特開2023-39582金属ガスケット及びその製造方法、並びに燃料電池用の金属セパレータ及びその製造方法
(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】P2023039582
(43)【公開日】2023-03-22
(54)【発明の名称】金属ガスケット及びその製造方法、並びに燃料電池用の金属セパレータ及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
H01M 8/028 20160101AFI20230314BHJP
H01M 8/0206 20160101ALI20230314BHJP
H01M 8/0276 20160101ALI20230314BHJP
F16J 15/08 20060101ALI20230314BHJP
B21D 22/02 20060101ALI20230314BHJP
B21D 53/00 20060101ALI20230314BHJP
【ＦＩ】
H01M8/028
H01M8/0206
H01M8/0276
F16J15/08 H
B21D22/02 B
B21D53/00 E
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021146769
(22)【出願日】2021-09-09
(71)【出願人】
【識別番号】000004385
【氏名又は名称】ＮＯＫ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100179970
【弁理士】
【氏名又は名称】桐山 大
(74)【代理人】
【識別番号】100071205
【弁理士】
【氏名又は名称】野本 陽一
(72)【発明者】
【氏名】佐宗 秀寿
(72)【発明者】
【氏名】高尾 友紀
(72)【発明者】
【氏名】畑中 啓
【テーマコード（参考）】
3J040
4E137
5H126
【Ｆターム（参考）】
3J040BA07
3J040CA04
3J040EA07
3J040EA15
3J040EA17
3J040EA27
3J040EA46
3J040EA48
3J040FA01
3J040FA06
3J040HA01
3J040HA09
4E137AA02
4E137BA01
4E137BA02
4E137BA05
4E137BB01
4E137BC05
4E137CA09
4E137EA01
4E137GA01
4E137GA15
4E137GB10
5H126AA05
5H126AA12
5H126AA13
5H126BB06
5H126DD05
5H126GG02
5H126HH01
5H126HH02
5H126JJ00
5H126JJ08
(57)【要約】
【課題】ビードシール自体の形状を変更することなく、ビードシールを座屈しにくくすること。
【解決手段】平板形状を有する金属製のベースプレート３１を用意し、ビードシール５１の成型が可能な金型にセットする。金型を用いてプレス加工をすることで、断面円弧状に隆起するビードシール５１がベースプレート３１に成形された金属セパレータが製造される。ビードシール５１の頂部側の領域Ａには硬化処理が施されており、この頂部側の領域Ａには根元側の領域Ｂよりも硬度を高められた硬化部５４が設けられている。硬化部５４は、ビードシール５１の他の領域とは異なる組織構造、例えば変態点以上の加熱によって変化した金属組織構造ＭＳ１、あるいはビードシール５１の他の領域と比較して結晶構造の乱れが多く発生している金属組織構造を有している。
【選択図】図８
【解決手段】平板形状を有する金属製のベースプレート３１を用意し、ビードシール５１の成型が可能な金型にセットする。金型を用いてプレス加工をすることで、断面円弧状に隆起するビードシール５１がベースプレート３１に成形された金属セパレータが製造される。ビードシール５１の頂部側の領域Ａには硬化処理が施されており、この頂部側の領域Ａには根元側の領域Ｂよりも硬度を高められた硬化部５４が設けられている。硬化部５４は、ビードシール５１の他の領域とは異なる組織構造、例えば変態点以上の加熱によって変化した金属組織構造ＭＳ１、あるいはビードシール５１の他の領域と比較して結晶構造の乱れが多く発生している金属組織構造を有している。
【選択図】図８
【特許請求の範囲】
【請求項1】
平板形状を有する金属製のベースプレートと、
断面円弧状に隆起した形状で前記ベースプレートに成形されたビードシールと、
を備え、
前記ビードシールは、根元側の領域よりも硬度を高められた硬化部を頂部側の領域に有している金属ガスケット。
断面円弧状に隆起した形状で前記ベースプレートに成形されたビードシールと、
を備え、
前記ビードシールは、根元側の領域よりも硬度を高められた硬化部を頂部側の領域に有している金属ガスケット。
【請求項2】
前記硬化部は、前記ビードシールの他の領域とは異なる金属組織構造を有している、
請求項１に記載の金属ガスケット。
請求項１に記載の金属ガスケット。
【請求項3】
前記硬化部の金属組織構造は、変態点以上の加熱によって変化した組織構造である、
請求項２に記載の金属ガスケット。
請求項２に記載の金属ガスケット。
【請求項4】
前記硬化部の金属組織構造は、前記ビードシールの他の領域と比較して結晶構造の乱れが多く発生している組織構造である、
請求項２に記載の金属ガスケット。
請求項２に記載の金属ガスケット。
【請求項5】
前記硬化部は、前記ビードシールに固着している硬化被膜である、
請求項１に記載の金属ガスケット。
請求項１に記載の金属ガスケット。
【請求項6】
平板形状を有する金属製のベースプレートを用意し、断面円弧状に隆起するビードシールを成型する金型にセットする工程と、
前記金型を用いたプレス加工によって、前記ベースプレートに前記ビードシールを成形する工程と、
前記ビードシール中、頂部側の領域にのみ硬化処理を施す工程と、
を備える金属ガスケットの製造方法。
前記金型を用いたプレス加工によって、前記ベースプレートに前記ビードシールを成形する工程と、
前記ビードシール中、頂部側の領域にのみ硬化処理を施す工程と、
を備える金属ガスケットの製造方法。
【請求項7】
前記硬化処理は、焼き入れによって行なう、
請求項６に記載の金属ガスケットの製造方法。
請求項６に記載の金属ガスケットの製造方法。
【請求項8】
前記硬化処理は、前記ビードシール成型前の前記ベースプレートに対して行なう、
請求項６又は７に記載の金属ガスケットの製造方法。
請求項６又は７に記載の金属ガスケットの製造方法。
【請求項9】
前記硬化処理は、成型後の前記ビードシールに対して行なう、
請求項６又は７に記載の金属ガスケットの製造方法。
請求項６又は７に記載の金属ガスケットの製造方法。
【請求項10】
前記硬化処理は、
前記ビードシールの成形前に、前記ビードシールを成形する位置に予備のプレス加工を施すことによって行なう、
請求項６に記載の金属ガスケットの製造方法。
前記ビードシールの成形前に、前記ビードシールを成形する位置に予備のプレス加工を施すことによって行なう、
請求項６に記載の金属ガスケットの製造方法。
【請求項11】
前記予備のプレス加工は、
前記ベースプレートを前記金型にセットする第１のサブ工程と、
前記金型を用いたプレス加工によって、前記第１のサブ工程でセットした前記ベースプレートに予備形状を付与する第２のサブ工程と、
前記予備形状を平板状に戻すようにプレス加工する第３のサブ工程と、
を含む、
請求項１０に記載の金属ガスケットの製造方法。
