(57)【要約】【課題】プレス成形等による曲げ加工において亀裂の進行が抑制され破断が生じ難い金属多孔体およびその製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係る金属多孔体１の製造方法は、板状の発泡金属２の一方の面５ａにのみ網状金属製の補強体３を重ね、例えば１対の圧縮用ロール６ａ，６ｂによって発泡金属と補強体とを圧着し、発泡金属に破壊による多くの細かな亀裂７を生じさせて各殻膜４，４で区画された気孔を連通させ、同時に補強体を発泡金属に埋め込むものである。【選択図】    図３
2009190200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の発泡金属の一方の面にのみ網状金属製の補強体を重ね、
前記発泡金属と前記補強体とを圧着して前記補強体を前記発泡金属に埋め込む
ことを特徴とする金属多孔体の製造方法。
【請求項２】
前記発泡金属と前記補強体との圧着を、
前記発泡金属がその降伏点に達する以上の歪みを生じさせるように圧縮して行う
請求項１に記載の金属多孔体の製造方法。
【請求項３】
前記発泡金属がアルミニウムまたはアルミニウムを含む合金の発泡金属である
請求項２に記載の金属多孔体の製造方法。
【請求項４】
前記発泡金属が気孔率７０％以上９５％以下のアルミニウムの発泡金属でり、
前記発泡金属と前記補強体との圧着を、
前記発泡金属の厚みを基準として圧縮率が３０％以上６７％以下、かつ圧着後の板厚が２ｍｍ以上９ｍｍ以下となるように圧縮する
請求項２に記載の金属多孔体の製造方法。
【請求項５】
板状の発泡金属と、
網状金属製の補強体と、からなり、
前記補強体が前記板状の発泡金属の一方の面にのみ埋め込まれている
ことを特徴とする金属多孔体
【請求項６】
前記発泡金属は、
気孔を形成する殻膜に亀裂を有して各気孔間が連通しており、
前記発泡金属の一方の面と他方の面とを連通させる連通路が前記発泡金属の内部に形成されている
請求項５に記載の金属多孔体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸音材および断熱材等として使用される金属多孔体の製造方法および金属多孔体に関する。
【背景技術】
【０００２】
発泡ポリウレタン、発泡ポリスチレン等で知られる発泡体は、近年、これらの発泡樹脂にとどまらずに、発泡コンクリート、発泡ガラスおよび発泡金属等の無機材料にまでその適用の範囲が拡がっている。
このうち、発泡金属（以下「金属多孔体」という）は、他の発泡体に比べて比強度（強度÷嵩比重）が高く、また、防音性、断熱性等に優れることから、吸音材および断熱材等の建築材料として、その利用の拡大が期待されている。
そして、吸音材等として実用に供することができる金属多孔体およびその製造方法について、本出願人により提案が行われている（特許文献１）。
【特許文献１】特開昭６２−２３０９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１において提案された金属多孔体は、高い吸音効果が得られ、かつ機械的強度、耐熱性および耐候性に優れたものである。しかし、金属多孔体は、薄い殻膜の集合体であることから、一般に、プレス成形または張出成形等の曲げ加工によって引張力を受けると変形が一部分に集中し、生じた亀裂が拡大して破断し易いという性質がある。そのため、金属多孔体は、プレス成形等による曲げ加工を行うことが困難であった。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、プレス成形等による曲げ加工において亀裂の進行が抑制され破断が生じ難い金属多孔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】
【０００４】
本発明に係る金属多孔体の製造方法は、板状の発泡金属の一方の面にのみ網状金属製の補強体を重ね、前記発泡金属と前記補強体とを圧着して前記補強体を前記発泡金属に埋め込む。
