JP3663413B2 - 表面に多数の凸部を有する薄肉金属板の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面に多数の凸部を有する薄肉金属板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
表面に多数の凸部を有する薄肉金属板は、例えば、金属板の肉厚は０．５ｍｍ以下と極めて薄く、かつ、各凸部は、直径が２〜３ｍｍ、高さが０．４〜０．６ｍｍ、ピッチ間隔が２〜５ｍｍであって、薄肉の鋼板、ステンレス板、アルミ板、銅板等を雄型と雌型からなる上下両型間に挟持して圧縮成形することにより形成される。圧縮成形においては、両型が閉じた際の両型面間の最小間隔（下死点）が薄肉金属板の肉厚に等しくなるように設定されている。このような薄肉金属板は、例えば、特開平１１−１６７９２７号公報に示されているように、半抜きプレス加工手段にて形成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、当該薄肉金属板においては、上記した圧縮成形手段による場合には、極薄い肉厚に起因して割れが発生しやすく、また、成形後の反力により板全体が反ったり、各凸部の肩部や基部にだれが発生しやすく、設定された的確な製品を歩留まりよく成形することは容易ではない。また、上記した半抜きプレス加工手段による場合には、使用する型構造が複雑にならざるを得ない。従って、本発明の目的は、かかる問題に対処することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、表面に多数の凸部を有する薄肉金属板の製造方法に関するものであり、当該薄肉金属板の成形材料である薄肉金属原板を、表面に多数の凹部を有する雌型と同雌型が挿入される窪み部の底部に多数の凸部を有する雄型間にて挟持して、圧縮成形する製造方法である。
【０００５】
本発明が製造の対象とする薄肉金属板は、例えば、その肉厚が０．５ｍｍ以下であって、燃料電池を構成する金属セパレータに好適に採用されるものであり、前記各凸部の直径を２〜３ｍｍ、高さを０．４〜０．６ｍｍ、ピッチ間隔を２〜５ｍｍとすることができる。
【０００７】
しかして、本発明に係る第１の製造方法は、前記雄型を下型として採用するとともに前記雌型を上型として採用して、雄型である前記下型の窪み部に液体を満たした状態で空気が入らないように前記薄肉金属原板を同下型の上端部に載置する第１の工程と、雌型である前記上型の外周に位置するブランクホルダを下降させて前記下型に載置した薄肉金属原板の縁部を同下型の上端縁部とで挟持する第２の工程と、前記下型の窪み部と前記薄肉金属原板間の液圧を高圧に維持した状態で前記上型を前記下型に対して相対的に下降して前記下型の窪み部に挿入する第３の工程と、前記下型の窪み部と前記薄肉金属原板間の液圧を抜いた状態で前記両型の間隔が最終的に前記薄肉金属原板に形成される凸部の高さと同程度となるまで前記上型をさらに相対的に下降して前記下型の窪み部に挿入する第４の工程と、前記上型をさらに相対的に下降して前記下型の窪み部に下死点まで挿入する第５の工程を備え、前記第４の工程では、前記下型の窪み部と前記薄肉金属原板間に液体が残存している状態で前記上型を相対的に下降させ、前記第５の工程では、前記下型の窪み部と前記薄肉金属原板間の液体が完全に排出される状態で前記上型を相対的に下降させることを特徴とするものである。
【０００８】
当該製造方法においては、前記下型の多数の凸部を基端部から先端部に向かって漸次縮径するテーパ状を呈する態様とし、または、前記上型の多数の凹部を底部から開口部に向かって漸次縮径するテーパ状を呈する態様とすることができる。
【０００９】
また、本発明に係る第２の製造方法は、前記雄型を上型として採用するとともに前記雌型を下型として採用して、前記薄肉金属原板を雌型である前記下型の上端部に載置する第１の工程と、雄型である前記上型の外周に位置するブランクホルダを下降させて前記下型に載置した薄肉金属原板の縁部を同下型の上端縁部とで挟持するとともに前記上型の窪み部と前記薄肉金属板間に空気が入らないように液体を満たす第２の工程と、前記上型の窪み部と前記薄肉金属原板間の液圧を高圧に維持した状態で前記下型を前記上型に対して相対的に上昇して前記上型の窪み部に挿入する第３の工程と、前記上型の窪み部と前記薄肉金属原板間の液圧を抜いた状態で前記両型の間隔が最終的に前記薄肉金属原板に形成される凸部の高さと同程度となるまで前記下型をさらに相対的に上昇して前記上型の窪み部に挿入する第４の工程と、前記下型をさらに相対的に上昇して前記上型の窪み部に上死点まで挿入する第５の工程を備え、前記第４の工程では、前記上型の窪み部と前記薄肉金属原板間に液体が残存している状態で前記下型を相対的に上昇させ、前記第５の工程では、前記上型の窪み部と前記薄肉金属原板間の液体が完全の排出される状態で前記下型を相対的に上昇させることを特徴とするものである。
【００１０】
当該製造方法においては、前記上型の多数の凸部を基端部から先端部に向かって漸次縮径するテーパ状を呈する態様とし、または、前記下型の多数の凹部を底部から開口部に向かって漸次縮径するテーパ状を呈する態様とすることができる。
【００１１】
【発明の作用・効果】
本発明がその製造の対象とする、多数の凸部を有する薄肉金属板は、表面に多数の凹部を有する雌型と同雌型が挿入される窪み部の底部に多数の凸部を有する雄型間にて、当該該薄肉金属板の成形材料である薄肉金属原板を挟持して、同薄肉金属原板と前記雄型の窪み部間に液圧を介在させた状態で圧縮成形することにより形成される。
