JP4400029B2 - 長尺金属板のロール成形方法とロール成形装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、長尺金属板を一対の成形ロール間に通過させて、長尺金属板に凹凸を成形する技術に関する。特に、成形された長尺金属板に、捩れや反りや皺が発生することを抑制するロール成形技術に関する。なおここでいう金属板は、金属箔と通称される程度に薄い金属板を含むものである。
【0002】
【従来の技術】
特開2001−71042号公報に、高低差が大きくてピッチが細かい凹凸をロール成形する技術が開示されている。ロールに設けられているポンチ部とダイス孔の位置と形状を最適化することにより、金属板に割れや亀裂が発生することを防止しながら高低差が大きくてピッチの細かい凹凸をロール成形することに成功している。
【0003】
上記のロール成形技術は、金属板に割れや亀裂が発生することを防止しながら高低差が大きくてピッチの細かい凹凸を成形することに成功しており、非常に優れた技術である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
燃料電池のセパレータを生産する場合、凹凸が成形された金属板を複数枚積層する。凹凸が成形された金属板に、捩れや反りや皺が発生していると、積層したときに凹凸を利用して区画されるガス流路間の気密性が損なわれる。板厚が0.1mm以下の薄い金属板(又は箔)をロール成形する場合、捩れや反りや皺の発生を抑制しながら凹凸を成形することがひどく難しい。
特開2001−71042号公報に記載のロール成形技術は、高低差が大きくてピッチの細かい凹凸を成形する非常に優れた技術であるものの、板厚が薄い場合に、捩れや反りや皺の発生を抑制しながら成形できるようにするための改良が必要とされている。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ロール成形時に長尺金属板に生じる長手方向の応力を幅方向に均質化することにより、成形された長尺金属板に捩れや反りや皺が発生することを抑制できる加工方法と加工装置を提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段と作用】
本発明は、長尺金属板の幅方向中間部を長手方向に伸びる領域であって、後に成形品として長尺金属板から切り出される領域に、成形品に求められる凹凸形状を成形する方法であり、以下の工程を備えている。即ち、長尺金属板の幅方向中間部に対応する長さ範囲には、成形品に求められる凹凸形状を成形する凹凸領域が形成されており、長尺金属板の幅方向両端部に対応する長さ範囲には、幅方向に伸びる峰部と谷部が回転方向に繰り返し形成されている一対のロールを用意する。その一対のロール間に長尺金属板を通過させて、長尺金属板の幅方向中間部に成形品に求められる凹凸形状を成形するとともに、長尺金属板の幅方向両端部に幅方向に伸びる峰部と谷部を長手方向に繰り返し成形することによって、長尺金属板に生じる長手方向の応力が幅方向で均質化した状態で成形する。
【0006】
幅方向の中間部を長手方向に伸びる領域、すなわち後に成形品として長尺金属板から切り出される領域に、成形品に求められる凹凸形状を成形する場合、この領域の長手方向の長さは成形によって短縮される。それに対して幅方向両端部に凹凸形状が成形されない場合には、長手方向の長さは成形後にも短縮されない。この相違に対応して、長尺金属板に生じる長手方向の応力が幅方向で不均一となり、幅方向に不均一な応力分布が、成形された金属板に捩れや反りや皺を発生させる。
本発明の成形方法では、凹凸を必要とする幅方向の中間部だけでなく、本当なら凹凸を必要としない両端部にも凹凸を成形する。これによって、長尺金属板に生じる長手方向の応力が幅方向で均質化される。長手方向の応力が幅方向で均質化されることによって、成形された金属板に捩れや反りや皺が発生することを抑制できる。
【0007】
本発明は、長尺金属板の幅方向両端部に、幅方向に伸びる峰部と谷部を長手方向に繰り返し成形することを特徴とする。
