JP2005007446A - Hydraulic forming machine, hydraulic forming method, and metal separator for fuel cell formed by using the method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉空間に充填された液体の液圧力を複雑な装置を用いることなく上昇させて液圧成形する液圧成形方法およびその装置並びに液圧成形方法により凸部が成形される燃料電池用メタルセパレータに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、例えば、以下の特許文献1に示すような、液圧成形方法は知られている。この従来の液圧成形方法においては、まず、下型に形成された窪み部に液体を満たした状態で、ブランクホルダが薄肉金属板を狭持する。そして、多数の凹部が形成された上型を下降させて薄肉金属板に当接させる。そして、加圧ポンプによって液体の液圧力を上げて、上型に形成された凹部内に突出する凸形状を薄肉金属板に予備成形する。続いて、液体の液圧力を下げるとともに上型を所定位置まで降下させて、上型の凹部と下型に形成された凸部との間に薄肉金属板を挟み、所定の凸形状を薄肉金属板にプレス成形により転写する。そして、液圧弁を完全に解放して液圧力を降下させ、上型が上昇して元の位置に戻る。このように、従来の液圧成形方法によれば、上記動作の実行により、薄肉金属板の表面に多数の凹凸形状が形成されるようになっている。また、このように多数の凹凸形状が形成された薄肉金属板は、燃料電池用メタルセパレータを構成する。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−259752
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の液圧成形方法においては、薄肉金属板を予備成形する際に、加圧ポンプにて液体を加圧する必要がある。このため、液圧成形装置に加圧ポンプを備えなければならず、液圧成形装置全体の構造が複雑になるとともに、高価なものとなる。
【0005】
【発明の概要】
本発明は、上記した問題に対処するためになされたものであり、その目的は、型構造を簡略化して好適な液圧成形を可能とする液圧成形方法および同方法により凸部が成形される燃料電池用メタルセパレータ並びに液圧成形装置を提供することにある。
【0006】
本発明の特徴は、液圧成形装置を、液体を収容する窪み部を有した固定型と、前記液体内に収容されて、ワークの一側に当接し同ワークに向けて前記液体を流動させる連通路を有する従動側可動型と、前記ワークの他側に配置されて、前記従動側可動型とにより前記ワークを挟持し前記連通路に対応して形成された成形空間を有する駆動側可動型とを備えていて、前記ワークにてその一側に前記液体を密閉可能としたことにある。
【0007】
これによれば、駆動側可動型の可動により駆動側可動型と従動側可動型でワークを挟んで液体に押し込めば、液体が圧縮されて加圧されて、液体が従動側可動型の連通路を通してワークに向けて流れる。これにより、ワークが駆動側可動型の成形空間に向けて押されて、膨出成形される。このため、液体を加圧するための加圧ポンプを別途備える必要がなくて、型構造を簡略化することができる。
【0008】
また、従動側可動型に設けた連通路を通して、加圧した液体をワークに対して選択的に(部分的に)作用させることができる。このため、複雑な凸形状を成形する場合であっても、加圧した液体を作用させる部分を自由に設定することができる。したがって、成形に際して加圧が必要な部分に最適に加圧した液体を作用させることができて、正確に凸形状を転写することができる。
【0009】
一方、駆動側可動型と従動側可動型とにより挟持された部分(非成形部分)は、液体が圧縮されて加圧される前に既に挟持された状態とされるため、非成形部分は、加圧した液体による変形が防止される。したがって、非成形部分は、ワークの初期の形状(例えば、平形状や曲面形状)を維持することができて、例えば、製品を他部品に組み付ける際の組み付け精度を向上することができる。また、非成形部分は、駆動側可動型と従動側可動型とによって挟持されることにより若干圧延されるため、材料の流動性が確保されて成形部分の凸変形による影響(例えば、成形部分の引張変形によって発生する材料の減肉や湾曲変形など)を防止することができる。また、従来の液圧成形方法に比して、上型と下型によるプレス工程をなくすことができて、成形時間(1サイクル時間)を短縮することができる。
【0010】
また、本発明の他の特徴は、前記駆動側可動型と前記従動側可動型とによって挟持される前記ワークの周縁部を前記固定型とにより挟んで固定するブランクホルダを設けたことにもある。これによれば、ワークを固定型とブランクホルダによって挟んで固定することにより、ワークに成形時に発生するしわの発生を効果的に防止することができる。
【0011】
また、本発明の他の特徴は、前記窪み部の内壁面と前記従動側可動型の側周面間に前記液体の流出を防止するシール部材を設けたことにもある。これによれば、ワークを駆動側可動型と従動側可動型とによって挟持することのみでワークに凸形状を成形するため、ワークの周縁部を挟持するブランクホルダを設ける必要がなく、装置全体の製造コストを大幅に低減することができる。また、ブランクホルダによって挟持される部分をワークに設ける必要がないため、材料の歩留まりを向上させることができる。
【0012】
また、本発明の他の特徴は、前記駆動側可動型に設けた成形空間は、複数の凹形状から形成されるものであり、前記従動側可動型に設けた連通孔は、前記成形空間に形成された複数の凹形状に対応して複数形成されることにもある。これによれば、複数の凹凸形状を一度に正確に成形することができるため、生産性を向上することができる。
【0013】
また、本発明の他の特徴は、前記ワークが前記駆動側可動型と前記従動側可動型とによって挟持される前に前記液体を供給して満たし、前記ワークが前記駆動側可動型と前記従動側可動型とによって成形されるときに前記液体を封止し、前記成形後にて前記駆動側可動型が退避動作する前に前記液体を排出する給排封止装置を設けたことにもある。この場合、前記給排封止装置は、液圧供給源から前記下型の窪み部への前記液体の流通を許容する逆止弁と、前記下型の窪み部と前記逆止弁間の通路内に保持可能な圧力を切替操作に応じて変更可能であり、常態ではリリーフ圧が低圧設定値とされ、前記ワークが成形されるときにはリリーフ圧が高圧設定値とされるリリーフ弁との複合弁を備えていて、この複合弁のバルブボデーは前記固定型に直接組み付けられているとよい。また、前記バルブボデーには、圧力センサを脱着可能な取付ポートが設けられているとよい。
【0014】
これによれば、液圧成形装置には、液体の給排封止装置を設けることができるため、例えば、連続成形により、液体が減少した場合であっても、容易に液体を補充することができる。また、液体を封止することができるため、ワークに所定形状を成形した後、液体の液圧力を所定の時間保持することができる。これにより、ワークの下面に所定時間、高圧の液圧力を均一に作用させることができるため、例えば、成形に伴って発生する歪を除去することができる。したがって、歪除去工程をなくすことができて、成形時間を短縮することができる。また、駆動側可動型が窪み部から退避する前に、液体の液圧力を開放することができるため、駆動側可動型が退避した後に、高圧の液圧力により、ワークが変形することを防止できて、製品の成形精度を向上させることができる。
【0015】
また、給排封止装置が逆止弁とリリーフ弁の複合弁を備えて、複合弁のバルブボデーを下型に直接組み付けることにより、下型の窪み部と各弁間をそれぞれ連通する連通配管を設ける必要がない。これにより、液体の液圧力が高圧とされたときに、連通配管が拡径することによる圧力降下が生じず、液体の液圧力を高圧で保持することができる。また、逆止弁とリリーフ弁とをそれぞれ組み付けるためのスペースを省略することができて、液圧成形装置をコンパクトに構成することができる。
【0016】
また、複合弁のバルブボデーの取付ポートには、圧力センサを取り付けることができる。このため、下型に圧力センサを取り付けるための配管を別途設ける必要がなく、圧力降下が生じることがなくて、窪み部内の液体の液圧力を正確に確認することができる。したがって、圧力センサを取付ポートに取り付けることにより、圧力センサから出力される液体の液圧力に基づいて、製品の成形状態の良否を判別することができて、製品の品質を良好に保つことができる。また、取付ポートに取り付けた圧力センサからの液体の液圧力に基づいて、上型が窪み部に侵入する作動量を適宜調整することもできる。したがって、ワークの形状の影響(例えば、厚さの変動など)を最小として成形することができるため、製品の品質を良好に保つことができる。
【0017】
また、本発明の他の特徴を別の観点から捉えると、ワークの一部に液圧を作用させることにより、ワークの一部に成形を施す液圧成形方法であって、ワークの一側に密閉状態で満たされた液体内にてワークの一側に当接するように配置された従動側可動型とワークの他側に設けられた駆動側可動型間にワークをセットするワークセット工程と、前記ワークセット工程にてセットした前記ワークを前記駆動側可動型と前記従動側可動型によって挟持した状態で、前記駆動側可動型を前記液体に向けて押し込むことにより前記液体を加圧し、前記駆動側可動型に設けた成形空間に対応して前記従動側可動型に設けた連通路を通して前記加圧した液体を前記ワークの一側に向けて流動させて、前記ワークの一部を前記成形空間に向けて変形させて前記セットされたワークに成形を施す加圧成形工程とを備えていることにある。
【0018】
この場合、前記加圧成形工程終了後、前記加圧された液体の圧力を所定時間保持する圧力保持工程を備えているとよい。また、前記圧力保持工程終了後、前記駆動側可動型が退避動作する前に前記加圧された液体の圧力を開放する圧力開放工程を備えているとよい。
【0019】
これらによれば、加圧成形工程により、駆動側可動型を液体に向けて押し込んで液体を圧縮して加圧し、液体の液圧力を高めることができる。したがって、別途加圧ポンプを設けなくても、液体の液圧力を高圧とすることができて、型構造を簡略化することができる。また、駆動側可動型の成形空間と従動側可動型に形成された連通路を介して作用する液圧力が高められた液体とにより、ワークに凸形状を正確に転写することができる。このため、従来の液圧成形方法に比して、上型と下型によるプレス工程をなくすことができて、成形時間(1サイクル時間)を短縮することができる。
