(57)【要約】【課題】    燃料電池の製造方法を提供する。【解決手段】  制御装置５６からの信号に基づいて駆動装置５８により駆動されるベルトコンベアＢＣ１により搬送された第１の基板に、吐出装置２０ａ、２０ｂにおいて第１の反応ガスを供給するための第１のガス流路を形成し、ベルトコンベアＢＣ１により搬送された第１の基板に、吐出装置２０ｄにおいて第１の集電層を形成する。次に、吐出装置２０ｆにおいて白金微粒子を分散させ蛍光材料を含有する溶液、例えば、蛍光材料を含有する塩化白金酸溶液を基板上に塗布し、５００℃で焼成して第１の反応層を形成し、第１の基板に、吐出装置２０ｇにおいて電解質膜を形成する。同様に、吐出装置２０ｈにおいて第２の反応層を、吐出装置２０ｊにおいて第２の集電層を形成する。そして、組立装置６０において、吐出装置２０ｌ、２０ｍにおいて第２のガス流路が形成された第２の基板を、第１の基板上の所定の位置に配置して燃料電池の製造を完了する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の反応ガスを供給するための第１のガス流路を、第１の基板に形成する第１のガス流路形成工程と、
第１の集電層を形成する第１の集電層形成工程と、
第１の反応層を形成する第１の反応層形成工程と、
電解質膜を形成する電解質膜形成工程と、
第２の反応層を形成する第２の反応層形成工程と、
第２のガス拡散層を形成する第２のガス拡散層形成工程と、
第２の集電層を形成する第２の集電層形成工程と、
第２の反応ガスを供給するための第２のガス流路を、第２の基板に形成する第２のガス流路形成工程と
を含む燃料電池の製造方法において、
前記第１の反応層形成工程及び前記第２の反応層形成工程の内の少なくとも何れか一方は、吐出装置を用いて蛍光材料又は燐光材料を含有するインクを吐出することにより反応層を形成することを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項２】
前記蛍光材料及び前記燐光材料は、有機系材料であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池の製造方法。
【請求項３】
前記第１の反応層形成工程及び前記第２の反応層形成工程の内の少なくとも何れか一方は、
前記吐出装置により吐出された前記インクに紫外光を照射する光照射工程と、
前記光照射工程において紫外光が照射されることにより蛍光又は燐光を発する前記インクの映像を撮像する撮像工程と、
前記撮像工程において撮像された前記インクの映像に基づいて、前記インクの塗布位置を検出する位置検出工程と
を更に含むことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の燃料電池の製造方法。
【請求項４】
吐出装置を用いて燃料電池を形成する際に用いられる燃料電池製造用インクであって、
蛍光材料又は燐光材料を含むことを特徴とする燃料電池製造用インク。
【請求項５】
前記蛍光材料及び前記燐光材料は、有機系材料であることを特徴とする請求項４記載の燃料電池製造用インク。
【請求項６】
前記蛍光材料は、紫外光が照射された場合に蛍光を発光し、前記燐光材料は、紫外光が照射された場合に燐光を発光することを特徴とする請求項４又は請求項５記載の燃料電池製造用インク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、異なる種類の反応ガスの反応により発電を行う燃料電池を製造する燃料電池の製造方法及び該製造方法により燃料電池を製造する際に用いられる燃料電池製造用インクに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、イオンを通す性質を持つ電解質を、電子を通す性質を持つ多孔質の電極で挟んだ燃料電池が存在する。この燃料電池の中には、水素、天然ガス又はアルコール等を燃料として発電するものが存在する。このような燃料電池のうち、例えば、水素を燃料として用いる燃料電池では、一方の電極に水素を含む第１の反応ガスを供給し、他方の電極に酸素を含む第２の反応ガスを供給し、第１の反応ガスに含まれている水素と第２の反応ガスに含まれている酸素とに基づく反応により発電が行われる。
【０００３】
また、燃料電池においては、反応を促す触媒として白金が用いられる場合が多い。この触媒を備えた反応層は、基板と電解質膜との間に形成されており、この触媒の塗布は、例えば、スプレーにより行われている（特許文献１参照）。なお、本願の出願人は、低コストで、かつ、簡易に燃料電池を製造することができる燃料電池の製造方法として、吐出装置を用いた燃料電池の製造方法に関する出願を行っている（特願２００３−６３３５７号）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２９８８６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、吐出装置を用いて燃料電池を製造する場合、例えば、反応層は、白金微粒子を分散させたインクが吐出装置により基板上に塗布されることにより形成される。この時、白金微粒子を分散させたインクとして、例えば、透明な溶液である塩化白金酸溶液が用いられ、この塩化白金酸溶液がガス拡散層を構成する黒色の多孔質カーボン粒子上に塗布されることが多い。ここで、透明な塩化白金酸溶液を黒色の多孔質カーボン粒子上に塗布することから、インクの塗布位置を確認することができず、例えば、正確な位置合わせを行うことが困難であった。また、透明なインクを塗布していることから、例えば、吐出装置のノズルに詰まりが生じている場合であっても、インクが吐出されたか否かの確認が困難であり、ノズルの詰まりの発見が遅くなり製造効率が低下する可能性があるという問題があった。
