JP2016076472A - 接合体 - Google Patents

Abstract

【課題】「開口部が設けられた金属製の集電部材の板状部分が接合材膜に埋設された構成」が採用された、集電部材と燃料電池セルとの接合体であって、「開口部の内側面と接合材膜との界面に剥離が発生難いものを提供すること。【解決手段】集電部材の固定部３１０が接合材膜８０に埋設されることで、固定部３１０の周縁部の外側面３１０ｓ、及び、開口部３１２の内側面３１２ｓが接合材膜８０に覆われる。開口部の内側面３１２ｓが接合材膜８０に覆われる高さ（Ｔ）に対する、「固定部の厚さ方向」に沿う開口部の断面における開口部の内側面に対応する線の道程（Ｓ）、の割合（Ｓ／Ｔ）が１．０２〜１．３１である。Ｔに対する、「開口部の断面における開口部の内側面に対応する線上において開口部の内側面と接合材膜とが接触する複数の部分の「固定部の厚さ方向」の長さの合計」、の割合が、２１〜９５％である。【選択図】図２７

Description

本発明は、接合体に関する。

従来より、「燃料極と、電解質膜と、空気極とを含む燃料電池の発電部」と「電子伝導性を有する集電部材」とが「電子伝導性を有する接合材料からなる接合材膜」によって接合された接合体が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

上記文献に記載された接合体では、集電部材が板状部分を有する。接合材膜は、「発電部の燃料極及び空気極の何れか一つ、又は、発電部の燃料極及び空気極の何れか一つと電気的に接続された電子伝導性を有する導電部材」（以下、「ベース部材」と呼ぶ）と「集電部材の板状部分」との間に介在する。接合材膜は、集電部材の板状部分がベース部材における板状部分に向いた表面に沿って延在するように、且つ、ベース部材と板状部分とが電気的に接続されるように、ベース部材と板状部分とを接合している。

上記文献に記載の接合体では、ベース部材と集電部材の板状部分とを接合するため、電子伝導性を有する接合材料からなるペーストが使用される。即ち、ベース部材の接合面に塗布等の手法によってペーストの膜が形成される。そのペースト膜に集電部材の板状部分が貼り合わされる。この状態にてそのペースト膜が焼成される。この結果、ペースト膜の焼成体（接合材膜、焼成膜）によって、ベース部材と集電部材の板状部分とが電気的に接続された接合体が得られる。

このような接合体では、電気抵抗が小さいことが好ましい。このため、上記文献に記載の接合体では、「集電部材の板状部分が接合材膜に埋設された構成」が採用されている。この構成は、集電部材の板状部分をペースト膜に貼り合わす際、集電部材の板状部分をペースト膜に埋設することによって得られる。この構成では、集電部材の板状部分の周縁部の外側面がペースト膜（接合材膜）に覆われる。従って、ペースト膜（接合材膜）が、集電部材の板状部分の底面のみならず、集電部材の板状部分の周縁部の外側面にも接触し得る。従って、集電部材の板状部分の底面のみが接合材膜の表面に接触する構成（即ち、集電部材の板状部分が接合材膜に埋設されない構成）と比べて、集電部材と接合材膜との間の接触面積が大きくなり、集電部材と接合材膜との接合部位における電気抵抗を小さくすることができる。

特許第５３５６６２４号公報

本発明者は、このような接合体の電気抵抗を更に小さくするため、集電部材の板状部分に「厚さ方向に貫通する開口部」を設けて、「開口部が設けられた集電部材の板状部分が接合材膜に埋設された構成」を採用することを考えている（後述する図２０、図２１等を参照）。この構成では、開口部の内側面もがペースト膜（接合材膜）に覆われる。従って、ペースト膜（接合材膜）が、集電部材の板状部分の底面、及び、集電部材の板状部分の周縁部の外側面のみならず、開口部の内側面にも接触し得る。従って、集電部材と接合材膜との間の接触面積が更に大きくなり、集電部材と接合材膜との接合部位における電気抵抗を更に小さくすることができる。

本発明者は、上述した「開口部が設けられた集電部材の板状部分が接合材膜に埋設された構成」について研究、実験等を重ねた。その結果、上記構成の形態によっては、上述したペーストの焼成時等において、開口部の内側面と接合材膜との界面に剥離が発生し易いことが判明した。このような剥離が発生し難い接合体の到来が望まれていたところである。

本発明は、上記問題に対処するためになされたものであり、その目的は、「開口部が設けられた集電部材の板状部分が接合材膜に埋設された構成」が採用された接合体であって、「開口部の内側面と接合材膜との界面に剥離が発生難いものを提供することを目的とする。

本発明に係る接合体の特徴は、前記集電部材が金属で構成され、且つ、「前記開口部の内側面が前記接合材膜に覆われる高さ（Ｔ）」に対する「前記板状部分の厚さ方向に沿う前記開口部の断面の拡大率が３０倍の画像に基づいて得られる、前記開口部の内側面における前記接合材膜に覆われた部分に対応する線の道程（Ｓ）」の割合（Ｓ／Ｔ）が、１．０２〜１．３１であることにある。

本発明者は、前記割合（Ｓ／Ｔ）が１．０２〜１．３１である場合、そうでない場合と比べて、集電部材の板状部分に設けられた開口部の内側面と、接合材膜との界面に剥離が発生し難くなること、を見出した（この点については後述する）。

本発明の実施形態に係る接合体を含む燃料電池のスタック構造体に使用される１つのセルを示す斜視図である。 図１に示すセルの２−２線に対応する断面図である。 図１に示す支持基板の凹部に埋設された燃料極及びインターコネクタの状態を示した平面図である。 図１に示すセルの作動状態を説明するための図である。 図１に示すセルの作動状態における電流の流れを説明するための図である。 図１に示す支持基板を示す斜視図である。 図１に示すセルの製造過程における第１段階における図２に対応する断面図である。 図１に示すセルの製造過程における第２段階における図２に対応する断面図である。 図１に示すセルの製造過程における第３段階における図２に対応する断面図である。 図１に示すセルの製造過程における第４段階における図２に対応する断面図である。 図１に示すセルの製造過程における第５段階における図２に対応する断面図である。 図１に示すセルの製造過程における第６段階における図２に対応する断面図である。 図１に示すセルの製造過程における第７段階における図２に対応する断面図である。 図１に示すセルの製造過程における第８段階における図２に対応する断面図である。 本発明の実施形態に係る接合体を含む燃料電池のスタック構造体の全体の斜視図である。 図１５に示した燃料マニホールドの全体の斜視図である。 図１６に示した支持板に形成された挿入孔の拡大図である。 挿入孔とセルの一端部との接合部の様子を示した横断面図である。 挿入孔とセルの一端部との接合部の様子を示した縦断面図である。 図１９に示した集電部材の全体の斜視図である。 図２０に示した集電部材の展開図である。 隣接するセルの間でｘ軸方向からみた相対回転変位が発生した場合における、集電部材の弾性変形の様子を示した図である。 隣接するセルの間でｙ軸方向からみた相対回転変位が発生した場合における、集電部材の弾性変形の様子を示した図である。 隣接するセルの間でｚ軸方向からみた相対回転変位が発生した場合における、集電部材の弾性変形の様子を示した図である。 集電部材の変形例についての図２０に対応する斜視図である。 図２５に示した集電部材の変形例についての図２１に対応する展開図である。 集電部材の板状部分とベース部材とを接合材ペースト（接合材膜）を介して電気的に接続・固定する際の処理の過程の一例を示す図である。 図２７に示した断面図に対応する集電部材の断面の位置を説明するための図である。 図２７に示した接合体の３０倍の部分拡大図である。 図２７に示した接合体の他の例の３０倍の部分拡大図である。 図２７に示した接合体の他の例の３０倍の部分拡大図である。

（接合体を含むスタック構造体に使用されるセルの構成の一例）
先ず、本発明の実施形態に係る接合体を含む燃料電池（ＳＯＦＣ）のスタック構造体に使用されるセル１００について説明する。図１に示すように、このセル１００は、長手方向（ｘ軸方向）を有する平板状の支持基板１０の上下面（互いに平行な両側の主面（平面））のそれぞれに、電気的に直列に接続された複数（本例では、４つ）の同形の発電素子部Ａが長手方向において所定の間隔をおいて配置された、所謂「横縞型」と呼ばれる構成を有する。

