JP6327903B2 - 薄板凹凸部材の製造装置及び製造方法 - Google Patents

薄板凹凸部材の製造装置及び製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、例えば、サーボモータによって駆動される油圧機構を用いて、燃料電池のセパレータ等の薄板凹凸部材の製造装置及び製造方法に関する。
自動車や家庭用の小型のエネルギー源として、固体分子型燃料電池が注目されている。この固体分子型燃料電池の主要部品として、反応ガスを電極に供給し、集電を行うセパレータがある。一般的なセパレータは黒鉛を固めて切削加工されているため、生産性が劣り、製造コストが高くなるという問題がある。このようなセパレータは自動車一台につき1000枚弱、家庭用で100枚弱重ねて使用されているので、燃料電池は他の電池と比較して非常に高価となる。従って、燃料電池の普及を図るためには、セパレータの大幅な生産性向上、コストダウンを図る必要があった。
そこで、プレス加工が可能な金属性セパレータの開発が望まれ、ステンレス系とチタン系の材料を用いた金属セパレータの開発が行われている(例えば、特許文献1、2参照)。これらの材料をプレス加工によって、セパレータに成形することができれば、黒鉛製のセパレータの数十分の1のコストでセパレータを製造できることになる。
また、特許文献3には、1ショットプレス加工により金属薄板の両面に溝状の流路を形成してプレスプレートとし、このプレスプレートの両面に、中央部に開口を有するマスクプレートを接合したものをセパレータとして用いた固体高分子型燃料電池が開示されている。
特開2012−28047号公報 特開2005−63889号公報 特開平10−233220号公報
このセパレータの成形加工に使用するプレスは、機械式と油圧式がある。機械式にはクランクプレスとサーボプレスがあり、機械式以外には油圧式のサーボプレスがあり、それぞれ以下のような特徴を有する。
(1)クランクプレス(機械式)
プレススピードに材料の塑性変形が追従できず、材料の伸び不足や加工硬化により肉痩せや破断が発生してしまう。また、プレスを最小速度で運転しても、プレスから発生する微小な振動が材料に伝わり思うような寸法、品質が確保できない。
そのため、成形加工にはクランクプレスよりも振動が少なく制御が容易なサーボプレスを用いることが多く、一般的となっている。しかしながら、サーボプレスの場合、以下のような問題点があった。
(2)サーボプレス(機械式)
高推力(100t〜600t)を出すためには、プレス装置が大掛かりとなり、コスト高となる。そこで、油圧式のサーボプレスもセパレータの加工に使用されている。
(3)サーボプレス(油圧式)
油圧の流量や、圧力のコントロールでプレス速度、金型の位置決めが可能であり、機械式のサーボプレスよりも小型で高推力が可能となる。しかしながら、油圧ポンプを常時回転させ、タンクから作動油を大量に吸い上げ、油圧を作り続けているため、アクチュエータが停止している場合でも100%電気エネルギーを消費し続け、更に無駄に消費したエネルギーが熱に変換され、作動油の温度を際限なく上昇させてしまうという問題がある。
また、油圧回路ではリリーフ弁の作動遅れや切り換え弁の操作等により油の流れが急激に変化した際、流体の運動エネルギーが圧力エネルギーに変わり、圧力の急激な変動が起き、油圧回路の故障の原因となる場合がある。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、従来のサーボプレス(油圧式)に比べ、遥かに小さい力で高推力を発生し、小型化、高精度、低コストを実現した成形加工を行う薄板凹凸部材の製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。
前記目的に沿う第1の発明に係る薄板凹凸部材の製造装置は、プレスベッドに固定配置された下型と、ラムに固定され、かつ前記下型に対向して配置された上型と、サーボモータを動力として用い前記ラムの加圧を行う押圧駆動手段とを有する薄板凹凸部材の製造装置において、
