WO2019181157A1 - 金属多孔体用素材及び金属多孔体 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a porous metal body material and a porous metal body used for the production of a porous metal body having a plurality of pores.
  • Patent Document 1 discloses a sintered compact having a random distribution of stainless steel fibers having an average equivalent diameter of 5 to 50 ⁇ m and an average length of 30 to 2000 times the diameter, and a porous structure formed by sintering. Is disclosed.
  • a sintered compact having such a random distribution of fibers is generally an isotropic metal porous body.
  • Patent Document 2 discloses a porous energy absorbing member in which metal fibers are oriented in two dimensions (random) or in one direction and sintered. This patent document 2 has anisotropy (direction) in the mechanical properties of the porous energy absorbing member, and a small volume content is obtained by associating the direction of external stress with the direction of the fiber orientation plane and the orientation direction. It is also described that the plateau stress increases even at a rate, enabling efficient energy absorption.
  • Patent Document 3 discloses a porous metal or porous ceramic clay composition and a porous material having the pore diameter and the porosity, for example, having a gradient distribution and having the pores oriented. A method of manufacturing is disclosed.
  • a gelling agent is added to a slurry containing an aqueous binder solution, metal powder or ceramic powder, and a pore-forming material composed of at least one of a foamed resin, a hollow resin, and a solid resin.
  • the added clay composition is used. It is described that this clay composition is molded, dried and then sintered, and the pore-forming material is eliminated to produce a porous material.
  • the porosity is inclined in the thickness direction.
  • JP 2010-236078 A Japanese Patent Laid-Open No. 2003-105407 JP 2006-307295 A
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and a material for a porous metal body that facilitates control of the directionality (isotropic, anisotropic, or gradient) of a porous metal body having a plurality of pores. And it aims at providing a metal porous body.
  • the porous metal body material of the present invention is a porous metal body material constituting a porous metal body having a plurality of pores, and is a coil-shaped wire wound in a spiral shape.
  • the porous metal material is formed in a coil shape, it is easy to handle the porous metal material. For this reason, by laminating and filling a plurality of porous metal materials in arbitrary positions and directions using feeders, robot arms, etc. without careful consideration, only the porosity and pore diameter of the porous metal material are obtained. Rather, these distributions can be easily controlled. Therefore, a porous metal body having an arbitrary directionality (isotropic, anisotropic or gradient) can be easily produced.
  • the wire has an average wire diameter Dw of 0.05 mm or more and 2.00 mm or less, and the coil shape has an average coil outer diameter Dc of 0.5 mm or more and 10.0 mm or less,
  • the coil length L is preferably 1 mm or more and 20 mm or less, and the winding number N is 1 or more and 10 or less.
  • the average coil outer diameter Dc, the coil length L, the number of turns N, and the average wire diameter Dw of the material for a metal porous body can be easily manufactured.
  • the versatility of the material can be improved.
  • the average coil outer diameter Dc is less than 0.5 mm, it is difficult to hold the metal porous material with a robot arm or the like, and it is difficult to place it in an arbitrary position and direction.
  • the average coil outer diameter Dc exceeds 10.0 mm, when the metal porous body materials are arranged side by side, the gap when the metal porous body materials come into contact with each other tends to increase.
  • the porosity of the metal porous body assumed from the porosity of the metal may be far away, and the control of the porosity may become unstable.
  • the coil length L When the coil length L is less than 1 mm, the coil length L is too short, and it is difficult to convey the metal porous body material in a stable manner (position and direction) when it is conveyed by a feeder or the like. On the other hand, even if the coil length L exceeds 20 mm, the position and direction of the metal porous body material become unstable at the time of transportation, and it is difficult to stably convey and maintain the posture.
  • the winding number N is less than 1, it is difficult to obtain a three-dimensional coil shape, and it is difficult to secure a sufficient pore diameter and porosity when arranging the metal porous material. If the number of turns N exceeds 10, the manufacturing difficulty of the coil shape increases, so the manufacturing cost is high and it is not suitable for mass productivity.
  • the average wire diameter Dw of the wire is less than 0.05 mm, the wire diameter of the wire is small and the difficulty of manufacturing the coil shape increases, which is not suitable for mass productivity.
  • productivity increases, and therefore the average wire diameter Dw is more preferably 0.1 mm or more.
  • the average wire diameter Dw of the wire exceeds 2.00 mm, when the metal porous body materials are arranged side by side, the gap when the metal porous body materials come into contact with each other tends to increase. There is a possibility that the porosity of the metal porous body assumed from the porosity of the material is far away, and the control of the porosity becomes unstable.
  • the deflection length ⁇ at the other end due to its own weight is assumed to be the coil length L and the deflection.
  • the deflection ratio ( ⁇ / L) with the amount ⁇ is preferably 0.20 or less.
  • an aspect ratio (L / Dc) between the average coil outer diameter Dc and the coil length L is preferably 0.1 or more and 10.0 or less.
  • ⁇ L ⁇ ⁇ ⁇ (Dc / 2) 2 ⁇ is defined as an occupied volume Vc (mm 3 ), and [ ⁇ ⁇ (Dw / 2) 2 ⁇ ⁇ (Dc ⁇ Dw) ⁇ ⁇ ⁇ N] is a material volume Vw (mm 3 ), and ⁇ 1- (Vw / Vc) ⁇ ⁇ 100 is a porosity Q (%) of the metal porous material, the porosity Q is preferably 30.0% or more and 99.9% or less.
  • the porosity Q of the metal porous material is set to be smaller than 30.0%, it is difficult to manufacture a metal porous body having a small coil-shaped inner side (coil inner diameter) and having sufficient voids.
  • the porosity Q is larger than 99.9%, the strength of the metal porous material itself is low, and there is a risk of breakage during conveyance in a feeder or the like.
  • a pitch ratio (P / Dw) between the pitch P and the average wire diameter Dw is preferably 1 or more and 50 or less.
  • the pitch ratio (P / Dw) is less than 1, the pitch P is smaller than the average wire diameter Dw, and the coil shape is clogged too much. For this reason, when a plurality of materials for a metal porous body are combined, mutual entanglement is reduced. Therefore, when a metal porous body is manufactured, there are few bonding portions between the materials for the metal porous body, and the strength is lowered, which may reduce the stability of the shape.
  • the pitch ratio (P / Dw) exceeds 50, the pitch P will open too much, and the coil shape of the other metal porous body material will easily enter between the coil shapes of the metal porous body material.
  • the porosity of the metal porous body assumed from the porosity of the material for the porous body may be far away, and the control of the porosity may become unstable.
  • the cross-sectional shape of the wire is a polygon having 6 or less corners, and the radius of curvature (corner R: roundness of the corners) of the corners is 0. It is good that it is 1 mm or less.
