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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6051825
(24)【登録日】2016年12月9日
(45)【発行日】2016年12月27日
(54)【発明の名称】成形方法および成形装置
(51)【国際特許分類】
B26F 3/04 20060101AFI20161219BHJP
H01M 8/0202 20160101ALN20161219BHJP
【ＦＩ】
B26F3/04
!H01M8/02 B
【請求項の数】9
【全頁数】19
(21)【出願番号】特願2012-265502(P2012-265502)
(22)【出願日】2012年12月4日
(65)【公開番号】特開2014-108505(P2014-108505A)
(43)【公開日】2014年6月12日
【審査請求日】2015年10月29日
(73)【特許権者】
【識別番号】000003997
【氏名又は名称】日産自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000671
【氏名又は名称】八田国際特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】田口 直人
(72)【発明者】
【氏名】吉留 正朗
(72)【発明者】
【氏名】樋口 学
【審査官】
石川 健一
(56)【参考文献】
【文献】
特公昭４７−０２７８７７（ＪＰ，Ｂ１）
【文献】
特開平１１−１１６２６２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０７−０２４５３６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０００−３５１０２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００６−２２８４８３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｂ２６Ｆ ３／０４
Ｈ０１Ｍ ８／０２０２
Ｂ２６Ｄ ７／１４
Ｂ２１Ｄ ２８／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
板状の被加工部材から成形品を打ち抜く成形方法であって、
前記成形品の外周形状に対応した打抜孔を開口した打抜部と、前記被加工部材との間に空間部を備え前記打抜孔の外方の全周に沿って封止する封止部とによって、前記被加工部材を付勢して挟持する挟持工程と、
前記空間部に充填した流体を前記被加工部材が前記打抜孔によって打ち抜かれない第１圧力に加圧して、前記被加工部材に生じる歪みを除去する歪除去工程と、
前記流体を前記第１圧力よりも高圧であって前記被加工部材が前記打抜孔によって打ち抜かれる第２圧力に加圧して、前記被加工部材から前記成形品を打ち抜く打抜工程と、を有する成形方法。
前記成形品の外周形状に対応した打抜孔を開口した打抜部と、前記被加工部材との間に空間部を備え前記打抜孔の外方の全周に沿って封止する封止部とによって、前記被加工部材を付勢して挟持する挟持工程と、
前記空間部に充填した流体を前記被加工部材が前記打抜孔によって打ち抜かれない第１圧力に加圧して、前記被加工部材に生じる歪みを除去する歪除去工程と、
前記流体を前記第１圧力よりも高圧であって前記被加工部材が前記打抜孔によって打ち抜かれる第２圧力に加圧して、前記被加工部材から前記成形品を打ち抜く打抜工程と、を有する成形方法。
【請求項2】
前記流体に、非圧縮性流体を用いる請求項１に記載の成形方法。
【請求項3】
前記第１圧力または前記第２圧力を変動させる請求項１または２に記載の成形方法。
【請求項4】
前記第１圧力または前記第２圧力を、その周期が段階的に短くなるように、またはその圧力値が段階的に高くなるように変動させる請求項３に記載の成形方法。
【請求項5】
前記流体に対して前記第２圧力を所定の時間にわたり印加した後、
前記第２圧力の圧力値を増加させるように変動させた直後に前記被加工部材から成形部を打ち抜く請求項３または４に記載の成形方法。
前記第２圧力の圧力値を増加させるように変動させた直後に前記被加工部材から成形部を打ち抜く請求項３または４に記載の成形方法。
【請求項6】
前記挟持工程では、前記打抜孔の内部に移動可能に備えた保持部材によって、
前記第１圧力に加圧されているときに、前記被加工部材が移動しないよう規制した状態で前記被加工部材を保持し、
前記第２圧力に加圧されているときに、前記被加工部材が移動可能なように前記規制を解除した状態で前記被加工部材を保持する請求項１〜５のいずれか１項に記載の成形方法。
前記第１圧力に加圧されているときに、前記被加工部材が移動しないよう規制した状態で前記被加工部材を保持し、
前記第２圧力に加圧されているときに、前記被加工部材が移動可能なように前記規制を解除した状態で前記被加工部材を保持する請求項１〜５のいずれか１項に記載の成形方法。
【請求項7】
前記挟持工程の前に、前記成形品となる領域内に対して、開口または凹凸を成形する加工工程をさらに有する請求項１〜６のいずれか１項に記載の成形方法。
【請求項8】
前記被加工部材に金属板を用い、金属セパレータからなる前記成形品を成形する請求項１〜７のいずれか１項に記載の成形方法。
【請求項9】
板状の被加工部材から成形品を打ち抜く成形装置であって、