前記ベースプレートを前記金型にセットする第１のサブ工程と、
前記金型を用いたプレス加工によって、前記第１のサブ工程でセットした前記ベースプレートに予備形状を付与する第２のサブ工程と、
前記予備形状を平板状に戻すようにプレス加工する第３のサブ工程と、
を含む、
請求項１０に記載の金属ガスケットの製造方法。
【請求項12】
前記予備のプレス加工は、
前記ビードシールとは反転した形状の予備形状を成型する第２の金型に前記ベースプレートをセットする第１のサブ工程と、
前記第２の金型を用いたプレス加工によって、前記第１のサブ工程でセットした前記ベースプレートに前記予備形状を付与する第２のサブ工程と、
を含み、
前記ビードシールは、前記予備形状が付与された前記ベースプレートに対する前記金型を用いたプレス加工によって成形される、
請求項１０に記載の金属ガスケットの製造方法。
前記ビードシールとは反転した形状の予備形状を成型する第２の金型に前記ベースプレートをセットする第１のサブ工程と、
前記第２の金型を用いたプレス加工によって、前記第１のサブ工程でセットした前記ベースプレートに前記予備形状を付与する第２のサブ工程と、
を含み、
前記ビードシールは、前記予備形状が付与された前記ベースプレートに対する前記金型を用いたプレス加工によって成形される、
請求項１０に記載の金属ガスケットの製造方法。
【請求項13】
膜／電極接合体に積層されて発電セルを構成する燃料電池用金属セパレータであって、
平板形状を有する金属製のベースプレートと、
断面円弧状に隆起した形状で前記ベースプレートに成形され、前記膜／電極接合体の外枠に接合して流体の漏れを阻止するビードシールと、
を備え、
前記ビードシールは、根元側の領域よりも硬度を高められた硬化部を頂部側の領域に有している燃料電池用の金属セパレータ。
平板形状を有する金属製のベースプレートと、
断面円弧状に隆起した形状で前記ベースプレートに成形され、前記膜／電極接合体の外枠に接合して流体の漏れを阻止するビードシールと、
を備え、
前記ビードシールは、根元側の領域よりも硬度を高められた硬化部を頂部側の領域に有している燃料電池用の金属セパレータ。
【請求項14】
膜／電極接合体に接合されて発電セルを構成する燃料電池用の金属セパレータの製造方法であって、
平板形状を有する金属製のベースプレートを用意し、前記膜／電極接合体の外枠に接合して流体の漏れを阻止する断面円弧状に隆起したビードシールを前記ベースプレートに成型する金型にセットする工程と、
前記金型を用いたプレス加工によって、前記ベースプレートに前記ビードシールを成形する工程と、
前記ビードシール中、頂部側の領域にのみ硬化処理を施す工程と、
を備える燃料電池用の金属セパレータの製造方法。
平板形状を有する金属製のベースプレートを用意し、前記膜／電極接合体の外枠に接合して流体の漏れを阻止する断面円弧状に隆起したビードシールを前記ベースプレートに成型する金型にセットする工程と、
前記金型を用いたプレス加工によって、前記ベースプレートに前記ビードシールを成形する工程と、
前記ビードシール中、頂部側の領域にのみ硬化処理を施す工程と、
を備える燃料電池用の金属セパレータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、金属ガスケット及びその製造方法、並びに燃料電池用の金属セパレータ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
金属ガスケットは、内燃機関や電子機器などの幅広い分野で広く普及しており、近年では燃料電池用の金属セパレータに設けるビードシールという形態での需要にも高まりをみせている。
【0003】
特に温室効果ガスによる地球温暖化は待ったなしの状況で、２０３０年代を目途としたガソリン車及びディーゼル車の新車販売禁止が世界的な潮流になっている中、急速給電が可能な燃料電池自動車（ＦＣＶ）は、１０年後には間違いなく自動車という乗り物の主流をなしているはずである。燃料電池のより一層の技術革新が期待される。
【0004】
反応ガスを電気化学反応させて発電する燃料電池のうち、自動車用として最適な固体高分子型のものは、電解質膜の両面にアノード電極（陽極）とカソード電極（陰極）とを配置した膜／電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）を主役に据え、これを一対のセパレータで挟み込んだ構造を備えている。一対のセパレータは、ＭＥＡのアノード電極とカソード電極との間に水素と酸素の流路を形成する。燃料電池はこれらの流路を利用し、アノード電極には水素、カソード電極には酸素を供給して、水の電気分解と逆の電気化学反応によって発電を行なう。
【0005】
ＭＥＡを一対のセパレータで挟み込んだ構造体はセル（単電池ともいう）と呼ばれ、燃料電池の一単位をなしている。燃料電池は複数のセルを積層した燃料電池スタックとして構成され、このようなスタック構造によって必要な電気エネルギーを獲得している。
【0006】
セパレータによく用いられているのは、ビードシールを一体にプレス成形した金属セパレータである（特許文献１－３参照）。ビードシールは、ＭＥＡや隣接するセルのセパレータと接することによって水素、酸素、冷却水という発電に必要な流体の流路を形成し、これらの流路をシールする役割を担っている。この種の金属セパレータはプレス成形されるために製造コストが安価であるばかりでなく、シール構造と流路構造とを兼ねることができるという利点も併せもっている。
【0007】
特許文献１～３は、ＭＥＡ、ＭＥＡと金属セパレータとの積層構造、発電セルのスタック構造をつぎに示す箇所に開示している。
【0008】
【0009】
【0010】
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【特許文献1】特表２００６－５０４８７２号公報
【特許文献2】特開２０２１－０１５７６６号公報
【特許文献3】特開２０２１－０３４１２７号公報
【特許文献4】特開２０１６－０９４９７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
金属セパレータには、軽量化のために金属薄板が用いられている。それでも燃料電池はスタック構造をなし、とりわけ自動車用では積層方向を上下方向にして配置されることが一般的であることから、下方に位置する発電セルほど大きな荷重を受ける。このため特許文献２、３にも記載されているように、ビードシールは、相手部材と接する部分が座屈してへこんでしまうことがある（文献２、３の段落［０００６］参照）。
【0013】
とりわけ断面円弧状に隆起した形状のビードシールでは、最も高い面圧を発生するはずの頂部に座屈が発生してしまうと、頂部以外の部分に面圧が分散し、シールラインを途切れさせてしまう。シールラインの断絶は流体漏れの原因になるため、改善が必要である。
【0014】
この点特許文献２には、ビードシール（４５、４７）の頂部（５０、６０）を含む湾曲部（５１、６１）の両側にばね部（５２、５３、６２、６３）を設け、ばね部には湾曲部よりも柔らかいばね特性を持たせるようにした発明が記載されている。特許文献３には、ビードシール（４５）の湾曲部（５１）を一対の弾性支持部（５２、５３）で支持するようにした発明が記載されている。いずれも発明も、ビードシールに大きな力がかかったとき、頂部を含む湾曲部の両側のばね部（特許文献２）又は弾性支持部（特許文献３）を撓ませ、湾曲部に座屈が生じにくくなるようにしている。
【0015】
