專利名稱：金屬多孔體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠用作電池和電容器等電化學(xué)元件的電極，或者各種過濾材料的金屬多孔體。
背景技術(shù)：
在電池、電容器及燃料電池等電化學(xué)元件的領(lǐng)域里，作為電極材料用的是二維或三維的金屬制多孔體。另外，空氣過濾器和油煙霧過濾器等各種過濾器材料中所采用的也是同樣的金屬多孔體。作為二維金屬多孔體的代表例，可以舉出在銅箔及鋼板上進(jìn)行穿孔(沖孔)的穿孔鋼板(通稱沖孔鋼板)，或者是把金屬板拉伸，形成網(wǎng)眼狀的多孔金屬板。
作為三維的金屬多孔體可以舉出發(fā)泡金屬。發(fā)泡通常是在有格子狀孔的聚氨酯泡沫上鍍上鎳等金屬，在還原性氣氛中燒結(jié)，再通過除去聚氨酯泡沫等的工序而制作的。也有對以尼龍等細(xì)纖維做成的不織布進(jìn)行鍍覆，以同樣的工藝制作的纖維金屬。
在用作電池等電化學(xué)元件的電極材料時(shí)，需要做成更易于導(dǎo)電的結(jié)構(gòu)。為此，過去一般用的都是發(fā)泡金屬等三維金屬多孔體。但是，由于三維金屬多孔體與二維金屬多孔體相比需要聚氨酯等的材料費(fèi)，另外還需要燒結(jié)等工序，制造費(fèi)用非常高。另外，為了采用三維結(jié)構(gòu)，需要將纖維和骨架等加粗以提高其強(qiáng)度，結(jié)果，必然會(huì)使重量增加，活性物質(zhì)的填充量降低，也有導(dǎo)致電池容量降低的缺點(diǎn)。
作為解決以上的三維金屬多孔體用作電極材料時(shí)的缺點(diǎn)的方法，在專利文獻(xiàn)1-日本特開平9-25991號(hào)公報(bào)中，提出了將在金屬板上下附加金屬纖維等的基材用作集電體的方案。在專利文獻(xiàn)2-日本特開平10-106580號(hào)公報(bào)中，提出了在壓花加工中附加按壓力，將在凹凸部的頂點(diǎn)設(shè)有毛邊的金屬板作為基材的制造方法。在專利文獻(xiàn)3-日本特開平9-7603號(hào)公報(bào)中，提出了使用將金屬板加工成波形的基材的方案。
然而，在上述壓花加工中附加按壓力，用設(shè)有凹凸部的金屬多孔體時(shí)和通過加工成波形時(shí)，會(huì)產(chǎn)生在基材的表面容易形成毛邊和鋒利的凸部之類的問題。另外，在基材表面形成鋒利部分時(shí)，具有難以以一個(gè)工序就制作成基材的缺點(diǎn)。即，需要首先做好凹凸然后制作毛邊或者加工成波形等兩個(gè)以上的工序，但這樣的機(jī)械加工的工序增多時(shí)，基材里積蓄了變形而容易斷裂，結(jié)果導(dǎo)致成品率的下降。為了消除變形，雖然可以施加熱處理等，但在這種情況下就需要增加新的工序，從而相應(yīng)增加制造成本。在連續(xù)制作基材時(shí)，雖然需要將基材卷起來，表面有波形和鋒利的突起時(shí)在卷曲時(shí)易于掛住，導(dǎo)致成品率的下降，另外在使用制作好的基材時(shí)，也需要注意處理。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種截面為立體結(jié)構(gòu)而在表面沒有任何毛邊和鋒利的凸部、具有以微小間距并列的多個(gè)微細(xì)孔、并且具有重量輕且堅(jiān)固的骨架結(jié)構(gòu)的金屬多孔體。
本發(fā)明如圖1至圖3所示，是通過對平板狀的金屬板2進(jìn)行壓力加工而成形的、具有多個(gè)獨(dú)立的開口部8的金屬多孔體1。該金屬多孔體1在金屬板2的表里兩面具有形成相互交錯(cuò)突出的多個(gè)突起3。各突起3做成上底5(突起部)的面積比下底6的面積更狹小的角錐臺(tái)狀。在各突起3的上底5上，形成從上底5朝向下底6的方向沖切的、平視為多角形的開口部8。并且，當(dāng)將沿表面?zhèn)鹊纳系?與背面?zhèn)鹊纳系?的上下方向的間隔尺寸，即金屬多孔體2的厚度尺寸設(shè)為d時(shí)，將沖切部分的高度尺寸設(shè)為e時(shí)，設(shè)定各部位的尺寸使得0.3＜e/d＜0.9成立。另外，在這里，所謂‘平視為多角形的開口部8’是指包括角的一部分帶圓角的大致多角形的開口部，包含整體呈多角形的開口部。
本發(fā)明如圖4所示，其特征是，是將具有短邊和長邊的長方形平板狀的金屬板2，從長邊方向送入一對壓花輥12a、12b的相對的間隙S中，通過對其進(jìn)行壓力加工而成形的、具有多個(gè)獨(dú)立開口部8的金屬多孔體1。如圖1及圖7所示，該金屬多孔體1在金屬板2的表里兩面具有相互交錯(cuò)突出的多個(gè)突起3。各突起3形成上底5(突起部)的面積比下底6的面積更狹小的菱錐臺(tái)狀。在各突起3的上底5上，形成從上底5向下底6的方向沖切的、平視為菱形形狀的開口部8。該開口部8由在上底5的中央位置形成凹陷的菱錐狀的小凹部9和在該小凹部9的中央位置朝向上底5的四個(gè)角部的十字鏢狀的開口10所組成，小凹部9呈四枚三角狀的花瓣?duì)钇蛳路綌U(kuò)開的花瓣?duì)?。并且，連接突起3的菱形的相互相對的頂點(diǎn)的兩條對角線(i，j)之一的延伸方向與上述金屬多孔體1的長邊方向一致。
