燃料電池用金属セパレータの製造方法および製造装置
【課題】良好な生産性および製品精度を確保し得る燃料電池用金属セパレータの製造方法および製造装置を、提供する。
【解決手段】
燃料電池用セパレータの外面形状に対応する凹凸部が形成された成形ロールセット２２２，２３２の間に、燃料電池用セパレータの金属素板２０２を通し、金属素板２０２に形成されているガイド穴２０３を利用して、金属素板２０２を位置決めしながら、成形ロールセット２２２，２３２の凹凸部によって、金属素板２０２に連続的に幅方向の成形加工を施し、前記外面形状を形成する。
【解決手段】
燃料電池用セパレータの外面形状に対応する凹凸部が形成された成形ロールセット２２２，２３２の間に、燃料電池用セパレータの金属素板２０２を通し、金属素板２０２に形成されているガイド穴２０３を利用して、金属素板２０２を位置決めしながら、成形ロールセット２２２，２３２の凹凸部によって、金属素板２０２に連続的に幅方向の成形加工を施し、前記外面形状を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用金属セパレータの製造方法および製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料ガスと酸化剤ガスとを分離するためのセパレータを有する。金属材料は、厚さが薄くても優れた強度が得られるため、ロール成形によって外面形状に対応する凹凸部を成形し、セパレータに適用することが試みられている（例えば、特許文献１および２参照。）。
【特許文献１】特開２００２−１９０３０５号公報
【特許文献２】特開２００６−７５９００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、ロール成形は、プレス成形に比較し、良好な生産性を有するが、送り精度が十分でないため、製品精度を確保することが困難である問題を有する。
【０００４】
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、良好な生産性および製品精度を確保し得る燃料電池用金属セパレータの製造方法および製造装置を、提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するための本発明の一様相は、燃料電池用セパレータの製造方法であって、燃料電池用セパレータの外面形状に対応する凹凸部が形成された成形ロールセットの間に、前記燃料電池用セパレータの金属素板を通し、前記成形ロールセットの前記凹凸部によって、前記金属素板に連続的に幅方向の成形加工を施し、前記外面形状を形成する。そして、この際、前記金属素板に形成されているガイド穴を利用して、前記金属素板を位置決めする。
【０００６】
上記目的を達成するための本発明の別の一様相は、燃料電池用セパレータの製造装置であって、燃料電池用セパレータの外面形状に対応する凹凸部が形成された成形ロールセットを有する成形手段と、前記燃料電池用セパレータの金属素板に形成されているガイド穴を利用して、前記金属素板を位置決めするための位置決め手段とを有する。そして、前記成形ロールセットの間に前記金属素板を通す際、前記位置決め手段によって前記金属素板を位置決めしながら、前記成形ロールセットの前記凹凸部によって、前記金属素板に連続的に幅方向の成形加工を施し、前記外面形状を形成する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一様相によれば、燃料電池用セパレータの製造にロール成形が適用されるため、良好な生産性を得ることができ、かつ、ガイド穴を利用して金属素板が位置決めされるため、十分な送り精度を得ることで、製品精度を確保することが可能である。つまり、良好な生産性および製品精度を確保し得る燃料電池用金属セパレータの製造方法を、提供することができる。
【０００８】
本発明の別の一様相によれば、成形手段は、成形ロールセットを有し、ロール成形が適用されているため、良好な生産性を得ることができる。また、燃料電池用セパレータの金属素板に形成されているガイド穴を利用して、金属素板を位置決めするための位置決め手段を有するため、十分な送り精度を得ることで、製品精度を確保することが可能である。つまり、良好な生産性および製品精度を確保し得る燃料電池用金属セパレータの製造装置を、提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る燃料電池を説明するための斜視図である。
【００１０】
燃料電池１０は、複数のセルが積層されたスタック部２０を有しており、電源として利用される。電源の用途は、例えば、定置用、携帯電話などの民生用携帯機器用、非常用、レジャーや工事用電源などの屋外用、搭載スペースが限定される自動車などの移動体用である。特に、移動体用電源は、比較的長時間の運転停止後に高い出力電圧が要求されるため、適用が好ましい。
【００１１】
スタック部２０の両側には、集電板３０，４０、絶縁板５０，６０およびエンドプレート７０，８０が配置される。集電板３０，４０は、緻密質カーボンや銅板などガス不透過な導電性部材から形成され、また、スタック部２０で生じた起電力を出力するための出力端子３５，４５が設けられている。絶縁板５０，６０は、ゴムや樹脂等の絶縁性部材から形成される。
【００１２】
エンドプレート７０，８０は、剛性を備えた材料、例えば鋼などの金属材料から形成される。エンドプレート７０は、燃料ガス（例えば、水素）、酸化剤ガス（例えば、酸素）および冷媒（例えば、冷却水）を流通させるために、燃料ガス導入口７１、燃料ガス排出口７２、酸化剤ガス導入口７４、酸化剤ガス排出口７５、冷媒導入口７７、および冷媒排出口７８を有する。
【００１３】
スタック部２０、集電板３０，４０、絶縁板５０，６０およびエンドプレート７０，８０の四隅には、タイロッド９０が挿通される貫通孔が配置される。タイロッド９０は、その端部に形成される雄ねじ部に、ナットが螺合され、燃料電池１０を締結する。スタック形成のための荷重は、セルの積層方向に作用し、セルを押し圧状態に保持する。
【００１４】
タイロッド９０は、剛性を備えた材料、例えば、鋼などの金属材料から形成され、また、セル同士の電気的短絡を防止するため、絶縁処理された表面部を有する。タイロッド９０の設置本数は、４本（四隅）に限定されない。タイロッド９０の締結機構は、螺合に限定されず、他の手段を適用することも可能である。また、燃料電池１０の締結機構は、内部を延長するタイロッド９０を利用する形態に限定されず、外部を延長するテンションロッドを利用することも可能である。
【００１５】
図２は、図１に示されるスタック部を説明するための断面図、図３は、図２に示される電極集成体を説明するための平面図、図４は、図２に示されるアノード用のセパレータを説明するための平面図、図５は、図２に示されるカソード用のセパレータを説明するための平面図である。
【００１６】
スタック部２０は、セルを形成する電極集成体１００、セパレータ１５０，１７０が、順次積重ねられて構成される。なお、電極集成体１００、セパレータ１５０およびセパレータ１７０の間における外周縁部には、シール材（不図示）が配置される。
【００１７】
電極集成体１００は、膜電極接合体１１０およびガス拡散層１２０，１３０が一体化された略矩形のユニット組立体（アセンブリ）であり、セパレータ１５０，１７０と略同一形状である。電極集成体１００は、マニホールド部１４１，１４２，１４４，１４５，１４７，１４８を有する。マニホールド部１４１，１４２、マニホールド部１４４，１４５およびマニホールド部１４７，１４８は、燃料ガス用、酸化剤ガス用および冷媒用に適用される。
【００１８】
膜電極接合体１１０は、電解質膜と、電解質膜を挟んで配置されるカソード触媒層およびアノード触媒層とを有する。
【００１９】
電解質膜は、固体高分子材料、例えば、フッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を呈する。カソード触媒層は、電解質膜の一方の面に配置され、ガス拡散層１２０に隣接している。アノード触媒層は、電解質膜の他方の面に配置され、ガス拡散層１３０に隣接している。
【００２０】
カソード触媒層およびアノード触媒層は、導電性担体に触媒成分が担持されてなる電極触媒と、高分子電解質とを含んでいる。電極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。
【００２１】
カソード触媒層に適用される触媒成分は、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。アノード触媒層に適用される触媒成分は、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。
【００２２】
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、適宜選択することが可能である。
【００２３】
電極触媒の高分子電解質は、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。
【００２４】
ガス拡散層１２０，１３０は、充分なガス拡散性および導電性を有する部材、例えば、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスや、カーボンペーパ、あるいはカーボンフェルトから形成される。
【００２５】
次に、セパレータ１５０，１７０を説明する。
【００２６】
セパレータ１５０，１７０は、略矩形のステンレス鋼鈑（例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ）からなり、互いに溶接された状態で、ガス拡散層１２０，１３０の外面に配置される。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。セパレータ１５０，１７０の素材として、ステンレス鋼鈑以外の金属材料、例えば、アルミニウム板や、クラッド材を適用することも可能である。
【００２７】
セパレータ１５０は、別のセルのセパレータ１７０に隣接しており、マニホールド部１６１，１６２，１６４，１６５，１６７，１６８および凹凸部１６９を有し、ガス拡散層１２０に相対して配置される。マニホールド部１６１，１６２、マニホールド部１６４，１６５およびマニホールド部１６７，１６８は、燃料ガス用、酸化剤ガス用および冷媒用に適用される。
【００２８】
ガス拡散層１２０に相対する凹凸部１６９の内面と、ガス拡散層１２０の表面により形成される空間Ｓ１は、酸化剤ガスを流通させるための流路を構成し、マニホールド部１６４，１６５を経由し、エンドプレート７０に配置される酸化剤ガス導入口７４および酸化剤ガス排出口７５に、接続されている。つまり、凹凸部１６９の内面は、酸化剤ガスを流通させるための流路溝を構成する。
【００２９】
セパレータ１７０は、基本形状に関してはセパレータ１５０と略同一であり、かつ、別のセルのセパレータ１５０に隣接しており、マニホールド部１８１，１８２，１８４，１８５，１８７，１８８、および凹凸部１８９を有し、ガス拡散層１３０に相対して配置される。マニホールド部１８１，１８２、マニホールド部１８４，１８５およびマニホールド部１８７，１８８は、燃料ガス用、酸化剤ガス用および冷媒用に適用される。
【００３０】
ガス拡散層１３０に相対する凹凸部１８９の内面と、ガス拡散層１３０の表面により形成される空間Ｓ２は、燃料ガスを流通させるための流路を構成し、マニホールド部１８１，１８２を経由し、エンドプレート７０に配置される燃料ガス導入口７１および燃料ガス排出口７２に、接続されている。つまり、凹凸部１６９の内面は、燃料ガスを流通させるための流路溝を構成する。
【００３１】