【００１２】
このため、薄肉金属原板の圧縮成形では、両型の両型面が最小間隔（下死点）に達する前に複数段階で漸次多数の凸部を成形することができ、両型の型面をいっきに最小間隔（下死点）まで閉じる圧縮成形に起因する割れ、反り、各凸部の肩部や基部におけるだれ等の発生を解消することができる。また、半抜きプレス加工手段を採る場合に比較して、型構造は簡単な構造のものでよい。
【００１３】
本発明に係る多数の凸部を有する薄肉金属板は、割れ、反り、各凸部の肩部や基部にだれがない設定された通りの的確な製品であって、例えば、燃料ガスと酸化剤ガスを反応ガスとする燃料電池を構成するセパレータとして好適に採用することができる。かかるセパレータは、軽量であることは勿論のこと、各凸部の肩部や基部にだれがないことから、燃料電池を構成する電極との接触面積、ガス流路の断面積を広く確保することができるという大きな利点がある。このような薄肉金属板は、本発明に係る第１，第２の製造方法により容易に効率よく製造することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を参照して説明する。図１〜図５は、本発明の一例に係る表面に多数の凸部を有する薄肉金属板を製造する第１の製造方法の各工程を示すもので、当該製造方法により、図５に示す薄肉金属板１０が製造される。
【００１５】
当該薄肉金属板１０は、金属板本体１１の表面に多数の凸部１２を有するもので、金属板本体１１の肉厚は０．５ｍｍ以下であって、各凸部１２は直径が２〜３ｍｍ、高さが０．４〜０．６ｍｍの円柱状のものであり、そのピッチ間隔は２〜５ｍｍである。また、各凸部１２は、その先端部から基端部に向かってわずかに拡開するテーパ状を呈している。当該薄肉金属板１０は、割れや反りがなく、かつ、各凸部１２の肩部や基部にだれがない特性を有しているもので、ステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）を成形材料としているが、他に、他の鋼板（ＳＣＰ，ＳＨＰ）、アルミ板、銅板等を成形材料とすることができる。
【００１６】
当該薄肉金属板１０は、図１〜図５に示す第１プレス成形機２０を使用して、第１の工程〜第５の工程を経て製造される。これらの工程を有する製造方法は、本発明に係る第１の製造方法であり、プレス成形機２０は、雄型である下型２１および雌型である上型２２を備えるもので、下型２１はプレスヘッド２３上に取付けられており、かつ、上型２２はインナースライダー２４の下面に取付けられている。また、当該プレス成形機２０は、上型２２の外周にブランクホルダー２５を備えるとともに、インナースライダー２４の外周にアウタースライダー２６を備えている。アウタースライダー２６は昇降可能に構成されていて、ブランクホルダー２５を昇降すべく機能する。また、インナースライダー２４は昇降可能に構成されていて、上型２２を昇降すべく機能する。
【００１７】
下型２１は、型本体２１ａの中央部に上方に開口する窪み部２１ｂを備え、窪み部２１ｂの底部に多数の凸部２１ｃを備えている。下型２１には液圧発生機構２７が連結されていて、液圧導入管路２７ａが下型２１の窪み部２１ｂの底部にて開口している。下型２１において、窪み部２１ｂは上型２２が丁度挿入できる大きさに形成されているとともに、上端縁部２１ｄはブランクホルダー２５が対向するように位置している。上端縁部２１ｄは、その上面に薄肉金属板１０の成形材料である薄肉のステンレス板Ａが載置し得るように構成されている。上型２２は、型本体２２ａの下面に多数の凹部２２ｂを備えているもので、インナースライダー２４の下降動作により、下型２１の窪み部２１ｂに挿入可能になっている。上型２２の各凹部２２ｂは、下型２１の各凸部２１ｃに対向している。
【００１８】
当該製造方法においては、薄肉金属板１０の成形材料として厚み０．２ｍｍのステンレス板（ＳＵＳ３１６Ｌ）Ａを採用して、外径２．３ｍｍ、高さ０．５ｍｍ、ピッチ間隔２．６〜３．０ｍｍの多数の凸部を有する薄肉金属板を製造の対象とするもので、図１に示す第１の工程から図５に示す第５の工程を経て製造される。
【００１９】
これらの工程を有する製造方法は、本発明に係る第１の製造方法であり、図１に示す第１の工程では、下型２１の窪み部２１ｂに液圧発生機構２７から油等の液体を供給して、液面が下型２１の上端縁部２１ｄに達するまで満たし、この状態の下型２１の上端縁部２１ｄにステンレス板Ａを載置する。この場合、充満した液体の液面とステンレス板Ａ間に空気が入らないようにするとともに、液体中に空気が気泡として混入しないようにすることが重要であり、このため、予めステンレス板Ａの裏面に液体を塗布しておくことが好ましい。
【００２０】
図２に示す第２の工程では、アウタースライダー２６を下降して上型２２の外周に位置するブランクホルダー２５を下降させ、下型２１に載置したステンレス板Ａの縁部を下型２１の上端部２１ｄとともに挟持する。この時点でのステンレス板Ａに対する圧縮圧は、約１４０ｋｇｆ／ｃｍ2である。
【００２１】
図３に示す第３の工程では、下型２１の窪み部２１ｂとステンレス板Ａ間の液圧を高圧に維持した状態でインナースライダー２４を下降して上型２２を下降させ、上型２２を下型２１の窪み部２１ｂに下死点より所定量手前まで挿入する。この場合の液圧は、液圧発生機構２７により２０００ｋｇｆ／ｃｍ2程度に維持する。また、下死点とは、上型２２が完全に下降した時点をいい、当該製造方法では、下型２１の凸部２１ｃと上型２２の凹部２２ｂ間の間隔（両型面間隔）がステンレス板Ａの厚み量（０．２ｍｍ）に達した時点をいう。この時点での上型２２を下型２１の窪み部２１ｂへの挿入は、両型面間隔が１．２ｍｍ程度であることが好ましい。これにより、成形材料であるステンレス板Ａには、同図（ｂ）に示す凸部１２ａが多数成形される。
