発泡金属成形体の製造方法、及び発泡金属成形体
【課題】成形体本体部が発泡部により形成されているとともに局部的に強度が求められる所定の部位が中実部により形成されている発泡金属成形体を容易に且つ低コストで製造可能な発泡金属成形体の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る発泡金属成形体の製造方法は、金属粉末と発泡剤粉末とを混合して混合粉末を調製し、同混合粉末から前駆体(11,21,31,41) を作製し、同前駆体(11,21,31,41) を発泡成形することにより、発泡部(14,24,34,44) と中実部(15,25,35,45) とを有する発泡金属成形体(16,26,36,46) を製造する製造方法であって、前記前駆体(11,21,31,41) の発泡成形時に、前記発泡部(14,24,34,44) を有する成形体本体部(18,28,38,48) と、同成形体本体部(18,28,38,48) の所定部位から延在し、前記中実部(15,25,35,45) により形成される中実延在部(19,29,39,49) とを一体に成形することに特徴を有する。
【解決手段】本発明に係る発泡金属成形体の製造方法は、金属粉末と発泡剤粉末とを混合して混合粉末を調製し、同混合粉末から前駆体(11,21,31,41) を作製し、同前駆体(11,21,31,41) を発泡成形することにより、発泡部(14,24,34,44) と中実部(15,25,35,45) とを有する発泡金属成形体(16,26,36,46) を製造する製造方法であって、前記前駆体(11,21,31,41) の発泡成形時に、前記発泡部(14,24,34,44) を有する成形体本体部(18,28,38,48) と、同成形体本体部(18,28,38,48) の所定部位から延在し、前記中実部(15,25,35,45) により形成される中実延在部(19,29,39,49) とを一体に成形することに特徴を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属粉末と発泡剤粉末とを混合して混合粉末を調製し、同混合粉末を圧粉成形して前駆体を作製し、同前駆体を加熱して発泡成形することにより発泡金属成形体を製造する製造方法に関し、特に、発泡部を有する成形体本体部から、中実部により形成される中実延在部が延在した発泡金属成形体を製造する製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発泡金属は、金属からなる母材中に無数の気泡（発泡セル）が形成された多孔質体であり、この発泡金属の成形体は、現在、各種構造材料、衝撃エネルギーを吸収する衝撃吸収材、吸音材（遮音材）、触媒担体等として様々な分野で利用されつつある。また一般に、発泡金属の母材としては、アルミニウム、マグネシウム、チタン、亜鉛、鉄、錫、鉛又はこれらを含む合金が提案されており、その中でも軽量化と高強度が図れるアルミニウム又はアルミニウムを含有する合金が多く用いられている。
【０００３】
このような発泡金属成形体を製造する方法の一例が、特許第２８９８４３７号公報（特許文献１）に記載されている。
前記特許文献１に記載されている発泡金属成形体の製造方法は、アルミニウム等の金属粉末と、水素化金属、炭酸塩、硫酸、水酸化物、有機物質の粉末等の発泡剤粉末（精錬材粉末）とを混合して混合粉末を調製し、その得られた混合粉末を熱間圧粉して前駆体（圧粉体）を作製する。得られた前駆体を冷却した後、同前駆体を所定の温度に予熱した炉内に投入し、同前駆体を発泡させる温度まで所定の昇温速度で加熱することによって発泡金属成形体が製造されている。
【０００４】
また、特許文献１には、前駆体の作製時に、金属粉末と発泡剤粉末とを混合した混合粉末から第１の層を形成するとともに、その第１の層の表裏両面に発泡剤粉末を含まない金属粉末のみからなる第２の層を形成することにより、発泡が生じる第１の層が金属粉末のみの第２の層に挟み込まれた前駆体を作製することが記載されている。このような３つの層を有する前駆体を加熱して発泡成形した場合、前記第１の層が発泡することによって形成された多孔質発泡層の表裏両面に、前記第２の層によって形成された多孔性の少ない表部層と底部層を有する成形体が製造される。このようにして得られた成形体は、成形体全体の強度を高めることができるとともに、表裏面側の前記表部層及び底部層が発泡を生じていないため、成形体表面を比較的平滑に形成することが可能となる。
【特許文献１】特許第２８９８４３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、例えばサッシやその他の建材製品においては、その材質として、強度が高く、また比較的低い温度にて押出成形が可能であり、更に、寸法精度が高く、複雑な形状にも容易に対応できる等の理由から、アルミニウム又はアルミニウムを主成分とする合金が多く用いられている。
【０００６】
また、このような建材製品においては、更なる軽量化を図るために、内部に無数の気泡が形成された発泡アルミニウム等の発泡金属を材質に用いることが考えられている。しかしながら、発泡金属の発泡部は、気泡が形成されていない金属の中実部に比べて強度が低く、例えばサッシにおいて、ガラス戸等の他の部材が取り付けられる取付部のような部位を発泡部で形成した場合には強度や耐久性の面で不安があった。そこで、このような局部的に強度が求められるサッシ等の製品では、製品の本体部を発泡金属の発泡部により形成して軽量化を図るとともに、強度が求められる部位のみを金属の中実部により形成することが考えられる。
【０００７】
しかしながら、このような所定の部位のみが中実部で形成される発泡金属成形体を、例えば前記特許文献１に記載されているような方法を用いて製造しようと試みた場合、特許文献１の製造方法では、発泡成形中に発泡部が全体的に膨張することから、前述のように発泡成形体の表裏面全体に多孔性の少ない層（中実部）を所定の厚さで設けることは可能であるものの、中実部を所定の部位のみに所望の形状に設けて発泡金属成形体を製造することは極めて困難であった。
【０００８】
特に、複雑な形状を有する発泡金属成形体を、一回の発泡成形工程によって製造する場合には、中実部を発泡金属成形体の所定部位のみに形成することは極めて難しく、更に、その中実部をサッシの取付部等のように複雑な形状を有するように形成することはできなかった。
【０００９】
なお、前記特許文献１には、発泡金属を同種又は異種の材料に接着、ろう接、溶接、ネジ止め等によって接合することが記載されている。このように発泡金属成形体を製造した後に、同発泡金属成形体とその他の材料とを接着等により接合することにより、例えばサッシの取付部等のような局部的に強度が求められる部位を後付けすることができる。これにより、成形体本体部を発泡部で形成するとともに、局部的に強度が求められる部位を金属の中実部で形成した製品を得ることも可能となる。
【００１０】
しかしながら、この場合、前駆体を発泡成形して発泡金属成形体を製造した後に、同発泡金属成形体にその他の材料を接合するための煩雑な作業が必要となるため、製造工程数が増大し、一般的な中実のアルミサッシ等の製品に比べて製造コストが大幅に増大するという問題があった。更に、発泡金属成形体とその他の異種材料とを接着やネジ止め等によって接合した場合、その製品をリサイクルする際に、発泡金属成形体とその他の材料とを分別することや、接着剤や取付ネジ等を取り除くことが必要となるため、リサイクルが困難になるという問題もあった。
【００１１】
本発明は上記従来の課題に鑑みてなされたものであって、その具体的な目的は、成形体本体部が発泡部により形成されているとともに局部的に強度が求められる所定の部位が中実部により形成されており、且つ、リサイクル性に優れた発泡金属成形体を容易に且つ低コストで製造することが可能な発泡金属成形体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明により提供される発泡金属成形体の製造方法は、基本的な構成として、母材となる金属粉末と発泡剤粉末とを混合して混合粉末を調製し、同混合粉末を圧粉成形して前駆体を作製し、同前駆体を金型に収容した状態で加熱し発泡成形することにより、気泡が形成された発泡部と気泡が形成されていない中実部とを有する発泡金属成形体を製造する発泡金属成形体の製造方法であって、前記前駆体の発泡成形時に、少なくとも前記発泡部を有する成形体本体部と、同成形体本体部の所定部位から延在し、前記中実部により形成される中実延在部とを一体に成形することを最も主要な特徴とするものである。
特に、本発明に係る発泡金属成形体の製造方法においては、前記成形体本体部の母材となる金属と、前記中実延在部の金属とに同じ材質の金属を使用することが好ましい。
【００１３】
このような本発明の製造方法における第１の態様としては、前記前駆体の作製時に、同前駆体内に前記発泡剤粉末を含有する発泡剤含有層と前記発泡剤粉末を含有しない発泡剤非含有層とを形成し、作製された前記前駆体を加熱することにより、前記前駆体の発泡剤含有層を発泡させて前記発泡部を形成するとともに、同発泡部を形成するときの発泡圧を利用して、溶融した前記発泡剤非含有層を前記金型のキャビティ内に展延させて前記中実部を形成し、同中実部により前記中実延在部を形成することにより、発泡金属成形体の製造が行われる。
【００１４】
この場合、前記発泡剤含有層の体積Ｖ１、前記発泡剤非含有層の体積Ｖ２、前記発泡金属成形体の体積Ｖｆ、前記発泡金属成形体の密度ρ、及び、母材となる金属の密度Ｃが、以下の関係式（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）を満足することが好ましい。
Ｖ１／Ｖｆ≧０．１ ・・・（Ａ）、
１≦Ｖ２／Ｖ１≦２ ・・・（Ｂ）、
Ｖ＝Ｃ×（Ｖ１＋Ｖ２）／ρ ・・・（Ｃ）。
【００１５】
また、本発明の製造方法における第２の態様としては、前記金型として、前記成形体本体部を成形する第１キャビティと、同第１キャビティに連続して形成され、前記中実延在部を成形する第２キャビティとを有する金型を使用し、前記前駆体の発泡成形時に、前記前駆体を母材となる金属の固相線温度以上の温度にて所定時間加熱することにより、前記発泡剤粉末の分解により生じる気泡を浮上させるとともに同気泡を成長させて前記第１キャビティ内に前記発泡部を形成するとともに、溶融した前記金属を自重により沈降させ、沈降した同溶融金属を前記前記発泡部の発泡圧により前記第２キャビティ内に展延させて前記中実延在部を形成することにより、発泡金属成形体の製造が行われる。
【００１６】
この場合、前記前駆体における前記発泡剤粉末の添加量Ａ、前記前駆体の体積Ｖｐ、及び、前記発泡金属成形体の体積Ｖｆが、以下の関係式（Ｄ）及び（Ｅ）を満足することが好ましい。
０．１≦Ａ≦４．０ ・・・（Ｄ）、
２０≦Ｖｐ／Ｖｆ≦５０ ・・・（Ｅ）。
【００１７】
更に、本発明の製造方法における第３の態様としては、前記金型として、前記成形体本体部を成形する第１キャビティと、前記中実延在部を成形する第２キャビティとを有し、前記第２キャビティには前記第１キャビティと連通する連通部が設けられ、前記連通部の断面における最小寸法Ｌが、前記発泡金属成形体内に形成される気泡の直径ｒよりも小さく設定された金型を使用し、前記前駆体の発泡成形時に、前記前駆体を前記金型の前記第１キャビティ内に収容した状態で加熱することにより、同第１キャビティ内で溶融した金属を発泡させて前記発泡部を形成するとともに、前記発泡部を形成するときの発泡圧を利用して同溶融金属の一部を前記第１キャビティから前記連通部を介して前記第２キャビティ内へ展延させるときに、前記溶融金属内の気泡を前記連通部にて破壊することにより前記第２キャビティ内に前記中実延在部を形成することにより、発泡金属成形体の製造が行われる。
【００１８】
更にまた、本発明の製造方法における第４の態様としては、前記金型として、前記成形体本体部を成形する第１キャビティと、同第１キャビティに連通して前記中実延在部を成形する第２キャビティと、母材となる金属を前記前駆体とは別の場所で溶融して貯溜し、その貯溜した溶融金属を前記前駆体の加熱時に前記第２キャビティ内に流し込むことが可能な押湯部とを有する金型を使用し、前記前駆体を発泡成形するときに、同前駆体を前記第１キャビティ内で発泡させて前記発泡部を形成するとともに、前記押湯部に貯溜した溶融金属を前記第２キャビティ内に流し込むことにより、同第２キャビティ内に前記中実延在部を形成することにより、発泡金属成形体の製造が行われる。
【００１９】
この場合、前記金型の前記押湯部内に、前記第２キャビティの容積の１０６％以上の容量で前記溶融金属を貯溜し、前記前駆体の加熱時に、前記押湯部内に貯溜した前記溶融金属を、４．０Ｐａ以上の押湯圧力を保持しながら前記第２キャビティ内に流し込むことが好ましい。
【００２０】
そして、本発明によれば、上記構成を有する発泡アルミニウム成形体の製造方法により製造された発泡金属成形体が提供される。
このような本発明の方法により製造された発泡金属成形体は、前記中実延在部が薄肉部分に設けられていることが好ましく、特に、前記中実延在部が０．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下の肉厚を有して形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る発泡金属成形体の製造方法は、前駆体を発泡成形するときに、発泡部を有する成形体本体部と、同成形体本体部の所定部位から延在し、前記中実部により形成される中実延在部とが一体に成形される。このような本発明の製造方法であれば、一回の発泡成形を行うことにより、例えばサッシ等の製品のように成形体本体部から延在し、且つ、局部的に高い強度を求められる延在部等の部位が中実部により構成された発泡金属成形体を容易に且つ低コストで製造することができる。しかも、本発明の製造方法は、中実延在部を所望の形状に容易に成形することができるため、サッシの取付部等のように複雑な形状を有する部位のみを局所的に中実に形成することも容易に可能となる。
【００２２】
特に、本発明によれば、接着剤や取付ネジ等を用いずに発泡部と中実延在部とが一体化した発泡金属成形体を製造できるため、例えば発泡部の母材となる金属と中実延在部の金属とに同じ材質の金属を使用することにより、リサイクル性に優れた発泡金属成形体が得られる。
【００２３】
なお、本発明における中実延在部とは、発泡金属成形体において、成形体本体部よりも肉厚が薄く、且つ、成形体本体部から突出するように延在して形成されている部位である。また、本発明において発泡金属成形体を製造する際に、同発泡金属成形体の成形体本体部は発泡部のみから形成することができ、或いは、発泡部と中実部とから形成することも可能である。この場合、発泡金属成形体の成形体本体部を発泡部のみから形成するときには、同成形体の中実延在部は発泡部の所定部位から延在するように形成される。また、発泡金属成形体の成形体本体部を発泡部と中実部とにより形成するときには、成形体の中実延在部は、成形体本体部における発泡部の部位、中実部の部位、及び発泡部と中実部の両方の部位の何れの部位からも延在させることが可能である。
【００２４】
このような本発明の製造方法において、第１の態様としては、前駆体の作製時に、同前駆体内に発泡剤粉末を含有する発泡剤含有層と発泡剤粉末を含有しない発泡剤非含有層とを形成し、その後、作製された前駆体を加熱することにより、前駆体の発泡剤含有層を発泡させて発泡部を形成する。それとともに、同発泡部を形成するときの発泡圧を利用して溶融した発泡剤非含有層を金型のキャビティ内に展延させ、同キャビティ内に発泡剤非含有層を充填することにより中実延在部を形成して、発泡金属成形体を製造する。
【００２５】
このような第１の態様に係る方法のように、発泡成形時に発泡剤含有層を発泡させるとともに、同発泡剤含有層を発泡させたときの発泡圧を利用して、溶融状態の発泡剤非含有層を展延させることにより発泡金属成形体を製造することによって、発泡部を有する成形体本体部と、同成形体本体部の所定部位から延在する中実延在部とが一体に成形され、且つ、同中実延在部が所定の部位から所望の形状を有するように成形された発泡金属成形体を容易に且つ低コストで製造することができる。
【００２６】
この場合、前記発泡剤含有層の体積Ｖ１、前記発泡剤非含有層の体積Ｖ２、前記発泡金属成形体の体積Ｖｆ、前記発泡金属成形体の密度ρ、及び、母材となる金属の密度Ｃが、以下の関係式（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）を満足するように前駆体を作製する。
Ｖ１／Ｖｆ≧０．１ ・・・（Ａ）、
１≦Ｖ２／Ｖ１≦２ ・・・（Ｂ）、
Ｖ＝Ｃ×（Ｖ１＋Ｖ２）／ρ ・・・（Ｃ）。
【００２７】
例えば前記中実延在部を０．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下の肉厚を有するような薄板状に成形して発泡金属成形体を製造する場合、金型のキャビティにおいて中実延在部を成形する空間部分が狭くなることから、発泡成形中に同キャビティ内を移動する溶融金属とキャビティ面との間における摩擦が大きくなる。このため、発泡成形中に発泡圧が適切に得られないときには、溶融した金属を中実延在部を成形するキャビティ内に充填させることができなくなる虞がある。
