JPWO2014188800A1 - 金属セパレータの成形装置および成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プレス成形時に生じる歪みを除去し、歪みが残存することなく成形可能な金属セパレータの成形装置および成形方法を提供する。【解決手段】薄板状基材９０を相対的に接近離反移動自在に設けられた流路加工用上型３１（第１型）と流路加工用下型３２（第２型）とによってプレス成形する金属セパレータ９１の成形装置１００であって、薄板状基材を加熱する第１加熱部１０（加熱部）と、第１加熱部によって加熱された薄板状基材を第１型および第２型によって押圧して媒体を流通させる流路９０ｃを形成する流路加工部３０（加工部）と、第１加熱部と流路加工部との作動を制御する制御部１８０と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、金属セパレータの成形装置および成形方法に関する。

燃料電池用の金属セパレータは、プレスマシンおよび金型を用いて、プレス成形によって形成する（たとえば特許文献１参照）。２枚の金属セパレータを重ね合わせることによって、燃料ガス、酸化ガスおよび冷却水（冷媒）がそれぞれ流通する各流路を形成する。

特開２００８−８４８４３号公報

ところで、一般的に、燃料電池用の金属セパレータは、板厚が比較的薄く、かつ長尺の基材をプレス成形して形成するため、しわなどの歪みが生じやすい。歪みが残存したままの金属セパレータは、十分な位置精度を得ることができず、膜電極接合体に重ねて積層するときの位置決めが難しい。さらに、金属セパレータの基材の厚み方向に歪が残存するため、金属セパレータおよび膜電極接合体をスタッキングしてセルモジュールを組み立てた後に、セルモジュールの変形を招いてしまう。このため、金属セパレータの成形においては、歪みをいかにして除去するかが重要な課題となっている。

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、プレス成形時に生じる歪みを除去し、歪みが残存することなく成形可能な金属セパレータの成形装置および成形方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明に係る金属セパレータの成形装置は、薄板状基材を相対的に接近離反移動自在に設けられた第１型と第２型とによってプレス成形するものであり、加熱部と、加工部と、制御部とを有している。加熱部は、薄板状基材を加熱する。加工部は、加熱部によって加熱された薄板状基材を第１型および第２型によって押圧して媒体を流通させる流路を形成する。制御部は、加熱部と加工部との作動を制御する。

上記目的を達成する本発明に係る金属セパレータの成形方法は、薄板状基材を相対的に接近離反移動自在に設けられた第１型と第２型とによってプレス成形するものであり、加熱工程および加工工程を有している。加熱工程は、薄板状基材を加熱する。加工工程は、加熱された薄板状基材を第１型および第２型によって押圧して媒体を流通させる流路を形成する。

実施形態に係る金属セパレータの成形装置を示す模式図である。 実施形態に係る成形装置を用いて様々な成形加工を施した薄板状基材を示す模式図である。 実施形態に係る成形装置で成形する金属セパレータを示す斜視図である。 実施形態に係る成形装置の予備加工部の構成を示す端面図である。 実施形態に係る成形装置の流路加工部と第２加熱部と断熱部との構成を示す端面図である。 実施形態に係る金属セパレータの成形方法を示すフローチャートである。 実施形態に係る成形装置の動作を示すフローチャートである。 実施形態に係る成形装置の予備加工部から予備成形体の成形が完了した薄板状基材を搬出する状態を示す端面図である。 実施形態に係る成形装置の流路加工部に予備成形した薄板状基材を搬入する状態を示す端面図である。 実施形態に係る成形装置の流路加工部と第２加熱部と断熱部とにより薄板状基材に流路を形成している状態を示す端面図である。 実施形態に係る成形装置の流路加工部から流路の成形が完了した薄板状基材を搬出する状態を示す端面図である。

以下、添付した図面を参照しながら、本願発明に係る実施形態を説明する。図面における各部材の大きさや比率は、説明の都合上誇張され実際の大きさや比率とは異なる場合がある。

本実施形態に係る金属セパレータ９１の成形装置１００について、図１〜図１１を参照しながら説明する。

まず、金属セパレータ９１の成形装置１００の構成について、図１〜図５を参照しながら説明する。

図１は、金属セパレータ９１の成形装置１００を示す模式図である。図２は、成形装置１００を用いて様々な成形加工を施した薄板状基材９０を示す模式図である。図３は、成形装置１００で成形する金属セパレータ９１を示す斜視図である。図４は、成形装置１００の予備加工部２０の構成を示す端面図である。図５は、成形装置１００の流路加工部３０と第２加熱部４０と断熱部５０との構成を示す端面図である。

成形装置１００は、長尺の薄板状基材９０のうち、図３に示す金属セパレータ９１となる領域に対して、開口および凹凸等を形成する。開口は、たとえば後述するロケート孔９０ａやマニホールド孔９０ｄ〜９０ｉに相当する。凹凸は、後述する予備成形体９０ｂの凹凸や流路９０ｃに相当する。成形装置１００は、図１に示すように、上型１１０、下型１２０、搬入フィーダー１３０、搬出コンベア１４０、搬出フィーダー１５０、および制御部１８０を含んでいる。

