JP2014078336A - Method and device for manufacturing separator for fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池用セパレータを製造する方法および装置に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for manufacturing a fuel cell separator.
燃料電池は、カソード電極およびアノード電極を有する膜電極接合体(MEA:membrane electrode assembly)と、膜電極接合体を挟持するセパレータとを有する。セパレータは、例えば、素材金属板を順送プレスすることによって製造される(例えば、特許文献1参照。)。 The fuel cell includes a membrane electrode assembly (MEA) having a cathode electrode and an anode electrode, and a separator that sandwiches the membrane electrode assembly. The separator is manufactured, for example, by progressively pressing a material metal plate (see, for example, Patent Document 1).
しかし、セパレータは、燃料電池の小型化の観点から薄板化が図られ、また、性能出力に合わせて横寸法および縦寸法が大型化されるため、生産性に問題を有する。例えば、セパレータの素材金属板は、板厚が薄くかつ軽量となるため、素材金属板の送りを高速化すると、折れ曲がりが発生し易く、また、順送プレスによる振動や順送する際のリフトアップによる振動に起因する素材金属板の振動やたわみの発生により、素材金属板が載置される金型と素材金属板とが干渉する虞があり、生産性を向上させることが困難である。 However, the separator is thinned from the viewpoint of miniaturization of the fuel cell, and the horizontal dimension and the vertical dimension are increased in accordance with the performance output, which causes a problem in productivity. For example, since the material metal plate of the separator is thin and light, if the feed of the material metal plate is speeded up, bending is likely to occur, and vibration due to a progressive press or lift up during progressive feed Due to the vibration and deflection of the material metal plate due to the vibration caused by the above, there is a possibility that the mold on which the material metal plate is placed and the material metal plate interfere with each other, and it is difficult to improve productivity.
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、生産性に優れた燃料電池用セパレータを製造する方法および装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems associated with the prior art, and an object of the present invention is to provide a method and an apparatus for manufacturing a fuel cell separator excellent in productivity.
上記目的を達成するための本発明の一様相は、順送プレスによって素材金属板から燃料電池用セパレータを製造する方法である。前記方法は、前記素材金属板の剛性を向上させる剛性向上手段を、前記素材金属板に成形する剛性向上工程と、前記セパレータの表面形状と一致する形状を、前記素材金属板に成形する製品形状成形工程と、を有する。前記剛性向上手段は、前記素材金属板の送り方向に関する剛性を向上させる長手剛性向上手段を有する。 In order to achieve the above object, a uniform phase of the present invention is a method of manufacturing a separator for a fuel cell from a raw metal plate by a progressive press. The method includes: a rigidity improving step for forming the rigidity improving means for improving the rigidity of the material metal plate on the material metal plate; and a product shape for forming the shape matching the surface shape of the separator on the material metal plate. A molding step. The rigidity improving means includes longitudinal rigidity improving means for improving rigidity in the feed direction of the material metal plate.
上記目的を達成するための本発明の別の様相は、順送プレスによって素材金属板から燃料電池用セパレータを製造する装置である。前記装置は、前記素材金属板の剛性を向上させる剛性向上手段を、前記素材金属板に成形する金型を有する剛性向上手段成形部と、前記セパレータの表面形状と一致する形状を、前記素材金属板に成形する金型を有する製品形状成形部と、を有する。前記剛性向上手段は、前記素材金属板の送り方向に関する剛性を向上させる長手剛性向上手段を有する。 Another aspect of the present invention for achieving the above object is an apparatus for producing a separator for a fuel cell from a raw metal plate by a progressive press. The apparatus includes a rigidity improving means forming portion having a mold for forming the rigidity improving means for improving the rigidity of the material metal plate, and a shape that matches the surface shape of the separator with the shape of the material metal. A product shape molding part having a mold for molding into a plate. The rigidity improving means includes longitudinal rigidity improving means for improving rigidity in the feed direction of the material metal plate.
本発明に係る燃料電池用セパレータを製造する方法および装置においては,セパレータの素材金属板に、素材金属板の送り方向に関する剛性を向上させる長手剛性向上手段が成形されるため、素材金属板の送りを高速化しても、折れ曲がりの発生が抑制される。また、順送プレスによる振動や順送する際のリフトアップによる振動に起因する素材金属板の振動やたわみの発生が防がれ、素材金属板が載置される金型との干渉が抑制されるため、順送プレスが円滑に実施される。したがって、生産性を向上させることが容易である。つまり、生産性に優れた燃料電池用セパレータを製造する方法および装置を提供することが可能である。 In the method and apparatus for manufacturing a separator for a fuel cell according to the present invention, since the longitudinal rigidity improving means for improving the rigidity in the feeding direction of the material metal plate is formed on the material metal plate of the separator, the material metal plate is fed. Even if the speed is increased, the occurrence of bending is suppressed. In addition, the vibration of the material metal plate due to the vibration caused by the progressive press and the vibration caused by the lift-up during progressive feeding is prevented, and the occurrence of deflection and the interference with the mold on which the material metal plate is placed is suppressed. Therefore, the progressive press is smoothly performed. Therefore, it is easy to improve productivity. That is, it is possible to provide a method and an apparatus for producing a fuel cell separator having excellent productivity.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、実施の形態1に係る燃料電池を説明するための分解斜視図、図2は、図1に示される膜電極接合体を説明するための断面図である。 FIG. 1 is an exploded perspective view for explaining the fuel cell according to Embodiment 1, and FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the membrane electrode assembly shown in FIG.
