾燥して、炭素繊維の目付が約３２ｇ／ｍ２の長尺の炭素繊維紙を得てロール状に巻き取った。ポリビニルアルコールの付着量は、炭素繊維紙１００重量部に対して２０重量部に相当する。
【００５２】
株式会社中越黒鉛工業所製鱗片状黒鉛ＢＦ−５Ａ（平均粒径５μｍ）、フェノール樹脂、メタノールを１：４：１６の重量比で混合した分散液を用意した。上記炭素繊維紙に、炭素繊維紙１００重量部に対してフェノール樹脂が１１０重量部になるように、上記分散液に連続的に含浸し、９０℃の温度で３分間乾燥することにより炭素繊維と熱硬化性樹脂を含むシート状物を得てロール状に巻き取った。フェノール樹脂としては、レゾール型フェノール樹脂とノボラック型フェノール樹脂とを１：１の重量比で混合した樹脂を用いた。
【００５３】
株式会社カワジリ社製１００ｔプレスに上面盤および下面盤（ともに面盤サイズは縦１２０ｃｍ、横１２０ｃｍ）が互いに平行となるようセットし、面盤温度２００℃、面圧１．５ＭＰａで、プレスの開閉を繰り返しながら炭素繊維と熱硬化性樹脂を含むシート状物を間欠的に搬送しつつ、同じ箇所がのべ９０秒間加熱加圧されるよう圧縮処理した。この際、面盤の有効加圧長ＬＰは１２００ｍｍで、間欠的に搬送する際の前駆体繊維シート状物の送り量ＬＦを２００ｍｍとした。すなわち、１５秒の加熱加圧、型開き、炭素繊維紙の送り（２００ｍｍ）、を繰り返すことによって圧縮処理を行い、得られた炭素繊維強化プラスチック長尺シート状物をロール状に巻き取った。
【００５４】
得られた炭素繊維強化プラスチック長尺シート状物を、窒素ガス雰囲気に保たれた、最高温度が２，０００℃の加熱炉に導入し、加熱炉内を連続的に走行させながら、約５００℃／ｍｉｎの昇温速度で焼成し、得られた多孔質炭素シート状物をロール状に巻き取った。得られた多孔質炭素シート状物は幅５００ｍｍ、厚さ０．２ｍｍ、目付８０ｇ／ｍ２、長さ３００ｍ、曲げ強度５０ＭＰａ、曲げ弾性率１０ＧＰａ、静摩擦係数０．３であった。
【００５５】
得られた多孔質炭素シート状物を、図１に示す、ロール状に巻き取る巻取り軸２と、該巻取り軸２の直前にシート状物６をニップするニップロール４と、該ニップロール４の上流側に設けられたシート状物の端部の位置検出手段５と、該位置検出手段５からの検出信号により、前記巻取り軸を巻取り軸中心軸と平行な方向に移動させる移動手段と、該移動手段を制御する制御部とを有してなるシート状物の巻取り装置を用いて、巻き取り速度２ｍ／ｍｉｎ、コアボビンの外径ｄ（初期巻取り径Ｄ１）が１７０ｍｍで前記シート状物を長さ３００ｍ巻き取った。このとき、ニップロール４はニップ幅ＷＮが４００ｍｍで双方硬度５０度のゴムロールのフリーロールを用い、ニップロール４のニップ部と巻取り軸２の距離は０．３８ｍとした。最終巻取り径Ｄ２は３５０ｍｍであった。
【００５６】
初期巻取り張力Ｔ１を１６０Ｎ／ｍ、最終巻取り張力Ｔ２を３２０Ｎ／ｍとし、多孔質炭素シート状物の巻取り体１を得た。ニップロールより上流側でシート状物にかかる張力は４０Ｎ／ｍとした。
【００５７】
巻き取り後の端部の巻きズレ量ｔは１．２ｍｍで、破断や欠けなどの問題を生じることなく安定的に巻き取ることが可能であった。
【００５８】
実施例２
初期巻取り張力Ｔ１を３００Ｎ／ｍ、最終巻取り張力Ｔ２を３００Ｎ／ｍとしたこと以外は実施例１と同様にして多孔質炭素シート状物の巻取り体を得た。
【００５９】
巻き取り後の端部の巻きズレ量ｔは１．６ｍｍで、破断や欠けなどの問題を生じることなく安定的に巻き取ることが可能であった。
【００６０】
実施例３
初期巻取り張力Ｔ１を１６０Ｎ／ｍ、最終巻取り張力Ｔ２を８０Ｎ／ｍとしたこと以外は実施例１と同様にして多孔質炭素シート状物の巻取り体を得た。
【００６１】
破断や欠けなどの問題を生じることなく巻き取ることが可能であったが、７０ｍ以降巻き終えたところから軸方向にずれ始め、実施例１と比較して巻き取り後の端部の巻きズレ量ｔは８．６ｍｍと大きくなった。
【００６２】
比較例１
ニップロール４によるシート状物のニップを行わなかったこと以外は実施例１と同様にして多孔質炭素シート状物の巻取り体を得た。ニップを行わなかったため、巻取り装置の全長に亘って、シート状物には巻取り張力と同じ張力がかかった。
【００６３】
多孔質炭素シート状物を巻き取っている際、シート状物の端部に微小な傷が存在したことが原因と思われる破断が発生し、それ以上の巻取りができなかった。
【００６４】
比較例２
ニップロール４によるシート状物のニップを行なわずに、初期巻取り張力Ｔ１を３０Ｎ／ｍ、最終巻取り張力Ｔ２を５０Ｎ／ｍとしたこと以外は実施例１と同様にして多孔質炭素シート状物の巻取り体を得た。ニップを行わなかったため、巻取り装置の全長に亘って、シート状物には巻取り張力と同じ張力がかかった。 破断などの問題を生じることなく巻き取ることが可能であったが、端部の巻きズレ量ｔが３２ｍｍの巻きズレが発生し、良好な巻き形態を得ることはできなかった。
