JP2000063967A

JP2000063967A - 中空状金属多孔質体

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Publication number: JP2000063967A
Application number: JP10233032A
Authority: JP
Inventors: Jinsuke Takada; 仁輔高田
Original assignee: SHINKO RES KK
Current assignee: SHINKO RES KK
Priority date: 1998-08-19
Filing date: 1998-08-19
Publication date: 2000-02-29
Anticipated expiration: 2018-08-19
Also published as: JP4092017B2

Abstract

(57)【要約】【課題】金属偏平粉を用いて、フィルター本体とハウ
ジングのメカニカルシール部のガスリークを防止でき、
通気性に優れた中空状金属多孔質体を提供することを目
的とするものである。特に、微細な不純物粒子を除去可
能なガス用フィルターに用いる中空状金属多孔質体を提
供する。【解決手段】金属偏平粉から成形された中空状金属多
孔質体であって、前記金属偏平粉の内の６０ｖｏｌ％以
上が中空状金属多孔質体の厚さ方向とこの方向から４５
°の間に配向されてなるとともに、前記中空状金属多孔
質体の外表面の金属偏平粉の１部又は全部が、その金属
偏平粉の偏平面を当該外表面に沿う方向に配向されてな
る表面層に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はフィルター、特に、
ガス用フィルター部材に用いられる中空状金属多孔質体
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】金属多孔質体は、各種流体を濾過、精製
するためのフィルターに使用され、このフィルターの濾
過孔径は１〜１００μｍである。半導体製造プロセスに
用いられるガス用フィルターについて説明する。半導体
製造プロセスにおいては、集積素子の集積度の高度化が
急激に進み、集積素子のパターン幅はサブミクロンとい
う微小間隔になってきた。このため、集積素子製造に用
いられるプロセスガス（Ａｒ、Ｎ₂、Ｈ₂、ＨＣｌ、Ｈ
Ｆ等）を高精度の濾過用フィルターの使用により、集積
素子のパターン幅の１／１０以上の径の不純物粒子（例
えば、０．０１μｍ程度以上の粒子）を除去することが
不可欠となる。一方、フィルター部材のハウジング後に
は、その製造、検査段階で使用された水分や有機溶媒の
除去のためにベーキングが必要となり、フィルターの材
質は高分子材料から金属材料へと移行が進み、粒径の小
さな金属粉を用いた微細孔径の金属多孔質体が開発され
てきた。

【０００３】金属粉は要求される化学組成、粒子径の金
属をアトマイズ法で容易に得ることができ、金属の短繊
維に比べて安価である。さらに、均一な充填が容易なた
め均一な孔径分布を持つ金属多孔質体を得ることが可能
である。しかしながら、前述したように、０．０１μｍ
程度以上の粒子を気体から捕捉するには、ミクロンオー
ダの金属粉を用いる必要があるが、この場合、金属多孔
質体の空隙率は極めて小さくなり、通気性が著しく低下
して、圧力損失が使用に耐えない程度に大きくなる問題
がある。微細孔径で、かつ高空隙率の多孔質体を得るに
は、その構成粒子の単一形状は微細、イレギュラーで比
表面積が大なることが必須条件となる。

【０００４】発明者は、上記問題点を解決するために、
構成粒子として採用した偏平粉は、偏平面（偏平部）の
厚さがミクロンオーダとなり、比表面積は大きくなり、
かつ、充填性が低くなるという知見を基に、偏平度（偏
平粉の偏平面の厚さ／偏平粉の最大長さ）の平均値が
０．０５〜０．５の範囲となる金属偏平粉から成形され
た金属多孔質体を開発した（特願平９−３８０４１号参
照）。この金属偏平粉から成形された金属多孔質体は微
細な空隙を有すると共に、空隙率が大きくできるので、
０．０１μｍ程度以上の不純物粒子の捕捉率が向上する
と共に、優れた通気性を有するものであり、ガス用フィ
ルター部材として優れた特性を有することを明らかにし
た。

【０００５】さらに、金属偏平粉を金属多孔質体中にお
けるガスの通過方向に配向させた金属多孔質体は通気性
がさらに改善できると共に、金属多孔質体の孔径を小さ
くでき、微細な不純物粒子の捕捉率を向上できることを
明らかにした。