前記成形品の外周形状に対応した打抜孔を開口した打抜部と、前記被加工部材との間に空間部を備え前記打抜孔の外方の全周に沿って封止する封止部とによって、前記被加工部材を付勢して挟持する挟持部と、
前記空間部に流体を充填する充填部と、
前記充填部の動作を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記空間部に充填されている前記流体を前記被加工部材が前記打抜孔によって打ち抜かれない第１圧力に加圧して、前記被加工部材に生じる歪みを除去した後、
前記流体を前記第１圧力よりも高圧であって前記被加工部材が前記打抜孔によって打ち抜かれる第２圧力に加圧して、前記被加工部材から前記成形品を打ち抜くように前記充填部を制御する成形装置。
前記成形品の外周形状に対応した打抜孔を開口した打抜部と、前記被加工部材との間に空間部を備え前記打抜孔の外方の全周に沿って封止する封止部とによって、前記被加工部材を付勢して挟持する挟持部と、
前記空間部に流体を充填する充填部と、
前記充填部の動作を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記空間部に充填されている前記流体を前記被加工部材が前記打抜孔によって打ち抜かれない第１圧力に加圧して、前記被加工部材に生じる歪みを除去した後、
前記流体を前記第１圧力よりも高圧であって前記被加工部材が前記打抜孔によって打ち抜かれる第２圧力に加圧して、前記被加工部材から前記成形品を打ち抜くように前記充填部を制御する成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、成形方法およびその成形方法を具現化した成形装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、たとえば燃料電池は、膜電極接合体とセパレータとを交互に積層して構成している（たとえば、特許文献１参照。）。燃料電池は、膜電極接合体とセパレータとの積層数に応じて高出力を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００６―２２８４８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、たとえば、金型のような加工部材を用いて板状の被加工部材からセパレータのような成形品を打ち抜いて成形する場合には、事前に加工部材を高精度で調整しておくことが必須である。
【0005】
仮に、加工部材が調整不足で傾斜している状態であった場合、その加工部材を用いて成形品を打ち抜いて成形すると、成形品の寸法精度に偏りが生じてしまう。寸法精度に偏りが生じた成形品を複数積層しようとしても、各成形品の寸法精度の偏りが一方方向に累積してしまい、その積層数を増加させることは困難となる虞がある。
【0006】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、被加工部材から成形品を精度良く打ち抜いて成形することができる成形方法およびその成形方法を具現化した成形装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成する本発明に係る成形方法では、板状の被加工部材から成形品を打ち抜く。この成形方法は、挟持工程、歪除去工程、および打抜工程を有している。挟持工程では、成形品の外周形状に対応した打抜孔を開口した打抜部と、被加工部材との間に空間部を備え打抜孔の外方の全周に沿って封止する封止部とによって、被加工部材を付勢して挟持する。歪除去工程では、空間部に充填した流体を被加工部材が打抜孔によって打ち抜かれない第１圧力に加圧して、被加工部材に生じる歪みを除去する。打抜工程では、流体を第１圧力よりも高圧であって被加工部材が打抜孔によって打ち抜かれる第２圧力に加圧して、被加工部材から成形品を打ち抜く。
【0008】
上記目的を達成する本発明に係る成形装置は、板状の被加工部材から成形品を打ち抜く。この成形装置は、挟持部、充填部、および制御部を有している。挟持部は、成形品の外周形状に対応した打抜孔を開口した打抜部と、被加工部材との間に空間部を備え打抜孔の外方の全周に沿って封止する封止部とによって、被加工部材を付勢して挟持する。充填部は、空間部に流体を充填する。制御部は、充填部の動作を制御する。ここで、制御部は、空間部に充填されている流体を被加工部材が打抜孔によって打ち抜かれない第１圧力に加圧して、被加工部材に生じる歪みを除去した後、流体を第１圧力よりも高圧であって被加工部材が打抜孔によって打ち抜かれる第２圧力に加圧して、被加工部材から成形品を打ち抜くように充填部を制御する。
【発明の効果】
【0010】
上記のように構成した本発明の成形方法によれば、板状の被加工部材から成形品を打ち抜く。ここで、第１の圧力で加圧した流体によって被加圧部材を押圧して歪みを除去した後、第１の圧力よりも高圧の第２の圧力に加圧した流体によって被加圧部材をさらに押圧して成形品を打ち抜く。したがって、たとえば金型のような加工部材の調整精度に依存することなく、被加工部材から成形品を精度良く打ち抜いて成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本実施形態に係る成形装置を後部に備えた加工機を示す模式図である。
【図2】成形装置の主要部を一側面から示す端面図である。
【図4】成形装置を用いた成形加工を示すフローチャートである。
