KR20220134034A - 금속 섬유 성형체, 온도 조절 유닛 및 금속 섬유 성형체의 제조 방법 - Google Patents

금속 섬유 성형체, 온도 조절 유닛 및 금속 섬유 성형체의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

금속 섬유 성형체(40)는, 제1 단면에 있어서의 금속 섬유의 존재율에 대한, 제1 단면에 직교하는 제2 단면에 있어서의 금속 섬유의 존재율의 비율이 0.85∼1.15의 범위 내의 크기이다. 본 발명에 따른 금속 섬유 성형체(40)의 제조 방법은, 복수의 금속 단섬유(30)를 수취부 상에 집적시키는 공정과, 수취부 상에 집적된 복수의 금속 단섬유(30)를 소결시킴으로써 금속 섬유 성형체(40)를 생성하는 공정을 구비한다.

Description

금속 섬유 성형체, 온도 조절 유닛 및 금속 섬유 성형체의 제조 방법
본 발명은, 금속 섬유로부터 성형되는 금속 섬유 성형체, 이 금속 섬유 성형체를 구비하는 온도 조절 유닛 및 이 금속 섬유 성형체의 제조 방법에 관한 것이다.
종래부터, 전기 기기, 전자 기기 및 반도체 기기 등에 있어서, 발열에 약한 회로 등을 보호하기 위해 온도 조절 유닛이 이용되고 있다. 보다 상세하게는, 전기 기기 등이 사용하는 전력이 커지면 발열량도 많아지기 때문에, 발생한 열을 온도 조절 유닛에 의해 냉각함으로써 전기 기기 등의 내부의 온도를 조정하고 있었다. 이와 같은 온도 조절 유닛에 있어서, 금속 섬유로부터 성형되는 금속 섬유 성형체가 이용되는 경우가 있다.
금속 섬유 성형체의 제조 방법으로서, 예컨대 일본 특허 공개 평성6-279809호 공보(JP H06-279809A) 등에 개시된 것이 종래부터 알려져 있다. 일본 특허 공개 평성6-279809호 공보(JP H06-279809A)에 개시된 금속 섬유 성형체의 제조 방법에서는, 먼저, 금속 섬유를 포함하는 분산액 중에 성형용의 형을 침지하고, 이 형의 흡인면에 금속 섬유를 흡착시킨다. 다음에, 형의 흡인면에 금속 섬유를 흡착시키면서 이 형을 분산액 중으로부터 끌어올린다. 분산액 중으로부터 형을 끌어올린 후에도 이 형의 흡인면에 금속 섬유를 흡착시키도록 한다. 이러한 동작을 몇 번이나 반복함으로써, 원하는 두께의 금속 섬유가 형의 흡인면에 흡착된다. 그 후, 형의 흡인면에 흡착되어 있는 금속 섬유를, 금속 섬유의 융점을 넘지 않는 온도에서 소결한다. 이에 의해, 금속 섬유 성형체가 생성된다.
또한, 온도 조절 유닛에 있어서, 금속 섬유 성형체가 아니라 금속의 분말을 소결함으로써 생성되는 금속 분말 소결체나 금속 벌크가 이용되는 경우도 있다.
일본 특허 공개 평성6-279809호 공보(JP H06-279809A)에 개시되는 제조 방법에 의해 제조된 금속 섬유 성형체는, 주로 면 방향으로 금속 섬유가 배향되기 때문에, 이러한 금속 섬유 성형체를 갖는 온도 조절 유닛에서는, 금속 섬유가 배향하고 있는 면을 따르는 열전도성은 우수하지만, 금속 섬유가 배향하고 있는 면과 직교하는 방향에 있어서의 열전도성이 뒤떨어진다고 하는 문제가 있다. 한편, 금속의 분말을 소결함으로써 생성되는 금속 분말 소결체나 금속 벌크를 갖는 온도 조절 유닛에서는, 금속 섬유 성형체와 비교하여 온도가 변화하였을 때의 신축성이 뒤떨어지기 때문에, 온도 조절 유닛이 부착된 피전열물이 신축하였을 때에 이 피전열물의 신축에 온도 조절 유닛이 추종할 수 없어, 온도 조절 유닛이 피전열물로부터 떨어지거나 파괴되거나 한다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 점을 고려하여 이루어진 것이며, 어떤 방향에서도 열전도성이 우수하며 온도가 변화하였을 때의 신축성이 우수한 금속 섬유 성형체, 이 금속 섬유 성형체를 구비한 온도 조절 유닛, 및 이 금속 섬유 성형체의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 금속 섬유 성형체는, 제1 단면에 있어서의 금속 섬유의 존재율에 대한, 상기 제1 단면에 직교하는 제2 단면에 있어서의 금속 섬유의 존재율의 비율이 0.85∼1.15의 범위 내의 크기인 것이다.
본 발명의 금속 섬유 성형체는, 수취부 상에 집적되는 복수의 금속 단섬유를 소결시킴으로써 생성되는 것이다.
본 발명의 온도 조절 유닛은, 수취부 상에 집적되는 복수의 금속 단섬유를 소결시킴으로써 생성되는 금속 섬유 성형체와, 상기 금속 섬유 성형체를 지지하는 지지체를 구비하는 것이다,
본 발명의 금속 섬유 성형체의 제조 방법은, 복수의 금속 단섬유를 수취부 상에 집적시키는 공정과, 상기 수취부 상에 집적된 복수의 상기 금속 단섬유를 소결시킴으로써 금속 섬유 성형체를 생성하는 공정을 구비한다.
도 1a는 복수의 금속 단섬유에 물리적인 충격을 부여하는 커터 밀의 구성을 나타내는 측면도이다.
도 1b는 도 1a에 나타내는 커터 밀의 M-M 화살표 방향에서 본 단면도이다.
도 2는 수취부 상에 집적된 복수의 금속 단섬유를 소결시킴으로써 금속 섬유 성형체를 생성하는 동작을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 이어서, 수취부 상에 집적된 복수의 금속 단섬유를 소결시킴으로써 금속 섬유 성형체를 생성하는 동작을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 금속 섬유 성형체를 구비하는 온도 조절 유닛의 구성의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 4에 나타내는 온도 조절 유닛의 A-A 화살표 방향에서 본 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시형태에 따른 금속 섬유 성형체를 구비하는 온도 조절 유닛의 구성의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 7은 도 6에 나타내는 온도 조절 유닛의 B-B 화살표 방향에서 본 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시형태에 따른 금속 섬유 성형체를 구비하는 온도 조절 유닛의 구성의 또 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 9는 도 8에 나타내는 온도 조절 유닛의 C-C 화살표 방향에서 본 단면도이다.
도 10은 본 발명의 실시형태에 따른 금속 섬유 성형체를 구비하는 온도 조절 유닛의 구성의 또 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 11은 도 10에 나타내는 온도 조절 유닛의 D-D 화살표 방향에서 본 단면도이다.
도 12는 도 10에 나타내는 온도 조절 유닛의 E-E 화살표 방향에서 본 단면도이다.
도 13은 본 발명의 실시형태에 따른 금속 섬유 성형체를 구비하는 온도 조절 유닛의 구성의 또 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 14는 도 13에 나타내는 온도 조절 유닛의 F-F 화살표 방향에서 본 단면도이다.
도 15는 도 13에 나타내는 온도 조절 유닛의 G-G 화살표 방향에서 본 단면도이다.
도 16은 본 발명의 실시형태에 따른 금속 섬유 성형체를 구비하는 온도 조절 유닛의 구성의 또 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 17은 본 발명의 실시형태에 따른 금속 섬유 성형체를 구비하는 온도 조절 유닛의 제조 방법의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 18은 금속 섬유 성형체나 금속 성형체의 절단면을 나타내기 위한 설명도이다.
