(57)【要約】【課題】ロール成形型の成形面の加工に要するコストを削減し得るとともに、成形面同士の位置決め作業を簡略化することによって成形装置の製造コストを削減し、位置決めによる作業効率が低下することを防止し、さらにスプリングバックによって薄板金属に生じる精度の低下を防止し得る成形装置、および成形方法を提供する。【解決手段】成形装置２３０は、ワーク１２０を成形するための成形面を備えた回転自在なロール成形金型３００と、成形面との間でワークを挟み込むとともに変形自在な押圧面を備える回転自在な加圧ロール型４００と、加圧ロール型に設けられ、押圧面を変形させることによってワークを押圧して成形面に密着させる押圧手段と、を有している。【選択図】図３
2010125505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄板金属を成形するための成形面を備えた回転自在な第１のロール成形型と、
前記成形面との間で前記薄板金属を挟み込むとともに変形自在な押圧面を備える回転自在な第２のロール成形型と、
前記第２のロール成形型に設けられ、前記押圧面を変形させることによって前記薄板金属を押圧して前記成形面に密着させる押圧手段と、を有する成形装置。
【請求項２】
前記押圧手段は、前記第１のロール成形型に押し付けた前記押圧面を液圧によって変形させる、請求項１に記載の成形装置。
【請求項３】
前記第２のロール成形型は、回転中心に配置される中心軸と、
前記中心軸の軸方向に離間して配置され、前記中心軸から径方向外方へ広がる一対のフランジ部と、
前記中心軸と前記フランジ部との間に形成された空間を覆って配置され、前記液圧を付与する流体が供給される圧力室を前記中心軸と前記フランジ部との間に区画形成するとともに前記押圧面を形成する弾性皮膜と、
前記中心軸に設けられ、前記流体を前記圧力室に流入させる流路と、
前記フランジ部に対して前記弾性皮膜を固定する固定部材と、を有する請求項２に記載の成形装置。
【請求項４】
前記フランジ部は、前記固定部材に形成された凹凸部に合致した形状に形成され前記弾性皮膜を前記凹凸部との間で挟み込むことによって前記流体をシールするシール用凹凸部を備える請求項３に記載の成形装置。
【請求項５】
前記流路は、前記中心軸の周方向にそれぞれ等間隔に位相をずらして配置した複数の流路穴を有する請求項３または請求項４に記載の成形装置。
【請求項６】
前記圧力室内において、前記それぞれのフランジ部同士を支持する補強リブをさらに有する請求項３〜５のいずれか１項に記載の成形装置。
【請求項７】
前記押圧手段は、弾性変形自在な弾性部材によって前記押圧面と一体にして形成され、前記第１のロール成形型に押し付けた前記押圧面を弾性的に変形させる、請求項１に記載の成形装置。
【請求項８】
前記成形面と前記押圧面とが前記薄板金属を介して圧接する部位の周方向前後に前記押圧面に外接させて配置した一対のガイドロールをさらに有し、
前記第１のロール成形型は、前記第２のロール成形型より大きな寸法のロール径を有する請求項１〜７のいずれか１項に記載の成形装置。
【請求項９】
回転自在に設けられた第１のロール成形型の成形面と、回転自在に設けられた第２のロール成形型の変形自在な押圧面との間に薄板金属を挟み込んで配置し、
前記第２のロール成形型に設けられた押圧手段によって前記押圧面を変形させて前記薄板金属を押圧して前記成形面に密着させる、成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形装置、および成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一対のロール成形金型によって薄板金属を成形する成形装置が知られている。ロール成形金型には、凹凸形状の成形面を形成している。成形装置は、薄板金属をロール成形金型の成形面同士の間に挟み込んで圧縮して成形する（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−９００７８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般に、薄板金属を成形する場合には、成形品質を確保するために高い寸法精度で成形面を加工することが必要になる。対にして用いられるロール成形金型のそれぞれに成形面を加工するため、ロール成形金型の製作には、多くの時間と手間が費やされる。また、ロール成形金型の成形面同士の高精度な位置決め機構が必要となり、成形装置の製造コストが増加し、成形作業時には、成形品質の低下を防止するため、高精度な位置決めによる作業効率の低下が生じる。
【０００４】
このため、成形装置の製造コストが増加するという問題がある。また、成形作業時には、成形品質の低下を防止するため、ロール成形金型の成形面同士の高精度な位置決めが必要となり、位置決めによる作業効率の低下が生じる。
【０００５】