特許文献２、３に記載された発明は、断面円弧状に隆起した形状のビードシールを座屈しにくくしている。その一方でビードシール自体の形状を変更するため、金属セパレータをプレス加工するための金型の変更を必要とする。本発明の発明者等は、ビードシール自体の形状は変更せずに、ビードシールを座屈しにくくする手立てはないものか検討し、その研究開発を進めた。
【0016】
本開示の課題は、ビードシール自体の形状を変更することなく、ビードシールを座屈しにくくすることである。
【課題を解決するための手段】
【0017】
金属ガスケットは、平板形状を有する金属製のベースプレートと、断面円弧状に隆起した形状で前記ベースプレートに成形されたビードシールとを備え、前記ビードシールは、根元側の領域よりも硬度を高められた硬化部を頂部側の領域に有している。
【0018】
金属ガスケットの製造方法は、平板形状を有する金属製のベースプレートを用意し、断面円弧状に隆起するビードシールを成型する金型にセットする工程と、前記金型を用いたプレス加工によって、前記ベースプレートに前記ビードシールを成形する工程と、前記ビードシール中、頂部側の領域にのみ硬化処理を施す工程とを備える。
【0019】
膜／電極接合体に積層されて発電セルを構成する燃料電池用金属セパレータであって、平板形状を有する金属製のベースプレートと、断面円弧状に隆起した形状で前記ベースプレートに成形され、前記膜／電極接合体の外枠に接合して流体の漏れを阻止するビードシールとを備え、前記ビードシールは、根元側の領域よりも硬度を高められた硬化部を頂部側の領域に有している。
【0020】
膜／電極接合体に接合されて発電セルを構成する燃料電池用の金属セパレータの製造方法であって、平板形状を有する金属製のベースプレートを用意し、前記膜／電極接合体の外枠に接合して流体の漏れを阻止する断面円弧状に隆起したビードシールを前記ベースプレートに成型する金型にセットする工程と、前記金型を用いたプレス加工によって、前記ベースプレートに前記ビードシールを成形する工程と、前記ビードシール中、頂部側の領域にのみ硬化処理を施す工程とを備える。
【発明の効果】
【0021】
ビードシール自体の形状を変更することなく、ビードシールの座屈を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】本実施の形態の金属セパレータ（金属ガスケット）が用いられる発電セルの一例を分解して示す模式図。
【図2】ＭＥＡの垂直断面図。
【図3】金属セパレータにおけるビードシールの使用態様を例示する垂直断面図。
【図4】マニホールドをシールするビードシールを例示する斜視図。
【図5】比較例として例示する金属セパレータのビードシールを示す垂直断面図。
【図6】加圧された比較例のビードシールの面圧分布の状態を示す模式図。
【図7】さらに加圧されて座屈した比較例のビードシールの面圧分布を示す模式図。
【図8】第１の実施の形態のビードシールを示す垂直断面図。
【図9】ビードシールの製造方法の一例として、その加工工程を（Ａ）～（Ｄ）に示す垂直断面図。
【図10】ビードシールの製造方法の別の一例として、その加工工程を（Ａ）～（Ｄ）に示す垂直断面図。
【図11】硬化処理を施すべき領域を例示するビードシールの垂直断面図。
【図12】硬化処理の一例として、（Ａ）はビードシールにレーザ照射している状態を、（Ｂ）はレーザ照射によって硬化した硬化部をそれぞれ概念的に示すビードシールの模式図。
【図13】硬化処理の別の一例として、（Ａ）はビードシールにレーザ照射している状態を、（Ｂ）はレーザ照射によって硬化した硬化部をそれぞれ概念的に示すビードシールの模式図。
【図14】硬化処理のさらに別の一例として、（Ａ）はビードシールにレーザ照射している状態を、（Ｂ）はレーザ照射によって硬化した硬化部をそれぞれ概念的に示すビードシールの模式図。
【図15】硬化部の金属組織構造を拡大して示す模式図。
【図16】ＦＥＭ解析によるシミュレーションを説明するための模式図で、（Ａ）はビードシールの耐座屈性を比較例と比較して求める模式図、（Ｂ）はビードシールの面圧を比較例と比較して求める模式図。
【図17】座屈発生時のビードシールの高さを比較例と比較して示すグラフ。
【図18】ビードシールの面圧を比較例と比較して示すグラフ。
【図19】第２の実施の形態のビードシールを示す垂直断面図。
【図20】金属セパレータの製造方法のさらに別の一例として、（Ａ）～（Ｆ）はビードシールの加工工程を順に示す垂直断面図。
【図21】金属セパレータの製造方法のさらに別の一例として、（Ａ）～（Ｅ）はビードシールの加工工程を順に示す垂直断面図。
【図23】硬化部の金属組織構造を説明するための模式図で、（Ａ）は刃状転位が生じている結晶構造、（Ｂ）はらせん転位が生じている結晶構造、（Ｃ）は格子欠損が生じている結晶構造をそれぞれ示す模式図。
【図24】ＦＥＭ解析によるシミュレーションを説明するための模式図で、（Ａ）はビードシールの耐座屈性を比較例と比較して求める模式図、（Ｂ）はビードシールの面圧を比較例と比較して求める模式図。
【図25】座屈発生時のビードシールの高さを比較例と比較して示すグラフ。
【図26】ビードシールの面圧を比較例と比較して示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【0023】
本実施の形態の金属ガスケットは、燃料電池用の金属セパレータに設けられたビードシールへの適用例である。このようなビードシール（金属ガスケット）及びその製造方法をつぎの項目に沿って説明する。
【0024】
１．燃料電池
２．ビードシールの座屈
３．第１の実施の形態
（１）ビードシールの構造
（２）ビードシールの製造方法
（２－１）方法１
（２－２）方法２
（３）硬化処理
（３－１）裏面照射
（３－２）表面照射
（３－３）両面照射
（４）比較例との比較
（５）作用効果
２．第２の実施の形態
（１）ビードシール
（２）作用効果
３．第３の実施の形態
（１）ビードシールの構造
（２）ビードシールの製造方法
（２－１）方法３
（２－２）方法４
（３）硬化処理
（４）比較例との比較
（５）作用効果
４．変形例
２．ビードシールの座屈
３．第１の実施の形態
（１）ビードシールの構造
（２）ビードシールの製造方法
（２－１）方法１
（２－２）方法２
（３）硬化処理
（３－１）裏面照射
（３－２）表面照射
（３－３）両面照射
（４）比較例との比較
（５）作用効果
２．第２の実施の形態
（１）ビードシール
（２）作用効果
３．第３の実施の形態
（１）ビードシールの構造
（２）ビードシールの製造方法
（２－１）方法３
（２－２）方法４
（３）硬化処理
（４）比較例との比較
（５）作用効果
４．変形例
【0025】
１．燃料電池
図１に示すように、燃料電池１は、複数の発電セル２を積層したスタック構造を有している。発電セル２は、膜／電極接合体と呼ばれているＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）１０１を一対の燃料電池用の金属セパレータ１１で挟んだ構造を有し、セルと呼ばれる燃料電池１の一単位をなす。燃料電池１は、何枚もの発電セル２を積層した燃料電池スタックによって構成されている。
図１に示すように、燃料電池１は、複数の発電セル２を積層したスタック構造を有している。発電セル２は、膜／電極接合体と呼ばれているＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）１０１を一対の燃料電池用の金属セパレータ１１で挟んだ構造を有し、セルと呼ばれる燃料電池１の一単位をなす。燃料電池１は、何枚もの発電セル２を積層した燃料電池スタックによって構成されている。
