专利名称：复合金属多孔体及其制造方法
技术领域：
本发明涉及适合用于过滤器、气体扩散部件、散热部件、吸水部件等的复合金属多孔体及其制造方法。
背景技术：
金属多孔体，适合过滤器、气体扩散部件、散热部件、吸水部件等多种用途，装备在多种设备中。但是，由于金属多孔体具有强度低、容易变形的性质，所以存在难操作的问题。
因此，为了防止在将由多孔体构成的过滤器要素装入过滤装置中等操作时产生的多孔体的损伤，例如如专利文献1所述，提出了在过滤器要素的端部区域填充不同的物质进行增强的技术。
此外，为了设置用于将金属发泡体安装在装置上的固定用孔等，例如如专利文献2所述，提出了通过在多孔体的细孔中填充金属或塑料等固体，设置提高强度的部分的技术。
专利文献1特开昭48-13956号公报专利文献2特开平08-53723号公报但是，如果通过在多孔体的表面重叠树脂等来提高强度，在增强部分设置固定用孔的情况下，同时切削树脂和金属，所以加工困难，难附加形状。
此外，由于金属多孔体一般制造困难，价格高，所以希望不浪费地利用该多孔体充分发挥其性质。然而，在表面重复涂布树脂或金属等的增强中，由于减小多孔体的有效面积，结果导致成本的增大。
发明内容
本发明是鉴于以上的事实而提出的，其目的在于不牺牲多孔体的有效面积地提高其操作性。
为解决如此的问题，达到上述目的，本发明的复合多孔体，其特征是一体地形成由具有三维网眼结构的多孔体构成的片状的金属部、和朝该金属部的面方向延伸的树脂部，同时利用钛或钛合金形成所述金属部。
此外，本发明的复合金属多孔体的制造方法，用于上述发明的复合金属多孔体，其特征是实施将所述金属部作为嵌入部件并注射成形所述树脂部的镶嵌成形，以使该金属部的边缘部与所述树脂部相连根据本发明的复合多孔体，由于在强度低的所述金属部的周边部设置树脂部，所以能够实现操作性优异的金属多孔体。此外，由于树脂部从金属部突出地延伸，因而可只加工树脂部，所以能够容易附加装置固定用的孔等的形状。
另外，设置树脂部的地方，不局限于树脂部的全周，也不局限于外边缘部，可根据需要局部地设置。此外，也可以形成用树脂部连结多个金属部的构成。另外，形成树脂部的树脂，不局限于所谓的合成树脂，也可以采用弹性体等含有橡胶材料等的树脂。
此外，根据本发明的复合多孔体的制造方法，由于在金属部和树脂部的接合部分，在金属部的侧部开口的气孔中灌入熔化树脂并使其固化，所以能够形成利用固定效果强固地接合金属部和树脂部的复合金属多孔体。
此处，金属部和树脂部的接合部分，形成因金属部的所述三维网眼结构，树脂部进入金属部的内侧的深度，在金属部的外周上的整个区域上不均匀，狭窄的空间复杂的结构。另外，如果扩大构成金属部的三维网眼的骨架部和树脂部的接合部分，形成局部不接触的间隙。如此，所述接合部分形成微观看多含狭窄的空间的构成。因此，在将复合金属多孔体放置在例如空气中或氯气中等腐蚀性的气体中时，或者在上述气体等或水分通过金属部时，在所述接合部分，由于物质难扩散，所以可通过氧离子或腐蚀性离子产生浓度差，在所述骨架部产生电位差，可作为局部电池发挥作用。因此，有在所述接合部分的金属部发生所谓的裂隙腐蚀，树脂部从该金属部剥落的顾虑。
但是，在本发明的复合金属多孔体中，由于利用钛或钛合金形成如此的金属部，所以与例如不锈钢相比能够确实抑制所述裂隙腐蚀的发生，不管该复合金属多孔体的使用环境如何，都能提高金属部的耐腐蚀性，能够长期维持金属部和树脂部的良好接合。
另外，所谓形成金属部的钛，指的是98.0wt％以上含有钛的材质，所谓钛合金，指的是低于98.0wt％地含有钛的材质，例如Ti-6Al-4V或Ti-10V-2Fe-3Al等。
