KR102655177B1 - 금속 다공체 및 금속 다공체의 제조 방법 - Google Patents

금속 다공체 및 금속 다공체의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

3차원 그물코 형상 구조의 골격을 갖는 장척 시트 형상의 금속 다공체. 상기 금속 다공체의 짧은쪽 방향의 단부에 있어서, 길이가 0.3㎜ 이상인 버어의 수가 0.4개/m 이하이다.

Description

금속 다공체 및 금속 다공체의 제조 방법
본 개시는, 금속 다공체 및 금속 다공체의 제조 방법에 관한 것이다. 본 출원은, 2018년 8월 24일에 출원한 일본특허출원인 특원 2018-157311호에 기초하는 우선권을 주장한다. 당해 일본특허출원에 기재된 모든 기재 내용은, 참조에 의해 본 명세서에 원용된다.
3차원 그물코 형상 구조의 골격을 갖는 시트 형상의 금속 다공체는, 내열성을 필요로 하는 필터나, 전지용 극판, 촉매 담지체 및, 금속 복합재 등 여러 가지의 용도에 이용되고 있다. 예를 들면, 니켈제의 금속 다공체인 셀멧(Celmet)(스미토모덴키고교 가부시키가이샤 제조: 등록상표)은, 니켈 수소 전지 등의 알칼리 축전지의 전극이나, 공업용 탈취 촉매의 담체 등, 여러 가지의 산업 분야에서 널리 채용되고 있다. 또한, 알루미늄제의 금속 다공체인 알루미 셀멧(Aluminum-Celmet)(스미토모덴키고교 가부시키가이샤 제조: 등록상표)은, 유기 전해액 중에서도 안정되기 때문에, 리튬 이온 전지의 정극으로서 이용하는 것이 가능하다.
상기 금속 다공체의 제조 방법으로서는, 수지 다공체의 골격의 표면을 도전화 처리한 후, 전기 도금 처리에 의해 상기 수지 다공체의 골격의 표면에 금속 도금을 실시하고, 계속해서 수지 다공체를 제거함으로써 제조할 수 있다(예를 들면, 일본공개특허공보 평05-031446호(특허문헌 1)나, 일본공개특허공보 2011-225950호(특허문헌 2) 참조).
일본공개특허공보 평05-031446호 일본공개특허공보 2011-225950호
본 개시의 일 태양에 따른 금속 다공체는,
3차원 그물코 형상 구조의 골격을 갖는 장척 시트 형상의 금속 다공체로서,
상기 금속 다공체는, 짧은쪽 방향의 단부에 있어서, 길이가 0.3㎜ 이상인 버어(burr)의 수가 0.4개/m 이하인, 금속 다공체이다.
본 개시의 일 태양에 따른 금속 다공체의 제조 방법은,
상기 본 개시의 일 태양에 따른 금속 다공체를 제조하는 방법으로서,
3차원 그물코 형상 구조의 골격을 갖는 장척 시트 형상의 금속 다공체를, 상하로 조합된 2매의 원반 형상의 슬릿날(slitter blades)을 이용하여 긴쪽 방향으로 절단하는 절단 공정을 갖고,
상기 절단 공정에 있어서, 상기 2매의 원반 형상의 슬릿날은, 적어도 한쪽의 슬릿날이 다른 한쪽의 슬릿날에 밀어부쳐짐으로써(pressed) 상기 2매의 원반 형상의 슬릿날의 날끝끼리가 접촉하고 있는,
금속 다공체의 제조 방법이다.
도 1은 본 개시의 실시 형태에 따른 금속 다공체의 일 예의 개략을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 개시의 실시 형태에 따른 금속 다공체의 일 예의 단면 사진이다.
도 3은 본 개시의 실시 형태에 따른 금속 다공체의 일 예의, 부분 단면의 개략을 나타내는 확대도이다.
도 4는 본 개시의 실시 형태에 따른 금속 다공체의 일 예에 있어서의 짧은쪽 방향의 단부의 개략을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 개시의 실시 형태에 따른 금속 다공체의 일 예의 짧은쪽 방향의 단부의 휨 상태의 일 예의 개략을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 개시의 실시 형태에 따른 금속 다공체의 일 예의 짧은쪽 방향의 단부의 휨 상태의 다른 일 예의 개략을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 개시의 실시 형태에 따른 금속 다공체의 제조 방법의 일 예의 개략을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 개시의 실시 형태에 따른 금속 다공체의 제조 방법의 절단 공정에 있어서 이용되는 2매의 원반 형상의 슬릿날의 구성의 일 예를 나타내는 개략도이다.
도 9는 본 개시의 실시 형태에 따른 금속 다공체의 제조 방법의 절단 공정에 있어서 이용되는 2매의 원반 형상의 슬릿날의 구성의 다른 일 예를 나타내는 개략도이다.
도 10은 본 개시의 실시 형태에 따른 금속 다공체의 제조 방법의 절단 공정에 있어서 이용되는 2매의 원반 형상의 슬릿날의 겹침 상태의 일 예의 개략을 나타내는 도면이다.
도 11은 실시예에 있어서 제작한 금속 다공체 No.1의 짧은쪽 방향 B의 단부를 감찰한 사진이다.
도 12는 비교예에 있어서 제작한 금속 다공체 No.A의 짧은쪽 방향 B의 단부를 감찰한 사진이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
[본 개시가 해결하고자 하는 과제]
금속 다공체를 공업적으로 대량 생산하는 경우에는, 기재로서 장척 시트 형상의 수지 성형체를 이용하여 금속 다공체가 연속적으로 제조되고, 추가로, 필요에 따라서 얻어진 금속 다공체를 소망하는 폭이 되도록 절단하는 가공(슬릿 가공)이 행해진다. 장척 시트 형상의 금속 다공체를 절단하는 방법으로서는, 예를 들면, 대좌(臺座) 상의 금속 다공체의 상방으로부터 원반 형상의 슬릿날을 눌러대어 절단하는 방법이나, 금속 다공체의 상하에 배치된 1조의 슬릿날을 이용하여 절단하는 방법을 들 수 있다.
