JP2003331858A - 燃料電池用セパレータとその製造方法及び燃料電池 - Google Patents
燃料電池用セパレータとその製造方法及び燃料電池Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 加工が容易で割れや反りがなく、機械的強
度、電気伝導性、耐食性に優れ軽量でありコストを低減
することができる燃料電池用セパレータとその製造方法
及び燃料電池を提供する。 【解決手段】 アルミニウム２．５〜３．５重量％、亜
鉛０．５〜１．５重量％、マンガン０．１５重量％以
上、鉄０．０１重量％以下、ケイ素０．１０重量％以
下、銅０．１０重量％以下、ニッケル０．００５重量％
以下、カルシウム０．０４重量％以下、希土類金属０．
１〜０．３重量％、残りがマグネシウムであるマグネシ
ウム合金を温度５５３Ｋ、押し出し比率７％で熱間押し
出し加工した。熱間押し出し加工後のマグネシウム合金
を温度５７３Ｋで１０時間時効処理して、超塑性鍛造加
工によって流路溝９０ａ及び取付孔９０ｂを一体成形し
た。
度、電気伝導性、耐食性に優れ軽量でありコストを低減
することができる燃料電池用セパレータとその製造方法
及び燃料電池を提供する。 【解決手段】 アルミニウム２．５〜３．５重量％、亜
鉛０．５〜１．５重量％、マンガン０．１５重量％以
上、鉄０．０１重量％以下、ケイ素０．１０重量％以
下、銅０．１０重量％以下、ニッケル０．００５重量％
以下、カルシウム０．０４重量％以下、希土類金属０．
１〜０．３重量％、残りがマグネシウムであるマグネシ
ウム合金を温度５５３Ｋ、押し出し比率７％で熱間押し
出し加工した。熱間押し出し加工後のマグネシウム合金
を温度５７３Ｋで１０時間時効処理して、超塑性鍛造加
工によって流路溝９０ａ及び取付孔９０ｂを一体成形し
た。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、燃料電池用セパ
レータとその製造方法及び燃料電池に関する。
レータとその製造方法及び燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池用セパレータは、電気的及び腐
食環境におかれる一つの構造物として取り扱われてお
り、燃料電池用セパレータの材料には軽量、機械的強
度、電気伝導性及び耐食性が求められ、大量使用される
ためコストの低減が強く望まれている。従来、グラファ
イト、天然若しくは人口黒鉛、アモルファスカーボン、
膨張黒鉛などのカーボン系材料や、ステンレス鋼、アル
ミニウム合金又はチタン合金などを使用した燃料電池用
セパレータが知られている。カーボン系材料は、軽くて
強度を有するが脆くて加工が困難であり、カーボン自体
のコストが非常に高く、燃料電池用セパレータとして大
量に使用する際にはコストに問題があった。このため、
ステンレス鋼、アルミニウム合金又はチタン合金を使用
した燃料電池用セパレータが製造されている。
食環境におかれる一つの構造物として取り扱われてお
り、燃料電池用セパレータの材料には軽量、機械的強
度、電気伝導性及び耐食性が求められ、大量使用される
ためコストの低減が強く望まれている。従来、グラファ
イト、天然若しくは人口黒鉛、アモルファスカーボン、
膨張黒鉛などのカーボン系材料や、ステンレス鋼、アル
ミニウム合金又はチタン合金などを使用した燃料電池用
セパレータが知られている。カーボン系材料は、軽くて
強度を有するが脆くて加工が困難であり、カーボン自体
のコストが非常に高く、燃料電池用セパレータとして大
量に使用する際にはコストに問題があった。このため、
ステンレス鋼、アルミニウム合金又はチタン合金を使用
した燃料電池用セパレータが製造されている。
【０００３】特開平10-228914号公報には、アルミニウ
ム、チタン、ステンレス鋼などに金めっきを施した燃料
電池用セパレータが開示されており、特開平8-180883号
公報にはステンレス鋼又はチタン合金をプレス加工によ
って形成した燃料電池用セパレータが開示されており、
特開2000-309854号公報にはオーステナイト系ステンレ
ス鋼からなる燃料電池用セパレータが開示されている。
ステンレス鋼は、強度を有し加工に問題はないが、カー
ボンに比べて６倍程度の重量があるため電池自体の重量
が増加して、鉄道車両や自動車などに搭載することが困
難である。また、アルミニウム合金及びチタン合金は、
強度がありステンレス鋼に比べて軽量であるがめっきな
どの処理が必要になる。
ム、チタン、ステンレス鋼などに金めっきを施した燃料
電池用セパレータが開示されており、特開平8-180883号
公報にはステンレス鋼又はチタン合金をプレス加工によ
って形成した燃料電池用セパレータが開示されており、
特開2000-309854号公報にはオーステナイト系ステンレ
ス鋼からなる燃料電池用セパレータが開示されている。
ステンレス鋼は、強度を有し加工に問題はないが、カー
ボンに比べて６倍程度の重量があるため電池自体の重量
が増加して、鉄道車両や自動車などに搭載することが困
難である。また、アルミニウム合金及びチタン合金は、
強度がありステンレス鋼に比べて軽量であるがめっきな
どの処理が必要になる。
【０００４】一方、マグネシウム合金は、アルミニウム
合金よりも軽くて強度があり電気導電性を有する材料で
あるため、アルミニウム合金製の燃料電池用セパレータ
よりも軽量なセパレータを提示できる可能性がある。こ
のため、マグネシウム合金製の燃料電池用セパレータを
製造する際のマグネシウム合金の加工方法、材料の選定
及び表面処理技術が検討されている。
合金よりも軽くて強度があり電気導電性を有する材料で
あるため、アルミニウム合金製の燃料電池用セパレータ
よりも軽量なセパレータを提示できる可能性がある。こ
のため、マグネシウム合金製の燃料電池用セパレータを
製造する際のマグネシウム合金の加工方法、材料の選定
及び表面処理技術が検討されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】特開2000-58080号公報
には、流体通路を有するマグネシウム合金製の基板の表
面に保護層が形成された燃料電池用セパレータが開示さ
れている。このマグネシウム合金の加工方法は、ダイカ
スト、機械加工、エッチング又はチクソモールディング
法である。マグネシウム合金としては、板として使用す
る場合には、JISH 4201に規定されている１種，４種，
５種又は７種が開示され、ダイカストとして使用する場
合にはJIS H 5303に規定されている記号MD1A，MD1B又は
MD1Dが開示されている。防食方法としては、保護層がカ
ーボン又は炭化ケイ素の場合には、スパッタリング法、
ＣＶＤ法又は蒸着法が開示されており、保護層がニッケ
ル、クロム又はスズの場合には無電解めっき法又は電気
めっき法が開示されている。
には、流体通路を有するマグネシウム合金製の基板の表
面に保護層が形成された燃料電池用セパレータが開示さ
れている。このマグネシウム合金の加工方法は、ダイカ
スト、機械加工、エッチング又はチクソモールディング
法である。マグネシウム合金としては、板として使用す
る場合には、JISH 4201に規定されている１種，４種，
５種又は７種が開示され、ダイカストとして使用する場
合にはJIS H 5303に規定されている記号MD1A，MD1B又は
MD1Dが開示されている。防食方法としては、保護層がカ
ーボン又は炭化ケイ素の場合には、スパッタリング法、
ＣＶＤ法又は蒸着法が開示されており、保護層がニッケ
ル、クロム又はスズの場合には無電解めっき法又は電気
めっき法が開示されている。
【０００６】特開2000-164225号公報には、ダイカスト
法により鋳造されたマグネシウム合金製の燃料電池用セ
パレータが開示されている。このマグネシウム合金とし
ては、アルミニウム、亜鉛、マンガン、希土類金属など
を合金塑性とする１２種類が開示され、防食方法として
は物理蒸着法、めっき又は塗装によってニッケルなどの
金属、炭化物又は窒化物を被覆する方法が開示されてい
る。
法により鋳造されたマグネシウム合金製の燃料電池用セ
パレータが開示されている。このマグネシウム合金とし
ては、アルミニウム、亜鉛、マンガン、希土類金属など
を合金塑性とする１２種類が開示され、防食方法として
は物理蒸着法、めっき又は塗装によってニッケルなどの
