JP2020163428A

JP2020163428A - ベースメタル一体型の規則性オープンポーラスメタル及びその製造方法

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Publication number: JP2020163428A
Application number: JP2019066491A
Authority: JP
Inventors: 学赤尾; Manabu Akao; 雅和土屋; Masakazu Tsuchiya; 康詩松瀬; Yasushi Matsuse
Original assignee: Art Metal Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Art Metal Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2020-10-08
Anticipated expiration: 2039-03-29
Also published as: JP7267809B2

Abstract

【課題】オープンポーラスメタルとベースメタルとを一体的に鋳造してなるベースメタル一体型オープンポーラスメタルにおいて、冷却媒体が通過する冷却水路での流動抵抗を下げて圧力損失を軽減し、冷却能力に優れた規則性オープンポーラスメタル、及びその製造方法を提供する。【解決手段】オープンポーラスメタル１１とベースメタル２１とが一体化したベースメタル一体型オープンポーラスメタル１の製造方法であって、規則的な空隙を有する水溶性中子４１を準備する工程と、水溶性中子４１を鋳型８１内に配置した後に鋳型８１内に溶融金属７２を流し入れ、溶融金属７２を凝固させて水溶性中子４１と金属７１とが一体化した中間構造物９１を鋳造する工程と、中間構造物９１を構成する水溶性中子４１を溶解させる工程とをその順で含む。【選択図】図３

Description

本発明は、オープンポーラスメタルとベースメタルとを一体的に鋳造してなるベースメタル一体型の規則性オープンポーラスメタル、及びその製造方法に関する。

一般的に、多孔質となるように作製された多孔質金属構造物は、圧延加工や押出加工等で作製された緻密性の高い金属構造物と比べて、弾性、エネルギー吸収性及び断熱性の面で優れている。多孔質金属構造物（以下「ポーラスメタル」ともいう。）は、上記特徴を活かした用途に利用されている。例えば、弾性やエネルギー吸収性に優れているという特徴を活かして、自動車等の衝撃吸収部材の一部として利用されたり、断熱性に優れているという特徴を活かして、断熱部材の一部として利用されたりしている。

ポーラスメタルは複数の気孔（以下「セル」ともいう。）を有するが、その構造形態の違いから、クローズドセル構造のポーラスメタルと、オープンセル構造のポーラスメタルの２種類に大別される。クローズドセル構造のポーラスメタルは、セルとセルとの境界が閉じているものであり、オープンセル構造のポーラスメタルは、セルとセルとの境界が開いているものである。オープンセル構造のポーラスメタルのうち、表面に開口するセルを多数有するスポンジ状のものは、「オープンポーラスメタル」とも呼ばれる。オープンポーラスメタルは、空隙やセルを多く有し、表面積も大きいため、クローズドセル構造のポーラスメタルよりも弾性、エネルギー吸収性及び断熱性の面で優れているだけではなく、流体透過性の面でも優れている。なお、流体とは、気体及び液体のことをいい、流体透過性とは、物体が流体を透過させることができる性質のことをいう。この流体透過性を利用した製品も開発されており、例えば放熱板にオープンセル構造のポーラスメタルを接着して、このオープンセル構造のポーラスメタルに冷却水を透過させることで熱交換を行う熱交換ユニットが提案されている（非特許文献１参照）。

ポーラスメタルを作製するための手法として、例えば、溶融金属にガスを吹き込み、金属の内部にセルを形成させることでポーラスメタルを作製する手法や、中空の金属製の球体を予め複数作製しておき、これらの球体を焼結させたり接着させたりすることでポーラスメタルを作製する手法等がある。これらの手法のうち、オープンポーラスメタルを作製することができる手法としては、焼結させた水溶性物質の隙間に溶融金属を流し入れ、溶融金属が凝固した後に水溶性物質を除去することでオープンセル構造のポーラスメタルを作製する手法（非特許文献１参照）がある。

