(57)【要約】      （修正有）【課題】熱伝導率が高く、かつ強固に結合して充分な強度を有する三次元網目状構造を有するとともに、伝熱部材と接合が可能なアルミニウム系多孔質体を提供する。【解決手段】三次元状に連結する骨格を有するとともに前記骨格により三次元状に連通する連通孔を有する三次元網目状構造体であって、骨格が、密度比が９０％以上のアルミニウムもしくはアルミニウム合金からなるとともに、三次元網目状構造体の一端側の気孔率が、三次元網目状構造体の他の部分より小さいアルミニウム系多孔質体。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元状に連結する骨格を有するとともに前記骨格により三次元状に連通する連通孔を有する三次元網目状構造体であって、
前記骨格が、密度比が９０％以上のアルミニウムもしくはアルミニウム合金からなるとともに、前記三次元網目状構造体の一端側の気孔率が、前記三次元網目状構造体の他の部分より小さいことを特徴とするアルミニウム系多孔質体。
【請求項２】
前記三次元網目状構造体の気孔率が９０〜９９％であり、前記三次元網目状構造体の一端側の気孔率が５〜９０％であることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム系多孔質体。
【請求項３】
前記三次元網目状構造体において、一端側から内部にかけて気孔率が漸増することを特徴とする請求項１または２に記載のアルミニウム系多孔質体。
【請求項４】
三次元状に連結する樹脂製の骨格を有し、前記樹脂製の骨格により三次元状に連通する連通孔が形成された樹脂製の三次元網目状構造体を基体とし、
アルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を結着剤が溶解した分散媒中に分散させた一次分散液と、
アルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を結着剤が溶解した分散媒中に分散させ、かつ前記一次分散液より粘度が高い二次分散液を用意し、
前記基体の全部を前記一次分散液に浸漬して、前記基体全体の樹脂製の骨格表面に、アルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を一次付着させる一次付着工程と、
一次付着工程により得られた一次付着基体を、基体の一端側から基体の一部を前記二次分散液に浸漬して、前記基体の一端側の一部の、アルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末が一次付着した骨格表面に、アルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を二次付着させる二次付着工程と、
二次付着工程により得られた二次付着基体を乾燥させる二次付着基体乾燥工程と、
二次付着基体乾燥工程により得られた基体を、非酸化性雰囲気中で、前記アルミニウム粉末および／または前記アルミニウム合金粉末の融点以上に加熱して、前記基体を消失除去するとともに前記アルミニウム粉末および／または前記アルミニウム合金粉末を溶融する加熱工程と、
を備えることを特徴とするアルミニウム系多孔質体の製造方法。
【請求項５】
前記一次付着工程の後に、前記一次付着基体を乾燥させる一次付着基体乾燥工程を行うことを特徴とする請求項４に記載のアルミニウム系多孔質体の製造方法。
【請求項６】
前記一次分散液の粘度が２５℃の温度条件下において１５０ｍＰａ・ｓ以下であり、前記二次分散液の粘度が２５℃の温度条件下において１５０ｍＰａ・ｓ以上であることを特徴とする請求項４または５に記載のアルミニウム系多孔質体の製造方法。
【請求項７】
前記二次付着工程の後に、前記二次付着基体の一端側を上面に配置した状態で前記二次付着基体乾燥工程を行うことを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載のアルミニウム系多孔質体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元状に連結する骨格を有し、その骨格により三次元状に連結する気孔が形成される三次元網目状構造を有する多孔質体に関し、特に、構造体中の気孔率が傾斜しているアルミニウムもしくはアルミニウム合金で構成したアルミニウム系多孔質体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
三次元状に連結する骨格を有し、その骨格により三次元状に連結する気孔が形成される三次元網目状構造を有する多孔質体は、連結する気孔にガスあるいは液体等の流体を通過させるとともに、これらの流体を濾過処理するフィルター（特許文献１、２等）や、これらの流体を骨格表面に担持した触媒により改質する触媒用担体等（特許文献２等）に用いられている。
【０００３】
このような三次元網目状構造を有する多孔質体は、連通気孔を有する発泡樹脂骨格表面を導電化処理して電気メッキした後、加熱して樹脂を分解除去する方法（特許文献３等）や、連通気孔を有する発泡樹脂に有機高分子結合剤と金属微小体との混練物を浸漬、スプレー等して塗着した後、加熱して樹脂を分解除去するとともに金属微小体を焼結する方法（特許文献１、２、４等）、あるいは、連通気孔を有する発泡樹脂の骨格表面に粘着性を付与させた後、粉体を被着させた後、加熱して樹脂を分解除去するとともに粉体を焼結する方法（特許文献５等）により製造される。