特定の用途の金属多孔体の製造方法は、前記発泡金属と前記補強体との圧着を、前記発泡金属がその降伏点に達する以上の歪みを生じさせるように圧縮して行う。
好ましくは、前記発泡金属は、アルミニウムまたはアルミニウムを含む合金の発泡金属である。
【０００５】
さらに好ましくは、前記発泡金属が気孔率７０％以上９５％以下のアルミニウムまたはアルミニウムを含む合金の発泡金属であり、前記発泡金属と前記補強体との圧着を、前記発泡金属の厚みを基準として圧縮率が３０％以上６７％以下、かつ圧着後の板厚が２ｍｍ以上９ｍｍ以下となるように圧縮する。
本発明に係る金属多孔体は、板状の発泡金属と、網状金属製の補強体と、からなり、前記補強体が前記板状の発泡金属の一方の面にのみ埋め込まれている。
前記発泡金属は、気孔を形成する殻膜に亀裂を有して各気孔間が連通しており、前記発泡金属の一方の面と他方の面とを連通させる連通路が前記発泡金属の内部に形成されている。
【０００６】
上記における「網状」とは、網（「鳥獣や魚などをとるために、糸や針金を編んで造ったもの。」、岩波書店、広辞苑第六版）または網に類似し、無数の閉輪郭が形成されて、閉輪郭の内側が貫通する状態をいうものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によると、プレス成形等による曲げ加工において亀裂の進行が抑制され破断が生じ難い金属多孔体およびその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は本発明に係る金属多孔体１の概要を示す図、図２は発泡金属２の部分平面図である。
金属多孔体１は、発泡金属２と補強体３とからなる。
発泡金属２は、溶融アルミニウムに増粘剤および発泡剤を添加して公知の方法、例えば発泡アルミニウム鋳造法（「発泡アルミニウムの製造技術とその諸特性」、西、三好ら、神戸製鋼技法、Ｖｏｌ．５４、Ｎｏ．１、Ａｐｒ．２００４、Ｐ８９〜９４参照）により、セルの大きさが１〜７ｍｍ、気孔率が７０〜９５％の板状に形成されたものである（図２参照）。
【０００９】
発泡金属２は、並びに方向性がなく不定形状をした無数のセルの集合構造となっており、各セルを形成する殻膜４，…，４の厚さは約０．０１〜０．３ｍｍである。
補強体３は、アルミニウムが若干の伸縮変形が可能な編目状に形成されたものであり、金属多孔体１では、アルミニウムの板材に千鳥状の切れ目が入れられ引き伸ばされて、菱形の網目状に加工されたエキスパンドメタルが使用される。
補強体３は、板状の発泡金属２の一方の面５に埋め込まれている。
発泡金属２には、アルミニウム、鉄、マグネシウム、亜鉛、錫、銅またはニッケル単体および少なくともこれらの何れかを含む合金によるものを使用することができる。
【００１０】
補強体３として、エキスパンドメタルではなく、線状のアルミニウムまたはアルミニウム合金を編んだ金網を使用してもよい。また、鋼材で形成されたエキスパンドメタルまたは金網を使用してもよい。
金属多孔体１は、発泡金属２と補強体３とから次のようにして製造される。
図３は金属多孔体１の製造方法の概要を示す図、図４は図３におけるＡ−Ａ断面のセル構造を示す図、図５は図３におけるＢ−Ｂ断面のセル構造を示す図、図６は金属多孔体１を補強体３側から見た平面図、図７は冷間プレス加工の概略を示す図である。
【００１１】
金属多孔体１の製造では、図３に示されるように、板状の発泡金属２は、その上方の面５に補強体３が重ねられて、１対の圧縮用ロール６ａ，６ｂに送られる。第４図に示されるように、金属多孔体１に加工される前の発泡金属２は、それぞれの殻膜４，…，４に欠陥を有してなくその内部の気孔が独立しており、補強体３が重ねられた面５ａとこれに対向する面５ｂとが、殻膜４，…，４によって不通となっている。
