(57)【要約】  本発明は、金属製板材の板金プレス加工方法であって、プレス時の流動材料の集中による凸部及び離散による凹部からなる凹凸形状をブランクの表裏面に形成するように、押圧面の輪郭が決められている上型及び下型を備えた金型を用い、前記金型におけるブランクへの接触部をブランクの塑性変形能を高める温度に加熱し、凸部の反対側の面に凹部が対応しない形状の凹凸を前記板材の両面に同時に成形することを特徴とする。本発明によれば、表裏不対応の凹凸形状を有する金属成形品を短時間で製造することができる。
2009096309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製板材の板金プレス加工方法であって、プレス時の流動材料の集中による凸部及び離散による凹部からなる凹凸形状をブランクの表裏面に形成するように、押圧面の輪郭が決められている上型及び下型を備えた金型を用い、前記金型におけるブランクへの接触部をブランクの塑性変形能を高める温度に加熱し、凸部の反対側の面に凹部が対応しない形状の凹凸を前記板材の両面に同時に成形することを特徴とする板金プレス加工方法。
【請求項２】
金属製板材の温間板金プレス加工に用いる金型であって、上型及び下型が、相互に上下に対応した凹凸を備えない押圧面と、該押圧面を加熱するための加熱部とを有し、前記押圧面は、プレス時の流動材料の集中による凸部及び離散による凹部からなる凹凸形状をブランクの表裏面に形成するように、各々輪郭が決められていることを特徴とする板金プレス加工用金型。
【請求項３】
前記上型及び下型は各々、プレス加工時に上下動する基部と、該基部に固定された支持体と、基端部を該支持体に固定され先端部をブランクへの接触部とした複数の押圧子と、該押圧子を通す貫通孔を有し、前記基部に上下動可能に支持され、先端側がブランクへの接触面とされ、後退位置で前記押圧子の先端部を前記貫通孔から突出させ前進位置で該押圧子の先端部を前記貫通孔内に収納するスライド部とを備えており、該スライド部は前進位置に向けてばね力を受けていることを特徴とする請求項２に記載の板金プレス加工用金型。
【請求項４】
前記押圧子が板状体により形成され、相互に対面した状態で微小間隔をおいて平行に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の板金プレス加工用金型。
【請求項５】
上型の押圧子の面方向と、下型の押圧子の面方向とが、相互に交わるように配置されていることを特徴とする請求項４に記載の板金プレス加工用金型。
【請求項６】
前記上型及び下型のスライド部がブランクの成形後の平面形状と同じ平面形状を有し、前記上型及び下型の一方の基部が、スライド部を水平方向に囲んで該スライド部を上下方向に超えて形成されたガイド部を備えており、前記上型及び下型の他方のスライド部は前記ガイド部の囲繞空間に進入し、前記ガイド部と前記上型及び下型のスライド部とによりプレス加工のための閉塞キャビティを形成することを特徴とする請求項３に記載の板金プレス加工用金型。
【請求項７】
請求項２に記載の金型を用いて、板材の表裏面に同時に凹凸形状を形成することを特徴とする温間板金プレス加工方法。
【請求項８】
ブランクにおける前記押圧子による成形領域を、該押圧子による変形高さより浅く凹陥させるように予め別の金型で予備プレス加工することを特徴とする請求項７に記載の温間板金プレス加工方法。
【請求項９】
ブランクが平面視多角形であり、ブランクの各辺に対して平面視凹状の凹入部をプレス加工による延展量に対応させて予め形成してプレス加工を行なうことを特徴とする請求項１または７に記載の板金プレス加工方法。
【請求項１０】
前記上型及び下型におけるブランクとの接触部分の温度が２３０〜４００℃であり、前記上型及び下型のスライド部がブランクに接した後、下死点までのプレス速度が０．５〜３０ｍｍ／秒であることを特徴とする請求項１または７に記載の板金プレス加工方法。
【請求項１１】
ブランクが燃料電池用セパレータのための板材であることを特徴とする請求項１または７に記載の板金プレス加工方法。
【請求項１２】
ブランクが、マグネシウム、アルミニウムまたはチタン、あるいはいずれかの合金からなることを特徴とする請求項１または７に記載の板金プレス加工方法。
【請求項１３】
ガス流路用の複数の細溝が板金プレス加工により並設され、一方の面の細溝と他方の面の細溝とは互いに交差する方向に配置されていることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項１４】
前記板金プレス加工が請求項１または７に記載の方法により行なわれたものであることを特徴とする請求項１３に記載の燃料電池用セパレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属製板材の板金プレス加工のための金型、該金型を用いたプレス加工方法及び成形品に関するものであり、成形品として具体的には燃料電池用セパレータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
