JP2007026812A - Manufacturing method of gas flow passage forming material, gas flow passage forming material of metal separator for fuel cell, and through-hole forming device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、薄肉の素材、特に、多数の貫通孔が網目状に形成された薄肉の素材に対して複数の筋状凹部および筋状凸部が形成された燃料電池用メタルセパレータのガス流路形成部材の製造方法、前記製造方法によって製造される燃料電池用メタルセパレータのガス流路形成部材、ならびにガス流路形成部材に用いる素材に貫通孔を形成するための貫通孔形成装置に関する。 The present invention relates to a gas flow path for a fuel cell metal separator in which a plurality of streak-like recesses and streak-like projections are formed on a thin-walled material, particularly a thin-walled material having a large number of through holes formed in a mesh shape. The present invention relates to a forming member manufacturing method, a gas flow path forming member of a fuel cell metal separator manufactured by the manufacturing method, and a through hole forming apparatus for forming a through hole in a material used for the gas flow path forming member.
従来から、例えば、下記特許文献１に示すような燃料電池の構造は知られている。この燃料電池の構造におけるメタルセパレータは、アノード電極またはカソード電極を支持する集電部と、燃料ガスまたは酸化剤ガスを各電極に供給するためのガス流路を形成するガス流路形成部材とを備える構造となっている。また、メタルセパレータの集電部と電極との間には、多数の貫通孔が形成されるとともにその表面に多数の凹凸形状を有するエキスパンドメタルが設けられている。そして、このエキスパンドメタルの厚み（凹凸寸法）を適宜調整することにより、燃料電池のアノード電極またはカソード電極とエキスパンドメタルとの接触を良好に確保することができ、発電された電気の損失を低減するようになっている。 Conventionally, for example, a structure of a fuel cell as shown in Patent Document 1 below is known. The metal separator in the fuel cell structure includes a current collector that supports the anode electrode or the cathode electrode, and a gas flow path forming member that forms a gas flow path for supplying fuel gas or oxidant gas to each electrode. It has a structure to provide. In addition, a large number of through-holes are formed between the current collector of the metal separator and the electrode, and an expanded metal having a large number of uneven shapes is provided on the surface thereof. Then, by appropriately adjusting the thickness (unevenness dimension) of the expanded metal, it is possible to ensure good contact between the anode electrode or cathode electrode of the fuel cell and the expanded metal, and to reduce the loss of generated electricity. It is like that.
また、従来から、例えば、下記特許文献２に示すような溝付き板材をメタルセパレータのガス流路形成部材として採用した燃料電池も知られている。この溝付き板材は、薄層が表面に形成された平板状のクラッド材に対して波型形状を予備成形し、その後所望の溝形状を本成形することによって製造される。そして、この製造された溝付き板材をメタルセパレータとして採用することにより、成形された溝が燃料ガスまたは空気を好適に分離し、同分離された燃料ガスまたは空気を燃料電池のアノード電極またはカソード電極に導通するようになっている。 Further, conventionally, for example, a fuel cell in which a grooved plate material as shown in Patent Document 2 below is adopted as a gas flow path forming member of a metal separator is also known. The grooved plate material is manufactured by preforming a corrugated shape with respect to a flat clad material having a thin layer formed on the surface thereof, and then finally forming a desired groove shape. Then, by adopting the manufactured grooved plate material as a metal separator, the formed groove suitably separates fuel gas or air, and the separated fuel gas or air is separated from the anode electrode or cathode electrode of the fuel cell. It is supposed to be conductive.
さらに、従来から、例えば、下記特許文献３に示すような燃料電池のセパレータは知られている。この燃料電池のセパレータは、平板状の第１部材（カーボン）と、この第１部材に積層され、燃料電池の電極層に弾性的に接触するとともにガス流路を形成する複数の突片を有する第２部材（金属板）とから構成されている。そして、第２部材の複数の突片によって形成されたガス流路は、突片の周囲や内側に存在する空間とされていて、流入したガスがあらゆる方向に立体的に連通するようになっている。このため、ガス流路を流れるガスの反応効率が高まるとともに電極層に対するガス拡散性がより均一化して、燃料電池の発電効率を向上するようになっている。
一般的に、燃料電池の発電効率を向上させるためには、電極反応および集電効率を向上させることが重要である。このため、燃料電池に採用されるメタルセパレータには、燃料電池に導入される燃料ガスと酸化剤ガスとを電極層に効率よく供給する機能と、電極反応で発電された電気を効率よく集電する機能が要求される。 Generally, in order to improve the power generation efficiency of a fuel cell, it is important to improve the electrode reaction and current collection efficiency. For this reason, the metal separator employed in the fuel cell efficiently collects the fuel gas and oxidant gas introduced into the fuel cell to the electrode layer and efficiently collects electricity generated by the electrode reaction. Function is required.
ところで、上記特許文献１に示された従来の燃料電池の構造においては、エキスパンドメタルと電極との接触が良好に確保されるため、発電された電気を効率よく集電する機能は満足する。しかし、気体不透過性の集電部サポートによって燃料ガスまたは酸化剤ガスが電極に供給される。このため、各電極に対して十分な燃料ガスまたは酸化剤ガスを供給できず、言い換えると、ガス拡散性が不均一となり、ガスを効率よく供給する機能を満足しない場合がある。 By the way, in the structure of the conventional fuel cell shown by the said patent document 1, since the contact with an expanded metal and an electrode is ensured favorably, the function which collects generated electricity efficiently is satisfied. However, fuel gas or oxidant gas is supplied to the electrode by a gas-impermeable current collector support. For this reason, sufficient fuel gas or oxidant gas cannot be supplied to each electrode. In other words, gas diffusibility becomes non-uniform, and the function of supplying gas efficiently may not be satisfied.
また、上記特許文献２に示された従来の燃料電池においては、クラッド材に溝を正確に成形することができ、各電極との接触が十分に確保される。このため、発電された電気を効率よく集電する機能は満足する。しかし、上記特許文献１の燃料電池と同様に、気体不透過のクラッド材に形成した溝によって燃料ガスまたは酸化剤ガスを電極に供給する。このため、各電極に対するガス拡散性が不均一となり、ガスを効率よく供給する機能を満足しない場合がある。 Further, in the conventional fuel cell shown in Patent Document 2, a groove can be accurately formed in the clad material, and sufficient contact with each electrode is ensured. For this reason, the function of efficiently collecting the generated electricity is satisfactory. However, as in the fuel cell of Patent Document 1, fuel gas or oxidant gas is supplied to the electrode through a groove formed in the gas-impermeable cladding material. For this reason, the gas diffusibility with respect to each electrode becomes non-uniform, and the function of supplying gas efficiently may not be satisfied.
