(57)【要約】【課題】  割れや歪み、そりの発生を抑制することができるセパレータ製造装置及びセパレータ製造方法を提供すること。  【解決手段】  セパレータ材料７０に凹凸を付して断面波型に成形した後にコイニング加工することによって形成される燃料電池セパレータに関し、凹凸の頂部の両隣に位置する肩部８８を複合した曲面にて構成する。これら複合した曲面は、少なくとも、曲率半径Ｒ１である第１の曲面と曲率半径Ｒ２である第２の曲面とからなり、尚かつＲ１＞Ｒ２であることが好ましい。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータ材料に凹凸を付して断面波型に成形した後にコイニング加工することによって形成される燃料電池セパレータにおいて、
前記凹凸の頂部の両隣に位置する肩部が複合した曲面にて構成されていることを特徴とする燃料電池セパレータ。
【請求項２】
前記複合した曲面は、少なくとも、曲率半径Ｒ１である第１の曲面と曲率半径Ｒ２である第２の曲面とからなり、尚かつＲ１＞Ｒ２であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池セパレータ。
【請求項３】
複数形成されている前記凹凸のうちの１ピッチ分の波型断面に沿った長さである成形長をｌRとし、
前記コイニング加工に用いられる波型成形用型における凹凸のうちの１ピッチ分の成形面に沿った長さであるコイニング長をｌCとしたとき、
前記ｌRとｌCの比が、
０．９８≦ｌR／ｌC≦１．０２
の関係を満たしていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池セパレータ。
【請求項４】
前記第１の曲面の曲率半径Ｒ１、前記第２の曲面の曲率半径Ｒ２、及び、前記セパレータ材料の素材元厚ｔ0について、
（Ｒ１＋Ｒ２）／ｔ0＞１
の関係を満たしていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池セパレータ。
【請求項５】
前記頂部を挟んで両隣に位置する前記肩部を構成している複合曲面のうち、いずれか一対の曲面の曲率中心間の距離を２Ａ、
複数形成されている前記凹凸中における凹部の１ピッチ分の幅と凸部の１ピッチ分の幅とのうち小さい方を２Ｗ、
前記セパレータ材料の素材元厚をｔ0、
断面波型に成形された当該燃料電池セパレータの断面の高さをＨとおいたとき、
（Ｒ１＋Ｒ２）／Ａ×Ｗ×ｔ0／Ｈ≧０．１５
の関係を満たしていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の燃料電池セパレータ。
【請求項６】
前記頂部が、所定の曲率を有する形状となっていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の燃料電池セパレータ。
【請求項７】
燃料電池の単セルを構成するセパレータの製造装置において、
セパレータ材料をプレス加工する型を備え、該型は前記セパレータ材料に対してプレスされることで該セパレータ材料に複数の溝を形成する複数のリブを備え、
該リブは、両側面と先端面との間に、複合曲面からなる肩部を供えていることを特徴とするセパレータ製造装置。
【請求項８】
前記肩部は、前記リブ長手方向に垂直な平面による断面において、リブ外側に位置して曲率半径がＲ１である第１の曲面と、該第１の曲面に連続してリブ内側に位置し曲率半径がＲ２である第２の曲面とを有し、Ｒ１＞Ｒ２であることを特徴とする請求項７に記載のセパレータ製造装置。
【請求項９】
前記第１の曲面の曲率半径Ｒ１、前記第２の曲面の曲率半径Ｒ２、及び、前記セパレータ材料の素材元厚ｔ0について、
（Ｒ１＋Ｒ２）／ｔ0＞１
を満たすことを特徴とする請求項８に記載のセパレータ製造装置。
【請求項１０】
前記セパレータ製造装置は、前記型として、前記セパレータ材料を波型に成形する波型成形用型と、該波型に成形されたセパレータ材料をさらにコイニング成形するコイニング成形用型とを有し、
前記波型成形用型によって成形された前記セパレータ材料の溝は、該セパレータ材料の板面に沿った方向における溝一つ当たりの成形長がｌRであり、
前記コイニング成形用型によって成形された前記セパレータ材料の溝は、該セパレータ材料の板面に沿った方向における溝一つ当たりの成形長がｌCであり、前記ｌRとｌCの比が、
０．９８≦ｌR／ｌC≦１．０２
であることを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載のセパレータ製造装置。
【請求項１１】
前記型として、間に前記セパレータ材料を挟んで互いの前記リブを噛み合わせることにより前記セパレータ材料をプレス加工する第１の型と第２の型とを備え、
前記第１の型の前記リブ両肩部に設けられた前記第２の曲面の曲率中心間距離を２Ａ、
前記第１の型と第２の型とを噛み合わせた場合に、前記第１の型が備える前記リブの両サイドに形成される前記第２の型のリブとの間の隙間間の距離をＷ、
前記セパレータ材料の素材元厚をｔ0、
および、前記第１の型及び第２の型によるプレス加工後のセパレータ材料の高さをＨとおくとき、
（Ｒ１＋Ｒ２）／Ａ×Ｗ×ｔ0／Ｈ≧０．１５
を満たすことを特徴とする請求項８から１０のいずれかに記載のセパレータ製造装置。
【請求項１２】
前記型は、隣り合った前記リブの間に、該リブの高さ方向に僅かに膨出する膨出部を備えていることを特徴とする請求項７から１１のいずれかに記載のセパレータ製造装置。
【請求項１３】
複数のリブを備えた型を用いてセパレータ材料をプレス加工することにより、前記セパレータ材料に複数の溝を形成して燃料電池の単セル用セパレータを製造するセパレータ製造方法において、
前記リブとして、両側面と先端面との間に複合曲面からなる肩部を備えたリブを用いてプレス加工を行うことを特徴とするセパレータ製造方法。
【請求項１４】
前記肩部は、前記リブ長手方向に垂直な平面による断面において、リブ外側の曲率半径Ｒ１を有する第１の曲面と、該第１の曲面に連続し、リブ内側の曲率半径Ｒ２を有する第２の曲面とを有し、Ｒ１＞Ｒ２であることを特徴とする請求項１３に記載のセパレータ製造方法。
【請求項１５】
前記第１の曲面の曲率半径Ｒ１、前記第２の曲面の曲率半径Ｒ２、及び、前記セパレータ材料の素材元厚ｔ0について、
（Ｒ１＋Ｒ２）／ｔ0＞１
の条件下で加工を行うことを特徴とする請求項１４に記載のセパレータ製造方法。
【請求項１６】
前記型としての波型成形用型を用いて前記セパレータ材料を波型成形した後で、前記型としてコイニング成形用型を用いて前記波型に形成されたセパレータ材料を更にコイニング成形し、