このセル１００の全体を上方からみた形状は、例えば、長手方向の辺の長さＬ１が５０〜５００ｍｍで長手方向に直交する幅方向（ｙ軸方向）の長さＬ２が１０〜１００ｍｍの長方形である（Ｌ１＞Ｌ２）。このセル１００の全体の厚さＬ３は、１〜５ｍｍである（Ｌ２＞Ｌ３）。このセル１００の全体は、厚さ方向の中心を通り且つ支持基板１０の主面に平行な面に対して上下対称の形状を有する。以下、図１に加えて、このセル１００の図１に示す２−２線に対応する部分断面図である図２を参照しながら、このセル１００の詳細について説明する。図２は、代表的な１組の隣り合う発電素子部Ａ，Ａのそれぞれの構成（の一部）、並びに、発電素子部Ａ，Ａ間の構成を示す部分断面図である。その他の組の隣り合う発電素子部Ａ，Ａ間の構成も、図２に示す構成と同様である。

支持基板１０は、電子伝導性を有さない多孔質の材料からなる平板状の焼成体である。後述する図６に示すように、支持基板１０の内部には、長手方向に延びる複数（本例では、６本）の燃料ガス流路１１（貫通孔）が幅方向において所定の間隔をおいて形成されている。本例では、各凹部１２は、支持基板１０の材料からなる底壁と、全周に亘って支持基板１０の材料からなる周方向に閉じた側壁（長手方向に沿う２つの側壁と幅方向に沿う２つの側壁）と、で画定された直方体状の窪みである。

支持基板１０は、例えば、ＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）から構成され得る。或いは、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ_２Ｏ_３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）とＭｇＡｌ_２Ｏ_４（マグネシアアルミナスピネル）とから構成されてもよい。

支持基板１０は、「遷移金属酸化物又は遷移金属」と、絶縁性セラミックスとを含んで構成され得る。「遷移金属酸化物又は遷移金属」としては、ＮｉＯ（酸化ニッケル）又はＮｉ（ニッケル）が好適である。遷移金属は、燃料ガスの改質反応を促す触媒（炭化水素系のガスの改質触媒）として機能し得る。

また、絶縁性セラミックスとしては、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、又は、「ＭｇＡｌ２Ｏ４（マグネシアアルミナスピネル）とＭｇＯ（酸化マグネシウム）の混合物」が好適である。また、絶縁性セラミックスとして、ＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）、ＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）、Ｙ_２Ｏ_３（イットリア）が使用されてもよい。

このように、支持基板１０が「遷移金属酸化物又は遷移金属」を含むことによって、改質前の残存ガス成分を含んだガスが多孔質の支持基板１０の内部の多数の気孔を介して燃料ガス流路１１から燃料極に供給される過程において、上記触媒作用によって改質前の残存ガス成分の改質を促すことができる。加えて、支持基板１０が絶縁性セラミックスを含むことによって、支持基板１０の絶縁性を確保することができる。この結果、隣り合う燃料極間における絶縁性が確保され得る。

支持基板１０の厚さは、１〜５ｍｍである。以下、この構造体の形状が上下対称となっていることを考慮し、説明の簡便化のため、支持基板１０の上面側の構成についてのみ説明していく。支持基板１０の下面側の構成についても同様である。

図２及び図３に示すように、支持基板１０の上面（上側の主面）に形成された各凹部１２には、燃料極集電部２１の全体が埋設（充填）されている。従って、各燃料極集電部２１は直方体状を呈している。各燃料極集電部２１の上面（外側面）には、凹部２１ａが形成されている。各凹部２１ａは、燃料極集電部２１の材料からなる底壁と、周方向に閉じた側壁（長手方向に沿う２つの側壁と幅方向に沿う２つの側壁）と、で画定された直方体状の窪みである。周方向に閉じた側壁のうち、長手方向に沿う２つの側壁は支持基板１０の材料からなり、幅方向に沿う２つの側壁は燃料極集電部２１の材料からなる。

各凹部２１ａには、燃料極活性部２２の全体が埋設（充填）されている。従って、各燃料極活性部２２は直方体状を呈している。燃料極集電部２１と燃料極活性部２２とにより燃料極２０が構成される。燃料極２０（燃料極集電部２１＋燃料極活性部２２）は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。各燃料極活性部２２の幅方向に沿う２つの側面と底面とは、凹部２１ａ内で燃料極集電部２１と接触している。

各燃料極集電部２１の上面（外側面）における凹部２１ａを除いた部分には、凹部２１ｂが形成されている。各凹部２１ｂは、燃料極集電部２１の材料からなる底壁と、周方向に閉じた側壁（長手方向に沿う２つの側壁と幅方向に沿う２つの側壁）と、で画定された直方体状の窪みである。周方向に閉じた側壁のうち、長手方向に沿う２つの側壁は支持基板１０の材料からなり、幅方向に沿う２つの側壁は燃料極集電部２１の材料からなる。

各凹部２１ｂには、インターコネクタ３０が埋設（充填）されている。従って、各インターコネクタ３０は直方体状を呈している。インターコネクタ３０は、電子伝導性を有する緻密な材料からなる焼成体である。各インターコネクタ３０の幅方向に沿う２つの側面と底面とは、凹部２１ｂ内で燃料極集電部２１と接触している。

燃料極２０（燃料極集電部２１及び燃料極活性部２２）の上面（外側面）と、インターコネクタ３０の上面（外側面）と、支持基板１０の主面とにより、１つの平面（凹部１２が形成されていない場合の支持基板１０の主面と同じ平面）が構成されている。即ち、燃料極２０の上面とインターコネクタ３０の上面と支持基板１０の主面との間で、段差が形成されていない。

燃料極活性部２２は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）とから構成されてもよい。燃料極集電部２１は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ_２Ｏ_３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）とから構成されてもよい。燃料極活性部２２の厚さは、５〜３０μｍであり、燃料極集電部２１の厚さ（即ち、凹部１２の深さ）は、５０〜５００μｍである。

このように、燃料極集電部２１は、電子伝導性を有する物質を含んで構成される。燃料極活性部２２は、電子伝導性を有する物質と酸素イオン伝導性を有する物質とを含んで構成される。燃料極活性部２２における「気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合」は、燃料極集電部２１における「気孔部分を除いた全体積に対する酸化性イオン伝導性を有する物質の体積割合」よりも大きい。

インターコネクタ３０は、例えば、ＬａＣｒＯ_３（ランタンクロマイト）から構成され得る。或いは、（Ｓｒ，Ｌａ）ＴｉＯ_３（ストロンチウムチタネート）から構成されてもよい。インターコネクタ３０の厚さは、１０〜１００μｍである。

燃料極２０及びインターコネクタ３０がそれぞれの凹部１２に埋設された状態の支持基板１０における長手方向に延びる外周面において複数のインターコネクタ３０が形成されたそれぞれの部分の長手方向中央部を除いた全面は、固体電解質膜４０により覆われている。固体電解質膜４０は、イオン伝導性を有し且つ電子伝導性を有さない緻密な材料からなる焼成体である。固体電解質膜４０は、例えば、ＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）から構成され得る。或いは、ＬＳＧＭ（ランタンガレート）から構成されてもよい。固体電解質膜４０の厚さは、３〜５０μｍである。

即ち、燃料極２０がそれぞれの凹部１２に埋設された状態の支持基板１０における長手方向に延びる外周面の全面は、インターコネクタ３０と固体電解質膜４０とからなる緻密層により覆われている。この緻密層は、緻密層の内側の空間を流れる燃料ガスと緻密層の外側の空間を流れる空気との混合を防止するガスシール機能を発揮する。

なお、図２に示すように、本例では、固体電解質膜４０が、燃料極２０の上面、インターコネクタ３０の上面における長手方向の両側端部、及び支持基板１０の主面を覆っている。ここで、上述したように、燃料極２０の上面とインターコネクタ３０の上面と支持基板１０の主面との間で段差が形成されていない。従って、固体電解質膜４０が平坦化されている。この結果、固体電解質膜４０に段差が形成される場合に比して、応力集中に起因する固体電解質膜４０でのクラックの発生が抑制され得、固体電解質膜４０が有するガスシール機能の低下が抑制され得る。

