JP3838135B2 - 燃料電池用のセパレータの成形装置 - Google Patents
燃料電池用のセパレータの成形装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3838135B2 JP3838135B2 JP2002095646A JP2002095646A JP3838135B2 JP 3838135 B2 JP3838135 B2 JP 3838135B2 JP 2002095646 A JP2002095646 A JP 2002095646A JP 2002095646 A JP2002095646 A JP 2002095646A JP 3838135 B2 JP3838135 B2 JP 3838135B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- separator
- rotary die
- forming
- convex portion
- fuel cell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Perforating, Stamping-Out Or Severing By Means Other Than Cutting (AREA)
- Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解質膜の両側に多孔質の電極を介して配置されたセパレータを成形するための燃料電池用のセパレータの成形装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池用のセパレータを使用した燃料電池としては、図９〜図１１に示す固体高分子型燃料電池がある。この固体高分子型燃料電池は、電解質膜１の両側に電極２を介してセパレータ３を設けたものを単位セル４とし、各セパレータ３を電極２と反対側の面で互いに重ね合わせることによって、単位セル４を複数積層させたスタック構造のものが知られている。
上記セパレータ３は、カーボンや金属等の導電性の材料で板状に形成されたものであり、その電極２側の部分がセパレータ部３１になっており、電極２と反対側の部分であって互に重なり合う側の部分が冷却部３２となっている。
セパレータ部３１には、電極２側の面にガスの流路となるガス溝３１ａが形成されており、当該ガス溝３１ａを介して電極２側にガスを導くようになっている。そして、アノード側に位置するガス溝３１ａには、燃料ガスとしての例えば水素が供給され、カソード側に位置するガス溝３１ａには、酸化剤ガスとして例えば酸素あるいは空気が供給されるようになっている。
【０００３】
上記のように構成された固体高分子型燃料電池においては、アノード側で水素が酸化されてプロトン（Ｈ＋）と電子（ｅ- ）が生成される。すなわち、
Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ-
の電池反応が生じる。プロトンは、水分子（Ｈ2 Ｏ）を伴って電解質膜１中をカソード側に移動し、外部回路から供給される電子とともに酸素の還元に使われる。すなわち、
１／２Ｏ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ- →Ｈ2 Ｏ
の電池反応が生じる。そして、アノード側の電子が例えば外部の負荷を通ってカソード側に流れることから、これを電気エネルギとして使うことができる。
【０００４】
電極２は、ガスや水の通過が可能な多孔質のもので構成されており、上記電池反応は主に電極２と電解質膜１との境界部で発生することになる。なお、電極２は、電解質膜１の両面に加熱圧着により固定されるようなっている。そして、電解質膜１の両面に電極２を接合してなるものは、膜−電極接合体（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly）と呼ばれる。
【０００５】
また、互いに重ね合わされるセパレータ３のうち、少なくとも一方のセパレータ３の冷却部３２には、冷却水の流路となる冷却溝３２ａが形成されている。なお、この従来例では、重ね合わされたセパレータ３の双方の面に冷却溝３２ａが形成されたものを示している。
また、上記セパレータ３に代えて、両面側をセパレータ部３１で構成してなるセパレータを用いることもある。ただし、この場合にも、冷却のために、上記セパレータ３を重ね合わせたものを数枚おきに挿入する必要がある。
【０００６】
したがって、セパレータとしては、一方の面にガス溝３１ａを有し、他方の面に冷却溝３２ａを有するセパレータ３と、一方の面にガス溝３１ａを有し、他方の面が冷却溝３２ａ等を有さず平坦な第２のセパレータと、一方および他方の面の双方にガス溝３１ａを有する第３のセパレータ等が存在し得る。
【０００７】
また、上記セパレータの成形装置としては、ガス溝３１ａ等を切削加工によって成形するものや、塑性加工によって成形するもの等が知られている。切削加工によって成形する装置としては、フライス盤やマシニングセンタがあり、塑性加工によって成形する装置としては、パンチやダイ等を上下方向に往復移動させるプレス機械がある。
ただし、現状においては、製造コストの低減等を図ることから、主として上記プレス機械がセパレータの成形装置として使用されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記プレス機械を用いたセパレータの成形装置においても、固体高分子型燃料電池のコストの低減等の要求に伴って、セパレータの製造コストをさらに低減することができる装置の開発が要求されていた。
このため、発明者らは、セパレータの製造コストを低減すべく鋭意研究を重ねた結果、セパレータの製造コストをさらに低減することのできる成形装置が開発可能であるとの知見を得た。
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、セパレータの製造コストの低減を図ることのできる燃料電池用のセパレータの成形装置を提供することを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、電解質膜の両面に電極を接合してなる膜−電極接合体の上記電極に隣接するように配置され、上記電極側を向く面に、上記電極側に燃料ガスまたは酸化剤ガスを導くためのガス溝が形成された板状のセパレータを成形する装置であって、少なくとも外周面部が超硬合金で形成された圧縮加工用の第１のロータリダイと第２のロータリダイとを備えてなり、上記第１のロータリダイおよび第２のロータリダイの少なくとも一方には、板状の素材に食い込んで上記セパレータのガス溝を成形する凸部が設けられ、かつ上記凸部には、当該ガス溝の流路を狭める方向に突出する突起部を成形するための凹部が形成されていることを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記セパレータは、一方の面が上記電極側を向くように配置されるようになっており、上記第１のロータリダイには、上記セパレータの一方の面に上記ガス溝を成形する凸部が設けられ、かつ上記凸部には、当該ガス溝の流路を狭める方向に突出する突起部を成形するための凹部が形成されていることを特徴としている。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記セパレータは、隣り合う２つの上記膜−電極接合体の間に設けられ、一方および他方の各面がそれぞれ上記隣接する各膜−電極接合体の電極側を向くように配置されるようになっており、上記第１のロータリダイには、上記セパレータの一方の面に上記ガス溝を成形する凸部が設けられ、上記第２のロータリダイには、上記セパレータの他方の面に上記ガス溝を成形する凸部が設けられ、かつ上記凸部には、それぞれ当該ガス溝の流路を狭める方向に突出する突起部を成形するための凹部が形成されていることを特徴としている。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記セパレータは、隣り合う２つの上記膜−電極接合体の間に他のセパレータと互いに重なり合うようにして設けられ、その一方の面が上記膜−電極接合体の電極側を向き、かつ他方の面が互いに重なり合う上記他のセパレータ側を向くように配置されるようになっており、上記第１のロータリダイには、上記セパレータの一方の面に上記ガス溝を成形する凸部が設けられ、かつ上記凸部には、当該ガス溝の流路を狭める方向に突出する突起部を成形するための凹部が形成され、上記第２のロータリダイには、上記セパレータの他方の面に冷却水の流路となる冷却溝を成形する凸部が設けられ、かつ上記凸部には、当該冷却溝の流路を狭める方向に突出する突起部を成形するための凹部が形成されていることを特徴としている。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の発明において、第１のロータリダイおよび第２のロータリダイの少なくとも一方には、上記板状の素材に穴をあける凸部が設けられていることを特徴としている。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れかに記載の発明において、第１のロータリダイおよび第２のロータリダイの少なくとも一方には、上記板状の素材を一定の長さ送った位置で切断して、その送り方向に所定長さとなる上記セパレータを成形するせん断カッタが備えられていることを特徴としている。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜５の何れかに記載の発明において、第１のロータリダイおよび第２のロータリダイの少なくとも一方には、上記板状の素材を送りながら、当該素材を上記セパレータの輪郭に沿って切断する打抜カッタが備えられていることを特徴としている。
