プレス成形装置、およびプレス成形方法
【課題】燃料電池用の金属セパレータにシワやたわみが生じることを防止し、さらに金属セパレータの搬出作業を迅速に行うことによって金属セパレータの製造作業の作業効率を向上し得るプレス成形装置、およびプレス成形方法を提供する。
【解決手段】プレス成形装置５７０は、付勢手段６２２の付勢力によるノックアウト部材６２１の移動を規制してポンチ６１０とノックアウト部材との間に隙間部を形成する停止位置にノックアウト部材を保持し、ブランク材６７０を打ち抜き加工して成形された金属セパレータを、停止位置にノックアウト部材を保持した状態で搬出路６５０へ搬送する。
【解決手段】プレス成形装置５７０は、付勢手段６２２の付勢力によるノックアウト部材６２１の移動を規制してポンチ６１０とノックアウト部材との間に隙間部を形成する停止位置にノックアウト部材を保持し、ブランク材６７０を打ち抜き加工して成形された金属セパレータを、停止位置にノックアウト部材を保持した状態で搬出路６５０へ搬送する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス成形装置、およびプレス成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池に用いられる金属セパレータは、薄板状の金属からなるブランク材に流体を流通させるための流路溝を成形し、そのブランク材を打ち抜き加工して製造している（特許文献１参照）。
【０００３】
一般的に、ブランク材からワークを打ち抜く加工は、ブランク材を載置するダイおよびダイに対して接近離反移動するポンチを備えたプレス成形装置によって行う。ポンチによってワークを打ち抜くと、ワークの種類によっては、打ち抜いたワークにシワやたわみなどが生じることがある。打ち抜いたワークにシワやたわみが発生することを防止するために、ブランク材に対してポンチに向かう方向へ背圧を付与するノックアウト部材をダイに設けたプレス成形装置がある。打ち抜いたワークは、ノックアウト部材が支持した状態でダイ上に戻る。このため、ダイ上には、スクラップ材として回収される打ち抜き加工後のブランク材と、ワークとが存在することになる。
【特許文献１】特開２００３−１５１５７１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
流路溝を成形したブランク材を打ち抜き加工して金属セパレータを製造するにあたり、ノックアウト部材を備えたプレス成形装置を適用した場合、打ち抜いた金属セパレータにシワやたわみが発生することを防止することはできる。その一方、上述したように、ダイ上には打ち抜き加工後のブランク材と金属セパレータとが存在することになる。金属セパレータの搬出は、打ち抜き加工後のブランク材と分別してロボットハンドや作業者の手作業によって行う必要がある。このため、金属セパレータを搬出する作業が煩雑化し、作業を迅速に行うことが困難になる。搬出作業の煩雑化に伴って金属セパレータの製造作業の作業効率の低下が招かれ得る。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、燃料電池用の金属セパレータにシワやたわみが生じることを防止しつつ金属セパレータの搬出作業を迅速に行うことによって金属セパレータの製造作業の作業効率を向上し得るプレス成形装置、およびプレス成形方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、燃料電池用金属セパレータの流路溝が形成されたブランク材を打ち抜き加工することによって金属セパレータを成形する成形装置であって、ブランク材を載置するダイ、およびダイに対する接近離反移動によってブランク材を打ち抜き加工するポンチを備えるプレス型を有している。さらに、付勢手段によってポンチに向かう方向に付勢力を付与してダイに配置され、ブランク材を支持するとともにポンチのプレス成形方向への移動に伴う押圧によって付勢力に抗して移動するノックアウト部材と、付勢力によるノックアウト部材の移動を規制してポンチとノックアウト部材との間に隙間部を形成する停止位置にノックアウト部材を保持する保持手段と、を有している。そして、隙間部からプレス型外部へ連通する搬出路と、ブランク材を打ち抜き加工して成形された金属セパレータを、停止位置にノックアウト部材を保持した状態でノックアウト部材から搬出路へ搬送する搬送手段と、を有している。
【０００７】
また、本発明は、燃料電池用金属セパレータの流路溝が形成されたブランク材を打ち抜き加工することによって金属セパレータを成形する成形方法であって、プレス型が備えるダイにブランク材を載置し、ダイに対して接近離反移動自在に設けられたポンチに向かう方向に付勢力を付与してダイに配置したノックアウト部材によってブランク材を支持させる。次に、ダイに対してポンチを接近移動させることによってノックアウト部材を押圧して付勢力に抗して移動させながらブランク材を打ち抜き加工して金属セパレータを成形する。さらに、付勢力によるノックアウト部材の移動を規制してポンチとノックアウト部材との間に隙間部を形成する停止位置にノックアウト部材を保持し、停止位置にノックアウト部材を保持した状態でノックアウト部材が支持する金属セパレータを隙間部からプレス型外部へ連通する搬出路へ搬送する。
【発明の効果】
【０００８】
ノックアウト部材によって背圧を付与しつつブランク材を打ち抜き加工し、ポンチとノックアウト部材との間に隙間部を形成する停止位置にノックアウト部材を保持した状態で金属セパレータをノックアウト部材から搬送するため、燃料電池用の金属セパレータにシワやたわみが生じることを防止でき、さらに金属セパレータの搬出作業を迅速に行うことによって金属セパレータの製造作業の作業効率を向上させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１０】
図１は、燃料電池スタック１０を示す概略斜視図、図２は、燃料電池スタック１０を構成する単セル５０を示す断面図、図３（Ａ）は、燃料電池用金属セパレータの製造装置５００を示す正面図、図３（Ｂ）は、燃料電池用金属セパレータの製造装置５００を示す平面図、図４（Ａ）は、本実施形態に係るプレス成形装置５７０を示す断面図、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の４Ａ−４Ａ方向から見た断面図、図５は、搬送手段６６０による搬送方法の説明に供する流路溝１１０の拡大図、図６〜図８は、プレス成形方法の説明に供するプレス成形装置６００の断面図である。
【００１１】
図１および図２は、本発明の実施の形態であるプレス成形装置５７０によって打ち抜き加工された燃料電池用金属セパレータ１００（以下、金属セパレータとも記す）を適用した燃料電池スタック１０および単セル５０を示している。図３は、燃料電池用金属セパレータの製造装置５００にプレス成形装置５７０を組み込んだ実施の形態を示す。
【００１２】
図４（Ａ）および図４（Ｂ）を参照して、プレス成形装置５７０は、概説すれば、燃料電池用金属セパレータ１００の流路溝１１０が形成されたブランク材６７０を載置するダイ６２０、およびダイ６２０に対する接近離反移動によってブランク材６７０を打ち抜き加工するポンチ６１０を備える打ち抜き加工用のプレス型６００（プレス型に相当する）と、付勢手段６２２によってポンチ６１０に向かう方向（図中矢印Ａ）に付勢力を付与してダイ６２０に配置され、ブランク材６７０を支持するとともにポンチ６１０のプレス成形方向への移動に伴う押圧によって付勢力に抗して移動する（図４（Ａ）中下方）ノックアウト部材６２１と、付勢力によるノックアウト部材６２１の移動を規制してポンチ６１０とノックアウト部材６２１との間に隙間部ｇを形成する停止位置ｐにノックアウト部材６２１を保持する保持手段６４０と（図６（Ｂ）をも参照）、隙間部ｇから打ち抜き加工用のプレス型６００外部へ連通する搬出路６５０と、ブランク材６７０を打ち抜き加工して成形された金属セパレータ１００を、停止位置ｐにノックアウト部材６２１を保持した状態でノックアウト部材６２１から搬出路６５０へ搬送する搬送手段６６０と、を有している。
【００１３】
搬送手段６６０は、流路溝１１０に向けてガスａ１、ａ２（気体に相当する）を吹き付けて金属セパレータ１００を搬送するガス供給部６６１（送風機に相当する）を備えている。保持手段６４０は、ダイ６２０に対して係合することによって停止位置ｐにノックアウト部材６２１を保持する係合部材６４１と（図６（Ｂ）をも参照）、ダイ６２０と係合部材６４１との係合を解除する係合解除部材６４３と（図８（Ａ）をも参照）、を有している。搬出路６５０には、金属セパレータ１００に傷が付くことを防止する弾性部材６５１を設けている。