【０００４】
このような三次元網目状構造を有する多孔質体は、流体との接触面積が大きいことから、熱交換器の熱交換部品への適用が検討されている（特許文献６等）。熱交換器は、温度の高い物体から低い物体へ効率的に熱を移動させて加熱や冷却の用途に用いられる機器であり、一般に、熱交換の媒体として液体や気体等の流体を用いて流体に熱を与える（加熱）もしくは流体から熱を奪う（冷却）ことで加熱や冷却を行う。このような熱交換器においては、熱伝導率の高い金属材料で構成されたフィン等を伝熱部材に設けるなどして流体との接触面積を増加させて、熱交換の効率を高めているが、フィン等に替えて熱伝導率の高い金属材料で構成された三次元網目状構造を有する多孔質体を用い、その連通する気孔に流体を通過させれば、熱伝導率の高い金属材料と流体との接触面積をさらに大きくできるため、熱交換の効率がさらに大きくなるものと考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０５−３３９６０５号公報
【特許文献２】特開平０８−０２０８３１号公報
【特許文献３】特開昭５７−１７４４８４号公報
【特許文献４】特公昭６１−０５３４１７号公報
【特許文献５】特開平０６−２３５０３３号公報
【特許文献６】特公平０６−０８９３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、アルミニウムは軽量で熱伝導率が高いことから、三次元網目状構造多孔質体への適用が期待されている。しかしながら、アルミニウムは電気メッキをすることができず、特許文献３のような電気メッキによる製造が困難である。
【０００７】
また、特許文献４のように、連通孔を有する発泡樹脂に有機高分子結合剤とアルミニウム粉末との混練物を浸漬あるいはスプレー等して塗着した後、水素気流中５２０℃にて２時間加熱して樹脂を分解除去するとともに金属微小体を焼結する方法においては、アルミニウム粉末は表面に強固な酸化被膜（アルミナ：Ａｌ２Ｏ３）を有しているため、上記方法で焼結してもアルミニウム粉末のごく一部で結合するに過ぎず、脆く、強度が極めて低いものしか製造することができない。
【０００８】
また、熱交換器の熱交換部品に三次元網目状構造を有する多孔質体を適用する場合、アルミニウム等の熱伝導率の高い金属で多孔質体を構成したとしても、多孔質体が高気孔率であることから、ろう付け等による伝熱部材との接合が困難である。このため、多孔質材を緻密体で挟んだサンドイッチ構造や、異なる材料を重ね合わせた構造とする必要があるが、これらの構造は、熱伝導率が低下するとともに、コストが増加することとなる。
【０００９】
以上のことから、本発明は、熱伝導率が高く、かつ強固に結合して充分な強度を有する三次元網目状構造を有するとともに、伝熱部材と接合が可能なアルミニウム系多孔質体およびその製造方法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】
【００１０】
本発明のアルミニウム系多孔質体は、三次元状に連結する骨格を有するとともに前記骨格により三次元状に連通する連通孔を有する三次元網目状構造体であって、前記骨格が、密度比が９０％以上のアルミニウムもしくはアルミニウム合金からなるとともに、前記三次元網目状構造体の一端側の気孔率が、前記三次元網目状構造体の他の部分より小さいことを特徴とする。なお、本発明におけるアルミニウムは、Ａｌ：９５質量％以上で残部がＣ、Ｎ、Ｏ等の不純物からなり、他の金属元素を含まないものである。
【００１１】
本発明のアルミニウム系多孔質体によれば、骨格内部の密度比が９０％以上であるため、骨格の強度が高い。また、三次元網目状構造体の一端側の気孔率が、前記三次元網目状構造体の他の部分より小さいことから、伝熱部材との接合が容易となる。
【００１２】
上記のアルミニウム系多孔質体においては、前記三次元網目状構造体の気孔率が小さいほど熱交換の媒体となる液体や気体等の流体との熱交換の効率が向上するが、その一方で流体の圧力損失が大きくなる。このため、前記三次元網目状構造体の気孔率を９０〜９９％とすると、熱交換の媒体となる液体や気体等の流体との熱交換の効率と流体の圧力損失のバランスがとれた優れた熱交換部品となる。その一方で、伝熱部材との接合性の点から伝熱部材と接合する三次元網目状構造体の一端側の気孔率は５〜９０％とすることが好ましい。このような三次元網目状構造体の一端側の気孔率が小さいアルミニウム系多孔質体においては、一端側から内部にかけて気孔率が漸増するよう構成してもよい。
【００１３】
