金属多孔質体の製造方法
【課題】面方向に空隙率分布を有する金属多孔質体を提供する
【解決手段】発泡性スラリーを薄板状に成形する成形工程と、薄板状に成形した発泡性スラリーを発泡および乾燥させてグリーンシートを形成する発泡乾燥工程と、前記グリーンシートを焼結して焼結体を形成する焼結工程と、前記焼結体を所定の厚さとなるまで厚さ方向に圧縮する圧縮工程とを有し、前記成形工程において前記キャリヤシート上の前記発泡性スラリーに凸部および凹部を形成することにより、前記グリーンシートに凸部および凹部を形成し、このグリーンシートを焼結することにより前記焼結体に凸部１０ａおよび凹部１０ｂを形成し、前記圧縮工程において前記焼結体の少なくとも前記凸部１０ａの厚さが小さくなるように圧縮することにより、前記骨格の間に形成される空隙の空隙率が面方向に異なっている金属多孔質体１３を製造する。
【解決手段】発泡性スラリーを薄板状に成形する成形工程と、薄板状に成形した発泡性スラリーを発泡および乾燥させてグリーンシートを形成する発泡乾燥工程と、前記グリーンシートを焼結して焼結体を形成する焼結工程と、前記焼結体を所定の厚さとなるまで厚さ方向に圧縮する圧縮工程とを有し、前記成形工程において前記キャリヤシート上の前記発泡性スラリーに凸部および凹部を形成することにより、前記グリーンシートに凸部および凹部を形成し、このグリーンシートを焼結することにより前記焼結体に凸部１０ａおよび凹部１０ｂを形成し、前記圧縮工程において前記焼結体の少なくとも前記凸部１０ａの厚さが小さくなるように圧縮することにより、前記骨格の間に形成される空隙の空隙率が面方向に異なっている金属多孔質体１３を製造する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面方向に密度分布を有する金属多孔質体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池において、空気極側での反応で生じる水が滞留して空気（酸化剤ガス）の流通を妨げることにより反応効率が低下したり停止したりすること（いわゆるフラッディング）を防止するために、燃料電池内の水を速やかに排出できる構造が検討されている。
【０００３】
たとえば特許文献１では、発泡焼結金属によって形成した集電板に複数の貫通孔を設けることにより、空気電極層側において発生した水（生成水）を発泡空孔で毛管現象により吸引するとともに、貫通孔を通じて酸化剤ガスを電解質膜に供給することが提案されている。この場合、発泡空孔で吸引された生成水は貫通孔内で蒸発して、余分の酸化剤ガスとともにこの貫通孔を通じて集電板から排出される。
また特許文献２では、燃料電池のガス拡散層において、触媒層に接する面に排水用の溝を設けることにより、フラッディングを防止している。
【０００４】
特許文献３では、金属質の多孔質体の板材に対して型彫り放電加工による除去加工を行って板厚の異なる部分を形成し、板厚が大きい部分を圧延することにより高密度化することが提案されている。この場合、金属多孔質体の面方向に任意の空隙率分布を形成できる。
【特許文献１】特開２００４−６３０９７号公報
【特許文献２】特開２００７−１２３１９７号公報
【特許文献３】特許３３９６７３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の集電板では、酸化剤の供給量を増大させる場合は多くの貫通孔を設けなければならないため、強度が低下するおそれがある。特許文献２のガス拡散層では、溝を形成したことによって触媒層に対する接触面積が小さくなり、電気抵抗が増大して発電効率を低下させるおそれがある。特許文献３の方法では、金属多孔質体に対して除去加工を行っているため、加工層の生成による目詰まり等により多孔質材の流通性を低下させるおそれがあるとともに、表面が荒れるために接触する相手部材（たとえば特許文献１における電解質膜）を損傷するおそれがある。また、放電加工等の除去加工は手間がかかり、製造コストが増大するという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、面方向に空隙率分布を有し、強度が高く、流体の流通性に優れた金属多孔質体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】
【０００７】
本発明は、金属焼結体の骨格により辺が構成されてなる複数の多面体状の空隙が相互に連続状態に形成されている板状の金属多孔質体の製造方法であって、金属粉末と発泡剤とを含有する発泡性スラリーを、キャリヤシート上に塗布し、前記キャリヤシートを移動させながら前記発泡性スラリーを薄板状に成形する成形工程と、薄板状に成形した発泡性スラリーを発泡および乾燥させてグリーンシートを形成する発泡乾燥工程と、前記グリーンシートを焼結して焼結体を形成する焼結工程と、前記焼結体を所定の厚さとなるまで厚さ方向に圧縮する圧縮工程と、を有し、前記成形工程において前記キャリヤシート上の前記発泡性スラリーの表裏面の少なくとも一方に凸部および凹部を形成することにより、前記グリーンシートの表裏面の少なくとも一方に凸部および凹部を形成し、このグリーンシートを焼結することにより前記焼結体の表裏面の少なくとも一方に凸部および凹部を形成し、前記圧縮工程において前記焼結体の少なくとも前記凸部の厚さが小さくなるように圧縮することにより、前記骨格の間に形成される空隙の空隙率が面方向に異なっている金属多孔質体を製造する。
【０００８】
この方法によれば、凸部および凹部を有する焼結体を所定の厚さに圧縮することにより、凹部を圧縮した部分に比較して凸部を圧縮した部分の空隙率が小さくなるので、面方向に密度分布を有する金属多孔質体を得ることができる。また、焼結体に除去加工を施して凸部および凹部を形成する場合には加工層の生成による目詰まりや表面の荒れが生じるおそれがあるが、本発明では焼結前に凸部および凹部を形成しているので、凸部および凹部を有する面を金属焼結体の骨格の側面により形成でき、加工層や表面の荒れが生じるおそれがない。
なお、この製造方法によって、凹部を圧縮しないように焼結体を圧縮することにより、圧縮後においても凸部の厚さが凹部の厚さよりも大きい金属多孔質体と、凹部を圧縮しないように焼結体を圧縮することにより、圧縮後の凸部の厚さが圧縮前の凹部の厚さと等しく、圧縮後の全体の厚さが均一である金属多孔質体と、焼結体を圧縮する際に凸部だけでなく凹部も圧縮することにより、圧縮後の全体の厚さが均一である金属多孔質体と、の３通りの金属多孔質体を製造することができる。
【０００９】
この製造方法において、前記キャリヤシート上の前記発泡性スラリーの上面に、先端面に凹凸形状を有するブレードの前記先端面を接触させることにより、前記発泡性スラリーに前記凸部および凹部を形成することが好ましい。この場合、凹凸形状を有するブレードで発泡性スラリーの表面を掻き取るように成形することにより、焼結前のグリーンシートに凸部および凹部を形成することができる。
また、この金属多孔質体の製造方法において、前記キャリヤシート上に塗布された前記発泡性スラリーの上面に、表面に凹凸形状を有する転写用ローラの前記表面を押しつけることにより、前記発泡性スラリーに前記凸部および凹部を形成してもよい。また、この金属多孔質体の製造方法において、前記キャリヤシートに凹凸形状を設けておき、前記キャリヤシート上の前記発泡性スラリーに前記凸部および凹部を形成してもよい。この場合も、焼結前のグリーンシートに凸部および凹部を形成することができる。
【００１０】
あるいは、前記キャリヤシートの下面に当接する下ローラと、この下ローラに対して前記キャリヤシートを介して間隔をあけたブレードとを配置しておき、前記成形工程において、前記下ローラの表面と前記ブレードの先端面との間隔を変化させながら前記ブレードの前記先端面と前記下ローラの前記表面との間から前記キャリヤシートとともに前記発泡性スラリーを引き出すことにより、この発泡性スラリーの成形厚さを変化させて前記凸部および凹部を形成することが好ましい。