【００６５】
以上のように、本発明の巻き取り方法によれば、分散している炭素短繊維が樹脂および／または有機物の炭化物で結着されてなる炭素繊維シート状物を巻き端面が揃っており、かつ巻き取り時に破断することなく巻き取ることができ、安定したシート状物の巻き取り体を供給することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明によって得られる巻取り体に巻き取った炭素繊維シート状物は、固体高分子型燃料電池の電極基材に限らず、各種電極や電波吸収体などにも応用することができるが、その応用範囲が、これらに限られるものではない。
【符号の説明】
【００６７】
１：シート状物の巻取り体
２：巻取り軸
３：コアボビン
４：ニップロール
５：シート状物の端部位置検出手段
６：シート状物
７：ガイドロール
ＷＳ：シート状物の幅
ＷＮ：ニップ幅
ｄ：コアボビンの外径
Ｄ：シート状物の巻取り直径
Ｗ：巻取り体の巻きズレを含む全幅
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、分散している炭素短繊維が熱硬化性樹脂の炭化物で結着されてなる炭素繊維シート状物のような脆性の高いシート状物の巻取り方法および巻取り体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題やエネルギー問題に関し様々な開発が行われている。その中でも発電効率が高いことによるＣＯ２削減や、排出物が水だけであることなどの特徴を活かした燃料電池が注目を浴びている。
【０００３】
燃料電池は主に電解質膜を中心として、触媒、電極、セパレータにより構成されており、電極基材として多孔質炭素繊維シート状物が用いられている。燃料電池の更なる普及にはコストダウンが必要不可欠であり、このため、電極基材についてももちろんコストダウンが要求されている。
【０００４】
かかるコストダウンのためには、燃料電池の生産性を向上させることが必要であり、電極基材である多孔質炭素繊維シート状物を長尺品として燃料電池製造工程へと供給し、同燃料電池製造工程での連続性を確保することが効果的である。そのため、電極基材である長尺なシート状物を巻取り体として供給することが望まれている。
【０００５】
しかしながら、従来の電極基材である多孔質炭素繊維シート状物の製造工程では、例えば、硬化処理ではホットプレス装置等を用いたバッチ方式が主流であった。
【０００６】
長尺な電極基材を得るため、製造工程の連続化が必要であり、さらには、長尺な電極基材を巻き取るための技術も必要となる。
【０００７】
多孔質炭素繊維シート状物を巻き取る方法として、該シート状物に加える初期巻取り張力を単位幅当たり３０Ｎ／ｍ以上、最終巻取り張力を単位幅当たり２０Ｎ／ｍ以上とし、かつ巻き始めから巻き終わりにかけて巻取り張力を漸減させる方法がある（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、表面の摩擦係数が小さく、脆性の高いシート状物を巻き取る際には巻取り張力が低いと巻きズレが発生し、巻取り張力が高いと巻きズレは発生しないが、シート状物の端部に微小な傷が存在した場合に破断しやすいという問題があった。また、表面の摩擦係数が小さく、剛性の高いシート状物を１５０ｍ以上巻き取る際に張力を漸減させる方法で巻き取ると半径方向に及ぼすシート状物の締め付け力Ｆは、巻取り張力をＴ、巻取り直径をＤとした際に、下式（２）のとおり、巻取り直径Ｄに反比例するため、巻取り直径が大きくなるに従い、軸方向にずれやすくなる問題点があった。
Ｆ＝２Ｔ／Ｄ ・・・（２）
【０００８】
また、多孔質炭素繊維シート状物を巻き取る方法として、巻取り軸と該巻取り軸に平行に配されたプレッシャーロールを有する巻取り装置で巻き取る方法がある（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、巻取り軸上でシート状物を押さえるため一旦巻きズレが発生すると巻きズレの抑制が困難となり巻きズレが大きくなる問題があった
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−３０２５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、従来の技術における上述した問題点に鑑み、分散している炭素短繊維が樹脂および／または有機物の炭化物で結着されてなる炭素繊維シート状物を巻き取った際に巻き端面が揃っており、かつ巻取り時に破断することのないシート状物の巻取り方法および巻取り体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は、次の手段を採用する。すなわち、