実施の形態1に係る燃料電池10は、例えば、水素を燃料とする固体高分子形燃料電池(PEFC)に適用され、図1に示されるように、膜電極接合体20およびセパレータ50,55を有する。膜電極接合体20は、図2に示されるように、高分子電解質膜30、触媒層32,33およびガス拡散層(GDL:Gas Diffusion Layer)35,36を有する。
The
触媒層32は、触媒成分、触媒成分を担持する導電性の触媒担体および高分子電解質を含んでおり、水素の酸化反応が進行するアノード触媒層であり、高分子電解質膜30の一方の側に配置される。触媒層33は、触媒成分、触媒成分を担持する導電性の触媒担体および高分子電解質を含んでおり、酸素の還元反応が進行するカソード触媒層であり、高分子電解質膜30の他方の側に配置される。
The
高分子電解質膜30は、触媒層32で生成したプロトンを触媒層33へ選択的に透過させる機能およびアノード側に供給される燃料ガスとカソード側に供給される酸化剤ガスとを混合させないための隔壁としての機能を有する。
The
ガス拡散層35は、アノード側に供給される燃料ガスを分散させるためのアノードガス拡散層であり、セパレータ50と触媒層32との間に位置している。ガス拡散層36は、カソード側に供給される酸化剤ガスを分散させるためのカソードガス拡散層であり、セパレータ55と触媒層33との間に位置している。
The
セパレータ50,55は、単セルを電気的に直列接続する機能および燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷媒を互いに遮断する隔壁としての機能を有し、膜電極接合体20と略同一形状であり、後述される順送プレスによってステンレス鋼鈑から製造される。ステンレス鋼鈑は、複雑な機械加工を施しやすくかつ導電性が良好である点で好ましく、必要に応じて、耐食性のコーティングを施すことも可能である。
The
セパレータ50は、膜電極接合体20のアノード側に配置されるアノードセパレータであり、触媒層32に相対し、膜電極接合体20とセパレータ50との間に位置するガス流路40を構成するリブ部52と、水素通過用、酸素通過用および冷却水通過用にそれぞれ設けられるマニホールド穴53とを有する。ガス流路40は、燃料ガスを触媒層32に供給するために利用される。
The
セパレータ55は、膜電極接合体20のカソード側に配置されるカソードセパレータであり、触媒層33に相対し、膜電極接合体20とセパレータ55との間に位置するガス流路45を構成するリブ部57と、水素通過用、酸素通過用および冷却水通過用にそれぞれ設けられるマニホールド穴58とを有する。ガス流路45は、酸化剤ガスを触媒層33に供給するために利用される。
The
次に、各構成部材の材質およびサイズ等について詳述する。 Next, the material and size of each component will be described in detail.
高分子電解質膜30は、パーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマーから構成されるフッ素系高分子電解質膜、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂膜、リン酸やイオン性液体等の電解質成分を含浸した多孔質状の膜を、適用することが可能である。パーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマーは、例えば、ナフィオン(登録商標)(デュポン株式会社製)、アシプレックス(登録商標)(旭化成株式会社製)、フレミオン(登録商標)(旭硝子株式会社製)等である。多孔質状の膜は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)や、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)から形成される。
The
高分子電解質膜30の厚みは、特に限定されないが、強度、耐久性および出力特性の観点から5〜300μmが好ましく、より好ましくは10〜200μmである。
The thickness of the
触媒層(カソード触媒層)35に用いられる触媒成分は、酸素の還元反応に触媒作用を有するものであれば、特に限定されない。触媒層(アノード触媒層)34に用いられる触媒成分は、水素の酸化反応に触媒作用を有するものであれば、特に限定されない。 The catalyst component used for the catalyst layer (cathode catalyst layer) 35 is not particularly limited as long as it has a catalytic action for the oxygen reduction reaction. The catalyst component used for the catalyst layer (anode catalyst layer) 34 is not particularly limited as long as it has a catalytic action for the oxidation reaction of hydrogen.
具体的な触媒成分は、例えば、白金、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、タングステン、鉛、鉄、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン、バナジウム、モリブデン、ガリウム、アルミニウム等の金属、及びそれらの合金等などから選択される。触媒活性、一酸化炭素等に対する耐被毒性、耐熱性などを向上させるために、少なくとも白金を含むものが好ましい。カソード触媒層およびアノード触媒層に適用される触媒成分は、同一である必要はなく、適宜変更することが可能である。 Specific catalyst components include, for example, platinum, ruthenium, iridium, rhodium, palladium, osmium, tungsten, lead, iron, chromium, cobalt, nickel, manganese, vanadium, molybdenum, gallium, aluminum and other metals, and alloys thereof. Etc. are selected. In order to improve catalytic activity, poisoning resistance to carbon monoxide, heat resistance, etc., those containing at least platinum are preferable. The catalyst components applied to the cathode catalyst layer and the anode catalyst layer need not be the same, and can be changed as appropriate.
触媒層32,33に用いられる触媒の導電性担体は、触媒成分を所望の分散状態で担持するための比表面積、および、集電体として十分な電子導電性を有しておれば、特に限定されないが、主成分がカーボン粒子であるのが好ましい。カーボン粒子は、例えば、カーボンブラック、活性炭、コークス、天然黒鉛、人造黒鉛から構成される。 The conductive carrier of the catalyst used for the catalyst layers 32 and 33 is particularly limited as long as it has a specific surface area for supporting the catalyst component in a desired dispersed state and sufficient electronic conductivity as a current collector. Although not preferred, the main component is preferably carbon particles. The carbon particles are composed of, for example, carbon black, activated carbon, coke, natural graphite, and artificial graphite.