前記波型成形用型によって成形された前記セパレータ材料の溝は、該セパレータ材料の板面に沿った方向における溝一つ当たりの成形長がｌRであり、
前記コイニング成形用型によって成形された前記セパレータ材料の溝は、該セパレータ材料の板面に沿った方向における溝一つ当たりの成形長がｌCであり、前記ｌRとｌCの比が、
０．９８≦ｌR／ｌC≦１．０２
となる条件下で加工を行うことを特徴とする請求項１３から１５のいずれかに記載のセパレータ製造方法。
【請求項１７】
前記型として第１の型と第２の型とを用い、これら第１及び第２の型の間に前記セパレータ材料を挟んで互いの前記リブを噛み合わせることにより前記セパレータ材料のプレス加工を行い、
前記第１の型の前記リブ両肩部に設けられた前記第２の曲面の曲率中心間距離を２Ａ、
前記第１の型と第２の型とを噛み合わせた場合に、前記第１の型が備える前記リブの両サイドに形成される前記第２の型のリブとの間の隙間間の距離をＷ、
前記セパレータ材料の素材元厚をｔ0、
および、前記第１の型及び第２の型によるプレス加工後のセパレータ材料の高さをＨとおくとき、
（Ｒ１＋Ｒ２）／Ａ×Ｗ×ｔ0／Ｈ≧０．１５
の条件下で加工を行うことを特徴とする請求項１４から１６のいずれかに記載のセパレータ製造方法。
【請求項１８】
前記型は、隣り合った前記リブの間に、該リブの高さ方向に僅かに膨出する膨出部を備えていることを特徴とする請求項１３から１７のいずれかに記載のセパレータ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の単セルが備えている燃料電池セパレータ、当該セパレータを製造する装置及び方法に関し、特にセパレータの歪みを抑制することが可能な発明に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池、例えば固定高分子形の燃料電池における単セルは、電解質膜およびその両面に配した一対の電極からなるＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）と、ＭＥＡを挟持する一対のセパレータとで構成されており、このような単セルが積層されることによって燃料電池スタックが形成されている。このような燃料電池においては、各セパレータに形成されているガス流路を介して酸化ガスまたは燃料ガスが各電極に供給され、これによって単セルの発電が行われるようになっている。
【０００３】
上述のような燃料電池セパレータ、例えばメタルセパレータを形成する場合、まずはセパレータ材料に凹凸を付して断面波型に成形し、その後、コイニング加工をするというものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−６７８８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような技術においては、例えば当該燃料電池セパレータの断面を同一曲率となるように成形しようとすると、材料の局部伸びが大きく、割れや歪み、そり（反り）が発生する場合がある。また、セパレータが特に薄板であると、凹凸形状部分に作用する応力に起因して歪みやそり等が発生しやすくなるという面もある。燃料電池は、多数枚のセパレータを積層することにより構成されているため、上述したようにセパレータに歪みが生ずると、ＭＥＡとの接触面、セパレータ間の導電抵抗、ガスや冷却水のシール性、スタックの組み付け性を確保することが困難となる。したがって、燃料電池のセパレータを製造する際には、割れや、歪み、そりの発生を抑えることが重要である。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、割れや歪み、そりの発生を抑制することができる燃料電池セパレータ、セパレータ製造装置及びセパレータ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】
【０００６】
かかる課題を解決するため、本発明者は種々の検討をした。燃料電池に用いられるセパレータにおいて生ずることのある割れや歪み、そり等は種々の要因による影響を受ける。すなわち、加工前の時点におけるセパレータ材料の厚み（素材元厚）ｔ0、凹凸によって形成される流体流路の形状、凹凸の山部や谷部（本明細書ではこれらを併せて凹凸の「頂部」という）の両隣において曲折しあるいは湾曲している部分（本明細書ではこれらを「肩部」という）の形状、凹凸によって形成される溝の深さ、凹凸のピッチ、セパレータの厚み（換言すれば凹凸の高さ）、等による影響を受けて種々の歪みやそり等が発生する。このような事象についてさらに検討を重ねた結果、本発明者は、そり等を最小限に抑えることを可能とする技術を知見するに至った。
【０００７】
本発明はかかる知見に基づくもので、請求項１に記載の発明は、セパレータ材料に凹凸を付して断面波型に成形した後にコイニング加工することによって形成される燃料電池セパレータにおいて、前記凹凸の頂部の両隣に位置する肩部が複合した曲面にて構成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
この場合の複合した曲面は、請求項２のように、少なくとも、曲率半径Ｒ１である第１の曲面と曲率半径Ｒ２である第２の曲面とからなり、尚かつＲ１＞Ｒ２であることが好ましい。
【０００９】
また、請求項３のように、複数形成されている前記凹凸のうちの１ピッチ分の波型断面に沿った長さである成形長をｌRとし、前記コイニング加工に用いられる波型成形用型における凹凸のうちの１ピッチ分の成形面に沿った長さであるコイニング長をｌCとしたとき、前記ｌRとｌCの比が、
０．９８≦ｌR／ｌC≦１．０２
の関係を満たしていることが好ましい。
【００１０】
さらに、請求項２に記載の燃料電池セパレータにおいては、請求項４のように、前記第１の曲面の曲率半径Ｒ１、前記第２の曲面の曲率半径Ｒ２、及び、前記セパレータ材料の素材元厚ｔ0について、
（Ｒ１＋Ｒ２）／ｔ0＞１
の関係を満たしていることがなお好ましい。
【００１１】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の燃料電池セパレータにおいて、前記頂部を挟んで両隣に位置する前記肩部を構成している複合曲面のうち、いずれか一対の曲面の曲率中心間の距離を２Ａ、複数形成されている前記凹凸中における凹部の１ピッチ分の幅と凸部の１ピッチ分の幅とのうち小さい方を２Ｗ、前記セパレータ材料の素材元厚をｔ0、断面波型に成形された当該燃料電池セパレータの断面の高さをＨとおいたとき、
（Ｒ１＋Ｒ２）／Ａ×Ｗ×ｔ0／Ｈ≧０．１５