凹凸部１８９の外面と、隣接する別のセルのセパレータ１５０の外面により形成される空間Ｓ３は、冷媒を流通させるための流路を構成し、マニホールド部１８７，１８８を経由し、エンドプレート７０に配置される冷媒導入口７７および冷媒排出口７８に、接続されている。つまり、凹凸部１６９の外面は、冷媒を流通させるための流路溝を構成する。
【００３２】
なお、凹凸部１６９，１８９の形状および配置は、ガスの拡散性、圧力損失、生成水の排出性、冷却性能等を考慮し、適宜設定される。また、符号１５２，１７２は、電圧を検出するために使用されるモニタータブであり、電圧の検出は、燃料電池１０（単セル）の充放電管理のために行われる。
【００３３】
図６は、本発明の実施の形態に係るセパレータの製造装置および製造方法を説明するための全体概略図、図７は、図６に示されるコイル材を説明するための平面図で、図８は、図６に示される成形装置を説明するための斜視図、図９は、図８に示される成形加工後のコイル材を説明するための平面図、図１０は、図６に示される矯正装置を説明するための斜視図、図１１は、図５に示されるシーム溶接機を説明するための斜視図である。
【００３４】
本実施の形態に係るセパレータの製造装置は、カソード用ライン、アノード用ライン、シーム溶接機（溶接手段）４００およびさい断機（切断手段）５００を有する。
【００３５】
カソード用ラインは、セパレータ１５０用であり、フィーダ（投入手段）２１０、成形装置（成形手段）２２０、および矯正装置（矯正手段）２６０を有する。
【００３６】
フィーダ２１０は、例えば、セパレータ１５０を構成することとなるコイル材（金属素板）２０５を保持して、コイル外周から巻きほぐすアンコイラおよび複数の上下ロール間にコイル材を通して、巻き癖をとり平坦にするレベラが組み込まれており、図６に示されるように、コイル材２０２を、成形装置２２０に投入するために使用される。
【００３７】
コイル材（金属素板）２０２は、図７に示されるように、ガイド（パイロット）穴２０３を有する。ガイド穴２０３は、コイル材２０２の投入方向に平行であるコイル材２０２の側方の両端部に、一定の間隔で複数形成されている。ガイド穴２０３は、予めコイル材２０２に形成する形態に限定されない。例えば、成形装置２２０に投入する直前において、巻きほぐされたコイル材２０２に、ガイド穴２０３を連続的に形成することも可能である。
【００３８】
成形装置２２０は、図８に示されるように、１組の成形ロール（成形ロールセット）２２２，２３２、支持構造部２２５および軸支部２２６，２３６を有する。
【００３９】
成形ロール２２２，２３２は、軸支部２２６，２３６によって回転自在に支持され、一定のクリアランスを有するように、支持構造部２２５に配置されている。支持構造部２２５には、例えば、減速機構およびモータを備える駆動機構が配置されており、当該駆動機構は、フィーダ２１０からのコイル材２０２の投入速度と同期させ、成形ロール２２２，２３２を、同一速度で反対方向に回転させるために使用される。なお、成形ロール２２２，２３２を、別々のモータで駆動することも可能である。
【００４０】
成形ロール２２２は、セパレータ１５０の背面形状（外面形状の一方）に対応する凹凸部が形成された外周面２３３と、外周面２３３に配置される突起部（位置決め手段）２３４とを有する。成形ロール２３２は、セパレータ１５０の表面形状（外面形状の他方）に対応する凹凸部が形成された外周面２２３を有する。
【００４１】
突起部２３４は、コイル材２０２のガイド穴２０３と位置合わせされかつ嵌合自在であり、ガイド穴２０３が形成される間隔に対応する間隔で、複数配置されている。突起部２３４は、ガイド穴２０３と嵌合することで、コイル材２０２を位置決めするために使用される。
【００４２】
したがって、成形装置２２０は、成形ロール２２２，２３２の間にコイル材２０２を通す際、コイル材２０２を位置決めしながら、成形ロール２２２，２３２の凹凸部によって、コイル材２０２に連続的に幅方向の成形加工を施し、セパレータ１５０の表面形状を形成（転写）することが可能である（図９参照）。
【００４３】
矯正装置２６０は、１組の矯正ロール（矯正ロールセット）２６２，２７２、支持構造部２６５および軸支部２６６，２７６を有する（図５および図１０参照）。矯正ロール２６２，２７２は、軸支部２６６，２７６によって回転自在に支持され、一定のクリアランスを有するように、支持構造部２６５に配置されている。支持構造部２６５には、例えば、減速機構およびモータを備える駆動機構が配置されており、当該駆動機構は、成形装置２２０からのコイル材２０２の投入速度と同期させ、矯正ロール２６２，２７２を、同一速度で反対方向に回転させるために使用される。なお、矯正ロール２６２，２７２を、別々のモータで駆動することも可能である。
【００４４】
矯正ロール２６２，２７２の外周面２６３，２７３は、成形ロール２２２，２３２の外周面２２３，２３３と同様な形状が掘り込まれており、かつ、外周面２６３に配置される突起部２６４を有する。突起部２６４は、コイル材２０２のガイド穴２０３と位置合わせされかつ嵌合自在であり、ガイド穴２０３が形成される間隔に対応する間隔で、複数配置されている。突起部２６４は、ガイド穴２０３と嵌合することで、コイル材２０２を位置決めするために使用される。
【００４５】
セパレータ１５０の表面形状および背面形状は対称でなく、かつ、成形ロール２２２，２３２による成形加工は、基本的に張り出し成形（材料が引き伸ばされる成形）である。そのため、成形装置２２０を経由したコイル材２０２は、スプリングバックを起こし正規の形状から僅かに崩れた形状となり、上下いずれかに向かってソリが発生する。
【００４６】
したがって、成形装置２２０を経由したコイル材２０２における矯正の部位に対応する形状を、矯正ロール２６２，２７２に付与し、その間に、コイル材２０２を通すことによって、ソリを矯正している。なお、コイル材２０２は、矯正ロール２６２，２７２の間を通る際、ガイド穴２０３と突起部２６４の嵌合によって位置決めされる。
【００４７】
矯正装置２６０（矯正ロール２６２，２７２）は、成形装置２２０（成形ロール２２２，２３２）から独立しているため、自由度が高く、必要な部位（例えば、ソリが生じた部位）のみを、局所的に矯正することができる。なお、矯正ロール２６２，２７２をタンデムに複数組配置し、コイル材２０２の矯正を多段階で実施することも可能である。
【００４８】
また、矯正ロール２６２，２７２の外周面２６３，２７３は、セパレータ１５０の形状と一致させる形態（製品形状）に限定されず、例えば、矯正後のスプリングバックによってセパレータ１５０の形状となるような見込み形状を掘り込んだり、外周面２６３，２７３に凹凸部を形成せずに、滑らかな（無垢な）状態で適用したりすることもできる。また、矯正ロール２６２，２７２の一方を製品形状とし、他方を滑らかな形状とするなど、適宜組み合わせたり、外周面２６３，２７３を複数の領域に分割し、当該領域毎に、製品形状、見込み形状および滑らかな形状のいずれかを選択したりすることも可能である。
【００４９】
アノード用ラインは、セパレータ１７０用であり、コイル材（第２の金属素板）が配置されるフィーダ（第２の投入手段）３１０、成形装置（第２の成形手段）３２０、および矯正装置（第２の矯正手段）３６０を有する。アノード用ラインは、成形装置３２０の成形ロール３２２，３３２および矯正装置３６０の矯正ロール３６２，３７２の外周面に、セパレータ１７０の表面および背面形状（外面形状）に対応する凹凸部が形成されている点を除けば、カソード用ラインの構成を略一致しており、重複を避けるため、その説明を省略する。
【００５０】
シーム溶接機４００は、図２に示されるように、矯正装置２６０側に配置されるガイドロール４０２，４１２、支持構造部４０４，４１４および軸支部４０６，４１６を有する。ガイドロール４０２，４１２は、軸支部４０６，４１６によって回転自在に支持され、支持構造部４０４，４１４に配置されている。
【００５１】
ガイドロール４０２は、カソード用ラインを経由したコイル材２０２を電極ロール４２２，４３２の間に投入するために使用される案内部材である。ガイドロール４１２は、アノード用ラインを経由したコイル材３０２を、電極ロール４２２，４３２の間に投入するために使用される案内部材である。
【００５２】
また、シーム溶接機４００は、図１１に示されるように、電極ロール（電極ロールセット）４２２，４３２、支持構造部４６５および軸支部４６６，４７６をさらに有する。電極ロール４２２，４３２は、相対して配置され、軸支部４６６，４７６によって回転自在に支持され、加圧通電機構部（不図示）を介して、支持構造部４６５に配置されている。
【００５３】
支持構造部４６５には、電源回路と、例えば、減速機構およびモータを備える駆動機構とが配置されており、当該駆動機構は、ガイドロール４０２，４１２を経由した矯正装置２６０からのコイル材２０２の投入速度と同期させ、電極ロール４２２，４３２を、同一速度で反対方向に回転させるために使用される。なお、電極ロール４２２，４３２を、別々のモータで駆動することも可能である。
【００５４】
加圧通電機構部は、例えば、エアーシリンダおよびスプリングを組み合わせた押圧機構を有しており、電極ロール４２２，４３２の間に被溶接部材が通される際、被溶接部材に対して電極ロール４２２，４３２を押圧させた状態で、電源回路からの電流を、電極部４２４に供給するために使用される。
【００５５】
電極ロール４２２は、セパレータ１５０の溶接部位に対応する電極部４２４が形成された外周面４２３を有する。電極ロール４３２は、セパレータ１７０の溶接部位に対応する電極部４３４が形成された外周面４３３と、外周面４３３に配置される突起部（位置決め手段）４３４とを有する。
【００５６】
したがって、カソード用ラインからのコイル材２０２と、アノード用ラインからのコイル材３０２とが、ガイドロール４０２，４１２を経由して、電極ロール４２２，４３２の間に、重ねられて、通されると、電極ロール４２２，４３２によって連続的な抵抗溶接が施される。これにより、セパレータ１５０の外面形状に対応する凹凸部が形成されたコイル材２０２と、セパレータ１７０の外面形状に対応する凹凸部が形成されたコイル材３０２との溶接体が形成される。
【００５７】
なお、セパレータ１５０，１７０の間に形成される空間Ｓ３は、上記のように、冷媒を流通させるための流路溝を構成する。そのため、セパレータ１５０，１７０の溶接箇所は、冷媒用に適用されるマニホールド部１６７，１６８，１８７，１８８が除外される。
【００５８】
さい断機５００（図５参照）は、例えば、シャー方式によって、コイル材２０２，３０２の溶接体を、シーム溶接機４００からの投入と同期を取って、セパレータ１５０，１７０の溶接体の形状に連続的に切断するために使用される。ガイド穴２０３，３０３は、必要に応じ、残すことも可能である。
【００５９】
本製造装置においては、上記のように、成形装置が成形ロールを有しており、セパレータの製造にロール成形が適用されているため、良好な生産性を得ることができる。また、コイル材に形成されているガイド穴を利用して、コイル材を位置決めするための突起部を有するため、十分な送り精度を得ることで、製品精度を確保することが可能である。また、コイル材の位置決めを、単純な構造で達成することができ、好ましい。
【００６０】
また、本製造装置においては、カソード用ラインおよびアノード用ラインが合流し、シーム溶接機およびさい断機に順次連結されている。したがって、コイル材の投入、成形加工、矯正、溶接および切断を、一貫ラインによって実行することができるため、生産の同期化を図ることで、リードタイムおよび中間在庫を、削減することが可能である。
【００６１】
次に、本実施の形態に係るセパレータの製造方法を説明する。
【００６２】
本製造方法は、投入工程、成形工程、矯正工程、溶接工程および切断工程を有する。なお、カソード用ラインおよびアノード用ラインは、投入工程、成形工程および矯正工程に関しており、略同一の構成を有するため、アノード用ラインによって代表させて説明する。