板金プレス加工は、一般に、板状のブランクを金型により曲げ変形又は絞り変形させることにより、所望の形状を得るものである。したがって、ブランクの厚さはこれらの変形に伴って生じる僅かなものであり、成形品は凸部の反対側の面に凹部が対応して存在する形状のものとなっていた。特に、マグネシウムまたはマグネシウム合金は、展延性に乏しいため、このような一般的な板金プレス加工が行なわれるに留まっていた。すなわち、凸部の反対側の面に凹部が対応しない形状の凹凸を板材の両面に設けたマグネシウムまたはマグネシウム合金製の物品の製造には、板金プレス加工が適用されていなかった。【０００３】
例えば、燃料電池用セパレータは、燃料極、空気極、集電体の層等からなる多数のユニットを仕切ると共に反応ガス供給するために設けられ、平板の中央部両面に多数のガス流路用の溝を有した形状となっている。セパレータへは、燃料ガス（一般的には水素）と酸素（一般的には空気）を表裏で別個に供給し排出するので、その給排構造を簡易にするため、セパレータ表裏面で溝の方向を直交させることが多い。すなわち、溝形状のための凸部の反対側の面に凹部が対応しない形状の凹凸がセパレータの表裏面に設けられているので、従来の板金プレス加工が適用されていなかったのである。【０００４】
マグネシウムまたはマグネシウム合金を用いて、このような表裏不対応の凹凸形状を得るための加工方法は、例えば、特許文献１に記載されている。この方法は、マグネシウム合金を予熱してボスやリブ付きの成形品を鍛造するためのものであり、厚さ１０ｍｍのインゴットを用いて０．６〜３．２ｍｍ厚の成形品を鍛造した例が示されている。【０００５】
また、特許文献２に記載の方法は、燃料電池用セパレータの製造に関するものである。この方法は、焼鈍したマグネシウム合金を用い、加熱した金型により、ひずみ速度２×１０-5〜１×１０-1／secでゆっくりと超塑性鍛造するものであり、厚さ６ｍｍのブランクから厚さ２ｍｍの製品への加工が例示されている。【０００６】
これら特許文献に記載の方法は、板金プレス加工と区別される鍛造加工であり、ブランクの予熱や焼鈍を必要とする上、プレス速度が遅く、成形に多大の時間を要するという欠点がある。その結果、得られる成形品は、製造コストが高く、高価格のものとならざるを得ない。
【特許文献１】特開２００１−２６８３５号公報
【特許文献２】特開２００３−３３１８５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記従来技術の欠点を解消し、表裏不対応の凹凸形状を有する金属成形品を短時間で製造することができる板金プレス加工用金型、プレス加工方法、及び、製造コストの低い上記形状の成形品（具体的には燃料電池用セパレータ）を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００８】
（１）本発明は、前記目的を達成するため、金属製板材の板金プレス加工方法であって、プレス時の流動材料の集中による凸部及び離散による凹部からなる凹凸形状をブランクの表裏面に形成するように、押圧面の輪郭が決められている上型及び下型を備えた金型を用い、前記金型におけるブランクへの接触部をブランクの塑性変形能を高める温度に加熱し、凸部の反対側の面に凹部が対応しない形状の凹凸を前記板材の両面に同時に成形することを特徴とする板金プレス加工方法を提供するものである。
【０００９】
上記方法によれば、温間板金プレス加工により、板状ブランクの両面に異なる形状の凹凸を同時に形成することができる。特に、ブランクとして板状材を用いることにより、プレス速度を速めても最終形状に至る材料の流動を得ることができ、塊状材料から板状材に成形する温間鍛造に比し、プレス時間を大幅に短縮することができる。
【００１０】
（２）本発明はまた、前記目的を達成するため、金属製板材の温間板金プレス加工に用いる金型であって、上型及び下型が、相互に上下に対応した凹凸を備えない押圧面と、該押圧面を加熱するための加熱部とを有し、前記押圧面は、プレス時の流動材料の集中による凸部及び離散による凹部からなる凹凸形状をブランクの表裏面に形成するように、各々輪郭が決められていることを特徴とする板金プレス加工用金型を提供するものである。
【００１１】
上記金型によれば、上型及び下型が、相互に上下に対応した凹凸を備えない押圧面と、該押圧面を加熱するための加熱部とを有し、前記押圧面は、プレス時の流動材料の集中による凸部及び離散による凹部からなる凹凸形状をブランクの表裏面に形成するように、各々輪郭が決められているので、温間板金プレス加工により、板状ブランクの両面に異なる形状の凹凸を同時に形成することができる。特に、ブランクとして板状材を用いることにより、プレス速度を速めても最終形状に至る材料の流動を得ることができ、塊状材料から板状材に成形する温間鍛造に比し、プレス時間を大幅に短縮することができる。
【００１２】
