JP4904668B2 - 複合多孔質体およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、フィルタ、ガス拡散部材、放熱部材、吸水部材等に用いられる複合多孔質体およびその製造方法に関するものである。

三次元網目構造を有するシート状の多孔質体は、フィルタ、ガス拡散部材、放熱部材、吸水部材といった様々な用途に適用され、種々の装置に備えられている。しかしながら、この種の多孔質体は一般に強度が低く、変形し易いという性質を有しているため、従来から、多孔質体を装置に組み込むことが困難である等、その取り扱いの困難性が指摘されている。このような問題を解決するための手段として、例えば下記特許文献１に示されるような、多孔質体の端区域に異なる物質を充填して補強する構成や、下記特許文献２に示されるような、多孔質体に装置取り付け用の穴等を設けるために、多孔質体の細孔中に金属やプラスチック等の固体を充填することにより、その強度を向上させる部分を設ける構成が知られている。
特開昭４８−１３９５６号公報 特開平０８−５３７２３号公報

しかしながら、前記従来では両者ともに、多孔質体の気孔中に異種材料を充填し、三次元網目構造を有する多孔質体の気孔を潰すことにより、この部分を補強部分として、多孔質体の剛性を高めるものであるため、多孔質体の有効使用面積は必然的に減少することになる。したがって、多孔質体の前記用途における所定の機能が低下したり、あるいは多孔質体の気孔の前記減少分を補完するために、多孔質体の大型化を招来するといった新たな問題を生ずるに至った。また、前記従来のうち前者では、多孔質体に異なる材料、例えば樹脂等を充填し、この部分を補強部分として多孔質体の剛性を高める構成とされているので、該補強部分に装置取り付け用の穴を穿設すると、例えばこの穴の内周面に多孔質体の切れ端が露出する等高精度な加工を実現することが困難であるという問題もあった。

本発明は、以上の課題に鑑みてなされたもので、多孔質体の有効使用面積を確保しつつ、その取り扱い性の向上が図られた複合多孔質体およびその製造方法を提供することを目的とする。

このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明の複合多孔質体は、三次元網目構造を有するシート状の多孔質体と、該多孔質体の外周縁の少なくとも一部から面方向に延びる樹脂部とが一体に形成され、前記樹脂部は無機フィラーを含有していることを特徴とする。

この発明によれば、前記多孔質体の外周縁に前記樹脂部が設けられているので、多孔質体を補強することが可能になり、その取り扱い性の向上を図ることができる。また、樹脂部が多孔質体の外周縁から張出すように面方向に延びているので、複合多孔質体に装置取り付け用の穴を穿設する部分をこの樹脂部に限定することが可能になり、装置取り付け用の穴を容易かつ高精度に穿設することができるとともに、多孔質体の有効使用面積の減少を最小限に抑制することができる。特に、樹脂部が無機フィラーを含有しているので、前記樹脂部自体の高強度化が図られ、これにより複合多孔質体の強度が高められ、その取り扱い性をさらに向上させることができる。
ここで、前記多孔質体を気孔径が１０μｍ以上２ｍｍ以下のものとするとともに気孔率が４０％以上９８％以下とし、前記無機フィラーを外径が３．５ｎｍ以上３０μｍ以下の繊維状とするとともに、前記樹脂部に５ｗｔ％以上６０ｗｔ％以下含有させると、前記樹脂部自体の高強度化を良好かつ確実に実現することができる。

また、本発明の複合多孔質体の製造方法は、前記多孔質体をインサート部品として、該多孔質体の外周縁の少なくとも一部から面方向に延びるように前記樹脂部を射出するインサート成形を行うことにより、前述した複合多孔質体を製造することを特徴とする。

