金属多孔質板およびその製造方法
【課題】面方向に空隙率分布を有し、強度が高く流通性に優れた金属多孔質体を提供する。
【解決手段】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金属多孔質板１０であって、表裏面の最外面が前記骨格の側面で形成されており、前記骨格が密集した高密度部分１０ｂとこの高密度部分１０ｂよりも前記骨格の密集度が小さい低密度部分１０ａとが面方向に分散して配置されているとともに、前記骨格の間に形成される前記空隙による空隙率が前記金属多孔質板全体において５０％以上９８％以下の範囲内にある。
【解決手段】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金属多孔質板１０であって、表裏面の最外面が前記骨格の側面で形成されており、前記骨格が密集した高密度部分１０ｂとこの高密度部分１０ｂよりも前記骨格の密集度が小さい低密度部分１０ａとが面方向に分散して配置されているとともに、前記骨格の間に形成される前記空隙による空隙率が前記金属多孔質板全体において５０％以上９８％以下の範囲内にある。
【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板およびそ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。
【０００４】
特許文献２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金属多孔質板であって、表裏面の最外面が前記骨格の側面で形成されており、前記骨格が密集した高密度部分とこの高密度部分よりも前記骨格の密集度が小さい低密度部分とが面方向に分散して配置されているとともに、前記骨格の間に形成される前記空隙による空隙率が前記金属多孔質板全体において５０％以上９８％以下の範囲内にある。
【０００８】
この金属多孔質板によれば、密度の異なる部分が面方向に分散して配置されているので、たとえば吸水性を有する液体流路と通気性を有する気体流路とを面方向に分散して備えることができる。また、最外面が金属焼結体の骨格の側面で形成されているので、この面に接触する他部材を損傷しにくい。空隙率を５０％以上としたのは内部の流体の流通性を確保するためであり、空隙率を９８％以下としたのは金属多孔質板の強度を確保するためである。
【０００９】
この金属多孔質板において、前記骨格の密集度が前記低密度部分よりも大きく前記高密度部分よりも小さい中間密度部分が、前記面方向に分散して配置されていてもよい。中間密度部分は、たとえば高密度部分の空隙が閉塞するなどによりその流通性が損なわれた場合には、比較的密度が高いため、高密度部分の流通性を補完できる。また、低密度部分が損傷した場合には、中間密度部分は金属多孔質板の形状維持に寄与するとともに、比較的密度が低いため、低密度部分の流通性を補完できる。
【００１０】
また本発明は、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金属多孔質板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板状に成形し、発泡させた後に焼結することにより、前記骨格の間に形成される前記空隙による空隙率がそれぞれ６０％以上９９％以下である金属多孔質材からなる複数枚の板部品を制作し、これら板部品を部分的に積層して所定厚さとなるまで厚さ方向に圧縮することにより相互に接合するとともに全体において空隙率が５０％以上９８％以下の範囲内とし、高密度部分と低密度部分とが面方向に分散して配置された金属多孔質板を形成する。
【００１１】
この製造方法によれば、部分的に積層した状態の複数の多孔質板部品を任意の厚さに圧縮することにより、部分的に密度が異なる金属多孔質体を形成できる。この場合、積層する板部品をそれぞれ任意の形状とするとともにそれらの空隙率および厚さと圧縮後の厚さとを適宜調節することにより、任意の空隙率を有する高密度部分および低密度部分を任意の位置に設けることができる。また、焼結後の板部品の表裏面に除去加工を施していないので、表面に荒れがなく、隣接する部材を損傷しない金属多孔質板を製造することができる。
なお、この板部品における空隙率は、６５％以上９９％以下であることがより好ましい。６５％以下では圧縮に過大な力が必要となり、９９％を超えると強度不足のため圧縮時に破損するおそれがあるからである。
【００１２】
この製造方法において、前記板部品は所定の形状を有する基板とこの基板よりも小さい小板とを含み、前記基板上に複数の前記小板を分散して配置した状態で全体を圧縮することにより、前記小板が積層された部分を前記高密度部分とすることができる。
または、前記板部品はそれぞれ所定の形状を有し、これら板部品を互いに位置をずらして部分的に積層するように配置した状態で全体を圧縮することにより、この積層部分を前記高密度部分とすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、面方向に分散して配置された密度が異なる部分を有する金属多孔質板を、機械加工や複雑な工程等を経ることなく、容易に得ることができる。この金属多孔質板は、高密度部分と低密度部分とにおいてそれぞれ孔径が異なる流路が厚さ方向に連通していることから液体流路および気体流路を同時に備えることができ、また隣接する部材を損傷しないので、燃料電池の空気極部材に好適である。また、この金属多孔質板を断熱材や伝熱部材として用いた場合、面方向の密度分布を熱伝導率の分布として利用することにより、温度分布を制御することができる。また、金属多孔質板は極めて軽量で脆弱な部材であるが、その一部を高密度化された高強度部分とできるので、この部分を他の部材に固定したりして、負荷を受け持つ部分とすることができる。
