かしめ装置

【課題】角部に板厚の減少が発生することがなく、連続した多角形状を一度にかしめることを可能にする。
【解決手段】かしめ装置１０は、金属製ダイ部材１２と、樹脂製パンチ部材１４とを備える。ダイ部材１２は、四角形状の成形形状を有する突起部１６を設ける。パンチ部材１４は、ダイ部材１２の各直線部１６ａの内側に配置される４つの凹状部１４ａと、前記ダイ部材１２の各角部１６ｂの外側に張り出す４つの凸状部１４ｂとを一体に設ける。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多角形状を有する第１金属部材と多角形状を有する第２金属部材とを、互いの外周部を重ね合わせて全周にわたりかしめ処理を施すためのかしめ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、金属製缶部材や金属製袋状部材のように、複数枚の板状部材の端部同士に、周方向に沿ってかしめ処理を施す作業が行われている。例えば、二次電池やキャパシタ等の缶状部材や、燃料電池を構成し電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を挟持するセパレータ等の２枚以上の板状部材同士に対し、かしめ処理が施されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示されている燃料電池では、図１８に示すように、ＭＥＡ１が、アノード側金属プレート２及びカソード側金属プレート３によって挟持されている。金属プレート２、３は、略長方形状の平面形状を有している。ＭＥＡ１の電解質膜４の周縁部は、金属プレート２、３により挟持された状態で、一緒に巻き締められることによって、前記金属プレート２、３の周縁部を接合している。ＭＥＡ１と当接する中央部には、多孔質状の多孔質部５、６が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２１８１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記の燃料電池では、四角形状（多角形状）を有する金属プレート２、３の外周部に沿って連続したかしめ処理を施すと、特に角部に著しい板厚減少が惹起されるという問題がある。
【０００６】
また、金属プレート２、３の外周部に、多段による複数回のかしめ処理を施すと、重なり部位（オーバーラップ部位）に皺や割れ等が発生するという問題がある。
【０００７】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、角部に板厚の減少が発生することがなく、連続した多角形状を一度にかしめることが可能なかしめ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、多角形状を有する第１金属部材と多角形状を有する第２金属部材とを、互いの外周部を重ね合わせて全周にわたりかしめ処理を施すためのかしめ装置に関するものである。このかしめ装置は、金属製ダイ部材と、樹脂製パンチ部材とを備えている。
【０００９】
また、このかしめ装置では、ダイは、直線部及び角部を有する多角形状に構成される一方、樹脂製パンチ部材は、プレス方向から見て前記直線部の内側に配置される凹状部と、前記プレス方向から見て前記角部の外側に張り出す凸状部とを一体に有することが好ましい。
【００１０】
さらに、このかしめ装置では、第１金属部材及び第２金属部材は、燃料電池を構成し、電解質膜・電極構造体を挟持するセパレータであり、前記第１金属部材と前記第２金属部材との間には、流体を流通させる流体流路が形成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るかしめ装置では、金属製ダイ部材と樹脂製パンチ部材とにより、第１金属部材と第２金属部材との重ね合わせ部位に全周にわたりかしめ処理が施される際、前記樹脂製パンチ部材は、前記金属製ダイ部材の形状に倣って変形することができる。
【００１２】
このため、多角形状を有する重ね合わせ部位、特に角部に著しい板厚の減少が惹起することがない。これにより、連続した多角形状を一度にかしめることが可能になり、良好なかしめ処理が確実且つ容易に遂行される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るかしめ装置の斜視説明図である。
【図２】前記かしめ装置の一部断面説明図である。
【図３】前記かしめ装置の平面説明図である。