上型１１０および下型１２０は、薄板状基材９０に対して開口および凹凸等を成形する複数種類のプレス型を有する。複数種類のプレス型は、薄板状基材９０の搬送方向に沿って配設している。複数種類のプレス型によって、図２に示すように、薄板状基材９０に対して、位置決め用のロケート孔９０ａ、凹凸状の予備成形体９０ｂ、媒体を流通する流路９０ｃ、媒体を供給および排出するマニホールド孔９０ｄ〜９０ｉを成形する。その後、金属セパレータ９１の外縁部分を打ち抜いて、打ち抜き孔９０ｊを開口する。マニホールド孔９０ｄ〜９０ｉは、図３に示すように、アノードガス供給口９０ｄ、冷却流体供給口９０ｅ、カソードガス供給口９０ｆ、カソードガス排出口９０ｇ、冷却流体排出口９０ｈ、アノードガス排出口９０ｉである。アノードガスは、燃料ガス（水素）であり、カソードガスは、酸化ガス（空気）である。

搬入フィーダー１３０は、加工前の薄板状基材９０を上型１１０および下型１２０の間に搬入する。搬入フィーダー１３０は、上型１１０および下型１２０の上流側に設けている。搬出コンベア１４０は、薄板状基材９０から打ち抜かれた金属セパレータ９１を搬出する。搬出フィーダー１５０は、金属セパレータ９１を打ち抜いた後の破棄する薄板状基材９０を上型１１０および下型１２０の間から搬出する。搬出フィーダー１５０は、上型１１０および下型１２０の下流側に設けている。制御部１８０は、搬入フィーダー１３０による薄板状基材９０の搬入速度やタイミング、および搬出フィーダー１５０による薄板状基材９０の搬出速度やタイミングを、それぞれ制御する。制御部１８０は、移動型である上型１１０を、固定型である下型１２０に対して付勢させた後、その下型１２０から離間させるように制御する。

つぎに、金属セパレータ９１の成形装置１００の特徴となる構成について、図１、図２、図４、図５を参照しながら説明する。

成形装置１００は、薄板状基材９０に対し加熱および加工を行い、薄板状基材９０上に流路９０ｃを形成する。成形装置１００は、相対的に接近離反移動自在に設けられた流路加工用上型３１（第１型に相当する）と流路加工用下型３２（第２型に相当する）とによって、薄板状基材９０をプレス成形する。成形装置１００は、第１加熱部１０（加熱部に相当する）および流路加工部３０（加工部に相当する）を有している。第１加熱部１０は、薄板状基材９０を加熱する。流路加工部３０は、加熱された薄板状基材９０を流路加工用上型３１および流路加工用下型３２によって押圧して媒体を流通させる流路９０ｃを形成する。制御部１８０は、第１加熱部１０と流路加工部３０との作動を制御する。

第１加熱部１０は、流路加工部３０によって薄板状基材９０をプレス成形して流路９０ｃを形成する前に、薄板状基材９０を充分加熱するために設けている。図１および図２に示すように、第１加熱部１０は、薄板状基材９０を加熱するための第１加熱部材１１を有している。第１加熱部材１１は、たとえば高周波コイル、遠赤外線ヒーター、スチーム加熱器、熱風器などのように、瞬間的かつ均等に薄板状基材９０を加熱可能なものから構成されている。

第１加熱部材１１は、図１に示すように、薄板状基材９０の上下面を加熱するために、上型１１０と薄板状基材９０との間、および下型１２０と薄板状基材９０との間にそれぞれ設けている。第１加熱部１０は、制御部１８０の制御により、成形装置１００による薄板状基材９０の搬送が開始するとともに加熱を開始する。第１加熱部１０は、成形装置１００により搬送される薄板状基材９０のうち流路９０ｃを形成する領域（第１領域ａ１）を加熱する。第１加熱部１０による加熱によって、薄板状基材９０の第１領域ａ１は、充分に軟化している。

成形装置１００は、加熱により軟化している薄板状基材９０を流路加工部３０によって薄板状基材９０をプレス成形して流路９０ｃを形成する前に、薄板状基材９０の第１領域ａ１を予備成形して予備成形体９０ｂを形成するための予備加工部２０をさらに有している。予備加工部２０による予備成形は、第１加熱部１０による加熱処理後に行う。

予備加工部２０は、薄板状基材９０に流路９０ｃを成形する前に、薄板状基材９０に予備的な形状を付与する予備成形を行って予備成形体９０ｂを形成してから流路９０ｃを成形するために設けられている。予備加工部２０は、図４に示すように、上型１１０の動作に連動する予備加工用上型２１と、下型１２０と同様に固定している予備加工用下型２２とを有している。予備加工部２０は、第１加熱部１０の加熱により軟化している薄板状基材９０を予備加工用上型２１および予備加工用下型２２により押圧して予備成形体９０ｂを形成する。薄板状基材９０の上記予備的な形状とは、たとえば流路加工部３０で流路９０ｃを加工しやすい凹凸形状である。予備加工部２０において軟化している薄板状基材９０を押圧して予備成形体９０ｂを形成してから、流路加工部３０で予備成形体９０ｂを押圧して流路９０ｃを形成する。このように、予備加工部２０で予備成形体９０ｂを形成することにより、薄板状基材９０を段階的に曲げ加工するので、しわなどの歪みを取り除いた流路９０ｃを形成することができる。