【0026】
図２に示すように、ＭＥＡ１０１は、電解質膜１０２の両面中央部分に電極１０３を設けた構造物である。電極１０３は、電解質膜１０２上に成膜された触媒層１０４と、触媒層１０４上に成膜されたガス拡散層（ＧＤＬ）１０５との積層構造を有している。このような電極１０３は、電解質膜１０２の一面側をアノード電極１０３ａ（陽極）、その反対面側をカソード電極１０３ｂ（陰極）として用いられる。
【0027】
図１に示すように、ＭＥＡ１０１は、例えば樹脂製の外枠１１１に保持されている。外枠１１１は平板状の部材であり、中央部分にＭＥＡ１０１を保持している。
【0028】
【0029】
金属セパレータ１１のベースプレート３１は、矩形の平面形状を備え、ＭＥＡ１０１を配置するための配置領域１２を設けている。配置領域１２から外れた両端側の位置に三つずつ設けられている開口は、発電のために用いられたり、発電によって生じたりする流体を流通させるためのマニホールド１３である。マニホールド１３を流通させる流体は、燃料ガス（水素）、酸化ガス（酸素）、発電時の電気化学反応によって生成される水や余剰の酸化ガス、冷媒等である。
【0030】
金属セパレータ１１に設けられたマニホールド１３に位置を合わされて、外枠１１１にもマニホールド１０６が設けられている。これらのマニホールド１０６は、ＭＥＡ１０１から外れた両端側の位置にそれぞれ三つ設けられた開口である。
【0031】
燃料電池１は、マニホールド１３、１０６を利用して、ＭＥＡ１０１の電解質膜１０２の一面と金属セパレータ１１ａとの間に燃料ガス（水素）を導き、電解質膜１０２の反対側の面と金属セパレータ１１ｂとの間に酸化ガス（酸素）を導く。冷媒として用いられる冷却水は、二組の発電セル２の金属セパレータ１１ａ、１１ｂの間に導かれる。このとき燃料ガス、酸化ガス、及び冷却水は、一対の金属セパレータ１１（１１ａ，１１ｂ）によって形成されたそれぞれの流路（図示せず）を流れる。
【0032】
一対の金属セパレータ１１は、金属ガスケットとしてのビードシール５１を一体に成形している。
【0033】
ビードシール５１は、ＭＥＡ１０１を取り囲む内側のシールライン（図示せず）と、マニホールド１３、１０６まで含んだ領域を取り囲む外側のシールライン（図示せず）とを有するシール構造を形成し、シールライン上でＭＥＡ１０１の外枠１１１に接合して流体（燃料ガス、酸化ガス、冷却水）の漏れを阻止する。
【0034】
図４に示すように、金属セパレータ１１のビードシール５１は、マニホールド１３、１０６の周縁にもシール構造を提供している。
【0035】
上記シール構造は、燃料ガス及び余剰の燃料ガスの流路、酸化ガス及び発電時の電気化学反応により生成される水の流路、及び冷媒である冷却水の流路をそれぞれ独立させ、異なる種類の流体の混合を防止する。
【0036】
２．ビードシールの座屈
図５は、比較例のビードシール５１Ｃを示している。このビードシール５１Ｃは、本実施の形態のビードシール５１と同一の材料を用いて同一の形状及び大きさに形成されている。符号５２は、シール面５３に設けられたシール層である。シール層５２は、例えばゴムや樹脂などをコーティングしたり、あるいは接着したりしてシール面５３に固定されている。本実施の形態のビードシール５１にシール層５２が設けられる場合、比較例のビードシール５１Ｃにも同一のシール層５２が設けられる。
図５は、比較例のビードシール５１Ｃを示している。このビードシール５１Ｃは、本実施の形態のビードシール５１と同一の材料を用いて同一の形状及び大きさに形成されている。符号５２は、シール面５３に設けられたシール層である。シール層５２は、例えばゴムや樹脂などをコーティングしたり、あるいは接着したりしてシール面５３に固定されている。本実施の形態のビードシール５１にシール層５２が設けられる場合、比較例のビードシール５１Ｃにも同一のシール層５２が設けられる。
【0037】
図６に示すように、ビードシール５１Ｃは、既定の寸法Ｄ１を開けて相手部材Ｏ（ＭＥＡ１０１、別のビードシール５１など）に接しているときには加圧されて変形し、シールするのに十分な反力をもって相手部材Ｏに接触する。このときビードシール５１Ｃのシール面５３の面圧分布ＰＤは、頂部を中心として対称形の正規分布を示す。
【0038】
これに対して図７に示すように、相手部材Ｏとの間の間隔が狭まり、限界点を超えるとビードシール５１Ｃは座屈する。このときの相手部材Ｏとの間の寸法をＤ２とする。座屈はビードシール５１Ｃの頂部において生ずるため、座屈したビードシール５１Ｃのシール面５３では、頂部の面圧分布ＰＤが抜けたようになり、頂部に隣接する部分の面圧分布ＰＤが高まる。
【0039】
図６と図７とを比較するとわかるように、ビードシール５１Ｃに座屈が生ずると、その頂部に位置していたシールラインＳＬが両隣に分散し、シールラインＳＬの位置が変動する。これによって連続性が損なわれたシールラインＳＬに断続が生じ、シールしている流体に漏れを生じさせてしまう。
【0040】
３．第１の実施の形態
（１）ビードシールの構造
図８に示すように、本実施の形態のビードシール５１は、比較例のビードシール５１Ｃと同一の材料を用いて同一の形状及び大きさに形成されている。異なるのは、根元側の領域Ｂよりも硬度を高められた硬化部５４を頂部側の領域Ａに有していることである。
（１）ビードシールの構造
図８に示すように、本実施の形態のビードシール５１は、比較例のビードシール５１Ｃと同一の材料を用いて同一の形状及び大きさに形成されている。異なるのは、根元側の領域Ｂよりも硬度を高められた硬化部５４を頂部側の領域Ａに有していることである。
【0041】
図８では、一点鎖線Ｌによって、根元側の領域Ｂと頂部側の領域Ａとの境界を明示している。一点鎖線Ｌよりも下側が根元側の領域Ｂ、上側が頂部側の領域Ａである。もっとも一点鎖線Ｌの位置は、根元側の領域Ｂと頂部側の領域Ａとの概念的な境界位置を視覚的に理解しやすいようにしているにすぎない。二つの領域の厳密な境界を規定しているわけではない。
【0042】
硬化部５４は、変態点以上の加熱によって変化した金属組織構造ＭＳ１を有している。この金属組織構造ＭＳ１は、変態点以上に加熱される前の金属組織構造ＭＳ、換言すると、このような金属組織構造ＭＳ１をもたないビードシール５１の他の領域の金属組織構造ＭＳとは異なる組織構造をなしている。
【0043】
（２）ビードシールの製造方法
硬化部５４を生成する硬化処理のタイミングが異なる二種類の方法を紹介する。
硬化部５４を生成する硬化処理のタイミングが異なる二種類の方法を紹介する。
【0044】
（２－１）方法１
図９（Ａ）に示すように、金属セパレータ１１を生成するための平板状のベースプレート３１を用意し、ビードシール５１を成形する位置に予め硬化処理を施す。硬化処理については後述する。
図９（Ａ）に示すように、金属セパレータ１１を生成するための平板状のベースプレート３１を用意し、ビードシール５１を成形する位置に予め硬化処理を施す。硬化処理については後述する。
【0045】
硬化処理を施したベースプレート３１を金型２０１にセットする。金型２０１はプレス金型であり、下型２１１には、断面円弧状に隆起するビードシール５１をベースプレート３１に成型するためのダイ２１２が設けられている。上型２３１には、ダイ２１２との干渉を回避するようにした形状のキャビティ２３２が設けられ、キャビティ２３２の両側にパンチ２３３が設けられている。
