JP2000317531A

JP2000317531A - 板材のプレス加工方法

Info

Publication number: JP2000317531A
Application number: JP11127978A
Authority: JP
Inventors: Munehisa Matsui; 宗久松井; Fumio Nonoyama; 史男野々山
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1999-05-10
Filing date: 1999-05-10
Publication date: 2000-11-21

Abstract

(57)【要約】【課題】プレス加工により板材の表面に緻密に配列し
た多数の微小突起を形成する場合において、弾性回復に
起因する成形品のそりを抑制することが可能であり、し
かも、板厚減少に起因する割れを防止することが可能な
板材のプレス加工方法を提供すること。【解決手段】塑性変形可能な板材５０にプレスによっ
て複数の突起５４を形成する場合において、第１のプレ
ス型１０を用いて突起５４を形成したい部分に張出し部
５２を形成する。次いで、第２のプレス型３０を用い
て、第１工程において形成された張出し部５２の周縁部
５２ａより張出し部５２の中心に近い内側部分を押圧
し、突起５４を完成させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、板材のプレス加工
方法に関し、特に、燃料電池の接触集電及びガス通路形
成のために用いられる、多数の突起が緻密に配列した燃
料電池用金属セパレータの製造方法として好適な板材の
プレス加工方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】板材のプレス加工は、他の加工方法に比
較して、生産性が高く、材料歩留も高いことから、自動
車、家電製品等に用いられる部品の製造方法として使用
されている。

【０００３】例えば、固体高分子型燃料電池において
は、燃料ガス、酸化剤ガス及び生成水の流路を構成する
と共に、各電極と接触させて集電するために、セパレー
タと呼ばれる部品が使用される。このセパレータは、電
極が接合された電解質膜（以下、これを「電極・電解質
膜接合体」という）を両面から挟持するための薄板状の
部品であり、電極と接触する表面には、多数の独立した
突起、あるいは連なった突起が形成されている。

【０００４】このような燃料電池用セパレータには、従
来から、ガス不透過性かつ導電性に優れ、しかも、酸化
水蒸気雰囲気下でも安定した低接触抵抗を示す緻密カー
ボングラファイトが用いられていた。また、緻密カーボ
ングラファイトは、展伸性がないので、セパレータ表面
の突起は、専ら機械加工により形成されていた。

【０００５】しかしながら、緻密カーボングラファイト
製のセパレータは、材料自体が高価であることに加え、
表面の突起を機械加工により形成しているために、加工
コストが高く、量産も困難であった。そのため、生産性
が高く、低コストな燃料電池用セパレータとして、金属
薄板をプレス加工することにより、表面に多数の独立し
た突起、あるいは連なった突起を形成した金属セパレー
タが注目されている。

【０００６】例えば、特開平１０−２３３２２０号公報
には、１ショットプレス加工により金属薄板の両面に溝
状の流路を形成してプレスプレートとし、このプレスプ
レートの両面に、中央部に開口部を有するマスクプレー
トを接合したものをセパレータとして用いた固体高分子
型燃料電池が開示されている。

【０００７】また、特開平１０−３０２８１４号公報に
は、プレス加工によりステンレス鋼板の表面に凹凸を形
成してセパレータとし、セパレータ表面の凹凸が互いに
かみ合うように、電極・電解質膜接合体をセパレータで
挟持した固体高分子型燃料電池が開示されている。

【０００８】また、特開平１０−２４１７０９号公報に
は、ステンレス鋼、アルミ、チタン等の金属板の表面に
流路を区画する膨出成形部を成形して共通プレス板と
し、共通プレス板の周囲をシリコンゴム等のゴム材料で
被覆することにより反応ガス流路及び冷媒流路を形成
し、これをセパレータとして用いた固体高分子型燃料電
池が開示されている。

【０００９】さらに、特開平１０−２２８９１４号公報
には、プレス加工によりステンレス鋼板の両面に多数個
の膨出成形部を形成し、膨出成形部の先端側端面に、厚
さ０．０１〜０．０２μｍの金メッキ層を形成した燃料
電池用セパレータが開示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、プレス
加工により金属薄板から各種形状、寸法を有する製品を
製造する場合、加工後にプレス型から成形品を取り出す
と、プレス型から受けている拘束力が取り除かれるため
に、いわゆる弾性回復（スプリングバック）が生じ、成
形品がプレス型の形状、寸法とは異なる形状に変形する
という問題がある。

【００１１】また、金属薄板が変形する際、材料がプレ
ス型内部で流動するが、特に過酷な変形を受ける部分で
は、周囲からの材料流入が少ないために、板厚が減少し
たり、あるいは、割れが発生するという問題がある。

【００１２】このような弾性回復と割れの発生は、成形
品の形状が複雑になるほど、また、成形品に要求される
寸法精度が高くなるほど大きな問題となる。例えば、燃
料電池用のセパレータとして金属セパレータを用いる場
合、反応ガスの流路内に滞留する水の排出を容易化する
ためには、セパレータ表面に連なった突起を形成するよ
りも、独立した多数の突起を設ける方が好ましい。ま
た、集電効率を高めるためには、比較的大きな突起を粗
く配列させるよりも、多数の微小突起を緻密に配列させ
る方が好ましい。