固体電解質膜４０における各燃料極活性部２２と接している箇所の上面には、反応防止膜５０を介して空気極６０が形成されている。反応防止膜５０は、緻密な材料からなる焼成体であり、空気極６０は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。反応防止膜５０及び空気極６０を上方からみた形状は、燃料極活性部２２と略同一の長方形である。

反応防止膜５０は、例えば、ＧＤＣ＝（Ｃｅ，Ｇｄ）Ｏ_２（ガドリニウムドープセリア）から構成され得る。反応防止膜５０の厚さは、３〜５０μｍである。空気極６０は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ_３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、ＬＳＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＦｅＯ_３（ランタンストロンチウムフェライト）、ＬＮＦ＝Ｌａ（Ｎｉ，Ｆｅ）Ｏ_３（ランタンニッケルフェライト）、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３（ランタンストロンチウムコバルタイト）等から構成されてもよい。また、空気極６０は、ＬＳＣＦからなる第１層（内側層）とＬＳＣからなる第２層（外側層）との２層によって構成されてもよい。空気極６０の厚さは、１０〜１００μｍである。

なお、反応防止膜５０が介装されるのは、ＳＯＦＣ作製時又は作動中のＳＯＦＣ内において固体電解質膜４０内のＹＳＺと空気極６０内のＳｒとが反応して固体電解質膜４０と空気極６０との界面に電気抵抗が大きい反応層が形成される現象の発生を抑制するためである。

ここで、燃料極２０と、固体電解質膜４０と、反応防止膜５０と、空気極６０とが積層されてなる積層体が、「発電素子部Ａ」に対応する（図２を参照）。即ち、支持基板１０の上面には、複数（本例では、４つ）の発電素子部Ａが、長手方向において所定の間隔をおいて配置されている。

各組の隣り合う発電素子部Ａ，Ａについて、一方の（図２では、左側の）発電素子部Ａの空気極６０と、他方の（図２では、右側の）発電素子部Ａのインターコネクタ３０とを跨ぐように、空気極６０、固体電解質膜４０、及び、インターコネクタ３０の上面に、空気極集電膜７０が形成されている。空気極集電膜７０は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。空気極集電膜７０を上方からみた形状は、長方形である。

空気極集電膜７０は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ_３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３（ランタンストロンチウムコバルタイト）から構成されてもよい。或いは、Ａｇ（銀）、Ａｇ−Ｐｄ（銀パラジウム合金）から構成されてもよい。空気極集電膜７０の厚さは、５０〜５００μｍである。

このように各空気極集電膜７０が形成されることにより、各組の隣り合う発電素子部Ａ，Ａについて、一方の（図２では、左側の）発電素子部Ａの空気極６０と、他方の（図２では、右側の）発電素子部Ａの燃料極２０（特に、燃料極集電部２１）とが、電子伝導性を有する「空気極集電膜７０及びインターコネクタ３０」を介して電気的に接続される。この結果、支持基板１０の上面に配置されている複数（本例では、４つ）の発電素子部Ａが電気的に直列に接続される。ここで、電子伝導性を有する「空気極集電膜７０及びインターコネクタ３０」が、「電気的接続部」に対応する。

なお、インターコネクタ３０は、前記「電気的接続部」における「緻密な材料で構成された第１部分」に対応し、気孔率は１０％以下である。空気極集電膜７０は、前記「電気的接続部」における「多孔質の材料で構成された第２部分」に対応し、気孔率は２０〜６０％である。

なお、膜の気孔率は、以下のように測定された。先ず、膜の気孔内に樹脂が進入するようにその膜に対して所謂「樹脂埋め」処理がなされた。その「樹脂埋め」処理された膜の表面に対して機械研磨がなされた。機械研磨された表面の微構造を走査型電子顕微鏡を用いて観察して得られた画像に対して画像処理を行うことによって、気孔の部分（樹脂が進入している部分）と気孔でない部分（樹脂が進入していない部分）の面積がそれぞれ算出された。その比率が膜の気孔率とされた。

以上、説明した図１に示す「横縞型」のセル１００に対して、図４に示すように、支持基板１０の燃料ガス流路１１内に燃料ガス（水素ガス等）を流すとともに、支持基板１０の上下面（特に、各空気極集電膜７０）を「酸素を含むガス」（空気等）に曝す（或いは、支持基板１０の上下面に沿って酸素を含むガスを流す）ことにより、固体電解質膜４０の両側面間に生じる酸素分圧差によって起電力が発生する。更に、この構造体を外部の負荷に接続すると、下記（１）、（２）式に示す化学反応が起こり、電流が流れる(発電状態)。
（１／２）・Ｏ_２＋２ｅ⁻→Ｏ_２ ⁻ （於：空気極６０） …（１）
Ｈ_２＋Ｏ_２ ⁻→Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻ （於：燃料極２０） …（２）

発電状態においては、図５に示すように、各組の隣り合う発電素子部Ａ，Ａについて、電流が、矢印で示すように流れる。この結果、図４に示すように、このセル１００全体から（具体的には、図４において最も手前側の発電素子部Ａのインターコネクタ３０と最も奥側の発電素子部Ａの空気極６０とを介して）電力が取り出される。

（セルの製造方法）
次に、図１に示した「横縞型」のセル１００の製造方法の一例について図６〜図１４を参照しながら簡単に説明する。なお、この明細書において、各部材の符号の末尾の「ｇ」は、その部材が「焼成前」であることを表す。

先ず、図６に示す形状を有する支持基板の成形体１０ｇが作製される。この支持基板の成形体１０ｇは、例えば、支持基板１０の材料（例えば、ＣＳＺ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、押し出し成形、切削等の手法を利用して作製され得る。以下、図６に示す７−７線に対応する部分断面を表す図７〜図１４を参照しながら説明を続ける。

図７に示すように、支持基板の成形体１０ｇが作製されると、次に、図８に示すように、支持基板の成形体１０ｇの上下面に形成された各凹部に、燃料極集電部の成形体２１ｇがそれぞれ埋設・形成される。次いで、図９に示すように、各燃料極集電部の成形体２１ｇの外側面に形成された各凹部に、燃料極活性部の成形体２２ｇがそれぞれ埋設・形成される。各燃料極集電部の成形体２１ｇ、及び各燃料極活性部２２ｇは、例えば、燃料極２０の材料（例えば、ＮｉとＹＳＺ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して埋設・形成される。

続いて、図１０に示すように、各燃料極集電部の成形体２１ｇの外側面における「燃料極活性部の成形体２２ｇが埋設された部分を除いた部分」に形成された各凹部に、インターコネクタの成形体３０ｇがそれぞれ埋設・形成される。各インターコネクタの成形体３０ｇは、例えば、インターコネクタ３０の材料（例えば、ＬａＣｒＯ_３）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して埋設・形成される。

次に、図１１に示すように、複数の燃料極の成形体（２１ｇ＋２２ｇ）及び複数のインターコネクタの成形体３０ｇがそれぞれ埋設・形成された状態の支持基板の成形体１０ｇにおける長手方向に延びる外周面において複数のインターコネクタの成形体３０ｇが形成されたそれぞれの部分の長手方向中央部を除いた全面に、固体電解質膜の成形膜４０ｇが形成される。固体電解質膜の成形膜４０ｇは、例えば、固体電解質膜４０の材料（例えば、ＹＳＺ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法、ディッピング法等を利用して形成される。

次に、図１２に示すように、固体電解質膜の成形体４０ｇにおける各燃料極の成形体２２ｇと接している箇所の外側面に、反応防止膜の成形膜５０ｇが形成される。各反応防止膜の成形膜５０ｇは、例えば、反応防止膜５０の材料（例えば、ＧＤＣ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して形成される。

そして、このように種々の成形膜が形成された状態の支持基板の成形体１０ｇが、空気中にて１５００℃で３時間焼成される。これにより、図１に示したセル１００において空気極６０及び空気極集電膜７０が形成されていない状態の構造体が得られる。

次に、図１３に示すように、各反応防止膜５０の外側面に、空気極の成形膜６０ｇが形成される。各空気極の成形膜６０ｇは、例えば、空気極６０の材料（例えば、ＬＳＣＦ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して形成される。

