JP4765335B2

JP4765335B2 - 燃料電池用金属セパレータの成形方法および成形装置

Info

Publication number: JP4765335B2
Application number: JP2005038457A
Authority: JP
Inventors: 一宏高市; 和孝八幡; 晴彦鈴木; 基固石原
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2005-02-15
Filing date: 2005-02-15
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2025-02-15
Also published as: JP2006228483A

Description

本発明は、燃料電池用金属セパレータの成形方法および成形装置に関する。

燃料電池の単セルは、燃料ガスと酸化剤ガスとを分離するためのセパレータを有する。金属材料は、厚さが薄くても優れた強度が得られるため、セパレータに適用することが試みられており、流路溝に対応する凹部および凸部を有する２枚の金属プレートを重ね合せることで、金属セパレータを形成している（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。
特開２００２−３７３６７３号公報特開２００３−３３１８５９号公報

しかし、２枚の金属プレートは、金属板材からプレス加工によって個々に形成された後で、接合されるため、多くの工程を必要とし、また、接合の際における金属プレートの位置決めは、容易ではない。そのため、生産性の向上が困難であり、金属セパレータの製造コストが上昇する問題を有する。

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、良好な生産性を有する燃料電池用金属セパレータの成形方法および成形装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、
重ね合わせて接合された第１プレートおよび第２プレートを有し、
前記第１プレートは、前記第２プレートに対する重ね合わせ面の逆側に位置する第１流路面を有し、
前記第２プレートは、前記第１プレートに対する重ね合わせ面の逆側に位置する第２流路面を有し、
前記第１流路面には、第１反応ガスの流路溝を構成する凹部および凸部が配置され、
前記第２流路面には、第２反応ガスの流路溝を構成する凹部および凸部が配置され、
前記第１流路面の凹部および凸部は、前記第２流路面の凹部および凸部に対応しており、
前記第１流路面の凹部の表面と、前記第２流路面の凹部の背面との間には、冷却流体の流路を構成する隙間が形成され、
前記第１流路面の凸部の表面と前記第２流路面の凸部の背面とは、かしめ構造により、接合されている
燃料電池用金属セパレータを製造するための成形装置であって、
前記第１流路面に対応するキャビティを有する第１成形型、
前記第１プレートにおける前記第２プレートに対する重ね合わせ面に対応するキャビティを有する第２成形型、
前記第２流路面に対応するキャビティを有する第３成形型、
前記第２成形型および前記第３成形型を、切換え式に位置決めし、前記第１成形型に相対させるための成形型切換機構、
前記成形型切換機構によって位置決めされて前記第１成形型に相対する前記第２成形型と、前記第１成形型とを型締めし、押圧するための第１押圧手段、
前記成形型切換機構によって位置決めされて前記第１成形型に相対する前記第３成形型と、前記第１成形型とを型締めし、押圧するための第２押圧手段、および、
前記第１プレートおよび前記第２プレートに、かしめ加工を施すことにより、前記かしめ構造を形成するためのかしめ加工手段を有し、
前記第１成形型のキャビティは、前記第１反応ガスの流路溝を形成するための凹部および凸部を有し、
前記第３成形型のキャビティは、前記第２反応ガスの流路溝を形成するための凹部および凸部を有し、
前記第１成形型のキャビティの凹部および凸部は、前記第３成形型のキャビティの凸部および凹部に対応し、
前記第１成形型のキャビティの凸部の高さは、当該凸部に対応する前記第３成形型のキャビティの凹部の深さより大きくなるように設定されており、
前記第１成形型のキャビティの凹部によって形成される前記第１プレートの凹部の表面と、前記第３成形型のキャビティの凸部によって形成される前記第２プレートの凹部の背面との間には、前記冷却流体の流路を構成する隙間が形成され、
前記かしめ加工手段は、前記第１流路面の凸部の表面と前記第２流路面の凸部の背面とに、前記かしめ加工を施す
ことを特徴とする成形装置である。