그러나 본 발명자들이 검토한 결과, 상기의 절단 방법에서는, 금속 다공체의 절단면에 있어서 금속 다공체의 골격이 튀어나오는 버어의 발생률이 높아져 버리는 것이 발견되었다. 버어의 발생은, 금속 다공체의 절단면에 있어서 금속 다공체의 골격이 취성 파괴되어 버리는 것에 유래한다. 금속 다공체의 제조 공정에 있어서 버어가 발생하면, 제조 라인 중에 금속가루가 혼입되기 때문에 바람직하지 않다.
그래서 본 개시는, 3차원 그물코 형상 구조의 골격을 갖는 장척 시트 형상의 금속 다공체로서 짧은쪽 방향의 단부에 있어서의 버어가 적은 금속 다공체 및 그의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
[본 개시의 효과]
본 개시에 의하면, 3차원 그물코 형상 구조의 골격을 갖는 장척 시트 형상의 금속 다공체로서 짧은쪽 방향의 단부에 있어서의 버어가 적은 금속 다공체 및 그의 제조 방법을 제공할 수 있다.
[본 개시의 실시 형태의 설명]
맨 처음에 본 개시의 실시 태양을 열기하여 설명한다.
(1) 본 개시의 일 태양에 따른 금속 다공체는,
3차원 그물코 형상 구조의 골격을 갖는 장척 시트 형상의 금속 다공체로서,
상기 금속 다공체의 짧은쪽 방향의 단부에 있어서, 길이가 0.3㎜ 이상인 버어의 수가 0.4개/m 이하인, 금속 다공체이다.
상기 (1)에 기재된 개시의 태양에 의하면, 3차원 그물코 형상 구조의 골격을 갖는 장척 시트 형상의 금속 다공체로서 짧은쪽 방향의 단부에 있어서의 버어가 적은 금속 다공체를 제공할 수 있다.
또한, 이하에서는, 3차원 그물코 형상 구조의 골격을 갖는 장척 시트 형상의 금속 다공체를, 간단히 「금속 다공체」라고도 기재한다.
본 개시의 실시 형태에 따른 금속 다공체에 있어서 「버어」란, 금속 다공체의 짧은쪽 방향의 단부에 있어서 금속 다공체의 짧은쪽 방향의 단면으로부터 짧은쪽 방향으로 돌출되어 있는 부분을 의미한다. 여기에서, 짧은쪽 방향의 단면이란, 금속 다공체의 짧은쪽 방향 B의 최단부(最端部)(금속 다공체의 짧은쪽 방향 B의 최단부에 위치하는 골격)의 대다수에 접촉하는 가상적인 면을 의미한다.
또한, 본 개시의 실시 형태에 따른 금속 다공체에 있어서, 「버어의 길이」란, 버어의 최단부로부터, 버어의 근원에 있어서 금속 다공체의 짧은쪽 방향의 단면보다도 내측에 결손하고 있는 공간(결손부)의 최심부(最深部)까지의 짧은쪽 방향의 거리를 의미한다.
(2) 상기 (1)에 기재된 금속 다공체는,
짧은쪽 방향의 단부의 휨이 2.0㎜ 이하인 것이 바람직하다.
상기 (2)에 기재된 개시의 태양에 의하면, 짧은쪽 방향의 단부가 변형되어 있지 않아 평탄한 형상의 금속 다공체를 제공할 수 있다.
(3) 상기 (1) 또는 상기 (2)에 기재된 금속 다공체는,
두께가 0.1㎜ 이상, 3.0㎜ 이하인 것이 바람직하다.
상기 (3)에 기재된 개시의 태양에 의하면,
(4) 상기 (1) 내지 상기 (3) 중 어느 한 항에 기재된 금속 다공체는,
상기 금속 다공체의 평균 기공경이 100㎛ 이상, 2000㎛ 이하인 것이 바람직하다.
(5) 상기 (1) 내지 상기 (4) 중 어느 한 항에 기재된 금속 다공체는,
기공률이 40％ 이상, 98％ 이하인 것이 바람직하다.
상기 (3) 내지 상기 (5) 중 어느 한 항에 기재된 개시의 태양에 의하면, 경량이고, 골격의 표면적이 크고, 또한 강도가 높은 금속 다공체를 제조할 수 있다.
(6) 본 개시의 실시 형태에 따른 금속 다공체의 제조 방법은,
상기 (1)에 기재된 금속 다공체를 제조하는 방법으로서,
3차원 그물코 형상 구조의 골격을 갖는 장척 시트 형상의 금속 다공체를, 상하로 조합된 2매의 원반 형상의 슬릿날을 이용하여 긴쪽 방향으로 절단하는 절단 공정을 갖고,
상기 절단 공정에 있어서, 상기 2매의 원반 형상의 슬릿날은, 적어도, 한쪽의 슬릿날이 다른 한쪽의 슬릿날에 밀어부쳐짐으로써, 상기 2매의 원반 형상의 슬릿날의 날끝(원반의 주면(principal surface)의 외주 단부)끼리가 접촉하고 있는,
금속 다공체의 제조 방법이다.
상기 (6)에 기재된 개시의 태양에 의하면, 3차원 그물코 형상 구조의 골격을 갖는 장척 시트 형상의 금속 다공체로서 짧은쪽 방향의 단부에 있어서의 버어가 적은 금속 다공체의 제조 방법을 제공할 수 있다.
(7) 상기 (6)에 기재된 금속 다공체의 제조 방법은,
상기 2매의 원반 형상의 슬릿날이, 스프링에 의해 상기 한쪽의 슬릿날이 상기 다른 한쪽의 슬릿날에 밀어부쳐져 있고, 그 스프링에 의한 압압(pressing force)이 5N 이상인 것이 바람직하다.