本發(fā)明如圖4所示，其特征是，是將具有短邊和長邊的長方形平板狀的金屬板2，從長邊方向送入一對壓花輥12a、12b的相對的間隙S中，通過對其進(jìn)行壓力加工而成形的、具有多個(gè)獨(dú)立的開口部8的金屬多孔體1。如圖1及圖9所示，該金屬多孔體1在金屬板2的表里兩面具有相互交錯(cuò)突出的多個(gè)突起3。各突起3形成上底5(突起部)的面積比下底6的面積更狹小的三角錐臺(tái)狀。在各突起3的上底5上，形成從上底5向下底6的方向沖切的、平視為三角狀的開口部8。該開口部8由在上底5的中央位置形成凹陷的三角錐狀的小凹部9和在該小凹部9的中央位置朝向上底5的三個(gè)角部的三角鏢狀的開口10所組成，小凹部9呈三枚三角狀的花瓣?duì)钇蛳路綌U(kuò)開的花瓣?duì)?。并且，突?的三角形的一邊(n)的延伸方向與金屬多孔體1的長邊方向一致。
在如圖7及圖9所示的實(shí)施例中，當(dāng)將沿表面?zhèn)鹊纳系?與底面?zhèn)鹊纳系?的上下方向的間隔尺寸，即金屬多孔體1的厚度尺寸設(shè)為d，沖切部分的高度尺寸設(shè)為e時(shí)，最好設(shè)定各部位的尺寸使得0.3＜e/d＜0.9成立。
加工前的金屬板2的板厚h最好為10-50μm。包含突起3的金屬多孔體1的板厚d最好為0.06-1.2mm。金屬板2的重量最好在50-450g/m2的范圍。如圖1所示，突起3向下方向沖切的部分與上底的平面部分所夾的角θ最好在0°以上，90°以下。
在本發(fā)明的金屬多孔體1的制造中，作為對金屬板2進(jìn)行壓力加工的一對壓花輥12a、12b，如圖4及圖5所示，使用的是具有特定結(jié)構(gòu)的輥12a、12b。在該壓花輥12a、12b的表面，多個(gè)角錐臺(tái)狀的凸凹部14、15設(shè)置成縱橫交錯(cuò)相互不同的棋盤格眼狀。在各凸部14的中央位置形成有凹陷的多角錐狀的微小凹部17。在各凹部15的中央位置，突出形成微小凸部18。該微小凸部18平視看呈朝向凹部15的角部的方向具有多個(gè)頂點(diǎn)的多方向鏢狀，連接各頂點(diǎn)和中央的突出頂點(diǎn)部的峰部分形成刀刃狀。如圖6所示，2個(gè)壓花輥12a、12b的凸凹部14、15及微小凹凸部17、18設(shè)置成使其相互咬住。這些壓花輥12a、12b以其凸凹部14、15及微小凹凸部17、18相互咬合的狀態(tài)沿相互相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
并且，如圖4所示，通過將金屬板2送入到壓花輥12a、12b的相對的間隙S中，利用上下的凸凹部14、15，通過壓花加工形成角錐臺(tái)狀的突起3使其相互交錯(cuò)突出在該金屬板2的表里兩面，與此同時(shí)，各突起3的上底5被微小凸部18穿破，從而形成從上底5向下底6的方向沖切的多角錐狀的開口部8。
具體地來說，如圖4所示，金屬板2做成具有短邊和長邊的長方形狀，將金屬板2從長邊方向送入到壓花輥12a、12b的相對的間隙中。如圖8所示，將被壓花輥12a、12b的表面形成的凹凸部14、15做成菱錐臺(tái)狀。在各凸部14的中央位置形成凹陷的菱形錐狀的微小凹部17。在各凹部15的中央位置，突出形成平視看具有四個(gè)頂點(diǎn)向著凹部15的角部方向的十字鏢狀的微小凸部18。連接凹凸部14、15的菱形的相對的角部而成的兩條對角線之一的延伸方向與金屬板2的長邊方向，即金屬板2送入壓花輥12a、12b的方向一致，形成這些凹凸部14、15。
并且，當(dāng)如圖4所示將金屬板2送入到壓花輥12a、12b的相對的間隙S中時(shí)，如圖7所示，就在金屬板2的表里兩面形成相互交錯(cuò)突出的菱錐臺(tái)狀的突起3，使得連接該菱形的相互相對的頂點(diǎn)而成的兩條對角線(i，j)之一的延伸方向具有與金屬板2的長邊方向一致的樣子。
另外，如圖4所示，金屬板2做成呈具有短邊和長邊的長方形狀，在將金屬板2從長邊方向送入到壓花輥12a、12b的相對的間隙中后，如圖10所示，也可以將被壓花輥12a、12b的表面形成的凹凸部14、15做成三角錐臺(tái)狀。在該場合，在各凸部14的中央位置形成凹陷的三角錐狀的微小凹部15。在各凹部15的中央位置，形成平視看具有三個(gè)頂點(diǎn)向著凹部15的角部方向的三方向鏢狀的微小凸部18。凹凸部14、15的三角形的一邊的延伸方向與金屬板2的長邊方向，即將該金屬板2送入壓花輥12a、12b的方向一致而形成凹凸部14、15。
并且，當(dāng)將金屬板2送入壓花輥12a、12b的相對的間隙S中時(shí)，在該金屬板2的表里兩面形成相互交錯(cuò)突出的三角錐臺(tái)狀突起3，并具有三角形的一邊(n)的延伸方向與金屬板2的長邊方向一致的樣子。
