(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向が水平に設置された円筒状の成形体の鉛直上側に載置され、スラリーを通過させるスクリーン部と、
前記スクリーン部の上面に当接される前記長手方向に延在するスキージと、
前記長手方向に配置され、前記スキージを支持する複数のスキージ支持部と、
前記スキージ支持部を支持しつつ鉛直上下方向へ移動させる位置調整部と、
前記スキージ支持部に設置され、前記スキージによる前記成形体に対する押圧力を検出する検出部と、
前記押圧力に基づいて前記位置調整部による前記スキージ支持部の移動量を制御する制御部と、
前記成形体の長手方向の両端部側を鉛直下方から回転可能に支持する受け部と、
前記受け部よりも前記成形体の中央より遠い位置に設置され、前記成形体の両端部側を鉛直上方から回転可能に支持し、かつ、前記成形体の両端部側を押圧する抑え部と、
を備えるスクリーン印刷装置。
【請求項２】
長手方向が水平に設置された円筒状の成形体の鉛直上側に載置され、スラリーを通過させるスクリーン部と、
前記スクリーン部の上面に当接される前記長手方向に延在するスキージと、
前記長手方向に配置され、前記スキージを支持する複数のスキージ支持部と、
前記スキージ支持部を支持しつつ鉛直上下方向へ移動させる位置調整部と、
前記スキージ支持部に設置され、前記スキージによる前記成形体に対する押圧力を検出する検出部と、
前記押圧力に基づいて前記位置調整部による前記スキージ支持部の移動量を制御する制御部と、
前記成形体の円筒中空部分に長手方向に挿入されて前記成形体の端部から突出して設けられる棒状の中子棒の長手方向両端部側を鉛直下方から回転可能に支持する受け部と、
前記受け部よりも前記中子棒の中央より遠い位置に設置され、前記中子棒の両端部側を鉛直上方から回転可能に支持し、かつ、前記中子棒の両端部側を押圧する抑え部と、
を備えるスクリーン印刷装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記検出部によって検出された圧力が所定の第１閾値よりも低い場合は、前記位置調整部を前記成形体側に近づける方向に移動させ、前記検出部によって検出された圧力が所定の第２閾値よりも高い場合は、前記位置調整部を前記成形体から離れる方向に移動させる請求項１又は２に記載のスクリーン印刷装置。
【請求項４】
長手方向が水平に設置された円筒状の成形体の鉛直上側に載置され、スラリーを通過させるスクリーン部と、
前記スクリーン部の上面に当接される前記長手方向に延在するスキージと、
前記長手方向に配置され、前記スキージを支持するスキージ支持部と、
前記成形体の長手方向の両端部側を鉛直下側から回転可能に支持する受け部と、
前記受け部よりも前記成形体の中央より遠い位置に設置され、前記成形体の両端部側を鉛直上方から回転可能に支持し、かつ、前記成形体の両端部側を押圧する抑え部と、
を備えるスクリーン印刷装置。
【請求項５】
長手方向が水平に設置された円筒状の成形体の鉛直上側に載置され、スラリーを通過させるスクリーン部と、
前記スクリーン部の上面に当接される前記長手方向に延在するスキージと、
前記長手方向に配置され、前記スキージを支持するスキージ支持部と、
前記成形体の円筒中空部分に長手方向に挿入されて前記成形体の端部から突出して設けられる棒状の中子棒の長手方向両端部側を鉛直下方から回転可能に支持する受け部と、
前記受け部よりも前記中子棒の中央より遠い位置に設置され、前記中子棒の両端部側を鉛直上方から回転可能に支持し、かつ、前記中子棒の両端部側を押圧する抑え部と、
を備えるスクリーン印刷装置。
【請求項６】
前記中子棒は、前記受け部の間において、少なくとも一部に中空部分が長手方向に配置される請求項２又は５に記載のスクリーン印刷装置。
【請求項７】
長手方向が水平に設置された円筒状の成形体の鉛直上側に載置され、スラリーを通過させるスクリーン部と、
前記スクリーン部の上面に当接される前記長手方向に延在するスキージと、
前記長手方向に配置され、前記スキージを支持する複数のスキージ支持部と、
前記スキージ支持部を支持しつつ鉛直上下方向へ移動させる位置調整部と、
前記成形体の長手方向の両端部側を鉛直下方から回転可能に支持する受け部と、
前記受け部よりも前記成形体の中央より遠い位置に設置され、前記成形体の両端部側を鉛直上方から回転可能に支持し、かつ、前記成形体の両端部側を押圧する抑え部と、
を備えるスクリーン印刷装置の制御方法であって、
前記スキージ支持部において、前記スキージによる前記成形体に対する押圧力を検出するステップと、
前記押圧力に基づいて前記押圧力が所定の値で規定された範囲になるように前記位置調整部による前記スキージ支持部の移動量を制御するステップと、
を有するスクリーン印刷装置の制御方法。
【請求項８】
長手方向が水平に設置された円筒状の成形体の鉛直上側に載置され、スラリーを通過させるスクリーン部と、
前記スクリーン部の上面に当接される前記長手方向に延在するスキージと、
前記長手方向に配置され、前記スキージを支持する複数のスキージ支持部と、
前記スキージ支持部を支持しつつ鉛直上下方向へ移動させる位置調整部と、
前記成形体の円筒中空部分に長手方向に挿入されて前記成形体の端部から突出して設けられる棒状の中子棒の長手方向両端部側を鉛直下方から回転可能に支持する受け部と、
前記受け部よりも前記中子棒の中央より遠い位置に設置され、前記中子棒の両端部側を鉛直上方から回転可能に支持し、かつ、前記中子棒の両端部側を押圧する抑え部と、
を備えるスクリーン印刷装置の制御方法であって、
前記スキージ支持部において、前記スキージによる前記成形体に対する押圧力を検出するステップと、
前記押圧力に基づいて前記押圧力が所定の値で規定された範囲になるように前記位置調整部による前記スキージ支持部の移動量を制御するステップと、
を有するスクリーン印刷装置の制御方法。
【請求項９】
前記スキージ支持部の移動量を制御するステップは、前記検出部によって検出された圧力が所定の第１閾値よりも低い場合は、前記位置調整部を前記成形体側に近づける方向に移動させ、前記検出部によって検出された圧力が所定の第２閾値よりも高い場合は、前記位置調整部を前記成形体から離れる方向に移動させる請求項７又は８に記載のスクリーン印刷装置の制御方法。
【請求項１０】
長手方向が水平に設置された円筒状の成形体の鉛直上側に載置され、スラリーを通過させるスクリーン部と、
前記スクリーン部の上面に当接される前記長手方向に延在するスキージと、
前記長手方向に配置され、前記スキージを支持するスキージ支持部と、
前記成形体の長手方向の両端部側を鉛直下方から回転可能に支持する受け部と、
前記受け部よりも前記成形体の中央より遠い位置に設置される抑え部と、
を備えるスクリーン印刷装置を用いたスクリーン印刷方法であって、
前記抑え部が、前記成形体の両端部側を鉛直上方から回転可能に支持するステップと、
前記抑え部が、前記成形体の両端部側を押圧して前記成形体を鉛直上方向に凸状な湾曲形状とするステップと、
を有するスクリーン印刷方法。
【請求項１１】
長手方向が水平に設置された円筒状の成形体の鉛直上側に載置され、スラリーを通過させるスクリーン部と、
前記スクリーン部の上面に当接される前記長手方向に延在するスキージと、
前記長手方向に配置され、前記スキージを支持するスキージ支持部と、
前記成形体の中空部分に長手方向に挿入されて前記成形体の端部から突出して設けられる棒状の中子棒の長手方向の両端部側を鉛直下方から回転可能に支持する受け部と、
前記受け部よりも前記成形体の中央より遠い位置に設置される抑え部と、
を備えるスクリーン印刷装置を用いたスクリーン印刷方法であって、
前記抑え部が、前記中子棒の両端部側を鉛直上方から回転可能に支持するステップと、
