(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元網目構造の骨格部を有し、気孔率が５０％以上９０％以下の範囲内とされ、４端子法によって測定された銅多孔質体の導電率を、前記銅多孔質体の見掛け密度比で除することによって規定される気孔率規格化導電率σＮが２０％ＩＡＣＳ以上とされた銅多孔質体の製造方法であって、
三次元網目構造の骨格部に対して、酸化雰囲気で保持温度５００℃以上１０５０℃以下の条件で酸化処理を行うとともに、還元雰囲気で保持温度５００℃以上１０５０℃以下の条件で還元処理を行うことにより、気孔率規格化導電率σＮを２０％ＩＡＣＳ以上とすることを特徴とする銅多孔質体の製造方法。
【請求項２】
前記骨格部の表面に、酸化還元層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の銅多孔質体の製造方法。
【請求項３】
三次元網目構造の骨格部を有し、気孔率が５０％以上９０％以下の範囲内とされ、４端子法によって測定された銅多孔質体の導電率を、前記銅多孔質体の見掛け密度比で除することによって規定される気孔率規格化導電率σＮが２０％ＩＡＣＳ以上とされており、前記骨格部は、銅又は銅合金からなる銅粉末および銅繊維の少なくとも一方又は両方の焼結体とされている銅多孔質体の製造方法であって、
前記銅粉末および前記銅繊維の少なくとも一方又は両方を、酸化雰囲気で保持温度５００℃以上１０５０℃以下の条件で酸化処理を行うとともに還元雰囲気で保持温度５００℃以上１０５０℃以下の条件で還元処理を行うことにより、前記銅粉末および前記銅繊維の少なくとも一方又は両方の焼結体からなる前記骨格部を形成するとともに、気孔率規格化導電率σＮを２０％ＩＡＣＳ以上とすることを特徴とする銅多孔質体の製造方法。
【請求項４】
前記銅繊維は、直径Ｒが０．０２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内とされ、長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４以上２５００以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項３に記載の銅多孔質体の製造方法。
【請求項５】
前記銅粉末および銅繊維の少なくとも一方又は両方の結合部は、互いの表面に形成された酸化還元層同士が一体に結合していることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の銅多孔質体の製造方法。
【請求項６】
部材本体と、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の銅多孔質体の製造方法で製造された銅多孔質体の接合体からなる銅多孔質複合部材の製造方法であって、
前記銅多孔質体と、前記部材本体とを接合する接合工程を備えていることを特徴とする銅多孔質複合部材の製造方法。
【請求項７】
前記部材本体のうち前記銅多孔質体が接合される接合面は、銅又は銅合金で構成されており、前記接合工程は、前記銅多孔質体と前記部材本体とを焼結によって接合することを特徴とする請求項６に記載の銅多孔質複合部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銅又は銅合金からなる銅多孔質体の製造方法、及び、銅多孔質複合部材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上述の銅多孔質体及び銅多孔質複合部材は、例えば各種電池における電極及び集電体、熱交換器用部材、ヒートパイプ等として使用されている。
例えば、特許文献１には三次元網目状構造体をなす金属焼結体（銅多孔質焼結体）の製造方法として、加熱により焼失する材質から成る三次元網目状構造体（例えばウレタンフォーム、ポリエチレンフォーム等連続気泡を持つ合成樹脂発泡体、天然繊維クロス、人造繊維クロス等）の骨格に粘着剤を塗布し、金属粉状物を被着した成形体を用いる方法や、加熱により焼失する材質から成り、かつ三次元網目状構造体を形成することができる材料（例えばパルプや羊毛繊維）に金属粉状物を抄き込んだシート状成形体を用いる方法等が開示されている。
また、特許文献２には、銅繊維を加圧下において通電加熱を行うことにより多孔質材料を得る方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−１４５５９２号公報
【特許文献２】特許第３７３５７１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述の銅多孔質体においては、高い気孔率とオープンセル構造を有することと合わせて、電極及び集電体等の導電部材として用いる場合には優れた導電性が要求され、熱交換器用部材、ヒートパイプ等の伝熱部材として用いる場合には優れた熱伝導性が要求される。
特許文献１及び特許文献２に記載された銅多孔質体においては、導電性及び熱伝導性について考慮されておらず、特に気孔率が高い場合には、銅粉もしくは銅繊維同士の接合が不十分となり、結果として導電性及び熱伝導性が不十分となるおそれがあった。
【０００５】