關(guān)于本發(fā)明的效果是，在本發(fā)明的金屬多孔體中，如圖1所示，由于在表里兩面進(jìn)行壓花加工使其形成相互相反的突起3，且在表里兩面的突起3的中央位置設(shè)有開口部8，所以金屬多孔體1具有高的空間率。因此，在將該金屬多孔體1用作電極基材時(shí)，能夠涂覆大量含有活性物質(zhì)的漿料，有望實(shí)現(xiàn)電池容量的高容量化。另外，能夠提高活性物質(zhì)的利用率，進(jìn)而可提高集電性能。
如圖2所示，通過形成四角錐臺(tái)狀的突起3的上底5(突起部，亦即凸起的突出端面)的面積比下底6的面積更狹小的角錐臺(tái)狀，含有組合物的漿料(以下，簡稱為漿料)就容易填充進(jìn)突起部3，能夠提高涂覆時(shí)漿料的填充率。通過將位于各突起3的上底開口部8做成多角孔(例如，上底側(cè)開口部8為四角形的孔)，可將上底側(cè)開口部8加寬，從而能夠提高填充量及填充性。
通過從上底5朝向下底6制作沖切毛邊7，防止鋒利的金屬突起能形成在金屬多孔體1的表面，就能夠避免含有活性物質(zhì)的漿料在連續(xù)涂覆時(shí)掛在刮板上而導(dǎo)致金屬多孔體1斷裂或者不能均勻地涂覆之類的問題。由于金屬多孔體1的厚度尺寸(d)與沖切部分的高度尺寸(e)的關(guān)系，e/d必須為0.3-0.9。假如不這樣設(shè)定的話，從突起3的上底5朝向下底6形成的沖切毛邊7的前端，雖然還取決于其形成角度和長度，但仍有從下底6一側(cè)的最表面突出來的危險(xiǎn)。另外，e/d小于0.3時(shí)與活性物質(zhì)的距離變遠(yuǎn)，會(huì)降低集電效率。e/d大于0.9時(shí)處理時(shí)有可能被毛邊7掛住，存在導(dǎo)致作業(yè)性降低及成品率變差的缺點(diǎn)。
構(gòu)成金屬多孔體1的金屬板2的板厚最好為10-50μm。小于10μm時(shí)，加工后的強(qiáng)度變?nèi)?，不能得到?jiān)固的骨架結(jié)構(gòu)。大于50μm時(shí)，成形后的金屬多孔體1中的金屬部分的體積增多，會(huì)導(dǎo)致活性物質(zhì)的填充率降低及電池容量的下降。
包含四角錐臺(tái)狀的突起3的金屬多孔體1的厚度尺寸d最好為0.06-1.2mm?；钚晕镔|(zhì)填充后，由于經(jīng)歷了壓延或壓力加工等工序，小于0.06時(shí)難以填充足夠的活性物質(zhì)。大于1.2mm時(shí)，由于活性物質(zhì)與金屬板2之間的距離變長，導(dǎo)致活性物質(zhì)的利用率降低，電池容量下降。
金屬板2的重量取為50-450g/m2。小于50g/m2時(shí)，作為電池用電極難以保持足夠的強(qiáng)度。大于450g/m2時(shí)，成形后的金屬部分所占的重量增多，活性物質(zhì)的填充量下降。因此，金屬板2的重量為50-450g/m2，更優(yōu)選在75-425g/m2的范圍。
上述突起3被沖切向下的部分與上底5的平面部分形成的夾角θ最好在0°以上，90°以下，更優(yōu)選20°以上，90°以下。0°即意味著未沖切開口部8的狀態(tài)。進(jìn)而，通過使θ為20°，由于孔隙率提高，活性物質(zhì)的填充性變好，有望能提高活性物質(zhì)的利用率，因而金屬多孔體1就適合于用作電池和電容器等電化學(xué)元件的電極基材。角度大于90°時(shí)，就會(huì)具有金屬多孔體1難以成形，或者需要更多的工時(shí)，使制造費(fèi)用增大等缺點(diǎn)。另外，由于被填充到?jīng)_切部分的中心部分的活性物質(zhì)的利用率下降，因而不適合于用作電化學(xué)元件的電極基材。
如圖7所示，將各突起3做成菱錐臺(tái)狀，連接突起3的菱形的相互相對的頂點(diǎn)形成的兩條對角線(i，j)之一的延伸方向(圖7中為對角線j的延伸方向)與金屬板2(金屬多孔體1)的長邊方向，即作為基材的金屬板2送入壓花輥12a、12b的相對的間隙S中的方向一致時(shí)，構(gòu)成菱形突起3的各邊的延伸方與金屬板2送入壓花輥12a、12b的相對的間隙S中的方向不一致。因此，如圖2所示，和構(gòu)成四角形的突起3的各邊的延伸方向與金屬板2送入壓花輥12a、12b的相對的間隙S中的方向一致的情況相比，壓花成形時(shí)作用于金屬板2、使該金屬板2沿其長邊方向拉伸的力沿兩個(gè)方向分散，能夠?qū)⒃摿σ种圃诒M可能小。因此，通過更好地防止金屬板2沿不想要的長邊方向拉伸，能夠以更好的尺寸精度制作金屬多孔體1。另外，能夠更好地抑制因金屬多孔體1起皺、開口部8變大而使金屬多孔體1斷裂。
如圖9所示，將各突起3做成三角錐臺(tái)狀，突起3的三角形的一邊的延伸方向(圖9中，邊n的延伸方向)與金屬板2(金屬多孔體1)的長邊方向，即作為基材的金屬板2送入壓花輥12a、12b的相對的間隙S中的方向一致時(shí)，與前面圖7的方式同樣，由于能將壓花成形時(shí)作用于金屬板2的、使該金屬板2沿該長邊方向延伸的力抑制到盡可能的小，因此通過更好地防止金屬板2沿不想要的長邊方向上延伸，能夠以更好的尺寸精度制作金屬多孔體1。另外，能夠更好地抑制因金屬多孔體1起皺、開口部8增大而使金屬多孔體1斷裂。