상기 (7)에 기재된 개시의 태양에 의하면, 상기 절단 공정에 있어서 상기 2매의 원반 형상의 슬릿날의 날끝끼리가 접촉하고 있는 상태로 유지할 수 있어, 짧은쪽 방향의 단부에 있어서의 버어가 적은 금속 다공체를 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
(8) 상기 (6) 또는 상기 (7)에 기재된 금속 다공체의 제조 방법은,
상기 한쪽의 슬릿날과 상기 다른 한쪽의 슬릿날이 동일한 경도의 재질이거나, 또는, 상기 한쪽의 슬릿날의 쪽이 상기 다른 한쪽의 슬릿날보다도 단단한 재질인 것이 바람직하다.
상기 (8)에 기재된 개시의 태양에 의하면, 상기 절단 공정에 있어서 상기 2매의 원반 형상의 슬릿날의 날끝끼리가 접촉하고 있는 상태로 유지할 수 있어, 짧은쪽 방향의 단부에 있어서의 버어가 적은 금속 다공체를 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
(9) 상기 (6) 내지 상기 (8) 중 어느 한 항에 기재된 금속 다공체의 제조 방법은,
상하로 조합된 상기 2매의 원반 형상의 슬릿날의 랩량(overlap width)이 0.5㎜ 이상, 2.0㎜ 이하인 것이 바람직하다.
상기 (9)에 기재된 개시의 태양에 의하면, 짧은쪽 방향의 단부에 있어서의 버어가 보다 적고, 또한, 짧은쪽 방향의 단부의 휨이 적은 금속 다공체를 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
(10) 상기 (6) 내지 상기 (9) 중 어느 한 항에 기재된 금속 다공체의 제조 방법은,
상기 절단 공정 후에, 상기 금속 다공체의 짧은쪽 방향의 단부에 있어서 상기 버어를 제거하는 제거 공정을 갖는 것이 바람직하다.
상기 (10)에 기재된 개시의 태양에 의하면, 짧은쪽 방향의 단부에 있어서의 버어가 보다 적은 금속 다공체를 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
(11) 상기 (6) 내지 상기 (10) 중 어느 한 항에 기재된 금속 다공체의 제조 방법은,
상기 절단 공정 후에, 상기 금속 다공체의 짧은쪽 방향의 길이보다도 긴 길이를 갖는 1조의 롤러에 상기 금속 다공체를 통과시켜 상기 금속 다공체를 평탄화시키는 평탄화 공정을 갖는 것이 바람직하다.
상기 (11)에 기재된 개시의 태양에 의하면, 짧은쪽 방향의 단부의 휨이 보다 적은 금속 다공체의 제조 방법을 제공할 수 있다.
[본 개시의 실시 형태의 상세]
본 개시의 실시 태양에 따른 금속 다공체 및 금속 다공체의 제조 방법의 구체예를, 이하에, 보다 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은 이들 예시에 한정되는 것은 아니고, 특허청구의 범위에 의해 나타나고, 특허청구의 범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
<금속 다공체>
도 1에 본 개시의 실시 형태에 따른 금속 다공체의 일 예의 개략도를 나타낸다.
본 개시의 실시 형태에 따른 금속 다공체(10)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 3차원 그물코 형상 구조의 골격(11)을 갖고 있고, 전체적으로 장척 시트 형상의 외관을 갖고 있다. 3차원 그물코 형상 구조의 골격(11)에 의해 형성되어 있는 기공부는, 금속 다공체(10)의 표면에서 내부까지 연결되도록 형성된 연통 기공(continuous pores)으로 되어 있다. 또한, 골격(11)은 금속 또는 합금에 의한 막에 의해 구성되어 있으면 좋다. 상기 금속으로서는, 예를 들면, 니켈, 알루미늄 또는 구리 등을 들 수 있고, 상기 합금으로서는, 상기 금속에 다른 금속이 불가피적 또는 의도적으로 첨가됨으로써 합금된 것을 들 수 있다.
도 2에, 본 개시의 실시 형태에 따른 금속 다공체의 일 예의, 3차원 그물코 형상 구조의 골격을 찍은 확대 사진을 나타낸다. 또한, 도 2에 나타내는 금속 다공체의 단면을 확대해서 본 확대 개략도를 도 3에 나타낸다.
금속 다공체(10)의 골격(11)의 형상이 3차원 그물코 형상 구조를 갖는 경우에는, 전형적으로는 도 3에 나타내는 바와 같이, 금속 다공체(10)의 골격(11)은 금속 또는 합금에 의한 막(12)에 의해 구성되어 있고, 골격(11)의 내부(13)는 중공(hollow)으로 되어 있다. 또한, 골격(11)에 의해 형성되어 있는 기공부(14)는, 전술과 같이 연통 기공으로 되어 있다.
본 개시의 실시 형태에 따른 금속 다공체(10)의 긴쪽 방향 A의 길이는 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 60m 이상, 600m 이하 정도의 것이면 좋다.
도 4에, 본 개시의 실시 형태에 따른 금속 다공체(10)의 일 예에 있어서의 짧은쪽 방향 B의 단부의 개략을 나타낸다. 또한, 금속 다공체(10)의 짧은쪽 방향 B는, 금속 다공체(10)의 긴쪽 방향 A 및 두께 방향 C와 직교하는 방향이다(도 1 참조).
금속 다공체(10)의 짧은쪽 방향 B의 단부에 있어서, 길이 L이 0.3㎜ 이상인 버어(15)의 수가 0.4개/m 이하이다. 버어(15)의 길이 L이 0.3㎜ 이상이 되면, 버어(15)가 탈락하기 쉬워진다. 탈락한 버어(15)는 금속 이물로서 제품에 혼입될 가능성이 있다. 버어(15)가 제품에 혼입되면, 예를 들면, 금속 다공체(10)가 전지에 사용되는 경우, 버어(15)가 단락의 원인이 될 가능성이 있다.
