JP2019167580A - 金属多孔体用素材及び金属多孔体 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の気孔を有する金属多孔体の等方性、異方性又は傾斜性の制御を容易とする金属多孔体用素材及び金属多孔体を提供する。【解決手段】複数の気孔を有する金属多孔体の製造に用いる金属多孔体用素材であり、線材が螺旋状に巻かれたコイル形状に形成される。金属多孔体用素材は、平均コイル外径Ｄｃが０．５ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下、長さＬが１ｍｍ以上２０ｍｍ以下、巻き数Ｎが１以上１０以下、線材の平均線径Ｄｗが０．０５ｍｍ以上２．００ｍｍ以下とされる。金属多孔体は、金属多孔体用素材を複数組み合わせて焼結してなる。【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の気孔を有する金属多孔体の製造に用いられる金属多孔体用素材及び金属多孔体に関する。

等方性、異方性又は傾斜性を有する金属多孔体を製造するために、種々の方法が提案されている。
例えば特許文献１には、平均等価直径が５〜５０μｍとその直径の３０〜２０００倍の平均長さを持つステンレス鋼繊維のランダム分布と焼結によって成形された多孔質構造を備える焼結成形体が開示されている。このような繊維のランダム分布を有する焼結成形体は、一般的に等方的な金属多孔体となる。

また、特許文献２には、金属繊維を２次元多方向（ランダム）または一方向に配向し、焼結した多孔質エネルギ吸収部材が開示されている。この特許文献２には、多孔質エネルギ吸収部材の機械的性質に異方性があり、外部応力のかかる方向と繊維の配向面の方向および配向方向を関連づけることにより、少ない体積含有率でもプラトー応力が高くなり、効率的なエネルギ吸収が可能になることも記載されている。

特許文献３には、多孔質金属又は多孔質セラミックス用粘土組成物やそれを用いて、気孔径や気孔率に分布、例えば傾斜性分布を持たせ、また、気孔に方向性をもたせた多孔質材料を製造する方法が開示されている。この特許文献３では、バインダー水溶液と、金属粉又はセラミックス粉と、発泡樹脂、中空樹脂及び中実樹脂のうちの少なくとも１種の樹脂からなる気孔形成材と、を含むスラリーに、ゲル化剤を加えた粘土組成物を用いる。そして、この粘土組成物を成形し、乾燥したのちに焼結するとともに気孔形成材を消失させ、多孔質材料を製造することが記載されている。また、気孔形成材の含有割合を異にする２種以上の粘土組成物を、気孔形成材の含有割合が積層方向に傾斜分布を呈するように積層することにより、厚さ方向に気孔率が傾斜分布を呈する多孔質材を製造することも記載されている。

特開２０１０‐２３６０７８号公報 特開２００３‐１０５４０７号公報 特開２００６‐３０７２９５号公報

しかし、特許文献１に記載されるように、繊維の長さを長くすると繊維の配置が平面的に積層したものとなる。このため、等方的な配置の気孔が得られにくくなる。また、一般的には、長い繊維を使用する程、気孔径が大きくなり、かつ扁平した形状になりやすくなるため、等方的な金属多孔体を製造することが難しくなる。また、特許文献２に記載されるように、繊維の長さと繊維径との比であるアスペクト比を適切な範囲に設定しなければ、所定の体積含有率（気孔率）やセルサイズ（繊維間隙、気孔径）が得られない。また、特許文献３に記載されるように、異なった仕様の粘土組成物を作製した後に、これらの粘土組成物を重ね合わせて乾燥、焼結する方法では、金属多孔体の製造に非常に手間がかかる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、複数の気孔を有する金属多孔体の等方性、異方性又は傾斜性の制御を容易とする金属多孔体用素材及び金属多孔体を提供することを目的とする。

本発明の金属多孔体用素材は、複数の気孔を有する金属多孔体の製造に用いる金属多孔体用素材であり、線材が螺旋状に巻かれたコイル形状に形成される。

金属多孔体用素材がコイル形状に形成されているので、金属多孔体用素材の取り扱いが容易である。このため、細かな配慮をすることなく、フィーダやロボットアーム等を用いて複数の金属多孔体用素材を任意の位置及び方向で積層及び充填することにより、金属多孔体の気孔率や気孔径だけでなく、これらの分布を容易に制御できる。したがって、任意の等方性、異方性又は傾斜性を有する金属多孔体を容易に製造できる。

