JPH1062096A - 熱交換用部材 - Google Patents
熱交換用部材Info
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- JPH1062096A JPH1062096A JP21651596A JP21651596A JPH1062096A JP H1062096 A JPH1062096 A JP H1062096A JP 21651596 A JP21651596 A JP 21651596A JP 21651596 A JP21651596 A JP 21651596A JP H1062096 A JPH1062096 A JP H1062096A
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F2255/00—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes
- F28F2255/18—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes sintered
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱交換用部材として有用な多孔質の金属焼結
体を提供する。 【解決手段】 部材の少なくとも一部を、多孔質金属焼
結体（金属多孔質体）で形成し、該多孔質体内に均一豊
富に分布する微細貫通孔を熱交換用媒体の流通路とす
る。金属多孔質体は、気孔率７〜５０％，気孔径５００
μｍ以下、および気孔径の積算分布曲線における累積頻
度５％の気孔径Ｄ5 同５０％の気孔径Ｄ50 同９５％の
気孔径Ｄ95が、式: （Ｄ95−Ｄ5 ）／Ｄ50 ≦ ２．
５、を満たす気孔分布を有する熱間静水圧加圧焼結体で
あるのが好ましい。該多孔質体は、所望により、低い熱
伝導率を有する金属材種（鉄合金，Ｎｉ合金，Ｃｏ合金
等）と高い熱伝導率を有する金属材種（Ａｌ合金，Ｃｕ
合金等）との混相焼結体が使用される。
体を提供する。 【解決手段】 部材の少なくとも一部を、多孔質金属焼
結体（金属多孔質体）で形成し、該多孔質体内に均一豊
富に分布する微細貫通孔を熱交換用媒体の流通路とす
る。金属多孔質体は、気孔率７〜５０％，気孔径５００
μｍ以下、および気孔径の積算分布曲線における累積頻
度５％の気孔径Ｄ5 同５０％の気孔径Ｄ50 同９５％の
気孔径Ｄ95が、式: （Ｄ95−Ｄ5 ）／Ｄ50 ≦ ２．
５、を満たす気孔分布を有する熱間静水圧加圧焼結体で
あるのが好ましい。該多孔質体は、所望により、低い熱
伝導率を有する金属材種（鉄合金，Ｎｉ合金，Ｃｏ合金
等）と高い熱伝導率を有する金属材種（Ａｌ合金，Ｃｕ
合金等）との混相焼結体が使用される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、多孔質金属焼結体
を構成要素とし、該焼結体内に均一豊富に分布する微細
孔を熱交換用媒体の流通路として熱交換性能を高め、か
つ多孔体であることによる断熱性をも帯有させた熱交換
用部材に関する。
を構成要素とし、該焼結体内に均一豊富に分布する微細
孔を熱交換用媒体の流通路として熱交換性能を高め、か
つ多孔体であることによる断熱性をも帯有させた熱交換
用部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】部材の熱交換性を高めるため手段とし
て、部材内に管を設置し、管内にガス，水，湯等の流体
なしい被熱交換流体を流通させるようにした構造が採用
され、あるいは部材表面に、薄肉のフィンを形成し伝熱
面積を大きくすることにより熱交換性を高めることも行
われている。
て、部材内に管を設置し、管内にガス，水，湯等の流体
なしい被熱交換流体を流通させるようにした構造が採用
され、あるいは部材表面に、薄肉のフィンを形成し伝熱
面積を大きくすることにより熱交換性を高めることも行
われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】部材内に管路を設けて
流体を流通させる構造の場合、その管路は部材全体から
みれば部材のごく一部に過ぎずない。このため、管路の
近傍と管路から離れた部分の温度分布にむらが生じ、精
密な熱交換を要する部材の熱交換構造として十分に機能
させることができない。管路を分散増設することは、温
度分布のむらをある程度低減するのに役立つが、部材の
形状・構造等により、管路の設置部位やそのサイズ・本
数等の制約を受ける場合も多く、かつ管路の増設にとも
なう構造の複雑化・メンテナンスの増大等の不利を余儀
なくされる。部材にフィンを形設する構造の場合も、部
材の形状・サイズ等により、部材表層領域と深い部位と
の間の温度勾配等のむらを十分に解消することは困難で
あり、またフィン構造とすることによる構造の大型化を