버어(15)란, 도 4에 나타내는 바와 같이, 금속 다공체(10)의 짧은쪽 방향 B의 단부에 있어서, 금속 다공체(10)의 짧은쪽 방향 B의 단면으로부터 짧은쪽 방향(의 외측)으로 돌출되어 있는 부분을 의미한다.
금속 다공체(10)의 짧은쪽 방향 B의 단면이란, 금속 다공체(10)의 짧은쪽 방향 B의 최단부(금속 다공체(10)의 짧은쪽 방향 B의 최단부에 위치하는 골격)의 대다수에 접촉하는 가상적인 면을 의미한다. 예를 들면, 금속 다공체(10)의 두께 C 방향으로부터 본 평면도인 도 4에 있어서, 금속 다공체(10)의 짧은쪽 방향 B의 단면은, 동그라미로 둘러싸인 버어(15) 부분의 확대도에 나타나는 한가운데의 점선에 상당한다.
또한, 버어(15)는, 상기 단면으로부터 짧은쪽 방향 B로 돌출된 부분에 존재하는 골격에 의해 형성된다. 버어(15)의 유무는, 금속 다공체(10)를 두께 방향 C와 평행한 방향으로부터 본 평면시에 있어서 확인할 수 있다.
또한, 도 4에 있어서, 버어(15)의 근원(금속 다공체의 짧은쪽 방향의 단면보다도 짧은쪽 방향의 내측으로서 버어(15)에 가까운 부분)에는, 골격(11)이 결손한 결손부가 존재하고 있다. 이와 같이, 버어(15)는, 예를 들면, 금속 다공체(10)의 짧은쪽 방향 B의 단면보다도 내측에서 골격(11)이 취성 파괴됨으로써 짧은쪽 방향 B의 단면보다도 외측으로 튀어나옴으로써 형성된다.
본 개시의 실시 형태에 따른 금속 다공체(10)에 있어서, 「버어(15)의 길이 L」이란, 도 4에 나타내는 바와 같이, 금속 다공체(10)의 짧은쪽 방향 B의 단면을 기준으로 하여, 상기 단면보다도 외측으로 돌출되어 있는 버어(15)의 최단부(가장 외측: 도 4의 가장 우측)로부터, 상기 버어(15)의 근원의 상기 단면보다도 내측의 공간부(결손부)의 최심부(가장 내측: 도 4의 가장 좌측)까지의 짧은쪽 방향 B의 거리 L을 의미한다.
상기와 같이 본 개시의 실시 형태에 따른 금속 다공체(10)는, 짧은쪽 방향 B의 단부에 있어서 버어(15)의 수가, 긴쪽 방향 A의 길이를 기준으로 하여 0.4개/m 이하이다. 버어(15)의 개수가 0.4개/m를 초과하면, 금속 다공체(10)를 제품 사이즈로 절단했을 때에, 1개의 금속 다공체(10)에 버어(15)가 1개 이상 혼입되는 확률이 크게 오르는 경향이 있다. 또한, 짧은쪽 방향 B의 단부에 있어서 버어(15)의 수는 적으면 적을수록 바람직하다. 이 때문에 금속 다공체(10)는, 짧은쪽 방향 B의 단부에 있어서 버어(15)의 수가, 긴쪽 방향 A의 길이를 기준으로 하여, 0.2개/m 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.1개/m 이하인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 금속 다공체(10)는, 짧은쪽 방향 B의 단부의 휨은 작은 쪽이 바람직하고, 2.0㎜ 이하인 것이 바람직하고, 1.0㎜ 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.5㎜ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 짧은쪽 방향 B의 단부의 휨이 2.0㎜ 이하인 경우, 롤러에 의한 휨 교정을 실시한 후에 휨이 남아 버릴 가능성이 낮아지기 때문이다.
도 5에, 금속 다공체(10)의 일 예의 짧은쪽 방향 B의 단부의 휨 상태의 일 예의 개략을 나타낸다. 일반적으로, 장척 시트 형상의 금속 다공체를 긴쪽 방향으로 슬릿 가공하면, 짧은쪽 방향의 단부가 휘는 경우가 있다. 도 5에 나타내는 예에서는, 금속 다공체(10)의 짧은쪽 방향 B의 단부가 상면측으로 휘어 올라가 있다. 금속 다공체(10)의 짧은쪽 방향 B의 단부의 휨이란, 금속 다공체(10)를 평판에 올려놓은 경우에 있어서의, 금속 다공체(10)의 짧은쪽 방향 B의 단부의 하면측과 평판의 거리 H를 의미한다.
도 6에, 금속 다공체(10)의 짧은쪽 방향 B의 단부가 하면측으로 휜 상태의 예의 개략을 나타낸다. 금속 다공체(10)의 짧은쪽 방향 B의 단부가 도 6에 나타내는 바와 같이 휘어 있는 경우에는, 금속 다공체(10)를 반전시켜 도 5에 나타내는 상태와 같이 하여 휨 상태를 측정하면 좋다.
본 개시의 실시 형태에 따른 금속 다공체(10)의 두께는, 금속 다공체의 용도에 따라서 적절히 선택하면 좋다. 금속 다공체(10)의 두께는, 예를 들면, 디지털 시크니스 게이지(digital thickness gauge)에 의해 측정이 가능하다. 많은 경우, 두께를 0.1㎜ 이상, 3.0㎜ 이하로 함으로써, 경량이고 또한 강도가 높은 금속 다공체로 할 수 있다. 이들 관점에서, 금속 다공체(10)의 두께는, 0.3㎜ 이상, 2.5㎜ 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.4㎜ 이상, 2.0㎜ 이하인 것이 더욱 바람직하다.