圖1是本發(fā)明的金屬多孔體的縱截面圖。
圖2是第一實(shí)施例的金屬多孔體的一部分的放大平面圖。
圖3是用于表示實(shí)施例1中所制作的基材的凹凸?fàn)顟B(tài)，從斜方向拍攝(放大20倍)的基材表面的照片。
圖4是用于說明本發(fā)明的金屬多孔體的制造方法的示意圖。
圖5(a)是壓花輥的一部分的放大平面圖；圖5(b)為沿圖5(a)的A-A線的斷面圖。
圖6是一對壓花輥的相對部分的放大截面圖。
圖7是本發(fā)明第2實(shí)施例的金屬多孔體的一部分的放大平面圖。
圖8(a)是壓花輥的一部分的放大平面圖；圖8(b)為沿圖8(a)的B-B線的斷面圖。
圖9是本發(fā)明第3實(shí)施例的金屬多孔體的一部分的放大平面圖。
圖10(a)是壓花輥的一部分的放大平面圖；圖10(b)為沿圖10(a)的C-C線的斷面圖。
具體實(shí)施例方式
本申請是以2002年12月17日在日本提出的專利申請2002-364607號(hào)和2003年10月15日在日本提出的專利申請2003-355027號(hào)作為優(yōu)先權(quán)的基礎(chǔ)，其公開的內(nèi)容作為本申請的參考。
第1實(shí)施例圖1至圖3表示將本發(fā)明的金屬多孔體應(yīng)用于電池等各種電化學(xué)元件的電極基材的第1實(shí)施例。金屬多孔體1，如圖1及圖2所示，是對以鐵、不銹鋼、鎳、銅、鋁等為原料的金屬板2進(jìn)行壓力加工得到的，在金屬板2的表里兩面形成有相互交錯(cuò)突出地形成的多個(gè)四角錐臺(tái)狀的突起3。在這里，使用具有尺寸為25μm厚(h)的SPCC鋼板，在該鋼板的表里兩面形成棋盤格子狀的由上底5及下底6組成的四角錐臺(tái)狀突起3。各突起3形成上底5(突出部)的面積比下底6的面積更加狹小的正四角錐臺(tái)狀，下底6的縱橫長度尺寸為1.13mm，上底5的縱橫長度尺寸(a、b)為0.65mm(a＝b＝0.65mm)。
在各突起3的上底5上形成有朝向下底6的沖切毛邊7并且形成上底側(cè)開口部的形狀為正方形的四角孔(開口部)8。具體地說，該開口部8由在上底5的中央位置形成凹陷的四角錐狀的小凹部9和在該小凹部9的中央位置朝向下底6方向沖切的十字鏢狀的開口10組成。小凹部9呈四枚花瓣?duì)钇瑪U(kuò)開的花瓣?duì)?。這里，開口部8的縱橫尺寸，即小凹部9的縱橫尺寸為0.65mm×0.65mm。
在本實(shí)施例中，如圖1所示，包含表里兩面的突起3的基材1的厚度尺寸d為0.44mm。再有，由上底5的平坦部和毛邊7的下端部決定的沖切部分的高度尺寸e為0.24mm，e/d為0.55。另外，突起形成后的金屬板2的重量為215g/m2。
有以上那樣立體結(jié)構(gòu)的基材1，如圖4所示，可以通過使金屬板2通過上下一對朝相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)的壓花輥12a、12b的相對的間隙S來制造。如圖5(a)、(b)所示，在各壓花輥12a、12b的表面，多個(gè)凸部14和凹部15被設(shè)置成縱橫交錯(cuò)相互錯(cuò)開的棋盤格眼狀。各凸部14突出地形成為下面寬的四角錐臺(tái)狀，在其突出部20的中央位置形成凹陷的四角錐狀的微小凹部17。各凹部15形成凹陷的上面寬的四角錐臺(tái)狀，在其陷進(jìn)部分21的中央位置突出地形成平視看呈具有四個(gè)朝向凹部15的角部的頂點(diǎn)的十字鏢狀的微小凸部18。連接該微小凸部18的各頂點(diǎn)和中央的突出頂點(diǎn)部分的山脊部分形成刀刃狀。凸凹部14、15呈平視看為具有1.13mm×1.13mm縱橫尺寸的正方形。微小凹凸部17、18呈0.65mm×0.65mm的正方形。在這里，凸部14的高度尺寸及凹部15的深度尺寸為0.4mm，微小凸部18的高度尺寸及微小凹部17的深度尺寸為0.35mm。
如圖6所示，上下的壓花輥12a、12b的凸凹部14、15及微小凹凸部17、18設(shè)置成相互交叉咬合的樣子。即，下側(cè)的輥12b的凹部15位于與上側(cè)輥12a的凸部14相對的位置，同樣，下側(cè)的輥12b的微小凹部17位于與上側(cè)輥12a的微小凸部18相對的位置。因而，上下的壓花輥12a、12b的相對的間隙S成為上下的凸凹部14、15及微小凹凸部17、18相互咬和的波齒狀。
并且，如圖4所示，當(dāng)將金屬板2送入上下一對壓花輥12a、12b的相對的間隙S中時(shí)，通過上下的凸凹部14、15在金屬板2的表里兩面通過壓花加工形成相互交錯(cuò)地突起的四角錐臺(tái)狀突起3。與此同時(shí)，在各突起3內(nèi)形成四角錐狀的小凹部9的同時(shí)，該小凹部的中央位置9被微小凸部18穿破，從而形成十字鏢狀的開口10。小凹部9成為四枚花瓣?duì)畹拿厰U(kuò)開的花瓣形狀。