の関係を満たしていることを特徴とするものである。
【００１２】
さらには、請求項６のように、前記頂部が、所定の曲率を有する形状となっていることも好ましい。
【００１３】
請求項１〜請求項６のごとき燃料電池セパレータは、特に、凹凸の頂部（凹凸の山部や谷部）を加圧しない成形法、あるいは当該頂部に対する加圧を抑えるようにした成形手法によって形成することができるものである。このような燃料電池セパレータは、割れや歪み、そりが発生するのが抑えられていることから、ＭＥＡとの接触面、セパレータ間の導電抵抗、ガスや冷却水のシール性、スタックの組付け性などが確保しやすいものとなる。
【００１４】
さらに、請求項７に記載の発明は、燃料電池の単セルを構成するセパレータの製造装置において、セパレータ材料をプレス加工する型を備え、該型は前記セパレータ材料に対してプレスされることで該セパレータ材料に複数の溝を形成する複数のリブを備え、該リブは、両側面と先端面との間に、複合曲面からなる肩部を備えていることを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、肩部が複数の曲面を備えることにより、セパレータの上面および下面の歪みを抑制して広い面積で平坦とすることが可能となる。例えば、曲率の大きな（曲率半径の小さな）曲面を組み合わせて形成すれば、複合した曲面によって肩部をより小さくまとめることができ、肩部以外の平坦面をより大きく（広く）確保することが可能となる。したがって、ＭＥＡとの接触面、セパレータ間の導電抵抗、ガスや冷却水のシール性、スタックの組み付け性を確保することができる。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のセパレータ製造装置において、前記肩部は、前記リブ長手方向に垂直な平面による断面において、リブ外側の曲率半径Ｒ１を有する第１の曲面と、該第１の曲面に連続し、リブ内側の曲率半径Ｒ２を有する第２の曲面とを有し、Ｒ１＞Ｒ２であることを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、Ｒ１＞Ｒ２とすることにより、セパレータの上面および下面の歪みを抑制して広い面積で平坦とすることが可能となる。つまり、破断や薄肉化を避けつつＲ１＜Ｒ２とすると、肩部間に形成される平坦面の幅が狭くなりかねないが、本発明によれば、歪みを抑制しつつ広い平坦面を確保することが可能となる。したがって、ＭＥＡとの接触面、セパレータ間の導電抵抗、ガスや冷却水のシール性、スタックの組み付け性を確保することができる。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載のセパレータ製造装置において、前記第１の曲面の曲率半径Ｒ１、前記第２の曲面の曲率半径Ｒ２、及び、前記セパレータ材料の素材元厚ｔ0について、
（Ｒ１＋Ｒ２）／ｔ0＞１
を満たすことを特徴とする。
【００１９】
素材元厚ｔ0に対する肩部の比率が１以下では、加工時の肉厚減少が大きく、破断発生の可能性が増大する。また、加工により生ずるセパレータ材料のそり高さのバラツキが大きくなり、所定品質の確保が難しくなる。本発明によれば、上記の加工条件とすることで、割れや歪みを防ぎ、製品のシール性・組み付け性を確保することができる。
【００２０】
請求項１０に記載の発明は、請求項７から９のいずれかに記載のセパレータ製造装置において、前記セパレータ製造装置は、前記型として、前記セパレータ材料を波型に成形する波型成形用型と、該波型に成形されたセパレータ材料をさらにコイニング成形するコイニング成形用型とを有し、前記波型成形用型によって成形された前記セパレータ材料の溝は、該セパレータ材料の板面に沿った方向における溝一つ当たりの成形長がｌRであり、前記コイニング成形用型によって成形された前記セパレータ材料の溝は、該セパレータ材料の板面に沿った方向における溝一つ当たりの成形長がｌCであり、前記ｌRとｌCの比が、
０．９８≦ｌR／ｌC≦１．０２
であることを特徴とする。
【００２１】
ここで、ｌRとｌCは、溝両サイドの堤状の凸部先端から隣の凸部先端までの板に沿った方向における長さ、すなわち板面に沿った方向における成形長である。
【００２２】
上記成形比率外になると、加工により生ずるセパレータ材料のそり高さ（そりの幅）が大きくなり、凹凸が付された部分の形状が太鼓状や鼓（つづみ）状といったものになる場合がある。そうすると、製品のシール性・組み付け性確保が困難となるが、本発明によれば、上記成形比率内とすることで、そり高さを限界内に収めることができ、製品のシール性・組み付け性を確保することができる。
【００２３】
これについてもう少し詳細に説明すると以下のとおりである。すなわち、上記した成形比率の範囲外になるということは、符号ＳA，ＳBで示すそり高さがある一定の範囲を超えるということであり、この場合、セパレータにおいて破断や座屈といった現象が生じるようになる（図６（ａ）〜（ｃ）参照）。そうすると、凹凸が付された部分が、中央部がやや膨らんだいわば太鼓のような形状（図３（ｃ）の符号７４’参照）となったり、あるいは逆に中央部がやや細くなったいわば鼓（つづみ）のような形状（図３（ｃ）の符号７４”参照）となったりするおそれがあるが、本発明では上記のような好適な範囲内に収まるようにしているから、そり高さを限界内に収めることが可能となっている。
【００２４】
請求項１１に記載の発明は、請求項８から１０のいずれかに記載のセパレータ製造装置において、前記型として、間に前記セパレータ材料を挟んで互いの前記リブを噛み合わせることにより前記セパレータ材料をプレス加工する第１の型と第２の型とを備え、前記第１の型の前記リブ両肩部に設けられた前記第２の曲面の曲率中心間距離を２Ａ、前記第１の型と第２の型とを噛み合わせた場合に、前記第１の型が備える前記リブの両サイドに形成される前記第２の型のリブとの間の隙間間の距離をＷ、前記セパレータ材料の素材元厚をｔ0、および、前記第１の型及び第２の型によるプレス加工後のセパレータ材料の高さをＨとおくとき、
（Ｒ１＋Ｒ２）／Ａ×Ｗ×ｔ0／Ｈ≧０．１５
を満たすことを特徴とする。
【００２５】
加工により生ずるセパレータ材料のそり高さは、素材元厚ｔ0，凹凸流路形状、肩部の形状、溝深さ、溝ピッチ、波型成形品の高さ、などに影響するが、本発明者らが種々検討した結果、上式を満たすことにより、そりを最小限に抑えることができることを知見した。これにより、ＭＥＡとの接触面、セパレータ間の導電抵抗、ガスや冷却水のシール性、スタックの組み付け性を確保することができる。
【００２６】