この発明によれば、複合多孔質体をインサート成形により形成するので、樹脂部を高精度に形成することが可能になるとともに、この複合多孔質体を容易に形成することができる。また、樹脂部が無機フィラーを含有しているので、インサート成形に際して、多孔質体の外周縁に開口した気孔からこの多孔質体の内部に向けて溶融樹脂が流入しようとした場合においても、無機フィラーがこの気孔を画成する網目に絡み付き、多孔質体の外周縁における該気孔の開口面積が縮小されることになる。したがって、前記インサート成形時に、溶融樹脂が多孔質体の内部に無制限に流入することを抑制することができ、多孔質体の有効使用面積の減少を最小限に抑制することができる。さらに、前述したように、前記インサート成形時に、無機フィラーが多孔質体の外周縁に開口した気孔を画成する網目に絡み付くため、この状態で溶融樹脂が硬化されることになり、溶融樹脂の多孔質体の内部への流入が最小限に抑制されるにもかかわらず、樹脂部と多孔質体との強固な接合が実現される。

なお、前記無機フィラーを繊維状とするとともに、前記樹脂部に５ｗｔ％以上６０ｗｔ％以下含有させると前記作用を確実に実現することができる。
ところで、このような無機フィラーに代えて、球状フィラーを用いると、多孔質体の気孔の径より大きな粒径のフィラーを用いなければ前記作用効果を奏することはできない。しかしながら、このような大径のフィラーでは、樹脂部が成形される前の溶融樹脂中にこのフィラーを均等に分散させること、すなわち溶融樹脂の流動性を均一にすることが困難であり、このため溶融樹脂に良好な流動性を具備させることができず、インサート成形時に、例えば多孔質体の外周縁の全域に亙って溶融樹脂を行き渡らせることが困難になる虞や、樹脂部全体の中で例えば機械的性質等の特性がばらつく虞がある。

本発明によれば、多孔質体の有効使用面積を確保しつつ、その取り扱い性の向上を図ることができる。

以下、本発明の一実施形態について、図を参照して説明する。
本発明の複合多孔質体１０は、図１に示すように、シート状の多孔質体１１と、この多孔質体１１の面方向に延びる樹脂部１２とが一体に形成された矩形薄板状とされている。
多孔質体１１は、三次元網目構造を有する矩形の薄板であり、側部に開口する気孔が各方向に連通していることにより通気性、吸水性を有し、軽量で表面積が大きいという特性を有している。なお、この多孔質体１１は、金属製でも、結晶性の黒鉛や、結晶性でない無定形炭素を含むものとしての炭素質でも、さらには金属不職布であってもよい。
樹脂部１２は、多孔質体１１の外周縁に連なる薄板状をなし、多孔質体１１と略同じ厚さで段差なく形成されている。また、この樹脂部１２は図示しない無機フィラーを含有している。この無機フィラーは繊維状とされるとともに、樹脂部１２に５ｗｔ％以上６０ｗｔ％以下含有されている。ここで、前記繊維状とは、アスペクト比が５以上のものをいうものとする。さらに本実施形態では、無機フィラーは、外径が３．５ｎｍ以上３０μｍ以下、より好ましくは３．５ｎｍ以上１０μｍ以下とされている。なお、樹脂部１２は、図１に示すような平坦であってもよいが、ねじ挿通孔用の穴や、装置に対する嵌合用の溝形状、強度向上のためのリブ形状、ボス等を後述するインサート成形時に設けておいてもよい。
これらの多孔質体１１と樹脂部１２とが一体に形成されてなる複合多孔質体１０は、全体として１枚の薄板部材をなしており、後述するように、樹脂部１２が固定あるいは挟持される等して各種装置に取り付けられて、フィルタ、吸水部材、放熱体等として用いられる。

次に、金属製とされた多孔質体１１の製造方法について説明する。この多孔質体１１は、各種方法により製造できるが、例えば、金属粉末を含むスラリーＳを薄く成形して乾燥させたグリーンシートＧを焼成することにより製造することができる。図２は、ドクターブレード法によりスラリーＳを薄く成形するグリーンシート製造装置３０の概略構成を示すものである。

