延伸多孔質膜の製造方法及び燃料電池
【課題】簡易な方法で、樹脂の粉末を含むペーストの分級を精度良く行い、膜の均一性が良好な延伸多孔質膜を得ることができる延伸多孔質膜の製造方法を提供する。
【解決手段】樹脂を含んでなる延伸多孔質膜の製造方法であって、樹脂の粉末を含むペーストをふるい網上で音波により振動させて分級する工程と、分級された粉末を押し出し成形後、延伸して延伸多孔質膜を形成する工程と、を含む延伸多孔質膜の製造方法である。
【解決手段】樹脂を含んでなる延伸多孔質膜の製造方法であって、樹脂の粉末を含むペーストをふるい網上で音波により振動させて分級する工程と、分級された粉末を押し出し成形後、延伸して延伸多孔質膜を形成する工程と、を含む延伸多孔質膜の製造方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、延伸多孔質膜の製造方法、及びその製造方法によって得られる延伸多孔質膜を含む燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境問題や資源問題への対策の一つとして、酸素や空気等の酸化性ガスと、水素やメタン等の還元性ガス（燃料ガス）あるいはメタノール等の液体燃料等とを原料として電気化学反応により化学エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する燃料電池が注目されている。燃料電池は、電解質膜の一方の面に燃料極（アノード触媒層）と、もう一方の面に空気極（カソード触媒層）とを電解質膜を挟んで対向するように設け、電解質膜を挟持した各触媒層の外側に拡散層をさらに設け、これらを原料供給用の通路を設けたセパレータで挟んで電池が構成され、各触媒層に水素、酸素等の原料を供給して発電する。
【０００３】
燃料電池の発電時には、燃料極に供給する原料を水素ガス、空気極に供給する原料を空気とした場合、燃料極において、水素ガスから水素イオンと電子とが発生する。電子は外部端子から外部回路を通じて空気極に到達する。空気極において、供給される空気中の酸素と、電解質膜を通過した水素イオンと、外部回路を通じて空気極に到達した電子により、水が生成する。このように燃料極及び空気極において化学反応が起こり、電荷が発生して電池として機能することになる。この燃料電池は、発電に使用される原料のガスや液体燃料が豊富に存在すること、また、その発電原理より排出される物質が水であること等より、クリーンなエネルギー源として様々な検討がされている。
【０００４】
このような燃料電池は自動車等の動力源としての利用が検討されているが、自動車のように大きな電力を必要とする場合、使用される電解質膜には機械的な強度が要求され、そのため、電解質膜の補強膜として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の延伸多孔質膜が用いることが検討されている。
【０００５】
ポリテトラフルオロエチレン等の延伸多孔質膜は、ポリテトラフルオロエチレン等の樹脂粉末及び成形助剤等を含むペーストを押し出し成形した後、延伸して形成される。この延伸多孔質膜は、燃料電池に使用される電解質膜の補強膜の他にも、例えば、リチウムイオン二次電池等の電子部品に備えられるセパレータ、フィルタろ材、携帯電話等用の通気性通音膜等に用いられている。
【０００６】
このような延伸多孔質膜の製造において、樹脂粉末等を含むペーストに粗大粒子が含まれていると、ペーストを押し出し成形後、延伸するとムラが発生し、膜の均一性が悪くなる場合があった。したがって、延伸多孔質膜の均一性を向上させるためには、押し出し成形をする前に、樹脂粉末を含むペーストから粗大粒子を分級等により除去する必要がある。
【０００７】
一方、粉末の分級方法として、音波による分級方法が知られている（例えば、特許文献１〜３）。これは、ふるい網上の粉末にスピーカから発生させた音波をあてて、粉体を振動させることによりふるい分けを行い、ふるい網を通過した粉末を回収するものである。
【０００８】
【特許文献１】特開昭６０−２５１９７８号公報
【特許文献２】実開昭５７−７６８８７号公報
【特許文献３】実開平２−４８１７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
延伸多孔質膜の均一性を向上させるために、通常は、押し出し成形を行う前に、ふるいを使用して樹脂粉末を含むペーストから粗大粒子を除去するが、ふるい網上にペーストを投入し、機械的な振動をふるいに与えて分級を行うと、ふるいの網目を無理に通過させる力が粉末に作用するため、分級精度が悪くなり、膜の均一性はまだ不十分であった。
【００１０】
また、そのような、膜の均一性が不十分な延伸多孔質膜を燃料電池の電解質膜の補強膜として使用すると、電気抵抗、機械的強度等のムラとして現われ、燃料電池の性能や寿命が悪化する。
【００１１】
また、特許文献１〜３には、音波による分級方法が記載されているが、延伸多孔質膜の製造への応用は記載されていない。
【００１２】
本発明は、樹脂を含んでなる延伸多孔質膜の製造方法において、簡易な方法で、樹脂の粉末を含むペーストの分級を精度良く行い、膜の均一性が良好な延伸多孔質膜を得ることができる延伸多孔質膜の製造方法である。
【００１３】
また、本発明は、電池性能及び寿命の良好な燃料電池である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、樹脂を含んでなる延伸多孔質膜の製造方法であって、前記樹脂の粉末を含むペーストをふるい網上で音波により振動させて分級する工程と、前記分級された粉末を押し出し成形後、延伸して延伸多孔質膜を形成する工程と、を含む。
【００１５】
また、前記延伸多孔質膜の製造方法において、前記樹脂は、ポリテトラフルオロエチレンであることが好ましい。
【００１６】
また、前記延伸多孔質膜の製造方法において、前記音波の周波数は、１００Ｈｚ以下であることが好ましい。
【００１７】
また、前記延伸多孔質膜の製造方法において、前記ペーストは、さらに成形助剤を含むことが好ましい。
【００１８】
また、本発明は、電解質膜の表面に触媒層が形成された接合体を含む燃料電池であって、前記電解質膜は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の延伸多孔質膜を含む。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、樹脂を含んでなる延伸多孔質膜の製造方法において、樹脂の粉末を含むペーストをふるい網上で音波により振動させて分級することにより、簡易な方法で、樹脂の粉末を含むペーストの分級を精度良く行い、分級された粉末を押し出し成形後、延伸することにより、膜の均一性が良好な延伸多孔質膜を得ることができる。
【００２０】
また、本発明では、上記延伸多孔質膜を電解質膜の補強膜として使用することにより、電池性能及び寿命の良好な燃料電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態に係る延伸多孔質膜の製造方法について説明する。
