(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燃料電池セルと、隣接する前記燃料電池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、
前記インターコネクタの膜を形成する工程及び前記空気極の膜を形成する工程のうち少なくとも一方が、
前記インターコネクタまたは前記の空気極が形成される領域の所定位置にノズルを配置する工程と、
前記基体管を周方向に回転させながら、前記ノズルから前記領域に所定量の前記インターコネクタの材料を含むスラリーまたは前記の空気極の材料を含むスラリーを排出して、前記スラリーの膜を形成する工程と、
前記基体管上に前記燃料極、前記固体電解質膜、が形成されたワークが回転するときの前記ワークの位置変動を検出する工程と、
を含み、
前記ノズルを配置する工程において、前記スラリーが排出される間の前記ノズルの先端と前記領域が接触する、もしくは、前記ノズルの先端と前記領域との距離が前記領域上に塗布される前記スラリーの膜の厚さよりも小さくなるように、前記ノズルを配置し、
前記ワークの位置変動を検知する工程において、検出した前記位置変動が設定値から変化した場合に、前記位置変動が設定値を満たすように前記ワークに対する前記ノズルの位置を変更する固体酸化物形燃料電池の製造方法。
【請求項２】
前記インターコネクタが第１のインターコネクタ層と第２のインターコネクタ層とからなり、
前記空気極が第１の空気極層と第２の空気極層とからなり、
前記第２のインターコネクタ層の膜を形成する工程及び前記第１の空気極層の膜を形成する工程のうち少なくとも一方が、
前記第２のインターコネクタ層または前記第１の空気極層が形成される領域の所定位置にノズルを配置する工程と、
前記基体管を周方向に回転させながら、前記ノズルから前記領域に所定量の前記第２のインターコネクタ層の材料を含むスラリーまたは前記第１の空気極層の材料を含むスラリーを排出して、前記スラリーの膜を形成する工程とを含む請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池の製造方法。
【請求項３】
前記位置変動として前記ノズルが前記ワークを押す押圧力を検出し、
検出した前記押圧力が０である場合に、前記ノズルが前記ワークに近づけられる請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池の製造方法。
【請求項４】
前記位置変動として回転時における前記ワークの画像を取得し、
回転時における前記画像と、予め取得した静止時における前記ワークの前記画像とから、前記ノズルに対する前記ワークの相対位置の変動を取得し、
前記相対位置の変動の値に応じて、前記ワークに対する前記ノズルの位置が変更される請求項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燃料電池セルと、隣接する前記燃料電池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インターコネクタ及び前記空気極のうち少なくとも一方を形成するための塗布装置であって、
前記基体管上に前記燃料極、前記固体電解質膜、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、
前記インターコネクタの材料を含むスラリーまたは前記空気極の材料を含むスラリーを前記ワーク上に排出するノズルと、
所定量の前記スラリーを所定の周期で前記ノズルに送給するスラリー送給部と、
前記ワークの表面を撮影するカメラと、
前記ノズルを前記ワークの軸方向及び上下方向に移動させるノズル移動部と、
制御部と、
前記ワークが回転するときの前記ワークの位置変動を検出する検出部と、
前記ワークに対する前記ノズルの位置を変動させるノズル位置調整部と、
を備え、
前記制御部が、前記カメラの画像に基づいて前記ワーク上において前記インターコネクタまたは前記空気極が形成される領域の前記軸方向の位置を検出し、
前記ノズル移動部が前記ノズルを前記領域の所定位置まで前記軸方向に移動させ、
前記スラリーが排出される間の前記ノズルの先端と前記ワークとの距離が、前記ワーク上に塗布される前記スラリーの膜の厚さよりも小さくなるように、前記ノズル移動部が前記ノズルを移動させ、
前記スラリー送給部が前記ノズルに所定量の前記スラリーを供給して、前記ワークを回転させながら、前記ノズルが前記ワーク上の前記領域に所定の厚さの前記スラリーの膜を形成し、
前記検出部が、検出した前記位置変動を検出信号として前記制御部に送信し、
前記制御部が、前記検出信号に応じて、前記ノズルの位置を変更する変更信号を前記ノズル位置調整部に送信し、
前記ノズル位置調整部が前記変更信号に基づいて前記ノズルの位置を変更させる塗布装置。
【請求項６】
前記インターコネクタが第１のインターコネクタ層と第２のインターコネクタ層とからなり、
前記空気極が第１の空気極層と第２の空気極層とからなる固体酸化物形燃料電池における前記第２のインターコネクタ層及び前記第１の空気極層とからなり、
前記第２のインターコネクタ層及び前記第１の空気極層のうち少なくとも一方を形成する請求項５に記載の塗布装置。
【請求項７】
前記検出部が、前記ノズルが前記ワークを押す押圧力を前記位置変動として検出し、前記押圧力を前記検出信号として前記制御部に送信し、
前記制御部が前記押圧力の値に応じて前記変更信号を前記ノズル位置調整部に送信する請求項５に記載の塗布装置。
【請求項８】
前記検出部が前記カメラであり、回転時における前記ワークの画像を前記カメラが撮影し、前記画像を前記検出信号として前記制御部に送信し、
前記制御部が、回転時における前記ワークの前記画像と、予め取得している静止時における前記ワークの前記画像とから、前記ノズルに対する前記ワークの相対位置の変動を取得し、前記相対位置の変動に応じて、前記変更信号を前記ノズル位置調整部に送信する請求項５に記載の塗布装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物形燃料電池を製造する方法、及び、該製造方法に用いられる塗布装置に関し、特にインターコネクタ及び空気極の成膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物形燃料電池の例として、円筒型固体酸化物形燃料電池や平板型固体酸化物形燃料電池が知られている。例えば円筒型固体酸化物形燃料電池では、複数の円筒形状のセルスタックが電気的に並列に接続されて燃料電池内部に収容される。各セルスタックにおいて、例えばカルシウム安定化ジルコニア（ＣＳＺ）製の多孔質の基体管上に、燃料極、固体電解質膜、及び、空気極が積層された燃料電池セルが複数形成され、隣接する燃料電池セルがインターコネクタで連結される。緻密かつ高導電性とするとともに、電解質や燃料極との反応を抑制するために、インターコネクタを２層構成とする場合がある（例えば特許文献１）。空気極と固体電解質膜との接触抵抗を改善するために、空気極を２層構成とする場合がある（例えば特許文献２）。
【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】
空気極の形成方法として、特許文献２などのようにスクリーン印刷が用いられるのが一般的である。
特許文献３は、基体管を回転させながらディスペンサから所定量のスラリーの液滴を基体管上に供給して、各燃料電池セルに対応する位置に空気極スラリーを塗布する方法を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４６４７９０１号公報
【特許文献２】特開２０１３−１４０７３７号公報