さらに、上記特許文献３に示された従来の燃料電池のセパレータにおいては、ガス拡散性を良好に確保することによってガスを供給する機能については満足するものの、電極層と接触する部位が突片の頂面付近となることから電気の集電抵抗が増大して集電効率が低下する場合がある。また、薄板の金属板に突片を成形する際には、成形上の制約、例えば、成形可能な突片の高さ制約などによって、燃料電池に要求される発電効率を確保できない場合がある。 Further, in the conventional fuel cell separator disclosed in Patent Document 3, the function of supplying gas by ensuring good gas diffusibility is satisfied, but the portion in contact with the electrode layer is the protrusion piece. Since it is in the vicinity of the top surface, the current collecting resistance may increase and the current collecting efficiency may decrease. In addition, when the projecting piece is formed on a thin metal plate, the power generation efficiency required for the fuel cell may not be ensured due to molding restrictions, for example, the height restriction of the projectable projecting piece.
このような燃料電池に対する要求を満たすために、例えば、網目状に多数の貫通孔を有するエキスパンドメタルに多数の溝を流路として形成することによってメタルセパレータの流路形成部材を成形すれば、各電極との接触を良好に確保しつつ、エキスパンドメタルの貫通孔をガスが通過することにより電極層に対するガス拡散性を良好に確保することができる。したがって、燃料電池に要求される機能すなわちガスを効率よく供給する機能および発電された電気を効率よく集電する機能を両立できると考えられる。しかしながら、エキスパンドメタルは、網目状に多数の貫通孔が形成されているために、機械的強度を確保することが難しく、例えば、燃料電池の組み立て時に付与される締結力によってエキスパンドメタルが変形する可能性がある。このため、ガスを効率よく供給する機能が損なわれる場合がある。また、機械的強度を確保するために、貫通孔の開口面積を小さくすると、貫通孔からのガス拡散性が損なわれ、効率的なガスの供給を阻害するという問題が生じる。 In order to satisfy such a demand for a fuel cell, for example, if a metal separator flow path forming member is formed by forming a large number of grooves as flow paths in an expanded metal having a large number of through holes in a mesh shape, Gas diffusibility with respect to the electrode layer can be ensured satisfactorily by allowing the gas to pass through the expanded metal through-hole while ensuring good contact with the electrode. Therefore, it is considered that the function required for the fuel cell, that is, the function of efficiently supplying the gas and the function of efficiently collecting the generated electricity can be achieved. However, since expanded metal has a large number of through holes formed in a mesh, it is difficult to ensure mechanical strength. For example, expanded metal can be deformed by a fastening force applied during assembly of a fuel cell. There is sex. For this reason, the function of supplying gas efficiently may be impaired. Further, if the opening area of the through hole is made small in order to ensure the mechanical strength, gas diffusibility from the through hole is impaired, and there is a problem that efficient gas supply is hindered.
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、ガスを良好に供給するとともに機械的強度が十分確保された燃料電池用メタルセパレータのガス流路形成部材の製造方法、そのようにして成形された燃料電池用メタルセパレータの流路形成部材、ならびに、そのような燃料電池用メタルセパレータに用いられる素材に貫通孔を形成するための貫通孔形成装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and its object is to manufacture a gas flow path forming member for a fuel cell metal separator that supplies gas satisfactorily and has sufficient mechanical strength. PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method, a flow path forming member of a fuel cell metal separator formed in such a manner, and a through hole forming apparatus for forming a through hole in a material used for such a fuel cell metal separator It is in.
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、燃料電池の電極構造体を構成する電極層に対して、燃料ガスと酸化剤ガスとをそれぞれ供給するガス流路が形成されたガス流路形成部材の製造方法であって、薄肉の素材に第一の開口率で多数の貫通孔が形成された第一開口部と前記第一の開口率よりも低い第二の開口率で多数の貫通孔が形成された第二開口部とを交互に層状に形成する開口形成工程と、前記開口形成工程によって形成された前記第一開口部が凹部の溝底部となるように前記薄肉の素材に前記ガス流路としての複数の筋状凹部および筋状凸部を交互に成形する凹凸成形工程とを有する製造方法とすることにある。この場合、前記薄肉の素材は、例えば、平板状の金属薄板に対してせん断曲げ加工により多数の貫通孔を網目状に形成したラスカットメタルや、このようなラスカットメタルを圧延加工によって略平板状に成形したエキスパンドメタルであるとよい。 In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that a gas flow path in which a gas flow path for supplying a fuel gas and an oxidant gas to an electrode layer constituting an electrode structure of a fuel cell is formed. A manufacturing method of a forming member, wherein a first material is formed by forming a plurality of through holes in a thin material with a first aperture ratio, and a plurality of through holes with a second aperture ratio lower than the first aperture ratio. The opening forming step of alternately forming the second openings formed with the holes in layers, and the thin material so that the first opening formed by the opening forming step is the groove bottom of the recess. An object of the present invention is to provide a manufacturing method including a concave-convex forming step of alternately forming a plurality of streaky concave portions and streaky convex portions as gas flow paths. In this case, the thin-walled material is, for example, a lath cut metal in which a large number of through holes are formed in a mesh shape by shear bending with respect to a flat metal thin plate, or such a lath cut metal is formed into a substantially flat plate shape by rolling. It is good that it is a molded expanded metal.
また、本発明の他の特徴は、燃料電池の電極構造体を構成する電極層に対して、燃料ガスと酸化剤ガスとをそれぞれ供給するガス流路を形成する燃料電池用メタルセパレータのガス流路形成部材において、前記ガス流路形成部材は、薄肉の素材に第一の開口率で多数の貫通孔が形成された第一開口部と前記第一の開口率よりも低い第二の開口率で多数の貫通孔が形成された第二開口部とを交互に層状に形成し、形成された前記第一開口部が凹部の溝底部となるように前記薄肉の素材に前記ガス流路としての複数の筋状凹部および筋状凸部を交互に成形することにより成形されたものとすることにある。この場合、前記薄肉の素材は、例えば、平板状の金属薄板に対してせん断曲げ加工により多数の貫通孔を網目状に形成したラスカットメタルや、このようなラスカットメタルを圧延加工によって略平板状に成形したエキスパンドメタルであるとよい。 Another feature of the present invention is that the gas flow of the fuel cell metal separator that forms gas flow paths for supplying the fuel gas and the oxidant gas to the electrode layers constituting the electrode structure of the fuel cell, respectively. In the path forming member, the gas flow path forming member includes a first opening in which a plurality of through holes are formed in a thin material at a first opening ratio, and a second opening ratio lower than the first opening ratio. The second openings in which a large number of through holes are formed are alternately formed in layers, and the thin material is used as the gas flow path so that the formed first openings become the groove bottoms of the recesses. It is to be formed by alternately forming a plurality of streaky concave portions and streaky convex portions. In this case, the thin-walled material is, for example, a lath cut metal in which a large number of through holes are formed in a mesh shape by shear bending with respect to a flat metal thin plate, or such a lath cut metal is formed into a substantially flat plate shape by rolling. It is good that it is a molded expanded metal.
