JPWO2014196277A1 - セパレータの歪みを除去する成形方法およびセパレータの歪みを除去する成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】セパレータの歪みを除去し高精度で成形可能なセパレータの歪みを除去する成形方法を提供する。【解決手段】セパレータ５１の歪みを除去する成形方法は、予備成形されたセパレータ用基材５０の成形部５０ｂの歪みを除去する方法である。この成形方法では、セパレータ用基材の一面に予備成形された第１成形面５０ｂ１の製品形状に対応した第１型１１と、セパレータ用基材の一面に対向した他面に予備成形された第２成形面５０ｂ２の製品形状に対応し第１型に対面した第２型２１とを用いる。この成形方法は、第１成形工程と第２成形工程とを有する。第１成形工程は、第１型をセパレータ用基材の第１成形面の側に衝撃を与えて押圧して、セパレータ用基材を第２型に向かう方向に移動させる。第２成形工程は、第１成形工程の後に、第２型をセパレータ用基材の第２成形面の側に押圧し、第１型と第２型とでセパレータ用基材の成形部を挟持する。【選択図】図２

Description

本発明は、セパレータの歪みを除去する成形方法、およびその成形方法を具現化したセパレータの歪みを除去する成形装置に関する。

従来から、燃料電池は、セパレータと膜電極接合体とを交互に複数積層して構成している。燃料電池は、セパレータと膜電極接合体との積層数に応じて高出力を得られることから、その積層数を増加させることが望ましい。複数積層したセパレータと膜電極接合体とを互いに十分に密着させることによって、通電抵抗を低下させることができ、所期の電池性能が達成される。

ところで、セパレータは、アクティブエリアと称され燃料ガス（水素）と酸化ガス（酸素を含有した空気）とを流通させる部分を微細な凹凸形状から構成している。この凹凸形状の部分は、必要とされる寸法精度が高い。一方、そのような凹凸形状は、成形段階で内部に歪みが残留すること等に起因して、高精度で形成することが困難である。

ここで、セパレータと膜電極接合体とを交互に複数積層して燃料電池を製造する技術が開示されている。この燃料電池の製造方法では、幅方向両縁のランナーをローラで押さえることによって、セパレータの素材である帯状シート素材の反りを矯正しつつ搬送する技術が開示されている（たとえば、特許文献１参照。）。一方、成形方法の一形態として、爆発成形によって成形品を形成する技術が開示されている（たとえば、特許文献２参照。）。

特許第４５２９４３９号公報 特開平４−２８７８号公報

しかしながら、上記特許文献１および２のいずれの文献においても、予備成形されたセパレータのような基材の歪みを除去し、最終的に高精度で成形することは必ずしも考慮されていない。すなわち、上記の文献に係る構成では、セパレータの内部に残留した歪みを十分に除去して成形することは困難であり、所謂スプリングバックが生じ易い。このようなことから、歪みを除去して高精度でセパレータを成形することができる技術が要請されていた。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、セパレータの歪みを除去し高精度で成形することができる成形方法および成形装置の提供を目的とする。

上記目的を達成する本発明に係るセパレータの歪みを除去する成形方法は、製品形状に対応する形状に予備成形されたセパレータ用基材の成形部の歪みを除去する方法である。この成形方法では、セパレータ用基材の一面に予備成形された第１成形面の製品形状に対応した第１型と、セパレータ用基材の一面に対向した他面に予備成形された第２成形面の製品形状に対応し第１型に対面した第２型とを用いる。この成形方法は、第１成形工程と第２成形工程とを有している。第１成形工程は、第１型をセパレータ用基材の第１成形面の側に衝撃を与えて押圧して、セパレータ用基材を第２型に向かう方向に移動させる。第２成形工程は、第１成形工程の後に、第２型をセパレータ用基材の第２成形面の側に押圧し、第１型と第２型とでセパレータ用基材の成形部を挟持する。

上記目的を達成する本発明に係るセパレータの歪みを除去する成形装置は、製品形状に対応する形状に予備成形されたセパレータ用基材の成形部の歪みを除去する装置である。この成形装置は、第１型、第２型、および制御部を有している。第１型は、セパレータ用基材の一面に予備成形された第１成形面の製品形状に対応している。第２型は、セパレータ用基材の一面に対向した他面に予備成形された第２成形面の製品形状に対応している。制御部は、第１型および第２型の作動を制御する。制御部は、第１型をセパレータ用基材の第１成形面の側に衝撃を与えて押圧させ、セパレータ用基材を第２型に向かう方向に移動させるように制御する。その後、制御部は、第２型をセパレータ用基材の第２成形面の側に押圧させ、第１型と第２型とでセパレータ用基材の成形部を挟持するように制御する。