【００１８】
請求項１〜７に記載の発明においては、第１のロータリダイと第２のロータリダイとの間に板状の素材を通して圧縮加工することにおり、少なくとも一方に設けられて凸部が素材に食い込むことになることから、所定の位置にガス溝が転造されたセパレータを成形することができる。したがって、ガス溝を所定の位置に正確に配置したセパレータを成形することができる。
そして、第１のロータリダイと第２のロータリダイとの回転によって、セパレータを連続して成形することができるので、当該セパレータを短時間で大量に製造することができる。したがって、セパレータの製造コストの低減を図ることができる。
【００１９】
請求項２に記載の発明においては、第１のロータリダイと第２のロータリダイとを回転するだけで、セパレータの一方の面にガス溝を成形し、他方の面は例えば平面状に仕上げることができる。
請求項３に記載の発明においては、第１のロータリダイと第２のロータリダイとを回転するだけで、セパレータの一方の面と他方の面とに、ガス溝をほぼ同時に成形することができる。
請求項４に記載の発明においては、第１のロータリダイと第２のロータリダイとを回転するだけで、セパレータの一方の面にガス溝を、同他方の面に冷却溝をほぼ同時に成形することができる。
【００２０】
請求項１〜４に記載の発明においては、ガス溝を成形する凸部に、当該ガス溝の流路を狭める方向に突出する突起部を成形するための凹部が形成されているので、第１のロータリダイと第２のロータリダイとを回転するだけで、突起部を有するガス溝をセパレータに簡単に成形することができる。
請求項４に記載の発明においては、冷却溝を成形する凸部に、当該冷却溝の流路を狭める方向に突出する突起部を成形するための凹部が形成されているので、第１のロータリダイと第２のロータリダイとを回転するだけで、突起部を有するガス溝をセパレータに簡単に成形することができる。
【００２１】
請求項５に記載の発明においては、第１のロータリダイおよび第２のロータリダイの少なくとも一方に、板状の素材に穴をあける凸部が設けられているので、第１のロータリダイと第２のロータリダイとを回転するだけで、例えばスタックした状態において連結ボルトを通すための穴や、冷却水を冷却溝に供給したり、排出したりする穴や、位置決め穴等を簡単に成形することができる。
【００２２】
請求項６に記載の発明においては、第１のロータリダイと第２のロータリダイとを回転するだけで、所定の長さに切断されたセパレータを連続して成形することができる。
請求項７に記載の発明においては、第１のロータリダイと第２のロータリダイとを回転するだけで、所定の輪郭のセパレータを連続して成形することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、従来例で示したセパレータの構成要素と共通する要素には同一の符号を付しその説明を簡略化する。
【００２４】
（第１実施形態）
図１および図２は、第１実施形態として示した燃料電池用のセパレータの成形装置を示す図である。この成形装置で成形するセパレータは、固体高分子型燃料電池に組み込まれるものであり、図３〜図７に示す構造になっている。したがって、セパレータの構造を説明してから、上記セパレータの成形装置について説明する。
【００２５】
図３は、固体高分子型燃料電池における積層された単位セル４の要部断面図を示したものであり、図４はセパレータ３の要部斜視図、図５は同セパレータ３のセパレータ部３１側の要部平面図、図６は図５のVI−VI線に沿う断面図、図７は同セパレータ３の冷却部３２側の要部平面図を示している。
単位セル４は、その全体を図示したものではないが、四角形状に形成された電解質膜１、電極２およびセパレータ３、３を積層したもので構成されている。
【００２６】
セパレータ３は、カーボン、鉄基合金、チタン、チタン基合金、ニッケル、ニッケル基合金等の導電性を有する材料で板状に形成されたものである。なお、この実施形態ではセパレータ３を鉄基合金としてのステンレス鋼の板で構成している。また、セパレータ部３１に形成されたガス溝３１ａは、図示を省略するが、電解質膜１を向く面の全体に行き渡るように複数回にわたって蛇行するように形成されており、その隣接するもの同士が平行に延在している。そして、各ガス溝３１ａは、底面３１ｂおよび左右の側面３１ｅによって断面が四角形状に形成されており、その底面３１ｂには、電解質膜１の表面に向けて三角形状に突出する突起部３１ｃが形成されている。
【００２７】
突起部３１ｃは、底面３１ｂから二等辺三角形状に突出しているとともに、ガス溝３１ａの延在する方向に対して直交する方向、すなわち幅方向の全体にわたって延在している。したがって、突起部３１ｃは、ガス溝３１ａの側面３１ｅからも一体的に突出した形状になっている。この突起部３１ｃの底面３１ｂからの高さは、ガス溝３１ａの深さの２／１０〜７／１０の範囲に設定されている。
また、ガス溝３１ａの幅Ｄ１は、０．２〜２ｍｍに設定され、各ガス溝３１ａの隣接方向のピッチＰ１は、０．４〜４ｍｍに設定されている。さらに、突起部３１ｃは、ガス溝３１ａの延在する方向に０．２〜４ｍｍのピッチで形成されている。
【００２８】
一方、冷却部３２に形成された冷却溝３２ａは、図示を省略するが、電解質膜１を向く面の全体に行き渡るように複数回にわたって蛇行するように形成されており、その隣接するもの同士が平行に延在している。そして、各冷却溝３２ａは、底面３２ｂおよび左右の側面３２ｅによって断面が四角形状に形成されており、その底面３２ｂには、重なり合う他方の冷却部３２の表面に向けて三角形状に突出する突起部３２ｃが形成されている。なお、図４において、冷却部３２の各構成要素はカッコ付きの符号で示している。
【００２９】
突起部３２ｃは、底面３２ｂから二等辺三角形状に突出しているとともに、冷却溝３２ａの延在する方向に対して直交する方向、すなわち幅方向の全体にわたって延在している。したがって、突起部３２ｃは、冷却溝３２ａの側面３２ｅからも一体的に突出した形状になっている。この突起部３２ｃの底面３２ｂからの高さは、冷却溝３２ａの深さの２／１０〜７／１０の範囲に設定されている。すなわち、冷却溝３２ａは、ガス溝３１ａとほぼ同様の形状に構成されている。
【００３０】
また、冷却溝３２ａの幅Ｄ２は、０．５〜５ｍｍに設定され、各冷却溝３２ａの隣接方向のピッチＰ１は、１〜１０ｍｍに設定されている。さらに、突起部３２ｃは、冷却溝３２ａの延在する方向に０．５〜１０ｍｍのピッチで形成されている。
なお、上記各冷却溝３２ａは、セパレータ３において所定の間隔をおいて位置する一方の側縁部から他方の側縁部に向けて、蛇行することなく、直線状に平行に延在するように形成されたものであってもよい。
【００３１】
上記構造のセパレータ３は、隣り合う２つの膜−電極接合体の間に他のセパレータ３と互いに重なり合うようにして挿入され、そのセパレータ部３１側の面（一方の面）が上記膜−電極接合体の電極２側を向き、かつ冷却部３２側の面（他方の面）が互いに重なり合う上記他のセパレータ３側を向くように配置されるようになっている。
【００３２】
また、上記セパレータ３は、図１および図２に示す燃料電池用のセパレータの成形装置５によって製造されるようになっている。
セパレータの成形装置５は、ステンレス鋼製の板状の素材Ｗを冷間転造加工（圧縮加工）してセパレータ３を得るための第１のロータリダイ６と、第２のロータリダイ７とを備えている。素材Ｗは、帯状に形成されたものであり、コイル状に巻かれた状態から連続して第１および第２のロータリダイ６、７間に繰り出されるようになっている。
