JP2009187757A - 燃料電池用金属セパレータの製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な製品精度を確保し得る燃料電池用金属セパレータの製造方法および製造装置を、提供する。
【解決手段】燃料電池用セパレータの外面形状に対応する凹凸部が形成された金属素板２０２を、矯正型２６２に配置して位置決めし、矯正ロール２７２によって矯正加工を施す。
【選択図】図１０

Description

本発明は、燃料電池用金属セパレータの製造方法および製造装置に関する。

燃料電池は、燃料ガスと酸化剤ガスとを分離するためのセパレータを有する。金属材料は、厚さが薄くても優れた強度が得られるため、１組の成形ロールによって、セパレータの外面形状に対応する凹凸部を、連続的にロール形成して、セパレータに適用することが試みられている（例えば、特許文献１および２参照。）。
特開２００２−１９０３０５号公報 特開２００６−７５９００号公報

凹凸部を形成は、基本的に張り出し成形（材料が引き伸ばされる成形）であり、変形（ソリやウネリ）が発生するため、後工程において、変形を矯正し、セパレータを積層した際の不具合の発生を避けることが必要である。しかし、変形の矯正に、上記ロール形成を適用する場合、矯正方向は一方のみであるため、矯正の自由度が低く、また、送り精度が十分でないため、矯正の際の位置決め精度に問題を有しており、セパレータの製品精度を確保することが困難である。

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、良好な製品精度を確保し得る燃料電池用金属セパレータの製造方法および製造装置を、提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一様相は、燃料電池用セパレータの製造方法であって、燃料電池用セパレータの外面形状に対応する凹凸部が形成された金属素板を、矯正型に配置して位置決めし、矯正ロールによって矯正加工を施している。

上記目的を達成するための本発明の別の一様相は、燃料電池用セパレータの外面形状に対応する凹凸部が形成された金属素板に、矯正加工を施すための矯正手段を有する燃料電池用セパレータの製造装置である。そして、前記矯正手段は、前記金属素板が配置される矯正型、前記矯正型に配置される前記金属素板を、位置決めするための位置決め手段、および、前記矯正型に配置されて位置決めされた前記金属素板に、矯正加工を施すための矯正ロールを有する。

本発明の一様相によれば、金属素板は、矯正型に配置されて位置決めされるため、矯正の際の位置決め精度が確保される。また、矯正ロールは、矯正型に対して独立しているため、自由度が高く、矯正が必要である変形部位を自在に矯正することができる。したがって、セパレータの製品精度を確保することが可能である。つまり、良好な製品精度を確保し得る燃料電池用金属セパレータの製造方法を提供することができる。

本発明の別の一様相によれば、矯正手段は、矯正型に配置される金属素板を、位置決め手段によって位置決めすることで、矯正の際の位置決め精度を確保することができる。また、矯正ロールは、矯正型に対して独立しており、自由度が高いため、矯正手段は、矯正が必要である変形部位を、矯正ロールによって自在に矯正することができる。したがって、セパレータの製品精度を確保することが可能である。つまり、良好な製品精度を確保し得る燃料電池用金属セパレータの製造装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る燃料電池を説明するための斜視図である。

燃料電池１０は、複数のセルが積層されたスタック部２０を有しており、電源として利用される。電源の用途は、例えば、定置用、携帯電話などの民生用携帯機器用、非常用、レジャーや工事用電源などの屋外用、搭載スペースが限定される自動車などの移動体用である。特に、移動体用電源は、比較的長時間の運転停止後に高い出力電圧が要求されるため、適用が好ましい。

スタック部２０の両側には、集電板３０，４０、絶縁板５０，６０およびエンドプレート７０，８０が配置される。集電板３０，４０は、緻密質カーボンや銅板などガス不透過な導電性部材から形成され、また、スタック部２０で生じた起電力を出力するための出力端子３５，４５が設けられている。絶縁板５０，６０は、ゴムや樹脂等の絶縁性部材から形成される。

エンドプレート７０，８０は、剛性を備えた材料、例えば鋼などの金属材料から形成される。エンドプレート７０は、燃料ガス（例えば、水素）、酸化剤ガス（例えば、酸素）および冷媒（例えば、冷却水）を流通させるために、燃料ガス導入口７１、燃料ガス排出口７２、酸化剤ガス導入口７４、酸化剤ガス排出口７５、冷媒導入口７７、および冷媒排出口７８を有する。

