JP2010033737A - 固体高分子型燃料電池用セパレータ製造方法及び設備 - Google Patents

Abstract

【課題】生産効率を低下させることなく、金属薄板からなる被成形材を精度良く成形でき、高精度なセパレータを効率良く製造し得る固体高分子型燃料電池用セパレータ製造方法及び設備を提供する。
【解決手段】被成形材コイル１Ｂから被成形材巻戻機４０によって巻き戻された被成形材１Ａを蛇行制御しつつその傾斜角度を進入角調節装置５０により調節してセパレータ成形ミル６０へ導き、該セパレータ成形ミル６０のロール間に被成形材１Ａを導入して圧下することにより、セパレータ１を連続的に成形し、該セパレータ成形ミル６０で成形されたセパレータ１の両幅端部をピンチロール装置７０で挟持して送り出しつつ張力制御し、該ピンチロール装置７０によって送り出されるセパレータ１を停止させずにその流路が形成されていない部分において走間シャー８０で切断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体高分子型燃料電池用セパレータ製造方法及び設備に関するものである。

一般に、固体高分子型燃料電池は、燃料として、純水素、或いはアルコール類を改質して得られる水素ガスを用い、該水素と空気中の酸素との反応を電気化学的に制御することによって電気を得るものである。

前記固体高分子型燃料電池は、固体の水素イオン選択透過型有機物膜を電解質として用いるため、従来のアルカリ型燃料電池、燐酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体電解質型燃料電池等のように、電解質として水溶液系電解質や溶融塩系電解質といった流動性媒体を用いる燃料電池に比べてコンパクト化が可能となり、電気自動車やその他の用途に向けた開発が進められている。

そして、前記固体高分子型燃料電池は、図９に示される如く、凸部１ａ及び凹部１ｂが形成されたセパレータ１と、水素極２と、高分子電解質膜３と、空気（酸素）極４と、凸部１ａ及び凹部１ｂが形成されたセパレータ１とを重ね合わせてサンドイッチ構造のセル５を形成し、該セル５を多数積層してスタック６としたものが用いられるようになっており、前記セパレータ１の水素極２と接する側の空間に水素流路７が形成されると共に、前記セパレータ１の空気極４と接する側の空間に空気（酸素）流路８が形成され、更に、前記セパレータ１同士が重ね合わされる側の空間に冷却水流路９が形成されるようになっている。

従来において、前記セパレータ１は、プレス成形により周縁部が平坦で中央部に多数の凸部１ａ及び凹部１ｂからなる膨出成形部を形成することを想定していたが、実際に金属薄板からなる被成形材の加工を試みると、前記凸部１ａ及び凹部１ｂからなる膨出成形部において延性割れが生じることから、前述のような形状にプレス成形することが困難となる一方、大量のセパレータ１をプレス成形によって製造しようとすると、生産効率が低下してしまうという問題があった。

このため、最近では、表面に凹部及び凸部が形成された成形領域を有する一対のロールを対向配置し、該ロール間に金属薄板からなる被成形材を導入して圧下することにより、前記ロールの凹部及び凸部に対応する流路（水素流路７、空気流路８、冷却水流路９）が形成されたセパレータ１を連続的に製造することが提案されている。

尚、図９に示されるような固体高分子型燃料電池のセパレータ１を製造するための装置の一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。
特開２００２−１９０３０５号公報

しかしながら、前記セパレータ１は、ステンレス鋼等の金属薄板からなる被成形材をますます薄く（板厚が０．１［ｍｍ］程度）且つ精度良く成形することが求められており、その製造方法及び設備の開発が急務となっている。

本発明は、斯かる実情に鑑み、生産効率を低下させることなく、金属薄板からなる被成形材を精度良く成形でき、高精度なセパレータを効率良く製造し得る固体高分子型燃料電池用セパレータ製造方法及び設備を提供しようとするものである。

本発明は、被成形材コイルから被成形材巻戻機によって巻き戻された被成形材を蛇行制御しつつその傾斜角度を進入角調節装置により調節してセパレータ成形ミルへ導き、該セパレータ成形ミルの、表面に凹部及び凸部が形成された成形領域と、凹部及び凸部が形成されない非成形領域とを円周方向へ交互に有し且つ上下に対向配置された一対のロール間に前記被成形材を導入して圧下することにより、前記凹部及び凸部に対応する流路が形成されたセパレータを連続的に成形し、該セパレータ成形ミルで成形されたセパレータの両幅端部をピンチロール装置で挟持して送り出しつつ張力制御し、該ピンチロール装置によって送り出されるセパレータを停止させずにその流路が形成されていない部分において走間シャーで切断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方法にかかるものである。

