(57)【要約】【課題】従来のサーボプレス（油圧式）に比べ、遥かに小さい力で高推力を発生し、小型化、高精度、低コストを実現した成形加工を行う薄板凹凸部材の製造方法及び装置を提供する。【解決手段】駆動源にサーボモータ２１を用い、第１のピストン１６の出力をパスカルの原理を用いて増大して第２のピストン１７を駆動し、第２のピストン１７によって昇降するラム２７によって、上型２８及び下型２９の間にある薄板４１を押圧して薄板凹凸部材４０を製造する方法及び装置であって、サーボモータ２１を駆動して、ラム２７を下降させて、ラム２７と第２のピストン１７の第２のシリンダロッド３０の間に隙間を形成させ、第１のピストン１６に連動させて、第２のピストン１７を作動し、ラム２７に荷重を加え、薄板４１の凹凸加工を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレスベッドに固定配置された下型と、ラムに固定され、かつ前記下型に対向して配置された上型と、サーボモータを動力として用い前記ラムの加圧を行う押圧駆動手段とを有する薄板凹凸部材の製造装置において、
前記押圧駆動手段は、第１の支持部材に固定配置される前記サーボモータの回転を昇降部材の直線動作に変える運動変換機構と、前記昇降部材に第２の支持部材を介して連結される第１のピストン及び該第１のピストンより大径で前記ラムの加圧を行う第２のピストンを上下直列に備え、前記第１の支持部材に連結して固定配置されたシリンダブロックを有することを特徴とする薄板凹凸部材の製造装置。
【請求項２】
請求項１記載の薄板凹凸部材の製造装置において、前記ラムの周囲には複数のガイドポストが設けられ、該ガイドポストは前記第２の支持部材に摺動可能に設けられていることを特徴とする薄板凹凸部材の製造装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の薄板凹凸部材の製造装置において、前記第２のピストンの第２のシリンダロッドと前記ラムとの間に装着される横移動可能な対となる第１、第２のスライドプレートを有することを特徴とする薄板凹凸部材の製造装置。
【請求項４】
請求項３記載の薄板凹凸部材の製造装置において、前記第１、第２のスライドプレートは水平方向に２分割され、前記第２のピストンの第２のシリンダロッド又は前記ラムには、前記第１、第２のスライドプレートの前進限となる位置決めストッパが設けられていることを特徴とする薄板凹凸部材の製造装置。
【請求項５】
請求項３又は４記載の薄板凹凸部材の製造装置において、前記第１、第２のスライドプレートが摺動する前記ラムにはエアスライダが設けられていることを特徴とする薄板凹凸部材の製造装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１記載の薄板凹凸部材の製造装置において、前記上型の下部には、弾性部材を介してストリッパープレートが設けられていることを特徴とする薄板凹凸部材の製造装置。
【請求項７】
駆動源にサーボモータを用い、第１のピストンの出力をパスカルの原理を用いて増大して第２のピストンを駆動し、該第２のピストンによって昇降するラムによって、上型及び下型の間にある薄板を押圧して薄板凹凸部材を製造する方法であって、
前記サーボモータを駆動して、前記ラムを下降させて、該ラムと前記第２のピストンの第２のシリンダロッドの間に隙間を形成させる第１工程と、
前記第１のピストンに連動させて、前記第２のピストンを作動し、前記ラムに荷重を加え、前記薄板の凹凸加工を行う第２工程とを有することを特徴とする薄板凹凸部材の製造方法。
【請求項８】
請求項７記載の薄板凹凸部材の製造方法において、前記第２工程では、前記ラムと前記第２のシリンダロッドとの隙間に対となる第１、第２のスライドプレートを配置して、前記第２のピストンの下降時間を短縮することを特徴とする薄板凹凸部材の製造方法。
【請求項９】
請求項７又は８記載の薄板凹凸部材の製造方法において、前記第１のピストン及び前記第２のピストンは一つのシリンダブロック内に上下連続して設けられていることを特徴とする薄板凹凸部材の製造方法。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれか１記載の薄板凹凸部材の製造方法において、前記薄板凹凸部材は燃料電池用セパレータであって、前記第２工程で、前記薄板に行われる凹凸加工によって、前記燃料電池用セパレータに流路溝が形成されることを特徴とする薄板凹凸部材の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の薄板凹凸部材の製造方法において、前記第２工程で、前記流路溝の凹凸加工と同時に、前記流路溝の周囲に形成されるダミー溝の凹凸加工も行うことを特徴とする薄板凹凸部材の製造方法。