上記のアルミニウム系多孔質体は、次のようにして製造することができる。すなわち、本発明のアルミニウム系多孔質体の製造方法は、三次元状に連結する樹脂製の骨格を有し、前記樹脂製の骨格により三次元状に連通する連通孔が形成された樹脂製の三次元網目状構造体を基体とし、アルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を結着剤が溶解した分散媒中に分散させた一次分散液と、アルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を結着剤が溶解した分散媒中に分散させ、かつ前記一次分散液より粘度が高い二次分散液を用意し、前記基体の全部を前記一次分散液に浸漬して、前記基体全体の樹脂製の骨格表面に、アルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を一次付着させる一次付着工程と、一次付着工程により得られた一次付着基体を、基体の一端側から基体の一部を前記二次分散液に浸漬して、前記基体の一端側の一部の、アルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末が一次付着した骨格表面に、アルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を二次付着させる二次付着工程と、二次付着工程により得られた二次付着基体を乾燥させる二次付着基体乾燥工程と、二次付着基体乾燥工程により得られた基体を、非酸化性雰囲気中で、前記アルミニウム粉末および／または前記アルミニウム合金粉末の融点以上に加熱して、前記基体を消失除去するとともに前記アルミニウム粉末および／または前記アルミニウム合金粉末を溶融する加熱工程と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明のアルミニウム系多孔質体の製造方法においては、三次元状に連結する樹脂製の骨格を有し、樹脂製の骨格により三次元状に連通する連通孔が形成される樹脂製の三次元網目状構造を基体とし、この基体の樹脂製の骨格表面に、アルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を付着させた後、非酸化性雰囲気中で加熱して樹脂製の基体を消失除去する点は、上記特許文献４と同様であるが、本発明においては、加熱温度をアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末の融点以上としてアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を溶融させる加熱工程を行うことが第１の特徴である。
【００１５】
加熱する前の基体の樹脂製の骨格表面にアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を付着させた状態では、アルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末の表面は酸化被膜で覆われ、酸化被膜を介して各粉末粒子が接触している。そして、骨格表面にアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を付着させた基体を融点以上に加熱すると、昇温過程で樹脂製の基体が分解して消失するとともに、溶融したアルミニウムおよび／またはアルミニウム合金は、粉末の表面の酸化被膜を破って粉末表面を濡らして覆う。このとき粉末表面に形成されていた酸化被膜が代用骨格となり、溶融したアルミニウムおよび／またはアルミニウム合金がこの代用骨格の外側で濡れることにより、隣り合う粉末どうしが溶融したアルミニウムおよび／またはアルミニウム合金により結合される。このため、加熱後に得られるアルミニウム系多孔質体は、強固に金属結合しており、充分な結合を実現することができる。なお、本発明者等が銅粉末を用いて同様の実験を行ったところ、銅粉末が溶融して落下し、多孔質体を形成することができなかった。したがって、粉末を溶融させても形態を保持できるのは、酸化被膜を有するアルミニウムおよびアルミニウム合金特有の効果と言うことができる。
【００１６】
このようにして得られるアルミニウム系多孔質体の骨格は、密度比が例えば９０％以上であるとともに、元の粉末表面に形成されていた酸化被膜すなわちアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）が内部に分散するアルミニウムもしくはアルミニウム合金として形成される。アルミナは硬質であり、基地となるアルミニウムもしくはアルミニウム合金に分散して基地を強化する結果、アルミニウムもしくはアルミニウム合金は、高い強度を示すものとなる。なお、骨格の密度比はアルキメデス法で測定することができないため、骨格の断面を観察し、骨格断面の面積（中空部を除く基地部分）と骨格断面の基地部分に分散する気孔の面積率の差として計算する。骨格の断面面積および骨格の気孔の面積率の測定は、画像分析ソフトウエア（三谷産業製ＷｉｎＲｏｏｆ等）を用いて、骨格断面の画像を自動二値化処理したり、該画像をグレースケールに変換して適当な閾値を設定したりすることにより、これらの面積率の測定を行うことができる。
【００１７】
最終的なアルミニウム系多孔質体の三次元網目状構造は、基体の骨格表面に付着させて担持したアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を溶融することにより構成される。このため、基体の三次元網目状構造が、最終的なアルミニウム系多孔質体の三次元網目状構造に影響する。したがって、基体の三次元網目状構造を変更することで、所望の三次元網目状構造を有するアルミニウム系多孔質体を得ることができる。
【００１８】