【００１３】しかしながら、プレス加工により薄板に多
数の微小突起を緻密に配列させる場合、配列が緻密にな
るほど弾性回復に起因する変形量が大きくなるという問
題がある。また、突起先端の角部は、突起頂部からの材
料流入が少ないために板厚が薄くなり、割れが発生しや
すいという問題がある。

【００１４】燃料電池用セパレータに形状不良や割れが
発生すると、シール性が低下し、反応ガスや冷媒が漏出
するおそれがあるので、プレス加工により金属セパレー
タを製造するに際しては、形状不良と割れを回避するこ
とが重要となる。しかしながら、このような問題を解決
する具体的手段は、上述した先行技術文献においては、
何ら言及されていない。

【００１５】本発明が解決しようとする課題は、プレス
加工により板材の表面に緻密に配列した多数の微小突起
を形成する場合において、弾性回復に起因する成形品の
そりを抑制することが可能な板材のプレス加工方法を提
供することにある。

【００１６】また、本発明が解決しようとする他の課題
は、プレス加工により板材の表面に緻密に配列した多数
の微小突起を形成する場合において、板厚減少に起因す
る割れを防止することが可能な板材のプレス加工方法を
提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、塑性変形可能な板材にプレスによって複数
の突起を形成する板材のプレス加工方法において、第１
のプレス型を用いて突起を形成したい部分に張出し部を
形成する第１工程と、第２のプレス型を用いて前記第１
工程において形成された前記張出し部の周縁部より前記
張出し部の中心に近い内側部分を押圧し、突起を完成さ
せる第２工程とを備えていることを要旨とするものであ
る。

【００１８】上記構成を有する本発明に係る板材のプレ
ス加工方法によれば、第１工程において板材に張出し部
が形成されると、張出し部の周縁部には、形状不良の原
因となる曲げモーメントが発生する。次いで、第２工程
において、張出し部の周縁部近傍の内側付近が第２のプ
レス型により押圧されると、張出し部の周縁部より内側
部分の凹型側に伸び変形が付与される。そのため、第１
工程において発生した曲げモーメントが相殺され、弾性
回復に起因するそりの発生を抑制することができる。

【００１９】ここで、前記第１のプレス型は、凸型の頂
部が丸型（例えば、球面状の型）であることが望まし
い。また、前記第２のプレス型は、凸型の頂部が平型で
あることが望ましい。第１のプレス型の凸型の頂部を丸
型とすると、板材に張出し部を形成する際、局部的な板
厚減少が抑制されるので、張出し部の板厚分布を一様に
することができる。また、第２のプレス型の凸型の頂部
を平型にすれば、完成した突起先端の平坦部の面積を広
くすることができる。

【００２０】また、前記第１工程と前記第２工程の間
に、第３のプレス型を用いて、前記第１工程において形
成された前記張出し部の周縁部より前記張出し部の中心
に近い内側部分であり、かつ、前記第２のプレス型と前
記張出し部が接する部分より外側部分を押圧し、前記第
１工程において形成された前記張出し部の高さをさらに
高くする工程を備えていてもよい。これにより、局部的
な板厚減少、及びこれに伴う割れの発生をさらに抑制す
ることができる。

【００２１】さらに、前記塑性変形可能な板材は、燃料
電池セパレータ用材料であることが望ましい。本発明を
用いれば、形状不良と割れの発生が大幅に軽減されるの
で、板厚が薄く、しかも、多数の微小突起が緻密に配列
した、集電性能に優れた燃料電池用セパレータを安価に
製造することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて詳細に説明する。本発明に係る板材のプレス加工方
法は、板材表面に複数の突起を形成するに際し、プレス
工程を少なくとも第１工程及び第２工程の２段階に分け
て行う点に特徴がある。

【００２３】第１工程は、第１のプレス型を用いて、突
起を形成したい部分に張出し部を形成する工程である。
この張出し部が、後に突起となる部分である。ここで、
第１工程において、張出し部は、その周縁部の長さ（平
坦部と張出し部との境界線間の最大の長さ）が、突起の
最終底部長さ（平坦部と最終的に形成された突起との境
界線間の最大の長さ）より長くなるように成形する必要
がある。これは、張出し部の周縁部の長さが突起の最終
底部長さ以下であると、単なる２度押しとなり、弾性回
復に起因する形状不良を解消できないためである。

【００２４】また、第１工程の成形荷重は、完成した成
形品に発生するそり量に影響を及ぼす。従って、張出し
部の形状、突起の最終形状、板材の材質、板厚等を考慮
して、弾性回復に起因する形状変化が最も小さくなるよ
うに、第１工程の成形荷重を定めるとよい。

【００２５】また、張出し部は、角部の高さが頂部の高
さの約２／３高さとなるように成形することが望まし
い。これは、前記の角部の高さで成形すると、張出し部
の板厚分布が一様になり、頂部や角部の局部的な板厚減
少を抑制できるためである。また、第２工程において先
端が平坦である突起を完成させる際、張出し部の頂部に
ある材料が突起の角部に流入するので、突起角部の割れ
を抑制できるという利点もある。