【請求項１２】
請求項１０又は１１記載の薄板凹凸部材の製造方法において、前記第２工程の前に、第１の金型装置でパイロット孔を形成するパイロット孔形成工程を、前記第２工程の後に、第３の金型装置で行われる打ち抜き工程を有することを特徴とする薄板凹凸部材の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の薄板凹凸部材の製造方法において、前記パイロット孔形成工程で、前記パイロット孔の周囲に、スリットを形成する処理も行われることを特徴とする薄板凹凸部材の製造方法。
【請求項１４】
請求項１２又は１３記載の薄板凹凸部材の製造方法において、前記薄板凹凸部材の輪郭を部分抜きして該輪郭の残りを切断して、前記薄板凹凸部材を前記第３の金型装置から抜き落とすことを特徴とする薄板凹凸部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、サーボモータによって駆動される油圧機構を用いて、燃料電池のセパレータ等の薄板凹凸部材の製造装置及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車や家庭用の小型のエネルギー源として、固体分子型燃料電池が注目されている。この固体分子型燃料電池の主要部品として、反応ガスを電極に供給し、集電を行うセパレータがある。一般的なセパレータは黒鉛を固めて切削加工されているため、生産性が劣り、製造コストが高くなるという問題がある。このようなセパレータは自動車一台につき１０００枚弱、家庭用で１００枚弱重ねて使用されているので、燃料電池は他の電池と比較して非常に高価となる。従って、燃料電池の普及を図るためには、セパレータの大幅な生産性向上、コストダウンを図る必要があった。
【０００３】
そこで、プレス加工が可能な金属性セパレータの開発が望まれ、ステンレス系とチタン系の材料を用いた金属セパレータの開発が行われている（例えば、特許文献１、２参照）。これらの材料をプレス加工によって、セパレータに成形することができれば、黒鉛製のセパレータの数十分の１のコストでセパレータを製造できることになる。
【０００４】
また、特許文献３には、１ショットプレス加工により金属薄板の両面に溝状の流路を形成してプレスプレートとし、このプレスプレートの両面に、中央部に開口を有するマスクプレートを接合したものをセパレータとして用いた固体高分子型燃料電池が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２８０４７号公報
【特許文献２】特開２００５−６３８８９号公報
【特許文献３】特開平１０−２３３２２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このセパレータの成形加工に使用するプレスは、機械式と油圧式がある。機械式にはクランクプレスとサーボプレスがあり、機械式以外には油圧式のサーボプレスがあり、それぞれ以下のような特徴を有する。
（１）クランクプレス（機械式）
プレススピードに材料の塑性変形が追従できず、材料の伸び不足や加工硬化により肉痩せや破断が発生してしまう。また、プレスを最小速度で運転しても、プレスから発生する微小な振動が材料に伝わり思うような寸法、品質が確保できない。
そのため、成形加工にはクランクプレスよりも振動が少なく制御が容易なサーボプレスを用いることが多く、一般的となっている。しかしながら、サーボプレスの場合、以下のような問題点があった。
【０００７】
（２）サーボプレス（機械式）
高推力（１００ｔ〜６００ｔ）を出すためには、プレス装置が大掛かりとなり、コスト高となる。そこで、油圧式のサーボプレスもセパレータの加工に使用されている。
【０００８】
（３）サーボプレス（油圧式）
油圧の流量や、圧力のコントロールでプレス速度、金型の位置決めが可能であり、機械式のサーボプレスよりも小型で高推力が可能となる。しかしながら、油圧ポンプを常時回転させ、タンクから作動油を大量に吸い上げ、油圧を作り続けているため、アクチュエータが停止している場合でも１００％電気エネルギーを消費し続け、更に無駄に消費したエネルギーが熱に変換され、作動油の温度を際限なく上昇させてしまうという問題がある。
【０００９】