前記抑え部が、前記中子棒の両端部側を押圧して前記成形体を鉛直上方向に凸状な湾曲形状とするステップと、
を有するスクリーン印刷方法。
【請求項１２】
請求項７から９のいずれか１項に記載されたスクリーン印刷装置の制御方法、又は、請求項１０若しくは１１に記載されたスクリーン印刷方法を用いて前記成形体に対して成膜処理を行い、前記成形体の表面に燃料電池セル及びインターコネクタが形成された燃料電池セルスタックを製造するステップを有する燃料電池セルスタックの製造方法。
【請求項１３】
請求項７から９のいずれか１項に記載されたスクリーン印刷装置の制御方法、又は、請求項１０若しくは１１に記載されたスクリーン印刷方法を用いて前記成形体に対して成膜処理を行い、前記成形体の表面に燃料電池セル及びインターコネクタが形成された燃料電池セルスタックを製造するステップと、
前記燃料電池セルスタックを備える燃料電池カートリッジを製造するステップと、
を有する燃料電池カートリッジの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクリーン印刷装置、スクリーン印刷装置の制御方法、スクリーン印刷方法、燃料電池セルスタックの製造方法及び燃料電池カートリッジの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料ガスと酸素とを化学反応させることにより発電する燃料電池が知られている。このうち、固体酸化物形燃料電池（Solid  Oxide  Fuel  Cell、以下「ＳＯＦＣ」という。）は、電解質としてジルコニアセラミックスなどのセラミックスが用いられた運転される燃料電池である。ＳＯＦＣで用いられる燃料ガスは、例えば、水素（Ｈ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）などの炭化水素系ガスからなる都市ガス、天然ガスのほか、石油、メタノール、石炭などの炭素質原料からガス化設備によって製造されたガスである。
【０００３】
ＳＯＦＣには、複数の円筒形セルスタックを備えるタイプがあり、円筒形セルスタックは、円筒形状の基体管と、基体管の外周面に複数形成された燃料電池セルと、隣り合う燃料電池セル間に形成されたインターコネクタとを有する。燃料電池セルは、燃料極と固体電解質と空気極とが積層して形成される。
【０００４】
基体管は、長尺のセラミックス製であり、基体管を製造する際、まず、セラミックス材料の組成と粉体サイズを調整し、セラミックス材料と溶剤からスラリーを生成する。そして、スラリーが押出成形されることによって、軟体状の基体管が形成される。そして、基体管を運搬可能な硬さとするため、軟体状の基体管が乾燥される。乾燥した基体管に対して燃料極、固体電解質及びインターコネクタがスクリーン印刷によって成膜され、その後、成膜された基体管が一体焼成される。また、燃料極等が一体焼成された基体管に対して、ジェットディスペンサーによって空気極が成膜され、その後、空気極が成膜された基体管が焼成される。これにより、燃料電池セル及びインターコネクタが基体管の表面に形成された円筒形セルスタックが形成される。
以降で記載する基体管は、円筒型固体電解質燃料電池の支持体としての成形体である場合、支持する成形体に燃料極、固体電解質及びインターコネクタがスクリーン印刷によって成膜された成形体である場合、さらには、その後、空気極が成膜された成形体である場合を全て含むものである。
【０００５】
下記の特許文献１には、円筒型の基体管に対して、燃料極、電解質及び空気極となるスラリーをスクリーン印刷する際、スクリーンメッシュと基体管の間に発生する隙間を回避するための技術が開示されている。具体的には、スキージを支持するスキージホルダと基体管の内部とに、それぞれ磁性が異なる磁石を収容している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１３４１８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１３及び図１４に示すように、円筒長尺形状の基体管１０の表面に対して、長手軸方向に延びたスクリーンマスク６とスキージ２でスラリー１６をスクリーン印刷する場合、基体管１０の中空部分の内部に棒状の中子棒１５を挿入し、基体管１０の両方の端部からそれぞれ突出している中子棒１５を受けローラ７に載置する。そして、基体管１０の表面にスラリー１６を印刷するとき、スキージホルダ３に支持されたスキージ２を基体管に押し付ける（印圧する）と、図１４に示すように、印圧をかけた方向へ基体管１０の中央部分が撓む。その結果、スキージ２と基体管１０の間に隙間が生じ、基体管１０の表面にスラリー１６を均一、均質に成膜（印刷）できない。
【０００８】
また、特許文献１に記載された方法において、スキージと基体管の間に生じる隙間を均一にするには、スキージホルダと基体管の内部の両方の適切な位置に磁石を設置する必要があるが、長手方向にわたって磁石を適切に配置することは困難である。さらに、磁石が有する磁力の強さに応じて、隙間の大小が変化するため、実施に当たっては磁力の調整が困難な永久磁石を用いると隙間を均一にしづらいという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、スキージと成形体の間に形成される隙間を調整することが可能なスクリーン印刷装置、スクリーン印刷装置の制御方法、スクリーン印刷方法、燃料電池セルスタックの製造方法及び燃料電池カートリッジの製造方法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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のスクリーン印刷装置、スクリーン印刷装置の制御方法、スクリーン印刷方法、燃料電池セルスタックの製造方法及び燃料電池カートリッジの製造方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係るスクリーン印刷装置は、長手方向が水平に設置された円筒状の成形体の鉛直上側に載置され、スラリーを通過させるスクリーン部と、前記スクリーン部の上面に当接される前記長手方向に延在するスキージと、前記長手方向に配置され、前記スキージを支持し、前記スキージを前記成形体側に移動させる複数のスキージ支持部と、前記スキージ支持部を支持しつつ鉛直上下方向へ移動させる位置調整部と、前記スキージ支持部に設置され、前記スキージによる前記成形体に対する押圧力を検出する検出部と、前記押圧力に基づいて前記位置調整部による前記スキージ支持部の移動量を制御する制御部とを備える。
【００１１】
この構成によれば、スキージによる成形体に対する押圧力に基づいて、位置調整部は、スキージ支持部の移動量を制御する。そして、スキージ支持部は、スキージの長手方向に複数配置され、各スキージ支持部に検出部が設置され、それぞれが検出された押圧力に基づいて位置調整部によって移動する。したがって、成形体の長手方向の各位置における撓み量に応じて、スキージ支持部の移動量を変化させることができるため、スキージと成形体の間の隙間を調整することができる。
【００１２】
上記発明において、前記成形体の長手方向の両端部側を鉛直下方から回転可能に支持する受け部と、前記受け部よりも前記成形体の中央より遠い位置に設置され、前記成形体の両端部側を鉛直上方から回転可能に支持し、かつ、前記成形体の両端部側を押圧する抑え部とを更に備えてもよい。
【００１３】
この構成によれば、成形体が載置される受け部よりも成形体の端部側に設置される抑え部が、成形体を上方から支持し、かつ、成形体の端部を押圧することから、成形体は、中間部分にて上方に凸状に湾曲する。これにより、成形体が、成形体の上方からスキージによって押圧されたとき、成形体を上方に湾曲させない場合に比べて、スキージと成形体の間の隙間を低減することができる。
