JP2019139966A - 金属成形体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
金属セパレータ10(成形体)は、図1に示されるように、矩形状を呈する板状部材であり、燃料電池スタック1(図3参照)の一部を構成している。金属セパレータ10は、平板状の金属板Mが所定の形状に加工されてなる。金属板Mの厚さは、例えば0.05mm〜0.3mm程度であってもよいし、0.1mm〜0.2mm程度であってもよい。金属板Mの種類としては、軟鋼材(例えば、冷間圧延材、熱間圧延材など)、高張力鋼板及びこれらの板材の表面に貴金属層がコーティングされたものであってもよい。
上記の金属セパレータ10を用いた燃料電池スタック1の構成について、図3を参照して説明する。燃料電池スタック1は、複数の金属セパレータ10と、複数の膜電極接合体2と、一対の端面板3とを含む。燃料電池スタック1は、金属セパレータ10と膜電極接合体2とが交互に積層された積層体4が一対の端面板3によって挟持されて構成されている。換言すれば、一つの膜電極接合体2は、一対の金属セパレータ10によって挟持されている。膜電極接合体2の一方側に位置する金属セパレータ10の凸部13と、膜電極接合体2の他方側に位置する金属セパレータ10の凹部14とは対向している。膜電極接合体2の一方側に位置する金属セパレータ10の凹部14と、膜電極接合体2の他方側に位置する金属セパレータ10の凸部13とは対向している。
続いて、図4〜図9を参照して、金属セパレータ10の製造方法(金属板Mの成形方法)について説明する。当該方法は、予備成形工程と、本成形工程と、矯正工程とを含む。
まず、予備成形工程について説明する。予備成形工程では、図4に示される予備成形機100が用いられる。予備成形機100は、下型110(仮金型)と、上型120(仮金型)と、ストリッパ130とを含む。
次に、本成形工程について説明する。本成形工程では、図6に示される成形機200が用いられる。成形機200は、下型210(本金型)と、上型220(本金型)と、ストリッパ230とを含む。
ところで、このように得られた金属セパレータ10を成形機200から取り出すと、金属セパレータ10が全体として反って(湾曲して)しまうことがある。これは、得られる金属セパレータ10の上面形状と下面形状とが異なることにより金属板Mの延びが均一でなかったり、金属板Mに付与される力が金属板Mの上面と下面とで均一でなく、歪みに偏りが生ずるためであると考えられる。そこで、次に、金属セパレータ10の矯正工程について説明する。矯正工程では、図9に示される矯正機300が用いられる。矯正機300は、下型310と、上型320と、ストリッパ330とを含む。
以上のような本実施形態では、張り出し成形により仮成形体20が形成されるので、他の加工方法(例えば、絞り成形、鍛造など)と異なり、加工を経ても金属板Mが伸び難い。そのため、仮凹部22及び仮凸部21の角部の薄肉化が大きく抑制され、これに伴い、凹部14及び凸部13の角部の薄肉化も大きく抑制される。また、張り出し成形により仮成形体20が形成されるので、仮成形体20に加工硬化が生じ難い。そのため、続く工程において頂壁21a,22aの窪み部21b,22bが加圧されると、窪み部21b,22bが容易に変形して平坦状となり、その後にさらに窪み部21b,22bが硬化するので、金属セパレータ10の頂壁21a,22aが平坦面となりやすくなる。さらに、窪み部21b,22bが加圧されて平坦状となる過程で、仮凹部22及び仮凸部21の角部(頂点P)が側方に向けて移動する。そのため、仮成形体20をプレス加工する過程で、頂壁21a,22aが拡がりつつ平坦化される。従って、凹部14及び凸部13において十分な平坦領域が確保される。以上より、角部13b,14bの薄肉化を抑制することが可能となる共に、十分な平坦領域を確保しつつ頂壁13a,14aを平坦化することが可能となる。
以上、本開示に係る実施形態について詳細に説明したが、本発明の要旨の範囲内で種々の変形を上記の実施形態に加えてもよい。例えば、上記の実施形態では、予備成形工程において、仮凸部21の頂壁21aに窪み部21bが形成され、仮凹部22の頂壁22aに窪み部22bが形成されていたが、外側に向けて突出する突出部が頂壁21a,22aに形成されてもよい。
例1.本開示の一つの例に係る金属成形体(10)の製造方法は、仮凹部(22)及び仮凸部(21)が交互に並ぶように平板状の金属板(M)を張り出し成形して、仮成形体(20)を形成することであって、仮凹部(22)及び仮凸部(21)はそれぞれ、内側に向けて窪んだ窪み部(22b,21b)が形成された頂壁(22a,21a)を含むことと、仮成形体(20)をプレス加工して窪み部(22b,21b)を外側に押し出し、頂壁(14a,13a)が平坦状となった凹部(14)及び凸部(13)が交互に並ぶ成形体(10)を形成することとを含む。この場合、張り出し成形により仮成形体(20)が形成されるので、他の加工方法(例えば、絞り成形、鍛造など)と異なり、加工を経ても金属板(M)が伸び難い。そのため、仮凹部(22)及び仮凸部(21)の角部の薄肉化が大きく抑制され、これに伴い、凹部(14)及び凸部(13)の角部(14b,13b)の薄肉化も大きく抑制される。また、張り出し成形により仮成形体(20)が形成されるので、仮成形体(20)に加工硬化が生じ難い。そのため、続く工程において頂壁(22a,21a)の窪み部(22b,21b)が加圧されると、窪み部(22b,21b)が容易に変形して平坦状となり、その後にさらに窪み部(22b,21b)が硬化するので、成形体(10)の凹部(14)及び凸部(13)の頂壁(14a,13a)が平坦面となりやすくなる。さらに、頂壁(22a,21a)の窪み部(22b,21b)が加圧されて平坦状となる過程で、仮凹部(22)及び仮凸部(21)の角部(P)が側方に向けて移動する。そのため、仮成形体(20)をプレス加工する過程で、頂壁(22a,21a)が拡がりつつ平坦化される。従って、十分な平坦領域が確保される。以上、例1の方法によれば、角部(14b,13b)の薄肉化を抑制することが可能で、且つ、十分な平坦領域を確保しつつ頂壁(14a,13a)を平坦化することが可能となる。
Claims (6)
- 仮凹部及び仮凸部が交互に並ぶように平板状の金属板を張り出し成形して、仮成形体を形成することであって、前記仮凹部及び前記仮凸部はそれぞれ、内側に向けて窪んだ窪み部が形成された頂壁を含むことと、
前記仮成形体をプレス加工して前記窪み部を外側に押し出し、前記頂壁が平坦状となった凹部及び凸部が交互に並ぶ成形体を形成することとを含む、金属成形体の製造方法。 - 前記凹部及び前記凸部の一方の前記頂壁をプレス加工することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記仮成形体を形成することは、一対の仮金型で前記金属板を加圧することを含み、
前記一対の仮金型同士の最小隙間は前記金属板の板厚以上となるように設定されている、請求項1又は2に記載の方法。 - 前記成形体を形成することは、一対の本金型で前記仮成形体を加圧することを含み、
前記一対の本金型同士の最小隙間は、前記金属板の板厚以上となるように設定されている、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。 - 前記仮成形体を形成することは、第1の凹凸面を有する一対の仮金型で前記金属板を加圧することを含み、
前記成形体を形成することは、第2の凹凸面を有する一対の本金型で前記仮成形体を加圧することを含み、
前記第2の凹凸面の凸部の幅は、前記第1の凹凸面の凸部の幅以上に設定されている、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。 - 前記金属成形体は金属セパレータである、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
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