JP3154028B2 - 燃料電池用セパレータの加工方法 - Google Patents

燃料電池用セパレータの加工方法

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  • Milling Processes (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、固体電解質燃料電池
用のセパレータに代表されるように、高温環境下で使用
される燃料電池用セパレータの加工方法に関し、とくに
切削加工に伴うセパレータのそり変形を解消したもので
ある。
【0002】
【従来の技術】例えば固体電解質燃料電池においては、
一対のセパレータ間にセルを挟み固定し、このセル群を
積層して電池を構成する。燃料電池の作動温度が800
〜1100℃と高温であるため、セパレータはインコネ
ルなどの耐熱合金を素材にして矩形板状に形成されてお
り、板面の表裏のそれぞれに、燃料ガスおよび空気を導
入案内する溝の一群が形成してある。セルは空気極と燃
料極との間に固体電解質を挟み固定して平板状に形成し
てある。
【0003】セパレータは、燃料ガスおよび空気の反応
容器として機能することから、積層面において十分な封
止作用を発揮できること、高温の雰囲気に晒されても酸
化やガス侵食に耐えられることが望まれる。さらに、各
電極と良好に接触でき、集電性に優れていることが要求
される。こうした使用条件を満たすために、従来は、荒
加工された板状の一次ブランクの表面および裏面をエン
ドミルで平面切削した後、板面に燃料ガスマニホールド
孔と燃料ガス流路、および酸化剤ガスマニホールド孔と
酸化剤ガス流路をそれぞれエンドミルで開削し、最後に
表面および裏面を研磨してセパレータを完成していた。
エンドミルで平面切削を行うのは、ワーク表面にストレ
スが加わるのを避けるためである。エンドミルでは、周
側刃と底刃とが協働してワーク表面を削るが、切削時の
せん断面の殆どが周側刃によって形成され、しかもこの
せん断面はいずれ周側刃によって切削されてしまうた
め、ストレスの発生を底刃によるせん断面に限定できる
からである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、エンド
ミルで平面切削を行っても、なおワーク表面には残留ひ
ずみや熱ひずみなどのストレスを生じており、平面切削
加工が終了した段階でそり変形している。例えば辺長が
150mm、厚みが5mmのセパレータにおけるそり変形量
は0.2mmを越える。このそり変形を除去する必要上、最
終段階で平面研磨を行って平面度を確保している。
【0005】このように、そり変形を研磨加工で除去す
るには、セパレータの表裏両面をそれぞれそり変形量と
同量ずつ研磨しなければならず、研磨加工に要するコス
トが高く付く。研磨によってセパレータの平面度は確保
できるが、切削加工時のストレスは依然として残ってい
る。そのため、高温に晒されたときセパレータが変形
し、燃料ガスや空気が漏れでるおそれがある。さらに、
研磨加工を行うことでセパレータの表面分子構造がひず
む。このひずみは、燃料電池を長期間使用した場合に影
響が現れる。例えば、燃料電池の稼働時間が一万時間を
越えると、セパレータ表面の酸化クロム膜が剥離してセ
ルや導入溝に付着し、電池性能を低下させる。
【0006】この発明の目的は、切削加工時のストレス
や、研磨による表面分子構造のひずみがなく、高温環境
下にあっても平面度を維持でき、長期にわたる信頼性に
優れた燃料電池用セパレータを安価に製造することにあ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明では、一般に溝の
開削や三次元加工に適用されるボールエンドミルでセパ
レータ1の平面切削を行って、切削に伴うストレスの発
生を防ぎ、以後の研磨加工を省略ないしは軽減する。本
発明は、板面の複数個所に燃料ガスマニホールド孔2と
酸化剤ガスマニホールド孔3とがそれぞれ独立して通設
されており、板面の表面と裏面に、燃料ガスマニホール
ド孔2に連通する一群の燃料ガス流路4と、酸化剤ガス
マニホールド孔3に連通する一群の酸化剤ガス流路5が
