(57)【要約】【課題】適切な金属焼結体を容易に製造する。【解決手段】金属焼結体の製造処理では、金属粉末、フラックス剤およびバインダ樹脂を混合した混合物を準備した後（ステップＳ１１）、混合物の押出成形による成形体が取得され（ステップＳ１３）、成形体が当該金属粉末の焼結温度まで加熱される（ステップＳ１６）。上記処理では、フラックス剤の熱分解により金属粉末の酸化被膜が除去されることにより、焼結を促進させることができ、機械的強度が高い金属焼結体を容易に製造することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属焼結体の製造方法であって、
ａ）金属粉末、フラックス剤およびバインダ樹脂を混合した混合物を準備する工程と、
ｂ）前記混合物の押出成形による成形体を取得する工程と、
ｃ）前記成形体を前記金属粉末の焼結温度まで加熱することにより金属焼結体を取得する工程と、
を備えることを特徴とする金属焼結体の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の金属焼結体の製造方法であって、
前記金属粉末が、亜鉛、アルミニウムまたはマグネシウムの粉末であることを特徴とする金属焼結体の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の金属焼結体の製造方法であって、
前記金属粉末が純金属の粉末であり、前記フラックス剤が前記純金属とは異なる金属を含まないことを特徴とする金属焼結体の製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の金属焼結体の製造方法であって、
前記混合物が気孔形成剤を含むことを特徴とする金属焼結体の製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の金属焼結体の製造方法であって、
前記ｂ）工程において前記押出成形がほぼ常温にて行われることを特徴とする金属焼結体の製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の金属焼結体の製造方法であって、
前記金属粉末の平均粒径が１００マイクロメートル以上５００マイクロメートル以下であることを特徴とする金属焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属焼結体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属材料を成形する技術として、熱間押出成形が従来より行われている。熱間押出成形では、棒状や筒状の長尺部材を作製することが可能である。特許文献１では、金属粉末と水溶性の気孔形成媒体粉末を混合した混合物を熱間押出により成形し、成形物を水に浸漬することにより成形物から気孔形成媒体を溶解除去して延伸成形物を得る手法が開示されている。当該延伸成形物では、それぞれが押出し方向に延びる多数の連続気孔が形成される。
【０００３】
なお、特許文献２では、多孔質金属焼結体の製造方法が開示されており、ポリヒドロキシアルカノエートの粒子である空孔形成材と金属粉とバインダ樹脂とを含有するシート状の成形体を形成し、当該成形体を空孔形成材の分解温度以上に加熱して空孔形成材を熱分解させた後、加熱温度より高温の燒結温度で成形体を焼結することにより、多孔質金属焼結体が製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００６／０８７９７３号
【特許文献２】特開２００６−１２４８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１のように、熱間押出により成形を行う場合、高温の材料を非常に高い圧力（例えば、数十〜数百メガパスカル）にて押し出すため、成形体の寸法精度が低くなる、大がかりな設備が必要になる、設備の維持費が高くなるという問題がある。また、周知のダイカスト法では、溶湯を金型に圧入することに起因する空気の巻き込みや、金型隅部への溶湯の不充填により、製品の歩留まりが低くなる等の問題がある。
【０００６】
一方、特許文献２のように、成形体を加熱して焼結させる手法では上記問題は抑制されるが、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）等の金属では、金属粉末表面上に強固な酸化被膜が存在し、粉末間の原子の拡散が阻害されるため、上記手法により適切な焼結体を得ることができない。したがって、適切な金属焼結体を容易に製造することが可能な新規な手法が求められている。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、適切な金属焼結体を容易に製造することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、金属焼結体の製造方法であって、ａ）金属粉末、フラックス剤およびバインダ樹脂を混合した混合物を準備する工程と、ｂ）前記混合物の押出成形による成形体を取得する工程と、ｃ）前記成形体を前記金属粉末の焼結温度まで加熱することにより金属焼結体を取得する工程とを備える。