特開 2019-139966 金属成形体の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2019-139966(P2019-139966A)

(43)【公開日】2019年8月22日

(54)【発明の名称】金属成形体の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/0206 20160101AFI20190726BHJP

   B21D 13/02 20060101ALI20190726BHJP

   B21D 53/00 20060101ALI20190726BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/0206

   B21D13/02

   B21D53/00 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2018-22218(P2018-22218)

(22)【出願日】2018年2月9日

(71)【出願人】

【識別番号】000144038

【氏名又は名称】株式会社三井ハイテック

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100145012

【弁理士】

【氏名又は名称】石坂 泰紀

(74)【代理人】

【識別番号】100153969

【弁理士】

【氏名又は名称】松澤 寿昭

(72)【発明者】

【氏名】牧 清久

(72)【発明者】

【氏名】泉 雅宏

(72)【発明者】

【氏名】福永 浩司

(72)【発明者】

【氏名】松村 拓哉

【テーマコード（参考）】

5H126

【Ｆターム（参考）】

5H126AA12

5H126BB06

5H126DD05

5H126EE03

5H126EE05

5H126EE06

5H126EE22

5H126GG02

5H126HH02

5H126JJ03

(57)【要約】

【課題】本開示の課題は、角部の薄肉化を抑制し、且つ、十分な平坦領域を確保しつつ頂壁を平坦化することが可能な金属成形体の製造方法を提供することにある。
【解決手段】金属成形体の製造方法は、仮凹部及び仮凸部が交互に並ぶように平板状の金属板を張り出し成形して、仮成形体を形成することであって、仮凹部及び仮凸部はそれぞれ、内側に向けて窪んだ窪み部が形成された頂壁を含むことと、仮成形体をプレス加工して窪み部を外側に押し出し、頂壁が平坦状となった凹部及び凸部が交互に並ぶ成形体を形成することとを含む。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

仮凹部及び仮凸部が交互に並ぶように平板状の金属板を張り出し成形して、仮成形体を形成することであって、前記仮凹部及び前記仮凸部はそれぞれ、内側に向けて窪んだ窪み部が形成された頂壁を含むことと、
前記仮成形体をプレス加工して前記窪み部を外側に押し出し、前記頂壁が平坦状となった凹部及び凸部が交互に並ぶ成形体を形成することとを含む、金属成形体の製造方法。

【請求項2】

前記凹部及び前記凸部の一方の前記頂壁をプレス加工することをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記仮成形体を形成することは、一対の仮金型で前記金属板を加圧することを含み、
前記一対の仮金型同士の最小隙間は前記金属板の板厚以上となるように設定されている、請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

前記成形体を形成することは、一対の本金型で前記仮成形体を加圧することを含み、
前記一対の本金型同士の最小隙間は、前記金属板の板厚以上となるように設定されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

前記仮成形体を形成することは、第１の凹凸面を有する一対の仮金型で前記金属板を加圧することを含み、
前記成形体を形成することは、第２の凹凸面を有する一対の本金型で前記仮成形体を加圧することを含み、
前記第２の凹凸面の凸部の幅は、前記第１の凹凸面の凸部の幅以上に設定されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

前記金属成形体は金属セパレータである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、金属成形体の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

プレス加工は金属板から種々の成形体を製造する方法であり、成形体を最も効率的に大量生産できる加工法の一つである。例えば、車搭載用の燃料電池に使用されるセパレータとして、従来、黒鉛材料を加工したものが利用されていたが、セパレータの薄型化、加工性、低コスト化等の観点から、金属板をプレス加工したものが利用されている。

【0003】

燃料電池に使用される薄板金属セパレータは、燃料ガス（例えば水素ガス）又は空気を流すための複数の流路を含む。これらの流路の成形に際しては、金属板を間に置くように配置された一対の金型が用いられる。一対の金型によってプレス成形された後の金属板には、凹状及び凸状をなす流路が形成される。

【0004】

一回のプレス加工によって金属板を最終形状とすることができれば、生産性が高く効率的である。しかし、流路が密で複雑な形状の場合、金属板の延びが成形に追従できず、金属板が破断する場合がある。そこで、特許文献１は、プレス加工における金属板の破断を抑制するため、金属板を暫定的に変形させる予備成形工程と、金属板を最終形状とする本成形工程とを実施することを開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００３−２４９２３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、プレス加工によって金属板に凹状及び凸状をなす流路を形成すると、頂壁が平坦面とならずに、外側に突出するように湾曲してしまうことがあった。これは、金属板から金型が除荷されると、金属板にスプリングバックと呼ばれる現象（加工された金属板が若干元の形状に戻ろうとする現象）が生ずるためである。そのため、繰り返し金属板をプレスしたり、金属板に付与するプレス圧を大きくしたとしても、頂壁を平坦面とすることが困難であった。