【００２２】
本発明の実施形態に係る延伸多孔質膜の製造方法の一例の概略を図１に示す。
【００２３】
図１において、まず、ふるい１０の網１２上にペースト１４を投入する（図１（ａ））。次に、ふるい１０の上に設置した音波発生源１６からペースト１４に音波を照射し、ふるい１０の網１２上でペースト１４を振動させて（図１（ｂ））、網１２の目を通過したものと通過しないものとに分級し、網１２の目を通過したペースト１４を容器１８に回収する（図１（ｃ））。
【００２４】
ペースト１４に照射する音波の周波数は、ペースト１４を振動させることができればよく特に制限はなく、一般的な音波より低周波数のものを使用してもよいが、２０Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲であることが好ましく、５０Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲であることがより好ましい。音波の周波数が１００Ｈｚを超えると、音波の直進性が高くなり、ペースト１４の粒子間に進入しにくくなり、粒子をばらしにくくなる場合がある。音波の周波数が２０Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲であると、音波が回折し易く、ペースト１４の粒子間に進入しやすくなり粒子をばらしやすくなる傾向にある。また、音波の周波数が２０Ｈｚ未満であると、音波の直進性が悪くなるため分級効果に悪影響が出る場合がある。
【００２５】
ペースト１４に照射する音波の強度は、ペースト１４を振動させることができればよく特に制限はないが、３０ｄＢ以上８５ｄＢ未満の範囲であることが好ましく、３０ｄＢ〜６０ｄＢの範囲であることがより好ましい。音波の強度は大きいほどペースト１４を振動させやすくなり、分級を効率的に行うことができるが、音波の強度が８５ｄＢ以上であると作業性が悪化し、騒音対策が必要になることから８５ｄＢ未満であることが好ましい。また、音波の強度が、３０ｄＢ未満であると、ペースト１４が振動しにくくなり、分級の効率性が低下する場合がある。なお、音波の強度は音源の位置における強度とする。
【００２６】
音波発生源１６としては、通常スピーカが用いられる。音波発生源１６とふるい１０の網１２上のペースト１４表面との距離は、音波がふるい１０の網１２上のペースト１４の全面に照射することができるように決めればよく、特に制限はないが、通常１００ｍｍ〜２５０ｍｍに設定する。
【００２７】
音波発生源１６の大きさや設置位置は、音波がふるい１０の網１２上のペースト１４の全面に照射することができるように決めればよく、特に制限はない。音波発生源１６の設置位置は、ふるい１０の網１２の面に対して鉛直上方であることが好ましい。ふるい１０の網１２の面に対して斜め上方から照射するように音波発生源１６を設置しても良いが、音波がペースト１４の粒子の間を通り抜ける距離が、鉛直上方から照射する場合に比べて長くなるため、ふるい１０の底の方にあるペースト１４の粒子に届く音波の強度が弱くなり、均一の強度でペースト１４に音波を照射することができない場合がある。
【００２８】
ペースト１４への音波の照射時に、ふるい１０は、動かないように固定しても良いし、上下または左右または斜め方向に振動させても良い。しかし、機械的な振動をふるい１０に強く与えて分級を行うと、ふるい１０の網１２の目を無理に通過させる力がペースト１４の粒子に作用するため、分級精度が悪くなる可能性があるので、ふるい１０は固定した方が好ましい。この点から、ふるい１０に振動を与えるとしても、振動の振幅が５ｍｍ〜１０ｍｍ程度であることが好ましい。
【００２９】
ふるい１０の網１２の目の大きさは、目的の分級の程度に応じて、決めればよく特に制限はないが、例えば、ペースト１４として、ポリテトラフルオロエチレン及び成形助剤を含むものを使用する場合は通常、直径０．８ｍｍの目の大きさのものを使用する。この場合、０．８ｍｍよりも細かい目の大きさのものを使用すると、分級精度はさらに向上するが、粗大粒子の残存量が多くなり分級効率が低下する場合がある。
【００３０】
ペースト１４は、延伸多孔質膜を形成する樹脂の粉末と、必要に応じて成形助剤を含む。樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、超高分子量ポリエチレン、ポリイミド等が挙げられるが、化学的安定性が良好であることから、ポリテトラフルオロエチレンが好ましい。
【００３１】
樹脂の重量平均分子量は、通常、１００，０００〜１０，０００，０００の範囲のものを使用することができる。また、樹脂粉末の平均粒径は、例えばポリテトラフルオロエチレンの場合、通常４５０μｍ〜５５０μｍの範囲である。
【００３２】
成形助剤は、分級の後の押し出し成形時に押し出ししやすいように樹脂粉末に潤滑性を付与して、樹脂粉末の粒子間の摩擦力を低下するため、使用することが好ましい。成形助剤を使用する場合には、樹脂粉末に成形助剤を添加して、ボールミル等により混練して、ペースト１４を作製する。成形助剤としては、液状の潤滑剤、例えばナフサ等のナフサ系助剤を用いることができる。成形助剤の添加量は通常、樹脂粉末に対して１５重量％〜２５重量％の範囲である。
【００３３】
成形助剤は、音波による分級前に添加してもよいし、分級後で押し出し成形前に添加してもよい。通常は、分級前に添加する。
【００３４】
分級により得られたペースト１４の平均粒径は、４５０μｍ〜５５０μｍの範囲であることが好ましい。ペースト１４の平均粒径は、ＡＳＴＭ Ｄ１４５７に準拠した方法により求めることができる。
【００３５】
分級により得られたペースト１４の粒度分布は、６０〜９０％（重量％）の範囲であることが好ましい。ペースト１４の粒度分布は、ＡＳＴＭ Ｄ１４５７に準拠した方法により求めることができる。
【００３６】
以上のような分級方法では、ふるい１０の網１２上のペースト１４の粒子を音波により振動させることにより、ふるい１０の網１２の目を無理に通過させる力をペースト１４の粒子に作用させることなく、例えば、粒子を縦方向に振動させてほぐして網１２の目を自然に通過して落下するものだけを分級するため、粒子に縦方向や横方向のあらゆる振動を加えることにより、粒子と網目がぶつかりせん断力が加えられる機械的な振動による分級に比べて、分級精度が向上すると考えられる。
【００３７】
また、以上のような分級方法は、特に、樹脂としてポリテトラフルオロエチレンを使用する場合に好適に用いることができる。ポリテトラフルオロエチレンの粉末に引っ張り、圧縮、せん断等の外力が加わると、物性が変化、例えば、繊維化されてしまう。したがって、従来のような、ふるいを機械的に振動させて分級する方法では、ポリテトラフルオロエチレン粉末の分級は困難であったが、本実施形態に係る分級方法によれば、ポリテトラフルオロエチレン粉末に無理な外力を与えることなく、物性の変化を引き起こさずに、精度良く分級することができる。また、ポリテトラフルオロエチレンとして高分子量（例えば１０６以上）のものを使用する場合には、外力による繊維化等が顕著に起こるので、本実施形態に係る分級方法を使用することがより好ましい。