圖3是為表示用以上方法所得到的基材1的表面的凹凸?fàn)顟B(tài)而從斜方向拍攝(放大20倍)的基材1表面的照片?；?為排列成棋盤格眼狀的具有微小間距的多個(gè)微細(xì)口(開口部)8。另外，在表面上，可以辨認(rèn)沒有任何毛邊和鋒利的凸部。還有，前面的圖1及圖2由于只是簡要地表示在金屬板(SPCC鋼板)2的表里兩面形成有突起3的樣子，并沒有正確地反映各部位的尺寸。
如上所述，在本實(shí)施例的作為金屬多孔體的基材1中，由于進(jìn)行壓花加工使表里兩面形成相互相反的突起3，且在表里兩面的突起3的中央位置設(shè)置開口部8，因此在金屬板2的厚度為例如25μm時(shí)，能夠使其截面結(jié)構(gòu)立體化至440μm厚(d，參照圖1)左右。這樣，由于能夠得到空間率高的基材1，所以能夠涂覆更多的含有活性物質(zhì)的漿料，從而實(shí)現(xiàn)電池容量的高容量化。另外，能夠使活性物質(zhì)的利用率提高，進(jìn)而提高集電性能。通過形成四角錐臺(tái)狀的突起3的上底5(突起部，亦即凸起的突出端面)的面積比下底6的面積更狹小的角錐臺(tái)狀，含有組合物材料的漿料(以下，簡稱為漿料)就容易填充進(jìn)突起部3，能夠提高涂覆時(shí)漿料的填充率。通過使相鄰的角錐臺(tái)狀突起3表里相反地突起，呈表里對稱的形狀，就能夠使表里的漿料涂覆量均勻，抑制制作電極時(shí)沖壓工序中電極的彎曲，從而能夠提高生產(chǎn)率。通過將位于各突起3的上底開口部8做成多角孔(例如，上底側(cè)開口部8為四角形的孔)，上底側(cè)開口部8就變寬，從而能提高填充量及填充性。
然后，通過從上底5朝向下底6制作沖切毛邊7，可防止鋒利的金屬突起能形成在基材1的表面，就能避免在連續(xù)涂覆含有活性物質(zhì)的漿料時(shí)掛住刮板而導(dǎo)致基材1斷裂或者不能均勻地涂覆之類的問題。再有，在成形后的電極表面上也不會(huì)露出基材1，還具有能夠防止短路的優(yōu)點(diǎn)。這時(shí)，由于基材1的厚度尺寸(d)與沖切部分的高度尺寸(e)的關(guān)系，e/d必須為0.3-0.9。假如不這樣設(shè)定的話，從突起3的上底5朝向下底6形成的沖切毛邊7的前端，雖然還取決于其形成角度和長度，但仍有從下底6一側(cè)的最表面突出的危險(xiǎn)。另外，e/d小于0.3時(shí)與活性物質(zhì)的距離變遠(yuǎn)，會(huì)降低集電效率。e/d大于0.9時(shí)處理時(shí)有被毛邊7掛住的可能性，有導(dǎo)致作業(yè)性降低及合格率變差的缺點(diǎn)。由上可知，e/d最好在0.3-0.9的范圍，更優(yōu)選在0.4-0.8的范圍。
金屬板2的板厚最好為10-50μm。小于10μm時(shí)，加工后的基材1的強(qiáng)度變?nèi)酰荒艿玫綀?jiān)固的骨架結(jié)構(gòu)。大于50μm時(shí)，成形后的基材1中金屬部分所占的體積變多，導(dǎo)致活性物質(zhì)的填充率降低及電池容量的下降。
包含四角錐臺(tái)狀的突起3的基材1的厚度尺寸d最好為0.06-1.2mm?；钚晕镔|(zhì)填充后，由于經(jīng)歷了壓延或沖壓等工序，小于0.06時(shí)難以填充足夠的活性物質(zhì)。大于1.2mm時(shí)，由于活性物質(zhì)與金屬板2之間的距離變長，導(dǎo)致活性物質(zhì)的利用率降低，電池容量下降。
金屬板2的重量取為50-450g/m2。小于50g/m2時(shí)，作為電池用電極難以保持足夠的強(qiáng)度。大于450g/m2時(shí)，成形后的金屬部分所占的重量變多，活性物質(zhì)的填充量下降。因此，金屬板2的重量為50-450g/m2，更優(yōu)選在75-425g/m2的范圍。
使用如上所述的特殊形狀的壓花輥12a、12b制作基材1時(shí)，由于能以一次機(jī)械加工制作長尺寸的基材1，因而基材1的制造費(fèi)用可以很便宜。即使截面為立體結(jié)構(gòu)，由于表面沒有毛邊和鋒利的凸部，使之容易卷繞，能夠制造合格率良好的基材1。由于能以一次壓花成形制作，難以造成變形，因此，所得到的基材1具有堅(jiān)固的骨架，良好的抗拉強(qiáng)度。
第2實(shí)施例圖7表示本發(fā)明的第2實(shí)施例的金屬多孔體。金屬多孔體1，如圖1及圖7所示，是對以鐵、不銹鋼、鎳、銅、鋁等為原料的金屬板2進(jìn)行壓力加工得到的，在金屬板2的表里兩面形成有相互交錯(cuò)地突起而成的多個(gè)四角錐臺(tái)狀突起3。在這里，如圖1所示，使用尺寸為25μm厚(h)的SPCC鋼板，在該鋼板的表里兩面形成棋盤格眼狀的由上底5及下底6組成的菱錐臺(tái)狀的突起3。各突起3形成為上底5(突出部)的面積比下底6的面積更狹小的菱錐臺(tái)狀，下底6的對角線長度尺寸(i，j)為i＝0.8mm，j＝1.0mm。