【0007】

このように、頂壁が外方に湾曲した状態の金属成形体を燃料電池の金属セパレータとして採用し、当該金属セパレータと膜電極接合体とを交互に積層させて燃料電池スタックを構成すると、頂壁と膜電極接合体との密着度が低下しうる。この場合、燃料ガス又は空気が流路から若干漏れ出て、燃料電池の発電効率の低下に繋がる懸念がある。

【0008】

また、プレス加工によって金属板を加工する際、流路の角部に対応する金属板の部分金型によって特に引き伸ばされやすいので、当該角部が薄肉となりやすい。この場合、頂壁をある程度平坦面とすることができたとしても、角部が薄肉化したぶん、頂壁の平坦領域が狭くなりうると共に、金属板が角部において破断する可能性も懸念される。

【0009】

そこで、本開示は、角部の薄肉化を抑制することが可能で、且つ、十分な平坦領域を確保しつつ頂壁を平坦化することが可能な金属成形体の製造方法を説明する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本開示の一つの観点に係る金属成形体の製造方法は、仮凹部及び仮凸部が交互に並ぶように平板状の金属板を張り出し成形して、仮成形体を形成することであって、仮凹部及び仮凸部はそれぞれ、内側に向けて窪んだ窪み部が形成された頂壁を含むことと、仮成形体をプレス加工して窪み部を外側に押し出し、頂壁が平坦状となった凹部及び凸部が交互に並ぶ成形体を形成することとを含む。

【発明の効果】

【0011】

本開示に係る溝付き金属成形体の製造方法によれば、角部の薄肉化を抑制することが可能で、且つ、十分な平坦領域を確保しつつ頂壁を平坦化することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、燃料電池用の金属セパレータの一例を模式的に示す斜視図である。

【図2】図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。

【図3】図３は、燃料電池スタックの構成の一部を模式的に示す断面図である。

【図4】図４は、予備成形工程を説明するための断面図である。

【図5】図５は、予備成形工程を説明するための断面図である。

【図6】図６は、本成形工程を説明するための断面図である。

【図7】図７は、本成形工程を説明するための断面図である。

【図8】図８は、本成形工程を説明するための断面図である。

【図9】図９は、矯正工程を説明するための断面図である。

【図10】図１０は、矯正工程を説明するための断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に、本開示に係る実施形態の一例について、図面を参照しつつより詳細に説明する。以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

【0014】

［金属セパレータ］
金属セパレータ１０（成形体）は、図１に示されるように、矩形状を呈する板状部材であり、燃料電池スタック１（図３参照）の一部を構成している。金属セパレータ１０は、平板状の金属板Ｍが所定の形状に加工されてなる。金属板Ｍの厚さは、例えば０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍ程度であってもよいし、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度であってもよい。金属板Ｍの種類としては、軟鋼材（例えば、冷間圧延材、熱間圧延材など）、高張力鋼板及びこれらの板材の表面に貴金属層がコーティングされたものであってもよい。

【0015】

金属セパレータ１０は、図１に示されるように、外周に沿って形成されたフレーム部１１と、フレーム部１１によって囲まれた溝形成領域１２とを含む。金属セパレータ１０が車載用燃料電池に用いられる場合には、金属セパレータ１０の一辺の長さは、例えば１００ｍｍ〜７００ｍｍ程度であってもよいし、２００ｍｍ〜３００ｍｍ程度であってもよい。

【0016】

金属セパレータ１０は、図１及び図２に示されるように、複数の凸部１３と、複数の凹部１４とを含む。より詳しくは、金属セパレータ１０の溝形成領域１２には、複数の凸部１３と複数の凹部１４とが交互に並んだ繰り返しパターンが形成されている。繰り返しパターンのピッチＬは、金属板Ｍの厚さなどによるが、例えば、０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度であってもよいし、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度であってもよいし、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度であってもよい。図１には、便宜上、溝形成領域１２が５つの凸部１３を含む形態が図示されているが、実際の金属セパレータ１０は、極めて微細な凹部及び凸部によって構成される多数の溝を含む。

