(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属又は合金から成る母材内に発泡による気泡を有する発泡金属を製造する方法であって、
溶融した前記母材に圧力を印加して、溶融した前記母材を金型の内部に導入すると共に、前記母材内へガスを混入させる工程と、
その後、前記金型を開いて前記金型の内部の空間を広げることにより、前記母材内に前記気泡を発生させる工程と、
前記気泡が形成された前記母材を冷却する工程とを有する
発泡金属の製造方法。
【請求項２】
溶融した前記母材を金型の内部に導入する工程の前に、前記金型の内面、又は、前記金型の内部へ前記母材を導入するための導入部の内面に、離型剤又は潤滑剤を塗布する工程を行う、請求項１に記載の発泡金属の製造方法。
【請求項３】
溶融した前記母材を金型の内部に導入する工程の前又は後に、溶融した前記母材に超音波を印加する工程を行い、その後、前記母材内に前記気泡を発生させる工程を行う、請求項１又は請求項２に記載の発泡金属の製造方法。
【請求項４】
金属又は合金から成る母材内に発泡による気泡を有する発泡金属を製造するための製造装置であって、
内部に空間を有するように突き合わせることが可能である、複数個の金型と、
前記金型の内部に、溶融した前記母材を導入するための導入部と、
前記金型同士を相対的に動かす駆動部とを備えた
発泡金属の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポーラスアルミニウム等の発泡金属の製造方法及び発泡金属の製造装置に係わる。
【背景技術】
【０００２】
ポーラスアルミニウム等、各種の金属や合金を発泡させた発泡金属は、軽量であって、衝撃エネルギーの吸収特性が高く、制振特性や断熱特性、遮音性等、非常に多くの優れた特徴を有する多機能な素材である。
発泡金属の用途としては、自動車、航空宇宙、鉄道車両、医療分野、建築部材、産業用機械部品等、様々な用途が考えられている。
【０００３】
発泡金属の製造方法として、例えば、鋳造により発泡金属を作製する鋳造法や、アルミニウム合金等の母材中に発泡剤を混合して、プリカーサ（プリフォーム、発泡金属前駆体とも呼ばれる）を作製する、プリカーサ法等がある。
【０００４】
鋳造法は、例えば、母材の純Ａｌ溶湯にＣａ等を添加して増粘させて、ＴｉＨ２等の発泡剤を添加して発泡させる方法である（例えば、特許文献１を参照。）。
発泡させた後に、冷却して発泡体を取り出して、必要な大きさに切断する。
【０００５】
プリカーサ法では、上述したようにプリカーサを作製した後に、プリカーサを加熱して、発泡剤を分解してガスを発生させ、このガスの発生により軟化した母材を膨張させる。
プリカーサ法の具体的な方法としては、様々な方法が提案されており、例えば、粉末冶金法や圧延接合法が提案されている。
粉末冶金法は、例えば、Ａｌ合金等の母材の粉末と、ＴｉＨ２等の発泡剤の粉末とを均一になるまで混合して、混合物を押し出し成型する。その後、赤外線イメージ炉等で加熱して発泡剤を発泡させる（例えば、特許文献２、特許文献３を参照。）。
圧延接合法は、母材の板材を複数用意して、板材に必要に応じて表面処理を施した後に、板材の間に発泡剤を挟んで圧延し、複数の板材を接合する。そして、この圧延の工程を繰り返して母材中に発泡剤を均一に分散させて、発泡金属前駆体とする（例えば、特許文献４を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−６１８６５号公報
【特許文献２】独国特許出願公開第１０４８３６０号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第４１０１６３０号明細書
【特許文献４】特開２００４−２８５４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ＴｉＨ２（水素化チタン）等の発泡剤を使用する製造方法では、発泡剤が高価であるために、発泡金属の製造コストが高くなる。
従って、高価な発泡剤を使用しなくても発泡金属を製造することができれば、発泡金属の製造コストを低減することが可能になる。
【０００８】
