(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
隣接する線材層を構成するオーステナイト系ステンレスからなる各金属線材の傾斜角度が異なるように、前記金属線材が螺旋状、且つ多層状に巻付けられると共に、外力を加えられることにより弾性変形し、前記外力を取り除かれることにより弾性により原形に復帰するように６００℃〜７００℃の雰囲気下で熱処理された中空筒状の金属製多孔体と、
該金属製多孔体の内部又は外部に接合されると共に、温度又は磁場の変化に応じて、記憶された形状に回復し、又は、外力により自在に変形する形状記憶部材と、を備え、
温度又は磁場の変化に基づき、前記形状記憶部材が前記記憶された形状に回復するときに、該形状記憶部材から前記金属製多孔体に外力を加えて、前記金属製多孔体を前記原形から前記記憶された形状に応じた形状に変形させ、
温度又は磁場の変化に基づき、前記形状記憶部材が外力による変形を許容したときに、前記金属製多孔体を該金属製多孔体の弾性により原形に復帰させるようにしたことを特徴とする金属製多孔体を用いた装置。
【請求項２】
前記金属線材は、冷間圧延加工されていることを特徴とする請求項１に記載の金属製多孔体を用いた装置。
【請求項３】
前記金属線材は、平圧延線であることを特徴とする請求項２に記載の金属製多孔体を用いた装置。
【請求項４】
前記金属製多孔体は、軸方向への前記外力を加えられることにより軸方向に伸縮変形又は内外径が縮小又は拡大変形し、前記外力を取り除かれることにより原形に復帰することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の金属製多孔体を用いた装置。
【請求項５】
前記金属製多孔体は、前記外力を加えられることにより湾曲変形し、前記外力を取り除かれることにより原形に復帰することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の金属製多孔体を用いた装置。
【請求項６】
前記金属製多孔体は、軸線が直線的に延びる円筒状を原形とすることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の金属製多孔体を用いた装置。
【請求項７】
前記金属製多孔体は、軸方向の一部に配置されて変形後に弾性により原形に復帰する復元可能部分と、軸方向の他部に配置されて変形しても原形には復帰しない復元不能部分と、を備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の金属製多孔体を用いた装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属線材を螺旋状且つ多層状に巻付けることにより作製される金属製多孔体を用いた装置に関し、特に、外力を加えられることにより初期形状から自在に変形可能であり、外力を取り除かれることにより原形に戻る自己復元性を有した金属製多孔体を用いた装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属線材を螺旋状且つ多層状に巻付けることにより作製される筒状の金属製多孔体が知られている。
特許文献１には、人の手で変形させてもキンクしない金属製多孔体が記載されている。なお「キンク」とは、金属製多孔体に外力を加えたときに、金属製多孔体が潰れてしまい、外力を除去しても原形に復元しない現象をいう。この金属製多孔体も、一本の金属線材を心棒の回りに巻付けて円筒状に成形した後に焼結処理を行うことにより得られる。
また、特許文献２には、特許文献１に記載された金属製多孔体と、これを変形させて金属製多孔体の目開き量を変化させるアクチュエータとを備えたフィルタが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１４０８９２公報
【特許文献２】特開２０１５−１９６８７６公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１及び２に記載の金属製多孔体には、焼結処理が施されており、隣接する金属線材同士が接合されている。従って、これらの金属製多孔体においては、人の手で自在に湾曲変形させることは可能であるが、外力を取り除いた後も変形後の形状を維持し、自力により原形には復帰しない。そのため、特許文献２に記載のフィルタにおいて金属製多孔体を元の初期形状に戻すためには、上記アクチュエータとは別の駆動源が必要となる。
金属線材を螺旋状、且つ多層状に巻き付けることによって形成される金属製多孔体において、変形後に自力で原形に復帰できるものはこれまで提案されておらず、このような金属製多孔体が開発されれば金属製多孔体の用法及び用途が拡大する可能性がある。また、このような金属製多孔体と、金属製多孔体を変形させるアクチュエータとを組み合わせた装置を作製すれば、変形後の金属製多孔体を原形に復帰させるための駆動源も不要となり、装置の構成が簡略化される。