スタック部２０、集電板３０，４０、絶縁板５０，６０およびエンドプレート７０，８０の四隅には、タイロッド９０が挿通される貫通孔が配置される。タイロッド９０は、その端部に形成される雄ねじ部に、ナットが螺合され、燃料電池１０を締結する。スタック形成のための荷重は、セルの積層方向に作用し、セルを押し圧状態に保持する。

タイロッド９０は、剛性を備えた材料、例えば、鋼などの金属材料から形成され、また、セル同士の電気的短絡を防止するため、絶縁処理された表面部を有する。タイロッド９０の設置本数は、４本（四隅）に限定されない。タイロッド９０の締結機構は、螺合に限定されず、他の手段を適用することも可能である。また、燃料電池１０の締結機構は、内部を延長するタイロッド９０を利用する形態に限定されず、外部を延長するテンションロッドを利用することも可能である。

図２は、図１に示されるスタック部を説明するための断面図、図３は、図２に示される電極集成体を説明するための平面図、図４は、図２に示されるアノード用のセパレータを説明するための平面図、図５は、図２に示されるカソード用のセパレータを説明するための平面図である。

スタック部２０は、セルを形成する電極集成体１００、セパレータ１５０，１７０が、順次積重ねられて構成される。電極集成体１００、セパレータ１５０およびセパレータ１７０の間における外周縁部には、シール材（不図示）が配置される。

電極集成体１００は、膜電極接合体１１０およびガス拡散層１２０，１３０が一体化された略矩形のユニット組立体（アセンブリ）であり、セパレータ１５０，１７０と略同一形状である。電極集成体１００は、マニホールド部１４１，１４２，１４４，１４５，１４７，１４８を有する。マニホールド部１４１，１４２、マニホールド部１４４，１４５およびマニホールド部１４７，１４８は、燃料ガス用、酸化剤ガス用および冷媒用に適用される。

膜電極接合体１１０は、電解質膜と、電解質膜を挟んで配置されるカソード触媒層およびアノード触媒層とを有する。

電解質膜は、固体高分子材料、例えば、フッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を呈する。カソード触媒層は、電解質膜の一方の面に配置され、ガス拡散層１２０に隣接している。アノード触媒層は、電解質膜の他方の面に配置され、ガス拡散層１３０に隣接している。

カソード触媒層およびアノード触媒層は、導電性担体に触媒成分が担持されてなる電極触媒と、高分子電解質とを含んでいる。電極触媒の導電性担体は、触媒成分を所望の分散状態で担持するための比表面積、および、集電体として十分な電子導電性を有しておれば、特に限定されないが、主成分がカーボン粒子であることが好ましい。

カソード触媒層に適用される触媒成分は、酸素の還元反応に触媒作用を有するものであれば、特に限定されない。アノード触媒層に適用される触媒成分は、水素の酸化反応に触媒作用を有するものであれば、特に限定されない。

触媒成分は、例えば、白金、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、タングステン、鉛、鉄、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン、バナジウム、モリブデン、ガリウム、アルミニウム等の金属、及びそれらの合金等などから選択される。触媒活性、一酸化炭素等に対する耐被毒性、耐熱性などを向上させるために、少なくとも白金を含むものが好ましい。カソード触媒層およびアノード触媒層に適用される触媒成分は、同一である必要はなく、適宜選択することが可能である。

電極触媒の高分子電解質は、少なくとも高いプロトン伝導性を有する部材であれば、特に限定されず、例えば、ポリマー骨格の全部又は一部にフッ素原子を含むフッ素系電解質や、ポリマー骨格にフッ素原子を含まない炭化水素系電解質が適用可能である。

ガス拡散層１２０，１３０は、充分なガス拡散性および導電性を有する部材、例えば、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスや、カーボンペーパ、あるいはカーボンフェルトから形成される。