オープンポーラスメタルは、多くのセルを有するため、構造上脆くなる場合がある。このため、オープンポーラスメタルの強度を向上させ、取扱いを容易にするために、オープンポーラスメタル以外の部材と一体化させる加工を施してから利用することが望ましいとされている。例えば、オープンポーラスメタルを熱交換ユニットの一部として利用する場合には、図８に示すように、オープンポーラスメタルと、放熱板を構成するベースメタルとをそれぞれ独立して作製し、これらを一体化させてから利用する。オープンポーラスメタルを衝撃緩衝部材の一部として利用する場合も、オープンポーラスメタルと、衝撃緩衝部材を固定するためのベースメタルとをそれぞれ独立して作製し、これらを一体化させてから利用する。オープンポーラスメタルとベースメタルとの一体化手段としては、接着、溶接、カシメ、組み立て等、従来から多種の手法が存在する。

しかしながら、これらの手法を用いてオープンポーラスメタルとベースメタルの両者を一体化させようとすると、オープンポーラスメタルの表面に多く存在する開口したセルによって、両者（オープンポーラスメタルとベースメタルのこと。以下同じ。）が接触する面積が小さくなる。このため、両者を強固に一体化させることは困難となる。両者を接着により一体化させる場合に両者の接触面に接着剤を厚く塗ることもできるが、オープンポーラスメタルの表面に存在する開口したセルの内部に接着剤等が充填されてしまうので、目詰まりが生じてしまうという難点がある。一方、両者を溶接により一体化させる場合に両者の接触面を多めに溶解させることもできるが、溶解によってオープンポーラスメタルの表面に存在するセルが潰れて目詰まりが生じたりしてしまうという難点がある。こうした接着や溶接による目詰まりによってオープンポーラスメタルの空隙率が低くなると、オープンポーラスメタルを利用するメリットが失われてしまう。また、カシメや組み立てにより両者を一体化させる場合には、両者が直接的に面接合しないので、振動に対する耐性等の面で問題がある。

オープンポーラスメタルを利用する際の上記課題により、オープンポーラスメタルを効率良く利用するための新たな手法が求められていた。この課題に対しては、リンを添加したロウ材を用いて多孔質金属部材と母材とを被覆接合させる手法が提案されている（特許文献１参照）。この手法によれば、被覆接合は炉による加熱のみで被覆と接合が同時に発生し、なおかつ多孔質金属部材に目詰まりを起こさない、とされている。

特開２０１６−１７９４９１号公報

軽金属学会誌「軽金属」（５５巻（２００５年）７号、ｐ．３２７〜３３２）

特許文献１の手法では、オープンポーラスメタルとベースメタルとの境界に異種材料であるロウ材が存在するので、せっかくオープンポーラスメタルとベースメタルとを一体化させても、その境界部で弾性、エネルギー吸収性、断熱性等の特性の連続性が途切れてしまうという問題があった。また、上記のような接着、溶接、カシメ、組み立て等で一体化させた場合は、既に説明したような目詰まりが生じたり、不完全な一体化となったりするので、オープンポーラスメタルのメリットを十分活かすことができないことがあった。

こうした問題に対し、本発明者は、先願（特開２０１８−６３６５２号／現時点で未公開）において、オープンポーラスメタルとベースメタルとをそれぞれ独立して製作した後に両者を一体化させる後工程を経ることなく、境界部での特性の連続性を維持することができるベースメタル一体型オープンポーラスメタルを提案した。この技術は、空隙を有する水溶性固化物を中子として準備する工程と、水溶性固化物を鋳型内に配置した後に鋳型内に溶融金属を流し入れ、溶融金属を凝固させて水溶性固化物と金属とが一体化した中間構造物を鋳造する工程と、中間構造物を構成する水溶性固化物を溶解させる工程とをその順で含む方法である。

しかし、上記発明は、所期の目的である境界部での特性の連続性を維持できているが、セルの大きさが不定形で不規則であり、例えば液冷型ヒートシンクとして用いた場合に、冷却媒体が通過する冷却水路での流動抵抗が増し、圧力損失が増大するという現象が生じることがあった。