幅方向に伸びる峰部と谷部を繰り返し成形することにより、金属板の幅方向中間部と幅方向両端部に生じる長手方向の応力分布を均質化することができる。
【0008】
一対のロールの長尺金属板の幅方向両端部に対応する長さ範囲には、回転方向に伸びているとともに互いに噛合う峰部と谷部をさらに形成してもよい。これによって、長尺金属板の幅方向両端部には、前記幅方向に伸びる峰部と谷部に加えて、長手方向に伸びる峰部(これを裏から見れば谷部)がさらに成形される。この場合、その長手方向に伸びる峰部または谷部の長手方向の距離は、幅方向中間部の成形品に求められる凹凸形状が成形される領域の長手方向の距離よりも、長くすることが有効である。
幅方向両端部に成形され、長手方向に伸びる峰部または谷部は、金属板の幅方向両端部の剛性を高めることに寄与する。長手方向に伸びる峰部または谷部の長手方向の距離を、幅方向中間部の成形品に求められる凹凸形状が成形される領域の長手方向の距離よりも長くすることで、幅方向の応力分布の違いに起因して生じる反りや皺の発生を防止することができる。
【0009】
長尺金属板の幅方向両端部では、長手方向に伸びる峰部または谷部が、幅方向に伸びる峰部と谷部よりも、内側に成形されることが特に有効である。
長手方向に伸びる峰部または谷部と幅方向に伸びる峰部と谷部を上記のように組み合わせることによって、長手方向に働く応力が幅方向で均質化され、幅方向両端部の剛性を高めることが可能となり、これにより金属板が捩れたり反ったり皺がよったりすることを抑制することができる。
【0010】
本発明は、また、長尺金属板が捩れたり反ったり皺がよったりすることがないようにしながらロール成形する装置を創作した。このロール成形装置は、一対の成形ロールを備えている。その成形ロールには、長尺金属板の幅方向中間部に、成形品に求められる凹凸形状を成形する凹凸領域が形成されている他に、その成形ロールの長尺金属板の幅方向両端部に対応する長さ範囲に、幅方向に伸びる峰部と谷部が回転方向に繰り返し形成されている。幅方向中間部に形成されている凹凸領域と、幅方向両端部に形成される峰部と谷部は、長尺金属板に生じる長手方向の応力が幅方向で均質化されるように設定されている。
【0011】
長尺金属板の幅方向中間部に対応する長さ範囲には、成形品に求められる凹凸形状を成形する凹凸領域が形成されている。幅方向両端部に対応する長さ範囲にも幅方向に伸びる峰部と谷部が回転方向に繰り返し形成された成形ロールを用いることにより、長尺金属板の幅方向両端部にも幅方向中間部と同等の応力を生じさせて、長尺金属板に生じる長手方向の応力が幅方向で均質化した状態で成形することが可能となる。
【0012】
本発明のロール成形装置は、長尺金属板の幅方向両端部に対応する長さ範囲に、幅方向に伸びる峰部と谷部が回転方向に繰り返し形成されている。このとき、一方のロールの峰部に他方のロールの谷部が噛合う。
【0013】
一対の成形ロールの、長尺金属板の幅方向両端部に対応する長さ範囲に、幅方向に伸びる峰部と谷部が繰り返し形成されており、一方のロールの峰部に他方のロールの谷部が噛合う形状となっていると、ロールの間を通過する長尺金属板の幅方向の両端部に幅方向に伸びる峰部と谷部が長手方向に繰り返し成形される。これにより、長尺金属板に生じる長手方向の応力が幅方向で均質化される。
【0014】
本発明は、長尺金属板にロール成形する装置であって、成形ロールのロールシャフトと接する面から、シャフト軸とシャフト半径方向を含む面内で伸びる複数のスリットが放射状に形成されていることを特徴とする。
成形ロールは、一つの成形型もしくは複数の分割型を組み立てた成形型から構成されており、ロールシャフトと接するように固定される。成形ロールのロールシャフトと接する面から、シャフト軸とシャフト半径を含む面内で伸びる複数のスリットが放射状に形成されていると、成形ロールとロールシャフトとの密着性を向上させることができ、成形精度が向上する。
【0015】