スラリーＳは、例えばＳＵＳ３１６Ｌ等の金属粉末、有機バインダ（例えばメチルセルロースやヒドロキシプロピルメチルセルロース）、溶媒（水）を混合してなるものであり、これに加え、加熱処理により昇華あるいは気化する発泡剤（例えば炭素数５〜８の非水溶性炭化水素系有機溶剤（例えばネオペンタン、ヘキサン、ヘプタン））や消泡剤（エタノール）等が必要に応じて添加される。
グリーンシート製造装置３０において、まずスラリーＳが貯蔵されたホッパ３１から、ローラ３２によって搬送されるキャリアシート３３上にスラリーＳが供給される。キャリアシート３３上のスラリーＳは、移動するキャリアシート３３とドクターブレード３４との間で延ばされ、所要の厚さに成形される。
成形されたスラリーＳは、さらにキャリアシート３３によって搬送され、加熱炉３５を通過する。そして、加熱炉３５中で乾燥されることにより、ＳＵＳ３１６Ｌ粉末が有機バインダによって接合された状態のグリーンシートＧが形成される。
なお、スラリーＳに発泡剤が含まれる場合、キャリアシート３３上に延ばされた状態のスラリーＳを、乾燥前に、高湿度雰囲気下にて加熱処理し、発泡剤を発泡させて発泡スラリーとしてから、乾燥処理を行ってグリーンシートＧを形成する。
このグリーンシートＧは、キャリアシート３３から取り外された後、図示しない真空炉にて脱脂、焼成されることにより、有機バインダが取り除かれ、金属粉末同士が焼結された多孔質体１１とされる。

次に、多孔質体１１の外周縁部に、その全周にわたって樹脂部１２を配設し、図１に示す複合多孔質体１０を製造する方法の一実施形態について図３に従い説明する。
一対の金型２０、２１間に形成されたキャビティ２２の中に、インサート部品として多孔質体１１を配置し、ランナ２３からゲート２４を通じて射出した溶融樹脂２５をキャビティ２２内に充填することにより、多孔質体１１と樹脂部１２とが一体となった複合多孔質体１０が形成される。ここで、キャビティ２２内に射出する溶融樹脂２５は、図示しない無機フィラーを含有している。この無機フィラーは、繊維状（アスペクト比が５以上）とされるとともに、溶融樹脂２５に５ｗｔ％以上６０ｗｔ％以下含有されている。また、無機フィラーの外径は３．５ｎｍ以上３０μｍ以下、より好ましくは３．５ｎｍ以上１０μｍ以下とされている。これにより、溶融樹脂２５中に無機フィラーが均等に分散され、この樹脂２５の流動性の均一化が図られるとともに、前記射出時に、無機フィラーが多孔質体１１の外周縁に開口した気孔を画成する網目に絡み付き、多孔質体１１の外周縁における該気孔の開口面積が縮小されることになる。そして、この状態で溶融樹脂２５が硬化されて、多孔質体１１の外周縁部と樹脂部１２とが接合されることになる。

なお、インサート成形により複合多孔質体１０を形成する場合、型締め時のキャビティ２２の厚さ（型開閉方向の大きさ）は、多孔質体１１よりも若干小さくし、型締め時に金型２０、２１間で多孔質体１１が３〜９０％圧縮されるようにすると、多孔質体１１に溶融樹脂２５の射出圧が作用した場合においても、多孔質体１１のキャビティ２２内における位置ずれを抑制することができるとともに、多孔質体１１の表面の平坦度を向上させることや多孔質体１１の気孔径や気孔率を調整することができる。
また、この調整後における多孔質体１１の気孔径や気孔率と、無機フィラーの大きさや溶融樹脂２５（樹脂部１２）への添加量とはそれぞれ、相対的に決定されるものであって、前記射出時に、前述したように、無機フィラーが多孔質体１１の外周縁に開口する気孔を画成する網目に絡み付き、この気孔の前記外周縁における開口面積を縮小させることができるように決定されるものである。例えば、多孔質体１１の気孔径が１０μｍ以上２ｍｍ以下、気孔率が４０％以上９８％以下とされた場合、無機フィラーを前述のような大きさおよび含有量とするとよい。