【００１４】
上記発明において、前記成形体の円筒中空部分に長手方向に挿入されて前記成形体の端部から突出して設けられる棒状の中子棒の長手方向両端部側を鉛直下方から回転可能に支持する受け部と、前記受け部よりも前記中子棒の中央より遠い位置に設置され、前記中子棒の両端部側を鉛直上方から回転可能に支持し、かつ、前記中子棒の両端部側を押圧する抑え部とを更に備えてもよい。
【００１５】
この構成によれば、中子棒が載置される受け部よりも中子棒の端部側に設置される抑え部が、中子棒を上方から支持し、かつ、中子棒の端部を押圧することから、中子棒は、中間部分にて上方に凸状に湾曲する。これにより、成形体が、成形体の上方からスキージによって押圧されたとき、成形体を上方に湾曲させない場合に比べて、スキージと成形体の間の隙間を低減することができる。
【００１６】
本発明に係るスクリーン印刷装置は、長手方向が水平に設置された円筒状の成形体の鉛直上側に載置され、スラリーを通過させるスクリーン部と、前記スクリーン部の上面に当接される前記長手方向に延在するスキージと、前記長手方向に配置され、前記スキージを支持し、前記スキージを前記成形体側に移動させるスキージ支持部と、前記成形体の長手方向の両端部側を鉛直下側から回転可能に支持する受け部と、前記受け部よりも前記成形体の中央より遠い位置に設置され、前記成形体の両端部側を鉛直上方から回転可能に支持し、かつ、前記成形体の両端部側を押圧する抑え部とを備える。
【００１７】
本発明に係るスクリーン印刷装置は、長手方向が水平に設置された円筒状の成形体の鉛直上側に載置され、スラリーを通過させるスクリーン部と、前記スクリーン部の上面に当接される前記長手方向に延在するスキージと、前記長手方向に配置され、前記スキージを支持し、前記スキージを前記成形体側に移動させるスキージ支持部と、前記成形体の円筒中空部分に長手方向に挿入されて前記成形体の端部から突出して設けられる棒状の中子棒の長手方向両端部側を鉛直下方から回転可能に支持する受け部と、前記受け部よりも前記中子棒の中央より遠い位置に設置され、前記中子棒の両端部側を鉛直上方から回転可能に支持し、かつ、前記中子棒の両端部側を押圧する抑え部とを備える。
【００１８】
上記発明において、前記中子棒は、前記受け部の間において、少なくとも一部に中空部分が長手方向に配置されてもよい。
この構成によれば、中実部分と中空部分の断面２次モーメントの違いによって、中子棒の撓み形状や撓み量を調整できる。
【００１９】
本発明に係るスクリーン印刷装置の制御方法は、長手方向が水平に設置された円筒状の成形体の鉛直上側に載置され、スラリーを通過させるスクリーン部と、前記スクリーン部の上面に当接される前記長手方向に延在するスキージと、前記長手方向に配置され、前記スキージを支持し、前記スキージを前記成形体側に移動させる複数のスキージ支持部と、前記スキージ支持部を支持しつつ鉛直上下方向へ移動させる位置調整部とを備えるスクリーン印刷装置の制御方法であって、前記スキージ支持部において、前記スキージによる前記成形体に対する押圧力を検出するステップと、前記押圧力に基づいて前記押圧力が所定の値で規定された範囲になるように前記位置調整部による前記スキージ支持部の移動量を制御するステップとを有する。
【００２０】
本発明に係るスクリーン印刷方法は、長手方向が水平に設置された円筒状の成形体の鉛直上側に載置され、スラリーを通過させるスクリーン部と、前記スクリーン部の上面に当接される前記長手方向に延在するスキージと、前記長手方向に配置され、前記スキージを支持し、前記スキージを前記成形体側に移動させるスキージ支持部と、前記成形体の長手方向の両端部側を鉛直下方から回転可能に支持する受け部と、前記受け部よりも前記成形体の中央より遠い位置に設置される抑え部とを備えるスクリーン印刷方法であって、前記抑え部が、前記成形体の両端部側を鉛直上方から回転可能に支持するステップと、前記抑え部が、前記成形体の両端部側を押圧して前記成形体を鉛直上方向に凸状な湾曲形状とするステップとを有する。
【００２１】
本発明に係るスクリーン印刷方法は、長手方向が水平に設置された円筒状の成形体の鉛直上側に載置され、スラリーを通過させるスクリーン部と、前記スクリーン部の上面に当接される前記長手方向に延在するスキージと、前記長手方向に配置され、前記スキージを支持し、前記スキージを前記成形体側に移動させるスキージ支持部と、前記成形体の中空部分に長手方向に挿入されて前記成形体の端部から突出して設けられる棒状の中子棒の長手方向の両端部側を鉛直下方から回転可能に支持する受け部と、前記受け部よりも前記成形体の中央より遠い位置に設置される抑え部とを備えるスクリーン印刷方法であって、前記抑え部が、前記中子棒の両端部側を鉛直上方から回転可能に支持するステップと、前記抑え部が、前記中子棒の両端部側を押圧して前記成形体を鉛直上方向に凸状な湾曲形状とするステップとを有する。
【００２２】
本発明に係る燃料電池セルスタックの製造方法は、上記のスクリーン印刷装置の制御方法、又は、上記のスクリーン印刷方法を用いて前記成形体を成膜し、前記成形体の表面に燃料電池セル及びインターコネクタが形成された燃料電池セルスタックを製造するステップを有する。
【００２３】
本発明に係る燃料電池カートリッジの製造方法は、上記のスクリーン印刷装置の制御方法、又は、上記のスクリーン印刷方法を用いて前記成形体を成膜し、前記成形体の表面に燃料電池セル及びインターコネクタが形成された燃料電池セルスタックを製造するステップと、前記燃料電池セルスタックを備える燃料電池カートリッジを製造するステップとを有する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、スキージと成形体の間に形成される隙間を調整することができ、隙間を一定にすることで、成形体の長手方向にわたってスラリーを均一に成膜できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係るスクリーン印刷装置を示す正面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るスクリーン印刷装置を示す正面図であり、スキージが基体管に当接している状態を示す。
【図３】本発明の第１実施形態に係るスクリーン印刷装置のスキージホルダ、第１実施例に係る位置調整部及び感圧センサを示す正面図である。
【図４】図３のIV-IV線で切断した縦断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係るスクリーン印刷装置のスキージホルダ、第２実施例に係る位置調整部及び感圧センサを示す正面図である。
【図６】図５のVI-VI線で切断した縦断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るスクリーン印刷装置を示す正面図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係るスクリーン印刷装置の中子棒の第１変形例を示す正面図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係るスクリーン印刷装置の中子棒の第２変形例を示す正面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るスクリーン印刷装置の中子棒の第３変形例を示す正面図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係るスクリーン印刷装置の第１変形例を示す正面図である。
