外表面皮付き発泡アルミニウム及びその製造方法
【課題】気泡率及び気泡径のバラツキが小さく、適度の圧縮強度（圧縮応力）を有する外表面皮付き発泡アルミニウム及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】発泡アルミニウム５，５Ａの外表面を、該発泡アルミニウムより融点の高いアルミニウム又はアルミニウム合金の皮材２にて、被覆融着して外表面皮付き発泡アルミニウム４，４Ａとする。その製造方法は、型内で発泡用アルミニウム金属体（プリカーサ）を加熱発泡させて発泡アルミニウムを得るに際し、型の内表面に発泡用アルミニウム金属体（プリカーサ）より融点の高いアルミニウム又はアルミニウム合金材製の皮材を配置し、加熱して発泡させる。
【解決手段】発泡アルミニウム５，５Ａの外表面を、該発泡アルミニウムより融点の高いアルミニウム又はアルミニウム合金の皮材２にて、被覆融着して外表面皮付き発泡アルミニウム４，４Ａとする。その製造方法は、型内で発泡用アルミニウム金属体（プリカーサ）を加熱発泡させて発泡アルミニウムを得るに際し、型の内表面に発泡用アルミニウム金属体（プリカーサ）より融点の高いアルミニウム又はアルミニウム合金材製の皮材を配置し、加熱して発泡させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エネルギー吸収性及び剛性に優れた外表面皮付き発泡アルミニウム及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発泡アルミニウムは多数の独立した気泡が金属マトリックス中に分散した発泡体であり、例えば、衝撃エネルギーを吸収するエネルギー吸収体などの用途が考えられる。
【０００３】
発泡アルミニウムの製造方法としては、マトリックスとしてのアルミニウム粉末を含む未発泡前躯体（プリカーサ）を加熱して発泡させる発泡アルミニウムの製造方法において、上記アルミニウム粉末よりも高融点の気泡微細化粒子を上記未発泡前躯体（プリカーサ）に含ませたことを特徴としたものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に記載のものによれば、マトリックスとしてのアルミニウム粉末よりも高融点の気泡微細化粒子を未発泡前躯体（プリカーサ）に含ませることで、気泡同士の癒着が防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２００７−１００１７６号公報（特許請求の範囲）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術で得られた発泡アルミニウムの外表面の皮が０．５ｍｍ未満と薄く、かつバラツキがあるため、例えば自動車用バンパー等の構造物に使用するには、強度が十分でないという懸念があった。なお、ここで、発泡アルミニウムの外表面の皮が０．５ｍｍ未満となる理由は、プリカーサが溶融状態になってくると発泡剤が分解してガス（水素ガス）発生が起こり、発泡現象が起こることによる。これらの気泡が多くなると体積膨張して型の壁に張り付いて凝固する。そのため大体の皮の厚さは０．１〜０．５ｍｍとなる。
【０００７】
この発明は、気泡率及び気泡径のバラツキが小さく、適度の圧縮強度（圧縮応力）を有する外表面皮付き発泡アルミニウム及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための請求項１記載の発明は、発泡アルミニウムの外表面を、該発泡アルミニウムより融点の高いアルミニウム又はアルミニウム合金の皮材にて、被覆融着してなることを特徴とする、外表面皮付き発泡アルミニウムであり、従来の発泡アルミニウムではなし得なかった圧縮応力の大幅な向上を図ったものである。
【０００９】
この発明において、上記皮材としては、例えば、中空押出形材からなるもの（請求項２）や、複数枚の板材を溶接して中空状に形成したもの（請求項３）や、板材を折り曲げて中空状に形成し、板材の端部同士を溶接したもの（請求項４）等を用いることができる。
【００１０】
また、この発明において、外表面皮付き発泡アルミニウムのアルミニウム又はアルミニウム合金の皮材の融点を、該発泡アルミニウムの融点より１０℃から１７０℃高く、好ましくは１０℃から７０℃高くする方がよい（請求項５）。
【００１１】
ここで上記温度範囲としたのは、皮材の融点が発泡アルミニウムの融点より高い値が１０℃未満では、加熱温度のコントロールが難しくなるためであり、また、１７０℃を超える値では選択できるアルミニウムが存在しなくなるからである。また、密着性の面では温度差が少ない方がよい。すなわち、皮材の内面側が溶融した発泡用アルミニウム金属体（プリカーサ）と接触して半溶融状態に近づくため、凝固の際に両者が強固に接着することになる。そこで、皮材の融点は、発泡アルミニウムの融点より１０℃から７０℃高い範囲が好ましい。
【００１２】