【０００６】この金属多孔質体は、実施例で使用する図
６に示すような、半導体製造プロセスに用いられるガス
用フィルター１１（実際に使用される場合は、１６のＯ
リングの部分に溶接が施される）の部材として用いるこ
とが可能となった。このガス用フィルター１１は、有底
の中空状金属多孔質体であるフィルター本体１２とガス
出口側ハウジング１３とガス入口側ハウジング１４とか
ら構成されている。フィルター本体の端部１２ａをガス
出口側ハウジングのフィルター固定部１３ａにプレスに
より圧入してメカニカルシールを行った。この金属多孔
質体は、強度と変形能を有するため、メカニカルシール
の際に破損することなく、確実にハウジングとフィルタ
ー本体との間をシールできた。この金属多孔質体を用い
たガス用フィルターは、微細な不純物粒子の捕捉が可能
であり、優れた通気性を有していることを確認した。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記金属多孔質体は、
半導体用のガス用フィルターとして優れた特性を発揮し
てきたが、ガス用フィルターの使用条件の過酷化に伴
い、すなわち、濾過ガスの処理量を増加させるための濾
過ガス圧の昇圧および使用期間の長期化により、使用中
にフィルター本体１２とガス出口側ハウジングガス出口
側１３のメカニカルシール部１５（図６参照）からガス
リークの危険性が生じた。ガスリークは、ガス用フィル
ターに要求される０．０１μｍ程度以上の粒子の捕捉率
が低下するだけでなく、メカニカルシール時に変形した
金属偏平粉が剥離する問題が生じる可能性がある。この
ガスリークは、メカニカルシール部１５において、濾過
ガスのガス用フィルターを通過する際の微圧振動が長期
間にわたり加わることにより、メカニカルシール部１５
のフィルター本体の端部１２ａが金属疲労により塑性変
形し、端部１２ａとハウジングのフィルター固定部１３
ａとの間に空隙が生じることにより起こるものと考えら
れる。現在、使用されている条件は、濾過ガス圧０．５
ｋｇｆＧ／ｃｍ²（１．５×１０⁵Ｐａ）で数年にわた
ることが多く、また、メカニカルシール部の耐圧性は、
常用ガス圧（０．５ｋｇｆＧ／ｃｍ²）の１０倍以上で
あることが望ましく、具体的には、５ｋｇｆＧ／ｃｍ²
（５．９×１０⁵Ｐａ）以上の耐圧性が要求される。

【０００８】そこで本発明は、金属偏平粉を用いて、フ
ィルター本体とハウジングのメカニカルシール部のガス
リークを防止でき、通気性に優れた中空状金属多孔質体
を提供することを目的とするものである。特に、微細な
不純物粒子を除去可能なガス用フィルターに用いる中空
状金属多孔質体を提供することを目的とするものであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】発明者は、前述した従来
技術における問題点を解決すべく、フィルター本体に用
いた中空状金属多孔質体とハウジングのメカニカルシー
ル部のガスリークに及ぼす要因について、鋭意研究を重
さねた。そして、ハウジングから中空状金属多孔質体を
抜き出して観察したところ、金属偏平粉の偏平面が外表
面に沿う方向に配向された金属偏平粉の比率の小さい金
属多孔質体の端部ほど塑性変形量が多く、そして、端部
の外表面部の金属偏平粉の偏平面の先端部の折り曲げ変
形の傾向が顕著であることが観察され、表面粗度が粗く
なっていことを見い出した。この結果より、ハウジング
のフィルター固定部へ中空状金属多孔質体の端部を圧入
する際に、表面粗度の粗くなる金属多孔質体ほど、圧入
する際の摩擦抵抗の増大して圧入荷重が大きくなり、金
属多孔質体の端部の塑性変形量が多くなった状態で圧入
されている。このため、ハウジングのフィルター固定部
と中空状金属多孔質体の端部との間に生じる弾性歪量が
低くなった結果、メカニカルシール部の金属多孔質体の
端部の疲労特性が低下して、使用中にガスリークが生じ
る危険性があるという知見を得た。

【００１０】本発明は、中空状金属多孔質体の外表面の
金属偏平粉の１部又は全部が、その金属偏平粉の偏平面
を当該外表面に沿う方向に配向されてなる表面層に形成
されることにより、中空状金属多孔質体の表面粗度を改
善して、ハウジングのフィルター固定部へ中空状金属多
孔質体の端部を圧入する際の摩擦力を低減させることに
より、端部の塑性変形量を少なくし、弾性歪量を高く維
持してメカニカルシール部のガスリークを防止が可能と
なる知見の基づき本発明を完成した。