１対の圧縮用ロール６ａ，６ｂは、発泡金属２の板厚よりもその間隔が狭く、その間隔は、発泡金属２を構成する材料の応力と歪みとの関係を考慮し、発泡金属２にその降伏点に達する以上の歪みを生じさせるように圧縮可能に設定されている。発泡金属２には、圧縮用ロール６ａ，６ｂ間を進行するにつれてより大きな圧縮荷重が加わり、発泡金属２に生じる圧縮応力が弾性域を過ぎると一部の殻膜４から座屈変形が始まる。そして、座屈変形が大きい殻膜４の部分では、やがて破壊による多くの細かな亀裂７，…，７が生じて各殻膜４，４間で気孔が連通し、補強体３が重ねられた面５ａとこれに対向する面５ｂとの間に無数の連通路が形成される。
【００１２】
また、この処理では、補強体３と発泡金属２とを圧着し、補強体３を発泡金属２に埋め込むことも行われる（図６参照）。発泡金属２の上に重ねられた補強体３は、圧縮用ロール６ａ，６ｂ間を通過する際、圧縮用ロール６ａ，６ｂにより発泡金属２に押しつけられ、発泡金属２に埋め込まれていく。
補強体３の上に発泡金属２を重ね、圧縮用ロール６ａ，６ｂ間を通過させて圧着しても、同様の結果を得る。
製造された金属多孔体１は、図５に示されるように、補強体３が発泡金属２の上方の面５ａに圧着されて埋め込まれ、各殻膜４，…，４に生じた亀裂７，…，７により、それぞれの気孔を介して補強体３側の面５ａとこれに対向する面５ｂとが連通する。無数の気孔を介して一方の面５ａと他方の面５ｂとを連通させる連通路が数多く形成されることにより、金属多孔体１は、吸音材としての優れた機能を発揮する。
【００１３】
また、金属多孔体１は、一方の面５ａに補強体３が埋め込まれたことにより、曲げ加工時の割れを回避することができる。
表１は種々の条件で製造した金属多孔体１について曲げ加工を行った結果である。
【００１４】
【表１】
2009190200.tif 000003
【００１５】
表１における気孔率とは、
気孔率［％］＝（１−発泡金属１ｃｍ3の重量÷金属の比重）×１００  …（１）
で表される発泡金属２における空隙容積（気孔容積）の割合をいう。また、表１の「加工方法」の欄における「冷間ロール」は、図３に示される１対の圧縮用ロール６ａ，６ｂの間を通過させて圧縮を行う加工方法である。「冷間プレス」は、図７を参照して、発泡金属２を下にして補強体３と重ねて凹型８に収容し、補強体３の上からプレス金型９により補強体３を押圧して殻膜４，…，４に多くの細かな亀裂７，…，７を生じさせ、同時に補強体３を発泡金属２に圧着する加工方法である。
【００１６】
表１における「圧縮率（％）」は、圧縮加工前の発泡金属２の厚みＴ１に対する圧縮加工後の発泡金属２の厚みＴ２の割合である（図３参照）。
なお、以下の説明において、比較例１，２のように補強体３を有しない曲げ試験片については、便宜的に「発泡金属」といいまた「金属多孔体」ということがあるが、これらは発泡金属を指す同義のものである。
図８は曲げ試験装置１０の概略図、図９は実施例８における曲げ加工後の金属多孔体１の外観を示す図である。
【００１７】
曲げ試験装置１０は、一般に曲げ試験として行われるＶブロック法に用いられるものである。曲げ試験装置１０は、Ｖブロック１１、押金具１２および押金具降下装置からなる。
Ｖブロック１１は、上部に、互いに直交する（９０度で交わる）２つの傾斜面１３ａ，１３ｂで形成され断面がＶ字状のＶ字溝１４を有するブロックである。Ｖ字溝１４の長さは、曲げ試験片１９の折り曲げ長さよりも長い。なお、曲げ試験片１９の大きさは、長辺が４００ｍｍ、短辺が１００ｍｍ、厚さが表１の「金属多孔体の厚さ」欄に記載された値の板状体であり、折り曲げ長さは短辺の長さ、つまり１００ｍｍである。Ｖブロック１１は、鋳鉄により形成されている。傾斜面１３ａ，１３ｂが直交する部分には、曲げ試験時の応力集中を回避するための、湾曲面を底面とする溝１５を有する。
【００１８】
押金具１２は、下端に断面が略Ｖ字状の押圧部１６を有する。押圧部１６は、互いに直交する（９０度で交わる）２つの傾斜面１７ａ，１７ｂが交わる部分に、曲率半径が６ｍｍの押圧面１８を有する。押圧面１８の長さは、Ｖ字溝１４の長さに等しい。押金具１２は、鋳鉄により形成されている。
押金具降下装置は、上方にある押金具１２を、Ｖブロック１１に向けて一定速度で降下させる装置である。