本実施形態に係るセパレータの歪みを除去する成形装置を備えた加工機を示す模式図である。 図１の加工機に備えセパレータの歪みを除去する成形装置の主要部を側面から示す端面図である。 セパレータの歪みを除去する成形装置を備えた加工機を用いて様々な成形加工を施したセパレータ用基材を示す模式図である。 図３のセパレータ用基材のうちのセパレータを示す模式図である。 セパレータの歪みを除去する成形装置を用いた成形加工を示すフローチャートである。 図５のＳ１０１の成形加工に係るセパレータの歪みを除去する成形装置の主要部を側面から示す端面図である。 図５のＳ１０２の成形加工に係るセパレータの歪みを除去する成形装置の主要部を側面から示す端面図である。 図５のＳ１０３の成形加工に係るセパレータの歪みを除去する成形装置の主要部を側面から示す端面図である。 図５のＳ１０４の成形加工に係るセパレータの歪みを除去する成形装置の主要部を側面から示す端面図である。 図５のＳ１０５の成形加工に係るセパレータの歪みを除去する成形装置の主要部を側面から示す端面図である。 図５のＳ１０６の成形加工に係るセパレータの歪みを除去する成形装置の主要部を側面から示す端面図である。 図５のＳ１０７の成形加工に係るセパレータの歪みを除去する成形装置の主要部を側面から示す端面図である。 図５のＳ１０８の成形加工に係るセパレータの歪みを除去する成形装置の主要部を側面から示す端面図である。 図５のＳ１０９の成形加工に係るセパレータの歪みを除去する成形装置の主要部を側面から示す端面図である。 図５のＳ１１０の成形加工に係るセパレータの歪みを除去する成形装置の主要部を側面から示す端面図である。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明に係る実施形態について説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面における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）
本実施形態に係るセパレータ５１の歪みを除去する成形装置１を備えた加工機１００、およびセパレータ５１の歪みを除去する成形装置１について、図１〜図１５を参照しながら説明する。

まず、セパレータ５１の歪みを除去する成形装置１を備えた加工機１００の構成について、図１、図３、および図４を参照しながら説明する。

図１は、セパレータ５１の歪みを除去する成形装置１を備えた加工機１００を示す模式図である。図３は、セパレータ５１の歪みを除去する成形装置１を備えた加工機１００を用いて様々な成形加工を施したセパレータ用基材５０を示す模式図である。図４は、図３のセパレータ用基材５０のうちのセパレータ５１を示す模式図である。

加工機１００は、長尺状の被加工部材に相当するセパレータ用基材５０に対して開口および凹凸等を成形する。加工機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３０を含んでいる。成形装置１は、加工機１００に備えている。

上型１１０および下型１２０は、セパレータ用基材５０に対して開口および凹凸等を成形する。上型１１０は、後述する成形装置１の第１成形部１０を配設している。同様に、下型１２０は、後述する成形装置１の第２成形部２０を配設している。上型１１０および下型１２０は、複数種類のプレス加工機をセパレータ用基材５０の搬送方向に沿って配設することによって構成している。複数種類のプレス加工機は、図３に示すように、セパレータ用基材５０に対して、位置決め用のロケート孔５０ａ、凹凸状の成形部５０ｂ、媒体を供給および排出するマニホールド孔を成形した後、セパレータ５１の外縁部分を打ち抜き打抜孔５０ｉを開口させる。マニホールド孔は、図４に示すように、アノードガス供給口５０ｃ、冷却流体供給口５０ｄ、カソードガス供給口５０ｅ、カソードガス排出口５０ｆ、冷却流体排出口５０ｇ、アノードガス排出口５０ｈに相当する。アノードガスは、燃料ガス（水素）に相当する。カソードガスは、酸化ガス（酸素を含有した空気）に相当する。

搬入フィーダー１３０は、加工前のセパレータ用基材５０を上型１１０および下型１２０の間に搬入するものであり、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、開口や凹凸等の加工を施した後のセパレータ用基材５０から打ち抜かれたセパレータ５１を搬送する。搬出フィーダー１５０は、加工後であって破棄するセパレータ用基材５０を上型１１０および下型１２０の間から搬出するものであり、上型１１０および下型１２０の下流側に設けている。制御部３０は、搬入フィーダー１３０によるセパレータ用基材５０の搬入速度やタイミング、および搬出フィーダー１５０によるセパレータ用基材５０の搬出速度やタイミングを、それぞれ制御する。また、制御部３０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、セパレータ５１の歪みを除去する成形装置１の構成について、図２および図４を参照しながら説明する。

図２は、図１の加工機１００に備えセパレータ５１の歪みを除去する成形装置１の主要部を側面から示す端面図である。図２は、成形装置１を、図４のＡ−Ａ線に沿った方向における端面で示すものである。図２に図示したセパレータ用基材５０の成形部５０ｂにおける流路の凹凸形状の数は、本実施形態の理解を容易にするために、図４に図示したセパレータ用基材５０の成形部５０ｂにおける流路の凹凸形状の数よりも相当少なく示している。

成形装置１は、セパレータ５１の歪みを除去する成形方法を具現化した装置に相当する。ここで、セパレータ５１の成形方法は、第１成形工程と第２成形工程とを有している。第１成形工程は、第１型１１をセパレータ用基材５０の第１成形面５０ｂ１の側に衝撃を与えて押圧して、セパレータ用基材５０を第２型２１に向かう方向に移動させる。第２成形工程は、第１成形工程の後に、第２型２１をセパレータ用基材５０の第２成形面５０ｂ２の側に押圧し、第１型１１と第２型２１とでセパレータ用基材５０の成形部５０ｂを挟持する。