【００１１】さらに、表面層において、中空状金属多孔
質体の本体の外表面に沿って偏平面が配列される金属偏
平粉の粒子数は厚さ方向に１個以上あればよく、中空状
金属多孔質体の通気性を低下させることなく、中空状金
属多孔質体の表面粗度を改善できる。さらにまた、中空
状金属多孔質体の外表面の金属偏平粉の１部又は全部
が、その金属偏平粉の偏平面を当該外表面に沿う方向に
配向されてなる表面層に形成されるために、適正な振動
条件で金属偏平粉型へ充填することにより、上述の中空
状金属多孔質体の集合体が得られるという知見の基づき
本発明を完成した。

【００１２】本発明のうちで請求項１記載の発明は、金
属偏平粉から成形された中空状金属多孔質体であって、
前記金属偏平粉の内の６０ｖｏｌ％以上が中空状金属多
孔質体の厚さ方向とこの方向から４５°の間に配向され
てなるとともに、前記中空状金属多孔質体の外表面の金
属偏平粉の１部又は全部が、その金属偏平粉の偏平面を
当該外表面に沿う方向に配向されてなる表面層に形成さ
れてなることを特徴とするものである。ここで、金属偏
平粉が中空状金属多孔質体の厚さ方向とこの方向から４
５°の間に配向されているとは、金属偏平粉の偏平面の
方向が中空状金属多孔質体の厚さ方向とこの方向から４
５°の間となることを意味する。金属偏平粉の内の６０
ｖｏｌ％以上が中空状金属多孔質体の厚さ方向とこの方
向から４５°の間に配向されてなる中空状金属多孔質体
であることによって、通気性を改善できるとともに、孔
径を小さくできることにより微細な不純物粒子の捕捉が
可能となる。

【００１３】ここで、金属偏平粉が中空状金属多孔質体
の厚さ方向とこの方向から４５°の間に配向されている
状態について、図１のｂ図により説明する。図１は、本
発明の中空状金属多孔質体の構造を説明する模式図であ
って、図ｂは図ａの中空状金属多孔質体の断面図のイ部
の拡大図である。図ｂは、金属多孔質体の外表面近傍の
断面状態を説明している。１ａは外表面部であり、１ｂ
は金属多孔質体の本体部（金属多孔質体の内で表面層を
除く部分）を例示している。本発明の中空状金属多孔質
体がフィルター本体として使用される場合、ガスが中空
状金属多孔質体の厚さ方向、すなわち、外表面１ｃから
内表面に通じる方向に流れることにより、金属多孔質体
を通過する距離が短くなり、通気性が向上する。そこ
で、本発明では、金属偏平粉が中空状金属多孔質体の厚
さ方向とこの方向から４５°の間に配向されてなる部
分、すなわち、図ｂのハ部の部分を金属偏平粉の低角度
配向部と定義する。一方、図ｂのロ部の部分は、金属偏
平粉が中空状金属多孔質体の厚さ方向とより４５°を越
える角度で配向している部分であり、中空状金属多孔質
体の本体１ｂ中を通過するガスの流れを阻害する部分と
なる。

【００１４】そして、中空状金属多孔質体の外表面の金
属偏平粉の１部又は全部が、その金属偏平粉の偏平面を
当該外表面に沿う方向に配向されてなる表面層に形成さ
れてなる表面層により、中空状金属多孔質体の表面粗度
を改善できる。なぜなら、図１のｃ図に示すように、中
空状金属多孔質体の外表面は、金属多孔質体の外表面に
沿う方向に配列された金属偏平粉群、すなわち、平滑な
中空状金属多孔質体の表面層部４ａで覆われることとな
り、中空状金属多孔質体の表面粗度を改善されるのであ
る。この結果、ハウジングのフィルター固定部と中空状
金属多孔質体の端部を圧入する際に生じる摩擦力を低減
でき、メカニカルシールの中空状金属多孔質体の端部の
疲労特性を改善できることにより、ガスリーク圧を高く
でき、ガスリークを抑制できるものである。なお、図１
のｃ図の中空状金属多孔質体の外表面の４ｂは偏平粉端
部が露出することとなり中空状金属多孔質体の表面粗度
が悪化することとなる。