【図４】前記かしめ装置が採用される金属セパレータが組み込まれた燃料電池の要部分解斜視説明図である。
【図５】前記燃料電池の、図４中、Ｖ−Ｖ線断面図である。
【図６】前記金属セパレータの正面説明図である。
【図７】前記燃料電池の、図４中、ＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【図８】前記燃料電池を構成する電解質膜・電極構造体の正面説明図である。
【図９】前記かしめ装置によりかしめ処理の説明図である。
【図１０】前記かしめ装置を構成するパンチ部材の動作説明図である。
【図１１】前記パンチ部材とダイ部材とにより直線部にかしめ処理が施される際の動作説明図である。
【図１２】かしめ処理が施された角部の拡大説明図である。
【図１３】かしめ処理される他の実施形態である二次電池の斜視図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係るかしめ装置の断面説明図である。
【図１５】かしめ処理された前記二次電池の要部断面説明図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態に係るかしめ装置の斜視説明図である。
【図１７】前記かしめ装置の平面説明図である。
【図１８】特許文献１に開示されている燃料電池の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施形態に係るかしめ装置１０は、金属製ダイ部材１２と、樹脂製パンチ部材１４とを備える。
【００１５】
ダイ部材１２は、多角形状、例えば、四角形状の成形形状を有する突起部１６を設けるとともに、四角形状に周回する前記突起部１６の内側には、成形面１８が形成される。突起部１６の外側には、成形面１８よりも高さ方向（深さ方向）に長さＨだけ切り込んだ逃げ面２０が形成される（図２参照）。突起部１６は、四角形の四辺を構成する直線部１６ａ及び４つの角部１６ｂを有する（図１参照）。
【００１６】
パンチ部材１４は、ショアＡ硬度が７０程度の樹脂材料であればよく、例えば、ウレタン系、ブチル系、ポリプロピレン系又はポリアミド系の樹脂材料で形成される。
【００１７】
パンチ部材１４は、図１及び図３に示すように、プレス方向（図１中、矢印Ｐ方向）から見てダイ部材１２の各直線部１６ａの内側に配置される４つの凹状部１４ａと、前記プレス方向から見て前記ダイ部材１２の各角部１６ｂの外側に張り出す４つの凸状部１４ｂとを有する。凹状部１４ａと凸状部１４ｂとの間には、プレス方向から見てダイ部材１２と交差する交差部１４ｃが設けられる。各凹状部１４ａ及び各凸状部１４ｂは、それぞれ所定のＲ（アール）を有する円弧形状に形成される。
【００１８】
このように構成されるかしめ装置１０が使用される金属部材としては、例えば、図４に示すように、燃料電池３０を構成し、電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）３２を挟持する金属セパレータ３４がある。
【００１９】
図５に示すように、電解質膜・電極構造体３２は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜３６と、前記固体高分子電解質膜３６を挟持するアノード側電極３８及びカソード側電極４０とを備える。アノード側電極３８及びカソード側電極４０は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜３６の両面に形成される。
【００２０】
固体高分子電解質膜３６は、アノード側電極３８及びカソード側電極４０と同一の表面積、又はこれらよりも大きな表面積に設定される。固体高分子電解質膜３６の外周端縁部には、樹脂製の額縁部（額縁状枠部材）４２が、例えば、射出成形により一体成形される。樹脂材としては、例えば、汎用プラスチックの他、エンジニアリングプラスチックやスーパーエンジニアリングプラスチック等が採用される。
【００２１】
図４に示すように、額縁部４２の矢印Ｃ方向の一端縁部（上端縁部）には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔４４ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔４６ａ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔４８ａが、矢印Ｂ方向（水平方向）に配列して設けられる。
【００２２】
