JP2009283251A - 固体高分子型燃料電池用セパレータ製造装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】上下一対のロールの軸方向中央部に、第1凹凸部(11a、11b)と、前記第1凹凸部(11a、11b)より外側で、前記第1凹凸部(11a、11b)のコーナー部近傍の4箇所のみに、それぞれエンボス状凹凸部(12a−1、12a−2、12a−3、12a−4、12b−1、12b−2、12b−3、12b−4)を有する1段目の圧下ロールと、上下一対のロール軸方向中央部に前記第1凹凸部と対応する第2凹凸部を有する2段目の圧下ロールからなるロール列を有する。
【選択図】図6
Description
そこで、本発明者らは、特許文献1において、セパレータの凸部及び凹部の形状と相似形の凹凸加工を表面に施した上下一対の圧下ロールを有することを特徴とする固体高分子型燃料電池用セパレータ製造装置を開示した。本加工法を用いることにより、低コスト・高耐久型の固体高分子型燃料電池に適用できる、割れ、破断が生じない安定した成形加工が可能であると共に、プレス荷重を軽減し、凹凸部を均一に成形することができる。
しかし、特許文献4に開示した方法では、強度の高いチタン板を成形した場合に、セパレータの反り、捩れが大きくなることがある。また、後段のロールで凹凸形状版の一部を圧延する場合は、製造対象が、ロールの周方向と流路溝が平行なパラレルタイプのセパレータに限定されていること、また、後工程でプレスして潰す場合は、プレス成形時に残留応力が生じ、反り、捩れが大きくなる問題がある。
本発明は、前記の問題に鑑み、低コスト・高耐久型の固体高分子型燃料電池に適用できる、加工後のねじれやうねりが極めて少なく密閉性に優れた燃料電池用セパレータの製造装置を提供することを目的とする。
(1)上下一対のロールの軸方向中央部であって、圧延方向の長さL(mm)、軸方向の幅W(mm)からなる四角形状の領域にそれぞれ第1凹凸部(11a、11b)を有し、更に軸方向で前記第1凹凸部(11a、11b)より外側で、前記第1凹凸部(11a、11b)のコーナー部近傍の4箇所のみに、それぞれエンボス状凹凸部(12a−1、12a−2、12a−3、12a−4、12b−1、12b−2、12b−3、12b−4)を有する1段目の圧下ロールと、上下一対のロール軸方向中央部であって、前記第1凹凸部と対応する位置に、それぞれ前記第1凹凸部と同等の形状からなる第2凹凸部(63a、63b)を有し、前記第2凹凸部の周囲は前記1段目の圧下ロールのエンボス状凹凸部で形成されたセパレータのエンボス状凹凸部を潰すための平滑面からなる2段目の圧下ロールからなるロール列を有することを特徴とする固体高分子型燃料電池用セパレータ製造装置。
図1は、セパレータ23のねじれの形態を示した図である。板成形品のねじれやうねりなどの形状不良は、一般的に成形後の残留応力分布に起因すると言われている。図2に示すようにセパレータ形状となる凹凸部21が板の内部に成形加工されると、四隅のコーナー部24に材料が流れ込んでいくため、縮みフランジ変形となって圧縮残留応力が発生する。
成形されたセパレータ23は、水素や空気(酸素)の流路となる連続した凹凸部21からなる溝が形成され、固体高分子膜やシール板を介して数百枚積層されて水素や空気(酸素)を固体高分子膜に供給する燃料極の役割を果たすことから、密閉性を保つ必要がある。
ここで、コーナー部近傍とは、第1凹凸部11a、11bを有する四角形状の領域のコーナー部から圧延方向に±L/4(mm)以内の領域を指している。
また、図5で示したセパレータの凹凸の形状、配置、寸法などは、これを形成するための図6に示した上下ロールの凹凸の形状、配置、寸法と対応する関係にあるものであり、本明細書において、セパレータ或いはロールで説明した凹凸の形状、配置、寸法などは相互に対応するものである。
