JP3162984B2 - 多孔質体金属複合筒 - Google Patents

多孔質体金属複合筒

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、混合器、化学反応
筒、カッター、フィルター、金属触媒、防音材、含浸メ
タルなどに適用される多孔質体金属複合筒に関する。
【0002】
【従来の技術】金属多孔質体は、例えば、金属粉末にス
テンレス鋼の金属繊維を混入した混合物を所要形状に加
圧成形した後、加熱焼結処理する方法により製造されて
いる。或いは又、金属粉末にバインダや溶剤などを加え
てスラリーを調製した後、予備焼成でバインダや溶剤な
どを除去し、次に焼成による焼結を行う方法により製造
されている。また、金属多孔質体を気孔分布の異なる複
数の層からなる積層構造の複層多孔体として製造する方
法としては、金属粉末や金属繊維に、加熱消失性繊維を
異なる配合比率で混合した複数枚の成形体を加圧成形
し、その成形体を積層して加熱焼結処理する方法が提案
されている(特開昭63−171803号公報)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の金属多孔質体の
製造方法は、原料粉末を加圧成形した後、成形体の焼結
処理を常圧焼結により行うものである。したがって金属
多孔質体の気孔率、気孔径などの気孔特性の制御が困難
である。また成形用のバインダーを混入して製造する多
孔質体の場合は、強度を確保し難く、また、複層多孔質
体では、積属界面の接合強度を確保することも容易でな
い。本発明は、気孔特性の異なる複数の多孔質金属体
が、その回りの金属円筒と一体となり、混合器、化学反
応筒、カッター、フィルター、金属触媒、防音材、含浸
メタルなど各種の用途に適用可能な多孔質体金属複合筒
を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項1に係る多孔質体金属複合筒は、同心円状に
配置された多重構造の金属円筒の中に、熱間等方加圧焼
結体からなる金属多孔質体を形成してなり、前記金属多
孔質体は、各層毎に気孔分布が異なっており、前記金属
円筒は、その内外周側に複数条の溝を穿設していること
を特徴としている。この場合には、金属円筒と金属多孔
質体の接合強度を高めることができる。また、請求項2
に係る多孔質体金属複合筒は、同心円状に配置された多
重構造の金属円筒の中に、熱間等方加圧焼結体からなる
金属多孔質体を形成してなり、前記金属多孔質体は、各
層毎に気孔分布が異なっており、前記金属円筒は、それ
ぞれ軸方向に傾斜を有する円筒形であることを特徴とし
ている。なお、熱間等方加圧処理とは、圧力容器中に処
理材を挿入し、高温下においてガスを圧力媒体として高
い等方圧力を加えることにより、高温、高圧の相乗効果
を利用して、金属粉末の加圧焼結をする処理をいう。金
属粉末の材料は、使用環境からの要請(例えば耐食性、
耐摩耗性、放熱性)に応じて適宜に選択され、また、気
孔率なども多孔質体金属複合筒の用途に応じて適宜に決
定される。なお、高温・高圧に過ぎると気孔率が小さく
なり、一方、高温・高圧が不足すると粒子間の接着力に
欠けるので、使用する金属粉末などの種類に応じて、最
適な温度や圧力に調整する必要がある。
【0005】
【発明の実施の形態】以下、実施例に基づいて、この発
明を更に詳細に説明する。図1(b)は、本発明に係る
多孔質体金属複合筒1を図示したものであり、図1
(a)や図2は、その構成要素を図示したものである。
図示の通り、この多孔質体金属複合筒1は、同心3重構
造からなる金属円筒の中に、熱間等方加圧焼結体からな
る金属多孔質体を形成して構成されている。具体的に
は、ステンレス、チタン、合金などの耐食性金属で形成
された大中小の金属円筒2,3,4を同心円状に配置
し、その中に所定の気孔率と所定の気孔径を有する金属
多孔質体5,6,7を形成して構成されている(図1参
照)。
【0006】金属多孔質体5,6,7の焼結原料粉末に
