JP6595278B2 - セパレータの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池に使用されるセパレータの製造方法に関する。
燃料電池に使用される金属製のセパレータには、ガスを流すための流路溝が形成されている。この流路溝の形成には、流路溝の形状を模した雄型と雌型を対峙させた金型を備えたプレス機を用いて、金属製の薄板材を成形する方法が広く用いられている。
流路溝の成形に際しては、最終形状に一括成形することが、生産性よく合理的ではあるが、例えば、流路溝が密に形成され、しかも、その形状が複雑な場合は、材料の延びが、成形しようとする形状に追従できず、材料の破断が多く発生する。
流路溝の成形に際しては、最終形状に一括成形することが、生産性よく合理的ではあるが、例えば、流路溝が密に形成され、しかも、その形状が複雑な場合は、材料の延びが、成形しようとする形状に追従できず、材料の破断が多く発生する。
そこで、薄板材に対し、最終形状となるように段階的に成形を行って形造る方法が、一般的に多く用いられている。例えば、特許文献１には、薄板材（金属板）に二段階の金型成形を行って、底面と側面がいずれも平坦な面となった流路溝（溝部）を形成する方法が開示されている。
ところで、薄板材に対し段階的に成形を行って所望形状に成形する方法では、各工程での塑性変形によって材料が加工硬化を起こすことから、後方の工程に行くに従って材料が破断し易くなるという問題がある。
ところで、薄板材に対し段階的に成形を行って所望形状に成形する方法では、各工程での塑性変形によって材料が加工硬化を起こすことから、後方の工程に行くに従って材料が破断し易くなるという問題がある。
この解決方法として、加工硬化を起こした材料の組織を元の状態に回復させるべく、薄板材に対し焼鈍処理を施すことが提案されている。
一般的な焼鈍処理としては、例えば、薄板材がリール状の場合、リール状となった複数の薄板材を束ねた状態で、また、薄板材がシート状の場合、複数の薄板材をラックに入れた状態で、バッチ式の加熱炉に装入して処理する方法が知られている。
一般的な焼鈍処理としては、例えば、薄板材がリール状の場合、リール状となった複数の薄板材を束ねた状態で、また、薄板材がシート状の場合、複数の薄板材をラックに入れた状態で、バッチ式の加熱炉に装入して処理する方法が知られている。
しかし、上記した方法では、焼鈍処理を行う度に、薄板材をリール状に巻取ったり、また、これを束ねたり、若しくは、ラックへ収納したり、といった手間が発生する。
また、薄板材をバッチ式で焼鈍処理する場合は、任意の数量でまとめて焼鈍処理を行う特性上、プレス加工後のセパレータが所定数量に達するまで加熱炉に装入できないため、焼鈍設備を待機させる時間が発生し、生産性を阻害する要因になる可能性も高い。
そこで、特許文献２には、金型内に焼鈍の機能を設けた装置を使用する方法が提案されている。
また、薄板材をバッチ式で焼鈍処理する場合は、任意の数量でまとめて焼鈍処理を行う特性上、プレス加工後のセパレータが所定数量に達するまで加熱炉に装入できないため、焼鈍設備を待機させる時間が発生し、生産性を阻害する要因になる可能性も高い。
そこで、特許文献２には、金型内に焼鈍の機能を設けた装置を使用する方法が提案されている。
しかしながら、前記従来の技術では、金型内に焼鈍の機能を設けているため、必然的に金型やプレス機の温度を上昇させてしまい、その焼鈍工程の前段又は後段あるいはその両方で行われる加工精度に、少なからず影響を及ぼしてしまう。また、熱膨張による影響は金型やプレス機のみならず、薄板材の熱膨張にも影響を及ぼすため、薄板材と金型の位置決めや形状の精度を著しく低下させることになるおそれもあった。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、良好な品質のセパレータを精度よく製造可能なセパレータの製造方法を提供することを目的とする。
前記目的に沿う本発明に係るセパレータの製造方法は、搬送される金属製の薄板条材の同一箇所に対し、該薄板条材の搬送方向に順次配置された加工形状の異なる複数のプレス機で段階的に成形加工を行って流路溝を成形するセパレータの製造方法において、
前記薄板条材の搬送方向に隣り合う前記プレス機の間で、前記薄板条材に対し焼鈍処理を行う。
前記薄板条材の搬送方向に隣り合う前記プレス機の間で、前記薄板条材に対し焼鈍処理を行う。
