JP5262149B2 - Manufacturing method and manufacturing apparatus for metal separator for fuel cell - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池用金属セパレータの製造方法および製造装置に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing a metal separator for a fuel cell.
燃料電池は、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、1組の成形ロールによって、セパレータの外面形状に対応する凹凸部を、連続的にロール形成して、セパレータに適用することが試みられている(例えば、特許文献1および2参照。)。
凹凸部を形成は、基本的に張り出し成形(材料が引き伸ばされる成形)であり、変形(ソリやウネリ)が発生するため、後工程において、変形を矯正し、セパレータを積層した際の不具合の発生を避けることが必要である。しかし、変形の矯正に、上記ロール形成を適用する場合、矯正方向は一方のみであるため、矯正の自由度が低く、また、送り精度が十分でないため、矯正の際の位置決め精度に問題を有しており、セパレータの製品精度を確保することが困難である。 The formation of the concavo-convex portion is basically an overhang molding (molding in which the material is stretched), and deformation (warping or undulation) occurs. Therefore, in the subsequent process, the deformation is corrected and a problem occurs when the separators are stacked. It is necessary to avoid. However, when the above roll formation is applied to the deformation correction, since the correction direction is only one, the degree of freedom of correction is low, and the feed accuracy is not sufficient, so there is a problem in positioning accuracy during correction. Therefore, it is difficult to ensure the product accuracy of the separator.
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、良好な製品精度を確保し得る燃料電池用金属セパレータの製造方法および製造装置を、提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the problems associated with the above-described prior art, and an object of the present invention is to provide a method and apparatus for manufacturing a fuel cell metal separator capable of ensuring good product accuracy.
上記目的を達成するための本発明の一様相は、燃料電池用セパレータの製造方法であって、燃料電池用セパレータの外面形状に対応する凹凸部が形成された金属素板を、矯正型に配置して位置決めし、矯正ロールによって矯正加工を施している。また、前記矯正型は、彫り込んで窪ませた凹部を有し、前記金属素板は、前記凹部に嵌められ、前記凹部は、前記燃料電池用セパレータの外面形状の一方の面に対応する凹凸部が形成されており、前記燃料電池用セパレータは、燃料ガス、酸化剤ガスあるいは冷媒を流通させるための流路を有し、前記金属素板は、前記流路に対応する凹凸部を有する。そして、前記矯正ロールは、前記流路に対応する凹凸部に沿った方向の矯正加工および前記方向に対して直交する方向の矯正加工を、前記金属素板に施している。 In order to achieve the above object, a uniform phase of the present invention is a method for manufacturing a fuel cell separator, wherein a metal base plate on which irregularities corresponding to the outer surface shape of the fuel cell separator are formed is disposed in a correction mold. Then, it is positioned and straightened by a straightening roll. Further, the correction die has a recessed portion that is carved and recessed, the metal base plate is fitted into the recessed portion, and the recessed portion corresponds to one surface of the outer surface shape of the fuel cell separator. The fuel cell separator has a flow path for circulating a fuel gas, an oxidant gas or a refrigerant, and the metal base plate has an uneven portion corresponding to the flow path. And the said correction | amendment roll is giving the correction process of the direction along the uneven | corrugated | grooved part corresponding to the said flow path, and the correction process of the direction orthogonal to the said direction to the said metal base plate.
上記目的を達成するための本発明の別の一様相は、燃料電池用セパレータの外面形状に対応する凹凸部が形成された金属素板に、矯正加工を施すための矯正手段を有する燃料電池用セパレータの製造装置である。そして、前記矯正手段は、前記金属素板が配置される矯正型、前記矯正型に配置される前記金属素板を、位置決めするための位置決め手段、および、前記矯正型に配置されて位置決めされた前記金属素板に、矯正加工を施すための矯正ロールを有する。また、前記矯正型は、彫り込んで窪ませた凹部を有し、前記凹部は、前記金属素板が嵌合自在であり、前記凹部は、前記燃料電池用セパレータの外面形状の一方の面に対応する凹凸部が形成されており、前記燃料電池用セパレータは、燃料ガス、酸化剤ガスあるいは冷媒を流通させるための流路を有し、前記金属素板は、前記流路に対応する凹凸部を有する。そして、前記矯正手段は、前記矯正ロールを、前記流路に対応する凹凸部に沿った方向および前記方向に対して直交する方向に駆動するための駆動手段をさらに有する。 Another uniform phase of the present invention for achieving the above object is for a fuel cell having a correcting means for correcting the metal base plate on which the concavo-convex portion corresponding to the outer shape of the fuel cell separator is formed. It is a manufacturing apparatus of a separator. Then, the correction means is positioned and positioned in the correction mold in which the metal base plate is disposed, positioning means for positioning the metal base plate disposed in the correction mold, and the correction mold. The metal base plate has a straightening roll for performing straightening processing. In addition, the correction die has a recessed portion that is carved and recessed, and the recessed portion can be fitted with the metal base plate, and the recessed portion corresponds to one surface of the outer surface shape of the fuel cell separator. The fuel cell separator has a flow path for circulating a fuel gas, an oxidant gas, or a refrigerant, and the metal base plate has an uneven part corresponding to the flow path. Have. And the said correction means further has a drive means for driving the said correction | amendment roll in the direction along the uneven | corrugated | grooved part corresponding to the said flow path, and the direction orthogonal to the said direction.