それぞれ形成してあるセパレータ1を加工対象とする。
加工方法としては荒加工された板状の一次ブランク6の
表面および裏面を、フライス加工によって仕上げ加工す
る外面加工工程と、前記工程で得られた二次ブランク7
の表面および裏面に、燃料ガスマニホールド孔2と燃料
ガス流路4、および酸化剤ガスマニホールド孔3と酸化
剤ガス流路5を形成する開削工程とを含む。そのうえで
外面加工工程において、一次ブランク6をその板面がテ
ーブル基準面に対して5〜15度傾斜する状態で固定
し、表面および裏面のそれぞれを、ボールエンドミル1
2を刃物にして、その回転中心軸Pから離れた球面状刃
部21で平面切削する点に特徴を有する。
【0008】
【作用】ボールエンドミル12の先端の回転軌跡は球形
になっており、そのワーク表面における切削部断面は、
理想加工面を接線とする部分円弧状になる。つまり刃物
で形成されるせん断面の殆どは切削屑の側に含まれるこ
ととなり、加工済み面側にストレスの原因であるせん断
面が残ることを最小限に抑止できる。ボールエンドミル
12の刃先中央は周速度が零に近く、この部分がワーク
表面に押し付けられると、溝状の加工傷を生じてストレ
スを発生する。これを避けるために、ワーク表面をテー
ブル基準面に対して5〜15度傾斜させ、ボールエンド
ミル12の回転中心軸から離れた球面状刃部21で切削
を行う。
【0009】
【発明の効果】本発明では、板状の一次ブランク6の表
面および裏面をフライス加工により平面切削するについ
て、その切削刃物にボールエンドミル12を用い、刃物
で形成されるせん断面の殆ど全てが切削屑に含まれて除
去され、加工済み面側にストレスの原因であるせん断面
が残ることを避けた。さらに、一次ブランク6の全体を
テーブル基準面に対して傾斜することにより、ボールエ
ンドミル12の刃先中央がワーク表面に押し付けられて
ストレスが生じるのを防止した。このようにして形成し
た二次ブランク7によれば、平面切削に伴うストレスの
発生を十分に減少して、そり変形量を無視できる程度に
まで少なくできるので、従来不可欠であった研磨加工を
省略ないしは軽減でき、その分だけセパレータ1を安価
に製造できる。セパレータ1にストレスが生じるのを防
止するので、高温環境下に晒された状態において、セパ
レータ1が許容値を越えて変形することを防止でき、さ
らに研磨加工による表面分子構造のひずみを原因とす
る、長期使用時の酸化クロム膜の剥離も解消でき、全体
として信頼性に優れた燃料電池用のセパレータが得られ
る。
【0010】
【実施例】図2は本発明の加工対象であるセパレータを
示す。セパレータ1はニッケル基合金であるインコネル
を素材にして、一辺の長さが150mmで厚みが5mmの正
方形の板状に形成する。その板面の対向辺部には、燃料
ガスマニホールド孔2と、酸化剤ガスマニホールド孔3
を、3個を一対にして形成する。さらに表面に燃料ガス
マニホールド孔2と連通する一群の燃料ガス流路4を一
定ピッチで形成し、裏面に前後の酸化剤ガスマニホール
ド孔3と連通する一群の酸化剤ガス流路5を燃料ガス流
路4と同様に形成する。燃料ガス流路4および酸化剤ガ
ス流路5の溝深さは2mm、溝幅は1.5mmである。このセ
パレータ1は固体電解質燃料電池に適用されて、隣接す
るセパレータ1の間にセルを挟み固定した状態で多数積
層する。
【0011】図3においてセパレータ1は、インコネル
の熱間圧延板材を所定寸法に切断した板状素材22を出
発材料にして、荒加工によって板状の一次ブランク6を
形成する工程Aと、一次ブランク6の表面および裏面を
フライス加工によって仕上げ加工し、二次ブランク7を
形成する外面加工工程Bと、外面加工工程Bで得られた
二次ブランク7の板面に、燃料ガスマニホールド孔2と
酸化剤ガスマニホールド孔3をエンドミルで形成し、さ
らにその表面に燃料ガス流路4を、裏面に酸化剤ガス流
路5をそれぞれエンドミルで形成する開削工程Cと、開
削工程Cで得られた三次ブランク8の周側面をエンドミ
ルで正方形状に整形する工程Dとを経て形成する。一次
ブランク6は材料供給者が加工することもあり、その場
合には一次ブランク6を購入することでその加工を省略
できる。
【0012】外面加工工程Bにおいては、図4に示すよ