［１］分散している炭素短繊維が樹脂および／または有機物の炭化物で結着されてなるシート状物を、巻取り軸と該巻取り軸の上流側に設けられ、前記シート状物をニップするニップロールと、該ニップロールの上流側に設けられたシート状物の端部位置検出手段と、該検出手段からの検出信号により前記巻取り軸を巻取り軸の中心軸と平行な方向に移動させる移動手段と、該移動手段を制御する制御部とを有してなるシート状物の巻取り装置を用い、初期巻取り張力Ｔ１が単位幅当たり４０Ｎ／ｍ以上、最終巻取り張力Ｔ２が、Ｄ１を初期巻取り直径、Ｄ２を最終巻取り直径とした際に下式（１）を満足する条件で巻き取ることを特徴とするシート状物の巻取り方法。
Ｔ１≦Ｔ２≦（Ｄ１＋Ｄ２）／Ｄ１×Ｔ１ ・・・（１）
【００１２】
［２］前記ニップロールが、該巻取り軸の直前に設けられていることを特徴とする［１］に記載のシート状物の巻取り方法。
【００１３】
［３］前記シート状物の５０〜９５％のニップ幅を有するニップロールが設けられていることを特徴とする［１］または［２］に記載のシート状物の巻取り方法。
【００１４】
［４］前記シート状物の曲げ弾性率が３〜５０ＧＰａ、静摩擦係数が０．１〜０．７であることを特徴とする［１］〜［３］のいずれかに記載のシート状物の巻取り方法。
【００１５】
［５］前記シート状物が、１５０ｍ以上の長さに巻取られることを特徴とする［１］〜［４］のいずれかに記載のシート状物の巻取り方法。
【００１６】
［６］連続して搬送された前記シート状物を、［１］〜［３］に記載のシート状物の巻取り方法により巻取って、シート状物の巻取り体とする、シート状物の巻取り体の製造方法。
【００１７】
［７］前記シート状物の曲げ弾性率が３〜５０ＧＰａ、静摩擦係数が０．１〜０．７である、［６］に記載のシート状物の巻取り体の製造方法。
【００１８】
［８］前記シート状物が、１５０ｍ以上の長さに巻取られたものである、［６］または［７］に記載のシート状物の巻取り体の製造方法。
【００１９】
上述したように、本発明はニップロールを巻取り軸の上流側に配したことにより、ニップロールと巻取り軸との間の張力をニップロールの上流側の張力より大きくすることができ、巻取り装置全体に亘ってシートにかかる張力を増加させることなく、巻取り張力を大きく設定することが可能となる、またニップ幅をシート状物の５０〜９５％の幅とすることで、シート端部をロールがニップし、端部に大きな張力がかかることを防止できるため、巻き端面が揃っており、かつ巻取り時に破断することのないシート状物の巻取り方法および巻取り体の製造方法を得ることができるものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、シート状物の巻取り張力を大きく設定することが可能で、巻き端面が揃っており、かつ巻取り時に破断することのない、シート状物の巻取り方法を得ることができる。
【００２１】
また、本発明によれば、以下に説明する実施例と比較例との対比からも明らかなように、巻きズレの少ないシート状物の巻取り体の製造方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明による巻取り方法を説明する巻取り装置の一例を示す側面概略図である。
【図２】シート状物の端部位置検出手段の配置の一例を説明する正面図である。
【図３】シート状物の幅とニップ幅との関係を説明する正面説明図である。
【図４】本発明により巻き取られたシート状物の巻取り体の一例を示す概略斜視図である。
【図５】上記シート状物の巻取り体の全体の巻き層状態の一例を示す説明図である。
【図６】本発明による巻取り方法を説明する巻取り装置の他例を示す側面概略図である。
【図７】本発明による巻取り方法を説明する巻取り装置の他例を示す側面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態の一例について図面を参照しながら説明する。
【００２４】
図１、図６，図７は、本発明による巻取り方法の一例を説明する巻取り装置の側面概略図である。図２は、シート端位置検出手段の配置の一例を説明する正面図である。図３は、シート状物の幅とニップ幅との関係を説明する正面説明図である。図４は、本発明により巻き取られたシート状物の巻取り体の一例を示す概略斜視図である。図５は、上記シート状物の巻取り体の全体の巻き層状態の一例を示す説明図である。
【００２５】
本発明は、図１に示すように、矢印の方向から連続して搬送されるシート状物６をロール状に巻き取る巻取り軸２と、該巻取り軸２の上流側にシート状物６をニップするニップロール４と、該ニップロール４の上流側に設けられたシート端部の位置検出手段５と、該位置検出手段５からの検出信号により、前記巻取り軸２を巻取り軸中心軸と平行な方向に移動させる移動手段と、該移動手段を制御する制御部とを有してなるシート状物の巻取り装置で巻き取ることに特徴がある。
【００２６】