【００２６】また、板材に形成された突起先端の角部の
割れを抑制するためには、張出し部の高さが突起の最終
高さより高くなるように成形することも有効である。こ
れは、張出し部の高さを突起の最終高さより高くする
と、第２工程において突起を完成させる際に、張出し部
が高さ方向に圧縮されるので、張出し部頂部の材料が突
起先端の角部に流入し、角部近傍の板厚減少が抑制され
るためである。

【００２７】第２工程は、第２のプレス型を用いて、第
１工程において形成された張出し部の周縁部近傍の側壁
部分を押圧し、突起を完成させる工程である。ここで、
弾性回復に起因する形状不良を効果的に抑制するために
は、第２のプレス型により張出し部近傍の側壁部分を押
圧する位置、及びその際の押圧力を最適化することが重
要である。具体的には、張出し部の形状、突起の最終形
状、板材の材質、板厚等を考慮して、弾性回復に起因す
る形状変化が最も小さくなるように、第２のプレス型の
形状、第２工程の成形荷重等を決定するとよい。

【００２８】また、第２工程で形成される突起の最終形
状は、成形品の用途に応じた最適な形状とすればよい
が、本発明を燃料電池用セパレータの製造方法として適
用する場合には、完成した突起の先端が平坦となるよう
にプレス加工することが望ましい。突起先端を平坦にす
ると、電極・電解質接合体との接触面積が広くなり、集
電効率に優れた燃料電池用セパレータが得られるという
利点がある。

【００２９】なお、板材に突起を形成する場合におい
て、弾性回復に起因する形状不良と、板厚分布の不均一
及びこれに起因する割れを回避するためには、上述した
ように、プレス加工を少なくとも２段階に分けて行えば
よいが、第１工程と第２工程の間に第３工程、あるいは
それ以上の工程を追加してもよい。

【００３０】第１工程と第２工程の間に第３工程を追加
する場合、第１工程において形成された張出し部の周縁
部より内側部分であり、かつ、第２工程において押圧さ
れる側壁部分より外側部分を押圧し、第１工程において
形成された張出し部の高さがさらに高くなるように、プ
レス加工するとよい。

【００３１】第３工程において、張出し部の周縁部近傍
を圧縮しながら、張出し部の高さをさらに高くすれば、
局部的な板厚減少が抑制されるので、割れを生じさせる
ことなく突起の最終高さを高くすることができる。ある
いは、第３工程において、張出し部の高さを突起の最終
高さより高くした後、突起を完成させる際に張出し部を
高さ方向に圧縮すれば、上述したように、突起角部の割
れを回避することもできる。

【００３２】第４工程以上の複数工程を追加する場合も
同様であり、第１工程において形成された張出し部の周
縁部近傍が段階的に圧縮され、かつ、張出し部の高さが
段階的に高くなるように膨出部をプレス加工するとよ
い。

【００３３】次に、本発明に係るプレス加工方法に使用
されるプレス型について説明する。図１に、第１工程に
おいて用いられる第１のプレス型の一例を示す。図１に
おいて、第１のプレス型１０は、凹型１２と、凸型２２
からなっている。凹型１２は、角形の本体１２ａの上面
に、同一形状を有する多数の凹部１４を縦横に刻設した
ものである。また、本体１２ａの底部には、凹型１２を
プレス加工機本体（図示せず）に取り付けるためのねじ
穴１２ｂが設けられている。

【００３４】凸型２２は、同じく、角形の本体２２ａの
上面に、同一形状を有する多数の凸部２４を縦横に形成
したものであり、凸型２２の各凸部２４は、凹型１２の
各凹部１４に対応する位置に設けられている。また、本
体２２ａの底部には、凸型２２をプレス加工機本体（図
示せず）に取り付けるためのねじ穴２２ｂが設けられて
いる。

【００３５】図２に、第１のプレス型１０を構成する凹
型１２及び凸型２２の拡大平面図及び断面図を示す。図
２（ａ）において、凹型１２の表面には、所定のピッチ
で、複数の角錐台状の凹部１４が刻設されている。ま
た、図２（ｂ）において、凸型２２の表面には、凹部１
４と同一ピッチで、複数の凸部２４が形成されている。

【００３６】また、第２工程において用いられる第２の
プレス型（図示せず）は、凹型と凸型からなっている点
は第１のプレス型１０と同様であるが、凹型の表面に刻
設される凹部と、凸型の表面に形成される凸部の形状が
異なっている。

【００３７】図３に、第２のプレス型３０を構成する凹
型３２及び凸型４２の拡大平面図及び断面図を示す。図
３（ａ）において、凹型３２の表面には、第１のプレス
型１０の凹型１２に刻設された凹部１４と同一ピッチ
で、複数の角錐台状の凹部３４が刻設されている。ま
た、図３（ｂ）において、凸型４２の表面には、凹部３
４と同一ピッチで、複数の凸部４４が形成されている。

