WO2005084854A1 - 中空金属球構造体、中空金属球成形体および中空金属球構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

　製造が容易であり、しかも、複雑な形状の構造体を形成することができる中空金属球構造体、中空金属球成形体および中空金属球構造体の製造方法を提供する。 　中空な複数の金属球１１を有する構造体の形成方法であって、複数の金属球１１の表面に結合剤層１２を形成し、結合剤層１２が形成された複数の金属球１１を、中空な外殻部材２の内部に収容し、外殻部材２の内部において、複数の金属球１１の結合剤層１２同士を結合させる。外殻部材２内に複数の中空な金属球が収容され、かつ、金属球１１が結合して成形体３となっているから、構造体の強度および衝撃吸収能力を高くすることができる。しかも、外殻部材２内に投入してから金属球１１を結合させるので、外殻部材２が複雑な形状であっても、確実に金属球１１をその内部に充填することができる。

Description

明 細 書

中空金属球構造体、中空金属球成形体および中空金属球構造体の製 造方法

技術分野

[0001] 本発明は、中空金属球構造体、中空金属球成形体および中空金属球構造体の製 造方法に関する。中空金属球は衝撃エネルギ吸収能力が高いため、この中空金属 球を適用した構造体や成形体を形成すれば、この構造体や成形体によって衝撃吸 収力の高い構造用材料を製造することができる。

本発明は、中空金属球を有する中空金属球構造体、中空金属球成形体および中 空金属球構造体の製造方法に関する。

背景技術

[0002] 従来から、複数の中空金属球を、所定の焼成用容器内に収容して加圧焼成したり

、また、榭脂ゃ攪拌性液体等のバインダーに中空金属球を混同して賦形したのち焼 成したりして、複数の中空金属球が焼結された成形体を形成することが行なわれてい る（例えば、特許文献 1一 6)。力かる成形体は、そのまま使用した場合、引張り外力 が加わると中空金属球同士の結合が簡単に壊されてバラバラになってしまうため、そ の成形体を、そのまま構造用材料、例えば自動車のフレームやバンパー、建造物の 梁等の材料として使用することはできない。そこで、円管やハット材、角管等の中空な 構造用材料の内部に成形体を収容した構造体を、上記のごとき構造用材料として使 用することが検討されている。

[0003] しかるに、中空な構造用材料の内部に成形体を収容するためには、成形体の形状 および寸法を正確に形成しなければならないが、従来は、中空金属球同士を焼結に よって結合させているため、中空金属球が焼結過程で収縮してしまう。そして、焼結 過程における中空金属球の収縮割合を正確に制御することは非常に困難であるから 、焼結後の成形体を所望の精度で形成することは困難である。

また、焼結後の成形体を機械加工すれば、所望の寸法にすることはできる力 加工 工数が多くなつてしまうため、作業効率が悪ぐコストも高くなる。たとえ所望の寸法に 加工できたとしても、複雑な形状に成形することは実際上困難であり、単純な形状の 構造用材料にし力適用できな 、。

[0004] 特許文献 1：特開平 06— 240304号

特許文献 2：特開平 06— 240369号

特許文献 3 :独国特許発明第 10018501号

特許文献 4:独国特許出願公開第 19929760号

特許文献 5 :米国特許出願公開第 4917857号

特許文献 6：米国特許出願公開第 4775598号

特許文献 7：米国特許出願公開第 3528809号

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] 本発明は上記事情に鑑み、製造が容易であり、し力も、複雑な形状の構造体を形 成することができる中空金属球構造体、中空金属球成形体および中空金属球構造 体の製造方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0006] 第 1発明の中空金属球構造体の製造方法は、中空な複数の金属球を有する構造 体の形成方法であって、前記複数の金属球の表面に結合剤層を形成し、該結合剤 層が形成された複数の金属球を、中空な外殻部材の内部に収容し、該外殻部材の 内部において、前記複数の金属球の結合剤層同士を結合させることを特徴とする。 第 2発明の中空金属球構造体の製造方法は、第 1発明において、前記金属球の結 合剤層を形成する接着材料が、加熱すると溶融する材料であり、前記金属球の表面 に前記接着材料を付着させて前記結合剤層を形成し、前記金属球が収容された前 記外殻部材を、加熱した後冷却することを特徴とする。