도 19는 제1 실시예에 따른 금속 섬유 성형체를 도 18의 P 단면으로 절단하였을 때의 절단면을 나타내는 사진이다.
도 20은 제1 실시예에 따른 금속 섬유 성형체를 도 18의 Q 단면으로 절단하였을 때의 절단면을 나타내는 사진이다.
도 21은 제2 실시예에 따른 금속 섬유 성형체를 도 18의 P 단면으로 절단하였을 때의 절단면을 나타내는 사진이다.
도 22는 제2 실시예에 따른 금속 섬유 성형체를 도 18의 Q 단면으로 절단하였을 때의 절단면을 나타내는 사진이다.
도 23은 제1 비교예에 따른 종래의 금속 섬유 성형체를 도 18의 P 단면으로 절단하였을 때의 절단면을 나타내는 사진이다.
도 24는 제1 비교예에 따른 종래의 금속 섬유 성형체를 도 18의 Q 단면으로 절단하였을 때의 절단면을 나타내는 사진이다.
도 25는 제2 비교예에 따른 종래의 금속 성형체를 도 18의 P 단면으로 절단하였을 때의 절단면을 나타내는 사진이다.
도 26은 제2 비교예에 따른 종래의 금속 성형체를 도 18의 Q 단면으로 절단하였을 때의 절단면을 나타내는 사진이다.
도 27은 제3 비교예에 따른 종래의 금속 성형체를 도 18의 P 단면으로 절단하였을 때의 절단면을 나타내는 사진이다.
도 28은 제3 비교예에 따른 종래의 금속 성형체를 도 18의 Q 단면으로 절단하였을 때의 절단면을 나타내는 사진이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다. 도 1a 및 도 1b는 복수의 금속 단섬유에 물리적인 충격을 부여하는 커터 밀의 구성을 나타내는 도면이다. 또한, 도 2 및 도 3은 본 실시형태에 따른 금속 섬유 성형체의 제조 방법을 나타내는 도면이다. 또한, 도 4 내지 도 16은 본 실시형태에 따른 금속 섬유 성형체의 온도 조절 유닛의 여러 가지 구성예를 나타내는 도면이다. 또한, 도 17은 본 실시형태에 따른 금속 섬유 성형체를 구비한 온도 조절 유닛의 제조 방법의 변형예를 나타내는 도면이다. 또한, 도 18은 금속 섬유 성형체나 금속 성형체의 절단면을 나타내기 위한 설명도이고, 도 19 내지 도 28은 실시예나 비교예에 따른 금속 섬유 성형체나 금속 성형체의 단면도이다.
먼저, 도 1a, 도 1b, 도 2 및 도 3을 이용하여 본 실시형태에 따른 금속 섬유 성형체의 제조 방법에 대해서 설명한다. 본 실시형태에 따른 금속 섬유 성형체의 제조 방법에서는, 물 등의 매체를 사용하지 않고 금속 단섬유를 균일하게 집적시키고, 집적된 복수의 금속 단섬유를 소결시킴으로써 금속 섬유 성형체를 형성한다.
보다 상세하게 설명하면, 가장 먼저, 커터 밀(10)의 내부에 복수의 금속 단섬유(30)를 투입한다. 커터 밀(10)의 구성에 대해서 도 1a 및 도 1b를 이용하여 설명한다. 도 1a 및 도 1b에 나타내는 바와 같이, 커터 밀(10)의 내부에는, 복수(예컨대, 4개)의 회전날(12)이 부착되는 로터(14)가 마련되고, 로터(14)는 축(14a)을 중심으로 하여 회전하도록 되어 있다. 또한, 로터(14)의 주위에는 고정날(16)이 위치 고정으로 마련된다. 또한, 로터(14)의 하방에는 스크린(18)이 마련된다.
커터 밀(10)의 상부 개구(11)로부터 커터 밀(10)의 내부로 투입되는 복수의 금속 단섬유(30)는, 축(14a)을 중심으로 하여 회전하는 로터(14)에 부착된 각 회전날(12)과 고정날(16) 사이에서 전단됨으로써 파쇄된다. 또한, 로터(14)가 회전함으로써, 커터 밀(10)의 내부에서 복수의 금속 단섬유(30)끼리가 충돌하거나, 금속 단섬유(30)와 고정날(16) 또는 회전날(12)이 충돌하거나 함으로써, 금속 단섬유(30)가 마모 및 변형된다. 구체적으로는, 금속 단섬유(30)는 구부러지거나 꺾어지거나 함으로써 금속 단섬유(30)의 표면이 매끄러운 것이 된다. 또한, 이러한 동작에 의해, 금속 단섬유(30)의 표면의 버어(burr)가 제거될 수 있다. 이와 같이 하여 전단, 마모, 변형된 금속 단섬유(30)는, 스크린(18)의 개구로부터 하방으로 낙하한다. 그리고, 스크린(18)의 개구로부터 하방으로 낙하한 금속 단섬유(30)가 회수된다.
커터 밀(10) 이외에도, 금속 단섬유(30)에 물리적인 충격을 부여함으로써 변형시킬 수 있는 장치이면, 어느 것이나 이용할 수 있다. 이러한 장치로서는, 예컨대, 석구형 분쇄기(매스콜로이더), 볼 밀 등을 들 수 있다.
커터 밀(10)의 내부에 투입되는 금속 단섬유(30)는, 동 섬유, 스테인레스 섬유, 니켈 섬유, 알루미늄 섬유, 및 이들의 합금 섬유 중 적어도 1종의 섬유이다. 특히, 금속 단섬유(30)로서 동 섬유를 이용하는 것이 바람직하다. 동 섬유는, 강직성, 소성 변형성, 전열성과 비용의 밸런스가 우수하기 때문이다. 또한, 물리적으로 충격이 부여된 금속 단섬유(30)의 길이는, 0.01∼1.00 ㎜의 범위 내의 크기인 것이 바람직하고, 0.05∼0.50 ㎜의 범위 내의 크기인 것이 보다 바람직하며, 0.10∼0.40 ㎜의 범위 내의 크기인 것이 더욱 바람직하다. 금속 단섬유(30)의 길이는, 금속 섬유 성형체(40)의 사진(SEM, 광학 현미경 등) 관찰에 의해 실측함으로써 확인할 수 있다. 금속 단섬유(30)의 길이가 0.01∼1.00 ㎜이면, 수취부에의 금속 단섬유(30)의 집적이 용이해져, 금속 섬유 성형체(40)의 제1 단면에 있어서의 금속 섬유의 존재율에 대한, 제1 단면에 직교하는 제2 단면에 있어서의 금속 섬유의 존재율의 비율을 0.85∼1.15의 범위 내로 하기 쉬워진다.
그 후, 물리적인 충격이 부여됨으로써 변형된 복수의 금속 단섬유(30)가, 커터 밀(10)의 스크린(18)의 개구로부터 하방으로 낙하한다. 그리고, 이 스크린(18)의 개구로부터 하방으로 낙하한 복수의 금속 단섬유(30)를 그래파이트판(20) 상에 집적시킨다(도 2 참조). 보다 상세하게는, 그래파이트판(20)에 미리, 복수의 관통 구멍이 형성된는 형틀(22)이 실리고, 이 형틀(22)의 관통 구멍에 복수의 금속 단섬유(30)가 들어간다. 이에 의해, 형틀(22)의 관통 구멍의 내부에서, 복수의 금속 단섬유(30)가 그래파이트판(20) 상에 집적된다. 그 후, 도 2에 나타내는 바와 같은 상태에서 복수의 금속 단섬유(30)를 소결시키고, 소결 후에 프레스한다. 그리고, 도 3에 나타내는 바와 같이, 그래파이트판(20)으로부터 형틀(22)을 제거하면, 그래파이트판(20) 상에 금속 섬유 성형체(40)가 형성된다.