【０００６】
この発明の課題は、基板上での位置合わせを容易、かつ、正確に行うことができる燃料電池の製造方法及び吐出されたことを容易に確認することができる燃料電池製造用インクを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る燃料電池の製造方法は、第１の反応ガスを供給するための第１のガス流路を、第１の基板に形成する第１のガス流路形成工程と、第１の集電層を形成する第１の集電層形成工程と、第１の反応層を形成する第１の反応層形成工程と、電解質膜を形成する電解質膜形成工程と、第２の反応層を形成する第２の反応層形成工程と、第２のガス拡散層を形成する第２のガス拡散層形成工程と、第２の集電層を形成する第２の集電層形成工程と、第２の反応ガスを供給するための第２のガス流路を、第２の基板に形成する第２のガス流路形成工程とを含む燃料電池の製造方法において、前記第１の反応層形成工程及び前記第２の反応層形成工程の内の少なくとも何れか一方は、吐出装置を用いて蛍光材料又は燐光材料を含有するインクを吐出することにより反応層を形成することを特徴とする。
【０００８】
この燃料電池の製造方法によれば、蛍光材料又は燐光材料を含有するインクを吐出して反応層を形成している。従って、例えば、黒色の多孔質カーボンにより構成されるガス拡散層上に触媒として白金微粒子を分散させた透明な塩化白金酸溶液を塗布する場合であっても、蛍光材料又は燐光材料を含有するインクを触媒として用いることにより、吐出状態を確認し適切な反応層を形成することができる。
【０００９】
また、この発明に係る燃料電池の製造方法は、前記蛍光材料及び前記燐光材料が、有機系材料であることを特徴とする。この燃料電池の製造方法によれば、有機系蛍光材料又は有機系燐光材料がインク中に含有されているため、例えば、反応層を形成した後に、基板を５００℃で焼成することにより、蛍光材料又は燐光材料を分解し基板上に白金のみを析出させることができる。
【００１０】
また、この発明に係る燃料電池の製造方法は、前記第１の反応層形成工程及び前記第２の反応層形成工程の内の少なくとも何れか一方が、前記吐出装置により吐出された前記インクに紫外光を照射する光照射工程と、前記光照射工程において紫外光が照射されることにより蛍光又は燐光を発する前記インクの映像を撮像する撮像工程と、前記撮像工程において撮像された前記インクの映像に基づいて、前記インクの塗布位置を検出する位置検出工程とを更に含むことを特徴とする。
【００１１】
この燃料電池の製造方法によれば、蛍光材料又は燐光材料を含有するインクを吐出し、吐出されたインクが塗布された位置を検出している。従って、例えば、基板と吐出装置のインクを吐出するヘッド部分との位置合わせを行い、所望の位置に正確にインクを吐出することができる。
【００１２】
また、この発明に係る燃料電池製造用インクは、吐出装置を用いて燃料電池を形成する際に用いられる燃料電池製造用インクであって、蛍光材料又は燐光材料を含むことを特徴とする。この燃料電池製造用インクによれば、例えば、燃料電池の反応層を形成する際に、透明な塩化白金酸溶液が基板上のどの部分に塗布されたかを確認し適切に反応層を形成することができる。
【００１３】
また、この発明に係る燃料電池製造用インクは、前記蛍光材料及び前記燐光材料が、有機系材料であることを特徴とする。この燃料電池製造用インクによれば、インク中に含有されている蛍光材料及び燐光材料が有機系材料であるため、基板上に塗布した後に焼成して分解し除去することができる。従って、インク中に蛍光材料又は燐光材料を含有することにより燃料電池の性能に影響を与えることを的確に防止できる。
【００１４】
また、この発明に係る燃料電池製造用インクは、前記蛍光材料が紫外光が照射された場合に蛍光を発光し、前記燐光材料は、紫外光が照射された場合に燐光を発光することを特徴とする。この燃料電池製造用インクによれば、紫外光が照射された場合に発光するため、例えば、基板と吐出装置のインクを吐出するヘッド部分との位置合わせを行うことができ、高品位の燃料電池を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明の実施の形態に係る燃料電池の製造方法について説明する。図１は、実施の形態に係る燃料電池の製造方法に用いる燃料電池製造ラインの構成を示す図である。
【００１６】