本発明の一様相によれば、金属素板は、矯正型に配置されて位置決めされるため、矯正の際の位置決め精度が確保される。矯正ロールは、矯正型に対して独立しているため、自由度が高く、矯正が必要である変形部位を自在に矯正することができる。矯正型は、彫り込んで窪ませた凹部を有し、金属素板は、前記凹部に嵌められるため、金属素板を単純な構成で矯正型に位置決めすることが可能である。前記凹部は、燃料電池用セパレータの外面形状の一方の面に対応する凹凸部が形成されているため、金属素板に残存する変形を引き起こす応力(縮もうとする力)を、効率的に除去することができる。前記金属素板は、燃料電池用セパレータの流路に対応する凹凸部を有し、前記矯正ロールは、前記流路に対応する凹凸部に沿った方向の矯正加工および前記方向に対して直交する方向の矯正加工を、金属素板に施すことで、金属素板の変形を効率的に矯正することができる。したがって、セパレータの製品精度を確保することが可能である。つまり、良好な製品精度を確保し得る燃料電池用金属セパレータの製造方法を提供することができる。 According to the uniform phase of the present invention, since the metal base plate is arranged and positioned in the correction mold, the positioning accuracy during correction is ensured . Since the correction roll is independent of the correction mold, the degree of freedom is high, and a deformed portion that needs correction can be corrected freely. The straightening mold has a concave portion that is carved and recessed, and the metal base plate is fitted into the concave portion. Therefore, the metal base plate can be positioned in the straightening mold with a simple configuration. Since the concave and convex portions corresponding to one surface of the outer shape of the fuel cell separator are formed in the concave portion, the stress (force to shrink) remaining on the metal base plate is efficiently removed. can do. The metal base plate has a concavo-convex portion corresponding to the flow path of the fuel cell separator, and the straightening roll is orthogonal to the direction of the straightening process along the concavo-convex portion corresponding to the flow path and the direction. By applying the direction correction processing to the metal base plate, the deformation of the metal base plate can be efficiently corrected. Therefore, it is possible to ensure the product accuracy of the separator. That is, the manufacturing method of the metal separator for fuel cells which can ensure favorable product precision can be provided.
本発明の別の一様相によれば、矯正手段は、矯正型に配置される金属素板を、位置決め手段によって位置決めすることで、矯正の際の位置決め精度を確保することができる。矯正ロールは、矯正型に対して独立しており、自由度が高いため、矯正手段は、矯正が必要である変形部位を、矯正ロールによって自在に矯正することができる。前記矯正型は、彫り込んで窪ませた凹部を有し、前記凹部は、金属素板が嵌合自在であるため、金属素板を単純な構成で矯正型に位置決めすることが可能である。前記凹部は、燃料電池用セパレータの外面形状の一方の面に対応する凹凸部が形成されているため、金属素板に残存する変形を引き起こす応力(縮もうとする力)を、効率的に除去することができる。前記金属素板は、燃料電池用セパレータの流路に対応する凹凸部を有し、前記矯正手段は、矯正ロールを、前記流路に対応する凹凸部に沿った方向および前記方向に対して直交する方向に駆動するための駆動手段を有しており、前記直交する2方向の矯正加工を施すことで、前記金属素板の変形を効率的に矯正することができる。したがって、セパレータの製品精度を確保することが可能である。つまり、良好な製品精度を確保し得る燃料電池用金属セパレータの製造装置を提供することができる。 According to another uniform aspect of the present invention, the correction means can secure the positioning accuracy during correction by positioning the metal base plate arranged in the correction mold by the positioning means . Since the correction roll is independent of the correction mold and has a high degree of freedom, the correction means can freely correct a deformed portion that needs correction by the correction roll. The correction die has a concave portion that is carved and recessed, and since the metal base plate can be freely fitted into the concave portion, the metal base plate can be positioned in the correction die with a simple configuration. Since the concave and convex portions corresponding to one surface of the outer shape of the fuel cell separator are formed in the concave portion, the stress (force to shrink) remaining on the metal base plate is efficiently removed. can do. The metal base plate has a concavo-convex portion corresponding to the flow path of the fuel cell separator, and the correction means has a straightening roll in a direction along the concavo-convex portion corresponding to the flow path and perpendicular to the direction. Drive means for driving in the direction to be performed, and the deformation of the metal base plate can be efficiently corrected by performing correction processing in the two orthogonal directions. Therefore, it is possible to ensure the product accuracy of the separator. That is, it is possible to provide an apparatus for manufacturing a metal separator for a fuel cell that can ensure good product accuracy.
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を説明するための斜視図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view for explaining a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
燃料電池10は、複数のセルが積層されたスタック部20を有しており、電源として利用される。電源の用途は、例えば、定置用、携帯電話などの民生用携帯機器用、非常用、レジャーや工事用電源などの屋外用、搭載スペースが限定される自動車などの移動体用である。特に、移動体用電源は、比較的長時間の運転停止後に高い出力電圧が要求されるため、適用が好ましい。
The
スタック部20の両側には、集電板30,40、絶縁板50,60およびエンドプレート70,80が配置される。集電板30,40は、緻密質カーボンや銅板などガス不透過な導電性部材から形成され、また、スタック部20で生じた起電力を出力するための出力端子35,45が設けられている。絶縁板50,60は、ゴムや樹脂等の絶縁性部材から形成される。
On both sides of the
エンドプレート70,80は、剛性を備えた材料、例えば鋼などの金属材料から形成される。エンドプレート70は、燃料ガス(例えば、水素)、酸化剤ガス(例えば、酸素)および冷媒(例えば、冷却水)を流通させるために、燃料ガス導入口71、燃料ガス排出口72、酸化剤ガス導入口74、酸化剤ガス排出口75、冷媒導入口77、および冷媒排出口78を有する。
The
スタック部20、集電板30,40、絶縁板50,60およびエンドプレート70,80の四隅には、タイロッド90が挿通される貫通孔が配置される。タイロッド90は、その端部に形成される雄ねじ部に、ナットが螺合され、燃料電池10を締結する。スタック形成のための荷重は、セルの積層方向に作用し、セルを押し圧状態に保持する。
Through holes through which the
タイロッド90は、剛性を備えた材料、例えば、鋼などの金属材料から形成され、また、セル同士の電気的短絡を防止するため、絶縁処理された表面部を有する。タイロッド90の設置本数は、4本(四隅)に限定されない。タイロッド90の締結機構は、螺合に限定されず、他の手段を適用することも可能である。また、燃料電池10の締結機構は、内部を延長するタイロッド90を利用する形態に限定されず、外部を延長するテンションロッドを利用することも可能である。
The
図2は、図1に示されるスタック部を説明するための断面図、図3は、図2に示される電極集成体を説明するための平面図、図4は、図2に示されるアノード用のセパレータを説明するための平面図、図5は、図2に示されるカソード用のセパレータを説明するための平面図である。 2 is a cross-sectional view for explaining the stack portion shown in FIG. 1, FIG. 3 is a plan view for explaining the electrode assembly shown in FIG. 2, and FIG. 4 is for the anode shown in FIG. FIG. 5 is a plan view for explaining the cathode separator shown in FIG. 2.