触媒層32,33に用いられる高分子電解質は、少なくとも高いプロトン伝導性を有する部材であれば、特に限定されず、例えば、ポリマー骨格の全部又は一部にフッ素原子を含むフッ素系電解質や、ポリマー骨格にフッ素原子を含まない炭化水素系電解質が適用可能である。触媒層32,33に用いられる高分子電解質は、高分子電解質膜30に用いられる高分子電解質と同一であっても異なっていてもよいが、高分子電解質膜30に対する触媒層32,33の密着性を向上させる観点から、同一であることが好ましい。
The polymer electrolyte used for the catalyst layers 32 and 33 is not particularly limited as long as it is a member having at least high proton conductivity. For example, a fluorine-based electrolyte containing a fluorine atom in all or part of the polymer skeleton or a polymer A hydrocarbon-based electrolyte that does not contain a fluorine atom in the skeleton is applicable. The polymer electrolyte used for the catalyst layers 32 and 33 may be the same as or different from the polymer electrolyte used for the
ガス拡散層35,36は、例えば、グラッシーカーボン等の炭素製の織物、紙状抄紙体、フェルト、不織布といった導電性及び多孔質性を有するシート状材料を、基材として構成される。基材の厚さは、特に限定されないが、機械的強度およびガスや水などの透過性の観点から、30〜500μmが好ましい。ガス拡散層35,36は、撥水性およびフラッディング現象の抑制の観点から、基材に撥水剤を含ませることが好ましい。撥水剤は、例えば、PTFE、PVDF、ポリヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)などのフッ素系の高分子材料、ポリプロピレン、ポリエチレンである。 The gas diffusion layers 35 and 36 are configured by using, as a base material, a sheet-like material having conductivity and porosity, such as a carbon fabric such as glassy carbon, a paper-like paper body, a felt, and a nonwoven fabric. The thickness of the substrate is not particularly limited, but is preferably 30 to 500 μm from the viewpoint of mechanical strength and permeability such as gas and water. The gas diffusion layers 35 and 36 preferably contain a water repellent in the base material from the viewpoint of water repellency and suppression of the flooding phenomenon. Examples of the water repellent include PTFE, PVDF, polyhexafluoropropylene, a fluoropolymer such as tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), polypropylene, and polyethylene.
セパレータ50,55は、ステンレス鋼から構成する形態に限定されず、その他の金属材料(例えば、アルミニウムやクラッド材)を適用することも可能である。
次に、実施の形態1に係る燃料電池用セパレータを製造する装置を説明する。 Next, an apparatus for manufacturing the fuel cell separator according to Embodiment 1 will be described.
図3および図4は、図1および図2に示されるセパレータを製造する装置を説明するための側面図および平面図、図5および図6は、図4および図5に示されるプレス部本体における成形過程を説明するための斜視図および平面図、図7は、図5および図6に示される剛性向上手段を説明するための断面図である。 3 and 4 are a side view and a plan view for explaining the apparatus for manufacturing the separator shown in FIGS. 1 and 2, and FIGS. 5 and 6 are views of the press portion main body shown in FIGS. A perspective view and a plan view for explaining the molding process, and FIG. 7 are sectional views for explaining the rigidity improving means shown in FIGS.
図3および図4に示される順送プレス装置100は、アンコイラー105、たわみ防止部110、プレス部本体120と、フィーダー150、リコイラー155および制御部160を有する。
3 and 4 includes an
アンコイラー105は、ロール部材に巻き付けて準備されたコイル材190から素材金属板192を引き出すために使用される。コイル材190は、例えば、板厚が0.1mmのステンレス鋼鈑からなり、コイル幅は、450mmである。送りピッチ量は、例えば、150mmである。
The
たわみ防止部110は、支持部111および矯正ローラー112を有し、アンコイラー105とプレス部本体120との間に配置される。アンコイラー105から供給される素材金属板192は、支持部111と矯正ローラー112との間に挟み込まれることで、素材金属板192におけるたわみの発生が防止される。
The
プレス部本体120は、剛性向上手段成形部130および製品形状成形部140を有する。剛性向上手段成形部130は、素材金属板192の剛性を向上させる剛性向上手段を、素材金属板192に成形する金型を有する。剛性向上手段は、図5および図6に示されるように、素材金属板192の送り方向Tに関する剛性を向上させる長手剛性向上手段170からなる。製品形状成形部140は、セパレータの表面形状と一致する形状を、素材金属板192に成形する金型を有する。
The press part
つまり、セパレータの素材金属板192に、素材金属板192の送り方向Tに関する剛性を向上させる長手剛性向上手段170が成形されるため、素材金属板192の送りを高速化しても、折れ曲がりの発生が抑制される。また、順送プレス(剛性向上手段成形部130の金型の稼働)による振動や素材金属板192を順送する際のリフトアップによる振動に起因する素材金属板192の振動やたわみの発生が防がれ、素材金属板192が載置される金型との干渉(例えば、引きずりや、引掛り)が抑制され、順送プレスが円滑に実施され、生産性を向上させることが容易である。したがって、生産性に優れた燃料電池用セパレータを製造する装置を提供することができる。
That is, since the longitudinal rigidity improving means 170 for improving the rigidity in the feed direction T of the
素材金属板192は、送り方向Tに沿って、セパレータとなる領域である製品予定部194が隙間部195を介して並置され、送り方向Tと交差する幅方向Wに関する端部である縁部196を有する。隙間部195は、製品予定部194に比較して剛性が弱く、たわみや振動の発生が顕著となるため、長手剛性向上手段170を、隙間部195の縁部196に配置することで、隙間部195の剛性を、効率的に向上させている。
The
剛性向上手段成形部130の金型は、折り曲げ加工金型が組み込まれており、素材金属板192の縁部196に折り曲げ加工を施すことによって、長手剛性向上手段170を成形しており、長手剛性向上手段170を連続的に成形することが容易である。