本発明の金属多孔体用素材の好ましい実施態様として、平均コイル外径Ｄｃが０．５ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下、長さＬが１ｍｍ以上２０ｍｍ以下、巻き数Ｎが１以上１０以下、前記線材の平均線径Ｄｗが０．０５ｍｍ以上２．００ｍｍ以下であるとよい。

平均コイル外径Ｄｃ、長さＬ、巻き数Ｎ及び平均線径Ｄｗを上記範囲内とした金属多孔体用素材とすることで、多種多用な金属多孔体を容易に製造可能となり、金属多孔体用素材の汎用性を高めることができる。
平均コイル外径Ｄｃが０．５ｍｍ未満だと、金属多孔体用素材を扱う際に、ロボットアーム等で保持することが難しくなり、任意の位置及び方向に配置し難くなる。また、平均コイル外径Ｄｃが１０．０ｍｍを超えると、各金属多孔体用素材を並べて配置した際に、金属多孔体用素材どうしが接触したときの隙間が大きくなる傾向があり、金属多孔体用素材の気孔率から想定される金属多孔体の気孔率がかけ離れて、気孔率の制御が不安定になるおそれがある。
長さＬが１ｍｍ未満では短すぎて、フィーダ等で搬送する際に金属多孔体用素材の位置及び方向を安定的に姿勢を維持して搬送することが難しい。一方で、長さＬが２０ｍｍを超えても、搬送時に金属多孔体用素材の位置及び方向が不安定になり、安定的に姿勢を維持して搬送することが難しくなる。
巻き数Ｎが１未満では、立体的なコイル形状が得られ難くなり、金属多孔体用素材を配置する際に、十分な気孔径や気孔率を確保し難くなる。一方、巻き数Ｎが１０を超えると、コイル形状の製造難易度が高くなるため、製造コストが高くなり、量産性に適さなくなる。
また、線材の平均線径Ｄｗが０．０５ｍｍ未満では、線材の線径が細く、コイル形状の製造難易度が高くなり、量産性に適さなくなる。平均線径Ｄｗが０．１ｍｍ以上であると生産性が高くなることから、平均線径Ｄｗは０．１ｍｍ以上がより好ましい。一方、線材の平均線径Ｄｗが２．０ｍｍを超えると、各金属多孔体用素材を並べて配置した際に、金属多孔体用素材どうしが接触したときの隙間が大きくなる傾向があり、金属多孔体用素材の気孔率から想定される金属多孔体の気孔率がかけ離れて、気孔率の制御が不安定になるおそれがある。

本発明の金属多孔体用素材の好ましい実施態様として、前記長さＬ方向の一端を片持ちしたときに他端が自重によりたわむ量をたわみ量δとすると、前記長さＬと前記たわみ量δとのたわみ比率（δ／Ｌ）が０．２０以下であるとよい。

たわみ比率（δ／Ｌ）が０．２０（２０％）を超えると、ロボットアーム等でハンドリングする際に変形しやすくなり、所望の方向性を有する金属多孔体を製造することが難しくなる。

本発明の金属多孔体用素材の好ましい実施態様として、前記平均コイル外径Ｄｃと前記長さＬとのアスペクト比（Ｌ／Ｄｃ）が０．１以上１０．０以下であるとよい。

アスペクト比（Ｌ／Ｄｃ）が０．１未満、又は１０．０を超えると、金属多孔体用素材を配置する際に、位置及び方向によっては安定して配置することが難しくなり、所望の方向性を有する金属多孔体を製造することが難しくなる。

本発明の金属多孔体用素材の好ましい実施態様として、｛Ｌ×π×（Ｄｃ／２）＾２｝を占有体積Ｖｃ（ｍｍ^３）とし、［｛π×（Ｄｗ／２）＾２｝×（Ｄｃ‐Ｄｗ）×π×Ｎ］を素材体積Ｖｗ（ｍｍ^３）とし、｛１−（Ｖｗ／Ｖｃ）｝×１００を気孔率Ｑ（％）としたとき、
前記気孔率Ｑが３０．０％以上９９．９％以下であるとよい。