【００１５】また請求項２記載の発明は、請求項１記載
の発明の構成において、前記表面層が中空状金属多孔質
体の外表面を覆う面積率、すなわち、外表面における偏
平粉の偏平面が当該外表面に沿って配向する比率（以
下、単に、「外表面の偏平面配向率」、という）を５５
％以上にすることを特徴とするものである。外表面の偏
平面配向率を５５％以上にすることによって、中空状金
属多孔質体の表面粗度を改善でき、その結果、メカニカ
ルシール部のリークが生じるガス圧を高くでき、ガスリ
ークを抑制できるとともに、優れた通気度を保持でき
る。なお、偏平面が表面層に配列された金属偏平粉の積
層粒子数は１個以上あれば、中空状金属多孔質体の表面
粗度を改善でき、ハウジングのフィルター固定部と中空
状金属多孔質体の端部を圧入する際に生じる摩擦力を低
減できる。一方、積層粒子数が１０個を越えると通気性
を低下させる。さらになお、前記表面層が前記中空状金
属多孔質体の本体の外表面を覆う部分が、メカニカルシ
ールを行う中空状金属多孔質体の部位のみであってもよ
い。

【００１６】本発明の中空状金属多孔質体に使用する金
属偏平粉は、偏平度（偏平粉の偏平面の厚さ／偏平粉の
最大長さ）の平均値が０．０５〜０．５の範囲、平均粒
子径が３〜２０μｍの範囲であり、そして、本発明の中
空状金属多孔質体の空隙率が４０〜５５ｖｏｌ％の範囲
にすることが好ましい偏平度の平均値が０．０５〜０．５の範囲となる金属偏
平粉の集合体とすることによって、中空状金属多孔質体
の空隙率を向上させ、その結果、中空状金属多孔質体の
通気性を改善する。偏平度の平均値が０．５を越える
と、空隙率が減少して通気性が著しく悪化する。また、
偏平度の平均値が０．５以下であれば良好な通気性が得
られるが、金属微粉の偏平加工に限界があるとともに、
加工コストが著しく高くなることより、偏平度の平均値
は０．０５以上が好ましい。金属偏平粉の平均粒子径が
３〜２０μｍの範囲とすることによって、微細な不純物
粒子の捕捉が可能となる。このとき、金属偏平粉の平均
粒子径は体積粒子径を用いる。体積粒子径とは、この粒
子が持つ体積を粒子が球形と仮定して求めた粒子径であ
る。金属偏平粉の平均粒子径が３μｍ未満では充填性が
著しく低下し、さらにこの多孔質体の空隙の閉空隙に比
率が高まり通気性を著しく低下する。また、金属偏平粉
の平均粒子径が２０μｍを越えると微細な不純物粒子の
捕捉率が低下する。

【００１７】また請求項３記載の発明は、請求項１又は
２に記載の中空状金属多孔質体が、金属偏平粉を振動充
填により型に充填された金属偏平粉の集合体を焼結して
製造されてなることを特徴とするものである。適正な振
動条件で金属偏平粉を型へ充填することにより、中空状
金属多孔質体の外表面の金属偏平粉の１部又は全部が、
その金属偏平粉の偏平面を当該外表面に沿う方向に配向
されてなる表面層を有する集合体が得ることができる。
このときの振動条件として、中空状金属多孔質体の形状
や寸法により、周波数（２８〜１００ｋＨｚ）、振動時
間（１０秒〜２分）の範囲で、適宜選択することによ
り、本発明の中空状金属多孔質体の集合体を効率よく得
ることができる。

