JP4849760B2 - 中間荒打ちおよび最終成形を含むプレートの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、金属またはセラミック材料製のプレートの製造方法に関するものであり、該プレートは、プレート表面の主たる部分を占め、かつプレートの少なくとも片面に高いレリーフパターンが形成されている１以上のフィールドからなり、さらに具体的には、該１以上のフィールドのエリア内で、プレートの少なくとも片面に、交互に高い突起と深い溝又はリセス、かつ面間に薄いウェブを有する高レリーフパターンが形成されており、高レリーフパターンが形成されている１以上のフィールドは、レリーフパターンが形成されている１以上のフィールド領域内のプレートの平均厚みよりも、大きい厚みを持った幅広いエッジ部によって少なくとも部分的に境を設けられていることを特徴とする製造方法である。燃料電池あるいは熱交換機に含まれるように意図されたこのプレートは、上記の種類のプレートの代表的な例である。
【０００２】
（背景技術）
上述した種類の金属プレートを製造することは、困難であり、さらに、薄くて明らかに高いレリーフパターンを持ち、同時に幅が広いプレートを製造することは、極めて難しい。機械による機械仕上げ、スパークによる機械仕上げ、エッチング、レーザーによる工作などの従来の方法は、時間がかかり、高価であり、さらに従来の方法では、完全な製品を提供することは難しい。このことは、数多くの高いレリーフパターンを持つプレートを含んでいる燃料電池の開発を極度に妨げてきた。系中のこのようなプレートは、例えば、異なったガスを分離したり、残存する生成物を移したり、燃料電池の系内に生じた電流を流したりするのに寄与し、かつ通常は、相対的に高い凸縁で互いを分離している溝の部分を両側に持っている中央フィールドを持ち、円形、四角、あるいは長方形である。これらの高いレリーフパターンを持つフィールドは、高いレリーフパターンを持つ中央フィールドの周りに平坦なフレームを形成し、凸縁の最上面は、フレームの２つの側面と一致している周囲が相対的に広いエッジに囲まれている。このようなプレートの厚みは、ケース毎にかなり変化するが、通常は３ｍｍを越えることはなく、溝の間のウェブの厚みは、例えばほぼ１ｍｍ程である。今日の技術によりプレート中の溝を作る方法は、どのような機械加工にしても、上述のような遅くて高価なプロセスになる。従来の成形技術では、かなりの摩擦力が材料の移動を妨げるため、材料を完全に成形部材中に流し込むことはできない。一方、もし成形部材中に、材料を完全に充填するために、従来の装置で材料の移動に必要な設備に高圧を掛けると、工具が損傷を受ける可能性がある。これらの問題は熱交換機に含まれるプレートの製造においても同様である。
【０００３】
（発明の開示）
本発明の目的は、序文で述べたタイプの金属プレート、とりわけ燃料電池及び／あるいは熱交換機用の金属プレートを製造するためのさらに便利なプロセスを提供することである。さらにとりわけ本発明は、従来技術よりかなり安価な製造技術を提供するが、燃料電池及び熱交換機に関して取り上げられる寸法精度、密度やその他の特徴という点におけるとても厳しい要求を満たす製品を提供することを目的としている。しかしながら、本発明の方法は、燃料電池プレート及び熱交換機プレートの製造にのみ限定されるものでなく、他の金属プレート、とりわけ厚みに関係している広幅のプレートに広く使用することもできる。
【０００４】
本発明によると、高いレリーフパターンを持った面を有するプレートの製造には高い運動エネルギーを用いた成形技術を使用する。しかし、粉末あるいは平面プレートからスタートするときに、１ストロークで形成されるような高い運動エネルギー形成により、そのようなパターンを持つプレートを製造することはできない。高い運動エネルギー形成により生じる非常に高い圧力が、材料を柔らかくするとしても、材料の能力は、当然高いレリーフパターンを形成するべき成形部材の１部における迷路のような管内に流入することに限定されるのみならず、より厚みのあるエッジにまで流出することにも限定される。同じ工具で１連のストロークにより製品を形成することもできない。そうでない場合、問題が強調されることとなる。第１衝撃時において表面層で確実に可塑化されるような粉末からスタートするときに、このことはとりわけ顕著となる。しかしながら、そのことは、粉末床の更に奥の粉末の可塑化をさらに難しくし、結局非常に不均一な圧縮となり、摩擦が増加することとなる。
