JP6724801B2 - 銅多孔質体、銅多孔質複合部材、銅多孔質体の製造方法、及び、銅多孔質複合部材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、銅又は銅合金からなる銅多孔質体、及び、この銅多孔質体が部材本体に接合されてなる銅多孔質複合部材、銅多孔質体の製造方法、及び、銅多孔質複合部材の製造方法に関するものである。

上述の銅多孔質焼結体及び銅多孔質複合部材は、例えば各種電池における電極及び集電体、ヒートパイプ等の熱交換器用部材、消音部材、フィルター、衝撃吸収部材等として使用されている。
例えば、特許文献１には、三次元網目状構造体をなす銅多孔質体を導電性金属の部材本体に一体被着した伝熱部材が提案されている。

ここで、特許文献１においては、三次元網目状構造体をなす金属焼結体（銅多孔質体）の製造方法として、加熱により焼失する材質から成る三次元網目状構造体（例えばウレタンフォーム、ポリエチレンフォーム等連続気泡を持つ合成樹脂発泡体、天然繊維クロス、人造繊維クロス等）の骨格に粘着剤を塗布し、金属粉状物を被着した成形体を用いる方法や、加熱により焼失する材質から成り、かつ三次元網目状構造体を形成することができる材料（例えばパルプや羊毛繊維）に金属粉状物を抄き込んだシート状成形体を用いる方法等が開示されている。

ここで、特許文献１に記載されたように、金属粉状物を用いて金属焼結体（銅多孔質焼結体）を成形する場合には、焼結時における収縮率が大きいため、高強度かつ気孔率の高い銅多孔質焼結体を得ることが困難であるといった問題があった。
そこで、例えば特許文献２，３に示すように、焼結原料として銅又は銅合金からなる銅繊維を用いた銅多孔質体が提案されている。

特許文献２には、銅繊維を加圧下において通電加熱を行うことにより、銅多孔質体を得る方法が開示されている。
特許文献３には、銅繊維を大気雰囲気で８００℃に加熱した後に、水素雰囲気で４５０℃に加熱することにより、銅多孔質体を得る方法が開示されている。

特開平０８−１４５５９２号公報 特許第３７３５７１２号公報 特開２０００−１９２１０７号公報

ところで、上述の銅多孔質体においては、高い気孔率とオープンセル構造を有することと合わせて、高い強度が要求される。
ここで、特許文献２においては、銅繊維同士を十分に接合するためには、加圧下において通電焼結を行う必要があるため、加圧によって気孔率が低下してしまうといった問題があった。また、均一に加圧を行う必要があるため、焼結時に使用する成形型の形状が制約されてしまうといった問題があった。
さらに、特許文献３においては、大気雰囲気で加熱を実施することから、銅繊維中の酸素濃度の増加や、その後の水素雰囲気での加熱時にボイドが発生し、銅多孔質体の強度が低下するおそれがあった。

本発明は、以上のような事情を背景としてなされたものであって、高い気孔率を有するとともに十分な強度を有する銅多孔質体、この銅多孔質体が部材本体に接合された銅多孔質複合部材、銅多孔質体の製造方法、及び、銅多孔質複合部材の製造方法を提供することを目的としている。

このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明の銅多孔質体は、複数の銅繊維の焼結体からなり、三次元網目構造の骨格部を有する銅多孔質体であって、前記骨格部を形成する銅繊維は、銅又は銅合金からなり、直径Ｒが０．０１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下の範囲内とされ、長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４以上２００以下の範囲内とされるとともに、長手方向に直交する断面の円形度が０．２以上０．９以下の範囲内とされており、気孔率が５０％以上９５％以下の範囲内とされていることを特徴としている。

この構成の銅多孔質体によれば、前記骨格部を形成する銅繊維の直径Ｒが０．０１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下の範囲内とされ、長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４以上２００以下の範囲内とされているので、銅繊維同士の間に十分な空隙が確保され、気孔率を５０％以上９５％以下の範囲内とすることができる。
ここで、直径Ｒとは、各繊維の断面積Ａを元に算出される値であり、断面形状に関わらず真円であると仮定し、以下の式により定義されるものである。
Ｒ＝（Ａ／π）^１／２×２