【0046】
金型２０１の構造については、後述するすべての製造方法において同一である。後述する実施の形態では説明を省略する。
【0047】
図９（Ｂ）に示すように、下型２１１と上型２３１とを閉じてプレス加工を実行する。これによってビードシール５１がベースプレート３１に成形される。
【0048】
説明の便宜上、図９（Ｂ）には一つのビードシール５１しか示していないが、実際の製造時には、一枚の金属セパレータ１１に必要とされるすべてのビードシール５１が同時に成形される。マニホールド１３に関しては、ビードシール５１と同時にプレス成型するようにしても、ビードシール５１とは別工程でプレス成型するようにしても、いずれであってもよい。
【0049】
この点についても、後述するすべての製造方法において同一である。後述する実施の形態では説明を省略する。
【0050】
図９（Ｃ）に示すように、金型２０１を型開きし、ビードシール５１の成形後の金属セパレータ１１を取り出す。
【0051】
図９（Ｄ）に示すように、必要に応じてシール層５２をシール面５３に製膜すれば、金属セパレータ１１が完成する。
【0052】
（２－２）方法２
図１０（Ａ）に示すように、金属セパレータ１１を生成するための平板状のベースプレート３１を用意し、金型２０１にセットする。
図１０（Ａ）に示すように、金属セパレータ１１を生成するための平板状のベースプレート３１を用意し、金型２０１にセットする。
【0053】
図１０（Ｂ）に示すように、下型２１１と上型２３１とを閉じてプレス加工を実行する。これによってビードシール５１がベースプレート３１に成形される。
【0054】
図１０（Ｃ）に示すように、金型２０１を型開きし、ビードシール５１の成形後の金属セパレータ１１を取り出す。取り出した金属セパレータ１１の頂部側の領域Ａに、硬化処理を施す。硬化処理については後述する。
【0055】
図１０（Ｄ）に示すように、必要に応じてシール層５２をシール面５３に製膜すれば、金属セパレータ１１が完成する。
【0056】
（３）硬化処理
前述した通り、硬化部５４は変態点以上の加熱によって変化した金属組織構造ＭＳ１を有している。金属組織構造ＭＳ１は、焼き入れによって獲得することができる。本実施の形態では、レーザ照射器３０１を用いて、硬化処理の対象個所にレーザビームを照射して焼き入れをしている。
前述した通り、硬化部５４は変態点以上の加熱によって変化した金属組織構造ＭＳ１を有している。金属組織構造ＭＳ１は、焼き入れによって獲得することができる。本実施の形態では、レーザ照射器３０１を用いて、硬化処理の対象個所にレーザビームを照射して焼き入れをしている。
【0057】
図１１に破線で示すように、レーザ照射により焼き入れをするのは、ビードシール５１の頂部側の領域Ａである。ここでレーザビームの照射位置について、三つの例を示す。
【0058】
（３－１）裏面照射
図１２（Ａ）に示すように、最初に示す例では、ビードシール５１の裏面側、つまり流体の流路となる側にレーザ照射器３０１によってレーザビームを照射する。レーザ照射によって、ビードシール５１には裏面側から改質が進み、変態点以上に加熱された部分の金属組織構造ＭＳが変化して硬化する。
図１２（Ａ）に示すように、最初に示す例では、ビードシール５１の裏面側、つまり流体の流路となる側にレーザ照射器３０１によってレーザビームを照射する。レーザ照射によって、ビードシール５１には裏面側から改質が進み、変態点以上に加熱された部分の金属組織構造ＭＳが変化して硬化する。
【0059】
その結果図１２（Ｂ）に示すように、ビードシール５１の頂部側の領域Ａには、その裏側に、金属組織構造ＭＳから金属組織構造ＭＳ１に変化した硬化部５４が形成される。
【0060】
（３－２）表面照射
図１３（Ａ）に示すように、つぎに示す例は、ビードシール５１の表面側、つまり相手部材Ｏ（図１６（Ａ）（Ｂ）参照）に接する側にレーザビームを照射する一例である。レーザ照射によって、ビードシール５１には表面側から改質が進み、変態点以上に加熱された部分の金属組織構造が変化して硬化する。硬化した部分は、ハッチングで概念的に示す。
図１３（Ａ）に示すように、つぎに示す例は、ビードシール５１の表面側、つまり相手部材Ｏ（図１６（Ａ）（Ｂ）参照）に接する側にレーザビームを照射する一例である。レーザ照射によって、ビードシール５１には表面側から改質が進み、変態点以上に加熱された部分の金属組織構造が変化して硬化する。硬化した部分は、ハッチングで概念的に示す。
【0061】
その結果図１３（Ｂ）に示すように、ビードシール５１の頂部側の領域Ａには、その表面側に、金属組織構造ＭＳから金属組織構造ＭＳ１に変化した硬化部５４が形成される。
【0062】
（３－３）両面照射
図１４（Ａ）に示すように、最後に示す例は、ビードシール５１の表裏面、つまり流体の流路となる側と相手部材Ｏに接する側とにレーザビームを照射する一例である。レーザ照射によって、ビードシール５１には裏面側と表面側とから改質が進み、変態点以上に加熱された部分の金属組織構造が変化して硬化する。硬化した部分は、ハッチングで概念的に示す。
図１４（Ａ）に示すように、最後に示す例は、ビードシール５１の表裏面、つまり流体の流路となる側と相手部材Ｏに接する側とにレーザビームを照射する一例である。レーザ照射によって、ビードシール５１には裏面側と表面側とから改質が進み、変態点以上に加熱された部分の金属組織構造が変化して硬化する。硬化した部分は、ハッチングで概念的に示す。
【0063】
その結果図１４（Ｂ）に示すように、ビードシール５１の頂部側の領域Ａには、全体的に、金属組織構造ＭＳから金属組織構造ＭＳ１に変化した硬化部５４が形成される。
【0064】
図１５（Ａ）には、硬化前の金属組織構造ＭＳを拡大して示す。これにレーザビームを照射して焼き入れをすると、図１５（Ｂ）に示すように、結晶粒微細化が発生して金属組織構造ＭＳ１に変化する。金属組織構造ＭＳ１に変化した領域は、結晶粒微細化によって硬化し、硬化部５４が生成される。
【0065】
（４）比較例との比較
【0066】
本発明の発明者等は、金属セパレータ１１に成形したビードシール５１と比較例のビードシール５１Ｃ（図５参照）とにそれぞれ得られる耐座屈性及び面圧をＦＥＭ解析し、比較例との比較を試みた。図１６（Ａ）（Ｂ）は、ＦＥＭ解析によるシミュレーションを説明するための模式図である。
【0067】
図１６（Ａ）は、ビードシール５１の耐座屈性を比較例と比較して求めるシミュレーションを図式化している。このシミュレーションは、相手部材Ｏに押し付けられたビードシール５１（５１Ｃ）に座屈が生ずるときのビード高さＨ１をＦＥＭ解析によって求め、これを耐座屈性として評価するという内容である。
【0068】
図１７に示すグラフは、ビードシール５１（５１Ｃ）に座屈が生ずるときのビード高さＨ１の値を本実施の形態と比較例とで比較して示している。本グラフ中、比較例のビードシール５１Ｃが座屈するときのビード高さＨ１の値は１に設定されている。これに対して本実施の形態のビードシール５１が座屈するときのビード高さＨ１の値は、０．９をやや下回る程度の値である。
【0069】
このシミュレーション結果より、本実施の形態のビードシール５１は、比較例のビードシール５１Ｃよりも多く圧し潰され、ビード高さＨ１がより低くなってから座屈することがわかる。
【0070】