次に、図１４に示すように、各組の隣り合う発電素子部について、一方の発電素子部の空気極の成形膜６０ｇと、他方の発電素子部のインターコネクタ３０とを跨ぐように、空気極の成形膜６０ｇ、固体電解質膜４０、及び、インターコネクタ３０の外側面に、空気極集電膜の成形膜７０ｇが形成される。各空気極集電膜の成形膜７０ｇは、例えば、空気極集電膜７０の材料（例えば、ＬＳＣＦ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して形成される。

そして、このように成形膜６０ｇ、７０ｇが形成された状態の支持基板１０が、空気中にて１０５０℃で３時間焼成される。これにより、図１に示したセル１００が得られる。以上、図１に示したセル１００の製造方法の一例について説明した。

なお、この時点では、酸素含有雰囲気での焼成により、燃料極２０中のＮｉ成分が、ＮｉＯとなっている。従って、これらの導電性を獲得するため、その後、支持基板１０側から還元性の燃料ガスが流され、ＮｉＯが８００〜１０００℃で１〜１０時間に亘って還元処理される。なお、この還元処理は発電時に行われてもよい。

（スタック構造体の全体構成の一例）
次に、上述したセル１００を用いた「本発明の実施形態に係る接合体を含む固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）のスタック構造体」について説明する。図１５に示すように、このスタック構造体は、多数のセル１００と、多数のセル１００のそれぞれに燃料ガスを供給するための燃料マニホールド２００と、を備えている。燃料マニホールド２００の全体は、ステンレス鋼等の材料で構成されている。燃料マニホールド２００は、内部空間（直方体状の空間、第１内部空間に対応）を備えた、長手方向（ｚ軸方向）を有する直方体状の筐体である。

燃料マニホールド２００の上壁（天板、換言すれば、ガスタンクの天板（平板））は、多数のセル１００を支持するための支持板２１０を兼ねている。また、燃料マニホールド２００には、外部から燃料マニホールド２００の内部空間に燃料ガスを導入するための導入通路２２０が、支持板２１０上にて、燃料マニホールド２００の長手方向（ｚ軸方向）の一方側（ｚ軸正方向側）の端部に設けられている。導入通路２２０と燃料マニホールド２００の内部空間とは連通している。

各セル１００が支持板２１０（＝マニホールド２００の上壁）から上方（ｘ軸正方向）に向けてそれぞれ突出するように、且つ、上方から見たとき、各セル１００がｙ軸方向（前記第１方向）に沿ってそれぞれ延在し且つ複数のセル１００がｚ軸方向（前記第２方向）に沿って互いに離れてスタック状に整列するように、各セル１００の長手方向（ｘ軸方向）における燃料ガス流入側の端部が、支持板２１０にて接合・支持されている。燃料マニホールド２００の内部空間と、複数のセル１００の燃料ガス流路１１のそれぞれとは連通している。各セル１００の長手方向（ｘ軸方向）における燃料ガス排出側の端部は、自由端となっている。従って、このスタック構造は、「片持ちスタック構造」と表現することができる。

図１６に示すように、支持板２１０（＝マニホールド２００の上壁）の表面には、燃料マニホールド２００の内部空間と連通する多数の挿入孔２１１（貫通孔）が形成されている。各挿入孔２１１には、対応するセル１００の燃料ガス流入側の一端部がそれぞれ挿入される。

図１７に示すように、本実施形態では、複数の挿入孔２１１は同形である。各挿入孔２１１の形状は、長さＬ４、幅Ｌ５のｙ軸方向に延在する長円形状（Ｌ４＞Ｌ５）を呈している。また、複数の挿入孔２１１は、ｙ軸方向において同じ位置に、且つ、ｚ軸方向において同じ間隔をおいて配置されている。

各挿入孔２１１の長さＬ４は、セル１００の一端部の側面の長さＬ２（図１を参照）より０．２〜３ｍｍ大きい。同様に、各挿入孔２１１の幅Ｌ５は、セル１００の一端部の側面の幅Ｌ３（図１を参照）より０．２〜３ｍｍ大きい。即ち、図１８、１９に示すように、セル１００の一端部が挿入孔２１１に挿入された状態では、挿入孔２１１の内壁とセル１００の一端部の外壁との間に隙間が形成される。換言すれば、セル１００の一端部が挿入孔２１１に遊嵌される。なお、図１８、図１９（特に、図１８）では、前記隙間が誇張して描かれている。

図１８、図１９に示すように、挿入孔２１１とセル１００の一端部との接合部のそれぞれにおいて、固化された接合材２５０が前記隙間に充填されるように設けられている。これにより、各挿入孔２１１と対応するセル１００の一端部とがそれぞれ接合・固定されている。図１９に示すように、各セル１００のガス流路１１の一端部は、燃料マニホールド２００の内部空間と連通している。

接合材２５０は、ＭｇＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系や、ＭｇＯ−ＢａＯ−ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系等の結晶化ガラスで構成される。なお、本明細書では、結晶化ガラスとは、全体積に対する「結晶相が占める体積」の割合（結晶化度）が６０％以上であり、全体積に対する「非晶質相及び不純物が占める体積」の割合が４０％未満のガラス（セラミックス）を指す。結晶化ガラスの結晶化度は、具体的には、例えば、「ＸＲＤ等を用いて結晶相を同定し、ＳＥＭ及びＥＤＳ、或いは、ＳＥＭ及びＥＰＭＡ等を用いて結晶化後のガラスの組織や組成分布を観察した結果に基づいて、結晶相領域の体積割合を算出する」ことによって得ることができる。

また、図１９に示すように、隣接するセル１００、１００の間の空間（以下、「セル間空間」とも呼ぶ）には、隣接するセル１００、１００の間を電気的に直列に接続するための集電部材３００がそれぞれ介在している。加えて、各セル１００について表側と裏側とを電気的に直列に接続するための集電部材４００も設けられている。各セル間空間の幅（ｚ軸方向の距離）は同じである。

なお、図１９から理解できるように、集電部材３００は、複数の発電素子部Ａのうち上下方向（ｘ軸方向）における最も下側に設けられた発電素子部Ａ（以下、「最下発電素子部ＡＳ」とも呼ぶ）より下側に配置されている。換言すれば、集電部材３００は、燃料マニホールド２００の上壁から突出するセル１００の根元側（即ち、燃料ガス流入側）に接続されている。これは、セル１００の根元側より温度が高いセル１００の先端側（即ち、燃料ガス排出側）に集電部材３００を設けると、集電部材３００とセル１００との接合部位にて剥離が発生し易いことに因る。ガス排出口から排出された余剰の燃料ガスが周囲の空気（酸素）と反応（燃焼）することによって、その燃焼による熱を受けてセル１００の先端側の温度は局所的に高くなる。

図１９に示すように、各集電部材３００（より詳細には、集電部材３００の後述する一対の固定部３１０、３１０）は、電子伝導性を有する接合材膜８０を用いて、隣接するセル１００、１００に設けられたベース部材Ｂ、Ｂとそれぞれ接合されている。ここで、「ベース部材Ｂ」とは、「セル１００の最下発電素子部ＡＳの燃料極２０及び空気極６０の何れか一つ」、又は、「最下発電素子部ＡＳの燃料極２０及び空気極６０の何れか一つと電気的に接続された電子伝導性を有する導電部材」を指す。この導電部材は、例えば、ランタンストロンチウムコバルトフェライトＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ_３等の多孔質の導電性セラミックス材料からなる焼成体である。隣接するセル１００、１００のベース部材Ｂ、Ｂの組み合わせは、燃料極及び燃料極、燃料極及び空気極、空気極及び空気極の何れであってもよい。

集電部材３００は、例えば、日立金属（株）製のＺＭＧ２３２Ｌ等のＦｅ、Ｃｒを主成分とするステンレス系材料（ＳＵＳ材料）に代表される緻密な金属材料によって構成されている。接合材膜８０は、ＭｎＣｏ_２Ｏ_４、ＣｕＭｎ_２Ｏ_４、ＣｕＦｅ_２Ｏ_４等のスピネル型結晶構造を有する遷移金属酸化物（即ち、導電性セラミックス材料）等からなる焼成体である。

（集電部材の形状）
以下、図２０〜図２４を参照しながら、集電部材３００の三次元形状について説明する。図２０に示すように、集電部材３００は、一対の固定部３１０、３１０と、一対の固定部３１０、３１０の一部である一対の側端部３１１、３１１を連結する連結部３２０と、から構成される。ここで、集電部材３００が本発明の前記「集電部材」に対応し、集電部材３００の固定部３１０が本発明の前記「集電部材の板状部分」に対応する。