金属多孔体用素材の気孔率Ｑを３０％より小さく設定した場合、コイル形状の内側（コイル内径）が小さくなり、十分な空隙を有する金属多孔体を製造することが難しくなる。一方、気孔率Ｑが９９．９％よりも大きいと、金属多孔体用素材自体の強度が低下し、フィーダ等における搬送時に破損するおそれがある。

本発明の金属多孔体用素材の好ましい実施態様として、前記長さＬ方向の１巻ずつの間隔をピッチＰとすると、前記ピッチＰと前記平均線径Ｄｗとのピッチ比率（Ｐ／Ｄｗ）が１以上５０以下であるとよい。

ピッチ比率（Ｐ／Ｄｗ）が１未満では、ピッチＰが平均線径Ｄｗよりも小さくなり、コイル形状の目が詰まり過ぎる。このため、複数の金属多孔体用素材どうしを組み合わせる際に互いの絡みが少なくなる。したがって、金属多孔体を製造したときに、金属多孔体用素材どうしの結合部分が少なくなり、強度が低くなることで、形状の安定性が低下するおそれがある。一方、ピッチ比率（Ｐ／Ｄｗ）が５０を超えると、ピッチＰが開きすぎてしまい、金属多孔体用素材のコイル形状の間に、他の金属多孔体用素材のコイル形状が容易に入り込みやすくなり、金属多孔体用素材の気孔率から想定される金属多孔体の気孔率がかけ離れて、気孔率の制御が不安定になるおそれがある。

本発明の金属多孔体用素材の好ましい実施態様として、前記線材の断面形状における曲率半径（角Ｒ：角部の丸み）が０．１ｍｍ以下の角部が６個以下の多角形であるとよい。

線材の断面形状における曲率半径が０．１ｍｍ以下の角部が６個以下、すなわち線材の断面形状が６角形以下であると、線材に平らな面が多くなるので、金属多孔体用素材どうしが接触した際の接触面積を大きくでき、金属多孔体における各金属多孔体用素材どうしの結合部分を大きくできる。したがって、引張や圧縮などの金属多孔体の機械的特性や、熱伝導度などの熱的特性を向上できる。

本発明の金属多孔体は、前記金属多孔体用素材を複数組み合わせて焼結してなる。

金属多孔体用素材を複数組み合わせて金属多孔体を製造することで、等方性、異方性又は傾斜性の制御を容易に行うことができる。

本発明によれば、汎用性に優れた金属多孔体用素材を提供でき、金属多孔体の等方性、異方性又は傾斜性の制御を容易に行うことができる。

本発明の実施形態の金属多孔体用素材の模式図である。 図１に示す金属多孔体用素材を軸方向から見た側面図である。 図２に示すＡ‐Ａ線に沿う金属多孔体用素材の端面図である。 線材の横断面図である。 複数の金属多孔体用素材を重ねた際に形成される隙間を説明する模式図である。 金属多孔体用素材のたわみ量を説明する模式図である。 金属多孔体用素材の写真である。 金属多孔体用素材の横断面写真である。 図１に示す金属多孔体用素材を複数組み合わせて構成した金属多孔体を説明する模式図である。 他の実施形態の金属多孔体を説明する模式図である。 他の実施形態の金属多孔体を説明する模式図である。

以下、本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の実施形態の金属多孔体用素材１０を示し、図９は金属多孔体用素材１０を用いて製造された金属多孔体１０１を示している。この図９の模式図を示したように、金属多孔体用素材１０は、複数組み合わせることにより、複数の気孔を有する金属多孔体１０１の製造に用いられる。

［金属多孔体用素材の構成］
図１及び図２の模式図に示したように、金属多孔体用素材１０は、金属材料からなる線状の線材１１が螺旋状に巻かれたコイル形状に形成される。線材１１は、熱伝導性が良好で、焼結により接合可能な金属材料からなり、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金を好適に用いることができる。