本発明に係るセパレータの製造方法において、前記複数のプレス機は、１台又は２台以上の予備成形プレス機と、該予備成形プレス機よりも下流側に配置された１台又は２台以上の本成形プレス機とで構成され、少なくとも、隣り合う前記予備成形プレス機と前記本成形プレス機との間で、前記焼鈍処理を行うことが好ましい。
また、前記複数のプレス機は、２台以上の予備成形プレス機と、該予備成形プレス機よりも下流側に配置された１台又は２台以上の本成形プレス機とで構成され、少なくとも、最上流位置に配置された前記予備成形プレス機とその下流位置に配置された前記予備成形プレス機との間で、前記焼鈍処理を行うことが好ましい。
また、前記複数のプレス機は、２台以上の予備成形プレス機と、該予備成形プレス機よりも下流側に配置された１台又は２台以上の本成形プレス機とで構成され、少なくとも、最上流位置に配置された前記予備成形プレス機とその下流位置に配置された前記予備成形プレス機との間で、前記焼鈍処理を行うことが好ましい。
ここで、前記焼鈍処理は、無酸素又は無酸化性ガスの雰囲気下で行うのがよい。
また、前記焼鈍処理後の前記薄板条材に対し冷却処理を行ってもよい。
また、前記焼鈍処理後の前記薄板条材に対し冷却処理を行ってもよい。
本発明に係るセパレータの製造方法は、薄板条材の搬送方向に隣り合うプレス機の間で（プレス機の外で）、薄板条材に対し焼鈍処理を行うので、従来のような、金型やプレス機の温度上昇を防止できる。これにより、流路溝の成形に際し、加工精度の低下と、位置決めや形状の精度の低下を抑制、更には防止できるので、良好な品質のセパレータを精度よく製造できる。
特に、複数のプレス機を、２台以上の予備成形プレス機と１台又は２台以上の本成形プレス機とで構成し、最上流位置とその下流位置にそれぞれ配置された予備成形プレス機の間で、焼鈍処理を行う場合、本発明の効果がより顕著になる。これは、最上流位置の予備成形プレス機による成形加工後の薄板条材において、成形加工時の張り出し成形の影響（即ち、加工硬化の影響）が最も大きくなることによる。
特に、複数のプレス機を、２台以上の予備成形プレス機と１台又は２台以上の本成形プレス機とで構成し、最上流位置とその下流位置にそれぞれ配置された予備成形プレス機の間で、焼鈍処理を行う場合、本発明の効果がより顕著になる。これは、最上流位置の予備成形プレス機による成形加工後の薄板条材において、成形加工時の張り出し成形の影響（即ち、加工硬化の影響）が最も大きくなることによる。
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
まず、図１〜図３を参照しながら、本発明の一実施の形態に係るセパレータの製造方法を用いて製造するセパレータ１０について説明する。なお、図１には、セパレータ１０に形成された流路溝１１の断面を、部分拡大して示している。
まず、図１〜図３を参照しながら、本発明の一実施の形態に係るセパレータの製造方法を用いて製造するセパレータ１０について説明する。なお、図１には、セパレータ１０に形成された流路溝１１の断面を、部分拡大して示している。
図１に示すセパレータ１０は、複数枚積層した状態で燃料電池に使用されるものである。
このセパレータ１０は、図２に示すように、厚みが、例えば、０．１〜０．７ｍｍ程度の金属製の（例えば、ステンレス板やチタン板等からなる）薄板条材１２に成形加工（凹凸加工）を行った後、この薄板条材１２から打抜き形成されるものである。なお、薄板状材の材質や厚みは、特に限定されるものではなく、例えば、燃料電池の種類に応じて、種々変更可能である。また、薄板条材としては、例えば、めっきが施されたものや、複数の薄板材が積層されたもの（クラッド材）等を使用することもできる。
このセパレータ１０は、図２に示すように、厚みが、例えば、０．１〜０．７ｍｍ程度の金属製の（例えば、ステンレス板やチタン板等からなる）薄板条材１２に成形加工（凹凸加工）を行った後、この薄板条材１２から打抜き形成されるものである。なお、薄板状材の材質や厚みは、特に限定されるものではなく、例えば、燃料電池の種類に応じて、種々変更可能である。また、薄板条材としては、例えば、めっきが施されたものや、複数の薄板材が積層されたもの（クラッド材）等を使用することもできる。
このセパレータ１０の中央部の領域（周辺部を除く領域）には、上記した成形加工により、断面凹状の流路溝１１が、予め設定した長さで折り返され、ジグザグ状に形成されている。