第 3発明の中空金属球構造体の製造方法は、第 2発明において、前記金属球の結 合剤層を、該金属球の表面に該接着材料を塗布したのち、該接着材料を乾燥させ て形成することを特徴とする。

第 4発明の中空金属球構造体の製造方法は、第 1、 2または第 3発明において、前 記外殻部材に前記金属球を充填するときに、前記外殻部材に振動を加えることを特 徴とする。

第 5発明の中空金属球構造体は、内部に中空な空間を有する外殻部材と、該外殻 部材の内部に充填された複数の金属球とからなり、該金属球が、その表面に結合剤 層を備えており、前記外殻部材の内部に、前記複数の金属球の結合剤層同士が結 合することによって前記外殻部材の中空な空間を充満する形状に成形された成形体 を有する構造体であることを特徴とする。

第 6発明の中空金属球構造体は、第 5発明において、前記成形体が、前記外殻部 材の中空な空間の一部を充満する形状に成形されて 、ることを特徴とする。

第 ₇発明の中空金属球構造体は、第 5発明において、前記結合剤層を形成する接 着材料が、加熱すると溶融する材料であり、前記金属球の結合剤層が、該金属球の 表面に前記接着材料を付着させて形成されていることを特徴とする。

第 8発明の中空金属球構造体は、第 7発明において、前記金属球の結合剤層が、 該金属球の表面に塗布された前記接着材料を乾燥させて形成されたものであること を特徴とする。

第 9発明の中空金属球構造体は、第 5発明において、前記金属球と前記外殻部材 力 同一材料によって形成されていることを特徴とする。

第 10発明の中空金属球構造体は、第 5発明において、前記複数の金属球が、外 径の異なる金属球を有することを特徴とする。

第 11発明の中空金属球成形体は、前記複数の金属球を結合して形成された成形 体であって、該成形体が、請求項 2または 3記載の中空金属球構造体の製造方法に よって形成された中空金属球構造体から、前記外殻部材を取り除いたものである。 発明の効果

第 1発明によれば、外殻部材内に複数の中空な金属球が収容され、かつ、金属球 が結合して成形体となっているから、構造体の強度および衝撃吸収能力を高くするこ とができる。しかも、外殻部材内に投入して力も金属球を結合させるので、外殻部材 が複雑な形状であっても、確実に金属球をその内部に充填することができ、その形状 に成形体を形成することができる。

第 2発明によれば、金属球が収容されて!ヽる外殻部材を加熱すれば接着材料が溶 融し、隣接する金属球の結合剤層を構成する接着材料同士が結合する。その状態 から外殻部材を冷却すれば、接着材料同士が結合した状態で固まるから、接着材料 によって隣接する金属球同士を結合させることができる。し力も、接着材料は溶融固 化するときに若干体積が減少するが、その減少割合は金属球を焼結する場合に比 ベて、その減少割合が非常に小さいので、金属球を結合させた後に、外殻部材内部 に隙間ができることを防ぐことができる。

第 3発明によれば、接着材料を乾燥させているから、金属球を外殻部材内に大きな 抵抗なく入れることができる。よって、外殻部材が複雑な形状であっても、隙間なく金 属球を充填することができる。

第 4発明によれば、外殻部材内への金属球の充填密度を高めることができるから、 結合時の体積減少をより少なくすることができ、し力も、構造体の強度を強くすること ができる。

第 5発明によれば、外殻部材がその内部に、複数の中空な金属球が結合した外殻 部材の中空な空間を充満する成形体を有して!/、るから、構造体の強度および衝撃吸 収能力を高くすることができる。し力も、外殻部材内に投入してから金属球を結合さ せるので、外殻部材が複雑な形状であっても、確実に金属球をその内部に充填する ことができ、その形状に成形された成形体を外殻部材内に配置することができる。 第 6発明によれば、成形体が、外殻部材の中空な空間の一部を充満するように形 成されているから、成形体を形成する位置や成形体の体積を変えれば、構造体の強 度を調整することができる。

