(57)【要約】【課題】  流路断面積を所望に確保しつつカーボン材の加工に最適なカーボン材加工用エンドミルおよびカーボン材加工方法ならにび燃料電池用カーボンセパレータを提供する。【解決手段】  燃料電池用カーボンセパレータの流体通路用溝部を加工するカーボン材加工用エンドミルは、刃数が４枚〜６枚、ねじれ角αが４０°〜６０°、底刃逃げ角βが１０°〜３０°である。また、刃底部切れ刃１３の形状を、刃底部中心Ｏから外周端部を結ぶ直線Ｃ上となるよう直線状に形成する。さらに、刃底部切れ刃１３のすくい面１５の外周側角部近傍を、刃底部中心Ｏから外周端部を結ぶ直線Ｃとエンドミルの軸芯とを含む平面に平行な平面部１５ａとする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボン材を加工するためのカーボン材加工用エンドミルにおいて、刃数を４枚〜６枚、ねじれ角を４０°〜６０°、底刃逃げ角を１０°〜３０°としたことを特徴とするカーボン材加工用エンドミル。
【請求項２】
刃底部切れ刃の形状を、刃底部中心から外周端部を結ぶ直線上となるよう直線状に形成したことを特徴とする請求項１に記載のカーボン材加工用エンドミル。
【請求項３】
刃底部切れ刃のすくい面の外周側角部近傍を、刃底部中心から外周端部を結ぶ直線とエンドミルの軸芯とを含む平面に平行な平面部としたことを特徴とする請求項１または２記載のカーボン材加工用エンドミル。
【請求項４】
ダイヤモンド材で被覆したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のカーボン材加工用エンドミル。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載のカーボン材加工用エンドミルを用いたカーボン材加工方法において、乾燥状態の空気を加工点付近に供給するか、または加工点付近に対する吸引動作を行って、加工時に発生する粉体状の切り屑を除去しながら加工することを特徴とするカーボン材加工方法。
【請求項６】
請求項５に記載のカーボン材加工方法によって流体通路用の溝加工を施したことを特徴とする燃料電池用カーボンセパレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボン材加工用エンドミルおよびカーボン材加工方法ならびに燃料電池用カーボンセパレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、反応ガスである水素含有ガスなどの燃料ガスと、空気などの酸化剤ガスを電気化学的に反応させることにより、燃料の持つ化学エネルギを、直接電気エネルギに変換する装置であり、エネルギ効率を他のエネルギ機関と比べて高くできること、資源の枯渇問題を有する化石燃料を使う必要がないので排出ガスを発生しないなどの優れた特徴を有している。
【０００３】
このような燃料電池は、電解質膜を一対の電極で挟み込み、この電極に接触して電極からの集電に用いるとともに、電極側にガス供給用のガス流路を、電極と反対側に冷却水流路をそれぞれ有するセパレータを備えている。なお、冷却水流路を設けないセパレータもある。
【０００４】
上記した燃料電池用セパレータとして、カーボン材を用いたものがあり、これはカーボン材、特に導電性を確保するためのカーボン材を主とし、成形性を維持して強度を確保するための樹脂（例えば、エポキシ樹脂やフェノール樹脂）を混合させた複合材で構成される。
【０００５】
このような燃料電池用セパレータのガス流路や冷却水流路は溝部で構成されており、この溝部を機械加工する際には、一般的に小径（例えば、φ１ｍｍ〜３ｍｍ程度）のエンドミルを用いることが多い。エンドミルとしては、例えば下記特許文献１，２に記載されたものがある。
【０００６】
また、燃料電池用セパレータの加工につていは、下記特許文献３に記載されている。
【特許文献１】特開２００１−２９３６１１号公報
【特許文献２】特開２００２−１８７０１３号公報
【特許文献３】特開平６−３１０１５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記した特許文献１，２に記載されたエンドミルは、切り屑の長いアルミニウム合金や加工表面がむしれるプラスチック材料の加工に適した工具仕様となっており、また切り屑排出を考慮して、刃数を２枚としていることから、カーボン材の加工には摩耗が多くなって不適である。
【０００８】
また、上記した特許文献３に記載のエンドミルは、ボールエンドミルであることから、ガス流路や冷却水流路となる溝部の底面隅部がＲ形状となり、流路断面積が小さくなって、燃料電池として発電効率の低下を招く。
