(57)【要約】【課題】種々の形状の均一な金属多孔体を製造することができるようにする。【解決手段】下金型１３のキャビティ２３内に金属含有のスラリーＳを注入した後に樹脂製の発泡体Ｐを充填し、ついで、上金型１２で発泡体Ｐを上面より押圧して圧縮して、発泡体Ｐの空隙内の空気を除去し、ついで、上金型１２を所要速度で引き上げて、発泡体Ｐの空隙にスラリーＳを吸い込ませ、その後、空隙にスラリーＳが充填された発泡体Ｐ’を下金型１３より取り出し、焼成して樹脂を焼き飛ばしている。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下金型のキャビティ内に金属含有のスラリーを注入した後に樹脂製の発泡体を充填し、ついで、
上金型で上記発泡体を上面より押圧して圧縮して、該発泡体の空隙内の空気を除去し、ついで、
上記上金型を所要速度で引き上げて、該発泡体の空隙にスラリーを吸い込ませ、  その後、空隙にスラリーが充填された発泡体を下金型より取り出し、
焼成して樹脂を焼き飛ばしていることを特徴とする金属多孔体の製造方法。
【請求項２】
上記上金型を引き上げる時の引き上げ速度を上記発泡体が元形状に復帰する速度以下に設定していることを特徴とする請求項１に記載の金属多孔体の製造方法。
【請求項３】
上記発泡体としてウレタンフォームを用いていることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の金属多孔体の製造方法。
【請求項４】
上記発泡体を下金型より取り出した後に、乾燥および脱バインダーを経た後に上記焼成を行い、その後、成形金型内にセットしてプレス成形で所要形状に修正していることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の金属多孔体の製造方法。
【請求項５】
所要量のスラリーおよび発泡体を充填できると共に該発泡体の空隙からの空気の逃げ用の空間容積を有する下金型と、
上記下金型に充填する上記発泡体の上面を押圧すると共に上記下金型の空間内を上下移動可とした上金型と、
上記上金型の上下駆動手段とを備えていることを特徴とする金属多孔体の製造装置。
【請求項６】
上記下金型のキャビティの側壁間の幅を、上記上金型の凸部の幅より大きく設定し、該凸部と該キャビティとの隙間を空気逃げ部としていることを特徴とする請求項５に記載の金属多孔体の製造装置。
【請求項７】
上記下金型のキャビティの側壁に上記空気逃げ部より上方に向けて幅広となるテーパ部を設けていることを特徴とする請求項６に記載の金属多孔体の製造装置。
【請求項８】
上記下金型の空間内に着脱自在に取り付けられ、上記発泡体の少なくとも下面を外周側から保持する保持部と、該保持部に連結された持手部とを備えた取出治具を設けていることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載の金属多孔体の製造装置。
【請求項９】
上記下金型へのスラリー注入量を制御できるスラリー注入機と、上記発泡体あるいは発泡体を保持する上記取出治具を下金型へセットすると共にスラリー充填後に下金型より取り出すロボットアームとを備えていることを特徴とする請求項５乃至請求項８のいずれか１項に記載の金属多孔体の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属多孔体の製造方法および装置に関し、詳しくは、電極基板、触媒担持体、フィルター、ピストンリング、金属複合材等に適用される金属多孔体の製造工程において、金属を含有したスラリーを発泡体に均一に充填するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、金属多孔体は、耐熱性を必要とするフィルターや電池用極板、さらには、触媒担持体、ピストンリング、金属複合材等の様々な用途に利用されている。
【０００３】
従来の金属多孔体は、発泡樹脂等の表面に金属層を形成した後、樹脂の部分を焼成除去するとともに金属層を還元することによって得られる。例えば、特開平１０−１８０１６６号公報（特許文献１）では、帯状発泡樹脂をロールに通過させて圧縮減圧し、ロール間の入り口に金属粉末を含んだスラリーを流し、帯状発泡樹脂が元の形状に戻る際にスラリーを塗着させる方法が開示されている。また、特開平６−２２７８７４号公報（特許文献２）では、合成樹脂発泡体の球状粒子に溶剤を塗布した後、硬化型樹脂と無機物粉体を含むスラリーを充填させることによって多孔質焼結体を得る製造方法が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１８０１６６号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平６−２２７８７４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１０−１８０１６６号公報（特許文献１）では、帯状発泡樹脂をロールを通過させることで圧縮減圧状態にし、そこから元の形状に戻る力でスラリーを塗着させるが、元の形状に戻る自然の力に委ねてスラリーを吸引させるため、吸着速度の調節等ができないことから、吸引できていない場合や不均一にしか吸引できていない場合が生じる。また、当該方法では、シール状の多孔質焼結体を製造できるが、複雑な３次元形状のものを製造することはできない。
