(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体管上に、燃料極と固体電解質膜と空気極とを備える複数のセルと、隣接する前記セルを電気的に接続するインターコネクタとを備える固体酸化物形燃料電池の製造方法であって、
前記基体管の外周面上に、前記燃料極と前記固体電解質膜とを形成し、前記複数のセルの間に相当する位置に前記燃料極及び前記固体電解質膜上に前記インターコネクタを形成する工程と、
前記基体管とともに、前記燃料極と前記固体電解質膜と前記インターコネクタとを焼結する工程と、
前記焼結された前記固体電解質膜及びインターコネクタ上の所定位置に前記空気極を形成して、前記空気極を焼結する工程とを含み、
前記空気極を形成する工程が、
前記基体管を周方向に回転させながら、ディスペンサから前記空気極の材料を含むスラリーを吐出するとともに、
前記空気極の形成が行われているセルと、該セルと隣接し前記空気極が形成されたセルとの境界部分に位置する前記スラリーの膜を乾燥させる工程を含む固体酸化物形燃料電池の製造方法。
【請求項２】
前記境界部分に位置する前記スラリーの膜を乾燥させる間に、前記基体管の内側に温風を流通させる請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池の製造方法。
【請求項３】
前記スラリーが吐出されている間の前記ディスペンサと前記固体電解質膜または前記インターコネクタとの距離が一定となるように、前記ディスペンサを変位させる請求項１または請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池の製造方法。
【請求項４】
前記空気極を形成する工程において、互いに材質が異なる複数種類の前記スラリーを用いて、一の前記スラリーの膜を形成した後に、該一のスラリーの膜の表面が乾燥する前に該一のスラリーの膜上に別の前記スラリーの膜を形成して、前記複数種類のスラリーの膜が積層された前記空気極を形成する請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池の製造方法。
【請求項５】
基体管上に、燃料極と固体電解質膜と空気極とを備える複数のセルと、隣接する前記セルを電気的に接続するインターコネクタとを備える固体酸化物形燃料電池における前記空気極を成膜するための成膜装置であって、
前記基体管上に前記燃料極と前記固体電解質膜と前記インターコネクタとが形成されたワークを支持するとともに、前記ワークの周方向に前記ワークを回転させるワークホルダと、
前記ワークの表面を撮影するカメラと、
前記ワーク上の前記固体電解質膜及びインターコネクタ上の所定位置に、前記空気極の材料を含むスラリーを吐出するディスペンサと、
前記空気極の形成が行われているセルと、該セルと隣接し前記空気極が形成されたセルとの境界部分に位置する前記スラリーを乾燥させる乾燥部と、
前記カメラ、前記ディスペンサ、及び、前記乾燥部を、前記ワークの軸方向に移動させる移動部と、
制御部とを備え、
該制御部は、前記カメラの画像に基づいて各々の前記セルの位置を検出し、前記セルの位置に基づいて成膜範囲を決定し、前記セルの位置と成膜範囲とに基づいて、前記移動部により前記ディスペンサを移動させるとともに、前記成膜範囲で前記ディスペンサから所定量の前記スラリーを吐出させるとともに、
前記セルの位置と前記成膜範囲とに基づいて前記移動部により前記乾燥部を移動させ、前記成膜範囲の端部に位置する前記スラリーの膜を、前記乾燥部を用いて乾燥させる成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基体管上に複数のセルが形成された円筒型の固体酸化物形燃料電池の製造方法及び固体酸化物形燃料電池の膜を形成するための成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
円筒型の固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、発電室の内部に複数のセルスタックを収容する。セルスタックは、中央部が発電部となり、発電部を挟んで両端は非発電部となっている。セルスタックの発電部において、基体管の周方向に、燃料極、固体電解質膜、空気極を積層させたセルが複数形成される。セルは、基体管の軸方向に複数配列され、隣り合うセル同士がインターコネクタで電気的に直列に接続される。
【０００３】
上記固体酸化物形燃料電池の作製では、まず燃料極、固体電解質膜及びインターコネクタは、通常、基体管上にスクリーン印刷法で成膜される。その後、燃料極、固体電解質膜及びインターコネクタは、基体管とともに共焼結される。共焼結後の固体電解質膜上に、空気極が形成される。
【０００４】
上記固体酸化物形燃料電池の空気極は、例えば特許文献１に記載されているようにスクリーン印刷法で成膜されるのが一般的となっている。また、特許文献２には、燃料電池の電極の形成方法として、プラズマ溶射法が開示されている。特許文献２では、内側から順にカソード極（空気極）、固体電解質膜、アノード極（燃料極）を備える円筒型の燃料電池において、アノード極を低圧プラズマ溶射（ＬＬＰＳ）により形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３３１０８６７号公報（請求項１、段落［０００５］［００２０］）
【特許文献２】米国特許第７１４１２７１号明細書（第７欄５７〜６０行）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように共焼結された基体管の表面は、燃料極、固体電解質膜及びインターコネクタによって凹凸となっている。また、共焼結により基体管が軸方向で撓んでいる場合がある。スクリーン印刷法では、スキージを共焼結された基体管表面に当てて空気極スラリーを塗布するが、凹凸により圧力分布が生じるほか、基体管の撓みによってスキージと基体管との間に部分的に隙間が生じる。このため、塗布される空気極スラリーの膜厚や密着性にばらつきが発生してしまう。
スクリーン印刷法では、スキージを当てたときにスクリーンとセルとの位置がずれることがあるため、成膜精度が低いことが問題となっている。また、スクリーン上に供給されるスラリーは成膜領域以上になるため、原料歩留まりが低い。
【０００７】