【００３８】
次に、本実施形態に係る分級方法で分級されたペーストを、押し出し成形し、延伸して延伸多孔質膜を形成する。また、ペーストの押し出し成形に先立って、予備成形を行ってもよい。一般には、樹脂粉末と成形助剤を含むペーストを予備成形の後、ペースト押出機により棒状に押出成形し、この押出成形物を圧延ロール等で圧延してフィルム状に成形し、次にそのフィルムを、長手方向（ＭＤ方向、圧延方向）に一軸延伸する。この延伸は、例えば、ロール延伸装置を用いて行うことができる。このときの、延伸倍率は、通常、５〜３０倍である。また、延伸時の温度は、通常、常温〜３２０℃である。次に、このようにして得られた一軸延伸フィルム、幅方向（ＴＤ方向）に二軸延伸して、延伸多孔質膜を得る。このＴＤ方向の延伸は、例えば、テンター延伸装置を用いて行うことができる。ＴＤ方向の延伸は、通常、延伸倍率が５〜５０倍であり、延伸温度が常温〜３２０℃である。
【００３９】
また、延伸により得られる多孔質延伸膜の膜厚は、使用用途に応じて決めればよい。
【００４０】
このようにして得られた多孔質延伸膜は、上記分級方法により粒度分布が揃ったペーストを使用して延伸を行っているので、膜厚のムラが少なく、膜全体に均一に多数の孔が点在している均一性の良好な膜である。
【００４１】
このようにして得られた多孔質延伸膜は、例えば、燃料電池に使用される電解質膜の補強膜、リチウムイオン二次電池等の電子部品に備えられるセパレータ、フィルタろ材、携帯電話等用の通気性通音膜等に用いられるが、特に、燃料電池に使用される電解質膜の補強膜として用いることにより、例えば、燃料電池の電流密度−電圧特性等の電池性能や電池寿命を向上することができるため、好ましい。
【００４２】
図２に、本実施形態に係る燃料電池の構成の一例の断面図を示す。燃料電池１は、電解質膜２０、燃料極（アノード触媒層）２２、空気極（カソード触媒層）２４、拡散層２６、セパレータ２８、電解質補強膜３０により構成される。
【００４３】
図２に示すように、燃料電池１は、電解質補強膜３０の表裏面にそれぞれ電解質膜２０ａ，２０ｂを設け、一方の電解質膜２０ａの表面に燃料極２２が、もう一方の電解質膜２０ｂの表面に空気極２４が電解質補強膜３０を挟んでそれぞれ対向するように形成された膜電極複合体３２（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と、膜電極複合体３２を挟んで両面に設けられた拡散層２６と、拡散層２６の両外側を挟持する櫛型状のセパレータ２８とを備える。櫛型状のセパレータ２８の空洞部は、燃料極２２及び空気極２４にそれぞれ水素ガス、空気等の原料を供給するための原料供給路３４，３６となっている。
【００４４】
電解質膜２０としては、プロトン（Ｈ＋）や酸素イオン（Ｏ２−）等のイオン伝導性の高い材料であれば特に制限はなく、例えば、固体高分子電解質膜、安定化ジルコニア膜等が挙げられるが、好ましくはパーフルオロスルホン酸系等の固体高分子電解質膜が用いられる。具体的には、ジャパンゴアテックス（株）のゴアセレクト（Ｇｏｒｅｓｅｌｅｃｔ、登録商標）、デュポン社（Ｄｕ Ｐｏｎｔ社）のナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ、登録商標）、旭化成（株）のアシプレックス（Ａｃｉｐｌｅｘ、登録商標）、旭硝子（株）のフレミオン（Ｆｌｅｍｉｏｎ、登録商標）等のパーフルオロスルホン酸系固体高分子電解質膜を使用することができる。電解質膜２０の膜厚は例えば、１０μｍ〜２００μｍ、好ましくは３０μｍ〜５０μｍの範囲である。
【００４５】
電解質補強膜３０は、上記延伸多孔質膜であり、溶液キャスト法等の方法により電解質補強膜３０の表裏面に電解質膜２０を形成する。延伸多孔質膜である電解質補強膜３０の膜厚は通常、５μｍ〜１００μｍである。
【００４６】
図２では、電解質補強膜３０の両面に電解質膜２０が形成された３層構造であるが、電解質膜２０の表裏面に電解質補強膜３０が形成され、さらにその両面に電解質膜２０が形成された５層構造、あるいはそれ以上の層構造であってもよい。通常は、７層構造で用いられる。
【００４７】
燃料極２２は、例えば、白金（Ｐｔ）等をルテニウム（Ｒｕ）等の他の金属と共に担持したカーボン等の触媒が用いられる。燃料極２２の膜厚は例えば、１μｍ〜１００μｍ、好ましくは１μｍ〜２０μｍの範囲である。
【００４８】
空気極２４としては、例えば、白金（Ｐｔ）等を担持したカーボン等の触媒が用いられる。空気極２４の膜厚は例えば、１μｍ〜１００μｍ、好ましくは１μｍ〜２０μｍの範囲である。
【００４９】
燃料極２２及び空気極２４は、例えば、超音波分散法、沈降法、スプレー法、印刷法、転写法等により電解質膜２０上に形成することができる。また必要に応じて、燃料極２２及び空気極２４を電解質膜２０上に形成した後、加熱、圧着して、燃料極２２及び空気極２４と電解質膜２０との接合面を強固にしてもよい。
【００５０】
拡散層２６としては、導電性が高く、燃料及び空気等の原料の拡散性が高い材料であれば特に制限はないが、多孔質導電体材料であることが好ましい。導電性の高い材料としては、例えば、金属板、金属フィルム、導電性高分子、カーボン材料等が挙げられ、カーボンクロス、ガラス状カーボン等のカーボン材料が好ましく、カーボンクロス等の多孔質カーボン材料であることがより好ましい。拡散層２６の膜厚は例えば、１００μｍ〜１０００μｍ、好ましくは２００μｍ〜６００μｍの範囲である。
【００５１】
セパレータ２８は、エポキシ樹脂等の樹脂等を主成分として構成され、櫛形形状である。櫛型形状のセパレータ２８の空洞部は、燃料極２２及び空気極２４にそれぞれ水素ガス、空気等の原料を供給するための原料供給路３４，３６となっている。また、セパレータ１８は、櫛型形状に限らず、例えば、円筒状、平板状であってもよい。
【００５２】
このようにして製造された燃料電池１において、燃料極２２側の集電体２６と空気極２４側の集電体２６とを外部回路に電気的に接続し、燃料極２２及び空気極２４にそれぞれ原料を供給して運転すれば、電池として機能させることができる。
【００５３】
燃料極２２側に供給する原料としては、水素やメタン等の還元性ガス（燃料ガス）あるいはメタノール等の液体燃料等が挙げられる。空気極２４側に供給する原料としては、酸素や空気等の酸化性ガス等が挙げられる。
【００５４】
燃料電池１において、例えば、燃料極２２に供給する原料を水素ガス、空気極２４に供給する原料を空気として運転した場合、燃料極２２において、
２Ｈ２ → ４Ｈ＋＋４ｅ−
で示される反応式を経て、水素ガス（Ｈ２）から水素イオン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）とが発生する。電子（ｅ−）は拡散層２６から外部回路を通り、拡散層２６から空気極２４に到達する。空気極２４において、供給される空気中の酸素（Ｏ２）と、電解質膜２０を通過した水素イオン（Ｈ＋）と、外部回路を通じて空気極２４に到達した電子（ｅ−）により、