次に、セパレータ１５０，１７０を説明する。

セパレータ１５０，１７０は、略矩形のステンレス鋼鈑（例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ）からなり、互いに溶接されたセパレータアセンブリの形態で、ガス拡散層１２０，１３０の外面に配置される。ステンレス鋼鈑は、複雑な機械加工を施しやすくかつ導電性が良好である点で好ましく、必要に応じて、耐食性のコーティングを施すことも可能である。セパレータ１５０，１７０の素材として、ステンレス鋼鈑以外の金属材料、例えば、アルミニウム板や、クラッド材を適用することも可能である。

セパレータ１５０は、別のセルのセパレータ１７０に隣接しており、マニホールド部１６１，１６２，１６４，１６５，１６７，１６８および凹凸部１６９を有し、ガス拡散層１２０に相対して配置される。マニホールド部１６１，１６２、マニホールド部１６４，１６５およびマニホールド部１６７，１６８は、燃料ガス用、酸化剤ガス用および冷媒用に適用される。

ガス拡散層１２０に相対する凹凸部１６９の内面と、ガス拡散層１２０の表面により形成される空間Ｓ１は、酸化剤ガスを流通させるための流路を構成し、マニホールド部１６４，１６５を経由し、エンドプレート７０に配置される酸化剤ガス導入口７４および酸化剤ガス排出口７５に、接続されている。つまり、凹凸部１６９の内面は、酸化剤ガスを流通させるための流路溝を構成する。

セパレータ１７０は、基本形状に関してはセパレータ１５０と略同一であり、かつ、別のセルのセパレータ１５０に隣接しており、マニホールド部１８１，１８２，１８４，１８５，１８７，１８８、および凹凸部１８９を有し、ガス拡散層１３０に相対して配置される。マニホールド部１８１，１８２、マニホールド部１８４，１８５およびマニホールド部１８７，１８８は、燃料ガス用、酸化剤ガス用および冷媒用に適用される。

ガス拡散層１３０に相対する凹凸部１８９の内面と、ガス拡散層１３０の表面により形成される空間Ｓ２は、燃料ガスを流通させるための流路を構成し、マニホールド部１８１，１８２を経由し、エンドプレート７０に配置される燃料ガス導入口７１および燃料ガス排出口７２に、接続されている。つまり、凹凸部１６９の内面は、燃料ガスを流通させるための流路溝を構成する。

凹凸部１８９の外面と、隣接する別のセルのセパレータ１５０の外面により形成される空間Ｓ３は、冷媒を流通させるための流路を構成し、マニホールド部１８７，１８８を経由し、エンドプレート７０に配置される冷媒導入口７７および冷媒排出口７８に、接続されている。つまり、凹凸部１６９の外面は、冷媒を流通させるための流路溝を構成する。

なお、凹凸部１６９，１８９の形状および配置は、ガスの拡散性、圧力損失、生成水の排出性、冷却性能等を考慮し、適宜設定される。また、符号１５２，１７２は、電圧を検出するために使用されるモニタータブであり、電圧の検出は、燃料電池１０（単セル）の充放電管理のために行われる。

図６は、本発明の実施の形態に係るセパレータの製造方法を説明するための工程図である。

本製造方法は、切断工程、成形工程、矯正工程、トリミング工程および溶接工程を有する。カソード用ラインは、セパレータ１５０用であり、アノード用ラインは、セパレータ１７０用であり、切断工程、成形工程、矯正工程およびトリミング工程に関しており、略同一の構成を有するため、アノード用ラインによって代表させて説明する。

切断工程においては、コイル材が、コイル外周から巻きほぐされ、巻き癖がとられ、平坦とされた後で、さい断機に所定の速度で投入され、連続的に切断されて、セパレータ１５０を構成することとなる略矩形状のシート材（金属素板）が得られる。

成形工程においては、シート材に、プレス装置によって成形加工が施され、セパレータ１５０の外面形状に対応する凹凸部が形成される。セパレータ１５０の表面形状と背面形状とは対称でなく、かつ、セパレータ１５０の表面形状が形成するための成形は、基本的に張り出し成形（材料が引き伸ばされる成形）である。そのため、プレス装置から取り出されるシート材は、スプリングバックを起こし正規の形状から僅かに崩れた形状となり、上下いずれかに向かってソリが発生する。また、セパレータ１５０のサイズが大きいため、プレス荷重が不均一になり、ソリが発生する虞もある。

