発泡金属の製造方法及び発泡金属の製造装置
【課題】低コストで品質の安定性に優れた発泡金属を製造することができる、発泡金属の製造方法を提供する。
【解決手段】金属又は合金から成る、帯状の板材１３（１１，１２）に対して、発泡剤を供給した後に、板材１３（１１，１２）の幅方向に並べて配置された複数個の摩擦攪拌工具５を用いて、摩擦攪拌を行う工程と、その後、加熱することにより、発泡剤を発泡させて、気泡１５を形成する工程と、気泡１５が形成された母材１４を冷却させる工程とを有して、金属又は合金から成る母材１４内に発泡による気泡１５を有する発泡金属を製造する。
【解決手段】金属又は合金から成る、帯状の板材１３（１１，１２）に対して、発泡剤を供給した後に、板材１３（１１，１２）の幅方向に並べて配置された複数個の摩擦攪拌工具５を用いて、摩擦攪拌を行う工程と、その後、加熱することにより、発泡剤を発泡させて、気泡１５を形成する工程と、気泡１５が形成された母材１４を冷却させる工程とを有して、金属又は合金から成る母材１４内に発泡による気泡１５を有する発泡金属を製造する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポーラスアルミニウム等の発泡金属の製造方法及び発泡金属の製造装置に係わる。
【背景技術】
【０００２】
ポーラスアルミニウム等、各種の金属や合金を発泡させた発泡金属は、軽量であって、衝撃エネルギーの吸収特性が高く、制振特性や断熱特性、遮音性等、非常に多くの優れた特徴を有する多機能な素材である。
発泡金属の用途としては、自動車、航空宇宙、鉄道車両、医療分野、建築部材、産業用機械部品等、様々な用途が考えられている。
【０００３】
発泡金属の製造方法として、例えば、鋳造により発泡金属を作製する鋳造法や、アルミニウム合金等の母材中に発泡剤を混合して、プリカーサ（プリフォーム、発泡金属前駆体とも呼ばれる）を作製する、プリカーサ法等がある。
【０００４】
鋳造法は、例えば、母材の純Ａｌ溶湯にＣａ等を添加して増粘させて、ＴｉＨ２等の発泡剤を添加して発泡させる方法である（例えば、特許文献１を参照。）。
発泡させた後に、冷却して発泡体を取り出して、必要な大きさに切断する。
【０００５】
プリカーサ法では、上述したようにプリカーサを作製した後に、プリカーサを加熱して、発泡剤を分解してガスを発生させ、このガスの発生により軟化した母材を膨張させる。
プリカーサ法の具体的な方法としては、様々な方法が提案されており、例えば、粉末冶金法や圧延接合法が提案されている。
粉末冶金法は、例えば、Ａｌ合金等の母材の粉末と、ＴｉＨ２等の発泡剤の粉末とを均一になるまで混合して、混合物を押し出し成型する。その後、赤外線イメージ炉等で加熱して発泡剤を発泡させる（例えば、特許文献２、特許文献３を参照。）。
圧延接合法は、母材の板材を複数用意して、板材に必要に応じて表面処理を施した後に、板材の間に発泡剤を挟んで圧延し、複数の板材を接合する。そして、この圧延の工程を繰り返して母材中に発泡剤を均一に分散させて、発泡金属前駆体とする（例えば、特許文献４を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−６１８６５号公報
【特許文献２】独国特許出願公開第１０４８３６０号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第４１０１６３０号明細書
【特許文献４】特開２００４−２８５４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前述した鋳造法は、気泡の形態（例えば、大きさや分布等）を制御することが難しい。
そのため、例えば、必要以上に気泡が大きくなってしまい、必要とされる強度が得られなくなることや、用途が限定されることがある。
【０００８】
また、前述した粉末冶金法は、気泡の形態の制御が容易になる利点はあるが、原料である母材の粉末が板材と比較して高価であり、工程が煩雑であり時間もかかるので生産性が低いことから、発泡金属のコストが高くなってしまう。
また、圧延接合法は、圧延によって板材を接合するので、焼鈍や接合面の表面処理等の前処理が必要であること、圧延の前後で熱処理を行うのでエネルギー消費が大きいこと、発泡剤を均一に分散させるためには圧延を多数回繰り返す必要があること、圧延を繰り返すごとに圧延材を切断する必要があること等により、生産性が低くなることから、発泡金属のコストが高くなってしまう。
【０００９】
上述した問題の解決のために、本発明においては、低コストで品質の安定性に優れた発泡金属を製造することができる、発泡金属の製造方法及び発泡金属の製造装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の発泡金属の製造方法は、金属又は合金から成る母材内に発泡による気泡を有する発泡金属を製造する方法である。そして、金属又は合金から成る、帯状の板材に対して、発泡剤を供給した後に、板材の幅方向に並べて配置された複数個の摩擦攪拌工具を用いて、摩擦攪拌を行う工程と、その後、加熱することにより、発泡剤を発泡させて、気泡を形成する工程と、気泡が形成された母材を冷却する工程とを有するものである。
【００１１】
上記本発明の発泡金属の製造方法において、２枚の帯状の板材の間に発泡剤を供給して、２枚の帯状の板材の間に発泡剤を挟みこむことも可能である。
上記本発明の発泡金属の製造方法において、摩擦攪拌を行う工程で、帯状の板材をその長手方向に送ることも可能である。
上記本発明の発泡金属の製造方法において、摩擦攪拌を行う工程で、摩擦攪拌工具を板材の幅方向に複数個配置した列を板材の長手方向に複数列設けて、摩擦攪拌工具の板材の幅方向の位置が隣の列の摩擦攪拌工具の間にあるように配置することも可能である。
上記本発明の発泡金属の製造方法において、摩擦攪拌を行う工程で、発泡剤を供給した帯状の板材を複数重ねて積層体を作製し、この積層体に対して、下方及び上方からそれぞれ摩擦攪拌工具による摩擦攪拌を行うことも可能である。
上記本発明の発泡金属の製造方法において、摩擦攪拌を行う工程で、発泡剤を供給した帯状の板材に対して摩擦攪拌を行った後に、帯状の板材の上に、さらに発泡剤を供給した別の帯状の板材を重ねて、上方から摩擦攪拌工具による摩擦攪拌を行うことも可能である。
上記本発明の発泡金属の製造方法において、摩擦攪拌を行う工程で、積層体に対して摩擦攪拌を行った後に、積層体の上に、さらに発泡剤を供給した別の帯状の板材を重ねて、上方から摩擦攪拌工具による前記摩擦攪拌を行うことも可能である。
【００１２】
本発明の発泡金属の製造装置は、金属又は合金から成る母材内に発泡による気泡を有する発泡金属を製造するための製造装置である。
そして、金属又は合金から成る帯状の板材に対して、板材の幅方向に並べて配置された複数個の摩擦攪拌工具と、摩擦攪拌工具を回転駆動させる駆動部とを備えたものである。
【００１３】
上記本発明の発泡金属の製造装置において、摩擦攪拌工具を板材の幅方向に複数個配置した列が板材の長手方向に複数列設けられ、摩擦攪拌工具の板材の幅方向の位置が隣の列の摩擦攪拌工具の中間にあるように配置されている構成とすることも可能である。
上記本発明の発泡金属の製造装置において、隣接する摩擦攪拌工具を接続すると共に、複数個の摩擦攪拌工具を１つの駆動系で回転させる、歯車をさらに有する構成とすることも可能である。
【００１４】
上述の本発明の発泡金属の製造方法によれば、板材の幅方向に並べて配置された複数個の摩擦攪拌工具を用いて摩擦攪拌を行うので、板材の幅方向全体に対して摩擦攪拌を行うことができる。
【００１５】
上述の本発明の発泡金属の製造装置によれば、帯状の板材に対して、板材の幅方向に並べて配置された複数個の摩擦攪拌工具と、摩擦攪拌工具を回転駆動させる駆動部とを備えている。これにより、板材の幅方向全体に対して摩擦攪拌を行うことが可能になる。
【発明の効果】
【００１６】
上述の本発明によれば、板材の幅方向全体に対して摩擦攪拌を行うことが可能になり、また、摩擦攪拌工具を用いた摩擦攪拌を行うので、発泡剤を板材内に分散させることができる。これにより、品質の安定性に優れた発泡金属を低いコストで製造することが可能になり、安定した品質を有する発泡金属を、従来の鋳造法や粉末冶金法よりも低いコストで製造することが可能になる。
【００１７】
また、本発明において、特に、摩擦攪拌工具を板材の幅方向に複数個配置した列を板材の長手方向に複数列設けて、摩擦攪拌工具の板材の幅方向の位置が隣の列の摩擦攪拌工具の間にあるように配置して摩擦攪拌を行う構成としたときには、板材の幅方向全体をほぼ均等に摩擦攪拌することができる。また、摩擦攪拌工具を長手方向に複数列設けたことにより、攪拌回数を最適な回数に制御し、良好な攪拌を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施の形態の発泡金属の製造方法に係る製造装置の概略構成図（模式的な断面図）である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の発泡金属の製造方法に係る製造装置の概略構成図（模式的な断面図）である。
【図３】図２の摩擦攪拌工具付近の平面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の発泡金属の製造方法に係る製造装置の概略構成図（模式的な断面図）である。
【図５】本発明の第３の実施の形態の発泡金属の製造方法に係る製造装置の概略構成図（模式的な断面図）である。
【図６】本発明の第４の実施の形態の発泡金属の製造方法に係る製造装置の概略構成図（模式的な断面図）である。
【図７】図６の製造装置に金型で成型する工程を追加した製造装置の概略構成図である。
【図８】Ａ、Ｂ 隣接する摩擦攪拌工具を歯車で接続した構成を示す平面図である。
【図９】１個の摩擦攪拌工具を板材に対して走査させる場合の概略斜視図である。
【図１０】図９のＡ−Ａにおける断面図である。
【図１１】図９の積層体の一端から他端にかけて摩擦攪拌を行ったときの斜視図である。
【図１２】図１１のｘ−ｘ線における断面図である。
【図１３】攪拌部が重なるように、４回の摩擦攪拌を行った状態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、発明を実施するための最良の形態（以下、実施の形態とする）について説明する。
なお、説明は以下の順序で行う。
１．本発明の概要
２．第１の実施の形態
３．第２の実施の形態
４．第３の実施の形態
５．第４の実施の形態
６．変形例
【００２０】
＜１．本発明の概要＞
まず、本発明の具体的な実施の形態の説明に先立ち、本発明の概要を説明する。
【００２１】
本発明は、金属又は合金から成る母材中に、発泡による気泡を有する発泡金属を製造するための製造方法及び製造装置に関する。
本発明では、発泡剤を有する、金属又は合金から成る帯状の板材に対して、摩擦攪拌を行って、さらに加熱によって発泡剤を発泡させることにより、発泡金属の製造を行う。
【００２２】
本発明における摩擦攪拌は、円柱状の本体と、本体の先端に取り付けられた棒状のプローブとから構成される摩擦攪拌工具（ツール）を使用することによって、実施することができる。
この摩擦攪拌工具は、プローブを対象とする板材に押圧させながら、円柱状の本体を回転駆動させることにより、板材に対して摩擦攪拌を行うことができる。
本発明の製造装置では、摩擦攪拌工具を回転駆動させる駆動部を備えた構成とする。
【００２３】
本発明では、特に、帯状の板材の幅方向に複数個の摩擦攪拌工具を配置して、摩擦攪拌を行う。
そして、好ましくは、板材を固定して摩擦攪拌工具を走査させるよりも、板材をその長手方向に送りながら、位置が固定された摩擦攪拌工具を回転させて摩擦攪拌を行う。
【００２４】
本発明において、摩擦攪拌に使用する板材の材料としては、各種の金属や合金材料を使用することが可能であり、例えば、アルミニウム、チタン、鉄、銅、アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金、鉄鋼材料、銅合金等が挙げられる。
【００２５】
本発明において、発泡剤としては、例えば、水素化チタン（ＴｉＨ２）、水素化ジルコニウム、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム等を使用することが可能である。
さらにまた、発泡剤の他に、形成される気孔の形態（形や大きさ等）を制御するための気孔形態安定剤として、アルミナ、炭化珪素、二酸化珪素等を添加しても構わない。
【００２６】
板材への発泡剤の供給は、例えば、２枚の板材の間に、粉末状とした、もしくは、液体に分散させた、発泡剤を散布することにより、行うことができる。
なお、発泡剤をシート状に成形できれば、シート状にした発泡剤を板材に載置することも可能になる。例えば、２枚の板材の間にシート状にした発泡剤を挟み込む。
【００２７】
本発明において、摩擦攪拌工具の棒状のプローブの形状は特に限定されない。例えば、円柱形状、先端に向かって縮小する円錐形状、先端に向かって縮小する円錐台形状、等が考えられる。
摩擦攪拌工具を板材に対して押圧する際の深さは、プローブが実質的に板材に埋没する程度が好ましい。