４Ｈ＋＋Ｏ２＋４ｅ− → ２Ｈ２Ｏ
で示される反応式を経て、水が生成する。このように燃料極２２及び空気極２４において化学反応が起こり、電荷が発生して電池として機能することになる。そして、一連の反応において排出される成分は水であるので、クリーンな電池が構成されることになる。
【００５５】
本実施形態に係る燃料電池は、１つの燃料電池（単セル）を複数個集合させて、直列に接続することにより、必要とする電流、電圧を得ることができる。
【００５６】
本実施形態に係る燃料電池は、例えば、携帯電話、携帯用パソコン等のモバイル機器用小型電源；自動車用電源等として用いることができる。また、本実施形態に係る燃料電池は、機械的強度の高い延伸多孔質膜を電解質膜の補強膜として使用しているため、電解質膜に対する負荷が大きい自動車等の電源として特に好適に用いることができる。
【実施例】
【００５７】
以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
【００５８】
（実施例１）
＜ペーストの作製＞
ＰＴＦＥファインパウダ（三井デュポンフロロケミカル製：６Ｊ）と成形助剤（エクソンモービル製：アイソパーＭ）とを重量比８：２で混合し、ボールミル（アズワン製、ＢＲ２型）を用いて１０分間混練し、ペーストを得た。
【００５９】
＜ペーストの分級＞
ペースト２００重量部を、直径３００ｍｍ、目開き０．８ｍｍのステンレス製のふるいの網上に投入した。ふるい上のペースト表面から鉛直上方１００ｍｍの高さにスピーカ（口径：２５０ｍｍ）を設置し、ふるいは固定した状態で、周波数５０Ｈｚ、音波強度５０ｄＢの音波をペーストに照射した。分級時間ごとのふるい上に残存する０．８ｍｍ以上の粗大粒子の数を目視で確認したところ、表１の通りであった。
【００６０】
【表１】
【００６１】
表１の結果から、分級時間１分では０．８ｍｍ以上の粗大粒子は７４個残っていたが、５分で８個まで減少した。１０分間分級を行っても、なお７個残っていた。分級時間を５分以上行えば、充分に分級が可能であった。
【００６２】
１０分間分級を行い、得られたペーストの平均粒径は４９０μｍ、粒度分布は７８％であった。
【００６３】
＜延伸多孔質膜の作製＞
上記で分級したペーストを、予備成形の後、ペースト押出機により棒状に押出成形し、この押出成形物を圧延ロール等で圧延してフィルム状に成形し、次にそのフィルムを、ロール延伸装置を用いて長手方向（ＭＤ方向、圧延方向）に一軸延伸した。このときの、延伸倍率は、１０倍とした。また、延伸時の温度は、２５０℃とした。次に、このようにして得られた一軸延伸フィルムを、テンター延伸装置を用いて幅方向（ＴＤ方向）に二軸延伸して、延伸多孔質膜を得た。ＴＤ方向の延伸は、延伸倍率を１０倍とした。また、延伸温度は２５０℃とした。
【００６４】
このようにして得られた延伸多孔質膜の写真（等倍率）を図３に示す。
【００６５】
（比較例１）
実施例１で作製したペーストを使用して、ペーストの分級を行わなかった以外は実施例１と同様にして延伸多孔質膜を得た。得られた延伸多孔質膜の写真（等倍率）を図４に示す。
【００６６】
（比較例２）
実施例１で作製したペーストを使用して、ペースト２００重量部を、直径３００ｍｍ、目開き０．８ｍｍのステンレス製のふるいの網上に投入し、機械的に横方向の力を与え、６０分間ふるいを振動させて分級を行ったが、得られたペーストは繊維状となった。このように分級したペーストを使用して、実施例１と同様にして延伸多孔質膜を得た。得られた延伸多孔質膜の写真（等倍率）を図５に示す。
【００６７】
図３〜図５において、膜部分がわかり易いように、黒い紙のうえに膜の写真を載せてある。白く見える部分は膜厚が厚い部分で、膜の写真中の黒く見えるところは膜厚が薄い部分である。また、多孔質膜であるため膜全面に小さな孔が点在しているため、その孔が黒く見える場合もある。図３からわかるように、実施例１で得られた延伸多孔質膜は、均一な面を有しているが、図４，図５に示す比較例１，２で得られた延伸多孔質膜は濃淡がはっきりしており、膜が均一でなく、ムラが多いことがわかる。また、実施例１で得られた延伸多孔質膜は、平均１μｍ程度の孔が膜表面に均一に形成されていたが、比較例１，２で得られた延伸多孔質膜は、孔が開いていない部分と、大きな孔（例えば、２〜３ｍｍ程度）が開いている部分が混在し、膜の均一性が悪かった。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施形態に係る延伸多孔質膜の製造方法の一例の概略を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る燃料電池の構成の一例の断面を示す図である。
【図３】本発明の実施例１で得られた延伸多孔質膜の表面状態を示す図である。
【図４】本発明の比較例１で得られた延伸多孔質膜の表面状態を示す図である。
【図５】本発明の比較例２で得られた延伸多孔質膜の表面状態を示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１ 燃料電池、１０ ふるい、１２ 網、１４ ペースト、１６ 音波発生源、１８ 容器、２０ａ，２０ｂ 電解質膜、２２ 燃料極（アノード触媒層）、２４ 空気極（カソード触媒層）、２６ 拡散層、２８ セパレータ、３０ 電解質補強膜、３２ 膜電極複合体（ＭＥＡ）、３４，３６ 原料供給路。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、延伸多孔質膜の製造方法、及びその製造方法によって得られる延伸多孔質膜を含む燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境問題や資源問題への対策の一つとして、酸素や空気等の酸化性ガスと、水素やメタン等の還元性ガス（燃料ガス）あるいはメタノール等の液体燃料等とを原料として電気化学反応により化学エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する燃料電池が注目されている。燃料電池は、電解質膜の一方の面に燃料極（アノード触媒層）と、もう一方の面に空気極（カソード触媒層）とを電解質膜を挟んで対向するように設け、電解質膜を挟持した各触媒層の外側に拡散層をさらに設け、これらを原料供給用の通路を設けたセパレータで挟んで電池が構成され、各触媒層に水素、酸素等の原料を供給して発電する。
【０００３】
燃料電池の発電時には、燃料極に供給する原料を水素ガス、空気極に供給する原料を空気とした場合、燃料極において、水素ガスから水素イオンと電子とが発生する。電子は外部端子から外部回路を通じて空気極に到達する。空気極において、供給される空気中の酸素と、電解質膜を通過した水素イオンと、外部回路を通じて空気極に到達した電子により、水が生成する。このように燃料極及び空気極において化学反応が起こり、電荷が発生して電池として機能することになる。この燃料電池は、発電に使用される原料のガスや液体燃料が豊富に存在すること、また、その発電原理より排出される物質が水であること等より、クリーンなエネルギー源として様々な検討がされている。