なお、セルの大きさをコントロールする手段としては、例えば発泡溶融法、ＭｅｔａｌＨｏｌｌｏｗＳｐｈｅｒｅ（金属中空球）法、プリカーサ法が知られている。発泡溶融法は、溶融アルミニウムにガスを導入してポーラスアルミニウムを製造する方法であるが、アルミニウム溶湯中の気泡の上昇及び結合による気泡の消失を抑制するために、溶湯の粘性を制御する必要があり、気泡はアトランダムに構成される。ＭｅｔａｌＨｏｌｌｏｗＳｐｈｅｒｅ（ＭＨＳ／金属中空球）法は、予め金属中空球を製造しておき、それを焼結又は接着剤等で固化（一体化）させる方法であるが、ＭＨＳ同士の接着方法に課題があり、金属中気球は、アトランダムと規則性の２種類になってしまう。また、プリカーサ法は、金属粉末と発泡助剤粉末（主にＴｉＨ２）を混合した後に、圧粉・固形化する方法であるが、均一な気孔サイズ分布を有する高品質な発泡アルミニウムを製造するためには、合金粉末と発泡助剤粉末との均一な混合が必要であり、気泡はアトランダムになっている。

本発明は、こうした問題を解決するためになされたものであって、その目的は、オープンポーラスメタルとベースメタルとを一体的に鋳造してなるベースメタル一体型オープンポーラスメタルにおいて、冷却媒体が通過する冷却水路での流動抵抗を下げて圧力損失を軽減し、冷却能力に優れた規則性オープンポーラスメタル、及びその製造方法を提供することにある。

（１）本発明に係るベースメタル一体型の規則性オープンポーラスメタルの製造方法は、オープンポーラスメタルとベースメタルとが一体化したベースメタル一体型オープンポーラスメタルの製造方法であって、規則的な空隙を有する水溶性中子を準備する工程と、前記水溶性中子を鋳型内に配置した後に前記鋳型内に溶融金属を流し入れ、前記溶融金属を凝固させて前記水溶性中子と金属とが一体化した中間構造物を鋳造する工程と、前記中間構造物を構成する前記水溶性中子を溶解させる工程とをその順で含む、ことを特徴とする。

この発明によれば、規則的な空隙を有する水溶性中子を鋳型内に配置し、その後に溶融金属を流し込むので、得られたオープンポーラスメタルは、貫通気孔を備えた規則的なセル構造を有するものとなる。その結果、オープンポーラスメタルを液冷型ヒートシンクとして用いた場合に、貫通気孔を備えた規則的なセル構造内を冷却媒体が通過することになるので、冷却水路の流動抵抗が下がって圧力損失を軽減することができ、冷却能力に優れたベースメタル一体型オープンポーラスメタルとすることができる。

本発明に係るベースメタル一体型の規則性オープンポーラスメタルの製造方法において、前記水溶性中子は、水溶性物質を固めた塊状物を規則的に配列してなる固化物である。この発明によれば、塊状物を規則的に配列して水溶性中子としたので、水溶性中子は規則的な空隙を有するものとなる。

本発明に係るベースメタル一体型の規則性オープンポーラスメタルの製造方法において、前記水溶性物質が塩化ナトリウムである。

（２）本発明に係るベースメタル一体型の規則性オープンポーラスメタルは、オープンポーラスメタルとベースメタルとが一体的に鋳造されてなる円筒状又は矩形状の一体構造物であって、貫通気孔を備えた規則的セル構造を有することを特徴とする。この発明によれば、鋳造された一体構造物が貫通気孔を備えた規則的セル構造を有するので、オープンポーラスメタルを液冷型ヒートシンクとして用いた場合に、規則的セル構造内を冷却媒体が通過することになるので、冷却水路の流動抵抗が下がって圧力損失を軽減することができ、冷却能力に優れたものとすることができる。