プラズマ溶射は、成膜位置を細かく制御することが困難である。上記の固体酸化物形燃料電池のように複数のセルを設ける場合には、マスキングをして所定位置に空気極を設ける必要があるが、工程が煩雑となる。また、原料歩留まりが悪いことが問題となっている。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、優れた位置精度で空気極を形成することができる固体酸化物形燃料電池の製造方法及び当該空気極を成膜するための成膜装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、基体管上に、燃料極と固体電解質膜と空気極とを備える複数のセルと、隣接する前記セルを電気的に接続するインターコネクタとを備える固体酸化物形燃料電池の製造方法であって、前記基体管の外周面上に、前記燃料極と前記固体電解質膜とを形成し、前記複数のセルの間に相当する位置に前記燃料極及び前記固体電解質膜上に前記インターコネクタを形成する工程と、前記基体管とともに、前記燃料極と前記固体電解質膜と前記インターコネクタとを焼結する工程と、前記焼結された前記固体電解質膜及びインターコネクタ上の所定位置に前記空気極を形成して、前記空気極を焼結する工程とを含み、前記空気極を形成する工程が、前記基体管を周方向に回転させながら、ディスペンサから前記空気極の材料を含むスラリーを吐出するとともに、前記空気極の形成が行われているセルと、該セルと隣接し前記空気極が形成されたセルとの境界部分に位置する前記スラリーの膜を乾燥させる工程を含む固体酸化物形燃料電池の製造方法を提供する。
【００１０】
本発明は、基体管上に、燃料極と固体電解質膜と空気極とを備える複数のセルと、隣接する前記セルを電気的に接続するインターコネクタとを備える固体酸化物形燃料電池における前記空気極を成膜するための成膜装置であって、前記基体管上に前記燃料極と前記固体電解質膜と前記インターコネクタとが形成されたワークを支持するとともに、前記ワークの周方向に前記ワークを回転させるワークホルダと、前記ワークの表面を撮影するカメラと、前記ワーク上の前記固体電解質膜及びインターコネクタ上の所定位置に、前記空気極の材料を含むスラリーを吐出するディスペンサと、前記空気極の形成が行われているセルと、該セルと隣接し前記空気極が形成されたセルとの境界部分に位置する前記スラリーを乾燥させる乾燥部と、前記カメラ、前記ディスペンサ、及び、前記乾燥部を、前記ワークの軸方向に移動させる移動部と、制御部とを備え、該制御部は、前記カメラの画像に基づいて各々の前記セルの位置を検出し、前記セルの位置に基づいて成膜範囲を決定し、前記セルの位置と成膜範囲とに基づいて、前記移動部により前記ディスペンサを移動させるとともに、前記成膜範囲で前記ディスペンサから所定量の前記スラリーを吐出させるとともに、前記セルの位置と前記成膜範囲とに基づいて前記移動部により前記乾燥部を移動させ、前記成膜範囲の端部に位置する前記スラリーの膜を、前記乾燥部を用いて乾燥させる成膜装置を提供する。
【００１１】
本発明では空気極の成膜にディスペンサを用いる。ディスペンサは、燃料極等が積層されて表面に凹凸が形成された基体管上に、均一の膜厚で空気極を形成することができる。ディスペンサは吐出位置の微調整が可能であり、成膜精度を向上させることができる。また、成膜部分にのみスラリーを吐出するので、原料歩留まりを向上させることができる。
【００１２】
近年、１つのセルスタックでの発電量を増大させるために、セル数を増やすことが試みられている。セル数を増加させる場合、有効発電面積を大きくするためにセル間の距離が縮められる。このようにセル間の距離が短い場合、塗布された空気極スラリー膜が表面張力により広がり、隣接するセルの空気極スラリー膜と繋がる恐れがある。スラリー膜が繋がった状態で乾燥されると、隣接するセルの空気極同士が電気的に連絡されることになるので、短絡が発生してしまう。
そこで本発明では、１つのセルに相当する領域で形成される空気極のスラリー膜の両端部のみを乾燥させる。この乾燥は、成膜と同時期に実施される。その後空気極を形成した基体管を焼結させる。こうすることで、スラリー膜が広がるのを防止し、隣接するセル間が短絡することを防止することができる。
【００１３】
上記の固体酸化物形燃料電池の製造方法において、前記境界部分に位置する前記スラリーの膜を乾燥させる間に、前記基体管の内側に温風を流通させることが好ましい。
こうすることで、境界部分に位置するスラリーの乾燥を促進させることができる。
【００１４】
上記固体酸化物形燃料電池の製造方法において、前記スラリーが吐出されている間の前記ディスペンサと前記固体電解質膜または前記インターコネクタとの距離が一定となるように、前記ディスペンサを変位させることが好ましい。
【００１５】
基体管を押出し成形する場合や、燃料極、固体電解質膜及びインターコネクタを基体管と共焼結する場合に、基体管（ワーク）に反りが生じる。この反りが大きいと、ワークを周方向に回転させた場合に偏芯幅が大きくなる。ディスペンサを固定しておくと、偏芯によりワークとディスペンサとの距離が変動し、成膜された空気極の膜厚や密着性にばらつきが発生する。
このように、変位計を設置してディスペンサとワーク（固体電解質膜またはインターコネクタ）との距離を一定に保持しながら成膜することにより、膜厚と密着性が均一な空気極を形成することができる。
【００１６】
上記固体酸化物形燃料電池の製造方法において、前記空気極を形成する工程において、互いに材質が異なる複数種類の前記スラリーを用いて、一の前記スラリーの膜を形成した後に、該一のスラリーの膜の表面が乾燥する前に該一のスラリーの膜上に別の前記スラリーの膜を形成して、前記複数種類のスラリーの膜が積層された前記空気極を形成しても良い。
【００１７】
こうすることで、膜厚方向に組成が連続的に変化する空気極を形成することができる。組成が変化することにより、膜厚方向で特性を変えることができる。例えば、固体電解質のスラリーと空気極のスラリーとを上述のように積層させることにより、境界部分で電解質と電極材料とが混在した領域が形成される。燃料電池の電極反応は、電解質と電極との境界で発生する。上記のように電極成分と電解質成分との混在領域を形成すると、電極反応を起こす領域が広がることになる。この結果、固体酸化物形燃料電池の出力を増大させることができる。
【００１８】
また本発明の参考例は、基体管上に、燃料極と固体電解質膜と空気極とを備える複数のセルと、隣接する前記セルを電気的に接続するインターコネクタとを備える固体酸化物形燃料電池であって、前記空気極の前記固体電解質膜と反対側の表面が、複数の半球型の凸部を有する固体酸化物形燃料電池を提供する。
【００１９】
空気極の表面に凸部を設けることで、空気極の表面積を増大させるとともに、空気極表面における酸化ガスの流れを乱して酸化ガスが吸着され易くする。これにより、空気極の性能が向上する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明ではディスペンサを用いて空気極を形成しているため、位置精度が高くなるとともに原料歩留まりを向上させることができる。更に、空気極を形成するのと同時に、空気極が形成されているセルと既に空気極が形成されている隣のセルとの境界部分において、空気極スラリーの膜を部分的に乾燥させる。これにより、空気極スラリー膜が繋がることによる短絡を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】円筒型の固体酸化物形燃料電池におけるセルスタックの発電部の断面概略図である。
【図２】第１実施形態に係る成膜装置の概略図である。
【図３】ディスペンサのノズル形状の例である。
【図４】ディスペンサのノズル形状の例である。
【図５】ディスペンサのノズル形状の例である。