【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板およびその製造方法の実施形態について説明する。
本発明の金属多孔質板１０は、図１に示すように、低密度部分１０ａ、高密度部分１０ｂ、および中間密度部分１０ｃが面方向に分散して配置されている。この金属多孔質板１０は、図２に示すように、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、表裏面の最外面が前記骨格の側面で形成されている。
【００１５】
すなわち、この金属多孔質板１０において、骨格１１間には空隙１２が形成されている。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が相互に連続するように形成されており、金属多孔質板１０の体積中、５０％以上９８％以下を占めている。以下、この空隙１２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ことができる。本実施形態の金属多孔質板１０においては、骨格１１の密集度が低い低密度部分１０ａの空隙率が８０％、密集度が高い高密度部分１０ｂの空隙率が６０％、密集度が低密度部分１０ａよりも高く高密度部分１０ｂよりも低い中間密度部分１０ｃの空隙率が７０％となっている。
【００１６】
空隙１２は、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５０％）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、金属多孔質板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
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。本発明の金属多孔質板１０の平均開口径は、３０μｍ以上１ｍｍ以下（本実施形態では１２０μｍ）である。
【００１７】
次に、この金属多孔質板１０の製造方法について説明する。
金属多孔質板１０は、それぞれ空隙率が６０％以上９９％以下（本実施形態ではいずれも９０％）である金属多孔質材の矩形の基板（板部品）４０および帯状の小板（板部品）４１を複数枚用いて製造される。図３に示すように、基板４０の上に３枚の小板４１を互いに間隔をおいて配列積層し、これらの小板４１に交差するように３枚の小板４１を互いに間隔をおいて配列積層し、さらにその上に基板４０を積層する。これらの基板４０および小板４１は、いずれも空隙率９０％、厚さ０．３ｍｍである。このように、２層から４層に積層した基板４０および小板４１を厚さ方向に圧縮すると、隣接する基板４０および小板４１の骨格同士が互いの開口部１２ａを通じて入り込み、絡み合うように変形することにより、隣接する基板４０および小板４１同士が一体に接合される。
【００１８】
このように全体が所定厚さ（本実施形態では０．３ｍｍ）となるように厚さ方向に圧縮して形成されることにより、２層の基板４０が積層された空隙率８０％の低密度部分１０ａ、２層の基板４０および１層の小板４１が積層された空隙率７０％の中間密度部分１０ｃ、および２層の基板４０および２層の小板４１が積層された空隙率６０％の高密度部分１０ｂが格子状に分散して配置された金属多孔質板１０が得られる（図１）。
【００１９】
ここで、金属多孔質材の板部品を積層して厚さ方向に圧縮した際の厚さおよび空隙率の変化について説明する。
まず、空隙率の等しい板部品を積層して圧縮した場合について、図４を参照して説明する。図４（ａ）に示すように空隙率９０％、厚さ２０ｍｍの金属多孔質材の板部品４２を２枚積層し、図４（ｂ）に示すように厚さ４０ｍｍから厚さ２４．８ｍｍまで圧縮すると各板部品４２の空隙率はいずれも８４％となり、さらに図４（ｃ）に示すように厚さ２０ｍｍとなるまで圧縮すると、各板部品４２の空隙率はいずれも８０％となる。つまり、空隙率の等しい板部品を積層して厚さ方向（積層方向）に圧縮した場合、それら板部品は同率で圧縮される。なお、図中の円および楕円は、圧縮により変化する空隙率を模式的に示すものである。
【００２０】
次に、空隙率の異なる板部品を積層して圧縮した場合について、図５を参照して説明する。図５（ａ）に示すように空隙率９０％、厚さ２０ｍｍの板部品４３Ａと空隙率８０％、厚さ１０ｍｍの板部品４３Ｂとを積層し、これを厚さ方向（積層方向）に圧縮すると、まず空隙率が高い低密度の板部品４３Ａだけが圧縮される。すなわち、図５（ｂ）に示すように、これら板部品４３Ａ，４３Ｂ全体を板部品４３Ａの厚さが１５ｍｍとなるまで厚さ方向に圧縮すると、板部品４３Ａの空隙率は８６．７％となるが、板部品４３Ｂの厚さおよび空隙率は変化しない。さらに、図５（ｃ）に示すようにこれらを圧縮すると、板部品４３Ａは厚さが１０ｍｍ、空隙率が８０％となり、板部品４３Ｂと同等の厚さおよび空隙率となる。つまり、空隙率の異なる板部品を積層して圧縮した場合、各板部品の空隙率が同等になるまでは低密度の板部品のみが圧縮される。
【００２１】
したがって、任意の空隙率および厚さを有する板部品を複数枚積層し、これらを任意の厚さに圧縮することにより、所望の空隙率および厚さとすることができるので、任意の空隙率を有する高密度部分および低密度部分を任意の形状で形成することができる。また、図５（ｂ）に示すように空隙率の異なる板部品を積層して適宜圧縮することにより、厚さ方向に密度分布を有する金属多孔質板を形成することもできる。