また、油圧回路ではリリーフ弁の作動遅れや切り換え弁の操作等により油の流れが急激に変化した際、流体の運動エネルギーが圧力エネルギーに変わり、圧力の急激な変動が起き、油圧回路の故障の原因となる場合がある。
【００１０】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、従来のサーボプレス（油圧式）に比べ、遥かに小さい力で高推力を発生し、小型化、高精度、低コストを実現した成形加工を行う薄板凹凸部材の製造装置及び製造方法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】
【００１１】
前記目的に沿う第１の発明に係る薄板凹凸部材の製造装置は、プレスベッドに固定配置された下型と、ラムに固定され、かつ前記下型に対向して配置された上型と、サーボモータを動力として用い前記ラムの加圧を行う押圧駆動手段とを有する薄板凹凸部材の製造装置において、
前記押圧駆動手段は、第１の支持部材に固定配置される前記サーボモータの回転を昇降部材の直線動作に変える運動変換機構と、前記昇降部材に第２の支持部材を介して連結される第１のピストン及び該第１のピストンより大径で前記ラムの加圧を行う第２のピストンを上下直列に備え、前記第１の支持部材に連結して固定配置されたシリンダブロックを有する。
【００１２】
第１の発明に係る薄板凹凸部材の製造装置において、前記ラムの周囲には複数のガイドポストが設けられ、該ガイドポストは前記第２の支持部材に摺動可能に設けられているのが好ましい。
【００１３】
第１の発明に係る薄板凹凸部材の製造装置において、前記第２のピストンの第２のシリンダロッドと前記ラムとの間に装着される横移動可能な対となる第１、第２のスライドプレートを有するのが好ましい。
【００１４】
第１の発明に係る薄板凹凸部材の製造装置において、前記第１、第２のスライドプレートは水平方向に２分割され、前記第２のピストンの第２のシリンダロッド又は前記ラムには、前記第１、第２のスライドプレートの前進限となる位置決めストッパが設けられているのが好ましい。
【００１５】
第１の発明に係る薄板凹凸部材の製造装置において、前記第１、第２のスライドプレートが摺動する前記ラムにはエアスライダが設けられているのが好ましい。
【００１６】
そして、第１の発明に係る薄板凹凸部材の製造装置において、前記上型の下部には、弾性部材を介してストリッパープレートが設けられているのが好ましい。
【００１７】
前記目的に沿う第２の発明に係る薄板凹凸部材の製造方法は、駆動源にサーボモータを用い、第１のピストンの出力をパスカルの原理を用いて増大して第２のピストンを駆動し、該第２のピストンによって昇降するラムによって、上型及び下型の間にある薄板を押圧して薄板凹凸部材を製造する方法であって、
前記サーボモータを駆動して、前記ラムを下降させて、該ラムと前記第２のピストンの第２のシリンダロッドの間に隙間を形成させる第１工程と、
前記第１のピストンに連動させて、前記第２のピストンを作動し、前記ラムに荷重を加え、前記薄板の凹凸加工を行う第２工程とを有する。
【００１８】
なお、サーボモータは内部にエンコーダを有して、制御部に設けられたプログラムによって、所定速度で所定位置への移動を行う。また、第１、第２のピストンは油圧によって連結されれば十分であるので、第１、第２のピストンが摺動移動する部屋（シリンダ室）が分離配置され、配管によって連結することもできる。
【００１９】
第２の発明に係る薄板凹凸部材の製造方法において、前記第２工程では、前記ラムと前記第２のシリンダロッドとの隙間に対となる第１、第２のスライドプレートを配置して、前記第２のピストンの下降時間を短縮することもできる。
【００２０】
第２の発明に係る薄板凹凸部材の製造方法において、前記第１のピストン及び前記第２のピストンは一つのシリンダブロック内に上下連続して設けられているのが好ましい。
【００２１】
第２の発明に係る薄板凹凸部材の製造方法において、前記薄板凹凸部材は燃料電池用セパレータであって、前記第２工程で、前記薄板に行われる凹凸加工によって、前記燃料電池用セパレータに流路溝が形成されるのが好ましい。
【００２２】
第２の発明に係る薄板凹凸部材の製造方法において、前記第２工程で、前記流路溝の凹凸加工と同時に、前記流路溝の周囲に形成されるダミー溝の凹凸加工も行うのが好ましい。
【００２３】
第２の発明に係る薄板凹凸部材の製造方法において、前記第２工程（又は前記第１工程）の前に、第１の金型装置でパイロット孔を形成するパイロット孔形成工程を、前記第２工程の後に、第３の金型装置で行われる打ち抜き工程を有するのが好ましい。