【図１２】本発明の第２実施形態に係るスクリーン印刷装置の第１変形例を示す正面図であり、スキージが基体管に当接している状態を示す。
【図１３】従来のスクリーン印刷装置を示す正面図である。
【図１４】従来のスクリーン印刷装置を示す正面図であり、スキージが基体管に当接している状態を示す。
【図１５】本発明の一実施形態に係るセルスタックを示す部分拡大断面図である。
【図１６】本発明の一実施形態に係るＳＯＦＣモジュールを示す斜視図である。
【図１７】本発明の一実施形態に係るＳＯＦＣカートリッジを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態に係る燃料電池の基体管の製造に用いられるスクリーン印刷装置１１の構成について説明する。スクリーン印刷装置１１は、燃料電池用基体管の製造装置に適用される。
なお、本実施形態に係るスクリーン印刷装置１１の印刷対象となる長尺の基体管（成形体）１０は、後述する固体酸化物形燃料電池（以下「ＳＯＦＣ」という。）の円筒形セルスタックとなる。基体管１０は、セラミックス製である。
【００２７】
スクリーン印刷装置１１は、図１及び図２に示すように、スキージ２と、スキージホルダ３と、位置調整部４と、感圧センサ５と、スクリーンマスク６と、受けローラ７と、制御部８と、などを備える。
【００２８】
スキージ２は、例えばゴム製の長尺状板材であり、基体管１０において燃料電池セルが形成される領域の一端から他端までの長さに対応する長さを有する。スキージ２は、基体管１０の鉛直上側で長手方向が基体管１０に対して平行に配置される。スキージ２は、基体管１０の撓み形状に沿って湾曲できる。なお、図１において基体管１０及びスキージ２の長手方向は、紙面の左右方向となる。
【００２９】
スキージ２は、下端面がスクリーンマスク６に当接可能であり、上部がスキージホルダ３に固定される。スキージ２は、スキージホルダ３と共に長手方向に垂直に鉛直上下方向に移動する。
【００３０】
スキージ２は、スクリーンマスク６に当接したとき、スクリーンマスク６上に置かれたスラリー１６を広げて、スクリーンマスク６のメッシュ部６ａからスラリー１６を通過させる。
【００３１】
スキージホルダ３は、板状のスキージ２を挟み込んで固定する。スキージホルダ３は、長手方向に複数に分割されており、複数の分割スキージホルダ３Ａから構成される。分割スキージホルダ３Ａは、長手方向に垂直に鉛直上下方向に移動可能である。
【００３２】
各分割スキージホルダ３Ａは、スキージ２が基体管１０の撓みに沿って鉛直上下方向に湾曲できるように、後述の図３、図４に示すようにホルダ軸２３周りに回動可能な構成を有する。すなわち、基体管１０の傾斜に対応して、分割スキージホルダ３Ａがホルダ軸２３周りに回動して傾斜する。ホルダ軸２３は、スキージ２の板面２Ａに対して垂直方向（図１の紙面前後方向）に設けられる。
【００３３】
位置調整部４は、図示しないスクリーン印刷装置１１の支持枠に配設され、分割スキージホルダ３Ａごとに基体管１０の長手方向に沿って設置されており、各分割スキージホルダ３Ａの位置を調整する。具体的には、位置調整部４は、分割スキージホルダ３Ａを下方の基体管１０側に近づけたり、分割スキージホルダ３Ａを基体管１０から遠ざけたりする。これにより、基体管１０が鉛直上下方向へ撓んでいる場合でも、基体管１０に対するスキージ２の相対位置を揃えて、均一にすることができる。
【００３４】
感圧センサ５は、スキージ２が基体管１０に押し付けられたときの分割スキージホルダ３Ａにおける接触圧力を検出する。
【００３５】
スクリーンマスク６は、スラリー１６が通過するメッシュ部６ａと、スラリー１６が通過しないマスク部６ｂと、メッシュ部６ａ及びマスク部６ｂを支持する枠部６ｃを有する。スクリーンマスク６は、スキージ２と共に基体管１０の撓みに沿って湾曲できる。
【００３６】
中子棒１５は、横断面形状が円形状であり、基体管１０よりも長い長尺棒である。中子棒１５は、基体管１０の中空部分の内部に長手方向へ挿入されて、基体管１０の端部から突出している。中子棒１５は、酸化などによって表面性状が変化しないもの、また、基体管１０へ挿入する際に塑性変形を生じない強度を持つものが好ましく、例えば金属製であり、ＳＵＳ３０４などが好ましい。また、中子棒１５の外径は、基体管１０の中空部分の内径の０．７倍〜０．９倍である。中子棒１５は、基体管１０の中空部分で、基体管１０の内面との隙間が設けられるため、基体管１０への挿入が容易になる。中子棒１５は、スクリーンマスク６の移動速度と基体管１０の周速が合うように回転させられる。
【００３７】
受けローラ７は、中子棒１５の長手方向端部付近に設置される。受けローラ７は、中子棒１５が長手方向軸線回りに回転するように、中子棒１５を下方から支持する。
【００３８】
制御部８は、感圧センサ５で検出された圧力に基づいて、位置調整部４を駆動させる。感圧センサ５で検出された圧力が所定の第１閾値よりも低い場合は、位置調整部４を基体管１０側に近づける方向に移動させて、分割スキージホルダ３Ａを下方の基体管１０側に近づける。一方、感圧センサ５で検出された圧力が所定の第２閾値よりも高い場合は、位置調整部４を基体管１０から離れる方向に移動させて、分割スキージホルダ３Ａを基体管１０から遠ざける。第２閾値は、第１閾値よりも高い値である。感圧センサ５で検出された圧力が第１閾値と第２閾値の間にあるときは、位置調整部４における移動は行なわれない。
【００３９】
以下、スキージホルダ３、位置調整部４及び感圧センサ５について詳細に説明する。
各分割スキージホルダ３Ａは、図３及び図４に示すように、第１接続部２１と、固定部２２などからなる。また、位置調整部４は、ボールねじ機構３１と、第２接続部３２と、ガイド部３３と、固定枠３４などからなる。
【００４０】
位置調整部４の第２接続部３２は、上端面でボールねじ機構３１のボールねじ３５と接続される。ボールねじ３５は、第２接続部３２に対し回転可能であり、第２接続部３２は水平状態に保たれてボールねじ３５と接続されている。ボールねじ３５は、固定枠３４に設けられたねじ穴３６と螺合する。ボールねじ３５が駆動されて回転することによって、ボールねじ３５に接続された第２接続部３２が鉛直上下方向に移動する。第２接続部３２の上端面にはガイド部３３も設けられ、固定枠３４に設けられた貫通孔３４Ａに沿ってスライドする。これにより、第２接続部３２の上端面が、水平状態を維持したまま鉛直上下方向のみへ移動できる。また、位置調整部４のボールねじ３５が駆動することによって、分割スキージホルダ３Ａの位置が変化する。
【００４１】
位置調整部４の第２接続部３２と、分割スキージホルダ３Ａの第１接続部２１は、ホルダ軸２３によって回動可能な状態で接続される。第１接続部２１には、ホルダ軸２３の周りにベアリング２４が設けられており、ホルダ軸２３は、第２接続部３２で固定されている。また、ホルダ軸２３の軸線は、長手方向に延びるスキージ２の板面２Ａに対して垂直方向（図３の紙面前後方向）である。これにより、第１接続部２１は、第２接続部３２に対して回動可能であり、位置調整部４を水平方向に対し傾斜させ、位置調整部４において長手方向の一端部側の高さと他端部側の高さを変えることができる。
【００４２】
第１接続部２１は、上部が前面に張り出した張出部２１Ａを有し、張出部２１Ａの下方に固定部２２が設けられる。固定部２２は、ガイド部２５によって第１接続部２１に接続されている。固定部２２は、張出部２１Ａに設けられた貫通孔に沿って上下方向にスライド可能である。
【００４３】
張出部２１Ａと固定部２２の間には、感圧センサ５が設けられる。張出部２１Ａと固定部２２の距離が変化して感圧センサ５に係る圧力が変化することで、感圧センサ５が検出する圧力が変わる。固定部２２は、スキージ２の板面２Ａを挟持しており、スキージ２は固定部２２の下面から基体管１０の表面に向かって突出している。