一対の固定部３１０、３１０は、ｚ軸方向に互いに間隔を空けて平行に向かい合う一対の平板状（薄い直方体状）の部分である。各固定部３１０には、ｘ軸方向に互いに間隔を空け且つｙ軸方向に互いに平行に延びる複数（本例では、６本）の開口部３１２（厚さ方向に貫通する長孔）が設けられている。本例では、各開口部３１２の開口は、細長い長方形を呈している。すなわち、各開口部３１２は、スリット状である。

一対の固定部３１０、３１０は、接合材膜８０を介して、隣接するセル１００、１００の対応するベース部材Ｂ、Ｂの接合面（ｘ−ｙ平面に沿う平面）とそれぞれ接合されている（図１９を参照）。一対の側端部３１１、３１１は、一対の固定部３１０、３１０のうち、ｙ軸負方向側の端部においてｘ軸方向に亘って延在する領域であって、ｚ軸方向に互いに間隔を空けて平行に向かい合う一対の短冊状の部分である。

連結部３２０は、第１延在部と、第２延在部３２３と、を有する。第１延在部は、一対の側端部３１１、３１１におけるｘ軸正方向側の端部から、ｙ軸負方向側に向けてそれぞれ延びる一対の第１部分３２１、３２１と、一対の第１部分３２１、３２１の先端側（ｙ軸負方向側）にある一対の先端部からｘ軸負方向側に向けてそれぞれ延びる一対の第２部分３２２、３２２と、から構成される。一対の第１部分３２１、３２１、並びに、一対の第２部分３２２、３２２は共に、ｚ軸方向に互いに間隔を空けて平行に向かい合う一対の短冊状の部分である。

第２延在部３２３は、ｚ軸方向に延びる短冊状を呈し、一対の第２部分３２２、３２２の先端側（ｘ軸負方向側）にある一対の先端部同士を連結する。

図２０に示す集電部材３００は、ワイヤ放電加工等によって図２１に示す形状に作製された薄板状の部材を、第２延在部３２３と一対の第２部分３２２、３２２との境界線に沿ってそれぞれ直角に折り曲げることによって完成される。

図２１に示す薄板状の部材において、「第１部分３２１に対応する部分の主面（紙面に平行な平面）における、第１部分３２１の延在方向（紙面左右方向）に直交する方向（紙面上下方向）の幅Ａ２１」、「第２部分３２２に対応する部分の主面（紙面に平行な平面）における、第２部分３２２の延在方向（紙面上下方向）に直交する方向（紙面左右方向）の幅Ａ２２」、並びに、「第２延在部３２３に対応する部分の主面（紙面に平行な平面）における、第２延在部３２３の延在方向（紙面左右方向）に直交する方向（紙面上下方向）の幅Ａ２３」は、全て、図２１に示す薄板状の部材の板厚よりも大きい。

以下、集電部材３００が上記のような三次元的な形状を有することによる作用・効果について図２２〜図２４を参照しながら簡単に述べる。上述したスタック構造体では、ＳＯＦＣの運転時等において、隣接するセル１００、１００の間で三次元的な相対変位（相対的な位置のずれ、相対的な姿勢のずれ等）が不可避的に発生し得る。加えて、隣接するセル１００、１００の間では、一対の固定部３１０、３１０が対応するセル１００とそれぞれ接合・固定されている。このことは、図２０に示す集電部材３００において、一対の固定部３１０、３１０の間で、三次元的な相対変位（相対的な位置のずれ、相対的な姿勢のずれ等）が不可避的に発生し得ることをも意味する。

ここで、図２２に示すように、集電部材３００は、「一対の固定部３１０、３１０間でｘ軸方向からみた相対回転変位を伴う弾性変形」に対する剛性が低い。これは、一対の固定部３１０、３１０同士が相対的にｘ軸周りのモーメントを受けた際において、一対の第１部分３２１、３２１の曲げ剛性、一対の第２部分３２２、３２２のねじれ剛性、並びに、第２延在部３２３の曲げ剛性が低いことに基づく。

また、図２３に示すように、集電部材３００は、「一対の固定部３１０、３１０間でｙ軸方向からみた相対回転変位を伴う弾性変形」に対する剛性も低い。これは、一対の固定部３１０、３１０同士が相対的にｙ軸周りのモーメントを受けた際において、一対の第１部分３２１、３２１のねじれ剛性、並びに、一対の第２部分３２２、３２２の曲げ剛性が低いことに基づく。

更には、図２４に示すように、集電部材３００は、「一対の固定部３１０、３１０間でｚ軸方向からみた相対回転変位を伴う弾性変形」に対する剛性も低い。これは、一対の固定部３１０、３１０同士が相対的にｚ軸周りのモーメントを受けた際において、第２延在部３２３のねじれ剛性が低いことに基づく。

以上より、集電部材３００では、「一対の固定部３１０、３１０の間でｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の３軸方向からみたそれぞれの相対回転変位を伴う弾性変形」の全てに対する剛性が低い。従って、集電部材３００は、「一対の固定部３１０、３１０の間で三次元的に相対変位が発生するような弾性変形」に対する剛性が低い、といえる。この結果、隣接するセル１００、１００の間で三次元的な相対変位が発生しても、「集電部材の一対の固定部３１０、３１０」と「隣接するセル１００、１００のベース部材Ｂ、Ｂ」との接合部に作用する応力が小さくなる。この結果、前記接合部における信頼性が高くなる。

なお、集電部材３００として、図２５、図２６に示す形状を有する集電部材３００が採用されても、上記と同様の作用・効果が奏される。図２５、図２６に示す集電部材３００は、図２０、図２１に示す集電部材３００に対して、第２延在部３２３の平面の向きのみが異なる。図２５に示す集電部材３００は、ワイヤ放電加工等によって図２６に示す形状に作製された薄板状の部材を、第２延在部３２３と一対の第２部分３２２、３２２との境界線に沿ってそれぞれ直角に折り曲げることによって完成される。

図２６に示す薄板状の部材において、「第１部分３２１に対応する部分の主面（紙面に平行な平面）における、第１部分３２１の延在方向（紙面上下方向）に直交する方向（紙面左右方向）の幅Ａ２１」、「第２部分３２２に対応する部分の主面（紙面に平行な平面）における、第２部分３２２の延在方向（紙面左右方向）に直交する方向（紙面上下方向）の幅Ａ２２」、並びに、「第２延在部３２３に対応する部分の主面（紙面に平行な平面）における、第２延在部３２３の延在方向（紙面左右方向）に直交する方向（紙面上下方向）の幅Ａ２３」は、全て、図２６に示す薄板状の部材の板厚よりも大きい。

以上、説明したＳＯＦＣのスタック構造を稼働させる際には、図１５、及び、図１９に示すように、高温（例えば、６００〜８００℃）の「燃料ガス」（水素等）及び「空気」を流通させる。即ち、図１５に示すように、導入通路２２０から導入された燃料ガスは、燃料マニホールド２００の内部空間へと移動し、その後、各挿入孔２１１を介して対応するセル１００のガス流路１１にそれぞれ導入される。各ガス流路１１を通過した燃料ガスは、その後、各ガス流路１１の他端（自由端）から外部に排出される。一方、図１９に示すように、空気は、それぞれのセル間空間にてセルの幅方向（ｙ軸方向）に沿って主として移動するように、図示しない空気マニホールドから供給される。

（スタック構造体の組立方法）
次に、図１５等に示した本発明の実施形態に係る「接合体」を含むスタック構造体は、例えば、以下の手順で組み立てられる。先ず、必要な枚数の完成したセル１００、完成した燃料マニホールド２００、及び、必要な個数の完成した集電部材３００等が準備される。次いで、所定の治具等を用いて、複数のセル１００がスタック状に整列・固定される。次に、複数のセル１００がスタック状に整列・固定された状態が維持されながら、複数のセル１００のそれぞれの一端部が、支持板２１０の対応する挿入孔２１１に一度に挿入される。次いで、接合材２５０用のペーストが、挿入孔２１１とセル１００の一端部との接合部のそれぞれの隙間に充填される。