【0020】
また、圧力保持工程を備えることにより、ワークの下面に所定時間、高圧の液圧力を均一に作用させることができる。このため、例えば、成形に伴って発生する歪を除去することができる。したがって、歪除去工程をなくすことができて、成形時間を短縮することができる。また、圧力開放工程を備えることにより、上型が退避した後に、高圧の液圧力により、ワークが変形することを防止できて、製品の成形精度を向上させることができる。
【0021】
さらに、本発明の他の特徴を別の観点から捉えると、多数の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、セパレータ素材の一側に密閉状態で満たされた液体内にて前記セパレータ素材の一側に当接するように配置された従動側可動型と前記セパレータ素材の他側に設けられた駆動側可動型間に前記セパレータ素材をセットするセパレータ素材セット工程と、前記セパレータ素材セット工程にてセットした前記セパレータ素材を前記駆動側可動型と前記従動側可動型によって挟持した状態で、前記駆動側可動型を前記液体に向けて押し込むことにより前記液体を加圧し、前記駆動側可動型に設けた成形空間に対応して前記従動側可動型に設けた連通路を通して前記加圧した液体を前記セパレータ素材の一側に向けて流動させて、前記セパレータ素材の一部を前記成形空間に向けて変形させて前記セットされたセパレータ素材に成形を施す加圧成形工程とを備えた液圧成形方法により前記凸部が成形されることにある。
【0022】
この場合、前記凸部を成形する液圧成形方法は、前記加圧成形工程終了後、前記加圧された液体の圧力を所定時間保持する圧力保持工程を備えているとよい。また、前記凸部を成形する液圧成形方法は、前記圧力保持工程終了後、前記駆動側可動型が退避動作する前に前記加圧された液体の圧力を開放する圧力開放工程を備えているとよい。
【0023】
これらによれば、液圧成形方法の各工程を経て成形された燃料電池用メタルセパレータは、セパレータ素材に凸部形状が正確に転写されるため、例えば、メタルセパレータ同士を接合してスタックを構成した際に、メタルセパレータ間の接触面積を十分に確保することができる。このため、接合したメタルセパレータ間の導電性を高めることができる。また、メタルセパレータ同士を接合することにより凸部によって形成されるガス流路や冷却水流路は、凸部形状が正確に転写されているために、これら流路を流通するガスや冷却水の流出入抵抗を低減することができる。したがって、燃料電池の発電性能を大幅に向上させることができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の第1実施形態を図面を用いて説明する。図1から図4は、本発明の一例に係る表面に多数の筋状凸部を有する薄肉金属板、例えば、燃料電池用メタルセパレータを製造する各工程を示すものである。そして、液圧成形装置20が、これら各工程を順次進めることにより、図5に示す薄肉金属板10を製造する。
【0025】
薄肉金属板10は、ワークとしての金属板本体11と同金属板本体11の表面に多数成形された筋状凸部12とから構成されている。金属板本体11は、平板状であって、割れや反りがなく、かつ、筋状凸部12の肩部や基部にだれが発生しにくい特性を有しているステンレス(例えば、SUS316Lなど)を採用しており、その板厚は、0.5mm以下とされている。ここで、以下の説明においては、金属板本体11の板厚を0.1mmとして説明する。なお、金属板本体11としては、ステンレスに限定されず、他の薄肉鋼板(SCP,SHP)、アルミニウム板、銅板などを採用可能であることはいうまでもない。
【0026】
筋状凸部12は、先端部分から基端部分に向かってわずかに拡開するテーパ状を呈している。そして、先端部分には、所定幅(例えば、0.4mm程度)の平坦部12aが形成されている。また、筋状凸部12は、2〜3mmの幅、0.4〜0.6mmの高さで成形されるとともに、そのピッチ間隔が2〜5mmで成形される。ここで、以下の説明においては、筋状凸部12の形状を、幅2.3mm、高さ0.5mmとして成形し、そのピッチ間隔を2.6〜3.0mmとして説明する。
【0027】
液圧成形装置20は、図1から図4に示すように、固定型としてのベース21、従動側可動型としての下型22、駆動側可動型としての上型23およびブランクホルダ24を備えている。
【0028】
ベース21は、下端面にて、床面に固定されたプレスヘッドPの上面に固定されており、略中央上部にて上方に開口する窪み部21aを備えている。また、窪み部21aの上端部には、金属板本体11を載置して支持する支持部21bが形成されている。窪み部21aは、下型22および上型23を挿入可能な大きさに形成されていて、その内部には、作動液体Aおよび下型22を収容している。なお、窪み部21a内には、満たされる作動液体Aの体積を小さくするためのスペーサMが設置されている。また、ベース21には、窪み部21aの底部にて開口して、後述する給排封止装置Sに接続する通路21cが形成されている。
【0029】
作動液体Aは、例えば、グリコールと水とを混合して作製される液体である。このときの混合体積比は、例えば、グリコール:水=9〜6:1〜4程度とされる。そして、作製された作動液体Aの圧縮率は、2.84×10−5cm2/kg程度であり、その粘度は、100〜1500cSt程度とされている。なお、粘度については、粘度が100cStより低いと、繰り返し液圧成形した際に、作動液体Aの温度が上昇して粘度が低下し、作動液体Aの液圧力が上昇したときに窪み部21aから漏れ出す可能性がある。一方、粘度が1500cStよりも高いと、作動液体Aの流動性を確保できない可能性がある。
【0030】
下型22は、支持部21bに載置された金属板本体11の下面側に当接するようになっており、その外周寸法が窪み部21aの開口寸法に比して所定量小さい寸法とされて、窪み部21a内にて上下方向に変位可能とされている。ここで、所定量小さい寸法とは、金属板本体11の板厚と同板厚の製造上の誤差を考慮して、決定される寸法である。そして、下型22は、その下端面と窪み部21aの底面との間に設置されたバネBの付勢力によって、上方(窪み部21aの開口方向)に付勢されている。なお、バネBに代えて、下型22を段発的に上方へ付勢する部材、例えば、エアークッションなどを採用することも可能である。
【0031】
また、下型22には、作動液体Aを金属板本体11の一側に向けて流動させる連通路としての貫通孔22aが薄肉金属板10の筋状凸部12のピッチ間隔に合わせて複数形成されている。ここで、孔径としては、作動液体Aを流通しやすくするために、例えば、0.5mm以上とすることが好ましい。
【0032】
上型23は、支持部21bに載置された金属板本体11の上面側に配置されていて、その上端面にて上下方向に駆動して昇降可能に構成されたインナースライダIの下面側と一体的に固着されている。また、上型23の外周寸法は、下型22の外周寸法と略同一の寸法とされていて、下降動作に伴って、その下端面にて金属板本体11を下型22とともに狭持するとともに作動液体Aを圧縮して加圧するようになっている。また、上型23の下端面には、下型22に形成された貫通孔22aに対応して形成された成形空間としての成形部23aが複数形成されている。成形部23aは、薄肉金属板10の筋状凸部12の高さに合わせた凹形状から構成されている。
【0033】
ブランクホルダ24は、下型22と上型23とによって狭持される金属板本体11の周縁部を支持部21bとにより挟んで固定するものである。このため、ブランクホルダ24は、その上端面にて上下方向に駆動して昇降可能に構成されたアウタースライダOの下面側と一体的に固着されており、上型23の外周に配置されるとともに、その下端面は、支持部21bに対向するようになっている。
【0034】
また、液圧成形装置20には、金属板本体11がベース21の支持部21bに載置される前にベース21の窪み部21aに作動液体Aを供給して満たし、金属板本体11が上型23と下型22とによって成形されるときに窪み部21aに満たした作動液体Aを封止し、成形後にて上型23がベース21の窪み部21aから上方へ退避動作する前に窪み部21aから作動液体Aを排出する給排封止装置Sを備えている。給排封止装置Sは、複合弁30、コントロールバルブユニット40およびポンプユニット50を備えており、ベース21に複合弁30が直接組み付けられるとともに、複合弁30に管路H1,H2,H3介してコントロールバルブユニット40およびポンプユニット50が接続されている。
【0035】
複合弁30は、図6および図7に示すように、チェック弁37とパイロット式リリーフ弁38を組み合わせたものであり、バルブボデー31と、このバルブボデー31に形成された供給ポート32、給排ポート33、排出ポート34、パイロットポート35およびセンサ取付ポート36と、これらポート間を連通する連通路U1,U2およびU3を備えている。
【0036】
バルブボデー31は、機械構造用炭素鋼などのブロック材から形成された本体部分31aとカバー部分31bから構成されている。そして、バルブボデー31は、本体部分31aとカバー部分31bが互いに組み付けられた状態において、各ポート32,33,34,35および36と連通路U1,U2,U3およびU4が同一平面に形成されていて、扁平形状とされている。
【0037】
供給ポート32は、バルブボデー31のカバー部分31bに形成されていて、管路H1、コントロールバルブユニット40が備える可変絞り弁41および4ポート3位置電磁切替弁42のAポートに接続されて作動液体Aを供給するためのポートである。なお、管路H1は、高圧ゴムホースおよびカプラーから形成されている。給排ポート33は、バルブボデー31の本体部分31aに形成されていて、液圧成形装置20のベース21の通路21cにダイレクトに接続されて窪み部21aへの作動液体Aの供給と窪み部21a内の作動液体Aを排出するためのポートである。そして、供給ポート32と給排ポート33とは、連通路U1によって接続されている。
【0038】
排出ポート34は、バルブボデー31の本体部分31aに形成されていて、管路H2を介して、ポンプユニット50が備えるタンク52に接続されて窪み部21a内から排出された作動液体Aをタンク52へ流すためのポートである。そして、排出ポート34は、連通路U2によって給排ポート33と接続されている。なお、管路H2は、高圧ゴムホースおよびカプラーから形成されている。
【0039】
パイロットポート35は、バルブボデー31のカバー部分31bに形成されていて、管路H3、コントロールバルブユニット40が備える可変絞り弁41および4ポート3位置電磁切替弁42のBポートに接続されおり、連通路U3を介してパイロット式リリーフ弁38にパイロット圧を供給するためのポートである。なお、管路H3は、高圧ゴムホースおよびカプラーから形成されている。