【００３８】ここで、図２に示す第１のプレス型１０に
おいて、凹型１２は、凹部１４の対向する内壁面のなす
角（以下、これを「対面角」という。）α_１１が、第２
のプレス型３０の凹部３４の対面角α_３１より大きくな
っている。また、凹部１４の開口端の長さＬ_１２は、凹
部３４の開口端の長さＬ_３２より長くなっている。これ
は、第１のプレス型１０で形成された張出し部の周縁部
近傍の側壁部分を、第２のプレス型３０の凹部３４の開
口端３４ａで押圧するためである。

【００３９】なお、凹部１４の底部の長さＬ_１１及び凹
部１４の深さＤ_１１は任意に定めることができるが、凹
部１４の深さＤ_１１を凹部３４の深さＤ_３１より深くす
ると、第１工程で成形される張出し部の高さが突起の最
終高さより高くなり、第２工程において突起を完成させ
る際、突起角部の板厚減少を抑制できるという利点があ
る。

【００４０】また、図２に例示する第１のプレス型１０
において、凸型２２には、凸部２４の先端が丸味を帯び
た丸型が用いられている。すなわち、凸部２４は、底角
の異なる２つの角錐台が重ねられた形状を呈し、その先
端は、所定の曲率半径でＲ面取り加工が施されている。

【００４１】この場合、凸部２４先端の曲率半径、隣り
合う凸部２４、２４の先端側の外側面のなす角（以下、
これを「側面角」という。）β_２１及び基端側の側面角
β_２ _２、凸部２４の基端の長さＬ_２２及び凸部２４の側
面角が変化する部分の長さＬ _２１、並びに凸部２４の高
さＨ_２１は、突起の最終形状、板材の材質、板厚、プレ
ス条件等を考慮して、板厚分布の不均一が最も小さくな
るように定めるとよい。

【００４２】なお、「丸型」とは、凸部２４先端の形状
が所定の曲率半径を有する球面状である場合に限定され
るものではなく、例えば、凸部２４の頂部に形成された
比較的面積の小さい平坦面と、これと滑らかにつながる
傾斜面によって構成される多面体状である場合も含まれ
る。あるいは、底角の異なる２つの角錐台を重ねて凸部
２４とする代わりに、凸部２４全体の形状を球面状とし
てもよい。

【００４３】また、図３に例示する第２のプレス型３０
において、凹型３２に刻設される凹部３４の底部の長さ
Ｌ_３１及び凹部３４の深さＤ_３１は、突起の最終形状に
基づいて定められる。なお、凹部３４の対面角α_３１及
び開口端の長さＬ_３２は、第１工程において形成された
張出し部の側壁近傍を押圧できるように定められる点
は、上述したとおりである。

【００４４】さらに、図３に例示する第２のプレス型３
０において、凸型４２には、凸部４４の先端が平坦であ
る平型が用いられている。この場合、凸部４４の側面角
β_４ _１、凸部４４の基端の長さＬ_４２及び先端の長さＬ
_４１は、主に、突起の最終形状に基づいて定められる。

【００４５】一方、凸部４４の高さＨ_４１は、張出し部
の周縁部近傍に付与される伸び変形の大きさと密接な関
係がある。従って、凸部４４の高さＨ_４１は、張出し部
の形状、突起の最終形状、板材の材質、板厚、プレス条
件等を考慮して、弾性回復に起因する形状変化が最も小
さくなるように定めるとよい。

【００４６】次に、本発明に係る板材のプレス加工方法
の作用について説明する。プレス加工により板材に多数
の突起を成形する場合、図３に示すような形状を有する
プレス型３０を用いて、１工程でプレス加工するのが一
般的である。

【００４７】このようなプレス型３０を用いて１工程で
プレス加工を行った場合、図４（ａ）に示すように、板
材５０が凹型３２及び凸型４２により押圧され、板材５
０の表面に多数の突起５４が形成される。

【００４８】この時、突起５４の基端５４ａ近傍では、
曲げ応力と引張応力の双方が作用する曲げ引張変形の応
力状態になっている。特に、引張応力成分が小さい場合
には、図４（ｂ）に示すように、凹型３２側には圧縮応
力が作用し、凸型４２側には引張応力が作用する。その
ため、プレス加工後に板材５０をプレス型３０から取り
出すと、弾性回復による曲げモーメントＭにより、板材
５０は、突起５４面側に凸に撓んだ状態となる。

【００４９】また、図４（ａ）に示すように、板材５０
が塑性変形する際、突起５４の角部５４ｂ近傍は、頂部
５４ｃからの材料流入が少ないために、成形に伴う板厚
減少が大きくなる。そのため、材料の延性が低い場合、
板厚が薄い場合、あるいは、突起５４の高さが板厚に比
して高い場合には、突起５４の角部５４ｂに割れが発生
するおそれがある。

【００５０】これに対し、本発明に係る板材のプレス加
工方法では、図５に示すように、板材５０に突起を形成
するに際し、第１のプレス型１０を用いて板材５０に張
出し部５２を形成する第１工程と、第２のプレス型３０
を用いて突起５４を完成させる第２工程の、少なくとも
２工程に分けてプレス加工が行われる。