【０００５】
したがって、本発明の原理は、高い運動エネルギーを供給することにより、高いレリーフパターンを持つプレートを、１ストロークで形成することをベースとして、最終の形成操作に適した中間製品を最初に製造することである。
【０００６】
本発明によると、少なくとも１つの前段工程で中間製品は製造され、該中間製品は、まだ十分に高いレリーフパターンではないが、仕上げプレートの該１以上のフィールド内に存在する材料の量に基本的に対応する量の材料を含み、前記高レリーフパターンを持つ１以上のフィールドを形成する第１部分と、前記エッジ部を形成しかつ仕上げプレートのエッジ部に存在する量の材料を実質的に含む第２部分とからなる。該中間製品は、少なくとも２つの彫られた成形部材の間に置かれ、これらの部材は互いに移動可能であり、該成形部材の少なくとも１つは高いレリーフの浮き彫り細工が施され、少なくとも１つはパンチであり、該成形部材は、互いに最も引き寄せられるときには、これらの間に、及び／又は少なくとも１つの成形部材と共に、該１以上の高いレリーフパターンを持つフィールド領域内で仕上げプレートの略最終形状及び少なくとも該エッジ部の最終形状に近い形状に対応した金型空隙を形成する。その後、該１以上のフィールド領域内の高いレリーフパターンは、彫られた成形部材を互いに打ちつけられることにより確立され、少なくとも該パンチは、中間製品に対して打ちつけられ、少なくとも１つの該第１部分の領域内の材料が、実質的には該第１部分及び該第２部分の間で材料が移動することなく、高いレリーフパターンを確立するために、金型空隙の中に流入されかつ充填される。
【０００７】
彫られた成形部材をそれぞれ互いに１つあるいは２つ当てるためには、好ましくは水圧で力をかけるラムを使用することができ、このラムが、１以上のパンチにそれぞれ当てられ、運動エネルギーを中間製品に伝達する。かくして、この場合パンチ及び衝撃部材は、別ユニットであり、そこでは、衝撃部材は、例えば水力衝撃ピストンから構成できる。しかしながら、衝撃部材及びパンチは、一体化ユニットであることも可能である。とりわけこのことは、ストロークが上から行われるときには特に可能であり、そこでは、衝撃部材、例えば水力ピストンは、上からダイスへ打ち落とされるパンチと結合されている。この場合、パンチは衝撃ピストンのピストンロッドの延長である。原理的には、同じ状況が以下の場合においても考えられる。衝撃機械が、例えばより低部のパンチホルダーを経由して、ピストンからも構成されているより低部の衝撃部材と結ばれているであろうより低部のパンチにより構成される場合である。この改良により、前記少なくとも１つの成形部材、それは成形作業が行われる空隙を含むダイスであることが好ましく、打つときのパンチの加速はその成形部材内のスルーホール内で起きることが好ましい。
【０００８】
１方向からあるいは反対２方向から、作業材料に非常に強力な１ストロークにより最終形成操作に非常に高い衝撃アクションを行うことによって、圧力が大変短期間ではあるが、高圧で発生するため、作業材料が可塑化され、金型空隙中に充填される。そして材料は、従来の操作に比べ摩擦が低いために、かなり効率的に、金型空隙の全ての部分に流出するが、これは非常に高い力を用いていることに基づいている。高いエネルギーあるいはより正確には、成形部材を動かせるのに充分な運動エネルギーを用いて形成するこの技術は、材料を可塑化させ、さらにそこではおそらく摩擦が低くなり、それにより従来の形成技術よりも１０から１００倍速い速度で、材料を可塑化させる。
【０００９】
実施された測定と計算によると、１回の衝撃において生じた圧力パルスの持続時間は、０．００１秒以下であるが、その大きさは、１から１０ＧＰａの範囲に渡っていた。概して、１．５から５ＧＰａの範囲である。高圧や高圧から生じる可塑化のために、おそらく作業材料と金型空隙の壁との間の摩擦が低く維持され、同様に作業材料が、（中間製品を製造するときに使用される）粉末からなるときには、粉体粒子間でおそらく摩擦が低くなり、作業材料が、全ての金型空隙に流出し充填するのに貢献し、あるいはその可能性を秘めた必要要件となる。
【００１０】