上述した問題の解決のために、本発明においては、低コストで発泡金属を製造することができる、発泡金属の製造方法及び発泡金属の製造装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の発泡金属の製造方法は、金属又は合金から成る母材内に発泡による気泡を有する発泡金属を製造する方法である。そして、溶融した母材に圧力を印加して、溶融した母材を金型の内部に導入すると共に、前記母材内へガスを混入させる工程と、その後、金型を開いて金型の内部の空間を広げることにより、母材内に気泡を発生させる工程と、気泡が形成された母材を冷却する工程とを有するものである。
【００１０】
上記本発明の発泡金属の製造方法において、溶融した母材を金型の内部に導入する工程の前に、金型の内面、又は、金型の内部へ母材を導入するための導入部の内面に、離型剤又は潤滑剤を塗布する工程を行うことも可能である。
上記本発明の発泡金属の製造方法において、溶融した母材を金型の内部に導入する工程の前又は後に、溶融した母材に超音波を印加する工程を行い、その後、母材内に気泡を発生させる工程を行うことも可能である。
【００１１】
本発明の発泡金属の製造装置は、金属又は合金から成る母材内に発泡による気泡を有する発泡金属を製造するための製造装置である。
そして、内部に空間を有するように突き合わせることが可能である、複数個の金型と、金型の内部に溶融した母材を導入するための導入部と、金型同士を相対的に動かす駆動部とを備えたものである。
【００１２】
上述の本発明の発泡金属の製造方法によれば、溶融した母材に圧力を印加して母材を金型の内部に導入すると共に母材内へガスを混入させた後に、金型を開いて金型の内部の空間を広げることにより、母材内に気泡を発生させるので、発泡剤を使用しなくても、もしくは、従来の発泡剤によって発泡させる方法と比較して大幅に発泡剤の使用量を低減しても、母材内に気泡を発生させることが可能になる。
これにより、比較的高価な発泡剤を、使用しない、もしくは、使用量を大幅に低減することが可能になる。
【００１３】
上述の本発明の発泡金属の製造装置によれば、内部に空間を有するように突き合わせることが可能である、複数個の金型と、これらの金型同士を相対的に動かす駆動部とを備えている。これにより、駆動部を駆動させて金型同士を相対的に動かして、金型を内部に空間を有するように突き合わせることや、突き合わせた金型同士を離すことによって金型を開いて内部の空間を開放すると共に内部の空間を広げることが可能になる。
金型同士を開いて、内部の空間を開放し、空間を広げれば、金型を突き合わせた状態と比較して、空間の内部の圧力を大幅に低減することができる。従って、この圧力差を利用して、金型の内部に導入した母材内に気泡を形成し、母材を膨張させて、発泡金属を製造することが可能になる。これにより、比較的高価な発泡剤を、使用しない、もしくは、使用量を大幅に低減することが可能になる。
【発明の効果】
【００１４】
上述の本発明の発泡金属の製造方法によれば、比較的高価な発泡剤を使用しなくても、発泡剤の使用量を大幅に低減しても、発泡金属を製造することが可能になるため、発泡金属を低いコストで製造することが可能になる。
また、従来の粉末冶金法の、母材と発泡剤とを混合攪拌する工程や加熱により発泡させる工程が不要となるので、工程数を低減して、大幅に生産性を向上することができる。
従って、安定した品質を有する発泡金属を、従来の鋳造法や粉末冶金法等と比較して、安いコストで、かつ高い生産性で、製造することが可能になる。
【００１５】
また、本発明の発泡金属の製造方法において、特に、溶融した母材を金型の内部に導入する工程の前又は後に、母材に超音波を印加する工程を行って、その後母材内に気泡を発生させる工程を行う構成としたときには、母材内に含まれている、ガスや気孔形成核を、超音波によって均一に分散させることが可能になる。
これにより、発泡金属の品質を向上して、さらに安定した品質を有する発泡金属を製造することができる。
【００１６】
また、本発明の発泡金属の製造装置によれば、金型同士を開いて、内部の空間を開放し、空間を広げれば、金型を突き合わせた状態と比較して、空間の内部の圧力を大幅に低減することができ、この圧力差を利用して、金型の内部に導入した母材内に気泡を形成し、母材を膨張させて、発泡金属を製造することが可能になる。