免れない。本発明は部材の熱交換構造に関する上記問題
を解決するための改良された熱交換性部材を提供するも
のである。
流体を流通させる構造の場合、その管路は部材全体から
みれば部材のごく一部に過ぎずない。このため、管路の
近傍と管路から離れた部分の温度分布にむらが生じ、精
密な熱交換を要する部材の熱交換構造として十分に機能
させることができない。管路を分散増設することは、温
度分布のむらをある程度低減するのに役立つが、部材の
形状・構造等により、管路の設置部位やそのサイズ・本
数等の制約を受ける場合も多く、かつ管路の増設にとも
なう構造の複雑化・メンテナンスの増大等の不利を余儀
なくされる。部材にフィンを形設する構造の場合も、部
材の形状・サイズ等により、部材表層領域と深い部位と
の間の温度勾配等のむらを十分に解消することは困難で
あり、またフィン構造とすることによる構造の大型化を
免れない。本発明は部材の熱交換構造に関する上記問題
を解決するための改良された熱交換性部材を提供するも
のである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の熱交換用部材
は、その少なくとも一部が、多孔質金属焼結体からな
り、該多孔質金属焼結体の貫通孔を熱交換用媒体の流通
路としたことを特徴としている。上記多孔質金属焼結体
（以下「金属多孔質体」とも称する）として、気孔率７
〜５０％，気孔径５００μｍ以下、および気孔径の積算
分布曲線における累積頻度５％の気孔径Ｄ5 同５０％の
気孔径Ｄ50 同９５％の気孔径Ｄ95が、次式: （Ｄ95−Ｄ5 ）／Ｄ50 ≦ ２．５ …〔１〕 を満たす気孔分布を有するものが好ましく使用される。
また、上記金属多孔質体は、所望により、熱伝導率の異
なる複数種の金属粒子が均一に分散混在した熱間静水圧
加圧焼結体であって、低い熱伝導率（κA ) を有する金
属材種と高い熱伝導率（κB ) を有する金属材種との熱
伝導率の比（κ B / κA ) が２以上であるものが使用さ
れる。
は、その少なくとも一部が、多孔質金属焼結体からな
り、該多孔質金属焼結体の貫通孔を熱交換用媒体の流通
路としたことを特徴としている。上記多孔質金属焼結体
（以下「金属多孔質体」とも称する）として、気孔率７
〜５０％，気孔径５００μｍ以下、および気孔径の積算
分布曲線における累積頻度５％の気孔径Ｄ5 同５０％の
気孔径Ｄ50 同９５％の気孔径Ｄ95が、次式: （Ｄ95−Ｄ5 ）／Ｄ50 ≦ ２．５ …〔１〕 を満たす気孔分布を有するものが好ましく使用される。
また、上記金属多孔質体は、所望により、熱伝導率の異
なる複数種の金属粒子が均一に分散混在した熱間静水圧
加圧焼結体であって、低い熱伝導率（κA ) を有する金
属材種と高い熱伝導率（κB ) を有する金属材種との熱
伝導率の比（κ B / κA ) が２以上であるものが使用さ
れる。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明の熱交換用部材は多孔質金
属焼結体（以下「金属多孔質体」とも称する）を構成要
素とし、その多孔質体内に均一豊富に分布する微細孔を
熱交換用媒体の流通路としている。このため、部材内に
管路を設ける構造やフィンの形設構造と異なって、部材
全体に亘る一様な熱交換を行わせることができ、しかも
単位体積当たりの熱交換用媒体との伝熱面積が著しく増
大することにより、熱交換性能が飛躍的に高められる。
属焼結体（以下「金属多孔質体」とも称する）を構成要
素とし、その多孔質体内に均一豊富に分布する微細孔を
熱交換用媒体の流通路としている。このため、部材内に
管路を設ける構造やフィンの形設構造と異なって、部材
全体に亘る一様な熱交換を行わせることができ、しかも
単位体積当たりの熱交換用媒体との伝熱面積が著しく増
大することにより、熱交換性能が飛躍的に高められる。
【０００６】上記金属多孔質体は、気孔率が７〜５０％
で、気孔径５００μｍ以下であるのが好ましい。気孔率
が７％に満たないと、金属多孔質体（焼結体）内部の気
孔の多くが閉気孔となり、流体の流通に必要な開気孔
（貫通孔）の分布が少なく熱交換効率が低くなるからで
あり、他方気孔率が５０％を超えると、金属多孔質体の
機械強度，剛性が乏しく、機械加工が困難になる等の不
具合をきたすからである。また、気孔径５００μｍまで
の比較的大きな気孔が分布することは、流体の流通を容
易にし、高い熱交換性の確保を容易にする。しかし、こ
れを超える粗大な気孔を分布させると、気孔率が５０％
以下に制限されていても、金属多孔質体の強度，剛性の
低下が大きくなる。このため、５００μｍを気孔径の上
限とするのが好ましい。
で、気孔径５００μｍ以下であるのが好ましい。気孔率
が７％に満たないと、金属多孔質体（焼結体）内部の気
孔の多くが閉気孔となり、流体の流通に必要な開気孔
（貫通孔）の分布が少なく熱交換効率が低くなるからで