曲げ試験は、Ｖブロック１１と押金具１２との間に、補強体３が埋め込まれた側の面５ａをＶブロック１１側に向けて曲げ試験片１９を置き、押金具１２の押圧面１８をＶブロック１１の溝１５に向けて一定速度で降下させて曲げ試験片１９を曲げることにより行われる。曲げ加工の評価は、曲げられた曲げ試験片１９に割れが生じているかどうかを目視で観察して行われる。
【００１９】
表１における実施例５と比較例１との対比、実施例６と比較例２との対比、および実施例１３，１４から、補強体３を発泡金属２に圧着して埋め込み発泡金属２と一体化させることにより、曲げ加工時の発泡金属２の割れが防止されることが判る。
曲げ加工では、金属多孔体１の押金具１２側には圧縮歪み（縮み）が生じ、外側（Ｖブロック１１側）には引っ張り歪み（伸び）が生ずる。補強体３を有しない金属多孔体（発泡金属）では、厚さ方向で均質であるから、曲げによって歪みが生じない面（発泡金属２内の仮想の面）である中立面は、金属多孔体の厚さ方向の中央の位置となる。
【００２０】
一方、補強体３が圧着された金属多孔体１は、補強体３の側を外側にした曲げ加工において、補強体３の単位厚さ当たりの引っ張り歪みが発泡金属２に比べて小さくなる。そのため、補強体３が圧着された金属多孔体１では、中立面は補強体３が圧着されていない金属多孔体よりも外側（Ｖブロック１１側）に位置し、中立面よりも外側に生ずる引っ張り歪みは、補強体３が圧着されていない金属多孔体における引っ張り歪みよりも小さくなる。発泡金属２は、圧縮歪みよりも引っ張り歪みによって破断し易い性質があるが、金属多孔体１は、圧着された補強体３を外側にして行う曲げ加工において発泡金属２に生ずる引っ張り歪みが小さく抑えられることにより、割れが発生しにくい。
【００２１】
ここで、曲げ加工において中立面を金属多孔体１の厚さ方向の中央の位置よりも外側に生じさせるには、金属多孔体１は、補強体３が発泡金属２に埋め込まれて一体化され、曲げ加工時には補強体３と発泡金属２とが一体で曲がるように形成されていることが必要である。この点、エキスパンドメタルまたは金網等のように、平面視において交差する無数の線で形成されてかつ空間が多く全体として網状の材料は、発泡金属２に埋め込まれた無数の交差する線が発泡金属に対してずれることなく一体に変形する（曲がる）。したがって、網状の材料を補強体３とする金属多孔体１では、発泡金属２の曲げ加工における外側において補強体３の存在により引っ張り歪みが抑制され、破断が回避される。
【００２２】
なお、ここでいう「平面視」とは、補強体３が圧着された側の面５ａを見たときの様子をいうものとする。
前述したように、補強体３には、菱形のエキスパンドメタルまたは金網のほか、他の形状のエキスパンドメタル（例えば亀甲型）、種々のパンチ形状のパンチングメタル等を使用することができる。
さらに、表１から、アルミニウム製の発泡金属１とアルミニウム製の補強体３とにより金属多孔体１を製造する場合には、気孔率が７０％以上９５％以下の発泡金属１を使用し、圧縮率を３０％以上６７％以下とすると、曲げ加工に対して割れの生じにくい金属多孔体１を得ることができることが判る。
【００２３】
また、このようなアルミニウム材料で金属多孔体１を構成する場合、表１から、圧縮加工後の発泡金属２の厚さを、２ｍｍ以上９ｍｍ以下とするのが好ましい。
表１は、特定の条件における曲げ試験の結果であるが、表１に示される評価は、割れ等の可能性がある他の状況下において使用される金属多孔体１にも当てはまる。特定の構造を有する補強体３が一方の面５ａに圧着され一体化された金属多孔体１は、そのような構造を有しない金属多孔体に比べて割れ、破断等が生じにくい。
図１０は金属多孔体により形成された吸音パイプ２０ａ，２０ｂの斜視図である。図１０において（ａ）は本発明に係る金属多孔体１により形成された吸音パイプ２０ａであり、（ｂ）は補強体３を有しない従来の金属多孔体で形成された吸音パイプ２０ｂである。
【００２４】
吸音パイプ２０ａは、長さ２０００ｍｍ、幅約４００ｍｍの金属多孔体１を、曲げ半径（曲率半径）を５ｍｍとして約１００ｍｍ間隔に３箇所で直角に曲げる加工を施し、１辺１００ｍｍ、長さ２０００ｍｍの角パイプとしたものである。突き合わせの端縁は、１辺が２０ｍｍのアングル材２１で固定されている。