【００６３】
投入工程においては、セパレータ１５０を構成することとなるコイル材２０２（図７参照）が、フィーダ２１０（図６参照）によって、コイル外周から巻きほぐされ、巻き癖がとられ、平坦とされた後で、成形装置２２０に所定の速度で投入される。
【００６４】
成形工程においては、コイル材２０２は、フィーダ２１０からの投入速度と同期され、成形装置２２０（図８参照）の成形ロール２２２，２３２の間に通される。この際、コイル材２０２のガイド穴２０３と成形ロール２２２の外周面２３３に配置される突起部２３４とが嵌合することで、コイル材２０２が位置決めされる。また、成形ロール２２２，２３２の凹凸部によって、コイル材２０２に連続的に幅方向の成形加工が施され、セパレータ１５０の表面形状が形成される。そして、コイル材２０２は、矯正装置２６０に向かう。
【００６５】
矯正工程においては、コイル材２０２は、成形装置２２０からの投入速度と同期され、矯正装置２６０（図１０参照）の矯正ロール２６２，２７２の間に通される。この際、コイル材２０２のガイド穴２０３と矯正ロール２６２の外周面２６３に配置される突起部２６４とが嵌合することで、コイル材２０２が位置決めされる。また、矯正ロール２６２，２７２の凹凸部によって、コイル材２０２に連続的に幅方向の矯正加工が施され、コイル材２０２のソリが矯正される。そして、コイル材２０２は、シーム溶接機４００に向かう。
【００６６】
なお、アノード用ラインにおいても、セパレータ１７０を構成することとなるコイル材３０２（図７参照）が、同様な加工処理を施される。
【００６７】
溶接工程においては、カソード用ラインからのコイル材２０２と、アノード用ラインからのコイル材３０２とが、ガイドロール４０２，４１２を経由し、同期を取られて重ねられ、シーム溶接機４００の電極ロール４２２，４３２の間に通される。なお、コイル材２０２は、セパレータ１５０の外面形状に対応する凹凸部が形成されており、コイル材３０２は、セパレータ１７０の外面形状に対応する凹凸部が形成されている。
【００６８】
電極ロール４２２，４３２の間に通される際、コイル材２０２，３０２のガイド穴２０３，３０３と電極ロール４２２の外周面４３３に配置される突起部４２５とが嵌合することで、重ねられたコイル材２０２，３０２が位置決めされる。
【００６９】
また、コイル材２０２，３０２に対して電極ロール４２２，４３２を押圧させた状態で、電極ロール４２２，４３２の電極部４２４，４３４に電流が供給される。これにより、電極部４２４，４３４は、コイル材２０２，３０２に対して、連続的に幅方向の抵抗溶接を施し、コイル材２０２，３０２の溶接体が形成され、その後、さい断機５００に投入される。
【００７０】
切断工程においては、コイル材２０２，３０２の溶接体は、シーム溶接機４００（電極ロール４２２，４３２）からの投入速度と同期され、さい断機５００（図５参照）によって、セパレータ１５０，１７０の溶接体の形状に連続的に切断される。
【００７１】
本製造方法においては、上記のように、成形加工（ロール成形）が適用されるため、良好な生産性を得ることができ、かつ、ガイド穴を利用してコイル材が位置決めされるため、十分な送り精度を得ることで、製品精度を確保することが可能である。また、コイル材の位置決めを、単純な構造からなる突起部によって達成することが可能である。
【００７２】
図１２は、本発明の実施の形態に係る変形例１を説明するための概略図である。
【００７３】
成形ロールは、１組に限定されず、タンデムに複数組配置することが可能である。例えば、図１２に示されるように、２組配置する場合、一段目の成形ロール２２２，２３２（３２２，３３２）による成形加工（ロール成形）および二段目の成形ロール２２２，２３２（３２２，３３２）による成形加工（ロール成形）が一体として、セパレータ１５０（１７０）の表面形状を形成（転写）するように、一段目および二段目の成形ロール２２２，２３２（）の外周面の形状は適宜設定される。
【００７４】
図１３および図１４は、本実施の形態に係る変形例２および変形例３を説明するための断面図である。
【００７５】
成形ロールは、同一のロール径を有する形態に限定されず、ロール径を異ならせることで、成形ロールに矯正機能を付与することも可能である。
【００７６】
例えば、成形装置２２０（３２０）を経由したコイル材２０２（３０３）が上方に向かってソリが発生する傾向を有する場合、上方（ソリが生じる方向）に位置する成形ロール２３２（３３２）のロール径を、下方に位置する成形ロール２２２（３２２）のロール径より（例えば２倍）大きくする（図１３参照）。これにより、上方に向かうソリの抑制ができる。
【００７７】
一方、コイル材２０２（３０２）が下に向かってソリが発生する傾向を有する場合、下方（ソリが生じる方向）に位置する成形ロール２２２（３２２）のロール径を、上方に位置する成形ロール２３２（３３２）のロール径より（例えば２倍）大きくする（図１４参照）。これにより、下方に向かうソリの抑制ができる。
【００７８】
図１５は、本発明の実施の形態に係る変形例４を説明するための断面図である。
【００７９】
矯正装置によるコイル材２０２（３０２）の矯正は、局所的に施すことも可能である。例えば、成形ロールによる成形加工によって形成された凹凸部の角部の形状が、丸みを帯びている場合、矯正ロールの外周面に配置される凹凸部２８０の角部の形状を、くっきりした輪郭を有するようにする。この場合、矯正が必要な部位に、局所的に力を加えることができるため、良好な矯正効果を有し、矯正効率に優れている。
【００８０】
図１６は、本発明の実施の形態に係る変形例５を説明するための概略図、図１７は、図１６に示されるコイル材を説明するための断面図である。
【００８１】
コイル材２０２（３０２）は、耐食性を向上させるため、母材（例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ）２０３に、金などの貴金属からなる被膜（導電性を有する耐食被膜）２０４を配置したものを適用することが可能である。
【００８２】
被膜２０５は、例えば、めっきによって形成されており、成形性に影響を及ぼさないように、その厚みは、極めて薄く（例えば、４０ｎｍ）設定されている。また、母材２０４と被膜２０５との密着性を向上させ、かつ、被膜２０５に存在する欠陥（例えば、ポーラス）を削減するため、被膜２０５の形成後のコイル材２０２に対して、軽圧延（例えば、約６パーセントの圧下率）が施される。
【００８３】
そのため、成形装置２２０（３２０）に投入される際、コイル材２０２（３０２）は、圧延による加工硬化が引き起こされているため、成形ロール２２２，２３２（３２２，３３２）による成形加工によって被膜２０５の割れ（クラック）を引き起こす虞がある。
【００８４】
そのため、変形例４においては、矯正装置２６０（３６０）の代わりに、成形装置２２０（３２０）を経由したコイル材２０２（３０２）を圧延するための圧延装置（圧延手段）６００が設けられている。圧延装置６００は、１組の圧延ロール（圧延ロールセット）６２２，６３２、支持構造部６２５および軸支部６２６，６３６を有する。
【００８５】
圧延ロール６２２，６３２は、軸支部６２６，６３６によって回転自在に支持され、一定のクリアランスを有するように、支持構造部６２５に配置されている。支持構造部６２５には、例えば、減速機構およびモータを備える駆動機構が配置されており、当該駆動機構は、成形装置２２０（３２０）からのコイル材２０２（３０２）の投入速度と同期させ、圧延ロール６２２，６３２を、同一速度で反対方向に回転させるために使用される。なお、圧延ロール６２２，６３２を、別々のモータで駆動することも可能である。
【００８６】
したがって、成形装置２２０（３２０）からのコイル材２０２（３０２）を圧延ロール６２２，６３２の間に通すことによって、成形ロール２２２，２３２（３２２，３３２）による成形加工によって引き起こされた欠陥（例えば、被膜２０５の割れ）を潰して消失させ、耐食性を向上させることが可能である。なお、矯正装置２６０（３６０）を省略せずに、圧延装置６００を矯正装置２６０（３６０）とシーム溶接機４００との間に配置することも可能である。また、矯正装置２６０（３６０）による矯正は圧延効果を有するため、圧延装置６００を兼用させることも可能である。
【００８７】
さらに、被膜２０５が配置されたコイル材２０２（３０２）は、軽圧延を施すことなく、成形装置２２０（３２０）に投入することも可能である。この場合、コイル材２０２（３０２）は、圧延による加工硬化が引き起こされていないため、成形ロール２２２，２３２による成形性に悪影響を及ぼさず、被膜２０５の割れが抑制され、耐食性の向上が維持される。また、母材２０４と被膜２０５との密着性は、成形ロール２２２，２３２による成形加工により向上するため、圧延をしないことによる密着性の低下は抑制される。
【００８８】
なお、図１６の場合と同様に、独立した圧延装置６００を設け、成形装置２２０（３２０）を経由したコイル材２０２（３０２）を圧延ロール６２２，６３２によって圧延することで、母材２０４と被膜２０５との密着性を向上させることも可能である。
【００８９】
本変形例５においては、上記のように、コイル材が貴金属被膜（貴金属からなる被膜）を有しており、圧延による加工硬化が引き起こされていない場合、成形ロールによる成形性に悪影響を及ぼさず、貴金属被膜の割れが抑制される。また、コイル材と貴金属被膜との密着性は、成形ロールによる成形加工により向上するため、圧延をしないことによる密着性の低下は抑制される。したがって、耐食性を向上させることができる。
【００９０】
一方、圧延によって密着性を向上させた場合、コイル材は、圧延による加工硬化が引き起こされているため、成形ロールによる成形加工を施す際に、貴金属被膜の割れを引き起こす。しかし、その後、圧延ロールによる圧延を施すことで、割れを潰し、消失させることで、耐食性を向上させることができる。
【００９１】
以上のように、本実施の形態に係る製造装置においては、成形装置が成形ロールを有しており、セパレータの製造にロール成形が適用されているため、良好な生産性を得ることができる。また、コイル材に形成されているガイド穴を利用して、コイル材を位置決めするための突起部を有するため、十分な送り精度を得ることで、製品精度を確保することが可能である。したがって、良好な生産性および製品精度を確保し得る燃料電池用金属セパレータの製造装置を、提供することができる。
【００９２】
本実施の形態に係る製造方法においては、成形加工（ロール成形）が適用されるため、良好な生産性を得ることができ、かつ、ガイド穴を利用してコイル材が位置決めされるため、十分な送り精度を得ることで、製品精度を確保することが可能である。また、コイル材の位置決めを、単純な構造からなる突起部によって達成することが可能である。したがって、良好な生産性および製品精度を確保し得る燃料電池用金属セパレータの製造方法を、提供することができる。
【００９３】
また、コイル材の位置決めを、単純な構造からなる突起部によって達成することが可能である。
【００９４】
成形ロールは、成形ロールによる成形加工によってコイル材にソリが生じる場合、当該方向に位置する成形ロールの一方のロール径を、成形ロールの他方のロール径より大きくすることで、成形ロールに矯正機能を付与し、ソリの発生を抑制することができる。
【００９５】
矯正ロールは、成形ロールから独立しているため、自由度が高い。また、矯正が必要な部位（例えば、ソリが生じた部位）に、局所的に力を加えることで、良好な矯正効果を発揮させ、良好な矯正効率を得ることが可能である。
【００９６】
また、貴金属被膜（貴金属からなる被膜）を有し、かつ、圧延による加工硬化が引き起こされていないコイル材を適用する場合、成形ロールによる成形性に悪影響を及ぼさず、貴金属被膜の割れを抑制することができる。コイル材と貴金属被膜との密着性は、成形ロールによる成形加工により向上するため、圧延をしないことによる密着性の低下は抑制される。したがって、耐食性を向上させることができる。