【図６】第１実施形態の成膜装置により形成された空気極を有する固体酸化物形燃料電池の発電部の断面概略図である。
【図７】第１実施形態の成膜装置により形成された空気極表面の概略図である。
【図８】第２実施形態に係る成膜装置の概略図である。
【図９】第３実施形態に係る成膜装置の概略図である。
【図１０】第４実施形態に係る成膜装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、円筒型の固体酸化物形燃料電池におけるセルスタックの発電部の断面概略図である。図１は、基体管の軸方向に沿った断面を示している。図１のセルスタック１は、円筒型の基体管２の外周面上に、基体管２側から順に燃料極４、固体電解質膜５、空気極６を積層されたセル３が形成されている。セルスタック１は、基体管２の内側に燃料（水素ガス等）が流通し、基体管２の外側に空気が流通するものである。
【００２３】
１つのセル３は基体管２の周方向に形成されており、基体管２の軸方向に複数のセル３が並列されている。固体電解質膜５の一部は、セル３の基体管２軸方向の一端部で基体管２と接触する。但し、一つのセル３の固体電解質膜５は、隣接するセル３の燃料極４とは接触していない。複数のセル３の各々の間には、隣接するセル同士を連結するインターコネクタ７が形成されている。インターコネクタ７は、一つのセル３の固体電解質膜５と隣接するセル３の燃料極４との間で、基体管２と接触している。空気極６は、固体電解質膜５とインターコネクタ７とに接触して設けられる。
【００２４】
上記の固体酸化物形燃料電池を形成する工程を以下で説明する。なお、下記で列挙した基体管２、燃料極４、固体電解質膜５、空気極６、インターコネクタ７の材質は例示であって、これらの材料に限定されない。
【００２５】
基体管２はカルシア安定化ジルコニア（ＣＳＺ）またはＣＳＺと酸化ニッケル（ＮｉＯ）との混合物（ＣＳＺ＋ＮｉＯ）などを主とする多孔質材料からなる。基体管２の直径は、軸方向で略均一となっている。基体管２は多孔質であり、燃料とされる水素ガスが基体管２内側から外側（燃料極４側）に向かって流通可能となっている。基体管２は、例えば押出し成形法により形成される。
【００２６】
基体管２上に燃料極４がスクリーン印刷法により形成される。燃料極４は、セル数に相当する複数の区域に分けて形成される。
燃料極４は、例えば酸化ニッケル（ＮｉＯ）とジルコニア系電解質材料との複合材で構成されている。複合材としては、例えば、ＮｉＯとイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）の混合物とされる。例えばＮｉ＋ＹＳＺの混合粉末と水系ビヒクル（水に分散剤、バインダ、及び消泡剤を添加したもの）とが混合されて、燃料極用スラリーが作製される。上記の燃料極用スラリーは、基体管２の外周面上の周方向に塗布される。ＮｉとＹＳＺの混合比は、燃料極４に要求される性能により適宜選択される。混合粉末と水系ビヒクルとの混合比は、燃料極４の厚さや、スラリー塗布後の燃料極膜の状態などを考慮して、適宜選択される。
【００２７】
燃料極４が形成された後、基体管２上に固体電解質膜５がスクリーン印刷法により形成される。固体電解質膜５は、セル数に相当する複数の区域に分けて形成される。
固体電解質膜５は、例えばＹ２Ｏ３安定化ＺｒＯ２（ＹＳＺ）などからなる。ＹＳＺ粉末と水系ビヒクルとが混合されて、固体電解質膜用スラリーが作製される。混合比は、固体電解質膜５の厚さや、スラリー塗布後の固体電解質膜の状態や膜厚などを考慮して適宜選択される。
【００２８】
基体管２上にインターコネクタ７がスクリーン印刷法により形成される。
インターコネクタ材料は、ＬａＣｒＯ３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｒＯ３、Ｌａ（Ｃｒ，Ｍｇ）Ｏ３、（Ｌａ，Ｃａ）ＣｒＯ３、（Ｓｒ，Ｌａ）ＴｉＯ３などとされる。上記インターコネクタ材料の粉末と水系ビヒクルとが混合され、インターコネクタ用スラリーが作製される。インターコネクタ用スラリーは、隣接するセル間に相当する位置で、基体管２の外周面の周方向に塗布される。粉末の組成は、インターコネクタに要求される性能に応じて適宜選択される。粉末と水系ビヒクルとの混合比は、スラリー塗布後のインターコネクタの状態などを考慮して適宜選択される。
【００２９】
燃料極４、固体電解質膜５及びインターコネクタ７が形成された基体管２を、大気中にて共焼結する。焼結温度は、具体的に１３５０℃〜１４５０℃とされる。
【００３０】
共焼結された固体電解質膜５及びインターコネクタ７上に、空気極６を形成する。空気極６を形成するにあたり、空気極６の膜厚は、具体的に１００μｍ〜１０００μｍの範囲内とされる。空気極６は、例えば（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３、（Ｌａ，Ｃａ）ＭｎＯ３、（Ｌａ，Ｓｒ，Ｃａ）ＭｎＯ３などのＬａＭｎＯ３系材料、（Ｌａ，Ｓｒ）ＦｅＯ３、（Ｌａ，Ｓｒ，Ｃａ）ＦｅＯ３などのＬａＦｅＯ３系材料、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３、（Ｌａ，Ｓｒ，Ｃａ）ＣｏＯ３などのＬａＣｏＯ３系材料といったペロブスカイト型酸化物を主成分とする。
空気極６は、ディスペンサを用いて形成される。主成分である（Ｌａ，Ｓｒ，Ｃａ）ＭｎＯ３粉末と水系ビヒクルとを混合し、空気極用スラリーを作製する。粉末と水系ビヒクルとの混合比は、スラリー塗布後の空気極の状態や膜厚などを考慮して適宜選択される。ディスペンサから空気極用スラリーを固体電解質膜５及びインターコネクタ上に吐出し、空気極用スラリーの膜を成膜する。
【００３１】
空気極６が形成された基体管２が、大気中にて焼結される。焼結温度は、具体的に１１００℃〜１２５０℃とされる。ここでの焼結温度は、基体管〜インターコネクタを形成した後の共焼結温度よりも低温とされる。
以下では、空気極の成膜方法を詳細に説明する。
【００３２】
＜第１実施形態＞
図２は、第１実施形態に係る成膜装置の概略図である。第１実施形態の成膜装置１０は、支持台１１上にワークホルダ１２が設置される。ワークホルダ１２は、離間して配置される一対の支持部１３を有する。一対の支持部１３の間にワーク（共焼結後の基体管）２０が配置され、ワーク２０の両端部が支持部１３により支持される。一方の支持部１３にはサーボモータ１４が設置され、ワーク２０を周方向に回転可能とする。サーボモータ１４は、制御部２１に接続する。制御部２１は例えばコンピュータとされる。
【００３３】
支持台１１上に、リニアアクチュエータ（移動部）１５が設置される。リニアアクチュエータ１５上に複数の台車１６ａ〜１６ｄが設置される。リニアアクチュエータ１５は、台車１６ａ〜１６ｄがワーク２０の軸方向に略平行に移動するように配置される。第１実施形態の成膜装置１０では、台車１６が紙面右方向に移動する。初期状態で、台車進行方向に先頭となる台車１６ａは、ワーク２０に対してセル（燃料極〜インターコネクタ）が成膜された領域よりも左側に位置する。成膜終了後において、台車進行方向に最後尾となる台車１６ｄは、ワーク２０に対してセルが成膜された領域よりも右側に位置する。