【００１８】また請求項４記載の発明は、請求項１又は
２又は３に記載の中空状金属多孔質体に用いられるガス
用フィルター部材である。本発明の中空状金属多孔質体
をガス用フィルター部材に用いることにより、通気性が
向上し、微細な不純物粒子の捕捉が可能となり、耐久性
の向上が可能となる。特に、半導体製造プロセスに用い
られるガス用フィルターとして優れた特性を発揮する。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例を説明す
る。実施例の説明に先立ち、中空状金属多孔質体のバブ
ルポイント圧、ガス流量、リーク圧および外表面の偏平
面配向率、並びに金属偏平粉の低角度配向部の比率（体
積率）の測定方法について説明する。（１）中空状金属多孔質体のバブルポイント圧およびガ
ス流量の測定方法バブルポイント圧は種々の多孔質体の孔径の測定に用い
られるもので、このバブルポイント圧が低いほど多孔質
体の孔径が小さいものとなる。バブルポイント圧の測定
は図５の図ａに示す試験装置により、純水を用いて行っ
た。予め、純水に浸した測定対象フィルター９、すなわ
ち、図６の図ａに示されるハウジング１３にメカニカル
シールしたフィルター本体１２（有底の中空状金属多孔
質体）を水平にして、タンク１０内に取り付ける。次
に、タンク１０内に純水をいれ、その水面を測定対象フ
ィルター９の上端から１５ｍｍの高さにする。そして、
測定対象フィルター９内部に空気を空気源５より送り、
測定対象フィルター９より最初に気泡（バブル）が発生
したときの空気圧Ｐ_A（初期バブルポイント圧）を圧力
計８により読み取る。さらに、空気流量を増加させて、
空気流量と空気圧の変化率が一定になるまで継続する。
その値をグラフに表すと、図５の図ｂに示すようにな
り、空気流量と空気圧の変化率が一定となった直線と、
初期バブルポイント圧Ｐａからの直線との交点の圧力
（Ｐ_B：バブルポイント圧）を求める。

【００２０】図３、図４における中空状金属多孔質体の
ガス流量は、空気圧が１ｋｇｆＧ／ｃｍ²（２．０×１
０⁵Ｐａ）になった時の、空気流量を流量計７により読
み取り、測定したものである。

【００２１】（２）中空状金属多孔質体のリーク圧の測
定方法リーク圧の測定は、前記バブルポイント圧を測定した測
定対象フィルター９を乾燥させた後、実用下でのメカニ
カルシール部の安全性に対する促進試験を行った後に実
施した。この促進試験は空気流量３００Ｎｌ／分に固定
し、常用空気圧の１０倍に相当する試験空気圧５ｋｇｆ
Ｇ／ｃｍ²（５．９×１０⁵Ｐａ）以上で、１００日間
連続運転させたものである。この促進試験後の供試材に
ついて、メカニカルシールを行ったフィルター本体１２
とハウジング１３の隙間を残して、測定対象フィルター
９のフィルター本体１２の外表面全体をウレタンでコー
ティングした。その後、前記バブルポイント圧の測定方
法と同様に、測定対象フィルター９をタンク１０内の純
水中へ浸漬して、空気を空気源５より送り、測定対象フ
ィルター９のメカニカルシール部からの最初に気泡の発
生した空気圧Ｐ_C（リーク圧）を圧力計８により読み取
る。

【００２２】（３）中空状金属多孔質体の外表面の偏平
面配向率の測定方法測定対象の中空状金属多孔質体の外表面を、走査型電子
顕微鏡により２０視野撮影し、撮影した走査型電子顕微
鏡写真（倍率：２００倍）について画像解析を行い、中
空状金属多孔質体の外表面の金属偏平粉が、その金属偏
平粉の偏平面を当該外表面に沿う方向に配向されてなる
表面層（図１の図ｃに示す表面層部４ａが相当する。）
の面積率、すなわち、外表面の偏平面配向率を測定し
た。

【００２３】（４）中空状金属多孔質体の金属偏平粉の
低角度配向部の比率（体積率）の測定方法中空状金属多孔質体のガス流量を測定後のフィルター本
体（中空状金属多孔質体）を、中空状金属多孔質体の長
手方向と、長手方向に直角方向（厚さ方向）に、それぞ
れ切断し、各断面を研摩後、中空状金属多孔質体の本体
の断面研摩部を光学顕微鏡により各２０視野撮影し、撮
影した光学顕微鏡写真（倍率：４００倍）について画像
解析を行い、中空状金属多孔質体の厚さ方向とこの方向
から４５°の間に配向（低角度配向）されている金属偏
平粉の面積率を画像解析により測定した。この金属偏平
粉の面積率により、金属偏平粉の低角度配向部の比率
（体積率）とした。

