(57)【要約】【課題】寸法精度の高い焼結部品を効率よく製造可能な焼結部品の製造方法、寸法精度の高い焼結部品、および、信頼性の高い燃料電池を提供すること。【解決手段】本発明の焼結部品の製造方法は、無機粉末とバインダーとを含むスラリー７１を、有機材料で構成されたシート８に塗布し、塗布層７２を得る塗布工程と、塗布層７２をシート８ごと焼成し、焼結部品として、下側セパレーター下部３１ａ、下側セパレーター上部３１ｂ、上側セパレーター下部３２ａおよび上側セパレーター上部３２ｂを得る加熱工程と、を有する。これらのセパレーター部品は、それぞれ燃料電池用セパレーターとして用いられる。また、無機粉末としては、金属粉末が好ましく用いられる。【選択図】図６
2016011432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機粉末とバインダーとを含むスラリーを、有機材料で構成されたシートに塗布し、塗布層を得る塗布工程と、
前記塗布層を前記シートとともに加熱し、焼結部品を得る加熱工程と、
を有することを特徴とする焼結部品の製造方法。
【請求項２】
前記無機粉末は、金属粉末である請求項１に記載の焼結部品の製造方法。
【請求項３】
前記金属粉末は、ＣｏまたはＣｒを主成分とする金属材料で構成されている請求項２に記載の焼結部品の製造方法。
【請求項４】
前記スラリーが含む前記バインダーの主成分および前記有機材料の主成分は、互いに同じ化学構造を含んでいる請求項１ないし３のいずれか１項に記載の焼結部品の製造方法。
【請求項５】
前記シートは、凹凸形状を有する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の焼結部品の製造方法。
【請求項６】
前記塗布工程と前記加熱工程との間に設けられ、前記塗布層が形成されている前記シートを、前記塗布層ごと切断して個片化する個片化工程をさらに有する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の焼結部品の製造方法。
【請求項７】
無機粉末とバインダーとを含むスラリーを、有機材料で構成されたシートに塗布し、塗布層を得た後、前記塗布層を前記シートとともに加熱して得られたことを特徴とする焼結部品。
【請求項８】
燃料電池用セパレーターである請求項７に記載の焼結部品。
【請求項９】
燃料電池用電極である請求項７に記載の焼結部品。
【請求項１０】
請求項７ないし９のいずれか１項に記載の焼結部品を備えることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結部品の製造方法、焼結部品および燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料と酸素とを電気化学的に反応させて電気エネルギーを取り出す発電装置であり、発電効率が高く、かつ、二酸化炭素、窒素酸化物、硫黄酸化物等の発生量が少ないことから、地球環境に優しい発電装置として研究、開発が進められている。
【０００３】
このような燃料電池は、用いられる電解質の種類により、リン酸型（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩型（ＭＣＦＣ）、固体高分子型（ＰＥＦＣ）、固体酸化物型（ＳＯＦＣ）に分類される。このうち、電解質としてイオン導電性セラミックスを用いる固体酸化物型燃料電池は、非常に高い温度で運転されるため、白金等の高価な反応触媒を用いる必要がなく、コスト面で有利である。また、化石燃料の内部改質が可能なため、多様な燃料が適用可能であること、構成する構造物が固体であるため、小型化が比較的容易であること等の利点を有している。また、電解質として溶融炭酸塩を用いる溶融炭酸塩型燃料電池も、多様な燃料が適用可能であり、高温な排気ガスをガスタービン等の熱源として二次利用することができるので、大規模な発電プラント用燃料電池に適している。
【０００４】
固体酸化物型燃料電池および溶融炭酸塩型燃料電池は、それぞれ、電解質、燃料極および空気極の３層からなる単電池（セル）が、複数個直列に接続されることにより、１つのスタックを構成している。また、単電池同士の間にはセパレーターが介挿される。このセパレーターは、単電池同士を電気的に接続するとともに、燃料極との間に燃料ガスを、空気極との間に空気を、それぞれ供給するための流路を形成する。このため、セパレーターには、導電性とともに、単電池との間で気密性を維持する機能が必要とされる。
【０００５】
加えて、固体酸化物型燃料電池は７００〜１０００℃、溶融炭酸塩型燃料電池は６００〜７００℃という高温でそれぞれ運転されるため、セパレーターには十分な耐熱性も必要である。
【０００６】
固体酸化物型燃料電池用のセパレーターとしては、従来、導電性セラミックス製のものが多く用いられていたが、近年、金属製のものが開発され、使用例が多くなっている。
【０００７】
例えば、特許文献１には、プレス加工されたステンレス鋼材からなる固体酸化物型燃料電池用インターコネクターについて開示されている。プレス加工では、被加工物の表面に金型の形状が転写されることになるので、所望の形状のセパレーターを得ることができる。
【０００８】
一方、溶融炭酸塩型燃料電池用のセパレーターや電極としては、金属粉末を成形後、焼成してなる焼結部材が用いられている。
【０００９】
例えば、特許文献２には、Ｎｉ系合金の金属粉末とアクリル系結合剤とを混練してスラリー化し、このスラリーをリブ型内に充填し乾燥させた後、離型し、還元雰囲気で焼成することによってリブ付電極を製造する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１１−１９２５４６号公報
【特許文献２】特開平１−２５５１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところが、特許文献１に記載の方法でプレス加工された被加工物には、加工による残留応力が生じる。この残留応力は経時的に緩和するが、その際、セパレーターの変形を伴う。その結果、セパレーターと単電池との気密性が損なわれ、流路に供給される燃料ガスや酸化剤ガスの漏洩を招くおそれがある。
【００１２】
また、このような経時的な変形を抑えるため、セパレーターの厚さを厚くすることも考えられている。しかしながら、セパレーターの厚さが厚くなると、スタックの厚さも厚くなり、燃料電池の小型化を図ることが難しくなる。
【００１３】
一方、特許文献２に記載の方法では、粉末冶金技術を利用しているため、残留応力の経時的な緩和による変形等は発生し難い。しかしながら、リブ型内でスラリーを乾燥させた後、離型した際に、保形性が低下するという課題がある。特に、近年では、燃料電池の小型化を図るために、セパレーターや電極の薄型化が進んでいる。このため、離型後の成形体の保形性を維持することがますます難しくなっている。
【００１４】
本発明の目的は、寸法精度の高い焼結部品を効率よく製造可能な焼結部品の製造方法、寸法精度の高い焼結部品、および、信頼性の高い燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の焼結部品の製造方法は、無機粉末とバインダーとを含むスラリーを、有機材料で構成されたシートに塗布し、塗布層を得る塗布工程と、
前記塗布層を前記シートとともに加熱し、焼結部品を得る加熱工程と、
を有することを特徴とする。
【００１６】
これにより、離型する作業が不要になるので、離型に伴う不具合、例えば残留応力に伴う変形が発生せず、寸法精度の高い焼結部品を効率よく製造することができる。
【００１７】
また、従来のプレス加工における金型の摩耗や、機械加工における加工ツールの摩耗といった問題を解消することができる。
【００１８】
さらに、シートに形成された塗布層をあらかじめ多数製造しておくことにより、焼結部品の製造を、必要なときに必要な場所で、かつ短時間で少量だけ行うことができるようになるので、製造の機動性が高くなる。このため、生産調整が容易になるとともに、プレス機や機械加工機のような大型の加工設備を置けないような場所でも、焼結部品の製造が可能になる。
【００１９】
本発明の焼結部品の製造方法では、前記無機粉末は、金属粉末であることが好ましい。
これにより、目的とする形状の金属部品を高い寸法精度で製造することができる。
【００２０】
本発明の焼結部品の製造方法では、前記金属粉末は、ＣｏまたはＣｒを主成分とする金属材料で構成されていることが好ましい。
【００２１】
これにより、高温下耐腐食性や高温下耐酸化性といった耐熱性に優れた焼結部品を製造することができる。
【００２２】
本発明の焼結部品の製造方法では、前記スラリーが含む前記バインダーの主成分および前記有機材料の主成分は、互いに同じ化学構造を含んでいることが好ましい。
【００２３】
これにより、スラリーとシートとの親和性が高くなるため、スラリーをより高い寸法精度で成形することができる。また、バインダーとシートとの熱膨張率が互いに近くなるため、両者の熱膨張差に伴う塗布層の変形等が抑制され、塗布層の寸法精度の低下を抑制することができる。
【００２４】
本発明の焼結部品の製造方法では、前記シートは、凹凸形状を有することが好ましい。
これにより、他の方法では製造できない、あるいは製造し難いような凹凸形状を有する焼結部品であっても、効率よく製造することができるので、生産効率やコスト競争力の観点から有用である。
【００２５】
本発明の焼結部品の製造方法では、前記塗布工程と前記加熱工程との間に設けられ、前記塗布層が形成されている前記シートを、前記塗布層ごと切断して個片化する個片化工程をさらに有することが好ましい。
【００２６】
これにより、スラリーの塗布作業の効率と、切断作業の容易性と、加熱工程におけるハンドリングの容易性とを並立させることができる。その結果、寸法精度の高い焼結部品を、特に効率よく製造することができる。
【００２７】
本発明の焼結部品は、無機粉末とバインダーとを含むスラリーを、有機材料で構成されたシートに塗布し、塗布層を得た後、前記塗布層を前記シートとともに加熱して得られたことを特徴とする。
これにより、寸法精度の高い焼結部品が得られる。
【００２８】
本発明の焼結部品は、燃料電池用セパレーターであることが好ましい。
これにより、寸法精度の高い燃料電池用セパレーターが得られる。
【００２９】
本発明の焼結部品は、燃料電池用電極であることが好ましい。
これにより、寸法精度の高い燃料電池用電極が得られる。
【００３０】
本発明の燃料電池は、本発明の焼結部品を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い燃料電池が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の燃料電池の第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示すセルと図１に示すセパレーター（本発明の焼結部品の実施形態）とを示す分解斜視図である。
【図３】図２に示すセパレーターの側面の正面図である。
【図４】本発明の燃料電池の第２実施形態を示す分解斜視図である。
【図５】本発明の焼結部品の製造方法の第１実施形態を適用した燃料電池用セパレーターの製造方法を説明するための図である。
【図６】本発明の焼結部品の製造方法の第１実施形態を適用した燃料電池用セパレーターの製造方法を説明するための図である。
【図７】本発明の焼結部品の製造方法の第２実施形態を適用した燃料電池用セパレーターの製造方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の焼結部品の製造方法、焼結部品および燃料電池について、添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００３３】