【０００４】
このような燃料電池は自動車等の動力源としての利用が検討されているが、自動車のように大きな電力を必要とする場合、使用される電解質膜には機械的な強度が要求され、そのため、電解質膜の補強膜として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の延伸多孔質膜が用いることが検討されている。
【０００５】
ポリテトラフルオロエチレン等の延伸多孔質膜は、ポリテトラフルオロエチレン等の樹脂粉末及び成形助剤等を含むペーストを押し出し成形した後、延伸して形成される。この延伸多孔質膜は、燃料電池に使用される電解質膜の補強膜の他にも、例えば、リチウムイオン二次電池等の電子部品に備えられるセパレータ、フィルタろ材、携帯電話等用の通気性通音膜等に用いられている。
【０００６】
このような延伸多孔質膜の製造において、樹脂粉末等を含むペーストに粗大粒子が含まれていると、ペーストを押し出し成形後、延伸するとムラが発生し、膜の均一性が悪くなる場合があった。したがって、延伸多孔質膜の均一性を向上させるためには、押し出し成形をする前に、樹脂粉末を含むペーストから粗大粒子を分級等により除去する必要がある。
【０００７】
一方、粉末の分級方法として、音波による分級方法が知られている（例えば、特許文献１〜３）。これは、ふるい網上の粉末にスピーカから発生させた音波をあてて、粉体を振動させることによりふるい分けを行い、ふるい網を通過した粉末を回収するものである。
【０００８】
【特許文献１】特開昭６０−２５１９７８号公報
【特許文献２】実開昭５７−７６８８７号公報
【特許文献３】実開平２−４８１７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
延伸多孔質膜の均一性を向上させるために、通常は、押し出し成形を行う前に、ふるいを使用して樹脂粉末を含むペーストから粗大粒子を除去するが、ふるい網上にペーストを投入し、機械的な振動をふるいに与えて分級を行うと、ふるいの網目を無理に通過させる力が粉末に作用するため、分級精度が悪くなり、膜の均一性はまだ不十分であった。
【００１０】
また、そのような、膜の均一性が不十分な延伸多孔質膜を燃料電池の電解質膜の補強膜として使用すると、電気抵抗、機械的強度等のムラとして現われ、燃料電池の性能や寿命が悪化する。
【００１１】
また、特許文献１〜３には、音波による分級方法が記載されているが、延伸多孔質膜の製造への応用は記載されていない。
【００１２】
本発明は、樹脂を含んでなる延伸多孔質膜の製造方法において、簡易な方法で、樹脂の粉末を含むペーストの分級を精度良く行い、膜の均一性が良好な延伸多孔質膜を得ることができる延伸多孔質膜の製造方法である。
【００１３】
また、本発明は、電池性能及び寿命の良好な燃料電池である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、樹脂を含んでなる延伸多孔質膜の製造方法であって、前記樹脂の粉末を含むペーストをふるい網上で音波により振動させて分級する工程と、前記分級された粉末を押し出し成形後、延伸して延伸多孔質膜を形成する工程と、を含む。
【００１５】
また、前記延伸多孔質膜の製造方法において、前記樹脂は、ポリテトラフルオロエチレンであることが好ましい。
【００１６】
また、前記延伸多孔質膜の製造方法において、前記音波の周波数は、１００Ｈｚ以下であることが好ましい。
【００１７】
また、前記延伸多孔質膜の製造方法において、前記ペーストは、さらに成形助剤を含むことが好ましい。
【００１８】
また、本発明は、電解質膜の表面に触媒層が形成された接合体を含む燃料電池であって、前記電解質膜は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の延伸多孔質膜を含む。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、樹脂を含んでなる延伸多孔質膜の製造方法において、樹脂の粉末を含むペーストをふるい網上で音波により振動させて分級することにより、簡易な方法で、樹脂の粉末を含むペーストの分級を精度良く行い、分級された粉末を押し出し成形後、延伸することにより、膜の均一性が良好な延伸多孔質膜を得ることができる。
【００２０】
また、本発明では、上記延伸多孔質膜を電解質膜の補強膜として使用することにより、電池性能及び寿命の良好な燃料電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態に係る延伸多孔質膜の製造方法について説明する。
【００２２】
本発明の実施形態に係る延伸多孔質膜の製造方法の一例の概略を図１に示す。
【００２３】
図１において、まず、ふるい１０の網１２上にペースト１４を投入する（図１（ａ））。次に、ふるい１０の上に設置した音波発生源１６からペースト１４に音波を照射し、ふるい１０の網１２上でペースト１４を振動させて（図１（ｂ））、網１２の目を通過したものと通過しないものとに分級し、網１２の目を通過したペースト１４を容器１８に回収する（図１（ｃ））。
【００２４】
ペースト１４に照射する音波の周波数は、ペースト１４を振動させることができればよく特に制限はなく、一般的な音波より低周波数のものを使用してもよいが、２０Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲であることが好ましく、５０Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲であることがより好ましい。音波の周波数が１００Ｈｚを超えると、音波の直進性が高くなり、ペースト１４の粒子間に進入しにくくなり、粒子をばらしにくくなる場合がある。音波の周波数が２０Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲であると、音波が回折し易く、ペースト１４の粒子間に進入しやすくなり粒子をばらしやすくなる傾向にある。また、音波の周波数が２０Ｈｚ未満であると、音波の直進性が悪くなるため分級効果に悪影響が出る場合がある。
【００２５】
ペースト１４に照射する音波の強度は、ペースト１４を振動させることができればよく特に制限はないが、３０ｄＢ以上８５ｄＢ未満の範囲であることが好ましく、３０ｄＢ〜６０ｄＢの範囲であることがより好ましい。音波の強度は大きいほどペースト１４を振動させやすくなり、分級を効率的に行うことができるが、音波の強度が８５ｄＢ以上であると作業性が悪化し、騒音対策が必要になることから８５ｄＢ未満であることが好ましい。また、音波の強度が、３０ｄＢ未満であると、ペースト１４が振動しにくくなり、分級の効率性が低下する場合がある。なお、音波の強度は音源の位置における強度とする。
【００２６】
音波発生源１６としては、通常スピーカが用いられる。音波発生源１６とふるい１０の網１２上のペースト１４表面との距離は、音波がふるい１０の網１２上のペースト１４の全面に照射することができるように決めればよく、特に制限はないが、通常１００ｍｍ〜２５０ｍｍに設定する。