本発明は、以上のような事情を背景としてなされたものであって、気孔率が高い場合であっても、十分な導電性及び熱伝導性を有し、導電部材及び伝熱部材として特に適した銅多孔質体の製造方法、及び、銅多孔質複合部材の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明の銅多孔質体の製造方法は、三次元網目構造の骨格部を有し、気孔率が５０％以上９０％以下の範囲内とされ、４端子法によって測定された銅多孔質体の導電率を、前記銅多孔質体の見掛け密度比で除することによって規定される気孔率規格化導電率σＮが２０％ＩＡＣＳ以上とされた銅多孔質体の製造方法であって、三次元網目構造の骨格部に対して、酸化雰囲気で保持温度５００℃以上１０５０℃以下の条件で酸化処理を行うとともに、還元雰囲気で保持温度５００℃以上１０５０℃以下の条件で還元処理を行うことにより、気孔率規格化導電率σＮを２０％ＩＡＣＳ以上とすることを特徴としている。
【０００７】
この構成の銅多孔質体の製造方法によれば、三次元網目構造の骨格部に対して、上述の条件で酸化処理及び還元処理を行うことで、導電性を向上させて、気孔率規格化導電率σＮを２０％ＩＡＣＳ以上とすることができる。
【０００８】
ここで、本発明の銅多孔質体の製造方法においては、前記骨格部の表面に、酸化還元層が形成されていることが好ましい。
この場合、前記骨格部の表面に酸化還元層が形成されているので、表面に凹凸が形成されて比表面積が大きくなり、例えば多孔体骨格表面を介した熱交換効率等の各種特性を大幅に向上させることが可能となる。また、酸化還元処理を行うことで、気孔率規格化導電率σＮをさらに向上させることができる。
【０００９】
本発明の銅多孔質体の製造方法は、三次元網目構造の骨格部を有し、気孔率が５０％以上９０％以下の範囲内とされ、４端子法によって測定された銅多孔質体の導電率を、前記銅多孔質体の見掛け密度比で除することによって規定される気孔率規格化導電率σＮが２０％ＩＡＣＳ以上とされており、前記骨格部は、銅又は銅合金からなる銅粉末および銅繊維の少なくとも一方又は両方の焼結体とされている銅多孔質体の製造方法であって、前記銅粉末および前記銅繊維の少なくとも一方又は両方を、酸化雰囲気で保持温度５００℃以上１０５０℃以下の条件で酸化処理を行うとともに還元雰囲気で保持温度５００℃以上１０５０℃以下の条件で還元処理を行うことにより、前記銅粉末および前記銅繊維の少なくとも一方又は両方の焼結体からなる前記骨格部を形成するとともに、気孔率規格化導電率σＮを２０％ＩＡＣＳ以上とすることを特徴としている。
この構成の銅多孔質体の製造方法によれば、前記銅粉末および前記銅繊維の少なくとも一方又は両方を、上述の条件で酸化処理及び還元処理を行うことで、前記銅粉末および前記銅繊維の少なくとも一方又は両方の焼結体からなる前記骨格部を形成することができ、焼結体からなる銅多孔質体を得ることができる。また、導電性を向上させて、気孔率規格化導電率σＮを２０％ＩＡＣＳ以上とすることができる。
【００１０】
さらに、本発明の銅多孔質体の製造方法においては、前記銅繊維は、直径Ｒが０．０２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内とされ、長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４以上２５００以下の範囲内とされていることが好ましい。
この場合、銅繊維の直径Ｒが０．０２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内とされ、長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４以上２５００以下の範囲内とされているので、銅繊維同士の間に十分な空隙が確保されるとともに、焼結時における収縮率を抑えることができ、気孔率を高くすることが可能となり、さらに寸法精度に優れている。
【００１１】
また、本発明の銅多孔質体の製造方法においては、前記銅粉末および銅繊維の少なくとも一方又は両方の結合部は、互いの表面に形成された酸化還元層同士が一体に結合していることが好ましい。
この場合、前記銅粉末および銅繊維の少なくとも一方又は両方の結合部において酸化還元層同士が一体に結合していることから、結合強度に優れている。また、銅繊維及び銅粉末同士が強固に結合することになり、導電性、熱伝導性も向上させることができる。
【００１８】
本発明の銅多孔質複合部材の製造方法は、部材本体と請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の銅多孔質体の製造方法で製造された銅多孔質体との接合体からなる銅多孔質複合部材を製造する銅多孔質複合部材の製造方法であって、上述の銅多孔質体の製造方法によって製造された銅多孔質体と、前記部材本体とを接合する接合工程を備えていることを特徴とする。
【００１９】
この構成の銅多孔質複合部材の製造方法によれば、上述の銅多孔質体の製造方法によって製造された銅多孔質体を備えることになり、導電性及び熱伝導性に優れた銅多孔質複合部材を製造することが可能となる。なお、部材本体としては、例えば、板、棒、管等が挙げられる。
【００２０】