上記本発明によれば、薄肉の素材にまず多数の貫通孔を形成する。この場合において、開口率の高い第一の開口率で多数の貫通孔が形成された第一開口部と、第一の開口率よりも開口率の低い第二の開口率で多数の貫通孔が形成された第二開口部が交互に層状に形成されるように素材に貫通孔を形成する（開口形成工程）。そして、このようにして貫通孔が形成された素材に、ガス流路としての筋状凹部および筋状凸部を形成する。このとき、第一の開口率で貫通孔が形成された第一開口部が筋状凹部の溝底部に位置するように、筋状凹部および筋状凸部を形成する（凹凸成形工程）。上記開口形成工程および凹凸成形工程を経て製造した燃料電池用メタルセパレータのガス流路形成部材は、ガス流路を形成する筋状凹部及び筋状凸部のうち、筋状凹部の溝底部の貫通孔の開口率が他の部分の貫通孔の開口率よりも高い。すなわち、筋状凹部の溝底部の開口面積は、他の部分の開口面積に比較して大きい。したがって、この溝底部の部分を電極構造体に当接させることにより、ガス流路から電極構造体へのガスの供給を良好なものとすることができる。また、筋状凹部の溝底部以外の部分の開口率は低く、開口面積は小さいので、開口面積の増加に伴う機械的強度の減少が起こることはない。よって、機械的強度が確保及びガス拡散性の向上をともに達成した燃料電池用メタルセパレータを製造又は成形することができる。 According to the present invention, a large number of through holes are first formed in a thin material. In this case, a first opening portion in which a large number of through holes are formed with a first opening ratio with a high opening ratio, and a plurality of through holes with a second opening ratio that is lower than the first opening ratio. Through holes are formed in the material so that the formed second openings are alternately formed in layers (opening forming step). And the streak-like recessed part and streak-like convex part as a gas flow path are formed in the raw material in which the through-hole was formed in this way. At this time, the streak-like concave part and the streak-like convex part are formed so that the first opening part in which the through-hole is formed with the first aperture ratio is located at the groove bottom part of the streak-like concave part (unevenness forming step). The gas flow path forming member of the fuel cell metal separator manufactured through the opening forming step and the concave-convex forming step includes a streak-like recess and a streak-like convex part that form the gas flow path, and a through-hole of the streak-like recess. The aperture ratio of the hole is higher than the aperture ratio of the through hole in the other part. That is, the opening area of the groove bottom portion of the streak-shaped recess is larger than the opening area of other portions. Therefore, the gas supply from the gas flow path to the electrode structure can be improved by bringing the groove bottom portion into contact with the electrode structure. Further, since the opening ratio of the portion other than the groove bottom of the streak-like recess is low and the opening area is small, the mechanical strength does not decrease with the increase in the opening area. Therefore, it is possible to manufacture or mold a fuel cell metal separator that has both ensured mechanical strength and improved gas diffusibility.
ここで、本発明において、「ラスカットメタル」とは、平板状の薄肉金属板に対して、順次千鳥配置の切れ目を加工するとともに加工した切れ目を押し曲げることによって、網目状の小径の貫通孔が形成されたものである。また、「エキスパンドメタル」とは、平板状の薄肉金属板に対して、順次千鳥配置の切れ目を加工するとともに加工した切れ目を押し曲げることによって網目状の小径の貫通孔が形成され、さらに、圧延加工されて略平板状とされたものである。エキスパンドメタルは略平板状に成形されるため、例えば、最終成形後の製品において不必要な曲がりや凹凸などを除去するための工程を設ける必要がなく、製造コストを低減することができる。 Here, in the present invention, “lass-cut metal” means that a thin mesh-shaped through-hole is formed by sequentially processing staggered cuts on a flat thin metal plate and pressing and bending the cut cuts. It is formed. In addition, “expanded metal” is a thin metal plate that is formed in a zigzag pattern on a flat thin metal plate, and a small through-hole with a mesh shape is formed by pressing and bending the processed cut. It is processed into a substantially flat plate shape. Since the expanded metal is formed in a substantially flat plate shape, for example, it is not necessary to provide a process for removing unnecessary bending or unevenness in the product after final forming, and the manufacturing cost can be reduced.
また、本発明において、「開口率」とは、素材の単位面積あたりに形成された貫通孔の開口面積の割合をいう。したがって、第一開口部と第二開口部とで開口率を異ならせるために、貫通孔の各孔形状は同じとして貫通孔の形成間隔を第一開口部と第二開口部とで異ならせるようにして両部分を形成することもできるし、また、貫通孔の形成間隔は同じであり、貫通孔の各孔形状を相似形状として孔面積自体を異ならせるようにして両部分を形成することもできる。 In the present invention, the “aperture ratio” refers to the ratio of the opening area of the through holes formed per unit area of the material. Therefore, in order to make the opening ratios different between the first opening and the second opening, the through holes are formed in the same shape, and the formation interval of the through holes is made different between the first opening and the second opening. Both portions can also be formed, and the formation interval of the through holes is the same, and both portions can be formed so that the hole areas themselves are different by making the shape of the through holes similar to each other. it can.
また、本発明において、「筋状凹部」とは、流路形成部材の素材に溝状に形成された部分をいい、素材平面から直線状に没入した溝底部およびこの溝底部の両側端に形成される側壁部とを有するものである。一方、「筋状凸部」とは、流路形成部材の素材に突条として形成された部分をいい、素材平面から直線状に突出した突条部およびこの突条部の両側端に形成される側壁部とを有するものである。本発明においては、素材にこれらの筋状凹部および筋状凸部が交互に形成されており、隣接する筋状凹部と筋状凸部の側壁部が順次共有される状態で、断面凹凸形状が連続的に形成されているものである。 Further, in the present invention, the “striated recess” refers to a portion formed in a groove shape in the material of the flow path forming member, and is formed on the groove bottom portion that is linearly recessed from the material plane and on both side ends of the groove bottom portion. And a side wall portion. On the other hand, the “striated convex portion” refers to a portion formed as a protrusion on the material of the flow path forming member, and is formed on the protrusion protruding linearly from the material plane and on both ends of the protrusion. And having a side wall portion. In the present invention, these streak recesses and streak projections are alternately formed on the material, and the cross-sectional uneven shape is in a state where the adjacent streak recesses and the side walls of the streak projections are sequentially shared. It is formed continuously.
また、本発明の他の特徴は、前記第一開口部と前記第二開口部とに形成された貫通孔の形状は相似形状であり、前記第一開口部に形成された貫通孔の形成間隔が前記第二開口部に形成された貫通孔の形成間隔よりも狭くすることにある。このようにして第一の開口部と第二の開口部とを形成することにより、両部分を同一のパンチで形成することができるため、両部分を成形するための成形装置を共通化することができ、安価に本発明に係るガス流路形成部材を製造することができる。 Another feature of the present invention is that the shape of the through holes formed in the first opening and the second opening is similar, and the formation interval of the through holes formed in the first opening Is to be narrower than the formation interval of the through holes formed in the second opening. By forming the first opening and the second opening in this manner, both parts can be formed with the same punch, so that a molding apparatus for molding both parts is made common. The gas flow path forming member according to the present invention can be manufactured at a low cost.