【００２２】
次に、板部品４２，４３Ａ，４３Ｂ（基板４０および小板４１）の製造方法について、図６を参照して説明する。板部品４０，４１は、金属粉末と発泡剤とを含有する発泡性スラリーを板状に成形し、発泡させた後に焼結して形成される。
〈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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
このように作成した発泡性スラリーＳから、図６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、および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。
【００３０】
成形装置２０においては、まず、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および支持プレートＰ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。
【００３１】
〈発泡乾燥工程〉
次いで、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、スポンジ状のグリーンシートが得られる。
【００３２】
〈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、薄板状の金属多孔質材を形成する。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。この金属多孔質材を任意の形状に切断することにより、本発明の金属多孔質板を構成する板部品を製造することができる。このように形成された板部品は、厚さ方向に積層して圧縮することにより、互いに接合することができる。
【００３３】
また、表裏面に除去加工が施されていないので、表面の荒れや目詰まりがない。この金属多孔質板１０の表面が親水性である場合、他の部分に比較して孔径の小さい高密度部分１０ｂにおける毛管作用が強い。すなわち、高密度部分１０ｂにおける吸水性を利用して、高密度部分１０ｂを液体流路、低密度部分１０ａを気体流路とすることができる。なお、ステンレス等の金属は一般に親水性であり、焼結後の金属多孔質材は親水性であるが、たとえば大気中３００℃で２０分間酸化処理を行ったり、シリカ等の親水性材料を塗布したりすることによって、金属多孔質板１０の表面に親水性を付与することもできる。
【００３４】
なお、金属多孔質板１０の表面が撥水性である場合には、液体は孔径の小さい高密度部分１０ｂには進入しにくく、孔径の大きい低密度部分１０ａに進入しやすいので、低密度部分１０ａを液体流路、高密度部分１０ｂを気体流路とすることができる。
【００３５】
この金属多孔質板１０を電極部材３３に用いた固体高分子型の燃料電池３０を、図７に示す。燃料電池３０の単セルは、電解質膜３１と、この電解質膜３１の両面にそれぞれ触媒層３２を介在させて積層された空気側の電極部材３３および燃料極側の電極部材３４を備えている。図示の燃料電池３０においては、面方向に密度分布を有する金属多孔質板１０を空気極側の電極部材３３とし、一様な密度を有する金属多孔質板を燃料極側の電極部材３４としているが、燃料極側においても本発明の金属多孔質板１０を電極部材としてもよい。
【００３６】
金属多孔質板１０からなる電極部材３３はガス拡散層として機能し、空気極においては、低密度部分１０ａの空隙１２を通じて酸化剤ガスである空気が触媒層３２に供給される。空気極側の触媒層３２における反応によって生じた生成水は、高密度部分１０ｂの空隙１２に毛管現象によって吸い上げられ、電極部材３３の内部に拡散して蒸発し、電極部材３３から排出される。
【００３７】
つまり、電極部材３３には、面方向に分散して低密度部分１０ａ、高密度部分１０ｂ、および中間密度部分１０ｃが配置されているので、開口径の大きさの違いにより、液体を高密度部分１０ｂに流通させ、液体が吸収されにくい低密度部分１０ａおよび中間密度部分１０ｃに気体を流通させることができる。
また、目詰まりが生じた場合等、この高密度部分１０ｂにおける生成水の吸収が困難になった場合には、低密度部分１０ａにおいて空気を流通させるとともに、この低密度部分１０ａと比較して密度の高い中間密度部分１０ｃにおいて生成水を吸収させることができる。
【００３８】
このように金属多孔質板１０を燃料電池の空気極におけるガス拡散層として用いる場合、高密度部分１０ｂの空隙率を６０％以上７０％以上とすることが好ましい。空隙率がこの範囲内にあるとき、毛管現象による水の液面高さ（毛管高さ）、すなわち液体の吸収しやすさが最大となるので、空気極における反応による生成水を効率よく排出することができる。
【００３９】
前述した発泡性スラリーＳを用いて製造した金属多孔質材における空隙率と毛管高さ（蒸留水）との関係を図８に示す。空隙率が小さすぎると流動抵抗の増大により、また、空隙率が大きすぎると毛管力の不足により、毛管高さが低くなる。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態の金属多孔質板１０によれば、固体高分子型の燃料電池３０において空気極の電極部材３３として用いられることにより、空気極における生成水を触媒層３２近傍から円滑に取り除くことができる。したがって、空気極において円滑に空気（酸化剤ガス）を流通させ、フラッディングの発生を防止し、効率の良い発電が可能な燃料電池を実現できる。