【０００９】
そこで、本発明は、流路断面積を所望に確保しつつカーボン材の加工に最適なカーボン材加工用エンドミルおよびカーボン材加工方法ならにび燃料電池用カーボンセパレータを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、カーボン材を加工するためのカーボン材加工用エンドミルにおいて、刃数を４枚〜６枚、ねじれ角を４０°〜６０°、底刃逃げ角を１０°〜３０°としたことを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、次のような効果を奏する。
【００１２】
（１）刃数を４枚以上とすることで、刃数が２枚のものに比較して、加工時における１枚あたりの刃の仕事量が減少し、特に加工時に発生する切り屑であるカーボン切削粉末が、研磨材として作用することから、工具寿命改善に有効である。これにより、良好な品質を安定して加工することができ、工具費削減を達成できるとともに、工具交換に伴う非加工時間を短縮でき、時間あたりの加工量を増大することができる。また、刃数を６枚以下とすることで、工具としての強度を確保することができる。
【００１３】
（２）ねじれ角を４０°以上とすることで、ねじれ角が４０°未満のものに比較して工具としての仕事量が減少し、上記（１）と同様に、工具寿命改善に有効である。また、ねじれ角６０°以下とすることで、切り屑の排出性悪化を確実に防止することができる。
【００１４】
（３）底刃逃げ角を１０°以上とすることで、切り屑として発生するカーボン切削粉末が、被加工部位と工具先端との間に入り込んでも、研磨材として作用することを抑えることができる。また、底刃逃げ角を３０°以下とすることで、工具としての強度を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１６】
図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係わるカーボン材加工用エンドミルの先端部付近を示す側面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のカーボン材加工用エンドミルの底面形状図である。また、図２（ａ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ断面図、図２（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【００１７】
上記したカーボン材加工用エンドミルは、燃料電池の簡略化した断面図である図３に示すセパレータ１の加工に使用する。セパレータ１は、導電性を確保するためのカーボン材を主とし、成形性を維持して強度を確保するための樹脂（例えば、エポキシ樹脂やフェノール樹脂）を混合させた複合材で構成している。
【００１８】
燃料電池は、固体高分子型であり、固体高分子電解質膜３を両側から一対の電極５で挟み、さらにその両側に前記したセパレータ１を配置する構造としており、通常これらで構成する単電池７を多数積層して燃料電池スタックとして使用する。
【００１９】
セパレータ１は、電極５側にガス供給用のガス流路１ａを、電極５と反対側に冷却水流路１ｂを、それぞれ備えている。一方のセパレータ１のガス流路１ａには、燃料となる水素を供給し、他方のセパレータ１のガス流路１ａには酸化剤となる空気を供給する。
【００２０】
図４は、セパレータ１の一例を示す平面図で、互いに平行なガス流路１ａを多数形成している。このガス流路１ａは、図３に示す単電池７を多数積層して形成する燃料電池スタックに対し、その積層方向に貫通する入口側ガスマニホールド９と出口側ガスマニホールド１１にそれぞれ連通している。
【００２１】
このようなセパレータ１のガス流路１ａや冷却水流路１ｂとなる流体通路用の溝部の加工を、前記図１に示したカーボン材加工用エンドミルによって行う。
【００２２】
カーボン材加工用エンドミルは、図１（ｂ）に示すように、刃数を４枚とするとともに、図１（ａ）に示すように、ねじれ角αを４０°〜６０°、底刃逃げ角βを１０°〜３０°としている。
【００２３】
また、図１（ｂ）に示すように、刃底部切れ刃１３の形状を、刃底部中心Ｏから外周端部を結ぶ直線Ｃ上となるよう直線状に形成する。さらに、図１（ａ）および図２（ｂ）に示すように、刃底部切れ刃１３のすくい面１５の外周側角部近傍を、刃底部中心Ｏから外周端部を結ぶ直線Ｃとエンドミルの軸芯とを含む平面に平行な平面部１５ａとしている。
【００２４】