成形装置１は、製品形状に対応する形状に予備成形されたセパレータ用基材５０の成形部５０ｂの歪みを除去する。この成形装置１は、第１型１１、第２型２１、および制御部３０を有している。第１型１１は、セパレータ用基材５０の一面に予備成形された第１成形面５０ｂ１の製品形状に対応している。第２型２１は、セパレータ用基材５０の一面に対向した他面に予備成形された第２成形面５０ｂ２の製品形状に対応している。制御部３０は、第１型１１および第２型２１の作動を制御する。制御部３０は、第１型１１をセパレータ用基材５０の第１成形面５０ｂ１の側に衝撃を与えて押圧させ、セパレータ用基材５０を第２型２１に向かう方向に移動させるように制御する。その後、制御部３０は、第２型２１をセパレータ用基材５０の第２成形面５０ｂ２の側に押圧させ、第１型１１および第２型２１とでセパレータ用基材５０の成形部５０ｂを挟持するように制御する。

成形装置１は、第１型１１、第２型２１、および制御部３０を有している。

第１型１１は、セパレータ用基材５０の一面に予備成形された第１成形面５０ｂ１の製品形状に対応している。第１型１１は、第１成形部１０に含まれている。第１成形部１０は、第１成形工程を担う。第１成形部１０は、第１型１１をセパレータ用基材５０の第１成形面５０ｂ１の側に衝撃を与えて押圧し、セパレータ用基材５０を第２型２１に向かう方向に移動させる。

第１成形部１０は、第１型１１に加えて、駆動部材１２を含んでいる。第１型１１は、たとえば、金属からなり、長方体形状に形成している。第１型１１は、第２型２１と対向する第１成形面１１ａを、セパレータ用基材５０の一面に予備成形された第１成形面５０ｂ１の製品形状に対応するように、一定の間隔で連ねた凹凸形状によって形成している。その製品形状は、セパレータ５１の第１成形面５０ｂ１の最終形状に相当する。駆動部材１２は、第１型１１を、第２型２１に対して接近および離間させる。駆動部材１２は、たとえば、油圧ポンプからなり、円筒管部１２ａに収容されたシリンダー部１２ｂを駆動させる。シリンダー部１２ｂは、第１型１１の第１成形面１１ａと対向した押圧面１１ｂに接合している。

第２型２１は、セパレータ用基材５０の一面に対向した他面に予備成形された第２成形面５０ｂ２の製品形状に対応している。第２型２１は、第２成形部２０に含まれている。第２成形部２０は、第２成形工程を担う。第２成形部２０は、第２型２１をセパレータ用基材５０の第２成形面５０ｂ２の側に押圧し、第１型１１および第２型２１とでセパレータ用基材５０の成形部５０ｂを挟持する。

第２成形部２０は、第２型２１に加えて、枠体２２、保持部材２３、伸縮バネ２４、ストッパー２５、吸排気管２６、点火プラグ２７、弁２８、および燃焼室２９を含んでいる。第２型２１は、たとえば、金属からなり、長方体形状に形成している。第２型２１は、第１型１１と対向する第２成形面２１ａを、セパレータ用基材５０の一面に対向した他面に予備成形された第２成形面５０ｂ２の製品形状にするように、一定の間隔で連ねた凹凸形状によって形成している。その製品形状は、セパレータ５１の第２成形面５０ｂ２の最終形状に相当する。第２型２１は、各々の第２成形面２１ａが同一の方向を向くように、たとえば３つ並列して配設し、それぞれ第１型１１と対向させている。第２型２１の第２成形面２１ａと対向する押圧面２１ｂは、端部を除き、凹状に湾曲している。図２に示すように、３つ並列して配設した第２型２１と、１つの第１型１１との間に、セパレータ用基材５０の成形部５０ｂを挟持するための空間を設けている。

枠体２２は、たとえば、金属からなり、仕切部２２ａを介して複数の収容空間を設けた長方体形状に形成している。枠体２２は、３つの第２型２１を、それぞれ第１型１１に向かう方向に対して接近および離間自在に収容している。保持部材２３は、第２型２１の押圧面２１ｂと対向するように、枠体２２に収容している。保持部材２３は、３つ並列して配設された第２型２１にそれぞれ対応するように、３つ並列して配設している。保持部材２３は、たとえば、金属からなり、長方体形状に形成している。保持部材２３は、伸縮バネ２４、ストッパー２５、点火プラグ２７、および吸排気管２６を、それぞれ保持している。

伸縮バネ２４は、その一端を保持部材２３に形成した孔に挿入し、その他端を第２型２１の押圧面２１ｂの端部に当接させている。伸縮バネ２４は、第１型１１に押圧されて移動する第２型２１の移動を規制する。伸縮バネ２４は、たとえば、金属からなり、らせん状に形成している。なお、伸縮バネ２４は、第２型２１の押圧面２１ｂの両端部に当接させるように構成しているものの、図２に示す端面図では両端部のうちの片方の端部のみに当接した構成で図示している。