ここで、前記無機フィラーとしては、ガラス繊維、炭素繊維、カーボンナノチューブ若しくは金属短繊維等の繊維状物質や、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、チタン酸カリウム、ホウ酸アルミニウム等の金属酸化物や、炭化ケイ素、窒化アルミニウム等の非酸化物セラミックスの針状結晶（いわゆるウィスカー）物質等が挙げられる。
また、樹脂部１２（溶融樹脂２５）としては、例えば熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂若しくはエラストマーが挙げられ、複合多孔質体１０の用途に応じて適宜選択することが可能である。
熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリスチレン、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリプロピレン、塩化ビニル樹脂、メタクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート等の汎用プラスチックや、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート等の汎用エンジニアリングプラスチックや、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、液晶ポリマー、ポリイミド、ポリフタルアミド等のスーパーエンジニアリングプラスチックや、フッ素樹脂、超高分子量ポリエチレン、熱可塑性エラストマー、ポリメチルペンテン、生分解プラスチック、ポリアクリロニトリル、繊維素系プラスチック等のその他の樹脂が挙げられる。
熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂、アルキド樹脂等が挙げられる。
エラストマーとしては、天然ゴム、イソブレンゴム、ブタジエンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレン・酢酸ビニル共重合体、クロロプレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン等が挙げられる。

以上説明したように本実施形態の複合多孔質体１０によれば、樹脂部１２が設けられているので、多孔質体１１の剛性が高められ、その取り扱い性の向上を図ることができる。また、樹脂部１２が多孔質体１１の外周縁から張出すように面方向に延びているので、複合多孔質体１０に装置取り付け用の穴を穿設する部分をこの樹脂部１２に限定することが可能になり、装置取り付け用の穴を容易かつ高精度に穿設することができるとともに、多孔質体１１の有効使用面積の減少を最小限に抑制することができる。特に、樹脂部１２が無機フィラーを含有しているので、樹脂部１２自体の高強度化が図られ、結果として複合多孔質体１０全体の高強度化が実現され、その取り扱い性をさらに向上させることができる。

また、本実施形態の複合多孔質体の製造方法によれば、複合多孔質体１０をインサート成形により形成するので、樹脂部１２を高精度に形成することが可能になるとともに、この複合多孔質体１０を容易に形成することができる。また、樹脂部１２が無機フィラーを含有しているので、インサート成形に際して、多孔質体１１の外周縁に開口した気孔からこの多孔質体１１の内部に向けて溶融樹脂２５が流入しようとした場合においても、無機フィラーがこの気孔を画成する網目に絡み付き、多孔質体１１の外周縁における該気孔の開口面積が縮小されることになる。したがって、前記インサート成形時に、溶融樹脂２５が多孔質体１１の内部に無制限に流入することを抑制することができ、多孔質体１１の有効使用面積の減少を最小限に抑制することができる（有効使用面積減少抑制効果）。さらに、前述したように、前記インサート成形時に、無機フィラーが多孔質体１１の外周縁に開口した気孔を画成する網目に絡み付くため、この状態で溶融樹脂２５が硬化されることになり、溶融樹脂２５の多孔質体１１の内部への流入が最小限に抑制されるにもかかわらず、樹脂部１２と多孔質体１１との強固な接合が実現される（接合強度向上効果）。

なお、以上の実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求に基づき種々変更可能である。例えば、前記実施形態では、多孔質体１１の外周縁における全周に樹脂部１２を設けたが、多孔質体１１の所定の周方向位置に、所定の長さの樹脂部を配設してもよい。