そして、このカーボン材加工用エンドミルは、ダイヤモンド単結晶やダイヤモンド焼結体などのダイヤモンド材を被覆させている。
【００２５】
図５は、上記したカーボン材加工用エンドミルを用いた加工方法を示す概略図で、エンドミルＴでガス流路１ａや冷却水流路１ｂを切削加工する際に、エア源１７からの空気をエアフィルタ１９を通してエアドライア２１で乾燥させ、この乾燥させた空気をエアノズル２３を通して加工点付近に供給する。これにより加工時に発生する粉体状のカーボン切削粉末を吹き飛ばして切り屑の除去を行う。
【００２６】
図６は、カーボン材加工用エンドミルの刃数と工具摩耗量との関係を示す。これによれば、本実施形態のカーボン材加工用エンドミルのように、刃数を４枚とすることで、従来の２枚の場合に比較して工具摩耗量が著しく減少している。
【００２７】
これは、刃数を４枚とすることで、加工時における１枚あたりの刃の仕事量が２枚刃に比較して減少するからであり、また工具剛性が２枚刃に対して低下して径方向の撓みもしくは極微小な振動が発生し、この結果工具逃げ面、特に刃底において切り屑との擦れを抑制あるいは切り屑の排出を良好にしているからである。
【００２８】
上記した加工時に発生する切り屑であるカーボン切削粉末は、極微細なカーボン結晶の粒子もしくはその集結体であって硬質であり、研磨材として作用することから、切り屑との擦れを抑制あるいは切り屑の排出を良好にすることは、工具寿命改善に有効である。
【００２９】
工具寿命を改善することで、工具費削減を達成できるとともに、良好な品質の製品を安定して加工することができる。また、工具交換に伴う非加工時間を短縮でき、時間あたりの加工量を増大することができ、燃料電池用セパレータを短時間で作成することが可能となる。
【００３０】
また、刃数を６枚以下とすることで、工具としての強度を確保することができる。
【００３１】
図７は、カーボン材加工用エンドミルのねじれ角αと工具摩耗量との関係を示す。これによれば、ねじれ角αが４０°付近を境にしてそれより大きい領域で工具摩耗量が急激に低減している。したがって、本実施形態のカーボン材加工用エンドミルのように、ねじれ角αを４０°以上とすることで、４０°未満にする場合と比較して工具寿命を減少させることができる。
【００３２】
ねじれ角αを４０°以上としても、加工時に発生する切り屑は、粉体状のカーボン切削粉末であることから、通常の鉄系材料や非鉄金属材料の加工におけるようなある程度の長さを有する切り屑とは異なり、切り屑の排出性は良好に保たれる。
【００３３】
また、ねじれ角を６０°以下とすることで、切り屑の排出性悪化を確実に防止することができる。
【００３４】
図８は、カーボン材加工用エンドミルの底刃逃げ角βと工具摩耗量との関係を示す。本実施形態のカーボン材加工用エンドミルのように、底刃逃げ角βを１０°以上とすることで、工具摩耗量（底刃逃げ面摩耗量）を減少できる。また、実線で示すねじれ角αを５０°とした場合の方が、一点鎖線で示すねじれ角αを３０°とした場合に比較して工具摩耗量が低減していることがわかる。
【００３５】
また、図１（ｂ）に示すように、刃底部切れ刃１３の形状を、刃底部中心Ｏから外周端部を結ぶ直線Ｃ上となるよう直線状に形成することで、刃先角部の欠損や異常摩耗を抑えることができ、加工安定性が向上する。
【００３６】
さらに、図１（ａ）および図２（ｂ）に示すように、刃底部切れ刃１３のすくい面１５の外周側角部近傍を、刃底部中心Ｏから外周端部を結ぶ直線Ｃとエンドミルの軸芯とを含む平面に平行な平面部１５ａとすることで、強度が高まり、前記した底刃逃げ角βを３０°としても、刃先角部の欠損や異常摩耗を抑えることができる。
【００３７】
また、すくい面１５に平面部１５ａを設けることで、平面部を設けない場合に比較して厚肉となり、刃が摩耗しても、この厚肉部（平面部１５ａ）により加工がなされ、溝部（ガス流路１ａや冷却水流路１ｂ）の底面隅部が図９の破線で示すようなＲ形状となることを防止して精度よく切削でき、流路断面積を所望に確保して、燃料電池として発電効率の低下を防止することができる。
【００３８】
また、本実施形態による加工方法では、図５に示すように、加工時に油分や水分を含まない乾燥させた空気をエアノズル２３を通して加工点付近に供給することで、加工時に発生する粉体状のカーボン切削粉末を吹き飛ばして切り屑の除去を行っている。
【００３９】
これにより、研磨材として作用する切り屑を、速やかに加工点から取り除くことができ、工具の摩耗をより確実に抑制することができる。
【００４０】