【0040】
センサ取付ポート36は、圧力センサPSを組み付けるためのポートである。そして、センサ取付ポート36は、連通路U1に接続される連通路U4によって給排ポート33と接続されている。なお、圧力センサPSをセンサ取付ポート36に取り付けない場合には、センサ取付ポート36に栓を取り付けるようになっている。
【0041】
チェック弁37は、供給ポート32と給排ポート33とを互いに接続する連通路U1の途中に設けられている。そして、チェック弁37は、作動液体Aが供給ポート32を介して連通路U1に導入されると、給排ポート33への作動液体Aの流れを許可する。一方、チェック弁37は、給排ポート33から供給ポート32への流れに対して、作動液体Aの流れを阻止する。
【0042】
パイロット式リリーフ弁38は、給排ポート32と排出ポート34とを互いに接続する連通路U2の途中に設けられている。このパイロット式リリーフ弁38は、パイロットポート35および液路U3を介して伝達されるパイロット圧を受圧するピストン38aを備えている。そして、ピストン38aには、ポペット弁38bがピストン38aの軸線方向にて摺動可能に組み付けられており、ピストン38aとポペット弁38b間に組み付けられたバネ38cの付勢力によって、ポペット弁38bの弁部が弁座方向に付勢されている。
【0043】
そして、パイロット式リリーフ弁38は、コントロールバルブユニット40が備える4ポート3位置電磁切替弁42の切替動作に応じて、パイロットポート35を介してポンプユニット50からパイロット圧が伝達された状態では、リリーフ圧が高圧設定値とされる。一方、4ポート3位置電磁切替弁42の切替動作に応じて、パイロットポート35を介してポンプユニット50からパイロット圧が伝達されない状態では、リリーフ圧が低圧設定値とされる。
【0044】
圧力センサPSは、通路21cおよび連通路U4を介して伝達される窪み部21a内の作動液体Aの液圧力を検出するものである。そして、圧力センサPSによって検出された検出値は、増幅器を介して、例えば、図示しないパーソナルコンピュータに出力されるようになっている。
【0045】
コントロールバルブユニット40は、図7に示すように、可変絞り弁41、4ポート3位置電磁切替弁42、リリーフ弁43,44を備えている。可変絞り弁41は、複合弁30の供給ポート32およびパイロットポート35にそれぞれ供給する作動液体Aの流量を調整するためのニードル弁である。
【0046】
4ポート3位置電磁切替弁42(以下、電磁切替弁42という)は、左右一対のソレノイド42a,42bを備えている。また、電磁切替弁42のPポートは、ポンプユニット50の出力ポート51に接続されており、Rポートは、ポンプユニット50のタンク52に接続されている。そして、電磁切替弁42は、図示しない電気制御装置によってソレノイド42a,42bの作動が制御されることにより、作動液体Aの流路を切り替えるようになっている。ここで、電気制御装置は、例えば、上型23やブランクホルダ23の上下動位置を検出するセンサや窪み部21a内の作動液体Aの液面を検出するセンサの検出結果に応じて、ソレノイド42a,42bの作動を制御するようになっている。
【0047】
この電気制御装置による電磁切替弁42の制御について具体的に説明すると、電気制御装置は、金属板本体11を支持部21bに載置(セット)する工程およびブランクホルダ24にて固定する工程(後述する第1の工程および第2の工程に対応)において、ソレノイド42a,42bを非励磁の状態とする。これにより、電磁切替弁42の弁体の位置は、中央位置(図7に示す状態)とされて、A,B,P,Rポートがすべて連通した状態とされる。また、電気制御装置は、加圧成形工程および圧力保持工程(後述する第3の工程および第4の工程に対応)において、ソレノイド42bを励磁する。これにより、電磁切替弁42の弁体の位置は、電磁切替弁42のP,Bポートを介して、ポンプユニット50の出力ポート51とパイロットポート35が連通し、電磁切替弁42のR,Aポートを介して、タンク52と供給ポート32が連通する弁体の位置に切り替えられる。これにより、パイロット式リリーフ弁38にパイロット圧が伝達される。
【0048】
また、電気制御装置は、圧力開放工程(後述する第5の工程初期に対応)において、ソレノイド42a,42bを非励磁の状態とする。これにより、電磁切替弁42の弁体の位置は中央位置とされて、A,B,P,Rポートがすべて連通した状態として、窪み部21aの作動液体Aが排出される。また、電気制御装置は、薄肉金属板10を取り出す工程(後述する第5の工程に対応)から次回金属板本体11を載置する工程間にて、窪み部21a内の作動液体Aの液面検出結果に応じて、ソレノイド42aを励磁する。これにより、電磁切替弁42の弁体の位置は、P,Aポートを介して、ポンプユニット50の出力ポート51および供給ポート32が連通し、電磁切替弁42のR,Bポートを介して、タンク52とパイロットポート35が連通する弁体の位置に切り替えられる。これにより、作動液体Aがポンプユニット50から窪み部21aに供給される。
【0049】
リリーフ弁43は、供給ポートに供給される作動液体Aの液圧力が所定の圧力を超えるとリリーフ作動して、ポンプユニット50のタンク52に作動液体Aを流す(逃がす)ようになっている。リリーフ弁44は、パイロットポートに供給される作動液体Aの液圧力が所定の圧力を超えるとリリーフ作動して、ポンプユニット50のタンク52に作動液体Aを流す(逃がす)ようになっている。
【0050】
ポンプユニット50は、出力ポート51から、タンク52に満たされている作動液体Aを所定の液圧力で吐出するものである。これにより、ポンプユニット50は、出力ポート51から吐出した作動液体Aを液圧成形装置20の窪み部21aに供給したり、複合弁30のパイロット式リリーフ弁38に所定のパイロット圧を伝達したりするようになっている。
【0051】
次に、上記のように構成した液圧成形装置20が図1に示す第1の工程から図4に示す第5の工程を経て、薄肉金属板10を成形する動作を第1の工程から順次詳細に説明する。
【0052】
図1に示す第1の工程では、金属板本体11をベース21の支持部21bに載置する。この第1の工程においては、下型22は、バネBの上方への付勢力によって、その上端面が支持部21bの上端面と略面一となる位置(以下、この位置を下型初期位置という)にて維持されている。この下型初期位置においては、作動液体Aが、下型22の貫通孔22aを介して、下型22の上端面まで満たされている。これにより、作動液体Aの液面と金属板本体11との間には空気が存在しないようになっている。
【0053】
このように、金属板本体11が支持部21bおよび下型22の上端面に載置されると、作動液体Aは、金属板本体11の下面、窪み部21a、通路21cおよび複合弁30とから形成される空間(以下、密閉空間という)に満たされた状態となる。
【0054】
図2に示す第2の工程では、アウタースライダOを下降させ、ブランクホルダ24をベース21の支持部21b方向に下降させる。そして、ブランクホルダ24の下端面と支持部21bとにより、載置した金属板本体11の周縁部を挟んで固定する。このように、金属板本体11の周縁部がブランクホルダ24の下端面と支持部21bとにより固定されると、作動液体Aは、密閉空間内に密閉された状態となる。
【0055】
上記第1および第2の工程においては、複合弁30は、電磁切替弁42の弁体の位置が中央位置に切り替えられているため、パイロット式リリーフ弁38のリリーフ圧が低圧設定値とされていて、作動液体Aは、金属板本体11の下面、窪み部21a、通路21cおよび複合弁30とから形成される空間に密閉された状態となる。ここで、上記第1の工程において、金属板本体11を支持部21bに載置する前に、作動液体Aの補充が必要な場合には、一旦電磁切替弁42の弁体の位置を供給位置に切り替える。これにより、図8(c)に示すように、ポンプユニット50から窪み部21aに作動液体Aを補充することができる。なお、作動液体Aを補充した後は、電磁切替弁42の弁体の位置が中央位置に切り替えられる。
【0056】
図3に示す第3の工程では、インナースライダIを下降させ、上型23を初期位置から下型22方向に下降させて、上型23をベース21の窪み部21a内に挿入して金属板本体11に筋状凸部12を成形する。以下、この第3の工程を、図9に実線によって示した上型23のスライド量と時間の関係に基づいて、詳細に説明する。まず、インナースライダIを下降させて、上型23を、初期位置から金属板本体11に近接する第1所定位置まで、第1下降スピードにて下降させる。
【0057】
続いて、インナースライダIをさらに下降させて、上型23を第1所定位置から第2所定位置まで、第1下降スピードに比して低速の第2下降スピードにてさらに下降させる。このように、上型23を第1所定位置から第2所定位置まで下降させる途中において、上型23の成形部23aと金属板本体11の上面側とが当接し、金属板本体11を上型23の成形部23aと下型22の上端面とによって挟持する。このとき、下型22は、バネBによって上方(上型23方向)に付勢されているため、金属板本体11は、上型23と下型22とによって確実に挟持された状態とされる。
【0058】
そして、上型23は、金属板本体11を下型22と挟持した状態でさらに下降を続け、金属板本体11を押圧変形するとともに下型22をバネBの付勢力に抗して下方に押し下げしながら、窪み部21a内に挿入を開始する。なお、上型23の外周寸法が窪み部21aの開口寸法に比して金属板本体11の板厚以上小さい寸法とされているため、上型23を窪み部21a内に挿入する際には、金属板本体11が上型23と支持部21bとに挟まれて、切断されることがない。
【0059】
上型23が窪み部21a内へ挿入を開始すると、金属板本体11が押圧変形されて密閉空間内の体積が減少することにより作動液体Aが圧縮されて、図9に破線によって示すように、作動液体Aの液圧力が上型23のスライド量に比例して上昇し始める。これは、作動液体Aの圧縮率が小さいためである。このように、液圧力が上昇を開始した作動液体Aは、下型22の貫通孔22aを介して、金属板本体11の下面側に流動する。これにより、金属板本体11は、図10に示すように、上型23の成形部23a側に凸状に変形を開始する。
【0060】