前記押圧駆動手段は、第1の支持部材に固定配置される前記サーボモータの回転を昇降部材の直線動作に変える運動変換機構と、前記昇降部材に第2の支持部材を介して連結される第1のピストン及び該第1のピストンより大径で前記ラムの加圧を行う第2のピストンを上下直列に備え、前記第1の支持部材に連結して固定配置されたシリンダブロックを有する。
第1の発明に係る薄板凹凸部材の製造装置において、前記ラムの周囲には複数のガイドポストが設けられ、該ガイドポストは前記第2の支持部材に摺動可能に設けられているのが好ましい。
第1の発明に係る薄板凹凸部材の製造装置において、前記第2のピストンの第2のシリンダロッドと前記ラムとの間に装着される横移動可能な対となる第1、第2のスライドプレートを有するのが好ましい。
第1の発明に係る薄板凹凸部材の製造装置において、前記第1、第2のスライドプレートは水平方向に2分割され、前記第2のピストンの第2のシリンダロッド又は前記ラムには、前記第1、第2のスライドプレートの前進限となる位置決めストッパが設けられているのが好ましい。
第1の発明に係る薄板凹凸部材の製造装置において、前記第1、第2のスライドプレートが摺動する前記ラムにはエアスライダが設けられているのが好ましい。
そして、第1の発明に係る薄板凹凸部材の製造装置において、前記上型の下部には、弾性部材を介してストリッパープレートが設けられているのが好ましい。
前記目的に沿う第2の発明に係る薄板凹凸部材の製造方法は、駆動源にサーボモータを用い、第1のピストンの出力をパスカルの原理を用いて増大して第2のピストンを駆動し、該第2のピストンによって下降するラムによって、上型及び下型の間にある薄板を押圧して薄板凹凸部材を製造する方法であって、
前記サーボモータを駆動して、前記ラムを下降させて、該ラムと前記第2のピストンの第2のシリンダロッドの間に隙間を形成させる第1工程と、
前記第1のピストンに連動させて、前記第2のピストンを作動し、前記ラムに荷重を加え、前記薄板の凹凸加工を行う第2工程とを有する。
なお、サーボモータは内部にエンコーダを有して、制御部に設けられたプログラムによって、所定速度で所定位置への移動を行う。また、第1、第2のピストンは油圧によって連結されれば十分であるので、第1、第2のピストンが摺動移動する部屋(シリンダ室)が分離配置され、配管によって連結することもできる。
第2の発明に係る薄板凹凸部材の製造方法において、前記第2工程では、前記ラムと前記第2のシリンダロッドとの隙間に対となる第1、第2のスライドプレートを配置して、前記第2のピストンの下降時間を短縮することもできる。
第2の発明に係る薄板凹凸部材の製造方法において、前記第1のピストン及び前記第2のピストンは一つのシリンダブロック内に上下連続して設けられているのが好ましい。
第2の発明に係る薄板凹凸部材の製造方法において、前記薄板凹凸部材は燃料電池用セパレータであって、前記第2工程で、前記薄板に行われる凹凸加工によって、前記燃料電池用セパレータに流路溝が形成されるのが好ましい。
第2の発明に係る薄板凹凸部材の製造方法において、前記第2工程で、前記流路溝の凹凸加工と同時に、前記流路溝の周囲に形成されるダミー溝の凹凸加工も行うのが好ましい。
第2の発明に係る薄板凹凸部材の製造方法において、前記第2工程(又は前記第1工程)の前に、第1の金型装置でパイロット孔を形成するパイロット孔形成工程を、前記第2工程の後に、第3の金型装置で行われる打ち抜き工程を有するのが好ましい。
第2の発明に係る薄板凹凸部材の製造方法において、前記パイロット孔形成工程で、前記パイロット孔の周囲に、スリットを形成する処理も行われるのが好ましい。
第2の発明に係る薄板凹凸部材の製造方法において、前記薄板凹凸部材の輪郭を部分抜きして該輪郭の残りを切断して、前記薄板凹凸部材を前記第3の金型装置から抜き落とすのが好ましい。
第1、第2の発明に係る薄板凹凸部材の製造装置及び製造方法においては、第2のピストンはパスカルの原理を用いて出力(正確には押圧力)が増大しているので、その分だけ第2のピストンの速度が下がり、第2のピストンの位置精度を高めることができる。