【００３３】
第１および第２のロータリダイ６、７は、それぞれ主軸となるアーバー６１、７１の外周面に超硬合金製のスリーブ６２、７２を固定したもので構成されている。なお、図２においては、第１のロータリダイ６の構成を示しているが、第２のロータリダイ７も、スリーブ７２の外周面の形状が異なるものの、同様の構成になる。
【００３４】
第１のロータリダイ６のスリーブ６２の外周面には、素材Ｗに食い込んでセパレータ部３１におけるガス溝３１ａを成形する凸部６２ａや、セパレータ３の四隅部の穴３３を成形する凸部６２ｂ等が形成されている。上記穴３３は、セパレータ３を膜−電極接合体等と積層した状態において、連結ボルト（図示せず）を通すためのものである。また、スリーブ６２の外周面には、図示を省略するが、冷却水を冷却溝３２ａに供給するための穴や、当該冷却溝３２ａから冷却水を排出したりするための穴等を成形するための凸部も設けられている。
そして、ガス溝３１ａを成形する凸部６２ａには、ガス溝３１ａによる流路を狭める方向に突出する突起部３１ｃを成形するための凹部６２ｃが形成されている。さらに、スリーブ６２の外周面には、帯状の素材Ｗをその長手方向であって繰り出す方向に案内する段部６２ｄが軸方向に所定の間隔をおいて形成されている。またさらに、スリーブ６２の外周面には、素材Ｗを一定の長さ送った位置で切断して、その送り方向に所定長さとなるセパレータ３を成形するためのせん断カッタ（図示せず）が備えられている。
【００３５】
一方、第２のロータリダイ７のスリーブ７２の外周面には、図示を省略するが、素材Ｗに食い込んで冷却部３２における冷却溝３２ａを成形する凸部が形成されている。そして、この凸部には、冷却溝３２ａによる流路を狭める方向に突出する突起部３２ｃを成形するための凹部（図示せず）が形成されている。
【００３６】
そして、上記超硬合金からなるスリーブ６２、７２は、主体であるタングステン粉末と、結合材としてのコバルト粉末と、その他の元素の粉末を成分とする焼結合金であり、耐摩耗性の向上のための硬さと、耐衝撃性の向上のための靱性とを併せ持ったものとなっている。例えば硬さは、ロックウエルＡ（６０ｋｇ）で８５〜９１となっている。
【００３７】
上記のように構成された燃料電池用のセパレータの成形装置においては、第１のロータリダイ６と第２のロータリダイ７との間に素材Ｗを通して圧縮加工することにより、第２のロータリダイ７に設けた凸部６２ａ、凸部６２ｂ、せん断カッタ等や、第２のロータリダイ７に設けた凸部等が素材Ｗに食い込むことになることから、所定の位置にガス溝３１ａや冷却溝３２ａなどが転造等によって形成され、穴３３などが穴あけにより形成され、かつ所定の長さにせん断されたセパレータ３を得ることができる。
したがって、ガス溝３１ａ、冷却溝３２ａ、突起部３１ｃ、３２ｃ、穴３３等を、第１および第２のロータリダイ６、７の各部の寸法通りに正確に成形することができるとともに、正確な長さにせん断されたセパレータ３を得ることができる。
そして、第１のロータリダイ６と第２のロータリダイ７との回転によって、セパレータ３を連続して成形することができるので、当該セパレータ３を短時間で大量に製造することができる。
したがって、セパレータ３の寸法精度の向上を図ることができるとともに、当該セパレータ３の製造コストの低減を図ることができる。
【００３８】
（第２実施形態）
次に、この発明の第２実施形態を図８を参照して説明する。ただし、図１〜図７の第１実施形態で示した構成要素と共通する要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
この第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、素材Ｗを、セパレータ３の輪郭に沿って切断するための打抜カッタ６２ｅを第１のロータリダイ６に備えている点である。
【００３９】
すなわち、打抜カッタ６２ｅは、スリーブ６２の外周面に設けられた一対のロータリカッタ６２ｆと、せん断カッタ６２ｇとによって構成されている。
ロータリカッタ６２ｆは、スリーブ６２の軸方向に所定の間隔をおいて設けられており、当該スリーブ６２の外周面から円環状に突出するように形成されている。
このロータリカッタ６２ｆは、セパレータ３の側縁部を第１および第２のロータリダイ６、７による送り方向に沿って切断するようになっている。
【００４０】
また、せん断カッタ６２ｇは、スリーブ６２の外周面を軸方向に延在するよう設けられている。
このせん断カッタ６２ｇは、素材Ｗを第１および第２のロータリダイ６、７によって一定の長さ送るごとに切断して、その送り方向に所定長さとなるセパレータ３を成形するようになっている。
【００４１】
上記のように構成された燃料電池用のセパレータの成形装置においては、第１のロータリダイ６と第２のロータリダイ７とを回転するだけで、打抜カッタ６２ｅの寸法通りの輪郭（この実施形態では長方形の輪郭）を有するセパレータ３を連続して成形することができる。したがって、寸法精度の高いセパレータ３を低コストで製造することができる。
【００４２】
なお、上記各実施形態においては、一方の面にガス溝３１ａを有し、他方の面に冷却溝３２ａを有するセパレータ３を成形するように構成したが、第２のロータリダイ７におけるスリーブ７２を外周面の形状の異なるものに変更することにより、一方の面にガス溝３１ａを有し、他方の面が平坦な第１の他の形状のセパレータや、一方の面および他方の面の双方にガス溝３１ａを有する第２の他の形状のセパレータを成形することも可能である。
【００４３】
すなわち、上記第１の他の形状のセパレータは、スリーブ７２の外周面を凸部等のない円筒状のもので形成することにより、成形することができる。
また、上記第２の他の形状のセパレータは、スリーブ７２の外周面に、冷却溝３２ａを形成する凸部に代えて、ガス溝３１ａを成形する凸部６２ａを設けることにより、成形することができる。
【００４４】
また、上記第１実施形態においては、穴３３を形成する凸部６２ｂや、素材Ｗのガイド用の段部６２ｄやせん断カッタ等を第１のロータリダイ６に設けるように構成したが、これらの凸部６２ｂ、段部６２ｄ、せん断カッタ等は第２のロータリダイ７や、第１および第２のロータリダイ６、７の双方に設けるように構成してもよい。
【００４５】
さらに、上記第２実施形態においては、打抜カッタ６２ｅを第１のロータリダイ６に設けるように構成したが、この打抜カッタ６２ｅは第２のロータリダイ７に設けてもよく、また第１および第２のロータリダイ６、７の双方に設けて、上下から共同して切断するように構成してもよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜７に記載の発明によれば、第１のロータリダイと第２のロータリダイとの回転によって、セパレータを連続して成形することができるので、当該セパレータを短時間で大量に製造することができる。したがって、セパレータの製造コストの低減を図ることができる。
【００４７】
請求項２に記載の発明によれば、第１のロータリダイと第２のロータリダイとを回転するだけで、セパレータの一方の面にガス溝を成形し、他方の面は例えば平面状に仕上げることができる。
請求項３に記載の発明によれば、第１のロータリダイと第２のロータリダイとを回転するだけで、セパレータの一方の面と他方の面とに、ガス溝をほぼ同時に成形することができる。
請求項４に記載の発明によれば、第１のロータリダイと第２のロータリダイとを回転するだけで、セパレータの一方の面にガス溝を、同他方の面に冷却溝をほぼ同時に成形することができる。
【００４８】
請求項１〜４に記載の発明によれば、ガス溝を成形する凸部に、当該ガス溝の流路を狭める方向に突出する突起部を成形するための凹部が形成されているので、第１のロータリダイと第２のロータリダイとを回転するだけで、突起部を有するガス溝をセパレータに簡単に成形することができる。
請求項４に記載の発明によれば、冷却溝を成形する凸部に、当該冷却溝の流路を狭める方向に突出する突起部を成形するための凹部が形成されているので、第１のロータリダイと第２のロータリダイとを回転するだけで、突起部を有するガス溝をセパレータに簡単に成形することができる。
【００４９】
請求項５に記載の発明によれば、第１のロータリダイおよび第２のロータリダイの少なくとも一方に、板状の素材に穴をあける凸部が設けられているので、第１のロータリダイと第２のロータリダイとを回転するだけで、例えばスタックした状態において連結ボルトを通すための穴や、冷却水を冷却溝に供給したり、排出したりする穴や、位置決め穴等を簡単に成形することができる。