この製造方法によれば、下ローラの表面とブレードの先端面との間隔がキャリヤシート上の発泡性スラリーの厚さを決定するので、この間隔を変化させながらキャリヤシートを移動させることによって任意の形状の凸部および凹部を有する金属多孔質体を製造することができる。焼結前に凸部および凹部を形成することにより、表面を金属焼結体の骨格の側面によって滑らかに形成できるので、隣接する部材を損傷しない金属多孔質体を製造することができる。
【００１１】
この製造方法において、前記下ローラの前記表面に凹凸形状を設けておくことにより、前記成形工程において前記下ローラの前記表面と前記ブレードの前記先端面との間隔を変化させて前記凸部および凹部を形成することが好ましい。この場合、下ローラの表面の凹凸形状に従って、下ローラとブレードとの間隔を変化させることができる。
また、この製造方法において、前記下ローラを偏心回転させることにより、前記成形工程において前記下ローラの前記表面と前記ブレードの前記先端面との間隔を変化させて前記凸部および凹部を形成してもよい。
また、この製造方法において、前記ブレードおよび前記下ローラの少なくとも一方を他方に向けて往復移動させることにより、前記成形工程において前記下ローラの前記表面と前記ブレードの前記先端面との間隔を変化させて前記凸部および凹部を形成してもよい。
【００１２】
この製造方法において、前記空隙率は、前記圧縮工程前の前記焼結体において６０％以上９９％以下であり、前記圧縮工程後の前記金属多孔質体において５０％以上９８％以下であることが好ましい。圧縮工程前において、空隙率を６０％以上としたのは内部の流体流通性を確保するためであり、空隙率を９９％以下としたのは金属多孔質体の強度を確保するためである。
また、前記圧縮工程前の前記焼結体において、前記凸部と前記凹部との厚さの差が２０μｍ以上３ｍｍ以下であることが好ましい。この場合、凸部および凹部の強度を確保することができる。
また、前記金属多孔質体の前記最外面における前記空隙の開口率が５％以上９９％以下であることが好ましい。また、前記金属多孔質体の前記最外面における前記空隙の平均開口径が３０μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。この場合、内部の空隙への入口面積を確保でき、かつ金属多孔質体の強度を確保できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の金属多孔質体の製造方法によれば、金属焼結体の骨格を分断せずに凸部および凹部を形成できるので、隣接する他部材を損傷させず、燃料電池の構成部材としても用いることができる金属多孔質体を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る金属多孔質体の製造方法の実施形態について説明する。本発明の製造方法では、凸部１０ａおよび凹部１０ｂを有する板状の焼結体１０（図１）を厚さ方向に圧縮することにより、面方向に密度分布を有する金属多孔質体１３（図２）を製造する。
【００１５】
図１に示すように、焼結体１０は、厚さｈ１の凸部１０ａおよび厚さｈ２の凹部１０ｂが交互に面方向に交互に配列された板状の部材である。この焼結体１０において、最大厚さ（すなわち凸部１０ａの厚さ）ｈ１と最小厚さ（すなわち凹部１０ｂの厚さ）ｈ２との差は、２０μｍ以上３ｍｍ以下（本実施形態では３００μｍ）である。より具体的には、本実施形態の焼結体１０の凸部１０ａの厚さｈ１は６００μｍ、凹部１０ｂの厚さｈ２は３００μｍであり、その差は３００μｍである。
【００１６】
この焼結体１０は、金属焼結体の骨格１１により辺が構成されてなる複数の多面体状の空隙１２が相互に連続状態に形成されていて、その表裏面の最外面は、図３に示すように骨格１１の側面で形成されている。
【００１７】
空隙１２は、骨格１１により辺が構成された複数の多面体状のポア（気孔）が相互に連続するように形成されており、焼結体１０の体積中、６０％以上９９％以下（本実施形態では８０％）を占めている。以下、この空隙１２全体の体積割合を空隙率と呼ぶ。空隙率は、同形の中実体の重量に対する実測重量から算出する。
【００１８】
空隙１２は、焼結体１０の表面に開口する複数の開口部１２ａを有しており、その開口面積は表面の面積のうち５％以上９９％以下（本実施形態では８０％）を占めている。以下、この表面における空隙１２の開口面積の割合を開口率と呼ぶ。開口率は、焼結体１０の表面を撮影した２５〜１００倍顕微鏡写真を用いて、視野面積Ａと、この視野中の最外面の全ての開口部１２ａの面積和Ａｐとを測定し、次の式によって算出する。
開口率（％）＝Ａｐ／Ａ×１００
【００１９】
また、この開口部１２ａの平均開口サイズは、開口部１２ａを円形とみなした場合の直径が３０μｍ以上１ｍｍ以下（本実施形態では１２０μｍ）であり、以下、これを平均開口径と呼ぶ。平均開口径は、２５〜１００倍顕微鏡写真において、視野中の最外面の各開口部１２ａの面積を測定して算出した各円相当径の算術平均である。
【００２０】
この焼結体１０を全体の厚さが２８０μｍとなるまで面方向に圧縮すると、凸部１０ａおよび凹部１０ｂの空隙率はそれぞれ５７％、７９％となり、図２に示すように高密度部１０ｃと低密度部１０ｄとが面方向に交互に配列された金属多孔質体１３が得られる。
【００２１】
ここで、凸部および凹部を有するグリーンシートおよび焼結体１０の製造方法について説明する。
〈発泡性スラリー作成工程〉
まず、金属粉末と発泡剤とを含有する発泡性スラリーＳを作成する。発泡性スラリーＳは、骨格１１を形成する金属粉末、バインダ（水溶性樹脂結合剤）、発泡剤および水と、必要に応じて界面活性剤および／または可塑剤とを混合することにより作成される。より具体的には、まず金属粉末、バインダおよび水を含有するスラリーを作成した後、このスラリーに発泡剤を添加し、ミキサーなどの攪拌装置で攪拌する。
【００２２】
金属粉末としては、特に限定されないが、耐食性等の点から、Ｎｉ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ａｌ，Ａｇ，ステンレス鋼等が好ましい。また、この金属粉末は平均粒径０．５μｍ以上３０μｍ以下が好ましい。このような粉末は、水アトマイズ法，プラズマアトマイズ法などのアトマイズ法、酸化物還元法，湿式還元法，カルボニル反応法などの化学プロセス法によって製造することができる。
【００２３】
バインダ（水溶性樹脂結合剤）としては、メチルセルロース，ヒドロキシプロピルメチルセルロース，ヒドロキシエチルメチルセルロース，カルボキシメチルセルロースアンモニウム，エチルセルロース，ポリビニルアルコールなどを使用することができる。
【００２４】
発泡剤は、ガスを発生してスラリーに気泡を形成できるものであればよく、揮発性有機溶剤、例えば、ペンタン，ネオペンタン，ヘキサン，イソヘキサン，イソペプタン，ベンゼン，オクタン，トルエンなどの炭素数５〜８の非水溶性炭化水素系有機溶剤を使用することができる。この発泡剤の含有量としては、発泡性スラリーＳに対して０．１〜５重量％とすることが好ましい。
【００２５】
界面活性剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩，α‐オレフィンスルホン酸塩，アルキル流酸エステル塩，アルキルエーテル硫酸エステル塩，アルカンスルホン酸塩等のアニオン界面活性剤，ポリエチレングリコール誘導体，多価アルコール誘導体などの非イオン性界面活性剤および両性界面活性剤などを使用することができる。
【００２６】