図１に示すように、燃料電池製造ラインは、各工程においてそれぞれ用いられる吐出装置２０ａ〜２０ｍ、吐出装置２０ａ〜２０ｋを接続するベルトコンベアＢＣ１、吐出装置２０ｌ、２０ｍを接続するベルトコンベアＢＣ２、ベルトコンベアＢＣ１、ＢＣ２を駆動させる駆動装置５８、燃料電池の組み立てを行う組立装置６０及び燃料電池製造ライン全体の制御を行う制御装置５６により構成されている。吐出装置２０ａ〜２０ｋは、ベルトコンベアＢＣ１に沿って所定の間隔で一列に配置されており、吐出装置２０ｌ、２０ｍはベルトコンベアＢＣ２に沿って所定の間隔で一列に配置されている。
【００１７】
制御装置５６は、各吐出装置２０ａ〜２０ｍ、駆動装置５８及び組立装置６０に接続されている。制御装置５６からの制御信号に基づいてベルトコンベアＢＣ１を駆動させ、燃料電池の基板（以下、単に「基板」とする。）を各吐出装置２０ａ〜２０ｋに搬送して各吐出装置２０ａ〜２０ｋにおける処理を行う。同様に、制御装置５６からの制御信号に基づいてベルトコンベアＢＣ２を駆動させ、基板を吐出装置２０ｌ、２０ｍに搬送して吐出装置２０ｌ、２０ｍにおける処理を行う。また、組立装置６０においては、制御装置５６からの制御信号に基づいてベルトコンベアＢＣ１を介して搬入された基板及びベルトコンベアＢＣ２を介して搬入された基板により燃料電池の組み立てを行う。
【００１８】
この燃料電池製造ラインにおいては、吐出装置２０ａにおいて基板に対してガス流路を形成するためのレジスト溶液を塗布する処理が行われ、吐出装置２０ｂにおいて、ガス流路を形成するためのエッチング処理が行われ、吐出装置２０ｃにおいて、集電層を支持するための支持用カーボンを塗布する処理が行われる。
また、吐出装置２０ｄにおいて、集電層を形成する処理が行われ、吐出装置２０ｅにおいて、ガス拡散層を形成する処理が行われ、吐出装置２０ｆにおいて、反応層を形成する処理が行われ、吐出装置２０ｇにおいて、電解質膜を形成する処理が行われる。更に、吐出装置２０ｈにおいて、反応層を形成する処理が行われ、吐出装置２０ｉにおいて、ガス拡散層を形成する処理が行われ、吐出装置２０ｊにおいて、集電層を形成する処理が行われ、吐出装置２０ｋにおいて、支持用カーボンを塗布する処理が行われる。
【００１９】
また、吐出装置２０ｌにおいて、基板に対してガス流路を形成するためのレジスト溶液を塗布する処理が行われ、吐出装置２０ｍにおいて、ガス流路を形成するためのエッチング処理が行われる。なお、吐出装置２０ａ〜２０ｋにおいて第１の基板に対して処理を施す場合には、吐出装置２０ｌ、２０ｍにおいては、第２の基板に対してガス流路を形成する処理が施される。
【００２０】
図２は、この発明の実施の形態に係る燃料電池を製造する際に用いられるインクジェット式の吐出装置２０ａの構成の概略を示す図である。この吐出装置２０ａは、基板上に吐出物を吐出するインクジェットヘッド２２を備えている。このインクジェットヘッド２２は、ヘッド本体２４及び吐出物を吐出する多数のノズルが形成されているノズル形成面２６を備えている。このノズル形成面２６のノズルから吐出物、即ち、反応ガスを供給するためのガス流路を基板上に形成する際に、基板に塗布されるレジスト溶液が吐出される。また、吐出装置２０ａは、基板を載置するテーブル２８を備えている。このテーブル２８は、所定の方向、例えば、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動可能に設置されている。また、テーブル２８は、図中矢印で示すようにＸ軸に沿った方向に移動することにより、ベルトコンベアＢＣ１により搬送される基板をテーブル２８上に載置して吐出装置２０ａ内に取り込む。
【００２１】
また、インクジェットヘッド２２には、ノズル形成面２６に形成されているノズルから吐出される吐出物であるレジスト溶液を収容しているタンク３０が接続されている。即ち、タンク３０とインクジェットヘッド２２とは、吐出物を搬送する吐出物搬送管３２によって接続されている。また、この吐出物搬送管３２は、吐出物搬送管３２の流路内の帯電を防止するための吐出物流路部アース継手３２ａとヘッド部気泡排除弁３２ｂとを備えている。このヘッド部気泡排除弁３２ｂは、後述する吸引キャップ４０により、インクジェットヘッド２２内の吐出物を吸引する場合に用いられる。即ち、吸引キャップ４０によりインクジェットヘッド２２内の吐出物を吸引するときは、このヘッド部気泡排除弁３２ｂを閉状態にし、タンク３０側から吐出物が流入しない状態にする。そして、吸引キャップ４０で吸引すると、吸引される吐出物の流速が上がり、インクジェットヘッド２２内の気泡が速やかに排出されることになる。
【００２２】
また、吐出装置２０ａは、タンク３０内に収容されている吐出物の収容量、即ち、タンク３０内に収容されているレジスト溶液の液面３４ａの高さを制御するための液面制御センサ３６を備えている。この液面制御センサ３６は、インクジェットヘッド２２が備えるノズル形成面２６の先端部２６ａとタンク３０内の液面３４ａとの高さの差ｈ（以下、水頭値という）を所定の範囲内に保つ制御を行う。液面３４ａの高さを制御することで、タンク３０内の吐出物３４が所定の範囲内の圧力でインクジェットヘッド２２に送られることになる。そして、所定の範囲内の圧力で吐出物３４を送ることで、インクジェットヘッド２２から安定的に吐出物３４を吐出することができる。