流路加工部３０は、予備加工部２０で形成した軟化している予備成形体９０ｂを押圧して流路９０ｃを成形するために設けられている。流路加工部３０は、図５に示すように、上型１１０の動作に連動する流路加工用上型３１と、下型１２０と同様に固定している流路加工用下型３２を有している。流路加工用上型３１と流路加工用下型３２とで軟化している予備成形体９０ｂを押圧して流路９０ｃの形成を開始すると、形成している流路９０ｃには、しわなどの歪みがほとんど生じていない。また、流路加工部３０が軟化している状態の予備成形体９０ｂを押圧しているので、しわなどの歪みは、流路加工部３０が押圧して形成している流路９０ｃを形成している第１領域ａ１の外周方向に押し出され、第１領域ａ１の中央部には残りにくい。

成形装置１００では、上述したように、第１加熱部１０によって薄板状基材９０を加熱し、流路加工部３０において加熱した薄板状基材９０を流路加工用上型３１および流路加工用下型３２で押圧する。このように、薄板状基材９０を加熱して柔らかくした状態において流路加工用上型３１および流路加工用下型３２で押圧するので、プレス成形時に生じるしわなどの歪みを面方向に除去することができ、歪みが残存することなく金属セパレータ９１を成形することができる。

成形装置１００は、上記構成を有することによりプレス成形時に生じるしわなどの歪みが残存することなく金属セパレータ９１を成形することができるが、より確実に歪みを取り除くために下記構成をさらに有している。以下に、成形装置１００が有するさらなる構成について、図５を参照しながら説明する。

成形装置１００は、流路加工用上型３１および流路加工用下型３２によって流路９０ｃを形成しているときに、薄板状基材９０のうち流路９０ｃが形成された領域（第１領域ａ１）の外周の一部を加熱する第２加熱部４０（他の加熱部に相当する）、をさらに有する。

第２加熱部４０は、流路加工部３０が軟化している薄板状基材９０を押圧して流路９０ｃを形成しているときに、薄板状基材９０のうち流路９０ｃが形成されている第１領域ａ１の外周方向に押し出されたしわなどの歪みを取り除くために設けている。第２加熱部４０は、流路加工用上型３１の薄板状基材９０を押圧する押圧面３１ａと反対側の上面３１ｂ側に、流路加工用上型３１を加熱するための複数の第２加熱部材４１を有している。また、第２加熱部４０は、流路加工用下型３２の薄板状基材９０を押圧する押圧面３２ａと反対側の下面３２ｂ側に、流路加工用下型３２を加熱するための複数の第２加熱部材４１を有している。複数の第２加熱部材４１は、流路加工用上型３１の上面３１ｂおよび流路加工用下型３２の下面３２ｂのそれぞれの外周の一部に設けている。第２加熱部材４１は、流路加工用上型３１および流路加工用下型３２にそれぞれ直接取り付いている。第２加熱部材４１は、たとえば高周波コイル、遠赤外線ヒーター、スチーム加熱器、熱風器などのように、瞬間的かつ均等に薄板状基材９０の外周の一部を加熱可能なものから構成されている。

流路加工用上型３１および流路加工用下型３２により薄板状基材９０を押圧して流路９０ｃの成形を開始して所定の時間が経過すると、第２加熱部材４１は、制御部１８０の制御により加熱を開始する。第２加熱部材４１は、流路加工部３０で押圧して流路９０ｃを形成している薄板状基材９０の第１領域ａ１の外周の一部（第２領域ａ２）を加熱する。押圧により薄板状基材９０の第１領域ａ１の外周方向に押し出されたしわなどの歪みは、第２加熱部４０が薄板状基材９０の第２領域ａ２を加熱することにより第２領域ａ２が特に軟化するので、第２領域ａ２の外周の端部方向へさらに押し出される。このように、流路加工部３０で薄板状基材９０を押圧して流路９０ｃを形成中に、薄板状基材９０の第１領域ａ１の外周の一部である第２領域ａ２を第２加熱部４０で加熱することにより、流路９０ｃに生じるしわなどの歪みをより確実に取り除くことができる。第２加熱部材４１は、制御部１８０の制御により、流路９０ｃの成形が完了して流路加工用上型３１が流路加工用下型３２から離反すると同時に電力の供給が遮断され、加熱を停止する。

