WO2024048791A1

WO2024048791A1 - ３次元規則骨格構造を有する金属部材、３次元規則骨格を有する電極、水電解装置、燃料電池

Info

Publication number: WO2024048791A1
Application number: PCT/JP2023/032127
Authority: WO
Inventors: 陽祐佐野; 信一大森; 純加藤; 重徳光島; 義之黒田; 兼作長澤
Original assignee: 三菱マテリアル株式会社; 国立大学法人横浜国立大学
Priority date: 2022-09-02
Filing date: 2023-09-01
Publication date: 2024-03-07

Abstract

この金属部材では、空隙率が５０％以上９５％以下の範囲内とされた３次元規則骨格構造を有する金属部材であって、前記３次元規則骨格構造は、骨格と第一方向に延在する複数の気孔とを有し、前記第一方向に直交する断面において、前記気孔および前記骨格が交互に配列された気孔列が、周期的に積層された積層構造が形成されている。また、この電極では、厚さ方向に複数の貫通孔を有する井型シート層を有し、前記井型シート層の空隙率が２０％以上７０％以下の範囲内とされ、前記井型シート層の厚みが１０μｍ以上５００μｍ以下の範囲内とされている。

Description

３次元規則骨格構造を有する金属部材、３次元規則骨格を有する電極、水電解装置、燃料電池

　本発明は、３次元規則骨格構造を有する金属部材、３次元規則骨格を有する電極、水電解装置、燃料電池に関する。
　本願は、２０２２年９月２日に、日本に出願された特願２０２２－１３９７２１号、２０２２年９月２日に、日本に出願された特願２０２２－１３９７２２号、２０２２年９月２日に、日本に出願された特願２０２２－１４０１８４号、２０２２年９月２日に、及び日本に出願された特願２０２２－１４０１９０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　従来、例えば各種電池における電極及び集電体、熱交換器用部材、消音部材、フィルター部材、衝撃吸収部材等として、例えば、銅、アルミニウム、チタン、ステンレス等の金属の多孔質体が使用されている。
　例えば、リチウムイオン電池の場合、正極集電体にアルミニウムの多孔質体を用いることで、正極活物質の充填密度を極限まで向上と全ての活物質からの均一な集電が可能になることによる、電池の高出力化が期待されている。この多孔質体として、住友電工製のセルメット（登録商標）が挙げられるが、ランダムな気孔構造の多孔質体のため、活性化物質を多孔質体内部まで充填することが難しい課題があった。

　また、固体高分子形電解槽を用いた水電解法では、アノード電極としてチタン多孔質体電極が用いられている。アノードは、原料である液体の水を電解し、酸素ガスを生成させる役割を担う。高電解効率化のためには、気体が速やかに排出されることが重要である。チタン多孔質電極としては、例えば特許文献１，２に記載されているように、チタン繊維焼結体や発泡法による粒子焼結体が用いられている。
　しかしながら、上述の金属多孔質体においては、気孔がランダム配置されていることから、気体の抜け性が悪く、電解効率が低下するおそれがあった。

　また、脱ＣＯ_２社会実現に向け、化石エネルギーの代替として、太陽光や風量エネルギーをはじめとする再生可能エネルギーが着目されて久しい。しかしながら、（１）巨大な太陽光や風力発電施設などのエネルギー供給地から、エネルギー消費地である都市部へのエネルギー輸送方法、（２）電力網に入れることのできない余剰電力や、電力需要ピークと供給ピークの時間差に起因する電力ロス、など、再生可能エネルギーのさらなる普及には多くの課題がある。解決に向けた一策として、余剰の再生可能エネルギーから得られる電気エネルギーを、水電解装置にて化学エネルギー（化合物）に変換し、化石代替エネルギーとして利用する方法が検討されている。水素やメチルシクロヘキサンがその化合物として有名である。

　水電解装置のアノードには、原料である液体の水を触媒へ効率的に供給するための流路構造と、電解用の電流を供給するための給電体が必要である。流路構造は、溝加工を施したＰｔめっきチタンプレートが一般的である。チタンは機械加工が難しく、コスト高につながっている。
　給電体としては、例えば特許文献５に開示されているように、平板の垂直（Ｚ軸）方向に貫通孔を設けた電極が開発されている。
　しかしながら、この特許文献５に開示された電極においては、ＸＹ平面方向への水の供給が難しいため、電極に水を供給する流路構造が必要となる。

　水電解装置を高効率化するためには、電極・触媒・イオン伝導体の３相界面面積を増やすことが重要である。一般的な触媒層は平面構造であるため、３相界面を増やすためには、平板電極を用いることが望ましい。しかしながら例えば水電解装置のアノードでは、水の電解により生成した酸素気泡が３相界面を被覆することにより、原料の水の供給が阻害され抵抗が増加する。酸素気泡を３相界面から効率よく離脱させるためには、高気孔率な金属多孔質体を電極として用いることが望ましい。３相界面の面積の最大化と気泡の脱離促進というトレードオフの関係を改善し、電解効率の向上が可能な電極構造の開発が行われている。

　電極としては、例えば特許文献５に開示されているように、平板に緻密な貫通孔を設けた電極が開発されている。この構造は、触媒層との接触面積が大きく、広い３相界面を有するが、気泡の抜け性が低い。
　また、特許文献１には、チタン粒子を焼結させることで作製した電極が提案されているが、気泡の抜け性に課題がある。

　これら課題を解決する手法として、近年は金属粉末を原料とする積層造形技術が着目されている。
　例えば、特許文献３，４では、電子ビームをエネルギー源として、金属粉末を溶融して積層造形することにより、燃料電池向けのセパレータを開発する技術が公開されている。

特許第６４８５９６７号公報特開２００６－１３８００５号公報特開２０２１－１０８２５０号公報特開２０２１－１０８２５１号公報特開２０１９－１３７８９１号公報

　しかしながら、特許文献３，４に記載されたように、電子ビームやレーザーをエネルギー源として用いた場合、金属粉末原料の溶融範囲の制御が難しく、気孔を精度良く形成することができなかった。特に、１００μｍオーダーの比較的小径の気孔を周期的に造形することは非常に困難であった。このため、空隙率が高く、流体の圧力損失が低い金属多孔質体を製造することができなかった。
　また、金属体多孔質体においては、加圧時のひずみ量が大きく、他の部材との接触抵抗が低いことが求められている。

　一方、電解装置の電極においては、多孔質体の気孔径が重要となる。電極の気孔径が大きすぎると触媒層等の他の部材との接触抵抗が大きくなり、電解効率が低下してしまう。一方、電極の気孔径が小さすぎると気泡の抜けが悪くなり、やはり、電解効率が低下してしまう。
　ここで、特許文献３，４に記載されたように、電子ビームやレーザーをエネルギー源として用いた場合、金属粉末原料の溶融範囲の制御が難しく、特に、電極として重要な１００μｍオーダーの比較的小径の気孔を周期的に造形することは非常に困難であった。

　本発明は、以上のような事情を背景としてなされたものであって、空隙率が高く、且つ、通過する流体の圧力損失が低い３次元規則骨格構造を有する金属部材、又は空隙率が高く、且つ、通過する流体の圧力損失が低く、さらに加圧時のひずみ量が大きく、他の部材との接触抵抗が低い３次元規則骨格構造を有する金属部材、これらの３次元規則骨格構造を有する金属部材からなる電極を備えた水電解装置、燃料電池を提供することを目的とする。

　また、本発明は以上のような事情を背景としてなされたものであって、触媒層等の他の部材との接触抵抗が低く、且つ、気泡の抜けが良く、電解効率に優れた３次元規則骨格を有する電極、この３次元規則骨格構造を有する電極を備えた水電解装置、燃料電池を提供することを目的とする。

［第１の態様］
　このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明の第１の態様の３次元規則骨格構造を有する金属部材は以下の構成を有している。
　（１）本発明の３次元規則骨格構造を有する金属部材は、空隙率が５０％以上９５％以下の範囲内とされた３次元規則骨格構造を有する金属部材であって、前記３次元規則骨格構造は、骨格と第一方向に延在する複数の気孔とを有し、前記第一方向に直交する断面において、前記気孔および前記骨格が交互に配列された気孔列が、周期的に積層された積層構造が形成されており、積層方向に隣接する前記気孔列同士において、前記気孔および前記骨格の位相が一致していることを特徴としている。

　本発明の３次元規則骨格構造を有する金属部材によれば、空隙率が５０％以上９５％以下の範囲内とされた３次元規則骨格構造をなしているので、十分に空隙率が高く、気孔を介して流体を流通することができるとともに、内部に活物質等を導入することができる。また、空隙率が９５％以下とされているので、強度を確保することができる。
　そして、前記３次元規則骨格構造を有する金属部材が、第一方向に延在する複数の気孔を有しており、前記第一方向に直交する断面において、前記気孔および骨格が交互に配列された気孔列が、周期的に積層された積層構造とされているので、前記第一方向における流体の圧力損失を大幅に低減することができる。また、活物質等を、３次元規則骨格構造を有する金属部材の内部へと容易に導入することができる。
　また、積層方向に隣接する前記気孔列同士において、前記気孔および前記骨格の位相が一致しているので、流通する流体の流れが安定し、さらに、前記第一方向における流体の圧力損失を低減することができる。

　（２）本発明の３次元規則骨格構造を有する金属部材は、（１）の３次元規則骨格構造を有する金属部材において、前記第一方向に直交する断面において、前記気孔の円相当径が５０μｍ以上１５００μｍ以下の範囲内とされていることを特徴としている。
　本発明の３次元規則骨格構造を有する金属部材によれば、前記第一方向に直交する断面において、前記気孔の円相当径が５０μｍ以上１５００μｍ以下の範囲内とされているとともに、空隙率が５０％以上９５％以下の範囲内といるので、開口径が比較的小さな気孔が多く存在することになり、前記第一方向における流体の圧力損失をさらに低減することができるとともに、内部に活物質等を導入することができる。

　（３）本発明の３次元規則骨格構造を有する金属部材は、（１）または（２）の３次元規則骨格構造を有する金属部材において、前記第一方向に直交する断面において、前記骨格の円相当径が５０μｍ以上２００μｍ以下の範囲内とされていることを特徴としている。
　本発明の３次元規則骨格構造を有する金属部材によれば、前記第一方向に直交する断面において、前記骨格の円相当径が５０μｍ以上２００μｍ以下の範囲内とされているので、空隙率を比較的高くしても、強度を確保することができる。

　（４）本発明の３次元規則骨格構造を有する金属部材は、（１）から（３）のいずれかひとつの３次元規則骨格構造を有する金属部材において、前記第一方向に直交する断面において、前記気孔列における前記骨格のピッチが１００μｍ以上１５００μｍ以下の範囲内とされていることを特徴としている。
　本発明の３次元規則骨格構造を有する金属部材によれば、気孔列における前記骨格のピッチが１００μｍ以上１５００μｍ以下の範囲内とされているので、空隙率を比較的高くしても、強度を十分に確保することができる。