本発明のロール成形装置では、一方の成形ロールの、長尺金属板の幅方向両端部に対応する長さ範囲には、回転方向に伸びる峰部がさらに形成されており、他方のロールの、長尺金属板の幅方向両端部に対応する長さ範囲は、回転方向に伸びる谷部がさらに形成されていることが有効である。ここで、一方のロールの峰部に他方のロールの谷部が噛み合い、回転方向に伸びる峰部と谷部の回転方向に伸びる距離が幅方向中間部に形成されている凹凸領域の回転方向の距離よりも長いことが好ましい。
本発明の成形ロールの間を通過して成形される長尺金属板には、幅方向両端部において、長手方向に伸びる距離が幅方向中間部の成形品に求められる凹凸形状が成形される領域の長手方向の距離よりも長い、峰状あるいは谷状のリブが成形される。このリブが、成形された金属板に皺等が発生するのを抑制する。
【0016】
さらに、本発明のロール成形装置では、長尺金属板の幅方向両端部に対応する長さ範囲において、回転方向に伸びる峰部と谷部を、幅方向に伸びる峰部と谷部よりも、内側に形成することが極めて有効である。
回転方向に伸びる峰部と谷部と、幅方向に伸びる峰部と谷部が上記のように形成された成形ロールの間を通過する長尺金属板には、長尺金属板の送り速度が制御された状態で、幅方向両端部に長手方向または幅方向に伸びる峰部と谷部が成形される。これにより、長尺金属板に生じる長手方向の応力が幅方向で均質化され、幅方向両端部の剛性を高めることが可能となる。本発明によると、成形する金属板に皺等が発生することを効果的に抑制することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下に説明する実施例の主要な特徴を次に列記する。
(形態1)一対の成形ロールが近接して配置され、モータによって両成形ロールが同一速度で回転させられて長尺金属板のロール成形を行う。
(形態2)形態1の成形ロールは、ロールシャフトの軸方向中間部の外周に固定されて金属板の幅方向中間部に凹凸を成形する成形型と、成形型の軸方向両側に固定されて金属板の幅方向両端部に凹凸を成形する一対の分割型と、ロールシャフトを挟んで成形型の反対側に配置されて成形を行わないダミーが組み合わされて略円筒形に構成されている。
(形態3)成形ロールの中間部に固定される成形型には、成形する長尺金属板の幅方向中間部に対応する長さ範囲で、凸と凹が交互に形成された凹凸領域が形成されている。一対の成形ロールの間では、凹と凸の配置関係と凹凸量が、成形時に噛み合うように互いに逆になっている。
(形態4)成形ロールの両端部に固定される分割型には、幅方向に伸びる峰部と谷部が回転方向に繰り返されている凹凸が外側に形成されており、回転方向に伸びる峰部もしくは谷部が内側に形成されている。一対の成形ロールの間では、凹と凸の配置関係が成形時に噛み合うように逆になっている。
(形態5)形態4の分割型の峰部もしくは谷部の回転方向の距離が、幅方向に伸びる峰部と谷部が回転方向に繰り返されている長さよりも長い。
(形態6)幅方向中間部の凹凸が成形された領域と、幅方向両端部の凹凸が成形された領域との間に存在する平坦な未成形領域内で切断され、幅方向中間部に凹凸が成形されているとともに幅方向両端部に平坦領域が残された金属板が生産される。
【0018】
【実施例】
以下に、本発明のロール成形方法とロール成形装置の実施例を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
(第一実施例)
図1は、本発明の第一実施例に係わる、ロール成形装置の構成を模式的に示している。
本実施例のロール成形装置では、一対の成形ロール1a、1bが上下に近接して配置されている。上側の成形ロール1aは、上側のロールシャフト2aの軸方向中間部の外周に固定された成形型4aと、成形型4aの軸方向の両端部に固定された分割型6a,6cと、ロールシャフト2aの直径を挟んで成形型4aの反対側に固定された成形には関与しないダミー8aとが組み合わされて構成されている。下側の成形ロール1bは、下側のロールシャフト2bの軸方向中間部の外周に固定された成形型4bと、成形型4bの軸方向の両端部に固定された分割型6b,6dと、ロールシャフト2bの直径を挟んで成形型4bの反対側に固定された成形には関与しないダミー8bとが組み合わされて構成されている。ロールシャフト2a,2bの両端部は、ベアリングホルダー14によって装置全体を支えるフレーム16に対して回転可能に保持されている。ロールシャフト2a,2bには減速機12が接続されており、減速機12を介してモータ11が接続されている。モータ11によって成形ロール1a,1bが同一速度で反対方向に回転させられる。