【００１４】
図１および図２を参照して、燃料電池スタック１０、単セル５０、および金属セパレータ１００について説明する。
【００１５】
図１を参照して、燃料電池スタック１０は、燃料ガスと酸化剤ガスの反応によって起電力を生じる単位電池としての単セル５０を複数積層して構成している。燃料電池スタック１０の両端部には、燃料電池スタック１０において発電された電力を取り出す端子部材である集電板１１と、絶縁板１２と、エンドプレート１３と、を有している。
【００１６】
燃料電池スタック１０の内部を貫通した貫通孔（図示せず）にタイロッド１４を挿通し、そのタイロッド１４の端部を締結部材（図示せず）によって締結している。燃料電池スタック１０には、締結による加圧力を付与している。
【００１７】
燃料電池スタック１０の両端部に設けられたそれぞれのエンドプレート１３には、燃料電池スタック１０内に流体を流入させるための導入口１５ａ、１６ａ、１７ａ、および流通させた流体を排出する排出口１５ｂ、１６ｂ、１７ｂを設けている。燃料ガスは、燃料ガス導入口１５ａから流入させて燃料ガス排出口１５ｂから排出する。酸化剤ガスは、酸化ガス導入口１６ａから流入させて酸化ガス排出口１６ｂから排出する。冷却水は、冷却水導入口１７ａから流入させて冷却水排出口１７ｂから排出する。
【００１８】
図２を参照して、単セル５０は、膜電極接合体６０と、膜電極接合体６０を挟持する金属セパレータ１００によって構成している。
【００１９】
膜電極接合体６０は、燃料極７０と、空気極８０と、電解質膜９０と、を有している。燃料極７０は、触媒層７１およびガス拡散層７２を備えている。空気極８０も同様に、触媒層８１およびガス拡散層８２を備えている。
【００２０】
金属セパレータ１００は、ステンレスやアルミ等の薄板状のブランク材６７０に凹凸形状の流路溝１１０を成形した後、ブランク材６７０を打ち抜き加工して製造する。凹凸形状の流路溝１１０は、専用の成形型５３１、５３２によって成形する（図３（Ａ）および（Ｂ）をも参照）。
【００２１】
燃料極７０と金属セパレータ１００の流路溝１１０との間に、水素を流通させるための燃料ガス流路Ｈを形成する。空気極８０と金属セパレータ１００との間に、酸化剤ガスを流通させるための酸化剤ガス流路Ｏを形成する。向かい合わせて配置された金属セパレータ１００の流路溝１１０同士の間に、冷却水が流れる冷却水流路Ｗを形成する。
【００２２】
次に、単セル５０において電気を生じさせるために行う化学反応を説明する。
【００２３】
燃料極７０に供給された燃料ガスに含まれる水素は、触媒粒子により酸化され、プロトンおよび電子となる。生成されたプロトンは、燃料極７０の触媒層７１に含まれる電解質および燃料極７０の触媒層７１が接触している電解質膜９０を通って、空気極８０の触媒層８１に到達する。燃料極７０の触媒層７１で生成した電子は、燃料極７０の触媒層７１、燃料極７０のガス拡散層７２、燃料極７０の側に配置された金属セパレータ１００および外部回路（図示せず）を通って、空気極８０の触媒層８１に達する。そして、空気極８０の触媒層８１に達したプロトンおよび電子は空気極８０に供給されている酸化剤ガスに含まれる酸素と反応して水を生成する。単セル５０は、上記の化学反応を通して電気を生成する。
【００２４】
次に、図３（Ａ）および図３（Ｂ）を参照して、燃料電池用金属セパレータの製造装置５００は、ロール部材に巻き付けて準備されたブランク材６７０を供給するアンコイラー５１０と、アンコイラー５１０から供給されたブランク材６７０のたわみを防止するたわみ防止治具５２０と、ブランク材６７０を成形加工する成形機５３０と、ブランク材６７０に対してアンコイラー５１０からリコイラー５５０に向う方向（図中矢印方向）に引っ張り力を付与するフィーダー５４０と、打ち抜き加工後のブランク材６８０（以下、スクラップ材とも記す）を巻き取るリコイラー５５０と、燃料電池用金属セパレータの製造装置５００の各部の動作を制御する制御部５６０と、を有している。金属セパレータ１００の製造工程は、図中矢印方向に進行する。
【００２５】
ブランク材６７０には、燃料電池用の金属セパレータの材料として公知であるステンレスを用いる。ステンレスを、厚さ寸法０．１ｍｍ程度の薄板状に成形し、ロール部材に巻き付けて準備する。ブランク材６７０には、燃料電池用の金属セパレータの材料として公知であるアルミ等を用いることも可能である。
【００２６】
たわみ防止治具５２０は、アンコイラー５１０と成形機５３０との間に配置する。支持部５２１と矯正ローラー５２２との間にブランク材６７０を挟みこむことによって、ブランク材６７０がたわむことを防止する。
【００２７】
成形機５３０は、ダイ６２０に載置されたブランク材６７０に流路溝１１０を予備成形する第１成形型５３１と、予備成形された流路溝１１０を本成形する第２成形型５３２と、第１成形型５３１および第２成形型５３２によって流路溝１１０が形成されたブランク材６７０を打ち抜き加工するポンチ６１０を備えたプレス成形装置５７０（図４（Ａ）をも参照）と、を有している。ブランク材６７０を載置するダイ６２０は、第１成形型５３１、第２成形型５３２、およびポンチ６１０のそれぞれの下型として共用化する。
【００２８】
フィーダー５４０は、ブランク材６７０に対して引っ張り力（図中矢印方向）を付与する。ブランク材６７０がたわむことを防止し、リコイラー５５０による巻取り作業を円滑に行うことを可能にする。
【００２９】
制御部５６０は、制御信号を送信し、成形機５３０の動作や、送風機６６１の動作、および係合解除部材６４３の動作などを制御する（図４（Ａ）をも参照）。
【００３０】
図４（Ａ）、および図４（Ｂ）を参照して、ノックアウト部材６２１には、ダイ６２０下部に設けられた付勢手段６２２によってポンチ６１０に向かう方向（図中矢印Ａ方向）に付勢力を付与している。付勢手段６２２は、ノックアウト部材６２１に対して弾発力を付与するバネ部材によって構成している。付勢手段には、例えば、油圧等によって付勢力を付与する構成のものを用いることも可能である。
【００３１】
打ち抜き加工用のプレス型６００は、ブランク材６７０においてスクラップ材となる部位６７２をダイ６２０との間で挟み込むガイド型６２５をさらに有している。
【００３２】
ノックアウト部材６２１は、流路溝１１０が形成された部位を囲むようにブランク材６７０を支持する。ガイド型６２５は、ブランク材６７０においてスクラップ材となる部位６７２をダイ６２０との間で挟み込む。
【００３３】
打ち抜き加工する際、ポンチ６１０は、ブランク材６７０のうち、流路溝１１０の周辺部６７１を打ち抜く。流路溝１１０の周辺部６７１に対しては、ポンチ６１０によるプレス成形方向への押圧と、付勢手段６２２によるポンチ６１０へ向かう方向への背圧とを付与する。
【００３４】
打ち抜き加工されたブランク材６７０のうち、流路溝１１０およびその周辺部６７１は、金属セパレータ１００を構成する。金属セパレータ１００は、搬出路６５０から搬出する。スクラップ材６８０は、ダイ６２０上からリコイラー５５０によって回収する。
【００３５】
搬送手段６６０が備えるガス供給部６６１は、ポンチ６１０およびノックアウト部材６２１に設けられた送風路６６２を介してガスａ１、ａ２を金属セパレータ１００に吹き付ける。制御部５６０は、ノックアウト部材６２１を停止位置ｐに保持した状態でガス供給部６６１へ制御信号ｓ１を送信する。ガス供給部６６１は、制御部５６０からの制御信号ｓ１に従って送風路６６２へガスａ１、ａ２を供給する（図７（Ａ）をも参照）。制御部５６０は、ガスの供給量やガスを供給するタイミングを制御する。
【００３６】
図示例にあっては、ポンチ６１０およびノックアウト部材６２１に送風路６６２を設けている。ガスの吹き付け量を増加させることができ、効率的に金属セパレータ１００を搬送することが可能になっている。
【００３７】
図５を参照して、金属セパレータ１００を搬送する際、流路溝１１０に向かう方向へガスａ１、ａ２を吹き付ける。金属セパレータ１００が風圧を受け易くなるため、金属セパレータ１００を搬出路６５０へ効率的に搬送することが可能となる。図示例にあっては、金属セパレータ１００が受ける風圧を増加させるため、流路溝１１０の縦壁部に向かう方向へガスａ１、ａ２を吹き付けている。
【００３８】