この連続する流路溝１１の一端側と他端側（ここでは、セパレータ１０の上部一側と下部他側）には、水素又は酸素の供給孔１３、１４がそれぞれ形成され、流路溝１１の一端部（上側端部）と一方の供給孔１３とが、延長溝１５によって、また、流路溝１１の他端部（下側端部）と他方の供給孔１４とが、延長溝１６によって、それぞれ連接されている。
この連続する流路溝１１の一端側と他端側（ここでは、セパレータ１０の上部一側と下部他側）には、水素又は酸素の供給孔１３、１４がそれぞれ形成され、流路溝１１の一端部（上側端部）と一方の供給孔１３とが、延長溝１５によって、また、流路溝１１の他端部（下側端部）と他方の供給孔１４とが、延長溝１６によって、それぞれ連接されている。
このセパレータの形状も、特に限定されるものではなく、例えば、燃料電池の種類に応じて、種々変更可能である。例えば、図１、図３に示すように、流路溝１１は、その底面と側面が平坦な面（例えば、断面が矩形状、正方形状、台形状）であるが、断面円弧状でもよい。また、流路溝１１の深さは、例えば、０．５〜１ｍｍ程度である。これより浅くてもよく、また、深くてもよいが、深くなるほど材料が破断し易くなるため、本発明の効果がより顕著になる。
なお、図１中の符号１７は、セパレータ１０を燃料電池に使用する際に、複数のセパレータ１０を積層し固定するために用いる貫通孔である。
なお、図１中の符号１７は、セパレータ１０を燃料電池に使用する際に、複数のセパレータ１０を積層し固定するために用いる貫通孔である。
次に、本発明の一実施の形態に係るセパレータの製造方法を適用するセパレータの製造設備（以下、単に製造設備ともいう）２０について、図２、図３を参照しながら説明する。
製造設備２０は、薄板条材１２にパイロット孔を形成するパイロット孔抜き装置（図示しない）と、パイロット孔が形成された薄板条材１２に流路溝１１を形成する流路溝形成装置２１と、流路溝１１が形成された薄板条材１２からセパレータ１０に相当する部分を打抜き形成する外周打抜き装置（図示しない）とを有している。以下、詳しく説明する。
製造設備２０は、薄板条材１２にパイロット孔を形成するパイロット孔抜き装置（図示しない）と、パイロット孔が形成された薄板条材１２に流路溝１１を形成する流路溝形成装置２１と、流路溝１１が形成された薄板条材１２からセパレータ１０に相当する部分を打抜き形成する外周打抜き装置（図示しない）とを有している。以下、詳しく説明する。
パイロット孔抜き装置は、薄板条材１２の幅方向両側に、円形のパイロット孔を所定ピッチで形成する金型を備えている。ここで、所定ピッチとは、特に限定されるものではないが、薄板条材１２から打抜くセパレータ１０の横幅よりも広く（例えば、１．１〜１．３倍）する。なお、パイロット孔の周囲にスリットを形成することもでき、これにより、流路溝形成装置２１での成形加工（プレス加工）の際に生じる歪みや変形が、パイロット孔に影響することを抑制、更には防止できる。
外周打抜き装置は、流路溝１１が形成された薄板条材１２から、セパレータ１０に相当する部分を打抜き形成する金型を備えている。
外周打抜き装置は、流路溝１１が形成された薄板条材１２から、セパレータ１０に相当する部分を打抜き形成する金型を備えている。
流路溝形成装置２１は、図２に示すように、パイロット孔形成後のリール状に巻かれた薄板条材１２を巻解く巻解き機２２と、薄板条材１２の搬送方向に順次配置（直列配置）され、流路溝１１を成形加工（凹凸加工）する２台の予備成形プレス機（プレス機の一例）２３、２４及び１台の本成形プレス機（プレス機の一例）２５と、流路溝１１が成形加工された薄板条材１２をリール状に巻取る巻取り機２６とを有している。
以下、予備成形プレス機２３、２４と本成形プレス機２５について、図２、図３を参照しながら説明する。
以下、予備成形プレス機２３、２４と本成形プレス機２５について、図２、図３を参照しながら説明する。
予備成形プレス機２３、２４と本成形プレス機２５は、加工形状（金型形状）が異なるものであり、搬送される薄板条材１２の同一箇所（流路溝１１を形成する領域）に対し、段階的に成形加工を行って流路溝１１を成形するものである。
具体的には、最上流位置に配置された予備成形プレス機２３は、流路溝１１の形成領域に対し、断面波状の成形加工を施すことが可能な、雄型と雌型を対峙させた金型２７を備えるものである。また、予備成形プレス機２３の下流位置に配置された予備成形プレス機２４は、予備成形プレス機２３によって断面波状となった領域に対し、波状部分の底部と上部を広げる成形加工を施すことが可能な、雄型と雌型を対峙させた金型２８を備えるものである。
