JPWO2016024616A1 - 金属製多孔体の製造方法及び金属製多孔体 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明に係る金属製多孔体1の製造方法は、図1に示すように、準備工程S10と、星形多角体形成工程S20と、成型工程S40とを含んでいる。具体的に、金属製多孔体1の製造方法は、筒状の金網からなる中間体32を準備する準備工程S10と、径方向の外側に突出する複数の凸部61と径方向の内側に窪んだ複数の凹部62とを中間体32の周方向に交互に形成して星形多角体60を形成する星形多角体形成工程S20と、星形多角体60の内周側と外周側とを拘束する型80に星形多角体60を入れて、星形多角体60の軸方向の一方から星形多角体60を圧縮する成型工程S40と、を含んでいる。
金属製多孔体1は、図2示すように、円筒状をなし、径方向の中央に空洞を有している。すなわち、金属製多孔体1は、外周面2と、内周面3と、軸方向の両端部をなす一対の端面4,5と、を有している。
金属素線10は、例えば、ステンレス鋼又は軟鋼からなる線材が使用されている。ステンレス鋼の線材としては、例えば、JIS(Japanese Industrial Standards)規格のSUS304又はSUS316等からなる線材を挙げることができる。軟鋼線材としては、例えば、JIS規格のSWRM6、SWRCH6A等からなる線材を挙げることができる。金属素線10として軟鋼線材を用いる場合、銅、銅合金、亜鉛又はニッケルその他のめっきを施したものを用いることができる。ただし、金属線は上記の材料の他に、チタン、ニッケル又はアルミニウムその他の材料を用いることもできる。金属製多孔体1は、こうした材質の素線によって構成さているので、耐熱性、耐薬品性及び耐食性を備えている。
金属製多孔体1は、上記の金属素線10からなる筒状の金網を加工することによって、空隙率が20%以上、90%以下であり、密度が7.75g/cm3以上、8.06g/cm3以下のステンレス鋼を用いた場合、嵩密度が0.5g/cm3以上、6.5g/cm3以下である。なお、「空隙率」とは、[(材料比重-製品密度)/材料比重]×100によって表すことができる製品の全容積に対する隙間の容積の割合のことであり、「嵩密度」とは、単位体積の質量=製品重量/製品体積によって表すことができる、製品の重量を製品の体積で除した単位体積あたりの質量のことである。
上述したように、金属製多孔体1の製造方法は、図1に示すように、準備工程S10と、星形多角体形成工程S20と、成型工程S40とを含んでいる。また、金属製多孔体1の製造方法は、必要に応じて、上述した星形多角体圧縮工程S30を星形多角体形成工程S20と成型工程S40との間に設けることもできる。
準備工程S10は、金属素線10を編み込んで筒状の金網を形成し、筒状の金網から内周部と外周部とを有する筒状の中間体32を形成する工程である。この準備工程S10は、図1に示すように、金網連続体形成工程S11、分割工程S12及び中間体形成工程S13を含めることができる。
金網連続体形成工程S11は、金属素線10を編み込むことによって軸方向に連なる筒状の金網連続体30を形成する工程である。この金網連続体形成工程S11は、図3に示すように、金属素線10を編み機20に送り出し、送り出された金属素線10を編み機20で編み込むことによって筒状の金網連続体30を形成している。なお、図3は、説明を容易にするために、編み機20を模式的に示している。
分割工程S12は、図3に示すよう、編み機20から送り出された金網連続体30を、その軸方向に一定の長さを有する複数の筒状金網体31に分ける工程である。この分割工程S12によって形成される筒状金網体31は、図4に示すように、筒状をなしている。筒状金網体31の内部は空洞である。金網連続体30から筒状金網体31に分ける方法は、特に限定がない。分ける方法としては、編み機20から送り出された金網連続体30を所定の長さ毎に、刃物で切断して筒状金網体31を形成する方法を一例として挙げることができる。なお、筒状金網体31は、金属素線10が編み込まれることによって構成されている。編み方は、上述したように、特に限定はない。図4に例示した筒状金網体31は、A部を拡大して図示したように、素線をメリヤス編みして構成されている。
中間体形成工程S13は、図5に示すように、筒状金網体31の側壁部31aを軸方向に折り返して、中間体32を形成する工程である。なお、図5は、中間体形成工程S13を模式的に示している。この中間体形成工程S13では、図5(A)から図5(D)に示すように、筒状金網体31の軸方向の一端から、側壁部31aを軸方向に一定の長さごとに外側に複数回折り返すことによって、図5(E)に示す中間体32を形成している。ただし、中間体32は、筒状金網体31の軸方向の一端から、筒状金網体31の側壁部31aを外側に丸ませて形成することもできる。この中間体形成工程S13によって形成された中間体32は、図5(E)に示すように、円環状の金網であり、外周部33と内周部34とを有している。また、円環状の金網である中間体32は、半径方向に重なる複数の金網の層を備えている。
