JP2019114515A - Manufacturing installation for separator for fuel cell and manufacturing method for separator for fuel cell - Google Patents

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Abstract

To provide a manufacturing installation and a manufacturing method for a separator for a fuel cell capable of molding the separator by one press process, while suppressing a molding load.SOLUTION: A manufacturing installation for a separator for a fuel cell includes a first molding tool 30 having a molding surface 31 formed by extending a first protrusion 40 and a pair of first recesses 50, provided to sandwich the first protrusion 40, respectively. Furthermore, the manufacturing installation includes a second molding tool 60 having a molding surface 32 formed by extending a pair of second protrusion 70 facing the first recesses 50, respectively, and a second recess 80 provided between the second protrusion 70, respectively, and facing the first protrusion 40. On a bottom face 81 of the second recess 80, a protrusion 80a extending in an extension direction of the second recess 80 is provided, and on a top face 41 of the first protrusion 40, a groove 40a facing the protrusion 80a and extending in the extension direction of the first recess 40, and having a depth larger than the projection height of the protrusion 80a is provided.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、燃料電池用セパレータの製造装置及び燃料電池用セパレータの製造方法に関する。   The present invention relates to an apparatus for producing a fuel cell separator and a method for producing a fuel cell separator.

固体高分子形燃料電池は、複数の単セルを積層して構成された燃料電池スタックを備えている。単セルは、膜電極接合体と、膜電極接合体を挟持する一対のセパレータとを有している。   A polymer electrolyte fuel cell comprises a fuel cell stack configured by stacking a plurality of single cells. A single cell has a membrane electrode assembly and a pair of separators sandwiching the membrane electrode assembly.

膜電極接合体は、固体高分子材料のイオン交換膜からなる電解質膜と、同電解質膜の一方の面に設けられた燃料極(アノード)と、同電解質膜の他方の面に設けられた空気極(カソード)とを有している。   The membrane electrode assembly comprises an electrolyte membrane comprising an ion exchange membrane of a solid polymer material, a fuel electrode (anode) provided on one side of the electrolyte membrane, and an air provided on the other side of the electrolyte membrane. And a pole (cathode).

一対のセパレータは、それぞれ金属などの導電性材料からなる。膜電極接合体の燃料極側に設けられるセパレータの燃料極側の面には、同燃料極に対して水素などの燃料ガスを供給するガス通路が形成されている。膜電極接合体の空気極側に設けられるセパレータの空気極側の面には、同空気極側に空気などの酸化ガスを供給するガス通路が形成されている。また、積層方向に隣接する単セルのセパレータ同士は当接されており、これらセパレータの対向面には、冷却媒体が流通する冷却通路が形成されている。   The pair of separators are each made of a conductive material such as metal. On the fuel electrode side of the separator provided on the fuel electrode side of the membrane electrode assembly, a gas passage for supplying a fuel gas such as hydrogen to the fuel electrode is formed. On the air electrode side of the separator provided on the air electrode side of the membrane electrode assembly, a gas passage for supplying an oxidizing gas such as air to the air electrode side is formed. Further, the separators of the single cells adjacent in the stacking direction are in contact with each other, and a cooling passage through which the cooling medium flows is formed on the facing surfaces of these separators.

各ガス通路を通じて燃料ガス及び酸化ガスが供給されることにより、膜電極接合体内において燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応が生じ、これに伴って起電力が得られる。
こうしたガス通路や冷却通路は、セパレータの両面に設けられた多数の溝部により構成されている(例えば、特許文献1参照)。
By supplying the fuel gas and the oxidizing gas through each gas passage, an electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidizing gas occurs in the membrane electrode assembly, and an electromotive force is obtained accordingly.
Such gas passages and cooling passages are constituted by a large number of grooves provided on both sides of the separator (see, for example, Patent Document 1).

特開2007−48616号公報Japanese Patent Application Publication No. 2007-48616

ところで、セパレータと膜電極接合体との間やセパレータ同士の間におけるシール性、導電性、及び熱伝達性を確保する上で、セパレータの各溝部の底面の裏面を形成してセパレータと膜電極接合体との接触面積やセパレータ同士の接触面積を確保する必要がある。   By the way, in order to secure the sealability, conductivity, and heat transfer between the separator and the membrane electrode assembly and between the separators, the bottom surface of each groove of the separator is formed to form the back surface of the separator and the membrane electrode. It is necessary to secure the contact area with the body and the contact area between the separators.

ところが、プレス金型を用いて金属板材からなるセパレータ材料を一度に成形しようとすると、金型に高い精度が求められることで加工費が増大するといった問題や、大きな成形荷重が求められるために製造装置が大型化するといった問題が生じる。   However, when trying to form a separator material consisting of a metal plate at a time using a press die, the manufacturing cost is increased because the die is required to have high accuracy, and a large forming load is required. There is a problem that the size of the device is increased.