  • the cross section of the wire has 6 or less corners, that is, if the cross section of the wire is 6 or less, the wire has many flat surfaces, and if the radius of curvature of the corner is 0.1 mm or less, Since the area is large, it is possible to increase the contact area when the metal porous body materials are in contact with each other, and it is possible to increase the joint portion between the metal porous body materials in the metal porous body. Therefore, the mechanical properties of the metal porous body such as tension and compression and the thermal properties such as thermal conductivity can be improved.
  • the porous metal body of the present invention is sintered by combining a plurality of the above porous metal materials.
  • the directionality (isotropic, anisotropic or gradient) can be easily controlled.
  • the present invention it is possible to provide a material for a porous metal body having excellent versatility, and it is possible to easily control the directionality (isotropic, anisotropic or gradient) of the porous metal body.
  • FIG. 1 It is a schematic diagram of the raw material for metal porous bodies of embodiment of this invention. It is the side view which looked at the raw material for metal porous bodies shown in FIG. 1 from the axial direction. It is an end elevation of the raw material for metal porous bodies along the AA line shown in FIG. It is a cross-sectional view of the wire shown in FIG. It is a mimetic diagram explaining a crevice formed when a plurality of materials for metal porous bodies are piled up. It is a schematic diagram explaining the deflection amount of the raw material for metal porous bodies. It is a photograph of the material for metal porous bodies. It is a cross-sectional photograph of the raw material for metal porous bodies.
  • FIG. 1 It is a schematic diagram explaining the metal porous body comprised combining the raw material for metal porous bodies shown in FIG. 1 in combination. It is a schematic diagram explaining the metal porous body of other embodiment. It is a schematic diagram explaining the metal porous body of other embodiment.
  • FIG. 1 shows a metal porous material 10 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 9 shows a metal porous body 101 manufactured using the metal porous material 10.
  • a plurality of metal porous body materials 10 are used for manufacturing a metal porous body 101 having a plurality of pores by combining a plurality of materials.
  • the porous metal body material 10 is a coil-shaped piece in which a linear wire 11 made of a metal material is spirally wound.
  • the wire 11 is made of a metal material that has good thermal conductivity and can be joined by sintering.
  • aluminum or an aluminum alloy can be suitably used.
  • the cross-sectional shape (transverse section) of the wire 11 constituting the metal porous body material 10 is not limited to a complete circle, and may be formed in a triangular shape as shown in FIGS. 3 and 4, for example.
  • the cross-sectional shape of the wire 11 is preferably a polygon having six corner portions 13 or less, and the curvature radius R of the corner portions 13 on the outer surface is preferably 0.1 mm or less. If the number of corners 13 of the cross-sectional shape of the wire 11 is 6 or less, that is, the cross-sectional shape of the wire 11 is hexagonal or less, a gentle curved surface with a curvature radius of 2.5 mm or more is increased on the wire 11.
  • the contact area when the materials 10 are in contact with each other can be increased, and when the metal porous body 101 is manufactured, the joint portion between the respective metal porous material 10 can be increased.
  • the material 10 for a metal porous body in the present embodiment is not a complete coil shape but is formed so as to be twisted as a whole, and the cross-sectional shape of the wire 11 is not limited to the same shape in the entire length. For this reason, as shown in FIG. 3, the cross-sectional shape of the wire 11 and the cross-sectional area S thereof may vary depending on any position in the length direction (axial direction) of the metal porous material 10.
  • the equivalent circle diameter (the same as the cross-sectional area S) is calculated from the cross-sectional area S of the wire 11 at a predetermined position. The diameter of a circle having an area is calculated, and this value is taken as the wire diameter at this position.
  • an average value (average wire diameter Dw) of wire diameters measured at an arbitrary plurality of locations (in other words, 10 locations) of the porous metal material 10 is used.
  • the average wire diameter Dw of the wire 11 is preferably 0.05 mm or more and 2.00 mm or less.
  • the average wire diameter Dw is more preferably 0.1 mm or more. If the average wire diameter Dw of the wire 11 is less than 0.05 mm, the wire 11 is thin, the difficulty of manufacturing the coil shape of the metal porous material 10 becomes high, and it is not suitable for mass production.
  • the plurality of porous metal materials 10 are in contact with each other when the multiple porous metal materials 10 are arranged as shown in the schematic diagram of FIG.
  • the gap G tends to increase.
  • the porosity of the metal porous body 101 assumed from the porosity Q (to be described later) of the metal porous material 10 may be far away, and the control of the porosity may become unstable.
  • the porous metal body material 10 made of the wire 11 described above has a plurality of coil portions 12.
  • the number of coil portions 12 (the number of turns)
  • the number N of turns in each metal porous body material 10 is set to 1 or more and 10 or less.
  • the overall coil length of the metal porous material 10 is preferably 1 mm or more and 20 mm or less.
  • the coil length L is less than 1 mm, it is too short, and it is difficult to stably maintain the posture (position and direction) of the metal porous material 10 when it is conveyed by a feeder or the like.
  • the position and direction of the metal porous body material 10 become unstable at the time of conveyance, and it becomes difficult to stably convey and maintain the posture.
  • each coil portion 12 Since it is difficult to measure the outer diameter D of each coil portion 12 as the outer diameter of a circle, the outermost portion of the coil portion 12 corresponding to one turn is disposed on the outermost side, and the two portions facing each other by 180 ° are the length of the coil portion 12.
  • a dimension obtained when measured in a direction orthogonal to the vertical direction is defined as a coil outer diameter D of each coil portion 12.
  • the average coil outer diameter Dc is a value obtained by dividing the sum of the outer diameters D of the coil portions 12 by the number N of turns.
  • the average coil outer diameter Dc (mm) of the metal porous material 10 is set to 0.5 mm or more and 10.0 mm or less.
  • the average coil outer diameter Dc is less than 0.5 mm, it is difficult to hold the metal porous body material 10 with a robot arm or the like, and it is difficult to arrange it in an arbitrary position and direction.
  • the average coil outer diameter Dc exceeds 10.0 mm, when the metal porous body materials 10 are arranged side by side, the gap G when the metal porous body materials 10 come into contact with each other tends to increase (FIG. 5). reference). For this reason, the porosity of the metal porous body 101 assumed from the porosity Q of the metal porous body material 10 is far away, and the control of the porosity may become unstable.
  • each coil outer diameter D of each coil portion 12 has different sizes on one end side and the other end side. Easy to be configured.
  • the average coil outer diameter Dc is set to the above range of 0.5 mm to 10.0 mm for the porous metal body material 10, so that the shape of the average coil portion 12 can be handled and the gap G when disposed can be reduced. Can be formed in a size suitable for management.
