(57)【要約】【課題】燃料電池の製造効率を向上させる。【解決手段】燃料電池用フレームは、カソード側セパレータとアノード側セパレータと発電体とを有する燃料電池に用いられる。燃料電池用フレームは、カソード側セパレータに接する第１セパレータ側接着層を有する、熱可塑性樹脂製の第１フレーム部と、アノード側セパレータに接する第２セパレータ側接着層を有する、熱可塑性樹脂製の第２フレーム部と、を備える。【選択図】図３
2014225335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソード側セパレータと、アノード側セパレータと、前記カソード側セパレータと前記アノード側セパレータとに挟まれた発電体と、を有する燃料電池に用いられる、燃料電池用フレームであって、
前記カソード側セパレータに接する第１セパレータ側接着層を有する、熱可塑性樹脂製の第１フレーム部と、
前記アノード側セパレータに接する第２セパレータ側接着層を有する、熱可塑性樹脂製の第２フレーム部と、
を備える、燃料電池用フレーム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池用フレームにおいて、さらに、
前記第１フレーム部と前記第２フレーム部とに挟まれ、前記発電体の周縁部と接する第３フレーム部を備え、
前記第１フレーム部と前記第３フレーム部とのうち、少なくとも一方に、前記第１フレーム部と前記第３フレーム部とを接着するための第１のフレーム部間接着層が形成され、
前記第２フレーム部と前記第３フレーム部とのうち、少なくとも一方に、前記第２フレーム部と前記第３フレーム部とを接着するための第２のフレーム部間接着層が形成されている、燃料電池用フレーム。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池用フレームにおいて、
前記第１のフレーム部間接着層の溶融温度は、前記第１セパレータ側接着層の溶融温度よりも低い、燃料電池用フレーム。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の燃料電池用フレームにおいて、
前記第３フレーム部は、前記第１フレーム部と前記第２フレーム部と前記第３フレーム部との積層方向に沿って積層された熱可塑性樹脂製の複数のサブフレームからなり、
前記複数のサブフレームのうち、少なくとも１つのサブフレームには、隣接するサブフレームと接着するための第１のサブフレーム間接着層が形成され、
前記第１のサブフレーム間接着層の溶融温度は、前記第１のフレーム部間接着層の溶融温度よりも低い、燃料電池用フレーム。
【請求項５】
請求項２から請求項４までのいずれか一項に記載の燃料電池用フレームにおいて、
前記第２のフレーム部間接着層の溶融温度は、前記第２セパレータ側接着層の溶融温度よりも低い、燃料電池用フレーム。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料電池用フレームにおいて、
前記第３フレーム部は、前記第１フレーム部と前記第２フレーム部と前記第３フレーム部との積層方向に沿って積層された熱可塑性樹脂製の複数のサブフレームからなり、
前記複数のサブフレームのうち、少なくとも１つのサブフレームには、隣接するサブフレームと接着するための第２のサブフレーム間接着層が形成され、
前記第２のサブフレーム間接着層の溶融温度は、前記第２のフレーム部間接着層の溶融温度よりも低い、燃料電池用フレーム。
【請求項７】
請求項２に記載の燃料電池用フレームにおいて、
前記第１のフレーム部間接着層のレーザー光吸収率は、前記第１セパレータ側接着層のレーザー光吸収率よりも高い、燃料電池用フレーム。
【請求項８】
請求項７に記載の燃料電池用フレームにおいて、
前記第３フレーム部は、前記第１フレーム部と前記第２フレーム部と前記第３フレーム部との積層方向に沿って積層された熱可塑性樹脂製の複数のサブフレームからなり、
前記複数のサブフレームのうち、少なくとも１つのサブフレームには、隣接するサブフレームと接着するための第３サブフレーム間接着層が形成され、
前記第３サブフレーム間接着層のレーザー光吸収率は、前記第１のフレーム部間接着層のレーザー光吸収率よりも高い、燃料電池用フレーム。
【請求項９】
請求項２から請求項８までのいずれか一項に記載の燃料電池用フレームにおいて、
前記第２のフレーム部間接着層のレーザー光吸収率は、前記第２セパレータ側接着層のレーザー光吸収率よりも高い、燃料電池用フレーム。
【請求項１０】
請求項９に記載の燃料電池用フレームにおいて、
前記第３フレーム部は、前記第１フレーム部と前記第２フレーム部と前記第３フレーム部との積層方向に沿って積層された熱可塑性樹脂製の複数のサブフレームからなり、
前記複数のサブフレームのうち、少なくとも１つのサブフレームには、隣接するサブフレームと接着するための第４サブフレーム間接着層が形成され、
前記第４サブフレーム間接着層のレーザー光吸収率は、前記第２のフレーム部間接着層のレーザー光吸収率よりも高い、燃料電池用フレーム。
【請求項１１】
請求項２に記載の燃料電池用フレームにおいて、
前記第１セパレータ側接着層のレーザー光吸収率は、前記第１のフレーム部間接着層のレーザー光吸収率よりも高い、燃料電池用フレーム。
【請求項１２】
請求項２に記載の燃料電池用フレームにおいて、
前記第２セパレータ側接着層のレーザー光吸収率は、前記第２のフレーム部間接着層のレーザー光吸収率よりも高い、燃料電池用フレーム。
【請求項１３】
請求項２から請求項１２までのいずれか一項に記載の燃料電池用フレームにおいて、
前記第１のフレーム部間接着層は、前記第１フレーム部に形成されている、燃料電池用フレーム。
【請求項１４】
請求項２から請求項１３までのいずれか一項に記載の燃料電池用フレームにおいて、
前記第２のフレーム部間接着層は、前記第２フレーム部に形成されている、燃料電池用フレーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に用いられるフレームに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池として、ＭＥＧＡ（Membrane Electrode and Gas Diffusion Layer Assembly）やＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）などの発電体と、発電体の周縁部を取り囲むフレームと、発電体およびフレームとを挟む２つのセパレータとを備える燃料電池が用いられている（特許文献１，２）。また、燃料電池に用いられるフレームとして、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂製のフレームが用いられている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１４６８７２号公報
【特許文献２】特開２００７−１４１７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池用フレームとして、熱硬化性樹脂製のフレームを用いる場合、フレームの製造工程において金型を用いた射出成形が行われる。この射出成形では、樹脂を硬化させるために、長い時間（数十秒から１５分程度）加熱および加圧を行わなくてはならないため、燃料電池の製造効率が低いという問題があった。また、硬化完了後には、フレームとセパレータとを接着させるための接着剤を、フレームに塗布する作業を要するため、燃料電池の製造効率が低いという問題があった。これらの問題を解決するために、燃料電池の製造ラインを複数設けると、燃料電池の製造コストの上昇を招くという問題があった。そのほか、従来の燃料電池または燃料電池用フレームについて、低コスト化、製造時における省電力化、製造の容易化等が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、燃料電池用フレームが提供される。この燃料電池装置は、カソード側セパレータと、アノード側セパレータと、前記カソード側セパレータと前記アノード側セパレータとに挟まれた発電体と、を有する燃料電池に用いられる、燃料電池用フレームであって、前記カソード側セパレータに接する第１セパレータ側接着層を有する、熱可塑性樹脂製の第１フレーム部と、前記アノード側セパレータに接する第２セパレータ側接着層を有する、熱可塑性樹脂製の第２フレーム部と、を備える。この形態の燃料電池装置用フレームによれば、熱可塑性樹脂製の第１フレーム部と、熱可塑性樹脂製の第２フレーム部とを有するので、各フレーム部（第１フレーム部と第２フレーム部）を、熱可塑性樹脂の溶融押し出しにより形成できる。したがって、燃料電池用フレームの製造時において、加工時間の長い加熱および加圧工程を省略することができる。また、第１フレーム部と第２フレーム部とが熱可塑性樹脂で形成されているので、カソード側セパレータとアノード側セパレータと発電体と燃料電池用フレームとを組み付けて全体を加熱することにより、カソード側セパレータと第１フレーム部との接着、およびアノード側セパレータと第２フレーム部との接着を同時に行うことができる。したがって、燃料電池用フレームの製造時間を短縮できるので、燃料電池の製造効率を向上できる。
【０００７】
（２）上記燃料電池装置用フレームにおいて、さらに、前記第１フレーム部と前記第２フレーム部とに挟まれ、前記発電体の周縁部と接する第３フレーム部を備え、前記第１フレーム部と前記第３フレーム部とのうち、少なくとも一方に、前記第１フレーム部と前記第３フレーム部とを接着するための第１のフレーム部間接着層が形成され、前記第２フレーム部と前記第３フレーム部とのうち、少なくとも一方に、前記第２フレーム部と前記第３フレーム部とを接着するための第２のフレーム部間接着層が形成されていてもよい。この形態の燃料電池装置用フレームによれば、少なくとも３つのフレーム部の多層構造を有するので、発電体の周縁部が複雑な形状を有していても、各フレーム部において発電体に対応する部分の形状を単純化することができる。このため、各フレーム部を容易に製造できる。
【０００８】
