(57)【要約】【課題】  凹凸形状成形時における材料の延性を確保して、精細かつ正確な凹凸形状を成形するコルゲート成形装置、方法および同方法によって形成した燃料電池用メタルセパレータを提供すること。【解決手段】  コルゲート成形装置Ａは、スライドテーブル１４に組み付けられたラックツール１５およびシャフト１７に回転に伴って回転するピニオンツール１６を成形部材として備えている。また、装置Ａは、テーブル１４に一体的に組み付けられた送りラック２１と歯合する送りピニオンギア２２を変位同期機構として備えている。そして、ハンドル１９が回転操作されると、同回転力が送りギア２２からラック２１に伝達されて、ツール１５が軸線方向へ変位するとともに、この変位と同期してツール１６が回転する。これにより、薄肉金属板Ｚに対して、延性割れや反りを低減して、連続的な凹部と凸部を成形することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄肉金属板に筋状の凹凸形状を成形するコルゲート成形装置であって、
前記薄肉金属板をその表裏方向にて互いに所定の隙間を有して噛み合い、前記薄肉金属板の幅方向にて筋状の凹部および凸部を連続的に成形する一対の成形部材と、
前記一対の成形部材の成形に係る互いの変位を同期させる変位同期機構とを備えたことを特徴とするコルゲート成形装置。
【請求項２】
請求項１に記載したコルゲート成形装置において、
前記一対の成形部材は、一対のラック形状とピニオンギア形状とから構成されることを特徴とするコルゲート成形装置。
【請求項３】
請求項２に記載したコルゲート成形装置において、
前記ピニオンギア形状は、その軸線方向に垂直な断面における歯形が略台形状であり、前記ラック形状は、その軸線方向に平行な断面における歯形が略台形状であることを特徴とするコルゲート成形装置。
【請求項４】
請求項２に記載したコルゲート成形装置において、
前記ピニオンギア形状は、その軸線方向に垂直な断面における歯形がインボリュート歯形であり、前記ラック形状は、その軸線方向に平行な断面における歯形がインボリュート歯形であることを特徴とするコルゲート成形装置。
【請求項５】
請求項１に記載したコルゲート成形装置において、
前記変位同期機構は、前記一対の成形部材の変位と一体的に変位するギア機構で構成されることを特徴とするコルゲート成形装置。
【請求項６】
請求項５に記載したコルゲート成形装置において、
前記ギア機構は、互いに歯合する一対のラックとピニオンギアとから構成されるギア構造であることを特徴とするコルゲート成形装置。
【請求項７】
請求項１に記載したコルゲート成形装置において、
前記一対の成形部材の噛み合い部分に供給される薄肉金属板を前記一対の成形部材のうちの一方側へ接触させる押え機構を備えたことを特徴とするコルゲート成形装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のうちのいずれか一つに記載したコルゲート成形装置において、前記薄肉金属板は、鋼板に潤滑皮膜を形成した潤滑鋼板であることを特徴とするコルゲート成形装置。
【請求項９】
薄肉金属板に筋状の凹凸形状を成形するコルゲート成形方法であって、
薄肉金属板を、その表裏方向にて互いに所定の隙間を有して噛み合うことにより前記薄肉金属板の幅方向にて筋状の凹部および凸部を連続的に成形する一対の成形部材にセットするためのセット工程と、
前記セット工程にてセットした前記薄肉金属板を前記一対の成形部材の噛み合い部分に順次供給し、前記一対の成形部材を互いに同期させながら前記薄肉金属板に筋状の凹部および凸部を連続的に成形するための成形工程と、
前記成形工程によって連続的に凹部と凸部が成形された薄肉金属板を取り出すための取出し工程とを備えたことを特徴とするコルゲート成形方法。
【請求項１０】
請求項９に記載したコルゲート成形方法において、
前記成形工程にて、前記一対の成形部材の噛み合い部分に供給される薄肉金属板を前記一対の成形部材のうちの一方側へ接触させながら前記薄肉金属板に筋状の凹部および凸部を連続的に成形するようにしたことを特徴とするコルゲート成形方法。
【請求項１１】
請求項９または請求項１０に記載したコルゲート成形方法において、
前記取出し工程後、さらに、前記筋状の凹部および凸部が連続的に成形された薄肉金属板に対して最終的に連続的な凹部と凸部を成形するための決め押し工程を備えたことを特徴とするコルゲート成形方法。
【請求項１２】
請求項９ないし請求項１１のうちのいずれか一つに記載したコルゲート成形方法において、
前記一対の成形部材は、一対のラック形状とピニオンギア形状とから構成されることを特徴とするコルゲート成形方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載したコルゲート成形方法において、