また、本発明の他の特徴は、燃料電池の電極構造体を構成する電極層に対して、燃料ガスと酸化剤ガスとをそれぞれ供給するガス流路が形成されるガス流路形成部材に用いられる薄肉の素材に多数の貫通孔を形成する貫通孔形成装置であって、前記薄肉の素材に多数の貫通孔を形成する刃部を有するパンチと、前記パンチに前記薄肉の素材を送る送り装置と、前記薄肉の素材に多数の貫通孔を第一の開口率で形成する第一開口部と前記第一の開口率よりも低い第二の開口率で多数の貫通孔を形成する第二開口部とを交互に層状に形成するように、前記パンチおよび／または前記送り装置を制御する制御手段とを具備する貫通孔形成装置とすることにある。 Another feature of the present invention is used for a gas flow path forming member in which a gas flow path for supplying a fuel gas and an oxidant gas to an electrode layer constituting an electrode structure of a fuel cell is formed. A through-hole forming device for forming a large number of through-holes in a thin-walled material, a punch having a blade portion for forming a large number of through-holes in the thin-walled material, and a feeding device for feeding the thin-walled material to the punch A first opening for forming a plurality of through holes in the thin material with a first opening ratio, and a second opening for forming a plurality of through holes with a second opening ratio lower than the first opening ratio. The present invention provides a through-hole forming device including a control means for controlling the punch and / or the feeding device so that the portions are alternately formed in layers.
上記本発明によれば、貫通孔形成装置を、素材に貫通孔を形成するパンチと、素材をパンチに送る送り装置と、パンチおよび／または送り装置を制御する制御手段を有する構成とする。そして、制御手段は、パンチの駆動制御又は送り装置の送り制御の少なくともどちらか一方を制御することによって、素材に第一開口部と第二開口部を層状に形成する。このように、簡易な装置構成で、本発明に係るガス流路形成部材を成形する装置を提供することができる。この場合において、制御手段は、第一開口部に貫通孔を形成する際における送り装置による薄肉の素材の送り量を制御するものとすることができる。たとえば、送り装置を送りローラと送りローラを駆動させるステップモータとを有する構成とし、送りローラでの送り量を第一開口部と第二開口部とで異なるようにステップモータによる駆動を制御することができる。また、制御手段は、第一開口部に貫通孔を形成する際における刃部による貫通孔の形成時間間隔を、第二開口部に貫通孔を形成する際における刃部による貫通孔の形成時間間隔よりも短くなるように、前記パンチを制御するものとすることができる。たとえば、パンチの刃部の往復周期を第一開口部と第二開口部とで異なるように刃部を駆動させるアクチュエータを制御する構成とすることができる。 According to the present invention, the through hole forming device includes a punch that forms a through hole in the material, a feed device that feeds the material to the punch, and a control unit that controls the punch and / or the feed device. And a control means forms the 1st opening part and the 2nd opening part in a layer form in a raw material by controlling at least any one of drive control of a punch, or feed control of a feeder. Thus, the apparatus which shape | molds the gas flow path formation member which concerns on this invention with a simple apparatus structure can be provided. In this case, the control means can control the feed amount of the thin material by the feed device when the through hole is formed in the first opening. For example, the feed device has a feed roller and a step motor for driving the feed roller, and the drive by the step motor is controlled so that the feed amount of the feed roller is different between the first opening and the second opening. Can do. Further, the control means sets the through-hole formation time interval by the blade portion when forming the through-hole in the first opening portion, and the through-hole formation time interval by the blade portion when forming the through-hole in the second opening portion. The punch can be controlled to be shorter. For example, an actuator that drives the blade portion can be controlled so that the reciprocating cycle of the blade portion of the punch is different between the first opening and the second opening.
以下、図面を用いて本発明の一実施形態を詳細に説明する。図１は、燃料電池に利用されて、同燃料電池のメタルセパレータを構成するガス流路形成部材１０を示している。このガス流路形成部材１０は、燃料電池を構成する電極（アノード電極およびカソード電極）に外部から供給される燃料ガスおよび酸化剤ガス（以下、まとめて単にガスという）を供給するとともに、これら電極の電極反応によって発電された電気を集電するものである。このため、ガス流路形成部材１０の形状としては、外部から供給されたガスを各電極に効率よく供給することに加え、発電された電気を効率よく集電する形状が要求される。すなわち、外部から供給されたガスを各電極に効率よく供給するためには、導通するガスの圧力損失を低減する形状であることが要求される。一方、発電された電気を効率よく集電するためには、各電極との接触面積を大きくし集電抵抗を低減する形状であることが要求される。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a gas flow
したがって、ガス流路形成部材１０は、図１に示すように、導通ガスの圧力損失を低減するために多数の網目状の貫通孔が形成されたラスカットメタル１１に対して多数の筋状凹部１２および筋状凸部１３が成形されている。また、集電抵抗を低減するために筋状凸部１３の成形幅に比して筋状凹部１２の成形幅が大きくなるように成形されている。さらに、筋状凹部１２の溝底部に形成された貫通孔の開口率は、それ以外の部分に形成された貫通孔の開口率よりも高くされている。すなわち、筋状凹部１２の溝底部の開口率を第一開口率、それ以外の部分の開孔率を第二開口率とすると、第二開口率は第一開口率よりも低くされている。以下、このガス流路形成部材１０の製造について詳細に説明する。
Therefore, as shown in FIG. 1, the gas flow
薄肉の素材としてのラスカットメタル１１は、板厚が０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度のステンレス板を素材とし、孔径が０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度とされた多数の小径の貫通孔が網目状に形成されるものである。そして、本実施形態におけるラスカットメタル１１は、図２に示すように、開口形状自体はほぼ同じ形状（相似形状）であるが、貫通孔の形成間隔が異なる第一開口部１１ａと第二開口部１１ｂを有して形成されている。第一開口部１１ａは、図に示すように貫通孔の形成間隔が狭く、開口率（単位面積あたりの開口面積の割合）が高い第一の開口率で貫通孔が形成されている。一方、第二開口部１１ｂは、図に示すように貫通孔の形成間隔が広く、第一開口部１１ａよりも開口率が低い第二の開口率で貫通孔が形成されている。このような形状のラスカットメタル１１は、以下に説明するラスカットメタル成形工程（開口形成工程）を経て製造される。
The thin-
ラスカットメタル成形工程は、図３（ａ）に概略的に示すラスカットメタル加工装置Ｒを用いて、ステンレス板Ｓに多数の網目状の貫通孔を成形する。ラスカットメタル加工装置Ｒは、ステンレス板Ｓを供給するための送りローラＯＲと、ステンレス板Ｓを順次せん断加工して網目状の貫通孔を形成するパンチＰと、送りローラＯＲの送り量を制御する制御装置としてのステップモータＭを備えている。なお、ステンレス板Ｓは、所定の長さに予め切断された板材であってもよいし、コイル状に巻き取られたコイル材であってもよい。パンチＰは、図３（ｂ）に示すように、上下動可能な上刃ＵＨと固設された下刃ＳＨとを有して構成される。そして、上刃ＵＨおよび下刃ＳＨは、ステンレス板Ｓに対してせん断加工により千鳥配置に切れ目を形成するために、複数の山谷形状とされた刃を備えている。 In the last cut metal forming step, a number of mesh-like through holes are formed in the stainless steel plate S by using a last cut metal processing apparatus R schematically shown in FIG. The last cut metal processing apparatus R controls the feed roller OR for supplying the stainless steel plate S, the punch P for sequentially shearing the stainless steel plate S to form a mesh-like through hole, and the feed amount of the feed roller OR. A step motor M as a control device is provided. The stainless steel plate S may be a plate material cut in advance to a predetermined length, or may be a coil material wound in a coil shape. As shown in FIG. 3B, the punch P includes an upper blade UH that can move up and down and a lower blade SH that is fixed. The upper blade UH and the lower blade SH are provided with a plurality of ridges and valleys in order to form cuts in a staggered arrangement on the stainless steel plate S by shearing.
