(57)【要約】【課題】形状の自由度が大きく、低コストな構造体およびその製造方法を提供する。【解決手段】構造体１は、第１部材３と、第２部材４と、第３部材５とを備える。第１部材３は、第１の金属からなり、連通孔を有する３次元網目構造を含む。第２部材４は、第１部材３の表面を覆うように形成され、第１の金属とは異なる第２の金属からなる。第３部材５は、第２部材４の表面を覆うように形成され、第２の金属とは異なる第３の金属からなる。連通孔は第２部材４と第３部材５とにより充填されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の金属からなり、連通孔を有する３次元網目構造を含む第１部材と、
前記第１部材の表面を覆うように形成され、前記第１の金属とは異なる第２の金属からなる第２部材と、
前記第２部材の表面を覆うように形成され、前記第２の金属とは異なる第３の金属からなる第３部材とを備え、
前記連通孔は前記第２部材と前記第３部材とにより充填されている、構造体。
【請求項２】
前記第１〜第３部材の合計体積に対する、前記第２部材の体積の割合が１０％以上９５％以下である、請求項１に記載の構造体。
【請求項３】
前記第１の金属および前記第３の金属は銅であり、
前記第２の金属はタングステンである、請求項１または２に記載の構造体。
【請求項４】
第１の金属からなり、連通孔を有する３次元網目構造を含む第１部材を準備する工程と、
前記第１部材の表面を覆うように、前記第１の金属とは異なる第２の金属からなる第２部材を形成する工程と、
前記第２部材の表面を覆うように、前記第２の金属とは異なる第３の金属からなる第３部材を形成する工程とを備え、
前記第３部材を形成する工程においては、前記第２部材と前記第３部材とにより前記連通孔が充填された状態となる、構造体の製造方法。
【請求項５】
前記第３部材を形成する工程の後、前記第１〜第３部材からなる前記構造体を機械加工する、請求項４に記載の構造体の製造方法。
【請求項６】
前記第１の金属および前記第３の金属は銅であり、
前記第２の金属はタングステンである、請求項４または５に記載の構造体の製造方法。
【請求項７】
第１部材を準備する工程では、前記第１部材を機械加工する、請求項４〜６のいずれか１項に記載の構造体の製造方法。
【請求項８】
前記第２部材を形成する工程では、溶融塩浴を用いためっき法により前記第２部材を形成する、請求項４〜７のいずれか１項に記載の構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、構造体およびその製造方法に関し、より特定的には、３次元網目構造を含む構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、放電加工用電極や伝熱材料として銅−タングステン合金を用いることが提案されている（たとえば、特開２００４−１６９０６４号公報参照）。特開２００４−１６９０６４号公報では、銅粉とタングステン粉とを混合してから熱間加圧焼結することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１６９０６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述した銅―タングステン合金の製造方法では、比較的単純な形状の銅−タングステン合金しか得られないため、伝熱材料などの構成部材（構造体）とするために当該合金に対して切削加工などの機械加工を行なう必要がある。しかし、このような機械加工によって所定の形状の構造体を形成すると、機械加工において切削くずなどの材料損失が発生し、結果的に構造体の製造コストが増大することになる。また、機械加工により形成できる形状にもある程度の制約があるため、構造体の形状に関する自由度をあまり大きくできないという問題もある。そして、このような課題は上述した銅―タングステン合金からなる構造体に限らず、原料粉末を混合して成型・焼成するような金属材料からなる構造体に関しても問題となる。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、形状の自由度が大きく、低コストな構造体およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に従った構造体は、第１部材と、第２部材と、第３部材とを備える。第１部材は、第１の金属からなり、連通孔を有する３次元網目構造を含む。第２部材は、第１部材の表面を覆うように形成され、第１の金属とは異なる第２の金属からなる。第３部材は、第２部材の表面を覆うように形成され、第２の金属とは異なる第３の金属からなる。連通孔は第２部材と第３部材とにより充填されている。