具体的には、最上流位置に配置された予備成形プレス機２３は、流路溝１１の形成領域に対し、断面波状の成形加工を施すことが可能な、雄型と雌型を対峙させた金型２７を備えるものである。また、予備成形プレス機２３の下流位置に配置された予備成形プレス機２４は、予備成形プレス機２３によって断面波状となった領域に対し、波状部分の底部と上部を広げる成形加工を施すことが可能な、雄型と雌型を対峙させた金型２８を備えるものである。
そして、上記した予備成形プレス機２３、２４よりも下流側に配置された本成形プレス機２５は、予備成形プレス機２３、２４で成形加工が施された領域に対し、最終形状（底面と側面を平坦面とする形状）の成形加工を施すことが可能な、雄型と雌型を対峙させた金型２９を備えるものである。
なお、上記した予備成形プレス機２３、２４と本成形プレス機２５の各構成は、薄板条材１２に対する成形加工が可能な構成であれば、特に限定されるものではなく、例えば、特開２０１５−４２４１８号公報に記載の装置を使用できる。
なお、上記した予備成形プレス機２３、２４と本成形プレス機２５の各構成は、薄板条材１２に対する成形加工が可能な構成であれば、特に限定されるものではなく、例えば、特開２０１５−４２４１８号公報に記載の装置を使用できる。
また、予備成形プレス機２３は金型２７を１つ備え、薄板条材１２に対し、断面波状の成形加工を１つだけ施しているが、金型２７を２つ以上の複数備え、断面波状の成形加工を２つ以上の複数施すこともできる。このように、予備成形プレス機が複数の金型２７を備える場合、一回のプレスで複数の成形加工を実施できる。
なお、予備成形プレス機２４も、波状部分の底部と上部を広げる成形加工を施す金型２８を１つ、また、本成形プレス機２５も、最終形状の成形加工を施す金型２９を１つ、備えているが、それぞれ２つ以上の複数備えることもできる。
なお、予備成形プレス機２４も、波状部分の底部と上部を広げる成形加工を施す金型２８を１つ、また、本成形プレス機２５も、最終形状の成形加工を施す金型２９を１つ、備えているが、それぞれ２つ以上の複数備えることもできる。
薄板条材１２の搬送方向に隣り合う予備成形プレス機２３と予備成形プレス機２４との間には、図２に示すように、焼鈍手段３０が設けられている（即ち、焼鈍手段３０は予備成形プレス機２３、２４の外に設置されている）。
焼鈍手段３０は、予備成形プレス機２３の成形加工によって加工硬化を起こした材料の組織を、元の状態に回復させるためのものである。具体的には、成形加工を行った領域のみ、又は、これを含む薄板条材１２全体を、加熱処理するものである。
焼鈍手段３０は、予備成形プレス機２３の成形加工によって加工硬化を起こした材料の組織を、元の状態に回復させるためのものである。具体的には、成形加工を行った領域のみ、又は、これを含む薄板条材１２全体を、加熱処理するものである。
このように、予備成形プレス機２３と予備成形プレス機２４との間に、焼鈍手段３０を配置したのは、最上流位置に配置された予備成形プレス機２３による成形加工の量（張り出し成形の量）が最も大きく、これに伴う加工硬化の影響が最大になることによる。
しかし、製品品質の更なる向上を図るため、予備成形プレス機２３と予備成形プレス機２４との間のみならず、更に、隣り合う予備成形プレス機２４と本成形プレス機２５との間に、焼鈍手段３０を配置することもできる。
しかし、製品品質の更なる向上を図るため、予備成形プレス機２３と予備成形プレス機２４との間のみならず、更に、隣り合う予備成形プレス機２４と本成形プレス機２５との間に、焼鈍手段３０を配置することもできる。
上記した焼鈍手段３０は、薄板条材１２を予め設定した温度（加工硬化を解消可能な温度）まで昇温可能な加熱源を備えるものであればよく、この方法として、例えば、レーザを用いた加熱（レーザ加熱）や、コイルを用いた誘導加熱等を使用できる。
ここで、レーザ加熱は、薄板条材１２を予め設定した温度まで短時間に昇温できることから、例えば、予備成形プレス機２３（予備成形プレス機２４や本成形プレス機２５も同様）のプレスに要する時間が１０秒以下（好ましくは６秒以下、更に好ましくは３秒以下）の場合の薄板条材１２の加熱に適している。また、局所的（部分的）な加熱が可能であることから、薄板条材１２全体に対する加熱の影響を低減できるため、薄板条材１２の加熱に適している。
ここで、レーザ加熱は、薄板条材１２を予め設定した温度まで短時間に昇温できることから、例えば、予備成形プレス機２３（予備成形プレス機２４や本成形プレス機２５も同様）のプレスに要する時間が１０秒以下（好ましくは６秒以下、更に好ましくは３秒以下）の場合の薄板条材１２の加熱に適している。また、局所的（部分的）な加熱が可能であることから、薄板条材１２全体に対する加熱の影響を低減できるため、薄板条材１２の加熱に適している。