また、この発明において、外表面皮付き発泡アルミニウムのアルミニウム又はアルミニウム合金の皮材の厚さは、必要とされる圧縮応力を付与できる０．５ｍｍ以上である方が好ましい（請求項６）。
【００１３】
ここで、皮材を型の内表面に設置しない場合、発泡アルミニウムの外表面の皮が０．１ｍｍから０．３ｍｍ位にバラツキがあり、皮材として安定しないので十分な圧縮応力を得ることができない。また、皮材を型の内表面に配置した場合でも、皮材の厚さが０．５ｍｍ未満では、前述したように皮材の内面側表層部が半溶融状態となるため、皮材が薄いと皮材自体の強度にバラツキが起こり、ひいては皮材付発泡アルミニウム全体の圧縮強度の改善効果が乏しくなる。そこで、付与する皮材の厚さは０．５ｍｍ以上であることが必要である。
【００１４】
なお、皮材の厚さの上限は、発泡アルミニウムの形状及び必要とされる強度により決定されるものであり限定されるものではない。
【００１５】
請求項７記載の発明は、型内で発泡用アルミニウム金属体（プリカーサ）を加熱発泡させて発泡アルミニウムを得るに際し、型の内表面に発泡用アルミニウム金属体（プリカーサ）より融点の高いアルミニウム又はアルミニウム合金材製の皮材を配置し、加熱して上記発泡用アルミニウム金属体を発泡させて上記皮材に融着してなることを特徴とする外表面皮付き発泡アルミニウムの製造方法である。
【００１６】
この発明において、発泡用アルミニウム金属体（プリカーサ）は、アルミニウム又はアルミニウム合金粉末に発泡剤粉末を混合し、静水圧プレス成形（ＣＩＰ成形）して得た予備成形体を熱間の押出しすることによって得られたもの（請求項８）、又は、押出しにより得られたものを更に圧延することによって得られたものである方が好ましい（請求項９）。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、衝撃エネルギーを吸収するエネルギー吸収体、すなわち圧縮応力性に優れた外表面皮付き発泡アルミニウムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明に係る外表面皮付き発泡アルミニウムの製造方法を示すフローチャートである。
【図２】この発明における発泡用アルミニウム金属体（プリカーサ）の異なる形態を示す断面図である。
【図３】この発明における皮材の一形態を示す断面図（ａ）、別の形態を示す断面図（ｂ）、（ｂ）のＩ部拡大断面図（ｃ）、更に別の形態を示す断面図（ｄ）及び（ｄ）のII部拡大断面図（ｅ）である。
【図４】この発明に係る外表面皮付き発泡アルミニウムの別の形態を示す斜視図である。
【図５】この発明に係る発泡アルミニウムの実施例４の断面を示す写真である。
【図６】比較例４における発泡アルミニウムの断面を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、この発明に係る外表面皮付き発泡アルミニウム及びその製造方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００２０】
（１）原料粉末、（２）アルミニウム又はアルミニウム合金の皮材及び（３）外表面皮付き発泡アルミニウム及びその製造方法を、（ａ）粉末混合工程、（ｂ）静水圧プレス成形（ＣＩＰ形成工程）、（ｃ）プリカーサ成型工程、（ｄ）型組立工程、（ｅ）加熱・発泡工程の流れに沿って詳細に説明する。
【００２１】
（１）原料粉末
アルミニウム粉末としては、アルミニウム又は種々のアルミニウム合金粉末が使用できる。この発明に用いられるアルミニウム粉末の粒径は特に限定されないが、通常は粒径５〜３５０μｍ、好ましくは２０〜１００μｍの粉末を用いればよい。粒径が３５０μｍを超えると、アルミニウム粉末と発泡剤粉末を均一に混合することが困難となる。また、粒径が５μｍより小さいと、アルミニウム粉末同士で凝集が起こり、発泡剤粉末と均一に混合することが困難となる。なお、アルミニウム粉末は熱処理型合金であってもよい。
【００２２】
発泡剤粉末としては、一定温度以上でガスを発生させるものであれば特に限定されないが、酸素との結びつきが強いアルミニウムを発泡させるには、還元力の強い水素を含む水素化チタン（ＴｉＨ２）や炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ３）等の水酸化物、炭酸ガスを放出する炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）等が使用される。この発明に用いられる発泡剤粉末は、０．３質量％以上５質量％以下とすることが好ましい。発泡剤粉末量が５質量％を超えると発泡アルミニウムの気泡率及び気泡径のバラツキが大きくなる。また、発泡剤粉末が０．３質量％未満になると発泡アルミニウムの密度が大きくなり、発泡しなくなる。すなわち、発泡剤粉末が０．３質量％未満では、プリカーサが溶融状態となってもガス発生量が少ないため、空洞となる気泡の量も少なくなる。このため製造された発泡アルミニウムの密度は大きくなり、エネルギー吸収特性の向上効果も小さくなる。
【００２３】