【００４１】
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、前記実施形態では複数の板部品を積層して圧縮するだけでこれらを接合しているが、積層、圧縮後にさらに拡散接合を行ってこれらの板部品同士をより強固に接合してもよい。拡散接合は、たとえば真空中、温度７００℃〜１３００℃、１０〜６０分の条件下での熱処理により行われる。
【００４２】
また前記実施形態では、矩形の基板４０に対して帯状の小板４１を格子状に積層して圧縮することにより、低密度部分１０ａ、高密度部分１０ｂ、および中間密度部分１０ｃが面方向に分散した配置された金属多孔質板１０を形成したが、矩形の基板（板部品）４４Ａ上に円板状の小板（板部品）４４Ｂを分散して配置してもよい（図９）。この場合、低密度部分４４ａに対して円板状の高密度部分４４ｂが面方向に分散して配置された金属多孔質板４４を形成することができる。
【００４３】
また、図１０に示すように、複数の円形の穴部４５ａが形成された矩形の板部品４５Ａを、矩形の板部品４５Ｂ上に積層してもよい。この場合、円形の低密度部分４５ｂが高密度部分４５ｃに対して面方向に分散して配置された金属多孔質板４５を形成することができる。
【００４４】
また、図１１（ａ）に示すように、矩形の板部品４６Ａを互いに位置をずらして配置することにより、縞状の積層部分４６ａを形成して圧縮してもよい。この場合、積層状態の板部品４６Ａを所定の厚さに圧縮することにより、図１１（ｂ）に示すように、高密度部分４６ｂと低密度部分４６ｃとが縞状に分散して配置された金属多孔質板４６を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の金属多孔質板を示す平面図である。
【図２】本発明の金属多孔質板および板部品の表面を示す拡大図である。
【図３】本発明の金属多孔質板の製造方法において、基板（板部品）に小板（板部品）を積層した状態を示す斜視図である。
【図４】本発明の金属多孔質板を製造する際の圧縮による板厚および空隙率の変化を示す断面模式図である。
【図５】本発明の金属多孔質板を製造する際の圧縮による板厚および空隙率の変化について、図４とは異なる例を示す断面模式図である。
【図６】本発明の金属多孔質板を構成する金属多孔質材の製造方法の一例を示す側面模式図である。
【図７】本発明の金属多孔質板を備える固体高分子型燃料電池を示す断面模式図である。
【図８】本発明の金属多孔質板における空隙率と毛管高さとの関係を示すグラフである。
【図９】本発明の金属多孔質板の他の実施形態を示す平面図である。
【図１０】本発明の金属多孔質板のさらに他の実施形態を示す平面図である。
【図１１】本発明の金属多孔質板の製造方法に係る他の実施形態による金属多孔質板（板部品）の圧縮前（ａ）および圧縮後（ｂ）を示す断面図ある。
【符号の説明】
【００４６】
１０，４４，４５，４６ 金属多孔質板
１０ａ，４４ａ，４５ｂ 低密度部分
１０ｂ，４４ｂ，４５ｃ，４６ｂ 高密度部分
１０ｃ 中間密度部分
１１ 骨格
１２ 空隙
１２ａ 開口部
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
２５ 恒温・高湿度槽
２６ 乾燥槽
２８ 凹凸形成ローラ
４０，４４Ａ 基板（板部品）
４１，４４Ｂ 小板（板部品）
４２，４３Ａ，４３Ｂ 板部品
４５Ａ，４５Ｂ，４６Ａ 板部品
４５ａ 穴部
４６ａ 積層部分
３０ 燃料電池
３１ 電解質膜
３２ 触媒層
３３，３４ 電極部材
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板およびそ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。
【０００４】
特許文献２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金属多孔質板であって、表裏面の最外面が前記骨格の側面で形成されており、前記骨格が密集した高密度部分とこの高密度部分よりも前記骨格の密集度が小さい低密度部分とが面方向に分散して配置されているとともに、前記骨格の間に形成される前記空隙による空隙率が前記金属多孔質板全体において５０％以上９８％以下の範囲内にある。
【０００８】
この金属多孔質板によれば、密度の異なる部分が面方向に分散して配置されているので、たとえば吸水性を有する液体流路と通気性を有する気体流路とを面方向に分散して備えることができる。また、最外面が金属焼結体の骨格の側面で形成されているので、この面に接触する他部材を損傷しにくい。空隙率を５０％以上としたのは内部の流体の流通性を確保するためであり、空隙率を９８％以下としたのは金属多孔質板の強度を確保するためである。
【０００９】
この金属多孔質板において、前記骨格の密集度が前記低密度部分よりも大きく前記高密度部分よりも小さい中間密度部分が、前記面方向に分散して配置されていてもよい。中間密度部分は、たとえば高密度部分の空隙が閉塞するなどによりその流通性が損なわれた場合には、比較的密度が高いため、高密度部分の流通性を補完できる。また、低密度部分が損傷した場合には、中間密度部分は金属多孔質板の形状維持に寄与するとともに、比較的密度が低いため、低密度部分の流通性を補完できる。
【００１０】