The mold of the rigidity improving
折り曲げ加工金型は、素材金属板192の載置面側に傾斜した部位を成形するように設定されており、図7に示されるように、長手剛性向上手段170は、傾斜した部位からなり、単純な構造で具現化される。
The bending die is set so as to form a portion inclined toward the mounting surface side of the
製品形状成形部140は、外周輪郭成形部142、リブ部成形部144、マニホールド形成部146およびトリム部148を有し、送り方向Tに関し、剛性向上手段成形部130の下流側に配置されている。したがって、長手剛性向上手段170の効果が、セパレータの表面形状と一致する形状を素材金属板192に成形する全ての過程(製品形状成形部140における全ての過程)において発揮される。
The product
外周輪郭成形部142は、セパレータ50(55)の外周輪郭の形状に対応するキャビティ面を備えた金型を有しており、素材金属板192の製品予定部194にセパレータ50(55)の外周輪郭193を成形するために使用される。
The outer peripheral
リブ部成形部144は、セパレータ50(55)のリブ部52(57)の形状に対応するキャビティ面を備えた金型を有しており、素材金属板192の製品予定部194にセパレータ50(55)のリブ部52(57)を成形するために使用される。
The rib
マニホールド形成部146は、セパレータ50(55)のマニホールド穴53(57)の形状に対応する打抜き金型を有しており、素材金属板192の製品予定部194にセパレータ50(55)のマニホールド穴53(57)を形成するために使用される。
The
トリム部148は、セパレータ50(55)の外周輪郭の形状に対応する打抜き金型を有しており、素材金属板192の製品予定部194を打抜くために使用され、これにより、セパレータ50(55)が得られる。なお、符号198は、打抜きにより形成された開口部(打抜き穴)を示している。
The
フィーダー150は、スクラップ材(製造されたセパレータが打抜かれた後の素材金属板192)に対してアンコイラー105からリコイラー155に向う方向(送り方向Tと一致)に引っ張り力を付与し、スクラップ材におけるたわみの発生を防止するために使用される。リコイラー155は、スクラップ材を巻取るために使用される。この際、フィーダー150によってスクラップ材に引張り力が付与されているため、巻取り作業は、円滑に実行される。
The
制御部160は、例えば、マイクロプロセッサ等から構成される制御回路を有しており、順送プレス装置100の各機能は、それに対応する制御プログラムを制御部160が実行することにより発揮される。
The
次に、実施の形態1に係る燃料電池用セパレータを製造する方法を説明する。 Next, a method for manufacturing the fuel cell separator according to Embodiment 1 will be described.
図8は、図1および図2に示されるセパレータを製造する方法を説明するためのフローチャートである。 FIG. 8 is a flowchart for explaining a method of manufacturing the separator shown in FIGS. 1 and 2.
実施の形態1に係る燃料電池用セパレータを製造する方法は、図4および図5に示される順送プレス装置100が適用され、剛性向上工程および製品形状成形工程を有する。
In the method for manufacturing the fuel cell separator according to the first embodiment, the
剛性向上工程においては、剛性向上手段成形部130によって、素材金属板192の剛性を向上させる剛性向上手段が、素材金属板192に成形される。剛性向上手段は、図5および図6に示されるように、素材金属板192の送り方向Tに関する剛性を向上させる長手剛性向上手段170からなる。製品形状成形工程においては、長手剛性向上手段170が成形された素材金属板192がリフトアップおよび順送されて投入され、セパレータの表面形状と一致する形状が、素材金属板192に成形される。
In the rigidity improving step, the rigidity improving means for improving the rigidity of the
つまり、セパレータの素材金属板192に、素材金属板192の送り方向Tに関する剛性を向上させる長手剛性向上手段170が成形されるため、素材金属板192の送りを高速化しても、折れ曲がりの発生が抑制される。また、順送プレス(剛性向上手段成形部130の金型の稼働)による振動や素材金属板192を順送する際のリフトアップによる振動に起因する素材金属板192の振動やたわみの発生が防がれ、素材金属板192が載置される金型との干渉(例えば、引きずりや、引掛り)が抑制され、順送プレスが円滑に実施されるため、生産性を向上させることが容易である。したがって、生産性に優れた燃料電池用セパレータを製造する方法を提供することができる。
That is, since the longitudinal rigidity improving means 170 for improving the rigidity in the feed direction T of the
隙間部195は、製品予定部194に比較して剛性が弱く、たわみや振動の発生が顕著となるため、長手剛性向上手段170は、図5および図6に示されるように、隙間部195の縁部196に配置し、隙間部195の剛性を効率的に向上させることが好ましい。
The
剛性向上手段成形部130の金型は、折り曲げ加工金型が組み込まれており、長手剛性向上手段170は、図7に示されるように、縁部196に折り曲げ加工を施すことによって成形される。したがって、長手剛性向上手段170を連続的に成形することが容易である。
The mold of the rigidity improving
製品形状成形工程は、外周輪郭成形工程、リブ部成形工程、マニホールド形成工程およびトリム工程を有する。製品形状成形工程は、剛性向上工程の後で実施されるため、長手剛性向上手段170の効果が、セパレータの表面形状と一致する形状を素材金属板192に成形する全ての過程(製品形状成形工程における全ての過程)において発揮される。
The product shape forming process includes an outer peripheral contour forming process, a rib part forming process, a manifold forming process, and a trim process. Since the product shape forming step is performed after the rigidity improving step, all the processes (product shape forming step) in which the effect of the longitudinal
外周輪郭成形工程においては、外周輪郭成形部142によって、素材金属板192の製品予定部194に、セパレータ50(55)の外周輪郭193が成形される。
In the outer peripheral contour forming step, the outer
リブ部成形工程においては、リブ部成形部144によって、素材金属板192の製品予定部194にセパレータ50(55)のリブ部52(57)が成形される。
In the rib part forming step, the rib part 52 (57) of the separator 50 (55) is formed on the planned
マニホールド形成工程においては、マニホールド形成部146によって素材金属板192の製品予定部194にセパレータ50(55)のマニホールド穴53(57)が形成される。
In the manifold forming step, the
トリム工程においては、トリム部148によって素材金属板192の製品予定部194が打抜かれ、これにより、セパレータ50(55)が得られる。
In the trimming process, the product planned
次に、実施の形態1に係る変形例1〜3を順次説明する。 Next, Modifications 1 to 3 according to Embodiment 1 will be sequentially described.