본 개시의 실시 형태에 따른 금속 다공체(10)의 평균 기공경은, 금속 다공체의 용도에 따라서 적절히 선택하면 좋다. 금속 다공체(10) 평균 기공경이란, 금속 다공체의 표면을 현미경 등으로 적어도 10시야 관찰하고, 1인치(25.4㎜＝25400㎛)당의 셀부의 평균의 수(nc)를 구하여, 다음식으로 산출되는 평균 기공경을 의미한다.
평균 기공경(㎛)＝25400㎛/nc
예를 들면, 금속 다공체(10)를 전지의 집전체로서 이용하는 경우에는, 금속 다공체(10)의 평균 기공경은, 기공부(14)에 충전하는 활물질의 충전량 및 이용량이 적합하게 되는 범위로 하면 좋다. 또한, 금속 다공체(10)를 필터로서 이용하는 경우에는, 포집 대상의 입자의 사이즈에 따라서 평균 기공경이 선택된다.
또한, 많은 경우, 평균 기공경을 100㎛ 이상, 2000㎛ 이하로 함으로써, 경량이고 또한 강도가 높은 금속 다공체로 할 수 있다. 이들 관점에서, 금속 다공체(10)의 평균 기공경은, 200㎛ 이상, 700㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 300㎛ 이상, 500㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다.
본 개시의 실시 형태에 따른 금속 다공체(10)의 기공률은, 금속 다공체의 용도에 따라서 적절히 선택하면 좋다. 금속 다공체(10)의 기공률은 다음식으로 정의된다.
기공률(％)＝[1－{Mp/(Vp×dp)}]×100
Mp: 금속 다공체의 질량[g]
Vp: 금속 다공체에 있어서의 외관의 형상의 체적[㎤]
dp: 금속 다공체를 구성하는 금속의 밀도[g/㎤]
예를 들면, 금속 다공체(10)를 전지의 집전체로서 이용하는 경우에는, 금속 다공체(10)의 기공률은, 기공부(14)에 충전하는 활물질의 충전량 및 이용량이 적합하게 되는 범위로 하면 좋다.
또한, 많은 경우, 기공률을 40％ 이상, 98％ 이하로 함으로써, 경량이고 또한 강도가 높은 금속 다공체로 할 수 있다. 이들 관점에서, 금속 다공체(10)의 기공률은, 70％ 이상, 98％ 이하인 것이 보다 바람직하고, 90％ 이상, 98％ 이하인 것이 더욱 바람직하다.
<금속 다공체의 제조 방법>
본 개시의 실시 형태에 따른 금속 다공체의 제조 방법은, 상기의 본 개시의 실시 형태에 따른 금속 다공체를 제조하는 방법이다. 도 7에, 본 개시의 실시 형태에 따른 금속 다공체의 제조 방법의 일 예의 개략을 나타낸다.
(절단 공정)
본 개시의 실시 형태에 따른 금속 다공체의 제조 방법은, 도 7에 나타내는 바와 같이, 3차원 그물코 형상 구조의 골격을 갖는 장척 시트 형상의 금속 다공체(10)를, 상하로 조합된 2매의 원반 형상의 슬릿날(도면 중의, 금속 다공체(10)의 상측에 배치된 슬릿날(21) 및 금속 다공체(10)의 하측에 배치된 슬릿날(22))을 이용하여 긴쪽 방향으로 절단하는 절단 공정을 갖는다.
상기 절단 공정에 있어서 이용하는 상기 2매의 원반 형상의 슬릿날은, 적어도 한쪽의 슬릿날이 다른 한쪽의 슬릿날에 밀어부쳐짐으로써 상기 2매의 원반 형상의 슬릿날의 날끝끼리가 접촉하고 있는 상태(소위, 클리어런스가 제로인 상태)로 되어 있다. 상기 2매의 원반 형상의 슬릿날의 날끝끼리가 접촉하고 있는 상태에서 금속 다공체(10)를 절단함으로써, 절단면에 있어서 골격의 전단 파단이 발생하기 어려워져, 긴쪽 방향 A의 길이를 기준으로 하여 버어(15)(길이 L이 0.3㎜ 이상)의 수가 0.4개/m 이하인 금속 다공체를 제조할 수 있다.
상기 2매의 원반 형상의 슬릿날은, 적어도 한쪽의 슬릿날에 압압이 걸림으로써 당해 한쪽의 슬릿날이 다른 한쪽의 슬릿날에 밀어부쳐져 있으면 좋고, 양쪽의 슬릿날에 압압이 걸려져 있어 서로 밀어부치고 있어도 상관없다. 상기 2매의 원반 형상의 슬릿날의 날끝끼리의 맞물림(「가위」의 원리)에 의해 금속 다공체(10)가 절단된다.
적어도 한쪽의 슬릿날에 압압을 거는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 스프링에 의한 방법이나, 에어압에 의한 방법 등을 채용할 수 있다.
상기 2매의 원반 형상의 슬릿날의 사이즈는 특별히 한정되는 것이 아니고, 예를 들면, 직경이 100㎝ 이상, 200㎝ 이하 정도의 것을 바람직하게 이용할 수 있다. 또한, 상기 2매의 원반 형상의 슬릿날은, 편날(single edged)이면 좋고, 날끝끼리가 접촉하고 있는 상태이면 좋다. 상기 2매의 원반 형상의 슬릿날의 재질은 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, SKH제나 SKD제, SUS제의 것을 바람직하게 이용할 수 있다.
또한, 본 개시의 실시 형태에 따른 금속 다공체의 제조 방법에 있어서 이용되는 금속 다공체의 두께, 평균 기공경 및 기공률은, 금속 다공체의 용도에 따라서 적절히 선택하면 좋고, 전술의 본 개시의 실시 형태에 따른 금속 다공체(10)의 두께, 평균 기공경 및 기공률과 동일하게 하면 좋다.