また、パスカルの原理を用いて、第2のピストンを駆動しているので、第1のピストンを駆動するサーボモータは小型でも、高出力を得ることができる。
これによって、装置を小型化でき、更に従来のように油圧ポンプを作動させるための、電気エネルギーも不要となり、大幅にコストを削減できる。
特に、第1の発明に係る薄板凹凸部材の製造装置においては、押圧駆動手段が、サーボモータの回転を昇降部材の直線動作に変える運動変換機構と、昇降部材に第2の支持部材を介して連結される第1のピストン及び第1のピストンより大径でラムの加圧を行う第2のピストンを上下直列に備えて固定配置されたシリンダブロックを有するので、装置自体を小型に形成できる他、第1、第2のピストンの径比を上げれば、小型のサーボモータを使用することができ、更に装置の小型化も可能となる。
第1の発明に係る薄板凹凸部材の製造装置において、ラムの周囲に複数のガイドポストが設けられ、ガイドポストが第2の支持部材に摺動可能に設けられている場合は、ラムが確実に水平状態を保ちながら上下動できる。
第1の発明に係る薄板凹凸部材の製造装置において、第2のピストンの第2のシリンダロッドとラムとの間に装着される横移動可能な対となる第1、第2のスライドプレートを設けた場合は、第2のピストンによってラムを作動させる時間の短縮が可能となり、作業効率が向上する。
第1の発明に係る薄板凹凸部材の製造装置において、第1、第2のスライドプレートが水平方向に2分割され、第2のピストンの第2のシリンダロッド又はラムには、第1、第2のスライドプレートの前進限となる位置決めストッパが設けられている場合は、第1、第2のスライドプレートのオーバーランを防止し、特定の位置に第1、第2のスライドプレートを配置することができる。特に、第1、第2のスライドプレートが摺動するラムにエアスライダを設けた場合には、第1、第2のスライドプレートの動きが円滑になる。
第1の発明(第2の発明も同じ)に係る薄板凹凸部材の製造装置において、上型の下部に、弾性部材を介してストリッパープレートが設けられていると、薄板を下型で支持した状態で成形加工ができると共に、上型上昇時も薄板に弾性力を付与し続けているため、上型上昇による薄板凹凸部材の成形不良を防ぐことができる。
更に、第1のピストンの直径に比較して第2のピストンの直径が大きくなるので、パスカルの原理によって、上型の上に配置されるラムの上面が受ける面圧を分散して、より均等な荷重とすることができる。
なお、上型の加圧力は、第1、第2のピストンが配置されているシリンダブロックの油圧計、又は第1のシリンダロッドに別に設けたロードセル等で測定可能であり、サーボモータと組み合わせて正確なプレス制御ができる。
また、第2の発明に係る薄板凹凸部材の製造方法においては、サーボモータを駆動して、ラムを下降させて、ラムと第2のピストンの第2のシリンダロッドの間に隙間を形成させる第1工程と、第1のピストンに連動させて、第2のピストンを作動し、ラムに荷重を加え、薄板の凹凸加工を行う第2工程とを有するので、正確なプレス制御ができると共に、装置の簡略化ができる。
また、第2の発明に係る薄板凹凸部材の製造方法において、第2工程で、ラムと第2のシリンダロッドとの隙間に対となる第1、第2のスライドプレートを配置した場合は、第2のピストンの下降時間を短縮できる。
第2の発明に係る薄板凹凸部材の製造方法において、第1のピストン及び第2のピストンが一つのシリンダブロック内に上下連続して設けられている場合は、装置の小型化ができ、配管等を用いていないので、動作もより正確となる。
第2の発明に係る薄板凹凸部材の製造方法において、薄板凹凸部材は燃料電池用セパレータであって、第2工程で、薄板に行われる凹凸加工によって、燃料電池用セパレータに流路溝が形成される場合は、セパレータの主要部を短時間にプレス加工できる。
第2の発明に係る薄板凹凸部材の製造方法において、第2工程で、流路溝の凹凸加工と同時に、流路溝の周囲に形成されるダミー溝の凹凸加工も行う場合は、1工程で多箇所の凹凸加工を行うことができ、生産性が向上する。