可塑剤は、スラリーを成形して得られる成形体に可塑性を付与するために添加され、例えばエチレングリコール，ポリエチレングリコール，グリセリンなどの多価アルコール、鰯油，菜種油，オリーブ油などの油脂、石油エーテルなどのエーテル類、フタル酸ジエチル，フタル酸ジＮブチル，フタル酸ジエチルヘキシル，フタル酸ジオクチル，ソルビタンモノオレート，ソルビタントリオレート，ソルビタンパルミテート，ソルビタンステアレートなどのエステル等を使用することができる。
【００２７】
さらに、スラリーの特性や成形性を向上させるために任意の添加成分を加えてもよい。例えば、防腐剤を添加してスラリーの保存性を向上させたり、結合助材としてポリマー系化合物を加えて成形体の強度を向上させたりすることができる。
【００２８】
このように作成した発泡性スラリーＳから、図４に示す成形装置２０を用いて、グリーンシートを形成する成形工程および発泡乾燥工程を行う。
〈成形工程〉
成形装置２０は、ドクターブレード法を用いてシートを形成する装置であり、発泡性スラリーＳが貯留されるホッパ２１、ホッパ２１から供給された発泡性スラリーＳを移送するキャリヤシート２２、キャリヤシート２２を支持するローラ２３、キャリヤシート２２上の発泡性スラリーＳを所定厚さに成形するブレード（ドクターブレード）２４、発泡性スラリーＳを発泡させる恒温・高湿度槽２５、発泡したスラリーを乾燥させる乾燥槽２６を備えている。なお、キャリヤシート２２の下面は、支持プレートＰによって支えられている。
【００２９】
成形装置２０においては、まず、均一化した発泡性スラリーＳをホッパ２１に投入しておき、このホッパ２１から発泡性スラリーＳをキャリヤシート２２上に供給する。キャリヤシート２２は図の右方向へ回転するローラ２３によって支持されており、その上面が図の右方向へと移動している。キャリヤシート２２上に供給された発泡性スラリーＳは、キャリヤシート２２とともに移動しながらブレード２４によって薄板状に成形される。
【００３０】
ブレード２４は、図５に示すように、凹凸形状が形成された先端面２４ａを有している。この先端面２４ａが、発泡性スラリーＳが塗布されたキャリヤシート２２に対して所定の間隔を空けて保持されることにより、移動するキャリヤシート２２上の発泡性スラリーＳの表面に、キャリヤシート２２の移動方向に沿って伸びる筋状の凸部および凹部が形成される。
【００３１】
なお、ドクターブレード法を用いる本実施形態では、キャリヤシート２２上に発泡性スラリーＳを塗布するドクターブレード２４の先端面２４ａに凹凸形状を設けているが、発泡性スラリーＳを塗布する方法はドクターブレード法に限らず、種々の方法を採用することができる。この場合、凹凸形状が形成された先端面を有するブレードを設けておき、キャリヤシート２２上に発泡性スラリーＳを塗布した後に、このブレードの先端面を発泡性スラリーＳの上面に接触させることにより、表面に凸部および凹部を有する所定厚さの発泡性スラリーＳを成形することができる。
【００３２】
〈発泡乾燥工程〉
次いで、表面に凸部および凹部が形成された薄板状の発泡性スラリーＳは、所定条件（例えば温度３０℃〜４０℃、湿度７５％〜９５％）の恒温・高湿度槽２５内を、例えば１０分〜２０分かけて移動しながら発泡する。続いて、この恒温・高湿度槽２５内で発泡したスラリーＳは、所定条件（例えば温度５０℃〜７０℃）の乾燥槽２６内を例えば１０分〜２０分かけて移動し、乾燥される。これにより、表面に凸部および凹部を有するスポンジ状のグリーンシートが得られる。
【００３３】
〈焼結工程〉
このようにして得られたグリーンシートを脱脂・焼結することにより、表面に凸部１０ａおよび凹部１０ｂを有する薄板状の焼結体１０を形成する。具体的には、例えば真空中、温度５５０℃〜６５０℃、２５分〜３５分の条件下でグリーンシート中のバインダ（水溶性樹脂結合剤）を除去（脱脂）した後、さらに真空中、温度１２００℃〜１３００℃、６０分〜１２０分の条件下で焼結する。これにより、図１に示すように、表面に凸部１０ａおよび凹部１０ｂを有する焼結体１０を得ることができる。
【００３４】
次に、凸部および凹部を形成する他の方法について、図を参照して説明する。
図６に、転写用ローラ２８を付加した成形装置２０を示す。この場合、凹凸形状を持たないブレード２７で発泡性スラリーＳをキャリヤシート２２上に所定厚さで塗布した後に、表面に凹凸形状を有する転写用ローラ２８を発泡性スラリーＳの上面に押しつけ、転写用ローラ２８の凹凸形状を発泡性スラリーＳに転写することにより凸部および凹部を形成することができる。
【００３５】
図７に、凹凸形状を有するキャリヤシート２９を備える成形装置２０を示す。このキャリヤシート２９上に、ブレード２７で発泡性スラリーＳを所定厚さで塗布することにより、発泡性スラリーＳに凸部および凹部を形成することができる。この場合、たとえばキャリヤシート２９の移動方向と交差するストライプ形状やドット形状など、キャリヤシート２９の移動方向に関わらない凸部および凹部を形成することができる。また、この凹凸形状を有するキャリヤシート２９と、凹凸形状を有するブレード２４とを組み合わせてもよい。この場合、凸部および凹部は発泡性スラリーＳの両面に形成される。
【００３６】
さらに、凹凸形状を有するブレード２４と、転写用ローラ２８と、凹凸形状を有するキャリヤシート２９とを組み合わせてもよい。この場合、凹凸形状を有するキャリヤシート２９上に発泡性スラリーＳを塗布し、凹凸形状を有するブレード２４を用いて表面に凸部および凹部を形成した発泡性スラリーＳに対して、転写用ローラ２８の凹凸形状を転写させるので、金属多孔質体の表裏面により複雑な形状の凹凸を形成することができる。
【００３７】
図８に示す成形装置３０は、キャリヤシート２２の下面に当接する下ローラ３３と、この下ローラ３３に対してキャリヤシート２２を介して間隔をあけて配置されたブレード（ドクターブレード）３４とを備えている。キャリヤシート２２上に供給された発泡性スラリーＳは、キャリヤシート２２とともに移動して下ローラ３３の表面３３ａとブレード３４の先端面３４ａとの間を通過することによって、薄板状に成形される。したがって、発泡性スラリーＳの成形厚さは、下ローラ３３の表面３３ａとブレード３４の先端面３４ａとの間隔の大きさによって決定される。
【００３８】
この下ローラ２３は、図９に示すように、表面３３ａに凹凸形状が形成されている。キャリヤシート２２は、下ローラ３３と発泡性スラリーＳとの間においては張力によってこの表面３３ａに倣う凹凸状に変形している。ブレード３４は、下ローラ３３の回転軸に対して所定の位置に保持されている。したがって、下ローラ３３の回転に伴い、下ローラ３３とブレード３４との間を通過する発泡性スラリーＳは、下ローラ３３の表面３３ａの凹凸形状に応じた厚さで成形される。
【００３９】
この成形装置３０において、キャリヤシート２２には張力が与えられているので、キャリヤシート２２の凹凸形状は下ローラ３３から離れると消失して平坦となる。これに伴い、キャリヤシート２２上の発泡性スラリーＳは、キャリヤシート２２に接する下面が平坦となり、上面（表面）に凸部および凹部が表れる。
【００４０】
図１０に示す成形装置３０は、ブレード３４の下方においてキャリヤシート２２の下面に当接し、回転によってブレード３４に対する距離が変化する下ローラ（偏心ローラ）３７が設けられている。キャリヤシート２２上に供給された発泡性スラリーＳは、キャリヤシート２２とともに移動して偏心ローラ３７の表面とブレード３４の先端面３４ａとの間を通過することによって、薄板状に成形される。発泡性スラリーＳの成形厚さは、偏心ローラ３７の表面とブレード３４の先端面３４ａとの間隔の大きさによって決定されるので、偏心ローラ３７を回転させながら発泡性スラリーＳを成形することにより、発泡性スラリーＳの厚さをキャリヤシート２２の移動方向に沿って増減させ、発泡性スラリーの表面に凸部および凹部を形成することができる。