そして、本発明では、前記骨格部を形成する銅繊維の長さ方向に直交する断面の円形度を規定している。ここで、円形度Ｃは、銅繊維の断面積をＡ、銅繊維の断面の周長をＱとしたときに、下記の式で表されるものである。
円形度Ｃ＝（４πＡ）^０．５／Ｑ
断面形状が真円の場合には円形度Ｃが１となり、断面形状が星形等の凹多角形、アスペクト比の大きい長方形等になると、円形度Ｃが０に近づくことになる。

本発明では、前記骨格部を形成する銅繊維の前記断面の円形度が０．２以上０．９以下の範囲内とされているので、銅繊維を積層した際に、銅繊維同士が面接触する箇所が多くなり、積層した銅繊維同士の接触面積が確保され、銅繊維同士の接合強度を向上させることが可能となるとともに、銅繊維同士の間に空隙を確保することができ、気孔率を高くすることが可能となる。
よって、高い気孔率を有するとともに十分な強度を有する銅多孔質体を提供することが可能となる。

本発明の銅多孔質複合部材は、部材本体と、三次元網目構造の骨格部を有する銅多孔質体との接合体からなる銅多孔質複合部材であって、前記銅多孔質体が前述の銅多孔質体であることを特徴としている。
この構成の銅多孔質複合部材によれば、気孔率が高くかつ強度に優れた銅多孔質体と部材本体との接合体とされていることから、優れた特性の多孔質複合部材を提供することができる。

ここで、本発明の銅多孔質複合部材においては、前記部材本体のうち前記銅多孔質体との接合面が銅又は銅合金で構成され、前記銅多孔質体と前記部材本体との接合部が焼結層とされていることが好ましい。
この場合、前記銅多孔質体と前記部材本体との接合部が焼結層とされているので、前記銅多孔質体と前記部材本体とが強固に接合されることになり、銅多孔質複合部材として優れた強度を得ることができる。

また、本発明の銅多孔質体の製造方法は、複数の銅繊維の焼結体からなり、三次元網目構造の骨格部を有する銅多孔質体の製造方法であって、直径Ｒが０．０１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下の範囲内とされ、長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４以上２００以下の範囲内とされるとともに、長さ方向に直交する断面の円形度が０．２以上０．９以下の範囲内とされた前記銅繊維を積層する銅繊維積層工程と、積層された複数の前記銅繊維同士を焼結する焼結工程と、を備えていることを特徴としている。

この構成の銅多孔質体の製造方法によれば、銅繊維の直径Ｒが０．０１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下の範囲内とされ、長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４以上２００以下の範囲内とされ、長さ方向に直交する断面の円形度が０．２以上０．９以下の範囲内とされているので、銅繊維同士の接触面積が確保されることになり、強度の高い銅多孔質体を得ることができる。また、銅繊維同士の間に空隙を確保することができ、気孔率が高い銅多孔質体を得ることができる。

本発明の銅多孔質複合部材の製造方法は、部材本体と、三次元網目構造の骨格部を有する銅多孔質体との接合体からなる銅多孔質複合部材の製造方法であって、前述の銅多孔質体と、前記部材本体とを接合する接合工程を備えていることを特徴とする。

この構成の銅多孔質複合部材の製造方法によれば、上述の銅多孔質体の製造方法によって製造された銅多孔質体を備えることになり、強度等の特性に優れた銅多孔質複合部材を得ることができる。なお、部材本体としては、例えば、板、棒、管等が挙げられる。

ここで、本発明の銅多孔質複合部材の製造方法においては、前記部材本体のうち前記銅多孔質体が接合される接合面は、銅又は銅合金で構成されており、前記銅多孔質体と前記部材本体とを焼結によって接合することが好ましい。
この場合、前記部材本体と前記銅多孔質体とを焼結によって一体化することができ、特性の安定性に優れた銅多孔質複合部材を製造することが可能となる。

本発明によれば、高い気孔率を有するとともに十分な強度を有する銅多孔質体、この銅多孔質体が部材本体に接合された銅多孔質複合部材、銅多孔質体の製造方法、及び、銅多孔質複合部材の製造方法を提供することができる。