また本発明は、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金属多孔質板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板状に成形し、発泡させた後に焼結することにより、前記骨格の間に形成される前記空隙による空隙率がそれぞれ６０％以上９９％以下である金属多孔質材からなる複数枚の板部品を制作し、これら板部品を部分的に積層して所定厚さとなるまで厚さ方向に圧縮することにより相互に接合するとともに全体において空隙率が５０％以上９８％以下の範囲内とし、高密度部分と低密度部分とが面方向に分散して配置された金属多孔質板を形成する。
【００１１】
この製造方法によれば、部分的に積層した状態の複数の多孔質板部品を任意の厚さに圧縮することにより、部分的に密度が異なる金属多孔質体を形成できる。この場合、積層する板部品をそれぞれ任意の形状とするとともにそれらの空隙率および厚さと圧縮後の厚さとを適宜調節することにより、任意の空隙率を有する高密度部分および低密度部分を任意の位置に設けることができる。また、焼結後の板部品の表裏面に除去加工を施していないので、表面に荒れがなく、隣接する部材を損傷しない金属多孔質板を製造することができる。
なお、この板部品における空隙率は、６５％以上９９％以下であることがより好ましい。６５％以下では圧縮に過大な力が必要となり、９９％を超えると強度不足のため圧縮時に破損するおそれがあるからである。
【００１２】
この製造方法において、前記板部品は所定の形状を有する基板とこの基板よりも小さい小板とを含み、前記基板上に複数の前記小板を分散して配置した状態で全体を圧縮することにより、前記小板が積層された部分を前記高密度部分とすることができる。
または、前記板部品はそれぞれ所定の形状を有し、これら板部品を互いに位置をずらして部分的に積層するように配置した状態で全体を圧縮することにより、この積層部分を前記高密度部分とすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、面方向に分散して配置された密度が異なる部分を有する金属多孔質板を、機械加工や複雑な工程等を経ることなく、容易に得ることができる。この金属多孔質板は、高密度部分と低密度部分とにおいてそれぞれ孔径が異なる流路が厚さ方向に連通していることから液体流路および気体流路を同時に備えることができ、また隣接する部材を損傷しないので、燃料電池の空気極部材に好適である。また、この金属多孔質板を断熱材や伝熱部材として用いた場合、面方向の密度分布を熱伝導率の分布として利用することにより、温度分布を制御することができる。また、金属多孔質板は極めて軽量で脆弱な部材であるが、その一部を高密度化された高強度部分とできるので、この部分を他の部材に固定したりして、負荷を受け持つ部分とすることができる。
【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板およびその製造方法の実施形態について説明する。
本発明の金属多孔質板１０は、図１に示すように、低密度部分１０ａ、高密度部分１０ｂ、および中間密度部分１０ｃが面方向に分散して配置されている。この金属多孔質板１０は、図２に示すように、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、表裏面の最外面が前記骨格の側面で形成されている。
【００１５】
すなわち、この金属多孔質板１０において、骨格１１間には空隙１２が形成されている。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が相互に連続するように形成されており、金属多孔質板１０の体積中、５０％以上９８％以下を占めている。以下、この空隙１２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ことができる。本実施形態の金属多孔質板１０においては、骨格１１の密集度が低い低密度部分１０ａの空隙率が８０％、密集度が高い高密度部分１０ｂの空隙率が６０％、密集度が低密度部分１０ａよりも高く高密度部分１０ｂよりも低い中間密度部分１０ｃの空隙率が７０％となっている。
【００１６】
空隙１２は、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５０％）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、金属多孔質板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
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。本発明の金属多孔質板１０の平均開口径は、３０μｍ以上１ｍｍ以下（本実施形態では１２０μｍ）である。
【００１７】
次に、この金属多孔質板１０の製造方法について説明する。
金属多孔質板１０は、それぞれ空隙率が６０％以上９９％以下（本実施形態ではいずれも９０％）である金属多孔質材の矩形の基板（板部品）４０および帯状の小板（板部品）４１を複数枚用いて製造される。図３に示すように、基板４０の上に３枚の小板４１を互いに間隔をおいて配列積層し、これらの小板４１に交差するように３枚の小板４１を互いに間隔をおいて配列積層し、さらにその上に基板４０を積層する。これらの基板４０および小板４１は、いずれも空隙率９０％、厚さ０．３ｍｍである。このように、２層から４層に積層した基板４０および小板４１を厚さ方向に圧縮すると、隣接する基板４０および小板４１の骨格同士が互いの開口部１２ａを通じて入り込み、絡み合うように変形することにより、隣接する基板４０および小板４１同士が一体に接合される。
【００１８】