中間製品を製造するための出発材料としては、セラミック粉末、あるいは金属粉末、あるいは均一なセラミックあるいは金属プレートであり、これは、従来の方法例えば大きなプレートからの打ち抜き法、あるいは粉末を充填し溶融する方法、あるいは一様な厚みを持った均一プレートを作るための粉末技術を含む他の方法などで、製造できる。少なくとも均一プレートからスタートするときには、中間製品の製造は、プレートの外側のエッジにまで材料を圧力で押し込むことを目的としている。どのような技術を使用しようとも、中間製品の製造目的は、プレートが、中央フィールド領域内に、該高いレリーフパターンを得るために、すなわちそれが燃料電池プレートの製造に関連するときには、溝及び凸縁を持って形成されるように、最後の形成操作を行うときに、上述したように非常に高圧の下で、あるいは非常に短時間で彫られた成形部材の間にプレートを形成する時に、適当な量の材料が、正しい場所、すなわち該１以上のフィールド及び該エッジ部領域それぞれに存在する中間製品を提供することである。非常に高圧の下での可塑化のために材料が流れ始める時の最終操作においては、粉末からスタートするときに中間製品中におそらく存在する多孔性は、例えば燃料電池中などでのプレートの機能に充分な密度を達成するために、除去することもできる。他の方法として、多孔性は、以後の操作において最終的に形成されたプレートを焼結することにより、除去できる。さらに別の方法として、多孔性は、中間製品を焼結すること、すなわち、プレートを最終形成に送る前に、材料中に存在する多孔を溶融するために充分な温度になるまで、中間製品を加熱することにより、中間製品中ですでに除去できる。これら代替案の組み合わせも考えられる。
【００１１】
中間製品を製造することに関連して、シラ地は、粉末冶金術での製造が可能であり、上述されたように、そのシラ地は、粉末粒子が癒着し、材料が上述したように可塑化するだけの高い運動エネルギーを用いて彫られた成形部材を互いに持ちよせることにより、以後の最終形成に適した基本的な統合体を形成するように、好適には加熱により焼結される。工具中で粉末を加圧することにより中間製品を製造することも考えられ、その工具には、粉末に対して高い運動エネルギーを用いてストロークする少なくとも１つのパンチがあり、その中では、パンチの運動エネルギーは、非常に高く、それが粉末に移され、中間製品が充分に一体化される高い程度に、粉末が可塑化され、かくして最終形成操作のための中間製品として使用されるようになる。複数の工程で圧接することによりシラ地あるいは一体化物を形成することも考えられる。
【００１２】
金属粉末からスタートするときに、中間製品の製造に関連して、粉末を予備充填したものを、充分に統合された物あるいは一体化物にスムーズに移行させるために、単一もしくは複数の加圧操作前に、少なくとも７０℃に粉末を予備加熱することが有利である。このことは、とりわけ該金属が、軽金属好ましくは、アルミニウム、マグネシウム、チタンからなる群に属するいずれかの金属、あるいは基本的に該金属の１以上の合金からなるときに、当てはまる。典型的には、燃料電池プレートは、このような金属から作られている。ステンレス鋼を含め青銅あるいは鋼などの他の金属製のプレートを製造するためには、粉末であろうと均一なプレートであろうと、出発材料は、より高温まで予備加熱されるべきである。
【００１３】
この中間製品は、エッジ部よりも薄い該１以上の第１部分、すなわち、高いレリーフパターンを確立するときには、高い運動エネルギー手段による以後の最終形成を行うために、「正しい場所での正しい量の金属」を確保するよう、例えば、磨砕あるいは粉砕などの従来の機械仕上げにより、均一な金属プレートからも製造できる。
【００１４】
互いに関して充分に高い運動エネルギーを用いて成形部材を動かすことを含む１以上の形成操作と関連して、下部の成形部材は、形成操作の間に静止しているかあるいは上方へ移動するアンビル（金床）上に設けることができ、一方、充分に高い運動エネルギーを得るように促進される上部の成形部材は、１以上の下部の成形部材に対して下方に打ち込まれ、そこでは、デバイスが、そうでなければ使用される衝撃機械中において展開される衝撃波を減衰あるいは除去するために提供されることが好ましい。例えば、同一出願人により出願されたスウェーデン特許出願第０００１５５８−６号、第０００１６６０−２号、第０００２０３０−５号及び／あるいは第０００３２７９−７号に記載されているこれらの衝撃機械のいずれかの使用も可能であり、その開示は、本明細書に参照として組み込まれている。特にこれらの機械は、いわゆる高い運動エネルギー形成よりなる燃料電池プレート及び熱交換機プレートの最終形成に適しているが、中間製品の製造にも有利に使用でき、製造が、非常に短時間ではあるが、非常に高振幅を持った圧力パルスの確立に充分な運動エネルギーを供給するタイプの形成よりなる場合にも有利に使用できる。