さらに、インナースライダIを下降させて、上型23を、第2所定位置から下降最下点である第3所定位置まで、第2下降スピードに比して低速の第3下降スピードにて下降させる。ここで、本実施形態において、第3所定位置は、上型23の成形部23aが、支持部21bの上端部分から筋状凸部12の高さすなわち0.5mm挿入された地点をいう。そして、上型23が第3所定位置まで下降すると、金属板本体11はさらに押圧変形されて、作動液体Aがさらに圧縮されるため、その液圧力はさらに上昇する。このときの液圧力は、300〜400MPa程度まで上昇する。
【0061】
このように、上型23が第3所定位置まで下降して、作動液体Aの液圧力が上昇すると、金属板本体11の表面には、図11に示すように、成形部23aの凹状部が転写された状態すなわち筋状凸部12が正確に形成される。一方、上型23の成形部23aと下型22の上端面とによって金属板本体11が挟持された部分は、上型23の凸平面部分と下型22の上端平面部分とによって、平坦部12aが正確に形成される。なお、上記第1〜第3所定位置は、例えば、ベース21とインナースライダIの所定位置に取り付けられた複数の近接スイッチなどによって検知するようにすることも可能である。
【0062】
第4の工程では、第3の工程にて、金属板本体11に筋状凸部12が転写された後、図9に示すように、上型23を第3所定位置に維持するとともに、作動液体Aの上昇した液圧力を所定時間(例えば、0.5秒)保持する。
【0063】
上記第3および第4の工程において、複合弁30は、電磁切替弁42の弁体の位置がパイロット位置に切り替えられているため、図8(a)に示すように、チェック弁37およびパイロット式リリーフ弁38が作動液体Aの流れを禁止する。このとき、パイロット式リリーフ弁38のリリーフ圧は、高圧設定値とされている。
【0064】
そして、第4の工程にて所定時間だけ作動液体Aの液圧力を保持した後、図8に示すように、上型23を第3所定位置に維持した状態で、作動液体Aの液圧力を開放する。この液圧力の開放において、複合弁30は、電磁切替弁42の弁体の位置が中央位置に切り替えられているため、図8(b)に示すように、作動液体Aが管路H2を介して、ポンプユニット50のタンク52へ排出される。したがって、窪み部21a内の液圧力は開放される。
【0065】
図4に示す第5の工程では、インナースライダIが軸線方向に上昇し、上型23は、第1上昇スピードにて退避を開始し、第3所定位置から第2所定位置まで上昇する。そして、上型23は、第2所定位置まで上昇した後、第1上昇スピードに比して高速の第2上昇スピードにて、初期位置まで上昇する。また、上型23が第2所定位置まで上昇すると、アウタースライダOが上昇し、ブランクホルダ24は上方へ退避する。これにより、金属板本体11に多数の筋状凸部12が形成された薄肉金属板10を取り出すことができて、液圧成形が終了する。このように、第1の工程から第5の工程(1サイクル)を経ることにより、薄肉金属板10が完成する。
【0066】
また、第5の工程において薄肉金属板10を取り出した後、次回第1の工程前に作動液体Aの補充が必要な場合には、複合弁30は、電磁切替弁42の弁体の位置が供給位置に切り替えられて、図8(c)に示すように、供給ポート32から給排ポート33への流れが許可される。これにより、ポンプユニット50から供給された作動液体Aを、通路21cを介して、窪み部21a内に補充することができる。
【0067】
また、下型22は、バネBの付勢力によって上方に付勢されているが、作動液体Aが所定の粘度を有しているため、下型22の上方への移動速度は遅くなる。しかしながら、下型22の下端面方向から作動液体Aを補充することにより、作動液体Aの増加した体積によって、下型22が上方へ付勢されて、下型22の上方への移動速度が若干速くなる。これにより、第5の工程後、下型22を下型初期位置まで早期に復帰させることができ、第1の工程開始までの時間を短縮することができて、薄肉金属板10の成形サイクルを早めることができる。
【0068】
このように、1サイクルを経て完成した薄肉金属板10は、図12に実線により示すように、特に、下型22の上端平坦面に接触する側の筋状凸部12において、平坦部12aが十分に確保される。これは、金属板本体11が上型23の成形部23aと下型22の上端部によって挟持されることにより、液圧成形による変形が防止されて、金属板本体11の初期の平坦部分が維持されるためであると考えられる。また、金属板本体11が挟持されると、挟持された部分が若干圧延されて材料の流動性が確保される。これにより、筋状凸部12の肩部における割れや破れが防止されるとともに、肩部における部分的な引張変形に伴う材料の減肉(ダレ)が小さくなる。これによっても、下型22側の筋状凸部12の平坦部12aが十分に確保されると考えられる。
【0069】
一方、図12に破線により示す形状は、金属板本体11を上型23の成形部23aと下型22の上面によって挟持しないで成形した場合の筋状凸部12の形状を参考として示している。このように、金属板本体11を挟持しないで筋状凸部12を形成すると、作動液体Aに接触する側の筋状凸部12の肩部には、ダレが発生する。これにより、作動液体Aに接触する側の筋状凸部12の平坦部12aは小さくなっている。
【0070】
また、1サイクルを経て完成した薄肉金属板10は、図13にて要部を拡大して概略的に示すように、2枚の薄肉金属板10の一側にてアノード電極AE、電解質膜EFおよびカソード電極CEから構成される膜−電極アッセンブリ(MEA)を挟んで接合されて燃料電池用メタルセパレータを構成する。このように、2枚の薄肉金属板10が一側にてMEAを介して接合されることにより、水素が流通供給される水素ガス通路HCと酸素剤ガス(例えば、空気)が流通供給される酸化剤ガス通路OCが形成される。また、薄肉金属板10は、その他側にて薄肉金属板10同士が直接接合されて冷却水が流通供給される冷却水通路CCが形成される。
【0071】
このとき、薄肉金属板10の筋状凸部12は、正確に成形されているため、各通路HC,OC,CCの開口面積を広く確保することができる。このため、水素ガス通路HC、酸化剤ガス通路OCおよび冷却水通路CCは、水素ガス、酸化剤ガスおよび冷却水が流出入する際の流出入抵抗の増加を低減することができる。したがって、水素ガス、酸化剤ガスおよび冷却水を効率よく供給できて、燃料電池の性能を向上させることができる。また、薄肉金属板10の筋状凸部12の平坦部12aは十分に確保されているため、薄肉金属板10同士を接合する際の接触面積を大きくすることもできる。したがって、薄肉金属板10間の導電性を高めることができて、燃料電池の性能を向上させることができる。
【0072】
ところで、複合弁30のセンサ取付ポート36には、圧力センサPSを取付可能となっているため、圧力センサPSを取り付けた場合には、同センサPSから出力された検出値を、例えば、図示しないパーソナルコンピュータの表示器上に窪み部21a内の液圧力として表示することができる。これにより、液圧成形装置20の作動状態を監視する作業者は、窪み部21a内の液圧力が所定の圧力まで液圧力が上昇したか否かを確認することができて、薄肉金属板10が所定の成形条件で成形されたか否かを確認することができる。
【0073】
このため、圧力センサPSから出力される作動液体Aの液圧力に基づいて、製品の成形状態の良否を判別することができて、製品の品質を良好に保つことができる。また、圧力センサPSから出力された作動液体Aの液圧力に基づいて、例えば、液圧成形装置20の作動量すなわち上型23がベース21の窪み部21aに侵入する作動量を適宜調整することも可能である。これにより、金属板本体11の形状の影響(例えば、厚さの変動など)を最小として成形することができるため、製品の品質を良好に保つことができる。
【0074】
以上の説明からも理解できるように、この第1実施形態によれば、上型23の可動により上型23と下型22で金属板本体11を挟んで作動液体Aに押し込めば、作動液体Aが圧縮されて加圧されて、作動液体Aが下型22の貫通孔22aを通して金属板本体11に向けて流れる。これにより、金属板本体11が上型23の成形部23aに向けて押されて、膨出成形される。このため、作動液体Aを加圧するための加圧ポンプを別途備える必要がなくて、型構造を簡略化することができる。
【0075】
また、下型22に設けた貫通孔22aを通して、加圧した作動液体Aを金属板本体11に対して選択的に(部分的に)作用させることができる。このため、複雑な筋状凸部12を成形する場合であっても、加圧した作動液体Aを作用させる部分を自由に設定することができる。したがって、成形に際して加圧が必要な部分に最適に加圧した作動液体Aを作用させることができて、正確に筋状凸部12を転写することができる。
【0076】
一方、上型23と下型22とにより挟持された部分(非成形部分)は、作動液体Aが圧縮されて加圧される前に既に挟持された状態とされるため、非成形部分は、加圧した作動液体Aによる変形が防止される。したがって、非成形部分は、金属板本体11の初期の形状(平形状)を維持することができて、例えば、製品を他部品に組み付ける際の組み付け精度を向上することができる。また、非成形部分は、上型23と下型22とによって挟持されることにより若干圧延されるため、材料の流動性が確保されて筋状凸部12の成形による影響(例えば、成形部分の引張変形によって発生する材料の減肉や湾曲変形など)を防止することができる。また、従来の液圧成形方法に比して、上型と下型によるプレス工程をなくすことができて、成形時間(1サイクル時間)を短縮することができる。
【0077】
また、金属板本体11をベース21の支持部21bとブランクホルダ24によって挟んで固定することにより、金属板本体11に成形時に発生するしわの発生を効果的に防止することができる。また、金属板本体11に複数の筋状凸部12を一度に正確に成形することができるため、生産性を向上することができる。
【0078】
さらに、液圧成形装置20に給排封止装置Sを設けることにより、連続成形により、作動液体Aが減少した場合であっても、容易に作動液体Aを補充することができる。また、作動液体Aを封止することができるため、金属板本体11に筋状凸部12を成形した後、作動液体Aの液圧力を所定の時間保持することができる。これにより、金属板本体11の下面に所定時間、高圧の液圧力を均一に作用させることができるため、例えば、成形に伴って発生する歪を除去することができる。したがって、歪除去工程をなくすことができて、成形時間を短縮することができる。また、上型23がベース21の窪み部21aから退避する前に、作動液体Aの液圧力を開放することができるため、上型23が退避した後に、高圧の液圧力により、金属板本体11が変形することを防止できて、製品の成形精度を向上させることができる。
【0079】