以上説明した作用効果のうち、前記有効使用面積減少抑制効果（以下、単に「効果１」という）、および前記接合強度向上効果（以下、単に「効果２」という）についての検証試験を実施した。この試験に供する複合多孔質体として、実施例を１種類、比較例を２種類それぞれ形成し、これらは全て多孔質体と樹脂部とが略面一とされた厚さ約０．２ｍｍの複合多孔質体とし、前述したインサート成形により形成した。このインサート成形時の成形条件、樹脂部１２に含有されたフィラーの種類、およびフィラーの外径等を含めて結果を図４に示す。この図において、効果１の数値は、多孔質体の外周縁からの樹脂部の流入深さを示している。なお、フィラーの充填量は、実施例および比較例ともに約４０％ｗｔとし、また樹脂部はシンジオタクチックポリスチレンにより形成した。
この図から実施例では前記効果１および２の双方ともに実現できることが確認できた。

次に、複合多孔質体１０の用途例について説明する。
まず、複合多孔質体１０をフィルタ４０として備える空気清浄機等の多層フィルタ装置に備えられる、フィルタ４０を収容するフィルタユニット４１を図５に示す。フィルタユニット４１は、樹脂や金属からなるフィルタボックス４２および蓋部材４３を備え、これら４２、４３により、複数枚のフィルタ４０をそれぞれ、このユニット４１内で厚さ方向に所定の間隔を備えさせた状態で、フィルタ４０の樹脂部１２の外周縁を全周に亙って拘束してこれらのフィルタ４０を収容するものである。
この構成では、フィルタ４０の樹脂部１２をエラストマー等の弾性部材で形成し、かつこの樹脂部１２に前記無機フィラーを含有させることにより、フィルタ４０の外周縁をフィルタボックス４２および蓋部材４３により強固に拘束することが可能になり、フィルタ４０とフィルタユニット４１とを隙間なく緊密に接触させることができる。したがって、ろ過対象となる流体がフィルタ４０とフィルタユニット４１との間を通過することが抑制され、空気洗浄効率の向上を図ることができる。なお、多孔質体１１の三次元網目構造を画成する網目に酸化チタン等の光触媒を担持させると、フィルタ４０に捕捉されたガス状汚染物質を光の照射により分解することができ、さらなる空気清浄効率の向上を図ることができる。

図６に、複合多孔質体１０を充填物支持板５０として備える充填塔５１を示す。充填塔５１は、垂直な円筒形シェル５２内に充填物５３が充填されたものであり、充填物５３の上部に配置された液分散板５４を通じて上方から均一に分散された液が充填物５３の表面を流下されるとともに、下方から送り込まれたガスが充填物５３の間隙を流れて液と接触しながら上昇され、ガス中の成分を液中に吸収させることにより、排ガスの洗浄等を行うことができるようになっている。
この充填塔５１において、充填物支持板５０としての複合多孔質体１０は、固定用穴が設けられた樹脂部１２がシェル５２に締結部材等により固定され、多孔質体１１に液体およびガスを通過させながら充填物５３を支持している。

図７に、複合多孔質体１０を吸水部材６０として備える加湿器６１を示す。この加湿器６１は、水を保持するタンク６２の底部６３に吸水部材６０を立設した構成とされ、微細な連通気孔の浸透圧により吸水部材６０の気孔中にタンク６２から水を吸い上げさせ、表面積の大きい多孔質体１１から蒸発させることにより、空気中の湿度を高めることができるようになっている。この加湿器６１において、吸水部材６０としての複合多孔質体１０は、タンク６２の底部６３に形成された溝部６４に樹脂部１２を挿入させることにより固定され、多孔質体１１の一部が水没している。