【００１５】
金属プレートの側面を彫ることは、高いレリーフパターンを持ったプレートの最終形成と関連するのみならず、粉末からの中間製品の形成にも関連して、別の成形部材という手段により行うことができると考えてもよい。例えば、おそらく一体化できると思われる中央パンチ及び第１ラムは、中央フィールドあるいは高いレリーフパターンを形成するべき複数のフィールドに使用することもでき、またおそらく一体化できると思われる１つ以上の円周パンチ及び１つ以上の第２ラムは、及び／あるいは、周囲のフレーム形状のエッジ部を形成するのに使用してもよい。この原理により、良好な流動性までの要求が最高になる領域、すなわち、中央フィールドあるいは高いレリーフパターンを形成するべき複数のフィールドへの最高の運動エネルギーを供給する機会が与えられる。
【００１６】
衝撃機械中では、しばしば高速形成とされている技術を採用する。なぜなら、衝撃機械中のラムの高い速度は、形成作業に関連するかぎり、所望の結果を達成するための必要条件として、一般的に考えられてきたからである。しかしながら、可動ユニットの高い速度は、もし機械が、著しく反対の原理より作動するとすれば、すなわち衝撃操作中に互いの方に動くユニットの場合、複雑性を包含する。この複雑性は、互いの方に対して動く物体の正しいインパルスと同時にストロークを行うために、互いの方に対して動くユニットの移動は、速度（インパルス）及び位置に関して非常に正確に、同期化されかつ調節されねばならないという事実に存在している。すなわち移動部材の速度が高くなればなるほど困難が増加する。
【００１７】
本発明の特徴は、衝撃操作中に互いの方に対して動く衝撃機械中の可動ユニットの速度は、先行技術と比較して必要であると考えられてきたほど速くする必要が無いという考え方に基づいている。運動エネルギーも、対応して高くする必要が無く、すなわち低速は、対応した大きな可動物体により補償される必要が必ずしも無い。本発明の特徴により、同一の物体に関しては、速度は、該ラムの５から１０ｍ／秒のオーダーから１ｍ／秒のオーダーに減少させる事ができ、あるいはより一般的には０．５から２ｍ／秒のオーダーに減少させる事ができる。
【００１８】
このようにして低速は、衝撃操作中の可動ユニットの動きに同期化される可能性を向上させている。速度が急速に減少したとしても、作業材料が粉末であろうと、固体であろうと形成作業は完璧でありうる。本発明は、いかなる特定の理論に縛られることなく、反対方向への移動への同期化が良好であることによると仮定することができ、そのことは代わりに、可動物体の運動エネルギーは、機械の基礎及び台へのエネルギー損失も少なく、有効な形成作業として使用できるという結果をもたらす。
【００１９】
互いの方に対して動くユニットの低速に関する他の有望な効果としては、ラムの移動が短縮できるということである。このことにより、上述のように、統合ユニット形成のための衝撃デバイス／ラム及びパンチを形成することができる。この場合のパンチは、パンチが衝撃デバイス／ラムあるいは対応物と一体化されたとしても、衝撃操作用のスタート位置におけるダイスの上下の開口部それぞれに挿入しても良く、そこでは、ラム移動すなわち加速長さは、ダイスの金型空隙の軸方向の長さよりも短くなる。
【００２０】
かくして、前述してきたことであり、また以下に本発明の詳細な記述においてさらに詳細に記載されるが、高い運動エネルギーあるいは非常に高い運動エネルギーという表現は、相対的な概念であり、形成作業に関して効果を達成するための充分な運動エネルギーを意味すると解釈されるべきであることを理解するべきである。
【００２１】
さらに、利点と同様に、本発明の特徴及び様態は、特許の請求範囲から明白であり、かつ以下の実施形態からも明白である。
【００２２】
本発明の実施形態の以下の記載において、添付の図面を参照して燃料電池プレートの製造を概略的に説明する。
【００２３】
（発明を実施するための最良の形態）