このため、薄肉金属板10を燃料電池のメタルセパレータに採用した場合には、メタルセパレータの凹凸形状を極めて正確に成形することができる。これにより、複数のメタルセパレータを互いに凸形状部分にて接合して燃料電池のスタックを構成した場合には、メタルセパレータ間の接着面積を十分に確保することができる。このため、接合強度を高めることができるとともに、メタルセパレータ間の導電性を高めることができる。
【0080】
上記第1実施形態においては、上型23の外周にアウタースライダOおよびブランクホルダ24を設けて、第1の工程にてベース21の支持部21bとの間で金属板本体11を挟んで固定して実施した。しかしながら、下型22と上型23間で金属板本体11を挟持して液圧成形することにより、図14に示すように、アウタースライダOおよびブランクホルダ24を省略した液圧成形装置120を利用して実施することも可能である。以下、この第2実施形態について詳細に説明する。なお、上記第1実施形態と同一部分には、同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【0081】
この第2実施形態に係る液圧成形装置120においては、上記第1実施形態の液圧成形装置20からベース21の支持部21b、アウタースライダOおよびブランクホルダ24が省略されている。そして、下型22の側周面に作動液体Aの流出を防止するシール部材60(例えば、Oリングなど)が装着されている。シール部材60は、下型22の側周面に形成された凹溝122bに装着されており、凹溝122bの底面と窪み部21aの内壁面との間で、所定のつぶし率を有する状態とされている。これにより、下型22の下降に伴って、下型22の側周面と窪み部21aの内壁面間から、作動液体Aが流出することを防止するようになっている。
【0082】
そして、この第2実施形態においては、第1の工程により、金属板本体11は、下型22の上端面に載置される。このとき、支持部21bとブランクホルダ24とにより狭持する部分が必要でないため、金属板本体11は、下型22の上端面の寸法と略同一の寸法とされて、下型22の上端面に載置される。
【0083】
第3の工程では、上型23が下型22の上端面に載置された金属板本体11が挟持されて、作動液体Aは、金属板本体11の下面、窪み部21a、シール部材60、管路H1および複合弁30とから形成される空間内に密閉された状態となる。そして、インナースライダIを下降させて、上型23を下型22とにより金属板本体11を狭持した状態で、窪み部21a内に挿入する。このとき、シール部材60によって作動液体Aの流出を防止することができ、作動液体Aの液圧力を高めることができて、図5に示す、筋状凸部12が正確に形成された薄肉金属板10を成形することができる。
【0084】
このように、この第2実施形態によっても、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、金属板本体11を上型23と下型22とによって挟持することのみで金属板本体11に筋状凸部12を成形することができる。このため、金属板本体11の周縁部を挟持する支持部21b、ブランクホルダ24およびアウタースライダOを設ける必要がなく、装置全体の製造コストを大幅に低減することができる。また、支持部21bとブランクホルダ24とによって挟持される部分を金属板本体11に設ける必要がないため、材料の歩留まりを向上させることができる。さらに、上記第1実施形態における第2の工程を省略することができるため、薄肉金属板10を成形するための成形サイクルを大幅に短縮することができる。
【0085】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の実施にあたっては、上記各実施形態および変形例に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限り種々の変更が可能である。
【0086】
例えば、上記各実施形態においては、金属板本体11に互いに平行な筋状凸部12を複数成形するように実施したが、金属板本体11を上型23の成形部23a側へ凸形状を成形することが可能であるため、平行以外の筋状凸部12を成形することも可能である。また、上記各実施形態においては、所定長さの平坦部12aを先端部分に有する筋状凸部12を成形して実施したが、先端部分の形状を円形や凹状に成形することも可能である。さらに、金属板本体11に成形する凸形状は、筋状(溝状)には限られず、例えば、球状の凸形状や矩形状の凸形状として成形可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る液圧成形装置が行う第1の工程を説明するための概略図である。
【図2】本発明の一実施形態に係る液圧成形装置が行う第2の工程を説明するための概略図である。
【図3】本発明の一実施形態に係る液圧成形装置が行う第3の工程および第4の工程を説明するための概略図である。
【図4】本発明の一実施形態に係る液圧成形装置が行う第5の工程を説明するための概略図である。
【図5】第1の工程から第4の工程を経て成形される薄肉金属板を概略的に示す斜視図である。
【図6】液圧成形装置に組み付けられる給排封止装置の複合弁の構成を説明するための概略図である。
【図7】図6の複合弁、コントロールバルブユニットおよびポンプユニットを示す油圧回路図である。
【図8】図6に示す複合弁の作動を説明するための説明概略図である。
【図9】金属板本体の成形工程(1サイクル)における上型のスライド量および作動液体の液圧力を概略的に示すグラフである。
【図10】図3に示す第3の工程にて金属板本体に形成される凸形状を説明するための説明図である。
【図11】図3に示す第3の工程にて金属板本体に形成される筋状凸部を説明するための説明図である。
【図12】本発明の液圧成形装置によって成形された薄肉金属板の筋状凸部の形状を説明するための説明概略図である。
【図13】図5に示した薄肉金属板を採用して構成した燃料電池の概略的な要部断面図である。
【図14】本発明の第2実施形態に係る液圧成形装置の構成を概略的に示した図である。
【符号の説明】
10…薄肉金属板、11…金属板本体、12…筋状凸部、20…液圧成形装置、21…ベース、21a…窪み部、21b…支持部、22…下型、22a…貫通孔、23…上型、23a…成形部、24…ブランクホルダ、30…複合弁、40…コントロールバルブユニット、50…ポンプユニット、A…作動液体、P…プレスベッド、I…インナースライダ、O…アウタースライダ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fluid pressure molding method and a fuel cell in which convex portions are formed by the fluid pressure molding method and the fluid pressure molding method for increasing the fluid pressure of the liquid filled in the sealed space without using a complicated device. It relates to a metal separator.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, for example, a hydraulic forming method as shown in Patent Document 1 below is known. In this conventional hydraulic forming method, first, the blank holder sandwiches the thin metal plate in a state in which the recess formed in the lower mold is filled with the liquid. Then, the upper mold in which a large number of recesses are formed is lowered and brought into contact with the thin metal plate. And the liquid pressure of a liquid is raised with a pressurization pump, and the convex shape which protrudes in the recessed part formed in the upper mold | type is preformed to a thin metal plate. Subsequently, the liquid pressure of the liquid is lowered and the upper die is lowered to a predetermined position, and a thin metal plate is sandwiched between the concave portion of the upper die and the convex portion formed on the lower die, and the predetermined convex shape is thin metal. Transfer to a plate by press molding. Then, the hydraulic pressure valve is completely released to lower the hydraulic pressure, and the upper mold is raised to return to the original position. As described above, according to the conventional hydraulic forming method, a large number of concave and convex shapes are formed on the surface of the thin metal plate by executing the above operation. Moreover, the thin metal plate in which many uneven | corrugated shapes were formed in this way comprises the metal separator for fuel cells.