ここで、本発明の銅多孔質複合部材の製造方法においては、前記部材本体のうち前記銅多孔質体が接合される接合面は、銅又は銅合金で構成されており、前記銅多孔質体と前記部材本体とを焼結によって接合することが好ましい。
この場合、前記部材本体と前記銅多孔質体とを焼結によって一体化することができ、特性の安定性に優れた銅多孔質複合部材を製造することが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、気孔率が高い場合であっても、十分な導電性及び熱伝導性を有し、導電部材及び伝熱部材として特に適した銅多孔質体の製造方法、及び、銅多孔質複合部材の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第一の実施形態である銅多孔質体の拡大模式図である。
【図２】図１に示す銅多孔質体の製造方法の一例を示すフロー図である。
【図３】図１に示す銅多孔質体を製造する製造工程を示す説明図である。
【図４】本発明の第二の実施形態である銅多孔質複合部材の外観説明図である。
【図５】図４に示す銅多孔質複合部材の製造方法の一例を示すフロー図である。
【図６】本発明の他の実施形態である銅多孔質複合部材の外観図である。
【図７】本発明の他の実施形態である銅多孔質複合部材の外観図である。
【図８】本発明の他の実施形態である銅多孔質複合部材の外観図である。
【図９】本発明の他の実施形態である銅多孔質複合部材の外観図である。
【図１０】本発明の他の実施形態である銅多孔質複合部材の外観図である。
【図１１】本発明の他の実施形態である銅多孔質複合部材の外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明の実施形態である銅多孔質体、銅多孔質複合部材、銅多孔質体の製造方法、及び、銅多孔質複合部材の製造方法について、添付した図面を参照して説明する。
【００２４】
（第一の実施形態）
まず、本発明の第一の実施形態である銅多孔質体１０について、図１から図３を参照して説明する。
本実施形態である銅多孔質体１０は、図１に示すように、複数の銅繊維１１が焼結された骨格部１２を有している。
【００２５】
ここで、銅繊維１１は、銅又は銅合金からなり、直径Ｒが０．０２ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下の範囲内とされ、長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４以上、２５００以下の範囲内とされている。本実施形態では、銅繊維１１は、例えばＣ１０２０（無酸素銅）で構成されている。
なお、本実施形態では、銅繊維１１には、ねじりや曲げ等の形状付与が施されている。また、本実施形態である銅多孔質体１０においては、その見掛け密度比ＤＡが銅繊維１１の真密度ＤＴの０．５０以下とされている。銅繊維１１の形状については、前記見掛け密度比ＤＡが銅繊維１１の真密度ＤＴの０．５０以下となる限りにおいて、直線状、曲線状など任意であるが、銅繊維１１の少なくとも一部に、ねじり加工や曲げ加工等により所定の形状付与加工をされたものを用いると、繊維同士の間の空隙形状を立体的かつ等方的に形成させることができ、その結果、銅多孔質体１０の伝熱特性及び導電性等の各種特性の等方性向上に繋がる。
【００２６】
なお、銅繊維１１は、引き抜き法、コイル切削法、ワイヤ切削法、溶融紡糸法などにより、所定の円換算径Ｒに調整され、これをさらに所定のＬ／Ｒを満たすように長さを調整して切断することにより、製造される。
ここで、円換算径Ｒとは、各繊維の断面積Ａを元に算出される値であり、断面形状に関わらず真円であると仮定し、以下の式により定義されるものである。
Ｒ＝（Ａ／π）１／２×２
【００２７】
また、本実施形態である銅多孔質体１０においては、骨格部１２（銅繊維１１）の表面に酸化還元層が形成されており、銅繊維１１、１１同士の結合部においては、互いの表面に形成された酸化還元層同士が一体に結合している。
なお、この酸化還元層は、ポーラスな構造とされており、骨格部１２（銅繊維１１）の表面に微細な凹凸を生じさせている。これにより、銅多孔質体１０全体の比表面積が０．０１ｍ２／ｇ以上とされている。
【００２８】
そして、本実施形態である銅多孔質体１０においては、気孔率Ｐが５０％以上９０％以下の範囲内とされ、４端子法によって測定された銅多孔質体１０の導電率σＰを、銅多孔質体１０の見掛け密度比ＤＡで除することによって規定される気孔率規格化導電率σＮ（％ＩＡＣＳ）が２０％ＩＡＣＳ以上とされている。なお、気孔率規格化導電率σＮは、見掛け密度比ＤＡ、気孔率Ｐは、それぞれ以下の式で算出される。
σＮ＝σＰ×（１／ＤＡ）
ＤＡ＝ｍ／（Ｖ×ＤＴ）
Ｐ（％）＝（１−（ｍ／（Ｖ×ＤＴ）））×１００
ここで、ｍ：銅多孔質体１０の質量（ｇ）、Ｖ：銅多孔質体１０の体積（ｃｍ３）、ＤＴ：銅多孔質体１０を構成する銅繊維１１の真密度（ｇ／ｃｍ３）
【００２９】
次に、本実施形態である銅多孔質体１０の製造方法について、図２のフロー図及び図３の工程図等を参照して説明する。
まず、図３に示すように、銅繊維１１を、散布機３１からステンレス製容器３２内に向けて散布して嵩充填し、銅繊維１１を積層する（銅繊維積層工程Ｓ０１）。