［燃料電池］
≪第１実施形態≫
まず、本発明の燃料電池の第１実施形態について説明する。また、以下の説明では、本発明の焼結部品の実施形態についても説明する。
【００３４】
図１は、本発明の燃料電池の第１実施形態を示す斜視図である。なお、以下の説明では、説明の便宜上、図１の上方を「上」といい、下方を「下」という。
【００３５】
図１に示す燃料電池１（以下、省略して「燃料電池１」ともいう。）は、いわゆる平板型と呼ばれるものであり、多数のセル（単電池）２と、セル２同士の間に介挿されるセパレーター３（本発明の焼結部品の実施形態）と、を積層してなるスタック４と、スタック４上に設けられた上押え板５と、スタック４の下に設けられた下押え板６と、を備えている。
【００３６】
セル２は、それぞれが燃料電池として発電する能力を有する。このようなセル２を複数直列に接続してスタック４を形成することにより、十分に高い電圧を得ることができる。
【００３７】
上押え板５および下押え板６は、スタック４を上下から押えることにより、セル２とセパレーター３との間を確実に密着させる。これにより、セパレーター３を介したセル２同士の電気的な接続性を高め、接触抵抗を低減するとともに、セル２とセパレーター３との密着性を高め、層間からガスが漏出するのを抑制することができる。
【００３８】
以下、セル２およびセパレーター３についてさらに詳述する。
図２は、図１に示すセル２と、図１に示すセパレーター３と、を示す分解斜視図である。また、図３は、図２に示すセパレーターの側面の正面図である。
【００３９】
図２に示すセル２は、燃料極（アノード）２１と、電解質層２２と、空気極（カソード）２３とが、下方からこの順で積層されてなる積層体で構成されている。また、図２に示すセル２の下方には、下側セパレーター３１（本発明の焼結部品の実施形態）が積層され、図２に示すセル２の上方には、上側セパレーター３２（本発明の焼結部品の実施形態）が積層されている。なお、下側セパレーター３１と上側セパレーター３２とは、互いに異なる構成であってもよいが、本実施形態では互いに同じ構成である。
【００４０】
下側セパレーター３１および上側セパレーター３２は、それぞれ平面視でセル２と同じ形状を有する板状体で構成されている。
【００４１】
このうち、下側セパレーター３１の上面、すなわち図２に示すセル２の燃料極２１に臨む面には、並列する複数の溝（凹凸形状）３１３が形成されている。これらの溝３１３は、その長手方向の端部が、図２に示す下側セパレーター３１の側面３１１（図３（ａ）参照）と、この側面３１１に対向する側面３１５とに、それぞれ開放するよう構成されている。これにより、各溝３１３は、側面３１１または側面３１５に向けてガスが供給されたとき、このガスを流すことのできる流路として機能する。その結果、下側セパレーター３１は、溝３１３に燃料ガスを流すことにより、燃料極２１に対して燃料ガスを確実に作用させることができる。
【００４２】
一方、下側セパレーター３１の下面、すなわち図２に示すセル２の下方に隣り合うセル（図示せず）に臨む面には、やはり並列する複数の溝（凹凸形状）３１４が形成されている。これらの溝３１４は、その長手方向の端部が、図２に示す下側セパレーター３１の側面３１２（図３（ｂ）参照）と、この側面３１２に対向する側面３１６とに、それぞれ開放するよう構成されている。これにより、各溝３１４は、側面３１２または側面３１６に向けてガスが供給されたとき、このガスを流すことのできる流路として機能する。その結果、下側セパレーター３１は、溝３１４に空気等の酸化剤ガスを流すことにより、セル２の下方に隣り合うセルの空気極に対して酸化剤ガスを確実に作用させることができる。
【００４３】
また、上側セパレーター３２の上面、すなわち図２に示すセル２の上方に隣り合う図示しないセルに臨む面には、並列する複数の溝（凹凸形状）３２３が形成されている。これらの溝３２３は、その長手方向の端部が、図２に示す上側セパレーター３２の側面３２１と、この側面３２１に対向する側面３２５とに、それぞれ開放するよう構成されている。これにより、各溝３２３は、側面３２１または側面３２５に向けてガスが供給されたとき、このガスを流すことのできる流路として機能する。その結果、上側セパレーター３２は、溝３２３に燃料ガスを流すことにより、セル２の上方に隣り合うセルの燃料極に対して燃料ガスを確実に作用させることができる。
【００４４】
一方、上側セパレーター３２の下面、すなわち図２に示すセル２の空気極２３に臨む面には、並列する複数の溝（凹凸形状）３２４が形成されている。これらの溝３２４は、その長手方向の端部が、図２に示す上側セパレーター３２の側面３２２と、この側面３２１に対向する側面３２６とに、それぞれ開放するよう構成されている。これにより、各溝３２４は、側面３２２または側面３２６に向けてガスが供給されたとき、このガスを流すことのできる流路として機能する。その結果、上側セパレーター３２は、溝３２４に空気等の酸化剤ガスを流すことにより、空気極２３に対して酸化剤ガスを確実に作用させることができる。
【００４５】
ここで、固体酸化物型燃料電池の動作原理について代表に説明する。
固体酸化物型燃料電池を動作させるには、燃料ガスと酸化剤ガスとが必要である。燃料ガスとしては、水素ガスや一酸化炭素ガス等が用いられる。一方、酸化剤ガスとしては、空気等が用いられる。
【００４６】
例えば燃料ガスとして水素ガスを用いた場合、燃料極２１では、
Ｈ２＋Ｏ２-→Ｈ２Ｏ＋２ｅ-
という反応が生じる。
【００４７】
一方、酸化剤ガスに含まれる酸素ガスは、空気極２３において、
１／２Ｏ２＋２ｅ-→Ｏ２-
という反応に供される。
【００４８】
そして、空気極２３において発生した酸素イオン（Ｏ２-）は、電解質層２２を通過して燃料極２１へと移動する。一方、燃料極２１では、移動した酸素イオンと水素とが反応し、電子を発生させる。この電子が外部回路を経由して空気極２３へと移動する。
以上のようにして燃料電池１は発電することができる。
【００４９】
なお、この動作原理で発電できる電圧は、１つのセル２当たりで通常０．３Ｖ以上１．０Ｖ以下程度である。したがって、セル２を直列に複数重ねることで、より高い電圧を発生させることができる。
【００５０】
したがって、複数のセル２を積層して四角柱状のスタック４を構成したとき、各セル２において燃料ガスを供給する流路は、四角柱の４つの面のうち、１つの面に全て開口することになるので、この面全体に燃料ガスを供給するようにすれば、簡単な構成で、各セル２に燃料ガスを分配することができる。また、４つの面のうち、燃料ガスを供給する面に対向する面では、反応後の燃料ガス、例えば水蒸気等を排出することができる。
【００５１】
同様に、各セル２において酸化剤ガスを供給する流路は、四角柱の４つの面のうち、燃料ガスを供給する面に隣り合う面に開口することになる。このため、この面全体に酸化剤ガスを供給するようにすれば、簡単な構成で、各セル２に酸化剤ガスを分配することができる。また、４つの面のうち、酸化剤ガスを供給する面に対向する面では、反応後の酸化剤ガス、例えば窒素等を排出することができる。
【００５２】
以上のことから、下側セパレーター３１では、透過平面視において、溝３１３と溝３１４とが交差しているので、燃料ガスを供給する面と酸化剤ガスを供給する面とを自ずと分けることができ、上述した簡単な構成を容易に実現することができる。同様に、上側セパレーター３２では、透過平面視において、溝３２３と溝３２４とが交差しているので、上述した簡単な構成を容易に実現することができる。
【００５３】
以下、セル２の各部についてさらに詳述する。
燃料極２１、電解質層２２および空気極２３は、それぞれ平面視形状が四角形である板状をなしている。
【００５４】
固体酸化物型燃料電池の場合、燃料極２１の構成材料としては、例えば、希土類元素およびＮｉが添加されたジルコニア、希土類元素およびＮｉが添加された酸化セリウム等が挙げられる。希土類元素としては、例えば、Ｙ、Ｌｕ（ルテチウム）、Ｙｂ、Ｔｍ（ツリウム）、Ｅｒ（エルビウム）、Ｈｏ（ホルミウム）、Ｄｙ（ジスプロシウム）、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｐｒ（プラセオジム）からなる群より選択される少なくとも１種の元素が挙げられ、燃料極２１には、これらの希土類元素が酸化物として添加される。具体的には、ニッケル添加イットリア安定化ジルコニア（Ｎｉ−ＹＳＺ）、ニッケル添加サマリア安定化ジルコニア（Ｎｉ−ＳＳＺ）、ニッケル添加スカンジア安定化ジルコニア（Ｎｉ−ＳｃＳＺ）のような金属Ｎｉと電解質を構成する材料との混合物等が挙げられる。
【００５５】
また、溶融炭酸塩型燃料電池の場合、燃料極２１の構成材料としては、例えば、Ｎｉ−Ａｌ系合金が挙げられる。
【００５６】
燃料極２１の平均厚さは、特に限定されないが、５μｍ以上８００μｍ以下程度であるのが好ましく、１０μｍ以上５００μｍ以下程度であるのがより好ましい。燃料極２１の平均厚さを前記範囲内に設定することで、燃料電池１の薄型化を図りつつ、高温下における燃料極２１の耐久性をより高めることができる。
【００５７】
なお、燃料極２１は、ガス透過性を有する必要があるので、その開気孔率は１５％以上であるのが好ましく、２０％以上４０％以下程度であるのがより好ましい。
【００５８】
固体酸化物型燃料電池の場合、電解質層２２の構成材料としては、例えば、スカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、サマリア安定化ジルコニア（ＳＳＺ）、コバルト添加ランタンガレート系酸化物（ＬＳＧＭＣ）等が挙げられる。
【００５９】
また、溶融炭酸塩型燃料電池の場合、電解質層２２の構成材料としては、例えば、炭酸リチウムおよび炭酸ナトリウムを添加したリチウムアルミネート等が挙げられる。
【００６０】
電解質層２２の平均厚さは、特に限定されないが、５μｍ以上８００μｍ以下程度であるのが好ましく、１０μｍ以上５００μｍ以下程度であるのがより好ましい。電解質層２２の平均厚さを前記範囲内に設定することで、燃料電池１の薄型化および酸素イオンの通過効率の向上を図りつつ、高温下における電解質層２２の耐久性をより高めることができる。
【００６１】
なお、電解質層２２は、ガスの透過を防止するという観点から、相対密度が９３％以上であるのが好ましく、９５％以上であるのがより好ましい。
【００６２】
固体酸化物型燃料電池の場合、空気極２３の構成材料としては、例えば、ランタンニッケルフェライト（ＬＮＦ）、ランタンマンガネート（ＬＳＭ）、ランタンストロンチウムコバルタイト（ＬＳＣ）、ランタンストロンチウムコバルタイトフェライト（ＬＳＣＦ）、ランタンストロンチウムフェライト（ＬＳＦ）、サマリウムストロンチウムコバルタイト（ＳＳＣ）等が挙げられる。
【００６３】
空気極２３の平均厚さは、特に限定されないが、５μｍ以上８００μｍ以下程度であるのが好ましく、１０μｍ以上５００μｍ以下程度であるのがより好ましい。空気極２３の平均厚さを前記範囲内に設定することで、燃料電池１の薄型化を図りつつ、高温下における空気極２３の耐久性をより高めることができる。
【００６４】
また、溶融炭酸塩型燃料電池の場合、空気極２３の構成材料としては、例えば、酸化ニッケル等が挙げられる。
【００６５】
なお、空気極２３は、ガス透過性を有する必要があるので、その開気孔率は２０％以上であるのが好ましく、３０％以上５０％以下程度であるのがより好ましい。
【００６６】