상기 2매의 원반 형상의 슬릿날은, 스프링에 의해 상기 한쪽의 슬릿날이 상기 다른 한쪽의 슬릿날에 밀어부쳐져 있는 경우에는, 그 스프링에 의한 압압은, 5N 이상인 것이 바람직하다. 이에 따라 절단 공정에 있어서 용이하게 상기 2매의 원반 형상의 슬릿날의 날끝끼리가 접촉하고 있는 상태를 유지할 수 있다. 스프링에 의한 압압은 지나치게 크면, 스프링에 의해 밀어부쳐져 있는 쪽의 슬릿날의 마모량이 많아져 버리기 때문에, 20N 이하 정도인 것이 바람직하다. 이들 관점에서, 상기 스프링에 의한 압압은, 10N 이상, 16N 이하인 것이 보다 바람직하다.
도 8에, 본 개시의 실시 형태에 따른 금속 다공체의 제조 방법의 절단 공정에 있어서 이용되는 2매의 원반 형상의 슬릿날의 구성의 일 예의 개략을 나타낸다. 도 8에 나타내는 예에서는, 금속 다공체(10)의 하측에 배치된 슬릿날(22)이 소정의 위치에 고정되어 있고, 압압 부재(23)에 의해, 금속 다공체(10)의 상측에 배치된 슬릿날(21)에 압압이 걸려져 있다. 이에 따라, 금속 다공체(10)의 상측에 배치된 슬릿날(21)(상기 한쪽의 슬릿날)이 금속 다공체(10)의 하측에 배치된 슬릿날(22)(상기 다른 한쪽의 슬릿날)에 밀어부쳐져, 슬릿날의 날끝끼리가 접촉한 상태를 유지하고 있다. 또한, 도 8에 나타내는 슬릿날의 구성의 예에서는, 금속 다공체(10)는 절단된 후에 짧은쪽 방향 B의 단부가 미소하게나마, 도 5에 나타내는 금속 다공체(10)와 같이 휘어 버린다.
도 9에, 본 개시의 실시 형태에 따른 금속 다공체의 제조 방법의 절단 공정에 있어서 이용되는 2매의 원반 형상의 슬릿날의 구성의 다른 일 예의 개략을 나타낸다. 도 9에 나타내는 예는, 도 8에 나타내는 슬릿날의 구성예에 있어서, 금속 다공체(10)의 상측에 배치된 슬릿날(21)과 금속 다공체(10)의 하측에 배치된 슬릿날(22)의 날끝의 방향이 반전한 예이다. 또한, 도 9에 나타내는 슬릿날의 구성의 예에서는, 금속 다공체(10)는 절단된 후에 짧은쪽 방향 B의 단부가 미소하게나마, 도 6에 나타내는 금속 다공체(10)와 같이 휘어 버린다.
상기 2매의 원반 형상의 슬릿날은, 상기 한쪽의 슬릿날과 상기 다른 한쪽의 슬릿날이 동일한 경도의 재질이거나, 또는, 상기 한쪽의 슬릿날의 쪽이 상기 다른 한쪽의 슬릿날보다도 단단한 재질인 것이 바람직하다. 또한, 슬릿날의 경도란, 록웰 경도(HCR)를 의미한다.
도 8 및 도 9에 나타내는 예에서는, 금속 다공체(10)의 상측에 배치된 슬릿날(21)과 금속 다공체(10)의 하측에 배치된 슬릿날(22)의 재질이 동일하거나, 또는, 금속 다공체(10)의 상측에 배치된 슬릿날(21)의 쪽이 금속 다공체(10)의 하측에 배치된 슬릿날(22)보다도 단단한 재질인 것이 바람직하다. 일반적으로, 압압이 걸려짐으로써 다른 한쪽의 슬릿날에 밀어부쳐져 있는 측의 슬릿날(상기 한쪽의 슬릿날)의 쪽이 날끝의 마모량이 많아지기 쉽다. 이 때문에, 상기 한쪽의 슬릿날과 상기 다른 한쪽의 슬릿날을 동일한 경도의 재질로 하거나, 또는, 상기 한쪽의 슬릿날의 쪽이 상기 다른 한쪽의 슬릿날보다도 단단한 재질로 함으로써, 날끝의 마모량을 적게 하여, 금속 다공체(10)의 절단 중에 있어서 클리어런스가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
상기 상하로 조합된 2매의 원반 형상의 슬릿날은, 랩량이 0.5㎜ 이상, 2.0㎜ 이하인 것이 바람직하다. 랩량이란, 상기 2매의 원반 형상의 슬릿날의 두께 방향으로부터 본 평면시에 있어서, 상기 2매의 원반 형상의 슬릿날이 겹쳐져 있는 부분의 원반의 지름 방향(상기 2매의 원반 형상의 슬릿날의 원반의 중심을 연결하는 선분의 방향)의 길이 R을 말한다. 도 10에, 본 개시의 실시 형태에 따른 금속 다공체의 제조 방법의 절단 공정에 있어서 이용되는 2매의 원반 형상의 슬릿날의 겹침 상태의 일 예의 개략을 나타낸다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 랩량은, 금속 다공체(10)의 상측에 배치된 슬릿날(21)과, 금속 다공체(10)의 하측에 배치된 슬릿날(22)이, 슬릿날(21, 22)의 두께 방향(도 10에 있어서의 가로 방향)으로부터 본 평면시에 있어서 겹쳐져 있는 부분(도 10에 나타나는 점선의 사이의 부분)의 원반의 지름 방향(슬릿날(21, 22)의 원반의 중심을 연결하는 선분의 방향: 도 10에 있어서의 세로 방향)의 길이 R을 말한다.
