WO2011077474A1 - 固体高分子型燃料電池用セパレータ製造方法及び装置 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for producing a separator for a polymer electrolyte fuel cell.
  • a polymer electrolyte fuel cell uses pure hydrogen or hydrogen gas obtained by reforming alcohol as a fuel, and electrochemically controls the reaction between the hydrogen and oxygen in the air. To get electricity.
  • the polymer electrolyte fuel cell uses a solid hydrogen ion permselective organic membrane as an electrolyte
  • the fuel cell can be made more compact than a fuel cell using a fluid medium such as an aqueous electrolyte or a molten salt electrolyte as an electrolyte, and development for electric vehicles and other uses is being promoted.
  • the polymer electrolyte fuel cell includes a separator 1 having convex portions 1 a and concave portions 1 b, a hydrogen electrode 2, a polymer electrolyte membrane 3, and an air (oxygen) electrode 4. And the separator 1 in which the convex portion 1a and the concave portion 1b are formed to form a cell 5 having a sandwich structure, and a plurality of the cells 5 stacked to form a stack 6 are used.
  • a hydrogen channel 7 is formed in a space on the side of the separator 1 in contact with the hydrogen electrode 2
  • an air (oxygen) channel 8 is formed in a space on the side of the separator 1 in contact with the air electrode 4.
  • a cooling water flow path 9 is formed in the space on the side where the separators 1 are overlapped.
  • the separator 1 was assumed to be formed by press forming, and a peripheral portion is flat and a bulging formed portion including a large number of convex portions 1a and concave portions 1b is formed in the central portion. Attempting to process the material to be molded causes ductile cracking in the bulging molded portion composed of the convex portion 1a and the concave portion 1b, so that it becomes difficult to press-mold into the shape as described above, while a large amount of separator 1 When trying to manufacture by press molding, there was a problem that production efficiency fell.
  • Patent Document 1 shows a general technical level of an apparatus for manufacturing a separator 1 of a polymer electrolyte fuel cell as shown in FIG.
  • the separator 1 is required to form a molding material made of a thin metal plate such as stainless steel thinner and thinner (plate thickness is about 0.1 mm) with high accuracy, and uses a simple rolling device.
  • a thin metal plate such as stainless steel thinner and thinner (plate thickness is about 0.1 mm)
  • plate thickness is about 0.1 mm
  • the present invention provides a separator for a polymer electrolyte fuel cell that can accurately form a molding material made of a thin metal plate and can efficiently manufacture a high-precision separator without reducing production efficiency. It is an object to provide a method and apparatus.
  • the present invention relates to a metal thin plate between a pair of rolls alternately having a molding area in which concave and convex portions are formed on the surface and a non-molding area in which no concave and convex portions are formed in the circumferential direction.
  • a separator formed with a flow path corresponding to the concave portion and the convex portion is continuously manufactured by introducing and reducing the molding material comprising: Before starting molding, with the vertical and horizontal backlash between the roll housing and the main bearing axle box eliminated by the operation of the backlash removal cylinder, the gap between the rolls should be wider than the set value.
  • the backlash between the roll and the main bearing is eliminated by the operation of the backlash removal cylinder when not forming,
  • the gap between the rolls is set to a set value by extending a push-up cylinder, and when the molding material is introduced between the rolls and a molding load is generated, it is determined that the molding area has been entered,
  • the set pressure of the non-molding backlash removal cylinder is 0, the molding material is molded,
  • the push-up cylinder is contracted to make the gap between the rolls wider than a set value, and between the roll and the main bearing.
  • the backlash is eliminated by the operation of the backlash removal cylinder when not forming,
  • the gap between the rolls is again set to a set value by extending the push-up cylinder, and when the forming load is generated, it is determined that the forming region has been entered, and the set pressure of the non-forming backlash removal cylinder is set to 0,
  • Form the material to be molded
  • the backlash between the roll housing and the main bearing in the non-molding region is removed while the backlash between the roll housing and the main bearing axle box is constantly removed, and the molding material is molded in the molding region.
  • the present invention relates to a method for producing a separator for a polymer electrolyte fuel cell, characterized in that the above is repeated.
  • the present invention is provided between a pair of rolls that are alternately arranged in the circumferential direction and have a non-molding area in which recesses and protrusions are not formed and non-molding areas in which recesses and protrusions are not formed.
  • a separator manufacturing apparatus for a polymer electrolyte fuel cell for continuously manufacturing a separator in which a flow path corresponding to the concave portion and the convex portion is formed by introducing and reducing a molding material made of a thin metal plate A push-up cylinder capable of adjusting the gap between the rolls; A backlash removing cylinder arranged between the housing of the roll and the main bearing axle box so as to eliminate backlash in the vertical direction and the horizontal direction; An auxiliary bearing fitted to the neck of the roll; A non-molding backlash removal cylinder disposed between the auxiliary bearings so as to eliminate backlash between the roll and the main bearing; A load detector for detecting the molding load; Based on the forming load detected by the load detector, an operation signal is output to the push-up cylinder, the backlash removal cylinder and the non-forming backlash removal cylinder, respectively, between the housing of the roll and the main bearing axle box. And a controller that repeatedly performs backlash removal between the roll and the main bearing in the non-molding region and
  • the backlash between the roll housing and the main bearing axle box is always removed by the operation of the backlash removal cylinder, and the backlash between the roll and the main bearing is removed by the backlash removal cylinder when not forming, Because the gap can be accurately maintained at the set value, the precision required for molding can be obtained even for a material made of a very thin metal sheet, and a highly accurate separator can be produced efficiently. Is possible.