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2001-259752 A
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional hydraulic forming method, it is necessary to pressurize the liquid with a pressure pump when preforming the thin metal plate. For this reason, it is necessary to provide the hydraulic molding apparatus with a pressure pump, which makes the structure of the entire hydraulic molding apparatus complicated and expensive.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION
The present invention has been made in order to cope with the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a hydraulic molding method that enables a suitable hydraulic molding by simplifying the mold structure, and a convex portion is molded by the same method. An object of the present invention is to provide a fuel cell metal separator and a hydroforming apparatus.
[0006]
A feature of the present invention is that a hydroforming apparatus includes a fixed mold having a recess for containing a liquid, and a liquid that is accommodated in the liquid, abuts against one side of the work, and flows toward the work. A driven-side movable type having a communicating path and a driven-side movable type disposed on the other side of the work and having a molding space formed in correspondence with the communicating path by sandwiching the work by the driven-side movable mold. And the liquid can be sealed on one side of the workpiece.
[0007]
According to this, when the drive side movable type is moved and the drive side movable type and the driven side movable type sandwich the work and are pushed into the liquid, the liquid is compressed and pressurized, and the liquid is driven side movable type communication path It flows toward the work through. As a result, the workpiece is pushed toward the drive-side movable mold forming space and bulge-formed. For this reason, it is not necessary to separately provide a pressurizing pump for pressurizing the liquid, and the mold structure can be simplified.
[0008]
Further, the pressurized liquid can be selectively (partially) acted on the workpiece through the communication path provided in the driven side movable mold. For this reason, even if it is a case where a complicated convex shape is formed, the part which makes the pressurized liquid act can be set up freely. Accordingly, it is possible to apply the optimally pressurized liquid to the portion that needs to be pressurized during molding, and it is possible to accurately transfer the convex shape.
[0009]
On the other hand, since the portion (non-molded portion) sandwiched between the driving side movable mold and the driven side movable mold is already sandwiched before the liquid is compressed and pressurized, the non-molded portion is Deformation by the pressurized liquid is prevented. Therefore, the non-molded part can maintain the initial shape (for example, a flat shape or a curved surface shape) of the workpiece, and can improve the assembly accuracy when the product is assembled to other parts, for example. In addition, the non-molded part is slightly rolled by being sandwiched between the driving side movable mold and the driven side movable mold, so that the fluidity of the material is ensured and the influence of the convex deformation of the molded part (for example, the molding part It is possible to prevent the material from being thinned or deformed due to tensile deformation. Further, as compared with the conventional hydraulic forming method, the pressing step by the upper die and the lower die can be eliminated, and the molding time (one cycle time) can be shortened.
[0010]
Another feature of the present invention resides in that a blank holder is provided for fixing a peripheral portion of the workpiece sandwiched between the drive-side movable mold and the driven-side movable mold by the fixed mold. . According to this, generation | occurrence | production of the wrinkle which generate | occur | produces at the time of shaping | molding to a workpiece | work can be effectively prevented by pinching | interposing and fixing a workpiece | work with a fixed mold and a blank holder.
[0011]
Another feature of the present invention is that a seal member for preventing the liquid from flowing out is provided between an inner wall surface of the recess and a side peripheral surface of the driven-side movable type. According to this, since the convex shape is formed on the workpiece only by clamping the workpiece between the drive side movable type and the driven side movable type, it is not necessary to provide a blank holder for clamping the peripheral edge of the workpiece, Manufacturing costs can be greatly reduced. Moreover, since it is not necessary to provide the workpiece | work between the blank holders, the yield of materials can be improved.
[0012]
Another feature of the present invention is that the molding space provided in the drive-side movable mold is formed of a plurality of concave shapes, and the communication hole provided in the driven-side movable mold is formed in the molding space. A plurality of concave shapes may be formed corresponding to the formed concave shapes. According to this, since a plurality of uneven shapes can be accurately formed at a time, productivity can be improved.
[0013]
Another feature of the present invention is that the liquid is supplied and filled before the workpiece is sandwiched between the drive side movable type and the driven side movable type, and the workpiece is filled with the drive side movable type and the driven side. There is also provided a supply / discharge sealing device that seals the liquid when molded by the side movable mold and discharges the liquid after the molding and before the drive side movable mold is retracted. In this case, the supply / discharge sealing device includes a check valve that allows the liquid to flow from a hydraulic pressure supply source to the lower mold recess, and a passage between the lower mold recess and the check valve. The pressure that can be held inside can be changed according to the switching operation, and the relief pressure is normally set to a low pressure set value when the workpiece is molded. The valve body of the composite valve may be directly assembled to the fixed mold. The valve body may be provided with a mounting port to which the pressure sensor can be attached and detached.
[0014]
According to this, since the liquid pressure molding device can be provided with a liquid supply / discharge sealing device, for example, even when the liquid is reduced by continuous molding, the liquid can be easily replenished. it can. Further, since the liquid can be sealed, the liquid pressure of the liquid can be maintained for a predetermined time after the predetermined shape is formed on the workpiece. As a result, a high hydraulic pressure can be uniformly applied to the lower surface of the workpiece for a predetermined time, and therefore, for example, distortion generated with molding can be removed. Therefore, the distortion removing step can be eliminated and the molding time can be shortened. In addition, since the liquid pressure of the liquid can be released before the drive side movable mold is retracted from the recess, it is possible to prevent the workpiece from being deformed by the high pressure after the drive side movable mold is retracted. Thus, the molding accuracy of the product can be improved.
[0015]
In addition, the supply / discharge sealing device is equipped with a composite valve of check valve and relief valve, and by connecting the valve body of the composite valve directly to the lower mold, communication piping that connects the lower mold recess and each valve respectively There is no need to provide. Thereby, when the liquid pressure of the liquid is set to a high pressure, a pressure drop due to the expansion of the communication pipe does not occur, and the liquid pressure of the liquid can be maintained at a high pressure. Moreover, the space for assembling the check valve and the relief valve can be omitted, and the hydraulic forming apparatus can be configured compactly.
[0016]
Moreover, a pressure sensor can be attached to the attachment port of the valve body of the composite valve. For this reason, it is not necessary to separately provide a pipe for attaching the pressure sensor to the lower mold, and a pressure drop does not occur, and the liquid pressure of the liquid in the recess can be accurately confirmed. Therefore, by attaching the pressure sensor to the attachment port, the quality of the product can be determined based on the liquid pressure of the liquid output from the pressure sensor, and the product quality can be kept good. . Further, based on the liquid pressure of the liquid from the pressure sensor attached to the attachment port, it is possible to appropriately adjust the operation amount of the upper mold entering the recess. Therefore, since the influence of the shape of the workpiece (for example, variation in thickness) can be minimized, the product quality can be kept good.