【００２８】
これに対して、前駆体の作製時に、上述のようにＶ１／Ｖｆが０．１以上で、且つ、Ｖ２／Ｖ１が２以下となるように前駆体が作製されていれば、体積Ｖ１の発泡剤含有層を発泡させることによって適切な発泡圧を確保することができる。これにより、同前駆体を発泡成形して例えば中実延在部が０．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下の肉厚を有するように発泡金属成形体を製造する場合であっても、発泡剤含有層から得られる発泡圧を利用することによって、溶融した発泡剤非含有層を容易に展延させてキャビティ内に確実に充填させることができる。このため、所望の形状を有する中実延在部を安定して形成することができる。
【００２９】
しかも、Ｖ２／Ｖ１が１以上となるように前駆体が作製されていることにより、同前駆体の発泡成形中に、発泡剤含有層内で形成された気泡が発泡剤非含有層内に、特に中実延在部内に侵入することを抑制できる。このため、中実延在部に気泡が形成されて同中実延在部の強度が低下することを防止することができる。
【００３０】
次に、本発明の製造方法における第２の態様としては、前記金型として、成形体本体部を成形する第１キャビティと、同第１キャビティに連続して形成され、中実延在部を成形する第２キャビティとを有する金型を使用する。更に、前駆体の発泡成形時に、前駆体を所定時間加熱することにより、発泡剤粉末の分解により生じる気泡を浮上させて第１キャビティ内に発泡部を形成する。それとともに、溶融した金属を自重により沈降させ、沈降した同溶融金属を発泡部の発泡圧により第２キャビティ内に展延させ、同第２キャビティ内に溶融金属を充填することにより、成形体本体部の所定部位に中実延在部を形成して、発泡金属成形体を製造する。
【００３１】
即ち、第２の態様に係る方法では、発泡成形中に気泡を第１キャビティ内に浮上させるとともに溶融金属を沈降させ、更に、そのときに生じる第１キャビティ内の発泡圧を利用することにより沈降した溶融金属を第２キャビティ内に展延させて発泡金属成形体を製造する。
【００３２】
これにより、発泡部を有する成形体本体部と、同成形体本体部の所定部位から延在する中実延在部とが一体に成形され、且つ、同中実延在部が所定の部位から所望の形状を有するように成形された発泡金属成形体を容易に且つ低コストで製造することができる。なお、第２の態様に係る方法を用いて発泡金属成形体を製造する場合は、溶融金属を沈降させて中実延在部を形成するため、同中実延在部が金型の底部側に形成される。
【００３３】
この場合、前記前駆体における発泡剤粉末の添加量Ａ、前駆体の体積Ｖｐ、及び、発泡金属成形体の体積Ｖｆが、以下の関係式（Ｄ）及び（Ｅ）を満足するように前駆体を作製する。
０．１≦Ａ≦４．０ ・・・（Ｄ）、
２０≦Ｖｐ／Ｖｆ≦５０ ・・・（Ｅ）。
【００３４】
上述のように発泡剤粉末の添加量Ａが０．１以上で、且つ、Ｖｐ／Ｖｆが２０以上となるように前駆体が作製されていれば、同前駆体を発泡成形するときに、金型の第１キャビティ内で適切な発泡圧を確保することができる。これにより、同前駆体を発泡成形して例えば中実延在部が０．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下の肉厚を有するように発泡金属成形体を製造する場合であっても、第１キャビティ内で生じる発泡圧を利用することによって、自重により沈降した溶融金属を第２キャビティ内に容易に展延させて確実に充填させることができる。このため、所望の形状を有する中実延在部を安定して形成することができる。
【００３５】
しかも、前駆体の作製時に、発泡剤粉末の添加量Ａが４．０以下で、且つ、Ｖｐ／Ｖｆが５０以下に制御されていることにより、発泡成形中に溶融金属内で形成された気泡を確実に浮上させて第１キャビティに移動させることができる。これにより、中実延在部内に気泡が侵入することを抑制して、中実延在部の強度が低下することを防止することができる。
【００３６】
また、本発明の製造方法における第３の態様としては、前記金型として、成形体本体部を成形する第１キャビティと、中実延在部を成形する第２キャビティとを有し、第２キャビティには第１キャビティと連通する連通部が設けられ、且つ、連通部の断面における最小寸法Ｌが、発泡金属成形体内に形成される気泡の直径ｒよりも小さく設定された金型を使用する。更に、前駆体の発泡成形時に、前駆体を金型の第１キャビティ内に収容した状態で加熱することにより、同第１キャビティ内で溶融した金属を発泡させて発泡部を形成する。それとともに、その発泡部を形成するときの発泡圧を利用して同溶融金属の一部を第１キャビティから連通部を介して第２キャビティ内へ展延させるときに、溶融金属内の気泡を、同気泡の直径ｒよりも断面における最小寸法Ｌが小さく設定された連通部にて破壊して溶融金属内からガスを放出する。そして、気泡が破壊された溶融金属を、第１キャビティ内の発泡圧を利用することにより第２キャビティ内に展延させて充填することにより中実延在部を形成して、発泡金属成形体を製造する。
【００３７】
このような第３の態様に係る方法を用いて発泡金属成形体を製造することによっても、発泡部を有する成形体本体部と、同成形体本体部の所定部位から延在する中実延在部とが一体に成形され、且つ、同中実延在部が所定の部位から所望の形状を有するように成形された発泡金属成形体を容易に且つ低コストで製造することができる。特に、この第３の態様に係る方法では、連通部の断面における最小寸法Ｌが気泡の直径ｒよりも小さく設定されているため、中実延在部内に気泡が形成又は浸入されることを防いで、中実延在部の強度が低下することを防止することができる。
【００３８】
なお、第３の態様における連通部の断面における最小寸法Ｌとは、連通部の断面を見たときに、その断面の中心を通る直線の中で最小の長さとなる直線の長さ寸法を意味しており、例えば連通部の断面が円形の場合は、その円の直径の長さが最小寸法Ｌとなり、また、連通部の断面が楕円形の場合は、その楕円の短径の長さが最小寸法Ｌとなる。
【００３９】
更に、本発明の製造方法における第４の態様としては、前記金型として、成形体本体部を成形する第１キャビティと、同第１キャビティに連通して中実延在部を成形する第２キャビティと、母材となる金属を前駆体とは別の場所で溶融して貯溜し、その貯溜した溶融金属を前駆体の加熱時に第２キャビティ内に流し込むことが可能な押湯部とを有する金型を使用する。更に、前駆体を発泡成形するときに、同前駆体を第１キャビティ内で発泡させて発泡部を形成する。それとともに、金型の押湯部に貯溜した溶融金属を第２キャビティ内に流し込んで充填することにより、同第２キャビティ内に中実延在部を形成して、発泡金属成形体を製造する。
【００４０】
このような第４の態様に係る方法を用いて発泡金属成形体を製造することによっても、発泡部を有する成形体本体部と、同成形体本体部の所定部位から延在する中実延在部とが一体に成形され、且つ、同中実延在部が所定の部位から所望の形状を有するように成形された発泡金属成形体を容易に且つ低コストで製造することができる。
【００４１】
この場合、金型の押湯部内に、第２キャビティの容積の１０６％以上の溶融金属を貯溜し、更に、前駆体の加熱時に、その押湯部内に貯溜した溶融金属を、４．０Ｐａ以上の押湯圧力を保持しながら第２キャビティ内に流し込んで発泡金属成形体を製造する。
【００４２】
このように押湯部内に貯溜して第２キャビティ内に流し込む溶融金属の容量を第２キャビティの容積の１０６％以上と多く設定することにより、同溶融金属を第２キャビティに充填した後に同第２キャビティ内で冷却するときに、溶融金属が凝固することにより体積収縮が生じても、その収縮量を補って所望の形状を有する中実延在部を安定して形成することができる。
【００４３】
また、押湯部内に第２キャビティの容積の１０６％以上の容量で貯溜した溶融金属を、４．０Ｐａ以上の押湯圧力を保持しながら第２キャビティ内に流し込むことにより、同溶融金属を第２キャビティ内に確実に充填して中実延在部を安定して形成することができる。これにより、発泡金属成形体の中実延在部に鋳造欠陥が発生することを防いで、中実延在部の強度が低下することを防止することができる。
【００４４】
そして、上述のような本発明の発泡金属成形体の製造方法により製造された発泡金属成形体は、発泡部を有する軽量化された成形体本体部と、同成形体本体部の所定部位から延在して所望の形状を有する中実延在部とを一体に有しており、所定部分の強度が中実延在部により高められた発泡金属成形体となる。更に、本発明の発泡金属成形体は、接着剤や取付ネジ等を用いずに成形体本体部と中実延在部とが一体化されているため、リサイクル性に優れている。
【００４５】
また、本発明の発泡金属成形体では、前記中実延在部が薄肉部分に好適に設けられており、特に、０．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下の肉厚を有する薄肉部分に好適に設けられている。このように成形体の薄肉部分が中実延在部により形成されていれば、同薄肉部分の強度を確実に向上させることができる。従って、本発明の発泡金属成形体は、例えばサッシの取付部等のように、薄肉に形成され、且つ、強度や耐久性が求められる部位を有する製品に極めて有効に適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下で説明する各実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明と実質的に同一な構成を有し、かつ、同様な作用効果を奏しさえすれば、多様な変更が可能である。例えば、本発明において、金属粉末と発泡剤粉末とを混合して混合粉末を作製する混合工程における具体的な方法や条件は特に限定されず、任意に変更することが可能である。
【００４７】
（第１の実施形態）
先ず、本発明の第１の実施形態に係る発泡金属成形体の製造方法について説明する。
第１の実施形態に係る製造方法は、母材となる金属粉末と発泡剤粉末とを混合して混合粉末を調製する混合工程と、同混合工程にて得られた混合粉末を圧粉成形することにより前駆体を作製する圧粉成形工程と、同圧粉成形工程にて得られた前駆体を加熱して発泡成形することにより発泡金属成形体を製造する発泡成形工程とを有している。以下、各工程について順を追って詳細に説明する。
【００４８】
第１の実施形態における混合工程では、金属粉末と発泡剤粉末とを混合することにより、前駆体において発泡剤含有層を形成する混合粉末（第１粉末）を調整し、更に、発泡剤非含有層を形成する第２粉末を第１粉末とは別に準備する。
【００４９】
このとき、第１粉末に含有させる金属粉末としては、アルミニウム、マグネシウム、チタン、亜鉛、鉄、錫、鉛、又はこれらの少なくとも１種を含む合金の粉末が用いられる。この第１の実施形態では、発泡金属成形体の軽量化及び高強度化を図るために、アルミニウム粉末又はアルミニウムを含有する合金粉末が用いられており、特に、純アルミニウム粉末、又は、Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金、若しくはＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の粉末等が好適に使用される。
【００５０】
また、第１粉末に含有させる前記発泡剤粉末としては、ＴｉＨ2、ＭｇＨ2、ＺｒＨ4等の水酸化金属系発泡剤、ＣａＣＯ3、ＣａＭｇ（ＣＯ3）2等の炭酸塩系発泡剤、及びＡｌ（ＯＨ2）等の水酸化物系発泡剤等の各種発泡剤の粉末が用いられ、特に水酸化金属系発泡剤の粉末（その中でもＴｉＨ2粉末）が好適に用いられる。このような粉末を発泡剤粉末として用いることにより、後述する発泡成形工程にて前駆体を発泡成形するときに、適切な発泡圧を確実に確保することができる。
【００５１】
更に、第１粉末の調製においては、上述の金属粉末と発泡剤粉末とを混合する他に、金属カルシウムやシリコンカーバイド等の増粘剤、ＳｉＯ2やＴｉＢ2等の表面平滑剤、及び、Ａｌ2Ｏ3等の安定化剤等が必要に応じて加えられて混合される。なお、第１粉末の調製においては、各粉末を均一に混合することができれば、その混合方法等は特に限定されない。
【００５２】
一方、発泡剤非含有層を形成する第２粉末しては、アルミニウム、マグネシウム、チタン、亜鉛、鉄、錫、鉛、又はこれらの少なくとも１種を含む合金の粉末が用いられる。なお、この第１の実施形態では、第２粉末として第１粉末に含有させる金属粉末と同じ材質の金属粉末が用いられている。これにより、発泡金属成形体を製造したときに、発泡部と中実部とを同質の材料で形成することができるため、リサイクル性に優れた発泡金属成形体を得ることができる。
【００５３】
なお、この第２粉末にも、前記第１粉末と同様に、金属カルシウムやシリコンカーバイド等の増粘剤、ＳｉＯ2やＴｉＢ2等の表面平滑剤、及び、Ａｌ2Ｏ3等の安定化剤等を必要に応じて添加することができる。特に、第２粉末に増粘剤等を添加する場合には、第１粉末に添加したものと同じ添加剤を、第１粉末と同じ割合で添加することが好ましい。
【００５４】
次に、前記圧粉成形工程では、上述の混合工程で調製した第１粉末から形成される発泡剤含有層と、第２粉末から形成される発泡剤非含有層とを有する前駆体を作製する。具体的には、例えばプレス装置の成形型内に第２粉末を充填した後、同第２粉末の上に第１粉末を充填し、更にこれらの粉末を室温でプレスすることにより、第２粉末から形成された発泡剤非含有層と、同発泡剤非含有層の上に第１粉末から形成された発泡剤含有層の２つの層を有する冷間圧粉体を作製する。
【００５５】
続いて、得られた冷間圧粉体を例えば３００℃以上５００℃以下の温度まで加熱した後、押出プレスを行って所定の形状に成形する。このとき、金属粉末の表面に形成された酸化膜が破壊されるとともに、金属粉末同士がせん断変形力により互いに結合する。これにより、図１（ａ）に示すような発泡剤含有層１１ａと発泡剤非含有層１１ｂの２つの層を有する二層前駆体１１が作製される。
【００５６】
このとき、第１の実施形態では、二層前駆体１１における発泡剤含有層１１ａの体積Ｖ１及び発泡剤非含有層１１ｂの体積Ｖ２、同二層前駆体１１から得られる発泡金属成形体１６の体積Ｖｆ及び密度ρ、並びに、母材となる金属の密度Ｃが、以下の関係式（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）を満足するように二層前駆体１１を作製する。
Ｖ１／Ｖｆ≧０．１ ・・・（Ａ）、
１≦Ｖ２／Ｖ１≦２ ・・・（Ｂ）、
Ｖ＝Ｃ×（Ｖ１＋Ｖ２）／ρ ・・・（Ｃ）。
【００５７】
例えば、前記混合工程及び圧粉成形工程を通して作製される二層前駆体１１において、Ｖ１／Ｖｆの値が０．１よりも小さい場合、又は、Ｖ２／Ｖ１の値が２よりも大きい場合には、後述する発泡成形工程において二層前駆体１１の発泡成形を行ったときに、発泡剤含有層１１ａが発泡することによって得られる発泡圧が不十分となり、金型１２のキャビティ１３内に溶融金属（特に、中実延在部を形成する溶融金属）を安定して充填できなくなる虞がある。また、Ｖ２／Ｖ１の値が１よりも小さい場合には、発泡成形時に中実延在部を構成する部分にも気泡が侵入し易くなり、同中実延在部の強度を低下させる虞がある。
【００５８】
これに対して、上記関係式（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）を満足するように二層前駆体１１を作製することにより、発泡成形時に適切な発泡圧を安定して確保できるため、溶融金属をキャビティ１３内に確実に充填させて所望の形状を有する発泡金属成形体１６を安定して製造することができる。更に、発泡成形時に中実延在部１９を構成する部分に気泡が侵入することを抑制できるため、同中実延在部１９の強度が気泡に形成により低下することを防止できる。
【００５９】
次に、前記発泡成形工程では、上述の圧粉成形工程にて得られた二層前駆体１１を、図１（ａ）に示すように、発泡剤非含有層１１ｂが発泡剤含有層１１ａよりも中実延在部１９を成形する領域側に配されるように金型１２のキャビティ１３内に収容し、同金型１２を密閉する。このとき、発泡成形工程に用いられる金型１２のキャビティ１３は、発泡金属成形体１６の成形体本体部１８を成形する領域と、その成形体本体部１８の所定部位から延在する中実延在部１９を成形する領域とを有している。従って、例えば中実延在部１９が０．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下の肉厚を有するように発泡金属成形体１６を製造する場合には、キャビティ１３の中実延在部１９を成形する空間部分が、その中実延在部１９の肉厚の大きさ応じて狭く形成される。
【００６０】
また、この発泡成形工程に用いられる金型１２のキャビティ面には、二層前駆体１１を構成する物質と反応することなく、且つ、気体が通過可能な多孔質の表面処理が施されている。キャビティ面に施される前記表面処理としては、例えばＣｒ系皮膜処理、Ｓｉ系皮膜処理、窒化処理等を用いることができる。
【００６１】