一方、本発明は、被成形材が巻き取られた被成形材コイルを巻き戻しつつ蛇行制御可能な被成形材巻戻機と、
該被成形材巻戻機によって被成形材コイルから巻き戻された被成形材の傾斜角度を調節可能な進入角調節装置と、
表面に凹部及び凸部が形成された成形領域と、凹部及び凸部が形成されない非成形領域とを円周方向へ交互に有し且つ上下に対向配置された一対のロール間に、前記進入角調節装置によって進入角が調節された被成形材を導入して圧下することにより、前記凹部及び凸部に対応する流路が形成されたセパレータを連続的に成形するセパレータ成形ミルと、
該セパレータ成形ミルで成形されたセパレータの両幅端部を挟持して送り出しつつ張力制御可能なピンチロール装置と、
該ピンチロール装置によって送り出されるセパレータを停止させずにその流路が形成されていない部分において切断する走間シャーと
を備えた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設備にかかるものである。

上記手段によれば、以下のような作用が得られる。

被成形材コイルから被成形材巻戻機によって巻き戻された被成形材は蛇行制御されつつその傾斜角度が進入角調節装置により調節されてセパレータ成形ミルへ導かれ、該セパレータ成形ミルの、表面に凹部及び凸部が形成された成形領域と、凹部及び凸部が形成されない非成形領域とを円周方向へ交互に有し且つ上下に対向配置された一対のロール間に前記被成形材が導入されて圧下されることにより、前記凹部及び凸部に対応する流路が形成されたセパレータが連続的に成形され、該セパレータ成形ミルで成形されたセパレータの両幅端部がピンチロール装置で挟持されて送り出されつつ張力制御され、該ピンチロール装置によって送り出されるセパレータが停止することなくその流路が形成されていない部分において走間シャーで切断され、これにより、非常に薄い金属薄板からなる被成形材を確実に成形して切断し、要求される精度を満たすセパレータの効率の良い製造が可能となる。

前記固体高分子型燃料電池用セパレータ製造設備においては、前記セパレータ成形ミルの出側に、セパレータの両幅端部を支持するエッジ搬送ガイドローラを配設することが、凹部及び凸部に対応する流路が形成されたセパレータを安定させて搬送する上で好ましい。

又、前記固体高分子型燃料電池用セパレータ製造設備においては、前記セパレータ成形ミルが、
前記ロール間のギャップを調節可能なプッシュアップシリンダと、
前記ロールのハウジングと主ベアリング軸箱との間に、上下方向並びに水平方向のガタをなくすよう配設される常時ガタ除去シリンダと、
前記ロールのネック部に嵌着される補助ベアリングと、
該補助ベアリング間に、前記ロールと主ベアリングとの間のガタをなくすよう配設される非成形時ガタ除去シリンダと、
成形荷重を検出する荷重検出器と、
該荷重検出器で検出される成形荷重に基づき、前記プッシュアップシリンダと常時ガタ除去シリンダと非成形時ガタ除去シリンダとにそれぞれ作動信号を出力し、前記ロールのハウジングと主ベアリング軸箱との間のガタの除去を常時行わせつつ、前記非成形領域におけるロールと主ベアリングとの間のガタの除去と、前記成形領域における被成形材の成形とを繰り返し行わせる制御器と
を備えるようにすることができ、このようにすると、セパレータ成形ミルのロールのハウジングと主ベアリング軸箱との間のガタは常時ガタ除去シリンダの作動にて除去され、ロールと主ベアリングとの間のガタは非成形時ガタ除去シリンダの作動にて除去され、ロール間のギャップを精度良く設定値に保持可能となるため、非常に薄い金属薄板からなる被成形材であっても、その成形に要求される精度が得られ、高精度なセパレータを効率良く製造することが可能となる。

更に又、前記固体高分子型燃料電池用セパレータ製造設備においては、前記各ロールのロール軸部にそれぞれ波動歯車機構を備えた減速機を介して別々のサーボモータを直結すると共に、該減速機をそれぞれ対応する主ベアリング軸箱に直結することが、回転動力伝達系の回転方向のガタを微小にして回転動力をロールに伝達する上で有効となる。