さらに、凹凸形状の成形面に挟み込んだ薄板金属を圧縮して成形する場合、スプリングバックによって薄板金属に変形が生じ得る。このため、成形品質の確保が困難になる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、ロール成形装置及びロール成形金型の製造コストを削減するとともに、成形作業時における成形面の位置決め作業を簡略化して作業効率が低下することを防止し、さらにスプリングバックによって薄板金属に生じる精度の低下を防止し得る成形装置、および成形方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、薄板金属を成形する成形装置であって、薄板金属を成形するための成形面を備えた回転自在な第１のロール成形型と、成形面との間で薄板金属を挟み込むとともに変形自在な押圧面を備える回転自在な第２のロール成形型と、を有している。さらに、第２のロール成形型に設けられ、押圧面を変形させることによって薄板金属を押圧して成形面に密着させる押圧手段を有している。
【０００８】
また、本発明は、薄板金属を成形する成形方法であって、回転自在に設けられた第１のロール成形型の成形面と、回転自在に設けられた第２のロール成形型の変形自在な押圧面との間に薄板金属を挟み込んで配置する。そして、第２のロール成形型に設けられた押圧手段によって押圧面を変形させて薄板金属を押圧して成形面に密着させる。
【発明の効果】
【０００９】
第１のロール成形型と対にして用いられる第２のロール成形型は、変形自在な押圧面によって薄板金属を成形面に密着させて成形するため、第２のロール成形型に成形面を加工する必要がない。このため、成形面の加工に要するコストを削減することができるとともに、第１のロール成形型と第２のロール成形型との位置決め作業を簡略化することによって成形装置の製造コストを削減し、位置決めによる作業効率が低下することを防止でき、さらにスプリングバックによって薄板金属に生じる精度の低下を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１１】
図１は、燃料電池スタック１０を示す概略斜視図、図２は、燃料電池スタック１０を構成する単セル５０を示す断面図、図３は、燃料電池用金属セパレータの製造装置２００を簡略化して示す正面図、図４（Ａ）は、第１のロール成形型３００を示す斜視図、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の点線Ｂで示される要部を拡大して示す図、図５（Ａ）は、第２のロール成形型４００の説明に供する断面図、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の矢印５Ａ方向から見た矢視図、図６および図７は、成形方法の説明に供する図、図８は、図６（Ｂ）の６Ｂ−６Ｂ線に沿う断面図、図９（Ａ）および（Ｂ）は、対比例の説明に供する断面図である。
【００１２】
図１および図２は、本発明の実施の形態である成形装置２３０によって流路溝１１０が成形された金属セパレータ１００を用いて構成した燃料電池スタック１０および単セル５０を示している。図３は、燃料電池用金属セパレータの製造装置２００に成形装置２３０を組み込んだ実施の形態を示している。
【００１３】
図３および図５を参照して、成形装置２３０は、概説すれば、薄板金属１２０（以下、ワークとも記す）を成形するための成形面３３０を備えた回転自在なロール成形金型３００（第１のロール成形型に相当する）と、成形面３３０との間でワーク１２０を挟み込むとともに変形自在な押圧面４４０を備える回転自在な加圧ロール型４００（第２のロール成形型に相当する）と、加圧ロール型４００に設けられ、押圧面４４０を変形させることによってワーク１２０を押圧して成形面３３０に密着させる押圧手段４２０と、を有している。押圧手段４２０は、ロール成形金型３００に押し付けた押圧面４４０を液圧によって変形させる（図８をも参照）。加圧ロール型４００は、回転中心に配置される中心軸４１０と、中心軸４１０の軸方向に離間して配置され、中心軸４１０から径方向外方へ広がる一対のフランジ部４５５と、中心軸４１０とフランジ部４５５との間に形成された空間４３１を覆って配置され、液圧を付与する流体ｆが供給される圧力室４３０を中心軸４１０とフランジ部４５５との間に区画形成するとともに押圧面４４０を形成する弾性皮膜４７０と、中心軸４１０に設けられ、流体ｆを圧力室４３０に流入させる流路４５１と、フランジ部４５５に対して弾性皮膜４７０を固定する固定部材４８０と、を有している。以下、本発明の実施の形態について詳述する。
【００１４】
図１および図２を参照して、燃料電池スタック１０、単セル５０、および金属セパレータ１００について説明する。
【００１５】
図１を参照して、燃料電池スタック１０は、燃料ガスと酸化剤ガスの反応によって起電力を生じさせる単位電池としての単セル５０を複数積層して構成している。燃料電池スタック１０の両端部には、燃料電池スタック１０において発電された電力を取り出す端子部材である集電板１１、絶縁板１２、およびエンドプレート１３を配置している。
【００１６】
燃料電池スタック１０の内部を貫通した貫通孔（図示せず）にタイロッド１４を挿通し、そのタイロッド１４の端部を締結部材（図示せず）によって締結している。燃料電池スタック１０には、締結による加圧力を付与している。