これに対して、特許文献1に記載のセパレータの製造装置及び製造方法では、まず一対の第1成形型を用いてセパレータ材を曲げ加工することにより、上記溝部となる部位を仮成形する。次に、一対の第2成形用型を用いて、上記部位が成形されたセパレータ材を圧縮加工することにより上記溝部を本成形する。   On the other hand, in the apparatus and method for manufacturing a separator described in Patent Document 1, first, the separator material is bent using a pair of first molding dies to temporarily form a portion to be the groove. Next, the groove portion is main-formed by compressing the separator material having the above-described portion formed using the pair of second forming dies.

しかしながら、この場合には、2種類の成形型が必要となるとともに2つの成形工程が必要となるといった背反が生じる。
本発明の目的は、成形荷重を抑えつつ、一度のプレス工程によりセパレータを成形することのできる燃料電池用セパレータの製造装置及び燃料電池用セパレータの製造方法を提供することにある。
However, in this case, there is a trade-off that two types of molds are required and two molding steps are required.
An object of the present invention is to provide an apparatus for manufacturing a fuel cell separator and a method for manufacturing a fuel cell separator, which can form a separator in a single pressing process while suppressing a forming load.

上記目的を達成するための燃料電池用セパレータの製造装置は、第1凸部及び前記第1凸部を挟んで設けられた一対の第1凹部がそれぞれ延在されてなる成形面を有する第1成形型と、前記第1凹部の各々に対向する一対の第2凸部及び前記第2凸部の各々の間に設けられて前記第1凸部に対向する第2凹部がそれぞれ延在されてなる成形面を有する第2成形型と、を備え、前記第1成形型と前記第2成形型とにより金属板材をプレスすることにより、その両面に多数の溝部を形成する。前記第2凹部の底面には、前記第2凹部の延在方向に沿って延在する突条が設けられており、前記第1凸部の頂面には、前記突条に対向するとともに前記第1凸部の延在方向に沿って延在し、前記突条の突出高さよりも大きい深さを有する凹溝が設けられている。   An apparatus for manufacturing a fuel cell separator to achieve the above object has a first forming surface formed by extending a first protrusion and a pair of first recesses provided on both sides of the first protrusion. A second concave portion provided between the molding die and each of the pair of second convex portions facing each of the first concave portions and the second convex portions and facing the first convex portion is extended, respectively. And forming a plurality of groove portions on both sides by pressing the metal plate material by the first forming die and the second forming die. The bottom surface of the second recess is provided with a protrusion extending along the extending direction of the second recess, and the top surface of the first protrusion is opposed to the protrusion and the protrusion A recessed groove is provided which extends along the extending direction of the first protrusion and has a depth greater than the height of protrusion of the protrusion.

同構成によれば、第1成形型と第2成形型とによって金属板材をプレスする際、まず、金属板材は、各成形面の凹凸形状に倣うように波形に成形される。この状態から更に第1成形型と第2成形型とを近接させると、金属板材のうち第1凸部により押圧されて第2凹部内に突出された部分(以下、第1突出部)が第2凹部の突条に押し当てられる。そして、この状態から更に第1成形型と第2成形型とを近接させると、第1突出部は、突条を支点として曲げ変形されて、第2凹部の底面に沿うように変形する。その後、金属板材のうち第1凸部と第2凹部との間の部分には、第1凸部の頂面と第2凹部の底面とにより圧縮加重が作用されることで、第1突出部の先端部分がセパレータの一方の面における溝部の底部に成形される。なお、第1突出部のうち第1凸部の頂面に対向する部分の一部は、凹溝内に逃がされることとなるが、凹溝の深さは、突条の突出高さよりも大きくされているため、凹溝との間には隙間が生じる。   According to the same configuration, when the metal plate material is pressed by the first forming die and the second forming die, first, the metal plate material is formed into a corrugated shape so as to follow the concavo-convex shape of each forming surface. When the first forming die and the second forming die are further brought close to each other from this state, a portion (hereinafter, the first projecting portion) of the metal plate material pressed by the first convex portion and projected into the second concave portion 2 Pressed against the ridge of the recess. Then, when the first forming die and the second forming die are further brought close to each other from this state, the first protrusion is bent and deformed with the protrusion as a fulcrum, and is deformed along the bottom surface of the second recess. Thereafter, a compressive load is applied to a portion between the first convex portion and the second concave portion of the metal plate material by the top surface of the first convex portion and the bottom surface of the second concave portion, thereby the first projecting portion The tip portion of is formed on the bottom of the groove on one side of the separator. In addition, although a part of the part which opposes the top face of the 1st convex part among the 1st projection parts will be escaped in a ditch, the depth of a ditch is larger than the projection height of a projection. Therefore, a gap is generated between the groove and the groove.