このように全体が所定厚さ（本実施形態では０．３ｍｍ）となるように厚さ方向に圧縮して形成されることにより、２層の基板４０が積層された空隙率８０％の低密度部分１０ａ、２層の基板４０および１層の小板４１が積層された空隙率７０％の中間密度部分１０ｃ、および２層の基板４０および２層の小板４１が積層された空隙率６０％の高密度部分１０ｂが格子状に分散して配置された金属多孔質板１０が得られる（図１）。
【００１９】
ここで、金属多孔質材の板部品を積層して厚さ方向に圧縮した際の厚さおよび空隙率の変化について説明する。
まず、空隙率の等しい板部品を積層して圧縮した場合について、図４を参照して説明する。図４（ａ）に示すように空隙率９０％、厚さ２０ｍｍの金属多孔質材の板部品４２を２枚積層し、図４（ｂ）に示すように厚さ４０ｍｍから厚さ２４．８ｍｍまで圧縮すると各板部品４２の空隙率はいずれも８４％となり、さらに図４（ｃ）に示すように厚さ２０ｍｍとなるまで圧縮すると、各板部品４２の空隙率はいずれも８０％となる。つまり、空隙率の等しい板部品を積層して厚さ方向（積層方向）に圧縮した場合、それら板部品は同率で圧縮される。なお、図中の円および楕円は、圧縮により変化する空隙率を模式的に示すものである。
【００２０】
次に、空隙率の異なる板部品を積層して圧縮した場合について、図５を参照して説明する。図５（ａ）に示すように空隙率９０％、厚さ２０ｍｍの板部品４３Ａと空隙率８０％、厚さ１０ｍｍの板部品４３Ｂとを積層し、これを厚さ方向（積層方向）に圧縮すると、まず空隙率が高い低密度の板部品４３Ａだけが圧縮される。すなわち、図５（ｂ）に示すように、これら板部品４３Ａ，４３Ｂ全体を板部品４３Ａの厚さが１５ｍｍとなるまで厚さ方向に圧縮すると、板部品４３Ａの空隙率は８６．７％となるが、板部品４３Ｂの厚さおよび空隙率は変化しない。さらに、図５（ｃ）に示すようにこれらを圧縮すると、板部品４３Ａは厚さが１０ｍｍ、空隙率が８０％となり、板部品４３Ｂと同等の厚さおよび空隙率となる。つまり、空隙率の異なる板部品を積層して圧縮した場合、各板部品の空隙率が同等になるまでは低密度の板部品のみが圧縮される。
【００２１】
したがって、任意の空隙率および厚さを有する板部品を複数枚積層し、これらを任意の厚さに圧縮することにより、所望の空隙率および厚さとすることができるので、任意の空隙率を有する高密度部分および低密度部分を任意の形状で形成することができる。また、図５（ｂ）に示すように空隙率の異なる板部品を積層して適宜圧縮することにより、厚さ方向に密度分布を有する金属多孔質板を形成することもできる。
【００２２】
次に、板部品４２，４３Ａ，４３Ｂ（基板４０および小板４１）の製造方法について、図６を参照して説明する。板部品４０，４１は、金属粉末と発泡剤とを含有する発泡性スラリーを板状に成形し、発泡させた後に焼結して形成される。
〈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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
このように作成した発泡性スラリーＳから、図６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、および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。
【００３０】
成形装置２０においては、まず、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および支持プレートＰ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。
【００３１】
〈発泡乾燥工程〉
次いで、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、スポンジ状のグリーンシートが得られる。
【００３２】
〈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、薄板状の金属多孔質材を形成する。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。この金属多孔質材を任意の形状に切断することにより、本発明の金属多孔質板を構成する板部品を製造することができる。このように形成された板部品は、厚さ方向に積層して圧縮することにより、互いに接合することができる。
【００３３】
また、表裏面に除去加工が施されていないので、表面の荒れや目詰まりがない。この金属多孔質板１０の表面が親水性である場合、他の部分に比較して孔径の小さい高密度部分１０ｂにおける毛管作用が強い。すなわち、高密度部分１０ｂにおける吸水性を利用して、高密度部分１０ｂを液体流路、低密度部分１０ａを気体流路とすることができる。なお、ステンレス等の金属は一般に親水性であり、焼結後の金属多孔質材は親水性であるが、たとえば大気中３００℃で２０分間酸化処理を行ったり、シリカ等の親水性材料を塗布したりすることによって、金属多孔質板１０の表面に親水性を付与することもできる。
【００３４】
なお、金属多孔質板１０の表面が撥水性である場合には、液体は孔径の小さい高密度部分１０ｂには進入しにくく、孔径の大きい低密度部分１０ａに進入しやすいので、低密度部分１０ａを液体流路、高密度部分１０ｂを気体流路とすることができる。
【００３５】
この金属多孔質板１０を電極部材３３に用いた固体高分子型の燃料電池３０を、図７に示す。燃料電池３０の単セルは、電解質膜３１と、この電解質膜３１の両面にそれぞれ触媒層３２を介在させて積層された空気側の電極部材３３および燃料極側の電極部材３４を備えている。図示の燃料電池３０においては、面方向に密度分布を有する金属多孔質板１０を空気極側の電極部材３３とし、一様な密度を有する金属多孔質板を燃料極側の電極部材３４としているが、燃料極側においても本発明の金属多孔質板１０を電極部材としてもよい。