【００２３】
また、インクジェットヘッド２２のノズル形成面２６に対向して一定の距離を隔てて、インクジェットヘッド２２のノズル内の吐出物を吸引する吸引キャップ４０が配置されている。この吸引キャップ４０は、図２中に矢印で示すＺ軸に沿った方向に移動可能に構成されており、ノズル形成面２６に形成された複数のノズルを囲むようにノズル形成面２６に密着し、ノズル形成面２６との間に密閉空間を形成してノズルを外気から遮断できる構成となっている。なお、吸引キャップ４０によるインクジェットヘッド２２のノズル内の吐出物の吸引は、インクジェットヘッド２２が吐出物３４を吐出をしていない状態、例えば、インクジェットヘッド２２が、退避位置等に退避しており、テーブル２８が破線で示す位置に退避しているときに行われる。
【００２４】
また、この吸引キャップ４０の下方には、流路が設けられており、この流路には、吸引バルブ４２、吸引異常を検出する吸引圧検出センサ４４及びチューブポンプ等からなる吸引ポンプ４６が配置されている。また、この吸引ポンプ４６等で吸引され、流路を搬送されてきた吐出物３４は、廃液タンク４８内に収容される。
【００２５】
なお、吐出装置２０ｂ〜２０ｍの構成は、吐出装置２０ａと同様の構成であるため説明を省略するが、以下の説明において、吐出装置２０ｂ〜２０ｍの各構成には、吐出装置２０ａの説明において各構成に用いたのと同一の符号を用いて説明を行う。なお、吐出装置２０ｂ〜２０ｍにそれぞれ備えられているタンク３０には、各吐出装置２０ｂ〜２０ｍにおいて行われる所定の処理に必要な吐出物が収容されている。例えば、吐出装置２０ｂ及び吐出装置２０ｍのタンク３０には、ガス流路を形成する際に行われるエッチング用の吐出物が、吐出装置２０ｃ及び吐出装置２０ｋのタンク３０には、支持用カーボンを形成するための吐出物がそれぞれ収容されている。また、吐出装置２０ｄ及び吐出装置２０ｊのタンク３０には、集電層を形成するための吐出物がそれぞれ収容されている。また、吐出装置２０ｅ及び吐出装置２０ｉのタンク３０には、ガス拡散層を形成するための吐出物が、吐出装置２０ｆ及び吐出装置２０ｈのタンク３０には、反応層を形成するための吐出物が、吐出装置２０ｇのタンク３０には、電解質膜を形成するための吐出物がそれぞれ収容されている。また、吐出装置２０ｌのタンク３０には、吐出装置２０ａのタンク３０に収容されている基板に対してガス流路を形成するための吐出物と同様の吐出物が収容されている。
【００２６】
次に、図３のフローチャート及び図面を参照して、実施の形態に係る吐出装置２０ａ〜２０ｍを用いた燃料電池の製造方法について説明する。
【００２７】
まず、基板に反応ガスを供給するためのガス流路を形成する（ステップＳ１０）。即ち、まず、図４（ａ）に示すように矩形平板形状であって、例えば、シリコン素材の基板（第１の基板）２をベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ａまで搬送する。ベルトコンベアＢＣ１により搬送された基板２は、吐出装置２０ａのテーブル２８上に載置され、吐出装置２０ａ内に取り込まれる。吐出装置２０ａにおいては、ノズル形成面２６のノズルを介してタンク３０内に収容されているレジスト溶液を吐出し、テーブル２８上に載置されている基板２の上面の所定の位置に塗布する。ここで、レジスト溶液は、図４（ｂ）に示すように、図中、手前方向から奥に向かって所定の間隔をおいて直線状に塗布される。即ち、基板２において、例えば、水素を含有する第１の反応ガスを供給するためのガス流路（第１のガス流路）を形成する部分を残して、それ以外の部分に対してのみレジスト溶液が塗布される。
【００２８】
次に、所定の位置にレジスト溶液が塗布された基板２（図４（ｂ）参照）は、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｂまで搬送され、吐出装置２０ｂのテーブル２８上に載置されて吐出装置２０ｂ内に取り込まれる。吐出装置２０ｂにおいては、タンク３０内に収容されているガス流路を形成するために行われるエッチング用の溶剤、例えば、フッ酸水溶液をノズル形成面２６のノズルを介して吐出し、テーブル２８上に載置されている基板２の上面の全体に塗布する。
【００２９】
ここで、基板２には、ガス流路を形成する部分以外の部分にレジスト溶液が塗布されているため、レジスト溶液が塗布されていない部分がフッ酸水溶液によりエッチングされ、図５（ａ）に示すように、ガス流路が形成される。即ち、基板２の一方の側面から他方の側面に延びる断面コ字形状のガス流路が形成される。また、図５（ａ）に示すようにガス流路が形成された基板２は、図示しない洗浄装置においてレジストの洗浄が行われる。そして、図５（ｂ）に示すように、ガス流路が形成された基板２は、テーブル２８からベルトコンベアＢＣ１へと移され、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｃへと搬送される。