　（５）本発明の３次元規則骨格構造を有する金属部材は、（１）から（４）のいずれかひとつの３次元規則骨格構造を有する金属部材において、前記第一方向における空気の圧力損失が３００００Ｐａ以下であることを特徴としている。
　本発明の３次元規則骨格構造を有する金属部材によれば、前記第一方向における空気の圧力損失が３００００Ｐａ以下とされているので、気孔の延在方向における流体の圧力損失を確実に低減することができる。

　（６）本発明の３次元規則骨格構造を有する金属部材は、（１）から（５）のいずれかひとつの３次元規則骨格構造を有する金属部材において、アルミニウムまたはアルミニウム合金、銅または銅合金、ステンレス、チタンまたはチタン合金のいずれか一種の金属からなることを特徴としている。
　本発明の３次元規則骨格構造を有する金属部材によれば、アルミニウムまたはアルミニウム合金、銅または銅合金、ステンレス、チタンまたはチタン合金のいずれか一種の金属で構成されているので、導電性、耐食性等の要求特性に応じた３次元規則骨格構造を有する金属部材を提供することができる。

　（７）本発明の水電解装置は、（１）から（６）のいずれかひとつの３次元規則骨格構造を有する金属部材からなる電極を備えたことを特徴とする。
　本発明の水電解装置によれば、上述の３次元規則骨格構造を有する金属部材からなる電極を備えているので、気孔を介して流体を流通することができるとともに、内部に活物質等を導入することができ、効率良く、かつ安定して水電解装置を稼働させることが可能となる。

　（８）本発明の燃料電池は、（１）から（６）のいずれかひとつの３次元規則骨格構造を有する金属部材からなる電極を備えたことを特徴とする。
　本発明の燃料電池によれば、上述の３次元規則骨格構造を有する金属部材からなる電極を備えているので、気孔を介して流体を流通することができるとともに、内部に活物質等を導入することができ、効率良く、かつ安定して燃料電池を稼働させることが可能となる。

［第２の態様］
　本発明の第２の態様の３次元規則骨格構造を有する金属部材は以下の構成を有している。
　（１１）本発明の３次元規則骨格構造を有する金属部材は、空隙率が５０％以上９５％以下の範囲内とされた３次元規則骨格構造を有する金属部材であって、前記３次元規則骨格構造は、骨格と第一方向に延在する複数の気孔とを有し、前記第一方向に直交する断面において、前記気孔および前記骨格が交互に配列された気孔列が、周期的に積層された積層構造が形成されており、積層方向に隣接する前記気孔列同士において、前記気孔および前記骨格の位相がズレていることを特徴としている。

　本発明の３次元規則骨格構造を有する金属部材によれば、空隙率が５０％以上９５％以下の範囲内とされた３次元規則骨格構造をなしているので、十分に空隙率が高く、気孔を介して流体を流通することができるとともに、内部に活物質等を導入することができる。
　そして、前記３次元規則骨格構造を有する金属部材が、第一方向に延在する複数の気孔を有しており、第一方向に直交する断面において、前記気孔および骨格が交互に配列された気孔列が、周期的に積層された積層構造とされているので、第一方向における流体の圧力損失を大幅に低減することができる。また、活物質等を、３次元規則骨格構造を有する金属部材の内部へと容易に導入することができる。
　また、積層方向に隣接する前記気孔列において、前記気孔および前記骨格の位相がズレているので、ヤング率が小さい。圧縮時には、周辺部材の形状に追随して変形することが可能であり、接触による電気抵抗や熱抵抗を小さくすることができる。

　（１２）本発明の３次元規則骨格構造を有する金属部材は、（１１）の３次元規則骨格構造を有する金属部材において、前記位相のズレがπ／４以上３π／４以下の範囲内とされていることを特徴としている。
　本発明の３次元規則骨格構造を有する金属部材によれば、積層方向に隣接する前記気孔列において、前記気孔および前記骨格の位相のズレがπ／４以上３π／４以下の範囲内とされているので、ヤング率が小さく、圧縮時には、周辺部材の形状に追随して変形することが可能となり、接触による電気抵抗や熱抵抗を小さくすることができる。

　（１３）本発明の３次元規則骨格構造を有する金属部材は、（１１）または（１２）の３次元規則骨格構造を有する金属部材において、前記第一方向に直交する断面において、前記気孔の円相当径が５０μｍ以上１５００μｍ以下の範囲内とされていることを特徴としている。
　本発明の３次元規則骨格構造を有する金属部材によれば、前記第一方向に直交する断面において、前記気孔の円相当径が５０μｍ以上１５００μｍ以下の範囲内とされているとともに、空隙率が５０％以上９５％以下の範囲内といるので、開口径が比較的小さな気孔が多く存在することになり、第一方向における流体の圧力損失をさらに低減することができるとともに、内部に活物質等を導入することができる。

　（１４）本発明の３次元規則骨格構造を有する金属部材は、（１１）から（１３）のいずれかひとつの３次元規則骨格構造を有する金属部材において、前記第一方向に直交する断面において、前記骨格の円相当径が５０μｍ以上２００μｍ以下の範囲内とされていることを特徴としている。
　本発明の３次元規則骨格構造を有する金属部材によれば、前記第一方向に直交する断面において、前記骨格の円相当径が５０μｍ以上２００μｍ以下の範囲内とされているので、空隙率を比較的高くしても、強度を確保することができる。

　（１５）本発明の３次元規則骨格構造を有する金属部材は、（１１）から（１４）のいずれかひとつの３次元規則骨格構造を有する金属部材において、前記第一方向に直交する断面において、前記気孔列における前記骨格のピッチが１００μｍ以上１５００μｍ以下の範囲内とされていることを特徴としている。
　本発明の３次元規則骨格構造を有する金属部材によれば、気孔列における前記骨格のピッチが１００μｍ以上１５００μｍ以下の範囲内とされているので、空隙率を比較的高くしても、強度を十分に確保することができる。

　（１６）本発明の３次元規則骨格構造を有する金属部材は、（１１）から（１５）のいずれかひとつの３次元規則骨格構造を有する金属部材において、前記第一方向における空気の圧力損失が３００００Ｐａ以下であることを特徴としている。
　本発明の３次元規則骨格構造を有する金属部材によれば、前記第一方向における空気の圧力損失が３００００Ｐａ以下とされているので、前記第一方向における流体の圧力損失を確実に低減することができる。

　（１７）本発明の３次元規則骨格構造を有する金属部材は、（１１）から（１６）のいずれかひとつの３次元規則骨格構造を有する金属部材において、４ＭＰａで加圧したときのひずみ量が１．０％以上であることを特徴としている。
　本発明の３次元規則骨格構造を有する金属部材によれば、４ＭＰａで加圧したときのひずみ量が１．０％以上とされているので、圧縮時に周辺部材の形状に追随して変形することになり、他の部材との接触抵抗を十分に低く抑えることができる。

　（１８）本発明の３次元規則骨格構造を有する金属部材は、（１１）から（１７）のいずれかひとつの３次元規則骨格構造を有する金属部材において、アルミニウムまたはアルミニウム合金、銅または銅合金、ステンレス、チタンまたはチタン合金のいずれか一種の金属からなることを特徴としている。
　本発明の３次元規則骨格構造を有する金属部材によれば、アルミニウムまたはアルミニウム合金、銅または銅合金、ステンレス、チタンまたはチタン合金のいずれか一種の金属で構成されているので、導電性、耐食性等の要求特性に応じた３次元規則骨格構造を有する金属部材を提供することができる。

　（１９）本発明の水電解装置は、（１１）から（１８）のいずれかひとつの３次元規則骨格構造を有する金属部材からなる電極を備えたことを特徴とする。
　本発明の水電解装置によれば、上述の３次元規則骨格構造を有する金属部材からなる電極を備えているので、気孔を介して流体を流通することができるとともに、他の部材との接触抵抗を低くすることができ、効率良く、かつ安定して水電解装置を稼働させることが可能となる。

　（２０）本発明の燃料電池は、（１１）から（１８）のいずれかひとつの３次元規則骨格構造を有する金属部材からなる電極を備えたことを特徴とする。
　本発明の燃料電池によれば、上述の３次元規則骨格構造を有する金属部材からなる電極を備えているので、気孔を介して流体を流通することができるとともに、他の部材との接触抵抗を低くすることができ、効率良く、かつ安定して燃料電池を稼働させることが可能となる。

［第３の態様］
　本発明の第３の態様の３次元規則骨格を有する電極は以下の構成を有している。
　（２１）本発明の３次元規則骨格を有する電極は、厚さ方向に複数の貫通孔を有する井型シート層と、この井型シート層から立設された複数のピン部材によって構成されたピン構造層と、を有し、前記井型シート層の空隙率が２０％以上７０％以下の範囲内とされ、前記ピン構造層の空隙率が７０％以上９９％以下の範囲内とされており、前記井型シート層の厚みが１０μｍ以上５００μｍ以下の範囲内とされ、前記ピン構造層の厚みが１００μｍ以上５０００μｍ以下の範囲内とされていることを特徴としている。

　本発明の３次元規則骨格を有する電極によれば、厚さ方向に複数の貫通孔を有する井型シート層と、この井型シート層から立設された複数のピン部材によって構成されたピン構造層と、を有しているので、流路構造と給電体構造とが一体化されており、接触抵抗を低く、かつ、気泡の抜けが良くなり、電解効率を大幅に向上させることが可能となる。

　そして、井型シート層の厚みが１０μｍ以上５００μｍ以下の範囲内とされているので、ピン構造層を支持する強度を確保でき、かつ、気泡の抜けを良くすることができる。また、ピン構造層の厚みが１００μｍ以上５０００μｍ以下の範囲内とされているので、井型シート層およびピン構造層での気泡の抜けを良くすることができる。
　また、前記井型シート層の空隙率が２０％以上７０％以下の範囲内とされているので、ピン構造層を支持する面積を確保でき、かつ、気泡の抜けを良くすることができる。また、ピン構造層の空隙率が７０％以上９９％以下の範囲内とされているので、ピン構造層の強度を確保できるとともに、ピン構造層での気泡の抜けを良くすることができる。

　（２２）本発明の３次元規則骨格を有する電極は、（２１）の３次元規則骨格を有する電極において、骨格径が５０μｍ以上３００μｍ以下の範囲内とされ、前記ピン構造層において前記ピン部材の単位面積当たりの本数が１０本／ｃｍ^２以上１０００本／ｃｍ^２以下の範囲内とされていることを特徴としている。
　本発明の３次元規則骨格を有する電極によれば、骨格径が５０μｍ以上３００μｍ以下の範囲内とされているので、強度を十分に確保することができるとともに、微細な周期構造となり、触媒等の他の部材との接触面積を確保することが可能となる。
　また、前記ピン構造層において前記ピン部材の単位面積当たりの本数が１０本／ｃｍ^２以上１０００本／ｃｍ^２以下の範囲内とされているので、ピン構造層の強度を確保できるとともに、ピン構造層における気泡の抜けをさらに良くすることができる。