前記ピニオンギア形状は、その軸線方向に垂直な断面における歯形が略台形状であり、前記ラック形状は、その軸線方向に平行な断面における歯形が略台形状であることを特徴とするコルゲート成形方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載したコルゲート成形方法において、
前記ピニオンギア形状は、その軸線方向に垂直な断面における歯形がインボリュート歯形であり、前記ラック形状は、その軸線方向に平行な断面における歯形がインボリュート歯形であることを特徴とするコルゲート成形方法。
【請求項１５】
請求項９ないし請求項１１のうちのいずれか一つに記載したコルゲート成形方法において、
前記成形工程にて、前記一対の成形部材は、同一対の成形部材の変位と一体的に変位するギア機構によって同期されることを特徴とするコルゲート成形方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載したコルゲート成形方法において、
前記ギア機構は、互いに歯合する一対のラックとピニオンギアから構成されるギア構造であることを特徴とするコルゲート成形方法。
【請求項１７】
前記薄肉金属板は、鋼板に潤滑皮膜を形成した潤滑鋼板である請求項９ないし請求項１６のうちのいずれか一つに記載したコルゲート成形方法。
【請求項１８】
多数の筋状の凹部と凸部が成形されて構成される燃料電池用メタルセパレータであって、
薄肉金属板からなるメタルセパレータ素材を、その表裏方向にて互いに所定の隙間を有して噛み合うことにより前記メタルセパレータ素材の幅方向にて筋状の凹部および凸部を連続的に成形する一対の成形部材にセットするためのセット工程と、
前記セット工程にてセットした前記メタルセパレータ素材を前記一対の成形部材の噛み合い部分に順次供給し、前記一対の成形部材を互いに同期させながら前記メタルセパレータ素材に筋状の凹部および凸部を連続的に成形するための成形工程と、
前記成形工程によって連続的に凹部と凸部が成形されたメタルセパレータ素材を取り出すための取出し工程とを備えたコルゲート成形方法によって前記多数の筋状の凹部と凸部が成形されることを特徴とする燃料電池用メタルセパレータ。
【請求項１９】
請求項１８に記載した燃料電池用メタルセパレータにおいて、
前記コルゲート成形方法が、前記成形工程にて、前記一対の成形部材の噛み合い部分に供給されるメタルセパレータ素材を前記一対の成形部材のうちの一方側へ接触させながら前記メタルセパレータ素材に筋状の凹部および凸部を連続的に成形することを特徴とする燃料電池用メタルセパレータ。
【請求項２０】
請求項１８または請求項１９に記載した燃料電池用メタルセパレータにおいて、
前記コルゲート成形方法は、
前記取出し工程後、さらに、前記筋状の凹部および凸部が連続的に成形されたメタルセパレータ素材に対して最終的に連続的な凹部と凸部を成形するための決め押し工程を備えていることを特徴とする燃料電池用メタルセパレータ。
【請求項２１】
請求項１８ないし請求項２０のうちのいずれか一つに記載した燃料電池用メタルセパレータにおいて、
前記コルゲート成形方法に用いられる前記一対の成形部材は、一対のラック形状とピニオンギア形状とから構成されていることを特徴とする燃料電池用メタルセパレータ。
【請求項２２】
請求項２１に記載した燃料電池用メタルセパレータにおいて、
前記コルゲート成形方法に用いられるピニオンギア形状は、その軸線方向に垂直な断面における歯形が略台形状であり、
前記コルゲート成形方法に用いられるラック形状は、その軸線方向に平行な断面における歯形が略台形状であることを特徴とする燃料電池用メタルセパレータ。
【請求項２３】
請求項２１に記載した燃料電池用メタルセパレータにおいて、
前記コルゲート成形方法に用いられるピニオンギア形状は、その軸線方向に垂直な断面における歯形がインボリュート歯形であり、前記コルゲート成形方法に用いられるラック形状は、その軸線方向に平行な断面における歯形がインボリュート歯形であることを特徴とする燃料電池用メタルセパレータ。
【請求項２４】
請求項１８ないし請求項２０のうちのいずれか一つに記載した燃料電池用メタルセパレータにおいて、
前記コルゲート成形方法に用いられる前記一対の成形部材は、同一対の成形部材の変位と一体的に変位するギア機構によって同期されることを特徴とする燃料電池用メタルセパレータ。
【請求項２５】
請求項２４に記載した燃料電池用メタルセパレータにおいて、
前記コルゲート成形方法に用いられる前記ギア機構は、互いに歯合する一対のラックとピニオンギアから構成されるギア構造であることを特徴とする燃料電池用メタルセパレータ。
【請求項２６】