【0019】
図2は、上下に近接して配置された一対の成形ロール1a、1bを模式的に示す。
上側のロールシャフト2aの軸方向中央部には成形型4aが固定されている。成形型4aには、成形する長尺金属板の幅方向中間部に対応する幅方向の長さ範囲に、成型品に求められる凹凸形状とほぼ同一の形状の凹部23aと凸部25aが幅方向に交互に形成された凹凸領域24aが形成されている。凹と凸の関係を図示するために、凹部23aと凸部25aに亘って湾曲するカーブを付加してある。成形型4aの軸方向の両側には、分割型6aと6cが固定されている。分割型6aと6cの外側寄りには、幅方向に伸びる峰部と谷部が回転方向に繰り返されている凹凸部20a,20cが形成されており、内側寄りには回転方向に伸びる谷部22a,22cが形成されている。凹凸部20a,20cの回転方向の長さは、凹凸領域24aの回転方向の長さにほぼ等しいが、谷部22a、22cの回転方向の長さは、凹凸領域24aの回転方向の長さよりも長い。
下側のロールシャフト2bの軸方向中央部には成形型4bが固定されている。成形型4bには、成形する長尺金属板の幅方向中間部に対応する幅方向の長さ範囲に、成型品に求められる凹凸形状とほぼ同一の形状の凹部23bと凸部25bが幅方向に交互に形成された凹凸領域24bが形成されている。凹と凸の関係を図示するために、凹部23bと凸部25bに亘って湾曲するカーブを付加してある。成形型4aとは、幅方向の凹部と凸部の配置関係と凹凸量が逆であり、凹部23aと凸部25bの幅方向位置が一致し、凸部25aと凹部23bの幅方向位置が一致し、凹部23aと凸部25bが噛合い、凸部25aと凹部23bが噛合う。成形型4bの軸方向の両側には、分割型6bと6dが固定されている。分割型6bと6dの外側寄りには、幅方向に伸びる峰部と谷部が回転方向に繰り返されている凹凸部20b,20dが形成されており、内側寄りには回転方向に伸びる峰部22b,22dが形成されている。凹凸部20aと凹凸部20bは、噛合う。即ち、一方の谷部に他方の峰部が対応し、一方の峰部に他方の谷部が対応する。同様に、凹凸部20cと凹凸部20dも噛合う。谷部22aと峰部22bの幅方向位置が一致し、谷部22cと峰部22dの幅方向位置が一致し、谷部22aと峰部22bが噛合い、谷部22cと峰部22dが噛合う。凹凸部20b,20dの回転方向の長さは、凹凸領域24bの回転方向の長さにほぼ等しいが、峰部22b、22dの回転方向の長さは、凹凸領域24bの回転方向の長さよりも長い。
【0020】
ロールシャフト2aには、成形型4aと分割型6a,6cに対してロールシャフト2aの直径を挟んだ反対側にダミー8aが組合わされて固定されている。ダミー8aと、成形型4aと分割型6a,6cの間には、成形型4aと分割型6a,6cを周方向に位置決めして固定するのためのキー10が固定されている。
ロールシャフト2bには、成形型4bと分割型6b,6dに対してロールシャフト2bの直径を挟んだ反対側にダミー8bが組合わされて固定されている。ダミー8bと、成形型4bと分割型6b,6dの間には、成形型4bと分割型6b,6dを周方向に位置決めして固定するのためのキー10が固定されている。
成形型4aと分割型6a,6cが固定されている側のロール半径は、ダミー8aが固定されている側のロール半径よりも大きい。成形型4bと分割型6b,6dが固定されている側のロール半径は、ダミー8bが固定されている側のロール半径よりも大きい。
ロールシャフト2a,2bに、成形型と分割型とダミーを組合わせて固定して構成した成形ロール1a,1bの形状は、略円筒形である。
【0021】