図８に、複合多孔質体１０を電極７０およびフィルタ７１として備え、塵埃を帯電させて集塵する集塵装置７２を示す。この集塵装置７２では、複合多孔質体１０である電極７０と電極７３との間に電圧を印加して放電させ、これら電極間で帯電した塵埃をフィルタ７１で集塵させることができるようになっている。複合多孔質体１０である電極７０およびフィルタ７１は、樹脂部１２に穴等の固定用形状が設けられ、装置に締結部材等により固定されている。
この電極７０およびフィルタ７１は、樹脂部１２に前記固定用形状が設けられているので、これら７０、７１の装置との接触部分を樹脂部１２に限定することが可能になる。したがって、樹脂部１２を電気絶縁性材料で形成することにより、装置と電極７０およびフィルタ７１とを容易かつ確実に絶縁することができる。なお、電極７０において、多孔質体１１と電源とを電気的に接続するために、樹脂部１２を導電性樹脂で形成したり、樹脂部１２の表面に金属配線をプリントしたりしてもよい。

図９に、放熱体８０として複合多孔質体１０を備えるクーラーユニット８１を示す。このクーラーユニット８１は、基板部８２に樹脂部１２が固定されて並列する複合多孔質体１０の多孔質体１１がヒートシンクを構成しており、ファン８３の送風で多孔質体１１が冷却されることにより、基板部８２側に配置されたコンピュータのＣＰＵ等を冷却できるようになっている。なお、樹脂部１２には熱伝導性樹脂が使用される。複合多孔質体１０は多孔質体１１の表面積が大きく軽量であるので、このようなＣＰＵクーラの他、種々の装置における放熱体にも適用可能である。

図１０に、固体高分子型燃料電池のガス拡散電極９０、９１に適用された複合多孔質体１０を示す。このガス拡散電極９０、９１は、複数枚の多孔質体１１が面方向に間隔をおいて配置された状態で、各多孔質体１１間を埋めるとともに全体の外周を囲むように樹脂部１２が設けられている。そして、各多孔質体１１の一端には、樹脂部１２の外周まで延びる金属薄板タブ９２が接続されている。金属薄板タブ９２は、インサート成形前の各多孔質体１１に溶着されていて、インサート成形により樹脂部１２と一体とされている。

この燃料電池は、図１１に示すように、陽極のガス拡散電極（空気極）９０と陰極のガス拡散電極（燃料極）９１との間に電解質膜９３を挟んだ層状構造となっており、各ガス拡散電極９０，９１の多孔質体１１の表面には、電解質膜９３に接する触媒９４が塗布形成されている。電解質膜９３を挟んで対向する空気極９０および燃料極９１は、各多孔質体１１が交互に直列に接続されるように、各金属薄板タブ９２が配線９７により接続されており、直列の両端に位置する多孔質体１１（金属薄板タブ９２）が電池の陽極９５、陰極９６として機能する。
ここで、燃料極９１に燃料を供給する燃料供給部９８は、毛管作用により燃料を供給保持する多孔質部９９と、シールのために外周に設けられた樹脂部１００とからなる構造となっている。燃料供給部９８と燃料極９１とは、燃料供給部９８の樹脂部１００と燃料極９１の樹脂部１２とを例えば超音波接合することにより固定される。

また、本発明の複合多孔質体１０は、図１２および図１３に示すような構成の燃料電池においても、ガス拡散電極１１０として用いることもできる。
このガス拡散電極１１０（１０）は、複数枚の多孔質体１１が面方向に間隔をおいて配置された状態で、各多孔質体１１間を埋めるとともに全体の外周を囲むように樹脂部１２が設けられていて、各多孔質体１１の一方の面に触媒層（図示せず）が形成されている。そして燃料電池は、２枚のガス拡散電極１１０間に電解質層１１１を挟み込み、各ガス拡散電極１１０の触媒層を電解質層１１１に臨ませて、各多孔質体１１を順次直接に配線する構成となっている。