（３）上記燃料電池用フレームにおいて、前記第１のフレーム部間接着層の溶融温度は、前記第１セパレータ側接着層の溶融温度よりも低くてもよい。この形態の燃料電池装置用フレームによれば、カソード側セパレータと、アノード側セパレータと、発電体と、燃料電池用フレームが組み付けられた状態において加熱した際に、他の接着層に比べてより内部に位置する第１のフレーム部間接着層を溶融させ易くできる。したがって、第１フレーム部と第３フレーム部との間の接着性を向上できる。
【０００９】
（４）上記燃料電池用フレームにおいて、前記第３フレーム部は、前記第１フレーム部と前記第２フレーム部と前記第３フレーム部との積層方向に沿って積層された熱可塑性樹脂製の複数のサブフレームからなり、前記複数のサブフレームのうち、少なくとも１つのサブフレームには、隣接するサブフレームと接着するための第１のサブフレーム間接着層が形成され、前記第１のサブフレーム間接着層の溶融温度は、前記第１のフレーム部間接着層の溶融温度よりも低くてもよい。この形態の燃料電池装置用フレームによれば、カソード側セパレータと、アノード側セパレータと、発電体と、燃料電池用フレームが組み付けられた状態において加熱した際に、他の接着層に比べてより内部に位置する第１のサブフレーム間接着層を溶融させ易くできる。したがって、複数のサブフレームのうち、少なくとも互いに隣接する１組のサブフレーム間の接着性を向上できる。
【００１０】
（５）上記燃料電池用フレームにおいて、前記第２のフレーム部間接着層の溶融温度は、前記第２セパレータ側接着層の溶融温度よりも低くてもよい。この形態の燃料電池装置用フレームによれば、カソード側セパレータと、アノード側セパレータと、発電体と、燃料電池用フレームが組み付けられた状態において加熱した際に、他の接着層に比べてより内部に位置する第２のフレーム部間接着層を溶融させ易くできる。したがって、第２フレーム部と第３フレーム部との間の接着性を向上できる。
【００１１】
（６）上記燃料電池用フレームにおいて、前記第３フレーム部は、前記第１フレーム部と前記第２フレーム部と前記第３フレーム部との積層方向に沿って積層された熱可塑性樹脂製の複数のサブフレームからなり、前記複数のサブフレームのうち、少なくとも１つのサブフレームには、隣接するサブフレームと接着するための第２のサブフレーム間接着層が形成され、前記第２のサブフレーム間接着層の溶融温度は、前記第２のフレーム部間接着層の溶融温度よりも低くてもよい。この形態の燃料電池装置用フレームによれば、カソード側セパレータと、アノード側セパレータと、発電体と、燃料電池用フレームが組み付けられた状態において加熱した際に、他の接着層に比べてより内部に位置する第２のサブフレーム間接着層を溶融させ易くできる。したがって、複数のサブフレームのうち、少なくとも互いに隣接する１組のサブフレーム間の接着性を向上できる。
【００１２】
（７）上記燃料電池用フレームにおいて、前記第１のフレーム部間接着層のレーザー光吸収率は、前記第１セパレータ側接着層のレーザー光吸収率よりも高くてもよい。この形態の燃料電池装置用フレームによれば、燃料電池用フレームが積層された状態においてレーザー照射した際に、他の接着層に比べてより内部に位置する第１のフレーム部間接着層を溶融させ易くできる。したがって、第１フレーム部と第３フレーム部との間の接着性を向上できる。
【００１３】
（８）上記燃料電池用フレームにおいて、前記第３フレーム部は、前記第１フレーム部と前記第２フレーム部と前記第３フレーム部との積層方向に沿って積層された熱可塑性樹脂製の複数のサブフレームからなり、前記複数のサブフレームのうち、少なくとも１つのサブフレームには、隣接するサブフレームと接着するための第３サブフレーム間接着層が形成され、前記第３サブフレーム間接着層のレーザー光吸収率は、前記第１のフレーム部間接着層のレーザー光吸収率よりも高くてもよい。この形態の燃料電池装置用フレームによれば、発電体と燃料電池用フレームが組み付けられた状態においてレーザー照射した際に、他の接着層に比べてより内部に位置する第３サブフレーム間接着層を溶融させ易くできる。したがって、複数のサブフレームのうち、少なくとも互いに隣接する１組のサブフレーム間の接着性を向上できる。
【００１４】
（９）上記燃料電池用フレームにおいて、前記第２のフレーム部間接着層のレーザー光吸収率は、前記第２セパレータ側接着層のレーザー光吸収率よりも高くてもよい。この形態の燃料電池装置用フレームによれば、発電体と燃料電池用フレームが組み付けられた状態においてレーザー照射した際に、他の接着層に比べてより内部に位置する第２のフレーム部間接着層を溶融させ易くできる。したがって、第２フレーム部と第３フレーム部との間の接着性を向上できる。
【００１５】
（１０）上記燃料電池用フレームにおいて、前記第３フレーム部は、前記第１フレーム部と前記第２フレーム部と前記第３フレーム部との積層方向に沿って積層された熱可塑性樹脂製の複数のサブフレームからなり、前記複数のサブフレームのうち、少なくとも１つのサブフレームには、隣接するサブフレームと接着するための第４サブフレーム間接着層が形成され、前記第４サブフレーム間接着層のレーザー光吸収率は、前記第２のフレーム部間接着層のレーザー光吸収率よりも高くてもよい。この形態の燃料電池装置用フレームによれば、発電体と燃料電池用フレームが組み付けられた状態においてレーザー照射した際に、他の接着層に比べてより内部に位置する第４サブフレーム間接着層を溶融させ易くできる。したがって、複数のサブフレームのうち、少なくとも互いに隣接する１組のサブフレーム間の接着性を向上できる。
【００１６】
（１１）上記燃料電池用フレームにおいて、前記第１セパレータ側接着層のレーザー光吸収率は、前記第１のフレーム部間接着層のレーザー光吸収率よりも高くてもよい。この形態の燃料電池装置用フレームによれば、カソード側セパレータに第１フレーム部を接合するために、第１フレーム部の外表面（カソード側セパレータと接しない側の表面）からレーザー光を照射する場合に、第１セパレータ側接着層においてレーザー光を吸収させることができる。このため、カソード側セパレータと第１フレーム部とを接合させることができる。
【００１７】
（１２）上記燃料電池用フレームにおいて、前記第２セパレータ側接着層のレーザー光吸収率は、前記第２のフレーム部間接着層のレーザー光吸収率よりも高くてもよい。この形態の燃料電池装置用フレームによれば、アノード側セパレータに第２フレーム部を接合するために、第２フレーム部の外表面（アノード側セパレータと接しない側の表面）からレーザー光を照射する場合に、第２セパレータ側接着層においてレーザー光を吸収させることができる。このため、アノード側セパレータと第２フレーム部とを接合させることができる。
【００１８】
（１３）上記燃料電池用フレームにおいて、前記第１のフレーム部間接着層は、前記第１フレーム部に形成されていてもよい。この形態の燃料電池装置用フレームによれば、第１フレーム部は、両方の端面側に接着層（第１セパレータ側接着層および第１のフレーム部間接着層）を有するので、一方の端面側にのみ接着層を有する構成に比べて、層の特性の相違に起因する反り（クリープ）の発生を抑制できる。
【００１９】
（１４）上記燃料電池用フレームにおいて、前記第２のフレーム部間接着層は、前記第２フレーム部に形成されていてもよい。この形態の燃料電池装置用フレームによれば、第２フレーム部は、両方の端面側に接着層（第２セパレータ側接着層および第２のフレーム部間接着層）を有するので、一方の端面側にのみ接着層を有する構成に比べて、層の特性の相違に起因する反り（クリープ）の発生を抑制できる。
【００２０】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、燃料電池や、燃料電池システムや、燃料電池が搭載された車両や、燃料電池用フレームの製造方法等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の燃料電池用フレームを適用した燃料電池を示す分解斜視図である。
【図２】図１に示すＭＥＧＡフレーム２００の分解斜視図である。
【図３】周縁フレーム２０５の構造を示す分解斜視図である。
【図４】燃料電池１００の部分断面図である。
【図５】周縁フレーム２０５を構成する各フレームの接合箇所を拡大して示す説明図である。
【図６】燃料電池１００の製造手順を示すフローチャートである。
【図７】カソード側フレーム部２０１の製造工程の一部を模式的に示す説明図である。
【図８】第２実施形態の燃料電池１００ａの部分断面図を示す。
【図９】第２実施形態の周縁フレーム２０５ａを構成する各フレームの接合箇所を拡大して示す説明図である。
【図１０】第２実施形態における燃料電池の製造手順を示すフローチャートである。
【図１１】第３実施形態の周縁フレーム２０５ｂを構成する各フレームの接合箇所を拡大して示す説明図である。
【図１２】第３実施形態における燃料電池の製造手順を示すフローチャートである。
【図１３】第４実施形態の周縁フレーム２０５ｃを構成する各フレームの接合箇所を拡大して示す説明図である。
【図１４】第４実施形態における燃料電池の製造手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
Ａ．実施形態：
Ａ１．装置構成：
図１は、本発明の燃料電池用フレームを適用した燃料電池を示す分解斜視図である。燃料電池１００は、カソード側セパレータ３００と、アノード側セパレータ４００と、ＭＥＧＡフレーム２００とからなる積層体を複数備え、これら複数の積層体が積層された構造を有する。なお、図１では、図示の便宜上、１組の積層体のみ表している。燃料電池１００は、いわゆる固体高分子型燃料電池であり、燃料ガスとして供給される水素ガスと、酸化剤ガスとして供給される空気とを用いて発電を行う。また、燃料電池１００内には、冷却媒体としての水が循環され、燃料電池１００内の温度が、発電に適切な温度に調整される。
【００２３】
