JP6297814B2 - 金属製多孔体 - Google Patents
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Description
図1は、本発明に係る金属製多孔体1の一例であり、管状の金属製多孔体1を示している。本発明に係る金属製多孔体1は、図2に示すように、金属製の線材2を一方向に傾斜させ、軸の周りに所定のピッチで巻き付けて形成された層3と、線材2を前記一方向とは逆向きの方向に傾斜させ、軸の周りに所定のピッチで巻き付けて形成された層4とが、順次に積層されると共に、線材2同士が接合されている。なお、図2は、金属製多孔体1を構成する線材によって形成された層を2層分だけ示している。
金属製多孔チューブ1Aは、線径が0.05mm以上、0.2mm以下の金属製の線材2(以下、単に「線材2」という。)によって構成されている。この線材2は、例えば、ステンレス鋼等の金属材料が用いられている。ステンレス鋼としては、オーステナイト系ステンレス鋼、例えば、JIS規格のSUS304やSUS316L等を挙げることができる。また、線材2は、ステンレス鋼の他に、チタン又はその合金、ニッケル又はその合金を用いてもよい。ニッケル合金としては、種々のものを用いることができる。一例として、ニッケル基にモリブデンやクロムを加えた合金(例えば、ハステロイ(ハステロイは登録商標)等)を用いることができる。また、ニッケルをベースとし、鉄、クロム、ニオブ、モリブデン等を加えた合金(例えば、インコネル(インコネルは登録商標)等)を用いることもできる。こうした金属材料により形成された線材2は、耐熱性、耐薬品性及び耐食性を有している。
(圧延率)=[(d1−d2)/d1]×100・・・(1)
金属製多孔チューブ1Aは、図2に示すように、上記の線材2を金属製の線材2を一方向に傾斜させ、軸の周りに所定のピッチで巻き付けて形成された層3と、線材2を前記一方向とは逆向きの方向に傾斜させ、軸の周りに所定のピッチで巻き付けて形成された層4とが、順次に積層されて構成されている。なお、積層の数は、金属製多孔チューブ1Aの肉厚に応じて500層〜3000層に設定される。例えば、後述の実施例及び比較例の場合は、1000層〜1500層に設定されている。こうした金属製多孔チューブ1Aは、焼結されることによって、線材2同士が接合されている。
次に、金属製多孔チューブ1Aの製造方法について説明する。
次に、金属の薄層110を設けた金属製多孔チューブ1E,1F,1Gについて図8〜図10を参照して説明する。この金属製多孔チューブ1E,1F,1Gは、金属の薄層110を備えている。金属の薄層110は、金属製多孔体である金属製多孔チューブ1E,1F,1Gの内周面、外周面及び内周面と外周面との間に位置する中間部分の少なくとも1つの部位に設けられることによって構成されている。なお、金属の薄層110を設けた金属製多孔チューブ1E,1F,1Gは、金属の薄層110を設けたこと以外は、金属製多孔チューブ1Aと構成が同じである。
次に、金属の薄層110を設けた金属製多孔チューブ1Eの製造方法を説明する。なお、ここでは、金属の薄層110を設けた金属製多孔チューブの製造にとって特徴的なことだけを説明し、既に説明した金属製多孔チューブ1Aを製造する場合と同じ内容のことは、その説明を省略する。
材質がJIS規格のSUS304(密度は7.93g/cm3である。)、線径が0.13mmの丸線材を圧延加工して圧延率63%に形成された線材2を用いて金属製多孔チューブ1Aを作製した。作製した金属製多孔チューブ1Aは、内径が1.6mm、外径が2.5mm、全長が34.9mm、重量が0.27gである。また、金属製多孔チューブ1Aは、嵩密度が2.61g/cm3、空隙率が67.2%である。また、線材2の巻き角度は、47.4°である。実施例1の金属製多孔チューブ1Aの作製は、以下の工程を経て行った。