ここで、この銅繊維積層工程Ｓ０１では、充填後の嵩密度ＤＰが銅繊維１１の真密度ＤＴの５０％以下となるように複数の銅繊維１１を積層配置する。なお、本実施形態では、銅繊維１１にねじり加工や曲げ加工等の形状付与加工が施されているので、積層時に銅繊維１１同士の間に立体的かつ等方的な空隙が確保されることになる。
【００３０】
次に、ステンレス製容器３２内に嵩充填された銅繊維１１を酸化還元処理する（酸化還元処理工程Ｓ０２）。
この酸化還元処理工程Ｓ０２においては、図２及び図３に示すように、銅繊維１１の酸化処理を行う酸化処理工程Ｓ２１と、酸化処理された銅繊維１１を還元して焼結する還元処理工程Ｓ２２と、を備えている。
【００３１】
本実施形態では、図３に示すように、銅繊維１１が充填されたステンレス製容器３２を加熱炉３３内に装入し、酸化雰囲気で加熱して銅繊維１１を酸化処理する（酸化処理工程Ｓ２１）。この酸化処理工程Ｓ２１により、銅繊維１１の表面に、例えば厚さ１μｍ以上、１００μｍ以下の酸化物層が形成される。
本実施形態における酸化処理工程Ｓ２１の条件は、保持温度が５００℃以上、１０５０℃以下、保持時間が５分以上、３００分以下の範囲内とされている。
【００３２】
ここで、酸化処理工程Ｓ２１における保持温度が５００℃未満の場合には、銅繊維１１の表面に酸化物層が十分に形成されないおそれがある。一方、酸化処理工程Ｓ２１における保持温度が１０５０℃を超える場合には、銅繊維１１の内部にまで酸化が進行してしまうおそれがある。
以上のことから、本実施形態においては、酸化処理工程Ｓ２１における保持温度を５００℃以上、１０５０℃以下に設定している。なお、銅繊維１１の表面に酸化物層を確実に形成するためには、酸化処理工程Ｓ２１における保持温度の下限を６００℃以上、保持温度の上限を１０００℃以下、とすることが好ましい。
【００３３】
また、酸化処理工程Ｓ２１における保持時間が５分未満の場合には、銅繊維１１の表面に酸化物層が十分に形成されないおそれがある。一方、酸化処理工程Ｓ２１における保持時間が３００分を超える場合には、銅繊維１１の内部にまで酸化が進行してしまうおそれがある。
以上のことから、本実施形態においては、酸化処理工程Ｓ２１における保持時間を５分以上、３００分以下の範囲内に設定している。なお、銅繊維１１の表面に酸化物層を確実に形成するためには、酸化処理工程Ｓ２１における保持時間の下限を１０分以上とすることが好ましい。また、銅繊維１１の内部にまで酸化することを確実に抑制するためには、酸化処理工程Ｓ２１における保持時間の上限を１００分以下とすることが好ましい。
【００３４】
次に、本実施形態では、図３に示すように、酸化処理工程Ｓ２１を実施した後、銅繊維１１が充填されたステンレス製容器３２を加熱炉３４内に装入し、還元雰囲気で加熱して、酸化された銅繊維１１を還元処理して酸化還元層を形成するとともに、銅繊維１１同士を結合して骨格部１２を形成する（還元処理工程Ｓ２２）。
本実施形態における還元処理工程Ｓ２２の条件は、雰囲気がアルゴンと水素の混合ガス雰囲気、保持温度が５００℃以上、１０５０℃以下、保持時間が５分以上、３００分以下の範囲内とされている。
【００３５】
ここで、還元処理工程Ｓ２２における保持温度が５００℃未満の場合には、銅繊維１１の表面に形成された酸化物層を十分に還元できないおそれがある。一方、還元処理工程Ｓ２２における保持温度が１０５０℃を超える場合には、銅の融点近傍にまで加熱されることになり、強度及び気孔率の低下がおこるおそれがある。
以上のことから、本実施形態においては、還元処理工程Ｓ２２における保持温度を５００℃以上、１０５０℃以下に設定している。なお、銅繊維１１の表面に形成された酸化物層を確実に還元するためには、還元処理工程Ｓ２２における保持温度の下限を６００℃以上とすることが好ましい。また、強度及び気孔率の低下を確実に抑制するためには、還元処理工程Ｓ２２における保持温度の上限を１０００℃以下とすることが好ましい。
【００３６】
また、還元処理工程Ｓ２２における保持時間が５分未満の場合には、銅繊維１１の表面に形成された酸化物層を十分に還元できないおそれがあるとともに、焼結が不十分となるおそれがある。一方、還元処理工程Ｓ２２における保持時間が３００分を超える場合には、焼結による熱収縮が大きくなるとともに強度が低下するおそれがある。
以上のことから、本実施形態においては、還元処理工程Ｓ２２における保持時間を５分以上、３００分以下の範囲内に設定している。なお、銅繊維１１の表面に形成された酸化物層を確実に還元するとともに焼結を十分に進行させるためには、還元処理工程Ｓ２２における保持温度の下限を１０分以上とすることが好ましい。また、焼結による熱収縮や強度低下を確実に抑制するためには、還元処理工程Ｓ２２における保持時間の上限を１００分以下とすることが好ましい。
【００３７】
この酸化処理工程Ｓ２１及び還元処理工程Ｓ２２により、銅繊維１１（骨格部１２）の表面には、酸化還元層が形成され、特有の微細多孔構造を有する凹凸が生じることになる。すなわち、酸化還元層１２はポーラスな構造とされており、銅繊維１１の表面に微細な凹凸を生じさせているのである。これにより、銅多孔質体２０全体の比表面積が０．０１ｍ２／ｇ以上とされている。