燃料電池１００は、酸化剤ガス供給マニホールド２１と、酸化剤ガス排出マニホールド２２と、燃料ガス供給マニホールド３１と、燃料ガス排出マニホールド３２と、冷却媒体供給マニホールド４１と、冷却媒体排出マニホールド４２とを備えている。各マニホールド２１、２２、３１、３２、４１、４２は、いずれも、積層体の積層方向（Ｚ軸方向）に沿って燃料電池１００の内部に形成された貫通孔である。なお、「Ｚ軸方向」とは、＋Ｚ方向と−Ｚ方向との両方の方向を意味する。図１に示すように、ＭＥＧＡフレーム２００と、カソード側セパレータ３００と、アノード側セパレータ４００には、積層方向に沿って見て互いに同じ位置に、厚み方向に形成された貫通孔を有している。これらの貫通孔が積層方向に重なることにより、前述の各マニホールド２１、２２、３１、３２、４１、４２が形成されている。
【００２４】
図１に示すように、カソード側セパレータ３００は、矩形の平面視形状を有する薄い板状の部材である。カソード側セパレータ３００は、導電性を有する基材により形成されている。導電性を有する基材として、例えば、ステンレスやカーボン等を用いてもよい。カソード側セパレータ３００は、ＭＥＧＡフレーム２００の＋Ｚ方向に位置し、ＭＥＧＡフレーム２００と接している。なお、図示は省略しているが、カソード側セパレータ３００の＋Ｚ方向には、アノード側セパレータ４００と同じ構成を有するアノード側セパレータが配置されており、カソード側セパレータ３００は、かかるアノード側セパレータと接している。
【００２５】
カソード側セパレータ３００は、酸化剤ガス供給マニホールド形成部３２１と、酸化剤ガス排出マニホールド形成部３２２と、燃料ガス供給マニホールド形成部３３１と、燃料ガス排出マニホールド形成部３３２と、冷却媒体供給マニホールド形成部３４１と、冷却媒体排出マニホールド形成部３４２とを備えている。各マニホールド形成部３２１、３２２、３３１、３３２、３４１、３４２は、いずれも、厚さ方向（Ｚ軸方向）に形成された貫通孔である。また、カソード側セパレータ３００の一方の面（ＭＥＧＡフレーム２００と対向する面）には、多数のリブ３５１が形成されている。各リブ３５１は、カソード側セパレータ３００の長手方向（Ｘ軸方向）に沿って延設され、Ｙ軸方向に沿って等間隔に並んで配置されている。このリブ３５１は、後述するように、酸化剤ガス流路を形成するために用いられる。なお、図示は省略しているが、カソード側セパレータ３００の他方の面（図示しないアノード側セパレータと対向する面）にも、多数のリブが形成されている。このリブは、リブ３５１と同様にＸ軸方向に沿って延設され、Ｙ軸方向に沿って等間隔に並んで配置されている。かかるリブは、後述するように、冷却媒体流路を形成するために用いられる。
【００２６】
アノード側セパレータ４００は、矩形の平面視形状を有する薄い板状の部材である。アノード側セパレータ４００は、カソード側セパレータ３００と同様に、導電性を有する基材により形成されている。アノード側セパレータ４００は、ＭＥＧＡフレーム２００の−Ｚ方向に位置し、ＭＥＧＡフレーム２００と接している。なお、図示は省略しているが、アノード側セパレータ４００の−Ｚ方向には、カソード側セパレータ３００と同じ構成を有するカソード側セパレータが配置されており、アノード側セパレータ４００は、かかるカソード側セパレータと接している。
【００２７】
アノード側セパレータ４００は、酸化剤ガス供給マニホールド形成部４２１と、酸化剤ガス排出マニホールド形成部４２２と、燃料ガス供給マニホールド形成部４３１と、燃料ガス排出マニホールド形成部４３２と、冷却媒体供給マニホールド形成部４４１と、冷却媒体排出マニホールド形成部４４２とを備えている。各マニホールド形成部４２１、４２２、４３１、４３２、４４１、４４２は、いずれも、厚さ方向（Ｚ軸方向）に形成された貫通孔である。また、アノード側セパレータ４００の一方の面（図示しないカソード側セパレータと対向する面）には、多数のリブ４５１が形成されている。各リブ４５１は、アノード側セパレータ４００の長手方向（Ｘ軸方向）に沿って延設され、Ｙ軸方向に沿って等間隔に並んで配置されている。リブ４５１は、後述するように、冷却媒体流路を形成するために用いられる。
【００２８】
図２は、図１に示すＭＥＧＡフレーム２００の分解斜視図である。ＭＥＧＡフレーム２００は、ＭＥＧＡ（Membrane Electrode and Gas Diffusion Layer Assembly）２１０と、周縁フレーム２０５とを備えている。ＭＥＧＡ２１０は、電解質膜１０と、カソード側触媒層１１ｃと、アノード側触媒層１１ａと、カソード側ガス拡散層１２ｃと、アノード側ガス拡散層１２ａとを備えている。カソード側触媒層１１ｃおよびアノード側触媒層１１ａは、電解質膜１０を挟んで配置されている。カソード側ガス拡散層１２ｃは、カソード側触媒層１１ｃ上に配置されている。アノード側ガス拡散層１２ａは、アノード側触媒層１１ａ上に配置されている。
【００２９】
電解質膜１０は、固体高分子材料、例えばパーフルオロカーボンスルホン酸を備えるフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性を有するイオン交換膜を用いて構成されており、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。カソード側触媒層１１ｃおよびアノード側触媒層１１ａは、いずれも白金や白金合金等の触媒を担持した触媒担持カーボンを含んでいる。カソード側ガス拡散層１２ｃおよびアノード側ガス拡散層１２ａは、いずれも多孔質の拡散層用基材で構成されている。このような拡散層用基材として、例えば、カーボンペーパーやカーボンクロスやガラス状カーボン等のカーボン多孔質体や、金属メッシュや発泡金属等の金属多孔質体を用いることができる。
【００３０】
周縁フレーム２０５は、熱可塑性樹脂で形成され、図２に示すように矩形の平面視形状を有する。周縁フレーム２０５は、酸化剤ガス供給マニホールド形成部２２１と、酸化剤ガス排出マニホールド形成部２２２と、燃料ガス供給マニホールド形成部２３１と、燃料ガス排出マニホールド形成部２３２と、冷却媒体供給マニホールド形成部２４１と、冷却媒体排出マニホールド形成部２４２とを備えている。各マニホールド形成部２２１、２２２、２３１、２３２、２４１、２４２は、いずれも、厚さ方向（Ｚ軸方向）に形成された貫通孔である。また、周縁フレーム２０５は、中央部分にＭＥＧＡ配置部２５４を備えている。ＭＥＧＡ配置部２５４は、厚さ方向（Ｚ軸方向）に形成された貫通孔であり、図１に示すようにＭＥＧＡ２１０が配置される。ＭＥＧＡ配置部２５４の周縁部（内壁部分）には、段差部２５５が配置されている。ＭＥＧＡ配置部２５４において、段差部２５５を挟んで−Ｚ方向の開口面積は、段差部２５５を挟んで＋Ｚ方向の開口面積に比べて大きい。周縁フレーム２０５は、段差部２５５を利用して、アノード側フレーム部２１４に固定される。
【００３１】
図３は、周縁フレーム２０５の構造を示す分解斜視図である。図３に示すように、周縁フレーム２０５は、カソード側フレーム部２０１と、中間フレーム部２０２と、アノード側フレーム部２０３とが、Ｚ軸方向に積層された構造を有する。これらの３つのフレーム部２０１、２０２および２０３は、いずれも矩形の平面視形状を有する熱可塑性樹脂製の薄板部材である。カソード側フレーム部２０１と中間フレーム部２０２とは、互いに接着されている。また、中間フレーム部２０２とアノード側フレーム部２０３とは、互いに接着されている。
【００３２】
本実施形態では、周縁フレーム２０５を、熱可塑性樹脂の複数のフレーム部（薄板部材）の積層構造とすることにより、周縁フレーム２０５を溶融押出成形により形成するようにしている。これにより、周縁フレーム２０５の製造時間を、熱硬化性樹脂の射出成形を採用する構成に比べて短縮化することができる。
【００３３】
カソード側フレーム部２０１は、酸化剤ガス供給マニホールド形成部５２１と、酸化剤ガス排出マニホールド形成部５２２と、燃料ガス供給マニホールド形成部５３１と、燃料ガス排出マニホールド形成部５３２と、冷却媒体供給マニホールド形成部５４１と、冷却媒体排出マニホールド形成部５４２とを備えている。各マニホールド形成部５２１、５２２、５３１、５３２、５４１、５４２は、いずれも、厚さ方向（Ｚ軸方向）に形成された貫通孔である。また、カソード側フレーム部２０１は、中央部分に酸化剤ガス流通部５１４を備えている。酸化剤ガス流通部５１４は、ＭＥＧＡ固定部２１４の＋Ｚ方向に位置する。酸化剤ガス流通部５１４は、酸化剤ガス供給マニホールド形成部５２１および酸化剤ガス排出マニホールド形成部５２２と接続されている。酸化剤ガス流通部５１４は、酸化剤ガス供給マニホールド形成部５２１から供給された酸化剤ガスを、ＭＥＧＡ２１０に供給し、また、カソード側オフガスを酸化剤ガス排出マニホールド形成部５２２に導く。
【００３４】
中間フレーム部２０２は、酸化剤ガス供給マニホールド形成部６２１と、酸化剤ガス排出マニホールド形成部６２２と、燃料ガス供給マニホールド形成部６３１と、燃料ガス排出マニホールド形成部６３２と、冷却媒体供給マニホールド形成部６４１と、冷却媒体排出マニホールド形成部６４２とを備えている。各マニホールド形成部６２１、６２２、６３１、６３２、６４１、６４２は、いずれも、厚さ方向（Ｚ軸方向）に形成された貫通孔である。また、中間フレーム部２０２は、中央部分にＭＥＧＡ固定部６１４を備えている。ＭＥＧＡ固定部６１４は、前述の段差部２５５を有している。ＭＥＧＡ固定部６１４には、ＭＥＧＡ２１０が嵌め合わされる。ＭＥＧＡ固定部６１４において、段差部２５５よりも−Ｚ方向の領域のＺ軸方向の長さは、ＭＥＧＡ２１０のアノード或いはカソードのＺ軸方向の長さとほぼ同じである。
【００３５】
アノード側フレーム部２０３は、酸化剤ガス供給マニホールド形成部７２１と、酸化剤ガス排出マニホールド形成部７２２と、燃料ガス供給マニホールド形成部７３１と、燃料ガス排出マニホールド形成部７３２と、冷却媒体供給マニホールド形成部７４１と、冷却媒体排出マニホールド形成部７４２とを備えている。各マニホールド形成部７２１、７２２、７３１、７３２、７４１、７４２は、いずれも、厚さ方向（Ｚ軸方向）に形成された貫通孔である。また、アノード側フレーム部２０３は、中央部分に燃料ガス流通部７１４を備えている。燃料ガス流通部７１４は、ＭＥＧＡ固定部２１４の−Ｚ方向に位置する。燃料ガス流通部７１４は、燃料ガス供給マニホールド形成部７３１および燃料ガス排出マニホールド形成部７３２と接続されている。燃料ガス流通部７１４は、燃料ガス供給マニホールド形成部７３１から供給された燃料ガスを、ＭＥＧＡ２１０に供給し、また、アノード側オフガスを燃料ガス排出マニホールド形成部７３２に導く。