第2の発明に係る薄板凹凸部材の製造方法において、第2工程の前に、第1の金型装置でパイロット孔を形成するパイロット孔形成工程を、第2工程の後に、第3の金型装置で行われる打ち抜き工程を有する場合は、それぞれの金型装置をベストのコンディションで操業できるので、生産効率が上がる。
第2の発明に係る薄板凹凸部材の製造方法において、パイロット孔形成工程で、パイロット孔の周囲に、スリットを形成する処理も行われる場合は、爾後のプレス加工によるパイロット孔の変形や位置ずれの発生を防止できる。
第2の発明に係る薄板凹凸部材の製造方法において、薄板凹凸部材の輪郭を部分抜きして輪郭の残りを切断して、薄板凹凸部材を第3の金型装置から抜き落とす場合、少ない負荷でプレス操業を行うことができる。
本発明の一実施の形態に係る薄板凹凸部材の製造装置の正面図である。 同薄板凹凸部材の製造装置の動作説明図である。 同薄板凹凸部材の製造装置の動作説明図である。 同薄板凹凸部材の製造装置の動作説明図である。 同薄板凹凸部材の製造装置の動作説明図である。 ラムが下死点に至る経過時間とラム速度を示すグラフ及び表である。 (A)は同薄板凹凸部材の製造装置を一部に用いて燃料電池用セパレータを製造する方法の説明図、(B)は同方法を実施する第1の金型装置の側面図である。 (A)同薄板凹凸部材の製造装置を一部に用いて燃料電池用セパレータを製造する方法の説明図、(B)は同方法を実施する第2の金型装置の側面図である。 (A)は同薄板凹凸部材の製造装置を一部に用いて燃料電池用セパレータを製造する方法の説明図、(B)は同方法を実施する第3の金型装置の側面図、(C)は燃料電池用セパレータの平面図である。
続いて、添付した図面を参照しながら、本発明を具体化した実施の形態について説明する。
図1に示すように、本発明の一実施の形態に係る薄板凹凸部材の製造装置10は、固定配置された板状の第1の支持部材11と、第1の支持部材11に4本の断面円形の支持ロッド12を介して連結されるシリンダブロック14とを有している。なお、第1の支持部材11は図示しない固定フレームに取り付けられて、上下動はしない。
シリンダブロック14には、第1のピストン16と、第1のピストン16の外径より大きな直径(例えば、5〜12倍)を有する第2のピストン17が上下直列に連続して設けられ、第1のピストン16の下降によってシリンダブロック14内の油14aを加圧し、第2のピストン17をパスカルの原理により押圧力を増大して加圧するようになっている。
第1のピストン16の上側は第1のシリンダロッド18を構成し、その上端部は板状で第1の支持部材11より幅広の第2の支持部材19に固定されている。第2の支持部材19は、ブッシュ20を介して周囲を4本の支持ロッド12に摺動可能に設けられ、水平状態を保ちながら上下動できる構造となっている。
第1の支持部材11の中央上部には駆動源となるサーボモータ21が出力軸を下向きにして搭載(固定配置)されている。この出力軸には図示しないボールねじが連結され、ボールねじには昇降部材22の内側に固定されているナットが螺合している。昇降部材22の下部は第2の支持部材19に固定され、上部は第1の支持部材11の内筒23内を上下に摺動移動可能となっている。なお、ボールねじ及びナットを有して回転運動を直線運動に変える運動変換機構が構成され、サーボモータ21を回転させると、昇降部材22、これに連結される第1のピストン16と第2の支持部材19とが昇降する。ここで、運動変換機構、第1のシリンダロッド18、第1のピストン16、第2のピストン17、第2のシリンダロッド30、及びシリンダブロック14を備えて、サーボモータ21を動力としてラム27の加圧を行う押圧駆動手段が構成される。
第2の支持部材19の周囲には4本(複数)のガイドポスト25がブッシュ26を介して摺動可能に設けられ、ガイドポスト25の下端にはラム(プレート)27が設けられている。なお、ラム27の周囲にガイドポスト25の下端が固定されている。ラム27の底部には上型28が一体となって設けられ、上型28に対向して対となる下型29が図示しないプレスベッドの上に固定配置されている。なお、シリンダブロック14、ラム27、上型28及び下型29は原則軸心を合わせて配置されている。