【００１７】
燃料電池スタック１０の両端部に設けられたそれぞれのエンドプレート１３には、燃料電池スタック１０内に燃料ガス等の流体を流入させるための導入口１５ａ、１６ａ、１７ａ、および流通させた燃料ガス等の流体を排出する排出口１５ｂ、１６ｂ、１７ｂを設けている。燃料ガスは、燃料ガス導入口１５ａから流入させて燃料ガス排出口１５ｂから排出する。酸化剤ガスは、酸化ガス導入口１６ａから流入させて酸化ガス排出口１６ｂから排出する。冷却水は、冷却水導入口１７ａから流入させて冷却水排出口１７ｂから排出する。
【００１８】
図２を参照して、単セル５０は、膜電極接合体６０および膜電極接合体６０を挟持する金属セパレータ１００によって構成している。
【００１９】
膜電極接合体６０は、燃料極７０と、空気極８０と、電解質膜９０と、を有している。燃料極７０は、触媒層７１およびガス拡散層７２を備えている。空気極８０も同様に、触媒層８１およびガス拡散層８２を備えている。
【００２０】
金属セパレータ１００は、ステンレス、チタン、アルミ等のワーク１２０に凹凸形状の流路溝１１０を成形した後、金属セパレータ１１０を構成する部位をワーク１２０から切り離して製造している。ワーク１２０は、切断加工等の後処理工程を行う処理部２４０において切断している(図３を参照）。
【００２１】
燃料極７０と金属セパレータ１００の流路溝１１０との間に、水素を流通させるための燃料ガス流路（Ｈ）を形成する。空気極８０と金属セパレータ１００との間に、酸化剤ガスを流通させるための酸化剤ガス流路（Ｏ）を形成する。向かい合わせて配置された金属セパレータ１００の流路溝１１０同士の間に、冷却水が流れる冷却水流路Ｗを形成する。
【００２２】
次に、単セル５０において電気を生じさせるために行う化学反応を説明する。
【００２３】
燃料極７０に供給された燃料ガスに含まれる水素は、触媒粒子により酸化され、プロトンおよび電子となる。生成されたプロトンは、燃料極７０の触媒層７１に含まれる電解質および燃料極７０の触媒層７１が接触している電解質膜９０を通って、空気極８０の触媒層８１に到達する。燃料極７０の触媒層７１で生成した電子は、燃料極７０の触媒層７１、燃料極７０のガス拡散層７２、燃料極７０の側に配置された金属セパレータ１００および外部回路（図示せず）を通って、空気極８０の触媒層８１に達する。そして、空気極８０の触媒層８１に達したプロトンおよび電子は空気極８０に供給されている酸化剤ガスに含まれる酸素と反応して水を生成する。単セル５０は、上記の化学反応を通して電気を生成する。
【００２４】
次に、図３を参照して、燃料電池用金属セパレータの製造装置２００は、ロール部材に巻き付けて準備されたワーク１２０を供給するアンコイラー２１０と、アンコイラー２１０から供給されたワーク１２０のたわみを防止するたわみ防止治具２２０と、ワーク１２０に対して流路溝１１０を成形する成形装置２３０と、流路溝１１０が成形されたワーク１２０の切断や回収等の後処理を行う処理部２４０と、燃料電池用金属セパレータの製造装置２００の各部の動作を制御する制御部２５０と、を有している。金属セパレータ１００の製造工程は、図中矢印方向に進行する。
【００２５】
ワーク１２０には、燃料電池用の金属セパレータの材料としてステンレス、チタン、アルミ等を用いる。金属セパレータの材料は、ロール部材に巻き付けた状態で搬入する。
【００２６】
たわみ防止治具２２０は、アンコイラー２１０と成形装置２３０との間に配置する。支持部２２１と矯正ローラー２２２との間にワーク１２０を挟みこむことによって、ワーク１２０がたわむことを防止する。
【００２７】
成形装置２３０は、ロール成形金型３００および加圧ロール型４００を回転させる駆動手段２３１を備えている。駆動手段２３１は、制御部２５０からの制御信号に従って、ロール成形金型３００および加圧ロール型４００の回転動作を駆動する。ロール成形金型３００および加圧ロール型４００は、それぞれの中心軸３１０、４１０を中心にして回転し、成形面３３０と押圧面４４０との間で挟み込んだワーク１２０に流路溝１１０を成形する（図６（Ｂ）を参照）。
【００２８】
図４（Ａ）および（Ｂ）を参照して、ロール成形金型３００が備える成形面３３０は、縦壁部３３１および平坦部３３２からなる凹凸形状に形成している。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の矢印方向から見た成形面３３０の拡大図である。
【００２９】
成形面３３０は、円筒研削盤やマシニングセンタを用いた型彫り加工によって金型ロール本体部３２０に形成している。金型ロール本体部３２０は、鉄やステンレス等の金属を円筒形状に加工して形成する。
【００３０】
図５を参照して、押圧手段４２０は、流体ｆを保管するとともに流体ｆを圧送するポンプ（図中省略する）を備えたチャンバ４２１と、チャンバ４２１から加圧ロール型４００の中心軸４１０に連結して設けられた注入管４２２と、を備えている。押圧手段４２０は、制御部２５０からの制御信号ｓに従って、予め定められた流量の流体ｆを加圧ロール型４００へ圧送する。チャンバ４２１内に保管された流体ｆは、注入管４２２から中心軸４１０へ送る。流体ｆは、中心軸４１０に設けられた流路４５１を通って圧力室４３０内へ流入する。