【０００７】
また、特開平６−２２７８７４号公報（特許文献２）では、製造する多孔質焼結体が厚みのある場合や異形状のものである場合には、合成樹脂発泡体の空隙が塞がれる場合やスラリーが空隙の深部まで充填できない場合などにより、スラリーが均一に充填されない場合も生じる。そのため、均一な多孔質焼結体ができないという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記した問題に鑑みてなされたもので、均一な金属多孔体を製造可能とすると共に、種々の形状の金属多孔体を形成可能で且つ装置が複雑にならず生産性およびコスト性を向上させることを課題としている。
【０００９】
【発明が解決しようとする手段】
上記問題を解決するために、本発明は、下金型のキャビティ内に金属含有のスラリーを注入した後に樹脂製の発泡体を充填し、ついで、
上金型で上記発泡体を上面より押圧して圧縮して、該発泡体の空隙内の空気を除去し、ついで、
上記上金型を所要速度で引き上げて、該発泡体の空隙にスラリーを吸い込ませ、  その後、空隙にスラリーが充填された発泡体を下金型より取り出し、
焼成して樹脂を焼き飛ばしていることを特徴とする金属多孔体の製造方法を提供している。
【００１０】
上記構成とすると、発泡体を上金型で押圧することにより、該発泡体の空隙内の空気を除去することができ、上金型を所要速度で引き上げることにより、該発泡体が圧縮された状態から元の形状に戻る際に空隙にスラリーを吸い込ませることができる。かつ、従来のように発泡体をロールに通過させて圧縮するのではなく、本発明では、上金型と下金型との間で発泡体を均一に押圧し、且つ、均一に除荷するようにしているので、発泡体にスラリーを均一に充填することが可能となる。よって、このスラリーが充填された発泡体を下金型から取り出して焼成することで細孔が均一に配置された金属多孔体を得ることができる。
【００１１】
また、上記製造方法は上金型と下金型との間で押圧および除荷するだけであるので、金型のキャビティの形状および発泡体の形状を所望の形状にするだけで三次元の複雑な形状の金属多孔体の製造にも対応できることとなる。さらに、発泡体にスラリーを均一に吸着させ易く、スラリーをほぼ全量吸い込ませることができるため、スラリー等の材料に無駄がなくなりコスト低減を図ることもできる。また、押圧／引き上げを１回行うだけでスラリーを発泡体に充填できるため生産性にも優れている。
【００１２】
上記上金型を引き上げる時の引き上げ速度を上記発泡体が元形状に復帰する速度以下に設定していることが好ましい。
【００１３】
上記のように、引き上げる上金型の引き上げ速度を該発泡体が元形状に復帰する速度以下に設定することにより、発泡体が元形状に戻る際にスラリーを確実に吸い込ませることができるため、スラリーを均一に充填することができる。
また、上金型の引き上げ速度は、発泡体が元形状に復帰する間は復帰速度より遅い方が好ましいが、生産性を上げるためには復元率が３〜４割程度に至るまでは発泡体が復帰する速度より遅くし、その後は復帰する速度と同程度の速度とするのがより好ましい。これにより発泡体にスラリーをより均一に充填することができる。
【００１４】
上記金属含有のスラリーとして、金属粉末とバインダーとを混合して所要粘度としたものを用いるのが好ましく、上記発泡体としてウレタンフォームを用いるのが好ましい。
【００１５】
上記金属粉末は、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｐ、Ｂ、Ｓｉ、Ｔｉから選択された少なくとも１種の粉末、あるいは／および、その金属酸化物粉末を用いるのが好ましい。上記バインダーはフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を用いるのが好ましく、上記粘度は４０００〜１６０００ｃｐｓとするのが好ましい。また、上記発泡体はウレタンフォームを用いるのが好ましく、その他、ポリスチレンフォーム、エポキシフォーム、ポリ塩化ビニルフォーム、フェノール樹脂フォーム、シリコンフォーム、ポリアクリルフォーム等も用いることができる。
【００１６】