また、摩擦攪拌工具の回転速度は特に限定されないが、例えば、５００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍ程度とすることができる。
【００２８】
ここで、１個の摩擦攪拌工具を板材に対して走査させる場合を例にとり、摩擦攪拌について説明する。
図９に概略斜視図を示すように、２枚の金属板１０１，１０２を重ねた積層体１０３において、積層体１０３の一方の面（上面）から摩擦攪拌を行う。積層体１０３の２枚の金属板１０１，１０２の間には、図示しない発泡剤が挟まれている。
この場合、円柱状の本体１０５ｂと、本体１０５ｂの先端に取り付けられた棒状のプローブ１０５ａとから構成された摩擦攪拌工具１０５を使用して、摩擦攪拌を行う。
プローブ１０５ａを矢印ｂで示すように所定の回転数で回転させながら、本体１０５ｂ及びプローブ１０５ａを矢印ａで示す方向（下方向）に押圧することで、積層体１０３の一方の面の一端にプローブ１０５ａを貫入させる。そして、矢印ｃで示すように、積層体１０３の他端に向かって積層体１０３の長手方向に摩擦攪拌工具１０５を移動させる。
このとき、図９のＡ−Ａにおける断面図を、図１０に示す。図１０において、実線は摩擦攪拌工具１０５のプローブ１０５ａを積層体１０３の上面に接触させた状態を示し、二点鎖線は積層体１０３に押圧してプローブ１０５ａを貫入させた状態を示している。図１０に示すように、プローブ１０５ａは積層体１０３の２枚の金属板１０１，１０２の接合面を貫通して、下層の金属板１０１に達する深さに貫入する。
次に、積層体１０３の一端から他端にかけて摩擦攪拌を行ったときの斜視図を、図１１に示す。また、図１２は、図１１のｘ−ｘ線（プローブ１０５ａの中心軸を通る線）における断面図を示しており、摩擦攪拌を行ったときの積層体１０３の内部の様子を示したものである。
摩擦攪拌を行うことにより、積層体１０３と摩擦攪拌工具１０５との間に摩擦熱が生じ、摩擦攪拌された部分には攪拌部１０６が形成される。この場合、実際には、本体１０５ｂと金属板１０２の表面で摩擦熱が発生し、プローブ１０５ａによって攪拌される。そして、攪拌部１０６において、２枚の金属板１０１，１０２と発泡剤とが均一に混合されると同時に、２枚の金属板１０１，１０２が接合される。これにより、攪拌部１０６は、金属板１０１，１０２内に発泡剤が混入された発泡金属前駆体となる。
【００２９】
なお、図９〜図１２に示す摩擦攪拌工具１０５の直径は、積層体１０３の幅よりも充分に小さいので、さらに、摩擦攪拌工具１０５を摩擦攪拌の走査方向と直交する方向（図９と図１１の右下から左上に向かう、積層体１０３の幅方向）に移動させて、摩擦攪拌を行うことが望ましい。攪拌部が重なるように、４回の摩擦攪拌を行った状態の斜視図を、図１３に示す。この図１３では、４回とも同じ向き（左下から右上への向き）に摩擦攪拌工具１０５を走査させている。
さらに、図１３に示した４回の摩擦攪拌を行った後に、摩擦攪拌を繰り返して行うことも可能であり、さらに摩擦攪拌の効果を高めることができる。この場合、繰り返し回数や、それぞれの摩擦攪拌における摩擦攪拌工具１０５を走査する方向は限定されない。摩擦攪拌工具１０５を図１３と同じ方向に走査させても、各回の摩擦攪拌の間に図１３とは逆方向の左上から右下に摩擦攪拌工具１０５を移動させても構わない。
【００３０】
図９〜図１３では、１個の摩擦攪拌工具を板材に対して走査させていたのに対して、本発明の製造方法及び製造装置では、板材の幅方向に複数個の摩擦攪拌工具を配置する。
そして、本発明の製造方法及び製造装置では、好ましくは、摩擦攪拌工具の位置を固定して、板材をその長手方向に送る。この場合、板材への摩擦攪拌のされ方は、図１３に示した、１個の摩擦攪拌工具を同じ走査方向で複数回の摩擦攪拌を行った場合と、類似している。
【００３１】
本発明の製造方法及び製造装置によれば、板材の幅方向に複数個の摩擦攪拌工具を配置することにより、板材の幅方向全体に対して摩擦攪拌を行うことが可能になり、また、摩擦攪拌工具を用いた摩擦攪拌を行うので、発泡剤を板材内に分散させることができる。
これにより、品質の安定性に優れた発泡金属を、高い生産性により低いコストで製造することが可能になり、安定した品質を有する発泡金属を、従来の鋳造法や粉末冶金法よりも低いコストで製造することが可能になる。
【００３２】
本発明において、複数個の摩擦攪拌工具の配置は、一列のみ幅方向に摩擦攪拌工具を配置しても良いが、摩擦攪拌工具を板材の長手方向に複数列配置することが好ましい。摩擦攪拌工具を長手方向に複数列設けたことにより、攪拌回数を最適な回数に制御し、良好な攪拌を行うことができる。
より好ましくは、摩擦攪拌工具を、互いに隣接する列の摩擦攪拌工具の間の位置に配置する（例えば、図３の配置）。このように配置すれば、板材の幅方向全体をほぼ均等に摩擦攪拌することができる。
【００３３】
本発明において、発泡剤を有する板材と摩擦攪拌工具との組み合わせを複数組設けて、摩擦攪拌がなされる板材を上下に積層した構成とすることも可能である。
このように構成することにより、発泡金属の前駆体となる接合体の厚さを２倍以上に厚くすることができるので、発泡金属の大型化や生産性の向上を図ることができる。
発泡金属を大型化することにより、例えば、人工島や埠頭等にも発泡金属を利用することが可能になる。
【００３４】
また、本発明において、板材の下方と上方とからそれぞれ摩擦攪拌工具による摩擦攪拌がなされる構成とすることも可能である。
なお、この場合、下方の摩擦攪拌工具と上方の摩擦攪拌工具とは、先端が接触する構成も、先端が接触しない構成もいずれも可能である。また、下方と上方の摩擦攪拌工具のプローブの部分を一体化した構成とすることも可能である。
【００３５】
また、大きい摩擦攪拌工具を使うことにより、板材の幅方向の摩擦攪拌工具の個数を減らすことが可能である。
なお、板材の幅が比較的狭い場合には、板材の幅方向において大きい１個の摩擦攪拌工具のみを配置することも可能である。この構成において、さらに帯状の板材の長手方向に複数個の摩擦攪拌工具を配置することにより、攪拌効果を高めて母材中の発泡剤の分布をより均一にすることができる。
【００３６】
また、摩擦攪拌工具の位置を固定して、帯状の板材を長手方向に送ることが望ましいが、本発明において、帯状の板材の幅方向に配置した複数個の摩擦攪拌工具を、固定された板材に対して走査させる構成とすることも可能である。
摩擦攪拌工具の位置を固定して、帯状の板材を長手方向に送る方が、流れ作業で板材の積層体を供給することができ、また、摩擦攪拌を行った後に、次の加熱工程に送りやすい、という利点を有する。
【００３７】
＜２．第１の実施の形態＞
続いて、本発明の具体的な実施の形態を説明する。
本発明の第１の実施の形態の発泡金属の製造方法に係る製造装置の概略構成図（模式的な断面図）を、図１及び図２に示す。
本実施の形態は、複数個の摩擦攪拌工具を使用して、積層体の上面から摩擦攪拌を行う場合である。
【００３８】
図１に示すように、本実施の形態の製造装置は、第１の板材１１を供給する第１のロール１と、第２の板材１２を供給する第２のロール２と、発泡剤４を散布する発泡剤供給部３とを備えている。発泡剤供給部３は、第１のロール１と第２のロール２との中間に設けられており、これにより、第２の板材１２と積層される前の第１の板材１１に、発泡剤４を散布することができる。
【００３９】
そして、図２に示すように、本実施の形態の製造装置は、第１の板材１１及び第２の板材１２を積層した積層体１３に対して摩擦攪拌を行うための摩擦攪拌工具５と、積層体１３を搬送し支持するためのローラ７とを備えている。
さらに、本実施の形態の製造装置は、摩擦攪拌が行われた積層体１３に対して加熱を行う加熱炉から成る加熱部８と、加熱により発泡剤が発泡して気泡が発生した後に冷却するための散水機９を含む冷却部とを備えている。加熱部８の構成としては、電熱線により加熱する構成、ガス燃焼により加熱する構成、赤外線により加熱する構成等が考えられる。
【００４０】
摩擦攪拌工具５は、図９〜図１２に示した摩擦攪拌工具１０５と同様の構成を有しており、円柱状の本体５ｂと、本体５ｂの先端に取り付けられた棒状のプローブ５ａとから、構成されている。
【００４１】
本実施の形態の製造装置では、特に、摩擦攪拌工具５付近の平面図を図３に示すように、積層体１３に対して摩擦攪拌を行うための摩擦攪拌工具５が、積層体１３の幅方向に複数個配置されている。そして、幅方向に複数個の摩擦攪拌工具５が並んだ列が、積層体１３の長手方向に４列設けられている。
また、１列目及び３列目では、積層体１３の幅Ｗに対してほぼ一杯に４個の摩擦攪拌工具５が配置され、２列目及び４列目では、積層体１３の幅方向の位置が、隣の列の摩擦攪拌工具５の間にあるように摩擦攪拌工具５が配置されている。
なお、積層体１３の幅Ｗは特に限定されないが、例えばこの幅Ｗを９００ｍｍ程度とすることができる。
【００４２】
図１及び図２に示す製造装置を用いて、以下に説明するようにして、発泡金属を製造することができる。
【００４３】
図１に示すように、第１のロール１から供給される、第１の板材１１の上に、発泡剤供給部３から発泡剤４を散布する。
その先で、第２のロール２から供給される、第２の板材１２を、第１の板材１１の上に載せて、第１の板材１１と第２の板材１２との間に発泡剤４が挟まれた積層体１３を形成する。
【００４４】
続いて、図２に示すように、積層体１３に対して、円柱状の本体５ｂとプローブ５ａとから成る摩擦攪拌工具５により、摩擦攪拌が行われる。積層体１３は、その下に設けられたローラ７によって、図中右方向に送られると共に、摩擦攪拌工具５からの押圧に対して支持される。摩擦攪拌により、積層体１３の第１の板材１１及び第２の板材１２が一体化されて、第１の板材１１及び第２の板材１２の境界がなくなり、２枚の板材の分の厚さを有する接合体１９が形成される。
なお、図示しないが、帯状の積層体１３に対して、その側面側にもローラを配置することにより、積層体１３の幅を制御することが可能である。
２枚の板材１１，１２からなる積層体１３の厚さは、例えば１００ｍｍ程度とすることができる。
積層体１３の送り速度は、例えば１ｍ／分程度とすることができる。
【００４５】
次に、摩擦攪拌を行った接合体１９に対して、加熱部８を使用して、接合体１９を加熱する加熱工程を行う。接合体１９を加熱することにより、内部の発泡剤４が発泡して、気泡１５が発生する。加熱工程の温度は、接合体１９の材料の融点の近傍の温度とすることが望ましい。
なお、気泡１５の発生により、母材である接合体１９の体積が膨張するが、図２では、接合体１９の上下にそれぞれローラ７を配置することにより、膨張した後の厚さを制御している。
次に、母材１４の内部に気泡１５が発生した発泡金属に対して、冷却工程を行う。例えば、図２に示す散水機９を使用して、水冷により発泡金属の冷却を行う。
これにより、母材１４の内部に気泡１５を含む、発泡金属を製造することができる。
【００４６】
上述の本実施の形態によれば、積層体１３の幅方向に複数個の摩擦攪拌工具５を配置して、摩擦攪拌を行うことにより、積層体１３の幅方向全体に対して摩擦攪拌を行うことが可能になる。また、摩擦攪拌工具５を用いた摩擦攪拌を行うので、発泡剤４を板材内に分散させることができる。
これにより、品質の安定性に優れた発泡金属を低いコストで製造することが可能になり、安定した品質を有する発泡金属を、従来の鋳造法や粉末冶金法よりも低いコストで製造することが可能になる。
【００４７】
また、本実施の形態によれば、幅方向に複数個の摩擦攪拌工具５が並んだ列が、積層体１３の長手方向に４列設けられ、１列目及び３列目では、積層体１３の幅Ｗに対してほぼ一杯に４個の摩擦攪拌工具５が配置され、２列目及び４列目では、積層体１３の幅方向の位置が、隣の列の摩擦攪拌工具５の間にあるように摩擦攪拌工具５が配置されている。
これにより、積層体１３の幅方向全体に対して、ほぼ均等に摩擦攪拌を行うことができ、発泡剤の良好な攪拌を行うことができる。
【００４８】
なお、図２では、散水機９を使用した水冷によって冷却工程を行っているが、その他の構成によって冷却工程を行っても構わない。
例えば、他の方法による水冷や、空冷（例えば、送風機等により空気や不活性気体を吹き付ける方法）も可能である。
【００４９】
＜３．第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態の発泡金属の製造方法に係る製造装置の概略構成図（模式的な断面図）を、図４に示す。
本実施の形態は、２つの積層体を重ねて、その上下両面から摩擦攪拌を行う場合である。
【００５０】
図４に示すように、本実施の形態の製造装置では、第１の板材１１及び第２の板材１２を積層した（第１の）積層体１３と、第３の板材１６及び第４の板材１７を積層した第２の積層体１８とを重ねている。
そして、それぞれの積層体１３，１８に対して、下方及び上方からそれぞれ摩擦攪拌を行うための摩擦攪拌工具５が配置されている。即ち、下側の第１の積層体１３の下方と、上側の第２の積層体１８の上方とに、それぞれ、摩擦攪拌工具５が配置されている。
下方の摩擦攪拌工具５と上方の摩擦攪拌工具５とは、第１の実施の形態の図３に示した配置と同様に、積層体１３，１８の幅方向に複数個の摩擦攪拌工具５が配置され、それぞれの摩擦攪拌工具５が隣接する列の摩擦攪拌工具５の間の積層体１３，１８の幅方向の位置に配置されている。