次に、上記のように充填されたペーストに熱処理が加えられる（ペーストが焼成される）。この結果、ペーストが固化されて接合材３００となる。即ち、各セル１００の一端部が接合材３００を用いて支持板２１０にそれぞれ接合・支持される。その後、前記所定の治具が複数のセル１００から取り外される。

次いで、スタック状に整列している複数のセル１００において、隣接するセル１００、１００のベース部材Ｂ、Ｂが、接合材膜８０を用いて、集電部材３００の一対の固定部３１０、３１０にそれぞれ接合・固定される（この過程については、後述する）。その後、各セル１００の所定の位置に集電部材４００を組み付けるなどの処理を経て、上述した片持ちスタック構造体が完成する。

なお、上述した例では、各セル１００の一端部が支持板２１０にそれぞれ接合・支持された後に、隣接するセル１００、１００のベース部材Ｂ、Ｂが集電部材３００の一対の固定部３１０、３１０とそれぞれ接合・固定されているが、隣接するセル１００、１００のベース部材Ｂ、Ｂが集電部材３００の一対の固定部３１０、３１０とそれぞれ接合・固定された後に、各セル１００の一端部が支持板２１０にそれぞれ接合・支持されてもよい。

以下、各集電部材３００の固定部３１０と、対応するセル１００のベース部材Ｂとの接合について、図２７を参照しながら説明する。図２７は、集電部材３００の固定部３１０とベース部材Ｂとの接合部分における、図２８に示す何れかの切断線に沿う断面（ｘ−ｚ平面に平行な平面）の一部を示す。

図２７の上図に示すように、先ず、セル１００のベース部材Ｂの表面（接合面。本例では、平面）の接合箇所に、接合材膜８０用のペーストの膜が、塗布、印刷法等を用いて形成される。なお、接合材膜８０用のペーストの膜は、集電部材３００の固定部３１０の接合箇所に形成されてもよいし、ベース部材Ｂの表面の接合箇所及び集電部材３００の固定部３１０の接合箇所にそれぞれ形成されてもよい。このペースト膜の厚さ（合計）は２０〜５００μｍである。なお、このペースト膜に代えて、ペースト膜と同じ材料で構成されたテープが上記接合箇所に貼り付けられてもよい。

次に、集電部材３００の固定部３１０がペースト膜の上面に所定の荷重で押し付けられる。これにより、図２７の中図に示すように、ペースト膜の表面における「開口部３１２に対応するそれぞれの部分」及び「固定部３１０の周縁部に対応する部分」が、上方（ｚ軸負方向）に盛り上がる。この結果、図２７に示す例では、集電部材３００の固定部３１０の全体がペースト膜に埋設される。換言すれば、固定部３１０の底面（本例では、平面）、固定部３１０の周縁部の外側面３１０ｓ、及び、固定部３１０に設けられた各開口部３１２の内側面３１２ｓ、のそれぞれの全域が、ペースト膜に覆われる。なお、集電部材３００の固定部３１０の厚さ方向の一部分（下側部分）のみがペースト膜に埋設されてもよい。この場合、固定部３１０の底面（本例では、平面）の全域、固定部３１０の周縁部の外側面３１０ｓの下側部分のみ、及び、固定部３１０に設けられた各開口部３１２の内側面３１２ｓの下側部分のみが、ペースト膜に覆われる。

そして、図２７の下図に示すように、集電部材３００の固定部３１０が埋設されたペースト膜が焼成（温度：８００〜１０００℃（好ましくは８５０℃）、時間：１ｈｒ）されて、接合材膜８０となる。この結果、各集電部材３００の固定部３１０と、対応するベース部材Ｂとが、接合材膜８０を介して接合・固定され、隣接するセル１００、１００のそれぞれが、対応するセル間空間に配置された集電部材３００によって、接合材膜８０を介して電気的に接続される。

この「接合体」では、集電部材３００の固定部３１０が接合体膜８０に埋設されることによって、固定部３１０の底面、固定部３１０の周縁部の外側面３１０ｓ、並びに、各開口部３１２の内側面３１２ｓのそれぞれの全域が接合材膜８０に覆われている。従って、固定部３１０の底面のみが接合材膜８０の表面に接触する構成（即ち、固定部３１０が接合材膜８０に埋設されない構成）と比べて、集電部材３００と接合材膜８０との間の接触面積が大きくなり、集電部材３００と接合材膜８０との接合部位における電気抵抗を小さくすることができる。

（開口部の内側面と接合材膜との界面における剥離の抑制）
上述した「開口部が設けられた集電部材の固定部が接合材膜に埋設された構成」を採用する場合、接合材膜８０用のペーストの焼成時等において、集電部材３００の固定部３１０に設けられた開口部３１２の内側面３１２ｓと接合材膜８０との界面に剥離が発生し易い場合があった。

ここで、図２７の下図の一部拡大図である図２９及び図３０に示すように、「開口部３１２の内側面３１２ｓが接合材膜８０に覆われる高さ（固定部３１０の厚さ方向（ｚ軸方向）の距離）（ｍｍ）」を「Ｔ」とし、「固定部３１０の厚さ方向（ｚ軸方向）に沿う開口部３１２の断面における、開口部３１２の内側面３１２ｓの接合材膜８０に覆われる部分に対応する線の道程（ｍｍ）」を「Ｓ」とする。

図２９は、集電部材３００の固定部３１０の全体が接合材膜８０に埋設された場合の一例を示し、図３０は、集電部材３００の固定部３１０の下側部分のみが接合材膜８０に埋設された場合の一例を示している。図２９に示すように、集電部材３００の固定部３１０の全体が接合材膜８０に埋設された場合には、開口部３１２の内側面３１２ｓの全域が接合材膜８０に覆われる。この場合、値Ｔは、集電部材３００の固定部３１０の厚さ（板厚）と等しくなる。図３０に示すように、集電部材３００の固定部３１０の下側部分のみが接合材膜８０に埋設された場合には、開口部３１２の内側面３１２ｓの下側部分のみが接合材膜８０に覆われる。この場合、値Ｔは、集電部材３００の固定部３１０の厚さ（板厚）より小さくなる。

図２９及び図３０に示す断面図において、道程Ｓは、開口部３１２の内側面３１２ｓにおける接合材膜８０に覆われる部分に対応する線（内側面３１２ｓに対応する線における、図中にて高さＴに対応する範囲内の部分）の、微細なうねり（凹凸）までを考慮して得られる長さである。道程Ｓは、例えば、図２９及び図３０に示すような断面の拡大率が３０倍の画像に対して画像解析を行うことによって、その画像にて確認できる微細なうねり（凹凸）を考慮した値（道筋の長さ）として算出され得る。

本発明者は、上述した「開口部の内側面３１２ｓと接合材膜８０との界面での剥離」の問題に対処するために種々の実験等を重ねた。その結果、本発明者は、係る剥離の発生は、値「Ｓ／Ｔ」と強い相関があることを見出した。以下、このことを確認した試験Ａについて説明する。

（試験Ａ）
試験Ａでは、図２７に示す手順に従って接合された「集電部材の固定部とベース部材との接合体」と同等の接合体について、集電部材（の固定部）の材料、接合材膜の材料、及び、値「Ｓ／Ｔ」、の組み合わせが異なる複数のサンプルが作製された。具体的には、表１に示すように、１５種類の水準（組み合わせ）が準備された。各水準に対して１０個のサンプル（Ｎ＝１０）が作製された。

各サンプルについて、ベース部材としては、Ｌａ（Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｕ）Ｏ_３からなる直方体の部材が使用された。ベース部材の気孔率は、２５〜５０％であった。集電部材の固定部の形状としては、図２１に示す固定部３１０（６本の開口部３１２を含む）と同等の形状が採用された。集電部材の固定部の形状（開口部を含む）は、ワイヤ放電加工によって形成された。固定部全体の平面形状は、１４ｍｍ×４９ｍｍの長方形であった。各開口部の幅Ｈ２（ｍｍ）及び長さＨ３（ｍｍ）、並びに、隣接する開口部の間隔Ｈ１（ｍｍ）（図２１を参照）は、それぞれ、１ｍｍ、４３ｍｍ、１ｍｍであった。集電部材の固定部の厚さは、０．５〜０．６ｍｍであった。各サンプルにおいて、集電部材の固定部の全体が接合材膜に埋設されていた。従って、「高さＴ」は、集電部材の固定部の「厚さ」と一致する。