本発明によりシート状物６を巻き取ることで、前記ニップロール４と前記巻取り軸２との間の巻取り張力とニップロール４の上流側の搬送張力とを分離することができ、ニップロールより上流側の張力を増加させることなく、巻取り張力を大きく設定することが可能となるため、巻き端面が揃っており、かつ巻取り時に破断することのない、シート状物の巻取り体１を得ることができる。
【００２７】
ここで、シート状物６としては、炭素短繊維を含む短繊維を抄造したシート状物、炭素繊維を含む織編物や不織布、あるいは炭素繊維を一方向または多方向に引き揃えたシート状物などに、マトリックス樹脂および／または有機物の炭化物で結着されてなる炭素繊維シート状物などが挙げられる。さらに、前記炭素繊維シート状物をさらに不活性雰囲気中で炭素化して得られる多孔質炭素シート状物などが挙げられるが、炭素繊維以外の繊維強化プラスチックのシート状物や、フィルム、織物、不織布、紙などシート状物６の材質に特段の制限はない。特に分散している炭素短繊維が樹脂および／または有機物の炭化物で結着されてなる炭素繊維シート状物は、曲げ弾性率が高く、静摩擦係数が低く、脆い性質を有するので、本発明の巻取り方法および巻取り体の製造方法に適用することが重要である。ここで、分散した状態とは、炭素短繊維がシート面内において顕著な配向を持たず概ねランダムに、例えば、無作為な方向に存在している状態であることが多い。具体的には、後述する抄造法により短繊維が分散した状態である。炭素短繊維の繊維長は、３〜２０ｍｍが好ましく、さらに好ましくは５〜１５ｍｍである。炭素短繊維の繊維長を上記範囲とすることにより、炭素短繊維を分散させ抄紙して炭素繊維シートを得る際に、炭素短繊維の分散性を向上させ、目付ばらつきを抑制することができる。
【００２８】
前記炭素繊維シート状物をポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素樹脂で撥水処理した炭素繊維シート状物や前記炭素繊維シート状物の表面にカーボンブラックとＰＴＦＥの混合物などを塗布した炭素繊維シート状物も元の炭素繊維シート状物同様に曲げ弾性率が高く、静摩擦係数が低く、脆い性質を有しており、その巻き取りにも、本発明の巻取り方法および巻取り装置と、その巻取り体の製造方法は有効である。
【００２９】
シート状物６をロール状に巻き取る方法としては、巻取り軸２に配されたコアボビン３に長尺なシート状物６を連続して巻き取ることにより行うことができる。巻き取ったシートの割れを防止するため、コアボビンの外径は直径７６ｍｍ以上が好ましく、より好ましくは直径１５２ｍｍ以上である。コアボビンの外径が直径７６ｍｍより小さい場合、特にシートの厚さが０．２ｍｍ以上の場合に割れやすくなる。巻取ったロールをコンパクトにするためコアボビンの外径は直径３３０ｍｍ以下が好ましい。
【００３０】
図７に示すように、前記ニップロール４と前記巻取り軸２の間には他のガイドロール７を設けることも可能であるが、ニップロール４から送り出されたシート状物は直接巻取り軸２で巻き取られ、他のガイドロール７等と接触しないことが好ましい。
【００３１】
また、本発明において、巻取り軸２の直前にシート状物６をニップするニップロール４を配する場合には、巻取り軸２とニップロール４との間には他のガイドロール７などを設けず、ニップロール４から送り出されたシート状物が直接巻取り軸２で巻き取られるようにする。ニップロール４でシート状物への張力を付与した状態で、シート状物が他のガイドロール７等と接触すると、シート状物が切れる可能性が高まる。また、ニップロール４のニップ部と巻取り軸２の間の高張力区間が長いと張力によりシート状物が切れる可能性が高まるため、ニップロール４のニップ部と巻取り軸２の距離は１ｍ以下であることが好ましく、０．５ｍ以下であることがさらに好ましい。
【００３２】
また、シート状端部の位置検出手段５としては、図２に示すように、シート状物６の進行方向の左右いずれかの一端、または両端の位置を検出できるよう設置されることが好ましい。シート状物端部の位置検出手段５には一般的にＥＰＣ（エッジポジションコントロール：株式会社ニレコ登録商標）と呼ばれる非接触式のシート状物端部位置検出手段を用いることが好ましい。前記シート状物端部の位置検出手段５のセンサ部は光源に赤外線発光ダイオードを用いた光電式センサや超音波センサ、空気圧による検出方法などがあるが特段の制約はない。
【００３３】
また、前記シート状物端部の位置検出手段５の検出信号に応じて、図１、図６や図７に示すようにシート状物端部の位置検出手段５の下流側に配された巻取り軸２、ニップロール４、およびガイドロール７などを、巻取り軸２の中心軸と平行な方向、すなわちシート状物６の進行方向に対して左右に移動させ、シート状物６の蛇行に追従制御させることが好ましい。この追従制御により巻き取ったロールの巻きズレ量を小さくすることができる。
【００３４】