金属、炭化物又は窒化物を被覆する方法が開示されてい
る。
【０００７】特開2000-106196号公報には、２〜１０重
量％のアルミニウム合金を含有する半溶融状態のマグネ
シウム合金を射出成形した燃料電池用セパレータが開示
されている。防食方法としては、金めっき、銀めっき又
はクロムめっきによって表面を被覆し保護する方法が記
載されている。
量％のアルミニウム合金を含有する半溶融状態のマグネ
シウム合金を射出成形した燃料電池用セパレータが開示
されている。防食方法としては、金めっき、銀めっき又
はクロムめっきによって表面を被覆し保護する方法が記
載されている。
【０００８】しかし、このような従来のマグネシウム合
金製の燃料電池用セパレータでは、薄板状に形成して表
面に流通路を形成することが困難であり、金型と材料の
双方を加熱して加工するため、製品に反りや割れが発生
するおそれがあった。
金製の燃料電池用セパレータでは、薄板状に形成して表
面に流通路を形成することが困難であり、金型と材料の
双方を加熱して加工するため、製品に反りや割れが発生
するおそれがあった。
【０００９】この発明の課題は、加工が容易で割れや反
りがなく、機械的強度、電気伝導性、耐食性に優れ軽量
でありコストを低減することができる燃料電池用セパレ
ータとその製造方法及び燃料電池を提供することであ
る。
りがなく、機械的強度、電気伝導性、耐食性に優れ軽量
でありコストを低減することができる燃料電池用セパレ
ータとその製造方法及び燃料電池を提供することであ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明は、以下に記載
するような解決手段により、前記課題を解決する。な
お、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明す
るが、この実施形態に限定するものではない。請求項１
の発明は、超塑性合金によって形成された燃料電池用セ
パレータ（９，１０）である。
するような解決手段により、前記課題を解決する。な
お、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明す
るが、この実施形態に限定するものではない。請求項１
の発明は、超塑性合金によって形成された燃料電池用セ
パレータ（９，１０）である。
【００１１】請求項２の発明は、請求項１に記載の燃料
電池用セパレータにおいて、前記超塑性合金は、マグネ
シウム合金又はアルミニウム合金であることを特徴とす
る燃料電池用セパレータである。
電池用セパレータにおいて、前記超塑性合金は、マグネ
シウム合金又はアルミニウム合金であることを特徴とす
る燃料電池用セパレータである。
【００１２】請求項３の発明は、請求項１に記載の燃料
電池用セパレータにおいて、前記超塑性合金は、アルミ
ニウム２．５〜３．５重量％、亜鉛０．５〜１．５重量
％、マンガン０．１５重量％以上、鉄０．０１重量％以
下、ケイ素０．１０重量％以下、銅０．１０重量％以
下、ニッケル０．００５重量％以下、カルシウム０．０
４重量％以下、希土類金属０．１〜０．３重量％、残り
がマグネシウムであることを特徴とする燃料電池用セパ
レータである。
電池用セパレータにおいて、前記超塑性合金は、アルミ
ニウム２．５〜３．５重量％、亜鉛０．５〜１．５重量
％、マンガン０．１５重量％以上、鉄０．０１重量％以
下、ケイ素０．１０重量％以下、銅０．１０重量％以
下、ニッケル０．００５重量％以下、カルシウム０．０
４重量％以下、希土類金属０．１〜０．３重量％、残り
がマグネシウムであることを特徴とする燃料電池用セパ
レータである。
【００１３】請求項４の発明は、請求項１に記載の燃料
電池用セパレータにおいて、前記超塑性合金は、アルミ
ニウム５．５〜７．２重量％、亜鉛０．５〜１．５重量
％、マンガン０．１５〜０．４重量％、鉄０．０１重量
％以下、ケイ素０．１０重量％以下、銅０．１０重量％
以下、ニッケル０．００５重量％以下、希土類金属０．
１〜０．３重量％、残りがマグネシウムであることを特
徴とする燃料電池用セパレータである。
電池用セパレータにおいて、前記超塑性合金は、アルミ
ニウム５．５〜７．２重量％、亜鉛０．５〜１．５重量
％、マンガン０．１５〜０．４重量％、鉄０．０１重量
％以下、ケイ素０．１０重量％以下、銅０．１０重量％
以下、ニッケル０．００５重量％以下、希土類金属０．
１〜０．３重量％、残りがマグネシウムであることを特
徴とする燃料電池用セパレータである。
【００１４】請求項５の発明は、請求項１に記載の燃料
電池用セパレータにおいて、前記超塑性合金は、アルミ
ニウム８．５〜９．５重量％、亜鉛０．４５〜０．９重
量％、マンガン０．１７〜０．４重量％、鉄０．０１重
量％以下、ケイ素０．０５重量％以下、銅０．０３重量
％以下、ニッケル０．００１重量％以下、希土類金属
０．１〜０．３重量％、残りがマグネシウムであること
を特徴とする燃料電池用セパレータである。
電池用セパレータにおいて、前記超塑性合金は、アルミ
ニウム８．５〜９．５重量％、亜鉛０．４５〜０．９重
量％、マンガン０．１７〜０．４重量％、鉄０．０１重
量％以下、ケイ素０．０５重量％以下、銅０．０３重量
％以下、ニッケル０．００１重量％以下、希土類金属
０．１〜０．３重量％、残りがマグネシウムであること
を特徴とする燃料電池用セパレータである。
【００１５】請求項６の発明は、請求項１に記載の燃料
電池用セパレータにおいて、前記超塑性合金は、亜鉛
４．８〜６．２重量％、ジルコニウム０．４５〜０．８
重量％、銅０．０３重量％以下、ニッケル０．００５重
量％以下、希土類金属０．１重量％、残りがマグネシウ
ムであることを特徴としている燃料電池用セパレータで
ある。
電池用セパレータにおいて、前記超塑性合金は、亜鉛
４．８〜６．２重量％、ジルコニウム０．４５〜０．８
重量％、銅０．０３重量％以下、ニッケル０．００５重
量％以下、希土類金属０．１重量％、残りがマグネシウ
ムであることを特徴としている燃料電池用セパレータで
ある。
【００１６】請求項７の発明は、請求項１に記載の燃料
電池用セパレータにおいて、前記超塑性合金は、亜鉛
５．５〜６．４重量％、ジルコニウム０．５〜１．０重
量％、銅０．０３重量％以下、ニッケル０．００５重量
％以下、希土類金属０．１重量％、残りがマグネシウム
であることを特徴とする燃料電池用セパレータである。
電池用セパレータにおいて、前記超塑性合金は、亜鉛
５．５〜６．４重量％、ジルコニウム０．５〜１．０重
量％、銅０．０３重量％以下、ニッケル０．００５重量
％以下、希土類金属０．１重量％、残りがマグネシウム
であることを特徴とする燃料電池用セパレータである。
【００１７】請求項８の発明は、請求項１から請求項７
までのいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータにお
いて、前記超塑性合金は、結晶粒が５ミクロン以下であ
ることを特徴とする燃料電池用セパレータである。
までのいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータにお
いて、前記超塑性合金は、結晶粒が５ミクロン以下であ
ることを特徴とする燃料電池用セパレータである。
【００１８】請求項９の発明は、請求項１から請求項８
までのいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータにお
いて、前記超塑性合金の表面にセラミックス層、導電性
水ガラス層又は金属めっき層（１１，１２）が形成され
ていることを特徴とする燃料電池用セパレータである。
までのいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータにお
いて、前記超塑性合金の表面にセラミックス層、導電性
水ガラス層又は金属めっき層（１１，１２）が形成され
ていることを特徴とする燃料電池用セパレータである。
【００１９】請求項１０の発明は、請求項９に記載の燃
料電池用セパレータにおいて、前記導電性水ガラス層
は、膜厚が０．１ｍｍ〜０．５ｍｍであることを特徴と
する燃料電池用セパレータである。
料電池用セパレータにおいて、前記導電性水ガラス層
は、膜厚が０．１ｍｍ〜０．５ｍｍであることを特徴と
する燃料電池用セパレータである。
【００２０】請求項１１の発明は、超塑性合金を加熱す