【００４１】
図１１に示す成形装置３０においては、ブレード３８を下ローラ３９に対して上下に移動させながらキャリヤシート２２を移動させることにより、ブレード３８の先端面３８ａと下ローラ３９の表面３９ａとの間隔を変化させて、発泡性スラリーＳに凸部および凹部を形成することができる。なお、下ローラ３９をブレード３８に対して上下に移動させながらキャリヤシート２２を移動させても、発泡性スラリーＳに凸部および凹部を形成することができる。
【００４２】
以上説明した各成形方法によって、凸部および凹部を形成して成形した発泡性スラリーＳを発泡、乾燥、脱脂、焼結することにより、表裏面の最外面が金属骨格の側面からなり、凸部１０ａおよび凹部１０ｂが面方向に配列された焼結体１０を製造することができる。そして、この焼結体１０を任意の厚さに圧縮することにより、凸部１０ａが密度の高い高密度部１０ｃ、凹部１０ｂが密度の低い低密度部１０ｄとなるので、面方向に密度分布を有する金属多孔質体１３を製造することができる。
なお、本発明は前記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。たとえば、前記実施形態では圧縮工程において凸部１０ａと凹部１０ｂとを圧縮しているが、圧縮工程において凹部１０ｂを圧縮せずに、表面に凹凸形状を有しかつ面方向に密度分布を有する金属多孔質体を製造してもよい。また、圧縮前の凹部１０ｂの厚さに一致する厚さとなるように凸部１０ａを圧縮して、全体の厚さが均一であって面方向に密度分布を有する金属多孔質体を製造してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の金属多孔質体の製造方法における焼結体の外形を示す斜視図である。
【図２】本発明の方法によって製造される金属多孔質体を示す断面図である。
【図３】本発明の金属多孔質体の表面を示す拡大図である。
【図４】本発明の金属多孔質体を製造する成形装置を示す側面模式図である。
【図５】焼結体の凸部および凹部を形成するブレードを示す正面模式図である。
【図６】焼結体の凸部および凹部を形成する転写用ローラを備える成形装置を示す側面模式図である。
【図７】焼結体の凸部および凹部を形成するキャリヤシートを備える成形装置を示す側面模式図である。
【図８】焼結体の凸部および凹部を形成する下ローラを備える成形装置を示す側面模式図である。
【図９】図８の下ローラを示す拡大図である。
【図１０】焼結体の凸部および凹部を形成する偏心ローラを備える成形装置を示す側面模式図である。
【図１１】焼結体の凸部および凹部を形成するブレードを備える成形装置を示す側面模式図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０ 焼結体
１０ａ 凸部
１０ｂ 凹部
１０ｃ 高密度部
１０ｄ 低密度部
１１ 骨格
１２ 空隙
１２ａ 開口部
１３ 金属多孔質体
２０ 成形装置
２１ ホッパ
２２ キャリヤシート
２３ ローラ
２４ ブレード
２４ａ 先端面
２５ 恒温・高湿度槽
２６ 乾燥槽
２７ ブレード
２８ 転写用ローラ
２９ キャリヤシート
３０ 成形装置
３３ 下ローラ
３３ａ 表面
３４ ブレード
３４ａ 先端面
３７ 下ローラ（偏心ローラ）
３８ ブレード
３８ａ 先端面
３９ 下ローラ
Ｐ 支持プレート
Ｓ 発泡性スラリー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面方向に密度分布を有する金属多孔質体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池において、空気極側での反応で生じる水が滞留して空気（酸化剤ガス）の流通を妨げることにより反応効率が低下したり停止したりすること（いわゆるフラッディング）を防止するために、燃料電池内の水を速やかに排出できる構造が検討されている。
【０００３】
たとえば特許文献１では、発泡焼結金属によって形成した集電板に複数の貫通孔を設けることにより、空気電極層側において発生した水（生成水）を発泡空孔で毛管現象により吸引するとともに、貫通孔を通じて酸化剤ガスを電解質膜に供給することが提案されている。この場合、発泡空孔で吸引された生成水は貫通孔内で蒸発して、余分の酸化剤ガスとともにこの貫通孔を通じて集電板から排出される。
また特許文献２では、燃料電池のガス拡散層において、触媒層に接する面に排水用の溝を設けることにより、フラッディングを防止している。
【０００４】
特許文献３では、金属質の多孔質体の板材に対して型彫り放電加工による除去加工を行って板厚の異なる部分を形成し、板厚が大きい部分を圧延することにより高密度化することが提案されている。この場合、金属多孔質体の面方向に任意の空隙率分布を形成できる。
【特許文献１】特開２００４−６３０９７号公報
【特許文献２】特開２００７−１２３１９７号公報
【特許文献３】特許３３９６７３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の集電板では、酸化剤の供給量を増大させる場合は多くの貫通孔を設けなければならないため、強度が低下するおそれがある。特許文献２のガス拡散層では、溝を形成したことによって触媒層に対する接触面積が小さくなり、電気抵抗が増大して発電効率を低下させるおそれがある。特許文献３の方法では、金属多孔質体に対して除去加工を行っているため、加工層の生成による目詰まり等により多孔質材の流通性を低下させるおそれがあるとともに、表面が荒れるために接触する相手部材（たとえば特許文献１における電解質膜）を損傷するおそれがある。また、放電加工等の除去加工は手間がかかり、製造コストが増大するという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、面方向に空隙率分布を有し、強度が高く、流体の流通性に優れた金属多孔質体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】
【０００７】
本発明は、金属焼結体の骨格により辺が構成されてなる複数の多面体状の空隙が相互に連続状態に形成されている板状の金属多孔質体の製造方法であって、金属粉末と発泡剤とを含有する発泡性スラリーを、キャリヤシート上に塗布し、前記キャリヤシートを移動させながら前記発泡性スラリーを薄板状に成形する成形工程と、薄板状に成形した発泡性スラリーを発泡および乾燥させてグリーンシートを形成する発泡乾燥工程と、前記グリーンシートを焼結して焼結体を形成する焼結工程と、前記焼結体を所定の厚さとなるまで厚さ方向に圧縮する圧縮工程と、を有し、前記成形工程において前記キャリヤシート上の前記発泡性スラリーの表裏面の少なくとも一方に凸部および凹部を形成することにより、前記グリーンシートの表裏面の少なくとも一方に凸部および凹部を形成し、このグリーンシートを焼結することにより前記焼結体の表裏面の少なくとも一方に凸部および凹部を形成し、前記圧縮工程において前記焼結体の少なくとも前記凸部の厚さが小さくなるように圧縮することにより、前記骨格の間に形成される空隙の空隙率が面方向に異なっている金属多孔質体を製造する。
【０００８】
この方法によれば、凸部および凹部を有する焼結体を所定の厚さに圧縮することにより、凹部を圧縮した部分に比較して凸部を圧縮した部分の空隙率が小さくなるので、面方向に密度分布を有する金属多孔質体を得ることができる。また、焼結体に除去加工を施して凸部および凹部を形成する場合には加工層の生成による目詰まりや表面の荒れが生じるおそれがあるが、本発明では焼結前に凸部および凹部を形成しているので、凸部および凹部を有する面を金属焼結体の骨格の側面により形成でき、加工層や表面の荒れが生じるおそれがない。