は、例えば、ステンレス鋼系(SUS304,SUS6
30など)、工具鋼系(SKD61,SKD11な
ど)、マルエージング鋼系(18Ni系、20Ni系な
ど)、高速度鋼(SKH51,SKH55など)、非鉄
金属系(アルミ合金、チタン合金など)の各種金属が使
用される。金属多孔質体の気孔率や気孔径は、必要に応
じて適宜に選択されるが、気孔率を7.0〜50.0
%、気孔径を500μm以下とする場合には、特願平6
−255228号の出願明細書に開示されたところによ
る。すなわち、気孔率や気孔径に対応した粒径の原料粉
末をカプセルに真空密封し、高緻密質の焼結体における
処理条件より、低温・低圧・短時間の処理条件にて熱間
等方加圧焼結(HIP)処理を行う。例えば、ステンレ
ス鋼や合金工具鋼系粉末を原料粉末とするHIP処理で
は、温度400〜800℃程度、加圧力50〜150M
Pa程度、処理時間0.5〜4Hr程度とし、高速度鋼
系粉末を原料粉末とする場合は、温度300〜800℃
程度、加圧力50〜150MPa程度、処理時間0.5
〜4Hr程度とする。なお、焼結体として得られる金属
多孔体の気孔率や気孔径は、加圧温度や加圧力や処理時
間などを制御因子として調整される。また、HIP処理
の後、融点の60〜90%の温度域に2〜10Hr程度
の時間保持する熱処理を施せば、焼結体の気孔率や気孔
径に実質的な変化を生じさせずに、粒子同志の結合を強
化することができる。
【0007】多孔質体金属複合筒1は、上記のような方
法によって一体成形されるが、金属円筒2,3,4の内
外周側には、図1(a)のような、複数条の溝3a,3
bを穿設しても良く、この場合には金属円筒2,3,4
と金属多孔質体5,6,7の接合強度をより高めること
ができる。また、金属多孔質体5,6,7は、それぞれ
を、軸方向に多層構造としても良く、そうすれば、多孔
質体金属複合筒1の軸方向について気孔分布を異ならせ
ることができて好ましい。この場合、例えば、多孔質体
5〜7の上部から下部に向けて気孔率などを小さく形成
すれば良いが、その製造方法は、特願平7−11159
3号の明細書に開示したところによる。つまり、粒度や
材質の異なる複数種の金属粉末などを積層充填し、温度
0.2〜0.85mpK、加圧力0.5〜150MPa
の条件下で熱間等方加圧処理を行って複層金属多孔質体
7,8,9を製造すれば良い。なお、mpKは粉末の融
点(絶対温度)であって、異材種の粉末が積層充填され
る場合には、低融点粉末の融点をいう。また、粒度や材
質の異なる複数種の金属粉末などを積層充填し、冷間加
圧処理の後、熱間等方加圧処理を行うようにしても良
い。
【0008】図3は、本発明に係る多孔質体金属複合筒
1を混合器に適用する場合の実施例を図示したものであ
る。この例では、金属円筒2A〜4Aの軸方向長さは、
小径円筒4Aが最も短く、大径円筒2Aが最も長くなっ
ている。また、各円筒2A〜4Aの中の金属多孔質体
5,6,7は、その終端部が内向き球面状に加工されて
いる。そして、各金属円筒2A〜4Aの上端面を揃える
ことにより、金属多孔質体5,6,7の終端部が、下向
きに段々と広がってゆく多段球面状となっている。この
多孔質体金属複合筒1を混合器に用いる場合には、金属
多孔質体の上部空隙部7a,6a,5aから、例えば3
種の気体A,B,Cをそれぞれ圧入させる。そして、圧
入された各気体A,B,Cは、多孔質体5〜7の微細空
洞を通って球面状の終端面から流出される。各多孔質体
5〜7の終端面は、それぞれ極微の噴出口(ノズル)を
形成しており、最上部に位置する多孔質体チャンバー7
の終端面からは気体Aが噴出される。そして、圧力噴射
された気体Aは、気圧が降下してミクロの渦流を形成す
る。同様に、気体Bや気体Cもミクロの渦流を形成する
が、多孔質体の多数の噴気口より噴射されるミクロの渦
は、集合して小渦となり、更に乱流渦となって、均一に
混合されることになる。
【0009】以上、混合動作について説明したが、多孔
質体5〜7を形成する金属粉末に、Pt、Ag、Cu、