請求項１２に記載の発明は、請求項７から１１のいずれかに記載のセパレータ製造装置において、前記型は、隣り合った前記リブの間に、該リブの高さ方向に僅かに膨出する膨出部を備えていることを特徴とする。
【００２７】
リブ頂部の幅が短い場合、加工後のセパレータの頂部が外側に膨らんで平坦面を得ることができない場合があるのに対し、本発明によれば、型に膨出部を設けることにより、加工後の頂部を平坦とすることが可能となる。
【００２８】
請求項１３に記載の発明は、複数のリブを備えた型を用いてセパレータ材料をプレス加工することにより、前記セパレータ材料に複数の溝を形成して燃料電池の単セル用セパレータを製造するセパレータ製造方法において、前記リブとして、両側面と先端面との間に複合曲面からなる肩部を備えたリブを用いてプレス加工を行うことを特徴とする。
【００２９】
本発明によれば、複数の曲面により構成された肩部を有する型によりセパレータを加工することにより、セパレータの上面および下面の歪みを抑制して広い面積で平坦とすることが可能となる。したがって、ＭＥＡとの接触面、セパレータ間の導電抵抗、ガスや冷却水のシール性、スタックの組み付け性を確保することができる。
【００３０】
請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載のセパレータ製造方法において、前記肩部は、前記リブ長手方向に垂直な平面による断面において、リブ外側の曲率半径Ｒ１を有する第１の曲面と、該第１の曲面に連続し、リブ内側の曲率半径Ｒ２を有する第２の曲面とを有し、Ｒ１＞Ｒ２であることを特徴とする。
【００３１】
本発明によれば、Ｒ１＞Ｒ２とすることにより、セパレータの上面および下面の歪みを抑制して広い面積で平坦とすることが可能となる。したがって、ＭＥＡとの接触面、セパレータ間の導電抵抗、ガスや冷却水のシール性、スタックの組み付け性を確保することができる。
【００３２】
請求項１５に記載の発明は、請求項１４に記載のセパレータ製造方法において、前記第１の曲面の曲率半径Ｒ１、前記第２の曲面の曲率半径Ｒ２、及び、前記セパレータ材料の素材元厚ｔ0について、
（Ｒ１＋Ｒ２）／ｔ0＞１
の条件下で加工を行うことを特徴とする。
【００３３】
素材元厚ｔ0に対する肩部の比率が１以下では、加工時の肉厚減少が大きく、破断発生の可能性が増大するおそれがある。また、加工により生ずるセパレータ材料のそり高さのバラツキが大きくなり、所定品質の確保が難しくなるおそれもある。本発明によれば、上記の加工条件とすることで、割れや歪みを防ぎ、製品のシール性・組み付け性を確保することができる。
【００３４】
請求項１６に記載の発明は、請求項１３から１５のいずれかに記載のセパレータ製造方法において、前記型としての波型成形用型を用いて前記セパレータ材料を波型成形した後で、前記型としてコイニング成形用型を用いて前記波型に形成されたセパレータ材料を更にコイニング成形し、前記波型成形用型によって成形された前記セパレータ材料の溝は、該セパレータ材料の板面に沿った方向における溝一つ当たりの成形長がｌRであり、前記コイニング成形用型によって成形された前記セパレータ材料の溝は、該セパレータ材料の板面に沿った方向における溝一つ当たりの成形長がｌCであり、前記ｌRとｌCの比が、
０．９８≦ｌR／ｌC≦１．０２
となる条件下で加工を行うことを特徴とする。
【００３５】
ここで、ｌRとｌCは、溝両サイドの堤状の凸部先端から隣の凸部先端までの板に沿った方向における長さ、すなわち板面に沿った方向における成形長である。
【００３６】
上記成形比率外になると、加工により生ずるセパレータ材料のそり高さが大きくなり、溝幅方向の狙い寸法や、溝方向の寸法が太鼓状や鼓状になり、製品のシール性・組み付け性確保が困難となる。本発明によれば、上記成形比率内とすることで、そり高さを限界内に収めることができ、製品のシール性・組み付け性を確保することができる。
【００３７】
請求項１７に記載の発明は、請求項１４から１６のいずれかに記載のセパレータ製造方法において、前記型として第１の型と第２の型とを用い、これら第１及び第２の型の間に前記セパレータ材料を挟んで互いの前記リブを噛み合わせることにより前記セパレータ材料のプレス加工を行い、前記第１の型の前記リブ両肩部に設けられた前記第２の曲面の曲率中心間距離を２Ａ、前記第１の型と第２の型とを噛み合わせた場合に、前記第１の型が備える前記リブの両サイドに形成される前記第２の型のリブとの間の隙間間の距離をＷ、前記セパレータ材料の素材元厚をｔ0、および、前記第１の型及び第２の型によるプレス加工後のセパレータ材料の高さをＨとおくとき、
（Ｒ１＋Ｒ２）／Ａ×Ｗ×ｔ0／Ｈ≧０．１５
の条件下で加工を行うことを特徴とする。
【００３８】
加工により生ずるセパレータ材料のそり高さは、元厚ｔ0，凹凸流路形状、肩部の形状、溝深さ、溝ピッチ、波型成形品の高さ、などに影響するが、本発明者らが種々検討した結果、上式を満たすことにより、そりを最小限に抑えることができることを知見した。これにより、ＭＥＡとの接触面、セパレータ間の導電抵抗、ガスや冷却水のシール性、スタックの組み付け性を確保することができる。
【００３９】
請求項１８に記載の発明は、請求項１３から１７のいずれかに記載のセパレータ製造方法において、前記型は、隣り合った前記リブの間に、該リブの高さ方向に僅かに膨出する膨出部を備えていることを特徴とする。
【００４０】
リブ頂部の幅が短い場合、加工後のセパレータの頂部が外側に膨らんで平坦面を得ることができない場合がある。本発明によれば、型に膨出部を設けることにより、加工後の頂部を平坦とすることが可能となる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明にかかる燃料電池セパレータ、セパレータ製造装置及びセパレータ製造方法によれば、セパレータの割れや歪み、そりの発生を抑制することができ、製品のシール性・組み付け性を確保して高品質な燃料電池を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。
【００４３】
図１〜図１２に本発明の一実施形態を示す。本発明にかかる燃料電池セパレータ（以下、単にセパレータともいう）は、セパレータ材料に凹凸を付して波型成形した後、つまり断面が一定ピッチの波状となるように成形した後、コイニング加工することによって形成されるものである。このような燃料電池セパレータにおいては凹凸の頂部の両隣に肩部（曲折しあるいは湾曲している部分）が位置しており、本実施形態においては、波型成形（図７等参照）、コイニング成形（図８参照）という工程を経た後で、このような肩部を曲率半径Ｒ１の曲面および曲率半径Ｒ２の曲面（Ｒ１≠Ｒ２）という少なくとも２つの曲面を複合させて構成することとしている（図４等参照）。以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態に係る燃料電池セパレータ、セパレータ製造装置及びセパレータ製造方法について説明する。まず、本実施形態に係るセパレータ製造装置及びセパレータ製造方法が適用される燃料電池の構造について説明する。