이러한 방법으로 제조된 금속 섬유 성형체(40)는, 제1 단면(예컨대, 도 18에 있어서의 P 단면)에 있어서의 금속 섬유의 존재율에 대한, 제1 단면에 직교하는 제2 단면(예컨대, 도 18에 있어서의 Q 단면)에 있어서의 금속 섬유의 존재율의 비율이, 0.85∼1.15의 범위 내의 크기가 된다. 즉, 그래파이트판(20) 등의 수취부 상에 복수의 금속 단섬유(30)를 집적시키고, 그 후에 소결함으로써, 금속 섬유는, 면 방향뿐만 아니라 면 방향에 직교하는 방향(즉, 금속 섬유 성형체(40)의 두께 방향(도 18에 있어서의 Z 방향))으로도 배향한다(도 19 내지 도 22 참조). 또한, 종래 기술과 같이, 금속 섬유를 포함하는 분산액 중에 성형용의 형을 침지하고, 이 형의 흡인면에 금속 섬유를 흡착시킴으로써 얻어지는, 금속 섬유 성형체는, 주로 면 방향으로 금속 섬유가 배향한다(도 23 및 도 24 참조). 이 때문에, 제1 단면(예컨대, 도 18에 있어서의 P 단면)에 있어서의 금속 섬유의 존재율에 대한, 제1 단면에 직교하는 제2 단면(예컨대, 도 18에 있어서의 Q 단면)에 있어서의 금속 섬유의 존재율의 비율은, 0.85보다 작아지거나 1.15보다 커진다. 이와 같이, 본 실시형태에 따른 금속 섬유 성형체(40)는, 금속 섬유가 면 방향(즉, 도 18에 있어서의 X 방향 및 Y 방향)뿐만 아니라 면 방향에 직교하는 방향(즉, 도 18에 있어서의 Z 방향)으로도 배향하기 때문에, 어떤 방향에서도 열전도성이 우수한 것이 된다. 이러한 금속 섬유 성형체(40)의 성질 등에 대해서는 후술한다.
다음에, 이러한 금속 섬유 성형체(40)를 구비하는 온도 조절 유닛의 여러 가지 구성예에 대해서 도 4 내지 도 16을 이용하여 설명한다. 또한, 본 실시형태에 따른 금속 섬유 성형체를 구비하는 온도 조절 유닛은, 예컨대 발열하는 전기 부품이나 전자 부품 등의 피전열물에 부착됨으로써, 이들 피전열물로부터 방열을 행하는 것이다.
먼저, 온도 조절 유닛의 제1 구성예에 대해서 도 4 및 도 5를 이용하여 설명한다. 도 4 및 도 5에 나타내는 온도 조절 유닛(50)은, 프레임형의 외장 부품(52)(지지체)과, 외장 부품(52)의 내부 공간에 있어서 서로 이격하여 배치되는 복수의 금속 섬유 성형체(40)를 갖는다. 외장 부품(52)은 전열성을 갖는 재료로 형성된다. 또한, 외장 부품(52)은 액체나 기체를 투과시키지 않는 것 같은 재료로 형성된다. 한편, 금속 섬유 성형체(40)를 구성하는 금속 섬유 사이에는 공극이 형성되기 때문에, 액체나 기체를 투과시킬 수 있다. 또한, 도 5에 나타내는 바와 같이 각 금속 섬유 성형체(40)로서 원기둥 형상의 것이 이용된다. 또한, 원기둥 형상의 각 금속 섬유 성형체(40)는, 격자선의 각 교점 상에 배치된다. 또한, 각 금속 섬유 성형체(40) 사이에는, 유체가 통과하는 공간(54)이 형성된다. 이러한 공간(54)에 액체의 냉매가 흐름으로써, 온도 조절 유닛(50)이 부착된 전기 부품이나 전자 부품 등의 피전열물로부터 방열을 행할 수 있다. 또한, 온도 조절 유닛(50)의 다른 용도로서, 냉각되어야 하는 고온의 유체가 공간(54)을 통해 흐름으로써, 이 공간(54)을 흐르는 유체로부터 방열이 행해져도 좋다.
또한, 도 4 및 도 5에 나타내는 온도 조절 유닛(50)의 외장 부품(52)의 표면에 도금 처리가, 예컨대 용사에 의해, 실시되어도 좋다. 혹은, 외장 부품(52)의 표면의 마무리 연마나 연삭이 행해져도 좋다. 혹은, 외장 부품(52)의 표면이 수지에 의해 매립되어도 좋다. 이들 처리가 행해진 경우에는, 외장 부품(52)의 표면의 보호가 행해지게 되기 때문에, 외장 부품(52)의 마모 등을 억제할 수 있게 된다.
다음에, 온도 조절 유닛의 제2 구성예에 대해서 도 6 및 도 7을 이용하여 설명한다. 도 6 및 도 7에 나타내는 온도 조절 유닛(60)은, 프레임형의 외장 부품(62)(지지체)과, 외장 부품(62)의 내부 공간에 있어서 서로 이격하여 배치되는 복수의 금속 섬유 성형체(40)와, 각 금속 섬유 성형체(40) 사이의 공간에 배치되는 종래의 금속 섬유 성형체(64)를 갖는다. 종래의 금속 섬유 성형체(64)는, 이하와 같은 방법으로 제조된다. 먼저, 금속 섬유 등의 섬유상물을 수중 분산 등을 하여 초조(抄造) 슬러리를 제작한다. 초조 슬러리로부터 물을 여과하여 습체 시트를 얻는다. 습체 시트를 또한 탈수시킨다. 탈수 후의 시트를 건조시켜 건조 시트를 얻는다. 그 후, 건조 시트를 금속 섬유의 융점을 넘지 않는 온도에서 결착시킨다. 이에 의해, 종래의 금속 섬유 성형체(64)가 생성된다. 이러한 종래의 금속 섬유 성형체(64)는, 후술하는 제1 비교예에 따른 금속 섬유 성형체와 대략 동일한 성질을 갖는 것이 된다.
외장 부품(62)은, 전열성을 갖는 재료로 형성된다. 또한, 외장 부품(62)은 액체나 기체를 투과시키지 않는 것 같은 재료로 형성된다. 한편, 금속 섬유 성형체(40)나 종래의 금속 섬유 성형체(64)를 구성하는 금속 섬유 사이에는 공극이 형성되기 때문에, 액체나 기체를 투과시킬 수 있다. 또한, 도 7에 나타내는 바와 같이 각 금속 섬유 성형체(40)로서 원기둥 형상의 것이 이용된다. 또한, 원기둥 형상의 각 금속 섬유 성형체(40)는, 격자선의 각 교점 상에 배치된다. 또한, 각 금속 섬유 성형체(40) 사이에 종래의 금속 섬유 성형체(64)가 배치되기 때문에, 외장 부품(62)의 내부에는 공간이 존재하지 않는다. 이와 같은 온도 조절 유닛(60)이라도, 전기 부품이나 전자 부품 등의 피전열물에 부착됨으로써 피전열물로부터 방열을 행할 수 있다. 금속 섬유 성형체(40)와 금속 섬유 성형체(64)의 밀도를 바꿈으로써, 액체나 기체 등의 매체의 통과 용이성을 제어할 수도 있다. 바람직하게는, 금속 섬유 성형체(40)의 밀도보다 금속 섬유 성형체(64)의 밀도가 낮은 양태이다.