【００９７】
圧延によってさらに密着性を向上させたコイル材を適用する場合、当該コイル材は、圧延による加工硬化が引き起こされているため、成形ロールによる成形加工を施す際に、貴金属被膜の割れを引き起こす虞がある。しかし、その後、圧延ロールによる圧延を施すことで、割れを潰し、消失させることで、耐食性を向上させることができる。
【００９８】
また、本実施の形態においては、カソード用ラインおよびアノード用ラインが合流し、シーム溶接機およびさい断機に順次連結されている。したがって、コイル材の投入、成形加工、矯正、溶接および切断を、一貫ラインによって実行することができるため、生産の同期化を図ることで、リードタイムおよび中間在庫を、削減することが可能である。
【００９９】
なお、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、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。例えば、燃料電池は、固体高分子型に限定されず、アルカリ型燃料電池、リン酸型燃料電池に代表される酸型電解質の燃料電池、ダイレクトメタノール燃料電池、マイクロ燃料電池に、適用可能である。また、セパレータを構成することとなる金属素板は、コイル材に限定されず、切り板材を適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料電池を説明するための斜視図である。
【図２】図１に示されるスタック部を説明するための断面図である。
【図３】図２に示される電極集成体を説明するための平面図である。
【図４】図２に示されるアノード用のセパレータを説明するための平面図である。
【図５】図２に示されるカソード用のセパレータを説明するための平面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るセパレータの製造装置および製造方法を説明するための全体概略図である。
【図７】図６に示されるコイル材を説明するための平面図である。
【図８】図６に示される成形装置を説明するための斜視図である。
【図９】図８に示される成形加工後のコイル材を説明するための平面図である。
【図１０】図６に示される矯正装置を説明するための斜視図である。
【図１１】図５に示されるシーム溶接機を説明するための斜視図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る変形例１を説明するための概略図である。
【図１３】本発明の実施の形態に係る変形例２を説明するための断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態に係る変形例３を説明するための断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態に係る変形例４を説明するための断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態に係る変形例５を説明するための概略図である。
【図１７】図１６に示されるコイル材を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１０ 燃料電池、
２０ スタック部、
３０，４０ 集電板、
３５，４５ 出力端子、
５０，６０ 絶縁板、
７０，８０ エンドプレート、
７１ 燃料ガス導入口、
７２ 燃料ガス排出口、
７４ 酸化剤ガス導入口、
７５ 酸化剤ガス排出口、
７７ 冷媒導入口、
７８ 冷媒排出口、
９０ タイロッド、
１００ 電極集成体、
１１０ 膜電極接合体、
１２０，１３０ ガス拡散層、
１４１，１４２，１４４，１４５，１４７，１４８ マニホールド部、
１５０ セパレータ、
１５２ モニタータブ、
１６１，１６２，１６４，１６５，１６７，１６８ マニホールド部、
１６９ 凹凸部、
１７０ セパレータ、
１７２ モニタータブ、
１８１，１８２，１８４，１８５，１８７，１８８ マニホールド部、
１８９ 凹凸部、
２０２ コイル材（金属素板）、
２０３ ガイド穴、
２０４ 母材、
２０５ 被膜、
２１０ フィーダ、
２２０ 成形装置（成形手段）、
２２２，２３２ 成形ロール（成形ロールセット）、
２２３，２３３ 外周面、
２２５ 支持構造部、
２２６，２３６ 軸支部、
２３４ 突起部（位置決め手段）、
２６０ 矯正装置（矯正手段）、
２６２，２７２ 矯正ロール（矯正ロールセット）、
２６３，２７３ 外周面、
２６４ 突起部（位置決め手段）、
２６５ 支持構造部、
２６６，２７６ 軸支部、
２８０ 凹凸部
３０２ コイル材（第２の金属素板）、
３０３ ガイド穴、
３１０ フィーダ（第２の投入手段）、
３２０ 成形装置（第２の成形手段）、
３２２，３３２ 成形ロール（成形ロールセット）、
３６０ 矯正装置（第２の矯正手段）、
３６２，３７２ 矯正ロール（矯正ロールセット）、
４００ シーム溶接機（溶接手段）、
４０２，４１２ ガイドロール、
４０４，４１４ 支持構造部、
４０６，４１６ 軸支部、
４２２，４３２ 電極ロール（電極ロールセット）、
４２３，４３３ 外周面、
４２４，４３４ 電極部、
４２５ 突起部（位置決め手段）、
４６５ 支持構造部、
４６６，４７６ 軸支部、
５００ さい断機、
６００ 圧延装置（圧延手段）、
６２２，６３２ 圧延ロール（圧延ロールセット）、
６２５ 支持構造部、
６２６，６３６ 軸支部、
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ 空間。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用金属セパレータの製造方法および製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料ガスと酸化剤ガスとを分離するためのセパレータを有する。金属材料は、厚さが薄くても優れた強度が得られるため、ロール成形によって外面形状に対応する凹凸部を成形し、セパレータに適用することが試みられている（例えば、特許文献１および２参照。）。
【特許文献１】特開２００２−１９０３０５号公報
【特許文献２】特開２００６−７５９００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、ロール成形は、プレス成形に比較し、良好な生産性を有するが、送り精度が十分でないため、製品精度を確保することが困難である問題を有する。
【０００４】
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、良好な生産性および製品精度を確保し得る燃料電池用金属セパレータの製造方法および製造装置を、提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するための本発明の一様相は、燃料電池用セパレータの製造方法であって、燃料電池用セパレータの外面形状に対応する凹凸部が形成された成形ロールセットの間に、前記燃料電池用セパレータの金属素板を通し、前記成形ロールセットの前記凹凸部によって、前記金属素板に連続的に幅方向の成形加工を施し、前記外面形状を形成する。そして、この際、前記金属素板に形成されているガイド穴を利用して、前記金属素板を位置決めする。
【０００６】
上記目的を達成するための本発明の別の一様相は、燃料電池用セパレータの製造装置であって、燃料電池用セパレータの外面形状に対応する凹凸部が形成された成形ロールセットを有する成形手段と、前記燃料電池用セパレータの金属素板に形成されているガイド穴を利用して、前記金属素板を位置決めするための位置決め手段とを有する。そして、前記成形ロールセットの間に前記金属素板を通す際、前記位置決め手段によって前記金属素板を位置決めしながら、前記成形ロールセットの前記凹凸部によって、前記金属素板に連続的に幅方向の成形加工を施し、前記外面形状を形成する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一様相によれば、燃料電池用セパレータの製造にロール成形が適用されるため、良好な生産性を得ることができ、かつ、ガイド穴を利用して金属素板が位置決めされるため、十分な送り精度を得ることで、製品精度を確保することが可能である。つまり、良好な生産性および製品精度を確保し得る燃料電池用金属セパレータの製造方法を、提供することができる。
【０００８】
本発明の別の一様相によれば、成形手段は、成形ロールセットを有し、ロール成形が適用されているため、良好な生産性を得ることができる。また、燃料電池用セパレータの金属素板に形成されているガイド穴を利用して、金属素板を位置決めするための位置決め手段を有するため、十分な送り精度を得ることで、製品精度を確保することが可能である。つまり、良好な生産性および製品精度を確保し得る燃料電池用金属セパレータの製造装置を、提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る燃料電池を説明するための斜視図である。
【００１０】
燃料電池１０は、複数のセルが積層されたスタック部２０を有しており、電源として利用される。電源の用途は、例えば、定置用、携帯電話などの民生用携帯機器用、非常用、レジャーや工事用電源などの屋外用、搭載スペースが限定される自動車などの移動体用である。特に、移動体用電源は、比較的長時間の運転停止後に高い出力電圧が要求されるため、適用が好ましい。
【００１１】
スタック部２０の両側には、集電板３０，４０、絶縁板５０，６０およびエンドプレート７０，８０が配置される。集電板３０，４０は、緻密質カーボンや銅板などガス不透過な導電性部材から形成され、また、スタック部２０で生じた起電力を出力するための出力端子３５，４５が設けられている。絶縁板５０，６０は、ゴムや樹脂等の絶縁性部材から形成される。
【００１２】
エンドプレート７０，８０は、剛性を備えた材料、例えば鋼などの金属材料から形成される。エンドプレート７０は、燃料ガス（例えば、水素）、酸化剤ガス（例えば、酸素）および冷媒（例えば、冷却水）を流通させるために、燃料ガス導入口７１、燃料ガス排出口７２、酸化剤ガス導入口７４、酸化剤ガス排出口７５、冷媒導入口７７、および冷媒排出口７８を有する。
【００１３】
スタック部２０、集電板３０，４０、絶縁板５０，６０およびエンドプレート７０，８０の四隅には、タイロッド９０が挿通される貫通孔が配置される。タイロッド９０は、その端部に形成される雄ねじ部に、ナットが螺合され、燃料電池１０を締結する。スタック形成のための荷重は、セルの積層方向に作用し、セルを押し圧状態に保持する。
【００１４】
タイロッド９０は、剛性を備えた材料、例えば、鋼などの金属材料から形成され、また、セル同士の電気的短絡を防止するため、絶縁処理された表面部を有する。タイロッド９０の設置本数は、４本（四隅）に限定されない。タイロッド９０の締結機構は、螺合に限定されず、他の手段を適用することも可能である。また、燃料電池１０の締結機構は、内部を延長するタイロッド９０を利用する形態に限定されず、外部を延長するテンションロッドを利用することも可能である。
【００１５】
図２は、図１に示されるスタック部を説明するための断面図、図３は、図２に示される電極集成体を説明するための平面図、図４は、図２に示されるアノード用のセパレータを説明するための平面図、図５は、図２に示されるカソード用のセパレータを説明するための平面図である。
【００１６】
スタック部２０は、セルを形成する電極集成体１００、セパレータ１５０，１７０が、順次積重ねられて構成される。なお、電極集成体１００、セパレータ１５０およびセパレータ１７０の間における外周縁部には、シール材（不図示）が配置される。
【００１７】