前記メタルセパレータ素材は、鋼板に潤滑皮膜を形成した潤滑鋼板である請求項１８ないし請求項２５のうちのいずれか一つに記載した燃料電池用メタルセパレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数の筋状の凹凸形状を成形するコルゲート成形装置およびコルゲート成形方法に関し、特に、薄肉金属板に多数の筋状の凹凸形状を成形するコルゲート成形装置およびコルゲート成形方法、並びにコルゲート成形方法によって多数の筋状の凹凸形状が形成された燃料電池用メタルセパレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従前から、コンパクトであり、かつ、発電効率が高い燃料電池の開発が求められている。例えば、固体高分子燃料電池は、燃料流路を有するセパレータ、燃料極、固体高分子膜、空気極および空気流路を有するセパレータからなるサンドイッチ構造の単セルを多数積層したスタックから構成される燃料電池である。この固体高分子燃料電池において、電池自体のコンパクト化および発電効率の高効率化を達成する手段としては、例えば、以下の手段が挙げることができる。すなわち、電池自体をコンパクトにする手段としては、例えば、２枚のセパレータを薄肉化することが挙げられる。また、発電効率を高める手段としては、例えば、燃料と空気の反応を促進するために、燃料および空気の流路を細かく画成することが挙げられる。
【０００３】
これらの手段を実現するために、従来から、例えば、下記特許文献１に示すように、周辺に平坦部を有し、多数の筋状の凹凸部分が形成された固体高分子型燃料電池用セパレータの製造装置および同製造装置を用いた固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法は知られている。この従来の製造装置は、予備成形として材料に連続的な凸部と凹部の繰り返し断面形状を成形するために凹凸加工された上下一対の予備成形用圧下ロールを前段工程に備えるとともに、最終的な凸部と凹部の繰り返し断面形状を成形するために凹凸加工された上下一対の最終成形用圧下ロールを後段工程に備えている。そして、この従来の製造装置は、上下一対の予備成形用圧下ロールおよび上下一対の最終成形用圧下ロールを回転させることにより、凹凸形状が材料に転写されて、連続的な凸部と凹部の繰り返し断面形状を有するセパレータを製造するようになっている。
【特許文献１】特開平２００２−３１３３５４号公報
【０００４】
しかしながら、上記従来の製造装置および製造方法においては、周辺に平坦部を有した状態で、略中央部分にて材料に連続的な凸部と凹部の繰り返し断面形状を成形するため、断面形状成形部分（特に、平坦部と断面形状成形部分との境界）にて大きなひずみが発生、蓄積して延性割れを生じる場合がある。この延性割れは、特に、精細な凹凸形状を成形する場合に顕著に表れる可能性が高い。このため、延性割れを回避して精細な凹凸形状を成形する場合には、例えば、多段工程すなわち多段の予備成形工程を組むなどの対策が必要であり、製造コストが高くなる場合がある。
【発明の開示】
【０００５】
本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、凹凸形状成形時における材料の延性を確保して、精細かつ正確な凹凸形状を成形するコルゲート成形装置およびコルゲート成形方法、並びに、コルゲート成形方法によって多数の筋状の凹凸を形成した燃料電池用メタルセパレータを提供することにある。
【０００６】
本発明は、薄肉金属板に筋状の凹凸形状を成形するコルゲート成形装置、コルゲート成形方法およびコルゲート成形方法によって成形される燃料電池用メタルセパレータを改良しようとするものである。
【０００７】
本発明の特徴は、次のようにしたことにある。薄肉金属板（メタルセパレータ素材）を、その表裏方向にて互いに所定の隙間を有して噛み合うことにより前記薄肉金属板（メタルセパレータ素材）の幅方向にて筋状の凹部および凸部を連続的に成形する一対の成形部材にセットする。セットした前記薄肉金属板（メタルセパレータ素材）を前記一対の成形部材の噛み合い部分に順次供給し、前記一対の成形部材を互いに同期させながら前記薄肉金属板（メタルセパレータ素材）に筋状の凹部および凸部を連続的に成形する。連続的に凹部と凸部が成形された薄肉金属板（メタルセパレータ素材）を取り出す。この場合、前記一対の成形部材の噛み合い部分に供給される薄肉金属板を前記一対の成形部材のうちの一方側へ接触させながら前記薄肉金属板（メタルセパレータ素材）に筋状の凹部および凸部を連続的に成形するようにするとよい。また、この場合、前記筋状の凹部および凸部が連続的に成形された薄肉金属板（メタルセパレータ素材）に対して最終的に連続的な凹部と凸部を成形するとよい。さらに、これらの場合、前記薄肉金属板（メタルセパレータ素材）は、鋼板に潤滑皮膜を形成した潤滑鋼板であるとよい。
【０００８】