（３）前記上型及び下型は各々、プレス加工時に上下動する基部と、該基部に固定された支持体と、基端部を該支持体に固定され先端部をブランクへの接触部とした複数の押圧子と、該押圧子を通す貫通孔を有し、前記基部に上下動可能に支持され、先端側がブランクへの接触面とされ、後退位置で前記押圧子の先端部を前記貫通孔から突出させ前進位置で該押圧子の先端部を前記貫通孔内に収納するスライド部とを備えており、該スライド部は前進位置に向けてばね力を受けているものとすることができる。
【００１３】
このように、プレス時のブランクへの接触面を、基部と共に上下動する支持体に固定した押圧子と、前記基部に上下動可能に支持されたスライド部とで構成すれば、ブランクへの初期接触をスライド部で行ない、その後に押圧子を突出させるので、押圧子に掛かる衝撃やプレス圧の負荷が小さくなる。その結果、金型全体の耐久性を向上させることができ、また、精密なプレス形状を得る場合にも型の摩耗や損傷を防止することができる。また、ブランクの上下にスライド部が接しているので、ブランクの厚みを変えずに、押圧子が接する領域のみを加工できる。
【００１４】
（４）前記押圧子は、板状体により形成され、相互に対面した状態で微小間隔をおいて平行に配置されているものとすることができる。複数の溝状又は畝状の凹凸をプレス形成する場合は、金型先端にこれらに対応した細長い輪郭部分を備える必要があり、ここに高いプレス圧が作用すると、型の損耗を生じやすい。しかしながら、前述のスライド部から進退する押圧子を、上記のように板状体により形成することにより、押圧子に掛かる衝撃やプレス圧負荷が小さくなり、その損耗を防止することができる。
【００１５】
（５）上記（４）の金型において、上型の押圧子の面方向と、下型の押圧子の面方向とは、相互に交わるように配置されているものとすることができる。この金型によれば、板材の両面に、相互に交差する方向に延びる溝状又は畝状の凹凸形状を得ることができる。板材の両面において畝状部分の裏側に溝状部分がある波状の凹凸を形成する場合であれば、上型及び下型は、相互に上下に対応した凹凸を備えた押圧面とし、板材の変形は厚さの変化をさほど伴わずに、主として曲げ変形を生じればよいので、加工が容易である。しかし、表裏面で相互に交差する方向に延びる溝状又は畝状の凹凸形状を得るには、上記のように上型の押圧子の面方向と、下型の押圧子の面方向とが、相互に交わるように配置されているものすることにより、短時間で高精度の凹凸形状を得ることができる。
【００１６】
（６）上記（３）から（５）の金型は、前記上型及び下型のスライド部がブランクの成形後の平面形状と同じ平面形状を有し、前記上型及び下型の一方の基部が、スライド部を水平方向に囲んで該スライド部を上下方向に超えて形成されたガイド部を備えており、前記上型及び下型の他方のスライド部は前記ガイド部の囲繞空間に進入し、前記ガイド部と前記上型及び下型のスライド部とによりプレス加工のための閉塞キャビティを形成するものとすることができる。このように、ガイド部の囲繞空間にスライド部が進入し閉塞キャビティ内でプレス加工を行なうことにより、ブランクはその閉塞キャビティを満たすように変形するので、スライド部に対する押圧子の進退構造と相俟って、極めて精度の高いプレス成形物を得ることができる。
【００１７】
（７）本発明はまた、前記目的を達成するため、上記（２）から（６）のいずれかの金型を用いて、板材の表裏面に同時に凹凸形状を形成することを特徴とする温間板金プレス加工方法を提供するものである。
【００１８】
この方法によれば、板状のブランクに対して、上記（２）から（６）の金型の特徴に基づく優れた特性のプレス加工品を短時間に得ることができる。
【００１９】
（８）上記（７）の方法においては、ブランクにおける前記押圧子による成形領域を、該押圧子による変形高さより浅く凹陥させるように予め別の金型で予備プレス加工することができる。このように、予備プレス加工をすることにより、前記押圧子によりプレス成形される凸部は、前記凹陥した面から立ち上がることになるので、凸部の高さを正確に制御することができる。したがって、例えば、成形品の周辺部と同一平面の高さの凸部の高さを得る場合にも有利である。
【００２０】
（９）上記（１）、（７）または（８）の方法においては、ブランクが多角形である場合に、ブランクの各辺に対して平面視凹状の凹入部をプレス加工による延展量に対応させて予め形成してプレス加工を行なうことができる。多角形のブランクをプレス成形するときの材料の流動は、多角形の各辺を外側に拡げるように生じがちである。この方法によれば、プレス加工による延展量に見合う凹入部を予めブランクの各辺に形成するので、このような材料流動に対して、高い平面形状のプレス成形品を得ることができる。
【００２１】
（１０）上記（１）または（７）から（９）の方法においては、前記上型及び下型におけるブランクとの接触部分の温度を２３０〜４００℃とし、前記上型及び下型のスライド部がブランクに接した後、下死点までのプレス速度を０．５〜３０ｍｍ／秒とするのが望ましい。上記接触部分の温度が２３０℃より低いと、プレス時の材料流動が十分に得られず、正確な凹凸形状を得難い。また、上記接触部分の温度が４００℃を超えると、ブランクの結晶粒の粗大化が生じ、成形品の材質を低下させる。また、上記プレス速度が３０ｍｍ／秒より高いと、材料流動が十分に得られず、正確な凹凸形状が得られない。一方、上記プレス速度が０．５ｍｍ／秒より低いと、成形品の品質状の問題は生じないが無駄な加工時間を生じることとなり望ましくない。