【００２４】
第２の発明に係る薄板凹凸部材の製造方法において、前記パイロット孔形成工程で、前記パイロット孔の周囲に、スリットを形成する処理も行われるのが好ましい。
【００２５】
第２の発明に係る薄板凹凸部材の製造方法において、前記薄板凹凸部材の輪郭を部分抜きして該輪郭の残りを切断して、前記薄板凹凸部材を前記第３の金型装置から抜き落とすのが好ましい。
【発明の効果】
【００２６】
第１、第２の発明に係る薄板凹凸部材の製造装置及び製造方法においては、第２のピストンはパスカルの原理を用いて出力（正確には押圧力）が増大しているので、その分だけ第２のピストンの速度が下がり、第２のピストンの位置精度を高めることができる。
また、パスカルの原理を用いて、第２のピストンを駆動しているので、第１のピストンを駆動するサーボモータは小型でも、高出力を得ることができる。
これによって、装置を小型化でき、更に従来のように油圧ポンプを作動させるための、電気エネルギーも不要となり、大幅にコストを削減できる。
【００２７】
特に、第１の発明に係る薄板凹凸部材の製造装置においては、押圧駆動手段が、サーボモータの回転を昇降部材の直線動作に変える運動変換機構と、昇降部材に第２の支持部材を介して連結される第１のピストン及び第１のピストンより大径でラムの加圧を行う第２のピストンを上下直列に備えて固定配置されたシリンダブロックを有するので、装置自体を小型に形成できる他、第１、第２のピストンの径比を上げれば、小型のサーボモータを使用することができ、更に装置の小型化も可能となる。
【００２８】
第１の発明に係る薄板凹凸部材の製造装置において、ラムの周囲に複数のガイドポストが設けられ、ガイドポストが第２の支持部材に摺動可能に設けられている場合は、ラムが確実に水平状態を保ちながら上下動できる。
【００２９】
第１の発明に係る薄板凹凸部材の製造装置において、第２のピストンの第２のシリンダロッドとラムとの間に装着される横移動可能な対となる第１、第２のスライドプレートを設けた場合は、第２のピストンによってラムを作動させる時間の短縮が可能となり、作業効率が向上する。
【００３０】
第１の発明に係る薄板凹凸部材の製造装置において、第１、第２のスライドプレートが水平方向に２分割され、第２のピストンの第２のシリンダロッド又はラムには、第１、第２のスライドプレートの前進限となる位置決めストッパが設けられている場合は、第１、第２のスライドプレートのオーバーランを防止し、特定の位置に第１、第２のスライドプレートを配置することができる。特に、第１、第２のスライドプレートが摺動するラムにエアスライダを設けた場合には、第１、第２のスライドプレートの動きが円滑になる。
【００３１】
第１の発明（第２の発明も同じ）に係る薄板凹凸部材の製造装置において、上型の下部に、弾性部材を介してストリッパープレートが設けられていると、薄板を下型で支持した状態で成形加工ができると共に、上型上昇時も薄板に弾性力を付与し続けているため、上型上昇による薄板凹凸部材の成形不良を防ぐことができる。
【００３２】
更に、第１のピストンの直径に比較して第２のピストンの直径が大きくなるので、パスカルの原理によって、上型の上に配置されるラムの上面が受ける面圧を分散して、より均等な荷重とすることができる。
なお、上型の加圧力は、第１、第２のピストンが配置されているシリンダブロックの油圧計、又は第１のシリンダロッドに別に設けたロードセル等で測定可能であり、サーボモータと組み合わせて正確なプレス制御ができる。
【００３３】
また、第２の発明に係る薄板凹凸部材の製造方法においては、サーボモータを駆動して、ラムを下降させて、ラムと第２のピストンの第２のシリンダロッドの間に隙間を形成させる第１工程と、第１のピストンに連動させて、第２のピストンを作動し、ラムに荷重を加え、薄板の凹凸加工を行う第２工程とを有するので、正確なプレス制御ができると共に、装置の簡略化ができる。
【００３４】
また、第２の発明に係る薄板凹凸部材の製造方法において、第２工程で、ラムと第２のシリンダロッドとの隙間に対となる第１、第２のスライドプレートを配置した場合は、第２のピストンの下降時間を短縮できる。
【００３５】
第２の発明に係る薄板凹凸部材の製造方法において、第１のピストン及び第２のピストンが一つのシリンダブロック内に上下連続して設けられている場合は、装置の小型化ができ、配管等を用いていないので、動作もより正確となる。
【００３６】