本発明の固体高分子型燃料電池用セパレータ製造方法及び設備によれば、生産効率を低下させることなく、金属薄板からなる被成形材を精度良く成形でき、高精度なセパレータを効率良く製造し得るという優れた効果を奏し得る。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１及び図２は本発明を実施する形態の一例であって、被成形材１Ａが巻き取られた被成形材コイル１Ｂを巻き戻しつつ蛇行制御可能な被成形材巻戻機４０と、該被成形材巻戻機４０によって被成形材コイル１Ｂから巻き戻された被成形材１Ａの傾斜角度を調節可能な進入角調節装置５０と、該進入角調節装置５０によって進入角が調節された被成形材１Ａを後述する一対のロール１３間に導入して圧下することにより流路（水素流路７、空気流路８、冷却水流路９）が形成されたセパレータ１（図９参照）を連続的に成形するセパレータ成形ミル６０と、該セパレータ成形ミル６０で成形されたセパレータ１の両幅端部を挟持して送り出しつつ張力制御可能なピンチロール装置７０と、該ピンチロール装置７０によって送り出されるセパレータ１を停止させずにその流路が形成されていない部分において切断する走間シャー８０とを備えることにより、固体高分子型燃料電池用セパレータ製造設備を構成したものである。

本図示例の場合、前記セパレータ成形ミル６０の出側に、セパレータ１の両幅端部を支持するエッジ搬送ガイドローラ９０を配設してある。

前記被成形材巻戻機４０は、図１及び図２に示す如く、被成形材１Ａの搬送方向と直角な水平方向へ延びるよう敷設されたガイドレール４１に沿って、ベースプレート４２をスライドアクチュエータ４３の伸縮作動によりスライド可能に配置し、該ベースプレート４２上に、前記被成形材コイル１Ｂを巻き戻す巻戻機本体４４と、前記被成形材１Ａの巻戻し時における巻戻機本体４４のトルク制御を行うブレーキ装置４５と、前記巻戻機本体４４にて被成形材コイル１Ｂから巻き戻された被成形材１Ａを送り出す巻戻ガイドローラ４６とを設けてなる構成を有し、前記スライドアクチュエータ４３の作動にて被成形材１Ａの搬送方向と直角な水平方向へベースプレート４２をスライドさせることにより、被成形材１Ａの蛇行制御を行うと共に、前記ブレーキ装置４５の作動にて被成形材１Ａの巻戻し時における巻戻機本体４４のトルク制御を行うことにより、被成形材１Ａの張力制御を行えるようになっている。

前記進入角調節装置５０は、図１及び図２に示す如く、進入角調節ハウジング５１に、上下に対向配置された一対の進入角調節ロール５２を回転自在且つ昇降アクチュエータ５３の作動により上下動自在に支承せしめてなる構成を有し、前記進入角調節ロール５２間に被成形材１Ａを導入した状態で、該進入角調節ロール５２を上下動させることにより、被成形材１Ａの傾斜角度を調節できるようになっている。

前記ピンチロール装置７０は、図１及び図２に示す如く、ピンチハウジング７１に、両幅端部の径を中央部より大径とし且つ上下に対向配置された一対のピンチロール７２を、サーボモータ７３の作動にて回転速度調節可能且つ圧下シリンダ７４の作動にて挟持圧力調節可能に支承せしめてなる構成を有し、前記セパレータ成形ミル６０で成形されたセパレータ１の両幅端部をピンチロール７２で挟持して送り出しつつ張力制御できるようになっている。

前記走間シャー８０は、図１及び図２に示す如く、固定架台８１上にセパレータ１の搬送方向へ延びるよう敷設されたガイドレール８２に沿って、移動テーブル８３を、サーボモータ８４によるボールスクリュー８５の回転駆動にてナット８６を移動させることによりスライド可能に配置し、該移動テーブル８３上にシャー本体８７を設けてなる構成を有し、該シャー本体８７をセパレータ１の搬送速度と同期させてスライドさせつつ作動させることにより、前記ピンチロール装置７０によって送り出されるセパレータ１を停止させずに切断できるようになっている。