吸音パイプ２０ａは、内部にグラスウールが詰められ、両端部にめっき鋼板のキャップが装着される。吸音パイプ２０ａは、複数が側面同士を密着させて、例えば、圧縮機等の騒音源の廻りに１列に並べられて囲い込み、騒音源からの騒音を吸収して周囲の環境を保全するために使用される。
【００２５】
従来の吸音パイプ２０ｂは、金属多孔体（発泡金属）が直角に曲げると割れを生じやすいことから、板状の金属多孔体を所定の寸法の板材２２，２２，２２，２２に切り分け、それぞれの板材２２，２２の突き合わせ部分を、アングル材２３，２３，２３，２３を用いてリベット等で機械的に接合して形成されていた。しかし、従来の吸音パイプ２０ｂでは、アングル材２３，２３，２３，２３で覆われた部分が吸音できないため、例えば１辺が２０ｍｍのアングル材２３，２３，２３，２３で組み立てられた１辺が１００ｍｍの吸音パイプ２０ｂの場合、各辺における吸音材の実効長さは６０ｍｍとなり、断面周長さの６０％しか吸音材として機能しない。
【００２６】
これに対し、本発明に係る金属多孔体１を使用した吸音パイプ２０ａは、アングル材２１等の接合材の使用を最小限に抑えることができるので、１辺の実効長さが長くなり、高い吸音効果を得ることができる。また、アングル材２１およびリベットまたはビス等の接合材の使用量が少なく、かつ接合等の作業量も少ないことから、従来の吸音パイプ２０ｂに比べて材料費が節減でき加工工数が削減できるので、製造コストを低減させることができる。吸音パイプ２０ａは、比較的小断面のダクト内吸音においても従来の吸音パイプ２０ｂに比べて吸音性能が大幅に向上し、かつ、製造コストの低減を図ることができる。
【００２７】
吸音材として使用される金属多孔体１は、その一方の面に圧着された補強体３における閉輪郭で形成された空間の総面積が大きいほど、吸音面積が大きく吸音効果が高い。このような補強体３にパンチングメタルを使用する場合、パンチ穴の形状は、閉輪郭を線で形成することができる六角形、四角形または三角形であることが好ましい。
上述の実施形態において、金属多孔体１、および金属多孔体１の各構成または全体の構造、形状、寸法、個数、材質などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、吸音材および断熱材等として使用される金属多孔体およびその製造方法に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は本発明に係る金属多孔体の概要を示す図である。
【図２】図２は発泡金属２部分平面図である。
【図３】図３は金属多孔体の製造方法の概要を示す図である。
【図４】図４は図３におけるＡ−Ａ断面のセル構造を示す図である。
【図５】図５は図３におけるＢ−Ｂ断面のセル構造を示す図である。
【図６】図６は金属多孔体を補強体側から見た平面図である。
【図７】図７は冷間プレス加工の概略を示す図である。
【図８】図８は曲げ試験装置の概略図である。
【図９】図９は実施例８における曲げ加工後の金属多孔体の外観を示す図である。
【図１０】図１０は吸音パイプの斜視図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  金属多孔体
２  発泡金属
３  補強体
４  殻膜
５ａ  一方の面（発泡金属の上方の面）
７  亀裂
【図１０】
2009190200.tif 000004
【図１】
2009190200.tif 000005
【図２】
2009190200.tif 000006
【図３】
2009190200.tif 000007
【図４】
2009190200.tif 000008
【図５】
2009190200.tif 000009
【図６】
2009190200.tif 000010
【図７】
2009190200.tif 000011
【図８】
2009190200.tif 000012
【図９】
2009190200.tif 000013