【図20】成形装置を用いた成形加工時の水の圧力と保持部材１２の位置との関係（例１）を示すタイムチャートである。
【図21】成形装置を用いた成形加工時の水の圧力と保持部材１２の位置との関係（例２）を示すタイムチャートである。
【図22】成形装置を用いた成形加工時の水の圧力（例３）を示すタイムチャートである。
【図23】成形装置を用いた成形加工時の水の圧力（例４）を示すタイムチャートである。
【図24】成形装置によって被加工部材から打ち抜いて成形した成形品を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、添付した図面を参照しながら、本実施形態を説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面における各部材の大きさや比率は、説明の都合上誇張され実際の大きさや比率とは異なる場合がある。
【0015】
図１は、成形装置１を後部に備えた加工機１００を示す模式図である。図２は、成形装置１の主要部を一側面から示す端面図である。図３は、図２に図示した成形装置１に係る打抜部１０ａと搬出部４０とを示す端面図である。図３（ａ）は、打抜部１０ａと搬出部４０とを一側面から示している。図３（ｂ）は、打抜部１０ａと搬出部４０とを一側面に隣接する他側面から示している。
【0016】
成形装置１を備えた加工機１００について、その構成を概説する。加工機１００は、後で参照する図２４に示す成形品５０ａとなる領域内に対して、開口または凹凸を成形する。開口は、たとえば後述するカソードガス供給口５１に相当する。凹凸は、たとえば後述する凸状部５７に相当する。一連の加工工程を経た後、成形装置１によって、最終工程に相当する外形トリム工程を行う。すなわち、成形装置１によって被加工部材５０を打ち抜き、成形品５０ａを成形する。成形装置１は、加工機１００の後部に設けている。加工機１００は、たとえば、上型１１０、下型１２０、コイル１３０、フィーダー１４０および１５０、フィーダー制御部１６０、プレス制御部１７０、高圧チャンバー１８０、および液圧制御部１９０を含んでいる。
【0017】
加工機１００の上型１１０および下型１２０を用いて、板金状の被加工部材５０に相当するコイル１３０に対して、開口または凹凸を成形する。上型１１０および下型１２０の上流側には、コイル１３０を搬入するフィーダー１４０を設けている。一方、上型１１０および下型１２０の下流側には、コイル１３０を搬出するフィーダー１５０を設けている。フィーダー制御部１６０は、フィーダー１４０によるコイル１３０の搬入速度やタイミング、およびフィーダー１５０によるスクラップとなったコイル１３０の搬出速度やタイミングを制御する。プレス制御部１７０は、移動型である上型１１０を、固定型である下型１２０に対して付勢させた後、その下型１２０から離間させるように制御する。液圧制御部１９０は、高圧チャンバー１８０から成形装置１に対して流体を送液させる。
【0018】
成形装置１について、詳細に説明する。成形装置１は、板状の被加工部材５０から成形品５０ａを打ち抜く。成形装置１は、挟持部１０、充填部２０、制御部３０に加えて、たとえば搬出部４０を有している。
【0019】
挟持部１０は、被加工部材５０を付勢して挟持する。
【0020】
挟持部１０は、図２および図３に示すように、打抜部１０ａと封止部１０ｂとによって、被加工部材５０を付勢して挟持する。打抜部１０ａは、成形品５０ａの外周形状に対応した打抜孔１１ａを開口している。打抜部１０ａは、たとえば、下型１１、保持部材１２、側部支持部材１３、および下部支持部材１４を含んでいる。下型１１は、たとえば、鋼材からなり、長方形状に形成している。下型１１の中央には、成形品５０ａの外周形状に対応した打抜孔１１ａを上部から下部に向かって貫通するように開口している。下型１１の上面に、被加工部材５０を載置する。下型１１は、固定型である。保持部材１２は、たとえば、鋼材からなり、成形品５０ａの外周形状に対応した形状に形成している。保持部材１２は、打抜孔１１ａの内部において、上下方向に移動可能に備えている。
【0021】
側部支持部材１３は、たとえば、鋼材からなり、円柱形状に形成している。側部支持部材１３は、たとえば、図２および図３（ａ）に示すように下型１１の下方であって、図３（ｂ）に示すように両端と中央に３組設けている。側部支持部材１３は、保持部材１２の下部を、その保持部材１２の側方から支持している。３組の側部支持部材１３は、下型１１から保持部材１２の下部に突出した状態から、後で参照する図１３に示すように下型１１の内部に収納することができる。すなわち、側部支持部材１３は、水平方向に対して伸縮可能に設けている。側部支持部材１３が保持部材１２の下部に突出してその保持部材１２の下部を支持している状態では、図２に示すように下型１１の上面と保持部材１２の上面との位置が一致している。側部支持部材１３が下型１１の内部に収納されると、後で参照する図１３に示すように、保持部材１２は下方に移動する。
【0022】
下部支持部材１４は、たとえば、図２および図３（ａ）に示すように下型１１の下方であって、図３（ｂ）に示すように下型１１の両端に位置するように２個設けている。下部支持部材１４は、保持部材１２の下部を、その保持部材１２の下方から支持している。２個の下部支持部材１４は、保持部材１２を下方に移動させることができる。すなわち、下部支持部材１４は、垂直方向に伸縮可能に設けている。２個の下部支持部材１４が下方に移動していない状態で、下型１１の上面と保持部材１２の上面との位置が一致している。２個の下部支持部材１４が、等しい移動距離で下方に移動すると、後で参照する図１５に示すように、保持部材１２は傾斜していない状態で下方に移動する。２個の下部支持部材１４の一方を移動させず他方を下方に移動させると、後で参照する図１８に示すように、保持部材１２は傾斜した状態になる。保持部材１２を傾斜させることによって、保持部材１２に載置した成形品５０ａを滑らせて、搬出部４０に移動させる。