図３に示すように、前記ニップロール４によるニップ幅ＷＮはシート状物の幅ＷＳの５０〜９５％であることが好ましく、６０〜９０％がより好ましく、さらに好ましくは７０〜８５％である。前記ニップ幅ＷＮがシート状物の幅ＷＳの５０％より小さいと、前記シート状物６の中央部分にかかる圧力が大きくなり、該シート状物６に変形や損傷を及ぼす恐れがある。前記ニップ幅ＷＮがシート状物の幅ＷＳの９５％より大きいと、前記シート状物６の端部にかかる張力が大きくなり、該シート状物６の端部に微細な傷が存在した場合に破断することがある。ニップ幅ＷＮは２本のニップロールでシート状物６を挟む幅であり、２本のロール長さは同じでも、異なる長さでも構わないが、ロール長さが異なる方がニップ幅変更やロール位置合わせが容易になり好ましい。
【００３５】
ニップロール７の端部は面取り加工を行うことが好ましい。特に２本のニップロール長さが異なる場合、短いニップロールの端部を面取り加工することが好ましい。ニップ幅端部ではニップ圧力が高くなるが、端部面取り加工によりニップ圧力の増加を抑制することができる。
【００３６】
前記ニップロール４の少なくとも一方は硬度３０〜８０度のゴムロールであることが好ましく、３０〜７０度がより好ましく、さらに好ましくは４０〜６０度である。前記ニップロール４の硬度が３０度よりも小さいと、該ニップロール４が変形し、前記シート状物６の搬送が困難になることがある。前記ニップロール４の硬度が８０度よりも大きいと、前記シート状物６は該ニップロール４のニップ部分ですべりが発生し、巻取り張力と搬送張力との分離が困難になるため、搬送中のガイドロール７で前記シート状物６にかかる曲げ応力が大きくなったり、シート状物全長に亘って高い巻取り張力がかかったりして破断することがある。
【００３７】
ゴムロールの硬度は、ＪＩＳ Ｋ ６２５３（１９９７）に規定される方法に準拠して求めることができる。このとき、ゴムロールの硬度は、デュロメータ硬さ試験で求めたデュロメータ硬さで表すものとする。
【００３８】
前記ニップロール４は双方フリーロールであることが好ましく、該ニップロール４の少なくとも一方はブレーキ機構を設けてあることが好ましい。
【００３９】
前記ブレーキ機構のブレーキ方式に特段の制約はないが、単純な機構でブレーキ力を付与することができる摩擦方式であることが好ましい。
【００４０】
ガイドロール７はフリーロールでも固定ロールでも構わないが、シート状物６との摩擦低減のためにフリーロールであることが好ましい。またシート状物６の割れを防止するためガイドロール７の直径は７６ｍｍ以上が好ましく、１５２ｍｍ以上がさらに好ましい。ガイドロール７の直径が７６ｍｍより小さい場合、特にシートの厚さが０．２ｍｍ以上の場合に割れやすくなる。設備をコンパクトにするためガイドロール７の外径は３３０ｍｍ以下が好ましい。
【００４１】
前記シート状物６の初期巻取り張力Ｔ１は単位幅当たり４０Ｎ／ｍ以上であることが重要である。なかでも４０Ｎ／ｍ〜１０００Ｎ／ｍであることがさらに好ましく、より好ましくは６０Ｎ／ｍ〜６００Ｎ／ｍ以上である。また、最終巻取り張力Ｔ２は下式（１）を満足する巻取り方法であることが重要である。
Ｔ１≦Ｔ２≦（Ｄ１＋Ｄ２）／Ｄ１×Ｔ１ ・・・（１）
ここに、Ｔ１：初期巻取り張力（Ｎ／ｍ）
Ｔ２：最終巻取り張力（Ｎ／ｍ）
Ｄ１：初期巻取り直径（ｍｍ）
Ｄ２：最終巻取り直径（ｍｍ）
【００４２】
初期巻取り張力Ｔ１が４０Ｎ／ｍよりも小さいと、前記シート状物６を巻き取った際に巻き端面が揃わないことがある。また、前記シート状物６の搬送状態が不安定になり、蛇行の原因となることがある。前記初期巻取り張力Ｔ１が１０００Ｎ／ｍよりも大きいと、前記シート状物６を巻き取る際に変形や破断が起こることがある
最終巻取り張力Ｔ２が初期巻取り張力Ｔ１よりも小さいと、半径方向に及ぼすシート状物の締め付け力Ｆは巻取り張力をＴ、巻取り直径をＤとした際に、下式（２）のとおり、巻取り径に反比例するため、巻取り直径Ｄが大きくなるに従い、軸方向にずれやすくなることがある。
Ｆ＝２Ｔ／Ｄ ・・・（２）
ここに、Ｆ：半径方向に及ぼすシート状物の締め付け力（Ｎ／ｍ２）
Ｔ：巻取り張力（Ｎ／ｍ）
Ｄ：巻取り直径（ｍｍ）
【００４３】
前記シート状物６の曲げ弾性率は３〜５０ＧＰａであることが好ましく、３〜３０ＧＰａがより好ましく、さらに好ましくは３〜２０ＧＰａである。前記シート状物６の曲げ弾性率が３ＧＰａより小さいと、例えば、燃料電池の電極基材用途で使用する場合にハンドリング性が悪く、またセパレータの溝への落ち込みが生じることがある。前記シート状物６の曲げ弾性率が５０ＧＰａよりも大きいと、前記シート状物６をコアボビン３にロール状に巻き取る際、剛性によりコアボビン３に該シート状物６が沿いにくく、巻き取りやすさが低下し、巻きズレの原因となることがある。
【００４４】