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の金属焼結体の製造方法であって、前記金属粉末が、亜鉛、アルミニウムまたはマグネシウムの粉末である。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の金属焼結体の製造方法であって、前記金属粉末が純金属の粉末であり、前記フラックス剤が前記純金属とは異なる金属を含まない。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の金属焼結体の製造方法であって、前記混合物が気孔形成剤を含む。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の金属焼結体の製造方法であって、前記ｂ）工程において前記押出成形がほぼ常温にて行われる。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の金属焼結体の製造方法であって、前記金属粉末の平均粒径が１００マイクロメートル以上５００マイクロメートル以下である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、フラックス剤の熱分解により金属粉末の酸化被膜が除去されることにより、焼結を促進させることができ、機械的強度が高い金属焼結体を容易に製造することができる。
【００１５】
請求項３の発明では、金属焼結体に不要な金属が混ざることを防止することができる。請求項４の発明では、多孔質の金属焼結体を製造することができる。請求項５の発明では、金属焼結体の寸法精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】金属焼結体の製造処理の流れを示す図である。
【図２】押出成形機の断面図である。
【図３】金属焼結体の製造処理の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明の一の実施の形態に係る金属焼結体の製造処理の流れを示す図である。金属焼結体の製造処理では、まず、金属粉末、フラックス剤およびバインダ樹脂を、所定の混合機を用いて混合した混合物が準備される（ステップＳ１１）。ここで、フラックス剤は、金属粉末表面の酸化被膜を除去するためのものであり、バインダ樹脂は、混合物中の金属粉末を結合するためのものである。金属粉末、フラックス剤およびバインダ樹脂の詳細については後述する。
【００１８】
金属粉末、フラックス剤およびバインダ樹脂の混合時の条件は、金属粉末の材料の種類や金属組成、金属粉末の粒径、バインダ樹脂の種類やその組成、フラックス剤の組成、あるいは、これらの混合比等の諸条件により異なるが、例えば、混合時の温度は５℃以上５０℃以下であり、混合に要する時間は１分以上２０分以下である。なお、混合物には、金属粉末、フラックス剤およびバインダ樹脂に加えて、例えば可塑剤、分散剤、酸化防止剤、脱脂促進剤、界面活性剤、潤滑剤等の各種添加物が助剤として必要に応じて添加されてよい。
【００１９】
続いて、図２に示すスクリュー式の押出成形機１のホッパー１０から混合物が押出成形機１内に投入される。ホッパー１０の下方には、回転する上段ニーダー１１が配置され、混合物は上段ニーダー１１を通過して上段スクリュー１２の根元に到達する。上段スクリュー１２の周囲には、上段スクリュー１２の中心軸を中心とする略円筒状の上段バレル１３が配置される。混合物は、上段スクリュー１２と上段バレル１３の内側面との間において、上段スクリュー１２の回転による剪断力を受けながら図２の右側（図２中にて符号Ａ１を付す矢印にて示す方向であり、以下、「送り方向」という。）へと移動する。上段スクリュー１２の先端近傍には、減圧された空間である真空室１４が設けられ、送り方向に送られる混合物は真空室１４に押し出されて脱気される。本実施の形態では、混合物が上段ニーダー１１および上段スクリュー１２近傍を通過することにより、混合物の混練（混錬）が実質的に行われる（ステップＳ１２）。なお、混合物の混練時の条件も、材料の混合時と同様に各種条件に依存するが、本実施の形態では、例えば混練時の温度は５℃以上５０℃以下であり、混練に要する時間は１０分以上１８０分以下である。また、別途準備されるニーダーや３本ロールミル等の混練機において混合物の混練が行われてもよい。
【００２０】