【0023】
挟持部１０の封止部１０ｂは、被加工部材５０との間に空間部１５ｂを備え打抜孔１１ａの外方の全周に沿って封止する。封止部１０ｂは、たとえば、上型１５、被押圧部材１６、移動基準フランジ１７、押圧部材１８、および伸縮バネ１９を含んでいる。上型１５は、たとえば、鋼材からなり、下部に開口を設けた凹状部に形成している。上型１５は、内部に空間部１５ｂを設けている。空間部１５ｂには、後述する充填部２０から供給された水６０を充填する。上型１５は、開口の縁の全周に沿って、たとえば伸縮性を備えた樹脂材からなる密着部１５ａを設けている。上型１５は、被加工部材５０を載置した下型１１に対して、密着部１５ａを介して密着する。上型１５は、移動型である。
【0024】
封止部１０ｂの被押圧部材１６は、たとえば、鋼材からなり、長方形状に形成している。被押圧部材１６の下部は、上型１５の上部に接合している。移動基準フランジ１７は、たとえば、鋼材からなり、円柱形状に形成している。移動基準フランジ１７は、被押圧部材１６の中央に備えられた開口に対して、上下方向に移動可能に挿入している。移動基準フランジ１７の下方は、径方向外方に突出して形成し、その移動基準フランジ１７が被押圧部材１６の上方に突き抜けることを防止している。
【0025】
封止部１０ｂの押圧部材１８は、たとえば、鋼材からなり、長方形状に形成している。押圧部材１８の下部の中央に、移動基準フランジ１７の上部を接合結している。押圧部材１８によって被押圧部材１６を押圧すると、上型１５の密着部１５ａが下型１１に載置した被加工部材５０に密着する。伸縮バネ１９は、被押圧部材１６の上部に開口した穴に挿入され、移動基準フランジ１７の上部を挿通している。押圧部材１８が被押圧部材１６を押圧するときに、伸縮バネ１９の伸縮力を用いて、その押圧部材１８が被押圧部材１６に対して衝撃を与えないようにしている。押圧部材１８が被押圧部材１６を押圧していない状態のときに、伸縮バネ１９の伸縮力を用いて、押圧部材１８と被押圧部材１６とを離間させている。伸縮バネ１９は、たとえば、金属からなり、螺旋形状に形成している。
【0026】
充填部２０は、空間部１５ｂに流体を充填する。
【0027】
充填部２０は、制御部３０の制御に基づき、空間部１５ｂに流体を充填する。充填部２０は、たとえば、送液ポンプ２１、高圧チャンバー２２、および供給バルブ２３を含んでいる。送液ポンプ２１は、後で参照する図７等に示すように、挟持部１０の打抜部１０ａと封止部１０ｂとによって被加工部材５０が挟持された状態で、空間部１５ｂ内に流体を充填する。流体には、たとえば、非圧縮性流体である水６０を用いる。送液ポンプ２１は、水６０を所定の圧力に加圧しつつ送液する。高圧チャンバー２２は、送液ポンプ２１と空間部１５ｂとの間に設け、加圧した水６０を一時的に貯蔵する。供給バルブ２３は、被押圧部材１６および上型１５に挿通して設け、高圧チャンバー２２内の水６０を空間部１５ｂに供給する。
【0028】
制御部３０は、充填部２０の動作を制御する。
【0029】
制御部３０は、たとえば、コントローラ３１を含んでいる。コントローラ３１は、成形装置１の制御プログラムを格納したＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、制御プログラムに基づいて成形装置１の動作を制御するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、制御中の各種データを一時的に記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）を含んでいる。コントローラ３１は、後で参照する図７に示すように、空間部１５ｂに充填されている流体を被加工部材５０が打抜孔１１ａによって打ち抜かれない第１圧力Ｐ１に加圧して、被加工部材５０に生じる歪みを除去するように、充填部２０を制御する。その後、コントローラ３１は、後で参照する図９等に示すように、流体を第１圧力Ｐ１よりも高圧であって被加工部材５０が打抜孔１１ａによって打ち抜かれる第２圧力Ｐ２に加圧して、被加工部材５０から成形品５０ａを打ち抜くように充填部２０を制御する。制御部３０は、図１に示す液圧制御部１９０を含む。
【0030】
搬出部４０は、被加工部材５０から打ち抜かれた成形品５０ａを成形装置１の外部に搬出する。
【0031】
搬出部４０は、図３（ｂ）に示すように、搬出ベルト４１、駆動ローラ４２、および図示せぬ従動ローラを含んでいる。搬出ベルト４１は、無端状のベルトからなる。駆動ローラ４２および図示せぬ従動ローラは、搬出ベルト４１の内周面の両端にそれぞれ設けている。駆動ローラ４２を駆動すると搬出ベルト４１が回転し、その搬出ベルト４１に載置された成形品５０ａが、成形装置１の外部に搬出される。
【0033】