[0017]
Further, another aspect of the present invention is a hydraulic forming method for forming a part of a work by applying a hydraulic pressure to a part of the work. A work setting step of setting a work between a driven side movable mold disposed so as to contact one side of the work in a liquid filled in a sealed state and a drive side movable mold provided on the other side of the work; In the state where the work set in the work setting step is sandwiched between the drive side movable mold and the driven side movable mold, the liquid is pressurized by pushing the drive side movable mold toward the liquid, and the drive The pressurized liquid is caused to flow toward one side of the workpiece through a communication path provided in the driven-side movable die corresponding to the molding space provided in the side movable die, and a part of the workpiece is parted in the molding space. Before deformed toward In that it includes a pressure molding step of subjecting the molding to set the workpiece.
[0018]
In this case, it is good to provide the pressure holding process which hold | maintains the pressure of the said pressurized liquid for a predetermined time after completion | finish of the said pressure forming process. Moreover, it is good to provide the pressure release process of releasing the pressure of the pressurized liquid after the said pressure holding process is complete | finished before the said drive side movable mold | type carries out retraction | saving operation | movement.
[0019]
According to these, it is possible to increase the liquid pressure of the liquid by pressing the driving side movable mold toward the liquid and compressing and pressurizing the liquid by the pressure forming step. Therefore, even if a separate pressurizing pump is not provided, the liquid pressure of the liquid can be increased and the mold structure can be simplified. Further, the convex shape can be accurately transferred to the workpiece by the molding space of the driving side movable mold and the liquid having an increased fluid pressure that acts through the communication path formed in the driven movable mold. For this reason, compared with the conventional hydraulic forming method, the pressing process by the upper mold and the lower mold can be eliminated, and the molding time (one cycle time) can be shortened.
[0020]
Further, by providing the pressure holding step, a high liquid pressure can be applied uniformly to the lower surface of the work for a predetermined time. For this reason, the distortion which generate | occur | produces with shaping | molding, for example can be removed. Therefore, the distortion removing step can be eliminated and the molding time can be shortened. Further, by providing the pressure release step, it is possible to prevent the workpiece from being deformed by the high liquid pressure after the upper mold is retracted, and to improve the molding accuracy of the product.
[0021]
Furthermore, when another feature of the present invention is seen from another viewpoint, it is a fuel cell metal separator formed by forming a large number of convex portions, and is in a liquid filled in a sealed state on one side of the separator material. A separator material setting step for setting the separator material between a driven side movable mold disposed so as to contact one side of the separator material and a drive side movable mold provided on the other side of the separator material; In the state where the separator material set in the separator material setting step is sandwiched between the drive side movable mold and the driven side movable mold, the liquid is pressurized by pushing the drive side movable mold toward the liquid, The pressurized liquid flows toward one side of the separator material through the communication path provided in the driven movable mold corresponding to the molding space provided in the driven movable mold. The convex portion is formed by a hydraulic forming method including a pressure forming step of forming a part of the separator material toward the forming space and forming the set separator material. It is in.
[0022]
In this case, the hydraulic forming method for forming the convex portion may include a pressure holding step for holding the pressure of the pressurized liquid for a predetermined time after the pressure forming step. Further, the hydraulic pressure molding method for molding the convex portion includes a pressure release step of releasing the pressure of the pressurized liquid after the pressure holding step and before the drive side movable mold is retracted. Good.
[0023]
According to these, the metal separator for a fuel cell formed through each step of the hydraulic forming method is accurately transferred with the convex shape on the separator material. For example, the metal separator is joined to form a stack. In this case, a sufficient contact area between the metal separators can be secured. For this reason, the electrical conductivity between the joined metal separators can be increased. In addition, the gas flow path and the cooling water flow path formed by the convex portions by joining the metal separators are accurately transferred to the outflow of the gas and cooling water flowing through these flow paths. Input resistance can be reduced. Therefore, the power generation performance of the fuel cell can be greatly improved.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 4 show respective steps for producing a thin metal plate having a large number of streaky convex portions on the surface, for example, a metal separator for a fuel cell, according to an example of the present invention. And the hydraulic forming
[0025]
The
[0026]
The streak-like
[0027]
As shown in FIGS. 1 to 4, the
[0028]
The
[0029]
The working liquid A is a liquid prepared by, for example, mixing glycol and water. The mixing volume ratio at this time is, for example, about glycol: water = 9 to 6: 1 to 4. And the compression rate of the produced working liquid A is 2.84 × 10. -5 cm 2 The viscosity is about 100-1500 cSt. As for the viscosity, when the viscosity is lower than 100 cSt, the temperature of the working liquid A is increased and the viscosity is lowered when the hydraulic pressure molding is repeatedly performed. There is a possibility of leakage. On the other hand, if the viscosity is higher than 1500 cSt, the fluidity of the working liquid A may not be ensured.
[0030]
The
[0031]
The
[0032]
The
[0033]
The
[0034]
In addition, before the metal plate
[0035]
As shown in FIGS. 6 and 7, the
[0036]
The
[0037]
The
[0038]
The
[0039]
The
[0040]
The
[0041]
The
[0042]
The pilot
[0043]
The pilot-
[0044]
The pressure sensor PS detects the hydraulic pressure of the working liquid A in the
[0045]
As shown in FIG. 7, the
[0046]
The 4-port 3-position electromagnetic switching valve 42 (hereinafter referred to as the electromagnetic switching valve 42) includes a pair of left and
[0047]
Specifically, the control of the
[0048]
Further, the electric control device puts the
[0049]
The
[0050]
The
[0051]
Next, the operation of forming the
[0052]
In the first step shown in FIG. 1, the metal plate
[0053]
As described above, when the metal plate
[0054]
In the second step shown in FIG. 2, the outer slider O is lowered and the
[0055]
In the first and second steps, in the
[0056]
In the third step shown in FIG. 3, the inner slider I is lowered, the
[0057]
Subsequently, the inner slider I is further lowered, and the
[0058]
The
[0059]
When the
[0060]
Further, the inner slider I is lowered to lower the
[0061]
Thus, when the
[0062]
In the fourth step, after the streak-like
[0063]
In the third and fourth steps, since the position of the valve body of the
[0064]
And after hold | maintaining the liquid pressure of the working liquid A only for the predetermined time in a 4th process, as shown in FIG. 8, the liquid pressure of the working liquid A is maintained in the state which maintained the upper mold |
[0065]
In the fifth step shown in FIG. 4, the inner slider I rises in the axial direction, and the
[0066]
In addition, after the
[0067]
The
[0068]
In this way, the
[0069]
On the other hand, the shape shown by a broken line in FIG. 12 shows the shape of the streaky
[0070]
Further, the
[0071]
At this time, since the streaky
[0072]
By the way, since the pressure sensor PS can be attached to the
[0073]
For this reason, the quality of the molded state of the product can be determined based on the hydraulic pressure of the working liquid A output from the pressure sensor PS, and the quality of the product can be kept good. Further, based on the hydraulic pressure of the working liquid A output from the pressure sensor PS, for example, the operating amount of the hydraulic forming
[0074]
As can be understood from the above description, according to the first embodiment, when the
[0075]
Further, the pressurized working liquid A can be selectively (partially) acted on the
[0076]
On the other hand, since the portion (non-molded portion) sandwiched between the
[0077]
Further, by fixing the metal plate
[0078]
Furthermore, by providing the hydraulic
[0079]
For this reason, when the
[0080]
In the first embodiment, the outer slider O and the
[0081]
In the hydraulic forming
[0082]
And in this 2nd Embodiment, the metal plate
[0083]
In the third step, the metal plate
[0084]
As described above, according to the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and the metal plate body can be obtained only by holding the
[0085]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and various modifications can be made without departing from the object of the present invention.
[0086]
For example, in each of the above embodiments, the metal plate
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view for explaining a first step performed by a hydroforming apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view for explaining a second step performed by the hydroforming apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a third step and a fourth step performed by the hydraulic forming apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic view for explaining a fifth step performed by the hydroforming apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view schematically showing a thin metal plate formed through a first step to a fourth step.
FIG. 6 is a schematic view for explaining a configuration of a composite valve of a supply / discharge sealing device assembled to a hydraulic forming device.
7 is a hydraulic circuit diagram showing the composite valve, control valve unit, and pump unit of FIG. 6. FIG.
8 is an explanatory schematic diagram for explaining the operation of the composite valve shown in FIG. 6. FIG.
FIG. 9 is a graph schematically showing the amount of sliding of the upper die and the hydraulic pressure of the working liquid in the metal plate main body forming step (one cycle).
10 is an explanatory diagram for explaining a convex shape formed on the metal plate main body in the third step shown in FIG. 3; FIG.
FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining streaky convex portions formed on the metal plate main body in the third step shown in FIG. 3;
FIG. 12 is an explanatory schematic view for explaining the shape of the streak-shaped convex portion of the thin metal plate formed by the hydraulic forming apparatus of the present invention.
13 is a schematic cross-sectional view of a main part of a fuel cell configured by adopting the thin metal plate shown in FIG.
FIG. 14 is a diagram schematically showing a configuration of a hydroforming apparatus according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記液体内に収容されて、ワークの一側に当接し同ワークに向けて前記液体を流動させる連通路を有する従動側可動型と、
前記ワークの他側に配置されて、前記従動側可動型とにより前記ワークを挟持し前記連通路に対応して形成された成形空間を有する駆動側可動型とを備えていて、
前記ワークにてその一側に前記液体を密閉可能としたことを特徴とする液圧成形装置。A fixed mold having a recess for containing liquid;
A driven-side movable type that is housed in the liquid and has a communication path that abuts on one side of the work and causes the liquid to flow toward the work;
A drive-side movable mold that is disposed on the other side of the workpiece and has a molding space formed in correspondence with the communication path by sandwiching the workpiece with the driven-side movable mold;
A hydraulic forming apparatus characterized in that the liquid can be sealed on one side of the workpiece.
前記駆動側可動型と前記従動側可動型とによって挟持される前記ワークの周縁部を前記固定型とにより挟んで固定するブランクホルダを設けたことを特徴とする液圧成形装置。In the hydroforming apparatus according to claim 1,
A hydraulic forming apparatus, comprising: a blank holder for fixing a peripheral portion of the work sandwiched between the drive side movable mold and the driven side movable mold by the fixed mold.
前記窪み部の内壁面と前記従動側可動型の側周面間に前記液体の流出を防止するシール部材を設けたことを特徴とする液圧成形装置。In the hydroforming apparatus according to claim 1,
A hydraulic forming apparatus, wherein a seal member for preventing the liquid from flowing out is provided between an inner wall surface of the recess and a side peripheral surface of the driven movable type.
前記従動側可動型に設けた連通孔は、複数形成されており、前記駆動側可動型に設けた成形空間は、前駆複数形成された連通孔に対応して複数の凹形状が形成されることを特徴とする液圧成形装置。In the hydroforming apparatus according to any one of claims 1 to 3,
A plurality of communication holes provided in the driven-side movable mold are formed, and the molding space provided in the drive-side movable mold is formed with a plurality of concave shapes corresponding to the plurality of precursor-formed communication holes. A hydraulic forming apparatus characterized by the above.
前記ワークが前記駆動側可動型と前記従動側可動型とによって挟持される前に前記液体を供給して満たし、前記ワークが前記駆動側可動型と前記従動側可動型とによって成形されるときに前記液体を封止し、前記成形後にて前記駆動側可動型が退避動作する前に前記液体を排出する給排封止装置を設けたことを特徴とする液圧成形装置。In the hydroforming apparatus according to any one of claims 1 to 4,
When the work is formed by the drive side movable mold and the driven side movable mold, the liquid is supplied and filled before the work is sandwiched between the drive side movable mold and the driven side movable mold. A hydraulic forming apparatus characterized in that a supply / discharge sealing device is provided for sealing the liquid and discharging the liquid after the molding and before the driving side movable mold is retracted.
前記給排封止装置は、液圧供給源から前記下型の窪み部への前記液体の流通を許容する逆止弁と、前記下型の窪み部と前記逆止弁間の通路内に保持可能な圧力を切替操作に応じて変更可能であり、常態ではリリーフ圧が低圧設定値とされ、前記ワークが成形されるときにはリリーフ圧が高圧設定値とされるリリーフ弁との複合弁を備えていて、この複合弁のバルブボデーは前記固定型に直接組み付けられていることを特徴とする液圧成形装置。In the hydroforming apparatus according to claim 5,
The supply / discharge sealing device is held in a check valve that allows the liquid to flow from a hydraulic pressure supply source to the lower mold recess, and in a passage between the lower mold recess and the check valve. It is possible to change the possible pressure according to the switching operation, and it has a composite valve with a relief valve in which the relief pressure is set to a low pressure set value in a normal state and the relief pressure is set to a high pressure set value when the workpiece is molded. The hydraulic pressure molding apparatus is characterized in that the valve body of the composite valve is directly assembled to the fixed mold.
前記バルブボデーには、圧力センサを脱着可能な取付ポートが設けられていることを特徴とする液圧成形装置。In the hydroforming apparatus according to claim 6,
The valve body is provided with a mounting port to which a pressure sensor can be attached and detached.
ワークの一側に密閉状態で満たされた液体内にてワークの一側に当接するように配置された従動側可動型とワークの他側に設けられた駆動側可動型間にワークをセットするワークセット工程と、
前記ワークセット工程にてセットした前記ワークを前記駆動側可動型と前記従動側可動型によって挟持した状態で、前記駆動側可動型を前記液体に向けて押し込むことにより前記液体を加圧し、前記駆動側可動型に設けた成形空間に対応して前記従動側可動型に設けた連通路を通して前記加圧した液体を前記ワークの一側に向けて流動させて、前記ワークの一部を前記成形空間に向けて変形させて前記セットされたワークに成形を施す加圧成形工程とを備えていることを特徴とする液圧成形方法。A hydraulic forming method for forming a part of a work by applying a hydraulic pressure to a part of the work,
The work is set between a driven-side movable mold disposed so as to contact one side of the work in a liquid filled in a sealed state on one side of the work and a drive-side movable mold provided on the other side of the work. The work setting process;
In the state where the work set in the work setting step is sandwiched between the drive side movable mold and the driven side movable mold, the liquid is pressurized by pushing the drive side movable mold toward the liquid, and the drive The pressurized liquid is caused to flow toward one side of the workpiece through a communication path provided in the driven-side movable die corresponding to the molding space provided in the side movable die, and a part of the workpiece is parted in the molding space. And a pressure forming step of forming the set work by being deformed toward the pressure.
前記加圧成形工程終了後、
前記加圧された液体の圧力を所定時間保持する圧力保持工程を備えていることを特徴とする液圧成形方法。In the hydroforming method according to claim 8,
After completion of the pressure molding process,
A hydraulic forming method comprising a pressure holding step of holding the pressure of the pressurized liquid for a predetermined time.
前記圧力保持工程終了後、
前記駆動側可動型が退避動作する前に前記加圧された液体の圧力を開放する圧力開放工程を備えていることを特徴とする液圧成形方法。In the hydroforming method according to claim 9,
After completion of the pressure holding step,
A fluid pressure molding method comprising: a pressure release step of releasing the pressure of the pressurized liquid before the driving side movable mold is retracted.
セパレータ素材の一側に密閉状態で満たされた液体内にて前記セパレータ素材の一側に当接するように配置された従動側可動型と前記セパレータ素材の他側に設けられた駆動側可動型間に前記セパレータ素材をセットするセパレータ素材セット工程と、
前記セパレータ素材セット工程にてセットした前記セパレータ素材を前記駆動側可動型と前記従動側可動型によって挟持した状態で、前記駆動側可動型を前記液体に向けて押し込むことにより前記液体を加圧し、前記駆動側可動型に設けた成形空間に対応して前記従動側可動型に設けた連通路を通して前記加圧した液体を前記セパレータ素材の一側に向けて流動させて、前記セパレータ素材の一部を前記成形空間に向けて変形させて前記セットされたセパレータ素材に成形を施す加圧成形工程とを備えた液圧成形方法により前記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。A metal separator for a fuel cell formed by molding a number of convex portions,
Between a driven-side movable mold disposed so as to contact one side of the separator material in a liquid filled in a sealed state on one side of the separator material and a drive-side movable mold provided on the other side of the separator material A separator material setting step for setting the separator material to
In the state where the separator material set in the separator material setting step is sandwiched between the drive side movable mold and the driven side movable mold, the liquid is pressurized by pushing the drive side movable mold toward the liquid, A part of the separator material is made to flow toward the one side of the separator material through the communication passage provided in the driven side movable die corresponding to the molding space provided in the drive side movable die. A metal separator for a fuel cell, wherein the convex portion is formed by a hydraulic forming method including a pressure forming step of forming the separator material into a shape by deforming it toward the forming space. .
前記凸部を成形する液圧成形方法は、
前記加圧成形工程終了後、前記加圧された液体の圧力を所定時間保持する圧力保持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。The metal separator for a fuel cell according to claim 11,
The hydraulic forming method for forming the convex portion is:
A metal separator for a fuel cell, comprising a pressure holding step for holding the pressure of the pressurized liquid for a predetermined time after the pressure forming step.
前記凸部を成形する液圧成形方法は、
前記圧力保持工程終了後、前記駆動側可動型が退避動作する前に前記加圧された液体の圧力を開放する圧力開放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。In the fuel cell metal separator according to claim 12,
The hydraulic forming method for forming the convex portion is:
A metal separator for a fuel cell, comprising: a pressure release step of releasing the pressure of the pressurized liquid after the pressure holding step and before the driving side movable mold is retracted.
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