まず図５及び図６を参照して、中間製品を１とし、その断面を概略的に示し、燃料電池用の金属プレートを２とする。基本的に正方形であるプレート２は、プレート表面の大部分を占める中央フィールド３からなり、またエッジ部４は、プレートの厚みに比べ幅広く、フレームとしての全フィールド３を囲んでいる。エッジ部４は、平らな幅広い表面５及び６を有する。外側面を７とする。実施形態による中央フィールド３は、両面上に高いレリーフパターンを有し（ある場合には、片面での高いレリーフパターンを形成することも考えられる）、また凸縁８及び溝９を交互に示す。実施形態による上面上の凸縁８及び溝９は、底面上の凸縁及び溝に対して９０度で、あるいはほぼ９０度である。溝９の間には、すなわちプレートの２つの面の間には、薄いウェブ１０がある。実施形態による凸縁８の先端は、エッジ部の広い表面５及び６と同じレベルである。
【００２４】
中間製品１は、仕上げ製品中では高いレリーフパターンを持ったフィールド３を形成する中央の第１部分１１、及び該第１部分１１の周りには、周辺部分あるいは仕上げプレート２のフレーム４を形成する周辺部分１２からなる。
【００２５】
中間製品１の製造の目的は、統合された、また本質的には均質な中間製品を形成することであり、その中央部分１１は、仕上げプレート２の高いレリーフパターンを持った中央フィールド３を形成する金属量を含んでいる。おそらく極少量の過剰な金属が、実施形態によると完全に平坦である中央部分１１に許容されうる。また、中間製品１の周辺部分１２は、仕上げプレート２の外側部分４中に存在する金属量を含んでいる。もし仕上げプレート２の最終形成が、「バリ」あるいは対応物を形成するように過剰分を流出させるように行われるとすれば、周辺部分１２中のある程度の過剰金属は許容され、この「バリ」は、完全な圧縮成形後にスケグ操作で除去できる。
【００２６】
図１及び図２に示される成形部材は、中間製品１の製造に使用できる。３つの成形部材は、カウンターパンチ２０、パンチ２１及びダイス２２からなる。後者は、断面図で示している。ダイスは、カウンターパンチ２０の上部分を封止するように取り囲み、パンチ操作の間にパンチ２１のガイドとしても働く。互いに向かい合っているカウンターパンチ２０の表面及びパンチ２１の表面は、中間製品１の２つの広い面が、グラビア２３の一致した再生となるように設計された等しいグラビア２３を有してもよい。換言すれば、このことは、カウンターパンチ２０及びパンチ２１は、中間製品１の中央部分１１を形成するための平坦な中央部分２４及び中間製品１のフレーム１２を形成するための周辺リセス２５を有することを意味する。
【００２７】
中間製品１を製造するときには、正確に計量した量の金属及び／あるいはセラミック粉末が、ダイス２２及びカウンターパンチ２０により定義される空間２６に充填され、その空間中でカウンターパンチ２０は底を形成し、またダイス２２は壁を形成する。別の方法として、平坦なプレートは、中間製品１を製造するための出発材料として使用できる。また、そのようなプレートは、所望の中間製品１における同一量の金属を含むべきであり、またダイス２２の形状に対応する外側形状を有することが好ましい。出発材料として粉末あるいは固体のいずれかを使用するとしても、本発明の最初の開示で述べたように、形成操作の前に粉末あるいは固体を予備加熱するのが、適当である。
【００２８】
カウンターパンチ２０及びダイス２２は、静止したあるいは可動のアンビル上に置かれた図示されていない工具ハウジング中に設けられている。パンチ２１は、ダイス２２中の穴の中に持ち込まれ、それは、粉末あるいは均一プレートにそれぞれ接触する。それが粉末である場合にパンチ２１は、粉末粒子が、２つのグラビア２３及びダイス２２により定義される金型空隙中の粉末床にある程度緊密充填を達成するために配列するように、僅かな圧力を粉末粒子が受けるように、粉末に対してある力でもって押しつけられる。その後、ラム、すなわち衝撃機械中の衝撃ピストンは、非常に高い運動エネルギーで、パンチに対して残っている衝撃体を適当に経由して、パンチ２１の上面に対して打ちつけられ、そしてラムの衝撃エネルギーをパンチに移す。非常に高い衝撃エネルギーが、金型空隙中の粉末に移され、粉末粒子は可塑化され、かつ数マイクロ秒の間に可塑化された粒子は、中間製品１の所望の形状を持つ統合体を形成する。この高い運動エネルギーによる成形の間に、衝撃時に可塑化された材料のある流れが、部分１１及び１２の間で起こり得る。
【００２９】
その後、パンチ２１は再び上げられ、形成された中間製品１は、ダイス２２とカウンターパンチ２０の間での適当な相対的移動を通して、ダイス２２から押し出される。
【００３０】