る加熱工程（＃１００）と、前記加熱工程後の前記超塑
性合金を超塑性鍛造加工する超塑性鍛造工程（＃２０
０）とを含む燃料電池用セパレータの製造方法である。
る加熱工程（＃１００）と、前記加熱工程後の前記超塑
性合金を超塑性鍛造加工する超塑性鍛造工程（＃２０
０）とを含む燃料電池用セパレータの製造方法である。
【００２１】請求項１２の発明は、請求項１１に記載の
燃料電池用セパレータの製造方法において、前記加熱工
程は、前記超塑性合金を熱間加工する熱間加工工程（＃
１１０）を含むことを特徴とする燃料電池用セパレータ
の製造方法である。
燃料電池用セパレータの製造方法において、前記加熱工
程は、前記超塑性合金を熱間加工する熱間加工工程（＃
１１０）を含むことを特徴とする燃料電池用セパレータ
の製造方法である。
【００２２】請求項１３の発明は、請求項１１又は請求
項１２に記載の燃料電池用セパレータの製造方法におい
て、前記加熱工程は、前記超塑性合金を熱処理する熱処
理工程（＃１２０）を含むことを特徴としている燃料電
池用セパレータの製造方法である。
項１２に記載の燃料電池用セパレータの製造方法におい
て、前記加熱工程は、前記超塑性合金を熱処理する熱処
理工程（＃１２０）を含むことを特徴としている燃料電
池用セパレータの製造方法である。
【００２３】請求項１４の発明は、請求項１３に記載の
燃料電池用セパレータの製造方法において、請求項３に
記載の超塑性合金を温度５７３〜７７３Ｋで１時間焼鈍
処理し、この焼鈍処理後にこの超塑性合金を金型温度４
７３〜７２３Ｋ、ひずみ速度２×１０-5〜１×１０-1／
ｓで超塑性鍛造加工することを特徴とする燃料電池用セ
パレータの製造方法である。
燃料電池用セパレータの製造方法において、請求項３に
記載の超塑性合金を温度５７３〜７７３Ｋで１時間焼鈍
処理し、この焼鈍処理後にこの超塑性合金を金型温度４
７３〜７２３Ｋ、ひずみ速度２×１０-5〜１×１０-1／
ｓで超塑性鍛造加工することを特徴とする燃料電池用セ
パレータの製造方法である。
【００２４】請求項１５の発明は、請求項１３に記載の
燃料電池用セパレータの製造方法において、請求項３に
記載の超塑性合金を温度５５３〜６２３Ｋ、押し出し比
率１４対１で熱間押し出し加工し、この熱間押し出し加
工後にこの超塑性合金を温度５７３〜７７３Ｋで１０時
間焼鈍処理し、この焼鈍処理後にこの超塑性合金を金型
温度４７３〜７２３Ｋ、ひずみ速度２×１０-5〜１×１
０-1／ｓで超塑性鍛造加工することを特徴とする燃料電
池用セパレータの製造方法である。
燃料電池用セパレータの製造方法において、請求項３に
記載の超塑性合金を温度５５３〜６２３Ｋ、押し出し比
率１４対１で熱間押し出し加工し、この熱間押し出し加
工後にこの超塑性合金を温度５７３〜７７３Ｋで１０時
間焼鈍処理し、この焼鈍処理後にこの超塑性合金を金型
温度４７３〜７２３Ｋ、ひずみ速度２×１０-5〜１×１
０-1／ｓで超塑性鍛造加工することを特徴とする燃料電
池用セパレータの製造方法である。
【００２５】請求項１６の発明は、請求項１３に記載の
燃料電池用セパレータの製造方法において、請求項４に
記載の超塑性合金を圧下率１０〜１５％で冷間圧延し、
この冷間圧延後にこの超塑性合金を温度４７３〜５００
Ｋで１０時間時効処理し、この時効処理後にこの超塑性
合金を金型温度４７３〜７２３Ｋ、ひずみ速度２×１０
-5〜１×１０-1／ｓで超塑性鍛造加工することを特徴と
する燃料電池用セパレータの製造方法である。
燃料電池用セパレータの製造方法において、請求項４に
記載の超塑性合金を圧下率１０〜１５％で冷間圧延し、
この冷間圧延後にこの超塑性合金を温度４７３〜５００
Ｋで１０時間時効処理し、この時効処理後にこの超塑性
合金を金型温度４７３〜７２３Ｋ、ひずみ速度２×１０
-5〜１×１０-1／ｓで超塑性鍛造加工することを特徴と
する燃料電池用セパレータの製造方法である。
【００２６】請求項１７の発明は、請求項１３に記載の
燃料電池用セパレータの製造方法において、請求項４に
記載の超塑性合金を温度６７３Ｋで１０時間焼鈍処理
し、この焼鈍処理後にこの超塑性合金を温度５４３〜７
７３Ｋ、押し出し比率６４対１で熱間押し出し加工し、
この熱間押し出し加工後にこの超塑性合金を金型温度４
７３〜７２３Ｋ、ひずみ速度２×１０-5〜１×１０-1／
ｓで超塑性鍛造加工することを特徴とする燃料電池用セ
パレータの製造方法である。
燃料電池用セパレータの製造方法において、請求項４に
記載の超塑性合金を温度６７３Ｋで１０時間焼鈍処理
し、この焼鈍処理後にこの超塑性合金を温度５４３〜７
７３Ｋ、押し出し比率６４対１で熱間押し出し加工し、
この熱間押し出し加工後にこの超塑性合金を金型温度４
７３〜７２３Ｋ、ひずみ速度２×１０-5〜１×１０-1／
ｓで超塑性鍛造加工することを特徴とする燃料電池用セ
パレータの製造方法である。
【００２７】請求項１８の発明は、請求項１２に記載の
燃料電池用セパレータの製造方法において、請求項５に
記載の超塑性合金を温度５４３〜７７３Ｋ、押し出し比
率６４対１で熱間押し出し加工し、この熱間押し出し加
工後にこの超塑性合金を金型温度４７３〜７２３Ｋ、ひ
ずみ速度２×１０-5〜１×１０-1／ｓで超塑性鍛造加工
することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法
である。
燃料電池用セパレータの製造方法において、請求項５に
記載の超塑性合金を温度５４３〜７７３Ｋ、押し出し比
率６４対１で熱間押し出し加工し、この熱間押し出し加
工後にこの超塑性合金を金型温度４７３〜７２３Ｋ、ひ
ずみ速度２×１０-5〜１×１０-1／ｓで超塑性鍛造加工
することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法
である。
【００２８】請求項１９の発明は、請求項１３に記載の
燃料電池用セパレータの製造方法において、請求項５に
記載の超塑性合金を温度５４３〜７７３Ｋ、押し出し比
率６４対１で熱間押し出し加工し、この押し出し加工後
にこの超塑性合金を温度４７３〜５７３Ｋで１０時間時
効処理し、この時効処理後にこの超塑性合金を金型温度
４７３〜７２３Ｋ、ひずみ速度２×１０-5〜１×１０-1
／ｓで超塑性鍛造加工することを特徴とする燃料電池用
セパレータの製造方法である。
燃料電池用セパレータの製造方法において、請求項５に
記載の超塑性合金を温度５４３〜７７３Ｋ、押し出し比
率６４対１で熱間押し出し加工し、この押し出し加工後
にこの超塑性合金を温度４７３〜５７３Ｋで１０時間時
効処理し、この時効処理後にこの超塑性合金を金型温度
４７３〜７２３Ｋ、ひずみ速度２×１０-5〜１×１０-1
／ｓで超塑性鍛造加工することを特徴とする燃料電池用
セパレータの製造方法である。
【００２９】請求項２０の発明は、請求項１２に記載の
燃料電池用セパレータの製造方法において、請求項６に
記載の超塑性合金を温度５８３Ｋ、押し出し比率１００
対１で熱間押し出し加工し、この押し出し加工後にこの
超塑性合金を金型温度４７３〜７２３Ｋ、ひずみ速度２
×１０-5〜１×１０-1／ｓで超塑性鍛造加工することを
特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法である。
燃料電池用セパレータの製造方法において、請求項６に
記載の超塑性合金を温度５８３Ｋ、押し出し比率１００
対１で熱間押し出し加工し、この押し出し加工後にこの
超塑性合金を金型温度４７３〜７２３Ｋ、ひずみ速度２
×１０-5〜１×１０-1／ｓで超塑性鍛造加工することを
特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法である。
【００３０】請求項２１の発明は、請求項１３に記載の
燃料電池用セパレータの製造方法において、請求項６に
記載の超塑性合金を温度５８３〜７７３Ｋ、押し出し比
率１００対１で熱間押し出し加工し、この熱間押し出し
加工後にこの超塑性合金を温度６２１Ｋで１０時間焼鈍
処理し、この焼鈍処理後にこの超塑性合金を金型温度４
７３〜７２３Ｋ、ひずみ速度２×１０-5〜１×１０-1／
ｓで超塑性鍛造加工することを特徴とする燃料電池用セ
パレータの製造方法である。
燃料電池用セパレータの製造方法において、請求項６に
記載の超塑性合金を温度５８３〜７７３Ｋ、押し出し比
