JP2008062269A - 網目状貫通孔成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 成形後の好ましくない形状変形を効果的に防止して、金属製の薄板に所望形状の多数の貫通孔を網目状に成形する成形装置を提供すること。
【解決手段】 メタルラス成形装置Ｒは、金属製の薄板Ｚを順次所定の加工ピッチずつ送り供給するための送りローラＯＲと、供給された金属製の薄板Ｚに順次せん断加工するとともに引き伸ばし加工して網目状の貫通孔を千鳥配置に成形する刃型Ｈとを備えている。刃型Ｈは、下刃ＳＨを有した下型と、上刃ＵＨを有した上型とから構成される。下刃ＳＨは、金属製の薄板Ｚの支持面が下に凸となる湾曲形状に形成されている。また、上刃ＵＨは、複数の略三角形状とされた刃を直列に配置した刃列から形成されている。これにより、金属製の薄板Ｚの引き伸ばし加工量を板幅方向にて異ならせることができてスプリングバックの発生に伴う反りを生じにくくすることができる。
【選択図】 図１

Description

金属製の薄板に所望形状の多数の貫通孔を網目状に成形する成形装置に関する。

従来から、例えば、下記特許文献１に示すようなエキスパンドメタルの製造法ならびに製造装置は知られている。この従来の製造法および製造装置によれば、上型の山列の肩部を進入可能とする案内型を設けることにより、山列の肩部の形状を板材に正確に転写できる。したがって、形成される網目状の貫通孔を正確に成形することができる。

また、従来から、例えば、下記特許文献２に示すような鉛蓄電池用エキスパンドメタル格子体の製造型も知られている。この従来の製造型によれば、複数のＶ字型刃におけるそれぞれの刃先面の角度を異ならせてエキスパンドメタル格子を形成することにより、網目を構成する骨の伸張を均一にすることができる。これにより、骨に生じる応力の不均一を緩和し、骨の破断を減少させることができる。

また、従来から、エキスパンドメタルやメタルラスを燃料電池に採用することも検討されている。例えば、下記特許文献３には、薄平板状の基板と、菱形のスリットが形成されたエキスパンドメタルやメタルラスなどから形成された網目状の導電体とから構成されるセパレータが互いに隣接する単セルの間に配置されることが開示されている。このように、導電体としてエキスパンドメタルやメタルラスを燃料電池の構成部品として採用することにより、空気または燃料ガスを電極拡散層に供給するための流路を形成するとともに、発電された電流を外部に導出できるようになる。
特開平１−１２７１１９号公報 特開平８−２７３６７３号公報 特開２００５−２０９４７０号公報

ところで、一般的に、金属製の薄板に対して、塑性変形を伴う機械加工を施す場合には、加工力を除去した後に、弾性力に起因する変形現象すなわちスプリングバックが生じる場合がある。このため、金属性の薄板に対して切れ目を入れて引き伸ばすことによって網目状の貫通孔が多数成形されるエキスパンドメタルやメタルラスにおいても、スプリングバックは発生する。そして、このスプリングバックが加工部位の全体にわたり不均一に生じた場合には、エキスパンドメタルやメタルラスに反りなど好ましくない形状変形が生じる可能性がある。

ところが、上記特許文献１または特許文献２には、発生するスプリングバックの抑制に関する具体的な方策は開示されていない。したがって、上記特許文献１または特許文献２に示された製造装置または製造型によって製造されるエキスパンドメタルにおいては、スプリングバックによる好ましくない変形が生じる可能性が高い。

また、上記特許文献３に示された燃料電池においては、導電体としてのエキスパンドメタルやメタルラスが、導入された空気や燃料ガスを供給するための流路を形成し、また、電極構造体によって発電された電流を外部に導出する機能を担う。この場合、例えば、エキスパンドメタルやメタルラスに反りが生じていれば、適切に流路を形成したり、集電抵抗を小さくして効率よく電流を導出したりすることが難しくなる可能性がある。

このため、エキスパンドメタルやメタルラスに発生した反りを矯正するための工程、例えば、焼鈍工程などを設けて発生した反りを矯正する必要があり、燃料電池を製造するためのコストが増大するなどの新たな問題の発生が懸念される。したがって、燃料電池にエキスパンドメタルやメタルラスを採用する場合には、成形時に反りなどの好ましくない変形を大幅に低減してエキスパンドメタルやメタルラスを製造することが望まれている。