上記目的を達成するための請求項６に記載の発明は、
重ね合わせて接合された第１プレートおよび第２プレートを有し、
前記第１プレートは、前記第２プレートに対する重ね合わせ面の逆側に位置する第１流路面を有し、
前記第２プレートは、前記第１プレートに対する重ね合わせ面の逆側に位置する第２流路面を有し、
前記第１流路面には、第１反応ガスの流路溝を構成する凹部および凸部が配置され、
前記第２流路面には、第２反応ガスの流路溝を構成する凹部および凸部が配置され、
前記第１流路面の凹部および凸部は、前記第２流路面の凹部および凸部に対応しており、
前記第１流路面の凹部の表面と、前記第２流路面の凹部の背面との間には、冷却流体の流路を構成する隙間が形成され、
前記第１流路面の凸部の表面と前記第２流路面の凸部の背面とが、かしめ構造により、接合されている
燃料電池用金属セパレータを製造するための成形方法であって、
前記第１流路面に対応するキャビティを有する第１成形型に、第１金属板材を配置し、
前記第１成形型に相対して、前記第１プレートにおける前記第２プレートに対する重ね合わせ面に対応するキャビティを有する第２成形型を位置決めし、
前記第１成形型と前記第２成形型とを型締めし、前記第１金属板材を押圧することで、前記第１プレートを形成し、
前記第１成形型と前記第２成形型とを型開きした後で、前記第２流路面に対応するキャビティを有する第３成形型を、前記第２成形型と切換えて、前記第１成形型に相対して位置決めし、
前記第３成形型に相対しかつ前記第１成形型に配置される前記第１プレートに重ね合せて、第２金属板材を配置し、
前記第１成形型と前記第３成形型とを型締めし、前記第１プレートと前記第２金属板材とを、同時に押圧することで、前記第１プレートと接合された第２プレートを形成し、
前記第１成形型のキャビティは、前記第１反応ガスの流路溝を形成するための凹部および凸部を有し、
前記第３成形型のキャビティは、前記第２反応ガスの流路溝を形成するための凹部および凸部を有し、
前記第１成形型のキャビティの凹部および凸部は、前記第３成形型のキャビティの凸部および凹部に対応し、
前記第１成形型のキャビティの凸部の高さは、当該凸部に対応する前記第３成形型のキャビティの凹部の深さより大きくなるように設定されており、
前記第１成形型のキャビティの凹部によって形成される前記第１プレートの凹部の表面と、前記第３成形型のキャビティの凸部によって形成される前記第２プレートの凹部の背面との間には、冷却流体の流路を構成する隙間が形成され、
前記第１流路面の凸部の表面と前記第２流路面の凸部の背面とに、かしめ加工手段によって、かしめ加工を施すことにより、前記かしめ構造を形成する
ことを特徴とする成形方法である。

上記のように構成した本発明は、以下の効果を奏する。

請求項１に記載の発明によれば、第１金属板材が配置される第１成形型と、第２成形型とを型締めし、第１金属板材を押圧することで、第１流路面に対応する形状を有する第１プレートを形成し、その後、成形型切換機構によって第２成形型の代わりに第３成形型を配置し、第３成形型に相対しかつ第１成形型に配置される第１プレートに重ね合せて、第２金属板材が配置される第１成形型と、第３成形型とを型締めし、第１プレートと第２金属板材とを、同時に押圧することで、第１プレートと接合されかつ第２流路面に対応する形状を有する第２プレートを形成することが可能である。つまり、燃料電池用金属セパレータを構成する第１プレートおよび第２プレートを、同一装置内で、連続的に成形かつ接合することができる。この場合、セパレータを製造するために必要とされる工程は、削減され、また、接合の際における位置決めは不要であるため、ハンドリング性が向上する。そのため、生産性を向上させ、セパレータの製造コストを低減させることが可能であり、良好な生産性を有する燃料電池用金属セパレータの成形装置を提供することができる。また、第１プレートの第１流路面における第１反応ガスの流路溝を構成する凸部の表面と、第２プレートの第２流路面における第２反応ガスの流路溝を構成する凸部の背面とを、かしめ構造により接合することができるため、第１プレートと第２プレートとを完全に接合し、接触面積の低下を抑制し、導電性を向上させことが可能である。

請求項６に記載の発明によれば、燃料電池用金属パレータを構成する第１プレートおよび第２プレートは、連続的に成形かつ接合されるため、セパレータを製造するために必要とされる工程は、削減され、また、接合の際における位置決めは不要であるため、ハンドリング性が向上する。そのいため、生産性を向上させ、セパレータの製造コストを低減させることが可能であり、良好な生産性を有する燃料電池用金属セパレータの成形方法を提供することができる。また、第１プレートの第１流路面における第１反応ガスの流路溝を構成する凸部の表面と、第２プレートの第２流路面における第２反応ガスの流路溝を構成する凸部の背面部とを、かしめ構造により接合するため、第１プレートと第２プレートとを完全に接合し、接触面積の低下を抑制し、導電性を向上させことが可能である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る燃料電池およびセパレータを説明するための断面図、図２は、図１に示されるセパレータの平面図、図３は、図１に示される上層プレートおよび下層プレートの合せ面を説明するための断面図である。