また、上記発泡体を下金型より取り出した後に、乾燥および脱バインダーを経た後に上記焼成を行い、その後、成形金型内にセットしてプレス成形で所要形状に修正している。
【００１７】
焼成して得られた金属多孔体の形状は熱膨張などにより必ずしも仕様通りにはなっていないため、要求される仕様の形状の整形金型に金属多孔体を挿入後プレスして形状を修正することにより、所望の形状の金属多孔体を得ることができる。
【００１８】
上記発泡体を焼成する前に、７０〜１５０℃に制御できる乾燥炉で乾燥し、５００〜９００℃に制御できる脱バインダ炉で熱処理し、４００〜１３００℃に制御できる焼成炉で焼成するのがよい。よって、発泡体を除去すると同時に、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を炭化し、それを還元剤として金属酸化物を還元することができるので、スラリーを充填した発泡体を金属多孔体に製造することが可能となる。
【００１９】
本発明は、第２に、所要量のスラリーおよび発泡体を充填できると共に該発泡体の空隙からの空気の逃げ用の空間容積を有する下金型と、
上記下金型に充填する上記発泡体の上面を押圧すると共に上記下金型の空間内を上下移動可とした上金型と、
上記上金型の上下駆動手段とを備えていることを特徴とする金属多孔体の製造装置を提供している。
【００２０】
上記構成の装置とすると、上記下金型に必要な材料を載置し、上金型と下金型で上記材料を上下駆動手段により押圧することができ、装置が複雑にならないと共に作業が簡単であり生産性をあげることができる。
【００２１】
上記下金型のキャビティの側壁間の幅を、上記上金型の凸部の幅より大きく設定し、該凸部と該キャビティとの隙間を空気逃げ部としている。
【００２２】
上記構成とすると、上金型で押圧して発泡体内部の空気を除去する際に、除去した空気が上金型の凸部と下金型のキャビティとの間の隙間より外部に逃げることができ、発泡体内の空気を完全に除去することができる。また、該空気逃げ部である隙間をスラリーが埋めることにより、上金型を引き上げた際に発泡体の側面より空気を含まないでスラリーだけを吸い込むことができる。
【００２３】
上記下金型の凹部の側壁に上記空気逃げ部より上方に向けて幅広となるテーパ部を設けている。
【００２４】
上記構成とすると、上金型を押圧して発泡体を収縮させた際に、空気逃げ部より溢れるスラリーがテーパ部に逃げて溜めさせることができるので、スラリーが下金型の凹部より溢れ出てしまうの防止することができる。また、テーパ部の傾斜により、スラリーが下金型と発泡体との隙間の空気逃げ部に流れ込み塞いでしまうので、上金型を引き上げて、空気逃げ部に滞留するスラリーを発泡体に吸い込む際に、空気を吸い込んでしまうことも防止できる。よって、発泡体の空隙部に空気を含まないでスラリーだけを充填することが可能となる。
なお、テーパ部の傾斜角度は、スラリーの粘度を考慮してスラリーが空気逃げ部へと確実に流入するように設定するとよく、例えば、スラリーの粘度が高い場合には、テーパ部の傾斜角度を急傾斜にすればよい。
【００２５】
上記装置において、上記下金型の空間内に着脱自在に取り付けられ、上記発泡体の少なくとも下面を外周側から保持する保持部と、該保持部に連結された持手部とを備えた取出治具を設けているのが好ましい。
【００２６】
上記取出治具を設けることにより、スラリーを充填した発泡体を金型から取り出す際に、自重で形状が崩れるのを防止したり、下金型に接着するのを防止することが可能となる。形状が崩れると焼成後に大幅に形状修正しなければならず、その時に発泡体内部に損傷を与え強度が低下するため、上記取出治具を用いて、形状を保持したまま取り出すのが好ましい。
上記取出治具の素材は、スラリーを吸い込んだ発泡体を持ち上げることのできる剛性を有するものであれば限定されず、金属や樹脂等が用いられる。
【００２７】
上記装置において、上記下金型へのスラリー注入量を制御できるスラリー注入機と、上記発泡体あるいは発泡体を保持する上記取出治具を下金型へセットすると共にスラリー充填後に下金型より取り出すロボットアームとを備えているものが好ましい。
【００２８】
上記スラリーの注入機により、下金型のキャビティにスラリーを溜める際に、スラリー注入量を一定に保つことができ、下金型のキャビティに均一に注入することができる。
また、ロボットアームにより、自動的に下金型に発泡体をセットできると共に下金型よりスラリーを充填した発泡体を取り出すことができ、金属多孔体の自動連続生産を可能にできる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の第１実施形態の金属多孔体の製造装置１０の概略図を示し、底壁１６ａと側壁１６ｂとを有する台座１６と、台座１６の底壁１６ａに載置された下金型１３と、台座１６の側壁１６ｂに回動自在に連結された上下駆動手段１１と、上下駆動手段１１より垂下された上金型１２とを備えている。