図9および図10は、実施の形態1に係る変形例1および変形例2を説明するための断面図である。 9 and 10 are cross-sectional views for explaining the first and second modifications according to the first embodiment.
長手剛性向上手段170の形状は、傾斜した部位(図7参照)からなる形態に限定されず、図9に示される断面L字状部位や、図10に示される屈曲部位等の単純な構造によって具現化することも可能である。
The shape of the longitudinal
なお、図9に示される長手剛性向上手段170の場合、剛性向上手段成形部130の折り曲げ加工金型は、縁部196に断面L字状部位を成形し、素材金属板192における幅方向Wの断面がハット状形状を有するように設定され、図10に示される長手剛性向上手段170の場合、剛性向上手段成形部130の折り曲げ加工金型は、素材金属板192の載置面側に折れ曲がって突出した屈曲部位を成形するように設定される。
In the case of the longitudinal rigidity improving means 170 shown in FIG. 9, the bending mold of the rigidity improving
図11は、実施の形態1に係る変形例3を説明するための斜視図である。 FIG. 11 is a perspective view for explaining a third modification according to the first embodiment.
長手剛性向上手段170は、隙間部195の縁部196のみに配置する形態に限定されず、隙間部195の縁部196および製品予定部194の縁部196の両方に一体的に成形し、送り方向Tに沿って連続的に配置することも可能である。この場合、送り方向Tに関する全長に渡り、素材金属板192の剛性を向上させることが可能である。
The longitudinal
以上のように、実施の形態1に係る燃料電池用セパレータを製造する方法および装置においては、セパレータの素材金属板に、素材金属板の送り方向に関する剛性を向上させる長手剛性向上手段が成形されるため、素材金属板の送りを高速化しても、折れ曲がりの発生が抑制される。また、順送プレス(セパレータの表面形状と一致する形状を素材金属板に成形する金型の稼働)による振動や順送する際のリフトアップによる振動に起因する素材金属板の振動やたわみの発生が防がれ、素材金属板が載置される金型との干渉が抑制されるため、順送プレスが円滑に実施され、生産性を向上させることが容易である。したがって、生産性に優れた燃料電池用セパレータを製造する方法および装置を提供することが可能である。 As described above, in the method and apparatus for manufacturing the fuel cell separator according to Embodiment 1, the longitudinal rigidity improving means for improving the rigidity in the feeding direction of the material metal plate is formed on the material metal plate of the separator. For this reason, even if the feeding of the material metal plate is speeded up, the occurrence of bending is suppressed. In addition, vibration and deflection of the metal plate due to vibration caused by progressive press (operation of a mold that forms a shape that matches the surface shape of the separator on the metal plate) and vibration caused by lift-up during progressive feeding Is prevented, and interference with the metal mold on which the material metal plate is placed is suppressed. Therefore, the progressive press is smoothly performed, and it is easy to improve productivity. Therefore, it is possible to provide a method and an apparatus for producing a fuel cell separator having excellent productivity.
セパレータの表面形状と一致する形状を素材金属板に成形する前に、長手剛性向上手段を成形する場合、長手剛性向上手段の効果が、セパレータの表面形状と一致する形状を素材金属板に成形する全ての過程において発揮される。 When forming the longitudinal rigidity improving means before forming the shape that matches the surface shape of the separator on the material metal plate, the effect of the longitudinal rigidity improving means is formed on the material metal plate so as to match the surface shape of the separator. It is demonstrated in all processes.
長手剛性向上手段を隙間部の縁部に配置する場合、製品予定部に比較して剛性が弱く、たわみや振動の発生が顕著となる隙間部の剛性が、効率的に向上する。 When the longitudinal rigidity improving means is arranged at the edge of the gap, the rigidity of the gap is weaker than that of the planned product, and the rigidity of the gap where the occurrence of deflection and vibration is significant is improved efficiently.
長手剛性向上手段を、隙間部の縁部および製品予定部の縁部の両方に一体的に成形し、送り方向に沿って連続的に配置する場合、送り方向に関する全長に渡り、素材金属板の剛性が向上する。 When the longitudinal rigidity improving means is integrally formed on both the edge of the gap and the edge of the planned product and is continuously arranged along the feed direction, the length of the material metal plate is extended over the entire length in the feed direction. Stiffness is improved.