【００２２】
（１１）上記（１）または（７）から（１０）の板金プレス加工方法は、ブランクが燃料電池用セパレータのための板材である場合に有利に適用することができる。燃料電池用セパレータは、平板の中央部両面に多数のガス流動用の溝を有した形状を有している。したがって、その溝をプレス加工するのに、上記板金プレス加工方法を適用すれば、これらの方法の特徴に基づく優れた特性のプレス加工品を短時間に得ることができる。
【００２３】
（１２）本発明はまた、前記目的を達成するため、ガス流路用の複数の細溝が板金プレス加工により並設され、一方の面の細溝と他方の面の細溝とは互いに交差する方向に配置されていることを特徴とする燃料電池用セパレータを提供するものである。
【００２４】
燃料電池用セパレータは、前述の通り、平板の中央部両面に多数のガス流動用の溝を有した形状を有しており、特に、一方の面の細溝と他方の面の細溝とが互いに交差する方向に配置されているものは、このように板金プレス加工品とすることにより、塊状材料から成形する従来の温間鍛造品による燃料電池用セパレータに比し、プレス時間の短縮に基づいて高精度のものを低価格で提供することが可能となる。
【００２５】
（１３）上記（１２）の燃料電池用セパレータは、前記板金プレス加工が上記（１）または（７）から（１１）のいずれかの方法により行なわれたものとすることができる。この方法によれば、上記（１）または（７）から（１０）の板金プレス加工方法の特徴に基づく優れた特性のプレス加工品を低価格で提供することができる。
【００２６】
なお、燃料電池用セパレータは、上記加工後、必要に応じて、耐蝕コーティング等の表面加工をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池用セパレータを備えた燃料電池の一部を、分解した状態で概略的に示す斜視図である。
【図２】図１に示した燃料電池用セパレータの正面図である。
【図３】図２における溝部分を中心とする拡大図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る金型の上型及び下型の正面図である。
【図５】図４に示した上型及び下型の支持体、押圧子、スライド部を示す斜視図である。
【図６】図５に示した部材の平面図である。
【図７】図６におけるVII−VII線に沿う縦断面図である。
【図８】図６におけるVIII−VIII線に沿う階段縦断面図である。
【図９】図２に示した燃料電池用セパレータの製造工程を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  ブランク
２  凹入部
３  凹陥部
１０  燃料電池用セパレータ
１１，１２  細溝
１４  周囲部
１５  側溝
１００  上型
２００  下型
１１０，２１０  基部
１１３，２１３  囲繞部
１２０，２２０  支持体
１３０，２３０  押圧子
１４０，２４０  スライド部
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池用セパレータを備えた燃料電池の一部を概略的に示している。この燃料電池用セパレータは、以下に説明するように本発明に係る板金プレス加工方法及びそのための金型を用いて製造されたセパレータによるものである。【００３０】
燃料電池は、触媒層２１と多孔質支持体２２からなる燃料極２０と、触媒層３１と多孔質支持体３２からなる空気極３０と、これらの間に位置する電解質層４０とからなるユニットを多数積層したものであり、各ユニットの間にセパレータ１０が配置されている。図１は、１つのユニットとその両側のセパレータ１０を分解した状態で示している。セパレータ１０は、表裏面で相互に直交するように延びる細溝１１、１２を備えており、燃料極２０に面する側の細溝１１には水素等の燃料ガスが供給され、空気極３０に面する側の細溝１２には空気等により酸素が供給される。【００３１】
図２は、１枚のセパレータ１０を取出して示す正面図であり、図３は図２における溝部分を中心とする拡大図である。図２に示すように、セパレータは矩形をなすマグネシウム合金により形成されており、図１に示した細溝１２は、セパレータの中央部に形成され、平坦な周囲部１４に囲まれている。細溝１２は、畝部１３の間に形成されて上下方向に延びており、５本毎に１グループをなしている。そして、各グループの間に位置する畝部１３は交互に上方及び下方に延長されて周囲部１４に達し、他の畝部１３は周囲部１４との間に間隙を有して側溝１５を形成している。【００３２】
多数の細溝１２の形成領域は全体として矩形をなし、その矩形の各角部には貫通孔によりガス通路となる通気孔１６が形成されている。図２の右上及び左下に位置する通気孔１６からは、すぐ近くの側溝１５に達する連絡溝１７が延びている。なお、セパレータの裏面の対応部分には、同様の細溝が細溝１２と直交する方向に延びており、図２の左上及び右下の通気孔１６からは、すぐ近くの側溝に達する連絡溝１７’が延びている（図に破線で示す）。畝部１３は、表裏双方において周囲部１４と同じ高さであり、その先端は周囲部１４と同一平面上にある。【００３３】