三次元網目状構造のアルミニウム系多孔質体の骨格は、細過ぎるとアルミニウム系多孔質体の強度が低下する。一方、太過ぎると連通する気孔を通過する流体の流れを阻害して圧力損失が大きくなる。アルミニウム系多孔質体の熱交換器への応用を考慮すると、骨格の太さは５０〜５００μｍとすることが好ましい。
【００１９】
また、アルミニウム系多孔質体の骨格は、基体の樹脂製の骨格の表面にアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を付着させ、溶融させて形成するが、基体の樹脂製の骨格の表面に付着させるアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末の量が多くなると、溶融するアルミニウムおよび／またはアルミニウム合金の量が過多となり、表面張力による保形が難しくなり、型崩れが生じ易くなる。この観点から、樹脂製の骨格の表面に付着させるアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末は、樹脂製の骨格の表面からの厚さが１００〜１０００μｍとなるように付着させると、溶融の後に形成されるアルミニウムおよび／またはアルミニウム合金の骨格の太さが上記の５０〜５００μｍに形成されることとなるので好ましい。
【００２０】
図１は、本発明のアルミニウム系多孔質体の製造方法の一例を工程順に示しており、以下図１を参照して本発明の製造方法を説明する。本発明の製造方法においては、基体Ｂの樹脂製の骨格表面に、アルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を一度付着させた後、基体Ｂの一端面側（図１では下面側）に、アルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を再度付着させて付着量を増やすことにより、基体Ｂの一端面側の気孔率を小さくして伝熱部材と接触する端面の面積を増加させたことを第２の特徴とする。
【００２１】
ここで本発明では、樹脂製の三次元網目状構造を有する基体Ｂの全体を、アルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を結着剤が溶解した分散媒中に分散させた一次分散液Ｌ１に浸漬することで、基体Ｂの樹脂製の骨格の全表面に、アルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を付着させた一次付着基体Ｂ１とする。
【００２２】
このようにして得られた一次付着基体Ｂ１の一端面側を、アルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を結着剤が溶解した分散媒中に分散させた二次分散液Ｌ２に浸漬することで、一次付着基体Ｂ１の一端面側に、一次付着したアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末の上から、アルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を再度付着させて、一次付着基体Ｂ１の一端面側のアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末の付着量を増加させた二次付着基体Ｂ２とする。
【００２３】
基体Ｂの樹脂製の骨格の表面に一次付着したアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末の上に、さらにアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を付着させるためには、二次分散液Ｌ２の粘度が、一次分散液の粘度よりも高いものとする必要がある。すなわち、基体Ｂの樹脂製の骨格の表面にアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末が結着剤により一次付着しているが、一次分散液Ｌ１の粘度と二次分散液Ｌ２の粘度が等しい場合、もしくは二次分散液Ｌ２の粘度が一次分散液Ｌ１の粘度よりも低い場合には、基体Ｂの樹脂製骨格の表面でアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を一次付着させている結着剤が二次分散液Ｌ２に溶解して、一次付着したアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末の脱落が生じ、その結果、基体Ｂの樹脂製骨格の表面には二次分散液により付着するアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末しか付着せず、一次付着したアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末の上に、さらにアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を付着させることができなくなるからである。
【００２４】
このことから、一次分散液Ｌ１の粘度が２５℃の温度条件下において１５０ｍＰａ・ｓ以下であるものを用いて一次付着を行い、二次付着には二次分散液Ｌ２の粘度が２５℃の温度条件下において１５０ｍＰａ・ｓ以上であるものを用いることが好ましい。
【００２５】