다음에, 온도 조절 유닛의 제3 구성예에 대해서 도 8 및 도 9를 이용하여 설명한다. 도 8 및 도 9에 나타내는 온도 조절 유닛(70)은, 프레임형의 금속 섬유 성형체(40)와, 이 프레임형의 금속 섬유 성형체(40)의 내부 공간에 있어서 서로 이격하여 배치되는 복수의 금속 섬유 성형체(40)를 갖는다. 프레임형의 금속 섬유 성형체(40)의 내부 공간에 배치되는 각 금속 섬유 성형체(40)로서 원기둥 형상의 것이 이용된다. 또한, 원기둥 형상의 각 금속 섬유 성형체(40)는, 격자선의 각 교점 상에 배치된다. 전술한 바와 같이, 금속 섬유 성형체(40)를 구성하는 금속 섬유 사이에는 공극이 형성되기 때문에, 액체나 기체를 투과시킬 수 있다. 또한, 원기둥 형상의 각 금속 섬유 성형체(40) 사이에는, 유체가 통과하는 공간(72)이 형성된다. 또한, 프레임형의 금속 섬유 성형체(40)에는 공극이 형성되어 액체를 투과시킬 수 있기 때문에, 공간(72)에 액체를 흐르게 하면 액 누설이 생길 우려가 있다. 이 때문에, 공간(72)을 흐르는 유체는 기체인 것이 바람직하다. 이와 같은 온도 조절 유닛(70)이라도, 전기 부품이나 전자 부품 등의 피전열물에 부착됨으로써 피전열물로부터 방열을 행할 수 있다.
다음에, 온도 조절 유닛의 제4 구성예에 대해서 도 10 내지 도 12를 이용하여 설명한다. 도 10 내지 도 12에 나타내는 온도 조절 유닛(80)은, 프레임형의 외장 부품(82)(지지체)과, 외장 부품(82)의 내부 공간에 있어서 서로 이격하여 배치되는 복수의 금속 섬유 성형체(40)(도 11 참조)와, 각 금속 섬유 성형체(40)를 접속하기 위한 평판형의 금속 섬유 성형체(40)(도 12 참조)를 갖는다. 외장 부품(82)은 전열성을 갖는 재료로 형성된다. 또한, 외장 부품(82)은 액체나 기체를 투과시키지 않는 것 같은 재료로 형성된다. 한편, 금속 섬유 성형체(40)를 구성하는 금속 섬유 사이에는 공극이 형성되기 때문에, 액체나 기체를 투과시킬 수 있다. 또한, 도 11에 나타내는 바와 같이, 외장 부품(82)의 내부 공간에 있어서 서로 이격하여 배치되는 각 금속 섬유 성형체(40)로서 원기둥 형상의 것이 이용된다. 또한, 원기둥 형상의 각 금속 섬유 성형체(40)는, 격자선의 각 교점 상에 배치된다. 또한, 각 금속 섬유 성형체(40) 사이에는, 유체가 통과하는 공간(84)이 형성된다. 이러한 공간(84)에 액체의 냉매가 흐름으로써, 온도 조절 유닛(80)이 부착된 전기 부품이나 전자 부품 등의 피전열물로부터 방열을 행할 수 있다. 또한, 온도 조절 유닛(80)의 다른 용도로서, 냉각되어야 하는 고온의 유체가 공간(84)을 통해 흐름으로써, 이 공간(84)을 흐르는 유체로부터 방열이 행해져도 좋다.
다음에, 온도 조절 유닛의 제5 구성예에 대해서 도 13 내지 도 15를 이용하여 설명한다. 도 13 내지 도 15에 나타내는 온도 조절 유닛(90)은, 프레임형의 외장 부품(92)(지지체)과, 외장 부품(92)의 내부 공간에 있어서 서로 이격하여 배치되는 복수의 금속 섬유 성형체(40)를 갖는다. 외장 부품(92)은 전열성을 갖는 재료로 형성된다. 또한, 외장 부품(92)은 액체나 기체를 투과시키지 않는 것 같은 재료로 형성된다. 한편, 금속 섬유 성형체(40)를 구성하는 금속 섬유 사이에는 공극이 형성되기 때문에, 액체나 기체를 투과시킬 수 있다. 또한, 도 13에 나타내는 바와 같이 각 금속 섬유 성형체(40)로서 원기둥 형상의 것이 이용된다. 또한, 도 13 내지 도 15에 나타내는 온도 조절 유닛(90)에서는, 원기둥 형상의 각 금속 섬유 성형체(40)는 격자선의 각 교점 상에 배치되지 않는다. 또한, 각 금속 섬유 성형체(40) 사이에는, 유체가 통과하는 공간(94)이 형성된다. 이러한 공간(94)에 액체의 냉매가 흐름으로써, 온도 조절 유닛(90)이 부착된 전기 부품이나 전자 부품 등의 피전열물로부터 방열을 행할 수 있다. 또한, 온도 조절 유닛(90)의 다른 용도로서, 냉각되어야 하는 고온의 유체가 공간(94)을 통해 흐름으로써, 이 공간(94)을 흐르는 유체로부터 방열이 행해져도 좋다.
다음에, 온도 조절 유닛의 제6 구성예에 대해서 도 16을 이용하여 설명한다. 도 16에 나타내는 온도 조절 유닛(100)은, 피전열물로서 이용되는 동제의 파이프(102)의 외주면에 판형의 금속 섬유 성형체(40)(지지체)를 만곡시켜 감고, 또한 이 만곡된 판형의 금속 섬유 성형체(40)에 핀형의 금속 섬유 성형체(40)를 납땜한 것이다. 이때에, 금속 섬유 성형체(40)는, 복수의 금속 단섬유(30)를 포함하기 때문에 유연성이 있어, 파이프(102)의 외주면의 곡면을 따라 금속 섬유 성형체(40)를 구부릴 수 있고, 따라서 금속 섬유 성형체(40)와 파이프(102) 사이에 간극이 생기는 것을 억제할 수 있다. 이 때문에, 충분한 전열성을 유지할 수 있다. 이와 같은 온도 조절 유닛(100)에 의하면, 파이프(102)의 내부 영역(104)을 통과하는 고온의 매체를 냉각할 수 있다. 또한, 파이프(102)의 내부 영역(104)을 통해 냉매를 흐르게 한 경우에는, 온도 조절 유닛(100)의 주위의 환경으로부터 열을 빼앗아 냉각할 수 있다.