尚、前記進入角調節装置５０の入側には、被成形材１Ａの傾斜角度並びに蛇行の有無を検出するための非接触式のフォトセンサ１００を配設してある。

一方、図３〜図８は本発明を実施する形態の一例における前記セパレータ成形ミル６０に関連する図であって、１０はハウジング、１１はハウジング１０に配設された主ベアリング軸箱、１２は主ベアリング軸箱１１内に設けられた主ベアリング、１３は主ベアリング１２によりハウジング１０に対し回転自在に支承されるよう上下に対向配置された一対のロールであり、該ロール１３は、図３及び図４に示す如く、表面に凹部１４ａ及び凸部１４ｂが形成された成形領域と、凹部１４ａ及び凸部１４ｂが形成されない非成形領域とを円周方向へ交互に有している。

本図示例の場合、前記ロール１３のロール本体部１３ａに、表面に凹部１４ａ及び凸部１４ｂが形成された成形領域を有する円弧形状の二個の金型１４をキー１５とボルト等の締結部材１６にて嵌着することにより、前記ロール１３に成形領域と非成形領域とが円周方向へ交互に形成されるようにしてある。

又、前記ハウジング１０の下部に、下側のロール１３の主ベアリング軸箱１１を押し上げ下げすることにより前記ロール１３間のギャップを調節可能なプッシュアップシリンダ１７を配置し、前記ロール１３のハウジング１０と主ベアリング軸箱１１との間に、上下方向並びに水平方向のガタをなくす常時ガタ除去シリンダ１８，１９（図３及び図５参照）を配設し、前記ロール１３のネック部１３ｂに補助ベアリング２０を嵌着し、該補助ベアリング２０間に、前記ロール１３と主ベアリング１２との間のガタをなくす非成形時ガタ除去シリンダ２１（図３及び図６参照）を配設し、前記ハウジング１０の上部に、成形荷重２３ａを検出するロードセル等の荷重検出器２３を設け、該荷重検出器２３で検出される成形荷重２３ａに基づき、前記プッシュアップシリンダ１７と常時ガタ除去シリンダ１８，１９と非成形時ガタ除去シリンダ２１とにそれぞれ作動信号１７ａ，１８ａ，１９ａ，２１ａを出力する制御器２４を設けてある。

尚、前記非成形時ガタ除去シリンダ２１は、補助ベアリング２０の外周を覆うように取り付けられる半割り状の補助ベアリングカバー２２の間に介装するようにしてある。

一方、前記各ロール１３のロール軸部１３ｃにそれぞれ所謂ハーモニックドライブ（登録商標）と称される波動歯車機構を備えた減速機２５を介して別々のサーボモータ２６を直結すると共に、該減速機２５をそれぞれ対応する主ベアリング軸箱１１に直結するようにしてある。

ここで、前記波動歯車機構を備えた減速機２５は、図７（ａ）〜図７（ｃ）に示す如く、外周が楕円状のウエーブジェネレータ２７と、外周に多数の外歯が形成されると共に軸受２８を介してウエーブジェネレータ２７に外嵌され、且つウエーブジェネレータ２７が回転することにより、図７（ｂ）、図７（ｃ）に示すように順次円周方向へ撓まされる位置が変化するようにした弾性変形可能なフレクスプライン２９と、該フレクスプライン２９の外周側に位置して、フレクスプライン２９の外歯と嵌合する内歯を有し、フレクスプライン２９の撓む位置が変化することにより、内歯の外歯に対する噛み合い位置が変化するようにした回転しないサーキュラスプライン３０とを備えており、前記ウエーブジェネレータ２７の軸孔２７ａには、前記サーボモータ２６の軸２６ａが嵌合され（図３参照）、フレクスプライン２９には、ロール１３のロール軸部１３ｃが接続されるようになっている。尚、フレクスプライン２９の外歯の歯数は、サーキュラスプライン３０の内歯の歯数よりも数枚少ない。