【0017】

凸部１３は、略平坦な頂壁１３ａと、凹部１４に向けて屈曲された角部１３ｂとを含む。凹部１４は、略平坦な頂壁１４ａと、凸部１３に向けて屈曲された角部１４ｂとを含む。頂壁１３ａと頂壁１４ａとの距離（凸部１３と凹部１４との高さ）Ｈは、例えば、０．３ｍｍ〜１．２ｍｍ程度であってもよいし、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度であってもよい。

【0018】

角部１３ｂは、頂壁１３ａの両端に位置しており、隣り合う角部１４ｂと一体的に接続されている。角部１４ｂは、頂壁１４ａの両端に位置しており、隣り合う角部１３ｂと一体的に接続されている。角部１３ｂ，１４ｂの曲率半径は、０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍであってもよいし、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度であってもよい。曲率半径が０．０３ｍｍ以上であると、角部１３ｂ，１４ｂにおける金属板Ｍの破断が生じ難くなる。曲率半径が０．３ｍｍ以下であると、頂壁１３ａ，１４ａの幅を確保しやすくなるので、金属セパレータ１０の電気的導通が良好となる傾向にある。曲率半径が０．３ｍｍ以下であると、ガス（燃料ガス又は空気）が流通する流路として凸部１３及び凹部１４が機能する際に当該流路の断面積が拡がり、圧力損失が低下する傾向にある。

【0019】

［燃料電池スタック］
上記の金属セパレータ１０を用いた燃料電池スタック１の構成について、図３を参照して説明する。燃料電池スタック１は、複数の金属セパレータ１０と、複数の膜電極接合体２と、一対の端面板３とを含む。燃料電池スタック１は、金属セパレータ１０と膜電極接合体２とが交互に積層された積層体４が一対の端面板３によって挟持されて構成されている。換言すれば、一つの膜電極接合体２は、一対の金属セパレータ１０によって挟持されている。膜電極接合体２の一方側に位置する金属セパレータ１０の凸部１３と、膜電極接合体２の他方側に位置する金属セパレータ１０の凹部１４とは対向している。膜電極接合体２の一方側に位置する金属セパレータ１０の凹部１４と、膜電極接合体２の他方側に位置する金属セパレータ１０の凸部１３とは対向している。

【0020】

膜電極接合体２は、燃料極（水素極；アノード）２ａと、電解質層２ｂと、空気極（酸素極；カソード）２ｃとを含む。燃料極２ａと、燃料極２ａに向かって開口する凸部１３とで囲まれる空間１０Ａは、燃料ガスが流通するように構成されている。すなわち、空間１０Ａは、燃料ガス用の流路として機能する。空気極２ｃと、空気極２ｃに向かって開口する凹部１４とで囲まれる空間１０Ｂは、空気が流通するように構成されている。すなわち、空間１０Ｂは、空気用の流路として機能する。端面板３と、端面板３に向けて開口する凸部１３又は凹部１４とで囲まれる空間１０Ｃは、冷媒が流通するように構成されている。すなわち、空間１０Ｃは、冷媒用の流路として機能する。

【0021】

［金属セパレータの製造方法］
続いて、図４〜図９を参照して、金属セパレータ１０の製造方法（金属板Ｍの成形方法）について説明する。当該方法は、予備成形工程と、本成形工程と、矯正工程とを含む。

【0022】

（１）予備成形工程
まず、予備成形工程について説明する。予備成形工程では、図４に示される予備成形機１００が用いられる。予備成形機１００は、下型１１０（仮金型）と、上型１２０（仮金型）と、ストリッパ１３０とを含む。

【0023】

下型１１０は、下方に向けて窪んだ凹状の成形領域１１１と、成形領域１１１内に設けられた複数の凸部１１２とを含む。凸部１１２の高さは、成形領域１１１の周囲を囲む周縁部１１３の高さと同等であってもよいし、周縁部１１３の高さよりも低くてもよいし、周縁部１１３の高さよりも高くてもよい。凸部１１２の幅Ｗ１は、燃料電池スタック１の仕様に応じて種々の大きさとすることができるが、例えば、３００μｍ〜１５００μｍ程度であってもよい。

【0024】

各凸部１１２の頂面Ｓ１には、下方に向けて窪む窪み部１１２ａが設けられている。図４においては、一つの窪み部１１２ａが頂面Ｓ１の中央部に位置しているが、２つ以上の窪み部１１２ａが頂面Ｓ１に設けられていてもよい。窪み部１１２ａは、頂面Ｓ１の中央部以外の箇所に位置していてもよい。窪み部１１２ａの深さは、金属板Ｍに生ずる加工硬化の程度が小さい範囲で設定されていればよいが、凸部１１２の高さよりも小さく設定されていてもよく、例えば、１０μｍ〜２００μｍ程度であってもよい。