【００３１】
制御部２５０は、圧力室４３０に供給する流量を調整することによって、加圧ロール型４００がロール成形金型３００に対して付与する押圧力を調整する。圧力室４３０に供給する流体ｆの流量を増加させた場合、加圧ロール型４００がロール成形金型３００に対して付与する押圧力は、流量を増加させる前と比較して増加する。このため、加圧ロール型４００が備える押圧面４４０は、より大きな押圧力によってワーク１２０を成形面３３０に対して密着させる（図８を参照）。これに対して、圧力室４３０に供給する流体ｆの流量を減少させた場合、加圧ロール型４００がロール成形金型３００に対して付与する押圧力は、流量を減少させる前と比較して減少する。このため、ワーク１２０と成形面３３０との密着性が低下する。
【００３２】
押圧手段４２０は、流体ｆの液圧を利用して、押圧面４４０を変形させてワーク１２０を押圧する。このため、押圧面４４０に付与する液圧を調整することによって、ワーク１２０と成形面３３０との密着性を調整することができる。
【００３３】
流体ｆの種類は、特に限定されるものではないが、加圧ロール型４００の製作コストを削減するために、水等を用いることが望ましい。
【００３４】
加圧ロール型４００は、中心軸４１０と中心軸４１０の両端部の側にそれぞれ配置されたフランジ部４５５とを一体にして形成した基部４５０を備えている。
【００３５】
基部４５０は、略Ｈ字形の断面形状を有している。フランジ部４５５のエッジ４５６は、弾性皮膜４７０に亀裂が生じることを防止するためにＲ形状に形成している。基部４５０の材質は、特に限定されるものではないが、例えば、鉄やステンレス等の金属材料によって形成することができる。
【００３６】
固定部材４８０は、フランジ部４５５との間で弾性皮膜４７０を挟持して固定する固定プレート４８１と、フランジ部４５５と固定プレート４８１とを締結する締結手段４８５と、を有している。締結手段４８５は、ボルトナット４８６と、ネジ穴４８７から構成している。ネジ穴４８７は、固定プレート４８１、フランジ部４５５、および後述する補強リブ４９０に設けている。
【００３７】
弾性皮膜４７０は、中心軸４１０とフランジ部４５５との間に形成された空間４３１に圧力室４３０を形成し、圧力室４３０内に流体ｆを保持する。弾性皮膜４７０には、ＪＩＳ規格Ｋ６２５３で定められるＡ７０以上の硬度を有する軟質ゴム膜を用いている。弾性皮膜４７０には、高強度ＢＮＴｉ膜や、硬質窒化炭素系薄膜、薄膜金属ガラス等を用いることも可能である。
【００３８】
弾性皮膜４７０は、空洞の円筒形状に形成している。フランジ部４５５と固定部材４８０とによって、弾性皮膜４７０の軸方向の端部を挟持させた状態で固定している。
【００３９】
弾性皮膜４７０の取り外しは、固定部材４８０とフランジ部４５５との固定を解除する簡易な作業によって行うことができる。弾性皮膜４７０の取り付けは、フランジ部４５５に対して弾性皮膜４７０を固定する簡易な作業によって行うことができる。このため、成形面３３０との圧接によって磨耗や硬化が生じた弾性皮膜４７０の交換作業を容易に行うことができ、交換作業に要するコストを削減することができる。
【００４０】
加圧ロール型４００が備える中心軸４１０とフランジ部４５５との間に形成された空間４３１を覆うようにして弾性皮膜４７０を配置し、その弾性皮膜４７０を固定部材４８０によってフランジ部４５５に固定して圧力室４３０を区画形成している。弾性皮膜４７０は、流体ｆが圧力室４３０内から流出することを防止するとともに変形自在な押圧面４４０を形成する。中心軸４１０に形成された流路４５１から流入させた流体ｆを圧力室４３０内に満たすことによって、流体ｆの液圧によって押圧面４４０を成形面３３０の形状に追従させて変形させることができ、成形面３３０にワーク１２０を押圧して密着させることができる。このため、対として準備されるロール成形型３００、４００のうち、加圧ロール型４００には、成形面を加工する必要がない。
【００４１】
フランジ部４５５は、固定プレート４８１に形成された丸状凸部４８３に合致した形状に形成された丸状凹部４６０を備えている。丸状凸部４８３および丸状凹部４６０は、弾性皮膜４７０を挟持し、厚み方向に圧縮させる。弾性皮膜４７０が圧縮するため、フランジ部４５５と固定プレート４８１との間のシール性を向上させることができ、流体ｆが流出することを防止できる。図示例にあっては、丸状凸部４８３と丸状凹部４６０との間のクリアランスを弾性皮膜４７０の厚さ寸法より小さく形成し、弾性皮膜４７０の圧縮量を増加させている。弾性皮膜４７０の圧縮量を増加させることによって、フランジ部４５５と固定プレート４８１との間のシール性をより向上させている。
【００４２】