矯正工程においては、シート材に対して矯正装置（矯正手段）による矯正加工を施され、シート材の前記ソリが矯正される。

トリミング工程においては、例えば、シャー方式のさい断機によって、シート材の外周部の不要な部位が切断され、最終的な形状（セパレータ１５０の製品形状）にされる。なお、アノード用ラインにおいても、セパレータ１７０を構成することとなるシート材は、同様な加工処理が施される。

溶接工程においては、カソード用ラインからのシート材と、アノード用ラインからのコイル材とが、重ねられ、例えば、シーム溶接機によって抵抗溶接が施され、シート材の溶接体が形成される。つまり、セパレータ１５０，１７０の溶接体（セパレータアセンブリ）が得られる。

次に、成形工程およびプレス装置を詳述する。

図７は、図６に示される成形工程に係るプレス装置を説明するための側面図、図８は、図７に示される成形型を説明するための平面図である。

プレス装置は、下型２２２、上型２３２および駆動装置２３６を有する。下型２２２は、固定式に配置され、セパレータ１５０の背面形状（外面形状の一方）に対応する凹凸部が形成された押圧面２２３を有する。上型２３２は、下型２２２に対して近接離間可能に配置され、セパレータ１５０の表面形状（外面形状の他方）に対応する凹凸部が形成された押圧面２３３を有する。駆動装置２３６は、油圧シリンダ等の駆動装置を有し、上型２３２を駆動し、下型２２２と連携した型締めおよびシート材２０２の成形加工をするために使用される。

上記プレス装置が適用される成形工程においては、まず、切断工程において所定形状に切断されたシート材２０２が、下型２２２の押圧面２２３に配置される。駆動装置２３６は、上型２３２を駆動し、下型２２２に近接させ、型締めする。上型２３２は、シート材２０２を押圧（プレス成形）することで、押圧面２３３の形状および押圧面２２３の形状を、シート材２０に転写する。これにより、シート材２０２の表面および背面には、セパレータ１５０の外面形状（表面形状および背面形状）に対応するに対応する凹凸部が形成される。その後、駆動装置２３６は、上型２３２を駆動し、下型２２２から離間させ、型開きされ、シート材２０２が取り出される。

なお、成形工程におけるプレス成形は、複数段に分割し、例えば、予備成形、本成形、仕上げ成形などに分割し、実施することも可能である。

次に、矯正工程および矯正装置を詳述する。

図９は、図６に示される矯正工程に係る矯正装置を説明するための斜視図、図１０は、図９に示される矯正装置を説明するための断面図、図１１および図１２は、図９に示される矯正装置による流路並行方向の矯正および流路直交方向の矯正を説明するための平面図である。

矯正装置は、シート材２０２を配置するために使用される下型（矯正型）２６２、下型２６２に配置されて位置決めされたシート材２０２に、矯正加工を施し、ソリを解消させるために使用される矯正ロール２７２、および、矯正ロール２７２の駆動機構２８０を有する。

下型２６２は、彫り込んで窪ませた凹部（位置決め手段）２６４を有する。凹部２６４は、シート材２０２が嵌合自在であり、下型２６２に配置されるシート材２０２を位置決めするために使用される。また、凹部２６４には、セパレータ１５０の背面形状に対応する凹凸部２６５が形成されている。

矯正ロール２７２は、軸支部２７６によって回転自在に支持され、かつ、支持構造部２７５に配置されている。支持構造部２７５には、矯正ロール２７２の回転を制御するための制御機構２７８が配置されている。制御機構２７８は、例えば、減速機構やモータを備えている。

駆動機構２８０は、装置フレーム２９０に取り付けられ、支持構造部２７５を流路並行方向および流路直交方向に駆動するために使用される。流路並行方向は、セパレータ１５０の流路１６９に対応する凹凸部２２６に沿った方向である。流路直交方向は、流路１６９に対応する凹凸部２２６に沿った方向に対して直交する方向である。なお、駆動機構２８０は、例えば、減速機構、モータ、流路並行方向に延長するガイドレール、流路直交方向に延長するガイドレールなどを備えている。

したがって、矯正装置は、下型２６２に配置されるシート材２０２を、凹部２６４によって位置決めすることで、矯正ロールセットを利用する場合に比較し、矯正の際の位置決め精度および加工精度を向上させることができる。また、矯正ロール２７２は、下型２６２に対して独立しており、自由度が高いため、矯正装置は、矯正が必要である変形部位を、矯正ロール２７２によって自在に矯正することができる。したがって、セパレータ１５０の製品精度を、確保することが可能である。