　（２３）本発明の３次元規則骨格を有する電極は、（２１）または（２２）の３次元規則骨格を有する電極において、アルミニウムまたはアルミニウム合金、銅又は銅合金、ステンレス、チタンまたはチタン合金から選択されるいずれか一種の金属からなることを特徴としている。
　本発明の３次元規則骨格を有する電極によれば、アルミニウムまたはアルミニウム合金、銅又は銅合金、ステンレス、チタンまたはチタン合金から選択されるいずれか一種の金属で構成されているので、導電性、耐食性等の要求特性に応じた３次元規則骨格を有する電極を提供することができる。

　（２４）本発明の３次元規則骨格を有する電極は、（２１）から（２３）のいずれかひとつの３次元規則骨格を有する電極において、水の電解時における電流密度が５．０Ａ／ｃｍ^２以上であることを特徴としている。
　本発明の３次元規則骨格を有する電極によれば、水の電解時における電流密度が５．０Ａ／ｃｍ^２以上であるので、電極としての特性に優れている。

　（２５）本発明の水電解装置は、（２１）から（２４）のいずれかひとつの３次元規則骨格構造を有する電極を備えたことを特徴とする。
　本発明の水電解装置によれば、上述の３次元規則骨格構造を有する電極を備えているので、他の部材との接触抵抗が低く、且つ、気泡の抜けが良くなり、効率良く安定して水電解装置を稼働させることが可能となる。

　（２６）本発明の燃料電池は、（２１）から（２４）のいずれかひとつの３次元規則骨格構造を有する電極を備えたことを特徴とする。
　本発明の燃料電池によれば、上述の３次元規則骨格構造を有する電極を備えているので、他の部材との接触抵抗が低く、且つ、気泡の抜けが良くなり、効率良く安定して燃料電池を稼働させることが可能となる。

［第４の態様］
　本発明の第４の態様の３次元規則骨格を有する電極は以下の構成を有している。
　（３１）本発明の３次元規則骨格を有する電極は、厚さ方向に複数の貫通孔を有する井型シート層と、この井型シート層の厚さ方向に積層された直方体形状格子層と、を有し、前記井型シート層の空隙率が２０％以上７０％以下の範囲内とされ、前記直方体形状格子層の空隙率が７０％以上９９％以下の範囲内とされており、前記井型シート層の厚みが１０μｍ以上５００μｍ以下の範囲内とされ、前記直方体形状格子層の厚みが１００μｍ以上５０００μｍ以下の範囲内とされていることを特徴としている。

　本発明の３次元規則骨格を有する電極によれば、厚さ方向に複数の貫通孔を有する井型シート層と、この井型シート層の厚さ方向に積層された直方体形状格子層と、を有しているので、流路構造と給電体構造とが一体化されており、接触抵抗が低く、かつ、気泡の抜けが良くなり、電解効率を大幅に向上させることが可能となる。
　そして、井型シート層の厚みが１０μｍ以上５００μｍ以下の範囲内とされているので、直方体形状格子層を支持する強度を確保でき、かつ、気泡の抜けを良くすることができる。また、直方体形状格子層の厚みが１００μｍ以上５０００μｍ以下の範囲内とされているので、井型シート層および直方体形状格子層での気泡の抜けを良くすることができる。
　また、前記井型シート層の空隙率が２０％以上７０％以下の範囲内とされているので、直方体形状格子層を支持する面積を確保でき、かつ、気泡の抜けを良くすることができる。また、直方体形状格子層の空隙率が７０％以上９９％以下の範囲内とされているので、直方体形状格子層の強度を確保できるとともに、直方体形状格子層での気泡の抜けを良くすることができる。

　（３２）本発明の３次元規則骨格を有する電極は、（３１）の３次元規則骨格を有する電極において、前記直方体形状格子層において、骨格径が５０μｍ以上１０００μｍ以下の範囲内とされ、骨格のピッチが１００μｍ以上５０００μｍ以下の範囲内とされていることを特徴としている。
　本発明の３次元規則骨格を有する電極によれば、前記直方体形状格子層において、骨格径が５０μｍ以上１０００μｍ以下の範囲内とされているので、強度を十分に確保することができるとともに、微細な周期構造となり、触媒等の他の部材との接触面積を確保することが可能となる。
　また、前記直方体形状格子層において、骨格のピッチが１００μｍ以上５０００μｍ以下の範囲内とされているので、直方体形状格子層の強度を確保できるとともに、直方体形状格子層における気泡の抜けをさらに良くすることができる。

　（３３）本発明の３次元規則骨格を有する電極は、（３１）または（３２）の３次元規則骨格を有する電極において、アルミニウムまたはアルミニウム合金、銅又は銅合金、ステンレス、チタンまたはチタン合金のいずれか一種の金属からなることを特徴としている。
　本発明の３次元規則骨格を有する電極によれば、アルミニウムまたはアルミニウム合金、銅又は銅合金、ステンレス、チタンまたはチタン合金のいずれか一種の金属で構成されているので、導電性、耐食性等の要求特性に応じた３次元規則骨格を有する電極を提供することができる。

　（３４）本発明の３次元規則骨格を有する電極は、（３１）から（３３）のいずれかひとつの３次元規則骨格を有する電極において、水の電解時における電流密度が２．５Ａ／ｃｍ^２以上であることを特徴としている。
　本発明の３次元規則骨格を有する電極によれば、水の電解時における電流密度が２．５Ａ／ｃｍ^２以上であるので、電極としての特性に優れている。

　（３５）本発明の水電解装置は、（３１）から（３４）のいずれかひとつの３次元規則骨格構造を有する電極を備えたことを特徴とする。
　本発明の水電解装置によれば、上述の３次元規則骨格構造を有する電極を備えているので、他の部材との接触抵抗が低く、且つ、気泡の抜けが良くなり、効率良く安定して水電解装置を稼働させることが可能となる。

　（３６）本発明の燃料電池は、（３１）から（３４）のいずれかひとつの３次元規則骨格構造を有する電極を備えたことを特徴とする。
　本発明の燃料電池によれば、上述の３次元規則骨格構造を有する電極を備えているので、他の部材との接触抵抗が低く、且つ、気泡の抜けが良くなり、効率良く安定して燃料電池を稼働させることが可能となる。

　本発明の第１の態様によれば、空隙率が高く、且つ、通過する流体の圧力損失が低い３次元規則骨格構造を有する金属部材、この３次元規則骨格構造を有する金属部材からなる電極を備えた水電解装置、燃料電池を提供することができる。

　本発明の第２の態様によれば、空隙率が高く、且つ、通過する流体の圧力損失が低く、さらに加圧時のひずみ量が大きく、他の部材との接触抵抗が低い３次元規則骨格構造を有する金属部材、この３次元規則骨格構造を有する金属部材からなる電極を備えた水電解装置、燃料電池を提供することが可能となる。

　本発明の第３の態様及び第４の態様によれば、触媒層等の他の部材との接触抵抗が低く、且つ、気泡の抜けが良く、電解効率に優れた３次元規則骨格を有する電極、この３次元規則骨格構造を有する電極を備えた水電解装置、燃料電池を提供することができる。

本発明の実施形態である３次元規則骨格構造を有する金属部材の一例を示す説明図である。図１に示す３次元規則骨格構造を有する金属部材のＹ軸方向に直交する断面の模式図である。本発明の実施形態である３次元規則骨格構造を有する金属部材の一例を示す説明図である。図３に示す３次元規則骨格構造を有する金属部材のＹ軸方向に直交する断面の模式図である。本発明の実施形態である３次元規則骨格を有する電極の一例を示す説明図である。本発明の実施形態である３次元規則骨格を有する電極の一例を示す説明図である。図１又は図３に示す３次元規則骨格構造を有する金属部材の製造方法の一例を示すフロー図である。実施例における圧縮応力－ひずみ線曲線の一例を示すグラフである。図５又は図６に示す３次元規則骨格を有する電極の製造方法の一例を示すフロー図である。

　以下に、本発明の実施形態である３次元規則骨格構造を有する金属部材又は本発明の実施形態である３次元規則骨格を有する電極について、添付した図面を参照して説明する。

［第１の実施形態の金属部材］
　本実施形態の３次元規則骨格構造を有する金属部材を図１及び図２に示す。
　本実施形態である３次元規則骨格構造を有する金属部材１０は、例えば、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）のカソード電極、水電解装置のアノード電極、リチウムイオン電池やリチウムイオンキャパシタ向け電極材等の通電部材として使用されるものである。

　本実施形態である３次元規則骨格構造を有する金属部材１０は、空隙率Ｎが５０％以上９５％以下の範囲内とされた３次元規則骨格構造を有しており、図１および図２に示すように、第一方向に延在する複数の気孔１１を有しており、第一方向（気孔１１の延在方向）に直交する断面において、気孔１１および骨格１２が交互に配列された気孔列１５が積層された構造とされている。
　そして、積層方向に隣接する気孔列１５において、気孔１１および骨格１２の位相が一致している。

　なお、３次元規則骨格構造を有する金属部材１０の空隙率Ｎは、以下の式で算出される。
　　Ｎ（％）＝（１－（Ｗ／（Ｖ×Ｄ_Ｔ）））×１００
　　　Ｗ：３次元規則骨格構造を有する金属部材１０の質量（ｇ）
　　　Ｖ：３次元規則骨格構造を有する金属部材１０の体積（ｃｍ^３）
　　　Ｄ_Ｔ：３次元規則骨格構造を有する金属部材１０を構成する金属の真密度（ｇ／ｃｍ^３）

　本実施形態においては、図１に示すように、３次元規則骨格構造を有する金属部材１０は、概略直方体形状をなしており、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に沿って延在する複数の気孔１１を有している。
　ここで、図２に、３次元規則骨格構造を有する金属部材１０のＹ軸方向に直交する断面を示す。図２に示すように、３次元規則骨格構造を有する金属部材１０は、Ｘ軸方向に向けて気孔１１および骨格１２が交互に配列された気孔列１５を有しており、この気孔列１５がＺ軸方向に積層された構造とされている。
　そして、積層方向（Ｚ軸方向）に隣接する気孔列１５において、Ｘ軸方向における気孔１１および骨格１２の位相が一致している。
　ここで気孔１１および骨格１２の位相が一致している場合、Ｙ軸方向に直行するＸ－Ｚ面において、Ｚ軸方向にも気孔１１および骨格１２交互に配列しており、Ｚ軸方向に隣接する気孔１１および骨格１２が、Ｘ軸方向において同周期、即ち、同間隔且つ同位置で交互に繰り返し配置されていることをいう。
　より好ましくは、金属部材１０のＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、何れにおいても、隣接する気孔１１の間隔、隣接する骨格１２の間隔が同周期で繰り返されていてよい。

　本実施形態である３次元規則骨格構造を有する金属部材１０においては、図２に示すように、第一方向（Ｙ軸方向）に直交する断面において、気孔１１の円相当径が５０μｍ以上１５００μｍ以下の範囲内であることが好ましい。
　なお、本実施形態では、図２に示すように、第一方向（Ｙ軸方向）に直交する断面は矩形状をなしているが、この気孔１１の断面積から求めた円相当径が上述の範囲内であることが好ましい。また、矩形状の気孔１１の幅（Ｘ軸方向長さ）が１００μｍ以上１５００μｍ以下の範囲内、矩形状の気孔１１の高さ（Ｚ軸方向長さ）が１００μｍ以上１５００μｍ以下の範囲内であることが好ましい。