また、ガイドポスト25の頂部にはストッパ25aが設けられ、ガイドポスト25に対して第2の支持部材19が一定位置で固定されるようになっている。
ラム27の中央上部には、第2のピストン17に直接固定された第2のシリンダロッド30が隙間Cを有して配置され、この隙間Cが一定以上の場合、第2のシリンダロッド30とラム27の間に、水平方向に二分割された対となる第1、第2のスライドプレート32、33が挿入できる構造となっている。ラム27の上側で、第1、第2のスライドプレート32、33が左右方向に摺動移動する領域は上方向に空気を吹き出すエアスライダ(図示しない)が形成されている。また、第1、第2のスライドプレート32、33は両側に図示しないエアシリンダが設けられ、左右方向(図1にWで示す)に移動可能となっている。
第2のシリンダロッド30の下端中央又はラム27の上側中央には、第1、第2のスライドプレート32、33が当接可能な位置決めストッパが設けられ、第1、第2のスライドプレート32、33はラム27の幅方向中央位置(即ち、前進限)で止まるようになっている。なお、第1、第2のスライドプレート32、33の端部にはこの位置決めストッパが入り込む切欠きが設けられている。
シリンダブロック14は第1のピストン16が嵌入する小径筒部35と、第2のピストン17が嵌入する大径筒部36が形成されている。第2のシリンダロッド30の直径は、大径筒部36の内径より小さく、第2のピストン17の下方で大径筒部36の内部に環状空間37を有し、この環状空間37には図示しないスプリング(弾性部材の一例)が配置され、大径筒部36の下部には環状板39が設けられ、環状空間37内に収納されたスプリングを下方より支持している。このスプリングによって第2のピストン17は常時上方に付勢されている。
図1の拡大図に示すように、上型28と下型29との間には薄板凹凸部材40(図5参照)となる薄板41が配置され、上型28には凸部42が下方に突出して形成され、下型29には凸部42と対となる凹部43が形成されている。
上型28の下部には、薄板41を押圧するストリッパープレート44が弾性部材の一例であるスプリング45を介して設けられ、プレス加工が終わって上型28が上昇する場合に、製品となった薄板凹凸部材40が上型28に連れて上昇しないようになっている。
続いて、図2〜図5を参照して、本発明の一実施の形態に係る薄板凹凸部材の製造装置10の作用及び製造方法について説明する。
図2に示すようにサーボモータ21を回転させて、昇降部材22を上昇させ、第1、第2のピストン16、17を上昇させる。これによって、第2のシリンダロッド30とラム27との間には隙間が形成されると共に、上型28と下型29の間にも十分な隙間が形成される。なお、この状態がラム27の上死点となる。
次に、図3に示すように、サーボモータ21を回転して、昇降部材22を下げると、第2の支持部材19が下がり、これに伴いラム27及び上型28が一定距離下がる。このとき、第1のピストン16も下降するが、第2のピストン17の降下量は、S1/S2(S1は第1のピストン16の断面積、S2は第2のピストン17の断面積)となって僅少となり、ラム27と第2のシリンダロッド30との間に大きな隙間Cが形成される。
この状態で、第2のシリンダロッド30とラム27の隙間Cの間に、第1、第2のスライドプレート32、33を入れる。第1、第2のスライドプレート32、33は図示しないエアシリンダによって駆動され、中央に設けられた図示しない位置決めストッパによって左右均等状態で配置される。なお、隙間Cは図示しない距離センサ又はリミットスイッチによって上位置が検知され、隙間Cが十分にある状態で、第1、第2のスライドプレート32、33が挿入される構造となっている。なお、この第1、第2のスライドプレート32、33は第2のピストン17の移動距離を短く(下降時間を短縮)するために使用する。