第２加熱部４０は、矩形形状を有する領域の四隅を加熱する。

流路加工部３０が薄板状基材９０を押圧して流路９０ｃを形成している第１領域ａ１の外周のうち、特に第１領域ａ１の中央部から最も遠い四隅方向にしわなどの歪みが残存しやすい。このため、第２加熱部４０は、薄板状基材９０の流路９０ｃを形成している第１領域ａ１の外周のうち、特に四隅方向に押し出されたしわなどの歪みを取り除くために設けられている。第２加熱部材４１は、図５に示すように、流路加工用上型３１の上面３１ｂおよび流路加工用下型３２の下面３２ｂのそれぞれの四隅に設けられている。流路加工部３０の押圧により流路９０ｃの四隅方向に押し出されているしわなどの歪みは、第２加熱部４０で流路９０ｃの四隅（第２領域ａ２）を加熱することにより第２領域ａ２が特に軟化するので、第２領域ａ２の端部方向へさらに押し出される。このように、流路加工部３０で薄板状基材９０を押圧して流路９０ｃを形成中に、薄板状基材９０の第１領域ａ１の四隅である第２領域ａ２を第２加熱部４０で加熱することにより、流路９０ｃに生じるしわなどの歪みをより確実に取り除くことができる。

成形装置１００は、薄板状基材９０の流路９０ｃが形成された第１領域ａ１のうち、第２領域（外周の一部の領域に相当する）ａ２と、その他の領域とを断熱して隔てる流路加工部３０に設けられた断熱部５０を、さらに有する。

断熱部５０は、第２加熱部４０が流路９０ｃが形成された第１領域ａ１の外周の一部のみを加熱するために設けられている。断熱部５０は、図５に示すように、流路加工用上型３１および流路加工用下型３２にそれぞれ設けている。断熱部５０は、流路加工用上型３１および流路加工用下型３２が薄板状基材９０に流路９０ｃを形成しているとき、薄板状基材９０の第１領域ａ１のうち、第２領域ａ２と、その他の領域とを隔て、両領域間で熱が伝導することを防止する。断熱部５０は、流路加工用上型３１または流路加工用下型３２の外周の一部または四隅に断熱部材５１を有している。

断熱部材５１は、断熱性があり、かつ硬度の高い部材から構成されており、たとえばセラミックス（ガラスを含む）から構成されている。図５などに示すように、断熱部材５１は、第２加熱部材４１を囲む形状をしており、たとえば第２加熱部材４１がコイル形状の加熱部材である場合には、円筒の形状から構成されている。断熱部材５１は、図４に示すように、流路加工用上型３１に加工している溝３１ｃおよび流路加工用下型３２に加工している溝３２ｃに取り付けている。

図２に示すように、まず第１加熱部１０が薄板状基材９０のうち流路９０ｃが形成される範囲の第１領域ａ１を加熱する（第１加熱）。その後、予備加工部２０および流路加工部３０において、軟化している薄板状基材９０をプレス成形して流路９０ｃを形成する。流路加工部３０が薄板状基材９０を押圧して流路９０ｃを形成しているときに、第２加熱部４０によって、第１領域ａ１の外周の一部または四隅である第２領域ａ２を加熱する（第２加熱）。断熱部５０を設けることにより、第２加熱部４０のそれぞれの第２加熱部材４１は、薄板状基材９０のうち第２領域ａ２のみを加熱することができる。したがって、断熱部５０を設けることで、薄板状基材９０の第１領域ａ１のうち、第２領域ａ２とその他の領域との間での熱伝導を遮断することができる。これにより、第１加熱部１０および第２加熱部４０による薄板状基材９０に対する時間差を付けた二段階加熱を行うことができる。

制御部１８０は、流路加工用上型３１および流路加工用下型３２によって流路９０ｃを形成しているときに、第２加熱部４０によって流路９０ｃの外周の一部を加熱する。

制御部１８０は、第１加熱部１０および第２加熱部４０の加熱作動を制御する。制御部１８０は、ＲＯＭ、ＣＰＵ、およびＲＡＭを含んでいる。ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）は、第１加熱部１０および第２加熱部４０の加熱作動を制御するための制御プログラムを格納している。

流路加工用上型３１と流路加工用下型３２とは、流路９０ｃ形成時において、それぞれの型の温度を異ならせることが好ましい。

制御部１８０は、流路加工用上型３１と、流路加工用下型３２との両型の温度を制御するために、流路加工用上型３１側に取り付けた第２加熱部材４１と、流路加工用下型３２側に取り付けた第２加熱部材４１との加熱温度の制御を行う。ここで、制御部１８０は、流路加工用上型３１の型の温度に比べ、流路加工用下型３２の型の温度が低くなるよう両型の温度の制御を行う。このような加熱制御することにより、流路加工用上型３１と流路加工用下型３２とを離間したとき、流路９０ｃを形成した薄板状基材９０は、収縮変形により流路加工用下型３２側に吸着する。流路９０ｃを形成した薄板状基材９０が流路加工用下型３２側に吸着するので、図２に示すようなマニホールド孔９０ｄ〜９０ｉを形成する次の加工部へ、しわなど歪みを生じさせずに容易に搬送することができる。