このように構成されたラスカットメタル加工装置Ｒを用いたラスカットメタル成形工程においては、まず、素材に第一開口部１１ａを形成する。この場合には、ステップモータＭの駆動により送りローラＯＲがステンレス板Ｓを所定の加工長さ（加工ピッチ）Ｌ１だけパンチＰに送る。パンチＰの上刃ＵＨは、送りローラＯＲによってステンレス板Ｓが供給されると、下刃ＳＨ方向へ降下し、下刃ＳＨとともにその山形状の部分によってステンレス板Ｓの一部をせん断して千鳥配置の切れ目を加工する。さらに続けて、上刃ＵＨは最下点位置まで降下し、同上刃ＵＨの刃と接触しているステンレス板Ｓを下方に曲げ伸ばし、その後、上方の原位置まで復帰する。続いて、送りローラＯＲが再び加工ピッチＬ１だけステンレス板Ｓを刃型Ｈに送り、上刃ＵＨが山谷形状の半ピッチ分だけ左（右）に移動した後、再び上刃ＵＨが降下することによって切れ目加工および曲げ伸ばし加工が施される。
In the lath cut metal forming process using the lath cut metal processing apparatus R configured as described above, first, the
そして、これらの動作を繰り返すことにより、多数の網目状の貫通孔が、加工ピッチＬ１と等しい形成間隔で形成されたラスカットメタル１１が成形される。ここで、上刃ＵＨと下刃ＳＨに谷部分を設けることにより、上刃ＵＨの降下に伴ってステンレス板Ｓに切れ目が加工されない部分を設けることができる。この切れ目が加工されない部分がラスカットメタル１１のボンド部１１ｃとなり、ラスカットメタル１１はその断面形状が図３（ａ）に示すような段形状として成形される。
By repeating these operations, the lath cut
加工ピッチＬ１の送り動作および、パンチＰによるせん断加工が所定回数行われたら、ついで、素材に第二開口部１１ｂを形成する。この場合には、ステップモータＭの駆動により送りローラＯＲがステンレス板Ｓを加工ピッチＬ２だけパンチＰに送る。ここで、加工ピッチＬ２は、加工ピッチＬ１よりも長く設定される。このように加工ピッチＬ２で送りローラＯＲからステンレス板Ｓが供給されると、上刃ＵＨが下刃ＳＨ方向へ降下し、下刃ＳＨとともにその山形状の部分によってステンレス板Ｓの一部をせん断し、千鳥配置の切れ目を加工する。さらに続けて、上刃ＵＨは最下点位置まで降下し、同上刃ＵＨの刃と接触しているステンレス板Ｓを下方に曲げ伸ばし、その後、上方の原位置まで復帰する。続いて、送りローラＯＲが再び加工ピッチＬ２だけステンレス板Ｓを刃型Ｈに送り、上刃ＵＨが山谷形状の半ピッチ分だけ左（右）に移動した後、再び上刃ＵＨが降下することによって切れ目加工および曲げ伸ばし加工が施される。そして、これらの動作を繰り返すことにより、多数の網目状の貫通孔が、加工ピッチＬ２と等しい形成間隔で形成されたラスカットメタル１１が成形される。
When the feeding operation of the processing pitch L1 and the shearing processing by the punch P are performed a predetermined number of times, the
上記のように、加工ピッチＬ１での送りと加工ピッチＬ２での送りを交互に繰り返しながら送りローラＯＲでステンレス板ＳをパンチＰに供給すると、図２に示すように、開口率の高い第一の開口率で貫通孔が形成された第一開口部１１ａと、開口率の低い第二の開口率で貫通孔が形成された第二開口部１１ｂとが交互に層状に形成されたラスカットメタル１１を作製することができる。ここで、上記開口形成工程において、加工ピッチＬ１は、加工ピッチＬ２よりも短いので、加工ピッチＬ１の加工送りで貫通孔が形成された部分は、貫通孔の形成間隔が短く、密に貫通孔が形成されている。一方、加工ピッチＬ２の加工送りで貫通孔が形成された部分は、貫通孔の形成間隔が長く、疎に貫通孔が形成されている。したがって、加工ピッチＬ１の加工送りで形成された部分が第一開口部１１ａに、加工ピッチＬ２の加工送りで形成された部分が第二開口部１１ｂとなる。
As described above, when the stainless steel plate S is supplied to the punch P by the feed roller OR while alternately repeating the feed at the machining pitch L1 and the feed at the machining pitch L2, as shown in FIG.