ガスａ１、ａ２には、空気を利用しているが、ガスの種類はこれに限定されるものではない。例えば、窒素ガス等を用いることも可能である。
【００３９】
送風路６６２を設ける位置、送風路６６２の形状、およびガスａ１、ａ２を吹き付ける方向等は、図示されるものに限定されず、適宜変更することができる。例えば、ダイ６２０内に送風路を設け、ガスの吹き付け量を増加させることも可能である。
【００４０】
図４（Ａ）および図４（Ｂ）を参照して、搬出路６５０は、打ち抜き加工用のプレス型６００外部に設けられた収納ボックス６５２へ連通して設けている。金属セパレータ１００は、ダイ６２０内を貫通して設けられた搬出路６５０を経由して収納ボックス６５２内に収納する。金属セパレータ１００が収納された収納ボックス６５２は、燃料電池用金属セパレータの製造装置５００の外部へロボットハンド等によって搬送する。
【００４１】
搬出路６５０に設けた弾性部材６５１は、緩衝材として機能し、搬出路６５０内を通過する金属セパレータ１００に傷が付くことを防止する。弾性部材６５１には、硬質のウレタン材を用いている。弾性部材６５１の材質は、特に限定されるものではなく、例えば、低反発のウレタン材等を用いることも可能である。
【００４２】
係合部材６４１は、ノックアウト部材６２１内に配置し、係合解除部材６４３は、ダイ６２０内に配置している。
【００４３】
ダイ６２０に設けられた凹状の係合部６４５にピン形状の係合部材６４１を係合することによって、ノックアウト部材６２１を停止位置ｐに保持する。停止位置ｐに保持されたノックアウト部材６２１とポンチ６１０との間に隙間部ｇを形成する（図７（Ａ）をも参照）。
【００４４】
係合部材６４１には、バネ部材６４２によって係合部６４５に向かう方向に弾発力を付与している。係合部材６４１は、ノックアウト部材６２１のプレス成形方向への移動に伴って係合部６４５に向けて突出して係合する（図６（Ａ）をも参照）。係合部材６４１の係合部６４５に対する係合を維持することによって停止位置ｐにノックアウト部材６２１を保持する。
【００４５】
係合解除部材６４３は、係合部６４５に向けて伸縮自在なロッドによって構成している。駆動部６４４を動作させることによって係合解除部材６４３の伸縮動作を駆動する。駆動部６４４には、例えば、空気圧や油圧によって動作する流体圧シリンダを用いることが可能である。
【００４６】
金属セパレータ１００を搬出路６５０へ搬送した後、制御部５６０から制御信号ｓ２を送信し、駆動部６４４を動作させる。駆動部６４４は、係合解除部材６４３を係合部材６４１に向けて伸長させる。係合解除部材６４３を係合部材６４１に押し付けることによって係合部材６４１の係合を解除する（図８（Ａ）をも参照）。係合を解除することによって付勢手段６２２によるノックアウト部材６２１の移動を開始させる（図８（Ｂ）をも参照）。係合解除部材６４３の動作を制御することによって、金属セパレータ１００が搬出路６５０へ搬送されるまでノックアウト部材６２１を停止位置ｐにおいて保持することができる。
【００４７】
ダイ６２０に対して係合する係合部材６４１および係合部材６４１の係合を解除する係合解除部材６４３を用いることによって、停止位置ｐにおけるノックアウト部材６２１の保持および保持解除を簡易な作業によって行うことができる。このため、ノックアウト部材６２１を停止位置ｐにおいて保持および保持解除する作業を行う場合であっても、打ち抜き加工の作業効率が低下することを防止できる。
【００４８】
次に、本実施形態の作用について説明する。
【００４９】
図６（Ａ）を参照して、付勢手段６２２によってポンチ６１０に向かう方向（図中矢印Ａ方向）に付勢されたノックアウト部材６２１は、流路溝１１０が形成された部位を囲むようにブランク材６７０を支持する（図４（Ｂ）をも参照）。
【００５０】
図６（Ｂ）を参照して、ポンチ６１０をプレス成形方向（図中矢印Ｂ方向）へ向けて移動させる。ノックアウト部材６２１は、ポンチ６１０の移動に伴う押圧によって付勢手段６２２による付勢力に抗して移動する（図中矢印Ｂ′で示す）。ポンチ６１０は、ノックアウト部材６２１との間において流路溝１１０の周辺部６７１を挟みこんだ状態で移動し、流路溝１１０の周辺部６７１を打ち抜く。ガイド型６２５は、ダイ６２０との間でスクラップ材６８０となる部位６７２を挟み込む（図４（Ｂ）をも参照）。流路溝１１０の周辺部６７１に対しては、ポンチ６１０によるプレス成形方向への押圧と、付勢手段６２２によるポンチ６１０へ向かう方向への背圧とを付与する。
【００５１】
打ち抜き加工後、流路溝１１０およびその周辺部６７１は、金属セパレータ１００を構成する。ガイド型６２５とダイ６２０との間に挟みこまれた部位６７２は、スクラップ材６８０となる。金属セパレータ１００は、ノックアウト部材６２１上に載置し、スクラップ材６８０は、ダイ６２０上に残置する。
【００５２】
背圧を付与した状態でブランク材６７０を打ち抜き加工するため、金属セパレータ１００にシワやたわみが生じることを防止できる。
【００５３】
バネ部材６４２は、ノックアウト部材６２１が定められた位置まで下降すると係合部材６４１を係合部６４５に向けて突出させる。係合部材６４１は、係合部６４５に対して係合する。係合部材６４１を係合させることによって、付勢手段６２２の付勢力によるノックアウト部材６２１の移動を規制してノックアウト部材６２１を停止位置ｐに保持する。
【００５４】
図７（Ａ）を参照して、ノックアウト部材６２１を停止位置ｐに保持した状態でポンチ６１０を金属セパレータ１００から離反する方向（図中矢印Ｃ方向）へ移動させる。ノックアウト部材６２１とポンチ６１０との間に隙間部ｇを形成する。
【００５５】
制御部５６０からの制御信号ｓ１に従って、送風路６６２へガスａ１、ａ２を供給する。ノックアウト部材６２１を停止位置ｐに保持した状態で金属セパレータ１００にガスａ１、ａ２を吹き付けて搬出路６５０へ搬送する。
【００５６】
前述したように、金属セパレータ１００は、厚さ寸法が０．１ｍｍ程度の金属薄板を材料として構成している。ロボットハンド等によって金属セパレータ１００とスクラップ材６８０とを分別して金属セパレータ１００を搬送する場合、ロボットハンドの把持によって金属セパレータ１００にシワや変形等が生じ得る。
【００５７】
これに対して本実施形態にあっては、ガスａ１、ａ２の吹き付けによって金属セパレータ１００を搬送する。このため、搬送作業によって金属セパレータ１００にシワや変形等が生じることを防止できる。
【００５８】
図７（Ｂ）を参照して、金属セパレータ１００は、搬出路６５０を経由して収納ボックス６５２内に収納する。搬出路６５０に設けた弾性部材６５１は、緩衝材として機能し、搬出路６５０内を通過する金属セパレータ１００に傷が付くことを防止する。
【００５９】
従来の打ち抜き加工用のプレス型を備えたプレス成形装置にあっては、打ち抜き加工された金属セパレータをノックアウト部材上に載置した状態でダイ上に戻す構成となっている。このため、ポンチとノックアウト部材との間から金属セパレータを搬出する場合には、ダイ上に戻された金属セパレータと、ダイ上に残置されたスクラップ材とを作業者の手作業やロボットハンドによって分別して搬出する必要がある。このため、プレス成形装置からの金属セパレータの搬出作業が煩雑化し、作業を迅速に行うことが困難になる。搬出作業の煩雑化に伴って金属セパレータの製造作業の作業効率の低下が招かれる。
【００６０】
これに対して、本実施形態にあっては、ノックアウト部材６２１を停止位置ｐに保持することによって、ポンチ６１０とノックアウト部材６２１との間に隙間部ｇを形成する。隙間部ｇを利用して停止位置ｐに保持したノックアウト部材６２１から金属セパレータ１００を搬送する。金属セパレータ１００をダイ６２０上に戻すことなく、金属セパレータ１００を打ち抜き加工用のプレス型６００から搬出することが可能になる。金属セパレータ１００とスクラップ材６８０とを分別する作業を省くことができ、金属セパレータ１００の搬出作業を迅速に行うことが可能になる。このため、金属セパレータ１００の製造作業の作業効率を向上させることができる。
【００６１】
図８（Ａ）を参照して、金属セパレータ１００を搬出路６５０へ搬送した後、制御部５６０からの制御信号ｓ２に従って係合解除部材６４３を伸長させる。係合解除部材６４３を係合部材６４１に押し付けて係合を解除する。金属セパレータ１００が搬出路６５０へ搬送されるまでノックアウト部材６２１を停止位置ｐにおいて保持することによって、ダイ６２０上に金属セパレータ１００が戻されることを防止する。
【００６２】