　また、本実施形態である３次元規則骨格構造を有する金属部材１０においては、図２に示すように、第一方向（Ｙ軸方向）に直交する断面（Ｘ－Ｚ面）において、骨格１２の円相当径が５０μｍ以上２００μｍ以下の範囲内とされていることが好ましい。
　なお、本実施形態では、図２に示すように、第一方向（Ｙ軸方向）に直交する断面において骨格１２は矩形状をなしているが、この骨格１２の断面積から求めた円相当径が上述の範囲内であることが好ましい。また、矩形状の骨格１２の幅（Ｘ軸方向長さ）が１００μｍ以上１５００μｍ以下の範囲内、矩形状の骨格１２の高さ（Ｚ軸方向長さ）が１００μｍ以上１５００μｍ以下の範囲内であることが好ましい。

　また、本実施形態である３次元規則骨格構造を有する金属部材１０においては、図２に示すように、第一方向（Ｙ軸方向）に直交する断面において、気孔列１５における骨格１２のピッチＰが１００μｍ以上１５００μｍ以下の範囲内とされていることが好ましい。

　さらに、本実施形態である３次元規則骨格構造を有する金属部材１０においては、第一方向（Ｙ軸方向）における空気の圧力損失が３００００Ｐａ以下であることが好ましい。
　なお、本実施形態においては、空気を第一方向（Ｙ軸方向）に沿って、流速１．０ｍ／ｓで流通させたときの圧力損失とした。

　また、本実施形態である３次元規則骨格構造を有する金属部材１０においては、アルミニウムまたはアルミニウム合金、銅または銅合金、ステンレス、チタンまたはチタン合金のいずれか一種の金属からなることが好ましい。

［第２の実施形態の金属部材］
　本実施形態の３次元規則骨格構造を有する金属部材を図３及び図４に示す。
　本実施形態である３次元規則骨格構造を有する金属部材１０は、例えば、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）のカソード電極、水電解装置のアノード電極、リチウムイオン電池やリチウムイオンキャパシタ向け電極材等の通電部材として使用されるものである。

　本実施形態である３次元規則骨格構造を有する金属部材１０は、空隙率Ｎが５０％以上９５％以下の範囲内とされた３次元規則骨格構造を有しており、図３および図４に示すように、第一方向（Ｙ軸方向）に延在する複数の気孔１１を有しており、この第一方向に直交する断面において、気孔１１および骨格１２が交互に配列された気孔列１５が、Ｚ軸方向に周期的に積層された積層構造とされている。
　そして、積層方向（Ｚ軸方向）に隣接する気孔列１５において、気孔１１および骨格１２の位相にズレが生じている。
　ここで気孔１１および骨格１２の位相にズレが生じている場合、Ｙ軸方向に直行するＸ－Ｚ面において、Ｚ軸方向では気孔１１および骨格１２が周期的に交互に配列しているが、Ｚ軸方向に隣接する気孔１１および骨格１２のＸ軸方向にける繰り返し配置位置にズレが生じているとよい。

　なお、３次元規則骨格構造を有する金属部材１０の空隙率Ｎは、第１の実施形態と同様の式で算出される。

　本実施形態においては、図３に示すように、３次元規則骨格構造を有する金属部材１０は、概略直方体形状をなしており、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に沿って延在する複数の気孔１１を有している。
　ここで、図４に、３次元規則骨格構造を有する金属部材１０のＹ軸方向に直交する断面を示す。図４に示すように、３次元規則骨格構造を有する金属部材１０は、Ｘ軸方向に向けて気孔１１および骨格１２が交互に配列された気孔列１５を有しており、この気孔列１５がＺ軸方向に積層された構造とされている。
　そして、積層方向（Ｚ軸方向）に隣接する気孔列１５において、Ｘ軸方向における気孔１１および骨格１２の位相にズレが生じている。

　本実施形態である３次元規則骨格構造を有する金属部材１０においては、図４に示すように、第一方向（Ｙ軸方向）に直交する断面（Ｘ－Ｚ面）において、積層方向（Ｚ軸方向）に隣接する気孔列１５における気孔１１および骨格１２の位相のズレ（Ｘ軸方向のズレ）（Ｘ軸方向の周期のズレ）Ｄがπ／４以上３π／４以下の範囲内とされていることが好ましい。

　また、本実施形態である３次元規則骨格構造を有する金属部材１０においては、図４に示すように、第一方向（Ｙ軸方向）に直交する断面において、気孔１１の円相当径が５０μｍ以上１５００μｍ以下の範囲内であることが好ましい。
　なお、本実施形態では、図４に示すように、第一方向（Ｙ軸方向）に直交する断面は矩形状をなしているが、この気孔１１の断面積から求めた円相当径が上述の範囲内であることが好ましい。また、矩形状の気孔１１の幅（Ｘ軸方向長さ）が５０μｍ以上１５００μｍ以下の範囲内、矩形状の気孔１１の高さ（Ｚ軸方向長さ）が５０μｍ以上１５００μｍ以下の範囲内であることが好ましい。

　また、本実施形態である３次元規則骨格構造を有する金属部材１０においては、図４に示すように、第一方向（Ｙ軸方向）に直交する断面において、骨格１２の円相当径が５０μｍ以上２００μｍ以下の範囲内とされていることが好ましい。
　なお、本実施形態では、図４に示すように、第一方向（Ｙ軸方向）に直交する断面において骨格１２は矩形状をなしているが、この骨格１２の断面積から求めた円相当径が上述の範囲内であることが好ましい。また、矩形状の骨格１２の幅（Ｘ軸方向長さ）が５０μｍ以上２００μｍ以下の範囲内、矩形状の骨格１２の高さ（Ｚ軸方向長さ）が５０μｍ以上１５００μｍ以下の範囲内であることが好ましい。

　また、本実施形態である３次元規則骨格構造を有する金属部材１０においては、図４に示すように、第一方向（Ｙ軸方向）に直交する断面において、気孔列１５における骨格１２のピッチＰが１００μｍ以上１５００μｍ以下の範囲内とされていることが好ましい。

　さらに、本実施形態である３次元規則骨格構造を有する金属部材１０においては、第一方向（Ｙ軸方向）における空気の圧力損失が３００００Ｐａ以下であることが好ましい。なお、本実施形態においては、空気を第一方向（Ｙ軸方向）に沿って、流速１．０ｍ／ｓで流通させたときの圧力損失とした。
　また、本実施形態である３次元規則骨格構造を有する金属部材１０において、４ＭＰａで加圧したときのひずみ量が１．０％以上であることが好ましい。

　さらに、本実施形態である３次元規則骨格構造を有する金属部材１０においては、アルミニウムまたはアルミニウム合金、銅または銅合金、ステンレス、チタンまたはチタン合金のいずれか一種の金属からなることが好ましい。

［第１の実施形態及び第２の実施形態の金属部材の製造方法］
　以下に、本実施形態である３次元規則骨格構造を有する金属部材１０の製造方法について、図７のフロー図を参照して説明する。

（金属粉準備工程Ｓ０１）
　まず、３次元規則骨格構造を有する金属部材１０を構成する金属からなる金属粉を準備する。本実施形態では、アルミニウムまたはアルミニウム合金、銅または銅合金、ステンレス、チタンまたはチタン合金のいずれか一種の金属からなる金属粉を準備する。
　ここで、金属粉は、その体積基準の平均粒径が１０μｍ以上１００μｍ以下の範囲内であることが好ましい。

（積層成形工程Ｓ０２）
　次に、上述の金属粉を用いて、バインダージェット方式の積層造形法により、３次元規則骨格構造を有する成形体を積層成形する。
　ここで、バインダージェット方式の積層造形法においては、造形時に金属粉末の溶融を伴わないため、高精細な造形が可能となる特徴がある。このため、円相当径が５０μｍ以上１５００μｍ以下の比較的小さな気孔１１であっても精度良く成形することが可能となる。
　第１の実施形態では、ここで、積層方向（Ｚ軸方向）に隣接する気孔列において、Ｘ軸方向における気孔および骨格の位相が一致するように積層成形する。
　第２の実施形態では、ここで、第一方向（Ｙ軸方向）に直交する断面において、積層方向（Ｚ軸方向）に隣接する気孔列における気孔および骨格の位相のズレ（Ｘ軸方向のズレ）Ｄがπ／４以上３π／４以下の範囲内となるように積層成形する。

（脱脂工程Ｓ０３）
　次に、バインダージェット方式の積層造形法によって成形された成形体を脱脂処理し、バインダーを除去する。脱脂条件（加熱温度、保持時間等）は、用いたバインダーの材質によって適宜設定することが好ましい。

（焼結工程Ｓ０４）
　次に、脱脂処理した成形体を焼結する。焼結条件（雰囲気、焼結温度、焼結時間等）は、金属粉の材質によって適宜設定することが好ましい。
　焼結工程Ｓ０４によって、金属粉同士を焼結することにより、本実施形態である３次元規則骨格構造を有する金属部材１０が製造されることになる。

　以上のような構成とされた第１の実施形態及び第２の実施形態の３次元規則骨格構造を有する金属部材１０によれば、空隙率Ｎが５０％以上９５％以下の範囲内とされた３次元規則骨格構造をなしているので、十分に空隙率Ｎが高く、気孔１１を介して流体を流通することができるとともに、内部に活物質等を導入することができる。また、空隙率Ｎが９５％以下とされているので、強度を確保することができる。
　なお、空隙率Ｎは、６０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがさらに好ましい。一方、空隙率Ｎは、９３％以下であることが好ましく、９１％以下であることがさらに好ましい。

　そして、３次元規則骨格構造を有する金属部材１０が、第一方向に延在する複数の気孔１１を有しており、第一方向に直交する断面において、気孔１１および骨格１２が交互に配列された気孔列１５が周期的に積層された積層構造とされているので、第一方向における流体の圧力損失を大幅に低減することができる。また、活物質等を、３次元規則骨格構造を有する金属部材１０の内部へと容易に導入することができる。

　第１の実施形態及び第２の実施形態の３次元規則骨格構造を有する金属部材１０において、第一方向に直交する断面における気孔１１の円相当径が５０μｍ以上１５００μｍ以下の範囲内とされている場合には、空隙率Ｎが５０％以上９５％以下の範囲内とされていることから、開口径が比較的小さな気孔１１が多く存在することになり、第一方向における流体の圧力損失をさらに低減することができるとともに、内部に活物質等を導入することができる。
　なお、気孔１１の円相当径は６０μｍ以上であることがさらに好ましく、７０μｍ以上であることがより好ましい。一方、気孔１１の円相当径は１４００μｍ以下であることがさらに好ましく、１３００μｍ以下であることがより好ましい。

　また、第１の実施形態及び第２の実施形態の３次元規則骨格構造を有する金属部材１０において、第一方向に直交する断面における骨格１２の円相当径が５０μｍ以上２００μｍ以下の範囲内とされている場合には、空隙率Ｎが５０％以上９５％以下の範囲内としても、３次元規則骨格構造を有する金属部材１０の強度を確保することができる。
　なお、骨格１２の円相当径は６０μｍ以上であることがさらに好ましく、７０μｍ以上であることがより好ましい。一方、骨格１２の円相当径は１８０μｍ以下であることがさらに好ましく、１６０μｍ以下であることがより好ましい。