真空室１４の下方には回転する下段ニーダー２１が設けられ、混合物（混練物と捉えることもできる。）は下段ニーダー２１を通過して下段スクリュー２２の根元に到達する。下段スクリュー２２の周囲には、下段スクリュー２２の中心軸を中心とする略円筒状の下段バレル２３が配置される。混合物は、下段スクリュー２２と下段バレル２３の内側面との間において、下段スクリュー２２の回転による剪断力を受けながら送り方向へと移動する。下段スクリュー２２の先端近傍には、送り方向の前側（図２の右側）に向かって内径が漸次減小する（内径が一定の部分を含む。）押出ダイ２４が設けられる。下段スクリュー２２により送り方向へと送られる混合物は、押出ダイ２４の内側面形状に従って成形され、混合物の押出成形による成形体が取得される（ステップＳ１３）。なお、押出ダイ２４の形状は、成形体の所望の断面形状に応じて変更されてよい。また、後述する乾燥処理、脱脂処理および焼結処理による体積収縮率を考慮して、成形体の寸法（すなわち、押出ダイ２４の寸法）が決定される。
【００２１】
混合物の剪断を行う押出成形機１では、摩擦熱により温度が上昇し、これに伴って混合物（混練時および混練後の混練物）の温度が上昇して、混合物の流動性の悪化や構成材料あるいは成形体の特性の劣化が生じる可能性があるが、押出成形機１に設けられる図示省略の冷却水循環路に、チラー等の冷却機によって冷却された水を必要に応じて供給することにより、押出成形機１の温度上昇により混合物や成形体に影響が生じることが防止される。押出成形時における冷却温度は、混合物に含まれる溶媒等が凍結せず、良好な成形性が保たれる範囲内において適宜決定されてよく、例えば５℃以上４０℃以下である。これにより、押出成形がほぼ常温にて行われる。
【００２２】
続いて、常温常圧の空気中にて成形体の乾燥処理を行った後（ステップＳ１４）、成形体が焼結炉内に配置され、所定のプロファイルに従って焼結炉内の温度を変更することにより、脱脂処理および焼結処理が順に行われる（ステップＳ１５，Ｓ１６）。なお、乾燥処理が焼結炉等にて行われてもよい。また、脱脂処理および焼結処理（並びに、焼結炉内にて行われる場合の乾燥処理）は明確に区別される必要はないが、図１では、説明の便宜上、異なる工程として図示している。
【００２３】
乾燥処理の温度は、成形体に含まれる水分の脱離に十分な温度であればよく、例えば、２０℃以上７０℃以下である。乾燥処理は、常圧下または減圧下のいずれの条件で行われてもよく、また、乾燥処理における成形体の周囲の雰囲気も、酸化性雰囲気または非酸化性雰囲気のいずれであってもよい。例えば、乾燥処理の時間は２時間以上２４時間以下である。
【００２４】
脱脂処理の温度は、乾燥処理の温度よりも高く、かつ、成形体に含まれるバインダ樹脂および助剤の脱離に十分な温度であればよく、例えば、１００℃以上２２０℃以下である。脱脂処理は、常圧下または減圧下のいずれの条件で行われてもよく、また、処理雰囲気も、酸化性雰囲気または非酸化性雰囲気のいずれであってもよい。例えば、脱脂処理の時間は２時間以上４８時間以下である。
【００２５】
焼結処理の温度は、成形体に含まれるフラックス剤が分解する温度よりも高く、例えば、２００℃以上４００℃以下である（ただし、金属粉末の融点よりも低く、脱脂処理の温度よりも高い温度である。）。焼結処理では、フラックス剤の熱分解により発生するガスにより金属粉末の酸化被膜が除去（溶解）され、金属粉末表面に金属材料の面（いわゆる、新生面）が現れることにより、金属粉末の焼結が促進される。換言すると、成形体が、所定の焼結温度まで加熱されることにより、主として、フラックス剤の熱分解により生成される新生面を介して、隣接する金属粉末同士が焼結する。焼結処理は、常圧下または減圧下のいずれの条件で行われてもよく、また、処理雰囲気も、酸化性雰囲気または非酸化性雰囲気のいずれであってもよい。例えば、焼結処理の時間は１時間以上４８時間以下である。
【００２６】
本実施の形態では、常温常圧の空気中における成形体の乾燥処理の後、成形体が焼結炉内に配置されて、上記脱脂処理温度の範囲内のある温度まで焼結炉内の温度が漸次増大され（温度がほぼ一定となる期間を含む。以下同様。）、続いて、上記焼結処理温度の範囲内の焼結温度（例えば、絶対温度で表した金属粉末の融点の半分程度の温度）まで焼結炉内の温度が漸次増大される。このように、成形体が金属粉末の焼結温度まで漸次加熱されることにより、成形体の脱脂処理および焼結処理が順次行われ、金属焼結体が取得される。既述のように、脱脂処理および焼結処理は明確に区別される必要はなく、バインダ樹脂および助剤の脱離、フラックス剤の熱分解、および、金属粉末の焼結は部分的に同時に進行してもよい。図１の製造処理により得られる金属焼結体は緻密構造を有し、フラックス剤を用いることなく製造される焼結体（比較例の焼結体）に比べて、高い強度を有する。
【００２７】
次に、金属粉末、フラックス剤およびバインダ樹脂を含む混合物の詳細について述べる。金属粉末を構成する金属材料は、例えば、銅（Ｃｕ）、鉛（Ｐｂ）、スズ（Ｓｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）等の純金属、または、少なくとも１種類の金属元素を含む合金である。