다음에, 핀형의 온도 조절 유닛을 제조하는 방법에 대해서 도 17을 이용하여 설명한다. 먼저, 커터 밀(10) 등에 의해 물리적인 충격이 부여됨으로써 변형된 복수의 금속 단섬유(30)를 그래파이트판(110) 상에 집적시킨다(도 17의 (a) 참조). 보다 상세하게는, 그래파이트판(110)에 미리, 복수의 관통 구멍이 형성된 형틀(114)이 실리고, 이 형틀(114)의 관통 구멍에 복수의 금속 단섬유(30)가 들어간다. 이에 의해, 형틀(114)의 관통 구멍의 내부에서 복수의 금속 단섬유(30)가 그래파이트판(110) 상에 집적된다. 그 후, 도 17의 (a)에 나타내는 바와 같은 상태로 복수의 금속 단섬유(30)를 소결시키고, 소결 후에 프레스한다. 이에 의해, 형틀(114)의 관통 구멍의 내부에 금속 섬유 성형체(112)가 형성된다. 그리고, 그래파이트판(110)을 제거하고, 금속 섬유 성형체(112)의 단부에 나노 은(116)을 인쇄한다. 그 후, 도 17의 (c)에 나타내는 바와 같이, 형틀(114)에 있어서의, 금속 섬유 성형체(112)에 나노 은(116)이 인쇄된 측의 면을 기판(120)의 표면에 접촉시킨다. 그리고, 금속 섬유 성형체(112)가 관통 구멍의 내부에 형성되어 있는 형틀(114)에 대하여 포스트 웨트 처리(도 17의 (c)에 나타내는 형틀(114)의 상면에 시너를 빈틈없이 도포하는 처리)를 행하고, 그 후에 예컨대 300℃에서 가열 소결한다. 이때에 기판(120)에 대하여 형틀(114)을 가압한다. 이에 의해, 나노 은(116)에 의해 각 금속 섬유 성형체(112)가 기판(120)에 접착된다. 그 후, 도 17의 (d)에 나타내는 바와 같이 형틀(114)을 제거한다. 이에 의해, 핀형의 복수의 금속 섬유 성형체(112)가 부착된 기판(120)이 얻어지게 된다. 이러한 기판(120) 및 핀형의 복수의 금속 섬유 성형체(112)의 조합체도, 온도 조절 유닛으로서 이용된다.
이상과 같은 구성을 포함하는, 수취부(구체적으로는, 그래파이트판(20)) 상에 집적된 복수의 금속 단섬유(30)를 소결시킴으로써 생성된, 금속 섬유 성형체(40)는, 어떤 방향에서도 열전도성이 우수하며 온도가 변화하였을 때의 신축성이 우수하다. 보다 상세하게는, 종래 기술과 같은, 금속 섬유를 포함하는 분산액 중에 성형용의 형을 침지하고, 이 형의 흡인면에 금속 섬유를 흡착시킴으로써 얻어지는 금속 섬유 성형체는, 주로 면 방향으로 금속 섬유가 배향하기 때문에, 이러한 금속 섬유 성형체를 갖는 온도 조절 유닛에서는, 금속 섬유가 배향하는 면을 따르는 열전도성은 우수하지만, 금속 섬유가 배향하는 면과 직교하는 방향에 있어서의 열전도성이 뒤떨어진 것이 된다. 이에 대하여, 본 실시형태의 금속 섬유 성형체(40)는, 그래파이트판(20) 등의 수취부 상에 복수의 금속 단섬유(30)를 집적시키고, 그 후에 소결함으로써, 금속 섬유는 면 방향뿐만 아니라 면 방향에 직교하는 방향(즉, 금속 섬유 성형체(40)의 두께 방향)으로도 배향한다. 이 때문에, 어떤 방향에서도 열전도성이 우수해진다. 또한, 금속 섬유 성형체(40)는 금속 섬유를 포함하기 때문에, 금속 섬유 성형체(40)의 내부에 간극이 형성된다. 이 때문에, 금속의 분말을 소결함으로써 생성되는 금속 분말 소결체나 금속 벌크와 비교하여, 금속 섬유 성형체(40)는, 신축성이 우수한 것이 된다.
실시예
이하, 본 발명에 대해서 실시예 및 비교예를 이용하여 보다 상세하게 설명한다.
<제1 실시예>
평균 섬유 길이 0.114 ㎜, 평균 섬유 직경 0.021 ㎜의 동 단섬유 1 ㎏을 커터 밀(호라이사 제조: 형식 BO-360)에 투입하고, 0.5 ㎜의 스크린을 이용하여 동 단섬유를 처리하였다. 다음에, 커터 밀로부터 추출한 동 단섬유를 고순도 알루미나판(교세라사 제조) 상에 집적시켰다. 보다 상세하게는, 고순도 알루미나판에 미리, 복수의 관통 구멍(세로 5 ㎜, 가로 5 ㎜, 높이 500 ㎛)이 형성된 형틀이 실리고, 이 형틀의 관통 구멍에 동 단섬유를 넣었다. 이에 의해, 형틀의 관통 구멍의 내부에서 동 단섬유가 고순도 알루미나판 상에 집적되었다. 그 후, 형틀의 관통 구멍의 내부에서 동 단섬유가 집적된 고순도 알루미나판을 진공 소결로(츄가이로고교사 제조)에 넣고, 이 진공 소결로 내에서 질소 가스 사용 하, 압력 10 Torr, 소결 온도 1000℃의 조건으로 2 hr 소결하였다. 그 후, 형틀로부터 소결체를 추출하여, 원하는 두께가 되도록 스페이서를 설치한 뒤에, 압력 100 kN으로 프레스하였다. 이와 같이 하여 제작된 금속 섬유 성형체의 두께는, 415 ㎛, 평량은 300 g/㎡였다.
제1 실시예에 따른 금속 섬유 성형체를 도 18의 P 단면으로 절단하였을 때의 절단면은, 도 19에 나타내는 사진이 되었다. 또한, 제1 실시예에 따른 금속 섬유 성형체를 도 18의 Q 단면으로 절단하였을 때의 절단면은, 도 20에 나타내는 사진이 되었다. 또한, 이들 사진은, 니콘사 제조의 주사 전자 현미경(SEM)에 의해 촬영한 것이다. 도 19 및 도 20에 있어서, 흰 바탕의 부분이 금속 섬유가 존재하는 개소를 나타내고, 검은 바탕의 부분이 금속 섬유 사이의 공극을 나타내고 있다. 도 19 및 도 20에 나타내는 바와 같이, 제1 실시예에 따른 금속 섬유 성형체는, 금속 섬유가 면 방향(즉, 도 18에 있어서의 X 방향 및 Y 방향)뿐만 아니라 면 방향에 직교하는 방향(즉, 도 18에 있어서의 Z 방향)으로도 배향한다. 여기서, 도 19에 나타내는 단면에 있어서 금속 섬유의 존재율은 0.672이며, 도 20에 나타내는 단면에 있어서 금속 섬유의 존재율은 0.626이었다. 이 때문에, 제1 단면(도 19에 나타내는 단면)에 있어서의 금속 섬유의 존재율에 대한, 제1 단면에 직교하는 제2 단면(도 20에 나타내는 단면)에 있어서의 금속 섬유의 존재율의 비율은, 0.931이었다.
<제2 실시예>
평균 섬유 길이 0.085 ㎜, 평균 섬유 직경 0.037 ㎜의 동 단섬유 1 ㎏을 커터 밀(호라이사 제조: 형식 BO-360)에 투입하고, 0.5 ㎜의 스크린을 이용하여 동 단섬유를 처리하였다. 다음에, 커터 밀로부터 추출한 동 단섬유를 고순도 알루미나판(교세라사 제조) 상에 집적시켰다. 보다 상세하게는, 고순도 알루미나판에 미리, 복수의 관통 구멍(세로 5 ㎜, 가로 5 ㎜, 높이 500 ㎛)이 형성된 형틀이 실리고, 이 형틀의 관통 구멍에 동 단섬유를 넣었다. 이에 의해, 형틀의 관통 구멍의 내부에서 동 단섬유가 고순도 알루미나판 상에 집적되었다. 그 후, 형틀의 관통 구멍의 내부에서 동 단섬유가 집적된 고순도 알루미나판을 진공 소결로(츄가이로고교사 제조)에 넣고, 이 진공 소결로 내에서 질소 가스 사용 하, 압력 10 Torr, 소결 온도 1000℃의 조건으로 2 hr 소결하였다. 그 후, 형틀로부터 소결체를 추출하여, 원하는 두께가 되도록 스페이서를 설치한 뒤에, 압력 100 kN으로 프레스하였다. 이와 같이 하여 제작된 금속 섬유 성형체의 두께는 204 ㎛, 평량은 1000 g/㎡였다. 제2 실시예에 따른 금속 섬유 성형체는, 제1 실시예에 따른 금속 섬유 성형체보다 치밀한 것이다.
