JP2011000660A

JP2011000660A - 切断装置

Info

Publication number: JP2011000660A
Application number: JP2009144302A
Authority: JP
Inventors: Takehiro Mugishima; 丈弘麦島; Ken Koyama; 賢小山
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-06-17
Filing date: 2009-06-17
Publication date: 2011-01-06
Anticipated expiration: 2029-06-17
Also published as: JP5330116B2

Abstract

【課題】ワークの，相互に高低差がある複数の切断部を一工程で一挙に切断することができ，しかも使用する刃具の刃先精度の管理を容易にすると共に，その刃具の延命を図ることができる切断装置を提供する。
【解決手段】ワークＷの，相互に高低差ｈもしくは切断深さの差がある複数の切断部Ａ，Ｂを切断する複数の刃具３１，３２を備える切断装置において，ワークＷを支持するワーク支持台２２に刃具３７，３８に押されることにより沈む刃具受け部材２６，２７を設けた。
【選択図】図５

Description

本発明は，ワークの，相互に高低差もしくは切断深さの差がある複数の切断部を切断する複数の刃具を備える切断装置に関する。

近年，環境問題，エネルギー問題の観点から，燃料電池が注目されている。燃料電池は，水素と酸素を利用した水の電気分解の逆反応で発電し，水以外の排出物がないクリーンな発電装置である。燃料電池は，その電解質の種類に応じて数種類に分類されるが，これらの中でも，固体高分子型燃料電池は低温で作動するため，自動車や民生用として最も有望である。このような燃料電池は，例えば，高分子固体電解質，ガス拡散電極，触媒，セパレータから構成された単セルを積層する（例えば，自動車用として使用する際は，数十〜数百セル）ことによって，高出力の発電が達成できる。

固体高分子型燃料電池は，高分子イオン交換膜からなる電解質膜（電解質）を採用している。この電解質膜の両側にアノード側電極及びカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体を，セパレータによって挟持することにより燃料電池が構成されている。アノード側電極及びカソード側電極は，それぞれカーボンを主体とする基材に貴金属系の電極触媒層を接合している。

この燃料電池において，アノード側電極には，燃料ガス，例えば，主に水素を含有するガスが供給される一方，カソード側電極には，酸化剤ガス，例えば，酸素や空気が供給されている。アノード側電極に供給された燃料ガスは，電極触媒上で水素がイオン化され，電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子は外部回路に取り出され，直流の電気エネルギーとして利用される。

ところで，燃料電池を自動車や民生機器に用いようとする場合，燃料電池の小型化を図る必要があり，これまでも種々の取り組みが行われている。セパレータにおいても，強度に優れ且つ薄肉化が容易な金属薄板を用い，この金属薄板にプレス加工を施して所望の反応ガス流路を成形することでセパレータとすることが考案されている（例えば，特許文献１）。

図１及び図２にセパレータの例を示す。このセパレータＷは金属製（例えば，ステンレス鋼板製）であって，それには流路領域１０と，それを取り囲むシール領域１１とが設定され，その流路領域１０には，燃料ガス（例えば水素）や酸化ガス（例えば酸素）のための多数の流路１２ａ，１２ａ…を有する波状部１２が形成される。

またシール領域１１には，燃料ガス及び酸化ガスをそれぞれ単セル（図示せず）に供給するガス入孔１３ａ，１４ａと，上記燃料ガス及び酸化ガスが単セルから排出されるガス出孔１３ｂ，１４ｂが設けられる。さらにシール領域１１にはガス冷却媒体を供給・排出するために，冷却媒体入孔１５ａ，冷却媒体出孔１５ｂも設けられる。

このシール領域１１において，セパレータＷの周縁部を包むように，例えばシリコンゴムよりなるシール部材１６がモールド成形される。その際，シール部材１６には，隣接する膜電極接合体（図示せず）に気密に接すると共に，上記各１３ａ，１４ａ，１３ｂ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ同士間の気密を確保するシールリップ１６ａが形成される。

図３は，セパレータＷに前記シール部材１６を形成する方法の例を示すものである。本例では，シール部材１６は射出成形により形成される。先ず，流路となる波状部１２を形成した金属薄板を，シール部材の形状に対応するキャビティＣを形成すべく上下に開閉可能に重ねられる成形型Ｄ１，Ｄ２内に配置する。そして，図示しないゲートから液状のシール部材材料（例えば，シリコンゴム）をキャビティＣに充填し，前記シール部材材料が型内で硬化することで，シール部材１６が形成される。