なお、この製造方法によって、凹部を圧縮しないように焼結体を圧縮することにより、圧縮後においても凸部の厚さが凹部の厚さよりも大きい金属多孔質体と、凹部を圧縮しないように焼結体を圧縮することにより、圧縮後の凸部の厚さが圧縮前の凹部の厚さと等しく、圧縮後の全体の厚さが均一である金属多孔質体と、焼結体を圧縮する際に凸部だけでなく凹部も圧縮することにより、圧縮後の全体の厚さが均一である金属多孔質体と、の３通りの金属多孔質体を製造することができる。
【０００９】
この製造方法において、前記キャリヤシート上の前記発泡性スラリーの上面に、先端面に凹凸形状を有するブレードの前記先端面を接触させることにより、前記発泡性スラリーに前記凸部および凹部を形成することが好ましい。この場合、凹凸形状を有するブレードで発泡性スラリーの表面を掻き取るように成形することにより、焼結前のグリーンシートに凸部および凹部を形成することができる。
また、この金属多孔質体の製造方法において、前記キャリヤシート上に塗布された前記発泡性スラリーの上面に、表面に凹凸形状を有する転写用ローラの前記表面を押しつけることにより、前記発泡性スラリーに前記凸部および凹部を形成してもよい。また、この金属多孔質体の製造方法において、前記キャリヤシートに凹凸形状を設けておき、前記キャリヤシート上の前記発泡性スラリーに前記凸部および凹部を形成してもよい。この場合も、焼結前のグリーンシートに凸部および凹部を形成することができる。
【００１０】
あるいは、前記キャリヤシートの下面に当接する下ローラと、この下ローラに対して前記キャリヤシートを介して間隔をあけたブレードとを配置しておき、前記成形工程において、前記下ローラの表面と前記ブレードの先端面との間隔を変化させながら前記ブレードの前記先端面と前記下ローラの前記表面との間から前記キャリヤシートとともに前記発泡性スラリーを引き出すことにより、この発泡性スラリーの成形厚さを変化させて前記凸部および凹部を形成することが好ましい。
この製造方法によれば、下ローラの表面とブレードの先端面との間隔がキャリヤシート上の発泡性スラリーの厚さを決定するので、この間隔を変化させながらキャリヤシートを移動させることによって任意の形状の凸部および凹部を有する金属多孔質体を製造することができる。焼結前に凸部および凹部を形成することにより、表面を金属焼結体の骨格の側面によって滑らかに形成できるので、隣接する部材を損傷しない金属多孔質体を製造することができる。
【００１１】
この製造方法において、前記下ローラの前記表面に凹凸形状を設けておくことにより、前記成形工程において前記下ローラの前記表面と前記ブレードの前記先端面との間隔を変化させて前記凸部および凹部を形成することが好ましい。この場合、下ローラの表面の凹凸形状に従って、下ローラとブレードとの間隔を変化させることができる。
また、この製造方法において、前記下ローラを偏心回転させることにより、前記成形工程において前記下ローラの前記表面と前記ブレードの前記先端面との間隔を変化させて前記凸部および凹部を形成してもよい。
また、この製造方法において、前記ブレードおよび前記下ローラの少なくとも一方を他方に向けて往復移動させることにより、前記成形工程において前記下ローラの前記表面と前記ブレードの前記先端面との間隔を変化させて前記凸部および凹部を形成してもよい。
【００１２】
この製造方法において、前記空隙率は、前記圧縮工程前の前記焼結体において６０％以上９９％以下であり、前記圧縮工程後の前記金属多孔質体において５０％以上９８％以下であることが好ましい。圧縮工程前において、空隙率を６０％以上としたのは内部の流体流通性を確保するためであり、空隙率を９９％以下としたのは金属多孔質体の強度を確保するためである。
また、前記圧縮工程前の前記焼結体において、前記凸部と前記凹部との厚さの差が２０μｍ以上３ｍｍ以下であることが好ましい。この場合、凸部および凹部の強度を確保することができる。
また、前記金属多孔質体の前記最外面における前記空隙の開口率が５％以上９９％以下であることが好ましい。また、前記金属多孔質体の前記最外面における前記空隙の平均開口径が３０μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。この場合、内部の空隙への入口面積を確保でき、かつ金属多孔質体の強度を確保できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の金属多孔質体の製造方法によれば、金属焼結体の骨格を分断せずに凸部および凹部を形成できるので、隣接する他部材を損傷させず、燃料電池の構成部材としても用いることができる金属多孔質体を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る金属多孔質体の製造方法の実施形態について説明する。本発明の製造方法では、凸部１０ａおよび凹部１０ｂを有する板状の焼結体１０（図１）を厚さ方向に圧縮することにより、面方向に密度分布を有する金属多孔質体１３（図２）を製造する。
【００１５】
図１に示すように、焼結体１０は、厚さｈ１の凸部１０ａおよび厚さｈ２の凹部１０ｂが交互に面方向に交互に配列された板状の部材である。この焼結体１０において、最大厚さ（すなわち凸部１０ａの厚さ）ｈ１と最小厚さ（すなわち凹部１０ｂの厚さ）ｈ２との差は、２０μｍ以上３ｍｍ以下（本実施形態では３００μｍ）である。より具体的には、本実施形態の焼結体１０の凸部１０ａの厚さｈ１は６００μｍ、凹部１０ｂの厚さｈ２は３００μｍであり、その差は３００μｍである。
【００１６】
この焼結体１０は、金属焼結体の骨格１１により辺が構成されてなる複数の多面体状の空隙１２が相互に連続状態に形成されていて、その表裏面の最外面は、図３に示すように骨格１１の側面で形成されている。
【００１７】
空隙１２は、骨格１１により辺が構成された複数の多面体状のポア（気孔）が相互に連続するように形成されており、焼結体１０の体積中、６０％以上９９％以下（本実施形態では８０％）を占めている。以下、この空隙１２全体の体積割合を空隙率と呼ぶ。空隙率は、同形の中実体の重量に対する実測重量から算出する。
【００１８】
空隙１２は、焼結体１０の表面に開口する複数の開口部１２ａを有しており、その開口面積は表面の面積のうち５％以上９９％以下（本実施形態では８０％）を占めている。以下、この表面における空隙１２の開口面積の割合を開口率と呼ぶ。開口率は、焼結体１０の表面を撮影した２５〜１００倍顕微鏡写真を用いて、視野面積Ａと、この視野中の最外面の全ての開口部１２ａの面積和Ａｐとを測定し、次の式によって算出する。
開口率（％）＝Ａｐ／Ａ×１００
【００１９】
また、この開口部１２ａの平均開口サイズは、開口部１２ａを円形とみなした場合の直径が３０μｍ以上１ｍｍ以下（本実施形態では１２０μｍ）であり、以下、これを平均開口径と呼ぶ。平均開口径は、２５〜１００倍顕微鏡写真において、視野中の最外面の各開口部１２ａの面積を測定して算出した各円相当径の算術平均である。
【００２０】
この焼結体１０を全体の厚さが２８０μｍとなるまで面方向に圧縮すると、凸部１０ａおよび凹部１０ｂの空隙率はそれぞれ５７％、７９％となり、図２に示すように高密度部１０ｃと低密度部１０ｄとが面方向に交互に配列された金属多孔質体１３が得られる。
【００２１】
ここで、凸部および凹部を有するグリーンシートおよび焼結体１０の製造方法について説明する。
〈発泡性スラリー作成工程〉
まず、金属粉末と発泡剤とを含有する発泡性スラリーＳを作成する。発泡性スラリーＳは、骨格１１を形成する金属粉末、バインダ（水溶性樹脂結合剤）、発泡剤および水と、必要に応じて界面活性剤および／または可塑剤とを混合することにより作成される。より具体的には、まず金属粉末、バインダおよび水を含有するスラリーを作成した後、このスラリーに発泡剤を添加し、ミキサーなどの攪拌装置で攪拌する。