図８（Ｂ）を参照して、係合部材６４１の係合を解除することによって、ノックアウト部材６２１の保持を解除し、付勢手段６２２の付勢力によるノックアウト部材６２１の移動を開始させる。
【００６３】
リコイラー５５０は、ブランク材６７０を巻き取って移動させ（図中矢印Ｄで示す）、ダイ６２０およびノックアウト部材６２１上に打ち抜き加工前のブランク材６７０を載置する。ダイ６２０上には、金属セパレータ１００が戻されないため、流路溝が形成されたブランク材に対して引き続き打ち抜き加工を行うことができる。
【００６４】
上述したように、本実施形態によれば、打ち抜き加工用のプレス型６００が備えるダイ６２０に配置されたノックアウト部材６２１を停止位置ｐに保持し、ノックアウト部材６２１から金属セパレータ１００を搬送する。金属セパレータ１００をダイ６２０上に戻すことなく、金属セパレータ１００を打ち抜き加工用のプレス型６００から搬出する。金属セパレータ１００とスクラップ材６８０とを分別する作業を省くことができ、金属セパレータ１００の搬出作業を迅速に行うことができる。このため、金属セパレータ１００の製造作業の作業効率を向上させることができる。背圧を付与した状態でブランク材６７０を打ち抜き加工するため、金属セパレータ１００にシワやたわみが生じることを防止できる。
【００６５】
搬送手段６６０は、ガスａ１、ａ２の吹き付けによって金属セパレータ１００を搬送する。このため、搬送作業によって金属セパレータ１００にシワや変形等が生じることを防止できる。流路溝１１０に向かう方向へガスａ１、ａ２を吹き付けることによって、金属セパレータ１００に風圧を受け易くしている。このため、金属セパレータ１００を搬出路６５０へ効率的に搬送することができる。
【００６６】
ダイ６２０に対して係合する係合部材６４１および係合部材６４１の係合を解除する係合解除部材６４３を用いることによって、停止位置ｐにおけるノックアウト部材６２１の保持および保持解除を簡易な作業によって行うことができる。そのため、ノックアウト部材６２１を停止位置ｐにおいて保持および保持解除する作業を行う場合であっても、打ち抜き加工の作業効率が低下することを防止できる。
【００６７】
搬出路６５０に設けた弾性部材６５１は、緩衝材として機能し、搬出路６５０内を通過する金属セパレータ１００に傷が付くことを防止できる。
【００６８】
搬送手段は、気体を吹き付けることによって金属セパレータを搬送する構成に限定されるものではない。例えば、伸長自在に設けられたロッド等によって金属セパレータを押し出して搬送する構成にすることも可能である。
【００６９】
係合部材および係合解除部材は、図示された形状や構成に限定されるものではない。係合部材がダイに対して係合することによって、ノックアウト部材を停止位置において保持することができ、保持解除部材が係合部材の係合を解除することによって、付勢手段の付勢力によるノックアウト部材の移動を可能にするような形状や構成であればよい。
【００７０】
ノックアウト部材を保持する停止位置や隙間部の幅寸法は、特に限定されるものではない。付勢手段によるノックアウト部材の移動を規制した状態で金属セパレータを搬出路へ搬送することが可能な形態であればよい。
【００７１】
搬出路に設ける弾性部材は、金属セパレータを搬出する際に緩衝材として機能させることが可能な位置に設けられていればよく、形状等は特に限定されるものではない。
【００７２】
本発明のプレス成形装置は、燃料電池用の流路溝が成形されたブランク材を打ち抜き加工することによって金属セパレータを製造することを目的としてその作用を発揮する。このため、流路溝の成形および打ち抜き加工を連続して行う燃料電池用金属セパレータの製造装置５００に組み込んだ実施の形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】燃料電池スタックを示す概略斜視図である。
【図２】燃料電池スタックを構成する単セルを示す断面図である。
【図３】図３（Ａ）は、燃料電池用金属セパレータの製造装置を示す正面図であり、図３（Ｂ）は、燃料電池用金属セパレータの製造装置を示す平面図である。
【図４】図４（Ａ）は、本実施形態に係るプレス成形装置を示す断面図、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の４Ａ−４Ａ方向から見た断面図である。
【図５】搬送手段による搬送方法の説明に供する流路溝の拡大図である。
【図６】図６（Ａ）および（Ｂ）は、プレス成形方法の説明に供するプレス成形装置の断面図である。
【図７】図７（Ａ）および（Ｂ）は、プレス成形方法の説明に供するプレス成形装置の断面図である。
【図８】図８（Ａ）および（Ｂ）は、プレス成形方法の説明に供するプレス成形装置の断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０ 燃料電池スタック、
５０ 単セル、
６０ 膜電極接合体、
７０ 燃料極、
８０ 空気極、
９０ 電解質膜、
１００ 金属セパレータ、
１１０ 流路溝、
５００ 燃料電池用金属セパレータの製造装置、
５１０ アンコイラー、
５２０ たわみ防止治具、
５２１ 支持部、
５２２ 矯正ローラー、
５３０ 成形機、
５３１ 第１成形型、
５３２ 第２成形型、
５４０ フィーダー、
５５０ リコイラー、
５６０ 制御部、
５７０ プレス成形装置、
６００ 打ち抜き加工用のプレス型（プレス型）、
６１０ ポンチ、
６２０ ダイ、
６２１ ノックアウト部材、
６２２ 付勢手段、
６２５ ガイド型、
６４０ 保持手段、
６４１ 係合部材、
６４２ バネ部材、
６４３ 係合解除部材、
６４４ 駆動部、
６４５ 係合部、
６５０ 搬出路、
６５１ 弾性部材、
６５２ 収納ボックス、
６６０ 搬送手段、
６６１ ガス供給部（送風機）、
６６２ 送風路、
６７０ ブランク材（流路溝が形成されたブランク材）、
６７１ 流路溝の周辺部、
６７２ スクラップ材となる部位、
６８０ スクラップ材、
ｓ１、ｓ２ 制御信号、
ａ１、ａ２ ガス（気体）、
ｇ 隙間部、
ｐ 停止位置、
Ｈ 燃料ガス流路、
Ｏ 酸化剤ガス流路、
Ｗ 冷却水流路。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス成形装置、およびプレス成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池に用いられる金属セパレータは、薄板状の金属からなるブランク材に流体を流通させるための流路溝を成形し、そのブランク材を打ち抜き加工して製造している（特許文献１参照）。
【０００３】
一般的に、ブランク材からワークを打ち抜く加工は、ブランク材を載置するダイおよびダイに対して接近離反移動するポンチを備えたプレス成形装置によって行う。ポンチによってワークを打ち抜くと、ワークの種類によっては、打ち抜いたワークにシワやたわみなどが生じることがある。打ち抜いたワークにシワやたわみが発生することを防止するために、ブランク材に対してポンチに向かう方向へ背圧を付与するノックアウト部材をダイに設けたプレス成形装置がある。打ち抜いたワークは、ノックアウト部材が支持した状態でダイ上に戻る。このため、ダイ上には、スクラップ材として回収される打ち抜き加工後のブランク材と、ワークとが存在することになる。
【特許文献１】特開２００３−１５１５７１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
流路溝を成形したブランク材を打ち抜き加工して金属セパレータを製造するにあたり、ノックアウト部材を備えたプレス成形装置を適用した場合、打ち抜いた金属セパレータにシワやたわみが発生することを防止することはできる。その一方、上述したように、ダイ上には打ち抜き加工後のブランク材と金属セパレータとが存在することになる。金属セパレータの搬出は、打ち抜き加工後のブランク材と分別してロボットハンドや作業者の手作業によって行う必要がある。このため、金属セパレータを搬出する作業が煩雑化し、作業を迅速に行うことが困難になる。搬出作業の煩雑化に伴って金属セパレータの製造作業の作業効率の低下が招かれ得る。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、燃料電池用の金属セパレータにシワやたわみが生じることを防止しつつ金属セパレータの搬出作業を迅速に行うことによって金属セパレータの製造作業の作業効率を向上し得るプレス成形装置、およびプレス成形方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、燃料電池用金属セパレータの流路溝が形成されたブランク材を打ち抜き加工することによって金属セパレータを成形する成形装置であって、ブランク材を載置するダイ、およびダイに対する接近離反移動によってブランク材を打ち抜き加工するポンチを備えるプレス型を有している。さらに、付勢手段によってポンチに向かう方向に付勢力を付与してダイに配置され、ブランク材を支持するとともにポンチのプレス成形方向への移動に伴う押圧によって付勢力に抗して移動するノックアウト部材と、付勢力によるノックアウト部材の移動を規制してポンチとノックアウト部材との間に隙間部を形成する停止位置にノックアウト部材を保持する保持手段と、を有している。そして、隙間部からプレス型外部へ連通する搬出路と、ブランク材を打ち抜き加工して成形された金属セパレータを、停止位置にノックアウト部材を保持した状態でノックアウト部材から搬出路へ搬送する搬送手段と、を有している。