加工点付近に供給する空気を油分や水分を含まない乾燥させた空気とすることで、加工後の被加工材への油分や水分の残留を防止でき、特に被加工材が燃料電池用セパレータの場合には、導電性の悪化を防止して燃料電池としての発電特性の悪化を防止することができる。したがって、加工点付近に供給する空気は、完全なるドライエア（又は不活性ガス）であることが望ましい。
【００４１】
なお、加工点付近に供給する空気は圧縮空気が望ましく、エアノズル２３の数や方向は複数であってもよい。また、上記した粉体状のカーボン切削粉末を、真空吸引することで、切り屑の除去を行ってもよい。
【００４２】
このようにして製造する燃料電池用セパレータは、従来の工具や加工方法によって製造したものに対して良好な品質でありながら、安価に製造できるものであるから、製品としての性能のばらつきについても小さくすることが可能である。
【００４３】
上記したカーボン材加工用エンドミルによる溝部加工の前工程の加工方法の一例を示すと、まず、平板上のカーボンプレートを所定の厚さにエンドミルやフェースカッタ、平面研削により面削りし、次に本発明のカーボン材加工用エンドミルを用いてマニホールド孔やスタック時に固定するボルト通し孔を加工する。これらの加工終了後に、本発明の加工方法による溝加工を行う。
【００４４】
本発明によれば、刃底部切れ刃の形状を、刃底部中心から外周端部を結ぶ直線上となるよう直線状に形成したので、刃先角部の欠損や異常摩耗を抑えることができ、加工安定性が向上する。
【００４５】
また、刃底部切れ刃のすくい面の外周側角部近傍を、刃底部中心から外周端部を結ぶ直線とエンドミルの軸芯とを含む平面に平行な平面部としたので、底刃逃げ角を例えば３０°と大きくしても、刃先角部の欠損や異常摩耗を抑えることができる。
【００４６】
上記したカーボン材加工用エンドミルを、ダイヤモンド材で被覆することで、工具の摩耗を著しく抑制することができ、良好な加工品質を得ることができる。
【００４７】
カーボン材加工用エンドミルを用い、乾燥状態の空気を加工点付近に供給するか、または加工点付近に対する吸引動作を行って、加工時に発生する粉体状の切り屑を除去しながら加工するようにしたので、研磨材として作用する切り屑を、速やかに加工点から取り除くことができ、工具の摩耗をより確実に抑制することができる。また、加工点に供給する空気を油分や水分を含まない乾燥させた空気とすることで、加工後の被加工材への油分や水分の残留を防止することができ、被加工材が燃料電池用セパレータの場合には、導電性の悪化を防止でき、燃料電池として発電特性の悪化を防止することができる。
【００４８】
また、上記したカーボン材加工方法によって燃料電池用カーボンセパレータにおける流体通路用の溝加工を施すことで、導電性の悪化を防止して発電特性の良好な燃料電池用カーボンセパレータを、安価かつ安定した品質で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係わるカーボン材加工用エンドミルの先端部付近を示す側面図、（ｂ）は（ａ）のカーボン材加工用エンドミルの底面形状図である。
【図２】（ａ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】図１のカーボン材加工用エンドミルによって加工するセパレータを備えた燃料電池単体の断面図である。
【図４】燃料電池用セパレータの一例を示す平面図である。
【図５】図１のカーボン材加工用エンドミルを用いた加工方法を示す概略図である。
【図６】図１のカーボン材加工用エンドミルの刃数と工具摩耗量との相関図である。
【図７】図１のカーボン材加工用エンドミルのねじれ角と工具摩耗量との相関図である。
【図８】図１のカーボン材加工用エンドミルの底刃逃げ角と工具摩耗量との相関図である。
【図９】セパレータ溝部の加工状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１ａ  ガス流路（流体通路）
１ｂ  冷却水流路（流体通路）
１３  刃底部切れ刃
１５  すくい面
１５ａ  すくい面の平面部
α  ねじれ角
β  底刃逃げ角
Ｏ  刃底部中心
Ｃ  刃底部中心から外周端部を結ぶ直線
【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】
2006026762.tif 000009
【図８】
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【図９】
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