各サンプルについて、集電部材の固定部の「厚さ」（＝「高さＴ」）としては、「図２８に示す１０本の切断線に沿う固定部のそれぞれの断面（ｘ−ｚ平面に平行な平面）の任意の位置において得られるそれぞれの値（１０個の値）の平均値」が採用された。開口部の内側面の「道程Ｓ」としては、「図２８に示す１０本の切断線に沿う固定部のそれぞれの断面（ｘ−ｚ平面に平行な平面）に含まれる任意の開口部の任意の位置において前記断面を３０倍に拡大した画像に基づいて得られるそれぞれの値（１０個の値）の平均値」が採用された。厚さＴに対する道程Ｓの調整（値Ｓ／Ｔの調整）は、ワイヤ放電加工における放電エネルギーを調整することによってなされた。具体的には、放電エネルギーが大きいほど、値Ｓ（従って、値「Ｓ／Ｔ」）が大きくなる。

各サンプル（集電部材の固定部とベース部材との接合体）の接合は、図２７に示した手順を経て行われた。図２７の上図に示す接合材膜用のペーストの膜の厚さは３０〜３００μｍであった。ペーストの焼成は、８００〜１０００℃（好ましくは８５０℃）で、１ｈｒに亘って行われた。焼成後の接合材膜の気孔率は、２０〜５０％であった。各サンプルについて、図２７の下図のように、固定部の底面（平面）、固定部の周縁部の外側面、及び、固定部に設けられた各開口部の内側面、のそれぞれの全域が、接合材膜（焼成膜）に覆われていた。固定部の底面とベース部材の表面との距離は０．１〜０．５ｍｍであった。

表１から理解できるように、値「Ｓ／Ｔ」が１．０２より小さい、又は、１．３１より大きいと、「開口部の内側面と接合材膜との界面での剥離」が発生し易く、値「Ｓ／Ｔ」が１．０２〜１．３１の範囲内であると、前記剥離が発生し難い、ということができる。値「Ｓ／Ｔ」が１．０２より小さいと、内側面と接合材膜との接合界面におけるアンカー効果が十分に得られないため剥離が発生しやすくなるものと考えられる。また、値「Ｓ／Ｔ」が１．３１よりも大きいと、内側面と接合材膜との接合界面に空隙が残りやすいため剥離が発生しやすくなるものと考えられる。以上より、値「Ｓ／Ｔ」は１．０２〜１．３１の範囲内であることが好ましい。なお、各サンプルにおける値「Ｓ／Ｔ」の標準偏差は、０．１以内である。

ところで、図２９及び図３０に示すように、開口部の内側面では、実際には、微細なうねり（凹凸）が不可避的に発生する。具体的には、断面を３０倍に拡大した画像において、開口部は、接合材膜に覆われている部分において少なくとも一部がベース部材から離れるに連れて径が大きくなっている。このうねりの存在に起因して、開口部の内側面と接合材膜との界面では、図２９及び図３０に示すように、開口部の内側面と接合材膜とが接触しない部分が発生し得る。ここで、開口部の内側面と接合材膜との界面の「接合率」（％）を、「高さＴ」に対する、「開口部の断面における開口部の内側面の接合材膜に覆われる部分（図中にて、高さＴに対応する範囲）に対応する線上において開口部の内側面と接合材膜とが接触している複数の部分の固定部の厚さ方向の長さの合計」の割合、とする。「接合率」は、例えば、図２９及び図３０に示すような断面の拡大率が３０倍の画像に対して画像解析を行うことによって、その画像にて確認できる「開口部の内側面と接合材膜との接触部分、及び、非接触部分」のそれぞれの長さに基づいて算出され得る。

本発明者は、前記「開口部の内側面と接合材膜との界面での剥離」の発生が、上記値「Ｓ／Ｔ」のみならず、上記「接合率」とも強い相関があることを見出した。以下、このことを確認した試験Ｂについて説明する。

（試験Ｂ）
試験Ｂでは、試験Ａと同様の接合体について、集電部材（の固定部）の材料、接合材膜の材料、値「Ｓ／Ｔ」、及び「接合率（％）」、の組み合わせが異なる複数のサンプルが作製された。具体的には、表２示すように、１５種類の水準（組み合わせ）が準備された。各水準に対して１０個のサンプル（Ｎ＝１０）が作製された。

試験Ｂにおいて各サンプルに使用された各部材の形状、材料等は、試験Ａの場合と同じである。試験Ｂでは、値「Ｓ／Ｔ」が１．０２〜１．３１の範囲内で調整された。各サンプルについて、「接合率」としては、試験Ａと同様、「図２８に示す１０本の切断線に沿う固定部のそれぞれの断面（ｘ−ｚ平面に平行な平面）に含まれる任意の開口部の任意の位置において前記断面を３０倍に拡大した画像に基づいて得られるそれぞれの値（１０個の値）のうちの最大値」が採用された。「接合率」の調整は、接合材用のペーストの粘度を調整することによってなされる。具体的には、ペーストの粘度が小さいほど「接合率」が大きくなる。

試験Ｂでは、作製された各サンプル（焼成体）に対して、過酷な熱サイクル試験（温度範囲：常温〜８００℃、昇温速度：２時間、降温速度：４時間の条件で、１０サイクル）が実施された。

表２から理解できるように、値「Ｓ／Ｔ」が１．０２〜１．３１の範囲内にある場合において、「接合率」が２１％より小さい、又は、９５％より大きいと、「開口部の内側面と接合材膜との界面での剥離」が発生し易く、「接合率」が２１〜９５（％）の範囲内であると、前記剥離が発生し難い、ということができる。以上より、値「Ｓ／Ｔ」が１．０２〜１．３１の範囲内であると前記剥離が発生し難く、更に、「接合率」が２１〜９５（％）の範囲内であると前記剥離がより一層発生し難くなる、ということができる。接合率が２１％よりも小さいと、内側面と接合材膜との接触不足のために十分な強度が得られず剥離が発生し易くなるものと考えられる。また、「接合率」が９５％よりも大きいと、接合材膜の熱膨張係数と集電部材の熱膨張係数との差の影響を強く受けるため剥離が発生しやすくなるものと考えられる。すなわち、上述した一定の割合で未接合部が存在することによって、接合時の歪を解消することができ、ひいては、内側面と接合材膜との境界での剥離が発生し難くなるものと考えられる。

以上より、上述したスタック構造体の実施形態では、前記剥離が発生する可能性を低減する上で、隣接するセル１００、１００のそれぞれについて、集電部材３００の固定部３１０とベース部材Ｂとの一対の接合部分の少なくとも一方において、値「Ｓ／Ｔ」が１．０２〜１．３１の範囲内（であり、且つ、「接合率」が２１〜９５（％）の範囲内）であることが好適であり、前記一対の接合部分の両方において、値「Ｓ／Ｔ」が１．０２〜１．３１の範囲内（であり、且つ、「接合率」が２１〜９５（％）の範囲内）であることがより好ましい。

上述した試験Ａ、Ｂのそれぞれの結果は、セル１００が平板状であり（ベース部材Ｂの表面が平面であり）、且つ、集電部材３００の固定部３１０が平板状の場合に対応するが、セル１００が円筒状であり（従って、ベース部材Ｂの表面が円筒面の一部であり）、且つ、集電部材３００の固定部３１０が前記円筒面に沿う薄い曲面板状であっても、同様の結果が得られることが既に確認されている。また、上述した試験Ａ、Ｂのそれぞれの結果は、集電部材３００の固定部３１０の全体が接合材膜８０に埋設された場合に対応するが、集電部材３００の固定部３１０の下側部分のみが接合材膜８０に埋設された場合であっても、同様の結果が得られることが既に確認されている。

本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態では、「接合体」によって接合される対象となるＳＯＦＣセルとして「横縞型」のＳＯＦＣセル（１つのセルに複数の発電部が設けられたセル）が採用されているが、「接合体」によって接合される対象となるＳＯＦＣセルとして「縦縞型」のＳＯＦＣセルが採用されてもよい。「縦縞型」のＳＯＦＣセルは、複数のＳＯＦＣセル（１つのセルに１つの発電部が設けられたセル）がセルの厚さ方向に積層されたスタック構造を有する。