ストッパー２５は、その一端を保持部材２３に形成した孔に挿入し、その他端を第２型２１の押圧面２１ｂの端部に接合している。ストッパー２５は、第２型２１が保持部材２３から一定以上の距離を隔てて離間しないように、第２型２１の移動を規制する。ストッパー２５は、たとえば、金属からなり、一端に径大となる引掛部２５ａを備えた段違いからなる円柱形状に形成している。ストッパー２５の引掛部２５ａは、保持部材２３の孔で引っ掛かる。なお、ストッパー２５は、第２型２１の押圧面２１ｂの両端部に接合させるように構成しているものの、図２に示す端面図では両端部のうちの片方の端部のみに接合した構成で図示している。

吸排気管２６は、第２型２１の押圧面２１ｂと保持部材２３との間に設けた燃焼室２９に混合気体Ｇ（図１０に図示）を吸気し、かつ燃焼したガスや空気Ａ（図８および図９に図示）を排気する。吸排気管２６は、保持部材２３を貫通して配設している。吸排気管２６は、たとえば、金属からなり、円筒形状に形成している。点火プラグ２７は、燃焼室２９に吸気された混合気体Ｇに点火する。点火プラグ２７は、保持部材２３を貫通し、その先端が燃焼室２９に臨むように配設している。弁２８は、吸排気管２６の先端を開閉する。弁２８は、たとえば燃料噴射弁に相当し、保持部材２３を貫通し、吸排気管２６の先端を開閉自在に配設している。ここで、点火プラグ２７は、弁２８が閉じて燃焼室２９が密閉された状態において、燃焼室２９の混合気体Ｇに点火する。混合気体Ｇは、点火された後、爆発に伴い膨張する。第２型２１は、混合気体Ｇが膨張すると、第１型１１に向かって高速で移動する。

制御部３０は、第１型１１および第２型２１の作動を制御する。制御部３０は、第１型１１をセパレータ用基材５０の第１成形面５０ｂ１の側に衝撃を与えて押圧させ、セパレータ用基材５０を第２型２１に向かう方向に移動させるように制御する。具体的には、制御部３０は、駆動部材１２を用いて第１型１１を第２型に向かう方向に対して高速で移動させる。その後、制御部３０は、第２型２１をセパレータ用基材５０の第２成形面５０ｂ２の側に押圧させ、第１型１１および第２型２１とでセパレータ用基材５０の成形部５０ｂを挟持するように制御する。具体的には、制御部３０は、点火プラグ２７を用いて燃焼室２９の混合気体Ｇを燃焼させ、第２型２１を第１型１１に向かう方向に対して高速で移動させる。

制御部３０は、図２に示すように、第１成形部１０および第２成形部２０にそれぞれ接続している。制御部３０は、ＲＯＭ、ＣＰＵ、およびＲＡＭ等から構成している。ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）は、セパレータ用基材５０の成形部５０ｂの歪みを除去する制御プログラムを格納している。ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）は、制御プログラムに基づいて、第１型１１および第２型２１の動作をそれぞれ制御する。ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）は、第１型１１および第２型２１によるセパレータ用基材５０の成形部５０ｂの歪み除去中の各種データを一時的に記憶する。

つぎに、成形装置１を用いたセパレータの成形方法について、図５〜図１５を参照しながら説明する。

図５は、成形装置１を用いたセパレータの成形加工を示すフローチャートである。図５に記載した基材の表記は、セパレータ用基材５０に相当する。図６〜図１５は、Ｓ１０１〜Ｓ１１０の成形加工に係る成形装置１の主要部を側面から示す端面図である。図６および１５に記載した「基材」の表記は、「セパレータ用基材５０」に相当する。

図６に示すように、Ｓ１０１において、離間した状態の第１型１１と第２型２１との間に、製品形状に対応する形状に予備成形されたセパレータ用基材５０を搬入する。第１型１１と第２型２１との間に搬入するセパレータ用基材５０は、加工機１００によって、凹凸状の成形部５０ｂを予備成形した後であって、マニホールド孔を成形する前の状態である。弁２８は、吸排気管２６の先端を開いた状態で配設している。弁２８は、図６に示すＳ１０１から図１０に示すＳ１０５に係る成形動作の間、開いている。

さらに、図７に示すように、Ｓ１０２において、Ｓ１０１に係る動作から連続し、第１型１１を第２型２１に向かう方向に対して高速で移動させ、第１型１１によってセパレータ用基材５０を衝撃的に押圧する。第１型１１は、制御部３０の制御に基づき、駆動部材１２を用いて作動させる。具体的には、第１型１１の第１成形面１１ａを、セパレータ用基材５０の一面に予備成形された第１成形面５０ｂ１に対して衝撃的に押圧し、成形部５０ｂを塑性変形させることによって、成形部５０ｂを最終的な製品形状に近似させるように成形する。