材質がJIS規格のSUS304(密度は7.93g/cm3である。)、線径が0.08mmの丸線材を圧延加工して圧延率40%に形成された線材2を用いて金属製多孔チューブ1Aを作製した。作製した金属製多孔チューブ1Aは、内径が1.6mm、外径が2.3mm、全長が34.6mm、重量が0.2gである。また、金属製多孔チューブ1Aは、嵩密度が3.02g/cm3、空隙率が62.2%である。また、線材2の巻き角度は、45.9°である。なお、実施例2の金属製多孔チューブ1Aは、実施例1の金属製多孔チューブ1Aと同様の工程を経て作製した。
材質がJIS規格のSUS316L(密度は7.98g/cm3である。)、線径が0.070mmの丸線材を圧延加工して圧延率40%に形成された線材2を用いて金属製多孔チューブ1Aを作製した。作製した金属製多孔チューブ1Aは、内径が1.6mm、外径が2.3mm、全長が35.1mm、重量が0.24gである。また、金属製多孔チューブ1Aは、嵩密度が3.58g/cm3、空隙率が55.1%である。また、線材2の巻き角度は、47.5°である。なお、実施例3の金属製多孔チューブ1Aは、実施例1の金属製多孔チューブ1Aと同様の工程を経て作製した。
材質がJIS規格のSUS316L(密度は7.98g/cm3である。)、線径が0.06mmの丸線材を圧延加工して圧延率40%に形成された線材2を用いて金属製多孔チューブ1Aを作製した。作製した金属製多孔チューブ1Aは、内径が1.6mm、外径が2.3mm、全長が35.1mm、重量が0.23gである。また、金属製多孔チューブ1Aは、嵩密度が3.35g/cm3、空隙率が58.0%である。また、線材2の巻き角度は、46.8°である。なお、実施例4の金属製多孔チューブ1Aは、実施例1の金属製多孔チューブ1Aと同様の工程を経て作製した。
材質がJIS規格のSUS316L(密度は7.98g/cm3である。)、線径が0.07mmの丸線材を圧延加工して圧延率39%に形成された線材2を用いて金属製多孔チューブ1Aを作製した。作製した金属製多孔チューブ1Aは、内径が1.1mm、外径が1.8mm、全長が35.6mm、重量が0.22gである。また、金属製多孔チューブ1Aは、嵩密度が4.17g/cm3、空隙率が47.7%である。また、線材2の巻き角度は、56.4°である。なお、実施例5の金属製多孔チューブ1Aは、実施例1の金属製多孔チューブ1Aと同様の工程を経て作製した。
材質がJIS規格のSUS316L(密度は7.98g/cm3である。)、線径が0.059mmの丸線材を圧延加工して圧延率39%に形成された線材2を用いて金属製多孔チューブ1Aを作製した。作製した金属製多孔チューブ1Aは、内径が1.3mm、外径が1.8mm、全長が10mm、重量が0.06gである。また、金属製多孔チューブ1Aは、嵩密度が5.11g/cm3、空隙率が35.9%である。また、線材2の巻き角度は、56.4°である。なお、実施例6の金属製多孔チューブ1Aは、実施例1の金属製多孔チューブ1Aと同様の工程を経て作製した。
材質がJIS規格のSUS304(密度は7.93g/cm3である。)、線径が0.09mmの丸線材を圧延加工して圧延率40%に形成された線材2を用いて金属製多孔チューブ1Aを作製した。作製した金属製多孔チューブ1Aは、内径が1.3mm、外径が1.8mm、全長が10.8mm、重量が0.05gである。また、金属製多孔チューブ1Aは、嵩密度が3.98g/cm3、空隙率が50.2%である。また、線材2の巻き角度は、75.3°である。なお、実施例7の金属製多孔チューブ1Aは、実施例1の金属製多孔チューブ1Aと同様の工程を経て作製した。
材質がJIS規格のSUS316L(密度は7.98g/cm3である。)、線径が0.070mmの丸線材を圧延加工して圧延率40%に形成された線材2を用いて金属製多孔チューブ1Aを作製した。作製した金属製多孔チューブ1Aは、内径が1.6mm、外径が2.3mm、全長が35mm、重量が0.24gである。また、金属製多孔チューブ1Aは、嵩密度が3.49g/cm3、空隙率が56.0%である。なお、実施例8の金属製多孔チューブ1Aは、実施例1の金属製多孔チューブ1Aと同様の工程を経て作製した。