【０００７】
また、本発明は、燃料電池用金属セパレータの流路溝が形成されたブランク材を打ち抜き加工することによって金属セパレータを成形する成形方法であって、プレス型が備えるダイにブランク材を載置し、ダイに対して接近離反移動自在に設けられたポンチに向かう方向に付勢力を付与してダイに配置したノックアウト部材によってブランク材を支持させる。次に、ダイに対してポンチを接近移動させることによってノックアウト部材を押圧して付勢力に抗して移動させながらブランク材を打ち抜き加工して金属セパレータを成形する。さらに、付勢力によるノックアウト部材の移動を規制してポンチとノックアウト部材との間に隙間部を形成する停止位置にノックアウト部材を保持し、停止位置にノックアウト部材を保持した状態でノックアウト部材が支持する金属セパレータを隙間部からプレス型外部へ連通する搬出路へ搬送する。
【発明の効果】
【０００８】
ノックアウト部材によって背圧を付与しつつブランク材を打ち抜き加工し、ポンチとノックアウト部材との間に隙間部を形成する停止位置にノックアウト部材を保持した状態で金属セパレータをノックアウト部材から搬送するため、燃料電池用の金属セパレータにシワやたわみが生じることを防止でき、さらに金属セパレータの搬出作業を迅速に行うことによって金属セパレータの製造作業の作業効率を向上させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１０】
図１は、燃料電池スタック１０を示す概略斜視図、図２は、燃料電池スタック１０を構成する単セル５０を示す断面図、図３（Ａ）は、燃料電池用金属セパレータの製造装置５００を示す正面図、図３（Ｂ）は、燃料電池用金属セパレータの製造装置５００を示す平面図、図４（Ａ）は、本実施形態に係るプレス成形装置５７０を示す断面図、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の４Ａ−４Ａ方向から見た断面図、図５は、搬送手段６６０による搬送方法の説明に供する流路溝１１０の拡大図、図６〜図８は、プレス成形方法の説明に供するプレス成形装置６００の断面図である。
【００１１】
図１および図２は、本発明の実施の形態であるプレス成形装置５７０によって打ち抜き加工された燃料電池用金属セパレータ１００（以下、金属セパレータとも記す）を適用した燃料電池スタック１０および単セル５０を示している。図３は、燃料電池用金属セパレータの製造装置５００にプレス成形装置５７０を組み込んだ実施の形態を示す。
【００１２】
図４（Ａ）および図４（Ｂ）を参照して、プレス成形装置５７０は、概説すれば、燃料電池用金属セパレータ１００の流路溝１１０が形成されたブランク材６７０を載置するダイ６２０、およびダイ６２０に対する接近離反移動によってブランク材６７０を打ち抜き加工するポンチ６１０を備える打ち抜き加工用のプレス型６００（プレス型に相当する）と、付勢手段６２２によってポンチ６１０に向かう方向（図中矢印Ａ）に付勢力を付与してダイ６２０に配置され、ブランク材６７０を支持するとともにポンチ６１０のプレス成形方向への移動に伴う押圧によって付勢力に抗して移動する（図４（Ａ）中下方）ノックアウト部材６２１と、付勢力によるノックアウト部材６２１の移動を規制してポンチ６１０とノックアウト部材６２１との間に隙間部ｇを形成する停止位置ｐにノックアウト部材６２１を保持する保持手段６４０と（図６（Ｂ）をも参照）、隙間部ｇから打ち抜き加工用のプレス型６００外部へ連通する搬出路６５０と、ブランク材６７０を打ち抜き加工して成形された金属セパレータ１００を、停止位置ｐにノックアウト部材６２１を保持した状態でノックアウト部材６２１から搬出路６５０へ搬送する搬送手段６６０と、を有している。
【００１３】
搬送手段６６０は、流路溝１１０に向けてガスａ１、ａ２（気体に相当する）を吹き付けて金属セパレータ１００を搬送するガス供給部６６１（送風機に相当する）を備えている。保持手段６４０は、ダイ６２０に対して係合することによって停止位置ｐにノックアウト部材６２１を保持する係合部材６４１と（図６（Ｂ）をも参照）、ダイ６２０と係合部材６４１との係合を解除する係合解除部材６４３と（図８（Ａ）をも参照）、を有している。搬出路６５０には、金属セパレータ１００に傷が付くことを防止する弾性部材６５１を設けている。
【００１４】
図１および図２を参照して、燃料電池スタック１０、単セル５０、および金属セパレータ１００について説明する。
【００１５】
図１を参照して、燃料電池スタック１０は、燃料ガスと酸化剤ガスの反応によって起電力を生じる単位電池としての単セル５０を複数積層して構成している。燃料電池スタック１０の両端部には、燃料電池スタック１０において発電された電力を取り出す端子部材である集電板１１と、絶縁板１２と、エンドプレート１３と、を有している。
【００１６】
燃料電池スタック１０の内部を貫通した貫通孔（図示せず）にタイロッド１４を挿通し、そのタイロッド１４の端部を締結部材（図示せず）によって締結している。燃料電池スタック１０には、締結による加圧力を付与している。
【００１７】
燃料電池スタック１０の両端部に設けられたそれぞれのエンドプレート１３には、燃料電池スタック１０内に流体を流入させるための導入口１５ａ、１６ａ、１７ａ、および流通させた流体を排出する排出口１５ｂ、１６ｂ、１７ｂを設けている。燃料ガスは、燃料ガス導入口１５ａから流入させて燃料ガス排出口１５ｂから排出する。酸化剤ガスは、酸化ガス導入口１６ａから流入させて酸化ガス排出口１６ｂから排出する。冷却水は、冷却水導入口１７ａから流入させて冷却水排出口１７ｂから排出する。
【００１８】
図２を参照して、単セル５０は、膜電極接合体６０と、膜電極接合体６０を挟持する金属セパレータ１００によって構成している。
【００１９】
膜電極接合体６０は、燃料極７０と、空気極８０と、電解質膜９０と、を有している。燃料極７０は、触媒層７１およびガス拡散層７２を備えている。空気極８０も同様に、触媒層８１およびガス拡散層８２を備えている。
【００２０】
金属セパレータ１００は、ステンレスやアルミ等の薄板状のブランク材６７０に凹凸形状の流路溝１１０を成形した後、ブランク材６７０を打ち抜き加工して製造する。凹凸形状の流路溝１１０は、専用の成形型５３１、５３２によって成形する（図３（Ａ）および（Ｂ）をも参照）。
【００２１】
燃料極７０と金属セパレータ１００の流路溝１１０との間に、水素を流通させるための燃料ガス流路Ｈを形成する。空気極８０と金属セパレータ１００との間に、酸化剤ガスを流通させるための酸化剤ガス流路Ｏを形成する。向かい合わせて配置された金属セパレータ１００の流路溝１１０同士の間に、冷却水が流れる冷却水流路Ｗを形成する。
【００２２】
次に、単セル５０において電気を生じさせるために行う化学反応を説明する。
【００２３】
燃料極７０に供給された燃料ガスに含まれる水素は、触媒粒子により酸化され、プロトンおよび電子となる。生成されたプロトンは、燃料極７０の触媒層７１に含まれる電解質および燃料極７０の触媒層７１が接触している電解質膜９０を通って、空気極８０の触媒層８１に到達する。燃料極７０の触媒層７１で生成した電子は、燃料極７０の触媒層７１、燃料極７０のガス拡散層７２、燃料極７０の側に配置された金属セパレータ１００および外部回路（図示せず）を通って、空気極８０の触媒層８１に達する。そして、空気極８０の触媒層８１に達したプロトンおよび電子は空気極８０に供給されている酸化剤ガスに含まれる酸素と反応して水を生成する。単セル５０は、上記の化学反応を通して電気を生成する。