上下駆動手段１１は、台座１６の側壁１６ｂの上端に回転軸１７を介して揺動部材１８を連結し、揺動部材１８の中央より垂下する支持部１９の下端の水平板２１の下面側に上金型１２を取り付けて上金型１２自体を凸部とし、揺動部材１８の端部１８ａを上下させることで上金型１２を昇降させている。
【００３０】
上金型１２は、図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、幅をＷ１とした円環形状としており、下金型１３と対向する下面は、先端平坦面１２ａと、該先端平坦面１２ａの両側の傾斜部１２ｂ、１２ｃとを設け、下方に向けて若干先細り形状としている。
下金型１３は、図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、円環形状の凹部であるキャビティ２３を有する円形状であり、該キャビティ２３は、幅がＷ２である溝部２３ａと、溝部２３ａの両側壁から上方向に向けて幅広となるテーパ部２３ｂとを備えている。
なお、上金型１２の幅Ｗ１と、下金型１３のキャビティ２３の溝部２３ａの幅Ｗ２との大小関係は、Ｗ１＜Ｗ２としている。
【００３１】
また、後述する発泡体であるポリウレタンフォームＰを下金型１３から取り出し易くするために、下金型１３のキャビティ２３に設置する取出治具１５を設けている。取出治具１５は、図４に示すように、下金型１３の外枠と略同一の形状の外枠１５ａと、外枠１５ａから下方に間隔をあけて突出したＬ字状の棒状の保持部１５ｂと、外枠１５ａの一部に連結した持手部１５ｃとを備えている。
取出治具１５の持手部１５ｃは、ロボットアーム３０の先端部３０ａに取り付けられ、自動搬送可能としている。
また、スラリーＳを下金型１３のキャビティ２３に注入するスラリー注入機１４が設けられ、スラリー注入機１４はシリンダ外面に目盛り１４ａを刻印しており、スラリーＳの注入量を一定に保つことを可能としている。
【００３２】
以下、上記製造装置１０を用いた金属多孔体の製造方法を説明する。本発明の金属多孔体の製造方法は、スラリーを発泡体に充填する工程と、充填した発泡体を焼成する工程とで構成する。
ここでは、スラリーとしてＦｅ２Ｏ３粉末５０重量％、ＦｅＣｒ（Ｃｒ６０％）合金粉末２３質量％、熱硬化性樹脂として６５％フェノール樹脂水溶液１７質量％、分散剤としてＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）２質量％および水８質量％の配合比率で混合して作製したものを用い、発泡体として厚さ１０ｍｍのポリウレタンフォームＰを用いて製造した。
【００３３】
まず、スラリーＳをポリウレタンフォームＰに充填する工程について説明する。
次いで、図１および図５（Ａ）に示すように、スラリー注入機１４を用いて約３０ｇのスラリーＳをキャビティ２３ａに注入した後、円環状のポリウレタンフォームＰを載置した取出治具１５をロボットアーム３０により自動搬送して保持部１５ｂをキャビティ２３内に位置決めする。なお、ポリウレタンフォームＰの幅は、下金型１３のキャビティ２３の溝部２３ａの幅Ｗ２より狭幅としている。
【００３４】
次に、揺動部材１８の持手部１８ａを降下させることで、図５（Ｂ）に示すように、円環状の上金型１２がポリウレタンフォームＰの上面を押圧してポリウレタンフォームＰの中の空気を取り除きながら、上金型１２と下金型１３の隙間Ｔが約１ｍｍになるまで押し込んで、ポリウレタンフォームＰを空気を除いた実体積にまで収縮させる。この際、ポリウレタンフォームＰより取り出された空気は、上金型１２と下金型１３のキャビティ２３との間の隙間ΔＷを空気逃げ部として外部へ放出されると共に、スラリーＳも隙間ΔＷより上方に抜けて、スラリー溜り部であるテーパ部２３ｂにスラリーＳを滞留させる。なお、スラリー溜り部はテーパ部２３ｂとしているので、スラリーＳがキャビティ２３より外部に溢れでることはない。
【００３５】
この状態のまま約１秒間保持した後に、図５（Ｃ）に示すように、上金型１２を上方に上げ、ポリウレタンフォームＰが元の形状に復元するのを利用して内部の空隙部にスラリーＳを吸収して、ポリウレタンフォームＰ内にスラリーＳを充填する。
この際、ポリウレタンフォームＰの高さが３〜４ｍｍ程度に復元するまでは、ポリウレタンフォームＰが自己復元する速度と同じ、或いは、それより遅い速度にする。それ以降は、ポリウレタンフォームＰが自己復元する速度と同一速度で上金型１２を引き上げる。
【００３６】