第 7発明によれば、金属球が収容されて!ヽる外殻部材を加熱すれば接着材料が溶 融し、隣接する金属球の結合剤層を構成する接着材料同士が結合する。その状態 から外殻部材を冷却すれば、接着材料同士が結合した状態で固まるから、接着材料 によって隣接する金属球同士を結合させることができる。し力も、接着材料は溶融固 化するときに若干体積が減少するが、その減少割合は金属球を焼結する場合に比 ベて、その減少割合が非常に小さいので、金属球を結合させた後に、外殻部材内部 に隙間ができることを防ぐことができる。

第 8発明によれば、接着材料を乾燥させているから、外殻部材内に金属球をスムー スに入れることができる。よって、外殻部材が複雑な形状であっても、隙間なく金属球 を充填することができる。

第 9発明によれば、構造体を廃棄するときに、金属球と外殻部材を分離する必要が ないから、構造体の廃棄が容易であるし、リサイクルも可能である。

第 10発明によれば、金属球として外径の小さ!/ヽ金属球と外径の大き!/ヽ金属球を混 合して使用すれば、外殻部材が複雑な形状をしていても、複雑な形状の部分には小 さい金属球を確実に充填することができるし、比較的簡単な形状の部分には、外径 の大きい金属球を充填することができる。すると、複雑な形状の外殻部材全体を小さ V、金属球で充填する場合に比べて、中空金属球構造体を軽量にすることができる。 第 11発明によれば、接着材料によって隣接する金属球同士を結合させており、接 着材料は溶融固化するときに若干体積が減少するが、その減少割合は金属球を焼 結する場合に比べて、その減少割合が非常に小さいので、寸法精度の高い成形体 を製造することができる。そして、接着材料は溶融固化させるだけで金属球を結合さ せることができる力 、成形体を容易に製造することができる。

発明を実施するための最良の形態

[0008] つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。

図 1 (A) , (B)は本実施形態の中空金属球構造体 1の概略説明図であり、（C)は中 空な金属球 10の概略断面図である。図 1に示すように、本実施形態の中空金属球構 造体 1は、中空な外殻部材 2の内部に、複数の金属球 11が結合した成形体 3が配置 されたものである。

[0009] 外殻部材 2は、例えば、円管や、断面が帽子のような形状をしたハット材、角管等、 自動車のフレームやバンパー、建築物の梁、柱等に使用される中空な構造用材料で あるが、内部に中空な空間を有するものであればよぐ特に限定はない。

[0010] 成形体 3は、複数の金属球 11が、接着材料 13によって結合されたものである。

そして、成形体 3の材料となる金属球 11は、中空な金属球であり、例えば、外径が 2 一 10mmであって、その厚さが数 ^—数百 mとなるように形成れたものであり、外 殻部材 2が自動車用の構造用材料であれば、外径が 5— 7mmのもの好適である。 なお、金属球 11は、このサイズに限定されるものではなぐ外径が 2mmよりも小さい ものや、 10mmよりも大きいものであってもよいし、厚さも数十/ z mよりも薄くてもよいし 、数百 mより厚くてもよい。そして、金属球 11は全て同じサイズのものを使用しなく てもよく、外径の大き 、ものと小さ 、ものを混ぜて使用してもよ 、。

さらになお、接着材料 13は、金属球 11同士を結合でき、中空金属球構造体 1の使 用条件において十分な結合力を維持することができる材料であればよぐとくに限定 はない。

[0011] 上記のごとぐ本実施形態の中空金属球構造体 1は、外殻部材 2の内部が、複数の 中空な金属球 11が結合して形成された成形体 3によって充満されているから、その 強度および衝撃吸収能力を高くすることができる。し力も、外殻部材 2の厚さと複数の 金属球 11の大きさの組み合わせを調整すれば、必要な強度および衝撃吸収能力を 有し、かつ必要以上に重くなりすぎな 、ようにすることができる。