【００２４】
次に、図３（Ａ）および図３（Ｂ）を参照して、燃料電池用金属セパレータの製造装置５００は、ロール部材に巻き付けて準備されたブランク材６７０を供給するアンコイラー５１０と、アンコイラー５１０から供給されたブランク材６７０のたわみを防止するたわみ防止治具５２０と、ブランク材６７０を成形加工する成形機５３０と、ブランク材６７０に対してアンコイラー５１０からリコイラー５５０に向う方向（図中矢印方向）に引っ張り力を付与するフィーダー５４０と、打ち抜き加工後のブランク材６８０（以下、スクラップ材とも記す）を巻き取るリコイラー５５０と、燃料電池用金属セパレータの製造装置５００の各部の動作を制御する制御部５６０と、を有している。金属セパレータ１００の製造工程は、図中矢印方向に進行する。
【００２５】
ブランク材６７０には、燃料電池用の金属セパレータの材料として公知であるステンレスを用いる。ステンレスを、厚さ寸法０．１ｍｍ程度の薄板状に成形し、ロール部材に巻き付けて準備する。ブランク材６７０には、燃料電池用の金属セパレータの材料として公知であるアルミ等を用いることも可能である。
【００２６】
たわみ防止治具５２０は、アンコイラー５１０と成形機５３０との間に配置する。支持部５２１と矯正ローラー５２２との間にブランク材６７０を挟みこむことによって、ブランク材６７０がたわむことを防止する。
【００２７】
成形機５３０は、ダイ６２０に載置されたブランク材６７０に流路溝１１０を予備成形する第１成形型５３１と、予備成形された流路溝１１０を本成形する第２成形型５３２と、第１成形型５３１および第２成形型５３２によって流路溝１１０が形成されたブランク材６７０を打ち抜き加工するポンチ６１０を備えたプレス成形装置５７０（図４（Ａ）をも参照）と、を有している。ブランク材６７０を載置するダイ６２０は、第１成形型５３１、第２成形型５３２、およびポンチ６１０のそれぞれの下型として共用化する。
【００２８】
フィーダー５４０は、ブランク材６７０に対して引っ張り力（図中矢印方向）を付与する。ブランク材６７０がたわむことを防止し、リコイラー５５０による巻取り作業を円滑に行うことを可能にする。
【００２９】
制御部５６０は、制御信号を送信し、成形機５３０の動作や、送風機６６１の動作、および係合解除部材６４３の動作などを制御する（図４（Ａ）をも参照）。
【００３０】
図４（Ａ）、および図４（Ｂ）を参照して、ノックアウト部材６２１には、ダイ６２０下部に設けられた付勢手段６２２によってポンチ６１０に向かう方向（図中矢印Ａ方向）に付勢力を付与している。付勢手段６２２は、ノックアウト部材６２１に対して弾発力を付与するバネ部材によって構成している。付勢手段には、例えば、油圧等によって付勢力を付与する構成のものを用いることも可能である。
【００３１】
打ち抜き加工用のプレス型６００は、ブランク材６７０においてスクラップ材となる部位６７２をダイ６２０との間で挟み込むガイド型６２５をさらに有している。
【００３２】
ノックアウト部材６２１は、流路溝１１０が形成された部位を囲むようにブランク材６７０を支持する。ガイド型６２５は、ブランク材６７０においてスクラップ材となる部位６７２をダイ６２０との間で挟み込む。
【００３３】
打ち抜き加工する際、ポンチ６１０は、ブランク材６７０のうち、流路溝１１０の周辺部６７１を打ち抜く。流路溝１１０の周辺部６７１に対しては、ポンチ６１０によるプレス成形方向への押圧と、付勢手段６２２によるポンチ６１０へ向かう方向への背圧とを付与する。
【００３４】
打ち抜き加工されたブランク材６７０のうち、流路溝１１０およびその周辺部６７１は、金属セパレータ１００を構成する。金属セパレータ１００は、搬出路６５０から搬出する。スクラップ材６８０は、ダイ６２０上からリコイラー５５０によって回収する。
【００３５】
搬送手段６６０が備えるガス供給部６６１は、ポンチ６１０およびノックアウト部材６２１に設けられた送風路６６２を介してガスａ１、ａ２を金属セパレータ１００に吹き付ける。制御部５６０は、ノックアウト部材６２１を停止位置ｐに保持した状態でガス供給部６６１へ制御信号ｓ１を送信する。ガス供給部６６１は、制御部５６０からの制御信号ｓ１に従って送風路６６２へガスａ１、ａ２を供給する（図７（Ａ）をも参照）。制御部５６０は、ガスの供給量やガスを供給するタイミングを制御する。
【００３６】
図示例にあっては、ポンチ６１０およびノックアウト部材６２１に送風路６６２を設けている。ガスの吹き付け量を増加させることができ、効率的に金属セパレータ１００を搬送することが可能になっている。
【００３７】
図５を参照して、金属セパレータ１００を搬送する際、流路溝１１０に向かう方向へガスａ１、ａ２を吹き付ける。金属セパレータ１００が風圧を受け易くなるため、金属セパレータ１００を搬出路６５０へ効率的に搬送することが可能となる。図示例にあっては、金属セパレータ１００が受ける風圧を増加させるため、流路溝１１０の縦壁部に向かう方向へガスａ１、ａ２を吹き付けている。
【００３８】
ガスａ１、ａ２には、空気を利用しているが、ガスの種類はこれに限定されるものではない。例えば、窒素ガス等を用いることも可能である。
【００３９】
送風路６６２を設ける位置、送風路６６２の形状、およびガスａ１、ａ２を吹き付ける方向等は、図示されるものに限定されず、適宜変更することができる。例えば、ダイ６２０内に送風路を設け、ガスの吹き付け量を増加させることも可能である。
【００４０】
図４（Ａ）および図４（Ｂ）を参照して、搬出路６５０は、打ち抜き加工用のプレス型６００外部に設けられた収納ボックス６５２へ連通して設けている。金属セパレータ１００は、ダイ６２０内を貫通して設けられた搬出路６５０を経由して収納ボックス６５２内に収納する。金属セパレータ１００が収納された収納ボックス６５２は、燃料電池用金属セパレータの製造装置５００の外部へロボットハンド等によって搬送する。
【００４１】
搬出路６５０に設けた弾性部材６５１は、緩衝材として機能し、搬出路６５０内を通過する金属セパレータ１００に傷が付くことを防止する。弾性部材６５１には、硬質のウレタン材を用いている。弾性部材６５１の材質は、特に限定されるものではなく、例えば、低反発のウレタン材等を用いることも可能である。
【００４２】
係合部材６４１は、ノックアウト部材６２１内に配置し、係合解除部材６４３は、ダイ６２０内に配置している。
【００４３】
ダイ６２０に設けられた凹状の係合部６４５にピン形状の係合部材６４１を係合することによって、ノックアウト部材６２１を停止位置ｐに保持する。停止位置ｐに保持されたノックアウト部材６２１とポンチ６１０との間に隙間部ｇを形成する（図７（Ａ）をも参照）。
【００４４】
係合部材６４１には、バネ部材６４２によって係合部６４５に向かう方向に弾発力を付与している。係合部材６４１は、ノックアウト部材６２１のプレス成形方向への移動に伴って係合部６４５に向けて突出して係合する（図６（Ａ）をも参照）。係合部材６４１の係合部６４５に対する係合を維持することによって停止位置ｐにノックアウト部材６２１を保持する。
【００４５】
係合解除部材６４３は、係合部６４５に向けて伸縮自在なロッドによって構成している。駆動部６４４を動作させることによって係合解除部材６４３の伸縮動作を駆動する。駆動部６４４には、例えば、空気圧や油圧によって動作する流体圧シリンダを用いることが可能である。
【００４６】
金属セパレータ１００を搬出路６５０へ搬送した後、制御部５６０から制御信号ｓ２を送信し、駆動部６４４を動作させる。駆動部６４４は、係合解除部材６４３を係合部材６４１に向けて伸長させる。係合解除部材６４３を係合部材６４１に押し付けることによって係合部材６４１の係合を解除する（図８（Ａ）をも参照）。係合を解除することによって付勢手段６２２によるノックアウト部材６２１の移動を開始させる（図８（Ｂ）をも参照）。係合解除部材６４３の動作を制御することによって、金属セパレータ１００が搬出路６５０へ搬送されるまでノックアウト部材６２１を停止位置ｐにおいて保持することができる。
【００４７】
ダイ６２０に対して係合する係合部材６４１および係合部材６４１の係合を解除する係合解除部材６４３を用いることによって、停止位置ｐにおけるノックアウト部材６２１の保持および保持解除を簡易な作業によって行うことができる。このため、ノックアウト部材６２１を停止位置ｐにおいて保持および保持解除する作業を行う場合であっても、打ち抜き加工の作業効率が低下することを防止できる。
【００４８】
次に、本実施形態の作用について説明する。