あり、他方気孔率が５０％を超えると、金属多孔質体の
機械強度，剛性が乏しく、機械加工が困難になる等の不
具合をきたすからである。また、気孔径５００μｍまで
の比較的大きな気孔が分布することは、流体の流通を容
易にし、高い熱交換性の確保を容易にする。しかし、こ
れを超える粗大な気孔を分布させると、気孔率が５０％
以下に制限されていても、金属多孔質体の強度，剛性の
低下が大きくなる。このため、５００μｍを気孔径の上
限とするのが好ましい。
【０００７】更に、上記金属多孔質体、好ましくはその
気孔径の分布に関して、積算分布曲線（図１参照）にお
ける累積頻度５％，５０％，および９５％に対応する気
孔径Ｄ5 ，Ｄ50，およびＤ95が、前記〔１〕式の関係を
満たす気孔分布が与えられる。（Ｄ95−Ｄ5 ）／Ｄ50、
すなわち気孔径Ｄ50（平均気孔径）に対する、気孔径Ｄ
5 とＤ95の幅の比を、２．５以下に制限することによ
り、多孔特性の改善に実質的な寄与をなさない極く微細
な気孔や、多孔体の強度低下を助長するような粗大な気
孔径をもつ気孔の混在が制限される。その値は、より好
ましくは１．５以下である。上記のように、気孔率（７
〜５０％）と気孔径（５００μｍ以下）の規定と併せ
て、気孔径分布に関する〔１〕式を満たすことにより、
各種用途における構造部材や機能部材として必要な機械
性質を保持しつつ、熱交換性を大きく高めることができ
る。
気孔径の分布に関して、積算分布曲線（図１参照）にお
ける累積頻度５％，５０％，および９５％に対応する気
孔径Ｄ5 ，Ｄ50，およびＤ95が、前記〔１〕式の関係を
満たす気孔分布が与えられる。（Ｄ95−Ｄ5 ）／Ｄ50、
すなわち気孔径Ｄ50（平均気孔径）に対する、気孔径Ｄ
5 とＤ95の幅の比を、２．５以下に制限することによ
り、多孔特性の改善に実質的な寄与をなさない極く微細
な気孔や、多孔体の強度低下を助長するような粗大な気
孔径をもつ気孔の混在が制限される。その値は、より好
ましくは１．５以下である。上記のように、気孔率（７
〜５０％）と気孔径（５００μｍ以下）の規定と併せ
て、気孔径分布に関する〔１〕式を満たすことにより、
各種用途における構造部材や機能部材として必要な機械
性質を保持しつつ、熱交換性を大きく高めることができ
る。
【０００８】また、上記金属多孔質体は、所望により、
熱伝導率の異なる２種以上の金属粒子が均一に分散混在
した混相焼結体として形成される。複数材種の混合効果
として、部材の冷却性と断熱性とを具備させることが可
能となる。混相焼結体を形成する複数の金属材種は、高
い熱伝導率を有する材種と、低い熱伝導率を有する材種
とに類別される。高い熱伝導率を有する材種の例として
は、アルミニウム（κ： 210 W/m・K, 300℃）、もしく
はアルミニウム合金、例えばAl-Mg-Si合金（κ：150 W/
m ・K, 100℃）、銅（κ：390 W/m・K, 300℃）、もし
くは銅合金、例えば、Cu-Zn 合金（κ：200 W/m ・K, 1
00℃）等が好ましい例として挙げられ、低い熱伝導率を
有する材種の例としては、鉄（κ：73 W/m・K, 300
℃）、もしくは鉄系合金、例えばSUS 304 スレンレス鋼
（κ：19 W/m・K,300℃) 、12Ｃｒステンレス鋼（κ：2
4W/m ・K, 100℃）、コバルト（κ：69W/m ・K, 100
℃）、もしくはコバルト合金、例えばステライト♯6
（κ：15W/m ・K, 20 ℃）、ステライト♯12（κ：15W/
m ・K, 20 ℃）、ニッケル（κ：90 W/m・K, 300℃）、
もしくはニッケル合金、例えばIn 625（κ：12W/m ・K,
400℃）、Nimonic （κ：13W/m ・K, 100℃）等が挙げ
られる。
熱伝導率の異なる２種以上の金属粒子が均一に分散混在
した混相焼結体として形成される。複数材種の混合効果
として、部材の冷却性と断熱性とを具備させることが可
能となる。混相焼結体を形成する複数の金属材種は、高
い熱伝導率を有する材種と、低い熱伝導率を有する材種
とに類別される。高い熱伝導率を有する材種の例として
は、アルミニウム（κ： 210 W/m・K, 300℃）、もしく
はアルミニウム合金、例えばAl-Mg-Si合金（κ：150 W/
m ・K, 100℃）、銅（κ：390 W/m・K, 300℃）、もし
くは銅合金、例えば、Cu-Zn 合金（κ：200 W/m ・K, 1
00℃）等が好ましい例として挙げられ、低い熱伝導率を
有する材種の例としては、鉄（κ：73 W/m・K, 300
℃）、もしくは鉄系合金、例えばSUS 304 スレンレス鋼
（κ：19 W/m・K,300℃) 、12Ｃｒステンレス鋼（κ：2
4W/m ・K, 100℃）、コバルト（κ：69W/m ・K, 100
℃）、もしくはコバルト合金、例えばステライト♯6