【００５１】しかも、第１工程においては、図５（ａ）
に示すように、張出し部５２の周縁部５２ａの長さａが
突起５４の最終底部長さｂより長くなるように板材５０
のプレス加工が行われる。また、第２工程においては、
図５（ｂ）に示すように、凹部３４の開口端３４ａによ
り、張出し部５２の周縁部５２ａ近傍の側壁部分を押圧
するようにプレス加工が行われる。

【００５２】そのため、第１工程において板材５０表面
に張出し部５２を形成した時点では、張出し部５２の周
縁部５２ａ近傍には、弾性回復の原因となる曲げモーメ
ントＭが作用した状態になっているが、突起５４が完成
したときには、図５（ｃ）に示すように、周縁部５２ａ
の凹型３２側部分に伸び変形が付与される。

【００５３】この伸び変形が、弾性回復の原因となる曲
げモーメントＭを相殺するに必要かつ十分な大きさとな
るようにプレス加工が行われた場合には、板厚方向全体
が伸び変形となり、弾性回復に起因する形状不良が抑制
されると考えられる。

【００５４】さらに、第１のプレス型１０として、凸型
２２の凸部２４先端が丸型になっているものを用いた場
合には、図５（ａ）に示すように、板材５０の塑性変形
が比較的均一に行われ、形成された張出し部５２の局部
的な板厚減少が抑制される。

【００５５】板厚分布が一様な張出し部５２が形成され
た板材５０を第２のプレス型３０を用いて２回目のプレ
ス加工を行うと、図５（ｂ）に示すように、張出し部５
２の先端が、凹型３２の凹部３４の底面と凸型４２の凸
部４４の先端面との間で平坦化される際、張出し部５２
の頂部にある材料が、凸部４４の角部４４ｂに向かって
流れ込む。そのため、図５（ｃ）に示すように、突起５
４が完成したときには、突起５４の角部５４ｂ近傍にお
ける板厚減少が抑制され、角部５４ｂにおける割れを防
止することができる。

【００５６】

【実施例】（実施例１）図１〜図３に示す第１のプレス
型１０及び第２のプレス型３０を用いて、複数の微小突
起が緻密に配列した燃料電池用セパレータのプレス加工
を行った。供試材には、ブランク寸法５７×５７ｍｍ、
板厚０．３ｍｍの市販のアルミ合金板（Ａ５０５２）を
用いた。

【００５７】なお、第１のプレス型１０及び第２のプレ
ス型３０の各部の形状の内、凹部１４の対面角α_１１は
６０゜、凹部３４の対面角α_３１は４０゜とした。ま
た、凹部１４、３４の深さＤ_１１及びＤ_３１はいずれも
０．５ｍｍ、底部の長さＬ_１１及びＬ_３１はいずれも１
ｍｍとし、凸部４４の高さＨ_４１は、０．６ｍｍとし
た。その他の部分は、型内に材料が完全に充填した場合
において、４０×４０ｍｍの領域（以下、これを「成形
領域」という。）に、突起先端１×１ｍｍ、高さ０．５
ｍｍの角錐台状の突起が２ｍｍピッチで２０×２０個成
形されるように定めた。

【００５８】このような供試材及びプレス型を用い、成
形領域の周囲を１．２ｔｏｎｆで拘束し、成形荷重を変
えてプレス加工を行った。得られた成形品について、そ
り高さ及び突起角部の割れの有無を調べた。

【００５９】なお、そり高さＨ（ｍｍ）は、図６に示す
ように、形状測定器を用いてＸＸ’断面における板中央
と成形領域外縁の高さの差Ｈ_１（ｍｍ）と、ＹＹ’断面
における板中央と成形領域外縁の高さの差Ｈ_２（ｍｍ）
を測定し、これらの平均高さ（Ｈ＝（Ｈ_１＋Ｈ_２）／
２）で表した。また、そり高さＨの符号は、突起面側が
凸に変形した場合を＋とし、突起面側が凹に変形した場
合を−と定義した。さらに、突起角部の亀裂の有無は、
目視により確認した。結果を図７に示す。

【００６０】凸型４２が平型である第２のプレス型３０
（以下、これを「プレス型Ｂ」という。）のみを用いて
１工程でプレス加工を行った場合（図７中、白丸で表
示）、成形品はいずれも突起面側が凸に変形し、そり高
さＨは、成形荷重によらず約＋０．５ｍｍに達した。

【００６１】また、凸型２２が丸型である第１のプレス
型１０（以下、これを「プレス型Ａ」という）のみを用
いてプレス加工を行った場合（図７中、白三角で表
示）、そり高さＨは、成形荷重の影響を受け、成形荷重
を１５ｔｏｎｆとした場合で＋０．５６０ｍｍ、２０ｔ
ｏｎｆとした場合で＋０．３０４ｍｍとなった。

【００６２】これに対し、プレス型Ａを用いて２０ｔｏ
ｎｆで張出し部を成形し、プレス型Ｂを用いて突起を完
成させる２工程成形の場合（図７中、黒菱形で表示）、
第２工程の成形荷重を１５ｔｏｎｆとすると、成形品
は、突起面側が凹に変形し、そり高さＨは、−０．１１
０ｍｍまで減少した。しかし、第２工程の成形荷重を２
０及び２５ｔｏｎｆと変化させても、そり高さＨは、そ
れぞれ、−０．３６０ｍｍ及び−０．２８３ｍｍとな
り、そりのない成形品は得られなかった。