図１６（Ｂ）は、ビードシール５１の面圧を比較例のビードシール５１Ｃと比較して求めるシミュレーションを図式化している。このシミュレーションは、相手部材Ｏとの間で任意のビード高さＨ２に設定されているときのビードシール５１（５１Ｃ）の面圧をＦＥＭ解析によって求め、これを面圧として評価するという内容である。
【0071】
図１８に示すグラフは、ビードシール５１（５１Ｃ）に加わる面圧の値を本実施の形態と比較例とで比較して示している。本グラフ中、比較例のビードシール５１Ｃに加わる面圧の値は１に設定されている。これに対して本実施の形態のビードシール５１に加わる面圧の値は、約１．３である。
【0072】
このシミュレーション結果より、本実施の形態のビードシール５１は、比較例のビードシール５１Ｃよりも高い面圧を示すことが分かる。
【0073】
（５）作用効果
図１６（Ａ）及び図１７に示す解析結果から、本実施の形態のビードシール５１によれば、比較例のビードシール５１Ｃよりも高い耐座屈性を得ることができる。硬化部５４を設けたことによって頂部側の領域Ａの硬度が高まり、この領域Ａが座屈しにくくなったからであると推測される。
図１６（Ａ）及び図１７に示す解析結果から、本実施の形態のビードシール５１によれば、比較例のビードシール５１Ｃよりも高い耐座屈性を得ることができる。硬化部５４を設けたことによって頂部側の領域Ａの硬度が高まり、この領域Ａが座屈しにくくなったからであると推測される。
【0074】
したがって本実施の形態のビードシール５１によれば、例えば比較例のビードシール５１Ｃに対して形状を変更することなく、耐座屈性を向上させて座屈しにくくすることができる。その結果シールラインの連続性を維持し、流体漏れを生じさせにくい金属セパレータ１１を得ることができる。
【0075】
図１６（Ｂ）及び図１８に示す解析結果から、本実施の形態のビードシール５１によれば、比較例のビードシール５１Ｃよりも高い面圧を得ることができる。硬化部５４を設けたことによって頂部側の領域Ａの硬度が高まり、加圧力を受けたときに根元側の領域Ｂが一層撓んで弾性復元力を増大させるからであると推測される。
【0076】
したがって本実施の形態のビードシール５１によれば、例えば比較例のビードシール５１Ｃに対して形状を変更することなく、高い面圧を得ることができる。その結果シールラインのシール性を向上させ、流体漏れを生じさせにくい金属セパレータ１１を得ることができる。
【0077】
２．第２の実施の形態
第２の実施の形態を図１９に基いて説明する。第１の実施の形態と同一部分は同一符合で示し説明も省略する。
第２の実施の形態を図１９に基いて説明する。第１の実施の形態と同一部分は同一符合で示し説明も省略する。
【0078】
（１）ビードシール
本実施の形態の金属セパレータ１１が第１の実施の形態と相違するのは、ビードシール５１に設けた硬化部５４の構造である。本実施の形態の硬化部５４は、ビードシール５１に固着している硬化被膜５４ａである。
本実施の形態の金属セパレータ１１が第１の実施の形態と相違するのは、ビードシール５１に設けた硬化部５４の構造である。本実施の形態の硬化部５４は、ビードシール５１に固着している硬化被膜５４ａである。
【0079】
硬化被膜５４ａは、一例としてメッキ処理によって生成した膜状物である。メッキ処理は、金属セパレータ１１の材料よりも硬度の高い材料を用いたメッキ、例えばクロムメッキや硬質クロムメッキによってなされる。クロムメッキや硬質クロムメッキは、金属セパレータ１１の材料である鉄、ステンレス、アルミなどに対しても行なうことができる。このときメッキ処理を行なう金属セパレータ１１には、その材料に応じた前処理を必要に応じて施す。
【0080】
本実施例ではシール層５２を省略しているが、必要に応じて硬化被膜５４ａの上層にシール層５２を設けるようにしてもよい。
【0081】
（２）作用効果
硬化被膜５４ａによって硬化部５４を生成した場合にも、ビードシール５１の頂部側の領域Ａの硬度を根元側の領域Ｂの硬度よりも高くすることが可能である。このため第１の実施の形態と同様に、図５に例示した比較例のビードシール５１Ｃと比較して耐座屈性を高めることができ、また相手部材Ｏに対して高い面圧を得ることができる。その結果流体漏れを生じさせにくい金属セパレータ１１を得ることができる。
硬化被膜５４ａによって硬化部５４を生成した場合にも、ビードシール５１の頂部側の領域Ａの硬度を根元側の領域Ｂの硬度よりも高くすることが可能である。このため第１の実施の形態と同様に、図５に例示した比較例のビードシール５１Ｃと比較して耐座屈性を高めることができ、また相手部材Ｏに対して高い面圧を得ることができる。その結果流体漏れを生じさせにくい金属セパレータ１１を得ることができる。
【0082】
【0083】
（１）ビードシールの構造
本実施の形態の金属セパレータ１１が第１の実施の形態と相違するのは、ビードシール５１に設けた硬化部５４の金属組織構造ＭＳである。本実施の形態の硬化部５４は、ビードシール５１の他の領域と比較して、結晶構造ＣＡ（図２３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）参照）の乱れが多く発生している組織構造を金属組織構造ＭＳ２として有している。
本実施の形態の金属セパレータ１１が第１の実施の形態と相違するのは、ビードシール５１に設けた硬化部５４の金属組織構造ＭＳである。本実施の形態の硬化部５４は、ビードシール５１の他の領域と比較して、結晶構造ＣＡ（図２３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）参照）の乱れが多く発生している組織構造を金属組織構造ＭＳ２として有している。
【0084】
（２）ビードシールの製造方法
ビードシール５１の頂部側の領域Ａにのみ硬化処理を施して硬化部５４を生成する方法として、第１の実施の形態では二種類の方法（方法１、方法２）を紹介した。本実施の形態でも、硬化部５４を生成する二種類の方法（方法３、方法４）を紹介する。
ビードシール５１の頂部側の領域Ａにのみ硬化処理を施して硬化部５４を生成する方法として、第１の実施の形態では二種類の方法（方法１、方法２）を紹介した。本実施の形態でも、硬化部５４を生成する二種類の方法（方法３、方法４）を紹介する。
【0085】
（２－１）方法３
方法３では、ベースプレート３１にビードシール５１を成形するのに先立ち、ビードシール５１を成形する位置に予備のプレス加工を施す。予備のプレス加工は、三つのサブ工程を含んでいる。
方法３では、ベースプレート３１にビードシール５１を成形するのに先立ち、ビードシール５１を成形する位置に予備のプレス加工を施す。予備のプレス加工は、三つのサブ工程を含んでいる。
【0086】
第１のサブ工程では、図２０（Ａ）に示すように、金属セパレータ１１を生成するための平板状のベースプレート３１を用意し、金型２０１にセットする。
【0087】
第２のサブ工程では、図２０（Ｂ）に示すように、下型２１１と上型２３１とを閉じてプレス加工を実行する。これによってビードシール５１と同一の形状を有する予備形状ＰＦ１がベースプレート３１に付与される。
【0088】
第３のサブ工程では、図２０（Ｃ）に示すように、予備形状ＰＦ１を平板状に戻すようにプレス加工する。このときのプレス加工は、金型２０１を型開きし、予備形状ＰＦ１を付与したベースプレート３１を一端取り出し、別の金型２０１Ｆにセットして行なう。金型２０１Ｆは、ともに平面形状であるダイ２１２Ｆ及びキャビティ２３２なしのパンチ２３３Ｆがセットされている下型２１１Ｆ及び上型２３１Ｆを有するプレス金型であり、プレス加工をすることによって、予備形状ＰＦ１を平板状に戻すことが可能である。