例えば、プレス装置を矯正に利用する場合と異なり、流路並行方向のソリおよび流路直交方向のソリを、別々に矯正（夫々を制御）することが可能であり、シート材２０２の変形を効率的に矯正することができる。また、矯正ロール２７２による矯正は、圧延と同様のため、プレス装置を矯正に利用する場合に比較し、シート材２０２に傷を形成する虞が少なく、かつ、設備規模を小型化することが容易である点で好ましい。菱目打ち（微細な切込みを付与）による矯正と異なり、表面改質などの処理が施されているシート材２０２に適用可能である点でも好ましい。

次に、上記矯正装置が適用される矯正工程を詳述する。

矯正工程においては、まず、成形工程においてソリが発生したシート材２０２が下型２６２に配置される。この際、シート材２０２は、下型２６２の凹部２６４に嵌合されることで、位置決めされる。つまり、シート材２０２は、単純な構成で位置決めされ、矯正の際の位置決め精度が確保される。

そして、駆動機構２８０によって、矯正ロール２７２が駆動され、所定の速度でシート材２０２の表面を押圧（圧縮応力を付与）しながら、流路並行方向そして流路直交方向に順次に移動する。この際、矯正ロール２７２の回転は、制御機構２７８によって所定の値に制御される。流路並行方向の移動においては、矯正ロール２７２によって、セパレータ１５０の幅方向の矯正加工が連続的に施される（図１１参照）。流路直交方向の移動においては、矯正ロール２７２によって、セパレータ１５０の長手方向の矯正加工が連続的に施される（図１２参照）。

矯正ロール２７２は、下型２６２に対して独立しているため、自由度が高く、矯正が必要である変形部位を自在に矯正することができ、セパレータ１５０の製品精度を確保することが可能である。また、上記のように、直交する２方向の矯正加工を施すことで、シート材２０２の変形を効率的に矯正することができる。また、シート材２０２の背面は、セパレータ１５０の背面形状に対応する凹凸部２２６が位置しているため、矯正ロール２７２の押圧面と連携し、シート材２０２に残存する変形を引き起こす応力（縮もうとする力）を、効率的に除去することができる。

なお、アノード用ラインは、セパレータ１７０用であり、プレス装置の押圧面および矯正装置の下型の凹部の形状が若干異なる点を除けば、カソード用ラインの構成と略一致しており、重複を避けるため、その説明を省略する。

図１３は、本発明の実施の形態に係る変形例１を説明するための斜視図、図１４は、本発明の実施の形態に係る変形例２を説明するための斜視図、図１５は、本発明の実施の形態に係る変形例３を説明するための断面図である。

矯正ロール２７２の外周面２７３は、滑らかな（無垢な）状態で適用することに限定されず、セパレータの表面形状に対応する凹凸部２７４を形成することも可能である（図１３参照）。また、下型２６２の凹部２６４は、セパレータ１５０の背面形状に対応する凹凸部２２６を形成することなく、平坦な状態で適用することも可能である（図１４参照）。

矯正ロール２７２によるシート材２０２の矯正は、局所的に施すことも可能である。例えば、プレス装置による成形加工によって形成された凹凸部の角部の形状が、丸みを帯びている場合、矯正ロール２７２の外周面に配置される凹凸部２７４の角部の形状を、くっきりした輪郭を有するようにする（図１５参照）。これにより、矯正が必要な部位に、局所的に力を加えることができるため、良好な矯正効果を発揮し、矯正効率に優れている。

なお、矯正ロール２７２の外周面２７３および／又は下型２６２の凹部２６４に形成される凹凸部は、セパレータ１５０の形状と一致させる形態（製品形状）に限定されず、例えば、矯正後のスプリングバックによってセパレータ１５０の形状となるような見込み形状を掘り込むことも可能である。また、矯正ロール２７２の外周面２７３および／又は下型２６２の凹部２６４を複数の領域に分割し、当該領域毎に、製品形状、見込み形状および滑らかな形状のいずれかを選択したりすることも可能である。