상기 2매의 원반 형상의 슬릿날의 랩량이 0.5㎜ 이상임으로써, 금속 다공체(10)를, 다 잘리지 않은 부분(uncut part)을 발생시키지 않고 적합하게 절단할 수 있다. 한편, 상기 랩량이 지나치게 많으면, 절단면에 있어서 금속 다공체(10)를 경사 방향으로 절단하게 되어 전단력이 발생하기 쉬워져 버린다. 이 때문에, 상기 랩량은 2.0㎜ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 상기 랩량을 작게 함으로써, 버어(15)의 발생도 적게 할 수 있다. 이들 관점에서, 상기 2매의 원반 형상의 슬릿날의 랩량은, 0.5㎜ 이상, 1.5㎜ 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.5㎜ 이상, 1.0㎜ 이하인 것이 더욱 바람직하다.
(제거 공정)
본 개시의 실시 형태에 따른 금속 다공체의 제조 방법은, 상기 절단 공정 후에, 상기 금속 다공체(10)의 짧은쪽 방향 B의 단부에 있어서 버어(15)를 제거하는 제거 공정을 갖는 것이 바람직하다. 금속 다공체(10)는 전술의 절단 공정을 거침으로써, 금속 다공체(10)의 짧은쪽 방향 B의 단부에 있어서 골격(11)이 돌출된 버어(15)가 미소하게나마 (0.4개/m 정도) 발생해 버린다. 버어(15)가 발생한 경우에는, 제거 공정에 있어서 버어(15)의 제거를 행하면 좋다. 제거 공정에 있어서 버를 제거하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 금속 다공체(10)를 짧은쪽 방향 B의 길이와 동일한 길이의 틀(가이드)에 통과시키거나 회전 롤러 등에 의해 제거하거나 하면 좋다.
(평탄화 공정)
본 개시의 실시 형태에 따른 금속 다공체의 제조 방법은, 상기 절단 공정 후에, 상기 금속 다공체(10)의 짧은쪽 방향 B의 길이보다도 긴 길이를 갖는 1조의 롤러(엣지 짓누름 롤러)에 상기 금속 다공체(10)를 통과시켜 상기 금속 다공체(10)를 평탄화시키는 평탄화 공정을 갖는 것이 바람직하다. 금속 다공체(10)는 전술의 절단 공정을 거침으로써 짧은쪽 방향 B의 단부에 휨이 발생해 버리지만, 평탄화 공정을 행함으로써 짧은쪽 방향 B의 단부의 휨이 2.0㎜ 이하의, 짧은쪽 방향 B에 평탄한 금속 다공체(10)를 제조할 수 있다.
평탄화 공정에 있어서는, 금속 다공체(10)의 짧은쪽 방향 B의 길이보다도 긴 폭을 갖는 1조의 롤러를 이용한다. 상기 1조의 롤러의 간극은, 금속 다공체(10)의 두께와 대략 동일한 길이로 해 두면 좋다. 이와 같이 배치된 1조의 롤러의 간극에 금속 다공체(10)를 통과시킴으로써, 금속 다공체(10)의 짧은쪽 방향 B의 전체역에 걸쳐 상기 1조의 롤러에 의한 압력이 걸려, 짧은쪽 방향 B의 단부의 휨이 해소되어, 평탄한 금속 다공체(10)가 얻어진다. 상기 1조의 롤러의 간극을 조절함으로써, 짧은쪽 방향 B의 단부의 휨이 보다 작은 금속 다공체(10)를 제조할 수 있다.
실시예
이하, 실시예에 기초하여 본 개시를 보다 상세하게 설명하지만, 이들 실시예는 예시로서, 본 발명의 금속 다공체 및 그의 제조 방법은 이들에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 특허청구의 범위에 의해 나타나고, 특허청구의 범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함된다.
[실시예 1］
긴쪽 방향(A)의 길이가 200m, 두께가 1㎜인 니켈제의 금속 다공체를 준비했다. 상기 니켈제의 금속 다공체는, 3차원 그물코 형상 구조의 골격을 갖고 있고, 평균 기공경은 400㎛이고, 기공률은 98％였다.
(절단 공정)
금속 다공체를, 도 8에 나타내는 구성의 슬릿날을 이용하여, 짧은쪽 방향 B의 길이가 0.2m가 되도록 절단함으로써 금속 다공체 No.1을 제조했다.
또한, 금속 다공체의 상측에 배치된 슬릿날(21)은 하이스 강(SKH55)제(록웰 경도, HCR64 이상)의 것이고, 직경은 160㎝로 했다. 또한, 금속 다공체의 하측에 배치된 슬릿날(22)도, 하이스 강(SKH55)제(록웰 경도, HCR64 이상)의 것으로 하고, 직경도 160㎝로 했다. 슬릿날(22)은 코킹 고정하고, 슬릿날(21)에는 접시 스프링(coned disc spring)에 의해 15N의 압압이 걸리도록 했다. 이에 따라, 슬릿날(21)이 슬릿날(22)에 밀어부쳐져, 날끝끼리가 접촉하고 있는 상태가 되었다. 또한, 슬릿날(21)과 슬릿날(22)의 랩량은 1.0㎜로 했다.
절단 공정 후의 금속 다공체 No.1은, 짧은쪽 방향 B의 단부에 있어서의 버어가 매우 적고, 양 단부에 있어서 버어의 수는 각각 0.1개/m과 0.2개/m이었다. 또한, 절단 공정 후의 금속 다공체 No.1은 짧은쪽 방향 B의 단부가 도 5에 나타내는 바와 같이 휘어 있고, 그 휨은 1.0㎜이었다.
(평탄화 공정)
절단 공정 후의 금속 다공체 No.1을, 길이가 0.2m이고, 간극이 1㎜가 되도록 배치된 1조의 롤러(엣지 짓누름 롤러)의 간극을 통과시켰다. 이에 따라, 금속 다공체 No.1의 짧은쪽 방향 B의 단부의 휨이 해소되고, 휨은 0㎜가 되었다.