【００２７】
音波発生源１６の大きさや設置位置は、音波がふるい１０の網１２上のペースト１４の全面に照射することができるように決めればよく、特に制限はない。音波発生源１６の設置位置は、ふるい１０の網１２の面に対して鉛直上方であることが好ましい。ふるい１０の網１２の面に対して斜め上方から照射するように音波発生源１６を設置しても良いが、音波がペースト１４の粒子の間を通り抜ける距離が、鉛直上方から照射する場合に比べて長くなるため、ふるい１０の底の方にあるペースト１４の粒子に届く音波の強度が弱くなり、均一の強度でペースト１４に音波を照射することができない場合がある。
【００２８】
ペースト１４への音波の照射時に、ふるい１０は、動かないように固定しても良いし、上下または左右または斜め方向に振動させても良い。しかし、機械的な振動をふるい１０に強く与えて分級を行うと、ふるい１０の網１２の目を無理に通過させる力がペースト１４の粒子に作用するため、分級精度が悪くなる可能性があるので、ふるい１０は固定した方が好ましい。この点から、ふるい１０に振動を与えるとしても、振動の振幅が５ｍｍ〜１０ｍｍ程度であることが好ましい。
【００２９】
ふるい１０の網１２の目の大きさは、目的の分級の程度に応じて、決めればよく特に制限はないが、例えば、ペースト１４として、ポリテトラフルオロエチレン及び成形助剤を含むものを使用する場合は通常、直径０．８ｍｍの目の大きさのものを使用する。この場合、０．８ｍｍよりも細かい目の大きさのものを使用すると、分級精度はさらに向上するが、粗大粒子の残存量が多くなり分級効率が低下する場合がある。
【００３０】
ペースト１４は、延伸多孔質膜を形成する樹脂の粉末と、必要に応じて成形助剤を含む。樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、超高分子量ポリエチレン、ポリイミド等が挙げられるが、化学的安定性が良好であることから、ポリテトラフルオロエチレンが好ましい。
【００３１】
樹脂の重量平均分子量は、通常、１００，０００〜１０，０００，０００の範囲のものを使用することができる。また、樹脂粉末の平均粒径は、例えばポリテトラフルオロエチレンの場合、通常４５０μｍ〜５５０μｍの範囲である。
【００３２】
成形助剤は、分級の後の押し出し成形時に押し出ししやすいように樹脂粉末に潤滑性を付与して、樹脂粉末の粒子間の摩擦力を低下するため、使用することが好ましい。成形助剤を使用する場合には、樹脂粉末に成形助剤を添加して、ボールミル等により混練して、ペースト１４を作製する。成形助剤としては、液状の潤滑剤、例えばナフサ等のナフサ系助剤を用いることができる。成形助剤の添加量は通常、樹脂粉末に対して１５重量％〜２５重量％の範囲である。
【００３３】
成形助剤は、音波による分級前に添加してもよいし、分級後で押し出し成形前に添加してもよい。通常は、分級前に添加する。
【００３４】
分級により得られたペースト１４の平均粒径は、４５０μｍ〜５５０μｍの範囲であることが好ましい。ペースト１４の平均粒径は、ＡＳＴＭ Ｄ１４５７に準拠した方法により求めることができる。
【００３５】
分級により得られたペースト１４の粒度分布は、６０〜９０％（重量％）の範囲であることが好ましい。ペースト１４の粒度分布は、ＡＳＴＭ Ｄ１４５７に準拠した方法により求めることができる。
【００３６】
以上のような分級方法では、ふるい１０の網１２上のペースト１４の粒子を音波により振動させることにより、ふるい１０の網１２の目を無理に通過させる力をペースト１４の粒子に作用させることなく、例えば、粒子を縦方向に振動させてほぐして網１２の目を自然に通過して落下するものだけを分級するため、粒子に縦方向や横方向のあらゆる振動を加えることにより、粒子と網目がぶつかりせん断力が加えられる機械的な振動による分級に比べて、分級精度が向上すると考えられる。
【００３７】
また、以上のような分級方法は、特に、樹脂としてポリテトラフルオロエチレンを使用する場合に好適に用いることができる。ポリテトラフルオロエチレンの粉末に引っ張り、圧縮、せん断等の外力が加わると、物性が変化、例えば、繊維化されてしまう。したがって、従来のような、ふるいを機械的に振動させて分級する方法では、ポリテトラフルオロエチレン粉末の分級は困難であったが、本実施形態に係る分級方法によれば、ポリテトラフルオロエチレン粉末に無理な外力を与えることなく、物性の変化を引き起こさずに、精度良く分級することができる。また、ポリテトラフルオロエチレンとして高分子量（例えば１０６以上）のものを使用する場合には、外力による繊維化等が顕著に起こるので、本実施形態に係る分級方法を使用することがより好ましい。
【００３８】
次に、本実施形態に係る分級方法で分級されたペーストを、押し出し成形し、延伸して延伸多孔質膜を形成する。また、ペーストの押し出し成形に先立って、予備成形を行ってもよい。一般には、樹脂粉末と成形助剤を含むペーストを予備成形の後、ペースト押出機により棒状に押出成形し、この押出成形物を圧延ロール等で圧延してフィルム状に成形し、次にそのフィルムを、長手方向（ＭＤ方向、圧延方向）に一軸延伸する。この延伸は、例えば、ロール延伸装置を用いて行うことができる。このときの、延伸倍率は、通常、５〜３０倍である。また、延伸時の温度は、通常、常温〜３２０℃である。次に、このようにして得られた一軸延伸フィルム、幅方向（ＴＤ方向）に二軸延伸して、延伸多孔質膜を得る。このＴＤ方向の延伸は、例えば、テンター延伸装置を用いて行うことができる。ＴＤ方向の延伸は、通常、延伸倍率が５〜５０倍であり、延伸温度が常温〜３２０℃である。
【００３９】
また、延伸により得られる多孔質延伸膜の膜厚は、使用用途に応じて決めればよい。
【００４０】
このようにして得られた多孔質延伸膜は、上記分級方法により粒度分布が揃ったペーストを使用して延伸を行っているので、膜厚のムラが少なく、膜全体に均一に多数の孔が点在している均一性の良好な膜である。
【００４１】
このようにして得られた多孔質延伸膜は、例えば、燃料電池に使用される電解質膜の補強膜、リチウムイオン二次電池等の電子部品に備えられるセパレータ、フィルタろ材、携帯電話等用の通気性通音膜等に用いられるが、特に、燃料電池に使用される電解質膜の補強膜として用いることにより、例えば、燃料電池の電流密度−電圧特性等の電池性能や電池寿命を向上することができるため、好ましい。
【００４２】
図２に、本実施形態に係る燃料電池の構成の一例の断面図を示す。燃料電池１は、電解質膜２０、燃料極（アノード触媒層）２２、空気極（カソード触媒層）２４、拡散層２６、セパレータ２８、電解質補強膜３０により構成される。
【００４３】