スタック部20は、セルを形成する電極集成体100、セパレータ150,170が、順次積重ねられて構成される。電極集成体100、セパレータ150およびセパレータ170の間における外周縁部には、シール材(不図示)が配置される。
The
電極集成体100は、膜電極接合体110およびガス拡散層120,130が一体化された略矩形のユニット組立体(アセンブリ)であり、セパレータ150,170と略同一形状である。電極集成体100は、マニホールド部141,142,144,145,147,148を有する。マニホールド部141,142、マニホールド部144,145およびマニホールド部147,148は、燃料ガス用、酸化剤ガス用および冷媒用に適用される。
The
膜電極接合体110は、電解質膜と、電解質膜を挟んで配置されるカソード触媒層およびアノード触媒層とを有する。
The
電解質膜は、固体高分子材料、例えば、フッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を呈する。カソード触媒層は、電解質膜の一方の面に配置され、ガス拡散層120に隣接している。アノード触媒層は、電解質膜の他方の面に配置され、ガス拡散層130に隣接している。
The electrolyte membrane is a proton conductive ion exchange membrane formed of a solid polymer material, for example, a fluorine-based resin, and exhibits good electrical conductivity in a wet state. The cathode catalyst layer is disposed on one surface of the electrolyte membrane and is adjacent to the
カソード触媒層およびアノード触媒層は、導電性担体に触媒成分が担持されてなる電極触媒と、高分子電解質とを含んでいる。電極触媒の導電性担体は、触媒成分を所望の分散状態で担持するための比表面積、および、集電体として十分な電子導電性を有しておれば、特に限定されないが、主成分がカーボン粒子であることが好ましい。 The cathode catalyst layer and the anode catalyst layer include an electrode catalyst in which a catalyst component is supported on a conductive support, and a polymer electrolyte. The conductive support of the electrode catalyst is not particularly limited as long as it has a specific surface area for supporting the catalyst component in a desired dispersed state and sufficient electronic conductivity as a current collector, but the main component is carbon. Particles are preferred.
カソード触媒層に適用される触媒成分は、酸素の還元反応に触媒作用を有するものであれば、特に限定されない。アノード触媒層に適用される触媒成分は、水素の酸化反応に触媒作用を有するものであれば、特に限定されない。 The catalyst component applied to the cathode catalyst layer is not particularly limited as long as it has a catalytic action for the oxygen reduction reaction. The catalyst component applied to the anode catalyst layer is not particularly limited as long as it has a catalytic action on the oxidation reaction of hydrogen.
触媒成分は、例えば、白金、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、タングステン、鉛、鉄、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン、バナジウム、モリブデン、ガリウム、アルミニウム等の金属、及びそれらの合金等などから選択される。触媒活性、一酸化炭素等に対する耐被毒性、耐熱性などを向上させるために、少なくとも白金を含むものが好ましい。カソード触媒層およびアノード触媒層に適用される触媒成分は、同一である必要はなく、適宜選択することが可能である。 The catalyst component is, for example, platinum, ruthenium, iridium, rhodium, palladium, osmium, tungsten, lead, iron, chromium, cobalt, nickel, manganese, vanadium, molybdenum, gallium, aluminum and other alloys, and alloys thereof. Selected. In order to improve catalytic activity, poisoning resistance to carbon monoxide, heat resistance, etc., those containing at least platinum are preferable. The catalyst components applied to the cathode catalyst layer and the anode catalyst layer need not be the same, and can be selected as appropriate.
電極触媒の高分子電解質は、少なくとも高いプロトン伝導性を有する部材であれば、特に限定されず、例えば、ポリマー骨格の全部又は一部にフッ素原子を含むフッ素系電解質や、ポリマー骨格にフッ素原子を含まない炭化水素系電解質が適用可能である。 The polymer electrolyte of the electrode catalyst is not particularly limited as long as it is a member having at least high proton conductivity. For example, a fluorine-based electrolyte containing fluorine atoms in all or part of the polymer skeleton, or fluorine atoms in the polymer skeleton. A hydrocarbon-based electrolyte not included is applicable.
ガス拡散層120,130は、充分なガス拡散性および導電性を有する部材、例えば、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスや、カーボンペーパ、あるいはカーボンフェルトから形成される。 The gas diffusion layers 120 and 130 are formed of a member having sufficient gas diffusibility and conductivity, for example, carbon cloth woven with yarn made of carbon fiber, carbon paper, or carbon felt.