図１２に示す構成は、多孔質体１１に食い込む突起１１２ａを有する導電性コ字状の接続部材１１２によって、互いに対向して配置された多孔質体１１をたすきがけ状に順次接続するものである。
また、図１３に示す構成は、対向する２対の多孔質体１１近傍の樹脂部１２部分を挟み込む挟持部１１３ａと、この挟持部１１３ａから多孔質体１１へ向かって延びる接続部１１３ｂとを有する導電性クリップ状の接続部材１１３によって、互いに対向して配置された多孔質体１１をたすきがけ状に順次接続するものである。
このような接続部材１１２，１１３を用いて多孔質体１１を接続する構成とすれば、図１０に示すような別部材の金属薄板タブ９２を設ける必要がない。

さらに、本発明の複合多孔質体１０は、電極１２０、電解質層１２１およびセパレータ板１２２を多層に積層する構成のスタック型の固体高分子型燃料電池（図１４）におけるガス拡散電極１２０として用いることもできる。なお、セパレータ板１２２は、空気や燃料となるガスまたは液体を通過させず、導電性を有するたとえばカーボン板や耐食性のある金属板などで形成されている。

図１５および図１６に、本実施形態の複合多孔質体１０（ガス拡散電極１２０）を示す。このガス拡散電極１２０は、多孔質体１１の周囲を囲み面方向に延びる樹脂部１２とからなる板状の部材で、多孔質体１１に隣接して樹脂部１２を貫通し、多孔質体１１の気孔に連通する２つの連通孔１２０ａ、１２０ｂと、多孔質体１１から離れた位置に設けられて樹脂部１２を貫通する２つの貫通孔１２０ｃ、１２０ｄと、樹脂部１２の四隅に設けられて固定用のボルト等を挿通させるボルト挿通孔１２０ｅとを有している。これら連通孔１２０ａ、１２０ｂ、貫通孔１２０ｃ、１２０ｄ、１２０ｅは、複合多孔質体１０の製造時に金型によって成形することができる。

電解質層１２１には、ガス拡散電極１２０の各孔に連通する貫通孔が設けられている。すなわち、電解質層１２１には、ガス拡散電極の連通孔１２０ａ、１２０ｂおよび貫通孔１２０ｃ、１２０ｄに連通する貫通孔１２１ａと、ボルト挿通孔１２０ｅに連通するボルト挿通孔（図示せず）が形成されている。
また、セパレータ板１２２にも、ガス拡散電極１２０の各孔に連通する貫通孔が設けられている。すなわち、セパレータ板１２２には、ガス拡散電極の連通孔１２０ａ、１２０ｂおよび貫通孔１２０ｃ、１２０ｄに連通する貫通孔１２２ａと、ボルト挿通孔１２０ｅに連通するボルト挿通孔（図示せず）が形成されている。
積層されたガス拡散電極１２０、電解質層１２１およびセパレータ板１２２は、各ボルト挿通孔にボルトを挿通させてナットで固定することにより、一体に固定することができる。

電解質層１２１を挟んで積層された２枚のガス拡散電極１２０は、表裏を異ならせて配置され、一方が燃料極１２０Ａ、他方が空気極Ｂとなっている。すなわち、燃料極１２０Ａの連通孔１２０ａと空気極１２０Ｂの貫通孔１２０ｄ、燃料極１２０Ａの連通孔１２０ｂと空気極１２０Ｂの貫通孔１２０ｃとが連通して、燃料電池の厚さ方向（図１４の左右方向）に延びる燃料供給路Ｆ１および燃料排出路Ｆ２が形成される。燃料供給路Ｆ１に供給された燃料は、各燃料極１２０Ａの多孔質体１１の連通気孔中を通過しながら電解質層１２１と触媒層の界面に水素を供給し、残ガスは燃料排出路Ｆ２を通じて排出される。なお、図１４は、図１５に示すＡ−Ａ線に沿う断面図であり、燃料の供給経路のみを示している。