【００２２】
図４に示す第４の工程では、下型２１の窪み部２１ｂとステンレス板Ａ間の液圧を抜いた状態でインナースライダー２４を下降して上型２２を下降させ、上型２２を下型２１の窪み部２１ｂに下死点の近傍まで挿入する。この時点での上型２２の下型２１の窪み部２１ｂへの挿入は、両型面間の間隔が０．５ｍｍ程度であることが好ましい。この場合の液圧はほぼ零であるが、成形材料であるステンレス板Ａは、下型２１の凸部２１ｃと上型２２の凹部２２ｂ間に液体が介在した状態で両型２１，２２により圧縮成形され、これにより、成形材料であるステンレス板Ａには、同図（ｂ）に示す凸部１２ｂが多数成形される。凸部１２ｂは、図３の（ｂ）に示す凸部１２ａが再度圧縮成形されたもので、薄肉金属板１０の各凸部１２に極めて近似する形状のものである。
【００２３】
図５に示す第５の工程では、下型２１の窪み部２１ｂとステンレス板Ａ間の液体を抜いた状態でインナースライダー２４を下降して上型２２を下降させ、上型２２を下型２１の窪み部２１ｂに下死点まで挿入する。これにより、成形材料であるステンレス板Ａに形成されている凸部１２ｂは再度圧縮成形されて、同図（ｂ）に示す凸部１２に変形される。すなわち、成形材料であるステンレス板Ａに多数の凸部１２が形成されて、薄肉金属板１２が完成する。
【００２４】
当該製造方法においては、成形材料であるステンレス板Ａを両型２１，２２を使用して圧縮成形するものであるが、両型２１，２２の型面間に液圧を介在させて圧縮成形するものであることから、さらには、両型２１，２２の型面間に液圧を変更した状態で段階的に漸次圧縮成形するものであることから、割れ、反り、各凸部の肩部や基部におけるだれ等の発生を防止することができる。すなわち、当該製造方法によれば、成形材料であるステンレス板Ａに割れや反りを生じさせることなく薄肉金属板１０を製造することができ、この場合、各凸部１２の肩部や基部にだれを生じさせることがない。
【００２５】
各セパレータ１３，１４については、図６〜図１０に示す第２プレス機２０Ａを使用して、第１の工程〜第５の工程を経て製造することもできる。これらの工程を有する製造方法も、本発明に係る第１の製造方法であり、プレス成形機２０Ａは構造的には、雄型である下型２８のみが第１プレス機２０の下型２１とは相違する。下型２８は、下型ダイ２８ａと可動型２８ｂを備えている。可動型２８ｂは多数の柱状部２８ｃを備えているもので、下型ダイ２８ａの底部から貫通孔に摺動可能に嵌合して、各柱状部２８ｃの頂部が下型ダイ２８ａの窪み部２８ｄの底部に臨んでいる。可動型２８ｂは、油圧シリンダ２８ｅの作動により、下型ダイ２８ａに対して所定量昇降可能であり、上昇時には、各柱状部２８ｃの頂部が下型ダイ２８ａの窪み部２８ｄの底部から所定量突出して、第１プレス機２０を構成する下型２１の各凸部２１ｃと同様に機能する。
【００２６】
図９および図１０に示す下型２８は、可動型２８ｂが所定量上昇して、各柱状部２８ｃの頂部を下型ダイ２８ａの窪み部２８ｄの底部から所定量突出させた状態を示すもので、各柱状部２８ｃはこの状態で、第１プレス機２０を構成する下型２１の各凸部２１ｃと同様に機能する。当該製造方法において下死点とは、上型２２が完全に下降した時点をいうが、下型２８の各柱状部２８ｃの頂部が下型ダイ２８ａの窪み部２８ｄの底部から所定量突出した状態における頂部の上端面と上型２２の凹部２２ｂ間の間隔（両型面間隔）がステンレス板Ａの厚み量（０．２ｍｍ）に達した時点をいう。
【００２７】
なお、その他の構成部材は、第１プレス機２０と同様に、上型２２、プレスヘッド２３、インナースライダー２４、ブランクホルダー２５、アウタースライダー２６、および液圧発生機構２７を備えている。
【００２８】
これらの工程を有する製造方法も、本発明に係る第１の製造方法であり、図６に示す第１の工程では、下型２８の窪み部２８ｄに液圧発生機構２７から油等の液体を供給して、液面が下型２８の上端縁部２８ｆに達するまで満たし、この状態の下型２８の上端縁部２８ｆにステンレス板Ａを載置する。この場合、充満した液体の液面とステンレス板Ａ間に空気が入らないように、かつ、液体中の空気が混入することが無いようにすることが重要であり、このため、予めステンレス板Ａの裏面に液体を塗布しておくことが好ましい。
【００２９】
図７に示す第２の工程では、アウタースライダー２６を下降して上型２２の外周に位置するブランクホルダー２５を下降させ、下型２８に載置したステンレス板Ａの縁部を下型２８の上端縁部２８ｆとともに挟持する。この時点でのステンレス板Ａに対する圧縮圧は、約１４０ｋｇｆ／ｃｍ2である。
【００３０】
図８に示す第３の工程では、下型２８の窪み部２８ｄとステンレス板Ａ間の液圧を高圧に維持した状態でインナースライダー２４を下降して上型２２を下降させ、上型２２を下型２８の窪み部２８ｄに下死点より所定量手前まで挿入する。この場合の液圧は、液圧発生機構２７により２０００ｋｇｆ／ｃｍ2程度に維持する。この時点での上型２２の下型２８の窪み部２８ｄへの挿入は、両型面間隔が１．２ｍｍ程度であることが好ましい。これにより、成形材料であるステンレス板Ａには、同図（ｂ）に示す凸部１２ａが多数成形される。
【００３１】