図4は第1、第2のスライドプレート32、33が第2のシリンダロッド30とラム27の間に配置された状態を示す。この時点で、サーボモータ21を所定方向に回転させると、更に昇降部材22が下がり、第2の支持部材19を下降させ、合わせて第1のピストン16も下降させる。このとき、第2の支持部材19の周囲にブッシュ26が設けられているため、下がり続けることが可能である。第1のピストン16が下降すると、第2のピストン17がパスカルの原理に従って下降し、その押圧力はS2/S1に増大される。これによって、ラム27に荷重が加えられる。なお、ラム27の下死点前であって、第2のシリンダロッド30がラム27に荷重を加える前は、上型28は、ラム27、第1、第2のスライドプレート32、33、ガイドポスト25の自重より大きい弾性力を有するストリッパープレート44のスプリング45によって支えられ、静止した状態となっている。
次に、第2のシリンダロッド30がラム27に荷重を加え、薄板41への成形加工(凹凸加工)が開始された状態を、図5に示すが、上型28の凸部42が下型29の凹部43に部分的に嵌入し、薄板凹凸部材40が形成されている。なお、ラム27の下死点はリミットスイッチ、又は距離センサによって測定するか、シリンダブロック14内の油14aの圧力を検知して行う。この様子を図6に示すが、開始してから11秒後にラム27の下死点となって成形加工を完了している。このように、ラム27の下死点付近で成形スピードを遅くすることで、より成形加工の精度を高めることができる。
次に、サーボモータ21を逆転させると、上型28が上昇するが、薄板凹凸部材40はストリッパープレート44によって保持されているので、凸部42に引き連れられて上がることはない。上型28と下型29の隙間を十分に確保した後、薄板凹凸部材40を取り出して、一つの加工工程が終了する。
続いて、この薄板凹凸部材の製造装置10を一部の工程に用いた薄板凹凸部材の一例である燃料電池用セパレータ47(図9参照)の製造方法を説明する。
図7〜図9に示すように、燃料電池用セパレータ47を形成する薄板48は、厚みが例えば、0.3〜0.7mm程度のステンレス、チタン板等からなって、幅は燃料電池用セパレータ47の縦幅より十分広くなっている。
図7(A)、(B)に示すように、リール巻き解き装置48aから徐々に巻き解かれた薄板48には、第1の金型装置50によって、2つのパイロット孔(円形孔)51、53が所定ピッチで形成される(パイロット孔形成工程)。ここで、所定ピッチは燃料電池用セパレータ47の横幅より広く(例えば、1.1〜1.3倍)形成される。そして、この第1の金型装置50では、薄板48が順送りされて、薄板48の縦幅方向両側に形成されているパイロット孔51、53の周囲にそれぞれスリット55〜57が形成される。ここで、スリット55、56、57は直線状となっている。
このようにスリット55〜57を設けることによって、後続する工程で薄板48の他の部分にプレス加工を行った場合の歪や変形をパイロット孔55、56に与えないようにすることができる。
なお、第1の金型装置50はクランク機構の通常のプレス装置、油圧駆動又はサーボモータ駆動の通常のプレス装置が適用される。この第1の金型装置50によって加工された薄板48は巻き取り装置58でリール巻される。
次に、図8(A)、(B)に示すように、薄板凹凸部材の製造装置(第2の金型装置)10を用いて、パイロット孔51、53を基準にして、薄板48に、中央の流路溝59(詳細は図9(C)参照)、上下(縦幅方向両側)のダミー溝からなる補強リブ60、67、左右(横幅方向両側)のダミー溝からなる補強リブ68、71の凹凸加工を同時に行う。
この場合、流路溝59とダミー溝(補強リブ60、67、68、71)の凹凸加工を同時に行うため、流路溝加工時に薄板48が中央に引き伸ばされることをダミー溝加工によって防止している。更に、縦幅方向両側に補強リブ60、67を形成することで、薄板48に剛性を持たせることができ、第3の金型装置78での材料の供給や送りが容易となる。なお、図8(B)において、75は薄板48の巻き解き装置を、76は薄板48の巻き取り装置を示す。
続いて、図9(A)〜(C)に示すように、ステーションa〜eを備える第3の金型装置78によって、流路溝59の周囲に燃料電池用セパレータ47の輪郭を形成するスロット(部分抜き)の打ち抜き加工を順次行う。即ち、ステーションaでは、流路溝59の上下(縦幅方向両側)にセパレータ積層用の貫通孔80、81(それぞれ3つ)と、流路溝59の幅方向両側に第1、第2のスロット(長孔)82、83を形成する。なお、第3の金型装置78は、第1の金型装置50と同様に通常のプレス装置が適用される。