【００４４】
なお、上述した実施形態では、位置調整部４における上下方向の駆動は、ボールねじ３５を用いた場合について説明したが、本発明はこの例に限定されない。
例えば、図５及び図６に示すように、固定枠３４にエアシリンダ４１が設けられる。また、エアシリンダロッド４２は、第２接続部３２の上面と接続されている。エアシリンダ４１がエアシリンダロッド４２を駆動することによって、第２接続部３２を鉛直上下方向に移動させてもよい。その他の構成要素については、上述した例と同一であるため説明を省略する。
【００４５】
本実施形態に係るスクリーン印刷装置１１の動作について説明する。
まず、中子棒１５を受けローラ７上に載置し、中子棒１５の一端部又は両端部をカップリング１４で把持する。そして、スクリーンマスク６上にスラリー１６を置いた状態で、スクリーンマスク６を基体管１０上に近づける。なお、基体管１０をスクリーンマスク６に近づけてもよい。そして、カップリング１４を回転駆動するモータ１３によって、スクリーンマスク６の印刷時の移動速度と基体管１０の周速が合うように、中子棒１５を長手方向の軸線周りに回転させる。
【００４６】
そして、スクリーンマスク６と基体管１０が近づいた後、スキージ２をスクリーンマスク６上に当接させてから、基体管１０を回転させる。このとき、感圧センサ５が検出した圧力に基づいて、各分割スキージホルダ３Ａに設けられた位置調整部４の位置を調整する。
【００４７】
なお、感圧センサ５が検出する圧力を用いて、事前にスラリーのスクリーン印刷確認試験が行なわれている。その結果、成膜された膜厚と膜厚分布が所定基準範囲になるような、感圧センサ５で検出された圧力の下限となる第１閾値と、圧力の上限となる第２閾値が確認されている。また、第１閾値と第２閾値の間の圧力で、各分割スキージホルダ３Ａの相互間の圧力差が大きくなり過ぎないような許容圧力差範囲が確認されていると更に好ましい。
【００４８】
全ての位置調整部４で、感圧センサ５において検出された圧力が、第１閾値と第２閾値の間にあるように、位置調整部４の位置が変更される。またさらに、前述の許容圧力差範囲となるように、位置調整部４の位置が変更されると更に好ましい。
【００４９】
図２に示すように、スキージ２をスクリーンマスク６上に当接させることによって、基体管１０の中間部分が下方に撓む場合、基体管１０の両端に近い位置調整部４は、基体管１０へ近づける移動量が少なく、基体管１０の中間部分に配置されている位置調整部４は、基体管１０へ近づける移動量が多くなる。
【００５０】
以上、本実施形態によれば、長手方向に配置した各分割スキージホルダ３Ａの位置調整部４によって、スキージ２と基体管１０の間に形成される隙間を調整することができ、感圧センサ５が検出する圧力を所定の値で規定される範囲内にすることで、基体管１０の長手方向にわたってスラリー１６を均一に成膜できる。
【００５１】
なお、上述した実施形態では、基体管１０に中子棒１５が挿入される場合について説明したが、本発明は、この例に限定されない。すなわち、中子棒１５を用いずに、受けローラ７の上に基体管１０を直接載置してもよい。
【００５２】
［第２実施形態］
本実施形態に係るスクリーン印刷装置１２は、図７に示すように、第１実施形態に係るスクリーン印刷装置１１と同様に、スキージ２と、スキージホルダ３と、スクリーンマスク６と、受けローラ７などを備える。
本実施形態では、スキージホルダ３は、例えば、長手方向に複数に分割せずに１本で構成される。
【００５３】
スクリーン印刷装置１２は、図７に示すように、抑えローラ９を更に備える。抑えローラ９は、受けローラ７よりも中子棒１５の長手方向の両端部側に設置される。抑えローラ９は、中子棒１５が長手方向軸線回りに回転可能なように、中子棒１５を鉛直上方から支持する。
【００５４】
抑えローラ９は、中子棒１５の両端部側の上面が、基体管１０及び中子棒１５が水平な状態にあるときの中子棒１５の上面よりも下方に位置するように、中子棒１５の上方から下方へ移動して固定される。中子棒１５の両端部側において抑えローラ９がこの位置に固定されることにより、中子棒１５と基体管１０は、長手方向中間部分が上方に凸状に湾曲した状態となる。このとき、中子棒１５には、両端部側の受けローラ７の支持位置を中心にした回転力が作用し、両端部側の受けローラ７の間で中子棒１５には曲げモーメントが発生している。
【００５５】
そして、基体管１０が上方に湾曲した状態になる位置で、抑えローラ９の位置が固定されたまま、中子棒１５と共に基体管１０を長手方向軸線周りに回転させる。中子棒１５及び基体管１０の回転駆動は、中子棒１５の一端部又は両端部にカップリング１４を介して設けられたモータ１３による。そして、スクリーンマスク６上にスラリー１６を置いた状態で、スクリーンマスク６を基体管１０上に近づけ、スキージ２をスクリーンマスク６上に当接させる。
【００５６】
これにより、スキージ２側からの当接する圧力によって基体管１０が下方に押されたときに発生する曲げモーメントは、中子棒１５と基体管１０の長手方向中間部分が上方に凸状に湾曲した状態で発生している曲げモーメントとは逆方向となる。すなわち、中子棒１５は、両端部側の受けローラ７の支持位置で回転力が打ち消しあう状況、すなわち、中子棒１５において曲げモーメントが発生しない状況になるので、スキージ２がスクリーンマスク６を介して基体管１０に当接した状態で、基体管１０が下方に押されたとき、中子棒１５と基体管１０は長手方向に水平な状態に近づくようになる。このため、スクリーン印刷工程で、基体管１０を上方に凸状に湾曲させない場合に比べて、スキージ２と基体管１０の間の基体管１０の長手方向中央付近に発生する隙間を低減することができる。したがって、スキージ２と基体管１０との当接状態の長手方向の均一化を図ることができ、基体管１０の長手方向にわたってスラリー１６を均一に成膜できる。
【００５７】
ここで、中子棒１５の両端部側での抑えローラ９の固定位置は、中子棒１５と基体管１０が長手方向中間部分において上方に凸状に湾曲した量（図７の湾曲量：Ｈ）、又は、中子棒１５に発生する曲げモーメント（Ｍ）の値で管理することができる。なお、スキージ２側からの当接する圧力によって基体管１０が下方に押される状況に対応して、事前の試験で基体管１０の長手方向にわたってスラリー１６を均一に成膜できるような凸状の湾曲量（Ｈ）やモーメント（Ｍ）などの条件を把握しておくことで、適正に管理ができる。
【００５８】
中子棒１５の自重による長手方向の中央付近の鉛直下方向への変形を抑制しておくことで、抑えローラ９の押し込みを軽減することができ、中子棒１５に発生する曲げモーメントを小さくできる。中子棒１５は、一端部から他端部にかけて中実でもよいし、中空でもよい。中子棒１５が中空であれば、中子棒１５の自重による長手方向の中央付近の鉛直下方向への変形を小さくすることができる。スキージ２がスクリーンマスク６を介して基体管１０に当接した状態で、基体管１０が下方に押されたとき、中子棒１５と基体管１０を長手方向に水平な状態に近づけるための抑えローラ９の押し込み量を小さくすることができる。よって、押し込み量の最大量に対して余裕が出るため、抑えローラ９の押し込み量の調整範囲を広くでき、調整し易くなる。また、スキージ２の当接有無状態の違いによる中子棒１５と基体管１０の変形差が小さいので、仮に基体管１０の長手方向に特性の分布があっても、複雑な３次元変形を伴わずに中子棒１５に小さな曲げモーメントを印加するだけで、長手方向に均一な状態となるように調整可能となる。これにより、スキージ２と基体管１０の間に生じる隙間を低減することができる。
【００５９】