【特許文献３】特開２０１３−１７５３０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
燃料極等の積層により共焼結後の基体管の表面には凹凸が発生している。長尺のワークである場合は、ワークに反りや撓みが発生している。共焼結後の基体管上にスクリーン印刷を用いて膜を形成する場合、凹凸に起因する圧力分布が生じる他、反りや撓みにより基体管とスクリーンとの間に部分的に隙間が生じる。この結果、形成される空気極の膜厚や密着性にばらつきが生じ、電池性能に悪影響がある。また、基体管毎に共焼結時の収縮度合いが異なるので、燃料電池セル位置とスクリーンの位置とがずれ、成膜精度が悪いという問題があった。
【０００７】
特許文献３の方法では、共焼結後の基体管とディスペンサとを接触させずにスラリーを滴下するので、厚い膜（１００μｍ以上）が形成される。すなわち、ディスペンサを用いる方法では、薄い膜を成膜することは困難であった。また、ディスペンサは液滴を滴下する方法であるので、均一な膜厚でスラリー膜を形成することができない。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであって、共焼結後の基体管上に高い位置精度で均一にスラリーを塗布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、スラリーを塗布する塗布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】
本発明の第１の態様は、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燃料電池セルと、隣接する前記燃料電池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、前記インターコネクタの膜を形成する工程及び前記空気極の膜を形成する工程のうち少なくとも一方が、前記インターコネクタまたは前記の空気極が形成される領域の所定位置にノズルを配置する工程と、前記基体管を周方向に回転させながら、前記ノズルから前記領域に所定量の前記インターコネクタの材料を含むスラリーまたは前記の空気極の材料を含むスラリーを排出して、前記スラリーの膜を形成する工程とを含み、前記ノズルを配置する工程において、前記スラリーが排出される間の前記ノズルの先端と前記領域が接触する、もしくは、前記ノズルの先端と前記領域との距離が前記領域上に塗布される前記スラリーの膜の厚さよりも小さくなるように、前記ノズルを配置する固体酸化物形燃料電池の製造方法である。
【００１０】
第１の態様において、前記インターコネクタが第１のインターコネクタ層と第２のインターコネクタ層とからなり、前記空気極が第１の空気極層と第２の空気極層とからなり、前記第２のインターコネクタ層の膜を形成する工程及び前記第１の空気極層の膜を形成する工程のうち少なくとも一方が、前記第２のインターコネクタ層または前記第１の空気極層が形成される領域の所定位置にノズルを配置する工程と、前記基体管を周方向に回転させながら、前記ノズルから前記領域に所定量の前記第２のインターコネクタ層の材料を含むスラリーまたは前記第１の空気極層の材料を含むスラリーを排出して、前記スラリーの膜を形成する工程とを含むことが好ましい。
【００１１】
本発明の第２の態様は、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燃料電池セルと、隣接する前記燃料電池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インターコネクタ及び前記空気極のうち少なくとも一方を形成するための塗布装置であって、前記基体管上に前記燃料極、前記固体電解質膜、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、前記インターコネクタの材料を含むスラリーまたは前記空気極の材料を含むスラリーを前記ワーク上に排出するノズルと、所定量の前記スラリーを所定の周期で前記ノズルに送給するスラリー送給部と、前記ワークの表面を撮影するカメラと、前記ノズルを前記ワークの軸方向及び上下方向に移動させるノズル移動部と、制御部とを備え、前記制御部が、前記カメラの画像に基づいて前記ワーク上において前記インターコネクタまたは前記空気極が形成される領域の前記軸方向の位置を検出し、前記ノズル移動部が前記ノズルを前記領域の所定位置まで前記軸方向に移動させ、前記スラリーが排出される間の前記ノズルの先端と前記ワークとの距離が、前記ワーク上に塗布される前記スラリーの膜の厚さよりも小さくなるように、前記ノズル移動部が前記ノズルを移動させ、前記スラリー送給部が前記ノズルに所定量の前記スラリーを供給して、前記ワークを回転させながら、前記ノズルが前記ワーク上の前記領域に所定の厚さの前記スラリーの膜を形成する塗布装置である。
【００１２】
第２の態様において、前記インターコネクタが第１のインターコネクタ層と第２のインターコネクタ層とからなり、前記空気極が第１の空気極層と第２の空気極層とからなる固体酸化物形燃料電池における前記第２のインターコネクタ層及び前記第１の空気極層とからなり、前記第２のインターコネクタ層及び前記第１の空気極層のうち少なくとも一方を形成することが好ましい。
【００１３】
上記のようにノズルを位置決めし、ノズル先端をワークに近接させてスラリーを塗布することにより、成膜の位置精度及び膜厚均一性がスクリーン印刷法よりも大幅に向上する。
特に上記態様の製造方法及び塗布装置は、薄い膜（例えば４０μｍ以下）の第２のインターコネクタ層及び第１の空気極層のうちいずれか一方を正確に形成する場合に有効である。インターコネクタ及び空気極を２層構成とすることにより、発電性能を向上させることができる。第２のインターコネクタ層及び第１の空気極層の位置精度及び膜厚精度が向上することにより、電気化学反応場のばらつきが抑えられる。この結果、各燃料電池セルでの発電量が略一定となり、固体酸化物形燃料電池の発電性能が更に向上するという効果を奏することができる。
【００１４】
第１の態様において、前記基体管上に前記燃料極、前記固体電解質膜、が形成されたワークが回転するときの前記ワークの位置変動を検出する工程を含み、検出した前記位置変動が設定値から変化した場合に、前記位置変動が設定値を満たすように前記ワークに対する前記ノズルの位置を変更する。
【００１５】
第２の態様において、前記ワークが回転するときの前記ワークの位置変動を検出する検出部と、前記ワークに対する前記ノズルの位置を変動させるノズル位置調整部とを備え、前記検出部が、検出した前記位置変動を検出信号として前記制御部に送信し、前記制御部が、前記検出信号に応じて、前記ノズルの位置を変更する変更信号を前記ノズル位置調整部に送信し、前記ノズル位置調整部が前記変更信号に基づいて前記ノズルの位置を変更させる。
【００１６】
ノズルの位置を固定した状態で、大きい反りや撓みが発生しているワークを回転させると、ワークとノズル先端との距離が変動する。上記態様に依れば、スラリーを塗布している間のワークとノズル先端との距離を略一定に維持することが可能となり、膜厚制御性を高めることができる。
【００１７】
第１の態様において、前記位置変動として前記ノズルが前記ワークを押す押圧力を検出し、検出した前記押圧力が０である場合に、前記ノズルが前記ワークに近づけられても良い。
【００１８】
第２の態様において、前記検出部が、前記ノズルが前記ワークを押す押圧力を前記位置変動として検出し、前記押圧力を前記検出信号として前記制御部に送信し、前記制御部が前記押圧力の値に応じて前記変更信号を前記ノズル位置調整部に送信しても良い。
【００１９】