【００３６】
図４は、燃料電池１００の部分断面図である。図４では、図１に示すＡ−Ａ断面のうち、酸化剤ガス供給マニホールド２１の近傍の断面を示している。
【００３７】
図４に示すように、アノード側セパレータ４００において、カソード側セパレータ３００と対向する面には、リブ４５１が、Ｘ軸方向に沿って延設されている。カソード側セパレータ３００において、アノード側セパレータ４００と対向する面には、リブ３６１が、Ｘ軸方向に沿って延設されている。アノード側セパレータ４００のリブ４５１と、カソード側セパレータ３００のリブ３６１とは互いにＺ軸方向に接して配置されている。このため、アノード側セパレータ４００とカソード側セパレータ３００との間には、互いに接するリブ４５１及びリブ３６１により仕切られた、Ｘ軸方向に延びる空間１５０が形成されている。かかる空間は、冷却媒体流路として用いられる。
【００３８】
図４に示すように、カソード側セパレータ３００において、冷却媒体供給マニホールド形成部３４１の周囲には、シール部８０１および壁部３７０が配置されている。シール部８０１は、空間１５０を流れる冷却媒体（水）が、冷却媒体供給マニホールド形成部３４１から漏洩することを抑制する。シール部８０１としては、例えば、シリコンゴムやフッ素ゴム等により構成することができる。壁部３７０は、シール部８０１の位置ずれを防止すると共に、冷却媒体の漏洩を抑制する。壁部３７０は、カソード側セパレータ３００の一部として形成することもでき、また、カソード側セパレータ３００とは別の部材として構成することもできる。なお、図１では、図示の便宜上、シール部８０１および壁部３７０は省略している。
【００３９】
図４に示すように、カソード側セパレータ３００とＭＥＧＡフレーム２００との間には、酸化剤ガス流路３５２が形成されている。この酸化剤ガス流路３５２は、カソード側フレーム部２０１の酸化剤ガス流通部５１４と、カソード側セパレータ３００のリブ３５１と、ＭＥＧＡフレームのカソード側ガス拡散層１２ｃとで囲まれた空間と、カソード側フレーム部２０１の酸化剤ガス流通部５１４と、カソード側セパレータ３００のリブ３５１と、中間フレーム部２０２の段差部２５５とで囲まれた空間とからなる。なお、図示は省略しているが、カソード側セパレータ３００とＭＥＧＡ２００との間には、Ｙ軸方向に略等間隔で並んだ複数の酸化剤ガス流路３５２が形成されている。この酸化剤ガス流路３５２には、酸化剤ガス供給マニホールド２１から供給された空気が導入される。また、酸化剤ガス流路３５２は、ＭＥＧＡ２００から排出されたカソード側オフガス（反応に用いられなかった余剰空気を含む）を、酸化剤ガス排出マニホールド２２へと排出する。
【００４０】
図３に示すように、カソード側フレーム部２０１において、酸化剤ガス供給マニホールド形成部５２１と酸化剤ガス流通部５１４とは連通している。このため、図４に示すように、カソード側フレーム部２０１において酸化剤ガス供給マニホールド２１（酸化剤ガス供給マニホールド形成部５２１）の内部側（−Ｘ方向側）には、樹脂層が存在しない。したがって、ＭＥＧＡ２００において酸化剤ガス供給マニホールド２１よりも内部側では、周縁フレーム２０５は、二層になっている。これに対して、ＭＥＧＡフレーム２００において酸化剤ガス供給マニホールド２１の外側（＋Ｘ方向側）は三層になっている。
【００４１】
図４に示すように、ＭＥＧＡフレーム２００の周縁部は、段差形状を有している。具体的には、カソード側触媒層１１ｃおよびカソード側ガス拡散層１２ｃのＸＹ平面の面積は、電解質膜１０、アノード側触媒層１１ａ、およびアノード側ガス拡散層１２ａのＸＹ平面の面積に比べて小さい。したがって、図４に示すように、カソード側触媒層１１ｃおよびカソード側ガス拡散層１２ｃのＸ軸方向の長さは、電解質膜１０、アノード側触媒層１１ａ、およびアノード側ガス拡散層１２ａのＸ軸方向の長さに比べて短い。このように、ＭＥＧＡフレーム２００の周縁部を段差形状とすることにより、アノード側の端部とカソード側の端部との間の距離を長くして、短絡を抑制している。
【００４２】
図４に示すように、アノード側セパレータ４００において、ＭＥＧＡ２００と対向する面には、Ｘ軸方向に延設された図示しない多数のリブが、Ｙ軸方向に沿って略等間隔に並んで配置されている。この図示しないリブと、ＭＥＧＡ２００のアノード側ガス拡散層１２ａとが接することにより、ＭＥＧＡフレーム２００と、アノード側セパレータ４００との間には、Ｘ軸方向に略等間隔で並んだ複数の燃料ガス流路４５２が形成されている。かかる燃料ガス流路４５２は、図示しないリブと、アノード側ガス拡散層１２ａと、アノード側フレーム部２０３の燃料ガス流通部７１４とにより構成されている。燃料ガス流路４５２には、燃料ガス供給マニホールド３１から供給された燃料ガスが導入される。また、燃料ガス流路４５２は、ＭＥＧＡ２００から排出されたアノード側オフガス（反応に用いられなかった余剰燃料ガスを含む）を、燃料ガス排出マニホールド３２へと排出する。
【００４３】
図５は、周縁フレーム２０５を構成する各フレーム部２０１、２０２、２０３の接合箇所を拡大して示す説明図である。図５に示すように、中間フレーム部２０２は単一の層で構成されている。これに対して、カソード側フレーム部２０１およびアノード側フレーム部２０３は、それぞれ三層構造を有する。
【００４４】
具体的には、カソード側フレーム部２０１は、第１接着層２０１ａと、中間層２０１ｂと、第２接着層２０１ｃとが、Ｚ軸方向に並んだ構成を有している。なお、各層の平面視形状は互いに同じである。第１接着層２０１ａは、中間フレーム部２０２と接している。第１接着層２０１ａは、カソード側フレーム部２０１と中間フレーム部２０２とを接合（接着）する。中間層２０１ｂは、第１接着層２０１ａと第２接着層２０１ｃとに挟まれている。第２接着層２０１ｃは、カソード側セパレータ３００と接している。第２接着層２０１ｃは、カソード側フレーム部２０１（ＭＥＧＡフレーム２００）とカソード側セパレータ３００とを接合（接着）する。
【００４５】
同様に、アノード側フレーム部２０３は、第１接着層２０３ａと、中間層２０３ｂと、第２接着層２０３ｃとが、Ｚ軸方向に並んだ構成を有している。なお、各層の平面視形状は、互いに同じである。第１接着層２０３ａは、中間フレーム部２０２と接している。第１接着層２０３ａは、アノード側フレーム部２０３と中間フレーム部２０２とを接合（接着）する。中間層２０３ｂは、第１接着層２０３ａと第２接着層２０３ｃとに挟まれている。第２接着層２０３ｃは、アノード側セパレータ４００と接している。第２接着層２０３ｃは、アノード側フレーム部２０３（ＭＥＧＡフレーム２００）とアノード側セパレータ４００とを接合（接着）する。
【００４６】
第１実施形態では、カソード側フレーム部２０１を構成する各層２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃの溶融温度が互いに異なる。具体的には、第１接着層２０１ａの溶融温度ＴｍＡと、中間層２０１ｂの溶融温度ＴｍＢと、第２接着層２０１ｃの溶融温度ＴｍＣとは、以下の式（１）の関係を満たす。
【００４７】
ＴｍＡ＜ＴｍＣ＜ＴｍＢ  ・・・（１）
【００４８】
なお、カソード側フレーム部２０１の第１接着層２０１ａと、アノード側フレーム部２０３の第１接着層２０３ａとは、互いに同じ基材で形成されている。同様に、カソード側フレーム部２０１の中間層２０１ｂとアノード側フレーム部２０３の中間層２０３ｂとは、互いに同じ基材で形成されている。同様に、カソード側フレーム部２０１の第２接着層２０１ｃとアノード側フレーム部２０３の第２接着層２０３ｃとは、互いに同じ基材で形成されている。したがって、アノード側フレーム部２０３を構成する各層２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃの溶融温度（ＴｍＡ，ＴｍＢ，ＴｍＣ）は、上記式（１）と同じ関係を満たす。
【００４９】
このように、カソード側フレーム部２０１およびアノード側フレーム部２０３において、中間フレーム部２０２と接する第１接着層２０１ａ，２０３ａの溶融温度を、カソード側セパレータ３００またはアノード側セパレータ４００と接する第２接着層２０１ｃ，２０３ｃの溶融温度よりも小さくすることにより、後述する燃料電池１００の製造処理を実行した場合に、燃料電池の製造時間を短縮することができる。なお、上述した各層間の溶融温度の制御方法については、後述する。
【００５０】
周縁フレーム２０５は、請求項における燃料電池用フレームに相当する。また、ＭＥＧＡ２１０は請求項における発電体に、カソード側フレーム部２０１は請求項における第１フレーム部に、アノード側フレーム部２０３は請求項における第２フレーム部に、中間フレーム部２０２は請求項における第３フレーム部に、第２接着層２０１ｃは請求項における第１セパレータ側接着層に、第１接着層２０１ａは請求項における第１のフレーム部間接着層に、第２接着層２０３ｃは請求項における第２セパレータ側接着層に、第１接着層２０３ａは請求項における第２のフレーム部間接着層に、それぞれ相当する。
【００５１】
Ａ２．燃料電池の製造：
図６は、燃料電池１００の製造手順を示すフローチャートである。まず、カソード側フレーム部２０１と、中間フレーム部２０２の基体と、アノード側フレーム部２０３とを、溶融押出成形により製造する（ステップＳ１０５）。
【００５２】