次に、図6から図12を参照して星形多角体60を形成する星形多角体形成工程S20について説明する。
次に、図13を参照して、星形多角体圧縮工程S30について説明する。なお、星形多角体圧縮工程S30は、必要に応じて設けられる工程であり、必須の工程ではない。
成型工程S40では、星形多角体60,160(圧縮星形多角体60,160を含む。)の内周側を拘束する芯材81と、星形多角体60,160の外周側を拘束する外周壁85とで構成された型80が用いられる。成型工程S40は、芯材81と外周壁85との間の空間に星形多角体60,160を入れ、星形多角体60,160の軸方向の一方から星形多角体60,160を圧縮することによって、図2に示す金属製多孔体1を成型する工程である。以下では、星形多角体60を成型する場合を例に説明する。
型80は、図14に示すように、芯材81と外周壁85とを備えている。この型80は、芯材81と外周壁85との間に、成型される星形多角体60が入れられる空間を有している。型80の長手方向の一端80a側は、開かれており、型80の長手方向の他端80b側はブロック90等によって閉じられている。この成型工程S40では、図示しないアクチュエータが型80の長手方向における一端80a側のみに設けられる。成型工程S40では、一端80a側のみに設けられたアクチュエータが型80内の星形多角体60をプレスして金属製多孔体1を形成する。
成型工程S40の詳細について、図14を参照して説明する。この成型工程S40では、まず、図14(A)及び図14(B)に示す第1プレス工程S41が行われ、次いで、図14(C)及び図14(D)に示す第2プレス工程S42が行われる。
実施例1は、直径が0.36mmの白なまし鉄線の金属素線10を金網連続体形成工程、分割工程、中間体形成工程、星形多角体形成工程、及び成型工程を経て製作された金属製多孔体である。金網連続体形成工程では、金属素線10をメリヤス編みして金網連続体を形成した。金属製多孔体の軸方向の長さは10mmである。
実施例2は、直径が0.70mmの白なまし鉄線の金属素線10を、実施例1と同様の製造方法で製作した金属製多孔体である。金属製多孔体の軸方向の長さは10mmである。
比較例1は、実施例1と同じ金属素線1を金網連続体形成工程、分割工程、中間体形成工程、及び成型工程を経て製作された金属製多孔体である。金網連続体形成工程では、金属素線10をメリヤス編みして金網連続体を形成した。金属製多孔体の軸方向の長さは10mmである。
比較例2は、直径が0.70mmの白なまし鉄線の金属素線10を、比較例1と同様の製造方法で製作した金属製多孔体である。金属製多孔体の軸方向の長さは10mmである。
圧力損失の確認テストは、テストサンプルの径方向に流体を流した場合と、テストサンプルの軸方向に流体を流した場合とについて行った。
径方向の確認テストは、テストサンプルの内周側から外周側にエアを流し、圧力損失を測定した。確認テストは、流量が50リットル/分、70リットル/分及び100リットル/分のエアを流して行った。また、確認テストは、図15に示すように、テストサンプルの周方向を4つの領域I,II,III,IVに分けて、各領域I,II,III,IVについて圧力損失を測定した。具体的には、金属製多孔体の軸方向の両側の端面を塞ぐと共に、周方向の1/4の部分を欠いたリング状のジグ110をテストサンプルの外周にはめ込み、ジグ110を周方向に1/4周ずつ回転させて行った。なお、確認テストは、実施例及び比較例ともに2個ずつ行った。
表1は、確認テストのテスト結果を示した表である。
軸方向の確認テストは、テストサンプルの軸方向の一方の端面から他方の端面にエアを流し、圧力損失を測定した。確認テストは、流量が50リットル/分、70リットル/分及び100リットル/分のエアを流して行った。また、確認テストは、図16に示すように、テストサンプルの周方向を4つの領域I,II,III,IVに分けて、各領域I,II,III,IVについて圧力損失を測定した。具体的には、金属製多孔体の外周面と内周面とを塞ぐと共に、周方向の1/4の部分を欠いたリング状のジグ120で軸方向の両端面について周方向の3/4の部分を塞ぎ、周方向に1/4周ずつ回転させて行った。なお、確認テストは、実施例及び比較例ともに2個ずつ行った。
表2は、確認テストのテスト結果を示した表である。
圧縮強度の確認テストは、テンシロン万能試験機(株式会社エー・アンド・デイ社製RTG−1310)を用いてテストサンプルを軸方向に圧縮し、圧縮荷重と変位との関係を測定した。確認テストは、テストサンプルを圧縮する速度を5mm/分とし、荷重限界を5000ニュートンとして行った。なお、確認テストは、実施例1,2及び比較例1,2のいずれについても1つずつ行った。
図17に示すグラフは、実施例1と比較例1とのテスト結果を示している。このグラフの横軸は変位を表し、グラフの縦軸は圧縮荷重を表している。また、実線は、実施例1を表し、破線は、比較例1を表している。
