JP2000113897A - 多連凹凸板および多連凹凸板用曲げ加工型ならびに多連凹凸板の製造方法およびその多連凹凸板を利用した燃料電池用セパレ―タ - Google Patents

多連凹凸板および多連凹凸板用曲げ加工型ならびに多連凹凸板の製造方法およびその多連凹凸板を利用した燃料電池用セパレ―タ

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 突出量が大きくかつ互いに接近した多数の凹
凸部を有する多連凹凸板を得、またこれを容易に製造す
ることを目的とする。 【解決手段】 基準板面に対してその板面２の厚さ方向
の少なくとも一方向に凸形状もしくは凹形状となりかつ
前記板面に平行な少なくとも２方向に互いに離隔して配
列された複数の凸部３もしくは凹部が形成され、その凸
部３もしくは凹部の前記基準板面２からの突出高さもし
くは窪み深さが、基準板面２の板厚の１．５倍以上でか
つ凸部３の前記板面方向での最大外形寸法もしくは前記
凹部の前記板面方向での最大内径寸法が、凸部３同士の
ピッチもしくは凹部同士のピッチ以上である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、全体として板状
を成すとともに、少なくとも一方の面に複数の凹部もし
くは凸部を形成することにより、相対的に多数の凹凸部
が設けられた多連凹凸板に関し、さらにはその多連凹凸
板を形成するための曲げ加工型および製造方法、ならび
にその多連凹凸板を利用した燃料電池用セパレータに関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】全体として板状を成し、その一方の面も
しくは両方の面に多数の突起（凸部）やその突起を形成
することに伴う窪み（凹部）を設けた板状材すなわち多
連凹凸板が、各種の分野で使用されている。この種の多
連凹凸板は、凸部や凹部を設けることにより断面二次モ
ーメントを増大させてその板状体の強度を向上させたも
のであったり、あるいはその凸部や凹部が板状体の全体
の表面積を増大させるものであったり、さらには凸部が
接点として機能し、もしくは支柱として機能するもので
あるなど、用途あるいは機能などが多様である。
【０００３】いずれの多連凹凸板であってもその凸部や
凹部が基体部分である平板部に一体化されている必要が
あり、したがってその製造方法としては、材料となる金
属板などの板体をプレスなどによって板厚方向に変形さ
せる方法が基本となる。また、凸部に要求される機能が
その基体部分である平板部とは異なる場合、凸部と平板
部との素材を異ならせることになるので、このような場
合には、凸部となる軸状部材もしくはピン状の部材を、
起立状態に接合することになる。このような凸部と平板
部との材質が異なる多連凹凸板を製造する方法として、
溶接や接着により凸部用の部品を平板体に接合する方法
や、平板体に形成した下孔に凸部用の部品を挿入し、し
かる後に凸部用の部品を圧潰するいわゆるカシメによっ
て凸部を基体部分に一体化する方法がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した多連凹凸板を
製造するにあたって素材となる金属板を部分的に変形さ
せて凸部や凹部を形成する方法を採用するとすれば、材
料の延びや流動を生じさせることになる。しかしながら
延性に優れた金属材料を使用する場合であっても、その
延びや流動が制約されるから、形成し得る凸部の高さあ
るいは凹部の深さは素材の板厚の１．５倍程度に制限さ
れ、必要とする凹凸形状を得られない場合が多い。この
ような不都合を解消する方法として、絞りしごき加工を
複数回繰り返す方法があるが、このような方法では、加
工工数が多くなって生産性が低下する問題があり、また
形成すべき凸部や凹部に対して充分に素材を供給できる
場合に限られる不都合がある。
【０００５】さらに、特に凸部や凹部を互いに接近させ
て多数形成する多連凹凸板にあっては、凸部や凹部が互
いに接近していることにより、それぞれの凸部や凹部に
対して供給し得る素材の量が制約されるので、この点で
凸部の高さや凹部の深さが制約され、一般には凹凸部の
径とピッチとの比率を２．５以上に設定せざるを得ず、
この点でも多連凹凸板の形状が制限される不都合があ
る。
【０００６】また一方、凸部用の部品を平板体に接合し
て多連凹凸板を製造する方法では、素材の変形を伴わな
いので、上述したような形状の制約はない。しかしなが
ら接合のために溶接するとすれば、素材の溶融を生じさ
せるので、凸部が数mm程度の微小なものであってかつそ
の間隔が微小であれば、凸部用部品自体が溶融して消失
してしまう可能性が高い。これに対して接着剤を使用す
るとすれば、凸部と平板部の導電性を確保することが困
難であるばかりか、接合強度や耐久性が不充分になるお
それがある。
【０００７】これに替えて、カシメ加工によって凸部を
平板体に接合するとすれば、凸部用部品を挿入するため
の下孔を平板体に形成する必要があるために、加工工数
が多くなる不都合がある。またその下孔は、凸部用部品
を挿入しやすくするために、凸部用部品の外径より大き
い内径のものとし、これら両者の間隙を凸部用部品をカ
シメることにより密閉することになるが、カシメ加工
は、凸部用部品と平板体とを一体化させることを補償し
得ても、気密性を確保することは困難であり、したがっ
てこの方法は全ての多連凹凸板の製造方法として採用す
ることはできない。
【０００８】このように従来では、多連凹凸板を製造す
る場合、加工上の制約で、凸部の高さや凹部の深さを大
きくできず、あるいはそれらの間隔を広くせざるを得な
いなど、多連凹凸板の形状が制約されるなどの不都合が
あった。またこのような不都合を解消するためには、加
工工数が増大したり、信頼性が低下するなど、製品コス
トが上昇したり、品質の低下を招来するなどの他の不都
合が生じるのが実情であった。
【０００９】この発明は上述した事情を背景としてなさ
れたものであり、凹凸部の形状や間隔などの制約がな
く、しかも生産性の高い多連凹凸板の製造方法およびそ
の製造方法で使用する曲げ加工型ならびに多連凹凸板お
よびその多連凹凸板を利用した燃料電池用セパレータを
提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段およびその作用】上記の目
的を達成するために、請求項１の発明は、基準板面に対
してその板面の厚さ方向の少なくとも一方向に凸形状も
しくは凹形状となりかつ前記板面に平行な少なくとも２
方向に互いに離隔して配列された複数の凸部もしくは凹
部が形成され、その凸部もしくは凹部の前記基準板面か
らの突出高さもしくは窪み深さが、基準板面の板厚の
１．５倍以上でかつ凸部の前記板面方向での最大外形寸
法もしくは前記凹部の前記板面方向での最大内径寸法
が、凸部同士のピッチもしくは凹部同士のピッチ以上で
あることを特徴とする多連凹凸板である。
【００１１】したがって請求項１の発明によれば、凸部
もしくは凹部の先端を他の平面に密着させることによ
り、互いに連続した容積の大きい空間を確保することの
できる多連凹凸板とすることができる。
【００１２】また、請求項２の発明は、板材の表裏両面
に互いに独立した複数の凹凸部が形成された多連凹凸板
の製造方法において、素材となる板材の少なくとも一方
の面に、板厚を減少させた複数条の溝部を形成し、つい
でそれらの溝部に交差する線が谷線および山線となるよ
うに連続した曲げ形状となる曲げ加工を施すことを特徴
とする方法である。
【００１３】したがって請求項２の発明によれば、素材
の延び量や張り出し量を少なくし、主に曲げ加工によっ
て互いに独立した多数の凹凸部を形成することができ、
そのため請求項２の発明によれば、高さもしくは深さが
大きくしかも互いに接近した多数の凹凸部を有する多連
凹凸板を得ることができる。
【００１４】請求項３の発明は、一方の面にのみ、板厚
が他の部分より薄い複数条の溝を形成した板材を、前記
溝に交差する方向に山谷が連続する曲げ加工を施す多連
凹凸板用曲げ加工型において、前記溝の変形を規制する