これらによれば、薄肉金属板（メタルセパレータ素材）の幅方向全体に凹部と凸部を連続的に成形することができるため、幅方向にて成形部分と非成形部分の境界がなく、局部的に大きなひずみの発生を低減することができる。このため、成形による延性割れや反りを効果的に防止でき、精細な凹凸形状を成形することができる。また、成形部材を同期させて凹部と凸部を連続的に成形することができるため、薄肉金属板を無用に圧縮することがなく、正確かつ詳細な凹凸形状を成形することができる。
【０００９】
また、薄肉金属板を一対の成形部材のうちの一方側へ接触させながら成形することにより、薄肉金属板の浮きを防止することができる。このため、成形に伴う無用なひずみの発生を低減することができて、延性割れや反りを効果的に防止できる。
【００１０】
また、連続的に凹部と凸部が成形された薄肉金属板を取り出した後、さらに最終的に連続的な凹部と凸部を成形する（決め押しする）ことができるため、例えば、燃料電池用メタルセパレータを製造した場合には、所望の形状に正確に成形することができる。これにより、例えば、メタルセパレータ同士を積層する場合における組み付け精度を向上させることができるとともに、メタルセパレータ同士の接触面積を十分に確保できて導電性能を大幅に向上させることができる。したがって、燃料電池をコンパクトとすることや発電効率を向上させることができる。
【００１１】
さらに、潤滑鋼板を採用することにより、成形時に発生する成形部材と薄肉金属板（メタルセパレータ素材）との間の摩擦を低減することができる。このため、摩擦に起因するひずみを低減することができ、これによっても延性割れや反りを効果的に低減することができて、好適である。
【００１２】
また、本発明の他の特徴は、前記一対の成形部材は、一対のラック形状とピニオンギア形状とから構成されることにもある。この場合、前記ピニオンギア形状は、その軸線方向に垂直な断面における歯形が略台形状であり、前記ラック形状は、その軸線方向に平行な断面における歯形が略台形状であるとよい。また、前記ピニオンギア形状は、その軸線方向に垂直な断面における歯形がインボリュート歯形であり、前記ラック形状は、その軸線方向に平行な断面における歯形がインボリュート歯形であるとよい。
【００１３】
これらによれば、成形部材による薄肉金属板（メタルセパレータ素材）に対する加工度を、例えば、矩形形状に薄肉金属板を成形する場合の加工度に比して、低減することができるため、成形に起因して発生するひずみを低減することができる。また、ラック形状を採用することにより、成形後から薄肉金属板（メタルセパレータ素材）を取り出すまでの間、ラック形状部分に接触させて保持することができる。このため、成形後の薄肉金属板（メタルセパレータ素材）の反りを効果的に低減でき、例えば、燃料電池用メタルセパレータを製造した場合には、スタック製造時の組み付け性を向上することができて、生産性を向上することができる。さらに、インボリュート歯形を採用することにより、成形部材の噛み合わせをスムーズにすることができ、薄肉金属板に対する傷つきなどを防止することができる。
【００１４】
また、本発明の他の特徴は、前記一対の成形部材は、同一対の成形部材の変位と一体的に変位するギア機構によって同期されることにもある。この場合、前記ギア機構は、互いに歯合する一対のラックとピニオンギアから構成されるギア構造であるとよい。
【００１５】
これによれば、互いに歯合するギア構造、特に、ラックとピニオンギアが互いに歯合するギア構造とすることができるため、がたつきなく確実に成形部材の変位を同期させることができる。これにより、成形部材間の相対変位を発生しにくくすることができるため、相対変位の発生に伴う薄肉金属板（メタルセパレータ素材）の反りや延性割れを防止することができて、連続的な凹部と凸部を精細かつ正確に成形することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。図１および図２は、本発明に係り、薄肉金属板Ｚに凹部と凸部を連続的に成形するコルゲート成形装置Ａを示している。このコルゲート成形装置Ａは、台座に変位不能に固設されたテーブル１１と、同テーブル１１の上面にて、その長手方向に固着された一対２本のガイドレール１２および複数のガイドローラ１３を介して、テーブル１１の長手方向に変位可能とされたスライドテーブル１４とを備えている。
【００１７】
スライドテーブル１４は、その上面に、薄肉金属板Ｚよりも幅広のラック形状を有するラックツール１５がボルトによって一体的に組み付けられており、このラックツール１５の上方にはラック形状に噛み合う薄肉金属板Ｚよりも幅広のピニオンギア形状を有するピニオンツール１６が配置されている。このラックツール１５のラック形状とピニオンツール１６のピニオンギア形状との噛み合わせは、薄肉金属板Ｚに対して連続的な筋状の凹部および凸部を形成するために、図３に示すように、薄肉金属板Ｚの板厚よりもわずかに大きな所定の隙間を有した状態で噛み合うようになっている。また、ラックツール１５のラック形状とピニオンツール１６のピニオンギア形状とが互いに噛み合った状態においては、これらラック形状の頂面（または底面）とピニオンギア形状の底面（または頂面）との間の隙間は、薄肉金属板Ｚの板厚に対して、大きな隙間とされている。