シート状物の曲げ弾性率は、ＪＩＳ Ｋ ６９１１（１９９５）に規定される方法に準拠して求めることができる。このとき、試験片の幅は１５ｍｍ、長さは４０ｍｍ、支点間距離は１５ｍｍとする。また、支点と圧子の曲率半径は３ｍｍ、荷重速度は２ｍｍ／ｍｉｎとする。シート状物の曲げ弾性率は、ロール状への巻き取りやすさや、ハンドリング性の良否を示す指標となる。
【００４５】
前記シート状物６の静摩擦係数は０．１〜０．７であることが好ましく、０．２〜０．６がより好ましく、さらに好ましくは０．２〜０．５である。前記シート状物６の静摩擦係数が０．１よりも小さいと、該シート状物６の層間の摩擦力が小さいため、巻き取り後に端部ズレが発生しやすくなる。前記シート状物６の静摩擦係数が０．７よりも大きいと、従来の技術で巻き端面が揃っている前記シート状物６の巻き取り体を得ることができる。
【００４６】
シート状物の静摩擦係数は、新東科学株式会社製静摩擦係数測定機“ポータブル摩擦計ミューズ Ｔｙｐｅ：９４ｉ”を用いて測定する。直径２５ｍｍに切り取った一方のサンプルを、測定器下面にある重りに貼り付け、測定器を他方のサンプル上に置き、測定開始すると、自動で重りを水平方向に移動させる荷重が加えられていく。滑り始める瞬間の荷重を最大静止摩擦力Ｆ、重りの重さを垂直力Ｇとし、静摩擦係数μを測定する。静摩擦係数μは下式（３）より求めることができる。測定回数は１０回とし、１０個の平均値から静摩擦係数を算出する。
μ＝Ｆ／Ｇ ・・・（３）
ここに、μ：静摩擦係数
Ｆ：最大静止摩擦力（Ｎ）
Ｇ：垂直力（Ｎ）
【００４７】
本発明の巻き取り方法によれば、好ましくは１５０ｍ以上の、より好ましくは１５０ｍ〜１０００ｍの長尺な、分散している炭素短繊維が樹脂および／または有機物の炭化物で結着されてなる炭素繊維シート状物６を、巻きズレ量ｔが３ｍｍ以下で、かつ巻取り時に破断することないシート状物の巻取り体１として巻取ることができる。
【００４８】
前記シート状物の巻き取り体１の巻き端面が揃っていると、該シート状物の巻き取り体１の搬送時に前記シート状物６の端部が梱包資材に接触することによる該シート状物６の端部の欠け、さらには巻き出し時の破断を防止することができる。また、前記シート状物６を巻き出し時の蛇行を抑制することができ、後工程での撥水処理や塗工工程での幅方向位置調整が容易になるとともに、蛇行制御による破断を未然に防止できる。
【００４９】
巻きズレ量ｔは、図５に示すとおり、巻取り体の巻きズレを含む全幅Ｗとシート状物の幅ＷＳをスケールやノギスを用いて測定し、下式（４）より求めることができる。
ｔ＝Ｗ−ＷＳ ・・・（４）
ここに、ｔ：巻きズレ量（ｍｍ）
Ｗ：巻取り体の巻きズレを含む全幅（ｍｍ）
ＷＳ：シート状物の幅（ｍｍ）
【実施例】
【００５０】
以下、実施例により、本発明をさらに具体的に説明する。
【００５１】
実施例１
東レ株式会社製ポリアクリロニトリル系炭素繊維“トレカ”（登録商標）Ｔ−３００−６Ｋ（平均単繊維径：７μｍ、単繊維数：６，０００本）を１２ｍｍの長さにカットし、水を抄造媒体として連続的に抄造し、さらにポリビニルアルコールの１０重量％水溶液に浸漬し、乾燥して、炭素繊維の目付が約３２ｇ／ｍ２の長尺の炭素繊維紙を得てロール状に巻き取った。ポリビニルアルコールの付着量は、炭素繊維紙１００重量部に対して２０重量部に相当する。
【００５２】
株式会社中越黒鉛工業所製鱗片状黒鉛ＢＦ−５Ａ（平均粒径５μｍ）、フェノール樹脂、メタノールを１：４：１６の重量比で混合した分散液を用意した。上記炭素繊維紙に、炭素繊維紙１００重量部に対してフェノール樹脂が１１０重量部になるように、上記分散液に連続的に含浸し、９０℃の温度で３分間乾燥することにより炭素繊維と熱硬化性樹脂を含むシート状物を得てロール状に巻き取った。フェノール樹脂としては、レゾール型フェノール樹脂とノボラック型フェノール樹脂とを１：１の重量比で混合した樹脂を用いた。
【００５３】
株式会社カワジリ社製１００ｔプレスに上面盤および下面盤（ともに面盤サイズは縦１２０ｃｍ、横１２０ｃｍ）が互いに平行となるようセットし、面盤温度２００℃、面圧１．５ＭＰａで、プレスの開閉を繰り返しながら炭素繊維と熱硬化性樹脂を含むシート状物を間欠的に搬送しつつ、同じ箇所がのべ９０秒間加熱加圧されるよう圧縮処理した。この際、面盤の有効加圧長ＬＰは１２００ｍｍで、間欠的に搬送する際の前駆体繊維シート状物の送り量ＬＦを２００ｍｍとした。すなわち、１５秒の加熱加圧、型開き、炭素繊維紙の送り（２００ｍｍ）、を繰り返すことによって圧縮処理を行い、得られた炭素繊維強化プラスチック長尺シート状物をロール状に巻き取った。
【００５４】
得られた炭素繊維強化プラスチック長尺シート状物を、窒素ガス雰囲気に保たれた、最高温度が２，０００℃の加熱炉に導入し、加熱炉内を連続的に走行させながら、約５００℃／ｍｉｎの昇温速度で焼成し、得られた多孔質炭素シート状物をロール状に巻き取った。得られた多孔質炭素シート状物は幅５００ｍｍ、厚さ０．２ｍｍ、目付８０ｇ／ｍ２、長さ３００ｍ、曲げ強度５０ＭＰａ、曲げ弾性率１０ＧＰａ、静摩擦係数０．３であった。