下方に打ちつけられるパンチ２１と同調して、可動部材の同一モーメントで、ダイス中でカウンターパンチ２０を上方に打ちつけることを特徴とするスウェーデン特許出願第０００１５５８−６号あるいは第０００２０３０−５号のいずれかの開示によれば、カウンターの打ちつけ原理を適用する場合には、カウンターパンチ２０が静止している場合よりも、高い程度の運動エネルギーが、成形される製品に対して移されるという形成作業はさらに効率的に行われる。この場合の速度は、パンチのみが衝撃作用を受けるときほど速くする必要は無い。カウンターの打ちつけ原理を採用するとき、可動部材は必ずしも極端に高くする必要が無い充分な運動エネルギーを得るように加速される。
【００３１】
中間製品１が完全に統合される事を確実にするには、仕上げプレート２の最終形成前に焼結するべきである。中間製品が、短時間の高振幅を持った圧力パルスを造り出す非常に高い運動エネルギーの供給により形成されず、より低い強度を持ったシラ地を提供する従来の圧縮成形により形成される場合、このことは特に重要である。
【００３２】
仕上げプレート２を形成するための成形部材は、中間製品１の製造用の成形部材と類似した方法でデザインされ、かつカウンターパンチ３０、パンチ３１及びダイス３２によりなっており、そこでカウンターパンチ３０及びパンチ３１は、仕上げ製品１の幅広い面と一致する彫刻３３を持っている。このようにして、カウンターパンチ３０の彫刻３３は、例えば仕上げ金属プレート３の中央フィールド３の高いレリーフパターンの溝９を形成する突起を持った中央部分３４を持っており、その溝は、プレート中に１つ以上の経路及びリセス／溝９間の凸縁８を形成するリセスを形成する。このプロファイルを持った中央部分３４の周りには、周辺エッジ部４の２つの平坦面５及び６が、仕上げプレート２の凸縁８の上面と同じ高さとなるように、平坦で、中央部分３４のリセスの底と同じ高さである周囲部分３５がある。
【００３３】
中間製品１は、ダイス３２中の空間３６中のカウンターパンチ３０上に置かれる。パンチ３１は、中間製品１上に止まるため下げられる。中間製品１は、非常に高い運動エネルギーを持った衝撃部材が、パンチ３１の上面に対して打ちつけられる前に、できるだけ予備加熱する。衝撃エネルギーは、可塑化された中間製品１に移される。中央部分１１中の材料は、前記凸縁８及び溝９を形成する、すなわち中央フィールド３の領域を高いレリーフ・エンボシングをするために流出される。同時に、エッジ部４もその最終形状に形成され、必要な場合には、材料中の細孔は、仕上げプレート３が非常に密になるように除去される。中央部分１１及びエッジ部１２間の材料の本質的輸送は、この最終形成操作を行う間には、起こらない。エッジ部１２における起こりうる過剰金属は、図５のように、最小のフローのための図示されていない拡大スペースを持って設計されているダイス３２により形成される末端側面７の先に流出する。非常に少ない程度に形成され得るこの「バリ」は、形成されたプレート２が工具から押し出される時に、最終スケグ操作により除去できる。この最終成形操作に関連して、上述のカウンター打ちつけ原理は、適用できる。すなわちパンチ３１及びカウンターパンチ３０は、同時に同じモーメントで互いに打ちつけられ、その可動成形部材の速度は、パンチ３１が静止カウンターダイスに対して打ちつけられるときの速度ほど速くする必要は無いが、中央部分１１中の材料が、凸縁８及び溝９を形成する、すなわち中央部分３の領域において高いレリーフパターンを形成するために流出するように、中間製品の所望の可塑化を達成するために充分である必要がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、中間製品を製造するための成形部材を概略的に示す。
【図２】 図２は、図１のスケールを拡大した部分を示す。
【図３】 図３は、最終製品を製造するための成形部材を概略的に示す。
【図４】 図４は、スケールを拡大した図３の部分を示す。
【図５】 図５は、中間製品の断面の原理形状を示す。
【図６】 図６は、最終製品である燃料電池用金属プレートの断面の原理形状を示す。

Claims (23)