このように金型キャビティ面にＣｒ系皮膜処理等の表面処理を行うことにより、キャビティ面に離型剤を塗布することなく発泡成形を行うことができるため、発泡金属成形体の表面に離型剤の粉末形状が転写されることがなく、より平滑な成形体表面を容易に得ることが可能となる。更に、このようにキャビティ面に気体が通過可能な多孔質の表面処理層が形成されていれば、同表面処理層を介してキャビティ内の空気を金型の分割面に移動させて、その空気を金型分割面から金型の外部に排出させることが可能となる。
【００６２】
その後、二層前駆体１１が上述のように収容された金型１２を加熱炉に投入し、更に、二層前駆体１１を金型１２内に収容した状態で、母材となる金属の固相線温度よりも高い温度に設定された発泡温度まで加熱する。これにより、二層前駆体１１内の発泡剤含有層１１ａ及び発泡剤非含有層１１ｂでは金属粉末を溶融させるとともに、発泡剤含有層１１ａでは発泡剤粉末から発生した発泡ガスにより溶融金属内で気泡（発泡セル）１７を形成して成長させることによって、発泡を生じさせる。
【００６３】
このとき、第１の実施形態におけるに二層前駆体１１は、上述のように上記関係式（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）を満足するように形成されているため、二層前駆体１１の発泡剤含有層１１ａが図１（ｂ）に示すように発泡することにより、適切な発泡圧を安定して確保することができる。
【００６４】
このように適切な発泡圧が得られることにより、発泡剤含有層１１ａを膨張させて金型内に充填させるとともに、発泡剤粉末を含まない溶融した発泡剤非含有層１１ｂも発泡剤含有層１１ａから、図１（ｂ）の矢印の方向に発泡圧を受けるため、同発泡剤非含有層１１ｂを金型１２のキャビティ１３内に展延させて確実に充填させることができる。
【００６５】
特に、第１の実施形態では、二層前駆体１を発泡成形して例えば中実延在部が０．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下の薄い肉厚を有するように発泡金属成形体を製造する場合であっても、発泡剤含有層１１ａから得られる発泡圧を利用することによって、溶融した発泡剤非含有層１１ｂをキャビティ１３内に展延させて安定して充填させることができる。なお、このとき、溶融した発泡剤非含有層１１ｂの発泡剤含有層１１ａ側近傍に、気泡が発泡剤含有層１１ａから侵入して形成されることもある。
【００６６】
そして、発泡剤含有層１１ａと発泡剤非含有層１１ｂとを金型１２のキャビティ１３内に充填させた後、これらの溶融している発泡剤含有層１１ａ及び発泡剤非含有層１１ｂを冷却して凝固させる。
【００６７】
このとき、例えば金型１２を加熱炉から取り出し、同金型１２に対してノズルから水を噴霧することにより、発泡剤含有層１１ａ及び発泡剤非含有層１１ｂの表面を１０℃／ｓ以上の冷却速度にて急冷する。このように発泡体表面が１０℃／ｓ以上の冷却速度にて急冷されることにより、金属の凝固収縮に起因して成形体表面に凹部が形成されることを効果的に防止することができるため、成形体表面を平滑に形成することができる。
【００６８】
更に、発泡剤含有層を急冷することにより、同発泡剤含有層内の各気泡が互いに連結することも防止できるため、微細なセル組織を安定して形成することができる。なお、この冷却処理では、発泡温度から発泡体が完全に凝固する温度（例えば５００℃）までの温度域にて水の噴霧による急冷を行うことが効果的であり、凝固温度よりも低い温度域では、水の噴霧による急冷を続けても良く、急冷から放冷に切り換えて冷却を行っても良い。
【００６９】
このような冷却を行って発泡剤含有層１１ａと発泡剤非含有層１１ｂとをそれぞれ凝固させることにより、図１（ｃ）に示したように、発泡した発泡剤含有層１１ａから形成される発泡部１４と、展延した発泡剤非含有層１１ｂから形成される中実部１５とが一体に成形された所望の形状を有する発泡金属成形体１６を製造することができる。
【００７０】
そして、このようにして製造された発泡金属成形体１６は、図１（ｄ）に示したように、発泡部１４と中実部１５とにより形成される成形体本体部１８と、同成形体本体部１８の所定部位から延在し、中実部１５により形成される２つの中実延在部１９とを一体に有している。また、同発泡金属成形体１６は、前述のように発泡剤非含有層１１ｂの発泡剤含有層１１ａ側近傍に気泡１７が形成されることはあるものの、発泡成形時の発泡圧が適切に制御されているため、２つの中実延在部１９内に気泡１７が形成されることは実質的になく、中実延在部１９の強度低下が生じることを防止している。
【００７１】
以上のように、第１の実施形態に係る発泡金属成形体の製造方法によれば、一回の発泡成形を行うことによって、製造する成形体の寸法や形状が制限されることなく、成形体本体部１８と中実延在部１９とが一体に成形された発泡金属成形体１６を安定して得ることができる。このため、製造工程の簡略化や製造コストの削減を容易に達成することができる。
【００７２】
特に、第１の実施形態の製造方法では、発泡剤含有層１１ａにて生じる発泡圧を利用することにより、溶融した発泡剤非含有層１１ｂをキャビティ１３内に展延により充填させて中実延在部１９を成形している。このため、中実延在部１９を成形体本体部１８の所定の部位に意図的に形成できるとともに、同中実延在部１９を所望の形状に、例えば０．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下の肉厚を有する薄肉の形状に容易に形成することができる。
【００７３】
そして、この第１の実施形態において得られた発泡金属成形体１６は、成形体本体部１８が気泡を有する発泡部１４と僅かの中実部１５とにより形成されているため、軽量化されているとともに、例えば肉厚が０．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下となる薄肉の部位等の中実延在部１９が中実部１５により形成されているため、当該中実延在部１９の強度や耐久性を確実に向上させることができる。
【００７４】
また、同発泡金属成形体１６は、接着剤や取付ネジ等を用いずに成形体本体部１８と中実延在部１９とが一体化されており、且つ、発泡部１４と中実部１５とが同質の材料で形成されているため、安価でリサイクル性にも優れている。従って、このような発泡金属成形体１６は、サッシ等のような軽量の製品に極めて有効に適用することができる。
【００７５】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る発泡金属成形体の製造方法について説明する。
第２の実施形態に係る製造方法は、母材となる金属粉末と発泡剤粉末とを混合して混合粉末を調製する混合工程と、同混合工程にて得られた混合粉末を圧粉成形することにより前駆体を作製する圧粉成形工程と、同圧粉成形工程にて得られた前駆体を加熱して発泡成形することにより発泡金属成形体を製造する発泡成形工程とを有している。
【００７６】
第２の実施形態における混合工程では、金属粉末と発泡剤粉末とを均一に混合して、前駆体を作製するための混合粉末を調製する。
前記金属粉末としては、アルミニウム、マグネシウム、チタン、亜鉛、鉄、錫、鉛、又はこれらの少なくとも１種を含む合金の粉末が用いられる。この第２の実施形態では、前記第１の実施形態と同様に、アルミニウム粉末又はアルミニウムを含有する合金粉末が好適に用いられる。
【００７７】
また、前記発泡剤粉末としては、ＴｉＨ2、ＭｇＨ2、ＺｒＨ4等の水酸化金属系発泡剤、ＣａＣＯ3、ＣａＭｇ（ＣＯ3）2等の炭酸塩系発泡剤、及びＡｌ（ＯＨ2）等の水酸化物系発泡剤等の各種発泡剤の粉末が用いられ、特に水酸化金属系発泡剤の粉末（その中でもＴｉＨ2粉末）が好適に用いられる。更に、この混合工程では、上述の金属粉末と発泡剤粉末とを混合する他に、増粘剤、表面平滑剤、及び、安定化剤等が必要に応じて加えられて混合される。なお、この混合粉末の調製においては、各粉末を均一に混合することができれば、その混合方法等は特に限定されるものではない。
【００７８】
次に、前記圧粉成形工程では、上述の混合工程で調製した混合粉末を室温でプレスして冷間圧粉体を作製する。続いて、得られた冷間圧粉体を例えば３００℃以上５００℃以下の温度まで加熱した後、押出プレスを行って所定の形状に成形する。これにより、前駆体が作製される。
【００７９】
この場合、第２の実施形態では、上述の混合工程及び圧粉成形工程を通して、発泡剤粉末の添加量Ａ、前駆体の体積Ｖｐ、及び、発泡金属成形体の体積Ｖｆが、以下の関係式（Ｄ）及び（Ｅ）を満足するように前駆体を作製する。
０．１≦Ａ≦４．０ ・・・（Ｄ）、
２０≦Ｖｐ／Ｖｆ≦５０ ・・・（Ｅ）。
【００８０】
例えば、混合工程及び圧粉成形工程を通して作製される前駆体において、発泡剤粉末の添加量Ａが０．１よりも小さい場合、又は、Ｖｐ／Ｖｆの値が２０よりも小さい場合には、後述する発泡成形工程において前駆体の発泡成形を行ったときに発泡圧が不十分となり、金型のキャビティ内に溶融金属（特に、中実延在部を形成する溶融金属）を安定して充填できなくなる虞がある。また、発泡剤粉末の添加量Ａが４．０よりも大きい場合、又は、Ｖｐ／Ｖｆの値が５０よりも大きい場合には、発泡成形時に中実延在部を構成する部分にも気泡が侵入してしまい、同中実延在部の強度を低下させる虞がある。
【００８１】
これに対して、混合工程及び圧粉成形工程を通して上記関係式（Ｄ）及び（Ｅ）を満足するように前駆体を作製することにより、発泡成形時に適切な発泡圧を安定して確保できるため、溶融金属をキャビティ内に確実に充填させて所望の形状を有する発泡金属成形体を安定して製造することができる。更に、発泡成形時に、中実延在部を構成する部分に気泡が侵入することを抑制できるため、中実延在部の強度が低下することを防止できる。
【００８２】
次に、前記発泡成形工程では、上述の圧粉成形工程にて得られた前駆体２１を、図２（ａ）に示すように金型２２内に収容し、同金型２２を密閉する。このとき、発泡成形工程に用いられる金型２２は、成形体本体部２８を成形する第１キャビティ２３ａと、同第１キャビティ２３ａの下部に連続して形成され、中実延在部２９を成形する第２キャビティ２３ｂとを有している。また、この発泡成形工程に用いられる金型２２のキャビティ面には、前記第１の実施形態と同様に、前駆体２１を構成する物質と反応することなく、且つ、気体が通過可能な多孔質の表面処理が施されている。
【００８３】
その後、前駆体２１を収容した金型２２を加熱炉に投入し、同前駆体２１を金型２２内に収容した状態で、母材となる金属の固相線温度よりも高い温度に設定された発泡温度まで加熱する。これにより、前駆体２１に含有させた金属粉末を溶融させるとともに、発泡剤粉末から発生した発泡ガスにより溶融金属内で気泡（発泡セル）２７を形成して成長させることによって、発泡を生じさせる。
【００８４】
このとき、第２の実施形態では、例えば前駆体２１を緩やかに加熱し、更に金属の固相線温度よりも高い温度にて所定時間加熱保持することにより、溶融金属内に形成される気泡２７を成長させながら、図２（ｂ）に示すように、溶融金属内の気泡２７をその浮力により上方に浮上させるとともに、溶融金属をその自重により下方に沈降させる。
【００８５】
更に、この第２の実施形態におけるに前駆体２１は、上述のように上記関係式（Ｄ）及び（Ｅ）を満足するように形成されているため、溶融金属内に気泡２７が形成されて成長することにより、適切な発泡圧を安定して確保することができる。
【００８６】
このように適切な発泡圧が得られることにより、図２（ｃ）に示すように、気泡２７が内部に形成されている溶融金属を金型２２の第１キャビティ２３ａ内に確実に充填させるとともに、沈降した気泡を含まない溶融金属が発泡圧を受けることにより、同溶融金属を金型２２の第２キャビティ２３ｂ内に展延させて確実に充填させることができる。
【００８７】
特に、第２の実施形態では、前駆体２１を発泡成形して例えば中実延在部２９が０．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下の薄い肉厚を有するように発泡金属成形体２６を製造する場合であっても、適切な発泡圧が安定して確保できるため、溶融金属を金型２２の第２キャビティ２３ｂ内に展延させて、安定して充填させることができる。
【００８８】
そして、図２（ｃ）に示したように金型２２の第１及び第２キャビティ２３ａ，２３ｂ内に溶融金属を充填させた後、同溶融金属を冷却して凝固させる。このとき、例えば金型２２を加熱炉から取り出し、同金型２２に対してノズルから水を噴霧することにより、溶融金属の表面を１０℃／ｓ以上の冷却速度にて急冷する。
【００８９】
このような冷却を行って溶融金属を凝固させることにより、図２（ｃ）に示したように、金型２２の上部側に形成される発泡部２４と、金型の下部側（底部側）に形成される中実部２５とが一体に成形された所望の形状を有する発泡金属成形体２６を製造することができる。
【００９０】
そして、このようにして製造された発泡金属成形体２６は、図２（ｄ）に示したように、発泡部２４と中実部２５とにより形成される成形体本体部２８と、同成形体本体部２８から延在し、中実部２５により形成される中実延在部２９とを一体に有している。
【００９１】
また、同発泡金属成形体２６は、上記関係式（Ｄ）及び（Ｅ）を満足するように作製された前駆体２１から製造されているため、発泡成形時の発泡圧が適切に制御されており、中実延在部２９内に気泡２７が形成されることはなく、中実延在部１９の強度低下が生じることを防止している。
【００９２】
以上のように、第２の実施形態に係る発泡金属成形体の製造方法によれば、一層の前駆体２１の加熱条件を制御して一回の発泡成形を行うことによって、気泡２７の浮上と溶融金属の沈降とを生じさせて成形体本体部２８と中実延在部２９とが一体に成形された発泡金属成形体２６を容易に得ることができる。
【００９３】
特に、第２の実施形態の製造方法では、発泡圧を利用することによって、溶融金属を第２キャビティ２３ｂ内に展延により充填させて中実延在部２９を成形しているため、同中実延在部２９を所定の部位で所望の形状に、例えば０．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下の肉厚を有する薄肉の形状に容易に形成することができる。
【００９４】
そして、この第２の実施形態において得られた発泡金属成形体２６も、前記第１の実施形態と同様に、軽量であるとともに、中実延在部２９により所定部分の強度や耐久性を確実に向上させることができる。また、同発泡金属成形体２６は、接着剤や取付ネジ等を用いずに成形体本体部２８と中実延在部２９とが一体化されており、且つ、発泡部２４と中実部２５とが同質の材料で形成されているため、安価でリサイクル性にも優れている。
【００９５】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る発泡金属成形体の製造方法について説明する。
第３の実施形態に係る製造方法は、母材となる金属粉末と発泡剤粉末とを混合して混合粉末を調製する混合工程と、同混合工程にて得られた混合粉末を圧粉成形することにより前駆体を作製する圧粉成形工程と、同圧粉成形工程にて得られた前駆体を加熱して発泡成形することにより発泡金属成形体を製造する発泡成形工程とを有している。
【００９６】
第３の実施形態における混合工程では、金属粉末と発泡剤粉末とを均一に混合して、前駆体を作製するための混合粉末を調製する。なお、第３の実施形態の混合工程において用いられる金属粉末等は、前記第２の実施形態と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
【００９７】
次に、前記圧粉成形工程では、上述の混合工程で調製した混合粉末を室温でプレスして冷間圧粉体を作製する。続いて、得られた冷間圧粉体を例えば３００℃以上５００℃以下の温度まで加熱した後、押出プレスを行って所定の形状に成形する。これにより、前駆体が作製される。
【００９８】
更に、前記発泡成形工程では、上述の圧粉成形工程にて得られた前駆体３１を、図３（ａ）に示すように金型３２内に収容し、同金型３２を密閉する。
このとき、発泡成形工程に用いられる金型３２は、成形体本体部を成形する第１キャビティ３３ａと、中実延在部を成形する第２キャビティ３３ｂとを有している。また、第２キャビティ３３ｂには、第１キャビティ３３ａと連通する連通部３３ｃが設けられている。特に、第３の実施形態において用いられる金型３２は、連通部３３ｃの断面における最小寸法Ｌが、製造される発泡金属成形体３６内の気泡３７の直径ｒよりも小さく設定されて形成されている。また、この金型３２のキャビティ面には、前記第１の実施形態等と同様に、前駆体３１を構成する物質と反応することなく、且つ、気体が通過可能な多孔質の表面処理が施されている。
【００９９】
このような金型３２内に前駆体３１を収容した後、その前駆体３１を収容した金型３２を加熱炉に投入して、同前駆体３１を母材となる金属の固相線温度よりも高い温度に設定された発泡温度まで加熱する。これにより、前駆体３１に含有させた金属粉末を溶融させるとともに、発泡剤粉末から発生した発泡ガスにより溶融金属内で気泡３７を形成して成長させる。これによって、前駆体３１に発泡を生じさせて溶融金属を膨張させる。
【０１００】