押圧力によりワークの位置変動を検出する上記態様は、ノズル先端とワークとが接触させてスラリーを塗布する場合に有効である。押圧力の検出は、容易に位置変動を検知することができるという利点がある。
【００２０】
第１の態様において、前記位置変動として回転時における前記ワークの画像を取得し、回転時における前記画像と、予め取得した静止時における前記ワークの前記画像とから、前記ノズルに対する前記ワークの相対位置の変動を取得し、前記相対位置の変動の値に応じて、前記ワークに対する前記ノズルの位置が変更されても良い。
【００２１】
第２の態様において、前記検出部が前記カメラであり、回転時における前記ワークの画像を前記カメラが撮影し、前記画像を前記検出信号として前記制御部に送信し、前記制御部が、回転時における前記ワークの前記画像と、予め取得している静止時における前記ワークの前記画像とから、前記ノズルに対する前記ワークの相対位置の変動を取得し、前記相対位置の変動に応じて、前記変更信号を前記ノズル位置調整部に送信しても良い。
【００２２】
カメラ画像によりワークの位置変動を検出する上記態様は、ノズル先端とワークとが接触させてスラリーを塗布する場合だけでなく、ノズル先端とワークとを離間させてスラリーを塗布する場合にも有効である。カメラ画像を用いる方法は、位置変動の検出精度が高いという利点がある。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に依れば、膜厚が均一な第２のインターコネクタ層及び第１の空気極層を、高い位置精度で形成することができる。これにより、セルスタック内で電気化学反応場のばらつきが小さくなるので、燃料電池の発電性能が向上する。
更に、塗布工程が簡易であるのでスラリーを短時間で基体管上に塗布することができ、固体酸化物形燃料電池の製造に要する時間を短縮することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】円筒型の燃料電池のセルスタックの一態様を示す概略図である。
【図２】塗布装置の概略図である。
【図３】ノズルの一例の全体概略図である。
【図４】図３のノズルの排出部を側面から見たときの概略図である。
【図５】ノズルの一例の全体概略図である。
【図６】図５のノズルの排出部をワーク側から見た概略図である。
【図７】ノズルのＺ軸方向位置を制御する工程のブロック図である。
【図８】カメラを用いてノズルの位置を調整する方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、円筒型の燃料電池のセルスタックの一態様を示すものである。円筒型の燃料電池は、発電室内に本実施形態のセルスタック１０１を複数本収容したものである。但し、セルスタック１０１を１本収容した場合も採用し得る。
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と固体電解質膜１１１と空気極１１３とが積層して形成されている。
図２では燃料電池セル１０５が２つ形成される例であるが、実際には更に多くの燃料電池セル（例えばセルスタック１本あたり約３０〜１００素子）が形成されている。
【００２６】
基体管１０３は、例えば、ＣａＯ安定化ＺｒＯ２（ＣＳＺ）、ＣＳＺと酸化ニッケル（ＮｉＯ）との混合物（ＣＳＺ＋ＮｉＯ）、Ｙ２Ｏ３安定化ＺｒＯ2（ＹＳＺ）、ＭｇＡｌ２Ｏ４などを主とする多孔質材料からなる。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１１５ａとを支持すると共に、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。
基体管１０３の直径は、軸方向で略均一となっている。基体管１０３は多孔質であり、燃料とされる水素ガスが基体管１０３内側から外側（燃料極１０９側）に向かって流通可能となっている。
【００２７】
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。燃料極１０９の厚さは５０〜２５０μｍである。
【００２８】
固体電解質膜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。この固体電解質膜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。固体電解質膜１１１の厚さは１０〜１００μｍである。
【００２９】
空気極１１３は、固体電解質膜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。図１の空気極１１３は、第１の空気極層（空気極中間層）１１３ａと第２の空気極層（空気極導電層）１１３ｂとで構成される。第１の空気極層１１３ａはＳｍドープＣｅＯ２などで構成される。第２の空気極層１１３ｂはＬａ（Ｓｒ，Ｃａ）ＭｎＯ３で表されるペロブスカイト型酸化物（Ｓｒ及びＣａドープＬａＭｎＯ３）で構成される。第１の空気極層１１３ａの厚さは５〜５０μｍである。第２の空気極層１１３ｂの厚さは３００〜２０００μｍである。空気極１１３を２層構成とすることにより、発電性能を向上させることができる。
なお、空気極１１３は１層構成としても良い。この場合、空気極１１３はＬａＳｒＭｎＯ３系酸化物、又はＬａＣｏＯ３系酸化物で形成される。
【００３０】
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。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。インターコネクタ１０７は、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。
【００３１】
図１において、インターコネクタ１０７は第１のインターコネクタ層１０７ａと第２のインターコネクタ層１０７ｂとで構成される。第１のインターコネクタ層１０７ａはＳｒドープＴｉＯ３で構成される。第２のインターコネクタ層１０７ｂはＬａ（Ｓｒ，Ｃａ）ＭｎＯ３ペロブスカイト型酸化物などで構成される。第１のインターコネクタ層１０７ａの厚さは１０〜１００μｍである。第２のインターコネクタ層１０７ｂの厚さは５〜５０μｍである。インターコネクタ１０７を２層構成とすることにより、接触抵抗を低減させることができる。また、隣接する膜との熱膨張差を小さくして膜同士の密着度を向上させることができる。
なお、インターコネクタ１０７は１層構成としても良い。この場合、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る。
【００３２】
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の更に端部側にリード部分を有する。リード部分は、セルスタック１０１で発生した電気を外部に取り出す役割を果たす。
【００３３】
図１の紙面右側端部では、リード部分としてリード膜１１５ａが形成される。リード膜１１５ａは、インターコネクタ１０７を介して燃料電池セル１０５の空気極１１３と電気的に接続される。リード膜１１５ａは、燃料極１０９と同じ材料（例えばＮｉとジルコニア系電解質材料との複合材の酸化物）であっても良く、別の導電性材料であっても良い。
【００３４】
図１の紙面左側では、最端部の燃料電池セル１０５の燃料極１０９が他の燃料電池セル１０５よりも基体管１０３端部に伸長されて形成される。最端部の燃料極１０９において固体電解質膜１１１及び空気極１１３が積層されていない部分が、リード部分１１５ｂとなる。
【００３５】
上記セルスタックを形成する工程を以下で説明する。
基体管１０３は、例えば押出し成形法により形成される。基体管１０３の直径は、軸方向で略均一となっている。
【００３６】