次に、上述したように製造されたラスカットメタル１１に対して、多数の筋状凹部１２および筋状凸部１３を成形する工程（凹凸成形工程）について詳細に説明する。この工程は、ラスカットメタル１１に対して緩やかな凹凸形状（以下、この凹凸形状を波形形状という）を仮成形する第一成形工程と、波形形状が仮成形されたラスカットメタル１１に筋状凹部１２および筋状凸部１３を成形する第二成形工程とから構成される。
Next, a detailed description will be given of a step of forming a large number of streak-
第一成形工程は、図４に示すようなコルゲート成形機Ｋを用いて、ラスカットメタル１１に波形形状を成形する。このコルゲート成形機Ｋは、ピニオンギア形状のピニオンツールＰＴとラック形状のラックツールＲＴとを備えている。ピニオンツールＰＴは、供給されるラスカットメタル１１の幅寸法に比して大きな軸線方向寸法を有していて、図示しない駆動装置に連結されたシャフトＪに対して同軸的かつ相対回転不能に組み付けられている。ラックツールＲＴは、平板状に形成されており、ピニオンツールＰＴと対向する面には、ピニオンツールＰＴのピニオンギア形状と歯合するラック形状が形成されている。そして、ラックツールＲＴは、図示しない送り装置によって、ピニオンツールＰＴの回動に合わせてその軸線方向（図４において左右方向）に正確に変位するようになっている。また、ピニオンツールＰＴに形成されたピニオンギア形状とラックツールＲＴに形成されたラック形状の歯の高さは、第一成形工程にて成形される波形形状の凹凸の成形寸法（以下、第一成形寸法という）が後述する第二成形工程にて成形される筋状凹部１２および筋状凸部１３の最終成形寸法Ｌよりも所定寸法ΔＬだけ大きくなるように設定されている。
In the first molding step, a corrugated molding machine K as shown in FIG. The corrugating machine K includes a pinion gear-shaped pinion tool PT and a rack-shaped rack tool RT. The pinion tool PT has a dimension in the axial direction larger than the width dimension of the supplied lath cut
このように構成されたコルゲート成形機Ｋを用いた第一成形工程においては、上述のように製造されたラスカットメタル１１がピニオンツールＰＴとラックツールＲＴとの歯合部分に連続的に供給される。このように、ラスカットメタル１１が供給されると、ピニオンツールＰＴは、駆動装置からシャフトＪを介して伝達された駆動力によって回動を開始する。また、ラックツールＲＴは、送り装置により、ピニオンツールＰＴの回動に合わせて軸線方向への変位を開始する。これにより、ラスカットメタル１１は、図５（ａ）に示すように、ピニオンツールＰＴとラックツールＲＴの噛み合わせ部分（詳しくは、ピニオンギア形状とラック形状の歯の噛み合わせ部分）にて連続的に波形形状が成形される。この場合において、上記開口形成工程においてラスカットメタル１１に第一開口部１１ａと第二開口部１１ｂが交互に層状に形成されているが、第一開口部１１ａがラックツールＲＴの突条部分Ｔに位置して加工されるようにラスカットメタル１１をセットする。そして、第一成形工程によってラスカットメタル１１に成形される波形形状の高さ方向における第一成形寸法は、図５（ｂ）に示すように、最終成形寸法ＬよりもΔＬだけ大きく成形される。言い換えれば、ガス流路形成部材１０の筋状凹部１２および筋状凸部１３の形成方向における断面の断面長に比して、第一成形工程で成形されたラスカットメタル１１の波形形状の形成方向における断面の断面長が大きく（長く）なるように成形される。
In the first forming step using the corrugating machine K configured as described above, the lath cut
このように、第一成形工程によって連続的に波形形状が成形されたラスカットメタル１１は、ガス流路形成部材１０の製品寸法と等しくなるように切断されて、第二成形工程に供給される。第二成形工程は、波形形状が成形されたラスカットメタル１１に対し、最終形状としての筋状凹部１２および筋状凸部１３を成形し、ガス流路形成部材１０とする工程である。この第二成形工程は、図６（ａ）に概略的に示すように、プレス成形機Ｏを用いて筋状凹部１２と筋状凸部１３をプレス成形する。プレス成形機Ｏは、床面に固設された下型ＳＯと、同下型ＳＯの上方に配置されて上下動可能な上型ＵＯとを備えている。そして、これら下型ＳＯと上型ＵＯの対向する面は、筋状凹部１２および筋状凸部１３を成形するための凹凸形状が形成されている。ここで、下型ＳＯと上型ＵＯに形成される凹形状と凸形状の形成幅については、凹形状の形成幅が凸形状の形成幅よりも大きくなるように設定されている。また、凹形状の形成深さと凸形状の形成高さについては、最終成形寸法Ｌと略等しくなるように設定されている。
In this way, the lath cut
このように構成されたプレス成形機Ｏを用いた最終成形工程においては、まず、第一成形工程で成形されたラスカットメタル１１が下型ＳＯの凹凸形状が形成された上面に載置される。この載置においては、図６（ａ）に示すように、ラスカットメタル１１に成形された波形形状の凹凸が下型ＳＯに形成された凹凸形状と一致するように載置される。この状態にて、上型ＵＯが下型ＳＯの方向へ降下すると、下型ＳＯおよび上型ＵＯに形成された凹凸形状によって、図６（ｂ）に示すように、ラスカットメタル１１に筋状凹部１２および筋状凸部１３が形成される。ここで、成形されたラスカットメタル１１の筋状凹部１２と筋状凸部１３は、下型ＳＯと上型ＵＯ間で挟持されることによって、ボンド部１１ｃが圧縮されて略平面状に形成される。
In the final molding process using the press molding machine O configured in this way, first, the lath cut
ここで、上述したように、第一成形工程によって成形された波形形状の成形寸法はＬ＋ΔＬであり、第二成形工程によって成形された筋状凹部１２および筋状凸部１３の最終成形寸法はＬとなっている。このため、最終成形工程においては、ラスカットメタル１１を圧縮しながら、言い換えれば、波形形状の成形方向における断面の断面長を縮めながら筋状凹部１２および筋状凸部１３を成形する。これにより、特に、略直角に曲げ加工される筋状凹部１２および筋状凸部１３の角部分が過度に延ばされる（引っ張られる）ことを効果的に防止することができる。このため、ラスカットメタル１１のように、せん断加工によって加工硬化の生じた薄肉の素材であっても、割れや破断の発生を防止して容易に曲げ加工を施すことができる。
Here, as described above, the molding dimension of the corrugated shape molded by the first molding process is L + ΔL, and the final molding dimension of the streak-
すなわち、ラスカットメタル１１は、その製造時において、網目状の貫通孔を成形するためのせん断加工や曲げ伸ばし加工によって、ボンド部１１ｃの周辺に加工硬化が生じている。このため、上述した第一成形を行わずに筋状凹部１２および筋状凸部１３を成形した場合には、例えば、ボンド部１１ｃが筋状凹部１２や筋状凸部１３の角部分に存在していると、曲げ加工に伴う伸びが不足してボンド部１１ｃにて割れや破断が発生する。これに対して、ラスカットメタル１１に波形形状を一旦成形しておき、圧縮しながら筋状凹部１２および筋状凸部１３を成形すれば、ラスカットメタル１１の余肉（詳しくは、ストランド）を角部分に向けて流動させることができる。したがって、曲げ加工に伴ってボンド部１１ｃが過度に延ばされないため、好適に曲げ加工を施すことができる。
That is, the lath cut
また、この第二成形工程では、第一成形工程によって成形した幅広の部分が筋状凹部１２の溝底部の部分に成形されるが、この部分は上述したように開口率の高い第一の開口率で貫通孔が形成された第一開口部１１ａである。一方、それ以外の部分の開口率は、第二の開口率で貫通孔が形成された第二開口部１１ｂである。ここで、第一の開口率は第二の開口率よりも高い開口率である。したがって、このようにして作製したラスカットメタル１１は、筋状凹部１２の溝底部のみの開口率が高いものとなる。
Moreover, in this 2nd shaping | molding process, although the wide part shape | molded by the 1st shaping | molding process is shape | molded in the part of the groove bottom part of the streaky recessed
開口形成工程及び凹凸成形工程を経て製造されたラスカットメタル１１は、所定寸法にされてガス流路形成部材１０とされる。このガス流路形成部材１０は、固体高分子型燃料電池を構成するメタルセパレータとして用いられる。なお、固体高分子型燃料電池の構成については、本発明に直接関係しないため、その詳細な説明を省略するが、以下に簡単に説明しておく。
The lath cut