【0025】

複数の凸部１１２は、所定間隔をもって一方向に並んでいる。そのため、隣り合う凸部１１２同士の間には凹部１１４が構成されている。すなわち、下型１１０の成形領域１１１における表面（上面）は凹凸面（第１の凹凸面）を呈している。凹部１１４の底面Ｓ２には、上方に向けて突出する突出部１１４ａが設けられている。図４においては、一つの突出する突出部１１４ａが底面Ｓ２の中央部に位置しているが、２つ以上の突出部１１４ａが底面Ｓ２に設けられていてもよい。突出部１１４ａは、底面Ｓ２の中央部以外の箇所に位置していてもよい。突出部１１４ａの高さは、金属板Ｍに生ずる加工硬化の程度が小さい範囲で設定されていればよいが、凸部１１２の高さよりも小さく設定されていてもよく、例えば、５０μｍ〜３００μｍ程度であってもよい。

【0026】

上型１２０の下端部は、成形領域１１１よりも若干小さな外形を有する。上型１２０の下端面は、下型１１０の成形領域１１１と対応する凹凸面（第１の凹凸面）を呈している。すなわち、上型１２０は、下方に向けて突出する凸部１２１と、上方に向けて窪む凹部１２２とを含む。凸部１２１の幅Ｗ２は、燃料電池スタック１の仕様に応じて種々の大きさとすることができるが、例えば、３００μｍ〜１５００μｍ程度であってもよい。幅Ｗ２は、幅Ｗ１と同程度であってもよいし、幅Ｗ１よりも小さくてもよいし、幅Ｗ１よりも大きくてもよい。

【0027】

凹部１１４に対応する凸部１２１の頂面Ｓ３には、上方に向けて窪む窪み部１２１ａが設けられている。図４においては、一つの窪み部１２１ａが頂面Ｓ３の中央部に位置しているが、凹部１１４の凹部１１４に対応して、２つ以上の窪み部１２１ａが頂面Ｓ３に設けられていてもよい。窪み部１２１ａは、凹部１１４の凹部１１４に対応して、頂面Ｓ３の中央部以外の箇所に位置していてもよい。窪み部１２１ａの深さは、金属板Ｍに生ずる加工硬化の程度が小さい範囲で設定されていればよいが、凸部１２１の高さよりも小さく設定されていてもよく、例えば、１０μｍ〜２００μｍ程度であってもよい。

【0028】

複数の凸部１２１は、所定間隔をもって一方向に並んでいる。そのため、隣り合う凸部１２１同士の間には凹部１２２が位置している。凹部１２２の底面Ｓ４には、下方に向けて突出する突出部１２２ａが設けられている。図４においては、一つの突出する突出部１２２ａが底面Ｓ４の中央部に位置しているが、凸部１１２の窪み部１１２ａに対応して、２つ以上の突出部１２２ａが底面Ｓ４に設けられていてもよい。突出部１２２ａは、凸部１１２の窪み部１１２ａに対応して、底面Ｓ４の中央部以外の箇所に位置していてもよい。突出部１２２ａの高さは、金属板Ｍに生ずる加工硬化の程度が小さい範囲で設定されていればよいが、凸部１２１の高さよりも小さく設定されていてもよく、例えば、５０μｍ〜３００μｍ程度であってもよい。

【0029】

ストリッパ１３０は、下型１１０の周縁部１１３との間で金属板Ｍの端部を挟持するように構成されている。

【0030】

予備成形機１００を用いて平板状の金属板Ｍを予備成形する際には、まず、下型１１０と上型１２０とを離間させておき、下型１１０上に金属板Ｍを配置する。このとき、金属板Ｍの端部は、下型１１０の周縁部１１３で支持される。次に、ストリッパ１３０を下型１１０に向けて降下させ、金属板Ｍの端部をストリッパ１３０と下型１１０の周縁部１１３とで挟持させる。

【0031】

次に、図５に示されるように、上型１２０を下型１１０に向けて降下させ、平板状の金属板Ｍを張り出し成形する。これにより、金属板Ｍが予備成形された仮成形体２０が得られる。上型１２０が下死点に位置するとき、下型１１０と上型１２０との間の最小隙間（最小離間距離）が、金属板Ｍの板厚以上となるように設定されていてもよい。