素材金属板の縁部に折り曲げ加工を施すことによって、長手剛性向上手段を成形する場合、長手剛性向上手段を連続的に成形することが容易である。 When forming the longitudinal rigidity improving means by bending the edge portion of the material metal plate, it is easy to continuously form the longitudinal rigidity improving means.
長手剛性向上手段は、単純な構造を有する傾斜した部位や、屈曲部位や、断面L字状部によって具現化することが可能である。 The longitudinal rigidity improving means can be embodied by an inclined portion having a simple structure, a bent portion, or an L-shaped section.
次に、実施の形態2を説明する。 Next, a second embodiment will be described.
図12は、実施の形態2に係る剛性向上手段を説明するための斜視図、図13および図14は、図12に示される剛性向上手段の拡大図および断面図である。 FIG. 12 is a perspective view for explaining the rigidity improving means according to the second embodiment, and FIGS. 13 and 14 are an enlarged view and a sectional view of the rigidity improving means shown in FIG.
素材金属板192の剛性を向上させる剛性向上手段は、素材金属板192の送り方向Tに関する剛性を向上させる長手剛性向上手段170のみから構成される形態に限定されない。例えば、実施の形態2に係る剛性向上手段は、長手剛性向上手段170に加えて、図12に示されるように、隙間部195に配置され、幅方向Wに関する剛性を向上させる幅剛性向上手段175をさらに有する。これにより、製品予定部194に干渉することなく、幅方向Wに関しても素材金属板192の剛性を向上させることが可能である。
The rigidity improving means for improving the rigidity of the
なお、実施の形態2に係る剛性向上手段成形部の金型は、押し出し加工金型が組み込まれており、剛性向上工程において、隙間部195に押し出し加工を施すことによって、幅剛性向上手段175が成形される。したがって、幅剛性向上手段175を連続的に成形することが容易である。
Note that the mold of the rigidity improving means molding portion according to the second embodiment incorporates an extrusion mold, and the width
押し出し加工金型は、素材金属板192の載置面側に突出した凸状部位を成形し、凸状部位における送り方向Fの断面が、図14に示されるハット状形状を有するように設定されており、幅剛性向上手段175は、図13に示されるように、凸状部位から構成されており、単純な構造で具現化される。
The extrusion die is formed so that a convex part protruding toward the placement surface side of the
次に、実施の形態2に係る変形例1〜3を順次説明する。 Next, Modifications 1 to 3 according to Embodiment 2 will be sequentially described.
図15は、実施の形態2に係る変形例1を説明するための断面図である。 FIG. 15 is a cross-sectional view for explaining the first modification according to the second embodiment.
幅剛性向上手段175は、押し出し加工を施すことによって成形する形態に限定されず、スリット加工を適用することも可能である。この場合、剛性向上手段成形部の金型は、スリット加工金型が組み込まれ、剛性向上工程において、隙間部195にスリット加工を施すことによって、幅剛性向上手段175が成形される。したがって、幅剛性向上手段175を連続的に成形することが容易である。
The width
スリット加工金型は、コ状の切り込みを成形し、切り込みの内側を素材金属板192の載置面側に折り曲げることにより、素材金属板192の載置面側に傾斜して延長する部位が一側に配置されたスリットを成形するように設定されており、幅剛性向上手段175は、図15に示されるように、前記スリットから構成されており、単純な構造で具現化される。
The slit processing mold forms a U-shaped cut and bends the inside of the cut to the placement surface side of the
図16は、実施の形態2に係る変形例2を説明するための断面図である。 FIG. 16 is a cross-sectional view for explaining a second modification according to the second embodiment.
スリット加工金型は、H状の切り込みを成形し、切り込みの両方の内側を素材金属板192の載置面側に折り曲げることにより、素材金属板192の載置面側に傾斜して延長する部位が両側に配置されたスリットを成形するように設定することも可能であり、この場合、変形例1に比較し、剛性を向上させることが可能である。
The slit machining mold is formed by forming an H-shaped cut and bending the inner side of both cuts to the placement surface side of the
図17は、実施の形態2に係る変形例3を説明するための斜視図である。 FIG. 17 is a perspective view for explaining the third modification according to the second embodiment.
幅剛性向上手段175を、隙間部195の縁部196に配置し、長手剛性向上手段170と交差させることも可能である。この場合、送り方向Tおよび幅方向Wに関し、素材金属板192の剛性が効率的に向上する。
It is also possible to arrange the width rigidity improving means 175 at the
以上のように、実施の形態2においては、剛性向上手段が、長手剛性向上手段に加えて、隙間部に配置される幅剛性向上手段を有するため、製品予定部に干渉することなく、幅方向に関し、素材金属板の剛性を向上させることが可能である。 As described above, in the second embodiment, since the rigidity improving means has the width rigidity improving means arranged in the gap portion in addition to the longitudinal rigidity improving means, the width direction without interfering with the planned product portion. In this regard, it is possible to improve the rigidity of the material metal plate.
隙間部にスリット加工を施すことによって、幅剛性向上手段を成形する場合、幅剛性向上手段を連続的に成形することが容易である。また、幅剛性向上手段は、単純な構造を有するスリット(素材金属板の載置面側に傾斜して延長する部位が一側に配置されたスリットや素材金属板の載置面側に傾斜して延長する部位が両側に配置されたスリット)によって具現化することが可能である。なお、傾斜して延長する部位が両側に配置されたスリットは、傾斜して延長する部位が一側に配置されたスリットに比較し、幅方向に関し、素材金属板の剛性を向上させることが可能である。 When forming the width rigidity improving means by slitting the gap, it is easy to continuously form the width rigidity improving means. Also, the width rigidity improving means is a slit having a simple structure (a portion that is inclined and extended toward the mounting surface side of the material metal plate is inclined to the mounting surface side of the slit or material metal plate placed on one side). It is possible to embody by extending slits on both sides. In addition, slits with inclined and extended parts arranged on both sides can improve the rigidity of the metal plate in the width direction compared to slits with inclined and extended parts on one side. It is.