図９に示す第４の工程では、下型２８の窪み部２８ｄとステンレス板Ａ間の液圧を抜いた状態で可動型２８ｂを所定量上昇させて、可動型２８ｂの各柱状部２８ｃの頂部を窪み部２８ｄから所定量突出させる。この時点での上型２２の下型２８の窪み部２８ｄに対する相対的な挿入は、両型面間隔が０．５ｍｍ程度であることが好ましい。この場合の液圧はほぼ零であるが、成形材料であるステンレス板Ａは、下型２８の柱状部２８ｃの頂部と上型２２の凹部２２ｂ間に液体が介在した状態で両型２８，２２により圧縮成形され、これにより、成形材料であるステンレス板Ａには、同図（ｂ）に示す凸部１２ｂが多数成形される。凸部１２ｂは、図８の（ｂ）に示す凸部１２ａが再度圧縮成形されたもので、薄肉金属板１０の各凸部１２に極めて近似する形状のものである。
【００３２】
図１０に示す第５の工程では、下型２８の窪み部２８ｄとステンレス板Ａ間の液体を抜いた状態でインナースライダー２４を下降して上型２２を下降させ、上型２２を下型２８の窪み部２８ｄに下死点まで挿入する。これにより、成形材料であるステンレス板Ａに形成されている凸部１２ｂは再度圧縮成形されて、同図（ｂ）に示す凸部１２に変形される。すなわち、成形材料であるステンレス板Ａに多数の凸部１２が形成されて、薄肉金属板１０が完成する。
【００３３】
当該製造方法においても、両型２８，２２の型面間に液圧を介在させて圧縮成形するものであることから、さらには、両型２８，２２の型面間に液圧を変更した状態で段階的に漸次圧縮成形するものであることから、割れ、反り、各凸部の肩部や基部におけるだれ等の発生を防止することができる。すなわち、当該製造方法によれば、成形材料であるステンレス板Ａに割れや反りを生じさせることなく薄肉金属板１０を製造することができ、この場合、各凸部１２の肩部や基部にだれを生じさせることはない。
【００３４】
本発明に係る製造方法では、本発明に係る第１の製造方法で採用している第１プレス機２０および第２プレス機２０Ａにおける下型２１，２８を上型とするとともに上型２２を下型に変更して、本発明に係る第２の製造方法を構成することができる。この場合には、液体は上型の窪み部と成形材料間の空間部に供給されることになるため、成形材料を上下両型にて挟持した状態で同空間部に液体を供給することになり、また、液体を供給する際には、同空間部からの空気抜きが必要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例に係る薄肉金属板の製造方法における第１の工程を示す工程図である。
【図２】同製造方法における第２の工程を示す工程図である。
【図３】同製造方法における第３の工程を示す工程図（ａ）、およびその部分拡大断面図（ｂ）である。
【図４】同製造方法における第４の工程を示す工程図（ａ）、およびその部分拡大断面図（ｂ）である。
【図５】同製造方法における第５の工程を示す工程図（ａ）、およびその部分拡大断面図（ｂ）である。
【図６】同薄肉金属板の他の製造方法における第１の工程を示す工程図である。
【図７】同製造方法における第２の工程を示す工程図である。
【図８】同製造方法における第３の工程を示す工程図（ａ）、およびその部分拡大断面図（ｂ）である。
【図９】同製造方法における第４の工程を示す工程図（ａ）、およびその部分拡大断面図（ｂ）である。
【図１０】同製造方法における第５の工程を示す工程図（ａ）、およびその部分拡大断面図（ｂ）である。
【符号の説明】
１０…薄肉金属板、１１…金属板本体、１２，１２ａ，１２ｂ…凸部、２０…第１プレス成形機、２０Ａ…第２プレス成形機、２１…下型、２１ａ…型本体、２１ｂ…窪み部、２１ｃ…凸部、２１ｄ…上端縁部、２２…上型、２２ａ…型本体、２２ｂ…凹部、２３…プレスヘッド、２４…インナースライダー、２５…ブランクホルダー、２６…アウタースライダー、２７…液圧発生機構、２７ａ…液圧導入管路、２８…下型、２８ａ…下型ダイ、２８ｂ…可動型、２８ｃ…柱状部、２８ｄ…窪み部、２８ｅ…油圧シリンダ、２８ｆ…上端縁部、Ａ…ステンレス板。
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面に多数の凸部を有する薄肉金属板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
表面に多数の凸部を有する薄肉金属板は、例えば、金属板の肉厚は０．５ｍｍ以下と極めて薄く、かつ、各凸部は、直径が２〜３ｍｍ、高さが０．４〜０．６ｍｍ、ピッチ間隔が２〜５ｍｍであって、薄肉の鋼板、ステンレス板、アルミ板、銅板等を雄型と雌型からなる上下両型間に挟持して圧縮成形することにより形成される。圧縮成形においては、両型が閉じた際の両型面間の最小間隔（下死点）が薄肉金属板の肉厚に等しくなるように設定されている。このような薄肉金属板は、例えば、特開平１１−１６７９２７号公報に示されているように、半抜きプレス加工手段にて形成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、当該薄肉金属板においては、上記した圧縮成形手段による場合には、極薄い肉厚に起因して割れが発生しやすく、また、成形後の反力により板全体が反ったり、各凸部の肩部や基部にだれが発生しやすく、設定された的確な製品を歩留まりよく成形することは容易ではない。また、上記した半抜きプレス加工手段による場合には、使用する型構造が複雑にならざるを得ない。従って、本発明の目的は、かかる問題に対処することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、表面に多数の凸部を有する薄肉金属板の製造方法に関するものであり、当該薄肉金属板の成形材料である薄肉金属原板を、表面に多数の凹部を有する雌型と同雌型が挿入される窪み部の底部に多数の凸部を有する雄型間にて挟持して、圧縮成形する製造方法である。
【０００５】