一方、金属板材のうち第2凸部により押圧されて第1凹部内に突出された部分(以下、第2突出部)には、第2凸部の頂面と第1凹部の底面とにより圧縮加重が作用する。これにより、第2突出部の先端部分がセパレータの他方の面における溝部の底部に成形される。   On the other hand, in the portion of the metal plate material that is pressed by the second protrusion and protrudes into the first recess (hereinafter, the second protrusion), compression is performed by the top surface of the second protrusion and the bottom of the first recess. Weight acts. Thereby, the tip end portion of the second protrusion is formed at the bottom of the groove on the other surface of the separator.

このように、上記構成によれば、セパレータの一方の面の溝部の底部については圧縮加重により成形され、他方の面の溝部については曲げ変形に伴う曲げ応力を用いつつ圧縮加重により成形される。このため、両面の溝部の底部をいずれも圧縮加重のみにより成形する場合と比較して、プレスに要する荷重を低くすることができる。したがって、成形荷重を抑えつつ、一度のプレス工程によりセパレータを成形することができる。   As described above, according to the above configuration, the bottom of the groove on one side of the separator is formed by compression loading, and the groove on the other side is formed by compression loading using bending stress accompanying bending deformation. For this reason, compared with the case where the bottom part of the groove part of both surfaces is formed only by compression loading, the load which a press requires can be made low. Therefore, the separator can be formed by one pressing process while suppressing the forming load.

また、上記目的を達成するための燃料電池用セパレータの製造方法は、第1凸部及び前記第1凸部を挟んで設けられた一対の第1凹部がそれぞれ延在された第1成形型と、前記第1凹部の各々に対向する一対の第2凸部及び前記第2凸部の各々の間に設けられて前記第1凸部に対向する第2凹部がそれぞれ延在された第2成形型とにより、金属板材をプレスすることにより、その両面に多数の溝部を形成する。前記第2凹部の底面には、前記第2凹部の延在方向に沿って延在する突条が設けられており、前記第1凸部の頂面には、前記突条に対向するとともに前記第1凸部の延在方向に沿って延在し、前記突条の突出高さよりも大きい深さを有する凹溝が設けられており、前記第2凸部の頂面と前記第1凹部の底面とにより前記金属板材を圧縮荷重により成形する一方、前記第1凸部の頂面と第2凹部の底面とにより前記金属板材を圧縮荷重により成形するに先立ち、前記突条を支点として曲げ応力を作用させる。   Further, a method of manufacturing a fuel cell separator to achieve the above object is a first molding die in which a first convex portion and a pair of first concave portions provided to sandwich the first convex portion are extended, respectively. A second molding is provided between a pair of second protrusions facing each of the first recesses and each of the second protrusions, and a second recess facing the first protrusions is extended, respectively. By pressing a metal plate material with a mold, a large number of grooves are formed on both sides thereof. The bottom surface of the second recess is provided with a protrusion extending along the extending direction of the second recess, and the top surface of the first protrusion is opposed to the protrusion and the protrusion A recessed groove extending along the extending direction of the first convex portion and having a depth larger than the protruding height of the protrusion is provided, and the top surface of the second convex portion and the first concave portion Prior to forming the metal plate material by the compression load by the top surface of the first convex portion and the bottom surface of the second recess while forming the metal plate material by the compression load by the bottom surface, bending stress is used with the protrusion as a fulcrum To work.

同方法によれば、上記燃料電池用セパレータの製造装置による作用効果に準じた作用効果を奏することができる。   According to the same method, it is possible to achieve the operation and effect according to the operation and effect by the manufacturing apparatus of the fuel cell separator.

本発明によれば、成形荷重を抑えつつ、一度のプレス工程によりセパレータを成形することができる。   According to the present invention, the separator can be formed by one pressing process while suppressing the forming load.

燃料電池用セパレータの製造装置の一実施形態について、当該セパレータを有する単セルを中心とした燃料電池スタックの拡大断面図。The expanded sectional view of the fuel cell stack which centered on the single cell which has the said separator about one Embodiment of the manufacturing apparatus of the separator for fuel cells. 同実施形態の燃料電池用セパレータの製造装置の断面図。Sectional drawing of the manufacturing apparatus of the separator for fuel cells of the embodiment. 同実施形態の燃料電池用セパレータの製造過程において、基材がプレスされる直前の状態を示す断面図。Sectional drawing which shows the state in front of a base material being pressed in the manufacturing process of the fuel cell separator of the embodiment. 同実施形態の燃料電池用セパレータの製造過程において、基材がプレスされている途中の状態を示す断面図。Sectional drawing which shows the state in the middle of the base material being pressed in the manufacturing process of the separator for fuel cells of the embodiment. 同実施形態の燃料電池用セパレータの製造過程において、基材のプレスが完了した直後の状態を示す断面図。Sectional drawing which shows the state immediately after the press of a base material is completed in the manufacturing process of the separator for fuel cells of the embodiment.