突部を有していることを特徴とするものである。
【００１５】したがって請求項３の発明によれば、曲げ
加工に伴う前記一方の面における溝の変形を防止するこ
とができると同時に、他方に面の山の部分の頂部におけ
る溝を確実に生じさせることができ、その結果、互いに
独立した多数の凹凸部を、板厚に対して大きく突出し、
また相互の間隔を接近させて形成した多連凹凸板を得る
ことができる。
【００１６】請求項４の発明は、板材の一方の面から他
方の面に向けて突き出させて窪ませた複数の凹部を有す
る多連凹凸板の製造方法において、板状素材の一方の面
に、その板状素材の板厚方向およびその面方向の少なく
ともいずれか一方向に成形ポンチを振動させつつ押し付
けることを特徴とする方法である。
【００１７】したがって請求項４の発明によれば、材料
の延びを、凹凸部の一部に生じさせつつ次第に凹凸部の
全体を所定の形状に仕上げることになるので、クリープ
が生じにくく、その結果、板厚に対して深さの深い凹凸
部を形成することができ、またコーナ部分での曲率半径
を小さくした角形に近い断面形状の凹凸部を得ることが
できる。
【００１８】請求項５の発明は、板材の少なくとも一方
の面に凸となる複数の突起部を一体に形成した多連凹凸
板の製造方法において、板状素材の少なくとも一方の面
に前記突起部用の複数の軸状部材を突き当てるととも
に、それらの軸状部材を軸線方向に加圧して該軸状部材
を前記板状素材に嵌入させて軸状部材を板状素材に一体
化させることを特徴とする方法である。
【００１９】したがって請求項５の発明によれば、突起
部の素材となる軸状部材がポンチとなり、しかもその軸
状部材が板状素材に嵌入して一体化されるので、容易に
多連凹凸板を製造することができる。また、板状素材の
材料の流動や延びを生じさせることがないので、各突起
部を互いに接近させ、またその突出長さを長くすること
ができ、その結果、単位面積あたりの突起部の数が多
く、またその突出量の大きい多連凹凸板を得ることがで
きる。また、板状素材の材質と突起部（軸状部材）の材
質とを必要に応じて変化させることもできる。
【００２０】そして、請求項６の発明は、板材の一方の
面から他方の面に向けて窪んだ複数の凹部を有する多連
凹凸板の製造方法において、前記凹部を形成すべき板状
素材を、各領域が複数の凹部を含むように複数の領域に
区分し、各領域ごとに一箇所ずつ前記板状素材の素材流
動を伴う変形を生じさせて前記凹部を形成することを特
徴とする方法である。
【００２１】したがって請求項６の発明によれば、板状
素材に材料流動を生じさせて凹部を形成するものの、そ
の加工は、予め区分された区画の中の１箇所で実行され
るので、複数の加工箇所で同一の部分から材料の流入を
同時に生じさせることがなく、そのため、成形限界が向
上して板厚に対する深さの深い凹部もしくは凸部を形成
することができる。また、その加工は、複数の区画にお
いて同時に実行されるので、生産性が悪化することはな
い。
【００２２】請求項７の発明は、板材の表裏両面に互い
に独立した複数の凹凸部が形成された多連凹凸板を利用
した燃料電池用セパレータであって、素材となる板材の
少なくとも一方の面に、板厚を減少させて形成された複
数条の第１の溝部と、それらの溝部に谷線および山線が
交差する波状に連続した曲げ形状となるよう前記板材に
曲げ加工を施して前記板材の表裏両面に形成された第２
の溝部とを有することを特徴とするセパレータである。
【００２３】したがって請求項７の発明では、第１の溝
部と第２の溝部とによって区画された凸部が、燃料電池
における電極に導通する接点となり、しかもそれらの溝
部がガスや冷媒のための流路となる。
【００２４】請求項８の発明は、請求項７の構成におい
て、前記一方の面に形成されている溝部が冷却水用流路
を形成し、かつ他方の面に形成されている溝部がガス用
流路を形成していることを特徴とするセパレータであ
る。
【００２５】したがって請求項８の発明では、１枚のセ
パレータもしくは一対のセパレータでガス流路および冷
却水流路を形成することができる。
【００２６】請求項９の発明は、請求項８の構成におい
て、前記冷却水の流動方向における上流側の第１の溝部
の形状もしくは配列と下流側の第１の溝部の形状もしく
は配列とが相違していることを特徴とするセパレータで
ある。
【００２７】したがって請求項９の発明では、第１の溝
部を介して第２の溝部に分散させる冷却水の流量を、第
１の溝部の形状もしくは配列によって制御し、第２の溝
部ごとの冷却水量を充分確保し、冷却不良個所の発生が
未然に防止される。
【００２８】請求項１０の発明は、請求項７の構成にお
いて、前記曲げ加工に伴って前記板材の他方の面の山線
に相当する部分に該山線に交差するように形成された第
３の溝部を有し、前記一方の面における第１の溝部およ
び第２の溝部が冷却水用流路を形成し、かつ他方の面に
おける第２の溝部および第３の溝部がガス用流路を形成
していることを特徴とするセパレータである。
【００２９】したがって請求項１０の発明では、板材の
一方の面側が冷却水の流動する冷却部とされ、他方の面
が燃料電池での発電の用に供されるガスの供給部および
排出部とされる。そしてそれぞれの面で、溝部が交差し
て形成されているので、冷却水およびガスの分散が促進
される。
【００３０】そして、請求項１１の発明は、請求項７の
構成において、前記板材の他方の面の山線に相当する部
分の所定箇所が板厚方向に押圧変形されて前記第３の溝
部より断面積の大きい第４の溝部が形成されていること
を特徴とするセパレータである。
【００３１】したがって請求項１１の発明では、板材の
他方の面側のガス供給部において、曲げ加工によって形
成された第２の溝部を連通させる溝部として、第３の溝
部より断面積の大きい第４の溝部が形成されているの
で、ガス流路中の水滴などの液体をその第４の溝部に送
り込み、あるいは第４の溝部を介して他の第２の溝部に
分散させることができ、その結果、第２の溝部の液滴に
よる閉塞を解消してガスの流通および分散を良好におこ
なうことができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】つぎにこの発明を図面を参照して
具体的に説明する。先ず、この発明による多連凹凸板１
の一例を説明すると、図１に示す例は、基体部分である
平板部２の表裏両面に互いに離隔して２方向に配列され
た多数の凸部３を設けたものである。これらの平板部２
と凸部３とは、同一の金属材料によって構成され、ある
いは互いに異なる種類の金属材料によって構成されてい
る。また、凸部３と平板部２とは製品の状態では完全に
一体化されているが、これらは別部品であって、凸部３
を構成する部品を、平板部２を構成する部品に密着嵌合
させることにより構成されている。
【００３３】ここで上記の多連凹凸板１における各部の
寸法の関係を説明すると、凸部３の高さｈが平板部２の
板厚ｔの１．５倍以上に設定され、また凸部３の外径ｄ
が凸部３同士のピッチｐ以上に設定されている。一例と
して板厚ｔが０．３mm、凸部３の高さｈが０．６mm、凸
部３の外径ｄが１．０mm、ピッチｐが１．０mmである。
なお、平板部２を基準にすれば、その表裏両面に凸部３
が形成されていることになるが、凸部３の先端を結んだ
平面を想定し、その平面を基準にすれば、前記凸部３同
士の間の部分が窪んでいることになり、ここに凹部が形
成されているとすることもできる。その場合には凹部の
深さが板厚ｔの１．５倍以上となる。
【００３４】つぎに、図１に示す多連凹凸板１の製造方
法について説明する。図２はその製造過程を模式的に示
しており、ここに示す方法では、打ち抜き型が使用され
ている。すなわち前記平板部２のための素材である薄板
シート４を載せるダイス５には、凸部３の外径ｄより僅
かに大きい内径の成形孔６が、凸部３のピッチｐと同じ
間隔で形成されている。このダイス５の上方には、ラム
７の下面に固定されたポンチ８がラム７と一体に上下動
するように配置されている。さらにこのラム７あるいは
ポンチ８とは独立して上下動する板押え９が、ポンチ８
とダイス５との間に配置されている。この板押え９に