【０００７】
このように、３次元網目構造を含む第１部材の周囲に、第２部材および第３部材を充填するように配置して構造体を構成しているので、後述する製造方法からもわかるように予め第１部材を構成材の形状となるように加工しておき、その後第２部材および第３部材を配置することで構造体を構成できる。このため、従来のように第１の金属〜第３の金属を含む原料を焼結した後に機械加工を行なう場合より、第２部材および第３部材を構成する金属材料の機械加工による材料ロスを低減できる。このため、構造体の製造コストの増大を抑制できる。また、予め第１部材を加工できるので、第１部材を構成する第１の金属については機械加工が比較的容易な（たとえば硬度の相対的に低い）金属を用いることで、第１部材について任意の形状に加工しておき、その後第２部材および第３部材を形成することで、任意の形状の構造体を容易に得ることができる。この結果、形状の自由度の高い、低コストな構造体を実現できる。
【０００８】
この発明に従った構造体の製造方法は、第１部材を準備する工程と、第２部材を形成する工程と、第３部材を形成する工程とを備える。第１部材を準部する工程では、第１の金属からなり、連通孔を有する３次元網目構造を含む第１部材を準備する。第２部材を形成する工程では、第１部材の表面を覆うように、第１の金属とは異なる第２の金属からなる第２部材を形成する。第３部材を形成する工程では、第２部材の表面を覆うように、第２の金属とは異なる第３の金属からなる第３部材を形成する。第３部材を形成する工程においては、第２部材と第３部材とにより連通孔が充填された状態となる。
【０００９】
このようにすれば、予め第１部材を構成材の形状となるように加工しておき、その後第２部材および第３部材を配置するといった対応が可能になる。このため、従来のように第１の金属〜第３の金属を含む原料を焼結した後に機械加工を行なう場合より、第２部材および第３部材を構成する金属材料の機械加工による材料ロスを低減できる。このため、構造体の製造コストの増大を抑制できる。
【００１０】
また、予め第１部材を加工できるので、第１部材を構成する第１の金属については機械加工が比較的容易な（たとえば硬度の相対的に低い）金属を用いることで、第１部材について任意の形状に容易に加工できる。さらに、その後第２部材および第３部材を形成することで、任意の形状の構造体を容易に得ることができる。この結果、形状の自由度の高い、低コストな構造体を実現できる。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、低コストで形状の自由度の大きな構造体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に従った構造体の斜視模式図である。
【図２】図１に示した構造体の部分拡大断面模式図である。
【図３】図１に示した構造体の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図４】本発明に従った構造体の変形例を示す斜視模式図である。
【図５】本発明に従った構造体の他の変形例を示す斜視模式図である。
【図６】基材の写真である。
【図７】タングステンめっきを行なった後の基材の写真である。
【図８】図７に示した基材の拡大写真である。
【図９】図８に示した基材のさらなる拡大写真である。
【図１０】図９に示した基材の一部の断面写真である。
【図１１】溶浸工程後の基材である構造体の写真である。
【図１２】図１１に示した構造体の断面写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分については同一の参照符号を付しその説明は繰返さない。
【００１４】
図１および図２を参照して、本発明による構造体は任意の形状を採用することができるが、たとえば図１に示すような平板状の構造体１とすることができる。構造体１の拡大断面図は、図２に示すように、貫通孔を有する三次元網目構造を含む第１部材３と、当該第１部材３の表面を被覆するように膜状に形成された第２部材４と、第２部材４の表面を覆うとともに第１部材３および第２部材４により占有された領域以外の領域を充填する第３部材５とからなる。
【００１５】