そして、前記サーボモータ２６の駆動により、ウエーブジェネレータ２７が、例えば、図７（ａ）において、時計方向へ回転すると、フレクスプライン２９は弾性変形し、該ウエーブジェネレータ２７の楕円の長軸部分でフレクスプライン２９の外歯はサーキュラスプライン３０の内歯に噛み合い、ウエーブジェネレータ２７の楕円の短軸の部分では、フレクスプライン２９の外歯はサーキュラスプライン３０の内歯から完全に離脱し、その結果、フレクスプライン２９の外歯とサーキュラスプライン３０の内歯の噛み合い位置が円周方向（時計方向）へ順次移動して行き（図７（ｂ）参照）、ウエーブジェネレータ２７が一回転したときに、フレクスプライン２９の外歯とサーキュラスプライン３０の内歯の噛み合い位置は回転開始時の位置から移動する（図７（ｃ）参照）。このため、フレクスプライン２９はサーキュラスプライン３０の内歯よりも少ない外歯の歯数の分だけ回転開始時の噛み合い位置の手前にあり（図７（ｃ）参照）、従って、フレクスプライン２９は、ウエーブジェネレータ２７の回転方向と逆方向（図７（ｃ）では反時計方向）へ歯数差分だけ移動し、これが回転出力としてロール１３のロール軸部１３ｃに取り出されるようになっている。

因みに、減速機２５自体のバックラッシは、そのままロール１３の回転変動に影響するので、バックラッシは微小でなくてはならないが、前述したように波動歯車機構を備えた減速機２５は、バックラッシュが極めて微小な減速機であるため、本発明では回転動力系のガタ（回転位相差の変動）を前記減速機２５によって無視できる程度まで減少させるようにしている。

更に、本図示例の場合、図８に示す如く、成形開始前、前記制御器２４から前記常時ガタ除去シリンダ１８，１９の設定圧をＰ₀とする作動信号１８ａ，１９ａを出力し、前記ロール１３のハウジング１０と主ベアリング軸箱１１との間の上下方向並びに水平方向のガタをなくした状態で、前記制御器２４から前記プッシュアップシリンダ１７を収縮させる作動信号１７ａを出力し、前記ロール１３間のギャップを設定値ｇ_aより広くしておき、前記制御器２４から前記非成形時ガタ除去シリンダ２１の設定圧をＰ₀とする作動信号２１ａを出力し、前記ロール１３と主ベアリング１２との間のガタをなくし、この状態で、前記制御器２４から前記プッシュアップシリンダ１７の伸長量をＳ_tとする作動信号１７ａを出力し、前記ロール１３間のギャップを設定値ｇ_aとし、金属薄板からなる被成形材１Ａ（図４参照）をロール１３間に導入して前記荷重検出器２３で検出される成形荷重２３ａが生じた時点で、前記成形領域に入ったと判断し、前記制御器２４から前記非成形時ガタ除去シリンダ２１の設定圧をＰ₀から０とする作動信号２１ａを出力して、前記被成形材１Ａの成形を行わせ、前記成形荷重２３ａが０となった時点で、前記非成形領域に入ったと判断し、前記制御器２４から前記プッシュアップシリンダ１７の伸長量をＳ_tから所要量だけ収縮させてＳ₁とする作動信号１７ａを出力し、前記ロール１３間のギャップを設定値ｇ_aより所要量だけ広くしてｇ₁とすると共に、前記制御器２４から前記非成形時ガタ除去シリンダ２１の設定圧をＰ₀とする作動信号２１ａを出力し、前記ロール１３と主ベアリング１２との間のガタをなくし、前記制御器２４から再び前記プッシュアップシリンダ１７の伸長量をＳ₁から所要量だけ伸長させてＳ_tとする作動信号１７ａを出力し、前記ロール１３間のギャップを設定値ｇ_aとし、前記成形荷重２３ａが生じた時点で、前記成形領域に入ったと判断し、前記制御器２４から前記非成形時ガタ除去シリンダ２１の設定圧をＰ₀から０とする作動信号２１ａを出力して、前記被成形材１Ａの成形を行わせ、以下、前記ロール１３のハウジング１０と主ベアリング軸箱１１との間のガタの除去を常時行わせつつ、前記非成形領域におけるロール１３と主ベアリング１２との間のガタの除去と、前記成形領域における被成形材１Ａの成形とを繰り返し行わせるようにしてある。