ステーションbでは、流路溝59の端部に形成された延長溝84、85に連結する水素又は酸素の供給孔86、87を形成すると同時に、燃料電池用セパレータ47の上下の輪郭を形成する第3、第4のスロット(ブランク)88、89を打ち抜き形成する。
ステーションcでは、第1、第2のスロット82、83の上下に、第5〜第のスロット(長孔)90〜93を形成する。ステーションdは何も打ち抜き加工をしないアイドルステションである。
ステーションeでは、第3、第4のスロット88、89と第5〜第ロット90〜93の連結部分(即ち、輪郭の残り、これによって、燃料電池用セパレータ47の輪郭を形成する)を抜き落として、図9(C)に示す燃料電池用セパレータ47を形成する。図9(B)はステーションa〜eを備えた第3の金型装置78を示すが、薄板48の供給は巻き解き装置95から行われている。第3の金型装置78から排出される残り材はスクラップとして処理される。このようにセパレータの輪郭を形成することで、流路溝加工時の残留応力を徐々に開放することができ、セパレータの変形を防止している。
なお、第3の金型装置78において、各ステーションa〜c内の打ち抜き加工の順番を変えることは可能である。
この実施の形態に係る燃料電池用セパレータ47の製造方法においては、第1〜第3の金型装置50、10、78を用いているので、各金型装置50、10、78の作業時間を最適に設定でき、全体として最少の時間で燃料電池用セパレータ47の製造を行うことができる。この燃料電池用セパレータの製造においては、更に小型のプレスで対応でき、セパレータの流路溝のデザインが変更になった場合は、第2の金型装置内の金型のみの変更で対応できる。
また、第1〜第3の金型装置50、10、78に供給する薄板48は巻き解き装置から供給し、第1、第2の金型装置50、10から巻き取り装置によって巻き取られているので、各金型装置50、10、78の操業時間も変えることができる。
本発明は前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲でその構成を変更することもできる。例えば、図6に示すように、成形スピードを2段階に調整して成形加工を行う場合に限らず、複数段階に調整してもよく、下死点前でラムを上昇させた後、ラムを下死点まで下降させて成形加工を行ってもよい。
10:薄板凹凸部材の製造装置(第2の金型装置)、11:第1の支持部材、12:支持ロッド、14:シリンダブロック、14a:油、16:第1のピストン、17:第2のピストン、18:第1のシリンダロッド、19:第2の支持部材、20:ブッシュ、21:サーボモータ、22:昇降部材、23:内筒、25:ガイドポスト、25a:ストッパ、26:ブッシュ、27:ラム、28:上型、29:下型、30:第2のシリンダロッド、32:第1のスライドプレート、33:第2のスライドプレート、35:小径筒部、36:大径筒部、37:環状空間、39:環状板、40:薄板凹凸部材、41:薄板、42:凸部、43:凹部、44:ストリッパープレート、45:スプリング、47:燃料電池用セパレータ、48:薄板、48a:リール巻き解き装置、50:第1の金型装置、51、53:パイロット孔、55〜57:スリット、58:巻き取り装置、59:流路溝、60、67、68、71:補強リブ、75:巻き解き装置、76:巻き取り装置、78:第3の金型装置、80、81:貫通孔、82:第1のスロット、83:第2のスロット、84、85:延長溝、86、87:供給孔、88:第3のスロット、89:第4のスロット、90〜93:第5〜第8のスロット、95:巻き解き装置

Claims (14)

  1. プレスベッドに固定配置された下型と、ラムに固定され、かつ前記下型に対向して配置された上型と、サーボモータを動力として用い前記ラムの加圧を行う押圧駆動手段とを有する薄板凹凸部材の製造装置において、