リニアアクチュエータ１５の一端部に、ロータリエンコーダ（不図示）が設置される。ロータリエンコーダは、各台車１６の位置情報を取得する。台車１６及びロータリエンコーダは、制御部２１に接続する。
【００３４】
右端の台車１６ａ上に、進行方向に向かって先頭から順にカメラ１７とディスペンサ１８とが載置される。台車１６ｃにディスペンサ１８が載置される。台車１６ｂ，１６ｄ上に乾燥部１９が載置される。
【００３５】
カメラ１７は例えばＣＣＤカメラとされる。カメラ１７は、ワーク２０の表面を撮影する。カメラ１７は制御部２１に接続する。
【００３６】
ディスペンサ１８は、例えばジェットディスペンサとされる。ディスペンサ１８は、空気極用スラリーを収容するタンク（不図示）に連絡する。ディスペンサ１８のノズル内に所定量のスラリーが貯留されるように、タンクからスラリーが適宜供給されるようになっている。
ディスペンサ１８は、１つまたは複数設置される。図２では、ディスペンサ１８を２つ設置した例を示している。各ジェットディスペンサ１８は、制御部２１に接続する。
【００３７】
図３乃至図５は、ディスペンサのノズル形状の例である。図３乃至図５において、（ａ）はノズルの縦断面図であり、（ｂ）はノズル先端の横断面図である。
【００３８】
図３のノズル３０は、内部中央部にニードル３１が設置される。ニードル３１の一端部は尖っており、ノズル３０の先端３２（スラリー吐出部）近傍に到達している。ニードル３１は、ノズル３０の上部に設けられるシリンダ（不図示）により、上下方向に可動となっている。ノズル３０内に空気極用スラリー３３が貯留される。ニードル３１の移動により、先端３２から所定量の空気極用スラリーの液滴が吐出される。図３において、ノズルの先端３２が円形となっている。このため、吐出される液滴は略球形となる。
【００３９】
図４のノズル４０は、図３と同様に内部中央部にニードル４１が設置される。ノズル４０内に空気極スラリー４３が貯留される。ニードル４１の一端部は平坦形状になっている。ノズル４０の先端４２は楕円形状となっている。図４のノズル４０では、吐出される液滴は楕円球形となる。
図４のノズル４０は、先端４２の楕円の長軸がワークの軸方向と略平行となるように配置される。こうすることで、１回の吐出での塗布領域を大きくすることができる。
【００４０】
図５のノズル５０は、内部中央部にニードル５１が設置される。ノズル５０内に空気極用スラリー５５が貯留される。ノズル５０の先端５２は楕円形状となっており、複数の円形の孔５３を有する。ニードル５１の一端部は櫛状になっており、孔５３と同数のピン５４が設けられる。ピン５４は、ノズル５０の孔５３と対応する位置に設置される。ニードル５１の移動により、先端５２の孔５３から複数の空気極用スラリーの液滴が吐出される。吐出される液滴は、略球形状となる。
図５のノズル５０は、先端５２の楕円の長軸がワークの軸方向と略平行になるように配置されるのが好ましい。
【００４１】
本実施形態では、１台のディスペンサに対して１つまたは複数のノズルが設置される。複数のノズルが設置される場合、ノズルはワーク２０の軸方向に沿って配置される。本実施形態では、各ノズルは同じタンクに連絡する。
【００４２】
ディスペンサ１８のノズル先端はワーク２０の上側に設けられ、ノズル先端は下を向いて設置される。ワーク２０周方向から見たときに、ノズル先端は必ずしもワーク２０の頂点上に設置される必要はなく、ワーク２０頂点からずれていても良い。例えば、ノズル先端がワーク２０の頂点から±４５°の範囲内で設置されれば、ノズルから吐出されたスラリーがワーク２０上に付着できる。
ディスペンサ１８は、ワーク２０表面と所定距離、好ましくは０．１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲の値で離間して配置される。
【００４３】
乾燥部１９は、ワーク２０上に成膜された空気極スラリーを乾燥させるものである。乾燥部１９は、温風機または紫外線発生装置とされる。温風機が採用された場合、５０℃〜１００℃程度の温風が乾燥部１９からワーク２０に向かって送給される。紫外線発生装置が採用された場合、例えば波長２００ｎｍ〜４００ｎｍの紫外線がワーク２０に向かって照射される。
乾燥部１９の各々は、制御部２１に接続する。
【００４４】
ディスペンサ１８１台につき、乾燥部１９が１台設置される。乾燥部１９は、成膜時の台車１６の進行方向に対してディスペンサ１８の後ろに設置される。第１実施形態の成膜装置１０のように複数のディスペンサ１８を設ける場合、ディスペンサ１８と乾燥部１９とは各台車１６ａ〜ｄに交互に載置される。
ワーク２０の周方向から見た場合、ディスペンサ１８と乾燥部１９とは同一に設置されても良い。あるいは、例えばセル間隔が狭い場合には、乾燥部１９の設置位置は、ディスペンサ１８の設置位置から周方向にずらして設置されても良い。
【００４５】
第１実施形態の成膜装置１０において、温風送給部２２が設置されても良い。この場合、温風送給部２２は、サーボモータ１４が設置されていない方のワークホルダ１２の支持部１３に連絡される。温風送給部２２から温風がワーク２０の基体管内側に送給される。基体管内側を流通する温風は、５０〜１００℃程度とされる。
温風送給部２２は、温風を製造するために、ヒータなどにより空気を加熱しても良いし、成膜装置１０で使用されるモータの排熱を利用して空気を加熱しても良い。
【００４６】
第１実施形態の成膜装置１０を用いて、ワーク２０上に空気極を形成する工程を以下で説明する。
まず、ワーク２０がワークホルダ１２に取り付けられる。
【００４７】
制御部２１は、ワーク２０上のセルの位置及び寸法を取得する。
制御部２１は、台車１６ａをワーク２０軸方向に移動させる。図２において、台車１６ａは紙面右方向に移動する。カメラ１７は、台車１６ａによりワーク２０の軸方向に沿って移動しながら、ワーク２０の表面を撮影する。初期状態では、カメラ１７が載置される台車１６ａは、ワーク上の成膜部分（燃料極等が成膜された領域）よりも端部側に配置されている。このため、カメラ１７は、ワーク２０上の非成膜部分（基体管）から撮影を開始することになる。台車１６ａは、カメラ１７がワーク２０表面の成膜部分のすべてを撮影できる位置まで移動する。撮影後、台車１６ａは初期位置まで戻される。
【００４８】
カメラ１７は、撮影しながら撮影画像を制御部２１に送信する。ロータリエンコーダは、台車１６ａの位置情報を制御部２１に送信する。
【００４９】
制御部２１は、カメラ画像を受信する。制御部２１は、撮影と同時にカメラ画像を処理する。制御部２１は、処理画像におけるワーク２０表面の色調が変化する境界を検出する。制御部２１は、カメラ画像（処理画像）と、ロータリエンコーダからの台車１６ａの位置情報とを関連付ける。
【００５０】
制御部２１は、カメラ（台車）移動方向に最初に検出された境界を原点と判定する。原点は、ワーク２０上の燃料極と固体電解質との境界であり、図１で紙面左から右に向かって撮影された場合に、符号Ｏで表される場所である。制御部２１は、ロータリエンコーダからの位置情報に基づいて、原点の位置データを取得する。