その後、溶融金属は、発泡が進むことにより第１キャビティ３３ａ内に充填されるとともに連通部３３ｃに進入し、更に、同溶融金属が発泡圧を受けることにより、図３（ｂ）に示すように連通部３３ｃを介して第２キャビティ３３ｂ内に展延する。
【０１０１】
このとき、金型３２の連通部３３ｃは、その断面における最小寸法Ｌが上述のように気泡３７の直径ｒよりも小さく設定されて形成されているため、溶融金属が連通部３３ｃ内に展延するときに、同溶融金属内に形成されている気泡３７が、図４に示すように溶融金属の表面に表出する。
【０１０２】
更に、金型３２のキャビティ面には、上述のように気体が通過可能な多孔質の表面処理層が形成されているため、溶融金属が連通部３３ｃ内を展延するときに気泡３７が溶融金属表面に表出することにより、気泡３７内の発泡ガスがキャビティ面の表面処理層を介して外部に放出され、溶融金属内で気泡３７が破壊される。その結果、溶融金属は、その内部に気泡３７が形成されていない中実の状態で第２キャビティ３３ｂ内に展延して充填される。
【０１０３】
なお、この第３の実施形態においては、金型３２の連通部３３ｃの断面における最小寸法Ｌが気泡３７の直径ｒよりも大きく形成されている場合には、第２キャビティ３３ｂ内に充填される溶融金属内に気泡３７が残存してしまうが、金型３２の連通部３３ｃの断面における最小寸法Ｌ、更には、同連通部３３ｃの長さ方向における長さ寸法や発泡成形時の発泡圧を制御することによって、溶融金属が連通部３３ｃ内を展延するときに同溶融金属内の気泡３７をより確実に破壊することができる。
【０１０４】
そして、図３（ｃ）に示したように金型３２の第１及び第２キャビティ３３ｂ内に溶融金属を充填させた後、同溶融金属を冷却して凝固させることにより、発泡部３４と、同発泡部３４の上方に形成された中実部３５とが一体に成形されており、しかも、肉厚が例えば０．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下となるような所望の形状を有する発泡金属成形体３６を製造することができる。
【０１０５】
このようにして製造された発泡金属成形体３６は、図３（ｄ）に示したように、発泡部３４により形成される成形体本体部３８と、同成形体本体部３８から延在し、中実部３５により形成される中実延在部３９とを一体に有している。また、この発泡金属成形体３６は、前記第１の実施形態等と同様に、軽量であるとともに、中実延在部３９により所定部分の強度や耐久性を確実に向上させることができる。
【０１０６】
更に、同発泡金属成形体３６は、接着剤や取付ネジ等を用いずに成形体本体部３８と中実延在部３９とが一体化されており、且つ、発泡部３４と中実部３５とが同質の材料で形成されているため、安価でリサイクル性にも優れている。
【０１０７】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る発泡金属成形体の製造方法について説明する。
第４の実施形態に係る製造方法は、母材となる金属粉末と発泡剤粉末とを混合して混合粉末を調製する混合工程と、同混合工程にて得られた混合粉末を圧粉成形することにより前駆体を作製する圧粉成形工程と、同圧粉成形工程にて得られた前駆体を加熱して発泡成形するとともに溶融金属を流し込むことにより発泡金属成形体を製造する発泡成形工程とを有している。
【０１０８】
第４の実施形態における混合工程では、金属粉末と発泡剤粉末とを均一に混合して、前駆体を作製するための混合粉末を調製する。なお、第４の実施形態の混合工程において用いられる金属粉末等は、前記第２及び第３の実施形態と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
【０１０９】
次に、前記圧粉成形工程では、上述の混合工程で調製した混合粉末を室温でプレスして冷間圧粉体を作製する。続いて、得られた冷間圧粉体を例えば３００℃以上５００℃以下の温度まで加熱した後、押出プレスを行って所定の形状に成形する。これにより、前駆体が作製される。
【０１１０】
更に、前記発泡成形工程では、上述の圧粉成形工程にて得られた前駆体４１を、図５（ａ）に示すように金型４２内に収容し、同金型４２を密閉する。
この第４の実施形態の発泡成形工程に用いられる金型４２は、成形体本体部を成形する第１キャビティ４３ａと、第１キャビティ４３ａに連通して中実延在部を成形する第２キャビティ４３ｂと、溶融金属を貯溜し、その貯溜した溶融金属を第２キャビティ４３ｂ内に流し込むことが可能な押湯部４３ｃとを有している。
【０１１１】
更に、この金型４２は、前駆体４１の発泡成形を行なう際に、発泡金属成形体４６の母材となる金属を溶融した溶湯を、押湯部４３ｃ内に第２キャビティ４３ｂの容積の１０６％以上の容量で貯溜している。
なお、第４の実施形態において用いられる金型４２のキャビティ面にも、前記第１の実施形態等と同様に、前駆体４１を構成する物質と反応することなく、且つ、気体が通過可能な多孔質の表面処理が施されている。
【０１１２】
上述のように前駆体４１を金型４２内に収容した後、同前駆体４１を母材となる金属の固相線温度よりも高い温度に設定された発泡温度まで加熱する。これにより、前駆体４１に含有させた金属粉末を溶融させるとともに、発泡剤粉末から発生した発泡ガスにより溶融金属内で気泡を形成して成長させる。これによって、前駆体４１に発泡を生じさせて溶融金属を膨張させる。
【０１１３】
また、この発泡成形工程では、上述のように前駆体４１を発泡させるとともに、押湯部４３ｃに貯溜した溶融金属を、４．０Ｐａ以上の押湯圧力を保持しながら第２キャビティ４３ｂ内に流し込む。これにより、金型４２の第１キャビティ４３ａ内には、内部に気泡が形成された溶融金属がその発泡圧を受けて充填されるとともに、第２キャビティ４３ｂ内には、押湯部４３ｃに貯溜されていた溶融金属が押湯圧力を受けて充填される。
【０１１４】
このとき、例えば金型４２の押湯部４３ｃ内に貯溜した溶融金属の容量が、第２キャビティ４３ｂの容積の１０６％よりも少ない場合には、その貯溜していた溶融金属を第２キャビティ４３ｂ内に充填した後、同溶融金属を冷却して凝固させたときに、同金属が凝固収縮することにより第２キャビティ４３内に隙間が形成されてしまい、所望の形状を有する発泡金属成形体４６が得られなくなる虞がある。
【０１１５】
また、押湯部４３ｃに貯溜した溶融金属を第２キャビティ４３ｂ内に流し込む際に、その押湯圧力が４．０Ｐａ未満であった場合、押湯圧力の不足により溶融金属を第２キャビティ４３ｂ内に十分に充填することができず、製造された発泡金属成形体４６の中実部４５に鋳造欠陥が発生する虞がある。
【０１１６】
従って、第４の実施形態のように、金型４２の押湯部４３ｃ内に貯溜する溶融金属の容量を第２キャビティ４３ｂの容積の１０６％以上にするとともに、その押湯部４３ｃに貯溜した溶融金属を第２キャビティ４３ｂ内に流し込む際の押湯圧力を４．０Ｐａ以上に設定することにより、溶融金属を第２キャビティ４３ｂ内に安定して充填することができるとともに、その後に同溶融金属を冷却するときに、金属の凝固収縮が生じてもその金属の体積収縮量を過剰な金属により十分に補うことができる。これにより、中実部４５を所望の形状に安定して成形できるとともに、当該中実部４５に鋳造欠陥が発生することを確実に防止することができる。
【０１１７】
そして、図５（ｂ）に示したように金型４２の第１キャビティ４３ａ内に、気泡が形成された溶融金属を充填させ、且つ、第２キャビティ４３ｂ内に、気泡が形成されていない溶融金属を充填させた後、その第１及び第２キャビティ４３ａ，４３ｂ内の溶融金属を冷却して凝固させる。
【０１１８】
これにより、発泡部４４と、同発泡部４４の所定部位から延在した中実部４５とが一体に成形された所望の形状を有する発泡金属成形体４６を製造することができる。また、このようにして製造された発泡金属成形体３６は、図４（ｃ）に示したように、発泡部４４により形成される成形体本体部４８と、同成形体本体部４８の所定部位から延在し、中実部４５により形成される中実延在部４９とを一体に有している。
【０１１９】
以上のように、第４の実施形態に係る発泡金属成形体４６の製造方法によれば、金型４２内で前駆体４１を発泡させるとともに、同金型４２内に前駆体４１とは別に溶融金属を流し込むことによって、製造する成形体の寸法や形状が制限されることなく、成形体本体部４８と中実延在部４９とが一体に成形された発泡金属成形体４６を容易に得ることができる。
【０１２０】
また、第４の実施形態の製造方法では、金型４２の第２キャビティ４３ｂ内に溶融金属を所定の押湯圧力で流し込むことにより充填させて中実延在部４９（中実部４５）を成形している。このため、中実延在部４９を発泡部４４の所定の部位に意図的に形成できるとともに、同中実延在部４９を所望の形状に、例えば０．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下の肉厚を有する薄肉の形状に容易に形成することができる。
【０１２１】
そして、この第４の実施形態において得られた発泡金属成形体４６も、前記第１の実施形態等と同様に、軽量であるとともに、中実延在部４９により所定部分の強度や耐久性を確実に向上させることができる。また、同発泡金属成形体４６は、接着剤や取付ネジ等を用いずに成形体本体部４８と中実延在部４９とが一体化されており、且つ、発泡部４４と中実部４５とが同質の材料で形成されているため、安価でリサイクル性にも優れている。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】第１の実施形態において前駆体を発泡成形して発泡金属成形体を製造する過程を模式的に説明する説明図である。
【図２】第２の実施形態において前駆体を発泡成形して発泡金属成形体を製造する過程を模式的に説明する説明図である。
【図３】第３の実施形態において前駆体を発泡成形して発泡金属成形体を製造する過程を模式的に説明する説明図である。
【図４】第３の実施形態の発泡成形工程において、溶融金属が金型の連通部内を展延するときの気泡の状態を模式的に示す要部拡大図である。
【図５】第４の実施形態において前駆体を発泡成形して発泡金属成形体を製造する過程を模式的に説明する説明図である。
【符号の説明】
【０１２３】
１１ 二層前駆体
１１ａ 発泡剤含有層
１１ｂ 発泡剤非含有層
１２ 金型
１３ キャビティ
１４ 発泡部
１５ 中実部
１６ 発泡金属成形体
１７ 気泡（発泡セル）
１８ 成形体本体部
１９ 中実延在部
２１ 前駆体
２２ 金型
２３ａ 第１キャビティ
２３ｂ 第２キャビティ
２４ 発泡部
２５ 中実部
２６ 発泡金属成形体
２７ 気泡（発泡セル）
２８ 成形体本体部
２９ 中実延在部
３１ 前駆体
３２ 金型
３３ａ 第１キャビティ
３３ｂ 第２キャビティ
３３ｃ 連通部
３４ 発泡部
３５ 中実部
３６ 発泡金属成形体
３７ 気泡
３８ 成形体本体部
３９ 中実延在部
４１ 前駆体
４２ 金型
４３ａ 第１キャビティ
４３ｂ 第２キャビティ
４３ｃ 押湯部
４４ 発泡部
４５ 中実部
４６ 発泡金属成形体
４８ 成形体本体部
４９ 中実延在部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属粉末と発泡剤粉末とを混合して混合粉末を調製し、同混合粉末を圧粉成形して前駆体を作製し、同前駆体を加熱して発泡成形することにより発泡金属成形体を製造する製造方法に関し、特に、発泡部を有する成形体本体部から、中実部により形成される中実延在部が延在した発泡金属成形体を製造する製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発泡金属は、金属からなる母材中に無数の気泡（発泡セル）が形成された多孔質体であり、この発泡金属の成形体は、現在、各種構造材料、衝撃エネルギーを吸収する衝撃吸収材、吸音材（遮音材）、触媒担体等として様々な分野で利用されつつある。また一般に、発泡金属の母材としては、アルミニウム、マグネシウム、チタン、亜鉛、鉄、錫、鉛又はこれらを含む合金が提案されており、その中でも軽量化と高強度が図れるアルミニウム又はアルミニウムを含有する合金が多く用いられている。
【０００３】
このような発泡金属成形体を製造する方法の一例が、特許第２８９８４３７号公報（特許文献１）に記載されている。
前記特許文献１に記載されている発泡金属成形体の製造方法は、アルミニウム等の金属粉末と、水素化金属、炭酸塩、硫酸、水酸化物、有機物質の粉末等の発泡剤粉末（精錬材粉末）とを混合して混合粉末を調製し、その得られた混合粉末を熱間圧粉して前駆体（圧粉体）を作製する。得られた前駆体を冷却した後、同前駆体を所定の温度に予熱した炉内に投入し、同前駆体を発泡させる温度まで所定の昇温速度で加熱することによって発泡金属成形体が製造されている。
【０００４】
また、特許文献１には、前駆体の作製時に、金属粉末と発泡剤粉末とを混合した混合粉末から第１の層を形成するとともに、その第１の層の表裏両面に発泡剤粉末を含まない金属粉末のみからなる第２の層を形成することにより、発泡が生じる第１の層が金属粉末のみの第２の層に挟み込まれた前駆体を作製することが記載されている。このような３つの層を有する前駆体を加熱して発泡成形した場合、前記第１の層が発泡することによって形成された多孔質発泡層の表裏両面に、前記第２の層によって形成された多孔性の少ない表部層と底部層を有する成形体が製造される。このようにして得られた成形体は、成形体全体の強度を高めることができるとともに、表裏面側の前記表部層及び底部層が発泡を生じていないため、成形体表面を比較的平滑に形成することが可能となる。
【特許文献１】特許第２８９８４３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、例えばサッシやその他の建材製品においては、その材質として、強度が高く、また比較的低い温度にて押出成形が可能であり、更に、寸法精度が高く、複雑な形状にも容易に対応できる等の理由から、アルミニウム又はアルミニウムを主成分とする合金が多く用いられている。
【０００６】
また、このような建材製品においては、更なる軽量化を図るために、内部に無数の気泡が形成された発泡アルミニウム等の発泡金属を材質に用いることが考えられている。しかしながら、発泡金属の発泡部は、気泡が形成されていない金属の中実部に比べて強度が低く、例えばサッシにおいて、ガラス戸等の他の部材が取り付けられる取付部のような部位を発泡部で形成した場合には強度や耐久性の面で不安があった。そこで、このような局部的に強度が求められるサッシ等の製品では、製品の本体部を発泡金属の発泡部により形成して軽量化を図るとともに、強度が求められる部位のみを金属の中実部により形成することが考えられる。
【０００７】
しかしながら、このような所定の部位のみが中実部で形成される発泡金属成形体を、例えば前記特許文献１に記載されているような方法を用いて製造しようと試みた場合、特許文献１の製造方法では、発泡成形中に発泡部が全体的に膨張することから、前述のように発泡成形体の表裏面全体に多孔性の少ない層（中実部）を所定の厚さで設けることは可能であるものの、中実部を所定の部位のみに所望の形状に設けて発泡金属成形体を製造することは極めて困難であった。
【０００８】
特に、複雑な形状を有する発泡金属成形体を、一回の発泡成形工程によって製造する場合には、中実部を発泡金属成形体の所定部位のみに形成することは極めて難しく、更に、その中実部をサッシの取付部等のように複雑な形状を有するように形成することはできなかった。
【０００９】
なお、前記特許文献１には、発泡金属を同種又は異種の材料に接着、ろう接、溶接、ネジ止め等によって接合することが記載されている。このように発泡金属成形体を製造した後に、同発泡金属成形体とその他の材料とを接着等により接合することにより、例えばサッシの取付部等のような局部的に強度が求められる部位を後付けすることができる。これにより、成形体本体部を発泡部で形成するとともに、局部的に強度が求められる部位を金属の中実部で形成した製品を得ることも可能となる。
【００１０】
しかしながら、この場合、前駆体を発泡成形して発泡金属成形体を製造した後に、同発泡金属成形体にその他の材料を接合するための煩雑な作業が必要となるため、製造工程数が増大し、一般的な中実のアルミサッシ等の製品に比べて製造コストが大幅に増大するという問題があった。更に、発泡金属成形体とその他の異種材料とを接着やネジ止め等によって接合した場合、その製品をリサイクルする際に、発泡金属成形体とその他の材料とを分別することや、接着剤や取付ネジ等を取り除くことが必要となるため、リサイクルが困難になるという問題もあった。
【００１１】
本発明は上記従来の課題に鑑みてなされたものであって、その具体的な目的は、成形体本体部が発泡部により形成されているとともに局部的に強度が求められる所定の部位が中実部により形成されており、且つ、リサイクル性に優れた発泡金属成形体を容易に且つ低コストで製造することが可能な発泡金属成形体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明により提供される発泡金属成形体の製造方法は、基本的な構成として、母材となる金属粉末と発泡剤粉末とを混合して混合粉末を調製し、同混合粉末を圧粉成形して前駆体を作製し、同前駆体を金型に収容した状態で加熱し発泡成形することにより、気泡が形成された発泡部と気泡が形成されていない中実部とを有する発泡金属成形体を製造する発泡金属成形体の製造方法であって、前記前駆体の発泡成形時に、少なくとも前記発泡部を有する成形体本体部と、同成形体本体部の所定部位から延在し、前記中実部により形成される中実延在部とを一体に成形することを最も主要な特徴とするものである。