【００３０】
次に、ステップＳ１０において基板２に形成されたガス流路が、集電層により塞がれるのを防止すべく、集電層を支持する支持用カーボン（第１の支持部材）をガス流路内に塗布する（ステップＳ１１）。即ち、まず、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｃまで搬送された基板２を、テーブル２８上に載置して吐出装置２０ｃ内に取り込む。吐出装置２０ｃにおいては、タンク３０内に収容されている支持用カーボン４をノズル形成面２６のノズルを介して吐出し、基板２に形成されているガス流路内に塗布する。ここで、支持用カーボン４として、所定の大きさ、例えば、直径１〜５ミクロン程度の粒子径の多孔質カーボンが用いられる。即ち、集電層によりガス流路が塞がれることを防止すると共に、反応ガスがガス流路内を確実に流れることができるように、支持用カーボン４として所定の大きさの多孔質カーボンが用いられる。
【００３１】
図６は、支持用カーボン４が塗布された基板２の端面図である。この図６に示すように、支持用カーボン４がガス流路内に塗布されることにより、基板２上に形成される集電層のガス流路内への落下が防止される。なお、支持用カーボン４が塗布された基板２は、テーブル２８からベルトコンベアＢＣ１へと移され、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｄへと搬送される。
【００３２】
次に、基板２上に、反応ガスが反応することにより発生した電子を集めるための集電層（第１の集電層）を形成する（ステップＳ１２）。即ち、まず、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｄまで搬送された基板２を、テーブル２８上に載置して吐出装置２０ｄ内に取り込む。吐出装置２０ｄにおいては、タンク３０内に収容されている集電層６を形成する材料、例えば、銅等の導電性物質をノズル形成面２６のノズルを介してテーブル２８上に載置されている基板２上に吐出する。この時、導電性物質は、ガス流路に供給された反応ガスの拡散を妨げることがない形状に、例えば、網目形状等になるように吐出され集電層６が形成される。
【００３３】
図７は、集電層６が形成された基板２の端面図である。この図７に示すように、集電層６は、基板２上に形成されているガス流路内の支持用カーボン４により支持され、ガス流路内への落下が防止されている。なお、集電層６が形成された基板２は、テーブル２８からベルトコンベアＢＣ１へと移され、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｅへと搬送される。
【００３４】
次に、ステップＳ１２において形成された集電層６の上に、基板２に形成されたガス流路を介して供給される反応ガスを拡散させるためのガス拡散層を形成する（ステップＳ１３）。即ち、まず、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｅまで搬送された基板２を、テーブル２８上に載置して吐出装置２０ｅ内に取り込む。吐出装置２０ｅにおいては、タンク３０内に収容されているガス拡散層８を形成するための材料、例えば、カーボン粒子を集電層６上にノズル形成面２６のノズルを介して吐出し、ガス流路を介して供給された反応ガス（第１の反応ガス）を拡散させるためのガス拡散層８を形成する。
【００３５】
図８は、ガス拡散層８が形成された基板２の端面図である。この図８に示すように、例えば、電極としての機能も有するカーボン粒子を集電層６上に吐出し、反応ガスを拡散させるためのガス拡散層８が形成される。ここで、ガス拡散層８を構成するカーボン粒子としては、ガス流路を介して供給された反応ガスを十分に拡散させることができる程度の大きさであって、かつ、多孔質のカーボンが用いられる。例えば、支持用カーボン４よりも小さく、直径０．１〜１ミクロン程度の粒子径の多孔質カーボンが用いられる。なお、ガス拡散層８が形成された基板２は、テーブル２８からベルトコンベアＢＣ１へと移され、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｆへと搬送される。
【００３６】
次に、ステップＳ１３において形成されたガス拡散層８の上に、基板２に形成されたガス流路を介して供給される反応ガスが反応する反応層（第１の反応層）を形成する（ステップＳ１４）。即ち、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｆまで搬送された基板２を、テーブル２８上に載置して吐出装置２０ｆ内に取り込む。
【００３７】
ここで、吐出装置２０ｆのタンク３０内には反応層を形成する材料として、白金微粒子を分散させ蛍光材料を含有するインク、例えば、蛍光材料を含有する塩化白金酸溶液が収容されている。即ち、白金微粒子を分散させ蛍光材料を含有する塩化白金酸溶液が反応層形成材料用のインクとしてタンク３０内に収容されている。ここで、蛍光材料としては、ポリフルオレン系等の有機系蛍光材料、例えば、ポリパラフェニレンビニレン（ＰＰＶ）、ポリチエエレンビニレン（ＰＴＶ）及びポリ（２，５−フリレンビニレン）（ＰＦＶ）等の材料が用いられる。ここで、反応層を形成する際には、まず、基板２上に塩化白金酸溶液を塗布する位置を確認する位置確認処理を行う。