　さらに、第１の実施形態及び第２の実施形態の３次元規則骨格構造を有する金属部材１０において、第一方向に直交する断面において、気孔列１５における骨格１２のピッチＰが１００μｍ以上１５００μｍ以下の範囲内とされている場合には、空隙率Ｎが５０％以上９５％以下の範囲内としても、３次元規則骨格構造を有する金属部材１０の強度を十分に確保することができる。
　なお、気孔列１５における骨格１２のピッチＰは１２０μｍ以上であることがさらに好ましく、１４０μｍ以上であることがより好ましい。一方、気孔列１５における骨格１２のピッチＰは１４００μｍ以下であることがさらに好ましく、１３００μｍ以下であることがより好ましい。

　また、第１の実施形態及び第２の実施形態の３次元規則骨格構造を有する金属部材１０において、第一方向における空気の圧力損失が３００００Ｐａ以下である場合には、第一方向における流体の圧力損失を確実に低減することができる。
　なお、第一方向における空気の圧力損失は２５０００Ｐａ以下であることがさらに好ましく、２００００Ｐａ以下であることがより好ましい。

　さらに、第１の実施形態及び第２の実施形態の３次元規則骨格構造を有する金属部材１０において、アルミニウムまたはアルミニウム合金、銅または銅合金、ステンレス、チタンまたはチタン合金のいずれか一種の金属で構成されている場合には、導電性、耐食性等の要求特性に応じた３次元規則骨格構造を有する金属部材１０を提供することができる。

　なお、第１の実施形態の３次元規則骨格構造を有する金属部材１０では、積層方向に隣接する気孔列１５において、気孔１１および骨格１２の位相が一致しているので、流通する流体の流れが安定し、さらに、第一方向における流体の圧力損失を低減することができる。

　一方、第２の実施形態の３次元規則骨格構造を有する金属部材１０では、積層方向に隣接する気孔列１５において、気孔１１および骨格１２の位相がズレているので、ヤング率が小さく、圧縮時には、周辺部材の形状に追随して変形することが可能となり、接触による電気抵抗や熱抵抗を小さくすることができる。

　第２の実施形態の３次元規則骨格構造を有する金属部材１０において、積層方向に隣接する気孔列１５における気孔１１および骨格１２の位相のズレＤがπ／４以上３π／４以下の範囲内とされている場合には、空隙率Ｎが高くても十分な強度を確保することができる。
　なお、積層方向に隣接する気孔列１５における気孔１１および骨格１２の位相のズレＤは、３π／１０以上であることがさらに好ましく、５π／１６以上であることがより好ましい。一方、積層方向に隣接する気孔列１５における気孔１１および骨格１２の位相のズレＤは、７π／１０以下であることがさらに好ましく、１１π／１６以下であることがより好ましい。

　さらに、第２の実施形態の３次元規則骨格構造を有する金属部材１０において、４ＭＰａで加圧したときのひずみ量が１．０％以上である場合には、圧縮時に周辺部材の形状に追随して変形することになり、他の部材との接触抵抗を十分に低く抑えることができる。

［第３の実施形態の電極］
　本実施形態の３次元規則骨格構造を有する電極を図５に示す。
　本実施形態である３次元規則骨格を有する電極１１０は、例えば、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）のカソード電極、水電解装置のアノード電極、リチウムイオン電池やリチウムイオンキャパシタ向け電極材として使用されるものである。

　本実施形態である３次元規則骨格を有する電極１１０は、３次元規則骨格構造を有しており、図５に示すように、厚さ方向（Ｚ方向）に複数の貫通孔を有する井型シート層１１１と、この井型シート層１１１から立設された複数のピン部材１１６で構成されたピン構造層１１５と、を備えている。
　井型シート層１１１は、♯型又はハッシュ型（Hash shape）の骨格を備えている。♯型又はハッシュ型（Hash shape）とは、第１方向に平行な少なくとも２本のラインと、第１方向に対して交差する第２方向に平行な少なくとも２本のラインとが交差している形状であって、第１方向と第２方向とは垂直に交差しているとより好ましい。例えば図５では、Ｘ－Ｙ面において、Ｘ方向に平行な２本のラインと、Ｘ方向に対して直交するＹ方向に平行な２本のラインとが交差して、厚さ方向に貫通孔が設けられた、井型シート層１１１を形成している。
　なお、図５においては、１本のピン部材１１６を例示しているが、実際には、複数本のピン部材１１６が井型シート層１１１から立設することで、ピン構造層１１５を構成している。

　そして、井型シート層１１１の空隙率Ｎ１が２０％以上７０％以下の範囲内とされ、井型シート層１１１の厚みｔ１（Ｚ方向厚さ）が１０μｍ以上５００μｍ以下の範囲内とされている。
　なお、井型シート層１１１の空隙率Ｎ１は、以下の式で算出される。
　　Ｎ１（％）＝（１－（Ｗ１／（Ｖ１×Ｄ１_Ｔ）））×１００
　　　Ｗ１：井型シート層１１１の質量（ｇ）
　　　Ｖ１：井型シート層１１１の体積（ｃｍ^３）
　　　Ｄ１_Ｔ：井型シート層１１１を構成する金属の真密度（ｇ／ｃｍ^３）

　また、ピン構造層１１５の空隙率Ｎ２が７０％以上９９％以下の範囲内とされ、ピン構造層１１５の厚みｔ２（Ｚ方向厚さ）が１００μｍ以上５０００μｍ以下の範囲内とされている。
　なお、ピン構造層１１５の空隙率Ｎ２は、以下の式で算出される。
　　Ｎ２（％）＝（１－（Ｗ２／（Ｖ２×Ｄ２_Ｔ）））×１００
　　　Ｗ２：ピン構造層１１５の質量（ｇ）
　　　Ｖ２：ピン構造層１１５の体積（ｃｍ^３）
　　　Ｄ２_Ｔ：ピン構造層１１５を構成する金属の真密度（ｇ／ｃｍ^３）

　ここで、本実施形態である３次元規則骨格を有する電極１１０においては、骨格径が５０μｍ以上３００μｍ以下の範囲内とされていることが好ましい。
　また、ピン構造層１１５において、ピン部材１１６の単位面積当たりの本数が１０本／ｃｍ^２以上１０００本／ｃｍ^２以下の範囲内とされていることが好ましい。

　なお、本実施形態である３次元規則骨格を有する電極１１０においては、アルミニウムまたはアルミニウム合金、銅又は銅合金、ステンレス、チタンまたはチタン合金から選択されるいずれか一種の金属からなることが好ましい。
　また、本実施形態である３次元規則骨格を有する電極１１０においては、水の電解時における電流密度が５．０Ａ／ｃｍ^２以上であることが好ましい。
　さらに、井型シート層１１１の貫通孔の内径は、１μｍ以上５００μｍ以下の範囲内であることが好ましい。

［第４の実施形態の電極］
　本実施形態の３次元規則骨格構造を有する電極を図６に示す。
　本実施形態である３次元規則骨格を有する電極１１０は、例えば、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）のカソード電極、水電解装置のアノード電極、リチウムイオン電池やリチウムイオンキャパシタ向け電極材として使用されるものである。

　本実施形態である３次元規則骨格を有する電極１１０は、３次元規則骨格構造を有しており、図６に示すように、厚さ方向に複数の貫通孔を有する井型シート層１１１と、この厚さ方向に積層された直方体形状格子層１１７と、を備えている。
　本実施形態においては、図６に示すように、井型シート層１１１は、ＸＹ平面に沿って延在しており、Ｚ軸方向に貫通する貫通孔が形成されている。
　そして、本実施形態では、直方体形状格子層１１７は、ＸＹ平面で長方形の骨格を持ち、井型シート層１１１のＺ軸方向上部に積層されている。

　そして、井型シート層１１１の空隙率Ｎ１が２０％以上７０％以下の範囲内とされ、井型シート層１１１の厚みｔ１（Ｚ方向厚さ）が１０μｍ以上５００μｍ以下の範囲内とされている。
　なお、井型シート層１１１の空隙率Ｎ１は、第３の実施形態と同様の式で算出される。

　また、直方体形状格子層１１７の空隙率Ｎ２が７０％以上９９％以下の範囲内とされ、直方体形状格子層１１７の厚みｔ２（Ｚ方向厚さ）が１００μｍ以上５０００μｍ以下の範囲内とされている。
　なお、直方体形状格子層１１７の空隙率Ｎ２は、以下の式で算出される。
　　Ｎ２（％）＝（１－（Ｗ２／（Ｖ２×Ｄ２_Ｔ）））×１００
　　　Ｗ２：直方体形状格子層１１７の質量（ｇ）
　　　Ｖ２：直方体形状格子層１１７の体積（ｃｍ^３）
　　　Ｄ２_Ｔ：直方体形状格子層１１７を構成する金属の真密度（ｇ／ｃｍ^３）

　ここで、本実施形態である３次元規則骨格を有する電極１１０においては、直方体形状格子層１１７において、骨格径が５０μｍ以上１０００μｍ以下の範囲内とされ、骨格のピッチが１００μｍ以上５０００μｍ以下の範囲内とされていることが好ましい。

　なお、本実施形態である３次元規則骨格を有する電極１１０においては、アルミニウムまたはアルミニウム合金、ステンレス、チタンまたはチタン合金のいずれか一種の金属からなることが好ましい。
　また、本実施形態である３次元規則骨格を有する電極１１０においては、水の電解時における電流密度が２．５Ａ／ｃｍ^２以上であることが好ましい。
　さらに、井型シート層１１１の貫通孔の内径は、１０μｍ以上５００μｍ以下の範囲内であることが好ましい。

［第３の実施形態及び第４の実施形態の電極の製造方法］
　以下に、本実施形態である３次元規則骨格を有する電極１１０の製造方法について、図９のフロー図を参照して説明する。

（金属粉準備工程Ｓ１１）
　まず、３次元規則骨格を有する電極１１０を構成する金属からなる金属粉を準備する。本実施形態では、アルミニウムまたはアルミニウム合金、銅または銅合金、ステンレス、チタンまたはチタン合金のいずれか一種の金属からなる金属粉を準備する。
　ここで、金属粉は、その体積基準の平均粒径が１０μｍ以上１００μｍ以下の範囲内であることが好ましい。

（積層成形工程Ｓ１２）
　次に、上述の成形原料を用いて、バインダージェット方式の積層造形法により、多孔質骨格構造（３次元規則骨格構造）を有する成形体を積層成形する。
　ここで、バインダージェット方式の積層造形法においては、造形時に金属粉末の溶融を伴わないため、高精細な造形が可能となる特徴がある。

（脱脂工程Ｓ１３）
　次に、バインダージェット方式の積層造形法によって成形された成形体を脱脂処理し、バインダーを除去する。脱脂条件（加熱温度、保持時間等）は、用いたバインダーの材質によって適宜設定することが好ましい。