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、金属線材を螺旋状且つ多層状に巻付けることにより作製される金属製多孔体において、変形後に自力で原形に復帰（復元）する新規な金属製多孔体を用いた装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、隣接する線材層を構成するオーステナイト系ステンレスからなる各金属線材の傾斜角度が異なるように、前記金属線材が螺旋状、且つ多層状に巻付けられると共に、外力を加えられることにより弾性変形し、前記外力を取り除かれることにより弾性により原形に復帰するように６００℃〜７００℃の雰囲気下で熱処理された中空筒状の金属製多孔体と、該金属製多孔体の内部又は外部に接合されると共に、温度又は磁場の変化に応じて、記憶された形状に回復し、又は、外力により自在に変形する形状記憶部材と、を備え、温度又は磁場の変化に基づき、前記形状記憶部材が前記記憶された形状に回復するときに、該形状記憶部材から前記金属製多孔体に外力を加えて、前記金属製多孔体を前記原形から前記記憶された形状に応じた形状に変形させ、温度又は磁場の変化に基づき、前記形状記憶部材が外力による変形を許容したときに、前記金属製多孔体を該金属製多孔体の弾性により原形に復帰させるようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、外力を加えられることにより変形するが、外力を取り除かれることにより原形に復帰する新規な金属製多孔体を用いた装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る金属製多孔体の平面図である。
【図２】本発明の第一の実施形態に係る金属製多孔体の部分拡大斜視図である。
【図３】金属製多孔体を湾曲させた状態を示す斜視図である。
【図４】金属製多孔体の製造工程を示したフローチャートである。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第二の実施形態に係る金属製多孔体の平面図である。
【図６】熱処理条件と伸縮評価試験結果の関係を表で示す図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は試験体表面の拡大写真で示す図あり、（ａ）は初期状態を示し、（ｂ）は伸張時の状態を示す図である。
【図８】バブルポイントテストの原理を示す図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）は引張試験の結果をグラフで示す図である。
【図１０】金属製多孔体を用いた装置の基本的な機能構成を示す図である。
【図１１】（Ａ）〜（Ｄ）は、フィルタ装置の一例を示す図である。
【図１２】フィルタ装置の使用例を示す模式図であり、（ａ）は金属製多孔体が初期形状にある状態を示し、（ｂ）は金属製多孔体が伸張した状態を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００１１】
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
〔第一の実施形態〕
本発明の第一の実施形態に係る金属製多孔体について説明する。図１は、本発明の第一の実施形態に係る金属製多孔体の平面図である。図２は、本発明の第一の実施形態に係る金属製多孔体の部分拡大斜視図である。図３は、金属製多孔体を湾曲させた状態を示す斜視図である。図１は、金属製多孔体が原形（初期形状）にある状態を示している。
本実施形態に係る金属製多孔体は、伸縮性及び可撓性を有し、外力を加えられることにより変形し、外力を取り除かれることにより原形（或いは、原姿勢）に復帰（原形に復元）する弾力性を有している点に特徴がある。
【００１２】
図２に示すように金属製多孔体１０は、隣接する線材層Ｌｎ、Ｌｎ−１を構成する各金属線材２０Ａ、２０Ｂの傾斜角度が互いに異なるように、一本の金属線材２０を螺旋状且つ多層状に巻付けることにより形成された中空円筒形状である。
図１に示すように、初期形状にあるとき、金属製多孔体１０はその軸線Ｘが直線的に延び、且つ、軸方向に収縮した状態にある。
金属製多孔体１０は軸方向に伸縮可能であり、初期形状にある金属製多孔体１０に対して軸方向に沿った方向への外力を加えると、金属製多孔体１０は軸方向に伸縮する。また、外力を取り除かれることにより、金属製多孔体１０は初期形状に自己復元する性質を有する。
また、金属製多孔体１０は可撓性（又は柔軟性）を有しており、図１に示す初期形状にある金属製多孔体１０に対して軸線Ｘを湾曲させる外力を加えると金属製多孔体１０は、図３に示すようにキンクすることなく湾曲する。また、外力を取り除かれることにより、金属製多孔体１０は初期形状に自己復元する性質を有する。なお、ここで「キンク」とは金属製多孔体１０に対して金属製多孔体１０を湾曲させる外力を加えたときに、金属製多孔体１０が潰れてしまい、金属製多孔体から外力を除去しても原形に復帰しない現象をいう。
【００１３】
以下、金属製多孔体の詳細構成を説明する。
＜金属製多孔体の形状＞
図２に示すように、本発明の実施形態に係る中空円筒状の金属製多孔体１０は、少なくとも一本の金属線材２０を、軸方向（図中上下方向）に対して一定の傾斜角度を有して螺旋状に、且つ多層状に巻き付けることにより形成される。ここで同じ方向に巻き付けられている個々の層を線材層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・・と称する。各線材層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・・を構成する金属線材は、正面視で金属製多孔体１０の軸方向に対して傾斜した同一方向へ延びており、また隣接する各線材層を構成する金属線材は互いに交差する方向に延びている（平行していない）。
【００１４】
図１中における最外層の線材層Ｌｎを構成する線材２０Ａ（厚みを図示省略）の延びる方向は実線矢印で示した方向であり、その直ぐ内側の線材層Ｌｎ−１を構成する線材２０Ｂの延びる方向は破線矢印で示した方向である。
即ち金属製多孔体１０は、金属線材２０を軸方向に対して一定の傾斜角度にて螺旋状に巻付けることにより形成した一つの線材層（例えば、線材層Ｌ１）と、一つの線材層Ｌ１の外周側に重ねて、且つ該一つの線材層Ｌ１を構成する金属線材とは異なる傾斜角度にて螺旋状に金属線材を巻付けることにより形成される他の線材層（例えば、線材層Ｌ２）と、を有する。一つの線材層Ｌ１とこれと隣接する他の線材層Ｌ２を夫々構成する金属線材同士は軸方向とは非平行であり、且つ互いに交差するように構成されている。