一対の成形ロール1a,1bの図1のIII―III断面を図3に示し、ロールシャフト軸に沿った下側の成形ロール1bの断面を図4に示す。
成形型4a、4bのロールシャフト2a,2bと接する面からは、スリット18が放射状に形成されている。各スリット18は、シャフト軸とシャフト半径を含む面内で伸びている。ロールシャフト2a,2bには、成形型4a,4bの周方向の位置決め基準とするキー26が設けられており、ロールシャフト2a,2bに対する成形型4a、4bの周方向の位置決めを容易に正確に行うことができる。
【0022】
図4に示すように、分割型6b,6d(6a,6c)は、成形型4b(4a)に重ね合わせて固定される。図3の実線19は、成形型4a,4bが分割型6a,6c,6b,6dに接する面を示している。
成形型4a、4bとロールシャフト2a,2bには、分割型6a,6c,6b,6dで最終的には充填される部分に、シャフト軸の中心方向に向かうボルト孔が複数設けられており、複数のボルト17によって、成形型4a、4bはロールシャフト2a,2bへ固定されている。ボルト17は、スリット18で分割されるブロックの適宜な間隔で設けられている。スリット18が放射状に形成されているために、複数のボルト17で成形型4a、4bをロールシャフト2a,2bへ固定すると、成形型4a、4bの内面はロールシャフト2a,2bの外面に密着し、成形型4a、4bをロールシャフト2a,2bへ位置精度良く固定することができる。
【0023】
分割型6a,6c,6b,6dに形成された、幅方向に伸びる峰部と谷部が回転方向に繰り返されている凹凸部20a〜20dは、成形ロール1a、1bの回転時に長尺金属板を挟んで保持し、長尺金属板の送り速度を適切に制御する。また、通過する長尺金属板の両端部に、幅方向に伸びる峰部と谷部が長手方向に繰り返されている凹凸形状を成形することができる。
凹凸部20a〜20dの峰部と谷部の高低差は、成形品の凹凸に対応する23a,23b,25a,25bの凹凸部の高低差よりも高く、峰部と谷部の繰り返しのピッチは長尺金属板の板厚の10倍以上が好ましい。
【0024】
本実施例のロール成形装置で成形した長尺金属板27の一例を図5に示す。幅方向中間部を長手方向に伸びる領域には、成形型4a,4bの間に挟み込まれることによって成形された凸部32と凹部30が幅方向に交互に成形されている。凸部32と凹部30の表面形状は、凹部23aと凸部25b、ならびに、凸部25aと凹部23bの表面形状にほぼ等しい。長尺金属板27の幅方向両端部には、凹凸部20a〜20dの間に挟み込まれることによって成形された、幅方向に伸びる峰部と谷部が長手方向に繰り返された波形形状36が成形されている。波形形状36は、平面視すると波形に見えないために、図5では斜めに見下ろした様子で図示している。波形形状は左右対称である。凸部32と凹部30が幅方向に繰り返されている領域と、波形形状36との間に、峰部(裏から見れば谷部)が長手方向に伸びるリブ34が成形されている。凸部32と凹部30が幅方向に繰り返されている領域と、長手方向に伸びるリブ34との間に、成形されないで平坦面を維持している領域26が確保されている。
【0025】
成形ロール1a,1bの回転に伴って、長尺金属板27は、成形型4a、4b間と、分割型6a,6cと6b,6d間に挟み込まれて長手方向の距離が圧縮されながら成形される。幅方向の中間部と両端部に同時に凹凸形状が成形されために、長手方向の圧縮の程度は、長尺金属板27の幅方向に均一化される。即ち、長尺金属板に生じる長手方向の応力は幅方向で均質化されている。また、凹凸部30、32の長手方向の長さよりもリブ34の方が長いために、凹凸部30、32とその周囲の平坦領域26では、長手方向の応力が長手方向にも均質化されている。平坦領域26に皺が発生することがない。
長尺金属板27がダミー8aと8bの間に挟み込まれている間は、ダミー8aと8b間の間隔が広いためにダミー8aと8bが空転し、長尺金属板27は送られない。図5に示すように、長尺金属板27には、幅方向中間部を長手方向に伸びる凹凸成形領域に凹部30と凸部32が長手方向に断続的に成形される。凹部30と凸部32が長手方向に不連続な領域は、凹凸が成形されないで平坦面を維持している