第１部材３、第２部材４、第３部材５のそれぞれは任意の材料によって構成されていてもよいが、たとえばすべて異なる金属により構成されてもよい。たとえば、第１部材３を構成する第１の金属としては銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）やアルミニウム（Ａｌ）を用いることができる。また、第２部材を構成する第２の金属としてはたとえばタングステンを用いることができる。また、第３部材５を構成する第３の金属としては、たとえば第１部材３を構成する金属と同じ金属を用いることができる。
【００１６】
このような構造の構造体１では、当該構造体１を構成する第１部材３〜第３部材５を構成する材料を調整し、また第１部材３の構造体１における占有率を調整することによって熱伝導率や強度、あるいは比重などを任意に制御することができる。
【００１７】
次に、図３を参照して、図１および図２に示した構造体の製造方法を説明する。
図３を参照して、まず基材準備工程（Ｓ１０）を実施する。この工程（Ｓ１０）においては、連通孔を有する三次元網目構造を含む第１部材である基材を準備する。この基材の形状は任意の形状とすることができる。たとえば、板状もしくは柱状の母材から、機械加工などによって任意の形状の基材を準備することができる。具体的には、基材としては金属多孔体を用いることができる。
【００１８】
次にめっき工程（Ｓ２０）を実施する。この工程（Ｓ２０）においては、任意の方法を用いて基材の表面に第２部材を構成する金属層を形成する。このようなめっき工程としては、たとえば電解液として溶融塩を用いためっき法を用いることができる。この工程（Ｓ２０）を実施することにより、第１部材の表面を覆う膜状の第２部材４（図２参照）を形成することができる。
【００１９】
次に、溶浸工程（Ｓ３０）を実施する。この工程（Ｓ３０）においては、めっき工程によって表面に第２部材が形成された第１部材からなる基材を、たとえば溶融した金属浴に浸漬することにより、第２部材の表面を覆うとともに基材の内部に残存していた空隙を第３部材となるべき金属で充填する。なお、この工程（Ｓ３０）においては、上述のように溶融した金属浴に基材を浸漬する方法を用いてもよいが、他の任意の方法を用いてもよい。たとえば、第２部材が表面に形成された第１部材からなる基材上に、溶浸させるべき金属からなる板状部材を配置する。その後、基材全体を加熱して、溶浸させるべき金属を溶融させる。この結果、溶融した金属は基材の連通孔（空隙）の内部に侵入し、結果的に基材の内部の連通孔を当該金属によって充填することができる。このように溶浸工程（Ｓ３０）を実施するため、たとえば第３部材５を構成する金属材料（溶浸させる金属材料）の融点は、少なくとも第２部材４を構成する金属材料の融点よりも低いことが好ましい。
【００２０】
この後、後処理工程（Ｓ４０）を実施する。この工程（Ｓ４０）においては、たとえば工程（Ｓ３０）後の基材に対して機械加工などの任意の加工を行なうことができる。このようにして、図１および図２に示した構造体１を得ることができる。
【００２１】
なお、上述した工程（Ｓ１０）において準備する基材の形状を任意に変更することにより、本発明による構造体１の形状を任意に調整することができる。たとえば、円盤状の基材を工程（Ｓ１０）において準備することで、図４に示すように円板状の構造体１を得ることもできる。また、図５に示すような形状の基材を準備することで、図５に示すように、板状のベース部１０の一方の主表面上に、当該主表面に対して交差する方向（たとえば垂直な方向）に突出するとともに所定の方向（上記一方の主表面に沿った方向）に延びるように形成された板状のフィン部１１が形成されたような構造体１を得ることもできる。
【００２２】
なお、第１部材〜第３部材を含む単純な形状の構造体を形成してから、図５に示すような形状に構造体１を機械加工する場合には、当該機械加工によって構造体１を研削した結果排出される研削屑などによって材料の利用率は低下する。しかし、本発明のように、三次元網目構造を含む第１部材からなる基材を準備するときに、当該基材の形状を機械加工によって任意の形状としておけば、後から構造体を機械加工する場合に比べて、材料の利用効率を高めることができる。この結果、構造体１の製造コストを低減できる。
【００２３】
以下、上述した実施の形態と一部重複する部分もあるが、本発明の特徴的な構成を列挙する。
【００２４】