【００２２】
金属粉末としては、特に限定されないが、耐食性等の点から、Ｎｉ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ａｌ，Ａｇ，ステンレス鋼等が好ましい。また、この金属粉末は平均粒径０．５μｍ以上３０μｍ以下が好ましい。このような粉末は、水アトマイズ法，プラズマアトマイズ法などのアトマイズ法、酸化物還元法，湿式還元法，カルボニル反応法などの化学プロセス法によって製造することができる。
【００２３】
バインダ（水溶性樹脂結合剤）としては、メチルセルロース，ヒドロキシプロピルメチルセルロース，ヒドロキシエチルメチルセルロース，カルボキシメチルセルロースアンモニウム，エチルセルロース，ポリビニルアルコールなどを使用することができる。
【００２４】
発泡剤は、ガスを発生してスラリーに気泡を形成できるものであればよく、揮発性有機溶剤、例えば、ペンタン，ネオペンタン，ヘキサン，イソヘキサン，イソペプタン，ベンゼン，オクタン，トルエンなどの炭素数５〜８の非水溶性炭化水素系有機溶剤を使用することができる。この発泡剤の含有量としては、発泡性スラリーＳに対して０．１〜５重量％とすることが好ましい。
【００２５】
界面活性剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩，α‐オレフィンスルホン酸塩，アルキル流酸エステル塩，アルキルエーテル硫酸エステル塩，アルカンスルホン酸塩等のアニオン界面活性剤，ポリエチレングリコール誘導体，多価アルコール誘導体などの非イオン性界面活性剤および両性界面活性剤などを使用することができる。
【００２６】
可塑剤は、スラリーを成形して得られる成形体に可塑性を付与するために添加され、例えばエチレングリコール，ポリエチレングリコール，グリセリンなどの多価アルコール、鰯油，菜種油，オリーブ油などの油脂、石油エーテルなどのエーテル類、フタル酸ジエチル，フタル酸ジＮブチル，フタル酸ジエチルヘキシル，フタル酸ジオクチル，ソルビタンモノオレート，ソルビタントリオレート，ソルビタンパルミテート，ソルビタンステアレートなどのエステル等を使用することができる。
【００２７】
さらに、スラリーの特性や成形性を向上させるために任意の添加成分を加えてもよい。例えば、防腐剤を添加してスラリーの保存性を向上させたり、結合助材としてポリマー系化合物を加えて成形体の強度を向上させたりすることができる。
【００２８】
このように作成した発泡性スラリーＳから、図４に示す成形装置２０を用いて、グリーンシートを形成する成形工程および発泡乾燥工程を行う。
〈成形工程〉
成形装置２０は、ドクターブレード法を用いてシートを形成する装置であり、発泡性スラリーＳが貯留されるホッパ２１、ホッパ２１から供給された発泡性スラリーＳを移送するキャリヤシート２２、キャリヤシート２２を支持するローラ２３、キャリヤシート２２上の発泡性スラリーＳを所定厚さに成形するブレード（ドクターブレード）２４、発泡性スラリーＳを発泡させる恒温・高湿度槽２５、発泡したスラリーを乾燥させる乾燥槽２６を備えている。なお、キャリヤシート２２の下面は、支持プレートＰによって支えられている。
【００２９】
成形装置２０においては、まず、均一化した発泡性スラリーＳをホッパ２１に投入しておき、このホッパ２１から発泡性スラリーＳをキャリヤシート２２上に供給する。キャリヤシート２２は図の右方向へ回転するローラ２３によって支持されており、その上面が図の右方向へと移動している。キャリヤシート２２上に供給された発泡性スラリーＳは、キャリヤシート２２とともに移動しながらブレード２４によって薄板状に成形される。
【００３０】
ブレード２４は、図５に示すように、凹凸形状が形成された先端面２４ａを有している。この先端面２４ａが、発泡性スラリーＳが塗布されたキャリヤシート２２に対して所定の間隔を空けて保持されることにより、移動するキャリヤシート２２上の発泡性スラリーＳの表面に、キャリヤシート２２の移動方向に沿って伸びる筋状の凸部および凹部が形成される。
【００３１】
なお、ドクターブレード法を用いる本実施形態では、キャリヤシート２２上に発泡性スラリーＳを塗布するドクターブレード２４の先端面２４ａに凹凸形状を設けているが、発泡性スラリーＳを塗布する方法はドクターブレード法に限らず、種々の方法を採用することができる。この場合、凹凸形状が形成された先端面を有するブレードを設けておき、キャリヤシート２２上に発泡性スラリーＳを塗布した後に、このブレードの先端面を発泡性スラリーＳの上面に接触させることにより、表面に凸部および凹部を有する所定厚さの発泡性スラリーＳを成形することができる。
【００３２】
〈発泡乾燥工程〉
次いで、表面に凸部および凹部が形成された薄板状の発泡性スラリーＳは、所定条件（例えば温度３０℃〜４０℃、湿度７５％〜９５％）の恒温・高湿度槽２５内を、例えば１０分〜２０分かけて移動しながら発泡する。続いて、この恒温・高湿度槽２５内で発泡したスラリーＳは、所定条件（例えば温度５０℃〜７０℃）の乾燥槽２６内を例えば１０分〜２０分かけて移動し、乾燥される。これにより、表面に凸部および凹部を有するスポンジ状のグリーンシートが得られる。
【００３３】
〈焼結工程〉
このようにして得られたグリーンシートを脱脂・焼結することにより、表面に凸部１０ａおよび凹部１０ｂを有する薄板状の焼結体１０を形成する。具体的には、例えば真空中、温度５５０℃〜６５０℃、２５分〜３５分の条件下でグリーンシート中のバインダ（水溶性樹脂結合剤）を除去（脱脂）した後、さらに真空中、温度１２００℃〜１３００℃、６０分〜１２０分の条件下で焼結する。これにより、図１に示すように、表面に凸部１０ａおよび凹部１０ｂを有する焼結体１０を得ることができる。
【００３４】
次に、凸部および凹部を形成する他の方法について、図を参照して説明する。
図６に、転写用ローラ２８を付加した成形装置２０を示す。この場合、凹凸形状を持たないブレード２７で発泡性スラリーＳをキャリヤシート２２上に所定厚さで塗布した後に、表面に凹凸形状を有する転写用ローラ２８を発泡性スラリーＳの上面に押しつけ、転写用ローラ２８の凹凸形状を発泡性スラリーＳに転写することにより凸部および凹部を形成することができる。
【００３５】
図７に、凹凸形状を有するキャリヤシート２９を備える成形装置２０を示す。このキャリヤシート２９上に、ブレード２７で発泡性スラリーＳを所定厚さで塗布することにより、発泡性スラリーＳに凸部および凹部を形成することができる。この場合、たとえばキャリヤシート２９の移動方向と交差するストライプ形状やドット形状など、キャリヤシート２９の移動方向に関わらない凸部および凹部を形成することができる。また、この凹凸形状を有するキャリヤシート２９と、凹凸形状を有するブレード２４とを組み合わせてもよい。この場合、凸部および凹部は発泡性スラリーＳの両面に形成される。
【００３６】
さらに、凹凸形状を有するブレード２４と、転写用ローラ２８と、凹凸形状を有するキャリヤシート２９とを組み合わせてもよい。この場合、凹凸形状を有するキャリヤシート２９上に発泡性スラリーＳを塗布し、凹凸形状を有するブレード２４を用いて表面に凸部および凹部を形成した発泡性スラリーＳに対して、転写用ローラ２８の凹凸形状を転写させるので、金属多孔質体の表裏面により複雑な形状の凹凸を形成することができる。
【００３７】
図８に示す成形装置３０は、キャリヤシート２２の下面に当接する下ローラ３３と、この下ローラ３３に対してキャリヤシート２２を介して間隔をあけて配置されたブレード（ドクターブレード）３４とを備えている。キャリヤシート２２上に供給された発泡性スラリーＳは、キャリヤシート２２とともに移動して下ローラ３３の表面３３ａとブレード３４の先端面３４ａとの間を通過することによって、薄板状に成形される。したがって、発泡性スラリーＳの成形厚さは、下ローラ３３の表面３３ａとブレード３４の先端面３４ａとの間隔の大きさによって決定される。