以下、図1〜図5を参照して、燃料電池用セパレータの製造装置の一実施形態について説明する。
本実施形態の燃料電池用セパレータの製造装置(以下、製造装置)は、図1に示す固体高分子形燃料電池のスタック100に用いられるセパレータ20を製造する装置である。なお、セパレータ20は、後述する一対のセパレータ21,22の総称である。
Hereinafter, an embodiment of a manufacturing apparatus of a fuel cell separator will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
The fuel cell separator manufacturing apparatus (hereinafter, manufacturing apparatus) of the present embodiment is an apparatus for manufacturing the separator 20 used in the stack 100 of the polymer electrolyte fuel cell shown in FIG. The separator 20 is a generic name of a pair of separators 21 and 22 described later.

図1に示すように、スタック100は、複数の単セル10が積層された構造を有している。単セル10は、凹凸形状を有する一対のセパレータ21,22により挟持された膜電極接合体11と、膜電極接合体11と各セパレータ21,22との間に介設された炭素繊維からなるガス拡散層14とを備えている。膜電極接合体11は、イオン交換膜である電解質膜12と、電解質膜12を挟持する一対の触媒電極層13とを備えている。   As shown in FIG. 1, the stack 100 has a structure in which a plurality of single cells 10 are stacked. The unit cell 10 is a gas composed of a membrane electrode assembly 11 sandwiched by a pair of separators 21 and 22 having a concavo-convex shape, and a carbon fiber interposed between the membrane electrode assembly 11 and the separators 21 and 22. A diffusion layer 14 is provided. The membrane electrode assembly 11 includes an electrolyte membrane 12 which is an ion exchange membrane, and a pair of catalyst electrode layers 13 which sandwich the electrolyte membrane 12.

一方のセパレータ21の両面には、それぞれ延在する第1溝部21a及び第2溝部21bが交互に並設されている。また、他方のセパレータ22の両面には、それぞれ延在する第1溝部22a及び第2溝部22bが交互に並設されている。各セパレータ21,22の第1溝部21a,22aの底面の裏面(図1の下面及び上面)は、各ガス拡散層14に当接されている。一方のセパレータ21の第2溝部21bと一方のガス拡散層14とで区画される部分は、水素などの燃料ガスが流通されるガス流路とされている。他方のセパレータ22の第2溝部22bと他方のガス拡散層14とで区画される部分は、空気などの酸化ガスが流通されるガス流路とされている。   On both surfaces of one of the separators 21, first groove portions 21a and second groove portions 21b extending respectively are alternately arranged in parallel. Further, on both surfaces of the other separator 22, first groove portions 22a and second groove portions 22b extending respectively are alternately arranged in parallel. The back surfaces (the lower surface and the upper surface in FIG. 1) of the bottom surfaces of the first groove portions 21 a and 22 a of the separators 21 and 22 are in contact with the gas diffusion layers 14. A portion partitioned by the second groove 21b of the one separator 21 and the one gas diffusion layer 14 is a gas flow path through which a fuel gas such as hydrogen flows. A portion partitioned by the second groove 22b of the other separator 22 and the other gas diffusion layer 14 is a gas flow channel through which an oxidizing gas such as air flows.

また、一方のセパレータ21における第2溝部21bの底面の裏面(図1の上面)と、同セパレータ21に隣り合う他方のセパレータ22の第2溝部22bの裏面(図1の下面)とは当接されている。一方のセパレータ21の第1溝部21aと、他方のセパレータ22における上記第1溝部21aに対向する第1溝部22aとで区画される部分は、冷却水が流通する冷却流路とされている。   Further, the back surface (upper surface in FIG. 1) of the bottom surface of the second groove 21b in one separator 21 and the back surface (lower surface in FIG. 1) of the second groove 22b of the other separator 22 adjacent to the separator 21 abut It is done. A portion defined by the first groove 21a of one separator 21 and the first groove 22a opposite to the first groove 21a of the other separator 22 is a cooling flow channel through which the cooling water flows.

各セパレータ21,22は、例えば、ステンレス鋼やチタンなどの金属材料により成形される。
次に、製造装置について説明する。
Each of the separators 21 and 22 is formed of, for example, a metal material such as stainless steel or titanium.
Next, the manufacturing apparatus will be described.

図2に示すように、製造装置は、可動型である第1成形型30と、固定型である第2成形型60とを備えている。第1成形型30は、第2成形型60に対して進退可能に設けられている。   As shown in FIG. 2, the manufacturing apparatus includes a movable first mold 30 and a fixed second mold 60. The first mold 30 is provided so as to be movable relative to the second mold 60.