【0089】
別の実施の形態としては、金型２０１を別の金型２０１Ｆに変更することなく、ともに平面形状であるダイ２１２Ｆ及びキャビティ２３２なしのパンチ２３３Ｆを金型２０１にセットし直し、この金型２０１のプレス加工によって、予備形状ＰＦ１を平板状に戻すようにしてもよい。
【0090】
以上説明した予備のプレス加工を完了した後、ベースプレート３１にビードシール５１を成形する。
【0091】
図２０（Ｄ）に示すように、一旦成形した予備形状ＰＦ１を平板状に戻した金属セパレータ１１を金型２０１に再びセットする。このとき用いられる金型は、断面円弧状に隆起するビードシール５１をベースプレート３１に成型するためのダイ２１２を下型２１１に備え、ダイ２１２との干渉を回避するようにした形状のキャビティ２３２とパンチ２３３とを上型２３１に設けた金型２０１である。
【0092】
図２０（Ｅ）に示すように、下型２１１と上型２３１とを閉じて、プレス加工を実行する。これによってビードシール５１がベースプレート３１に成形される。ビードシール５１の成形位置は、予備形状ＰＦ１が成形されていた位置である。
【0093】
図２０（Ｆ）に示すように、金型２０１を型開きし、ビードシール５１の成形後の金属セパレータ１１を取り出し、必要に応じてシール層５２をシール面５３に製膜すれば、金属セパレータ１１が完成する。
【0094】
（２－２）方法４
方法４では、ベースプレート３１にビードシール５１を成形するのに先立ち、ビードシール５１を成形する位置に予備のプレス加工を施す。予備のプレス加工は、二つのサブ工程を含んでいる。
方法４では、ベースプレート３１にビードシール５１を成形するのに先立ち、ビードシール５１を成形する位置に予備のプレス加工を施す。予備のプレス加工は、二つのサブ工程を含んでいる。
【0095】
第１のサブ工程では、図２１（Ａ）に示すように、金属セパレータ１１を生成するための平板状のベースプレート３１を用意し、金型２０１Ｒにセットする。この金型２０１Ｒは、金型２０１に対して、ダイ２１２とキャビティ２３２及びパンチ２３３とを上下反転して設けた構造を有している。つまり金型２０１Ｒの下型２１１Ｒにはキャビティ２３２及びパンチ２３３を設け、上型２３１Ｒにはダイ２１２を設けている。
【0096】
第２のサブ工程では、図２１（Ｂ）に示すように、下型２１１Ｒと上型２３１Ｒとを閉じてプレス加工を実行する。これによってビードシール５１の上下反転形状を有する予備形状ＰＦ２がベースプレート３１に付与される。
【0097】
以上説明した予備のプレス加工を完了した後、ベースプレート３１にビードシール５１を成形する。
【0098】
図２１（Ｃ）に示すように、予備形状ＰＦ２を成形した金属セパレータ１１を金型２０１に再びセットする。このとき用いられる金型は、断面円弧状に隆起するビードシール５１をベースプレート３１に成型するためのダイ２１２を下型２１１に備え、ダイ２１２との干渉を回避するようにした形状のキャビティ２３２とパンチ２３３とを上型２３１に設けた金型２０１である。金属セパレータ１１は、キャビティ２３２及びパンチ２３３を設けた上型２３１の側に予備形状ＰＦ２を向けて金型２０１にセットする。
【0099】
そして下型２１１と上型２３１とを閉じ、プレス加工を実行する。これによってビードシール５１がベースプレート３１に成形される。ビードシール５１の成形位置は、予備形状ＰＦ２が成形されていた位置である。
【0100】
図２１（Ｄ）（Ｅ）に示すように、金型２０１を型開きし、ビードシール５１の成形後の金属セパレータ１１を取り出し、必要に応じてシール層５２をシール面５３に製膜すれば、金属セパレータ１１が完成する。
【0101】
図２２は、図２０（Ａ）～（Ｆ）、図２１（Ａ）～（Ｅ）に示す製造方法によって金属セパレータ１１に成形されたビードシール５１を示している。このビードシール５１に形成された硬化部５４は、根元側の領域Ｂをも含むベースプレート３１の他の領域と比較して、結晶構造ＣＡ（図２３（Ａ）～（Ｃ）参照）の乱れが多く発生している金属組織構造ＭＳ２を有している。
【0102】
（３）硬化処理
結晶構造ＣＡ（図２３（Ａ）～（Ｃ）参照）の乱れが多く発生している金属組織構造ＭＳ２は、上記方法３での予備のプレス加工（図２０（Ａ）～（Ｃ）参照）、上記方法４での予備のプレス加工（図２１（Ａ）（Ｂ）参照）によって獲得される。このような予備のプレス加工をベースプレート３１に施しておき、その後ベースプレート３１にビードシール５１のプレス加工（図２０（Ｄ）、図２１（Ｃ）参照）を施すことによって、ビードシール５１に加工硬化が生ずるからである。
結晶構造ＣＡ（図２３（Ａ）～（Ｃ）参照）の乱れが多く発生している金属組織構造ＭＳ２は、上記方法３での予備のプレス加工（図２０（Ａ）～（Ｃ）参照）、上記方法４での予備のプレス加工（図２１（Ａ）（Ｂ）参照）によって獲得される。このような予備のプレス加工をベースプレート３１に施しておき、その後ベースプレート３１にビードシール５１のプレス加工（図２０（Ｄ）、図２１（Ｃ）参照）を施すことによって、ビードシール５１に加工硬化が生ずるからである。
【0103】
このときビードシール５１の頂部側ほど金属加工による変形度合いが大きくなるため、より一層加工硬化が進む。その結果根元側の領域Ｂよりも硬度を高められた硬化部５４を頂部側の領域Ａに有しているビードシール５１を得ることができる。
【0104】
図２３（Ａ）～（Ｃ）は、硬化部５４の金属組織構造ＭＳ２を説明するための模式図である。金属の加工硬化は、加工時の塑性変形によって変形抵抗が大きくなる現象である。図２３（Ａ）～（Ｃ）に示すように、金属は格子Ｇの交点に原子ＡＴが整然と配列された結晶構造ＣＡを有している。このような金属に力を加えたとき、力を抜いても元の形状に戻る弾性変形の限界を超えると、局所的には原子ＡＴの配列（原子配列）を維持しながらも、元の形状には戻らない塑性変形が生ずる。
【0105】
塑性変形が生じたときには、原子配列が乱れる転位７１（図２３（Ａ）（Ｂ）参照）、あるいは格子Ｇの交点から原子ＡＴが抜ける格子欠落７２（図２３（Ｃ）参照）という現象が発生する。転位の種類には図２３（Ａ）に示すような刃状転位７１ａ、図２３（Ｂ）に示すようならせん転位７１ｂがある。このような原子配列の乱れ（転位７１）や格子欠落７２は互いに干渉しあい、弾性変形ばかりか塑性変形も起こりにくくし、原子配列の変動や再配列を阻害する。このときの状態が加工硬化である。
【0106】
加工硬化した領域は、加工硬化していない領域と比べると、結晶構造ＣＡの乱れが多く発生している金属組織構造ＭＳ２になっている。
【0107】
（４）比較例との比較
【0108】
本発明の発明者等は、上記方法３と方法４とを用いた硬化処理によって硬化部５４を形成した二種類の金属セパレータ１１に成形したビードシール５１と、比較例のビードシール５１Ｃ（図５参照）とにそれぞれ得られる耐座屈性及び面圧をＦＥＭ解析して、比較例との比較を試みた。図２４（Ａ）（Ｂ）は、ＦＥＭ解析によるシミュレーションを説明するための模式図である。
【0109】
図２４（Ａ）は、ビードシール５１の耐座屈性を比較例と比較して求めるシミュレーションを図式化している。このシミュレーションは、相手部材Ｏに押し付けられたビードシール５１（５１Ｃ）に座屈が生ずるときのビード高さＨ１をＦＥＭ解析によって求め、これを耐座屈性として評価するという内容である。
【0110】