【００５０】
請求項６に記載の発明によれば、第１のロータリダイと第２のロータリダイとを回転するだけで、所定の長さに切断されたセパレータを連続して成形することができる。
請求項７に記載の発明によれば、第１のロータリダイと第２のロータリダイとを回転するだけで、所定の輪郭のセパレータを連続して成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施形態として示した燃料電池用のセパレータの成形装置の図であって、（ａ）は同燃料電池用のセパレータの成形装置の斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＢ部の要部拡大斜視図であり、（ｃ）は（ａ）に示すＣ部の要部拡大斜視図である。
【図２】同燃料電池用のセパレータの成形装置における第１のロータリダイの断面図である。
【図３】同燃料電池用のセパレータの成形装置で成形するセパレータを用いた固体高分子型燃料電池のガス溝の延在方向に沿う要部断面図である。
【図４】同燃料電池用のセパレータの成形装置で成形するセパレータの要部斜視図である。
【図５】同燃料電池用のセパレータの成形装置で成形するセパレータのセパレータ部を示す要部平面図である。
【図６】同燃料電池用のセパレータの成形装置で成形するセパレータの図であって、図５のVI−VI線に沿う方向の断面図である。
【図７】同燃料電池用のセパレータの成形装置で成形するセパレータの冷却部を示す要部平面図である。
【図８】この発明の第２実施形態として示した燃料電池用のセパレータの成形装置の斜視図である。
【図９】従来例で示した一般的な固体高分子型燃料電池を示す要部断面図である。
【図１０】同固体高分子型燃料電池の要部斜視図である。
【図１１】同固体高分子型燃料電池のガス溝の延在方向に沿う要部断面図である。
【符号の説明】
１ 電解質膜
２ 電極
３ セパレータ
３１ セパレータ部
３１ａ ガス溝
３１ｃ 突起部
３２ 冷却部
３２ａ 冷却溝
３２ｃ 突起部
６ 第１のロータリダイ
７ 第２のロータリダイ
６２ａ 凸部（ガス溝を成形する凸部）
６２ｂ 凸部（穴をあける凸部）
６２ｃ 凹部（ガス溝の突起部を成形するための凹部）
６２ｅ 打抜カッタ
Ｗ 素材
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解質膜の両側に多孔質の電極を介して配置されたセパレータを成形するための燃料電池用のセパレータの成形装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池用のセパレータを使用した燃料電池としては、図９〜図１１に示す固体高分子型燃料電池がある。この固体高分子型燃料電池は、電解質膜１の両側に電極２を介してセパレータ３を設けたものを単位セル４とし、各セパレータ３を電極２と反対側の面で互いに重ね合わせることによって、単位セル４を複数積層させたスタック構造のものが知られている。
上記セパレータ３は、カーボンや金属等の導電性の材料で板状に形成されたものであり、その電極２側の部分がセパレータ部３１になっており、電極２と反対側の部分であって互に重なり合う側の部分が冷却部３２となっている。
セパレータ部３１には、電極２側の面にガスの流路となるガス溝３１ａが形成されており、当該ガス溝３１ａを介して電極２側にガスを導くようになっている。そして、アノード側に位置するガス溝３１ａには、燃料ガスとしての例えば水素が供給され、カソード側に位置するガス溝３１ａには、酸化剤ガスとして例えば酸素あるいは空気が供給されるようになっている。
【０００３】
上記のように構成された固体高分子型燃料電池においては、アノード側で水素が酸化されてプロトン（Ｈ＋）と電子（ｅ- ）が生成される。すなわち、
Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ-
の電池反応が生じる。プロトンは、水分子（Ｈ2 Ｏ）を伴って電解質膜１中をカソード側に移動し、外部回路から供給される電子とともに酸素の還元に使われる。すなわち、
１／２Ｏ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ- →Ｈ2 Ｏ
の電池反応が生じる。そして、アノード側の電子が例えば外部の負荷を通ってカソード側に流れることから、これを電気エネルギとして使うことができる。
【０００４】
電極２は、ガスや水の通過が可能な多孔質のもので構成されており、上記電池反応は主に電極２と電解質膜１との境界部で発生することになる。なお、電極２は、電解質膜１の両面に加熱圧着により固定されるようなっている。そして、電解質膜１の両面に電極２を接合してなるものは、膜−電極接合体（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly）と呼ばれる。
【０００５】
また、互いに重ね合わされるセパレータ３のうち、少なくとも一方のセパレータ３の冷却部３２には、冷却水の流路となる冷却溝３２ａが形成されている。なお、この従来例では、重ね合わされたセパレータ３の双方の面に冷却溝３２ａが形成されたものを示している。
また、上記セパレータ３に代えて、両面側をセパレータ部３１で構成してなるセパレータを用いることもある。ただし、この場合にも、冷却のために、上記セパレータ３を重ね合わせたものを数枚おきに挿入する必要がある。
【０００６】
したがって、セパレータとしては、一方の面にガス溝３１ａを有し、他方の面に冷却溝３２ａを有するセパレータ３と、一方の面にガス溝３１ａを有し、他方の面が冷却溝３２ａ等を有さず平坦な第２のセパレータと、一方および他方の面の双方にガス溝３１ａを有する第３のセパレータ等が存在し得る。
【０００７】
また、上記セパレータの成形装置としては、ガス溝３１ａ等を切削加工によって成形するものや、塑性加工によって成形するもの等が知られている。切削加工によって成形する装置としては、フライス盤やマシニングセンタがあり、塑性加工によって成形する装置としては、パンチやダイ等を上下方向に往復移動させるプレス機械がある。
ただし、現状においては、製造コストの低減等を図ることから、主として上記プレス機械がセパレータの成形装置として使用されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記プレス機械を用いたセパレータの成形装置においても、固体高分子型燃料電池のコストの低減等の要求に伴って、セパレータの製造コストをさらに低減することができる装置の開発が要求されていた。
このため、発明者らは、セパレータの製造コストを低減すべく鋭意研究を重ねた結果、セパレータの製造コストをさらに低減することのできる成形装置が開発可能であるとの知見を得た。
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、セパレータの製造コストの低減を図ることのできる燃料電池用のセパレータの成形装置を提供することを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、電解質膜の両面に電極を接合してなる膜−電極接合体の上記電極に隣接するように配置され、上記電極側を向く面に、上記電極側に燃料ガスまたは酸化剤ガスを導くためのガス溝が形成された板状のセパレータを成形する装置であって、少なくとも外周面部が超硬合金で形成された圧縮加工用の第１のロータリダイと第２のロータリダイとを備えてなり、上記第１のロータリダイおよび第２のロータリダイの少なくとも一方には、板状の素材に食い込んで上記セパレータのガス溝を成形する凸部が設けられ、かつ上記凸部には、当該ガス溝の流路を狭める方向に突出する突起部を成形するための凹部が形成されていることを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記セパレータは、一方の面が上記電極側を向くように配置されるようになっており、上記第１のロータリダイには、上記セパレータの一方の面に上記ガス溝を成形する凸部が設けられ、かつ上記凸部には、当該ガス溝の流路を狭める方向に突出する突起部を成形するための凹部が形成されていることを特徴としている。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記セパレータは、隣り合う２つの上記膜−電極接合体の間に設けられ、一方および他方の各面がそれぞれ上記隣接する各膜−電極接合体の電極側を向くように配置されるようになっており、上記第１のロータリダイには、上記セパレータの一方の面に上記ガス溝を成形する凸部が設けられ、上記第２のロータリダイには、上記セパレータの他方の面に上記ガス溝を成形する凸部が設けられ、かつ上記凸部には、それぞれ当該ガス溝の流路を狭める方向に突出する突起部を成形するための凹部が形成されていることを特徴としている。