[0012] また、図 1 (B)に示すように、成形体 3は、外殻部材 2の中空な空間の全体を充満す るものでなくてもよく、中空な空間の一部を充満するように形成されていればよい。す ると、中空金属球構造体 1において、高度な強度や衝撃吸収能力が必要とされる箇 所にのみ成形体 3を配置すれば、その箇所にだけ必要な強度および衝撃吸収能力 を付与することができるし、中空金属球構造体 1を軽量化することができる。

[0013] なお、成形体 3は、接着材料 13によって外殻部材 2の中空な空間に固定されてい るが、外殻部材 2内で成形体 3が移動したりしないように固定できればよぐとくに限定 はない。

[0014] さらに、金属球 11の素材として、外殻部材 2の素材と同じものを使用すれば、中空 金属球構造体 1を廃棄するときに、金属球 11と外殻部材 2を分離する必要がないか ら、中空金属球構造体 1の廃棄が容易であるし、リサイクルも可能である。

[0015] つぎに、中空金属球構造体 1の製造方法を説明する。

図 2 (A)はカ卩工金属球 10の製造方法のフローチャートであり、 (B)は中空金属球 構造体 1の製造方法のフローチャートである。

本実施形態の中空金属球構造体 1は、接着材料 13によって金属球 11を結合させ て成形体 3を形成し、その後、外殻部材 2内に成形体 3を配置することによって形成し てもよいが、以下のごとき方法によって製造すれば、複雑な形状の中空金属球構造 体 1を簡単に製造することができる。

[0016] まず、中空金属球構造体 1の製造に使用する加工金属球 10を説明する。

図 1 (C)に示すように、加工金属球 10は、中空な金属球 11の表面に、結合材層 12 が形成されたものである。この結合材層 12は、前述した接着材料 13を素材とする層 である。この接着材料 13は、加熱すると溶融し、その後冷却すると固化する材料であ り、例えば、ポリオレフイン系接着剤やフエノール系接着剤、ポリアミド系接着剤等で あるが、特に限定はない。

なお、接着材料 13は、加熱すると溶融し後冷却すると固化する材料に限られず、 加熱すると溶融固化する、例えば、エポキシ系接着剤やメラミン系接着剤、ユリア系 接着剤等の熱硬化性材料や、数百 °C程度の熱を加えれば溶融する亜鉛等のメツキ 剤であってもよぐ中空金属球構造体 1の使用条件において十分な結合力を維持す ることができる材料であれば、とくに限定はな!/、。

[0017] つぎに、加工金属球 10の製造方法を説明する。

以下では、液体状の接着材料 13によって結合材層 12を形成する場合を説明する まず、図 2 (A)に示すように、金属球 11の表面に、液体状の接着材料 13を塗布し、 接着材料 13の層、つまり、結合剤層 12を形成させる。このとき、接着材料 13を塗布 する方法は、刷毛などによって金属球 11の表面に直接接着材料 13を塗ってもよいし 、また、スプレー等によって吹付けて塗布してもよぐ特に限定はない。

ついで、金属球 11を、その結合剤層 12の接着材料 13同士が互いにくつっき合わ ないような状態となるまで乾燥させると、結合剤層 12を有する加工金属球 10を製造 することができる。

[0018] なお、結合剤層 12を形成する方法は上記の方法に限られず、結合剤層 12の接着 材料 13同士が互いにくつっき合わないような状態となっていればよぐ特に限定はな い。例えば、接着材料 13を粉末にして金属球 11の表面に付着させて結合剤層 12を 形成させてもよい。

[0019] つぎに、加工金属球 10を使用して中空金属球構造体 1を製造する方法を説明する 図 2 (B)に示すように、中空な外殻部材 2内に、前記加工金属球 10を投入し、外殻 部材 2の内部に充填する。

このとき、外殻部材 2に振動を加えれば、加工金属球 10が、その加工金属球 10同 士の間にできる隙間が小さくなるようにカ卩ェ金属球 10が移動し、外殻部材 2内におけ る加工金属球 10の充填密度を高めることができ、充填状態を均一にすることができる なお、所定の量の加工金属球 10の投入が終了してから、外殻部材 2に振動を加え てもよい。