【００４４】
この燃料電池は、最小発電単位となる単セルを複数積層してなるものであり、単セルを構成する部品間や、単セル間を樹脂によるモールドで一体的に接合することで、単セルおよび燃料電池の生産性を高めたものである。以下では、車載に好適な固体高分子形の燃料電池（ＰＥＦＣ）を例に説明する。
【００４５】
図１に示すように、燃料電池１は、複数の単セル２を積層したスタック本体３を有し、スタック本体３の両端に位置する単セル２，２の外側に順次、出力端子５付きの集電板６、絶縁板７およびエンドプレート８を各々配置して構成されている。燃料電池１は、例えば、両エンドプレート８，８間を架け渡すようにして設けられた図外のテンションプレートが各エンドプレート８，８にボルト固定されることで、単セル２の積層方向に所定の圧縮力がかかった状態となっている。
【００４６】
図２に示すように、単セル２は、ＭＥＡ１１と、ＭＥＡ１１を挟持する一対のセパレータ１２ａ，１２ｂとで構成され、全体として積層形態を有している。ＭＥＡ１１および各セパレータ１２ａ，１２ｂは、略平面状の部品であり且つ平面視矩形の外形形状を有しており、ＭＥＡ１１の外形は、各セパレータ１２ａ，１２ｂの外形よりも僅かに小さく形成されている。ＭＥＡ１１と各セパレータ１２ａ，１２ｂとは、それらの間の周辺部を第１シール部材１３ａ，１３ｂとともに、成形樹脂４０によりモールドされている。また、隣接する単セル２，２のセパレータ１２ａとセパレータ１２ｂとの間には、第２シール部材１３ｃが設けられている。
【００４７】
ＭＥＡ１１は、高分子材料のイオン交換膜からなる電解質膜２１と、電解質膜２１を両面から挟んだ一対の電極２２ａ，２２ｂ（カソードおよびアノード）とで構成され、全体として積層形態を有している。電解質膜２１は、各電極２２ａ，２２ｂよりもサイズを僅かに大きく形成されている。電解質膜２１には、その周縁部２４を残した状態で各電極２２ａ，２２ｂが例えばホットプレス法により接合されている。
【００４８】
電極２２ａ，２２ｂは、白金などの触媒を結着した例えば多孔質のカーボン素材（拡散層）で構成されている。一方の電極２２ａ（カソード）には、空気や酸化剤などの酸化ガスが供給され、他方の電極２２ｂ（アノード）には、燃料ガスとしての水素ガスが供給される。この二つのガスによってＭＥＡ１１内で電気化学反応が生じ、単セル２は起電力を得る。
【００４９】
各セパレータ１２ａ，１２ｂは、ガス不透過の導電性材料で構成されている。本実施形態のセパレータ１２ａ，１２ｂの基材は板状のメタルで形成され、基材の電極側の面には、耐食性に優れた膜が被覆されている。
【００５０】
後述するように、セパレータ１２ａ，１２ｂは、電極２２ａ，２２ｂに面する部分をプレス成形されることで表裏各面に複数の凹凸が付され、断面が波状となるように形成されている。これら複数の凸部および凹部は平行かつストレート状に延びる形状となっており、酸化ガスのガス流路３１ａまたは水素ガスのガス流路３１ｂや、冷却水流路３２を画定している。
【００５１】
具体的には、セパレータ１２ａの電極２２ａ側となる内側の面には、ストレート状の酸化ガスのガス流路３１ａが複数形成され、その反対側の外側の面には、ストレート状の冷却水流路３２が複数形成されている。同様に、セパレータ１２ｂの電極２２ｂ側となる内側の面には、ストレート状の水素ガスのガス流路３１ｂが複数形成され、その反対側の外側の面には、ストレート状の冷却水流路３２が複数形成されている。
【００５２】
そして、単セル２における二つのガス流路３１ａおよびガス流路３１ｂは、同方向に平行に延在し、ＭＥＡ１１を挟んで位置ずれすることなく対向するように配置されている。また、隣接する二つの単セル２，２においては、一方の単セル２のセパレータ１２ａの外面と、その隣の単セル２のセパレータ１２ｂの外面とが付き合わされ、両者の冷却水流路３２が連通する。隣接する単セル２，２のセパレータ１２ａとセパレータ１２ｂとは、それらの間の周辺部を成形樹脂４０によりモールドされている。
【００５３】
セパレータ１２ａ，１２ｂの一方の端部には、酸化ガスの入口側のマニホールド、水素ガスの入口側のマニホールド、および冷却水の入口側のマニホールドが貫通した状態に形成されている。セパレータ１２ａ，１２ｂの他方の端部には、同様に酸化ガスの出口側のマニホールド、水素ガスの出口側のマニホールド、および冷却水の出口側のマニホールドが貫通形成されている。各入口側マニホールドを介して酸化ガスのガス流路３１ａ、水素ガスのガス流路３１ｂ、冷却水流路３２に各流体が供給され、各流路から各出口側マニホールドに排出される。
【００５４】
図３は、セパレータ１２ａ，１２ｂを製造する手順について説明した図である。
【００５５】
図３（ａ）の符号７０は、プレス加工等の成形加工の対象であるセパレータ材料である。加工前におけるセパレータ材料７０の厚さ（素材元厚）はｔ0である。セパレータ材料７０を型によりプレス加工し、電極２２ａ，２２ｂに面する中央部分（溝形成領域７４）が波型に加工された（ｂ）の波型成形品７１となる（図３（ｂ）参照）。波型に形成される溝形成領域７４の幅はＢRである。
【００５６】
さらに（ｂ）の波型成形品７１がコイニング成形され、（ｃ）のコイニング工程品７２となる。コイニング成形後の溝形成領域７４の幅はＢC、長さはＣ、加工により生ずる板のそり高さは、長手方向におけるそり高さがＳA、幅方向におけるそり高さがＳBとなる。
【００５７】
さらにマニホールド孔を打抜く等して（ｄ）のセパレータ１２ａ，１２ｂが完成する。なお、コイニングと同時にマニホールド孔を打抜いてもよいし、外形を打抜いてもよい。
【００５８】
次に、（ａ）から（ｂ）における波型加工、および、（ｂ）から（ｃ）におけるコイニング成形について詳細に説明する。
【００５９】
図４に示したように、波型成形加工は、上下一対の金型（波型成形用型）８０，８１を用いてセパレータ材料７０を挟み込み、プレス加工することにより行われる。上部金型（第２の型）８０には凸部（リブ）８０ａと凹部８０ｂとが交互に形成され、下部金型（第１の型）８１には上部の凸部８０ａ及び凹部８０ｂに対してそれぞれ隙間を有した状態で噛み合わされる凹部８１ａと凸部（リブ）８１ｂとが交互に形成されている。これら凸部８０ａ，８１ｂ、凹部８０ｂ，８１ａは、セパレータ材料７０の長手方向（図４において紙面に垂直な方向）に向けて延在している。