燃料電池１０は、単セルを多数積層してなる積重ね体の形態で、例えば、自動車の駆動源として使用される。単セルは、水の電気分解の逆の原理を利用し、水素と酸素とを反応させて水を得る過程で電気を得ることができる電池であり、電極部２０および金属セパレータ３０を有する。

電極部２０は、金属セパレータ３０の間に配置され、固体高分子電解質膜と、その両面に配置されるガス拡散層部を有する。固体高分子電解質膜は、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸されて構成されている。ガス拡散層部は、カーボンペーパー等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子からなる電極触媒層とを有する。

金属セパレータ３０は、第１流路面および第１流路面の逆側に位置する第２流路面を有する。第１流路面および第２流路面は、流路溝が配置される中央部３２と、中央部３２の両側に位置する端部３３とを有する。端部３３は、反応ガスである水素および酸素と、冷却流体である水とを流通させるための開口部（マニホールド）３４，３５，３６を有する。

金属セパレータ３０は、第１流路面を構成する下層プレート（第１プレート）５１と、第２流路面を構成する上層プレート（第２プレート）４１とを有する。上層プレート４１および下層プレート５１は、重ね合わされて接合されており、かしめ構造を有する。

上層プレート４１および下層プレート５１は、対応する凸部４２，５２および凹部４６，５６を有し、凹凸形状を呈する。凸部４２，５２および凹部４６，５６は、第１流路面および第２流路面における第１反応ガスおよび第２反応ガスの流路溝を構成する。第１反応ガスおよび第２反応ガスは、酸化剤ガス（空気）および燃料ガス（水素）である。

上層プレート４１および下層プレート５１の材料は、ステンレス鋼鈑である。ステンレス鋼鈑は、複雑な機械加工を施しやすくかつ導電性が良好である点で好ましいが、チタン、チタン系合金等の耐食性金属や、アルミニウム合金や、クラッド材を適用することも可能である。耐食性を向上させるために、貴金属（例えば、金）によるメッキや、導電性を有する樹脂のコーティングなどの耐食性の被覆層を形成することも好ましい。

上層プレート４１の凸部４２の上部面（表面）４３は、上方に位置する電極部２０の下部面と接触している。凹部４６の上部面４７と電極部２０の下部面とによって定義される空間Ｓ_１は、燃料ガスを流通させるための流路溝を形成する。

下層プレート５１の凸部５２の上部面５３は、上層プレート４１の凸部４２の下部面（背面）４４と接触し、合せ面が形成されている。凸部５２の下部面５４と、下方に位置する電極部２０の上部面とによって定義される空間Ｓ_２は、酸化剤ガスを流通させるための流路溝を形成する。凹部５６の下部面５８は、下方に位置する電極部２０の上部面と接触している。

下層プレート５１の凹部５６の深さは、上層プレート４１の凹部５６の深さより大きくなるように設定されており、上層プレート４１の凹部５６の下部面５８と、下層プレート５１の凹部５６の上部面５７とによって定義される空間（隙間）Ｓ_３は、冷却水を流通させるための流路溝を形成する。空間Ｓ_３は、上層プレート４１の凹部５６を介し、燃料ガスを流通させるための流路溝（空間Ｓ_１）の下方に位置する。

隣接する金属セパレータ３０は、凹部および凸部がオフセットされて配置される。したがって、金属セパレータ３０の酸化剤ガスを流通させるための流路溝（空間Ｓ_２）は、上方に位置する電極部２０を介して隣接する金属セパレータ３０の燃料ガスを流通させるための流路溝（空間Ｓ_１）および冷却水を流通させるための流路溝（空間Ｓ_３）と相対する。

一方、金属セパレータ３０の燃料ガスを流通させるための流路溝（空間Ｓ_１）および冷却水を流通させるための流路溝（空間Ｓ_３）は、下方に位置する電極部２０を介して隣接する金属セパレータ３０の酸化剤ガスを流通させるための流路溝（空間Ｓ_２）と相対している。

下層プレート５１の凸部５２の上部面５３は、凸凹部７４を有し、上層プレート４１の凸部４２の下部面４４は、凸凹部６４を有する（図３参照）。凸凹部７４と凸凹部６３とは、嵌合し、かしめ構造を形成している。かしめ構造は、上層プレート４１と下層プレート５１とを完全に接合し、接触面積の低下を抑制し、導電性を向上させる。なお、符号７４は、凸凹部７３の背面部であり、下層プレート５１の凸部５２の下部面５４に配置される凸凹部であり、凸凹部７３の形状に対応している。符号６３は、凸凹部６４の背面部であり、上層プレート４１の凸部４２の上部面４３に配置される凸凹部であり、凸凹部６４の形状に対応している。