この溝配置を有するセパレータが組み込まれた燃料電池においては、通気孔１６に導入されたガスが、多数の細溝１２をうねるようにして流れ、対角位置にある通気孔１６から導出される。例えば、図３に示す通気孔１６−１から導入された空気は、連絡溝１７−１を経てすぐ近くの側溝１５−１に達し、該側溝に連通する最初のグループである５本の細溝１２−１を流れ、その下の側溝１５−２を経て、次のグループである細溝１２−２を流れ、その上の側溝１５−３に達する。このようにして、空気は多数の細溝１２をうねりながら流れて空気極３０と接し、図２の左下に位置する通気孔１６から導出され、次のユニットへと流れる。同様に、例えば、図２の右下に位置する通気孔１６から導入された燃料ガスは、水平方向に延びる多数の細孔をうねりながら流れて燃料極２０と接し、図２の左上に位置する通気孔１６から導出され、次のユニットへと流れる。このように、セパレータの表裏で細溝が直交する方向に設けられていることにより、対角状に配置された２対の通気孔１６を、燃料ガス用と空気（酸素）用とに分けて使用することができる。【００３４】
図示のセパレータは、縦横の寸法が１００ｍｍ、厚さが２ｍｍであり、細溝１１，１２及び畝部１３は各々幅０．７５ｍｍ、溝深さが０．９５ｍｍとなっている。但し、これらの寸法は燃料電池の寸法や電極材料の特性などに応じて適宜決めることができる。【００３５】
セパレータを構成するマグネシウム合金は、一般的な燃料電池用セパレータに使用される種々の成分のものとすることができ、例えば、マグネシウムへの主要な添加成分として、Ａｌを２．５〜３．５％（重量％、以下同じ）、Ｚｎを０．６〜１．４％、Ｍｎを０．２〜１．０％含んだものとすることができる。【００３６】
次に、以上に説明した燃料電池用セパレータの製造を例にとって、本発明に係る板金プレス加工方法及びそのための金型について説明する。【００３７】
図４は、金型を構成する上型１００及び下型２００を示す正面図である。以下の説明では、特に断らない限り上型の構成部分を１００番台の数字、下型の構成部分を２００番台の数字で示し、それらの数字の１桁及び２桁の部分は、上型と下型とで対応した構成部分を示すものとする。この実施形態においては、上型１００と下型２００とは、基本的形態が同一のものを、上下逆に配置したものとなっている。したがって、説明は上型１００を中心に行ない、下型２００に関しては説明を一部省略する。【００３８】
上型１００は、図外の駆動フレームに取り付けられプレス加工時に上下動する基部１１０を備えている。基部１１０は、駆動フレームの下部に固定される固定部１１１と、該固定部の下面に固定された中間プレート１１２と、中央部に矩形の空所を有し中間プレート１１２の下面に固定された囲繞部１１３とを備えている。【００３９】
この囲繞部１１３の空所内に納まるようにして中間プレート１１２の下面に支持体１２０が固定され、該支持体に多数の押圧子１３０が固定されている。押圧子１３０は、鉛直方向に延びる板状体により形成され、相互に対面した状態で微小間隔をおいて平行に配置され、支持体１２０から櫛歯状に下方へ延び、先端部がブランクへの接触部となっている。【００４０】
図５は、上型１００及び下型２００の支持体１２０及び２２０、押圧子１３０及び２３０、スライド部１４０及び２４０を示す斜視図である。図示のように、各々板状をなす上型１００の押圧子１３０と下型２００の押圧子２３０とは、面方向が相互に直交するように配置されている。支持体１２０は、上側に位置する内プレート１２１と、該内プレートの下に位置する外プレート１２２とを備えている。外プレート１２２には、押圧子１３０を受け入れる貫通孔が形成されている。押圧子１３０は、その貫通孔に通されて内プレート１２１の下面に当接し、各押圧子１３０の同じ位置に設けられた通し孔と、これに対応して外プレート１２２に設けられた通し孔とにボルト１２３が通されて、外プレート１２２に固定されている。上型１００の押圧子１３０及び下型２００の押圧子２３０は各々、図１及び図２に示した燃料電池用セパレータの細溝１１及び１２に対応して設けられている。【００４１】
囲繞部１１３の空所内における支持体１２０の下方にはスライド部１４０が上下動可能に装着されている。スライド部１４０は、押圧子１３０を個々に通す複数の細長い貫通孔を有し、基部１１０に上下動可能に支持され、先端側がブランクへの接触面となっている。そして、スライド部１４０は、上昇した後退位置で押圧子１３０の先端部を記貫通孔から突出させ、下降した前進位置で押圧子１３０の先端部を貫通孔内に収納するように配置されている。スライド部１４０後退時の押圧子１３０の突出量は、押圧子１３０先端部が、これを囲むスライド部１４０の面から、セパレータの細溝の深さに対応する長さにわたって突出するように決められる。スライド部１４０は、前進位置に向けてばね力を受けており、プレス圧が作用しないときは前進位置にある。このばね力を作用させるために、外プレート１２２及び内プレート１２１の四隅には上下方向に延びる貫通孔が形成され、そこに圧縮コイルばね１５０が挿入されている。ばね１５０は、上端が中間プレート１１２に当接し、下端がスライド部１４０に当接することにより、スライド部１４０に対し前進位置（下方）に向くばね力を作用させている。【００４２】