なお、図４よりも前段にある、２枚の板材とその間に挟まれた発泡剤とを含む積層体１３，１８を作製する工程及び装置は、第１の実施の形態の図１に示した工程及び装置と同様とすることができる。
従って、図１に示した装置を２系統設けて、それぞれの系統で積層体１３，１８を作製する。
【００５１】
本実施の形態において、摩擦攪拌の後段の工程及び装置は、図２と同様となっている。ただし、本実施の形態では、摩擦攪拌により、２つの積層体１３，１８を接合するので、４枚の板材１１，１２，１６，１７の分の厚さの接合体１９が作製される。
この接合体１９に対して、加熱工程が行われる。
【００５２】
図４に示す製造装置を用いて、以下に説明するようにして、発泡金属を製造することができる。
【００５３】
それぞれ図示しないロールから供給される、第１の板材１１、第２の板材１２、第３の板材１６、第４の板材１７を用いて、図４に示すように、第１の板材１１と第２の板材１２とを積層した第１の積層体１３、第３の板材１６と第４の板材１７とを積層した第２の積層体１８とを作製する。これら第１の積層体１３及び第２の積層体１８には、２つの板材１１，１２及び１６，１７の間に挟まれた発泡剤を含んでいる。
【００５４】
続いて、第１の積層体１３の上に第２の積層体１８を重ねて、その状態で、下方及び上方に配置された摩擦攪拌工具５により、摩擦攪拌及び２つの積層体１３，１８の接合が行われる。
この図４の場合、下方の摩擦攪拌工具５と上方の摩擦攪拌工具５とを、矢印で示すように同じ向きに回転させている。
下方の摩擦攪拌工具５と上方の摩擦攪拌工具５とを、このように同じ向きに回転させる構成とすると、簡易な構成で同一の回転体から回転運動を伝達して回転駆動させることができるので、駆動のための構成を簡略化することができる。
摩擦攪拌により、第１の積層体１３の第１の板材１１及び第２の板材１２が一体化され、第２の積層体１８の第３の板材１６及び第４の板材１７が一体化される。また、摩擦攪拌の強力な塑性流動により、第１の積層体１３と第２の積層体１８とが接合される。従って、各板材１１，１２，１６，１７の境界がなくなり、４枚の板材の分の厚さを有する接合体１９が形成される。
【００５５】
次に、摩擦攪拌を行った接合体１９に対して、加熱部８を使用して、接合体１９を加熱する加熱工程を行う。接合体１９を加熱することにより、内部の発泡剤が発泡して、気泡１５が発生する。加熱工程の温度は、接合体１９の材料の融点の近傍の温度とすることが望ましい。
なお、気泡１５の発生により、母材である接合体１９の体積が膨張するが、図４では、図２と同様に接合体１９の上下にそれぞれローラ７を配置することにより、膨張した後の厚さを制御している。
次に、母材１４の内部に気泡１５が発生した発泡金属に対して、冷却工程を行う。例えば、図４に示す散水機９を使用して、水冷により発泡金属の冷却を行う。
これにより、母材１４の内部に気泡１５を含む、発泡金属を製造することができる。
【００５６】
上述の本実施の形態によれば、積層体１３，１８の幅方向に複数個の摩擦攪拌工具５を配置して、摩擦攪拌を行うことにより、積層体１３，１８の幅方向全体に対して摩擦攪拌を行うことが可能になる。また、摩擦攪拌工具５を用いた摩擦攪拌を行うので、発泡剤４を板材内に分散させることができる。
これにより、品質の安定性に優れた発泡金属を低いコストで製造することが可能になり、安定した品質を有する発泡金属を、従来の鋳造法や粉末冶金法よりも低いコストで製造することが可能になる。
【００５７】
また、本実施の形態によれば、それぞれの積層体１３，１８に対して、下方及び上方からそれぞれ摩擦攪拌を行うための摩擦攪拌工具５が配置されているので、積層体１３，１８の全体の厚さを、第１の実施の形態の２倍とすることができる。
これにより、発泡金属の大型化や生産性の向上を図ることができる。
【００５８】
なお、図４では、散水機９を使用した水冷によって冷却工程を行っているが、その他の構成によって冷却工程を行っても構わない。
例えば、他の方法による水冷や、空冷（例えば、送風機等により空気や不活性気体を吹き付ける方法）も可能である。
【００５９】
また、積層体１３，１８の下方の摩擦攪拌工具５と上方の摩擦攪拌工具５とは、互いに接続されておらず、また、プローブ５ａ同士が接触してもいないため、互いに逆の方向に回転させることも可能である。
逆の方向に回転させる構成とすると、同じ方向に回転させる構成と比較して、回転駆動のための構成が若干増えることにはなる。なお、上下の摩擦攪拌工具５の回転方向の関係が摩擦攪拌へ及ぼす影響は少ないと考えられる。
【００６０】
＜４．第３の実施の形態＞
本発明の第３の実施の形態の発泡金属の製造方法に係る製造装置の概略構成図（模式的な断面図）を、図５に示す。
本実施の形態は、１つの積層体の上面から摩擦攪拌を行い、その上に他の積層体を重ねて、他の積層体の上面から摩擦攪拌を行う場合である。
【００６１】
図５に示すように、本実施の形態の製造装置では、第１の板材１１及び第２の板材１２を積層した（第１の）積層体１３に摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工具５よりも後段において、第３の板材１６及び第４の板材１７を積層した第２の積層体１８を第１の積層体１３上に重ねている。
そして、第２の積層体１８を第１の積層体１３上に重ねた後に、第２の積層体１８の上方に摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工具５が配置されている。
第１の積層体１３の上方の摩擦攪拌工具５と、第２の積層体１８の上方の摩擦攪拌工具５とは、第１の実施の形態の図３に示した配置と同様に、積層体１３，１８の幅方向に複数個の摩擦攪拌工具５が配置され、それぞれの摩擦攪拌工具５が隣接する列の摩擦攪拌工具５の間の積層体１３，１８の幅方向の位置に配置されている。
なお、図５よりも前段にある、２枚の板材とその間に挟まれた発泡剤とを含む積層体１３，１８を作製する工程及び装置は、第１の実施の形態の図１に示した工程及び装置と同様とすることができる。
従って、図１に示した装置を２系統設けて、それぞれの系統で積層体１３，１８を作製する。
【００６２】
本実施の形態において、摩擦攪拌よりも後段の工程及び装置は、図２と同様となっている。ただし、本実施の形態では、摩擦攪拌により、２つの積層体１３，１８を接合するので、４枚の板材１１，１２，１６，１７の分の厚さの接合体１９が作製される。
この接合体１９に対して、加熱工程が行われる。
【００６３】
図５に示す製造装置を用いて、以下に説明するようにして、発泡金属を製造することができる。
【００６４】
それぞれ図示しないロールから供給される、第１の板材１１及び第２の板材１２を用いて、図５に示すように、第１の板材１１と第２の板材１２とを積層した第１の積層体１３を作製する。また、それぞれ図示しないロールから供給される、第３の板材１６及び第４の板材１７を用いて、図５に示すように、第３の板材１６と第４の板材１７とを積層した第２の積層体１８を作製する。
これら第１の積層体１３及び第２の積層体１８には、２つの板材１１，１２及び１６，１７の間に挟まれた発泡剤を含んでいる。
なお、第１の積層体１３と第２の積層体１８との間にも発泡剤を供給して、これらの積層体１３，１８の間に発泡剤を挟むようにしても構わない。
【００６５】
まず、第１の積層体１３に対して、上方に配置された摩擦攪拌工具５により、摩擦攪拌を行う。摩擦攪拌により、第１の積層体１３の第１の板材１１及び第２の板材１２が一体化され、第１の板材１１及び第２の板材１２の境界がなくなる。
その後、摩擦攪拌が行われた第１の積層体１３の上に、第２の積層体１８を重ねる。
次に、第２の積層体１８に対して、上方に配置された摩擦攪拌工具５により、摩擦攪拌を行う。摩擦攪拌により、第２の積層体１８の第３の板材１６及び第４の板材１７が一体化され、第３の板材１６及び第４の板材１７の境界がなくなる。また、摩擦攪拌の強力な塑性流動により、第１の積層体１３と第２の積層体１８とが接合される。
これにより、４枚の板材１１，１２，１６，１７の分の厚さを有する接合体１９が形成される。
【００６６】
次に、摩擦攪拌を行った接合体１９に対して、加熱部８を使用して、接合体１９を加熱する加熱工程を行う。接合体１９を加熱することにより、内部の発泡剤が発泡して、気泡１５が発生する。加熱工程の温度は、接合体１９の材料の融点の近傍の温度とすることが望ましい。
なお、気泡１５の発生により、母材である接合体１９の体積が膨張するが、図５では、図２と同様に接合体１９の上下にそれぞれローラ７を配置することにより、膨張した後の厚さを制御している。
次に、母材１４の内部に気泡１５が発生した発泡金属に対して、冷却工程を行う。例えば、図５に示す散水機９を使用して、水冷により発泡金属の冷却を行う。
これにより、母材１４の内部に気泡１５を含む、発泡金属を製造することができる。
【００６７】
上述の本実施の形態によれば、積層体１３，１８の幅方向に複数個の摩擦攪拌工具５を配置して、摩擦攪拌を行うことにより、積層体１３，１８の幅方向全体に対して摩擦攪拌を行うことが可能になる。また、摩擦攪拌工具５を用いた摩擦攪拌を行うので、発泡剤４を板材内に分散させることができる。
これにより、品質の安定性に優れた発泡金属を低いコストで製造することが可能になり、安定した品質を有する発泡金属を、従来の鋳造法や粉末冶金法よりも低いコストで製造することが可能になる。
【００６８】
また、本実施の形態によれば、それぞれの積層体１３，１８に対して、上方から摩擦攪拌を行うための摩擦攪拌工具５が配置されているので、積層体１３，１８の全体の厚さを、第１の実施の形態の２倍とすることができる。
これにより、発泡金属の大型化や生産性の向上を図ることができる。
【００６９】
なお、図５では、散水機９を使用した水冷によって冷却工程を行っているが、その他の構成によって冷却工程を行っても構わない。
例えば、他の方法による水冷や、空冷（例えば、送風機等により空気や不活性気体を吹き付ける方法）も可能である。
【００７０】
また、図５では、積層体１３，１８を２つ重ねていた。
第２の積層体１８及びその上方から摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工具５と同様の構成の積層体及び摩擦攪拌工具をさらに配置して、摩擦攪拌を繰り返す構成とすることにより、３つ以上の積層体を重ねて、発泡金属の前駆体となる接合体を作製することができる。これにより、任意の厚さの発泡金属を製造することが可能である。
【００７１】
また、図５では、第１の積層体１３の上に、２枚の板材１６，１７を積層した第２の積層体１８を重ねて摩擦攪拌を行う構成としていたが、第１の積層体１３の上に発泡剤を散布して、その上に１枚の板材だけを重ねて摩擦攪拌を行う構成としてもよい。
【００７２】
＜５．第４の実施の形態＞
本発明の第４の実施の形態の発泡金属の製造方法に係る製造装置の概略構成図（模式的な断面図）を、図６に示す。
本実施の形態は、第２の実施の形態と第３の実施の形態の組み合わせに近い構成であるが、最初に１つの積層体の両面から摩擦攪拌を行う構成である点が第２の実施の形態とは異なっている。
【００７３】
図６に示すように、本実施の形態の製造装置では、第１の板材１１及び第２の板材１２を積層した第１の積層体１３に対して、下方及び上方からそれぞれ摩擦攪拌を行うための摩擦攪拌工具５が配置されている。
第１の積層体１３の下方の摩擦攪拌工具５と上方の摩擦攪拌工具５とは、第１の実施の形態の図３に示した配置と同様に、第１の積層体１３の幅方向に複数個の摩擦攪拌工具５が配置され、それぞれの摩擦攪拌工具５が隣接する列の摩擦攪拌工具５の間の第１の積層体１３の幅方向の位置に配置されている。
なお、本実施の形態の製造装置では、第１の積層体１３の下方の摩擦攪拌工具５と上方の摩擦攪拌工具５とを、それぞれのプローブ５ａが接触する手前まで近づけている。
【００７４】
また、図６に示すように、本実施の形態の製造装置では、図５に示した第３の実施の形態の製造装置と同様に、第１の板材１１及び第２の板材１２を積層した第１の積層体１３に摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工具５よりも後段において、第３の板材１６及び第４の板材１７を積層した第２の積層体１８を第１の積層体１３上に重ねている。
そして、第２の積層体１８を第１の積層体１３上に重ねた後に、第２の積層体１８の上方に摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工具５が配置されている。
【００７５】
なお、図６よりも前段にある、２枚の板材とその間に挟まれた発泡剤とを含む積層体１３，１８を作製する工程及び装置は、第１の実施の形態の図１に示した工程及び装置と同様とすることができる。
従って、図１に示した装置を２系統設けて、それぞれの系統で積層体１３，１８を作製する。
【００７６】
本実施の形態において、摩擦攪拌よりも後段の工程及び装置は、図５と同様となっている。従って、摩擦攪拌により、２つの積層体１３，１８を接合するので、４枚の板材１１，１２，１６，１７の分の厚さの接合体１９が作製される。
この接合体１９に対して、加熱工程が行われる。
【００７７】