スリット加工の代わりに押し出し加工を適用して幅剛性向上手段を成形する場合も、幅剛性向上手段を連続的に成形することが容易である。また、幅剛性向上手段は、単純な構造を有する凸状部位(素材金属板の載置面側に突出した凸状部位)によって具現化することが可能である。 Even when the width rigidity improving means is formed by applying an extrusion process instead of the slit processing, it is easy to continuously form the width rigidity improving means. Further, the width rigidity improving means can be embodied by a convex portion having a simple structure (a convex portion protruding to the mounting surface side of the material metal plate).
幅剛性向上手段を隙間部の縁部に配置し、長手剛性向上手段と交差させる場合、送り方向および幅方向に関し、素材金属板の剛性が効率的に向上させることが可能である。 When the width rigidity improving means is disposed at the edge of the gap and intersects with the longitudinal rigidity improving means, it is possible to efficiently improve the rigidity of the material metal plate in the feed direction and the width direction.
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲で種々改変することができる。例えば、幅剛性向上手段と交差するように配置される長手剛性向上手段は、隙間部の縁部および製品予定部の縁部の両方に一体的に成形され、送り方向に沿って連続的に配置される形態に限定されない。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims. For example, the longitudinal rigidity improving means arranged so as to intersect with the width rigidity improving means is integrally formed on both the edge of the gap and the edge of the planned product, and continuously arranged along the feed direction. The form is not limited.
10 燃料電池、
20 膜電極接合体、
30 高分子電解質膜、
32,33 触媒層、
35,36 ガス拡散層、
40,45 ガス流路、
50,55 セパレータ、
52,57 リブ部、
53,58 マニホールド穴、
100 順送プレス装置、
105 アンコイラー、
110 たわみ防止部、
111 支持部、
112 矯正ローラー、
120 プレス部本体、
130 剛性向上手段成形部、
140 製品形状成形部、
142 外周輪郭成形部、
144 リブ部成形部、
146 マニホールド形成部、
148 トリム部、
150 フィーダー、
155 リコイラー、
160 制御部、
170 長手剛性向上手段、
175 幅剛性向上手段、
190 コイル材、
192 素材金属板、
193 外周輪郭、
194 製品予定部、
195 隙間部、
196 縁部、
198 開口部(打抜き穴)、
T 送り方向、
W 幅方向。
10 Fuel cell,
20 Membrane electrode assembly,
30 Polymer electrolyte membrane,
32, 33 catalyst layer,
35, 36 Gas diffusion layer,
40,45 gas flow path,
50,55 separator,
52,57 rib part,
53,58 Manifold hole,
100 progressive press machine,
105 uncoiler,
110 Deflection prevention part,
111 support,
112 Straightening roller,
120 Press body,
130 rigidity improvement means molding part,
140 product shape molding part,
142 peripheral contour forming part,
144 Rib part molding part,
146 Manifold forming part,
148 trim part,
150 feeders,
155 Recoiler,
160 control unit,
170 longitudinal rigidity improving means,
175 width rigidity improving means,
190 coil material,
192 material metal plate,
193 outer contour,
194 Product Planning Department,
195 gap,
196 edge,
198 opening (punching hole),
T feed direction,
W Width direction.
Claims (24)
前記素材金属板の剛性を向上させる剛性向上手段を、前記素材金属板に成形する剛性向上工程と、
前記セパレータの表面形状と一致する形状を、前記素材金属板に成形する製品形状成形工程と、を有し、
前記剛性向上手段は、前記素材金属板の送り方向に関する剛性を向上させる長手剛性向上手段を有することを特徴とする燃料電池用セパレータを製造する方法。 A method for producing a fuel cell separator from a material metal plate by a progressive press,
A rigidity improving step of forming the rigidity improving means for improving the rigidity of the material metal plate into the material metal plate;
A product shape forming step of forming a shape that matches the surface shape of the separator into the material metal plate,
The method for manufacturing a fuel cell separator, wherein the rigidity improving means includes longitudinal rigidity improving means for improving rigidity in a feeding direction of the material metal plate.
前記長手剛性向上手段は、前記送り方向と交差する幅方向に関する端部である前記隙間部の縁部に配置されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の燃料電池用セパレータを製造する方法。 The raw material metal plate is juxtaposed along the feeding direction with a planned product portion that is an area to be the separator through a gap portion,
3. The fuel cell separator according to claim 1, wherein the longitudinal rigidity improving means is disposed at an edge of the gap that is an end in the width direction intersecting the feeding direction. 4. How to manufacture.
前記長手剛性向上手段は、前記送り方向と交差する幅方向に関する端部である前記隙間部の縁部および前記製品予定部の縁部の両方に一体的に成形され、前記送り方向に沿って連続的に配置されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の燃料電池用セパレータを製造する方法。 The raw material metal plate is juxtaposed along the feeding direction with a planned product portion that is an area to be the separator through a gap portion,
The longitudinal rigidity improving means is integrally formed on both the edge portion of the gap portion and the edge portion of the planned product portion, which are ends in the width direction intersecting with the feed direction, and is continuous along the feed direction. The method for producing a separator for a fuel cell according to claim 1 or 2, wherein the separator for fuel cell is arranged.