第２の発明に係る薄板凹凸部材の製造方法において、薄板凹凸部材は燃料電池用セパレータであって、第２工程で、薄板に行われる凹凸加工によって、燃料電池用セパレータに流路溝が形成される場合は、セパレータの主要部を短時間にプレス加工できる。
【００３７】
第２の発明に係る薄板凹凸部材の製造方法において、第２工程で、流路溝の凹凸加工と同時に、流路溝の周囲に形成されるダミー溝の凹凸加工も行う場合は、１工程で多箇所の凹凸加工を行うことができ、生産性が向上する。
【００３８】
第２の発明に係る薄板凹凸部材の製造方法において、第２工程の前に、第１の金型装置でパイロット孔を形成するパイロット孔形成工程を、第２工程の後に、第３の金型装置で行われる打ち抜き工程を有する場合は、それぞれの金型装置をベストのコンディションで操業できるので、生産効率が上がる。
【００３９】
第２の発明に係る薄板凹凸部材の製造方法において、パイロット孔形成工程で、パイロット孔の周囲に、スリットを形成する処理も行われる場合は、爾後のプレス加工によるパイロット孔の変形や位置ずれの発生を防止できる。
【００４０】
第２の発明に係る薄板凹凸部材の製造方法において、薄板凹凸部材の輪郭を部分抜きして輪郭の残りを切断して、薄板凹凸部材を第３の金型装置から抜き落とす場合、少ない負荷でプレス操業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る薄板凹凸部材の製造装置の正面図である。
【図２】同薄板凹凸部材の製造装置の動作説明図である。
【図３】同薄板凹凸部材の製造装置の動作説明図である。
【図４】同薄板凹凸部材の製造装置の動作説明図である。
【図５】同薄板凹凸部材の製造装置の動作説明図である。
【図６】ラムが下死点に至る経過時間とラム速度を示すグラフ及び表である。
【図７】（Ａ）は同薄板凹凸部材の製造装置を一部に用いて燃料電池用セパレータを製造する方法の説明図、（Ｂ）は同方法を実施する第１の金型装置の側面図である。
【図８】（Ａ）同薄板凹凸部材の製造装置を一部に用いて燃料電池用セパレータを製造する方法の説明図、（Ｂ）は同方法を実施する第２の金型装置の側面図である。
【図９】（Ａ）は同薄板凹凸部材の製造装置を一部に用いて燃料電池用セパレータを製造する方法の説明図、（Ｂ）は同方法を実施する第３の金型装置の側面図、（Ｃ）は燃料電池用セパレータの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
続いて、添付した図面を参照しながら、本発明を具体化した実施の形態について説明する。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る薄板凹凸部材の製造装置１０は、固定配置された板状の第１の支持部材１１と、第１の支持部材１１に４本の断面円形の支持ロッド１２を介して連結されるシリンダブロック１４とを有している。なお、第１の支持部材１１は図示しない固定フレームに取り付けられて、上下動はしない。
【００４３】
シリンダブロック１４には、第１のピストン１６と、第１のピストン１６の外径より大きな直径（例えば、５〜１２倍）を有する第２のピストン１７が上下直列に連続して設けられ、第１のピストン１６の下降によってシリンダブロック１４内の油１４ａを加圧し、第２のピストン１７をパスカルの原理により押圧力を増大して加圧するようになっている。
【００４４】
第１のピストン１６の上側は第１のシリンダロッド１８を構成し、その上端部は板状で第１の支持部材１１より幅広の第２の支持部材１９に固定されている。第２の支持部材１９は、ブッシュ２０を介して周囲を４本の支持ロッド１２に摺動可能に設けられ、水平状態を保ちながら上下動できる構造となっている。
【００４５】
第１の支持部材１１の中央上部には駆動源となるサーボモータ２１が出力軸を下向きにして搭載（固定配置）されている。この出力軸には図示しないボールねじが連結され、ボールねじには昇降部材２２の内側に固定されているナットが螺合している。昇降部材２２の下部は第２の支持部材１９に固定され、上部は第１の支持部材１１の内筒２３内を上下に摺動移動可能となっている。なお、ボールねじ及びナットを有して回転運動を直線運動に変える運動変換機構が構成され、サーボモータ２１を回転させると、昇降部材２２、これに連結される第１のピストン１６と第２の支持部材１９とが昇降する。ここで、運動変換機構、第１のシリンダロッド１８、第１のピストン１６、第２のピストン１７、第２のシリンダロッド３０、及びシリンダブロック１４を備えて、サーボモータ２１を動力としてラム２７の加圧を行う押圧駆動手段が構成される。
