JP2006120497A

JP2006120497A - 金属セパレータの流路成形方法、および金属セパレータ

Info

Publication number: JP2006120497A
Application number: JP2004307999A
Authority: JP
Inventors: Seiji Okudera; 清二奥寺; Masao Maruyama; 雅生丸山
Original assignee: MIYOSHI KOGYO KK
Current assignee: MIYOSHI KOGYO KK
Priority date: 2004-10-22
Filing date: 2004-10-22
Publication date: 2006-05-11

Abstract

【課題】ガス流路となる凹凸の凹部底面や凸部頂面を平坦面にできる金属製セパレータの流路成形方法を提供すること、およびガス流路の底面や頂面が平坦で、燃料電池セルに密着できる金属製セパレータを提供すること。
【解決手段】平板な金属板１０に凹凸をプレス加工する第一工程と、凹凸の底面および頂面を凹凸に沿ってそれぞれ内側に湾曲させる第二工程と、凹凸の内側より押圧し、底面および頂面を平坦に形成する第三工程とから金属製セパレータの流路成形方法を構成した。第二工程でガス流路の底面および頂面を内側に湾曲させた後、第三工程で内側から平坦に押圧変形するので、セパレータのガス流路の底面と頂面とを平坦に成形できる。これにより燃料電池セル表面に密着させることができるセパレータを提供できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池セルと積層する燃料電池用の金属製セパレータに流路を成形する成形方法、およびその流路成形方法でガス流路を成形した燃料電池用の金属製セパレータに関する。

燃料電池の一例を図１４、図１５に示す。燃料電池３０は、電解質３２を燃料極３４と空気極３６で挟んで構成した燃料電池セル３１に、水素やＬＰガスなどの燃料ガスと、空気などの酸化ガスを供給して発電する装置であり、高いエネルギー変換効率が得られ、しかも窒素酸化物等の排出量が少ないクリーンなエネルギー供給手段の一つとして注目されている。燃料電池３０は通常、セパレータ２を挟んで複数の燃料電池セル３１を直列に積層し、所定の電圧を得ている。

金属板をプレス加工し成形した金属製セパレータは材料費が安価で、また切削加工等に比べて量産効果が高く、燃料電池の製造コストを低下させることができる点から注目されている。図１４にプレス加工によって成形されたセパレータ２を示す。セパレータ２は縦長の凹凸４を表面に備え、セパレータ２を挟んで燃料電池セル３１を積層すると凹凸４が燃料極３４の側に燃料ガス流路６を、空気極３６の側に酸化ガス流路８を形成し、燃料ガス流路６と酸化ガス流路８を通して送られた燃料ガスと酸化ガスにより各燃料電池セル３１が発電する。また金属製であるのでセパレータ２を、積層された各燃料電池セル３１を電気的に接続させる導電材として用いることができる。
特開２００４−２７３３１４号公報

しかしながらプレス加工によってガス流路となる縦長の凹凸を平板な金属板に形成すると、図１２に示すように凹部底面９や凸部頂面１１が平坦面とならず外側に突出した湾曲面に形成される。これは金属がスプリングバックの性質を有するためで、金属板を繰り返しプレスしたり、あるいはプレス圧を増大させてもこのような箇所を完全に平坦面に形成することは難しく、湾曲面として残存することとなっていた。

このようにして湾曲面が残る金属製セパレータを挟んで燃料電池セル３１を積層すると、セパレータ２と燃料電池セル３１との密着度が低下し、ガス流路から燃料ガスや酸化ガスが漏洩したり、金属製セパレータと燃料電池セル３１の間の電気抵抗が上昇したり、熱の伝達率が低下して燃料電池セル３１の温度に不均一な部分が生じ、燃料電池の発電効率を低下させることが考えられる。

本発明は、ガス流路となる凹凸の凹部底面や凸部頂面を平坦面に成形できる金属製セパレータの流路成形方法、およびかかる金属製セパレータの流路成形方法によりガス流路の底面や頂面を平坦にし、燃料電池セルに密着できる金属製セパレータを提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するため、平板な金属板に凹凸をプレス加工する第一工程と、凹凸の底面および頂面を凹凸に沿った凹状の湾曲面に形成する第二工程と、凹凸の内側よりそれぞれ押圧し、凹凸の底面および頂面を平坦面に形成する第三工程とを備えて燃料電池における金属製セパレータの流路成形方法を構成した。