また、燃料極２１、電解質層２２および空気極２３の平面視形状は、四角形に限定されず、五角形や六角形のような多角形、真円、楕円、長円のような円形等であってもよい。
【００６７】
次に、下側セパレーター３１および上側セパレーター３２についてさらに詳述する。なお、これらは互いに同じ構成なので、以下の説明では、下側セパレーター３１についてのみ説明し、上側セパレーター３２についてはその説明を省略する。
【００６８】
下側セパレーター３１の構成材料としては、例えば、ステンレス鋼、Ｆｅ−Ｃｒ系合金のようなＦｅ基合金の他、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金、Ｃｒ基合金、Ｍｏ基合金、Ｔａ基合金、Ｗ基合金等の各種耐熱金属材料が挙げられる。
【００６９】
このうち、ステンレス鋼としては、例えば、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４３４、ＳＵＳ４０５、ＳＵＳ４４４のようなフェライト系ステンレス鋼、ＳＵＳ４０３、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４３１のようなマルテンサイト系ステンレス鋼、ＳＵＳ２０１、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０５のようなオーステナイト系ステンレス鋼等が挙げられる。
【００７０】
また、Ｎｉ基合金としては、例えば、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系合金等が挙げられる。
【００７１】
また、Ｃｏ基合金およびＣｒ基合金は、高温下での機械的特性および電気的特性に優れていることから、その分、下側セパレーター３１の薄型化に貢献する。これにより、燃料電池１の薄型化および小型化を図ることができる。
【００７２】
以下、Ｃｏ基合金およびＣｒ基合金について特に詳述する。
これらのＣｏ基合金およびＣｒ基合金は、ＣｏまたはＣｒの比率が５０質量％以上９９．５質量％以下であるのが好ましく、６０質量％以上９８質量％以下であるのがより好ましい。このような材料は、特に耐熱性が高く、かつ導電性も高い材料となることから、下側セパレーター３１に適用された場合、優れた耐久性と高い発電特性とを両立させた下側セパレーター３１を実現することができる。
【００７３】
Ｃｏ基合金としては、Ｃｏが主成分である合金であればいかなる合金であってもよいが、例えば、Ｃｏ以外の添加元素として、Ｂ、Ｃ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｒｅ、Ｙ、Ｈｆ、Ｖ等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上が適宜組み合わされて添加されてもよい。また、これらの添加元素の含有率は、Ｃの含有率が０．０３質量％以上０．９質量％以下程度であるのが好ましく、Ｆｅの含有率が０．５質量％以上２０質量％以下程度であるのが好ましく、Ｎｉの含有率が３質量％以上３５質量％以下程度であるのが好ましく、Ｃｒの含有率が３質量％以上４０質量％以下程度であるのが好ましく、Ｍｏの含有率が３質量％以上１０質量％以下程度であるのが好ましく、Ｗの含有率が３質量％以上２０質量％以下程度であるのが好ましく、Ｎｂの含有率が１質量％以上５質量％以下程度であるのが好ましく、Ｔａの含有率が２質量％以上１０質量％以下程度であるのが好ましく、Ｔｉの含有率が０．２質量％以上２質量％以下程度であるのが好ましく、Ａｌの含有率が０．２質量％以上５質量％以下程度であるのが好ましい。
【００７４】
Ｃｒ基合金としては、Ｃｒが主成分である合金であればいかなる合金であってもよいが、例えば、Ｃｒ以外の添加元素として、Ｂ、Ｃ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｒｅ、Ｙ、Ｈｆ、Ｖ等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上が適宜組み合わされて添加されてもよい。また、これらの添加元素の含有率は、Ｃの含有率が０．００１質量％以上１質量％以下程度であるのが好ましく、Ｆｅの含有率が０．１質量％以上５０質量％以下程度であるのが好ましく、Ｗの含有率が０．２質量％以上１５質量％以下程度であるのが好ましく、Ｔｉの含有率が０．３質量％以上５質量％以下程度であるのが好ましく、Ｍｏの含有率が１質量％以上５質量％以下程度であるのが好ましく、Ｒｅの含有率が０．１質量％以上３質量％以下程度であるのが好ましく、Ｖの含有率が０．１質量％以上３質量％以下程度であるのが好ましい。
【００７５】
また、上記金属材料には、これらの添加元素に加え、製造過程で不可避的に混入する不純物が含まれていてもよい。
【００７６】
また、下側セパレーター３１に形成された溝３１３および溝３１４の深さは、下側セパレーター３１の最大厚さに応じて適宜設定されるが、好ましくは最大厚さの５％以上４０％以下程度であるのが好ましく、７％以上３５％以下程度であるのがより好ましい。溝３１３および溝３１４の深さをそれぞれ前記範囲内に設定することにより、下側セパレーター３１の機械的強度を十分に確保しつつ、燃料ガスや酸化剤ガスの流通抵抗を十分に抑えることができる。
【００７７】
なお、下側セパレーター３１の最大厚さは、１０μｍ以上１０００μｍ以下程度であるのが好ましく、２０μｍ以上５００μｍ以下程度であるのがより好ましい。このような厚さの下側セパレーター３１は、十分な機械的強度を維持しつつ、燃料電池１の薄型化および小型化を図ることができる。
【００７８】
また、下側セパレーター３１を平面視したときの溝３１３や溝３１４の面積占有率は、それぞれ１５％以上８０％以下程度であるのが好ましく、２０％以上７０％以下程度であるのがより好ましい。溝３１３や溝３１４の面積占有率を前記範囲内に設定することにより、下側セパレーター３１の機械的強度を十分に確保しつつ、燃料ガスと燃料極２１との接触面積および酸化剤ガスと空気極２３との接触面積を十分に確保することができるので、薄型でかつ発電効率の高い燃料電池１が得られる。
【００７９】
また、図２に示す溝３１３は、平面視で直線状をなしているが、その形状は特に限定されず、途中で曲がっていたり、分岐していたり、複数の溝３１３が互いに交差していたりしてもよい。また、図２には図示されていないものの、溝３１４についても、延伸方向以外は溝３１３と同様である。
【００８０】
また、下側セパレーター３１のビッカース硬度は、２５０以上であるのが好ましく、３００以上１０００以下であるのがより好ましい。このような硬度の下側セパレーター３１は、表面にキズ等が生じ難いことから、ガスのリーク等を発生させ難く、信頼性の高いものとなる。また、耐摩耗性に優れるものとなるため、燃料ガスや酸化剤ガスの流速を上げても、下側セパレーター３１の摩耗を抑制し、長期間にわたって高い耐久性を有する下側セパレーター３１が得られる。なお、下側セパレーター３１のビッカース硬度が前記上限値を上回る場合、下側セパレーター３１の靭性が低下するおそれがあるので、取り扱い性や信頼性を高めるという観点からビッカース硬度は前記上限値以下であるのが好ましい。
【００８１】
下側セパレーター３１のビッカース硬度は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４に規定された試験方法に準拠して測定される。
【００８２】
また、下側セパレーター３１の伸びは、４０％以下であるのが好ましく、２％以上３０％以下であるのがより好ましい。このような伸びの下側セパレーター３１は、残留応力が発生し難く、変形し難いものとなるため、ガスのリークや接触不良等の不具合を発生させ難くなり、より信頼性の高いものとなる。なお、下側セパレーター３１の伸びが前記下限値を下回る場合、下側セパレーター３１の靭性が低下するおそれがあるので、取り扱い性や信頼性を高めるという観点から伸びは前記下限値以上であるのが好ましい。
【００８３】
下側セパレーター３１の伸び（破断伸び）は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１に規定された試験方法に準拠して測定される。
【００８４】
また、本発明によれば、微細な金属粉末を用いて下側セパレーター３１を製造するため、焼結部品（下側セパレーター３１）中に生成される金属結晶の粒径が小さくなる。このため、下側セパレーター３１のビッカース硬度は、従来に比べて高くなり、伸びは、従来に比べて小さくなる。したがって、本発明によれば、高温下でも変形し難い下側セパレーター３１が得られるので、長期にわたって安定的に発電可能な燃料電池１を実現することができる。
【００８５】
なお、本実施形態に係る下側セパレーター３１は、さらに２つの部位から構成されており、図２の下方に位置している下側セパレーター下部３１ａと下側セパレーター上部３１ｂとの積層体で構成されている。一方、本実施形態に係る上側セパレーター３２も、さらに２つの部位から構成されており、図２の下方に位置している上側セパレーター下部３２ａと上側セパレーター上部３２ｂとの積層体で構成されている。
【００８６】
これらの下側セパレーター下部３１ａと下側セパレーター上部３１ｂとの間、および、上側セパレーター下部３２ａと上側セパレーター上部３２ｂとの間は、それぞれ電気的および機械的に接続されている。接続方法は、特に限定されないが、互いに圧接するだけでもよく、はんだやろう材等の接合材を介して接続する方法であってもよい。
【００８７】
≪第２実施形態≫
次に、本発明の燃料電池の第２実施形態について説明する。また、以下の説明では、本発明の焼結部品の実施形態についても説明する。
【００８８】
図４は、本発明の燃料電池の第２実施形態を示す分解斜視図である。なお、以下の説明では、説明の便宜上、図４の上方を「上」といい、下方を「下」という。
【００８９】
以下、第２実施形態について説明するが、以下の説明では、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。また、図において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
【００９０】
本発明の燃料電池の第２実施形態は、燃料極２１および空気極２３のそれぞれに対して本発明の焼結部品の実施形態が適用されている以外、本発明の燃料電池の第１実施形態と同様である。
【００９１】
具体的には、本実施形態に係る燃料電池１も、燃料極２１と電解質層２２と空気極２３とを備えるセル２と、セパレーター３と、を交互に積層してなるスタック４を備えている。
【００９２】
一方、本実施形態に係るセパレーター３は、第１実施形態と異なり、その上下面が平坦であり、溝が形成されていない。これに対し、本実施形態に係る燃料極２１は、その下面に溝２１３が形成されており、また、空気極２３は、その上面に溝２３４が形成されている点で相違している。すなわち、第１実施形態に係る燃料電池１は、溝付きのセパレーター３を備えているのに対し、本実施形態に係る燃料電池１は、溝付きの燃料極２１（本発明の焼結部品の実施形態）および溝付きの空気極２３（本発明の焼結部品の実施形態）を備えている点で相違している。
【００９３】
以下、燃料極２１および空気極２３についてさらに詳述する。
燃料極２１の下面、すなわち図４に示す下側セパレーター３１に臨む面には、並列する複数の溝（凹凸形状）２１３が形成されている。これらの溝２１３は、その長手方向の端部が、図４に示す燃料極２１の側面２１１と、この側面２１１に対向する側面２１５とに、それぞれ開放するように構成されている。これにより、溝２１３は、側面２１１または側面２１５に向けてガスが供給されたとき、このガスを流すことのできる流路として機能する。