また、酸化処理工程Ｓ２１によって銅繊維１１の表面に酸化物層が形成され、この酸化物層によって複数の銅繊維１１同士が架橋される。その後、還元処理工程Ｓ２２を行うことで、銅繊維１１の表面に形成された酸化物層が還元されて上述の酸化還元層が形成されるとともに、この酸化還元層同士が結合することにより、銅繊維１１同士が焼結されて骨格部１２が形成される。
【００３８】
上述の製造方法により、銅繊維１１、１１同士が焼結されて骨格部１２が形成されるとともに、骨格部１２（銅繊維１１）の表面に酸化還元層が形成される。さらに、上述の気孔率規格化導電率σＮが２０％ＩＡＣＳ以上となる。これにより、本実施形態である銅多孔質体１０が製造される。
【００３９】
以上のような構成とされた本実施形態である銅多孔質体１０によれば、気孔率Ｐが５０％以上９０％以下の範囲内と高く、かつ、気孔率規格化導電率σＮが２０％ＩＡＣＳ以上とされているので、導電性及び熱伝導性に優れており、導電部材及び伝熱部材として優れた特性を有する。
【００４０】
また、本実施形態である銅多孔質体１０によれば、骨格部１２の表面に酸化還元層が形成されているので、表面に特有の微細多孔構造を有する凹凸が形成されることで比表面積が大きくなり、例えば多孔体骨格表面を介した熱交換効率等の各種特性を大幅に向上させることが可能となる。また、酸化還元処理を行うことで、気孔率規格化導電率σＮをさらに向上させることができる。
さらに、本実施形態では、銅繊維１１同士の結合部において、互いの表面に形成された酸化還元層同士が一体に結合しているので、結合強度に優れている。
【００４１】
また、本実施形態である銅多孔質体１０によれば、直径Ｒが０．０２ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下の範囲内とされ、長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４以上、２５００以下の範囲内とされた銅繊維１１が焼結されることで骨格部１２が形成されているので、銅繊維１１同士の間に十分な空隙が確保されるとともに、焼結時における収縮率を抑えることができ、気孔率の高く、かつ寸法精度に優れている。
【００４２】
また、本実施形態においては、直径Ｒが０．０２ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下の範囲内とされ、長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４以上、２５００以下の範囲内とされた銅繊維１１を、嵩密度ＤＰが銅繊維１１の真密度ＤＴの５０％以下となるように積層配置する銅繊維積層工程Ｓ０１を備えているので、銅繊維１１同士の間の空隙を確保することができ、収縮を抑えることが可能となる。これにより、気孔率の高く寸法精度に優れた銅多孔質体１０を製造することができる。
【００４３】
ここで、銅繊維１１の直径Ｒが０．０２ｍｍ未満の場合には、銅繊維１１同士の接合面積が小さく、焼結強度が不足するおそれがある。一方、銅繊維１１の直径Ｒが１．０ｍｍを超える場合には、銅繊維１１同士が接触する接点の数が不足し、やはり、焼結強度が不足するおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、銅繊維１１の直径Ｒを０．０２ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下の範囲内に設定している。なお、さらなる強度向上を図る場合には、銅繊維１１の直径Ｒの下限を０．０５ｍｍ以上とすることが好ましく、銅繊維１１の直径Ｒの上限を０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００４４】
また、銅繊維１１の長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４未満の場合には、積層配置したときに嵩密度ＤＰを銅繊維１１の真密度ＤＴの５０％以下とすることが難しく、気孔率Ｐの高い銅多孔質体１０を得ることが困難となるおそれがある。一方、銅繊維１１の長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが２５００を超える場合には、銅繊維１１を均一に分散させることができなくなり、均一な気孔率を有する銅多孔質体１０を得ることが困難となるおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、銅繊維１１の長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒを４以上、２５００以下の範囲内に設定している。なお、さらなる気孔率の向上を図る場合には、銅繊維１１の長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒの下限を１０以上とすることが好ましい。また、確実に気孔率Ｐが均一な銅多孔質体１０を得るためには、銅繊維１１の長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒ上限を５００以下とすることが好ましい。
【００４５】
また、本実施形態である銅多孔質体の製造方法によれば、銅繊維１１を酸化させる酸化処理工程Ｓ２１と、酸化された銅繊維１１を還元する還元処理工程Ｓ２２と、を備えているので、銅繊維１１（骨格部１２）の表面に酸化還元層を形成することができる。また、これら酸化処理工程Ｓ２１及び還元処理工程Ｓ２２により、気孔率規格化導電率σＮを２０％ＩＡＣＳ以上とすることができる。