【００１８】
そして、ラックツール１５のラック形状の歯形とピニオンツール１６のピニオンギア形状の歯形は、図３に示すように、それぞれインボリュート歯形とされている。このため、ラック形状とピニオンギア形状とが互いに噛み合う際には、極めてスムーズに噛み合うことができるとともに、噛み合わせ状態から互いが離間する際には、薄肉金属板Ｚに対して、無用な圧縮荷重が作用しないようになっている。ここで、ラック形状を有するラックツール１５とピニオンギア形状を有するピニオンツール１６は、本発明の一対の成形部材を構成している。なお、本実施形態においては、ラック形状およびピニオンギア形状の歯形をインボリュート歯形として実施するが、用途に応じて、その歯形を直線から形成される略台形状の歯形として実施することも可能である。
【００１９】
また、ピニオンツール１６は、図１および図２に示すように、シャフト１７に同軸的にかつ相対回転不能に組み付けられている。シャフト１７は、スライドテーブル１４の上面に立設された一対の立設部材１８に設けられた軸受けを介して組み付けられており、シャフト１７の端部に組み付けられたハンドル１９の回動に伴って回転するようになっている。立設部材１８は、その形状が略コの字状に形成されていて、一方の凸部分には、上述した軸受けを介してシャフト１７を回転可能に保持し、他方の凸部分には、供給する薄肉金属板Ｚの幅方向へのズレを防止する規制ガイド２０を調整可能に保持している。
【００２０】
また、ラックツール１５の側部（図２において左側）には、スライドテーブル１４およびラックツール１５をベース１１の長手方向へ変位させるための送りラック２１が一体的に固着されている。送りラック２１は、ラックツール１５のラック形状のピッチと同一のピッチで形成されている。そして、送りラック２１の上方には、送りピニオンギア２２がシャフト１７に対して同軸的かつ相対回転不能にピニオンツール１６に隣接して組み付けられている。送りピニオンギア２２は、ピニオンツール１６のピニオンギア形状のピッチと等しく、また、ピニオンツール１６のピニオンギア形状のピッチダイヤと一致するように形成されている。そして、送りピニオンギア２２は、送りラック２１とがたつきが発生しないように歯合しており、送りピニオンギア２２の回転が送りラック２１に正確に伝達されるようになっている。ここで、送りラック２１と送りピニオンギア２２とは、本発明の変位動機機構を構成している。
【００２１】
また、コルゲート成形装置Ａは、一対の成形部材としてのラックツール１５とピニオンツール１６との噛み合い部分に薄肉金属板Ｚが供給される際に、薄肉金属板Ｚをラックツール１５に接触させる押え機構Ｂを備えている。押え機構Ｂは、図４に示すように、薄肉金属板Ｚの供給側に設けられた接触部３１、接触ローラ３２、シャフト３３およびバネ３４を備えている。接触部３１は、ラックツール１５とピニオンツール１６の噛み合い部分に供給される薄肉金属板Ｚをラックツール１５の表面に確実に接触させるものである。接触ローラ３２は、接触部３１に供給される薄肉金属板Ｚを予めラックツール１５の表面に接触させるローラである。シャフト３３は、バネ３４の下方への付勢力を接触部３１および接触ローラ３２に伝達するシャフトである。
【００２２】
また、押え機構Ｂは、薄肉金属板Ｚの排出側に設けられた押えローラ３５、シャフト３６およびバネ３７も備えている。押えローラ３５は、凹部と凸部が連続的に形成された薄肉金属板Ｚをラックツール１５の表面に接触させるローラである。シャフト３６は、バネ３７の下方への付勢力を押えローラ３５に伝達するシャフトである。
【００２３】
次に、上記のように構成したコルゲート成形装置Ａを用いて、薄肉金属板Ｚに筋状の凹部および凸部を連続的に成形するコルゲート成形方法について、図５を用いて説明する。この説明においては、メタルセパレータ素材としての薄肉金属板Ｚから成形される製品を燃料電池用メタルセパレータとして説明する。また、以下の説明においては、薄肉金属板Ｚは、その表面に潤滑皮膜が形成された潤滑鋼板とし、その板厚を０．１ｍｍとして説明する。
【００２４】