【００６３】一方、プレス型Ａを用いて１５ｔｏｎｆで
張出し部を成形し、プレス型Ｂを用いて突起を完成させ
る２工程成形の場合（図７中、黒丸で表示）、第２工程
の成形荷重を１５ｔｏｎｆとすると、そり高さＨは、＋
０．０２５ｍｍとなり、ほとんどそりのない成形品が得
られた。

【００６４】第２工程における成形荷重を２０ｔｏｎｆ
及び２５ｔｏｎｆに増加させると、そり高さＨの絶対値
は大きくなり、それぞれ、−０．１１８ｍｍ及び−０．
２７７ｍｍとなった。これは、成形荷重の増加によっ
て、張出し部の周縁部近傍に付与される伸び変形の大き
さが変わるためと考えられる。

【００６５】なお、本実施例においては、突起高さに比
して板厚が相対的に厚いために、いずれの成形品にも、
突起先端の角部に割れは発生しなかった。

【００６６】（実施例２）供試材として、板厚０．３ｍ
ｍのＳＵＳ４３０を用いた以外は、実施例１と同様の手
順に従い、燃料電池用セパレータのプレス加工を行い、
そり高さ及び突起先端の割れの有無を調べた。結果を図
８に示す。

【００６７】プレス型Ｂのみを用いた１工程成形の場合
（図８中、白丸で表示）、成形荷重によらず、そり高さ
Ｈは、＋０．５ｍｍ程度に達した。また、プレス型Ａの
みを用いた１工程成形の場合（図８中、白三角で表
示）、そり高さＨは、＋０．３１０ｍｍとなり、そりの
ない成形品は得られなかった。

【００６８】これに対し、プレス型Ａを用いて３０ｔｏ
ｎｆで張出し部を形成し、プレス型Ｂを用いて突起を完
成させる２工程成形の場合（図８中、黒丸で表示）、第
２工程の成形荷重を２０ｔｏｎｆとすると、そり高さＨ
は、−０．０１８ｍｍとなり、ほとんどそりのない成形
品が得られた。

【００６９】第２工程の成形荷重を３０ｔｏｎｆ及び４
０ｔｏｎｆに増加させると、そり高さＨは若干増加し
て、それぞれ、−０．０３０ｍｍ及び−０．０６９ｍｍ
となったが、１工程成形に比較して、そり高さＨの絶対
値は、大幅に減少した。

【００７０】なお、本実施例においては、突起高さに比
して板厚が相対的に厚いために、いずれの成形品にも、
突起先端の角部に割れは発生しなかった。

【００７１】以上の結果から、厚さ０．３ｍｍのアルミ
合金板あるいはステンレス鋼板をプレス加工する場合に
おいて、第１工程の成形荷重と第２工程の成形荷重を最
適化すれば、本発明に係る２工程成形により、ほとんど
そりのない成形品が得られることがわかった。

【００７２】（実施例３）供試材として厚さ０．２ｍｍ
のアルミ合金板（Ａ１０５０）を用いて、燃料電池用セ
パレータのプレス加工を行った。なお、本実施例におい
ては、実施例１で用いたプレス型Ａ及びプレス型Ｂの他
に、凸部４４の高さＨ_４１が０．５５ｍｍである以外は
プレス型Ｂと同様の構造を有するプレス型（以下、これ
を「プレス型Ｃ」という。）を用いた。得られた成形品
について、実施例１と同様の手順に従い、そり高さ及び
割れの有無を調べた。結果を図９に示す。

【００７３】プレス型Ｃのみを用いた１工程成形の場合
（図９中、白丸で表示）、そり高さＨは、成形荷重によ
らず、＋０．３０〜＋０．４０ｍｍとなった。また、プ
レス型Ａのみを用いた１工程成形の場合（図９中、白三
角で表示）、成形荷重を１０ｔｏｎｆとすると、そり高
さＨは、＋０．２１８ｍｍとなり、そりのない成形品は
得られなかった。

【００７４】これに対し、プレス型Ａを用いて１０ｔｏ
ｎｆで張出し部を形成し、プレス型Ｂを用いて突起を完
成させる２工程成形の場合（図９中、黒四角で表示）、
第２工程の成形荷重を２０ｔｏｎｆとすると、そり高さ
は、−０．０９０ｍｍまで減少した。しかし、第２工程
の成形荷重を１５ｔｏｎｆ及び１０ｔｏｎｆに減少させ
ても、そり高さは、それぞれ、−０．１２８ｍｍ及び−
０．２４４ｍｍとなり、そりのない成形品は得られなか
った。

【００７５】一方、プレス型Ａを用いて１０ｔｏｎｆで
張出し部を形成し、プレス型Ｃを用いて突起を完成させ
る２工程成形の場合（図９中、黒丸で表示）、第２工程
の成形荷重を１０ｔｏｎｆとすると、そり高さＨは、−
０．０４６ｍｍとなり、ほとんどそりのない成形品が得
られた。