【００５５】
得られた多孔質炭素シート状物を、図１に示す、ロール状に巻き取る巻取り軸２と、該巻取り軸２の直前にシート状物６をニップするニップロール４と、該ニップロール４の上流側に設けられたシート状物の端部の位置検出手段５と、該位置検出手段５からの検出信号により、前記巻取り軸を巻取り軸中心軸と平行な方向に移動させる移動手段と、該移動手段を制御する制御部とを有してなるシート状物の巻取り装置を用いて、巻き取り速度２ｍ／ｍｉｎ、コアボビンの外径ｄ（初期巻取り径Ｄ１）が１７０ｍｍで前記シート状物を長さ３００ｍ巻き取った。このとき、ニップロール４はニップ幅ＷＮが４００ｍｍで双方硬度５０度のゴムロールのフリーロールを用い、ニップロール４のニップ部と巻取り軸２の距離は０．３８ｍとした。最終巻取り径Ｄ２は３５０ｍｍであった。
【００５６】
初期巻取り張力Ｔ１を１６０Ｎ／ｍ、最終巻取り張力Ｔ２を３２０Ｎ／ｍとし、多孔質炭素シート状物の巻取り体１を得た。ニップロールより上流側でシート状物にかかる張力は４０Ｎ／ｍとした。
【００５７】
巻き取り後の端部の巻きズレ量ｔは１．２ｍｍで、破断や欠けなどの問題を生じることなく安定的に巻き取ることが可能であった。
【００５８】
実施例２
初期巻取り張力Ｔ１を３００Ｎ／ｍ、最終巻取り張力Ｔ２を３００Ｎ／ｍとしたこと以外は実施例１と同様にして多孔質炭素シート状物の巻取り体を得た。
【００５９】
巻き取り後の端部の巻きズレ量ｔは１．６ｍｍで、破断や欠けなどの問題を生じることなく安定的に巻き取ることが可能であった。
【００６０】
実施例３
初期巻取り張力Ｔ１を１６０Ｎ／ｍ、最終巻取り張力Ｔ２を８０Ｎ／ｍとしたこと以外は実施例１と同様にして多孔質炭素シート状物の巻取り体を得た。
【００６１】
破断や欠けなどの問題を生じることなく巻き取ることが可能であったが、７０ｍ以降巻き終えたところから軸方向にずれ始め、実施例１と比較して巻き取り後の端部の巻きズレ量ｔは８．６ｍｍと大きくなった。
【００６２】
比較例１
ニップロール４によるシート状物のニップを行わなかったこと以外は実施例１と同様にして多孔質炭素シート状物の巻取り体を得た。ニップを行わなかったため、巻取り装置の全長に亘って、シート状物には巻取り張力と同じ張力がかかった。
【００６３】
多孔質炭素シート状物を巻き取っている際、シート状物の端部に微小な傷が存在したことが原因と思われる破断が発生し、それ以上の巻取りができなかった。
【００６４】
比較例２
ニップロール４によるシート状物のニップを行なわずに、初期巻取り張力Ｔ１を３０Ｎ／ｍ、最終巻取り張力Ｔ２を５０Ｎ／ｍとしたこと以外は実施例１と同様にして多孔質炭素シート状物の巻取り体を得た。ニップを行わなかったため、巻取り装置の全長に亘って、シート状物には巻取り張力と同じ張力がかかった。 破断などの問題を生じることなく巻き取ることが可能であったが、端部の巻きズレ量ｔが３２ｍｍの巻きズレが発生し、良好な巻き形態を得ることはできなかった。
【００６５】
以上のように、本発明の巻き取り方法によれば、分散している炭素短繊維が樹脂および／または有機物の炭化物で結着されてなる炭素繊維シート状物を巻き端面が揃っており、かつ巻き取り時に破断することなく巻き取ることができ、安定したシート状物の巻き取り体を供給することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明によって得られる巻取り体に巻き取った炭素繊維シート状物は、固体高分子型燃料電池の電極基材に限らず、各種電極や電波吸収体などにも応用することができるが、その応用範囲が、これらに限られるものではない。
【符号の説明】
【００６７】
１：シート状物の巻取り体
２：巻取り軸
３：コアボビン
４：ニップロール
５：シート状物の端部位置検出手段
６：シート状物
７：ガイドロール
ＷＳ：シート状物の幅
ＷＮ：ニップ幅
ｄ：コアボビンの外径
Ｄ：シート状物の巻取り直径
Ｗ：巻取り体の巻きズレを含む全幅
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散している炭素短繊維が樹脂および／または有機物の炭化物で結着されてなるシート状物を、巻取り軸と該巻取り軸の上流側に設けられ、前記シート状物をニップするニップロールと、該ニップロールの上流側に設けられたシート状物の端部位置検出手段と、該検出手段からの検出信号により前記巻取り軸を巻取り軸の中心軸と平行な方向に移動させる移動手段と、該移動手段を制御する制御部とを有してなるシート状物の巻取り装置を用い、初期巻取り張力Ｔ１が単位幅当たり４０Ｎ／ｍ以上、最終巻取り張力Ｔ２が、Ｄ１を初期巻取り直径、Ｄ２を最終巻取り直径とした際に下式（１）を満足する条件で巻き取ることを特徴とするシート状物の巻取り方法。