第1成形型30は、それぞれ延在する第1凸部40と第1凹部50とが交互に設けられた成形面31を有している。第1凸部40は、頂面41及び一対の側面42を有している。一対の側面42間の距離は、第1凸部40の突出方向(同図の上下方向)において頂面41に近接するほど小さくされている。頂面41と各側面42との間の角部43は湾曲されている。第1凹部50の底面51と各側面42との間の隅部は湾曲されている。第1凸部40の頂面41には、第1凸部40の延在方向(同図の紙面垂直方向)に沿って延在する断面円弧状の凹溝40aが設けられている。   The first molding die 30 has a molding surface 31 in which first convex portions 40 and first concave portions 50 extending respectively are alternately provided. The first convex portion 40 has a top surface 41 and a pair of side surfaces 42. The distance between the pair of side surfaces 42 is smaller as it approaches the top surface 41 in the projecting direction of the first convex portion 40 (vertical direction in the same drawing). The corner 43 between the top surface 41 and each side surface 42 is curved. The corners between the bottom surface 51 and the side surfaces 42 of the first recess 50 are curved. The top surface 41 of the first convex portion 40 is provided with a concave groove 40a having an arc-shaped cross section extending along the extending direction of the first convex portion 40 (the direction perpendicular to the sheet of the drawing).

第2成形型60は、それぞれ延在する第2凸部70と第2凹部80とが交互に設けられた成形面32を有している。第2凸部70は、頂面71及び一対の側面72を有している。一対の側面72間の距離は、第2凸部70の突出方向(同図の上下方向)において頂面71に近接するほど小さくされている。頂面71と各側面72との角部は湾曲されている。第2凹部80の底面81と各側面72との間の隅部は湾曲されている。第2凹部80の底面81には、凹溝40aに対向するとともに、第2凹部80の延在方向(同図の紙面垂直方向)に沿って延在する断面円弧状の突条80aが設けられている。なお、凹溝40aの深さは、突条80aの突出高さよりも大きくされている。   The second molding die 60 has a molding surface 32 in which second protrusions 70 and second recesses 80 extending respectively are alternately provided. The second convex portion 70 has a top surface 71 and a pair of side surfaces 72. The distance between the pair of side surfaces 72 is smaller as it approaches the top surface 71 in the projecting direction of the second convex portion 70 (vertical direction in the same drawing). The corners between the top surface 71 and the side surfaces 72 are curved. The corners between the bottom surface 81 and the side surfaces 72 of the second recess 80 are curved. The bottom surface 81 of the second recess 80 is provided with a protrusion 80a having an arc-shaped cross section that faces the recess 40a and extends along the extending direction of the second recess 80 (the direction perpendicular to the sheet of FIG. ing. In addition, the depth of the concave groove 40a is made larger than the protrusion height of the protrusion 80a.

ここで、第2凹部80の底面81に対する第2凸部70の各側面72の傾斜角度は、第1凹部50の底面51に対する第1凸部40の各側面42の傾斜角度よりも大きくされている。   Here, the inclination angles of the side surfaces 72 of the second protrusion 70 with respect to the bottom surface 81 of the second recess 80 are made larger than the inclination angles of the side surfaces 42 of the first protrusion 40 with respect to the bottom surface 51 of the first recess 50. There is.

本実施形態の作用について説明する。
本実施形態の製造装置においては、以下のようにしてセパレータ20が製造される。
図3に示すように、まず、第2成形型60の第2凸部70上にセパレータ20の材料である基材120を載置する。
The operation of this embodiment will be described.
In the manufacturing apparatus of the present embodiment, the separator 20 is manufactured as follows.
As shown in FIG. 3, first, the base material 120 which is the material of the separator 20 is placed on the second convex portion 70 of the second molding die 60.

次に、第1成形型30を第2成形型60に向かって変位させる。これにより、図4に示すように、基材120は、各成形面31,32の凹凸形状に倣うように波形に成形される。   Next, the first mold 30 is displaced toward the second mold 60. Thereby, as shown in FIG. 4, the base material 120 is formed in a waveform so as to follow the concavo-convex shape of each of the forming surfaces 31, 32.

その後、更に第1成形型30を第2成形型60に近接させると、基材120のうち第1凸部40により押圧されて第2凹部80内に突出された部分(以下、第1突出部130)が、第2凹部80の突条80aに押し当てられる。   Thereafter, when the first molding die 30 is further brought close to the second molding die 60, a portion of the base material 120 which is pressed by the first convex portion 40 and protrudes into the second concave portion 80 (hereinafter referred to as a first protrusion) 130) is pressed against the ridge 80a of the second recess 80.

そして、更に第1成形型30を第2成形型60に近接させると、第1突出部130は、第1凸部40の各角部43と突条80aとを支点として曲げ変形されて、第2凹部80の底面81に沿うように変形する。   Then, when the first forming die 30 is further brought close to the second forming die 60, the first protrusion 130 is bent and deformed with the corner portions 43 of the first protrusion 40 and the ridges 80a as a fulcrum. (2) It deforms along the bottom surface 81 of the recess 80.