【００４９】
図６（Ａ）を参照して、付勢手段６２２によってポンチ６１０に向かう方向（図中矢印Ａ方向）に付勢されたノックアウト部材６２１は、流路溝１１０が形成された部位を囲むようにブランク材６７０を支持する（図４（Ｂ）をも参照）。
【００５０】
図６（Ｂ）を参照して、ポンチ６１０をプレス成形方向（図中矢印Ｂ方向）へ向けて移動させる。ノックアウト部材６２１は、ポンチ６１０の移動に伴う押圧によって付勢手段６２２による付勢力に抗して移動する（図中矢印Ｂ′で示す）。ポンチ６１０は、ノックアウト部材６２１との間において流路溝１１０の周辺部６７１を挟みこんだ状態で移動し、流路溝１１０の周辺部６７１を打ち抜く。ガイド型６２５は、ダイ６２０との間でスクラップ材６８０となる部位６７２を挟み込む（図４（Ｂ）をも参照）。流路溝１１０の周辺部６７１に対しては、ポンチ６１０によるプレス成形方向への押圧と、付勢手段６２２によるポンチ６１０へ向かう方向への背圧とを付与する。
【００５１】
打ち抜き加工後、流路溝１１０およびその周辺部６７１は、金属セパレータ１００を構成する。ガイド型６２５とダイ６２０との間に挟みこまれた部位６７２は、スクラップ材６８０となる。金属セパレータ１００は、ノックアウト部材６２１上に載置し、スクラップ材６８０は、ダイ６２０上に残置する。
【００５２】
背圧を付与した状態でブランク材６７０を打ち抜き加工するため、金属セパレータ１００にシワやたわみが生じることを防止できる。
【００５３】
バネ部材６４２は、ノックアウト部材６２１が定められた位置まで下降すると係合部材６４１を係合部６４５に向けて突出させる。係合部材６４１は、係合部６４５に対して係合する。係合部材６４１を係合させることによって、付勢手段６２２の付勢力によるノックアウト部材６２１の移動を規制してノックアウト部材６２１を停止位置ｐに保持する。
【００５４】
図７（Ａ）を参照して、ノックアウト部材６２１を停止位置ｐに保持した状態でポンチ６１０を金属セパレータ１００から離反する方向（図中矢印Ｃ方向）へ移動させる。ノックアウト部材６２１とポンチ６１０との間に隙間部ｇを形成する。
【００５５】
制御部５６０からの制御信号ｓ１に従って、送風路６６２へガスａ１、ａ２を供給する。ノックアウト部材６２１を停止位置ｐに保持した状態で金属セパレータ１００にガスａ１、ａ２を吹き付けて搬出路６５０へ搬送する。
【００５６】
前述したように、金属セパレータ１００は、厚さ寸法が０．１ｍｍ程度の金属薄板を材料として構成している。ロボットハンド等によって金属セパレータ１００とスクラップ材６８０とを分別して金属セパレータ１００を搬送する場合、ロボットハンドの把持によって金属セパレータ１００にシワや変形等が生じ得る。
【００５７】
これに対して本実施形態にあっては、ガスａ１、ａ２の吹き付けによって金属セパレータ１００を搬送する。このため、搬送作業によって金属セパレータ１００にシワや変形等が生じることを防止できる。
【００５８】
図７（Ｂ）を参照して、金属セパレータ１００は、搬出路６５０を経由して収納ボックス６５２内に収納する。搬出路６５０に設けた弾性部材６５１は、緩衝材として機能し、搬出路６５０内を通過する金属セパレータ１００に傷が付くことを防止する。
【００５９】
従来の打ち抜き加工用のプレス型を備えたプレス成形装置にあっては、打ち抜き加工された金属セパレータをノックアウト部材上に載置した状態でダイ上に戻す構成となっている。このため、ポンチとノックアウト部材との間から金属セパレータを搬出する場合には、ダイ上に戻された金属セパレータと、ダイ上に残置されたスクラップ材とを作業者の手作業やロボットハンドによって分別して搬出する必要がある。このため、プレス成形装置からの金属セパレータの搬出作業が煩雑化し、作業を迅速に行うことが困難になる。搬出作業の煩雑化に伴って金属セパレータの製造作業の作業効率の低下が招かれる。
【００６０】
これに対して、本実施形態にあっては、ノックアウト部材６２１を停止位置ｐに保持することによって、ポンチ６１０とノックアウト部材６２１との間に隙間部ｇを形成する。隙間部ｇを利用して停止位置ｐに保持したノックアウト部材６２１から金属セパレータ１００を搬送する。金属セパレータ１００をダイ６２０上に戻すことなく、金属セパレータ１００を打ち抜き加工用のプレス型６００から搬出することが可能になる。金属セパレータ１００とスクラップ材６８０とを分別する作業を省くことができ、金属セパレータ１００の搬出作業を迅速に行うことが可能になる。このため、金属セパレータ１００の製造作業の作業効率を向上させることができる。
【００６１】
図８（Ａ）を参照して、金属セパレータ１００を搬出路６５０へ搬送した後、制御部５６０からの制御信号ｓ２に従って係合解除部材６４３を伸長させる。係合解除部材６４３を係合部材６４１に押し付けて係合を解除する。金属セパレータ１００が搬出路６５０へ搬送されるまでノックアウト部材６２１を停止位置ｐにおいて保持することによって、ダイ６２０上に金属セパレータ１００が戻されることを防止する。
【００６２】
図８（Ｂ）を参照して、係合部材６４１の係合を解除することによって、ノックアウト部材６２１の保持を解除し、付勢手段６２２の付勢力によるノックアウト部材６２１の移動を開始させる。
【００６３】
リコイラー５５０は、ブランク材６７０を巻き取って移動させ（図中矢印Ｄで示す）、ダイ６２０およびノックアウト部材６２１上に打ち抜き加工前のブランク材６７０を載置する。ダイ６２０上には、金属セパレータ１００が戻されないため、流路溝が形成されたブランク材に対して引き続き打ち抜き加工を行うことができる。
【００６４】
上述したように、本実施形態によれば、打ち抜き加工用のプレス型６００が備えるダイ６２０に配置されたノックアウト部材６２１を停止位置ｐに保持し、ノックアウト部材６２１から金属セパレータ１００を搬送する。金属セパレータ１００をダイ６２０上に戻すことなく、金属セパレータ１００を打ち抜き加工用のプレス型６００から搬出する。金属セパレータ１００とスクラップ材６８０とを分別する作業を省くことができ、金属セパレータ１００の搬出作業を迅速に行うことができる。このため、金属セパレータ１００の製造作業の作業効率を向上させることができる。背圧を付与した状態でブランク材６７０を打ち抜き加工するため、金属セパレータ１００にシワやたわみが生じることを防止できる。
【００６５】
搬送手段６６０は、ガスａ１、ａ２の吹き付けによって金属セパレータ１００を搬送する。このため、搬送作業によって金属セパレータ１００にシワや変形等が生じることを防止できる。流路溝１１０に向かう方向へガスａ１、ａ２を吹き付けることによって、金属セパレータ１００に風圧を受け易くしている。このため、金属セパレータ１００を搬出路６５０へ効率的に搬送することができる。
【００６６】
ダイ６２０に対して係合する係合部材６４１および係合部材６４１の係合を解除する係合解除部材６４３を用いることによって、停止位置ｐにおけるノックアウト部材６２１の保持および保持解除を簡易な作業によって行うことができる。そのため、ノックアウト部材６２１を停止位置ｐにおいて保持および保持解除する作業を行う場合であっても、打ち抜き加工の作業効率が低下することを防止できる。
【００６７】
搬出路６５０に設けた弾性部材６５１は、緩衝材として機能し、搬出路６５０内を通過する金属セパレータ１００に傷が付くことを防止できる。
【００６８】
搬送手段は、気体を吹き付けることによって金属セパレータを搬送する構成に限定されるものではない。例えば、伸長自在に設けられたロッド等によって金属セパレータを押し出して搬送する構成にすることも可能である。
【００６９】
係合部材および係合解除部材は、図示された形状や構成に限定されるものではない。係合部材がダイに対して係合することによって、ノックアウト部材を停止位置において保持することができ、保持解除部材が係合部材の係合を解除することによって、付勢手段の付勢力によるノックアウト部材の移動を可能にするような形状や構成であればよい。
【００７０】
ノックアウト部材を保持する停止位置や隙間部の幅寸法は、特に限定されるものではない。付勢手段によるノックアウト部材の移動を規制した状態で金属セパレータを搬出路へ搬送することが可能な形態であればよい。
【００７１】
搬出路に設ける弾性部材は、金属セパレータを搬出する際に緩衝材として機能させることが可能な位置に設けられていればよく、形状等は特に限定されるものではない。
【００７２】