電極集成体１００は、膜電極接合体１１０およびガス拡散層１２０，１３０が一体化された略矩形のユニット組立体（アセンブリ）であり、セパレータ１５０，１７０と略同一形状である。電極集成体１００は、マニホールド部１４１，１４２，１４４，１４５，１４７，１４８を有する。マニホールド部１４１，１４２、マニホールド部１４４，１４５およびマニホールド部１４７，１４８は、燃料ガス用、酸化剤ガス用および冷媒用に適用される。
【００１８】
膜電極接合体１１０は、電解質膜と、電解質膜を挟んで配置されるカソード触媒層およびアノード触媒層とを有する。
【００１９】
電解質膜は、固体高分子材料、例えば、フッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を呈する。カソード触媒層は、電解質膜の一方の面に配置され、ガス拡散層１２０に隣接している。アノード触媒層は、電解質膜の他方の面に配置され、ガス拡散層１３０に隣接している。
【００２０】
カソード触媒層およびアノード触媒層は、導電性担体に触媒成分が担持されてなる電極触媒と、高分子電解質とを含んでいる。電極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。
【００２１】
カソード触媒層に適用される触媒成分は、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。アノード触媒層に適用される触媒成分は、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。
【００２２】
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、適宜選択することが可能である。
【００２３】
電極触媒の高分子電解質は、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。
【００２４】
ガス拡散層１２０，１３０は、充分なガス拡散性および導電性を有する部材、例えば、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスや、カーボンペーパ、あるいはカーボンフェルトから形成される。
【００２５】
次に、セパレータ１５０，１７０を説明する。
【００２６】
セパレータ１５０，１７０は、略矩形のステンレス鋼鈑（例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ）からなり、互いに溶接された状態で、ガス拡散層１２０，１３０の外面に配置される。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。セパレータ１５０，１７０の素材として、ステンレス鋼鈑以外の金属材料、例えば、アルミニウム板や、クラッド材を適用することも可能である。
【００２７】
セパレータ１５０は、別のセルのセパレータ１７０に隣接しており、マニホールド部１６１，１６２，１６４，１６５，１６７，１６８および凹凸部１６９を有し、ガス拡散層１２０に相対して配置される。マニホールド部１６１，１６２、マニホールド部１６４，１６５およびマニホールド部１６７，１６８は、燃料ガス用、酸化剤ガス用および冷媒用に適用される。
【００２８】
ガス拡散層１２０に相対する凹凸部１６９の内面と、ガス拡散層１２０の表面により形成される空間Ｓ１は、酸化剤ガスを流通させるための流路を構成し、マニホールド部１６４，１６５を経由し、エンドプレート７０に配置される酸化剤ガス導入口７４および酸化剤ガス排出口７５に、接続されている。つまり、凹凸部１６９の内面は、酸化剤ガスを流通させるための流路溝を構成する。
【００２９】
セパレータ１７０は、基本形状に関してはセパレータ１５０と略同一であり、かつ、別のセルのセパレータ１５０に隣接しており、マニホールド部１８１，１８２，１８４，１８５，１８７，１８８、および凹凸部１８９を有し、ガス拡散層１３０に相対して配置される。マニホールド部１８１，１８２、マニホールド部１８４，１８５およびマニホールド部１８７，１８８は、燃料ガス用、酸化剤ガス用および冷媒用に適用される。
【００３０】
ガス拡散層１３０に相対する凹凸部１８９の内面と、ガス拡散層１３０の表面により形成される空間Ｓ２は、燃料ガスを流通させるための流路を構成し、マニホールド部１８１，１８２を経由し、エンドプレート７０に配置される燃料ガス導入口７１および燃料ガス排出口７２に、接続されている。つまり、凹凸部１６９の内面は、燃料ガスを流通させるための流路溝を構成する。
【００３１】
凹凸部１８９の外面と、隣接する別のセルのセパレータ１５０の外面により形成される空間Ｓ３は、冷媒を流通させるための流路を構成し、マニホールド部１８７，１８８を経由し、エンドプレート７０に配置される冷媒導入口７７および冷媒排出口７８に、接続されている。つまり、凹凸部１６９の外面は、冷媒を流通させるための流路溝を構成する。
【００３２】
なお、凹凸部１６９，１８９の形状および配置は、ガスの拡散性、圧力損失、生成水の排出性、冷却性能等を考慮し、適宜設定される。また、符号１５２，１７２は、電圧を検出するために使用されるモニタータブであり、電圧の検出は、燃料電池１０（単セル）の充放電管理のために行われる。
【００３３】
図６は、本発明の実施の形態に係るセパレータの製造装置および製造方法を説明するための全体概略図、図７は、図６に示されるコイル材を説明するための平面図で、図８は、図６に示される成形装置を説明するための斜視図、図９は、図８に示される成形加工後のコイル材を説明するための平面図、図１０は、図６に示される矯正装置を説明するための斜視図、図１１は、図５に示されるシーム溶接機を説明するための斜視図である。
【００３４】
本実施の形態に係るセパレータの製造装置は、カソード用ライン、アノード用ライン、シーム溶接機（溶接手段）４００およびさい断機（切断手段）５００を有する。
【００３５】
カソード用ラインは、セパレータ１５０用であり、フィーダ（投入手段）２１０、成形装置（成形手段）２２０、および矯正装置（矯正手段）２６０を有する。
【００３６】
フィーダ２１０は、例えば、セパレータ１５０を構成することとなるコイル材（金属素板）２０５を保持して、コイル外周から巻きほぐすアンコイラおよび複数の上下ロール間にコイル材を通して、巻き癖をとり平坦にするレベラが組み込まれており、図６に示されるように、コイル材２０２を、成形装置２２０に投入するために使用される。
【００３７】
コイル材（金属素板）２０２は、図７に示されるように、ガイド（パイロット）穴２０３を有する。ガイド穴２０３は、コイル材２０２の投入方向に平行であるコイル材２０２の側方の両端部に、一定の間隔で複数形成されている。ガイド穴２０３は、予めコイル材２０２に形成する形態に限定されない。例えば、成形装置２２０に投入する直前において、巻きほぐされたコイル材２０２に、ガイド穴２０３を連続的に形成することも可能である。
【００３８】
成形装置２２０は、図８に示されるように、１組の成形ロール（成形ロールセット）２２２，２３２、支持構造部２２５および軸支部２２６，２３６を有する。
【００３９】
成形ロール２２２，２３２は、軸支部２２６，２３６によって回転自在に支持され、一定のクリアランスを有するように、支持構造部２２５に配置されている。支持構造部２２５には、例えば、減速機構およびモータを備える駆動機構が配置されており、当該駆動機構は、フィーダ２１０からのコイル材２０２の投入速度と同期させ、成形ロール２２２，２３２を、同一速度で反対方向に回転させるために使用される。なお、成形ロール２２２，２３２を、別々のモータで駆動することも可能である。
【００４０】
成形ロール２２２は、セパレータ１５０の背面形状（外面形状の一方）に対応する凹凸部が形成された外周面２３３と、外周面２３３に配置される突起部（位置決め手段）２３４とを有する。成形ロール２３２は、セパレータ１５０の表面形状（外面形状の他方）に対応する凹凸部が形成された外周面２２３を有する。
【００４１】
突起部２３４は、コイル材２０２のガイド穴２０３と位置合わせされかつ嵌合自在であり、ガイド穴２０３が形成される間隔に対応する間隔で、複数配置されている。突起部２３４は、ガイド穴２０３と嵌合することで、コイル材２０２を位置決めするために使用される。
【００４２】
したがって、成形装置２２０は、成形ロール２２２，２３２の間にコイル材２０２を通す際、コイル材２０２を位置決めしながら、成形ロール２２２，２３２の凹凸部によって、コイル材２０２に連続的に幅方向の成形加工を施し、セパレータ１５０の表面形状を形成（転写）することが可能である（図９参照）。
【００４３】
矯正装置２６０は、１組の矯正ロール（矯正ロールセット）２６２，２７２、支持構造部２６５および軸支部２６６，２７６を有する（図５および図１０参照）。矯正ロール２６２，２７２は、軸支部２６６，２７６によって回転自在に支持され、一定のクリアランスを有するように、支持構造部２６５に配置されている。支持構造部２６５には、例えば、減速機構およびモータを備える駆動機構が配置されており、当該駆動機構は、成形装置２２０からのコイル材２０２の投入速度と同期させ、矯正ロール２６２，２７２を、同一速度で反対方向に回転させるために使用される。なお、矯正ロール２６２，２７２を、別々のモータで駆動することも可能である。
【００４４】
矯正ロール２６２，２７２の外周面２６３，２７３は、成形ロール２２２，２３２の外周面２２３，２３３と同様な形状が掘り込まれており、かつ、外周面２６３に配置される突起部２６４を有する。突起部２６４は、コイル材２０２のガイド穴２０３と位置合わせされかつ嵌合自在であり、ガイド穴２０３が形成される間隔に対応する間隔で、複数配置されている。突起部２６４は、ガイド穴２０３と嵌合することで、コイル材２０２を位置決めするために使用される。
【００４５】
セパレータ１５０の表面形状および背面形状は対称でなく、かつ、成形ロール２２２，２３２による成形加工は、基本的に張り出し成形（材料が引き伸ばされる成形）である。そのため、成形装置２２０を経由したコイル材２０２は、スプリングバックを起こし正規の形状から僅かに崩れた形状となり、上下いずれかに向かってソリが発生する。
【００４６】
したがって、成形装置２２０を経由したコイル材２０２における矯正の部位に対応する形状を、矯正ロール２６２，２７２に付与し、その間に、コイル材２０２を通すことによって、ソリを矯正している。なお、コイル材２０２は、矯正ロール２６２，２７２の間を通る際、ガイド穴２０３と突起部２６４の嵌合によって位置決めされる。
【００４７】
矯正装置２６０（矯正ロール２６２，２７２）は、成形装置２２０（成形ロール２２２，２３２）から独立しているため、自由度が高く、必要な部位（例えば、ソリが生じた部位）のみを、局所的に矯正することができる。なお、矯正ロール２６２，２７２をタンデムに複数組配置し、コイル材２０２の矯正を多段階で実施することも可能である。
【００４８】
また、矯正ロール２６２，２７２の外周面２６３，２７３は、セパレータ１５０の形状と一致させる形態（製品形状）に限定されず、例えば、矯正後のスプリングバックによってセパレータ１５０の形状となるような見込み形状を掘り込んだり、外周面２６３，２７３に凹凸部を形成せずに、滑らかな（無垢な）状態で適用したりすることもできる。また、矯正ロール２６２，２７２の一方を製品形状とし、他方を滑らかな形状とするなど、適宜組み合わせたり、外周面２６３，２７３を複数の領域に分割し、当該領域毎に、製品形状、見込み形状および滑らかな形状のいずれかを選択したりすることも可能である。
【００４９】
アノード用ラインは、セパレータ１７０用であり、コイル材（第２の金属素板）が配置されるフィーダ（第２の投入手段）３１０、成形装置（第２の成形手段）３２０、および矯正装置（第２の矯正手段）３６０を有する。アノード用ラインは、成形装置３２０の成形ロール３２２，３３２および矯正装置３６０の矯正ロール３６２，３７２の外周面に、セパレータ１７０の表面および背面形状（外面形状）に対応する凹凸部が形成されている点を除けば、カソード用ラインの構成を略一致しており、重複を避けるため、その説明を省略する。