フランジ部４５５には、丸状凹部４６０とともに角状凹部４６１を形成している。角状凹部４６１は、固定プレート４８１に形成された角状凸部４８４に合致した形状に形成している。弾性皮膜４７０を角状凸部４８４および角状凹部４６１のエッジに引っ掛けた状態で固定することができ、弾性皮膜４７０が位置ずれすることを防止できる。図示例にあっては、角状凸部４８４および角状凹部４６１のエッジによって弾性皮膜４７０に亀裂が生じることを防止するため、角状凸部４８４と角状凹部４６１との間のクリアランスを弾性皮膜４７０の厚さ寸法と同程度の寸法に形成している。
【００４３】
角状凸部４８４および角状凹部４６１を形成する位置は特に限定されるものではないが、弾性皮膜４７０に応力が集中し易いフランジ部４５５のエッジ４５６から離反した位置に形成するのが望ましい。角状凸部４８４および角状凹部４６１のエッジによって弾性皮膜４７０に亀裂が生じることを防止するためである。
【００４４】
図中省略して示すが、丸状凹部４６０および角状凹部４６１は、加圧ロール型４００の周方向に沿って円周形状に形成している。丸状凸部４８３および角状凸部４８４も同様にして、加圧ロール型４００の周方向に沿って固定プレート４８１に円周形状に形成している。
【００４５】
中心軸４１０に形成された流路４５１は、中心軸４１０の周方向にそれぞれ等間隔に位相をずらして配置した複数の流路穴４５２を有している。図示例にあっては、周方向に沿って４つの流路穴４５２をそれぞれ等間隔に位相をずらして配置している。このため、流路穴４５２間の位相θ１は、９０°となっている（図５（Ｂ）を参照）。
【００４６】
流路穴４５２の位相を等間隔ずらして配置することによって、流路穴４５２の形成によって生じる中心軸４１０の剛性の低下を抑制している。
【００４７】
中心軸４１０の両端部の側に配置されたフランジ部４５５の間には、圧力室４３０内において、それぞれのフランジ部４５５同士を支持する補強リブ４９０を設けている。
【００４８】
補強リブ４９０は、フランジ部４５５の剛性を高める。このため、フランジ部４５５を薄肉化して形成することができ、フランジ部４５５の材料コストを削減することができる。フランジ部４５５を薄肉化することによって、軸方向の幅寸法を広げて押圧面４４０を形成することができ、成形に必要となる押圧面４４０の面積を確保することができる。
【００４９】
補強リブ４９０にネジ穴４８７を設けているため、固定プレート４８１をフランジ部４５５および補強リブ４９０に対して締結することが可能になっている。このため、フランジ部４５５の厚さ寸法をボルトナット４８６の締結に必要とするネジ穴４８７の深さ寸法より小さくすることが可能になっている。
【００５０】
流路穴４５２と、補強リブ４９０とは、中心軸４１０の周方向に等間隔に位相をずらして形成している（図５（Ｂ）を参照）。図示例にあっては、流路穴４５２と補強リブ４９０との間の位相θ２を４５°に設定している。
【００５１】
中心軸４１０に流路穴４５２を形成する作業は、例えば、ドリル等の加工器具を中心軸４１０に押し当てて行う。流路穴４５２と補強リブ４９０との間に位相θ２を設けることによって、加工器具を中心軸４１０に対して容易に接近させることができ、加工作業を迅速に行うことが可能になる。
【００５２】
次に、成形方法について説明する。
【００５３】
図６（Ａ）を参照して、押圧手段４２０は、制御部２５０からの制御信号ｓに従ってチャンバ４２１内に保持した流体ｆを圧送する。流体ｆは、注入管４２２を通って中心軸４１０に設けられた流路４５１に送られる。
【００５４】
流体ｆを流路穴４５２から圧力室４３０内へ流入させる。圧力室４３０内は、流体ｆが満たされた状態になる。
【００５５】
固定プレート４８１に形成された丸状凸部４８３およびフランジ部４５５に形成された丸状凹部４６０は、弾性皮膜４７０を圧縮して挟持し、圧力室４３０から流体ｆが流出することを防止する。
【００５６】
成形面３３０と押圧面４４０とが圧接する部位を確認し、駆動手段２３１を動作させてロール成形金型３００および加圧ロール型４００を回転させる。
【００５７】
アンコイラー２１０は、加工進行方向に沿ってワーク１２０を供給する。
【００５８】
図６（Ｂ）を参照して、ワーク１２０をロール成形金型３００の成形面３３０と加圧ロール型４００の押圧面４４０との間で挟み込む。
【００５９】
押圧手段４２０は、押圧面４４０に液圧を付与し、成形面３３０の形状に追従させて押圧面４４０を変形させる。押圧面４４０は、ワーク１２０を成形面３３０に押圧して密着させる。ワーク１２０は、成形面３３０に密着した状態で圧縮して成形され、流路溝１１０を形成する（図８を参照）。
【００６０】
押圧手段４２０は、押圧面４４０に付与する液圧を調整し、ワーク１２０と成形面３３０との密着性を調整する。
【００６１】
ここで、図９（Ａ）および（Ｂ）には、従来のロール成形金型による成形方法の対比例を示す。
【００６２】
一対のロール成形金型８１０、８２０は、凹凸形状の成形面８１１、８２１のエッジによってワークを押さえ付けるようにして成形を行う（図９（Ａ））。エッジによって押さえ付けられた部位には、他の部位と比較してロール成形金型による押圧力が集中する（図９（Ｂ））。一方、エッジによって押え付けられなかった部位には、十分に押圧力が付与されず、成形面８１１、８２１の形状に追従させてワークを圧縮して成形することができない。このため、ワークには、スプリングバックが発生する。スプリングバックの発生に伴ってワークに変形が生じるため、成形品質を確保することが困難になる。