次に、セパレータ150,170を説明する。
Next, the
セパレータ150,170は、略矩形のステンレス鋼鈑(例えば、SUS316L)からなり、互いに溶接されたセパレータアセンブリの形態で、ガス拡散層120,130の外面に配置される。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く、必要に応じて、耐食性のコーティングを施すことも可能である。セパレータ150,170の素材として、ステンレス鋼鈑以外の金属材料、例えば、アルミニウム板や、クラッド材を適用することも可能である。
The
セパレータ150は、別のセルのセパレータ170に隣接しており、マニホールド部161,162,164,165,167,168および凹凸部169を有し、ガス拡散層120に相対して配置される。マニホールド部161,162、マニホールド部164,165およびマニホールド部167,168は、燃料ガス用、酸化剤ガス用および冷媒用に適用される。
ガス拡散層120に相対する凹凸部169の内面と、ガス拡散層120の表面により形成される空間S1は、酸化剤ガスを流通させるための流路を構成し、マニホールド部164,165を経由し、エンドプレート70に配置される酸化剤ガス導入口74および酸化剤ガス排出口75に、接続されている。つまり、凹凸部169の内面は、酸化剤ガスを流通させるための流路溝を構成する。
The space S1 formed by the inner surface of the concavo-
セパレータ170は、基本形状に関してはセパレータ150と略同一であり、かつ、別のセルのセパレータ150に隣接しており、マニホールド部181,182,184,185,187,188、および凹凸部189を有し、ガス拡散層130に相対して配置される。マニホールド部181,182、マニホールド部184,185およびマニホールド部187,188は、燃料ガス用、酸化剤ガス用および冷媒用に適用される。
The
ガス拡散層130に相対する凹凸部189の内面と、ガス拡散層130の表面により形成される空間S2は、燃料ガスを流通させるための流路を構成し、マニホールド部181,182を経由し、エンドプレート70に配置される燃料ガス導入口71および燃料ガス排出口72に、接続されている。つまり、凹凸部169の内面は、燃料ガスを流通させるための流路溝を構成する。
A space S2 formed by the inner surface of the concavo-
凹凸部189の外面と、隣接する別のセルのセパレータ150の外面により形成される空間S3は、冷媒を流通させるための流路を構成し、マニホールド部187,188を経由し、エンドプレート70に配置される冷媒導入口77および冷媒排出口78に、接続されている。つまり、凹凸部169の外面は、冷媒を流通させるための流路溝を構成する。
A space S3 formed by the outer surface of the concavo-
なお、凹凸部169,189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。また、符号152,172は、電圧を検出するために使用されるモニタータブであり、電圧の検出は、燃料電池10(単セル)の充放電管理のために行われる。
The shapes and arrangements of the
図6は、本発明の実施の形態に係るセパレータの製造方法を説明するための工程図である。 FIG. 6 is a process diagram for explaining a separator manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
本製造方法は、切断工程、成形工程、矯正工程、トリミング工程および溶接工程を有する。カソード用ラインは、セパレータ150用であり、アノード用ラインは、セパレータ170用であり、切断工程、成形工程、矯正工程およびトリミング工程に関しており、略同一の構成を有するため、アノード用ラインによって代表させて説明する。
The manufacturing method includes a cutting process, a forming process, a correcting process, a trimming process, and a welding process. The cathode line is for the
切断工程においては、コイル材が、コイル外周から巻きほぐされ、巻き癖がとられ、平坦とされた後で、さい断機に所定の速度で投入され、連続的に切断されて、セパレータ150を構成することとなる略矩形状のシート材(金属素板)が得られる。
In the cutting step, the coil material is unwound from the outer periphery of the coil, wound, and flattened, and then introduced into a cutting machine at a predetermined speed and continuously cut to separate the
成形工程においては、シート材に、プレス装置によって成形加工が施され、セパレータ150の外面形状に対応する凹凸部が形成される。セパレータ150の表面形状と背面形状とは対称でなく、かつ、セパレータ150の表面形状が形成するための成形は、基本的に張り出し成形(材料が引き伸ばされる成形)である。そのため、プレス装置から取り出されるシート材は、スプリングバックを起こし正規の形状から僅かに崩れた形状となり、上下いずれかに向かってソリが発生する。また、セパレータ150のサイズが大きいため、プレス荷重が不均一になり、ソリが発生する虞もある。
In the forming step, the sheet material is subjected to a forming process by a press device, and an uneven portion corresponding to the outer surface shape of the
矯正工程においては、シート材に対して矯正装置(矯正手段)による矯正加工を施され、シート材の前記ソリが矯正される。 In the correction process, the sheet material is subjected to correction processing by a correction device (correction means), and the warp of the sheet material is corrected.
トリミング工程においては、例えば、シャー方式のさい断機によって、シート材の外周部の不要な部位が切断され、最終的な形状(セパレータ150の製品形状)にされる。なお、アノード用ラインにおいても、セパレータ170を構成することとなるシート材は、同様な加工処理が施される。
In the trimming step, for example, an unnecessary portion of the outer peripheral portion of the sheet material is cut by a shear type cutting machine to obtain a final shape (product shape of the separator 150). In the anode line as well, the same processing is applied to the sheet material constituting the
溶接工程においては、カソード用ラインからのシート材と、アノード用ラインからのコイル材とが、重ねられ、例えば、シーム溶接機によって抵抗溶接が施され、シート材の溶接体が形成される。つまり、セパレータ150,170の溶接体(セパレータアセンブリ)が得られる。
In the welding process, the sheet material from the cathode line and the coil material from the anode line are overlapped, and resistance welding is performed by, for example, a seam welder to form a welded sheet material. That is, a welded body (separator assembly) of the
次に、成形工程およびプレス装置を詳述する。 Next, the molding process and the press apparatus will be described in detail.
図7は、図6に示される成形工程に係るプレス装置を説明するための側面図、図8は、図7に示される成形型を説明するための平面図である。 FIG. 7 is a side view for explaining the pressing apparatus according to the molding step shown in FIG. 6, and FIG. 8 is a plan view for explaining the molding die shown in FIG.
プレス装置は、下型222、上型232および駆動装置236を有する。下型222は、固定式に配置され、セパレータ150の背面形状(外面形状の一方)に対応する凹凸部が形成された押圧面223を有する。上型232は、下型222に対して近接離間可能に配置され、セパレータ150の表面形状(外面形状の他方)に対応する凹凸部が形成された押圧面233を有する。駆動装置236は、油圧シリンダ等の駆動装置を有し、上型232を駆動し、下型222と連携した型締めおよびシート材202の成形加工をするために使用される。
The press device has a
上記プレス装置が適用される成形工程においては、まず、切断工程において所定形状に切断されたシート材202が、下型222の押圧面223に配置される。駆動装置236は、上型232を駆動し、下型222に近接させ、型締めする。上型232は、シート材202を押圧(プレス成形)することで、押圧面233の形状および押圧面223の形状を、シート材20に転写する。これにより、シート材202の表面および背面には、セパレータ150の外面形状(表面形状および背面形状)に対応するに対応する凹凸部が形成される。その後、駆動装置236は、上型232を駆動し、下型222から離間させ、型開きされ、シート材202が取り出される。
In the molding process to which the press device is applied, first, the
なお、成形工程におけるプレス成形は、複数段に分割し、例えば、予備成形、本成形、仕上げ成形などに分割し、実施することも可能である。 The press molding in the molding process can be divided into a plurality of stages, for example, divided into preliminary molding, main molding, finish molding, and the like.