図４は、成形装置１を用いた成形加工を示すフローチャートである。図５は、図４のＳ１およびＳ２に係る成形装置１の主要部を一側面から示す端面図である。図６は、図５に図示した成形装置１の空間部１５ｂの圧力値を示す図である。図７は、図４のＳ３〜Ｓ５に係る成形装置１の主要部を一側面から示す端面図である。図８は、図７に図示した成形装置１の空間部１５ｂの圧力値を示す図である。図９は、図４のＳ６に係る成形装置１の主要部を一側面から示す端面図である。図１０は、図９に図示した成形装置１の空間部１５ｂの圧力値を示す図である。図１１は、図４のＳ６の終端に係る成形装置１の主要部を一側面から示す端面図である。図１２は、図１１に図示した成形装置１の空間部１５ｂの圧力値を示す図である。
【0034】
図１３は、図４のＳ７に係る成形装置１の主要部を一側面から示す端面図である。図１４は、図１３に図示した成形装置１の空間部１５ｂの圧力値を示す図である。図１５は、図１３に図示した成形装置１に係る打抜部１０ａおよび搬出部４０を示す端面図である。図１５（ａ）は、打抜部１０ａおよび搬出部４０を一側面から示している。図１５（ｂ）は、打抜部１０ａおよび搬出部４０を一側面に隣接する他側面から示している。図１６は、図４のＳ８に係る成形装置１の主要部を一側面から示す端面図である。図１７は、図１６に図示した成形装置１の空間部１５ｂの圧力値を示す図である。
【0035】
図１８は、図４のＳ９に係る成形装置１の打抜部１０ａおよび搬出部４０を示す端面図である。図１８（ａ）は、打抜部１０ａおよび搬出部４０を一側面から示している。図１８（ｂ）は、打抜部１０ａおよび搬出部４０を一側面に隣接する他側面から示している。図１９は、図１８に図示した状態に引き続き成形装置１の打抜部１０ａおよび搬出部４０を示す端面図である。図１９（ａ）は、打抜部１０ａおよび搬出部４０を一側面から示している。図１９（ｂ）は、打抜部１０ａおよび搬出部４０を一側面に隣接する他側面から示している。
【0036】
成形装置１で具現化される成形方法は、挟持工程、歪除去工程、打抜工程に加えて、たとえば挟持解除工程および搬送工程を含んでいる。以下、各工程について順に説明する。
【0037】
挟持工程では、被加工部材５０を付勢して挟持する。挟持工程は、図４のＳ１およびＳ２に相当する。挟持工程では、成形装置１を図３に示す状態から図５に示す状態に動作させる。具体的には、押圧部材１８を用いて被押圧部材１６を下方に押圧することによって、封止部１０ｂを挟持部１０の打抜部１０ａに対して接近させる（Ｓ１）。さらに、上型１５の密着部１５ａと被加工部材５０とを密着させた状態で、被加工部材５０を打抜部１０ａと封止部１０ｂとによって挟持する（Ｓ２）。図５に示す状態では、成形装置１の空間部１５ｂに水６０が充填されていないことから、図６に示す空間部１５ｂにおける水６０の水圧Ｐａは０である。
【0038】
歪除去工程では、被加工部材５０に生じる歪みを除去する。歪除去工程は、図４のＳ３〜Ｓ５に相当する。歪除去工程では、成形装置１を図５に示す状態から図７に示す状態に動作させる。具体的には、封止部１０ｂの空間部１５ｂに水６０を充填し（Ｓ３）、空間部１５ｂに充填された水６０を第１圧力Ｐ１に加圧し（Ｓ４）、被加工部材５０に生じる歪みを除去する（Ｓ５）。成形装置１の空間部１５ｂに充填された水６０の水圧Ｐｂは、図８に示す第１圧力Ｐ１の範囲内で上昇させる。第１圧力Ｐ１は、空間部１５ｂに充填した水６０で被加工部材５０を押圧しても、その被加工部材５０から成形品５０ａが打ち抜かれない圧力である。第１圧力Ｐ１に加圧した水６０を用いて、被加工部材５０に生じる歪みを除去する。
【0039】
打抜工程では、被加工部材５０から成形品５０ａを打ち抜く。打抜工程は、図４のＳ６およびＳ７に相当する。打抜工程では、まず成形装置１を図７に示す状態から図９を介して図１１に示す状態まで動作させる。具体的には、空間部１５ｂに充填された水６０を第２圧力Ｐ２に加圧する（Ｓ６）。第２圧力Ｐ２は、空間部１５ｂに充填した水６０で被加工部材５０を押圧すると、その被加工部材５０から成形品５０ａが打ち抜かれる圧力である。図１０に示すように、成形装置１の空間部１５ｂに充填された水６０の水圧Ｐｃを、所定の時間にわたり一定の値に維持させる。つぎに、成形装置１を図９に示す状態から、さらに図１１に示す状態に動作させる。具体的には、空間部１５ｂに充填された水の圧力を、図１０に示す一定の値に維持された圧力Ｐｃから、図１２に示す圧力Ｐｄまで増加させる（Ｓ６）。圧力Ｐｄは、第２圧力Ｐ２の上限値である。
【0040】
ここで、打抜工程において、成形装置１を図１１に示す状態から図１３および図１５に示す状態に動作させる。すなわち、空間部１５ｂに充填された水の圧力を図１２に示す圧力Ｐｄにした直後に、被加工部材５０から成形品５０ａを打ち抜く（Ｓ７）。具体的には、たとえば、空間部１５ｂに充填された水の圧力を図１２に示す圧力Ｐｄにした直後に、３組の側部支持部材１３を下型１１の内部に収納し、かつ２個の下部支持部材１４を等しい移動距離で下方に移動させて、保持部材１２を下方に移動させる。被加工部材５０から打ち抜かれた成形品５０ａが、保持部材１２に載置された状態で下方に移動する。このとき、上型１５の密着部１５ａと被加工部材５０とが密着した状態で、上型１５の空間部１５ｂに充填されていた水６０が打抜孔１１ａを介して排出され始める。成形品５０ａが打ち抜かれた直後、図１４に示す水６０の水圧Ｐｅは、図１２に示す水６０の水圧Ｐｄよりも低下する。
【0041】
挟持解除工程では、被加工部材５０の挟持を解除する。この被加工部材５０は、成形品５０ａが打ち抜かれた後のものである。挟持解除工程は、図４のＳ８に相当する。挟持解除工程では、成形装置１を図１３に示す状態から図１６に示す状態に動作させる。具体的には、被押圧部材１６を下方に押圧していた押圧部材１８を上昇させることによって、上型１５の密着部１５ａと被加工部材５０との密着を解き、挟持部１０の打抜部１０ａから封止部１０ｂを離間させる（Ｓ８）。成形装置１の空間部１５ｂから水６０が排出されたことから、図１７に示す水６０の水圧Ｐｆは０となっている。