【００３８】
この下ローラ２３は、図９に示すように、表面３３ａに凹凸形状が形成されている。キャリヤシート２２は、下ローラ３３と発泡性スラリーＳとの間においては張力によってこの表面３３ａに倣う凹凸状に変形している。ブレード３４は、下ローラ３３の回転軸に対して所定の位置に保持されている。したがって、下ローラ３３の回転に伴い、下ローラ３３とブレード３４との間を通過する発泡性スラリーＳは、下ローラ３３の表面３３ａの凹凸形状に応じた厚さで成形される。
【００３９】
この成形装置３０において、キャリヤシート２２には張力が与えられているので、キャリヤシート２２の凹凸形状は下ローラ３３から離れると消失して平坦となる。これに伴い、キャリヤシート２２上の発泡性スラリーＳは、キャリヤシート２２に接する下面が平坦となり、上面（表面）に凸部および凹部が表れる。
【００４０】
図１０に示す成形装置３０は、ブレード３４の下方においてキャリヤシート２２の下面に当接し、回転によってブレード３４に対する距離が変化する下ローラ（偏心ローラ）３７が設けられている。キャリヤシート２２上に供給された発泡性スラリーＳは、キャリヤシート２２とともに移動して偏心ローラ３７の表面とブレード３４の先端面３４ａとの間を通過することによって、薄板状に成形される。発泡性スラリーＳの成形厚さは、偏心ローラ３７の表面とブレード３４の先端面３４ａとの間隔の大きさによって決定されるので、偏心ローラ３７を回転させながら発泡性スラリーＳを成形することにより、発泡性スラリーＳの厚さをキャリヤシート２２の移動方向に沿って増減させ、発泡性スラリーの表面に凸部および凹部を形成することができる。
【００４１】
図１１に示す成形装置３０においては、ブレード３８を下ローラ３９に対して上下に移動させながらキャリヤシート２２を移動させることにより、ブレード３８の先端面３８ａと下ローラ３９の表面３９ａとの間隔を変化させて、発泡性スラリーＳに凸部および凹部を形成することができる。なお、下ローラ３９をブレード３８に対して上下に移動させながらキャリヤシート２２を移動させても、発泡性スラリーＳに凸部および凹部を形成することができる。
【００４２】
以上説明した各成形方法によって、凸部および凹部を形成して成形した発泡性スラリーＳを発泡、乾燥、脱脂、焼結することにより、表裏面の最外面が金属骨格の側面からなり、凸部１０ａおよび凹部１０ｂが面方向に配列された焼結体１０を製造することができる。そして、この焼結体１０を任意の厚さに圧縮することにより、凸部１０ａが密度の高い高密度部１０ｃ、凹部１０ｂが密度の低い低密度部１０ｄとなるので、面方向に密度分布を有する金属多孔質体１３を製造することができる。
なお、本発明は前記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。たとえば、前記実施形態では圧縮工程において凸部１０ａと凹部１０ｂとを圧縮しているが、圧縮工程において凹部１０ｂを圧縮せずに、表面に凹凸形状を有しかつ面方向に密度分布を有する金属多孔質体を製造してもよい。また、圧縮前の凹部１０ｂの厚さに一致する厚さとなるように凸部１０ａを圧縮して、全体の厚さが均一であって面方向に密度分布を有する金属多孔質体を製造してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の金属多孔質体の製造方法における焼結体の外形を示す斜視図である。
【図２】本発明の方法によって製造される金属多孔質体を示す断面図である。
【図３】本発明の金属多孔質体の表面を示す拡大図である。
【図４】本発明の金属多孔質体を製造する成形装置を示す側面模式図である。
【図５】焼結体の凸部および凹部を形成するブレードを示す正面模式図である。
【図６】焼結体の凸部および凹部を形成する転写用ローラを備える成形装置を示す側面模式図である。
【図７】焼結体の凸部および凹部を形成するキャリヤシートを備える成形装置を示す側面模式図である。
【図８】焼結体の凸部および凹部を形成する下ローラを備える成形装置を示す側面模式図である。
【図９】図８の下ローラを示す拡大図である。
【図１０】焼結体の凸部および凹部を形成する偏心ローラを備える成形装置を示す側面模式図である。
【図１１】焼結体の凸部および凹部を形成するブレードを備える成形装置を示す側面模式図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０ 焼結体
１０ａ 凸部
１０ｂ 凹部
１０ｃ 高密度部
１０ｄ 低密度部
１１ 骨格
１２ 空隙
１２ａ 開口部
１３ 金属多孔質体
２０ 成形装置
２１ ホッパ
２２ キャリヤシート
２３ ローラ
２４ ブレード
２４ａ 先端面
２５ 恒温・高湿度槽
２６ 乾燥槽
２７ ブレード
２８ 転写用ローラ
２９ キャリヤシート
３０ 成形装置
３３ 下ローラ
３３ａ 表面
３４ ブレード
３４ａ 先端面
３７ 下ローラ（偏心ローラ）
３８ ブレード
３８ａ 先端面
３９ 下ローラ
Ｐ 支持プレート
Ｓ 発泡性スラリー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属焼結体の骨格により辺が構成されてなる複数の多面体状の空隙が相互に連続状態に形成されている板状の金属多孔質体の製造方法であって、
金属粉末と発泡剤とを含有する発泡性スラリーを、キャリヤシート上に塗布し、前記キャリヤシートを移動させながら前記発泡性スラリーを薄板状に成形する成形工程と、
薄板状に成形した発泡性スラリーを発泡および乾燥させてグリーンシートを形成する発泡乾燥工程と、
前記グリーンシートを焼結して焼結体を形成する焼結工程と、
前記焼結体を所定の厚さとなるまで厚さ方向に圧縮する圧縮工程と、
を有し、
前記成形工程において前記キャリヤシート上の前記発泡性スラリーの表裏面の少なくとも一方に凸部および凹部を形成することにより、前記グリーンシートの表裏面の少なくとも一方に凸部および凹部を形成し、このグリーンシートを焼結することにより前記焼結体の表裏面の少なくとも一方に凸部および凹部を形成し、
前記圧縮工程において、前記焼結体の少なくとも前記凸部の厚さが小さくなるように圧縮することにより、
前記骨格の間に形成される空隙の空隙率が面方向に異なっている金属多孔質体を製造することを特徴とする金属多孔質体の製造方法。
【請求項２】
前記キャリヤシート上の前記発泡性スラリーの上面に、先端面に凹凸形状を有するブレードの前記先端面を接触させることにより、前記発泡性スラリーに前記凸部および凹部を形成することを特徴とする請求項１に記載の金属多孔質体の製造方法。
【請求項３】
前記キャリヤシート上に塗布された前記発泡性スラリーの上面に、表面に凹凸形状を有する転写用ローラの前記表面を押しつけることにより、前記発泡性スラリーに前記凸部および凹部を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の金属多孔質体の製造方法。
【請求項４】
前記キャリヤシートに凹凸形状を設けておき、前記キャリヤシート上の前記発泡性スラリーの表面に前記凸部および凹部を形成することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の金属多孔質体の製造方法。
【請求項５】
前記キャリヤシートの下面に当接する下ローラと、この下ローラに対して前記キャリヤシートを介して間隔をあけたブレードとを配置しておき、前記成形工程において、前記下ローラの表面と前記ブレードの先端面との間隔を変化させながら前記ブレードの前記先端面と前記下ローラの前記表面との間から前記キャリヤシートとともに前記発泡性スラリーを引き出すことにより、この発泡性スラリーの成形厚さを変化させて前記凸部および凹部を形成することを特徴とする請求項１に記載の金属多孔質体の製造方法。