次に、矯正工程および矯正装置を詳述する。 Next, the correction process and the correction device will be described in detail.
図9は、図6に示される矯正工程に係る矯正装置を説明するための斜視図、図10は、図9に示される矯正装置を説明するための断面図、図11および図12は、図9に示される矯正装置による流路並行方向の矯正および流路直交方向の矯正を説明するための平面図である。 9 is a perspective view for explaining the straightening device according to the straightening process shown in FIG. 6, FIG. 10 is a sectional view for explaining the straightening device shown in FIG. 9, and FIGS. 10 is a plan view for explaining correction in the direction parallel to the flow path and correction in the direction orthogonal to the flow path by the correction device shown in FIG.
矯正装置は、シート材202を配置するために使用される下型(矯正型)262、下型262に配置されて位置決めされたシート材202に、矯正加工を施し、ソリを解消させるために使用される矯正ロール272、および、矯正ロール272の駆動機構280を有する。
The straightening device is used to correct the lower mold (correction mold) 262 used for arranging the
下型262は、彫り込んで窪ませた凹部(位置決め手段)264を有する。凹部264は、シート材202が嵌合自在であり、下型262に配置されるシート材202を位置決めするために使用される。また、凹部264には、セパレータ150の背面形状に対応する凹凸部265が形成されている。
The
矯正ロール272は、軸支部276によって回転自在に支持され、かつ、支持構造部275に配置されている。支持構造部275には、矯正ロール272の回転を制御するための制御機構278が配置されている。制御機構278は、例えば、減速機構やモータを備えている。
The
駆動機構280は、装置フレーム290に取り付けられ、支持構造部275を流路並行方向および流路直交方向に駆動するために使用される。流路並行方向は、セパレータ150の流路169に対応する凹凸部226に沿った方向である。流路直交方向は、流路169に対応する凹凸部226に沿った方向に対して直交する方向である。なお、駆動機構280は、例えば、減速機構、モータ、流路並行方向に延長するガイドレール、流路直交方向に延長するガイドレールなどを備えている。
The
したがって、矯正装置は、下型262に配置されるシート材202を、凹部264によって位置決めすることで、矯正ロールセットを利用する場合に比較し、矯正の際の位置決め精度および加工精度を向上させることができる。また、矯正ロール272は、下型262に対して独立しており、自由度が高いため、矯正装置は、矯正が必要である変形部位を、矯正ロール272によって自在に矯正することができる。したがって、セパレータ150の製品精度を、確保することが可能である。
Therefore, the correction device can improve the positioning accuracy and processing accuracy during correction by positioning the
例えば、プレス装置を矯正に利用する場合と異なり、流路並行方向のソリおよび流路直交方向のソリを、別々に矯正(夫々を制御)することが可能であり、シート材202の変形を効率的に矯正することができる。また、矯正ロール272による矯正は、圧延と同様のため、プレス装置を矯正に利用する場合に比較し、シート材202に傷を形成する虞が少なく、かつ、設備規模を小型化することが容易である点で好ましい。菱目打ち(微細な切込みを付与)による矯正と異なり、表面改質などの処理が施されているシート材202に適用可能である点でも好ましい。
For example, unlike the case where the press device is used for correction, it is possible to separately correct (control each) the warpage in the direction parallel to the flow path and the direction orthogonal to the flow path, and efficiently deform the
次に、上記矯正装置が適用される矯正工程を詳述する。 Next, the correction process to which the correction device is applied will be described in detail.
矯正工程においては、まず、成形工程においてソリが発生したシート材202が下型262に配置される。この際、シート材202は、下型262の凹部264に嵌合されることで、位置決めされる。つまり、シート材202は、単純な構成で位置決めされ、矯正の際の位置決め精度が確保される。
In the correction process, first, the
そして、駆動機構280によって、矯正ロール272が駆動され、所定の速度でシート材202の表面を押圧(圧縮応力を付与)しながら、流路並行方向そして流路直交方向に順次に移動する。この際、矯正ロール272の回転は、制御機構278によって所定の値に制御される。流路並行方向の移動においては、矯正ロール272によって、セパレータ150の幅方向の矯正加工が連続的に施される(図11参照)。流路直交方向の移動においては、矯正ロール272によって、セパレータ150の長手方向の矯正加工が連続的に施される(図12参照)。
Then, the
矯正ロール272は、下型262に対して独立しているため、自由度が高く、矯正が必要である変形部位を自在に矯正することができ、セパレータ150の製品精度を確保することが可能である。また、上記のように、直交する2方向の矯正加工を施すことで、シート材202の変形を効率的に矯正することができる。また、シート材202の背面は、セパレータ150の背面形状に対応する凹凸部226が位置しているため、矯正ロール272の押圧面と連携し、シート材202に残存する変形を引き起こす応力(縮もうとする力)を、効率的に除去することができる。
Since the
なお、アノード用ラインは、セパレータ170用であり、プレス装置の押圧面および矯正装置の下型の凹部の形状が若干異なる点を除けば、カソード用ラインの構成と略一致しており、重複を避けるため、その説明を省略する。
The anode line is for the
図13は、本発明の実施の形態に係る変形例1を説明するための斜視図、図14は、本発明の実施の形態に係る変形例2を説明するための斜視図、図15は、本発明の実施の形態に係る変形例3を説明するための断面図である。
FIG. 13 is a perspective view for explaining a first modification according to the embodiment of the present invention, FIG. 14 is a perspective view for explaining a second modification according to the embodiment of the present invention, and FIG. It is sectional drawing for demonstrating the
矯正ロール272の外周面273は、滑らかな(無垢な)状態で適用することに限定されず、セパレータの表面形状に対応する凹凸部274を形成することも可能である(図13参照)。また、下型262の凹部264は、セパレータ150の背面形状に対応する凹凸部226を形成することなく、平坦な状態で適用することも可能である(図14参照)。
The outer
矯正ロール272によるシート材202の矯正は、局所的に施すことも可能である。例えば、プレス装置による成形加工によって形成された凹凸部の角部の形状が、丸みを帯びている場合、矯正ロール272の外周面に配置される凹凸部274の角部の形状を、くっきりした輪郭を有するようにする(図15参照)。これにより、矯正が必要な部位に、局所的に力を加えることができるため、良好な矯正効果を発揮し、矯正効率に優れている。
The correction of the
なお、矯正ロール272の外周面273および/又は下型262の凹部264に形成される凹凸部は、セパレータ150の形状と一致させる形態(製品形状)に限定されず、例えば、矯正後のスプリングバックによってセパレータ150の形状となるような見込み形状を掘り込むことも可能である。また、矯正ロール272の外周面273および/又は下型262の凹部264を複数の領域に分割し、当該領域毎に、製品形状、見込み形状および滑らかな形状のいずれかを選択したりすることも可能である。
In addition, the uneven | corrugated | grooved part formed in the outer
図16および図17は、本発明の実施の形態に係る変形例4を説明するための断面図および斜視図である。 16 and 17 are a cross-sectional view and a perspective view for explaining the fourth modification according to the embodiment of the present invention.