【００３８】
吐出装置２０ｆは、図９において模式的に示すように、ヘッド本体２４にＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ：電化結合素子）カメラ５０が備えられており、ヘッド本体２４の脇には紫外（ＵＶ：Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ）光源５２が備えられている。従って、位置確認処理として、まず、テーブル２８に載置されている基板２の所定の位置に数滴のインク、例えば、塩化白金酸溶液をヘッド本体２４から吐出し基板２の所定の位置上に塗布する。次に、基板２上の所定の位置に塗布された塩化白金酸溶液に対してＵＶ光源５２によりＵＶ光を照射する。ここで、基板２上に塗布された塩化白金酸溶液に含まれている蛍光材料は、ＵＶ光が照射されることにより蛍光を発するため、ＵＶ光源５２によるＵＶ光の照射により基板２上に塗布された塩化白金酸溶液が蛍光を発する。従って、ＵＶ光源５２によりＵＶ光が照射された後に、基板２の所定位置をＣＣＤカメラ５０で撮像し、撮像された映像に基づいて蛍光を発している位置を検出することにより、塩化白金酸溶液の塗布位置を確認する。
【００３９】
次に、タンク３０内に収容されている塩化白金酸溶液を、位置確認処理により確認された位置に基づいてガス拡散層８上に吐出して反応層１０を形成する。ここで、分散剤を添加することにより白金微粒子を分散させ蛍光材料を含有する塩化白金酸溶液をガス拡散層８上に塗布しているため、例えば、窒素雰囲気中で約５００℃に基板２を加熱することにより、ガス拡散層８を構成するカーボン粒子の表面上に触媒として白金微粒子を付着させ反応層１０を形成する。なお、塩化白金酸溶液中に含まれている蛍光材料及び分散剤は、焼成の過程で分解されるため、基板２上には残らない。
【００４０】
図１０は、反応層１０が形成された基板２の端面図である。この図１０に示すように、触媒としての白金微粒子をガス拡散層８を構成するカーボン粒子に付着させることにより反応層１０が形成される。なお、図１０において、反応層１０とガス拡散層８とを容易に識別することができるように、反応層１０としては白金微粒子のみを示している。また、以下の図においても反応層は、図１０と同様に示すものとする。反応層１０が形成された基板２は、テーブル２８からベルトコンベアＢＣ１へと移され、ベルコトンベアＢＣ１により吐出装置２０ｇへと搬送される。
【００４１】
次に、ステップＳ１４で形成された反応層１０上にイオン交換膜等の電解質膜を形成する（ステップＳ１５）。即ち、まず、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｇまで搬送された基板２を、テーブル２８上に載置して吐出装置２０ｇ内に取り込む。吐出装置２０ｇにおいては、タンク３０内に収容されている電解質膜を形成する材料、例えば、タングスト燐酸、モリブド燐酸等のセラミックス系固体電解質を所定の粘度に調整した材料を、ノズル形成面２６のノズルを介して反応層１０上に吐出して電解質膜１２を形成する。
【００４２】
図１１は、電解質膜１２が形成された基板２の端面図である。この図１１に示すように、反応層１０上に所定の厚さを有する電解質膜１２が形成される。なお、電解質膜１２が形成された基板２は、テーブル２８からベルトコンベアＢＣ１へと移され、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｈへと搬送される。
【００４３】
次に、ステップＳ１５において形成された電解質膜１２上に反応層（第２の反応層）を形成する（ステップＳ１６）。即ち、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｈまで搬送された基板２を、テーブル２８上に載置して吐出装置２０ｈ内に取り込む。ここで、吐出装置２０ｈは、吐出装置２０ｆと同様の構成をしており（図９参照）、吐出装置２０ｆにおいて行われた処理と同様の処理により触媒としての白金微粒子を分散させ蛍光材料を含有する塩化白金酸溶液を吐出する。そして、塩化白金酸溶液が塗布された基板を約５００℃で焼成することにより、反応層１０´を形成する。
【００４４】
図１２は、電解質膜１２上に反応層１０´が形成された基板２の端面図である。この図１２に示すように、電解質膜１２上に触媒としての白金微粒子を担持したカーボンが塗布されることによって、反応層１０´が形成される。ここで、反応層１０´は、第２の反応ガス、例えば、酸素を含有する反応ガスに基づいて反応する層である。
【００４５】