图1是表示本发明的复合金属多孔体的俯视图。
图2是图1所示的复合金属多孔体的A部放大图。
图3是表示制造复合金属多孔体的金属部的一例方法的模式图。
图4是表示制造图1所示的复合金属多孔体的嵌入注射成形用金属模的主要部位的剖视图。
图5是表示用作空气净化机的过滤器的本发明的复合金属多孔体的事例的立体分解图。
图6是表示用作填充塔的填充物支承板的本发明的复合金属多孔体的事例的模式图。
图7是表示用作加湿器的吸水部件的本发明的复合金属多孔体的事例的模式图。
图8是表示用作电集尘装置的电极及集尘过滤器的本发明的复合金属多孔体的事例的模式图。
图9是表示用于CPU冷却器的散热器的本发明的复合金属多孔体的事例的模式图。
图10是表示用作燃料电池的气体扩散电极的本发明的复合金属多孔体的事例的立体图。
图11是表示在具备图10所示的气体扩散电极的燃料电池中，一体化燃料供给部的事例的模式图。
图12是表示作为气体扩散电极采用本发明的复合金属多孔体的一例燃料电池的立体图。
图13是表示作为气体扩散电极采用本发明的复合金属多孔体的另一例燃料电池的立体图。
图14是表示作为气体扩散电极采用本发明的复合金属多孔体的堆积型的一例燃料电池的剖视图。
图15是表示构成图14所示的燃料电池的复合金属多孔体(燃料极)的俯视图。
图16是表示构成图14所示的燃料电池的复合金属多孔体(空气极)的俯视图。
图中10-复合金属多孔体，11-金属部，12-树脂部，40-过滤器(复合金属多孔体)，50-填充物支承体(复合金属多孔体)，60-吸水部件(复合金属多孔体)，70-电极(复合金属多孔体)，71-过滤器(复合金属多孔体)，80-散热体(复合金属多孔体)，90、91、110、120-气体扩散电极(复合金属多孔体)。
具体实施例方式
以下，参照
本发明的实施方式。
本发明的复合金属多孔体10，如图1所示，为一体地形成片状的金属部11、和向该金属部11的面方向延伸的树脂部12的矩形薄板状。
金属部11为由具有三维网眼结构的多孔体构成的矩形的薄板，通过向各方向连通在侧部开口的气孔，具有通气性、吸水性，具有轻量、表面积大的特性。另外，该金属部11，由钛或钛合金形成，具体是98.0wt％以上含有钛的材质，或低于98.0wt％地含有钛的材质，例如由Ti-6Al-4V或Ti-10V-2Fe-3Al等形成。
树脂部12形成与金属部11的外周边缘部相连的薄板状，按与金属部11大致相同的厚度无高低差地形成。
一体地形成上述金属部11和树脂部12的复合金属多孔体10，作为整体形成1枚薄板部件，通过固定或者夹持树脂部12等被安装在装置上，用作过滤器、吸水部件、或散热体等。
此处，金属部11和树脂部12的接合部分，为因金属部11的所述三维网眼结构，树脂部12进入金属部11的内侧的深度在金属部11的外周上的整个区域上不均匀，狭窄的空间复杂的结构。另外，如图2所示，如果扩大构成金属部11的三维网眼的骨架部11a和树脂部12的接合部分，形成局部不接触的间隙10a。如此，所述接合部分形成微观看多含狭窄的空间10a的构成。
接着，说明按以上构成的复合金属多孔体10的制造方法。首先，参照图3说明金属多孔体即金属部11的制造方法。能够利用各种方法制造该金属多孔体，但在本实施方式中，说明通过烧成薄薄地成形含有金属粉末的浆料S并使其干燥形成的生片G，制造金属多孔体的方法。