  • separate servomotors are directly connected to the roll shaft portions of the respective rolls via reduction gears each having a wave gear mechanism, and the reduction gears respectively correspond to them.
  • Direct connection to the main bearing shaft box is effective in transmitting the rotational power to the roll with a small amount of play in the rotational direction of the rotational power transmission system.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a roll according to an embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view corresponding to III-III in FIG. 2.
  • FIG. 4 is a view showing a backlash removal cylinder that constantly removes play between the roll and the main bearing in the embodiment of the present invention, and is a view corresponding to the view taken along arrows IV-IV in FIG. 2.
  • FIG. 5 is a view showing a non-molding backlash removing cylinder and an auxiliary bearing for removing backlash between the roll and the main bearing in the embodiment of the present invention, and is a view corresponding to the view taken along the line VV of FIG. 2.
  • It is a front view for demonstrating the principle of the wave gear mechanism of the reduction gear applied to the separator manufacturing apparatus for polymer electrolyte fuel cells of FIG. 2, Comprising: It is a figure which shows the state before a wave generator starts rotation. .
  • FIG. 3 is a front view for explaining the principle of a wave gear mechanism of a speed reducer applied to the polymer electrolyte fuel cell separator manufacturing apparatus of FIG. 2, showing a state in which a wave generator is rotated 90 degrees clockwise. is there.
  • FIG. 2 It is a front view for demonstrating the principle of the wave gear mechanism of the reduction gear applied to the separator manufacturing apparatus for polymer electrolyte fuel cells of FIG. 2, Comprising: It is a figure which shows the state which rotated 360 degree
  • the load detector output in the molding region and the non-molding region from the start of molding, the operation states of the backlash removal cylinder, the non-molding backlash removal cylinder and the push-up cylinder, and the gap between the rolls. It is a control chart which shows a relationship.
  • FIGS. 2 to 7 show embodiments of the present invention, in which 10 is a housing, 11 is a main bearing shaft box disposed in the housing 10, 12 is a main bearing provided in the main bearing shaft box 11, and 13 is As shown in FIGS. 2 and 3, the roll 13 has a pair of rolls 14a and 14b formed on the surface so as to be opposed to each other so as to be rotatably supported by the main bearing 12 with respect to the housing 10.
  • the formed regions and the non-molded regions where the concave portions 14a and the convex portions 14b are not formed are alternately provided in the circumferential direction.
  • two arc-shaped molds 14 each having a molding region in which concave portions 14a and convex portions 14b are formed on the surface of the roll main body portion 13a of the roll 13 are connected to a key 15 and a fastening member such as a bolt. 16, the forming region and the non-forming region are alternately formed in the circumferential direction on the roll 13.
  • a push-up cylinder 17 capable of adjusting the gap between the rolls 13 by pushing up and down the main bearing axle box 11 of the lower roll 13 is disposed at the lower part of the housing 10.
  • the main bearing shaft box 11 are provided with regular backlash removal cylinders 18 and 19 (see FIGS. 2 and 4) for eliminating backlash in the vertical and horizontal directions, and an auxiliary bearing is provided on the neck 13b of the roll 13. 20, and a non-molding backlash removal cylinder 21 (see FIGS. 2 and 5) that eliminates backlash between the roll 13 and the main bearing 12 is disposed between the auxiliary bearings 20.
  • a load detector 23 such as a load cell for detecting the molding load 23a is provided on the upper portion of the substrate, and based on the molding load 23a detected by the load detector 23.
  • the push-up cylinder 17 always play removal cylinder 18, 19 and the unformed during play removal cylinder 21 and the respective actuation signal 17a, 18a, 19a, is provided with a controller 24 for outputting 21a.
  • the non-molding backlash removing cylinder 21 is interposed between a half-shaped auxiliary bearing cover 22 attached so as to cover the outer periphery of the auxiliary bearing 20.
  • a separate servo motor 26 is directly connected to the roll shaft portion 13c of each roll 13 via a speed reducer 25 having a wave gear mechanism called a so-called harmonic drive (registered trademark).
  • a so-called harmonic drive registered trademark
  • the speed reducer 25 provided with the wave gear mechanism includes a wave generator 27 having an elliptical outer periphery, a large number of external teeth formed on the outer periphery, and a bearing 28.
  • An elastically deformable flexspline 29 that is fitted on the wave generator 27 and that is rotated in the circumferential direction as shown in FIGS. 6b and 6c by rotation of the wave generator 27.
  • the internal position of the flexspline 29 is located on the outer peripheral side of the flexspline 29.
  • the internal position of the flexspline 29 is changed.
  • a circular spline 30 that does not rotate.
  • the shaft hole 27a of the wave generator 27 is disposed in the servo mode.
  • Axis 26a of 26 is fitted (see FIG. 2), the flexspline 29, so that the roll shaft 13c of the roll 13 is connected. Note that the number of external teeth of the flexspline 29 is several less than the number of internal teeth of the circular spline 30.