Ｔ１≦Ｔ２≦（Ｄ１＋Ｄ２）／Ｄ１×Ｔ１ ・・・（１）
【請求項２】
前記ニップロールが、該巻取り軸の直前に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のシート状物の巻取り方法。
【請求項３】
前記シート状物の５０〜９５％のニップ幅を有するニップロールが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のシート状物の巻取り方法。
【請求項４】
前記シート状物の曲げ弾性率が３〜５０ＧＰａ、静摩擦係数が０．１〜０．７であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のシート状物の巻取り方法。
【請求項５】
前記シート状物が、１５０ｍ以上の長さに巻取られることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のシート状物の巻取り方法。
【請求項６】
連続して搬送された前記シート状物を、請求項１〜３に記載のシート状物の巻取り方法により巻取って、シート状物の巻取り体とする、シート状物の巻取り体の製造方法。
【請求項７】
前記シート状物の曲げ弾性率が３〜５０ＧＰａ、静摩擦係数が０．１〜０．７である、請求項６に記載のシート状物の巻取り体の製造方法。
【請求項８】
前記シート状物が、１５０ｍ以上の長さに巻取られたものである、請求項６または７に記載のシート状物の巻取り体の製造方法。
【請求項１】
分散している炭素短繊維が樹脂および／または有機物の炭化物で結着されてなるシート状物を、巻取り軸と該巻取り軸の上流側に設けられ、前記シート状物をニップするニップロールと、該ニップロールの上流側に設けられたシート状物の端部位置検出手段と、該検出手段からの検出信号により前記巻取り軸を巻取り軸の中心軸と平行な方向に移動させる移動手段と、該移動手段を制御する制御部とを有してなるシート状物の巻取り装置を用い、初期巻取り張力Ｔ１が単位幅当たり４０Ｎ／ｍ以上、最終巻取り張力Ｔ２が、Ｄ１を初期巻取り直径、Ｄ２を最終巻取り直径とした際に下式（１）を満足する条件で巻き取ることを特徴とするシート状物の巻取り方法。
Ｔ１≦Ｔ２≦（Ｄ１＋Ｄ２）／Ｄ１×Ｔ１ ・・・（１）
【請求項２】
前記ニップロールが、該巻取り軸の直前に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のシート状物の巻取り方法。
【請求項３】
前記シート状物の５０〜９５％のニップ幅を有するニップロールが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のシート状物の巻取り方法。
【請求項４】
前記シート状物の曲げ弾性率が３〜５０ＧＰａ、静摩擦係数が０．１〜０．７であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のシート状物の巻取り方法。
【請求項５】
前記シート状物が、１５０ｍ以上の長さに巻取られることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のシート状物の巻取り方法。
【請求項６】
連続して搬送された前記シート状物を、請求項１〜３に記載のシート状物の巻取り方法により巻取って、シート状物の巻取り体とする、シート状物の巻取り体の製造方法。
【請求項７】
前記シート状物の曲げ弾性率が３〜５０ＧＰａ、静摩擦係数が０．１〜０．７である、請求項６に記載のシート状物の巻取り体の製造方法。
【請求項８】
前記シート状物が、１５０ｍ以上の長さに巻取られたものである、請求項６または７に記載のシート状物の巻取り体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−３２２２８（Ｐ２０１３−３２２２８Ａ）
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２２５７２４（Ｐ２０１２−２２５７２４）
【出願日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【分割の表示】特願２００８−５２９５８（Ｐ２００８−５２９５８）の分割
【原出願日】平成２０年３月４日（２００８．３．４）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【分割の表示】特願２００８−５２９５８（Ｐ２００８−５２９５８）の分割
【原出願日】平成２０年３月４日（２００８．３．４）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
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