【００６０】
これら上部金型８０と下部金型８１は、凸部８０ａ，８１ｂと凹部８０ｂ，８１ａとが一定のピッチＰで繰返して設けられており、図４におけるＰ／２の範囲に示した構成が対称に繰返して設けられている。Ｐはセパレータ材料７０の幅方向（図の紙面左右方向）に沿った凸部８０ａ，８１ｂの形成間隔（溝ピッチ）、つまり凹凸１組の繰り返し単位である。
【００６１】
凸部８０ａおよび凸部８１ｂは、頂部の先端面に平坦部８４及び８５を備え、両側面は平坦部８４，８５に対して略垂直な側壁８６，８７を有する。側壁８６，８７と平坦部８４，８５との境界部は滑らかに連続する肩部８８となっている。肩部８８は、凸部８０ａ，８１ｂの長手方向に垂直な平面による断面において、互いに滑らかに連続する曲率半径Ｒ１Rの曲面（第１の曲面）８８ａと、曲率半径Ｒ２Rの曲面（第２の曲面）８８ｂとにより構成された複合Ｒ形状である。側壁８６，８７から曲面８８ａに滑らかに繋がり、さらに曲面８８ｂ、および平坦部８４，８５に滑らかに連続している。なお、以下においては波型成形時には半径Ｒ１，Ｒ２等のパラメータに添字Ｒを付し、コイニング加工時には添字Ｃを付す。
【００６２】
図における各符号について説明しておくと以下のとおりである。すなわち、
ＡRは下部金型８１の凸部８１ｂに設けられた曲面８８ｂの曲率中心間の距離の半幅、
Ｗは上部金型８０と下部金型８１とを噛み合わせた場合に、下部金型８１の凸部８１ｂの両サイドに形成される上部金型８０の凸部８０ａとの間の隙間８９間の距離、
ｌR／２は半ピッチＰ／２の幅内に形成される波型成形品７１の板面に沿った長さ寸法（成形長）、
ＨRは波型成形後の波型成形品７１の高さ、
である。上記Ｒ１R、Ｒ２R、ＡR、Ｗ、ＨRは、以下の条件を満たすよう設定される。
【００６３】
Ｒ１R＞Ｒ２R
（Ｒ１R＋Ｒ２R）／ｔ0＞１
（Ｒ１R＋Ｒ２R）／ＡR×Ｗ×ｔ0／ＨR≧０．１５
なお、ここで示している符号Ｗは、上述したとおり、下部金型８１の凸部８１ｂの両サイドに形成される上部金型８０の凸部８０ａとの間の隙間８９間の距離を表すものだが、これを成形後の波型成形品（燃料電池セパレータ）７１に当てはめた場合には以下のように表現することもできる。すなわち、複数形成されている凹凸中、凹部（例えば８１ａ）の占める幅を例えば２Ｗ’、凸部（例えば８１ｂ）の占める幅を例えば２Ｗとし、これら２Ｗ’と２Ｗの合計が凹凸の１ピッチ分の長さＰに等しいとした場合の当該Ｗがここで説明したＷに該当する。つまり、凸部の１ピッチ分の長さ（凸部１個分の幅）を２Ｗとおいた場合の半分の値であるＷが上述の式中のＷだということになる。この場合、凹部の１ピッチ分の幅と凸部の１ピッチ分の幅とが異なれば、通常は小さい方の値が２Ｗに該当する。
【００６４】
このような条件で上部金型８０と下部金型８１を構成し、セパレータ材料７０をプレスする。各金型８０，８１に設けられた凹凸により溝形成領域７４に複数の溝が波状に形成される。プレス後においては板厚は一定ではなくなり、下部金型８１の凸部８１ｂにおける板厚がｔuとなり、上部金型８０の凸部８０ａにおける板厚がｔBとなる。
【００６５】
また、本成形時には上部金型８０と下部金型８１の凹部８０ｂ、８１ａはセパレータ材料７０と接触せず、セパレータ材料の７０の頂部は加圧されない。
【００６６】
＜コイニング成形＞
図５に示したように、コイニング成形は、上下一対の金型（コイニング成形用型）９０，９１を用いて波型成形品７１を挟み込み、プレス加工することにより行われる。上部金型（第２の型）９０には凸部（リブ）９０ａと凹部９０ｂとが交互に形成され、下部金型（第１の型）９１には上部の凸部９０ａ及び凹部９０ｂに対してそれぞれ隙間を有した状態で噛み合わされる凹部９１ａと凸部（リブ）９１ｂとが交互に形成されている。これら凸部９０ａ，９１ｂ、凹部９０ｂ，９１ａは、波型成形加工において波型成形品７１に形成された波型状に対応して該波型成形品７１の長手方向（図中において紙面に垂直な方向）に向けて延在している。
【００６７】
これら上部金型９０と下部金型９１は、凸部９０ａ，９１ｂと凹部９０ｂ，９１ａとが繰返して設けられており、図５における半ピッチＰ／２の範囲に示した構成が対称に繰返して設けられている。
【００６８】
凸部９０ａおよび凸部９１ｂは、頂部の先端面に平坦部９４及び９５を備え、両側面は平坦部９４，９５に対して略垂直な側壁９６，９７を有する。側壁９６，９７と平坦部９４，９５との境界部は滑らかに連続する曲面（肩部９８）となっている。肩部９８は、凸部９０ａ，９１ｂの長手方向に垂直な平面による断面において、互いに滑らかに連続する曲率半径Ｒ１Cの曲面（第１の曲面）９８ａと、曲率半径Ｒ２Cの曲面（第２の曲面）９８ｂとにより構成された複合Ｒ形状である。側壁９６，９７から曲率半径Ｒ１Cとする曲面９８ａに滑らかに繋がり、さらに曲面９８ｂ、および平坦部９４，９５に滑らかに連続している。
【００６９】
図５において、
ＡCは下部金型９１の凸部９１ｂに設けられた曲面９８ｂの曲率中心間の距離の半幅、
ｌC／２は半ピッチＰ／２の幅内に形成されるコイニング工程品７２の板面に沿った長さ寸法（成形長）、
ＨCはコイニング成形後のコイニング工程品７２の高さ、
ＨGは溝深さ、
である。上記Ｒ１C、Ｒ２C、ＡC、Ｗ、ＨC等は、以下の条件を満たすよう設定される。
【００７０】
Ｒ１C＞Ｒ２C
（Ｒ１C＋Ｒ２C）／ｔ0＞１
（Ｒ１C＋Ｒ２C）／ＡC×Ｗ×ｔ0／ＨC≧０．１５
（Ｒ１R＋Ｒ２R）／（Ｒ１C＋Ｒ２C）≧２
０．９８≦ｌR／ｌC≦１．０２
このような条件で上部金型９０と下部金型９１を構成し、波型成形品７１をプレスしてコイニング工程品７２とする。波型加工により波状に形成された溝は、コイニング成形により更に変形が加えられる。
【００７１】
本実施形態によれば、上記の加工条件により波型成形及びコイニング成形を行うことで、図６（ｂ）と（ｃ）に示すような
０．９９８５≦ＢR／ＢC≦１．００１５
の成形品が得られ、歪みを抑制することができる。
【００７２】
具体的には、各条件により以下の作用を得る。
【００７３】
（１）パラメータを
Ｒ１R＞Ｒ２R
Ｒ１C＞Ｒ２C
とすることにより、完成したセパレータ１２ａ，１２ｂの上面１０５および下面１０６を広い面積で平坦とすることが可能となる。したがって、ＭＥＡ１１との接触面、セパレータ１２ａ，１２ｂ間の導電抵抗、ガスや冷却水のシール性、スタックの組み付け性を確保することができる。
【００７４】
（２）パラメータを
０．９８≦ｌR／ｌC≦１．０２