【0042】
搬送工程では、被加工部材５０から打ち抜かれた成形品５０ａを搬送する。搬送工程は、図４のＳ９に相当する。搬送工程では、成形装置１を図１６に示す状態から図１８に示す状態を介して図１９に示す状態に動作させる。具体的には、図１８に示すように、２個の下部支持部材１４の一方（図１８中の右側）を移動させず、他方（図１８中の左側）を下方に移動させることによって、保持部材１２を傾斜した状態にさせる。保持部材１２を傾斜させることによって、図１９に示すように、保持部材１２に載置した成形品５０ａを滑らせて搬出部４０に移動させる。搬出部４０は、成形品５０ａを搬出ベルト４１に載置した状態で成形装置１の外部に搬出する。
【0044】
図２０は、成形装置１を用いた成形加工時の水６０の圧力と保持部材１２の位置との関係（例１）を示すタイムチャートである。図２１は、成形装置１を用いた成形加工時の水６０の圧力と保持部材１２の位置との関係（例２）を示すタイムチャートである。図２２は、成形装置１を用いた成形加工時の水６０の圧力（例３）を示すタイムチャートである。図２３は、成形装置１を用いた成形加工時の水６０の圧力（例４）を示すタイムチャートである。
【0045】
図２０は、図４〜図１９を参照しながら前述した成形装置１の成形加工に係るタイムチャートである。時刻Ｔ０〜Ｔ１において、図７に示す空間部１５ｂに充填された水６０を第１圧力Ｐ１の範囲内で徐々に加圧して、被加工部材５０に生じる歪みを除去する。時刻Ｔ１を超えた直後から時刻Ｔ２において、図９に示す空間部１５ｂに充填された水６０を第２圧力Ｐ２の範囲内において一定の圧力で加圧する。時刻Ｔ２を超えた直後から時刻Ｔ３において、図１３に示す空間部１５ｂに充填された水６０を第２圧力Ｐ２の上限値まで増加させる。時刻Ｔ３に被加工部材５０から成形品５０ａが打ち抜かれる。その打ち抜かれるタイミングに合わせて、保持部材１２を図１５に示すように水平のまま降下させ、その状態で所定の時間にわたり保持する。水６０は、空間部１５ｂから排出される。その後、時刻Ｔ４までに保持部材１２を図１８（ｂ）に示すように傾斜した状態で降下させ、その状態で時刻Ｔ５まで保持する。時刻Ｔ５までに搬出部４０によって成形品５０ａを搬出する。時刻Ｔ５の直後から時刻Ｔ６にかけて、保持部材１２を図５に示す元の位置まで上昇させる。
【0046】
図２１は、図４〜図１９を参照しながら前述した成形装置１の成形加工において、第１圧力Ｐ１および第２圧力Ｐ２を変動させる構成としたものである。このように構成した成形方法によれば、水６０を用いて押圧している被加工部材５０に局所的な歪みが残留している場合、その水６０に印加する第１圧力を変動させることによって、その局所的な歪みを除去することができる。一方、水６０に印加する第２圧力を変動させることによって、被加工部材５０から成形品５０ａをスムーズに打ち抜くことができる。
【0047】
図２２は、図２１に示す成形加工において、パルス状に変動させて印加した第１圧力Ｐ１の周期Ｌ１と、パルス状に変動させて印加した第２圧力Ｐ２の周期Ｌ２とが、段階的に短くなるように、第１圧力Ｐ１および第２圧力Ｐ２を変動させる構成である。一方、図２３は、図２１に示す成形加工において、パルス状に変動させて印加した第１圧力Ｐ１の圧力値Ｓ１と、パルス状に変動させて印加した第２圧力Ｐ２の圧力値Ｓ２とが、段階的に高まるように、第１圧力Ｐ１および第２圧力Ｐ２を変動させる構成である。上記の構成したいずれの成形方法によっても、水６０を用いて押圧している被加工部材５０に対して段階的に高負荷を掛けることが可能である。したがって、被加工部材５０に残留している局所的な歪みをスムーズに除去したり、被加工部材５０から成形品５０ａをスムーズに打ち抜いたりすることができる。
【0048】
つぎに、成形装置１によって被加工部材５０から打ち抜いて成形した成形品５０ａについて、図２４を参照しながら説明する。
【0049】
図２４は、成形装置１によって被加工部材５０から打ち抜いて成形した成形品５０ａを示す斜視図である。
【0050】
成形品５０ａは、たとえば、燃料電池用の金属セパレータに相当する。成形品５０ａは、その長手方向の一端に、カソードガス供給口５１、冷却流体供給口５２、およびアノードガス供給口５３を、それぞれ開口している。一方、成形品５０ａは、長手方向の他端に、カソードガス排出口５４、冷却流体排出口５５、およびアノードガス排出口５６を、それぞれ開口している。これらの開口は、成形装置１によって外形トリム工程を行う前に、加工機１００によって加工したものである。
【0051】
成形品５０ａは、その長手方向の中央に、凹凸状部５８を設けている。凹凸状部５８は、成形品５０ａの長手方向の一端から他端に向かってＵ字状の溝を形成している。凹凸状部５８は、成形品５０ａの長手方向の一端から他端に向かって流す冷却水の流路に相当する。成形品５０ａは、凹凸状部５８の長手方向に沿った両端に、凸状部５７を設けている。凸状部５７は、凹凸状部５８と同様に、成形品５０ａの長手方向の一端から他端に向かって流す冷却水の流路に相当する。凸状部５７および凹凸状部５８は、成形装置１によって外形トリム工程を行う前に、加工機１００によって加工したものである。
【0052】