また、上記実施形態では、本発明に係る「接合体」として、複数のＳＯＦＣセルのスタック構造体におけるセルと集電部材との接続部分が採用されているが、本発明に係る「接合体」として、単独で存在するＳＯＦＣセルと集電部材との接続部分が採用されてもよい。

また、図３１に示すように、集電部材３００は、コーティング膜３１０ｂを有していてもよい。具体的には、集電部材３００の固定部３１０は、固定部本体部３１０ａとコーティング膜３１０ｂとを有する。コーティング膜３１０ｂは、固定部本体部３１０ａの両面を覆うとともに、固定部本体部３１０ａの開口部の内側面３１２ａを覆っている。この内側面３１２ａを覆うコーティング膜３１０ｂが、固定部３０の開口部３１２の内側面３１２ｓを画定する。コーティング膜３１０ｂは、例えば、ＭｎＣｏ_２Ｏ_４、（Ｌａ、Ｓｒ）ＭｎＯ３又は、ＺｎＯなどから形成することができる。コーティング膜３１０ｂは、例えば厚さ３〜３０μｍ程度である。

集電部材３００がコーティング膜３１０ｂを有する場合、高さＴは、コーティング膜３１０ｂと接合材膜８０との境界面を基準とした高さである。すなわち、厚さ方向において、接合材膜８０と固定部３１０との間に位置するコーティング膜３１０ｂの厚さは高さＴに含まれる。なお、コーティング膜３１０ｂと接合材膜８０とが同じ材質である場合は、例えば、コーティング膜３１０ｂと接合材膜８０の気孔率とが異なることを利用して、コーティング膜３１０ｂと接合材膜８０とを区別することができる。一般的には、コーティング膜３１０ｂの気孔率は、接合材膜８０の気孔率よりも小さい。このため、気孔率の異なる位置をコーティング膜３１０ｂと接合材膜８０との境界面とすることができる。例えば、気孔率が１０％以上異なる位置を境界面とすることができる。

また、集電部材３００がコーティング膜３１０ｂを有する場合、道程Ｓは、固定本体部３１０ａの開口部の内側面３１２ａ上を覆うコーティング膜３１０ｂ上における接合材膜８０に覆われた部分に対応する線の道程である。

１０…支持基板、１１…燃料ガス流路、２０…燃料極、３０…インターコネクタ、４０…固体電解質膜、５０…反応防止膜、６０…空気極、７０…空気極集電膜、８０…接合材膜、３００…集電部材、３１０…固定部、３１２…開口部、３１２ｓ…内側面、Ａ…発電素子部、Ｂ…ベース部材

Claims (4)

1. 燃料極、電解質膜、及び空気極、を含む燃料電池の発電部と、
   板状部分を有し、金属で構成された集電部材と、
   前記燃料極及び前記空気極の何れか一つ、又は、前記燃料極及び前記空気極の何れか一つと電気的に接続された電子伝導性を有する導電部材、であるベース部材と前記板状部分との間に介在する、電子伝導性を有する接合材料からなる接合材膜と、
   を備え、
   前記接合材膜は、前記板状部分が前記ベース部材における前記板状部分に向いた表面に沿って延在するように、且つ、前記ベース部材と前記板状部分とが電気的に接続されるように、前記ベース部材と前記板状部分とを接合し、
   前記板状部分は、前記板状部分の厚さ方向に貫通する開口部を有し、
   前記板状部分が前記接合材膜に埋設されることによって、前記板状部分の周縁部の外側面、及び、前記開口部の内側面は、前記接合材膜に覆われており、
   前記開口部の内側面が前記接合材膜に覆われる高さ（Ｔ）に対する、前記板状部分の厚さ方向に沿う前記開口部の断面の拡大率が３０倍の画像に基づいて得られる、前記開口部の内側面における前記接合材膜に覆われた部分に対応する線の道程（Ｓ）、の割合（Ｓ／Ｔ）は、１．０２〜１．３１である、
   接合体。
   
2. 請求項１に記載の接合体において、
   前記開口部の内側面が前記接合材膜に覆われる高さ（Ｔ）に対する、前記開口部の断面の拡大率が３０倍の画像に基づいて得られる、前記開口部の内側面における前記接合材膜に覆われた部分に対応する線上において前記開口部の内側面と前記接合材膜とが接触している複数の部分の前記板状部分の厚さ方向の長さの合計、の割合である接合率は、２１〜９５％である、接合体。
   
3. 燃料極、電解質膜、及び空気極を含む燃料電池の第１発電部と、
   燃料極、電解質膜、及び空気極を含む燃料電池の第２発電部と、
   第１板状部分、第２板状部分、及び前記第１、第２板状部分を連結する連結部、を有し、金属で構成された集電部材と、
   前記第１発電部の前記燃料極及び前記空気極の何れか一つ、又は、前記第１発電部の前記燃料極及び前記空気極の何れか一つと電気的に接続された電子伝導性を有する導電部材、である第１ベース部材と前記集電部材の第１板状部分との間に介在する、電子伝導性を有する接合材料からなる第１接合材膜と、
   前記第２発電部の前記燃料極及び前記空気極の何れか一つ、又は、前記第２発電部の前記燃料極及び前記空気極の何れか一つと電気的に接続された電子伝導性を有する導電部材、である第２ベース部材と前記集電部材の第２板状部分との間に介在する、電子伝導性を有する接合材料からなる第２接合材膜と、
   を備え、
   前記第１接合材膜は、前記第１板状部分が前記第１ベース部材における前記第１板状部分に向いた表面に沿って延在するように、且つ、前記第１ベース部材と前記第１板状部分とが電気的に接続されるように、前記第１ベース部材と前記第１板状部分とを接合し、
   前記第２接合材膜は、前記第２板状部分が前記第２ベース部材における前記第２板状部分に向いた表面に沿って延在するように、且つ、前記第２ベース部材と前記第２板状部分とが電気的に接続されるように、前記第２ベース部材と前記第２板状部分とを接合し、
   前記第１板状部分は、前記第１板状部分の厚さ方向に貫通する第１開口部を有し、
   前記第１板状部分が前記第１接合材膜に埋設されることによって、前記第１板状部分の周縁部の外側面、及び、前記第１開口部の内側面は、前記第１接合材膜に覆われており、
   前記第１開口部の内側面が前記第１接合材膜に覆われる高さ（Ｔ）に対する、前記第１板状部分の厚さ方向に沿う前記第１開口部の断面の拡大率が３０倍の画像に基づいて得られる、前記第１開口部の内側面における前記第１接合材膜に覆われた部分に対応する線の道程（Ｓ）、の割合（Ｓ／Ｔ）は、１．０２〜１．３１であり、
   前記第２板状部分は、前記第２板状部分の厚さ方向に貫通する第２開口部を有し、
   前記第２板状部分が前記第２接合材膜に埋設されることによって、前記第２板状部分の周縁部の外側面、及び、前記第２開口部の内側面は、前記第２接合材膜に覆われており、
   前記第２開口部の内側面が前記第２接合材膜に覆われる高さ（Ｔ）に対する、前記第２板状部分の厚さ方向に沿う前記第２開口部の断面の拡大率が３０倍の画像に基づいて得られる、前記第２開口部の内側面における前記第２接合材膜に覆われた部分に対応する線の道程（Ｓ）、の割合（Ｓ／Ｔ）は、１．０２〜１．３１である、
   接合体。
   
4. 請求項３に記載の接合体において、
   前記第１開口部の内側面が前記第１接合材膜に覆われる高さ（Ｔ）に対する、前記第１開口部の断面の拡大率が３０倍の画像に基づいて得られる、前記第１開口部の内側面における前記第１接合材膜に覆われた部分に対応する線上において前記第１開口部の内側面と前記第１接合材膜とが接触している複数の部分の前記第１板状部分の厚さ方向の長さの合計、の割合である第１接合率は、２１〜９５％であり、
   前記第２開口部の内側面が前記第２接合材膜に覆われる高さ（Ｔ）に対する、前記第２開口部の断面の拡大率が３０倍の画像に基づいて得られる、前記第２開口部の内側面における前記第２接合材膜に覆われた部分に対応する線上において前記第２開口部の内側面と前記第２接合材膜とが接触している複数の部分の前記第２板状部分の厚さ方向の長さの合計、の割合である第２接合率は、２１〜９５％である、接合体。