（κ：15W/m ・K, 20 ℃）、ステライト♯12（κ：15W/
m ・K, 20 ℃）、ニッケル（κ：90 W/m・K, 300℃）、
もしくはニッケル合金、例えばIn 625（κ：12W/m ・K,
400℃）、Nimonic （κ：13W/m ・K, 100℃）等が挙げ
られる。
【０００９】上記複数種の混相焼結体を形成する場合
は、その混相効果を十分ならしめるために、低い熱伝導
率（κA ）を有する材種と高い熱伝導率（κB ）を有す
る材種は、両者の比（κB ／κA ）が２以上であるよう
な材種の組み合わせが有利である。熱伝導率の低い材種
および高い材種の一方または両者を複数種併用する場合
は、それらの粉末の配合比率を考慮した合成則により、
各グループの平均熱伝導率を算出して平均熱伝導率の比
を求める。例えば、低い熱伝導率（κA ) の材種が粉末
Pa1 （熱伝導率: κA1）および粉末Pa2 （同: κA2）、
高い熱伝導率（κ B ) の材種が粉末Pb1 （同: κB1）お
よび粉末Pb2 （同: κB2）であって、それらの配合量
（体積率）がｖA1, ｖA2, ｖB1, ｖB2（ｖA1＋ｖA2＋ｖ
B1＋ｖB2＝100 ）である場合、低い熱伝導率のグループ
の平均熱伝導率（Ａ）は、Ａ＝（κA1・ｖA1＋κA2・ｖ
A2）／（ｖA1＋ｖA2）、高い熱伝導率のグループの平均
熱伝導率（Ｂ）は、Ｂ＝（κB1・ｖB1＋κB2・ｖB2）／
（ｖB1＋ｖB2）として与えられる。その平均熱伝導率の
比（Ｂ／Ａ）が２以上となるように材種の選択・組合せ
を行えばよい。また、混相焼結体における高い熱伝導率
を有する材種の占める比率（体積率）は、約５％以上で
あるのが好ましい。それより低い比率では、その配合効
果としての熱交換性の向上効果に乏しいからである。ま
た、熱伝導率の低い材種が比較的高い機械強度を有する
のに対し、高い熱伝導率を有するグループに属する材種
は機械強度が低いので、混相焼結体に占める比率が余り
高くなると、構造部材・機能部材としの有用性が損なわ
れる場合があり、このためにその比率（体積率）は約９
５％までとするのがよい。
は、その混相効果を十分ならしめるために、低い熱伝導
率（κA ）を有する材種と高い熱伝導率（κB ）を有す
る材種は、両者の比（κB ／κA ）が２以上であるよう
な材種の組み合わせが有利である。熱伝導率の低い材種
および高い材種の一方または両者を複数種併用する場合
は、それらの粉末の配合比率を考慮した合成則により、
各グループの平均熱伝導率を算出して平均熱伝導率の比
を求める。例えば、低い熱伝導率（κA ) の材種が粉末
Pa1 （熱伝導率: κA1）および粉末Pa2 （同: κA2）、
高い熱伝導率（κ B ) の材種が粉末Pb1 （同: κB1）お
よび粉末Pb2 （同: κB2）であって、それらの配合量
（体積率）がｖA1, ｖA2, ｖB1, ｖB2（ｖA1＋ｖA2＋ｖ
B1＋ｖB2＝100 ）である場合、低い熱伝導率のグループ
の平均熱伝導率（Ａ）は、Ａ＝（κA1・ｖA1＋κA2・ｖ
A2）／（ｖA1＋ｖA2）、高い熱伝導率のグループの平均
熱伝導率（Ｂ）は、Ｂ＝（κB1・ｖB1＋κB2・ｖB2）／
（ｖB1＋ｖB2）として与えられる。その平均熱伝導率の
比（Ｂ／Ａ）が２以上となるように材種の選択・組合せ
を行えばよい。また、混相焼結体における高い熱伝導率
を有する材種の占める比率（体積率）は、約５％以上で
あるのが好ましい。それより低い比率では、その配合効
果としての熱交換性の向上効果に乏しいからである。ま
た、熱伝導率の低い材種が比較的高い機械強度を有する
のに対し、高い熱伝導率を有するグループに属する材種
は機械強度が低いので、混相焼結体に占める比率が余り
高くなると、構造部材・機能部材としの有用性が損なわ
れる場合があり、このためにその比率（体積率）は約９
５％までとするのがよい。
【００１０】本発明の熱交換用部材は、好ましくは熱間
静水圧加圧処理（ＨＩＰ処理）による焼結体として製造
される。ＨＩＰ処理によれば、静水圧媒体の均一な加圧
作用の効果として、金属多孔質体の形状・サイズの如何
に拘らず、多孔質体に均質な気孔分布，機械性質を帯有
させることが容易である。その具体的な製造プロセスと
して、例えば焼結原料粉末混合物をカプセルに充填し、
脱気密封して熱間等方加圧処理（ＨＩＰ処理）する方
法、または焼結原料粉末混合物を、加圧成形加工により
圧粉成形体としたうえ、ＨＩＰ処理する方法等が適用さ
れる。
静水圧加圧処理（ＨＩＰ処理）による焼結体として製造
される。ＨＩＰ処理によれば、静水圧媒体の均一な加圧
作用の効果として、金属多孔質体の形状・サイズの如何
に拘らず、多孔質体に均質な気孔分布，機械性質を帯有
させることが容易である。その具体的な製造プロセスと
して、例えば焼結原料粉末混合物をカプセルに充填し、
脱気密封して熱間等方加圧処理（ＨＩＰ処理）する方
法、または焼結原料粉末混合物を、加圧成形加工により