本発明が製造の対象とする薄肉金属板は、例えば、その肉厚が０．５ｍｍ以下であって、燃料電池を構成する金属セパレータに好適に採用されるものであり、前記各凸部の直径を２〜３ｍｍ、高さを０．４〜０．６ｍｍ、ピッチ間隔を２〜５ｍｍとすることができる。
【０００７】
しかして、本発明に係る第１の製造方法は、前記雄型を下型として採用するとともに前記雌型を上型として採用して、雄型である前記下型の窪み部に液体を満たした状態で空気が入らないように前記薄肉金属原板を同下型の上端部に載置する第１の工程と、雌型である前記上型の外周に位置するブランクホルダを下降させて前記下型に載置した薄肉金属原板の縁部を同下型の上端縁部とで挟持する第２の工程と、前記下型の窪み部と前記薄肉金属原板間の液圧を高圧に維持した状態で前記上型を前記下型に対して相対的に下降して前記下型の窪み部に挿入する第３の工程と、前記下型の窪み部と前記薄肉金属原板間の液圧を抜いた状態で前記両型の間隔が最終的に前記薄肉金属原板に形成される凸部の高さと同程度となるまで前記上型をさらに相対的に下降して前記下型の窪み部に挿入する第４の工程と、前記上型をさらに相対的に下降して前記下型の窪み部に下死点まで挿入する第５の工程を備え、前記第４の工程では、前記下型の窪み部と前記薄肉金属原板間に液体が残存している状態で前記上型を相対的に下降させ、前記第５の工程では、前記下型の窪み部と前記薄肉金属原板間の液体が完全に排出される状態で前記上型を相対的に下降させることを特徴とするものである。
【０００８】
当該製造方法においては、前記下型の多数の凸部を基端部から先端部に向かって漸次縮径するテーパ状を呈する態様とし、または、前記上型の多数の凹部を底部から開口部に向かって漸次縮径するテーパ状を呈する態様とすることができる。
【０００９】
また、本発明に係る第２の製造方法は、前記雄型を上型として採用するとともに前記雌型を下型として採用して、前記薄肉金属原板を雌型である前記下型の上端部に載置する第１の工程と、雄型である前記上型の外周に位置するブランクホルダを下降させて前記下型に載置した薄肉金属原板の縁部を同下型の上端縁部とで挟持するとともに前記上型の窪み部と前記薄肉金属板間に空気が入らないように液体を満たす第２の工程と、前記上型の窪み部と前記薄肉金属原板間の液圧を高圧に維持した状態で前記下型を前記上型に対して相対的に上昇して前記上型の窪み部に挿入する第３の工程と、前記上型の窪み部と前記薄肉金属原板間の液圧を抜いた状態で前記両型の間隔が最終的に前記薄肉金属原板に形成される凸部の高さと同程度となるまで前記下型をさらに相対的に上昇して前記上型の窪み部に挿入する第４の工程と、前記下型をさらに相対的に上昇して前記上型の窪み部に上死点まで挿入する第５の工程を備え、前記第４の工程では、前記上型の窪み部と前記薄肉金属原板間に液体が残存している状態で前記下型を相対的に上昇させ、前記第５の工程では、前記上型の窪み部と前記薄肉金属原板間の液体が完全の排出される状態で前記下型を相対的に上昇させることを特徴とするものである。
【００１０】
当該製造方法においては、前記上型の多数の凸部を基端部から先端部に向かって漸次縮径するテーパ状を呈する態様とし、または、前記下型の多数の凹部を底部から開口部に向かって漸次縮径するテーパ状を呈する態様とすることができる。
【００１１】
【発明の作用・効果】
本発明がその製造の対象とする、多数の凸部を有する薄肉金属板は、表面に多数の凹部を有する雌型と同雌型が挿入される窪み部の底部に多数の凸部を有する雄型間にて、当該該薄肉金属板の成形材料である薄肉金属原板を挟持して、同薄肉金属原板と前記雄型の窪み部間に液圧を介在させた状態で圧縮成形することにより形成される。
【００１２】
このため、薄肉金属原板の圧縮成形では、両型の両型面が最小間隔（下死点）に達する前に複数段階で漸次多数の凸部を成形することができ、両型の型面をいっきに最小間隔（下死点）まで閉じる圧縮成形に起因する割れ、反り、各凸部の肩部や基部におけるだれ等の発生を解消することができる。また、半抜きプレス加工手段を採る場合に比較して、型構造は簡単な構造のものでよい。
【００１３】
本発明に係る多数の凸部を有する薄肉金属板は、割れ、反り、各凸部の肩部や基部にだれがない設定された通りの的確な製品であって、例えば、燃料ガスと酸化剤ガスを反応ガスとする燃料電池を構成するセパレータとして好適に採用することができる。かかるセパレータは、軽量であることは勿論のこと、各凸部の肩部や基部にだれがないことから、燃料電池を構成する電極との接触面積、ガス流路の断面積を広く確保することができるという大きな利点がある。このような薄肉金属板は、本発明に係る第１，第２の製造方法により容易に効率よく製造することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を参照して説明する。図１〜図５は、本発明の一例に係る表面に多数の凸部を有する薄肉金属板を製造する第１の製造方法の各工程を示すもので、当該製造方法により、図５に示す薄肉金属板１０が製造される。
【００１５】
当該薄肉金属板１０は、金属板本体１１の表面に多数の凸部１２を有するもので、金属板本体１１の肉厚は０．５ｍｍ以下であって、各凸部１２は直径が２〜３ｍｍ、高さが０．４〜０．６ｍｍの円柱状のものであり、そのピッチ間隔は２〜５ｍｍである。また、各凸部１２は、その先端部から基端部に向かってわずかに拡開するテーパ状を呈している。当該薄肉金属板１０は、割れや反りがなく、かつ、各凸部１２の肩部や基部にだれがない特性を有しているもので、ステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）を成形材料としているが、他に、他の鋼板（ＳＣＰ，ＳＨＰ）、アルミ板、銅板等を成形材料とすることができる。