【００４６】
（第二の実施形態）
次に、本発明の第二の実施形態である銅多孔質複合部材１００について、添付した図面を参照して説明する。
図４に、本実施形態である銅多孔質複合部材１００を示す。この銅多孔質複合部材１００は、銅又は銅合金からなる銅板１２０（部材本体）と、この銅板１２０の表面に接合された銅多孔質体１１０と、を備えている。
【００４７】
ここで、本実施形態に係る銅多孔質体１１０は、第一の実施形態と同様に、複数の銅繊維が焼結されて骨格部が形成されたものである。ここで、銅繊維は、銅又は銅合金からなり、直径Ｒが０．０２ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下の範囲内とされ、長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４以上、２５００以下の範囲内とされている。本実施形態では、銅繊維は、例えばＣ１０２０（無酸素銅）で構成されている。
なお、本実施形態では、銅繊維には、ねじりや曲げ等の形状付与が施されている。また、本実施形態である銅多孔質体１１０においては、その見掛け密度比ＤＡが銅繊維の真密度ＤＴの５１％以下とされている。
【００４８】
さらに、本実施形態においては、銅多孔質体１１０を構成する銅繊維（骨格部）及び銅板１２０の表面に、後述するように酸化還元処理（酸化処理及び還元処理）を行うことによって酸化還元層が形成されており、これにより、銅繊維（骨格部）及び銅板１２０の表面に微細な凹凸が生じている。本実施形態では、銅多孔質体１１０全体の比表面積が０．０１ｍ２／ｇ以上とされている。
また、銅多孔質体１１０を構成する銅繊維と銅板１２０の表面との結合部においては、銅繊維の表面に形成された酸化還元層と銅板の表面に形成された酸化還元層とが一体に結合している。
【００４９】
そして、本実施形態に係る銅多孔質体１１０においては、気孔率Ｐが５０％以上９０％以下の範囲内とされ、４端子法によって測定された銅多孔質体１１０の導電率σＰを、銅多孔質体１１０の見掛け密度比ＤＡで除することによって規定される気孔率規格化導電率σＮが２０％ＩＡＣＳ以上とされている。
【００５０】
次に、本実施形態である銅多孔質複合部材１００を製造する方法について、図５のフロー図を参照して説明する。
まず、部材本体である銅板１２０を準備する（銅板配置工程Ｓ１００）。次に、この銅板１２０の表面に銅繊維を分散させて積層配置する（銅繊維積層工程Ｓ１０１）。ここで、この銅繊維積層工程Ｓ１０１では、嵩密度ＤＰが銅繊維の真密度ＤＴの５０％以下となるように複数の銅繊維を積層配置する。
【００５１】
次に、銅板１２０の表面に積層配置された銅繊維同士を焼結して銅多孔質体１１０を成形するとともに銅多孔質体１１０と銅板１２０とを結合する（焼結工程Ｓ１０２及び接合工程Ｓ１０３）。この焼結工程Ｓ１０２及び接合工程Ｓ１０３においては、図５に示すように、銅繊維及び銅板１２０の酸化処理を行う酸化処理工程Ｓ１２１と、酸化処理された銅繊維及び銅板１２０を還元して焼結する還元処理工程Ｓ１２２と、を備えている。
【００５２】
本実施形態では、銅繊維が積層配置された銅板１２０を加熱炉内に装入し、酸化雰囲気で加熱して銅繊維を酸化処理する（酸化処理工程Ｓ１２１）。この酸化処理工程Ｓ１２１により、銅繊維及び銅板１２０の表面に、例えば厚さ１μｍ以上、１００μｍ以下の酸化物層が形成される。
ここで、本実施形態における酸化処理工程Ｓ１２１の条件は、保持温度が５００℃以上、１０５０℃以下、望ましくは６００℃以上、１０００℃以下、保持時間が５分以上、３００分以下、望ましくは１０分以上、１００分以下の範囲内とされている。
【００５３】
次に、本実施形態では、酸化処理工程Ｓ１２１を実施した後、銅繊維が積層配置された銅板１２０を焼成炉内に装入し、還元雰囲気で加熱して、酸化された銅繊維及び銅板１２０を還元処理し、銅繊維同士を結合するとともに銅繊維と銅板１２０とを結合する（還元処理工程Ｓ１２２）。
ここで、本実施形態における還元処理工程Ｓ１２２の条件は、雰囲気が窒素と水素の混合ガス雰囲気、保持温度が５００℃以上、１０５０℃以下、望ましくは６００℃以上、１０００℃以下、保持時間が５分以上、３００分以下、望ましくは１０分以上、１００分以下の範囲内とされている。
【００５４】
この酸化処理工程Ｓ１２１及び還元処理工程Ｓ１２２により、銅繊維（骨格部）及び銅板１２０の表面に酸化還元層が形成され、微細な凹凸が生じることになる。
また、酸化処理工程Ｓ１２１によって銅繊維（骨格部）及び銅板１２０の表面に酸化物層が形成され、この酸化物層によって複数の銅繊維同士及び銅板１２０が架橋される。その後、還元処理工程Ｓ１２２を行うことで、銅繊維（骨格部）及び銅板１２０の表面に形成された酸化物層が還元され、酸化還元層を介して銅繊維同士が焼結されて骨格部が形成されるとともに銅多孔質体１１０と銅板１２０とが結合される。さらに、銅多孔質体１１０の気孔率規格化導電率σＮが２０％ＩＡＣＳ以上となる。
以上のような製造方法によって、本実施形態である銅多孔質複合部材１００が製造される。
【００５５】