1. 金属またはセラミック材料製のプレート（２）の製造方法であり、該プレートが、プレート表面の主たる部分を占め、かつプレートの少なくとも片面に高レリーフパターンが形成されている１以上のフィールド（３）からなり、さらに具体的には、該１以上のフィールドのエリア内で、プレートの少なくとも片面に交互に高い突起と深い溝（９）又はリセス（８）を、かつ面間に薄いウェブ（１０）を有する高レリーフパターンが形成されており、該高レリーフパターンが形成されている１以上のフィールドが、該レリーフパターンが形成されている１以上のフィールド領域内のプレートの平均厚みよりも、大きい厚みを持った幅広いエッジ部（４）によって少なくとも部分的に境を設けられている製造方法であって、 少なくとも１つの前段工程で中間製品（１）が製造され、該中間製品が、まだ十分に高いレリーフパターンではないが、仕上げプレートの該フィールド内に存在する材料の量に本質的に対応する量の材料を含み、該高レリーフパターンを持つフィールドを形成する第１部分（１１）と、エッジ部を形成しかつ仕上げプレートのエッジ部に存在する量の材料を実質的に含む第２部分（１２）とからなり、 該中間製品が、少なくとも２つの彫られた成形部材（３０、３１）の間に置かれ、これらの部材は互いに移動可能であり、該成形部材の少なくとも１つに高いレリーフの浮き彫り細工が施され、少なくとも１つがパンチ（３１）であり、該成形部材が、互いに最も引き寄せられるときには、これらの間に、及び／又は少なくとも１つの成形部材と共に、該高レリーフパターンを持つフィールド領域内で仕上げプレートの最終形状及び少なくとも該エッジ部の略最終形状に対応した金型空隙を形成し、かつ、 該１以上のフィールド領域内の高レリーフパターンが、彫られた成形部材を互いに打ちつけることにより確立され、少なくとも該パンチが中間製品に対して打ちつけられ、少なくとも１つの該第１部分の領域内の材料が、本質的には該第１部分及び該第２部分の間で材料が移動することなく、高レリーフパターンを確立するために、金型空隙の中に流入されかつ充填されることを特徴とする製造方法。
2. 高レリーフパターンの製造に関連して、衝撃部材が、衝撃エネルギーを中間製品（１）に移す少なくとも前記パンチに対して打ちつけられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 中間製品の製造が、前記材料の粉末粒子が凝集し、本質的に統合体を形成するように、加熱により焼結される粉末技術を用いたシラ地の製造を包含することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 出発材料の粉末粒子が、シラ地の製造に関連して、互いに機械的に結合されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記材料の粉末粒子が可塑化する程度の運動エネルギーが、パンチを経由して前記材料の粉末粒子に移されるように、中間製品の製造が、衝撃作用を受ける少なくとも１つのパンチからなる成形部材中で、前記材料の粉末粒子を押しつけることにより行われることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 中間製品の製造が、前記材料の粉末粒子が可塑化するような高圧で前記材料の粉末粒子に対して押しつけられる少なくとも１つのパンチからなる成形部材中で、前記材料の粉末粒子を押しつけることにより行われることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
7. 中間製品の製造が、前記材料の粉末粒子が可塑化して本質的に統合体を形成するような高圧で前記材料の粉末粒子に対して押しつけられる少なくとも１つのパンチからなる成形部材中で、前記材料の粉末粒子を押しつけることにより行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. シラ地あるいは統合体の形態で中間製品の形成が、複数の工程で行われることを特徴とする請求項３から７のいずれか１項に記載の方法。
9. １以上の操作で中間製品を形成する前に、前記材料の粉末粒子を少なくとも７０℃に予備加熱することを特徴とする請求項３から８のいずれか１項に記載の方法。
10. 中間製品の製造に関連して、下方の成形部材である第１の彫られた成形部材が、静止しておりかつカウンターパンチを形成し、またパンチである第２の彫られた成形部材が、中間製品を形成する前記材料の粉末粒子を含むカウンターパンチに対して打ちつけられあるいは押しつけられることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