基体管１０３上に燃料極１０９がスクリーン印刷法により形成される。例えば上記燃料極材料（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。燃料極用スラリーは、基体管１０３の外周面上の周方向に、燃料電池セル１０５の素子数に相当する複数の区域に分けて塗布される。粉末の混合比は、燃料極１０９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１０９の厚さや、スラリー塗布後の膜の状態などを考慮して、適宜選択される。また、水系ビヒクルは有機系ビヒクル（有機溶剤分散剤、バインダを添加したもの）を使用してもよい。
【００３７】
基体管１０３上にリード膜１１５ａがスクリーン印刷法により形成される。リード膜用スラリーとしては、上記燃料極用スラリーを用いることができる。または、燃料極材料と異なる材料を用いる場合は、リード膜材料の粉末と水系ビヒクル（または有機系ビヒクル）とが混合されて、リード膜用スラリーが作製される。
【００３８】
燃料極１０９が形成された後、基体管１０３上に固体電解質膜１１１がスクリーン印刷法により形成される。例えば上記固体電解質膜１１１の粉末と上記水系ビヒクル（または有機系ビヒクル）とが混合されて、固体電解質膜用スラリーが作製される。固体電解質膜用スラリーは、基体管１０３の外周面上の所定位置に、燃料電池セル１０５の数に相当する複数の区域に分けて塗布される。粉末とビヒクルとの混合比は、固体電解質膜１１１の厚さや、スラリー塗布後の膜の状態や膜厚などを考慮して適宜選択される。
【００３９】
基体管１０３上に第１のインターコネクタ層１０７ａがスクリーン印刷法により形成される。例えば上記第１のインターコネクタ層用材料の粉末と水系ビヒクル（または有機系ビヒクル）とが混合されて、第１のインターコネクタ層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、各区域の間、すなわち、隣接する燃料電池セル１０５間に相当する位置で、基体管１０３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。粉末とビヒクルとの混合比は、スラリー塗布後の膜の状態などを考慮して適宜選択される。
【００４０】
燃料極１０９、固体電解質膜１１１及び第１のインターコネクタ層１０７ａのスラリーの膜が形成された基体管１０３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。
【００４１】
共焼結された固体電解質膜１１１及び第１のインターコネクタ層１０７ａ上に、第２のインターコネクタ層１０７ｂ、第１の空気極層１１３ａ及び第２の空気極層１１３ｂを形成する。
第２のインターコネクタ層１０７ｂ及び第１の空気極層１１３ａの両方またはいずれか一方は、後述する工程により基体管１０３上の所定位置にスラリーが塗布されることにより形成される。共焼結後あるいは第２のインターコネクタ層１０７ｂ形成後に、基体管１０３表面の凹凸や反り、撓みが製造時の許容範囲内であれば、スクリーン印刷、転写ローラによる塗布など公知の方法で第２のインターコネクタ層１０７ｂまたは第１の空気極層１１３ａを形成しても良い。
【００４２】
第２の空気極層１１３ｂは、第２のインターコネクタ層１０７ｂ及び第１の空気極層１１３ａが形成された後に形成される。第２の空気極層１１３ｂは、特許文献３に例示されるように、ディスペンサを用いて形成される。第２のインターコネクタ層材料の粉末と上記水系ビヒクル（または有機系ビヒクル）とを混合し、第２の空気極層用スラリーを作製する。基体管１０３上の所定位置にこのスラリーをディスペンサから吐出し、第２の空気極層用スラリーの膜を形成する。粉末とビヒクルとの混合比は、スラリー塗布後の膜の状態や膜厚などを考慮して適宜選択される。
【００４３】
第２のインターコネクタ層１０７ｂ及び空気極１１３のスラリーの膜が形成された基体管１０３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１０３〜第１のインターコネクタ層１０７ａを形成した後の共焼結温度よりも低温とされる。
【００４４】
インターコネクタ１０７を１層構成とする場合は、基体管１０３上に燃料極１０９及び固体電解質膜１１１がスクリーン印刷法により形成された後、インターコネクタ１０７のスラリー膜が後述する工程により形成される。インターコネクタ１０７のスラリー膜を形成した後、基体管１０３が共焼結される。
空気極１１３を１層構成とする場合は、共焼結後、空気極１１３のスラリー膜が後述する工程により形成される。その後、燃料極１０９〜空気極１１３のスラリー膜が形成された基体管１０３が焼結される。
【００４５】
図２はインターコネクタ用スラリー及び空気極用スラリーを塗布するための塗布装置の概略図である。塗布装置２０１は、ワークホルダ２０５、ノズル２１１（２１１ａ，２１１ｂ）、スラリー送給部２１９、カメラ２１５（２１５ａ，２１５ｂ）、ノズル移動部２１３、カメラ移動部２１７、及び、制御部２２７を有する。制御部２２７は例えばコンピュータである。
【００４６】
ワークホルダ２０５は離間して配置される一対の支持部２０７と、一方の支持部２０７に設置されるモータ２０９とを有する。一対の支持部２０７の間にワーク２０３が配置され、ワーク２０３の両端部が支持部２０７により支持される。モータ２０９は、ワーク２０３を周方向に回転可能とする。モータ２０９は制御部２２７に接続する。
第２のインターコネクタ層用スラリーを塗布する場合、ワーク２０３は燃料極１０９〜第１のインターコネクタ層１０７ａが形成され共焼結された後の基体管１０３である。インターコネクタ１０７を１層構成とする場合は、燃料極１０９及び固体電解質膜１１１が形成された後の基体管１０３がワーク２０３となる。また、第１の空気極層用スラリーを塗布する場合、空気極１１３を１層構成とする場合は、燃料極１１９〜インターコネクタ１０７（第２のインターコネクタ層１０７ｂ）が形成された後の基体管１０３がワーク２０３となる。
【００４７】
ノズル２１１及びノズル移動部２１３は２軸卓上ロボットであり、ノズル移動部２１３にノズル２１１ａ，２１１ｂが取付けられる。ノズル移動部２１３は、ノズル２１１ａ，２１１ｂをワーク２０３の軸方向（Ｘ軸方向）に移動させるＸ軸方向移動部、及び、上下方向（Ｚ軸方向）に移動させてワーク２０３とノズル２１１の先端との距離を調節するＺ軸方向移動部を有する。ノズル２１１ａ，２１１ｂ及びノズル移動部２１３は制御部２２７に接続する。
図２では２つのノズル２１１ａ，２１１ｂが図示されているが、ノズルは１つでも良いし３つ以上であっても良い。複数のノズル２１１を設置すれば、タクトタイムを短縮することができる。
【００４８】
ワーク２０３を挟んでノズル移動部２１３と反対側にカメラ移動部２１７が設置される。カメラ移動部２１７は例えばリニアアクチュエータと、リニアアクチュエータに取付けられる台車（不図示）で構成される。カメラ２１５ａ，２１５ｂは台車に取付けられる。台車が移動することにより、カメラ２１５ａ，２１５ｂが移動可能となっている。
本実施形態ではカメラ移動部２１７はワーク２０３を挟んでノズル移動部２１３と反対側に配置されるとして説明するが、カメラ移動部２１７の位置はノズル移動部２１３と干渉しなければ特に限定されない。
【００４９】
カメラ２１５ａ，２１５ｂは例えばＣＣＤカメラとされる。カメラ２１５ａ，２１５ｂは、ワーク２０３の表面を撮影する。カメラ２１５ａ，２１５ｂは制御部２２７に接続する。図２はノズルと同数のカメラが設置された例であるが、カメラは１台でも良い。
【００５０】
カメラ移動部２１７は、カメラ２１５ａ，２１５ｂをワーク２０３の軸方向（Ｘ軸方向）に移動させる。カメラ移動部２１７の一端部には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、カメラ２１５ａ，２１５ｂ（台車）の位置情報を取得する。ロータリエンコーダ及び台車は制御部２２７に接続する。