【００６３】
これに対して、本実施形態にあっては、成形面３３０の形状に追従させて押圧面４４０を変形させることができ、成形面３３０と押圧面４４０との間に挟み込んだワーク１２０に対して、成形面３３０に沿って均一に押圧力を付与することができる。このため、スプリングバックが生じることを防止でき、ワーク１２０の成形品質を確保することが可能になる。
【００６４】
図７（Ａ）を参照して、ロール成形金型３００と加圧ロール型４００との間を通過したワーク１２０には、流路溝１１０が形成される。
【００６５】
図７（Ｂ）を参照して、処理部２４０は、ワーク１２０を切断し（図中点線ｃ−ｃ′で示す）、金属セパレータ１００を形成する。
【００６６】
従来のロール成形金型を備えた成形装置にあっては、対となるロール成形金型のそれぞれに成形面を形成している。薄板金属の成形品質を確保するためには、成形面を高い寸法精度で加工することが必要になる。対として用いられるロール成形金型のそれぞれに成形面を加工するため、ロール成形金型の製作には多くの時間と手間が費やされる。このため、ロール成形金型および成形装置の製作コストが増加するという問題がある。また、成形作業時には、成形品質の低下を防止するため、成形面同士の高精度な位置決めが必要になり、位置決めによる成形作業の作業効率の低下が生じ得る。
【００６７】
これに対して本実施形態にあっては、加圧ロール型４００には、成形面を加工する必要がないため、成形面の加工に要する時間と手間を省くことができ、成形装置２００の製造コストを削減することができる。さらに、成形面同士の高精度な位置決めを行う必要がないため、ロール成形金型３００と加圧ロール型４００との位置決め作業を簡略化することができ、成形作業の作業効率が低下することを防止できる。
【００６８】
上述したように、本実施形態によれば、加圧ロール型４００には、成形面を形成する必要がないため、成形面の加工に要する時間と手間を省くことができ、成形装置の製造コストを削減することができる。ロール成形金型３００と加圧ロール型４００との位置決め作業を簡略化することができるため、成形作業の作業効率が低下することを防止できる。ワーク１２０に対して成形面３３０に沿って均一に押圧力を付与することができるため、スプリングバックが発生することを防止でき、ワーク１２０が変形することを防止できる。
【００６９】
押圧手段４２０は、流体ｆの液圧を利用して、押圧面４４０を変形させる。押圧面４４０に付与する液圧を調整することによって、ワーク１２０と成形面３３０との密着性を調整することができる。
【００７０】
弾性皮膜４７０の取り外しおよび取り付けを簡易な作業によって行うことができる。このため、成形面３３０との圧接によって磨耗や硬化が生じた弾性皮膜４７０の交換作業を容易に行うことができ、交換作業に要するコストを削減することができる。
【００７１】
固定プレートに４８１に形成した丸状凸部４８３およびフランジ部４５５に形成した丸状凹部４６０は、弾性皮膜４７０を厚み方向に圧縮して挟持する。このため、フランジ部４５５と固定プレート４８１との間のシール性を向上させて、流体ｆが流出することを防止できる。
【００７２】
流路穴４５２の位相を等間隔ずらして配置することによって、流路穴４５２の形成によって生じる中心軸４１０の剛性の低下を抑制することができる。
【００７３】
圧力室４３０内においてフランジ部４５５を支持する補強リブ４９０は、フランジ部４５５の剛性を高める。このため、フランジ部４５５を薄肉化して形成することができ、フランジ部４５５の材料コストを削減することができる。フランジ部４５５を薄肉化することによって、軸方向の幅寸法を広げて押圧面４４０を形成することができ、成形に必要な押圧面４４０の面積を確保することができる。
【００７４】
加圧ロール型４００は、実施形態において示された構成に限定されるものではなく、適宜変更することが可能である。例えば、丸状凹部４６０および角状凹部４６１の個数や設ける位置は、必要に応じて変更することが可能である。流体のシール性を向上させることが可能な形状であればよく、丸形状や角形状に限定されるものではない。丸状凹部４６０や角状凹部４６１の形成は、省略することも可能である。
【００７５】
流路穴４５２の形状や個数は特に限定されるものではない。流路穴４５２の個数を増減させることによって、位相θ１を、９０°以外に設定することも可能である
補強リブ４９０は、圧力室４３０内において、フラン部４５５同士を支持する形態で設けられていればよく、図示された形状や個数に限定されるものではない。補強リブ４９０の形成は、省略することが可能である。
【００７６】
本実施形態にあっては、成形装置２３０によって、燃料電池用の金属セパレータ１００を成形しているが、成形装置２３０の適用は、金属セパレータの成形のみに限定されるものではない。成形装置２３０は、ロール成形金型３００および加圧ロール型４００によって薄板金属を成形することを目的とした加工に広く適用することが可能である。