額縁部４２の矢印Ｃ方向の他端縁部（下端縁部）には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔４８ｂ、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔４６ｂ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔４４ｂが、矢印Ｂ方向に配列して設けられる。
【００２３】
金属セパレータ３４の外周部は、酸化剤ガス入口連通孔４４ａ、冷却媒体入口連通孔４６ａ、燃料ガス入口連通孔４８ａ、燃料ガス出口連通孔４８ｂ、冷却媒体出口連通孔４６ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔４４ｂの内側に配置される。
【００２４】
図５に示すように、金属セパレータ３４は、それぞれ多角形状、例えば、長方形状（四角形状）を有する第１金属プレート５０と第２金属プレート５２とを備える。第１金属プレート５０と第２金属プレート５２とは、互いの外周部を重ね合わせて全周にわたりかしめ処理されることにより、かしめ結合部５３を介して一体化される。
【００２５】
第１金属プレート５０及び第２金属プレート５２は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した薄板状の金属板により構成される。
【００２６】
図６に示すように、金属セパレータ３４は、アノード側電極３８に対向する第１金属プレート５０側の面に、波形状にプレス加工して断面凹凸形状を有する燃料ガス流路５４が形成される。燃料ガス流路５４は、燃料ガスを矢印Ｃ方向に流通させる。
【００２７】
金属セパレータ３４は、図４に示すように、カソード側電極４０に対向する第２金属プレート５２側の面に、波形状にプレス加工して断面凹凸形状を有する酸化剤ガス流路５６が形成される。酸化剤ガス流路５６は、酸化剤ガスを矢印Ｃ方向に流通させる。
【００２８】
金属セパレータ３４は、第２金属プレート５２側の面に、酸化剤ガス流路５６の上下両側にそれぞれ複数の冷却媒体供給孔部５８ａと冷却媒体排出孔部５８ｂとが形成される。金属セパレータ３４の内部には、冷却媒体供給孔部５８ａ及び冷却媒体排出孔部５８ｂに連通して冷却媒体を矢印Ｃ方向に流通させる冷却媒体流路６０が形成される（図４及び図７参照）。
【００２９】
図４に示すように、額縁部４２には、シール部材６２が一体成形される。シール部材６２としては、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材が用いられる。
【００３０】
シール部材６２は、図８に示すように、カソード側電極４０側の面に、酸化剤ガス入口連通孔４４ａ及び酸化剤ガス出口連通孔４４ｂを酸化剤ガス流路５６に連通するとともに、冷却媒体入口連通孔４６ａ、燃料ガス入口連通孔４８ａ、燃料ガス出口連通孔４８ｂ及び冷却媒体出口連通孔４６ｂを周回して前記酸化剤ガス流路５６から遮蔽する第１シール部６２ａを設ける。
【００３１】
シール部材６２は、図４に示すように、アノード側電極３８側の面に、燃料ガス入口連通孔４８ａ及び燃料ガス出口連通孔４８ｂを燃料ガス流路５４に連通するとともに、酸化剤ガス入口連通孔４４ａ、冷却媒体入口連通孔４６ａ、冷却媒体出口連通孔４６ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔４４ｂを周回して前記燃料ガス流路５４から遮蔽する第２シール部６２ｂを設ける。
【００３２】
このように構成される燃料電池３０では、図４に示すように、酸化剤ガス入口連通孔４４ａに供給された酸素含有ガス等の酸化剤ガスは、金属セパレータ３４の酸化剤ガス流路５６に供給される。酸化剤ガスは、電解質膜・電極構造体３２のカソード側電極４０に沿って矢印Ｃ方向に流通した後、酸化剤ガス出口連通孔４４ｂに排出される。
【００３３】
一方、燃料ガス入口連通孔４８ａに供給された水素含有ガス等の燃料ガスは、金属セパレータ３４の燃料ガス流路５４に供給される。燃料ガスは、燃料ガス流路５４に沿って矢印Ｃ方向に流通した後、燃料ガス出口連通孔４８ｂに排出される。
【００３４】
また、冷却媒体入口連通孔４６ａに供給された純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体は、図７に示すように、金属セパレータ３４を構成する第２金属プレート５２に形成されている複数の冷却媒体供給孔部５８ａから前記金属セパレータ３４の内部に導入される。