材質がJIS規格のSUS316L(密度は7.98g/cm3である。)、線径が0.070mmの丸線材を圧延加工して圧延率40%に形成された線材2を用いて金属製多孔チューブ1Aを作製した。作製した金属製多孔チューブ1Aは、内径が1.6mm、外径が2.3mm、全長が35mm、重量が0.24gである。また、金属製多孔チューブ1Aは、嵩密度が3.49g/cm3、空隙率が56.0%である。なお、実施例9の金属製多孔チューブ1Aは、実施例1の金属製多孔チューブ1Aと同様の工程を経て作製した。ただし、熱処理は、980℃の温度で180分行った。
材質がJIS規格のSUS316L(密度は7.98g/cm3である。)、線径が0.065mmの丸線材を圧延加工して圧延率38%に形成された線材2を用いて金属製多孔チューブ1Aを作製した。作製した金属製多孔チューブ1Aは、内径が1.6mm、外径が2.1mm、全長が32.5mm、重量が0.1gである。また、金属製多孔チューブ1Aは、嵩密度が2.18g/cm3、空隙率が72.6%である。また、線材2の巻き角度は、77°である。なお、比較例1の金属製多孔チューブ1Aは、実施例1の金属製多孔チューブ1Aと同様の工程を経て作製した。
材質がJIS規格のSUS316L(密度は7.98g/cm3である。)、線径が0.065mmの丸線材を圧延加工して圧延率38%に形成された線材2を用いて金属製多孔チューブ1Aを作製した。作製した金属製多孔チューブ1Aは、内径が1.3mm、外径が2.1mm、全長が34.4mm、重量が0.19gである。また、金属製多孔チューブ1Aは、嵩密度が2.55g/cm3、空隙率が68.1%である。また、線材2の巻き角度は、45.6°である。なお、比較例2の金属製多孔チューブ1Aは、実施例1の金属製多孔チューブ1Aと同様の工程を経て作製した。
材質がJIS規格のSUS304(密度は7.93g/cm3である。)、線径が0.08mmの丸線材を圧延加工して圧延率66%に形成された線材2を用いて金属製多孔チューブ1Aを作製した。作製した金属製多孔チューブ1Aは、内径が1.6mm、外径が2mm、全長が33.8mm、重量が0.13gである。また、金属製多孔チューブ1Aは、嵩密度が3.31g/cm3、空隙率が58.5%である。また、線材2の巻き角度は、53.2°である。なお、比較例3の金属製多孔チューブ1Aは、実施例1の金属製多孔チューブ1Aと同様の工程を経て作製した。
材質がJIS規格のSUS304(密度は7.93g/cm3である。)、線径が0.09mmの丸線材を圧延加工して圧延率67%に形成された線材2を用いて金属製多孔チューブ1Aを作製した。作製した金属製多孔チューブ1Aは、内径が1.6mm、外径が2.1mm、全長が33.8mm、重量が0.14gである。また、金属製多孔チューブ1Aは、嵩密度が3.06g/cm3、空隙率が61.7%である。また、線材2の巻き角度は、52.6°である。なお、比較例4の金属製多孔チューブ1Aは、実施例1の金属製多孔チューブ1Aと同様の工程を経て作製した。
材質がJIS規格のSUS316L(密度は7.98g/cm3である。)、線径が0.07mmの丸線材を圧延加工して圧延率40%に形成された線材2を用いて金属製多孔チューブ1Aを作製した。作製した金属製多孔チューブ1Aは、内径が1.6mm、外径が2.3mm、全長が35mm、重量が0.24gである。また、金属製多孔チューブ1Aは、嵩密度が3.49g/cm3、空隙率が56%である。なお、比較例5の金属製多孔チューブ1Aは、実施例1の金属製多孔チューブ1Aと同様の工程を経て作製した。ただし、熱処理は780℃の温度で180分行った。
材質がJIS規格のSUS316L(密度は7.98g/cm3である。)、線径が0.07mmの丸線材を圧延加工して圧延率30%に形成された線材2を用いて金属製多孔チューブ1Aを作製した。作製した金属製多孔チューブ1Aは、内径が1.6mm、外径が2.3mm、全長が35.0mm、重量が0.13gである。また、金属製多孔チューブ1Aは、嵩密度が1.86g/cm3、空隙率が77%である。熱処理は、1180℃の温度で180分行った。なお、比較例6の金属製多孔チューブ1Aは、実施例1の金属製多孔チューブ1Aと同様の工程を経て作製した。