前記幅剛性向上手段は、前記隙間部に配置されることを特徴とする請求項3〜5のいずれか1項に記載の燃料電池用セパレータを製造する方法。 The rigidity improving means further includes width rigidity improving means for improving rigidity in the width direction,
The method for producing a fuel cell separator according to any one of claims 3 to 5, wherein the width rigidity improving means is disposed in the gap portion.
前記素材金属板の剛性を向上させる剛性向上手段を、前記素材金属板に成形する金型を有する剛性向上手段成形部と、
前記セパレータの表面形状と一致する形状を、前記素材金属板に成形する金型を有する製品形状成形部と、を有し、
前記剛性向上手段は、前記素材金属板の送り方向に関する剛性を向上させる長手剛性向上手段を有することを特徴とする燃料電池用セパレータを製造する装置。 An apparatus for producing a fuel cell separator from a material metal plate by a progressive press,
A rigidity improving means for improving the rigidity of the material metal plate, a rigidity improving means forming portion having a mold for forming the material metal plate;
A product shape forming portion having a mold for forming the shape that matches the surface shape of the separator on the material metal plate,
The apparatus for manufacturing a fuel cell separator, wherein the rigidity improving means includes longitudinal rigidity improving means for improving rigidity in a feeding direction of the material metal plate.
前記長手剛性向上手段は、前記送り方向と交差する幅方向に関する端部である前記隙間部の縁部に配置されることを特徴とする請求項10又は請求項11に記載の燃料電池用セパレータを製造する装置。 The material metal plate is juxtaposed with a product planned portion that is a region to be the separator along the feeding direction through a gap portion,
The fuel cell separator according to claim 10 or 11, wherein the longitudinal rigidity improving means is disposed at an edge of the gap that is an end in the width direction intersecting the feeding direction. Equipment to manufacture.
前記長手剛性向上手段は、前記送り方向と交差する幅方向に関する端部である前記隙間部の縁部および前記製品予定部の縁部の両方に一体的に成形され、前記送り方向に沿って連続的に配置されることを特徴とする請求項10又は請求項11に記載の燃料電池用セパレータを製造する装置。 The material metal plate is juxtaposed with a product planned portion that is a region to be the separator along the feeding direction through a gap portion,
The longitudinal rigidity improving means is integrally formed on both the edge portion of the gap portion and the edge portion of the planned product portion, which are ends in the width direction intersecting with the feed direction, and is continuous along the feed direction. The apparatus for manufacturing a separator for a fuel cell according to claim 10 or 11, wherein the separator is disposed in a mechanical manner.
前記長手剛性向上手段は、前記傾斜した部位から構成されることを特徴とする請求項14に記載の燃料電池用セパレータを製造する装置。 The bending mold is set so as to form a portion inclined toward the mounting surface side of the material metal plate,
15. The apparatus for manufacturing a fuel cell separator according to claim 14, wherein the longitudinal rigidity improving means comprises the inclined portion.
前記長手剛性向上手段は、前記凸状部位から構成されることを特徴とする請求項14に記載の燃料電池用セパレータを製造する装置。 The bending mold is set so as to form a convex part that is bent and protrudes on the mounting surface side of the material metal plate,
15. The apparatus for producing a fuel cell separator according to claim 14, wherein the longitudinal rigidity improving means comprises the convex portion.
前記長手剛性向上手段は、前記断面L字状部位から構成されることを特徴とする請求項14に記載の燃料電池用セパレータを製造する装置。 The bending mold is formed such that a cross-section L-shaped portion is formed, and the cross-section in the width direction of the material metal plate has a hat-like shape,
15. The apparatus for producing a fuel cell separator according to claim 14, wherein the longitudinal rigidity improving means is configured by the L-shaped section.
前記幅剛性向上手段は、前記隙間部に配置されることを特徴とする請求項12〜17のいずれか1項に記載の燃料電池用セパレータを製造する装置。 The rigidity improving means has width rigidity improving means for improving rigidity in the width direction,
The apparatus for producing a fuel cell separator according to any one of claims 12 to 17, wherein the width rigidity improving means is disposed in the gap portion.
前記幅剛性向上手段は、前記スリットから構成されることを特徴とする請求項19に記載の燃料電池用セパレータを製造する装置。 The slit machining mold is formed by forming a U-shaped cut and bending the inner side of the cut toward the placement surface side of the material metal plate, thereby inclining and extending toward the placement surface side of the material metal plate. Is set to mold a slit placed on one side,
20. The apparatus for manufacturing a fuel cell separator according to claim 19, wherein the width rigidity improving means comprises the slit.
前記幅剛性向上手段は、前記スリットから構成されることを特徴とする請求項19に記載の燃料電池用セパレータを製造する装置。 The slit processing mold is formed by forming an H-shaped cut and bending the inner side of both of the cuts toward the placement surface side of the material metal plate, thereby inclining and extending toward the placement surface side of the material metal plate. It is set to mold the slits that are placed on both sides,
20. The apparatus for manufacturing a fuel cell separator according to claim 19, wherein the width rigidity improving means comprises the slit.
前記幅剛性向上手段は、前記凸状部位から構成されることを特徴とする請求項22に記載の燃料電池用セパレータを製造する装置。 The extrusion processing mold is formed so as to form a convex portion projecting to the mounting surface side of the material metal plate, and the cross section in the feeding direction in the convex portion has a hat shape,
23. The apparatus for manufacturing a fuel cell separator according to claim 22, wherein the width rigidity improving means comprises the convex portion.
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Legal Events
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A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20161214 |