(사진 촬영)
도 11에, 평탄화 공정 후의 금속 다공체 No.1의 짧은쪽 방향 B의 단부를 관찰한 사진을 나타낸다. 도 11에 나타내는 바와 같이, 금속 다공체 No.1의 짧은쪽 방향 B의 단부에 있어서 버어는 거의 없었다.
[실시예 2］
실시예 1의 절단 공정에 있어서, 슬릿날(21)과 슬릿날(22)의 랩량은 0.5㎜로 한 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 금속 다공체 No.2를 얻었다.
절단 공정 후의 금속 다공체 No.2는, 짧은쪽 방향 B의 단부에 있어서의 버어가 매우 적고, 양 단부에 있어서 버어의 수는 각각 0개/m와 0.2개/m였다. 또한, 절단 공정 후의 금속 다공체 No.2는 짧은쪽 방향 B의 단부가 도 5에 나타내는 바와 같이 휘어 있고, 그 휨은 1.0㎜였다.
또한, 실시예 1과 동일하게 평탄화 공정을 행함으로써, 짧은쪽 방향 B의 단부의 휨을 0㎜로 할 수 있었다.
[비교예]
실시예 1에 있어서, 슬릿날(21)에 접시 스프링에 의한 압압을 걸지 않고, 슬릿날(22)의 날끝과 접촉하도록 코킹 고정한 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 금속 다공체 No.A를 얻었다.
금속 다공체 No.A는, 짧은쪽 방향 B의 단부에 있어서의 버어가 약간 많고, 양 단부에 있어서 버어의 수는 각각 11개/m와 23개/m였다. 이는, 맨 처음에는 금속 다공체를 양호하게 절단할 수 있기는 했지만, 절단을 계속하고 있는 사이에 슬릿날(21)과 슬릿날(22)의 날끝끼리에 서서히 간극(0.05㎜ 정도)이 발생해 버리고, 그 결과, 버어가 약간 많아져 버렸다고 생각된다. 또한, 절단 공정 후의 금속 다공체 No.A는 짧은쪽 방향 B의 단부가 도 5에 나타내는 바와 같이 휘어 있고, 그 휨은 3.0㎜였다.
또한, 실시예 1과 동일하게 평탄화 공정을 행함으로써, 짧은쪽 방향 B의 단부의 휨을 0㎜로 할 수 있었다.
(사진 촬영)
도 12에, 평탄화 공정 후의 금속 다공체 No.A의 짧은쪽 방향 B의 단부를 관찰한 사진을 나타낸다. 도 12에 나타내는 바와 같이, 금속 다공체 No.A의 짧은쪽 방향 B의 단부에 있어서는 버어(15)가 약간 많이 확인되었다.
10 : 금속 다공체
11 : 금속 다공체의 골격
12 : 금속 또는 합금에 의한 막
13 : 골격의 내부
14 : 기공부
15 : 버어
21 : 금속 다공체의 상측에 배치된 슬릿날
22 : 금속 다공체의 하측에 배치된 슬릿날
23 : 압압 부재
30 : 비교예에 의한 금속 다공체
A : 금속 다공체의 긴쪽 방향
B : 금속 다공체의 짧은쪽 방향
C : 금속 다공체의 두께 방향
L : 금속 다공체의 짧은쪽 방향의 단부에 있어서의 버어의 길이
H : 금속 다공체의 짧은쪽 방향의 단부의 휨의 높이
R : 2매의 원반 형상의 슬릿날의 날끝이 겹치져 있는 부분의 길이(랩량)

Claims (11)

  1. 금속 다공체를 제조하는 방법으로서,
    3차원 그물코 형상 구조의 골격을 갖는 장척 시트 형상의 금속 다공체를, 상하로 조합된 2매의 원반 형상의 슬릿날을 이용하여 긴쪽 방향으로 절단하는 절단 공정을 갖고,
    상기 절단 공정에 있어서, 상기 2매의 원반 형상의 슬릿날은, 스프링에 의해 한쪽의 슬릿날이 다른 한쪽의 슬릿날에 밀어부쳐짐으로써, 상기 2매의 원반 형상의 슬릿날의 날끝끼리가 접촉하고, 상기 스프링에 의한 압압이 5N 이상이고,
    상기 한쪽의 슬릿날과 상기 다른 한쪽의 슬릿날은, 동일한 경도의 재질이거나, 또는, 상기 한쪽의 슬릿날의 쪽이 상기 다른 한쪽의 슬릿날보다도 단단한 재질이고,
    상하로 조합된 상기 2매의 원반 형상의 슬릿날은, 랩량이 0.5㎜ 이상, 2.0㎜ 이하이고,
    상기 절단 공정 직후의 상기 금속 다공체의 짧은쪽 방향의 단부(端部)의 단면(端面)에 있어서, 길이가 0.3㎜ 이상인 버어(burr)의 수는, 0.4개/m 이하이고,
    상기 절단 공정 직후의 상기 금속 다공체의 짧은쪽 방향의 단부의 휨은, 2.0㎜ 이하인, 금속 다공체의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절단 공정 후에, 상기 금속 다공체의 짧은쪽 방향의 단부에 있어서 상기 버어를 제거하는 제거 공정을 갖는, 금속 다공체의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 절단 공정 후에, 상기 금속 다공체의 짧은쪽 방향의 길이보다도 긴 길이를 갖는 1조의 롤러에 상기 금속 다공체를 통과시켜 상기 금속 다공체를 평탄화시키는 평탄화 공정을 갖는, 금속 다공체의 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 금속 다공체의 두께가 0.1㎜ 이상, 3.0㎜ 이하인, 금속 다공체의 제조 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 금속 다공체의 평균 기공경이 100㎛ 이상, 2000㎛ 이하인, 금속 다공체의 제조 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 금속 다공체의 기공률이 40％ 이상, 98％ 이하인, 금속 다공체의 제조 방법.
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  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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