また、誘導加熱は、例えば、内部にコイルが配置された加熱炉で実施でき、この加熱炉内に薄板条材１２を搬送することで、薄板条材１２を加熱するものである。
ここで、誘導加熱は、上記したレーザ加熱と比較して、薄板条材１２を予め設定した温度まで昇温するのに時間を要する。このため、予備成形プレス機２３（予備成形プレス機２４や本成形プレス機２５も同様）のプレス時間が、例えば、材料の破断防止のため３０秒〜２分程度（ここでは１分程度）を要する場合、加熱時間を十分確保できることから、加熱炉の長さを過剰に長くすることなく、薄板条材１２を予め設定した加熱温度まで昇温できる。
ここで、誘導加熱は、上記したレーザ加熱と比較して、薄板条材１２を予め設定した温度まで昇温するのに時間を要する。このため、予備成形プレス機２３（予備成形プレス機２４や本成形プレス機２５も同様）のプレス時間が、例えば、材料の破断防止のため３０秒〜２分程度（ここでは１分程度）を要する場合、加熱時間を十分確保できることから、加熱炉の長さを過剰に長くすることなく、薄板条材１２を予め設定した加熱温度まで昇温できる。
上記した焼鈍手段３０による焼鈍処理は、大気中で行ってもよいが、無酸素又は無酸化性ガスの雰囲気下で行うことが好ましい。
ここで、無酸素とは、例えば、真空状態を意味し、また、無酸化性ガスとは、窒素ガスや不活性ガス（例えば、Ａｒガス）を意味する。
これにより、焼鈍処理の際に、薄板条材１２が酸化することを抑制、更には防止できる。
ここで、無酸素とは、例えば、真空状態を意味し、また、無酸化性ガスとは、窒素ガスや不活性ガス（例えば、Ａｒガス）を意味する。
これにより、焼鈍処理の際に、薄板条材１２が酸化することを抑制、更には防止できる。
焼鈍処理が行われた薄板条材１２をそのまま、予備成形プレス機２４へ搬送して成形加工を行えば、薄板条材１２の熱膨張により、薄板条材１２と予備成形プレス機２４の位置決めや形状の精度低下を招くおそれがある。
このため、焼鈍処理が行われた薄板条材１２が、予備成形プレス機２４へ搬送されるまでの間に、薄板条材１２の温度を低下させる。具体的には、焼鈍手段３０より下流側に冷却手段（例えば、送風機等）を配置して、薄板条材１２を冷却処理すればよいが、薄板条材１２は熱容量が小さいことから、冷却手段を設けてなくてもよい。
このため、焼鈍処理が行われた薄板条材１２が、予備成形プレス機２４へ搬送されるまでの間に、薄板条材１２の温度を低下させる。具体的には、焼鈍手段３０より下流側に冷却手段（例えば、送風機等）を配置して、薄板条材１２を冷却処理すればよいが、薄板条材１２は熱容量が小さいことから、冷却手段を設けてなくてもよい。
続いて、本発明の一実施の形態に係るセパレータの製造方法について、図２、図３を参照しながら説明する。
セパレータの製造方法は、薄板条材１２にパイロット孔を形成するパイロット孔抜き工程（図示しない）と、パイロット孔が形成された薄板条材１２に流路溝１１を形成する第１、第２成形工程（予備成形工程）及び第３成形工程（本形成工程）と、この工程の間で薄板条材１２に焼鈍処理を行う焼鈍工程と、流路溝１１が形成された薄板条材１２からセパレータ１０に相当する部分を打抜き形成する外周打抜き工程（図示しない）とを有している。以下、詳しく説明する。
セパレータの製造方法は、薄板条材１２にパイロット孔を形成するパイロット孔抜き工程（図示しない）と、パイロット孔が形成された薄板条材１２に流路溝１１を形成する第１、第２成形工程（予備成形工程）及び第３成形工程（本形成工程）と、この工程の間で薄板条材１２に焼鈍処理を行う焼鈍工程と、流路溝１１が形成された薄板条材１２からセパレータ１０に相当する部分を打抜き形成する外周打抜き工程（図示しない）とを有している。以下、詳しく説明する。
（パイロット孔抜き工程）
パイロット孔抜き装置を用いて、薄板条材１２の幅方向両側に、円形のパイロット孔を長さ方向に渡って所定ピッチで形成する。この工程では、パイロット孔の周囲に、前記したスリットを形成することが好ましい。
なお、パイロット孔が形成された薄板条材１２は、リール状に巻かれているため、このリール状の薄板条材１２を巻解き機２２にセットし、巻解かれた薄板条材１２の先端部を、予備成形プレス機２３、焼鈍手段３０、予備成形プレス機２４、及び、本成形プレス機２５に順次通過させ、巻取り機２６でリール状に巻取る。