図６は図５に示した部材の平面図、図７は図６におけるVII−VII線に沿う縦断面図、図８は図６におけるVIII−VIII線に沿う階段縦断面図であり、図７（ａ）及び図８（ａ）はスライド部１４０が前進位置にある状態、図７（ｂ）及び図８（ｂ）はスライド部１４０が後退位置にある状態を示している。【００４３】
スライド部１４０は、囲繞部１１３に案内されて上下方向に可動となっており、ボルトＢ１６０により下方への抜け止めがなされている。すなわち、ボルトＢ１６０は、一端にヘッド１６１を有し、柱状の胴部１６２を経て、先端にねじ部１６３が設けられている。内プレート１２１及び外プレート１２２には、ボルトＢ１６０のヘッド１６１より径が小さく胴部１６２を通す貫通孔が設けられ、スライド部１４０には雌ねじが設けられている。ボルトＢ１６０は、中間プレート１１２の下部に設けられた凹所１１２０内にヘッド１６１が位置し、胴部１６２は内プレート１２１及び外プレート１２２を通り、先端のねじ部１６３はスライド部１４０の雌ねじに螺合している。この実施形態においては、図５に示されている４箇所にボルトＢ１６０が配置されているが、これらの位置及び本数は適宜決められる。この状態で、スライド部１４０はコイルばね１５０に押圧されて前進位置にあり、図７(a)及び図８(a)に示すように外プレート１２２との間に間隙Ｓを形成している。プレス時にスライド部１４０が後退位置を取るとボルトＢ１６０は内プレート１２１及び外プレート１２２に対して間隙Ｓに相当する距離上昇する。中間プレート１１２の凹所１２０は、ボルトＢ１６０のこの上昇を許容する深さで形成されている。【００４４】
この実施形態では、上型１００及び下型２００のスライド部１４０、２４０は、ブランクの成形後の平面形状と同じ平面形状を有している。そして、上型１００のスライド部１４０は、前進位置においても後退位置においても、下端部が囲繞部１１３の下面より下方へ突出した位置にある。一方、下型２００のスライド部２４０は、前進位置においても後退位置においても、上端部が囲繞部２１３の上面より下方の位置にあり、その結果、囲繞部２１３におけるスライド部２４０の上面を越えて上方へ延びた部分は、ブランク及び上型１００のスライド部１４０を受け入れるガイド部２１３ａとなっている。この構造により、プレス時に上型１００が下降すると、そのスライド部１４０の下端部がガイド部２１３ａの囲繞空間に進入し、ガイド部と上型及び下型のスライド部とによりプレス加工のための閉塞キャビティを形成する。【００４５】
固定部１１１、中間プレート１１２、囲繞部１１３、内プレート１２１、外プレート１２２の部材間の固定は、図に破線で示す通しボルトＢにより行なわれている。中間プレート１１２及び囲繞部１１３には、熱媒体を通すための循環路Ｈが形成されている。【００４６】
この金型を用いた図１及び図２の燃料電池用セパレータの製造は、以下のように行なわれる。先ず、図９（ａ）に示すブランク１を用意する。このブランクは、セパレータ外形に対応した矩形の板材であり、ブランクの各辺に対して平面視凹状の凹入部２を、プレス加工による延展量に対応させて予め形成しておく。次に、図９（ｂ）の状態を得るために、押圧子１３０，２３０による成形領域を、該押圧子による変形高さより浅く凹陥させて凹陥部３を形成するように、一次予備プレスを行なう。この一次予備プレスにより、板材は平面方向に延展し、凹入部２は解消して、ブランクの各辺は直線状となる。この直線状への変形を正確に得るために、予備プレスは、変形後の寸法の閉塞キャビティを有する金型で行なうのが望ましい。【００４７】
次に、図９（ｃ）に示す側溝１５を形成するために、これらに対応した押圧部を有する金型により、二次予備プレスを行なう。そして、図９（ｄ）の状態を得るために、図４に示した金型を用いてプレス加工を行なう。【００４８】
このプレス加工は、ブランクを下型２００のスライド部２４０に置き、上型１００を下降（または下型２００を上昇）させることにより行なう。上下型は、相互に接近して、先ず各々のスライド部１４０，２４０がブランクに接する。スライド部がブランクに接した状態で、さらに型が前進すると、スライド部１４０，２４０がコイルばね１５０，２５０のばね力に抗して図７(b)、図８(b)に示す後退位置に移動し、板状の押圧子１３０，２３０がスライド部の貫通孔から突出する。これに伴って、押圧子に接した材料は離散して凹状に変形し、押圧子の間に位置する材料は押しやられて押圧子の間に集中する。その結果、材料は押圧子の間で隆起し、押圧子とスライド部とで囲まれた空間を満たす。こうして、ブランクには、材料の集中による凸部（畝部）と、離散による凹部（細溝）からなる凹凸形状が形成される。凸部は、スライド部に接するまで隆起する結果、ブランクにおける細溝形成領域の周囲の領域と同一の高さとなる。このとき、上下のスライド部は周辺の領域に接した位置で停止しているので、ブランクの板厚は変化しない。また、この変形に伴って、材料は中央部から周囲部へも移動するが、ブランクを収容する空間は、ガイド部２１３ａにより閉塞空間とされているので、周囲部への延展が制限され、全体として正確な寸法の成形品が得られる。【００４９】