제2 실시예에 따른 금속 섬유 성형체를 도 18의 P 단면으로 절단하였을 때의 절단면은, 도 21에 나타내는 사진이 되었다. 또한, 제2 실시예에 따른 금속 섬유 성형체를 도 18의 Q 단면으로 절단하였을 때의 절단면은, 도 22에 나타내는 사진이 되었다. 또한, 이들 사진은, 니콘사 제조의 주사 전자 현미경(SEM)에 의해 촬영한 것이다. 도 21 및 도 22에 있어서, 흰 바탕의 부분이 금속 섬유가 존재하는 개소를 나타내고, 검은 바탕의 부분이 금속 섬유 사이의 공극을 나타내고 있다. 도 21 및 도 22에 나타내는 바와 같이, 제2 실시예에 따른 금속 섬유 성형체는, 금속 섬유가 면 방향(즉, 도 18에 있어서의 X 방향 및 Y 방향)뿐만 아니라 면 방향에 직교하는 방향(즉, 도 18에 있어서의 Z 방향)으로도 배향한다. 여기서, 도 21에 나타내는 단면에 있어서 금속 섬유의 존재율은 0.651이며, 도 22에 나타내는 단면에 있어서 금속 섬유의 존재율은 0.730이었다. 이 때문에, 제1 단면(도 21에 나타내는 단면)에 있어서의 금속 섬유의 존재율에 대한, 제1 단면에 직교하는 제2 단면(도 22에 나타내는 단면)에 있어서의 금속 섬유의 존재율의 비율은 1.121이었다.
<제3∼제6 실시예>
표 1에 나타내는 평균 섬유 길이 , 평균 섬유 직경의 동 단섬유를 이용하여, 고순도 알루미나판의 관통 구멍의 크기를 적절하게 변경한 것 이외에는, 제1 실시예와 동일한 방법에 따라 제3∼제6 실시예의 금속 섬유 성형체를 제작하였다. 각 물성값은 표 1에 나타내는 바와 같다.
<제1 비교예>
평균 섬유 길이 2.875 ㎜, 섬유 직경 0.019 ㎜의 동 단섬유 3 g 및 수중 용해 온도 70℃인 PVA 섬유(상품명 "피브리본드 VPB105-1", 쿠라레사 제조) 11 g을 2% 농도가 되도록 수중에 넣고, 비이온계 계면 활성제(상품명 "데스그란 B", 다이와가가쿠고교(주) 제조) 0.33 g을 더하여 교반하여 분산하였다. 이 분산액을 직경 60 ㎝, 용적 120 리터의 용기 중에 넣고, 또한 제지용 폴리아크릴아미드계 분산 점제 용액(고형분 농도 0.08%, 상품명 "아크리파즈 PMP", 다이야블록사 제조) 1.5 리터를 더하고, 또한 물을 더하여 100 리터로 하여 교반·분산하여, 초조 슬러리를 제작하였다. 이 초조 슬러리를 120 메쉬의 철망을 권취한 성형용 형(직경 5 ㎝, 길이 15 ㎝)에 투입하고, 진공 펌프로 흡인하면서, 탈수하여 습체 시트를 얻었다. 그 후 습체 시트를, 온도 100℃의 건조기에 넣고, 120분간 건조시켰다. 건조 후의 시트를 진공 소결로 내에서 질소 가스 사용 하, 압력 10 Torr, 소결 온도 1000℃의 조건으로 2 hr 소결하였다. 그 후, 소결체를 추출하여, 원하는 두께가 되도록 스페이서를 설치한 뒤에, 압력 100 kN으로 프레스하였다. 이와 같이 하여 제작된 금속 섬유 성형체의 두께는 145 ㎛, 평량은 299 g/㎡였다.
제1 비교예에 따른 금속 섬유 성형체를 도 18의 P 단면으로 절단하였을 때의 절단면은, 도 23에 나타내는 사진이 되었다. 또한, 제1 비교예에 따른 금속 섬유 성형체를 도 18의 Q 단면으로 절단하였을 때의 절단면은, 도 24에 나타내는 사진이 되었다. 또한, 이들 사진은, 니콘사 제조의 주사 전자 현미경(SEM)에 의해 촬영한 것이다. 도 23 및 도 24에 있어서, 흰 바탕의 부분이 금속 섬유가 존재하는 개소를 나타내고, 검은 바탕의 부분이 금속 섬유 사이의 공극을 나타내고 있다. 도 23 및 도 24에 나타내는 바와 같이, 제1 비교예에 따른 금속 섬유 성형체는, 금속 섬유가 주로 면 방향(즉, 도 18에 있어서의 X 방향 및 Y 방향)으로 배향하고, 면 방향에 직교하는 방향(즉, 도 18에 있어서의 Z 방향)으로는 그다지 배향하지 않는다. 여기서, 도 23에 나타내는 단면에 있어서 금속 섬유의 존재율은 0.363이며, 도 24에 나타내는 단면에 있어서 금속 섬유의 존재율은 0.225였다. 이 때문에, 제1 단면(도 23에 나타내는 단면)에 있어서의 금속 섬유의 존재율에 대한, 제1 단면에 직교하는 제2 단면(도 24에 나타내는 단면)에 있어서의 금속 섬유의 존재율의 비율은 0.620이었다.
<제2 비교예>
평균 직경 0.040 ㎜의 구형의 동 분말을 고순도 알루미나판(교세라사 제조) 상에 집적시켰다. 보다 상세하게는, 고순도 알루미나판에 미리, 복수의 관통 구멍(세로 5 ㎜, 가로 5 ㎜, 높이 500 ㎛)이 형성된 형틀이 실리고, 이 형틀의 관통 구멍에 동 분말을 투입하였다. 이에 의해, 형틀의 관통 구멍의 내부에서 동 분말이 고순도 알루미나판 상에 집적되었다. 그 후, 형틀의 관통 구멍의 내부에서 동 분말이 집적된 고순도 알루미나판을 진공 소결로(츄가이로고교사 제조)에 넣고, 이 진공 소결로 내에서 질소 가스 사용 하, 압력 10 Torr, 소결 온도 1000℃의 조건으로 2 hr 소결하였다. 그 후, 형틀로부터 소결체를 추출하였다. 이와 같이 하여 제작된 동제의 금속 성형체의 두께는 494 ㎛, 평량은 3403 g/㎡였다. 이에 의해, 동 제조의 금속 성형체를 제조하였다.
제2 비교예에 따른 동 제조의 금속 성형체를 도 18의 P 단면으로 절단하였을 때의 절단면은, 도 25에 나타내는 사진이 되었다. 또한, 제2 비교예에 따른 동 제조의 금속 성형체를 도 18의 Q 단면으로 절단하였을 때의 절단면은, 도 26에 나타내는 사진이 되었다. 또한, 이들 사진은, 니콘사 제조의 주사 전자 현미경(SEM)에 의해 촬영한 것이다. 도 25 및 도 26에 있어서, 흰 바탕의 부분이 금속이 존재하는 개소를 나타내고, 검은 바탕의 부분이 금속 사이의 공극을 나타내고 있다. 도 25에 나타내는 단면에 있어서 금속의 존재율은 0.759이며, 도 26에 나타내는 단면에 있어서 금속의 존재율은 0.804였다. 이 때문에, 제1 단면(도 25에 나타내는 단면)에 있어서의 금속의 존재율에 대한, 제1 단면에 직교하는 제2 단면(도 26에 나타내는 단면)에 있어서의 금속의 존재율의 비율은 1.060이었다.