  • the coil portion 12 is not limited to being formed in a strictly circular shape, but various shapes such as an ellipse or a polygon are also included in the embodiments of the present invention.
  • the axial direction passing through the center of the coil portion 12 may be provided in a straight line as shown by the axis C shown in FIG. 1 or may be a bent axis such as an arc.
  • the winding direction of the coil part 12 may be uniform, such as a right direction or a left direction, the direction may change in the middle of the coil length L direction.
  • the aspect ratio (L / Dc) between the average coil outer diameter Dc and the coil length L is preferably 0.1 or more and 10.0 or less.
  • the aspect ratio (L / Dc) is less than 0.1 or exceeds 10.0, it is difficult to stably arrange the metal porous material 10 depending on the position and direction when the metal porous material 10 is arranged. For this reason, it is difficult to manufacture the porous metal body 101 having a desired directionality.
  • the pitch ratio (P / Dw) between the pitch P and the average wire diameter Dw. Is preferably 1 or more and 50 or less.
  • the pitch P is often different for each coil part 12, but the pitch ratio (P / Dw) in each coil part 12 is preferably 1 or more and 50 or less.
  • the pitch ratio (P / Dw) is less than 1, the pitch P becomes smaller than the average wire diameter Dw, and the coil shape of the metal porous material 10 is clogged too much. For this reason, when a plurality of materials 10 for a metal porous body are combined, mutual entanglement decreases. Therefore, when the metal porous body 101 is manufactured, there is a possibility that the bonding portion between the metal porous body materials 10 is reduced and the strength is lowered, so that the stability of the shape is lowered.
  • the pitch ratio (P / Dw) exceeds 50, the pitch P will open too much, and the coil shape of another metal porous material 10 will easily enter between the coil shapes of the metal porous material 10. Become. For this reason, the porosity of the metal porous body 101 assumed from the porosity of the material 10 for a metal porous body may be far away, and the control of the porosity may become unstable.
  • the metal porous body material 10 has a coil length when the amount of deflection of the other end 14 b due to its own weight when the one end 14 a in the coil length L direction is cantilevered is defined as a deflection amount ⁇ (mm).
  • the deflection ratio ( ⁇ / L) between L and the deflection amount ⁇ is preferably 0.20 or less. When the deflection ratio ( ⁇ / L) exceeds 0.20 (20%), the robot arm is easily deformed when handled by a robot arm or the like.
  • the porosity Q of the metal porous material 10 is preferably 30.0% or more and 99.9% or less.
  • the porosity Q of the metal porous material 10 is set to be smaller than 30.0%, the inner side (coil inner diameter) of the coil shape becomes smaller. For this reason, it becomes difficult to manufacture the metal porous body 101 having sufficient voids.
  • the porosity Q is larger than 99.9%, the strength of the metal porous body material 10 is lowered, and there is a possibility that it is damaged at the time of conveyance in a feeder or the like.
  • the wire 11 constituting the metal porous body material 10 a wire wire or a cutting piece formed by cutting with a milling machine or the like can be used.
  • the wire wire may have a cross-sectional shape other than a circle using a drawing die or the like.
  • FIG. 7 and 8 show photographs of the metal porous body material 10 made of a cut piece.
  • FIG. 7 shows the entire metal porous material 10
  • FIG. 8 shows the cross-sectional shape.
  • the material 10 for a metal porous body made of a cutting piece is a cross-sectional shape (cross section) of the wire 11 depending on the shape of the cutting edge of the cutting tool, particularly the shape of the flank surface of the cutting edge, the cutting characteristics of the work material, cutting conditions, and the like. Can be specified.
  • the cross-sectional shape is not constant and is indefinite.
  • the cross-sectional shape of the wire 11 is not limited to a circular shape obtained by precision processing, and may be an indefinite shape having a plurality of corners 13.
  • the cross section of the wire 11 may be formed by a surface between each corner portion 13 being a flat surface, a curved surface, a slightly uneven surface, or the like, and has six or less corner portions 13 as a whole. It is assumed to be a polygon.
  • the metal porous body 101 (FIG. 9) which consists of the metal porous body material 10 comprised in this way is demonstrated. As shown in FIG. 9, the metal porous body 101 is formed by sintering a plurality of metal porous body materials 10 in combination.
  • the metal porous body 101 shown in FIG. 9 for example, when the metal porous body material 10 is aluminum, a plurality of the metal porous body materials 10 are made to have a coil length by using a mold (not shown).
  • the L direction (axial direction) is aligned and arranged in a row with the same posture, and a plurality of rows are arranged in parallel (parallel) and arranged in a plane.
  • a plurality of rows may be three-dimensionally stacked in the height direction.
  • the metal porous body material 10 is formed in a coil shape, it is easy to handle. For this reason, it is possible to stack and fill a plurality of porous metal body materials 10 in an arbitrary position and direction using a feeder, a robot arm, or the like, without giving careful consideration. Therefore, the distribution of the metal porous material 10 in the mold can be easily controlled.
  • each metal porous body material 10 can be transported relatively easily by using a parts feeder. Since the metal porous body material 10 is formed in a coil shape, there is a concern about the entanglement of a plurality of metal porous body materials 10, which is caused by passing a general spring (spring) loosening device. Individuals can be easily taken out.
  • the metal porous material 10 is conveyed along a circumferential conveyance path, and the metal porous material 10 is aligned in a predetermined direction during the conveyance. Therefore, by arranging the metal porous material 10 supplied from the parts feeder in a line and storing it in a line, the posture of the metal porous material 10 can be kept constant, and the metal porous material 10 can be easily obtained. Can be handled.
  • each metal porous body material 10 filled in the mold is, for example, 600 ° C. or higher in an inert atmosphere. Heat at 660 ° C. for 0.5 to 60 minutes.
  • the metal porous body 101 in which the contact points between the respective metal porous body materials 10 are sintered and the metal porous body materials 10 are joined together via the sintered portion (metallurgical joint portion) is obtained.
  • Each metal porous body material 10 may be bonded via a bonding material such as a brazing material.
  • a bonding material such as a brazing material.
  • the metal porous body material 10 is made of a metal material having good sinterability such as aluminum, aluminum alloy, copper or copper alloy, it is baked without using an additive for assisting the sintering of the metal porous body material 10. I can conclude.
  • magnesium or silicon powder may be attached with a binder.
  • the term “metallurgical joint” includes a sintered part, a brazed joint, and the like.
  • the metal porous body 101 configured as described above, since the plurality of metal porous body materials 10 are arranged in the same direction in the coil length L direction, pores having directionality in the coil length L direction are configured. Is done. By combining a plurality of metal porous body materials 10 formed in a coil shape, the metal porous body 101 having anisotropy (direction) can be easily manufactured. Since the porosity and the like can be freely controlled simply by changing the average wire diameter Dw and the like of the wire 11 of the metal porous body material 10 constituting the metal porous body 101, the degree of freedom in product design is high.