【００４６】
第２の支持部材１９の周囲には４本（複数）のガイドポスト２５がブッシュ２６を介して摺動可能に設けられ、ガイドポスト２５の下端にはラム（プレート）２７が設けられている。なお、ラム２７の周囲にガイドポスト２５の下端が固定されている。ラム２７の底部には上型２８が一体となって設けられ、上型２８に対向して対となる下型２９が図示しないプレスベッドの上に固定配置されている。なお、シリンダブロック１４、ラム２７、上型２８及び下型２９は原則軸心を合わせて配置されている。
また、ガイドポスト２５の頂部にはストッパ２５ａが設けられ、ガイドポスト２５に対して第２の支持部材１９が一定位置で固定されるようになっている。
【００４７】
ラム２７の中央上部には、第２のピストン１７に直接固定された第２のシリンダロッド３０が隙間Ｃを有して配置され、この隙間Ｃが一定以上の場合、第２のシリンダロッド３０とラム２７の間に、水平方向に二分割された対となる第１、第２のスライドプレート３２、３３が挿入できる構造となっている。ラム２７の上側で、第１、第２のスライドプレート３２、３３が左右方向に摺動移動する領域は上方向に空気を吹き出すエアスライダ（図示しない）が形成されている。また、第１、第２のスライドプレート３２、３３は両側に図示しないエアシリンダが設けられ、左右方向（図１にＷで示す）に移動可能となっている。
【００４８】
第２のシリンダロッド３０の下端中央又はラム２７の上側中央には、第１、第２のスライドプレート３２、３３が当接可能な位置決めストッパが設けられ、第１、第２のスライドプレート３２、３３はラム２７の幅方向中央位置（即ち、前進限）で止まるようになっている。なお、第１、第２のスライドプレート３２、３３の端部にはこの位置決めストッパが入り込む切欠きが設けられている。
【００４９】
シリンダブロック１４は第１のピストン１６が嵌入する小径筒部３５と、第２のピストン１７が嵌入する大径筒部３６が形成されている。第２のシリンダロッド３０の直径は、大径筒部３６の内径より小さく、第２のピストン１７の下方で大径筒部３６の内部に環状空間３７を有し、この環状空間３７には図示しないスプリング（弾性部材の一例）が配置され、大径筒部３６の下部には環状板３９が設けられ、環状空間３７内に収納されたスプリングを下方より支持している。このスプリングによって第２のピストン１７は常時上方に付勢されている。
【００５０】
図１の拡大図に示すように、上型２８と下型２９との間には薄板凹凸部材４０（図５参照）となる薄板４１が配置され、上型２８には凸部４２が下方に突出して形成され、下型２９には凸部４２と対となる凹部４３が形成されている。
上型２８の下部には、薄板４１を押圧するストリッパープレート４４が弾性部材の一例であるスプリング４５を介して設けられ、プレス加工が終わって上型２８が上昇する場合に、製品となった薄板凹凸部材４０が上型２８に連れて上昇しないようになっている。
【００５１】
続いて、図２〜図５を参照して、本発明の一実施の形態に係る薄板凹凸部材の製造装置１０の作用及び製造方法について説明する。
図２に示すようにサーボモータ２１を回転させて、昇降部材２２を上昇させ、第１、第２のピストン１６、１７を上昇させる。これによって、第２のシリンダロッド３０とラム２７との間には隙間が形成されると共に、上型２８と下型２９の間にも十分な隙間が形成される。なお、この状態がラム２７の上死点となる。
【００５２】
次に、図３に示すように、サーボモータ２１を回転して、昇降部材２２を下げると、第２の支持部材１９が下がり、これに伴いラム２７及び上型２８が一定距離下がる。このとき、第１のピストン１６も下降するが、第２のピストン１７の降下量は、Ｓ１／Ｓ２（Ｓ１は第１のピストン１６の断面積、Ｓ２は第２のピストン１７の断面積）となって僅少となり、ラム２７と第２のシリンダロッド３０との間に大きな隙間Ｃが形成される。
【００５３】
この状態で、第２のシリンダロッド３０とラム２７の隙間Ｃの間に、第１、第２のスライドプレート３２、３３を入れる。第１、第２のスライドプレート３２、３３は図示しないエアシリンダによって駆動され、中央に設けられた図示しない位置決めストッパによって左右均等状態で配置される。なお、隙間Ｃは図示しない距離センサ又はリミットスイッチによって上位置が検知され、隙間Ｃが十分にある状態で、第１、第２のスライドプレート３２、３３が挿入される構造となっている。なお、この第１、第２のスライドプレート３２、３３は第２のピストン１７の移動距離を短く（下降時間を短縮）するために使用する。