（焼結工程Ｓ１４）
　次に、脱脂処理した成形体を焼結する。焼結条件（雰囲気、焼結温度、焼結時間等）は、金属粉の材質によって適宜設定することが好ましい。
　焼結工程Ｓ０４によって、金属粉同士を焼結することにより、本実施形態である３次元規則骨格を有する電極１１０が製造されることになる。

　以上のような構成とされた第３の実施形態の３次元規則骨格を有する電極１１０によれば、厚さ方向に複数の貫通孔を有する井型シート層１１１と、この井型シート層１１から立設された複数のピン部材１１６で構成されたピン構造層１１５と、を有しているので、流路構造と給電体構造とが一体化されており、他の部材との接触抵抗が低くなるとともに、気泡の抜けが良くなり、電解効率を大幅に向上させることが可能となる。

　そして、井型シート層１１１の厚みｔ１が１０μｍ以上とされているので、ピン構造層１１５を支持する強度を確保することができる。一方、井型シート層１１１の厚みｔ２が５００μｍ以下とされているので、気泡の抜けを良くすることができる。
　なお、井型シート層１１１の厚みｔ１の下限は２０μｍ以上とすることが好ましく、３０μｍ以上とすることがより好ましい。一方、井型シート層１１１の厚みｔ１の上限は４００μｍ以下とすることが好ましく、３００μｍ以下とすることがより好ましい。

　ピン構造層１１５の厚みｔ２が１００μｍ以上とされているので、井型シート層１１１での気泡の抜けを良くすることができる。一方、ピン構造層１１５の厚みｔ２が５０００μｍ以下とされているので、ピン構造層１１５での気泡の抜けを良くすることができる。
　なお、ピン構造層１１５の厚みｔ２の下限は１５０μｍ以上とすることが好ましく、２００μｍ以上とすることがより好ましい。一方、ピン構造層１１５の厚みｔ２の上限は４０００μｍ以下とすることが好ましく、３０００μｍ以下とすることがより好ましい。

　井型シート層１１１の空隙率Ｎ１が２０％以上とされているので、井型シート層１１１での気泡の抜けを良くすることができる。一方、井型シート層１１１の空隙率Ｎ１が７０％以下とされているので、ピン構造層１１５を支持する面積を確保することができる。
　なお、井型シート層１１１の空隙率Ｎ１の下限は２５％以上とすることが好ましく、３０％以上とすることがより好ましい。一方、井型シート層１１１の空隙利率Ｎ１の上限は６０％以下とすることが好ましく、５０％以下とすることがより好ましい。

　ピン構造層１１５の空隙率Ｎ２が７０％以上とされているので、ピン構造層１１５での気泡の抜けを良くすることができる。一方、ピン構造層１１５の空隙率Ｎ２が９５％以下とされているので、ピン構造層１１５の強度を確保することができる。
　なお、ピン構造層１１５の空隙率Ｎ２の下限は７５％以上とすることが好ましく、８０％以上とすることがより好ましい。一方、ピン構造層１１５の空隙利率Ｎ２の上限は９８％以下とすることが好ましく、９７％以下とすることがより好ましい。

　第３の実施形態の３次元規則骨格を有する電極１１０において、骨格径が５０μｍ以上とされている場合には、強度を十分に確保することができる。一方、骨格径が３００μｍ以下とされている場合には、微細な周期構造となり、触媒等の他の部材との接触面積を確保することが可能となる。
　なお、骨格径の下限は６０μｍ以上であることがより好ましく、７０μｍ以上であることがさらに好ましい。一方、骨格径の上限は２８０μｍ以下であることがより好ましく、２５０μｍ以下であることがさらに好ましい。

　第３の実施形態の３次元規則骨格を有する電極１１０において、ピン構造層１１５におけるピン部材１１６の単位面積当たりの本数が１０本／ｃｍ^２以上とされている場合には、強度を十分に確保することができる。一方、ピン構造層１１５におけるピン部材１１６の単位面積当たりの本数が１０００本／ｃｍ^２以下とされている場合には、ピン構造層１１５における気泡の抜けをさらに良くすることができる。
　なお、ピン構造層１１５におけるピン部材１１６の単位面積当たりの本数の下限は２０本／ｃｍ^２以上であることがより好ましく、３０本／ｃｍ^２以上であることがさらに好ましい。一方、ピン構造層１１５におけるピン部材１１６の単位面積当たりの本数の上限は９００本／ｃｍ^２以下であることがより好ましく、８００本／ｃｍ^２以下であることがさらに好ましい。

　また、第３の実施形態の３次元規則骨格を有する電極１１０が、チタンまたはチタン合金、導電性、耐食性等の要求特性に応じた３次元規則骨格を有する電極を提供することができる。
　さらに、第３の実施形態の３次元規則骨格を有する電極１１０において、水の電解時における電流密度が５．０Ａ／ｃｍ^２以上である場合には、電極としての特性に優れている。

　以上のような構成とされた第４の実施形態の３次元規則骨格を有する電極１１０によれば、厚さ方向に複数の貫通孔を有する井型シート層１１１と、この井型シート層１１１の厚さ方向に積層された直方体形状格子層１１７と、を有しているので、流路構造と給電体構造とが一体化されており、他の部材との接触抵抗が低くなるとともに、気泡の抜けが良くなり、電解効率を大幅に向上させることが可能となる。

　そして、井型シート層１１１の厚みｔ１が１０μｍ以上５００μｍ以下とされているので、直方体形状格子層１１７を支持する強度を確保することができる。一方、井型シート層１１１の厚みｔ２が５００μｍ以下とされているので、気泡の抜けを良くすることができる。
　なお、井型シート層１１１の厚みｔ１の下限は２０μｍ以上とすることが好ましく、３０μｍ以上とすることがより好ましい。一方、井型シート層１１１の厚みｔ１の上限は４００μｍ以下とすることが好ましく、３００μｍ以下とすることがより好ましい。

　直方体形状格子層１１７の厚みｔ２が１００μｍ以上とされているので、井型シート層１１１での気泡の抜けを良くすることができる。一方、直方体形状格子層１１７の厚みｔ２が５０００μｍ以下とされているので、直方体形状格子層１１７での気泡の抜けを良くすることができる。
　なお、直方体形状格子層１１７の厚みｔ２の下限は２００μｍ以上とすることが好ましく、３００μｍ以上とすることがより好ましい。一方、直方体形状格子層１１７の厚みｔ２の上限は４０００μｍ以下とすることが好ましく、３０００μｍ以下とすることがより好ましい。

　井型シート層１１１の空隙率Ｎ１が２０％以上とされているので、井型シート層１１１での気泡の抜けを良くすることができる。一方、井型シート層１１１の空隙率Ｎ１が７０％以下とされているので直方体形状格子層１１７を支持する面積を確保することができる。
　なお、井型シート層１１１の空隙率Ｎ１の下限は２５％以上とすることが好ましく、３０％以上とすることがより好ましい。一方、井型シート層１１１の空隙利率Ｎ１の上限は６０％以下とすることが好ましく、５０％以下とすることがより好ましい。

　直方体形状格子層１１７の空隙率Ｎ２が７０％以上とされているので、直方体形状格子層１１７での気泡の抜けを良くすることができる。一方、直方体形状格子層１１７の空隙率Ｎ２が９５％以下とされているので、直方体形状格子層１１７の強度を確保することができる。
　なお、直方体形状格子層１１７の空隙率Ｎ２の下限は７５％以上とすることが好ましく、８０％以上とすることがより好ましい。一方、直方体形状格子層１１７の空隙利率Ｎ２の上限は９８％以下とすることが好ましく、９７％以下とすることがより好ましい。

　第４の実施形態の３次元規則骨格を有する電極１１０において、直方体形状格子層１１７の骨格径が５０μｍ以上とされている場合には、強度を十分に確保することができる。一方、直方体形状格子層１１７の骨格径が１０００μｍ以下とされている場合には、微細な周期構造となり、触媒等の他の部材との接触面積を確保することが可能となる。
　なお、骨格径の下限は６０μｍ以上であることがより好ましく、７０μｍ以上であることがさらに好ましい。一方、骨格径の上限は９００μｍ以下であることがより好ましく、８００μｍ以下であることがさらに好ましい。

　第４の実施形態の３次元規則骨格を有する電極１１０において、直方体形状格子層１１７における骨格のピッチが１００μｍ以上とされている場合には、強度を十分に確保することができる。一方、直方体形状格子層１１７における骨格のピッチが５０００μｍ以下とされている場合には、微細な周期構造として、他の部材との接触面積を確保することができる。
　なお、直方体形状格子層１１７における骨格のピッチの下限は１５０μｍ以上であることがより好ましく、２００μｍ以上であることがさらに好ましい。一方、直方体形状格子層１１７における骨格のピッチの上限は４５００μｍ以下であることがより好ましく、４０００μｍ以下であることがさらに好ましい。

　また、第４の実施形態の３次元規則骨格を有する電極１１０が、アルミニウムまたはアルミニウム合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金、銅又は銅合金、ステンレス、チタンまたはチタン合金のいずれか一種の金属で構成されている場合には、導電性、耐食性等の要求特性に応じた３次元規則骨格を有する電極を提供することができる。
　さらに、第４の実施形態の３次元規則骨格を有する電極１１０において、水の電解時における電流密度が２．５Ａ／ｃｍ^２以上である場合には、電極としての特性に優れている。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
　例えば、本実施形態では、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の二つの方向に延在する気孔１１を有するものとして説明したが、これに限定されることはなく、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の三つの方向に延在する気孔１１を有するものであってもよいし、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のいずれか一方向のみに延在する気孔１１を有するものであってもよい。
　さらに、本実施形態では、概略直方体形状をなす３次元規則骨格構造を有する金属部材として説明したが、これに限定されることはなく、他の形状の３次元規則骨格構造を有する金属部材であってもよい。

　以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。

（本発明例１－４）
　まず、表１に示す金属からなる金属粉を平均粒径３０μｍとなるように篩分することで成形原料を調製した。
　この成形原料を用いて、バインダージェット方式の３Ｄプリンタ（DigitalMetal社製DM P2500）によって、３次元規則骨格構造を積層造形し、２５０℃でバインダーを硬化させることで３次元規則骨格構造の成形体を得た。
　本発明例１－４では、このとき積層方向（Ｚ軸方向）に隣接する気孔列において、Ｘ軸方向における気孔および骨格の位相が一致するように積層造形を行った。

　得られた成形体を脱脂処理（加熱温度：４００℃、保持時間：２時間）し、その後、焼結処理を実施し、３次元規則骨格構造を有する金属部材を製造した。なお、アルミニウム粉の場合は、焼結温度を６５０℃、保持時間を５時間とし、銅粉の場合は、焼結温度を１０００℃、保持時間を５時間とし、ＳＵＳ粉の場合は、焼結温度を１３００℃、保持時間を５時間とし、チタン粉の場合は、焼結温度を１２００℃、保持時間を２時間とした。