  • the backlash of the speed reducer 25 since the backlash of the speed reducer 25 itself directly affects the rotational fluctuation of the roll 13, the backlash must be very small. However, as described above, the speed reducer 25 having the wave gear mechanism is extremely backlash. Since the present invention is a minute reduction gear, in the present invention, the backlash (variation in rotational phase difference) of the rotational power system is reduced to a level that can be ignored by the reduction gear 25.
  • the controller 24 outputs operation signals 18a and 19a for setting the set pressure of the backlash removal cylinders 18 and 19 to P 0, and the roll
  • an operation signal 17a for contracting the push-up cylinder 17 is output from the controller 24, and the roll 13 the gap between leave wider than the set value g a
  • the set pressure of the non-molding during play removal cylinder 21 outputs an operation signal 21a to P 0 from the controller 24, and the roll 13 and the main bearing 12 eliminating the backlash between, in this state
  • the extension amount of the push-up cylinders 17 outputs an operation signal 17a to S t from the controller 24, while the roll 13
  • the gap is a set value g a, forming load 23a that the molded material 1A made of sheet metal (see FIG.
  • the controller 24 outputs an operation signal 21a for setting the set pressure of the non-molding backlash removal cylinder 21 from P0 to 0 from the controller 24 to cause the molding material 1A to be molded.
  • the extension amount of the push-up cylinder 17 is contracted from S t from the controller 24 outputs an operation signal 17a to S 1
  • the gap between the rolls 13 is made wider than a set value g a to be g 1
  • the operation signal 21a is output from the controller 24 with the set pressure of the non-molding backlash removal cylinder 21 being P 0
  • Roll 13 Eliminating the backlash between the main bearings 12 the extension amount of the push-up cylinder 17 again from the controller 24 is extended from S 1 outputs an operation signal 17a to S t, the gap between the rolls 13 a setting value g a, when the forming load 23a is generated, actuation signals the determining that enters the molding area, the set pressure of the from the controller 24 unshaped during play removing cylinder 21 and the P 0 0 21a is output to cause the molding material 1A to be molded, and the roll in the non-molding region is continuously removed while the backlash
  • the controller 24 actuation signal 21a to the set pressure of the non-molding during play removing cylinder 21 and P 0 is output from, backlash between the roll 13 and the main bearing 12 is removed in this state, actuation signal 17a to the extension amount of the push-up cylinder 17 and the S t from the controller 24 is outputted, between the roll 13 Cap is a set value g a.
  • an extension amount of the push-up cylinders 17 from the controller 24 is contracted from the S t and S 1 operating
  • the signal 17a is output, the gap between the rolls 13 is expanded from the set value g a to g 1 , and the operation signal for setting the set pressure of the non-molding looseness removal cylinder 21 to P 0 from the controller 24. 21a is outputted, backlash between the roll 13 and the main bearing 12 is removed, the actuation signal 17a to the extension amount of the push-up cylinder 17 again from the controller 24 is extended from S 1 and S t is The gap between the rolls 13 is set as a set value g a .
  • the backlash between the housing 10 of the roll 13 and the main bearing shaft box 11 is always removed by the operation of the backlash removal cylinders 18 and 19, and the backlash between the roll 13 and the main bearing 12 is not. is removed by the operation of the molding during play removing cylinder 21, it becomes possible to hold the gap between the roll 13 to accurately set value g a, even the molded material 1A made of very thin sheet metal, its The separator 1 (shown in FIG. 1) that has the accuracy required for molding and has high accuracy and the passages (hydrogen passage 7, air passage 8, cooling water passage 9) corresponding to the concave portions 14a and the convex portions 14b are formed. 1) can be efficiently manufactured.
  • each roll 13 is directly connected to a separate servo motor 26 via a speed reducer 25 having a wave gear mechanism, and the speed reducer 25 is directly connected to the corresponding main bearing shaft box 11 respectively. Therefore, when each servo motor 26 is driven, the rotational power of the servo motor 26 is transmitted to the speed reducer 25 provided with the wave gear mechanism via the shaft 26a, and is decelerated to roll of each roll 13. As a result, each roll 13 is rotated independently. At this time, since the speed fluctuation of the servo motor 26 is a low value of about ⁇ 0.01%, the vibration by the servo motor 26 is small, and the shaft 26a of the servo motor 26 has a wave gear mechanism.
  • the speed reducer 25 having a wave gear mechanism Since there is no backlash due to gear backlash or joint clearance, a rotational force with little vibration is transmitted to the speed reducer 25 having a wave gear mechanism. Further, the speed reducer 25 provided with the wave gear mechanism is a speed reducer with extremely small backlash. Therefore, the rotational force of the servo motor 26 is transmitted to the roll 13 with vibrations suppressed as much as possible. Is rotated stably without vibration.
  • region can be changed arbitrarily,
  • the molding material 1A made of a metal thin plate can be accurately formed without reducing the production efficiency, and the highly accurate separator 1 can be efficiently manufactured.