首先，浆料S为含有例如氢化的被粉碎的钛粉末、或利用气体喷散法制作的钛合金粉末等金属粉末、有机粘合剂(例如甲基纤维素或羟丙基甲基纤维素)、及溶剂(水)的混合物，可根据需要添加通过对该混合物进行加热处理升华或气化的发泡剂(例如碳数5～8的非水溶性碳化氢系有机溶剂(例如新戊烷、己烷、庚烷))或去泡剂(乙醇)等。
在将如此的浆料S贮存在生片制造装置30的料斗31中后，从该料斗31供给由滚子32输送的运载带33上。运载带33上的浆料S，在移动的运载带33和定厚板34之间延展，成形成所要求的厚度。成形了的浆料S再由运载带33输送，通过加热炉35。另外，通过在加热炉35中干燥，形成有机粘合剂粘接了所述金属粉末的状态的生片G。
另外，在浆料S中含有发泡剂的情况下，在干燥前，在高湿度气氛下加热处理在运载带33上被延展的状态的浆料S，在使发泡剂发泡形成发泡浆料后，进行干燥处理，形成生片G。
该生片G，在从运载带33上取下后，在未图示的真空炉中被脱脂、烧成，由此除去有机粘合剂，成为烧结了金属粉末相互间的金属多孔体(金属部11)。此处，有时在有机粘合剂含有碳，通过所述烧成也不能除去该碳，而残存在金属部11中。具体是，有时在金属部11中含有0.6wt％以下的碳。
接着，参照图4说明采用按以上形成的金属部11形成复合金属多孔体10的方法。该复合金属多孔体10，例如也能够通过以加热状态将已固化的由热塑性树脂构成的树脂部12压接在金属部11上而形成，但在本实施方式中，说明通过以金属部11作为嵌入部件的镶嵌成形形成一体地具备树脂部12的复合金属多孔体10的方法。
首先，在形成于图4所示的一对靠模20、21之间的模腔22中，作为嵌入部件配置金属部11，然后，在模腔22内填充从流道23通过浇口24注射的熔化树脂25。然后，通过冷却固化该熔化树脂25，形成金属部11和树脂部12成为一体的复合金属多孔体10。此处，模关闭时的模腔22的厚度(模开关方向的尺寸)，稍微比金属部11小，如果在模关闭时在模板20、21之间3～90％压缩金属部11，能够防止因熔化树脂的注射压使金属部11相对于模腔23移动，同时能够提高金属部11的平面度。
此外，在通过如此的镶嵌成形形成复合金属多孔体10时，将金属部11的气孔径设定在10μm～2mm的范围，同时将气孔率设定在40～98％的范围，在由聚丙烯形成树脂部12的情况下，通过在成形温度180℃、80kN下合模，以成形压25MPa注射成形，确认在金属部11的侧部开口的气孔中，熔化树脂25浸渍到5μm～1000μm范围的深度，并固化(固定效果)，并且金属部11不因熔化树脂25的成形压或冷却固化时的收缩行为而变形。
另外，如果金属部11的气孔径或气孔率过小，熔化树脂25不进入气孔中，所述固定效果不足，有不能充分得到与树脂部12的接合强度的顾虑。另一方面，如果气孔径或气孔率过大，金属部11本身的强度不足，不耐熔化树脂25的成形压或冷却固化时的收缩行为，有变形的顾虑。
此外，树脂部12的材质，不局限于聚丙烯，也可以是热塑性树脂、弹性体等可注射成形的材质，只要考虑到耐热温度或硬度等，根据用途适宜选择就可以。另外，树脂部12也可以是图1所示的平面，但在树脂成形时，也可以设置螺栓插通孔用的孔、或相对于装置的嵌合用的槽形状、用于提高强度的棱形状、凸起等。此外，在金属部11预先设置好孔，通过在此处填充地注射熔化树脂，能够制造不仅在金属部11的端部，在中程也具有树脂部12的复合金属多孔体10。