【００５０】
シーム溶接機４００は、図２に示されるように、矯正装置２６０側に配置されるガイドロール４０２，４１２、支持構造部４０４，４１４および軸支部４０６，４１６を有する。ガイドロール４０２，４１２は、軸支部４０６，４１６によって回転自在に支持され、支持構造部４０４，４１４に配置されている。
【００５１】
ガイドロール４０２は、カソード用ラインを経由したコイル材２０２を電極ロール４２２，４３２の間に投入するために使用される案内部材である。ガイドロール４１２は、アノード用ラインを経由したコイル材３０２を、電極ロール４２２，４３２の間に投入するために使用される案内部材である。
【００５２】
また、シーム溶接機４００は、図１１に示されるように、電極ロール（電極ロールセット）４２２，４３２、支持構造部４６５および軸支部４６６，４７６をさらに有する。電極ロール４２２，４３２は、相対して配置され、軸支部４６６，４７６によって回転自在に支持され、加圧通電機構部（不図示）を介して、支持構造部４６５に配置されている。
【００５３】
支持構造部４６５には、電源回路と、例えば、減速機構およびモータを備える駆動機構とが配置されており、当該駆動機構は、ガイドロール４０２，４１２を経由した矯正装置２６０からのコイル材２０２の投入速度と同期させ、電極ロール４２２，４３２を、同一速度で反対方向に回転させるために使用される。なお、電極ロール４２２，４３２を、別々のモータで駆動することも可能である。
【００５４】
加圧通電機構部は、例えば、エアーシリンダおよびスプリングを組み合わせた押圧機構を有しており、電極ロール４２２，４３２の間に被溶接部材が通される際、被溶接部材に対して電極ロール４２２，４３２を押圧させた状態で、電源回路からの電流を、電極部４２４に供給するために使用される。
【００５５】
電極ロール４２２は、セパレータ１５０の溶接部位に対応する電極部４２４が形成された外周面４２３を有する。電極ロール４３２は、セパレータ１７０の溶接部位に対応する電極部４３４が形成された外周面４３３と、外周面４３３に配置される突起部（位置決め手段）４３４とを有する。
【００５６】
したがって、カソード用ラインからのコイル材２０２と、アノード用ラインからのコイル材３０２とが、ガイドロール４０２，４１２を経由して、電極ロール４２２，４３２の間に、重ねられて、通されると、電極ロール４２２，４３２によって連続的な抵抗溶接が施される。これにより、セパレータ１５０の外面形状に対応する凹凸部が形成されたコイル材２０２と、セパレータ１７０の外面形状に対応する凹凸部が形成されたコイル材３０２との溶接体が形成される。
【００５７】
なお、セパレータ１５０，１７０の間に形成される空間Ｓ３は、上記のように、冷媒を流通させるための流路溝を構成する。そのため、セパレータ１５０，１７０の溶接箇所は、冷媒用に適用されるマニホールド部１６７，１６８，１８７，１８８が除外される。
【００５８】
さい断機５００（図５参照）は、例えば、シャー方式によって、コイル材２０２，３０２の溶接体を、シーム溶接機４００からの投入と同期を取って、セパレータ１５０，１７０の溶接体の形状に連続的に切断するために使用される。ガイド穴２０３，３０３は、必要に応じ、残すことも可能である。
【００５９】
本製造装置においては、上記のように、成形装置が成形ロールを有しており、セパレータの製造にロール成形が適用されているため、良好な生産性を得ることができる。また、コイル材に形成されているガイド穴を利用して、コイル材を位置決めするための突起部を有するため、十分な送り精度を得ることで、製品精度を確保することが可能である。また、コイル材の位置決めを、単純な構造で達成することができ、好ましい。
【００６０】
また、本製造装置においては、カソード用ラインおよびアノード用ラインが合流し、シーム溶接機およびさい断機に順次連結されている。したがって、コイル材の投入、成形加工、矯正、溶接および切断を、一貫ラインによって実行することができるため、生産の同期化を図ることで、リードタイムおよび中間在庫を、削減することが可能である。
【００６１】
次に、本実施の形態に係るセパレータの製造方法を説明する。
【００６２】
本製造方法は、投入工程、成形工程、矯正工程、溶接工程および切断工程を有する。なお、カソード用ラインおよびアノード用ラインは、投入工程、成形工程および矯正工程に関しており、略同一の構成を有するため、アノード用ラインによって代表させて説明する。
【００６３】
投入工程においては、セパレータ１５０を構成することとなるコイル材２０２（図７参照）が、フィーダ２１０（図６参照）によって、コイル外周から巻きほぐされ、巻き癖がとられ、平坦とされた後で、成形装置２２０に所定の速度で投入される。
【００６４】
成形工程においては、コイル材２０２は、フィーダ２１０からの投入速度と同期され、成形装置２２０（図８参照）の成形ロール２２２，２３２の間に通される。この際、コイル材２０２のガイド穴２０３と成形ロール２２２の外周面２３３に配置される突起部２３４とが嵌合することで、コイル材２０２が位置決めされる。また、成形ロール２２２，２３２の凹凸部によって、コイル材２０２に連続的に幅方向の成形加工が施され、セパレータ１５０の表面形状が形成される。そして、コイル材２０２は、矯正装置２６０に向かう。
【００６５】
矯正工程においては、コイル材２０２は、成形装置２２０からの投入速度と同期され、矯正装置２６０（図１０参照）の矯正ロール２６２，２７２の間に通される。この際、コイル材２０２のガイド穴２０３と矯正ロール２６２の外周面２６３に配置される突起部２６４とが嵌合することで、コイル材２０２が位置決めされる。また、矯正ロール２６２，２７２の凹凸部によって、コイル材２０２に連続的に幅方向の矯正加工が施され、コイル材２０２のソリが矯正される。そして、コイル材２０２は、シーム溶接機４００に向かう。
【００６６】
なお、アノード用ラインにおいても、セパレータ１７０を構成することとなるコイル材３０２（図７参照）が、同様な加工処理を施される。
【００６７】
溶接工程においては、カソード用ラインからのコイル材２０２と、アノード用ラインからのコイル材３０２とが、ガイドロール４０２，４１２を経由し、同期を取られて重ねられ、シーム溶接機４００の電極ロール４２２，４３２の間に通される。なお、コイル材２０２は、セパレータ１５０の外面形状に対応する凹凸部が形成されており、コイル材３０２は、セパレータ１７０の外面形状に対応する凹凸部が形成されている。
【００６８】
電極ロール４２２，４３２の間に通される際、コイル材２０２，３０２のガイド穴２０３，３０３と電極ロール４２２の外周面４３３に配置される突起部４２５とが嵌合することで、重ねられたコイル材２０２，３０２が位置決めされる。
【００６９】
また、コイル材２０２，３０２に対して電極ロール４２２，４３２を押圧させた状態で、電極ロール４２２，４３２の電極部４２４，４３４に電流が供給される。これにより、電極部４２４，４３４は、コイル材２０２，３０２に対して、連続的に幅方向の抵抗溶接を施し、コイル材２０２，３０２の溶接体が形成され、その後、さい断機５００に投入される。
【００７０】
切断工程においては、コイル材２０２，３０２の溶接体は、シーム溶接機４００（電極ロール４２２，４３２）からの投入速度と同期され、さい断機５００（図５参照）によって、セパレータ１５０，１７０の溶接体の形状に連続的に切断される。
【００７１】
本製造方法においては、上記のように、成形加工（ロール成形）が適用されるため、良好な生産性を得ることができ、かつ、ガイド穴を利用してコイル材が位置決めされるため、十分な送り精度を得ることで、製品精度を確保することが可能である。また、コイル材の位置決めを、単純な構造からなる突起部によって達成することが可能である。
【００７２】
図１２は、本発明の実施の形態に係る変形例１を説明するための概略図である。
【００７３】
成形ロールは、１組に限定されず、タンデムに複数組配置することが可能である。例えば、図１２に示されるように、２組配置する場合、一段目の成形ロール２２２，２３２（３２２，３３２）による成形加工（ロール成形）および二段目の成形ロール２２２，２３２（３２２，３３２）による成形加工（ロール成形）が一体として、セパレータ１５０（１７０）の表面形状を形成（転写）するように、一段目および二段目の成形ロール２２２，２３２（）の外周面の形状は適宜設定される。
【００７４】
図１３および図１４は、本実施の形態に係る変形例２および変形例３を説明するための断面図である。
【００７５】
成形ロールは、同一のロール径を有する形態に限定されず、ロール径を異ならせることで、成形ロールに矯正機能を付与することも可能である。
【００７６】
例えば、成形装置２２０（３２０）を経由したコイル材２０２（３０３）が上方に向かってソリが発生する傾向を有する場合、上方（ソリが生じる方向）に位置する成形ロール２３２（３３２）のロール径を、下方に位置する成形ロール２２２（３２２）のロール径より（例えば２倍）大きくする（図１３参照）。これにより、上方に向かうソリの抑制ができる。
【００７７】
一方、コイル材２０２（３０２）が下に向かってソリが発生する傾向を有する場合、下方（ソリが生じる方向）に位置する成形ロール２２２（３２２）のロール径を、上方に位置する成形ロール２３２（３３２）のロール径より（例えば２倍）大きくする（図１４参照）。これにより、下方に向かうソリの抑制ができる。
【００７８】
図１５は、本発明の実施の形態に係る変形例４を説明するための断面図である。
【００７９】
矯正装置によるコイル材２０２（３０２）の矯正は、局所的に施すことも可能である。例えば、成形ロールによる成形加工によって形成された凹凸部の角部の形状が、丸みを帯びている場合、矯正ロールの外周面に配置される凹凸部２８０の角部の形状を、くっきりした輪郭を有するようにする。この場合、矯正が必要な部位に、局所的に力を加えることができるため、良好な矯正効果を有し、矯正効率に優れている。
【００８０】
図１６は、本発明の実施の形態に係る変形例５を説明するための概略図、図１７は、図１６に示されるコイル材を説明するための断面図である。
【００８１】
コイル材２０２（３０２）は、耐食性を向上させるため、母材（例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ）２０３に、金などの貴金属からなる被膜（導電性を有する耐食被膜）２０４を配置したものを適用することが可能である。
【００８２】
被膜２０５は、例えば、めっきによって形成されており、成形性に影響を及ぼさないように、その厚みは、極めて薄く（例えば、４０ｎｍ）設定されている。また、母材２０４と被膜２０５との密着性を向上させ、かつ、被膜２０５に存在する欠陥（例えば、ポーラス）を削減するため、被膜２０５の形成後のコイル材２０２に対して、軽圧延（例えば、約６パーセントの圧下率）が施される。
【００８３】
そのため、成形装置２２０（３２０）に投入される際、コイル材２０２（３０２）は、圧延による加工硬化が引き起こされているため、成形ロール２２２，２３２（３２２，３３２）による成形加工によって被膜２０５の割れ（クラック）を引き起こす虞がある。
【００８４】
そのため、変形例４においては、矯正装置２６０（３６０）の代わりに、成形装置２２０（３２０）を経由したコイル材２０２（３０２）を圧延するための圧延装置（圧延手段）６００が設けられている。圧延装置６００は、１組の圧延ロール（圧延ロールセット）６２２，６３２、支持構造部６２５および軸支部６２６，６３６を有する。
【００８５】