なお、線材層を構成する金属線材の軸方向に対する傾斜角度が一つの線材層中で変化するように構成してもよい。
【００１５】
この金属製多孔体１０は、フィルタとして用いられる場合は、液体や気体等の各種流体中から不要な物質等を除去し、また用途によっては同時に金属製多孔体を通過する流体を冷却する。金属製多孔体の大きさ（軸方向寸法、直径、厚さ等）は、金属製多孔体が装備される装置の構造や大きさに応じて適宜決定される。
この金属製多孔体の材料となる金属の種類としては、鉄、軟鋼、ステンレス鋼、ニッケル合金、銅合金などを挙げることができ、中でもオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ等）が好適である。
また、金属製多孔体に使用される金属線材の太さ及び断面形状は、金属製多孔体の大きさ、金属製多孔体が除去する物質、圧力損失等に応じて適宜決定される。
金属製多孔体に使用される金属線材の断面形状には特に制約はない。金属線材としては、例えば断面が真円形状のものの他、必要に応じて金属素線を圧延した平圧延線等、所定の断面形状となるように圧延処理されたもの等が使用される。なお、圧延は冷間圧延とされる。
【００１６】
＜製造工程＞
金属製多孔体の製造工程について説明する。図４は、金属製多孔体の製造工程を示したフローチャートである。
金属製多孔体１０は、ワインド工程（ステップＳ１）、型抜き工程（ステップＳ２）、熱処理工程（ステップＳ３）、金具取付工程（ステップＳ４）、洗浄工程（ステップＳ５）、及び検査工程（ステップＳ６）を経ることにより作製される。
なお、ステップＳ１とＳ２は、金属製多孔体の元となる中空筒状体を形成する工程である。
また、ステップＳ２の型抜き工程とステップＳ３の熱処理工程は、入れ替えて実施することが可能である。また、ステップＳ２の型抜き工程後、ステップＳ４に示す金具取付工程を実施した後に、ステップＳ３の熱処理工程を実施してもよい。
【００１７】
＜＜ワインド工程、型抜き工程＞＞
ワインド工程（ステップＳ１）では、心棒の適所に金属線材２０の一端を係止し、金属線材２０に対して所定の張力を与えた状態にて、心棒を一定方向に回転させると共に、金属線材２０を心棒の軸方向に往復移動させる。この動作により、金属線材２０は心棒の外周に螺旋状、且つ多層状に巻付けられる。また、隣接する線材層を構成する金属線材同士が互いに交差して網目を形成する。
例えば、心棒の外周に直接巻き付けられる第１の金属線材層では、各線材が図２において心棒の軸方向に対して所定角度θだけ時計回り方向へ傾斜しているとすると、第１の金属線材層の外周に巻き付けられる第２の金属線材層を構成する線材は、心棒の軸方向に対して所定角度θだけ反時計回り方向に傾斜する。
【００１８】
金属線材２０を所定回数（所定階層数）巻付けた後、金属線材２０を切断し、切断された端部をスポット溶接等により巻付けを完了した線材の適所に接合して心棒から取り外すことにより、中空筒状体を得る（ステップＳ２：型抜き工程）。
心棒の軸方向に対する金属線材２０の角度（巻付け角度）、及び軸方向に隣接する金属線材２０同士の間隔（ピッチ）は、心棒の回転速度と金属線材の軸方向への往復移動速度との比率を適宜調節することにより変更することができる。金属線材の太さ、巻付け角度、ピッチ、巻付け回数を適宜変更することにより、金属製多孔体をフィルタとして用いる場合に、金属製多孔体を通過する流体の圧力損失を適切な値に制御することができる。
【００１９】
＜＜熱処理工程＞＞
熱処理工程では、機能性付与を目的として、適切な温度に加熱・保持後、冷却する熱処理を実施する。この熱処理工程を経ることにより得られる金属製多孔体は弾性を有し、外力を加えることにより自在に伸縮又は湾曲変形可能であるが、外力を取り除くと初期形状に戻る自己復元能力を発現する。
熱処理工程では、中空筒状体を加熱炉内に入れて、所定の温度にて一定時間維持した後、中空筒状体を冷却する。熱処理は、処理温度が６００℃〜７００℃、好ましくは６００℃に設定された炉内で、数時間程度（例えば４時間程度）実施する。
熱処理は空気中で行うこともできるが、真空中や、表面の酸化物を還元する還元性ガス、金属線材を脆化させたり化学反応を生起するおそれのない不活性ガス中で行うのが好ましい。還元性ガスとしては、水素ガス、水素と窒素の混合ガス、アンモニア分解ガス等を挙げることができる。また、不活性ガスとしては、窒素ガス、アルゴンなどを挙げることができる。
【００２０】
＜＜金具取付、洗浄、検査工程＞＞
熱処理工程を経ることにより得られた金属製多孔体に対しては取り扱いを容易にする為、金属製多孔体１０に対して金具を取り付ける。本例では、軸方向端部に端部金具１３を溶接にて取り付ける。端部金具１３は、金属製多孔体１０の中空部内と連通する孔部を有した筒状部材とすることができる。図１に示す端部金具１３は、金属製多孔体１０の表面から外径方向に階段状に突出するフランジ部を有している。
以上のようにして作製された金属製多孔体１０は、洗浄され、所定の検査を経て完成する。
【００２１】
＜効果＞
上記金属製多孔体は、複数の微細な孔を有する多孔質体である。隣接する線材層間の各孔が互いに順次連通することにより、金属製多孔体は液体や気体等の各種流体を複数の線材層間に跨がって流通させる。この孔の形状及びサイズは、金属製多孔体の変形に応じて変化する。金属製多孔体は、軸方向へ伸張したとき（又は内外径が小さくなったとき）に孔径（目開き）が拡大し、収縮させたとき（又は内外径が大きくなったとき）に孔径が縮小するので、必要に応じて濾過精度を調整可能な金属製フィルタとして使用することができる（図７（ａ）、（ｂ）参照）。なお、金属製多孔体に外力が加わっていないとき（原形、初期形状にあるとき）の目開きは、金属線材の密度（金属線材同士の間隔）や巻き数に応じて調整することができ、初期形状では略完全に閉止した状態（物質を略通過させない状態）とすることも可能である。