この発明に用いられる発泡剤粉末の粒径は特に限定されないが、粒径が１０〜５０μｍの粉末を用いればよい。粒径が５０μｍを超えるとアルミニウム粉末と発泡剤粉末を均一に混合することが困難となる。また、粒径が１０μｍより小さいと、発泡剤粉末同士で凝集が起こり、アルミニウム粉末と均一に混合することが困難となる。
【００２４】
なお、この発明における粒径は、レーザ回折式粒度分析測定法よる値を示す。また、いずれの粉末も形状は限定されず、例えば涙滴状，真球状，回転楕円体状，フレーク状又は不定形状等いずれであってもよい。
【００２５】
（２）アルミニウム又はアルミニウム合金の皮材
アルミニウム又はアルミニウム合金の皮材としては、発泡アルミニウムより融点の高いアルミニウム又はアルミニウム合金の皮材であれば、特にその材質は限定されないが、例えば発泡用アルミニウム金属体（プリカーサ）がＪＩＳＡ６０６１であり、皮材をＪＩＳＡ１０００系とした場合好ましく適用できる。即ちＪＩＳＡ６０６１とＪＩＳＡ１０００系の融点の温度差が６０℃〜９０℃の範囲上にあるからである。
【００２６】
なお、発泡アルミニウムと皮材の密着性は、発泡アルミニウムと皮材の融点の温度差が１０℃に近いほど優れる。
【００２７】
更に、外表面皮材と発泡用アルミニウム金属体（プリカーサ）に熱処理型合金例えばＪＩＳＡ６０００系を用いた場合には、適宜熱処理を施して外表面皮付きの発泡アルミニウムの機械的特性を向上させてもよい。
【００２８】
（３）外表面皮付き発泡アルミニウム及びその製造方法
外表面皮付き発泡アルミニウムを製造するには、図１に示すように、（ａ）粉末混合工程→（ｂ）静水圧プレス成形（ＣＩＰ形成工程）→（ｃ）プリカーサ成型工程→（ｄ）型組立工程→（ｅ）加熱・発泡工程の順によって外表面皮付き発泡アルミニウムを製造することができる。
【００２９】
（ａ）粉末混合工程
アルミニウム粉末として、アルミニウム又は種々のアルミニウム合金粉末と、水素化チタン等の発泡剤粉末を混合する。混合の方法は公知の混合手段を採用すればよく、例えばＶブレンダー，クロスロータリーミキサー等のミキサー、振動ミル、遊星ミル等を使用し、１時間から６時間程度混合すればよい。
【００３０】
（ｂ）静水圧プレス成形工程（ＣＩＰ成形工程）
得られた混合体を室温にて９８．０７ＭＰａから２９４．２１ＭＰａの圧力で静水圧法にて冷間圧粉して充填度６０〜８０％の予備成形体を得る。冷間圧粉圧力が９８．０７ＭＰａよりも小さいと充填度が６０％以下となり、予備成形体の強度が十分でなく、予備成形体の搬送時に割れてしまう恐れがある。又、強度的に充填度８０％で十分であり、２９４．２１ＭＰａ以上の圧力をかける必要はない。
【００３１】
（ｃ）プリカーサ成形工程
次に、得られた予備成形体は組成によって異なるが、予め２００〜５００℃の温度に加熱した後に押出法によって、図２（ａ），（ｂ）に示すような中実材からなる発泡用アルミニウム金属体１（プリカーサ）や中空材からなる発泡用アルミニウム金属体１Ａ（プリカーサ）又は板状の発泡用アルミニウム金属体１Ｂ（プリカーサ）を得る。この際、予備成形体の加熱雰囲気は特に限定されず、大気中，窒素ガス中，アルゴンガス中又は真空中等の雰囲気を設定できる。
【００３２】
更に、押出法により得られた板状の発泡用アルミニウム金属体を圧延により板厚さを調整したものを発泡用アルミニウム金属体（プリカーサ）として用いてもよい。
【００３３】
（ｄ）型組立工程
次に、目的とする形状の型の内表面に、発泡アルミニウムより融点の高い、アルミニウム又はアルミニウム合金の皮材を配置した後に、皮材内に発泡用アルミニウム金属体（プリカーサ）を装填する。この場合、図３（ａ）に示すような中空押出形材からなる皮材２や、複数枚の板材を溶接Ｗして中空状に形成した皮材２Ａや、板材を折り曲げて中空状に形成し、板材の端部同士を溶接Ｗした皮材２Ｂ等を用いることができる。
【００３４】
（ｅ）加熱・発泡工程
皮材内に発泡用アルミニウム金属体（プリカーサ）を装填した後、遠赤外線加熱炉又は、高周波誘導加熱炉等の加熱炉でプリカーサの容量及び組成に応じて５００℃〜８００℃の温度で加熱し、発泡温度に到達後直ちに型を加熱炉から取り出し、強制空冷して、図４（ａ）に示すような外表面皮付き発泡アルミニウム４を得る。この外表面皮付き発泡アルミニウム４においては、皮材２内に発泡用アルミニウム金属体（プリカーサ）が発泡した発泡アルミニウム５が融着する。皮材内に装填するプリカーサの容量は、必要とされる密度によって調整する。
【００３５】
また、押出や圧延で得られた板状の発泡用アルミニウム金属体１Ｂ（プリカーサ）を鞘状の皮材内に充填して加熱することで、図４（ｂ）に示すような板状の外表面皮付き発泡アルミニウム４Ａを製造することができる。このような外表面皮付き発泡アルミニウムにおいては、種々の加工処理に十分な厚みの皮材を有しているため、物理的，化学的な表面処理がし易くなるなどの利点が得られる。なお、図４（ｂ）において、符号５Ａは、板状の発泡用アルミニウム金属体１Ｂ（プリカーサ）が発泡したアルミニウムを示す。