うに一次ブランク6を取付治具10を介して加工テーブ
ル11上に傾斜姿勢で固定し、ボールエンドミル12を
刃物にして表面および裏面を平面切削する。一次ブラン
ク6の隣接する辺部は、それぞれ逆向きに傾斜する斜面
6aで形成する。この斜面6aを取付治具10の一側に
設けた受枠13に差し込み、受枠13と対向する複数の
押しボルト14で他方の斜面6aを押圧し、さらに左右
の斜面6aを対向する押しボルト15で挟持固定するこ
とにより、一次ブランク6を取付治具10に強固に固定
できる。受枠13には斜面6aと面接触する斜面が形成
してある。表面を加工するときは前後の斜面6aのいず
れか一方を受枠13に当てがい、裏面を加工するときは
左右の斜面のいずれか一方を受枠13に当てがう。なお
斜面6aは垂直線に対して3度前後傾いている。こうし
たワーク取付形態を採ると、切削時に噴射供給される高
圧の水溶性切削油によって、一次ブランク6が取付面か
ら浮き上るのを防止して、平面切削を高精度におこなえ
る。
【0013】取付治具10の取付面の6〜8個所には、
スチールボール16が嵌め込まれており、このスチール
ボール16の下面に操作ボルト17の先端のテーパー面
18を接当させて簡易ジャッキを構成する。これら一群
の簡易ジャッキによって一次ブランク6の下面を支持す
る。各簡易ジャッキは操作ボルト17を締緩操作するこ
とで個々に高さ調整できる。切削油の排出を確実化する
ために、取付面に排油溝19を井桁状に形成している。
【0014】取付治具10に固定した一次ブランク6の
板面は、水平のテーブル基準面に対して僅かに傾斜させ
てある。図1に示すように、ボールエンドミル12で切
削を行うとき、その回転中心軸Pから離れた、所定の周
速度を有する球面状刃部21で切削を行うためである。
一次ブランク6の傾斜角度θは5〜15度の範囲で選定
でき、好ましくは10度とする。傾斜角度θが5度未満
になると、切刃の周速度が低下し適正な切削速度が得ら
れにくい。傾斜角度が15度を越えると、切削屑のせん
断面が加工済み面に近付きストレスを発生するからであ
る。ボールエンドミル12は高速回転されて、一次ブラ
ンク6の傾斜方向と直交する向きに送り移動し直線状の
等高線を形成する状態で切削を行う。
【0015】一次ブランク6の表面および裏面を上記の
ようにして平面切削することにより、ストレス発生のな
い二次ブランク7が得られる。この二次ブランク7のそ
り変形量、即ち平面度は十分に小さく計測部位の違いに
よるばらつきも小さい。得られた二次ブランク7は、再
び取付治具10に装着して、まず燃料ガスマニホールド
孔2と酸化剤ガスマニホールド孔3をボールエンドミル
12で形成し、表面側に燃料ガス流路4を、裏面側に酸
化剤ガス流路5をそれぞれエンドミルで形成する。この
ときの二次ブランク7は当て金を用いて上面からクラン
プする。なお、一次ブランク6を形成する工程Aにおい
ても、外面加工工程Bと同様にして平面切削を行うこと
が好ましい。
【0016】(加工例)一次ブランク6から二次ブラン
ク7を形成するについて、以下の切削条件で平面切削を
行った。インコネル600(日立金属株式会社製)で形
成した厚みが5.5mmの一次ブランク6を取付治具10で
テーブル基準面に対して10度傾斜した状態で固定す
る。半径寸法が5mmの超硬コーティングされたボールエ
ンドミル12を刃物にして、これを15000rpm で回
転駆動し、ピック量Yおよび切込量Z(図1参照)をそ
れぞれ0.3mm、0.05mmとし、送り速度を5000mm/mi
n に設定して、高圧の水溶性切削油を刃先に噴射供給し
ながら切削した。なお、このときの球面状刃部21の最
小周速度は83m/min である。表面および裏面をそれ
ぞれ0.25mmずつ切削した結果、得られた二次ブランク
7の平面度は0.0192であった。また面粗度はRmax
4.16であった。
【0017】本発明によって得られたセパレータ1は、
作動温度が800〜1100℃の平板型固体電解質燃料
電池用のセパレータとして好適であるが、溶融炭酸塩燃
料電池などの他の燃料電池用のセパレータとして適用す
ることもできる。セパレータ1の形成材料としては、イ
ンコネル601、SUS310S、SUS316L、ハ