まず、ワークセット工程について説明する。このワークセット工程は、図５（ａ）に示すように、帯状の薄肉金属板Ｚを規制ガイド２０に通すとともに、薄肉金属板Ｚの先端部分をスライドテーブル１４の端部に設けられて詳細を説明しないクランプ機構に固定する。この固定においては、スライドテーブル１４（詳しくはラックツール１５）が図５（ａ）における右側に保持されており、ラックツール１５のラック形状部分とピニオンツール１６のピニオンギア形状部分との噛み合いが解除された状態となっている。このため、薄肉金属板Ｚをラックツール１５とピニオンツール１６との間にて容易に挿通することができ、薄肉金属板Ｚの先端部分をクランプ機構によって固定することができる。なお、このように、薄肉金属板Ｚを固定することにより、薄肉金属板Ｚの先端部分に若干量の平坦部分を残して、凹部と凸部が連続的に成形される。
【００２５】
次に、図５（ｂ）に示すように、押え機構Ｂをコルゲート成形装置Ａに装着する。すなわち、押え機構Ｂを図４に示した状態となるようにコルゲート成形装置Ａに装着する。このように、押え機構Ｂを装着することにより、上記セットされた薄肉金属板Ｚは、押え機構Ｂのバネ３４の付勢力がシャフト３３を介して伝達された接触部３１および接触ローラ３２によって、ラックツール１５のラック形状表面に接触した状態に保持される。そして、薄肉金属板Ｚがラック形状表面に接触した状態で、後述する成形工程を行うことにより、薄肉金属板Ｚの浮きが防止されて良好な凹部と凸部を成形することができる。
【００２６】
次に、薄肉金属板Ｚに凹部および凸部を連続的に成形する成形工程について説明する。この成形工程は、図５（ｃ）および（ｄ）に示すように、ハンドル１９を矢印方向へ回転することにより行う。以下、詳細に説明する。上記ワークセット工程にて、薄肉金属板Ｚおよび押え機構Ｂがセットされた後、ハンドル１９が矢印方向に回転されると、ハンドル１９に連結されたシャフト１７が矢印方向へ回転し、ピニオンツール１６および送りピニオンギア２２が回転する。このとき、ピニオンツール１６のピニオンギア形状がラックツール１５のラック形状に対して所定の隙間（例えば、０．１２ｍｍ）を有して噛み合っているのに対して、送りピニオンギア２２は送りラック２１とがたつきが生じないように歯合している。
【００２７】
このため、送りピニオンギア２２の回転が送りラック２１に伝達されることにより、ピニオンツール１６のピニオンギア形状とラックツール１５のラック形状とが互いに接触することなく、スライドテーブル１４がテーブル１１の長手方向へ正確に変位する。また、スライドテーブル１４すなわちラックツール１５がハンドル１９の回転に対して正確に変位することおよび送りピニオンギア２２とピニオンツール１６のピニオンギア形状のピッチダイヤが一致していることにより、ピニオンツール１６のピニオンギア形状とラックツール１５のラック形状との所定の隙間が変化することなく、すなわち、ピニオンツール１６の回転変位とラックツール１５の軸線変位とが同期した状態とされる。
【００２８】
また、ワークセット工程において、薄肉金属板Ｚの先端部分がクランプ機構によって固定されていることにより、薄肉金属板Ｚはスライドテーブル１４（詳しくは、ラックツール１５）に対して相対変位しない状態となっている。このため、ハンドル１９の回転に対して正確にスライドテーブル１４が変位するときには、薄肉金属板Ｚが正確にラックツール１５のラック形状とピニオンツール１６のピニオンギア形状の噛み合わせ部分に供給される。このようにハンドル１９の回転に伴って順次供給された薄肉金属板Ｚは、図３に示したように、ラックツール１５のラック形状とピニオンツール１６のピニオンギア形状との噛み合わせ部分によって、筋状の凹部と凸部が連続的に成形される。ここで、薄肉金属板Ｚは、潤滑鋼板であるため、ラックツール１５のラック形状とピニオンツール１６のピニオンギア形状との接触部分における摩擦を低減することができる。これにより、筋状の凹部と凸部が成形された後の摩擦に起因するひずみの発生が低減されて、反りや割れを効果的に低減することができる。
【００２９】
さらに、ラックツール１５のラック形状とピニオンツール１６のピニオンギア形状との噛み合わせ部分から排出された薄肉金属板Ｚは、押え機構Ｂの押えローラ３５によってラックツール１５のラック形状に押し付けられる。このように、筋状の凹部と凸部が成形された後に、薄肉金属板Ｚがラックツール１５のラック形状に押し付けられた状態で保持されることにより、成形に起因して発生したひずみをある程度除去することができ、これによっても、反りや割れを効果的に低減することができる。
【００３０】
そして、上記した成形工程終了後、成形された薄肉金属板Ｚは取り出される。このように、取り出された薄肉金属板Ｚには、ラックツール１５のラック形状およびピニオンツール１６のピニオンギア形状と相似形すなわち略台形状の筋状の凹部と凸部が連続的に成形されている。このように予備成形された薄肉金属板Ｚは決め押し工程によって最終的に成形することにより、燃料電池用メタルセパレータとされる。以下、この決め押し工程を説明するが、この決め押し工程は所謂プレス成形工程であり、その詳細な構成および作動についての説明は省略する。