圧延ロール６２２，６３２は、軸支部６２６，６３６によって回転自在に支持され、一定のクリアランスを有するように、支持構造部６２５に配置されている。支持構造部６２５には、例えば、減速機構およびモータを備える駆動機構が配置されており、当該駆動機構は、成形装置２２０（３２０）からのコイル材２０２（３０２）の投入速度と同期させ、圧延ロール６２２，６３２を、同一速度で反対方向に回転させるために使用される。なお、圧延ロール６２２，６３２を、別々のモータで駆動することも可能である。
【００８６】
したがって、成形装置２２０（３２０）からのコイル材２０２（３０２）を圧延ロール６２２，６３２の間に通すことによって、成形ロール２２２，２３２（３２２，３３２）による成形加工によって引き起こされた欠陥（例えば、被膜２０５の割れ）を潰して消失させ、耐食性を向上させることが可能である。なお、矯正装置２６０（３６０）を省略せずに、圧延装置６００を矯正装置２６０（３６０）とシーム溶接機４００との間に配置することも可能である。また、矯正装置２６０（３６０）による矯正は圧延効果を有するため、圧延装置６００を兼用させることも可能である。
【００８７】
さらに、被膜２０５が配置されたコイル材２０２（３０２）は、軽圧延を施すことなく、成形装置２２０（３２０）に投入することも可能である。この場合、コイル材２０２（３０２）は、圧延による加工硬化が引き起こされていないため、成形ロール２２２，２３２による成形性に悪影響を及ぼさず、被膜２０５の割れが抑制され、耐食性の向上が維持される。また、母材２０４と被膜２０５との密着性は、成形ロール２２２，２３２による成形加工により向上するため、圧延をしないことによる密着性の低下は抑制される。
【００８８】
なお、図１６の場合と同様に、独立した圧延装置６００を設け、成形装置２２０（３２０）を経由したコイル材２０２（３０２）を圧延ロール６２２，６３２によって圧延することで、母材２０４と被膜２０５との密着性を向上させることも可能である。
【００８９】
本変形例５においては、上記のように、コイル材が貴金属被膜（貴金属からなる被膜）を有しており、圧延による加工硬化が引き起こされていない場合、成形ロールによる成形性に悪影響を及ぼさず、貴金属被膜の割れが抑制される。また、コイル材と貴金属被膜との密着性は、成形ロールによる成形加工により向上するため、圧延をしないことによる密着性の低下は抑制される。したがって、耐食性を向上させることができる。
【００９０】
一方、圧延によって密着性を向上させた場合、コイル材は、圧延による加工硬化が引き起こされているため、成形ロールによる成形加工を施す際に、貴金属被膜の割れを引き起こす。しかし、その後、圧延ロールによる圧延を施すことで、割れを潰し、消失させることで、耐食性を向上させることができる。
【００９１】
以上のように、本実施の形態に係る製造装置においては、成形装置が成形ロールを有しており、セパレータの製造にロール成形が適用されているため、良好な生産性を得ることができる。また、コイル材に形成されているガイド穴を利用して、コイル材を位置決めするための突起部を有するため、十分な送り精度を得ることで、製品精度を確保することが可能である。したがって、良好な生産性および製品精度を確保し得る燃料電池用金属セパレータの製造装置を、提供することができる。
【００９２】
本実施の形態に係る製造方法においては、成形加工（ロール成形）が適用されるため、良好な生産性を得ることができ、かつ、ガイド穴を利用してコイル材が位置決めされるため、十分な送り精度を得ることで、製品精度を確保することが可能である。また、コイル材の位置決めを、単純な構造からなる突起部によって達成することが可能である。したがって、良好な生産性および製品精度を確保し得る燃料電池用金属セパレータの製造方法を、提供することができる。
【００９３】
また、コイル材の位置決めを、単純な構造からなる突起部によって達成することが可能である。
【００９４】
成形ロールは、成形ロールによる成形加工によってコイル材にソリが生じる場合、当該方向に位置する成形ロールの一方のロール径を、成形ロールの他方のロール径より大きくすることで、成形ロールに矯正機能を付与し、ソリの発生を抑制することができる。
【００９５】
矯正ロールは、成形ロールから独立しているため、自由度が高い。また、矯正が必要な部位（例えば、ソリが生じた部位）に、局所的に力を加えることで、良好な矯正効果を発揮させ、良好な矯正効率を得ることが可能である。
【００９６】
また、貴金属被膜（貴金属からなる被膜）を有し、かつ、圧延による加工硬化が引き起こされていないコイル材を適用する場合、成形ロールによる成形性に悪影響を及ぼさず、貴金属被膜の割れを抑制することができる。コイル材と貴金属被膜との密着性は、成形ロールによる成形加工により向上するため、圧延をしないことによる密着性の低下は抑制される。したがって、耐食性を向上させることができる。
【００９７】
圧延によってさらに密着性を向上させたコイル材を適用する場合、当該コイル材は、圧延による加工硬化が引き起こされているため、成形ロールによる成形加工を施す際に、貴金属被膜の割れを引き起こす虞がある。しかし、その後、圧延ロールによる圧延を施すことで、割れを潰し、消失させることで、耐食性を向上させることができる。
【００９８】
また、本実施の形態においては、カソード用ラインおよびアノード用ラインが合流し、シーム溶接機およびさい断機に順次連結されている。したがって、コイル材の投入、成形加工、矯正、溶接および切断を、一貫ラインによって実行することができるため、生産の同期化を図ることで、リードタイムおよび中間在庫を、削減することが可能である。
【００９９】
なお、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、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。例えば、燃料電池は、固体高分子型に限定されず、アルカリ型燃料電池、リン酸型燃料電池に代表される酸型電解質の燃料電池、ダイレクトメタノール燃料電池、マイクロ燃料電池に、適用可能である。また、セパレータを構成することとなる金属素板は、コイル材に限定されず、切り板材を適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料電池を説明するための斜視図である。
【図２】図１に示されるスタック部を説明するための断面図である。
【図３】図２に示される電極集成体を説明するための平面図である。
【図４】図２に示されるアノード用のセパレータを説明するための平面図である。
【図５】図２に示されるカソード用のセパレータを説明するための平面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るセパレータの製造装置および製造方法を説明するための全体概略図である。
【図７】図６に示されるコイル材を説明するための平面図である。
【図８】図６に示される成形装置を説明するための斜視図である。
【図９】図８に示される成形加工後のコイル材を説明するための平面図である。
【図１０】図６に示される矯正装置を説明するための斜視図である。
【図１１】図５に示されるシーム溶接機を説明するための斜視図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る変形例１を説明するための概略図である。
【図１３】本発明の実施の形態に係る変形例２を説明するための断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態に係る変形例３を説明するための断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態に係る変形例４を説明するための断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態に係る変形例５を説明するための概略図である。
【図１７】図１６に示されるコイル材を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１０ 燃料電池、
２０ スタック部、
３０，４０ 集電板、
３５，４５ 出力端子、
５０，６０ 絶縁板、
７０，８０ エンドプレート、
７１ 燃料ガス導入口、
７２ 燃料ガス排出口、
７４ 酸化剤ガス導入口、
７５ 酸化剤ガス排出口、
７７ 冷媒導入口、
７８ 冷媒排出口、
９０ タイロッド、
１００ 電極集成体、
１１０ 膜電極接合体、
１２０，１３０ ガス拡散層、
１４１，１４２，１４４，１４５，１４７，１４８ マニホールド部、
１５０ セパレータ、
１５２ モニタータブ、
１６１，１６２，１６４，１６５，１６７，１６８ マニホールド部、
１６９ 凹凸部、
１７０ セパレータ、
１７２ モニタータブ、
１８１，１８２，１８４，１８５，１８７，１８８ マニホールド部、
１８９ 凹凸部、
２０２ コイル材（金属素板）、
２０３ ガイド穴、
２０４ 母材、
２０５ 被膜、
２１０ フィーダ、
２２０ 成形装置（成形手段）、
２２２，２３２ 成形ロール（成形ロールセット）、
２２３，２３３ 外周面、
２２５ 支持構造部、
２２６，２３６ 軸支部、
２３４ 突起部（位置決め手段）、
２６０ 矯正装置（矯正手段）、
２６２，２７２ 矯正ロール（矯正ロールセット）、
２６３，２７３ 外周面、
２６４ 突起部（位置決め手段）、
２６５ 支持構造部、
２６６，２７６ 軸支部、
２８０ 凹凸部
３０２ コイル材（第２の金属素板）、
３０３ ガイド穴、
３１０ フィーダ（第２の投入手段）、
３２０ 成形装置（第２の成形手段）、
３２２，３３２ 成形ロール（成形ロールセット）、
３６０ 矯正装置（第２の矯正手段）、
３６２，３７２ 矯正ロール（矯正ロールセット）、
４００ シーム溶接機（溶接手段）、
４０２，４１２ ガイドロール、
４０４，４１４ 支持構造部、
４０６，４１６ 軸支部、
４２２，４３２ 電極ロール（電極ロールセット）、
４２３，４３３ 外周面、
４２４，４３４ 電極部、
４２５ 突起部（位置決め手段）、
４６５ 支持構造部、
４６６，４７６ 軸支部、
５００ さい断機、
６００ 圧延装置（圧延手段）、
６２２，６３２ 圧延ロール（圧延ロールセット）、
６２５ 支持構造部、
６２６，６３６ 軸支部、
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ 空間。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池用セパレータの外面形状に対応する凹凸部が形成された成形ロールセットの間に、前記燃料電池用セパレータの金属素板を通し、前記金属素板に形成されているガイド穴を利用して、前記金属素板を位置決めしながら、前記成形ロールセットの前記凹凸部によって、前記金属素板に連続的に幅方向の成形加工を施し、前記外面形状を形成する
ことを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項２】
前記成形ロールセットは、１組の成形ロールを有し、前記成形ロールの一方は、前記ガイド穴と位置合わせされかつ嵌合自在の突起部を有し、
前記金属素板は、前記ガイド穴と前記突起部とが嵌合することで位置決めされることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項３】
前記成形ロールによる成形加工によって前記金属素板にソリが生じる方向に位置する前記成形ロールの一方のロール径は、前記成形ロールの他方のロール径より大きいことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項４】
前記成形ロールセットによる成形加工によってソリが生じた前記金属素板を、矯正ロールセットの間に通し、前記矯正ロールセットによって前記ソリを矯正することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項５】