【0026】
ロール成形された長尺金属板27は、長手方向の距離が短縮化している。短縮化の程度は幅方向でほぼ一様である。長手方向の距離を短縮化させながら成形するために、金属板27に割れや亀裂が生じにくく、成形形状の自由度が非常に高く、高低差が大きくてピッチの細かい凹凸を成形する事ができる。また、凹凸形状36とリブ34とによって幅方向両端部に生じる応力状態と、幅方向中間部に生じる応力状態が均質化されており、凹凸成形領域の周辺領域26に皺が発生しない。さらに、リブ34によって周辺部の剛性が増しているため、長尺金属板27の全体が捩れたり反ったりすることもない。
【0027】
成形された長尺金属板27は点線25で切断され、凹凸成形領域とその周囲の平坦領域が切り出されて使用される。切り出された金属板28を複数枚積層して作成した燃料電池のセパレータを図6に示す。高分子電解質膜52を挟んだ平板の電極54aと54bが複数枚積層された間に、凹凸が成形された金属板28が2枚ずつ、凹部42が凸部44に接するように配置され、水素ガス流路48と酸素ガス流路50と冷却水流路46を仕切る。このとき、本発明によるロール成形方法とロール成形装置によって成形された金属板28には、捩れや反りや皺がないため、ガスシール性が高い。
【0028】
(第二実施例) 図7は、本発明の第二実施例に係わるロール成形装置の構成を模式的に示している。ロールシャフト軸に直交する一対の成形ロール1a,1bの断面を図8に示し、ロールシャフトの軸に沿った上側成形ロール1aの断面を図9に示す。第一実施例と同一のものについては、同一符号を付与して重複説明を割愛する。
本実施例の下側の成形ロール1bは、ロールシャフト2bの軸方向中間部に固定された成形型4bと、成形型4bの軸方向両端部に固定される2対の分割型7b,7d,9b,9dと、成形を行わないダミー8bが組み合わされた略円筒形をしている。上側の成形ロール1aは、ロールシャフト2aの軸方向中間部に固定された成形型4aと、成形型4aの軸方向両端部に固定される2対の分割型7a,7c,9a,9cと、成形を行わないダミー8aが組み合わされた略円筒形をしている。
【0029】
図9に示すように、下側のロールシャフト2bの軸方向中間部に固定された成形型4bには、成形する凹凸形状にほぼ一致する形状の凹部23bと凸部25bが幅方向に交互に配置された凹凸領域24bが形成されている。成形型4bの軸方向両側に固定された分割型7bと7dには、回転方向に伸びる峰部22b,22dが形成されている。その外側に配置されている分割型9bと9dには、幅方向に伸びる峰部と谷部が回転方向に繰り返されている凹凸部20b,20dが形成されている。軸方向両端部の分割型7b,7d,9b,9dは成形型4bに重ね合わせて、ロールシャフト2bに固定される。
上側の成形型4aには、成形型4aと幅方向の凹部と凸部の配置関係と凹凸量が反転した凹凸領域が形成されている。上側の分割型7a,7c,9a,9cは下側の対になる分割型の形状に対応し、凸部と凹部が逆となって噛み合うことのできる凹凸形状が形成されている。
【0030】
本実施例のロール成形装置によって成形した長尺金属板27の一例を図10に示す。幅方向の中間部に形成される凹凸形状は、凹部30bが途中で分岐してピッチの細かい凹部30aを成形している。これに対応して、凸部32aは、凸部32bの本数の2倍の本数に分割されており、幅が狭くなっている。このため、凹凸形状30b,32bが成形されている領域と、凹凸形状30a,32aが成形されている領域とでは、成形後の残留応力の値が異なる。
【0031】
本実施例では、長尺金属板27の中間部の残留応力の変化に対応して、両端部に2種類の凹凸が形成されている。分割型9a〜9dで成形される峰部と谷部が繰り返されている凹凸形状36のピッチは、凹凸30a,32aに対応する部分では細かく、凹凸30b,32bに対応する部分では粗い。ピッチが細かい凹凸形状36aによって、長尺金属板27の長手方向の圧縮量を大きくしている。また図8に示すように、分割型7a〜7dに形成した凹凸形状22の高さHは、凹凸30bと32bに対応する部分での高さH2よりも、凹凸30aと32aに対応する部分での高さH1の方を高くして剛性を高めるとともに、応力分布を幅方向に均質化している。