在各突起3的上底5上形成有從上底5朝向下底6被沖切的、平視看為菱形形狀的開口部8。具體地說，該開口部8由在上底5的中央位置形成凹陷的菱形錐狀的小凹部9和在該小凹部9的中央位置朝向下底6的方向沖切的十字鏢狀的開口10所組成。小凹部9呈四枚花瓣?duì)钇瑪U(kuò)開的花瓣?duì)?。這里的開口部8的對角線(k、m)的長度尺寸，即小凹部9的對角線的長度尺寸(k、m)為k＝0.4mm，m＝0.6mm。金屬多孔體1的厚度尺寸d為0.44mm。再有，由上底5的平坦部分和毛邊7的下端部分所決定的、沖切部分的高度尺寸e為0.24mm，e/d為0.55。另外，形成突起后的金屬板2的重量為215g/m2。
然后，在本實(shí)施例中，著眼點(diǎn)是使連接突起3的菱形的相互相對的頂點(diǎn)的兩條對角線(i，i)的延伸方向之一與金屬多孔體1的長邊方向一致。圖7中表示對角線j的延伸方向與金屬多孔體1的長邊方向一致的狀況。
這樣，當(dāng)使菱形突起3的一條對角線與金屬多孔體1的長邊方向一致時(shí)，即與作為基材的金屬板2送入壓花輥12a、12b的相對的間隙S中的方向一致時(shí)，構(gòu)成菱形突起3的各邊的延伸方向與金屬板2送入壓花輥12a、12b的相對的間隙S的方向不一致。因此，如圖2所示，與構(gòu)成四角形突起3的各邊的延伸方向與金屬板2送入壓花輥12a、12b的相對的間隙S的方向一致的情況相比，沖壓成形時(shí)作用于金屬板2、使該金屬板2沿其長邊方向延伸的力沿兩個(gè)方向分散，能將該力抑制得盡可能小。因此，可更好地防止金屬板2沿不想要的長邊方向延伸，能以更好的尺寸精度制作金屬多孔體1。另外，能夠更好地抑制因金屬多孔體1的起皺、開口部8增大而使金屬多孔體1斷裂。
有以上那樣立體結(jié)構(gòu)的基材，如圖4所示，可以通過使金屬板2通過在相反方向旋轉(zhuǎn)的上下一對壓花輥12a、12b的相對的間隙S來制作。如圖8(a)所示，在各壓花輥12a、12b的表面，設(shè)置縱橫交錯(cuò)相互錯(cuò)開的棋盤格眼狀的多個(gè)凸部14和凹部15。如圖8(b)所示，各凸部14突出地形成下面寬的菱錐臺(tái)狀，在其突出部的中央位置形成凹陷的菱形錐狀的微小凹部17。各凹部15形成凹陷的上面寬的菱形錐臺(tái)狀，在其陷進(jìn)部分21的中央位置突出地形成平視看呈具有朝向凹部15的角部方向的四個(gè)頂點(diǎn)的十字鏢狀的微小凸部18。連接微小凸部18的各頂點(diǎn)和中央的突出頂點(diǎn)部的山脊部分形成刀刃狀。連接各凹凸部14、15的菱形的相互相對的角部的兩條對角線之一的延伸方向與金屬板2的長邊方向，亦即金屬板2送入壓花輥12a、12b的方向一致，以形成這些凹凸部14、15。
如圖6所示，上下的壓花輥12a、12b的凸凹部14、15及微小凹凸部17、18設(shè)置成相互交叉咬合的樣子。即，下側(cè)的輥12b的凹部15位于與上側(cè)的輥12a的凸部14相對的位置，同樣，下側(cè)的輥12b的微小凹部17位于與上側(cè)的輥12a的微小凸部18相對的位置。而且，上下的壓花輥12a、12b的相對的間隙S成為上下的凸凹部14、15及微小凹凸部17、18相互咬和的波齒狀。
并且，如圖4所示，當(dāng)將金屬板2送入上下一對壓花輥12a、12b的相對的間隙S中時(shí)，如圖7所示，在金屬板2的表里兩面形成菱錐臺(tái)狀的突起3。這時(shí)，連接菱形的相互相對的頂點(diǎn)的兩條對角線(i，j)之一的延伸方向與金屬板2的長邊方向一致，以形成突起3。
第3實(shí)施例圖9表示本發(fā)明的第3實(shí)施例的金屬多孔體。金屬多孔體1，如圖1及圖9所示，是對以鐵、不銹鋼、鎳、銅、鋁等為原料的金屬板2進(jìn)行壓力加工得到的，在金屬板2的表里兩面形成棋盤格眼狀的有相互交錯(cuò)突出形成的多個(gè)正三角錐臺(tái)狀的突起3。各突起3形成上底5(突出部)的面積比下底6的面積更狹小的菱錐臺(tái)狀，下底6的一邊的長度尺寸O為1.2mm。
在各突起3的上底5上形成有從上底5朝向下底6的方向被沖切的、平視看為三角形狀的開口部8。具體地說，該開口部8由在上底5的中央位置形成凹陷的正三角錐狀的小凹部9和在該小凹部9的中央位置朝向下底6的方向被沖切的沿三個(gè)方向有切口的鏢狀的開口10組成。小凹部9做成呈3枚花瓣?duì)钇瑪U(kuò)開的花瓣?duì)?。這里，小凹部9的一邊的長度尺寸n為0.85mm。如圖1所示，金屬多孔體1的厚度尺寸d取為0.44mm。再有，由上底5的平坦部分和毛邊7的下端部分所決定的被沖切部分的高度尺寸e為0.24mm，e/d為0.55。另外，形成突起后的金屬板2的重量為215g/m2。
這樣，將各突起3做成三角錐臺(tái)狀，突起3的三角之一邊的延伸方向(圖9中邊n的延伸方向)與金屬板2(金屬多孔體1)的長邊方向，即作為基材的金屬板2送入壓花輥12a、12b的相對的間隙S的方向一致時(shí)，與上面的第2實(shí)施例的圖7的情況相同，由于能把沖壓成形時(shí)作用于金屬板2、使該金屬板2沿其長邊方向延伸的力抑制到盡可能小，因此，能更好地防止金屬板2沿不想要的長邊方向延伸，能以更好的尺寸精度制作金屬多孔體1。另外，能夠更好地抑制因金屬多孔體1的起皺、開口部8增大而使金屬多孔體1斷裂。