11. 中間製品の製造に関連して、互いに相対的に可動である２つの成形部材が、互いに対して、一方が上方から下方に、他方が周囲に対して相対的に下方から上方へ打ちつけられあるいは押しつけられることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 中間製品の製造が、正味の容積がプレートの最終形成用の金型空隙の空間の容積に少なくとも対応するだけの材料で充填される成形部材中で行われ、中間製品が、その後１以上の衝撃操作により製造され、前記第１部分および第２部分のいずれかの内部の起こりそうな過剰の材料が、中間製品の達成のための材料の不足となる１以上の部分に押しつけられ、少なくとも前記第１部分が、最終的に形成されるプレートの前記高レリーフパターンフィールドの量に本質的に対応する量の材料を含んでいることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 中間製品の製造が、少なくとも仕上げプレートに含まれるべき量の材料を含むフラットプレートの可塑性作業により製造され、かつ可塑性作業に関連して、少なくとも前記第１部分の領域内の残存する材料の量が、仕上げプレートの前記高レリーフパターンフィールド内の量に対応するように、また前記第２部分の領域内の得られる量が、少なくとも仕上げプレートのこれらの部分に含まれるべき量を含むことになるように、材料が、前記高レリーフパターンフィールドを形成するべき少なくとも前記第１部分から前記エッジ部を形成するべき前記第２部分へと流出させられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
14. 前記第１部分が、仕上げプレートの前記１以上のフィールド内の量に対応する材料の量を本質的に含むように、前記高レリーフパターンフィールドを形成するべき少なくとも前記第１部分内のプレートを機械加工することにより中間製品を製造することを特徴とする請求項１に記載の方法。
15. 前記高レリーフパターンフィールドが形成されるのと同時に、前記エッジ部が、前記第２部分内の材料の金型空隙の空間に形成されることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 中間製品の前記第２部分内の過剰の材料が、成形部材の間の分断平面内の金型空隙から押し出されて、あるいは、高レリーフパターンのような特定の拡大空間へ押し出されて、前記エッジ部が形成され、かつ押し出された材料が除去されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 高レリーフパターンの形成に関連して、中間製品を含みかつカウンターパンチを形成する彫られた下部の成形部材をアンビル上に置き、またエンボスパンチである上部成形部材を、カウンターパンチに対して打ちつけることを特徴とする請求項１から１６のいずれか１項に記載の方法。
18. アンビル及びカウンターパンチを含む工具ユニットからなるユニットが可動であり、パンチが下へ打ちおろされると同時に上方へ動かされ、その中では、下方及び上方から可動であるユニットの大きさ及び速度は、それらの運動量すなわち質量×速度の積が、可動ユニットが合体するときには本質的には等しくなるようになっていることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 最終的に形成されたプレートが、材料中に残存しているかなりの細孔を除去するための次の操作における焼結温度にまで加熱することを特徴とする請求項１から１８のいずれか１項に記載の方法。
20. 前記材料が、グラファイトあるいは他のセラミックス材料、ステンレス鋼、チタン、アルミニウム、マグネシウム、あるいは他の軽金属の中から選択された少なくとも一つの材料であることを特徴とする請求項１から１９のいずれか１項に記載の方法。
21. 請求項１から２０のいずれか１項に記載の方法により製造されたプレート。
22. プレートが、異なったガスの分離、残留生成物の移動及び燃料電池から発生した電流を流すことに寄与するための燃料電池に含まれる種類のプレートからなることを特徴とする請求項２１に記載のプレート。
23. プレートが、熱交換機中に含まれる種類のプレートからなることを特徴とする請求項２１に記載のプレート。

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