従って、発泡金属を、従来の鋳造法等と比較して、安いコストで製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施の形態の発泡金属の製造方法に係る製造装置の概略構成図（模式的な断面図）である。
【図２】図１の製造装置を使用した製造方法を説明する製造工程図である。
【図３】図１の製造装置を使用した製造方法を説明する製造工程図である。
【図４】図１の製造装置を使用した製造方法を説明する製造工程図である。
【図５】図１の製造装置を使用した製造方法を説明する製造工程図である。
【図６】図１の製造装置を使用した製造方法を説明する製造工程図である。
【図７】図１の製造装置を使用した製造方法を説明する製造工程図である。
【図８】図４の工程で加熱を行う変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、発明を実施するための最良の形態（以下、実施の形態とする）について説明する。
なお、説明は以下の順序で行う。
１．本発明の概要
２．実施の形態
３．変形例
【００１９】
＜１．本発明の概要＞
まず、本発明の具体的な実施の形態の説明に先立ち、本発明の概要を説明する。
【００２０】
本発明は、金属又は合金から成る母材中に、発泡による気泡を有する発泡金属を製造するための製造方法及び製造装置に関する。
【００２１】
ダイカスト法は、溶融した金属又は合金を、高速かつ高圧で金型に注入して凝固させて成型するので、生産性が高く、低コストで成型品を製造することができる。そのため、自動車用品等に広く用いられている。
このダイカスト法では、成型品中に気体を包含し易いという特徴を有する。例えば、溶融金属を金型内に射出する際に、金型内に存在する空気や金型表面に塗布した離型剤や潤滑剤が溶融金属と触れることによって、気化して発生したガスが溶融金属内に巻き込まれ、そのまま凝固することにより、ダイカスト成型品中に気体が含まれてしまう。
【００２２】
そこで、本発明では、金型を開くことにより、金型の内部の圧力を高い圧力（例えば、７０ＭＰａ）から大気圧（１気圧）に大幅に下げる。
これにより、母材の内部に含まれていたガスが膨張して、母材の金属又は合金の内部に気泡を生じるので、発泡金属を作製することができる。
溶融金属の膨張は、通常のダイカスト法では問題になる点であるが、本発明ではこの点を利用して発泡金属を製造する。
【００２３】
即ち、本発明の発泡金属の製造方法では、溶融した金属又は合金から成る母材に圧力を印加してこの母材を金型の内部に導入すると共に、母材内へガスを混入させた後に、金型を開いて金型の内部の空間を広げることにより、母材内に気泡を発生させて、さらに、気泡が形成された母材を冷却して、発泡金属を製造する。
また、本発明の発泡金属の製造装置は、内部に空間を有するように突き合わせることが可能である、複数個の金型と、金型の内部に溶融した母材を導入するための導入部と、金型の内部の空間を広げるために、金型同士を相対的に動かす駆動部とを備えた構成とする。
【００２４】
本発明において、金型としては、一般に使用されている、ダイカスト用の金型を使用することができる。
【００２５】
本発明において、母材となる金属又は合金の材料としては、各種の金属や合金材料を使用することが可能であり、例えば、アルミニウム、チタン、鉄、銅、アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金、鉄鋼材料、銅合金等が挙げられる。
【００２６】
金型に導入する際の、溶融した母材の温度は、母材を構成する材料の金属又は合金の融点以上の適切な温度範囲内とする。
例えば、アルミニウムやアルミニウムを主成分とする合金の場合には、５５０〜８００℃、好ましくは６５０〜７００℃の範囲内の温度とする。マグネシウムやマグネシウムを主成分とする合金の場合には、５５０〜８００℃の範囲内の温度とする。亜鉛や亜鉛を主成分とする合金の場合には、３００〜５５０℃の範囲内の温度とする。銅や銅を主成分とする合金の場合には、９００〜１２００℃の範囲内の温度とする。