また、金属製多孔体は、図３に示すように所望の曲率にて適宜湾曲変形させた状態で異物を除去できるので、フレキシブルな金属製フィルタとして使用可能である。金属製多孔体をフレキシブルな金属製フィルタとして使用する場合は、湾曲変形した形状を固定的に維持したまま異物を除去する静的なフィルタとして使用することが可能である。また、軸方向が直線上にない２つの回転部材を金属製多孔体にて接続することで、金属製多孔体は回転しながら濾過を実施する動的なフィルタとして使用することが可能である。
金属製多孔体は自在に湾曲変形するので、軸方向が直線上にない２つの回転部材のうちの一方から出力される回転力を他方の回転部材に等速で伝達する動力伝達部材として使用することも可能である。
【００２２】
金属製多孔体を構成する金属線材同士は接合されていないため、金属製多孔体が変形する際、金属線材は互いの位置関係を変位させる。金属製多孔体は弾力性と自己復元力を有しているため、金属製多孔体を変形させると、金属線材同士の位置関係は略均等に変位する（図７（ｂ）参照）。従って、軸方向へ伸縮させた場合には、目開きが略均等に拡縮する。また、湾曲変形させた場合には、金属製多孔体の各部分の曲率に応じて、金属線材同士の位置が略均等に変位する。従って、変形により特定の箇所だけ目開きが極端に大きく異なる等の自体は発生しない。
以上のことから、本発明により得られた金属製多孔体を所望の伸張量及び所望の湾曲形状に変形させた状態にて、その形状を維持したまま焼結処理を実施することで、任意の形状に変形させた中空筒状の金属製フィルタを作製することが可能である。
【００２３】
金属製多孔体の初期形状は、ワインド工程において得られる中空筒状体の形態によって決まる。本例においては、軸線が直線的に延びる円筒状又は円柱状の心棒に金属線材を巻付けることによって作製される円筒状の中空筒状体から金属製多孔体を作製する。従って、直線的に伸びる軸線Ｘを有する円筒状の初期形状を有する金属製多孔体は、比較的単純な製造方法により作製できる。
以上、本発明について軸方向の両端部が開口した円筒状の金属製多孔体の例により説明したが、金属製多孔体は軸方向の一端を閉止した円筒状としてもよい。また、金属線材を巻付ける心棒の形状により、角筒状、円錐状、角錐状、その他の形状の金属製多孔体を作製することも可能である。
また、上記変形形状としては、伸縮及び湾曲を例示したが、変形形状としては屈曲、捻れ等、種々の変形を含むものである。
【００２４】
〔第二の実施形態〕
本発明の第二の実施形態について説明する。第二の実施形態においては、金属製多孔体が部分的に、自己復元性を有さない復元不能部分を備えている点に特徴がある。
図５（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第二の実施形態に係る金属製多孔体の平面図である。
金属製多孔体３０は、復元可能部分３１と、復元不能部分３３とを有する。
復元可能部分３１は、第一の実施形態に示した金属製多孔体が有する性質を持つ部分であり、軸方向に伸縮自在、且つ軸線Ｘを自在に湾曲可能であるが、初期形状に自力で復元可能な性質を持つ部分である。
復元不能部分３３は、伸縮や湾曲変形させることが可能であるが変形後は自力による形状の復元が不能であるか、又は外力を加えても変形不能な部分である。
【００２５】
図５（ａ）に示す金属製多孔体３０Ａは、軸方向に交互に配置された復元可能部分３１と復元不能部分３３とを有する例である。
また、図５（ｂ）に示す金属製多孔体３０Ｂは、周方向の一部分に軸方向に伸びる復元不能部分３３を配置し、周方向の他の部位を復元可能部分３１とした例である。
また、図５（ｃ）は、金属製多孔体３０Ｃに対して螺旋状に復元不能部分３３を配置し、他の部分を復元可能部分３１とした例である。
【００２６】
復元不能部分３３は、外力による変形後に初期形状に復元不能となるような条件下での熱処理、又は外力によっても変形不能となるような条件下での熱処理等を部分的に施すことにより作製可能である。例えば、高周波、光ビーム、又は電子ビームを用いた部分的な熱処理（焼結処理を含む）、或いは部分的な溶接処理を実施することにより、復元可能部分３１と復元不能部分３３を混在させた金属製多孔体３０を作製することができる。
復元可能部分３１と復元不能部分３３とを混在させることで、金属製多孔体３０を構成する金属線材同士の位置を略均等に変位させながら金属製多孔体３０を変形させ、また変形後の形状を保持するようにすることができる。
【００２７】
〔評価試験〕
熱処理時の温度条件のみを変えた複数の金属製多孔体を作製して、評価試験を行った。図６は、熱処理条件と伸縮評価試験結果の関係を表で示す図である。図７（ａ）、（ｂ）は試験体表面の拡大写真で示す図であり、（ａ）は初期状態を示し、（ｂ）は伸張時の状態を示す図である。
【００２８】
＜試験体の作製＞
試験体である金属製多孔体は、以下のようにして作製した。
まず、線材層間で隣接する線材が互いに交差するように、金属線材を螺旋状且つ多層状に巻き付けることにより、円筒状の中空筒状体を作製した。続いて中空筒状体に対して熱処理を実施した。熱処理は、無酸化性のＨ２雰囲気の下で行った。熱処理炉内を常温（１５度〜２５度の範囲）から目標温度（Ｋｅｅｐ温度）まで昇温し、目標温度を４時間維持した。その後、熱処理炉から試験体を取り出して徐冷（又は大気下で自然冷却）した。熱処理後、夫々の試験体の軸方向両端部に端部金具１３を溶接にて取り付けて洗浄することにより、図１に示すような試験体を完成させた。
なお、試験体１の目標温度は５００度、試験体２の目標温度は６００度、試験体３の目標温度は７００度、試験体４の目標温度は８００度である。
【００２９】
＜伸縮評価試験＞