本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、成形後における好ましくない形状変形を効果的に防止して、金属製の薄板に所望形状の多数の貫通孔を網目状に成形する成形装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、金属製の薄板に所望形状の多数の貫通孔を網目状に成形する網目状貫通孔成形装置において、金属製の薄板を所定の加工ピッチずつ供給する供給機構と、前記供給された金属製の薄板を同薄板の板幅方向にて支持可能な刃であって、前記金属製の薄板を支持する支持面が湾曲形状に形成された刃を有する固定型と、前記供給された金属製の薄板の板幅方向に直列に配置された複数の突出した刃から形成される刃列を有して、同刃列を前記金属製の薄板の板厚方向に進退動させて前記固定型の刃とにより前記金属製の薄板をせん断するとともに同せん断した部分を引き伸ばして貫通孔を成形し、前記刃列を前記金属製の薄板の板幅方向に往復動させて前記貫通孔を千鳥配置に成形する可動型とを備えたことにある。

この場合、前記固定型の刃の湾曲形状は、前記金属製の薄板の板幅方向の略中央部分にて、前記供給された金属製の薄板と前記刃の支持面との間の前記金属製の薄板の板厚方向の距離が最大となる湾曲形状であるとよい。

また、本発明の他の特徴は、金属製の薄板に所望形状の多数の貫通孔を千鳥配置に成形する網目状貫通孔成形装置において、金属製の薄板を所定の加工ピッチずつ供給する供給機構と、前記供給された金属製の薄板を同薄板の板幅方向にて支持可能な直線状の刃を有する固定型と、前記供給された金属製の薄板の板幅方向にて直列に配置された複数の突出した刃から形成される刃列であって、前記複数の突出した刃の突出量が前記金属製の薄板の板厚方向にて順に湾曲状に変化する刃列を有して、同刃列を前記金属製の薄板の板厚方向に進退動させて前記固定型の刃とにより前記金属製の薄板をせん断するとともに同せん断した部分を引き伸ばして貫通孔を成形し、前記刃列を前記金属製の薄板の板幅方向に往復動させて前記貫通孔を千鳥配置に成形する可動型とを備えたことにもある。

この場合、前記可動型の刃列は、前記刃列を形成する複数の突出した刃のうち、前記金属製の薄板の板幅方向の両端部に対応する位置に配置された刃の突出量が最大となるように湾曲状に変化する刃列であるとよい。

これらによれば、金属製の薄板の板幅方向にて、固定型の刃と可動型の刃列とによる金属製の薄板に対する加工量を変化させることができる。特に、金属製の薄板においては、板幅方向の両端部分近傍の加工部位におけるスプリングバックが大きくなる傾向を有する。このため、固定型の刃の湾曲形状を、金属製の薄板の板幅方向の略中央部分にて刃の支持面との間の距離が最大となる湾曲形状としたり、可動型の刃列を、金属製の薄板の板幅方向の両端部に対応する位置に配置された刃の突出量が最大となるように湾曲状に変化する刃列としたりすることによって、金属製の薄板の板幅方向の両端部分近傍における加工量を大きくすることができる。

これにより、大きなスプリングバックの発生を抑制したり、スプリングバックを加工部位の全体にわたり均一に生じさせたりすることが可能となる。したがって、網目状の貫通孔を成形した成形品（例えば、メタルラスなど）における好ましくない形状変化の発生を効果的に防止することができる。また、網目状の貫通孔を成形することにより、好ましくない形状変化の発生を防止することができるため、成形品に対する矯正工程を設定する必要がない。これにより、製造コストを大幅に低減することができ、成形品を安価に提供することもできる。

ａ．第１実施形態
以下、図面を用いて本発明の第１実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る成形装置、すなわち、金属製の薄板に対して多数の小径の貫通孔を網目状に成形する（以下、この金属製の薄板をメタルラスＭＲという）メタルラス成形装置Ｒの主要な構成のみを概略的に示している。

メタルラス成形装置Ｒは、図１（ａ）に示すように、素材としての金属製の薄板Ｚを順次所定の加工ピッチずつ送り供給するための供給機構としての送りローラＯＲと、成形時に金属製の薄板Ｚを適切に固定するための押え機構ＯＫと、供給された金属製の薄板Ｚに順次せん断加工するとともに引き伸ばし加工して網目状の貫通孔を千鳥配置に成形する刃型Ｈとを備えている。なお、金属製の薄板Ｚは、所定の長さに予め切断された板材であってもよいし、コイル状に巻き取られたコイル材であってもよい。