有如上所述的立體結(jié)構(gòu)的基材，如圖4所示，可以通過使金屬板2通過在相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)的上下一對壓花輥12a、12b的相對的間隙S來制造。這時(shí)，在各壓花輥12a、12b的表面，如圖10(a)所示，設(shè)置縱橫交錯(cuò)相互錯(cuò)開的多個(gè)凸部14和凹部15。如圖10(b)所示，各凸部14突出地形成下面寬的三角錐臺(tái)狀，在其突出部的中央位置形成凹陷的三角錐狀的微小凹部17。各凹部15形成凹陷的上面寬的三角錐臺(tái)狀，在其陷進(jìn)部分21的中央位置突出地形成平視看具有朝向凹部15的角部方向的三個(gè)頂點(diǎn)的三角鏢狀的微小凸部18。連接微小凸部18的各頂點(diǎn)和中央的突出頂點(diǎn)部分的山脊部分形成刀刃狀。在這里，凹凸部14、15的三角形的一邊的延伸方向與金屬板2的長邊方向，亦即金屬板2送入壓花輥12a、12b的方向一致，以形成這些凹凸部14、15。
如圖6所示，上下的壓花輥12a、12b的凸凹部14、15及微小凹凸部17、18設(shè)置成相互咬合的樣子。即，下側(cè)的輥12b的凹部15位于與上側(cè)的輥12a的凸部14相對的位置，同樣，下側(cè)的輥12b的微小凹部17位于與上側(cè)的輥12a的微小凸部18相對的位置。進(jìn)而，上下的壓花輥12a、12b的相對的間隙S成為上下的凸凹部14、15及微小凹凸部17、18相互咬和的波齒狀。
如圖4所示，當(dāng)將金屬板2送入上下一對壓花輥12a、12b的相對的間隙S中時(shí)，如圖9所示，相互交錯(cuò)突出的三角錐臺(tái)狀的突起3形成于金屬板2的表里兩面，而且具有其三角形的一邊的延伸方向(圖9中為邊n的延伸方向)與金屬板2的長邊方向一致的樣子。
將第1至第3實(shí)施例的這些金屬多孔體1沿長邊方向的延伸率表示在以下的表1中。具體地說，對于寬度(短邊)為90mm、長度(長邊)為800mm的金屬板2，如圖4所示，從長邊方向插入壓花輥12a、12b內(nèi)，進(jìn)行壓花加工直到總厚度尺寸為0.28mm，得到金屬多孔體1。
表1
由表1可知，如第1實(shí)施例那樣，在構(gòu)成四角錐臺(tái)狀的突起3的各邊的拉延方向與金屬板2送入壓花輥12a、12b的方向一致的方式中，金屬板2沿長邊方向的延伸率比第2及第3實(shí)施例更大，難以形成精度良好的金屬多孔體1。
與此相比，可以知道，如第2實(shí)施例那樣，在連接菱錐臺(tái)狀的突起3的菱形的相互相對的頂點(diǎn)的兩條對角線i，j之一的延伸方向(圖7中為對角線j的延伸方向)與金屬板2(金屬多孔體1)的長邊方向，即作為基材的金屬板2送入壓花輥12a、12b的相對的間隙S的方向一致時(shí)，及如第3實(shí)施例那樣，在三角錐臺(tái)狀的突起3的三角之一邊的延伸方向(圖9中為邊n的延伸方向)與金屬板2(金屬多孔體1)的長邊方向，即作為基材的金屬板2送入壓花輥12a、12b的相對的間隙S的方向一致時(shí)，與第1實(shí)施例相比，金屬板2的伸張率小，能夠制作精度優(yōu)良的金屬多孔體1。
在上述實(shí)施例中，雖具有四角錐臺(tái)狀和三角錐臺(tái)狀的突起3，但突起3和開口部8的形狀并不限于這些，也可以有五角形和六角形等多角形狀。
本發(fā)明的金屬多孔體，由于是具有多個(gè)獨(dú)立的微細(xì)口的多孔性基材，能夠應(yīng)用于空氣過濾器和油煙霧過濾器等各種過濾器。也能夠應(yīng)用于工業(yè)用脫臭催化劑的載體。
本發(fā)明雖對最佳的實(shí)施例及相關(guān)附圖進(jìn)行了說明，但其各種變化及變型對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是不言自明的。這些變化和變型由權(quán)利要求限定，只要未超出其限定，就應(yīng)理解為在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種金屬多孔體，其特征在于，在金屬板的表里兩面具有相互交錯(cuò)突出地形成的多個(gè)突起，各突起形成為上底的面積比下底的面積更狹小的角錐臺(tái)狀，在各突起的上述上底上，形成從上底向下底的方向被沖切的、平視看形成為多角狀的開口部，當(dāng)設(shè)表面?zhèn)鹊纳系着c底面?zhèn)鹊纳系籽厣舷路较虻拈g隔尺寸為d，設(shè)被沖切部分的高度尺寸為e時(shí)，0.3＜e/d＜0.9成立。