ここで、加工機１００による加工によって被加工部材５０に蓄積した歪みを、成形装置１を用いて吸収する。具体的には、成形装置１によって空間部１５ｂに充填した水６０を第１圧力Ｐ１に加圧したときに、被加工部材５０に蓄積した歪みを、打抜孔１１ａで打ち抜かれる領域内に成形済みの凸状部５７または凹凸状部５８に吸収させる。この結果、外形寸法が高精度に成形された成形品５０ａを得ることができる。凸状部５７または凹凸状部５８は、たとえば冷却水の流路を確保することを目的とする場合、その形状が多少歪んでいても性能上の問題は無い。
【0053】
上述した本実施形態に係る成形方法、その成形方法を具現化した成形装置１、およびその成形装置１によって成形した成形品５０ａによれば、以下の作用効果を奏する。
【0054】
成形方法では、板状の被加工部材５０から成形品５０ａを打ち抜く。成形方法は、挟持工程、歪除去工程、および打抜工程を有している。挟持工程では、成形品５０ａの外周形状に対応した打抜孔１１ａを開口した打抜部１０ａと、被加工部材５０との間に空間部１５ｂを備え打抜孔１１ａの外方の全周に沿って封止する封止部１０ｂとによって、被加工部材５０を付勢して挟持する。歪除去工程では、空間部１５ｂに充填した流体を被加工部材５０が打抜孔１１ａによって打ち抜かれない第１圧力Ｐ１に加圧して、被加工部材５０に生じる歪みを除去する。打抜工程では、流体を第１圧力Ｐ１よりも高圧であって被加工部材５０が打抜孔１１ａによって打ち抜かれる第２圧力Ｐ２に加圧して、被加工部材５０から成形品５０ａを打ち抜く。
【0055】
成形装置１は、板状の被加工部材５０から成形品５０ａを打ち抜く。成形装置１は、挟持部１０、充填部２０、および制御部３０を有している。挟持部１０は、成形品５０ａの外周形状に対応した打抜孔１１ａを開口した打抜部１０ａと、被加工部材５０との間に空間部１５ｂを備え打抜孔１１ａの外方の全周に沿って封止する封止部１０ｂとによって、被加工部材５０を付勢して挟持する。充填部２０は、空間部１５ｂに流体を充填する。制御部３０は、充填部２０の動作を制御する。ここで、制御部３０は、空間部１５ｂに充填されている流体を被加工部材５０が打抜孔１１ａによって打ち抜かれない第１圧力Ｐ１に加圧して、被加工部材５０に生じる歪みを除去した後、流体を第１圧力Ｐ１よりも高圧であって被加工部材５０が打抜孔１１ａによって打ち抜かれる第２圧力Ｐ２に加圧して、被加工部材５０から成形品５０ａを打ち抜くように充填部２０を制御する。
【0056】
成形品５０ａは、板状の被加工部材５０から打ち抜いて成形している。成形品５０ａは、成形品５０ａの外周形状に対応した打抜孔１１ａを開口した打抜部１０ａと、被加工部材５０との間に空間部１５ｂを備え打抜孔１１ａの外方の全周に沿って封止する封止部１０ｂとによって、被加工部材５０を付勢して挟持し、空間部１５ｂに充填した流体を被加工部材５０が打抜孔１１ａによって打ち抜かれない第１圧力Ｐ１に加圧して、被加工部材５０に生じる歪みを除去し、流体を第１圧力Ｐ１よりも高圧であって被加工部材５０が打抜孔１１ａによって打ち抜かれる第２圧力Ｐ２に加圧し、被加工部材５０から打ち抜いて成形している。
【0057】
このように構成した成形方法、その成形方法を具現化した成形装置１、およびその成形装置１によって成形した成形品５０ａによれば、たとえば金型のような加工部材の調整精度に依存することなく、被加工部材５０から成形品５０ａを精度良く打ち抜いて成形することができる。
【0058】
また、このように構成した成形方法、その成形方法を具現化した成形装置１、およびその成形装置１によって成形した成形品５０ａによれば、被加工部材５０から打ち抜く成形品５０ａの全面に対して水６０を用いて均等に押圧することができる。したがって、被加工部材５０から成形品５０ａを打ち抜くときに、その成形品５０ａが部分的に撓んだり歪んだりすることを防止できる。
【0059】
さらに、たとえば成形方法において、流体に、非圧縮性流体を用いる構成としてもよい。
【0060】
このように構成した成形方法によれば、非圧縮性流体は、たとえば空気のような圧縮性流体を用いた場合と比較して、速やかに加圧できる。したがって、この成形方法によれば、被加工部材５０を加圧して歪みを除去してから打ち抜くまでに要する時間を短縮することができる。
【0061】
さらに、たとえば成形方法において、第１圧力Ｐ１または第２圧力Ｐ２を変動させる構成としてもよい。
【0062】
このように構成した成形方法によれば、流体を用いて押圧している被加工部材５０に局所的な歪みが残留している場合、流体に印加する第１圧力を変動させることによって、その局所的な歪みを除去することができる。一方、流体に印加する第２圧力を変動させることによって、被加工部材５０に対して衝撃を与え、被加工部材５０から成形品５０ａを打ち抜くことができる。
【0063】
さらに、たとえば成形方法において、第１圧力Ｐ１または第２圧力Ｐ２を、その周期が段階的に短くなるように、またはその圧力値が段階的に高くなるように変動させる構成としてもよい。
【0064】
このように構成した成形方法によれば、流体を用いて押圧している被加工部材５０に対して段階的に高負荷を掛けることによって、被加工部材５０に局所的に残留している歪みをスムーズに除去することができる。一方、被加工部材５０から成形品５０ａをスムーズに打ち抜くことができる。
【0065】
さらに、たとえば成形方法において、流体に対して第２圧力Ｐ２を所定の時間にわたり印加した後、第２圧力Ｐ２の圧力値を増加させるように変動させた直後に被加工部材５０から成形部を打ち抜く構成としてもよい。
