(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周辺に平坦部を有し、周辺を除く部分はガス流路となる凸部及び凹部を有する固体高分子型燃料電池用セパレータの成形において、軸方向にテーパ又は段差、かつ周方向にロール半径の変化又は段差を設けて、成形対象の金属板の該周辺の平坦部に接する部分が、成形対象の金属板の板厚の１０％もしくは５０μｍのどちらか小さいほうの値以上、ロール半径方向外側に突出した、１対の金型ロールを用いて平坦部を圧延し、凹凸形状部と平坦部の塑性変形量の違いを小さくし、反りを無くすとともに、平坦部の外側にある段差部分に選択的にしわを生じさせるように成形することを特徴とするしわ又は反りのない凹凸形状板のロール成形方法。
【請求項２】
凹凸形状の角に相当する位置に穴を空けた金属板をロール成形することを特徴とする請求項１記載のしわ又は反りのない凹凸形状板のロール成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平坦な金属材料に凹凸形状をロール成形する際に、成形不具合であるしわ又は反りのない凹凸形状を有する金属板を製造する為の成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば固体高分子型燃料電池は、水素の流路を持つセパレータ、燃料極、固体高分子膜、空気（酸素）極、空気（酸素）の流路を持つセパレータよりなるサンドイッチ構造単セルとして、実際には必要とする電力を取り出す為にこの単セルを積層したスタックが用いられる。したがって、セパレータの両面は独立した流路を持ち、片面が水素、もう一方の片面が空気および生成した水の流路となる。また、セパレータには高い導電性や機械強度なども求められ、このような要求を満たす為に、金属などの導電性の板材に流路凹凸形状を形成した板をセパレータとして使用することが考えられる。
【０００３】
冷却用水溶液の沸点以下の領域で稼働する固体高分子型燃料電池の構成材料としては、温度がさほど高くないこと、その環境下で耐食性・耐久性を十分に発揮させることが可能であること、さらに、任意の流路形状を形成するため炭素系の材料を切削加工などにより加工して使用されてきているが、より低コスト化や小型化、すなわちセパレータの薄肉化を目指してステンレス鋼やチタンの適用に関する技術開発が進んでいる。
【０００４】
従来、燃料電池用ステンレス鋼としては、例えば特許文献１に開示されているように、高い耐食性が要求される溶融炭酸塩環境で稼働する燃料電池用ステンレス鋼がある。
また、特許文献２などに開示されているように、数百度の高温で稼働する固体電解質型燃料電池用ステンレス鋼の発明がなされてきた。
さらに、特許文献３には、単位電池の電極との接触抵抗の小さい燃料電池用セパレータを得ることを目的に、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を張出し成形（プレス成形ともいう）することにより、内周部に多数個の凹凸からなる膨出成形部を形成し、膨出成形部の膨出先端側端面に０．０１〜０．０２μｍの厚さの金メッキ層を形成したことを特徴とする燃料電池用セパレータが開示され、その使用法として燃料電池を形成する際に燃料電池用セパレータを積層された単位電池の間に介在させ、単位電池の電極と膨出成形部の膨出先端側端面に形成された金メッキ層とが当接するように配設し、燃料電池用セパレータと電極との間に反応ガス通路を画成する技術が開示されている。
また、特許文献４では、反りを防止する為に、セパレータの流路となる凹凸部以外の平坦部にも凹凸部を設ける技術が開示されている。
【特許文献１】特開平４−２４７８５２号公報、
【特許文献２】特開平６−２６４１９３号公報
【特許文献３】特開平１０−２２８９１４号公報
【特許文献４】特開２００３−３３８２９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的に金属材料において耐食性と延性はトレードオフの関係にある。例えば、長期信頼性向上のためにＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏなど合金組成を上げたステンレス鋼は、ＳＵＳ３０４に比べ加工性が低下する。このためセパレータの流路凹凸形状をしわ又は反りなく成形することは困難である。
本発明は成形中に生ずるしわ及び反りを任意に制御することにより、例えば固体高分子型セパレータのような周りに平坦部を有する凹凸形状板をしわ、反りなく成形する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の課題を解決するため、種々の金型形状、成形条件の解析、試作を通じて詳細に検討した結果、本発明を完成させたもので、その要旨とするところは以下の通りである。