<제3 비교예>
부정형의 동 분말(미츠이킨조쿠 제조: MA-CC(평균 입자 직경 40 ㎛))을 고순도 알루미나판(교세라사 제조) 상에 집적시켰다. 보다 상세하게는, 고순도 알루미나판에 미리, 복수의 관통 구멍(세로 5 ㎜, 가로 5 ㎜, 높이 500 ㎛)이 형성된 형틀이 실리고, 이 형틀의 관통 구멍에 부정형 동 분말을 투입하였다. 이에 의해, 형틀의 관통 구멍의 내부에서 부정형 동 분말이 고순도 알루미나판 상에 집적되었다. 그 후, 형틀의 관통 구멍의 내부에서 부정형 동 분말이 집적된 고순도 알루미나판을 진공 소결로(츄가이로고교사 제조)에 넣고, 이 진공 소결로 내에서 질소 가스 사용 하, 압력 10 Torr, 소결 온도 1000℃의 조건으로 2 hr 소결하였다. 그 후, 형틀로부터 소결체를 추출하였다. 이와 같이 하여 제작된 동제의 금속 성형체의 두께는 315 ㎛, 평량은 2066 g/㎡였다. 이에 의해, 동제의 금속 성형체를 제조하였다.
제3 비교예에 따른 금속 섬유 성형체를 도 18의 P 단면으로 절단하였을 때의 절단면은, 도 27에 나타내는 사진이 되었다. 또한, 제3 비교예에 따른 금속 섬유 성형체를 도 18의 Q 단면으로 절단하였을 때의 절단면은, 도 28에 나타내는 사진이 되었다. 또한, 이들 사진은, 니콘사 제조의 주사 전자 현미경(SEM)에 의해 촬영한 것이다. 도 27 및 도 28에 있어서, 흰 바탕의 부분이 금속이 존재하는 개소를 나타내고, 검은 바탕의 부분이 금속 사이의 공극을 나타내고 있다. 도 27에 나타내는 단면에 있어서 금속의 존재율은 0.725이며, 도 28에 나타내는 단면에 있어서 금속의 존재율은 0.756이었다. 이 때문에, 제1 단면(도 27에 나타내는 단면)에 있어서의 금속의 존재율에 대한, 제1 단면에 직교하는 제2 단면(도 28에 나타내는 단면)에 있어서의 금속의 존재율의 비율은 1.043이었다.
<제4 비교예>
제4 비교예에 따른 금속으로서 두께 1004 ㎛의 동판을 이용하였다. 각 물성값은 표 2에 나타내는 바와 같다.
<제5 비교예>
표 2에 나타내는 평균 섬유 길이, 평균 섬유 직경의 동 단섬유를 이용한 것, 고순도 알루미나판의 관통 구멍의 크기를 적절하게 변경한 것 이외에는, 제1 비교예와 동일한 방법에 따라 제5 비교예의 금속 섬유 성형체를 제작하였다. 각 물성값은 표 2에 나타내는 바와 같다.
<제6 비교예>
표 2에 나타내는 평균 섬유 길이, 평균 섬유 직경 의동 단섬유를 이용한 것, 고순도 알루미나판의 관통 구멍의 크기를 적절하게 변경한 것, 및 분산액을 제작할 때에 교반을 실시하지 않은 것 이외에는 제1 비교예와 동일한 방법에 따라 제6 비교예의 금속 섬유 성형체를 제작하였다. 각 물성값은 표 2에 나타내는 바와 같다.
<제7 비교예>
평균 섬유 길이 0.210 ㎜, 섬유 직경 0.003 ㎜의 동 단섬유 3 g 및 수중 용해 온도 70℃인 PVA 섬유(상품명 "피브리본드 VPB105-1", 쿠라레사 제조) 11 g을 2% 농도가 되도록 수중에 넣고, 비이온계 계면 활성제(상품명 "데스그란 B", 다이와가가쿠고교(주) 제조) 0.33 g을 더하여 교반하여 분산하였다. 이 분산액을 직경 60 ㎝, 용적 120 리터의 용기 중에 넣고, 또한 제지용 폴리아크릴아미드계 분산 점제 용액(고형분 농도 0.08%, 상품명 "아크리파즈 PMP", 다이야블록사 제조) 1.5 리터를 더하고, 또한 물을 더하여 100 리터로 하여 교반·분산하여, 초조 슬러리를 제작하였다. 이 초조 슬러리를 120 메쉬의 철망을 권취한 성형용 형(직경 5 ㎝, 길이 15 ㎝)에 투입하고, 진공 펌프로 흡인하면서, 탈수하여 습체 시트를 얻었다. 그 후 습체 시트를, 온도 100℃의 건조기에 넣고, 120분간 건조시켜 건조 시트를 얻었다. 건조 시트에 산화마그네슘 입자가 물에 분산된 슬러리를 함침하여, 온도 100℃의 건조기에 넣고, 120분간 건조시켰다. 건조 후의 시트를 진공 소결로 내에서 질소 가스 사용 하, 압력 10 Torr, 소결 온도 1000℃의 조건으로 2 hr 소결하였다. 그 후, 소결체를 추출하여, 소결체를 희염산에 침지시켜 산화마그네슘 입자를 용해 제거한 후에 세정을 실시하였다. 그 후, 원하는 두께가 되도록 스페이서를 설치한 뒤에, 압력 100 kN으로 프레스하였다. 이와 같이 하여 제작된 금속 섬유 성형체의 두께는 296 ㎛, 평량은 1307 g/㎡였다. 각 물성값은 표 2에 나타내는 바와 같다.
<평가>
제1∼제6 실시예에 따른 금속 섬유 성형체, 제1 비교예 및 제5∼제7 비교예에 따른 금속 섬유 성형체, 제2 비교예 및 제3 비교예에 따른 금속 성형체(금속 분말 소결체)와, 제4 비교예에 따른 금속체(금속 벌크)에 대해서 금속의 존재율의 비율, 두께, 점적률, 열전도율, 신장률, CTE 완화성 및 통기성을 조사하였다. 조사 결과를 이하의 표 1 및 표 2에 나타낸다.
Figure pct00001
Figure pct00002
표 1 등에 있어서, 금속의 존재율의 비율이란, 실시예 및 비교예에 따른 금속 섬유 성형체나 금속 성형체 등에 있어서, 제1 단면에 있어서의 금속의 존재율에 대한, 제1 단면에 직교하는 제2 단면에 있어서의 금속의 존재율의 비율을 말한다. 또한, 점적률은, 실시예 및 비교예에 따른 금속 섬유 성형체나 금속 성형체 등의 단위 체적의, 금속이 차지하는 비율을 말한다. 또한, 열전도율은, 금속 섬유 성형체나 금속 성형체 등의 두께 방향(도 18에 있어서의 Z 방향(상하 방향))의 열전도율을 정상법 열전도율 측정 장치(어드밴스리코사 제조)를 이용하여 정상법에 따라 측정하였다. 또한, 신장률은, 금속 섬유 성형체나 금속 성형체 등의 면 방향(도 18에 있어서의 X 방향 또는 Y 방향)의 신장률을, ISO 6892-1: 2009, 금속 재료-인장 시럼-파트 1: 실온에서의 테스트 방법[Metallic materials-Tensile testing-Part 1: Method of test at room temperature] MOD에 준거한 방법으로 텐실론 만능 재료 시험기(에이·앤드·디사 제조)를 이용하여 측정하였다. 신장량 500 ppm 이상의 신장에서 시험편이 파단한 것을 ◎, 신장량 500 ppm 미만∼200 ppm 이상 시험편이 파단한 것을 ○, 신장량 200 ppm 미만에서 시험편이 파단한 것 ×로 판정하였다.