次に、ステップＳ１６において形成された反応層１０´上に反応ガス（第２の反応ガス）を拡散させるためのガス拡散層を形成する（ステップＳ１７）。即ち、反応層１０´が形成された基板２は、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｉまで搬送され、吐出装置２０ｉにおいて、吐出装置２０ｅにおいて行われた処理と同様の処理により所定の粒径の多孔質のカーボンが塗布され、ガス拡散層８´が形成される。
【００４６】
図１３は、反応層１０´上にガス拡散層が形成された基板２の端面図である。この図１３に示すように、反応層１０´上に多孔質のカーボンが塗布されることによって、ガス拡散層８´が形成される。
【００４７】
次に、ステップＳ１７において形成されたガス拡散層８´上に集電層（第２の集電層）を形成し（ステップＳ１８）、集電層上にこの集電層を支持するための支持用カーボン（第２の支持部材）を塗布する（ステップＳ１９）。即ち、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｊまで搬送された基板２を、テーブル２８上に載置して吐出装置２０ｊ内に取り込み、吐出装置２０ｄにおいて行われた処理と同様の処理により、集電層６´がガス拡散層８´上に形成される。また、ベルトコンベアＢＣ１により吐出装置２０ｋまで搬送された基板２を、テーブル２８上に載置して吐出装置２０ｋ内に取り込み、吐出装置２０ｃにおいて行われた処理と同様の処理により、支持用カーボン４´が塗布される。
【００４８】
図１４は、ガス拡散層８´上に集電層６´及び支持用カーボン４´が塗布された基板２の端面図である。この図１４に示すように、上述のステップＳ１８の処理により集電層６´が形成され、上述のステップＳ１９の処理により支持用カーボン４´が塗布される。ここで、支持用カーボン４´は、支持用カーボン４と同様に、即ち、基板２に形成されているガス流路に沿って塗布される。
【００４９】
次に、ステップＳ１９において支持用カーボンが塗布された基板（第１の基板）上にガス流路が形成された基板（第２の基板）を配置することによって燃料電池を組み立てる（ステップＳ２０）。即ち、組立装置６０において、ベルトコンベアＢＣ１を介して搬入された基板２（第１の基板）上にベルトコンベアＢＣ２を介して搬入された基板２´（第２の基板）を配置することにより、燃料電池の組立を行う。ここで、基板２´には、上述のステップＳ１０〜ステップＳ１９における処理とは別に、第２のガス流路が形成されている。即ち、吐出装置２０ｌ及び吐出装置２０ｍにおいて、吐出装置２０ａ及び吐出装置２０ｂにより行われる処理と同様の処理により、第２のガス流路が形成されている。従って、基板２に形成されている一方の側面から他方の側面へと延びる断面コ字形状のガス流路と、基板２´に形成されている断面コ字形状のガス流路とが平行になるように基板２´を配置して燃料電池の組立を行い、燃料電池の製造を完了する。
【００５０】
図１５は、完成した燃料電池の端面図である。この図１５に示すように、第２のガス流路が形成された基板２´を支持用カーボン４´が塗布された基板２の所定の位置に配置して、第１の基板に形成された第１のガス流路を介して第１の反応ガスを供給し、第２の基板に形成された第２のガス流路を介して第２の反応ガスを供給する燃料電池の製造が完了する。
【００５１】
この実施の形態に係る燃料電池の製造方法によれば、インクジェット式の吐出装置を用いて燃料電池製造用インクを基板上に吐出して反応層を形成し燃料電池を製造している。即ち、白金微粒子を分散させ蛍光材料を含有する塩化白金酸溶液を反応層形成用インクとして吐出装置を用いて吐出してガス拡散層上に塗布した後に、所定の温度で焼成することにより反応層を形成し燃料電池を製造している。従って、従来では黒色の多孔質カーボン粒子により構成されるガス拡散層上に透明のインクを塗布することにより、基板上での視認性が悪く確認が困難であったインクの塗布位置の確認を容易に行うことができると共に、インクの塗布状態を容易に確認することができる。
【００５２】
また、この実施の形態に係る燃料電池の製造方法によれば、反応層形成用インクに含まれる蛍光材料として、有機系蛍光材料を用いている。即ち、塩化白金酸溶液を基板上に塗布した後、白金を析出させるために約５００℃で焼成する過程において、インク中に含まれている蛍光材料が分解され、基板上には析出された白金のみが残るように、蛍光材料として有機系蛍光材料を用いている。従って、インク中に含まれている蛍光材料が基板上に残ることを防止することができ、最終的な燃料電池の特性に影響を与えることがないインクを用いて、塗布状態を確認しながら反応層を形成することができる。
【００５３】
また、この実施の形態に係る燃料電池の製造方法によれば、塩化白金酸溶液を吐出する位置を確認した後に、塩化白金酸溶液を吐出して反応層を形成している。従って、吐出装置のヘッド本体と基板の位置を正確に合わせ、的確な位置に塩化白金酸溶液を塗布して反応層を形成することができるため、高品位の燃料電池を製造することができる。
【００５４】