空間（流路溝）Ｓ_１〜Ｓ_３の形状および配置は、ガスの拡散性、圧力損失、生成水の排出性、冷却性能等を考慮し、適宜設定される。

図４および図５は、本発明の実施の形態に係る成形装置を説明するための側面図であり、第１および第２ポジションを示しており、図６は、図４に示される下型および第１上型を説明するための断面図、図７は、図４に示される第２上型を説明するための断面図である。

成形装置１００は、第１上型（第２成形型）１１０、第２上型（第３成形型）１３０、下型（第１成形型）１５０、押圧装置（押圧手段）１７０、および成形型切換機構を有する。

下型１５０は、固定式に配置され、下層プレート５１および上層プレート４１を構成することとなる下ブランク材（第１金属板材）２４１および上ブランク材（第２金属板材）２５１が、順次配置される。下型１５０は、金属セパレータ３０の下部面（第１流路面）の中央部３２および端部３３に対応する下部中央ダイ１５１および下部端部ダイ１６１を有する。下部中央ダイ１５１および下部端部ダイ１６１と、周囲に配置されるホルダー部１６６とは、支持部１６８に連結されて支持されている。

下部中央ダイ１５１のキャビティ１５３は、酸化剤ガスの流路溝を形成するための凸部１５５および凹部１５８と、下層プレート５１および上層プレート４１に、かしめ加工を施すための第１かしめ加工手段とを有する。凸部１５５は、下層プレート５１の凸部５２の下部面５４に対応する。凹部１５８は、下層プレート５１の凹部５６の下部面５８に対応する。

第１かしめ加工手段は、凸部１５５の表面に配置される第１凸凹部１５６を有する。第１凸凹部１５６は、第２上型１３０に配置される第２かしめ加工手段と連動し、下層プレート５１の凸部５２の下部面５４を押圧することよって、凸部５２の上部面５３に、凸凹部７４を形成するために使用される。

第１上型１１０および第２上型１３０は、成形型切換機構によって切換式に位置決めされ、下型１５０に対して相対するように配置される。図４に示される第１ポジションにおいては、第１上型１１０は、下型１５０に対して近接離間可能である。図５に示される第２ポジションにおいては、第２上型１３０は、下型１５０に対して近接離間可能である。

第１上型１１０は、上部中央ダイ１１１および上部端部ダイ１２１を有する。上部中央ダイ１１１および上部端部ダイ１２１と、周囲に配置されるホルダー部１２６とは、支持部１２８に連結されて保持されている。

上部中央ダイ１１１のキャビティ１１３は、下層プレート５１における第１流路面の逆側に位置する面に対応しており、下部中央ダイ１５１のキャビティ１５３の凸部１５５および凹部１５８に対応する凹部１１８および凸部１１５を有する。凸部１１５は、下層プレート５１の凹部５６の上部面５７に対応し、凹部１１８は、下層プレート５１の凸部５２の上部面５３に対応する。

したがって、第１ポジションにおいて、第１上型１１０は、下型１５０に配置される下ブランク材２４１を押圧することで、下層プレート５１を形成することが可能である。

第２上型１３０は、金属セパレータ３０の上部面（第２流路面）の中央部３２および端部３３に対応する上部中央ダイ１３１および上部端部ダイ１４１を有する。上部中央ダイ１３１および上部端部ダイ１４１と、周囲に配置されるホルダー部１４６とは、支持部１４８に連結されて保持されている。

上部中央ダイ１３１のキャビティ１３３は、燃料ガスの流路溝を形成するための凸部１３５および凹部１３８と、下層プレート５１および上層プレート４１に、かしめ加工を施すための第２かしめ加工手段とを有する。凸部１３５は、上層プレート４１の凹部４６の上部面４７に対応し、凹部１１８は、上層プレート４１の凸部４２の上部面４３に対応する。

下部中央ダイ１５１のキャビティ１５３の凸部１５５の高さは、当該凸部１５５に対応する上部中央ダイ１３１のキャビティ１３３の凹部１３８の深さより大きくなるように設定されている。

そのため、下部中央ダイ１５１のキャビティ１５３の凸部１５５によって形成される下層プレート５１の凸部５２の上部面５３と、第２上型１３０の上部中央ダイ１３１の凹部１３８によって形成される上層プレート４１の凸部４２の下部面４４とは、接触し、合せ面が形成される。下部中央ダイ１５１のキャビティ１５３の凹部１５８によって形成される下層プレート５１の凹部５６の上部面５７と、第２上型１３０の上部中央ダイ１３１の凸部１３５によって形成される上層プレート４１の凹部４６の下部面４８との間には、冷却流体の流路を構成する隙間が形成される。