材質がJIS規格のSUS316L(密度は7.98g/cm3である。)、線径が0.070mmの丸線材を圧延加工して圧延率50%に形成された線材2を用いて金属製多孔チューブ1Aを作製した。作製した金属製多孔チューブ1Aは、内径が1.6mm、外径が2.3mm、全長が35.0mm、重量が0.29gである。また、金属製多孔チューブ1Aは、嵩密度が4.22g/cm3、空隙率が47.0%である。熱処理は、1180℃の温度で180分行った。なお、比較例7の金属製多孔チューブ1Aは、実施例1の金属製多孔チューブ1Aと同様の工程を経て作製した。
第1の強度試験は、図11に示すように、引っ張り試験機(ORIENTEC社製、RT−1250A型)と自作した試験用のジグとからなる曲げ試験機10を使用して試験片50を曲げ変形させ、試験片50がキンクするか否かを確認する試験である。曲げ試験機10は、試験片50を支持する1対の支持部11と、この支持部11によって支持された試験片50を押圧するためのアーム12とを備えている。アーム12は、その下部に、接続棒13と接続棒13の下端に取り付けられた押圧体14とを備えている。押圧体14は、直径が5mmに形成された円柱状の部材であり、押圧体14の外周面が試験片50に押し当てられるように構成されている。第1の強度試験は、上記実施例1〜4の金属製多孔チューブ1A、及び比較例1〜4の金属製多孔チューブ1Aを試験片50として行った。その際、1対の支持部11同士の間隔である支点間距離L1を18mmに設定し、試験片50の上からアーム12を下降させ、押圧体13を支持部11同士の間の中央部で試験片50に押し当てて、試験片50に曲げ変形を発生させることによって行った。また、各試験片50の変形によって生じる変位D1は、4.5mmに設定した。なお、表1は、実施例1〜4の試験片50及び比較例1〜4の試験片50の上述した物性値をまとめたものである。
表2は、実施例1〜4の試験片50及び比較例1〜4の試験片50の第1の強度試験の結果をまとめたものである。試験結果の評価は、「キンクしない」、「キンクしにくい」及び「キンクした」という3段階で行った。表2の結果の欄記載した符号は、「1」が「キンクしない」こと、「2」が「キンクしにくい」こと、「3」が「キンクした」ことをそれぞれ表している。
第2の強度試験は、図12に示すように、引っ張り試験機(ORIENTEC社製、RT−1250A型)と自作した試験用のジグとからなる曲げ試験機20を使用して試験片50を曲げ変形させ、試験片50がキンクするか否かを確認する試験である。この曲げ試験機20は、上下方向に延びる円柱状の支持棒21と、この支持棒21の上端部に試験片50を支持する支持部22と、支持部22に支持された試験片50を押圧する円柱状のアーム23とを備えている。支持部22は、板状の部材が支持棒21の上端から上方に向けて突出するようにして設けられた部材であり、その板厚は3mmである。支持部22は、その中央部分に穴22aを備えており、試験片50を穴22aに通して試験片50を支持するように構成されている。アーム23は、その下端部に試験片50を押圧するための1対の押圧板24を備えている。1対の押圧板24は、所定の距離だけ間隔を空けてアームの下端部に設けられている。1対の押圧板24は、その間に支持部22を位置させて支持部22の両側から試験片50を押圧するように構成されている。
表4は、各実施例の試験片50の第2の強度試験の結果をまとめたものである。試験結果の評価は、「キンクしない」、「キンクしにくい」及び「キンクした」という3段階で行った。表4の結果の欄に記載した符号は、「1」が「キンクしない」こと、「2」が「キンクしにくい」ことをそれぞれ表している。
金属製多孔チューブ1Aが備える物性値とキンクとの関係を考察するために、上記の実施例1〜7の試験片50、及び比較例1〜4の試験片50を1つの表にまとめ、線材2の圧延率、試験片50の嵩密度、試験片50の空隙率及び線材2同士がなす巻き角度ごとに試験結果をソートし直して改めて表示する。