【００５１】
スラリー送給部２１９はノズル２１１ａ，２１１ｂに接続する。スラリー送給部２１９は、スラリーを収容するタンク２２１と、ロータリポンプ２２３と、スラリー配管２２５ａ，２２５ｂを備える。タンク２２１は、第２のインターコネクタ用スラリーまたは第１の空気極用スラリーを収容する。ロータリポンプ２２３は、一定の周期で所定量のスラリーをスラリー配管２２５ａ，２２５ｂを介してノズル２１１ａ，２１１ｂに送給する。ロータリポンプ２２３は制御部２２７に接続する。
【００５２】
ノズル２１１はワーク２０３上にスラリーを塗布する。図３及び図４はノズルの一例を説明する概略図である。図３はノズルの全体図であり、図４はスラリーを排出する際の排出部を側面から見たときの概略図である。
【００５３】
ノズル２１１はノズル胴体２３５及びノズル胴体２３５に取付けられている排出部２３３を有する。排出部２３３と反対側のノズル胴体２３５の端部に、スラリー配管２２５が接続される。
【００５４】
ノズル胴体２３５の一部はノズル支持部２３１内に収容される。図３ではノズル胴体２３５及びノズル支持部２３１は円筒形状としたが、形状は特に限定されない。
ノズル胴体２３５は、ノズル支持部２３１の内側に設置されるノズル位置補正部２３７ａ，ｂにより、ノズル支持部２３１内側面と離間して支持される。図３のノズル２１１の場合、図３に示すように、排出部２３３と反対側のノズル胴体２３５端部にノズル位置補正部２３７ａが１つ設置され、ノズル胴体２３５の側面には複数（例えば４つ）のノズル位置補正部２３７ｂが設置される。ノズル位置補正部２３７ａ，２３７ｂは例えばバネなどの弾性体である。ノズル位置補正部２３７ａ，２３７ｂは、ノズル２１１の振動によるブレを補正する、また、ワーク形状のばらつきに追従し排出部２３３とワーク２０３の接触状態を維持するために設けられる。
【００５５】
排出部２３３は円筒形状または楕円筒形状であり、端部２３９が開口となっている。円筒形状の場合、端部２３９は切欠きを有する形状となっている。楕円筒形状の場合、端部は楕円の長軸方向の側面から見たときに切欠きを有する形状となっている。切欠きは１箇所であることが好ましいが、図４に示すように排出部２３３は側面から見たときに２つの異なる角度で切断された面を有する形状としても良い。切欠きを設けることにより、端部２３９は、ワーク２０３の接線と略平行となる開口面である第１面２４１と、ワーク２０３の接線に対して第１面２４１と異なる角度を有する第２面２４３とを有する。
【００５６】
排出部２３３は、軸方向が水平となるように配置されるか、排出部２３３の端部２３９が下に向くように配置される。水平面に対する排出部２３３の軸方向の角度は、第１面２４１をワーク２０３の表面に沿って配置できるように、適宜設定される。具体的に水平面に対する排出部２３３軸方向の角度（φ）は０°以上９０°以下の範囲である。
【００５７】
第１面２４１は切欠き部分に形成される。排出部２３３の径方向（楕円筒の場合は短軸方向）に対する第１面２４１の角度（θ１）は、第１面２４１が十分な面積を有すること、排出部２３３の長さ、第２面２４３等を考慮して、０°より大きく９０°未満の範囲内で設定される。θ１は０°より大きく７０°未満であることが好ましい。
【００５８】
第２面２４３は第１面２４１に対してワーク２０３の回転方向側に位置し、スラリーが吐出する開口面である。
端部２３９は切欠きが１つであることが好ましいが、この場合第１面２４１が切欠き部分に相当するので、第２面２４３は端部２３９の切欠きされていない面に相当する。すなわち、排出部２３３の径方向（楕円筒の場合は短軸方向）に対する第２面２４３の角度（θ２）は０°である。
端部２３９に切欠きが２つ形成される場合は、第２面２４３は切欠き部分に形成される。この場合、角度θ２は０°より大きく９０°未満の範囲内で、設定される。θ２の大きさは、第２面２４３の大きさ、スラリーを排出するときのワーク２０３と第２面２４３の頂部との距離、形成される膜の厚さ、θ１との関係などによって適切に設定される。
【００５９】
第１面２４１がワーク２０３と略平行に配置されるとともに、第２面２４３からスラリーが吐出可能であるためには、第１面２４１と第２面２４３とがなす角度（内角、ψ）は、０°より大きく１８０°未満の範囲内で設定される。
上述したように好ましい端部２３９の形状では０°＜θ１＜９０°、θ２＝０°であるが、この時のψは９０°より大きく１８０°未満の範囲内である。
【００６０】
排出部２３３は、例えばポリテトラフルオロエチレン製などの柔軟性を有する材料からなる。排出部２３３が柔軟性を有する材料であれば、排出部２３３がワーク２０３に押し付けられた際に、ワーク２０３上に形成された膜（固体電解質膜１１１、第１のインターコネクタ層１０７ａ）の損傷を防止することができる。
【００６１】
図５及び図６はノズルの別の例を説明する概略図である。図５はノズルの全体図であり、図６は排出部をワーク側から見た図である。
ノズル２５１の排出部２５３は平筆形状である。排出部２５３と反対側のノズル胴体２５５端部にスラリー配管２２５が接続される。
【００６２】
排出部２５３の端部は矩形である。排出部２５３の長辺方向に沿って、複数の開口２５７と、排出部２５３の端部から突出する角柱形状の突起２５９とが所定の間隔で交互に設けられる。開口２５７及び突起２５９は、ワーク２０３の軸方向に略平行に配置される。図６に示すように、開口２５７の両側には必ず突起２５９が配置される。端部の長辺方向幅、開口２５７の大きさ、開口２５７及び突起２５９の数等は、塗布面積に応じて適切に設定される。突起２５９の長さは形成される膜の厚さに応じて適切に設定される。図５及び図６に示す形状を有するノズルを用いることにより、塗布面積を大きくすることができる。このため、塗布時間を短縮し、塗布精度を高めることができる。
【００６３】
突起２５９は弾性を有し、ワーク２０３に押圧されることにより変形可能である。突起２５９は、例えばポリテトラフルオロエチレン製などの柔軟性を有する材料で作製される。突起２５９がワーク２０３に押し付けられた際に、ワーク２０３上に形成された膜の損傷を防止することができる。
【００６４】
ノズル２５１も、ノズル胴体２５５の一部がノズル支持部２６１内に収容される。図５では図示されていないが、ノズル支持部２６１の内側にノズル位置補正部が設けられ、ノズル位置補正部によりノズル胴体２５５がノズル支持部２６１と離間して支持される。
【００６５】
以下では、図２の塗布装置２０１を用いて第２のインターコネクタ層用スラリーの膜を形成する工程を詳細に説明する。
ワーク（燃料極１０９〜第１のインターコネクタ層１０７ａが形成され、共焼結された後の基体管）２０３がワークホルダ２０５に取付けられる。タンク２２１には第２のインターコネクタ層用スラリーが収容される。第２のインターコネクタ層用スラリーは、第２のインターコネクタ層材料の粉末とスキージオイル（芳香族炭化水素系溶媒等のスクリーン印刷用溶媒と、メタクリル酸メチルなどのバインダとの混合物）とを混合して作製される。
なお、インターコネクタを１層構成とする場合は、タンク２２１に上記インターコネクタ材料の粉末を含むスラリーが収容され、以下と同様の工程で塗布される。
【００６６】
初期状態では、ノズル２１１及びカメラ２１５は、図１における紙面左側のワーク２０３端部に寄せられている。この時、カメラ２１５はワーク２０３端部のリード部分に位置している。
【００６７】