本発明に係るベースメタル一体型の規則性オープンポーラスメタルにおいて、前記規則的セル構造は、空隙が規則的に配列されてなる。

本発明によれば、オープンポーラスメタルとベースメタルとを一体的に鋳造してなるベースメタル一体型オープンポーラスメタルにおいて、冷却媒体が通過する冷却水路での流動抵抗を下げて圧力損失を軽減し、冷却能力に優れた規則性オープンポーラスメタル、及びその製造方法を提供することができる。また、本発明によれば、放熱板として作用するベースメタルと、規則的セル構造を有するオープンポーラスメタルとを、接着、溶接、カシメ、組立等の後加工なく、鋳造にて一体化することができる。

本発明に係るベースメタル一体型の規則性オープンポーラスメタルの製造方法で使用される規則的な空隙を有する水溶性中子の一例を示す写真である。規則的な空隙を有さない水溶性中子の一例を示す写真である。水溶性中子を鋳型内に配置した後に鋳型内に溶融金属を流し入れ、溶融金属を凝固させて水溶性中子と金属とが一体化した中間構造物を鋳造する工程と、その後に水溶性中子を溶解除去する工程の説明図である。鋳型内に溶融金属を投入し、その後に凝固させて中間構造物を形成する工程の説明図である。本発明に係るベースメタル一体型規則性オープンポーラスメタルの具体例とその鋳造工程を示す模式図である。（Ａ）は円柱状の一例であり、（Ｂ）は円板状の一例であり、（Ｃ）は円柱状の他の一例である。図５（Ａ）の円柱状のベースメタル一体型規則性オープンポーラスメタルの使用例である。図５（Ｂ）の円板状のベースメタル一体型規則性オープンポーラスメタルの使用例である。図５（Ｄ）の円柱状のベースメタル一体型規則性オープンポーラスメタルの使用例である。本発明に係るベースメタル一体型規則性オープンポーラスメタルのかさ比重の結果である。本発明に係るベースメタル一体型規則性オープンポーラスメタルの熱抵抗の結果である。本発明に係るベースメタル一体型規則性オープンポーラスメタルの熱交換特性の測定形態（Ａ）と、その結果を示すグラフ（Ｂ）である。

本発明に係るベースメタル一体型規則性オープンポーラスメタル及びその製造方法について、図面を参照しつつ説明する。なお、本発明は下記の実施形態に限定されるものではない。

本発明に係るベースメタル一体型規則性オープンポーラスメタル１（以下「一体型オープンポーラスメタル１」ともいう。）の製造方法は、オープンポーラスメタル１１とベースメタル２１とが一体化した一体型オープンポーラスメタル１を製造する方法である。その方法の特徴は、規則的な空隙４３を有する水溶性中子４１を準備する工程と、水溶性中子４１を鋳型８１内に配置した後に鋳型８１内に溶融金属７２を流し入れ、溶融金属７２を凝固させて水溶性中子４１と金属７１とが一体化した中間構造物９１を鋳造する工程と、中間構造物９１を構成する水溶性中子４１を溶解させる工程とをその順で含む。

この製造方法は、規則的な空隙４３を有する水溶性中子４１を鋳型８１内に配置し、その後に溶融金属７２を流し込むので、得られたオープンポーラスメタル１１は、貫通気孔５１を備えた規則的なセル構造を有するものとなる。その結果、オープンポーラスメタル１１を液冷型ヒートシンクとして用いた場合に、貫通気孔５１を備えた規則的なセル構造内を冷却媒体が通過することになるので、冷却水路の流動抵抗が下がって圧力損失を軽減することができ、冷却能力に優れた一体型オープンポーラスメタル１とすることができる。

製造された一体型オープンポーラスメタル１は、オープンポーラスメタル１１とベースメタル２１とが一体的に鋳造されてなる円筒状又は矩形状の一体構造物であって、貫通気孔５１を備えた規則的セル構造を有する。この一体型オープンポーラスメタル１によれば、鋳造された一体構造物が貫通気孔５１を備えた規則的セル構造を有するので、一体型オープンポーラスメタル１を液冷型ヒートシンクとして用いた場合に、規則的セル構造内を冷却媒体が通過することになるので、冷却水路の流動抵抗が下がって圧力損失を軽減することができ、冷却能力に優れたものとすることができる。また、放熱板として作用するベースメタル２１と、規則的セル構造を有するオープンポーラスメタル１１とを、接着、溶接、カシメ、組立等の後加工なく、鋳造にて一体化することができる。