また、中子棒１５は、端部側を中実とし、中間部分を中空としてもよい。中実部材は断面２次モーメントが大きいため、端部側を中実にすることで、中空の場合に比べて、受けローラ７と抑えローラ９による荷重の印加に対して、変形や破損することなく耐えることができる。また、端部側は中間部分に比べて、自重変形が小さい領域であるため、中実部材としても中子棒１５の長手方向の中央付近の鉛直下方向への撓み量には影響が小さい。
【００６０】
中子棒１５において、中実部分と中空部分を組み合わせる場合において、中空部材の長さを変更することで、中子棒１５の長手方向の中央付近の鉛直下方向への撓み形状や中央の撓み量を調整することができる。
【００６１】
例えば、図８に示すように、抑えローラ９で所定の押し込みを行った際に、二つの受けローラ７の内側間の長さＬ０全てを中空部材とした場合、中子棒１５全体を凸状湾曲にすることができ、それに伴い、基体管１０の長手方向全体を凸状湾曲にできるとともに、全体が中実の中子棒よりも断面２次モーメントが小さいので凸状の湾曲形状を大きくすることができる。すなわち、必要な凸状の湾曲形状を得るための抑えローラ９での押し込みを少なくできる。よって、押し込み量の最大量に対して余裕が出るため、抑えローラ９の押し込み量の調整範囲を広くでき、調整し易くなる。図８では、中央付近で湾曲量Ｈ０となり、端部付近で湾曲量Ｈ１となるとしている。
【００６２】
また、図９に示すように、抑えローラ９で所定の押し込みを行った際に、二つの受けローラ７の内側間の長さＬ０のうち中間部分のＬ０’を中空部材とし、端部側それぞれＬ１’／２（＝（Ｌ０−Ｌ０’）／２）の長さの領域を中実部分としてもよい。この場合、断面２次モーメントが小さい中空部材が中間部分に配置されることから、長手方向の中央部分において、図８に示した例に比べて、凸状の湾曲形状を大きくすることができる。すなわち、中央付近の湾曲量Ｈ０’を比較的大きくし、端部付近の湾曲量Ｈ１’を比較的小さくできる。
【００６３】
反対に、図１０に示すように、二つの受けローラ７の内側間の長さＬ０のうち中間部分のＬ１’’を中実部材とし、端部側それぞれＬ０’’／２（＝（Ｌ０−Ｌ１’’）／２）の長さの領域を中空部分としてもよい。この場合、断面２次モーメントが大きい中空部材が中間部分に配置されることから、長手方向の中央部分において、図８に示した例に比べて、凸状の湾曲形状を小さくすることができる。すなわち、中央付近の湾曲量Ｈ０’’を比較的小さくできる。
【００６４】
すなわち、中子棒１５の中央付近において、中空部分と中実部分のいずれかを配置したり、中空部分と中実部分の長さを設定することで、長手方向の中央部分において凸状の湾曲形状を調整することが可能となる。このため、スキージ２側からの当接する圧力による基体管１０が下方に押される状況に対応して、中子棒１５の長手方向の中央部分の凸状の湾曲形状を調整することが可能となる。このため、スキージ２と基体管１０の間の基体管１０の長手方向の中央付近に発生する隙間を低減することができる。したがって、スキージ２と基体管１０との当接状態の長手方向の均一化を図ることができ、基体管１０の長手方向にわたってスラリー１６を均一に成膜できる。
【００６５】
なお、本実施形態は、図１１及び図１２に示すように、第１実施形態と同様に、スキージホルダ３が、複数の分割スキージホルダ３Ａから構成されてよい。事前の確認試験で、中子棒１５は、中空部分又は中実部分が各種設定され、適切に長手方向の中央付近の凸状の湾曲形状を持つように中子棒１５が選定されている。この場合、スキージ２をスクリーンマスク６上に当接させるとき、基体管１０の中間部分が、凸状の湾曲形状を調整した状態で鉛直上方に撓んでいることから、基体管１０の中間部分に配置されている位置調整部４の移動量は第１実施形態よりも少なくなるので、位置調整部４による成膜膜厚の変動影響が小さくなり、膜厚の管理が容易になる。
【００６６】
このとき、分割スキージホルダ３Ａは、ホルダ軸２３（図４参照）周りに回動し、スキージ２が基体管１０の撓みに沿って湾曲する。
【００６７】
なお、上述した実施形態では、基体管１０に中子棒１５が挿入される場合について説明したが、本発明は、この例に限定されない。すなわち、中子棒１５を用いずに、受けローラ７の上に基体管１０を直接載置し、抑えローラ９が基体管１０を鉛直上方から支持してもよい。
【００６８】
以下、本実施形態に係るＳＯＦＣの一例について説明する。
以下においては、説明の便宜上、紙面を基準として「上」及び「下」の表現を用いて各構成要素の位置関係を特定するが、鉛直方向に対して必ずしもこの限りである必要はない。例えば、紙面における上方向が鉛直方向における下方向に対応してもよい。また、紙面における上下方向が鉛直方向に直行する水平方向に対応してもよい。
【００６９】
（円筒形セルスタックの構造）
まず、図１５を参照して本実施形態に係る円筒形セルスタックについて説明する。ここで、図１５は、本実施形態に係るセルスタックの一態様を示すものである。セルスタック１０１は、円筒形状の基体管１０３と、基体管１０３の外周面に複数形成された燃料電池セル１０５と、隣り合う燃料電池セル１０５の間に形成されたインターコネクタ１０７とを有する。燃料電池セル１０５は、燃料極１０９と固体電解質１１１と空気極１１３とが積層して形成されている。また、セルスタック１０１は、基体管１０３の外周面に形成された複数の燃料電池セル１０５の内、基体管１０３の軸方向において最も端に形成された燃料電池セル１０５の空気極１１３に、インターコネクタ１０７を介して電気的に接続されたリード膜１１５を有する。
【００７０】
（セルスタックの各構成要素の材料と機能の説明）
基体管１０３は、多孔質材料からなり、例えば、ＣａＯ安定化ＺｒＯ２（ＣＳＺ）、又はＹ２Ｏ３安定化ＺｒＯ2（ＹＳＺ）、又はＭｇＡｌ２Ｏ４とされる。この基体管１０３は、燃料電池セル１０５とインターコネクタ１０７とリード膜１１５とを支持するとともに、基体管１０３の内周面に供給される燃料ガスを基体管１０３の細孔を介して基体管１０３の外周面に形成される燃料極１０９に拡散させるものである。
【００７１】
燃料極１０９は、Ｎｉとジルコニア系電解質材料との複合材の酸化物で構成され、例えば、Ｎｉ／ＹＳＺが用いられる。この場合、燃料極１０９は、燃料極１０９の成分であるＮｉが燃料ガスに対して触媒作用を有する。この触媒作用は、基体管１０３を介して供給された燃料ガス、例えば、メタン（ＣＨ４）と水蒸気との混合ガスを反応させ、水素（Ｈ２）と一酸化炭素（ＣＯ）に改質するものである。また、燃料極１０９は、改質により得られる水素（Ｈ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）と、固体電解質１１１を介して供給される酸素イオン（Ｏ２−）とを固体電解質１１１との界面付近において電気化学的に反応させて水（Ｈ２Ｏ）及び二酸化炭素（ＣＯ２）を生成するものである。なお、燃料電池セル１０５は、この時、酸素イオンから放出される電子によって発電する。
【００７２】
固体電解質１１１は、ガスを通しにくい気密性と、高温で高い酸素イオン導電性とを有するＹＳＺが主として用いられる。この固体電解質１１１は、空気極で生成される酸素イオン（Ｏ２−）を燃料極に移動させるものである。
【００７３】
空気極１１３は、例えば、ＬａＳｒＭｎＯ３系酸化物、又はＬａＣｏＯ３系酸化物で構成される。この空気極１１３は、固体電解質１１１との界面付近において、供給される空気等の酸化性ガス中の酸素を解離させて酸素イオン（Ｏ２−）を生成するものである。
【００７４】