なお、二次分散液Ｌ２に浸漬した部分は、一次付着したアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末の上にさらにアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末が付着することで、アルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末の付着量が多くなり、二次分散液Ｌ２に浸漬しない部分は一次付着したアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末のみであることから、アルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末の付着量が少なくなって、加熱工程の後に得られるアルミニウム系多孔質体Ａは、気孔率の小さい端部と気孔率大きい残部が段階的に変化する二層からなる多孔質体となる。
【００２６】
ここで、アルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末の二次付着を行った二次付着基体Ｂ２を乾燥させる前に、二次付着を行った端部側を上面として放置すると、湿潤な二次付着部が下方、すなわち二次付着していない付着量の少ない部分に流動する。その結果、アルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末に付着量が漸次変化したものとすることができ、このようにしてから乾燥して加熱工程を行うことにより、アルミニウム系多孔質体Ａの気孔率が、一端側から内部にかけて気孔率が連続的に変化するとともに気孔率が漸増する多孔質体とすることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明のアルミニウム系多孔質体は、高い強度を示すとともに、一端側の気孔率が小さく、伝熱部材との接合性が向上したものであり、多孔質体と伝熱部材の間の熱伝達が良好なものとすることができるといった効果が奏される。
【００２８】
また、本発明のアルミニウム系多孔質体の製造方法により、そのような高い強度を示すアルミニウム系多孔質体を、簡便な方法で量産性に富み、かつ、安価に製造することができるといった効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明のアルミニウム系多孔質体の製造方法を示す工程図である。
【図２】本発明例のアルミニウム系多孔質試料の気孔状態を示すＳＥＭ写真である。
【図３】本発明例のアルミニウム系多孔質試料の気孔状態を示す光学顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
［基体］
基体は、三次元状に連結する骨格を有し、その骨格により三次元状に連結する気孔が形成される三次元網目状構造体を用いる。この基体は骨格表面にアルミニウム粉末もしくはアルミニウム合金粉末を付着させて担持するものであり、加熱されて分解、消失すべきものであることから、樹脂により構成される。具体的には、基体としてポリウレタンフォームが最も一般的に用いられるが、他にシリコーン樹脂、ポリエステル樹脂のフォームなどを用いることができる。
【００３１】
［アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末］
基体の樹脂骨格に付着させる粉末は、上記のとおり、熱伝導率および比重のバランスの観点からアルミニウム粉末を用いるが、アルミニウム粉末に替えて、アルミニウムを強化する成分を予め合金化したアルミニウム合金粉末を用いてもよい。ＡｌにＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｉ等の合金化元素を予合金化したアルミニウム合金粉末を用いた場合は、アルミニウム系多孔質体の骨格がアルミニウム合金で形成されることとなり、アルミニウム系多孔質体の強度を向上することができる。ＡｌにＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｉ等の合金化元素を添加することにより熱伝導率はＡｌ単体の場合よりも低下することとなるが、ベース金属がＡｌであるため、それでも高い熱伝導率を維持する。
【００３２】
基体の樹脂骨格に付着させるアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末は、細い基体の樹脂骨格表面に密に付着できることから微細なものが好ましい。粉末が大きくなると基体の樹脂骨格表面に密に付着させることが難しくなるとともに、粉末の質量が増加することにより、基体の樹脂骨格表面に付着し難くなり、脱落し易くなる。この観点から、アルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末は、平均粒径が２０μｍ以下のものを用いることが好ましい。さらに、平均粒径が２０μｍ以下であるとともに、粒径が１００μｍを超える粉末を含まないものであることが好ましい。ただし、Ａｌは活性な金属であるため、あまりに微細な粉末は取扱いが難しくなる。この観点から、アルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末は、平均粒径が０.１μｍ以上のものを用いることが好ましい。
【００３３】