【実施例】
【００３６】
次に、この発明の外表面皮付き発泡アルミニウムと従来の発泡アルミニウムの特性を評価した結果について説明する。
【００３７】
表１に示すアルミニウム混合粉末をＣＩＰ成形して得た予備成形体を、４５０℃にて押出法により発泡用アルミニウム金属体（プリカーサ）を得、同じく表１に示す皮材を、型の内側に配置し、遠赤外線加熱炉で発泡させ、四角柱形状（高さ４０ｍｍ×幅５７ｍｍ×長さ２００ｍｍ）の外表面皮付き発泡アルミニウムを得た。
【００３８】
得られた四角柱形状の外表面皮付き発泡アルミニウムの長さ方向の両端を長さ７０ｍｍ残し切断し、皮材のない切断面を上面と下面とし、幅４０ｍｍ×５７ｍｍ×高さ７０ｍｍの試験片を用い、変位−荷重曲線より５０％歪までのプラトー領域をエネルギー吸収量と平均圧縮応力に換算した値を、同表１に併せて示す。
【表１】
【００３９】
表１に示すように、アルミニウム混合粉末がＪＩＳＡ４０４５＋１％ＴｉＨ２の場合の実施例１〜３と比較例１，２を比較すると、実施例１〜３では、それぞれエネルギー吸収量が１４３９Ｊ，１３６０Ｊ，１２００Ｊ、平均圧縮応力が１７．０ＭＰａ，１５．８ＭＰａ，１４．８ＭＰａであるのに対して、比較例１，２では、それぞれエネルギー吸収量が１１５２Ｊ，１１２０Ｊ、平均圧縮応力が１４．３ＭＰａ，１４．１ＭＰａであった。
【００４０】
また、アルミニウム混合粉末がＪＩＳＡ６０６１＋１％ＴｉＨ２の場合の実施例４〜７と比較例３〜５を比較すると、実施例４〜７では、それぞれエネルギー吸収量が２１６２Ｊ，２０６７Ｊ，１８２０Ｊ，２０９１Ｊ、平均圧縮応力が２６．６ＭＰａ，２５．１ＭＰａ，２２．３ＭＰａ，２５．５ＭＰａであるのに対して、比較例３〜５では、それぞれエネルギー吸収量が１６３７Ｊ，１５７３Ｊ，１８８４Ｊ、平均圧縮応力が２０．２ＭＰａ，１９．５ＭＰａ，２２．２ＭＰａであった。
【００４１】
表１の結果から明らかなように、実施例１〜３と比較例１，２の比較、実施例４〜７と比較例３〜５の比較より、総じて実施例１〜７は、比較例１〜５に比べてエネルギー吸収性と圧縮応力に優れていることが判る。
【００４２】
なお、図５は、実施例４の条件で作製された発泡アルミニウムの断面写真であり、図６は比較例４の条件で作製された発泡アルミニウムの断面写真である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
この発明に係る外表面皮付き発泡アルミニウムは、自動車用バンパーに使用できる他、例えば道路のガードレールや防護壁等の構造物にも使用可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１，１Ａ，１Ｂ プリカーサ（発泡用アルミニウム金属体）
２，２Ａ，２Ｂ 皮材
３ 隙間
４，４Ａ 外表面皮付き発泡アルミニウム
５，５Ａ 発泡アルミニウム
Ｗ 溶接
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エネルギー吸収性及び剛性に優れた外表面皮付き発泡アルミニウム及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発泡アルミニウムは多数の独立した気泡が金属マトリックス中に分散した発泡体であり、例えば、衝撃エネルギーを吸収するエネルギー吸収体などの用途が考えられる。
【０００３】
発泡アルミニウムの製造方法としては、マトリックスとしてのアルミニウム粉末を含む未発泡前躯体（プリカーサ）を加熱して発泡させる発泡アルミニウムの製造方法において、上記アルミニウム粉末よりも高融点の気泡微細化粒子を上記未発泡前躯体（プリカーサ）に含ませたことを特徴としたものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に記載のものによれば、マトリックスとしてのアルミニウム粉末よりも高融点の気泡微細化粒子を未発泡前躯体（プリカーサ）に含ませることで、気泡同士の癒着が防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２００７−１００１７６号公報（特許請求の範囲）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術で得られた発泡アルミニウムの外表面の皮が０．５ｍｍ未満と薄く、かつバラツキがあるため、例えば自動車用バンパー等の構造物に使用するには、強度が十分でないという懸念があった。なお、ここで、発泡アルミニウムの外表面の皮が０．５ｍｍ未満となる理由は、プリカーサが溶融状態になってくると発泡剤が分解してガス（水素ガス）発生が起こり、発泡現象が起こることによる。これらの気泡が多くなると体積膨張して型の壁に張り付いて凝固する。そのため大体の皮の厚さは０．１〜０．５ｍｍとなる。
【０００７】