ところで，上記シール部材１６の成形において前記金型の構造の単純化を図るため，セパレータＷの上記各孔１３ａ，１４ａ，１３ｂ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂは，上記シール部材１６の成形時に前記各孔の部分をシール部材１６と同様シール部材材料で充填しておき（図２参照），成形後に前記充填されたシール部材材料（シール材Ａ）を打ち抜くことにより形成される。またシール部材１６の成形時に，シール部材１６の外周から成形金型の合わせ面間にシール部材材料が食み出すことによりバリＢが生じることがある。バリＢは成形後，切断（トリミング）により除去される。

ところが，上記シール材Ａの切断部とバリＢの切断部には，それらの肉厚の差に起因する高低差ｈと切断深さの差とが存在する。このため，従来では，不要なシール材ＡとバリＢとをそれぞれ異なる切断工程で切断するか，又はシール材Ａを切断する刃具と，バリＢを切断する刃具とを共通の刃具ホルダに並設すると共に，これら刃具の刃先に，上記高低差もしくは切断深さの差に対応する高低差をつけて，それらを一工程で同時に切断することが行われる。

特開２００５−２８５４２３号公報

しかしながら，前者の方法では，切断工程が二回に亙るため生産性が上がらないという問題がある。

また後者の方法では，シール材Ａ用の刃具とバリＢ用の刃具との刃先に高低差を正確につけると共に，シール材Ａ用の刃具とバリＢ用の刃具とに対応する二つの刃具受け部材にも，同様な高低差を正確に付与しなければならず，それらの精度管理が極めて困難であり，それらの精度誤差により刃具の寿命を損なうなどの問題がある。

さらに，上述したとおり，燃料電池は多数の単セルを積層する一方，小型化を図るため，セパレータは非常に薄く作られる。また，多数の単セルを積層した上で燃料ガスなどのリークを防止しなければならず，精度の高い加工が求められる。よって，トリミングにおいても，より精度の高い加工が可能な腐食刃（ピナクル刃）を用いることが好ましいが，腐食刃は金属板をエッチングして作製するという製法上，刃先に高低差をつけることが困難である。

本発明はかゝる事情に鑑みてなされたもので，ワークの相互に高低差がある複数の切断部を一工程で一挙に切断する際に，刃先の高さに精度誤差があっても刃具の寿命向上させることができる切断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に本発明は，相互に高低差もしくは切断深さの差がある複数の切断部を有するワークの前記複数の切断部を切断する切断装置であって，ワークをワーク支持面で支持するワーク支持台と，前記複数の切断部を切断するための複数の刃具と，前記ワーク支持台に対し昇降自在であり前記複数の切断部を切断する刃具が保持される刃具ホルダとを備え，前記ワーク支持台は，前記複数の切断部を支持するとともに，前記刃具ホルダがワーク支持台に向かって移動することによりこの刃具ホルダに保持された前記複数の刃具にてこれら切断部を切断する際にこれら刃具の刃先を受ける複数の刃具受け部材を有し，前記複数の刃具受け部材はそれぞれ弾発手段により前記ワーク支持面に向かって付勢され，刃具に押されることにより前記ワーク支持面から沈むようにワーク支持台に支持されることを特徴とする。尚，前記複数の弾発手段は，後述する本発明の実施例中の第１及び第２ばね３１，３２に対応する。

また本発明は，第１の特徴に加えて，前記複数の刃具の刃先の高さが略同一高さである腐食刃であることを第２の特徴とする。

本発明の第１の特徴によれば，ワークの相互に高低差もしくは切断深さの差がある複数の切断部を切断する刃具を受ける刃具受け部材が，弾発手段によりワーク支持台のワーク支持面に向かって付勢され，かつ切断部が切断される際，刃具に押されて前記ワーク支持面から沈むようにワーク支持台に支持されているため，一度に前記切断部を切断するとき，各刃具の刃先の高さに誤差があっても，その誤差は，複数の刃具受け部材の各独立した動きに吸収されることにより，それら刃先に過剰な負荷がかかることを回避し，これら刃具の延命を図ることができる。また各刃具の刃先の高さの誤差が許容されることから，刃具の寸法管理が容易になり，製造コストの低減に寄与し得る。

さらに，本発明の構成によれば，前記複数の刃具の刃先の高さが略同一でも，刃具受け部材が刃具に押されてワーク支持面から沈むため，相互に高低や切断深さに差がある切断部を一度に切断することが可能となる。従って，刃具として腐食刃を用いより精度の高い切断が可能となる。