は、ダイス５における成形孔６と同一寸法でかつ同一ピ
ッチの複数の貫通孔が成形孔６に一致するように形成さ
れている。またこの板押え９は、ポンチ８の下限位置を
規定するためのものであって、その厚さが凸部３の高さ
ｈと同一に設定されている。
【００３５】この打ち抜き型を使用した方法では、先
ず、ポンチ８および板押え９を充分上昇させた状態で薄
板シート４をダイス５の上に載置し、ついで板押え９を
下降させて薄板シート４をダイス５上に板押え９によっ
て押さえ付けて固定する。つぎに、板押え９に形成して
ある貫通孔に凸部３用の部品すなわちビレット状ピース
１０を直立状態に配置する。このビレット状ピース１０
は、凸部３となるものであるから、凸部３の高さｈの２
倍に板厚ｔを加えた長さもしくはそれよりわずか長い寸
法に設定されている。なお、これらのビレット状ピース
１０をダイス５における成形孔６の真上に立設すること
ができる場合には、ビレット状ピース１０を薄板シート
４上に配置した後に板押え９を下降させてもよい。図２
の（Ａ）は板押え９によってダイス５上に固定した薄板
シート４にビレット状ピース１０を直立状態に配列した
状態を示している。
【００３６】この状態からポンチ８をラム７によって下
降させると、各ビレット状ピース１０が薄板シート４に
向けてその軸線方向に加圧され、その結果、薄板シート
４が各ビレット状ピース１０によって部分的に打ち抜か
れる。ポンチ８は板押え９の上面に当接することにより
その下降が止まり、その後、ラム７と共に上昇する。板
押え９の厚さが、前述したように凸部３の高さｈに設定
されていることにより、ビレット状ピース１０は、その
突出量が凸部３の高さと同一となる状態にまで薄板シー
ト４に対して押し込まれることになる。図２の（Ｂ）は
その状態を示している。また図２の（Ｂ）において符号
１１は打ち抜きかすである。
【００３７】上記のようにして軸線方向に加圧されて薄
板シート４に対して押し込まれるビレット状ピース１０
は、ポンチ８によって軸線方向に加圧されることにより
その中間部が太くなるように変形し、これに対してビレ
ット状ピース１０によって打ち抜かれる孔の径は、ビレ
ット状ピース１０の先端部の径であるから、相対的に小
径の孔にビレット状ピース１０の中間部の大径部分を押
し込んで嵌合させることになる。その結果、ビレット状
ピース１０は、薄板シート４に対して密着状態で嵌合
し、薄板シート４に一体化される。また、ビレット状ピ
ース１０によって打ち抜かれた薄板シート４の貫通孔に
おいては、その素材の有する弾性によって、内径を縮小
するように応力が生じる。すなわちスプリングバックで
ある。そのため、ビレット状ピース１０がこれによって
打ち抜いて形成した貫通孔の部分での弾性力によって締
め付けられ、薄板シート４すなわち平板部２に一体化さ
れる。
【００３８】すなわち図２に示す方法では、凸部３を構
成するビレット状ピース１０によって薄板シート４を打
ち抜くことにより、同時にこのビレット状ピース１０す
なわち凸部３が薄板シート４すなわち平板部２に一体化
され、したがって特別な接合手段や工程が不要である。
また、凸部３と平板部２との間の気密性が良好になる。
【００３９】このように、凸部３と平板部２とは、これ
ら両者の間で生じる相互作用によって一体化されるの
で、両者を一体化するための相互作用を、より強固かつ
確実なものとするために、ビレット状ピース１０の外周
面の表面粗さを粗くすることが好ましい。例えば日本工
業規格（ＪＩＳ）で２５Ｓ以上の粗さとすることが好ま
しい。また、凸部３と平板部２とを確実に噛み合わせて
一体化させるために、ビレット状ピース１０の中間部の
外周に、図３に示すように、帯状の溝１０ａを形成する
ことが好ましい。なお、その帯状溝１０ａの深さは、ビ
レット状ピース１０によって薄板シート４に形成される
貫通孔のスプリングバック量以下とすることが好まし
い。
【００４０】図２に示す方法を改良して凸部３を平板部
２に対して更に確実かつ強固に固定するための方法を図
４を参照して説明する。図２に示す方法は、平板部２に
よる締め付け力で凸部３を固定する方法であり、したが
って薄板シート４に形成される貫通孔の内径に対してビ
レット状ピース１０の中間部の外径が相対的に大きい
程、両者の固定力が増大する。そこで図４に示す方法で
は、ダイス５における成形孔６の内部に、その軸線方向
に移動可能なノックアウト１２を設け、このノックアウ
ト１２とポンチ７とによってビレット状ピース１０を軸
線方向に加圧する。その結果、ビレット状ピース１０
は、軸長の短縮と同時に中間部の外径が増大するように
変形し、それに伴って薄板シート４に形成された貫通孔
を拡大させるように作用するので、貫通孔の部分に生じ
る応力すなわちビレット状ピース１０を締め付ける荷重
が大きくなり、凸部３と平板部２とがより強硬に一体化
され、また両者の間の気密性もより確実なものとなる。
【００４１】この発明に係る多連凹凸板は、上述したよ
うに２部材で構成することに替えて、単一の平板体から
構成することもできる。以下、その例について説明す
る。図５の（Ａ）に示す平板体２０は、アルミニウムな
どの適宜の金属もしくは合金からなるものであって、先
ず、この平板体２０の表裏両面に互いに平行な複数の溝
２１を形成する。この溝２１は平板体２０を曲げること
によって形成したものではなく、コイニングや切削加工
などの材料の流動や除去によって形成されたものであ
り、したがってこれらの溝２１の部分での板厚が溝２１
以外の部分の板厚より薄くなっている。また、表面側の
溝２１と裏面側の溝２１とは、図５の（Ａ）に示すよう
に、その長手方向に対して交差する方向に半ピッチずれ
ている。なおここで、平板体２０の各部の寸法の一例を
示すと、その板厚が０．３mm、溝２１の幅および深さが
それぞれ０．１５mmである。
【００４２】上記の溝２１をコイニングによって形成す
る場合、その深さは、板厚の５０％以下とする。これ
は、コイニングに使用する型の寿命を維持すると同時
に、コイニングによって除去されて溝２１同士の間に盛
り上がる材料の量を制限するためである。溝２１同士の
間に盛り上がる材料の量が多くなると、その部分で加工
硬化を生じ、後に述べる波曲げ加工の際に割れを生じる
可能性が高くなる。なお、コイニング加工あるいはこれ
に類する材料流動の生じる加工によって溝２１を形成し
た後に焼鈍をおこなう場合には、板厚の５０％以上の深
さに溝２１を形成してもよい。
【００４３】つぎに、図５の（Ａ）に示す平板体２０に
波曲げ加工（ウェーブ曲げ加工）を施す。この波曲げ加
工とは、断面での山となる部分と谷となる部分とが一方
向に交互に連続した状態となる形状に曲げる加工であ
り、その山線２２あるいは谷線２３が前記の溝２１と交
差するように波曲げ加工をおこなう。その波曲げ加工に
よって生じる山の部分の高さあるいは谷の部分の深さ、
すなわち山の部分の頂部と谷の部分の底部との間の寸法
は、平板体２０の板厚の１．５倍以上である。
【００４４】このように波曲げ加工をおこなって形成し
た山の部分は、波曲げの方向が溝２１に直交もしくは斜
めに交差する方向であるから、波曲げ加工の後にも残っ
ている溝２１によって山線の方向において区分されてい
る。そしてこのように区分された各山の部分が、凸部２
４となっている。これら凸部２４は、前記溝２１が平板
体２０の表裏両面に同様に形成され、また波曲げが、表
面側と裏面側とで同様の曲げ状態を形成するので、平板
体２０の表裏両面に同様に形成される。なお、表面側の
凸部２４と裏面側の凸部２４との位置は、半ピッチずれ
ている。
【００４５】このようにして製造された多連凹凸板２５
は、その凸部２４の高さあるいはその反対の凹部の深さ
が、板厚の１．５倍以上になっている。また、凸部２４
もしくは凹部のピッチは、前記溝２１に沿う方向では、
波曲げ加工の際のピッチによって任意に設定でき、また
これと交差する方向でのピッチは、前記溝２１のピッチ
に設定することができる。すなわち凸部２４の最大外形
寸法より小さいピッチとすることができる。
【００４６】なお、図５の（Ｂ）に示す形状では、凸部
２４の頂部を平坦に形成してあるが、このような形状