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記セパレータは、隣り合う２つの上記膜−電極接合体の間に他のセパレータと互いに重なり合うようにして設けられ、その一方の面が上記膜−電極接合体の電極側を向き、かつ他方の面が互いに重なり合う上記他のセパレータ側を向くように配置されるようになっており、上記第１のロータリダイには、上記セパレータの一方の面に上記ガス溝を成形する凸部が設けられ、かつ上記凸部には、当該ガス溝の流路を狭める方向に突出する突起部を成形するための凹部が形成され、上記第２のロータリダイには、上記セパレータの他方の面に冷却水の流路となる冷却溝を成形する凸部が設けられ、かつ上記凸部には、当該冷却溝の流路を狭める方向に突出する突起部を成形するための凹部が形成されていることを特徴としている。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の発明において、第１のロータリダイおよび第２のロータリダイの少なくとも一方には、上記板状の素材に穴をあける凸部が設けられていることを特徴としている。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れかに記載の発明において、第１のロータリダイおよび第２のロータリダイの少なくとも一方には、上記板状の素材を一定の長さ送った位置で切断して、その送り方向に所定長さとなる上記セパレータを成形するせん断カッタが備えられていることを特徴としている。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜５の何れかに記載の発明において、第１のロータリダイおよび第２のロータリダイの少なくとも一方には、上記板状の素材を送りながら、当該素材を上記セパレータの輪郭に沿って切断する打抜カッタが備えられていることを特徴としている。
【００１８】
請求項１〜７に記載の発明においては、第１のロータリダイと第２のロータリダイとの間に板状の素材を通して圧縮加工することにおり、少なくとも一方に設けられて凸部が素材に食い込むことになることから、所定の位置にガス溝が転造されたセパレータを成形することができる。したがって、ガス溝を所定の位置に正確に配置したセパレータを成形することができる。
そして、第１のロータリダイと第２のロータリダイとの回転によって、セパレータを連続して成形することができるので、当該セパレータを短時間で大量に製造することができる。したがって、セパレータの製造コストの低減を図ることができる。
【００１９】
請求項２に記載の発明においては、第１のロータリダイと第２のロータリダイとを回転するだけで、セパレータの一方の面にガス溝を成形し、他方の面は例えば平面状に仕上げることができる。
請求項３に記載の発明においては、第１のロータリダイと第２のロータリダイとを回転するだけで、セパレータの一方の面と他方の面とに、ガス溝をほぼ同時に成形することができる。
請求項４に記載の発明においては、第１のロータリダイと第２のロータリダイとを回転するだけで、セパレータの一方の面にガス溝を、同他方の面に冷却溝をほぼ同時に成形することができる。
【００２０】
請求項１〜４に記載の発明においては、ガス溝を成形する凸部に、当該ガス溝の流路を狭める方向に突出する突起部を成形するための凹部が形成されているので、第１のロータリダイと第２のロータリダイとを回転するだけで、突起部を有するガス溝をセパレータに簡単に成形することができる。
請求項４に記載の発明においては、冷却溝を成形する凸部に、当該冷却溝の流路を狭める方向に突出する突起部を成形するための凹部が形成されているので、第１のロータリダイと第２のロータリダイとを回転するだけで、突起部を有するガス溝をセパレータに簡単に成形することができる。
【００２１】
請求項５に記載の発明においては、第１のロータリダイおよび第２のロータリダイの少なくとも一方に、板状の素材に穴をあける凸部が設けられているので、第１のロータリダイと第２のロータリダイとを回転するだけで、例えばスタックした状態において連結ボルトを通すための穴や、冷却水を冷却溝に供給したり、排出したりする穴や、位置決め穴等を簡単に成形することができる。
【００２２】
請求項６に記載の発明においては、第１のロータリダイと第２のロータリダイとを回転するだけで、所定の長さに切断されたセパレータを連続して成形することができる。
請求項７に記載の発明においては、第１のロータリダイと第２のロータリダイとを回転するだけで、所定の輪郭のセパレータを連続して成形することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、従来例で示したセパレータの構成要素と共通する要素には同一の符号を付しその説明を簡略化する。
【００２４】
（第１実施形態）
図１および図２は、第１実施形態として示した燃料電池用のセパレータの成形装置を示す図である。この成形装置で成形するセパレータは、固体高分子型燃料電池に組み込まれるものであり、図３〜図７に示す構造になっている。したがって、セパレータの構造を説明してから、上記セパレータの成形装置について説明する。
【００２５】
図３は、固体高分子型燃料電池における積層された単位セル４の要部断面図を示したものであり、図４はセパレータ３の要部斜視図、図５は同セパレータ３のセパレータ部３１側の要部平面図、図６は図５のVI−VI線に沿う断面図、図７は同セパレータ３の冷却部３２側の要部平面図を示している。
単位セル４は、その全体を図示したものではないが、四角形状に形成された電解質膜１、電極２およびセパレータ３、３を積層したもので構成されている。
【００２６】
セパレータ３は、カーボン、鉄基合金、チタン、チタン基合金、ニッケル、ニッケル基合金等の導電性を有する材料で板状に形成されたものである。なお、この実施形態ではセパレータ３を鉄基合金としてのステンレス鋼の板で構成している。また、セパレータ部３１に形成されたガス溝３１ａは、図示を省略するが、電解質膜１を向く面の全体に行き渡るように複数回にわたって蛇行するように形成されており、その隣接するもの同士が平行に延在している。そして、各ガス溝３１ａは、底面３１ｂおよび左右の側面３１ｅによって断面が四角形状に形成されており、その底面３１ｂには、電解質膜１の表面に向けて三角形状に突出する突起部３１ｃが形成されている。
【００２７】
突起部３１ｃは、底面３１ｂから二等辺三角形状に突出しているとともに、ガス溝３１ａの延在する方向に対して直交する方向、すなわち幅方向の全体にわたって延在している。したがって、突起部３１ｃは、ガス溝３１ａの側面３１ｅからも一体的に突出した形状になっている。この突起部３１ｃの底面３１ｂからの高さは、ガス溝３１ａの深さの２／１０〜７／１０の範囲に設定されている。
また、ガス溝３１ａの幅Ｄ１は、０．２〜２ｍｍに設定され、各ガス溝３１ａの隣接方向のピッチＰ１は、０．４〜４ｍｍに設定されている。さらに、突起部３１ｃは、ガス溝３１ａの延在する方向に０．２〜４ｍｍのピッチで形成されている。
【００２８】
一方、冷却部３２に形成された冷却溝３２ａは、図示を省略するが、電解質膜１を向く面の全体に行き渡るように複数回にわたって蛇行するように形成されており、その隣接するもの同士が平行に延在している。そして、各冷却溝３２ａは、底面３２ｂおよび左右の側面３２ｅによって断面が四角形状に形成されており、その底面３２ｂには、重なり合う他方の冷却部３２の表面に向けて三角形状に突出する突起部３２ｃが形成されている。なお、図４において、冷却部３２の各構成要素はカッコ付きの符号で示している。
【００２９】
突起部３２ｃは、底面３２ｂから二等辺三角形状に突出しているとともに、冷却溝３２ａの延在する方向に対して直交する方向、すなわち幅方向の全体にわたって延在している。したがって、突起部３２ｃは、冷却溝３２ａの側面３２ｅからも一体的に突出した形状になっている。この突起部３２ｃの底面３２ｂからの高さは、冷却溝３２ａの深さの２／１０〜７／１０の範囲に設定されている。すなわち、冷却溝３２ａは、ガス溝３１ａとほぼ同様の形状に構成されている。
【００３０】
また、冷却溝３２ａの幅Ｄ２は、０．５〜５ｍｍに設定され、各冷却溝３２ａの隣接方向のピッチＰ１は、１〜１０ｍｍに設定されている。さらに、突起部３２ｃは、冷却溝３２ａの延在する方向に０．５〜１０ｍｍのピッチで形成されている。