また、金属多孔体用素材１０を構成する線材１１の断面形状（横断面）は完全な円形に限られるものではなく、例えば図３及び図４に示すように三角形状に形成される。線材１１の断面形状は、図４に示すように、外面における曲率半径Ｒが０．１ｍｍ以下の角部１３が６個以下の多角形であることが望ましい。線材１１の断面形状の角部１３が６個以下、すなわち線材１１の断面形状が６角形以下であると、線材１１に曲率半径２．５ｍｍ以上の緩やかな面が多くなるので、金属多孔体用素材１０どうしが接触した際の接触面積を大きくでき、金属多孔体１０１を製造した際に各金属多孔体用素材１０どうしの結合部分を大きくできる。

なお、本実施形態における金属多孔体用素材１０は完全なコイル形状ではなく、全体に捩じられるようにして形成されている。このように、金属多孔体用素材１０は、全体としては捩じられて変形しているため、線材１１の断面形状は全長において一律に同じ形状のものに限られない。このため、図３に示すように、線材１１の断面形状やその断面積Ｓは、金属多孔体用素材１０の長さ方向（軸方向）の任意の位置によって変化していてもよい。

本実施形態においては、線材１１の断面形状の線径を表す際に、線材１１の断面形状の断面積Ｓから円相当径（断面積Ｓと同じ面積を持つ円の直径）を算出し、この値を線径として用いる。また、前述したように、線材１１の断面形状は金属多孔体用素材１０の測定箇所により形状が異なることから、金属多孔体用素材１０の任意の複数箇所（他えば１０箇所）において断面形状の断面積Ｓを測定し、得られた円相当径の平均値（平均線径Ｄｗ）を用いて線材１１の線径を評価する。

線材１１の平均線径Ｄｗは、好ましくは０．０５ｍｍ以上２．００ｍｍ以下であることが好ましい。また、平均線径Ｄｗが０．１ｍｍ以上であると、コイル形状を形成しやすく、金属多孔体用素材１０の生産性が高くなる。このため、平均線径Ｄｗは０．１ｍｍ以上がより好ましい。なお、線材１１の平均線径Ｄｗが０．０５ｍｍ未満では、線材１１の線径が細く、金属多孔体用素材１０のコイル形状の製造難易度が高くなり、量産性に適さなくなる。一方、線材１１の平均線径Ｄｗが２．０ｍｍを超えると、図５に模式図で示したように、複数の金属多孔体用素材１０を重ねて配置した際に、金属多孔体用素材１０どうしが接触したときの隙間Ｇが大きくなる傾向がある。このため、金属多孔体用素材１０の気孔率から想定される金属多孔体１０１の気孔率がかけ離れて、気孔率の制御が不安定になるおそれがある。

また、図１に示すように、金属多孔体用素材１０は複数のコイル部１２を有するが、コイル部１２の数（巻き数）をＮとすると、巻き数Ｎが１以上１０以下に設けられる。図１では、金属多孔体用素材１０は、コイル部１２が２．５巻分（Ｎ＝２．５）の長さで設けられる。なお、巻き数Ｎが１未満では、立体的なコイル形状が得られ難くなり、金属多孔体用素材１０を配置する際に、十分な気孔径や気孔率を確保し難くなる。一方、巻き数Ｎが１０を超えると、コイル形状の製造難易度が高くなるため、金属多孔体用素材１０の製造コストが高くなり、量産性に適さなくなる。

また、金属多孔体用素材１０の全体の長さをＬ（ｍｍ）とすると、長さＬが１ｍｍ以上２０ｍｍ以下とされるものが好ましい。長さＬが１ｍｍ未満では短すぎて、フィーダ等で搬送する際に金属多孔体用素材１０の位置及び方向を安定的に姿勢を維持して搬送することが難しい。一方で、長さＬが２０ｍｍを超えても、搬送時に金属多孔体用素材１０の位置及び方向が不安定になり、安定的に姿勢を維持して搬送することが難しくなる。