制御部２２７は、ワーク２０３上に第２のインターコネクタ層用スラリーの膜を成膜する前に、ワーク２０３に対する成膜位置のデータを制御部２２７のメモリに格納するために、カメラ移動部２１７を作動させ、カメラ２１５（複数のカメラを設置する場合は、ワーク２０３中央部側に位置するカメラ２１５ｂ）をワーク２０３の軸方向に移動させる。制御部２２７は、カメラ２１５がワーク２０３表面の燃料電池セルに相当する領域の全てを撮影できる位置まで、カメラ２１５を移動させる。撮影後、カメラ２１５は初期位置まで戻される。
【００６８】
カメラ２１５はワーク２０３の軸方向に移動しながら、ワーク２０３の表面を撮影する。カメラ２１５は撮影画像を制御部２２７に送信する。カメラ移動部２１７のロータリエンコーダは、カメラ２１５の位置情報を制御部２２７に送信する。
【００６９】
制御部２２７は、カメラ画像を受信する。制御部２２７は、撮影と同時にカメラ画像を処理する。制御部２２７は、処理画像におけるワーク２０３表面の色調が変化する境界を検出する。制御部２２７は、カメラ画像（処理画像）と、ロータリエンコーダからのカメラ２１５の位置情報とを関連付ける。
【００７０】
制御部２２７は、カメラ移動方向に最初に検出された境界（燃料極１０９と固体電解質膜１１１との境界）を原点Ｏと判定する。制御部２２７は、ロータリエンコーダからの位置情報に基づいて、原点Ｏの位置データを取得する。
【００７１】
制御部２２７には、取り付けられたワーク２０３の燃料電池セル数Ｎが予め入力されている。制御部２２７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１１１から第１のインターコネクタ層１０７ａに変わる境界Ａと判定する。制御部２２７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、第１のインターコネクタ層１０７ａから固体電解質膜１１１、または、第１のインターコネクタ層１０７ａからリード膜１１５ａに変わる境界Ｂと判定する。制御部２２７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。
【００７２】
なお、原点Ｏと原点Ｏから数えて１番目の境界Ａ１との間、及び、原点から数えてｍ番目（ｍは１≦ｍ＜Ｎを満たす整数）の境界Ｂｍと原点から数えてｍ＋１番目の境界Ａｍ＋１との間が、燃料電池セル１０５が形成される領域に相当する。境界Ａｍと境界Ｂｍとの間が、インターコネクタ１０７が形成される領域に相当する。
【００７３】
制御部２２７は、取得した原点の位置データ、境界Ａ，Ｂの位置データ、第２のインターコネクタ層のワーク２０３に対する成膜位置のデータを、制御部２２７のメモリに格納する。あるいは、制御部２２７は予め設計データを格納しており、取得した境界Ａ，Ｂの位置データと境界Ａ，Ｂの設計データとを比較し、差分（位置誤差）を取得し、位置誤差のデータをメモリに格納しても良い。
【００７４】
次いで制御部２２７は、ワーク２０３上に第２のインターコネクタ層用スラリーの膜を成膜する。
制御部２２７は、モータ２０９を作動させ、ワーク２０３を周方向に回転させる。
【００７５】
制御部２２７は、メモリから原点の位置データ、境界の位置データ及び第２のインターコネクタ層のワーク２０３に対する成膜位置のデータを呼び出す。制御部２２７は、ノズル移動部２１３のＸ軸方向移動部を作動させ、図１の紙面右方向にワーク２０３の軸方向に沿ってノズル２１１を移動させる。ノズル２１１ａは、原点から数えて１番目の境界Ａ１と原点から数えて１番目の境界Ｂ１との間の所定位置に移動される。複数のノズルが設置される塗布装置では、ノズル２１１ｂは、原点から数えて２番目以降の境界Ａｎ（ｎは２≦ｎ≦Ｎを満たす整数）と原点から数えて２番目以降の境界Ｂｎとの間の所定位置に移動される。あるいは、制御部２２７は、設計データと位置誤差のデータを呼び出す。設計データと位置誤差データとに基づいて、ノズル２１１ａ、２１１ｂが所定位置に移動される。
【００７６】
制御部２２７は、ノズル２１１のＺ軸方向移動部を作動させ、ノズル２１１の排出部２３３をワーク２０３に近づける。この時、ノズル２１１の先端である排出部２３３の第１面２４１とワーク２０３が接触していると、成膜された膜の膜厚安定性が良好であるので好ましい。また自動化するに当たり、ノズル２１１先端とワーク２０３との距離の許容範囲を設定する場合は、第１面２４１とワーク２０３との距離が、塗布される第２のインターコネクタ層用スラリーの膜の厚さよりも小さくなるように、ノズル２１１が上下方向（Ｚ軸方向）に移動される。第１面２４１とワーク２０３とが成膜する膜厚未満の所定間隔で離間していても成膜の膜厚安定性が良好であるので必要な仕様を得ることが出来る。
【００７７】
制御部２２７は、ロータリポンプ２２３を作動させる。これにより、図４に示すように排出部２３３の第２面２４３から第２のインターコネクタ層用スラリーがワーク２０３表面の所定位置に所定流量で排出されて、所定膜厚のスラリーの膜が形成される。
【００７８】
図５，６に示したノズル２５１の場合、ノズル２５１の先端である突起２５９とワーク２０３は接触していると、成膜された膜の膜厚安定性が良好であるので好ましい。また自動化するに当たり、突起２５９とワーク２０３との距離の許容範囲を設定する場合は、突起２５９とワーク２０３との距離が、第２のインターコネクタ層用スラリーの膜の厚さよりも小さくなるように、ノズル２５１が上下方向（Ｚ軸方向）に移動される。突起２５９とワーク２０３とが成膜する膜厚未満の所定間隔で離間していても成膜の膜厚安定性が良好であるので必要な仕様を得ることが出来る。
【００７９】
制御部２２７がロータリポンプ２２３を作動させることにより、ノズル２５１の開口２５７から第２のインターコネクタ層用スラリーがワーク２０３表面に向けて所定流量で排出され、所定膜厚のスラリーの膜が形成される。
【００８０】
スラリーの塗布幅（Ｘ軸方向の幅）が第２のインターコネクタ層１０７ｂの形成領域（Ｘ軸方向幅）よりも小さい場合、スラリーが排出されている間、制御部２２７はＸ軸方向移動部を作動させ、ノズル２１１をＸ軸方向に搖動させる。こうすることにより、ワーク２０３に対する排出部２３３の位置がワーク２０３軸方向（Ｘ軸方向）に移動して、所定領域に第２のインターコネクタ層用スラリーの膜が形成される。
【００８１】
ロータリポンプ２２３の回転数は、一定時間当たりのスラリーの排出量（所定の排出流量）に依存する。ロータリポンプ２２３の回転数、ワーク２０３の回転速度、Ｘ軸方向への搖動周期と言ったパラメータは、塗布時間及びスラリーの膜厚を考慮して設定される。上記パラメータはあらかじめ設定されていても良く、塗布状況に応じて変更されても良い。
本実施形態では、現実的な塗布処理の能力と所定の量産性を確保する条件とを考慮して、塗布時間が設定される。例えば、１つの燃料電池セル１０５当たりの塗布時間は５〜６秒とされる。１００素子程度の燃料電池セル１０５が形成されるセルスタック１０１では、第２のインターコネクタ層１０７ｂの形成に要する時間はノズル２１１の移動時間を含めて１０〜１５分程度に設定される。
【００８２】
ワーク２０３の表面には、成膜された燃料極１０９、固体電解質膜１１１及び第１のインターコネクタ層１０７ａに起因して凹凸が形成されている。第２のインターコネクタ層１０７ｂを形成する際に、ノズル２１１の先端とワーク２０３とが接触する場合、凹凸によってノズル２１１がＸ軸方向及びＺ軸方向に振動する。ノズル位置補正部２３７ａ，２３７ｂは、ノズル２１１の振動によるブレを補正する。
【００８３】
上記工程ではノズル２１１ａ，２１１ｂの移動の際にカメラ２１５ａ，２１５ｂは移動させていなかったが、ノズル２１１ａ，２１１ｂがＸ軸方向に移動されるのと同時に、カメラ２１５ａ，２１５ｂが移動されても良い。カメラ２１５ａ，２１５ｂは、ノズル２１１ａ及びノズル２１１ｂが移動される位置と同じ位置に移動される。
【００８４】