刃型Ｈは、供給された金属製の薄板Ｚを支持可能な下刃ＳＨを有して図示省略のベースに固定される固定型としての下型と、複数の突出した刃の刃列として形成される上刃ＵＨを有して金属製の薄板Ｚの板厚方向（図１（ａ）にて上下方向）および金属製の薄板Ｚの板幅方向（図１（ａ）にて紙面垂直方向）に移動可能な可動型としての上型とから構成される。そして、図１（ｂ）に示すように、下刃ＳＨは、後述するように、上刃ＵＨによる金属製の薄板Ｚの引き伸ばし加工量を金属製の薄板Ｚの板幅方向にて異ならせるために、その上面すなわち支持面が下に凸となる湾曲形状に形成されている。また、上刃ＵＨは、金属製の薄板Ｚに対して、せん断加工により千鳥配置に切れ目を形成するとともに引き伸ばし加工により略菱形の貫通孔を形成するために、複数の突出した略三角形状の刃を直列に配置した刃列から形成されている。

そして、このように構成されるメタルラス成形装置Ｒを用いたメタルラス成形工程を経ることによって、図２（ａ）に示すように、メタルラスＭＲが成形される。このメタルラスＭＲは、図２（ａ）に示すように、板幅方向の両端部近傍における貫通孔の開口寸法が板幅方向の略中央部近傍における貫通孔の開口寸法よりも大きくなっている。ここで、成形されるメタルラスＭＲは、例えば、板厚が０．１ｍｍ程度の金属製の薄板から形成されるものであり、多数形成される貫通孔の孔径は０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度とされている。

また、メタルラスＭＲは、図２（ｂ）にて図２（ａ）における左右方向の側面視を示すように、網目状の貫通孔を形成している部分が順次重なるように連結されて、その断面形状が階段形状とされている。以下、このメタルラス成形工程を具体的に説明する。

メタルラス成形装置Ｒを用いたメタルラス成形工程は、第１工程と第２工程の２つの工程から構成される。すなわち、第１工程は、上刃ＵＨが金属製の薄板Ｚの板幅方向における所定位置（以下、この所定位置を第１加工位置という）にある状態で金属製の薄板Ｚに略三角形状の貫通孔を成形する工程である。また、第２工程は、上刃ＵＨが第１加工位置から所定量（例えば、略三角形状の刃からなる刃列の形成間隔の半分）だけ金属製の薄板Ｚの板幅方向に移動した位置（以下、この位置を第２加工位置という）にある状態で金属製の薄板Ｚに略三角形状の貫通孔を成形する工程である。以下、図３および図４を用いて、このメタルラス成形工程を具体的に説明する。

まず、第１工程においては、図３（ａ）に示すように、上刃ＵＨが第１加工位置にある状態で、送りローラＯＲによって金属製の薄板Ｚが所定の加工長さ（加工ピッチ）だけ刃型Ｈに送られる。そして、図３（ｂ）に示すように、上刃ＵＨは、下刃ＳＨ方向すなわち金属製の薄板Ｚの板厚方向へ降下し、下刃ＳＨとともにその略三角形状の刃によって金属製の薄板Ｚの一部をせん断して千鳥配置となる切れ目を加工する。さらに続けて、上刃ＵＨは最下点位置まで降下し、同上刃ＵＨの刃と接触している金属製の薄板Ｚを下方に引き伸ばす。その後、図３（ｃ）に示すように、上方の原位置すなわち第１加工位置まで復帰する。これにより、金属製の薄板Ｚの加工部分は、上刃ＵＨの刃形状が転写された状態となる。

このように、第１工程が実行されると、引き続き、第２工程が実行される。すなわち、第２工程においては、図４（ａ）に示すように、まず、上刃ＵＨが第２加工位置に移動する。そして、上刃ＵＨが第２加工位置にある状態で、送りローラＯＲによって金属製の薄板Ｚが加工ピッチだけ刃型Ｈに送られる。そして、図４（ｂ）に示すように、上刃ＵＨは、下刃ＳＨ方向すなわち金属製の薄板Ｚの板厚方向へ降下し、下刃ＳＨとともにその略三角形状の刃によって金属製の薄板Ｚの一部をせん断して千鳥配置となる切れ目を加工する。さらに続けて、上刃ＵＨは最下点位置まで降下し、同上刃ＵＨの刃と接触している金属製の薄板Ｚを下方に引き伸ばす。その後、図４（ｃ）に示すように、上方の原位置すなわち第２加工位置まで復帰する。これにより、金属製の薄板Ｚの加工部分は、上刃ＵＨの刃形状が転写された状態となる。

