JPH01306532A - 金属多孔質材料と中空金属物との複合構造物およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は金属多孔質材料（以下、多孔質材料とする）と
中空金属物との複合構造物ならびにその製造方法に係る
。

（従来の技術） アルミニウム等の多孔質材料は、金属粉や金属繊維を焼
結する、いわゆる焼結法で製造されているものが多いが
、曲げ加工が不自由で耐食性の点においてもアルミニウ
ム以外の金属が介在するため劣化し、また、製造設備等
に特殊な炉を使用するためコスト高となる不都合さをも
っているとの理由からこれに替ってアルミニウムの発泡
成形体が開発された。

アルミニウムの発泡成形体は、独立気泡または連続気孔
を有しており比重が小さく超軽量であり、現場での加工
が容易であり、またグラスウールなどと異なり剛体であ
るとのことから熱交換器の伝熱管など金属パイプなどの
中空金属物との複合構造物にも適用が試みられているが
満足すべきものが得られなかった。

アルミニウムの発泡成形体と中空金属物（パイプとする
。）との複合構造物の製造Ｔ−段としては次に示す手段
が提案されている。

第１の手段としては、アルミニウムなどの発泡成形体く
こ〜で云う発泡成形体とは、溶融金属を発泡剤を加えて
鋳造したのち一次成形したものを指す）に、一体化すべ
きパイプの外径に相当する挿通孔をガンドリル等の切削
工具で搾孔し、その後該挿通孔ヘパイブを圧入一体化し
て複合構造物を得る手段が提案されている。

第２の手段としては、鋳型内へｙ、ｇされたパイプを予
しめセットしておき、その鋳型内へ、発泡成形体の製造
過程、換言すれば溶融金属中の発泡剤が発泡を開始し、
内部に気泡が形成されつつある７８融金属を注入し、冷
却・凝固させた複合構造物を得る手段が提案されている
。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、前述の手段は夫々次の問題点を有してい
る。

即ち、第１の手段にあっては金属発泡成形体への搾孔加
工だけであるから製作加工が容易で簡便に複合構造物が
得られるのであるが、該金属発泡成形体とパイプとの界
面部（接合箇所を指し、融合した状態ではない。）に空
隙が残り、両者が精密接合したものが得られない。

第１の手段によって得られた複合構造物の界面部を第４
図に示す。図示されているように、第１の手段によって
得られた複合構造物においては、パイプ４１と多孔質材
料４９の界面に、切削された気泡が多数存在し、中空金
属物４１と多孔質材料４９の間の精密接合を妨げている
。

更に、第２の手段では、鋳型内へ注湯されるｌ容融合属
の粘性が上昇してしまうために、湯の流れが極めて劣化
し、結果としてパイプと発泡成形体との界面部に空気層
が形成されてしまう。このため、両者が精密接合した構
成の複合構造物が得られない。

第２の手段によって得られた複合構造物の界面を第５図
に示す。図示されているように、第２の手段によって得
られた複合構造物においては、パイプ５１と多孔質材料
４９の界面に空気層５０が存在し、中空金属物４１と多
孔質材料４９の間の精密接合を妨げている。

このように、多孔質材料と中空金属物とを一体化（ここ
で云う一体化とは多孔質材料と中空金属物との界面部に
切削された気泡や空気層等がない状態での−・体化を指
し融合による接合ではない。

）した複合構造物を得る手段は種々実施されてはいるが
、いづれの手段にあっても界面が精密接合した複合構造
物が得られないという問題点があった。

以上要するに多孔質材料と中空金属物とを一体化（精密
接合）する場合には、溶融金属中の発泡材による気泡形
成過程と中空金属物とを接合させる時期が、この種の複
合構造物を得る重要な問題となる。

本発明は、多孔質材料と中空金属物とをその界面部にお
いて空気層が存在しない精密接合状態で一体化した複合
構造物ならびにその製造手段を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、前述の従来手段における問題点を解決する手
段として、鋳型内へアルミニウムまたはその合金を溶融
金属とし、それにカルシュームなどの増粘剤を加え、そ
の後、撹拌機で撹拌して溶融金属の粘性を調整し、粘性
の調整後水素化チタンなどの発泡剤を添加すると共に撹
拌を行ない、前記発泡剤を膨張させて熔融金属内で気泡
を形成し、該気泡の成長過程時に予備加熱されたアルミ
ニウム、鉄など得られる発泡成形体より熱膨張率が同等
若しくはそれ以下のパイプを鋳型内へ設置し、溶融金属
中の気泡成長が完了したのち冷却・凝固させ、それらの
界面部に空気層のない精密接合した複合構造物を得るよ
うにした点に要旨があある。