【００２８】
ここで、亜鉛、アルミニウム、マグネシウムでは、粉末間の原子の拡散を阻害する強固な酸化被膜を粉末表面に有するとともに比較的融点が低いため、一般的な粉末冶金的な手法では焼結体を形成することが困難である。仮にフラックス剤を用いることなく成形した成形体を加熱しても、圧粉体が得られるのみであり、その強度は非常に低くなる。これに対し、図１の製造処理では、亜鉛、アルミニウム、マグネシウムの粉末であっても、フラックス剤の熱分解による酸化被膜の溶融により、機械的強度が高い焼結体を形成することが可能である。このような観点では、混合物における金属粉末は、亜鉛、アルミニウムまたはマグネシウムの粉末であることが特に好ましい。
【００２９】
金属粉末の粒径（平均粒径）は特に限定されないが、上記ステップＳ１３の押出成形において用いられる押出成形機１内のスクリューとバレル（シリンダ）との間のクリアランス（隙間）を考慮すると、５００マイクロメートル（μｍ）以下（例えば、１μｍ以上であり、好ましくは１０μｍ以上）であることが好ましく、より好ましくは２００μｍ以下である。
【００３０】
ところで、一般的な焼結体の製造では、焼結の促進や焼結体の強度の観点から、微小な粒径の粉末が用いられることが好ましいが、亜鉛、アルミニウムやマグネシウム等の金属粉末は、微粉化が進むほど取り扱いに注意を要する。一方、フラックス剤の熱分解により金属粉末の表面に新生面を生成する図１の手法では、通常、粉末冶金的な手法にて用いられない平均粒径が大きい金属粉末、例えば、平均粒径１００μｍ以上の比較的粗大な金属粉末を用いる場合でも、焼結性が低下することはなく、適切な金属焼結体を容易に製造することができる。金属粉末の製造方法は、還元法、水・ガスアトマイズ法、電解法、粉砕法等の周知の様々な手法を用いることが可能である。
【００３１】
バインダ樹脂は、水系および非水系のいずれも利用可能であり、様々な公知のバインダが用いられてよい。環境保全の観点では、水系のバインダ樹脂が用いられることが好ましい。また、上記ステップＳ１５におけるバインダ樹脂の除去（脱脂）を容易に行うという観点では、分解温度が４００℃以下であることが好ましい。本実施の形態において用いられるバインダ樹脂の具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体のポリオレフィン、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート等のアクリル系樹脂、ポリスチレン等のスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアミド、ポリエステル、ポリエーテル、ポリビニルアルコール、あるいは、これらの共重合体等が挙げられ、これらのバインダ樹脂は単独で、または、２種以上を混合して用いることができる。バインダの添加量は、操作性や保形性に影響を及ぼさない範囲であれば特に限定されないが、脱脂に要する時間を短縮するという観点では、１０部以下（すなわち、金属粉末１００グラム（ｇ）に対して１０ｇ以下）であることが好ましい。
【００３２】
フラックス剤は、樹脂系、無機酸系、有機酸系のいずれにも限定されず、公知のフラックス剤を用いることが可能である。フラックス剤に含有される活性成分の具体例としてはアミンのハロゲン塩、有機酸、アミン有機酸塩、アンモニウムハライド、ハロゲン化亜鉛、ハロゲン化マグネシウム、ハロゲン化スズ、ハロゲン化カリウム、ハロゲン化ナトリウム、ハロゲン化リチウム、ハロゲン化カルシウム、ハロゲン化アルミニウム、リン酸、ハロゲン化水素が挙げられ、これらの活性成分は単独で、または、２種以上を混合して用いることができる。フラックス剤は、焼結処理において熱分解によりガス化するため、焼結体においてフラックス剤の残渣は発生しない。なお、フラックス剤の分解温度は、バインダ樹脂の分解温度よりも高いことが好ましい。ここで、金属粉末が純金属の粉末である場合に、金属焼結体に不要な金属が混ざることを防止するという観点では、フラックス剤が、金属として当該純金属のみを含む、または、いずれの金属も含まないことが好ましい。すなわち、フラックス剤は、当該純金属とは異なる金属を含まないことが好ましい。
【００３３】
金属粉末における酸化被膜の除去および新生面の生成に係るフラックス剤の添加量は、上記ステップＳ１６における金属粉末の焼結において十分な粒子間の結合が実現可能な量であればよく、本実施の形態では、金属粉末量を基準として１質量パーセント以上２０質量パーセント以下であり、好ましくは１質量パーセント以上１０質量パーセント以下である。なお、ステップＳ１６の処理において、成形体における金属粉末の焼結が十分に進行しない場合、すなわち、混合物の調製時におけるフラックス剤の添加量が不足している場合には、フラックス剤を水または溶剤に溶かした溶液であるフラックス溶液に、当該成形体（すなわち焼結不良品）を浸漬し、再度、上記ステップＳ１６の処理を行うことにより、焼結を十分に進行させ、適切な金属焼結体を得ることが可能である。