【0066】
このように構成した成形方法によれば、被加工部材５０に第２圧力Ｐ２よりも高圧力で付勢して、被加工部材５０から成形品５０ａを高速で打ち抜くことできる。被加工部材５０から高速で成形品５０ａを打ち抜くと、低速で成形品５０ａを打ち抜いた場合と比較して、その成形品５０ａの外周部分の形状を担保し易い。さらに、第２圧力Ｐ２の圧力値を増加させて被加工部材５０を打ち抜く構成とすれば、被加工部材５０から成形品５０ａを打ち抜くタイミングを調整することができる。
【0067】
さらに、たとえば成形方法において、挟持工程では、打抜孔１１ａの内部に移動可能に備えた保持部材１２によって、第１圧力Ｐ１に加圧されているときに、被加工部材５０が移動しないよう規制した状態で被加工部材５０を保持する構成としてもよい。この場合、第２圧力Ｐ２に加圧されているときには、被加工部材５０が移動可能なように規制を解除した状態で被加工部材５０を保持する。
【0068】
このように構成した成形方法によれば、被加工部材５０から成形品５０ａを打ち抜くまでに、成形品５０ａとなる領域全体が撓んだり凹んだりすることを防止でき、その成形品５０ａを打抜孔１１ａに沿って高精度で打ち抜くことができる。
【0069】
さらに、たとえば成形方法において、挟持工程の前に、成形品５０ａとなる領域内に対して、開口または凹凸を成形する加工工程をさらに有する構成としてもよい。
【0070】
このように構成した成形方法によれば、開口または凹凸を成形する加工工程で被加工部材５０に蓄積した様々な歪みを、成形装置１による外形トリム工程において、被加工部材５０から成形品５０ａを打ち抜く直前に除去することができる。さらに、このように構成した成形方法によれば、開口または凹凸を成形する加工工程で被加工部材５０に蓄積した様々な歪みに依存して、金型同士が干渉したり、成形品５０ａの一部に切断不良が生じたりすることがない。
【0071】
さらに、たとえば成形方法において、被加工部材５０に金属板を用い、金属セパレータからなる成形品５０ａを成形する構成としてもよい。
【0072】
このように構成した成形方法によれば、被加工部材５０から成形品５０ａを精度良く打ち抜かれ、成形品５０ａの寸法精度に偏りが生じていないことから、積層した成形品５０ａの寸法精度の偏りが一方方向に累積してしまうことがない。したがって、たとえば、燃料電池において、膜電極接合体と金属セパレータとを交互に数百層以上積層するような場合においても、積層ずれによる不具合が生じない。
【0073】
さらに、たとえば成形品において、空間部１５ｂに充填した流体を第１圧力Ｐ１に加圧して、被加工部材５０に生じる歪みを、打抜孔１１ａで打ち抜かれる領域内に成形された凸状部５７または凹凸状部５８で吸収させる構成としてもよい。
【0074】
このように構成すれば、成形装置１によって空間部１５ｂに充填した水６０を第１圧力Ｐ１に加圧したときに、被加工部材５０に蓄積した歪みを、打抜孔１１ａで打ち抜かれる領域内に成形済みの凸状部５７または凹凸状部５８に吸収させることができる。この結果、外形寸法が高精度に成形された成形品５０ａを得ることができる。凸状部５７または凹凸状部５８は、たとえば冷却水の流路を確保することを目的とする場合、その形状が多少歪んでいても性能上の問題は無い。
【0075】
そのほか、本発明は、特許請求の範囲に記載された構成に基づき様々な改変が可能であり、それらについても本発明の範疇である。
【0076】
たとえば、空間部１５ｂに充填する流体は、液体に限定されることはなく、たとえば気体を用いてもよい。流体は、水６０に限定されることはなく、たとえば冷媒を含有させた水溶液を用いてもよい。被加工部材５０から打ち抜いて成形する成形品５０ａは、セパレータに限定されることはなく、たとえば電気デバイスに用いる各種部品としてもよい。被加工部材５０は、金属板に限定されることはなく、たとえば樹脂材を用いてもよい。成形装置１においては、下型１１を固定型とし上型１５を移動型として説明したが、下型１１を移動型とし上型１５を固定型として構成してもよい。
【符号の説明】
【0077】
１ 成形装置、１０ 挟持部、
１０ａ 打抜部、
１０ｂ 封止部、
１１ 下型、
１１ａ 打抜孔、
１２ 保持部材、
１３ 側部支持部材、
１４ 下部支持部材、
１５ 上型、
１５ａ 密着部、
１５ｂ 空間部、
１６ 被押圧部材、
１７ 移動基準フランジ、
１８ 押圧部材、
１９ 伸縮バネ、
２０ 充填部、
２１ 送液ポンプ、
２２ 高圧チャンバー、
２３ 供給バルブ、
３０ 制御部、
３１ コントローラ、
４０ 搬出部、
４１ 搬出ベルト、
４２ 駆動ローラ、
５０ 被加工部材、
５０ａ 成形品、
５１ カソードガス供給口、
５２ 冷却流体供給口、
５３ アノードガス供給口、
５４ カソードガス排出口、
５５ 冷却流体排出口、
５６ アノードガス排出口、
５７ 凸状部、
５８ 凹凸状部、
６０ 水、
１００ 加工機、
１１０ 上型、
１２０ 下型、
１３０ コイル、
１４０，１５０ フィーダー、
１６０ フィーダー制御部、
１７０ プレス制御部、
１８０ 高圧チャンバー、
１９０ 液圧制御部、
Ｐ１ 第１圧力、
Ｐ２ 第２圧力、
Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄ，Ｐｅ，Ｐｆ 水圧、
Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６ 時刻、
Ｌ１，Ｌ２ 周期、
Ｓ１，Ｓ２ 圧力値。