長尺金属板27の残留応力の値が成形の途中で変化する場合でも、幅方向の応力状態を均質化することにより、捩れや反りの発生を抑制し、平坦部に皺がよるのを抑制することができる。
【0032】
本実施例の成形ロール1aは、軸方向中間部に固定される成形型4aの他に、軸方向両端部に固定される分割型を4個(7a,7c,9a,9c)に分割し、一対の分割型7a,7cには回転方向に伸びるリブ34を成形する凹凸部22が形成され、他方の対の分割型9a,9cには幅方向に伸びる峰部と谷部が回転方向に繰り返されている凹凸部20が形成されている。これにより、リブ34の高低差や、峰部と谷部の繰り返し36のピッチや高低差のいずれか一方のみを調整することが可能であり、長尺金属板27の様々な応力状態に対応ができる。これにより、長尺金属板27に捩れや反りや皺が発生することを容易に防止できる。
【0033】
(第三実施例) この実施例では、図11に示す凹凸形状を長尺金属板27に成形する。長尺金属板27の中央には、幅の広い凸部38が設けられており、その頂部に凹部40が長手方向に断続的に残されている。凸部38の両側には、凹部30と凸部32が交互に形成されている。
本実施例のロール成形装置とロール成形方法も第一実施例とほぼ同様であり、成形型4aと4bが有する表面の凹凸形状が異なっている。従来、中央部に幅の広い凸部38や凹部40を有する形状を成形する場合には、中間の凹凸部30,32との応力状態が均質化しにくく、反りや捩れの解消が一層困難であった。本実施例では、幅方向に伸びる峰部と谷部が回転方向に繰り返されている凹凸部20a〜20dが、成形ロールの回転時に長尺金属板27を挟んで保持し、長尺金属板27を長手方向に圧縮しながら成形を行うことができる。また、長尺金属板の両端部に成形されるリブ34と、幅方向に伸びる峰部と谷部が繰り返されている凹凸形状36が成形されることで、長尺金属板27に生じる長手方向の応力を幅方向で均質化することが可能となった。このため、本実施例の長尺金属板27は、成形後も反りや捩れや周辺部の皺の発生が防止される。
【0034】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、実施例では一対の成形ロールが上下に配置されるが、左右若しくは一定の角度を有して上下に配置することも可能である。また実施例では、ダミーを用いてロールの1回転で1枚の金属板を成形するが,ダミーに代わって成形型を用いると、ロールの1回転で2枚の金属板を成形することができる。また、1本の成形ロールの長さを長くして、長さ方向に2個の成形型を繰り返して固定することも可能であり、この場合には、左右一対の長尺金属板を同時に成形加工することができる。ロール成形装置の構成は、成形品の特性が変わらない範囲で、自由に追加したり変更したりすることができる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。
【0035】
【発明の効果】
以上のように、本願発明の長尺金属板のロール成形方法とロール成形装置によると、板厚が0.1mm以下の薄い金属板に凹凸を成形する場合に、長尺金属板にかかる長手方向の応力を幅方向に均質化することができる。これにより、板厚の薄い長尺金属板が捩れたり反ったり皺がよったりすることを抑制しながらロール成形することが可能となった。
本願発明のロール成形方法とロール成形装置によって凹凸が成形された金属板を用いて燃料電池のセパレータを製造する場合、積層作業が容易であり、積層したときに凹凸を利用して形成されるガス流路間の気密性が高いセパレータを製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第一実施例のロール成形装置の構成を模式的に示す図。