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Abstract

　ロール１３のハウジング１０と主ベアリング軸箱１１との間のガタの除去を常時行いつつ、非成形領域におけるロール１３と主ベアリング１２との間のガタの除去と、成形領域における被成形材の成形とを繰り返し行う。

Description

固体高分子型燃料電池用セパレータ製造方法及び装置
　本発明は、固体高分子型燃料電池用セパレータ製造方法及び装置に関するものである。
　一般に、固体高分子型燃料電池は、燃料として、純水素、或いはアルコール類を改質して得られる水素ガスを用い、該水素と空気中の酸素との反応を電気化学的に制御することによって電気を得るものである。
　前記固体高分子型燃料電池は、固体の水素イオン選択透過型有機物膜を電解質として用いるため、従来のアルカリ型燃料電池、燐酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体電解質型燃料電池等のように、電解質として水溶液系電解質や溶融塩系電解質といった流動性媒体を用いる燃料電池に比べてコンパクト化が可能となり、電気自動車やその他の用途に向けた開発が進められている。
　そして、前記固体高分子型燃料電池は、図１に示される如く、凸部１ａ及び凹部１ｂが形成されたセパレータ１と、水素極２と、高分子電解質膜３と、空気（酸素）極４と、凸部１ａ及び凹部１ｂが形成されたセパレータ１とを重ね合わせてサンドイッチ構造のセル５を形成し、該セル５を多数積層してスタック６としたものが用いられるようになっており、前記セパレータ１の水素極２と接する側の空間に水素流路７が形成されると共に、前記セパレータ１の空気極４と接する側の空間に空気（酸素）流路８が形成され、更に、前記セパレータ１同士が重ね合わされる側の空間に冷却水流路９が形成されるようになっている。
　従来において、前記セパレータ１は、プレス成形により周縁部が平坦で中央部に多数の凸部１ａ及び凹部１ｂからなる膨出成形部を形成することを想定していたが、実際に金属薄板からなる被成形材の加工を試みると、前記凸部１ａ及び凹部１ｂからなる膨出成形部において延性割れが生じることから、前述のような形状にプレス成形することが困難となる一方、大量のセパレータ１をプレス成形によって製造しようとすると、生産効率が低下してしまうという問題があった。
　このため、最近では、表面に凹部及び凸部が形成された成形領域を有する一対のロールを対向配置し、該ロール間に金属薄板からなる被成形材を導入して圧下することにより、前記ロールの凹部及び凸部に対応する流路（水素流路７、空気流路８、冷却水流路９）が形成されたセパレータ１を連続的に製造することが提案されている。
　尚、図１に示されるような固体高分子型燃料電池のセパレータ１を製造するための装置の一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。
特開２００２－１９０３０５号公報
　しかしながら、前記セパレータ１は、ステンレス鋼等の金属薄板からなる被成形材をますます薄く（板厚が０．１ｍｍ程度）且つ精度良く成形することが求められており、単なる圧延用の装置を用いたのでは、ロールのハウジングと主ベアリング軸箱との間のガタや、ロールと主ベアリングとの間のガタによって、要求される精度が得られないという問題を有していた。
　本発明は、斯かる実情に鑑み、生産効率を低下させることなく、金属薄板からなる被成形材を精度良く成形でき、高精度なセパレータを効率良く製造し得る固体高分子型燃料電池用セパレータ製造方法及び装置を提供しようとするものである。
　本発明は、表面に凹部及び凸部が形成された成形領域と、凹部及び凸部が形成されない非成形領域とを円周方向へ交互に有し且つ対向配置された一対のロール間に金属薄板からなる被成形材を導入して圧下することにより、前記凹部及び凸部に対応する流路が形成されたセパレータを連続的に製造する固体高分子型燃料電池用セパレータ製造方法において、
  成形開始前、前記ロールのハウジングと主ベアリング軸箱との間の上下方向並びに水平方向のガタを常時ガタ除去シリンダの作動にてなくした状態で、前記ロール間のギャップを設定値より広くしておき、前記ロールと主ベアリングとの間のガタを非成形時ガタ除去シリンダの作動にてなくし、
  この状態で、前記ロール間のギャップをプッシュアップシリンダを伸長させて設定値とし、前記被成形材をロール間に導入して成形荷重が生じた時点で、前記成形領域に入ったと判断し、前記非成形時ガタ除去シリンダの設定圧を０として、前記被成形材の成形を行い、
  前記成形荷重が０となった時点で、前記非成形領域に入ったと判断し、前記プッシュアップシリンダを収縮させてロール間のギャップを設定値より広くすると共に、前記ロールと主ベアリングとの間のガタを非成形時ガタ除去シリンダの作動にてなくし、
  再び前記ロール間のギャップをプッシュアップシリンダを伸長させて設定値とし、成形荷重が生じた時点で、前記成形領域に入ったと判断し、前記非成形時ガタ除去シリンダの設定圧を０として、前記被成形材の成形を行い、
  以下、前記ロールのハウジングと主ベアリング軸箱との間のガタの除去を常時行いつつ、前記非成形領域におけるロールと主ベアリングとの間のガタの除去と、前記成形領域における被成形材の成形とを繰り返し行うことを特徴とする固体高分子型燃料電池用セパレータ製造方法にかかるものである。