次に、上記図示例の作用を説明する。

図１及び図２に示す如く、被成形材コイル１Ｂから被成形材巻戻機４０によって巻き戻された被成形材１Ａは蛇行制御されつつその傾斜角度が進入角調節装置５０により調節されてセパレータ成形ミル６０へ導かれ、該セパレータ成形ミル６０の、表面に凹部１４ａ及び凸部１４ｂが形成された成形領域と、凹部１４ａ及び凸部１４ｂが形成されない非成形領域とを円周方向へ交互に有し且つ上下に対向配置された一対のロール１３間に前記被成形材１Ａが導入されて圧下されることにより、前記凹部１４ａ及び凸部１４ｂに対応する流路（水素流路７、空気流路８、冷却水流路９）が形成されたセパレータ１（図９参照）が連続的に成形され、該セパレータ成形ミル６０で成形されたセパレータ１の両幅端部がピンチロール装置７０で挟持されて送り出されつつ張力制御され、該ピンチロール装置７０によって送り出されるセパレータ１が停止することなくその流路が形成されていない部分において走間シャー８０で切断され、これにより、非常に薄い金属薄板からなる被成形材１Ａを確実に成形して切断し、要求される精度を満たすセパレータ１の効率の良い製造が可能となる。

しかも、図１及び図２に示す固体高分子型燃料電池用セパレータ製造設備においては、前記セパレータ成形ミル６０の出側に、セパレータ１の両幅端部を支持するエッジ搬送ガイドローラ９０を配設してあるため、前記セパレータ１を安定させて搬送することが可能となる。

一方、前記セパレータ成形ミル６０の作用について以下に詳述する。

先ず、準備段階として、成形開始前には、前記制御器２４から前記常時ガタ除去シリンダ１８，１９の設定圧をＰ₀とする作動信号１８ａ，１９ａが出力され、前記ロール１３のハウジング１０と主ベアリング軸箱１１との間の上下方向並びに水平方向のガタをなくした状態で、前記制御器２４から前記プッシュアップシリンダ１７を収縮させる作動信号１７ａが出力され、前記ロール１３間のギャップが設定値ｇ_aより広く保持され、前記制御器２４から前記非成形時ガタ除去シリンダ２１の設定圧をＰ₀とする作動信号２１ａが出力され、前記ロール１３と主ベアリング１２との間のガタが除去され、この状態で、前記制御器２４から前記プッシュアップシリンダ１７の伸長量をＳ_tとする作動信号１７ａが出力され、前記ロール１３間のギャップが設定値ｇ_aとされる。

続いて、金属薄板からなる被成形材１Ａ（図４参照）がロール１３間に導入されて成形が開始されると、前記荷重検出器２３で検出される成形荷重２３ａが跳ね上がり、この時点で、前記成形領域に入ったと判断され、前記制御器２４から前記非成形時ガタ除去シリンダ２１の設定圧をＰ₀から０とする作動信号２１ａが出力されて、前記被成形材１Ａの成形が行われる。

この後、前記成形荷重２３ａが０となった時点で、前記非成形領域に入ったと判断され、前記制御器２４から前記プッシュアップシリンダ１７の伸長量をＳ_tから所要量だけ収縮させてＳ₁とする作動信号１７ａが出力され、前記ロール１３間のギャップが設定値ｇ_aより所要量だけ拡張されてｇ₁となると共に、前記制御器２４から前記非成形時ガタ除去シリンダ２１の設定圧をＰ₀とする作動信号２１ａが出力され、前記ロール１３と主ベアリング１２との間のガタが除去され、前記制御器２４から再び前記プッシュアップシリンダ１７の伸長量をＳ₁から所要量だけ伸長させてＳ_tとする作動信号１７ａが出力され、前記ロール１３間のギャップが設定値ｇ_aとされる。

次に、前記成形荷重２３ａが生じた時点で、前記成形領域に入ったと判断され、前記制御器２４から前記非成形時ガタ除去シリンダ２１の設定圧をＰ₀から０とする作動信号２１ａが出力されて、前記被成形材１Ａの成形が行われ、以下、前記ロール１３のハウジング１０と主ベアリング軸箱１１との間のガタの除去が常時行われつつ、前記非成形領域におけるロール１３と主ベアリング１２との間のガタの除去と、前記成形領域における被成形材１Ａの成形とが繰り返し行われる。

このように、前記ロール１３のハウジング１０と主ベアリング軸箱１１との間のガタは常時ガタ除去シリンダ１８，１９の作動にて除去され、前記ロール１３と主ベアリング１２との間のガタは非成形時ガタ除去シリンダ２１の作動にて除去され、前記ロール１３間のギャップを精度良く設定値ｇ_aに保持可能となるため、非常に薄い金属薄板からなる被成形材１Ａであっても、その成形に要求される精度が得られ、高精度で且つ前記凹部１４ａ及び凸部１４ｂに対応する流路（水素流路７、空気流路８、冷却水流路９）が形成されたセパレータ１（図９参照）を効率良く製造することが可能となる。