以上のような構成とされた本実施形態である銅多孔質複合部材１００によれば、銅多孔質体１１０の気孔率規格化導電率σＮが２０％ＩＡＣＳ以上とされているので、導電性及び熱伝導性に優れており、この銅多孔質複合部材１００全体の導電性及び熱伝導性を向上させることができる。
【００５６】
さらに、本実施形態においては、銅多孔質体１１０を構成する銅繊維及び銅板１２０の表面に酸化還元層が形成され、銅多孔質体１１０全体の比表面積が０．０１ｍ２／ｇ以上とされ、気孔率Ｐが５０％以上９０％以下の範囲内とされており、熱交換効率や保水性等の各種特性を大幅に向上させることが可能となる。
【００５７】
また、本実施形態においては、銅多孔質体１１０を構成する銅繊維と銅板１２０の表面との結合部においては、銅繊維の表面に形成された酸化還元層と銅板１２０の表面に形成された酸化還元層とが一体に結合しているので、銅多孔質体１１０と銅板１２０とが強固に接合されることになり、接合界面の強度、導電性及び熱伝導性に優れている。
【００５８】
本実施形態である銅多孔質複合部材１００の製造方法によれば、銅及び銅合金からなる銅板１２０の表面に銅繊維を積層配置し、焼結工程Ｓ１０２及び接合工程Ｓ１０３を同時に実施しているので、製造プロセスを簡略化することが可能となる。
また、酸化処理工程Ｓ１２１及び還元処理工程Ｓ１２２を実施することにより、気孔率規格化導電率σＮを２０％ＩＡＣＳ以上とすることができる。
【００５９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、図３に示す製造設備を用いて、銅多孔質体を製造するものとして説明したが、これに限定されることはなく、他の製造設備を用いて銅多孔質体を製造してもよい。
【００６０】
酸化処理工程Ｓ２１、Ｓ１２１の雰囲気については、所定温度で銅もしくは銅合金が酸化する酸化雰囲気であればよく、具体的には、大気中に限らず、不活性ガス（例えば、窒素）に０．５ｖｏｌ％以上の酸素を含有する雰囲気であればよい。また、還元処理工程Ｓ２２，Ｓ１２２の雰囲気についても、所定温度で銅酸化物が金属銅に還元もしくは酸化銅が分解する還元性雰囲気であればよく、具体的には、数ｖｏｌ％以上の水素を含有する窒素―水素混合ガス、アルゴン―水素混合ガス、純水素ガス、もしくは工業的によく用いられるアンモニア分解ガス、プロパン分解ガスなども好適に用いることができる。
【００６１】
さらに、本実施形態においては、銅繊維を焼結することで銅多孔質体の骨格部を形成するものとして説明したが、これに限定されることはなく、例えば繊維不織布や金属フィルター等の銅多孔質体を準備し、この銅多孔質体に対して、酸化雰囲気で保持温度５００℃以上１０５０℃以下の条件で酸化処理を行うとともに、還元雰囲気で保持温度５００℃以上１０５０℃以下の条件で還元処理を行うことにより、気孔率規格化導電率σＮを２０％ＩＡＣＳ以上としてもよい。
【００６２】
さらに、本実施形態では、骨格部の表面に酸化還元層を形成したものとして説明したが、これに限定されることはなく、酸化還元層が十分に形成されていなくてもよく、気孔率規格化導電率σＮが２０％ＩＡＣＳ以上とされていればよい。
【００６３】
また、本実施形態においては、無酸素銅（ＪＩＳ  Ｃ１０２０）やりん脱酸銅（ＪＩＳ  Ｃ１２０１、Ｃ１２２０）やタフピッチ銅（ＪＩＳ  Ｃ１１００）などからなる銅繊維を用いるものとして説明したが、これに限定されることはなく、銅繊維１１の材質としては、他のＣｒ銅（Ｃ１８２００）やＣｒ−Ｚｒ銅（Ｃ１８１５０）などの高導電性の銅合金を用いてもよい。
【００６４】
また、第二の実施形態では、図４に示す構造の銅多孔質複合部材を例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、図６から図１１に示すような構造の銅多孔質複合部材であってもよい。
さらに、第二の実施形態では、銅多孔質体と部材本体の接合部に酸化還元層からなる焼結層が形成されている接合方法を望ましい方法として例示したが、これに限定されることはなく、各種溶接法(レーザー溶接法、抵抗溶接法)や低温で溶融するロウ材を用いたロウ付け法による接合方法でも、銅多孔質体の気孔率規格化導電率σＮが２０％ＩＡＣＳ以上とされていればよい。
【００６５】
例えば、図６に示すように、銅多孔質体２１０の中に、部材本体として複数の銅管２２０が挿入された構造の銅多孔質複合部材２００であってもよい。
あるいは、図７に示すように、銅多孔質体３１０の中に、部材本体としてＵ字状に湾曲された銅管３２０が挿入された構造の銅多孔質複合部材３００であってもよい。
【００６６】
さらに、図８に示すように、部材本体である銅管４２０の内周面に銅多孔質体４１０を接合した構造の銅多孔質複合部材４００であってもよい。
また、図９に示すように、部材本体である銅管５２０の外周面に銅多孔質体５１０を接合した構造の銅多孔質複合部材５００であってもよい。
【００６７】
さらに、図１０に示すように、部材本体である銅管６２０の内周面及び外周面に銅多孔質体６１０を接合した構造の銅多孔質複合部材６００であってもよい。
また、図１１に示すように、部材本体である銅板７２０の両面に銅多孔質体７１０を接合した構造の銅多孔質複合部材７００であってもよい。
【実施例】
【００６８】