［一次付着工程］
上記特許文献１、２、４等に記載された方法であり、アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末を分散媒中に分散させた分散液を作製し、この分散液中に基体の全体を浸漬した後、基体を乾燥させる方法である。分散媒としては、アルコール等の揮発性を有する液体や水を溶媒とし、これに結着剤を溶解した液を用いることが好ましい。この場合、粉末が沈降しないよう分散媒に分散剤や他の元素を添加してもよい。また、分散媒としては、フェノール樹脂等の高分子有機物の溶液を用いてもよい。
【００３４】
このとき、分散液の粘度により基体の樹脂骨格の表面に付着するアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を制御することができる。すなわち、分散液の粘度が高ければ、基体の樹脂骨格の表面に付着するアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末の量が多くなり、逆に、分散液の粘度が低ければ、基体の樹脂骨格の表面に付着するアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末の量が少なくなる。ただし、分散液の粘度が過多となると、基体の樹脂骨格の表面に付着するアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末の量が過多となり、樹脂製の骨格の表面からの厚さが１０００μｍを超えて、後述する加熱工程において型崩れが生じ易くなる。この観点から、分散液の粘度は２５℃の温度条件下において１５０ｍＰａ・ｓ以下とすることが好ましい。一方、分散液の粘度が低過ぎると、基体の樹脂骨格の表面に付着するアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末の量が乏しくなり、加熱工程後に得られる三次元網目状構造のアルミニウム系多孔質体の骨格が細くなり、アルミニウム系多孔質体の強度が低下する。この観点から、分散液の粘度は２５℃の温度条件下において５０ｍＰａ・ｓ以上とすることが好ましい。なお、粘度の測定は、東機産業株式会社製ＴＶＢ１０型粘度計等を用いて、粘性トルクによる２枚のスリット円板のねじれ角を検出して粘度に換算することにより行うことができる。
【００３５】
一次付着工程の後、基体表面が湿潤な状態で後述する二次付着工程を行ってもよいが、一次付着工程の後に基体を乾燥させる一次付着基体乾燥工程を行うと、アルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を樹脂製骨格の表面に付着させる結着剤が二次付着工程において流出しにくくなるとともに、取扱いが容易となるため好ましい。
【００３６】
［二次付着工程］
アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末を分散媒中に分散させた二次分散液を作製し、樹脂製骨格の表面にアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末が一次付着した一次付着基体の端部側一部を、この二次分散液に浸漬することで、浸漬した部分にさらにアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を付着させる。分散媒としては、一次付着工程の場合と同様に、アルコール等の揮発性を有する液体や水を溶媒とし、これに結着剤を溶解した液を用いることが好ましい。この場合、粉末が沈降しないよう分散媒に分散剤や他の元素を添加してもよい。また、分散媒としては、フェノール樹脂等の高分子有機物の溶液を用いてもよい。
【００３７】
このとき、二次分散液は一次分散液よりも粘度が高いものとすることにより、基体の樹脂骨格の表面に一次付着したアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末の上に、さらにアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を付着させることができる。二次分散液の粘度は、２５℃の温度条件下において１５０ｍＰａ・ｓ以上とすることが好ましい。
【００３８】
二次付着工程を行った後、二次付着基体について乾燥を行い、アルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末の付着を強固なものとする。このとき、二次分散液に浸漬した一端側を下に配置した状態で乾燥を行うと、アルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末の付着量が異なる端部を有するものとなる。また、二次分散液に浸漬した一端側を上に配置してしばらく放置した後に乾燥を行うと、アルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末の付着量が漸次変化するものとなる。
【００３９】
［加熱工程］
骨格表面にアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末を付着させた基体は、非酸化性雰囲気中で、前記アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の融点以上に加熱される。この融点までの昇温過程で、樹脂製の基体は分解し除去されて消失する。