以下、各構成要素を詳しく説明する。なお、以下で、上、下、左、右の語は、図面を平面視したときの位置関係で説明しているものである。

＜準備工程＞
準備工程は、規則的な空隙４３を有する水溶性中子４１を準備する工程である。水溶性中子４１は、図１に示すように、水溶性物質を固化することで形成される固化物である。具体的には、水溶性中子４１は、水溶性物質を固めた塊状物４２を規則的に配列してなる固化物である。水溶性中子４１は、塊状物４２が規則的に配列した態様で形成されているので、隣り合う塊状物間には、空隙４３があり、その空隙４３は水溶性中子４１に規則的に存在している。

塊状物４２は、水溶性物質を固めたものであり、通常は、水溶性物質の粒子を成形型で固めて一定形状に形成されている。成形型で形成された塊状物４２は、好ましくは同一形状又は略同一形状のものが用いられる。形状が異なる塊状物４２であっても、大きさや形状毎に規則的に配列したものであればよい。例えば、ａ）大きさや形状が同一又は略同一の塊状物を用いる場合は、その塊状物を規則的に配列することが好ましく、ｂ）大きさや形状が異なる塊状物の場合は、冷却媒体が流れる冷却水路の向きに沿って同一又は略同一のものを規則的に配列すればよく、異なる大きさや形状のものであっても、内側、中心側、外側のそれぞれで同一又は略同一のものを規則的に配列したものであってもよい。

塊状物４２を成形するための成形型の形状、大きさ、材質等は、水溶性物質の性質との関係で悪影響が生じないものであれば特に限定されない。通常は、酸化しにくい材質、例えば、木、樹脂、ステンレス鋼等の材質からなる成形型が用いられる。塊状物４２は、１つ１つを成形型で成形した後に、それら塊状物４２を図１に示すように整列させて水溶性中子４１としてもよいし、水溶性物質を成形型に入れて一度に数個の塊状物４２を形成し、それをさらに数個並べて図１に示すような水溶性中子４１を成形したものであってもよい。図１に示すような水溶性中子４１を一度に成形することは、全ての塊状物４２に圧力を加えなければならず、困難であるが、複数個の塊状物４２であれば圧力を加えて形成することができる。なお、水溶性物質は、水に溶ける物質であり、塩化ナトリウムであることが好ましく、通常は、塩化ナトリウム粉末が用いられる。

塊状物同士は、接合又は接続（以下これらを「接合」という。）している。塊状物４２が接合することで、後述の鋳造で溶融金属７２が水溶性中子４１の隙間内に入り込んでその後に凝縮して金属７１になった場合には、その接合部分は、貫通気孔５１となる。貫通気孔５１は、冷却水路５となり、液体が流れる箇所である。塊状物４２の接合は、塊状物４２を規則的に並べた後に水溶性物質の水溶液をかけることで行うことができる。

こうして水溶性中子４１を準備することができる。水溶性中子４１のかさ密度は３０〜８０％の範囲内であることが好ましく、この範囲の水溶性中子４１は、鋳造により溶融金属７２を空隙４３に流し込みやすく、さらに水溶性中子４１を溶解した後においては、流動抵抗の小さい冷却水路５として低い圧力損失で冷却水を通過させることができる。なお、図２に示す水溶性中子４１は、塊状物４２の大きさが異なるものであり、したがって、塊状物４２が規則的に並んでいないので、後述の工程を経た場合に、貫通気孔の大きさや形状がばらばらであり、中には貫通していない部分もあり、冷却媒体が通過する冷却水路での流動抵抗を上げる原因になり、圧力損失が大きくなって冷却能力が低下することがある。