　一方、本発明は、表面に凹部及び凸部が形成された成形領域と、凹部及び凸部が形成されない非成形領域とを円周方向へ交互に有し且つ対向配置された一対のロール間に金属薄板からなる被成形材を導入して圧下することにより、前記凹部及び凸部に対応する流路が形成されたセパレータを連続的に製造する固体高分子型燃料電池用セパレータ製造装置において、
  前記ロール間のギャップを調節可能なプッシュアップシリンダと、
  前記ロールのハウジングと主ベアリング軸箱との間に、上下方向並びに水平方向のガタをなくすよう配設される常時ガタ除去シリンダと、
  前記ロールのネック部に嵌着される補助ベアリングと、
  該補助ベアリング間に、前記ロールと主ベアリングとの間のガタをなくすよう配設される非成形時ガタ除去シリンダと、
  成形荷重を検出する荷重検出器と、
  該荷重検出器で検出される成形荷重に基づき、前記プッシュアップシリンダと常時ガタ除去シリンダと非成形時ガタ除去シリンダとにそれぞれ作動信号を出力し、前記ロールのハウジングと主ベアリング軸箱との間のガタの除去を常時行わせつつ、前記非成形領域におけるロールと主ベアリングとの間のガタの除去と、前記成形領域における被成形材の成形とを繰り返し行わせる制御器と
  を備えたことを特徴とする固体高分子型燃料電池用セパレータ製造装置にかかるものである。
　上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
　ロールのハウジングと主ベアリング軸箱との間のガタは常時ガタ除去シリンダの作動にて除去され、ロールと主ベアリングとの間のガタは非成形時ガタ除去シリンダの作動にて除去され、ロール間のギャップを精度良く設定値に保持可能となるため、非常に薄い金属薄板からなる被成形材であっても、その成形に要求される精度が得られ、高精度なセパレータを効率良く製造することが可能となる。
　前記固体高分子型燃料電池用セパレータ製造装置においては、前記各ロールのロール軸部にそれぞれ波動歯車機構を備えた減速機を介して別々のサーボモータを直結すると共に、該減速機をそれぞれ対応する主ベアリング軸箱に直結することが、回転動力伝達系の回転方向のガタを微小にして回転動力をロールに伝達する上で有効となる。
　本発明の固体高分子型燃料電池用セパレータ製造方法及び装置によれば、生産効率を低下させることなく、金属薄板からなる被成形材を精度良く成形でき、高精度なセパレータを効率良く製造し得るという優れた効果を奏し得る。
固体高分子型燃料電池の一例を示す拡大断面図である。 本発明の実施例を示す全体側断面図である。 本発明の実施例におけるロールの断面図であって、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ断面相当図である。 本発明の実施例におけるロールと主ベアリングとの間のガタを除去する常時ガタ除去シリンダを示す図であって、図２のＩＶ－ＩＶ矢視相当図である。 本発明の実施例におけるロールと主ベアリングとの間のガタを除去する非成形時ガタ除去シリンダ及び補助ベアリングを示す図であって、図２のＶ－Ｖ矢視相当図である。 図２の固体高分子型燃料電池用セパレータ製造装置に適用する減速機の波動歯車機構の原理を説明するための正面図であって、ウエーブジェネレータが回転を開始する前の状態を示す図である。 図２の固体高分子型燃料電池用セパレータ製造装置に適用する減速機の波動歯車機構の原理を説明するための正面図であって、ウエーブジェネレータが時計方向へ９０度回転した状態を示す図である。 図２の固体高分子型燃料電池用セパレータ製造装置に適用する減速機の波動歯車機構の原理を説明するための正面図であって、ウエーブジェネレータが時計方向へ３６０度回転した状態を示す図である。 本発明の実施例における成形開始前から成形領域、非成形領域での荷重検出器出力と、常時ガタ除去シリンダ、非成形時ガタ除去シリンダ及びプッシュアップシリンダの各作動状態と、ロール間ギャップとの関係を示す制御チャートである。
　以下、本発明の実施例を添付図面を参照して説明する。
　図２～図７は本発明の実施例であって、１０はハウジング、１１はハウジング１０に配設された主ベアリング軸箱、１２は主ベアリング軸箱１１内に設けられた主ベアリング、１３は主ベアリング１２によりハウジング１０に対し回転自在に支承されるよう上下に対向配置された一対のロールであり、該ロール１３は、図２及び図３に示す如く、表面に凹部１４ａ及び凸部１４ｂが形成された成形領域と、凹部１４ａ及び凸部１４ｂが形成されない非成形領域とを円周方向へ交互に有している。
　本実施例の場合、前記ロール１３のロール本体部１３ａに、表面に凹部１４ａ及び凸部１４ｂが形成された成形領域を有する円弧形状の二個の金型１４をキー１５とボルト等の締結部材１６にて嵌着することにより、前記ロール１３に成形領域と非成形領域とが円周方向へ交互に形成されるようにしてある。