  • the thermal resistance at the bonding interface is small, and the heat transfer between the metal porous body materials 10 is performed smoothly. Is called. Since a void (pore) is provided inside each metal porous body material 10 formed in a coil shape, a heat medium can be passed through the void or liquid can be impregnated. By combining a plurality of metal porous body materials 10 formed in a coil shape, the porosity, pore diameter, mechanical characteristics, thermal characteristics, sound absorption characteristics, fluid passage characteristics, liquid impregnation characteristics, and the like of the metal porous body 101 can be controlled.
  • the metal porous body 101 which has anisotropy (directionality) was demonstrated to the example, as shown, for example in FIG. 10, the metal porous body raw material 10 is arrange
  • a porous metal sample (Nos. 1 to 12) using a metal porous material made of an aluminum wire wire, and (2) an aluminum product formed by cutting.
  • a porous metal sample (Nos. 13 to 15) using a porous metal material was prepared.
  • Tables 1 and 2 show the conditions such as the dimensions of the metal porous body material and the metal porous body.
  • Each metal porous body has isotropic properties by alternately arranging the axial direction of the coil of the metal porous body material in the vertical direction and the horizontal direction (see FIG. 10), and is 50 mm long ⁇ 50 mm wide ⁇ 30 mm high. The size was formed.
  • Sample No. The cross-sectional shape (transverse section) of the porous metal body material (wire material) made of 1 to 12 wire wires is circular.
  • the cross-sectional shape of the porous metal body material (wire material) formed by the cutting processing of 13 to 15 is a triangular shape.
  • a metal porous body having an arbitrary porosity could be formed by combining the metal porous material formed into a coil shape.
  • Sample No. Sample No. 13 of a porous metal body in which the directionality of the pores was controlled using the porous metal body material No. 13 was used. 21 to 23 were produced. No. Each of the metal porous bodies 21 to 23 was formed with a size of 38 mm length ⁇ 55 mm width ⁇ 6 mm height and a porosity of 90%.
  • the axial direction (coil length L direction) of the coil of the metal porous body material was arranged in parallel to the lateral (55 mm) direction, so that the metal porous body had lateral directionality.
  • the axial direction (coil length L direction) of the coil of the metal porous body material is arranged in parallel to the longitudinal (38 mm) direction so that the metal porous body has a longitudinal direction in the lateral direction. It was. No. In the metal porous body of 23, the axial direction of the coil of the metal porous body material was alternately arranged in the vertical direction and the horizontal direction (see FIG. 10), and the metal porous body was made isotropic.

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Abstract

金属多孔体用素材は、熱伝導性が良好で焼結により接合可能な金属材料からなる線材が螺旋状に巻かれたコイル形状をなし、前記線材の平均線径Dwが0.05mm以上2.00mm以下、平均コイル外径Dcが0.5mm以上10.0mm以下、コイル長さLが1mm以上20mm以下、巻き数Nが1以上10以下であって、複数の金属多孔体用素材が組み合わされて焼結されてなる複数の気孔を有する金属多孔体を構成し、この金属多孔体の気孔率の制御を容易にする。

Description

金属多孔体用素材及び金属多孔体