【００５１】
制御部２１には、取り付けられたワーク２０のセル数Ｎが予め入力されている。制御部２１は、カメラの移動方向に偶数番目に検出された境界を、固体電解質膜からインターコネクタに変わる境界Ａと判定する。制御部２１は、カメラの移動方向に３番目以降で奇数番目に検出された境界を、インターコネクタから固体電解質膜、または、インターコネクタから基体管に変わる境界Ｂと判定する。制御部２１は、ロータリエンコーダからの位置情報に基づいて、複数の境界Ａ及び境界Ｂの位置データを取得する。
【００５２】
制御部２１は、原点から最初に検出された境界Ｂまでの間を、１番目のセルとして認識する。次いで、制御部２１は、２つの隣り合う境界Ｂの間を２番目からＮ番目のセルとして認識する。制御部２１は、境界Ｂの各々の位置データから、各々のセルの位置データを取得する。制御部２１は、取得したセルの位置データに基づいて、各々のセルの寸法データを取得する。制御部２１は、境界Ａの位置データと取得した寸法データとに基づいて、空気極用スラリーの成膜範囲を決定する。
【００５３】
制御部２１は、取得した原点の位置データ、セルの位置データ及び成膜範囲のデータを、制御部２１のメモリに格納する。
【００５４】
次いで、制御部２１は、ワーク２０上に空気極用スラリーを成膜する。
制御部２１は、メモリから原点の位置データ、セルの位置データ及び成膜範囲のデータを呼び出す。制御部２１は、図２において紙面右方向に台車１６ａをワーク２０軸方向に沿って移動させる。
【００５５】
カメラ１７はワーク２０の表面を撮影し、撮影画像を制御部２１に送信する。ロータリエンコーダは、台車１６ａの位置情報を制御部２１に送信する。
【００５６】
制御部２１は、カメラ画像を受信し、撮影と同時にカメラ画像を処理する。上記の方法により、制御部２１は原点を検出し、位置データを取得する。制御部２１は、ここで取得した原点の位置データと、メモリから呼び出した原点の位置データとを比較する。制御部２１は、取得した位置データと呼びだした位置データとが異なる場合、差分を算出する。制御部２１は、取得した差分に基づいて、セルの位置データ及び成膜範囲のデータを補正する。
【００５７】
制御部２１は、セルの位置データ及び成膜範囲のデータに基づいて、最初に成膜するセルの成膜開始位置までディスペンサ１８を載置する台車１６ａ，１６ｃを移動させる。図２の成膜装置１０において、台車１６ａは左から２番目のセルの成膜開始位置まで移動し、台車１６ｃは左端のセルの成膜開始位置まで移動する。
制御部２１は、サーボモータ１４を作動させ、ワーク２０を周方向に回転させる。制御部２１は、ディスペンサ１８からワーク２０上に空気極用スラリーを吐出する。これにより、所定の成膜位置で、ワーク２０の周方向に空気極用スラリーの膜が形成される。
【００５８】
空気極用スラリー膜とワーク２０との密着性は、成膜時のワーク２０の回転速度と相関がある。良好な密着性を得るためには、例えばワーク２０の直径が１０〜３０ｍｍの範囲であれば、ワークの回転速度は１〜７０ｒｐｍの範囲内であることが好ましい。
【００５９】
空気極用スラリーの膜は、ワーク２０を略１回転させる間に形成される。制御部２１は、連続膜となり、且つ，膜厚が均一となるように、ディスペンサ１８からのスラリーの吐出量（液滴の径）、吐出時間、吐出間隔等を調整する。例えば、吐出開始直後と吐出停止直前は、吐出量が比較的小さくなる。そこで、ワーク２０の回転速度と吐出のタイミングとを同期させて、吐出開示直後の膜と吐出停止直前の膜とを重複させ、膜厚を均一にする。
【００６０】
ワーク２０周方向に１列目のスラリー膜が形成された後、制御部２１は、台車１６ａ，１６ｃを所定位置に移動させる。制御部２１は、ディスペンサ１８から空気極用スラリーを吐出して、ワーク２０の周方向に２列目のスラリー膜を形成する。台車１６ａ，１６ｃの移動とディスペンサ１８からの吐出を繰り返して、セル上の所定位置に空気極用スラリーを成膜する。このとき、隣り合う列に吐出された液滴の頂点間の間隔は、液滴径よりも小さくする。液滴の間隔は、次の列のスラリー膜を形成するときの台車１６ａ，１６ｃの移動距離に相当する。こうすることで、隣り合う列の液滴が重複して、１つのセルでの空気極用スラリー膜の膜厚を均一にすることができる。例えば、液滴の間隔は、液滴径の３０〜７５％の範囲内であることが好ましい。なお、液滴径は、吐出されるスラリーの重量（吐出量）と対応関係にあるので、吐出量によって管理される。
【００６１】
制御部２１は、セルの位置データ及び成膜範囲のデータに基づいて、現在ディスペンサ１８が製膜しているセルの成膜開始位置まで乾燥部１９を載置する台車１６ｂを移動させる。
【００６２】
制御部２１は、ディスペンサ１８が所定位置まで空気極用スラリーの成膜を実施すると、台車１６ｂに載置される乾燥部１９を作動させる。作動した乾燥部１９は、所定の時間で、成膜開始位置での空気極用スラリー膜と固体電解質膜との境界を含む領域に、温風または紫外線を当てる。これにより、温風または紫外線が当たる領域の空気極用スラリー膜が乾燥する。つまり、成膜開始位置の空気極用スラリー膜端部が乾燥する。乾燥時間は、ワーク２０の回転速度、空気極用スラリーの組成、空気極用スラリーの膜厚などに応じて、適宜設定されると良い。所定時間経過後、制御部２１は乾燥部１９の運転を停止させる。
【００６３】
乾燥部１９による空気極用スラリー膜の乾燥は、ディスペンサ１８が同じセル内の他の領域を成膜している間に実施される。温風や紫外線がディスペンサ１８のノズル先端に当たり、ノズル先端のスラリーが乾燥してスラリーの吐出が阻害されないようにする。例えば、ワーク２０軸方向にディスペンサ１８と乾燥部１９とが十分に離間してから乾燥部１９を作動させたり、乾燥部１９から送給する温風の流速を調整する。
【００６４】
なお、１番目のセル（発電部の端部に位置するセル）の成膜開始位置では、隣のセルがない為、スラリー膜が隣のセルのスラリー膜と繋がることがない。従って、１番目のセルの成膜開始位置は、必ずしも乾燥させなくても良い。従って、この時点では台車１６ｄを移動させなくても良い。
【００６５】
成膜装置１０に温風送給部２２が設置される場合、制御部２１は、乾燥部１９を作動させるのと同時に温風送給部２２を作動させる。温風送給部２２は、５０〜１００℃程度の温風を、ワーク２０の基体管内側に送給する。これにより、ワーク２０が加温され、乾燥部１９による空気極用スラリー膜の乾燥が促進される。
【００６６】
１つのセルでの成膜範囲全てで成膜が終了すると、制御部２１は台車１６ｂ，１６ｄを成膜終了位置まで移動させる。スラリー膜の端部以外は乾燥させる必要がないので、この移動の際に乾燥部１９は停止している。
制御部２１は乾燥部１９を作動させる。乾燥部１９は、所定の時間で、成膜終了位置での空気極用スラリー膜とインターコネクタとの境界を含む領域に温風または紫外線を当てる。これにより、成膜終了位置での空気極用スラリー膜端部が乾燥する。
【００６７】