【００３６】
金属多孔質板１０からなる電極部材３３はガス拡散層として機能し、空気極においては、低密度部分１０ａの空隙１２を通じて酸化剤ガスである空気が触媒層３２に供給される。空気極側の触媒層３２における反応によって生じた生成水は、高密度部分１０ｂの空隙１２に毛管現象によって吸い上げられ、電極部材３３の内部に拡散して蒸発し、電極部材３３から排出される。
【００３７】
つまり、電極部材３３には、面方向に分散して低密度部分１０ａ、高密度部分１０ｂ、および中間密度部分１０ｃが配置されているので、開口径の大きさの違いにより、液体を高密度部分１０ｂに流通させ、液体が吸収されにくい低密度部分１０ａおよび中間密度部分１０ｃに気体を流通させることができる。
また、目詰まりが生じた場合等、この高密度部分１０ｂにおける生成水の吸収が困難になった場合には、低密度部分１０ａにおいて空気を流通させるとともに、この低密度部分１０ａと比較して密度の高い中間密度部分１０ｃにおいて生成水を吸収させることができる。
【００３８】
このように金属多孔質板１０を燃料電池の空気極におけるガス拡散層として用いる場合、高密度部分１０ｂの空隙率を６０％以上７０％以上とすることが好ましい。空隙率がこの範囲内にあるとき、毛管現象による水の液面高さ（毛管高さ）、すなわち液体の吸収しやすさが最大となるので、空気極における反応による生成水を効率よく排出することができる。
【００３９】
前述した発泡性スラリーＳを用いて製造した金属多孔質材における空隙率と毛管高さ（蒸留水）との関係を図８に示す。空隙率が小さすぎると流動抵抗の増大により、また、空隙率が大きすぎると毛管力の不足により、毛管高さが低くなる。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態の金属多孔質板１０によれば、固体高分子型の燃料電池３０において空気極の電極部材３３として用いられることにより、空気極における生成水を触媒層３２近傍から円滑に取り除くことができる。したがって、空気極において円滑に空気（酸化剤ガス）を流通させ、フラッディングの発生を防止し、効率の良い発電が可能な燃料電池を実現できる。
【００４１】
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、前記実施形態では複数の板部品を積層して圧縮するだけでこれらを接合しているが、積層、圧縮後にさらに拡散接合を行ってこれらの板部品同士をより強固に接合してもよい。拡散接合は、たとえば真空中、温度７００℃〜１３００℃、１０〜６０分の条件下での熱処理により行われる。
【００４２】
また前記実施形態では、矩形の基板４０に対して帯状の小板４１を格子状に積層して圧縮することにより、低密度部分１０ａ、高密度部分１０ｂ、および中間密度部分１０ｃが面方向に分散した配置された金属多孔質板１０を形成したが、矩形の基板（板部品）４４Ａ上に円板状の小板（板部品）４４Ｂを分散して配置してもよい（図９）。この場合、低密度部分４４ａに対して円板状の高密度部分４４ｂが面方向に分散して配置された金属多孔質板４４を形成することができる。
【００４３】
また、図１０に示すように、複数の円形の穴部４５ａが形成された矩形の板部品４５Ａを、矩形の板部品４５Ｂ上に積層してもよい。この場合、円形の低密度部分４５ｂが高密度部分４５ｃに対して面方向に分散して配置された金属多孔質板４５を形成することができる。
【００４４】
また、図１１（ａ）に示すように、矩形の板部品４６Ａを互いに位置をずらして配置することにより、縞状の積層部分４６ａを形成して圧縮してもよい。この場合、積層状態の板部品４６Ａを所定の厚さに圧縮することにより、図１１（ｂ）に示すように、高密度部分４６ｂと低密度部分４６ｃとが縞状に分散して配置された金属多孔質板４６を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の金属多孔質板を示す平面図である。
【図２】本発明の金属多孔質板および板部品の表面を示す拡大図である。
【図３】本発明の金属多孔質板の製造方法において、基板（板部品）に小板（板部品）を積層した状態を示す斜視図である。
【図４】本発明の金属多孔質板を製造する際の圧縮による板厚および空隙率の変化を示す断面模式図である。
【図５】本発明の金属多孔質板を製造する際の圧縮による板厚および空隙率の変化について、図４とは異なる例を示す断面模式図である。
【図６】本発明の金属多孔質板を構成する金属多孔質材の製造方法の一例を示す側面模式図である。
【図７】本発明の金属多孔質板を備える固体高分子型燃料電池を示す断面模式図である。
【図８】本発明の金属多孔質板における空隙率と毛管高さとの関係を示すグラフである。
【図９】本発明の金属多孔質板の他の実施形態を示す平面図である。
【図１０】本発明の金属多孔質板のさらに他の実施形態を示す平面図である。
【図１１】本発明の金属多孔質板の製造方法に係る他の実施形態による金属多孔質板（板部品）の圧縮前（ａ）および圧縮後（ｂ）を示す断面図ある。
【符号の説明】
【００４６】
１０，４４，４５，４６ 金属多孔質板
１０ａ，４４ａ，４５ｂ 低密度部分
１０ｂ，４４ｂ，４５ｃ，４６ｂ 高密度部分
１０ｃ 中間密度部分
１１ 骨格
１２ 空隙
１２ａ 開口部
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