しかも、前記各ロール１３のロール軸部１３ｃをそれぞれ波動歯車機構を備えた減速機２５を介して別々のサーボモータ２６に直結すると共に、該減速機２５をそれぞれ対応する主ベアリング軸箱１１に直結してあるため、各サーボモータ２６が駆動されると、該サーボモータ２６の回転動力はその軸２６ａを介して波動歯車機構を備えた減速機２５に伝達され、減速されて各ロール１３のロール軸部１３ｃに伝達され、その結果、各ロール１３は独自に回転される。このとき、前記サーボモータ２６の速度変動は約±０．０１％程度と低い値であるためにサーボモータ２６による振動が少ないと共に、サーボモータ２６の軸２６ａが波動歯車機構を備えた減速機２５に直結されていてギヤのバックラッシや継手のクリアランス等によるガタがないため、振動の少ない回転力が波動歯車機構を備えた減速機２５に伝えられる。更に、波動歯車機構を備えた減速機２５はバックラッシが極めて微小な減速機であり、従ってサーボモータ２６の回転力は極力振動が抑えられた状態でロール１３に伝えられることになり、よってロール１３は振動することなく安定して回転される。

尚、前記円弧形状の金型１４の取付部の違いに伴う成形領域での弾性変形の差に応じて、成形領域での押込量を任意に変更可能とし、被成形材１Ａの長手方向成形量が一定となるようなパターン制御を行うことも可能である。例えば、前記金型１４の取付部が、図４に示す如く、ロール１３の平面とした外周部に対して密着する形式の場合に、中央のキー１５取付部の直下で前記被成形材１Ａを成形する際は、該キー１５取付部付近はバネ定数が小さく、凹み変形が大きくなるので、プッシュアップシリンダ１７の伸長量をＳ_tより所要量だけ増加させ、前記ロール１３間のギャップを通常の設定値ｇ_aより減らすよう押込み勝手のパターンで圧下を行うことができる。

こうして、前述の如き被成形材巻戻機４０と進入角調節装置５０とセパレータ成形ミル６０とピンチロール装置７０と走間シャー８０とエッジ搬送ガイドローラ９０とを備えた固体高分子型燃料電池用セパレータ製造設備を用いるようにすれば、生産効率を低下させることなく、金属薄板からなる被成形材１Ａを精度良く成形でき、高精度なセパレータ１を効率良く製造し得る。

尚、本発明の固体高分子型燃料電池用セパレータ製造方法及び設備は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明を実施する形態の一例を示す全体概要構成図である。 本発明を実施する形態の一例を示す全体平面図である。 本発明を実施する形態の一例におけるセパレータ成形ミルを示す側断面図である。 本発明を実施する形態の一例におけるセパレータ成形ミルのロールの断面図であって、図３のＩＶ−ＩＶ断面相当図である。 本発明を実施する形態の一例におけるセパレータ成形ミルのロールと主ベアリングとの間のガタを除去する常時ガタ除去シリンダを示す図であって、図３のＶ−Ｖ矢視相当図である。 本発明を実施する形態の一例におけるセパレータ成形ミルのロールと主ベアリングとの間のガタを除去する非成形時ガタ除去シリンダ及び補助ベアリングを示す図であって、図３のＶＩ−ＶＩ矢視相当図である。 図３のセパレータ成形ミルに適用する減速機の波動歯車機構の原理を説明するための正面図であって、（ａ）はウエーブジェネレータが回転を開始する前の状態を示す図、（ｂ）はウエーブジェネレータが時計方向へ９０度回転した状態を示す図、（ｃ）はウエーブジェネレータが時計方向へ３６０度回転した状態を示す図である。 本発明を実施する形態の一例におけるセパレータ成形ミルによる被成形材の成形開始前から成形領域、非成形領域での荷重検出器出力と、常時ガタ除去シリンダ、非成形時ガタ除去シリンダ及びプッシュアップシリンダの各作動状態と、ロール間ギャップとの関係を示す制御チャートである。 固体高分子型燃料電池の一例を示す拡大断面図である。