さらに、図８に示すように、Ｓ１０３において、Ｓ１０２に係る動作から連続し、第１型１１を第２型２１に向かう方向に対して高速でさらに移動させ、第１型１１と第２型２１とによってセパレータ用基材５０を挟持する。セパレータ用基材５０の成形部５０ｂは、第１型１１と第２型２１との間において衝撃が与えられて塑性変形し、より最終的な製品形状に近似する。

さらに、図９に示すように、Ｓ１０４において、Ｓ１０３に係る動作から連続し、セパレータ用基材５０から衝撃的に押圧された第２型２１が、セパレータ用基材５０から離間して移動する。第２型２１は、その押圧面２１ｂの端部が保持部材２３に当接して停止する。燃焼室２９は、その体積が減少し、吸排気管２６を介して空気Ａを外部に排気する。この状態では、伸縮バネ２４は縮み、ストッパー２５は後退している。

さらに、図１０に示すように、Ｓ１０５において、Ｓ１０４に係る動作から連続し、３つの燃焼室２９に対して、空気とガスとの混合気体Ｇをそれぞれ注入する。混合気体Ｇは、吸排気管２６を介して燃焼室２９に注入する。この状態において、伸縮バネ２４は縮み、ストッパー２５は後退したままである。

さらに、図１１に示すように、Ｓ１０６において、Ｓ１０５に係る動作から連続し、３つの燃焼室２９のうちの中央の燃焼室２９に注入された混合気体Ｇに点火する。弁２８によって吸排気管２６の先端を閉じた後、中央の燃焼室２９に配設した点火プラグ２７に電流を流して放電させることによって、混合気体Ｇに点火する。弁２８は、図１１に示すＳ１０６から図１５に示すＳ１１０に係る成形動作のうち、少なくとも図１１に示すＳ１０６から図１３に示すＳ１０８に係る成形動作の間、閉じている。

さらに、図１２に示すように、Ｓ１０７において、Ｓ１０６に係る動作から連続し、中央の燃焼室２９の混合気体Ｇの膨張によって、中央の第２型２１を第１型１１に向かって移動させ、第１型１１と第２型２１とによってセパレータ用基材５０を衝撃的に挟持する。この状態において、中央の伸縮バネ２４は伸長し、中央のストッパー２５は第１型１１に向かう方向に対して移動して保持部材２３の孔で引っ掛かり停止している。セパレータ用基材５０の成形部５０ｂは、中央に配設された第１型１１と中央に配設された第２型２１との間において再び塑性変形し、最終的な製品形状に至る。同時に、３つの燃焼室２９のうちの両端の燃焼室に注入された混合気体Ｇに点火する。混合気体Ｇは、両端の燃焼室２９に配設した点火プラグ２７に電流を流して放電させることによって点火させる。

さらに、図１３に示すように、Ｓ１０８において、Ｓ１０７に係る動作から連続し、両端の燃焼室２９の混合気体Ｇの膨張によって、両端の第２型２１を第１型１１に向かって移動させ、第１型１１と第２型２１とによってセパレータ用基材５０を衝撃的に挟持する。この状態において、両端の伸縮バネ２４は伸長し、両端のストッパー２５は第１型１１に向かう方向に対して移動して保持部材２３の孔で引っ掛かり停止している。第１型１１と両端の第２型２１とによって挟持されたセパレータ用基材５０の成形部５０ｂは、第１型１１と第２型２１との間において再び塑性変形し、最終的な製品形状に至る。

さらに、図１４に示すように、Ｓ１０９において、Ｓ１０８に係る動作から連続し、第１型１１を、セパレータ用基材５０および第２型２１から離間させる。第１型１１は、制御部３０の制御に基づき、駆動部材１２を用いて作動させる。

さらに、図１５に示すように、Ｓ１１０において、Ｓ１０９に係る動作から連続し、離間した状態の第１型１１と第２型２１との間から、製品形状に対応する形状に成形済みのセパレータ用基材５０を搬出する。成形済みのセパレータ用基材５０の搬出は、加工機１００の搬入フィーダー１３０および搬出フィーダー１５０を用いて行う。セパレータ用基材５０は、加工機１００を用いて、マニホールド孔を成形した後、セパレータ５１の外縁部分を打ち抜いて打抜孔５０ｉを開口する。セパレータ５１は、搬出コンベア１４０によって搬出する。

図５にフローチャートで示したＳ１０１〜Ｓ１１０に係る成形について、図６〜図１５に示した成形装置１を参照しながら説明した。成形装置１を設けた加工機１００は、長尺からなるセパレータ用基材５０から、セパレータ５１を連続的に成形する。すなわち、Ｓ１０１〜Ｓ１１０に係る成形は、長尺からなるセパレータ用基材５０に対して一定の間隔で連続的に実施している。