【００９４】
一方、空気極２３の上面、すなわち図４に示す上側セパレーター３２に臨む面には、並列する複数の溝（凹凸形状）２３４が形成されている。これらの溝２３４は、その長手方向の端部が、図４に示す空気極２３の側面２３２と、この側面２３２に対向する側面２３６とに、それぞれ開放するように構成されている。これにより、溝２３４は、側面２３２または側面２３６に向けてガスが供給されたとき、このガスを流すことのできる流路として機能する。
【００９５】
これに対し、本実施形態に係る下側セパレーター３１および上側セパレーター３２は、それぞれ上面および下面が平坦面になっている。
【００９６】
また、燃料極２１に形成された溝２１３および空気極２３に形成された溝２３４の深さは、燃料極２１または空気極２３の最大厚さに応じて適宜設定されるが、好ましくは最大厚さの５％以上８０％以下程度であるのが好ましく、１０％以上７０％以下程度であるのがより好ましい。溝２１３および溝２３４の深さをそれぞれ前記範囲内に設定することにより、燃料極２１および空気極２３の機械的強度を十分に確保しつつ、燃料ガスや酸化剤ガスの流通抵抗を十分に抑えることができる。
【００９７】
また、燃料極２１および空気極２３を平面視したときの溝２１３および溝２３４の面積占有率は、それぞれ１５％以上８０％以下程度であるのが好ましく、２０％以上７０％以下程度であるのがより好ましい。溝２１３や溝２３４の面積占有率を前記範囲内に設定することにより、燃料極２１および空気極２３の機械的強度を十分に確保しつつ、燃料ガスと燃料極２１との接触面積および酸化剤ガスと空気極２３との接触面積を十分に確保することができるので、薄型でかつ発電効率の高い燃料電池１が得られる。
【００９８】
なお、上述した第２実施形態においても、第１実施形態と同様の作用、効果が得られる。
【００９９】
以上、本発明の燃料電池の実施形態および本発明の焼結部品の実施形態についてそれぞれ説明したが、本発明の焼結部品は、燃料電池用セパレーターや燃料電池用電極以外のものにも適用可能である。本発明の焼結部品が適用可能なものとしては、例えば、ガスタービンやジェットエンジン等のタービンブレード、エンジンの吸気バルブおよび排気バルブ、ロッカーアーム、ターボチャージャーベーン等が挙げられる。
【０１００】
［焼結部品の製造方法］
≪第１実施形態≫
次に、本発明の焼結部品の製造方法の第１実施形態について説明する。
【０１０１】
図５、６は、それぞれ本発明の焼結部品の製造方法の第１実施形態を適用した燃料電池用セパレーターの製造方法を説明するための図である。なお、図において、前述した焼結部品の実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
【０１０２】
本実施形態に係る焼結部品の製造方法は、無機粉末とバインダーとを含むスラリー７１を、有機材料で構成されたシート８に塗布し、塗布層７２を得る塗布工程と、塗布層７２をシート８ごと焼成し、焼結部品を得る加熱工程と、を有する。以下の説明では、焼結部品の一例として前述したセパレーター３を挙げて説明する。このような方法によれば、シート８ごと塗布層７２を焼成するため、塗布工程や加熱工程における保形性を高め、寸法精度の高いセパレーター３を得ることができる。また、シート８の表面形状が塗布層７２に転写されるが、シート８は、加熱工程において熱分解により分解、除去される直前まで、塗布層７２を支持し続けるので、塗布層７２の保形性を高く維持することができる。このため、非常に薄い焼結部品からなるセパレーター３であっても、高い寸法精度で製造することができる。以下、各工程について詳述する。
【０１０３】
［１］塗布工程
［１−１］スラリーの調製
まず、無機粉末とバインダーとを含むスラリー７１を調製する。このスラリー７１は、適度な流動性を有していることから、自重または強制力によってその形状を自由に変えることが可能である。したがって、スラリー７１の調製にあたっては、その後の成形における形状に応じて、スラリー７１の流動性を適宜調整するようにすればよい。
【０１０４】
（無機粉末）
無機粉末としては、例えば、金属粉末、セラミックス粉末、ガラス粉末等が挙げられる。
【０１０５】
このうち、金属粉末としては、焼結可能な金属材料の粉末であれば、特に限定されない。一例を挙げると、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｂ、Ｂｉ等の単体、またはこれらの元素を含む合金等が挙げられる。
【０１０６】
また、金属粉末の構成材料は、ＣｏまたはＣｒを主成分とする金属材料が好ましく用いられる。
【０１０７】
このような金属材料は、含まれる元素のうち、ＣｏまたはＣｒの比率（質量比）が最も大きい材料のことをいう。このような材料は、高温下耐腐食性や高温下耐酸化性といった耐熱性に優れていることから、このような金属材料を用いることにより、燃料電池１の高温運転時においてもその機能を損なうことなく、薄型化が図られたセパレーター３を実現することができる。その結果、燃料電池１の薄型化および小型化を図ることができる。
【０１０８】
Ｃｏを主成分とする金属材料としては、Ｃｏが主成分である金属材料であればいかなる材料であってもよいが、例えば、Ｃｏ以外の添加元素として、Ｂ、Ｃ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｒｅ、Ｙ、Ｈｆ、Ｖ等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上が適宜組み合わされて添加されてもよい。また、これらの添加元素の含有率は、Ｃの含有率が０．０３質量％以上０．９質量％以下程度であるのが好ましく、Ｆｅの含有率が０．５質量％以上２０質量％以下程度であるのが好ましく、Ｎｉの含有率が３質量％以上３５質量％以下程度であるのが好ましく、Ｃｒの含有率が３質量％以上４０質量％以下程度であるのが好ましく、Ｍｏの含有率が３質量％以上１０質量％以下程度であるのが好ましく、Ｗの含有率が３質量％以上２０質量％以下程度であるのが好ましく、Ｎｂの含有率が１質量％以上５質量％以下程度であるのが好ましく、Ｔａの含有率が２質量％以上１０質量％以下程度であるのが好ましく、Ｔｉの含有率が０．２質量％以上２質量％以下程度であるのが好ましく、Ａｌの含有率が０．２質量％以上５質量％以下程度であるのが好ましい。
【０１０９】
Ｃｒを主成分とする金属材料としては、Ｃｒが主成分である金属材料であればいかなる材料であってもよいが、例えば、Ｃｒ以外の添加元素としても、Ｂ、Ｃ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｒｅ、Ｙ、Ｈｆ、Ｖ等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上が適宜組み合わされて添加されてもよい。また、これらの添加元素の含有率は、Ｃの含有率が０．００１質量％以上１質量％以下程度であるのが好ましく、Ｆｅの含有率が０．１質量％以上５０質量％以下程度であるのが好ましく、Ｗの含有率が０．２質量％以上１５質量％以下程度であるのが好ましく、Ｔｉの含有率が０．３質量％以上５質量％以下程度であるのが好ましく、Ｍｏの含有率が１質量％以上５質量％以下程度であるのが好ましく、Ｒｅの含有率が０．１質量％以上３質量％以下程度であるのが好ましく、Ｖの含有率が０．１質量％以上３質量％以下程度であるのが好ましい。
【０１１０】
また、上記金属材料には、これらの添加元素に加え、製造過程で不可避的に混入する不純物が含まれていてもよい。
【０１１１】
また、セラミックス粉末としては、焼結可能なセラミックス材料の粉末であれば、特に限定されない。一例を挙げると、アルミナ、マグネシア、ベリリア、ジルコニア、イットリア、フォルステライト、ステアタイト、ワラステナイト、ムライト、コージライト、フェライト、サイアロン、酸化セリウムのような酸化物系セラミックス材料、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化チタン、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化チタン、炭化タングステンのような非酸化物系セラミックス材料等が挙げられる。
【０１１２】
また、ガラス粉末としては、焼結可能なガラス材料の粉末であれば、特に限定されない。一例を挙げると、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ホウ酸塩ガラス、リン酸塩ガラス、硫酸塩ガラス、バナジン酸塩ガラスのような各種ガラス材料等が挙げられる。
【０１１３】
なお、無機粉末は、互いに組成が異なる２種類以上の粉末を混合してなる混合粉末であってもよい。例えば、互いに異なる２種以上の金属粉末同士、セラミックス粉末同士、ガラス粉末同士をそれぞれ混合してなる混合粉末であってもよく、金属粉末とセラミックス粉末との混合粉末であってもよく、金属粉末とガラス粉末との混合粉末であってもよく、金属粉末とセラミックス粉末とガラス粉末との混合粉末であってもよい。
【０１１４】
一方、金属粉末を用いることにより、寸法精度の高い金属部品を製造することができる。また、アンダーカットのような容易には製造することができない形状の金属部品を比較的容易に製造することができる。アンダーカットは、従来、後加工によって形成される場合が多かったのに対し、上述した方法によれば、シート８ごと塗布層７２を焼成するため、いわゆる離型という操作が不要になる。このため、離型に伴う形状上の制約（アンダーカット等）がなくなり、その結果、目的とする形状の金属部品を高い寸法精度で製造することができる。
【０１１５】
なお、離型に伴う形状上の制約がなくなる点については、セラミックス粉末やガラス粉末においても同様である。
【０１１６】
また、無機粉末の平均粒径は、特に限定されないが、１μｍ以上３０μｍ以下程度であるのが好ましく、２μｍ以上２０μｍ以下程度であるのがより好ましい。このような平均粒径を有する無機粉末を用いることにより、スラリー７１の流動性が特に高くなり、塗布層７２の寸法精度を特に高めることができる。また、塗布層７２の表面粗さが小さくなるため、平滑性の高いセパレーター３を得ることができる。なお、無機粉末の平均粒径が前記下限値を下回ると、無機粉末の比表面積が大きくなり過ぎるため、無機粉末の構成材料によっては、スラリー７１中において無機粉末を均一に分散させることができなくなるおそれがある。一方、無機粉末の平均粒径が前記上限値を上回ると、無機粉末の構成材料によっては、無機粉末の粒子の質量が大きくなり過ぎるため、塗布工程の途中でスラリー７１中の粒子が自重によって偏在してしまうおそれがある。
【０１１７】
なお、無機粉末の平均粒径は、レーザー回折法により得られた体積基準の粒度分布において、小径側から累積５０％のときの粒径のことである。
【０１１８】
また、無機粉末の最大粒径は、特に限定されないが、１０μｍ以上１００μｍ以下程度であるのが好ましく、１０μｍ以上５０μｍ以下程度であるのがより好ましい。このような最大粒径を有する無機粉末を用いることにより、スラリー７１の流動性をさらに高めることができ、塗布層７２の寸法精度をさらに高めることができる。また、塗布層７２の表面粗さが著しく大きくなるのを防ぐことができるので、平滑性の高いセパレーター３を得ることができる。
【０１１９】
なお、無機粉末の最大粒径は、レーザー回折法により得られた体積基準の粒度分布において、小径側から累積９９．９％のときの粒径（Ｄ９９．９）のことである。
【０１２０】