特に、本発明に係る発泡金属成形体の製造方法においては、前記成形体本体部の母材となる金属と、前記中実延在部の金属とに同じ材質の金属を使用することが好ましい。
【００１３】
このような本発明の製造方法における第１の態様としては、前記前駆体の作製時に、同前駆体内に前記発泡剤粉末を含有する発泡剤含有層と前記発泡剤粉末を含有しない発泡剤非含有層とを形成し、作製された前記前駆体を加熱することにより、前記前駆体の発泡剤含有層を発泡させて前記発泡部を形成するとともに、同発泡部を形成するときの発泡圧を利用して、溶融した前記発泡剤非含有層を前記金型のキャビティ内に展延させて前記中実部を形成し、同中実部により前記中実延在部を形成することにより、発泡金属成形体の製造が行われる。
【００１４】
この場合、前記発泡剤含有層の体積Ｖ１、前記発泡剤非含有層の体積Ｖ２、前記発泡金属成形体の体積Ｖｆ、前記発泡金属成形体の密度ρ、及び、母材となる金属の密度Ｃが、以下の関係式（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）を満足することが好ましい。
Ｖ１／Ｖｆ≧０．１ ・・・（Ａ）、
１≦Ｖ２／Ｖ１≦２ ・・・（Ｂ）、
Ｖ＝Ｃ×（Ｖ１＋Ｖ２）／ρ ・・・（Ｃ）。
【００１５】
また、本発明の製造方法における第２の態様としては、前記金型として、前記成形体本体部を成形する第１キャビティと、同第１キャビティに連続して形成され、前記中実延在部を成形する第２キャビティとを有する金型を使用し、前記前駆体の発泡成形時に、前記前駆体を母材となる金属の固相線温度以上の温度にて所定時間加熱することにより、前記発泡剤粉末の分解により生じる気泡を浮上させるとともに同気泡を成長させて前記第１キャビティ内に前記発泡部を形成するとともに、溶融した前記金属を自重により沈降させ、沈降した同溶融金属を前記前記発泡部の発泡圧により前記第２キャビティ内に展延させて前記中実延在部を形成することにより、発泡金属成形体の製造が行われる。
【００１６】
この場合、前記前駆体における前記発泡剤粉末の添加量Ａ、前記前駆体の体積Ｖｐ、及び、前記発泡金属成形体の体積Ｖｆが、以下の関係式（Ｄ）及び（Ｅ）を満足することが好ましい。
０．１≦Ａ≦４．０ ・・・（Ｄ）、
２０≦Ｖｐ／Ｖｆ≦５０ ・・・（Ｅ）。
【００１７】
更に、本発明の製造方法における第３の態様としては、前記金型として、前記成形体本体部を成形する第１キャビティと、前記中実延在部を成形する第２キャビティとを有し、前記第２キャビティには前記第１キャビティと連通する連通部が設けられ、前記連通部の断面における最小寸法Ｌが、前記発泡金属成形体内に形成される気泡の直径ｒよりも小さく設定された金型を使用し、前記前駆体の発泡成形時に、前記前駆体を前記金型の前記第１キャビティ内に収容した状態で加熱することにより、同第１キャビティ内で溶融した金属を発泡させて前記発泡部を形成するとともに、前記発泡部を形成するときの発泡圧を利用して同溶融金属の一部を前記第１キャビティから前記連通部を介して前記第２キャビティ内へ展延させるときに、前記溶融金属内の気泡を前記連通部にて破壊することにより前記第２キャビティ内に前記中実延在部を形成することにより、発泡金属成形体の製造が行われる。
【００１８】
更にまた、本発明の製造方法における第４の態様としては、前記金型として、前記成形体本体部を成形する第１キャビティと、同第１キャビティに連通して前記中実延在部を成形する第２キャビティと、母材となる金属を前記前駆体とは別の場所で溶融して貯溜し、その貯溜した溶融金属を前記前駆体の加熱時に前記第２キャビティ内に流し込むことが可能な押湯部とを有する金型を使用し、前記前駆体を発泡成形するときに、同前駆体を前記第１キャビティ内で発泡させて前記発泡部を形成するとともに、前記押湯部に貯溜した溶融金属を前記第２キャビティ内に流し込むことにより、同第２キャビティ内に前記中実延在部を形成することにより、発泡金属成形体の製造が行われる。
【００１９】
この場合、前記金型の前記押湯部内に、前記第２キャビティの容積の１０６％以上の容量で前記溶融金属を貯溜し、前記前駆体の加熱時に、前記押湯部内に貯溜した前記溶融金属を、４．０Ｐａ以上の押湯圧力を保持しながら前記第２キャビティ内に流し込むことが好ましい。
【００２０】
そして、本発明によれば、上記構成を有する発泡アルミニウム成形体の製造方法により製造された発泡金属成形体が提供される。
このような本発明の方法により製造された発泡金属成形体は、前記中実延在部が薄肉部分に設けられていることが好ましく、特に、前記中実延在部が０．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下の肉厚を有して形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る発泡金属成形体の製造方法は、前駆体を発泡成形するときに、発泡部を有する成形体本体部と、同成形体本体部の所定部位から延在し、前記中実部により形成される中実延在部とが一体に成形される。このような本発明の製造方法であれば、一回の発泡成形を行うことにより、例えばサッシ等の製品のように成形体本体部から延在し、且つ、局部的に高い強度を求められる延在部等の部位が中実部により構成された発泡金属成形体を容易に且つ低コストで製造することができる。しかも、本発明の製造方法は、中実延在部を所望の形状に容易に成形することができるため、サッシの取付部等のように複雑な形状を有する部位のみを局所的に中実に形成することも容易に可能となる。
【００２２】
特に、本発明によれば、接着剤や取付ネジ等を用いずに発泡部と中実延在部とが一体化した発泡金属成形体を製造できるため、例えば発泡部の母材となる金属と中実延在部の金属とに同じ材質の金属を使用することにより、リサイクル性に優れた発泡金属成形体が得られる。
【００２３】
なお、本発明における中実延在部とは、発泡金属成形体において、成形体本体部よりも肉厚が薄く、且つ、成形体本体部から突出するように延在して形成されている部位である。また、本発明において発泡金属成形体を製造する際に、同発泡金属成形体の成形体本体部は発泡部のみから形成することができ、或いは、発泡部と中実部とから形成することも可能である。この場合、発泡金属成形体の成形体本体部を発泡部のみから形成するときには、同成形体の中実延在部は発泡部の所定部位から延在するように形成される。また、発泡金属成形体の成形体本体部を発泡部と中実部とにより形成するときには、成形体の中実延在部は、成形体本体部における発泡部の部位、中実部の部位、及び発泡部と中実部の両方の部位の何れの部位からも延在させることが可能である。
【００２４】
このような本発明の製造方法において、第１の態様としては、前駆体の作製時に、同前駆体内に発泡剤粉末を含有する発泡剤含有層と発泡剤粉末を含有しない発泡剤非含有層とを形成し、その後、作製された前駆体を加熱することにより、前駆体の発泡剤含有層を発泡させて発泡部を形成する。それとともに、同発泡部を形成するときの発泡圧を利用して溶融した発泡剤非含有層を金型のキャビティ内に展延させ、同キャビティ内に発泡剤非含有層を充填することにより中実延在部を形成して、発泡金属成形体を製造する。
【００２５】
このような第１の態様に係る方法のように、発泡成形時に発泡剤含有層を発泡させるとともに、同発泡剤含有層を発泡させたときの発泡圧を利用して、溶融状態の発泡剤非含有層を展延させることにより発泡金属成形体を製造することによって、発泡部を有する成形体本体部と、同成形体本体部の所定部位から延在する中実延在部とが一体に成形され、且つ、同中実延在部が所定の部位から所望の形状を有するように成形された発泡金属成形体を容易に且つ低コストで製造することができる。
【００２６】
この場合、前記発泡剤含有層の体積Ｖ１、前記発泡剤非含有層の体積Ｖ２、前記発泡金属成形体の体積Ｖｆ、前記発泡金属成形体の密度ρ、及び、母材となる金属の密度Ｃが、以下の関係式（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）を満足するように前駆体を作製する。
Ｖ１／Ｖｆ≧０．１ ・・・（Ａ）、
１≦Ｖ２／Ｖ１≦２ ・・・（Ｂ）、
Ｖ＝Ｃ×（Ｖ１＋Ｖ２）／ρ ・・・（Ｃ）。
【００２７】
例えば前記中実延在部を０．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下の肉厚を有するような薄板状に成形して発泡金属成形体を製造する場合、金型のキャビティにおいて中実延在部を成形する空間部分が狭くなることから、発泡成形中に同キャビティ内を移動する溶融金属とキャビティ面との間における摩擦が大きくなる。このため、発泡成形中に発泡圧が適切に得られないときには、溶融した金属を中実延在部を成形するキャビティ内に充填させることができなくなる虞がある。
【００２８】
これに対して、前駆体の作製時に、上述のようにＶ１／Ｖｆが０．１以上で、且つ、Ｖ２／Ｖ１が２以下となるように前駆体が作製されていれば、体積Ｖ１の発泡剤含有層を発泡させることによって適切な発泡圧を確保することができる。これにより、同前駆体を発泡成形して例えば中実延在部が０．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下の肉厚を有するように発泡金属成形体を製造する場合であっても、発泡剤含有層から得られる発泡圧を利用することによって、溶融した発泡剤非含有層を容易に展延させてキャビティ内に確実に充填させることができる。このため、所望の形状を有する中実延在部を安定して形成することができる。
【００２９】
しかも、Ｖ２／Ｖ１が１以上となるように前駆体が作製されていることにより、同前駆体の発泡成形中に、発泡剤含有層内で形成された気泡が発泡剤非含有層内に、特に中実延在部内に侵入することを抑制できる。このため、中実延在部に気泡が形成されて同中実延在部の強度が低下することを防止することができる。
【００３０】
次に、本発明の製造方法における第２の態様としては、前記金型として、成形体本体部を成形する第１キャビティと、同第１キャビティに連続して形成され、中実延在部を成形する第２キャビティとを有する金型を使用する。更に、前駆体の発泡成形時に、前駆体を所定時間加熱することにより、発泡剤粉末の分解により生じる気泡を浮上させて第１キャビティ内に発泡部を形成する。それとともに、溶融した金属を自重により沈降させ、沈降した同溶融金属を発泡部の発泡圧により第２キャビティ内に展延させ、同第２キャビティ内に溶融金属を充填することにより、成形体本体部の所定部位に中実延在部を形成して、発泡金属成形体を製造する。
【００３１】
即ち、第２の態様に係る方法では、発泡成形中に気泡を第１キャビティ内に浮上させるとともに溶融金属を沈降させ、更に、そのときに生じる第１キャビティ内の発泡圧を利用することにより沈降した溶融金属を第２キャビティ内に展延させて発泡金属成形体を製造する。
【００３２】
これにより、発泡部を有する成形体本体部と、同成形体本体部の所定部位から延在する中実延在部とが一体に成形され、且つ、同中実延在部が所定の部位から所望の形状を有するように成形された発泡金属成形体を容易に且つ低コストで製造することができる。なお、第２の態様に係る方法を用いて発泡金属成形体を製造する場合は、溶融金属を沈降させて中実延在部を形成するため、同中実延在部が金型の底部側に形成される。
【００３３】
この場合、前記前駆体における発泡剤粉末の添加量Ａ、前駆体の体積Ｖｐ、及び、発泡金属成形体の体積Ｖｆが、以下の関係式（Ｄ）及び（Ｅ）を満足するように前駆体を作製する。
０．１≦Ａ≦４．０ ・・・（Ｄ）、
２０≦Ｖｐ／Ｖｆ≦５０ ・・・（Ｅ）。
【００３４】
上述のように発泡剤粉末の添加量Ａが０．１以上で、且つ、Ｖｐ／Ｖｆが２０以上となるように前駆体が作製されていれば、同前駆体を発泡成形するときに、金型の第１キャビティ内で適切な発泡圧を確保することができる。これにより、同前駆体を発泡成形して例えば中実延在部が０．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下の肉厚を有するように発泡金属成形体を製造する場合であっても、第１キャビティ内で生じる発泡圧を利用することによって、自重により沈降した溶融金属を第２キャビティ内に容易に展延させて確実に充填させることができる。このため、所望の形状を有する中実延在部を安定して形成することができる。
【００３５】
しかも、前駆体の作製時に、発泡剤粉末の添加量Ａが４．０以下で、且つ、Ｖｐ／Ｖｆが５０以下に制御されていることにより、発泡成形中に溶融金属内で形成された気泡を確実に浮上させて第１キャビティに移動させることができる。これにより、中実延在部内に気泡が侵入することを抑制して、中実延在部の強度が低下することを防止することができる。
【００３６】
また、本発明の製造方法における第３の態様としては、前記金型として、成形体本体部を成形する第１キャビティと、中実延在部を成形する第２キャビティとを有し、第２キャビティには第１キャビティと連通する連通部が設けられ、且つ、連通部の断面における最小寸法Ｌが、発泡金属成形体内に形成される気泡の直径ｒよりも小さく設定された金型を使用する。更に、前駆体の発泡成形時に、前駆体を金型の第１キャビティ内に収容した状態で加熱することにより、同第１キャビティ内で溶融した金属を発泡させて発泡部を形成する。それとともに、その発泡部を形成するときの発泡圧を利用して同溶融金属の一部を第１キャビティから連通部を介して第２キャビティ内へ展延させるときに、溶融金属内の気泡を、同気泡の直径ｒよりも断面における最小寸法Ｌが小さく設定された連通部にて破壊して溶融金属内からガスを放出する。そして、気泡が破壊された溶融金属を、第１キャビティ内の発泡圧を利用することにより第２キャビティ内に展延させて充填することにより中実延在部を形成して、発泡金属成形体を製造する。
【００３７】
このような第３の態様に係る方法を用いて発泡金属成形体を製造することによっても、発泡部を有する成形体本体部と、同成形体本体部の所定部位から延在する中実延在部とが一体に成形され、且つ、同中実延在部が所定の部位から所望の形状を有するように成形された発泡金属成形体を容易に且つ低コストで製造することができる。特に、この第３の態様に係る方法では、連通部の断面における最小寸法Ｌが気泡の直径ｒよりも小さく設定されているため、中実延在部内に気泡が形成又は浸入されることを防いで、中実延在部の強度が低下することを防止することができる。
【００３８】
なお、第３の態様における連通部の断面における最小寸法Ｌとは、連通部の断面を見たときに、その断面の中心を通る直線の中で最小の長さとなる直線の長さ寸法を意味しており、例えば連通部の断面が円形の場合は、その円の直径の長さが最小寸法Ｌとなり、また、連通部の断面が楕円形の場合は、その楕円の短径の長さが最小寸法Ｌとなる。
【００３９】
更に、本発明の製造方法における第４の態様としては、前記金型として、成形体本体部を成形する第１キャビティと、同第１キャビティに連通して中実延在部を成形する第２キャビティと、母材となる金属を前駆体とは別の場所で溶融して貯溜し、その貯溜した溶融金属を前駆体の加熱時に第２キャビティ内に流し込むことが可能な押湯部とを有する金型を使用する。更に、前駆体を発泡成形するときに、同前駆体を第１キャビティ内で発泡させて発泡部を形成する。それとともに、金型の押湯部に貯溜した溶融金属を第２キャビティ内に流し込んで充填することにより、同第２キャビティ内に中実延在部を形成して、発泡金属成形体を製造する。
【００４０】
このような第４の態様に係る方法を用いて発泡金属成形体を製造することによっても、発泡部を有する成形体本体部と、同成形体本体部の所定部位から延在する中実延在部とが一体に成形され、且つ、同中実延在部が所定の部位から所望の形状を有するように成形された発泡金属成形体を容易に且つ低コストで製造することができる。
【００４１】
この場合、金型の押湯部内に、第２キャビティの容積の１０６％以上の溶融金属を貯溜し、更に、前駆体の加熱時に、その押湯部内に貯溜した溶融金属を、４．０Ｐａ以上の押湯圧力を保持しながら第２キャビティ内に流し込んで発泡金属成形体を製造する。
【００４２】
このように押湯部内に貯溜して第２キャビティ内に流し込む溶融金属の容量を第２キャビティの容積の１０６％以上と多く設定することにより、同溶融金属を第２キャビティに充填した後に同第２キャビティ内で冷却するときに、溶融金属が凝固することにより体積収縮が生じても、その収縮量を補って所望の形状を有する中実延在部を安定して形成することができる。
【００４３】
また、押湯部内に第２キャビティの容積の１０６％以上の容量で貯溜した溶融金属を、４．０Ｐａ以上の押湯圧力を保持しながら第２キャビティ内に流し込むことにより、同溶融金属を第２キャビティ内に確実に充填して中実延在部を安定して形成することができる。これにより、発泡金属成形体の中実延在部に鋳造欠陥が発生することを防いで、中実延在部の強度が低下することを防止することができる。