なお、上記各冷却溝３２ａは、セパレータ３において所定の間隔をおいて位置する一方の側縁部から他方の側縁部に向けて、蛇行することなく、直線状に平行に延在するように形成されたものであってもよい。
【００３１】
上記構造のセパレータ３は、隣り合う２つの膜−電極接合体の間に他のセパレータ３と互いに重なり合うようにして挿入され、そのセパレータ部３１側の面（一方の面）が上記膜−電極接合体の電極２側を向き、かつ冷却部３２側の面（他方の面）が互いに重なり合う上記他のセパレータ３側を向くように配置されるようになっている。
【００３２】
また、上記セパレータ３は、図１および図２に示す燃料電池用のセパレータの成形装置５によって製造されるようになっている。
セパレータの成形装置５は、ステンレス鋼製の板状の素材Ｗを冷間転造加工（圧縮加工）してセパレータ３を得るための第１のロータリダイ６と、第２のロータリダイ７とを備えている。素材Ｗは、帯状に形成されたものであり、コイル状に巻かれた状態から連続して第１および第２のロータリダイ６、７間に繰り出されるようになっている。
【００３３】
第１および第２のロータリダイ６、７は、それぞれ主軸となるアーバー６１、７１の外周面に超硬合金製のスリーブ６２、７２を固定したもので構成されている。なお、図２においては、第１のロータリダイ６の構成を示しているが、第２のロータリダイ７も、スリーブ７２の外周面の形状が異なるものの、同様の構成になる。
【００３４】
第１のロータリダイ６のスリーブ６２の外周面には、素材Ｗに食い込んでセパレータ部３１におけるガス溝３１ａを成形する凸部６２ａや、セパレータ３の四隅部の穴３３を成形する凸部６２ｂ等が形成されている。上記穴３３は、セパレータ３を膜−電極接合体等と積層した状態において、連結ボルト（図示せず）を通すためのものである。また、スリーブ６２の外周面には、図示を省略するが、冷却水を冷却溝３２ａに供給するための穴や、当該冷却溝３２ａから冷却水を排出したりするための穴等を成形するための凸部も設けられている。
そして、ガス溝３１ａを成形する凸部６２ａには、ガス溝３１ａによる流路を狭める方向に突出する突起部３１ｃを成形するための凹部６２ｃが形成されている。さらに、スリーブ６２の外周面には、帯状の素材Ｗをその長手方向であって繰り出す方向に案内する段部６２ｄが軸方向に所定の間隔をおいて形成されている。またさらに、スリーブ６２の外周面には、素材Ｗを一定の長さ送った位置で切断して、その送り方向に所定長さとなるセパレータ３を成形するためのせん断カッタ（図示せず）が備えられている。
【００３５】
一方、第２のロータリダイ７のスリーブ７２の外周面には、図示を省略するが、素材Ｗに食い込んで冷却部３２における冷却溝３２ａを成形する凸部が形成されている。そして、この凸部には、冷却溝３２ａによる流路を狭める方向に突出する突起部３２ｃを成形するための凹部（図示せず）が形成されている。
【００３６】
そして、上記超硬合金からなるスリーブ６２、７２は、主体であるタングステン粉末と、結合材としてのコバルト粉末と、その他の元素の粉末を成分とする焼結合金であり、耐摩耗性の向上のための硬さと、耐衝撃性の向上のための靱性とを併せ持ったものとなっている。例えば硬さは、ロックウエルＡ（６０ｋｇ）で８５〜９１となっている。
【００３７】
上記のように構成された燃料電池用のセパレータの成形装置においては、第１のロータリダイ６と第２のロータリダイ７との間に素材Ｗを通して圧縮加工することにより、第２のロータリダイ７に設けた凸部６２ａ、凸部６２ｂ、せん断カッタ等や、第２のロータリダイ７に設けた凸部等が素材Ｗに食い込むことになることから、所定の位置にガス溝３１ａや冷却溝３２ａなどが転造等によって形成され、穴３３などが穴あけにより形成され、かつ所定の長さにせん断されたセパレータ３を得ることができる。
したがって、ガス溝３１ａ、冷却溝３２ａ、突起部３１ｃ、３２ｃ、穴３３等を、第１および第２のロータリダイ６、７の各部の寸法通りに正確に成形することができるとともに、正確な長さにせん断されたセパレータ３を得ることができる。
そして、第１のロータリダイ６と第２のロータリダイ７との回転によって、セパレータ３を連続して成形することができるので、当該セパレータ３を短時間で大量に製造することができる。
したがって、セパレータ３の寸法精度の向上を図ることができるとともに、当該セパレータ３の製造コストの低減を図ることができる。
【００３８】
（第２実施形態）
次に、この発明の第２実施形態を図８を参照して説明する。ただし、図１〜図７の第１実施形態で示した構成要素と共通する要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
この第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、素材Ｗを、セパレータ３の輪郭に沿って切断するための打抜カッタ６２ｅを第１のロータリダイ６に備えている点である。
【００３９】
すなわち、打抜カッタ６２ｅは、スリーブ６２の外周面に設けられた一対のロータリカッタ６２ｆと、せん断カッタ６２ｇとによって構成されている。
ロータリカッタ６２ｆは、スリーブ６２の軸方向に所定の間隔をおいて設けられており、当該スリーブ６２の外周面から円環状に突出するように形成されている。
このロータリカッタ６２ｆは、セパレータ３の側縁部を第１および第２のロータリダイ６、７による送り方向に沿って切断するようになっている。
【００４０】
また、せん断カッタ６２ｇは、スリーブ６２の外周面を軸方向に延在するよう設けられている。
このせん断カッタ６２ｇは、素材Ｗを第１および第２のロータリダイ６、７によって一定の長さ送るごとに切断して、その送り方向に所定長さとなるセパレータ３を成形するようになっている。
【００４１】
上記のように構成された燃料電池用のセパレータの成形装置においては、第１のロータリダイ６と第２のロータリダイ７とを回転するだけで、打抜カッタ６２ｅの寸法通りの輪郭（この実施形態では長方形の輪郭）を有するセパレータ３を連続して成形することができる。したがって、寸法精度の高いセパレータ３を低コストで製造することができる。
【００４２】
なお、上記各実施形態においては、一方の面にガス溝３１ａを有し、他方の面に冷却溝３２ａを有するセパレータ３を成形するように構成したが、第２のロータリダイ７におけるスリーブ７２を外周面の形状の異なるものに変更することにより、一方の面にガス溝３１ａを有し、他方の面が平坦な第１の他の形状のセパレータや、一方の面および他方の面の双方にガス溝３１ａを有する第２の他の形状のセパレータを成形することも可能である。
【００４３】
すなわち、上記第１の他の形状のセパレータは、スリーブ７２の外周面を凸部等のない円筒状のもので形成することにより、成形することができる。
また、上記第２の他の形状のセパレータは、スリーブ７２の外周面に、冷却溝３２ａを形成する凸部に代えて、ガス溝３１ａを成形する凸部６２ａを設けることにより、成形することができる。
【００４４】
また、上記第１実施形態においては、穴３３を形成する凸部６２ｂや、素材Ｗのガイド用の段部６２ｄやせん断カッタ等を第１のロータリダイ６に設けるように構成したが、これらの凸部６２ｂ、段部６２ｄ、せん断カッタ等は第２のロータリダイ７や、第１および第２のロータリダイ６、７の双方に設けるように構成してもよい。
【００４５】
さらに、上記第２実施形態においては、打抜カッタ６２ｅを第１のロータリダイ６に設けるように構成したが、この打抜カッタ６２ｅは第２のロータリダイ７に設けてもよく、また第１および第２のロータリダイ６、７の双方に設けて、上下から共同して切断するように構成してもよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜７に記載の発明によれば、第１のロータリダイと第２のロータリダイとの回転によって、セパレータを連続して成形することができるので、当該セパレータを短時間で大量に製造することができる。したがって、セパレータの製造コストの低減を図ることができる。
【００４７】
請求項２に記載の発明によれば、第１のロータリダイと第２のロータリダイとを回転するだけで、セパレータの一方の面にガス溝を成形し、他方の面は例えば平面状に仕上げることができる。
請求項３に記載の発明によれば、第１のロータリダイと第２のロータリダイとを回転するだけで、セパレータの一方の面と他方の面とに、ガス溝をほぼ同時に成形することができる。
請求項４に記載の発明によれば、第１のロータリダイと第２のロータリダイとを回転するだけで、セパレータの一方の面にガス溝を、同他方の面に冷却溝をほぼ同時に成形することができる。