【００１６】
当該薄肉金属板１０は、図１〜図５に示す第１プレス成形機２０を使用して、第１の工程〜第５の工程を経て製造される。これらの工程を有する製造方法は、本発明に係る第１の製造方法であり、プレス成形機２０は、雄型である下型２１および雌型である上型２２を備えるもので、下型２１はプレスヘッド２３上に取付けられており、かつ、上型２２はインナースライダー２４の下面に取付けられている。また、当該プレス成形機２０は、上型２２の外周にブランクホルダー２５を備えるとともに、インナースライダー２４の外周にアウタースライダー２６を備えている。アウタースライダー２６は昇降可能に構成されていて、ブランクホルダー２５を昇降すべく機能する。また、インナースライダー２４は昇降可能に構成されていて、上型２２を昇降すべく機能する。
【００１７】
下型２１は、型本体２１ａの中央部に上方に開口する窪み部２１ｂを備え、窪み部２１ｂの底部に多数の凸部２１ｃを備えている。下型２１には液圧発生機構２７が連結されていて、液圧導入管路２７ａが下型２１の窪み部２１ｂの底部にて開口している。下型２１において、窪み部２１ｂは上型２２が丁度挿入できる大きさに形成されているとともに、上端縁部２１ｄはブランクホルダー２５が対向するように位置している。上端縁部２１ｄは、その上面に薄肉金属板１０の成形材料である薄肉のステンレス板Ａが載置し得るように構成されている。上型２２は、型本体２２ａの下面に多数の凹部２２ｂを備えているもので、インナースライダー２４の下降動作により、下型２１の窪み部２１ｂに挿入可能になっている。上型２２の各凹部２２ｂは、下型２１の各凸部２１ｃに対向している。
【００１８】
当該製造方法においては、薄肉金属板１０の成形材料として厚み０．２ｍｍのステンレス板（ＳＵＳ３１６Ｌ）Ａを採用して、外径２．３ｍｍ、高さ０．５ｍｍ、ピッチ間隔２．６〜３．０ｍｍの多数の凸部を有する薄肉金属板を製造の対象とするもので、図１に示す第１の工程から図５に示す第５の工程を経て製造される。
【００１９】
これらの工程を有する製造方法は、本発明に係る第１の製造方法であり、図１に示す第１の工程では、下型２１の窪み部２１ｂに液圧発生機構２７から油等の液体を供給して、液面が下型２１の上端縁部２１ｄに達するまで満たし、この状態の下型２１の上端縁部２１ｄにステンレス板Ａを載置する。この場合、充満した液体の液面とステンレス板Ａ間に空気が入らないようにするとともに、液体中に空気が気泡として混入しないようにすることが重要であり、このため、予めステンレス板Ａの裏面に液体を塗布しておくことが好ましい。
【００２０】
図２に示す第２の工程では、アウタースライダー２６を下降して上型２２の外周に位置するブランクホルダー２５を下降させ、下型２１に載置したステンレス板Ａの縁部を下型２１の上端部２１ｄとともに挟持する。この時点でのステンレス板Ａに対する圧縮圧は、約１４０ｋｇｆ／ｃｍ2である。
【００２１】
図３に示す第３の工程では、下型２１の窪み部２１ｂとステンレス板Ａ間の液圧を高圧に維持した状態でインナースライダー２４を下降して上型２２を下降させ、上型２２を下型２１の窪み部２１ｂに下死点より所定量手前まで挿入する。この場合の液圧は、液圧発生機構２７により２０００ｋｇｆ／ｃｍ2程度に維持する。また、下死点とは、上型２２が完全に下降した時点をいい、当該製造方法では、下型２１の凸部２１ｃと上型２２の凹部２２ｂ間の間隔（両型面間隔）がステンレス板Ａの厚み量（０．２ｍｍ）に達した時点をいう。この時点での上型２２を下型２１の窪み部２１ｂへの挿入は、両型面間隔が１．２ｍｍ程度であることが好ましい。これにより、成形材料であるステンレス板Ａには、同図（ｂ）に示す凸部１２ａが多数成形される。
【００２２】
図４に示す第４の工程では、下型２１の窪み部２１ｂとステンレス板Ａ間の液圧を抜いた状態でインナースライダー２４を下降して上型２２を下降させ、上型２２を下型２１の窪み部２１ｂに下死点の近傍まで挿入する。この時点での上型２２の下型２１の窪み部２１ｂへの挿入は、両型面間の間隔が０．５ｍｍ程度であることが好ましい。この場合の液圧はほぼ零であるが、成形材料であるステンレス板Ａは、下型２１の凸部２１ｃと上型２２の凹部２２ｂ間に液体が介在した状態で両型２１，２２により圧縮成形され、これにより、成形材料であるステンレス板Ａには、同図（ｂ）に示す凸部１２ｂが多数成形される。凸部１２ｂは、図３の（ｂ）に示す凸部１２ａが再度圧縮成形されたもので、薄肉金属板１０の各凸部１２に極めて近似する形状のものである。
【００２３】
図５に示す第５の工程では、下型２１の窪み部２１ｂとステンレス板Ａ間の液体を抜いた状態でインナースライダー２４を下降して上型２２を下降させ、上型２２を下型２１の窪み部２１ｂに下死点まで挿入する。これにより、成形材料であるステンレス板Ａに形成されている凸部１２ｂは再度圧縮成形されて、同図（ｂ）に示す凸部１２に変形される。すなわち、成形材料であるステンレス板Ａに多数の凸部１２が形成されて、薄肉金属板１２が完成する。
【００２４】
当該製造方法においては、成形材料であるステンレス板Ａを両型２１，２２を使用して圧縮成形するものであるが、両型２１，２２の型面間に液圧を介在させて圧縮成形するものであることから、さらには、両型２１，２２の型面間に液圧を変更した状態で段階的に漸次圧縮成形するものであることから、割れ、反り、各凸部の肩部や基部におけるだれ等の発生を防止することができる。すなわち、当該製造方法によれば、成形材料であるステンレス板Ａに割れや反りを生じさせることなく薄肉金属板１０を製造することができ、この場合、各凸部１２の肩部や基部にだれを生じさせることがない。