率１００対１で熱間押し出し加工し、この熱間押し出し
加工後にこの超塑性合金を温度６２１Ｋで１０時間焼鈍
処理し、この焼鈍処理後にこの超塑性合金を金型温度４
７３〜７２３Ｋ、ひずみ速度２×１０-5〜１×１０-1／
ｓで超塑性鍛造加工することを特徴とする燃料電池用セ
パレータの製造方法である。
【００３１】請求項２２の発明は、請求項１３に記載の
燃料電池用セパレータの製造方法において、請求項６に
記載の超塑性合金を温度５８３Ｋ、押し出し比率１００
対１で熱間圧延加工し、この熱間圧延加工後にこの超塑
性合金を温度５８３Ｋで３０分間焼鈍処理し、この焼鈍
処理後にこの超塑性合金を金型温度４７３〜７２３Ｋ、
ひずみ速度２×１０-5〜１×１０-1／ｓで超塑性鍛造加
工することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方
法である。
燃料電池用セパレータの製造方法において、請求項６に
記載の超塑性合金を温度５８３Ｋ、押し出し比率１００
対１で熱間圧延加工し、この熱間圧延加工後にこの超塑
性合金を温度５８３Ｋで３０分間焼鈍処理し、この焼鈍
処理後にこの超塑性合金を金型温度４７３〜７２３Ｋ、
ひずみ速度２×１０-5〜１×１０-1／ｓで超塑性鍛造加
工することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方
法である。
【００３２】請求項２３の発明は、請求項１２に記載の
燃料電池用セパレータの製造方法において、請求項７に
記載の超塑性合金を温度５５３Ｋ、押し出し比率６４対
１で熱間押し出し加工し、この熱間押し出し加工後にこ
の超塑性合金を金型温度４７３〜７２３Ｋ、ひずみ速度
２×１０-5〜１×１０-1／ｓで超塑性鍛造加工すること
を特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法である。
燃料電池用セパレータの製造方法において、請求項７に
記載の超塑性合金を温度５５３Ｋ、押し出し比率６４対
１で熱間押し出し加工し、この熱間押し出し加工後にこ
の超塑性合金を金型温度４７３〜７２３Ｋ、ひずみ速度
２×１０-5〜１×１０-1／ｓで超塑性鍛造加工すること
を特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法である。
【００３３】請求項２４の発明は、請求項１１から請求
項２３までのいずれか１項に記載の燃料電池用セパレー
タの製造方法において、前記超塑性鍛造加工後の前記超
塑性合金の表面にセラミックス層、導電性水ガラス層又
は金属めっき層を形成する保護層形成工程（＃３００）
を含むことを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方
法である。
項２３までのいずれか１項に記載の燃料電池用セパレー
タの製造方法において、前記超塑性鍛造加工後の前記超
塑性合金の表面にセラミックス層、導電性水ガラス層又
は金属めっき層を形成する保護層形成工程（＃３００）
を含むことを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方
法である。
【００３４】請求項２５の発明は、請求項１から請求項
１０までのいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータ
を備える燃料電池（１）である。
１０までのいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータ
を備える燃料電池（１）である。
【００３５】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施形態について詳しく説明する。図１は、この発明
の実施形態に係る燃料電池の構成図である。燃料電池１
は、酸化及び還元反応のエネルギーを直接電気エネルギ
ーに変換する装置である。燃料電池１は、鉄道車両、自
動車などの移動体や、設置用小型分散電源などに使用さ
れる固体高分子型燃料電池やリン酸型燃料電池である。
燃料電池１は、図１に示すように、複数の単位電池２
と、両端部の単位電池２を固定する一対の端部固定板３
と、単位電池２を並べた状態で一対の端部固定板３に固
定する取付棒４と、一対の端部固定板３を支持する支持
板５などから構成されている。
の実施形態について詳しく説明する。図１は、この発明
の実施形態に係る燃料電池の構成図である。燃料電池１
は、酸化及び還元反応のエネルギーを直接電気エネルギ
ーに変換する装置である。燃料電池１は、鉄道車両、自
動車などの移動体や、設置用小型分散電源などに使用さ
れる固体高分子型燃料電池やリン酸型燃料電池である。
燃料電池１は、図１に示すように、複数の単位電池２
と、両端部の単位電池２を固定する一対の端部固定板３
と、単位電池２を並べた状態で一対の端部固定板３に固
定する取付棒４と、一対の端部固定板３を支持する支持
板５などから構成されている。
【００３６】図２は、この発明の実施形態に係る燃料電
池の単位電池の構成図である。単位電池２は、燃料電池
１を構成する単位燃料電池セルである。単位電池２は、
図２に示すように、例えば水素イオン交換基を有するフ
ッ素系イオン交換樹脂膜などからなる固体高分子膜６
と、この固体高分子膜６の一方の表面に積層され、粒子
状の白金触媒と黒鉛粉などからなる燃料電極膜（アノー
ド（水素極））７と、この固体高分子膜６の他方の表面
に積層され、粒子状の白金触媒と黒鉛粉などからなる酸
化剤電極膜（カソード（酸素極））８と、燃料電極膜７
の表面に積層されたセパレータ９と、酸化剤電極膜８の
表面に積層されたセパレータ１０と、セパレータ９，１
０の表面に形成された保護層１１，１２などから構成さ
れている。
池の単位電池の構成図である。単位電池２は、燃料電池
１を構成する単位燃料電池セルである。単位電池２は、
図２に示すように、例えば水素イオン交換基を有するフ
ッ素系イオン交換樹脂膜などからなる固体高分子膜６
と、この固体高分子膜６の一方の表面に積層され、粒子
状の白金触媒と黒鉛粉などからなる燃料電極膜（アノー
ド（水素極））７と、この固体高分子膜６の他方の表面
に積層され、粒子状の白金触媒と黒鉛粉などからなる酸
化剤電極膜（カソード（酸素極））８と、燃料電極膜７
の表面に積層されたセパレータ９と、酸化剤電極膜８の
表面に積層されたセパレータ１０と、セパレータ９，１
０の表面に形成された保護層１１，１２などから構成さ
れている。
【００３７】図３は、この発明の実施形態に係る燃料電
池用セパレータの外観図であり、図３（Ａ）は図２に示
すIII-IIIA側から見た図であり、図３（Ｂ）は図２に示
すIII-IIIB側から見た図である。セパレータ９，１０
は、隣接する単位電池２の間に設置されて燃料ガスや酸
化性ガスを遮断する部材である。セパレータ９，１０
は、固体高分子膜６、燃料電極膜７及び酸化剤電極膜８
を積み重ねた状態で両側から挟み込み単位電池２の隔壁
として機能するとともに、電導性、耐食性、熱伝導性な
どの機能も有する。セパレータ９，１０は、マグネシウ
ム合金又はアルミニウム合金などの超塑性合金によって
形成されている。ここで、超塑性とは、材料に対してあ
る温度とひずみ速度を与えた場合に、材料の伸びが１０
０％以上にもなる現象である。セパレータ９には、図３
（Ａ）に示すように、水素ガス又は水素含有ガス（燃料
ガス）が流れる流路溝９ａと、取付棒４が貫通する取付
孔９ｂが形成されている。セパレータ１０には、図３
（Ｂ）に示すように、空気のような酸化性ガスが流れる
流路溝１０ａと、取付棒４が貫通する取付孔１０ｂが形
成されている。セパレータ９，１０は、図３に示すよう
に、例えば外観形状が正方形であり厚さが２〜５ｍｍで
あり、流路溝９ａ，１０ａは深さが０．５〜１ｍｍ、幅
が１〜３ｍｍである。
池用セパレータの外観図であり、図３（Ａ）は図２に示
すIII-IIIA側から見た図であり、図３（Ｂ）は図２に示
すIII-IIIB側から見た図である。セパレータ９，１０
は、隣接する単位電池２の間に設置されて燃料ガスや酸
化性ガスを遮断する部材である。セパレータ９，１０
は、固体高分子膜６、燃料電極膜７及び酸化剤電極膜８
を積み重ねた状態で両側から挟み込み単位電池２の隔壁
として機能するとともに、電導性、耐食性、熱伝導性な
どの機能も有する。セパレータ９，１０は、マグネシウ