この発明に従った構造体１は、第１部材３と、第２部材４と、第３部材５とを備える。第１部材３は、第１の金属からなり、連通孔を有する３次元網目構造を含む。第２部材４は、第１部材３の表面を覆うように形成され、第１の金属とは異なる第２の金属からなる。第３部材５は、第２部材４の表面を覆うように形成され、第２の金属とは異なる第３の金属からなる。連通孔は第２部材４と第３部材５とにより充填されている。
【００２５】
このように、３次元網目構造を含む第１部材３の周囲に、第２部材４および第３部材５を充填するように配置して構造体を構成しているので、上述した製造方法からもわかるように予め第１部材３を構造体１の形状となるように加工しておき、その後第２部材４および第３部材５を配置することで構造体１を構成できる。このため、従来のように第１の金属〜第３の金属を含む原料を焼結した後に機械加工を行なう場合より、第２部材４および第３部材５を構成する金属材料の機械加工による材料ロスを低減できる。このため、構造体１の製造コストの増大を抑制できる。また、予め第１部材３を加工できるので、第１部材３を構成する第１の金属については機械加工が比較的容易な（たとえば硬度の相対的に低い）金属を用いることで、第１部材３について任意の形状に加工しておき、その後第２部材４および第３部材５を形成することで、任意の形状の構造体１を容易に得ることができる。この結果、形状の自由度の高い、低コストな構造体１を実現できる。なお、ここで第２部材４が「第１部材３の表面を覆うように形成されている」とは、第１部材３の表面全体を完全に第２部材４が覆っている場合と、第１部材３の表面の大部分が第２部材４によって覆われているものの、第１部材３の表面の一部上には第２部材４が形成されていない場合とを含む。また、第３部材５が「第２部材４の表面を覆うように形成されている」とは、第２部材４の表面全体を完全に第３部材５が覆っている場合と、第２部材４の表面の大部分が第３部材５によって覆われているものの、第２部材４の表面の一部上には第３部材５が形成されていない場合とを含む。また、ここで「連通孔が第２部材４と第３部材５とにより充填されている」とは、連通孔の内部が第２部材４および第３部材５により隙間なく埋め尽くされている場合のみならず、連通孔内部にある程度の隙間、あるいは第２部材４および第３部材５とは別の構成材が部分的に存在している場合をも含む。
【００２６】
上記構造体１において、第１部材３〜第３部材５の合計体積に対する、第２部材４の体積の割合が１０％以上９５％以下であってもよい。この場合、第２部材４の体積の上記割合および第２部材４を構成する金属の種類を適宜選択することで、構造体１の機械的特性や熱的特性を調整することができる。
【００２７】
上記構造体１において、第１の金属および第３の金属は銅であってもよく、第２の金属はタングステンであってもよい。この場合、本発明による構造体１を放電加工用電極や伝熱部材として利用することができる。
【００２８】
この発明に従った構造体１の製造方法は、第１部材３を準備する工程（基材準備工程（Ｓ１０））と、第２部材４を形成する工程（めっき工程（Ｓ２０））と、第３部材５を形成する工程（溶浸工程（Ｓ３０））とを備える。第１部材３を準部する工程（Ｓ１０）では、第１の金属からなり、連通孔を有する３次元網目構造を含む第１部材３を準備する。第２部材４を形成する工程（Ｓ２０）では、第１部材３の表面を覆うように、第１の金属とは異なる第２の金属からなる第２部材４を形成する。第３部材５を形成する工程（Ｓ３０）では、第２部材４の表面を覆うように、第２の金属とは異なる第３の金属からなる第３部材５を形成する。第３部材５を形成する工程（Ｓ３０）においては、第２部材４と第３部材５とにより連通孔が充填された状態となる。
【００２９】
このようにすれば、予め第１部材３を構造体１の形状となるように加工しておき、その後第２部材４および第３部材５を配置するといった対応が可能になる。このため、従来のように第１の金属〜第３の金属を含む原料を焼結した後に機械加工を行なう場合より、第２部材４および第３部材５を構成する金属材料の機械加工による材料ロスを低減できる。このため、構造体１の製造コストの増大を抑制できる。
【００３０】
また、予め第１部材３を加工できるので、第１部材３を構成する第１の金属については機械加工が比較的容易な（たとえば硬度の相対的に低い）金属を用いることで、第１部材３について任意の形状に容易に加工できる。さらに、その後第２部材４および第３部材５を形成することで、任意の形状の構造体１を容易に得ることができる。この結果、形状の自由度の高い、低コストな構造体１を実現できる。
【００３１】