圧粉成形体としたうえ、ＨＩＰ処理する方法等が適用さ
れる。
【００１１】また、焼結原料粉末として使用される金属
粉末の粒度構成は、得られる金属多孔質体の気孔分布に
影響する。その気孔分布を前記〔１〕式を満たす気孔分
布に制御するための原料粉末として、下記〔２〕式で示
される粒度分布を有するものが好ましく使用される。 （Ｒ95−Ｒ5 ）／Ｒ50 ≦ ２．５ …〔２〕 式中のＲ5 ，Ｒ50，およびＲ95は、それぞれ粒径積算分
布曲線（重量基準）における累積頻度５％，５０％，お
よび９５％に対応する粒子径である。粒子径Ｒ 50（平均
粒径）に対する、粒子径Ｒ95とＲ5 の幅の比「（Ｒ95−
Ｒ5 ）／Ｒ50」の値が大きい粒径分布を示す粉末を使用
した場合は、粒子間に粗大な空隙を生じ易く、また粒子
間の空隙に微細粒子が侵入することによる空隙の閉塞を
生じ易い。前者は、多孔体（焼結体）内における粗大な
気孔の分布を増大させ、後者は開気孔の分布を減少させ
る。また、粉末の粒径Ｒ50は、約１０〜１０００μｍの
範囲が適当である。気孔径の比較的小さい開気孔が豊富
に分布したものを望む場合は、粒径Ｒ50約１０〜７５μ
ｍ程度の比較的小径の粉末の使用が有利であり、他方気
孔径の大きい開気孔が豊富に分布したものを望む場合
は、粒径Ｒ50約３００〜１０００μｍの粗粒粉末が有利
に使用される。
粉末の粒度構成は、得られる金属多孔質体の気孔分布に
影響する。その気孔分布を前記〔１〕式を満たす気孔分
布に制御するための原料粉末として、下記〔２〕式で示
される粒度分布を有するものが好ましく使用される。 （Ｒ95−Ｒ5 ）／Ｒ50 ≦ ２．５ …〔２〕 式中のＲ5 ，Ｒ50，およびＲ95は、それぞれ粒径積算分
布曲線（重量基準）における累積頻度５％，５０％，お
よび９５％に対応する粒子径である。粒子径Ｒ 50（平均
粒径）に対する、粒子径Ｒ95とＲ5 の幅の比「（Ｒ95−
Ｒ5 ）／Ｒ50」の値が大きい粒径分布を示す粉末を使用
した場合は、粒子間に粗大な空隙を生じ易く、また粒子
間の空隙に微細粒子が侵入することによる空隙の閉塞を
生じ易い。前者は、多孔体（焼結体）内における粗大な
気孔の分布を増大させ、後者は開気孔の分布を減少させ
る。また、粉末の粒径Ｒ50は、約１０〜１０００μｍの
範囲が適当である。気孔径の比較的小さい開気孔が豊富
に分布したものを望む場合は、粒径Ｒ50約１０〜７５μ
ｍ程度の比較的小径の粉末の使用が有利であり、他方気
孔径の大きい開気孔が豊富に分布したものを望む場合
は、粒径Ｒ50約３００〜１０００μｍの粗粒粉末が有利
に使用される。
【００１２】本発明の熱交換用部材の製造法として、焼
結原料粉末をカプセルに充填密封してＨＩＰ処理するプ
ロセスを適用する場合のＨＩＰ処理条件は、高緻密性の
焼結体を目的とする通常の処理と異なって、低温・低圧
のＨＩＰ条件が適用される。その処理温度は約０．３５
mp〜0.85mpＫ〔mpＫ: 焼結原料粉末の融点（絶対温度表
示），複数種の混合の場合は、低融点の金属粉末の融
点〕、加圧力は約５〜１５０ＭＰａの範囲が適当であ
る。それより高温・高圧条件では、原料粉末の粒子同士
の融着が過度に進行し、多孔性に富む焼結体を得ること
が困難となり、他方それより低温・低圧条件では、粒子
同士の結合力の不足により、ハンドリングに耐え得る焼
結体の形成が困難となるからである。上記ＨＩＰ処理に
より製造される金属多孔質体は、所望により、温度約
０．６〜０．９５mpＫ（mpＫは前記と同義）の熱処理が
施される。この熱処理は、焼結体の気孔分布を損なわず
に、焼結体の粒子間結合を強め、焼結体の機械強度等を
高めるのに有効である。
結原料粉末をカプセルに充填密封してＨＩＰ処理するプ
ロセスを適用する場合のＨＩＰ処理条件は、高緻密性の
焼結体を目的とする通常の処理と異なって、低温・低圧
のＨＩＰ条件が適用される。その処理温度は約０．３５
mp〜0.85mpＫ〔mpＫ: 焼結原料粉末の融点（絶対温度表
示），複数種の混合の場合は、低融点の金属粉末の融
点〕、加圧力は約５〜１５０ＭＰａの範囲が適当であ
る。それより高温・高圧条件では、原料粉末の粒子同士
の融着が過度に進行し、多孔性に富む焼結体を得ること
が困難となり、他方それより低温・低圧条件では、粒子
同士の結合力の不足により、ハンドリングに耐え得る焼
結体の形成が困難となるからである。上記ＨＩＰ処理に
より製造される金属多孔質体は、所望により、温度約
０．６〜０．９５mpＫ（mpＫは前記と同義）の熱処理が
施される。この熱処理は、焼結体の気孔分布を損なわず
に、焼結体の粒子間結合を強め、焼結体の機械強度等を
高めるのに有効である。
【００１３】他方、焼結原料粉末を加圧成形した後、Ｈ
ＩＰ処理する工程を採用する場合において、粉末の加圧
成形には、一軸プレス，押出成形，冷間静水圧加圧成形
（ＣＩＰ成形）等が適用されるが、ＣＩＰ成形法は、サ