成膜終了位置での空気極用スラリー膜の乾燥が終了すると、制御部２１は、台車１６ａ，１６ｃを次に成膜するセルの成膜開始位置まで移動させる。図２のようにディスペンサ１８を２台設ける場合、制御部２１は台車１６ａ，１６ｃを２つ先のセルまで移動させる。台車１６ａ，１６ｃの移動と同時に、制御部２１は、台車１６ｂ，１６ｄを所定位置まで移動させる。
次いで、制御部２１は、上述と同様の工程で、ディスペンサ１８に所定の成膜範囲で空気極用スラリーを成膜させ、乾燥部１９に成膜開始位置及び成膜終了位置での空気極用スラリー膜端部を乾燥させる。なお、Ｎ番目のセルの成膜終了位置の空気極用スラリー膜端部は、乾燥させる必要が無い。
【００６８】
上記の工程は、Ｎ番目のセルでの成膜が終了するまで繰り返される。全てのセルでの成膜が終了した後、制御部２１はサーボモータ１４を停止させて、ワーク２０の回転を停止させる。ワーク２０がワークホルダ１２から取り外される。その後、上述のようにワーク２０が焼結され、セルスタックとなる。
【００６９】
本実施形態では、上述のように１つのワークで位置・寸法計測と成膜とを連続して行っても良いし、複数のワークで位置・寸法計測を行ってから成膜しても良い。後者の場合は位置・寸法計測と成膜との間でワークの取り外しが行われるが、成膜前にカメラで原点位置の補正を行っているため所望の位置に成膜を行うことができる。
【００７０】
図６は、本実施形態の成膜装置により空気極が形成された固体酸化物形燃料電池の発電部の断面概略図である。
空気極６は、表面に複数の半球型の凸部８を有している。空気極６は、マクロ的に平滑な表面を有する固体電解質膜５及びインターコネクタ７の上に形成されている。空気極６は、その下層に形成されている燃料極４、固体電解質膜５及びインターコネクタ７よりも膜厚が大きいことから、凸部８の頂上部は下層に設けられる各層の段差の影響を受けない。このため、凸部８は、基体管２の表面から略同じ高さを有している。
【００７１】
複数の凸部８は、隣接する凸部８と連結して設けられている。凸部８の底部８ａは、隣接する凸部８の連結部８ｂ同士を結んだ線である。底部８ａに対する凸部８の接触角は、１０°〜４５°に調整されている。隣接する凸部８が近接している場合、凸部８が高く接触角は大きくなり、凸部８間の連結部８ｂに谷部が形成される。一方で、隣接する凸部８の間隔が広がっている場合、凸部８は低く接触角は小さくなる。凸部８及びその連結部８ｂの形状は、ディスペンサによる成膜ピッチ、スラリー吐出量及び焼結状態により制御される。底部８ａから測定した凸部８の高さは１００〜３００μｍ、底部８ａの幅は３００〜６００μｍに調整されて成膜されていることが好ましい。
なお、隣接する凸部８間は、ディスペンサによるスラリーの吐出ピッチを広げることで、連結部８ｂが重ならないようにすることもできる。この場合、空気極６の表面に形成される凸部８は緩やかな勾配となると共に、凸部８の高さは低くなり、表面が滑らかな空気極６が形成される。
【００７２】
本発明は、空気極６の表面に半球型の凸部８を設けることで、空気極６の表面積を増大させるとともに、空気極６表面における酸化ガスの流れを乱して酸化ガスが吸着され易くする。これにより、空気極６の性能を向上させている。
【００７３】
図７は、本実施形態の成膜装置により形成された空気極表面の概略図である。空気極表面に形成されている半球型の凸部８が円で示されている。凸部８は、空気極の表面において、縦横に配列して形成されている。
【００７４】
図７（ａ）は、紙面横方向及び紙面縦方向に凸部８を整列させる場合である。この場合、凸部８の連結部８ｂの間隔が詰まっていることから、凸部が平均的に高くなっており、接触角も大きくなる傾向になる。また、それぞれの隣接する凸部８の高さが略一定である。なお、隣接する凸部の高さの差は０．３μｍ以下で調整される。
【００７５】
図７（ｂ）は、紙面横方向に隣接する凸部８同士を紙面縦方向に位置をずらして形成する場合である。この場合、凸部８の連結部８ｂの間隔が詰まっている部分と広がっている部分が存在している。このため、凸部８の高さが一定ではなく、隣接する凸部８の高さの差が０．３μｍより大きくなっている。
【００７６】
空気極の凸部８は、ディスペンサによってドット状の空気極用スラリーを吐出し、乾燥させた後、焼成することで形成される。ディスペンサによるスラリーの吐出位置を調整することで、表面の配列、凸部高さ、接触角を制御することができる。
【００７７】
＜第２実施形態＞
図８は、第２実施形態に係る成膜装置の概略図である。図８の成膜装置６０は、ディスペンサ６８と乾燥部６９とを１台ずつ設置されているが、図２のように複数台設置されていても良い。図８では、温風送給部は省略されている。
第２実施形態の成膜装置６０では、第１実施形態の成膜装置に対して変位計（高さセンサ）７２が追加されている。変位計７２は、制御部７１に接続する。第２実施形態の成膜装置６０は、反りの大きなワークに対して空気極を形成する場合に有効である。
【００７８】
変位計７２は、ディスペンサと同じ台車６６ａに載置される。複数のディスペンサを設ける場合、各台車に１台ずつ変位計が載置される。ワーク７０の軸方向を見たときに、台車６６ａの進行方向に向かって先頭からカメラ６７、変位計７２、ディスペンサ６８の順に載置される。
【００７９】
ワーク７０に反りが生じている場合、ワーク７０の軌道範囲は偏芯している分だけワーク７０の外径よりも大きくなる。このため、ワーク７０の周方向から見たときに、カメラ６７、変位計７２、ディスペンサ６８及び乾燥部６９は、ワーク７０の軌道範囲よりも離れて設置される。変位計７２はワーク７０の回転中心に向くように設置される。第１実施形態と同様に、ディスペンサ６８のノズル先端は、ワーク７０の上側に設けられる。変位計７２は、ワーク７０の周方向から見たときに、ディスペンサ６８と同位置に設置されても良く、周方向にずらして設置されても良い。周方向にずらして設置される場合、変位計７２は、ディスペンサ６８に対して所定角度だけワーク７０の回転方向と反対側に設置される。所定角度は、ワーク７０の回転速度と後述するディスペンサの移動遅れとを考慮して適宜設定される。具体的に、０°より大きく４５°より小さい角度であることが望ましい。
【００８０】
第２実施形態の成膜装置６０において、ディスペンサ６８には、ディスペンサ６８とワーク７０との距離を可変とするディスペンサ高さ調整部（不図示）が設置される。ディスペンサ高さ調整部により、ディスペンサ６８はワーク７０表面と所定距離だけ離間して配置される。ディスペンサ高さ調整部は、制御部７１と接続する。
【００８１】
第２実施形態の成膜装置６０を用いて、ワーク７０上に空気極を形成する工程を以下で説明する。
第１実施形態と同様の工程にて、制御部７１は原点の位置データ、セルの位置データ及び成膜範囲のデータを取得する。制御部７１は、取得したデータをメモリに格納する。
【００８２】
次いで、制御部７１は、ワーク７０上に空気極用スラリーを成膜する。
制御部７１は、第１実施形態と同様の工程で、カメラ６７を用いて原点の位置データを取得する。取得した原点の位置データとメモリから呼び出した原点の位置データとを比較し、必要に応じてセルの位置データ及び成膜範囲のデータの補正を行う。