本発明のプレス成形装置は、燃料電池用の流路溝が成形されたブランク材を打ち抜き加工することによって金属セパレータを製造することを目的としてその作用を発揮する。このため、流路溝の成形および打ち抜き加工を連続して行う燃料電池用金属セパレータの製造装置５００に組み込んだ実施の形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】燃料電池スタックを示す概略斜視図である。
【図２】燃料電池スタックを構成する単セルを示す断面図である。
【図３】図３（Ａ）は、燃料電池用金属セパレータの製造装置を示す正面図であり、図３（Ｂ）は、燃料電池用金属セパレータの製造装置を示す平面図である。
【図４】図４（Ａ）は、本実施形態に係るプレス成形装置を示す断面図、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の４Ａ−４Ａ方向から見た断面図である。
【図５】搬送手段による搬送方法の説明に供する流路溝の拡大図である。
【図６】図６（Ａ）および（Ｂ）は、プレス成形方法の説明に供するプレス成形装置の断面図である。
【図７】図７（Ａ）および（Ｂ）は、プレス成形方法の説明に供するプレス成形装置の断面図である。
【図８】図８（Ａ）および（Ｂ）は、プレス成形方法の説明に供するプレス成形装置の断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０ 燃料電池スタック、
５０ 単セル、
６０ 膜電極接合体、
７０ 燃料極、
８０ 空気極、
９０ 電解質膜、
１００ 金属セパレータ、
１１０ 流路溝、
５００ 燃料電池用金属セパレータの製造装置、
５１０ アンコイラー、
５２０ たわみ防止治具、
５２１ 支持部、
５２２ 矯正ローラー、
５３０ 成形機、
５３１ 第１成形型、
５３２ 第２成形型、
５４０ フィーダー、
５５０ リコイラー、
５６０ 制御部、
５７０ プレス成形装置、
６００ 打ち抜き加工用のプレス型（プレス型）、
６１０ ポンチ、
６２０ ダイ、
６２１ ノックアウト部材、
６２２ 付勢手段、
６２５ ガイド型、
６４０ 保持手段、
６４１ 係合部材、
６４２ バネ部材、
６４３ 係合解除部材、
６４４ 駆動部、
６４５ 係合部、
６５０ 搬出路、
６５１ 弾性部材、
６５２ 収納ボックス、
６６０ 搬送手段、
６６１ ガス供給部（送風機）、
６６２ 送風路、
６７０ ブランク材（流路溝が形成されたブランク材）、
６７１ 流路溝の周辺部、
６７２ スクラップ材となる部位、
６８０ スクラップ材、
ｓ１、ｓ２ 制御信号、
ａ１、ａ２ ガス（気体）、
ｇ 隙間部、
ｐ 停止位置、
Ｈ 燃料ガス流路、
Ｏ 酸化剤ガス流路、
Ｗ 冷却水流路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池用金属セパレータの流路溝が形成されたブランク材を載置するダイ、および前記ダイに対する接近離反移動によって前記ブランク材を打ち抜き加工するポンチを備えるプレス型と、
付勢手段によって前記ポンチに向かう方向に付勢力を付与して前記ダイに配置され、前記ブランク材を支持するとともに前記ポンチのプレス成形方向への移動に伴う押圧によって前記付勢力に抗して移動するノックアウト部材と、
前記付勢力による前記ノックアウト部材の移動を規制して前記ポンチと前記ノックアウト部材との間に隙間部を形成する停止位置に前記ノックアウト部材を保持する保持手段と、
前記隙間部から前記プレス型外部へ連通する搬出路と、
前記ブランク材を打ち抜き加工して成形された金属セパレータを、前記停止位置に前記ノックアウト部材を保持した状態で前記ノックアウト部材から前記搬出路へ搬送する搬送手段と、を有するプレス成形装置。
【請求項２】
前記搬送手段は、前記流路溝に向けて気体を吹き付けて前記金属セパレータを搬送する送風機を備える、請求項１に記載のプレス成形装置。
【請求項３】
前記保持手段は、前記ダイに対して係合することによって前記停止位置に前記ノックアウト部材を保持する係合部材と、前記ダイと前記係合部材との係合を解除する係合解除部材と、を有する請求項１または請求項２に記載のプレス成形装置。
【請求項４】
前記搬出路に設けられ、前記金属セパレータに傷が付くことを防止する弾性部材をさらに有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のプレス成形装置。
【請求項５】
プレス型が備えるダイに燃料電池用金属セパレータの流路溝が形成されたブランク材を載置し、前記ダイに対して接近離反移動自在に設けられたポンチに向かう方向に付勢力を付与して前記ダイに配置したノックアウト部材によって前記ブランク材を支持する工程と、
前記ダイに対して前記ポンチを接近移動させることによって前記ノックアウト部材を押圧して前記付勢力に抗して移動させながら前記ブランク材を打ち抜き加工して金属セパレータを成形する工程と、
前記付勢力による前記ノックアウト部材の移動を規制して前記ポンチと前記ノックアウト部材との間に隙間部を形成する停止位置に前記ノックアウト部材を保持する工程と、
前記停止位置に前記ノックアウト部材を保持した状態で前記ノックアウト部材が支持する前記金属セパレータを前記隙間部から前記プレス型外部へ連通する搬出路へ搬送する工程と、を有するプレス成形方法。
【請求項１】
燃料電池用金属セパレータの流路溝が形成されたブランク材を載置するダイ、および前記ダイに対する接近離反移動によって前記ブランク材を打ち抜き加工するポンチを備えるプレス型と、
付勢手段によって前記ポンチに向かう方向に付勢力を付与して前記ダイに配置され、前記ブランク材を支持するとともに前記ポンチのプレス成形方向への移動に伴う押圧によって前記付勢力に抗して移動するノックアウト部材と、
前記付勢力による前記ノックアウト部材の移動を規制して前記ポンチと前記ノックアウト部材との間に隙間部を形成する停止位置に前記ノックアウト部材を保持する保持手段と、
前記隙間部から前記プレス型外部へ連通する搬出路と、
前記ブランク材を打ち抜き加工して成形された金属セパレータを、前記停止位置に前記ノックアウト部材を保持した状態で前記ノックアウト部材から前記搬出路へ搬送する搬送手段と、を有するプレス成形装置。
【請求項２】
前記搬送手段は、前記流路溝に向けて気体を吹き付けて前記金属セパレータを搬送する送風機を備える、請求項１に記載のプレス成形装置。
【請求項３】
前記保持手段は、前記ダイに対して係合することによって前記停止位置に前記ノックアウト部材を保持する係合部材と、前記ダイと前記係合部材との係合を解除する係合解除部材と、を有する請求項１または請求項２に記載のプレス成形装置。
【請求項４】
前記搬出路に設けられ、前記金属セパレータに傷が付くことを防止する弾性部材をさらに有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のプレス成形装置。
【請求項５】
プレス型が備えるダイに燃料電池用金属セパレータの流路溝が形成されたブランク材を載置し、前記ダイに対して接近離反移動自在に設けられたポンチに向かう方向に付勢力を付与して前記ダイに配置したノックアウト部材によって前記ブランク材を支持する工程と、
前記ダイに対して前記ポンチを接近移動させることによって前記ノックアウト部材を押圧して前記付勢力に抗して移動させながら前記ブランク材を打ち抜き加工して金属セパレータを成形する工程と、
前記付勢力による前記ノックアウト部材の移動を規制して前記ポンチと前記ノックアウト部材との間に隙間部を形成する停止位置に前記ノックアウト部材を保持する工程と、
前記停止位置に前記ノックアウト部材を保持した状態で前記ノックアウト部材が支持する前記金属セパレータを前記隙間部から前記プレス型外部へ連通する搬出路へ搬送する工程と、を有するプレス成形方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１２５４６２（Ｐ２０１０−１２５４６２Ａ）
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９９８７６（Ｐ２００８−２９９８７６）
【出願日】平成２０年１１月２５日（２００８．１１．２５）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２５日（２００８．１１．２５）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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