【００４４】
そして、上述のような本発明の発泡金属成形体の製造方法により製造された発泡金属成形体は、発泡部を有する軽量化された成形体本体部と、同成形体本体部の所定部位から延在して所望の形状を有する中実延在部とを一体に有しており、所定部分の強度が中実延在部により高められた発泡金属成形体となる。更に、本発明の発泡金属成形体は、接着剤や取付ネジ等を用いずに成形体本体部と中実延在部とが一体化されているため、リサイクル性に優れている。
【００４５】
また、本発明の発泡金属成形体では、前記中実延在部が薄肉部分に好適に設けられており、特に、０．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下の肉厚を有する薄肉部分に好適に設けられている。このように成形体の薄肉部分が中実延在部により形成されていれば、同薄肉部分の強度を確実に向上させることができる。従って、本発明の発泡金属成形体は、例えばサッシの取付部等のように、薄肉に形成され、且つ、強度や耐久性が求められる部位を有する製品に極めて有効に適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下で説明する各実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明と実質的に同一な構成を有し、かつ、同様な作用効果を奏しさえすれば、多様な変更が可能である。例えば、本発明において、金属粉末と発泡剤粉末とを混合して混合粉末を作製する混合工程における具体的な方法や条件は特に限定されず、任意に変更することが可能である。
【００４７】
（第１の実施形態）
先ず、本発明の第１の実施形態に係る発泡金属成形体の製造方法について説明する。
第１の実施形態に係る製造方法は、母材となる金属粉末と発泡剤粉末とを混合して混合粉末を調製する混合工程と、同混合工程にて得られた混合粉末を圧粉成形することにより前駆体を作製する圧粉成形工程と、同圧粉成形工程にて得られた前駆体を加熱して発泡成形することにより発泡金属成形体を製造する発泡成形工程とを有している。以下、各工程について順を追って詳細に説明する。
【００４８】
第１の実施形態における混合工程では、金属粉末と発泡剤粉末とを混合することにより、前駆体において発泡剤含有層を形成する混合粉末（第１粉末）を調整し、更に、発泡剤非含有層を形成する第２粉末を第１粉末とは別に準備する。
【００４９】
このとき、第１粉末に含有させる金属粉末としては、アルミニウム、マグネシウム、チタン、亜鉛、鉄、錫、鉛、又はこれらの少なくとも１種を含む合金の粉末が用いられる。この第１の実施形態では、発泡金属成形体の軽量化及び高強度化を図るために、アルミニウム粉末又はアルミニウムを含有する合金粉末が用いられており、特に、純アルミニウム粉末、又は、Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金、若しくはＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の粉末等が好適に使用される。
【００５０】
また、第１粉末に含有させる前記発泡剤粉末としては、ＴｉＨ2、ＭｇＨ2、ＺｒＨ4等の水酸化金属系発泡剤、ＣａＣＯ3、ＣａＭｇ（ＣＯ3）2等の炭酸塩系発泡剤、及びＡｌ（ＯＨ2）等の水酸化物系発泡剤等の各種発泡剤の粉末が用いられ、特に水酸化金属系発泡剤の粉末（その中でもＴｉＨ2粉末）が好適に用いられる。このような粉末を発泡剤粉末として用いることにより、後述する発泡成形工程にて前駆体を発泡成形するときに、適切な発泡圧を確実に確保することができる。
【００５１】
更に、第１粉末の調製においては、上述の金属粉末と発泡剤粉末とを混合する他に、金属カルシウムやシリコンカーバイド等の増粘剤、ＳｉＯ2やＴｉＢ2等の表面平滑剤、及び、Ａｌ2Ｏ3等の安定化剤等が必要に応じて加えられて混合される。なお、第１粉末の調製においては、各粉末を均一に混合することができれば、その混合方法等は特に限定されない。
【００５２】
一方、発泡剤非含有層を形成する第２粉末しては、アルミニウム、マグネシウム、チタン、亜鉛、鉄、錫、鉛、又はこれらの少なくとも１種を含む合金の粉末が用いられる。なお、この第１の実施形態では、第２粉末として第１粉末に含有させる金属粉末と同じ材質の金属粉末が用いられている。これにより、発泡金属成形体を製造したときに、発泡部と中実部とを同質の材料で形成することができるため、リサイクル性に優れた発泡金属成形体を得ることができる。
【００５３】
なお、この第２粉末にも、前記第１粉末と同様に、金属カルシウムやシリコンカーバイド等の増粘剤、ＳｉＯ2やＴｉＢ2等の表面平滑剤、及び、Ａｌ2Ｏ3等の安定化剤等を必要に応じて添加することができる。特に、第２粉末に増粘剤等を添加する場合には、第１粉末に添加したものと同じ添加剤を、第１粉末と同じ割合で添加することが好ましい。
【００５４】
次に、前記圧粉成形工程では、上述の混合工程で調製した第１粉末から形成される発泡剤含有層と、第２粉末から形成される発泡剤非含有層とを有する前駆体を作製する。具体的には、例えばプレス装置の成形型内に第２粉末を充填した後、同第２粉末の上に第１粉末を充填し、更にこれらの粉末を室温でプレスすることにより、第２粉末から形成された発泡剤非含有層と、同発泡剤非含有層の上に第１粉末から形成された発泡剤含有層の２つの層を有する冷間圧粉体を作製する。
【００５５】
続いて、得られた冷間圧粉体を例えば３００℃以上５００℃以下の温度まで加熱した後、押出プレスを行って所定の形状に成形する。このとき、金属粉末の表面に形成された酸化膜が破壊されるとともに、金属粉末同士がせん断変形力により互いに結合する。これにより、図１（ａ）に示すような発泡剤含有層１１ａと発泡剤非含有層１１ｂの２つの層を有する二層前駆体１１が作製される。
【００５６】
このとき、第１の実施形態では、二層前駆体１１における発泡剤含有層１１ａの体積Ｖ１及び発泡剤非含有層１１ｂの体積Ｖ２、同二層前駆体１１から得られる発泡金属成形体１６の体積Ｖｆ及び密度ρ、並びに、母材となる金属の密度Ｃが、以下の関係式（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）を満足するように二層前駆体１１を作製する。
Ｖ１／Ｖｆ≧０．１ ・・・（Ａ）、
１≦Ｖ２／Ｖ１≦２ ・・・（Ｂ）、
Ｖ＝Ｃ×（Ｖ１＋Ｖ２）／ρ ・・・（Ｃ）。
【００５７】
例えば、前記混合工程及び圧粉成形工程を通して作製される二層前駆体１１において、Ｖ１／Ｖｆの値が０．１よりも小さい場合、又は、Ｖ２／Ｖ１の値が２よりも大きい場合には、後述する発泡成形工程において二層前駆体１１の発泡成形を行ったときに、発泡剤含有層１１ａが発泡することによって得られる発泡圧が不十分となり、金型１２のキャビティ１３内に溶融金属（特に、中実延在部を形成する溶融金属）を安定して充填できなくなる虞がある。また、Ｖ２／Ｖ１の値が１よりも小さい場合には、発泡成形時に中実延在部を構成する部分にも気泡が侵入し易くなり、同中実延在部の強度を低下させる虞がある。
【００５８】
これに対して、上記関係式（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）を満足するように二層前駆体１１を作製することにより、発泡成形時に適切な発泡圧を安定して確保できるため、溶融金属をキャビティ１３内に確実に充填させて所望の形状を有する発泡金属成形体１６を安定して製造することができる。更に、発泡成形時に中実延在部１９を構成する部分に気泡が侵入することを抑制できるため、同中実延在部１９の強度が気泡に形成により低下することを防止できる。
【００５９】
次に、前記発泡成形工程では、上述の圧粉成形工程にて得られた二層前駆体１１を、図１（ａ）に示すように、発泡剤非含有層１１ｂが発泡剤含有層１１ａよりも中実延在部１９を成形する領域側に配されるように金型１２のキャビティ１３内に収容し、同金型１２を密閉する。このとき、発泡成形工程に用いられる金型１２のキャビティ１３は、発泡金属成形体１６の成形体本体部１８を成形する領域と、その成形体本体部１８の所定部位から延在する中実延在部１９を成形する領域とを有している。従って、例えば中実延在部１９が０．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下の肉厚を有するように発泡金属成形体１６を製造する場合には、キャビティ１３の中実延在部１９を成形する空間部分が、その中実延在部１９の肉厚の大きさ応じて狭く形成される。
【００６０】
また、この発泡成形工程に用いられる金型１２のキャビティ面には、二層前駆体１１を構成する物質と反応することなく、且つ、気体が通過可能な多孔質の表面処理が施されている。キャビティ面に施される前記表面処理としては、例えばＣｒ系皮膜処理、Ｓｉ系皮膜処理、窒化処理等を用いることができる。
【００６１】
このように金型キャビティ面にＣｒ系皮膜処理等の表面処理を行うことにより、キャビティ面に離型剤を塗布することなく発泡成形を行うことができるため、発泡金属成形体の表面に離型剤の粉末形状が転写されることがなく、より平滑な成形体表面を容易に得ることが可能となる。更に、このようにキャビティ面に気体が通過可能な多孔質の表面処理層が形成されていれば、同表面処理層を介してキャビティ内の空気を金型の分割面に移動させて、その空気を金型分割面から金型の外部に排出させることが可能となる。
【００６２】
その後、二層前駆体１１が上述のように収容された金型１２を加熱炉に投入し、更に、二層前駆体１１を金型１２内に収容した状態で、母材となる金属の固相線温度よりも高い温度に設定された発泡温度まで加熱する。これにより、二層前駆体１１内の発泡剤含有層１１ａ及び発泡剤非含有層１１ｂでは金属粉末を溶融させるとともに、発泡剤含有層１１ａでは発泡剤粉末から発生した発泡ガスにより溶融金属内で気泡（発泡セル）１７を形成して成長させることによって、発泡を生じさせる。
【００６３】
このとき、第１の実施形態におけるに二層前駆体１１は、上述のように上記関係式（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）を満足するように形成されているため、二層前駆体１１の発泡剤含有層１１ａが図１（ｂ）に示すように発泡することにより、適切な発泡圧を安定して確保することができる。
【００６４】
このように適切な発泡圧が得られることにより、発泡剤含有層１１ａを膨張させて金型内に充填させるとともに、発泡剤粉末を含まない溶融した発泡剤非含有層１１ｂも発泡剤含有層１１ａから、図１（ｂ）の矢印の方向に発泡圧を受けるため、同発泡剤非含有層１１ｂを金型１２のキャビティ１３内に展延させて確実に充填させることができる。
【００６５】
特に、第１の実施形態では、二層前駆体１を発泡成形して例えば中実延在部が０．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下の薄い肉厚を有するように発泡金属成形体を製造する場合であっても、発泡剤含有層１１ａから得られる発泡圧を利用することによって、溶融した発泡剤非含有層１１ｂをキャビティ１３内に展延させて安定して充填させることができる。なお、このとき、溶融した発泡剤非含有層１１ｂの発泡剤含有層１１ａ側近傍に、気泡が発泡剤含有層１１ａから侵入して形成されることもある。
【００６６】
そして、発泡剤含有層１１ａと発泡剤非含有層１１ｂとを金型１２のキャビティ１３内に充填させた後、これらの溶融している発泡剤含有層１１ａ及び発泡剤非含有層１１ｂを冷却して凝固させる。
【００６７】
このとき、例えば金型１２を加熱炉から取り出し、同金型１２に対してノズルから水を噴霧することにより、発泡剤含有層１１ａ及び発泡剤非含有層１１ｂの表面を１０℃／ｓ以上の冷却速度にて急冷する。このように発泡体表面が１０℃／ｓ以上の冷却速度にて急冷されることにより、金属の凝固収縮に起因して成形体表面に凹部が形成されることを効果的に防止することができるため、成形体表面を平滑に形成することができる。
【００６８】
更に、発泡剤含有層を急冷することにより、同発泡剤含有層内の各気泡が互いに連結することも防止できるため、微細なセル組織を安定して形成することができる。なお、この冷却処理では、発泡温度から発泡体が完全に凝固する温度（例えば５００℃）までの温度域にて水の噴霧による急冷を行うことが効果的であり、凝固温度よりも低い温度域では、水の噴霧による急冷を続けても良く、急冷から放冷に切り換えて冷却を行っても良い。
【００６９】
このような冷却を行って発泡剤含有層１１ａと発泡剤非含有層１１ｂとをそれぞれ凝固させることにより、図１（ｃ）に示したように、発泡した発泡剤含有層１１ａから形成される発泡部１４と、展延した発泡剤非含有層１１ｂから形成される中実部１５とが一体に成形された所望の形状を有する発泡金属成形体１６を製造することができる。
【００７０】
そして、このようにして製造された発泡金属成形体１６は、図１（ｄ）に示したように、発泡部１４と中実部１５とにより形成される成形体本体部１８と、同成形体本体部１８の所定部位から延在し、中実部１５により形成される２つの中実延在部１９とを一体に有している。また、同発泡金属成形体１６は、前述のように発泡剤非含有層１１ｂの発泡剤含有層１１ａ側近傍に気泡１７が形成されることはあるものの、発泡成形時の発泡圧が適切に制御されているため、２つの中実延在部１９内に気泡１７が形成されることは実質的になく、中実延在部１９の強度低下が生じることを防止している。
【００７１】
以上のように、第１の実施形態に係る発泡金属成形体の製造方法によれば、一回の発泡成形を行うことによって、製造する成形体の寸法や形状が制限されることなく、成形体本体部１８と中実延在部１９とが一体に成形された発泡金属成形体１６を安定して得ることができる。このため、製造工程の簡略化や製造コストの削減を容易に達成することができる。
【００７２】
特に、第１の実施形態の製造方法では、発泡剤含有層１１ａにて生じる発泡圧を利用することにより、溶融した発泡剤非含有層１１ｂをキャビティ１３内に展延により充填させて中実延在部１９を成形している。このため、中実延在部１９を成形体本体部１８の所定の部位に意図的に形成できるとともに、同中実延在部１９を所望の形状に、例えば０．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下の肉厚を有する薄肉の形状に容易に形成することができる。
【００７３】
そして、この第１の実施形態において得られた発泡金属成形体１６は、成形体本体部１８が気泡を有する発泡部１４と僅かの中実部１５とにより形成されているため、軽量化されているとともに、例えば肉厚が０．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下となる薄肉の部位等の中実延在部１９が中実部１５により形成されているため、当該中実延在部１９の強度や耐久性を確実に向上させることができる。
【００７４】
また、同発泡金属成形体１６は、接着剤や取付ネジ等を用いずに成形体本体部１８と中実延在部１９とが一体化されており、且つ、発泡部１４と中実部１５とが同質の材料で形成されているため、安価でリサイクル性にも優れている。従って、このような発泡金属成形体１６は、サッシ等のような軽量の製品に極めて有効に適用することができる。
【００７５】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る発泡金属成形体の製造方法について説明する。
第２の実施形態に係る製造方法は、母材となる金属粉末と発泡剤粉末とを混合して混合粉末を調製する混合工程と、同混合工程にて得られた混合粉末を圧粉成形することにより前駆体を作製する圧粉成形工程と、同圧粉成形工程にて得られた前駆体を加熱して発泡成形することにより発泡金属成形体を製造する発泡成形工程とを有している。
【００７６】
第２の実施形態における混合工程では、金属粉末と発泡剤粉末とを均一に混合して、前駆体を作製するための混合粉末を調製する。
前記金属粉末としては、アルミニウム、マグネシウム、チタン、亜鉛、鉄、錫、鉛、又はこれらの少なくとも１種を含む合金の粉末が用いられる。この第２の実施形態では、前記第１の実施形態と同様に、アルミニウム粉末又はアルミニウムを含有する合金粉末が好適に用いられる。
【００７７】
また、前記発泡剤粉末としては、ＴｉＨ2、ＭｇＨ2、ＺｒＨ4等の水酸化金属系発泡剤、ＣａＣＯ3、ＣａＭｇ（ＣＯ3）2等の炭酸塩系発泡剤、及びＡｌ（ＯＨ2）等の水酸化物系発泡剤等の各種発泡剤の粉末が用いられ、特に水酸化金属系発泡剤の粉末（その中でもＴｉＨ2粉末）が好適に用いられる。更に、この混合工程では、上述の金属粉末と発泡剤粉末とを混合する他に、増粘剤、表面平滑剤、及び、安定化剤等が必要に応じて加えられて混合される。なお、この混合粉末の調製においては、各粉末を均一に混合することができれば、その混合方法等は特に限定されるものではない。
【００７８】
次に、前記圧粉成形工程では、上述の混合工程で調製した混合粉末を室温でプレスして冷間圧粉体を作製する。続いて、得られた冷間圧粉体を例えば３００℃以上５００℃以下の温度まで加熱した後、押出プレスを行って所定の形状に成形する。これにより、前駆体が作製される。