上述した本実施形態に係るセパレータ５１の成形方法および成形装置１によれば、以下の作用効果を奏する。

セパレータ５１の歪みを除去する成形方法は、製品形状に対応する形状に予備成形されたセパレータ用基材５０の成形部５０ｂの歪みを除去する方法である。セパレータ５１の成形方法では、セパレータ用基材５０の一面に予備成形された第１成形面５０ｂ１の製品形状に対応した第１型１１と、セパレータ用基材５０の一面に対向した他面に予備成形された第２成形面５０ｂ２の製品形状に対応し第１型１１に対面した第２型２１とを用いる。セパレータ５１の成形方法は、第１成形工程と第２成形工程とを有している。第１成形工程は、第１型１１をセパレータ用基材５０の第１成形面５０ｂ１の側に衝撃を与えて押圧して、セパレータ用基材５０を第２型２１に向かう方向に移動させる。第２成形工程は、第１成形工程の後に、第２型２１をセパレータ用基材５０の第２成形面５０ｂ２の側に押圧し、第１型１１と第２型２１とでセパレータ用基材５０の成形部５０ｂを挟持する。

ここで、第１成形工程は、図５に示すフローチャートのＳ１０２に記載された「第１型を第２型に向かって高速で移動させ、第１型によって基材を衝撃的に押圧」に相当する。第２成形工程は、Ｓ１０７とＳ１０８にそれぞれ記載された「・・・第１型と第２型とによって基材を挟持」に相当する。

セパレータ５１の歪みを除去する成形装置１は、製品形状に対応する形状に予備成形されたセパレータ用基材５０の成形部５０ｂの歪みを除去する装置である。セパレータ５１の歪みを除去する成形装置１は、第１型１１、第２型２１、および制御部３０を有している。第１型１１は、セパレータ用基材５０の一面に予備成形された第１成形面５０ｂ１の製品形状に対応している。第２型２１は、セパレータ用基材５０の一面に対向した他面に予備成形された第２成形面５０ｂ２の製品形状に対応している。制御部３０は、第１型１１および第２型２１の作動を制御する。制御部３０は、第１型１１をセパレータ用基材５０の第１成形面５０ｂ１の側に衝撃を与えて押圧させ、セパレータ用基材５０を第２型２１に向かう方向に移動させるように制御する。その後、制御部３０は、第２型２１をセパレータ用基材５０の第２成形面５０ｂ２の側に押圧させ、第１型１１と第２型２１とでセパレータ用基材５０の成形部５０ｂを挟持するように制御する。

このような構成によれば、第１型１１を第１成形面５０ｂ１の側に衝撃を与えて押圧してセパレータ用基材５０を第２型２１に向かう方向に移動させた後、第２型２１を第２成形面５０ｂ２の側に押圧することによって、第１型１１と第２型２１とでセパレータ用基材５０の成形部５０ｂを挟持する。このようなセパレータ５１の成形方法および成形装置１によれば、製品形状に対応する形状に予備成形されたセパレータ用基材５０の成形部５０ｂに対して衝撃を与えつつ成形することによって、その成形部５０ｂに残留していた歪みを十分に除去することができる。したがって、本実施形態に係るセパレータ５１の成形方法および成形装置１によれば、セパレータ５１を高精度で成形することができる。

特に、このように構成したセパレータ５１の成形方法および成形装置１によれば、媒体（燃料ガス、酸化ガス、および冷却水）に係る流量や圧力損失等の仕様が厳しい流路において、その凹凸形状を高精度で形成することができる。したがって、このような構成によれば、流路に流通させる媒体の流量を確保することができ、かつ流路に流通させる媒体の圧力損失を軽減することができる。

さらに、第２型２１を、セパレータ用基材５０の第２成形面５０ｂ２の側に衝撃を与えて押圧する構成とすることができる。

ここで、第２成形工程は、図５に示すフローチャートのＳ１０７とＳ１０８にそれぞれ記載された「混合気体の膨張によって、・・・第２型を第１型に向かって移動させ、第１型と第２型とによって基材を挟持」に相当する。

このような構成によれば、第１型１１を第１成形面５０ｂ１の側に衝撃を与えつつ成形し、かつ、第２型２１を第２成形面５０ｂ２の側からも衝撃を与えつつ成形することができる。したがって、成形部５０ｂに残留していた歪みをさらに十分に除去することができる。すなわち、このような構成によれば、セパレータ５１をさらに高精度で成形することができる。

さらに、複数の第２型２１を、セパレータ用基材５０の第２成形面５０ｂ２の側の異なる部分に対して異なるタイミングで押圧する構成とすることができる。

ここで、第２成形工程は、図５に示すフローチャートのＳ１０７に記載された「・・・中央の第２型を第１型に向かって移動させ、第１型と第２型とによって基材を挟持」、およびＳ１０８に記載された「・・・両端の第２型を第１型に向かって移動させ、第１型と第２型とによって基材を挟持」に相当する。

このような構成によれば、特に成形部５０ｂ内における歪みの残留具合がたとえば不均一な場合に、その成形部５０ｂの第２成形面５０ｂ２の側において、たとえば一端から他端にかけて順番に押圧する構成とすることができる。すなわち、成形部５０ｂ内における歪みを、たとえば一端から他端に移動させながら除去することができる。したがって、このような構成によれば、成形部５０ｂの全領域において残留歪みを十分に除去することができる。