本発明の第一の実施形態である銅多孔質体の拡大模式図である。 正多角形の円形度を示すグラフである。 長方形状の円形度を示すグラフである。 図１に示す銅多孔質体の骨格部を構成する銅繊維の断面形状を概略説明図である。 図１に示す銅多孔質体の製造方法の一例を示すフロー図である。 図１に示す銅多孔質体を製造する製造工程を示す説明図である。 本発明の第二の実施形態である銅多孔質複合部材の外観説明図である。 図７に示す銅多孔質複合部材の製造方法の一例を示すフロー図である。 本発明の他の実施形態である銅多孔質複合部材の外観図である。 本発明の他の実施形態である銅多孔質複合部材の外観図である。 本発明の他の実施形態である銅多孔質複合部材の外観図である。 本発明の他の実施形態である銅多孔質複合部材の外観図である。 本発明の他の実施形態である銅多孔質複合部材の外観図である。 本発明の他の実施形態である銅多孔質複合部材の外観図である。 本発明の他の実施形態である銅多孔質複合部材の外観図である。 本発明の他の実施形態である銅多孔質複合部材の外観図である。

以下に、本発明の実施形態である銅多孔質体、銅多孔質複合部材、銅多孔質体の製造方法、及び、銅多孔質複合部材の製造方法について、添付した図面を参照して説明する。

（第一の実施形態）
まず、本発明の第一の実施形態である銅多孔質体１０について、図１から図６を参照して説明する。
本実施形態である銅多孔質体１０は、図１に示すように、複数の銅繊維１１が焼結された骨格部１２を有している。

本実施形態である銅多孔質体１０においては、気孔率Ｐが５０％以上９５％以下の範囲内とされている。なお、気孔率Ｐは、以下の式で算出される。
Ｐ（％）＝（１−（ｍ／（Ｖ×Ｄ_Ｔ）））×１００
ｍ：銅多孔質体１０の質量（ｇ）
Ｖ：銅多孔質体１０の体積（ｃｍ^３）
Ｄ_Ｔ：銅多孔質体１０を構成する銅繊維１１の真密度（ｇ／ｃｍ^３）

さらに、本実施形態である銅多孔質体１０は、引張強度Ｓ（Ｎ／ｍｍ^２）を見掛け比重比Ｄ_Ａで規格化した相対引張強度Ｓ／Ｄ_Ａ（Ｎ／ｍｍ^２）が１０．０以上とされている。なお、見掛け密度比Ｄ_Ａは、以下の式で算出される。
Ｄ_Ａ＝ｍ／（Ｖ×Ｄ_Ｔ）

ここで、骨格部１２を構成する銅繊維１１は、銅又は銅合金からなり、直径Ｒが０．０１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内とされ、長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４以上２００以下の範囲内とされている。本実施形態では、銅繊維１１は、例えばＣ１０２０（無酸素銅）で構成されている。
なお、本実施形態では、銅繊維１１には、ねじりや曲げ等の形状付与が施されている。また、本実施形態である銅多孔質体１０においては、その見掛け密度比Ｄ_Ａが銅繊維１１の真密度Ｄ_Ｔの０．５０以下とされている。銅繊維１１の形状については、前記見掛け密度比Ｄ_Ａが銅繊維１１の真密度Ｄ_Ｔの０．５０以下となる限りにおいて、直線状、曲線状など任意であるが、銅繊維１１の少なくとも一部に、ねじり加工や曲げ加工等により所定の形状付与加工をされたものを用いると、銅繊維１１同士の間の空隙形状を立体的かつ等方的に形成させることができ、その結果、銅多孔質体１０の強度、伝熱特性及び導電性等の各種特性の等方性向上に繋がる。

なお、銅繊維１１は、引き抜き法、コイル切削法、ワイヤ切削法、溶融紡糸法などにより、所定の直径Ｒに調整され、これをさらに所定のＬ／Ｒを満たすように長さを調整して切断することにより、製造される。
ここで、直径Ｒとは、各繊維の断面積Ａを元に算出される値であり、断面形状に関わらず真円であると仮定し、以下の式により定義されるものである。
Ｒ＝（Ａ／π）^１／２×２

そして、骨格部１２を構成する銅繊維１１は、長さ方向に直交する断面の円形度Ｃが０．２以上０．９以下の範囲内とされている。
ここで、円形度Ｃとは、銅繊維１１の断面積をＡ、銅繊維１１の断面の周長をＱとしたときに、以下の式により定義されるものである。
円形度Ｃ＝（４πＡ）^０．５／Ｑ