シート材202の素材であるコイル材は、耐食性を向上させるため、母材(例えば、SUS316L)203に、金などの貴金属からなる被膜(導電性を有する耐食被膜)204を配置したものを適用することが可能である。
In order to improve the corrosion resistance, the coil material that is the material of the
被膜205は、例えば、めっきによって形成されており、成形性に影響を及ぼさないように、その厚みは、極めて薄く(例えば、40nm)設定されている。また、母材204と被膜205との密着性を向上させ、かつ、被膜205に存在する欠陥(例えば、ポーラス)を削減するため、被膜205の形成後のシート材202に対して、軽圧延(例えば、約6パーセントの圧下率)が施される。
The film 205 is formed by, for example, plating, and the thickness thereof is set to be extremely thin (for example, 40 nm) so as not to affect the moldability. Further, in order to improve the adhesion between the
そのため、プレス装置に投入される際、シート材202は、圧延による加工硬化が既に引き起こされているため、プレス加工によって被膜205の割れ(クラック)を引き起こす虞がある。そのため、変形例4においては、プレス装置(成形工程)と矯正装置(矯正工程)との間に、圧延装置(圧延工程)が配置される。
Therefore, when the
圧延装置は、例えば、1組の圧延ロール(圧延ロールセット)322,332および軸支部326,336を有する圧延手段である。 The rolling device is, for example, a rolling means having a set of rolling rolls (rolling roll set) 322 and 332 and shaft support portions 326 and 336.
圧延ロール322,332は、軸支部326,336によって回転自在に支持され、一定のクリアランスを有するように、支持構造部(不図示)に配置されている。支持構造部には、例えば、減速機構およびモータを備える駆動機構が配置されており、当該駆動機構は、シート材202の投入速度と同期させ、圧延ロール322,332を、同一速度で反対方向に回転させるために使用される。なお、圧延ロール322,332を、別々のモータで駆動することも可能である。
The rolling rolls 322 and 332 are rotatably supported by shaft support portions 326 and 336, and are arranged in a support structure portion (not shown) so as to have a certain clearance. For example, a drive mechanism including a speed reduction mechanism and a motor is disposed in the support structure unit, and the drive mechanism synchronizes with the charging speed of the
したがって、プレス装置によって成形加工されたシート材202を圧延ロール322,332の間に通すことによって、シート材202が有する欠陥(例えば、被膜205の割れ)を潰して消失させ、耐食性を向上させることが可能である。なお、矯正ロール272による矯正加工は、圧延効果を有するため、矯正装置によって圧延装置を兼用させることも可能である。
Therefore, by passing the
さらに、被膜205が配置されたシート材202は、軽圧延を施すことなく、プレス装置に投入することも可能である。この場合、シート材202は、圧延による加工硬化が引き起こされていないため、プレス装置における成形性に悪影響を及ぼさず、被膜205の割れが抑制され、耐食性の向上が維持される。また、母材204と被膜205との密着性は、矯正ロール272による矯正加工により向上するため、圧延をしないことによる密着性の低下は抑制される。
Furthermore, the
図18は、本発明の実施の形態に係る変形例5を説明するための斜視図である。 FIG. 18 is a perspective view for explaining the modified example 5 according to the embodiment of the present invention.
成形工程は、プレス装置を適用する形態に限定されず、ロール成形装置を利用することも可能である。ロール成形装置は、例えば、1組の成形ロール(成形ロールセット)422,432および軸支部426,436を有する。
The forming step is not limited to the form in which the press device is applied, and a roll forming device can also be used. The roll forming apparatus includes, for example, a set of forming rolls (forming roll sets) 422 and 432 and
成形ロール422,432は、軸支部426,436によって回転自在に支持され、一定のクリアランスを有するように、支持構造部(不図示)に配置されている。支持構造部には、例えば、減速機構およびモータを備える駆動機構が配置されており、当該駆動機構は、シート材202の投入速度と同期させ、成形ロール422,432を、同一速度で反対方向に回転させるために使用される。なお、成形ロール422,432を、別々のモータで駆動することも可能である。
The forming rolls 422 and 432 are rotatably supported by
成形ロール422は、セパレータの背面形状(外面形状の一方)に対応する凹凸部が形成された外周面433を有する。成形ロール432は、セパレータの表面形状(外面形状の他方)に対応する凹凸部が形成された外周面423を有する。
The forming
したがって、成形ロール422,432の間にシート材202を通す場合、成形ロール422,432の凹凸部は、シート材202に連続的に幅方向の成形加工を施し、セパレの外面形状を形成(転写)することが可能である。
Therefore, when the
以上のように、本実施の形態に係る製造装置は、シート材が配置される下型、シート材を位置決めするための凹部、および、矯正ロールを備えた矯正装置を有する。そのため、下型に配置されるシート材を、下型の凹部によって位置決めすることで、矯正の際の位置決め精度を確保することができる。また、矯正ロールは、下型に対して独立しており、自由度が高いため、矯正装置は、矯正が必要である変形部位を、矯正ロールによって自在に矯正することができる。したがって、セパレータの製品精度を確保することが可能である。つまり、良好な製品精度を確保し得る燃料電池用金属セパレータの製造装置を提供することができる。 As described above, the manufacturing apparatus according to the present embodiment includes the lower mold in which the sheet material is disposed, the concave portion for positioning the sheet material, and the correction device including the correction roll. Therefore, the positioning accuracy at the time of correction is securable by positioning the sheet material arrange | positioned at a lower mold | type by the recessed part of a lower mold | type. Further, since the correction roll is independent of the lower mold and has a high degree of freedom, the correction apparatus can freely correct a deformed portion that needs correction with the correction roll. Therefore, it is possible to ensure the product accuracy of the separator. That is, it is possible to provide an apparatus for manufacturing a metal separator for a fuel cell that can ensure good product accuracy.