したがって、第２ポジションにおいて、第２上型１３０は、下型１５０に配置される下層プレート５１と、下層プレート５１に重ね合せて配置される上ブランク材２５１とを、同時に押圧することで、下層プレート５１に接合された上層プレート４１を形成することが可能である。

第２かしめ加工手段は、凹部１３８の表面に配置される第２凸凹部１３９を有する。第２凸凹部１３９は、下型１５０に配置される第１かしめ加工手段（第１凸凹部１５６）と連動し、上層プレート４１の凸部４２の上部面４３を押圧することよって、凸部４２の下部面４４に、凸凹部６４を形成するために使用される。つまり、第２上型１３０に配置される第２かしめ加工手段と、下型１５０に配置される第１かしめ加工手段とは、上層プレート４１および下層プレート５１にかしめ加工を施すことで、上層プレート４１の凸部４２の下部面４４の凸凹部６４と、下層プレート５１の凸部５２の上部面５３の凸凹部７４とが嵌合し、接合されたかしめ構造を形成する。

押圧装置１７０は、第１上型１１０に配置される駆動装置（第１押圧手段）１７２および第２上型１３０に配置される駆動装置（第２押圧手段）１７４を有する。駆動装置１７２，１７４は、例えば、油圧シリンダである。

駆動装置１７２は、第１ポジションに位置決めされた際に、第１上型１１０の支持部１２８を、下型１５０に向って移動させ、第１上型１１０と下型１５０を型締めし、押圧するために使用される。駆動装置１７４は、第２ポジションに位置決めされた際に、第２上型１３０の支持部１４８を、下型１５０に向って移動させ、第２上型１３０と下型１５０を型締めし、押圧するために使用される。

成形型切換機構は、下型１５０に対して平行な水平方向に、第１上型１１０および第２上型１３０を移動させるためのスライド装置１８０を有する。スライド装置１８０は、第１上型１１０および第２上型１３０を、切換え式に位置決めし、下型１５０に相対させるために使用される。図４に示される第１ポジションにおいては、第１上型１１０は、下型１５０に対して近接離間可能であり、図５に示される第２ポジションにおいては、第２上型１３０は、下型１５０に対して近接離間可能となる。

以上のように、成形装置１００においては、下ブランク材２４１が配置される下型１５０と、第１上型１１０とを型締めし、下ブランク材２４１を押圧することで、下層プレート５１を形成し、成形型切換機構によって、第１上型１１０の代わりに第２上型１３０が位置決めされ、下層プレート５１に重ね合せて上ブランク材２５１が配置される下型１５０と、第２上型１３０とを型締めし、下層プレート５１と上ブランク材２５１とを、同時に押圧することで、下層プレート５１と接合された上層プレート４１を形成することが可能である。

つまり、金属パレータ３０を構成する第１プレート（下層プレート）および第２プレート（上層プレート）を、同一装置内で、連続的に成形かつ接合することができる。この場合、金属パレータ３０を製造するために必要とされる工程は、削減され、また、接合の際における位置決めは不要であるため、ハンドリング性が向上する。したがって、生産性を向上させ、金属パレータ３０の製造コストを低減させることが可能である。

次に、本発明の実施の形態に係る成形方法を説明する。図８は、下ブランク材の載置を説明するための断面図、図９は、図８に続く、第１上型による押圧を説明するための断面図、図１０は、図９に続く、上ブランク材の載置を説明するための断面図、図１１は、図１０に続く、第２上型による押圧を説明するための断面図である。

下層プレート５１を構成することとなる下ブランク材２４１が、下型１５０の下部中央ダイ１５１のキャビティ１５３および下部端部ダイ１６１のキャビティに、配置される（図８参照）。下ブランク材２４１は、キャビティ１５３の凸部１５５と当接する。

成形型切換機構のスライド装置１８０は、第１上型１１０および第２上型１３０を移動させ、第１上型１１０を、下型１５０に相対する第１ポジションに、位置決めする（図４参照）。

駆動装置１７２は、第１上型１１０の支持部１２８を、下型１５０に向って移動させ、第１上型１１０と下型１５０を型締めし、下ブランク材２４１を押圧する。

下型１５０の下部中央ダイ１５１のキャビティ１５３に配置される凸部１５５は、下層プレート５１の凸部５２の下部面５４に対応し、凹部１５８は、下層プレート５１の凹部５６の下部面５８に対応する。第１上型１１０の上部中央ダイ１１１のキャビティ１１３は、下層プレート５１における第１流路面の逆側に位置する面に対応し、凸部１５５および凹部１５８に対応する凹部１１８および凸部１１５を有する。したがって、下ブランク材２４１から下層プレート５１を形成される（図９参照）。