ム合金又はアルミニウム合金などの超塑性合金によって
形成されている。ここで、超塑性とは、材料に対してあ
る温度とひずみ速度を与えた場合に、材料の伸びが１０
０％以上にもなる現象である。セパレータ９には、図３
（Ａ）に示すように、水素ガス又は水素含有ガス（燃料
ガス）が流れる流路溝９ａと、取付棒４が貫通する取付
孔９ｂが形成されている。セパレータ１０には、図３
（Ｂ）に示すように、空気のような酸化性ガスが流れる
流路溝１０ａと、取付棒４が貫通する取付孔１０ｂが形
成されている。セパレータ９，１０は、図３に示すよう
に、例えば外観形状が正方形であり厚さが２〜５ｍｍで
あり、流路溝９ａ，１０ａは深さが０．５〜１ｍｍ、幅
が１〜３ｍｍである。
【００３８】保護層１１，１２は、セパレータ９，１０
の表面を保護する部分である。保護層１１，１２は、セ
パレータ９，１０の全面に形成されたセラミックス層、
導電性水ガラス層又は金属めっき層などである。
の表面を保護する部分である。保護層１１，１２は、セ
パレータ９，１０の全面に形成されたセラミックス層、
導電性水ガラス層又は金属めっき層などである。
【００３９】次に、この発明の実施形態に係る燃料電池
の動作を説明する。水素ガス又は水素含有ガスが流路溝
９ａに流れると燃料電極膜７に水素が供給され、酸化性
ガスが流路溝１０ａに流れると酸化剤電極膜８に酸素が
供給される。燃料電極膜７の触媒によって水素が水素イ
オンになって、固体高分子膜６内を移動すると、酸化剤
電極膜８の触媒によって酸素と反応して水となる。この
過程で燃料電極膜７から酸化剤電極膜８に電子が移動し
て直流電流が発生し、この電流が外部に出力される。反
応後の空気、酸素などのキャリアガスとともに、酸化剤
電極膜８側で生成された反応水が流路溝１０ａから排出
される。
の動作を説明する。水素ガス又は水素含有ガスが流路溝
９ａに流れると燃料電極膜７に水素が供給され、酸化性
ガスが流路溝１０ａに流れると酸化剤電極膜８に酸素が
供給される。燃料電極膜７の触媒によって水素が水素イ
オンになって、固体高分子膜６内を移動すると、酸化剤
電極膜８の触媒によって酸素と反応して水となる。この
過程で燃料電極膜７から酸化剤電極膜８に電子が移動し
て直流電流が発生し、この電流が外部に出力される。反
応後の空気、酸素などのキャリアガスとともに、酸化剤
電極膜８側で生成された反応水が流路溝１０ａから排出
される。
【００４０】次に、この発明の実施形態に係る燃料電池
用セパレータの製造方法を説明する。図４は、この発明
の実施形態に係る燃料電池用セパレータの製造方法を説
明するための工程図である。加熱工程＃１００は、超塑
性合金を加熱する工程である。この加熱工程＃１００
は、熱間押し出し又は熱間圧延などの塑性加工によって
超塑性合金を熱間加工する熱間加工工程＃１１０と、焼
鈍又は時効処理などによって超塑性合金を熱処理する熱
処理工程＃１２０とを含む。熱間押し出しは、温度５４
３〜７７３Ｋ、押し出し比率（加工率）１〜７％で実施
することが好ましく、熱間圧延は温度５８３Ｋ、１〜２
パス、圧下率１〜２０％で実施することが好ましい。塑
性加工後に必要がある場合には、焼鈍又は時効処理によ
る熱処理を実施する。焼鈍は、温度５７３〜７７３Ｋで
１〜１０時間程度行うことが好ましく、時効処理は温度
４７３〜５７３Ｋで１０時間程度行うことが好ましい。
加熱工程＃１００では、熱間加工工程＃１１０の前に熱
処理工程＃１２０を実施してもよく、熱間加工工程＃１
１０又は熱処理工程＃１２０のいずれか一方の工程を省
略してもよい。また、加熱工程＃１００では、熱間加工
工程＃１１０を省略して、超塑性合金を冷間圧延などの
塑性加工によって冷間加工した後に熱処理工程＃１２０
を行ってもよい。冷間圧延は、室温で圧下率１０〜２０
％で実施することが好ましい。
用セパレータの製造方法を説明する。図４は、この発明
の実施形態に係る燃料電池用セパレータの製造方法を説
明するための工程図である。加熱工程＃１００は、超塑
性合金を加熱する工程である。この加熱工程＃１００
は、熱間押し出し又は熱間圧延などの塑性加工によって
超塑性合金を熱間加工する熱間加工工程＃１１０と、焼
鈍又は時効処理などによって超塑性合金を熱処理する熱
処理工程＃１２０とを含む。熱間押し出しは、温度５４
３〜７７３Ｋ、押し出し比率（加工率）１〜７％で実施
することが好ましく、熱間圧延は温度５８３Ｋ、１〜２
パス、圧下率１〜２０％で実施することが好ましい。塑
性加工後に必要がある場合には、焼鈍又は時効処理によ
る熱処理を実施する。焼鈍は、温度５７３〜７７３Ｋで
１〜１０時間程度行うことが好ましく、時効処理は温度
４７３〜５７３Ｋで１０時間程度行うことが好ましい。
加熱工程＃１００では、熱間加工工程＃１１０の前に熱
処理工程＃１２０を実施してもよく、熱間加工工程＃１
１０又は熱処理工程＃１２０のいずれか一方の工程を省
略してもよい。また、加熱工程＃１００では、熱間加工
工程＃１１０を省略して、超塑性合金を冷間圧延などの
塑性加工によって冷間加工した後に熱処理工程＃１２０
を行ってもよい。冷間圧延は、室温で圧下率１０〜２０
％で実施することが好ましい。
【００４１】超塑性鍛造工程＃２００は、加熱工程＃１
００後の超塑性合金を超塑性鍛造加工する工程である。
この超塑性鍛造工程＃２００では、塑性加工後又は熱処
理後の超塑性合金が薄板状のセパレータ９，１０に成形
されるとともに、このセパレータ９，１０の表面に流路
溝９ａ，１０ａが同時に成形される。超塑性鍛造加工を
実施する場合には、鉄鋼材料製で流路溝が形成された金
型を温度４７３〜７２３Ｋに加熱して大気中で超塑性合
金に押し付け、ひずみ速度２×１０-5〜１×１０-1／Ｓ
で板材を均一に延ばすことが好ましい。
００後の超塑性合金を超塑性鍛造加工する工程である。
この超塑性鍛造工程＃２００では、塑性加工後又は熱処
理後の超塑性合金が薄板状のセパレータ９，１０に成形
されるとともに、このセパレータ９，１０の表面に流路
溝９ａ，１０ａが同時に成形される。超塑性鍛造加工を
実施する場合には、鉄鋼材料製で流路溝が形成された金
型を温度４７３〜７２３Ｋに加熱して大気中で超塑性合
金に押し付け、ひずみ速度２×１０-5〜１×１０-1／Ｓ
で板材を均一に延ばすことが好ましい。
【００４２】保護層形成工程＃３００は、超塑性鍛造工
程＃２００後の超塑性合金の表面にセラミックス層、導
電性水ガラス層又は金属めっき層を形成する工程であ
る。保護層形成工程＃３００では、TiCなどのセラミッ
クス層が化学蒸着されたり、膜厚０．１〜０．５ｍｍで
導電性水ガラスが塗布されたり、金、銀又はクロムなど
の金属めっき層が形成される。
程＃２００後の超塑性合金の表面にセラミックス層、導
電性水ガラス層又は金属めっき層を形成する工程であ
る。保護層形成工程＃３００では、TiCなどのセラミッ
クス層が化学蒸着されたり、膜厚０．１〜０．５ｍｍで
導電性水ガラスが塗布されたり、金、銀又はクロムなど
の金属めっき層が形成される。
【００４３】この発明の実施形態に係る燃料電池用セパ
レータには、以下に記載するような効果がある。 (1) この実施形態では、セパレータ９，１０を超塑性合
金によって形成したので、セパレータ９，１０を容易に
成形加工することができ、接触電気抵抗が小さく機械的
強度や電気伝導性に優れたセパレータ９，１０を製造す
ることができる。
レータには、以下に記載するような効果がある。 (1) この実施形態では、セパレータ９，１０を超塑性合
金によって形成したので、セパレータ９，１０を容易に
成形加工することができ、接触電気抵抗が小さく機械的
強度や電気伝導性に優れたセパレータ９，１０を製造す
ることができる。
【００４４】(2) この実施形態では、超塑性挙動を示す
マグネシウム合金によってセパレータ９，１０を形成す
るので、燃料電池１の軽量化を図ることができるととも
に、セパレータ９，１０を安価に製造することができ
る。特に、自動車に比べて重量がある鉄道車両の軽量化
を図ることができる。また、マグネシウム合金はリサイ
クル性に優れているため、鉄道車両に近年要求されるて
いるリサイクル化を容易に実現することができる。
マグネシウム合金によってセパレータ９，１０を形成す
るので、燃料電池１の軽量化を図ることができるととも
に、セパレータ９，１０を安価に製造することができ
る。特に、自動車に比べて重量がある鉄道車両の軽量化