【００２７】
金型に溶融した母材を導入する際に、印加する圧力は、比較的高い圧力、例えば、７０ＭＰａ程度とすることが望ましい。
【００２８】
本発明においては、目的とする発泡金属の構成により、金型の開き具合を変える。金型の開き具合により、気泡の程度（大きさや比率）も変わる。
金型を開く前後で、例えば体積を２〜５倍程度に増やすことができる。
【００２９】
また、母材内に形成される気孔の形態（形や大きさ等）を制御するための気孔形態安定剤として、アルミナ、炭化珪素、二酸化珪素等を、母材を金型に注入する前に添加しても構わない。
【００３０】
本発明の製造方法において、より好ましくは、金型の内部に溶融した母材を導入する工程の前又は後に、母材に超音波を印加することにより、超音波による振動を母材に加えて母材の内部のガスの分布を均一にすることも可能になる。
これにより、発泡金属の品質を向上して、さらに安定した品質を有する発泡金属を製造することができる。
【００３１】
本発明の製造方法では、母材が溶融した状態で金型に母材を導入するため、導入前に行った加熱による余熱があることから、発泡させる際に母材を加熱しなくても良いが、本発明において、金型に導入した母材に対して加熱を行っても構わない。
【００３２】
本発明の製造方法によれば、溶融した母材に圧力を印加して、この母材を金型の内部に導入すると共に母材内へガスを混入させた後に、金型を開いて金型の内部の空間を広げることにより、母材内に気泡を発生させる。これにより、発泡剤を使用しなくても母材内に気泡を発生させることが可能になる。
なお、本発明の製造方法において、発泡剤を使用することも可能である。その場合、溶融した母材を金型の内部に導入する前に、母材に発泡剤を添加して、発泡剤を母材に分散させておく。例えば、母材に発泡剤を添加して、加熱により母材を溶融させると共に、発泡剤を母材に分散させる。
発泡剤を使用する場合でも、本発明では、金型を開いて金型の内部の空間を広げることにより、母材内に気泡を発生させるので、発泡剤の使用量を、従来の発泡剤を使用して発泡金属を製造する方法と比較して、大幅に低減することが可能になる。
本発明の製造方法によれば、比較的高価な発泡剤を使用しなくても、もしくは、発泡剤の使用量を大幅に低減しても、発泡金属を製造することが可能になることから、発泡金属を低いコストで製造することが可能になる。
【００３３】
本発明の製造装置によれば、内部に空間を有するように突き合わせることが可能である、複数個の金型と、これらの金型同士を相対的に動かす駆動部とを備えているので、駆動部を駆動させて金型同士を相対的に動かして、金型を内部に空間を有するように突き合わせることができる。また、突き合わせた金型同士を離すことによって、金型を開いて内部の空間を開放し、内部の空間を広げることが可能になる。
これにより、内部の空間を開放し、空間を広げて、金型を突き合わせた状態と比較して、空間の内部の圧力を大幅に低減することが可能になるので、このときの圧力差を利用して、金型の内部に導入した母材内に気泡を形成し、母材を膨張させて、発泡金属を製造することが可能になる。
従って、比較的高価な発泡剤を、使用しない、もしくは、使用量を大幅に低減することが可能になる。
【００３４】
＜２．実施の形態＞
続いて、本発明の具体的な実施の形態を説明する。
本発明の一実施の形態の発泡金属の製造方法に係る製造装置の概略構成図（模式的断面図）を、図１に示す。
図１に示す製造装置１０は、通常のダイカスト装置の構成の一部を変更したものである。
【００３５】
図１に示すように、本実施の形態の製造装置１０は、２個の金型１，２と、これらの金型１，２の内部に形成された空間であるキャビティ３と、このキャビティ３の下端に連通接続され水平方向に延びて設けられ、溶融金属をキャビティ３に導くスリーブ４と、このスリーブ４内を往復動しスリーブ４内の溶融金属をキャビティ３に圧入するプランジャー５とを備えている。
また、スリーブ４の途中には、溶融金属をスリーブ４内に注入するための注湯口６が設けられている。
【００３６】
この製造装置１０では、溶融金属を注湯口６からスリーブ４内に注入して、さらにプランジャー５によって溶融金属をキャビティ３に圧入することにより、所定の成型品を形成することができる。