図６に示す製造装置を用いて、以下に説明するようにして、発泡金属を製造することができる。
【００７８】
それぞれ図示しないロールから供給される、第１の板材１１及び第２の板材１２を用いて、図６に示すように、第１の板材１１と第２の板材１２とを積層した第１の積層体１３を作製する。また、それぞれ図示しないロールから供給される、第３の板材１６及び第４の板材１７を用いて、図６に示すように、第３の板材１６と第４の板材１７とを積層した第２の積層体１８を作製する。これら第１の積層体１３及び第２の積層体１８には、２つの板材１１，１２及び１６，１７の間に挟まれた発泡剤を含んでいる。
【００７９】
まず、第１の積層体１３に対して、下方に配置された摩擦攪拌工具５及び上方に配置された摩擦攪拌工具５により、摩擦攪拌を行う。このとき、下方に配置された摩擦攪拌工具５及び上方に配置された摩擦攪拌工具５を、図中矢印で示すように同じ方向に回転させる。そして、それぞれの摩擦攪拌工具５のプローブ５ａ同士を接触する手前まで近づける。
摩擦攪拌により、第１の積層体１３の第１の板材１１及び第２の板材１２が一体化され、第１の板材１１及び第２の板材１２の境界がなくなる。
その後、摩擦攪拌が行われた第１の積層体１３の上に、第２の積層体１８を重ねる。
次に、第２の積層体１８に対して、上方に配置された摩擦攪拌工具５により、摩擦攪拌を行う。摩擦攪拌により、第２の積層体１８の第３の板材１６及び第４の板材１７が一体化され、第３の板材１６及び第４の板材１７の境界がなくなる。また、摩擦攪拌の強力な塑性流動により、第１の積層体１３と第２の積層体１８とが接合される。なお、このとき、摩擦攪拌工具５を下の第１の積層体１３に若干でも摺らせると、第１の積層体１３と第２の積層体１８とを完全に接合させることができる。
このようにして、４枚の板材１１，１２，１７，１８の分の厚さを有する接合体１９が形成される。
【００８０】
次に、図５に示した第３の実施の形態と同様に、摩擦攪拌を行った接合体１９に対して、加熱部８を使用して、接合体１９を加熱する加熱工程を行う。接合体１９を加熱することにより、内部の発泡剤が発泡して、気泡１５が発生する。
さらに、図５に示した第３の実施の形態と同様に、母材１４の内部に気泡１５が発生した発泡金属に対して、冷却工程を行う。
これにより、母材１４の内部に気泡１５を含む、発泡金属を製造することができる。
【００８１】
上述した実施の形態の製造装置及び製造方法の説明では、第１の積層体１３の下方の摩擦攪拌工具５と上方の摩擦攪拌工具５とが接触する手前まで近づいていた。
これに対して、第１の積層体１３の下方の摩擦攪拌工具５と上方の摩擦攪拌工具５のプローブ５ａ同士が一体化されている構成とすることも可能である。ただし、この構成の場合、プローブ５ａを上下方向に動かして積層体１３に差し込むことができないので、プローブ５ａの横から、積層体１３を入れていくことになる。
なお、前述した第２の実施の形態の製造装置及び製造方法（図４）に対しても、このように下方の摩擦攪拌工具５と上方の摩擦攪拌工具５のプローブ５ａ同士が一体化されている構成に変形することが可能である。
【００８２】
上述の本実施の形態によれば、積層体１３，１８の幅方向に複数個の摩擦攪拌工具５を配置して、摩擦攪拌を行うことにより、積層体１３，１８の幅方向全体に対して摩擦攪拌を行うことが可能になるので、品質の安定性に優れた発泡金属を低いコストで製造することが可能になる。
【００８３】
さらにまた、本実施の形態によれば、それぞれの積層体１３，１８に対して、摩擦攪拌を行うための摩擦攪拌工具５が配置されているので、積層体１３，１８の全体の厚さを、第１の実施の形態の３倍とすることができる。
これにより、第２の実施の形態や第３の実施の形態の構成と同様に、発泡金属の大型化や生産性の向上を図ることができる。
【００８４】
＜６．変形例＞
続いて、上述した各実施の形態の製造装置及び製造方法に対する変形例を、以下に説明する。
【００８５】
まず、図６に示した第４の実施の形態の製造装置の構成に、金型で成型する工程を追加した製造装置の概略構成図を、図７に示す。
図７に示す製造装置は、図６に示した製造装置の加熱工程と冷却工程との間に、気泡１５が発生して膨張した接合体１９に対して、下方及び上方から金型１０を押し当てて成型する工程が追加されている。
加熱工程と冷却工程との間に、金型１０で成型する工程を追加したことにより、発泡金属を金型１０に対応した複雑な形状に成型することが可能になる。例えば、湾曲した形状とすることも可能である。そして、成型された状態で、冷却工程が行われる。
図７は、図６に示した第４の実施の形態の製造装置の構成に、金型で成型する工程を追加した場合であったが、同様にして第１〜第３の各実施の形態の製造装置の加熱工程と冷却工程との間に、金型で成型する工程を追加することができる。
【００８６】
次に、隣接する攪拌混合工具を、歯車で接続した構成の平面図を、図８Ａ及び図８Ｂにそれぞれ示す。
図８Ａに示す構成は、左から１列目及び２列目の摩擦攪拌工具を歯車６で接続し、左から３列目及び４列目の摩擦攪拌工具を歯車６で接続している。摩擦攪拌工具は、歯車６の下側にあり、積層体１３と歯車６の間にある。
そして、左から１列目（３列目）の摩擦攪拌工具と、左から２列目（４列目）の摩擦攪拌工具とを、互い違いに歯車６で接続している。これにより、矢印で示すように、同じ列の摩擦攪拌工具は同じ向きに回転し、隣接する列の摩擦攪拌工具は互いに逆向きに回転する。図８Ａの場合、左から１列目及び３列目の摩擦攪拌工具が右回りに回転し、左から２列目及び４列目の摩擦攪拌工具が左回りに回転している。
図８Ｂに示す構成は、同じ列の摩擦攪拌工具同士を歯車６で接続している。図８Ａと同様に、摩擦攪拌工具は、歯車６の下側にあり、積層体１３と歯車６の間にある。
同じ列の摩擦攪拌工具同士を歯車６で接続しているので、矢印で示すように、同じ列の隣接する摩擦攪拌工具が互いに逆向きに回転する。図８Ｂの場合、各列の図中下側から奇数番目の摩擦攪拌工具が右回りに回転し、偶数番目の摩擦攪拌工具が左回りに回転している。
このように、歯車６により摩擦攪拌工具を接続する場合、歯車６の組み合わせにより、摩擦攪拌工具の回転方向を変えることができる。
なお、図８Ａでは５本の摩擦攪拌工具が、図８Ｂでは４本又は３本の摩擦攪拌工具が、歯車６によって接続されて１つのユニットを構成している。歯車６によって接続された、１つのユニットの摩擦攪拌工具の本数は特に限定されないが、例えば５０本程度と多くすると回転駆動に対する負荷が大きくなり過ぎるので、１０本程度までの範囲とすることが好ましい。
【００８７】
また、第２及び第４の各実施の形態では、下方の摩擦攪拌工具５と上方の摩擦攪拌工具５とが同じ位置に配置されていたが、本発明では、下方の摩擦攪拌工具の位置と上方の摩擦攪拌工具の位置とが異なっていても構わない。例えば、一列毎に上面側と下面側とに交互に摩擦攪拌工具を配置しても構わない。
【００８８】
また、摩擦攪拌により接合される複数枚の板材は、通常は同じ材料が用いられるが、互いに異なる材料から成る板材を、摩擦攪拌により接合することも可能である。
例えば、互いに異なる材料から成る２枚以上の板材を積層して、摩擦攪拌により接合することができる。
例えば、互いに異なる材料から成る２枚以上の板材を横に並べて、板材の境界部分に対して摩擦攪拌を行うことにより接合することができる。
このように、互いに異なる材料から成る板材を摩擦攪拌により接合することにより、厚さ方向や水平方向に材料の組成が徐々に変化していく、傾斜機能材料を作製することも可能になる。
【００８９】
なお、互いに異なる材料から成る２枚以上の板材を積層する際には、発泡剤を含む板材同士を積層する構成と、発泡剤を含む板材と発泡剤を含まない板材とを積層する構成との、いずれも可能である。
発泡剤を含む板材と発泡剤を含まない板材とを積層した場合、発泡剤から気泡を発生させた最終的な状態では、発泡金属と、発泡を生じていない緻密金属とが一体化された、傾斜機能材料が形成される。
また、発泡剤を含む板材同士を積層する構成において、それぞれの板材に対する発泡剤の含有比率を異ならせれば、部分によって気孔の体積比が異なる構成の発泡金属を作製することも可能である。
【００９０】
また、本発明の製造方法及び製造装置において、前述したように、摩擦攪拌工具の位置を固定して、帯状の板材を長手方向に送ることが望ましいが、帯状の板材の幅方向に配置した複数個の摩擦攪拌工具を、固定された板材に対して走査させる構成とすることも可能である。
【００９１】
上述した各実施の形態では、帯状の板材の積層体や接合体の幅方向に、複数個の摩擦攪拌工具を配置して、図３に示したように、その幅方向の複数個の摩擦攪拌工具が幅方向に一列に、即ち長手方向では同じ位置に配置されている場合を説明していた。
本発明の製造方法及び製造装置において、幅方向に配置する複数個の摩擦攪拌工具の長手方向の位置は同じ位置に限定されるものではなく、例えば、各工具の長手方向の位置をずらして、平面図で見て帯状の板材に対して斜めに配置しても構わない。
【００９２】
また、本発明の製造方法及び製造装置において、それぞれの摩擦攪拌工具のすぐ横にローラを設けて、帯状の板材が回転したり横ずれしたりすることを抑制することも可能である。
【００９３】
また、図２及び図４〜図７では、矢印で示すように、全ての摩擦攪拌工具５を同じ右回りに回転させていた。
本発明において、各摩擦攪拌工具の回転方向は、これらの図に示した回転方向には限定されず、任意の回転方向とすることが可能である。
なお、ある程度の範囲の摩擦攪拌工具の回転方向を同じに揃えれば、摩擦攪拌工具を回転させる駆動部の構成を簡略化できる。例えば、図２及び図４〜図７に示した全て右回りとする他に、全て左回りにする、同じ列は同じ回転方向とする、隣接する複数の列全体を同じ回転方向とする、等が可能である。
【００９４】
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【符号の説明】
【００９５】
１ 第１のロール、２ 第２のロール、３ 発泡剤供給部、４ 発泡剤、５ 摩擦攪拌工具、５ａ プローブ、５ｂ （摩擦攪拌工具の）本体、６ 歯車、７ ローラ、８ 加熱部、９ 散水機、１０ 金型、１１ 第１の板材、１２ 第２の板材、１３ （第１の）積層体、１４ 母材、１５ 気泡、１６ 第３の板材、１７ 第４の板材、１８ 第２の積層体、１９ 接合体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポーラスアルミニウム等の発泡金属の製造方法及び発泡金属の製造装置に係わる。
【背景技術】
【０００２】
ポーラスアルミニウム等、各種の金属や合金を発泡させた発泡金属は、軽量であって、衝撃エネルギーの吸収特性が高く、制振特性や断熱特性、遮音性等、非常に多くの優れた特徴を有する多機能な素材である。
発泡金属の用途としては、自動車、航空宇宙、鉄道車両、医療分野、建築部材、産業用機械部品等、様々な用途が考えられている。
【０００３】
発泡金属の製造方法として、例えば、鋳造により発泡金属を作製する鋳造法や、アルミニウム合金等の母材中に発泡剤を混合して、プリカーサ（プリフォーム、発泡金属前駆体とも呼ばれる）を作製する、プリカーサ法等がある。
【０００４】
鋳造法は、例えば、母材の純Ａｌ溶湯にＣａ等を添加して増粘させて、ＴｉＨ２等の発泡剤を添加して発泡させる方法である（例えば、特許文献１を参照。）。
発泡させた後に、冷却して発泡体を取り出して、必要な大きさに切断する。
【０００５】
プリカーサ法では、上述したようにプリカーサを作製した後に、プリカーサを加熱して、発泡剤を分解してガスを発生させ、このガスの発生により軟化した母材を膨張させる。
プリカーサ法の具体的な方法としては、様々な方法が提案されており、例えば、粉末冶金法や圧延接合法が提案されている。
粉末冶金法は、例えば、Ａｌ合金等の母材の粉末と、ＴｉＨ２等の発泡剤の粉末とを均一になるまで混合して、混合物を押し出し成型する。その後、赤外線イメージ炉等で加熱して発泡剤を発泡させる（例えば、特許文献２、特許文献３を参照。）。
圧延接合法は、母材の板材を複数用意して、板材に必要に応じて表面処理を施した後に、板材の間に発泡剤を挟んで圧延し、複数の板材を接合する。そして、この圧延の工程を繰り返して母材中に発泡剤を均一に分散させて、発泡金属前駆体とする（例えば、特許文献４を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−６１８６５号公報
【特許文献２】独国特許出願公開第１０４８３６０号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第４１０１６３０号明細書
【特許文献４】特開２００４−２８５４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前述した鋳造法は、気泡の形態（例えば、大きさや分布等）を制御することが難しい。
そのため、例えば、必要以上に気泡が大きくなってしまい、必要とされる強度が得られなくなることや、用途が限定されることがある。
【０００８】
また、前述した粉末冶金法は、気泡の形態の制御が容易になる利点はあるが、原料である母材の粉末が板材と比較して高価であり、工程が煩雑であり時間もかかるので生産性が低いことから、発泡金属のコストが高くなってしまう。