（変形例）
図１０（Ａ）は、本実施形態の変形例に係る押圧手段６００を備えた加圧ロール型５００の説明に供する断面図、図１０（Ｂ）は、変形例に係る加圧ロール型５００による成形方法の説明に供する断面図である。図１〜８に示した部材と共通する部材には同一の符号を付し、その説明は一部省略する。
【００７７】
図１０（Ａ）を参照して、変形例にあっては、加圧ロール型５００が備える押圧手段４２０を、弾性変形自在な弾性部材６００によって押圧面４４０と一体にして形成している。弾性部材６００には、成形面３３０に対する押し付けによって、押圧面４４０を弾性的に変形させることが可能なウレタン材を用いている。ウレタン材には、例えば、高荷重用ウレタンおよび高タワミ用発泡ウレタンのような硬質ウレタンや、低反発ウレタンを利用することができる。
【００７８】
中心軸４１０は、フランジ部４５５と一体にして形成している。弾性部材６００は、貫通穴６１０に中心軸４１０を挿通した状態で配置する。
【００７９】
固定部材４８０は、フランジ部４５５との間で弾性部材を挟持する固定プレート４８１と、フランジ部４５５と固定プレート４８１とによって挟持した弾性部材６００を固定する締結手段６２０と、を有している。締結手段６２０は、ネジが切られた中心軸４１０に対して固定プレート４８１を締め付けるナットによって構成している。
【００８０】
図１０（Ｂ）を参照して、弾性部材６００は、ロール成形金型３００の成形面３３０との間でワーク１２０を挟み込む。弾性部材６００は、ワーク１２０を挟み込んだ状態で成形面３３０の形状に追従して弾性的に変形する。ワーク１２０は、成形面３３０に密着した状態で圧縮して成形され、流路溝１１０を形成する。
【００８１】
変形例に係る加圧ロール型５００は、弾性部材６００を利用することによって、押圧手段４２０を押圧面４４０と一体にして形成している。液圧を利用する押圧手段４２０を備えた加圧ロール型４００と比較して、簡素な構成にして製作することができ、製作コストをより削減することができる。
【００８２】
加圧ロール型５００の構造は、弾性部材６００によって、押圧面４４０を弾性的に変形させてワーク１２０を成形面３３０に密着させることが可能な構造であればよく、図示された形態に限定されるものではない。
（第２の実施形態）
図１１（Ａ）は、第２の実施形態に係る成形装置２３０の要部を拡大して示す正面図、図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）の点線Ｂで示される要部を拡大して示すである。図１〜１０に示した部材と共通する部材には同一の符号を付し、その説明は一部省略する。
【００８３】
図１１を参照して、本実施形態に係る成形装置２３０は、ロール成形金型３００が備える成形面３３０と加圧ロール型４００が備える押圧面４４０とがワーク１２０を介して圧接する部位ｐ（以下、単に「圧接部位」と記す）の周方向前後に押圧面４４０に外接させて一対のガイドロール７１０を配置している。
【００８４】
上記の周方向前後とは、加圧ロール型４００の回転方向に沿う押圧面４４０の上流側および下流側を意味する。なお、加工は図中矢印ａ方向に進行する。
【００８５】
ロール成形金型３００のロール径の寸法ｄ１を、加圧ロール型４００のロール径の寸法ｄ２より大きな寸法に形成している。図示例にあっては、押圧手段４２０に液圧を利用した形態の加圧ロール型４００を適用している。
【００８６】
ロール成形金型３００のロール径の寸法ｄ１を加圧ロール型４００のロール径の寸法ｄ２より大きな寸法で形成しているため、ワーク１２０を介してロール成形金型３００に圧接する押圧面４４０の面積が相対的に小さくなる。ガイドロール７１０は、加圧ロール型４００の回転に従動して回転し、押圧面４４０のたわみを矯正する。ガイドロール７１０は、ワーク１２０を介してロール成形金型３００に圧接する押圧面４４０の面積が広がることを防止する。
【００８７】
ワーク１２０を介してロール成形金型３００に圧接する押圧面４４０の面積を大きくした場合には、図中一点鎖線で示されるように、圧接部位ｐの上流側および下流側においてワーク１２０を押圧することになる。このため、成形品質の低下を招く虞がある。
【００８８】
これに対して本実施形態にあっては、ワーク１２０を介してロール成形金型３００に圧接する押圧面４４０の面積を相対的に小さくしている。このため、成形面３３０と押圧面４４０との間以外でワーク１２０が押圧されることを防止でき、成形品質が低下することを防止できる。
【００８９】
上述したように、ガイドロール７１０は、周方向前後に生じる押圧面４４０のたわみを矯正する。ワーク１２０に対して付与する押圧力が分散することを防止でき、効率的にワーク１２０を成形面３３０に押圧することができる。図示例にあっては、ガイドロール７１０に外接させて補助ロール７２０を配置している。補助ロール７２０は、ガイドロール７１０の回転に従動して回転する。補助ロール７２０は、押圧面４４０からの反発力によってガイドロール７１０が押圧面４４０から離反することを防止する。