【００２５】
各セパレータ１３，１４については、図６〜図１０に示す第２プレス機２０Ａを使用して、第１の工程〜第５の工程を経て製造することもできる。これらの工程を有する製造方法も、本発明に係る第１の製造方法であり、プレス成形機２０Ａは構造的には、雄型である下型２８のみが第１プレス機２０の下型２１とは相違する。下型２８は、下型ダイ２８ａと可動型２８ｂを備えている。可動型２８ｂは多数の柱状部２８ｃを備えているもので、下型ダイ２８ａの底部から貫通孔に摺動可能に嵌合して、各柱状部２８ｃの頂部が下型ダイ２８ａの窪み部２８ｄの底部に臨んでいる。可動型２８ｂは、油圧シリンダ２８ｅの作動により、下型ダイ２８ａに対して所定量昇降可能であり、上昇時には、各柱状部２８ｃの頂部が下型ダイ２８ａの窪み部２８ｄの底部から所定量突出して、第１プレス機２０を構成する下型２１の各凸部２１ｃと同様に機能する。
【００２６】
図９および図１０に示す下型２８は、可動型２８ｂが所定量上昇して、各柱状部２８ｃの頂部を下型ダイ２８ａの窪み部２８ｄの底部から所定量突出させた状態を示すもので、各柱状部２８ｃはこの状態で、第１プレス機２０を構成する下型２１の各凸部２１ｃと同様に機能する。当該製造方法において下死点とは、上型２２が完全に下降した時点をいうが、下型２８の各柱状部２８ｃの頂部が下型ダイ２８ａの窪み部２８ｄの底部から所定量突出した状態における頂部の上端面と上型２２の凹部２２ｂ間の間隔（両型面間隔）がステンレス板Ａの厚み量（０．２ｍｍ）に達した時点をいう。
【００２７】
なお、その他の構成部材は、第１プレス機２０と同様に、上型２２、プレスヘッド２３、インナースライダー２４、ブランクホルダー２５、アウタースライダー２６、および液圧発生機構２７を備えている。
【００２８】
これらの工程を有する製造方法も、本発明に係る第１の製造方法であり、図６に示す第１の工程では、下型２８の窪み部２８ｄに液圧発生機構２７から油等の液体を供給して、液面が下型２８の上端縁部２８ｆに達するまで満たし、この状態の下型２８の上端縁部２８ｆにステンレス板Ａを載置する。この場合、充満した液体の液面とステンレス板Ａ間に空気が入らないように、かつ、液体中の空気が混入することが無いようにすることが重要であり、このため、予めステンレス板Ａの裏面に液体を塗布しておくことが好ましい。
【００２９】
図７に示す第２の工程では、アウタースライダー２６を下降して上型２２の外周に位置するブランクホルダー２５を下降させ、下型２８に載置したステンレス板Ａの縁部を下型２８の上端縁部２８ｆとともに挟持する。この時点でのステンレス板Ａに対する圧縮圧は、約１４０ｋｇｆ／ｃｍ2である。
【００３０】
図８に示す第３の工程では、下型２８の窪み部２８ｄとステンレス板Ａ間の液圧を高圧に維持した状態でインナースライダー２４を下降して上型２２を下降させ、上型２２を下型２８の窪み部２８ｄに下死点より所定量手前まで挿入する。この場合の液圧は、液圧発生機構２７により２０００ｋｇｆ／ｃｍ2程度に維持する。この時点での上型２２の下型２８の窪み部２８ｄへの挿入は、両型面間隔が１．２ｍｍ程度であることが好ましい。これにより、成形材料であるステンレス板Ａには、同図（ｂ）に示す凸部１２ａが多数成形される。
【００３１】
図９に示す第４の工程では、下型２８の窪み部２８ｄとステンレス板Ａ間の液圧を抜いた状態で可動型２８ｂを所定量上昇させて、可動型２８ｂの各柱状部２８ｃの頂部を窪み部２８ｄから所定量突出させる。この時点での上型２２の下型２８の窪み部２８ｄに対する相対的な挿入は、両型面間隔が０．５ｍｍ程度であることが好ましい。この場合の液圧はほぼ零であるが、成形材料であるステンレス板Ａは、下型２８の柱状部２８ｃの頂部と上型２２の凹部２２ｂ間に液体が介在した状態で両型２８，２２により圧縮成形され、これにより、成形材料であるステンレス板Ａには、同図（ｂ）に示す凸部１２ｂが多数成形される。凸部１２ｂは、図８の（ｂ）に示す凸部１２ａが再度圧縮成形されたもので、薄肉金属板１０の各凸部１２に極めて近似する形状のものである。
【００３２】
図１０に示す第５の工程では、下型２８の窪み部２８ｄとステンレス板Ａ間の液体を抜いた状態でインナースライダー２４を下降して上型２２を下降させ、上型２２を下型２８の窪み部２８ｄに下死点まで挿入する。これにより、成形材料であるステンレス板Ａに形成されている凸部１２ｂは再度圧縮成形されて、同図（ｂ）に示す凸部１２に変形される。すなわち、成形材料であるステンレス板Ａに多数の凸部１２が形成されて、薄肉金属板１０が完成する。
【００３３】
当該製造方法においても、両型２８，２２の型面間に液圧を介在させて圧縮成形するものであることから、さらには、両型２８，２２の型面間に液圧を変更した状態で段階的に漸次圧縮成形するものであることから、割れ、反り、各凸部の肩部や基部におけるだれ等の発生を防止することができる。すなわち、当該製造方法によれば、成形材料であるステンレス板Ａに割れや反りを生じさせることなく薄肉金属板１０を製造することができ、この場合、各凸部１２の肩部や基部にだれを生じさせることはない。
【００３４】
本発明に係る製造方法では、本発明に係る第１の製造方法で採用している第１プレス機２０および第２プレス機２０Ａにおける下型２１，２８を上型とするとともに上型２２を下型に変更して、本発明に係る第２の製造方法を構成することができる。この場合には、液体は上型の窪み部と成形材料間の空間部に供給されることになるため、成形材料を上下両型にて挟持した状態で同空間部に液体を供給することになり、また、液体を供給する際には、同空間部からの空気抜きが必要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例に係る薄肉金属板の製造方法における第１の工程を示す工程図である。