図７は、カソード側フレーム部２０１の製造工程の一部を模式的に示す説明図である。第１実施形態では、ステップＳ１０５における溶融押出成形を実現するために、３つの溶融押出機５１，５２，および５３と、ダイヘッド７０とを用いる。３つの溶融押出機５１〜５３の構成は、公知の溶融押出機の構成と同じであるので、説明を省略する。溶融押出機５１は、パイプ５４によりダイヘッド７０と接続されている。同様に、溶融押出機５２はパイプ５５により、溶融押出機５３はパイプ５６により、それぞれダイヘッド７０に接続されている。ダイヘッド７０は、各溶融押出機５１〜５３から押出された基材を三層構造のシート状の基材８０として排出する。具体的には、基材８０は、第１層８０ａと、第二層８０ｂと、第三層８０ｃとを有する。第１層８０ａは、前述の第１接着層２０１ａに相当する。第二層８０ｂは、前述の中間層２０１ｂに相当する。第三層８０ｃは、前述の第２接着層２０１ｃに相当する。
【００５３】
ここで、３つの溶融押出機５１〜５３には、互いに異なる融点の熱可塑性樹脂のペレットが投入される。具体的には、溶融押出機５１には、融点の比較的低い熱可塑性樹脂のペレット６１が投入される。ペレット６１としては、例えば、ポリ塩化ビニルのペレットを採用してもよい。また、溶融押出機５２には、融点が比較的高い熱可塑性樹脂のペレット６２が投入される。ペレット６２としては、例えば、ポリエチレンテレフタレートのペレットを採用してもよい。また、溶融押出機５３には、融点が中程度の熱可塑性樹脂のペレット６３が投入される。ペレット６３としては、例えば、ポリカーボネイトのペレットを採用してもよい。なお、上述した熱可塑性樹脂の具体例（ポリ塩化ビニル，ポリエチレンテレフタレート，ポリカーボネイト）は、一例に過ぎず、他の任意の熱可塑性樹脂を採用してもよい。また、接着層に相当する第１層８０ａおよび第三層８０ｃを押出す溶融押出機５１、５３には、熱可塑性樹脂のペレットに加えて、接着性を有する樹脂を投入してもよい。接着性を有する樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレートにカルボン酸などの極性基を変性させて導入して得られた樹脂を用いてもよい。
【００５４】
前述のようにして得られたシート状の基材８０を、ローラーで圧延して各フレーム部２０１、２０２、２０３の大きさに切断する。次に、切断された基材を各マニホールド形成部および酸化剤ガス流通部５１４等に相当する貫通孔を打ち抜き加工により形成する。このようにして、カソード側フレーム部２０１が得られる。
【００５５】
上述のように、基材８０を構成する各層８０ａ、８０ｂ、８０ｃは、いずれも熱可塑性樹脂により形成されているため、基材８０の製造、圧延、切断、および打ち抜き加工に要する時間は短い。これは、熱硬化性樹脂を用いた射出成形により形成する場合に比べて、比較的長い時間を要する加熱および加圧工程を省略できるからである。
【００５６】
なお、アノード側フレーム部２０３は、前述のカソード側フレーム部２０１と同様にして製造することができる。中間フレーム部２０２は、３つの溶融押出機５１〜５３のうち、溶融押出機５２のみを用いる点が異なり、他の手順は前述のカソード側フレーム部２０１の手順と同様にして、製造することができる。
【００５７】
図６に示すように、ステップＳ１０５で得られた中間フレーム部２０２の基体に段差部２５５を形成し、中間フレーム部２０２を製造する（ステップＳ１１０）。ステップＳ１１０は、例えば、中間フレーム部２０２の基体の中央部分に形成された貫通孔の周りを圧縮成形することにより実現してもよい。また、この圧縮成形により内側（貫通孔側）にはみ出た基材は、改めて打ち抜き加工することにより取り除くことができる。
【００５８】
ステップＳ１１０で得られた中間フレーム部２０２にＭＥＧＡ２１０を配置し、中間フレーム部２０２とＭＥＧＡ２１０とを接合する（ステップＳ１１５）。図４に示すように、ＭＥＧＡ２１０におけるアノード側の周縁部は、カソード側の周縁部に比べて縁方向（外側）に突出している。そこで、ステップＳ１１５では、かかる突出した部分が中間フレーム部２０２の段差部２５５に載置されるように、ＭＥＧＡ２１０が中間フレーム部２０２に配置される。ステップＳ１１５における接合としては、例えば、加熱による接合や、接着剤による接合を採用してもよい。
【００５９】
ＭＥＧＡ２１０が配置された中間フレーム部２０２を、ステップＳ１０５で得られたカソード側フレーム部２０１およびアノード側フレーム部２０３で挟む（ステップＳ１２０）。
【００６０】
ＭＥＧＡフレーム２００を挟むように、カソード側セパレータ３００とアノード側セパレータ４００とを積層して、燃料電池１００の元となる積層体を形成する（ステップＳ１２５）。このとき、隣接するカソード側セパレータ３００とアノード側セパレータ４００との間に、シール部８０１を配置する。
【００６１】
ステップＳ１２５で得られた積層体全体を加熱する（ステップＳ１３０）。このとき、積層体全体の温度が、第２接着層２０１ｃ，２０３ｃの溶融温度ＴｍＣよりも高い温度となるように加熱する。この加熱により、周縁フレーム２０５のカソード側フレーム部２０１において、第２接着層２０１ｃが溶融し、隣接するカソード側セパレータ３００と接着する。また、カソード側フレーム部２０１において、第１接着層２０１ａが溶融し、隣接する中間フレーム部２０２と接着する。同様に、前述の加熱により、周縁フレーム２０５のアノード側フレーム部２０３において、第２接着層２０３ｃが溶融し、隣接するアノード側セパレータ４００と接着する。また、アノード側フレーム部２０３において、第１接着層２０３ａが溶融し、隣接する中間フレーム部２０２と接着する。
【００６２】
図５に示すように、第１接着層２０１ａ，２０３ａは、第２接着層２０１ｃ，２０３ｃに比べて、周縁フレーム２０５においてより内側に位置しているため、ステップＳ１３０において積層体全体を加熱した場合に、熱が伝えられ難い。しかしながら、第１実施形態の燃料電池１００では、積層体においてより内側に位置する第１接着層２０１ａ，２０３ａの溶融温度を、より外側に位置する第２接着層２０１ｃ，２０３ｃの溶融温度よりも低くなるように構成されている。このため、積層体全体を加熱した際に、第１接着層２０１ａ，２０３ａを溶融させ易くでき、カソード側フレーム部２０１と中間フレーム部２０２との接着性、およびアノード側フレーム部２０３と中間フレーム部２０２との接着性を向上させることができる。
【００６３】
前述のステップＳ１３０が実行された後、各層が接着された積層体の両端に、それぞれ、集電板と、絶縁板と、エンドプレートとがこの順序で重ねられ、両端のエンドプレート同士をテンションプレートにより接続することにより、積層体全体を締結する（ステップＳ１３５）。このようにして、燃料電池１００が完成する。
【００６４】
以上説明した第１実施形態の周縁フレーム２０５は、厚さ方向の形状が比較的単純な形状の複数のフレーム部（カソード側フレーム部２０１、中間フレーム部２０２、アノード側フレーム部２０３）が積層された構造を有する。このため、各フレーム２０１、２０２、２０３を熱可塑性樹脂の溶融押し出しにより形成できるので、各フレーム部２０１、２０２、２０３の製造時において加工時間の長い加熱および加圧工程を省略することができる。また、各フレーム部２０１、２０２、２０３を熱可塑性樹脂で形成するので、積層体全体を加熱することにより、カソード側フレーム部２０１とカソード側セパレータ３００との接着、カソード側フレーム部２０１と中間フレーム部２０２との接着、アノード側フレーム部２０３とアノード側セパレータ４００との接着、およびアノード側フレーム部２０３と中間フレーム部２０２との接着を、同時に行うことができる。したがって、周縁フレーム２０５の製造時間を短縮できるので、燃料電池の製造効率を向上できる。
【００６５】
また、周縁フレーム２０５を構成するカソード側フレーム部２０１およびアノード側フレーム部２０３では、より内側（燃料電池１００の端部からより離れている側）に位置する第１接着層２０１ａ、２０３ａの溶融温度が、より外側（燃料電池１００の端部により近い側）に位置する第２接着層２０１ｃ、２０３ｃの溶融温度よりも低く設定されている。このため、積層体全体を加熱した際に、より内部に位置し、熱が届き難い第１接着層２０１ａ、２０３ａを溶融させ易くできる。したがって、カソード側フレーム部２０１と中間フレーム部２０２との接着性、およびアノード側フレーム部２０３と中間フレーム部２０２との接着性を向上できる。
【００６６】
また、カソード側フレーム部２０１およびアノード側フレーム部２０３において、積層方向の両方の端面側に接着層を設けているので、一方の端面側にのみ接着層を設ける構成に比べて、周縁フレーム２０５の変形を抑制できる。一方の端面側にのみ接着層を設けた場合、カソード側フレーム部２０１およびアノード側フレーム部２０３は、接着層および中間層の二層構造となるため、両層の特性の相違から反り（クリープ）が発生する可能性が高い。これに対して、両方の端面側に接着層を設ける場合、２つの接着層により中間層を挟み込むため、特性の相違がキャンセルされる可能性があり、特性の相違に起因する反りを抑制できる。
【００６７】
Ｂ．第２実施形態：
図８は、第２実施形態の燃料電池１００ａの部分断面図を示す。図８では、図４と同様に、図１に示すＡ−Ａ断面と同じ位置の断面のうち、酸化剤ガス供給マニホールド２１の近傍の断面を示している。図９は、第２実施形態の周縁フレーム２０５ａを構成する各フレームの接合箇所を拡大して示す説明図である。
【００６８】
第２実施形態の燃料電池１００ａは、中間フレーム部２０２に代えて、中間フレーム部２０２ａを備えている点において、第１実施形態の燃料電池１００と異なり、他の構成は、第１実施形態の燃料電池１００と同じである。図８および図９に示すように、中間フレーム部２０２ａは、厚さ方向に積層された２つのサブフレーム（第１サブフレーム２１１および第２サブフレーム２１２）から構成されている。図８に示すように、第１サブフレーム２１１は、ＭＥＧＡ２１０のカソード側触媒層１１ｃおよびカソード側ガス拡散層１２ｃの周縁に配置されている。これに対して、第２サブフレーム２１２は、電解質膜１０、アノード側触媒層１１ａおよびアノード側ガス拡散層１２ａの周縁に配置されている。すなわち、段差部２５５の各段に、第１サブフレーム２１１または第２サブフレーム２１２が配置されている。
【００６９】
図９に示すように、第１サブフレーム２１１は、厚さ方向に積層された２つの層（第３接着層２１１ａおよび主層２１１ｂ）により構成されている。第３接着層２１１ａは、第２サブフレーム２１２と接している。主層２１１ｂは、カソード側フレーム部２０１の第１接着層２０１ａと接している。