【請求項６】
前記下ローラの前記表面に凹凸形状を設けておくことにより、前記成形工程において前記下ローラの前記表面と前記ブレードの前記先端面との間隔を変化させて前記凸部および凹部を形成することを特徴とする請求項５に記載の金属多孔質体の製造方法。
【請求項７】
前記下ローラを偏心回転させることにより、前記成形工程において前記下ローラの前記表面と前記ブレードの前記先端面との間隔を変化させて前記凸部および凹部を形成することを特徴とする請求項５または６に記載の金属多孔質体の製造方法。
【請求項８】
前記ブレードおよび前記下ローラの少なくとも一方を他方に向けて往復移動させることにより、前記成形工程において前記下ローラの前記表面と前記ブレードの前記先端面との間隔を変化させて前記凸部および凹部を形成することを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の金属多孔質体の製造方法。
【請求項９】
前記空隙率は、前記圧縮工程前の前記焼結体において６０％以上９９％以下であり、前記圧縮工程後の前記金属多孔質体において５０％以上９８％以下であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の金属多孔質体の製造方法。
【請求項１０】
前記圧縮工程前の前記焼結体において、前記凸部と前記凹部との厚さの差が２０μｍ以上３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の金属多孔質体の製造方法。
【請求項１１】
前記金属多孔質体の前記最外面における前記空隙の開口率が５％以上９９％以下であることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の金属多孔質体の製造方法。
【請求項１２】
前記金属多孔質体の前記最外面における前記空隙の平均開口径が３０μｍ以上１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の金属多孔質体の製造方法。
【請求項１】
金属焼結体の骨格により辺が構成されてなる複数の多面体状の空隙が相互に連続状態に形成されている板状の金属多孔質体の製造方法であって、
金属粉末と発泡剤とを含有する発泡性スラリーを、キャリヤシート上に塗布し、前記キャリヤシートを移動させながら前記発泡性スラリーを薄板状に成形する成形工程と、
薄板状に成形した発泡性スラリーを発泡および乾燥させてグリーンシートを形成する発泡乾燥工程と、
前記グリーンシートを焼結して焼結体を形成する焼結工程と、
前記焼結体を所定の厚さとなるまで厚さ方向に圧縮する圧縮工程と、
を有し、
前記成形工程において前記キャリヤシート上の前記発泡性スラリーの表裏面の少なくとも一方に凸部および凹部を形成することにより、前記グリーンシートの表裏面の少なくとも一方に凸部および凹部を形成し、このグリーンシートを焼結することにより前記焼結体の表裏面の少なくとも一方に凸部および凹部を形成し、
前記圧縮工程において、前記焼結体の少なくとも前記凸部の厚さが小さくなるように圧縮することにより、
前記骨格の間に形成される空隙の空隙率が面方向に異なっている金属多孔質体を製造することを特徴とする金属多孔質体の製造方法。
【請求項２】
前記キャリヤシート上の前記発泡性スラリーの上面に、先端面に凹凸形状を有するブレードの前記先端面を接触させることにより、前記発泡性スラリーに前記凸部および凹部を形成することを特徴とする請求項１に記載の金属多孔質体の製造方法。
【請求項３】
前記キャリヤシート上に塗布された前記発泡性スラリーの上面に、表面に凹凸形状を有する転写用ローラの前記表面を押しつけることにより、前記発泡性スラリーに前記凸部および凹部を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の金属多孔質体の製造方法。
【請求項４】
前記キャリヤシートに凹凸形状を設けておき、前記キャリヤシート上の前記発泡性スラリーの表面に前記凸部および凹部を形成することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の金属多孔質体の製造方法。
【請求項５】
前記キャリヤシートの下面に当接する下ローラと、この下ローラに対して前記キャリヤシートを介して間隔をあけたブレードとを配置しておき、前記成形工程において、前記下ローラの表面と前記ブレードの先端面との間隔を変化させながら前記ブレードの前記先端面と前記下ローラの前記表面との間から前記キャリヤシートとともに前記発泡性スラリーを引き出すことにより、この発泡性スラリーの成形厚さを変化させて前記凸部および凹部を形成することを特徴とする請求項１に記載の金属多孔質体の製造方法。
【請求項６】
前記下ローラの前記表面に凹凸形状を設けておくことにより、前記成形工程において前記下ローラの前記表面と前記ブレードの前記先端面との間隔を変化させて前記凸部および凹部を形成することを特徴とする請求項５に記載の金属多孔質体の製造方法。
【請求項７】
前記下ローラを偏心回転させることにより、前記成形工程において前記下ローラの前記表面と前記ブレードの前記先端面との間隔を変化させて前記凸部および凹部を形成することを特徴とする請求項５または６に記載の金属多孔質体の製造方法。
【請求項８】
前記ブレードおよび前記下ローラの少なくとも一方を他方に向けて往復移動させることにより、前記成形工程において前記下ローラの前記表面と前記ブレードの前記先端面との間隔を変化させて前記凸部および凹部を形成することを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の金属多孔質体の製造方法。
【請求項９】
前記空隙率は、前記圧縮工程前の前記焼結体において６０％以上９９％以下であり、前記圧縮工程後の前記金属多孔質体において５０％以上９８％以下であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の金属多孔質体の製造方法。
【請求項１０】
前記圧縮工程前の前記焼結体において、前記凸部と前記凹部との厚さの差が２０μｍ以上３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の金属多孔質体の製造方法。
【請求項１１】
前記金属多孔質体の前記最外面における前記空隙の開口率が５％以上９９％以下であることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の金属多孔質体の製造方法。
【請求項１２】
前記金属多孔質体の前記最外面における前記空隙の平均開口径が３０μｍ以上１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の金属多孔質体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−９５７３８（Ｐ２０１０−９５７３８Ａ）
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６５６４１（Ｐ２００８−２６５６４１）
【出願日】平成２０年１０月１４日（２００８．１０．１４）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月１４日（２００８．１０．１４）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
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