＜鋳造工程＞
水溶性中子４１は、図３及び図４に示すように、鋳型８１内に配置した後に、鋳型８１内に溶融金属７２を鋳込んで水溶性中子４１と金属７１とを一体化して、中間構造物９１を鋳造する。この工程では、水溶性中子４１を鋳型８１内に配置するが、その配置とは、鋳型８１内に水溶性中子４１を固定することであり、鋳型８１内に溶融金属７２を流し入れることができる状態にすることをいう。水溶性中子４１の配置位置は、後工程を経て一体型オープンポーラスメタル１が得られる位置に配置される。具体的には、図３に示すように、水溶性中子４１の形状は、冷却水路５の形状と同じになるので、ベースメタル２１の厚さ分だけ隔てた位置に配置されていることが好ましい。

鋳造は、図３及び図４に示すように、水溶性中子４１が配置されている鋳型８１内に、溶融金属７２を流し入れて、水溶性中子４１と金属７１とを一体的に凝固させることで中間構造物９１を形成させることをいう。鋳型８１に流し入れる溶融金属７２の温度は、金属の種類によって異なるので特に限定されないが、水溶性中子４１が熱溶解する温度よりも低いことが好ましい。例えば、水溶性中子４１が溶解温度約８００℃程度の塩化ナトリウムで構成されている場合には、それよりも溶解温度が低いアルミニウム（約６６０℃程度）又はその合金（約５５０℃〜５６０℃程度）であることが好ましく、鋳型８１に流し入れられる際のアルミニウムの温度は５９０℃〜８００℃であることが好ましい。鋳造では、図４に示すような加圧部材７３で加圧することで、溶融金属７２が水溶性中子４１の空隙の隅隅にまで入り込みやすくなる。

溶融金属７２は、水溶性中子４１との関係性を満たせば特に限定されず、用途に応じて様々な金属を採用することができる。例えば、アルミニウム又はその合金に代表される様々な金属、具体的にはＡＣ材（鋳造成形材）、ＡＤＣ材（ダイキャスト鋳造材）、Ａ材（鍛造成形材）等を好ましく選択することができる。溶融金属７２の鋳造時には、高圧、低圧、吸引重力等を用いることが好ましく、溶融金属７２が水溶性中子４１の空隙４３の隅隅まで入り込むことができる。

この鋳造工程では、図５に示すように、鋳型８１内でオープンポーラスメタル１１を形成することとなる領域Ｐに水溶性中子４１を配置する。鋳型８１内で、水溶性中子４１が配置された領域Ｐは、オープンポーラスメタル１１が形成される領域となり、それ以外の領域Ｑは、ベースメタル２１を形成する領域となる。領域Ｐのオープンポーラスメタル１１と、領域Ｑのベースメタル２１とは、境界部を有することなく１つの構造体となっている。なお、鋳型８１内でオープンポーラスメタル１１を形成することとなる領域Ｐに水溶性中子４１を配置する方法は特に限定されないが、鋳型８１内に、針、ピン、凹凸等を設けて水溶性中子４１を固定すること等を例示できる。

本発明では、鋳造による製品化が可能であるので、円筒型，円盤型，曲面形状を含む構造形態にすることが容易であり、設計の自由度が格段に高い。

＜溶解工程＞
中間構造物９１を構成する水溶性中子４１を溶解することで、本発明の一体型オープンポーラスメタル１が得られる。ここで、溶解とは、中間構造物９１を水に浸す等により、中間構造物９１から水溶性中子４１を溶かし出すことをいう。溶解工程では、水溶性中子４１の水溶性という性質を利用するので、水溶性中子４１と金属７１とが一体化した中間構造物９１から水溶性中子４１を容易に溶解させることができる。こうすることにより、水溶性中子４１が溶解する前に存在していた部分に冷却水路５が形成される。水は、常温であってもよいが、３０〜４０℃程度の水であることが好ましい。塊状物同士は、接合又は接続（以下これらを「接合」という。）している。塊状物４２が接合することで、後述の鋳造で溶融金属７２が水溶性中子４１の隙間内に入り込んでその後に凝縮して金属７１になった場合には、その接合部分は、貫通気孔５１となる。貫通気孔５１は、冷却水路５となり、液体が流れる箇所である。塊状物４２の接合は、塊状物４２を規則的に並べた後に水溶性物質の水溶液をかけることで行うことができる。