【0032】

仮成形体２０は、下型１１０及び上型１２０の表面に沿った形状を呈している。すなわち、仮成形体２０は、仮凸部２１と仮凹部２２とを含む。仮凸部２１と仮凹部２２とは、一方向に交互に並んでいる。仮凸部２１の頂壁２１ａには、窪み部１１２ａ及び突出部１２２ａに対応して、内側（図５では下方）に向けて窪む窪み部２１ｂが設けられている。仮凹部２２の頂壁２２ａには、突出部１１４ａ及び窪み部１２１ａに対応して、内側（図５では上方）に向けて窪む窪み部２２ｂが設けられている。

【0033】

（２）本成形工程
次に、本成形工程について説明する。本成形工程では、図６に示される成形機２００が用いられる。成形機２００は、下型２１０（本金型）と、上型２２０（本金型）と、ストリッパ２３０とを含む。

【0034】

下型２１０は、下方に向けて窪んだ凹状の成形領域２１１と、成形領域２１１内に設けられた複数の凸部２１２とを含む。各凸部１１２の頂面Ｓ５は略平坦状を呈している。凸部２１２の高さは、成形領域２１１の周囲を囲む周縁部２１３の高さと同等であってもよいし、周縁部２１３の高さよりも低くてもよいし、周縁部２１３の高さよりも高くてもよい。凸部２１２の幅Ｗ３は、燃料電池スタック１の仕様に応じて種々の大きさとすることができるが、例えば、３００μｍ〜１５００μｍ程度であってもよい。幅Ｗ３は、幅Ｗ１以上に設定されていてもよい。

【0035】

複数の凸部２１２は、所定間隔をもって一方向に並んでいる。そのため、隣り合う凸部２１２同士の間には凹部２１４が構成されている。すなわち、下型２１０の成形領域２１１における表面（上面）は凹凸面（第２の凹凸面）を呈している。凹部２１４の底面Ｓ６は略平坦状を呈している。

【0036】

上型２２０の下端部は、成形領域２１１よりも若干小さな外形を有する。上型２２０の下端面は、下型１１０の成形領域１１１と対応する凹凸面（第２の凹凸面）を呈している。すなわち、上型２２０は、下方に向けて突出する凸部２２１と、上方に向けて窪む凹部２２２とを含む。各凸部２２１の頂面Ｓ７は略平坦状を呈している。凸部２２１の幅Ｗ４は、燃料電池スタック１の仕様に応じて種々の大きさとすることができるが、例えば、３００μｍ〜１５００μｍ程度であってもよい。幅Ｗ４は、幅Ｗ３と同程度であってもよいし、幅Ｗ３よりも小さくてもよいし、幅Ｗ３よりも大きくてもよい。幅Ｗ４は、幅Ｗ２以上に設定されていてもよい。

【0037】

複数の凸部２２１は、所定間隔をもって一方向に並んでいる。そのため、隣り合う凸部２２１同士の間には凹部２２２が位置している。凹部２２２の底面Ｓ８は略平坦状を呈している。

【0038】

ストリッパ２３０は、下型２１０の周縁部２１３との間で仮成形体２０の端部を挟持するように構成されている。

【0039】

成形機２００を用いて仮成形体２０を本成形する際には、まず、下型２１０と上型２２０とを離間させておき、下型２１０上に仮成形体２０を配置する。このとき、仮成形体２０の端部は、下型２１０の周縁部２１３で支持される。次に、ストリッパ２３０を下型２１０に向けて降下させ、仮成形体２０の端部をストリッパ２３０と下型２１０の周縁部２１３とで挟持させる。

【0040】

次に、図７（ａ）に示されるように、上型２２０を下型２１０に向けて降下させ、仮成形体２０をプレス成形する。まず、図７（ａ）に示されるように、上型２２０の凸部２２１が仮凹部２２の窪み部２２ｂに当接する。上型２２０がさらに降下すると、図７（ｂ）に示されるように、窪み部２２ｂが外方（図７では下方）に向けて押し出される。このとき、例えば、窪み部２２ｂの両側に位置する仮凹部２２の頂点Ｐは、窪み部２２ｂが外方に向けて押し出されることに伴い、側方に向けて拡がるように移動する（図７（ｂ）参照）。仮凸部２１も同様に、窪み部２１ｂが凸部２１２によって外方に向けて押し出される。そのため、窪み部２１ｂの両側に位置する仮凸部２１の頂点も、側方に向けて拡がるように移動する。