【００７９】
この場合、第２の実施形態では、上述の混合工程及び圧粉成形工程を通して、発泡剤粉末の添加量Ａ、前駆体の体積Ｖｐ、及び、発泡金属成形体の体積Ｖｆが、以下の関係式（Ｄ）及び（Ｅ）を満足するように前駆体を作製する。
０．１≦Ａ≦４．０ ・・・（Ｄ）、
２０≦Ｖｐ／Ｖｆ≦５０ ・・・（Ｅ）。
【００８０】
例えば、混合工程及び圧粉成形工程を通して作製される前駆体において、発泡剤粉末の添加量Ａが０．１よりも小さい場合、又は、Ｖｐ／Ｖｆの値が２０よりも小さい場合には、後述する発泡成形工程において前駆体の発泡成形を行ったときに発泡圧が不十分となり、金型のキャビティ内に溶融金属（特に、中実延在部を形成する溶融金属）を安定して充填できなくなる虞がある。また、発泡剤粉末の添加量Ａが４．０よりも大きい場合、又は、Ｖｐ／Ｖｆの値が５０よりも大きい場合には、発泡成形時に中実延在部を構成する部分にも気泡が侵入してしまい、同中実延在部の強度を低下させる虞がある。
【００８１】
これに対して、混合工程及び圧粉成形工程を通して上記関係式（Ｄ）及び（Ｅ）を満足するように前駆体を作製することにより、発泡成形時に適切な発泡圧を安定して確保できるため、溶融金属をキャビティ内に確実に充填させて所望の形状を有する発泡金属成形体を安定して製造することができる。更に、発泡成形時に、中実延在部を構成する部分に気泡が侵入することを抑制できるため、中実延在部の強度が低下することを防止できる。
【００８２】
次に、前記発泡成形工程では、上述の圧粉成形工程にて得られた前駆体２１を、図２（ａ）に示すように金型２２内に収容し、同金型２２を密閉する。このとき、発泡成形工程に用いられる金型２２は、成形体本体部２８を成形する第１キャビティ２３ａと、同第１キャビティ２３ａの下部に連続して形成され、中実延在部２９を成形する第２キャビティ２３ｂとを有している。また、この発泡成形工程に用いられる金型２２のキャビティ面には、前記第１の実施形態と同様に、前駆体２１を構成する物質と反応することなく、且つ、気体が通過可能な多孔質の表面処理が施されている。
【００８３】
その後、前駆体２１を収容した金型２２を加熱炉に投入し、同前駆体２１を金型２２内に収容した状態で、母材となる金属の固相線温度よりも高い温度に設定された発泡温度まで加熱する。これにより、前駆体２１に含有させた金属粉末を溶融させるとともに、発泡剤粉末から発生した発泡ガスにより溶融金属内で気泡（発泡セル）２７を形成して成長させることによって、発泡を生じさせる。
【００８４】
このとき、第２の実施形態では、例えば前駆体２１を緩やかに加熱し、更に金属の固相線温度よりも高い温度にて所定時間加熱保持することにより、溶融金属内に形成される気泡２７を成長させながら、図２（ｂ）に示すように、溶融金属内の気泡２７をその浮力により上方に浮上させるとともに、溶融金属をその自重により下方に沈降させる。
【００８５】
更に、この第２の実施形態におけるに前駆体２１は、上述のように上記関係式（Ｄ）及び（Ｅ）を満足するように形成されているため、溶融金属内に気泡２７が形成されて成長することにより、適切な発泡圧を安定して確保することができる。
【００８６】
このように適切な発泡圧が得られることにより、図２（ｃ）に示すように、気泡２７が内部に形成されている溶融金属を金型２２の第１キャビティ２３ａ内に確実に充填させるとともに、沈降した気泡を含まない溶融金属が発泡圧を受けることにより、同溶融金属を金型２２の第２キャビティ２３ｂ内に展延させて確実に充填させることができる。
【００８７】
特に、第２の実施形態では、前駆体２１を発泡成形して例えば中実延在部２９が０．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下の薄い肉厚を有するように発泡金属成形体２６を製造する場合であっても、適切な発泡圧が安定して確保できるため、溶融金属を金型２２の第２キャビティ２３ｂ内に展延させて、安定して充填させることができる。
【００８８】
そして、図２（ｃ）に示したように金型２２の第１及び第２キャビティ２３ａ，２３ｂ内に溶融金属を充填させた後、同溶融金属を冷却して凝固させる。このとき、例えば金型２２を加熱炉から取り出し、同金型２２に対してノズルから水を噴霧することにより、溶融金属の表面を１０℃／ｓ以上の冷却速度にて急冷する。
【００８９】
このような冷却を行って溶融金属を凝固させることにより、図２（ｃ）に示したように、金型２２の上部側に形成される発泡部２４と、金型の下部側（底部側）に形成される中実部２５とが一体に成形された所望の形状を有する発泡金属成形体２６を製造することができる。
【００９０】
そして、このようにして製造された発泡金属成形体２６は、図２（ｄ）に示したように、発泡部２４と中実部２５とにより形成される成形体本体部２８と、同成形体本体部２８から延在し、中実部２５により形成される中実延在部２９とを一体に有している。
【００９１】
また、同発泡金属成形体２６は、上記関係式（Ｄ）及び（Ｅ）を満足するように作製された前駆体２１から製造されているため、発泡成形時の発泡圧が適切に制御されており、中実延在部２９内に気泡２７が形成されることはなく、中実延在部１９の強度低下が生じることを防止している。
【００９２】
以上のように、第２の実施形態に係る発泡金属成形体の製造方法によれば、一層の前駆体２１の加熱条件を制御して一回の発泡成形を行うことによって、気泡２７の浮上と溶融金属の沈降とを生じさせて成形体本体部２８と中実延在部２９とが一体に成形された発泡金属成形体２６を容易に得ることができる。
【００９３】
特に、第２の実施形態の製造方法では、発泡圧を利用することによって、溶融金属を第２キャビティ２３ｂ内に展延により充填させて中実延在部２９を成形しているため、同中実延在部２９を所定の部位で所望の形状に、例えば０．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下の肉厚を有する薄肉の形状に容易に形成することができる。
【００９４】
そして、この第２の実施形態において得られた発泡金属成形体２６も、前記第１の実施形態と同様に、軽量であるとともに、中実延在部２９により所定部分の強度や耐久性を確実に向上させることができる。また、同発泡金属成形体２６は、接着剤や取付ネジ等を用いずに成形体本体部２８と中実延在部２９とが一体化されており、且つ、発泡部２４と中実部２５とが同質の材料で形成されているため、安価でリサイクル性にも優れている。
【００９５】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る発泡金属成形体の製造方法について説明する。
第３の実施形態に係る製造方法は、母材となる金属粉末と発泡剤粉末とを混合して混合粉末を調製する混合工程と、同混合工程にて得られた混合粉末を圧粉成形することにより前駆体を作製する圧粉成形工程と、同圧粉成形工程にて得られた前駆体を加熱して発泡成形することにより発泡金属成形体を製造する発泡成形工程とを有している。
【００９６】
第３の実施形態における混合工程では、金属粉末と発泡剤粉末とを均一に混合して、前駆体を作製するための混合粉末を調製する。なお、第３の実施形態の混合工程において用いられる金属粉末等は、前記第２の実施形態と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
【００９７】
次に、前記圧粉成形工程では、上述の混合工程で調製した混合粉末を室温でプレスして冷間圧粉体を作製する。続いて、得られた冷間圧粉体を例えば３００℃以上５００℃以下の温度まで加熱した後、押出プレスを行って所定の形状に成形する。これにより、前駆体が作製される。
【００９８】
更に、前記発泡成形工程では、上述の圧粉成形工程にて得られた前駆体３１を、図３（ａ）に示すように金型３２内に収容し、同金型３２を密閉する。
このとき、発泡成形工程に用いられる金型３２は、成形体本体部を成形する第１キャビティ３３ａと、中実延在部を成形する第２キャビティ３３ｂとを有している。また、第２キャビティ３３ｂには、第１キャビティ３３ａと連通する連通部３３ｃが設けられている。特に、第３の実施形態において用いられる金型３２は、連通部３３ｃの断面における最小寸法Ｌが、製造される発泡金属成形体３６内の気泡３７の直径ｒよりも小さく設定されて形成されている。また、この金型３２のキャビティ面には、前記第１の実施形態等と同様に、前駆体３１を構成する物質と反応することなく、且つ、気体が通過可能な多孔質の表面処理が施されている。
【００９９】
このような金型３２内に前駆体３１を収容した後、その前駆体３１を収容した金型３２を加熱炉に投入して、同前駆体３１を母材となる金属の固相線温度よりも高い温度に設定された発泡温度まで加熱する。これにより、前駆体３１に含有させた金属粉末を溶融させるとともに、発泡剤粉末から発生した発泡ガスにより溶融金属内で気泡３７を形成して成長させる。これによって、前駆体３１に発泡を生じさせて溶融金属を膨張させる。
【０１００】
その後、溶融金属は、発泡が進むことにより第１キャビティ３３ａ内に充填されるとともに連通部３３ｃに進入し、更に、同溶融金属が発泡圧を受けることにより、図３（ｂ）に示すように連通部３３ｃを介して第２キャビティ３３ｂ内に展延する。
【０１０１】
このとき、金型３２の連通部３３ｃは、その断面における最小寸法Ｌが上述のように気泡３７の直径ｒよりも小さく設定されて形成されているため、溶融金属が連通部３３ｃ内に展延するときに、同溶融金属内に形成されている気泡３７が、図４に示すように溶融金属の表面に表出する。
【０１０２】
更に、金型３２のキャビティ面には、上述のように気体が通過可能な多孔質の表面処理層が形成されているため、溶融金属が連通部３３ｃ内を展延するときに気泡３７が溶融金属表面に表出することにより、気泡３７内の発泡ガスがキャビティ面の表面処理層を介して外部に放出され、溶融金属内で気泡３７が破壊される。その結果、溶融金属は、その内部に気泡３７が形成されていない中実の状態で第２キャビティ３３ｂ内に展延して充填される。
【０１０３】
なお、この第３の実施形態においては、金型３２の連通部３３ｃの断面における最小寸法Ｌが気泡３７の直径ｒよりも大きく形成されている場合には、第２キャビティ３３ｂ内に充填される溶融金属内に気泡３７が残存してしまうが、金型３２の連通部３３ｃの断面における最小寸法Ｌ、更には、同連通部３３ｃの長さ方向における長さ寸法や発泡成形時の発泡圧を制御することによって、溶融金属が連通部３３ｃ内を展延するときに同溶融金属内の気泡３７をより確実に破壊することができる。
【０１０４】
そして、図３（ｃ）に示したように金型３２の第１及び第２キャビティ３３ｂ内に溶融金属を充填させた後、同溶融金属を冷却して凝固させることにより、発泡部３４と、同発泡部３４の上方に形成された中実部３５とが一体に成形されており、しかも、肉厚が例えば０．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下となるような所望の形状を有する発泡金属成形体３６を製造することができる。
【０１０５】
このようにして製造された発泡金属成形体３６は、図３（ｄ）に示したように、発泡部３４により形成される成形体本体部３８と、同成形体本体部３８から延在し、中実部３５により形成される中実延在部３９とを一体に有している。また、この発泡金属成形体３６は、前記第１の実施形態等と同様に、軽量であるとともに、中実延在部３９により所定部分の強度や耐久性を確実に向上させることができる。
【０１０６】
更に、同発泡金属成形体３６は、接着剤や取付ネジ等を用いずに成形体本体部３８と中実延在部３９とが一体化されており、且つ、発泡部３４と中実部３５とが同質の材料で形成されているため、安価でリサイクル性にも優れている。
【０１０７】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る発泡金属成形体の製造方法について説明する。
第４の実施形態に係る製造方法は、母材となる金属粉末と発泡剤粉末とを混合して混合粉末を調製する混合工程と、同混合工程にて得られた混合粉末を圧粉成形することにより前駆体を作製する圧粉成形工程と、同圧粉成形工程にて得られた前駆体を加熱して発泡成形するとともに溶融金属を流し込むことにより発泡金属成形体を製造する発泡成形工程とを有している。
【０１０８】
第４の実施形態における混合工程では、金属粉末と発泡剤粉末とを均一に混合して、前駆体を作製するための混合粉末を調製する。なお、第４の実施形態の混合工程において用いられる金属粉末等は、前記第２及び第３の実施形態と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
【０１０９】
次に、前記圧粉成形工程では、上述の混合工程で調製した混合粉末を室温でプレスして冷間圧粉体を作製する。続いて、得られた冷間圧粉体を例えば３００℃以上５００℃以下の温度まで加熱した後、押出プレスを行って所定の形状に成形する。これにより、前駆体が作製される。
【０１１０】
更に、前記発泡成形工程では、上述の圧粉成形工程にて得られた前駆体４１を、図５（ａ）に示すように金型４２内に収容し、同金型４２を密閉する。
この第４の実施形態の発泡成形工程に用いられる金型４２は、成形体本体部を成形する第１キャビティ４３ａと、第１キャビティ４３ａに連通して中実延在部を成形する第２キャビティ４３ｂと、溶融金属を貯溜し、その貯溜した溶融金属を第２キャビティ４３ｂ内に流し込むことが可能な押湯部４３ｃとを有している。
【０１１１】
更に、この金型４２は、前駆体４１の発泡成形を行なう際に、発泡金属成形体４６の母材となる金属を溶融した溶湯を、押湯部４３ｃ内に第２キャビティ４３ｂの容積の１０６％以上の容量で貯溜している。
なお、第４の実施形態において用いられる金型４２のキャビティ面にも、前記第１の実施形態等と同様に、前駆体４１を構成する物質と反応することなく、且つ、気体が通過可能な多孔質の表面処理が施されている。
【０１１２】
上述のように前駆体４１を金型４２内に収容した後、同前駆体４１を母材となる金属の固相線温度よりも高い温度に設定された発泡温度まで加熱する。これにより、前駆体４１に含有させた金属粉末を溶融させるとともに、発泡剤粉末から発生した発泡ガスにより溶融金属内で気泡を形成して成長させる。これによって、前駆体４１に発泡を生じさせて溶融金属を膨張させる。
【０１１３】
また、この発泡成形工程では、上述のように前駆体４１を発泡させるとともに、押湯部４３ｃに貯溜した溶融金属を、４．０Ｐａ以上の押湯圧力を保持しながら第２キャビティ４３ｂ内に流し込む。これにより、金型４２の第１キャビティ４３ａ内には、内部に気泡が形成された溶融金属がその発泡圧を受けて充填されるとともに、第２キャビティ４３ｂ内には、押湯部４３ｃに貯溜されていた溶融金属が押湯圧力を受けて充填される。
【０１１４】
このとき、例えば金型４２の押湯部４３ｃ内に貯溜した溶融金属の容量が、第２キャビティ４３ｂの容積の１０６％よりも少ない場合には、その貯溜していた溶融金属を第２キャビティ４３ｂ内に充填した後、同溶融金属を冷却して凝固させたときに、同金属が凝固収縮することにより第２キャビティ４３内に隙間が形成されてしまい、所望の形状を有する発泡金属成形体４６が得られなくなる虞がある。
【０１１５】
また、押湯部４３ｃに貯溜した溶融金属を第２キャビティ４３ｂ内に流し込む際に、その押湯圧力が４．０Ｐａ未満であった場合、押湯圧力の不足により溶融金属を第２キャビティ４３ｂ内に十分に充填することができず、製造された発泡金属成形体４６の中実部４５に鋳造欠陥が発生する虞がある。
【０１１６】
従って、第４の実施形態のように、金型４２の押湯部４３ｃ内に貯溜する溶融金属の容量を第２キャビティ４３ｂの容積の１０６％以上にするとともに、その押湯部４３ｃに貯溜した溶融金属を第２キャビティ４３ｂ内に流し込む際の押湯圧力を４．０Ｐａ以上に設定することにより、溶融金属を第２キャビティ４３ｂ内に安定して充填することができるとともに、その後に同溶融金属を冷却するときに、金属の凝固収縮が生じてもその金属の体積収縮量を過剰な金属により十分に補うことができる。これにより、中実部４５を所望の形状に安定して成形できるとともに、当該中実部４５に鋳造欠陥が発生することを確実に防止することができる。
【０１１７】
そして、図５（ｂ）に示したように金型４２の第１キャビティ４３ａ内に、気泡が形成された溶融金属を充填させ、且つ、第２キャビティ４３ｂ内に、気泡が形成されていない溶融金属を充填させた後、その第１及び第２キャビティ４３ａ，４３ｂ内の溶融金属を冷却して凝固させる。
【０１１８】
これにより、発泡部４４と、同発泡部４４の所定部位から延在した中実部４５とが一体に成形された所望の形状を有する発泡金属成形体４６を製造することができる。また、このようにして製造された発泡金属成形体３６は、図４（ｃ）に示したように、発泡部４４により形成される成形体本体部４８と、同成形体本体部４８の所定部位から延在し、中実部４５により形成される中実延在部４９とを一体に有している。
【０１１９】