駆動装置１７２は、第１上型１１０の支持部１２８を、下型１５０から離間するように上昇させ、下型１５０と第１上型１１０とを型開きする。

成形型切換機構のスライド装置１８０は、第１上型１１０および第２上型１３０を移動させ、第２上型１３０を、下型１５０に相対する第２ポジションに、位置決めする（図５参照）。つまり、成形型切換機構は、第２上型１３０を、第１上型１１０と切換えて、下型１５０に相対して位置決めする。

上層プレート４１を構成することとなる上ブランク材２５１が、第２上型１３０に相対しかつ下層プレート５１に重ね合せて、配置される（図１０参照）。

駆動装置１７４は、第２上型１３０の支持部１４８を、下型１５０に向って移動させ、第２上型１３０と下型１５０を型締めし、下層プレート５１および上ブランク材２５１を同時に押圧する。

第２上型１３０の上部中央ダイ１３１のキャビティ１３３の凸部１３５は、上層プレート４１の凹部４６の上部面４７に対応し、凹部１１８は、上層プレート４１の凸部４２の上部面４３に対応する。そのため、上ブランク材２５１から、下層プレート５１に接合された上層プレート４１が形成され（図１１参照）。

金属パレータ３０を構成する下層プレート５１および上層プレート４１は、連続的に成形かつ接合されるため、金属パレータ３０を製造するために必要とされる工程は、削減され、また、接合の際における位置決めは不要であるため、ハンドリング性が向上する。したがって、生産性を向上させ、金属パレータ３０の製造コストを低減させることが可能である。

下部中央ダイ１５１のキャビティ１５３の凸部１５５の表面には、第１かしめ加工手段である第１凸凹部１５６が配置され、上部中央ダイ１３１のキャビティ１３３の凹部１３８の表面には、第２かしめ加工手段である第２凸凹部１３９が配置されている。

第１凸凹部１５６および第２凸凹部１３９は、連動し、下層プレート５１の凸部５２の下部面５４を押圧することよって、凸部５２の上部面５３に、凸凹部７４を形成し、上層プレート４１の凸部４２の上部面４３を押圧することよって、凸部４２の下部面４４に、凸凹部６４を形成する。凸凹部６４および凸凹部７４は、嵌合し、接合することで、かしめ構造を形成する。かしめ構造は、上層プレート４１と下層プレート５１とを完全に接合し、接触面積の低下を抑制し、導電性を向上させる。

以上のように本実施の形態は、良好な生産性を有する燃料電池用金属セパレータの成形方法および成形装置を提供することができる。また、得られる燃料電池用金属セパレータは、良好な生産性を有する成形方法が適用されているため、製造コストの上昇が抑制される。したがって、低コストの燃料電池用金属セパレータを提供することができる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。

例えば、成形型切換機構は、スライド装置を利用する形態に限定されない。また、第１上型に配置される駆動装置および第２上型に配置される駆動装置を、成形型切換機構と一体化することも可能である。

本発明の実施の形態に係る燃料電池およびセパレータを説明するための断面図である。図１に示されるセパレータの平面図である。図１に示される上層プレートおよび下層プレートの合せ面を説明するための断面図である。本発明の実施の形態に係る成形装置を説明するための側面図であり、第１ポジションを示している。本発明の実施の形態に係る成形装置を説明するための側面図であり、第２ポジションを示している。図４に示される下型および第１上型を説明するための断面図である。図４に示される第２上型を説明するための断面図である。本発明の実施の形態に係る成形方法を説明するための断面図であり、下ブランク材の載置を示している。図８に続く、第１上型による押圧を説明するための断面図である。図９に続く、上ブランク材の載置を説明するための断面図である。図１０に続く、第２上型による押圧を説明するための断面図である。

符号の説明

１０・・燃料電池、
２０・・電極部、
３０・・金属セパレータ、
３２・・中央部、
３３・・端部、
４１・・上層プレート、
４２・・凸部、
４３・・上部面、
４４・・下部面、
４６・・凹部、
４７・・上部面、
４８・・下部面、
５１・・下層プレート、
５２・・凸部、
５３・・上部面、
５４・・下部面、
５６・・凹部、
５７・・上部面、
５８・・下部面、
６３・・凸凹部、
６４・・凸凹部、
７２・・凸凹部、
７３・・凸凹部、
１００・・成形装置、
１１０・・第１上型、
１１１・・上部中央ダイ、
１１３・・キャビティ、
１１５・・凸部、
１１８・・凹部、
１２１・・上部端部ダイ、
１２６・・ホルダー部、
１２８・・支持部、
１３０・・第２上型、
１３１・・上部中央ダイ、
１３３・・キャビティ、
１３５・・凸部、
１３８・・凹部、
１３９・・凸凹部、
１４１・・上部端部ダイ、
１４６・・ホルダー部、
１４８・・支持部、
１５０・・下型、
１５１・・下部中央ダイ、
１５３・・キャビティ、
１５５・・凸部、
１５６・・凸凹部、
１５８・・凹部、
１６１・・下部端部ダイ、
１６６・・ホルダー部、
１６８・・支持部、
１７０・・押圧装置、
１７２，１７４・・駆動装置、
１８０・・スライド装置、
２４１・・下ブランク材、
２５１・・上ブランク材、
Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３・・空間。