図１６および図１７は、本発明の実施の形態に係る変形例４を説明するための断面図および斜視図である。

シート材２０２の素材であるコイル材は、耐食性を向上させるため、母材（例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ）２０３に、金などの貴金属からなる被膜（導電性を有する耐食被膜）２０４を配置したものを適用することが可能である。

被膜２０５は、例えば、めっきによって形成されており、成形性に影響を及ぼさないように、その厚みは、極めて薄く（例えば、４０ｎｍ）設定されている。また、母材２０４と被膜２０５との密着性を向上させ、かつ、被膜２０５に存在する欠陥（例えば、ポーラス）を削減するため、被膜２０５の形成後のシート材２０２に対して、軽圧延（例えば、約６パーセントの圧下率）が施される。

そのため、プレス装置に投入される際、シート材２０２は、圧延による加工硬化が既に引き起こされているため、プレス加工によって被膜２０５の割れ（クラック）を引き起こす虞がある。そのため、変形例４においては、プレス装置（成形工程）と矯正装置（矯正工程）との間に、圧延装置（圧延工程）が配置される。

圧延装置は、例えば、１組の圧延ロール（圧延ロールセット）３２２，３３２および軸支部３２６，３３６を有する圧延手段である。

圧延ロール３２２，３３２は、軸支部３２６，３３６によって回転自在に支持され、一定のクリアランスを有するように、支持構造部（不図示）に配置されている。支持構造部には、例えば、減速機構およびモータを備える駆動機構が配置されており、当該駆動機構は、シート材２０２の投入速度と同期させ、圧延ロール３２２，３３２を、同一速度で反対方向に回転させるために使用される。なお、圧延ロール３２２，３３２を、別々のモータで駆動することも可能である。

したがって、プレス装置によって成形加工されたシート材２０２を圧延ロール３２２，３３２の間に通すことによって、シート材２０２が有する欠陥（例えば、被膜２０５の割れ）を潰して消失させ、耐食性を向上させることが可能である。なお、矯正ロール２７２による矯正加工は、圧延効果を有するため、矯正装置によって圧延装置を兼用させることも可能である。

さらに、被膜２０５が配置されたシート材２０２は、軽圧延を施すことなく、プレス装置に投入することも可能である。この場合、シート材２０２は、圧延による加工硬化が引き起こされていないため、プレス装置における成形性に悪影響を及ぼさず、被膜２０５の割れが抑制され、耐食性の向上が維持される。また、母材２０４と被膜２０５との密着性は、矯正ロール２７２による矯正加工により向上するため、圧延をしないことによる密着性の低下は抑制される。

図１８は、本発明の実施の形態に係る変形例５を説明するための斜視図である。

成形工程は、プレス装置を適用する形態に限定されず、ロール成形装置を利用することも可能である。ロール成形装置は、例えば、１組の成形ロール（成形ロールセット）４２２，４３２および軸支部４２６，４３６を有する。

成形ロール４２２，４３２は、軸支部４２６，４３６によって回転自在に支持され、一定のクリアランスを有するように、支持構造部（不図示）に配置されている。支持構造部には、例えば、減速機構およびモータを備える駆動機構が配置されており、当該駆動機構は、シート材２０２の投入速度と同期させ、成形ロール４２２，４３２を、同一速度で反対方向に回転させるために使用される。なお、成形ロール４２２，４３２を、別々のモータで駆動することも可能である。

成形ロール４２２は、セパレータの背面形状（外面形状の一方）に対応する凹凸部が形成された外周面４３３を有する。成形ロール４３２は、セパレータの表面形状（外面形状の他方）に対応する凹凸部が形成された外周面４２３を有する。

したがって、成形ロール４２２，４３２の間にシート材２０２を通す場合、成形ロール４２２，４３２の凹凸部は、シート材２０２に連続的に幅方向の成形加工を施し、セパレの外面形状を形成（転写）することが可能である。

以上のように、本実施の形態に係る製造装置は、シート材が配置される下型、シート材を位置決めするための凹部、および、矯正ロールを備えた矯正装置を有する。そのため、下型に配置されるシート材を、下型の凹部によって位置決めすることで、矯正の際の位置決め精度を確保することができる。また、矯正ロールは、下型に対して独立しており、自由度が高いため、矯正装置は、矯正が必要である変形部位を、矯正ロールによって自在に矯正することができる。したがって、セパレータの製品精度を確保することが可能である。つまり、良好な製品精度を確保し得る燃料電池用金属セパレータの製造装置を提供することができる。