試験体を伸張させた場合の変化について説明する。伸縮評価試験は、試験体を軸方向に引っ張った場合に、伸張するか（可動性の有無）、除荷後に伸張前の形状に戻るか（自己復元性の有無）という観点から行った。
試験体１は引張負荷によって伸張したが、除荷後に初期形状に復帰しなかった。
試験体２は引張負荷によって伸張し、且つ除荷後に初期形状に復帰した。
試験体３は引張負荷によって伸張し、且つ除荷後に初期形状に復帰したが、試験体３に比べて伸張範囲が狭かった。
試験体４は金属線材同士が焼結されており、伸張しなかった。
以上のことから、熱処理条件については、６００℃〜７００℃、望ましくは６００℃が好適であることが判明した。
【００３０】
＜バブルポイントテスト＞
試験体２について、ＡＳＴＭ−Ｅ−１２８−６１に準拠したバブルポイントテストを実施し、金属製多孔体をフィルタとして使用する場合の濾過精度を測定した。
図８は、バブルポイントテストの原理を示す図である。
バブルポイントテストにおいては、イソプロピルアルコール中にテストフィルタを沈め、フィルタの内圧をゼロから徐々に増していく。すると、最初に最も大きい孔から気泡が発生する（イニシャルポイント）。このときの内圧から最大孔径を求めることができる。孔径Ｄ［μｍ］は以下の式（１）にて求められる。
【００３１】
Ｄ＝４Ｓ・ｃｏｓθ／（Ｐ−γｈ）      ・・・式（１）
但し、
Ｄ：孔径
Ｓ：イソプロピルアルコールの界面張力
θ：塗れ角
Ｐ：内圧
γ：イソプロピルアルコールの密度
ｈ：液深
である。
【００３２】
しかし、実際にはグラスビーズ法との比較より、孔径Ｄ［μｍ］は、
Ｄ［μｍ］＝３７００／Ｐ［ｍｍＨ２Ｏ］      ・・・式（２）
にて求められる。なお、数値３７００は、定数である。
【００３３】
更に内圧を高めていくと空気の流量が変化するが、内圧と流量の関係をグラフに示すと、テストフィルタ全面から均一に発泡するバーストポイントと呼ばれる状態となったときの内圧が求められる。この内圧からフィルタの平均孔径を求めることができる。
【００３４】
上記バブルポイントテストにより、試験体２の伸縮前後の平均孔径を求めた。なお、本試験においては、図１に示す端部金具１３に空気の供給チューブを接続し、端部金具１３、１３間に位置する金属製多孔体１０の部分（図１中、符号Ｙにて示す部分）において、伸張量及び平均孔径を測定した。
ここで、図７（ａ）は伸張前（初期状態）の試験体表面の拡大写真であり、図７（ｂ）は伸張時の試験体表面の拡大写真である。
伸張前（初期状態）の試験体の端部金具間の長さは８８ｍｍであり、このときの平均孔径は２８［μｍ］であった。また、図７（ａ）に示すように、隣接する金属線材間の間隔は概ね６３０μｍであり、交差する金属線材間の角度は概ね４６度である。
端部金具間の長さが９８［ｍｍ］（伸び率１１１．４％）となるように試験体を伸張させた状態で治具により固定し、バブルポイントテストを実施したところ、平均孔径は３３［μｍ］であった。このとき、図７（ｂ）に示すように、隣接する金属線材間の間隔は概ね７９２μｍとなり、交差する金属線材間の角度は概ね５９度となった。
【００３５】
以上のように、本発明により得られた金属製多孔体を軸方向に伸張させて、交差する金属線材間の角度を変化させることにより、孔径が拡大する。なお、伸張量と孔径は伸張可能な範囲内においては単調増加の関係にある。
本発明に係る金属製多孔体をフィルタとして用いる場合は、金属製多孔体を軸方向に適宜伸張させることにより、所望の濾過精度（孔径）を有したフィルタとして使用することができる。また、濾過時よりも金属製多孔体を伸張させて逆洗を実施することにより、より効果的な逆洗が実施可能となる。
なお、角筒状の金属製多孔体、軸方向一端部を閉止した金属製多孔体、錐形状の金属製多孔体についても同様に、金属線材間の角度を変化させることにより孔径を拡縮させることができる。
【００３６】
＜引張試験＞
図９（ａ）、（ｂ）は、引張試験の結果をグラフで示す図である。図９（ａ）は、試験体に引張負荷を加えて伸張させたときと、引張負荷を徐々に取り除いて収縮させたときの変位（ｍｍ）と荷重（Ｎ）との関係を表したものである。図９（ｂ）は、同試験における変位（ｍｍ）と最大孔径（μｍ）との関係をバブルポイントテストにより求めたものである。
なお、試験体の材質、寸法及び熱処理条件は以下の通りである。
材質：ＳＵＳ３１６Ｌ
外径寸法  ｄ＿ｏｕｔ：６．２０ｍｍ
内径寸法  ｄ＿ｉｎ：３．７５ｍｍ
端部金具間距離  Ｙ：８５ｍｍ
熱処理条件：６００度を４時間維持後、大気下で自然冷却
【００３７】
図９（ａ）からわかるように、試験体に加えた荷重を取り除くことにより、試験体は弾性的に元の形状（変位量０ｍｍ）に戻ることが確認された。伸張方向と収縮方向では、加えた荷重と伸び量との間に若干のずれはあるものの、荷重と伸び量はおおむね比例関係にあることが確認された。
また、図９（ｂ）からわかるように、試験体の伸び量に応じて最大孔径が変化していることがわかる。伸び量０ｍｍのときの最大孔径が約１６６μｍであるのに対して、伸び量１５ｍｍのときの最大孔径は約２０６μｍであり、約４０μｍ（約２３．５％）広がっていることが確認された。また、この試験により、伸び量は最大孔径とおおむね比例関係にあることが確認された。
【００３８】
〔金属製多孔体を用いた装置〕
本発明の実施形態に係る金属製多孔体は弾性的に伸縮し、その目開き（孔径）は金属製多孔体の変形量（伸び量）に応じて変化する。従って、金属製多孔体を変形させて、金属製多孔体の目開き（孔径）を所望の大きさとするように制御することが可能である。目開きを制御することにより、線材層間に跨がって移動して金属製多孔体内を通過する物質について、通過する物質の大きさを可変させる制御や、物質の通過量（流量）の制御等を行うことができる。
以下、本発明に係る金属製多孔体を用いた装置について説明する。
【００３９】
＜基本的な機能構成＞