本発明において実験を行ったセパレータ形状については、厚み0.15mmのオーステナイト系ステンレス鋼板を使用し、セパレータの外形は縦400mm、横250mmであり、凹凸部21のサイズは圧延方向の長さLが320mm、圧延直角方向の長さWが150mmである。凹凸部21の流路溝は圧延方向に平行に形成され、その断面形状は矩形の繰り返し断面であり、溝深さ0.6mm、溝幅1.4mmである。各圧下ロールの材質は金型用合金工具鋼を用いて製作した。
比較例であるNo.9のセパレータは凹凸部のコーナー部近傍にエンボス状凹凸部が形成されずコーナー部近傍の残留応力が緩和されていないため、ねじりが顕著に発生し、3.0mmのねじり量となった。それに対して、本発明例はコーナー部の残留応力が緩和されることにより、ねじり量が低減され、寸法精度に優れるセパレータを得ることが出来た。
本発明の一実施例について以下に示す。
本発明において実験を行ったセパレータ形状については、厚み0.15mmのJIS規格H4600相当のチタン板を使用し、セパレータの外形は縦400mm、横250mmであり、凹凸部21のサイズは圧延方向の長さLが320mm、圧延直角方向の長さWが150mmである。凹凸部21の流路溝は圧延方向に平行に形成され、その断面形状は矩形の繰り返し断面であり、溝深さ0.5mm、溝幅1.4mmである。各圧下ロールの材質は金型用合金工具鋼を用いて製作した。
比較例であるNo.9のセパレータはコーナー部近傍の残留応力が緩和されていないため、ねじりが顕著に発生し、2.5mmのねじり量となった。それに対して、本発明例はコーナー部の残留応力が緩和されることにより、ねじり量が低減され、寸法精度に優れるセパレータを得ることが出来た。
12a−1、12a−2、12a−3、12a−4、12b−1、12b−2、12b−3、12b−4 ロールのエンボス状凹凸部
21 セパレータの凹凸部
22−1、22−2、22−3、22−4 セパレータのエンボス状凹凸部
23 セパレータ
24 流路凹凸部のコーナー部
25 エンボス
41 固体高分子膜
42 炭素繊維集電体(電極)
43 シール板
61a、61b 1段目の圧下ロール
62a、62b 2段目の圧下ロール
63a、63b 第2凹凸部
83 水素(燃料ガス)導入口
84 空気(酸素)導入口
85 水素(燃料ガス)排出口
86 空気(酸素)排出口
87 上型
88 下型
Claims (3)
- 上下一対のロールの軸方向中央部であって、圧延方向の長さL(mm)、軸方向の幅W(mm)からなる四角形状の領域に、それぞれ第1凹凸部(11a、11b)を有し、更に幅方向で前記第1凹凸部(11a、11b)より外側で、前記第1凹凸部(11a、11b)のコーナー部近傍の4箇所のみに、それぞれエンボス状凹凸部(12a−1、12a−2、12a−3、12a−4、12b−1、12b−2、12b−3、12b−4)を有する1段目の圧下ロールと、上下一対のロールの軸方向中央部であって、前記第1凹凸部と対応する位置に、それぞれ前記第1凹凸部と同等の形状からなる第2凹凸部(63a、63b)を有し、前記第2凹凸部の周囲は前記第1段目の圧下ロールのエンボス状凹凸部で形成されたセパレータのエンボス状凹凸部を潰すための平滑面からなる2段目の圧下ロールからなるロール列を有することを特徴とする固体高分子型燃料電池用セパレータ製造装置。
- 圧延方向で前記1段目の圧下ロールの軸方向片側に存在する1組の前記エンボス状凹凸部(12a−1と12a−2、12a−3と12a−4、12b−1と12b−2、12b−3と12b−4)の先端から後端までの合計長さa(mm)が、それぞれa≧Lを満たすことを特徴とする請求項1記載の固体高分子型燃料電池用セパレータ製造装置。
- 前記1段目の圧下ロールにおいて、前記第1凹凸部(11a、11b)のコーナー部から、圧延方向に沿って前記第1凹凸部(11a、11b)の内側に存在する前記エンボス状凹凸部(12a−1、12a−2、12a−3、12a−4、12b−1、12b−2、12b−3、12b−4)の長さb(mm)が、それぞれL/4≧b≧L/8を満たすことを特徴とする請求項1又は2記載の固体高分子型燃料電池用セパレータ製造装置。
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