（比較例１－３）
　まず、原料粉末として、平均粒径：１５μｍの水素化チタン粉末および平均粒径：１０μｍの純チタン粉末を用意した。さらに、水溶性樹脂結合剤としてメチルセルロースを用意し、有機溶剤としてネオペンタン、ヘキサンおよびブタンを用意し、可塑剤としてグリセリンおよびエチレングリコールを用意し、溶媒として水を用意し、さらに界面活性剤としてアルキルベンゼンスルホン酸塩を用意した。

　先に用意した水素化チタン粉末、水溶性樹脂結合剤としてのメチルセルロース、有機溶剤としてのネオペンタン、ヘキサンおよびヘプタン、可塑剤としてのグリセリンおよびエチレングリコール、溶媒としての水を配合し、必要に応じて界面活性剤としてのアルキルベンゼンスルホン酸塩を添加して１５分間混練し、チタン含有スラリーを作製した。

　得られたチタン含有スラリーを用いて、ブレードギャップ：０．４ｍｍでドクターブレード法により、ジルコニア製板の上にスラリー層を成形した。
　このスラリー層をジルコニア製板の上に載せたまま高温・高湿度槽に供給し、そこで温度：４０℃ 、湿度：９０％、２０分間保持の条件で発泡させたのち、温度：８０℃ 、１５分間保持の条件の温風乾燥を行い、グリーンシート成形体を作製した。
　そして、グリーンシート成形体を脱脂処理し、１１７０℃、１０時間保持の条件で焼結を行い、チタン多孔質板材（金属部材）を得た。

（比較例４）
　市販品の骨格径２０μｍ、気孔率６０％、厚み５００μｍの繊維焼結体（金属部材）を準備した。

（骨格および気孔）
　本発明例１－４の３次元規則骨格構造を有する金属部材においては、気孔の延在方向（第一方向）に直交する断面における骨格径、骨格のピッチ、気孔の円相当径について、Ｘ線ＣＴ測定（装置名：SMX1000、SHIMAZU株式会社製）によって測定した。
　測定後のデータは解析ソフト（VG studio max 3.2）を用いて、金属部材の３次元画像データを得た。この３次元画像データを、厚み方向に５０μｍ間隔で切り出した２次元画像（面積は３．５ｍｍ×３．５ｍｍの範囲）に対して、２値化処理（画像解析ソフトWinROOF(三谷商事株式会社)を用いた。自動２値化→判別分析法→しきい値：54-255の条件を指定し、縮退処理の操作を２度行い、計測する。）を施して、金属部材における骨格部分と気孔部分を分離し、骨格径、骨格のピッチ、気孔の円相当径を算出した。

（空隙率）
　本発明例１－４および比較例１－４の金属部材の空隙率Ｎを、以下のようにして算出した。
　　　Ｎ（％）＝（１－（Ｗ／（Ｖ×Ｄ_Ｔ）））×１００
　　　Ｗ：金属部材の質量（ｇ）
　　　Ｖ：金属部材の体積（ｃｍ^３）
　　　Ｄ_Ｔ：金属部材を構成する金属の真密度（ｇ／ｃｍ^３）

（圧力損失）
　本発明例１－４および比較例１－４の金属部材について、以下のようにして気孔の延在方向の圧力損失を評価した。
　４０ｍｍ×２０ｍｍ、深さ０．２ｍｍの溝が掘られた圧損測定用プレート（８０ｍｍ角×厚み１５ｍｍ）に、４０ｍｍ×２０ｍｍ、厚み０．２ｍｍの金属部材（本発明例１－４および比較例１－４）を設置した。また、中央部を４０ｍｍ×２０ｍｍのサイズに切り抜いたフッ素ゴム製のガスケット（８０ｍｍ×８０ｍｍ、厚み０．３ｍｍ）を、金属部材の外枠として設置した。
　上部から８０ｍｍ×８０ｍｍの金属板をかぶせ、ばねを組み込んだねじを用いて、面圧０．２５ＭＰａで押さえた。

　圧損測定用プレートには、深さ１０ｍｍのマニフォールドを、金属部材の左右両側に設けた。マニフォールドに内径φ４ｍｍのフッ素樹脂（ＰＦＡ）チューブを接続し、圧損測定用プレートに空気を流す。空気の流量は、マスフローメーターでコントロールした。圧損測定用プレート前後での圧力差を、デジタル微微差圧計（GC63 長野計器）で測定した。なお、空気の流速を１．０ｍ／ｓとした。

　発泡金属からなる比較例１－３、および、繊維焼結体からなる比較例４においては、圧力損失が大きく成った。気孔がランダム配置されているためと推測される。
　これに対して、第一方向に延在する気孔を有する本発明例１－４においては、圧力損失が十分に低く抑えられていた。

　以上の確認実験の結果から、本発明例によれば、空隙率が高く、且つ、通過する流体の圧力損失が低い３次元規則骨格構造を有する金属部材を提供可能であることが確認された。

（本発明例１１－１４および比較例１５）
　まず、表２に示す金属からなる金属粉を平均粒径３０μｍとなるように篩分することで成形原料を調製した。
　この成形原料を用いて、バインダージェット方式の３Ｄプリンタ（DigitalMetal社製DM P2500）によって、３次元規則骨格構造を積層造形し、２５０℃でバインダーを硬化させることで３次元規則骨格構造の成形体を得た。
　本発明例１１－１４及び比較例１５では、このとき、第一方向（Ｙ軸方向）に直交する断面において、積層方向（Ｚ軸方向）に隣接する気孔列における気孔および骨格の位相のズレ（Ｘ軸方向のズレ）Ｄが表２で示す値となるように積層造形を行った。

（比較例１１－１３）
　まず、原料粉末として、平均粒径：１５μｍの水素化チタン粉末および平均粒径：１０μｍの純チタン粉末を用意した。さらに、水溶性樹脂結合剤としてメチルセルロースを用意し、有機溶剤としてネオペンタン、ヘキサンおよびブタンを用意し、可塑剤としてグリセリンおよびエチレングリコールを用意し、溶媒として水を用意し、さらに界面活性剤としてアルキルベンゼンスルホン酸塩を用意した。

（比較例１４）
　市販品の骨格径２０μｍ、気孔率６０％、厚み５００μｍの繊維焼結体（金属部材）を準備した。

（骨格および気孔）
　本発明例１１－１４および比較例１５の３次元規則骨格構造を有する金属部材においては、気孔の延在方向（第一方向）に直交する断面における骨格径、骨格のピッチ、気孔の円相当径について、Ｘ線ＣＴ測定（装置名：SMX1000、SHIMAZU株式会社製）によって測定した。
　測定後のデータは解析ソフト（VG studio max 3.2）を用いて、金属部材の３次元画像データを得た。この３次元画像データを、厚み方向に５０μｍ間隔で切り出した２次元画像（面積は３．５ｍｍ×３．５ｍｍの範囲）に対して、２値化処理（画像解析ソフトWinROOF(三谷商事株式会社)を用いた。自動２値化→判別分析法→しきい値：54-255の条件を指定し、縮退処理の操作を２度行い、計測する。）を施して、金属部材における骨格部分と気孔部分を分離し、骨格の円相当径、骨格のピッチ、気孔の円相当径を算出した。
　結果を表２に示す。

（空隙率）
　本発明例１１－１４および比較例１１－１５の金属部材の空隙率Ｎを、本発明例１－４と同様に算出した。結果を表２に示す。

（圧力損失）
　本発明例１１－１４および比較例１１－１５の金属部材について、本発明例１－４と同様の方法で気孔の延在方向の圧力損失を評価した。結果を表２に示す。

（ひずみ量）
　２０ｍｍ×２０ｍｍに切り出したサンプルを、８０ｍｍ×８０ｍｍの圧縮測定用治具に設置する。２０ｋＮの容量を持つ圧縮測定装置（ミネベア製　Techno Graph TG-20kNB）に設置し、金属部材の面に対して垂直方向に加圧する。この時の位置座標は、リニアゲージ（キーエンス社　AT-005V）３本及びコントローラ（AT-V500）を用いて行い、圧縮応力－ひずみ線曲線（図８参照）を得て、４ＭＰａ加圧時における金属部材のひずみ量を算出した。結果を表２に示す。

　発泡金属からなる比較例１１－１３、および、繊維焼結体からなる比較例１４においては、圧力損失が大きく成った。気孔がランダム配置されているためと推測される。
　また、第一方向に延在する気孔を有し、気孔と骨格の位相が一致している比較例１５においては、圧力損失は十分に低くなったが、ひずみ量が０．５％と小さくなった。
　これに対して、一方向に延在する気孔を有する本発明例１１－１４においては、圧力損失が十分に低く、かつ、ひずみ量が十分に確保されていた。このため、他の部材との接触抵抗が低くなり、通電性および放熱性に優れていた。

　以上の確認実験の結果から、本発明例によれば、空隙率が高く、且つ、通過する流体の圧力損失が低く、さらに加圧時のひずみ量が大きく、他の部材との接触抵抗が低い３次元規則骨格構造を有する金属部材を提供可能であることが確認された。

（本発明例２１－２５）
　まず、表３に示す金属からなる金属粉を平均粒径３０μｍとなるように篩分することで成形原料を調製した。
　この成形原料を用いて、バインダージェット方式の３Ｄプリンタ（DigitalMetal社製DM P2500）によって、井型シート層およびピン構造層を積層造形し、２５０℃でバインダーを硬化させることで３次元規則骨格構造の成形体を得た。

　得られた成形体を脱脂処理（加熱温度：４００℃、保持時間：２時間）し、その後、焼結処理を実施し、３次元規則骨格を有する電極を製造した。なお、アルミニウム粉の場合は、焼結温度を６５０℃、保持時間を５時間とし、銅粉の場合は、焼結温度を１０００℃、保持時間を５時間とし、ＳＵＳ粉の場合は、焼結温度を１３００℃、保持時間を５時間とし、チタン粉の場合は、焼結温度を１２００℃、保持時間を２時間とした。

（比較例２１）
　まず、原料粉末として、平均粒径：１５μｍの水素化チタン粉末および平均粒径：１０μｍの純チタン粉末を用意した。さらに、水溶性樹脂結合剤としてメチルセルロースを用意し、有機溶剤としてネオペンタン、ヘキサンおよびブタンを用意し、可塑剤としてグリセリンおよびエチレングリコールを用意し、溶媒として水を用意し、さらに界面活性剤としてアルキルベンゼンスルホン酸塩を用意した。

　得られたチタン含有スラリーを用いて、ブレードギャップ：０．４ｍｍでドクターブレード法により、ジルコニア製板の上にスラリー層を成形した。
　このスラリー層をジルコニア製板の上に載せたまま高温・高湿度槽に供給し、そこで温度：４０℃ 、湿度：９０％、２０分間保持の条件で発泡させたのち、温度：８０℃ 、１５分間保持の条件の温風乾燥を行い、グリーンシート成形体を作製した。
　そして、グリーンシート成形体を脱脂処理し、１１７０℃、１０時間保持の条件で焼結を行い、発泡チタンシート材を得た。