固体高分子型燃料電池は、図７にその構成を示す単セルが多数積層されて構成される。単セルは、上述したガス流路形成部材１０および金属薄板２０から構成されるメタルセパレータを上下に配し、同メタルセパレータ間に２枚の樹脂フレーム３０およびＭＥＡ４０（Membrane−Electrode Assembly：膜−電極アッセンブリ）を備えて構成される。そして、各単セルに対して、例えば水素ガスなどの燃料ガスと、例えば空気などの酸化剤ガスとが燃料電池スタック外部から導入されることにより、ＭＥＡ４０での電極反応によって電気が発電される。
The polymer electrolyte fuel cell is configured by laminating a large number of single cells whose structure is shown in FIG. In the single cell, a metal separator composed of the gas flow
金属薄板２０は、単セルが多数積層されたとき、外部から導入されたガスの混流を防止するとともに、各単セル内にガスを導入するものである。このため、金属薄板２０には、燃料ガスおよび酸化剤ガスをそれぞれ導入するためのガス導入口２１と、ＭＥＡ４０にて未反応の燃料ガスおよび酸化剤ガスをそれぞれ排出するためのガス導出口２２が形成されている。
The metal
樹脂フレーム３０は、その周縁部分にて、単セルを形成した状態で金属薄板２０に形成されたガス導入口２１およびガス導出口２２の各貫通孔に対応する位置に同各貫通孔の形状と略同一の形状の貫通孔３１，３２が形成されている。また、樹脂フレーム３０には、その略中央部分にて、ガス流路形成部材１０を収容する収容孔３３が形成されている。この収容孔３３は、固着される金属薄板２０に形成された一対のガス導入口２１およびガス導出口２２と、積層される他方の樹脂フレーム３０に形成された貫通孔３１，３２とをも収容するように形成されている。
The
このように、収容孔３３を形成することにより、固着される金属薄板２０の下面（または上面）、収容孔３３の内周面およびＭＥＡ４０の上面（または下面）により空間（以下、この空間をガス導通空間という）が形成される。そして、ガス導通空間内に対して、例えば、燃料ガスを金属薄板２０の一方のガス導入口２１から、また、酸化剤ガスを他方のガス導入口２１および樹脂フレーム３０の貫通孔３１から導入することができる。また、ガス導通空間を通過した未反応のガスは、金属薄板２０の一方のガス導出口２２を介して、また、他方のガス導出口２２および樹脂フレーム３０の貫通孔３２を介して外部に導出することができる。また、樹脂フレーム３０は、ガス流路形成部材１０の筋状凹部１２および筋状凸部１３の成形高さよりも僅かに小さい板厚とされている。
Thus, by forming the
電極構造体としてのＭＥＡ４０は、電解質膜ＥＦを備えている。そして、電解質膜ＥＦ表面上にて、燃料ガスが導入されるガス導通空間側に配置されるアノード電極と、酸化剤ガスが導入されるガス導通空間側に配置されるカソード電極とが、所定の触媒を層状に積層することにより形成されている。
The
そして、２枚のセパレータ本体２０間に、ガス流路形成部材１０、樹脂フレーム３０およびＭＥＡ４０を積層することによって単セルが構成される。具体的に説明すると、互いに同一平面内にて略９０°回転して配置される樹脂フレーム３０間にＭＥＡ４０を挟持し、例えば、接着剤などを塗布することにより、樹脂フレーム３０間にＭＥＡ４０の電解質膜ＥＦを一体的に固着する。このように一体的に固着された樹脂フレーム３０およびＭＥＡ４０に対して、ガス流路形成部材１０が収容孔３３に収容された状態で、２枚のセパレータ本体２０を、例えば、接着剤などを塗布することにより、一体的に固着する。
A single cell is configured by laminating the gas flow
このとき、ガス流路形成部材１０は、図８に示すように、成形幅が幅広の筋状凹部１２とＭＥＡ４０（詳しくは、カーボンクロスＣＣ）とが接触するように配置される。また、樹脂フレーム３０の板厚が筋状凹部１２および筋状凸部１３の成形高さよりも僅かに小さい寸法とされているため、筋状凹部１２がセパレータ本体２０によってＭＥＡ４０側に若干押圧された状態で固着される。これにより、ガス流路形成部材１０とＭＥＡ４０との接触状態を良好に保つことができる。そして、このように形成された単セルは、多数積層された後、例えば、図示しないボルトとナットによって所定の締結力で固定されることによって、燃料電池スタックを構成する。
At this time, as shown in FIG. 8, the gas flow
このように構成された単セルを多数積層した固体高分子型燃料電池においては、上述した各工程を経て製造されたガス流路形成部材１０によって、ＭＥＡ４０のアノード電極およびカソード電極に燃料ガスおよび酸化剤ガスを効率よく供給することができる。具体的に説明すると、ガス流路形成部材１０は、薄肉のラスカットメタル１１に筋状凹部１２および筋状凸部１３を成形されて構成されている。このため、外部からガス導入口２１を介してガス導通空間内に導入されたガスは、筋状凹部１２または筋状凸部１３を導通することにより、圧力損失を大幅に低減することができる。また、ラスカットメタル１１は多数の網目状の貫通孔が形成されているため、ガス導通空間内に導入されたガスは前記貫通孔を介して筋状凹部１２と筋状凸部１３間を極めて容易に透過することができる。とりわけ、本実施形態において作製された流路形成部材１０においては、ＭＥＡ４０に接している筋状凹部１２の溝底部に形成された貫通孔の開口率が他の部分よりも高くされているため、ガス流路形成部材１０から供給されたガスがこの開口率の高い部分からＭＥＡ４０に良好に拡散する。したがって、ガスを各電極に対して効率よく供給することができ、固体高分子型燃料電池の発電効率を向上させることができる。加えて、ガス流路部材の筋状凹部の溝底部以外の部分の開口率は低いため、開口率の増加に伴う機械的強度の低下が生じることはない。したがって、ガスを良好に供給するとともに機械的強度が十分確保された燃料電池用セパレータのガス流路形成部材を提供することができる。
In the polymer electrolyte fuel cell in which a large number of single cells configured as described above are stacked, the fuel gas and oxidation are applied to the anode electrode and cathode electrode of the
上記実施形態においては、ラスカットメタル１１を用いてガス流路形成部材を製造する場合について説明したが、ラスカットメタル１１以外にも、適当な貫通孔を素材に形成することにより本発明を実施することができる。適当な貫通孔を素材に形成する他の例としては、エキスパンドメタルを用いる例がある。エキスパンドメタルは、上述のラスカットメタル１１と同様に、板厚が０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度のステンレス板から形成されるものである。そして、エキスパンドメタルにも、孔径が０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度とされた多数の小径の貫通孔が網目状に形成されている。このエキスパンドメタル１４は、上述したラスカットメタルにおける開口形成工程に次いで、圧延加工が付加されて製造される。
In the above embodiment, the case where the gas flow path forming member is manufactured using the lath cut
付加された圧延工程は、図９に概略的に示す圧延成形機Ａを用いて、上述したように製造されるラスカットメタル１１を圧延する。圧延成形機Ａは、上下一対の圧延ローラＡＲを備えていて、供給されたラスカットメタル１１を圧延する。これにより、ラスカットメタル１１のボンド部１１ｃが圧延ローラＡＲによって圧延されて（引き伸ばされて）、エキスパンドメタル１４が製造される。このようにして製造されたエキスパンドメタル１４も、圧延工程前の開口形成工程にて第一開口部１１ａと第二開口部１１ｂとが交互に層状に形成されている（図２参照）。そして、圧延工程後の凹凸形成工程で筋状凹部及び筋状凸部が形成されるが、このとき、開口率の高い第一開口部１１ａが筋状凹部１２の溝底部となるように凹凸が形成される。
In the added rolling process, the lath cut
このようにして製造したガス流路形成部材１０を燃料電池用セパレータのガス流路形成部材として用いる際に、筋状凹部１２の溝底部をＭＥＡ４０に接する側として組み立てることにより、ガス流路形成部材１０から供給されたガスがこの開口率の高い部分からＭＥＡ４０に良好に拡散する。したがって、ガスを各電極に対して効率よく供給することができ、固体高分子型燃料電池の発電効率を向上させることができる。加えて、ガス流路形成部材１０の筋状凹部１２の溝底部以外の部分の開口率は低いため、開口率の増加に伴う機械的強度の低下が生じることはない。したがって、ガスを良好に供給するとともに機械的強度が十分確保された燃料電池用セパレータのガス流路形成部材１０を提供することができる。
When the gas flow