此处，金属部11和树脂部12的接合部分，由于如前所述形成微观看多含狭窄的空间10a的构成，所以如后述，在将复合金属多孔体10置于例如空气中或氯气体等腐蚀性的气体中时，或者在上述气体等或水分通过金属部11时，由于物质在所述接合部分难扩散，所以通过氧离子或腐蚀性离子产生浓度差，所述骨架部11a产生电位差，可作为局部电池作用。因此，有在所述接合部分的金属部11发生所谓的裂隙腐蚀，树脂部12从该金属部11剥落的顾虑。
但是，在本实施方式的复合金属多孔体10中，由于通过钛或钛合金形成如此的金属部11，所以例如与不锈钢相比能够抑制所述的裂隙腐蚀的发生，不管该复合金属多孔体10的使用环境如何，都能提高金属部11的耐腐蚀性，能够长期维持金属部11和树脂部12的良好接合。
如此制造的复合金属多孔体10，可用于以下的用途。
图5示出在作为过滤器40具备复合金属多孔体10的空气净化机等多层过滤装置中，收容过滤器40的过滤装置41。
过滤装置41，为在由树脂或金属构成的过滤器箱42中插入多枚过滤器40，在过滤器箱42上安装了盖部件43的构成。
在该过滤装置41中，通过用弹性体等弹性部件形成过滤器40的树脂部11，使其相对于过滤器箱42及盖部件43具有气密性，能够不泄漏地使成为过滤对象的流体通过金属部11部分。另外，如果涂覆氧化钛等光催化剂地制造金属部11，可通过照射光分解被过滤器捕捉的气体状污染物质，能够更加提高空气净化效果。
图6示出作为填充物支承板50具备复合金属多孔体10的填充塔51。填充塔51，在垂直的圆筒形容器52内填充有填充物53，其结构为通过配置在填充物53的上部的液分散板54，从上方被均匀地分散的液体沿着填充物53的表面流下，同时从下方送入的气体沿着填充物53的间隙流动，一边与液体接触一边上升，是通过如此的结构使气体中的成分吸收在液中的装置，能够进行脱臭、排气的净化等。
在该填充塔51中，作为填充物支承板50的复合金属多孔体10，利用螺旋夹等在容器52上固定设有固定用孔的树脂部12，通过金属部11一边使液体及气体通过，一边支承填充物。
图7示出作为吸水部件60具备复合金属多孔体10的加湿器61。
该加湿器61，在用于保持水的水箱62的底部63立设有吸水部件60，通过微细的连通气孔的浸透压，在吸水部件60的气孔中从水箱62中吸取水，通过使其从表面积大的金属部11蒸发，能够提高空气中的湿度。在该加湿器61中，通过在形成于水箱62的底部63上的槽部64内插入树脂部12，固定作为吸水部件60的复合金属多孔体10，水没多孔质的金属部11的一部。
另外，在该吸水部件60中，由于树脂部12是用于在装置上固定复合金属多孔体10的部分，所以在不太要求金属部11的强度的情况下，不需要将树脂部11设在金属部11的全周上，例如也可以只设在矩形的金属部11的1边上。
图8示出作为电极70及过滤器71具备复合金属多孔体10的、使尘埃带电地集尘的集尘装置72。在该集尘装置72中，通过在复合金属多孔体10即电极70和电极73之间外加电压，使其放电，能够用过滤器71集尘在这些电极间带电的尘埃。复合金属多孔体10即电极70及过滤器71，在树脂部12上设置孔等的固定用形状，通过螺旋夹等固定在装置上。
该电极70及过滤器71，由于能够用树脂部12的部分固定在装置上，所以通过用电绝缘性材料形成树脂部12，能够容易绝缘，能够简化装置构成。此外，为了在电极70上连接金属部11和电源，也可以用导电性树脂形成树脂部12，或在树脂部12的表面上印刷金属布线。
图9示出作为散热体80具备复合金属多孔体10的冷却装置81。该冷却装置81，是通过由在底板部82上并联地固定树脂部12的复合金属多孔体10的金属部11构成散热器，用风扇83的送风冷却金属部11，用于冷却配置在底板部82侧的电脑的CPU等的装置。在此种情况下，树脂部12使用导热性树脂。复合金属多孔体10，由于金属部11的表面积大、重量轻，所以除如此的CPU冷却器外，还适合用作多种装置中的散热体。