　又、前記ハウジング１０の下部に、下側のロール１３の主ベアリング軸箱１１を押し上げ下げすることにより前記ロール１３間のギャップを調節可能なプッシュアップシリンダ１７を配置し、前記ロール１３のハウジング１０と主ベアリング軸箱１１との間に、上下方向並びに水平方向のガタをなくす常時ガタ除去シリンダ１８，１９（図２及び図４参照）を配設し、前記ロール１３のネック部１３ｂに補助ベアリング２０を嵌着し、該補助ベアリング２０間に、前記ロール１３と主ベアリング１２との間のガタをなくす非成形時ガタ除去シリンダ２１（図２及び図５参照）を配設し、前記ハウジング１０の上部に、成形荷重２３ａを検出するロードセル等の荷重検出器２３を設け、該荷重検出器２３で検出される成形荷重２３ａに基づき、前記プッシュアップシリンダ１７と常時ガタ除去シリンダ１８，１９と非成形時ガタ除去シリンダ２１とにそれぞれ作動信号１７ａ，１８ａ，１９ａ，２１ａを出力する制御器２４を設けてある。
　尚、前記非成形時ガタ除去シリンダ２１は、補助ベアリング２０の外周を覆うように取り付けられる半割り状の補助ベアリングカバー２２の間に介装するようにしてある。
　一方、前記各ロール１３のロール軸部１３ｃにそれぞれ所謂ハーモニックドライブ（登録商標）と称される波動歯車機構を備えた減速機２５を介して別々のサーボモータ２６を直結すると共に、該減速機２５をそれぞれ対応する主ベアリング軸箱１１に直結するようにしてある。
　ここで、前記波動歯車機構を備えた減速機２５は、図６ａ～図６ｃに示す如く、外周が楕円状のウエーブジェネレータ２７と、外周に多数の外歯が形成されると共に軸受２８を介してウエーブジェネレータ２７に外嵌され、且つウエーブジェネレータ２７が回転することにより、図６ｂ、図６ｃに示すように順次円周方向へ撓まされる位置が変化するようにした弾性変形可能なフレクスプライン２９と、該フレクスプライン２９の外周側に位置して、フレクスプライン２９の外歯と嵌合する内歯を有し、フレクスプライン２９の撓む位置が変化することにより、内歯の外歯に対する噛み合い位置が変化するようにした回転しないサーキュラスプライン３０とを備えており、前記ウエーブジェネレータ２７の軸孔２７ａには、前記サーボモータ２６の軸２６ａが嵌合され（図２参照）、フレクスプライン２９には、ロール１３のロール軸部１３ｃが接続されるようになっている。尚、フレクスプライン２９の外歯の歯数は、サーキュラスプライン３０の内歯の歯数よりも数枚少ない。
　そして、前記サーボモータ２６の駆動により、ウエーブジェネレータ２７が、例えば、図６ａにおいて、時計方向へ回転すると、フレクスプライン２９は弾性変形し、該ウエーブジェネレータ２７の楕円の長軸部分でフレクスプライン２９の外歯はサーキュラスプライン３０の内歯に噛み合い、ウエーブジェネレータ２７の楕円の短軸の部分では、フレクスプライン２９の外歯はサーキュラスプライン３０の内歯から完全に離脱し、その結果、フレクスプライン２９の外歯とサーキュラスプライン３０の内歯の噛み合い位置が円周方向（時計方向）へ順次移動して行き（図６ｂ参照）、ウエーブジェネレータ２７が一回転したときに、フレクスプライン２９の外歯とサーキュラスプライン３０の内歯の噛み合い位置は回転開始時の位置から移動する（図６ｃ参照）。このため、フレクスプライン２９はサーキュラスプライン３０の内歯よりも少ない外歯の歯数の分だけ回転開始時の噛み合い位置の手前にあり（図６ｃ参照）、従って、フレクスプライン２９は、ウエーブジェネレータ２７の回転方向と逆方向（図６ｃでは反時計方向）へ歯数差分だけ移動し、これが回転出力としてロール１３のロール軸部１３ｃに取り出されるようになっている。
　因みに、減速機２５自体のバックラッシは、そのままロール１３の回転変動に影響するので、バックラッシは微小でなくてはならないが、前述したように波動歯車機構を備えた減速機２５は、バックラッシュが極めて微小な減速機であるため、本発明では回転動力系のガタ（回転位相差の変動）を前記減速機２５によって無視できる程度まで減少させるようにしている。
　更に、本実施例の場合、図７に示す如く、成形開始前、前記制御器２４から前記常時ガタ除去シリンダ１８，１９の設定圧をＰ0とする作動信号１８ａ，１９ａを出力し、前記ロール１３のハウジング１０と主ベアリング軸箱１１との間の上下方向並びに水平方向のガタをなくした状態で、前記制御器２４から前記プッシュアップシリンダ１７を収縮させる作動信号１７ａを出力し、前記ロール１３間のギャップを設定値ｇaより広くしておき、前記制御器２４から前記非成形時ガタ除去シリンダ２１の設定圧をＰ0とする作動信号２１ａを出力し、前記ロール１３と主ベアリング１２との間のガタをなくし、この状態で、前記制御器２４から前記プッシュアップシリンダ１７の伸長量をＳtとする作動信号１７ａを出力し、前記ロール１３間のギャップを設定値ｇaとし、金属薄板からなる被成形材１Ａ（図３参照）をロール１３間に導入して前記荷重検出器２３で検出される成形荷重２３ａが生じた時点で、前記成形領域に入ったと判断し、前記制御器２４から前記非成形時ガタ除去シリンダ２１の設定圧をＰ0から０とする作動信号２１ａを出力して、前記被成形材１Ａの成形を行わせ、前記成形荷重２３ａが０となった時点で、前記非成形領域に入ったと判断し、前記制御器２４から前記プッシュアップシリンダ１７の伸長量をＳtから収縮させてＳ1とする作動信号１７ａを出力し、前記ロール１３間のギャップを設定値ｇaより広くしてｇ1とすると共に、前記制御器２４から前記非成形時ガタ除去シリンダ２１の設定圧をＰ0とする作動信号２１ａを出力し、前記ロール１３と主ベアリング１２との間のガタをなくし、前記制御器２４から再び前記プッシュアップシリンダ１７の伸長量をＳ1から伸長させてＳtとする作動信号１７ａを出力し、前記ロール１３間のギャップを設定値ｇaとし、前記成形荷重２３ａが生じた時点で、前記成形領域に入ったと判断し、前記制御器２４から前記非成形時ガタ除去シリンダ２１の設定圧をＰ0から０とする作動信号２１ａを出力して、前記被成形材１Ａの成形を行わせ、以下、前記ロール１３のハウジング１０と主ベアリング軸箱１１との間のガタの除去を常時行わせつつ、前記非成形領域におけるロール１３と主ベアリング１２との間のガタの除去と、前記成形領域における被成形材１Ａの成形とを繰り返し行わせるようにしてある。