2 外周面
3 内周面
4 端面
5 端面
10 金属素線
20 編み機
21 編み機の本体部
22 案内針
30 金網連続体
31 筒状金網体
32 中間体
33 中間体の外周部
34 中間体の内周部
40,140 第1タイプの星形多角体形成工程に用いられる装置
41,141 ベース
42,142 爪
43,143 押し当て部
45,145 受け部
46,146 リング部
47,147 仕切部
50,150 第2タイプの星形多角体形成工程に用いられる装置
51,151 第1歯車
52,152 第2歯車
60,160 星形多角体
61,161 凸部
62,162 凹部
70 星形多角体圧縮工程に用いられる装置
71 アーム
72 押し当て面
75 ベース
80 型
80a 一端
80b 他端
81 芯材
82 芯材本体部
83 芯材調整部
85 外周壁
86 外周壁本体部
87 外周壁調整部
90 ブロック
101 第1補助部材
102 第2補助部材
103 第3補助部材
104 押し付け用ジグ
Claims (10)
- 筒状の金網からなる中間体を準備する準備工程と、
径方向の外側に突出する複数の凸部と前記径方向の内側に窪んだ複数の凹部とを前記中間体の周方向に交互に形成して星形多角体を形成する星形多角体形成工程と、
前記星形多角体の内周側と外周側とを拘束する型に該星形多角体を入れて、該星形多角体の軸方向の一方から該記星形多角体を圧縮する成型工程と、を少なくとも有している、金属製多孔体の製造方法。 - 前記準備工程では、金属素線を編み込んで筒状の金網を形成し、該金網から内周部と外周部とを有する筒状の中間体を形成し、
前記成形工程で用いられる前記型は、前記星形多角体の内周側を拘束する芯材と前記星形多角体の外周側を拘束する外周壁とで構成され、
前記型は、その軸方向の長さが異なる少なくとも2形態に変化可能に構成され、
前記成型工程は、軸方向の長さが長い形態の前記型で前記星形多角体を前記軸方向の一方から圧縮する第1プレス工程と、該第1プレス工程の後に、軸方向の長さが短い形態の前記型で前記星形多角体を軸方向の一方から、さらに圧縮する第2プレス工程と、を少なくとも有している、請求項1に記載の金属製多孔体の製造方法。 - 前記星形多角体形成工程では、周方向に一定の間隔を空けて配置され、径方向に移動する複数の爪を、前記中間体の径方向の外側から前記中間体に押し付けることによって、前記爪が押し付けられた位置に前記凹部を形成すると共に、前記爪同士の間の位置に前記凸部を形成して前記星形多角体を形成する、請求項1又は2に金属製多孔体の製造方法。
- 前記星形多角体形成工程では、前記中間体を周方向に移動させながら、前記中間体の外側に配置された第1歯車と、前記中間体の内側に配置された第2歯車とを噛み合わせることによって、前記第1歯車の歯山に対応する、前記中間体の位置に前記凹部を形成すると共に、前記第2歯車の歯山に対応する、前記中間体の位置に前記凸部を形成して前記星形多角体を形成する、請求項1又は2に記載の金属製多孔体の製造方法。
- 前記星形多角体形成工程では、複数の前記凸部と複数の前記凹部とを前記中間体の軸方向に対して斜めに傾けて前記星形多角体を形成する、請求項3又は4に記載の金属製多孔体の製造方法。
- 前記芯材と前記外周壁とは、本体部と、該本体部から取り外し可能な長さ調整部とからそれぞれ構成され、
前記第1プレス工程では、前記星形多角体を、前記長さ調整部が前記本体部に組み合わされた前記芯材と前記外周壁とからなる前記型を用いて圧縮し、
前記第2プレス工程では、前記星形多角体を、前記長さ調整部が前記本体部から取り外された前記芯材と前記外周壁とからなる前記型を用いて圧縮する、請求項2に記載の金属製多孔体の製造方法。 - 前記準備工程は、金属素線を編み込むことによって軸方向に連なる筒状の金網連続体を形成する金網連続体形成工程と、
前記金網連続体を、前記軸方向に一定の長さを有する複数の筒状金網体に分ける分割工程と、
前記筒状金網体の側壁部を軸方向に折り返して、前記中間体を形成する中間体形成工程と、を含む、請求項1に記載の金属多孔体の製造方法。 - 前記星形多角体形成工程によって形成された前記星形多角体を径方向の外側から内側に向けて押し付けることによって前記星形多角体を中心側に圧縮して圧縮星形多角体を形成する星形多角体圧縮工程を有し、
前記成型工程では、前記圧縮星形多角体が前記型に入れられる、請求項1〜7のいずれか1項に記載の金属製多孔体の製造方法。 - 径方向の外側に向けて突出する複数の凸部と径方向の内側に向けて窪んだ複数の凹部とが周方向の交互に設けられてなる星形多角体が、内周面と外周面とを有し、金属製の素線が編み込まれてなる円環状の金網から形成され、
前記星形多角体の内周側と外周側とが拘束され、該星形多角体がその軸方向に圧縮された円筒構造である、金属製多孔体。 - 前記円環状の金網は、半径方向に重なる複数の金網の層を備えている、請求項9に記載の金属製多孔体。
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