【0041】

上型２２０が下死点まで降下すると、図８に示されるように、窪み部２１ｂ，２２ｂが略平坦化される。これにより、金属セパレータ１０が得られる。上型２２０が下死点に位置するとき、下型２１０と上型２２０との間の最小隙間（最小離間距離）が、金属板Ｍの板厚以上となるように設定されていてもよい。なお、本成形工程では、上型２２０及び下型２１０を用いて仮成形体２０を張り出し成形してもよい。

【0042】

（３）矯正工程
ところで、このように得られた金属セパレータ１０を成形機２００から取り出すと、金属セパレータ１０が全体として反って（湾曲して）しまうことがある。これは、得られる金属セパレータ１０の上面形状と下面形状とが異なることにより金属板Ｍの延びが均一でなかったり、金属板Ｍに付与される力が金属板Ｍの上面と下面とで均一でなく、歪みに偏りが生ずるためであると考えられる。そこで、次に、金属セパレータ１０の矯正工程について説明する。矯正工程では、図９に示される矯正機３００が用いられる。矯正機３００は、下型３１０と、上型３２０と、ストリッパ３３０とを含む。

【0043】

下型３１０は、下方に向けて窪んだ凹状の成形領域３１１を含むが、下型１１０，２１０とは異なり凸部を含んでいない。すなわち、成形領域３１１の底面Ｓ９は略平坦状を呈している。成形領域３１１の周囲には、底面Ｓ９から上方に突出する周縁部３１２が設けられている。

【0044】

上型３２０の下端部は、成形領域３１１よりも若干小さな外形を有する。上型３２０は、下方に向けて突出する凸部３２１と、上方に向けて窪む凹部３２２とを含む。これらの凸部３２１及び凹部３２２で構成される上型３２０の凹凸面は、金属セパレータ１０の表面又は裏面と略同等の形状を呈していてもよい。上型３２０のその他の構造は上型２２０の構造と同様であるので、その説明を省略する。

【0045】

ストリッパ３３０は、下型３１０の周縁部３１２との間で金属セパレータ１０の端部を挟持するように構成されている。

【0046】

矯正機３００を用いて金属セパレータ１０を矯正する際には、まず、下型３１０と上型３２０とを離間させておき、下型３１０上に金属セパレータ１０を配置する。このとき、金属セパレータ１０の端部は、下型３１０の周縁部３１２で支持される。次に、ストリッパ３３０を下型３１０に向けて降下させ、金属セパレータ１０の端部をストリッパ３３０と下型３１０の周縁部３１２とで挟持させる。

【0047】

次に、図１０に示されるように、上型３２０を下型３１０に向けて降下させ、金属セパレータ１０をプレス成形（平打ち加工）する。このとき、上型３２０の凸部３２１が金属セパレータ１０の凹部１４に挿入されるが、下型１１０の成形領域３１１の底面Ｓ９が平坦であるので、凸部１３には下型３１０が挿入されない。そのため、凹部１４が凸部３２１によって加圧されることにより、凹部１４の歪みが凸部１３側に逃げることができる。これにより、金属セパレータ１０の反りが矯正され、金属セパレータ１０が全体として略平坦となる。上型３２０が下死点に位置するとき、下型３１０と上型３２０との間の最小隙間（最小離間距離）が、金属板Ｍの板厚以上となるように設定されていてもよい。

【0048】

［作用］
以上のような本実施形態では、張り出し成形により仮成形体２０が形成されるので、他の加工方法（例えば、絞り成形、鍛造など）と異なり、加工を経ても金属板Ｍが伸び難い。そのため、仮凹部２２及び仮凸部２１の角部の薄肉化が大きく抑制され、これに伴い、凹部１４及び凸部１３の角部の薄肉化も大きく抑制される。また、張り出し成形により仮成形体２０が形成されるので、仮成形体２０に加工硬化が生じ難い。そのため、続く工程において頂壁２１ａ，２２ａの窪み部２１ｂ，２２ｂが加圧されると、窪み部２１ｂ，２２ｂが容易に変形して平坦状となり、その後にさらに窪み部２１ｂ，２２ｂが硬化するので、金属セパレータ１０の頂壁２１ａ，２２ａが平坦面となりやすくなる。さらに、窪み部２１ｂ，２２ｂが加圧されて平坦状となる過程で、仮凹部２２及び仮凸部２１の角部（頂点Ｐ）が側方に向けて移動する。そのため、仮成形体２０をプレス加工する過程で、頂壁２１ａ，２２ａが拡がりつつ平坦化される。従って、凹部１４及び凸部１３において十分な平坦領域が確保される。以上より、角部１３ｂ，１４ｂの薄肉化を抑制することが可能となる共に、十分な平坦領域を確保しつつ頂壁１３ａ，１４ａを平坦化することが可能となる。