は、波曲げ加工の際の加工型に平坦面を形成しておくこ
とにより得ることができる。また、図５には、溝加工お
よび波曲げ加工によってエッジが明瞭に現れた形状を示
してあるが、これは模式的に示したものであり、実際に
加工をおこなった場合には、エッジの部分や折り曲げ部
分が曲面となって現れる。
【００４７】ここで、平板体２０に形成する溝２１の形
状の例を示すと、図６の（Ａ）、（Ｂ）のとおりであ
る。図６の（Ａ）に示す例は、平板体２０の表裏両面
に、半ピッチずつずらして溝２１を形成した例である。
また図６の（Ｂ）に示す例は、平板体２０の表裏両面の
幅方向で同一の位置に、溝２１を形成した例である。さ
らに特には図示しないが、平板体２０の表裏両面のいず
れか一方にのみ溝を形成し、その部分の板厚を減じてあ
ってもよい。一方の面にのみ溝を形成した場合であって
も、その平板体を前述したように波曲げ加工した際に、
溝の部分を外れた板厚の厚い箇所において、いわゆる山
となる部分の先端部に最も大きい張力が作用し、その結
果、その部分で材料流動が生じ、山線を横切るように僅
かながら溝が形成される。したがって一方の面にのみ溝
を形成した平板体であっても、波曲げ加工を施すことに
より、波曲げ加工に伴う連続した山が、その頂部に交差
方向に生じる溝によって区分され、独立した多数の凸部
が形成される。このように、平板体の一方の面にのみ溝
を形成する加工方法では、溝を形成するための突条を備
えた型が上下いずれか一方のみであり、したがって摩耗
する型が上下いずれか一方のみとなるので、型に要する
費用を低廉化することができる。
【００４８】また、波曲げ加工による曲げ形状は、図７
に示すように円弧を連続させた断面形状となる形状であ
ってもよい。さらに溝２１を予め形成してある平板体２
０を波曲げ加工する場合、平板体２０にはその面方向に
複雑に応力が生じ、溝２１の形状がくずれる可能性があ
る。また、一方の面にのみ溝２１を形成してある場合に
は、他方の面における山の部分の頂部に確実に溝を生じ
させるために、材料流動を適正に生じさせることが望ま
れる。そこで、波曲げ加工に使用する曲げ型には、図８
に示すように、予め形成された溝２１に嵌合する突部２
６を形成しておくことが望ましい。この突部２６は、図
８に示すように連続したものであってもよく、あるいは
波曲げ加工の際の山の頂部に対応する箇所と谷の底部に
対応する箇所とにのみ形成されたものであってもよい。
また、この突部２６は、凸部２４を区分する溝の部分の
形状を、目的とする形状に成形するためのものであるか
ら、必ずしも予め形成された溝２１に密着して嵌合する
形状である必要はない。さらにこの突部２６は、波曲げ
加工型を構成するポンチ２７とダイス（図示せず）との
両方の加工面もしくはいずれか一方の加工面に形成して
もよい。
【００４９】図５ないし図８に示す例は、素材の流動も
しくは除去による溝２１の加工と併せて素材の曲げ加工
をおこなうことにより多連凹凸板を製造する方法である
が、この発明による方法は、さらに素材の流動のみを生
じさせることにより凸部もしくは凹部を形成する方法で
あってもよい。その例を以下に説明する。
【００５０】ここに示す方法は、板状体を直接加圧する
ポンチに、軸線方向およびこれと垂直な方向（半径方
向）とに振動を与えて凹部もしくは凸部を形成する方法
であり、先ず、その加工のための装置について説明す
る。図９はその加工装置の一例を模式的に示しており、
素材である板状体を載置するダイス３０には、凸部もし
くは凹部の外径形状を決める成形孔３１が設けられてお
り、その内部には上下動させられるノックアウト３２が
配置されている。このダイス３０の上方には、成形孔３
１と中心軸線を一致させた貫通孔を有する板押え３３が
上下動可能に配置されている。
【００５１】さらにこの板押え３３を貫通しかつ前記ノ
ックアウト３２と対向させたポンチ３４が設けられてい
る。このポンチ３４は、ラム３５に垂下して取り付けら
れ、またポンチ３４を軸線方向（上下方向）に振動させ
る縦加振機３６とポンチ３４を半径方向（水平方向）に
振動させる横加振機３７とが設けられている。
【００５２】ポンチ３４は、半径方向に振動させられて
素材である板状体を加圧するために、その先端部には図
１０に示すように半径方向に突出したランド３８が形成
されている。このランド３８の部分の外径が最も大きい
が、このランド３８の部分の外径ｄが、形成すべき凹部
の内径Ｄより、半径方向の振動の振幅に相当する分、小
さく設定されている。なお、ポンチ３４は、半径方向に
おける全方向に均等に振動させ、その中心位置を半径方
向においては固定していてもよく、あるいはポンチ３４
を形成するべき凹部の中心に対して偏心させて保持し、
かつそのポンチ３４を形成すべき凹部の中心に対して公
転させてもよい。
【００５３】図９に示す装置で多連凹凸板を製造する場
合、先ず、板押え３３およびポンチ３４を充分上昇させ
た状態でダイス３０上に素材となる板状体（図示せず）
を配置し、その状態で板押え３３を下降させて板状体を
ダイス３０の上に押さえ付けて固定する。ついで、ポン
チ３４を下降させて板状体に押し付ける。そのポンチ３
４が、前記の各加振機３６，３７によって軸線方向およ
び半径方向に振動させられているので、板状体には、ポ
ンチ３４の軸線方向に振動によって次第に凹部が形成さ
れ、またその凹部の内径が、ポンチ３４の半径方向の振
動の振幅に応じた外径に拡大される。図１１はこのよう
にして形成される凹部３９の一つを示しており、ポンチ
３４の振動によって荷重を受けている板状体の一部で、
矢印で示すように、延びが生じ、凹部３９の深さおよび
外径が次第に大きくなる。なお、図１１に示す例では、
ポンチの外径が凹部３９の内径に対して小さく設定され
ており、したがってポンチは凹部３９の中心に対して公
転させ、凹部３９の内周面を順次加工することになる。
【００５４】このように素材の延びの形態は従来の絞り
加工とは大きく異なっている。すなわち上記の方法で
は、図１１に矢印で示すように、材料の延びを凹部３９
の一部に生じさせ、その延びの生じる箇所を次第に移動
させて最終的に凹部３９の全体を所定の形状に仕上げ
る。これに対して従来のポンチを軸線方向に直線的に移
動させて一工程で凹部を仕上げる方法では、材料の延び
が凹部の全体で同時に生じる。そのため従来の方法で
は、クリープが生じやすく、凹部の内径や深さが制約さ
れているが、この発明による上記の方法では、クリープ
が生じにくく、そのために凹部３９の内径や深さなどの
成形限界を改善することができる。また、ポンチ３４が
素材に接触する面積が小さくなるので、形成型の耐用寿
命を向上させることができる。さらに上記の方法では、
素材に部分的な変形を生じさせつつ凹部３９の全体の形
状を仕上げるために、凹部３９の各コーナの曲率半径を
小さくして図１２に示すような断面が矩形に近い凹部３
９を成形加工することができる。
【００５５】素材に延びを生じさせて凹部もしくは凸部
を形成する場合、その加工箇所の周囲から材料を流入さ
せれば、流入する材料の量に応じて凹部あるいは凸部の
各部の寸法を大きくすることができる。すなわち形成限
界が大きくなる。しかしながら形成すべき凹部や凸部が
互いに接近している場合には、それぞれの成形箇所で材
料の流入が要求されるので、それらの成形箇所の境界部
分で材料が不足し、その結果、凹部や凸部の形状が制約
される場合がある。以下に説明するこの発明による方法
は、このような制約を解消して多連凹凸板を製造する方
法である。
【００５６】ここで製造する多連凹凸板４０は、図１３
に示すように、互いに接近した多数の凹部もしくは凸部
（以下、仮に凹凸部と記す）４１を平板部４２に加工し
たものである。これらの凹凸部４１は、平板部４２を絞
り加工（張り出し加工）して形成されており、その加工
は、平板部４２を多数の区画４３に区分し、各区画４３
内で１つずつ絞り加工しておこなわれる。
【００５７】図１４および図１５はその加工のためのポ
ンチの構造を示しており、板状のポンチホルダ４４に
は、形成すべき凹凸部４１の内径およびピッチと等しい
外径およびピッチの多数のポンチ４５が、上下方向に貫