【００３４】
混合物における溶媒は、水、あるいは、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ジエチレングリコール等のアルコール類、メチルセロソルブ等のセロソルブ類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、イソホロン等のケトン類、Ｎ、Ｎ−ジメチルホルムアミド等のアミド類、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類、ジオキサン等のエーテル類、クロロホルム等の塩素系溶媒、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類等であり、これらの溶媒は単独で、または、２種以上を混合して用いることが可能である。環境保全という観点では、溶媒は、水であることが好ましい。溶媒の添加量は、操作性や保形性に影響を及ぼさない範囲内であれば特に限定されないが、乾燥処理の時間を短縮するという観点では、１０部以下（すなわち、金属粉末１００グラム（ｇ）に対して１０ｇ以下）であることが好ましい。
【００３５】
ところで、酸化被膜を有する金属粉末を用いて焼結体を得る際に、真空中、あるいは、非酸化性雰囲気中にて加熱処理を行うことにより、表面に存在する水酸化物の酸化物への分解、および、水分子の除去を行い、その後、物理的な塑性変形を加えることで金属粉末表面に新生面を出して金属結合させる手法（例えば、熱間押出成形機を用いる手法）を採用することが考えられる。しかしながら、この場合、非常に大きな力を金属粉末に作用させる必要があり、大型の装置が必要になるとともに、金属焼結体の製造コストが増大し、さらに、成形後の成形体の膨張等により寸法精度が低下してしまう。
【００３６】
これに対し、図１の金属焼結体の製造処理では、金属粉末、フラックス剤およびバインダ樹脂を混合した混合物を準備した後、混合物の押出成形による成形体が取得され、成形体が当該金属粉末の焼結温度まで加熱される。図１の処理では、フラックス剤の熱分解により金属粉末の酸化被膜が除去されることにより、焼結を促進させることができ、機械的強度が高い金属焼結体を容易に製造することができる。
【００３７】
また、上記金属焼結体の製造処理では、押出成形をほぼ常温において比較的低い圧力にて行うことが可能であるため、押出成形後における成形体のサイズの変化を抑制することができ、金属焼結体の寸法精度を向上することができる。また、押出成形にて用いられる押出成形機１のサイズを、熱間押出に用いられる成形機に比べて、小さくすることができる。さらに、押出成形機１では、成形体を連続的にかつ低コスト（低エネルギー）にて生産することが可能である。
【００３８】
図３は、他の例に係る金属焼結体の製造処理の流れの一部を示す図であり、図１のステップＳ１１に代えて行われる処理を示す。図３の処理では、金属粉末、フラックス剤およびバインダ樹脂に加えて、気孔形成剤を混合した混合物が準備される（ステップＳ１１ａ）。気孔形成剤は、焼結体において気孔を形成するためのものであり、その詳細については後述する。混合物が準備されると、上記処理と同様に、混合物の混練が行われ（図１：ステップＳ１２）、混合物の押出成形による成形体が取得される（ステップＳ１３）。そして、成形体の乾燥処理、脱脂処理および焼結処理が順に連続的に行われる（ステップＳ１４，Ｓ１５，Ｓ１６）。このとき、焼結温度よりも低い気孔形成剤の分解温度まで成形体を加熱することにより成形体中の気孔形成剤が消失し、気孔形成剤の粒子径に対応する空隙が成形体（焼結体）において形成される。当該空隙は、成形体の中心軸の方向（送り方向に対応する方向）および中心軸に垂直な方向に分散する。また、フラックス剤の熱分解により金属粉末の酸化被膜が除去されるため、金属粉末の焼結が促進される。これにより、高い機械的強度を有するとともに多孔質化した金属焼結体が取得される。金属焼結体では、混合物中に添加する気孔形成剤の粒径や添加率により、気孔径や気孔の分布（密度）が制御される。
【００３９】
パイプ状の多孔質金属焼結体（例えば、肉厚は５ｍｍ以下である。）では、多数の気孔を介して内側面側の空間と外側面側の空間とが連通し、通水可能である。多孔質金属焼結体は、例えば、ガスフィルタ、液体フィルタ、燃料電池の改質器用途の触媒担体、排ガス処理パーティキュラーフィルター、一次および二次電池電極等に用いることができる。
【００４０】