【００４０】
加熱温度がアルミニウムの融点（６６０.４℃）もしくはアルミニウム合金の融点を超えると、アルミニウム粉末もしくはアルミニウム合金粉末が内部で溶融する。すなわち、アルミニウム粉末もしくはアルミニウム合金粉末の表面は酸化被膜（アルミナ＝Ａｌ２Ｏ３）で覆われており、アルミナの融点は２０７２℃と高いためアルミニウム粉末もしくはアルミニウム合金粉末の表面の酸化被膜が溶融せず、これらの粉末の内部が溶融することとなる。このようにして内部で溶融したアルミニウムまたはアルミニウム合金は、粉末の表面の酸化被膜を破って粉末表面に濡れて覆うとともに、各粉末から発生した溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金が混ざり合い結合する。このとき粉末表面に形成されていた酸化被膜が代用骨格となり、骨格の形状を維持するとともに、互いに結合した溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金の表面張力により、骨格表面は比較的滑らかとなりネック部が消失して連続する金属表面となる。
【００４１】
このようにして得られるアルミニウム系多孔質体の骨格は、元の粉末表面に形成されていた酸化被膜すなわちアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）が内部に分散するアルミニウムもしくはアルミニウム合金として形成される。このアルミナは硬質であり、基地となるアルミニウムもしくはアルミニウム合金に分散して基地の強化に寄与する。また、骨格は、樹脂製の骨格が存在していた部分に空洞を有する中空状をなしているので、軽量化が求められる用途に有効である。
【００４２】
一方、加熱温度がアルミニウムもしくはアルミニウム合金の融点未満の場合には、アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の表面に形成された強固な酸化被膜がバリヤとなって、アルミニウム粉末どうし、またはアルミニウム合金粉末どうしの拡散による接合を阻害して焼結が進行しない。
【００４３】
加熱工程における雰囲気が大気等の酸化性の雰囲気であると、粉末表面の酸化被膜を破って露出した溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金が直ちに酸化され、粉末表面に濡れて覆ったり、各粉末から発生した溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金が混ざり合ったりすることが阻止され、粉末どうしの結合が阻害される。このため、加熱工程における雰囲気は窒素ガス、不活性ガス等の非酸化性の雰囲気とすることが望ましい。なお、上記の加熱工程は、アルミニウム粉末もしくはアルミニウム合金粉末の表面の酸化被膜を除去することは目的ではないため、水素ガスもしくは水素混合ガス等の還元性の雰囲気である必要はないが、還元性の雰囲気は非酸化性の雰囲気であるため、還元性の雰囲気としてもよい。また、圧力が１０−３Ｐａ以下の減圧雰囲気（真空雰囲気）としてもよい。
【００４４】
なお、加熱温度は基体に付着させたアルミニウム粉末もしくはアルミニウム合金粉末の融点を超える温度であれば粉末を溶融できるが、融点を大きく超える温度で加熱すると、その分余分なエネルギーが必要となるとともに、溶融したアルミニウムもしくはアルミニウム合金の粘度が低下して型崩れが生じ易くなることから、加熱温度は融点＋１００℃までとすることが好ましい。
【００４５】
上記の製造方法によって製造したアルミニウム系多孔質体の三次元網目状構造は、樹脂製基体の三次元網目状構造がそのまま維持されたものとなる。したがって、樹脂製基体の三次元網目状構造を変更することで、アルミニウム系多孔質体の三次元網目状構造を変更することができ、アルミニウム系多孔質体全体の気孔率、気孔の大きさを所望のものに調整することが可能である。具体的には、気孔率は８０〜９５％のもの、好ましくは８５〜９５％のものとすることができ、気孔の大きさは３０〜４０００μｍのものとすることができ、６〜８０ｐｐｉ（セル数／２５.４ｍｍ）の多孔質体を容易に製造することができる。
【００４６】
なお、アルミニウム合金によりアルミニウム系多孔質体を構成する場合において、原料粉末としてＡｌと共晶液相を発生する成分（Ｃｕ、Ｍｇ等）を単味粉末あるいはアルミニウム合金粉末として、アルミニウム粉末に添加したアルミニウム系混合粉末を用い、三次元網目状構造を有する樹脂製の基体の表面にアルミニウム系混合粉末を付着させ、共晶液相が発生する温度で焼結を行う方法が考えられるが、この方法では、アルミニウム系多孔質体中の成分元素の分布が不均一となるとともに、骨格内部にアルミニウムの酸化物が分散せず、所望の強度を得ることが難しい。
【００４７】
これに対して、上述のように予め成分元素をＡｌ中に合金化させたアルミニウム予合金粉末を用いることにより、アルミニウム系多孔質体中の成分元素の分布が均一となる。また、製法に起因するアルミニウムの酸化物が骨格内部に分散する。このため、アルミニウム系混合粉末を用いて共晶液相により焼結する方法に比して、高い強度を得ることができる。