以上のように、第４の実施形態に係る発泡金属成形体４６の製造方法によれば、金型４２内で前駆体４１を発泡させるとともに、同金型４２内に前駆体４１とは別に溶融金属を流し込むことによって、製造する成形体の寸法や形状が制限されることなく、成形体本体部４８と中実延在部４９とが一体に成形された発泡金属成形体４６を容易に得ることができる。
【０１２０】
また、第４の実施形態の製造方法では、金型４２の第２キャビティ４３ｂ内に溶融金属を所定の押湯圧力で流し込むことにより充填させて中実延在部４９（中実部４５）を成形している。このため、中実延在部４９を発泡部４４の所定の部位に意図的に形成できるとともに、同中実延在部４９を所望の形状に、例えば０．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下の肉厚を有する薄肉の形状に容易に形成することができる。
【０１２１】
そして、この第４の実施形態において得られた発泡金属成形体４６も、前記第１の実施形態等と同様に、軽量であるとともに、中実延在部４９により所定部分の強度や耐久性を確実に向上させることができる。また、同発泡金属成形体４６は、接着剤や取付ネジ等を用いずに成形体本体部４８と中実延在部４９とが一体化されており、且つ、発泡部４４と中実部４５とが同質の材料で形成されているため、安価でリサイクル性にも優れている。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】第１の実施形態において前駆体を発泡成形して発泡金属成形体を製造する過程を模式的に説明する説明図である。
【図２】第２の実施形態において前駆体を発泡成形して発泡金属成形体を製造する過程を模式的に説明する説明図である。
【図３】第３の実施形態において前駆体を発泡成形して発泡金属成形体を製造する過程を模式的に説明する説明図である。
【図４】第３の実施形態の発泡成形工程において、溶融金属が金型の連通部内を展延するときの気泡の状態を模式的に示す要部拡大図である。
【図５】第４の実施形態において前駆体を発泡成形して発泡金属成形体を製造する過程を模式的に説明する説明図である。
【符号の説明】
【０１２３】
１１ 二層前駆体
１１ａ 発泡剤含有層
１１ｂ 発泡剤非含有層
１２ 金型
１３ キャビティ
１４ 発泡部
１５ 中実部
１６ 発泡金属成形体
１７ 気泡（発泡セル）
１８ 成形体本体部
１９ 中実延在部
２１ 前駆体
２２ 金型
２３ａ 第１キャビティ
２３ｂ 第２キャビティ
２４ 発泡部
２５ 中実部
２６ 発泡金属成形体
２７ 気泡（発泡セル）
２８ 成形体本体部
２９ 中実延在部
３１ 前駆体
３２ 金型
３３ａ 第１キャビティ
３３ｂ 第２キャビティ
３３ｃ 連通部
３４ 発泡部
３５ 中実部
３６ 発泡金属成形体
３７ 気泡
３８ 成形体本体部
３９ 中実延在部
４１ 前駆体
４２ 金型
４３ａ 第１キャビティ
４３ｂ 第２キャビティ
４３ｃ 押湯部
４４ 発泡部
４５ 中実部
４６ 発泡金属成形体
４８ 成形体本体部
４９ 中実延在部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材となる金属粉末と発泡剤粉末とを混合して混合粉末を調製し、同混合粉末を圧粉成形して前駆体(11,21,31,41) を作製し、同前駆体(11,21,31,41) を金型(12,22,32,42) に収容した状態で加熱し発泡成形することにより、気泡が形成された発泡部(14,24,34,44) と気泡が形成されていない中実部(15,25,35,45) とを有する発泡金属成形体(16,26,36,46) を製造する発泡金属成形体の製造方法であって、
前記前駆体(11,21,31,41) の発泡成形時に、少なくとも前記発泡部(14,24,34,44) を有する成形体本体部(18,28,38,48) と、同成形体本体部(18,28,38,48) の所定部位から延在し、前記中実部(15,25,35,45) により形成される中実延在部(19,29,39,49) とを一体に成形することを特徴とする発泡金属成形体の製造方法。
【請求項２】
前記成形体本体部(18,28,38,48) の母材となる金属と、前記中実延在部(19,29,39,49) の金属とに同じ材質の金属を使用する請求項１記載の発泡金属成形体の製造方法。
【請求項３】
前記前駆体(11)の作製時に、同前駆体(11)内に前記発泡剤粉末を含有する発泡剤含有層(11a)と前記発泡剤粉末を含有しない発泡剤非含有層(11b)とを形成し、
作製された前記前駆体(11)を加熱することにより、前記前駆体(11)の発泡剤含有層(11a) を発泡させて前記発泡部(14)を形成するとともに、同発泡部(14)を形成するときの発泡圧を利用して、溶融した前記発泡剤非含有層(11b) を前記金型(12)のキャビティ(13)内に展延させて前記中実部(15)を形成し、同中実部(15)により前記中実延在部(19)を形成する、
請求項１又は２記載の発泡金属成形体の製造方法。
【請求項４】
前記発泡剤含有層(11a) の体積Ｖ１、前記発泡剤非含有層(11b) の体積Ｖ２、前記発泡金属成形体(16)の体積Ｖｆ、前記発泡金属成形体(16)の密度ρ、及び、母材となる金属の密度Ｃが、以下の関係式（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）を満足するように前記前駆体(11)を作製する請求項３記載の発泡金属成形体の製造方法。
Ｖ１／Ｖｆ≧０．１ ・・・（Ａ）
１≦Ｖ２／Ｖ１≦２ ・・・（Ｂ）
Ｖ＝Ｃ×（Ｖ１＋Ｖ２）／ρ ・・・（Ｃ）
【請求項５】
前記金型として、前記成形体本体部(28)を成形する第１キャビティ(23a) と、同第１キャビティ(23a) に連続して形成され、前記中実延在部(29)を成形する第２キャビティ(23b) とを有する金型(22)を使用し、
前記前駆体(21)の発泡成形時に、前記前駆体(21)を母材となる金属の固相線温度以上の温度にて所定時間加熱することにより、前記発泡剤粉末の分解により生じる気泡(27)を浮上させるとともに同気泡(27)を成長させて前記第１キャビティ(23a) 内に前記発泡部(24)を形成するとともに、溶融した前記金属を自重により沈降させ、沈降した同溶融金属を前記前記発泡部(24)の発泡圧により前記第２キャビティ(23b) 内に展延させて前記中実延在部(29)を形成する、
請求項１又は２記載の発泡金属成形体の製造方法。
【請求項６】
前記前駆体(21)における前記発泡剤粉末の添加量Ａ、前記前駆体(21)の体積Ｖｐ、及び、前記発泡金属成形体(26)の体積Ｖｆが、以下の関係式（Ｄ）及び（Ｅ）を満足するように前記前駆体(21)を作製する請求項５記載の発泡金属成形体の製造方法。
０．１≦Ａ≦４．０ ・・・（Ｄ）
２０≦Ｖｐ／Ｖｆ≦５０ ・・・（Ｅ）
【請求項７】
前記金型として、前記成形体本体部(38)を成形する第１キャビティ(33a) と、前記中実延在部(39)を成形する第２キャビティ(33b) とを有し、前記第２キャビティ(33b) には前記第１キャビティ(33a) と連通する連通部(33c) が設けられ、前記連通部(33c) の断面における最小寸法Ｌが、前記発泡金属成形体(36)内に形成される気泡(37)の直径ｒよりも小さく設定された金型(32)を使用し、
前記前駆体(31)の発泡成形時に、前記前駆体(31)を前記金型(32)の前記第１キャビティ(33a) 内に収容した状態で加熱することにより、同第１キャビティ(33a) 内で溶融した金属を発泡させて前記発泡部(34)を形成するとともに、前記発泡部(34)を形成するときの発泡圧を利用して同溶融金属の一部を前記第１キャビティ(33a) から前記連通部(33c) を介して前記第２キャビティ(33b) 内へ展延させるときに、前記溶融金属内の気泡(37)を前記連通部(33c) にて破壊することにより前記第２キャビティ(33b) 内に前記中実延在部(39)を形成する、
請求項１又は２記載の発泡金属成形体の製造方法。
【請求項８】
前記金型として、前記成形体本体部(48)を成形する第１キャビティ(43a) と、同第１キャビティ(43a) に連通して前記中実延在部(49)を成形する第２キャビティ(43b) と、母材となる金属を前記前駆体(41)とは別の場所で溶融して貯溜し、その貯溜した溶融金属を前記前駆体(41)の加熱時に前記第２キャビティ(43b) 内に流し込むことが可能な押湯部(43c) とを有する金型(42)を使用し、
前記前駆体(41)を発泡成形するときに、同前駆体(41)を前記第１キャビティ(43a) 内で発泡させて前記発泡部(44)を形成するとともに、前記押湯部(43c) に貯溜した溶融金属を前記第２キャビティ(43b) 内に流し込むことにより、同第２キャビティ(43b) 内に前記中実延在部(49)を形成する、
請求項１又は２記載の発泡金属成形体の製造方法。
【請求項９】
前記金型(42)の前記押湯部(43c) 内に、前記第２キャビティ(43b) の容積の１０６％以上の容量で前記溶融金属を貯溜し、
前記前駆体(41)の加熱時に、前記押湯部(43c) 内に貯溜した前記溶融金属を、４．０Ｐａ以上の押湯圧力を保持しながら前記第２キャビティ(43b) 内に流し込む、
請求項８記載の発泡金属成形体の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の発泡金属成形体の製造方法により製造されたことを特徴とする発泡金属成形体。
【請求項１１】
前記中実延在部(19,29,39,49) が薄肉部分に設けられてなる請求項１０記載の発泡金属成形体。
【請求項１２】
前記中実延在部(19,29,39,49) が０．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下の肉厚を有して形成されてなる請求項１１記載の発泡金属成形体。
【請求項１】
母材となる金属粉末と発泡剤粉末とを混合して混合粉末を調製し、同混合粉末を圧粉成形して前駆体(11,21,31,41) を作製し、同前駆体(11,21,31,41) を金型(12,22,32,42) に収容した状態で加熱し発泡成形することにより、気泡が形成された発泡部(14,24,34,44) と気泡が形成されていない中実部(15,25,35,45) とを有する発泡金属成形体(16,26,36,46) を製造する発泡金属成形体の製造方法であって、
前記前駆体(11,21,31,41) の発泡成形時に、少なくとも前記発泡部(14,24,34,44) を有する成形体本体部(18,28,38,48) と、同成形体本体部(18,28,38,48) の所定部位から延在し、前記中実部(15,25,35,45) により形成される中実延在部(19,29,39,49) とを一体に成形することを特徴とする発泡金属成形体の製造方法。
【請求項２】
前記成形体本体部(18,28,38,48) の母材となる金属と、前記中実延在部(19,29,39,49) の金属とに同じ材質の金属を使用する請求項１記載の発泡金属成形体の製造方法。
【請求項３】
前記前駆体(11)の作製時に、同前駆体(11)内に前記発泡剤粉末を含有する発泡剤含有層(11a)と前記発泡剤粉末を含有しない発泡剤非含有層(11b)とを形成し、
作製された前記前駆体(11)を加熱することにより、前記前駆体(11)の発泡剤含有層(11a) を発泡させて前記発泡部(14)を形成するとともに、同発泡部(14)を形成するときの発泡圧を利用して、溶融した前記発泡剤非含有層(11b) を前記金型(12)のキャビティ(13)内に展延させて前記中実部(15)を形成し、同中実部(15)により前記中実延在部(19)を形成する、
請求項１又は２記載の発泡金属成形体の製造方法。
【請求項４】
前記発泡剤含有層(11a) の体積Ｖ１、前記発泡剤非含有層(11b) の体積Ｖ２、前記発泡金属成形体(16)の体積Ｖｆ、前記発泡金属成形体(16)の密度ρ、及び、母材となる金属の密度Ｃが、以下の関係式（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）を満足するように前記前駆体(11)を作製する請求項３記載の発泡金属成形体の製造方法。
Ｖ１／Ｖｆ≧０．１ ・・・（Ａ）
１≦Ｖ２／Ｖ１≦２ ・・・（Ｂ）
Ｖ＝Ｃ×（Ｖ１＋Ｖ２）／ρ ・・・（Ｃ）
【請求項５】
前記金型として、前記成形体本体部(28)を成形する第１キャビティ(23a) と、同第１キャビティ(23a) に連続して形成され、前記中実延在部(29)を成形する第２キャビティ(23b) とを有する金型(22)を使用し、
前記前駆体(21)の発泡成形時に、前記前駆体(21)を母材となる金属の固相線温度以上の温度にて所定時間加熱することにより、前記発泡剤粉末の分解により生じる気泡(27)を浮上させるとともに同気泡(27)を成長させて前記第１キャビティ(23a) 内に前記発泡部(24)を形成するとともに、溶融した前記金属を自重により沈降させ、沈降した同溶融金属を前記前記発泡部(24)の発泡圧により前記第２キャビティ(23b) 内に展延させて前記中実延在部(29)を形成する、
請求項１又は２記載の発泡金属成形体の製造方法。
【請求項６】
前記前駆体(21)における前記発泡剤粉末の添加量Ａ、前記前駆体(21)の体積Ｖｐ、及び、前記発泡金属成形体(26)の体積Ｖｆが、以下の関係式（Ｄ）及び（Ｅ）を満足するように前記前駆体(21)を作製する請求項５記載の発泡金属成形体の製造方法。
０．１≦Ａ≦４．０ ・・・（Ｄ）
２０≦Ｖｐ／Ｖｆ≦５０ ・・・（Ｅ）
【請求項７】
前記金型として、前記成形体本体部(38)を成形する第１キャビティ(33a) と、前記中実延在部(39)を成形する第２キャビティ(33b) とを有し、前記第２キャビティ(33b) には前記第１キャビティ(33a) と連通する連通部(33c) が設けられ、前記連通部(33c) の断面における最小寸法Ｌが、前記発泡金属成形体(36)内に形成される気泡(37)の直径ｒよりも小さく設定された金型(32)を使用し、
前記前駆体(31)の発泡成形時に、前記前駆体(31)を前記金型(32)の前記第１キャビティ(33a) 内に収容した状態で加熱することにより、同第１キャビティ(33a) 内で溶融した金属を発泡させて前記発泡部(34)を形成するとともに、前記発泡部(34)を形成するときの発泡圧を利用して同溶融金属の一部を前記第１キャビティ(33a) から前記連通部(33c) を介して前記第２キャビティ(33b) 内へ展延させるときに、前記溶融金属内の気泡(37)を前記連通部(33c) にて破壊することにより前記第２キャビティ(33b) 内に前記中実延在部(39)を形成する、
請求項１又は２記載の発泡金属成形体の製造方法。
【請求項８】
前記金型として、前記成形体本体部(48)を成形する第１キャビティ(43a) と、同第１キャビティ(43a) に連通して前記中実延在部(49)を成形する第２キャビティ(43b) と、母材となる金属を前記前駆体(41)とは別の場所で溶融して貯溜し、その貯溜した溶融金属を前記前駆体(41)の加熱時に前記第２キャビティ(43b) 内に流し込むことが可能な押湯部(43c) とを有する金型(42)を使用し、
前記前駆体(41)を発泡成形するときに、同前駆体(41)を前記第１キャビティ(43a) 内で発泡させて前記発泡部(44)を形成するとともに、前記押湯部(43c) に貯溜した溶融金属を前記第２キャビティ(43b) 内に流し込むことにより、同第２キャビティ(43b) 内に前記中実延在部(49)を形成する、
請求項１又は２記載の発泡金属成形体の製造方法。
【請求項９】
前記金型(42)の前記押湯部(43c) 内に、前記第２キャビティ(43b) の容積の１０６％以上の容量で前記溶融金属を貯溜し、
前記前駆体(41)の加熱時に、前記押湯部(43c) 内に貯溜した前記溶融金属を、４．０Ｐａ以上の押湯圧力を保持しながら前記第２キャビティ(43b) 内に流し込む、
請求項８記載の発泡金属成形体の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の発泡金属成形体の製造方法により製造されたことを特徴とする発泡金属成形体。
【請求項１１】
前記中実延在部(19,29,39,49) が薄肉部分に設けられてなる請求項１０記載の発泡金属成形体。
【請求項１２】
前記中実延在部(19,29,39,49) が０．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下の肉厚を有して形成されてなる請求項１１記載の発泡金属成形体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２２８０２７（Ｐ２００９−２２８０２７Ａ）
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７２１４３（Ｐ２００８−７２１４３）
【出願日】平成２０年３月１９日（２００８．３．１９）
【出願人】（０００００６８２８）ＹＫＫ株式会社 (263)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１９日（２００８．３．１９）
【出願人】（０００００６８２８）ＹＫＫ株式会社 (263)
【Ｆターム（参考）】
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