つぎに、金属セパレータ９１（図２参照）の成形方法について、図６を参照しながら説明する。

図６は、金属セパレータ９１の成形方法を示すフローチャートである。

金属セパレータ９１の成形方法は、薄板状基材９０（図２参照）を相対的に接近離反移動自在に設けられた流路加工用上型３１（第１型に相当する、図５参照）と流路加工用下型３２（第２型に相当する、図５参照）とによってプレス成形する金属セパレータ９１の成形方法である。図６に示すように、成形方法は、加熱工程および加工工程を有している。加熱工程では、薄板状基材９０を加熱する。加工工程では、加熱された薄板状基材９０を流路加工用上型３１および流路加工用下型３２によって押圧して媒体を流通させる流路９０ｃ（図２参照）を形成する。上述した成形装置１００は、金属セパレータ９１の成形方法を具現化した成形装置である。

つぎに、成形装置１００の動作について、図７のフローチャートに加えて図８〜図１１を参照しながら説明する。

図７は、成形装置１００の動作を示すフローチャートである。図８は、成形装置１００の予備加工部２０から予備成形体９０ｂの成形が完了した薄板状基材９０を搬出する状態を示す端面図である。図９は、成形装置１００の流路加工部３０に予備成形した薄板状基材９０を搬入する状態を示す端面図である。図１０は、成形装置１００の流路加工部３０と第２加熱部４０と断熱部５０とにより薄板状基材９０に流路９０ｃを形成している状態を示す端面図である。図１１は、成形装置１００の流路加工部３０から流路９０ｃの成形が完了した薄板状基材９０を搬出する状態を示す端面図である。

成形装置１００による成形を開始（スタート）すると、図１および図２に示すように、第１加熱部１０の第１加熱部材１１は、制御部１８０の制御によって加熱を開始する。第１加熱部１０は、成形装置１００により搬送される薄板状基材９０のうち流路９０ｃを形成する領域（第１領域ａ１）を加熱する（ステップＳ１）。第１加熱部１０による加熱によって、薄板状基材９０の第１領域ａ１は、充分に軟化している。成形装置１００が薄板状基材９０を所定ピッチ搬送すると、第１加熱部１０による加熱によって軟化した部分は、予備加工部２０に達する。

予備加工部２０は、予備加工用上型２１および予備加工用下型２２によって薄板状基材９０を押圧し、予備成形体９０ｂを形成する（ステップＳ２）。成形装置１００が薄板状基材９０を所定ピッチ搬送すると、予備加工部２０による予備成形によって形成された予備成形体９０ｂの部分は、流路加工部３０に達する。

流路加工部３０は、図９に示すように、流路加工用上型３１が流路加工用下型３２と離反している状態において、両型の間に薄板状基材を搬入する（ステップＳ３）。

流路加工部３０は、流路加工用下型３２の凹凸形状に、搬入した予備成形体９０ｂの凹凸形状が対応するように薄板状基材９０を流路加工用下型３２に載置する。つぎに、流路加工部３０は、制御部１８０の制御により、流路加工用上型３１を、流路加工用下型３２および予備成形体９０ｂを形成している薄板状基材９０に向けて下降する。流路加工用上型３１は、薄板状基材９０に形成している予備成形体９０ｂを図中下向きに押し出す。

流路加工用上型３１の下降が完了すると、図１０に示すように、流路加工用上型３１の押圧面３１ａおよび流路加工用下型３２の押圧面３２ａが薄板状基材９０に形成している予備成形体９０ｂの押圧を開始する。薄板状基材９０に形成している予備成形体９０ｂが軟化しているので、予備成形体９０ｂを押圧して流路９０ｃを形成しているとき、しわなどの歪みは、流路９０ｃを形成している第１領域ａ１の外周方向の特に四隅に徐々に押し出される。

つぎに、流路加工用上型３１および流路加工用下型３２が薄板状基材９０を押圧して流路９０ｃの形成を開始してから所定の時間が経過すると、第２加熱部４０は、制御部１８０の制御によりそれぞれの第２加熱部材４１へ電力を供給する。それぞれの第２加熱部材４１は、電力の供給により加熱を開始し、流路加工用上型３１および流路加工用下型３２の四隅の加熱を開始する。このとき、制御部１８０は、流路加工用上型３１の型の温度に比べ、流路加工用下型３２の型の温度が低くなるよう両型の温度の制御を行う。

流路加工用上型３１および流路加工用下型３２のそれぞれの四隅の加熱を開始すると、これら両型に加熱されながら押圧されている薄板状基材９０の第１領域ａ１の四隅（第２領域）は、さらに軟化する。これにより、薄板状基材９０の第１領域ａ１の四隅（第２領域）に押し出されているしわなどの歪みは、第２領域ａ２の端部方向へさらに押し出される（ステップＳ４）。