 本発明は、複数の気孔を有する金属多孔体の製造に用いられる金属多孔体用素材及び金属多孔体に関する。
 本願は、2018年3月23日に出願された特願2018-056167号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
 等方性、異方性又は傾斜性を有する金属多孔体を製造するために、種々の方法が提案されている。
 例えば特許文献1には、平均等価直径が5~50μmとその直径の30~2000倍の平均長さを持つステンレス鋼繊維のランダム分布と、焼結によって成形された多孔質構造を備える焼結成形体が開示されている。このような繊維のランダム分布を有する焼結成形体は、一般的に等方的な金属多孔体となる。
 特許文献2には、金属繊維を2次元多方向(ランダム)または一方向に配向し、焼結した多孔質エネルギ吸収部材が開示されている。この特許文献2には、多孔質エネルギ吸収部材の機械的性質に異方性(方向性)があり、外部応力のかかる方向と繊維の配向面の方向および配向方向を関連づけることにより、少ない体積含有率でもプラトー応力が高くなり、効率的なエネルギ吸収が可能になることも記載されている。
 特許文献3には、多孔質金属又は多孔質セラミックス用粘土組成物やそれを用いて、気孔径や気孔率に分布、例えば傾斜性分布を持たせ、気孔に方向性をもたせた多孔質材料を製造する方法が開示されている。この特許文献3では、バインダー水溶液と、金属粉又はセラミックス粉と、発泡樹脂、中空樹脂及び中実樹脂のうちの少なくとも1種の樹脂からなる気孔形成材と、を含むスラリーに、ゲル化剤を加えた粘土組成物を用いる。この粘土組成物を成形し、乾燥したのちに焼結するとともに気孔形成材を消失させ、多孔質材料を製造することが記載されている。また、気孔形成材の含有割合を異にする2種以上の粘土組成物を、気孔形成材の含有割合が積層方向に傾斜分布を呈するように積層することにより、厚さ方向に気孔率が傾斜分布を呈する多孔質材を製造することも記載されている。
特開2010‐236078号公報 特開2003‐105407号公報 特開2006‐307295号公報
 しかし、特許文献1に記載されるように、繊維の長さを長くすると繊維が平面的に配向して積層され、等方的な配置の気孔が得られにくい。一般的には、長い繊維を使用する程、気孔径が大きくなり、かつ扁平した形状になりやすくなるため、等方的な金属多孔体を製造することが難しい。
 特許文献2に記載されるように、繊維の長さと繊維径との比であるアスペクト比を適切な範囲に設定しなければ、所定の体積含有率(気孔率)やセルサイズ(繊維間隙、気孔径)が得られない。
 特許文献3に記載されるように、異なった仕様の粘土組成物を作製した後に、これらの粘土組成物を重ね合わせて乾燥、焼結する方法では、金属多孔体の製造に非常に手間がかかる。
 本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、複数の気孔を有する金属多孔体の方向性(等方性、異方性又は傾斜性)の制御を容易とする金属多孔体用素材及び金属多孔体を提供することを目的とする。
 本発明の金属多孔体用素材は、複数の気孔を有する金属多孔体を構成する金属多孔体用素材であり、螺旋状に巻かれたコイル形状の線材である。
 金属多孔体用素材がコイル形状に形成されているので、金属多孔体用素材の取り扱いが容易である。このため、細かな配慮をすることなく、フィーダやロボットアーム等を用いて複数の金属多孔体用素材を任意の位置及び方向で積層及び充填することにより、金属多孔体の気孔率や気孔径だけでなく、これらの分布を容易に制御できる。したがって、任意の方向性(等方性、異方性又は傾斜性)を有する金属多孔体を容易に製造できる。
 本発明の金属多孔体用素材の好ましい実施態様として、前記線材は平均線径Dwが0.05mm以上2.00mm以下、前記コイル形状は平均コイル外径Dcが0.5mm以上10.0mm以下、コイル長さLが1mm以上20mm以下、巻き数Nが1以上10以下であるとよい。
 金属多孔体用素材の平均コイル外径Dc、コイル長さL、巻き数N及び平均線径Dwを上記範囲内であることで、多種多用な金属多孔体を容易に製造可能となり、金属多孔体用素材の汎用性を高めることができる。
 平均コイル外径Dcが0.5mm未満だと、金属多孔体用素材を扱う際に、ロボットアーム等で保持することが難しく、任意の位置及び方向に配置し難い。平均コイル外径Dcが10.0mmを超えると、各金属多孔体用素材を並べて配置した際に、金属多孔体用素材どうしが接触したときの隙間が大きくなる傾向があり、金属多孔体用素材の気孔率から想定される金属多孔体の気孔率がかけ離れて、気孔率の制御が不安定になるおそれがある。
 コイル長さLが1mm未満では短すぎて、フィーダ等で搬送する際に金属多孔体用素材の姿勢(位置及び方向)を安定的に維持して搬送することが難しい。一方で、コイル長さLが20mmを超えても、搬送時に金属多孔体用素材の位置及び方向が不安定になり、安定的に姿勢を維持して搬送することが難しい。
 巻き数Nが1未満では、立体的なコイル形状が得られ難く、金属多孔体用素材を配置する際に、十分な気孔径や気孔率を確保し難い。巻き数Nが10を超えると、コイル形状の製造難易度が高くなるため、製造コストが高く、量産性に適さない。
 線材の平均線径Dwが0.05mm未満では、線材の線径が細く、コイル形状の製造難易度が高くなり、量産性に適さない。平均線径Dwが0.1mm以上であると生産性が高くなることから、平均線径Dwは0.1mm以上がより好ましい。線材の平均線径Dwが2.00mmを超えると、各金属多孔体用素材を並べて配置した際に、金属多孔体用素材どうしが接触したときの隙間が大きくなる傾向があり、金属多孔体用素材の気孔率から想定される金属多孔体の気孔率がかけ離れて、気孔率の制御が不安定になるおそれがある。
 本発明の金属多孔体用素材の好ましい実施態様として、前記コイル長さLに沿う方向の一端を片持ちしたときに、自重による他端のたわみ量δとすると、前記コイル長さLと前記たわみ量δとのたわみ比率(δ/L)が0.20以下であるとよい。
 たわみ比率(δ/L)が0.20(20%)を超えると、ロボットアーム等でハンドリングする際に変形しやすく、所望の方向性を有する金属多孔体を製造することが難しい。
 本発明の金属多孔体用素材の好ましい実施態様として、前記平均コイル外径Dcと前記コイル長さLとのアスペクト比(L/Dc)が0.1以上10.0以下であるとよい。
 アスペクト比(L/Dc)が0.1未満、又は10.0を超えると、金属多孔体用素材を配置する際に、位置及び方向によっては安定して配置することが難しく、所望の方向性を有する金属多孔体を製造することが難しい。
 本発明の金属多孔体用素材の好ましい実施態様として、{L×π×(Dc/2)}を占有体積Vc(mm)とし、[{π×(Dw/2)}×(Dc‐Dw)×π×N]を素材体積Vw(mm)とし、{1-(Vw/Vc)}×100を前記金属多孔体用素材の気孔率Q(%)としたとき、前記気孔率Qが30.0%以上99.9%以下であるとよい。
 金属多孔体用素材の気孔率Qを30.0%より小さく設定した場合、コイル形状の内側(コイル内径)が小さく、十分な空隙を有する金属多孔体を製造することが難しい。気孔率Qが99.9%よりも大きいと、金属多孔体用素材自体の強度が低く、フィーダ等における搬送時に破損するおそれがある。
 本発明の金属多孔体用素材の好ましい実施態様として、前記コイル長さL方向の1巻ずつの間隔をピッチPとすると、前記ピッチPと前記平均線径Dwとのピッチ比率(P/Dw)が1以上50以下であるとよい。