【００５４】
図４は第１、第２のスライドプレート３２、３３が第２のシリンダロッド３０とラム２７の間に配置された状態を示す。この時点で、サーボモータ２１を所定方向に回転させると、更に昇降部材２２が下がり、第２の支持部材１９を下降させ、合わせて第１のピストン１６も下降させる。このとき、第２の支持部材１９の周囲にブッシュ２６が設けられているため、下がり続けることが可能である。第１のピストン１６が下降すると、第２のピストン１７がパスカルの原理に従って下降し、その押圧力はＳ２／Ｓ１に増大される。これによって、ラム２７に荷重が加えられる。なお、ラム２７の下死点前であって、第２のシリンダロッド３０がラム２７に荷重を加える前は、上型２８は、ラム２７、第１、第２のスライドプレート３２、３３、ガイドポスト２５の自重より大きい弾性力を有するストリッパープレート４４のスプリング４５によって支えられ、静止した状態となっている。
【００５５】
次に、第２のシリンダロッド３０がラム２７に荷重を加え、薄板４１への成形加工（凹凸加工）が開始された状態を、図５に示すが、上型２８の凸部４２が下型２９の凹部４３に部分的に嵌入し、薄板凹凸部材４０が形成されている。なお、ラム２７の下死点はリミットスイッチ、又は距離センサによって測定するか、シリンダブロック１４内の油１４ａの圧力を検知して行う。この様子を図６に示すが、開始してから１１秒後にラム２７の下死点となって成形加工を完了している。このように、ラム２７の下死点付近で成形スピードを遅くすることで、より成形加工の精度を高めることができる。
【００５６】
次に、サーボモータ２１を逆転させると、上型２８が上昇するが、薄板凹凸部材４０はストリッパープレート４４によって保持されているので、凸部４２に引き連れられて上がることはない。上型２８と下型２９の隙間を十分に確保した後、薄板凹凸部材４０を取り出して、一つの加工工程が終了する。
【００５７】
続いて、この薄板凹凸部材の製造装置１０を一部の工程に用いた薄板凹凸部材の一例である燃料電池用セパレータ４７（図９参照）の製造方法を説明する。
図７〜図９に示すように、燃料電池用セパレータ４７を形成する薄板４８は、厚みが例えば、０．３〜０．７ｍｍ程度のステンレス、チタン板等からなって、幅は燃料電池用セパレータ４７の縦幅より十分広くなっている。
【００５８】
図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、リール巻き解き装置４８ａから徐々に巻き解かれた薄板４８には、第１の金型装置５０によって、２つのパイロット孔（円形孔）５１、５３が所定ピッチで形成される（パイロット孔形成工程）。ここで、所定ピッチは燃料電池用セパレータ４７の横幅より広く（例えば、１．１〜１．３倍）形成される。そして、この第１の金型装置５０では、薄板４８が順送りされて、薄板４８の縦幅方向両側に形成されているパイロット孔５１、５３の周囲にそれぞれスリット５５〜５７が形成される。ここで、スリット５５、５６、５７は直線状となっている。
【００５９】
このようにスリット５５〜５７を設けることによって、後続する工程で薄板４８の他の部分にプレス加工を行った場合の歪や変形をパイロット孔５５、５６に与えないようにすることができる。
なお、第１の金型装置５０はクランク機構の通常のプレス装置、油圧駆動又はサーボモータ駆動の通常のプレス装置が適用される。この第１の金型装置５０によって加工された薄板４８は巻き取り装置５８でリール巻される。
【００６０】
次に、図８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、薄板凹凸部材の製造装置（第２の金型装置）１０を用いて、パイロット孔５１、５３を基準にして、薄板４８に、中央の流路溝５９（詳細は図９（Ｃ）参照）、上下（縦幅方向両側）のダミー溝からなる補強リブ６０、６７、左右（横幅方向両側）のダミー溝からなる補強リブ６８、７１の凹凸加工を同時に行う。
この場合、流路溝５９とダミー溝（補強リブ６０、６７、６８、７１）の凹凸加工を同時に行うため、流路溝加工時に薄板４８が中央に引き伸ばされることをダミー溝加工によって防止している。更に、縦幅方向両側に補強リブ６０、６７を形成することで、薄板４８に剛性を持たせることができ、第３の金型装置７８での材料の供給や送りが容易となる。なお、図８（Ｂ）において、７５は薄板４８の巻き解き装置を、７６は薄板４８の巻き取り装置を示す。
【００６１】