通して保持されている。これらのポンチ４５は、図１５
に示すように、その上端部に外径が大きくかつ凸円弧面
のヘッド部４６を備えており、そのヘッド部４６とポン
チホルダ４４の上面との間にコイルスプリングなどの弾
性体４７が配置され、この弾性体４７によって各ポンチ
４５が、上限位置に保持されている。
【００５８】このポンチホルダ４４の上方には、ポンチ
ホルダ４４の面方向（水平方向、Ｘ方向およびＹ方向）
および上下方向（Ｚ方向）に移動させられる回転軸４８
が配置されており、この回転軸４８に押圧手段としての
カム４９が一体に取り付けられている。このカム４９
は、各ポンチ４５の上方に順に位置決めされ、回転軸４
８と共に回転することにより、ポンチ４５のヘッド部４
６を繰り返し殴打してポンチ４５を繰り返し下降動作さ
せるようになっている。
【００５９】この図１４および図１５に示すポンチ４５
によって凹凸部４１の成形加工をおこなうには、先ず、
ポンチホルダ４４を素材である平板部４２における所定
の区画４３の上方に配置する。その状態でカム４９を所
定のポンチ４５の上方に位置決めし、かつ回転軸４８を
回転させつつ下降させる。その結果、カム４９がその下
側のポンチ４５のヘッド部４６を殴打してこれを押し下
げ、平板部４２にポンチ４５による絞り加工が施され
る。その場合、加工量が成形限界以内であれば、ポンチ
４５の一回の加工動作によって１つの凹凸部４１を形成
することができる。また成形限界を超えている場合に
は、ポンチ４５をカム４９によって複数回殴打するとと
もに、ポンチホルダ４４を次第に下げて、１つの凹凸部
４１に対して複数回の絞り加工をおこない、目的とする
深さの凹凸部４１を形成する。
【００６０】このようなポンチ４５による絞り加工を各
区画４３で１つずつ順におこなう。また互いに隣接する
区画４３においては同時に絞り加工がおこなわれる。そ
の場合、区画４３同士の境界線を挟んで隣接する凹凸部
４１を同時に絞り加工をおこなわないように加工位置の
順序を設定する。
【００６１】したがって各凹凸部４１は、図１６に模式
的に示すように、その周囲からの材料の供給を伴って成
形される。その場合、各区画４３で１つずつ凹凸部４１
が成形され、隣接する凹凸部４１が同時に成形されるこ
とがないので、各凹凸部４１に対しては必要充分な材料
の流入が生じる。そのため、内径（絞り径）ｄ（一例と
して約1mm）がピッチｐの２倍程度もしくはそれ以下で
あり、かつ深さｈが板厚ｔ（一例として約０．３mm）の
１．５倍以上の凹凸部４１を形成することができる。
【００６２】なお、上述した各具体例では、平板部の面
方向に切断した場合の断面が円形に閉じた断面の凹部も
しくは凸部を形成する例を示したが、この発明では、そ
の断面が矩形の断面もしくは多角形となる凹部もしくは
凸部を形成する場合にも同様に適用することができる。
また、平板部に垂直な方向での断面が矩形もしくはカッ
プ状の凹部もしくは凸部を形成する例を上記の具体例で
示したが、この発明における凹部もしくは凸部の断面形
状は上記の例で示したものに限定されず、必要に応じて
適宜の形状とすることができる。さらに図１４および図
１５に示す例において、ポンチ４５を押し下げる手段は
カムに限定されないのであり、電磁アクチュエータや油
圧を使用する手段など適宜のアクチュエータをポンチの
駆動手段として採用してもよい。そしてこの発明で得ら
れる多連凹凸板は、固体電解質型燃料電池スタックにお
けるセパレータなどに使用することができる。
【００６３】前述した多連凹凸板を燃料電池用セパレー
タに利用した例を次に説明する。図１７は、高分子電解
質膜型燃料電池スタックの一部を示す模式的な断面図で
あって、プロトンなどのイオンを透過させる電解質膜５
０を挟んだ両側に、触媒反応層とガス拡散層とを含む電
極５１，５２が設けられている。その電解質膜５０は、
例えば湿潤状態でカチオン透過性を示すイオン交換膜に
よって構成され、また各電極５１，５２は、燃料ガスの
電離や電離して生じたイオンと酸化性ガス（空気）との
反応を促進するための触媒層とその触媒層に対してガス
を拡散させる多孔構造の拡散層とによって構成されてい
る。それぞれの電極５１，５２の表面に多連凹凸板から
なるセパレータ５３が密着状態で配置されている。
【００６４】これらのセパレータ５３は導電性材料（例
えば金属）から形成されており、その凸部の頂面もしく
は凹部の底面を電極に密着させ、電気的な導通状態を維
持するように配置されている。したがってセパレータ５
３が多連凹凸板であることにより、電極５１，５２の表
面から離隔した多数の中空部が、相互に連通しかつ一定
間隔をあけて形成されており、その中空部が燃料ガス
（例えば水素ガス）および酸化性ガス（例えば空気）を
流通させるガス流路５４とされている。
【００６５】上記の互いに積層された電解質膜５０およ
び電極５１，５２を一対のセパレータ５３で挟み込んで
単セル（単電池）５５が構成されており、これらの単セ
ル５５が、その厚さ方向に多数積層されて燃料電池スタ
ック５６を構成している。その場合、互いに隣接する単
セル５５におけるセパレータ５３の凸部同士もしくは凹
部同士が突き合わされており、したがって互いに突き合
わせた箇所に隣接して互いに離隔する方向に変形した箇
所が存在し、その互いに離隔した箇所がそれぞれ連通
し、ここに冷却水用流路５７が形成されている。
【００６６】上記のセパレータ５３は、前述した多連凹
凸板の製造方法のうちコイニングと波曲げ加工とを併用
した方法で製造されている。具体的には、図１８に示す
ように、金属板５７の一方の面にコイニング加工によっ
て互いに平行な複数条の溝（以下、仮にコイニング溝と
記す）５８を形成し、ついで山線および谷線がこれらの
コイニング溝５８と交差するように波状の曲げ加工を施
す。その結果、コイニング溝５８を形成してある面で
は、コイニング溝５８と波曲げによる溝（以下、仮に波
曲げ溝と記す）５９とが交差するので、これらの溝５
８，５９によって囲まれた部分が凸部となる。
【００６７】これに対してコイニング溝５８を形成して
いない面では、その面側での山線に相当する部分でかつ
コイニング溝５８の背面側の部分に「ひけ」が生じ、浅
い溝（以下、仮にひけ溝と記す）６０が形成される。図
１９はそのひけ溝６０の部分の断面を示しており、ひけ
溝６０の深さｄ2 とその反対側の部分のコイニング溝５
８の深さｄ1 との和が、「ひけ」の生じていない箇所で
のコイニング溝５８の深さｄ0 とほぼ等しくなってい
る。したがってコイニング加工を施していない面におい
ても、その面での山線に相当する部分が、ひけ溝６０に
よって一定間隔ごとに分断され、その結果、互いに独立
した多数の凸部が形成されている。
【００６８】図１９に示してあるように、コイニング溝
５８は金属板５７の板厚の半分程度の深さであるのに対
し、波曲げ溝５９は金属板５７の曲げ加工によって形成
されたものであるから、波曲げ溝５９の深さがコイニン
グ溝５８の深さよりもかなり深い。また、ひけ溝６０
は、波曲げ加工に伴う「ひけ」によって生じたものであ
るから、その深さはコイニング溝５８よりもかなり浅
い。したがってコイニング加工を施した面側の波曲げ溝
５９同士が、ひけ溝６０より断面積の大きいコイニング
溝５８によって互いに連通されているので、コイニング
加工を施した面側の波曲げ溝５９とコイニング溝５８と
が冷却水を流通させるための冷却水流路とされている。
これに対して、コイニング加工を施していない面側の波
曲げ溝５９とひけ溝６０とが、燃料ガスや酸化性ガスな
どの反応ガスを流通させるためのガス流路とされてい
る。
【００６９】ところで反応ガスは、その反応効率を向上
させるために、可及的に長い間、電極５１，５２の表面
に沿って流動させることが好ましい。そのために、ガス
流路は、反応ガスが蛇行して流動するように形成されて
いる。その一例を図２０に模式的に示してある。コイニ
ング溝は図２０に現れていない反対側の面の中央部分に
図２０の上下方向に向けて形成されている。このように
してコイニング溝が形成されている領域が、図２０の上
下方向で４つの領域に等分されており、それぞれの領域