　次に、上記実施例の作用を説明する。
　先ず、準備段階として、成形開始前には、前記制御器２４から前記常時ガタ除去シリンダ１８，１９の設定圧をＰ0とする作動信号１８ａ，１９ａが出力され、前記ロール１３のハウジング１０と主ベアリング軸箱１１との間の上下方向並びに水平方向のガタをなくした状態で、前記制御器２４から前記プッシュアップシリンダ１７を収縮させる作動信号１７ａが出力され、前記ロール１３間のギャップが設定値ｇaより広く保持され、前記制御器２４から前記非成形時ガタ除去シリンダ２１の設定圧をＰ0とする作動信号２１ａが出力され、前記ロール１３と主ベアリング１２との間のガタが除去され、この状態で、前記制御器２４から前記プッシュアップシリンダ１７の伸長量をＳtとする作動信号１７ａが出力され、前記ロール１３間のギャップが設定値ｇaとされる。
　続いて、金属薄板からなる被成形材１Ａ（図３参照）がロール１３間に導入されて成形が開始されると、前記荷重検出器２３で検出される成形荷重２３ａが跳ね上がり、この時点で、前記成形領域に入ったと判断され、前記制御器２４から前記非成形時ガタ除去シリンダ２１の設定圧をＰ0から０とする作動信号２１ａが出力されて、前記被成形材１Ａの成形が行われる。
　この後、前記成形荷重２３ａが０となった時点で、前記非成形領域に入ったと判断され、前記制御器２４から前記プッシュアップシリンダ１７の伸長量をＳtから収縮させてＳ1とする作動信号１７ａが出力され、前記ロール１３間のギャップが設定値ｇaより拡張されてｇ1となると共に、前記制御器２４から前記非成形時ガタ除去シリンダ２１の設定圧をＰ0とする作動信号２１ａが出力され、前記ロール１３と主ベアリング１２との間のガタが除去され、前記制御器２４から再び前記プッシュアップシリンダ１７の伸長量をＳ1から伸長させてＳtとする作動信号１７ａが出力され、前記ロール１３間のギャップが設定値ｇaとされる。
　次に、前記成形荷重２３ａが生じた時点で、前記成形領域に入ったと判断され、前記制御器２４から前記非成形時ガタ除去シリンダ２１の設定圧をＰ0から０とする作動信号２１ａが出力されて、前記被成形材１Ａの成形が行われ、以下、前記ロール１３のハウジング１０と主ベアリング軸箱１１との間のガタの除去が常時行われつつ、前記非成形領域におけるロール１３と主ベアリング１２との間のガタの除去と、前記成形領域における被成形材１Ａの成形とが繰り返し行われる。
　このように、前記ロール１３のハウジング１０と主ベアリング軸箱１１との間のガタは常時ガタ除去シリンダ１８，１９の作動にて除去され、前記ロール１３と主ベアリング１２との間のガタは非成形時ガタ除去シリンダ２１の作動にて除去され、前記ロール１３間のギャップを精度良く設定値ｇaに保持可能となるため、非常に薄い金属薄板からなる被成形材１Ａであっても、その成形に要求される精度が得られ、高精度で且つ前記凹部１４ａ及び凸部１４ｂに対応する流路（水素流路７、空気流路８、冷却水流路９）が形成されたセパレータ１（図１参照）を効率良く製造することが可能となる。
　しかも、前記各ロール１３のロール軸部１３ｃをそれぞれ波動歯車機構を備えた減速機２５を介して別々のサーボモータ２６に直結すると共に、該減速機２５をそれぞれ対応する主ベアリング軸箱１１に直結してあるため、各サーボモータ２６が駆動されると、該サーボモータ２６の回転動力はその軸２６ａを介して波動歯車機構を備えた減速機２５に伝達され、減速されて各ロール１３のロール軸部１３ｃに伝達され、その結果、各ロール１３は独自に回転される。このとき、前記サーボモータ２６の速度変動は約±０．０１％程度と低い値であるためにサーボモータ２６による振動が少ないと共に、サーボモータ２６の軸２６ａが波動歯車機構を備えた減速機２５に直結されていてギヤのバックラッシや継手のクリアランス等によるガタがないため、振動の少ない回転力が波動歯車機構を備えた減速機２５に伝えられる。更に、波動歯車機構を備えた減速機２５はバックラッシが極めて微小な減速機であり、従ってサーボモータ２６の回転力は極力振動が抑えられた状態でロール１３に伝えられることになり、よってロール１３は振動することなく安定して回転される。
　尚、前記円弧形状の金型１４の取付部の違いに伴う成形領域での弾性変形の差に応じて、成形領域での押込量を任意に変更可能とし、被成形材１Ａの長手方向成形量が一定となるようなパターン制御を行うことも可能である。例えば、前記金型１４の取付部が、図３に示す如く、ロール１３の平面とした外周部に対して密着する形式の場合に、中央のキー１５取付部の直下で前記被成形材１Ａを成形する際は、該キー１５取付部付近はバネ定数が小さく、凹み変形が大きくなるので、プッシュアップシリンダ１７の伸長量をＳtより増加させ、前記ロール１３間のギャップを通常の設定値ｇaより減らすよう押込み勝手のパターンで圧下を行うことができる。