第一工程で用いる金型は、成形しようとするガス流路と同形の成形面を有する。この金型を用いて金属板にプレス加工を施しても、金型を開くと金属板に形成されたガス流路の底面および頂面はスプリングバッグの作用により丸みを持った湾曲面となる。

第二工程では、外側に突出した湾曲面を内側に押圧し、底面および頂面を凹凸に沿った凹状に、すなわちガス流路が本来有すべき所定の平坦面を越えて内側にそれぞれ湾曲させる。

第三工程では、ガス流路の所定の平坦面を越えて凹状に湾曲させた底面および頂面を外側に押圧しそれぞれ平坦面に成形する。第三工程での押圧は、金属板のスプリングバッグを考慮し、金型から金属板を外した際に凹凸の底面および頂面が平坦面に形成され、ガス流路が所定の形状に成形されるように行なう。例えば底面および頂面を平坦面とした本来のガス流路と同等の形状を有する金型を用いてプレスする他、底面および頂面を外側に突出するように過剰に押圧変形させ、スプリングバッグで戻して平坦面とするようにプレスしてもよい。

また第二工程では、底面および頂面を凹凸に沿った連続した凸状部材で内側に押圧するのみでなく、部分的に内側に押圧するようにしてもよい。

また第三工程では、少なくとも凹凸の底面および頂面が外側に凸状に湾曲していなければよく、完全に底面および頂面を平坦に戻すのでなく、底面および頂面に凹みが残存していてもよい。

また、かかる金属製セパレータの流路成形方法を用いて燃料電池用の金属製セパレータの流路を成形した。

本発明の第二工程でガス流路の底面および頂面を内側に湾曲させた後、第三工程で底面および頂面が平坦となるようそれぞれ内側から押圧するので、ガス流路の底面および頂面を確実に平坦面に成形できる。これは所定の平坦面を越えて第二工程で湾曲させたことにより金属板内に凹状を解消しようとする内部応力が発生し、次の第三工程でその凹状を解消させるように内部応力と同方向に押圧するため確実に所定の平坦面に成形できるものと推測される。

かかる流路成形方法により燃料電池セルの表面に密着する金属セパレータをプレス加工により提供できる。またかかる金属セパレータにより、ガス流路からガスを漏洩させることがなく、燃料電池セルどうしを低い電気抵抗で接続し、しかも燃料電池セルを均一な温度にできる、発電効率の高い燃料電池を安価に提供できる。

本発明にかかる金属製セパレータの流路成形方法の一実施形態について説明する。金属製セパレータをプレス成形する方法には、ガス流路を形成する他、ガス流路の周辺にガス通路を貫通させたり、全体形状を打抜くなど多くの成形工程を含むが、本発明にかかる流路成形方法以外の部分は従来の方法により行なうものとし説明を省略する。

金属製セパレータの流路成形方法の第一工程を図１から図３に示す。図１に示すように、金属板１０を第一金型１２でプレスする。金属板１０はステンレス鋼などからなり、燃料電池用のセパレータ２として適し、かつプレス加工によって成形が可能な材料からなる平板な金属板である。

第一金型１２には、図１４に示すセパレータ２の凹凸４と同形状の縦長な凹凸を有する成形面１３が設けてあり、第一金型１２でプレスすると金属板１０のほぼ中央部分にガス流路とほぼ等しい凹凸が押圧形成される。

成形面１３の凹部底面１４と凸部頂面１６はともに平坦に形成してあるが、第一金型１２を開くと、金属板１０の有するスプリングバック作用により第一金型１２の成形面と同等に成形されず、金属板１０の凹部底面９と凸部頂面１１は図４、および図１２に示すように外方に突出した湾曲面となる。

次に第二工程として、第一金型１２でプレス加工した金属板１０を第二金型１８にてプレスする。第二金型１８は図５に示すように成形面１９の凹部底面２０が、凹凸４の長手方向に沿った凸面に形成してあり、また成形面１９の凸部頂面２２が、凹凸４の長手方向に沿った凹面に形成してある。この第二金型１８を用いて金属板１０をプレス成形すると（図６参照）、金属板１０の凹部底面９および凸部頂面１１は図７、および図１３に示すように内側に凹んだ湾曲面となる。