【００２４】（第１実施例）次に、本発明の第１実施例
を、図２と図３により説明する。第１実施例は、平均粒
子径（体積粒子径）１１μｍのステンレス鋼微粉（ＳＵ
Ｓ３１６Ｌ）を偏平化処理により製造した偏平粉（偏平
度：０．１１）を用いて、外表面の偏平面配向率を約４
０〜１００％の範囲に変化させた中空状金属多孔質体の
リーク圧、バブルポイント圧およびガス流量に及ぼす外
表面の偏平面配向率の影響について調査した結果であ
る。このときの前記中空状金属多孔質体の空隙率は５１
±２ｖｏｌ％の範囲、金属偏平粉の低角度配向部の比率
は８０±５ｖｏｌ％の範囲にした。なお、本実施例に使
用した中空状金属多孔質体の外表面の表面粗度は外表面
の偏平面配向率の増加と共に、目視によって改善されて
いることを確認した。さらに、確認のために、表面粗さ
計で測定した外表面の偏平面配向率が４３％の金属多孔
質体の平均粗さ（Ｒ_A）は１１μｍであり、外表面の偏
平面配向率が７５％の金属多孔質体の平均粗さ（Ｒ_A）
は６μｍであった。

【００２５】図２に示されるように、外表面の偏平面配
向率の増加とともに、リーク圧は高くなり、外表面の偏
平面配向率が５５％以上で、リーク圧は５ｋｇｆＧ／ｃ
ｍ²（５．９×１０⁵Ｐａ）以上となることが判明し
た。この５ｋｇｆＧ／ｃｍ²のリーク圧は常用のガス圧
０．５ｋｇｆＧ／ｃｍ²の１０倍の安全率である。この
とき、リーク圧は外表面の偏平面配向率が７５％まで急
激に増加することが判明した。前述したように、金属多
孔質体の表面粗度が改善されたことにより、メカニカル
シールのために金属多孔質体の端部をハウジングに圧入
する際の摩擦力を小さくでき、メカニカルシール部の金
属多孔質体の端部の疲労特性を改善して、ガスリークの
安全性を向上できた。さらに、パブルポイント圧は、外
表面の偏平面配向率の増加とともに増加し、多孔質体の
孔径を小さくでき、微細な不純物粒子の捕捉率を増加さ
せることがが判明した。

【００２６】一方、図３に示されるように、ガス流量は
外表面の偏平面配向率の増加とともに低下するが、その
低下比率はわずかであり、外表面の偏平面配向率が９９
％の本発明の多孔質体のガス流量は５０Ｎｌ／分以上で
あり、実用上問題がないことが判明した。

【００２７】本発明の第１実施例の供試材の詳細な製造
方法およびガス用フィルターとしての特性の測定手順に
ついて、以下に詳しく説明する。本実施例の供試材の金
属偏平粉は、アトマイズ法で製造した、平均粒子径１１
μｍ（体積粒子径）のステンレス鋼微粉（ＳＵＳ３１６
Ｌ）をボールミル中に装入して処理したステンレス鋼偏
平粉（偏平度：０．１１）である。ボールミルはＮ₂雰
囲気中で乾式混合して行った。このステンレス鋼偏平粉
を底付きのステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）製円筒状金型
（充填部長さ：４０ｍｍ、充填部外径：２０ｍｍ、充填
部内径：１７ｍｍ、充填底部厚さ：２ｍｍ）に充填し
た。この充填の際に、この円筒状金型を立てて、超音波
振動装置にセットした後、超音波振動装置の振動条件を
変化させて、外表面の偏平面配向率を約４０〜１００％
の範囲に変化させるとともに、金属偏平粉の低角度配向
部の比率が約８０ｖｏｌ％となるように、ステンレス鋼
偏平粉の集合体を製造した。このとき、超音波振動装置
の振動条件は、・周波数：２８〜１００ｋＨｚ・振動時間：１０秒〜２分の範囲で、適宜変化させて、前記ステンレス鋼偏平粉の
集合体を製造した。

【００２８】次に、この円筒状金型に充填したままの前
記集合体を、Ａｒ雰囲気中で焼結（１１００℃−２時
間）して、図１の図ａに示すような有底の中空状金属多
孔質体（フィルター本体）を製造した。予め、この有底
の中空状金属多孔質体の外表面を、走査型電子顕微鏡に
より写真撮影し、画像解析により、この中空状金属多孔
質体の外表面の偏平面配向率を測定し、外表面の偏平面
配向率が４２〜９９％となる供試材を得た。さらに、こ
の中空状金属多孔質体の空隙率を測定し、空隙率は５１
±２ｖｏｌ％の範囲となることを確認した。このとき、
空隙率は中空状金属多孔質体の寸法と重量の測定を行
い、計算により求めた。