このプレス加工の際には、押圧子１３０，２３０及びスライド部１４０，２４０におけるブランクとの接触部分の温度を２３０〜４００℃とするのが望ましい。プレス速度は、上型及び下型のスライド部１４０，２４０がブランクに接した後、下死点までの間、０．５〜３０ｍｍ／秒とするのが望ましい。材料流動後の安定を得るためには、下死点で金型を所定の時間保持するのが望ましく、保持時間は生産効率を考慮して１０秒までとするのが望ましい。但し、ブランクの材質やプレス条件によって材料流動後の安定が十分得られる場合は、下死点での保持を省略することもできる。また、金型には、ブランクの材料流動を円滑にするために離型剤を塗布するのが望ましい。その後は、図９（ｅ）の連絡溝１７を形成するために、別の金型によるプレス加工を行ない、図９(ｆ)の状態を得るために、切削による穴あけ加工を行なって通気孔１６、貫通孔１８，１９を形成し、セパレータ１０を得る。【００５０】
このようにして、燃料電池用セパレータを短時間で製造することができる。また、製造にあたり予めブランクの焼鈍等の熱処理を必要とせず、この点でも製造時間が短くて済むが、必要に応じて熱処理を施してもよい。【００５１】
実施例
以下、本発明の実施例について説明する。まず、ＡＺ３１のマグネシウム合金製板材により、縦横の寸法が１００ｍｍ、厚さが２ｍｍの矩形状のブランクを形成した。次に、ブランクには、辺の中央部において角部を結ぶ直線から６ｍｍ凹入した円弧状の凹入部を切断プレスにより形成した。また、細溝を形成すべき領域に、一次予備プレスにより０．４ｍｍの深さの凹陥部を形成し、二次予備プレスにより側溝１５及び連絡溝１７を形成した。そして、図４に示した金型を用いてプレス加工を行なった。プレス装置は、３００トンの出力を有するサーボモータプレスであり、金型の押圧子１３０，２３０、スライド部１４０，２４０は、材質がＳＫＤ１１であり、これらの部分におけるブランクとの接触部分の温度は、３５０℃となるように循環路Ｈに熱媒体を供給した。ブランクを下型２００のスライド部２４０上に置き、上型１００を下降させ、スライド部１４０がブランクに接した後は、下降速度を１．５ｍｍ／秒とした。そして、所定の下降量を経た下死点において５秒間上型１００を保持した後、上型１００を上昇させ、ブランクを取り出した。得られたセパレータは、細溝１１，１２が断面矩形状に正確に形成されており、その寸法精度は、幅が０．７５±０．０２ｍｍ、深さが０．９５±０．０３ｍｍと、良好なものであった。【００５２】
他の形態
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、製造する燃料電池用セパレータとしては、各部の寸法は前述のものに限らず、用途等に応じて種々の形状及び寸法とすることができる。また、ガス流路用細溝が延びる方向は、セパレータの表裏で直交するもののほか、他の適宜の角度で交差するもの、或いは、同一方向に延びるものとすることもできる。【００５３】
押圧子が板状体により形成され、相互に対面した状態で微小間隔をおいて平行に配置された形態をとる場合は、上記実施例のように、セパレータの全ての細溝に対応して押圧子を設け、１回のプレス加工で全ての細溝を形成するほか、１回のプレス加工でセパレータの面に１本置きまたは複数本置きで細溝を形成し、複数回のプレス加工で必要な本数の細溝を形成することもできる。この場合は、最初のプレス加工の金型に１本または複数本置きに押圧子を設け、２回目以後のプレス時には、次に形成する細溝に対応した押圧子を先の押圧子に加えて金型に設ける。２回目以後のプレス時に先の押圧子に相当するものを残して次の押圧子を加えることにより、先に形成された細溝が２回目以後のプレス加工時に変形するのが防止される。こうして複数回のプレス加工で全体の細溝を形成することにより、１回毎のプレス加工時に金型及びプレス機に掛かる負荷を軽減することができる。【００５４】
ブランクは凹凸形状やそれに要求される精度によっては、必ずしも閉塞空間でプレスする必要ななく、その場合は、ガイド部２１３ａを省略することができる。押圧子は、必要とされる物品の形状に応じて、柱状、ブロック状など、種々の形状とすることができ、また、スライド部を設けることなく、押圧子の先端部を成形品に対応した凹凸形状としてもよい。【００５５】
本発明に係る板金プレス加工方法及びそのための金型は、燃料電池用セパレータの製造に限られず、種々の物品の製造に適用することができる。例えば、電子部品等、発熱を伴う部品の間に配置される冷却板は、蛇行する溝を表裏面に有し部品の壁面との間に冷媒流路を形成する。そのような溝を有した板状物品は、マグネシウムまたはマグネシウム合金製とすることにより、熱伝導に優れ、軽量かつ電磁波シールド性がよいという利点が得られるのであり、本発明は、その製造に有利に適用することができる。【００５６】