　こうして、生産効率を低下させることなく、金属薄板からなる被成形材１Ａを精度良く成形でき、高精度なセパレータ１を効率良く製造し得る。
　尚、本発明の固体高分子型燃料電池用セパレータ製造方法及び装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
　　１    セパレータ
　　１Ａ  被成形材
　　１ａ  凸部
　　１ｂ  凹部
　　７    水素流路（流路）
　　８    空気流路（流路）
　　９    冷却水流路（流路）
　１０    ハウジング
　１１    主ベアリング軸箱
　１２    主ベアリング
　１３    ロール
　１３ａ  ロール本体部
　１３ｂ  ネック部
　１３ｃ  ロール軸部
　１４    金型
　１４ａ  凹部
　１４ｂ  凸部
　１７    プッシュアップシリンダ
　１７ａ  作動信号
　１８    常時ガタ除去シリンダ
　１８ａ  作動信号
　１９    常時ガタ除去シリンダ
　１９ａ  作動信号
　２０    補助ベアリング
　２１    非成形時ガタ除去シリンダ
　２１ａ  作動信号
　２２    補助ベアリングカバー
　２３    荷重検出器
　２３ａ  成形荷重
　２４    制御器
　２５    減速機
　２６    サーボモータ
　２７    ウエーブジェネレータ
　２９    フレクスプライン
　３０    サーキュラスプライン

Claims (3)

  1. 　表面に凹部及び凸部が形成された成形領域と、凹部及び凸部が形成されない非成形領域とを円周方向へ交互に有し且つ対向配置された一対のロール間に金属薄板からなる被成形材を導入して圧下することにより、前記凹部及び凸部に対応する流路が形成されたセパレータを連続的に製造する固体高分子型燃料電池用セパレータ製造方法において、
      成形開始前、前記ロールのハウジングと主ベアリング軸箱との間の上下方向並びに水平方向のガタを常時ガタ除去シリンダの作動にてなくした状態で、前記ロール間のギャップを設定値より広くしておき、前記ロールと主ベアリングとの間のガタを非成形時ガタ除去シリンダの作動にてなくし、
      この状態で、前記ロール間のギャップをプッシュアップシリンダを伸長させて設定値とし、前記被成形材をロール間に導入して成形荷重が生じた時点で、前記成形領域に入ったと判断し、前記非成形時ガタ除去シリンダの設定圧を０として、前記被成形材の成形を行い、
      前記成形荷重が０となった時点で、前記非成形領域に入ったと判断し、前記プッシュアップシリンダを収縮させてロール間のギャップを設定値より広くすると共に、前記ロールと主ベアリングとの間のガタを非成形時ガタ除去シリンダの作動にてなくし、
      再び前記ロール間のギャップをプッシュアップシリンダを伸長させて設定値とし、成形荷重が生じた時点で、前記成形領域に入ったと判断し、前記非成形時ガタ除去シリンダの設定圧を０として、前記被成形材の成形を行い、
      以下、前記ロールのハウジングと主ベアリング軸箱との間のガタの除去を常時行いつつ、前記非成形領域におけるロールと主ベアリングとの間のガタの除去と、前記成形領域における被成形材の成形とを繰り返し行うことを特徴とする固体高分子型燃料電池用セパレータ製造方法。
  2. 　表面に凹部及び凸部が形成された成形領域と、凹部及び凸部が形成されない非成形領域とを円周方向へ交互に有し且つ対向配置された一対のロール間に金属薄板からなる被成形材を導入して圧下することにより、前記凹部及び凸部に対応する流路が形成されたセパレータを連続的に製造する固体高分子型燃料電池用セパレータ製造装置において、
      前記ロール間のギャップを調節可能なプッシュアップシリンダと、
      前記ロールのハウジングと主ベアリング軸箱との間に、上下方向並びに水平方向のガタをなくすよう配設される常時ガタ除去シリンダと、
      前記ロールのネック部に嵌着される補助ベアリングと、
      該補助ベアリング間に、前記ロールと主ベアリングとの間のガタをなくすよう配設される非成形時ガタ除去シリンダと、
      成形荷重を検出する荷重検出器と、
      該荷重検出器で検出される成形荷重に基づき、前記プッシュアップシリンダと常時ガタ除去シリンダと非成形時ガタ除去シリンダとにそれぞれ作動信号を出力し、前記ロールのハウジングと主ベアリング軸箱との間のガタの除去を常時行わせつつ、前記非成形領域におけるロールと主ベアリングとの間のガタの除去と、前記成形領域における被成形材の成形とを繰り返し行わせる制御器と
      を備えたことを特徴とする固体高分子型燃料電池用セパレータ製造装置。
  3. 　前記各ロールのロール軸部にそれぞれ波動歯車機構を備えた減速機を介して別々のサーボモータを直結すると共に、該減速機をそれぞれ対応する主ベアリング軸箱に直結した請求項２記載の固体高分子型燃料電池用セパレータ製造装置。
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