Claims

重ね合わせて接合された第１プレートおよび第２プレートを有し、
前記第１プレートは、前記第２プレートに対する重ね合わせ面の逆側に位置する第１流路面を有し、
前記第２プレートは、前記第１プレートに対する重ね合わせ面の逆側に位置する第２流路面を有し、
前記第１流路面には、第１反応ガスの流路溝を構成する凹部および凸部が配置され、
前記第２流路面には、第２反応ガスの流路溝を構成する凹部および凸部が配置され、
前記第１流路面の凹部および凸部は、前記第２流路面の凹部および凸部に対応しており、
前記第１流路面の凹部の表面と、前記第２流路面の凹部の背面との間には、冷却流体の流路を構成する隙間が形成され、
前記第１流路面の凸部の表面と前記第２流路面の凸部の背面とは、かしめ構造により、接合されている
燃料電池用金属セパレータを製造するための成形装置であって、
前記第１流路面に対応するキャビティを有する第１成形型、
前記第１プレートにおける前記第２プレートに対する重ね合わせ面に対応するキャビティを有する第２成形型、
前記第２流路面に対応するキャビティを有する第３成形型、
前記第２成形型および前記第３成形型を、切換え式に位置決めし、前記第１成形型に相対させるための成形型切換機構、
前記成形型切換機構によって位置決めされて前記第１成形型に相対する前記第２成形型と、前記第１成形型とを型締めし、押圧するための第１押圧手段、
前記成形型切換機構によって位置決めされて前記第１成形型に相対する前記第３成形型と、前記第１成形型とを型締めし、押圧するための第２押圧手段、および、
前記第１プレートおよび前記第２プレートに、かしめ加工を施すことにより、前記かしめ構造を形成するためのかしめ加工手段を有し、
前記第１成形型のキャビティは、前記第１反応ガスの流路溝を形成するための凹部および凸部を有し、
前記第３成形型のキャビティは、前記第２反応ガスの流路溝を形成するための凹部および凸部を有し、
前記第１成形型のキャビティの凹部および凸部は、前記第３成形型のキャビティの凸部および凹部に対応し、
前記第１成形型のキャビティの凸部の高さは、当該凸部に対応する前記第３成形型のキャビティの凹部の深さより大きくなるように設定されており、
前記第１成形型のキャビティの凹部によって形成される前記第１プレートの凹部の表面と、前記第３成形型のキャビティの凸部によって形成される前記第２プレートの凹部の背面との間には、前記冷却流体の流路を構成する隙間が形成され、
前記かしめ加工手段は、前記第１流路面の凸部の表面と前記第２流路面の凸部の背面とに、前記かしめ加工を施す
ことを特徴とする成形装置。
第１金属板材が配置された前記第１成形型と、前記第２成形型とが型締され、前記第１金属板材を押圧することで、前記第１プレートが形成され、
前記成形型切換機構によって、前記第２成形型の代わりに前記第３成形型が位置決めされ、
前記第３成形型に相対しかつ前記第１成形型に配置された前記第１プレートに重ね合せて、第２金属板材が配置された前記第１成形型と、前記第３成形型とが型締めされ、前記第１プレートと前記第２金属板材とを、同時に押圧することで、前記第１プレートと接合された前記第２プレートが形成される
ことを特徴とする請求項１に記載の成形装置。
前記第１流路面は、前記第１反応ガスの流路溝を構成する凹部および凸部が配置される中央部と、当該中央部の両側に位置し、前記第１反応ガス、前記第２反応ガスおよび前記冷却流体を流通させるための開口部を有する端部と、を有し、
前記第２流路面は、前記第２反応ガスの流路溝を構成する凹部および凸部が配置される中央部と、当該中央部の両側に位置し、前記第１反応ガス、前記第２反応ガスおよび前記冷却流体を流通させるための開口部を有する端部と、を有する。
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の成形装置。
前記かしめ加工手段は、前記第１成形型のキャビティの凸部の表面に配置される第１凸凹部と、当該第１凸凹部に対応し、前記第３成形型のキャビティの凹部の表面に配置される第２凸凹部とを有しており、
前記第１流路面の凸部の表面および前記第２流路面の凸部の背面は、前記第１凸凹部および前記第２凸凹部によって前記かしめ加工が施されることで凸凹部が形成され、
前記第１流路面の前記凸凹部と前記第２流路面の前記凸凹部とが、嵌合することで、前記かしめ構造が形成される