つぎに、流路加工用上型３１は、制御部１８０の制御により流路加工用下型３２から離反するように移動する。流路加工用上型３１が流路加工用下型３２から離反することにより、しわなどの歪みを取り除いた流路９０ｃの成形が完了する（ステップＳ５）。第２加熱部材４１は、制御部１８０の制御により、流路加工用上型３１が流路加工用下型３２から離反すると同時に電力の供給が遮断され、加熱を停止する。成形装置１００が薄板状基材９０を所定ピッチ搬送すると、流路９０ｃの成形が完了した薄板状基材９０は、抜き落しを行うプレス型へと搬送される。以後、成形装置１００においては、マニホールド孔９０ｄ〜９０ｉを形成した後に、薄板状基材９０から金属セパレータ９１を打ち抜く。搬出コンベア１４０は、打ち抜いた金属セパレータ９１を搬出し、搬出フィーダー１５０は、金属セパレータ９１を打ち抜いた後の破棄する薄板状基材９０を搬出する。

上述した実施形態に係る金属セパレータの成形装置１００により以下の作用効果を奏する。

本金属セパレータ９１の成形装置１００では、薄板状基材９０を相対的に接近離反移動自在に設けられた流路加工用上型３１（第１型）と流路加工用下型３２（第２型）とによってプレス成形する。金属セパレータ９１の成形装置１００は、第１加熱部１０（加熱部）と、流路加工部３０（加工部）と、制御部１８０とを有している。第１加熱部１０は、薄板状基材９０を加熱する。流路加工部３０は、加熱された薄板状基材９０を流路加工用上型３１および流路加工用下型３２によって押圧して媒体を流通させる流路９０ｃを形成する。制御部１８０は、第１加熱部１０と流路加工部３０との作動を制御する。

かかる構成によれば、第１加熱部１０によって薄板状基材９０を加熱し、流路加工部３０において加熱した薄板状基材９０を流路加工用上型３１および流路加工用下型３２によって押圧する。このように、薄板状基材９０を加熱して柔らかくした状態において流路加工用上型３１および流路加工用下型３２によって押圧するので、プレス成形時に生じるしわなどの歪みを面方向に除去することができ、歪みが残存することなく金属セパレータを成形することができる。金属セパレータに歪みが残存しない結果、十分な位置精度を得ることができ、膜電極接合体に重ねて積層するときの位置決めが容易なものとなる。さらに、金属セパレータの基材の厚み方向に歪が残存しないため、金属セパレータおよび膜電極接合体をスタッキングしてセルモジュールを組み立てた後に、セルモジュールに変形が生じることも防止できる。

流路加工部３０に設けられ、薄板状基材９０のうち流路９０ｃが形成された領域（第１領域ａ１）の外周の一部（第２領域ａ２）を加熱する第２加熱部４０（他の加熱部）をさらに有し、制御部１８０は、流路加工用上型３１（第１型）および流路加工用下型３２（第２型）によって流路９０ｃを形成しているときに、第２加熱部４０によって流路９０ｃの外周の一部を加熱することが好ましい。

かかる構成によれば、第２加熱部４０によって薄板状基材９０の第１領域ａ１の外周の一部（第２領域ａ２）を加熱するので、しわなどの歪みを第２領域ａ２の端部方向にさらに押し出すことができる。このように、第１加熱部１０および第２加熱部４０によって薄板状基材９０を２段階加熱することにより、プレス成形時に生じるしわなどの歪みをより確実に面方向に除去することができる。

第２加熱部４０（他の加熱部）は、矩形形状を有する第１領域ａ１（領域）の四隅（第２領域）を加熱することが好ましい。

かかる構成によれば、第２加熱部４０によって薄板状基材９０の第１領域ａ１の外周のうち四隅（第２領域ａ２）を加熱するので、しわなどの歪みを第２領域ａ２の端部方向にさらに押し出すことができる。このように、第１加熱部１０および第２加熱部４０によって薄板状基材９０を２段階加熱することにより、プレス成形時に生じるしわなどの歪みをより確実に面方向に除去することができる。

薄板状基材９０の流路９０ｃが形成された領域（第１領域ａ１）のうち、外周の一部の領域（第２領域ａ２）と、その他の領域とを断熱して隔てる流路加工部３０（加工部）に設けられた断熱部５０を、さらに有することが好ましい。

かかる構成によれば、断熱部５０を設けることで薄板状基材９０の第２領域ａ２（流路９０ｃの外周の一部または四隅）と、その他の領域との間での熱伝導を遮断することができる。これにより、第１領域ａ１を加熱する第１加熱部１０および第２領域ａ２を加熱する第２加熱部４０による時間差を付けた二段階加熱を行うことができる。

流路加工用上型３１（第１型）と流路加工用下型３２（第２型）とは、流路９０ｃ形成時において、それぞれの型の温度が異なることが好ましい。

かかる構成によれば、制御部１８０の制御により、流路加工用上型３１の型の温度に比べ、流路加工用下型３２の型の温度が低くなるよう両型の温度の制御を行うことができる。このような加熱制御を行うことにより、流路加工用上型３１と、流路加工用下型３２とを離間したとき、流路９０ｃが形成された薄板状基材９０が、収縮変形により流路加工用下型３２側に吸着する。このように、流路９０ｃが形成された薄板状基材９０が流路加工用下型３２側に吸着するので、図２に示すようなマニホールド孔９０ｄ〜９０ｉを形成する次の加工部へ、しわなど歪みを生じさせずに容易に搬送することができる。