【００２９】この中空状金属多孔質体（フィルター本
体）を、図６のに示すように、フィルター本体の端部１
２ａをガス出口側ハウジングのフィルター固定部１３ａ
にプレス（プレス荷重：２００ｋｇｆ）により圧入して
メカニカルシールを行い、バブルポイント圧、リーク圧
およびガス流量の測定対象フィルターを製造した。

【００３０】この測定対象フィルターについて、ガス流
量およびバブルポイント圧を測定後、前述したように、
空気流量３００Ｎｌ／分に固定して、空気圧：５ｋｇｆ
Ｇ／ｃｍ²（５．９×１０⁵Ｐａ）以上で、１００日間
連続運転した。その後、メカニカルシールを行ったフィ
ルター本体１２とハウジング１３の隙間を残して、測定
対象フィルター９のフィルター本体１２の外表面全体を
ウレタンでコーティングした後、リーク圧を求めた。図
２、図３は、これらの結果を基に作図したものである。
その後、リーク圧を測定した供試材の金属偏平粉の低角
度配向部の比率の測定を行こない、供試材の金属偏平粉
の低角度配向部の比率が８０±５ｖｏｌ％の範囲となる
ことを確認した。

【００３１】（第２実施例）次に、本発明の第２実施例
を、図４により説明する。第２実施例は、第１実施例と
同じステンレス鋼偏平粉を用いて、金属偏平粉の低角度
配向部の比率を約３０〜９０％の範囲に変化させた中空
状金属多孔質体のガス流量に及ぼす金属偏平粉の低角度
配向部の比率の影響について調査した結果である。この
ときの前記中空状金属多孔質体の空隙率は５１±２ｖｏ
ｌ％の範囲、外表面の偏平面配向率を７５±５％の範囲
にした。

【００３２】図４に示されるように、金属偏平粉の低角
度配向部の比率の増加とともにガス流量は増加し、低角
度配向部の比率が６０ｖｏｌ％以上でガス流量は５０Ｎ
ｌ／分以上となることが判明した。

【００３３】本発明の第２実施例の供試材の詳細な製造
方法およびガス用フィルターとしての特性の測定手順に
ついて、以下に詳しく説明する。第１実施例と同じステ
ンレス鋼偏平粉を、第１実施例と同じ円筒状金型に充填
した。この充填の際に、この円筒状金型を超音波振動装
置にセットした後、超音波振動装置の振動条件を変化さ
せて、金属偏平粉の低角度配向部の比率を約３０〜９０
ｖｏｌ％の範囲に変化させるとともに、外表面の偏平面
配向率が約７５％になるようステンレス鋼偏平粉の集合
体を製造した。この円筒状金型に充填したままの前記集
合体を、第１実施例と同じ条件で焼結して、有底の中空
状金属多孔質体（フィルター本体）を製造した。予め、
この有底の中空状金属多孔質体の外表面の偏平面配向率
を測定し、外表面の偏平面配向率が７５±５％範囲とな
ることを確認した。さらに、この中空状金属多孔質体の
空隙率を測定し、空隙率は５１±２ｖｏｌ％の範囲とな
ることを確認した。この中空状金属多孔質体（フィルタ
ー本体）を、第１実施例と同じ条件でガス流量を測定し
た。その後、ガス流量を測定した供試材の金属偏平粉の
低角度配向部の比率の測定を行こなった。図４はこの結
果を基に作図したものである。

【００３４】本発明の実施例は有底の中空状多孔質体を
ガス用フィルターに用いたが、本実施例に限定されるこ
となく、液体用フィルターに用いることができる。さら
に、底のない中空状多孔質体も容易に製造でき、この中
空状多孔質体はガス又は液体用フィルターに用いること
ができる。さらに、本発明の中空状金属多孔質体の充填
の型にステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を用いたが、他の
耐熱金属材料等を用いることができる。そして、焼結雰
囲気は、Ａｒ雰囲気だけでなく、真空、非酸化性雰囲
気、還元雰囲気を使用してもよい。さらにまた、金属粉
の組成についても、本実施例に限定されることなく、用
途により変えることができる。例えば、耐食性を要求さ
れる用途では、本実施例のステンレス鋼粉だけでなく、
Ｔｉ粉、Ｎｉ粉等を用いることができる。