また、圧延接合法は、圧延によって板材を接合するので、焼鈍や接合面の表面処理等の前処理が必要であること、圧延の前後で熱処理を行うのでエネルギー消費が大きいこと、発泡剤を均一に分散させるためには圧延を多数回繰り返す必要があること、圧延を繰り返すごとに圧延材を切断する必要があること等により、生産性が低くなることから、発泡金属のコストが高くなってしまう。
【０００９】
上述した問題の解決のために、本発明においては、低コストで品質の安定性に優れた発泡金属を製造することができる、発泡金属の製造方法及び発泡金属の製造装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の発泡金属の製造方法は、金属又は合金から成る母材内に発泡による気泡を有する発泡金属を製造する方法である。そして、金属又は合金から成る、帯状の板材に対して、発泡剤を供給した後に、板材の幅方向に並べて配置された複数個の摩擦攪拌工具を用いて、摩擦攪拌を行う工程と、その後、加熱することにより、発泡剤を発泡させて、気泡を形成する工程と、気泡が形成された母材を冷却する工程とを有するものである。
【００１１】
上記本発明の発泡金属の製造方法において、２枚の帯状の板材の間に発泡剤を供給して、２枚の帯状の板材の間に発泡剤を挟みこむことも可能である。
上記本発明の発泡金属の製造方法において、摩擦攪拌を行う工程で、帯状の板材をその長手方向に送ることも可能である。
上記本発明の発泡金属の製造方法において、摩擦攪拌を行う工程で、摩擦攪拌工具を板材の幅方向に複数個配置した列を板材の長手方向に複数列設けて、摩擦攪拌工具の板材の幅方向の位置が隣の列の摩擦攪拌工具の間にあるように配置することも可能である。
上記本発明の発泡金属の製造方法において、摩擦攪拌を行う工程で、発泡剤を供給した帯状の板材を複数重ねて積層体を作製し、この積層体に対して、下方及び上方からそれぞれ摩擦攪拌工具による摩擦攪拌を行うことも可能である。
上記本発明の発泡金属の製造方法において、摩擦攪拌を行う工程で、発泡剤を供給した帯状の板材に対して摩擦攪拌を行った後に、帯状の板材の上に、さらに発泡剤を供給した別の帯状の板材を重ねて、上方から摩擦攪拌工具による摩擦攪拌を行うことも可能である。
上記本発明の発泡金属の製造方法において、摩擦攪拌を行う工程で、積層体に対して摩擦攪拌を行った後に、積層体の上に、さらに発泡剤を供給した別の帯状の板材を重ねて、上方から摩擦攪拌工具による前記摩擦攪拌を行うことも可能である。
【００１２】
本発明の発泡金属の製造装置は、金属又は合金から成る母材内に発泡による気泡を有する発泡金属を製造するための製造装置である。
そして、金属又は合金から成る帯状の板材に対して、板材の幅方向に並べて配置された複数個の摩擦攪拌工具と、摩擦攪拌工具を回転駆動させる駆動部とを備えたものである。
【００１３】
上記本発明の発泡金属の製造装置において、摩擦攪拌工具を板材の幅方向に複数個配置した列が板材の長手方向に複数列設けられ、摩擦攪拌工具の板材の幅方向の位置が隣の列の摩擦攪拌工具の中間にあるように配置されている構成とすることも可能である。
上記本発明の発泡金属の製造装置において、隣接する摩擦攪拌工具を接続すると共に、複数個の摩擦攪拌工具を１つの駆動系で回転させる、歯車をさらに有する構成とすることも可能である。
【００１４】
上述の本発明の発泡金属の製造方法によれば、板材の幅方向に並べて配置された複数個の摩擦攪拌工具を用いて摩擦攪拌を行うので、板材の幅方向全体に対して摩擦攪拌を行うことができる。
【００１５】
上述の本発明の発泡金属の製造装置によれば、帯状の板材に対して、板材の幅方向に並べて配置された複数個の摩擦攪拌工具と、摩擦攪拌工具を回転駆動させる駆動部とを備えている。これにより、板材の幅方向全体に対して摩擦攪拌を行うことが可能になる。
【発明の効果】
【００１６】
上述の本発明によれば、板材の幅方向全体に対して摩擦攪拌を行うことが可能になり、また、摩擦攪拌工具を用いた摩擦攪拌を行うので、発泡剤を板材内に分散させることができる。これにより、品質の安定性に優れた発泡金属を低いコストで製造することが可能になり、安定した品質を有する発泡金属を、従来の鋳造法や粉末冶金法よりも低いコストで製造することが可能になる。
【００１７】
また、本発明において、特に、摩擦攪拌工具を板材の幅方向に複数個配置した列を板材の長手方向に複数列設けて、摩擦攪拌工具の板材の幅方向の位置が隣の列の摩擦攪拌工具の間にあるように配置して摩擦攪拌を行う構成としたときには、板材の幅方向全体をほぼ均等に摩擦攪拌することができる。また、摩擦攪拌工具を長手方向に複数列設けたことにより、攪拌回数を最適な回数に制御し、良好な攪拌を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施の形態の発泡金属の製造方法に係る製造装置の概略構成図（模式的な断面図）である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の発泡金属の製造方法に係る製造装置の概略構成図（模式的な断面図）である。
【図３】図２の摩擦攪拌工具付近の平面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の発泡金属の製造方法に係る製造装置の概略構成図（模式的な断面図）である。
【図５】本発明の第３の実施の形態の発泡金属の製造方法に係る製造装置の概略構成図（模式的な断面図）である。
【図６】本発明の第４の実施の形態の発泡金属の製造方法に係る製造装置の概略構成図（模式的な断面図）である。
【図７】図６の製造装置に金型で成型する工程を追加した製造装置の概略構成図である。
【図８】Ａ、Ｂ 隣接する摩擦攪拌工具を歯車で接続した構成を示す平面図である。
【図９】１個の摩擦攪拌工具を板材に対して走査させる場合の概略斜視図である。
【図１０】図９のＡ−Ａにおける断面図である。
【図１１】図９の積層体の一端から他端にかけて摩擦攪拌を行ったときの斜視図である。
【図１２】図１１のｘ−ｘ線における断面図である。
【図１３】攪拌部が重なるように、４回の摩擦攪拌を行った状態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、発明を実施するための最良の形態（以下、実施の形態とする）について説明する。
なお、説明は以下の順序で行う。
１．本発明の概要
２．第１の実施の形態
３．第２の実施の形態
４．第３の実施の形態
５．第４の実施の形態
６．変形例
【００２０】
＜１．本発明の概要＞
まず、本発明の具体的な実施の形態の説明に先立ち、本発明の概要を説明する。
【００２１】
本発明は、金属又は合金から成る母材中に、発泡による気泡を有する発泡金属を製造するための製造方法及び製造装置に関する。
本発明では、発泡剤を有する、金属又は合金から成る帯状の板材に対して、摩擦攪拌を行って、さらに加熱によって発泡剤を発泡させることにより、発泡金属の製造を行う。
【００２２】
本発明における摩擦攪拌は、円柱状の本体と、本体の先端に取り付けられた棒状のプローブとから構成される摩擦攪拌工具（ツール）を使用することによって、実施することができる。
この摩擦攪拌工具は、プローブを対象とする板材に押圧させながら、円柱状の本体を回転駆動させることにより、板材に対して摩擦攪拌を行うことができる。
本発明の製造装置では、摩擦攪拌工具を回転駆動させる駆動部を備えた構成とする。
【００２３】
本発明では、特に、帯状の板材の幅方向に複数個の摩擦攪拌工具を配置して、摩擦攪拌を行う。
そして、好ましくは、板材を固定して摩擦攪拌工具を走査させるよりも、板材をその長手方向に送りながら、位置が固定された摩擦攪拌工具を回転させて摩擦攪拌を行う。
【００２４】
本発明において、摩擦攪拌に使用する板材の材料としては、各種の金属や合金材料を使用することが可能であり、例えば、アルミニウム、チタン、鉄、銅、アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金、鉄鋼材料、銅合金等が挙げられる。
【００２５】
本発明において、発泡剤としては、例えば、水素化チタン（ＴｉＨ２）、水素化ジルコニウム、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム等を使用することが可能である。
さらにまた、発泡剤の他に、形成される気孔の形態（形や大きさ等）を制御するための気孔形態安定剤として、アルミナ、炭化珪素、二酸化珪素等を添加しても構わない。
【００２６】
板材への発泡剤の供給は、例えば、２枚の板材の間に、粉末状とした、もしくは、液体に分散させた、発泡剤を散布することにより、行うことができる。
なお、発泡剤をシート状に成形できれば、シート状にした発泡剤を板材に載置することも可能になる。例えば、２枚の板材の間にシート状にした発泡剤を挟み込む。
【００２７】
本発明において、摩擦攪拌工具の棒状のプローブの形状は特に限定されない。例えば、円柱形状、先端に向かって縮小する円錐形状、先端に向かって縮小する円錐台形状、等が考えられる。
摩擦攪拌工具を板材に対して押圧する際の深さは、プローブが実質的に板材に埋没する程度が好ましい。
また、摩擦攪拌工具の回転速度は特に限定されないが、例えば、５００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍ程度とすることができる。
【００２８】
ここで、１個の摩擦攪拌工具を板材に対して走査させる場合を例にとり、摩擦攪拌について説明する。
図９に概略斜視図を示すように、２枚の金属板１０１，１０２を重ねた積層体１０３において、積層体１０３の一方の面（上面）から摩擦攪拌を行う。積層体１０３の２枚の金属板１０１，１０２の間には、図示しない発泡剤が挟まれている。
この場合、円柱状の本体１０５ｂと、本体１０５ｂの先端に取り付けられた棒状のプローブ１０５ａとから構成された摩擦攪拌工具１０５を使用して、摩擦攪拌を行う。
プローブ１０５ａを矢印ｂで示すように所定の回転数で回転させながら、本体１０５ｂ及びプローブ１０５ａを矢印ａで示す方向（下方向）に押圧することで、積層体１０３の一方の面の一端にプローブ１０５ａを貫入させる。そして、矢印ｃで示すように、積層体１０３の他端に向かって積層体１０３の長手方向に摩擦攪拌工具１０５を移動させる。
このとき、図９のＡ−Ａにおける断面図を、図１０に示す。図１０において、実線は摩擦攪拌工具１０５のプローブ１０５ａを積層体１０３の上面に接触させた状態を示し、二点鎖線は積層体１０３に押圧してプローブ１０５ａを貫入させた状態を示している。図１０に示すように、プローブ１０５ａは積層体１０３の２枚の金属板１０１，１０２の接合面を貫通して、下層の金属板１０１に達する深さに貫入する。
次に、積層体１０３の一端から他端にかけて摩擦攪拌を行ったときの斜視図を、図１１に示す。また、図１２は、図１１のｘ−ｘ線（プローブ１０５ａの中心軸を通る線）における断面図を示しており、摩擦攪拌を行ったときの積層体１０３の内部の様子を示したものである。
摩擦攪拌を行うことにより、積層体１０３と摩擦攪拌工具１０５との間に摩擦熱が生じ、摩擦攪拌された部分には攪拌部１０６が形成される。この場合、実際には、本体１０５ｂと金属板１０２の表面で摩擦熱が発生し、プローブ１０５ａによって攪拌される。そして、攪拌部１０６において、２枚の金属板１０１，１０２と発泡剤とが均一に混合されると同時に、２枚の金属板１０１，１０２が接合される。これにより、攪拌部１０６は、金属板１０１，１０２内に発泡剤が混入された発泡金属前駆体となる。
【００２９】
なお、図９〜図１２に示す摩擦攪拌工具１０５の直径は、積層体１０３の幅よりも充分に小さいので、さらに、摩擦攪拌工具１０５を摩擦攪拌の走査方向と直交する方向（図９と図１１の右下から左上に向かう、積層体１０３の幅方向）に移動させて、摩擦攪拌を行うことが望ましい。攪拌部が重なるように、４回の摩擦攪拌を行った状態の斜視図を、図１３に示す。この図１３では、４回とも同じ向き（左下から右上への向き）に摩擦攪拌工具１０５を走査させている。
さらに、図１３に示した４回の摩擦攪拌を行った後に、摩擦攪拌を繰り返して行うことも可能であり、さらに摩擦攪拌の効果を高めることができる。この場合、繰り返し回数や、それぞれの摩擦攪拌における摩擦攪拌工具１０５を走査する方向は限定されない。摩擦攪拌工具１０５を図１３と同じ方向に走査させても、各回の摩擦攪拌の間に図１３とは逆方向の左上から右下に摩擦攪拌工具１０５を移動させても構わない。
【００３０】
図９〜図１３では、１個の摩擦攪拌工具を板材に対して走査させていたのに対して、本発明の製造方法及び製造装置では、板材の幅方向に複数個の摩擦攪拌工具を配置する。
そして、本発明の製造方法及び製造装置では、好ましくは、摩擦攪拌工具の位置を固定して、板材をその長手方向に送る。この場合、板材への摩擦攪拌のされ方は、図１３に示した、１個の摩擦攪拌工具を同じ走査方向で複数回の摩擦攪拌を行った場合と、類似している。
【００３１】
本発明の製造方法及び製造装置によれば、板材の幅方向に複数個の摩擦攪拌工具を配置することにより、板材の幅方向全体に対して摩擦攪拌を行うことが可能になり、また、摩擦攪拌工具を用いた摩擦攪拌を行うので、発泡剤を板材内に分散させることができる。