さらに、無機粉末の平均粒径をＤ５０とし、無機粉末についてレーザー回折法により得られた体積基準の粒度分布において小径側から累積１０％のときの粒径をＤ１０とし、同様に小径側から累積９０％のときの粒径をＤ９０としたとき、（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０は、０．５以上５以下であるのが好ましく、１．０以上３．５以下であるのがより好ましい。このような条件を満足する無機粉末は、スラリー７１の高い流動性と焼成時の小さい収縮率とを両立し得るものとなる。すなわち、スラリー７１がシート８の形状に合わせて忠実に成形されるとともに、スラリー７１が均質でかつ収縮率のバラつきが小さいものとなる。このため、とりわけ寸法精度の高いセパレーター３を得ることができる。
【０１２１】
また、金属粉末としては、例えば、アトマイズ法（例えば、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法、高速回転水流アトマイズ法等）、還元法、カルボニル法、粉砕法等の各種粉末化法により製造されたものが用いられる。
【０１２２】
このうち、アトマイズ法により製造されたものであるのが好ましく用いられ、水アトマイズ法または高速回転水流アトマイズ法により製造されたものであるのがより好ましく用いられる。アトマイズ法は、溶融金属（溶湯）を、高速で噴射された流体（液体または気体）に衝突させることにより、溶湯を微粉化するとともに冷却して、金属粉末を製造する方法である。金属粉末をこのようなアトマイズ法によって製造することにより、極めて微小な粉末を効率よく製造することができる。また、得られる粉末の粒子形状が表面張力の作用により球形状に近くなる。このため、このような金属粉末を用いることで、寸法精度が高くかつ平滑性の高いセパレーター３が得られる。
【０１２３】
また、金属粉末の粒子の短径をＳ［μｍ］とし、長径をＬ［μｍ］としたとき、Ｌ／Ｓで定義されるアスペクト比の平均値は、１以上２．５以下程度であるのが好ましく、１以上２以下程度であるのがより好ましい。このようなアスペクト比の金属粉末は、その形状が比較的球形に近くなるので、スラリー７１の流動性を高めることに寄与する。その結果、塗布層７２の寸法精度が高くなり、寸法精度の高いセパレーター３を得ることができる。
【０１２４】
なお、前記長径とは、粒子の投影像においてとりうる最大長さであり、前記短径とは、その最大長さに直交する方向の最大長さである。そして、１００個の粒子についてアスペクト比を求め、その平均値を上述した「アスペクト比の平均値」とする。
【０１２５】
また、金属粉末の構成材料がＦｅ基合金である場合には、そのタップ密度が３．５ｇ／ｃｍ３以上であるのが好ましく、４ｇ／ｃｍ３以上５ｇ／ｃｍ３以下であるのがより好ましい。このようにタップ密度が大きい金属粉末であれば、塗布層７２の収縮率を抑えることができるので、とりわけ寸法精度の高いセパレーター３を得ることができる。
【０１２６】
（バインダー）
バインダーとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体等のポリオレフィン、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート等のアクリル系樹脂、ポリスチレン等のスチレン系樹脂、ポリウレタン等のウレタン系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリエーテル、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリビニルブチラール、ポリビニルピロリドンまたはこれらの共重合体等の各種樹脂や、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等の多糖類、高級脂肪酸エステル、高級脂肪酸アミド等の各種有機バインダーが挙げられ、これらのうち１種または２種以上を混合して用いることができる。
【０１２７】
バインダーの添加量は、スラリー７１の流動性や塗布層７２の形状や大きさ、無機粉末の構成材料等に応じて適宜設定されるが、無機粉末１００質量部に対して０．５質量部以上３０質量部以下程度であるのが好ましく、１質量部以上２５質量部以下程度であるのがより好ましく、５質量部以上２０質量部以下であるのがさらに好ましい。バインダーの添加量を前記範囲内に設定することで、塗布層７２の保形性を十分に確保することができる。これにより、寸法精度の高いセパレーター３が得られる。
【０１２８】
また、上述した成分の中でも、バインダーとしては、水系のものが好ましく用いられる。水系のバインダーを用いることで、バインダーの溶媒として水を用いることができるため、スラリー７１によってシート８に変質、劣化が生じるのを抑制することができる。
【０１２９】
さらに、水系のバインダーの中でも特に、ポリビニルアルコールおよびアクリル系樹脂の少なくとも一方を主材料とするのが好ましく、双方の混合物を主材料とするのがより好ましい。このような成分を主材料とするバインダーは、熱分解性に優れているため、後述する工程においてシート８とともに焼成されたとき、速やかに分解、除去（脱脂）される。その結果、脱脂に伴う塗布層７２の変形等を抑制することができる。また、このようなバインダーは、無機粉末の粒子同士の接着性が高く、かつ、スラリー７１の流動性を高めることに寄与する。このため、かかるバインダーを含む塗布層７２は、保形性が高く、寸法精度の高いものとなる。
【０１３０】
バインダー中におけるポリビニルアルコールの含有率とアクリル系樹脂の含有率との合計の割合は、５質量％以上１００質量％以下であるのが好ましく、１０質量％以上９５質量％以下であるのがより好ましい。ポリビニルアルコールの含有率とアクリル系樹脂の含有率との合計の比率を前記範囲内に設定することで、バインダーの熱分解性と接着性とをより高度に両立させることができるので、とりわけ寸法精度の高い塗布層７２が得られるという点で有用である。
【０１３１】
また、ポリビニルアルコールとアクリル系樹脂とを併用する場合には、アクリル系樹脂の含有率を１としたとき、ポリビニルアルコールの含有率が質量比で０．２以上５以下であるのが好ましく、０．５以上３以下であるのがより好ましい。ポリビニルアルコールとアクリル系樹脂との混合率を前記範囲内に設定することで、塗布層７２の保形性を特に高めることができ、最終的に特に寸法精度の高いセパレーター３が得られる。
【０１３２】
なお、この場合、ポリビニルアルコールとアクリル系樹脂とを共重合させてなる共重合体を用いるようにしてもよい。このような共重合体を用いることで、上述したような併用の効果がより顕著になるとともに、スラリー７１が特に均質になるため、塗布層７２の保形性が特に高くなるとともに、脱脂における突発的な揮発を抑制することができる。
【０１３３】
かかる共重合体としては、例えば、部分鹸化されたポリビニルアルコールにアクリル酸系樹脂を共重合したもの等が挙げられる。
【０１３４】
また、ポリビニルアルコールとしては、その鹸化度が９０ｍｏｌ％以上９８ｍｏｌ％以下であるものが好ましく用いられ、９２ｍｏｌ％以上９４ｍｏｌ％以下であるものがより好ましく用いられる。このようなポリビニルアルコールは、水酸基の含有率が最適化されていることから、無機粉末の粒子に対してバインダーが接着し易くなり、バインダー量が少ない場合でも十分な接着性が得られる。その結果、優れた保形性を有する塗布層７２が得られる。
【０１３５】
なお、上述したポリビニルアルコールの鹸化度は、ＪＩＳ  Ｋ  ６７２６に規定された方法に準拠して測定される。
【０１３６】
また、ポリビニルアルコールとしては、その重合度が１００以上３０００以下程度のものが好ましく用いられ、２００以上２５００以下程度のものがより好ましく用いられる。このようなポリビニルアルコールは、バインダーに対して十分な機械的強度を付与することになるので、特に保形性に優れた塗布層７２が得られる。
【０１３７】
なお、上述したポリビニルアルコールの重合度は、ＪＩＳ  Ｋ  ６７２６に規定された方法に準拠して測定される。
【０１３８】
（溶媒）
溶媒としては、バインダーを溶解または分散し得るとともに、シート８に対して変質、劣化等を引き起こさないものであれば、特に限定されないが、水の他、テルピネオール、ブチルカルビトール、ジプロピレングリコールメチルエーテル（ＤＰＭ）、アセトン、メチルイソブチルケトン、エタノール、プロパノール、ブタノール、トルエン、キシレン等の有機溶媒が用いられる。また、必要に応じて、これらの少なくとも１種を含む混合溶媒を用いるようにしてもよい。
【０１３９】
スラリー７１中のバインダーの含有率は、その組成等に応じて適宜設定されるものの、１質量％以上５質量％以下程度であるのが好ましい。また、スラリー７１中の溶媒の含有率は、その組成等に応じて適宜設定されるものの、１０質量％以上５０質量％以下程度であるのが好ましい。
【０１４０】
また、スラリー７１中には、上述したものの他、必要に応じて分散剤、滑剤、消泡剤、可塑剤、酸化防止剤、防錆剤、界面活性剤、脱脂促進剤等の各種添加剤が添加されていてもよい。この場合、これらの添加剤の総量は、スラリー７１中の１０質量％以下となるように設定されるのが好ましい。
【０１４１】
スラリー７１の粘度は、特に限定されないが、室温において０．００５Ｐａ・ｓ以上５Ｐａ・ｓ以下であるのが好ましい。なお、スラリー７１の粘度は、ブルックフィールド型粘度計により測定される。
【０１４２】
このうち、可塑剤としては、例えば、フタル酸エステル（例：ＤＯＰ、ＤＥＰ、ＤＢＰ）、アジピン酸エステル、トリメリット酸エステル、セバシン酸エステル等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を混合して用いることができる。
【０１４３】
また、滑剤としては、例えば、ワックス類、高級脂肪酸、アルコール類、脂肪酸金属、非イオン界面活性剤、シリコーン系滑剤等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上の混合物が用いられる。
【０１４４】
このうち、ワックス類としては、例えば、キャンデリラワックス、カルナバワックス、ライスワックス、木ろう、ホホバ油のような植物系ワックス、みつろう、ラノリン、鯨ろうのような動物系ワックス、モンタンワックス、オゾケライト、セレシンのような鉱物系ワックス、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、ペトロラタムのような石油系ワックス等の天然ワックス、ポリエチレンワックスのような合成炭化水素、モンタンワックス誘導体、パラフィンワックス誘導体、マイクロクリスタリンワックス誘導体のような変性ワックス、硬化ひまし油、硬化ひまし油誘導体のような水素化ワックス、１２−ヒドロキシステアリン酸のような脂肪酸、ステアリン酸アミドのような酸アミド、無水フタル酸イミドのようなエステル等の合成ワックスが挙げられる。
【０１４５】
また、高級脂肪酸としては、例えば、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸等が挙げられ、特に、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキジン酸のような飽和脂肪酸が好ましく用いられる。
【０１４６】
また、アルコール類としては、例えば、多価アルコール、ポリグリコール、ポリグリセロール等が挙げられ、特に、セチルアルコール、ステアリルアルコール、オレイルアルコール、マンニトール等が好ましく用いられる。
【０１４７】