Zn、Cr、Niなどを選択してHIP焼結加工する
か、或いは、これらの金属をメッキ又は蒸着した金属粉
末をHIP焼結加工して金属触媒を形成すれば、各種の
反応機構を形成することができる。したがって単なる混
合器としてではなく、化学反応による重合反応、重縮合
反応の機構として使用することができる。例えば、天然
ガス、LPG、ナフサなどからメタノールを製造する場
合、Zn−CrまたはZn−Cr−Cu系触媒を用い2
50〜400℃、50〜300気圧で製造されるが、こ
れらの重合反応には、本発明の混合器を使用するのが安
全確実である。これは、多孔質体金属複合筒1の多孔質
体が微細な空洞を形成しているので、この微細な空洞を
通過する気体や液体が微細に細分されて、極めて短時間
(瞬間的)のうちに、混合又は接触重合が完了するため
である。また、中央の空隙部7aより液体Aを圧入し
て、このA液を、多孔質体によって細分し霧状に噴出さ
せると同時に、空隙部6a,5aよりガス体及び触媒な
どを噴射させて、瞬時に接触反応をさせることもでき
る。
【0010】図4は、本発明に係る多孔質体金属複合筒
1をカッターに適用する場合の実施例を図示したもので
ある。カッターを製造するには、HIP処理によって成
形された多孔質体金属複合筒1を、先ず、所要の厚さ
(2.5 mm〜5mm)に輪切りに切断してゆく。次に、最外
部の金属円筒2を除去して、中心部には開口7aを設け
る。また、金属多孔質体5の径方向に所要間隔に切り込
み5aを入れると共に、切り込み5aの終端には、割れ
止め防止の小孔5bを穿設する。そして、金属多孔質体
5の周方向に、ダイヤモンド粉末を練り込んだ合成樹脂
を接着して切削刃9を形成すれば、金属多孔質体を用い
たカッターが完成する(図4(b)参照)。なお、図4
の構成に変えて、中径金属筒3と中央の金属多孔質体7
とを設けないようにしても良い。この場合には、小径金
属筒4と大径金属筒2の間に金属多孔質体が形成される
ので、多孔質体金属複合筒1を輪切りに切断した後、最
外部の金属円筒2を除去して切削刃9を形成すれば、金
属多孔質体を用いたカッターが完成する。いずれにして
も、このカッターには、微細な気孔(空洞)が多く存在
しているので、カッター使用時の発熱が冷却水によって
有効に冷却され、カッターのひずみや変形を防止してい
る。また、このカッターは、多孔質体の吸音効果などに
よって切断時の防音効果が極めて大きい。
【0011】図5は、本発明に係る多孔質体金属複合筒
1Bを含浸メタルに適用する場合の実施例を図示したも
のである。この実施例の場合には、金属円筒2B,3B
の間に金属多孔質体5Bを設けると共に、中央の金属多
孔質体6Bにシャフト用の中空貫通孔8を設けている。
この多孔質体金属複合筒1Bは、内側の金属多孔質体6
Bに潤滑油を含浸させ、外側の金属多孔質体5Bに冷却
媒体を循環させて使用すれば、高性能の含浸メタルを実
現することができる。なお、各多孔質体の気孔率などは
適宜に設定されており、金属多孔質体5Bの気孔率や気
孔径は十分大きく形成されている。また、図5の多孔質
体金属複合筒1Bを横向きにして使用するのは勿論であ
る。
【0012】図6は、本発明に係る多孔質体金属複合筒
1をフィルターなどに適用する場合の実施例を図示した
ものである。この実施例の場合には、金属円筒2C,3
C,4Cを軸方向に傾斜させた形状としている。そし
て、上述したHIP加工によって多孔質体金属複合筒1
を成形した後、金属円筒2C,3C,4Cを除去すれ
ば、金属多孔質体5,6を得ることができる。なお、こ
の実施例の場合には、金属円筒2C,3C,4Cを軸方
向に傾斜させているので、金属円筒と多孔質体の膨張・
収縮率の差や残留応力によって、比較的容易に金属円筒
部を除去することができる。なお、金属多孔質体6の内
周部に金属円筒4Cを接合させたもの、及び、金属多孔
質体5の内周部に金属円筒3Cを接合させたものも製造
することは更に容易である。
【0013】
【発明の効果】以上、説明した通り、本発明に係る多孔