本実施の形態に係る製造方法においては、シート材を下型に配置して位置決めし、矯正ロールによって矯正加工が施される。シート材は、下型に配置されて位置決めされるため、矯正の際の位置決め精度が確保される。また、矯正ロールは、下型に対して独立しているため、自由度が高く、矯正が必要である変形部位を自在に矯正することができる。したがって、セパレータの製品精度を確保することが可能である。つまり、良好な製品精度を確保し得る燃料電池用金属セパレータの製造方法を提供することができる。

また、下型の凹部は、下型の押圧面を彫り込んで窪ませて形成されており、シート材は、凹部に嵌められることで、位置決めされる。つまり、シート材を単純な構成で下型に位置決めすることが可能である。さらに、下型の凹部は、セパレータの外面形状の一方の面に対応する凹凸部が形成されており、シート材に残存する変形を引き起こす応力（縮もうとする力）を、効率的に除去することができる。

流路並行方向の矯正加工および流路直交方向の矯正加工を、シート材に施すことが可能であり、流路並行方向のソリおよび流路直交方向のソリを、別々に矯正することで、シート材の変形を効率的に矯正することができる。

さらに、貴金属被膜（貴金属からなる被膜）を有し、かつ、圧延による加工硬化が引き起こされていないシート材を適用する場合、プレス装置による成形性に悪影響を及ぼさず、貴金属被膜の割れを抑制することができる。シート材の母材と貴金属被膜との密着性は、矯正ロールによる成形加工により向上するため、圧延をしないことによる密着性の低下は抑制される。したがって、耐食性を向上させることができる。

圧延によって母材と貴金属被膜との密着性を向上させたシート材を適用する場合、当該コイル材は、圧延による加工硬化が引き起こされているため、プレス装置による成形加工を施す際に、貴金属被膜の割れを引き起こす虞がある。しかし、その後、圧延ロールによる圧延を施すことで、割れを潰し、消失させることで、耐食性を向上させることができる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。例えば、燃料電池は、固体高分子型に限定されず、アルカリ型燃料電池、リン酸型燃料電池に代表される酸型電解質の燃料電池、ダイレクトメタノール燃料電池、マイクロ燃料電池に、適用可能である。

本発明の実施の形態に係る燃料電池を説明するための斜視図である。 図１に示されるスタック部を説明するための断面図である。 図２に示される電極集成体を説明するための平面図である。 図２に示されるアノード用のセパレータを説明するための平面図である。 図２に示されるカソード用のセパレータを説明するための平面図である。 本発明の実施の形態に係るセパレータの製造方法を説明するための工程図である。 図６に示される成形工程に係るプレス装置を説明するための側面図である。 図７に示される成形型を説明するための平面図である。 図６に示される矯正工程に係る矯正装置を説明するための斜視図である。 図９に示される矯正工程に係る矯正装置を説明するための断面図である。 図９に示される矯正装置による流路並行方向の矯正を説明するための平面図である。 図９に示される矯正装置による流路直交方向の矯正を説明するための平面図である。 本発明の実施の形態に係る変形例１を説明するための斜視図である。 本発明の実施の形態に係る変形例２を説明するための斜視図である。 本発明の実施の形態に係る変形例３を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態に係る変形例４を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態に係る変形例４に説明するための斜視図である。 本発明の実施の形態に係る変形例５を説明するための斜視図である。