【００７６】第２工程の成形荷重を１５ｔｏｎｆ及び２
０ｔｏｎｆに増加させると、そり高さＨは、それぞれ、
＋０．１７２ｍｍ及び＋０．３６０ｍｍに増加した。こ
れは、第２工程に用いるプレス型の凸部の高さを加減す
ることにより、張出し部の周縁部近傍に付与される伸び
変形の大きさが変化するためと考えられる。

【００７７】さらに、プレス型Ｃを用いた１工程成形の
場合、成形品の突起角部には、割れが認められた。これ
に対し、プレス型Ａを用いた１工程成形の場合及び２工
程成形の場合、成形品の突起角部には、いずれも割れは
認められなかった。

【００７８】（実施例４）供試材として、厚さ約０．２
ｍｍのＳＵＳ３０４焼鈍材を用いた以外は、実施例３と
同様の手順に従い、燃料電池用セパレータのプレス加工
を行った。得られた成形品について、実施例１と同様の
手順に従い、そり高さ及び割れの有無を調べた。結果を
図１０に示す。

【００７９】プレス型Ｃのみを用いた１工程成形の場合
（図１０中、白丸で表示）、成形荷重によらず、そり高
さＨは、＋０．３１ｍｍ〜＋０．４３ｍｍとなった。ま
た、プレス型Ｂのみを用いた１工程成形の場合（図１２
中、白四角で表示）、成形荷重を４０ｔｏｎｆとする
と、そり高さＨは、＋０．４７０ｍｍに達した。さら
に、プレス型Ａのみを用いた１工程成形の場合（図１２
中、白三角で表示）、成形荷重を３０ｔｏｎｆとする
と、そり高さＨは、＋０．２９６ｍｍとなり、いずれ
も、比較的大きなそりが発生した。

【００８０】これに対し、プレス型Ａを用いて張出し部
を形成し、プレス型Ｂを用いて突起を完成させる２工程
成形の場合（図１０中、黒四角で表示）、成形荷重を２
０ｔｏｎｆとすると、そり高さＨは−０．１６６ｍｍま
で減少した。しかし、成形荷重を増加させても、そり高
さＨは−０．２０ｍｍを越えており、そりのない成形品
は得られなかった。

【００８１】一方、プレス型Ａを用いて張出し部を形成
し、プレス型Ｃを用いて突起を完成させる２工程成形の
場合（図１０中、黒丸で表示）、第２工程の成形荷重が
小さくなるほど、そり高さＨが小さくなる傾向が認めら
れた。また、第２工程の成形荷重を２０ｔｏｎｆとする
と、そり高さＨは、＋０．０４８ｍｍとなり、ほとんど
そりのない成形品が得られた。

【００８２】さらに、プレス型Ｂ又はＣを用いた１工程
成形の場合、成形品の突起角部には、割れが認められ
た。これに対し、プレス型Ａを用いた１工程成形の場合
及び２工程成形の場合、成形品の突起角部には、いずれ
も割れは認められなかった。

【００８３】以上の結果から、厚さ０．２ｍｍのアルミ
合金板あるいはステンレス鋼板をプレス加工する場合に
おいて、成形荷重及び第２工程に使用するプレス型の凸
部の高さを最適化すれば、本発明に係る２工程成形によ
り、ほとんどそりがなく、しかも突起角部に割れのない
成形品が得られることがわかった。

【００８４】以上、本発明の実施の形態について詳細に
説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しないで種々の改変
が可能である。

【００８５】例えば、本発明に係るプレス加工方法が適
用される板材の材質は、塑性変形可能な他の材料に対し
ても適用可能である。例えば、上述したアルミ合金板、
ステンレス鋼板の他、チタン及びその合金、銅及びその
合金、あるいは、Ｓｎ及びその合金等に対しても適用で
きる。また、これらの金属板の表面に、金、Ｎｉ、Ｓｎ
及びその合金、緻密カーボングラファイト等を被覆した
板材に対しても適用可能である。

【００８６】また、上記実施の形態においては、プレス
加工により板材の表面に角錐台状の独立した複数の突起
を形成する場合について説明したが、板材の表面に円錐
台状の突起を形成する場合、連なった突起を形成する場
合、あるいは、独立した突起と連なった突起の双方を同
時に形成する場合等に対しても本発明を適用できる。

【００８７】さらに、本発明に係る板材のプレス加工方
法は、特に、燃料電池用セパレータの製造方法として好
適であるが、本発明の用途はこれに限定されるものでは
なく、各種工作機械、自動車、家電製品等に用いられる
薄板状の部品に対する突起の形成方法として用いること
ができ、これにより上記実施の形態と同様の効果を得る
ことができる。

【００８８】

【発明の効果】本発明に係るプレス加工方法は、第１の
プレス型を用いて突起を形成したい部分に張出し部を形
成する第１工程と、第２のプレス型を用いて第１工程に
おいて形成された張出し部の周縁部より張出し部の中心
に近い内側部分を押圧し、突起を完成させる第２工程と
を備えているので、第１工程において張出し部の周縁部
に発生した曲げモーメントが第２工程において相殺さ
れ、弾性回復に起因するそりの発生を抑制することがで
きるという効果がある。