質体金属複合筒は、同心円状に配置された多重構造の金
属円筒の中に、熱間等方加圧焼結体からなる金属多孔質
体を形成してなり、各層毎に前記金属多孔質体の気孔分
布を異ならせているので、混合器、化学反応筒、カッタ
ー、フィルター、金属触媒、防音材、含浸メタルなどの
材料として好適に用いられ、その工業的価値は極めて大
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】多孔質体金属複合筒を示す斜視図である。
【図2】図1の多孔質体金属複合筒の構成要素を図示し
たものである。
【図3】多孔質体金属複合筒を用いた混合器を図示した
ものである。
【図4】多孔質体金属複合筒を用いたカッターを図示し
たものである。
【図5】多孔質体金属複合筒を用いた含浸メタルを図示
したものである。
【図6】多孔質体金属複合筒を用いたフィルターを図示
したものである。
【符号の説明】
1 多孔質体金属複合筒 2〜4 金属円筒 5〜7 金属多孔質体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 勝 大阪府吹田市津雲台2丁目2番C43− 202 (72)発明者 元木 龍太郎 大阪府枚方市中宮大池1丁目1番1号 株式会社クボタ 枚方製造所内 (72)発明者 船越 淳 大阪府枚方市中宮大池1丁目1番1号 株式会社クボタ 枚方製造所内 (72)発明者 西 隆 大阪府枚方市中宮大池1丁目1番1号 株式会社クボタ 枚方製造所内 (72)発明者 小阪 晃 大阪府枚方市中宮大池1丁目1番1号 株式会社クボタ 枚方製造所内 (56)参考文献 特開 平1−177304(JP,A) 特開 昭50−77410(JP,A) 特開 昭63−171803(JP,A) 特公 昭47−14249(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B22F 7/04 B22F 3/15

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 同心円状に配置された多重構造の金属円
    筒の中に、熱間等方加圧焼結体からなる金属多孔質体を
    形成してなり、前記金属多孔質体は、各層毎に気孔分布
    が異なっているおり、前記金属円筒は、その内外周側に
    複数条の溝を穿設していることを特徴とする多孔質体金
    属複合筒。
  2. 【請求項2】 同心円状に配置された多重構造の金属円
    筒の中に、熱間等方加圧焼結体からなる金属多孔質体を
    形成してなり、前記金属多孔質体は、各層毎に気孔分布
    が異なっているおり、前記金属円筒は、それぞれ軸方向
    に傾斜を有する円筒形であることを特徴とする多孔質体
    金属複合筒。
JP31592595A 1995-11-08 1995-11-08 多孔質体金属複合筒 Expired - Lifetime JP3162984B2 (ja)

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JP2009108779A (ja) * 2007-10-30 2009-05-21 Showa Corp ベーンポンプの製造方法
FI20105340A0 (fi) * 2010-03-31 2010-03-31 Metso Minerals Inc Menetelmä ja järjestelmä kappaleen valmistamiseksi kuumaisostaattisella puristuksella, keerna, pinnoitteen esivalmiste, sekä keernan käyttö
CN114523109B (zh) * 2022-04-24 2022-12-13 西部宝德科技股份有限公司 高精度梯度孔隙滤芯的制备方法

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