（比較例２２）
　骨格径２０μｍ、気孔率８０％、厚み５００μｍの繊維焼結体（市販品）を準備した。

（空隙率）
　本発明例２１－２５の井型シート層およびピン構造層の空隙率Ｎ、比較例２１，２２のシート材の空隙率Ｎを、以下のようにして算出した。結果を表３に示す。
　　　Ｎ（％）＝（１－（Ｗ／（Ｖ×Ｄ_Ｔ）））×１００
　　　　Ｗ：質量（ｇ）
　　　　Ｖ：体積（ｃｍ^３）
　　　　Ｄ_Ｔ：構成する金属の真密度（ｇ／ｃｍ^３）

（骨格径）
　本発明例２１－２５のピン構造層の骨格径を、Ｘ線ＣＴ測定（装置名：SMX1000、SHIMAZU株式会社製）によって測定した。測定後のデータは解析ソフト（VG studio max 3.2）を用いて、ピン構造層の３次元画像データを得た。この３次元画像データを、厚み方向に５０μｍ間隔で切り出した２次元画像（面積は３．５ｍｍ×３．５ｍｍの範囲）に対して、２値化処理（画像解析ソフトWinROOF(三谷商事株式会社)を用いた。自動２値化→判別分析法→しきい値：54-255の条件を指定し、縮退処理の操作を２度行い、計測する。）を施して、ピン構造層の骨格径を算出した。結果を表３に示す。

（井型シート層の厚み、前記ピン構造層の厚み）
　上記骨格径と同様の手法で、測定・算出した。結果を表３に示す。

（ピン部材の単位面積当たりの本数）
　上記骨格径と同様の手法で、測定・算出した。結果を表３に示す。

（水の電解時における電流密度）
　本発明例２１－２５および比較例２１，２２の電極について、以下のようにして、水の電解時における電流密度を評価した。本発明例２１－２５および比較例２１，２２の電極を１ｃｍ角に切り出し、物理蒸着法にて、Ｐｔめっき（めっき厚：０．５μｍ以上）を施した。これを、アノード電極とした。
　カソード電極として、厚み３００μｍのカーボンペーパーを用いた。触媒として、アノード側には酸化イリジウム粉末、カソード側にはＰｔＲｕ粉末を用いた。イオン交換膜として、Nafion115（DuPont製）を用いた。
　水電解セルに、セル締結圧２ＭＰａの条件で組み込み、純水を共有し、温度８０℃、電解電圧２．５Ｖの条件で電流密度を測定した。

　発泡金属からなる比較例２１、および、繊維焼結体からなる比較例２２においては、電解時における電流密度が４．３Ａ／ｃｍ^２、４．０Ａ／ｃｍ^２と低くなった。
　これに対して、井型シート層とピン構造層とを積層造形した本発明例２１－２５においては、電解時における電流密度が５．０Ａ／ｃｍ^２以上と高くなった。

　以上の確認実験の結果から、本発明例によれば、触媒層等の他の部材との接触抵抗が低く、且つ、気泡の抜けが良く、電解効率に優れた３次元規則骨格を有する電極を提供可能であることが確認された。

（本発明例３１－３５）
　まず、表４に示す金属からなる金属粉を平均粒径３０μｍとなるように篩分することで成形原料を調製した。
　この成形原料を用いて、バインダージェット方式の３Ｄプリンタ（DigitalMetal社製DM P2500）によって、井型シート層および直方体形状格子層を積層造形し、２５０℃でバインダーを硬化させることで３次元規則骨格構造の成形体を得た。

（比較例３１）
　まず、原料粉末として、平均粒径：１５μｍの水素化チタン粉末および平均粒径：１０μｍの純チタン粉末を用意した。さらに、水溶性樹脂結合剤としてメチルセルロースを用意し、有機溶剤としてネオペンタン、ヘキサンおよびブタンを用意し、可塑剤としてグリセリンおよびエチレングリコールを用意し、溶媒として水を用意し、さらに界面活性剤としてアルキルベンゼンスルホン酸塩を用意した。

（比較例３２）
　骨格径２０μｍ、気孔率８０％、厚み５００μｍの繊維焼結体（市販品）を準備した。

（空隙率）
　本発明例３１－３５の井型シート層および直方体形状格子層の空隙率Ｎ、比較例３１，３２のシート材の空隙率Ｎを、以下のようにして算出した。結果を表４に示す。
　　　Ｎ（％）＝（１－（Ｗ／（Ｖ×Ｄ_Ｔ）））×１００
　　　Ｗ：質量（ｇ）
　　　Ｖ：体積（ｃｍ^３）
　　　Ｄ_Ｔ：構成する金属の真密度（ｇ／ｃｍ^３）

（骨格径、厚み、骨格のピッチ）
　本発明例３１－３５の直方体形状格子層の骨格径および骨格のピッチと井形シート層及び直方体形状格子層の厚みを、Ｘ線ＣＴ測定（装置名：SMX1000、SHIMAZU株式会社製）によって測定した。
　測定後のデータは解析ソフト（VG studio max 3.2）を用いて、金属部材の３次元画像データを得た。この３次元画像データを、厚み方向に５０μｍ間隔で切り出した２次元画像（面積は３．５ｍｍ×３．５ｍｍの範囲）に対して、２値化処理（画像解析ソフトWinROOF(三谷商事株式会社)を用いた。自動２値化→判別分析法→しきい値：54-255の条件を指定し、縮退処理の操作を２度行い、計測する。）を施して、金属部材における骨格径および骨格のピッチと井形シート層及び直方体形状格子層の厚みを算出した。結果を表４に示す。

（水の電解時における電流密度）
　本発明例３１－３５および比較例３１，３２の電極について、本発明例２１－２５および比較例２１，２２と同様の方法で、水の電解時における電流密度を評価した。
　結果を表４に示す。

　発泡金属からなる比較例３１、および、繊維焼結体からなる比較例３２においては、水の電解時における電流密度が２．４Ａ／ｃｍ^２と低くなった。
　これに対して、井型シート層と直方体形状格子層とを積層造形した本発明例３１－３５においては、水の電解時における電流密度が２．５Ａ／ｃｍ^２以上と高くなった。

１０　３次元規則骨格構造を有する金属部材
１１　気孔
１２　骨格
１５　気孔列
１１０　３次元規則骨格を有する電極
１１１　井型シート層
１１５　ピン構造層
１１６　ピン部材
１１７　直方体形状格子層

Claims

　空隙率が５０％以上９５％以下の範囲内とされた３次元規則骨格構造を有する金属部材であって、
　前記３次元規則骨格構造は、骨格と第一方向に延在する複数の気孔とを有し、
　前記第一方向に直交する断面において、前記気孔および前記骨格が交互に配列された気孔列が、周期的に積層された積層構造が形成されており、
　積層方向に隣接する前記気孔列同士において、前記気孔および前記骨格の位相が一致していることを特徴とする３次元規則骨格構造を有する金属部材。
　空隙率が５０％以上９５％以下の範囲内とされた３次元規則骨格構造を有する金属部材であって、
　前記３次元規則骨格構造は、骨格と第一方向に延在する複数の気孔とを有し、
　前記第一方向に直交する断面において、前記気孔および前記骨格が交互に配列された気孔列が、周期的に積層された積層構造が形成されており、
　積層方向に隣接する前記気孔列同士において、前記気孔および前記骨格の位相がズレていることを特徴とする３次元規則骨格構造を有する金属部材。
　前記位相のズレがπ／４以上３π／４以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項２に記載の３次元規則骨格構造を有する金属部材。
　４ＭＰａで加圧したときのひずみ量が１．０％以上であることを特徴とする請求項２に記載の３次元規則骨格構造を有する金属部材。
　前記第一方向に直交する断面において、前記気孔の円相当径が５０μｍ以上１５００μｍ以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の３次元規則骨格構造を有する金属部材。
　前記第一方向に直交する断面において、前記骨格の円相当径が５０μｍ以上２００μｍ以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の３次元規則骨格構造を有する金属部材。
　前記第一方向に直交する断面において、前記気孔列における前記骨格のピッチが１００μｍ以上１５００μｍ以下の範囲内とされていることを請求項１又は請求項２に記載の３次元規則骨格構造を有する金属部材。
　前記第一方向における空気の圧力損失が３００００Ｐa以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の３次元規則骨格構造を有する金属部材。
　アルミニウムまたはアルミニウム合金、銅または銅合金、ステンレス、チタンまたはチタン合金のいずれか一種の金属からなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の３次元規則骨格構造を有する金属部材。
　請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の３次元規則骨格構造を有する金属部材からなる電極を備えたことを特徴とする水電解装置。
　請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の３次元規則骨格構造を有する金属部材からなる電極を備えたことを特徴とする燃料電池。
　厚さ方向に複数の貫通孔を有する井型シート層と、この井型シート層から立設された複数のピン部材によって構成されたピン構造層と、を有し、
　前記井型シート層の空隙率が２０％以上７０％以下の範囲内とされ、前記ピン構造層の空隙率が７０％以上９９％以下の範囲内とされており、
　前記井型シート層の厚みが１０μｍ以上５００μｍ以下の範囲内とされ、前記ピン構造層の厚みが１００μｍ以上５０００μｍ以下の範囲内とされていることを特徴とする３次元規則骨格を有する電極。
　骨格径が５０μｍ以上３００μｍ以下の範囲内とされ、前記ピン構造層において前記ピン部材の単位面積当たりの本数が１０本／ｃｍ^２以上１０００本／ｃｍ^２以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項１２に記載の３次元規則骨格を有する電極。
　アルミニウムまたはアルミニウム合金、銅又は銅合金、ステンレス、チタンまたはチタン合金から選択されるいずれか一種の金属からなることを特徴とする請求項１２に記載の３次元規則骨格を有する電極。
　水の電解時における電流密度が５．０Ａ／ｃｍ^２以上であることを特徴とする請求項１２に記載の３次元規則骨格を有する電極。
　厚さ方向に複数の貫通孔を有する井型シート層と、この井型シート層の厚さ方向に積層された直方体形状格子層と、を有し、
　前記井型シート層の空隙率が２０％以上７０％以下の範囲内とされ、前記直方体形状格子層の空隙率が７０％以上９９％以下の範囲内とされており、
　前記井型シート層の厚みが１０μｍ以上５００μｍ以下の範囲内とされ、前記直方体形状格子層の厚みが１００μｍ以上５０００μｍ以下の範囲内とされていることを特徴とする３次元規則骨格を有する電極。
　前記直方体形状格子層において、骨格径が５０μｍ以上１０００μｍ以下の範囲内とされ、骨格のピッチが１００μｍ以上５０００μｍ以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項１６に記載の３次元規則骨格を有する電極。
　アルミニウムまたはアルミニウム合金、銅または銅合金、ステンレス、チタンまたはチタン合金のいずれか一種の金属からなることを特徴とする請求項１６に記載の３次元規則骨格を有する電極。
　水の電解時における電流密度が２．５Ａ／ｃｍ^２以上であることを特徴とする請求項１６に記載の３次元規則骨格を有する電極。
　請求項１２から請求項１９のいずれか一項に記載の３次元規則骨格を有する電極を備えたことを特徴とする水電解装置。
　請求項１２から請求項１９のいずれか一項に記載の３次元規則骨格を有する電極を備えたことを特徴とする燃料電池。