その後、図5に示すように、基材120の第1突出部130には、第1凸部40の頂面41と第2凹部80の底面81とにより圧縮荷重が作用される。ここで、基材120の第1突出部130と第2凸部70の各側面72との間には逃げ部90が形成される。第1凸部40の幅方向(図4及び図5の左右方向)における逃げ部90の長さは、第2凸部70の頂面71に向かうほど小さくされている。上述したように、第1突出部130は、曲げ変形に伴う曲げ応力と圧縮荷重(圧縮応力)とが付与されているため、逃げ部90に逃げるようにして変形される。このため、第1突出部130の先端面が平坦面とされる。これにより、第1突出部130の先端部分が、セパレータ20の一方の面における溝部の底部に成形される。なお、図5に示すように、第1突出部130のうち第1凸部40の頂面41に対向する部分の一部は、凹溝40a内に逃がされることとなる。上述したように、凹溝40aの深さが、突条80aの突出高さよりも大きくされているため、凹溝40aとの間には隙間91が生じる。   Thereafter, as shown in FIG. 5, a compressive load is exerted on the first protrusion 130 of the base material 120 by the top surface 41 of the first protrusion 40 and the bottom surface 81 of the second recess 80. Here, clearances 90 are formed between the first protrusion 130 of the base material 120 and the side surfaces 72 of the second protrusion 70. The length of the relief portion 90 in the width direction (left and right direction in FIGS. 4 and 5) of the first convex portion 40 is smaller toward the top surface 71 of the second convex portion 70. As described above, since the bending stress and the compressive load (compressive stress) associated with the bending deformation are applied, the first projecting portion 130 is deformed so as to escape to the relief portion 90. Therefore, the tip end surface of the first protrusion 130 is flat. As a result, the tip end portion of the first protrusion 130 is formed at the bottom of the groove in one surface of the separator 20. In addition, as shown in FIG. 5, a part of the part which opposes the top face 41 of the 1st convex part 40 among the 1st protrusion parts 130 will be escaped in the ditch | groove 40a. As described above, since the depth of the recessed groove 40a is larger than the protruding height of the protrusion 80a, a gap 91 is generated between the recessed groove 40a and the recessed groove 40a.

一方、基材120のうち第2凸部70により押圧されて第1凹部50内に突出された部分(以下、第2突出部140)には、第2凸部70の頂面71と第1凹部50の底面51とにより圧縮荷重が作用する。これにより、第2突出部140の先端部分がセパレータ20の他方の面における溝部の底部に成形される。   On the other hand, in the portion of the base material 120 which is pressed by the second projection 70 and protrudes into the first recess 50 (hereinafter, the second projection 140), the top surface 71 of the second projection 70 and the first surface A compressive load acts on the bottom surface 51 of the recess 50. Thereby, the tip end portion of the second protrusion 140 is formed at the bottom of the groove on the other surface of the separator 20.

なお、図4に示すように、第1突出部130が曲げ変形される直前においては、第2突出部140の頂面141は、部分的に荷重が負荷されたプレス途中の状態であるため、セパレータ20の溝部の底部の成形は完了していない。基材120のプレス成形においては、上記圧縮荷重によって、まず、第1突出部130が曲げ変形される。続いて、第2突出部140の頂面141全体がプレスされるとともに、第1突出部130の頂面131全体がプレスされる。このようにして、セパレータ20の両面における溝部の底部がそれぞれ成形されることとなる。   As shown in FIG. 4, since the top surface 141 of the second projecting portion 140 is in the middle of the pressing process in which a load is partially applied immediately before the first projecting portion 130 is bent and deformed, The formation of the bottom of the groove of the separator 20 is not complete. In press forming of the base material 120, the first protrusion 130 is first bent and deformed by the above-mentioned compressive load. Subsequently, the entire top surface 141 of the second protrusion 140 is pressed, and the entire top surface 131 of the first protrusion 130 is pressed. In this manner, the bottoms of the groove portions on both sides of the separator 20 are respectively formed.

本実施形態の効果について説明する。
(1)燃料電池用セパレータの製造装置は、第1凸部40及び第1凸部40を挟んで設けられた一対の第1凹部50がそれぞれ延在されてなる成形面31を有する第1成形型30を備える。さらに、第1凹部50の各々に対向する一対の第2凸部70及び第2凸部70の各々の間に設けられて第1凸部40に対向する第2凹部80がそれぞれ延在されてなる成形面32を有する第2成形型60を備える。第1成形型30と第2成形型60とにより基材120をプレスすることにより、その両面に多数の溝部を形成する。第2凹部80の底面81には、第2凹部80の延在方向に沿って延在する突条80aが設けられており、第1凸部40の頂面41には、突条80aに対向するとともに第1凸部40の延在方向に沿って延在し、突条80aの突出高さよりも大きい深さを有する凹溝40aが設けられている。
The effects of this embodiment will be described.
(1) The apparatus for manufacturing a fuel cell separator includes a first molding 40 having a molding surface 31 formed by extending a pair of first concave portions 50 provided with the first convex portion 40 and the first convex portions 40 interposed therebetween. A mold 30 is provided. Furthermore, a second concave portion 80 provided between each of the pair of second convex portions 70 and the second convex portions 70 opposed to each of the first concave portions 50 and opposed to the first convex portion 40 is extended, respectively. And a second mold 60 having a molding surface 32. By pressing the base material 120 with the first mold 30 and the second mold 60, a large number of grooves are formed on both sides thereof. The bottom surface 81 of the second recess 80 is provided with a protrusion 80 a extending along the extending direction of the second recess 80, and the top surface 41 of the first protrusion 40 is opposed to the protrusion 80 a At the same time, a recessed groove 40a is provided which extends along the extending direction of the first convex portion 40 and has a depth greater than the height of projection of the protrusion 80a.