【実施例】
【００４８】
基体となる多孔性樹脂として、厚み２０ｍｍのポリウレタンフォーム（商品名エバーライトＳＦ、（株）ブリヂストン製）を用意した。このポリウレタンフォームは、気孔率（全体の体積に対する連通孔の体積の割合）が９５％であり、連通孔の大きさが円相当径で３０００μｍであった。日本合成化学社製、商品名ゴーセノールＧＨ−２３をイオン交換水に溶解し、樹脂分１ｗｔ％としたポリビニルアルコール水溶液を用意し、一次分散液として、１０μｍ以下の純アルミニウム粉末（商品名＃６００Ｆ、（株）ミナルコ製）と上記のポリビニルアルコール水溶液を質量比５：３で混合した。また、二次分散液として、一次分散液と同じ純アルミニウム粉末と上記のポリビニルアルコール水溶液を５：１で混合した。東機産業株式会社製ＴＶＢ１０型粘度計により測定したところ、一次混合液の２５℃における粘度は１３０ｍＰａ・ｓであり、二次混合液の２５℃における粘度は２００ｍＰａ・ｓであった。
【００４９】
ポリウレタンフォームを一次分散液中に浸漬した後、余分な分散液を除去した後、８０℃にて１２０分乾燥させ一次付着基体を作製した。乾燥後、一次付着基体の底面を二次分散液に浸漬させ８０℃にて１２０分乾燥させ、気孔率の異なる二次付着基体を得た。
【００５０】
このようにして作製したアルミニウム粉末が付着した基体を、圧力が１０−３Ｐａの減圧雰囲気（真空雰囲気）の下、表１に示す加熱温度にて２１０分間加熱し、試料番号０１〜０７の多孔質試料を作製した。
【００５１】
これらの多孔質試料について、アルキメデス法にて気孔率を測定した。また、光学顕微鏡にて観察し、画像分析ソフトウエア（三谷産業製ＷｉｎＲｏｏｆ）を用いて、気孔の大きさについて測定するとともに三次元網目構造の気孔（連通孔）の円相当直径について求め、その平均値を求めた。
【００５２】
また、多孔質試料を樹脂に埋め込み、鏡面研磨してケラー氏液（塩酸０.５ｍｌ，硝酸２.５ｍｌ，フッ酸１.５ｍｌ，蒸留水９５ｍｌ）にて腐食処理を行った。腐食処理後、骨格部の金属組織を観察し、画像分析ソフトウエア（三谷産業製ＷｉｎＲｏｏｆ）を用いて、画像を二値化し、骨格部（中空部を除く基地部分）の面積率および骨格部（中空部を除く基地部分）に分散する気孔の断面面積率を測定して骨格部の密度比を求めた。また、ＥＰＭＡ装置で骨格部断面のうち中空部を除く基地部分の金属組織を５０００倍で観察し、骨格部断面に分散する酸化物の大きさについて、同様にして画像分析ソフトウエア（三谷産業製ＷｉｎＲｏｏｆ）を用いて、バレー法にて閾値１８０として１８０以上となる領域（１８０〜２５５）の面積を測定し酸化物の大きさおよび断面面積率を測定した。これらの結果を表１に示す。
【００５３】
【表１】
2016141824.tif 000003
【００５４】
表１より試料番号０１〜０７のいずれの多孔質試料も気孔率が基体として用いたウレタンフォームとほぼ同じであり、また連通孔の大きさも、基体のウレタンフォームとほぼ同じ大きさとなっている。この結果から、基体のウレタンフォームの気孔率および連通孔の大きさが、そのまま多孔質試料の気孔率および連通孔の大きさとなることが確認された。
【００５５】
また、二次付着工程を行うことにより、端部の気孔率を小さくして形成できることが確認された。
【００５６】
しかしながら、加熱温度がアルミニウムの融点（６６０℃）に満たない試料番号０１〜０３の試料では、焼結が進行せず、骨格部の密度比が低い値となっている。
【００５７】
一方、加熱温度がアルミニウムの融点（６６０℃）を超える０４〜０７の試料では、骨格部の密度比が９０％以上となり、高い密度比を示している。また、０４〜０７の試料において、骨格部の気孔の大きさは２〜１０μｍと小さいものである。さらに、０４〜０７の試料では、骨格部の内部に酸化物の分散が認められ、酸化物は大きさが１０μｍ、断面面積率が８面積％であった。一方、比較例である０１〜０３の試料は、アルミニウム粉末がごく一部で結合するのみであり酸化物はアルミニウム粉末表面にのみ認められ基地内部に分散する酸化物は認められなかった。
【００５８】
本発明例である試料番号０４の多孔質試料の気孔状態をＳＥＭ観察した写真を、図２に示す。図２に示すように、本発明例の多孔質試料は、溶融アルミニウムが隣り合う粉末を結合するとともに、溶融アルミニウムの表面張力により骨格表面は比較的に滑らかとなりネック部が消失して連続する金属表面となっている。
【００５９】
また、本発明例である試料番号０４の多孔質試料の気孔状態を光学顕微鏡により観察した写真を、図３に示す。二次付着工程を行うことにより、端部の気孔率が小さくなっており、ろう付け等を行って伝熱部材と接合する場合に、容易に接合できる端面となっていることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明のアルミニウム系多孔質体は、高い強度を示すとともに、一端側の気孔率を小さく形成できることから熱交換器用多孔質部材に用いて好適である。
【符号の説明】
【００６１】
Ａ…アルミニウム系多孔質体
Ｂ…基体
Ｂ１…一次付着基体
Ｂ２…二次付着基体
Ｌ１…一次分散液
Ｌ２…二次分散液
【図１】
2016141824.tif 000004
【図２】
2016141824.tif 000005
【図３】
2016141824.tif 000006