【図２】同製造方法における第２の工程を示す工程図である。
【図３】同製造方法における第３の工程を示す工程図（ａ）、およびその部分拡大断面図（ｂ）である。
【図４】同製造方法における第４の工程を示す工程図（ａ）、およびその部分拡大断面図（ｂ）である。
【図５】同製造方法における第５の工程を示す工程図（ａ）、およびその部分拡大断面図（ｂ）である。
【図６】同薄肉金属板の他の製造方法における第１の工程を示す工程図である。
【図７】同製造方法における第２の工程を示す工程図である。
【図８】同製造方法における第３の工程を示す工程図（ａ）、およびその部分拡大断面図（ｂ）である。
【図９】同製造方法における第４の工程を示す工程図（ａ）、およびその部分拡大断面図（ｂ）である。
【図１０】同製造方法における第５の工程を示す工程図（ａ）、およびその部分拡大断面図（ｂ）である。
【符号の説明】
１０…薄肉金属板、１１…金属板本体、１２，１２ａ，１２ｂ…凸部、２０…第１プレス成形機、２０Ａ…第２プレス成形機、２１…下型、２１ａ…型本体、２１ｂ…窪み部、２１ｃ…凸部、２１ｄ…上端縁部、２２…上型、２２ａ…型本体、２２ｂ…凹部、２３…プレスヘッド、２４…インナースライダー、２５…ブランクホルダー、２６…アウタースライダー、２７…液圧発生機構、２７ａ…液圧導入管路、２８…下型、２８ａ…下型ダイ、２８ｂ…可動型、２８ｃ…柱状部、２８ｄ…窪み部、２８ｅ…油圧シリンダ、２８ｆ…上端縁部、Ａ…ステンレス板。
Claims (5)
- 表面に多数の凸部を有する薄肉金属板を製造する方法であって、当該薄肉金属板の成形材料である薄肉金属原板を、表面に多数の凹部を有する雌型である上型と、同上型が挿入される窪み部の底部に多数の凸部を有する雄型である下型間にて挟持して、圧縮成形する製造方法であり、前記下型の窪み部に液体を満たした状態で空気が入らないように前記薄肉金属原板を同下型の上端部に載置する第１の工程と、前記上型の外周に位置するブランクホルダを下降させて前記下型に載置した薄肉金属原板の縁部を同下型の上端縁部とで挟持する第２の工程と、前記下型の窪み部と前記薄肉金属原板間の液圧を高圧に維持した状態で前記上型を前記下型に対して相対的に下降して前記下型の窪み部に挿入する第３の工程と、前記下型の窪み部と前記薄肉金属原板間の液圧を抜いた状態で前記両型の間隔が最終的に前記薄肉金属原板に形成される凸部の高さと同程度となるまで前記上型をさらに相対的に下降して前記下型の窪み部に挿入する第４の工程と、前記上型をさらに相対的に下降して前記下型の窪み部に下死点まで挿入する第５の工程を備え、前記第４の工程では、前記下型の窪み部と前記薄肉金属原板間に液体が残存している状態で前記上型を相対的に下降させ、前記第５の工程では、前記下型の窪み部と前記薄肉金属原板間の液体が完全に排出される状態で前記上型を相対的に下降させることを特徴とする表面に多数の凸部を有する薄肉金属板の製造方法。
- 請求項１に記載の薄肉金属板の製造方法であり、前記下型の多数の凸部が基端部から先端部に向かって漸次縮径するテーパ状を呈し、または、前記上型の多数の凹部が底部から開口部に向かって漸次縮径するテーパ状を呈していることを特徴とする表面に多数の凸部を有する薄肉金属板の製造方法。
- 表面に多数の凸部を有する薄肉金属板を製造する方法であって、当該薄肉金属板の成形材料である薄肉金属原板を、表面に多数の凹部を有する雌型である下型と、同下型が挿入される窪み部の底部に多数の凸部を有する雄型である上型間にて挟持して、圧縮成形する製造方法であり、前記薄肉金属原板を前記下型の上端部に載置する第１の工程と、前記上型の外周に位置するブランクホルダを下降させて前記下型に載置した薄肉金属原板の縁部を同下型の上端縁部とで挟持するとともに前記上型の窪み部と前記薄肉金属板間に空気が入らないように液体を満たす第２の工程と、前記上型の窪み部と前記薄肉金属原板間の液圧を高圧に維持した状態で前記下型を前記上型に対して相対的に上昇して前記上型の窪み部に挿入する第３の工程と、前記上型の窪み部と前記薄肉金属原板間の液圧を抜いた状態で前記両型の間隔が最終的に前記薄肉金属原板に形成される凸部の高さと同程度となるまで前記下型をさらに相対的に上昇して前記上型の窪み部に挿入する第４の工程と、前記下型をさらに相対的に上昇して前記上型の窪み部に上死点まで挿入する第５の工程を備え、前記第４の工程では、前記上型の窪み部と前記薄肉金属原板間に液体が残存している状態で前記下型を相対的に上昇させ、前記第５の工程では、前記上型の窪み部と前記薄肉金属原板間の液体が完全に排出される状態で前記下型を相対的に上昇させることを特徴とする表面に多数の凸部を有する薄肉金属板の製造方法。
- 請求項３に記載の薄肉金属板の製造方法であり、前記上型の多数の凸部が基端部から先端部に向かって漸次縮径するテーパ状を呈し、または、前記下型の多数の凹部が底部から開口部に向かって漸次縮径するテーパ状を呈していることを特徴とする表面に多数の凸部を有する薄肉金属板の製造方法。
- 請求項１〜４のいずれか一項に記載の薄肉金属板の製造方法であり、製造の対象とする薄肉金属板は、肉厚が０．５ｍｍ以下の燃料電池用金属セパレータであることを特徴とする表面に多数の凸部を有する薄肉金属板の製造方法。
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