とすることにより、そり高さを制限内に収めることができる。
【００７５】
上記成形比率外になると、そり高さＳH（ＳA，ＳB）が図６（ａ）〜（ｃ）のように限界を超え、図３（ｃ）に示したように溝形成領域７４の溝幅方向の狙い寸法ＢCや、溝方向の寸法Ｃが太鼓状７４’や鼓状７４”になり、製品のシール性・組み付け性確保が困難となる。
【００７６】
また、上記の比が所定範囲よりも小さいとセパレータ１２ａ，１２ｂが破断しやすく、所定範囲よりも大きいと座屈しやすい。
【００７７】
本実施形態によれば、上記成形比率内とすることで、
０．９９８５≦ＢR／ＢC≦１．００１５
というように成形品の溝部幅は所定内となり、そり高さ（ＳA，ＳB）を限界内に収めることができ、製品のシール性・組み付け性を確保することができる。
【００７８】
なお、少なくとも０．９８≦ｌR／ｌC≦１．０２を満たせばよいが、さらに  ０．９９８５≦ＢR／ＢC≦１．００１５  を満たすことで、より効果的に歪みを抑制することができる。
【００７９】
（３）パラメータを
（Ｒ１R＋Ｒ２R）／ｔ0＞１
（Ｒ１C＋Ｒ２C）／ｔ0＞１
とすることにより、破断の抑制、肉厚の確保が実現する。
【００８０】
素材元厚ｔ0に対する肩部の比率が１以下では、主に波型成形での肉厚減少が大きくなってしまう。このためコイニング成形での破断、製品上必要な最小肉厚（例えば０．０４ｍｍ以上）の確保が難しく、また、コイニング成形での型製作公差も加わり、そり高さ（ＳA，ＳB）のバラツキが大きくなり、所定品質の確保が難しくなる。本実施形態によれば、上記の加工条件とすることで、割れや歪みを防ぎ、製品のシール性・組み付け性を確保することができる。
【００８１】
（４）パラメータを、
（Ｒ１R＋Ｒ２R）／ＡR×Ｗ×ｔ0／ＨR≧０．１５
（Ｒ１C＋Ｒ２C）／ＡC×Ｗ×ｔ0／ＨC≧０．１５
とすることにより、そりを最小限に抑えることができる。
【００８２】
製品のそり高さ（ＳA，ＳB）は、元厚ｔ0，凹凸流路形状、肩Ｒ形状、溝深さＨG、溝ピッチＰ、波型成形品の高さＨR、などに影響するが、種々検討した結果、上式を満たし、さらに波型成形時にセパレータ材料の頂部を加圧しない成形法により、そりを最小限に抑えることができ、ＭＥＡ１１との接触面、セパレータ１２ａ，１２ｂ間の導電抵抗、ガスや冷却水のシール性、スタックの組み付け性を確保することができる。なお、付け加えておくと、ここでは頂部を加圧しない成形法と記載しているが、より好ましくはコイニング成形で頂部の肉厚を減少させずに加圧するというものである。この場合の加圧は、主として曲げと圧縮とを加えるものである。こうした場合、矯正的に肉厚を潰すことがない。
【００８３】
（５）パラメータを
（Ｒ１R＋Ｒ２R）／（Ｒ１C＋Ｒ２C）≧２
とすることにより、完成したセパレータ１２ａ，１２ｂの上面１０５および下面１０６を広い面積で平坦とすることが可能となる。したがって、ＭＥＡ１１との接触面、セパレータ１２ａ，１２ｂ間の導電抵抗、ガスや冷却水のシール性、スタックの組み付け性を確保することができる。
【００８４】
以上のように、本実施形態のセパレータ製造装置及びセパレータ製造方法によれば、割れや歪み、そりの発生を抑制することができ、製品のシール性・組み付け性を確保して高品質な燃料電池を得ることができる。これについてより詳細に説明しておくと以下のとおりである。
【００８５】
すなわち、（ａ）セパレータ材料７０を例えばブランクホルダで支持し、上部金型８０によって下部金型８１の例えば弾性パットによる大まかな張出し成形を行う場合、ブランクホルダの周囲やその付近あるいは肩部８８（ないしは９８）においてセパレータが薄肉となることがある。また、凹凸ピッチＰが細かくて立ち面の大きな製品の場合、第２成形（第２工程）も張出し成形となるため、細かなピッチＰとなった凹凸形状では肩部が更に薄肉化して成形が困難となることがある。これは、例えば、外周部が平坦形状で（なお、ここでいう「外周部が平坦形状」とは、例えば図３（ｄ）に示す矩形の溝形成領域７４の外側の部分が平坦に形成されるということ）弾性体や液圧により中央部に張出し成形すると、コーナー部・縁部・中央部での成形時の張出し力による曲げモーメントが異なり、肩部８８のＲ（曲率半径）が小さい部位では材料の局部伸びが大となり成形が困難になる、ということが理由の一つといえる。これに対し、割れや歪み、そりの発生を抑制することとした本実施形態にかかるセパレータ製造技術あるいはこれによって製造される燃料電池セパレータによれば、これらのような成形時の問題を解決することが可能である。
【００８６】
（ｂ）一般的な成形工程においては、ガス流路の長手方向と平行となっている周辺部を固定し、長手方向と直交している周辺部を型で係止し、流路のプレス成形により圧延方向と同一方向の引張り力を加えるため、直交する周辺部に分配形状を有する場合その形状との流路間寸法保持性や形状保持性が困難となる。また、ガス流路の長手方向と平行となっている周辺流路部が上述したように太鼓状となったり鼓（つづみ）状となったりした場合に、長手方向と平行となる周辺部は固定されているために歪の解消を図ることができないことがある。以上についてもう少し詳細に説明すると、例えば、凹凸溝を圧延成形した後、後工程で所定の部位（この場合、凹凸溝となっている部位）を加圧拘束し、圧延方向と同方向に引張り力を加えると凹凸溝となっている部分は延ばされることになるが、この場合、凹凸溝部分の長手方向と直交する周辺部との歪差が生じ、その調整が必要となり、圧延した凹凸溝の初期形状も変わることがある。また、凹凸溝部分の長手方向と直交する周辺部は、一般的な成形時、溝部長手方向と直交の肩Ｒ部の応力差（スプリングバック量の差となる）で太鼓状や鼓状になってそりが発生することがあるが、溝部長手方向と直交する周辺部を拘束すると溝部全体に均一な変形量が付与できず、歪の安定化が困難になることもある。より詳細に説明すると、成形時、肩Ｒ部の引張応力が大で、除荷時（型の開放時）の残留応力により肩Ｒ部が伸びようとすると圧縮応力によりスプリングバックし、その応力バランスによってそりが発生する。あるいは、成形時の圧縮応力が大で開放時に引張応力が働き、このときの力の大小やアンバランスに起因してそりが発生する。このようなそりの発生時または発生後、溝直交周辺部を拘束すると溝部全体に均一な変形量を付与することが難しくなる。つまり、溝幅方向の中心部では引張応力が働くが、拘束部位では同様な応力が与えられることがなく、その差が歪みとなり、そりを安定化させることが困難となっている。この点、本実施形態の技術によれば、既に説明したように太鼓状や鼓状となるのを抑制して寸法や形状の保持性に優れるセパレータを成形することが可能である。