さらに、複数の第２型２１のうち、中央に位置する第２型２１をセパレータ用基材５０の第２成形面５０ｂ２の側に押圧した後、中央よりも外方に位置する第２型２１をセパレータ用基材５０の第２成形面５０ｂ２の側に押圧する構成とすることができる。

このような構成によれば、成形部５０ｂの第２成形面５０ｂ２の側を中央から外方にかけて順番に押圧することによって、成形部５０ｂの外周縁に残留していた歪みを効果的に押し出して除去することができる。したがって、このような構成によれば、成形部５０ｂの外周縁に残留している歪みを、効果的に除去することができる。

さらに、セパレータ５１の成形方法では、第１成形工程において、セパレータ用基材５０に対して第２成形面５０ｂ２の側から押圧した第２型２１をセパレータ用基材５０から離間させ、かつ、第２成形工程において、セパレータ用基材５０から離間した第２型２１をセパレータ用基材５０の第２成形面５０ｂ２の側に押圧する構成とすることができる。

ここで、第１成形工程は、図５に示すフローチャートのＳ１０４に記載された「基材から衝撃的に押圧された第２型２１が、基材から離間して移動」に相当する。第２成形工程は、Ｓ１０７およびＳ１０８に相当する。

同様に、セパレータ５１の成形装置１では、制御部３０において、セパレータ用基材５０に対して第２成形面５０ｂ２の側から押圧した第２型２１をセパレータ用基材５０から離間させた後に、第２型２１をセパレータ用基材５０の第２成形面５０ｂ２の側に押圧する構成とすることができる。

このような構成によれば、セパレータ用基材５０に当接させたまま状態の第２型２１を第２成形面５０ｂ２の側に押圧させる場合と比較して、第２型２１を離間した空間で十分に加速させた上で第２成形面５０ｂ２に押圧できる。したがって、第２型２１は、セパレータ用基材５０の第２成形面５０ｂ２の側に対して、より大きな衝撃を与えつつ押圧することができる。すなわち、成形部５０ｂに残留していた歪みを効果的に除去することができる。したがって、セパレータ５１をより高精度で成形することができる。

さらに、セパレータ５１の成形装置１では、制御部３０において、セパレータ用基材５０から離間させた第２型２１を、第２成形面５０ｂ２の側に衝撃を与えて押圧させる構成とすることができる。

このような構成によれば、セパレータ用基材５０に当接させたまま状態の第２型２１を第２成形面５０ｂ２の側に衝撃を与えないで押圧させる場合と比較して、第２型２１を離間した空間で大きく加速させた上で第２成形面５０ｂ２に対して衝撃的に押圧できる。したがって、第２型２１は、セパレータ用基材５０の第２成形面５０ｂ２の側に対して、非常に大きな衝撃を与えつつ押圧することができる。すなわち、成形部５０ｂに残留していた歪みを非常に効果的に除去することができる。したがって、セパレータ５１を非常に高精度で成形することができる。

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、第２成形工程において、燃焼室２９の混合気体Ｇに点火して爆発させて膨張させることによって、第２型２１を第２成形面５０ｂ２の側に衝撃を与えるように押圧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はなく、たとえば燃焼室２９に相当する領域に水を注入および排出することによって、第２型２１を第２成形面５０ｂ２の側に押圧する構成としてもよい。同様に、第２型２１を、たとえば電動モータや油圧シリンダーによって駆動させ、第２成形面５０ｂ２の側に押圧する構成としてもよい。

本出願は、２０１３年６月４日に出願された日本特許出願番号２０１３−１１８０６６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。

１ 成形装置、
１０ 第１成形部、
１１ 第１型、
１１ａ 第１成形面、
１１ｂ 押圧面、
１２ 駆動部材、
１２ａ 円筒管部、
１２ｂ シリンダー部、
２０ 第２成形部、
２１ 第２型、
２１ａ 第２成形面、
２１ｂ 押圧面、
２２ 枠体、
２２ａ 仕切部、
２３ 保持部材、
２４ 伸縮バネ、
２５ ストッパー、
２５ａ 引掛部、
２６ 吸排気管、
２７ 点火プラグ、
２８ 弁、
２９ 燃焼室、
３０ 制御部、
５０ セパレータ用基材、
５０ａ ロケート孔、
５０ｂ 成形部、
５０ｂ１ 第１成形面、
５０ｂ２ 第２成形面、
５０ｃ アノードガス供給口、
５０ｄ 冷却流体供給口、
５０ｅ カソードガス供給口、
５０ｆ カソードガス排出口、
５０ｇ 冷却流体排出口、
５０ｈ アノードガス排出口、
５０ｉ 打抜孔、
５１ セパレータ、
１００ 加工機、
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、
Ａ 空気、
Ｇ 混合気体。