真円であると円形度Ｃは１となり、断面積Ａに対して周長Ｑが長くなると円形度Ｃが小さくなる。よって、断面が星形形状等の凹多角形状となる場合やアスペクト比が大きい形状となると、円形度Ｃが小さくなる。
ここで、正多角形の円形度Ｃを示すグラフを図２に、長方形断面におけるアスペクト比と円形度Ｃとの関係を示すグラフを図３に示す。

図２に示すように、正多角形の場合において円形度Ｃが０．２以上０．９以下の範囲内となるのは、正三角形及び正方形である。
また、長方形形状において円形度Ｃが０．２以上０．９以下の範囲内となるのは、アスペクト比（長辺長さ／短辺長さ）が８０以下の場合となる。
そして、本実施形態においては、骨格部１２を構成する銅繊維１１は、図４に示すように、断面形状が概略三角形状をなすものとされている。

ここで、銅繊維１１の直径Ｒが０．０１ｍｍ未満の場合には、銅繊維１１同士の接合面積が小さく、焼結強度が不足するおそれがある。一方、銅繊維１１の直径Ｒが１．０ｍｍを超える場合には、銅繊維１１同士が接触する接点の数が不足し、やはり、焼結強度が不足するおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、銅繊維１１の直径Ｒを０．０１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下の範囲内に設定している。なお、さらなる強度向上を図る場合には、銅繊維１１の直径Ｒの下限を０．０３ｍｍ以上とすることが好ましく、銅繊維１１の直径Ｒの上限を０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。

また、銅繊維１１の長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４未満の場合には、積層配置したときに嵩密度Ｄ_Ｐを銅繊維１１の真密度Ｄ_Ｔの５０％以下とすることが難しく、気孔率Ｐの高い銅多孔質体１０を得ることが困難となるおそれがある。一方、銅繊維１１の長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが２００を超える場合には、積層配置したときに銅繊維１１を均一に分散させることができなくなり、均一な気孔率Ｐを有する銅多孔質体１０を得ることが困難となるおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、銅繊維１１の長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒを４以上、２００以下の範囲内に設定している。なお、さらなる気孔率Ｐの向上を図る場合には、銅繊維１１の長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒの下限を１０以上とすることが好ましい。また、気孔率Ｐがさらに均一な銅多孔質体１０を得るためには、銅繊維１１の長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒ上限を１００以下とすることが好ましい。

さらに、骨格部１２を形成する銅繊維１１の断面形状が星形形状等の凹多角形状となって円形度Ｃが０．２未満になった場合には、銅繊維１１の表面の凹凸が大きく、充填時に銅繊維１１同士の接触部が確保されず、焼結後の銅多孔質体１０の強度が不足するおそれがある。また、骨格部１２を形成する銅繊維１１の断面形状において長辺と短辺のアスペクト比が大きくなって円形度Ｃが０．２未満になった場合には、銅繊維１１が箔状となるため、充填時に銅繊維１１同士の間に隙間が形成されにくく、焼結後の銅多孔質体１０の気孔率Ｐが低くなるそれがある。
一方、骨格部１２を形成する銅繊維１１の断面の円形度Ｃが０．９を超える場合には、断面形状が真円に近くなるため、充填時に銅繊維１１同士の接触部が点接触となるため、各接触点での銅繊維１１接合強度が低下し、結果的に焼結後の銅多孔質体１０の強度が不足するおそれがある。
これは金属繊維同士を接合させてなる三次元網目状構造体において、引張強度は繊維同士の接合強度が弱い箇所の影響が大きいため、点接触で接合強度が弱い接触点が形成されると、引張時に上記接触点を起点として、破壊が進展するためと考えられる。
以上のことから、本実施形態では、骨格部１２を形成する銅繊維１１の断面の円形度Ｃを０．２以上、０．９以下の範囲内に設定している。なお、さらなる気孔率Ｐの向上及び強度の向上を図る場合には、骨格部１２を形成する銅繊維１１の断面の円形度Ｃの下限を０．３以上とすることが好ましく、上限を０．８５以下とすることが好ましい。