＜実施形態例＞
図５は、ベースメタル一体型規則性オープンポーラスメタル１の具体例であり、（Ａ）は円柱状の一例であり、（Ｂ）は円板状の一例であり、（Ｃ）は円柱状の他の一例である。図５（Ａ）では、縦長の円筒状の鋳型８１内の中心部又はその付近の領域Ｐに、オープンポーラスメタル１１を形成させるための水溶性中子４１を配置し、鋳型８１内に溶融金属７２を流し入れて、流し入れられた溶融金属７２を凝固させることで水溶性中子４１と金属７１とが一体化した中間構造物９１が鋳造される。このような鋳造工程を経た後に、水溶性中子４１を溶解させる工程を経ることにより、円柱状のオープンポーラスメタル１１の周囲をベースメタル２１が囲うように配置された、ベースメタル一体型規則性オープンポーラスメタル１を製造することができる。

図５（Ｂ）では、深さが浅い横広の円筒状の鋳型８１内の上部の領域Ｐに、オープンポーラスメタル１１を形成させるための水溶性中子４１を配置し、鋳型８１内に溶融金属７２を流し入れて、流し入れられた溶融金属７２を凝固させることで水溶性中子４１と金属７１とが一体化した中間構造物９１を鋳造する。このような鋳造工程を経た後に、水溶性中子４１を溶解させる工程を経ることにより、円板状のベースメタル２１の上にオープンポーラスメタル１１が重なるように配置された、ベースメタル一体型規則性オープンポーラスメタル１を製造することができる。

図５（Ｃ）では、中心部又はその付近に円柱状の柱を有する円筒状の鋳型８１の内壁面付近の領域Ｐに、オープンポーラスメタルを形成させるための、空洞１０１を有する水溶性中子４１を配置し、鋳型８１内に溶融金属７２を流し入れて、流し入れられた溶融金属７２を凝固させることで水溶性中子４１と金属７１とが一体化した中間構造物９１を鋳造する。このような鋳造工程を経た後に、水溶性中子４１を溶解させる工程を経ることにより、中心部又はその付近に空洞１０１を有する円柱状のベースメタル２１の周囲をオープンポーラスメタル１１が囲うように配置された、ベースメタル一体型規則性オープンポーラスメタル１を製造することができる。

図５（Ｄ）では、半円柱状の凸部を有する半円筒状の鋳型８１の内壁面付近の領域Ｐに、オープンポーラスメタル１１を形成させるための、切欠き部１０２を有する半円柱状の水溶性中子４１を配置し、鋳型８１内に溶融金属７２を流し入れて、流し入れられた溶融金属７２を凝固させることで水溶性中子４１と金属７１とが一体化した中間構造物９１を鋳造する。このような鋳造工程を経た後に、水溶性中子４１を溶解させる工程を経ることにより、切欠き部１０２を有する半円柱状のベースメタル２１の弧の外側をオープンポーラスメタル１１が囲うように配置された、ベースメタル一体型規則性オープンポーラスメタル１を製造することができる。

＜使用例＞
図６〜図８は、それぞれ図５（Ａ）（Ｂ）（Ｄ）の使用例である。本発明に係るベースメタル一体型規則性オープンポーラスメタル１は、その構造形態を自由に設計できるので、種々の形態の発熱体や被冷却部材を効果的に冷却することができる。例えば図６は、図５（Ａ）の円筒状形態の中心部の規則性オープンポーラスメタル１１に冷却水１１１を流し、発熱機器１１０にベースメタル２１を接触させて、その発熱機器１１０を冷却する使用例である。冷却水１１１は、規則性オープンポーラスメタル１１をフランジ１１２で挟んだ状態で流している。