上記方法によれば、ポリウレタンフォームＰが自己復元する速度以下で上金型１２を引き上げているため、ポリウレタンフォームＰの上面が上金型１２が塞がれた状態が保たれるので、ポリウレタンフォームＰの上面から空気を吸い込んでしまうことがない。また、テーパ部２３ａにスラリーＳが滞留し、復元過程でポリウレタンフォームＰの側面と下金型１３のキャビティ２３との間にできる隙間にはテーパ部２３ｂに存在するスラリーＳが傾斜面に沿って自重で流入し、該隙間には常にスラリーＳが満たされて空気を存在させない。
したがって、上金型１２をポリウレタンフォームＰが自己復元する速度以下で引き上げることで、ポリウレタンフォームＰはスラリーＳだけを確実に吸い込むことができ、スラリーＳが均一に充填されたポリウレタンフォームＰを得ることが出来る。なお、テーパ部２３ｂの傾斜角度は、粘度のあるスラリーＳが上記隙間に流れ落ちることができる角度にしている。
【００３７】
そして、ロボットアーム３０により取出治具１５の持手部１５ｃを引き上げることにより、スラリーＳを均一に充填したポリウレタンフォームＰ’を保持部１５ｂに載せた状態で下金型１３から取り出す。これにより、スラリーＳを充填して重くなったポリウレタンフォームＰ’がキャビティ２３に接着することもなく、形状を崩さずに取り出すことができる。
【００３８】
なお、取出治具１５の変形例として、ポリウレタンフォームＰの下面を網状部で支えるようにしてもよい。詳しくは、図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、変形例の取出治具１５’は、下金型１３の外枠と略同一の形状の外枠１５ａ’と、外枠１５ａ’から下方に間隔をあけて突出した棒状の側部１５ｂ’と、外枠１５ａの一部に連結した持手部１５ｃ’と、側部１５ｂ’の下端より内方に突出した円環状に網で形成された底面部１５ｄ’とを備えている。こうすると、ポリウレタンフォームＰを底面部１５ｄ’で安定して保持することができる。
【００３９】
次に、上記のようにスラリーＳを均一に充填したポリウレタンフォームＰ’を焼成する工程を説明する。
ポリウレタンフォームＰ’を１２０℃の乾燥炉で水分を取り除くため乾燥する。乾燥したポリウレタンフォームＰ’を６００℃の脱バインダー炉においてポリウレタンフォームＰ’を焼却すると共にスラリーＳ中のフェノールを焼却して炭化する。１１００℃の焼成炉において該炭化成分でＦｅ、Ｃｒの金属酸化物を還元し、還元されたＦｅ、Ｃｒの金属成分を合金化して焼成すると金属多孔体を得ることができる。最後に、別の整形金型内に該金属多孔体をセットしてプレス成形で所要形状に修正する。
上述した製造方法により、空孔が均一に分散された金属多孔体を得ることができる。
【００４０】
【発明の効果】
上記した説明より明らかなように、本発明の製造方法によれば、発泡体を上金型で押圧することにより発泡体内の空気を取り除き、上金型を上げて除荷することにより発泡体が復元する際に、金属を含んだスラリーを発泡体の内部に吸収させるようにしているため、発泡体の形状を所望の仕様の形状にするだけで三次元の複雑な形状であっても発泡体にスラリーを均一に充填することができ、種々の形状の金属多孔体を製造することができる。さらに、上金型の持ち上げ速度を発泡体が自己復元する速度以下とすることで、発泡体により均一にスラリーを充填することができる。したがって、当該発泡体を焼成すると金属が均一に分散された金属多孔体を製造することができる。
【００４１】
また、本発明の製造装置によれば、複雑な装置とならないため、当該装置を用いると簡単な操作でスラリーを均一に発泡体に充填することができるので、生産性に優れたものとなる。また、必要な量のスラリーを全て発泡体に充填することができるので、材料の無駄もなくコスト性にも優れたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の製造装置の概略図である。
【図２】（Ａ）は上金型の斜視図、（Ｂ）は断面図である
【図３】（Ａ）は下金型の斜視図、（Ｂ）は断面図である。
【図４】（Ａ）は取出治具の上面図、（Ｂ）は斜視図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は発泡体にスラリーを充填させる工程を示す断面図である。
【図６】（Ａ）は変形例の取出治具の上面図、（Ｂ）は斜視図である。
【符号の簡単な説明】
１０  製造装置
１１  上下駆動手段
１２  上金型
１３  下金型
１４  スラリー注入機
１５  取出治具
２３  キャビティ
２３ａ  溝部
２３ｂ  テーパ部
Ｓ  スラリー
Ｐ  ポリウレタンフォーム（発泡体）
【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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