上述した実施形態に係る金属セパレータの成形方法により以下の作用効果を奏する。

本金属セパレータ９１の成形方法では、薄板状基材９０を相対的に接近離反移動自在に設けられた流路加工用上型３１（第１型）と流路加工用下型３２（第２型）とによってプレス成形するものであり、加熱工程および加工工程を有している。加熱工程は、薄板状基材９０を加熱する。加工工程は、加熱された薄板状基材９０を流路加工用上型３１および流路加工用下型３２によって押圧して媒体を流通させる流路９０ｃを形成する。

かかる方法によれば、加熱した薄板状基材９０を流路加工用上型３１（第１型）および流路加工用下型３２（第２型）によって押圧する。このように、薄板状基材９０を加熱して柔らかくした状態において流路加工用上型３１および流路加工用下型３２によって押圧するので、プレス成形時に生じるしわなどの歪みを面方向に除去することができ、歪みが残存することなく金属セパレータを成形することができる。金属セパレータに歪みが残存しない結果、十分な位置精度を得ることができ、膜電極接合体に重ねて積層するときの位置決めが容易なものとなる。さらに、金属セパレータの基材の厚み方向に歪が残存しないため、金属セパレータおよび膜電極接合体をスタッキングしてセルモジュールを組み立てた後に、セルモジュールに変形が生じることも防止できる。

加工工程では、薄板状基材９０のうち流路９０ｃが形成された領域（第１領域ａ１）の外周の一部（第２領域ａ２）を加熱することが好ましい。

かかる方法によれば、加工工程では、薄板状基材９０の第１領域ａ１の外周の一部（第２領域ａ２）を加熱するので、しわなどの歪みを第２領域ａ２の端部方向にさらに押し出すことができる。このように、薄板状基材９０を２段階加熱することにより、プレス成形時に生じるしわなどの歪みをより確実に面方向に除去することができる。

加工工程では、矩形形状を有する第１領域ａ１（領域）の四隅（第２領域）を加熱することが好ましい。

かかる方法によれば、加工工程では、薄板状基材９０の第１領域ａ１の外周のうち四隅（第２領域ａ２）を加熱するので、しわなどの歪みを第２領域ａ２の端部方向にさらに押し出すことができる。このように、第１加熱部１０および第２加熱部４０によって薄板状基材９０を２段階加熱することにより、プレス成形時に生じるしわなどの歪みをより確実に面方向に除去することができる。

流路加工用上型３１と流路加工用下型３２とは、流路９０ｃ形成時において、それぞれの型の温度が異なることが好ましい。

かかる方法によれば、流路加工用上型３１の型の温度に比べ、流路加工用下型３２の型の温度が低くなるようにすることができる。このようにすることにより、流路加工用上型３１と、流路加工用下型３２とを離間したとき、流路９０ｃが形成された薄板状基材９０が、収縮変形により流路加工用下型３２側に吸着する。このように、流路９０ｃが形成された薄板状基材９０が流路加工用下型３２側に吸着するので、図２に示すようなマニホールド孔９０ｄ〜９０ｉを形成する次の加工部へ、しわなど歪みを生じさせずに容易に搬送することができる。

そのほか、本発明は、特許請求の範囲に記載された構成に基づき様々な改変が可能であり、それらについても本発明の範疇である。

たとえば、本実施形態では、上型１１０（予備加工用上型２１、流路加工用上型３１を含む）を移動型、下型１２０（予備加工用下型２２、流路加工用下型３２を含む）を固定型とする構成として説明した。しかしながら、このような構成に限定されることなく、たとえば上型１１０および下型１２０を移動型とし、両方の型が互いに接近離反可能な構成にすることができる。

また、本実施形態では、流路加工用上型３１の型の温度に比べて、流路加工用下型３２の型の温度を低くした形態を示したが、これとは逆に、流路加工用上型３１の型の温度に比べて、流路加工用下型３２の型の温度を高くすることができる。この場合には、流路９０ｃが形成された薄板状基材９０を流路加工用上型３１側に吸着させることができる。

本出願は、２０１３年５月２２日に出願された日本特許出願番号２０１３−１０８０６４号に基づいており、その開示内容は、参照され、全体として、組み入れられている。

１０ 第１加熱部（加熱部）、
１１ 第１加熱部材、
２０ 予備加工部、
２１ 予備加工用上型、
２２ 予備加工用下型、
３０ 流路加工部（加工部）、
３１ 流路加工用上型（第１型）、
３１ａ 押圧面、
３１ｂ 上面、
３１ｃ 溝、
３２ 流路加工用下型（第２型）、
３２ａ 押圧面、
３２ｂ 上面、
３２ｃ 溝、
４０ 第２加熱部（他の加熱部）、
４１ 第２加熱部材、
５０ 断熱部、
５１ 断熱部材、
９０ 薄板状基材、
９０ａ ロケート孔、
９０ｂ 予備成形体、
９０ｃ 流路、
９０ｄ アノードガス供給口、
９０ｅ 冷却流体供給口、
９０ｆ カソードガス供給口、
９０ｇ カソードガス排出口、
９０ｈ 冷却流体排出口、
９０ｉ アノードガス排出口、
９０ｊ 打ち抜き孔、
９１ 金属セパレータ、
１００ 成形装置、
１１０ 上型、
１２０ 下型、
１３０ 搬入フィーダー、
１４０ 搬出コンベア、
１５０ 搬出フィーダー、
１８０ 制御部、
ａ１ 第１領域（薄板状基材のうち流路を形成する領域）、
ａ２ 第２領域（薄板状基材のうち流路が形成された領域の外周の一部）。