【００３５】
金属セパレータ３４の内部には、第１金属プレート５０及び第２金属プレート５２が互いに接合されて冷却媒体流路６０が形成されている。このため、冷却媒体は、冷却媒体流路６０に沿って矢印Ｃ方向に流通した後、複数の冷却媒体排出孔部５８ｂから冷却媒体出口連通孔４６ｂに排出される（図４参照）。
【００３６】
次いで、かしめ装置１０により金属セパレータ３４にかしめ処理を施す作業について、以下に説明する。
【００３７】
先ず、図２に示すように、ダイ部材１２を構成する突起部１６上には、第１金属プレート５０及び第２金属プレート５２が、互いの外周部を重ね合わせて載置される。その際、第１金属プレート５０が突起部１６上に配置され、この第１金属プレート５０上に第２金属プレート５２が積層される。
【００３８】
さらに、第２金属プレート５２は、第１金属プレート５０よりも大きな外形寸法に設定されており、前記第２金属プレート５２の外周端部５２ａは、前記第１金属プレート５０の外周端部５０ａよりも外方に突出している。
【００３９】
この状態で、図９に示すように、ダイ部材１２とパンチ部材１４とが、互いに近接する方向に荷重Ｆにより加圧される。その際、パンチ部材１４は、ダイ部材１２の直線部１６ａの内側に配置される４つの凹状部１４ａを有するとともに、この凹状部１４ａには、前記ダイ部材１２の角部１６ｂの外側に張り出す４つの凸状部１４ｂが一体に設けられている（図１及び図３参照）。
【００４０】
このため、第１金属プレート５０及び第２金属プレート５２には、先ず、パンチ部材１４の４つの凸状部１４ｂと、ダイ部材１２に設けられている突起部１６の４つの角部１６ｂとにより、重ね合わせ部位の４つの角部にかしめ加工が開始される（図９及び図１０参照）。
【００４１】
樹脂製のパンチ部材１４は、凸状部１４ｂがダイ部材１２の角部１６ｂに重なり合っており、荷重Ｆが作用することによって前記パンチ部材１４自体が変形しながら、前記ダイ部材１２側に移動する。従って、金属セパレータ３４の各角部の形状に対応して、第１金属プレート５０の外周端部５０ａ及び第２金属プレート５２の外周端部５２ａが折り曲げられる（図９参照）。
【００４２】
パンチ部材１４の４つの凸状部１４ｂと、突起部１６の４つの角部１６ｂとにより、重ね合わせ部位の４つの角部に対してかしめ加工が行われていくと、前記パンチ部材１４の各凹状部１４ａは、外方に膨出するように変形する（図１０中、矢印参照）。
【００４３】
これにより、図１１に示すように、パンチ部材１４の凹状部１４ａは、ダイ部材１２の直線部１６ａの内側から外側に張り出すように変形する。このため、パンチ部材１４は、直線部１６ａと共に金属セパレータ３４の各直線部に対応して、第１金属プレート５０の外周端部５０ａ及び第２金属プレート５２の外周端部５２ａを折り曲げる。
【００４４】
従って、第１金属プレート５０の外周端部５０ａ及び第２金属プレート５２の外周端部５２ａには、全周にわたってかしめ加工が施される。その際、図９に示すように、第２金属プレート５２の外周端部５２ａは、ダイ部材１２の逃げ面２０に延在しており、第１金属プレート５０の外周端部５０ａよりも下方に突出している。次いで、第１金属プレート５０と第２金属プレート５２とのかしめ部位には、ヘミング成形が施されることにより、かしめ結合部５３が形成され、金属セパレータ３４が製造される（図１２参照）。
【００４５】
この場合、第１の実施形態では、金属製のダイ部材１２と樹脂製のパンチ部材１４とにより、第１金属プレート５０と第２金属プレート５２との重ね合わせ部位に全周にわたりかしめ処理が施されている。このため、パンチ部材１４は、金属製のダイ部材１２の形状に倣って変形することができる。
【００４６】
その際、パンチ部材１４は、ダイ部材１２の各直線部１６ａの内側に配置される４つの凹状部１４ａを有するとともに、この凹状部１４ａには、前記ダイ部材１２の各角部１６ｂの外側に張り出す４つの凸状部１４ｂが一体に設けられている。
【００４７】
これにより、第１金属プレート５０及び第２金属プレート５２には、先ず、重ね合わせ部位の４つの角部にかしめ加工が開始された後、金属セパレータ３４の各直線部に対応してかしめ加工が施されている。このため、図１２に示すように、金属セパレータ３４の角部には、著しい板厚の減少が惹起することがない。従って、連続した多角形状を一度にかしめることが可能になり、良好なかしめ処理が確実に且つ容易に遂行されるという効果が得られる。
【００４８】
図１３は、かしめ処理される他の実施形態である二次電池（又はキャパシタ）７０の斜視説明図である。