図１０は、金属製多孔体を用いた装置の基本的な機能構成を示す図である。
金属製多孔体を用いた装置２００は、金属製多孔体１０と、金属製多孔体１０を外場の状態（又は変化）に応じて変形させる変形制御手段２１０とを備える。変形制御手段２１０は、外場の状態（又は変化）を検知する検知手段２１１（検知機能）と、検知手段２１１が検知した外場の状態（又は変化）に応じて金属製多孔体１０を変形させる駆動手段２１３（駆動機能）と、を備える。また、変形制御手段２１０は、必要に応じて検知手段２１１から出力される検知信号を処理して駆動手段２１３駆動する駆動信号を出力する駆動制御手段２１５を備える。
ここで「外場」は金属製多孔体１０を変形させるためのトリガーとなる外部環境のことであり、外場として例えば光、温度、電場或いは磁場を利用することができる。
【００４０】
変形制御手段２１０を構成する各部は別個の部材としてもよいが、変形制御手段２１０の各部の機能を併せ持つ機能性材料を用いて一体化してもよい。
変形制御手段２１０の各部を別個の部材から構成する場合、検知手段２１１には、光電センサ、温度センサ、電界センサ、磁気センサ等を用いることができる。駆動手段２１３には、モータ、ソレノイド、ボールネジ機構等、各種のアクチュエータを用いることができる。駆動制御手段２１５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えたマイクロコンピュータにより実現できる。この場合、駆動制御手段２１５においては、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出してＲＡＭに展開して実行することにより、所定の駆動制御処理を実行する。なお、駆動制御手段２１５を省略し、検知手段２１１が出力する電圧を直接、駆動手段２１３に入力して駆動手段２１３を動作させることも可能である。
変形制御手段２１０に用いる機能性材料としては、変態点を境に、外場を与えることで元の形状の回復する性質と、外場を取り除くことで外力により自在に変形させうる性質とを発現する形状記憶合金や形状記憶ポリマー等を用いることができる。以下、変形制御手段２１０に形状記憶合金を用いた「金属製多孔体を用いた装置」をフィルタ装置として使用する例について説明する。
【００４１】
〔第三の実施形態〕
図１１（Ａ）〜（Ｄ）は、フィルタ装置の一例を示す図である。フィルタ装置３００（３００Ａ〜３００Ｄ：金属製多孔体を用いた装置の一例）は、金属製多孔体１０と形状記憶合金線３０１（３０１ａ〜３０１ｄ）とを備える。形状記憶合金線３０１は、外場の状態（又は変化）を検知する検知手段として機能し、かつ、金属製多孔体１０に変形を与える駆動手段として機能する機能性材料であり、単体で図１０に示した変形制御手段２１０として機能する。フィルタ装置３００に複数の機能を併せ持つ機能性材料を用いることにより、電気的なセンサ類、電気的な駆動源、及び電気的な配線が不要となり、フィルタ装置３００の構成を簡易にし、且つ小型化できる。
変形制御手段２１０として機能させうる金属製の機能性材料には、ＴｉＮｉ合金に代表される形状記憶合金の他にも、ＮｉＭｎＧａ合金やＣｏＮｉＧａ合金に代表される強磁性形状記憶合金（形状記憶特性と磁歪の両者を有する合金）、Ｇａｌｆｅｎｏｌ（Ｆｅ−Ｇａ合金）、Ｔｅｒｆｅｎｏｌ−Ｄ（ＴｂＤｙＦｅ合金）などの超磁歪材料を例示することができる。
【００４２】
図１１（Ａ）は、円筒状の金属製多孔体１０の中空内部に、金属製多孔体１０の軸方向に沿って延びる線状の形状記憶合金線３０１ａを接合したフィルタ装置３００Ａの例である。図１１（Ｂ）は、円筒状の金属製多孔体１０の外面に金属製多孔体１０の軸方向に沿って延びる線状の形状記憶合金線３０１ｂを接合したフィルタ装置３００Ｂの例である。
形状記憶合金線３０１ａ、３０１ｂは、所定の形状回復温度以上の温度でらせん状又は円弧状等の所定の記憶形状に回復するように、形状を記憶させたものである。形状記憶合金線３０１ａ、３０１ｂは、金属製多孔体１０をらせん状又は円弧状等の形状に変形させる。
フィルタ装置３００Ａ、３００Ｂは、形状回復温度よりも低い温度（例えば、室温）で直線状に変形させた形状記憶合金線３０１ａ、３０１ｂを、その温度で初期形状（無負荷状態）の金属製多孔体１０に接合することにより得られる。
フィルタ装置３００Ａ、３００Ｂを形状回復温度以上に加熱する（外場を与える）ことで、形状記憶合金線３０１ａ、３０１ｂは記憶した形状に回復し、それに応じて金属製多孔体１０が変形する。即ち、形状記憶合金線３０１は、記憶形状に回復するときは、金属製多孔体１０の収縮力よりも大きな変形力を発揮して、金属製多孔体１０を形状記憶合金線３０１の記憶形状に応じた形状（らせん状又は円弧状等）に変形させる。金属製多孔体１０は、その変形量に応じて目開きが変化するので、フィルタ装置３００Ａ、３００Ｂは金属製多孔体１０の変形量に応じた濾過能力を発揮する。
フィルタ装置３００Ａ、３００Ｂを形状回復温度よりも低い温度（例えば、室温）まで冷却する（外場を取り除く）と、金属製多孔体１０は自身が有する弾性力によって初期形状（直線的な姿勢で収縮した形状）に復帰する。即ち、形状回復温度よりも低い温度にあるときは、形状記憶合金線３０１が形状を記憶形状に維持しようとする力よりも、金属製多孔体１０が初期形状に収縮しようとする力の方が勝るため、金属製多孔体１０は初期形状に復帰して、目開きも初期状態に戻る。
【００４３】
図１１（Ｃ）は、円筒状の金属製多孔体１０の中空内部に、コイル状の形状記憶合金線３０１ｃを接合したフィルタ装置３００Ｃの例である。図１１（Ｄ）は、円筒状の金属製多孔体１０の外面にコイル状の形状記憶合金線３０１ｄを接合したフィルタ装置３００Ｄの例である。