（実　施　例） 第１図及び第２図は本発明の製造法の一実施例を示す概
念図であるが、第１図はパイプの一端を突出させた複合
構造物を得る場合、第２図は当該パイプの両端を突出さ
せた複合構造物を得る場合の実施例を示すものである。

第１図に於いて、多孔質材料と精密接合しようとするパ
イプｆｉ＋の下端が埋入設置される凹型保持孔（２）を
形成した下蓋（３）を底部に配し、また前記パイプ（１
）が貫通する貫通孔（４）を穿設した上蓋（５）を上□
部に配設した鋳型ケース（６）を組合せてなる鋳型（Ｍ
）を底板（７）にその底部が内嵌されてなるようにし、
鋳型（Ｍ）に溶融金属（アルミニウム・アルミニウム合
金）、カルシュームなどの増粘剤を加え、その後、溶融
金属の融点温度（アルミニウムでは７００〜７２０℃）
まで加熱して溶融する他、図外の撹拌機を用いて鋳型内
の溶融金属を撹拌し、もって溶融金属の粘性を目的とす
る粘性値となるように調整する。

鋳型内の溶融金属の粘性を調整したのち、水素化チタン
などの発泡剤を添加し、再度鋳型内溶融金属を撹拌して
添加した発泡剤の発泡を開始させる。

発泡剤が膨張して気泡の成長が開始した段階で、３００
〜５００℃の温度で予備加熱され、かつ一端にシール材
（パイプ＋１１と同質材料あるいはパイプ（１１より高
融点材料）（８）を嵌着したパイプ（１１を上蓋（５）
の貫通孔（４）を貫通させて下蓋（３）の保持孔（２）
内へ設置する。

以上の如く、パイプ＋１１は鋳型（Ｍ）の溶融金属中に
挿入された状態にするが溶融金属は、発泡剤の発泡が完
了し、気泡が成長し、溶融金属が発泡金属として溶製さ
れ、その後、放冷その他の手段にて冷却・凝固された後
鋳型（Ｍ）を解体し、図示の発泡成形体（９）とパイプ
（１）との複合構造物を得る。

以上の通り、第１図ではパイプｆｌｌの一端が突出した
複合構造物が得られるが、該複合構造物の用途に応じ、
第２図にある複合構造物が要求される場合がある。

即ち、パイプ＋１１の両端（ｌａ）　（ｌｂ）が突出し
た複合構造物を製造する場合には、鋳型（Ｍ）の構成を
図示の通り、下蓋（３）の構成が複数の支脚（３ａ）−
をパイプ（１１の一端（ｌｂ）を突出させるに必要な高
さをもつ構成とする他、前記パイプ端（ｌｂ）が挿通で
きるように貫通した保持孔（２）を穿設されてなるもの
とし、他の構成は第１図で詳述した構成と同様とする。

更に、発泡複合構造物を製造する手段ならびに条件も同
様とする。

但し、第１図の複合構成物の製造手段では、パイプ端（
１ａ）を発泡（溶融）金属の流入を阻止するためにシー
ル材（８）を充填するようにしていたが、第２図の場合
ではパイプ端（ｌｂ）が下蓋（３）の保持孔（２）を貫
通して配設されるので、該パイプ端（ｌｂ）から溶融金
属が流入することがないから、シール材の充填は不要で
ある。

本実施例は以上の通りの構成であるが、以下にその詳細
を示す。

前記第１図の！ｈ型（門）を使用し、同図に示す複合構
造物を製造するに際し、 溶融金属−一−９９，７％　純アルミ（ＪＩＳ　１０７
０）増　粘　剤−・カルシューム　２．Ｏｗｔ％発　泡
　剤−・水素化チタン　２．０　ｗｔ％金属バイブシー
ル材〜−−アルミニウム金属パイプ材　　アルミニウム
（ＡＯＯＩＩ　−Ｔ５）５０糟−φ　　肉厚　１．２ｍ
ｍ 発泡鋳型構成部材の材質−一−−−・５Ｓ４１複合構造
物のサイズー−−一−−径　２５０■高さ　２３０　ｍ
ｓ＋ の条件で製造するようにした。

即ち、鋳型（Ｍ）内へ９９，７％純アルミニウムを装入
し、鋳型（Ｍ）全体をヒータ等で７００℃前後に加熱し
て溶融金属とし、次いで、２．０　ｗｔ％のカルシュー
ムを増粘剤として加えて撹拌し、増粘した。

熔融金属の粘性調整後、該溶融金属の温度を７００℃に
保持し°つ一発泡剤として水素化チタン粉　　　　−末
を２．０　ｗｔ％加えて撹拌し、予熱した上蓋（５）を
取付け、鋳型（Ｍ）内部で発泡剤が発泡を開始し、溶融
アルミニウム中の気泡が膨張し、気泡が成長する際に、
金属製パイプ（２）を上Ｍ（５）の貫通孔（４）から下
Ｍ（３）の保持孔（２）へその下端（ｌｂ）を挿入して
定置させ、その状態のま＼鋳型（Ｍ）を加熱して溶融金
属中の発泡剤が完全に発泡して気泡が均一な薄膜状のセ
ル構造となった時点で鋳型（門）の加熱を停止し、常温
で冷却・凝固させる。