図２５に示すグラフは、ビードシール５１（５１Ｃ）に座屈が生ずるときのビード高さＨ１の値を本実施の形態と比較例とで比較して示している。本グラフ中、比較例のビードシール５１Ｃが座屈するときのビード高さＨ１の値は１に設定されている。
【0111】
サンプル１は、方法３を用いた硬化処理によって生成した硬化部５４を有するビードシール５１が座屈するときのビード高さＨ１の値を示している。０．８をやや上回る程度の値である。
【0112】
サンプル２は、方法４を用いた硬化処理によって形成した硬化部５４を有するビードシール５１が座屈するときのビード高さＨ１の値を示している。０．７をやや上回る程度の値である。
【0113】
このシミュレーション結果より、本実施の形態のビードシール５１は、サンプル１にせよサンプル２にせよ、比較例のビードシール５１Ｃよりも多く圧し潰され、ビード高さＨ１がより低くなってから座屈することがわかる。
【0114】
図２４（Ｂ）は、ビードシール５１の面圧を比較例のビードシール５１Ｃと比較して求めるシミュレーションを図式化している。このシミュレーションは、相手部材Ｏとの間で任意のビード高さＨ２に設定されているときのビードシール５１（５１Ｃ）の面圧をＦＥＭ解析によって求め、これを面圧として評価するという内容である。
【0115】
図２６に示すグラフは、ビードシール５１（５１Ｃ）に加わる面圧の値を本実施の形態と比較例とで比較して示している。本グラフ中、比較例のビードシール５１Ｃに加わる面圧の値は１に設定されている。
【0116】
サンプル１は、方法３を用いた硬化処理によって生成した硬化部５４を有するビードシール５１に加わる面圧の値を示している。１．２という値を得た。
【0117】
サンプル２は、方法４を用いた硬化処理によって形成した硬化部５４を有するビードシール５１に加わる面圧の値を示している。サンプル1と同じ１．２という値を得た。
【0118】
このシミュレーション結果より、本実施の形態のビードシール５１は、サンプル１にせよサンプル２にせよ、比較例のビードシール５１Ｃよりも高い面圧を示すことが分かる。
【0119】
（５）作用効果
図２４（Ａ）及び図２５に示す解析結果から、本実施の形態のビードシール５１によれば、比較例のビードシール５１Ｃよりも高い耐座屈性を得ることができる。硬化部５４を設けたことによって頂部側の領域Ａの硬度が高まり、この領域Ａが座屈しにくくなったからであると推測される。
図２４（Ａ）及び図２５に示す解析結果から、本実施の形態のビードシール５１によれば、比較例のビードシール５１Ｃよりも高い耐座屈性を得ることができる。硬化部５４を設けたことによって頂部側の領域Ａの硬度が高まり、この領域Ａが座屈しにくくなったからであると推測される。
【0120】
したがって本実施の形態のビードシール５１によれば、例えば比較例のビードシール５１Ｃに対して形状を変更することなく、耐座屈性を向上させて座屈しにくくすることができる。その結果シールラインの連続性を維持し、流体漏れを生じさせにくい金属セパレータ１１を得ることができる。
【0121】
図２４（Ｂ）及び図２６に示す解析結果から、本実施の形態のビードシール５１によれば、比較例のビードシール５１Ｃよりも高い面圧を得ることができる。硬化部５４を設けたことによって頂部側の領域Ａの硬度が高まり、加圧力を受けたときに根元側の領域Ｂが一層撓んで弾性復元力を増大させるからであると推測される。
【0122】
したがって本実施の形態のビードシール５１によれば、例えば比較例のビードシール５１Ｃに対して形状を変更することなく、高い面圧を得ることができる。その結果シールラインのシール性を向上させ、流体漏れを生じさせにくい金属セパレータ１１を得ることができる。
【0123】
４．変形例
実施に際しては、各種の変更や変形が可能である。
実施に際しては、各種の変更や変形が可能である。
【0124】
例えば第１の実施の形態において、変態点以上の加熱によって変化した金属組織構造ＭＳ１を硬化部５４に持たせるために、硬化処理の対象個所にレーザビームを照射して焼き入れをする例を示したが、実施に際しては、例えば電子ビームを用いた焼き入れやその他の焼き入れ手法を採用してもよい。
【0125】
第２の実施の形態では、硬化部５４を形成する硬化被膜５４ａとしてクロムメッキや硬質クロムメッキを例示したが、別の種類のメッキを用いてもよく、あるいはメッキとは異なる手法で硬化被膜５４ａをビードシール５１の頂部側の領域Ａに製膜するようにしてもよい。
【0126】
第三の実施の形態では、ベースプレート３１を加工硬化させて金属組織構造ＭＳ２に変化させる方法として、二つの方法３（図２０（Ａ）～（Ｆ））及び方法４（図２０（Ａ）～（Ｅ））を例示したが、加工硬化を生じさせる方法はこれらの方法３、４に限らない。例えば方法３において、図２０（Ｂ）（Ｃ）の工程を複数回繰り返すようにしてもよく、方法３と方法４とを組み合わせるようにしてもよい。
【0127】
その他実施に際しては、あらゆる変更及び変形が可能である。
【符号の説明】
【0128】
１ 燃料電池
２ 発電セル
１１ 金属セパレータ
１１ａ 金属セパレータ（アノード側、燃料ガス側）
１１ｂ 金属セパレータ（カソード側、酸化ガス側）
１２ 配置領域
１３ マニホールド
３１ ベースプレート
５１ ビードシール（金属ガスケット）
５１Ｃ ビードシール（比較例）
５２ シール層
５３ シール面
５４ 硬化部
５４ａ 硬化被膜
７１ 転位
７１ａ 刃状転位
７１ｂ せん転位
７２ 格子欠落
１０１ ＭＥＡ（膜／電極接合体）
１０２ 電解質膜
１０３ 電極
１０３ａ アノード電極
１０３ｂ カソード電極
１０４ 触媒層
１０５ ガス拡散層（ＧＤＬ）
１０６ マニホールド
１１１ 外枠
２０１、２０１Ｆ、２０１Ｒ 金型
２１１、２１１Ｆ 下型
２１２、２１２Ｆ ダイ
２３１、２３１Ｆ 上型
２３２ キャビティ
２３３、２３３Ｆ パンチ
３０１ レーザ照射器
Ａ 頂部側の領域
Ｂ 根元側の領域
ＡＴ 原子
ＣＡ 結晶構造
ＦＣ 流路
ＦＣＡ 燃料ガスの流路
ＦＣＢ 酸化ガスの流路
ＦＣＣ 冷却水の流路
Ｇ 格子
ＭＳ、ＭＳ１、ＭＳ２ 金属組織構造
Ｏ 相手部材
ＰＦ１、ＰＦ２ 予備形状
ＰＤ 面圧分布
ＳＬ シールライン
２ 発電セル
１１ 金属セパレータ
１１ａ 金属セパレータ（アノード側、燃料ガス側）
１１ｂ 金属セパレータ（カソード側、酸化ガス側）
１２ 配置領域
１３ マニホールド
３１ ベースプレート
５１ ビードシール（金属ガスケット）
５１Ｃ ビードシール（比較例）
５２ シール層
５３ シール面
５４ 硬化部
５４ａ 硬化被膜
７１ 転位
７１ａ 刃状転位
７１ｂ せん転位
７２ 格子欠落
１０１ ＭＥＡ（膜／電極接合体）
１０２ 電解質膜
１０３ 電極
１０３ａ アノード電極
１０３ｂ カソード電極
１０４ 触媒層
１０５ ガス拡散層（ＧＤＬ）
１０６ マニホールド
１１１ 外枠
２０１、２０１Ｆ、２０１Ｒ 金型
２１１、２１１Ｆ 下型
２１２、２１２Ｆ ダイ
２３１、２３１Ｆ 上型
２３２ キャビティ
２３３、２３３Ｆ パンチ
３０１ レーザ照射器
Ａ 頂部側の領域
Ｂ 根元側の領域
ＡＴ 原子
ＣＡ 結晶構造
ＦＣ 流路
ＦＣＡ 燃料ガスの流路
ＦＣＢ 酸化ガスの流路
ＦＣＣ 冷却水の流路
Ｇ 格子
ＭＳ、ＭＳ１、ＭＳ２ 金属組織構造
Ｏ 相手部材
ＰＦ１、ＰＦ２ 予備形状
ＰＤ 面圧分布
ＳＬ シールライン
【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18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】