気孔形成剤は、水溶性、非水溶性のいずれにも限定されず、公知の気孔形成剤を用いることが可能であるが、気孔径や気孔の分布の制御の観点では、非水溶性の気孔形成剤を用いることが好ましい。気孔形成剤は、混合物の状態ではバインダ樹脂に固溶せずに独立して存在する。非水溶性の気孔形成剤としては、パラフィンワックス等のワックス類、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＥＶＡ等の熱可塑性樹脂、ポリビニルアルコール、エチルセルロース、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチル等のメタクリル系樹脂、アクリル系樹脂、樟脳が挙げられ、単独で、あるいは、２種以上を混合して用いることが可能である。気孔形成剤の粒径は特に限定されないが、金属焼結体におけるガスの透過や液の浸透を考慮すれば、１μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましい。また、金属焼結体の機械的強度を低下させずに効果的な気孔形成を実現するには、混合物において金属粉末に対する気孔形成剤の体積比は１パーセント以上７０パーセント以下であることが好ましく、より好ましくは５パーセント以上５０パーセント以下である。
【００４１】
以上に説明したように、図３を含む処理では、混合物が金属粉末、フラックス剤およびバインダ樹脂と共に気孔形成剤を含むことにより、機械的強度が高い多孔質の金属焼結体を容易に製造することができる。また、上記処理により得られる多孔質金属焼結体では、気孔形成剤の粒径や添加量により、気孔（独立孔および連通孔）の径や分布密度を制御することができる。したがって、図３を含む処理では、反応・吸着サイト、ガス透過、液浸透等の用途や目的に応じた、気孔の径や分布を有する金属焼結体を製造することができる。
【００４２】
以下、図１の金属焼結体の製造処理の実施例１ないし８、図３を含む多孔質金属焼結体の製造処理の実施例９および１０、並びに、混合物にフラックス剤を添加しない場合の比較例１および２について述べる。
【００４３】
（実施例１）
平均粒径２２．１μｍの亜鉛の金属粉末（東邦亜鉛株式会社製）２５００ｇ、水系バインダ（バインダ樹脂）Ｒ−４００（明成化学工業株式会社製）１５０ｇ、フラックス剤である塩化アンモニウム（キシダ化学株式会社製）１００ｇをステンレス鋼製ポットに入れ、宮崎鉄工株式会社製の高速カッターＭＨＳ−１６５で乾粉の状態下にて２分間混合した。続いて、水１５０ｇ、分散剤であるユニルーブ（登録商標）５０ＭＢ−２６（日油株式会社製）３８ｇ、可塑剤であるダイナマイトグリセリン（日油株式会社製）３８ｇおよびセラミゾール（登録商標）Ａ−０８（日油株式会社製）２５ｇを混合し、均一になるまで撹拌した後、混合乾粉に半量ずつ添加しつつ、添加毎に高速カッターを用いて２分間混合することで混合物を得た。
【００４４】
次に、宮崎鉄工株式会社製のスクリュー式押出成形機ＦＭ−Ｐ３０において、冷却水温度を２５℃に設定し、上段ニーダー、上段スクリューおよび上段バレルを用いて、混合物の混練を１時間行うことで混練物を得た。パイプ形状の成形体作製用の押出ダイ（外径１７ミリメートル（ｍｍ）／内径１３ｍｍのパイプ成形用のダイ）を当該押出成形機に装着した後、冷却水温度を２５℃に設定し、得られた混練物を押出成形することで長さ２２００ｍｍのパイプ状成形体を得た。なお、得られた成形体は、以後の操作性を考慮して長さ１００ｍｍに切断した（他の実施例および比較例において同様である。）。また、押出成形時の押出ダイ近傍に掛かる圧力は、７メガパスカル（ＭＰａ）であった。
【００４５】
続いて、先のようにして得られた成形体を空気下において２５℃で２４時間乾燥した後、成形体に対して、３００℃で１２時間の脱脂処理によって有機成分（バインダ樹脂、助剤）の除去を行い、更に４００℃で１２時間の焼結処理によって、亜鉛粒子（すなわち、亜鉛粉末）が融着した外径１７．２ｍｍ、内径１３．１ｍｍのパイプ状亜鉛焼結体を得た。得られた焼結体の３点折り曲げ試験での強度は１２．４ＭＰａであった。
【００４６】
（実施例２）
押出ダイを、実施例１とはサイズが異なるパイプ状の成形体作製用の押出ダイ（外径１０ｍｍ／内径３ｍｍ）に換装した以外は、実施例１と同様にして押出成形することで長さ２２００ｍｍのパイプ状成形体を得た。押出成形時の押出ダイ近傍に掛かる圧力は、５ＭＰａであった。続いて、得られた成形体に対して、実施例１と同様にして乾燥処理、脱脂処理、焼結処理を行うことで亜鉛粒子が融着した外径１０．０ｍｍ、内径３．０ｍｍのパイプ状亜鉛焼結体を得た。得られた焼結体の３点折り曲げ試験での強度は３０．４ＭＰａであった。
【００４７】
（実施例３）
フラックス剤を実施例１における塩化アンモニウムから［ＺｎＣｌ４］Ｃｌ（ＮＨ４）３（添加量は同様に１００ｇである。）に変え、他の材料は実施例１と同様である混合物を用いて、実施例１と同様にして押出成形することで長さ２２００ｍｍのパイプ状成形体を得た。押出成形時の押出ダイ近傍に掛かる圧力は、６ＭＰａであった。続いて、得られた成形体に対して、実施例１と同様にして乾燥処理、脱脂処理、焼結処理を行うことで亜鉛粒子が融着した外径１７．１ｍｍ、内径１３．２ｍｍのパイプ状亜鉛焼結体を得た。得られた焼結体の３点折り曲げ試験での強度は１１．３ＭＰａであった。
【００４８】