図２に示すように、燃料電池１は、電解質補強膜３０の表裏面にそれぞれ電解質膜２０ａ，２０ｂを設け、一方の電解質膜２０ａの表面に燃料極２２が、もう一方の電解質膜２０ｂの表面に空気極２４が電解質補強膜３０を挟んでそれぞれ対向するように形成された膜電極複合体３２（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と、膜電極複合体３２を挟んで両面に設けられた拡散層２６と、拡散層２６の両外側を挟持する櫛型状のセパレータ２８とを備える。櫛型状のセパレータ２８の空洞部は、燃料極２２及び空気極２４にそれぞれ水素ガス、空気等の原料を供給するための原料供給路３４，３６となっている。
【００４４】
電解質膜２０としては、プロトン（Ｈ＋）や酸素イオン（Ｏ２−）等のイオン伝導性の高い材料であれば特に制限はなく、例えば、固体高分子電解質膜、安定化ジルコニア膜等が挙げられるが、好ましくはパーフルオロスルホン酸系等の固体高分子電解質膜が用いられる。具体的には、ジャパンゴアテックス（株）のゴアセレクト（Ｇｏｒｅｓｅｌｅｃｔ、登録商標）、デュポン社（Ｄｕ Ｐｏｎｔ社）のナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ、登録商標）、旭化成（株）のアシプレックス（Ａｃｉｐｌｅｘ、登録商標）、旭硝子（株）のフレミオン（Ｆｌｅｍｉｏｎ、登録商標）等のパーフルオロスルホン酸系固体高分子電解質膜を使用することができる。電解質膜２０の膜厚は例えば、１０μｍ〜２００μｍ、好ましくは３０μｍ〜５０μｍの範囲である。
【００４５】
電解質補強膜３０は、上記延伸多孔質膜であり、溶液キャスト法等の方法により電解質補強膜３０の表裏面に電解質膜２０を形成する。延伸多孔質膜である電解質補強膜３０の膜厚は通常、５μｍ〜１００μｍである。
【００４６】
図２では、電解質補強膜３０の両面に電解質膜２０が形成された３層構造であるが、電解質膜２０の表裏面に電解質補強膜３０が形成され、さらにその両面に電解質膜２０が形成された５層構造、あるいはそれ以上の層構造であってもよい。通常は、７層構造で用いられる。
【００４７】
燃料極２２は、例えば、白金（Ｐｔ）等をルテニウム（Ｒｕ）等の他の金属と共に担持したカーボン等の触媒が用いられる。燃料極２２の膜厚は例えば、１μｍ〜１００μｍ、好ましくは１μｍ〜２０μｍの範囲である。
【００４８】
空気極２４としては、例えば、白金（Ｐｔ）等を担持したカーボン等の触媒が用いられる。空気極２４の膜厚は例えば、１μｍ〜１００μｍ、好ましくは１μｍ〜２０μｍの範囲である。
【００４９】
燃料極２２及び空気極２４は、例えば、超音波分散法、沈降法、スプレー法、印刷法、転写法等により電解質膜２０上に形成することができる。また必要に応じて、燃料極２２及び空気極２４を電解質膜２０上に形成した後、加熱、圧着して、燃料極２２及び空気極２４と電解質膜２０との接合面を強固にしてもよい。
【００５０】
拡散層２６としては、導電性が高く、燃料及び空気等の原料の拡散性が高い材料であれば特に制限はないが、多孔質導電体材料であることが好ましい。導電性の高い材料としては、例えば、金属板、金属フィルム、導電性高分子、カーボン材料等が挙げられ、カーボンクロス、ガラス状カーボン等のカーボン材料が好ましく、カーボンクロス等の多孔質カーボン材料であることがより好ましい。拡散層２６の膜厚は例えば、１００μｍ〜１０００μｍ、好ましくは２００μｍ〜６００μｍの範囲である。
【００５１】
セパレータ２８は、エポキシ樹脂等の樹脂等を主成分として構成され、櫛形形状である。櫛型形状のセパレータ２８の空洞部は、燃料極２２及び空気極２４にそれぞれ水素ガス、空気等の原料を供給するための原料供給路３４，３６となっている。また、セパレータ１８は、櫛型形状に限らず、例えば、円筒状、平板状であってもよい。
【００５２】
このようにして製造された燃料電池１において、燃料極２２側の集電体２６と空気極２４側の集電体２６とを外部回路に電気的に接続し、燃料極２２及び空気極２４にそれぞれ原料を供給して運転すれば、電池として機能させることができる。
【００５３】
燃料極２２側に供給する原料としては、水素やメタン等の還元性ガス（燃料ガス）あるいはメタノール等の液体燃料等が挙げられる。空気極２４側に供給する原料としては、酸素や空気等の酸化性ガス等が挙げられる。
【００５４】
燃料電池１において、例えば、燃料極２２に供給する原料を水素ガス、空気極２４に供給する原料を空気として運転した場合、燃料極２２において、
２Ｈ２ → ４Ｈ＋＋４ｅ−
で示される反応式を経て、水素ガス（Ｈ２）から水素イオン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）とが発生する。電子（ｅ−）は拡散層２６から外部回路を通り、拡散層２６から空気極２４に到達する。空気極２４において、供給される空気中の酸素（Ｏ２）と、電解質膜２０を通過した水素イオン（Ｈ＋）と、外部回路を通じて空気極２４に到達した電子（ｅ−）により、
４Ｈ＋＋Ｏ２＋４ｅ− → ２Ｈ２Ｏ
で示される反応式を経て、水が生成する。このように燃料極２２及び空気極２４において化学反応が起こり、電荷が発生して電池として機能することになる。そして、一連の反応において排出される成分は水であるので、クリーンな電池が構成されることになる。
【００５５】
本実施形態に係る燃料電池は、１つの燃料電池（単セル）を複数個集合させて、直列に接続することにより、必要とする電流、電圧を得ることができる。
【００５６】
本実施形態に係る燃料電池は、例えば、携帯電話、携帯用パソコン等のモバイル機器用小型電源；自動車用電源等として用いることができる。また、本実施形態に係る燃料電池は、機械的強度の高い延伸多孔質膜を電解質膜の補強膜として使用しているため、電解質膜に対する負荷が大きい自動車等の電源として特に好適に用いることができる。
【実施例】
【００５７】
以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
【００５８】
（実施例１）
＜ペーストの作製＞
ＰＴＦＥファインパウダ（三井デュポンフロロケミカル製：６Ｊ）と成形助剤（エクソンモービル製：アイソパーＭ）とを重量比８：２で混合し、ボールミル（アズワン製、ＢＲ２型）を用いて１０分間混練し、ペーストを得た。
【００５９】
＜ペーストの分級＞
ペースト２００重量部を、直径３００ｍｍ、目開き０．８ｍｍのステンレス製のふるいの網上に投入した。ふるい上のペースト表面から鉛直上方１００ｍｍの高さにスピーカ（口径：２５０ｍｍ）を設置し、ふるいは固定した状態で、周波数５０Ｈｚ、音波強度５０ｄＢの音波をペーストに照射した。分級時間ごとのふるい上に残存する０．８ｍｍ以上の粗大粒子の数を目視で確認したところ、表１の通りであった。
【００６０】
【表１】
【００６１】
表１の結果から、分級時間１分では０．８ｍｍ以上の粗大粒子は７４個残っていたが、５分で８個まで減少した。１０分間分級を行っても、なお７個残っていた。分級時間を５分以上行えば、充分に分級が可能であった。
【００６２】
１０分間分級を行い、得られたペーストの平均粒径は４９０μｍ、粒度分布は７８％であった。
【００６３】
＜延伸多孔質膜の作製＞