同様に、燃料極１２０Ａの連通孔１２０ｃと空気極１２０Ｂの貫通孔１２０ｂとが連通して、燃料電池の厚さ方向に延びる空気供給路（図示せず）が形成されるとともに、燃料極１２０Ａの連通孔１２０ｄと空気極１２０Ｂの貫通孔１２０ａとが連通して、燃料電池の厚さ方向（図１５の左右方向）に延びる空気排出路（図示せず）が形成される。空気供給路に供給された空気は、各空気極１２０Ｂの多孔質体１１の連通気孔中を通過しながら電解質層１２１と触媒層の界面に酸素を供給し、反応により生成した水とともに空気排出路を通じて排出される。

すなわち、本実施形態の燃料電池は、２枚のガス拡散電極１２０間に電解質層１２１を挟み、これらの両面をセパレータ板１２２に覆うことにより、単独のセルが構成されている。そして、セパレータ板１２２を挟んで燃料極１２０Ａと空気極１２０Ｂとを配置することにより、これら燃料極１２０Ａと空気極１２０Ｂとを気密に隔てるとともにセパレータ板１２２を通じて電子のやりとりが行われる構成とすることができ、複数のセルを直列に接続した燃料電池を構成することができる。

多孔質体の有効使用面積を確保しつつ、その取り扱い性の向上が図られた複合多孔質体およびその製造方法を提供する。

本発明の一実施形態として示した複合多孔質体を示す平面図である。 図１に示す多孔質体を製造する方法の一例を示す模式図である。 本発明の一実施形態として示した複合多孔質体の製造方法を示す模式図である。 本発明の一実施形態として示した複合多孔質体およびその製造方法による作用効果の検証試験の結果を示す図である。 空気清浄機のフィルタとして用いた本発明の複合多孔質体の例を示す斜視分解図である。 充填塔の充填物支持板として用いた本発明の複合多孔質体の例を示す模式図である。 加湿器の吸水部材として用いた本発明の複合多孔質体の例を示す模式図である。 電気集塵装置の電極および集塵フィルタとして用いた本発明の複合多孔質体の例を示す模式図である。 ＣＰＵクーラのヒートシンクに用いた本発明の複合多孔質体の例を示す模式図である。 燃料電池のガス拡散電極として用いた本発明の複合多孔質体の例を示す斜視図である。 図１０に示すガス拡散電極を備えた燃料電池において、燃料供給部を一体化した例を示す模式図である。 本発明の複合多孔質体をガス拡散電極として用いた燃料電池の一例を示す斜視図である。 本発明の複合多孔質体をガス拡散電極として用いた燃料電池の他の例を示す斜視図である。 本発明の複合多孔質体をガス拡散電極として用いたスタック型の燃料電池の例を示す断面図である。 図１４に示す燃料電池を構成する複合多孔質体（燃料極）を示す平面図である。 図１４に示す燃料電池を構成する複合多孔質体（空気極）を示す平面図である。

符号の説明

１０ 複合多孔質体
１１ 多孔質体
１２ 樹脂部
４０ フィルタ（複合多孔質体）
５０ 充填物支持板（複合多孔質体）
６０ 吸水部材（複合多孔質体）
７０ 電極（複合多孔質体）
７１ フィルタ（複合多孔質体）
８０ 放熱体（複合多孔質体）
９０，９１，１１０，１２０ ガス拡散電極（複合多孔質体）

Claims (2)

1. 三次元網目構造を有するシート状でかつ気孔径が１０μｍ以上２ｍｍ以下、気孔率が４０％以上９８％以下とされた多孔質体と、該多孔質体の外周縁の少なくとも一部から面方向に延びる樹脂部とが一体に形成され、前記樹脂部は無機フィラーを含有し、
   前記無機フィラーは外径が３．５ｎｍ以上３０μｍ以下の繊維状とされるとともに、前記樹脂部に５ｗｔ％以上６０ｗｔ％以下含有されていることを特徴とする複合多孔質体。
2. 前記多孔質体をインサート部品として、該多孔質体の外周縁の少なくとも一部から面方向に延びるように前記樹脂部を射出するインサート成形を行うことにより、請求項１に記載の複合多孔質体を製造することを特徴とする複合多孔質体の製造方法。

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