[0020] っ 、で、外殻部材 2を、前記接着材料 13が溶融する温度まで加熱すると、加工金 属球 10の結合剤層 12を構成する接着材料 13が溶融し、隣接する結合剤層 12同士 が結合する。言い換えれば、隣接する金属球 11同士が接着材料 13によって橋架け されたような状態になる。

そして、この状態から、外殻部材 2を冷却すれば、溶融していた接着材料 13が、隣 接する結合剤層 12同士が結合したまま固化する。すると、隣接する金属球 11同士が 接着材料 13によって結合され、成形体 3が形成されるから、外殻部材 2内に成形体 3 が充満された中空金属球構造体 1が完成する（図 1)。

なお、接着材料 13が熱硬化性材料である場合には、接着材料 13が溶融してから、 接着材料 13が固化する温度まで外殻部材 2を加熱して力 冷却することは、いうまで もない。

[0021] 上記のごとき方法によって中空金属球構造体 1を製造すれば、外殻部材 2内に加 工金属球 10を投入してから、金属球 11を結合させて成形体 3を形成する、つまり、 外殻部材 2内で成形体 3を形成するから、加工金属球 10をその内部に充填すること さえできれば、外殻部材 2において、成形体 3を配置する部分が複雑な形状をしてい ても、成形体 3を配置することができる。とくに、外径の小さい金属球 11と外径の大き い金属球 12を混合して使用すれば、外殻部材 2が複雑な形状をしていても、複雑な 形状の部分には小さい金属球 11を確実に充填することができるから、加工金属球 10 を外殻部材 2の内部に確実に充填できる。そして、外殻部材 2において比較的簡単 な形状の部分は、外径の大きい金属球 11を充填することができるから、複雑な形状 の外殻部材 2の内部全体を小さい金属球で充填する場合に比べて、中空金属球構 造体 1を軽量にすることができる。

し力も、金属球 11同士が接着材料 13によって結合されているから、接着材料 13が 溶融固化し成形体 3が形成されるときに若干体積が減少するが、その減少割合は金 属球 11を焼結する場合に比べて、その減少割合が非常に小さいので、接着材料 13 が固化した後に、外殻部材 2内部に隙間ができることを防ぐことができる。

[0022] また、加工金属球 10は、その結合剤層 12の接着材料 13を乾燥させており、加工 金属球 10同士がくっつき合わないので、外殻部材 2内にスムースに充填することが できる。よって、外殻部材 2が複雑な形状であっても、隙間なく加工金属球 10を充填 することができる。しカゝも、加工金属球 10を充填するときに、外殻部材 2に振動を加え ているから、外殻部材 2内でカ卩工金属球 10同士を相対的に移動させることができる。 すると、成形体 3内における金属球 11の充填密度も高くすることができるから、中空 金属球構造体 1の強度を強くすることができる。

[0023] なお、中空な構造用材料の製造工程、または、中空な構造用材料を使用して製造 される製品の製造ラインにおいて、その構造用材料を加熱する工程 (加熱工程）があ る場合には、この構造用材料を本実施形態の中空金属球構造体 1とすることができる 。つまり、接着材料 13として加熱工程における加熱温度において溶融したり溶融固 化したりするものを使用すれば、加工金属球 10を、加熱工程を行う前に構造用材料 の内部に充填しておくだけで、構造用材料の内部に成形体 3を形成することができる 。例えば、自動車のビラ一等には中空なハット材が使用されるが、このハット材の内部 に、加工金属球 10を投入しておけば、自動車の塗装工程においてビラ一等も加熱さ れるから、加工金属球 10を成形体 3とすることができる。

すると、中空金属球構造体 1を製造する製造工程に、加熱冷却工程を設けなくても よいから、中空金属球構造体 1の製造工数を少なくすることができる。

[0024] さらになお、加工金属球 10を投入して加熱冷却するだけで、一般的な構造用材料 を本実施形態の中空金属球構造体 1とすることができるから、現在使用している構造 用材料であっても、簡単に本実施形態の中空金属球構造体 1とすることができる。

[0025] さらになお、加工金属球 10を投入して加熱冷却するだけで、一般的な構造用材料 を本実施形態の中空金属球構造体 1とすることができるから、現在使用している構造 用材料であっても、簡単に本実施形態の中空金属球構造体 1とすることができる。