また、金属多孔体用素材１０を構成する各コイル部１２のコイル外径をＤとすると、これらの平均コイル外径Ｄｃ（ｍｍ）が０．５ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下に設けられることが好ましい。なお、平均コイル外径Ｄｃが０．５ｍｍ未満であると、金属多孔体用素材１０を扱う際に、ロボットアーム等で保持することが難しくなり、任意の位置及び方向に配置し難くなる。また、平均コイル外径Ｄｃが１０．０ｍｍを超えると、各金属多孔体用素材１０を並べて配置した際に、金属多孔体用素材１０どうしが接触したときの隙間Ｇが大きくなる傾向がある。このため、金属多孔体用素材１０の気孔率から想定される金属多孔体１０１の気孔率がかけ離れて、気孔率の制御が不安定になるおそれがある。

なお、前述したように、金属多孔体用素材１０は全体に捩じられるように形成されていることから、各コイル部１２の外径Ｄは、一端側と他端側とで異なる大きさに構成されるパターンが多くなる。しかし、平均コイル外径Ｄｃを上記範囲０．５ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下とする金属多孔体用素材１０とすることで、平均的なコイル部１２の形状をハンドリング性や配置した際の隙間Ｇの管理に適したサイズに形成できる。

また、コイル部１２は、厳密に円形に形成される場合だけではなく、楕円であったり、多角形状であったり、種々の形状に形成されるものも、本発明の実施形態に含まれる。また、コイル部１２の中心を通る軸方向は、図１に示す軸Ｃのように、直線状に設けられる場合もあるし、円弧状等の屈曲した軸となる場合もある。また、コイル部１２の巻き方向も、右方向又は左方向等、一律の場合もあるが、長さＬ方向の途中で方向が変化するものであってもよい。

なお、長さＬ方向に巻かれた各コイル部１２の外径Ｄを円の外径として測定することは困難であることから、ほぼ１巻分のコイル部１２において最も外側に配置され、１８０°対向する２箇所をコイル部１２の長さ方向と直交する方向に測定したときに得られる寸法を各コイル部１２のコイル外径Ｄとする。なお、平均コイル外径Ｄｃは、各コイル部１２の外径Ｄの総和を巻き数Ｎで割った値とされる。

また、平均コイル外径Ｄｃと長さＬとのアスペクト比（Ｌ／Ｄｃ）は、０．１以上１０．０以下とすることが好ましい。アスペクト比（Ｌ／Ｄｃ）が０．１未満、又は１０．０を超えると、金属多孔体用素材１０を配置する際に、位置及び方向によっては安定して配置することが難しくなる。このため、所望の方向性を有する金属多孔体１０１を製造することが難しくなる。

また、図１及び図３に示すように、金属多孔体用素材１０の長さＬ方向における１巻ずつの間隔をピッチＰとすると、ピッチＰと平均線径Ｄｗとのピッチ比率（Ｐ／Ｄｗ）が１以上５０以下とされることが好ましい。なお、ピッチＰは、コイル部１２ごとに異なる場合が多いが、それぞれのコイル部１２におけるピッチ比率（Ｐ／Ｄｗ）が１以上５０以下であることが好ましい。ピッチ比率（Ｐ／Ｄｗ）が１未満では、ピッチＰが平均線径Ｄｗよりも小さくなり、金属多孔体用素材１０のコイル形状の目が詰まり過ぎる。このため、複数の金属多孔体用素材１０どうしを組み合わせる際に互いの絡みが少なくなる。したがって、金属多孔体１０１を製造したときに、金属多孔体用素材１０どうしの結合部分が少なくなり、強度が低くなることで、形状の安定性が低下するおそれがある。一方、ピッチ比率（Ｐ／Ｄｗ）が５０を超えると、ピッチＰが開きすぎてしまい、金属多孔体用素材１０のコイル形状の間に、他の金属多孔体用素材１０のコイル形状が容易に入り込みやすくなる。このため、金属多孔体用素材１０の気孔率から想定される金属多孔体１０１の気孔率がかけ離れて、気孔率の制御が不安定になるおそれがある。