 ピッチ比率(P/Dw)が1未満では、ピッチPが平均線径Dwよりも小さく、コイル形状の目が詰まり過ぎる。このため、複数の金属多孔体用素材どうしを組み合わせる際に互いの絡みが少なくなる。したがって、金属多孔体を製造したときに、金属多孔体用素材どうしの結合部分が少なく、強度が低くなることで、形状の安定性が低下するおそれがある。
 ピッチ比率(P/Dw)が50を超えると、ピッチPが開きすぎてしまい、金属多孔体用素材のコイル形状の間に、他の金属多孔体用素材のコイル形状が容易に入り込みやすく、金属多孔体用素材の気孔率から想定される金属多孔体の気孔率がかけ離れて、気孔率の制御が不安定になるおそれがある。
 本発明の金属多孔体用素材の好ましい実施態様として、前記線材の断面形状は、角部が6個以下の多角形であり、前記角部の曲率半径(角R:角部の丸み)は0.1mm以下であるとよい。
 線材の断面形状において角部が6個以下、すなわち線材の断面形状が6角形以下であると、線材に平らな面が多く、角部の曲率半径が0.1mm以下であると平らな部分の面積が大きいので、金属多孔体用素材どうしが接触した際の接触面積を大きくでき、金属多孔体における各金属多孔体用素材どうしの結合部分を大きくできる。したがって、引張や圧縮などの金属多孔体の機械的特性や、熱伝導度などの熱的特性を向上できる。
 本発明の金属多孔体は、前記金属多孔体用素材が複数組み合わされて焼結されてなる。
 本発明の金属多孔体用素材を複数組み合わせて製造された金属多孔体においては、方向性(等方性、異方性又は傾斜性)の制御を容易に行うことができる。
 本発明によれば、汎用性に優れた金属多孔体用素材を提供でき、金属多孔体の方向性(等方性、異方性又は傾斜性)の制御を容易に行うことができる。
本発明の実施形態の金属多孔体用素材の模式図である。 図1に示す金属多孔体用素材を軸方向から見た側面図である。 図2に示すA‐A線に沿う金属多孔体用素材の端面図である。 図1に示す線材の横断面図である。 複数の金属多孔体用素材を重ねた際に形成される隙間を説明する模式図である。 金属多孔体用素材のたわみ量を説明する模式図である。 金属多孔体用素材の写真である。 金属多孔体用素材の横断面写真である。 図1に示す金属多孔体用素材を複数組み合わせて構成した金属多孔体を説明する模式図である。 他の実施形態の金属多孔体を説明する模式図である。 他の実施形態の金属多孔体を説明する模式図である。
 以下、本発明の実施形態を説明する。図1は本発明の実施形態の金属多孔体用素材10を示し、図9は金属多孔体用素材10を用いて製造された金属多孔体101を示している。この図9の模式図を示したように、金属多孔体用素材10は、複数組み合わせることにより、複数の気孔を有する金属多孔体101の製造に用いられる。
[金属多孔体用素材の構成]
 図1及び図2の模式図に示したように、金属多孔体用素材10は、金属材料からなる線状の線材11が螺旋状に巻かれたコイル形状の小片である。線材11は、熱伝導性が良好で、焼結により接合可能な金属材料からなり、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金を好適に用いることができる。
 金属多孔体用素材10を構成する線材11の断面形状(横断面)は完全な円形に限られず、例えば図3及び図4に示すように三角形状に形成されてもよい。線材11の断面形状は、図4に示すように、角部13が6個以下の多角形であり、外面における角部13の曲率半径Rが0.1mm以下であることが望ましい。線材11の断面形状の角部13が6個以下、すなわち線材11の断面形状が6角形以下であると、線材11に曲率半径2.5mm以上の緩やかな曲面が大きくなるので、金属多孔体用素材10どうしが接触した際の接触面積を大きくでき、金属多孔体101を製造した際に各金属多孔体用素材10どうしの結合部分を大きくできる。
 本実施形態における金属多孔体用素材10は完全なコイル形状ではなく、全体に捩じられるようにして形成されており、線材11の断面形状は全長において一律に同じ形状に限られない。このため、図3に示すように、線材11の断面形状やその断面積Sは、金属多孔体用素材10の長さ方向(軸方向)の任意の位置によって変化していてもよい。
 線材11の断面形状や断面積Sは金属多孔体用素材10の測定箇所により異なることから、本実施形態においては、所定の位置における線材11の断面積Sから円相当径(断面積Sと同じ面積を持つ円の直径)を算出し、この値をこの位置における線径とする。線材11の評価には、金属多孔体用素材10の任意の複数箇所(他えば10箇所)において測定した線径の平均値(平均線径Dw)を用いる。
 線材11の平均線径Dwは、0.05mm以上2.00mm以下であることが好ましい。平均線径Dwが0.1mm以上であると、コイル形状を形成しやすく、金属多孔体用素材10の生産性が高くなる。このため、平均線径Dwは0.1mm以上がより好ましい。線材11の平均線径Dwが0.05mm未満では、線材11が細く、金属多孔体用素材10のコイル形状の製造難易度が高くなり、量産に適さなくなる。
 線材11の平均線径Dwが2.00mmを超えると、図5に模式図で示したように複数の金属多孔体用素材10を重ねて配置した際に、金属多孔体用素材10どうしが接触したときの隙間Gが大きくなる傾向がある。このため、金属多孔体用素材10の気孔率Q(後述する)から想定される金属多孔体101の気孔率がかけ離れて、気孔率の制御が不安定になるおそれがある。
 図1に示すように、上述した線材11からなる金属多孔体用素材10は、複数のコイル部12を有する。コイル部12の数(巻き数)をNとすると、各金属多孔体用素材10における巻き数Nは1以上10以下に設けられる。図1では、金属多孔体用素材10は、コイル部12が2.5巻分(N=2.5)の長さで設けられる。巻き数Nが1未満では、立体的なコイル形状が得られ難くなり、金属多孔体用素材10を配置する際に、十分な気孔径や気孔率を確保し難くなる。巻き数Nが10を超えると、コイル形状の製造難易度が高くなるため、金属多孔体用素材10の製造コストが高くなり、量産に適さなくなる。
 金属多孔体用素材10の全体のコイル長さをL(mm)は1mm以上20mm以下が好ましい。コイル長さLが1mm未満では短すぎて、フィーダ等で搬送する際に金属多孔体用素材10の姿勢(位置及び方向)を安定的に維持して搬送することが難しい。一方で、コイル長さLが20mmを超えても、搬送時に金属多孔体用素材10の位置及び方向が不安定になり、安定的に姿勢を維持して搬送することが難しくなる。
 各コイル部12の外径Dを円の外径として測定することは困難であるから、ほぼ1巻分のコイル部12において最も外側に配置され、180°対向する2箇所をコイル部12の長さ方向と直交する方向に測定したときに得られる寸法を各コイル部12のコイル外径Dとする。平均コイル外径Dcは、各コイル部12の外径Dの総和を巻き数Nで割った値とする。
 金属多孔体用素材10の平均コイル外径Dc(mm)は0.5mm以上10.0mm以下に設けられることが好ましい。平均コイル外径Dcが0.5mm未満であると、金属多孔体用素材10を扱う際に、ロボットアーム等で保持することが難しく、任意の位置及び方向に配置し難しい。平均コイル外径Dcが10.0mmを超えると、各金属多孔体用素材10を並べて配置した際に、金属多孔体用素材10どうしが接触したときの隙間Gが大きくなる傾向がある(図5参照)。このため、金属多孔体用素材10の気孔率Qから想定される金属多孔体101の気孔率がかけ離れて、気孔率の制御が不安定になるおそれがある。