符号の説明

１０ 燃料電池、
２０ スタック部、
３０，４０ 集電板、
３５，４５ 出力端子、
５０，６０ 絶縁板、
７０，８０ エンドプレート、
７１ 燃料ガス導入口、
７２ 燃料ガス排出口、
７４ 酸化剤ガス導入口、
７５ 酸化剤ガス排出口、
７７ 冷媒導入口、
７８ 冷媒排出口、
９０ タイロッド、
１００ 電極集成体、
１１０ 膜電極接合体、
１２０，１３０ ガス拡散層、
１４１，１４２，１４４，１４５，１４７，１４８ マニホールド部、
１５０ セパレータ、
１５２ モニタータブ、
１６１，１６２，１６４，１６５，１６７，１６８ マニホールド部、
１６９ 凹凸部、
１７０ セパレータ、
１７２ モニタータブ、
１８１，１８２，１８４，１８５，１８７，１８８ マニホールド部、
１８９ 凹凸部、
２０２ シート材（金属素板）、
２０４ 母材、
２０５ 被膜、
２２２ 下型、
２２３ 押圧面、
２３２ 上型、
２３３ 押圧面、
２３６ 駆動装置、
２６２ 下型（矯正型）、
２６４ 凹部（位置決め手段）、
２６５ 凹凸部、
２６６ 凹凸部、
２７２ 矯正ロール、
２７３ 外周面、
２７４ 凹凸部
２７５ 支持構造部、
２７６ 軸支部、
２７８ 制御機構、
２８０ 駆動機構、
２９０ 装置フレーム、
３２２，３３２ 圧延ロール、
３２６，３３６ 軸支部、
４２２，４３２ 成形ロール、
４２３，４３３ 外周面、
４２６，４３６ 軸支部、
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ 空間。

Claims (12)

1. 燃料電池用セパレータの外面形状に対応する凹凸部が形成された金属素板を、矯正型に配置して位置決めし、矯正ロールによって矯正加工を施す
   ことを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
2. 前記矯正型は、彫り込んで窪ませた凹部を有し、前記金属素板は、前記凹部に嵌められることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
3. 前記凹部は、前記燃料電池用セパレータの外面形状の一方の面に対応する凹凸部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
4. 前記燃料電池用セパレータは、燃料ガス、酸化剤ガスあるいは冷媒を流通させるための流路を有し、
   前記金属素板は、前記流路に対応する凹凸部を有し、
   前記矯正ロールは、前記流路に対応する凹凸部に沿った方向の矯正加工および前記方向に対して直交する方向の矯正加工を、前記金属素板に施す
   ことを特徴とする請求項１〜３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。
5. 前記金属素板は、導電性を有する耐食被膜を配置した後、圧延することなく、前記燃料電池用セパレータの外面形状に対応する凹凸部が形成され、前記矯正型に配置されることを特徴とする請求項１〜４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。
6. 前記金属素板は、導電性を有する耐食被膜を配置し、圧延し、前記燃料電池用セパレータの外面形状に対応する凹凸部を形成し、圧延した後で、前記矯正型に配置されることを特徴とする請求項１〜４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。
7. 燃料電池用セパレータの外面形状に対応する凹凸部が形成された金属素板に、矯正加工を施すための矯正手段を有し、
   前記矯正手段は、
   前記金属素板が配置される矯正型、
   前記矯正型に配置される前記金属素板を、位置決めするための位置決め手段、および、
   前記矯正型に配置されて位置決めされた前記金属素板に、矯正加工を施すための矯正ロールを有する
   ことを特徴とする燃料電池用セパレータの製造装置。
8. 前記矯正型は、彫り込んで窪ませた凹部を有し、前記凹部は、前記金属素板が嵌合自在であることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池用セパレータの製造装置。
9. 前記凹部は、前記燃料電池用セパレータの外面形状の一方の面に対応する凹凸部が形成されていることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池用セパレータの製造装置。
10. 前記燃料電池用セパレータは、燃料ガス、酸化剤ガスあるいは冷媒を流通させるための流路を有し、
    前記金属素板は、前記流路に対応する凹凸部を有し、
    前記矯正手段は、前記矯正ロールを、前記流路に対応する凹凸部に沿った方向および前記方向に対して直交する方向に駆動するための駆動手段を有する
    ことを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータの製造装置。
11. 前記矯正型に配置される前記金属素板は、導電性を有する耐食被膜を配置した後、圧延することなく、前記燃料電池用セパレータの外面形状に対応する凹凸部が形成されていることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータの製造装置。
12. 前記金属素板を圧延するための圧延手段を、さらに有し、
    前記金属素板は、
    導電性を有する耐食被膜を配置し、圧延し、前記燃料電池用セパレータの外面形状に対応する凹凸部を形成し、前記圧延手段によって圧延した後で、前記矯正型に配置される
    ことを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータの製造装置。

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