（実施例４）
押出ダイを、実施例３とはサイズが異なるパイプ状の成形体作製用の押出ダイ（外径１０ｍｍ／内径３ｍｍ）に換装した以外は、実施例３と同様にして押出成形することで長さ２１５０ｍｍのパイプ状成形体を得た。押出成形時の押出ダイ近傍に掛かる圧力は、５ＭＰａであった。続いて、得られた成形体に対して、実施例１と同様にして乾燥処理、脱脂処理、焼結処理を行うことで亜鉛粒子が融着した外径１０．０ｍｍ、内径３．１ｍｍのパイプ状亜鉛焼結体を得た。得られた焼結体の３点折り曲げ試験での強度は３０．１ＭＰａであった。
【００４９】
（実施例５）
平均粒径４３．７μｍの亜鉛の金属粉末（東邦亜鉛株式会社製）５０００ｇ、水系バインダＲ−４００（明成化学工業株式会社製）３００ｇ、フラックス剤である塩化アンモニウム（キシダ化学株式会社製）１８０ｇをステンレス鋼製ポットに入れ、宮崎鉄工株式会社製の高速カッターＭＨＳ−１６５で乾粉の状態下にて２分間混合した。続いて、水３００ｇ、分散剤であるユニルーブ（登録商標）５０ＭＢ−２６（日油株式会社製）７５ｇ、可塑剤であるダイナマイトグリセリン（日油株式会社製）７５ｇおよびセラミゾール（登録商標）Ｃ−０８（日油株式会社製）５０ｇを混合し、均一になるまで撹拌した後、混合乾粉に半量ずつ添加しつつ、添加毎に高速カッターを用いて２分間混合することで混合物を得た。
【００５０】
次に、宮崎鉄工株式会社製のスクリュー式押出成形機ＦＭ−Ｐ３０において、冷却水温度を１５℃に設定し、上段ニーダー、上段スクリューおよび上段バレルを用いて、混合物の混練を１時間行うことで混練物を得た。パイプ形状の成形体作製用の押出ダイ（外径１７ｍｍ／内径１３ｍｍ）を当該押出成形機に装着した後、冷却水温度を２５℃に設定し、得られた混練物を押出成形することで長さ２２００ｍｍのパイプ状成形体を得た。押出成形時の押出ダイ近傍に掛かる圧力は、６ＭＰａであった。そして、成形体に対して、実施例１と同様にして乾燥処理、脱脂処理、焼結処理を行うことで亜鉛粒子が融着した外径１７．１ｍｍ、内径１３．１ｍｍのパイプ状亜鉛焼結体を得た。得られた焼結体の３点折り曲げ試験での強度は１１．０ＭＰａであった。
【００５１】
（実施例６）
押出ダイを、実施例５とはサイズが異なるパイプ状の成形体作製用の押出ダイ（外径１０ｍｍ／内径３ｍｍ）に換装した以外は、実施例５と同様にして押出成形することで長さ２１５０ｍｍのパイプ状成形体を得た。押出成形時の押出ダイ近傍に掛かる圧力は、７ＭＰａであった。続いて、得られた成形体に対して、実施例１と同様にして乾燥処理、脱脂処理、焼結処理を行うことで亜鉛粒子が融着した外径１０．０ｍｍ、内径３．０ｍｍのパイプ状亜鉛焼結体を得た。得られた焼結体の３点折り曲げ試験での強度は３０．２ＭＰａであった。
【００５２】
（実施例７）
平均粒径９０．５μｍの亜鉛の金属粉末（東邦亜鉛株式会社製）５０００ｇ、水系バインダＲ−４００（明成化学工業株式会社製）４００ｇ、フラックス剤である塩化アンモニウム（キシダ化学株式会社製）２６０ｇをステンレス鋼製ポットに入れ、宮崎鉄工株式会社製の高速カッターＭＨＳ−１６５で乾粉の状態下にて２分間混合した。続いて、水４００ｇ、分散剤であるユニルーブ（登録商標）５０ＭＢ−２６（日油株式会社製）７５ｇ、可塑剤であるダイナマイトグリセリン（日油株式会社製）７５ｇおよびセラミゾール（登録商標）Ｃ−０８（日油株式会社製）５０ｇを混合し、均一になるまで撹拌した後、混合乾粉に半量ずつ添加しつつ、添加毎に高速カッターを用いて２分間混合することで混合物を得た。
【００５３】
次に、宮崎鉄工株式会社製のスクリュー式押出成形機ＦＭ−Ｐ３０において、冷却水温度を２５℃に設定し、上段ニーダー、上段スクリューおよび上段バレルを用いて、混合物の混練を１時間行うことで混練物を得た。パイプ形状の成形体作製用の押出ダイ（外径１７ｍｍ／内径１３ｍｍ）を当該押出成形機に装着した後、冷却水温度を２５℃に設定し、得られた混練物を押出成形することで長さ２２００ｍｍのパイプ状成形体を得た。押出成形時の押出ダイ近傍に掛かる圧力は、３ＭＰａであった。そして、成形体に対して、実施例１と同様にして乾燥処理、脱脂処理、焼結処理を行うことで亜鉛粒子が融着した外径１７．２ｍｍ、内径１３．１ｍｍのパイプ状亜鉛焼結体を得た。得られた焼結体の３点折り曲げ試験での強度は５．９ＭＰａであった。
【００５４】
（実施例８）
押出ダイを、実施例７とはサイズが異なるパイプ状の成形体作製用の押出ダイ（外径１０ｍｍ／内径３ｍｍ）に換装した以外は、実施例７と同様にして押出成形することで長さ２１５０ｍｍのパイプ状成形体を得た。押出成形時の押出ダイ近傍に掛かる圧力は、３ＭＰａであった。続いて、実施例１と同様にして乾燥処理、脱脂処理、焼結処理を行うことで亜鉛粒子が融着した外径１０．１ｍｍ、内径３．０ｍｍのパイプ状亜鉛焼結体を得た。得られた焼結体の３点折り曲げ試験での強度は７．８ＭＰａであった。
【００５５】
（実施例９）