この発明は、気泡率及び気泡径のバラツキが小さく、適度の圧縮強度（圧縮応力）を有する外表面皮付き発泡アルミニウム及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための請求項１記載の発明は、発泡アルミニウムの外表面を、該発泡アルミニウムより融点の高いアルミニウム又はアルミニウム合金の皮材にて、被覆融着してなることを特徴とする、外表面皮付き発泡アルミニウムであり、従来の発泡アルミニウムではなし得なかった圧縮応力の大幅な向上を図ったものである。
【０００９】
この発明において、上記皮材としては、例えば、中空押出形材からなるもの（請求項２）や、複数枚の板材を溶接して中空状に形成したもの（請求項３）や、板材を折り曲げて中空状に形成し、板材の端部同士を溶接したもの（請求項４）等を用いることができる。
【００１０】
また、この発明において、外表面皮付き発泡アルミニウムのアルミニウム又はアルミニウム合金の皮材の融点を、該発泡アルミニウムの融点より１０℃から１７０℃高く、好ましくは１０℃から７０℃高くする方がよい（請求項５）。
【００１１】
ここで上記温度範囲としたのは、皮材の融点が発泡アルミニウムの融点より高い値が１０℃未満では、加熱温度のコントロールが難しくなるためであり、また、１７０℃を超える値では選択できるアルミニウムが存在しなくなるからである。また、密着性の面では温度差が少ない方がよい。すなわち、皮材の内面側が溶融した発泡用アルミニウム金属体（プリカーサ）と接触して半溶融状態に近づくため、凝固の際に両者が強固に接着することになる。そこで、皮材の融点は、発泡アルミニウムの融点より１０℃から７０℃高い範囲が好ましい。
【００１２】
また、この発明において、外表面皮付き発泡アルミニウムのアルミニウム又はアルミニウム合金の皮材の厚さは、必要とされる圧縮応力を付与できる０．５ｍｍ以上である方が好ましい（請求項６）。
【００１３】
ここで、皮材を型の内表面に設置しない場合、発泡アルミニウムの外表面の皮が０．１ｍｍから０．３ｍｍ位にバラツキがあり、皮材として安定しないので十分な圧縮応力を得ることができない。また、皮材を型の内表面に配置した場合でも、皮材の厚さが０．５ｍｍ未満では、前述したように皮材の内面側表層部が半溶融状態となるため、皮材が薄いと皮材自体の強度にバラツキが起こり、ひいては皮材付発泡アルミニウム全体の圧縮強度の改善効果が乏しくなる。そこで、付与する皮材の厚さは０．５ｍｍ以上であることが必要である。
【００１４】
なお、皮材の厚さの上限は、発泡アルミニウムの形状及び必要とされる強度により決定されるものであり限定されるものではない。
【００１５】
請求項７記載の発明は、型内で発泡用アルミニウム金属体（プリカーサ）を加熱発泡させて発泡アルミニウムを得るに際し、型の内表面に発泡用アルミニウム金属体（プリカーサ）より融点の高いアルミニウム又はアルミニウム合金材製の皮材を配置し、加熱して上記発泡用アルミニウム金属体を発泡させて上記皮材に融着してなることを特徴とする外表面皮付き発泡アルミニウムの製造方法である。
【００１６】
この発明において、発泡用アルミニウム金属体（プリカーサ）は、アルミニウム又はアルミニウム合金粉末に発泡剤粉末を混合し、静水圧プレス成形（ＣＩＰ成形）して得た予備成形体を熱間の押出しすることによって得られたもの（請求項８）、又は、押出しにより得られたものを更に圧延することによって得られたものである方が好ましい（請求項９）。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、衝撃エネルギーを吸収するエネルギー吸収体、すなわち圧縮応力性に優れた外表面皮付き発泡アルミニウムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明に係る外表面皮付き発泡アルミニウムの製造方法を示すフローチャートである。
【図２】この発明における発泡用アルミニウム金属体（プリカーサ）の異なる形態を示す断面図である。
【図３】この発明における皮材の一形態を示す断面図（ａ）、別の形態を示す断面図（ｂ）、（ｂ）のＩ部拡大断面図（ｃ）、更に別の形態を示す断面図（ｄ）及び（ｄ）のII部拡大断面図（ｅ）である。
【図４】この発明に係る外表面皮付き発泡アルミニウムの別の形態を示す斜視図である。
【図５】この発明に係る発泡アルミニウムの実施例４の断面を示す写真である。
【図６】比較例４における発泡アルミニウムの断面を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、この発明に係る外表面皮付き発泡アルミニウム及びその製造方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００２０】
（１）原料粉末、（２）アルミニウム又はアルミニウム合金の皮材及び（３）外表面皮付き発泡アルミニウム及びその製造方法を、（ａ）粉末混合工程、（ｂ）静水圧プレス成形（ＣＩＰ形成工程）、（ｃ）プリカーサ成型工程、（ｄ）型組立工程、（ｅ）加熱・発泡工程の流れに沿って詳細に説明する。
【００２１】
（１）原料粉末