この場合、カメラ２１５ａ，２１５ｂは、ノズル２１１ａ，２１１ｂがスラリーの塗布を開始する前に、ワーク２０３表面を撮影し制御部２２７に画像を送信する。制御部２２７は受信した画像を処理し、処理画像とロータリエンコーダからの位置情報とから境界Ａ，Ｂの位置情報を取得する。制御部２２７は、第２のインターコネクタ層１０７ｂの成膜時に取得された境界Ａ，Ｂの位置情報と、予め制御部２２７に格納されている境界Ａ，Ｂの位置情報とを比較し、差分を算出する。差分が発生している場合、制御部２２７はノズル移動部２１３のＸ軸方向移動部を作動させ、差分だけノズル２１１ａ，２１１ｂをＸ軸方向に移動させる。
【００８５】
基体管１０３の製造から基体管１０３〜第１のインターコネクタ層１０７ａの共焼結までの製造過程で、ワーク２０３に反りが生じる。また、ワークホルダ２０５に支持されたときにワーク２０３に撓みが生じる。この反りや撓みが原因で、ワーク２０３が回転するとワーク２０３に径方向の位置変動が生じる。この位置変動に起因して、スラリーをワーク２０３表面に塗布している間にワーク２０３とノズル２１１の先端との距離（ワーク２０３と第１面２４１または突起２５９との距離）が変動する。反りや撓みが原因の変動幅は、ワーク２０３表面の凹凸に起因するノズル２１１の変動幅よりも大きい。そこで、ワーク２０３の変動に応じて、スラリーを塗布している間のノズル２１１の位置が調整される。
【００８６】
ノズル２１１の位置を調整する方法としては、（１）押圧力変化に基づいて位置を調整する方法、（２）ワークの位置変化に基づいて位置を調整する方法、とがある。
【００８７】
（１）押圧力に基づく位置調整
押圧力に基づいてノズルの位置を調整する方法は、ノズル２１１の先端とワーク２０３とが接触してスラリーが塗布される場合に採用できる。
ノズル位置補正部２３７ａ，２３７ｂのみで、排出部２３３とワーク２０３の接触状態を維持することができず、ワーク形状のばらつきに対応できないことがある。この場合、押圧力に基づいてノズルの位置を調整することによって排出部２３３とワーク２０３の接触状態を維持させる。
本方法を採用する場合には、押圧力を検出する検出部が塗布装置２０１のノズル２１１（またはノズル２５１）に設置される。検出部は例えば圧電素子や歪ゲージである。また、ノズル２１１のノズル位置補正部２３７ａに、ノズル位置調整部が接続する。ノズル位置調整部は、排出部２３３と反対側のノズル胴体２３５端部に設置されるノズル位置補正部２３７ａを縮小または伸長させる。ノズル位置調整部は例えば、偏心回転軸による偏心量で微調整する機構や、マイクロボールねじによる回転量で微直進量を調整する機構である。
【００８８】
図７は、スラリー塗布中にノズル位置を制御する工程のブロック図である。図７を用いて、押圧力に基づいてノズル位置を制御する工程を説明する。
【００８９】
反りや撓みがあるワーク３０３が回転することにより、ワーク３０３とノズル先端との距離が変動する。これにより、ノズル先端がワークを押す押圧力が変動する。塗布装置３０１の検出部３０５は押圧力３１３を計測する。検出部３０５は、計測した押圧力３１３を検出信号３１５として制御部３０７に送信する。
【００９０】
制御部３０７は検出信号３１５を受信する。制御部３０７は検出信号３１５に応じて、ノズルの位置変更の信号（変更信号３１７）をノズル位置調整部３０９に送信する。具体的に、押圧力が０である場合、制御部３０７はノズルをワークに近づける変更信号３１７をノズル位置調整部３０９に送信する。押圧力が設定値を超えた場合、制御部３０７はノズルをワークから遠ざける変更信号３１７をノズル位置調整部３０９に送信する。
【００９１】
ノズル位置調整部３０９は変更信号３１７を受信すると、所定の距離だけノズル位置補正部を縮小または伸長させる。これにより、ワークの方向にノズル３１１の位置変更３１９が行われる。ワーク方向に位置変更されたノズル３１１は、ワーク３０３上にスラリー３２１を供給する。
上記の位置調整は、検出部３０５が計測した押圧力３１３が設定値の範囲内となるまで継続される。
【００９２】
（２）ワーク位置変化に基づく位置調整
ワーク位置に基づいてノズル位置を調整する方法は、ノズル２１１（またはノズル２５１）の先端が、ワーク２０３の円周上の最高地点に近い位置に設置される場合に採用される。本方法は、ノズル２１１の先端とワーク２０３とが接触してスラリーが塗布される場合、及び、ノズル２１１先端とワーク２０３とが離間してスラリーが塗布される場合のいずれにも適用できる。
【００９３】
本工程の場合、塗布装置２０１はノズル２１１と同数のカメラ２１５を有する。制御部２２７は、ノズル２１１ａ，２１１ｂをＸ軸方向に移動させるのと同時に、カメラ移動部２１７を作動させてカメラ２１５ａ，２１５ｂをＸ軸方向に移動させる。カメラ２１５ａ及びカメラ２１５ｂが移動される位置はそれぞれ、ノズル２１１ａ及びノズル２１１ｂが移動される位置と同じである。
【００９４】
（２）の工程において、カメラ２１５（２１５ａ，２１５ｂ）が検出部。また、ノズル移動部２１３のＺ軸方向移動部がノズル位置調整部である。
【００９５】
図８は、カメラ２１５を用いてノズル２１１の位置を調整する方法を説明する図である。図８に示すように、また、ノズル２１１の先端がワーク２０３に接触されるか、近づけられる。ワーク２０３が静止している状態でカメラ２１５がワーク２０３の上部を撮影する。撮影された画像は制御部２２７に送信される。
【００９６】
制御部２２７は、カメラ画像を受信する。制御部２２７はカメラ画像を処理し、ワーク２０３の円周上の最高地点（図８におけるａ０）を検出する。制御部２２７は、検出したａ０の位置情報から、ノズル２１１の下側端部の位置（図３のノズルにおいては第１面２４１側の端部位置）ｂ０の位置情報を取得する。ｂ０の取得に当たっては、ａ０の位置情報、ノズル２１１の場合は第１面２４１及び第２面２４３の角度、ノズル２１１とワーク２０３の接線との角度などが考慮される。
制御部２２７は、ａ０及びｂ０を格納する。
【００９７】
図７を用いてワーク位置変化に基づいてノズル位置を制御する工程を説明する。
反りや撓みがあるワーク３０３が回転することにより、ワーク３０３の円周上の最高地点の位置が変動する。塗布装置３０１の検出部（カメラ）３０５は画像を取得する。検出部３０５は画像を検出信号３１５として制御部３０７に送信する。
【００９８】
制御部３０７は検出信号３１５を受信する。制御部３０７は検出信号３１５に応じて、ノズルの位置変更の信号（変更信号３１７）をノズル位置調整部（Ｚ軸方向移動部）３０９に送信する。
【００９９】
ノズル位置調整部３０９は変更信号３１７を受信すると、所定の距離だけノズル３１１を上方向または下方向に移動させ、ノズル３１１の位置変更３１９を実施する。Ｚ軸方向に位置変更されたノズル３１１は、ワーク３０３上にスラリーを供給する。
【０１００】
具体的に、制御部３０７は検出信号（画像）３１５の受信と同時に検出信号３１５を処理し、ワーク３０３の円周上の最高地点（ａｕ）及びノズルの下側端部の位置（ｂｕ）を取得する。
塗布開始前は、ワーク静止状態でノズル３１１先端がワーク円周上の頂点（ａ０）に近い任意の位置（ｂ０）に接触する。ａ０位置を検出部（カメラ）３０５が原点として読み込み、ｂ０の位置はＺ軸の原点としてティーチングされる。位置ｂｕは以下の式で表される。
ｂｕ＝ｂ０−（ａ０−ａｕ）    （但し、ａ０≧ａｕ、ｂ０≧ｂｕ）
塗布実施中は、ワーク３０３の反りに伴う回転中のぶれ（上下方向）に対し、ワーク３０３円周上の頂点が最下部に位置するａｕを検出部３０５が常時読み込みながら、Ｚ軸方向にノズル３１１先端位置をｂｕへ合わせるように移動させる。
【０１０１】