2.一種金屬多孔體，是具有多個(gè)獨(dú)立的開口部的金屬多孔體，其特征在于，在金屬板的表里兩面具有相互交錯(cuò)突出的多個(gè)突起，各突起形成為上底的面積比下底的面積更狹小的菱錐臺(tái)狀，在各突起的上底上，形成從上底向下底的方向被沖切的、平視看為菱形的開口部，上述開口部由在上底的中央位置形成凹陷的菱形錐狀的小凹部和在該小凹部的中央位置朝向上底的四個(gè)角部的十字鏢狀的開口組成，上述小凹部做成呈四枚三角狀的花瓣?duì)钇蛳路綌U(kuò)開的花瓣?duì)?，連接上述突起的菱形的相互相對的頂點(diǎn)的兩條對角線之一的延伸方向與上述金屬多孔體的長邊方向一致。
3.一種金屬多孔體，是具有多個(gè)獨(dú)立的開口部的金屬多孔體，其特征在于，在金屬板的表里兩面具有相互交錯(cuò)突出的多個(gè)突起，各突起形成為上底的面積比下底的面積更狹小的三角錐臺(tái)狀，在各突起的上底上，形成從上底向下底的方向被沖切的、平視看為三角狀的開口部，上述開口部由在上底的中央位置形成凹陷的三角錐狀的小凹部和在該小凹部的中央位置朝向上底的三個(gè)角部的三角鏢狀的開口組成，上述小凹部做成呈三枚三角狀的花瓣?duì)钇蛳路綌U(kuò)開的花瓣?duì)?，上述突起的三角的一邊的延伸方向與上述金屬多孔體的長邊方向一致。
4.如權(quán)利要求2所述的金屬多孔體，其特征在于，當(dāng)表面?zhèn)鹊纳系着c底面?zhèn)鹊纳系籽厣舷路较虻拈g隔尺寸設(shè)為d，被沖切的花瓣部分的高度尺寸設(shè)為e時(shí)，0.3＜e/d＜0.9成立。
5.如權(quán)利要求3所述的金屬多孔體，其特征在于，當(dāng)表面?zhèn)鹊纳系着c底面?zhèn)鹊纳系籽厣舷路较虻拈g隔尺寸設(shè)為d，被沖切的花瓣部分的高度尺寸設(shè)為e時(shí)，0.3＜e/d＜0.9成立。
6.如權(quán)利要求1所述的金屬多孔體，其特征在于，上述金屬板的厚度h為10-50μm。
7.如權(quán)利要求2所述的金屬多孔體，其特征在于，上述金屬板的厚度h為10-50μm。
8.如權(quán)利要求3所述的金屬多孔體，其特征在于，上述金屬板的厚度h為10-50μm。
9.如權(quán)利要求1所述的金屬多孔體，其特征在于，包含上述突起的金屬多孔體的厚度尺寸d為0.06-1.2mm。
10.如權(quán)利要求2所述的金屬多孔體，其特征在于，包含上述突起的金屬多孔體的厚度尺寸d為0.06-1.2mm。
11.如權(quán)利要求3所述的金屬多孔體，其特征在于，包含上述突起的金屬多孔體的厚度尺寸d為0.06-1.2mm。
12.如權(quán)利要求1所述的金屬多孔體，其特征在于，上述金屬板的單位重量在50-450g/m2的范圍內(nèi)。
13.如權(quán)利要求2所述的金屬多孔體，其特征在于，上述金屬板的單位重量在50-450g/m2的范圍內(nèi)。
14.如權(quán)利要求3所述的金屬多孔體，其特征在于，上述金屬板的單位重量在50-450g/m2的范圍內(nèi)。
15.如權(quán)利要求1所述的金屬多孔體，其特征在于，上述突起向下方被沖切的部分與上底的平面部分所夾的角θ在0°以上，90°以下。
16.如權(quán)利要求2所述的金屬多孔體，其特征在于，上述突起向下方被沖切的部分與上底的平面部分所夾的角θ在0°以上，90°以下。
17.如權(quán)利要求3所述的金屬多孔體，其特征在于，上述突起向下方被沖切的部分與上底的平面部分所夾的角θ在0°以上，90°以下。
18.如權(quán)利要求1所述的金屬多孔體，其特征在于，將具有短邊和長邊的長方形的平板狀的金屬板從長邊方向送入一對壓花輥的相對的間隙進(jìn)行壓制成形。
19.如權(quán)利要求2所述的金屬多孔體，其特征在于，將具有短邊和長邊的長方形的平板狀的金屬板從長邊方向送入一對壓花輥的相對的間隙進(jìn)行壓制成形。
20.如權(quán)利要求3所述的金屬多孔體，其特征在于，將具有短邊和長邊的長方形的平板狀的金屬板從長邊方向送入一對壓花輥的相對的間隙進(jìn)行壓制成形。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種能夠用作電池和電容器等電化學(xué)元件的電極等的金屬多孔體。本發(fā)明提供的金屬多孔體，在金屬板的表里兩面具有相互交錯(cuò)突出地形成的多個(gè)突起，各突起形成為臺(tái)狀，在各突起的上底上，形成從上底向下底的方向被沖切的開口部。而且，金屬多孔體厚度尺寸設(shè)為d，被沖切部分的高度尺寸設(shè)為e時(shí)，0.3＜e/d＜0.9成立。借此，可以得到在表面沒有任何毛邊和鋒利的凸部、具有以微小的間距并列的多個(gè)微細(xì)孔、重量輕并具有堅(jiān)固的骨架結(jié)構(gòu)的金屬多孔體。
文檔編號(hào)H01G9/016GK1507966SQ20031012142
公開日2004年6月30日 申請日期2003年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月17日
發(fā)明者福永浩, 岸見光浩, 森島政男, 山下壽彥, 彥, 浩, 男 申請人:日立麥克賽爾株式會(huì)社, 株式會(huì)社櫛部制作所