これにより、品質の安定性に優れた発泡金属を、高い生産性により低いコストで製造することが可能になり、安定した品質を有する発泡金属を、従来の鋳造法や粉末冶金法よりも低いコストで製造することが可能になる。
【００３２】
本発明において、複数個の摩擦攪拌工具の配置は、一列のみ幅方向に摩擦攪拌工具を配置しても良いが、摩擦攪拌工具を板材の長手方向に複数列配置することが好ましい。摩擦攪拌工具を長手方向に複数列設けたことにより、攪拌回数を最適な回数に制御し、良好な攪拌を行うことができる。
より好ましくは、摩擦攪拌工具を、互いに隣接する列の摩擦攪拌工具の間の位置に配置する（例えば、図３の配置）。このように配置すれば、板材の幅方向全体をほぼ均等に摩擦攪拌することができる。
【００３３】
本発明において、発泡剤を有する板材と摩擦攪拌工具との組み合わせを複数組設けて、摩擦攪拌がなされる板材を上下に積層した構成とすることも可能である。
このように構成することにより、発泡金属の前駆体となる接合体の厚さを２倍以上に厚くすることができるので、発泡金属の大型化や生産性の向上を図ることができる。
発泡金属を大型化することにより、例えば、人工島や埠頭等にも発泡金属を利用することが可能になる。
【００３４】
また、本発明において、板材の下方と上方とからそれぞれ摩擦攪拌工具による摩擦攪拌がなされる構成とすることも可能である。
なお、この場合、下方の摩擦攪拌工具と上方の摩擦攪拌工具とは、先端が接触する構成も、先端が接触しない構成もいずれも可能である。また、下方と上方の摩擦攪拌工具のプローブの部分を一体化した構成とすることも可能である。
【００３５】
また、大きい摩擦攪拌工具を使うことにより、板材の幅方向の摩擦攪拌工具の個数を減らすことが可能である。
なお、板材の幅が比較的狭い場合には、板材の幅方向において大きい１個の摩擦攪拌工具のみを配置することも可能である。この構成において、さらに帯状の板材の長手方向に複数個の摩擦攪拌工具を配置することにより、攪拌効果を高めて母材中の発泡剤の分布をより均一にすることができる。
【００３６】
また、摩擦攪拌工具の位置を固定して、帯状の板材を長手方向に送ることが望ましいが、本発明において、帯状の板材の幅方向に配置した複数個の摩擦攪拌工具を、固定された板材に対して走査させる構成とすることも可能である。
摩擦攪拌工具の位置を固定して、帯状の板材を長手方向に送る方が、流れ作業で板材の積層体を供給することができ、また、摩擦攪拌を行った後に、次の加熱工程に送りやすい、という利点を有する。
【００３７】
＜２．第１の実施の形態＞
続いて、本発明の具体的な実施の形態を説明する。
本発明の第１の実施の形態の発泡金属の製造方法に係る製造装置の概略構成図（模式的な断面図）を、図１及び図２に示す。
本実施の形態は、複数個の摩擦攪拌工具を使用して、積層体の上面から摩擦攪拌を行う場合である。
【００３８】
図１に示すように、本実施の形態の製造装置は、第１の板材１１を供給する第１のロール１と、第２の板材１２を供給する第２のロール２と、発泡剤４を散布する発泡剤供給部３とを備えている。発泡剤供給部３は、第１のロール１と第２のロール２との中間に設けられており、これにより、第２の板材１２と積層される前の第１の板材１１に、発泡剤４を散布することができる。
【００３９】
そして、図２に示すように、本実施の形態の製造装置は、第１の板材１１及び第２の板材１２を積層した積層体１３に対して摩擦攪拌を行うための摩擦攪拌工具５と、積層体１３を搬送し支持するためのローラ７とを備えている。
さらに、本実施の形態の製造装置は、摩擦攪拌が行われた積層体１３に対して加熱を行う加熱炉から成る加熱部８と、加熱により発泡剤が発泡して気泡が発生した後に冷却するための散水機９を含む冷却部とを備えている。加熱部８の構成としては、電熱線により加熱する構成、ガス燃焼により加熱する構成、赤外線により加熱する構成等が考えられる。
【００４０】
摩擦攪拌工具５は、図９〜図１２に示した摩擦攪拌工具１０５と同様の構成を有しており、円柱状の本体５ｂと、本体５ｂの先端に取り付けられた棒状のプローブ５ａとから、構成されている。
【００４１】
本実施の形態の製造装置では、特に、摩擦攪拌工具５付近の平面図を図３に示すように、積層体１３に対して摩擦攪拌を行うための摩擦攪拌工具５が、積層体１３の幅方向に複数個配置されている。そして、幅方向に複数個の摩擦攪拌工具５が並んだ列が、積層体１３の長手方向に４列設けられている。
また、１列目及び３列目では、積層体１３の幅Ｗに対してほぼ一杯に４個の摩擦攪拌工具５が配置され、２列目及び４列目では、積層体１３の幅方向の位置が、隣の列の摩擦攪拌工具５の間にあるように摩擦攪拌工具５が配置されている。
なお、積層体１３の幅Ｗは特に限定されないが、例えばこの幅Ｗを９００ｍｍ程度とすることができる。
【００４２】
図１及び図２に示す製造装置を用いて、以下に説明するようにして、発泡金属を製造することができる。
【００４３】
図１に示すように、第１のロール１から供給される、第１の板材１１の上に、発泡剤供給部３から発泡剤４を散布する。
その先で、第２のロール２から供給される、第２の板材１２を、第１の板材１１の上に載せて、第１の板材１１と第２の板材１２との間に発泡剤４が挟まれた積層体１３を形成する。
【００４４】
続いて、図２に示すように、積層体１３に対して、円柱状の本体５ｂとプローブ５ａとから成る摩擦攪拌工具５により、摩擦攪拌が行われる。積層体１３は、その下に設けられたローラ７によって、図中右方向に送られると共に、摩擦攪拌工具５からの押圧に対して支持される。摩擦攪拌により、積層体１３の第１の板材１１及び第２の板材１２が一体化されて、第１の板材１１及び第２の板材１２の境界がなくなり、２枚の板材の分の厚さを有する接合体１９が形成される。
なお、図示しないが、帯状の積層体１３に対して、その側面側にもローラを配置することにより、積層体１３の幅を制御することが可能である。
２枚の板材１１，１２からなる積層体１３の厚さは、例えば１００ｍｍ程度とすることができる。
積層体１３の送り速度は、例えば１ｍ／分程度とすることができる。
【００４５】
次に、摩擦攪拌を行った接合体１９に対して、加熱部８を使用して、接合体１９を加熱する加熱工程を行う。接合体１９を加熱することにより、内部の発泡剤４が発泡して、気泡１５が発生する。加熱工程の温度は、接合体１９の材料の融点の近傍の温度とすることが望ましい。
なお、気泡１５の発生により、母材である接合体１９の体積が膨張するが、図２では、接合体１９の上下にそれぞれローラ７を配置することにより、膨張した後の厚さを制御している。
次に、母材１４の内部に気泡１５が発生した発泡金属に対して、冷却工程を行う。例えば、図２に示す散水機９を使用して、水冷により発泡金属の冷却を行う。
これにより、母材１４の内部に気泡１５を含む、発泡金属を製造することができる。
【００４６】
上述の本実施の形態によれば、積層体１３の幅方向に複数個の摩擦攪拌工具５を配置して、摩擦攪拌を行うことにより、積層体１３の幅方向全体に対して摩擦攪拌を行うことが可能になる。また、摩擦攪拌工具５を用いた摩擦攪拌を行うので、発泡剤４を板材内に分散させることができる。
これにより、品質の安定性に優れた発泡金属を低いコストで製造することが可能になり、安定した品質を有する発泡金属を、従来の鋳造法や粉末冶金法よりも低いコストで製造することが可能になる。
【００４７】
また、本実施の形態によれば、幅方向に複数個の摩擦攪拌工具５が並んだ列が、積層体１３の長手方向に４列設けられ、１列目及び３列目では、積層体１３の幅Ｗに対してほぼ一杯に４個の摩擦攪拌工具５が配置され、２列目及び４列目では、積層体１３の幅方向の位置が、隣の列の摩擦攪拌工具５の間にあるように摩擦攪拌工具５が配置されている。
これにより、積層体１３の幅方向全体に対して、ほぼ均等に摩擦攪拌を行うことができ、発泡剤の良好な攪拌を行うことができる。
【００４８】
なお、図２では、散水機９を使用した水冷によって冷却工程を行っているが、その他の構成によって冷却工程を行っても構わない。
例えば、他の方法による水冷や、空冷（例えば、送風機等により空気や不活性気体を吹き付ける方法）も可能である。
【００４９】
＜３．第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態の発泡金属の製造方法に係る製造装置の概略構成図（模式的な断面図）を、図４に示す。
本実施の形態は、２つの積層体を重ねて、その上下両面から摩擦攪拌を行う場合である。
【００５０】
図４に示すように、本実施の形態の製造装置では、第１の板材１１及び第２の板材１２を積層した（第１の）積層体１３と、第３の板材１６及び第４の板材１７を積層した第２の積層体１８とを重ねている。
そして、それぞれの積層体１３，１８に対して、下方及び上方からそれぞれ摩擦攪拌を行うための摩擦攪拌工具５が配置されている。即ち、下側の第１の積層体１３の下方と、上側の第２の積層体１８の上方とに、それぞれ、摩擦攪拌工具５が配置されている。
下方の摩擦攪拌工具５と上方の摩擦攪拌工具５とは、第１の実施の形態の図３に示した配置と同様に、積層体１３，１８の幅方向に複数個の摩擦攪拌工具５が配置され、それぞれの摩擦攪拌工具５が隣接する列の摩擦攪拌工具５の間の積層体１３，１８の幅方向の位置に配置されている。
なお、図４よりも前段にある、２枚の板材とその間に挟まれた発泡剤とを含む積層体１３，１８を作製する工程及び装置は、第１の実施の形態の図１に示した工程及び装置と同様とすることができる。
従って、図１に示した装置を２系統設けて、それぞれの系統で積層体１３，１８を作製する。
【００５１】
本実施の形態において、摩擦攪拌の後段の工程及び装置は、図２と同様となっている。ただし、本実施の形態では、摩擦攪拌により、２つの積層体１３，１８を接合するので、４枚の板材１１，１２，１６，１７の分の厚さの接合体１９が作製される。
この接合体１９に対して、加熱工程が行われる。
【００５２】
図４に示す製造装置を用いて、以下に説明するようにして、発泡金属を製造することができる。
【００５３】
それぞれ図示しないロールから供給される、第１の板材１１、第２の板材１２、第３の板材１６、第４の板材１７を用いて、図４に示すように、第１の板材１１と第２の板材１２とを積層した第１の積層体１３、第３の板材１６と第４の板材１７とを積層した第２の積層体１８とを作製する。これら第１の積層体１３及び第２の積層体１８には、２つの板材１１，１２及び１６，１７の間に挟まれた発泡剤を含んでいる。
【００５４】
続いて、第１の積層体１３の上に第２の積層体１８を重ねて、その状態で、下方及び上方に配置された摩擦攪拌工具５により、摩擦攪拌及び２つの積層体１３，１８の接合が行われる。
この図４の場合、下方の摩擦攪拌工具５と上方の摩擦攪拌工具５とを、矢印で示すように同じ向きに回転させている。
下方の摩擦攪拌工具５と上方の摩擦攪拌工具５とを、このように同じ向きに回転させる構成とすると、簡易な構成で同一の回転体から回転運動を伝達して回転駆動させることができるので、駆動のための構成を簡略化することができる。
摩擦攪拌により、第１の積層体１３の第１の板材１１及び第２の板材１２が一体化され、第２の積層体１８の第３の板材１６及び第４の板材１７が一体化される。また、摩擦攪拌の強力な塑性流動により、第１の積層体１３と第２の積層体１８とが接合される。従って、各板材１１，１２，１６，１７の境界がなくなり、４枚の板材の分の厚さを有する接合体１９が形成される。
【００５５】
次に、摩擦攪拌を行った接合体１９に対して、加熱部８を使用して、接合体１９を加熱する加熱工程を行う。接合体１９を加熱することにより、内部の発泡剤が発泡して、気泡１５が発生する。加熱工程の温度は、接合体１９の材料の融点の近傍の温度とすることが望ましい。
なお、気泡１５の発生により、母材である接合体１９の体積が膨張するが、図４では、図２と同様に接合体１９の上下にそれぞれローラ７を配置することにより、膨張した後の厚さを制御している。
次に、母材１４の内部に気泡１５が発生した発泡金属に対して、冷却工程を行う。例えば、図４に示す散水機９を使用して、水冷により発泡金属の冷却を行う。
これにより、母材１４の内部に気泡１５を含む、発泡金属を製造することができる。
【００５６】
上述の本実施の形態によれば、積層体１３，１８の幅方向に複数個の摩擦攪拌工具５を配置して、摩擦攪拌を行うことにより、積層体１３，１８の幅方向全体に対して摩擦攪拌を行うことが可能になる。また、摩擦攪拌工具５を用いた摩擦攪拌を行うので、発泡剤４を板材内に分散させることができる。
これにより、品質の安定性に優れた発泡金属を低いコストで製造することが可能になり、安定した品質を有する発泡金属を、従来の鋳造法や粉末冶金法よりも低いコストで製造することが可能になる。
【００５７】
また、本実施の形態によれば、それぞれの積層体１３，１８に対して、下方及び上方からそれぞれ摩擦攪拌を行うための摩擦攪拌工具５が配置されているので、積層体１３，１８の全体の厚さを、第１の実施の形態の２倍とすることができる。
これにより、発泡金属の大型化や生産性の向上を図ることができる。
【００５８】
なお、図４では、散水機９を使用した水冷によって冷却工程を行っているが、その他の構成によって冷却工程を行っても構わない。