そして、第２工程における加工サイクルが実行された後、上刃ＵＨは、図４（ａ）に示した第２加工位置から図３（ａ）に示した第１加工位置に移動し、再び、第１工程が実行される。また、第１工程において、上述した加工サイクルが実行されると、上刃ＵＨは、図３（ａ）に示した第１加工位置から図４（ａ）に示した第２加工位置に移動し、再び、第２工程の加工サイクルが実行される。このようにして、第１工程と第２工程とが繰り返し実行されることにより、図２（ａ），（ｂ）に示したようなメタルラスＭＲが成形される。

ところで、メタルラスＭＲの成形に際しては、引き伸ばし加工後（除荷後）の弾性力による形状変化すなわちスプリングバックが発生することを考慮する必要がある。すなわち、成形したメタルラスＭＲにスプリングバックが発生すると、成形品としてのコレクタ１２に反りが生じる。そして、この反りを矯正するためには、例えば、焼鈍工程などを設ける必要がある。

このように、メタルラスに発生するスプリングバックに関し、本願発明者等は、種々の実験を繰り返すことによって、成形したメタルラスに発生するスプリングバックを詳細に調査した。その結果、下型に設けた刃の形状を平面状としてメタルラスを成形すると、金属製の薄板の板幅方向すなわち成形したメタルラスの板幅方向に沿って、成形部位のスプリングバック量が大きくなることを見出した。

これは、メタルラス成形時において、金属製の薄板の板幅方向に沿って同板を拘束する力が次第に小さく（弱く）なり、上刃による引き伸ばし加工力に差異が生じているためと推定される。このため、メタルラスの両端位置における成形部位においては、引き伸ばし量が小さくなって弾性変形し易くなり、言い換えれば、塑性変形量が小さくなり、その結果、スプリングバック量が大きくなると考えられる。そして、このようにスプリングバック量が不均一になると、例えば、図５に示すように、メタルラスの板幅方向に沿って反りが発生する。

このことに基づき、本実施形態のメタルラス成形装置Ｒにおいては、下型の支持面すなわち刃形状として、金属製の薄板Ｚの板幅方向の略中央部分が最下点となるような湾曲形状を採用する。これにより、図６に概略的に示すように、金属製の薄板Ｚの板幅方向の略中央部分における引き伸ばし加工量が相対的に小さく、金属製の薄板Ｚの板幅方向端部に向けて引き伸ばし加工量が相対的に大きくなる。ここで、引き伸ばし加工量の相対差は、実験的に確認されたスプリングバック量を考慮して決定されるものである。

そして、上刃ＵＨによる金属製の薄板Ｚの引き伸ばし加工の加工量を金属製の薄板Ｚの板幅方向にて異ならせることにより、スプリングバック量が大きくなる板幅方向端部における加工量を大きくすることができる。このため、弾性力による変形量を小さくでき、スプリングバックの発生に伴う反りを生じにくくできる。これにより、メタルラスＭＲの成形後に、反りを矯正するための工程、例えば、焼鈍工程などを廃止することができる。したがって、メタルラスＭＲの成形に係るコストを大幅に低減することができる。

そして、このように成形されたメタルラスＭＲは、例えば、固体高分子型燃料電池のセパレータを構成するコレクタとして採用することができる。以下、メタルラスＭＲを固体高分子型燃料電池に採用した場合を具体的に説明する。

図７は、燃料電池用セパレータ１０（以下、単にセパレータ１０という）を用いて構成された単セルを概略的に示した断面図である。この単セルは、２つのセパレータ１０と、これらセパレータ１０間に配置されて積層されるフレーム２０およびＭＥＡ３０（Membrane−Electrode Assembly：膜−電極アッセンブリ）とから構成される。そして、この単セルを複数積層することによって固体高分子型燃料電池のスタックが形成され、各単セルに対して例えば水素ガスと空気が導入されと、ＭＥＡ３０にて電極反応が進行する。これにより、固体高分子型燃料電池は、電気を発電して外部に出力することができる。

セパレータ１０は、例えば、略正方形の平板状に形成されて燃料電池スタック内に導入されたガスの混流を防ぐセパレータ本体１１と、外部から供給された燃料ガスまたは酸化剤ガスを適切に拡散させてＭＥＡ３０に導入するとともに電極反応によって発電された電気を集電するコレクタ１２とから構成される。ここで、コレクタ１２は、上述したメタルラス成形装置Ｒによって成形されたメタルラスＭＲを所定の寸法となるように切断されたものである。

そして、コレクタ１２は、その一面側にて、セパレータ本体１１に対して一体的に固設されて、セパレータ１０を形成する。このコレクタ１２の固設について、以下に簡単に説明する。コレクタ１２は、セパレータ本体１１の略中央部分に配置される。そして、セパレータ本体１１とコレクタ１２との接触部分は、例えば、ロー付け工法により、金属的に接合されて一体的に固設される。