【０００２】
材を相対的に接近離反移動自在に設けられた第１型と第２型とによってプレス成形するものであり、加熱部と、加工部と、他の加熱部と、制御部とを有している。加熱部は、薄板状基材を加熱する。加工部は、加熱部によって加熱された薄板状基材を第１型および第２型によって押圧して媒体を流通させる流路を形成する。他の加熱部は、加工部に設けられ、薄板状基材のうち流路が形成された領域の外周の一部を加熱する。制御部は、加熱部と加工部と他の加熱部との作動を制御する。制御部は、第１型および第２型によって流路を形成しているときに、他の加熱部によって流路の外周の一部を加熱する。
［０００７］
上記目的を達成する本発明に係る金属セパレータの成形方法は、薄板状基材を相対的に接近離反移動自在に設けられた第１型と第２型とによってプレス成形するものであり、加熱工程および加工工程を有している。加熱工程は、薄板状基材を加熱する。加工工程は、加熱された薄板状基材を第１型および第２型によって押圧して媒体を流通させる流路を形成する。加工工程では、薄板状基材のうち流路が形成された領域の外周の一部を加熱する。
図面の簡単な説明
［０００８］
［図１］実施形態に係る金属セパレータの成形装置を示す模式図である。
［図２］実施形態に係る成形装置を用いて様々な成形加工を施した薄板状基材を示す模式図である。
［図３］実施形態に係る成形装置で成形する金属セパレータを示す斜視図である。
［図４］実施形態に係る成形装置の予備加工部の構成を示す端面図である。
［図５］実施形態に係る成形装置の流路加工部と第２加熱部と断熱部との構成を示す端面図である。
［図６］実施形態に係る金属セパレータの成形方法を示すフローチャートである。
［図７］実施形態に係る成形装置の動作を示すフローチャートである。
［図８］実施形態に係る成形装置の予備加工部から予備成形体の成形が完了した薄板状基材を搬出する状態を示す端面図である。
［図９］実施形態に係る成形装置の流路加工部に予備成形した薄板状基材を搬入する状態を示す端面図である。
［図１０］実施形態に係る成形装置の流路加工部と第２加熱部と断熱部とにより薄板状基材に流路を形成している状態を示す端面図である。

Claims (9)

1. 薄板状基材を相対的に接近離反移動自在に設けられた第１型と第２型とによってプレス成形する金属セパレータの成形装置であって、
   前記薄板状基材を加熱する加熱部と、
   前記加熱部によって加熱された前記薄板状基材を前記第１型および前記第２型によって押圧して媒体を流通させる流路を形成する加工部と、
   前記加熱部と前記加工部との作動を制御する制御部と、を有する金属セパレータの成形装置。
2. 前記加工部に設けられ、前記薄板状基材のうち前記流路が形成された領域の外周の一部を加熱する他の加熱部をさらに有し、
   前記制御部は、前記第１型および前記第２型によって前記流路を形成しているときに、前記他の加熱部によって前記流路の外周の一部を加熱する、請求項１に記載の金属セパレータの成形装置。
3. 前記他の加熱部は、矩形形状を有する前記領域の四隅を加熱する、請求項２に記載の金属セパレータの成形装置。
4. 前記薄板状基材の前記流路が形成された領域のうち、前記外周の一部の領域と、その他の領域とを断熱して隔てる前記加工部に設けられた断熱部を、さらに有する請求項２または請求項３に記載の金属セパレータの成形装置。
5. 前記第１型と前記第２型とは、前記流路形成時において、それぞれの型の温度が異なる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の金属セパレータの成形装置。
6. 薄板状基材を相対的に接近離反移動自在に設けられた第１型と第２型とによってプレス成形する金属セパレータの成形方法であって、
   前記薄板状基材を加熱する加熱工程と、
   加熱された前記薄板状基材を前記第１型および前記第２型によって押圧して媒体を流通させる流路を形成する加工工程と、を有する金属セパレータの成形方法。
7. 前記加工工程では、前記薄板状基材のうち前記流路が形成された領域の外周の一部を加熱する、請求項６に記載の金属セパレータの成形方法。
8. 前記加工工程では、矩形形状を有する前記領域の四隅を加熱する、請求項７に記載の金属セパレータの成形方法。
9. 前記第１型と前記第２型とは、前記プレス成形時において、それぞれの型の温度が異なる、請求項６〜８のいずれか１項に記載の金属セパレータの成形方法。