こうした構成によれば、上述した作用を奏することからセパレータ20の一方の面の溝部の底部については圧縮加重により成形され、他方の面の溝部については曲げ変形に伴う曲げ応力を用いつつ圧縮加重により成形される。このため、両面の溝部の底部をいずれも圧縮加重のみにより成形する場合と比較して、プレスに要する荷重を低くすることができる。したがって、成形荷重を抑えつつ、一度のプレス工程によりセパレータ20を成形することができる。   According to such a configuration, the bottom of the groove on one side of the separator 20 is formed by compression loading, and the groove on the other side is compressed using compression stress while using bending stress associated with bending deformation. It is molded. For this reason, compared with the case where the bottom part of the groove part of both surfaces is formed only by compression loading, the load which a press requires can be made low. Therefore, the separator 20 can be formed by one pressing process while suppressing the forming load.

(2)第2凸部70の頂面71と第1凹部50の底面51とにより基材120を圧縮荷重により成形する一方、第1凸部40の頂面41と第2凹部80の底面81とにより基材120を圧縮荷重により成形するに先立ち、突条80aを支点として曲げ応力を作用させるようにした。   (2) The base 120 is formed with a compressive load by the top surface 71 of the second protrusion 70 and the bottom surface 51 of the first recess 50, while the top surface 41 of the first protrusion 40 and the bottom surface 81 of the second recess 80 Before forming the base material 120 by a compressive load, bending stress is applied to the ridge 80a as a fulcrum.

こうした方法によれば、上記効果(1)と同様な効果を奏することができる。
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
According to such a method, the same effect as the above effect (1) can be obtained.
The present embodiment can be modified as follows. The present embodiment and the following modifications can be implemented in combination with one another as long as there is no technical contradiction.

・基材120の少なくとも一方の面に例えば導電性粒子を含有する塗膜が設けられたものをプレス成形するようにしてもよい。
・突条80a及び凹溝40aの断面形状、例えば、幅や高さ(深さ)は実施形態において例示したものに限定されず、適宜変更することもできる。
The substrate on which at least one surface of the substrate 120 is provided with a coating containing, for example, conductive particles may be press-formed.
-The cross-sectional shape of the protrusion 80a and the ditch | groove 40a, for example, a width | variety and height (depth), is not limited to what was illustrated in embodiment, It can also be suitably changed.

・本実施形態では、第2成形型60に対して第1成形型30を進退させる構成であったが、第1成形型30に対して、第2成形型60を進退させるようにしてもよいし、互いに進退させるようにしてもよい。   In the present embodiment, the first mold 30 is moved forward and backward with respect to the second mold 60, but the second mold 60 may be moved forward and backward with respect to the first mold 30. It may be made to advance and retreat with each other.

・第1成形型30は、第1凸部40とは別に、凹溝40aが設けられていない凸部を有していてもよく、第2成形型60は、第2凹部80とは別に、突条80aが設けられていない凹部を有していてもよい。   The first molding die 30 may have a convex portion not provided with the recessed groove 40 a separately from the first convex portion 40, and the second molding die 60 may be separately from the second concave portion 80, You may have the recessed part in which the protrusion 80a is not provided.

・本実施形態では、図5に示すように、基材120の第1突出部130のうちの第1凸部40の頂面41に対向する部分の一部と、第1凸部40の凹溝40aとの間に隙間91が生じるようにした。例えば、隙間91が生じないようにするなど、第1突出部130の上記一部が圧縮荷重により鍛造されない程度に、凹溝40aの深さを設定することもできる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 5, a part of the portion of the first protrusion 130 of the base member 120 facing the top surface 41 of the first protrusion 40 and the recess of the first protrusion 40 A gap 91 was created between the groove 40a and the groove 40a. For example, the depth of the recessed groove 40a can also be set to such an extent that the part of the first protrusion 130 is not forged by a compressive load, such as preventing the gap 91 from being generated.