形状記憶合金線３０１ｃ、３０１ｄは、所定の形状回復温度以上の温度で所定ピッチのらせん形状（記憶形状）に回復するように、形状を記憶させたものである。ここで「ピッチ」とは、軸方向に隣接する形状記憶合金線間の距離をいう。形状記憶合金線３０１ｃ、３０１ｄは、金属製多孔体１０を軸方向に沿って直線的に伸張させる。
フィルタ装置３００Ｃ、３００Ｄは、形状回復温度よりも低い温度（例えば、室温）で記憶形状よりも軸方向に収縮変形させた（ピッチが短縮した螺旋形状に変形させた）形状記憶合金線３０１ｃ、３０１ｄを、その温度で初期形状（無負荷状態）の金属製多孔体１０に接合することにより得られる。
フィルタ装置３００Ｃ、３００Ｄを形状回復温度以上に加熱する（外場を与える）ことで、形状記憶合金線３０１ｃ、３０１ｄは記憶した所定ピッチの螺旋形状に回復し、それに応じて金属製多孔体１０が軸方向に伸張する。即ち、形状記憶合金線３０１は、記憶形状に回復するときは、金属製多孔体１０の収縮力よりも大きな変形力を発揮して、金属製多孔体１０を形状記憶合金線３０１の記憶形状に応じた形状（直線的な姿勢で伸張した形状）に変形させる。金属製多孔体１０は、その伸張量に応じて目開きが変化するので、フィルタ装置３００Ｃ、３００Ｄは金属製多孔体１０の伸張量に応じた濾過能力を発揮する。
フィルタ装置３００Ｃ、３００Ｄを形状回復温度よりも低い温度（例えば、室温）まで冷却する（外場を取り除く）と、金属製多孔体１０は自身が有する弾性力によって初期形状（直線的な姿勢で収縮した形状）に復帰する。即ち、形状回復温度よりも低い温度にあるときは、形状記憶合金線３０１が形状を記憶形状に維持しようとする力よりも、金属製多孔体１０が初期形状に収縮しようとする力の方が勝るため、金属製多孔体１０は初期形状に復帰して、目開きも初期状態に戻る。
【００４４】
図示する形状記憶合金線の断面形状は略円形であるが、金属製多孔体を変形させることができれば、形状記憶合金線の断面形状は角形、楕円形、星形等、どのような形状としてもよい。
形状記憶合金の形状は、直線状、コイル状、帯状とするのが望ましいが、他の形状としてもよいし、これらの形状を適宜組み合わせてもよい。形状記憶合金の形状は形状回復時に必要な回復力に応じて選定される。
形状記憶合金と金属製多孔体との接合方法には、溶接、ろう接、接着剤による接着、かしめ等の機械的方法等を用いることができる。両者の接合方法には、少なくとも、形状記憶合金自身の変形を許容し、且つ金属製多孔体を変形させることが可能な手法が用いられる。
形状記憶合金と金属製多孔体との接合方法、接合点の数、及び接合点の間隔等の接合条件を適宜設定することで、金属製多孔体の変形と初期形状への回復を実現する。また、接合条件を適宜選定することにより、金属製多孔体のより複雑な形状への変形を実現する。
【００４５】
＜使用例＞
図１２はフィルタ装置の使用例を示す模式図であり、（ａ）は金属製多孔体が初期形状にある状態を示し、（ｂ）は金属製多孔体が伸張した状態を示している。本図は、図１１（Ｃ）又は（Ｄ）に示すフィルタ装置を用いた例である。なお、図には形状記憶合金線を図示していない。
本図は、金属製多孔体の中空部内を通過する物質を金属製多孔体の外部に放出する例、つまり、金属製多孔体の中空部内の圧力が外部の圧力よりも高い場合を示している。もちろん、金属製多孔体の中空部の内外の圧力差の設定により、金属製多孔体の外部を通過する物質を金属製多孔体の内部に取り込むことも可能である。
フィルタシステム３１０は、図１１に示したフィルタ装置３００（３００Ｃ又は３００Ｄ）と、中空部内にフィルタ装置３００を挿通する輸送チューブ３１０とを備えている。輸送チューブ３１０は、金属製多孔体１０から外部に放出された物質を軸方向に沿って輸送する。
金属製多孔体１０の中空部内には、寸法の異なる物質が混在した粉粒体３２０（粒子、分子状物質（匂い分子など））を流入させる。図１２（ａ）に示すように、形状記憶合金線が形状回復温度以下（例えば、室温）では、自身の弾性力によって金属製多孔体は初期形状となる。つまり、目開き寸法が小さくなり、すべての物質が金属製多孔体の中空部内を通過する。図１２（ｂ）に示すように、形状回復温度より高い温度では、形状記憶合金線が形状回復すると同時に金属製多孔体が伸長する。その結果、金属製多孔体の目開き寸法が大きくなり、この寸法に応じた物質３２０ａが金属製多孔体外に放出される。即ち、フィルタシステム３１０は分級フィルタ装置として機能している。物質３２０ａは、金属製多孔体１０と輸送チューブ３１０との間の空間内を軸方向に沿って輸送され、残りの物質３２０ｂは金属製多孔体１０の中空部内を軸方向に沿って輸送される。
【００４６】
＜効果＞
上記フィルタ装置を、寸法（粒径）の異なる物質が混在した粉粒体の運搬経路上に配置することで、粉粒体を運搬する過程でこれらの分級、排出、或いは取り込みを実視することができる。粉粒体としては、匂い分子、細菌、花粉などを例示できる。また、上記フィルタ装置は電気的なセンサ、電気的な駆動源、及び電気配線の一切を用いないため、仮に粉粒体が助燃性や可燃性を有していても引火の虞がない。従って、上記フィルタ装置によれば助燃性や可燃性を有する粉粒体の排出や取り込みを安全に行うことが可能である。
また、温度などの外場の変化をトリガーとして、運搬中の粉粒体に他の粉粒体を添加・混合する用途に使用できる。
【００４７】
〔本発明の実施態様と作用、効果のまとめ〕
＜第一の実施態様＞
本態様に係る金属製多孔体を用いた装置２００は、隣接する線材層Ｌ１、Ｌ２を構成する各金属線材２０Ａ、２０Ｂの傾斜角度が異なるように、金属線材２０が螺旋状、且つ多層状に巻付けられ、外力を加えられることにより変形し、外力を取り除かれることにより原形に復帰するように構成された中空筒状の金属製多孔体１０と、金属製多孔体に外力を加え、又は金属製多孔体に加えた外力を取り除くことにより、金属製多孔体の各孔の形状を変化させる駆動手段２１０と、を備えたことを特徴とする。