例えば、他の方法による水冷や、空冷（例えば、送風機等により空気や不活性気体を吹き付ける方法）も可能である。
【００５９】
また、積層体１３，１８の下方の摩擦攪拌工具５と上方の摩擦攪拌工具５とは、互いに接続されておらず、また、プローブ５ａ同士が接触してもいないため、互いに逆の方向に回転させることも可能である。
逆の方向に回転させる構成とすると、同じ方向に回転させる構成と比較して、回転駆動のための構成が若干増えることにはなる。なお、上下の摩擦攪拌工具５の回転方向の関係が摩擦攪拌へ及ぼす影響は少ないと考えられる。
【００６０】
＜４．第３の実施の形態＞
本発明の第３の実施の形態の発泡金属の製造方法に係る製造装置の概略構成図（模式的な断面図）を、図５に示す。
本実施の形態は、１つの積層体の上面から摩擦攪拌を行い、その上に他の積層体を重ねて、他の積層体の上面から摩擦攪拌を行う場合である。
【００６１】
図５に示すように、本実施の形態の製造装置では、第１の板材１１及び第２の板材１２を積層した（第１の）積層体１３に摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工具５よりも後段において、第３の板材１６及び第４の板材１７を積層した第２の積層体１８を第１の積層体１３上に重ねている。
そして、第２の積層体１８を第１の積層体１３上に重ねた後に、第２の積層体１８の上方に摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工具５が配置されている。
第１の積層体１３の上方の摩擦攪拌工具５と、第２の積層体１８の上方の摩擦攪拌工具５とは、第１の実施の形態の図３に示した配置と同様に、積層体１３，１８の幅方向に複数個の摩擦攪拌工具５が配置され、それぞれの摩擦攪拌工具５が隣接する列の摩擦攪拌工具５の間の積層体１３，１８の幅方向の位置に配置されている。
なお、図５よりも前段にある、２枚の板材とその間に挟まれた発泡剤とを含む積層体１３，１８を作製する工程及び装置は、第１の実施の形態の図１に示した工程及び装置と同様とすることができる。
従って、図１に示した装置を２系統設けて、それぞれの系統で積層体１３，１８を作製する。
【００６２】
本実施の形態において、摩擦攪拌よりも後段の工程及び装置は、図２と同様となっている。ただし、本実施の形態では、摩擦攪拌により、２つの積層体１３，１８を接合するので、４枚の板材１１，１２，１６，１７の分の厚さの接合体１９が作製される。
この接合体１９に対して、加熱工程が行われる。
【００６３】
図５に示す製造装置を用いて、以下に説明するようにして、発泡金属を製造することができる。
【００６４】
それぞれ図示しないロールから供給される、第１の板材１１及び第２の板材１２を用いて、図５に示すように、第１の板材１１と第２の板材１２とを積層した第１の積層体１３を作製する。また、それぞれ図示しないロールから供給される、第３の板材１６及び第４の板材１７を用いて、図５に示すように、第３の板材１６と第４の板材１７とを積層した第２の積層体１８を作製する。
これら第１の積層体１３及び第２の積層体１８には、２つの板材１１，１２及び１６，１７の間に挟まれた発泡剤を含んでいる。
なお、第１の積層体１３と第２の積層体１８との間にも発泡剤を供給して、これらの積層体１３，１８の間に発泡剤を挟むようにしても構わない。
【００６５】
まず、第１の積層体１３に対して、上方に配置された摩擦攪拌工具５により、摩擦攪拌を行う。摩擦攪拌により、第１の積層体１３の第１の板材１１及び第２の板材１２が一体化され、第１の板材１１及び第２の板材１２の境界がなくなる。
その後、摩擦攪拌が行われた第１の積層体１３の上に、第２の積層体１８を重ねる。
次に、第２の積層体１８に対して、上方に配置された摩擦攪拌工具５により、摩擦攪拌を行う。摩擦攪拌により、第２の積層体１８の第３の板材１６及び第４の板材１７が一体化され、第３の板材１６及び第４の板材１７の境界がなくなる。また、摩擦攪拌の強力な塑性流動により、第１の積層体１３と第２の積層体１８とが接合される。
これにより、４枚の板材１１，１２，１６，１７の分の厚さを有する接合体１９が形成される。
【００６６】
次に、摩擦攪拌を行った接合体１９に対して、加熱部８を使用して、接合体１９を加熱する加熱工程を行う。接合体１９を加熱することにより、内部の発泡剤が発泡して、気泡１５が発生する。加熱工程の温度は、接合体１９の材料の融点の近傍の温度とすることが望ましい。
なお、気泡１５の発生により、母材である接合体１９の体積が膨張するが、図５では、図２と同様に接合体１９の上下にそれぞれローラ７を配置することにより、膨張した後の厚さを制御している。
次に、母材１４の内部に気泡１５が発生した発泡金属に対して、冷却工程を行う。例えば、図５に示す散水機９を使用して、水冷により発泡金属の冷却を行う。
これにより、母材１４の内部に気泡１５を含む、発泡金属を製造することができる。
【００６７】
上述の本実施の形態によれば、積層体１３，１８の幅方向に複数個の摩擦攪拌工具５を配置して、摩擦攪拌を行うことにより、積層体１３，１８の幅方向全体に対して摩擦攪拌を行うことが可能になる。また、摩擦攪拌工具５を用いた摩擦攪拌を行うので、発泡剤４を板材内に分散させることができる。
これにより、品質の安定性に優れた発泡金属を低いコストで製造することが可能になり、安定した品質を有する発泡金属を、従来の鋳造法や粉末冶金法よりも低いコストで製造することが可能になる。
【００６８】
また、本実施の形態によれば、それぞれの積層体１３，１８に対して、上方から摩擦攪拌を行うための摩擦攪拌工具５が配置されているので、積層体１３，１８の全体の厚さを、第１の実施の形態の２倍とすることができる。
これにより、発泡金属の大型化や生産性の向上を図ることができる。
【００６９】
なお、図５では、散水機９を使用した水冷によって冷却工程を行っているが、その他の構成によって冷却工程を行っても構わない。
例えば、他の方法による水冷や、空冷（例えば、送風機等により空気や不活性気体を吹き付ける方法）も可能である。
【００７０】
また、図５では、積層体１３，１８を２つ重ねていた。
第２の積層体１８及びその上方から摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工具５と同様の構成の積層体及び摩擦攪拌工具をさらに配置して、摩擦攪拌を繰り返す構成とすることにより、３つ以上の積層体を重ねて、発泡金属の前駆体となる接合体を作製することができる。これにより、任意の厚さの発泡金属を製造することが可能である。
【００７１】
また、図５では、第１の積層体１３の上に、２枚の板材１６，１７を積層した第２の積層体１８を重ねて摩擦攪拌を行う構成としていたが、第１の積層体１３の上に発泡剤を散布して、その上に１枚の板材だけを重ねて摩擦攪拌を行う構成としてもよい。
【００７２】
＜５．第４の実施の形態＞
本発明の第４の実施の形態の発泡金属の製造方法に係る製造装置の概略構成図（模式的な断面図）を、図６に示す。
本実施の形態は、第２の実施の形態と第３の実施の形態の組み合わせに近い構成であるが、最初に１つの積層体の両面から摩擦攪拌を行う構成である点が第２の実施の形態とは異なっている。
【００７３】
図６に示すように、本実施の形態の製造装置では、第１の板材１１及び第２の板材１２を積層した第１の積層体１３に対して、下方及び上方からそれぞれ摩擦攪拌を行うための摩擦攪拌工具５が配置されている。
第１の積層体１３の下方の摩擦攪拌工具５と上方の摩擦攪拌工具５とは、第１の実施の形態の図３に示した配置と同様に、第１の積層体１３の幅方向に複数個の摩擦攪拌工具５が配置され、それぞれの摩擦攪拌工具５が隣接する列の摩擦攪拌工具５の間の第１の積層体１３の幅方向の位置に配置されている。
なお、本実施の形態の製造装置では、第１の積層体１３の下方の摩擦攪拌工具５と上方の摩擦攪拌工具５とを、それぞれのプローブ５ａが接触する手前まで近づけている。
【００７４】
また、図６に示すように、本実施の形態の製造装置では、図５に示した第３の実施の形態の製造装置と同様に、第１の板材１１及び第２の板材１２を積層した第１の積層体１３に摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工具５よりも後段において、第３の板材１６及び第４の板材１７を積層した第２の積層体１８を第１の積層体１３上に重ねている。
そして、第２の積層体１８を第１の積層体１３上に重ねた後に、第２の積層体１８の上方に摩擦攪拌を行う摩擦攪拌工具５が配置されている。
【００７５】
なお、図６よりも前段にある、２枚の板材とその間に挟まれた発泡剤とを含む積層体１３，１８を作製する工程及び装置は、第１の実施の形態の図１に示した工程及び装置と同様とすることができる。
従って、図１に示した装置を２系統設けて、それぞれの系統で積層体１３，１８を作製する。
【００７６】
本実施の形態において、摩擦攪拌よりも後段の工程及び装置は、図５と同様となっている。従って、摩擦攪拌により、２つの積層体１３，１８を接合するので、４枚の板材１１，１２，１６，１７の分の厚さの接合体１９が作製される。
この接合体１９に対して、加熱工程が行われる。
【００７７】
図６に示す製造装置を用いて、以下に説明するようにして、発泡金属を製造することができる。
【００７８】
それぞれ図示しないロールから供給される、第１の板材１１及び第２の板材１２を用いて、図６に示すように、第１の板材１１と第２の板材１２とを積層した第１の積層体１３を作製する。また、それぞれ図示しないロールから供給される、第３の板材１６及び第４の板材１７を用いて、図６に示すように、第３の板材１６と第４の板材１７とを積層した第２の積層体１８を作製する。これら第１の積層体１３及び第２の積層体１８には、２つの板材１１，１２及び１６，１７の間に挟まれた発泡剤を含んでいる。
【００７９】
まず、第１の積層体１３に対して、下方に配置された摩擦攪拌工具５及び上方に配置された摩擦攪拌工具５により、摩擦攪拌を行う。このとき、下方に配置された摩擦攪拌工具５及び上方に配置された摩擦攪拌工具５を、図中矢印で示すように同じ方向に回転させる。そして、それぞれの摩擦攪拌工具５のプローブ５ａ同士を接触する手前まで近づける。
摩擦攪拌により、第１の積層体１３の第１の板材１１及び第２の板材１２が一体化され、第１の板材１１及び第２の板材１２の境界がなくなる。
その後、摩擦攪拌が行われた第１の積層体１３の上に、第２の積層体１８を重ねる。
次に、第２の積層体１８に対して、上方に配置された摩擦攪拌工具５により、摩擦攪拌を行う。摩擦攪拌により、第２の積層体１８の第３の板材１６及び第４の板材１７が一体化され、第３の板材１６及び第４の板材１７の境界がなくなる。また、摩擦攪拌の強力な塑性流動により、第１の積層体１３と第２の積層体１８とが接合される。なお、このとき、摩擦攪拌工具５を下の第１の積層体１３に若干でも摺らせると、第１の積層体１３と第２の積層体１８とを完全に接合させることができる。
このようにして、４枚の板材１１，１２，１７，１８の分の厚さを有する接合体１９が形成される。
【００８０】
次に、図５に示した第３の実施の形態と同様に、摩擦攪拌を行った接合体１９に対して、加熱部８を使用して、接合体１９を加熱する加熱工程を行う。接合体１９を加熱することにより、内部の発泡剤が発泡して、気泡１５が発生する。
さらに、図５に示した第３の実施の形態と同様に、母材１４の内部に気泡１５が発生した発泡金属に対して、冷却工程を行う。
これにより、母材１４の内部に気泡１５を含む、発泡金属を製造することができる。
【００８１】
上述した実施の形態の製造装置及び製造方法の説明では、第１の積層体１３の下方の摩擦攪拌工具５と上方の摩擦攪拌工具５とが接触する手前まで近づいていた。
これに対して、第１の積層体１３の下方の摩擦攪拌工具５と上方の摩擦攪拌工具５のプローブ５ａ同士が一体化されている構成とすることも可能である。ただし、この構成の場合、プローブ５ａを上下方向に動かして積層体１３に差し込むことができないので、プローブ５ａの横から、積層体１３を入れていくことになる。
なお、前述した第２の実施の形態の製造装置及び製造方法（図４）に対しても、このように下方の摩擦攪拌工具５と上方の摩擦攪拌工具５のプローブ５ａ同士が一体化されている構成に変形することが可能である。
【００８２】
上述の本実施の形態によれば、積層体１３，１８の幅方向に複数個の摩擦攪拌工具５を配置して、摩擦攪拌を行うことにより、積層体１３，１８の幅方向全体に対して摩擦攪拌を行うことが可能になるので、品質の安定性に優れた発泡金属を低いコストで製造することが可能になる。
【００８３】
さらにまた、本実施の形態によれば、それぞれの積層体１３，１８に対して、摩擦攪拌を行うための摩擦攪拌工具５が配置されているので、積層体１３，１８の全体の厚さを、第１の実施の形態の３倍とすることができる。
これにより、第２の実施の形態や第３の実施の形態の構成と同様に、発泡金属の大型化や生産性の向上を図ることができる。
【００８４】
＜６．変形例＞
続いて、上述した各実施の形態の製造装置及び製造方法に対する変形例を、以下に説明する。
【００８５】
まず、図６に示した第４の実施の形態の製造装置の構成に、金型で成型する工程を追加した製造装置の概略構成図を、図７に示す。