具体的に説明すると、まず、コレクタ１２に対して、例えば、銅やニッケルなどのペースト状のロー材を塗布する。そして、ロー材を塗布したコレクタ１２をセパレータ本体１１の所定位置に仮止めする。このとき、コレクタ１２は、上述したように、スプリングバックの発生が極めて効果的に抑制されたメタルラスＭＲから形成されるものであり、反りが少ないため、セパレータ本体１１に対して極めて良好に接触した状態で仮止めされる。次に、還元ガス雰囲気中にて、仮止めしたセパレータ本体１１とコレクタ１２とを所定温度で所定時間だけ加熱し、その後冷却する。これにより、セパレータ本体１１とコレクタ１２とが金属的に接合されて一体的に固設される。

一方、コレクタ１２は、単セル形成時において、その他面側にて、フレーム２０に形成された貫通孔を介してＭＥＡ３０と接触する。このＭＥＡ３０との接触においても、コレクタ１２は、反りの小さいメタルラスＭＲから形成されるため、ＭＥＡ３０に対して極めて良好に接触することができる。したがって、ＭＥＡ３０で発電された電気を集電する際の抵抗（集電抵抗）を極めて小さくすることができ、発電された電気を効率よくすなわち集電効率を向上させて集電することができる。

以上の説明からも理解できるように、この第１実施形態によれば、金属製の薄板Ｚに対して網目状の貫通孔を成形する際に発生するスプリングバックを考慮して、メタルラス成形装置Ｒの下刃ＳＨを湾曲形状とし、メタルラスＭＲを成形することができる。これにより、スプリングバックの発生に起因して生じるメタルラスＭＲの好ましくない変形、例えば、反りの発生などを良好に低減することができる。したがって、発生した好ましくない変形を矯正するために、別途工程（例えば、焼鈍工程など）を設けて実施する必要がなくなり、その結果、メタルラスＭＲの製造に係るコストを大幅に低減することができる。

また、このように製造されるメタルラスＭＲを燃料電池の構成部品（コレクタ１２）に採用することにより、燃料電池の製造コストを低減可能であることはいうまでもなく、燃料電池の発電効率を向上させることができる。すなわち、メタルラスＭＲを用いることによって、コレクタ１２自体の反りを極めて小さくすることができる。このため、セパレータ本体１１との金属的な接合状態を極めて良好に確保できるとともに、ＭＥＡ３０との接触状態も極めて良好に確保できる。したがって、ＭＥＡ３０によって発電された電気を効率よく集電して外部に出力することができるため、燃料電池の発電効率を大幅に向上させることができる。

ｂ．第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態について詳細に説明する。上記第１実施形態においては、メタルラス成形装置Ｒの下刃ＳＨにおける金属製の薄板Ｚの支持面を湾曲形状として実施した。これにより、スプリングバック量が大きくなる金属製の薄板Ｚの板幅方向の端部近傍の引き伸ばし加工量を大きく確保でき、スプリングバックの発生に伴うメタルラスＭＲの反りなど好ましくない変形を極めて小さくするようにした。

これに対して、この第２実施形態においては、スプリングバック量が大きくなる金属製の薄板Ｚの板幅方向の端部近傍の引き伸ばし加工量を大きく確保するために、可動型が有する刃列を形成する各刃の突出量を湾曲状に変化させて実施する。以下、この第２実施形態を具体的に説明するが、上記第１実施形態と同一部分に同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

この第２実施形態に係るメタルラス成形装置Ｒ’も、図８（ａ）に示すように、金属製の薄板Ｚを順次所定の加工ピッチずつ送り供給するための送りローラＯＲと、成形時に金属製の薄板Ｚを適切に固定するための押え機構ＯＫとを備えている。そして、メタルラス成形装置Ｒ’においては、供給された金属製の薄板Ｚに順次せん断加工するとともに引き伸ばし加工して網目状の貫通孔を千鳥配置に成形する刃型Ｈ’を備えている。なお、この第２実施形態においても、金属製の薄板Ｚは、所定の長さに予め切断された板材であってもよいし、コイル状に巻き取られたコイル材であってもよい。