（１）周辺に平坦部を有し、周辺を除く部分はガス流路となる凸部及び凹部を有する固体高分子型燃料電池用セパレータの成形において、軸方向にテーパ又は段差、かつ周方向にロール半径の変化又は段差を設けて、成形対象の金属板の該周辺の平坦部に接する部分が、成形対象の金属板の板厚の１０％もしくは５０μｍのどちらか小さいほうの値以上、ロール半径方向外側に突出した、１対の金型ロールを用いて平坦部を圧延し、凹凸形状部と平坦部の塑性変形量の違いを小さくし、反りを無くすとともに、平坦部の外側にある段差部分に選択的にしわを生じさせるように成形することを特徴とするしわ又は反りのない凹凸形状板のロール成形方法。
（２）凹凸形状の角に相当する位置に穴を空けた金属板をロール成形することを特徴とする（１）記載のしわ又は反りのない凹凸形状板のロール成形方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の凹凸形状板ロール成形方法は、周りに平坦部を有する凹凸形状板、例えば固体高分子型燃料電池用セパレータなどをしわ及び反りを生ずることなく成形する技術として極めて有効なものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、本発明の詳細について説明する。
本発明に係る成形ロールの例を図１に示す。
本発明者らは、周辺に平坦部を有し、周辺を除く部分はガス流路となる凸部及び凹部を有する固体高分子型燃料電池用セパレータの成形において、図１に示したように１対の金型ロール（成形ロールともいう）３、４の軸方向及び／又は周方向に段差又はテーパを設けることにより、金属板のセパレータ流路溝近傍の平坦部を圧延し、凹凸形状部と平坦部の塑性変形量の違いを小さくし反りを無くすとともに、段差部分に選択的にしわを生じさせることができることを見出した。図１では軸方向及び周方向に段差を設けているが、何れかでも効果を得ることができる。
段差は段差部分に選択的にしわを生じさせるためには板厚の１０％もしくは５０μｍのどちらか小さいほうの値以上が好ましく、成形ロールの剛性を確保するためには必要以上に段差を大きくとらないことが好ましい。
また、金属材料にロール成形前に、しわが生じても構わない箇所、例えば図２に示したような凹凸形状の角に相当する位置である水素及び酸素の供給及び排出用の切抜き加工位置に予め穴を空け、機械強度的に周りに劣る部分を設けることにより、しわの発生位置を制御することも可能である。さらに、成形ロールに設けた段差又はテーパと前記予穴加工を組み合わせることにより、しわの発生箇所をより限定できることも見出した。
本発明において、金属材料として、各種表面処理鋼板、ステンレス鋼、チタン等を使用することができる。
【実施例】
【０００９】
金型ロール３、４の軸方向の寸法Ａ＝１６０ｍｍ、Ｂ＝１００ｍｍ、弧長Ｃ＝１６０ｍｍ、段差１ｍｍ、セパレータ流路溝金型部１、２の寸法□１００mmの金型を製作した。金型ロール３、４の材質はＳＫＤ１１、被加工材はオーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３１６、板厚０．２ｍｍとした。
金属材料のセパレータ流路溝□１００ｍｍの４つの頂点に相当する位置に、φ３ｍｍの穴を空けた後、ロール成形を行った。その後、セパレータ流路溝□１００ｍｍの四隅に水素・酸素用供給・排出口８として□１０ｍｍの穴を空け、さらに、被加工材をセパレータ流路溝□１００ｍｍを中心として□１４０ｍｍに切断した。これにより、しわ及び反りのない固体高分型燃料電池用のセパレータが成形できた。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のうち、金型ロールの例を示す模式図である。
【図２】本発明により製作した固体高分子型燃料電池用のセパレータの例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００１１】
１：セパレータ流路溝金型部（上ロール）
２：セパレータ流路溝金型部（下ロール）
３：上金型ロール
４：下金型ロール
５：金属材料
６：固体高分子型燃料電池用セパレータ
７：流路凹凸形状部
８：水素・酸素用供給・排出口
【図１】
0004648639.tif 000002
【図２】
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