本実施の形態に係る製造方法においては、シート材を下型に配置して位置決めし、矯正ロールによって矯正加工が施される。シート材は、下型に配置されて位置決めされるため、矯正の際の位置決め精度が確保される。また、矯正ロールは、下型に対して独立しているため、自由度が高く、矯正が必要である変形部位を自在に矯正することができる。したがって、セパレータの製品精度を確保することが可能である。つまり、良好な製品精度を確保し得る燃料電池用金属セパレータの製造方法を提供することができる。 In the manufacturing method according to the present embodiment, the sheet material is placed and positioned in the lower mold, and correction processing is performed by the correction roll. Since the sheet material is disposed and positioned in the lower mold, positioning accuracy during correction is ensured. Moreover, since the correction | amendment roll is independent with respect to the lower mold | type, a freedom degree is high and can deform | transform the deformation | transformation site | part which needs correction freely. Therefore, it is possible to ensure the product accuracy of the separator. That is, the manufacturing method of the metal separator for fuel cells which can ensure favorable product precision can be provided.
また、下型の凹部は、下型の押圧面を彫り込んで窪ませて形成されており、シート材は、凹部に嵌められることで、位置決めされる。つまり、シート材を単純な構成で下型に位置決めすることが可能である。さらに、下型の凹部は、セパレータの外面形状の一方の面に対応する凹凸部が形成されており、シート材に残存する変形を引き起こす応力(縮もうとする力)を、効率的に除去することができる。 Moreover, the recessed part of a lower mold | type is formed by carving and pressing the pressing surface of a lower mold | type, and a sheet | seat material is positioned by being fitted in a recessed part. That is, the sheet material can be positioned on the lower mold with a simple configuration. Further, the concave portion of the lower mold is formed with an uneven portion corresponding to one surface of the outer shape of the separator, and efficiently removes stress (force to shrink) remaining on the sheet material. be able to.
流路並行方向の矯正加工および流路直交方向の矯正加工を、シート材に施すことが可能であり、流路並行方向のソリおよび流路直交方向のソリを、別々に矯正することで、シート材の変形を効率的に矯正することができる。 It is possible to apply straightening processing in the direction parallel to the flow path and straightening processing in the direction perpendicular to the flow path to the sheet material, and by correcting the warpage in the flow direction parallel direction and the warpage in the direction perpendicular to the flow path separately, the sheet The deformation of the material can be corrected efficiently.
さらに、貴金属被膜(貴金属からなる被膜)を有し、かつ、圧延による加工硬化が引き起こされていないシート材を適用する場合、プレス装置による成形性に悪影響を及ぼさず、貴金属被膜の割れを抑制することができる。シート材の母材と貴金属被膜との密着性は、矯正ロールによる成形加工により向上するため、圧延をしないことによる密着性の低下は抑制される。したがって、耐食性を向上させることができる。 Furthermore, when a sheet material having a noble metal coating (a coating made of noble metal) and not causing work hardening by rolling is applied, cracking of the noble metal coating is suppressed without adversely affecting the formability of the press device. be able to. Since the adhesion between the base material of the sheet material and the noble metal coating is improved by the forming process using the straightening roll, a decrease in the adhesion due to not rolling is suppressed. Therefore, corrosion resistance can be improved.
圧延によって母材と貴金属被膜との密着性を向上させたシート材を適用する場合、当該コイル材は、圧延による加工硬化が引き起こされているため、プレス装置による成形加工を施す際に、貴金属被膜の割れを引き起こす虞がある。しかし、その後、圧延ロールによる圧延を施すことで、割れを潰し、消失させることで、耐食性を向上させることができる。 When applying a sheet material in which the adhesion between the base material and the noble metal coating is improved by rolling, the coil material is caused by work hardening by rolling. May cause cracking. However, corrosion resistance can be improved by crushing and eliminating the cracks by rolling with a rolling roll.
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、燃料電池は、固体高分子型に限定されず、アルカリ型燃料電池、リン酸型燃料電池に代表される酸型電解質の燃料電池、ダイレクトメタノール燃料電池、マイクロ燃料電池に、適用可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the claims. For example, the fuel cell is not limited to a solid polymer type, and can be applied to an alkaline fuel cell, an acid electrolyte fuel cell typified by a phosphoric acid fuel cell, a direct methanol fuel cell, and a micro fuel cell. .