前記金属素板に、導電性を有する耐食被膜を配置した後、圧延することなく前記成形ロールセットの間を通らせることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項６】
前記金属素板に、導電性を有する耐食被膜を配置し、圧延した後、前記成形ロールセットの間に通し、前記成形ロールセットによって成形加工された前記金属素板を、圧延ロールセットの間に通し、前記金属素板を圧延することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項７】
前記金属素板は、コイル材であり、
巻きほぐして投入され、かつ前記成形ロールセットによる成形加工および前記矯正ロールセットによる矯正が施された前記金属素板と、
巻きほぐして投入され、かつ第２の成形ロールセットによる成形加工および第２の矯正ロールセットによる矯正が施された第２の金属素板とが、重ねられ、
電極ロールセットの間に通され、前記電極ロールセットによって連続的な抵抗溶接が施され、その後、切断されることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項８】
燃料電池用セパレータの外面形状に対応する凹凸部が形成された成形ロールセットを有する成形手段と、
前記燃料電池用セパレータの金属素板に形成されているガイド穴を利用して、前記金属素板を位置決めするための位置決め手段と
を有しており、
前記成形ロールセットの間に前記金属素板を通す際、前記位置決め手段によって前記金属素板を位置決めしながら、前記成形ロールセットの前記凹凸部によって、前記金属素板に連続的に幅方向の成形加工を施し、前記外面形状を形成する
ことを特徴とする燃料電池用セパレータの製造装置。
【請求項９】
前記成形ロールセットは、１組の成形ロールを有し、
前記位置決め手段は、前記成形ロールの一方に配置される突起部からなり、
前記突起部は、前記ガイド穴と位置合わせされかつ嵌合自在であり、
前記金属素板は、前記ガイド穴と前記突起部とが嵌合することで位置決めされることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池用セパレータの製造装置。
【請求項１０】
前記成形ロールによる成形加工によって前記金属素板にソリが生じる方向に位置する前記成形ロールの一方のロール径は、前記成形ロールの他方のロール径より大きいことを特徴とする請求項９に記載の燃料電池用セパレータの製造装置。
【請求項１１】
矯正ロールセットを有する矯正手段を、さらに有し、
前記成形ロールセットによる成形加工によってソリが生じた前記金属素板は、前記矯正ロールセットの間に通され、前記矯正ロールセットによる矯正によって前記ソリが矯正されることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池用セパレータの製造装置。
【請求項１２】
前記成形ロールセットの間に通される前記金属素板は、導電性を有する耐食被膜が配置されており、かつ、前記耐食被膜が配置された後に圧延されていない
ことを特徴とする請求項８に記載のセパレータの製造装置。
【請求項１３】
圧延ロールセットを有する圧延手段を、さらに有し、
前記成形ロールセットの間に通される前記金属素板は、導電性を有する耐食被膜が配置されており、かつ、前記耐食被膜が配置された後に圧延されており、
前記成形ロールセットによって成形加工された前記金属素板は、前記圧延ロールセットの間に通され、前記圧延ロールセットによって圧延されることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池用セパレータの製造装置。
【請求項１４】
前記金属素板は、コイル材であり、
前記燃料電池用セパレータの製造装置は、
前記金属素板を巻きほぐして投入するための投入手段、
第２の金属素板を巻きほぐして投入するための第２の投入手段、
第２の成形ロールセットを有する第２の成形手段、
第２の矯正ロールセットを有する第２の矯正手段、
電極ロールセットを有する溶接手段、および、
切断手段
を、さらに有しており、
巻きほぐして投入され、かつ前記成形ロールセットによる成形加工および矯正ロールセットによる矯正が施された前記金属素板と、
巻きほぐして投入され、かつ、第２の前記成形ロールセットによる成形加工および第２の前記矯正ロールセットによる矯正が施された第２の前記金属素板とが、重ねられ、
前記電極ロールセットの間に通され、前記電極ロールセットによって連続的な抵抗溶接が施され、その後、前記切断手段によって切断される
ことを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池用セパレータの製造装置。
【請求項１】
燃料電池用セパレータの外面形状に対応する凹凸部が形成された成形ロールセットの間に、前記燃料電池用セパレータの金属素板を通し、前記金属素板に形成されているガイド穴を利用して、前記金属素板を位置決めしながら、前記成形ロールセットの前記凹凸部によって、前記金属素板に連続的に幅方向の成形加工を施し、前記外面形状を形成する
ことを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項２】
前記成形ロールセットは、１組の成形ロールを有し、前記成形ロールの一方は、前記ガイド穴と位置合わせされかつ嵌合自在の突起部を有し、
前記金属素板は、前記ガイド穴と前記突起部とが嵌合することで位置決めされることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項３】
前記成形ロールによる成形加工によって前記金属素板にソリが生じる方向に位置する前記成形ロールの一方のロール径は、前記成形ロールの他方のロール径より大きいことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項４】
前記成形ロールセットによる成形加工によってソリが生じた前記金属素板を、矯正ロールセットの間に通し、前記矯正ロールセットによって前記ソリを矯正することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項５】
前記金属素板に、導電性を有する耐食被膜を配置した後、圧延することなく前記成形ロールセットの間を通らせることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項６】
前記金属素板に、導電性を有する耐食被膜を配置し、圧延した後、前記成形ロールセットの間に通し、前記成形ロールセットによって成形加工された前記金属素板を、圧延ロールセットの間に通し、前記金属素板を圧延することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項７】
前記金属素板は、コイル材であり、
巻きほぐして投入され、かつ前記成形ロールセットによる成形加工および前記矯正ロールセットによる矯正が施された前記金属素板と、
巻きほぐして投入され、かつ第２の成形ロールセットによる成形加工および第２の矯正ロールセットによる矯正が施された第２の金属素板とが、重ねられ、
電極ロールセットの間に通され、前記電極ロールセットによって連続的な抵抗溶接が施され、その後、切断されることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項８】
燃料電池用セパレータの外面形状に対応する凹凸部が形成された成形ロールセットを有する成形手段と、
前記燃料電池用セパレータの金属素板に形成されているガイド穴を利用して、前記金属素板を位置決めするための位置決め手段と
を有しており、
前記成形ロールセットの間に前記金属素板を通す際、前記位置決め手段によって前記金属素板を位置決めしながら、前記成形ロールセットの前記凹凸部によって、前記金属素板に連続的に幅方向の成形加工を施し、前記外面形状を形成する
ことを特徴とする燃料電池用セパレータの製造装置。
【請求項９】
前記成形ロールセットは、１組の成形ロールを有し、
前記位置決め手段は、前記成形ロールの一方に配置される突起部からなり、
前記突起部は、前記ガイド穴と位置合わせされかつ嵌合自在であり、
前記金属素板は、前記ガイド穴と前記突起部とが嵌合することで位置決めされることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池用セパレータの製造装置。
【請求項１０】
前記成形ロールによる成形加工によって前記金属素板にソリが生じる方向に位置する前記成形ロールの一方のロール径は、前記成形ロールの他方のロール径より大きいことを特徴とする請求項９に記載の燃料電池用セパレータの製造装置。
【請求項１１】
矯正ロールセットを有する矯正手段を、さらに有し、
前記成形ロールセットによる成形加工によってソリが生じた前記金属素板は、前記矯正ロールセットの間に通され、前記矯正ロールセットによる矯正によって前記ソリが矯正されることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池用セパレータの製造装置。
【請求項１２】
前記成形ロールセットの間に通される前記金属素板は、導電性を有する耐食被膜が配置されており、かつ、前記耐食被膜が配置された後に圧延されていない
ことを特徴とする請求項８に記載のセパレータの製造装置。
【請求項１３】
圧延ロールセットを有する圧延手段を、さらに有し、
前記成形ロールセットの間に通される前記金属素板は、導電性を有する耐食被膜が配置されており、かつ、前記耐食被膜が配置された後に圧延されており、
前記成形ロールセットによって成形加工された前記金属素板は、前記圧延ロールセットの間に通され、前記圧延ロールセットによって圧延されることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池用セパレータの製造装置。
【請求項１４】
前記金属素板は、コイル材であり、
前記燃料電池用セパレータの製造装置は、
前記金属素板を巻きほぐして投入するための投入手段、
第２の金属素板を巻きほぐして投入するための第２の投入手段、
第２の成形ロールセットを有する第２の成形手段、
第２の矯正ロールセットを有する第２の矯正手段、
電極ロールセットを有する溶接手段、および、
切断手段
を、さらに有しており、
巻きほぐして投入され、かつ前記成形ロールセットによる成形加工および矯正ロールセットによる矯正が施された前記金属素板と、
巻きほぐして投入され、かつ、第２の前記成形ロールセットによる成形加工および第２の前記矯正ロールセットによる矯正が施された第２の前記金属素板とが、重ねられ、
前記電極ロールセットの間に通され、前記電極ロールセットによって連続的な抵抗溶接が施され、その後、前記切断手段によって切断される
ことを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池用セパレータの製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００９−１８７７５８（Ｐ２００９−１８７７５８Ａ）
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５５９６（Ｐ２００８−２５５９６）
【出願日】平成２０年２月５日（２００８．２．５）
【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２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月５日（２００８．２．５）
【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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