次に、本実施形態である銅多孔質体１０の製造方法について、図５のフロー図及び図６の工程図等を参照して説明する。
まず、図６に示すように、上述した銅繊維１１を、散布機３１から黒鉛製容器３２内に向けて散布して嵩充填し、銅繊維１１を積層する（銅繊維積層工程Ｓ０１）。
ここで、この銅繊維積層工程Ｓ０１では、充填後の嵩密度Ｄ_Ｐが銅繊維１１の真密度Ｄ_Ｔの４０％以下となるように複数の銅繊維１１を積層配置する。なお、本実施形態では、銅繊維１１にねじり加工や曲げ加工等の形状付与加工が施されているので、積層時に銅繊維１１同士の間に立体的かつ等方的な空隙が確保されることになる。

次に、黒鉛製容器３２内に嵩充填された銅繊維１１を、雰囲気加熱炉３３に装入し、還元雰囲気、不活性ガス雰囲気又は真空雰囲気において加熱して焼結する（焼結工程Ｓ０２）。
本実施形態における焼結工程Ｓ０２の加熱条件は、保持温度が５００℃以上、１０５０℃以下、保持時間が５分以上、６００分以下の範囲内とされている。

ここで、焼結工程Ｓ０２における保持温度が５００℃未満の場合には、焼結速度が遅く焼結が十分に進行しないおそれがある。一方、焼結工程Ｓ０２における保持温度が１０５０℃を超える場合には、銅の融点近傍にまで加熱されることになり、強度及び気孔率Ｐの低下がおこるおそれがある。
以上のことから、本実施形態においては、焼結工程Ｓ０２における保持温度を５００℃以上、１０５０℃以下に設定している。なお、銅繊維１１の焼結を確実に行うためには、焼結工程Ｓ０２における保持温度の下限を６００℃以上、保持温度の上限を１０００℃以下、とすることが好ましい。

また、焼結工程Ｓ０２における保持時間が５分未満の場合には、焼結速度が遅く焼結が十分に進行しないおそれがある。一方、焼結工程Ｓ０２における保持時間が６００分を超える場合には、焼結による熱収縮が大きくなるとともに強度が低下するおそれがある。
以上のことから、本実施形態においては、焼結工程Ｓ０２における保持時間を５分以上、６００分以下の範囲内に設定している。なお、銅繊維１１の焼結を確実に行うためには、焼結工程Ｓ０２における保持時間の下限を１０分以上、保持時間の上限を１８０分以下とすることが好ましい。

さらに、焼結工程Ｓ０２における雰囲気は、水素ガス、ＲＸガス、アンモニア分解ガス、窒素−水素混合ガス、アルゴン−水素混合ガス等の還元性ガスを用いてもよいし、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスを用いても良い。さらに、１００Ｐａ以下の真空雰囲気としてもよい。

この焼結工程Ｓ０２により、銅繊維１１同士の接触部分で焼結が進行し、銅繊維１１同士が結合されて骨格部１２が形成される。
ここで、本実施形態では、上述のように焼結工程Ｓ０２を加圧することなく還元性雰囲気、不活性雰囲気及び真空雰囲気で実施しているので、銅繊維１１のバルク形状や表面形状が大きく変化することはなく、焼結前後において断面の円形度Ｃは殆ど変化しない。

以上のような構成とされた本実施形態である銅多孔質体１０によれば、直径Ｒが０．０１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下の範囲内とされ、長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４以上、２００以下の範囲内とされた銅繊維１１が焼結されることで骨格部１２が形成されているので、銅繊維１１同士の間に十分な空隙が確保されるとともに、焼結時における収縮率を抑えることができ、気孔率Ｐが高く、かつ寸法精度に優れている。

そして、本実施形態では、骨格部１２を形成する銅繊維１１の断面の円形度Ｃが０．２以上０．９以下の範囲内とされているので、銅繊維１１同士の接触面積が確保され、焼結後の強度を向上させることが可能となるとともに、銅繊維１１同士の間に空隙を確保することができ、気孔率Ｐを高くすることが可能となる。
よって、本実施形態によれば、気孔率Ｐが５０％以上９５％以下の範囲内と高く、かつ、優れた強度を有する銅多孔質体１０を提供することが可能となる。

（第二の実施形態）
次に、本発明の第二の実施形態である銅多孔質複合部材１００について、添付した図面を参照して説明する。
図７に、本実施形態である銅多孔質複合部材１００を示す。この銅多孔質複合部材１００は、銅又は銅合金からなる銅板１２０（部材本体）と、この銅板１２０の表面に接合された銅多孔質体１１０と、を備えている。