图10示出用于固体高分子型燃料电池的气体扩散电极90、91的复合金属多孔体10。该气体扩散电极90、91，以在面方向间隔地配置多枚金属部11的状态，以埋没各金属部11间，同时围住整体的外周的方式设有树脂部12。另外，在各金属部11的一端上，连接可延伸到树脂部12的外周的金属薄板翼片92。金属薄板翼片92，被粘结在镶嵌成形前的各金属部11上，通过镶嵌成形与树脂部12形成一体。
该燃料电池，如图11所示，形成在阳极的气体扩散电极(空气极)90和阴极的气体扩散电极(燃料极)91之间插入电解质膜93的层状结构，在各气体扩散电极90、91的金属部11的表面上，涂布形成有与电解质膜93接触的催化剂94。夹着电解质膜93对置的空气极90及燃料极91，以交替串联连接各金属部11的方式，通过布线97连接各金属薄板翼片92，串联的位于両端的金属部11(金属薄板翼片92)具有作为电池的阳极95、阴极96的功能。
此处，向燃料极91供给燃料的燃料供给部98，为由通过毛细管作用供给保持燃料的多孔质部99、和为了密封设在外周上的树脂部100构成的结构。燃料供给部98和燃料极91，可通过利用例如超声波接合燃料供给部98的树脂部100和燃料极91的树脂部12来固定。
此外，本发明的复合金属多孔体10，也能够在图12及图13所示的构成的燃料电池中用作气体扩散电极110。
该气体扩散电极110(10)，以在面方向间隔地配置多枚金属部11的状态，以埋没各金属部11间同时围住整体的外周的方式，设置树脂部12，在各金属部11的一方的面上形成有催化剂层(未图示)。另外，燃料电池，形成在两枚气体扩散电极110之间插入电解质层111，使各气体扩散电极110的催化剂层面向电解质层111，依次直接布线各金属部11的构成。
图12所示的构成，通过具有咬入金属部11的突起112a的导电性コ字状的连接部件112，依次交叉状连接相互对置地配置的金属部11。
此外，图13所示的构成，通过导电性接线柱状的连接部件113交叉状依次连接相互对置地配置的金属部11，改连接部件113具有插入对置的两对金属部11近傍的树脂部12部分的夹持部113a、和从该夹持部113a向金属部11延伸的连接部113b。
如果形成采用如此的连接部件112、113连接金属部11的构成，就不需要设置图10所示的另一部件的金属薄板翼片92。
另外，本发明的复合金属多孔体10，也能够用作多层叠层电极120、电解质层121及隔板122的构成的堆积型的固体高分子型燃料电池(图14)中的气体扩散电极120。另外，隔板122由不使成为空气或燃料的气体或液体通过的、具有导电性的例如碳板或具有耐蚀性的金属板等形成。
在图15及图16中，示出本实施方式的复合金属多孔体10(气体扩散电极120)。该气体扩散电极120，是由围住金属部11的周围地向面方向延伸的树脂部12构成的板状部件，具有两个连通孔120a、120b，其与金属部11相邻地贯通树脂部12，与金属部11的气孔连通；两个贯通孔120c、120d，其设在从金属部11分离的位置上，贯通树脂部12；螺栓插通孔120e，其设在树脂部12的四角上，用于插通固定用的螺栓等。这些连通孔120a、120b、贯通孔120c、120d、120e，可在复合金属多孔体10的制造时，通过金属模成形。