[0026] また、上記のごとき中空金属球構造体 1から外殻部材 2を取り外して、成形体 3のみ をそのまま構造用材料として使用することも可能である。力かる成形体 3は、接着材 料 13によって隣接する金属球 13同士を結合させているため、寸法精度が高ぐまた 、製造も容易である。そして、この成形体 3は、その内部に引張り応力を発生させる引 張り外力が加わった場合には金属球 11が成形体 3から離脱して破損するおそれがあ るため、引張り外力を支持する構造体には使用できないが、圧縮する力のみが加わ る構造体にはその材料として使用することが可能である。

産業上の利用可能性

[0027] 本発明の中空金属球構造体の製造方法によって形成された構造体は、中空な部 材、例えば、円管やハット材、角管等、自動車のフレームやバンパー、建築物の梁、 柱等に使用する構造用材料に使用可能である。

図面の簡単な説明

[0028] [図 1] (A) , (B)は本実施形態の中空金属球構造体 1の概略説明図であり、（C)は中 空な金属球 10の概略断面図である。

[図 2] (A)はカ卩ェ金属球 10の製造方法のフローチャートであり、 (B)は中空金属球構 造体 1の製造方法のフローチャートである。

符号の説明

[0029] 1 中空金属球構造体

2 外殻部材

3 成形体

10 加工金属球

11 金属球

12 結合材層

13 接着材料

Claims

請求の範囲

[1] 中空な複数の金属球を有する構造体の形成方法であって、

前記複数の金属球の表面に結合剤層を形成し、

該結合剤層が形成された複数の金属球を、中空な外殻部材の内部に収容し、 該外殻部材の内部において、前記複数の金属球の結合剤層同士を結合させる ことを特徴とする中空金属球構造体の製造方法。

[2] 前記金属球の結合剤層を形成する接着材料が、加熱すると溶融する材料であり、 前記金属球の表面に前記接着材料を付着させて前記結合剤層を形成し、 前記金属球が収容された前記外殻部材を、加熱した後冷却する

ことを特徴とする請求項 1記載の中空金属球構造体の製造方法。

[3] 前記金属球の結合剤層を、該金属球の表面に該接着材料を塗布したのち、該接 着材料を乾燥させて形成する

ことを特徴とする請求項 2記載の中空金属球構造体の製造方法。

[4] 前記外殻部材に前記金属球を充填するときに、前記外殻部材に振動を加える ことを特徴とする請求項 1、 2または 3記載の中空金属球構造体の製造方法。

[5] 内部に中空な空間を有する外殻部材と、

該外殻部材の内部に充填された複数の金属球とからなり、

該金属球が、その表面に結合剤層を備えており、

前記外殻部材の内部に、前記複数の金属球の結合剤層同士が結合することによつ て前記外殻部材の中空な空間を充満する形状に成形された成形体を有する構造体 である

ことを特徴とする中空金属球構造体。

[6] 前記成形体が、前記外殻部材の中空な空間の一部を充満する形状に成形されて いる

ことを特徴とする請求項 5記載の中空金属球構造体。

[7] 前記結合剤層を形成する接着材料が、加熱すると溶融する材料であり、

前記金属球の結合剤層が、該金属球の表面に前記接着材料を付着させて形成され ている ことを特徴とする請求項 5記載の中空金属球構造体。

[8] 前記金属球の結合剤層が、該金属球の表面に塗布された前記接着材料を乾燥さ せて形成されたものである

ことを特徴とする請求項 7記載の中空金属球構造体。

[9] 前記金属球と前記外殻部材が、同一材料によって形成されている

ことを特徴とする請求項 5記載の中空金属球構造体。

[10] 前記複数の金属球が、外径の異なる金属球を有する

ことを特徴とする請求項 5記載の中空金属球構造体。

[11] 前記複数の金属球を結合して形成された成形体であって、

該成形体が、

請求項 2または 3記載の中空金属球構造体の製造方法によって形成された中空金 属球構造体から、前記外殻部材を取り除いたものである

ことを特徴とする中空金属球成形体。