また、ブランクの材料は、本実施形態のマグネシウムまたはマグネシウム合金以外に、ＪＩＳ１０００番台から５０００番台のアルミニウムまたはアルミニウム合金を使用することができ、本実施形態と同様の加工条件で板金プレス加工を行うことができる。更に、チタンまたはチタン合金など加工可能な他の金属材料からなるブランクを使用することも可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年9月30日(2009.9.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製板材の板金プレス加工方法であって、プレス時の流動材料の集中による凸部及び離散による凹部からなる凹凸形状をブランクの表裏面に形成するように、押圧面の輪郭が決められている上型及び下型を備えた金型を用い、前記金型におけるブランクへの接触部をブランクの塑性変形能を高める温度に加熱し、凸部の反対側の面に凹部が対応しない形状の凹凸を前記板材の両面に同時に成形するプレス加工工程を備え、
前記上型及び下型は各々、
ａ）プレス加工時に上下動する基部と、
ｂ）該基部に固定された支持体と、
ｃ）基端部が該支持体に固定され、先端部をブランクへの接触部とした複数の押圧子と、
ｄ）該押圧子を通す貫通孔を有し、前記基部に上下動可能に支持され、先端側がブランクへの接触面とされ、後退位置で前記押圧子の先端部を前記貫通孔から突出させ前進位置で該押圧子の先端部を前記貫通孔内に収納するスライド部とを備えており、該スライド部は前進位置に向けてばね力を受けており、
前記プレス加工工程は、前記上型の下降または前記下型の上昇によりそれぞれの前記スライド部をブランクに接触させ、前記ばね力に抗して前記各スライド部を後退位置に移動させることにより、前記各押圧子の先端部でブランクの表裏面に凹凸を形成する板金プレス加工方法。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
前記押圧子が板状体により形成され、相互に対面した状態で微小間隔をおいて平行に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の板金プレス加工方法。
【請求項５】
上型の押圧子の面方向と、下型の押圧子の面方向とが、相互に交わるように配置されていることを特徴とする請求項４に記載の板金プレス加工方法。
【請求項６】
前記上型及び下型のスライド部がブランクの成形後の平面形状と同じ平面形状を有し、前記上型及び下型の一方の基部が、スライド部を水平方向に囲んで該スライド部を上下方向に超えて形成されたガイド部を備えており、前記上型及び下型の他方のスライド部は前記ガイド部の囲繞空間に進入し、前記ガイド部と前記上型及び下型のスライド部とによりプレス加工のための閉塞キャビティを形成することを特徴とする請求項１に記載の板金プレス加工方法。
【請求項７】
（削除）
【請求項８】
（削除）
【請求項９】
（削除）
【請求項１０】
前記上型及び下型におけるブランクとの接触部分の温度が２３０〜４００℃であり、前記上型及び下型のスライド部がブランクに接した後、下死点までのプレス速度が０．５〜３０ｍｍ／秒であることを特徴とする請求項１に記載の板金プレス加工方法。
【請求項１１】
ブランクが燃料電池用セパレータのための板材であることを特徴とする請求項１に記載の板金プレス加工方法。
【請求項１２】
ブランクが、マグネシウム、アルミニウムまたはチタン、あるいはいずれかの合金からなることを特徴とする請求項１に記載の板金プレス加工方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の板金プレス加工方法によりガス流路用の複数の細溝が並設され、一方の面の細溝と他方の面の細溝とは互いに交差する方向に配置されていることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項１４】
（削除）
【請求項１５】
ブランクが平面視多角形であり、ブランクの各辺に対して平面視凹状の凹入部を、プレス加工による延展量に対応させて予め形成した後、前記各押圧子による成形領域を予備プレス加工することにより凹陥させて凹陥部を形成する予備プレス工程を更に備え、
前記予備プレス工程の後に、前記プレス加工工程を行う請求項１に記載の板金プレス加工方法。
【請求項１６】
ブランクが平面視矩形状であり、ブランクの各辺の中央部に対して平面視円弧状の凹入部を予め形成した後、前記各押圧子による成形領域を予備プレス加工することにより凹陥させて凹陥部を形成する予備プレス工程を更に備え、
前記予備プレス工程の後に、前記プレス加工工程を行う請求項１に記載の板金プレス加工方法。
【請求項１７】
前記予備プレス工程は、前記押圧子による変形高さより浅く凹陥させて前記凹陥部を形成する請求項１５又は１６に記載の板金プレス加工方法。
【国際調査報告】
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