以上、本発明の実施形態について説明したが、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。上記実施形態および変形例においては、開口形成工程において、素材に多数の貫通孔を第一の開口率で形成する第一開口部１１ａと第二の開口率で形成する第二開孔部１１ｂとを交互に層状に形成するために、送りローラＯＲによる送り量を制御する例を示している。具体的には、ステップモータＭで送りローラＯＲの駆動を制御することにより、第一開口部１１ａに貫通孔を形成する際における送り量（送りピッチＬ１）を、第二開口部１１ｂに貫通孔を形成する際における送り量（送りピッチＬ２）よりも少なくなるように送りローラを制御した例を示している。しかし、本発明は、それ以外の方法によっても実現することも可能である。例えば、送りローラＯＲによる送り量は常に一定とし、その代わり、第一開口部１１ａに貫通孔を形成する際におけるパンチＰの上刃ＵＨの形成時間間隔（単位時間当たりの形成回数）を、第二開口部１１ｂに貫通孔を形成する際における形成時間間隔よりも短く（早く）なるように、パンチＰを制御することによっても、本発明を実現できる。この場合には、上刃ＵＨを往復駆動させるためのアクチュエータを制御してやればよい。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment and modification, A various deformation | transformation is possible. In the said embodiment and modification, in the opening formation process, the
１０…流路形成部材、１１…ラスカットメタル、１１ａ…第一開口部、１１ｂ…第二開口部、１１ｃ…ボンド部、１２…筋状凹部、１３…筋状凸部、１４…エキスパンドメタル、２０…金属薄板、３０…樹脂フレーム、４０…ＭＥＡ、Ｒ…ラスカットメタル加工装置（貫通孔形成装置）、ＯＲ…送りローラ（送り装置）、Ｍ…ステップモータ（制御手段）、Ｐ…パンチ、ＵＨ…上刃（刃部）、ＳＨ…下刃（刃部）、Ｋ…コルゲート成形機、Ｏ…プレス成形機、Ａ…圧延成形機
DESCRIPTION OF
Claims (11)
薄肉の素材に第一の開口率で多数の貫通孔が形成された第一開口部と前記第一の開口率よりも低い第二の開口率で多数の貫通孔が形成された第二開口部とを交互に層状に形成する開口形成工程と、
前記開口形成工程によって形成された前記第一開口部が凹部の溝底部となるように前記薄肉の素材に前記ガス流路としての複数の筋状凹部および筋状凸部を交互に成形する凹凸成形工程とを有することを特徴とするガス流路形成部材の製造方法。 A method for producing a gas flow path forming member in which a gas flow path for supplying a fuel gas and an oxidant gas to an electrode layer constituting an electrode structure of a fuel cell is formed,
A first opening in which a plurality of through holes are formed in a thin material with a first opening ratio, and a second opening in which a plurality of through holes are formed with a second opening ratio lower than the first opening ratio Forming openings alternately in layers, and
Concave and convex forming that alternately forms a plurality of streaky concave portions and streaky convex portions as the gas flow path in the thin material so that the first opening portion formed by the opening forming step becomes a groove bottom portion of the concave portion. And a process for producing a gas flow path forming member.
前記ガス流路形成部材は、薄肉の素材に第一の開口率で多数の貫通孔が形成された第一開口部と前記第一の開口率よりも低い第二の開口率で多数の貫通孔が形成された第二開口部とを交互に層状に形成し、形成された前記第一開口部が凹部の溝底部となるように前記薄肉の素材に前記ガス流路としての複数の筋状凹部および筋状凸部を交互に成形することにより成形されたことを特徴とするガス流路形成部材。 In a gas flow path forming member of a fuel cell metal separator that forms gas flow paths for supplying a fuel gas and an oxidant gas to an electrode layer constituting an electrode structure of a fuel cell,
The gas flow path forming member includes a first opening in which a plurality of through holes are formed in a thin material at a first opening ratio, and a plurality of through holes at a second opening ratio lower than the first opening ratio. A plurality of streak-shaped recesses as the gas flow path in the thin material so that the formed second openings are alternately formed in layers, and the formed first openings are the groove bottoms of the recesses. And a gas flow path forming member formed by alternately forming streak-shaped convex portions.
前記薄肉の素材に多数の貫通孔を形成する刃部を有するパンチと、
前記パンチに前記薄肉の素材を送る送り装置と、
前記薄肉の素材に多数の貫通孔を第一の開口率で形成する第一開口部と前記第一の開口率よりも低い第二の開口率で多数の貫通孔を形成する第二開口部とを交互に層状に形成するように、前記パンチおよび／または前記送り装置を制御する制御手段とを具備することを特徴とする貫通孔形成装置。 A large number of through holes are formed in a thin material used for a gas flow path forming member in which gas flow paths for supplying fuel gas and oxidant gas are formed to the electrode layers constituting the electrode structure of the fuel cell. A through-hole forming device to be formed,
A punch having a blade portion for forming a plurality of through holes in the thin material;
A feeding device for feeding the thin material to the punch;
A first opening for forming a plurality of through holes in the thin material with a first opening ratio, and a second opening for forming a plurality of through holes with a second opening ratio lower than the first opening ratio; And a control means for controlling the punch and / or the feeding device so as to be alternately formed in layers.
10. The control device according to claim 9, wherein the control means sets a through-hole formation time interval by the blade portion when the through-hole is formed in the first opening, and the blade when the through-hole is formed in the second opening. The punch is controlled so as to be shorter than the formation time interval of the through hole by the portion.
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