【００８９】また、第１のプレス型の凸型の頂部を丸型
とすれば、板材に張出し部を形成する際、材料の板厚分
布を一様にすることができ、これによって局部的な板厚
減少及びこれに起因する割れの発生を抑制することがで
きるという効果がある。

【００９０】また、第２のプレス型の凸型の頂部を平型
とすれば、完成した突起先端の平坦部の面積を広くする
ことができ、燃料電池用セパレータに適した成形品が得
られるという効果がある。

【００９１】また、第１工程と第２工程の間に、第３の
プレス型を用いて、第１工程において形成された張出し
部の周縁部より張出し部の中心に近い内側部分であり、
かつ、第２のプレス型と張出し部が接する部分より外側
部分を押圧し、第１工程において形成された張出し部の
高さをさらに高くする工程を加えた場合には、局部的な
板厚減少に起因する割れの発生をさらに抑制することが
できるという効果がある。

【００９２】さらに、塑性変形可能な板材として燃料電
池セパレータ用材料を用いれば、板厚が薄く、しかも多
数の微小突起が緻密に配列した、集電性能に優れた燃料
電池用セパレータを安価に製造できるという効果があ
る。

【００９３】以上のように、本発明によれば、板材をプ
レス加工する際に生ずる形状不良と割れの問題を同時に
解決することができるので、これを例えば、燃料電池用
セパレータの製造方法に適用すれば、燃料電池の低コス
ト化、信頼性の向上、発電効率の向上等に寄与するもの
であり、産業上その効果の極めて大きい発明である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は、第１工程で用いられる第１のプ
レス型を構成する凹型の平面図及びそのＡ−Ａ’線断面
図であり、図１（ｂ）は、凸型の平面図及びそのＢ−
Ｂ’線断面図である。

【図２】図２（ａ）は、図１（ａ）に示す凹型の拡大平
面図及びそのＡ−Ａ’線断面図であり、図２（ｂ）は、
図１（ｂ）に示す凸型の拡大平面図及びそのＢ−Ｂ’線
断面図である。

【図３】図３（ａ）は、第２工程で用いられる第２のプ
レス型を構成する凹型の拡大平面図及びそのＡ−Ａ’線
断面図であり、図３（ｂ）は、凸型の拡大平面図及びそ
のＢ−Ｂ’線断面図である。

【図４】図４（ａ）は、１工程成形の際に局部的な板厚
減少が生じた状態示す図であり、図４（ｂ）は、突起の
周縁部に発生した残留応力を示す図である。

【図５】図５（ａ）は、第１工程終了後の板材の変形状
態を示す図であり、図５（ｂ）及び図５（ｃ）は、第２
工程時の板材の変形過程を示す図である。

【図６】プレス加工後に生ずる板材のそり高さの測定方
法を説明する図である。

【図７】厚さ０．３ｍｍのアルミ合金板（Ａ５０５２）
をプレス加工した場合における成形荷重とそり高さの関
係を示す図である。

【図８】厚さ０．３ｍｍのステンレス鋼板（ＳＵＳ４３
０）をプレス加工した場合における成形荷重とそり高さ
の関係を示す図である。

【図９】厚さ０．２ｍｍのアルミ合金板（Ａ１０５０）
をプレス加工した場合における成形荷重とそり高さの関
係を示す図である。

【図１０】厚さ０．２ｍｍのステンレス鋼板（ＳＵＳ３
０４焼鈍材）をプレス加工した場合における成形荷重と
そり高さの関係を示す図である。

【符号の説明】

１０第１のプレス型２２凸型３０第２のプレス型４２凸型５０板材５２張出し部５２ａ周縁部５４突起

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】塑性変形可能な板材にプレスによって複
数の突起を形成する板材のプレス加工方法において、第１のプレス型を用いて突起を形成したい部分に張出し
部を形成する第１工程と、第２のプレス型を用いて前記第１工程において形成され
た前記張出し部の周縁部より前記張出し部の中心に近い
内側部分を押圧し、突起を完成させる第２工程とを備え
ている板材のプレス加工方法。
【請求項２】前記第１のプレス型は、凸型の頂部が丸
型であることを特徴とする請求項１に記載の板材のプレ
ス加工方法。
【請求項３】前記第２のプレス型は、凸型の頂部が平
型であることを特徴とする請求項１に記載の板材のプレ
ス加工方法。
【請求項４】前記第１工程と前記第２工程の間に、第
３のプレス型を用いて、前記第１工程において形成され
た前記張出し部の周縁部より前記張出し部の中心に近い
内側部分であり、かつ、前記第２のプレス型と前記張出
し部が接する部分より外側部分を押圧し、前記第１工程
において形成された前記張出し部の高さをさらに高くす
る工程を備えていることを特徴とする請求項１に記載の
板材のプレス加工方法。
【請求項５】前記塑性変形可能な板材が燃料電池セパ
レータ用材料であることを特徴とする請求項１に記載の
板材のプレス加工方法。