【００４８】
請求項１〜４に記載の発明によれば、ガス溝を成形する凸部に、当該ガス溝の流路を狭める方向に突出する突起部を成形するための凹部が形成されているので、第１のロータリダイと第２のロータリダイとを回転するだけで、突起部を有するガス溝をセパレータに簡単に成形することができる。
請求項４に記載の発明によれば、冷却溝を成形する凸部に、当該冷却溝の流路を狭める方向に突出する突起部を成形するための凹部が形成されているので、第１のロータリダイと第２のロータリダイとを回転するだけで、突起部を有するガス溝をセパレータに簡単に成形することができる。
【００４９】
請求項５に記載の発明によれば、第１のロータリダイおよび第２のロータリダイの少なくとも一方に、板状の素材に穴をあける凸部が設けられているので、第１のロータリダイと第２のロータリダイとを回転するだけで、例えばスタックした状態において連結ボルトを通すための穴や、冷却水を冷却溝に供給したり、排出したりする穴や、位置決め穴等を簡単に成形することができる。
【００５０】
請求項６に記載の発明によれば、第１のロータリダイと第２のロータリダイとを回転するだけで、所定の長さに切断されたセパレータを連続して成形することができる。
請求項７に記載の発明によれば、第１のロータリダイと第２のロータリダイとを回転するだけで、所定の輪郭のセパレータを連続して成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施形態として示した燃料電池用のセパレータの成形装置の図であって、（ａ）は同燃料電池用のセパレータの成形装置の斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＢ部の要部拡大斜視図であり、（ｃ）は（ａ）に示すＣ部の要部拡大斜視図である。
【図２】同燃料電池用のセパレータの成形装置における第１のロータリダイの断面図である。
【図３】同燃料電池用のセパレータの成形装置で成形するセパレータを用いた固体高分子型燃料電池のガス溝の延在方向に沿う要部断面図である。
【図４】同燃料電池用のセパレータの成形装置で成形するセパレータの要部斜視図である。
【図５】同燃料電池用のセパレータの成形装置で成形するセパレータのセパレータ部を示す要部平面図である。
【図６】同燃料電池用のセパレータの成形装置で成形するセパレータの図であって、図５のVI−VI線に沿う方向の断面図である。
【図７】同燃料電池用のセパレータの成形装置で成形するセパレータの冷却部を示す要部平面図である。
【図８】この発明の第２実施形態として示した燃料電池用のセパレータの成形装置の斜視図である。
【図９】従来例で示した一般的な固体高分子型燃料電池を示す要部断面図である。
【図１０】同固体高分子型燃料電池の要部斜視図である。
【図１１】同固体高分子型燃料電池のガス溝の延在方向に沿う要部断面図である。
【符号の説明】
１ 電解質膜
２ 電極
３ セパレータ
３１ セパレータ部
３１ａ ガス溝
３１ｃ 突起部
３２ 冷却部
３２ａ 冷却溝
３２ｃ 突起部
６ 第１のロータリダイ
７ 第２のロータリダイ
６２ａ 凸部（ガス溝を成形する凸部）
６２ｂ 凸部（穴をあける凸部）
６２ｃ 凹部（ガス溝の突起部を成形するための凹部）
６２ｅ 打抜カッタ
Ｗ 素材
Claims (7)
- 電解質膜の両面に電極を接合してなる膜−電極接合体の上記電極に隣接するように配置され、上記電極側を向く面に、上記電極側に燃料ガスまたは酸化剤ガスを導くためのガス溝が形成された板状のセパレータを成形する装置であって、
少なくとも外周面部が超硬合金で形成された圧縮加工用の第１のロータリダイと第２のロータリダイとを備えてなり、
上記第１のロータリダイおよび第２のロータリダイの少なくとも一方には、板状の素材に食い込んで上記セパレータのガス溝を成形する凸部が設けられ、かつ上記凸部には、当該ガス溝の流路を狭める方向に突出する突起部を成形するための凹部が形成されていることを特徴とする燃料電池用のセパレータの成形装置。 - 上記セパレータは、一方の面が上記電極側を向くように配置されるようになっており、
上記第１のロータリダイには、上記セパレータの一方の面に上記ガス溝を成形する凸部が設けられ、かつ上記凸部には、当該ガス溝の流路を狭める方向に突出する突起部を成形するための凹部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用のセパレータの成形装置。 - 上記セパレータは、隣り合う２つの上記膜−電極接合体の間に設けられ、一方および他方の各面がそれぞれ上記隣接する各膜−電極接合体の電極側を向くように配置されるようになっており、
上記第１のロータリダイには、上記セパレータの一方の面に上記ガス溝を成形する凸部が設けられ、
上記第２のロータリダイには、上記セパレータの他方の面に上記ガス溝を成形する凸部が設けられ、
かつ上記凸部には、それぞれ当該ガス溝の流路を狭める方向に突出する突起部を成形するための凹部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用のセパレータの成形装置。 - 上記セパレータは、隣り合う２つの上記膜−電極接合体の間に他のセパレータと互いに重なり合うようにして設けられ、その一方の面が上記膜−電極接合体の電極側を向き、かつ他方の面が互いに重なり合う上記他のセパレータ側を向くように配置されるようになっており、
上記第１のロータリダイには、上記セパレータの一方の面に上記ガス溝を成形する凸部が設けられ、かつ上記凸部には、当該ガス溝の流路を狭める方向に突出する突起部を成形するための凹部が形成され、
上記第２のロータリダイには、上記セパレータの他方の面に冷却水の流路となる冷却溝を成形する凸部が設けられ、かつ上記凸部には、当該冷却溝の流路を狭める方向に突出する突起部を成形するための凹部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用のセパレータの成形装置。 - 第１のロータリダイおよび第２のロータリダイの少なくとも一方には、上記板状の素材に穴をあける凸部が設けられていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の燃料電池用のセパレータの成形装置。
- 第１のロータリダイおよび第２のロータリダイの少なくとも一方には、上記板状の素材を一定の長さ送った位置で切断して、その送り方向に所定長さとなる上記セパレータを成形するせん断カッタが備えられていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の燃料電池用のセパレータの成形装置。
- 第１のロータリダイおよび第２のロータリダイの少なくとも一方には、上記板状の素材を送りながら、当該素材を上記セパレータの輪郭に沿って切断する打抜カッタが備えられていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の燃料電池用のセパレータの成形装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002095646A JP3838135B2 (ja) | 2002-03-29 | 2002-03-29 | 燃料電池用のセパレータの成形装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002095646A JP3838135B2 (ja) | 2002-03-29 | 2002-03-29 | 燃料電池用のセパレータの成形装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003297384A JP2003297384A (ja) | 2003-10-17 |
| JP3838135B2 true JP3838135B2 (ja) | 2006-10-25 |
Family
ID=29387276
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002095646A Expired - Fee Related JP3838135B2 (ja) | 2002-03-29 | 2002-03-29 | 燃料電池用のセパレータの成形装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3838135B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017074006A1 (ko) * | 2015-10-30 | 2017-05-04 | 주식회사 엘지화학 | 채널 플레이트의 제조장치 및 제조방법 |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4648639B2 (ja) * | 2004-02-16 | 2011-03-09 | 新日本製鐵株式会社 | しわ又は反りのない凹凸形状板のロール成形方法 |