において、山線および谷線が図２０の左右方向を向くよ
うに波曲げ加工が施されている。その結果、図２０に表
されているガス流路側の面には、波曲げ溝５９とひけ溝
６０とが互いに直交する方向に形成され、隣接する波曲
げ溝５９同士がひけ溝６０によって連通されている。言
い換えれば、各領域内に縦横に交差したガス流路が形成
されている。
【００７０】図２０における上部の領域の一端部にはそ
の領域における全ての波曲げ溝５９に連通する入口マニ
ホールド６１が形成されている。また、中間の２つの領
域の一端部にはこれらの領域における波曲げ溝５９の全
てに連通する中間マニホールド６２が形成され、さら
に、下部の領域の一端部にはその領域における全ての波
曲げ溝５９に連通する出口マニホールド６３が形成され
ている。これらのマニホールド６１，６２，６３はセパ
レータ５３をその板厚方向に貫通した長孔であって、単
セルを多数積層することにより、燃料電池スタックの全
体に亘って反応ガスを供給もしくは排出するための流路
を形成するようになっている。
【００７１】また上部の領域と上から２番目の領域との
他方の端部に、これらの領域における波曲げ溝５９を相
互に連通させるように上下方向に湾曲した波曲げ溝５９
が形成されている。これは、上から３番目の領域と下部
の領域とにおいても同様である。したがって前記入口マ
ニホールド６１から供給された反応ガスが上部の領域に
おけるガス流路（すなわち波曲げ溝５９とひけ溝６０）
を通ってその一端部に到り、ここから上下方向に沿う波
曲げ溝（いわゆるＵターン溝）５９を介して上から２番
目の領域におけるガス流路を通って中間マニホールド６
２に到り、ここから第３番目の領域におけるガス流路に
流れ込む。以降、同様にして、他方の端部に上下方向に
沿ういわゆるＵターン溝を介して下部の領域に入り、最
終的には出口マニホールド６３から排出される。
【００７２】なお、図２０において、符号６４，６５，
６６は貫通孔であって、前記各マニホールド６１，６
２，６３に対して左右方向で対称となる位置に形成さ
れ、燃料電池スタックとして積層されることにより、他
の反応ガスのための流路を形成するようになっている。
また、図２０の下側の部分には、冷却水用の入口マニホ
ールド６７が形成され、さらに上側の部分には、冷却水
用の出口マニホールド６８が形成されている。これらの
マニホールド６７，６８は、左右方向に長い長孔であっ
て、セパレータ５３を貫通しており、図２０には現れて
いない他方の面に形成されている冷却水流路に連通して
いる。
【００７３】上述したようにガス流路は波曲げ溝５９と
ひけ溝６０とによって形成されているが、そのひけ溝６
０は波曲げに伴う「ひけ」によって生じた浅い溝であ
る。これに対して、前記電解質膜５０はカチオン透過性
を維持するために湿潤状態とする必要があり、また燃料
ガスとして水素ガスを使用する燃料電池では反応生成物
として水が生じる。したがってガス流路に水滴が流入も
しくは発生することがあるが、その水滴に対してひけ溝
６０の開口断面積が相対的に小さく、そのために水滴が
波曲げ溝５９に詰まってしまい、その水滴がその波曲げ
溝５９から押し出されるまでは、波曲げ溝５９がガス流
路として有効に機能せず、燃料電池の発電効率の低下要
因となる可能性がある。このような不都合を解消するた
めに、上記のセパレータ５３には、水滴排除溝６９が形
成されている。
【００７４】この水滴排除溝６９について具体的に説明
すると、図２１はセパレータ５３におけるガス流路側の
面の一部およびそのＡ−Ａ線断面ならびにＢ−Ｂ線断面
を示しており、図２１の上下方向に向けて波曲げ溝５９
が形成され、かつ裏面側のコイニング溝５８に対応する
位置にひけ溝６０が形成されている。それらのひけ溝６
０に挟まれた箇所が電極に接触させられる凸部となって
おり、その凸部に相当する部分が、所定間隔ごとに裏面
側に押し曲げられ、その部分が凸部とは逆に窪んでお
り、ここに水滴除去溝６９が形成されている。したがっ
てその水滴除去溝６９は裏面側（コイニング加工を施し
てある面側）のコイニング溝５８を避けた位置に曲げ加
工によって形成されている。これは、コイニング溝５８
を潰さないようにするためであり、したがってその幅Ｗ
2 はコイニング溝５８の幅Ｗ1 より狭く設定されてい
る。また、水滴除去溝６９の深さは、要は、水滴Ｗd が
通過できる断面積となる程度で良く、一例として波曲げ
溝５９の深さ程度とすればよい。
【００７５】したがって上記の水滴除去溝６９を形成し
たセパレータ５３では、ガス流路が水滴によって閉塞さ
れることがなく、もしくはガス流路の閉塞を迅速に解消
することができるので、燃料ガスもしくは酸化性ガスを
電解質膜５０の全体に効率よく分散させることが可能に
なる。そのため、上記のセパレータ５３を使用すれば、
燃料電池の発電効率を向上させることが可能になる。
【００７６】なお、この水滴除去溝６９が請求項１１の
発明における第４の溝部に相当する。また、上記のコイ
ニング溝５８が請求項１ないし１１の発明における第１
の溝部に相当し、かつこれと交差する波曲げ溝５９が第
２の溝部に相当し、さらにコイニング加工を施していな
い面における波曲げ溝５９が請求項１０および１１の発
明における第３の溝部に相当する。
【００７７】上記のセパレータ５３は波曲げ加工を施す
ことにより表裏両面に波曲げ溝５９が形成されており、
したがって冷却水流路も上述したガス流路と同様に、４
つの領域に区分され、上側の２つの領域および下側の２
つの領域における波曲げ溝５９がその一端側のＵターン
溝によって連通した状態となっている。その形状の一部
を図２２に模式的に示してある。この図２２に示すよう
に、冷却水流路を構成する各波曲げ溝５９には、これと
交差する方向に向けて形成されているコイニング溝５８
を介して冷却水が供給される。その場合、コイニング溝
５８は、波曲げ溝５９より浅く、その開口面積（流路面
積）が波曲げ溝５９より小さいので、波曲げ溝５９から
コイニング溝５８に対しては冷却水が流入しにくい。そ
のため、冷却水がセパレータ５３の全面に可及的に均等
に拡散して全体を均一に冷却できるようにするために、
冷却水流路が以下に述べるように構成されている。
【００７８】冷却水の入口マニホールド６７がセパレー
タ５３の下側に形成されており、冷却水がここからコイ
ニング溝５８を介して波曲げ溝５９に供給されるように
なっている。したがって入口マニホールド６７に最も近
い波曲げ溝５９に冷却水が先ず供給され、その波曲げ溝
５９に沿って冷却水が流動する一方、冷却水の一部が他
のコイニング溝５８を介して、他の隣接する波曲げ溝５
９に流入し、かつ該他の波曲げ溝５９の内部を流動す
る。このように、入口マニホールド６７から遠い位置の
波曲げ溝５９に対しては、波曲げ溝５９より浅いコイニ
ング溝５８を介して冷却水が供給されるので、入口マニ
ホールド６７に近い位置の波曲げ溝５９に交差するコイ
ニング溝５８の全開口面積が、遠い位置の波曲げ溝５９
に交差するコイニング溝５８の全開口面積より大きく設
定されている。
【００７９】具体的には、 Ｖm ＝Ｖ1 ＋Ｖ1-2 Ｖ1-2 ＝Ｖ2 ＋Ｖ2-3 Ｖ2-3 ＝Ｖ3 ＋Ｖ3-4 を満たし、かつ （１／２）ｎ−１／Ｖm ＝Ｖ1 を満たす冷却水量となるように設定する。なお、Ｖm
は、入口マニホールド６７での冷却水量、Ｖ1 は入口マ
ニホールド６７に最も近い波曲げ溝５９での冷却水量、
Ｖ1-2 は入口マニホールド６７に最も近い波曲げ溝５９
とこれに隣接する第２番目の波曲げ溝５９とを接続する
コイニング溝５８での冷却水量、以下同様に、Ｖ2 およ
びＶ3 は第２番目の波曲げ溝５９での冷却水量および第
３番目の波曲げ溝５９での冷却水量、Ｖ2-3 は第２番目
と第３番目の波曲げ溝５９を接続するコイニング溝５８
での冷却水量、Ｖ3-4 は第３番目と第４番目の波曲げ溝
５９を接続するコイニング溝５８での冷却水量をそれぞ
れ示す。また、ｎは波曲げ溝５９の本数であり、図２２
に示す例では“４”である。
【００８０】結局は、入口マニホールド６７に近いコイ
ニング溝５８ほどその冷却水量が多くなるように設定さ
れている。これは、１つずつのコイニング溝５８の幅も
しくは深さを大きくして開口断面積を大きくすることに
より設定し、もしくはコイニング溝５８の数を入口マニ
ホールド６７側ほど多くすることにより設定される。な
お、図２２に示す例では、コイニング溝５８の数を入口
マニホールド６７側で多くしてある。
【００８１】冷却水をセパレータ５３の全面に可及的に
均等に分散させるためには、入口マニホールド６７から
波曲げ溝５９に対する冷却水の分散を促進する必要があ
り、そのために波曲げ溝５９に対して開口面積の小さい
コイニング溝５８の形状もしくは配列を上記のように設
定してある。したがって冷却水流路全体としての中流域
あるいは下流域では、冷却水が既に各波曲げ溝５９に分
散させられているので、コイニング溝５８を介した冷却
水の分散を図る必要は特にはない。そこで、この発明に
係る上記のセパレータ５３では、冷却水の分散を促進す
るためのコイニング溝５８の形状もしくは配列が、冷却
水流路全体のうち入口マニホールド６７に近い箇所で採
用され、これより下流側では、コイニング溝５８の形状
もしくは配列が、各波曲げ溝５９の間で同一に設定され
ている。すなわちこの発明における第１の溝部に相当す
るコイニング溝５８の形状もしくは配列が、冷却水の流
動方向での上流側と下流側とで異なっている。
【００８２】なお、波曲げ溝５９のうち、Ｕターン溝の
部分では、コイニング溝５８との交差角度が連続的に変
化し、かつ一部で両者の向きが一致するので、直線状の
コイニング溝５８と湾曲したＵターン溝とを安定的に形
成することが難しい。そのため、図に示す例では、Ｕタ
ーン溝の部分には、コイニング溝５８を形成していな
い。そしてそのＵターン溝の中間の部分までが、冷却水
の拡散の用に供されるので、上述したコイニング溝５８
について形状もしくは配列を各波曲げ溝５９の間で相違
させる処理は、Ｕターン溝の中間部、より具体的にはＵ
ターン溝の開始端からほぼ４５度旋回した位置に到るま
での区間において施せばよい。
【００８３】
【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明によ
れば、基準板面に対してその板面の厚さ方向の少なくと
も一方向に凸形状もしくは凹形状となりかつ前記板面に
平行な少なくとも２方向に互いに離隔して配列された複
数の凸部もしくは凹部が形成され、その凸部もしくは凹
部の前記基準板面からの突出高さもしくは窪み深さが、
基準板面の板厚の１．５倍以上でかつ凸部の前記板面方
向での最大外形寸法もしくは前記凹部の前記板面方向で
の最大内径寸法が、凸部同士のピッチもしくは凹部同士
のピッチ以上である多連凹凸板であるから、凸部もしく
は凹部の先端を他の平面に密着させることにより、互い
に連続した容積の大きい空間を確保することができる。
【００８４】また、請求項２の発明によれば、素材とな
る板材の少なくとも一方の面に、板厚を減少させた複数
条の溝部を形成し、ついでそれらの溝部に交差する線が
谷線および山線となるように連続した曲げ形状となる曲
げ加工をおこなうから、素材の延び量や張り出し量を少
なくし、主に曲げ加工によって互いに独立した多数の凹
凸部を形成することができ、そのため請求項２の発明に
よれば、高さもしくは深さが大きくしかも互いに接近し
た多数の凹凸部を有する多連凹凸板を得ることができ
る。
【００８５】請求項３の発明によれば、一方の面にの
み、板厚が他の部分より薄い複数条の溝を形成した板材
を、前記溝に交差する方向に山谷に連続して曲げ加工を
施す多連凹凸板用曲げ加工型であって、前記溝の変形を
規制する突部を有しているから、曲げ加工に伴う前記一
方の面における溝の変形を防止することができると同時
に、他方に面の山の部分の頂部における溝を確実に生じ
させることができ、その結果、互いに独立した多数の凹
凸部を、板厚に対して大きく突出し、また相互の間隔を
接近させて形成した多連凹凸板を得ることができる。
【００８６】請求項４の発明によれば、板状素材の一方
の面に、その板状素材の板厚方向およびその面方向の少
なくとも一方に成形ポンチを振動させるつつ押し付ける
ことにより凹凸部を形成する方法であるから、材料の延
びを凹凸部の一部に生じさせつつ次第に凹凸部の全体の
形状に仕上げることになり、そのため、クリープが生じ
にくく、その結果、板厚に対して深さの深い凹凸部を形
成することができ、またコーナ部分での曲率半径を小さ
くした角形に近い断面形状の凹凸部を得ることができ
る。
【００８７】請求項５の発明によれば、板状素材の少な
くとも一方の面に前記突起部用の複数の軸状部材を突き
当てるとともに、それらの軸状部材を軸線方向に加圧し
て該軸状部材を前記板状素材に嵌入させて軸状部材を板
状素材に一体化させることにより多連凹凸板を製造する
方法であるから、突起部の素材となる軸状部材がポンチ
となり、しかもその軸状部材が板状素材に嵌入して一体
化されるので、容易に多連凹凸板を製造することができ
る。また、板状素材の材料の流動や延びを生じさせるこ
とがないので、各突起部を互いに接近させ、またその突
出長さを長くすることができ、その結果、単位面積あた
りの突起部の数が多く、またその突出量の大きい多連凹
凸板を得ることができる。
【００８８】そして、請求項６の発明によれば、凹部を
形成すべき板状素材を、各領域が複数の凹部を含むよう
に複数の領域に区分し、各領域ごとに一箇所ずつ前記板
状素材の素材流動を伴う変形を生じさせて前記凹部を形
成することを特徴とする方法であるから、板状素材に材
料流動を生じさせて凹部を形成するものの、その加工
は、予め区分された区画の中の１箇所で実行されるの
で、複数の加工箇所で同一の部分からの材料の流入を同
時に生じさせることがなく、そのため、成形限界が向上
して板厚に対する深さの深い凹部もしくは凸部を形成す
ることができる。また、その加工は、複数の区画におい
て同時に実行されるので、生産性が悪化することはな
い。
【００８９】請求項７の発明によれば、板材の表裏両面
に互いに独立した複数の凹凸部が形成された多連凹凸板
を利用した燃料電池用セパレータであって、素材となる
板材の少なくとも一方の面に、板厚を減少させて形成さ
れた複数条の第１の溝部と、それらの溝部に谷線および
山線が交差するように前記板材を波状に連続した曲げ形
状となるように曲げ加工して前記板材の表裏両面に形成
された第２の溝部とを有する構造としたから、第１の溝
部と第２の溝部とによって区画された凸部が、燃料電池
における電極に導通する接点となり、しかもそれらの溝
部をガスや冷媒のための流路とすることができる。
【００９０】また、請求項８の発明によれば、前記一方
の面に形成されている溝部が冷却水用流路を形成し、か
つ他方の面に形成されている溝部がガス用流路を形成し
ているので、１枚のセパレータもしくは一対のセパレー
タでガス流路および冷却水流路を形成することができ
る。
【００９１】さらに、請求項９の発明によれば、前記冷
却水の流動方向における上流側の第１の溝部の形状もし
くは配列と下流側の第１の溝部の形状もしくは配列とを
相違させているために、第１の溝部を介して第２の溝部
に分散させる冷却水の流量を、第１の溝部の形状もしく
は配列によって制御し、第２の溝部ごとの冷却水量を充
分確保し、冷却不良個所の発生を未然に防止することが
できる。
【００９２】請求項１０の発明によれば、請求項７の構
成において、前記曲げ加工に伴って前記板材の他方の面
の山線に相当する部分に該山線に交差するように形成さ
れた第３の溝部を有し、前記一方の面における第１の溝
部および第２の溝部が冷却水用流路を形成し、かつ他方
の面における第２の溝部および第３の溝部がガス用流路
を形成したので、板材の一方の面側を冷却水の流動する
冷却部とし、かつ他方の面を燃料電池での発電の用に供
されるガスの供給部および排出部とすることでき、しか
もそれぞれの面で、溝部が交差して形成されているの
で、冷却水およびガスの分散を促進することができる。
【００９３】そして、請求項１１の発明によれば、請求
項７の構成において、前記板材の他方の面の山線に相当
する部分の所定箇所を板厚方向に押圧変形させて前記第
３の溝部より断面積の大きい第４の溝部を形成したの
で、ガス流路中の水滴などの液体をその第４の溝部に送
り込み、あるいは第４の溝部を介して他の第２の溝部に
分散させることができ、その結果、第２の溝部の液滴に
よる閉塞を解消してガスの流通および分散を良好におこ
なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による多連凹凸板の一部を示す斜視
図である。
【図２】 （Ａ）および（Ｂ）は図１に示す多連凹凸板
の製造過程を例示する側面図である。
【図３】 図１に示す多連凹凸板に使用されるビレット
状ピースの他の例を示す斜視図である。
【図４】 ノックアウトによってビレット状ピースを圧
縮する例を示す側面図である。
【図５】 （Ａ）および（Ｂ）は波曲げ加工によって多
連凹凸板を製造する過程を説明するための説明図であ
る。
【図６】 （Ａ）および（Ｂ）は図５に示す方法で採用
することのできる溝形状を示す断面図である。
【図７】 図５に示す方法で採用することのできる波曲
げ形状の一例を示す断面図である。
【図８】 溝形成のための突条を有する曲げ型の一例を
示す模式図である。
【図９】 ポンチを軸線方向および半径方向に振動させ
て凹部の絞り加工をおこなう装置の一例を模式的に示す
図である。
【図１０】 図９に示す装置で使用されるポンチの先端
形状を示す図である。
【図１１】 図９に示す装置で形成される凹部の成形過
程を示す断面斜視図である。
【図１２】 図９に示す装置で形成した凹部の形状の一
例を誇張して示す断面斜視図である。
【図１３】 複数の区画ごとに凹部の絞り加工をおこな
う場合の区画の配列の例を示す平面図である。
【図１４】 区画ごとに凹部の成形をおこなう際に使用
するポンチの構成を示す概略斜視図である。
【図１５】 そのポンチを押し下げている状態の断面図
である。
【図１６】 区画ごとに凹部を絞り成形した多連凹凸板
の部分断面斜視図である。
【図１７】 この発明に係るセパレータを使用した燃料
電池スタックの模式的な部分断面図である。
【図１８】 セパレータ用の板材の波曲げ加工前の状態
と波曲げ加工によってひけ溝が形成された状態とを示す
部分斜視図である。
【図１９】 ひけ溝を示す拡大部分端面図である。
【図２０】 この発明に係るセパレータの斜視図であ
る。
【図２１】 この発明に係るセパレータにおける水滴除
去溝を示す部分平面な図および断面図である。
【図２２】 この発明に係るセパレータにおける冷却水
流路の一部を示す部分平面図である。
【符号の説明】
１…多連凹凸板、 ２…平板部、 ３…凸部、 １０…
ビレット状ピース、２０…平板体、 ２１…溝、 ２２
…山線、 ２３…谷線、 ２４…凸部、 ２５…多連凹
凸板、 ２６…突起部、 ３４…ポンチ、 ３９…凹
部、 ４０…多連凹凸板、 ４１…凹凸部、 ４２…平
板部、 ４３…区画、 ４５…ポンチ、５０…電解質
膜、 ５１，５２…電極、 ５３…セパレータ、 ５４
…ガス流路、 ５７…冷却水用流路、 ５８…コイニン
グ溝、 ５９…波曲げ溝、 ６０…ひけ溝、 ６７…入
口マニホールド、 ６９…水滴除去溝。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｓ 1/06 Ｆ１６Ｓ 1/06

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基準板面に対してその板面の厚さ方向の
    少なくとも一方向に凸形状もしくは凹形状となりかつ前
    記板面に平行な少なくとも２方向に互いに離隔して配列
    された複数の凸部もしくは凹部が形成され、その凸部も
    しくは凹部の前記基準板面からの突出高さもしくは窪み
    深さが、基準板面の板厚の１．５倍以上でかつ凸部の前
    記板面方向での最大外形寸法もしくは前記凹部の前記板
    面方向での最大内径寸法が、凸部同士のピッチもしくは
    凹部同士のピッチ以上であることを特徴とする多連凹凸
    板。
  2. 【請求項２】 板材の表裏両面に互いに独立した複数の
    凹凸部が形成された多連凹凸板の製造方法において、 素材となる板材の少なくとも一方の面に、板厚を減少さ
    せた複数条の溝部を形成し、ついでそれらの溝部に交差
    する線が谷線および山線となるように連続した曲げ形状
    となる曲げ加工を施すことを特徴とする多連凹凸板の製
    造方法。
  3. 【請求項３】 一方の面にのみ、板厚が他の部分より薄
    い複数条の溝を形成した板材を、前記溝に交差する方向
    に山谷が連続する曲げ加工を施す多連凹凸板用曲げ加工
    型において、 前記溝の変形を規制する突部を有していることを特徴と
    する多連凹凸板用曲げ加工型。
  4. 【請求項４】 板材の一方の面から他方の面に向けて突
    き出させて窪ませた複数の凹部を有する多連凹凸板の製
    造方法において、 板状素材の一方の面に、その板状素材の板厚方向および
    その面方向の少なくともいずれか一方向に成形ポンチを
    振動させつつ押し付けることを特徴とする多連凹凸板の
    製造方法。
  5. 【請求項５】 板材の少なくとも一方の面に凸となる複
    数の突起部を一体に形成した多連凹凸板の製造方法にお
    いて、 板状素材の少なくとも一方の面に前記突起部用の複数の
    軸状部材を突き当てるとともに、それらの軸状部材を軸
    線方向に加圧して該軸状部材を前記板状素材に嵌入させ
    て軸状部材を板状素材に一体化させることを特徴とする
    多連凹凸板の製造方法。
  6. 【請求項６】 板材の一方の面から他方の面に向けて窪
    んだ複数の凹部を有する多連凹凸板の製造方法におい
    て、 前記凹部を形成すべき板状素材を、各領域が複数の凹部
    を含むように複数の領域に区分し、各領域ごとに一箇所
    ずつ前記板状素材の素材流動を伴う変形を生じさせて前
    記凹部を形成することを特徴とする多連凹凸板の製造方
    法。
  7. 【請求項７】 板材の表裏両面に互いに独立した複数の
    凹凸部が形成された多連凹凸板を利用した燃料電池用セ
    パレータにおいて、 素材となる板材の少なくとも一方の面に、板厚を減少さ
    せて形成された複数条の第１の溝部と、それらの第１の
    溝部に谷線および山線が交差する波状に連続した曲げ形
    状となるように前記板材に曲げ加工を施して前記板材の
    表裏両面に形成された第２の溝部とを有することを特徴
    とする多連凹凸板を利用した燃料電池用セパレータ。
  8. 【請求項８】 前記一方の面に形成されている溝部が冷
    却水用流路を形成し、かつ他方の面に形成されている溝
    部がガス用流路を形成していることを特徴とする請求項
    ７に記載の多連凹凸板を利用した燃料電池用セパレー
    タ。
  9. 【請求項９】 前記冷却水の流動方向における上流側の
    第１の溝部の形状もしくは配列と下流側の第１の溝部の
    形状もしくは配列とが相違していることを特徴とする請
    求項８に記載の多連凹凸板を利用した燃料電池用セパレ
    ータ。
  10. 【請求項１０】 前記曲げ加工に伴って前記板材の他方
    の面の山線に相当する部分に該山線に交差するように形
    成された第３の溝部を有し、 前記一方の面における第１の溝部および第２の溝部が冷
    却水用流路を形成し、かつ他方の面における第２の溝部
    および第３の溝部がガス用流路を形成していることを特
    徴とする請求項７に記載の多連凹凸板を利用した燃料電
    池用セパレータ。
  11. 【請求項１１】 前記板材の他方の面の山線に相当する
    部分の所定箇所が板厚方向に押圧変形されて前記第３の
    溝部より断面積の大きい第４の溝部が形成されているこ
    とを特徴とする請求項７に記載の多連凹凸板を利用した
    燃料電池用セパレータ。
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