を図ることができる。また、マグネシウム合金はリサイ
クル性に優れているため、鉄道車両に近年要求されるて
いるリサイクル化を容易に実現することができる。
【００４５】(3) この実施形態では、超塑性合金の表面
にセラミックス層、導電性水ガラス層又は金属めっき層
を形成したので、セパレータ９，１０を加熱してこれら
の保護層１１，１２を簡単に剥離して、剥離後のセパレ
ータ９，１０のリサイクル化を図ることができる。
にセラミックス層、導電性水ガラス層又は金属めっき層
を形成したので、セパレータ９，１０を加熱してこれら
の保護層１１，１２を簡単に剥離して、剥離後のセパレ
ータ９，１０のリサイクル化を図ることができる。
【００４６】(4) この実施形態では、超塑性合金を超塑
性鍛造によって加工するので、鍛造加工後のセパレータ
９，１０の割れや反りの発生を抑えることができる。従
来の燃料電池用セパレータの製造方法では金型と材料を
加熱していたが、この実施形態では金型のみを加熱する
ため、セパレータ９，１０の割れや反りの発生をおさえ
ることができる。また、従来の燃料電池用セパレータで
は薄板加工と溝加工とが別工程で行っていたが、この実
施形態では超塑性合金を簡単に薄板状に成形することが
できるとともに、複雑な流路溝９ａ，１０ａを薄板成形
と同時に容易に成形することができる。
性鍛造によって加工するので、鍛造加工後のセパレータ
９，１０の割れや反りの発生を抑えることができる。従
来の燃料電池用セパレータの製造方法では金型と材料を
加熱していたが、この実施形態では金型のみを加熱する
ため、セパレータ９，１０の割れや反りの発生をおさえ
ることができる。また、従来の燃料電池用セパレータで
は薄板加工と溝加工とが別工程で行っていたが、この実
施形態では超塑性合金を簡単に薄板状に成形することが
できるとともに、複雑な流路溝９ａ，１０ａを薄板成形
と同時に容易に成形することができる。
【００４７】
【実施例】次に、この発明の実施例について説明する。
（合金の選択）表１は、燃料電池用セパレータとして選
択したマグネシウム合金である。
択したマグネシウム合金である。
【００４８】
【表１】
【００４９】表１に示すように、燃料電池用セパレータ
を開発するにあたって、超塑性挙動を示す合金として、
アルミニウム、亜鉛、マンガン、鉄及び希土類金属（R
E）を中心に化学成分が調整された実施例１〜５までの
５種類のマグネシウム合金を選択した。なお、表１に示
す数値範囲が上限値以下の合金成分については、この合
金成分を少なくとも含む意味である。
を開発するにあたって、超塑性挙動を示す合金として、
アルミニウム、亜鉛、マンガン、鉄及び希土類金属（R
E）を中心に化学成分が調整された実施例１〜５までの
５種類のマグネシウム合金を選択した。なお、表１に示
す数値範囲が上限値以下の合金成分については、この合
金成分を少なくとも含む意味である。
【００５０】（加工方法）表２は、燃料電池用セパレー
タとして選択したマグネシウム合金の加工方法と加工後
の燃料電池用セパレータの評価である。
タとして選択したマグネシウム合金の加工方法と加工後
の燃料電池用セパレータの評価である。
【００５１】
【表２】
【００５２】（実施例１）先ず、表１に示す実施例１〜
８を熱間押し出し、熱間圧延又は冷間圧延により塑性加
工して厚さ６ｍｍの板材を作成した。実施例１について
は、加工方法Ａ，Ｂを実施した。加工方法Ａについて
は、温度５７３〜７７３Ｋで１時間焼鈍処理した後に超
塑性鍛造加工を実施した。加工方法Ｂについては、温度
５５３〜６２３Ｋ、押し出し比率１４対１で熱間押し出
し加工した後に、温度５７３〜７７３Ｋで１０時間焼鈍
処理してから超塑性鍛造加工を実施した。
８を熱間押し出し、熱間圧延又は冷間圧延により塑性加
工して厚さ６ｍｍの板材を作成した。実施例１について
は、加工方法Ａ，Ｂを実施した。加工方法Ａについて
は、温度５７３〜７７３Ｋで１時間焼鈍処理した後に超
塑性鍛造加工を実施した。加工方法Ｂについては、温度
５５３〜６２３Ｋ、押し出し比率１４対１で熱間押し出
し加工した後に、温度５７３〜７７３Ｋで１０時間焼鈍
処理してから超塑性鍛造加工を実施した。
【００５３】（実施例２）実施例２については、加工方
法Ｃ，Ｄを実施した。加工方法Ｃについては、圧下率１
０〜１５％で冷間圧延した後に温度４７３〜５００Ｋで
１０時間時効処理してから超塑性鍛造加工を実施した。
加工方法Ｄについては、温度６７３Ｋで１０時間焼鈍処
理した後に温度５４３〜７７３Ｋ、押し出し比率６４対
１で熱間押し出し加工をしてから超塑性鍛造加工を実施
した。
法Ｃ，Ｄを実施した。加工方法Ｃについては、圧下率１
０〜１５％で冷間圧延した後に温度４７３〜５００Ｋで
１０時間時効処理してから超塑性鍛造加工を実施した。
加工方法Ｄについては、温度６７３Ｋで１０時間焼鈍処
理した後に温度５４３〜７７３Ｋ、押し出し比率６４対
１で熱間押し出し加工をしてから超塑性鍛造加工を実施
した。
【００５４】（実施例３）実施例３については、加工方
法Ｅ，Ｆを実施した。加工方法についてＥは、温度５４
３〜７７３Ｋ、押し出し比率６４対１で熱間押し出し加
工した後に超塑性鍛造加工を実施した。加工方法Ｆにつ
いては、温度５４３〜７７３Ｋ、押し出し比率６４対１
で熱間押し出し加工した後に温度４７３〜５７３Ｋで１
０時間時効処理してから超塑性鍛造加工を実施した。
法Ｅ，Ｆを実施した。加工方法についてＥは、温度５４
３〜７７３Ｋ、押し出し比率６４対１で熱間押し出し加
工した後に超塑性鍛造加工を実施した。加工方法Ｆにつ
いては、温度５４３〜７７３Ｋ、押し出し比率６４対１
で熱間押し出し加工した後に温度４７３〜５７３Ｋで１
０時間時効処理してから超塑性鍛造加工を実施した。
【００５５】（実施例４）実施例４については、加工方
法Ｇ，Ｈ，Ｉを実施した。加工方法Ｇについては、温度
５８３Ｋ、押し出し比率１００対１で熱間押し出し加工
した後に超塑性鍛造加工を実施した。加工方法Ｈについ
ては、温度５８３〜７７３Ｋ、押し出し比率１００対１
で熱間押し出し加工した後に温度６２１Ｋで１０時間焼
鈍処理してから超塑性鍛造加工を実施した。加工方法Ｉ
については、温度５８３Ｋ、押し出し比率１００対１で
熱間圧延加工した後に温度５８３Ｋで０．５時間焼鈍処
理してから超塑性鍛造加工を実施した。
法Ｇ，Ｈ，Ｉを実施した。加工方法Ｇについては、温度
５８３Ｋ、押し出し比率１００対１で熱間押し出し加工
した後に超塑性鍛造加工を実施した。加工方法Ｈについ
ては、温度５８３〜７７３Ｋ、押し出し比率１００対１
で熱間押し出し加工した後に温度６２１Ｋで１０時間焼
鈍処理してから超塑性鍛造加工を実施した。加工方法Ｉ
については、温度５８３Ｋ、押し出し比率１００対１で
熱間圧延加工した後に温度５８３Ｋで０．５時間焼鈍処
理してから超塑性鍛造加工を実施した。
【００５６】（実施例５）実施例５については、加工方
法Ｊを実施した。加工方法Ｊは、温度５５３Ｋ、押し出
し比率６４対１で熱間押し出し加工した後に超塑性鍛造
加工を実施した。
法Ｊを実施した。加工方法Ｊは、温度５５３Ｋ、押し出
し比率６４対１で熱間押し出し加工した後に超塑性鍛造
加工を実施した。
【００５７】図５は、この発明の実施例に係る燃料電池
用セパレータの外観図である。図５に示す燃料電池用セ
パレータ９０は、実施例１のマグネシウム合金を温度５
５３Ｋ、押し出し比率７％で熱間押し出し加工した後に
温度５７３Ｋで１０時間時効処理して得られた板材に、
超塑性鍛造加工によって流路溝９０ａ及び取付孔９０ｂ
を成形したものである。この燃料電池用セパレータ９０
は、製品寸法が１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×２ｍｍであ
り、燃料電池用セパレータ９０の板表面には深さ０．５
ｍｍ、幅２ｍｍの寸法で流路溝９０ａが加工されてい
る。表２に示すように、この実施例１については、超塑
性鍛造加工後の製品に割れや反りがなく極めて良好であ
り、実施例２〜５についても実施例１に次いで良好であ
った。
用セパレータの外観図である。図５に示す燃料電池用セ
パレータ９０は、実施例１のマグネシウム合金を温度５
５３Ｋ、押し出し比率７％で熱間押し出し加工した後に
温度５７３Ｋで１０時間時効処理して得られた板材に、
超塑性鍛造加工によって流路溝９０ａ及び取付孔９０ｂ
を成形したものである。この燃料電池用セパレータ９０