インターコネクタ１０７は、ＳｒＴｉＯ３系などのＭ１−ｘＬｘＴｉＯ３（Ｍはアルカリ土類金属元素、Ｌはランタノイド元素）で表される導電性ペロブスカイト型酸化物から構成され、燃料ガスと酸化性ガスとが混合しないように緻密な膜となっている。また、インターコネクタ１０７は、酸化雰囲気と還元雰囲気との両雰囲気下で安定した電気導電性を有する。このインターコネクタ１０７は、隣り合う燃料電池セル１０５において、一方の燃料電池セル１０５の空気極１１３と他方の燃料電池セル１０５の燃料極１０９とを電気的に接続し、隣り合う燃料電池セル１０５同士を直列に接続するものである。リード膜１１５は、電子伝導性を有すること、及びセルスタック１０１を構成する他の材料との熱膨張係数が近いことが必要であることから、Ｎｉ／ＹＳＺ等のＮｉ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。このリード膜１１５は、インターコネクタにより直列に接続される複数の燃料電池セル１０５で発電された直流電力をセルスタック１０１の端部付近まで導出すものである。
【００７５】
（ＳＯＦＣモジュールの構造と各要素の機能の説明）
次に、図１６と図１７とを参照して本実施形態に係るＳＯＦＣモジュール及びＳＯＦＣカートリッジについて説明する。ここで、図１６は、本実施形態に係るＳＯＦＣモジュールの一態様を示すものである。また、図１７は、本実施形態に係るＳＯＦＣカートリッジの一態様の断面図を示すものである。
【００７６】
ＳＯＦＣモジュール２０１は、図１６に示すように、例えば、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３と、これら複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３を収納する圧力容器２０５とを有する。また、ＳＯＦＣモジュール２０１は、燃料ガス供給管２０７と複数の燃料ガス供給枝管２０７ａとを有する。またＳＯＦＣモジュール２０１は、燃料ガス排出管２０９と複数の燃料ガス排出枝管２０９ａとを有する。また、ＳＯＦＣモジュール２０１は、酸化性ガス供給管（不図示）と酸化性ガス供給枝管（不図示）とを有する。また、ＳＯＦＣモジュール２０１は、酸化性ガス排出管（不図示）と複数の酸化性ガス排出枝管（不図示）とを有する。
【００７７】
燃料ガス供給管２０７は、図示しない圧力容器２０５の外部に設けられ、ＳＯＦＣモジュール２０１の発電量に対応して所定ガス組成と所定流量の燃料ガスを供給する燃料ガス供給部に接続されるとともに、複数の燃料ガス供給枝管２０７ａに接続されている。この燃料ガス供給管２０７は、上述の燃料ガス供給部から供給される所定流量の燃料ガスを、複数の燃料ガス供給枝管２０７ａに分岐して導くものである。また、燃料ガス供給枝管２０７ａは、燃料ガス供給管２０７に接続されるとともに、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３に接続されている。この燃料ガス供給枝管２０７ａは、燃料ガス供給管２０７から供給される燃料ガスを複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３に略均等の流量で導き、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３の発電性能を略均一化させるものである。
【００７８】
燃料ガス排出枝管２０９ａは、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３に接続されるとともに、燃料ガス排出管２０９に接続されている。この燃料ガス排出枝管２０９ａは、ＳＯＦＣカートリッジ２０３から排出される排燃料ガスを燃料ガス排出管２０９に導くものである。また、燃料ガス排出管２０９は、複数の燃料ガス排出枝管２０９ａに接続されるとともに、一部が圧力容器２０５の外部に配置されている。この燃料ガス排出管２０９は、燃料ガス排出枝管２０９ａから略均等の流量で導出される排燃料ガスを圧力容器２０５の外部に導くものである。
【００７９】
圧力容器２０５は、内部の圧力が０．１ＭＰａ〜約１ＭＰa、内部の温度が大気温度〜約５５０℃で運用されるので、耐力性と酸化性ガス中に含まれる酸素などの酸化剤に対する耐食性を保有する材質が利用される。例えばＳＵＳ３０４などのステンレス系材が好適である。
【００８０】
ここで、本実施形態においては、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３が集合化されて圧力容器２０５に収納される態様について説明しているが、これに限られず例えば、ＳＯＦＣカートリッジ２０３が集合化されずに圧力容器２０５内に収納される態様とすることもできる。
【００８１】
（ＳＯＦＣカートリッジの構造と各要素の機能の説明）
ＳＯＦＣカートリッジ２０３は、図１７に示す通り、複数のセルスタック１０１と、発電室２１５と、燃料ガス供給室２１７と、燃料ガス排出室２１９と、酸化性ガス供給室２２１と、酸化性ガス排出室２２３とを有する。また、ＳＯＦＣカートリッジ２０３は、上部管板２２５ａと、下部管板２２５ｂと、上部断熱体２２７ａと、下部断熱体２２７ｂとを有する。なお、本実施形態においては、ＳＯＦＣカートリッジ２０３は、燃料ガス供給室２１７と燃料ガス排出室２１９と酸化性ガス供給室２２１と酸化性ガス排出室２２３とが図１７のように配置されることで、燃料ガスと酸化性ガスとがセルスタック１０１の内側と外側とを対向して流れる構造となっているが、必ずしもこの必要はなく、例えば、セルスタックの内側と外側とを平行して流れる、又は酸化性ガスがセルスタックの長手方向と直交する方向へ流れるようにしても良い。
【００８２】
発電室２１５は、上部断熱体２２７ａと下部断熱体２２７ｂとの間に形成された領域である。この発電室２１５は、セルスタック１０１の燃料電池セル１０５が配置され、燃料ガスと酸化性ガスとを電気化学的に反応させて発電を行う領域である。また、この発電室２１５のセルスタック１０１長手方向の中央部付近での温度は、ＳＯＦＣモジュール２０１の定常運転時に、およそ７００℃〜１０００℃の高温雰囲気となる。
【００８３】
燃料ガス供給室２１７は、ＳＯＦＣカートリッジ２０３の上部ケーシング２２９ａと上部管板２２５ａとに囲まれた領域である。また、燃料ガス供給室２１７は、上部ケーシング２２９ａに備えられた燃料ガス供給孔２３１ａによって、燃料ガス供給枝管２０７ａと連通されている。また、燃料ガス供給室２１７には、セルスタック１０１の一方の端部が、セルスタック１０１の基体管１０３の内部が燃料ガス排出室２１９に対して開放して配置されている。この燃料ガス供給室２１７は、燃料ガス供給枝管２０７ａから燃料ガス供給孔２３１ａを介して供給される燃料ガスを、複数のセルスタック１０１の基体管１０３の内部に略均一流量で導き、複数のセルスタック１０１の発電性能を略均一化させるものである。
【００８４】
燃料ガス排出室２１９は、ＳＯＦＣカートリッジ２０３の下部ケーシング２２９ｂと下部管板２２５ｂとに囲まれた領域である。また、燃料ガス排出室２１９は、下部ケーシング２２９ｂに備えられた燃料ガス排出孔２３１ｂによって、燃料ガス排出枝管２０９ａと連通されている。また、燃料ガス排出室２１９には、セルスタック１０１の他方の端部が、セルスタック１０１の基体管１０３の内部が燃料ガス排出室２１９に対して開放して配置されている。この燃料ガス排出室２１９は、複数のセルスタック１０１の基体管１０３の内部を通過して燃料ガス排出室２１９に供給される排燃料ガスを集約して、燃料ガス排出孔２３１ｂを介して燃料ガス排出枝管２０９ａに導くものである。
【００８５】