アルミニウム粉末としては、アルミニウム又は種々のアルミニウム合金粉末が使用できる。この発明に用いられるアルミニウム粉末の粒径は特に限定されないが、通常は粒径５〜３５０μｍ、好ましくは２０〜１００μｍの粉末を用いればよい。粒径が３５０μｍを超えると、アルミニウム粉末と発泡剤粉末を均一に混合することが困難となる。また、粒径が５μｍより小さいと、アルミニウム粉末同士で凝集が起こり、発泡剤粉末と均一に混合することが困難となる。なお、アルミニウム粉末は熱処理型合金であってもよい。
【００２２】
発泡剤粉末としては、一定温度以上でガスを発生させるものであれば特に限定されないが、酸素との結びつきが強いアルミニウムを発泡させるには、還元力の強い水素を含む水素化チタン（ＴｉＨ２）や炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ３）等の水酸化物、炭酸ガスを放出する炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）等が使用される。この発明に用いられる発泡剤粉末は、０．３質量％以上５質量％以下とすることが好ましい。発泡剤粉末量が５質量％を超えると発泡アルミニウムの気泡率及び気泡径のバラツキが大きくなる。また、発泡剤粉末が０．３質量％未満になると発泡アルミニウムの密度が大きくなり、発泡しなくなる。すなわち、発泡剤粉末が０．３質量％未満では、プリカーサが溶融状態となってもガス発生量が少ないため、空洞となる気泡の量も少なくなる。このため製造された発泡アルミニウムの密度は大きくなり、エネルギー吸収特性の向上効果も小さくなる。
【００２３】
この発明に用いられる発泡剤粉末の粒径は特に限定されないが、粒径が１０〜５０μｍの粉末を用いればよい。粒径が５０μｍを超えるとアルミニウム粉末と発泡剤粉末を均一に混合することが困難となる。また、粒径が１０μｍより小さいと、発泡剤粉末同士で凝集が起こり、アルミニウム粉末と均一に混合することが困難となる。
【００２４】
なお、この発明における粒径は、レーザ回折式粒度分析測定法よる値を示す。また、いずれの粉末も形状は限定されず、例えば涙滴状，真球状，回転楕円体状，フレーク状又は不定形状等いずれであってもよい。
【００２５】
（２）アルミニウム又はアルミニウム合金の皮材
アルミニウム又はアルミニウム合金の皮材としては、発泡アルミニウムより融点の高いアルミニウム又はアルミニウム合金の皮材であれば、特にその材質は限定されないが、例えば発泡用アルミニウム金属体（プリカーサ）がＪＩＳＡ６０６１であり、皮材をＪＩＳＡ１０００系とした場合好ましく適用できる。即ちＪＩＳＡ６０６１とＪＩＳＡ１０００系の融点の温度差が６０℃〜９０℃の範囲上にあるからである。
【００２６】
なお、発泡アルミニウムと皮材の密着性は、発泡アルミニウムと皮材の融点の温度差が１０℃に近いほど優れる。
【００２７】
更に、外表面皮材と発泡用アルミニウム金属体（プリカーサ）に熱処理型合金例えばＪＩＳＡ６０００系を用いた場合には、適宜熱処理を施して外表面皮付きの発泡アルミニウムの機械的特性を向上させてもよい。
【００２８】
（３）外表面皮付き発泡アルミニウム及びその製造方法
外表面皮付き発泡アルミニウムを製造するには、図１に示すように、（ａ）粉末混合工程→（ｂ）静水圧プレス成形（ＣＩＰ形成工程）→（ｃ）プリカーサ成型工程→（ｄ）型組立工程→（ｅ）加熱・発泡工程の順によって外表面皮付き発泡アルミニウムを製造することができる。
【００２９】
（ａ）粉末混合工程
アルミニウム粉末として、アルミニウム又は種々のアルミニウム合金粉末と、水素化チタン等の発泡剤粉末を混合する。混合の方法は公知の混合手段を採用すればよく、例えばＶブレンダー，クロスロータリーミキサー等のミキサー、振動ミル、遊星ミル等を使用し、１時間から６時間程度混合すればよい。
【００３０】
（ｂ）静水圧プレス成形工程（ＣＩＰ成形工程）
得られた混合体を室温にて９８．０７ＭＰａから２９４．２１ＭＰａの圧力で静水圧法にて冷間圧粉して充填度６０〜８０％の予備成形体を得る。冷間圧粉圧力が９８．０７ＭＰａよりも小さいと充填度が６０％以下となり、予備成形体の強度が十分でなく、予備成形体の搬送時に割れてしまう恐れがある。又、強度的に充填度８０％で十分であり、２９４．２１ＭＰａ以上の圧力をかける必要はない。
【００３１】
（ｃ）プリカーサ成形工程
次に、得られた予備成形体は組成によって異なるが、予め２００〜５００℃の温度に加熱した後に押出法によって、図２（ａ），（ｂ）に示すような中実材からなる発泡用アルミニウム金属体１（プリカーサ）や中空材からなる発泡用アルミニウム金属体１Ａ（プリカーサ）又は板状の発泡用アルミニウム金属体１Ｂ（プリカーサ）を得る。この際、予備成形体の加熱雰囲気は特に限定されず、大気中，窒素ガス中，アルゴンガス中又は真空中等の雰囲気を設定できる。
【００３２】
更に、押出法により得られた板状の発泡用アルミニウム金属体を圧延により板厚さを調整したものを発泡用アルミニウム金属体（プリカーサ）として用いてもよい。