また、図６に示すように、金属多孔体用素材１０は、長さＬ方向の一端１４ａを片持ちしたときに他端１４ｂが自重によりたわむ量をたわみ量δ（ｍｍ）とすると、長さＬとたわみ量δとのたわみ比率（δ／Ｌ）が０．２０以下であることが好ましい。たわみ比率（δ／Ｌ）が０．２０（２０％）を超えると、ロボットアーム等でハンドリングする際に変形しやすくなる。

また、金属多孔体用素材１０において、｛Ｌ×π×（Ｄｃ／２）＾２｝を占有体積Ｖｃ（ｍｍ^３）とし、［｛π×（Ｄｗ／２）＾２｝×（Ｄｃ‐Ｄｗ）×π×Ｎ］を素材体積Ｖｗ（ｍｍ^３）とし、｛１−（Ｖｗ／Ｖｃ）｝×１００を気孔率Ｑ（％）としたとき、気孔率Ｑが３０．０％以上９９．９％以下とされることが好ましい。

金属多孔体用素材１０の気孔率Ｑを３０％より小さく設定した場合、コイル形状の内側（コイル内径）が小さくなる。このため、金属多孔体用素材１０を複数組み合わせても十分な空隙を有する金属多孔体１０１を製造することが難しくなる。一方、気孔率Ｑが９９．９％よりも大きいと、金属多孔体用素材１０自体の強度が低下し、フィーダ等における搬送時に破損するおそれがある。

なお、このように構成される金属多孔体用素材１０の線材１１には、ワイヤー線材や、フライス盤等による切削加工により形成した切削片を用いることができる。またワイヤー線材は引き抜きダイスなどを用いて、断面形状が円形以外の形状を取っていてもよい。図７及び図８に切削片からなる金属多孔体用素材１０の写真を示す。図７は金属多孔体用素材１０の全体を表示したものであり、図８は断面形状を表示したものである。この金属多孔体用素材１０は、切削工具の切れ刃の形状、特に切れ刃における逃げ面の形状や、被削材の切削特性、切削条件等によって線材１１の断面形状（横断面）を特定して形成できる。ただし、その断面形状は一定ではなく、不定形である。この金属多孔体用素材１０のように、線材１１の断面形状は、精密に加工して得られる形状のものだけではなく、複数の角部１３を有している。そして、各角部１３の間の面が平面、湾曲面である他、若干の凹凸のある曲面等によって構成され、全体として６個以下の角部１３を有する多角形とされる。

［金属多孔体の構成］
次に、このように構成される金属多孔体用素材１０からなる金属多孔体１０１（図９）について説明する。金属多孔体１０１は、図９に示すように、金属多孔体用素材１０を複数組み合わせて焼結してなる。

図９に示される金属多孔体１０１を製造するには、例えば金属多孔体用素材１０がアルミニウムの場合、型（図示略）等を用いて、複数の金属多孔体用素材１０を、長さＬ方向（軸方向）を揃えて同じ姿勢で一列に並べるとともに、複数の列を並列（平行）に並べて平面的に配置する。なお、高さ方向に複数の列を立体的に重ねてもよい。この際、金属多孔体用素材１０はコイル形状に形成されているので、取り扱いが容易である。このため、細かな配慮をすることなく、フィーダやロボットアーム等を用いて複数の金属多孔体用素材１０を任意の位置及び方向に配置して、積層及び充填することができる。したがって、型内における金属多孔体用素材１０の分布を容易に制御できる。

図示は省略するが、具体的には、各金属多孔体用素材１０は、パーツフィーダを用いることで比較的容易に搬送できる。金属多孔体用素材１０はコイル形状に形成されているので、複数の金属多孔体用素材１０どうしの絡まり等が懸念されるが、これは一般的なスプリング（ばね）をほぐす装置を通すことで容易に個々を取り出すことができる。なお、パーツフィーダでは、金属多孔体用素材１０が円周状の搬送路に沿って搬送されるが、この搬送中に金属多孔体用素材１０が所定の方向に整列される。したがって、パーツフィーダから供給される金属多孔体用素材１０をライン状に並べて一列に保管しておくことで、金属多孔体用素材１０の姿勢を一定に保持でき、金属多孔体用素材１０を容易に取り扱うことができる。