10…単セル、11…膜電極接合体、12…電解質膜、13…触媒電極層、14…ガス拡散層、20…セパレータ、21…セパレータ、21a…第1溝部、21b…第2溝部、22…セパレータ、22a…第1溝部、22b…第2溝部、30…第1成形型、31…成形面、32…成形面、40…第1凸部、40a…凹溝、41…頂面、42…側面、43…角部、50…第1凹部、51…底面、60…第2成形型、70…第2凸部、71…頂面、72…側面、80…第2凹部、80a…突条、81…底面、90…逃げ部、91…隙間、100…スタック、120…基材、130…第1突出部、131…頂面、140…第2突出部、141…頂面。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 single cell 11 membrane electrode assembly 12 electrolyte membrane 13 catalyst electrode layer 14 gas diffusion layer 20 separator 21 separator 21 a first groove portion 21 b second groove portion 22 ... separators 22a ... 1st groove, 22b ... 2nd groove, 30 ... 1st mold, 31 ... molding surface, 32 ... molding surface, 40 ... 1st convex part, 40a ... concave groove, 41 ... top surface, 42 ... side surface 43 corner portion 50 first concave portion 51 bottom surface 60 second molding die 70 second convex portion 71 top surface 72 side surface 80 second concave portion 80a projection Bottom surface 90, relief portion 91, clearance portion 100, stack 100, base material 130, first projecting portion 131, top surface, 140 second projecting portion, 141 top surface.

Claims (2)

第1凸部及び前記第1凸部を挟んで設けられた一対の第1凹部がそれぞれ延在されてなる成形面を有する第1成形型と、前記第1凹部の各々に対向する一対の第2凸部及び前記第2凸部の各々の間に設けられて前記第1凸部に対向する第2凹部がそれぞれ延在されてなる成形面を有する第2成形型と、を備え、前記第1成形型と前記第2成形型とにより金属板材をプレスすることにより、その両面に多数の溝部を形成する燃料電池用セパレータの製造装置であって、
前記第2凹部の底面には、前記第2凹部の延在方向に沿って延在する突条が設けられており、
前記第1凸部の頂面には、前記突条に対向するとともに前記第1凸部の延在方向に沿って延在し、前記突条の突出高さよりも大きい深さを有する凹溝が設けられている、
燃料電池用セパレータの製造装置。
A first mold having a molding surface formed by extending a first convex portion and a pair of first concave portions provided on both sides of the first convex portion, and a pair of first molds facing each of the first concave portions A second mold having a molding surface provided between each of the second protrusion and the second protrusion and having a second recess extending opposite to the first protrusion and extending therefrom; A manufacturing apparatus for a fuel cell separator, in which a large number of grooves are formed on both sides of a metal plate material by pressing the metal plate material by the first forming die and the second forming die,
The bottom surface of the second recess is provided with a protrusion extending along the extending direction of the second recess,
On the top surface of the first convex portion, there is a concave groove facing the ridge and extending along the extending direction of the first convex portion, and having a depth greater than the height of projection of the ridge Provided
Production device for fuel cell separators.
第1凸部及び前記第1凸部を挟んで設けられた一対の第1凹部がそれぞれ延在された第1成形型と、前記第1凹部の各々に対向する一対の第2凸部及び前記第2凸部の各々の間に設けられて前記第1凸部に対向する第2凹部がそれぞれ延在された第2成形型とにより、金属板材をプレスすることにより、その両面に多数の溝部を形成する燃料電池用セパレータの製造方法であって、
前記第2凹部の底面には、前記第2凹部の延在方向に沿って延在する突条が設けられており、
前記第1凸部の頂面には、前記突条に対向するとともに前記第1凸部の延在方向に沿って延在し、前記突条の突出高さよりも大きい深さを有する凹溝が設けられており、
前記第2凸部の頂面と前記第1凹部の底面とにより前記金属板材を圧縮荷重により成形する一方、前記第1凸部の頂面と第2凹部の底面とにより前記金属板材を圧縮荷重により成形するに先立ち、前記突条を支点として曲げ応力を作用させる、
燃料電池用セパレータの製造方法。
A first forming die in which a pair of first recesses provided across the first protrusion and the first protrusion is extended, a pair of second protrusions facing each of the first recesses, and By pressing the metal plate material with a second forming die provided between each of the second convex portions and in which the second concave portions respectively opposed to the first convex portions are extended, a large number of grooves are formed on both surfaces thereof A method of manufacturing a fuel cell separator that forms
The bottom surface of the second recess is provided with a protrusion extending along the extending direction of the second recess,
On the top surface of the first convex portion, there is a concave groove facing the ridge and extending along the extending direction of the first convex portion, and having a depth greater than the height of projection of the ridge Provided,
The metal plate is formed with a compression load by the top surface of the second protrusion and the bottom of the first recess, and the metal plate is compressed by the top of the first protrusion and the bottom of the second recess. Bending stress is applied to the ridges as a fulcrum prior to molding by
A method of manufacturing a fuel cell separator.
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