| JP4846247B2 (ja) * | 2004-08-12 | 2011-12-28 | 新日本製鐵株式会社 | 金型ロール及び凹凸形状板の成形方法 |
| JP4534780B2 (ja) * | 2005-02-07 | 2010-09-01 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池のセパレータおよび燃料電池のセパレータの製造方法 |
| JP2010177178A (ja) * | 2009-02-02 | 2010-08-12 | Toyota Motor Corp | 燃料電池用セパレータの製造装置及びその製造方法 |
| GB2500383A (en) * | 2012-03-19 | 2013-09-25 | Intelligent Energy Ltd | Fuel cell fluid distribution |
| KR102307965B1 (ko) * | 2021-01-20 | 2021-10-05 | 주식회사 한텍테크놀로지 | 롤 성형 방식과 프레스 방식을 융합한 연료전지용 금속분리판 제조장치 |
| KR102307972B1 (ko) * | 2021-01-20 | 2021-10-05 | 주식회사 한텍테크놀로지 | 롤 성형 방식에 의한 연료전지용 금속분리판 제조장치 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4395952B2 (ja) * | 2000-01-14 | 2010-01-13 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池セパレータの成形装置および成形方法 |
-
2002
- 2002-03-29 JP JP2002095646A patent/JP3838135B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017074006A1 (ko) * | 2015-10-30 | 2017-05-04 | 주식회사 엘지화학 | 채널 플레이트의 제조장치 및 제조방법 |
| US10714765B2 (en) | 2015-10-30 | 2020-07-14 | Lg Chem, Ltd. | Manufacturing apparatus and method for channel plate |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2003297384A (ja) | 2003-10-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101857096B1 (ko) | 전지 극판 가공 절단장치 | |
| DE10393075B4 (de) | Bipolare Platte für Brennstoffzellen mit einem leitenden Schaum als Kühlmittellage, Verfahren zu deren Herstellung und Brennstoffzelle | |
| JP4395952B2 (ja) | 燃料電池セパレータの成形装置および成形方法 | |
| CA2696832C (en) | Fuel cell with shift extended mesh | |
| JP4527402B2 (ja) | 肺胞状構造およびその製造方法 | |
| EP2012384B1 (en) | Fuel cell stack | |
| US20060034963A1 (en) | Apparatus for cutting expanded graphite sheet material | |
| US20030160357A1 (en) | Method of fabricating fluid flow field plates | |
| JP3838135B2 (ja) | 燃料電池用のセパレータの成形装置 | |
| JP3751911B2 (ja) | 高分子電解質型燃料電池およびそのセパレータ板の製造方法 | |
| US8192886B2 (en) | Fuel cell stack with power collecting terminals | |
| EP2544283B1 (en) | Fuel cell | |
| KR101860613B1 (ko) | 연료 전지용 면상 부재 및 면상 부재의 제조 방법 | |
| JP5169722B2 (ja) | 燃料電池の発電セルに用いるガス流路形成部材及びその製造方法並びに成形装置 | |
| EP3286791B1 (en) | Method for producing kiss cut fluid flow field plates | |
| KR102438090B1 (ko) | 연료 전지 스택 및 바이폴라 플레이트 어셈블리 | |
| CN110707342A (zh) | 湍流流场板的制备方法和燃料电池 | |
| EP2909885B1 (en) | Low cost fuel cell components | |
| KR101241947B1 (ko) | 연료전지 스택의 냉각수 유로 형성방법 | |
| JP4892870B2 (ja) | 燃料電池用セパレータ | |
| JP2010089126A (ja) | 燃料電池用エキスパンドメタルの製造装置 | |
| KR100737486B1 (ko) | 연료전지 분리판용 금형 | |
| JP2003317734A (ja) | 燃料電池用冷却板、燃料電池用冷却板の製造方法および固体高分子型燃料電池 | |
| JP2020053265A (ja) | 燃料電池スタック及び多孔体流路板 | |
| JPH11224680A (ja) | 燃料電池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040524 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041012 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20041208 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060711 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060724 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090811 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100811 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100811 Year of fee payment: 4 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100811 Year of fee payment: 4 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100811 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110811 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120811 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120811 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130811 Year of fee payment: 7 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |