(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム粉末にチタンおよび／または水素化チタンを含む焼結助剤粉末を混合してアルミニウム混合原料粉末とし、次いでこのアルミニウム混合原料粉末に、水溶性樹脂結合剤と、水と、多価アルコール、エーテルおよびエステルのうちの少なくとも１種からなる可塑剤と、炭素数５〜８の非水溶性炭化水素系有機溶剤とを添加・混合して粘性組成物とし、この粘性組成物を発泡させた後に乾燥させることによって、互いに連通する三次元網目状の複数の空孔を有する成形体を得る工程により、気孔径および／または気孔率が異なる少なくとも２種類以上の当該成形体を得るとともに、この気孔径および／または気孔率が異なる少なくとも２種類以上の成形体を積層して焼結前成形体とし、
この焼結前成形体を非酸化性雰囲気にて、上記アルミニウム混合原料粉末が融解を開始する温度をＴｍ（℃）としたときに、Ｔｍ−１０（℃）≦Ｔ≦６８５（℃）となる加熱焼成温度Ｔ（℃）で加熱焼成することにより、上記気孔径および／または気孔率が異なる少なくとも２種類以上のアルミニウムの多孔質焼結体が一体に結合されたアルミニウム多孔質焼結体を有するアルミニウム複合体を得てなり、
かつ上記焼結助剤粉末の平均粒子径をｒ（μｍ）、上記焼結助剤粉末の配合比をＷ質量％としたときに、１（μｍ）≦ｒ≦３０（μｍ）、１≦Ｗ≦２０（質量％）とし、かつ０．１≦Ｗ／ｒ≦２としたことを特徴とするアルミニウム多孔質焼結体を有するアルミニウム複合体の製造方法。
【請求項２】
上記アルミニウム粉末は、平均粒子径が２〜２００μｍであることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム多孔質焼結体を有するアルミニウム複合体の製造方法。
【請求項３】
上記水溶性樹脂結合剤は、上記アルミニウム混合原料粉末の質量の０．５％〜７％の範囲内で含まれていることを特徴とする請求項１または２に記載のアルミニウム多孔質焼結体を有するアルミニウム複合体の製造方法。
【請求項４】
上記アルミニウム混合原料粉末に、当該のアルミニウム混合原料粉末の質量の０．０２〜３％の範囲内の界面活性剤を添加することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のアルミニウム多孔質焼結体を有するアルミニウム複合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パイプ本体内面に発泡金属を有するヒートパイプに適したアルミニウム多孔質焼結体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的にヒートパイプの構造は、例えば、銅またはタングステン製の密閉された本体内に、ウィックと称される網状物や多孔性物質が装着され、水やナトリウムなどの作動液が少量封入されている。上記ウィックは、パイプ本体内の内面に毛細管作用により上記作動液を環流させるために設けられたものである。また、上記作動液は、気相と液相に変化しやすい媒体が用いられる。
【０００３】
そして、ヒートパイプに封入された作動液が、外部からの熱を受熱部より吸収して蒸発し、この蒸発した作動液が、パイプ内の温度の低い放熱部に熱輸送され、この放熱部において熱を外部に放出する。熱を放出した作動液は凝縮され再び液化する。この際、液化された作動液は、上記ウィックの毛細管作用により、このウィック内部を環流して再び受熱部に移動する。このサイクルを繰り返し行うことにより、ヒートパイプは上記受熱部から上記放熱部に熱の伝達が行われる。
【０００４】
従来、上記ウィックには、多孔質物質として、開気孔型のニッケル系やステンレス系の発泡金属が多用されている。しかし、上記多孔質として、アルミニウム系の発泡金属を用いることにより、熱伝導度の向上やヒートパイプの軽量化を図ることが可能になる。
【０００５】
そこで、例えば、下記特許文献１においては、溶融アルミニウムに増粘剤を加えて増粘させた後に、発泡剤としての水素化チタンを添加して、水素化チタンの熱分解反応によって生じる水素ガスを利用して溶融アルミニウムを発泡させつつ固化させる発泡溶融法により、アルミニウム多孔質体を得る製造方法が提案されている。
【０００６】
ところが、上記ヒートパイプに用いられる多孔質の金属板としては、気体や流体の流通が確保される限りにおいて、その孔径は小さい方が好ましいのに対して、上記従来の発泡溶融法によって得られた発泡アルミニウムは、数ｍｍの大きな閉気孔を有するものであることから、実用には耐え得ないという問題があった。
【０００７】
ところで、電気や熱の伝導部材の接触面を考えた場合、通常、表面に多少の凹凸が存在するため、物理的に全て面で接触させることは困難である。このため、接触面での電気抵抗あるいは熱抵抗が、各部材自体の材料の物性値に比べて極めて大きくなってしまう。そこで、例えば、これらの抵抗を低下させるために、互いに接触する各部材をボルトなどを用いて、圧力を加え接触させることにより改善する方法が考えられる。この場合、各部材の接触部に耐力以上の圧力を加え、その接触部に塑性変形を生じさせて接触面積の増加を図ることによって、上述した抵抗の低減を図ることができる。
しかし、接触面の全体に一定の圧力を加えることは極めて困難であることから、接触面における電気抵抗や熱抵抗を低減するのが難しいという問題があった。
【０００８】
そこで、この問題を解決するために、例えば下記特許文献２においては、接触面に金属の多孔質板（多孔質シート）を挟み、電気的接続を良好にする方法が提案されている。
【０００９】
しかしながら、上記金属の多孔質板は、下記特許文献２の第１図に示されているように、金属骨格が空孔を形成した構造になっていることから、その表面は金属骨格の端部がそのまま突出し不規則な凹凸を有する形状になっている。そのため、比較的低い荷重で電気的導通は得られるものの、接触点の数が少なく、満足の行く低抵抗値を得ることができないという問題がある。
【００１０】
これに対して、本発明者等は、先に特願２００９−８２４９８号として、アルミニウム粉末に焼結助剤元素としてチタンを含む焼結助剤粉末を混合してアルミニウム混合原料粉末とし、このアルミニウム混合原料粉末に水溶性樹脂結合材と水等を加えることにより気孔を含むスラリー状の粘性構成物として、当該粘性組成物をドクターブレード法等のスラリー法によって焼結前成形体とし、この焼結前成形体を、非酸化性雰囲気にて、上記アルミニウム混合原料粉末が融解を開始する温度をＴｍ（℃）としたときに、Ｔｍ−１０（℃）≦Ｔ≦６８５（℃）となる加熱焼成温度Ｔ（℃）で加熱焼成することによりアルミニウム多孔質焼結体を製造するアルミニウム多孔質焼結体の製造方法を提案した。
【００１１】
上記アルミニウム多孔質焼結体の製造方法によれば、孔径６００μ以下の極めて小さいな孔が形成された三次元骨格形状であって、かつ開気孔型のアルミニウム多孔質焼結体を容易に得るという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平０８−２０９２６５号公報
【特許文献２】特開昭５３−０６１０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところが、上記アルミニウム多孔質焼結体の製造方法にあっては、ドクターブレード法等のスラリー法によって、粘性組成物を乾燥・焼結しているために、気孔率の均質な発泡アルミニウムは容易に得られるものの、ヒートパイプの内面に貼着されるウィックに必要な密着度、および曲げ加工に対する剥離強度を向上させるための接触面を有するアルミニウム多孔質焼結体を得ることができないという問題点があった。
【００１４】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、６００μｍ以下の微小・整寸の開気孔を有する高気孔率であって、接触面との密着性を図り熱交換効率を向上させるとともに、曲げ加工に対する剥離強度を向上させた三次元網口状の複数の空孔を有するアルミニウム多孔質焼結体を、容易かつ安価に得ることができるアルミニウム多孔質焼結体の製造方法を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、請求項１に記載のアルミニウム多孔質焼結体の製造方法は、アルミニウム粉末にチタンおよび／または水素化チタンを含む焼結助剤粉末を混合してアルミニウム混合原料粉末とし、次いでこのアルミニウム混合原料粉末に、水溶性樹脂結合剤と、水と、多価アルコール、エーテルおよびエステルのうちの少なくとも１種からなる可塑剤と、炭素数５〜８の非水溶性炭化水素系有機溶剤とを添加・混合して粘性組成物とし、この粘性組成物を発泡させた後に乾燥させることによって、互いに連通する三次元網目状の複数の空孔を有する成形体を得る工程により、気孔径および／または気孔率が異なる少なくとも２種類以上の当該成形体を得るとともに、この気孔径および／または気孔率が異なる少なくとも２種類以上の成形体を積層して焼結前成形体とし、この焼結前成形体を非酸化性雰囲気にて、上記アルミニウム混合原料粉末が融解を開始する温度をＴｍ（℃）としたときに、Ｔｍ−１０（℃）≦Ｔ≦６８５（℃）となる加熱焼成温度Ｔ（℃）で加熱焼成することにより、上記気孔径および／または気孔率が異なる少なくとも２種類以上のアルミニウムの多孔質焼結体が一体に結合されたアルミニウム多孔質焼結体を有するアルミニウム複合体を得てなり、かつ上記焼結助剤粉末の平均粒子径をｒ（μｍ）、上記焼結助剤粉末の配合比をＷ質量％としたときに、１（μｍ）≦ｒ≦３０（μｍ）、１≦Ｗ≦２０（質量％）とし、かつ０．１≦Ｗ／ｒ≦２としたことを特徴とするアルミニウム多孔質焼結体を有するアルミニウム複合体の製造方法。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記アルミニウム粉末は、平均粒子径が２〜２００μｍであることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、上記水溶性樹脂結合剤は、上記アルミニウム混合原料粉末の質量の０．５％〜７％の範囲内で含まれていることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の発明において、上記アルミニウム混合原料粉末に、当該のアルミニウム混合原料粉末の質量の０．０２〜３％の範囲内の界面活性剤を添加することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１〜４に記載の発明によれば、アルミニウム粉末に焼結助剤元素としてチタンを含む焼結助剤粉末を混合してアルミニウム混合原料粉末とし、このアルミニウム混合原料粉末に水溶性樹脂結合材と水等の可塑剤、さらに非水溶性炭化水素系有機溶剤とを添加・混合して粘性組成物とし、この粘性組成物を発泡させた後に乾燥させることによって、互いに連通する三次元網目状の複数の空孔を有する成形体を得る工程により、気孔径および／または気孔率が異なる少なくとも２種類以上の当該成形体を得るとともに、この気孔径および／または気孔率が異なる少なくとも２種類以上の成形体を積層して焼結前成形体とし、この焼結前成形体を非酸化性雰囲気にて、上記アルミニウム混合原料粉末が融解を開始する温度をＴｍ（℃）としたときに、Ｔｍ−１０（℃）≦Ｔ≦６８５（℃）となる加熱焼成温度Ｔ（℃）で加熱焼成することにより、孔径６００μｍ以下の小孔が形成された三次元骨格構造を有し、かつ気孔径および／または気孔率が異なる少なくとも２種類以上の成形体が積層されたアルミニウム多孔質焼結体を得ることができる。
【００２１】
ここで、加熱焼成温度をＴｍ−１０（℃）以上に限定した理由は、アルミニウム混合原料粉末に含まれるアルミニウム粉末とチタンを含む焼結助剤粉末が反応を開始する温度がＴｍ−１０（℃）だからである。上記アルミニウム混合原料粉末が融解を開始する温度をＴｍと記載したのは、純粋なアルミニウム融点は６６０℃であるが、工業的に利用されるアルミニウムは不純物として鉄やシリコンを含有するので融点は６６０℃よりも低くなるからである。他方、加熱焼成温度を６８５℃以下に限定した理由は、その温度よりも高い温度に加熱保持すると、焼結体にアルミニウムの液滴状の塊が発生するようになるからである。
【００２２】
この際、上記アルミニウム粉末としては、上記粘性組成物が所望の形状に成形可能な程度に粘性を有するような粒径のものを用いることが好ましい。すなわち、その平均粒子径が小さくなると、アルミニウム粉末の質量に対する水溶性樹脂結合剤の質量を多くして、上記粘性やハンドリング強度を確保する必要があるものの、水溶性樹脂結合剤の質量が多くなると焼結前成形体を加熱焼成する際にアルミニウム中に残存する炭素量が増加して、焼結反応が阻害されてしまう。
【００２３】
他方、アルミニウム粉末の粒子径が大きすぎると、多孔質焼結体の強度が低下してしまう。従って、請求項２に記載の発明のように、好ましくはアルミニウム粉末の平均粒子径を２μｍ以上として水溶性樹脂結合剤の質量を多くすることによる焼結反応の阻害を防止し、かつ２００μｍ以下として多孔質焼結体の強度を確保する。さらに好ましくはアルミニウム粉末の平均粒子径を７μｍ〜４０μｍとする。
【００２４】
さらに、本発明において、焼結助剤粉末は、その平均粒子径ｒ、配合比Ｗ質量％を１（μｍ）≦ｒ≦３０（μｍ）、０．１（質量％）≦Ｗ≦２０（質量％）、０．１≦Ｗ／ｒ≦２とする。
これは、焼結助剤粉末の配合比Ｗが２０質量％を超えるとアルミニウム混合原料粉末中で焼結助剤粉末同士が接点を持つようになって、アルミニウムとチタンの反応熱を制御できなくなるとともに所望の多孔質焼結体が得られないようになるので、０．１（質量％）≦Ｗ≦２０（質量％）とする。
【００２５】
また、０．１（質量％）≦Ｗ≦２０（質量％）の範囲内であっても、焼結助剤粉末の粒子径によってはアルミニウムとチタンの反応熱が大きくなりすぎる場合があり、反応熱によって溶解したアルミニウムの温度がさらに上昇して粘性が下がり、液滴を生じてしまう場合があった。
【００２６】
そこで、種々の条件で作製した試験片を電子顕微鏡で観察した結果から、発熱量をチタンの配合量および粒子径で制御できる範囲内では、チタン粒子の露出表面側からほぼ一定の厚さの表層部だけがアルミニウム反応していることがわかった。これにより、液滴の発生を防止するためには１（μｍ）≦ｒ≦３０（μｍ）、かつ０．１≦Ｗ／ｒ≦２であることが望ましいことを実験的に導出した。
【００２７】
なお、０．１≦Ｗ／ｒ≦２の意味について、焼結助剤粉末にチタンを利用する場合にて以下に説明すると、チタンの平均粒子径をｒ、チタンの粒子数をＮ、チタンの添加質量をｗ、チタンの比重をＤ、アルミニウムとの反応によるチタン粒径の減少量をｄとすると、反応熱量Ｑは反応したチタンの体積に比例することから、Ｑ∝４πｒ2ｄＮである。さらに、チタン粒子の添加量は、チタン粒子１個の平均体積とチタン粒子の数との積により算出されることから、ｗ＝４／３πｒ3ＤＮである。よって後者の式を前者の式に代入すると、Ｑ∝３ｗｄ／ｒＤとなる。ここで、３／Ｄが定数であること、ならびにｄが焼結条件によらずほぼ一定であるという観察結果からＱ∝ｗ／ｒである。従って、液滴が発生しないＷ／ｒの範囲を実験的に求めて上述のように限定することによって、アルミニウムとチタンの反応熱が大きすぎることによる液滴の発生を防止するものである。
【００２８】
また、上記水溶性結合剤は、アルミニウム混合原料粉末の質量の７％を超えて含まれると、加熱焼成する際に焼結前成形体などに残留する炭素量が増加して、焼結反応が阻害される。他方、０．５％未満であると、焼結前成形体のハンドリング強度を確保することができない。このため、請求項３に記載の発明のように、アルミニウム混合原料粉末の質量の０．５％〜７％の範囲内で含まれていることが好ましい。
【００２９】
これに加え、請求項４に記載の発明のように、アルミニウム混合原料粉末に界面活性剤を添加することにより、効果的に気泡を生成させることができ、この界面活性剤の添加量をアルミニウム混合原料粉末の質量の０．０２％以上とすることによって、上記界面活性剤の添加による効果を得ることができ、３％以下とすることによって、焼結前成形体などに残存する炭素量が増加することによる焼結反応の阻害を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明のアルミニウム多孔質焼結体の製造方法の一実施形態の焼結前工程に用いられる成形装置の概略図である。
【図２】本発明のアルミニウム多孔質焼結体の製造方法で得られたアルミニウム多孔質焼結体を用いたヒートパイプの一部断面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面を参照しつつ、本発明に係るアルミニウム多孔質焼結体の製造方法の一実施形態について説明する。
本実施形態の製造方法を概略説明すれば、先ず、アルミニウム粉末にチタンおよび／または水素化チタンを混合してアルミニウム混合原料粉末を調製する（アルミニウム混合原料粉末調製工程）。そして、このアルミニウム混合原料粉末に、水溶性樹脂結合剤と水と多価アルコール、エーテルおよびエステルのうちの少なくとも１種からなる可塑剤と炭素数５〜８の非水溶性炭化水素系有機溶剤とを添加して混合し、第１粘性組成物３および第２粘性組成物３０を調製する（粘性組成物調製工程）。
【００３２】
次いで、この第１粘性組成物３のスラリーを、図１に示すように、ドクターブレード法によりキャリアシート８上に所定の厚さに塗工した後に、さらに第２粘性組成物３０のスラリーをドクターブレード法により、塗工後の粘性組成物３上に所定の厚さに塗工し、発泡させた後に乾燥させることによって焼結前成形体１５を得る（焼結前工程）。
そして、この焼結前成形体１５を非酸化性雰囲気下において、Ｔｍ−１０（℃）≦加熱焼成温度Ｔ≦６８５（℃）で加熱焼成する（焼結工程）。ここで、Ｔｍ（℃）は、アルミニウム混合原料粉末が溶解を開始する温度である。
【００３３】
次に、上記製造方法の各工程について詳細に説明する。
上記アルミニウム混合原料粉末調製工程では、アルミニウム粉末として平均粒子径２〜２００μｍのものが用いられる。これは、平均粒子径が小さくなると、アルミニウム粉末に対して水溶性樹脂結合材を多量に加えて、粘性組成物３が所望の形状に成形可能な程度に粘性を有するように、かつ焼結前成形体１５がハンドリング強度を有する必要がある。しかながら、水溶性樹脂結合剤を多量に加えると、焼結前成形体１５を加熱焼成する際に、アルミニウム中に残存する炭素量が増加して、焼結反応が阻害されてしまう。他方、アルミニウム粉末の粒子径が大きすぎると、最終的に得られたアルミニウム多孔質焼結体の強度が低下してしまう。そこで、アルミニウム粉末としては、上述のように平均粒子径２〜２００μｍの範囲内、より好ましくは７μｍ〜４０μｍの範囲内のものが用いられる。
【００３４】
さらに、このアルミニウム粉末に、チタンおよび／または水素化チタンを含む焼結助剤粉末を混合する。これは、後工程となる焼結工程において、焼結前成形体１５をＴｍ−１０（℃）≦加熱焼成温度Ｔ≦６８５（℃）にて加熱焼成することによって、液滴の塊を生成させることのないアルミニウムのフリーシンタリングが可能となるためである。また、水素化チタン（ＴｉＨ2）は、そのチタン含有量が４７．８８（チタンの分子量）／（４７．８８＋１（水素の分子量）×２）で９５質量％以上である上に、４７０〜５３０℃にて脱水素してチタンとなるため、上述の加熱焼成により熱分解してチタンとなる。従って、水素化チタンを混合した場合にも、液滴の塊を生成させることのないアルミニウムのフリーシンタリングが可能となる。
【００３５】
その際、チタンおよび／または水素化チタンの平均粒子径をｒ（μｍ）、チタンおよび／または水素化チタンの配合比をＷ（質量％）としたときに、１（μｍ）≦ｒ≦３０（μｍ）、０．１（質量％）≦Ｗ≦２０（質量％）であり、かつ０．１≦Ｗ／ｒ≦２とする。すなわち、平均粒子径が４μｍの水素化チタン粉の場合に、配合比Ｗは、０．１≦Ｗ／４≦２であることから０．４〜８質量％となり、平均粒子径２０μｍのチタン粉の場合に、配合比Ｗは、０．１≦Ｗ／２０≦２であることから２〜４０質量％となるが、０．１（質量％）≦Ｗ≦２０（質量％）から２〜２０質量％となる。
【００３６】
また、水素化チタンの平均粒子径は０．１（μｍ）≦ｒ≦３０（μｍ）としたが、より好ましくは４（μｍ）≦ｒ≦２０（μｍ）とする。このようにしたのは、１μｍ以下であると、自然発火する恐れがあり、一方、３０μｍを超えると、前記水素化チタンは焼結後にアルミニウムとチタンとの化合物が被覆されたチタン粒子となるが、そのアルミニウムとチタンの化合物相が剥離しやすくなって、焼結体に所望の強さが得られなるためである。
【００３７】
さらに、０．１（質量％）≦Ｗ≦２０（質量％）としたのは、焼結助剤粉末の配合比Ｗが２０質量％を超えると、アルミニウム混合原料粉末中で焼結助剤粉末同士が接点を持つようになって、アルミニウムとチタンの反応熱を制御できなくなるとともに、所望の多孔質焼結体が得られないようになるためである。
【００３８】
また、０．１（質量％）≦Ｗ≦２０（質量％）の範囲内であっても、焼結助剤粉末の粒子径によっては、アルミニウムとチタンの反応熱が大きくなりすぎる場合があり、反応熱によって溶解したアルミニウムの温度がさらに上昇して粘性が下がり、液滴を生じてしまう場合があった。
【００３９】
そこで、種々の条件で作製した試験片を電子顕微鏡で観察した結果から、発熱量をチタンの配合量および粒子径で制御できる範囲内では、チタン粒子の露出表面側からほぼ一定の厚さの表層部だけが、アルミニウム反応していることがわかった。これにより、液滴の発生を防止するためには１（μｍ）≦ｒ≦３０（μｍ）、かつ０．１≦Ｗ／ｒ≦２であることが望ましいことを実験的に導出した。
【００４０】
なお、０．１≦Ｗ／ｒ≦２の意味について、焼結助剤粉末にチタンを利用する場合を説明すると、チタンの平均粒子径をｒ、チタンの粒子数をＮ、チタンの添加質量をｗ、チタンの比重をＤ、アルミニウムとの反応によるチタン粒径の減少量をｄとすると、反応熱量Ｑは反応したチタンの体積に比例することから、Ｑ∝４πｒ2ｄＮである。さらに、チタン粒子の添加量は、チタン粒子１個の平均体積とチタン粒子の数との積により算出されることから、ｗ＝４／３πｒ3ＤＮである。よって後者の式を前者の式に代入すると、Ｑ∝３ｗｄ／ｒＤとなる。ここで、３／Ｄが定数であること、ならびにｄが焼結条件によらずほぼ一定であるという観察結果からＱ∝ｗ／ｒである。従って、液滴が発生しないＷ／ｒの範囲を実験的に求めて上述のように限定することによって、アルミニウムとチタンの反応熱が大きすぎることによる液滴の発生を防止するものである。
【００４１】
次いで、上記粘性組成物調製工程においては、上記アルミニウム混合原料粉末に、水溶性樹脂結合剤として、ポリビニルアルコール、メチルセルロースおよびエチルセルロースからなる群から選択される少なくともいずれか一種を、また可塑剤として、ポリエチレングリコール、グリセリンおよびフタル酸ジ−Ｎ−ブチルからなる群から選択される少なくとも一種を、それぞれ加えるとともに、蒸留水と界面活性剤としてのアルキルベタインとを、それぞれ加える。
【００４２】
このように、水溶性樹脂結合剤として、ポリビニルアルコール、メチルセルロースやエチルセルロースを用いると、その添加量が比較的少量で足りる。このため、上記水溶性樹脂結合剤の添加量は、アルミニウム混合原料粉末の１００質量部に対して、０．５〜７質量％の範囲内である。アルミニウム混合原料粉末の１００質量に対して、７質量％を超えると、加熱焼成する際に焼結前成形体１５などに残留する炭素量が増加して焼結反応が阻害され、他方０．５質量％に満たないと、焼結前成形体１５のハンドリング強度が確保されないためである。
【００４３】
また、アルキルベタインは、アルミニウム混合原料粉末の１００質量部に対して、０．０２〜３質量％が添加される。アルミニウム混合原料粉末の１００質量に対して、０．０２質量％を超えると、後述の非水溶性炭化水素系有機溶剤の混合の際に気泡が効果的に生成され、他方３質量％に満たないと、焼結前成形体１５などに残存する炭素量が増加することによる焼結反応の阻害が防止されるからである。
【００４４】
そして、これらを混練した後に、さらに炭素数５〜８非水溶性炭化水素系有機溶剤を混合することにより発泡させて、気泡の混合した粘性組成物３を調整する。この炭素数５〜８非水溶性炭化水素系有機溶剤としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタンおよびオクタンの少なくとも一種以上が使用可能である。
【００４５】
次に、本実施形態においては、上記焼結前工程は、図１に示すような成形装置を用いて行う。
この成形装置１は、第１ドクターブレード２、第１粘性組成物３のホッパ４、第２ドクターブレード２０、第２粘性組成物３０のホッパ４０、予備乾燥室５、恒温・高湿度槽６、乾燥槽７、キャリアシート８の送り出しリール９、キャリアシート８の支持ロール１０、１１、１２およびキャリアシート（被塗工材）８上に、焼結前のアルミニウム多孔質体が塗布された焼結前成形体１５を案内・支持するロール１３、焼結前成形体１５からキャリアシート８を剥離する剥離部２３、さらに剥離されたキャリアシート８の巻き取りリール１４、焼結前成形体１５を所定の大きさに切断するカッタ１６を備えて概略構成されている。
【００４６】
そして、上記焼結前工程においては、ホッパ４に投入された第１粘性組成物３を、送り出しリール９から連続的に繰り出される、キャリアシート８の上面（塗布面）に、第１ドクターブレード２によって、０．０５〜５ｍｍの厚さになるように塗工した後に、ホッパ４０に投入された第２粘性組成物３０を、キャリアシート上に塗工された第１粘性組成物３の上面（塗布面）に、第２ドクターブレード２０によって、０．０５〜５ｍｍの厚さになるように塗工する。そして、予備乾燥室５から恒温・高湿度槽６において発泡させて、その気泡を整寸化した後、乾燥槽７において温度７０℃で乾燥させる。次いで、ロール１３から送り出されてきた焼結前成形体１５を、カッタ１６などにより所定の長さに切断する。
【００４７】
この発泡・乾燥工程を経て送り出された焼結前成形体１５は、互いに連通する三次元網口状の複数の空孔を有するとともに、気孔径および／または気孔率が異なる少なくとも２種類以上の成形体が積層される。この積層された焼結前成形体１５は、キャリアシート８の上面側に緻密層形成用成形体１５ａが配置され、この緻密層形成用成形体１５ａの上面側に多孔層形成用成形体１５ｂが配置される。また、第１粘性組成物３および第２粘性組成物３０は、これらに含まれる発泡剤の気化により気泡が形成され、その気泡周囲に金属粉末を含む組成物が凝集することにより、焼成後の骨格となる部分が形成される。上記気泡は三次元に分布し、互いに接する配置を取り、また気泡は球形状に膨らもうとすることから、骨格は略球形状の連通した気孔をもつ三次元網口状構造となる。
【００４８】
また、焼結前成形体１５における第１粘性組成物３のキャリアシート８側の下面には、発泡剤は球形状に膨らもうとすることから、各気泡に連通する略円形状の複数の穴が形成される。ここで気泡が接していない部分は、キャリアシート８の表面に沿って平坦な面状部を形成するとともに、気泡の部分が空孔になる。そして、上記気泡の一断面が表面の上記穴として表れることから、当該穴の径は、気泡によって連通する上記空孔より小さいもとなる。また、キャリアシート８と粘性組成物３の濡れ性を調製することにより、上記面状部の面積を調整することができる。
【００４９】
一方、焼結前成形体１５における第２粘性組成物３０のキャリアシート８とは反対側の面である上面では、気泡が塗工された粘性組成物３０の表面から突出した形で形成されるが、金属粉末を含む粘性組成物３０は表面張力により表面から突出することなく表面上で凝集するために、上記突出形状の気泡の周囲には、面状に広がる面状部が形成されることになる。また、突出形状の気泡の部分は、当該気泡が乾燥により排除されることにより、空孔に連通する穴になる。この場合も、上記穴の径は、上述した理由と同様の理由により、上記空孔の径より小さくなる。また、例えば第２ドクターブレード２０での塗工後に、予熱温度を変更することにより、粘性組成物３０の表面の粘性や表面張力を変えて、上記面状部の面積を調整することができる。
【００５０】
そこで次に、上記焼結工程では、上記焼結前成形体１５を、ジルコニア敷粉を敷いたアルミナセッターの上に載置して、露点が−２０℃以下のアルゴン雰囲気中に５２０℃で１時間加熱保持する仮焼成を行う。これにより、焼結前成形体１５の水溶性樹脂結合剤成分、可塑剤成分、蒸留水およびアルキルベタインのバインダー溶液を揮発および／または分解させる脱バインダーが行われるとともに、焼結助剤粉末として水素化チタンを用いた場合には脱水素がなされる。
【００５１】
そして、仮焼成後の焼結前成形体１５１４を、Ｔｍ−１０（℃）≦加熱焼成温度Ｔ≦６８５（℃）で加熱焼成してアルミニウム多孔質焼結体を得る。
上記加熱焼成を、上記範囲Ｔで行うのは、焼結前成形体１５を融解温度Ｔｍ（℃まで加熱することにより、アルミニウムとチタンとの反応が開始するものと考えられるものの、実際にはアルミニウムの不純物としてＦｅやＳｉなどの共晶合金元素を微量に含有して融点が低下することから、Ｔｍ−１０（℃）まで加熱することにより、アルミニウムとチタンとの反応が開始されると考えられるためである。実施に、アルミニウムの融点が６６０℃であるのに対して、純アルミニウム粉として流通している純度９８％〜９９．７％程度のアトマイズ粉では、６５０℃前後が溶解開始温度となる。
【００５２】
他方、アルミニウムとチタンの包晶温度である６６５℃℃になり、さらに融解潜熱が入熱されるとアルミニウムの焼結体が融解することから、炉内雰囲気温度を６８５℃以下に保持する必要がある。
【００５３】
なお、焼結工程における加熱焼成は、アルミニウム粒子表面およびチタン粒子表面の酸化被膜の成長を抑制するため、非酸化性雰囲気にて行う必要がある。但し、予備加熱として、４００℃以下の加熱温度に３０分間程度保持する場合には、空気中で加熱してもアルミニウム粒子表面およびチタン粒子表面の酸化被膜はさほど成長しないので、例えば、焼結前成形体１５を、一旦空気中で３００℃〜４００℃に１０分間程度加熱保持して脱バインダーした後、アルゴン雰囲気中で所定の温度に加熱して焼成してもよい。
【００５４】
これにより得られたアルミニウム多孔質焼結体１７は、図２に見られるように、有孔金属焼結体からなる三次元網口構造の金属骨格を有し、かつ気孔径および／または気孔率が異なる少なくとも２種類以上の多孔質体が積層されている。この積層されている多孔質体は、気孔径が０．１〜２０μｍ、気孔率５〜５０％の緻密層１７ａと、気孔径が２０〜６００μｍ、気孔率７０〜９７％の多孔層１５ｂとにより構成されている。また、有孔金属焼結体に略均一にＡｌ−Ｔｉ化合物が分散しており、空孔が直線長さ１ｃｍ当たりに２０ヶ以上形成されて、緻密層１７ａが５〜５０％、多孔層１７ｂが７０〜９７％の全体気孔率を有している。
【００５５】
さらに、本実施形態のアルミニウム多孔質焼結体の製造方法により得られたアルミニウム多孔質焼結体１７を、図２に示すように、ヒートパイプ１８に用いる場合には、まず２枚のアルミニウムの平板を各々コの字状に折曲する。次いで、この折曲した各々のアルミニウム板に、アルミニウム多孔質焼結体１７を接着する。この時、アルミニウム多孔質焼結体１７の緻密層１７ａ側を、コの字状に折曲した上記アルミニウム板の内面に密着させて配置する。
【００５６】
そして、折曲した各々の上記アルミニウム板に接着されたアルミニウム多孔質焼結体１７側を向かい合わせ、各々の長辺部同士をかしめて角柱状のパイプにするとともに、当該角柱状のパイプ内に作動液２０として水を入れ、内部を減圧した後に、開口されている両隊側をアルミニウム板で塞ぎかしめることにより、密閉されたヒートパイプを製造することができる。
【００５７】
このヒートパイプ１８は、図２示すように、パイプの一端部の受熱部２１より外部の熱を吸収し、内部の作動液２０が蒸発する。この際、パイプ内面に貼着されたアルミニウム多孔質焼結体１７の緻密層１７ａは、平坦な面状部１７ｃにより密着されているため、外部からの熱を効率良く吸収することができる。そして、蒸発した作動液２０が蒸気となり、パイプ内の温度の低い放熱部２２に熱輸送される。この放熱部２２において、輸送された蒸気から熱が外部に放出される。この際も、パイプ内面に貼着されたアルミニウム多孔質焼結体１７の緻密層１７ａは、平坦な面状部１７ｃにより密着されているため、外部に熱を効率良く放出することができる。さらに、熱を放出した作動液２０は凝縮され再び液化する。この液化された作動液２０は、ウィック１９であるアルミニウム多孔質焼結体１７の多孔層１７ｂの毛細管作用によって吸収され、環流することにより再び受熱部に移動する。そして、受熱部２１に移動した作動液２０は、再び外部の熱を吸収して蒸発する。このサイクルを繰り返し行うことにより、ヒートパイプ１８は受熱部２１から放熱部２２に熱の伝達を行う。
【００５８】
したがって、ヒートパイプ１８のウィック１９に本願発明の製造方法で得られたアルミニウム多孔質焼結体１７を用いることにより、受熱部２１による熱の吸収および放熱部２２による熱の放出との熱交換効率を向上させることができるとともに、三次元骨格形状に孔径６００μ以下の極めて小さいな孔が形成されているため、この微小孔の内部のガスが沸騰核となり、作動液２０の放出部２２での揮発がスムーズに行われ、冷却高率を高めることができる。
【００５９】
また、アルミニウム多孔質焼結体１７の緻密層１７ａが、平坦な面状部１７ｃにより、アルミニウム板と密着されているため、ヒートパイプ１８を曲げ加工により形状を変形させても、アルミニウム多孔質焼結体１７は、アルミニウム板から剥離されることがない。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明のアルミニウム多孔質焼結体の製造方法は、ヒートパイプのウィックを製造する際に利用することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１  成形装置
２  第１ドクターブレード
２０  第２ドクターブレード
３  第１粘性組成物
３０  第２粘性組成物
４、４０  ホッパ
５  予備乾燥室
６  高湿度槽
７  乾燥槽
８  キャリアシート
９  送り出しリール
１０、１１、１２  支持ロール
１３  案内・支持ロール
１４  巻き取りリール
１５  焼結前成形体
１５ａ  緻密層形成用成形体
１５ｂ  多孔層形成用成形体
１６  カッタ
１７  アルミニウム多孔質焼結体
１７ａ  緻密層
１７ｂ  多孔層
１７ｃ  面状部
１８  ヒートパイプ  
１９  ウィック
２０  作動液
２１  受熱部
２２  放出部
【図１】
0005526940.tif 000002
【図２】
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