    前記押圧駆動手段は、第1の支持部材に固定配置される前記サーボモータの回転を昇降部材の直線動作に変える運動変換機構と、前記昇降部材に第2の支持部材を介して連結される第1のピストン及び該第1のピストンより大径で前記ラムの加圧を行う第2のピストンを上下直列に備え、前記第1の支持部材に連結して固定配置されたシリンダブロックを有することを特徴とする薄板凹凸部材の製造装置。
  2. 請求項1記載の薄板凹凸部材の製造装置において、前記ラムの周囲には複数のガイドポストが設けられ、該ガイドポストは前記第2の支持部材に摺動可能に設けられていることを特徴とする薄板凹凸部材の製造装置。
  3. 請求項1又は2記載の薄板凹凸部材の製造装置において、前記第2のピストンの第2のシリンダロッドと前記ラムとの間に装着される横移動可能な対となる第1、第2のスライドプレートを有することを特徴とする薄板凹凸部材の製造装置。
  4. 請求項3記載の薄板凹凸部材の製造装置において、前記第1、第2のスライドプレートは水平方向に2分割され、前記第2のピストンの第2のシリンダロッド又は前記ラムには、前記第1、第2のスライドプレートの前進限となる位置決めストッパが設けられていることを特徴とする薄板凹凸部材の製造装置。
  5. 請求項3又は4記載の薄板凹凸部材の製造装置において、前記第1、第2のスライドプレートが摺動する前記ラムにはエアスライダが設けられていることを特徴とする薄板凹凸部材の製造装置。
  6. 請求項1〜5のいずれか1記載の薄板凹凸部材の製造装置において、前記上型の下部には、弾性部材を介してストリッパープレートが設けられていることを特徴とする薄板凹凸部材の製造装置。
  7. 駆動源にサーボモータを用い、第1のピストンの出力をパスカルの原理を用いて増大して第2のピストンを駆動し、該第2のピストンによって下降するラムによって、上型及び下型の間にある薄板を押圧して薄板凹凸部材を製造する方法であって、
    前記サーボモータを駆動して、前記ラムを下降させて、該ラムと前記第2のピストンの第2のシリンダロッドの間に隙間を形成させる第1工程と、
    前記第1のピストンに連動させて、前記第2のピストンを作動し、前記ラムに荷重を加え、前記薄板の凹凸加工を行う第2工程とを有することを特徴とする薄板凹凸部材の製造方法。
  8. 請求項7記載の薄板凹凸部材の製造方法において、前記第2工程では、前記ラムと前記第2のシリンダロッドとの隙間に対となる第1、第2のスライドプレートを配置して、前記第2のピストンの下降時間を短縮することを特徴とする薄板凹凸部材の製造方法。
  9. 請求項7又は8記載の薄板凹凸部材の製造方法において、前記第1のピストン及び前記第2のピストンは一つのシリンダブロック内に上下連続して設けられていることを特徴とする薄板凹凸部材の製造方法。
  10. 請求項7〜9のいずれか1記載の薄板凹凸部材の製造方法において、前記薄板凹凸部材は燃料電池用セパレータであって、前記第2工程で、前記薄板に行われる凹凸加工によって、前記燃料電池用セパレータに流路溝が形成されることを特徴とする薄板凹凸部材の製造方法。
  11. 請求項10記載の薄板凹凸部材の製造方法において、前記第2工程で、前記流路溝の凹凸加工と同時に、前記流路溝の周囲に形成されるダミー溝の凹凸加工も行うことを特徴とする薄板凹凸部材の製造方法。
  12. 請求項10又は11記載の薄板凹凸部材の製造方法において、前記第2工程の前に、第1の金型装置でパイロット孔を形成するパイロット孔形成工程を、前記第2工程の後に、第3の金型装置で行われる打ち抜き工程を有することを特徴とする薄板凹凸部材の製造方法。
  13. 請求項12記載の薄板凹凸部材の製造方法において、前記パイロット孔形成工程で、前記パイロット孔の周囲に、スリットを形成する処理も行われることを特徴とする薄板凹凸部材の製造方法。
  14. 請求項12又は13記載の薄板凹凸部材の製造方法において、前記薄板凹凸部材の輪郭を部分抜きして該輪郭の残りを切断して、前記薄板凹凸部材を前記第3の金型装置から抜き落とすことを特徴とする薄板凹凸部材の製造方法。
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