被切断物の一例であるシール部材成形後の燃料電池用セパレータの平面図。図１中の２−２線拡大断面図。前記セパレータにシール部材を形成するための射出成形装置の縦断面図。本発明の実施例に係る切断装置の縦断側面図。上記切断装置の第１刃具の切断開始時を示す作用説明図。上記切断装置の第１，第２刃具の切断終了状態を示す作用説明図。

本発明の実施の形態を，添付図面に示す本発明の好適な実施例に基づいて以下に説明する。

図４において，本発明の実施例に係る切断装置２０は，図１及び図２に示す燃料電池用セパレータＷの，前記シール材Ａ及びバリＢの切断に使用される。以下，上記セパレータＷをワークＷと言う。この切断装置２０は，プレス機械のボルスタ２１に固定され，ワークＷをワーク支持面２２ａで支持するワーク支持台２２と，このワーク支持台２２の上方で昇降するプレス機械のラム２３に取り付けられる刃具ホルダ２４と，この刃具ホルダ２４に取り付けられる刃具ユニット２５とを備える。

ワーク支持台２２には，ワークＷの前記シール材Ａの下面及びその周辺部を支承する第１刃具受け部材２６と，ワークＷの前記バリＢ及びその周辺部を支承する第２刃具受け部材２７とが，これらに対応してワーク支持台２２に設けられる第１ガイド孔２８及び第２ガイド孔２９にそれぞれ昇降自在に嵌合される。これら第１及び第２刃具受け部材２６，２７には，それぞれの位置を規制すべく，第１及び第２ガイド孔２８，２９の内周に形成された段部２８ａ，２９ａに当接する鍔部２６ａ，２７ａが設けられ，これら第１及び第２刃具受け部材２６，２７は，それぞれの前記段部２８ａ，２９ａ及び鍔部２６ａ，２７ａで規制され，それぞれの刃具受け部材の刃受け面２６ｂ，２７ｂが隣接する前記ワーク支持面２２ａと同じ高さとなる位置（上昇位置）で，切断前のシール材Ａ及びバリＢをそれぞれ支承するようになっている。

また，第１及び第２ガイド孔２９には，第１及び第２刃具受け部材２６，２７をそれぞれ上昇位置に向けて付勢する第１及び第２ばね３１，３２が収容され，これら第１及び第２ばね３１，３２の固定端を支持する底板３３がワーク支持台２２の下面に複数のボルト３４により固着される。

刃具ユニット２５は，刃具ホルダ２４に固着される共通のベース３６と，このベース３６に一体に形成され，前記シール材Ａの切断形状に対応する刃先を持った第１刃具３７と，同じくベース３６に一体に形成され，前記バリＢの切断形状に対応する刃先を持った第２刃具３８とで構成される。その際，第１及び第２刃具３７，３８は，エッチング法により同時に形成され，それらの刃先は高低無く揃えられた腐食刃である。

而して，前記第１ばね３１には，第１刃具受け部材２６が第１刃具３７の切断荷重を受けとめて前記シール材Ａが切断されるのに十分なセット荷重が付与され，前記第２ばね３２には，第２刃具受け部材２７が第１刃具３８の切断荷重を受けとめて前記シール材Ｂが切断されるのに十分なセット荷重が付与される。図示例の場合，シール材Ａの方がバリＢより肉厚が厚いので，第１ばね３１のセット荷重は，第２ばね３２のそれより大きく設定される。

その他，図４〜図６中，図２と対応する部分には同一の参照符号を付して，重複する説明を省略する。

次に，この実施例の作用について説明する。

先ず，図４に示すように，ワーク支持台２２上の定位置にワークＷを載置すると，昇降位置を保つ第１刃具受け部材２６がワークＷの切断すべきシール材Ａの下面及びその周辺部を支承し，また同じく上昇位置を保つ第２刃具受け部材２７が切断すべきバリＢ及びその周辺部を支承する。

次いで，ラム２３の下降により，刃具ホルダ２４を刃具ユニット２５と共に下降させると，第１及び第２刃具３７，３８が同時に下降する。これら第１及び第２刃具３７，３８の刃先は同一高さに揃えられているが，シール材Ａは，肉厚がバリＢより厚いので，図５に示すように，最初にシールＡが第１刃具受け部材２６に支承されつつ第１刃具３７により切断され始め，その切断が或る程度進んでから，第２刃具３８によりバリＢの切断が開始される。このように，第１刃具３７がシール材Ａを切断しながら第１刃具受け部材２６に切断荷重を与える時期は，第２刃具３８がバリＢを切断しながら第２刃具受け部材２７に切断荷重を与える時期より早くなるため，第１刃具受け部材２６が先行して第１ばね３１を圧縮しながら下降し，次いで第２刃具受け部材２７が第２ばね３２を圧縮しながら下降することになる。