は、製品寸法が１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×２ｍｍであ
り、燃料電池用セパレータ９０の板表面には深さ０．５
ｍｍ、幅２ｍｍの寸法で流路溝９０ａが加工されてい
る。表２に示すように、この実施例１については、超塑
性鍛造加工後の製品に割れや反りがなく極めて良好であ
り、実施例２〜５についても実施例１に次いで良好であ
った。
【００５８】マグネシウム合金を超塑性鍛造加工するた
めには、結晶粒や粒界析出物を制御する必要がある。こ
の実施例では、マグネシウム合金を超塑性鍛造加工する
前の前処理として熱処理を実施することによって、結晶
粒を５ミクロン以下に微細化することができ、粒界及び
粒内析出物の制御を行うことができた。
めには、結晶粒や粒界析出物を制御する必要がある。こ
の実施例では、マグネシウム合金を超塑性鍛造加工する
前の前処理として熱処理を実施することによって、結晶
粒を５ミクロン以下に微細化することができ、粒界及び
粒内析出物の制御を行うことができた。
【００５９】
【発明の効果】以上説明したように、この発明による
と、燃料電池用セパレータを超塑性合金によって形成し
たので、加工が容易で割れや反りがなく、機械的強度、
電気伝導性、耐食性に優れ軽量でありコストを低減する
ことができる。
と、燃料電池用セパレータを超塑性合金によって形成し
たので、加工が容易で割れや反りがなく、機械的強度、
電気伝導性、耐食性に優れ軽量でありコストを低減する
ことができる。
【図１】この発明の実施形態に係る燃料電池の構成図で
ある。
ある。
【図２】この発明の実施形態に係る燃料電池の単位電池
の構成図である。
の構成図である。
【図３】この発明の実施形態に係る燃料電池用セパレー
タの外観図であり、（Ａ）は図２に示すIII-IIIA側から
見た図であり、（Ｂ）は図２に示すIII-IIIB側から見た
図である。
タの外観図であり、（Ａ）は図２に示すIII-IIIA側から
見た図であり、（Ｂ）は図２に示すIII-IIIB側から見た
図である。
【図４】この発明の実施形態に係る燃料電池用セパレー
タの製造方法を説明するための工程図である。
タの製造方法を説明するための工程図である。
【図５】この発明の実施例に係る燃料電池用セパレータ
の外観図である。
の外観図である。
１ 燃料電池
２ 単位電池
６ 固体高分子膜
７ 燃料電極膜
８ 酸化剤電極膜
９，１０ セパレータ
９ａ，１０ａ 流路溝
１１，１２ 保護層
９０ 燃料電池用セパレータ
＃１００ 加熱工程
＃１１０ 熱間加工工程
＃１２０ 熱処理工程
＃２００ 超塑性鍛造工程
＃３００ 保護層形成工程
─────────────────────────────────────────────────────
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）
// Ｃ２２Ｆ 1/00 ６１２ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６１２
６１３ ６１３
６３０ ６３０Ｋ
６６１ ６６１Ｚ
６８３ ６８３
６８４ ６８４Ｃ
６８５ ６８５Ｚ
６８６ ６８６Ｂ
６９１ ６９１Ｂ
６９１Ｃ
６９４ ６９４Ａ
６９４Ｂ
Ｃ２２Ｋ 3:00 Ｃ２２Ｋ 3:00
(72)発明者 森 久史
東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団
法人鉄道総合技術研究所内
(72)発明者 辻村 太郎
東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団
法人鉄道総合技術研究所内
(72)発明者 宮本 岳史
東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団
法人鉄道総合技術研究所内
(72)発明者 喜多川 眞好
大阪府大阪市西区北堀江一丁目12番19号
株式会社栗本鐵工所内
(72)発明者 道浦 吉貞
大阪府大阪市西区北堀江一丁目12番19号
株式会社栗本鐵工所内
(72)発明者 前川 恵一
大阪府大阪市西区北堀江一丁目12番19号
株式会社栗本鐵工所内
(72)発明者 北田 信雄
大阪府大阪市西区北堀江一丁目12番19号
株式会社栗本鐵工所内
(72)発明者 東 健司
大阪府富田林市寺池台三丁目４番９号
Ｆターム(参考） 5H026 AA06 BB01 BB02 BB04 CX04
EE08 HH05
Claims (25)
- 【請求項１】 超塑性合金によって形成された燃料電池
用セパレータ。 - 【請求項２】 請求項１に記載の燃料電池用セパレータ
において、 前記超塑性合金は、マグネシウム合金又はアルミニウム
合金であること、 を特徴とする燃料電池用セパレータ。 - 【請求項３】 請求項１に記載の燃料電池用セパレータ
において、 前記超塑性合金は、アルミニウム２．５〜３．５重量
％、亜鉛０．５〜１．５重量％、マンガン０．１５重量
％以上、鉄０．０１重量％以下、ケイ素０．１０重量％
以下、銅０．１０重量％以下、ニッケル０．００５重量
％以下、カルシウム０．０４重量％以下、希土類金属
０．１〜０．３重量％、残りがマグネシウムであるこ
と、 を特徴とする燃料電池用セパレータ。 - 【請求項４】 請求項１に記載の燃料電池用セパレータ
において、 前記超塑性合金は、アルミニウム５．５〜７．２重量
％、亜鉛０．５〜１．５重量％、マンガン０．１５〜
０．４重量％、鉄０．０１重量％以下、ケイ素０．１０
重量％以下、銅０．１０重量％以下、ニッケル０．００
５重量％以下、希土類金属０．１〜０．３重量％、残り
がマグネシウムであること、 を特徴とする燃料電池用セパレータ。 - 【請求項５】 請求項１に記載の燃料電池用セパレータ
において、 前記超塑性合金は、アルミニウム８．５〜９．５重量
％、亜鉛０．４５〜０．９重量％、マンガン０．１７〜
０．４重量％、鉄０．０１重量％以下、ケイ素０．０５
重量％以下、銅０．０３重量％以下、ニッケル０．００
１重量％以下、希土類金属０．１〜０．３重量％、残り
がマグネシウムであること、 を特徴とする燃料電池用セパレータ。 - 【請求項６】 請求項１に記載の燃料電池用セパレータ
において、 前記超塑性合金は、亜鉛４．８〜６．２重量％、ジルコ
ニウム０．４５〜０．８重量％、銅０．０３重量％以
下、ニッケル０．００５重量％以下、希土類金属０．１
重量％、残りがマグネシウムであること、 を特徴とする燃料電池用セパレータ。 - 【請求項７】 請求項１に記載の燃料電池用セパレータ
において、 前記超塑性合金は、亜鉛５．５〜６．４重量％、ジルコ
ニウム０．５〜１．０重量％、銅０．０３重量％以下、
ニッケル０．００５重量％以下、希土類金属０．１重量
％、残りがマグネシウムであること、 を特徴とする燃料電池用セパレータ。 - 【請求項８】 請求項１から請求項７までのいずれか１
項に記載の燃料電池用セパレータにおいて、 前記超塑性合金は、結晶粒が５ミクロン以下であるこ
と、 を特徴とする燃料電池用セパレータ。 - 【請求項９】 請求項１から請求項８までのいずれか１
項に記載の燃料電池用セパレータにおいて、 前記超塑性合金の表面にセラミックス層、導電性水ガラ
ス層又は金属めっき層が形成されていること、 を特徴とする燃料電池用セパレータ。 - 【請求項１０】 請求項９に記載の燃料電池用セパレー
タにおいて、 前記導電性水ガラス層は、膜厚が０．１ｍｍ〜０．５ｍ
ｍであること、 を特徴とする燃料電池用セパレータ。 - 【請求項１１】 超塑性合金を加熱する加熱工程と、 前記加熱工程後の前記超塑性合金を超塑性鍛造加工する
超塑性鍛造工程と、 を含む燃料電池用セパレータの製造方法。 - 【請求項１２】 請求項１１に記載の燃料電池用セパレ
ータの製造方法において、 前記加熱工程は、前記超塑性合金を熱間加工する熱間加
工工程を含むこと、 を特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。 - 【請求項１３】 請求項１１又は請求項１２に記載の燃
料電池用セパレータの製造方法において、 前記加熱工程は、前記超塑性合金を熱処理する熱処理工
程を含むこと、 を特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。 - 【請求項１４】 請求項１３に記載の燃料電池用セパレ