イズ・形状の如何に拘らず、圧粉成形体に良好な均質性
を付与するのに有効である。また、圧粉成形体のＨＩＰ
処理は、これをカプセルに密封せず、そのまま（カプセ
ル・フリー）で行ってよい。カプセルフリーのＨＩＰ処
理においては、圧粉成形体の粒子間隙内に圧力媒体が侵
入し、圧粉成形体の外側表面と内部とから静水圧媒体の
加圧力が作用する効果として、圧粉成形体の多孔性を保
持しつつ、焼結反応による粒子間結合を強化することが
可能である。そのＨＩＰ処理は、温度約０．７mp〜０．
９５mpＫ（mpＫは前記と同義）、加圧力約５０〜１２０
ＭＰａの処理条件下に好適に達成される。
ＩＰ処理する工程を採用する場合において、粉末の加圧
成形には、一軸プレス，押出成形，冷間静水圧加圧成形
（ＣＩＰ成形）等が適用されるが、ＣＩＰ成形法は、サ
イズ・形状の如何に拘らず、圧粉成形体に良好な均質性
を付与するのに有効である。また、圧粉成形体のＨＩＰ
処理は、これをカプセルに密封せず、そのまま（カプセ
ル・フリー）で行ってよい。カプセルフリーのＨＩＰ処
理においては、圧粉成形体の粒子間隙内に圧力媒体が侵
入し、圧粉成形体の外側表面と内部とから静水圧媒体の
加圧力が作用する効果として、圧粉成形体の多孔性を保
持しつつ、焼結反応による粒子間結合を強化することが
可能である。そのＨＩＰ処理は、温度約０．７mp〜０．
９５mpＫ（mpＫは前記と同義）、加圧力約５０〜１２０
ＭＰａの処理条件下に好適に達成される。
【００１４】本発明の金属多孔質体を適用して形成され
る熱交換体は、その全体を本発明の金属多孔質体で構成
され、また金属多孔質体の単体構造では機械強度等が不
足するような用途では、その機械強度を補償するための
補助部材として鋳造もしくは単圧金属材料、その他の部
材をバックアップ材とする積層構造体等として構成され
る。なお、金属多孔質体の多孔質微細孔に流通させる流
体は、水、湯，液体炭酸ガス、液体窒素等であり、熱交
換用部材の用途・使用条件等に応じて適宜選択使用され
る。
る熱交換体は、その全体を本発明の金属多孔質体で構成
され、また金属多孔質体の単体構造では機械強度等が不
足するような用途では、その機械強度を補償するための
補助部材として鋳造もしくは単圧金属材料、その他の部
材をバックアップ材とする積層構造体等として構成され
る。なお、金属多孔質体の多孔質微細孔に流通させる流
体は、水、湯，液体炭酸ガス、液体窒素等であり、熱交
換用部材の用途・使用条件等に応じて適宜選択使用され
る。
【００１５】
〔１〕金属多孔質体の製造:一種もしくは複数種の金属
粉末を焼結原料として金属多孔質体を得る。表１は原料
粉末の供試材の組成配合および製造条件、表２は得られ
た金属多孔質体の諸特性を示している。
粉末を焼結原料として金属多孔質体を得る。表１は原料
粉末の供試材の組成配合および製造条件、表２は得られ
た金属多孔質体の諸特性を示している。
【００１６】(1)原料粉末 表１中、粉末材種・配合欄の記号は次のとおりである
（Ｐa1, Ｐa2, Ｐa3, Ｐ a4, Ｐa5：低い熱伝導率のグル
ープに属する材種、Ｐb1, Ｐb2：高い熱伝導率のグルー
プに属する材種）。 Ｐa1：SUS 304 ステンレス鋼（κ19 W/m・K, at300℃） 粒度 500/1000 μｍ Ｐa2：In 625（κ 12 W/m ・K, at400℃） 粒度 200/500μｍ Ｐa3：ステライト♯12（κ 15 W/m ・K, at20 ℃） 粒度 150/300μｍ Ｐa4：SUS 630 ステンレス鋼（κ19 W/m・K, at300℃） 粒度 -150μｍ Ｐa5：SKD 61工具鋼（κ 28 W/m ・K, at 20℃） 粒度 -150 μｍ、 Ｐb1：銅（κ 390 W/m・K, at300℃） 粒度 100/200μｍ（供試材No.1〜4) 粒度 -100 μｍ( 供試材No.5) Ｐb2：アルミニウム（κ 233 W/m・K, at300℃） 粒度 100/200μｍ（供試材No.3, No.4) 粒度 -100 μｍ( 供試材No.6)
（Ｐa1, Ｐa2, Ｐa3, Ｐ a4, Ｐa5：低い熱伝導率のグル
ープに属する材種、Ｐb1, Ｐb2：高い熱伝導率のグルー
プに属する材種）。 Ｐa1：SUS 304 ステンレス鋼（κ19 W/m・K, at300℃） 粒度 500/1000 μｍ Ｐa2：In 625（κ 12 W/m ・K, at400℃） 粒度 200/500μｍ Ｐa3：ステライト♯12（κ 15 W/m ・K, at20 ℃） 粒度 150/300μｍ Ｐa4：SUS 630 ステンレス鋼（κ19 W/m・K, at300℃） 粒度 -150μｍ Ｐa5：SKD 61工具鋼（κ 28 W/m ・K, at 20℃） 粒度 -150 μｍ、 Ｐb1：銅（κ 390 W/m・K, at300℃） 粒度 100/200μｍ（供試材No.1〜4) 粒度 -100 μｍ( 供試材No.5) Ｐb2：アルミニウム（κ 233 W/m・K, at300℃） 粒度 100/200μｍ（供試材No.3, No.4) 粒度 -100 μｍ( 供試材No.6)