 前述したように、金属多孔体用素材10は全体に捩じられるように形成されていることから、各コイル部12の各コイル外径Dは、一端側と他端側とで異なる大きさに構成されやすい。しかし、平均コイル外径Dcを上記範囲0.5mm以上10.0mm以下とする金属多孔体用素材10とすることで、平均的なコイル部12の形状をハンドリング性や配置した際の隙間Gの管理に適したサイズに形成できる。
 コイル部12は、厳密に円形に形成される場合だけではなく、楕円であったり、多角形状であったり、種々の形状も、本発明の実施形態に含まれる。コイル部12の中心を通る軸方向は、図1に示す軸Cのように、直線状に設けられる場合もあるし、円弧状等の屈曲した軸となる場合もある。コイル部12の巻き方向も、右方向又は左方向等、一律の場合もあるが、コイル長さL方向の途中で方向が変化してもよい。
 平均コイル外径Dcとコイル長さLとのアスペクト比(L/Dc)は、0.1以上10.0以下とすることが好ましい。アスペクト比(L/Dc)が0.1未満、又は10.0を超えると、金属多孔体用素材10を配置する際に、位置及び方向によっては安定して配置することが難しい。このため、所望の方向性を有する金属多孔体101を製造することが難しい。
 図1及び図3に示すように、金属多孔体用素材10のコイル長さL方向における1巻ずつの間隔をピッチPとすると、ピッチPと平均線径Dwとのピッチ比率(P/Dw)が1以上50以下とされることが好ましい。ピッチPは、コイル部12ごとに異なる場合が多いが、それぞれのコイル部12におけるピッチ比率(P/Dw)が1以上50以下であることが好ましい。
 ピッチ比率(P/Dw)が1未満では、ピッチPが平均線径Dwよりも小さくなり、金属多孔体用素材10のコイル形状の目が詰まり過ぎる。このため、複数の金属多孔体用素材10どうしを組み合わせる際に互いの絡みが少なくなる。したがって、金属多孔体101を製造したときに、金属多孔体用素材10どうしの結合部分が少なくなり、強度が低くなることで、形状の安定性が低下するおそれがある。
 ピッチ比率(P/Dw)が50を超えると、ピッチPが開きすぎてしまい、金属多孔体用素材10のコイル形状の間に、他の金属多孔体用素材10のコイル形状が容易に入り込みやすくなる。このため、金属多孔体用素材10の気孔率から想定される金属多孔体101の気孔率がかけ離れて、気孔率の制御が不安定になるおそれがある。
 図6に示すように、金属多孔体用素材10は、コイル長さL方向の一端14aを片持ちしたときに他端14bが自重によりたわむ量をたわみ量δ(mm)とすると、コイル長さLとたわみ量δとのたわみ比率(δ/L)が0.20以下であることが好ましい。たわみ比率(δ/L)が0.20(20%)を超えると、ロボットアーム等でハンドリングする際に変形しやすくなる。
 多孔質体用素材10の気孔率Qは次のように求める。まず、金属多孔体用素材10のコイル長さをL、コイル巻き数をN、平均コイル外径をDc、線材11の平均線径をDwとして、金属多孔体用素材10の占有体積Vc(mm)および素材体積Vw(mm)を、
 Vc=L×π×(Dc/2)
 Vw={π×(Dw/2)}×(Dc-Dw)×π×N
と計算する。
 このように算出された占有体積Vcおよび素材体積Vwから、多孔質体用素材10の気孔率Qを、
 Q=(1-Vw/Vc)×100
と計算する。金属多孔体用素材10の気孔率Qは、30.0%以上99.9%以下とされることが好ましい。
 金属多孔体用素材10の気孔率Qを30.0%より小さく設定した場合、コイル形状の内側(コイル内径)が小さくなる。このため、十分な空隙を有する金属多孔体101を製造することが難しくなる。気孔率Qが99.9%よりも大きいと、金属多孔体用素材10の強度が低下し、フィーダ等における搬送時に破損するおそれがある。
 金属多孔体用素材10を構成する線材11には、ワイヤー線材や、フライス盤等による切削加工により形成された切削片を用いることができる。ワイヤー線材は引き抜きダイスなどを用いて、円形以外の断面形状を形成してもよい。
 図7及び図8に切削片からなる金属多孔体用素材10の写真を示す。図7は金属多孔体用素材10の全体を表示し、図8は断面形状を表示している。切削片からなる金属多孔体用素材10は、切削工具の切れ刃の形状、特に切れ刃における逃げ面の形状や、被削材の切削特性、切削条件等によって線材11の断面形状(横断面)を特定して形成できる。ただし、その断面形状は一定ではなく、不定形である。
 この金属多孔体用素材10のように、線材11の断面形状は、精密に加工して得られる円形等の形状に限られず、複数の角部13を有する不定形であってもよい。この場合、線材11の断面は各角部13の間の面が平面、湾曲面の他、若干の凹凸のある曲面等によって構成されていてもよく、全体として6個以下の角部13を有する多角形とされる。
[金属多孔体の構成]
 次に、このように構成される金属多孔体用素材10からなる金属多孔体101(図9)について説明する。金属多孔体101は、図9に示すように、金属多孔体用素材10を複数組み合わせて焼結してなる。
 図9に示される金属多孔体101を製造するには、例えば金属多孔体用素材10がアルミニウムの場合、型(図示略)等を用いて、複数の金属多孔体用素材10を、コイル長さL方向(軸方向)を揃えて同じ姿勢で一列に並べるとともに、複数の列を並列(平行)に並べて平面的に配置する。高さ方向に複数の列を立体的に重ねてもよい。
 この際、金属多孔体用素材10はコイル形状に形成されているので、取り扱いが容易である。このため、細かな配慮をすることなく、フィーダやロボットアーム等を用いて複数の金属多孔体用素材10を任意の位置及び方向に配置して、積層及び充填できる。したがって、型内における金属多孔体用素材10の分布を容易に制御できる。
 図示は省略するが、具体的には、各金属多孔体用素材10は、パーツフィーダを用いることで比較的容易に搬送できる。金属多孔体用素材10はコイル形状に形成されているので、複数の金属多孔体用素材10どうしの絡まり等が懸念されるが、これは一般的なスプリング(ばね)をほぐす装置を通すことで容易に個々を取り出すことができる。
 パーツフィーダでは、金属多孔体用素材10が円周状の搬送路に沿って搬送されるが、この搬送中に金属多孔体用素材10が所定の方向に整列される。したがって、パーツフィーダから供給される金属多孔体用素材10をライン状に並べて一列に保管しておくことで、金属多孔体用素材10の姿勢を一定に保持でき、金属多孔体用素材10を容易に取り扱うことができる。
 前述したように、フィーダやロボットアーム等を用いて金属多孔体用素材10を型内に充填後、この型内に充填された各金属多孔体用素材10を、例えば不活性雰囲気で600℃~660℃の温度で0.5分~60分間、加熱する。これにより、各金属多孔体用素材10の相互間の接点を焼結させ、金属多孔体用素材10どうしが焼結部(冶金的接合部)を介して一体に接合された金属多孔体101が製造される。
 各金属多孔体用素材10は、ろう材等の接合材を介して接合してもよい。金属多孔体用素材10がアルミニウムやアルミニウム合金、銅や銅合金などの焼結性の良い金属材料からなる場合は、金属多孔体用素材10どうしの焼結を補助する添加物を用いることなく焼結できる。より焼結性を向上させるため、マグネシウムやシリコンの粉末をバインダーにより付着させてもよい。本発明の実施形態においては、焼結部やろう接合部等を含めて冶金的接合部と称す。