上記構造体の製造方法においては、第３部材を形成する工程（Ｓ３０）の後、たとえば後処理工程（Ｓ４０）において第１〜第３部材からなる構造体１を機械加工してもよい。この場合、構造体１の形状精度をより高めることができる。
【００３２】
上記構造体の製造方法において、第１の金属および第３の金属は銅であってもよく、第２の金属はタングステンであってもよい。この場合、放電加工用電極や伝熱部材として利用することが可能な構造体１を容易に製造できる。
【００３３】
上記構造体の製造方法において、第１部材を準備する工程（Ｓ１０）では、第１部材３を機械加工してもよい。この場合、第１部材３を予め加工しておくことで、第３部材までを形成した後に構造体１の形状を機械加工により成形する場合より、材料損失を低減できる。
【００３４】
上記構造体の製造方法において、第２部材を形成する工程（Ｓ２０）では、溶融塩浴を用いためっき法により第２部材４を形成してもよい。この場合、タングステンなどの３価以上の価数を有し、かつ複数の価数状態となり得る元素を第２の金属として用いることができる。
【００３５】
上記構造体およびその製造方法において、第１〜第３の金属としては、たとえばニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）からなる群から選択されるいずれか１種、あるいは上述した金属を主成分として含む合金などを用いることができる。また、第２の金属としては、第１の金属よりも卑な電位で電析する金属を用いることが好ましい。また、第２の金属の融点は、第３の金属の融点より高いことが好ましい。
【００３６】
（実施例）
本発明による構造体の効果を確認するため、実際に本発明による構造体の一例である銅タングステン構造体を作製した。具体的には、図６に示すように、まず基材準備工程（Ｓ１０）として、銅（Ｃｕ）からなる三次元網目構造を含む部材（Ｃｕ多孔体）を板状に加工した基材を準備した。当該基材の外径は、５ｃｍ×６ｃｍ×０．１ｃｍである。また、当該基材における空隙比率は９３％であり、密度は０．３ｇ／ｃｍ3である。
【００３７】
次に、めっき工程（Ｓ２０）として、当該基材の表面にタングステン膜をめっき法により形成した。具体的には、電解液として、ＷＯ3とＫＦとＢ2Ｏ3とを含む電解液を用いてタングステンめっきを行なった。なお、電解液における組成比は、ＷＯ3：ＫＦ：Ｂ2Ｏ3＝０．０７：０．６７：０．２６である。また、アノード電極としてはタングステン板を用いた。そして、カソード電極として、上述したＣｕ多孔体からなる基材を用いた。電解液の温度は８８０℃とし、雰囲気としてはアルゴン雰囲気を用いた。また、電解めっきに用いた電流の密度は３．８ｍＡ／ｃｍ2とし、めっき時間は２１０分とした。なお、当該めっき時間については、３０分間通電を行なった後、５分間逆方向に電流を流す（逆電解）を実施するというサイクルを７サイクル行なった。この結果、図７〜図１０に示すように、Ｃｕ多孔体からなる基材の表面にタングステン膜がめっきされた試料（ＣｕＷ多孔体）を得ることができた。
【００３８】
ここで、図９に示すように、当該ＣｕＷ多孔体においては、三次元網目構造を含む銅からなる第１部材の表面をタングステン膜が覆うように形成されている。また、このＣｕＷ多孔体の一部についてその断面を観察すると、図１０に示すように、銅からなる第１部材の表面に第２部材としてのタングステン膜がきれいに形成されていることがわかる。
【００３９】
次に、溶浸工程（Ｓ３０）を実施する。この工程では、高温で溶融した銅を図７〜図１０に示したＣｕＷ多孔体に溶浸した。この結果、ＣｕＷ多孔体に残存していた空隙を銅によって充填した構造体（ＣｕＷ構造体）を得ることができた。
【００４０】
当該構造体の外観は図１１に示すとおりである。また、図１２に示すように、当該構造体の断面においては、三次元網目構造を含む銅からなる基材の表面を覆っていた、タングステンからなる膜が網目状に分散配置された構造となっている。
【００４１】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、３次元網目構造を有する基材を利用した構造体に特に有利に適用される。
【符号の説明】
【００４３】
１  構造体、３  第１部材、４  第２部材、５  第３部材、１０  ベース部、１１  フィン部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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