【００１７】(2)製造工程 表１中、製造工程欄の記号Ａ, Ｂは次のとおりである。 Ａ工程：原料粉末混合物をカプセル（軟鋼製）に充填
し、脱気密封（１×１０ -2Torr）したうえ、ＨＩＰ処理
する。ついで、カプセルを除去し、焼結体の粒子間結合
を強化するための熱処理を施したうえ（もしくは施すこ
となく）機械加工を加え、直方体の多孔質焼結体（100
×100 ×50,mm ）を得る。 Ｂ工程：原料粉末混合物を、ゴム型に充填しＣＩＰ処理
により圧粉体を成形したうえ、ＨＩＰ処理（カプセル・
フリー）に付す。処理後、機械加工を加え、矩形状の多
孔質焼結体（形状・サイズは上記と同じ）を得る。
し、脱気密封（１×１０ -2Torr）したうえ、ＨＩＰ処理
する。ついで、カプセルを除去し、焼結体の粒子間結合
を強化するための熱処理を施したうえ（もしくは施すこ
となく）機械加工を加え、直方体の多孔質焼結体（100
×100 ×50,mm ）を得る。 Ｂ工程：原料粉末混合物を、ゴム型に充填しＣＩＰ処理
により圧粉体を成形したうえ、ＨＩＰ処理（カプセル・
フリー）に付す。処理後、機械加工を加え、矩形状の多
孔質焼結体（形状・サイズは上記と同じ）を得る。
【００１８】(3)多孔質焼結体の特性 強度：３点曲げ試験による曲げ強度（MPa) 耐摩耗性：大越式迅速摩耗試験による比摩耗量の比率 ガス抜き性：ガス圧力0.2 kgf/cm2 における試験片（厚
さ５mm）の通過ガス流量（cc/min・cm2 ）
さ５mm）の通過ガス流量（cc/min・cm2 ）
【００１９】発明例の多孔質焼結体は、高透過性を有す
ると共に、原料粉末材種の配合効果として、多孔質であ
りながら、機械強度や耐摩耗性が高く、かつ良好な熱伝
導性を有している。
ると共に、原料粉末材種の配合効果として、多孔質であ
りながら、機械強度や耐摩耗性が高く、かつ良好な熱伝
導性を有している。
【００２０】
【表１】
【００２１】
【表２】
【００２２】
【発明の効果】本発明の熱交換用部材は、多孔質金属焼
結体の有する均一豊富な微細気孔を流体の流通路として
いることにより、部材内に管路を設ける構造やフィンの
形設する従来の構造と異なって、部材全体に亘る一様な
熱交換を行わせることができ、しかも単位体積当たりの
熱交換用媒体との伝熱面積が著しく増大することによ
り、熱交換性能を飛躍的に高めることができる。また、
その微細気孔に対する流体の流通を中断した状態におい
ては、多孔質体であることによる良好な断熱性を発揮す
るので、実機使用において良好な熱交換性と断熱性の相
反する両特性を要求される機器・装置における熱交換体
の構成部材として有用である。
結体の有する均一豊富な微細気孔を流体の流通路として
いることにより、部材内に管路を設ける構造やフィンの
形設する従来の構造と異なって、部材全体に亘る一様な
熱交換を行わせることができ、しかも単位体積当たりの
熱交換用媒体との伝熱面積が著しく増大することによ
り、熱交換性能を飛躍的に高めることができる。また、
その微細気孔に対する流体の流通を中断した状態におい
ては、多孔質体であることによる良好な断熱性を発揮す
るので、実機使用において良好な熱交換性と断熱性の相
反する両特性を要求される機器・装置における熱交換体
の構成部材として有用である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小阪 晃 大阪府枚方市中宮大池１丁目１番１号 株 式会社クボタ枚方製造所内 (72)発明者 元木 龍太郎 大阪府枚方市中宮大池１丁目１番１号 株 式会社クボタ枚方製造所内
Claims (5)
- 【請求項１】 部材の少なくとも一部が、多孔質金属焼
結体からなり、該多孔質金属焼結体の貫通孔を熱交換用
媒体の流通路としたことを特徴とする熱交換用部材。 - 【請求項２】 多孔質金属焼結体は、気孔率７〜５０
％，気孔径５００μｍ以下、および気孔径の積算分布曲
線における累積頻度５％の気孔径Ｄ5 , 同５０％の気孔
径Ｄ50, 同９５％の気孔径Ｄ95が、次式〔１〕: （Ｄ95−Ｄ5 ）／Ｄ50 ≦ ２．５ …〔１〕 を満たす気孔分布を有する熱間静水圧加圧焼結体である
ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換用部材。 - 【請求項３】 多孔質金属焼結体は、熱伝導率の異なる
複数種の金属粒子が均一に分散混在した混相焼結体であ
り、低い熱伝導率（κA ) を有する金属材種と高い熱伝
導率（κB ) を有する金属材種との熱伝導率の比（κB
/ κA ) が２以上であることを特徴とする請求項１また
は請求項２に記載の熱交換用部材。 - 【請求項４】 熱伝導率の低い金属粒子は、鉄もしくは