刃型Ｈ’は、供給された金属製の薄板Ｚを支持可能な直線状の下刃ＳＨ’を有して図示省略のベースに固定される固定型としての下型と、複数の突出した刃の刃列として形成される上刃ＵＨ’を有して金属製の薄板Ｚの板厚方向（図８（ａ）にて上下方向）および金属製の薄板Ｚの板幅方向（図８（ａ）にて紙面垂直方向）に移動可能な可動型としての上型とから構成される。そして、図８（ｂ）に示すように、上刃ＵＨ’は、金属製の薄板Ｚに対して、せん断加工により千鳥配置に切れ目を形成するとともに引き伸ばし加工により略菱形の貫通孔を形成するために、複数の略三角形状とされた刃を直列に配置した刃列から形成されている。そして、刃列を形成する略三角形状の刃の突出量は、図８（ｂ）に示すように、金属製の薄板Ｚの板幅方向の両端部に対応する位置に配置された刃の突出量が最大となる湾曲状に変化するようになっている。

そして、この第２実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、メタルラス成形装置Ｒ’がメタルラス成形工程の第１工程および第２工程を順次繰り返し行うことによって、図２に示したメタルラスＭＲを成形する。すなわち、メタルラス成形装置Ｒ’は、図９（ａ）に示す第１工程において、上刃ＵＨ’が第１加工位置にある状態で、送りローラＯＲによって金属製の薄板Ｚが所定の加工ピッチだけ刃型Ｈ’に送られる。そして、図９（ｂ）に示すように、上刃ＵＨ’は、下刃ＳＨ’方向すなわち金属製の薄板Ｚの板厚方向へ降下し、下刃ＳＨ’とともにその略三角形状の刃によって金属製の薄板Ｚの一部をせん断して千鳥配置となる切れ目を加工する。さらに続けて、上刃ＵＨ’は最下点位置まで降下し、同上刃ＵＨ’の刃と接触している金属製の薄板Ｚを下方に引き伸ばす。その後、図９（ｃ）に示すように、上方の原位置すなわち第１加工位置まで復帰する。これにより、金属製の薄板Ｚの加工部分は、上刃ＵＨ’の刃形状が転写された状態となる。

また、メタルラス成形装置Ｒ’は、第１工程を実行すると、引き続き、第２工程を実行する。すなわち、第２工程においては、図１０（ａ）に示すように、まず、上刃ＵＨ’が第２加工位置に移動する。そして、上刃ＵＨ’が第２加工位置にある状態で、送りローラＯＲによって金属製の薄板Ｚが加工ピッチだけ刃型Ｈ’に送られる。そして、図１０（ｂ）に示すように、上刃ＵＨ’は、下刃ＳＨ’方向すなわち金属製の薄板Ｚの板厚方向へ降下し、下刃ＳＨ’とともにその略三角形状の刃によって金属製の薄板Ｚの一部をせん断して千鳥配置となる切れ目を加工する。さらに続けて、上刃ＵＨ’は最下点位置まで降下し、同上刃ＵＨ’の刃と接触している金属製の薄板Ｚを下方に引き伸ばす。その後、図１０（ｃ）に示すように、上方の原位置すなわち第２加工位置まで復帰する。これにより、金属製の薄板Ｚの加工部分は、上刃ＵＨ’の刃形状が転写された状態となる。

そして、この第２実施形態においても、第２工程における加工サイクルが実行された後、上刃ＵＨ’は、図１０（ａ）に示した第２加工位置から図９（ａ）に示した第１加工位置に移動し、再び、第１工程が実行される。また、第１工程において、上述した加工サイクルが実行されると、上刃ＵＨ’は、図９（ａ）に示した第１加工位置から図１０（ａ）に示した第２加工位置に移動し、再び、第２工程の加工サイクルが実行される。このようにして、第１工程と第２工程とが繰り返し実行されることにより、図２（ａ），（ｂ）に示したようなメタルラスＭＲが成形される。

ところで、この第２実施形態においては、上刃ＵＨ’の刃列を形成する刃の突出量が金属製の薄板Ｚの板幅方向にて湾曲状に変化するように、より具体的には、金属製の薄板Ｚの板幅方向の両端部に対応する位置に配置された刃の突出量が最大となる湾曲状に変化するように形成されている。これにより、メタルラス成形装置Ｒ’においても、図１１に概略的に示すように、金属製の薄板Ｚの板幅方向の略中央部分における引き伸ばし加工量が相対的に小さく、金属製の薄板Ｚの板幅方向に向けて引き伸ばし加工量が相対的に大きくなる。ここで、引き伸ばし加工量の相対差は、実験的に確認されたスプリングバック量を考慮して決定されるものである。

そして、上刃ＵＨ’による金属製の薄板Ｚの引き伸ばし加工の加工量を金属製の薄板Ｚの板幅方向にて異ならせることにより、スプリングバックの発生に伴う反りを生じにくくし、焼鈍工程などの反り矯正工程を廃止することができる。したがって、この第２実施形態においても、メタルラスＭＲの成形に係るコストを大幅に低減することができる。