ここで、本実施形態に係る銅多孔質体１１０は、第一の実施形態と同様に、複数の銅繊維が焼結されて骨格部が形成されたものである。そして、本実施形態に係る銅多孔質体１１０においては、気孔率Ｐが５０％以上９５％以下の範囲内とされている。

ここで、骨格部を形成する銅繊維は、銅又は銅合金からなり、直径Ｒが０．０１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下の範囲内とされ、長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４以上、２００以下の範囲内とされている。本実施形態では、銅繊維は、例えばＣ１０２０（無酸素銅）で構成されている。
そして、骨格部を形成する銅繊維は、長さ方向に直交する断面の円形度Ｃが０．２以上０．９以下の範囲内とされている。
なお、本実施形態では、銅繊維には、ねじりや曲げ等の形状付与が施されている。また、本実施形態である銅多孔質体１１０においては、その見掛け密度比Ｄ_Ａが銅繊維の真密度Ｄ_Ｔの５０％以下とされている。

次に、本実施形態である銅多孔質複合部材１００を製造する方法について、図８のフロー図を参照して説明する。
まず、部材本体である銅板１２０を準備する（銅板配置工程Ｓ１００）。次に、この銅板１２０の表面に銅繊維を分散させて積層配置する（銅繊維積層工程Ｓ１０１）。ここで、この銅繊維積層工程Ｓ１０１では、嵩密度Ｄ_Ｐが銅繊維の真密度Ｄ_Ｔの４０％以下となるように複数の銅繊維を積層配置する。

次に、銅板１２０の表面に積層配置された銅繊維同士を焼結して銅多孔質体１１０を成形するとともに銅多孔質体１１０と銅板１２０とを結合する（焼結及び接合工程Ｓ１０２）。
本実施形態における焼結及び接合工程Ｓ１０２の加熱条件は、保持温度が５００℃以上、１０５０℃以下、保持時間が５分以上、６００分以下の範囲内とされている。
さらに、焼結及び接合工程Ｓ１０２における雰囲気は、還元性雰囲気、不活性ガス雰囲気又は真空雰囲気とされており、具体的には、水素ガス、ＲＸガス、アンモニア分解ガス、窒素−水素混合ガス、アルゴン−水素混合ガス等の還元性ガスを用いてもよいし、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスを用いてもよい。さらに、１００Ｐａ以下の真空雰囲気としてもよい。

この焼結及び接合工程Ｓ１０２により、銅繊維同士が焼結して銅多孔質体１１０が形成されるとともに、銅繊維と銅板１２０が焼結されて、銅多孔質体１１０と銅板１２０とが接合され、本実施形態である銅多孔質複合部材１００が製造される。

以上のような構成とされた本実施形態である銅多孔質複合部材１００によれば、銅多孔質体１１０を構成する銅繊維の断面の円形度Ｃが０．２以上０．９以下の範囲内とされているので、銅繊維同士の接触面積が確保され、強度を向上させることが可能となるとともに、銅繊維同士の間に空隙を確保することができ、銅多孔質体１１０の気孔率Ｐを高くすることが可能となる。
その結果、銅多孔質複合部材１００を蒸発器などの熱交換部材に用いた場合の熱交換効率や保水性、蒸発効率等の各種特性を大幅に向上させることが可能となる。

また、本実施形態である銅多孔質複合部材１００の製造方法によれば、銅及び銅合金からなる銅板１２０の表面に銅繊維を積層配置し、焼結及び接合工程Ｓ１０２によって焼結と接合を同時に実施しているので、製造プロセスを簡略化することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、図６に示す製造設備を用いて、銅多孔質体を製造するものとして説明したが、これに限定されることはなく、他の製造設備を用いて銅多孔質体を製造してもよい。

また、本実施形態においては、無酸素銅（ＪＩＳ Ｃ１０２０）からなる銅繊維を用いるものとして説明したが、これに限定されることはなく、りん脱酸銅（ＪＩＳ Ｃ１２０１、Ｃ１２２０）やタフピッチ銅（ＪＩＳ Ｃ１１００）などの純銅、Ｃｒ銅（Ｃ１８２００）やＣｒ−Ｚｒ銅（Ｃ１８１５０）などの高導電性の銅合金を用いてもよい。