【００８３】
制御部７１は、セルの位置データ及び成膜範囲のデータに基づいて、最初に成膜するセルの成膜開始位置まで、ディスペンサ６８を載置する台車６６ａ，６６bを移動させる。制御部７１は、サーボモータ６４を作動させ、ワーク７０を周方向に回転させる。
【００８４】
変位計７２は、セルの成膜開始位置において、周方向にワーク７０と変位計７２との距離ｄ１を計測する。変位計７２は、距離ｄ１に関するデータを制御部７１に送信する。次いで、制御部７１は、台車６６ａ，６６ｂを次の計測位置まで移動させる。この移動距離は、１回の吐出での軸方向の塗布領域に相当する。変位計７２は、計測位置において、周方向にワーク７０と変位計７２との距離ｄ２を計測する。変位計は、距離ｄ２に関するデータを制御部７１に送信する。上記の計測とデータ送信は、成膜範囲全てについて実施される。
【００８５】
制御部７１には、ワーク７０の回転中心と変位計７２との距離、及び、取り付けられたワーク７０の外半径（平均値）が予め入力されている。
制御部７１は、回転速度と変位計でのデータ取得間隔とに基づいて、周方向の計測位置と取得したｄｉとを関連付ける。
【００８６】
制御部７１は、回転中心と変位計７２との距離とワーク７０の外半径とから、反りが無い場合のワーク７０と変位計との距離ｄ０を算出する。制御部７１は、変位計の各計測位置での周方向の距離ｄｉ（ｉ＝１，２，…）のデータを受信する。制御部７１は、距離ｄｉと算出されたｄ０とを比較し、距離ｄｉのｄ０に対する変化量Δｄｉ（Δｄｉ＝ｄｉ−ｄ０）のデータを取得する。ｄｉは周方向の計測位置と関連付けられているので、Δｄｉのデータも、周方向の計測位置と関連付けられる。
【００８７】
制御部７１には、変位計７２とディスペンサ６８とのワーク７０軸方向の距離が予め入力されている。制御部７１は、ディスペンサ６８のノズル先端が位置に到達した時に、制御部７１は、ディスペンサ６８からワーク７０上に空気極用スラリーを吐出する。これにより、ワーク７０の周方向にｉ列目の空気極用スラリーの膜が形成される。
【００８８】
このとき、制御部７１は、ディスペンサ６８から空気極スラリーを吐出しながら、Δｄｉのデータに基づいてディスペンサ高さ調整部を作動させ、ディスペンサ６８先端とワーク７０表面との距離を一定に保持する。具体的に、Δｄｉ＜０の場合（ワークが変位計に接近した場合）、制御部７１はディスペンサ６８をワーク７０から遠ざける。Δｄｉ＞０（ワークが変位計から遠ざかる場合）、制御部７１はディスペンサ６８をワーク７０に近づける。ディスペンサ先端とワーク表面との距離は、０．１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内の所定値に保持されることが望ましい。
【００８９】
具体的に、ディスペンサ６８が成膜開始位置に到達した時、制御部７１は上述のようにΔｄ１のデータに基づいてディスペンサ６８とワーク７０表面との距離を一定に保持しながら、ディスペンサ６８からワーク７０上に空気極用スラリーを吐出し、１列目の空気極用スラリーの膜を形成する。その後、制御部７１は、台車６６ａ，６６ｃを次の成膜位置に移動させる。制御部７１は、ディスペンサ６８から空気極用スラリーを吐出して、ワーク７０の周方向に２列目のスラリー膜を形成する。この時、制御部７１は上述のようにΔｄ２のデータに基づいてディスペンサ６８とワーク７０表面との距離を一定に保持しながら、ディスペンサ６８からワーク７０上に空気極用スラリーを吐出し、２列目の空気極用スラリー膜を形成する。制御部７１は、上記操作を繰り返して、所定の成膜範囲に空気極用スラリー膜を成膜する。
【００９０】
制御部７１は、ディスペンサ６８による成膜と同時に、第１実施形態と同様にして乾燥部６９により空気極用スラリー膜の両端部を乾燥する。温風送給部を設置した場合は、乾燥部による乾燥と同時に、温風送給部が基体管内側に温風を送給する。
【００９１】
制御部７１は、１つのセルでの成膜が完了すると、台車６６ａ，６６ｂを次のセルの成膜範囲まで移動させる。そして、上記と同様の工程で、次のセルに空気極用スラリー膜を形成する。上記工程は、Ｎ番目のセルでの成膜が終了するまで繰り返される。全てのセルでの成膜が終了した後、制御部７１はサーボモータ６４を停止させて、ワーク７０の回転を停止させる。ワーク７０がワークホルダ６２から取り外される。その後、上述のようにワーク７０が焼結され、セルスタックとなる。
【００９２】
＜第３実施形態＞
図９は、第３実施形態に係る成膜装置の概略図である。第３実施形態の成膜装置８０は、１つの乾燥部８９に対して複数のディスペンサ８８が設置される点で第１実施形態と異なる。図９では１つの乾燥部と２つのディスペンサ８８ａ，８８ｂとが設置されているが、１つの乾燥部に対して３つ以上のディスペンサが設置されていても良い。また、乾燥部とディスペンサとの組を２つ以上設置しても良い。
【００９３】
図９の成膜装置８０では、台車８６ａにカメラ８７及びディスペンサ８８ａが載置される。台車８６ｂにディスペンサ８８ｂが載置される。台車８６ｃに乾燥部８９ｃが載置される。
ディスペンサ８８ａとディスペンサ８８ｂとは、それぞれ異なるタンク（不図示）に連絡する。各タンクは、互いに材質が異なるスラリーを収容する。例えば、ディスペンサ８８ａに連絡するタンクには、固体電解質膜用スラリー、インターコネクタ用スラリー、あるいは、空気極材料含有スラリーが収容される。ディスペンサ８８ｂに連絡するタンクには、上述した空気極用スラリーが収容される。固体電解質膜用スラリーは、上述した固体電解質膜材料を含むスラリーであり、固体電解質膜と空気極との密着を向上させるために用いられる。インターコネクタ用スラリーは、上述したインターコネクタ用材料を含むスラリーであり、インターコネクタと空気極との密着性を向上させるために用いられる。ここでの空気極材料含有スラリーは、上述した空気極材料（ＬａＭｎＯ３系材料、ＬａＦｅＯ３系材料、ＬａＣｏＯ３系材料）と同材料であって、上記空気極用スラリーよりも粒径が小さい粉末を含有する。空気極用スラリーに含有される粉末は、粒径が１〜５０μｍであるのに対し、空気極材料含有スラリーに含有される粉末は、粒径が１μｍ以下である。
【００９４】
第３実施形態の成膜装置８０を用いて、ワーク９０上に空気極を形成する工程を以下で説明する。
第１実施形態と同様の工程にて、制御部９１は原点の位置データ、セルの位置データ及び成膜範囲のデータを取得する。制御部９１は、取得したデータをメモリに格納する。
【００９５】
制御部９１は、第１実施形態と同様の工程で、カメラ８７を用いて原点の位置データを取得する。取得した原点の位置データとメモリから呼び出した原点の位置データとを比較し、必要に応じてセルの位置データ及び成膜範囲のデータの補正を行う。
【００９６】
制御部９１は、セルの位置データ及び成膜範囲のデータに基づいて、最初に成膜するセルの成膜開始位置までディスペンサ８８ａを載置する台車８６ａを移動させる。制御部９１は、サーボモータ８４を作動させ、ワーク９０を周方向に回転させる。制御部９１は、第１実施形態と同様の工程で、所定の成膜範囲にディスペンサ８８ａからスラリーＡを吐出する。これにより、ワーク９０の周方向にスラリーＡの膜が成膜される。
