WO2021192669A1 - 金属繊維成形体、温調ユニットおよび金属繊維成形体の製造方法 - Google Patents

金属繊維成形体、温調ユニットおよび金属繊維成形体の製造方法 Download PDF

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metal fiber
fibers
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英輝 森内
一樹 石原
一翔 西浦
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株式会社巴川製紙所
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Definitions

  • the present invention relates to a metal fiber molded body molded from metal fibers, a temperature control unit provided with the metal fiber molded body, and a method for manufacturing the metal fiber molded body.
  • a temperature control unit has been used to protect circuits that are vulnerable to heat generation. More specifically, since the amount of heat generated increases as the electric power used by the electric device or the like increases, the temperature inside the electric device or the like is adjusted by cooling the generated heat by the temperature control unit.
  • a metal fiber molded body molded from metal fibers may be used.
  • JPH06-279809A Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-279809
  • JPH06-279809A Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-279809
  • a molding mold is immersed in a dispersion liquid containing metal fibers, and a metal is placed on the suction surface of the mold. Adsorbs fibers.
  • the mold is pulled out of the dispersion while adsorbing the metal fibers on the suction surface of the mold. Even after the mold is pulled out of the dispersion liquid, the metal fibers are adsorbed on the suction surface of this mold.
  • metal fibers having a desired thickness are attracted to the suction surface of the mold. Then, the metal fibers adsorbed on the suction surface of the mold are sintered at a temperature not exceeding the melting point of the metal fibers. As a result, a metal fiber molded product is produced.
  • a metal powder sintered body or a metal bulk produced by sintering a metal powder may be used instead of the metal fiber molded body.
  • the metal fiber molded body manufactured by the manufacturing method disclosed in JP-A-6-279809 has such a metal fiber molded body because the metal fibers are mainly oriented in the plane direction.
  • the temperature control unit has excellent thermal conductivity along the surface on which the metal fibers are oriented, but has a problem that the thermal conductivity in the direction orthogonal to the surface on which the metal fibers are oriented is inferior.
  • a temperature control unit having a metal powder sintered body or a metal bulk produced by sintering a metal powder is inferior in elasticity when the temperature changes as compared with a metal fiber molded body, so that the temperature is increased.
  • the heat transfer object to which the heat control unit is attached expands and contracts, the temperature control unit cannot follow the expansion and contraction of the heat transfer object, and the temperature control unit may come off or be destroyed from the heat transfer object. There's a problem.
  • the present invention has been made in consideration of such a point, and includes a metal fiber molded body having excellent thermal conductivity in any direction and excellent elasticity when the temperature changes, and this metal fiber molded body. It is an object of the present invention to provide a temperature control unit and a method for producing the metal fiber molded product.
  • the ratio of the abundance rate of the metal fiber in the second cross section orthogonal to the first cross section to the abundance rate of the metal fiber in the first cross section is 0.85 to 1.15. It is a size within the range.
  • the metal fiber molded product of the present invention is produced by sintering a plurality of metal short fibers accumulated on the receiving portion.
  • the temperature control unit of the present invention includes a metal fiber molded body produced by sintering a plurality of metal short fibers accumulated on a receiving portion, and a support supporting the metal fiber molded body. Is a thing,
  • the method for producing a metal fiber molded body of the present invention is a step of accumulating a plurality of metal short fibers on a receiving portion and metal fiber molding by sintering a plurality of the metal short fibers accumulated on the receiving portion. It has a process of generating a body.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line MM of the cutter mill shown in FIG. 1A. It is a figure which shows the operation which produces the metal fiber molded body by sintering a plurality of metal short fibers accumulated on the receiving part.
  • FIG. 2 is a diagram showing an operation of producing a metal fiber molded body by sintering a plurality of metal short fibers accumulated on a receiving portion, following FIG. 2.
  • FIG. 2 is sectional drawing which shows an example of the structure of the temperature control unit provided with the metal fiber molded body according to the embodiment of this invention. It is sectional drawing of the temperature control unit shown in FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing another example of the configuration of a temperature control unit including a metal fiber molded product according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line BB of the temperature control unit shown in FIG. It is sectional drawing which shows still another example of the structure of the temperature control unit provided with the metal fiber molded body by embodiment of this invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line CC of the temperature control unit shown in FIG. It is sectional drawing which shows still another example of the structure of the temperature control unit provided with the metal fiber molded body by embodiment of this invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line DD of the temperature control unit shown in FIG.
  • FIG. 10 It is sectional drawing of the temperature control unit shown in FIG. 10 by EE arrow viewing. It is sectional drawing which shows still another example of the structure of the temperature control unit provided with the metal fiber molded body by embodiment of this invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line FF of the temperature control unit shown in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line GG of the temperature control unit shown in FIG.
  • FIG. 10 It is sectional drawing which shows still another example of the structure of the temperature control unit provided with the metal fiber molded body by embodiment of this invention. It is a figure which shows the modification of the manufacturing method of the temperature control unit provided with the metal fiber molded body by embodiment of this invention.
  • FIGS. 19 to 28 are cross sections of the metal fiber molded body or the metal molded body according to Examples and Comparative Examples. It is a figure.
  • the metal short fibers are uniformly accumulated without using a medium such as water, and the accumulated metal short fibers are sintered to obtain the metal fiber molded body. Is forming.
  • a plurality of metal short fibers 30 are put into the cutter mill 10.
  • the configuration of the cutter mill 10 will be described with reference to FIGS. 1A and 1B.
  • a rotor 14 to which a plurality of (for example, four) rotary blades 12 are attached is provided inside the cutter mill 10, and the rotor 14 rotates about a shaft 14a. It is designed to do.
  • a fixed blade 16 is provided around the rotor 14 in a fixed position.
  • a screen 18 is provided below the rotor 14.
  • the plurality of metal short fibers 30 inserted into the cutter mill 10 from the upper opening 11 of the cutter mill 10 are formed by the rotary blades 12 and the fixed blades 16 attached to the rotor 14 rotating about the shaft 14a. It is crushed by being sheared between them. Further, as the rotor 14 rotates, a plurality of metal short fibers 30 collide with each other inside the cutter mill 10, or the metal short fibers 30 collide with the fixed blade 16 or the rotary blade 12 to cause metal.
  • the short fibers 30 wear and deform. Specifically, the metal short fibers 30 are bent or folded so that the surface of the metal short fibers 30 becomes smooth. Further, by such an operation, burrs on the surface of the metal short fiber 30 can be removed.
  • the short metal fibers 30 that have been sheared, worn, or deformed in this way fall downward from the spread of the screen 18. Then, the metal short fibers 30 that have fallen downward from the spread of the screen 18 are collected.
  • any device that can be deformed by giving a physical impact to the short metal fiber 30 can be used.
  • Examples of such an apparatus include a millstone crusher (mass colloider), a ball mill, and the like.
  • the metal short fiber 30 charged into the cutter mill 10 is a copper fiber, a stainless fiber, a nickel fiber, an aluminum fiber, and at least one of these alloy fibers.
  • copper fibers it is preferable to use copper fibers as the metal short fibers 30. This is because copper fiber has an excellent balance between rigidity, plastic deformability, heat transfer property and cost.
  • the length of the physically impacted metal short fiber 30 is preferably in the range of 0.01 to 1.00 mm, and preferably in the range of 0.05 to 0.50 mm. It is more preferable that the size is in the range of 0.10 to 0.40 mm.
  • the length of the metal short fiber 30 can be confirmed by actually measuring it by observing a photograph (SEM, an optical microscope, etc.) of the metal fiber molded body 40.
  • the metal short fibers 30 When the length of the metal short fibers 30 is 0.01 to 1.00 mm, the metal short fibers 30 can be easily accumulated in the receiving portion, and the abundance of the metal fibers in the first cross section of the metal fiber molded body 40 can be easily performed. , The ratio of the abundance rate of the metal fiber in the second cross section orthogonal to the first cross section is easily set in the range of 0.85 to 1.15.
  • a plurality of metal short fibers 30 deformed by being given a physical impact fall downward from the opening of the screen 18 of the cutter mill 10.
  • a plurality of metal short fibers 30 that have fallen downward from the opening of the screen 18 are accumulated on the graphite plate 20 (see FIG. 2).
  • a mold 22 in which a plurality of through holes are formed in advance is placed on the graphite plate 20, and a plurality of metal short fibers 30 are inserted into the through holes of the mold 22.
  • a plurality of metal short fibers 30 are accumulated on the graphite plate 20 inside the through hole of the mold 22.
  • a plurality of metal short fibers 30 are sintered in the state shown in FIG. 2, and pressed after sintering.
  • the metal fiber molded body 40 is formed on the graphite plate 20.
  • the metal fiber molded body 40 produced by such a method has a second cross section (for example, the P cross section in FIG. 18) that is orthogonal to the first cross section with respect to the abundance of the metal fibers in the first cross section (for example, the P cross section in FIG. 18).
  • the ratio of the abundance rate of the metal fiber in (Q cross section in FIG. 18) is in the range of 0.85 to 1.15. That is, by accumulating a plurality of metal short fibers 30 on a receiving portion such as a graphite plate 20 and then sintering the metal fibers, the metal fibers are not only in the plane direction but also in the direction orthogonal to the plane direction (that is, the metal fiber molded body).
  • the metal fiber molded body obtained by immersing a molding mold in a dispersion liquid containing metal fibers and adsorbing the metal fibers on the suction surface of this mold as in the prior art is mainly a metal in the plane direction.
  • the fibers are oriented (see FIGS. 23 and 24). Therefore, the abundance of metal fibers in the second cross section (for example, the Q cross section in FIG. 18) orthogonal to the first cross section with respect to the abundance of metal fibers in the first cross section (for example, P cross section in FIG. 18). Is less than 0.85 or greater than 1.15.
  • the metal fibers are not only in the plane direction (that is, the X direction and the Y direction in FIG. 18) but also in the direction orthogonal to the plane direction (that is, Z in FIG. 18). Since it is also oriented in the direction), it has excellent thermal conductivity in any direction.
  • the properties of the metal fiber molded body 40 and the like will be described later.
  • the temperature control unit provided with the metal fiber molded body according to the present embodiment is attached to heat-transferred objects such as electric parts and electronic parts that generate heat to dissipate heat from these heat-transferred objects. Is.
  • the temperature control unit 50 shown in FIGS. 4 and 5 has a frame-shaped exterior component 52 (support) and a plurality of metal fiber molded bodies 40 arranged apart from each other in the internal space of the exterior component 52. ing.
  • the exterior component 52 is made of a heat-conducting material. Further, the exterior component 52 is made of a material that does not allow liquid or gas to permeate.
  • each metal fiber molded body 40 has a cylindrical shape.
  • each cylindrical metal fiber molded body 40 is arranged on each intersection of lattice lines. Further, a space 54 through which the fluid passes is formed between the metal fiber molded bodies 40. By flowing a liquid refrigerant through such a space 54, heat can be dissipated from a heat-transferred object such as an electric component or an electronic component to which the temperature control unit 50 is attached. Further, as another application of the temperature control unit 50, heat may be dissipated from the fluid flowing through the space 54 by flowing a high temperature fluid to be cooled into the space 54.
  • the surface of the exterior component 52 of the temperature control unit 50 shown in FIGS. 4 and 5 may be plated, for example, by thermal spraying.
  • the surface of the exterior component 52 may be finish-polished or ground.
  • the surface of the exterior component 52 may be embedded with resin. When these treatments are performed, the surface of the exterior component 52 is protected, so that wear of the exterior component 52 and the like can be suppressed.
  • the temperature control unit 60 shown in FIGS. 6 and 7 includes a frame-shaped exterior component 62 (support), a plurality of metal fiber molded bodies 40 arranged apart from each other in the internal space of the exterior component 62, and each metal. It has a conventional metal fiber molded body 64 arranged in a space between the fiber molded bodies 40.
  • the conventional metal fiber molded body 64 is manufactured by the following method. First, a fibrous material such as a metal fiber is dispersed in water to prepare a papermaking slurry. Water is filtered from the papermaking slurry to obtain a wet body sheet. Further dehydrate the wet sheet. The dehydrated sheet is dried to obtain a dried sheet.
  • the dried sheet is bound at a temperature not exceeding the melting point of the metal fiber.
  • the conventional metal fiber molded body 64 is produced.
  • Such a conventional metal fiber molded body 64 has substantially the same properties as the metal fiber molded body according to the first comparative example described later.
  • the exterior part 62 is made of a heat-conducting material. Further, the exterior component 62 is made of a material that does not allow liquid or gas to permeate. On the other hand, since a gap is formed between the metal fiber molded body 40 and the metal fibers constituting the conventional metal fiber molded body 64, a liquid or a gas can be permeated. As shown in FIG. 7, each metal fiber molded body 40 has a cylindrical shape. Further, each cylindrical metal fiber molded body 40 is arranged on each intersection of lattice lines. Further, since the conventional metal fiber molded body 64 is arranged between the metal fiber molded bodies 40, there is no space inside the exterior component 62.
  • the heat-transferred object Even in such a temperature control unit 60, heat can be dissipated from the heat-transferred object by being attached to the heat-transferred object such as an electric component or an electronic component.
  • the densities of the metal fiber molded body 40 and the metal fiber molded body 64 it is possible to control the ease of passage of a medium such as a liquid or gas.
  • the density of the metal fiber molded body 64 is lower than the density of the metal fiber molded body 40.
  • the temperature control unit 70 shown in FIGS. 8 and 9 is a frame-shaped metal fiber molded body 40 and a plurality of metal fiber molded bodies 40 arranged apart from each other in the internal space of the frame-shaped metal fiber molded body 40. And have.
  • As each metal fiber molded body 40 arranged in the internal space of the frame-shaped metal fiber molded body 40 a cylindrical one is used. Further, each cylindrical metal fiber molded body 40 is arranged on each intersection of lattice lines. As described above, since the voids are formed between the metal fibers constituting the metal fiber molded body 40, a liquid or a gas can be permeated.
  • a space 72 through which a fluid passes is formed between the cylindrical metal fiber molded bodies 40. Since the frame-shaped metal fiber molded body 40 is formed with voids and allows the liquid to permeate, there is a possibility that liquid leakage may occur when the liquid is allowed to flow in the space 72. Therefore, it is desirable that the fluid flowing through the space 72 is a gas. Even in such a temperature control unit 70, heat can be dissipated from the heat-transferred object by being attached to the heat-transferred object such as an electric component or an electronic component.
  • the temperature control unit 80 shown in FIGS. 10 to 12 is a frame-shaped exterior component 82 (support) and a plurality of metal fiber molded bodies 40 (see FIG. 11) arranged apart from each other in the internal space of the exterior component 82. ) And a flat metal fiber molded body 40 (see FIG. 12) for connecting each metal fiber molded body 40.
  • the exterior component 82 is made of a heat-conducting material. Further, the exterior component 82 is made of a material that does not allow liquid or gas to permeate. On the other hand, since voids are formed between the metal fibers constituting the metal fiber molded body 40, liquids and gases can be permeated.
  • a cylindrical metal fiber molded body 40 is used as each metal fiber molded body 40 arranged apart from each other in the internal space of the exterior component 82. Further, each cylindrical metal fiber molded body 40 is arranged on each intersection of lattice lines. Further, a space 84 through which the fluid passes is formed between the metal fiber molded bodies 40. By flowing a liquid refrigerant through such a space 84, heat can be dissipated from a heat-transferred object such as an electric component or an electronic component to which the temperature control unit 80 is attached. Further, as another application of the temperature control unit 80, heat may be dissipated from the fluid flowing through the space 84 by flowing a high temperature fluid to be cooled into the space 84.
  • the temperature control unit 90 shown in FIGS. 13 to 15 has a frame-shaped exterior component 92 (support) and a plurality of metal fiber molded bodies 40 arranged apart from each other in the internal space of the exterior component 92. ing.
  • the exterior component 92 is made of a heat-conducting material. Further, the exterior component 92 is made of a material that does not allow liquid or gas to permeate.
  • each metal fiber molded body 40 has a cylindrical shape. In the temperature control unit 90 shown in FIGS.
  • each columnar metal fiber molded body 40 is not arranged on each intersection of the lattice lines. Further, a space 94 through which the fluid passes is formed between the metal fiber molded bodies 40. By flowing a liquid refrigerant through such a space 94, heat can be dissipated from a heat transfer object such as an electric component or an electronic component to which the temperature control unit 90 is attached. Further, as another application of the temperature control unit 90, heat may be dissipated from the fluid flowing through the space 94 by flowing a high temperature fluid to be cooled into the space 94.
  • a plate-shaped metal fiber molded body 40 (support) is curved and wound around the outer peripheral surface of a copper pipe 102 used as a heat transfer material, and the curved plate-shaped body is further wound.
  • a fin-shaped metal fiber molded body 40 is brazed to the metal fiber molded body 40.
  • the metal fiber molded body 40 is flexible because it contains a plurality of metal short fibers 30, and the metal fiber molded body 40 can be bent along the curved surface of the outer peripheral surface of the pipe 102, and thus the metal fiber molded body 40 can be bent. It is possible to suppress the formation of a gap between the 40 and the pipe 102.
  • the high temperature medium passing through the internal region 104 of the pipe 102 can be cooled. Further, when the refrigerant is passed through the internal region 104 of the pipe 102, heat can be taken from the surrounding environment of the temperature control unit 100 to cool the pipe 102.
  • a method of manufacturing a fin-shaped temperature control unit will be described with reference to FIG.
  • a plurality of metal short fibers 30 deformed by being subjected to a physical impact by a cutter mill 10 or the like are accumulated on the graphite plate 110 (see FIG. 17A). More specifically, a mold 114 in which a plurality of through holes are formed in advance is placed on the graphite plate 110, and a plurality of metal short fibers 30 are inserted into the through holes of the mold 114. As a result, a plurality of metal short fibers 30 are accumulated on the graphite plate 110 inside the through hole of the mold 114. Then, the plurality of metal short fibers 30 are sintered in the state shown in FIG.
  • the metal fiber molded body 112 is formed inside the through hole of the mold 114.
  • the graphite plate 110 is removed, and nanosilver 116 is printed on the end portion of the metal fiber molded body 112.
  • the surface of the mold 114 on the side where the nanosilver 116 is printed on the metal fiber molded body 112 is brought into contact with the surface of the substrate 120.
  • the mold 114 in which the metal fiber molded body 112 is formed inside the through hole is subjected to a post-wet treatment (a treatment in which thinner is evenly applied to the upper surface of the mold 114 shown in FIG. 17 (c)).
  • direction is the metal fiber molded body 40 produced by sintering a plurality of metal short fibers 30 integrated on a receiving portion (specifically, a graphite plate 20) having the above configuration?
  • the metal fiber molded body obtained by immersing a molding mold in a dispersion liquid containing metal fibers and adsorbing the metal fibers on the suction surface of the mold, as in the prior art is mainly a surface. Since the metal fibers are oriented in the direction, in the temperature control unit having such a metal fiber molded body, the metal fibers are oriented although the thermal conductivity along the surface on which the metal fibers are oriented is excellent.
  • the thermal conductivity in the direction orthogonal to the surface is inferior.
  • a plurality of metal short fibers 30 are accumulated on a receiving portion such as a graphite plate 20, and then sintered, so that the metal fibers can be obtained only in the plane direction. It is also oriented in a direction orthogonal to the plane direction (that is, in the thickness direction of the metal fiber molded body 40). Therefore, the thermal conductivity becomes excellent in any direction. Further, since the metal fiber molded body 40 contains metal fibers, a gap is formed inside the metal fiber molded body 40. Therefore, the metal fiber molded body 40 has excellent elasticity as compared with the metal powder sintered body and the metal bulk produced by sintering the metal powder.
  • the cut surface when the metal fiber molded body according to the first embodiment was cut in the P cross section of FIG. 18 was a photograph shown in FIG. Further, the cut surface when the metal fiber molded product according to the first embodiment was cut in the Q cross section of FIG. 18 was a photograph shown in FIG.
  • SEM scanning electron microscope
  • the white part indicates the portion where the metal fiber is present
  • the black part indicates the void between the metal fibers.
  • the metal fibers are orthogonal to the plane direction (that is, the X direction and the Y direction in FIG. 18) as well as the plane direction (that is, the plane direction).
  • the abundance rate of the metal fiber was 0.672 in the cross section shown in FIG. 19, and the abundance rate of the metal fiber was 0.626 in the cross section shown in FIG. Therefore, the ratio of the abundance of metal fibers in the second cross section (cross section shown in FIG. 20) orthogonal to the first cross section to the abundance of metal fibers in the first cross section (cross section shown in FIG. 19) is 0. It was .931.
  • the cut surface when the metal fiber molded body according to the second embodiment was cut in the P cross section of FIG. 18 was a photograph shown in FIG. Further, the cut surface when the metal fiber molded product according to the second embodiment was cut in the Q cross section of FIG. 18 is a photograph shown in FIG. 22.
  • SEM scanning electron microscope
  • the white background indicates the location where the metal fibers are present, and the black portion indicates the voids between the metal fibers.
  • the metal fibers are orthogonal to the plane direction (that is, the X direction and the Y direction in FIG.
  • the abundance rate of the metal fiber in the cross section shown in FIG. 21 was 0.651
  • the abundance rate of the metal fiber in the cross section shown in FIG. 22 was 0.730. Therefore, the ratio of the abundance of metal fibers in the second cross section (cross section shown in FIG. 22) orthogonal to the first cross section to the abundance of metal fibers in the first cross section (cross section shown in FIG. 21) is 1. It was .121.
  • the third to sixth were carried out by the same method as in the first embodiment except that the copper short fibers having the average fiber length and the average fiber diameter shown in Table 1 were used and the size of the through hole of the high-purity alumina plate was appropriately changed.
  • the metal fiber molded body of the example was produced. Each physical property value is as shown in Table 1.
  • This dispersion is placed in a container having a diameter of 60 cm and a volume of 120 liters, and further, a polyacrylamide-based dispersion viscous solution for papermaking (solid content concentration 0.08%, trade name "Acrypers PMP", manufactured by Diablock) 1 .5 liters was added, and water was further added to make 100 liters, which was stirred and dispersed to prepare an abstract slurry.
  • This slurry was put into a molding mold (diameter 5 cm, length 15 cm) wound with a 120-mesh wire mesh and dehydrated while being sucked by a vacuum pump to obtain a wet body sheet. The wet sheet was then placed in a dryer at a temperature of 100 ° C. and dried for 120 minutes.
  • the dried sheet was sintered for 2 hours in a vacuum sintering furnace under the conditions of a pressure of 10 Torr and a sintering temperature of 1000 ° C. using nitrogen gas. Then, the sintered body was taken out, a spacer was installed so as to have a desired thickness, and the sintered body was pressed at a pressure of 100 kN.
  • the thickness of the metal fiber molded product thus produced was 145 ⁇ m, and the basis weight was 299 g / m2.
  • the metal fibers are oriented in the plane direction. It is not very oriented in the orthogonal direction (that is, the Z direction in FIG. 18).
  • the abundance rate of the metal fiber was 0.363 in the cross section shown in FIG. 23, and the abundance rate of the metal fiber was 0.225 in the cross section shown in FIG. 24. Therefore, the ratio of the abundance of metal fibers in the second cross section (cross section shown in FIG. 24) orthogonal to the first cross section to the abundance of metal fibers in the first cross section (cross section shown in FIG. 23) is 0. It was .620.
  • ⁇ Second comparative example> Spherical copper powder having an average diameter of 0.040 mm was accumulated on a high-purity alumina plate (manufactured by Kyocera Corporation). More specifically, a mold having a plurality of through holes (length 5 mm, width 5 mm, height 500 ⁇ m) formed in advance on the high-purity alumina plate was placed, and copper powder was put into the through holes of the mold. As a result, copper powder was accumulated on the high-purity alumina plate inside the through hole of the mold.
  • a high-purity alumina plate in which copper powder is accumulated inside the through hole of the mold is placed in a vacuum sintering furnace (manufactured by Chugai Ro Co., Ltd.), and the pressure is applied in this vacuum sintering furnace under the use of nitrogen gas. It was sintered for 2 hours under the conditions of 10 Torr and a sintering temperature of 1000 ° C. Then, the sintered body was taken out from the mold. The thickness of the copper metal molded body thus produced was 494 ⁇ m, and the basis weight was 3403 g / m2. As a result, a copper metal molded body was produced.
  • the cut surface when the copper metal molded body according to the second comparative example was cut in the P cross section of FIG. 18 was a photograph shown in FIG. 25. Further, the cut surface when the copper metal molded body according to the second comparative example was cut in the Q cross section of FIG. 18 was a photograph shown in FIG. 26.
  • SEM scanning electron microscope
  • the white part indicates the place where the metal is present, and the black part shows the void between the metals.
  • the metal abundance in the cross section shown in FIG. 25 was 0.759
  • the metal abundance in the cross section shown in FIG. 26 was 0.804. Therefore, the ratio of the metal abundance in the second cross section (cross section shown in FIG. 26) orthogonal to the first cross section to the metal abundance in the first cross section (cross section shown in FIG. 25) is 1.060. Met.
  • Amorphous copper powder (manufactured by Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd .: MA-CC (average particle diameter 40 ⁇ m)) was accumulated on a high-purity alumina plate (manufactured by Kyocera Corporation). More specifically, a mold having a plurality of through holes (length 5 mm, width 5 mm, height 500 ⁇ m) formed in advance on a high-purity alumina plate is placed, and amorphous copper powder is put into the through holes of the mold. bottom. As a result, amorphous copper powder was accumulated on the high-purity alumina plate inside the through hole of the mold.
  • a high-purity alumina plate in which amorphous copper powder was accumulated inside the through hole of the mold was placed in a vacuum sintering furnace (manufactured by Chugai Ro Co., Ltd.), and nitrogen gas was used in this vacuum sintering furnace. , Pressure 10 Torr, sintering temperature 1000 ° C., 2 hr sintering. Then, the sintered body was taken out from the mold. The thickness of the copper metal molded body thus produced was 315 ⁇ m, and the basis weight was 2066 g / m2. As a result, a copper metal molded body was produced.
  • SEM scanning electron microscope
  • the white part indicates the place where the metal is present, and the black part shows the void between the metals.
  • the metal abundance was 0.725 in the cross section shown in FIG. 27, and the metal abundance was 0.756 in the cross section shown in FIG. 28. Therefore, the ratio of the metal abundance in the second cross section (cross section shown in FIG. 28) orthogonal to the first cross section to the metal abundance in the first cross section (cross section shown in FIG. 27) is 1.043. Met.
  • ⁇ Fifth Comparative Example> A fifth comparison was made by the same method as in the first comparative example, except that short copper fibers having an average fiber length and an average fiber diameter shown in Table 2 were used and the size of the through hole of the high-purity alumina plate was appropriately changed. An example metal fiber molded body was produced. Each physical property value is as shown in Table 2.
  • ⁇ 7th Comparative Example> 2% concentration of 3 g of short copper fiber with an average fiber length of 0.210 mm and a fiber diameter of 0.003 mm and 11 g of PVA fiber (trade name "Fibribond VPB105-1", manufactured by Kuraray Co., Ltd.) having a dissolution temperature in water of 70 ° C.
  • PVA fiber trade name "Fibribond VPB105-1", manufactured by Kuraray Co., Ltd.
  • a nonionic surfactant trade name "Desgran B", manufactured by Daiwa Chemical Industry Co., Ltd.
  • This dispersion is placed in a container having a diameter of 60 cm and a volume of 120 liters, and further, a polyacrylamide-based dispersion viscous solution for papermaking (solid content concentration 0.08%, trade name "Acrypers PMP", manufactured by Diablock) 1 .5 liters was added, and water was further added to make 100 liters, which was stirred and dispersed to prepare an abstract slurry.
  • This slurry was put into a molding mold (diameter 5 cm, length 15 cm) wound with a 120-mesh wire mesh and dehydrated while being sucked by a vacuum pump to obtain a wet body sheet. Then, the wet body sheet was placed in a dryer having a temperature of 100 ° C.
  • the drying sheet was impregnated with a slurry in which magnesium oxide particles were dispersed in water, placed in a dryer at a temperature of 100 ° C., and dried for 120 minutes.
  • the dried sheet was sintered for 2 hours in a vacuum sintering furnace under the conditions of a pressure of 10 Torr and a sintering temperature of 1000 ° C. using nitrogen gas. Then, the sintered body was taken out, and the sintered body was immersed in dilute hydrochloric acid to dissolve and remove magnesium oxide particles, and then washing was carried out. Then, after installing a spacer so as to have a desired thickness, the pressure was pressed at 100 kN. The thickness of the metal fiber molded product thus produced was 296 ⁇ m, and the basis weight was 1307 g / m2. Each physical property value is as shown in Table 2.
  • the ratio, thickness, space factor, thermal conductivity, elongation, CTE relaxation property and air permeability of the metal abundance rate, thickness, space factor, thermal conductivity, elongation rate, CTE relaxation property and air permeability of the metal body (metal bulk) according to the fourth comparative example were investigated. The survey results are shown in Tables 1 and 2 below.
  • the ratio of the abundance rate of the metal is orthogonal to the first cross section with respect to the abundance rate of the metal in the first cross section in the metal fiber molded body, the metal molded body, etc. according to the examples and the comparative examples. It refers to the ratio of the abundance of metal in the second cross section. Further, the space factor refers to the ratio of the metal to the unit volume of the metal fiber molded body, the metal molded body, etc. according to the examples and the comparative examples.
  • the thermal conductivity a stationary method thermal conductivity measuring device (manufactured by Advance Riko Co., Ltd.) is used to measure the thermal conductivity in the thickness direction (Z direction (vertical direction) in FIG.
  • the elongation rate the elongation rate in the plane direction (X direction or Y direction in FIG. 18) of the metal fiber molded body, the metal molded body, etc. is ISO 6892-1: 2009
  • Metallic materials-Tensile testing-Part 1 Method of. test at room temperature (measured using a Tensiron universal material testing machine (manufactured by A & D Co., Ltd.) by a method compliant with MOD. Those in which the test piece was broken at less than to 200 ppm or more were judged as ⁇ , and those in which the test piece was broken when the elongation amount was less than 200 ppm were judged as ⁇ .
  • the CTE relaxation property is such that the metal fiber molded body, the metal molded body, etc. according to Examples and Comparative Examples are adhered to an object such as an alumina plate with an inorganic adhesive, and the object is heated or cooled. It was investigated whether the metal fiber molded body, the metal molded body, etc. follow the expansion and contraction of the metal fiber. Specifically, even if an object such as an alumina plate to which a metal fiber molded body or a metal molded body is adhered expands or contracts, the metal fiber molded body or the metal molded body follows and warps or peels off. When no cracks or the like occurred, the CTE mitigation property was evaluated as “ ⁇ ”, and when peeling or cracks did not occur, the CTE mitigation was evaluated as “ ⁇ ”.
  • the metal fiber molded body according to the first to sixth examples is in the thickness direction (Z direction (vertical direction) in FIG. 18) as compared with the metal fiber molded body according to the first and fifth to seventh comparative examples.
  • the thermal conductivity became excellent.
  • the metal fiber molded bodies according to the first and fifth to seventh comparative examples since the metal fibers are mainly oriented in the plane direction, the metal fibers are excellent in thermal conductivity along the plane in which the metal fibers are oriented, but the metal.
  • the thermal conductivity in the direction orthogonal to the plane in which the fibers are oriented is inferior.
  • the ratio of the metal abundance ratio in the second cross section orthogonal to the first cross section to the metal abundance in the first cross section is 0. Since the metal fibers are in the range of .85 to 1.15 and the metal fibers are oriented in both the plane direction and the thickness direction, the thermal conductivity in the direction orthogonal to the plane in which the metal fibers are oriented (that is, the thickness direction) is high. It will be excellent.
  • the metal fiber molded products according to the first to sixth examples are superior in elongation rate, CTE relaxation property and air permeability as compared with the metal molded products and the like according to the second to fourth comparative examples. rice field.
  • the metal powder sintered body and the metal bulk produced by sintering the metal powder are inferior in elasticity when the temperature is changed as compared with the metal fiber molded body. Therefore, when the heat transfer object to which the temperature control unit equipped with the metal powder sintered body or the metal bulk is attached expands and contracts, the temperature control unit cannot follow the expansion and contraction of the heat transfer object, and the temperature cannot be adjusted. There is a problem that the tuning unit may come off or be destroyed from the heat transfer object.
  • the metal fiber molded products according to the first to sixth embodiments are excellent in elongation rate and CTE mitigation property, it is possible to suppress the occurrence of such a problem.

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Abstract

金属繊維成形体（４０）は、第１の断面における金属繊維の存在率に対する、第１の断面に直交する第２の断面における金属繊維の存在率の割合が０．８５～１．１５の範囲内の大きさである。本発明に係る金属繊維成形体（４０）の製造方法は、複数の金属短繊維（３０）を受け部上に集積させる工程と、受け部上に集積された複数の金属短繊維（３０）を焼結させることにより金属繊維成形体（４０）を生成する工程とを備えている。

Description

金属繊維成形体、温調ユニットおよび金属繊維成形体の製造方法
　本発明は、金属繊維から成形される金属繊維成形体、この金属繊維成形体を備えた温調ユニットおよびこの金属繊維成形体の製造方法に関する。
　従来から、電気機器、電子機器および半導体機器等において、発熱に弱い回路等を保護するために温調ユニットが用いられている。より詳細には、電気機器等が使用する電力が大きくなると発熱量も多くなるため、発生した熱を温調ユニットによって冷却することにより電気機器等の内部の温度を調整していた。このような温調ユニットにおいて、金属繊維から成形される金属繊維成形体が用いられる場合がある。
　金属繊維成形体の製造方法として、例えば特開平６－２７９８０９号公報（ＪＰＨ０６－２７９８０９Ａ）等に開示されるものが従来から知られている。特開平６－２７９８０９号公報（ＪＰＨ０６－２７９８０９Ａ）に開示される金属繊維成形体の製造方法では、まず、金属繊維を含む分散液中に成形用の型を浸漬し、この型の吸引面に金属繊維を吸着させる。次に、型の吸引面に金属繊維を吸着させながらこの型を分散液中から引き上げる。分散液中から型を引き上げた後もこの型の吸引面に金属繊維を吸着させるようにする。このような動作を何度も繰り返すことにより、所望の厚さの金属繊維が型の吸引面に吸着される。その後、型の吸引面に吸着されている金属繊維を、金属繊維の融点を超えない温度で焼結する。このことにより、金属繊維成形体が生成される。
　また、温調ユニットにおいて、金属繊維成形体ではなく金属の粉末を焼結することにより生成される金属粉末焼結体や金属バルクが用いられる場合もある。
　特開平６－２７９８０９号公報（ＪＰＨ０６－２７９８０９Ａ）に開示される製造方法により製造された金属繊維成形体は、主として面方向に金属繊維が配向しているため、このような金属繊維成形体を有する温調ユニットでは、金属繊維が配向している面に沿った熱伝導性は優れるものの、金属繊維が配向している面と直交する方向における熱伝導性が劣るという問題がある。一方、金属の粉末を焼結することにより生成される金属粉末焼結体や金属バルクを有する温調ユニットでは、金属繊維成形体と比較して温度が変化したときの伸縮性が劣るため、温調ユニットが取り付けられた被伝熱物が伸縮したときにこの被伝熱物の伸縮に温調ユニットが追随することができず、温調ユニットが被伝熱物から外れたり破壊されたりするという問題がある。
　本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、どの方向でも熱伝導性が優れるとともに温度が変化したときの伸縮性に優れた金属繊維成形体、この金属繊維成形体を備えた温調ユニットおよびこの金属繊維成形体の製造方法を提供することを目的とする。
　本発明の金属繊維成形体は、第１の断面における金属繊維の存在率に対する、前記第１の断面に直交する第２の断面における金属繊維の存在率の割合が０．８５～１．１５の範囲内の大きさであるものである。
　本発明の金属繊維成形体は、受け部上に集積された複数の金属短繊維を焼結させることにより生成されたものである。
　本発明の温調ユニットは、受け部上に集積された複数の金属短繊維を焼結させることにより生成された金属繊維成形体と、前記金属繊維成形体を支持する支持体と、を備えたものである、
　本発明の金属繊維成形体の製造方法は、複数の金属短繊維を受け部上に集積させる工程と、前記受け部上に集積された複数の前記金属短繊維を焼結させることにより金属繊維成形体を生成する工程と、を備えている。
複数の金属短繊維に物理的な衝撃を与えるカッターミルの構成を示す側面図である。 図１Ａに示すカッターミルのＭ－Ｍ矢視による断面図である。 受け部上に集積された複数の金属短繊維を焼結させることにより金属繊維成形体を生成する動作を示す図である。 図２に引き続く、受け部上に集積された複数の金属短繊維を焼結させることにより金属繊維成形体を生成する動作を示す図である。 本発明の実施の形態による金属繊維成形体を備えた温調ユニットの構成の一例を示す断面図である。 図４に示す温調ユニットのＡ－Ａ矢視による断面図である。 本発明の実施の形態による金属繊維成形体を備えた温調ユニットの構成の他の例を示す断面図である。 図６に示す温調ユニットのＢ－Ｂ矢視による断面図である。 本発明の実施の形態による金属繊維成形体を備えた温調ユニットの構成の更に他の例を示す断面図である。 図８に示す温調ユニットのＣ－Ｃ矢視による断面図である。 本発明の実施の形態による金属繊維成形体を備えた温調ユニットの構成の更に他の例を示す断面図である。 図１０に示す温調ユニットのＤ－Ｄ矢視による断面図である。 図１０に示す温調ユニットのＥ－Ｅ矢視による断面図である。 本発明の実施の形態による金属繊維成形体を備えた温調ユニットの構成の更に他の例を示す断面図である。 図１３に示す温調ユニットのＦ－Ｆ矢視による断面図である。 図１３に示す温調ユニットのＧ－Ｇ矢視による断面図である。 本発明の実施の形態による金属繊維成形体を備えた温調ユニットの構成の更に他の例を示す断面図である。 本発明の実施の形態による金属繊維成形体を備えた温調ユニットの製造方法の変形例を示す図である。 金属繊維成形体や金属成形体の切断面を示すための説明図である。 第１実施例に係る金属繊維成形体を図１８のＰ断面で切断したときの切断面を示す写真である。 第１実施例に係る金属繊維成形体を図１８のＱ断面で切断したときの切断面を示す写真である。 第２実施例に係る金属繊維成形体を図１８のＰ断面で切断したときの切断面を示す写真である。 第２実施例に係る金属繊維成形体を図１８のＱ断面で切断したときの切断面を示す写真である。 第１比較例に係る従来の金属繊維成形体を図１８のＰ断面で切断したときの切断面を示す写真である。 第１比較例に係る従来の金属繊維成形体を図１８のＱ断面で切断したときの切断面を示す写真である。 第２比較例に係る従来の金属成形体を図１８のＰ断面で切断したときの切断面を示す写真である。 第２比較例に係る従来の金属成形体を図１８のＱ断面で切断したときの切断面を示す写真である。 第３比較例に係る従来の金属成形体を図１８のＰ断面で切断したときの切断面を示す写真である。 第３比較例に係る従来の金属成形体を図１８のＱ断面で切断したときの切断面を示す写真である。
　以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１Ａおよび図１Ｂは、複数の金属短繊維に物理的な衝撃を与えるカッターミルの構成を示す図である。また、図２および図３は、本実施の形態による金属繊維成形体の製造方法を示す図である。また、図４乃至図１６は、本実施の形態による金属繊維成形体の温調ユニットの様々な構成例を示す図である。また、図１７は、本実施の形態による金属繊維成形体を備えた温調ユニットの製造方法の変形例を示す図である。また、図１８は、金属繊維成形体や金属成形体の切断面を示すための説明図であり、図１９乃至図２８は、実施例や比較例に係る金属繊維成形体や金属成形体の断面図である。
　まず、図１Ａ、図１Ｂ、図２および図３を用いて本実施の形態による金属繊維成形体の製造方法について説明する。本実施の形態による金属繊維成形体の製造方法では、水等の媒体を使用せずに金属短繊維を均一に集積させ、集積された複数の金属短繊維を焼結させることにより金属繊維成形体を形成している。
　より詳細に説明すると、最初に、カッターミル１０の内部に複数の金属短繊維３０を投入する。カッターミル１０の構成について図１Ａおよび図１Ｂを用いて説明する。図１Ａおよび図２Ｂに示すように、カッターミル１０の内部には、複数（例えば、４つ）の回転刃１２が取り付けられたロータ１４が設けられており、ロータ１４は軸１４ａを中心として回転するようになっている。また、ロータ１４の周囲には固定刃１６が位置固定で設けられている。また、ロータ１４の下方にはスクリーン１８が設けられている。
　カッターミル１０の上部開口１１からカッターミル１０の内部に投入された複数の金属短繊維３０は、軸１４ａを中心として回転しているロータ１４に取り付けられた各回転刃１２と固定刃１６との間で剪断されることにより破砕される。また、ロータ１４が回転することにより、カッターミル１０の内部で複数の金属短繊維３０同士が衝突したり、金属短繊維３０と固定刃１６または回転刃１２とが衝突したりすることにより、金属短繊維３０が摩耗および変形する。具体的には、金属短繊維３０は曲げられたり折られたりすることにより金属短繊維３０の表面が滑らかなものとなる。また、このような動作により金属短繊維３０の表面のバリを取ることができる。このようにして剪断、摩耗、変形した金属短繊維３０はスクリーン１８の見開きから下方に落下する。そして、スクリーン１８の見開きから下方に落下した金属短繊維３０が回収される。
　カッターミル１０以外にも金属短繊維３０に物理的な衝撃を与えることにより変形させることができる装置であればいずれのものも用いることができる。このような装置としては、例えば、石臼状粉砕機（マスコロイダー）、ボールミル等が挙げられる。
　カッターミル１０の内部に投入される金属短繊維３０は、銅繊維、ステンレス繊維、ニッケル繊維、アルミニウム繊維およびこれらの合金繊維のうち少なくとも１種の繊維である。とりわけ、金属短繊維３０として銅繊維を用いることが好ましい。銅繊維は、剛直性、塑性変形性、伝熱性とコストとのバランスに優れるからである。また、物理的に衝撃が与えられた金属短繊維３０の長さは０．０１～１．００ｍｍの範囲内の大きさであることが好ましく、０．０５～０．５０ｍｍの範囲内の大きさであることがより好ましく、０．１０～０．４０ｍｍの範囲内の大きさであることが更に好ましい。金属短繊維３０の長さは、金属繊維成形体４０の写真（ＳＥＭ、光学顕微鏡等）観察により実測することで確認することができる。金属短繊維３０の長さが０．０１～１．００ｍｍであると、受け部への金属短繊維３０の集積が容易となり、金属繊維成形体４０の第１の断面における金属繊維の存在率に対する、第１の断面に直交する第２の断面における金属繊維の存在率の割合を０．８５～１．１５の範囲内としやすくなる。
　その後、物理的な衝撃が与えられることにより変形させられた複数の金属短繊維３０がカッターミル１０のスクリーン１８の目開きから下方に落下する。そして、このスクリーン１８の目開きから下方に落下した複数の金属短繊維３０をグラファイト板２０上に集積させる（図２参照）。より詳細には、グラファイト板２０に予め複数の貫通穴が形成されている型枠２２が載せられ、この型枠２２の貫通穴に複数の金属短繊維３０が入れられる。このことにより、型枠２２の貫通穴の内部で複数の金属短繊維３０がグラファイト板２０上に集積される。その後、図２に示すような状態で複数の金属短繊維３０を焼結させ、焼結後にプレスする。そして、図３に示すようにグラファイト板２０から型枠２２を取り外すと、グラファイト板２０上に金属繊維成形体４０が形成される。
　このような方法で製造された金属繊維成形体４０は、第１の断面（例えば、図１８におけるＰ断面）における金属繊維の存在率に対する、第１の断面に直交する第２の断面（例えば、図１８におけるＱ断面）における金属繊維の存在率の割合が０．８５～１．１５の範囲内の大きさとなる。すなわち、グラファイト板２０等の受け部上に複数の金属短繊維３０を集積させ、その後に焼結することにより、金属繊維は面方向だけではなく面方向に直交する方向（すなわち、金属繊維成形体４０の厚み方向（図１８におけるＺ方向））にも配向する（図１９乃至図２２参照）。なお、従来技術のように、金属繊維を含む分散液中に成形用の型を浸漬し、この型の吸引面に金属繊維を吸着させることによって得られる金属繊維成形体は、主として面方向に金属繊維が配向する（図２３および図２４参照）。このため、第１の断面（例えば、図１８におけるＰ断面）における金属繊維の存在率に対する、第１の断面に直交する第２の断面（例えば、図１８におけるＱ断面）における金属繊維の存在率の割合は０．８５より小さくなるか１．１５よりも大きくなる。このように、本実施の形態に係る金属繊維成形体４０は、金属繊維は面方向（すなわち、図１８におけるＸ方向およびＹ方向）だけではなく面方向に直交する方向（すなわち、図１８におけるＺ方向）にも配向しているため、どの方向でも熱伝導性が優れたものとなる。このような金属繊維成形体４０の性質等については後述する。
　次に、このような金属繊維成形体４０を備えた温調ユニットの様々な構成例について図４乃至図１６を用いて説明する。なお、本実施の形態による金属繊維成形体を備えた温調ユニットは、例えば発熱する電気部品や電子部品等の被伝熱物に取り付けられることにより、これらの被伝熱物から放熱を行うものである。
　まず、温調ユニットの第１の構成例について図４および図５を用いて説明する。図４および図５に示す温調ユニット５０は、枠状の外装部品５２（支持体）と、外装部品５２の内部空間において互いに離間して配置される複数の金属繊維成形体４０とを有している。外装部品５２は伝熱性を有する材料から形成されている。また、外装部品５２は液体や気体を透過させないような材料から形成されている。一方、金属繊維成形体４０を構成する金属繊維の間には空隙が形成されているため、液体や気体を透過させることができる。なお、図５に示すように各金属繊維成形体４０として円柱形状のものが用いられる。また、円柱形状の各金属繊維成形体４０は格子線の各交点上に配置されている。また、各金属繊維成形体４０の間には、流体が通過する空間５４が形成されている。このような空間５４に液体の冷媒が流されることにより、温調ユニット５０が取り付けられた電気部品や電子部品等の被伝熱物から放熱を行うことができる。また、温調ユニット５０の他の用途として、冷却されるべき高温の流体が空間５４に流されることにより、この空間５４を流れる流体から放熱が行われてもよい。
　また、図４および図５に示す温調ユニット５０の外装部品５２の表面にめっき処理が例えば溶射により施されてもよい。あるいは、外装部品５２の表面の仕上げ研磨や研削が行われてもよい。あるいは、外装部品５２の表面が樹脂により包埋されてもよい。これらの処理が行われた場合には、外装部品５２の表面の保護が行われるようになるため外装部品５２の摩耗等を抑制することができるようになる。
　次に、温調ユニットの第２の構成例について図６および図７を用いて説明する。図６および図７に示す温調ユニット６０は、枠状の外装部品６２（支持体）と、外装部品６２の内部空間において互いに離間して配置される複数の金属繊維成形体４０と、各金属繊維成形体４０の間の空間に配置される従来の金属繊維成形体６４とを有している。従来の金属繊維成形体６４は以下のような方法で製造される。まず、金属繊維等の繊維状物を水中分散等して抄造スラリーを作製する。抄造スラリーから水を濾して湿体シートを得る。湿体シートを更に脱水させる。脱水後のシートを乾燥させて乾燥シートを得る。その後、乾燥シートを金属繊維の融点を超えない温度で結着させる。このことにより、従来の金属繊維成形体６４が生成される。このような従来の金属繊維成形体６４は、後述する第１比較例に係る金属繊維成形体と略同一の性質を有したものとなる。
　外装部品６２は伝熱性を有する材料から形成されている。また、外装部品６２は液体や気体を透過させないような材料から形成されている。一方、金属繊維成形体４０や従来の金属繊維成形体６４を構成する金属繊維の間には空隙が形成されているため、液体や気体を透過させることができる。なお、図７に示すように各金属繊維成形体４０として円柱形状のものが用いられる。また、円柱形状の各金属繊維成形体４０は格子線の各交点上に配置されている。また、各金属繊維成形体４０の間に従来の金属繊維成形体６４が配置されているため外装部品６２の内部には空間が存在しない。このような温調ユニット６０でも、電気部品や電子部品等の被伝熱物に取り付けられることにより被伝熱物から放熱を行うことができる。金属繊維成形体４０と金属繊維成形体６４の密度を変えることで、液体や気体などの媒体の通過しやすさを制御することもできる。好ましくは、金属繊維成形体４０の密度よりも金属繊維成形体６４の密度が低い態様である。
　次に、温調ユニットの第３の構成例について図８および図９を用いて説明する。図８および図９に示す温調ユニット７０は、枠状の金属繊維成形体４０と、この枠状の金属繊維成形体４０の内部空間において互いに離間して配置される複数の金属繊維成形体４０とを有している。枠状の金属繊維成形体４０の内部空間に配置される各金属繊維成形体４０として円柱形状のものが用いられる。また、円柱形状の各金属繊維成形体４０は格子線の各交点上に配置されている。上述したように、金属繊維成形体４０を構成する金属繊維の間には空隙が形成されているため、液体や気体を透過させることができる。また、円柱形状の各金属繊維成形体４０の間には、流体が通過する空間７２が形成されている。なお、枠状の金属繊維成形体４０には空隙が形成されており液体を透過させることができるため、空間７２に液体を流すと液漏れが生じるおそれがある。このため、空間７２を流れる流体は気体であることが望ましい。このような温調ユニット７０でも、電気部品や電子部品等の被伝熱物に取り付けられることにより被伝熱物から放熱を行うことができる。
　次に、温調ユニットの第４の構成例について図１０乃至図１２を用いて説明する。図１０乃至図１２に示す温調ユニット８０は、枠状の外装部品８２（支持体）と、外装部品８２の内部空間において互いに離間して配置される複数の金属繊維成形体４０（図１１参照）と、各金属繊維成形体４０を接続するための平板状の金属繊維成形体４０（図１２参照）を有している。外装部品８２は伝熱性を有する材料から形成されている。また、外装部品８２は液体や気体を透過させないような材料から形成されている。一方、金属繊維成形体４０を構成する金属繊維の間には空隙が形成されているため、液体や気体を透過させることができる。なお、図１１に示すように、外装部品８２の内部空間において互いに離間して配置される各金属繊維成形体４０として円柱形状のものが用いられる。また、円柱形状の各金属繊維成形体４０は格子線の各交点上に配置されている。また、各金属繊維成形体４０の間には、流体が通過する空間８４が形成されている。このような空間８４に液体の冷媒が流されることにより、温調ユニット８０が取り付けられた電気部品や電子部品等の被伝熱物から放熱を行うことができる。また、温調ユニット８０の他の用途として、冷却されるべき高温の流体が空間８４に流されることにより、この空間８４を流れる流体から放熱が行われてもよい。
　次に、温調ユニットの第５の構成例について図１３乃至図１５を用いて説明する。図１３乃至図１５に示す温調ユニット９０は、枠状の外装部品９２（支持体）と、外装部品９２の内部空間において互いに離間して配置される複数の金属繊維成形体４０とを有している。外装部品９２は伝熱性を有する材料から形成されている。また、外装部品９２は液体や気体を透過させないような材料から形成されている。一方、金属繊維成形体４０を構成する金属繊維の間には空隙が形成されているため、液体や気体を透過させることができる。なお、図１３に示すように各金属繊維成形体４０として円柱形状のものが用いられる。なお、図１３乃至図１５に示す温調ユニット９０では、円柱形状の各金属繊維成形体４０は格子線の各交点上に配置されていない。また、各金属繊維成形体４０の間には、流体が通過する空間９４が形成されている。このような空間９４に液体の冷媒が流されることにより、温調ユニット９０が取り付けられた電気部品や電子部品等の被伝熱物から放熱を行うことができる。また、温調ユニット９０の他の用途として、冷却されるべき高温の流体が空間９４に流されることにより、この空間９４を流れる流体から放熱が行われてもよい。
　次に、温調ユニットの第６の構成例について図１６を用いて説明する。図１６に示す温調ユニット１００は、被伝熱物として用いられる銅製のパイプ１０２の外周面に板状の金属繊維成形体４０（支持体）を湾曲させて巻き、さらにこの湾曲した板状の金属繊維成形体４０にフィン状の金属繊維成形体４０をロウ付けしたものである。この際に、金属繊維成形体４０は複数の金属短繊維３０を含むため柔軟性があり、パイプ１０２の外周面の曲面に沿って金属繊維成形体４０を曲げることができ、よって金属繊維成形体４０とパイプ１０２との間に隙間が生じることを抑制することができる。このため、十分な伝熱性を維持することができる。このような温調ユニット１００によれば、パイプ１０２の内部領域１０４を通過する高温の媒体を冷却することができる。また、パイプ１０２の内部領域１０４に冷媒を流した場合には、温調ユニット１００の周囲の環境から熱を奪って冷却することができる。
　次に、フィン状の温調ユニットを製造する方法について図１７を用いて説明する。まず、カッターミル１０等によって物理的な衝撃が与えられることにより変形させられた複数の金属短繊維３０をグラファイト板１１０上に集積させる（図１７（ａ）参照）。より詳細には、グラファイト板１１０に予め複数の貫通穴が形成されている型枠１１４が載せられ、この型枠１１４の貫通穴に複数の金属短繊維３０が入れられる。このことにより、型枠１１４の貫通穴の内部で複数の金属短繊維３０がグラファイト板１１０上に集積される。その後、図１７（ａ）に示すような状態で複数の金属短繊維３０を焼結させ、焼結後にプレスする。このことにより、型枠１１４の貫通穴の内部に金属繊維成形体１１２が形成される。そして、グラファイト板１１０を取り外し、金属繊維成形体１１２の端部にナノ銀１１６を印刷する。その後、図１７（ｃ）に示すように、型枠１１４における、金属繊維成形体１１２にナノ銀１１６が印刷された側の面を基板１２０の表面に接触させる。そして、金属繊維成形体１１２が貫通穴の内部に形成されている型枠１１４に対してポストウェット処理（図１７（ｃ）に示す型枠１１４の上面にシンナをまんべんなく塗布する処理）を行い、その後に例えば３００℃で加熱焼結する。この際に基板１２０に対して型枠１１４を加圧する。このことにより、ナノ銀１１６によって各金属繊維成形体１１２が基板１２０に接着する。その後、図１７（ｄ）に示すように型枠１１４を取り外す。このことにより、フィン状の複数の金属繊維成形体１１２が取り付けられた基板１２０が得られるようになる。このような基板１２０およびフィン状の複数の金属繊維成形体１１２の組合せ体も温調ユニットとして用いられる。
　以上のような構成からなる、受け部（具体的には、グラファイト板２０）上に集積された複数の金属短繊維３０を焼結させることにより生成された、金属繊維成形体４０は、どの方向でも熱伝導性が優れるとともに温度が変化したときの伸縮性に優れている。より詳細には、従来技術のような、金属繊維を含む分散液中に成形用の型を浸漬し、この型の吸引面に金属繊維を吸着させることによって得られる金属繊維成形体は、主として面方向に金属繊維が配向しているため、このような金属繊維成形体を有する温調ユニットでは、金属繊維が配向している面に沿った熱伝導性は優れるものの、金属繊維が配向している面と直交する方向における熱伝導性が劣ったものとなる。これに対し、本実施の形態の金属繊維成形体４０は、グラファイト板２０等の受け部上に複数の金属短繊維３０を集積させ、その後に焼結することにより、金属繊維は面方向だけではなく面方向に直交する方向（すなわち、金属繊維成形体４０の厚み方向）にも配向する。このため、どの方向でも熱伝導性が優れるようになる。また、金属繊維成形体４０は金属繊維を含むため、金属繊維成形体４０の内部に隙間が形成される。このため、金属の粉末を焼結することにより生成される金属粉末焼結体や金属バルクと比較して、金属繊維成形体４０は伸縮性に優れたものとなる。
　以下、本発明について実施例および比較例を用いてより詳細に説明する。
＜第１実施例＞
　平均繊維長０．１１４ｍｍ、平均繊維径０．０２１ｍｍの銅短繊維１ｋｇをカッターミル（ホーライ社製：型式ＢＯ－３６０）に投入し、０．５ｍｍのスクリーンを用いて銅短繊維を処理した。次に、カッターミルから取り出した銅短繊維を高純度アルミナ板（京セラ社製）上に集積させた。より詳細には、高純度アルミナ板に予め複数の貫通穴（縦５ｍｍ、横５ｍｍ、高さ５００μｍ）が形成されている型枠が載せられ、この型枠の貫通穴に銅短繊維を入れた。このことにより、型枠の貫通穴の内部で銅短繊維が高純度アルミナ板上に集積された。その後、型枠の貫通穴の内部で銅短繊維が集積された高純度アルミナ板を真空焼結炉（中外炉工業社製）に入れ、この真空焼結炉内で窒素ガス使用のもと、圧力１０Ｔｏｒｒ、焼結温度１０００℃の条件で２ｈｒ焼結した。その後、型枠から焼結体を取り出し、所望の厚みとなるようにスペーサーを設置した上で、圧力１００ｋＮでプレスした。このようにして作製された金属繊維成形体の厚さは４１５μｍ、坪量は３００ｇ／ｍ２であった。
　第１実施例に係る金属繊維成形体を図１８のＰ断面で切断したときの切断面は図１９に示す写真となった。また、第１実施例に係る金属繊維成形体を図１８のＱ断面で切断したときの切断面は図２０に示す写真となった。なお、これらの写真は、ニコン社製の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により撮影したものである。図１９および図２０において、白地の部分が金属繊維の存在する箇所を示し、黒地の部分が金属繊維間の空隙を示している。図１９および図２０に示すように、第１実施例に係る金属繊維成形体は、金属繊維が面方向（すなわち、図１８におけるＸ方向およびＹ方向）だけではなく面方向に直交する方向（すなわち、図１８におけるＺ方向）にも配向している。ここで、図１９に示す断面において金属繊維の存在率は０．６７２であり、図２０に示す断面において金属繊維の存在率は０．６２６であった。このため、第１の断面（図１９に示す断面）における金属繊維の存在率に対する、第１の断面に直交する第２の断面（図２０に示す断面）における金属繊維の存在率の割合は０．９３１であった。
＜第２実施例＞