【００３７】
そして、この製造装置のプランジャー５を、極めて速い速度で図中左方向に移動させることにより、ガスが溶融金属に混入される。
また、キャビティ３の内面や、キャビティ３に母材を導入するための導入部であるスリーブ４の内面に、離型剤（ダイカスト成型品をキャビティ３から取り出しやすくするために塗布される）や潤滑剤を通常塗布されるよりも多く塗布しておけば、キャビティ３内の溶融金属の内部に含まれるガスの割合を増大させることができる。これは、キャビティ３の内面やスリーブ４の内面に塗布した離型剤や潤滑剤が、キャビティ３に圧入された溶融金属の熱により分解して、通常よりも多くのガスが発生するためである。
【００３８】
本実施の形態の製造装置では、特に、左側の金型２を、図１に矢印で示すように、右側の金型１に対して相対的に移動させるように駆動する、駆動部（図示せず）を有する構成とされている。
これにより、駆動部を動作させて、左側の金型２を右側の金型１に対して左に移動させれば、金型１，２を開いて、キャビティ３による空間を広げることができる。また、開いた状態から左側の金型２を右に移動させることにより、右側の金型１に突き合わせることができる。
【００３９】
駆動部の具体的な構成は、特に限定されない。通常のダイカスト法の製造装置に設けられている駆動機構と同様の機構を使用しても良い。
【００４０】
本実施の形態においては、図１に示す製造装置を用いて、例えば以下に説明するようにして、発泡金属を製造することができる。
【００４１】
まず、発泡金属に所望の形態（大きさ、母材との比率）の気孔を形成することができるように、図示しないが、金型１,２の内面に離型剤や潤滑剤等を適量塗布しておく。
【００４２】
次に、図２に示すように、右側の金型１と左側の金型２とを突き合わせた状態として、キャビティ３の上部を閉じておく。
そして、太い矢印で示すように、溶融金属１１を注湯口６からスリーブ４へ注入する。このとき、プランジャー５は、注湯口６よりも右にある。
【００４３】
注湯口６から注入する溶融金属１１の材料の金属又は合金としては、前述した各種材料、例えば、アルミニウム、チタン、鉄、銅、アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金、鉄鋼材料、銅合金等を使用することができる。
【００４４】
注湯口６から注入する溶融金属１１の温度は、前述したように、材料の金属又は合金の融点以上の適切な温度範囲内とする。
例えば、アルミニウムやアルミニウムを主成分とする合金の場合には、５５０〜８００℃、好ましくは６５０〜７００℃の範囲内の温度とする。マグネシウムやマグネシウムを主成分とする合金の場合には、５５０〜８００℃の範囲内の温度とする。亜鉛や亜鉛を主成分とする合金の場合には、３００〜５５０℃の範囲内の温度とする。銅や銅を主成分とする合金の場合には、９００〜１２００℃の範囲内の温度とする。
【００４５】
次に、図３に示すように、プランジャー５を図中左方向に移動させることにより、スリーブ４内の溶融金属１１をキャビティ３内に圧入する。プランジャー５の位置は、注湯口６よりも左であり、プランジャー５と金型１，２の内壁とにより、キャビティ３に閉じた空間が形成される。そして、プランジャー５により、溶融金属１１に、比較的高い圧力（例えば、７０ＭＰａ程度）が印加される。
このとき、極めて速い速度でプランジャー５を左方向に移動させることにより、ガスが溶融金属１１に混入されるので、溶融金属１１内にガスが含まれて成る発泡金属前駆体１２が形成される。
また、キャビティ３の内面に塗布された離型剤や潤滑剤等が、キャビティ３に圧入された溶融金属１１の熱により分解して、ガスが発生し、巻き込まれる。
【００４６】
このとき、さらに必要に応じて、超音波加振機を使用して、発泡金属前駆体１２に超音波を加えても良い。
超音波を加えることにより、発泡金属前駆体１２内のガスを均一に分散させることができる。
【００４７】
次に、図４に示すように、駆動部を駆動させることより、左側の金型２を矢印で示すように、右側の金型１に対して相対的に左に移動させて、２つの金型１，２を開く。これにより、キャビティ３の空間が左に広がると共に、キャビティ３が開放されて、金型の内部の圧力を高い圧力（例えば、７０ＭＰａ）から大気圧（１気圧）に大幅に下げることができる。