10 燃料電池、
20 スタック部、
30,40 集電板、
35,45 出力端子、
50,60 絶縁板、
70,80 エンドプレート、
71 燃料ガス導入口、
72 燃料ガス排出口、
74 酸化剤ガス導入口、
75 酸化剤ガス排出口、
77 冷媒導入口、
78 冷媒排出口、
90 タイロッド、
100 電極集成体、
110 膜電極接合体、
120,130 ガス拡散層、
141,142,144,145,147,148 マニホールド部、
150 セパレータ、
152 モニタータブ、
161,162,164,165,167,168 マニホールド部、
169 凹凸部、
170 セパレータ、
172 モニタータブ、
181,182,184,185,187,188 マニホールド部、
189 凹凸部、
202 シート材(金属素板)、
204 母材、
205 被膜、
222 下型、
223 押圧面、
232 上型、
233 押圧面、
236 駆動装置、
262 下型(矯正型)、
264 凹部(位置決め手段)、
265 凹凸部、
266 凹凸部、
272 矯正ロール、
273 外周面、
274 凹凸部
275 支持構造部、
276 軸支部、
278 制御機構、
280 駆動機構、
290 装置フレーム、
322,332 圧延ロール、
326,336 軸支部、
422,432 成形ロール、
423,433 外周面、
426,436 軸支部、
S1,S2,S3 空間。
10 Fuel cell,
20 stacks,
30, 40 current collector plate,
35, 45 output terminals,
50, 60 insulation plate,
70,80 end plate,
71 Fuel gas inlet,
72 Fuel gas outlet,
74 Oxidant gas inlet,
75 Oxidant gas outlet,
77 Refrigerant inlet,
78 refrigerant outlet,
90 tie rods,
100 electrode assembly,
110 Membrane electrode assembly,
120, 130 gas diffusion layer,
141, 142, 144, 145, 147, 148 Manifold part,
150 separator,
152 Monitor tab,
161, 162, 164, 165, 167, 168 Manifold part,
169 irregularities,
170 separator,
172 Monitor tab,
181, 182, 184, 185, 187, 188 Manifold part,
189 uneven part,
202 sheet material (metal base plate),
204 Base material,
205 coating,
222 Lower mold,
223 pressing surface,
232 Upper mold,
233 pressing surface,
236 drive,
262 Lower mold (correction mold),
H.264 recess (positioning means),
265 irregularities,
266 uneven part,
272 Straightening roll,
273 outer peripheral surface,
274
276 shaft support,
278 control mechanism,
280 drive mechanism,
290 device frame,
322, 332 rolling rolls,
326,336 shaft support,
422, 432 forming rolls,
423,433 outer peripheral surface,
426, 436 shaft support,
S1, S2, S3 space.
Claims (6)
前記矯正型は、彫り込んで窪ませた凹部を有し、前記金属素板は、前記凹部に嵌められ、
前記凹部は、前記燃料電池用セパレータの外面形状の一方の面に対応する凹凸部が形成されており、
前記燃料電池用セパレータは、燃料ガス、酸化剤ガスあるいは冷媒を流通させるための流路を有し、
前記金属素板は、前記流路に対応する凹凸部を有し、
前記矯正ロールは、前記流路に対応する凹凸部に沿った方向の矯正加工および前記方向に対して直交する方向の矯正加工を、前記金属素板に施す
ことを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。 The metal base plate on which the concavo-convex portion corresponding to the outer surface shape of the fuel cell separator is formed is placed and positioned in a correction mold, and correction processing is performed by a correction roll.
The straightening mold has a recessed portion that is carved and recessed, and the metal base plate is fitted into the recessed portion,
The concave portion is formed with an uneven portion corresponding to one surface of the outer shape of the fuel cell separator,
The fuel cell separator has a flow path for circulating fuel gas, oxidant gas or refrigerant,
The metal base plate has an uneven portion corresponding to the flow path,
In the fuel cell separator, the correction roll performs correction processing in a direction along the uneven portion corresponding to the flow path and correction processing in a direction orthogonal to the direction. Production method.
前記矯正手段は、
前記金属素板が配置される矯正型、
前記矯正型に配置される前記金属素板を、位置決めするための位置決め手段、および、
前記矯正型に配置されて位置決めされた前記金属素板に、矯正加工を施すための矯正ロールを有し、
前記矯正型は、彫り込んで窪ませた凹部を有し、前記凹部は、前記金属素板が嵌合自在であり、
前記凹部は、前記燃料電池用セパレータの外面形状の一方の面に対応する凹凸部が形成されており、
前記燃料電池用セパレータは、燃料ガス、酸化剤ガスあるいは冷媒を流通させるための流路を有し、
前記金属素板は、前記流路に対応する凹凸部を有し、
前記矯正手段は、前記矯正ロールを、前記流路に対応する凹凸部に沿った方向および前記方向に対して直交する方向に駆動するための駆動手段をさらに有する
ことを特徴とする燃料電池用セパレータの製造装置。 The metal base plate on which the concavo-convex portion corresponding to the outer surface shape of the fuel cell separator is formed has a correction means for performing correction processing,
The correction means includes
Straightening mold in which the metal base plate is disposed,
Positioning means for positioning the metal base plate disposed in the correction mold; and
The metal base plate positioned and positioned in the straightening mold has a straightening roll for performing straightening processing,
The straightening mold has a recessed portion that is carved and recessed, and the recessed portion can be fitted with the metal base plate,
The concave portion is formed with an uneven portion corresponding to one surface of the outer shape of the fuel cell separator,
The fuel cell separator has a flow path for circulating fuel gas, oxidant gas or refrigerant,
The metal base plate has an uneven portion corresponding to the flow path,
Said correcting means, said straightening rolls, for a fuel cell characterized by having a drive means for driving in a direction orthogonal to the direction and the direction along the uneven part corresponding to the flow path further Separator manufacturing equipment.
前記金属素板は、
導電性を有する耐食被膜を配置し、圧延し、前記燃料電池用セパレータの外面形状に対応する凹凸部を形成し、前記圧延手段によって圧延した後で、前記矯正型に配置される
ことを特徴とする請求項4に記載の燃料電池用セパレータの製造装置。 A rolling means for rolling the metal base plate;
The metal base plate is
A conductive corrosion-resistant film is disposed, rolled, formed with an uneven portion corresponding to the outer surface shape of the fuel cell separator, and after being rolled by the rolling means, is disposed on the correction die. The apparatus for manufacturing a fuel cell separator according to claim 4 .
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