続いて、図９（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、ステーションａ〜ｅを備える第３の金型装置７８によって、流路溝５９の周囲に燃料電池用セパレータ４７の輪郭を形成するスロット（部分抜き）の打ち抜き加工を順次行う。即ち、ステーションａでは、流路溝５９の上下（縦幅方向両側）にセパレータ積層用の貫通孔８０、８１（それぞれ３つ）と、流路溝５９の幅方向両側に第１、第２のスロット（長孔）８２、８３を形成する。なお、第３の金型装置７８は、第１の金型装置５０と同様に通常のプレス装置が適用される。
【００６２】
ステーションｂでは、流路溝５９の端部に形成された延長溝８４、８５に連結する水素又は酸素の供給孔８６、８７を形成すると同時に、燃料電池用セパレータ４７の上下の輪郭を形成する第３、第４のスロット（ブランク）８８、８９を打ち抜き形成する。
ステーションｃでは、第１、第２のスロット８２、８３の上下に、第５〜第７のスロット（長孔）９０〜９３を形成する。ステーションｄは何も打ち抜き加工をしないアイドルステションである。
【００６３】
ステーションｅでは、第３、第４のスロット８８、８９と第５〜第７のロット９０〜９３の連結部分（即ち、輪郭の残り、これによって、燃料電池用セパレータ４７の輪郭を形成する）を抜き落として、図９（Ｃ）に示す燃料電池用セパレータ４７を形成する。図９（Ｂ）はステーションａ〜ｅを備えた第３の金型装置７８を示すが、薄板４８の供給は巻き解き装置９５から行われている。第３の金型装置７８から排出される残り材はスクラップとして処理される。このようにセパレータの輪郭を形成することで、流路溝加工時の残留応力を徐々に開放することができ、セパレータの変形を防止している。
なお、第３の金型装置７８において、各ステーションａ〜ｃ内の打ち抜き加工の順番を変えることは可能である。
【００６４】
この実施の形態に係る燃料電池用セパレータ４７の製造方法においては、第１〜第３の金型装置５０、１０、７８を用いているので、各金型装置５０、１０、７８の作業時間を最適に設定でき、全体として最少の時間で燃料電池用セパレータ４７の製造を行うことができる。この燃料電池用セパレータの製造においては、更に小型のプレスで対応でき、セパレータの流路溝のデザインが変更になった場合は、第２の金型装置内の金型のみの変更で対応できる。
また、第１〜第３の金型装置５０、１０、７８に供給する薄板４８は巻き解き装置から供給し、第１、第２の金型装置５０、１０から巻き取り装置によって巻き取られているので、各金型装置５０、１０、７８の操業時間も変えることができる。
【００６５】
本発明は前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲でその構成を変更することもできる。例えば、図６に示すように、成形スピードを２段階に調整して成形加工を行う場合に限らず、複数段階に調整してもよく、下死点前でラムを上昇させた後、ラムを下死点まで下降させて成形加工を行ってもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１０：薄板凹凸部材の製造装置（第２の金型装置）、１１：第１の支持部材、１２：支持ロッド、１４：シリンダブロック、１４ａ：油、１６：第１のピストン、１７：第２のピストン、１８：第１のシリンダロッド、１９：第２の支持部材、２０：ブッシュ、２１：サーボモータ、２２：昇降部材、２３：内筒、２５：ガイドポスト、２５ａ：ストッパ、２６：ブッシュ、２７：ラム、２８：上型、２９：下型、３０：第２のシリンダロッド、３２：第１のスライドプレート、３３：第２のスライドプレート、３５：小径筒部、３６：大径筒部、３７：環状空間、３９：環状板、４０：薄板凹凸部材、４１：薄板、４２：凸部、４３：凹部、４４：ストリッパープレート、４５：スプリング、４７：燃料電池用セパレータ、４８：薄板、４８ａ：リール巻き解き装置、５０：第１の金型装置、５１、５３：パイロット孔、５５〜５７：スリット、５８：巻き取り装置、５９：流路溝、６０、６７、６８、７１：補強リブ、７５：巻き解き装置、７６：巻き取り装置、７８：第３の金型装置、８０、８１：貫通孔、８２：第１のスロット、８３：第２のスロット、８４、８５：延長溝、８６、８７：供給孔、８８：第３のスロット、８９：第４のスロット、９０〜９３：第５〜第８のスロット、９５：巻き解き装置
【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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