【００３３】
（ｄ）型組立工程
次に、目的とする形状の型の内表面に、発泡アルミニウムより融点の高い、アルミニウム又はアルミニウム合金の皮材を配置した後に、皮材内に発泡用アルミニウム金属体（プリカーサ）を装填する。この場合、図３（ａ）に示すような中空押出形材からなる皮材２や、複数枚の板材を溶接Ｗして中空状に形成した皮材２Ａや、板材を折り曲げて中空状に形成し、板材の端部同士を溶接Ｗした皮材２Ｂ等を用いることができる。
【００３４】
（ｅ）加熱・発泡工程
皮材内に発泡用アルミニウム金属体（プリカーサ）を装填した後、遠赤外線加熱炉又は、高周波誘導加熱炉等の加熱炉でプリカーサの容量及び組成に応じて５００℃〜８００℃の温度で加熱し、発泡温度に到達後直ちに型を加熱炉から取り出し、強制空冷して、図４（ａ）に示すような外表面皮付き発泡アルミニウム４を得る。この外表面皮付き発泡アルミニウム４においては、皮材２内に発泡用アルミニウム金属体（プリカーサ）が発泡した発泡アルミニウム５が融着する。皮材内に装填するプリカーサの容量は、必要とされる密度によって調整する。
【００３５】
また、押出や圧延で得られた板状の発泡用アルミニウム金属体１Ｂ（プリカーサ）を鞘状の皮材内に充填して加熱することで、図４（ｂ）に示すような板状の外表面皮付き発泡アルミニウム４Ａを製造することができる。このような外表面皮付き発泡アルミニウムにおいては、種々の加工処理に十分な厚みの皮材を有しているため、物理的，化学的な表面処理がし易くなるなどの利点が得られる。なお、図４（ｂ）において、符号５Ａは、板状の発泡用アルミニウム金属体１Ｂ（プリカーサ）が発泡したアルミニウムを示す。
【実施例】
【００３６】
次に、この発明の外表面皮付き発泡アルミニウムと従来の発泡アルミニウムの特性を評価した結果について説明する。
【００３７】
表１に示すアルミニウム混合粉末をＣＩＰ成形して得た予備成形体を、４５０℃にて押出法により発泡用アルミニウム金属体（プリカーサ）を得、同じく表１に示す皮材を、型の内側に配置し、遠赤外線加熱炉で発泡させ、四角柱形状（高さ４０ｍｍ×幅５７ｍｍ×長さ２００ｍｍ）の外表面皮付き発泡アルミニウムを得た。
【００３８】
得られた四角柱形状の外表面皮付き発泡アルミニウムの長さ方向の両端を長さ７０ｍｍ残し切断し、皮材のない切断面を上面と下面とし、幅４０ｍｍ×５７ｍｍ×高さ７０ｍｍの試験片を用い、変位−荷重曲線より５０％歪までのプラトー領域をエネルギー吸収量と平均圧縮応力に換算した値を、同表１に併せて示す。
【表１】
【００３９】
表１に示すように、アルミニウム混合粉末がＪＩＳＡ４０４５＋１％ＴｉＨ２の場合の実施例１〜３と比較例１，２を比較すると、実施例１〜３では、それぞれエネルギー吸収量が１４３９Ｊ，１３６０Ｊ，１２００Ｊ、平均圧縮応力が１７．０ＭＰａ，１５．８ＭＰａ，１４．８ＭＰａであるのに対して、比較例１，２では、それぞれエネルギー吸収量が１１５２Ｊ，１１２０Ｊ、平均圧縮応力が１４．３ＭＰａ，１４．１ＭＰａであった。
【００４０】
また、アルミニウム混合粉末がＪＩＳＡ６０６１＋１％ＴｉＨ２の場合の実施例４〜７と比較例３〜５を比較すると、実施例４〜７では、それぞれエネルギー吸収量が２１６２Ｊ，２０６７Ｊ，１８２０Ｊ，２０９１Ｊ、平均圧縮応力が２６．６ＭＰａ，２５．１ＭＰａ，２２．３ＭＰａ，２５．５ＭＰａであるのに対して、比較例３〜５では、それぞれエネルギー吸収量が１６３７Ｊ，１５７３Ｊ，１８８４Ｊ、平均圧縮応力が２０．２ＭＰａ，１９．５ＭＰａ，２２．２ＭＰａであった。
【００４１】
表１の結果から明らかなように、実施例１〜３と比較例１，２の比較、実施例４〜７と比較例３〜５の比較より、総じて実施例１〜７は、比較例１〜５に比べてエネルギー吸収性と圧縮応力に優れていることが判る。
【００４２】
なお、図５は、実施例４の条件で作製された発泡アルミニウムの断面写真であり、図６は比較例４の条件で作製された発泡アルミニウムの断面写真である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
この発明に係る外表面皮付き発泡アルミニウムは、自動車用バンパーに使用できる他、例えば道路のガードレールや防護壁等の構造物にも使用可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１，１Ａ，１Ｂ プリカーサ（発泡用アルミニウム金属体）
２，２Ａ，２Ｂ 皮材
３ 隙間
４，４Ａ 外表面皮付き発泡アルミニウム
５，５Ａ 発泡アルミニウム
Ｗ 溶接
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発泡アルミニウムの外表面を、該発泡アルミニウムより融点の高いアルミニウム又はアルミニウム合金の皮材にて、被覆融着してなることを特徴とする、外表面皮付き発泡アルミニウム。
【請求項２】
上記皮材は、中空押出形材からなることを特徴とする、請求項１記載の外表面皮付き発泡アルミニウム。
【請求項３】