また、この第２実施形態におけるメタルラス成形装置Ｒ’によって成形されるメタルラスＭＲも、上記第１実施形態と同様に、固体高分子型燃料電池のセパレータ１０を構成するコレクタ１２として採用することができる。そして、この場合も、メタルラスＭＲを用いたコレクタ１２の反りが極めて小さいため、セパレータ本体１１とコレクタ１２との接触状態およびＭＥＡ３０とコレクタ１２との接触状態を極めて良好に確保できる。したがって、この場合においても、ＭＥＡ３０で発電された電気を集電する際の集電抵抗を極めて小さくすることができ、発電された電気を効率よくすなわち集電効率を向上させて集電することができる。

以上の説明からも理解できるように、この第２実施形態によれば、金属製の薄板Ｚに対して網目状の貫通孔を成形する際に発生するスプリングバックを考慮して、メタルラス成形装置Ｒ’の湾曲状の刃列を有する上刃ＵＨ’を用いてメタルラスＭＲを成形することができる。これにより、この第２実施形態においても、スプリングバックの発生に起因して生じるメタルラスＭＲの好ましくない変形、例えば、反りの発生などを良好に低減することができる。したがって、発生した好ましくない変形を矯正するために、別途工程（例えば、焼鈍工程など）を設けて実施する必要がなくなり、その結果、この第２実施形態においても、メタルラスＭＲの製造に係るコストを大幅に低減することができる。

また、この第２実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、メタルラスＭＲを燃料電池の構成部品（コレクタ１２）に採用することにより、燃料電池の製造コストを低減可能であることはいうまでもなく、燃料電池の発電効率を向上させることができる。すなわち、メタルラスＭＲを用いてコレクタ１２を製造することによってコレクタ１２自体の反りを極めて小さくすることができるため、セパレータ本体１１との金属的な接合状態を極めて良好に確保できるとともに、ＭＥＡ３０との接触状態も極めて良好に確保できる。したがって、ＭＥＡ３０によって発電された電気を効率よく集電して外部に出力することができるため、燃料電池の発電効率を大幅に向上させることができる。

本発明の実施にあたっては、上記第１および第２実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、上記第１および第２実施形態においては、金属製の薄板Ｚの板幅方向の両端部分における引き伸ばし加工量が大きくなるように、下刃ＳＨを湾曲形状としたり、上刃ＵＨ’の刃列を湾曲状として実施した。これは、０．１ｍｍ程度の板厚を有する金属製の薄板Ｚを用いてメタルラスＭＲを成形する場合には、金属製の薄板Ｚの板幅方向の両端部分におけるスプリングバックが大きくなることから、このスプリングバックを小さくしてメタルラスＭＲの反りなどを低減するためである。したがって、成形条件の変更に伴って、スプリングバックが大きく発生する部位が予め想定される場合には、同想定される部位の引き伸ばし加工量が大きくなるように、下刃ＳＨの湾曲形状や湾曲状の上刃ＵＨ’の刃列を適宜変更して実施することも可能である。

また、上記第１および第２実施形態においては、上刃ＳＨおよび上刃ＳＨ’の刃列を形成する刃の形状を略三角形状とし、メタルラスＭＲの成形される貫通孔形状を略菱形として実施した。しかし、メタルラスの成形される貫通孔形状は、例えば、図１２，１３に示すような他の多角形形状を採用可能であることはいうまでもない。この場合には、メタルラスの貫通孔形状に合わせて、上刃ＳＨおよび上刃ＳＨ’の刃列を形成する刃の形状を、例えば、台形状などとして実施すればよい。

そして、このような多角形形状の貫通孔を成形する場合であっても、板幅方向の両端部近傍における貫通孔の開口寸法が板幅方向の略中央部近傍における貫通孔の開口寸法よりも大きくすることができる。これにより、スプリングバックの発生による反りなどの好ましくない変形を大幅に低減することができる。

さらに、上記第１および第２実施形態においては、メタルラスＭＲを燃料電池のコレクタ１２に採用可能であることを説明した。そして、この場合、セパレータ本体１１に対してコレクタ１２を金属的に接合して実施することを説明した。しかし、メタルラス成形装置Ｒおよびメタルラス成形装置Ｒ’によって成形されるメタルラスＭＲすなわちコレクタ１２は、反りなど好ましくない変形が効果的に低減されるため、セパレータ本体１１とコレクタ１２との金属的な接合を省略することが可能である。このように、金属的な接合を省略した場合であっても、セパレータ本体１１とコレクタ１２との接触状態を極めて良好に確保できるため、ＭＥＡ３０によって発電された電気を効率よく外部に出力することができる。