さらに、第二の実施形態では、銅多孔質体と部材本体の接合部に焼結層が形成されている接合方法を望ましい方法として例示したが、これに限定されることはなく、各種溶接法(レーザー溶接法、抵抗溶接法)や低温で溶融するロウ材を用いたロウ付け法による接合方法によって、銅多孔質体と部材本体を接合してもよい。
また、第二の実施形態では、図７に示す構造の銅多孔質複合部材を例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、図９から図１４に示すような構造の銅多孔質複合部材であってもよい。

例えば、図９に示すように、銅多孔質体２１０の中に、部材本体として複数の銅管２２０が挿入された構造の銅多孔質複合部材２００であってもよい。
あるいは、図１０に示すように、銅多孔質体３１０の中に、部材本体としてＵ字状に湾曲された銅管３２０が挿入された構造の銅多孔質複合部材３００であってもよい。

さらに、図１１に示すように、部材本体である銅管４２０の内周面に銅多孔質体４１０を接合した構造の銅多孔質複合部材４００であってもよい。
また、図１２に示すように、部材本体である銅管５２０の外周面に銅多孔質体５１０を接合した構造の銅多孔質複合部材５００であってもよい。

さらに、図１３に示すように、部材本体である銅管６２０の内周面及び外周面に銅多孔質体６１０を接合した構造の銅多孔質複合部材６００であってもよい。
また、図１４に示すように、部材本体である銅板７２０の両面に銅多孔質体７１０を接合した構造の銅多孔質複合部材７００であってもよい。

さらに、図１５に示すように、部材本体である銅管８２０の内径に銅多孔質体８１０を接合した構造の銅多孔質複合部材８００であってもよい。
また、図１６に示すように、部材本体である扁平銅管９２０の両面に銅多孔質体９１０を接合した構造の銅多孔質複合部材９００であってもよい。

以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。
表１に示す焼結原料（銅繊維）を用いて、上述の実施形態で示した製造方法により、幅３０ｍｍ×長さ２００ｍｍ×厚さ５ｍｍの銅多孔質焼結体を製造した。なお、原料となる銅繊維の直径Ｒ、長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒ、円形度Ｃは、以下のように測定した。
また、得られた銅多孔質焼結体についても、骨格部を形成する銅繊維の断面の直径Ｒ、長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒ、円形度Ｃ、気孔率、引張強度について、以下のように評価した。評価結果を表２に示す。

（銅繊維の直径Ｒ）
焼結原料となる銅繊維、及び、銅多孔質焼結体から取り出した銅繊維の長さ方向に直交する断面を光学顕微鏡で観察し、撮影された画像を用いて画像処理によって算出された円換算径（Ｈｅｙｗｏｏｄ径）Ｒ＝（Ａ／π）^０．５×２の単純平均値を算出した。これを銅繊維の直径Ｒとした。

（長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒ）
銅繊維の長さＬは、焼結原料となる銅繊維、及び、銅多孔質焼結体から取り出した銅繊維に対してマルバーン社製粒子解析装置「Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉ Ｇ３」を用いて画像解析し、算出された単純平均値を用いた。これを用いて、長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒを算出した。

（断面の円形度Ｃ）
焼結原料となる銅繊維、及び、銅多孔質焼結体から取り出した銅繊維の長さ方向に直交する断面を光学顕微鏡で観察し、撮影された画像を用いて画像処理によって算出された断面積Ａ（ｍｍ^２）、及び周長Ｑ（ｍｍ）の単純平均値を用いて、以下の式で算出した。
円形度Ｃ＝（４πＡ）^０．５／Ｑ

（気孔率Ｐ）
精密天秤を用いて水中法により真密度Ｄ_Ｔ（ｇ／ｃｍ^３）を測定し、以下の式で気孔率Ｐを算出した。なお、銅多孔質焼結体の質量をｍ（ｇ）、銅多孔質焼結体の体積をＶ（ｃｍ^３）とした。
気孔率Ｐ（％）＝（１−（ｍ／（Ｖ×Ｄ_Ｔ）））×１００

（引張強度）
得られた銅多孔質焼結体を幅１０ｍｍ×長さ１００ｍｍ×厚さ５ｍｍの試験片に加工した後、インストロン型引張試験機を用いて引張試験を行い、最大引張強度Ｓ（Ｎ／ｍｍ^２）を測定した。前記測定により得られた最大引張強度は見掛け密度により変化するため、本実施例では、前記最大引張強度Ｓを前記見掛け密度比Ｄ_Ａで規格化した値（Ｓ／Ｄ_Ａ）を相対引張強度として定義した。なお、見掛け密度比Ｄ_Ａは、以下の式で算出した。
Ｄ_Ａ（Ｎ／ｍｍ^２）＝ｍ／（Ｖ×Ｄ_Ｔ）