また、脂肪酸金属としては、例えば、ラウリン酸、ステアリン酸、コハク酸、ステアリル乳酸、乳酸、フタル酸、安息香酸、ヒドロキシステアリン酸、リシノール酸、ナフテン酸、オレイン酸、パルミチン酸、エルカ酸のような高級脂肪酸と、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｃｄのような金属との化合物が挙げられ、特に、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸亜鉛、オレイン酸カルシウム、オレイン酸亜鉛、オレイン酸マグネシウム等が好ましく用いられる。
【０１４８】
また、非イオン界面活性剤系滑剤としては、例えば、エレクトロストリッパ−ＴＳ−２、エレクトロストリッパ−ＴＳ−３（いずれも花王株式会社製）等が挙げられる。
【０１４９】
また、シリコーン系滑剤としては、例えば、ジメチルポリシロキサンおよびその変性物、カルボキシル変性シリコーン、αメチルスチレン変性シリコーン、αオレフィン変性シリコーン、ポリエーテル変性シリコーン、フッ素変性シリコーン、親水性特殊変性シリコーン、オレフィンポリエーテル変性シリコーン、エポキシ変性シリコーン、アミノ変性シリコーン、アミド変性シリコーン、アルコール変性シリコーン等が挙げられる。
【０１５０】
また、バインダーとしてアクリル系樹脂を用い、添加剤としてアクリル系化合物を用いることにより、スラリー７１が特に均質になるとともに、塗布層７２の保形性をさらに高めることができる。
【０１５１】
バインダーとして用いるアクリル系樹脂の重量平均分子量は、特に限定されないが、２０万以上５００万以下程度であるのが好ましく、３０万以上４００万以下程度であるのがより好ましい。
【０１５２】
一方、添加剤として用いるアクリル系化合物の重量平均分子量は、特に限定されないが、５０００以上２０万未満程度であるのが好ましく、８０００以上１５万以下程度であるのがより好ましい。
【０１５３】
さらに、バインダーとして用いるアクリル系樹脂の重量平均分子量は、添加剤として用いるアクリル系化合物の重量平均分子量の２倍以上であるのが好ましく、３倍以上２０倍以下であるのがより好ましい。両者の重量平均分子量が前記範囲に示す関係を満たすことにより、スラリー７１の均質性、形状転写性、および塗布層７２の保形性を高度に並立させることができるので、とりわけ寸法精度が高く、かつ機械的特性に優れた焼結部品（セパレーター３）を得ることができる。
【０１５４】
［１−２］シートを利用したスラリーの成形
次に、有機材料で構成されたシート８を用意する。このシート８は、前述したように、後述する加熱工程において塗布層７２を焼成する際、塗布層７２とともに焼成に供される。シート８は、有機材料で構成されているため、焼成の際に熱分解され、除去されることとなる。その結果、離型することなく目的とする形状の焼結部品（セパレーター３）を製造することができる。
【０１５５】
図５に示すシート８は、その表面８３が、スラリー７１をセパレーター３の形状に成形するための成形型として機能する。このシート８は、軸８１にロール状に巻き取られた長尺のものである。また、このシート８には、図５に示すように、その表面８３が部分的に突出してなる凸条８２が形成されている。この凸条８２は、シート８の長手方向に平行に形成されている。なお、この凸条８２は、図２に示すセパレーター３が有する複数の溝の形状に対応しており、凸条８２の形状が塗布層７２に転写されることにより、最終的に得られる焼結部品に溝が形成される。
【０１５６】
シート８をこのようにロール状に巻き取っておくことで、シート８に塗布層７２を成膜する際、シート８を連続的に繰り出すことができるので、塗布層７２の成膜も連続的に行うことができる。このため、塗布層７２の成膜を非常に効率よく行うことができる。
【０１５７】
シート８を構成する有機材料としては、例えば、低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、アイオノマー樹脂、エチレン−アクリル酸エチル共重合体、エチレン−（メタ）アクリル酸共重合体、メチルペンテンポリマー、ポリブテン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、塩化ビニル−塩化ビニルデン共重合体、（メタ）アクリル系樹脂、ポリアクリルニトリル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリルースチレン共重合体（ＡＳ系樹脂）、アクリロニトリルーブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ系樹脂）、ポリエチレンテレフタレートのようなポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体のケン化物、ジエン系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ニトロセルロース、ポリ乳酸のような生分解性プラスチック等が挙げられ、これらのうちの少なくとも１種を含む材料が用いられる。なお、（メタ）アクリルは、アクリルまたはメタクリルを指す。
【０１５８】
このうち、ポリスチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリエステル系樹脂および（メタ）アクリル系樹脂のいずれかが好ましく用いられる。これらは、比較的熱分解性に優れていることから、後述する加熱工程において、塗布層７２の保形性を維持しつつ、シート８の分解、除去に寄与すると考えられる。このため、寸法精度が高いセパレーター３をより効率よく製造することができる。
【０１５９】
また、シート８を構成する有機材料の主成分の組成は、スラリー７１に含まれるバインダーの主成分の組成と同じ化学構造を含んでいるのが好ましい。このようにすれば、スラリー７１とシート８との親和性が高くなるため、スラリー７１をより高い寸法精度で成形することができる。また、バインダーとシート８との熱膨張率が互いに近くなるため、両者の熱膨張差に伴う塗布層７２の変形等が抑制され、塗布層７２の寸法精度の低下を抑制することができる。この化学構造としては、例えば、（メタ）アクリロイル基、プロペノイル基のようなアシル基、アクリル酸、プロペン酸のようなカルボン酸誘導体等が挙げられる。
【０１６０】
なお、シート８の分解、除去を考慮した場合、シート８の機械的強度を損なわない程度に、シート８の体積はできるだけ小さい方が好ましい。
【０１６１】
かかる観点から、シート８の厚さは、特に限定されないが、０．０５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下程度であるのが好ましく、０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下程度であるのがより好ましい。シート８の厚さを前記範囲内に設定することで、シート８の機械的強度を十分に確保しつつ、後述する加熱工程において塗布層７２を焼成する際、シート８の熱分解を短時間で行うことができる。このため、シート８によって塗布層７２を支持しつつ、塗布層７２を速やかに脱脂、焼成することができるので、とりわけ寸法精度が高いセパレーター３を得ることができる。また、シート８に適度な可撓性を付与することができるので、シート８を軸８１に対してロール状に巻き取り易くなるとともに、ロールから繰り出されたシート８に巻きぐせが残り難くなる。このため、かかる観点からもセパレーター３の寸法精度を高めることができる。
【０１６２】
また、シート８の表面８３には凸条８２が形成されている一方、シート８の裏面８５には凸条８２に対応する溝８４が形成されている。このようなシート８は、例えば溝８４を形成するように裏面８５の一部を表面８３側に押し出す加工（例えばエンボス加工）によって作製することができる。
【０１６３】
なお、シート８の裏面８５の形状は、上記のものに限定されず、例えば裏面８５にも凸部が形成されていてもよく、平滑面であってもよい。
【０１６４】
また、シート８の厚さが前記範囲内にあるとき、凸条８２の突出高さはシート８の厚さの５％以上８０％以下であるのが好ましく、１０％以上６０％以下であるのがより好ましい。凸条８２の突出高さとシート８の厚さとの間で前記関係を満足させることにより、塗布層７２に形成される凹凸形状の寸法精度を高めつつ、シート８において十分な機械的強度を維持させることができる。
【０１６５】
次いで、図６（ａ）に示すように、シート８の表面８３に対してスラリー７１を塗布する。これにより、図６（ｂ）に示すように、スラリー７１が凸条８２によって成形されることとなる。
【０１６６】
スラリー７１の塗布方法は、特に限定されず、例えば、刷毛やスキージー等による方法、浸漬法、印刷法、スプレー法、インクジェット法等が挙げられる。
【０１６７】
また、シート８の表面８３には、必要に応じて、スラリー７１に対する親和性を付与する親液処理や、スラリー７１に対する撥液性を付与する撥液処理等を施しておいてもよい。これらの処理を適宜組み合わせることによって、スラリー７１の塗布領域を制御することが可能になる。
【０１６８】
なお、親液処理としては、例えば、コロナ放電処理、プラズマ処理、カップリング剤の付与、露光処理等が挙げられる。
【０１６９】
一方、撥液処理としては、例えば、撥液膜の成膜、カップリング剤の付与等が挙げられる。
【０１７０】
次いで、スラリー７１を乾燥させる。これにより、スラリー７１中の溶媒（分散媒）の少なくとも一部が除去され、スラリー７１が固化または半固化の状態に至る。これにより、塗布層７２が得られる。この状態にすることで、塗布層７２は、一定の保形性を有する。なお、スラリー７１が十分な粘性を有している場合には、この時点でスラリー７１を乾燥させなくてもよい。
【０１７１】
また、乾燥は、自然乾燥であってもよく、強制乾燥であってもよい。また、スラリー７１中の溶媒（分散媒）を全て除去しなくてもよい。
【０１７２】
なお、スラリー７１を塗布するのは、必ずしもシート８の表面８３側のみに限定されず、裏面８５側にも塗布されていてもよい。すなわち、シート８の全体を覆うようにスラリー７１が塗布されていてもよい。
【０１７３】
その後、必要に応じて、塗布層７２を成膜したシート８を切断して個片化する個片化工程を設けるようにしてもよい。この個片化工程により、塗布層７２を、セパレーター３の製造に適した大きさに切り出すことができる。
【０１７４】
なお、個片化工程は、加熱工程後に設けられていてもよく、スラリー７１の塗布前に設けられていてもよい。しかしながら、スラリー７１の塗布作業の効率や切断作業の容易さ、加熱工程におけるハンドリングの容易性を考慮した場合、スラリー７１の塗布後、焼成前に個片化工程を設けるのが好ましい。また、塗布層７２の割れ等を抑制する観点から、塗布層７２が完全に乾燥する前に個片化するのが好ましい。
【０１７５】
［２］加熱工程
［２−１］脱脂処理
シート８の表面８３上に塗布層７２（スラリー７１）が成膜された状態で、脱脂処理に供する。これにより、塗布層７２中の溶媒（分散媒）やバインダーが分解、除去される。また、それとともに、シート８を構成する有機材料も、分解、除去される。その結果、シート８はほぼ消失し、塗布層７２を脱脂処理してなる脱脂体が得られる。
【０１７６】
なお、この脱脂処理は、必要に応じて行えばよく、例えば後述する焼成処理において脱脂処理を兼ねるようにしてもよい。
【０１７７】
脱脂処理は、塗布層７２をシート８ごと加熱する方法、塗布層７２が載置されたシート８を有機物分解ガスに曝す方法等により行われる。
【０１７８】