또한, CTE 완화성은, 실시예 및 비교예에 따른 금속 섬유 성형체나 금속 성형체 등을 무기 접착제에 의해 알루미나판 등의 대상물에 접착시켜, 열을 부여하였을 때나 냉각하였을 때의 대상물의 팽창이나 수축에 금속 섬유 성형체나 금속 성형체 등이 추종하는지를 조사하였다. 구체적으로는, 금속 섬유 성형체나 금속 성형체 등이 접착된 알루미나판 등의 대상물이 팽창이나 수축을 행하여도 금속 섬유 성형체나 금속 성형체 등이 추종함으로써 휘어짐, 벗겨짐, 깨짐 등이 생기지 않은 경우에는, CTE 완화성에 있어서 「◎」, 약간의 휘어짐은 생겼지만, 벗겨짐이나 깨짐 등이 생기지 않은 경우에는 「○」의 평가를 행하였다. 한편, 금속 섬유 성형체나 금속 성형체 등이 접착된 알루미나판 등의 대상물이 팽창이나 수축을 행하였을 때에 금속 섬유 성형체나 금속 성형체 등에 휘어짐, 벗겨짐, 깨짐 등이 생긴 경우에는, CTE 완화성에 있어서 「△」「×」의 평가를 행하였다. 또한, 통기성은, 걸리식 덴소미터(도요세키세이사쿠쇼 제조)의 투기도 시험기에 의해 걸리 시험기법(ISO5636-5)을 이용하여 금속 성형체 등에 대한 공기 100 ㏄의 통과 시간을 조사하고, 이 통과 시간에 기초하여 평가를 행하였다. 통과 시간이 10초 미만이었던 것을 ◎, 10초 이상, 20초 미만이었던 것을 ○, 20초 이상, 30초 미만이었던 것을 △, 30초 이상이었던 것을 ×로 하였다.
제1∼제6 실시예에 따른 금속 섬유 성형체는, 제1 및 제5∼제7 비교예에 따른 금속 섬유 성형체와 비교하여, 두께 방향(도 18에 있어서의 Z 방향(상하 방향))의 열전도율이 우수한 것이 되었다. 제1 및 제5∼제7 비교예에 따른 금속 섬유 성형체는, 주로 면 방향으로 금속 섬유가 배향하기 때문에, 금속 섬유가 배향하고 있는 면을 따르는 열전도성은 우수하지만, 금속 섬유가 배향하고 있는 면과 직교하는 방향(즉, 두께 방향)에 있어서의 열전도성이 뒤떨어져 버린다. 이에 대하여, 제1∼제6 실시예에 따른 금속 섬유 성형체는, 제1 단면에 있어서의 금속의 존재율에 대한, 제1 단면에 직교하는 제2 단면에 있어서의 금속의 존재율의 비율이 0.85∼1.15의 범위 내에 있고, 금속 섬유는 면 방향 및 두께 방향의 양 방향으로 배향하기 때문에, 금속 섬유가 배향하고 있는 면과 직교하는 방향(즉, 두께 방향)에 있어서의 열전도성이 우수한 것이 된다.
또한, 제1∼제6 실시예에 따른 금속 섬유 성형체는, 제2∼제4 비교예에 따른 금속 성형체 등과 비교하여, 신장률, CTE 완화성 및 통기성이 우수한 것이 되었다. 금속의 분말을 소결함으로써 생성되는 금속 분말 소결체나 금속 벌크는, 금속 섬유 성형체와 비교하여 온도가 변화하였을 때의 신축성이 뒤떨어진다. 이 때문에, 금속 분말 소결체나 금속 벌크를 구비한 온도 조절 유닛이 부착된 피전열물이 신축하였을 때에 이 피전열물의 신축에 온도 조절 유닛이 추종할 수 없어, 온도 조절 유닛이 피전열물로부터 떨어지거나 파괴되거나 한다고 하는 문제가 있다. 이에 대하여, 제1∼제6 실시예에 따른 금속 섬유 성형체는, 신장률 및 CTE 완화성이 우수하기 때문에, 이러한 문제가 발생하는 것을 억제할 수 있다.

Claims (15)

  1. 제1 단면에 있어서의 금속 섬유의 존재율에 대한, 상기 제1 단면에 직교하는 제2 단면에 있어서의 금속 섬유의 존재율의 비율이, 0.85∼1.15의 범위 내의 크기인 것인, 금속 섬유 성형체.
  2. 제1항에 있어서,
    수취부 상에 집적되는 복수의 금속 단섬유를 소결시킴으로써 생성되는 것인, 금속 섬유 성형체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 금속 단섬유의 길이는, 0.01∼1.00 ㎜의 범위 내의 크기인 것인, 금속 섬유 성형체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 단섬유는, 동 섬유, 스테인레스 섬유, 니켈 섬유, 알루미늄 섬유 및 이들의 합금 섬유 중 적어도 1종의 섬유인 것인, 금속 섬유 성형체.
  5. 수취부 상에 집적되는 복수의 금속 단섬유를 소결시킴으로써 생성되는 것인, 금속 섬유 성형체.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 금속 섬유 성형체와,
    상기 금속 섬유 성형체를 지지하는 지지체
    를 구비하는 것인, 온도 조절 유닛.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 금속 섬유 성형체는 원기둥 형상이고, 복수의 금속 섬유 성형체가 격자선의 각 교점 상에 배치되는 것인, 온도 조절 유닛.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    복수의 상기 금속 섬유 성형체 사이에는 공극이 형성되는 것인, 온도 조절 유닛.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 지지체는 파이프를 포함하고, 상기 파이프의 외주면에 판형의 상기 금속 섬유 성형체가 만곡된 상태로 감기며, 만곡된 판형의 상기 금속 섬유 성형체에 핀(fin)형의 상기 금속 섬유 성형체가 부착되는 것인, 온도 조절 유닛.
  10. 복수의 금속 단섬유를 수취부 상에 집적시키는 공정과,
    상기 수취부 상에 집적된 복수의 상기 금속 단섬유를 소결시킴으로써 금속 섬유 성형체를 생성하는 공정
    을 구비하는 것인, 금속 섬유 성형체의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    복수의 상기 금속 단섬유를 상기 수취부 상에 집적시키는 공정 전에, 상기 금속 단섬유에 물리적인 충격을 부여함으로써 변형시키는 공정을 더 구비하는 것인, 금속 섬유 성형체의 제조 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 금속 단섬유에 물리적인 충격을 부여함으로써 변형시키는 공정에 있어서, 축을 중심으로 하여 회전하는 회전체에 의해 상기 금속 단섬유를 전단함으로써 상기 금속 단섬유에 물리적인 충격을 부여하는 것인, 금속 섬유 성형체의 제조 방법.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 상기 금속 단섬유를 상기 수취부 상에 집적시키는 공정에 있어서, 관통 구멍이 형성된 형틀이 상기 수취부에 실리도록 되어 있고, 상기 수취부에 실린 상기 형틀의 상기 관통 구멍의 내부에 복수의 상기 금속 단섬유가 수용되는 것인, 금속 섬유 성형체의 제조 방법.
  14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 단섬유의 길이는 0.01∼1.00 ㎜의 범위 내의 크기인 것인, 금속 섬유 성형체의 제조 방법.
  15. 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 단섬유는, 동 섬유, 스테인레스 섬유, 니켈 섬유, 알루미늄 섬유 및 이들의 합금 섬유 중 적어도 1종의 섬유인 것인, 금속 섬유 성형체의 제조 방법.
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