本態様に係る金属製多孔体は、外力を加えられることにより変形するが、外力を取り除かれることにより原形に復帰するので、金属製多孔体を従来とは異なる新規な用法及び用途で使用できる。なお、ここにいう変形とは、伸縮、湾曲、屈曲、捻れ等、種々の変形を含むものである。
金属製多孔体は、金属線材が螺旋状、且つ多層状に巻き付けられた構成を有するため、金属製多孔体を駆動手段により変形させることで、各金属線材の間隔、及び各孔の形状（孔径）が変化する。従って、線材層間に跨がって移動して金属製多孔体内を通過する物質について、通過する物質の大きさを可変させる制御や、物質の通過量（流量）の制御等を行うことができる。
【００４８】
＜第二の実施態様＞
本態様に係る金属製多孔体を用いた装置２００は、外場の状態を検知する検知手段２１１を備え、駆動手段２１０は、検知手段が検知した外場の状態に応じて金属製多孔体１０を変形させる外力を加えることを特徴とする。
ここで「外場」は金属製多孔体を変形させるためのトリガーとなる外部環境のことであり、外場として例えば光、温度、電場或いは磁場等を利用することができる。駆動手段と検知手段は、一体化された部材であってもよいし、異なる複数の部材から構成されてもよい。
本実施態様に示す金属製多孔体を用いた装置は、流体又は粉粒体を濾過又は分粒する機能、通過させる物質のサイズを可変する機能、金属製多孔体を通過する物質の流量を調整する機能、或いは洗浄液を逆流させて逆洗する機能等を発揮する手段として使用することができる。
例えば、金属製多孔体を用いた装置をフィルタとして使用する場合を考える。流路圧力が所定の閾値を超えたことを検知手段が検知した場合には、駆動手段により金属製多孔体の孔径を拡大させる。洗浄液を逆流させれば、金属製多孔体を逆洗して目詰まりを解消することができる。また、逆洗後は駆動力を取り除くことにより、金属製多孔体は元の形状に復元して、再度フィルタとして使用できる。
【００４９】
＜第三の実施態様＞
本態様に係る金属製多孔体を用いた装置２００は、駆動手段２１０及び検知手段２１１として機能する機能性材料を備えたことを特徴とする。
機能性材料としては、変態点を境に、外場を与えることで元の形状の回復する性質と、外場を取り除くことで外力により自在に変形させうる性質とを発現する形状記憶合金や形状記憶ポリマー等を用いることができる。金属製多孔体を用いた装置２００に複数の機能を併せ持つ機能性材料を用いることにより、電気的なセンサ類、電気的な駆動源、及び電気的な配線が不要となり、金属製多孔体を用いた装置２００の構成を簡易にし、且つ小型化できる。また、助燃性や可燃性を有する粉粒体の排出や取り込みを安全に行うことができる。
【００５０】
＜第四の実施態様＞
本態様に係る金属製多孔体を用いた装置２００において金属製多孔体１０は、軸方向への外力を加えられることにより軸方向に伸縮変形又は内外径が縮小又は拡大変形し、外力を取り除かれることにより原形に復帰することを特徴とする。
本態様に係る金属製多孔体は、軸方向への外力を加えられることにより伸縮変形又は内外径が縮小又は拡大変形するが、外力を取り除かれることにより原形に復帰するので、金属製多孔体を元の初期形状に戻す駆動源が不要となり、金属製多孔体を用いた装置２００の構成を簡略化することができる。
【００５１】
＜第五の実施態様＞
本態様に係る金属製多孔体を用いた装置２００金属製多孔体１０は、外力を加えられることにより、湾曲変形し、外力を取り除かれることにより原形に復帰することを特徴とする。
本態様に係る金属製多孔体は、外力を加えられることにより湾曲変形するが、外力を取り除かれることにより原形に復帰するので、金属製多孔体を元の初期形状に戻す駆動源が不要となり、金属製多孔体を用いた装置２００の構成を簡略化することができる。
【００５２】
＜第六の実施態様＞
本態様に係る金属製多孔体を用いた装置２００において、金属製多孔体１０は、軸線Ｘが直線的に延びる円筒状を原形とすることを特徴とする。
金属製多孔体の原形は、金属製多孔体のもととなる中空筒状体の形態によって決まる。本態様においては、軸線が直線的に延びる円筒状又は円柱状の心棒に金属線材を巻付けることによって作製される円筒状の中空筒状体から金属製多孔体を作製する。従って、本態様に係る金属製多孔体は、比較的単純な方法により作製できる。
【００５３】
＜第七の実施態様＞
本態様に係る金属製多孔体を用いた装置２００は、隣接する線材層Ｌ１、Ｌ２を構成する各金属線材２０Ａ、２０Ｂの傾斜角度が異なるように、金属線材が螺旋状、且つ多層状に巻付けられ、少なくとも一部に対して適切な温度に加熱・保持後、冷却する熱処理が施されている中空筒状体の金属製多孔体１０と、金属製多孔体に外力を加え、又は金属製多孔体に加えた外力を取り除くことにより、金属製多孔体の各孔の形状を変化させる駆動手段２１０と、を備えたことを特徴とする。
本態様によれば、適切な温度に加熱・保持後、冷却する熱処理を実行することにより得られる金属製多孔体は、弾性を有し、外力を加えることにより自在に伸縮又は湾曲変形等が可能であるが、外力を取り除くと原形に復帰する能力を発現する。金属製多孔体は、変形する過程で各金属線材の間隔、及び各孔の形状（孔径）が変化する。従って、金属製多孔体の各孔の形状を駆動手段により変化させることによって、線材層間に跨がって移動して金属製多孔体内を通過する物質について、通過する物質の大きさを可変させる制御や、物質の通過量（流量）の制御等を行うことができる。
【符号の説明】
【００５４】
Ｌ１、Ｌ２…線材層、１０…金属製多孔体、１３…端部金具、２０…金属線材、３０…金属製多孔体、３１…復元可能部分、３３…復元不能部分
【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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