（ａ）は、本発明の第１実施形態に係るメタルラス成形装置の構成を説明するための概略図であり、（ｂ）は、（ａ）の下刃および上刃の形状を説明するための図である。 （ａ），（ｂ）は、図１のメタルラス成形装置によって成形されるメタルラスを説明するための図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図１のメタルラス成形装置がメタルラスを成形する第１工程を説明するために概略的に示した図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図１のメタルラス成形装置がメタルラスを成形する第２工程を説明するために概略的に示した図である。 従来の工法によってメタルラスを製造した場合に発生する反りを説明するための図である。 図１のメタルラス成形装置の下刃と上刃とによる金属製の薄板に対する加工状態を示し、金属製の薄板の板幅方向における加工量の差を説明するための概略図である。 メタルラスから形成されるコレクタを用いて構成した固体高分子型燃料電池を構成する単セルを示す概略図である。 （ａ）は、本発明の第２実施形態に係るメタルラス成形装置の構成を説明するための概略図であり、（ｂ）は、（ａ）の下刃および上刃の形状を説明するための図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図８のメタルラス成形装置がメタルラスを成形する第１工程を説明するために概略的に示した図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図８のメタルラス成形装置がメタルラスを成形する第２工程を説明するために概略的に示した図である。 図８のメタルラス成形装置の下刃と上刃とによる金属製の薄板に対する加工状態を示し、金属製の薄板の板幅方向における加工量の差を説明するための概略図である。 本発明に係るメタルラス成形装置によって成形可能なメタルラスを説明するための図である。 本発明に係るメタルラス成形装置によって成形可能なメタルラスを説明するための図である。

符号の説明

１０…燃料電池用セパレータ、１１…セパレータ本体、１２…コレクタ、２０…フレーム、３０…ＭＥＡ、Ｒ，Ｒ’…メタルラス成形装置、ＳＨ，ＳＨ’…下刃、ＵＨ，ＵＨ’…上刃、ＯＲ…送りローラ、ＯＫ…押さ機構、Ｚ…金属製の薄板、ＭＲ…メタルラス

Claims (4)

1. 金属製の薄板に所望形状の多数の貫通孔を網目状に成形する網目状貫通孔成形装置において、
   金属製の薄板を所定の加工ピッチずつ供給する供給機構と、
   前記供給された金属製の薄板を同薄板の板幅方向にて支持可能な刃であって、前記金属製の薄板を支持する支持面が湾曲形状に形成された刃を有する固定型と、
   前記供給された金属製の薄板の板幅方向に直列に配置された複数の突出した刃から形成される刃列を有して、同刃列を前記金属製の薄板の板厚方向に進退動させて前記固定型の刃とにより前記金属製の薄板をせん断するとともに同せん断した部分を引き伸ばして貫通孔を成形し、前記刃列を前記金属製の薄板の板幅方向に往復動させて前記貫通孔を千鳥配置に成形する可動型とを備えた網目状貫通孔成形装置。
2. 請求項１に記載した網目状貫通孔成形装置において、
   前記固定型の刃の湾曲形状は、
   前記金属製の薄板の板幅方向の略中央部分にて、前記供給された金属製の薄板と前記刃の支持面との間の前記金属製の薄板の板厚方向の距離が最大となる湾曲形状であることを特徴とする網目状貫通孔成形装置。
3. 金属製の薄板に所望形状の多数の貫通孔を千鳥配置に成形する網目状貫通孔成形装置において、
   金属製の薄板を所定の加工ピッチずつ供給する供給機構と、
   前記供給された金属製の薄板を同薄板の板幅方向にて支持可能な直線状の刃を有する固定型と、
   前記供給された金属製の薄板の板幅方向にて直列に配置された複数の突出した刃から形成される刃列であって、前記複数の突出した刃の突出量が前記金属製の薄板の板厚方向にて順に湾曲状に変化する刃列を有して、同刃列を前記金属製の薄板の板厚方向に進退動させて前記固定型の刃とにより前記金属製の薄板をせん断するとともに同せん断した部分を引き伸ばして貫通孔を成形し、前記刃列を前記金属製の薄板の板幅方向に往復動させて前記貫通孔を千鳥配置に成形する可動型とを備えた網目状貫通孔成形装置。
4. 請求項１に記載した網目状貫通孔成形装置において、
   前記可動型の刃列は、
   前記刃列を形成する複数の突出した刃のうち、前記金属製の薄板の板幅方向の両端部に対応する位置に配置された刃の突出量が最大となるように湾曲状に変化する刃列であることを特徴とする網目状貫通孔成形装置。

Images