パイロット孔抜き装置を用いて、薄板条材１２の幅方向両側に、円形のパイロット孔を長さ方向に渡って所定ピッチで形成する。この工程では、パイロット孔の周囲に、前記したスリットを形成することが好ましい。
なお、パイロット孔が形成された薄板条材１２は、リール状に巻かれているため、このリール状の薄板条材１２を巻解き機２２にセットし、巻解かれた薄板条材１２の先端部を、予備成形プレス機２３、焼鈍手段３０、予備成形プレス機２４、及び、本成形プレス機２５に順次通過させ、巻取り機２６でリール状に巻取る。
（第１成形工程）
巻解き機２２と巻取り機２６を用いて、パイロット孔形成後のリール状に巻かれた薄板条材１２を巻解き搬送して、薄板条材１２から打抜くセパレータ１０に相当する部分を、予備成形プレス機２３まで移動させる。
そして、予備成形プレス機２３を用いて、流路溝１１の形成領域に対し、断面波状の成形加工を施す。
巻解き機２２と巻取り機２６を用いて、パイロット孔形成後のリール状に巻かれた薄板条材１２を巻解き搬送して、薄板条材１２から打抜くセパレータ１０に相当する部分を、予備成形プレス機２３まで移動させる。
そして、予備成形プレス機２３を用いて、流路溝１１の形成領域に対し、断面波状の成形加工を施す。
（焼鈍工程）
巻解き機２２と巻取り機２６を用いて薄板条材１２を搬送し、予備成形プレス機２３により断面波状となった領域を、焼鈍手段３０まで移動させる。
そして、焼鈍手段３０を用いて、薄板条材１２を予め設定した温度（加工硬化を解消可能な温度）まで昇温し、予備成形プレス機２３の成形加工によって加工硬化を起こした材料の組織を、元の状態に回復させる。この焼鈍手段３０による薄板条材１２の加熱温度は、薄板条材１２の材質等によって種々変わるが、薄板条材１２がチタン板の場合は、例えば、６００〜７００℃程度である。
巻解き機２２と巻取り機２６を用いて薄板条材１２を搬送し、予備成形プレス機２３により断面波状となった領域を、焼鈍手段３０まで移動させる。
そして、焼鈍手段３０を用いて、薄板条材１２を予め設定した温度（加工硬化を解消可能な温度）まで昇温し、予備成形プレス機２３の成形加工によって加工硬化を起こした材料の組織を、元の状態に回復させる。この焼鈍手段３０による薄板条材１２の加熱温度は、薄板条材１２の材質等によって種々変わるが、薄板条材１２がチタン板の場合は、例えば、６００〜７００℃程度である。
この焼鈍手段３０による焼鈍処理は、大気中で行ってもよいが、無酸素（真空状態）又は無酸化性ガス（窒素ガスや不活性ガス）の雰囲気下で行うことが好ましい。
なお、焼鈍処理後に、巻解き機２２と巻取り機２６を用いて薄板条材１２を搬送し、焼鈍処理が行われた領域を、冷却手段まで移動させて冷却処理することもできる。
この冷却処理により、薄板条材１２の温度を、例えば、２００℃以下（好ましくは１００℃以下）程度まで、低下させる。しかし、薄板条材１２は熱容量が小さいことから、冷却手段を用いた冷却処理を行うことなく、空冷でもよい。
なお、焼鈍処理後に、巻解き機２２と巻取り機２６を用いて薄板条材１２を搬送し、焼鈍処理が行われた領域を、冷却手段まで移動させて冷却処理することもできる。
この冷却処理により、薄板条材１２の温度を、例えば、２００℃以下（好ましくは１００℃以下）程度まで、低下させる。しかし、薄板条材１２は熱容量が小さいことから、冷却手段を用いた冷却処理を行うことなく、空冷でもよい。
（第２成形工程）
巻解き機２２と巻取り機２６を用いて薄板条材１２を搬送し、予備成形プレス機２３によって断面波状となった領域（焼鈍処理がなされた領域）を、予備成形プレス機２４まで移動させる。
そして、予備成形プレス機２４を用いて、予備成形プレス機２３により断面波状となった領域に対し、波状部分の底部と上部を広げる成形加工を施す。
巻解き機２２と巻取り機２６を用いて薄板条材１２を搬送し、予備成形プレス機２３によって断面波状となった領域（焼鈍処理がなされた領域）を、予備成形プレス機２４まで移動させる。
そして、予備成形プレス機２４を用いて、予備成形プレス機２３により断面波状となった領域に対し、波状部分の底部と上部を広げる成形加工を施す。
（第３成形工程）
巻解き機２２と巻取り機２６を用いて薄板条材１２を搬送し、予備成形プレス機２３、２４で成形加工が施された領域を、本成形プレス機２５まで移動させる。
そして、本成形プレス機２５を用いて、予備成形プレス機２３、２４で成形加工が施された領域に対し、最終形状（底面と側面を平坦面とする形状）の成形加工を施す。