上記で分級したペーストを、予備成形の後、ペースト押出機により棒状に押出成形し、この押出成形物を圧延ロール等で圧延してフィルム状に成形し、次にそのフィルムを、ロール延伸装置を用いて長手方向（ＭＤ方向、圧延方向）に一軸延伸した。このときの、延伸倍率は、１０倍とした。また、延伸時の温度は、２５０℃とした。次に、このようにして得られた一軸延伸フィルムを、テンター延伸装置を用いて幅方向（ＴＤ方向）に二軸延伸して、延伸多孔質膜を得た。ＴＤ方向の延伸は、延伸倍率を１０倍とした。また、延伸温度は２５０℃とした。
【００６４】
このようにして得られた延伸多孔質膜の写真（等倍率）を図３に示す。
【００６５】
（比較例１）
実施例１で作製したペーストを使用して、ペーストの分級を行わなかった以外は実施例１と同様にして延伸多孔質膜を得た。得られた延伸多孔質膜の写真（等倍率）を図４に示す。
【００６６】
（比較例２）
実施例１で作製したペーストを使用して、ペースト２００重量部を、直径３００ｍｍ、目開き０．８ｍｍのステンレス製のふるいの網上に投入し、機械的に横方向の力を与え、６０分間ふるいを振動させて分級を行ったが、得られたペーストは繊維状となった。このように分級したペーストを使用して、実施例１と同様にして延伸多孔質膜を得た。得られた延伸多孔質膜の写真（等倍率）を図５に示す。
【００６７】
図３〜図５において、膜部分がわかり易いように、黒い紙のうえに膜の写真を載せてある。白く見える部分は膜厚が厚い部分で、膜の写真中の黒く見えるところは膜厚が薄い部分である。また、多孔質膜であるため膜全面に小さな孔が点在しているため、その孔が黒く見える場合もある。図３からわかるように、実施例１で得られた延伸多孔質膜は、均一な面を有しているが、図４，図５に示す比較例１，２で得られた延伸多孔質膜は濃淡がはっきりしており、膜が均一でなく、ムラが多いことがわかる。また、実施例１で得られた延伸多孔質膜は、平均１μｍ程度の孔が膜表面に均一に形成されていたが、比較例１，２で得られた延伸多孔質膜は、孔が開いていない部分と、大きな孔（例えば、２〜３ｍｍ程度）が開いている部分が混在し、膜の均一性が悪かった。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施形態に係る延伸多孔質膜の製造方法の一例の概略を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る燃料電池の構成の一例の断面を示す図である。
【図３】本発明の実施例１で得られた延伸多孔質膜の表面状態を示す図である。
【図４】本発明の比較例１で得られた延伸多孔質膜の表面状態を示す図である。
【図５】本発明の比較例２で得られた延伸多孔質膜の表面状態を示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１ 燃料電池、１０ ふるい、１２ 網、１４ ペースト、１６ 音波発生源、１８ 容器、２０ａ，２０ｂ 電解質膜、２２ 燃料極（アノード触媒層）、２４ 空気極（カソード触媒層）、２６ 拡散層、２８ セパレータ、３０ 電解質補強膜、３２ 膜電極複合体（ＭＥＡ）、３４，３６ 原料供給路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂を含んでなる延伸多孔質膜の製造方法であって、
前記樹脂の粉末を含むペーストをふるい網上で音波により振動させて分級する工程と、
前記分級された粉末を押し出し成形後、延伸して延伸多孔質膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする延伸多孔質膜の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の延伸多孔質膜の製造方法であって、
前記樹脂は、ポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とする延伸多孔質膜の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の延伸多孔質膜の製造方法であって、
前記音波の周波数は、１００Ｈｚ以下であることを特徴とする延伸多孔質膜の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の延伸多孔質膜の製造方法であって、
前記ペーストは、さらに成形助剤を含むことを特徴とする延伸多孔質膜の製造方法。
【請求項５】
電解質膜の表面に触媒層が形成された接合体を含む燃料電池であって、
前記電解質膜は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の延伸多孔質膜を含むことを特徴とする燃料電池。
【請求項１】
樹脂を含んでなる延伸多孔質膜の製造方法であって、
前記樹脂の粉末を含むペーストをふるい網上で音波により振動させて分級する工程と、
前記分級された粉末を押し出し成形後、延伸して延伸多孔質膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする延伸多孔質膜の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の延伸多孔質膜の製造方法であって、
前記樹脂は、ポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とする延伸多孔質膜の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の延伸多孔質膜の製造方法であって、
前記音波の周波数は、１００Ｈｚ以下であることを特徴とする延伸多孔質膜の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の延伸多孔質膜の製造方法であって、
前記ペーストは、さらに成形助剤を含むことを特徴とする延伸多孔質膜の製造方法。
【請求項５】
電解質膜の表面に触媒層が形成された接合体を含む燃料電池であって、
前記電解質膜は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の延伸多孔質膜を含むことを特徴とする燃料電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−２２４３０５（Ｐ２００６−２２４３０５Ａ）
【公開日】平成１８年８月３１日（２００６．８．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３７１０９（Ｐ２００５−３７１０９）
【出願日】平成１７年２月１５日（２００５．２．１５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月３１日（２００６．８．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月１５日（２００５．２．１５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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