このうち、脱脂処理における加熱条件は、塗布層７２中のバインダーやシート８を構成する有機材料の組成に応じて適宜設定されるものの、温度１００℃以上７５０℃以下×０．１時間以上２０時間以下程度であるのが好ましく、温度１５０℃以上６００℃以下×０．５時間以上１５時間以下程度であるのがより好ましい。これにより、塗布層７２を焼結させることなく、バインダーや有機材料の脱脂を必要かつ十分に行うことができる。また、加熱雰囲気は、水素のような還元性雰囲気、窒素、アルゴンのような不活性雰囲気、空気のような酸化性雰囲気等が挙げられる。
【０１７９】
一方、有機物分解ガスとしては、例えば、オゾンガス等が挙げられる。
なお、このような脱脂処理は、条件の異なる複数の過程（ステップ）に分けて行うことにより、塗布層７２の保形性をより高めつつ脱脂を行うことができる。例えば、スラリー７１中のバインダーの熱分解温度がシート８を構成する有機材料の熱分解温度よりも低い場合には、第１ステップにおいてまずバインダーを分解、除去し、続いて第２ステップにおいてシート８を分解、除去するようにすればよい。
【０１８０】
また、必要に応じて、脱脂処理後の塗布層７２（脱脂体）に対して切削、研磨、切断等の機械加工を施すようにしてもよい。脱脂体は、硬度が比較的低く、かつ比較的可塑性に富んでいるため、脱脂体の形状が崩れるのを防止しつつ、容易に機械加工を施すことができる。このような機械加工によれば、最終的に寸法精度の高いセパレーター３を容易に得ることができる。
【０１８１】
なお、この脱脂処理では、スラリー７１中のバインダーやシート８を構成する有機材料の全てを除去する必要はなく、それぞれ一部が残存するように処理してもよい。
【０１８２】
［２−２］焼成処理
次に、図６（ｃ）に示すように、脱脂処理後の塗布層７２（脱脂体）に対して焼成処理を施す。この焼成処理により、無機粉末の粒子同士の界面で拡散が生じ、焼結に至る。その結果、塗布層７２の形状が維持されながら、緻密な焼結部品として、下側セパレーター下部３１ａ、下側セパレーター上部３１ｂ、上側セパレーター下部３２ａ、および上側セパレーター上部３２ｂが得られる（図６（ｄ）参照）。
【０１８３】
焼成処理は、塗布層７２を加熱する方法により行われる。焼成処理における加熱条件は、無機粉末の構成材料に応じて適宜設定されるものの、金属粉末が含まれている場合には、一例として、温度９８０℃以上１４００℃以下×０．２時間以上７時間以下程度であるのが好ましく、温度１０５０℃以上１３３０℃以下程度×１時間以上６時間以下程度であるのがより好ましい。また、無機粉末にセラミックス粉末が含まれている場合には、一例として、温度１２００℃以上１６５０℃以下×０．５時間以上２０時間以下程度であるのが好ましい。また、無機粉末にガラス粉末が含まれている場合には、一例として、温度６００℃以上１０００℃以下×０．２時間以上１０時間以下程度であるのが好ましい。また、加熱雰囲気は、前述した脱脂処理における雰囲気として列挙したものの中から適宜選択される。焼成処理における加熱条件をこのような範囲に設定することで、焼結が進み過ぎて過焼結となり、結晶組織が肥大化するのを防止しつつ、脱脂体全体を十分に焼結させることができ、高密度で機械的特性に優れた焼結部品を得ることができる。
【０１８４】
その後、得られた下側セパレーター下部３１ａと下側セパレーター上部３１ｂとを積層することにより、下側セパレーター３１が得られる。また、得られた上側セパレーター下部３２ａと上側セパレーター上部３２ｂとを積層することにより、上側セパレーター３２が得られる。
【０１８５】
以上のようにして得られた下側セパレーター３１および上側セパレーター３２は、従来のようなプレス加工によって得られたものや、切削のような機械加工によって得られたものと比べて、残留応力が小さいものとなる。すなわち、プレス加工では、無機材料に対して塑性変形を生じさせるため、前述したように加工に伴う応力が残留し、それが経時的に緩和することによってセパレーターの経時的な変形をもたらす。また、機械加工でも、加工ツールとの干渉によって、加工領域に応力が残留する。
【０１８６】
これに対し、上述した方法によれば、シート８の表面８３にスラリー７１を塗布し、塗布層７２を得た後、シート８ごと塗布層７２を脱脂、焼成している。このため、塗布層７２に応力が残留し難く、経時的な変形の少ない下側セパレーター３１および上側セパレーター３２が得られる。そして、変形が抑えられるため、より薄い下側セパレーター３１および上側セパレーター３２であっても高い寸法精度で効率よく製造することができる。
【０１８７】
一方、金属材料の中には、硬度が高く、延性が小さいため、加工性に乏しい材料がある。同様に、セラミックス材料やガラス材料は、硬度が高く、延性が小さく、さらに脆いため、やはり加工性に乏しい材料である。このため、プレス成形において寸法精度を高めることは難しく、また、被削性が低いことから、効率よく高精度の機械加工を施すことも困難である。
【０１８８】
これに対し、上述した方法によれば、このような難加工性材料を用いた場合であっても、寸法精度の高い下側セパレーター３１および上側セパレーター３２を効率よく製造することができる。すなわち、このような材料を用いた場合であっても、著しい残留応力を生じさせることなく、シート８の凹凸形状を忠実に再現してなる下側セパレーター３１および上側セパレーター３２を得ることができる。
【０１８９】
さらに、下側セパレーター３１および上側セパレーター３２は、図２に示すように、上面と下面とで形状が異なっている。すなわち、上面と下面のうち、一方には溝が形成され、他方は平坦面になっている。このような場合、従来のプレス加工や機械加工では、残留応力の発生がより顕著になるが、本発明によれば、このような場合であっても応力の残留を確実に抑制することができるので、経時的な変形の少ない下側セパレーター３１および上側セパレーター３２を得ることができる。なお、このような下側セパレーター３１および上側セパレーター３２は、セル２との密着性が高く、かつ薄型であってもガスの漏出を確実に抑制し得るものとなる。したがって、下側セパレーター３１および上側セパレーター３２を用いることにより、小型でかつ信頼性の高い燃料電池１を得ることができる。
【０１９０】
また、このような方法であれば、従来のプレス加工における金型の摩耗といった問題や、機械加工における加工ツールの摩耗といった問題を解消することができる。シート８に凸条８２および溝８４を形成する際に金型を使用することもあるが、有機材料を成形するための金型であれば足りるため、無機材料を成形するための金型に比べてその摩耗量が非常に少なくて済む。したがって、下側セパレーター３１および上側セパレーター３２の製造に係る金型の製造費用やランニングコストを最小限に抑えることができる。
【０１９１】
さらには、シート８をあらかじめ多数製造しておくことにより、下側セパレーター３１および上側セパレーター３２の製造を必要なときに必要な場所で、かつ短時間で少量だけ行うこともできるため、製造の機動性が高いという利点もある。このため、生産調整が容易になるとともに、プレス機や機械加工機のような大型の加工設備を置けないような場所でも下側セパレーター３１および上側セパレーター３２の製造が可能になるという点でも有用である。
【０１９２】
このようにして得られた焼結体の相対密度は、８５％以上であるのが好ましく、８７％以上であるのがより好ましい。このような範囲の相対密度を有する焼結体は、使用した無機材料が本来持つ機械的特性に準じた十分な機械的特性を示すものとなる。このため、信頼性の高い下側セパレーター３１および上側セパレーター３２が得られる。
【０１９３】
一方、上限値は、特に限定されないが、９５％程度とされる。焼結体の相対密度を前記上限値以下に調整することで、残留応力が発生し難い焼結体が得られる。このような焼結体は、経時的により変形し難いものとなり、特に寸法精度の高い下側セパレーター３１および上側セパレーター３２の実現に寄与する。
【０１９４】
≪第２実施形態≫
次に、本発明の焼結部品の製造方法の第２実施形態について説明する。
【０１９５】
図７は、本発明の焼結部品の製造方法の第２実施形態を適用した燃料電池用セパレーターの製造方法を説明するための図である。なお、図において、前述した焼結部品の製造方法の実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。また、以下の説明では、説明の便宜上、図７の下方を「下」といい、上方を「上」という。
【０１９６】
以下、第２実施形態について説明するが、以下の説明では、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。また、図において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
【０１９７】
本発明の焼結部品の製造方法の第２実施形態は、シートに形成された凹凸の形状が異なる以外、本発明の焼結部品の製造方法の第１実施形態と同様である。
【０１９８】
具体的には、本実施形態に係る塗布層７２は、アンダーカットを含んでいる。換言すれば、塗布層７２を成形するためのシート８には、塗布層７２にアンダーカットを形成するための凸条８２が設けられている。したがって、このような塗布層７２を脱脂、焼成することにより、アンダーカットを含む焼結部品（下側セパレーター３１および上側セパレーター３２）を製造することができる。
【０１９９】
ここで、アンダーカットとは、成形技術において、成形品を成形型から取り出すとき、成形型を開く動きのみでは離型できない形状のことをいう。このようなアンダーカットを含む部品を製造する場合、例えば従来のプレス加工では、プレス後に２次加工を施すことが必要になるため、工数やコストの面で問題があった。同様に機械加工では、例えば５軸以上の制御軸数を有する加工機（マシニングセンター）を用いたり、２次加工を施したりする必要があり、やはり設備の導入コストやランニングコストの面で問題があった。
【０２００】
これに対し、本実施形態では、シート８ごと焼成処理に供するため、シート８から塗布層７２を剥がす作業（離型）を必要としない。このため、従来であれば無理抜きしなければ離型することのできなかったアンダーカットを含む形状の部品であっても、２次加工を施すことなく効率よく製造することができる。
【０２０１】
より具体的には、図７（ａ）に示すシート８の凸条８２は、その幅が、図７の上方に向かうにつれて徐々に広くなるように構成されている。したがって、このような凸条８２の形状が転写された塗布層７２のうち、凸条８２同士に挟まれた部位は、塗布層７２を上方に剥がそうとしても凸条８２に引っ掛かるため、塗布層７２の剥離を阻害することとなる。
【０２０２】
これに対し、本実施形態では、シート８ごと、塗布層７２を脱脂、焼成に供するため、かかるアンダーカットを含むような塗布層７２を問わず、いかなる形状の塗布層７２であっても、焼結部品の製造に何ら支障を及ぼさない。したがって、図７（ｂ）に示すような上方に向かうにつれて徐々に幅が広くなるような溝３１４を備えた下側セパレーター下部３１ａを効率よく製造することができる。
【０２０３】
それゆえ、本発明に供されるシート８は、各図に示すような凹凸形状を有しているのが好ましい。このような凹凸形状が有するシート８を用いることにより、他の方法では製造できない、あるいは製造し難いような凹凸形状を有する焼結部品であっても、効率よく製造することができるので、生産効率やコスト競争力の観点から有用である。
【０２０４】