鉄合金、ニッケルもしくはニッケル合金、またはコバル
トもしくはコバルト合金であり、熱伝導率の高い金属粒
子は、銅もしくは銅合金、アルミニウムもしくはアルミ
ニウム合金であることを特徴とする請求項３に記載の熱
交換用部材。 - 【請求項５】 高い熱伝導率の金属粒子の占める体積率
が、５〜９５％であることを特徴とする請求項３または
請求項４に記載の熱交換用部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21651596A JPH1062096A (ja) | 1996-08-19 | 1996-08-19 | 熱交換用部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21651596A JPH1062096A (ja) | 1996-08-19 | 1996-08-19 | 熱交換用部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1062096A true JPH1062096A (ja) | 1998-03-06 |
Family
ID=16689653
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21651596A Pending JPH1062096A (ja) | 1996-08-19 | 1996-08-19 | 熱交換用部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1062096A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007056327A1 (en) * | 2005-11-07 | 2007-05-18 | 3M Innovative Properties Company | Thermal transfer coating |
| US7360581B2 (en) | 2005-11-07 | 2008-04-22 | 3M Innovative Properties Company | Structured thermal transfer article |
| US8842327B2 (en) | 2008-12-26 | 2014-09-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Print control apparatus, print control method, and storage medium storing computer-executable program |
| JP2019095087A (ja) * | 2017-11-20 | 2019-06-20 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 熱交換器、その製造方法、および冷却装置 |
-
1996
- 1996-08-19 JP JP21651596A patent/JPH1062096A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007056327A1 (en) * | 2005-11-07 | 2007-05-18 | 3M Innovative Properties Company | Thermal transfer coating |
| US7360581B2 (en) | 2005-11-07 | 2008-04-22 | 3M Innovative Properties Company | Structured thermal transfer article |
| US7695808B2 (en) | 2005-11-07 | 2010-04-13 | 3M Innovative Properties Company | Thermal transfer coating |
| US8842327B2 (en) | 2008-12-26 | 2014-09-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Print control apparatus, print control method, and storage medium storing computer-executable program |
| JP2019095087A (ja) * | 2017-11-20 | 2019-06-20 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 熱交換器、その製造方法、および冷却装置 |
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