　平均繊維長０．０８５ｍｍ、平均繊維径０．０３７ｍｍの銅短繊維１ｋｇをカッターミル（ホーライ社製：型式ＢＯ－３６０）に投入し、０．５ｍｍのスクリーンを用いて銅短繊維を処理した。次に、カッターミルから取り出した銅短繊維を高純度アルミナ板（京セラ社製）上に集積させた。より詳細には、高純度アルミナ板に予め複数の貫通穴（縦５ｍｍ、横５ｍｍ、高さ５００μｍ）が形成されている型枠が載せられ、この型枠の貫通穴に銅短繊維を入れた。このことにより、型枠の貫通穴の内部で銅短繊維が高純度アルミナ板上に集積された。その後、型枠の貫通穴の内部で銅短繊維が集積された高純度アルミナ板を真空焼結炉（中外炉工業社製）に入れ、この真空焼結炉内で窒素ガス使用のもと、圧力１０Ｔｏｒｒ、焼結温度１０００℃の条件で２ｈｒ焼結した。その後、型枠から焼結体を取り出し、所望の厚みとなるようにスペーサーを設置した上で、圧力１００ｋＮでプレスした。このようにして作製された金属繊維成形体の厚さは２０４μｍ、坪量は１０００ｇ／ｍ２であった。第２実施例に係る金属繊維成形体は、第１実施例に係る金属繊維成形体よりも緻密なものである。
　第２実施例に係る金属繊維成形体を図１８のＰ断面で切断したときの切断面は図２１に示す写真となった。また、第２実施例に係る金属繊維成形体を図１８のＱ断面で切断したときの切断面は図２２に示す写真となった。なお、これらの写真は、ニコン社製の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により撮影したものである。図２１および図２２において、白地の部分が金属繊維の存在する箇所を示し、黒地の部分が金属繊維間の空隙を示している。図２１および図２２に示すように、第２実施例に係る金属繊維成形体は、金属繊維が面方向（すなわち、図１８におけるＸ方向およびＹ方向）だけではなく面方向に直交する方向（すなわち、図１８におけるＺ方向）にも配向している。ここで、図２１に示す断面において金属繊維の存在率は０．６５１であり、図２２に示す断面において金属繊維の存在率は０．７３０であった。このため、第１の断面（図２１に示す断面）における金属繊維の存在率に対する、第１の断面に直交する第２の断面（図２２に示す断面）における金属繊維の存在率の割合は１．１２１であった。
＜第３～第６実施例＞
　表１に示す平均繊維長、平均繊維径の銅短繊維を用い、高純度アルミナ板の貫通穴の大きさを適宜変更したこと以外は、第１実施例と同様の方法により第３～第６実施例の金属繊維成形体を作製した。各物性値は表１に示す通りである。
＜第１比較例＞
　平均繊維長２．８７５ｍｍ、繊維径０．０１９ｍｍの銅短繊維３ｇおよび水中溶解温度７０℃であるＰＶＡ繊維（商品名”フィブリボンドＶＰＢ１０５－１”、クラレ社製）１１ｇを２％濃度となるように水中に入れ、ノニオン系界面活性剤（商品名”デスグランＢ”、大和化学工業（株）製）０．３３ｇを加えて攪拌して分散した。この分散液を直径６０ｃｍ、容積１２０リットルの容器中に入れ、さらに製紙用ポリアクリルアミド系分散粘剤溶液（固形分濃度０．０８％、商品名”アクリパ－ズＰＭＰ”、ダイヤブロック社製）１．５リットルを加え、さらに水を加えて１００リットルとし攪拌・分散し、抄造スラリーを作製した。この抄造スラリーを１２０メッシュの金網を巻き付けた成形用型（直径５ｃｍ、長さ１５ｃｍ）に投入し、真空ポンプで吸引しながら、脱水して湿体シートを得た。その後湿体シートを、温度１００℃の乾燥機に入れ、１２０分間乾燥させた。乾燥後のシートを真空焼結炉内で窒素ガス使用のもと、圧力１０Ｔｏｒｒ、焼結温度１０００℃の条件で２ｈｒ焼結した。その後、焼結体を取り出し、所望の厚みとなるようにスペーサーを設置した上で、圧力１００ｋＮでプレスした。このようにして作製された金属繊維成形体の厚さは１４５μｍ、坪量は２９９ｇ／ｍ２であった。
　第１比較例に係る金属繊維成形体を図１８のＰ断面で切断したときの切断面は図２３に示す写真となった。また、第１比較例に係る金属繊維成形体を図１８のＱ断面で切断したときの切断面は図２４に示す写真となった。なお、これらの写真は、ニコン社製の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により撮影したものである。図２３および図２４において、白地の部分が金属繊維の存在する箇所を示し、黒地の部分が金属繊維間の空隙を示している。図２３および図２４に示すように、第１比較例に係る金属繊維成形体は、金属繊維が主に面方向（すなわち、図１８におけるＸ方向およびＹ方向）に配向しており、面方向に直交する方向（すなわち、図１８におけるＺ方向）にはあまり配向していない。ここで、図２３に示す断面において金属繊維の存在率は０．３６３であり、図２４に示す断面において金属繊維の存在率は０．２２５であった。このため、第１の断面（図２３に示す断面）における金属繊維の存在率に対する、第１の断面に直交する第２の断面（図２４に示す断面）における金属繊維の存在率の割合は０．６２０であった。
＜第２比較例＞
　平均直径０．０４０ｍｍの球形の銅粉を高純度アルミナ板（京セラ社製）上に集積させた。より詳細には、高純度アルミナ板に予め複数の貫通穴（縦５ｍｍ、横５ｍｍ、高さ５００μｍ）が形成されている型枠が載せられ、この型枠の貫通穴に銅粉を投入した。このことにより、型枠の貫通穴の内部で銅粉が高純度アルミナ板上に集積された。その後、型枠の貫通穴の内部で銅粉が集積された高純度アルミナ板を真空焼結炉（中外炉工業社製）に入れ、この真空焼結炉内で窒素ガス使用のもと、圧力１０Ｔｏｒｒ、焼結温度１０００℃の条件で２ｈｒ焼結した。その後、型枠から焼結体を取り出した。このようにして作製された銅製の金属成形体の厚さは４９４μｍ、坪量は３４０３ｇ／ｍ２であった。このことにより、銅製の金属成形体を製造した。
　第２比較例に係る銅製の金属成形体を図１８のＰ断面で切断したときの切断面は図２５に示す写真となった。また、第２比較例に係る銅製の金属成形体を図１８のＱ断面で切断したときの切断面は図２６に示す写真となった。なお、これらの写真は、ニコン社製の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により撮影したものである。図２５および図２６において、白地の部分が金属の存在する箇所を示し、黒地の部分が金属間の空隙を示している。図２５に示す断面において金属の存在率は０．７５９であり、図２６に示す断面において金属の存在率は０．８０４であった。このため、第１の断面（図２５に示す断面）における金属の存在率に対する、第１の断面に直交する第２の断面（図２６に示す断面）における金属の存在率の割合は１．０６０であった。
＜第３比較例＞
　不定形の銅粉（三井金属製：ＭＡ－ＣＣ（平均粒子径４０μｍ））を高純度アルミナ板（京セラ社製）上に集積させた。より詳細には、高純度アルミナ板に予め複数の貫通穴（縦５ｍｍ、横５ｍｍ、高さ５００μｍ）が形成されている型枠が載せられ、この型枠の貫通穴に不定形銅粉を投入した。このことにより、型枠の貫通穴の内部で不定形銅粉が高純度アルミナ板上に集積された。その後、型枠の貫通穴の内部で不定形銅粉が集積された高純度アルミナ板を真空焼結炉（中外炉工業社製）に入れ、この真空焼結炉内で窒素ガス使用のもと、圧力１０Ｔｏｒｒ、焼結温度１０００℃の条件で２ｈｒ焼結した。その後、型枠から焼結体を取り出した。このようにして作製された銅製の金属成形体の厚さは３１５μｍ、坪量は２０６６ｇ／ｍ２であった。このことにより、銅製の金属成形体を製造した。
　第３比較例に係る金属繊維成形体を図１８のＰ断面で切断したときの切断面は図２７に示す写真となった。また、第３比較例に係る金属繊維成形体を図１８のＱ断面で切断したときの切断面は図２８に示す写真となった。なお、これらの写真は、ニコン社製の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により撮影したものである。図２７および図２８において、白地の部分が金属の存在する箇所を示し、黒地の部分が金属間の空隙を示している。図２７に示す断面において金属の存在率は０．７２５であり、図２８に示す断面において金属の存在率は０．７５６であった。このため、第１の断面（図２７に示す断面）における金属の存在率に対する、第１の断面に直交する第２の断面（図２８に示す断面）における金属の存在率の割合は１．０４３であった。
＜第４比較例＞
　第４比較例に係る金属として厚さ１００４μｍの銅板を用いた。各物性値は表２に示す通りである。
＜第５比較例＞
　表２に示す平均繊維長、平均繊維径の銅短繊維を用いたこと、高純度アルミナ板の貫通穴の大きさを適宜変更したこと以外は、第１比較例と同様の方法により第５比較例の金属繊維成形体を作製した。各物性値は表２に示す通りである。
＜第６比較例＞
　表２に示す平均繊維長、平均繊維径の銅短繊維を用いたこと、高純度アルミナ板の貫通穴の大きさを適宜変更したこと、および分散液を作製する際に攪拌を実施しなかったこと以外は第１比較例と同様の方法により第６比較例の金属繊維成形体を作製した。各物性値は表２に示す通りである。
＜第７比較例＞
　平均繊維長０．２１０ｍｍ、繊維径０．００３ｍｍの銅短繊維３ｇおよび水中溶解温度７０℃であるＰＶＡ繊維（商品名”フィブリボンドＶＰＢ１０５－１”、クラレ社製）１１ｇを２％濃度となるように水中に入れ、ノニオン系界面活性剤（商品名”デスグランＢ”、大和化学工業（株）製）０．３３ｇを加えて攪拌して分散した。この分散液を直径６０ｃｍ、容積１２０リットルの容器中に入れ、さらに製紙用ポリアクリルアミド系分散粘剤溶液（固形分濃度０．０８％、商品名”アクリパ－ズＰＭＰ”、ダイヤブロック社製）１．５リットルを加え、さらに水を加えて１００リットルとし攪拌・分散し、抄造スラリーを作製した。この抄造スラリーを１２０メッシュの金網を巻き付けた成形用型（直径５ｃｍ、長さ１５ｃｍ）に投入し、真空ポンプで吸引しながら、脱水して湿体シートを得た。その後湿体シートを、温度１００℃の乾燥機に入れ、１２０分間乾燥させて乾燥シートを得た。乾燥シートに酸化マグネシウム粒子が水に分散したスラリーを含侵し、温度１００℃の乾燥機に入れ、１２０分間乾燥させた。乾燥後のシートを真空焼結炉内で窒素ガス使用のもと、圧力１０Ｔｏｒｒ、焼結温度１０００℃の条件で２ｈｒ焼結した。その後、焼結体を取り出し、焼結体を希塩酸に浸漬させて酸化マグネシウム粒子を溶解除去した後に洗浄を実施した。その後、所望の厚みとなるようにスペーサーを設置した上で、圧力１００ｋＮでプレスした。このようにして作製された金属繊維成形体の厚さは２９６μｍ、坪量は１３０７ｇ／ｍ２であった。各物性値は表２に示す通りである。
＜評価＞
　第１～第６実施例に係る金属繊維成形体、第１比較例および第５～第７比較例に係る金属繊維成形体、第２比較例および第３比較例に係る金属成形体（金属粉末焼結体）、ならびに第４比較例に係る金属体（金属バルク）について金属の存在率の比率、厚さ、占積率、熱伝導率、伸び率、ＣＴＥ緩和性および通気性を調査した。調査結果を以下の表１および表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表１等において、金属の存在率の比率とは、実施例および比較例に係る金属繊維成形体や金属成形体等において、第１の断面における金属の存在率に対する、第１の断面に直交する第２の断面における金属の存在率の割合のことをいう。また、占積率は、実施例および比較例に係る金属繊維成形体や金属成形体等の単位体積の、金属が占める割合のことをいう。また、熱伝導率は、金属繊維成形体や金属成形体等の厚み方向（図１８におけるＺ方向（上下方向））の熱伝導率を定常法熱伝導率測定装置（アドバンス理工社製）を用いて定常法によって測定した。また、伸び率は、金属繊維成形体や金属成形体等の面方向（図１８におけるＸ方向またはＹ方向）の伸び率をISO 6892-1:2009，Metallic materials-Tensile testing-Part 1: Method of test at room temperature（MODに準拠した方法でテンシロン万能材料試験機（エー・アンド・ディ社製）を用いて測定した。伸長量５００ｐｐｍ以上の伸長で試験片が破断したものを◎、伸長量５００ｐｐｍ未満～２００ｐｐｍ以上試験片が破断したものを○、伸長量２００ｐｐｍ未満で試験片が破断したもの×と判定した。