上記皮材は、複数枚の板材を溶接して中空状に形成したものからなることを特徴とする、請求項１記載の外表面皮付き発泡アルミニウム。
【請求項４】
上記皮材は、板材を折り曲げて中空状に形成し、板材の端部同士を溶接したものからなることを特徴とする、請求項１記載の外表面皮付き発泡アルミニウム。
【請求項５】
外表面皮付き発泡アルミニウムのアルミニウム又はアルミニウム合金の皮材の融点が、該発泡アルミニウムの融点より、１０℃から１７０℃高いことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の外表面皮付き発泡アルミニウム。
【請求項６】
外表面皮付き発泡アルミニウムのアルミニウム又はアルミニウム合金の皮材の厚さが、０．５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の外表面皮付き発泡アルミニウム。
【請求項７】
型内で発泡用アルミニウム金属体を加熱発泡させて発泡アルミニウムを得るに際し、型の内表面に発泡用アルミニウム金属体より融点の高いアルミニウム又はアルミニウム合金材製の皮材を配置し、加熱して上記発泡用アルミニウム金属体を発泡させて上記皮材に融着することを特徴とする外表面皮付き発泡アルミニウムの製造方法。
【請求項８】
上記発泡用アルミニウム金属体が、アルミニウム又はアルミニウム合金粉末に発泡剤粉末を混合し、静水圧プレス成形して得た予備成形体を熱間押出しすることにより得たものである、ことを特徴とする請求項７記載の外表面皮付き発泡アルミニウムの製造方法。
【請求項９】
上記発泡用アルミニウム金属体が、アルミニウム又はアルミニウム合金粉末に発泡剤粉末を混合し、静水圧プレス成形して得た予備成形体を熱間押出しすることにより得られたものを更に圧延することにより得たものである、ことを特徴とする請求項７記載の外表面皮付き発泡アルミニウムの製造方法。
【請求項１】
発泡アルミニウムの外表面を、該発泡アルミニウムより融点の高いアルミニウム又はアルミニウム合金の皮材にて、被覆融着してなることを特徴とする、外表面皮付き発泡アルミニウム。
【請求項２】
上記皮材は、中空押出形材からなることを特徴とする、請求項１記載の外表面皮付き発泡アルミニウム。
【請求項３】
上記皮材は、複数枚の板材を溶接して中空状に形成したものからなることを特徴とする、請求項１記載の外表面皮付き発泡アルミニウム。
【請求項４】
上記皮材は、板材を折り曲げて中空状に形成し、板材の端部同士を溶接したものからなることを特徴とする、請求項１記載の外表面皮付き発泡アルミニウム。
【請求項５】
外表面皮付き発泡アルミニウムのアルミニウム又はアルミニウム合金の皮材の融点が、該発泡アルミニウムの融点より、１０℃から１７０℃高いことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の外表面皮付き発泡アルミニウム。
【請求項６】
外表面皮付き発泡アルミニウムのアルミニウム又はアルミニウム合金の皮材の厚さが、０．５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の外表面皮付き発泡アルミニウム。
【請求項７】
型内で発泡用アルミニウム金属体を加熱発泡させて発泡アルミニウムを得るに際し、型の内表面に発泡用アルミニウム金属体より融点の高いアルミニウム又はアルミニウム合金材製の皮材を配置し、加熱して上記発泡用アルミニウム金属体を発泡させて上記皮材に融着することを特徴とする外表面皮付き発泡アルミニウムの製造方法。
【請求項８】
上記発泡用アルミニウム金属体が、アルミニウム又はアルミニウム合金粉末に発泡剤粉末を混合し、静水圧プレス成形して得た予備成形体を熱間押出しすることにより得たものである、ことを特徴とする請求項７記載の外表面皮付き発泡アルミニウムの製造方法。
【請求項９】
上記発泡用アルミニウム金属体が、アルミニウム又はアルミニウム合金粉末に発泡剤粉末を混合し、静水圧プレス成形して得た予備成形体を熱間押出しすることにより得られたものを更に圧延することにより得たものである、ことを特徴とする請求項７記載の外表面皮付き発泡アルミニウムの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２０９３７４（Ｐ２０１０−２０９３７４Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５４４６４（Ｐ２００９−５４４６４）
【出願日】平成２１年３月９日（２００９．３．９）
【出願人】（０００００４７４３）日本軽金属株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月９日（２００９．３．９）
【出願人】（０００００４７４３）日本軽金属株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
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