これにより、薄板条材１２から打抜くセパレータ１０に相当する部分に、流路溝１１を形成できる。
巻解き機２２と巻取り機２６を用いて薄板条材１２を搬送し、予備成形プレス機２３、２４で成形加工が施された領域を、本成形プレス機２５まで移動させる。
そして、本成形プレス機２５を用いて、予備成形プレス機２３、２４で成形加工が施された領域に対し、最終形状（底面と側面を平坦面とする形状）の成形加工を施す。
これにより、薄板条材１２から打抜くセパレータ１０に相当する部分に、流路溝１１を形成できる。
上記した各工程を行い、薄板条材１２に流路溝１１を形成した後は、この薄板条材１２を巻取り機２６にリール状に巻取る。
なお、焼鈍工程は、第１成形工程と第２成形工程の間で行ったが、第１成形工程と第２成形工程の間のみならず、第２成形工程と第３成形工程の間で行うことも、更には、第３成形工程より下流側（巻取り機２６に巻取られる前）で行うこともできる（焼鈍処理後の冷却処理も同様）。
なお、焼鈍工程は、第１成形工程と第２成形工程の間で行ったが、第１成形工程と第２成形工程の間のみならず、第２成形工程と第３成形工程の間で行うことも、更には、第３成形工程より下流側（巻取り機２６に巻取られる前）で行うこともできる（焼鈍処理後の冷却処理も同様）。
（外周打抜き工程）
流路溝１１を形成した後のリール状に巻かれた薄板条材１２を巻解き搬送して、薄板条材１２から打抜くセパレータ１０に相当する部分を、外周打抜き装置まで移動させる。
そして、外周打抜き装置を用いて、流路溝１１が形成された薄板条材１２からセパレータ１０に相当する部分を打抜く。なお、セパレータ１０が打抜かれた薄板条材１２は、例えば、リール状に巻いた後、又は、個片化してスクラップ処理した後、廃棄する。
以上の方法で得られたセパレータ１０を複数枚積層し固定して、燃料電池に使用する。
流路溝１１を形成した後のリール状に巻かれた薄板条材１２を巻解き搬送して、薄板条材１２から打抜くセパレータ１０に相当する部分を、外周打抜き装置まで移動させる。
そして、外周打抜き装置を用いて、流路溝１１が形成された薄板条材１２からセパレータ１０に相当する部分を打抜く。なお、セパレータ１０が打抜かれた薄板条材１２は、例えば、リール状に巻いた後、又は、個片化してスクラップ処理した後、廃棄する。
以上の方法で得られたセパレータ１０を複数枚積層し固定して、燃料電池に使用する。
従って、本発明のセパレータの製造方法のように、プレス機外で薄板条材に対し焼鈍処理を行うことで、従来のような、金型やプレス機の温度上昇を防止できる。これにより、流路溝の成形に際し、加工精度の低下と、位置決めや形状の精度の低下を抑制、更には防止できるので、良好な品質のセパレータを精度よく製造できる。
また、上記した第１成形工程、焼鈍工程、第２成形工程、及び、第３成形工程の各処理を、リールトゥリールで薄板条材１２を搬送しながら行うので、連続的な処理が可能となり、生産性と作業性の向上が図れ、しかも、設備構造も簡略化でき、設備コストを低減できる。
更に、焼鈍処理は、例えば、第１成形工程と第２成形工程の間の限られた空間で行うため、例えば、薄板条材全体をそのままバッチ式の加熱炉に装入して焼鈍処理する場合と比較して、一度に焼鈍処理する領域を狭くできる。このため、例えば、セパレータの製造設備において、トラブル等が発生した際の不良品の発生量を低減できる。
また、上記した第１成形工程、焼鈍工程、第２成形工程、及び、第３成形工程の各処理を、リールトゥリールで薄板条材１２を搬送しながら行うので、連続的な処理が可能となり、生産性と作業性の向上が図れ、しかも、設備構造も簡略化でき、設備コストを低減できる。
更に、焼鈍処理は、例えば、第１成形工程と第２成形工程の間の限られた空間で行うため、例えば、薄板条材全体をそのままバッチ式の加熱炉に装入して焼鈍処理する場合と比較して、一度に焼鈍処理する領域を狭くできる。このため、例えば、セパレータの製造設備において、トラブル等が発生した際の不良品の発生量を低減できる。
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明のセパレータの製造方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
前記実施の形態においては、本成形プレス機の上流側に２台の予備成形プレス機（合計３台のプレス機）を配置した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、以下の形態とすることもできる。