上記目的を達成する本発明に係るセパレータの歪みを除去する成形方法は、製品形状に対応する形状に予備成形されたセパレータ用基材の成形部の歪みを除去する方法である。この成形方法では、セパレータ用基材の一面に予備成形された第１成形面の製品形状に対応した第１型と、セパレータ用基材の一面に対向した他面に予備成形された第２成形面の製品形状に対応し第１型に対面した第２型とを用いる。この成形方法は、第１成形工程と第２成形工程とを有している。第１成形工程は、第１型を第２型の方に向かわせるようにセパレータ用基材の第１成形面の側に対して直線状に接近および離間させることによって衝撃を与えて押圧して、セパレータ用基材を第２型に向かう方向に移動させる。第２成形工程は、第１成形工程の後に、第２型を第１型の方に向かわせるようにセパレータ用基材の第２成形面の側に対して直線状に接近および離間させることによって押圧し、第１型と第２型とでセパレータ用基材の成形部を挟持する。

上記目的を達成する本発明に係るセパレータの歪みを除去する成形装置は、製品形状に対応する形状に予備成形されたセパレータ用基材の成形部の歪みを除去する装置である。この成形装置は、第１型、第２型、および制御部を有している。第１型は、セパレータ用基材の一面に予備成形された第１成形面の製品形状に対応している。第２型は、セパレータ用基材の一面に対向した他面に予備成形された第２成形面の製品形状に対応している。制御部は、第１型および第２型の作動を制御する。制御部は、第１型を第２型の方に向かわせるようにセパレータ用基材の第１成形面の側に対して直線状に接近および離間させることによって衝撃を与えて押圧させ、セパレータ用基材を第２型に向かう方向に移動させるように制御する。その後、制御部は、第２型を第１型の方に向かわせるようにセパレータ用基材の第２成形面の側の側に対して直線状に接近および離間させることによって押圧させ、第１型と第２型とでセパレータ用基材の成形部を挟持するように制御する。

Claims (8)

1. 製品形状に対応する形状に予備成形されたセパレータ用基材の成形部の歪みを除去する成形方法であって、
   前記セパレータ用基材の一面に予備成形された第１成形面の製品形状に対応した第１型と、前記セパレータ用基材の一面に対向した他面に予備成形された第２成形面の製品形状に対応し前記第１型に対面した第２型とを用い、
   前記第１型を前記セパレータ用基材の前記第１成形面の側に衝撃を与えて押圧して、前記セパレータ用基材を前記第２型に向かう方向に移動させる第１成形工程と、
   前記第１成形工程の後に、前記第２型を前記セパレータ用基材の前記第２成形面の側に押圧し、前記第１型と前記第２型とで前記セパレータ用基材の前記成形部を挟持する第２成形工程と、を有するセパレータの歪みを除去する成形方法。
2. 前記第２成形工程は、前記第２型を、前記セパレータ用基材の前記第２成形面の側に衝撃を与えて押圧する請求項１に記載の成形方法。
3. 前記第２成形工程は、複数の前記第２型を、前記セパレータ用基材の前記第２成形面の側の異なる部分に対して異なるタイミングで押圧する請求項１または２に記載の成形方法。
4. 前記第２成形工程は、複数の前記第２型のうち、中央に位置する前記第２型を前記セパレータ用基材の前記第２成形面の側に押圧した後、中央よりも外方に位置する前記第２型を前記セパレータ用基材の前記第２成形面の側に押圧する請求項３に記載の成形方法。
5. 前記第１成形工程は、前記セパレータ用基材に対して前記第２成形面の側から押圧した前記第２型を前記セパレータ用基材から離間させ、
   前記第２成形工程は、前記セパレータ用基材から離間した前記第２型を前記セパレータ用基材の前記第２成形面の側に押圧する請求項１〜４のいずれか１項に記載の成形方法。
6. 製品形状に対応する形状に予備成形されたセパレータ用基材の成形部の歪みを除去する成形装置であって、
   前記セパレータ用基材の一面に予備成形された第１成形面の製品形状に対応した第１型と、
   前記セパレータ用基材の一面に対向した他面に予備成形された第２成形面の製品形状に対応した第２型と、
   前記第１型および前記第２型の作動を制御する制御部と、を有し、
   前記制御部は、前記第１型を前記セパレータ用基材の前記第１成形面の側に衝撃を与えて押圧させ、前記セパレータ用基材を前記第２型に向かう方向に移動させた後、前記第２型を前記セパレータ用基材の前記第２成形面の側に押圧させ、前記第１型と前記第２型とで前記セパレータ用基材の前記成形部を挟持するように制御するセパレータの歪みを除去する成形装置。
7. 前記制御部は、前記セパレータ用基材に対して前記第２成形面の側から押圧した前記第２型を前記セパレータ用基材から離間させた後、前記第２型を前記セパレータ用基材の前記第２成形面の側に押圧する請求項６に記載のセパレータの歪みを除去する成形装置。
8. 前記制御部は、前記セパレータ用基材から離間させた前記第２型を、前記第２成形面の側に衝撃を与えて押圧させる請求項７に記載のセパレータの歪みを除去する成形装置。