【0049】

本実施形態では、矯正工程において、凹部１４の頂壁１４ａが加圧され、凸部１３の頂壁１３ａが加圧されないので、頂壁１４ａに存在する歪みが頂壁１３ａ側に逃げる。従って、金属セパレータ１０に存する反りを矯正することが可能となる。

【0050】

本実施形態では、上型１２０が下死点に位置する時に、下型１１０と上型１２０との間の最小隙間を金属板Ｍの板厚以上に設定しうる。上型２２０が下死点に位置する時に、下型２１０と上型２２０との間の最小隙間を金属板Ｍの板厚以上に設定しうる。上型３２０が下死点に位置する時に、下型３１０と上型３２０との間の最小隙間を金属板Ｍの板厚以上に設定しうる。これらの場合、金属板Ｍが金型に押しつぶされて金型内で流動しない。そのため、角部１３ｂ，１４ｂの薄肉化をいっそう抑制することが可能となる。

【0051】

本実施形態では、幅Ｗ３が幅Ｗ１以上に設定され、幅Ｗ４が幅Ｗ２以上に設定されうる。この場合、窪み部２１ｂ，２２ｂが凸部２１２，２２１によって加圧されて平坦状となる過程で、仮凹部２２及び仮凸部２１の角部（頂点Ｐ）が側方に向けてより移動しやすくなる。そのため、より広い平坦領域を確保することが可能となる。

【0052】

［変形例］
以上、本開示に係る実施形態について詳細に説明したが、本発明の要旨の範囲内で種々の変形を上記の実施形態に加えてもよい。例えば、上記の実施形態では、予備成形工程において、仮凸部２１の頂壁２１ａに窪み部２１ｂが形成され、仮凹部２２の頂壁２２ａに窪み部２２ｂが形成されていたが、外側に向けて突出する突出部が頂壁２１ａ，２２ａに形成されてもよい。

【0053】

上記の実施形態では、燃料電池用の金属セパレータ１０を製造する場合を例示したが、これ以外の用途に使用される凹凸溝付き金属成形体の製造に本発明を適用してもよい。

【0054】

［摘記］
例１．本開示の一つの例に係る金属成形体（１０）の製造方法は、仮凹部（２２）及び仮凸部（２１）が交互に並ぶように平板状の金属板（Ｍ）を張り出し成形して、仮成形体（２０）を形成することであって、仮凹部（２２）及び仮凸部（２１）はそれぞれ、内側に向けて窪んだ窪み部（２２ｂ，２１ｂ）が形成された頂壁（２２ａ，２１ａ）を含むことと、仮成形体（２０）をプレス加工して窪み部（２２ｂ，２１ｂ）を外側に押し出し、頂壁（１４ａ，１３ａ）が平坦状となった凹部（１４）及び凸部（１３）が交互に並ぶ成形体（１０）を形成することとを含む。この場合、張り出し成形により仮成形体（２０）が形成されるので、他の加工方法（例えば、絞り成形、鍛造など）と異なり、加工を経ても金属板（Ｍ）が伸び難い。そのため、仮凹部（２２）及び仮凸部（２１）の角部の薄肉化が大きく抑制され、これに伴い、凹部（１４）及び凸部（１３）の角部（１４ｂ，１３ｂ）の薄肉化も大きく抑制される。また、張り出し成形により仮成形体（２０）が形成されるので、仮成形体（２０）に加工硬化が生じ難い。そのため、続く工程において頂壁（２２ａ，２１ａ）の窪み部（２２ｂ，２１ｂ）が加圧されると、窪み部（２２ｂ，２１ｂ）が容易に変形して平坦状となり、その後にさらに窪み部（２２ｂ，２１ｂ）が硬化するので、成形体（１０）の凹部（１４）及び凸部（１３）の頂壁（１４ａ，１３ａ）が平坦面となりやすくなる。さらに、頂壁（２２ａ，２１ａ）の窪み部（２２ｂ，２１ｂ）が加圧されて平坦状となる過程で、仮凹部（２２）及び仮凸部（２１）の角部（Ｐ）が側方に向けて移動する。そのため、仮成形体（２０）をプレス加工する過程で、頂壁（２２ａ，２１ａ）が拡がりつつ平坦化される。従って、十分な平坦領域が確保される。以上、例１の方法によれば、角部（１４ｂ，１３ｂ）の薄肉化を抑制することが可能で、且つ、十分な平坦領域を確保しつつ頂壁（１４ａ，１３ａ）を平坦化することが可能となる。