図７に示す製造装置は、図６に示した製造装置の加熱工程と冷却工程との間に、気泡１５が発生して膨張した接合体１９に対して、下方及び上方から金型１０を押し当てて成型する工程が追加されている。
加熱工程と冷却工程との間に、金型１０で成型する工程を追加したことにより、発泡金属を金型１０に対応した複雑な形状に成型することが可能になる。例えば、湾曲した形状とすることも可能である。そして、成型された状態で、冷却工程が行われる。
図７は、図６に示した第４の実施の形態の製造装置の構成に、金型で成型する工程を追加した場合であったが、同様にして第１〜第３の各実施の形態の製造装置の加熱工程と冷却工程との間に、金型で成型する工程を追加することができる。
【００８６】
次に、隣接する攪拌混合工具を、歯車で接続した構成の平面図を、図８Ａ及び図８Ｂにそれぞれ示す。
図８Ａに示す構成は、左から１列目及び２列目の摩擦攪拌工具を歯車６で接続し、左から３列目及び４列目の摩擦攪拌工具を歯車６で接続している。摩擦攪拌工具は、歯車６の下側にあり、積層体１３と歯車６の間にある。
そして、左から１列目（３列目）の摩擦攪拌工具と、左から２列目（４列目）の摩擦攪拌工具とを、互い違いに歯車６で接続している。これにより、矢印で示すように、同じ列の摩擦攪拌工具は同じ向きに回転し、隣接する列の摩擦攪拌工具は互いに逆向きに回転する。図８Ａの場合、左から１列目及び３列目の摩擦攪拌工具が右回りに回転し、左から２列目及び４列目の摩擦攪拌工具が左回りに回転している。
図８Ｂに示す構成は、同じ列の摩擦攪拌工具同士を歯車６で接続している。図８Ａと同様に、摩擦攪拌工具は、歯車６の下側にあり、積層体１３と歯車６の間にある。
同じ列の摩擦攪拌工具同士を歯車６で接続しているので、矢印で示すように、同じ列の隣接する摩擦攪拌工具が互いに逆向きに回転する。図８Ｂの場合、各列の図中下側から奇数番目の摩擦攪拌工具が右回りに回転し、偶数番目の摩擦攪拌工具が左回りに回転している。
このように、歯車６により摩擦攪拌工具を接続する場合、歯車６の組み合わせにより、摩擦攪拌工具の回転方向を変えることができる。
なお、図８Ａでは５本の摩擦攪拌工具が、図８Ｂでは４本又は３本の摩擦攪拌工具が、歯車６によって接続されて１つのユニットを構成している。歯車６によって接続された、１つのユニットの摩擦攪拌工具の本数は特に限定されないが、例えば５０本程度と多くすると回転駆動に対する負荷が大きくなり過ぎるので、１０本程度までの範囲とすることが好ましい。
【００８７】
また、第２及び第４の各実施の形態では、下方の摩擦攪拌工具５と上方の摩擦攪拌工具５とが同じ位置に配置されていたが、本発明では、下方の摩擦攪拌工具の位置と上方の摩擦攪拌工具の位置とが異なっていても構わない。例えば、一列毎に上面側と下面側とに交互に摩擦攪拌工具を配置しても構わない。
【００８８】
また、摩擦攪拌により接合される複数枚の板材は、通常は同じ材料が用いられるが、互いに異なる材料から成る板材を、摩擦攪拌により接合することも可能である。
例えば、互いに異なる材料から成る２枚以上の板材を積層して、摩擦攪拌により接合することができる。
例えば、互いに異なる材料から成る２枚以上の板材を横に並べて、板材の境界部分に対して摩擦攪拌を行うことにより接合することができる。
このように、互いに異なる材料から成る板材を摩擦攪拌により接合することにより、厚さ方向や水平方向に材料の組成が徐々に変化していく、傾斜機能材料を作製することも可能になる。
【００８９】
なお、互いに異なる材料から成る２枚以上の板材を積層する際には、発泡剤を含む板材同士を積層する構成と、発泡剤を含む板材と発泡剤を含まない板材とを積層する構成との、いずれも可能である。
発泡剤を含む板材と発泡剤を含まない板材とを積層した場合、発泡剤から気泡を発生させた最終的な状態では、発泡金属と、発泡を生じていない緻密金属とが一体化された、傾斜機能材料が形成される。
また、発泡剤を含む板材同士を積層する構成において、それぞれの板材に対する発泡剤の含有比率を異ならせれば、部分によって気孔の体積比が異なる構成の発泡金属を作製することも可能である。
【００９０】
また、本発明の製造方法及び製造装置において、前述したように、摩擦攪拌工具の位置を固定して、帯状の板材を長手方向に送ることが望ましいが、帯状の板材の幅方向に配置した複数個の摩擦攪拌工具を、固定された板材に対して走査させる構成とすることも可能である。
【００９１】
上述した各実施の形態では、帯状の板材の積層体や接合体の幅方向に、複数個の摩擦攪拌工具を配置して、図３に示したように、その幅方向の複数個の摩擦攪拌工具が幅方向に一列に、即ち長手方向では同じ位置に配置されている場合を説明していた。
本発明の製造方法及び製造装置において、幅方向に配置する複数個の摩擦攪拌工具の長手方向の位置は同じ位置に限定されるものではなく、例えば、各工具の長手方向の位置をずらして、平面図で見て帯状の板材に対して斜めに配置しても構わない。
【００９２】
また、本発明の製造方法及び製造装置において、それぞれの摩擦攪拌工具のすぐ横にローラを設けて、帯状の板材が回転したり横ずれしたりすることを抑制することも可能である。
【００９３】
また、図２及び図４〜図７では、矢印で示すように、全ての摩擦攪拌工具５を同じ右回りに回転させていた。
本発明において、各摩擦攪拌工具の回転方向は、これらの図に示した回転方向には限定されず、任意の回転方向とすることが可能である。
なお、ある程度の範囲の摩擦攪拌工具の回転方向を同じに揃えれば、摩擦攪拌工具を回転させる駆動部の構成を簡略化できる。例えば、図２及び図４〜図７に示した全て右回りとする他に、全て左回りにする、同じ列は同じ回転方向とする、隣接する複数の列全体を同じ回転方向とする、等が可能である。
【００９４】
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【符号の説明】
【００９５】
１ 第１のロール、２ 第２のロール、３ 発泡剤供給部、４ 発泡剤、５ 摩擦攪拌工具、５ａ プローブ、５ｂ （摩擦攪拌工具の）本体、６ 歯車、７ ローラ、８ 加熱部、９ 散水機、１０ 金型、１１ 第１の板材、１２ 第２の板材、１３ （第１の）積層体、１４ 母材、１５ 気泡、１６ 第３の板材、１７ 第４の板材、１８ 第２の積層体、１９ 接合体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属又は合金から成る母材内に発泡による気泡を有する発泡金属を製造する方法であって、
金属又は合金から成る、帯状の板材に対して、発泡剤を供給した後に、前記板材の幅方向に並べて配置された複数個の摩擦攪拌工具を用いて、摩擦攪拌を行う工程と、
その後、加熱することにより、前記発泡剤を発泡させて、前記気泡を形成する工程と、
前記気泡が形成された前記母材を冷却する工程とを有する
発泡金属の製造方法。
【請求項２】
２枚の前記帯状の板材の間に前記発泡剤を供給して、２枚の前記帯状の板材の間に発泡剤を挟みこむ、請求項１に記載の発泡金属の製造方法。
【請求項３】
前記摩擦攪拌を行う工程において、前記帯状の板材をその長手方向に送る、請求項１又は請求項２に記載の発泡金属の製造方法。
【請求項４】
前記摩擦攪拌を行う工程において、前記摩擦攪拌工具を前記板材の幅方向に複数個配置した列を前記板材の長手方向に複数列設けて、前記摩擦攪拌工具の前記板材の幅方向の位置が隣の列の前記摩擦攪拌工具の間にあるように配置する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発泡金属の製造方法。
【請求項５】
前記摩擦攪拌を行う工程において、前記発泡剤を供給した前記帯状の板材を複数重ねて積層体を作製し、前記積層体に対して、下方及び上方からそれぞれ前記摩擦攪拌工具による前記摩擦攪拌を行う、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発泡金属の製造方法。
【請求項６】
前記摩擦攪拌を行う工程において、前記発泡剤を供給した前記帯状の板材に対して前記摩擦攪拌を行った後に、前記帯状の板材の上に、さらに前記発泡剤を供給した別の前記帯状の板材を重ねて、上方から前記摩擦攪拌工具による前記摩擦攪拌を行う、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発泡金属の製造方法。
【請求項７】
前記摩擦攪拌を行う工程において、前記積層体に対して前記摩擦攪拌を行った後に、前記積層体の上に、さらに前記発泡剤を供給した別の前記帯状の板材を重ねて、上方から前記摩擦攪拌工具による前記摩擦攪拌を行う、請求項５に記載の発泡金属の製造方法。
【請求項８】
金属又は合金から成る母材内に発泡による気泡を有する発泡金属を製造するための製造装置であって、
金属又は合金から成る帯状の板材に対して、前記板材の幅方向に並べて配置された複数個の摩擦攪拌工具と、
前記摩擦攪拌工具を回転駆動させる駆動部とを備えた
発泡金属の製造装置。
【請求項９】
前記摩擦攪拌工具を前記板材の幅方向に複数個配置した列が前記板材の長手方向に複数列設けられ、前記摩擦攪拌工具の前記板材の幅方向の位置が隣の列の前記摩擦攪拌工具の間にあるように配置されている、請求項８に記載の発泡金属の製造装置。
【請求項１０】
隣接する前記摩擦攪拌工具を接続すると共に、複数個の前記摩擦攪拌工具を１つの駆動系で回転させる、歯車をさらに有する、請求項８又は請求項９に記載の発泡金属の製造装置。
【請求項１】
金属又は合金から成る母材内に発泡による気泡を有する発泡金属を製造する方法であって、
金属又は合金から成る、帯状の板材に対して、発泡剤を供給した後に、前記板材の幅方向に並べて配置された複数個の摩擦攪拌工具を用いて、摩擦攪拌を行う工程と、
その後、加熱することにより、前記発泡剤を発泡させて、前記気泡を形成する工程と、
前記気泡が形成された前記母材を冷却する工程とを有する
発泡金属の製造方法。
【請求項２】
２枚の前記帯状の板材の間に前記発泡剤を供給して、２枚の前記帯状の板材の間に発泡剤を挟みこむ、請求項１に記載の発泡金属の製造方法。
【請求項３】
前記摩擦攪拌を行う工程において、前記帯状の板材をその長手方向に送る、請求項１又は請求項２に記載の発泡金属の製造方法。
【請求項４】
前記摩擦攪拌を行う工程において、前記摩擦攪拌工具を前記板材の幅方向に複数個配置した列を前記板材の長手方向に複数列設けて、前記摩擦攪拌工具の前記板材の幅方向の位置が隣の列の前記摩擦攪拌工具の間にあるように配置する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発泡金属の製造方法。
【請求項５】
前記摩擦攪拌を行う工程において、前記発泡剤を供給した前記帯状の板材を複数重ねて積層体を作製し、前記積層体に対して、下方及び上方からそれぞれ前記摩擦攪拌工具による前記摩擦攪拌を行う、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発泡金属の製造方法。
【請求項６】
前記摩擦攪拌を行う工程において、前記発泡剤を供給した前記帯状の板材に対して前記摩擦攪拌を行った後に、前記帯状の板材の上に、さらに前記発泡剤を供給した別の前記帯状の板材を重ねて、上方から前記摩擦攪拌工具による前記摩擦攪拌を行う、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発泡金属の製造方法。
【請求項７】
前記摩擦攪拌を行う工程において、前記積層体に対して前記摩擦攪拌を行った後に、前記積層体の上に、さらに前記発泡剤を供給した別の前記帯状の板材を重ねて、上方から前記摩擦攪拌工具による前記摩擦攪拌を行う、請求項５に記載の発泡金属の製造方法。
【請求項８】
金属又は合金から成る母材内に発泡による気泡を有する発泡金属を製造するための製造装置であって、
金属又は合金から成る帯状の板材に対して、前記板材の幅方向に並べて配置された複数個の摩擦攪拌工具と、
前記摩擦攪拌工具を回転駆動させる駆動部とを備えた
発泡金属の製造装置。
【請求項９】
前記摩擦攪拌工具を前記板材の幅方向に複数個配置した列が前記板材の長手方向に複数列設けられ、前記摩擦攪拌工具の前記板材の幅方向の位置が隣の列の前記摩擦攪拌工具の間にあるように配置されている、請求項８に記載の発泡金属の製造装置。
【請求項１０】
隣接する前記摩擦攪拌工具を接続すると共に、複数個の前記摩擦攪拌工具を１つの駆動系で回転させる、歯車をさらに有する、請求項８又は請求項９に記載の発泡金属の製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−２５１２０７（Ｐ２０１２−２５１２０７Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２４３９３（Ｐ２０１１−１２４３９３）
【出願日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【出願人】（５０４１４５３６４）国立大学法人群馬大学 (352)
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【出願人】（５０４１４５３６４）国立大学法人群馬大学 (352)
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