２５ 恒温・高湿度槽
２６ 乾燥槽
２８ 凹凸形成ローラ
４０，４４Ａ 基板（板部品）
４１，４４Ｂ 小板（板部品）
４２，４３Ａ，４３Ｂ 板部品
４５Ａ，４５Ｂ，４６Ａ 板部品
４５ａ 穴部
４６ａ 積層部分
３０ 燃料電池
３１ 電解質膜
３２ 触媒層
３３，３４ 電極部材
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金属多孔質板であって、
表裏面の最外面が前記骨格の側面で形成されており、
前記骨格が密集した高密度部分とこの高密度部分よりも前記骨格の密集度が小さい低密度部分とが面方向に分散して配置されているとともに、前記骨格の間に形成される前記空隙による空隙率が前記金属多孔質板全体において５０％以上９８％以下の範囲内にあることを特徴とする金属多孔質板。
【請求項２】
前記骨格の密集度が前記低密度部分よりも大きく前記高密度部分よりも小さい中間密度部分が、前記面方向に分散して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の金属多孔質板。
【請求項３】
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金属多孔質板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板状に成形し、発泡させた後に焼結することにより、前記骨格の間に形成される前記空隙による空隙率がそれぞれ６０％以上９９％以下である金属多孔質材からなる複数枚の板部品を制作し、
これら板部品を部分的に積層して所定厚さとなるまで厚さ方向に圧縮することにより相互に接合するとともに全体において空隙率が５０％以上９８％以下の範囲内とし、高密度部分と低密度部分とが面方向に分散して配置された金属多孔質板を形成することを特徴とする金属多孔質板の製造方法。
【請求項４】
前記板部品は、所定の形状を有する基板と、この基板よりも小さい小板とを含み、
前記基板上に複数の前記小板を分散して配置した状態で全体を圧縮することにより、前記小板が積層された部分を前記高密度部分とすることを特徴とする請求項３に記載の金属多孔質板の製造方法。
【請求項５】
前記板部品はそれぞれ所定の形状を有し、
これら板部品を互いに位置をずらして部分的に積層するように配置した状態で全体を圧縮することにより、この積層部分を前記高密度部分とすることを特徴とする請求項３に記載の金属多孔質板の製造方法。
【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金属多孔質板であって、
表裏面の最外面が前記骨格の側面で形成されており、
前記骨格が密集した高密度部分とこの高密度部分よりも前記骨格の密集度が小さい低密度部分とが面方向に分散して配置されているとともに、前記骨格の間に形成される前記空隙による空隙率が前記金属多孔質板全体において５０％以上９８％以下の範囲内にあることを特徴とする金属多孔質板。
【請求項２】
前記骨格の密集度が前記低密度部分よりも大きく前記高密度部分よりも小さい中間密度部分が、前記面方向に分散して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の金属多孔質板。
【請求項３】
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金属多孔質板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板状に成形し、発泡させた後に焼結することにより、前記骨格の間に形成される前記空隙による空隙率がそれぞれ６０％以上９９％以下である金属多孔質材からなる複数枚の板部品を制作し、
これら板部品を部分的に積層して所定厚さとなるまで厚さ方向に圧縮することにより相互に接合するとともに全体において空隙率が５０％以上９８％以下の範囲内とし、高密度部分と低密度部分とが面方向に分散して配置された金属多孔質板を形成することを特徴とする金属多孔質板の製造方法。
【請求項４】
前記板部品は、所定の形状を有する基板と、この基板よりも小さい小板とを含み、
前記基板上に複数の前記小板を分散して配置した状態で全体を圧縮することにより、前記小板が積層された部分を前記高密度部分とすることを特徴とする請求項３に記載の金属多孔質板の製造方法。
【請求項５】
前記板部品はそれぞれ所定の形状を有し、
これら板部品を互いに位置をずらして部分的に積層するように配置した状態で全体を圧縮することにより、この積層部分を前記高密度部分とすることを特徴とする請求項３に記載の金属多孔質板の製造方法。
【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２０１０−７７４９０（Ｐ２０１０−７７４９０Ａ）
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２４６９７４（Ｐ２００８−２４６９７４）
【出願日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【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８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【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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