【００９０】
上述したように、本実施形態にあっては、ロール成形金型３００のロール径の寸法ｄ１を加圧ロール型４００のロール径の寸法ｄ２より大きな寸法で形成することによって、成形面３３０と押圧面４４０との間以外でワーク１２０が押圧されることを防止する。このため、成形品質が低下することを防止できる。ガイドロール７１０によって押圧面４４０のたわみを矯正するため、効率的にワーク１２０を成形面３３０に押圧することができる。
【００９１】
本実施形態の加圧ロール型には、押圧手段４２０に弾性部材６００を利用した形態の加圧ロール型５００を適用することも可能である。
【００９２】
ロール成形金型３００のロール径の寸法ｄ１と加圧ロール型４００のロール径の寸法ｄ２との比率は、特に限定されるものではなく、適宜変更することが可能である。
【００９３】
ガイドロール７１０および補助ロール７２０を設ける個数は特に限定されるものではない。例えば、加圧ロール型４００の下部においてガイドロール７１０をさらに配置した場合、加圧ロール型４００が図中下方にたわむことを防止し、より効率的にワーク１２０を押圧することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】燃料電池スタックを示す概略斜視図である。
【図２】燃料電池スタックを構成する単セルを示す断面図である。
【図３】燃料電池用金属セパレータの製造装置を簡略化して示す正面図である。
【図４】図４（Ａ）は、第１のロール成形型を示す斜視図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の点線Ｂで示される要部を拡大して示す図である。
【図５】図５（Ａ）は、第２のロール成形型の説明に供する断面図、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の矢印５Ｂ方向から見た矢視図である。
【図６】図６は、成形方法の説明に供する図である。
【図７】図７は、成形方法の説明に供する図である。
【図８】図６の６Ｂ−６Ｂ線に沿う断面図である。
【図９】図９（Ａ）および（Ｂ）は、対比例の説明に供する断面図である。
【図１０】図１０（Ａ）は、変形例に係る加圧ロール型の説明に供する断面図、図１０（Ｂ）は、変形例による成形方法の説明に供する断面図である。
【図１１】図１１（Ａ）は、第２の実施形態に係る成形装置２３０の要部を拡大して示す正面図であり、図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）の点線Ｂで示される要部を拡大して示すである。
【符号の説明】
【００９５】
１０  燃料電池スタック、
５０  単セル、
６０  膜電極接合体、
７０  燃料極、
８０  空気極、
９０  電解質膜、
１００  金属セパレータ、
１１０  流路溝、
１２０  ワーク（薄板金属）、
２００  燃料電池用金属セパレータの製造装置、
２１０  アンコイラー、
２２０  たわみ防止治具、
２２１  支持部、
２２２  矯正ローラー、
２３０  成形装置、
２３１  駆動手段、
２４０  処理部、
２５０  制御部、
３００  ロール成形金型（第１のロール成形型）、
３１０、４１０  中心軸、
３２０  金型ロール本体部、
３３０  成形面、
３３１  縦壁部、
３３２  平坦部、
４００、５００  加圧ロール型（第２のロール成形型）、
４２０  押圧手段、
４２１  チャンバ、
４２２  注入管、
４３０  圧力室、
４３１  中心軸とフランジ部との間に形成された空間、
４４０  押圧面、
４５０  基部、
４５１  流路、
４５２  流路穴、
４５５  フランジ部、
４５６  フランジ部のエッジ、
４６０  丸状凹部（シール用凹凸部）、
４６１  角状凹部、
４７０  弾性皮膜、
４８０  固定部材、
４８１  固定プレート、
４８３  丸状凸部（固定部材に形成された凹凸部）、
４８４  角状凸部、
４８５、６２０  締結手段、
４８６  ボルトナット、
４８７  ネジ穴、
４９０  補強リブ、
６００  弾性部材（押圧手段）、
６１０  貫通穴、
７１０  ガイドロール、
７２０  補助ロール、
ｓ  制御信号、
ｆ  流体、
ｐ  薄板金属を介して成形面と押圧面とが圧接する部位、
ｄ１、ｄ２  ロール径の寸法、
θ１、θ２  位相。
【図１】
2010125505.tif 000003
【図２】
2010125505.tif 000004
【図３】
2010125505.tif 000005
【図４】
2010125505.tif 000006
【図５】
2010125505.tif 000007
【図６】
2010125505.tif 000008
【図７】
2010125505.tif 000009
【図８】
2010125505.tif 000010
【図９】
2010125505.tif 000011
【図１０】
2010125505.tif 000012
【図１１】
2010125505.tif 000013