図７は、図５（Ｂ）の円板状形態の上半分の規則性オープンポーラスメタル１１を放熱フィン態様として利用し、発熱機器１１０にベースメタル２１を接触させて、その発熱機器１１０を冷却する使用例である。放熱フィン態様として機能する規則性オープンポーラスメタル１１は、空冷用ファン１１３で熱交換して、発熱機器１１０を冷却している。

図８は、図５（Ｄ）の円柱状形態の中心部のベースメタル２１の切欠き部１０２に配管を接触させ、規則性オープンポーラスメタル１１を放熱フィン態様で利用する例である。配管１１４に流れる流体を冷却することができる。なお、配管の代わりにモーター主軸として、モーター主軸を冷却する例とすることもできる。

図９は、かさ比重を比較した結果である。オープンポーラスメタル１１のかさ比重は、アルミニウム合金（ＡＣ８Ａ材）からなるベースメタル２１の比重に比べて３分の１になることから、軽量化することができる。図１０は、熱抵抗を比較した結果であり、アルミニウム合金（ＡＣ８Ａ材）に比べて熱抵抗（Ｋ／（Ｗ・ｃｍ^２））を３倍に向上させることができている。また、図１１は、熱交換特性についての測定方法（Ａ）と測定結果（Ｂ）である。ここで用いた試料は、図６に示した規則性オープンポーラスメタル１と同じものであり、規則性オープンポーラスメタル１１をフランジ１１２で挟んだ状態で冷却水１１１を流している。一方、比較として用いた冷却管は、規則性オープンポーラスメタル１と同じ外径の金属円筒であり、その中央は配管１１４と同じ径の穴が空いており、その穴の中を冷却水１１１を流している。発熱機器１１０の部分での温度（約８０〜９０℃）に比べて、冷却水１１１を通過させることで、約２５〜３０℃程度に著しく冷却することが可能であった。

以上、本発明に係るベースメタル一体型規則性オープンポーラスメタル１及びその製造方法について説明したが、本発明は上記した実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の事項の範囲内で考えられるその他の実施形態や変形例も含む。

１ベースメタル一体型の規則性オープンポーラスメタル
１１オープンポーラスメタル
２１ベースメタル
４１水溶性中子
４２塊状物
４３空隙
４４塊状物の接合部
５１貫通気孔
７１金属
７２溶融金属
７３加圧部材
８１鋳型
９１中間構造物
１０１空洞
１０２切欠き部
１１０発熱機器
１１１冷却水
１１２フランジ
１１３空冷用ファン
１１４配管
１１５固定治具
Ｐ鋳型内の領域
Ｑ鋳型内の領域

Claims

オープンポーラスメタルとベースメタルとが一体化したベースメタル一体型オープンポーラスメタルの製造方法であって、
規則的な空隙を有する水溶性中子を準備する工程と、前記水溶性中子を鋳型内に配置した後に前記鋳型内に溶融金属を流し入れ、前記溶融金属を凝固させて前記水溶性中子と金属とが一体化した中間構造物を鋳造する工程と、前記中間構造物を構成する前記水溶性中子を溶解させる工程とをその順で含む、ことを特徴とするベースメタル一体型の規則性オープンポーラスメタルの製造方法。
前記水溶性中子は、水溶性物質を固めた塊状物を規則的に配列してなる固化物である、請求項１に記載の規則性オープンポーラスメタルの製造方法。
前記水溶性物質が塩化ナトリウムである、請求項１に記載の規則性オープンポーラスメタルの製造方法。
オープンポーラスメタルとベースメタルとが一体的に鋳造されてなる円筒状又は矩形状の一体構造物であって、貫通気孔を備えた規則的セル構造を有する、ことを特徴とするベースメタル一体型の規則性オープンポーラスメタル。
前記規則的セル構造は、空隙が規則的に配列されてなる、請求項４に記載の規則性オープンポーラスメタル。