【００３１】
この決め押し工程は、最終的に燃料電池用メタルセパレータを成形するための工程であり、予備成形された薄肉金属板Ｚを平板上の上型Ｕおよび下型Ｓによってプレス成形する。上型Ｕおよび下型Ｓは、図６に示すように、燃料電池用メタルセパレータに要求される形状に応じて、略矩形状の多数の凹凸面が形成されている。そして、予備成形された薄肉金属板Ｚを下型Ｓにセットし、上型Ｕを降下して型締めすることにより、所望の燃料電池用メタルセパレータが成形される。この成形においても、薄肉金属板Ｚが潤滑鋼板であるため、上型Ｕおよび下型Ｓによってプレス成形された場合であっても、割れや傷つきなどを効果的に防止することができる。
【００３２】
以上の説明からも理解できるように、本発明のコルゲート成形装置Ａによれば、薄肉金属板Ｚの幅方向全体に凹部と凸部を連続的に成形することができるため、幅方向にて成形部分と非成形部分の境界がなく、局部的に発生する大きなひずみを低減することができる。このため、成形による延性割れや反りを効果的に防止でき、精細な凹凸形状を成形することができる。また、ラックツール１５とピニオンツール１６を同期させて凹部と凸部を連続的に成形することができるため、正確かつ詳細な凹凸形状を成形することができる。
【００３３】
また、連続的に凹部と凸部が成形された薄肉金属板Ｚを取り出した後、さらに最終的に連続的な凹部と凸部を成形する（決め押しする）ことにより、例えば、燃料電池用メタルセパレータを製造した場合には、所望の形状に正確に成形することができる。これにより、例えば、メタルセパレータ同士を積層する場合における組み付け精度を向上させることができるとともに、メタルセパレータ同士の接触面積を十分に確保できて導電性能を大幅に向上させることができる。したがって、燃料電池をコンパクトとすることおよび発電効率を向上させることができる。また、薄肉金属板Ｚとして潤滑鋼板を採用することにより、成形時に発生するラックツール１５のラック形状部分またはピニオンツール１６のピニオンギア形状部分と薄肉金属板Ｚとの間の摩擦を低減することができる。このため、摩擦に起因するひずみを低減することができ、これによっても延性割れや反りを効果的に低減することができて、好適である。
【００３４】
また、ラックツール１５のラック形状とピニオンツール１６のピニオンギア形状を略台形状のインボリュート歯形とすることにより、ラックツール１５およびピニオンツール１６による薄肉金属板Ｚに対する加工度を低減することができる。このため、成形に起因して薄肉金属板Ｚに発生するひずみを低減することができる。また、ラックツール１５を採用することにより、成形後から薄肉金属板Ｚを取り出すまでの間、ラックツール１５のラック形状部分に接触させて保持することができる。このため、成形後の薄肉金属板Ｚの反りを効果的に低減でき、例えば、燃料電池用メタルセパレータを製造した場合には、スタック製造時の組み付け性を向上することができて、生産性を向上することができる。
【００３５】
さらに、変位同期機構として、送りラック２１と送りピニオンギア２２から構成されるギア構造を採用することにより、確実にラックツール１５とピニオンツール１６の変位を同期させることができる。したがって、ラックツール１５とピニオンツール１６間の相対変位の発生に伴う薄肉金属板Ｚの反りや延性割れを防止することができて、連続的な凹部と凸部を精細かつ正確に成形することができる。ここで、上記実施形態においては、作業者がハンドル１９を回転操作することにより、シャフト１７を回転させるように実施したが、ハンドル１９に代えて、電動モータを利用して、シャフト１７を回転させるように実施することも可能である。
【００３６】
また、上記実施形態に対し、ラックツール１５のスライドを不能とし、ピニオンツール１６がラックツール１５の軸線方向へ相対的に変位するように実施することも可能である。この場合には、立設部材１８がベース１１に対し、その長手方向へ変位可能に構成する。すなわち、立設部材１８は、ガイドレール１２およびガイドローラ１３を介してベース１１に取り付けられるとともに、送りラック２１が取り付けられる。これにより、送りピニオンギア２２の回転力が送りラック２１に伝達されると、立設部材１８がベース１１に対して相対変位するため、ピニオンツール１６がラックツール１５に対して、相対的に変位する。これにより、薄肉金属板Ｚに対して、凹部と凸部を連続的に成形することができる。
【００３７】
上記実施形態においては、平板上のラックツール１５を採用して、筋状の凹部と凸部を連続的に成形するコルゲート成形装置Ａを用いて実施した。しかしながら、上記実施形態のコルゲート成形装置Ａに比してより生産性を高めるためには、コイル状に巻き取られた薄肉金属板Ｚを連続的に供給し、連続的に筋状の凹部と凸部とを成形することが望ましい。この場合には、図７に示すように、連続成形可能なコルゲート成形装置Ａ’を採用することができる。以下、この変形例を説明するが、上記実施形態と実質的に同一部分には、対応した符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００３８】