また、この発明の実施の形態に係る燃料電池の製造方法によれば、インク中に蛍光材料が含有されているため、例えば、ノズル詰まり等を容易に発見することができ、高品位の燃料電池を効率的に製造することができる。また、塗布状態を確認することにより、触媒の材料として白金のように高価な物質を用いている場合であっても、必要な分量のみが所定の位置に吐出されていることを確認することができる。そのため、不必要に触媒の使用量が増加することを防止して低コストで効率的に燃料電池の製造を行うことができる。
【００５５】
なお、上述の実施の形態に係る燃料電池の製造方法においては、反応層を形成する際に用いられる反応層形成用のインクが蛍光材料を含有している場合を例としているが、ガス流路、集電層又は電解質膜を形成する際に用いられるインクが蛍光材料を含有していてもよい。また、透明導電膜（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）を形成する場合に用いるようにしてもよい。即ち、蛍光材料を含有したインク中にインジウムを分散させて基板上に塗布すると共に、蛍光材料を含有したインク中に錫を分散させて基板上に塗布する。そして、インジウム及び錫が塗布された基板を焼成することによりＩＴＯを形成するようにしてもよい。
【００５６】
また、上述の実施の形態に係る燃料電池の製造方法においては、ＰＰＶ、ＰＴＶ及びＰＦＶ等を蛍光材料として用いているが、その他の有機系蛍光材料を用いてもよい。即ち、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）に用いられる材料であれば、何れの材料を蛍光材料としてインクに含有させてもよい。また、蛍光材料に代えて、燐光材料をインクに含有させ、燃料電池を製造するようにしてもよい。
【００５７】
また、上述の実施の形態に係る燃料電池の製造方法において作成された複数の燃料電池を積層させることによって大型の燃料電池を製造するようにしてもよい。即ち、図１６に示すように、製造された燃料電池の基板２´の裏面に更にガス流路を形成し、ガス流路が形成された基板２´の裏面上に、上述の燃料電池の製造方法における製造工程と同様にしてガス拡散層、反応層、電解質膜等を形成して燃料電池を積層させることによって大型の燃料電池を製造するようにしてもよい。このように、大型の燃料電池が製造された場合には、例えば、電気自動車の電力供給源として用いることができ、地球環境に適切に配慮したクリーンエネルギーの自動車を提供することができる。
【００５８】
この発明に係る燃料電池の製造方法によれば、蛍光材料を含有するインクを吐出装置を用いて吐出し反応層を形成している。従って、反応層を形成する材料、例えば、白金微粒子を分散させ蛍光材料を含有する塩化白金酸溶液が基板上の何れの部分に塗布されたか等を容易に確認し、適切に反応層を形成して燃料電池を製造することができる。また、蛍光材料として有機系蛍光材料を用いているため、燃料電池の性能に影響を与えることなく位置確認等を容易に行うことができる。
【００５９】
この発明に係る燃料電池製造用インクによれば、蛍光材料が含まれているため、燃料電池の基板上の何れの部分にインクが塗布されたかを容易に確認することができる。また、インク中に含まれている蛍光材料に基づいて、吐出装置のノズ詰まり等を容易に発見することができるため、高品位の燃料電池を製造することができると共に、燃料電池の製造効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】実施の形態に係る燃料電池の製造ラインを示す図である。
【図２】実施の形態に係るインクジェット式吐出装置の概略図である。
【図３】実施の形態に係る燃料電池の製造方法のフローチャートである。
【図４】実施の形態に係るガス流路の形成処理を説明する図である。
【図５】実施の形態に係るガス流路の形成処理を説明する他の図である。
【図６】実施の形態に係る燃料電池の製造過程の基板の端面図である。
【図７】実施の形態に係る燃料電池の製造過程の基板の端面図である。
【図８】実施の形態に係る燃料電池の製造過程の基板の端面図である。
【図９】実施の形態に係る反応層の形成処理を説明するための図である。
【図１０】実施の形態に係る燃料電池の製造過程の基板の端面図である。
【図１１】実施の形態に係る燃料電池の製造過程の基板の端面図である。
【図１２】実施の形態に係る燃料電池の製造過程の基板の端面図である。
【図１３】実施の形態に係る燃料電池の製造過程の基板の端面図である。
【図１４】実施の形態に係る燃料電池の製造過程の基板の端面図である。
【図１５】実施の形態に係る燃料電池の基板の端面図である。
【図１６】実施の形態に係る燃料電池を積層させた大型燃料電池の図。
【符号の説明】
【００６１】
２、２´・・・基板、４、４´・・・支持用カーボン、６、６´・・・集電層、８、８´・・・ガス拡散層、１０、１０´・・・反応層、１２・・・電解質膜、２０ａ〜２０ｍ・・・吐出装置、ＢＣ１、ＢＣ２・・・ベルトコンベア。
【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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