ステロイXなどの他の耐熱合金を適用できる。なお、本
発明の加工法で得られたセパレータ1は、その外表面に
La(Sr)CoO3 などの導電性酸化物をコーティン
グして、使用に供することもある。
【図面の簡単な説明】
【図1】セパレータの切削形態を示す説明図である。
【図2】セパレータの外面構造を示す斜視図である。
【図3】セパレータの加工手順を示す工程説明図であ
る。
【図4】セパレータの取付治具の縦断側面図である。
【符号の説明】
1 セパレータ 2 燃料ガスマニホールド孔 3 酸化剤ガスマニホールド孔 4 燃料ガス流路 5 酸化剤ガス流路 6 一次ブランク 7 二次ブランク 10 取付治具 12 ボールエンドミル 21 球面状刃部 B 外面加工工程 C 開削工程
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 俊彦 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 吉村 眞一 大阪府大阪市北区天神橋8丁目7番11号 株式会社飛鳥電機製作所内 (56)参考文献 特開 平2−215052(JP,A) 特開 平3−35913(JP,A) 特開 平4−152014(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 8/00 - 8/24 B23C 1/00 - 9/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 板面の複数個所に燃料ガスマニホールド
    孔2と酸化剤ガスマニホールド孔3とがそれぞれ独立し
    て通設されており、 板面の表面と裏面に、燃料ガスマニホールド孔2に連通
    する一群の燃料ガス流路4と、酸化剤ガスマニホールド
    孔3に連通する一群の酸化剤ガス流路5がそれぞれ形成
    してあるセパレータ1の加工方法であって、 荒加工された板状の一次ブランク6の表面および裏面
    を、フライス加工によって仕上げ加工する外面加工工程
    と、 前記工程で得られた二次ブランク7の表面および裏面
    に、燃料ガスマニホールド孔2と燃料ガス流路4、およ
    び酸化剤ガスマニホールド孔3と酸化剤ガス流路5を形
    成する開削工程とを含み、 外面加工工程において、一次ブランク6をその板面がテ
    ーブル基準面に対して5〜15度傾斜する状態で固定
    し、表面および裏面のそれぞれを、ボールエンドミル1
    2を刃物にして、その回転中心軸Pから離れた球面状刃
    部21で平面切削することを特徴とする燃料電池用セパ
    レータの加工方法。
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JP2006297596A (ja) * 1999-07-19 2006-11-02 Hoya Corp レンズ加工方法
US7955754B2 (en) 2004-07-20 2011-06-07 GM Global Technology Operations LLC Enhanced stability bipolar plate
US7700212B2 (en) 2004-10-07 2010-04-20 Gm Global Technology Operations, Inc. Bipolar plate with enhanced stability
JP5491996B2 (ja) * 2010-07-07 2014-05-14 株式会社日立ハイテクノロジーズ 平坦な封止面を有する封止部材及びその加工方法
CN102672249B (zh) * 2012-05-07 2013-12-18 华中科技大学 基于铣削温度预测残余拉应力发生及相应优化控制方法
EP3626390A4 (en) * 2017-11-09 2020-11-04 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. PROCESSING DEVICE AND PROCESSING METHODS

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