以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。
【００６９】
（実施例１）
表１に示す材質及び製造方法によって製造された各種多孔質体を準備した。まず、熱処理前の気孔率と気孔率規格化導電率を測定した。その後、表１に記載した条件で酸化処理及び還元処理を行い、酸化処理及び還元処理後の気孔率と気孔率規格化導電率を測定した。なお、気孔率、及び、気孔率規格化導電率は、以下のようにして測定した。評価結果を表１に示す。
【００７０】
（気孔率）
精密天秤を用いて水中法により真密度ＤＴ（ｇ／ｃｍ３）を測定し、以下の式で気孔率Ｐを算出した。なお、銅多孔質体の質量をｍ（ｇ）、銅多孔質体の体積をＶ（ｃｍ３）とした。
気孔率Ｐ（％）＝（１−（ｍ／（Ｖ×ＤＴ）））×１００
【００７１】
（気孔率規格化導電率）
幅３０ｍｍ×長さ２００ｍｍ×厚さ５ｍｍの板状に切り出したサンプルを用いて、ＪＩＳ  Ｃ２５２５に準拠し、日置電機社製マイクロオームハイテスター３２２７を用いて、電圧端子間隔１５０ｍｍ、測定電流０．５Ａの条件にて４端子法により導電率σＰ（％ＩＡＣＳ）を測定した。そして、以下の式により、気孔率規格化導電率σＮを算出した。
気孔率規格化導電率σＮ（％ＩＡＣＳ）＝σＰ×（１／ＤＡ）
【００７２】
【表１】
0006733286.tif 000002
【００７３】
本発明で規定した条件で酸化処理及び還元処理を実施した本発明例１−４においては、いずれも気孔率Ｐが５０％以上９０％以下の範囲内とされ、気孔率規格化導電率が２０％ＩＡＣＳを超えていた。
これに対して、酸化処理の温度条件が低い比較例１及び，還元処理の温度条件が低い比比較例２においては、酸化処理及び還元処理後においても十分に導電率が向上しておらず、気孔率規格化導電率σＮが２０％ＩＡＣＳ未満となった。
【００７４】
（実施例２）
表２に示す銅粉末を用いて、表２に示す条件で酸化還元処理を行い、銅多孔質体を製造した。得られた銅多孔質体について、気孔率と気孔率規格化導電率を測定した。なお、気孔率、及び、気孔率規格化導電率は、実施例１と同様の方法により測定した。評価結果を表２に示す。
【００７５】
【表２】
0006733286.tif 000003
【００７６】
本発明で規定した条件で酸化処理及び還元処理を実施した本発明例１１−１４においては、いずれも気孔率Ｐが５０％以上９０％以下の範囲内とされ、気孔率規格化導電率が２０％ＩＡＣＳを超えていた。
これに対して、酸化処理の温度条件が低い比較例１１及び，還元処理の温度条件が低い比較例１２においては、気孔率規格化導電率σＮが２０％ＩＡＣＳ未満となった。
【００７７】
（実施例３）
表３に示す銅繊維を用いて、表３に示す条件で酸化還元処理を行い、銅多孔質体を製造した。なお、銅繊維の繊維径Ｒ及び繊維長さＬは、以下の方法で測定した。
【００７８】
（繊維径Ｒ）
繊維径Ｒは、マルバーン社製粒子解析装置「Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉ  Ｇ３」を用いて、ＪＩＳ  Ｚ  ８８２７−１に基づいて、画像解析により算出された円相当径（Ｈｅｙｗｏｏｄ径）Ｒ＝（Ａ／π）１／２×２の平均値を用いた。
【００７９】
（繊維長Ｌ）
銅繊維の繊維長Ｌは、マルバーン社製粒子解析装置「Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉ  Ｇ３」を用いて、画像解析により算出された単純平均値を用いた。
【００８０】
得られた銅多孔質体について、気孔率と気孔率規格化導電率を測定した。なお、気孔率、及び、気孔率規格化導電率は、実施例１と同様の方法により測定した。評価結果を表３に示す。
【００８１】
【表３】
0006733286.tif 000004
【００８２】
本発明で規定した条件で酸化処理及び還元処理を実施した本発明例２１−２６においては、いずれも気孔率Ｐが５０％以上９０％以下の範囲内とされ、気孔率規格化導電率が２０％ＩＡＣＳを超えていた。
これに対して、酸化処理の温度条件が低い比較例２１及び，還元処理の温度条件が低い比較例２２においては、気孔率規格化導電率σＮが２０％ＩＡＣＳ未満となった。
【００８３】
以上のことから、本発明例によれば、気孔率が高い場合であっても、十分な導電性及び熱伝導性を有し、導電部材及び伝熱部材として特に適した銅多孔質体を提供可能であることが確認された。
【符号の説明】
【００８４】
１０、１１０  銅多孔質体
１１  銅繊維
１２  骨格部
１００  銅多孔質複合部材
１２０  銅板（部材本体）
【図１】
0006733286.tif 000005
【図２】
0006733286.tif 000006
【図３】
0006733286.tif 000007
【図４】
0006733286.tif 000008
【図５】
0006733286.tif 000009
【図６】
0006733286.tif 000010
【図７】
0006733286.tif 000011
【図８】
0006733286.tif 000012
【図９】
0006733286.tif 000013
【図１０】
0006733286.tif 000014
【図１１】
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