平均粒径２０μｍの亜鉛の金属粉末（東邦亜鉛株式会社製）２５００ｇ、水系バインダＲ−４００（明成化学工業株式会社製）１５０ｇ、フラックス剤である塩化アンモニウム（キシダ化学株式会社製）１００ｇ、気孔形成剤であるＩＢＭ−２（積水化成品工業株式会社製）３６０ｇをステンレス鋼製ポットに入れ、宮崎鉄工株式会社製の高速カッターＭＨＳ−１６５で乾粉の状態下にて２分間混合した。続いて、水１５０ｇ、分散剤であるユニルーブ（登録商標）５０ＭＢ−２６（日油株式会社製）３８ｇ、可塑剤であるダイナマイトグリセリン（日油株式会社製）３８ｇおよびセラミゾール（登録商標）Ｃ−０８（日油株式会社製）２５ｇを混合し、均一になるまで撹拌した後、混合乾粉に半量ずつ添加しつつ、添加毎に高速カッターを用いて２分間混合することで混合物を得た。
【００５６】
次に、宮崎鉄工株式会社製のスクリュー式押出成形機ＦＭ−Ｐ３０において、冷却水温度を２５℃に設定し、上段ニーダー、上段スクリューおよび上段バレルを用いて、混合物の混練を１時間行うことで混練物を得た。パイプ形状の成形体作製用の押出ダイ（外径１７ｍｍ／内径１３ｍｍ）を当該押出成形機に装着した後、冷却水温度を２５℃に設定し、得られた混練物を押出成形することで長さ２２００ｍｍのパイプ状成形体を得た。押出成形時の押出ダイ近傍に掛かる圧力は、７ＭＰａであった。
【００５７】
続いて、得られた成形体を空気下において２５℃で２４時間乾燥した後、成形体に対して、３００℃で１２時間の脱脂処理によって有機成分（バインダ樹脂、助剤、気孔形成剤）の除去を行い、更に４００℃で１２時間の焼結処理によって、亜鉛粒子が融着した外径１７．０ｍｍ、内径１３．０ｍｍのパイプ状多孔質亜鉛焼結体を得た。得られた多孔質亜鉛焼結体の３点折り曲げ試験での強度は９．４ＭＰａ、気孔率は６７％、ガス透過量は０．００２ＭＰａの時８３４８ｍ／ｈｒ／ａｔｍであった。
【００５８】
（実施例１０）
押出ダイを、実施例９とはサイズが異なるパイプ状の成形体作製用の押出ダイ（外径１０ｍｍ／内径３ｍｍ）に換装した以外は、実施例９と同様にして押出成形することで長さ２１５０ｍｍのパイプ状成形体を得た。押出成形時の押出ダイ近傍に掛かる圧力は、５ＭＰａであった。続いて、成形体に対して、実施例９と同様にして乾燥処理、脱脂処理、焼結処理を行うことで亜鉛粒子が融着した外径１０．１ｍｍ、内径３．０ｍｍのパイプ状多孔質亜鉛焼結体を得た。得られた多孔質亜鉛焼結体の３点折り曲げ試験での強度は２０．９ＭＰａ、気孔率は６９％、ガス透過量は０．００２ＭＰａの時８００８ｍ／ｈｒ／ａｔｍであった。
【００５９】
（比較例１）
フラックス剤を添加しない点以外は実施例１と同様である混合物を、実施例１と同様にパイプ状の成形体作製用の押出ダイ（外径１７ｍｍ／内径１３ｍｍ）を用いて押出成形することで長さ２１００ｍｍのパイプ状成形体を得た。押出成形時の押出ダイ近傍に掛かる圧力は、５ＭＰａであった。続いて、得られた成形体に対して、実施例１と同様にして乾燥処理、脱脂処理、焼結処理を行うことで亜鉛粒子が融着した外径１７．５ｍｍ、内径１３．８ｍｍのパイプ状亜鉛焼結体を得た。得られた焼結体の３点折り曲げ試験での強度は０．８ＭＰａであり、実施例１にて得られる亜鉛焼結体の強度よりも低い。
【００６０】
（比較例２）
フラックス剤を添加しない点以外は実施例１（および実施例２）と同様である混合物を、実施例２と同様にパイプ状の成形体作製用の押出ダイ（外径１０ｍｍ／内径３ｍｍ）を用いて押出成形することで長さ２１００ｍｍのパイプ状成形体を得た。押出成形時の押出ダイ近傍に掛かる圧力は、５ＭＰａであった。続いて、得られた成形体に対して、実施例１（および実施例２）と同様にして乾燥処理、脱脂処理、焼結処理を行うことで亜鉛粒子が融着した外径１０．３ｍｍ、内径３．２ｍｍのパイプ状亜鉛焼結体を得た。得られた焼結体の３点折り曲げ試験での強度は１．０ＭＰａであり、実施例２にて得られる亜鉛焼結体の強度よりも低い。
【００６１】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、スクリュー式の押出成形機１に代えて非加熱成形のプランジャー式押出成形機等を用いることも可能である。ただし、プランジャー式押出成形機では混合物の供給がバッチ式であるため、量産性を考慮すると、連続成形が可能なスクリュー式押出成形機を用いることが好ましい。また、金属焼結体において高い寸法精度が求められない場合等には、金属粉末、フラックス剤およびバインダ樹脂を含む混合物に対して、加熱を伴う押出成形が行われることにより、成形体が取得されてもよい。
【００６２】
上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。
【符号の説明】
【００６３】
１    押出成形機
Ｓ１１〜Ｓ１６，Ｓ１１ａ    ステップ
【図１】
2013204050.tif 000003
【図２】
2013204050.tif 000004
【図３】
2013204050.tif 000005