符号の説明

１ セパレータ
１Ａ 被成形材
１Ｂ 被成形材コイル
１ａ 凸部
１ｂ 凹部
７ 水素流路（流路）
８ 空気流路（流路）
９ 冷却水流路（流路）
１０ ハウジング
１１ 主ベアリング軸箱
１２ 主ベアリング
１３ ロール
１３ａ ロール本体部
１３ｂ ネック部
１３ｃ ロール軸部
１４ 金型
１４ａ 凹部
１４ｂ 凸部
１７ プッシュアップシリンダ
１７ａ 作動信号
１８ 常時ガタ除去シリンダ
１８ａ 作動信号
１９ 常時ガタ除去シリンダ
１９ａ 作動信号
２０ 補助ベアリング
２１ 非成形時ガタ除去シリンダ
２１ａ 作動信号
２２ 補助ベアリングカバー
２３ 荷重検出器
２３ａ 成形荷重
２４ 制御器
２５ 減速機
２６ サーボモータ
２７ ウエーブジェネレータ
２９ フレクスプライン
３０ サーキュラスプライン
４０ 被成形材巻戻機
５０ 進入角調節装置
６０ セパレータ成形ミル
７０ ピンチロール装置
８０ 走間シャー
９０ エッジ搬送ガイドローラ

Claims (5)

1. 被成形材コイルから被成形材巻戻機によって巻き戻された被成形材を蛇行制御しつつその傾斜角度を進入角調節装置により調節してセパレータ成形ミルへ導き、該セパレータ成形ミルの、表面に凹部及び凸部が形成された成形領域と、凹部及び凸部が形成されない非成形領域とを円周方向へ交互に有し且つ上下に対向配置された一対のロール間に前記被成形材を導入して圧下することにより、前記凹部及び凸部に対応する流路が形成されたセパレータを連続的に成形し、該セパレータ成形ミルで成形されたセパレータの両幅端部をピンチロール装置で挟持して送り出しつつ張力制御し、該ピンチロール装置によって送り出されるセパレータを停止させずにその流路が形成されていない部分において走間シャーで切断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方法。
2. 被成形材が巻き取られた被成形材コイルを巻き戻しつつ蛇行制御可能な被成形材巻戻機と、
   該被成形材巻戻機によって被成形材コイルから巻き戻された被成形材の傾斜角度を調節可能な進入角調節装置と、
   表面に凹部及び凸部が形成された成形領域と、凹部及び凸部が形成されない非成形領域とを円周方向へ交互に有し且つ上下に対向配置された一対のロール間に、前記進入角調節装置によって進入角が調節された被成形材を導入して圧下することにより、前記凹部及び凸部に対応する流路が形成されたセパレータを連続的に成形するセパレータ成形ミルと、
   該セパレータ成形ミルで成形されたセパレータの両幅端部を挟持して送り出しつつ張力制御可能なピンチロール装置と、
   該ピンチロール装置によって送り出されるセパレータを停止させずにその流路が形成されていない部分において切断する走間シャーと
   を備えた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設備。
3. 前記セパレータ成形ミルの出側に、セパレータの両幅端部を支持するエッジ搬送ガイドローラを配設した請求項２記載の固体高分子型燃料電池用セパレータ製造設備。
4. 前記セパレータ成形ミルが、
   前記ロール間のギャップを調節可能なプッシュアップシリンダと、
   前記ロールのハウジングと主ベアリング軸箱との間に、上下方向並びに水平方向のガタをなくすよう配設される常時ガタ除去シリンダと、
   前記ロールのネック部に嵌着される補助ベアリングと、
   該補助ベアリング間に、前記ロールと主ベアリングとの間のガタをなくすよう配設される非成形時ガタ除去シリンダと、
   成形荷重を検出する荷重検出器と、
   該荷重検出器で検出される成形荷重に基づき、前記プッシュアップシリンダと常時ガタ除去シリンダと非成形時ガタ除去シリンダとにそれぞれ作動信号を出力し、前記ロールのハウジングと主ベアリング軸箱との間のガタの除去を常時行わせつつ、前記非成形領域におけるロールと主ベアリングとの間のガタの除去と、前記成形領域における被成形材の成形とを繰り返し行わせる制御器と
   を備えた請求項２又は３記載の固体高分子型燃料電池用セパレータ製造設備。
5. 前記各ロールのロール軸部にそれぞれ波動歯車機構を備えた減速機を介して別々のサーボモータを直結すると共に、該減速機をそれぞれ対応する主ベアリング軸箱に直結した請求項４記載の固体高分子型燃料電池用セパレータ製造設備。

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