【００７０】
第２サブフレーム２１２は、厚さ方向に積層された２つの層（第３接着層２１２ａおよび主層２１２ｂ）により構成されている。第３接着層２１２ａは、第１サブフレーム２１１と接している。主層２１２ｂは、アノード側フレーム部２０３の第１接着層２０３ａと接している。なお、上述した第３接着層２１１ａ、２１２ａは、請求項における第１のサブフレーム間接着層および第２のサブフレーム間接着層に相当する。
【００７１】
主層２１１ｂおよび主層２１２ｂの溶融温度は、中間層２０１ｂおよび中間層２０３ｂの溶融温度ＴｍＢと同じである。第３接着層２１１ａの溶融温度と、第３接着層２１２ａの溶融温度とは、互いに等しい値（ＴｍＤ）である。ここで、各層の溶融温度ＴｍＡ、ＴｍＢ、ＴｍＣ、ＴｍＤは、以下の式（２）の関係を満たす。
【００７２】
ＴｍＤ＜ＴｍＡ＜ＴｍＣ＜ＴｍＢ  ・・・（２）
【００７３】
上記式（２）は、ＴｍＤがＴｍＡよりも小さい点を除き、上記式（１）と同じである。上記式（２）からも理解できるように、第３接着層２１１ａ、２１２ａの溶融温度は、他の接着層の溶融温度ＴｍＡ、ＴｍＣよりも低い。
【００７４】
図１０は、第２実施形態における燃料電池の製造手順を示すフローチャートである。第２実施形態における燃料電池１００ａの製造手順は、ステップＳ１０５に代えてステップＳ１０５ａを実行する点と、ステップＳ１１０に代えてステップＳ１１０ａを実行する点において、図６に示す第１実施形態における燃料電池の製造手順と異なり、他の手順は、第１実施形態における燃料電池の製造手順と同じである。
【００７５】
まず、カソード側フレーム部２０１と、アノード側フレーム部２０３と、第１サブフレーム２１１と、第２サブフレーム２１２とを溶融押出成形により製造する（ステップＳ１０５ａ）。上述したように、第１サブフレーム２１１および第２サブフレーム２１２は、二層構造であるので、例えば、図７に示す３つの溶融押出機のうちの２つの溶融押出機に、互いに異なる融点の熱可塑性樹脂のペレットを投入し、押出により得られた基材の圧延、切断、打ち抜き加工を行って形成することができる。
【００７６】
次に、ステップＳ１０５ａにより得られた第１サブフレーム２１１および第２サブフレーム２１２を重ねることにより、段差部２５５を形成する（ステップＳ１１０ａ）。上述したように、段差部２５５の各段に合わせて第１サブフレーム２１１および第２サブフレーム２１２を形成しているので、第２実施形態では、第１実施形態とは異なり、段差部２５５を圧縮成形する必要はない。その後、上述したステップＳ１２０〜Ｓ１３５が実行されて、燃料電池１００ａが完成する。なお、ステップＳ１３０において、第１サブフレーム２１１の第３接着層２１１ａと、第２サブフレーム２１２の第３接着層２１２ａとが溶解し、互いに接着する。
【００７７】
以上説明した第２実施形態の周縁フレーム２０５ａは、第１実施形態の周縁フレーム２０５と同様な効果を有する。加えて、中間フレーム部２０２ａをＭＥＧＡ２１０の縁の形状（段差部２５５）の形状に合わせて複数層構造（二層構造）としているので、段差部２５５を形成するための圧縮成形の工程を省略できる。
【００７８】
加えて、第３接着層２１１ａ、２１２ａの溶融温度ＴｍＤを、第１接着層２０１ａ、２０３ａの溶融温度ＴｍＡ、および第２接着層２０１ｃ、２０３ｃの溶融温度ＴｍＣよりも低く設定している。このため、積層体全体を加熱した際に、より内部に位置し、熱が届き難い第３接着層２１１ａ、２１２ａを溶融させ易くでき、第１サブフレーム２１１と第２サブフレーム２１２との接着性を向上させることができる。
【００７９】
Ｃ．第３実施形態：
図１１は、第３実施形態の周縁フレーム２０５ｂを構成する各フレームの接合箇所を拡大して示す説明図である。
【００８０】
第３実施形態の燃料電池は、カソード側フレーム部２０１に代えてカソード側フレーム部２１３を備えている点と、アノード側フレーム部２０３に代えてアノード側フレーム部２１４を備えている点とにおいて、第１実施形態の燃料電池１００と異なり、他の構成は、第１実施形態の燃料電池１００と同じである。
【００８１】
図１１に示すように、第３実施形態のカソード側フレーム部２１３は、第１実施形態のカソード側フレーム部２０１と同様に、三層構造を有している。また、第３実施形態のアノード側フレーム部２１４は、第１実施形態のアノード側フレーム部２０３と同様に、三層構造を有している。
【００８２】
カソード側フレーム部２１３は、第１接着層２１３ａと、中間層２１３ｂと、第２接着層２１３ｃとが、Ｚ軸方向に並んだ構成を有している。なお、各層の平面視形状は、互いに同じである。
【００８３】
第３実施形態では、第１接着層２１３ａは、レーザー吸収色素材を含む点において、第１実施形態の第１接着層２０１ａと異なり、他の構成は、第１接着層２０１ａと同じである。中間層２１３ｂは、第１実施形態の中間層２０１ｂと同じ構成であり、第２接着層２１３ｃは、第１実施形態の第２接着層２０１ｃと同じ構成である。したがって、中間層２１３ｂおよび第２接着層２１３ｃは、第１接着層２１３ａとは異なり、レーザー吸収色素材を含んでいない。このため、第３実施形態では、第１接着層２１３ａのレーザー吸収率は、中間層２１３ｂのレーザー吸収率および第２接着層２１３ｃのレーザー吸収率によりも高い。
【００８４】
アノード側フレーム部２１４は、第１接着層２１４ａと、中間層２１４ｂと、第２接着層２１４ｃとが、Ｚ軸方向に並んだ構成を有している。なお、各層の平面視形状は、互いに同じである。
【００８５】
第３実施形態では、第１接着層２１４ａは、レーザー吸収色素材を含む点において、第１実施形態の第１接着層２０３ａと異なり、他の構成は、第１接着層２０３ａと同じである。中間層２１４ｂは、第１実施形態の中間層２０３ｂと同じ構成であり、第２接着層２１４ｃは、第１実施形態の第２接着層２０３ｃと同じ構成である。したがって、中間層２１４ｂおよび第２接着層２１４ｃは、第１接着層２１４ａとは異なり、レーザー吸収色素材を含んでいない。このため、第３実施形態では、第１接着層２１４ａのレーザー吸収率は、中間層２１４ｂのレーザー吸収率および第２接着層２１４ｃのレーザー吸収率によりも高い。
【００８６】
このように、カソード側フレーム部２１３およびアノード側フレーム部２１４において、中間フレーム部２０２と接する第１接着層２１３ａ、２１４ａのレーザー吸収率を、カソード側セパレータ３００またはアノード側セパレータ４００と接する第２接着層２１３ｃ、２１４ｃのレーザー吸収率よりも高くすることにより、燃料電池の製造時間を短縮し、製造効率を向上できる。なお、上述した各層間のレーザー吸収率差の制御方法については、後述する。
【００８７】
図１２は、第３実施形態における燃料電池の製造手順を示すフローチャートである。第３実施形態における燃料電池の製造手順は、ステップＳ１２２を追加して実行する点において、図６に示す第１実施形態における燃料電池の製造手順と異なり、他の手順は、第１実施形態における燃料電池の製造手順と同じである。
【００８８】
第３実施形態のステップＳ１０５において、カソード側フレーム部２１３およびアノード側フレーム部２１４を製造する際に、カソード側フレーム部２１３およびアノード側フレーム部２１４における各層のレーザー吸収率を制御する。例えば、図７に示すような３つの溶融押出機５１〜５３およびダイヘッド７０を用いる場合には、溶融押出機５１（第１接着層２１３ａに相当する層（第１層８０ａ）を成形する押出機）に、熱可塑性樹脂のペレットに加えて、レーザー吸収色素材を含むペレットを投入する。これに対して、溶融押出機５２（中間層２１３ｂに相当する層（第二層８０ｂ）を成形する押出機）および溶融押出機５３（第２接着層２１３ｃに相当する層（第三層８０ｃ）を成形する押出機）には、熱可塑性樹脂のペレットのみ投入し、レーザー吸収色素材は投入しない。第３実施形態では、レーザー吸収色素材として、カーボンブラックを用いる。なお、カーボンブラックに代えて、他の任意の顔料系色素材を用いてもよい。また、顔料系色素材に代えて、または、顔料系色素材に加えて、染料系色素材を用いてもよい。
【００８９】
図１２に示すように、その後、ステップＳ１１０〜Ｓ１２０が実行されてＭＥＧＡフレーム２００の元となる積層体が形成されると、かかる積層体にレーザーを照射することで、３つのフレーム部２１３、２０２および２１４を接合する（ステップＳ１２２）。このとき、積層体端面において、例えば、各種マニホールドの周囲や積層体の周縁部に対して、積層方向に沿ってレーザーを照射する。なお、照射するレーザーとしては、例えば、炭酸ガスレーザーや、ＹＡＧレーザーを用いることができる。
【００９０】
図１１に示すように、第１接着層２１３ａ，２１４ａは、第２接着層２１３ｃ，２１４ｃに比べて、周縁フレーム２０５ｂにおいてより内側に位置している。しかしながら、第１実施形態の燃料電池１００では、より内側に位置する第１接着層２１３ａ，２１４ａのレーザー吸収率を、より外側に位置する第２接着層２１３ｃ，２１４ｃのレーザー吸収率よりも高くなるように構成している。このため、積層体にレーザー照射した際に、レーザー光を、第２接着層２１３ｃ，２１４ｃを透過させて第１接着層２１３ａ，２１４ａにおいて吸収させ、第１接着層２１３ａ，２１４ａを溶融させることができる。したがって、カソード側フレーム部２１３と中間フレーム部２０２との接着性、およびアノード側フレーム部２１４と中間フレーム部２０２との接着性を向上できる。
【００９１】
ステップＳ１２２が実行された後、上述したステップＳ１２５〜Ｓ１３５が実行される。なお、第３実施形態のステップＳ１３０では、周縁フレーム２０５ｃにおける第２接着層２１３ｃおよび第２接着層２１４ｃが溶融され、周縁フレーム２０５ｂとアノード側セパレータ４００とが接合すると共に、周縁フレーム２０５ｂとカソード側セパレータ３００とが接合する。
【００９２】