しかるのち、鋳型（？Ｉ）を分解して複合構造物を得る
。

このような製造方法により製造された複合構造物の断面
図を第３ａ図と第３ｂ図に示す。

第３ａ図に示した複合構造物は、鋳型（Ｍ）の冷却時間
、増粘剤を加えた後のＩＪＪ拌時開時間を調整し、溶融
アルミニウム中の気泡を充分に成長させた場合に得られ
る。図示されているように、気泡を充分に成長させた場
合には、溶融アルミニウム中の気泡の大きさが発砲形成
体（９）とパイプ（１）の界面の近傍に近づくにつれて
徐々に小さくなる。また、発泡形成体（９）とパイプ（
１）の界面（Ｓ）には気泡が存在しない層が形成される
。

第３ｂ図に示した複合構造物は、鋳型（Ｍ）の冷却時間
、増粘剤を加えた後の撹拌時間などを調整し、／８融ア
ルミニウム中の気泡を充分に成長させなかった場合に得
られる。図示されているように、気泡を充分に成長させ
なかった場合には、溶融アルミニウム中の気泡の大きさ
が発泡形成体（９）の全体でほぼ均一となる。また、発
泡形成体（９）とパイプ（１）の界面（Ｓ）には気泡が
存在しない層が形成される。

本実施例は以上の通りであるが、成形された複合構造物
におけるパイプｆｉｌと発泡成形体（９）の界面部は、
第３ａ図と第３ｂ図に示す通り発泡剤が気泡として完全
に独立した気泡の薄膜セル構造となり、しかもパイプ＋
１１との界面部（Ｓ）には空気層（空隙）がない状態で
精密接合して一体化していることが確認できた。

（発明の効果） 前述の通り本発明は、多孔質材料と中空金属物との複合
構造物を得るに当り、鋳型内の溶融金属中の発泡剤が気
泡を膨張させ、そして気泡が完全に独立気泡の薄膜状の
セル構造となる以前（気泡の成長時点）に該溶融金属中
にパイプを配設し、発泡終了後、冷却・凝固させて製造
する方法によるから、中空金属物と多孔質材料との界面
部には空気層ｌ（空隙）が存在しない精密接合した複合
構造物が得られ、多孔質材料と中空金属物が分離しにく
いと言う利点を存する。

更に、製造手段にあっても操作（作業）が溶融金属中の
気泡が成長する時機に中空金属物を鋳型内へ挿入する操
作だけでよいので、極めて容易であるばかりでなく、気
泡の成長を妨げることなく多孔質材料を得ることができ
、しかも製造コストも安価であるなど掻めて有益な発明
である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の実施例を示す製造工程の
概念図であり、第１図は中空金属物の一端が突出した複
合構造物を製造する場合の実施例を示し、第２図は中空
金属物の両端が突出した複合構造物を製造する場合の実
施例を示す。 第３ａ図と第３ｂ図は本発明の複合構造物の界面部を示
す拡大断面図である。 また、第４図と第５図は従来の複合構造物の界面部を示
す拡大断面図である。 符号の名称は以下の通り。 ＋１．１　　金属製バイブ（中空金属物）　、　＋２１
　　金属製パイプ端保持孔、（３）−下蓋、　　（４１
貫通孔（５）−上蓋、（６）鋳型ケース、（７）底板、
（８）金属製パイプ端ソール部、（Ｍ）　　鋳型　（９
）発泡成形体（多孔質材料）。 特許出願人　工業技術院長　飯塚幸三 神鋼鋼線工業株式会社 アイシン精機株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属多孔質材料と中空金属物との複合構造物であ
   って、これら金属多孔質材料と中空金属物とがその界面
   部分において空気層が存在しない精密接合状態で一体化
   されてなることを特徴とする複合構造物。
2. （２）金属多孔質材料と中空金属物との複合構造物を製
   造する方法において、鋳型内へアルミニウムまたはアル
   ミニウム合金等の溶融金属、カルシュームなどの増粘剤
   、ならびに水素化チタンなどの発泡剤を加えて粘性の調
   整、撹拌を行ない、溶融金属中の発泡剤の気泡が膨張し
   、独立した気泡が薄膜状のセル構造を形成する以前の気
   泡成長時に、前記溶融金属と同等若しくはそれ以下の熱
   膨張率を有する中空金属物を鋳型内へ挿入し、鋳型内の
   溶融金属中の発泡が完了したのち冷却・凝固させること
   を特徴とする製造方法。