【００９７】
制御部９１は、セルの位置データ及び成膜範囲のデータに基づいて、最初に成膜するセルの成膜開始位置までディスペンサ８８ｂを載置する台車８６ｂを移動させる。制御部９１は、ディスペンサ８８ａにより形成されたスラリーＡの膜の表面が乾燥する前に、スラリーＡの膜上に、ディスペンサ８８ｂからスラリーＢを吐出する。これにより、ワーク９０の周方向にスラリーＢの膜が成膜される。
【００９８】
スラリーＡの膜の表面が乾燥する前にスラリーＢを成膜しているため、膜の境界付近ではスラリーＡとスラリーＢとが混合した状態となる。すなわち、成膜装置８０で形成された空気極は、組成が連続的に変化している。例えば、スラリーＡとして固体電解質膜用スラリー、スラリーＢとして空気極用スラリーを用いた場合、境界付近では電解質と電極材料とが混在する。
【００９９】
制御部９１は、ディスペンサ８８ａ，８８ｂによる成膜と同時に、第１実施形態と同様にして乾燥部８９によりスラリーＡとスラリーＢの積層膜の両端部を乾燥する。温風送給部を設置した場合は、乾燥部による乾燥と同時に、温風送給部が基体管内側に温風を送給する。
【０１００】
制御部９１は、１つのセルでの成膜が完了すると、台車８６ａ〜８６ｃを次のセルの成膜範囲まで移動させる。そして、上記と同様の工程で、次のセルに空気極用スラリー膜を形成する。上記工程は、Ｎ番目のセルでの成膜が終了するまで繰り返される。全てのセルでの成膜が終了した後、制御部９１はサーボモータ８４を停止させて、ワーク９０の回転を停止させる。ワーク９０がワークホルダ▽から取り外される。その後、上述のようにワーク９０が焼結され、セルスタックとなる。
【０１０１】
燃料電池における電極反応は、固体電解質膜と電極（空気極及び燃料極）との境界で発生する。このように電解質と電極材料とが混在した領域を形成すると、電極反応発生領域が広がることになり、出力を増大させることができる。
【０１０２】
なお、第３実施形態においては、第２実施形態のように変位計を備え、変位計からのデータに基づいてディスペンサを移動させても良い。
【０１０３】
＜第４実施形態＞
図１０は、第４実施形態に係る成膜装置の概略図である。第４実施形態の成膜装置１００は、１台のディスペンサ１０８に対して複数のノズル１１２ａ〜１１２ｃが設置される点以外は、図２と同じである。
【０１０４】
台車の進行方向に向かって先頭から順にノズル１１２ａ、ノズル１１２ｂ、ノズル１１２ｃが設置される。ノズル１１２ａ〜１１２ｃは、ワーク１１０の軸方向に沿って整列する。１台のディスペンサ１０８でのノズル間隔は、液滴の大きさや膜厚を考慮して適宜設定される。ノズル１１２ａ〜１１２ｃは、それぞれ異なるタンク（不図示）に連絡する。各タンクは、互いに材質が異なるスラリーを収容する。ノズル１１２ａ〜１１２ｃは、それぞれ制御部１１１に接続する。
【０１０５】
第４実施形態の成膜装置１００を用いて、ワーク１１０上に空気極を形成する工程を以下で説明する。
第１実施形態と同様の工程にて、制御部１１１は原点の位置データ、セルの位置データ及び成膜範囲のデータを取得する。制御部１１１は、取得したデータをメモリに格納する。
【０１０６】
制御部１１１は、第１実施形態と同様の工程で、カメラ１０７を用いて原点の位置データを取得する。取得した原点の位置データとメモリから呼び出した原点の位置データとを比較し、必要に応じてセルの位置データ及び成膜範囲のデータの補正を行う。
【０１０７】
制御部１１１は、セルの位置データ及び成膜範囲のデータに基づいて、ノズル１１２ａが最初に成膜するセルの成膜開始位置に到達するまで、ディスペンサ１０８を載置する台車１０６ａ，１０６ｃを移動させる。制御部１１１は、サーボモータ１０４を作動させ、ワーク１１０を周方向に回転させる。制御部１１１は、第１実施形態と同様にして、ディスペンサ１０８のノズル１１２ａから所定の成膜範囲にスラリーＡを吐出する。これにより、ワーク１１０の周方向にスラリーＡの膜が成膜される。
【０１０８】
制御部１１１は、ノズル１１２ｂがセルの成膜開始位置に到達すると、ノズル１１２ｂから所定の成膜範囲にスラリーＢを吐出して、ワーク１１０の周方向にスラリーＢの膜を成膜する。同様にして、制御部１１１は、ノズル１１２ｃから所定の成膜範囲にスラリーＣを吐出し、ワーク１１０の周方向にスラリーＣの膜を成膜する。
スラリーＢ，Ｃの成膜は、下層の膜の表面が乾燥する前に実施される。このため、膜の境界付近でスラリー同士が混合した状態となる。
【０１０９】
制御部１１１は、ディスペンサ１０８による成膜と同時に、第１実施形態と同様にして乾燥部１０９によりスラリーの積層膜の両端部を乾燥する。温風送給部を設置した場合は、乾燥部による乾燥と同時に、温風送給部が基体管内側に温風を送給する。
【０１１０】
制御部１１１は、１つのセルでの成膜が完了すると、台車１０６ａ〜１０６ｄを次のセルの成膜範囲まで移動させる。そして、上記と同様の工程で、次のセルに空気極用スラリー膜を形成する。上記工程は、Ｎ番目のセルでの成膜が終了するまで繰り返される。全てのセルでの成膜が終了した後、制御部１１１はサーボモータ１０４を停止させて、ワーク１１０の回転を停止させる。ワーク１１０がワークホルダ１０２から取り外される。その後、上述のようにワーク１１０が焼結され、セルスタックとなる。
【０１１１】
なお、第４実施形態では、第２実施形態のように変位計を備え、変位計からのデータに基づいてディスペンサを移動させても良い。
【符号の説明】
【０１１２】
１  セルスタック
２  基体管
３  セル
４  燃料極
５  固体電解質膜
６  空気極
７  インターコネクタ
８  凸部
８ａ  底部
８ｂ  連結部
１０，６０，８０，１００  成膜装置
１１，６１，８１，１０１  支持台
１２，６２，８２，１０２  ワークホルダ
１３，６３，８３，１０３  支持部
１４，６４，８４，１０４  サーボモータ
１５，６５，８５，１０５  リニアアクチュエータ（移動部）
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，６６ａ，６６ｂ，８６ａ，８６ｂ，８６ｃ，１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄ  台車
１７，６７，８７，１０７  カメラ
１８，６８，８８ａ，８８ｂ，１０８  ディスペンサ
１９，６９，８９，１０９  乾燥部
２０，７０，９０，１１０  ワーク
２１，７１，９１，１１１  制御部
２２  温風送給部
３０，４０，５０  ノズル
３１，４１，５１  ニードル
３２，４２，５２  ノズルの先端（スラリー吐出部）
３３，４３，５５  空気極用スラリー
５３  孔
５４  ピン
７２  変位計
Ｏ  原点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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