 このように構成される金属多孔体101においては、複数の金属多孔体用素材10をコイル長さL方向に姿勢を揃えて配置したことから、コイル長さL方向に方向性を有する気孔が構成される。コイル形状に形成された金属多孔体用素材10を複数組み合わせることで、異方性(方向性)を有する金属多孔体101を容易に製造できる。金属多孔体101を構成する金属多孔体用素材10の線材11の平均線径Dw等を変えるだけで、気孔率の大きさ等を自在に制御できるため、製品設計の自由度が高い。
 金属多孔体101は、各金属多孔体用素材10が焼結部を介して接合されているので、その接合界面における熱抵抗が小さく、各金属多孔体用素材10どうしの熱移動が円滑に行われる。コイル形状に形成された各金属多孔体用素材10の内側には空隙(気孔)が設けられていることから、この空隙に熱媒を通過させたり、液体を含浸させたりすることができる。コイル形状に形成された金属多孔体用素材10を複数組み合わせることで、金属多孔体101の気孔率、孔径、力学特性、熱特性、吸音特性、流体通過特性及び液体含浸性等を制御できる。
 上記実施形態では、異方性(方向性)を有する金属多孔体101を例にして説明したが、例えば図10に示したように、金属多孔体用素材10を異なる方向に配置して組み合わせることにより、等方性を有する(方向性のない)金属多孔体102を容易に構成することもできる。図11に示すように、コイル形状の金属多孔体用素材10を組み合わせることで、流体の流通方向に傾斜性を有する金属多孔体103を構成することも容易である。図11に示す金属多孔体103では、図の下方に向かうにつれて各金属多孔体用素材10のコイルの軸を横向きから縦向きに配置することで、傾斜性を付与している。
 本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
 本発明の実施例として、(1)アルミニウム製のワイヤー線材からなる金属多孔体用素材を用いた金属多孔体の試料(No.1~12)と、(2)切削加工により形成したアルミニウム製の金属多孔体用素材を用いた金属多孔体の試料(No.13~15)と、を作製した。それぞれの金属多孔体用素材及び金属多孔体の寸法等の条件は、表1及び表2に示す通りである。
 各金属多孔体は、金属多孔体用素材のコイルの軸方向を縦方向と横方向とに交互に配置して(図10参照)等方性を持たせ、縦50mm×横50mm×高さ30mmのサイズで形成した。試料No.1~12のワイヤー線材からなる金属多孔体用素材(線材)の断面形状(横断面)は円形であり、試料No.13~15の切削加工により形成した金属多孔体用素材(線材)の断面形状は三角形状である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表1及び表2に示すように、コイル形状に形成した金属多孔体用素材を組み合わせることで、任意の気孔率を有する金属多孔体を形成できた。
 次に、試料No.13の金属多孔体用素材を用いて、気孔の方向性を制御した金属多孔体の試料No.21~23を作製した。No.21~23の金属多孔体は、いずれも縦38mm×横55mm×高さ6mmのサイズ、気孔率90%で形成した。
 試料No.21の金属多孔体では、横(55mm)方向と平行に金属多孔体用素材のコイルの軸方向(コイル長さL方向)を配置して、金属多孔体に横方向の方向性を持たせた。試料No.22の金属多孔体では、縦(38mm)方向と平行に金属多孔体用素材のコイルの軸方向(コイル長さL方向)を配置して、金属多孔体に横方向の縦方向性を持たせた。No.23の金属多孔体では、金属多孔体用素材のコイルの軸方向を縦方向と横方向とに交互に配置して(図10参照)、金属多孔体に等方性を持たせた。
 これら試料No.21~23の金属多孔体に対して、38mm×6mmの一端面から他端面へ(横方向に)水を流した時の圧力損失を測定した。圧力損失の測定は、一端面から入力する水の流量を2.1(m/s)又は4.3(m/s)に設定して実施した。入力側の一端面における圧力と出力側の他端面における圧力との差圧を測定して、これを圧力損失(kPa)とした。結果を表3に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 表3の結果からわかるように、No.21は、金属多孔体用素材の軸方向を水の流れと同じ向き(横方向)に配置したので、3つのうち最も圧力損失が小さくなった。No.22は、金属多孔体用素材の軸方向を水の流れと直交する向き(縦方向)に配置したので、3つのうち最も圧力損失が大きくなった。No.23は、金属多孔体用素材の軸方向を縦方向と横方向とを混合させてランダムに配置したので、圧力損失がNo.21とNo.23との間の値になった。これらの結果からわかるように、複数の金属多孔体用素材を用いて、それぞれの配列を変化させて組み合わせることにより、配向(流体流通の方向性)の異なる金属多孔体を形成できる。
 汎用性に優れた金属多孔体用素材を提供でき、金属多孔体の方向性(等方性、異方性又は傾斜性)を容易に制御できる。
10 金属多孔体用素材
11 線材
12 コイル部
13 角部
14a 一端
14b 他端
101,102,103 金属多孔体
G 隙間
R 曲率半径
S 断面積
δ たわみ量

Claims (8)

  1.  複数の気孔を有する金属多孔体を構成する金属多孔体用素材であり、螺旋状に巻かれたコイル形状の線材であることを特徴とする金属多孔体用素材。
  2.  前記線材は平均線径Dwが0.05mm以上2.00mm以下であり、
     前記コイル形状は平均コイル外径Dcが0.5mm以上10.0mm以下、コイル長さLが1mm以上20mm以下、コイル巻き数Nが1以上10以下であることを特徴とする請求項1に記載の金属多孔体用素材。
  3.  前記コイル長さLに沿う方向の一端を片持ちしたときに、自重による他端のたわみ量をδとすると、前記コイル長さLと前記たわみ量δとのたわみ比率(δ/L)が0.20以下であることを特徴とする請求項2に記載の金属多孔体用素材。
  4.  前記平均コイル外径Dcと前記コイル長さLとのアスペクト比(L/Dc)が0.1以上10.0以下であることを特徴とする請求項2又は3に記載の金属多孔体用素材。
  5.  {L×π×(Dc/2)}を占有体積Vc(mm)とし、
     [{π×(Dw/2)}×(Dc‐Dw)×π×N]を素材体積Vw(mm)とし、
     {1-(Vw/Vc)}×100を前記金属多孔体用素材の気孔率Q(%)としたとき、
     前記気孔率Qが30.0%以上99.9%以下であることを特徴とする請求項2から4のいずれか一項に記載の金属多孔体用素材。
  6.  前記コイル長さL方向の1巻ずつの間隔をピッチPとすると、
     前記ピッチPと前記平均線径Dwとのピッチ比率(P/Dw)が1以上50以下であることを特徴とする請求項2から5のいずれか一項に記載の金属多孔体用素材。
  7.  前記線材の断面形状は、角部が6個以下の多角形であり、前記角部の曲率半径は0.1mm以下であることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の金属多孔体用素材。
  8.  請求項1から7のいずれか一項に記載の前記金属多孔体用素材が複数組み合わされ焼結されてなることを特徴とする金属多孔体。
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