前述したように、フィーダやロボットアーム等を用いて金属多孔体用素材１０を型内に充填後、この型内に充填された各金属多孔体用素材１０を、例えば不活性雰囲気で６００℃〜６６０℃の温度で０．５分〜６０分間、加熱する。これにより、各金属多孔体用素材１０の相互間の接点を焼結させ、金属多孔体用素材１０どうしが焼結部（冶金的接合部）を介して一体に接合された金属多孔体１０１が製造される。なお、各金属多孔体用素材１０は、ろう材等の接合材を介して接合してもよい。また、金属多孔体用素材１０がアルミニウムやアルミニウム合金、銅や銅合金などの焼結性の良い金属材料からなる場合は、金属多孔体用素材１０どうしの焼結を補助する添加物を用いることなく焼結できる。なお、より焼結性を向上させるため、マグネシウムやシリコンの粉末をバインダーにより付着させてもよい。本発明の実施形態においては、焼結部やろう接合部等を含めて冶金的接合部と称す。

このように構成される金属多孔体１０１においては、複数の金属多孔体用素材１０を長さＬ方向に姿勢を揃えて配置したことから、長さＬ方向に異方性を有する気孔が構成される。このように、コイル形状に形成された金属多孔体用素材１０を複数組み合わせることで、異方性を有する金属多孔体１０１を容易に製造できる。また、金属多孔体１０１を構成する金属多孔体用素材１０の線材１１の平均線径Ｄｗ等を変えるだけで、気孔率の大きさ等を自在に制御できるため、製品設計の自由度が高い。

また、金属多孔体１０１は、各金属多孔体用素材１０が焼結部を介して接合されているので、その接合界面における熱抵抗が小さく、各金属多孔体用素材１０どうしの熱移動が円滑に促進される。また、コイル形状に形成された各金属多孔体用素材１０の内側には空隙（気孔）が設けられていることから、この空隙に熱媒を通したり、液体を含浸させることができる。このように、コイル形状に形成された金属多孔体用素材１０を複数組み合わせることで、金属多孔体１０１の気孔率、孔径、力学特性、熱特性、吸音特性、流体通過特性及び液体含浸性等を制御できる。

なお、上記実施形態では、異方性を有する金属多孔体１０１を例にして説明を行ったが、例えば図１０に示したように、金属多孔体用素材１０を姿勢を異なる方向に配置して組み合わせることにより、等方性を有する金属多孔体１０２を容易に構成することもできる。また、図１１に示すように、コイル形状の金属多孔体用素材１０を組み合わせることで、傾斜性を有する金属多孔体１０３を構成することも容易である。なお、図１１に示す金属多孔体１０３では、図の下方に向かうにつれて各金属多孔体用素材１０のコイルの軸を横向きから縦向きに配置することで、傾斜性を付与している。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

本発明の実施例として、（１）アルミニウム製のワイヤー線材からなる金属多孔体用素材を用いた金属多孔体の試料（Ｎｏ．１〜１２）と、（２）切削加工により形成したアルミニウム製の金属多孔体用素材を用いた金属多孔体の試料（Ｎｏ．１３〜１５）と、を作製した。それぞれの金属多孔体用素材及び金属多孔体の寸法等の条件は、表１及び表２に示す通りである。また、各金属多孔体は、金属多孔体用素材のコイルの軸方向を縦方向と横方向とに交互に配置して（図１０参照）、等方性を持たせた。なお、ワイヤー線材からなる金属多孔体用素材（線材）の断面形状（横断面）は円形であり、切削加工により形成した金属多孔体用素材（線材）の断面形状は三角形状である。また、金属多孔体は、縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×高さ３０ｍｍのサイズで形成した。