以上説明した第３実施形態の周縁フレーム２０５ｂは、第１実施形態の周縁フレーム２０５と同様な効果を有する。加えて、周縁フレーム２０５ｂを構成するカソード側フレーム部２１３およびアノード側フレーム部２１４では、より内側（燃料電池の端部からより離れている側）に位置する第１接着層２１３ａ、２１４ａのレーザー吸収率が、より外側（燃料電池の端部により近い側）に位置する第２接着層２１３ｃ、２１４ｃのレーザー吸収率よりも高く設定されている。このため、積層体全体にレーザーを照射した際に、レーザー光を、第２接着層２１３ｃ，２１４ｃを透過させて第１接着層２１３ａ，２１４ａにおいて吸収させ、第１接着層２１３ａ，２１４ａを溶融させることができる。したがって、カソード側フレーム部２１３と中間フレーム部２０２との接着性、およびアノード側フレーム部２１４と中間フレーム部２０２との接着性を向上できる。
【００９３】
Ｄ．第４実施形態：
図１３は、第４実施形態の周縁フレーム２０５ｃを構成する各フレームの接合箇所を拡大して示す説明図である。
【００９４】
第４実施形態の燃料電池は、カソード側フレーム部２０１に代えてカソード側フレーム部２１５を備えている点と、アノード側フレーム部２０３に代えてアノード側フレーム部２１６を備えている点とにおいて、第１実施形態の燃料電池１００と異なり、他の構成は、第１実施形態の燃料電池１００と同じである。
【００９５】
図１３に示すように、第４実施形態のカソード側フレーム部２１５は、第１実施形態のカソード側フレーム部２０１と同様に、三層構造を有している。また、第３実施形態のアノード側フレーム部２１６は、第１実施形態のアノード側フレーム部２０３と同様に、三層構造を有している。
【００９６】
カソード側フレーム部２１５は、第１接着層２１５ａと、中間層２１５ｂと、第２接着層２１５ｃとが、Ｚ軸方向に並んだ構成を有している。なお、各層の平面視形状は、互いに同じである。
【００９７】
第４実施形態では、第２接着層２１５ｃは、レーザー吸収色素材を含む点において、第１実施形態の第１接着層２０１ｃと異なり、他の構成は、第１接着層２０１ｃと同じである。中間層２１５ｂは、第１実施形態の中間層２０１ｂと同じ構成であり、第１接着層２１５ａは、第１実施形態の第１接着層２０１ａと同じ構成である。したがって、中間層２１５ｂおよび第１接着層２１５ａは、第２接着層２１５ｃとは異なり、レーザー吸収色素材を含んでいない。このため、第４実施形態では、第２接着層２１５ｃのレーザー吸収率は、中間層２１５ｂのレーザー吸収率および第１接着層２１５ａのレーザー吸収率よりも高い。
【００９８】
アノード側フレーム部２１６は、第１接着層２１６ａと、中間層２１６ｂと、第２接着層２１６ｃとが、Ｚ軸方向に並んだ構成を有している。なお、各層の平面視形状は、互いに同じである。
【００９９】
第４実施形態では、第２接着層２１６ｃは、レーザー吸収色素材を含む点において、第１実施形態の第２接着層２０３ｃと異なり、他の構成は、第２接着層２０３ｃと同じである。中間層２１６ｂは、第１実施形態の中間層２０３ｂと同じ構成であり、第１接着層２１６ａは、第１実施形態の第１接着層２０３ａと同じ構成である。したがって、中間層２１６ｂおよび第１接着層２１６ａは、第２接着層２１６ｃとは異なり、レーザー吸収色素材を含んでいない。このため、第４実施形態では、第２接着層２１６ｃのレーザー吸収率は、中間層２１６ｂのレーザー吸収率および第１接着層２１６ａのレーザー吸収率によりも高い。
【０１００】
図１４は、第４実施形態における燃料電池の製造手順を示すフローチャートである。第４実施形態における燃料電池の製造手順は、ステップＳ１２５に代えて、ステップＳ１２６およびＳ１２８を実行する点において、図６に示す第１実施形態における燃料電池の製造手順と異なり、他の手順は、第１実施形態における燃料電池の製造手順と同じである。
【０１０１】
第４実施形態のステップＳ１０５では、第３実施形態のステップＳ１０５と同様に、カソード側フレーム部２１５およびアノード側フレーム部２１６を製造する際に、カソード側フレーム部２１５およびアノード側フレーム部２１６における各層のレーザー吸収率を制御する。例えば、図７に示すような３つの溶融押出機５１〜５３およびダイヘッド７０を用いる場合には、溶融押出機５３（第２接着層２１５ｃに相当する層（第三層８０ｃ）を成形する押出機）に熱可塑性樹脂のペレットに加えて、レーザー吸収色素材を含むペレットを投入する。これに対して、溶融押出機５２（中間層２１５ｂに相当する層（第二層８０ｂ）を成形する押出機）および溶融押出機５１（第１接着層２１５ａに相当する層（第１層８０ａ）を成形する押出機）には、熱可塑性樹脂のペレットのみ投入し、レーザー吸収色素材は投入しない。第４実施形態におけるレーザー吸収色素材は、第３実施形態のレーザー吸収色素材と同様にカーボンブラックである。なお、第３実施形態と同様に、カーボンブラックに代えて、他の任意の顔料系色素材を用いてもよい。また、顔料系色素材に代えて、または、顔料系色素材に加えて、染料系色素材を用いてもよい。
【０１０２】
図１４に示すように、第４実施形態の燃料電池の製造手順によると、第１実施形態と同様に、まずステップＳ１０５〜Ｓ１１５が実行される。続いて、カソード側フレーム部２１５とカソード側セパレータ３００とをレーザー溶接すると共に、アノード側フレーム部２１６とアノード側セパレータ４００とをレーザー溶接し、２つのセパレータアセンブリ（接合体）を製造する（ステップＳ１２６）。具体的には、カソード側フレーム部２１５とカソード側セパレータ３００とのレーザー溶接は、第２接着層２１５ｃがカソード側セパレータ３００と接するように、第２接着層２１５ｃとカソード側セパレータ３００とを重ね合わせ、その後、第１接着層２１５ａの外表面からレーザーを照射することにより実行する。上述したように、第１接着層２１５ａにはレーザー吸収色素材が含まれていないのに対して、第２接着層２１５ｃにはレーザー吸収色素材が含まれている。したがって、第１接着層２１５ａの外表面から照射されたレーザーは、第１接着層２１５ａを透過して、第２接着層２１５ｃにおいて吸収される。このため、第２接着層２１５ｃが溶融して、カソード側フレーム部２１５とカソード側セパレータ３００とが溶接される。同様にして、アノード側フレーム部２１６とアノード側セパレータ４００とがレーザー溶接される。すなわち、第１接着層２１６ａの外表面から照射されたレーザーは、第１接着層２１６ａを透過して、第２接着層２１６ｃにおいて吸収される。このため、第２接着層２１６ｃが溶融して、アノード側フレーム部２１６とアノード側セパレータ４００とが溶接される。
【０１０３】
ステップＳ１２６により製造された２つのセパレータアセンブリにより、ステップＳ１１５においてＭＥＧＡ２１０が接合された中間フレーム部２０２を挟み、積層体を形成する（ステップＳ１２８）。その後、上述したステップＳ１３０およびＳ１３５が実行される。第４実施形態のステップＳ１３０では、第１接着層２１５ａおよび第１接着層２１６ａが溶融することにより、２つのセパレータアセンブリと中間フレーム部２０２とが溶接される。
【０１０４】
以上説明した第４実施形態の周縁フレーム２０５ｃは、第１実施形態の周縁フレーム２０５と同様な効果を有する。すなわち、周縁フレーム２０５ｃを、厚さ方向の形状が比較的単純な形状の複数のフレーム部（カソード側フレーム部２１５、中間フレーム部２０２、アノード側フレーム部２１６）が積層された構造とするので、各フレーム部２１５、２０２、２１６を熱可塑性樹脂の溶融押し出しにより形成できる。このため、各フレーム部２１５、２０２、２１６の製造時において加工時間の長い加熱および加圧工程を省略することができる。
【０１０５】
Ｅ．変形例：
Ｅ１．変形例１：
第１実施形態では、カソード側フレーム部２０１と中間フレーム部２０２とを接着するための接着層（第１接着層２０１ａ）は、カソード側フレーム部２０１に形成されており、アノード側フレーム部２０３と中間フレーム部２０２とを接着するための接着層（第１接着層２０３ａ）は、アノード側フレーム部２０３に形成されていたが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、カソード側フレーム部２０１から第１接着層２０１ａを省略し、中間フレーム部２０２において、カソード側フレーム部２０１と接する端面側に接着層を設けてもよい。同様に、アノード側フレーム部２０３から第１接着層２０３ａを省略し、中間フレーム部２０２において、アノード側フレーム部２０３と接する端面側に接着層を設けてもよい。
【０１０６】
また、カソード側フレーム部２０１と中間フレーム部２０２とを接着するための接着層を、カソード側フレーム部２０１および中間フレーム部２０２とは別体として形成することもできる。具体的には、燃料電池の製造処理のステップＳ１１０において、カソード側フレーム部２０１、中間フレーム部２０２およびアノード側フレーム部２０３を、いずれも単層構造となるように形成する。ステップＳ１１０とステップＳ１１５との間において、カソード側フレーム部２０１と中間フレーム部２０２とのうちの少なくとも一方に、接着剤を塗布する。このようにして、カソード側フレーム部２０１と中間フレーム部２０２とを接着させるための接着層を、接着剤により形成することができる。なお、アノード側フレーム部２０３と中間フレーム部２０２とを接着するための接着層も同様にして形成することができる。また、第２実施形態および第３実施形態における各接着層も同様にして形成することができる。
【０１０７】
Ｅ２．変形例２：
第１および第２実施形態では、燃料電池１００，１００ａの元となる積層体全体を加熱していたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図６，１０に示すステップＳ１２０により得られる積層体（カソード側フレーム部２０１と中間フレーム部２０２とアノード側フレーム部２０３とが積層され、中間フレーム部２０２にＭＥＧＡ２１０が配置された構造物）を加熱し、その後ステップＳ１２５以降を実行することもできる。このような構成により、ステップＳ１２０により得られる積層体について検査を行うことができるので、不具合箇所があった場合に容易に特定することができる。したがって、検査を合格した積層体を用いてステップＳ１２５以降の処理を実行でき、完成後の燃料電池における不具合の発生を抑制できる。また、例えば、１つのカソード側セパレータ３００と、１つのＭＥＧＡフレーム２００と、１つのアノード側セパレータ４００とからなる単位積層体（単セル）を形成するごとに、加熱を行ってもよい。このようにすることで、単セル毎に検査を行ってから、燃料電池１００，１００ａの元となる積層体を構成できるので、不具合箇所があった場合に容易に特定することができる。したがって、検査を合格した単セルを用いて燃料電池を構成でき、完成後の燃料電池における不具合の発生を抑制できる。