【図2】 本発明の第一実施例の一対の成形ロールの構成を模式的に示す図。
【図3】 本発明の第一実施例の一対の成形ロールの横断面図。
【図4】 本発明の第一実施例の上側成形ロールの縦断面図。
【図5】 本発明の第一実施例で成形される長尺金属板の形状を示す図。
【図6】 本発明の第一実施例で成形された金属板を積層して製造する燃料電池のセパレータの断面を模式的に示す図。
【図7】 本発明の第二実施例のロール成形装置の構成を模式的に示す図。
【図8】 本発明の第二実施例の一対の成形ロールの横断面図。
【図9】 本発明の第二実施例の上側成形ロールの縦断面図。
【図10】 本発明の第二実施例で成形される長尺金属板の形状を示す図。
【図11】 本発明の第三実施例で成形される長尺金属板の形状を示す図。
【符号の説明】
4a、4b:成形型
6a,6b,6c,6d:分割型
23a、23b:凹部
25a,25b:凸部
22a,22c:谷部
22b、22d:峰部
20a,20b,20c,20d:凹凸
Claims (7)
- 長尺金属板の幅方向中間部を長手方向に伸びる領域であって、後に成形品として長尺金属板から切り出される領域に、成形品に求められる凹凸形状を成形する方法であり、
長尺金属板の幅方向中間部に対応する長さ範囲には、成形品に求められる凹凸形状を成形する凹凸領域が形成されており、長尺金属板の幅方向両端部に対応する長さ範囲には、幅方向に伸びる峰部と谷部が回転方向に繰り返し形成されている一対のロールを用意する工程と、
その一対のロール間に長尺金属板を通過させて、長尺金属板の幅方向中間部に成形品に求められる凹凸形状を成形するとともに、長尺金属板の幅方向両端部に幅方向に伸びる峰部と谷部を長手方向に繰り返し成形する工程と、
を備える長尺金属板のロール成形方法。 - 前記一対のロールの長尺金属板の幅方向両端部に対応する長さ範囲には、回転方向に伸びているとともに互いに噛合う峰部と谷部がさらに形成されており、
長尺金属板の幅方向両端部には、前記幅方向に伸びる峰部と谷部に加えて、長手方向に伸びる峰部または谷部がさらに成形され、
その長手方向に伸びる峰部または谷部の長手方向の距離は、幅方向中間部の成形品に求められる凹凸形状が成形される領域の長手方向の距離よりも、長いことを特徴とする請求項1に記載のロール成形方法。 - 長尺金属板の幅方向両端部では、前記長手方向に伸びる峰部または谷部が、前記幅方向に伸びる峰部と谷部よりも、内側に成形されることを特徴とする請求項2に記載のロール成形方法。
- 長尺金属板の幅方向中間部を長手方向に伸びる領域であって、後に成形品として長尺金属板から切り出される領域に、成形品に求められる凹凸形状をロール成形する装置であって、一対の成形ロールを備え、
その成形ロールの長尺金属板の幅方向中間部に対応する長さ範囲には、成形品に求められる凹凸形状を成形する凹凸領域が形成されており、
その成形ロールの長尺金属板の幅方向両端部に対応する長さ範囲には、幅方向に伸びる峰部と谷部が回転方向に繰り返し形成されており、一方のロールの峰部に他方のロールの谷部が噛合うことを特徴とする長尺金属板のロール成形装置。 - 前記一対の成形ロールのロールシャフトと接する面から、シャフト軸とシャフト半径を含む面内で伸びる複数のスリットが放射状に形成されていることを特徴とする請求項4に記載のロール成形装置。
- 前記成形ロールの長尺金属板の幅方向両端部に対応する長さ範囲には、回転方向に伸びるとともに互いに噛合う峰部と谷部がさらに形成されており、
その回転方向に伸びる峰部と谷部の回転方向に伸びる距離は、幅方向中間部に形成されている凹凸領域の回転方向の距離よりも、長いことを特徴とする請求項4又は5に記載のロール成形方法。 - 前記成形ロールの長尺金属板の幅方向両端部に対応する長さ範囲では、前記回転方向に伸びる峰部と谷部が、前記幅方向に伸びる峰部と谷部よりも、内側に形成されていることを特徴とする請求項6に記載のロール成形装置。
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