【0055】

例２．例１の方法は、凹部（２２）及び凸部（２１）の一方の頂壁（２２ａ，２１ａ）をプレス加工することをさらに含んでもよい。金属板（Ｍ）に凹部（２２）及び凸部（２１）を形成する過程で金属板（Ｍ）に歪みが蓄積され、成形体（１０）が全体として反って（湾曲して）しまうことがありうる。しかしながら、例２の方法によれば、凹部（２２）及び凸部（２１）の一方の頂壁（２２ａ，２１ａ）が加圧され、凹部（２２）及び凸部（２１）の他方の頂壁（２２ａ，２１ａ）が加圧されないので、当該一方の頂壁（２２ａ，２１ａ）に存在する歪みが当該他方の頂壁（２２ａ，２１ａ）側に逃げる。従って、成形体（１０）に存する反りを矯正することが可能となる。

【0056】

例３．例１又は例２の方法において、仮成形体（２０）を形成することは、一対の仮金型（１１０，１２０）で金属板（Ｍ）を加圧することを含み、一対の仮金型（１１０，１２０）同士の最小隙間は金属板（Ｍ）の板厚以上となるように設定されていてもよい。この場合、仮成形体（２０）を形成する際に、金属板（Ｍ）が仮金型（１１０，１２０）に押しつぶされて仮金型（１１０，１２０）内で流動しない。そのため、角部（１４ｂ，１３ｂ）の薄肉化をいっそう抑制することが可能となる。

【0057】

例４．例１〜例３のいずれかの方法において、成形体（１０）を形成することは、一対の本金型（２１０，２２０）で仮成形体（２０）を加圧することを含み、一対の本金型（２１０，２２０）同士の最小隙間は、金属板（Ｍ）の板厚以上となるように設定されていてもよい。この場合、成形体（１０）を形成する際に、金属板（Ｍ）が本金型（２１０，２２０）に押しつぶされて本金型（２１０，２２０）内で流動しない。そのため、角部１４ｂ，１３ｂ）の薄肉化をいっそう抑制することが可能となる。

【0058】

例５．例１〜例４のいずれかの方法において、仮成形体（２０）を形成することは、第１の凹凸面を有する一対の仮金型（１１０，１２０）で金属板（Ｍ）を加圧することを含み、成形体（１０）を形成することは、第２の凹凸面を有する一対の本金型（２１０，２２０）で仮成形体（２０）を加圧することを含み、第２の凹凸面の凸部（２１２，２２１）の幅（Ｗ３，Ｗ４）は、第１の凹凸面の凸部（１１２，１２１）の幅（Ｗ１，Ｗ２）以上に設定されていてもよい。この場合、窪み部（２２ｂ，２１ｂ）が第２の凹凸面の凸部（２１２，２２１）によって加圧されて平坦状となる過程で、仮凹部（２２）及び仮凸部（２１）の角部（Ｐ）が側方に向けてより移動しやすくなる。そのため、より広い平坦領域を確保することが可能となる。

【0059】

例６．例１〜例５のいずれかの方法において、金属成形体は金属セパレータであってもよい。

【0060】

例７．本開示の他の例に係る燃料電池スタック（１）は、例６の方法において製造された金属セパレータ（１０）と膜電極接合体（２）とが交互に積層されてなる。

【符号の説明】

【0061】

１…燃料電池スタック、２…膜電極接合体、１０…金属セパレータ（成形体）、１３…凸部、１３ａ…頂壁、１３ｂ…角部、１４…凹部、１４ａ…頂壁、１４ｂ…角部、２０…仮成形体、２１…仮凸部、２１ａ…頂壁、２１ｂ…窪み部、２２…仮凹部、２２ａ…頂壁、２２ｂ…窪み部、１００…予備成形機、１１０…下型（仮金型）、１１２…凸部、１１２ａ…窪み部、１１４…凹部、１１４ａ…突出部、１２０…上型（仮金型）、１２１…凸部、１２１ａ…窪み部、１２２…凹部、１２２ａ…突出部、２００…成形機、２１０…下型（本金型）、２１２…凸部、２１４…凹部、２２０…上型（本金型）、２２１…凸部、２２２…凹部、３００…矯正機、３１０…下型、３２０…上型、３２１…凸部、３２２…凹部、Ｍ…金属板、Ｐ…頂点。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】