【０１０８】
Ｅ３．変形例３：
第２実施形態では、第１サブフレーム２１１において、第２サブフレーム２１２と接する端面側にのみ第３接着層２１１ａが形成されていたが、これに代えて、または、これに加えて、カソード側フレーム部２０１と接する端面側に接着層を形成してもよい。同様に、第２サブフレーム２１２において、第１サブフレーム２１１と接する端面側にのみ第３接着層２１２ａが形成されていたが、これに代えて、または、これに加えて、アノード側フレーム部２０３と接する端面側に接着層を形成してもよい。第１サブフレーム２１１および第２サブフレーム２１２において、両端面側に接着層を設ける構成を採用すると、第１実施形態と同様に、第１サブフレーム２１１および第２サブフレーム２１２の反りの発生を抑制できる。
【０１０９】
Ｅ４．変形例４：
第１実施形態では、周縁フレーム２０５は、３つのフレーム部２０１、２０２、２０３により形成されていたが、２つ以上の任意の数のフレーム部により形成してもよい。同様に、第３実施形態では、周縁フレーム２０５ｂは、３つのフレーム部２０２、２１３、２１４により形成されていたが、２つ以上の任意の数のフレーム部により形成してもよい。すなわち、一般には、カソード側セパレータ３００と接する接着層を有する熱可塑性樹脂製のフレーム部と、アノード側セパレータ４００と接する接着層を有する熱可塑性樹脂製のフレーム部とを、少なくとも備える周縁フレームを、本発明の燃料電池用フレームとして採用することができる。
【０１１０】
また、第２実施形態では、中間フレーム部２０２ａは、２つのサブフレーム２１１、２１２により形成されていたが、３つ以上の任意の数のサブフレームにより形成してもよい。
【０１１１】
Ｅ５．変形例５：
各実施形態において、ＭＥＧＡ２１０の形状は、周縁部に段差を有していたが、かかる段差を省略することもできる。この場合、ＭＥＧＡ２１０の形状に合わせて、中間フレーム部２０２の段差部２５５を省略することもできる。
【０１１２】
Ｅ６．変形例６：
第３実施形態では、第１接着層２１３ａ、２１４ａのレーザー吸収率と、第２接着層２１３ｃ、２１４ｃのレーザー吸収率とを異ならせていたが、他の層との間においてもレーザー吸収率を異ならせることもできる。例えば、第４実施形態において、第２実施形態と同様に、中間フレーム部２０２ａを２層構造とする。そして、中間フレーム部２０２ａを構成する２つの層を接着するための第３接着層２１１ａ、２１２ａのレーザー吸収率を、第１接着層２１３ａ、２１４ａのレーザー吸収率と、第２接着層２１３ｃ、２１４ｃのレーザー吸収率と異ならせてもよい。具体的には、第３接着層２１１ａ、２１２ａのレーザー吸収率を、第１接着層２１３ａ、２１４ａのレーザー吸収率、および第２接着層２１３ｃ、２１４ｃのレーザー吸収率よりも高くしてもよい。このような構成により、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、この構成において、第１接着層２１３ａ、２１４ａは、請求項における第３サブフレーム間接着層および第４サブフレーム間接着層に相当する。
【０１１３】
Ｅ７．変形例７：
各実施形態では、ＭＥＧＡ２１０を用いていたが、ＭＥＧＡ２１０に代えて、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）と、ガス拡散層用部材とを用いることもできる。この構成では、燃料電池の製造処理におけるステップＳ１１５よりも前に、ＭＥＡの両端面を、ガス拡散層用部材で挟む工程を実行する。ガス拡散層用部材としては、例えば、エキスパンドメタルや、カーボンペーパーなどを採用してもよい。なお、このような構成においては、ＭＥＡと、ＭＥＡを挟み込む一対のガス拡散層用部材とは、請求項における発電体に相当する。
【０１１４】
Ｅ８．変形例８：
第１実施形態では、各層の溶融温度ＴｍＡ、ＴｍＢ、ＴｍＣおよびＴｍＤが上記式（２）を満たすために、各層を形成する熱可塑性樹脂として、互いに融点が異なる熱可塑性樹脂を用いていたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、いずれの層も同じ種類の熱可塑性樹脂をベースとして、各樹脂の分子量、組成および構造を互いに異ならせることにより、各層の溶融温度ＴｍＡ、ＴｍＢ、ＴｍＣおよびＴｍＤが上記式（２）を満たすようにしてもよい。このように共通的に用いるベースとなる熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）を用いてもよい。
【０１１５】
Ｅ９．変形例９：
各実施形態では、中間フレーム部２０２，２０２ａに、ＭＥＧＡ２１０を配置して接合した後に（ステップＳ１１５の後に）、中間フレーム部２０２，２０２ａを、カソード側フレーム部２０１およびアノード側フレーム部２０３で挟んでいたが（ステップＳ１２０）、これらの処理の実行順序を反対にしてもよい。すなわち、中間フレーム部２０２，２０２ａを、カソード側フレーム部２０１およびアノード側フレーム部２０３で挟んで３層構造のフレームを製造しておき、かかるフレームにＭＥＧＡ２１０を配置して接合してもよい。
【０１１６】
Ｅ１０．変形例１０：
第３実施形態では、カソード側フレーム部２１３において、中間層２１３ｂおよび第２接着層２１３ｃには、レーザー吸収色素材が含まれていなかったが、これに代えて、これら２つの層２１３ｂ，２１３ｃもレーザー吸収色素材を含む構成を採用してもよい。この構成においては、３つの層２１３ａ，２１３ｂ，２１３ｃにおいて、レーザー吸収率を、第１接着層２１３ａが最も高く、第２接着層２１３ｃが２番目に高く、中間層２１３ｂが３番目に高くなるように構成することが好ましい。このようなレーザー吸収率の制御は、例えば、ステップＳ１０５において混入するレーザー吸収色素材の量を制御することにより実現できる。
【０１１７】
本発明は、上述の実施形態や実施形態、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【０１１８】
１０…電解質膜
１１ａ…アノード側触媒層
１１ｃ…カソード側触媒層
１２ａ…アノード側ガス拡散層
１２ｃ…カソード側ガス拡散層
２１…酸化剤ガス供給マニホールド
２２…酸化剤ガス排出マニホールド
３１…燃料ガス供給マニホールド
３２…燃料ガス排出マニホールド
４１…冷却媒体供給マニホールド
４２…冷却媒体排出マニホールド
５１，５２，５３…溶融押出機
５４，５５，５６…パイプ
６１，６２，６３…ペレット
７０…ダイヘッド
８０…基材
８０ａ…第１層
８０ｂ…第二層
８０ｃ…第三層
１００，１００ａ…燃料電池
１５０…空間
２００…ＭＥＧＡフレーム
２０１…カソード側フレーム部
２０１ａ…第１接着層
２０１ｂ…中間層
２０１ｃ…第２接着層
２０２，２０２ａ…中間フレーム部
２０３…アノード側フレーム部
２０３ａ…第１接着層
２０３ｂ…中間層
２０３ｃ…第２接着層
２０５，２０５ａ，２０５ｂ，２０５ｃ…周縁フレーム
２１０…ＭＥＧＡ
２１１…第１サブフレーム
２１１ａ…第３接着層
２１１ｂ…主層
２１２…第２サブフレーム
２１２ａ…第３接着層
２１２ｂ…主層
２１３…カソード側フレーム部
２１３ａ…第１接着層
２１３ｂ…中間層
２１３ｃ…第２接着層
２１４…アノード側フレーム部
２１４ａ…第１接着層
２１４ｂ…中間層
２１４ｃ…第２接着層
２１５…カソード側フレーム部
２１５ａ…第１接着層
２１５ｂ…中間層
２１５ｃ…第２接着層
２１６…アノード側フレーム部
２１６ａ…第１接着層
２１６ｂ…中間層
２１６ｃ…第２接着層
２２１…酸化剤ガス供給マニホールド形成部
２２２…酸化剤ガス排出マニホールド形成部
２３１…燃料ガス供給マニホールド形成部
２３２…燃料ガス排出マニホールド形成部
２４１…冷却媒体供給マニホールド形成部
２４２…冷却媒体排出マニホールド形成部
２５４…ＭＥＧＡ配置部
２５５…段差部
３００…カソード側セパレータ
３２１…酸化剤ガス供給マニホールド形成部
３２２…酸化剤ガス排出マニホールド形成部
３３１…燃料ガス供給マニホールド形成部
３３２…燃料ガス排出マニホールド形成部
３４１…冷却媒体供給マニホールド形成部
３４２…冷却媒体排出マニホールド形成部
３５１…リブ
３５２…酸化剤ガス流路
３６１…リブ
３７０…壁部
４００…アノード側セパレータ
４２１…酸化剤ガス供給マニホールド形成部
４２２…酸化剤ガス排出マニホールド形成部
４３１…燃料ガス供給マニホールド形成部
４３２…燃料ガス排出マニホールド形成部
４４１…冷却媒体供給マニホールド形成部
４４２…冷却媒体排出マニホールド形成部
４５１…リブ
４５２…燃料ガス流路
５１４…酸化剤ガス流通部
５２１…酸化剤ガス供給マニホールド形成部
５２２…酸化剤ガス排出マニホールド形成部
５３１…燃料ガス供給マニホールド形成部
５３２…燃料ガス排出マニホールド形成部
５４１…冷却媒体供給マニホールド形成部
５４２…冷却媒体排出マニホールド形成部
６１４…ＭＥＧＡ固定部
６２１…酸化剤ガス供給マニホールド形成部
６２２…酸化剤ガス排出マニホールド形成部
６３１…燃料ガス供給マニホールド形成部
６３２…燃料ガス排出マニホールド形成部
６４１…冷却媒体供給マニホールド形成部
６４２…冷却媒体排出マニホールド形成部
７１４…燃料ガス流通部
７２１…酸化剤ガス供給マニホールド形成部
７２２…酸化剤ガス排出マニホールド形成部
７３１…燃料ガス供給マニホールド形成部
７３２…燃料ガス排出マニホールド形成部
７４１…冷却媒体供給マニホールド形成部
７４２…冷却媒体排出マニホールド形成部
８０１…シール部
【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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