表１及び表２に示すように、コイル形状に形成した金属多孔体形成用原料を組み合わせることで、任意の気孔率を有する金属多孔体を形成できた。

次に、Ｎｏ．１３の金属多孔体用素材を用いて、異なる配向を有する金属多孔体の試料Ｎｏ．２１〜２２を作製した。Ｎｏ．２１〜２３の金属多孔体は、いずれも縦３８ｍｍ×横５５ｍｍ×高さ６ｍｍのサイズ、気孔率９０％で形成した。このうち、Ｎｏ．２１では、縦（３８ｍｍ）方向と平行に金属多孔体用素材のコイルの軸方向（長さＬ方向）を配置して、金属多孔体に縦方向の異方性を持たせた。また、Ｎｏ．２２では、横（５５ｍｍ）方向と平行に金属多孔体用素材のコイルの軸方向（長さＬ方向）を配置して、金属多孔体に横方向の異方性を持たせた。一方、Ｎｏ．２３では、金属多孔体用素材のコイルの軸方向を縦方向と横方向とに交互に配置して（図１０参照）、金属多孔体に等方性を持たせた。

そして、これらの金属多孔体に対して、３８ｍｍ×６ｍｍの一端面から他端面にかけて横方向に水を流した時の圧力損失を測定した。圧力損失の測定は、一端面から入力する水の流量を２．１（ｍ／ｓ）又は４．３（ｍ／ｓ）に設定して実施した。そして、入力側の一端面における圧力と出力側の他端面における圧力との差圧を測定して、これを圧力損失（ｋＰａ）とした。結果を表３に示す。

表３の結果からわかるように、Ｎｏ．２１は、金属多孔体用素材の軸方向を水の流れと同じ向き（縦方向）に配置したので、３つのうち最も圧力損失が小さくなった。一方、Ｎｏ．２３は、金属多孔体用素材の軸方向を水の流れと直交する向き（横方向）に配置したので、３つのうち最も圧力損失が大きくなった。Ｎｏ．２２は、金属多孔体用素材の軸方向を縦方向と横方向とを混合させてランダムに配置したので、圧力損失がＮｏ．２１とＮｏ．２３との間の値になった。これらの結果からわかるように、複数の金属多孔体用素材を用いて、それぞれの配列を変化させて組み合わせることにより、配向の異なる金属多孔体を形成することができる。

１０ 金属多孔体用素材
１１ 線材
１２ コイル部
１３ 角部
１０１，１０２，１０３ 金属多孔体

Claims (8)

1. 複数の気孔を有する金属多孔体の製造に用いる金属多孔体用素材であり、
   線材が螺旋状に巻かれたコイル形状に形成されることを特徴とする金属多孔体用素材。
2. 平均コイル外径Ｄｃが０．５ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下、
   長さＬが１ｍｍ以上２０ｍｍ以下、
   巻き数Ｎが１以上１０以下、
   前記線材の平均線径Ｄｗが０．０５ｍｍ以上２．００ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の金属多孔体用素材。
3. 前記長さＬ方向の一端を片持ちしたときに他端が自重によりたわむ量をたわみ量δとすると、前記長さＬと前記たわみ量δとの比率（δ／Ｌ）が０．２０以下であることを特徴とする請求項２に記載の金属多孔体用素材。
4. 前記平均コイル外径Ｄｃと前記長さＬとのアスペクト比（Ｌ／Ｄｃ）が０．１以上１０．０以下であることを特徴とする請求項２又は３に記載の金属多孔体用素材。
5. ｛Ｌ×π×（Ｄｃ／２）＾２｝を占有体積Ｖｃ（ｍｍ^３）とし、
   ［｛π×（Ｄｗ／２）＾２｝×（Ｄｃ‐Ｄｗ）×π×Ｎ］を素材体積Ｖｗ（ｍｍ^３）とし、
   ｛１−（Ｖｗ／Ｖｃ）｝×１００を気孔率Ｑ（％）としたとき、
   前記気孔率Ｑが３０．０％以上９９．９％以下であることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の金属多孔体用素材。
6. 前記長さＬ方向の１巻ずつの間隔をピッチＰとすると、
   前記ピッチＰと前記平均線径Ｄｗとの比率（Ｐ／Ｄｗ）が１以上５０以下であることを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載の金属多孔体用素材。
7. 前記線材の断面形状における曲率半径が０．１ｍｍ以下の角部が６個以下の多角形であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の金属多孔体用素材。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の前記金属多孔体用素材を複数組み合わせて焼結してなることを特徴とする金属多孔体。