【００８７】
（ｃ）成形時においては、凹凸溝の中央における被加工部および周囲の平坦部に対して一定量の圧延加工を施すことになるため、凹凸溝形状が異なる場合や、材料の厚さにバラツキがある場合、溝方向の圧延量に関し、中央付近の凹凸溝と周囲の平坦部との間で肉余りの差により歪、すなわち波打ちが発生し、ロールシャフトの撓みも加わる結果、歪量を安定させることが困難である。すなわち、薄板の凹凸部分に圧延加工を施すと、凹凸部分には必ず圧縮応力が発生し、これに見合う体積変動（板厚方向・圧延方向・圧延方向に直角な方向）で変形量や残留応力が異なり、これが凹凸部分の周囲における歪み量の差となり、そりや肉余りが発生することにつながっている。この点、本実施形態の技術によれば、既に説明したようにセパレータにおける割れや歪み、そりの発生を抑制することができるから、これらのような問題をも解消することが可能である。
【００８８】
（ｄ）セパレータ材料の板厚が例えば0.1ｍｍ程度で凹凸のピッチが小さい場合、肩部の曲率半径Ｒを一定の小さな値とすると、成形工程中に当該肩部で早期の段階で破断が生じ、所定の溝深さが得られず、頂部における平坦部を確保することもままならないことがある。また、凹凸部の溝形状が非対称で圧延量や変形量が同一の場合には、頂部や肩部の肉厚が異なり、変形量の差や応力歪差が発生し、平滑な製品が得られなくなることがある。この点、本実施形態の技術によれば、既に説明したようにセパレータにおける割れや歪み、そりの発生を抑制することができるからこのような問題を解消することも可能である。
【００８９】
（ｅ）燃料電池セパレータにおいて、上底部、下底部に一定曲率半径の肩部が設けられている場合、平坦部の面積ないしは領域を大きくしようとすると、頂部のコイニング量を大きくすることになる。その反面、上底部と下底部のコイニング量を同程度にしないと歪量に差が発生し、そりの解消が困難となるということもある。つまり、成形時、肩Ｒ部に作用する応力に起因してそりが生じるというのは上述したとおりであるが、この点、特に肩Ｒ部でのコイニング量（曲げ圧縮量）を同一にしないと当該肩Ｒ部にて残留応力差が生じ、その差がそりの発生につながるということがある。特に極薄板や箔の場合、このような問題が顕著になる傾向がある。この点、本実施形態の技術によれば、肩Ｒ部の形状をほぼ同一とし（例えば図５参照）、残留応力のバランスを確保することが可能となる結果、既に説明したようにセパレータにおける割れや歪み、そりの発生を抑制することができるからこのような問題を解消することも可能である。
【００９０】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。以下、上述した実施形態の変形例を説明しておく。
【００９１】
図７に示すように、コイニング成形に用いる上部金型９０の凹部９０ｂに、曲率ρ１で僅かに膨出する膨出部１００を設ける。下部金型９１の凸部９１ｂには、膨出部１００に対向して曲率ρ１で僅かに内側に窪む陥没部１０２を備える。
【００９２】
また、下部金型９１の凹部９１ａに、曲率ρ２で僅かに膨出する膨出部１０１を設ける。上部金型９０の凸部９０ａには、膨出部１０１に対向して曲率ρ２で僅かに内側に窪む陥没部１０３を備える。
【００９３】
膨出部１００の膨出幅及び陥没部１０２の窪み幅はｈ1、膨出部１０１の膨出幅及び陥没部１０３の窪み幅はｈ2である。上記膨出部１００，１０１及び陥没部１０２，１０３を設けない場合、肩部９８の寸法及び寸法ＡCが小さいと、成形後のセパレータ１２ａ，１２ｂの上面１０５および下面１０６が図８の上面１０５’および下面１０６’のように膨らんでしまう。上記のように金型９０，９１に膨出部１００，１０１及び陥没部１０２，１０３を設けることにより、図８に示すように成形後のセパレータ１２ａ，１２ｂの上面１０５および下面１０６を平坦に仕上げることができる。したがって、ＭＥＡ１１との接触面、セパレータ１２ａ，１２ｂ間の導電抵抗ガスや冷却水のシール性、スタックの組み付け性を確保することができる。
【００９４】
なお、上記の例では上部金型９０の凸部９０ａと下部金型９１の凸部９１ｂの両方に膨出部１００，１０１、及びこれに対応する陥没部１０２，１０３を設けたが、いずれか一方側にのみ設けても良い。例えば上部金型９０の凸部９０ａの幅が十分に広い場合には、下部金型９１の膨出部１０１及び上部金型９０の陥没部１０３を設けなくとも良い。また、陥没部１０１，１０２を設けなくとも良い。
【００９５】
また、上記各実施形態において、上部金型８０と下部金型８１、および上部金型９０と下部金型９１の肩部８８，９８の形状を同じとしたが、異ならせても良い。例えば、上部金型８０の凸部８０ａと下部金型８１の凸部８１ｂは、共に曲率半径Ｒ１R、Ｒ２Rの曲面を持つが、上部金型８０の肩部曲率半径と下部金型８１の肩部曲率半径を異ならせても良い。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の一実施形態として示した燃料電池の斜視図である。
【図２】同燃料電池の断面図であり、隣接する二つの単セルの構成を示す図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ燃料電池のセパレータを加工する手順について示した三面図である。
【図４】セパレータ材料を金型により挟み込んでプレス加工する状態について示した部分断面図である。
【図５】セパレータ材料を金型により挟み込んでコイニング成形する状態について示した部分断面図である。
【図６】波型成形及びコイニング成形の際のパラメータ条件について示した図である。
【図７】変形例として示した金型を用いてプレス加工する状態について示した部分断面図である。
【図８】同金型により加工された後のセパレータを示した部分断面図である。
【符号の説明】
【００９７】
１…燃料電池、２…単セル、１２，１２ｂ…セパレータ、７０…セパレータ材料、８０…上部金型（波型成形用型、第２の型）、８０ａ…凸部（リブ）、８１…下部金型（波型成形用型、第１の型）、８１ｂ…凸部（リブ）、８８…肩部、８８ａ…曲面（第１の曲面）、８８ｂ…曲面（第２の曲面）、９０…上部金型（コイニング成形用型、第２の型）、９０ａ…凸部（リブ）、９１…下部金型（コイニング成形用型、第１の型）、９１ｂ…凸部（リブ）、９８…肩部、９８ａ…曲面（第１の曲面）、９８ｂ…曲面（第２の曲面）、１００，１０１…膨出部
【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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