上述の塗布が終了すると、制御部２２７はＺ軸方向移動部を作動させ、ノズル２１１ａ，２１１ｂをワーク２０３から遠ざける。次いで制御部２２７はＸ軸方向移動部を作動させ、ノズル２１１ａ，２１１ｂを移動させる。移動先は、第２のインターコネクタ層用スラリーの塗布が行われていない第１のインターコネクタ層１０７ａにおける境界Ａと境界Ｂとの間の所定位置である。
【０１０２】
以後、全ての第１のインターコネクタ層１０７ａ上に第２のインターコネクタ層用スラリーの膜が形成されるように、上述の工程を繰り返す。
全ての第２のインターコネクタ層用スラリーの膜が形成されると、制御部２２７はモータ２０９を停止させる。ワーク２０３の回転停止後、ワーク２０３がワークホルダ２０５から取り外される。
【０１０３】
次いで、図２の塗布装置２０１を用いて第１の空気極層用スラリーの膜を形成する工程を説明する。
第１の空気極用スラリーの膜を形成するまでに、第２のインターコネクタ層用スラリー膜は乾燥される。第２のインターコネクタ層用スラリーの膜が形成されたワーク２０３が、ワークホルダに取付けられる。タンク２２１に第１の空気極用スラリーが収容される。第１の空気極層用スラリーは、第１の空気極層材料の粉末とスキージオイル（芳香族炭化水素系溶媒等のスクリーン印刷用溶媒と、メタクリル酸メチルなどのバインダとの混合物）とを混合して作製される。
なお、空気極を１層構成とする場合は、タンク２２１に上記空気極材料の粉末を含むスラリーが収容され、第１の空気極層用スラリーの膜を形成する工程と同様の工程で塗布される。
【０１０４】
上記と同様の工程で、カメラ２１５がワーク２０３の表面を撮影し、画像を制御部２２７に送信する。
上記と同様の工程で、制御部２２７は受信した画像に基づいて、原点Ｏ’（燃料極１０９と固体電解質膜１１１との境界）を判定し、位置データを取得する。
【０１０５】
制御部２２７は上記と同様の工程で境界を判定するとともに、境界の位置データを取得する。図１のセルスタック１０１の場合、制御部２２７は、カメラの移動方向に４Ｌ＋１番目（Ｌは０以上の整数）に検出された境界を、固体電解質膜１１１から第１のインターコネクタ層１０７ａに変わる境界Ａと判定する。制御部２２７は、カメラの移動方向に４Ｌ＋２番目に検出された境界を、第１のインターコネクタ層１０７ａから第２のインターコネクタ層用スラリー膜に変わる境界Ｃと判定する。制御部２２７は、カメラの移動方向に４Ｌ＋３番目に検出された境界を、第２のインターコネクタ層用スラリー膜から第１のインターコネクタ層１０７ａに変わる境界Ｄと判定する。制御部２２７は、カメラの移動方向に４Ｌ＋３番目に検出された境界を、第１のインターコネクタ層１０７ａから固体電解質膜１１１、または、第１のインターコネクタ層１０７ａからリード膜１１５ａに変わる境界Ｂと判定する。制御部２２７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〜Ｄの位置データを取得する。
【０１０６】
制御部２２７は、取得した原点の位置データ、境界Ａ〜Ｄの位置データ、第１の空気極層の成膜範囲のデータを、制御部２２７のメモリに格納する。あるいは、制御部２２７は予め設計データを格納しており、取得した境界Ａ〜Ｄの位置データと境界Ａ〜Ｄの設計データとを比較し、差分（位置誤差）を取得し、位置誤差のデータをメモリに格納しても良い。
【０１０７】
次いで、制御部２２７は、ワーク２０３上に第１の空気極層用スラリーの膜を成膜する。
制御部２２７は、モータ２０９を作動させ、ワーク２０３を周方向に回転させる。
【０１０８】
制御部２２７は、メモリから原点の位置データ、境界の位置データ及び第１の空気極層の成膜範囲のデータを呼び出す。制御部２２７は、ノズル移動部２１３のＸ軸方向移動部を作動させ、図１の紙面右方向にワーク２０３の軸方向に沿ってノズル２１１ａ，２１１ｂを、第１の空気極層の端部に相当する位置に移動させる。あるいは、制御部２２７は、設計データと位置誤差のデータを呼び出す。設計データと位置誤差データとに基づいて、ノズル２１１ａ、２１１ｂが所定位置に移動される。
【０１０９】
制御部２２７は、第２のインターコネクタ層用スラリー膜を形成した時と同様にして、ノズル２１１（またはノズル２５１）の排出部２３３（排出部２５３）をワーク２０３に近づける。第１の空気極用スラリー膜を形成する場合も、ノズル２１１の先端とワーク２０３に接触することが、成膜膜厚の安定性の観点から好ましい。自動化するに当たり、ノズル２１１先端とワーク２０３との距離の好ましい許容範囲を設定する場合は、ノズル２１１の先端とワーク２０３との距離が、塗布される第１の空気極層用スラリーの膜の厚さよりも小さくなるようにノズル２１１の位置が設定される。
【０１１０】
制御部２２７はロータリポンプ２２３を作動させる。これにより、排出部２３３から第１の空気極層用スラリーがワーク２０３表面の所定位置に所定流量で排出されて、所定膜厚のスラリーの膜が形成される。図１に示すように、第１の空気極層１１３ａは第２のインターコネクタ層１０７ｂよりもＸ軸方向幅が大きいため、制御部２２７はスラリーが排出されている間、ノズル２１１（ノズル２５１）をＸ軸方向に搖動させる。
【０１１１】
ロータリポンプ２２３の回転数は、一定時間当たりのスラリーの排出量に依存する。ロータリポンプ２２３の回転数、ワーク２０３の回転速度、Ｘ軸方向への搖動周期と言ったパラメータは、塗布時間及びスラリーの膜厚を考慮して設定される。上記パラメータはあらかじめ設定されていても良く、塗布状況に応じて変更されても良い。
本実施形態では、現実的な塗布処理の能力と所定の量産性を確保する条件とを考慮して、塗布時間が設定される。例えば、１つの燃料電池セル１０５当たりの塗布時間は５〜６秒とされる。１００個程度の燃料電池セル１０５が形成されるセルスタック１０１では、第１の空気極層１１３ａの形成に要する時間はノズル２１１の移動時間を含めて１０〜１５分程度に設定される。
【０１１２】
第１の空気極層用スラリー膜の形成においても、ノズル位置補正部２３７ａ及びノズル位置補正部２３７ｂにより、第２のインターコネクタ層のスラリーが形成される場合と同様に、ノズル２１１の振動によるブレが補正される。
また、上記（１），（２）のいずれかの方法により、ノズル先端とワークとの距離が変更される。
【０１１３】
塗布が終了すると、上記と同様にしてノズル２１１ａ，２１１ｂが移動される。上述の工程が繰り返され、全ての第１の空気極層用スラリーの膜が形成されると、塗布が終了する。塗布終了後、制御部２２７はモータ２０９と停止させる。ワーク２０３の回転停止後、ワーク２０３がワークホルダ２０５から取り外される。
【符号の説明】
【０１１４】
１０１  セルスタック
１０３  基体管
１０５  燃料電池セル
１０７  インターコネクタ
１０７ａ  第１のインターコネクタ層
１０７ｂ  第２のインターコネクタ層
１０９  燃料極
１１１  固体電解質膜
１１３  空気極
１１３ａ  第１の空気極層
１１３ｂ  第２の空気極層
１１５ａ  リード膜
１１５ｂ  リード部分
２０１  塗布装置
２０３  ワーク
２０５  ワークホルダ
２０７  支持部
２０９  モータ
２１１，２１１ａ，２１１ｂ，２５１  ノズル
２１３  ノズル移動部
２１５，２１５ａ，２１５ｂ  カメラ
２１７  カメラ移動部
２１９  スラリー送給部
２２１  タンク
２２３  ロータリポンプ
２２５，２２５ａ，２２５ｂ  スラリー配管
２２７  制御部
２３１，２６１  ノズル支持部
２３３，２５３  排出部
２３５，２５５  ノズル胴体
２３７ａ，２３７ｂ  ノズル位置補正部
２３９  端部
２４１  第１面
２４３  第２面
２５７  開口
２５９  突起
【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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