【００３５】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明のうち請
求項１記載の発明の中空状金属多孔質体は、通気性を改
善するために、金属偏平粉の内の６０ｖｏｌ％以上が中
空状金属多孔質体の厚さ方向とこの方向から４５°の間
に配向されてなるとともに、中空状金属多孔質体の外表
面の金属偏平粉の１部又は全部が、その金属偏平粉の偏
平面を当該外表面に沿う方向に配向されてなる表面層に
形成により、金属多孔質体の表面粗度を改善して、ハウ
ジングのフィルター固定部へ中空状金属多孔質体の端部
を圧入する際の摩擦力を低減させることにより、端部の
塑性変形量を少なくして、メカニカルシール部のガスリ
ークの抑制を可能とするものである。

【００３６】請求項２記載の発明は、金属偏平粉の偏平
面が中空状金属多孔質体の外表面に沿う方向に配向され
てなる表面層が、中空状金属多孔質体の外表面を覆う面
積率（外表面の偏平面配向率）を５５％以上にすること
により、金属多孔質体の表面粗度をさらに改善でき、メ
カニカルシール部のガスリークの抑制がさらに確実とな
る効果を有する。請求項３記載の発明は、金属偏平粉を
振動充填により型に充填された金属偏平粉の集合体を焼
結することにより、本発明の中空状金属多孔質体を工業
的に容易に製造することを可能とするものである。請求
項４記載の発明は、本発明の中空状金属多孔質体をガス
用フィルター部材に用いることにより、通気性が向上
し、微細な不純物粒子の捕捉が可能となり、耐久性の向
上を可能とするものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の中空状金属多孔質体の構造を説明する
模式図であって、図ａは中空状金属多孔質体の断面図で
あり、図ｂはイ部の拡大図であり、図ｃは中空状金属多
孔質体の外表面の状態を説明する図である。

【図２】本発明の実施例の中空状金属多孔質体のリーク
圧およびバブルポイント圧に及ぼす外表面の偏平面配向
率の影響を示す図である

【図３】本発明の実施例の中空状金属多孔質体のガス流
量と外表面の偏平面配向率との関係を示す図である。

【図４】本発明の実施例の中空状金属多孔質体のガス流
量と金属偏平粉の低角度配向部の比率との関係を示す図
である。

【図５】フィルター部のリーク圧およびバブルポイント
圧の測定方法を説明する図であって、リーク圧およびバ
ブルポイント圧の測定装置の模式図であり、図ｂはリー
ク圧およびバブルポイント圧を求めるための説明図であ
る。

【図６】ガス用フィルターの構造を説明する模式図であ
って、図ａはガス用フィルターの断面構造図であり、図
ｂはメカニカルシール部１５近傍の拡大図である。

【符号の説明】

１中空状金属多孔質体１ａ外表面部１ｂ中空状金属多孔質体の本体１ｃ中空状金属多孔質体の外表面２中空状金属多孔質体の中空部３中空状金属多孔質体の底部４金属偏平粉４ａ中空状金属多孔質体の表面層部（金属多孔質体の
外表面に沿って配列された金属偏平粉群）４ｂ中空状金属多孔質体の外表面における偏平粉端部５空気源６空気フィルター７流量計８圧力計９測定対象フィルター１０タンク１１ガス用フィルター１２フィルター本体（有底の中空状金属多孔質体）１２ａフィルター本体の端部１３ハウジング部（ガス出口側）１３ａハウジング部フィルター固定部１４ハウジング部（ガス入口側）１５メカニカルシール部１６Ｏリング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属偏平粉から成形された中空状金属多
孔質体であって、前記金属偏平粉の内の６０ｖｏｌ％以上が中空状金属多
孔質体の厚さ方向とこの方向から４５°の間に配向され
てなるとともに、前記中空状金属多孔質体の外表面の金属偏平粉の１部又
は全部が、その金属偏平粉の偏平面を当該外表面に沿う
方向に配向されてなる表面層に形成されてなることを特
徴とする中空状金属多孔質体。
【請求項２】前記表面層が中空状金属多孔質体の外表
面を覆う面積率が５５％以上である請求項１に記載の中
空状金属多孔質体。
【請求項３】前記中空状金属多孔質体が金属偏平粉を
振動充填により型に充填された金属偏平粉の集合体を焼
結して製造されてなる請求項１又は２に記載の２層構造
を有する中空状金属多孔質体。
【請求項４】ガス用フィルター部材に用いられる請求
項１又は２又は３に記載の２層構造を有する中空状金属
多孔質体