【００４９】
この二次電池７０は、直方体形状の缶本体７２を備えるとともに、前記缶本体７２の開口側（上部側）に設けられているフランジ部７２ａには、蓋部材７４の外周端部７４ａがかしめ処理される。
【００５０】
図１４に示すように、本発明の第２の実施形態に係るかしめ装置８０は、金属製ダイ部材８２と、樹脂製パンチ部材１４とを備える。なお、第１の実施形態に係るかしめ装置１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。ダイ部材８２は、突起部１６の内側に缶本体７２を収容するための開口部８４を設ける。
【００５１】
このように構成されるかしめ装置８０では、図１４に示すように、ダイ部材８２の開口部８４に缶本体７２が収容されて、前記缶本体７２のフランジ部７２ａが突起部１６上に配置される。缶本体７２内には、電解質等が供給されており、フランジ部７２ａには、シール部材（接着層）８６を介装して蓋部材７４が載置される。
【００５２】
次いで、パンチ部材１４とダイ部材８２とを介して、缶本体７２のフランジ部７２ａと蓋部材７４の外周端部７４ａとには、それぞれの外周部全周を周回してかしめ処理が施される。
【００５３】
その際、第１の実施形態と同様に、先ず、フランジ部７２ａ及び外周端部７４ａの４つの角部にかしめ処理が開始された後、前記フランジ部７２ａ及び前記外周端部７４ａの４つの直線部にかしめ処理が開始される。
【００５４】
これにより、二次電池７０は、図１５に示すように、各角部に著しい板厚の減少が惹起することがない。このため、連続した多角形状を一度にかしめることが可能になる等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００５５】
図１６及び図１７に示すように、本発明の第３の実施形態に係るかしめ装置９０は、金属製ダイ部材９２と、樹脂製パンチ部材９４とを備える。
【００５６】
ダイ部材９２は、多角形状、例えば、六角形状の成形形状を有する突起部９６を設けるとともに、六角形状に周回する前記突起部９６の内側には、成形面（又は開口部）９８が形成される。突起部９６は、六角形状の６つの辺を構成する直線部９６ａ及び６つの角部９６ｂを有する。
【００５７】
パンチ部材９４は、プレス方向（図１６中、矢印Ｐ方向）から見てダイ部材９２の直線部９６ａの内側に配置される６つの凹状部９４ａと、前記プレス方向から見て前記ダイ部材９２の角部９６ｂの外側に張り出す６つの凸状部９４ｂとを一体に設ける。各凹状部９４ａ及び各凸状部９４ｂは、それぞれ所定のＲ（アール）を有する円弧形状に形成される。
【００５８】
このように構成される第３の実施形態では、六角形状（多角形状）を有する第１金属部材（図示せず）と六角形状（多角形状）を有する第２金属部材（図示せず）とを、各角部に著しい板厚の減少が惹起することがなく、連続した多角形状を一度にかしめることが可能になる等、上記の第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００５９】
１０…かしめ装置１２、８２、９２…ダイ部材
１４、９４…パンチ部材１４ａ、９４ａ、９４ｂ…凹状部
１４ｂ…凸状部１４ｃ…交差部
１６、９６…突起部１６ａ、９６ａ…直線部
１６ｂ、９６ｂ…角部１８…成形面
２０…逃げ面３０…燃料電池
３２…電解質膜・電極構造体３４…金属セパレータ
５０、５２…金属プレート５３…かしめ結合部
７０…二次電池７２…缶本体
７４…蓋部材８０、９０…かしめ装置

【特許請求の範囲】
【請求項１】
多角形状を有する第１金属部材と多角形状を有する第２金属部材とを、互いの外周部を重ね合わせて全周にわたりかしめ処理を施すためのかしめ装置であって、
金属製ダイ部材と、
樹脂製パンチ部材と、
を備えることを特徴とするかしめ装置。
【請求項２】
請求項１記載のかしめ装置において、前記ダイは、直線部及び角部を有する多角形状に構成される一方、
前記樹脂製パンチ部材は、プレス方向から見て前記直線部の内側に配置される凹状部と、
前記プレス方向から見て前記角部の外側に張り出す凸状部と、
を一体に有することを特徴とするかしめ装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のかしめ装置において、前記第１金属部材及び前記第２金属部材は、燃料電池を構成し、電解質膜・電極構造体を挟持するセパレータであり、前記第１金属部材と前記第２金属部材との間には、流体を流通させる流体流路が形成されることを特徴とするかしめ装置。

【図１】