在电解质层121上，设有与气体扩散电极120的各孔连通的贯通孔。即，在电解质层121上，形成与气体扩散电极的连通孔120a、120b及贯通孔120c、120d连通的贯通孔121a、和与螺栓插通孔120e连通的螺栓插通孔(未图示)。
此外，也在隔板122上设有与气体扩散电极120的各孔连通的贯通孔。即，在隔板122上，形成有与气体扩散电极的连通孔120a、120b及贯通孔120c、120d连通的贯通孔122a、和与螺栓插通孔120e连通的螺栓插通孔(未图示)。
叠层的气体扩散电极120、电解质层121及隔板122，通过在各螺栓插通孔内插通螺栓，用螺母固定，可固定成一体。
夹着电解质层121地叠层的两枚气体扩散电极120，表里不同地配置，一方为燃料极120A，另一方为空气极B。
即，燃料极120A的连通孔120a和空气极120B的贯通孔120d、燃料极120A的连通孔120b和空气极120B的贯通孔120c连通，形成向燃料电池的厚度方向(图14的左右方向)延伸的燃料供给路F1及燃料排出路F2。供给燃料供给路F1的燃料，一边通过各燃料极120A的金属部11的连通气孔中，一边向电解质层121和催化剂层的界面供给氢，残留气体可通过燃料排出路F2排出。图14是沿着图15所示的A-A线的剖视图，其中只示出燃料的供给经路。
同样，燃料极120A的连通孔120c和空气极120B的贯通孔120b连通，形成向燃料电池的厚度方向延伸的空气供给路(未图示)，同时燃料极120A的连通孔120d和空气极120B的贯通孔120a连通，形成向燃料电池的厚度方向(图14的左右方向)延伸的空气排出路(未图示)。供给空气供给路的空气，一边通过各空气极120B的金属部11的连通气孔中，一边向电解质层121和催化剂层的界面供给氧，与反应生成的水一同，通过空气排出路被排出。
即，本实施方式的燃料电池，通过在两枚气体扩散电极120间插入电解质层121，用隔板122覆盖它们的两面，可构成单独的单元。另外，可形成通过插入隔板122地配置燃料极120A和空气极120B，气密性地隔开所述燃料极120A和空气极120B，同时通过隔板122进行电子交换的构成，能够构成串联连接多个单元的燃料电池。
另外，以上的实施方式中示出的各构成部件、其诸形状或组合等只是一例，可以在不脱离本发明的宗旨的范围内，基于设计要求进行多种变更。例如，在所述实施方式中，基于生片G形成了金属部11，但也不局限于此，例如也可以采用金属无纺布。
本发明提供一种可确保金属多孔体的有效使用面积，同时谋求了提高其操作性的复合金属多孔体及其制造方法。
权利要求
1.一种复合金属多孔体，其特征是一体地形成由具有三维网眼结构的多孔体构成的片状的金属部、和朝该金属部的面方向延伸的树脂部，同时利用钛或钛合金形成所述金属部。
2.一种复合金属多孔体的制造方法，用于制造权利要求1所述的复合金属多孔体，其特征是实施将所述金属部作为嵌入部件并注射成形所述树脂部的镶嵌成形，以使该金属部的边缘部与所述树脂部相连。
全文摘要
本发明提供一种复合金属多孔体及其制造方法，可不牺牲多孔体的有效面积地提高金属多孔体的操作性。一体地形成由具有三维网眼结构的多孔体构成的片状的金属部(11)、和朝该金属部(11)的面方向延伸的树脂部(12)，同时利用钛或钛合金形成金属部(11)。
文档编号C22C14/00GK101056759SQ200580039060
公开日2007年10月17日 申请日期2005年11月14日 优先权日2004年11月18日
发明者和田正弘, 神田荣子, 矶部毅, 加藤公明 申请人:三菱麻铁里亚尔株式会社