ＳＯＦＣモジュール２０１の発電量に対応して所定ガス組成と所定流量の酸化性ガスを酸化性ガス供給枝管へと分岐して、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３へ供給する。酸化性ガス供給室２２１は、ＳＯＦＣカートリッジ２０３の下部ケーシング２２９ｂと下部管板２２５ｂと下部断熱体２２７ｂとに囲まれた領域である。また、酸化性ガス供給室２２１は、下部ケーシング２２９ｂに備えられた酸化性ガス供給孔２３３ａによって、図示しない酸化性ガス供給枝管と連通されている。この酸化性ガス供給室２２１は、図示しない酸化性ガス供給枝管から酸化性ガス供給孔２３３ａを介して供給される所定流量の酸化性ガスを、後述する酸化性ガス供給隙間２３５ａを介して発電室２１５に導くものである。
【００８６】
酸化性ガス排出室２２３は、ＳＯＦＣカートリッジ２０３の上部ケーシング２２９ａと上部管板２２５ａと上部断熱体２２７ａとに囲まれた領域である。また、酸化性ガス排出室２２３は、上部ケーシング２２９ａに備えられた酸化性ガス排出孔２３３ｂによって、図示しない酸化性ガス排出枝管と連通されている。この酸化性ガス排出室２２３は、発電室２１５から、後述する酸化性ガス排出隙間２３５ｂを介して酸化性ガス排出室２２３に供給される排酸化性ガスを、酸化性ガス排出孔２３３ｂを介して図示しない第３酸化性ガス排出枝管に導くものである。
【００８７】
上部管板２２５ａは、上部ケーシング２２９ａの天板と上部断熱体２２７ａとの間に、上部管板２２５ａと上部ケーシング２２９ａの天板と上部断熱体２２７ａとが略平行になるように、上部ケーシング２２９ａの側板に固定されている。また上部管板２２５ａは、ＳＯＦＣカートリッジ２０３に備えられるセルスタック１０１の本数に対応した複数の孔を有し、該孔にはセルスタック１０１が夫々挿入されている。この上部管板２２５ａは、複数のセルスタック１０１の一方の端部をシール部材及び接着部材のいずれか一方又は両方を介して気密に支持するとともに、燃料ガス供給室２１７と酸化性ガス排出室２２３とを隔離するものである。
【００８８】
下部管板２２５ｂは、下部ケーシング２２９ｂの底板と下部断熱体２２７ｂとの間に、下部管板２２５ｂと下部ケーシング２２９ｂの底板と下部断熱体２２７ｂとが略平行になるように下部ケーシング２２９ｂの側板に固定されている。また下部管板２２５ｂは、ＳＯＦＣカートリッジ２０３に備えられるセルスタック１０１の本数に対応した複数の孔を有し、該孔にはセルスタック１０１が夫々挿入されている。この下部管板２２５ｂは、複数のセルスタック１０１の他方の端部をシール部材及び接着部材のいずれか一方又は両方を介して気密に支持するとともに、燃料ガス排出室２１９と酸化性ガス供給室２２１とを隔離するものである。
【００８９】
上部断熱体２２７ａは、上部ケーシング２２９ａの下端部に、上部断熱体２２７ａと上部ケーシング２２９ａの天板と上部管板２２５ａとが略平行になるように配置され、上部ケーシング２２９ａの側板に固定されている。また、上部断熱体２２７ａには、ＳＯＦＣカートリッジ２０３に備えられるセルスタック１０１の本数に対応して、複数の孔が設けられている。この孔の直径はセルスタック１０１の外径よりも大きく設定されている。上部断熱体２２７ａは、この孔の内面と、上部断熱体２２７ａに挿通されたセルスタック１０１の外面との間に形成された酸化性ガス排出隙間２３５ｂを有する。
【００９０】
この上部断熱体２２７ａは、発電室２１５と酸化性ガス排出室２２３とを仕切るものであり、上部管板２２５ａの周囲の雰囲気が高温化し強度低下や酸化性ガス中に含まれる酸化剤による腐食が増加することを抑制する。上部管板２２５ａ等はインコネルなどの高温耐久性のある金属材料から成るが、上部管板２２５ａ等が発電室２１５内の高温に晒されて上部管板２２５ａ等内の温度差が大きくなることで熱変形することを防ぐものである。また、上部断熱体２２７ａは、発電室２１５を通過して高温に晒された排酸化性ガスを、酸化性ガス排出隙間２３５ｂを通過させて酸化性ガス排出室２２３に導くものである。
【００９１】
本実施形態によれば、上述したＳＯＦＣカートリッジ２０３の構造により、燃料ガスと酸化性ガスとがセルスタック１０１の内側と外側とを対向して流れるものとなっている。このことにより、排酸化性ガスは、基体管１０３の内部を通って発電室２１５に供給される燃料ガスとの間で熱交換がなされ、金属材料から成る上部管板２２５ａ等が座屈などの変形をしない温度に冷却されて酸化性ガス排出室２２３に供給される。また、燃料ガスは、発電室２１５から排出される排酸化性ガスとの熱交換により昇温され、発電室２１５に供給される。その結果、ヒーター等を用いることなく発電に適した温度に予熱昇温された燃料ガスを発電室２１５に供給することができる。
【００９２】
下部断熱体２２７ｂは、下部ケーシング２２９ｂの上端部に、下部断熱体２２７ｂと下部ケーシング２２９ｂの底板と下部管板２２５ｂとが略平行になるように配置され、上部ケーシング２２９ａの側板に固定されている。また、下部断熱体２２７ｂには、ＳＯＦＣカートリッジ２０３に備えられるセルスタック１０１の本数に対応して、複数の孔が設けられている。この孔の直径はセルスタック１０１の外径よりも大きく設定されている。下部断熱体２２７ｂは、この孔の内面と、下部断熱体２２７ｂに挿通されたセルスタック１０１の外面との間に形成された酸化性ガス供給隙間２３５ａを有する。
【００９３】
この下部断熱体２２７ｂは、発電室２１５と酸化性ガス供給室２２１とを仕切るものであり、下部管板２２５ｂの周囲の雰囲気が高温化し強度低下や酸化性ガス中に含まれる酸化剤による腐食が増加することを抑制する。下部管板２２５ｂ等はインコネルなどの高温耐久性のある金属材料から成るが、下部管板２２５ｂ等が高温に晒されて下部管板２２５ｂ等内の温度差が大きくなることで熱変形することを防ぐものである。また、下部断熱体２２７ｂは、酸化性ガス供給室２２１に供給される酸化性ガスを、酸化性ガス供給隙間２３５ａを通過させて発電室２１５に導くものである。
【００９４】
本実施形態によれば、上述したＳＯＦＣカートリッジ２０３の構造により、燃料ガスと酸化性ガスとがセルスタック１０１の内側と外側とを対向して流れるものとなっている。このことにより、基体管１０３の内部を通って発電室２１５を通過した排燃料ガスは、発電室２１５に供給される酸化性ガスとの間で熱交換がなされ、金属材料から成る下部管板２２５ｂ等が座屈などの変形をしない温度に冷却されて燃料ガス排出室２１９に供給される。また、酸化性ガスは排燃料ガスとの熱交換により昇温され、発電室２１５に供給される。その結果、ヒーター等を用いることなく発電に必要な温度に昇温された酸化性ガスを発電室２１５に供給することができる。
【００９５】
発電室２１５で発電された直流電力は、複数の燃料電池セル１０５に設けたＮｉ／ＹＳＺ等からなるリード膜１１５によりセルスタック１０１の端部付近まで導出した後に、ＳＯＦＣカートリッジ２０３の集電棒（不図示）に集電板（不図示）を介して集電して、各ＳＯＦＣカートリッジ２０３の外部へと取り出される。前記集電棒によってＳＯＦＣカートリッジ２０３の外部に導出された電力は、各ＳＯＦＣカートリッジ２０３の発電電力を所定の直列数及び並列数へと相互に接続され、ＳＯＦＣモジュール２０１の外部へと導出されて、図示しないインバータなどにより所定の交流電力へと変換されて、電力負荷へと供給される。
【符号の説明】
【００９６】
２    ：スキージ
３    ：スキージホルダ
３Ａ  ：分割スキージホルダ
４    ：位置調整部
５    ：感圧センサ
６    ：スクリーンマスク
７    ：受けローラ
８    ：制御部
９    ：抑えローラ
１０  ：基体管（成形体）
１１  ：スクリーン印刷装置
１２  ：スクリーン印刷装置
１５  ：中子棒
１６  ：スラリー
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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