前記実施の形態においては、本成形プレス機の上流側に２台の予備成形プレス機（合計３台のプレス機）を配置した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、以下の形態とすることもできる。
例えば、本成形プレス機の上流側に１台の予備成形プレス機（合計２台のプレス機）を配置することもできる。この場合、予備成形プレス機と本成形プレス機の間で、薄板条材に対し焼鈍処理を行う。
また、材料の破断を防止するため、例えば、薄板条材の材質や厚みに応じて、本成形プレス機の上流側に３台以上の予備成形プレス機（合計４台以上のプレス機）を配置することもできる。この場合、隣り合う予備成形プレス機の間の一部（好ましくは、少なくとも、最上流位置とその下流位置に配置された予備成形プレス機の間）又は全部や、隣り合う予備成形プレス機と本成形プレス機の間で、薄板条材に対し焼鈍処理を行うことができる。
また、材料の破断を防止するため、例えば、薄板条材の材質や厚みに応じて、本成形プレス機の上流側に３台以上の予備成形プレス機（合計４台以上のプレス機）を配置することもできる。この場合、隣り合う予備成形プレス機の間の一部（好ましくは、少なくとも、最上流位置とその下流位置に配置された予備成形プレス機の間）又は全部や、隣り合う予備成形プレス機と本成形プレス機の間で、薄板条材に対し焼鈍処理を行うことができる。
なお、１台又は２台以上の予備成形プレス機の下流側に配置される本成形プレス機の台数は、１台に限定されるものではなく、２台以上とすることもできる。この場合、隣り合う予備成形プレス機と本成形プレス機の間のみならず、隣り合う予備成形プレス機の間の一部又は全部や、隣り合う本成形プレス機の間の一部又は全部で、薄板条材に対し焼鈍処理を行うことができる。
更に、本成形プレス機よりも下流側（薄板条材の巻取り前）で、薄板条材の焼鈍処理（更には、焼鈍処理後の冷却処理）を行うこともできる。
更に、本成形プレス機よりも下流側（薄板条材の巻取り前）で、薄板条材の焼鈍処理（更には、焼鈍処理後の冷却処理）を行うこともできる。
なお、前記実施の形態においては、パイロット孔形成後のリール状に巻かれた薄板条材を、巻解き機と巻取り機により巻解き搬送し、複数のプレス機により流路溝を形成する場合、即ち、流路溝の形成を、パイロット孔の形成及び外周打抜きとは分離して行った場合について説明した。しかし、パイロット孔の形成、流路溝の形成、及び、外周打抜きを、連続して行うこともでき、このように連続して行うことが生産上好ましい。
１０：セパレータ、１１：流路溝、１２：薄板条材、１３、１４：供給孔、１５、１６：延長溝、１７：貫通孔、２０：セパレータの製造設備、２１：流路溝形成装置、２２：巻解き機、２３、２４：予備成形プレス機（プレス機）、２５：本成形プレス機（プレス機）、２６：巻取り機、２７〜２９：金型、３０：焼鈍手段
Claims (5)
- 搬送される金属製の薄板条材の同一箇所に対し、該薄板条材の搬送方向に順次配置された加工形状の異なる複数のプレス機で段階的に成形加工を行って流路溝を成形するセパレータの製造方法において、
前記薄板条材の搬送方向に隣り合う前記プレス機の間で、前記薄板条材に対し焼鈍処理を行うことを特徴とするセパレータの製造方法。 - 請求項１記載のセパレータの製造方法において、前記複数のプレス機は、１台又は２台以上の予備成形プレス機と、該予備成形プレス機よりも下流側に配置された１台又は２台以上の本成形プレス機とで構成され、少なくとも、隣り合う前記予備成形プレス機と前記本成形プレス機との間で、前記焼鈍処理を行うことを特徴とするセパレータの製造方法。
- 請求項１記載のセパレータの製造方法において、前記複数のプレス機は、２台以上の予備成形プレス機と、該予備成形プレス機よりも下流側に配置された１台又は２台以上の本成形プレス機とで構成され、少なくとも、最上流位置に配置された前記予備成形プレス機とその下流位置に配置された前記予備成形プレス機との間で、前記焼鈍処理を行うことを特徴とするセパレータの製造方法。
- 請求項１〜３のいずれか１項に記載のセパレータの製造方法において、前記焼鈍処理は、無酸素又は無酸化性ガスの雰囲気下で行うことを特徴とするセパレータの製造方法。
- 請求項１〜４のいずれか１項に記載のセパレータの製造方法において、前記焼鈍処理後の前記薄板条材に対し冷却処理を行うことを特徴とするセパレータの製造方法。
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