ータの製造方法において、 請求項３に記載の超塑性合金を温度５７３〜７７３Ｋで
１時間焼鈍処理し、この焼鈍処理後にこの超塑性合金を
金型温度４７３〜７２３Ｋ、ひずみ速度２×１０-5〜１
×１０-1／ｓで超塑性鍛造加工すること、 を特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。 - 【請求項１５】 請求項１３に記載の燃料電池用セパレ
ータの製造方法において、 請求項３に記載の超塑性合金を温度５５３〜６２３Ｋ、
押し出し比率１４対１で熱間押し出し加工し、この熱間
押し出し加工後にこの超塑性合金を温度５７３〜７７３
Ｋで１０時間焼鈍処理し、この焼鈍処理後にこの超塑性
合金を金型温度４７３〜７２３Ｋ、ひずみ速度２×１０
-5〜１×１０-1／ｓで超塑性鍛造加工すること、 を特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。 - 【請求項１６】 請求項１３に記載の燃料電池用セパレ
ータの製造方法において、 請求項４に記載の超塑性合金を圧下率１０〜１５％で冷
間圧延し、この冷間圧延後にこの超塑性合金を温度４７
３〜５００Ｋで１０時間時効処理し、この時効処理後に
この超塑性合金を金型温度４７３〜７２３Ｋ、ひずみ速
度２×１０-5〜１×１０-1／ｓで超塑性鍛造加工するこ
と、 を特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。 - 【請求項１７】 請求項１３に記載の燃料電池用セパレ
ータの製造方法において、 請求項４に記載の超塑性合金を温度６７３Ｋで１０時間
焼鈍処理し、この焼鈍処理後にこの超塑性合金を温度５
４３〜７７３Ｋ、押し出し比率６４対１で熱間押し出し
加工し、この熱間押し出し加工後にこの超塑性合金を金
型温度４７３〜７２３Ｋ、ひずみ速度２×１０-5〜１×
１０-1／ｓで超塑性鍛造加工すること、 を特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。 - 【請求項１８】 請求項１２に記載の燃料電池用セパレ
ータの製造方法において、 請求項５に記載の超塑性合金を温度５４３〜７７３Ｋ、
押し出し比率６４対１で熱間押し出し加工し、この熱間
押し出し加工後にこの超塑性合金を金型温度４７３〜７
２３Ｋ、ひずみ速度２×１０-5〜１×１０-1／ｓで超塑
性鍛造加工すること、 を特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。 - 【請求項１９】 請求項１３に記載の燃料電池用セパレ
ータの製造方法において、 請求項５に記載の超塑性合金を温度５４３〜７７３Ｋ、
押し出し比率６４対１で熱間押し出し加工し、この押し
出し加工後にこの超塑性合金を温度４７３〜５７３Ｋで
１０時間時効処理し、この時効処理後にこの超塑性合金
を金型温度４７３〜７２３Ｋ、ひずみ速度２×１０-5〜
１×１０-1／ｓで超塑性鍛造加工すること、 を特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。 - 【請求項２０】 請求項１２に記載の燃料電池用セパレ
ータの製造方法において、 請求項６に記載の超塑性合金を温度５８３Ｋ、押し出し
比率１００対１で熱間押し出し加工し、この押し出し加
工後にこの超塑性合金を金型温度４７３〜７２３Ｋ、ひ
ずみ速度２×１０-5〜１×１０-1／ｓで超塑性鍛造加工
すること、 を特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。 - 【請求項２１】 請求項１３に記載の燃料電池用セパレ
ータの製造方法において、 請求項６に記載の超塑性合金を温度５８３〜７７３Ｋ、
押し出し比率１００対１で熱間押し出し加工し、この熱
間押し出し加工後にこの超塑性合金を温度６２１Ｋで１
０時間焼鈍処理し、この焼鈍処理後にこの超塑性合金を
金型温度４７３〜７２３Ｋ、ひずみ速度２×１０-5〜１
×１０-1／ｓで超塑性鍛造加工すること、 を特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。 - 【請求項２２】 請求項１３に記載の燃料電池用セパレ
ータの製造方法において、 請求項６に記載の超塑性合金を温度５８３Ｋ、押し出し
比率１００対１で熱間圧延加工し、この熱間圧延加工後
にこの超塑性合金を温度５８３Ｋで３０分間焼鈍処理
し、この焼鈍処理後にこの超塑性合金を金型温度４７３
〜７２３Ｋ、ひずみ速度２×１０-5〜１×１０-1／ｓで
超塑性鍛造加工すること、 を特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。 - 【請求項２３】 請求項１２に記載の燃料電池用セパレ
ータの製造方法において、 請求項７に記載の超塑性合金を温度５５３Ｋ、押し出し
比率６４対１で熱間押し出し加工し、この熱間押し出し
加工後にこの超塑性合金を金型温度４７３〜７２３Ｋ、
ひずみ速度２×１０-5〜１×１０-1／ｓで超塑性鍛造加
工すること、 を特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。 - 【請求項２４】 請求項１１から請求項２３までのいず
れか１項に記載の燃料電池用セパレータの製造方法にお
いて、 前記超塑性鍛造加工後の前記超塑性合金の表面にセラミ
ックス層、導電性水ガラス層又は金属めっき層を形成す
る保護層形成工程を含むこと、 を特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。 - 【請求項２５】 請求項１から請求項１０までのいずれ
か１項に記載の燃料電池用セパレータを備える燃料電
池。
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|---|---|---|---|
| JP2002133610A JP4275899B2 (ja) | 2002-05-09 | 2002-05-09 | 燃料電池用セパレータの製造方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002133610A JP4275899B2 (ja) | 2002-05-09 | 2002-05-09 | 燃料電池用セパレータの製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003331858A true JP2003331858A (ja) | 2003-11-21 |
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|---|---|---|---|
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007538146A (ja) * | 2004-04-06 | 2007-12-27 | プライモーメタル・カンパニー・リミテッド | 優れた成形性を有する鍛造マグネシウム合金及びその製造方法 |
| CN104805344A (zh) * | 2015-04-01 | 2015-07-29 | 河南科技大学 | 一种耐高温镁合金的制备方法 |
| CN107142431A (zh) * | 2017-06-01 | 2017-09-08 | 哈尔滨工业大学 | 一种az80a镁合金锻坯挤压多向锻造复合工艺提高强度的方法 |
| CN112324892A (zh) * | 2019-08-05 | 2021-02-05 | 上海汽车变速器有限公司 | 含稀土铝硅合金高真空压铸高速减速箱壳体二次峰值时效方法 |
-
2002
- 2002-05-09 JP JP2002133610A patent/JP4275899B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| CN112324892B (zh) * | 2019-08-05 | 2021-10-19 | 上海汽车变速器有限公司 | 含稀土铝硅合金高真空压铸高速减速箱壳体二次峰值时效方法 |
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