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の成形装置。
前記第１反応ガスおよび前記第２反応ガスの一方および他方は、水素ガスおよび酸素ガスであり、前記冷却流体は、水であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の成形装置。
重ね合わせて接合された第１プレートおよび第２プレートを有し、
前記第１プレートは、前記第２プレートに対する重ね合わせ面の逆側に位置する第１流路面を有し、
前記第２プレートは、前記第１プレートに対する重ね合わせ面の逆側に位置する第２流路面を有し、
前記第１流路面には、第１反応ガスの流路溝を構成する凹部および凸部が配置され、
前記第２流路面には、第２反応ガスの流路溝を構成する凹部および凸部が配置され、
前記第１流路面の凹部および凸部は、前記第２流路面の凹部および凸部に対応しており、
前記第１流路面の凹部の表面と、前記第２流路面の凹部の背面との間には、冷却流体の流路を構成する隙間が形成され、
前記第１流路面の凸部の表面と前記第２流路面の凸部の背面とが、かしめ構造により、接合されている
燃料電池用金属セパレータを製造するための成形方法であって、
前記第１流路面に対応するキャビティを有する第１成形型に、第１金属板材を配置し、
前記第１成形型に相対して、前記第１プレートにおける前記第２プレートに対する重ね合わせ面に対応するキャビティを有する第２成形型を位置決めし、
前記第１成形型と前記第２成形型とを型締めし、前記第１金属板材を押圧することで、前記第１プレートを形成し、
前記第１成形型と前記第２成形型とを型開きした後で、前記第２流路面に対応するキャビティを有する第３成形型を、前記第２成形型と切換えて、前記第１成形型に相対して位置決めし、
前記第３成形型に相対しかつ前記第１成形型に配置される前記第１プレートに重ね合せて、第２金属板材を配置し、
前記第１成形型と前記第３成形型とを型締めし、前記第１プレートと前記第２金属板材とを、同時に押圧することで、前記第１プレートと接合された第２プレートを形成し、
前記第１成形型のキャビティは、前記第１反応ガスの流路溝を形成するための凹部および凸部を有し、
前記第３成形型のキャビティは、前記第２反応ガスの流路溝を形成するための凹部および凸部を有し、
前記第１成形型のキャビティの凹部および凸部は、前記第３成形型のキャビティの凸部および凹部に対応し、
前記第１成形型のキャビティの凸部の高さは、当該凸部に対応する前記第３成形型のキャビティの凹部の深さより大きくなるように設定されており、
前記第１成形型のキャビティの凹部によって形成される前記第１プレートの凹部の表面と、前記第３成形型のキャビティの凸部によって形成される前記第２プレートの凹部の背面との間には、冷却流体の流路を構成する隙間が形成され、
前記第１流路面の凸部の表面と前記第２流路面の凸部の背面とに、かしめ加工手段によって、かしめ加工を施すことにより、前記かしめ構造を形成する
ことを特徴とする成形方法。
前記第１流路面は、前記第１反応ガスの流路溝を構成する凹部および凸部が配置される中央部と、当該中央部の両側に位置し、前記第１反応ガス、前記第２反応ガスおよび前記冷却流体を流通させるための開口部を有する端部と、を有し、
前記第２流路面は、前記第２反応ガスの流路溝を構成する凹部および凸部が配置される中央部と、当該中央部の両側に位置し、前記第１反応ガス、前記第２反応ガスおよび前記冷却流体を流通させるための開口部を有する端部と、を有する。
ことを特徴とする請求項６に記載の成形方法。
前記かしめ加工手段は、前記第１成形型のキャビティの凸部の表面に配置される第１凸凹部と、当該第１凸凹部に対応し、前記第３成形型のキャビティの凹部の表面に配置される第２凸凹部と、を有しており、
前記第１流路面の凸部の表面および前記第２流路面の凸部の背面は、前記第１凸凹部および前記第２凸凹部によって前記かしめ加工が施されることで凸凹部が形成され、
前記第１流路面の前記凸凹部と前記第２流路面の前記凸凹部とが、嵌合することで、前記かしめ構造が形成される
ことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の成形方法。