コルゲート成形装置Ａ’は、上記実施形態におけるスライドテーブル１４に対応する円盤状のホイール１１４を備えている。このホイール１１４は、図示しない電動モータによって等速回転するようになっている。ホイール１１４の外周上には、所望の間隔にて複数のラックツール１１５（図７（ａ）においては３つ）が取り付け可能とされている。このコルゲート成形装置Ａ’に取り付けられるラックツール１１５は、図７（ｂ）に拡大して示すように、その取り付け形態から上記実施形態のラックツール１５と異なりラック形状が円弧状に形成されている。
【００３９】
ラックツール１１５の上方にはピニオンツール１１６が配置されており、ラックツール１１５のラック形状と噛み合うピニオンギア形状が形成されている。また、ピニオンツール１１６は、図示省略のシャフトに同軸的にかつ相対回転不能に組み付けられている。これらラックツール１１５とピニオンツール１１６は、本発明の一対の成形部材を構成している。またホイール１１４の側方には、上記実施形態の立設部材１８に対応するサポートプレート１１８が設けられていて、上記シャフト、規制ガイド１２０が取り付けられている。
【００４０】
ラックツール１１５の側部には、円弧状に形成された送りラック１２１が一体的に組み付けられている。また、送りラック１２１の上方には、同送りラック１２１と歯合する送りピニオンギア１２２が設けられている。この送りピニオンギア１２２も、上記図示しないシャフトに同軸的かつ相対回転不能に組み付けられている。ここで、ピニオンツール１１６のピニオンギア形状と送りピニオンギア１２２のピッチダイヤは一致している。
【００４１】
また、コルゲート成形装置Ａ’には、上記実施形態の押え機構Ｂのうち接触部３１に対応する接触部１３１が設けられている。また、コルゲート成形装置Ａ’には、成形後の薄肉金属板Ｚに無用な引張荷重を作用させることなく引き取るための引取ガイド機構Ｃが設けられている。引取ガイド機構Ｃは、複数のローラから構成されるものであり、これらの複数のローラはサポートプレート１１８に回転可能に組み付けられている。
【００４２】
このように構成したコルゲート成形装置Ａ’においては、薄肉金属板Ｚがコイルから連続的に供給されるとともに、ラックツール１１５側に駆動力が伝達される点で上記実施形態と異なっている。しかしながら、この点以外の部分は、上記実施形態と同様に作動するため、上記実施形態と同様の工程を実行することにより、薄肉金属板Ｚに凹部と凸部を連続的に成形することができる。そして、予備成形した薄肉金属板Ｚを所定の長さで切断し、決め押し工程を行うことにより、燃料電池用メタルセパレータを製造することができる。このため、上記実施形態と同様な効果を得ることができることに加えて、コイルから供給される薄肉金属板Ｚに対して、連続的に予備成形を施すことができるため、生産性を大幅に向上することができて、好適である。
【００４３】
さらに、本発明は、上記実施形態および変形例に限定されることなく、種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係るコルゲート成形装置を概略的に示した図である。
【図２】図１のコルゲート成形装置のＸ−Ｘ断面における断面図である。
【図３】図１のコルゲート成形装置のラックツールおよびピニオンツールの噛み合わせ部分を説明するための図である。
【図４】図１のコルゲート成形装置に装着される押え機構を概略的に示した図である。
【図５】本発明に係るコルゲート成形装置を用いたコルゲート成形方法を説明するための図である。
【図６】決め押し工程を説明するための概略図である。
【図７】本発明の変形例に係るコルゲート成形装置を概略的に示した図である。
【符号の説明】
【００４５】
１１…ベース、１２…ガイドレール、１３…ガイドローラ、１４…スライドテーブル、１５，１１５…ラックツール、１６，１１６…ピニオンツール、１７…シャフト、１８，１１８…立設部材、１９…ハンドル、２０，１２０…規制ガイド、２１，１２１…送りラック、２２，１２２…送りピニオンギア、３１，１３１…接触部、３２…接触ローラ、３３…シャフト、３４…バネ、３５…押えローラ、３６…シャフト、３７…バネ、１１４…ホイール、Ａ，Ａ’…コルゲート成形装置、Ｂ…押え機構、Ｃ…引取ガイド機構、Ｕ…上型、Ｓ…下型、Ｚ…薄肉金属板
【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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