剥離強度試験は、図13に示すように、引っ張り試験機(ORIENTEC社製、RT−1250A型)に自作した試験用のジグを装着した引っ張り試験機30を使用して、焼結によって接合された線材2が剥離する際の荷重を測定する試験である。使用した引っ張り試験機30は、ベース31と、一定の間隔を空けてベース31に取り付けられた1対の保持部32と、ベース31に対して上下に移動するチャック部33とを備えている。
表10は、実施例8の試験片50及び比較例5,6の試験片50の剥離強度試験の結果及びキンク確認試験の結果をまとめたものである。試験結果の評価は、「キンクしない」、「キンクしにくい」及び「キンクした」という3段階で行った。表10の評価の欄記載した記号は、「1」が「キンクしない」こと、「3」が「キンクした」ことをそれぞれ表している。
実施例8の試験片50の試験結果と、比較例6の試験片50の試験結果とを比較する。実施例8の試験片50の剥離強度は1.08Nであり、比較例6の試験片50の剥離強度は0.93Nである。このように、実施例8の試験片50の剥離強度と比較例6の試験片50の剥離強度とは、共に1N付近である。両者の剥離強度は共に1N付近であるにもかかわらず、実施例8の試験片50は「キンクしない」という結果を得た一方で、実施例9の試験片50は「キンクした」という結果を得た。そこで、剥離強度以外の物性値についても両者を比較する。
厚さが約5μm、幅が6mmのSUS304の薄い金属材料を図示しないセラミックス製の芯材に巻き付け、その後に、線材2をSUS304の薄い金属材料の外から巻き付ける工程を経て、図8(B)に示す内周面に金属の薄層を備えた金属製多孔チューブ1Fを製作した。製作した金属製多孔チューブ1Fは、外径Dが2mmであり、内径dが1.3mmであり、長さLが20mmであり、金属の薄層の厚さが5μmであった。
1A 金属製多孔チューブ(金属製多孔体)
1B 金属製多孔チューブ(金属製多孔体)
1C 金属製多孔体
1D 金属製多孔体
1E 金属製多孔チューブ(金属製多孔体)
1F 金属製多孔チューブ(金属製多孔体)
1G 金属製多孔チューブ(金属製多孔体)
2 線材
3 線材を一方向に傾斜させて中心軸の周りに巻いて形成された層
4 線材を逆方向に傾斜させて中心軸の周りに巻いて形成された層
10 第1の強度試験に使用した曲げ試験機
11 支持部
12 アーム
13 接続棒
14 押圧体
20 第2の強度試験機に使用した曲げ試験機
21 支持棒
22 支持部
23 アーム
24 押圧板
30 引っ張り試験機
31 ベース
32 保持部
33 チャック部
60 吸引器具
61 吸引管
62 圧力調節部
63 調節穴
64 接続部
101,102,103,104 線材の層
110 金属の薄層
Claims (4)
- 金属製の丸線材が圧延加工され、圧延加工された線材を一方向に傾斜させ、軸の周りに所定のピッチで巻き付けて形成された層と、前記線材を前記一方向とは逆向きの方向に傾斜させ、前記軸の周りに所定のピッチで巻き付けて形成された層とが、順次に積層されると共に、前記線材同士が接合され、
空隙率が32%以上62%以下であり、前記線材の圧延率が39%以上63%以下であり、接合された前記線材同士の剥離強度が0.95N以上1.4N以下であることを特徴とする金属製多孔体。 - 前記線材としてステンレス鋼の線材を用いた場合、嵩密度が3.35g/cm3以上5.2g/cm3以下である、請求項1に記載の金属製多孔体。
- 外径が1mm以上15mm以下で且つ、内径が0.5mm以上14mm以下の管状に形成されている、請求項1又は2に記載の金属製多孔体。
- 金属の薄層を有し、該金属の薄層が前記金属製多孔体の内周面、外周面及び該内周面と該外周面との間に位置する中間部分から選ばれた少なくとも1つの部位に設けられている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の金属製多孔体。
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