また図示例のシール部材１６では，シール材Ａ及びバリＢの下面同士にも段差が存在しているので，図６に示すように，第２刃具３８によるバリＢの切断の方が，第１刃具３７によるシール材Ａの切断よりも早く終了することになり，したがって，第２刃具３８は，バリＢの切断後もなお，第２刃具受け部材２７と共に下降することになるから，第１刃具３７によるシール材Ａの切断作用を何等妨げない。

しかも，前記第１ばね３１には，第１刃具受け部材２６が第１刃具３７の切断荷重を受け止めて前記シール材Ａが切断されるのに十分なセット荷重が付与され，前記第２ばね３２には，第２刃具受け部材２７が第２刃具３８の切断荷重を受け止めて前記バリＢが切断されるのに十分なセット荷重が付与されるので，シール材Ａ及びバリＢを確実に切断することができる。

かくして，第１及び第２刃具３７，３８に対応する第１及び第２刃具受け部材２６，２７を個別に昇降可能にワーク支持台２２に支持すると共に，これら第１及び第２刃具受け部材２６，２７を，それぞれの上昇位置に向けて第１及び第２ばね３１，３２により付勢することで，ラム２３を一回下降させる１工程でワークＷの相互に高低差もしくは切断深さの差があるシール材Ａ及びバリＢを一挙に切断することができ，生産性の向上を図ることができる。

しかも，第１及び第２刃具３７，３８の刃先の高さに誤差があっても，その誤差は，第１及び第２刃具受け部材２６，２７の各独立した動きに吸収されることになるから，それら刃先に過剰な負荷がかかることを回避し，これら刃具３７，３８の延命を図ることができる。また各刃具３７，３８の刃先の高さの誤差が許容されることから，これら刃具３７，３８の寸法管理が容易になり，製造コストの低減に寄与し得る。

さらに，個別に昇降する第１及び第２刃具受け部材２６，２７の採用により，共通のベース３６に形成される第１及び第２刃具３７，３８の刃先に高低差を設けなくても相互に高低差もしくは切断深さの差がある切断部を切断できる。従って，第１及び第２刃具３７，３８を腐食刃として高精度に加工することが可能となる。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく，その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば，本発明は，燃料電池用セパレータＷに限らず，相互に高低差もしくは切断深さの差がある複数の切断部を持った各種部材に対して適用が可能であり，また使用する刃具の数は，その切断部の数に応じて選定される。また第１及び第２ばね３１，３２に代えて，空気ばねやゴムを使用することもできる。

また，本実施例ではワーク支持台上に水平にワークを載置した例を記載したが，ワークが垂直に保持され刃具が水平に移動して切断部を切断する装置とすることもできる。

Ｗ・・・・・ワーク（燃料電池用セパレータ）
Ａ，Ｂ・・・切断部（不要なシール材，バリ）
２０・・・・切断装置
２２・・・・ワーク支持台
２２ａ・・・ワーク支持面
２６，２７・・・・複数の刃具受け部材（第１，第２刃具受け部材）
３１，３２・・・・複数の弾発手段（第１，第２ばね）
３７，３８・・・・複数の刃具（第１，第２刃具）

Claims

相互に高低差もしくは切断深さに差がある複数の切断部を有するワークの前記複数の切断部を切断する切断装置であって，
ワークをワーク支持面で支持するワーク支持台と，
前記複数の切断部を切断するための複数の刃具と，
前記ワーク支持台に対し昇降自在であり前記複数の切断部を切断する刃具が保持される刃具ホルダとを備え，
前記ワーク支持台は，前記複数の切断部を支持するとともに，前記刃具ホルダがワーク支持台に向かって移動することによりこの刃具ホルダに保持された前記複数の刃具にてこれら切断部を切断する際にこれら刃具の刃先を受ける複数の刃具受け部材を有し，
前記複数の刃具受け部材は，それぞれ弾発手段により前記ワーク支持面に向かって付勢され，前記刃具に押されることにより前記ワーク支持面から沈むようにワーク支持台に支持されることを特徴とする切断装置。
請求項１記載の切断装置において，
前記複数の刃具の刃先の高さが略同一高さである腐食刃であることを特徴とする切断装置。