本発明例１−１５、比較例１−７のいずれにおいても、焼結原料となる銅繊維と、銅多孔質焼結体から取り出された銅繊維とで、直径Ｒ、長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒ、断面の円形度Ｃについて、大きく変化していないことが確認された。

ここで、銅繊維の直径Ｒが０．００８ｍｍとされた比較例１及び銅繊維の直径Ｒが１．２０ｍｍとされた比較例２においては、銅多孔質焼結体の引張強度が低くなっていることが確認される。
また、銅繊維の長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが２とされた比較例３においては、気孔率Ｐが４６％と低くなった。
さらに、銅繊維の長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが３００とされた比較例４においては、強度が低くなっている。これは、部分的に空隙が大きな箇所が存在し、局所的に強度が大幅に低下したためと推測される。

銅繊維の断面の円形度Ｃが０．９５とされた比較例５においては、引張強度が低くなった。断面の形状が真円に近く、銅繊維同士の接触が点接触となったためと推測される。
銅繊維の断面の形状が星形であって円形度Ｃが０．１５とされた比較例６においては、引張強度が低くなった。銅繊維の表面の凹凸が大きく、銅繊維同士の接触点が少なくなったためと推測される。
銅繊維の断面の形状が長方形であって円形度Ｃが０．１８とされた比較例７においては、気孔率が低くなった。銅繊維の断面形状が箔状となって、銅繊維同士の間にすき間が形成されなかったためと推測される。

これに対して、本発明例の銅多孔質焼結体においては、気孔率が５０％以上と高く、かつ、引張強度も十分に確保されていた。
以上のことから、本発明によれば、高い気孔率を有するとともに十分な強度を有する高品質の銅多孔質焼結体を提供可能であることが確認された。

１０、１１０ 銅多孔質体
１１ 銅繊維
１２ 骨格部
１００ 銅多孔質複合部材
１２０ 銅板（部材本体）

Claims (6)

1. 複数の銅繊維の焼結体からなり、三次元網目構造の骨格部を有する銅多孔質体であって、
   前記骨格部を形成する銅繊維は、銅又は銅合金からなり、直径Ｒが０．０１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下の範囲内とされ、長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４以上２００以下の範囲内とされるとともに、長さ方向に直交する断面の円形度が０．２以上０．９以下の範囲内とされており、
   気孔率が５０％以上９５％以下の範囲内とされていることを特徴とする銅多孔質体。
2. 部材本体と、三次元網目構造の骨格部を有する銅多孔質体との接合体からなる銅多孔質複合部材であって、
   前記銅多孔質体が請求項１に記載の銅多孔質体であることを特徴とする銅多孔質複合部材。
3. 前記部材本体のうち前記銅多孔質体との接合面が銅又は銅合金で構成され、前記銅多孔質体と前記部材本体との接合部が焼結層とされていることを特徴とする請求項２に記載の銅多孔質複合部材。
4. 複数の銅繊維の焼結体からなり、三次元網目構造の骨格部を有する銅多孔質体の製造方法であって、
   直径Ｒが０．０１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下の範囲内とされ、長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４以上２００以下の範囲内とされるとともに、長さ方向に直交する断面の円形度が０．２以上０．９以下の範囲内とされた前記銅繊維を積層する銅繊維積層工程と、
   積層された複数の前記銅繊維同士を焼結する焼結工程と、を備えていることを特徴とする銅多孔質体の製造方法。
5. 部材本体と、三次元網目構造の骨格部を有する銅多孔質体との接合体からなる銅多孔質複合部材の製造方法であって、
   請求項１に記載の銅多孔質体と、前記部材本体とを接合する接合工程を備えていることを特徴とする銅多孔質複合部材の製造方法。
6. 前記部材本体のうち前記銅多孔質体が接合される接合面は、銅又は銅合金で構成されており、前記接合工程は、前記銅多孔質体と前記部材本体とを焼結によって接合することを特徴とする請求項５に記載の銅多孔質複合部材の製造方法。

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