すると、内部に巻き込まれたガスが膨張することにより、溶融金属が膨張して、図５に示すように、母材１３の金属又は合金の内部に気泡１４を含む、発泡金属が形成される。
【００４８】
本実施の形態では、キャビティ３内へ圧入した後の溶融金属へは加熱を行わないので、スリーブ４に注入したときの溶融金属１１の余熱があり、徐々に温度が下がっていく。
そして、注入したときの温度からまだあまり下がっていない温度の状態で、金型１，２を開くことが望ましい。例えば、７００℃程度の溶融金属１１を注入した場合には、例えば、５００〜６５０℃の範囲内の温度のときに、金型１，２を開くことが望ましい。
【００４９】
その後、発泡金属の温度がある程度下がったときに、金型１，２を完全に開いて、発泡金属を金型１，２から取り出す。通常のダイカストと同様に、３００℃程度まで冷却すれば、金型１，２から取り出すことが可能である。
そして、金型１，２から取り出した発泡金属を冷却する。
例えば、図６に示す散水機２１を使用して、水冷により発泡金属を冷却する。
【００５０】
冷却後、さらに、スリーブ４とキャビティ３との間の通路によって形成された、不要な部分の発泡金属を除去する。
これにより、図７に示すように、母材１３の内部に気泡１４を含む、所望の形状の発泡金属を作製することができる。
【００５１】
上述の本実施の形態によれば、溶融金属１１をキャビティ３に圧入して発泡金属前駆体１２とした後に、左側の金型２を右側の金型１に対して左に移動させて、金型１，２を開いて、キャビティ３の空間を広げると共に、キャビティ３を開放している。
これにより、キャビティ３の内部の圧力を大幅に低減させて、発泡金属前駆体１２の内部に気泡１４を発生させて、母材を膨らませることができ、母材１３内に気泡１４を有する発泡金属を製造することができる。
このように、金型１，２を開くことにより、母材１３内に気泡１４を発生させるので、比較的高価な発泡剤を、使用しない、もしくは、使用量を大幅に低減することが可能になるので、発泡金属を低いコストで製造することが可能になる。
【００５２】
従って、本実施の形態により、品質の安定性に優れた発泡金属を、従来の鋳造法等の製造方法と比較して、低いコストで製造することが可能になる。
【００５３】
なお、図６では、散水機２１を使用した水冷によって冷却工程を行っているが、その他の構成によって冷却工程を行っても構わない。
例えば、他の方法による水冷や、空冷（例えば、送風機等により空気や不活性気体を吹き付ける方法）も可能である。
【００５４】
＜３．変形例＞
続いて、上述した実施の形態の製造装置及び製造方法に対する変形例を、以下に説明する。
【００５５】
上述の実施の形態では、図４に示した、金型２を動かしてキャビティ３の空間を広げる工程において、発泡金属前駆体１２を加熱せず、注入した溶融金属１１の余熱を利用していた。
本発明では、金型２を動かしてキャビティ３の空間を広げる工程において、図８に示すように、金型１，２を加熱することにより、発泡金属前駆体１２を加熱することも可能である。
そのためには、製造装置に、金型１，２を加熱する加熱部２２を設ける。加熱部２２の構成としては、電熱線により加熱する構成、ガス燃焼により加熱する構成、赤外線により加熱する構成等が考えられる。
キャビティ３の空間を広げる工程において発泡金属前駆体１２を加熱することにより、発泡金属前駆体１２を速く膨張させることが可能になる。
【００５６】
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【符号の説明】
【００５７】
１，２  金型、３  キャビティ、４  スリーブ、５  プランジャー、６  注湯口、１１  溶融金属、１２  発泡金属前駆体、１３  母材、１４  気泡、２１  散水機、２２  加熱部
【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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