なお、このような形状の溝３１４を備える図７（ｂ）に示す下側セパレーター下部３１ａは、図６（ｄ）に示す下側セパレーター下部３１ａに比べて、溝３１４を除く下面の面積が広くなっている。このため、このような構成の下側セパレーター下部３１ａでは、溝３１４の体積をそれほど減少させることなく、セル２に対する接触面積を広く確保することができる。その結果、図７（ｂ）に示す下側セパレーター下部３１ａを用いることにより、溝３１４からなる流路における流通抵抗の増大を招くことなく、セル２同士の間の電気伝導性を高めることができる。その結果、高いガス流通効率と低い内部抵抗とを両立したセパレーター３を実現することができる。このようなセパレーター３は、発電効率の高い燃料電池の実現に寄与する。
以上のような第２実施形態においても、第１実施形態と同様の作用、効果が得られる。
【０２０５】
以上、本発明の焼結部品の製造方法、焼結部品および燃料電池について、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【０２０６】
例えば、前記実施形態に係るセパレーターでは、上面と下面とで溝の形状が異なっているが、本発明はこのような形態に限定されず、上面と下面とで溝の形状が同じであってもよい。
【０２０７】
また、加熱工程後の焼結体には、必要に応じて追加処理を施すようにしてもよい。追加処理としては、例えば、熱間等方圧加圧処理（ＨＩＰ処理）等が挙げられる。
【実施例】
【０２０８】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
１．テストピースの製造
（実施例１）
［１］まず、原材料を高周波誘導炉で溶融するとともに、高速回転水流アトマイズ法により粉末化して金属粉末を得た。次いで、目開き１５０μｍの標準ふるいを用いて分級した。得られた金属粉末の合金組成は表１の通りである。
【０２０９】
【表１】
2016011432.tif 000003
【０２１０】
なお、合金組成の特定には、ＳＰＥＣＴＲＯ社製固体発光分光分析装置（スパーク発光分析装置）、モデル：ＳＰＥＣＴＲＯＬＡＢ、タイプ：ＬＡＶＭＢ０８Ａを用いた。
【０２１１】
［２］次に、得られた金属粉末と、バインダー溶液、消泡剤溶液、分散剤溶液１および分散剤溶液２と、をボールミルで撹拌、混合してスラリーを調製した。バインダー溶液、消泡剤溶液、分散剤溶液１および分散剤溶液２の成分は、以下の表２に示す通りである。
【０２１２】
【表２】
2016011432.tif 000004
【０２１３】
なお、スラリーにおける金属粉末と有機バインダーの質量比は、８４．８：１５．２となるようにした。また、スラリーの粘度を測定した。測定した粘度を表４に示す。
【０２１４】
［３］次に、有機材料で構成されたシートを用意した。このシートの構成材料（有機材料）にはポリスチレン（ＰＳ）を用いた。そして、シートの表面に対してスラリーを塗布し、室温で２４時間かけて乾燥させた。これにより、塗布層を得た。
【０２１５】
［４］次に、シートごと、塗布層に対して以下の条件で脱脂処理を施し、脱脂体を得た。
【０２１６】
＜脱脂条件＞
・加熱温度  ：４５０℃
・加熱時間  ：１時間
・加熱雰囲気：窒素雰囲気
【０２１７】
［５］次に、得られた脱脂体を、以下の条件で焼成し、焼結体のテストピースを得た。
＜焼成条件＞
・加熱温度  ：１２８０℃
・加熱時間  ：３時間
・加熱雰囲気：アルゴン雰囲気
【０２１８】
なお、得られたテストピースは、平面視で正方形をなす、縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×最大厚さ３００μｍの板状体であった。
【０２１９】
（実施例２）
金属粉末として以下の合金組成のものを用いるようにした以外は、実施例１と同様にしてテストピースを得た。
Ｆｅ：２０質量％、Ｍｏ：５質量％以上、Ｖ：０．５質量％、Ｃｒ：残部
【０２２０】
（実施例３）
金属粉末として以下の合金組成のものを用いるようにした以外は、実施例１と同様にしてテストピースを得た。
Ｃ：０．１質量％、Ｆｅ：５質量％、Ｃｒ：２８質量％、Ｍｏ：７質量％、Ｃｏ：残部
【０２２１】
（実施例４）
金属粉末としてＦｅ−３．５Ｓｉ系金属を用いるようにした以外は、実施例１と同様にしてテストピースを得た。
【０２２２】
（実施例５）
金属粉末としてＳＵＳ−３１６Ｌ系ステンレス鋼を用いるようにした以外は、実施例１と同様にしてテストピースを得た。
なお、焼成温度は、１３５０℃とした。
【０２２３】
（実施例６）
金属粉末に代えてアルミナ粉末を用いるようにした以外は、実施例１と同様にしてテストピースを得た。
なお、焼成温度は、１６００℃とした。
【０２２４】
（実施例７〜１２）
シートの構成材料（有機材料）としてポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を用いるようにした以外は、実施例１〜６と同様にしてテストピースを得た。
【０２２５】
（実施例１３〜１８）
シートの構成材料（有機材料）としてポリプロピレン（ＰＰ）を用いるようにした以外は、実施例１〜６と同様にしてテストピースを得た。
【０２２６】
（実施例１９〜２４）
シートの構成材料（有機材料）としてアクリル系樹脂（ＡＣ）を用いるようにした以外は、実施例１〜６と同様にしてテストピースを得た。
【０２２７】
（比較例１）
まず、実施例１の金属材料の溶製材を用意した。
【０２２８】
次いで、用意した溶製材にプレス加工を施し、実施例１と同じ形状のテストピースを得た。
【０２２９】
（比較例２）
まず、実施例１の金属材料の溶製材を用意した。
【０２３０】
次いで、用意した溶製材に対し、フライス盤を用いて切削加工を施し、実施例１と同じ形状のテストピースを得た。
【０２３１】
（比較例３）
まず、表３に示す金属材料の溶製材を用意した。
【０２３２】
次いで、用意した溶製材にプレス加工を施し、実施例２と同じ形状のテストピースを得た。
【０２３３】
（比較例４）
まず、表３に示す金属材料の溶製材を用意した。
【０２３４】
次いで、用意した溶製材に対し、フライス盤を用いて切削加工を施し、実施例２と同じ形状のテストピースを得た。
【０２３５】
（比較例５）
まず、表３に示す金属材料の溶製材を用意した。
【０２３６】
次いで、用意した溶製材にプレス加工を施し、実施例３と同じ形状のテストピースを得た。
【０２３７】
（比較例６）
まず、表３に示す金属材料の溶製材を用意した。
【０２３８】
次いで、用意した溶製材に対し、フライス盤を用いて切削加工を施し、実施例３と同じ形状のテストピースを得た。
【０２３９】
（比較例７）
まず、実施例４の金属材料の溶製材を用意した。
【０２４０】
次いで、用意した溶製材にプレス加工を施し、実施例４と同じ形状のテストピースを得た。
【０２４１】
（比較例８）
まず、実施例４の金属材料の溶製材を用意した。
【０２４２】
次いで、用意した溶製材に対し、フライス盤を用いて切削加工を施し、実施例４と同じ形状のテストピースを得た。
【０２４３】
（比較例９）
まず、実施例５の金属材料の溶製材を用意した。
【０２４４】
次いで、用意した溶製材にプレス加工を施し、実施例５と同じ形状のテストピースを得た。
【０２４５】
（比較例１０）
まず、実施例５の金属材料の溶製材を用意した。
【０２４６】
次いで、用意した溶製材に対し、フライス盤を用いて切削加工を施し、実施例５と同じ形状のテストピースを得た。
【０２４７】
（比較例１１）
アルミナの板を用意し、フライス盤を用いて切削加工を施し、実施例６と同じ形状のテストピースを得た。
【０２４８】
２．無機粉末の評価
各実施例で用いた無機粉末について、レーザー回折法により、体積基準の粒度分布を取得し、それに基づいてＤ１０、Ｄ５０、Ｄ９０およびＤ９９．９を求めた。求めた結果を表３に示す。
【０２４９】
【表３】
2016011432.tif 000005
【０２５０】
３．テストピースの評価
３．１  耐熱試験
各実施例および各比較例で得られたテストピースについて、以下の条件で耐熱試験を行った。
【０２５１】
＜耐熱試験の条件＞
・加熱温度  ：８５０℃
・加熱時間  ：１００時間
・加熱雰囲気：大気（水蒸気量２０％）
【０２５２】
次いで、試験後のテストピースについて、試験前からの寸法変化（最大反り量）を測定し、以下の評価基準にしたがって評価した。
【０２５３】
＜寸法変化の評価基準＞
◎◎：最大反り量が試験前の１倍以上１．１倍未満である
◎  ：最大反り量が試験前の１．１倍以上１．２５倍未満である
○  ：最大反り量が試験前の１．２５倍以上１．５倍未満である
△  ：最大反り量が試験前の１．５倍以上２倍未満である
×  ：最大反り量が試験前の２倍以上である
以上の評価結果を表４に示す。
【０２５４】
３．２  ビッカース硬度の測定
各実施例および各比較例で得られたテストピースについて、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４に規定されたビッカース硬さ試験の試験方法に準じて、室温でのビッカース硬度を測定した。
測定結果を表４に示す。
【０２５５】
３．３  伸びの測定
各実施例および各比較例で得られたテストピースについて、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１に規定された金属材料引張試験方法に準じて、室温での伸びを測定した。
測定結果を表４に示す。
【０２５６】
【表４】
2016011432.tif 000006
【０２５７】
表４から明らかなように、各実施例で得られたテストピースは、耐熱試験を経ても寸法変化量を小さく抑えられることが認められた。
【０２５８】
一方、各比較例で得られたテストピースは、耐熱試験による寸法変化量が比較的大きいことが認められた。
【０２５９】
以上のことから、本発明によれば、寸法精度の高い焼結部品を製造可能であることが明らかとなった。
【０２６０】
なお、バインダーの種類を変更して上記と同様の実験を行ったが、やはり、各実施例で得られたテストピースは、寸法変化量が小さく抑えられていた。
【符号の説明】
【０２６１】
１          燃料電池
２          セル
２１        燃料極
２１１      側面
２１３      溝
２１５      側面
２２        電解質層
２３        空気極
２３２      側面
２３４      溝
２３６      側面
３          セパレーター
３１        下側セパレーター
３１ａ      下側セパレーター下部
３１ｂ      下側セパレーター上部
３１１      側面
３１２      側面
３１３      溝
３１４      溝
３１５      側面
３１６      側面
３２        上側セパレーター
３２ａ      上側セパレーター下部
３２ｂ      上側セパレーター上部
３２１      側面
３２２      側面
３２３      溝
３２４      溝
３２５      側面
３２６      側面
４          スタック
５          上押え板
６          下押え板
７１        スラリー
７２        塗布層
８          シート
８１        軸
８２        凸条
８３        表面
８４        溝
８５        裏面
【図１】
2016011432.tif 000007
【図２】
2016011432.tif 000008
【図３】
2016011432.tif 000009
【図４】
2016011432.tif 000010
【図５】
2016011432.tif 000011
【図６】
2016011432.tif 000012
【図７】
2016011432.tif 000013