　また、ＣＴＥ緩和性は、実施例および比較例に係る金属繊維成形体や金属成形体等を無機接着剤によりアルミナ板等の対象物に接着させ、熱を与えた時や冷却した時の対象物の膨張や収縮に金属繊維成形体や金属成形体等が追随するかを調べた。具体的には、金属繊維成形体や金属成形体等が接着されたアルミナ板等の対象物が膨張や収縮を行っても金属繊維成形体や金属成形体等が追随することにより反り、剥がれ、割れ等が生じなかった場合には、ＣＴＥ緩和性において「◎」、若干の反りは生じたものの、剥がれや割れ等が生じなかった場合には「○」の評価を行った。一方、金属繊維成形体や金属成形体等が接着されたアルミナ板等の対象物が膨張や収縮を行ったときに金属繊維成形体や金属成形体等に反り、剥がれ、割れ等が生じた場合には、ＣＴＥ緩和性において「△」「×」の評価を行った。また、通気性は、ガーレー式デンソメーター（東洋精機製作所製）の透気度試験機によりガーレー試験機法（ＩＳＯ５６３６－５）を用いて金属成形体等に対する空気１００ｃｃの通過時間を調べ、この通過時間に基づいて評価を行った。通過時間が１０秒未満であったものを◎、１０秒以上、２０秒未満であったものを○、２０秒以上、３０秒未満であったものを△、３０秒以上であったものを×とした。
　第１～第６実施例に係る金属繊維成形体は、第１および第５～第７比較例に係る金属繊維成形体と比較して、厚み方向（図１８におけるＺ方向（上下方向））の熱伝導率が優れたものとなった。第１および第５～第７比較例に係る金属繊維成形体は、主として面方向に金属繊維が配向しているため、金属繊維が配向している面に沿った熱伝導性は優れるものの、金属繊維が配向している面と直交する方向（すなわち、厚み方向）における熱伝導性が劣ってしまう。これに対し、第１～第６実施例に係る金属繊維成形体は、第１の断面における金属の存在率に対する、第１の断面に直交する第２の断面における金属の存在率の割合が０．８５～１．１５の範囲内にあり、金属繊維は面方向および厚み方向の両方向に配向するため、金属繊維が配向している面と直交する方向（すなわち、厚み方向）における熱伝導性が優れたものとなる。
　また、第１～第６実施例に係る金属繊維成形体は、第２～第４比較例に係る金属成形体等と比較して、伸び率、ＣＴＥ緩和性および通気性が優れたものとなった。金属の粉末を焼結することにより生成される金属粉末焼結体や金属バルクは、金属繊維成形体と比較して温度が変化したときの伸縮性が劣る。このため、金属粉末焼結体や金属バルクを備えた温調ユニットが取り付けられた被伝熱物が伸縮したときにこの被伝熱物の伸縮に温調ユニットが追随することができず、温調ユニットが被伝熱物から外れたり破壊されたりするという問題がある。これに対し、第１～第６実施例に係る金属繊維成形体は、伸び率およびＣＴＥ緩和性が優れるため、このような問題が発生することを抑制することができる。

Claims (15)

  1. 　第１の断面における金属繊維の存在率に対する、前記第１の断面に直交する第２の断面における金属繊維の存在率の割合が０．８５～１．１５の範囲内の大きさである、金属繊維成形体。
  2. 　受け部上に集積された複数の金属短繊維を焼結させることにより生成される、請求項１記載の金属繊維成形体。
  3. 　前記金属短繊維の長さは０．０１～１．００ｍｍの範囲内の大きさである、請求項１または２記載の金属繊維成形体。
  4. 　前記金属短繊維は、銅繊維、ステンレス繊維、ニッケル繊維、アルミニウム繊維およびこれらの合金繊維のうち少なくとも１種の繊維である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の金属繊維成形体。
  5. 　受け部上に集積された複数の金属短繊維を焼結させることにより生成された、金属繊維成形体。
  6. 　請求項１乃至５のいずれか一項に記載の金属繊維成形体と、
    　前記金属繊維成形体を支持する支持体と、
    　を備えた、温調ユニット。
  7. 　前記金属繊維成形体は円柱形状であり、複数の金属繊維成形体が格子線の各交点上に気配値されている、請求項６記載の温調ユニット。
  8. 　複数の前記金属繊維成形体の間には空隙が形成されている、請求項６または７記載の温調ユニット。
  9. 　前記支持体はパイプを含み、前記パイプの外周面に板状の前記金属繊維成形体が湾曲した状態で巻かれ、湾曲した板状の前記金属繊維成形体にフィン状の前記金属繊維成形体が取り付けられている、請求項６記載の温調ユニット。
  10. 　複数の金属短繊維を受け部上に集積させる工程と、
    　前記受け部上に集積された複数の前記金属短繊維を焼結させることにより金属繊維成形体を生成する工程と、
    　を備えた、金属繊維成形体の製造方法。
  11. 　複数の前記金属短繊維を前記受け部上に集積させる工程の前に、前記金属短繊維に物理的な衝撃を与えることにより変形させる工程を更に備えた、請求項１０記載の金属繊維成形体の製造方法。
  12. 　前記金属短繊維に物理的な衝撃を与えることにより変形させる工程において、軸を中心として回転する回転体によって前記金属短繊維を剪断することにより前記金属短繊維に物理的な衝撃を与える、請求項１０または１１記載の金属繊維成形体の製造方法。
  13. 　複数の前記金属短繊維を前記受け部上に集積させる工程において、貫通穴が形成された型枠が前記受け部に載せられるようになっており、前記受け部に載せられた前記型枠の前記貫通穴の内部に複数の前記金属短繊維が収容される、請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の金属繊維成形体の製造方法。
  14. 　前記金属短繊維の長さは０．０１～１．００ｍｍの範囲内の大きさである、請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載の金属繊維成形体の製造方法。
  15. 　前記金属短繊維は、銅繊維、ステンレス繊維、ニッケル繊維、アルミニウム繊維およびこれらの合金繊維のうち少なくとも１種の繊維である、請求項１０乃至１４のいずれか一項に記載の金属繊維成形体の製造方法。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3127668A (en) * 1955-03-03 1964-04-07 Iit Res Inst High strength-variable porosity sintered metal fiber articles and method of making the same
JPS4724327B1 (ja) * 1963-10-25 1972-07-05
JPS5736495U (ja) * 1980-08-08 1982-02-26
JPH05156385A (ja) * 1991-11-29 1993-06-22 Tokyo Seiko Co Ltd 金属繊維多孔質焼結体の製法
JPH06279809A (ja) 1993-03-25 1994-10-04 Tomoegawa Paper Co Ltd 金属繊維成形体の製造方法
JP2001123386A (ja) * 1999-10-15 2001-05-08 Wamen Techno:Kk 繊維成型品抄造方法および装置
CN102305564A (zh) * 2011-08-26 2012-01-04 华南理工大学 一种纤维烧结式微热管及其制造方法
WO2019022214A1 (ja) * 2017-07-28 2019-01-31 古河電気工業株式会社 ウィック構造体及びウィック構造体を収容したヒートパイプ
WO2020054752A1 (ja) * 2018-09-14 2020-03-19 古河電気工業株式会社 冷却装置および冷却装置を用いた冷却システム

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2724617B2 (ja) * 1988-07-07 1998-03-09 東海カーボン株式会社 多孔質金属材
JPH08213026A (ja) * 1994-11-28 1996-08-20 Katayama Tokushu Kogyo Kk 電池電極基板用金属多孔体、電池電極板およびその製造方法
CN1212420C (zh) * 2003-07-30 2005-07-27 张强 短纤维增强金属基复合材料产品多孔预成型体制备方法
CN104289717B (zh) * 2014-11-06 2017-02-01 厦门大学 一种多级孔金属纤维烧结板的制作方法
CN106282852B (zh) * 2016-09-18 2017-10-20 厦门大学 一种混合金属纤维烧结毡的低温液相烧结成形方法
WO2020051752A1 (zh) * 2018-09-10 2020-03-19 深圳市柔宇科技有限公司 电子设备及其控制方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3127668A (en) * 1955-03-03 1964-04-07 Iit Res Inst High strength-variable porosity sintered metal fiber articles and method of making the same
JPS4724327B1 (ja) * 1963-10-25 1972-07-05
JPS5736495U (ja) * 1980-08-08 1982-02-26
JPH05156385A (ja) * 1991-11-29 1993-06-22 Tokyo Seiko Co Ltd 金属繊維多孔質焼結体の製法
JPH06279809A (ja) 1993-03-25 1994-10-04 Tomoegawa Paper Co Ltd 金属繊維成形体の製造方法
JP2001123386A (ja) * 1999-10-15 2001-05-08 Wamen Techno:Kk 繊維成型品抄造方法および装置
CN102305564A (zh) * 2011-08-26 2012-01-04 华南理工大学 一种纤维烧结式微热管及其制造方法
WO2019022214A1 (ja) * 2017-07-28 2019-01-31 古河電気工業株式会社 ウィック構造体及びウィック構造体を収容したヒートパイプ
WO2020054752A1 (ja) * 2018-09-14 2020-03-19 古河電気工業株式会社 冷却装置および冷却装置を用いた冷却システム

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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