次に第三工程として、第二金型１８でプレス加工した金属板１０を第三金型２４にてプレスする。第三金型２４は図８に示すように成形面２５が第一金型１２の成形面１３と同一で、凹部底面２６と凸部頂面２８が平坦に形成してある。

この第三金型２４を用いて金属板１０をプレス成形すると（図９参照）、金属板１０の凹部底面９および凸部頂面１１がそれぞれ凹部底面９と凸部頂面１１の内側より押圧され、図１０に示すように平坦面に成形され、所望のガス流路を有するセパレータ２がプレス成形される。

以上説明したように上記金属製セパレータの流路成形方法によれば、セパレータ２の凹部底面９および凸部頂面１１を平坦面に形成でき、燃料電池セル３１に密着させることができる燃料電池用のセパレータ２をプレス加工により容易に成形できる。

尚第三金型２４の凹部底面２６を凹凸の長手方向に沿った凹面に形成し、凸部頂面２８を凹凸の長手方向に沿った凸面に形成してもよい。このようにすると第三金型２４でプレス成形した後スプリングバッグの作用によって凹部底面９および凸部頂面１１を図１０に示すように平坦面とすることができ、金属板１０が強いスプリングバッグの性質を有する場合でも所望のガス流路をセパレータ２に成形できる。

更に第二金型１８および第三金型２４の凹部底面２０、２６および凸部頂面２２、２８の形状を凹凸に沿った連続した同一形状としたが、本発明はそれに限らず第三工程で金属板１０の凹部底面９および凸部頂面１１が平坦になれば、凹部底面９および凸部頂面１１を部分的に押圧する形状としてもよい。

更に金属板１０の凹部底面９と凸部頂面１１は外方に突出した湾曲面でなければよく、凹部底面９や凸部頂面１１が平坦でなく凹状に成形されていてもよい。

本発明にかかる流路成形方法の一実施形態を示す断面図である。本発明にかかる流路成形方法の一実施形態を示す断面図である。本発明にかかる流路成形方法の一実施形態を示す断面図である。本発明にかかる流路成形方法の一実施形態を示す断面図である。本発明にかかる流路成形方法の一実施形態を示す断面図である。本発明にかかる流路成形方法の一実施形態を示す断面図である。本発明にかかる流路成形方法の一実施形態を示す断面図である。本発明にかかる流路成形方法の一実施形態を示す断面図である。本発明にかかる流路成形方法の一実施形態を示す断面図である。本発明にかかる流路成形方法の一実施形態を示す断面図である。流路を示す斜視図である。流路を示す斜視図である。流路を示す斜視図である。燃料電池の一例を示す分解斜視図である。燃料電池の一例を示す一部断面図である。

符号の説明

２セパレータ
４電解質
６燃料極
８空気極
９凹部底面
１０金属板
１１凸部頂面
１２第一金型
１３、１９、２５成形面
１４、２０、２６凹部底面
１６、２２、２８凸部頂面
１８第二金型
２４第三金型
３０燃料電池
３１燃料電池セル
３２電解質
３４燃料極
３６空気極

Claims

燃料電池の燃料電池セルに積層され、プレスにより成形された凹凸により該燃料電池セルに燃料ガス流路と酸化ガス流路とを形成する金属製セパレータの流路成形方法において、
平板状の金属板に縦長の凹凸をプレス加工により形成する第一工程と、
第一工程で形成された凹凸の凹部底面を凹部底面の外側面より、また凸部頂面を凸部頂面の外側面より押圧し、凹部底面と凸部頂面とを凹凸の長手方向に沿った凹状の湾曲面に形成する第二工程と、
第二工程で形成された凹部底面を凹部底面の内側面より、また凸部頂面の湾曲面を凸部頂面の内側面より押圧し、凹部底面と凸部頂面を平坦面に形成する第三工程と、を備えた金属セパレータの流路成形方法。
請求項１に記載した金属セパレータの流路成形方法でガス流路を成形した燃料電池用の金属セパレータ。