JP2000185209A - 金属フィルタ - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 熔融ポリマなどの流動体、又は半導体製造用
ガスなどの各種の気体などの流体を高精度かつ効率よく
濾過しうる金属フィルタ。 【解決手段】 単体では濾過圧に対して形状を維持でき
ない厚さの微細濾過層と、この濾過層を積層一体化して
形状を維持させる被覆面を有する焼結多孔性の支持体と
からなる金属フィルタであって、前記微細濾過層の孔の
平均空孔径を前記支持体の孔の平均空孔径よりも小と
し、かつ前記支持体は前記被覆面が山部を有する凹凸に
形成されることにより微細濾過層の濾過面を、その実濾
過面積Ｓ１と、凹凸に形成しない場合の基準濾過面積Ｓ
０との面積比Ｓ１／Ｓ０が１．３以上の起伏濾過面とす
るとともに、前記山部間の谷部における前記微細濾過層
の平均厚さを山部での平均厚さよりも厚くし、かつ前記
微細濾過層の濾過面を滑らかな曲面状に形成したことを
特徴とする金属フィルタ。
ガスなどの各種の気体などの流体を高精度かつ効率よく
濾過しうる金属フィルタ。 【解決手段】 単体では濾過圧に対して形状を維持でき
ない厚さの微細濾過層と、この濾過層を積層一体化して
形状を維持させる被覆面を有する焼結多孔性の支持体と
からなる金属フィルタであって、前記微細濾過層の孔の
平均空孔径を前記支持体の孔の平均空孔径よりも小と
し、かつ前記支持体は前記被覆面が山部を有する凹凸に
形成されることにより微細濾過層の濾過面を、その実濾
過面積Ｓ１と、凹凸に形成しない場合の基準濾過面積Ｓ
０との面積比Ｓ１／Ｓ０が１．３以上の起伏濾過面とす
るとともに、前記山部間の谷部における前記微細濾過層
の平均厚さを山部での平均厚さよりも厚くし、かつ前記
微細濾過層の濾過面を滑らかな曲面状に形成したことを
特徴とする金属フィルタ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熔融ポリマなどの
流動体、又は半導体製造用ガスなどの各種の気体などの
流体を高精度かつ効率よく濾過しうる金属フィルタに関
する。
流動体、又は半導体製造用ガスなどの各種の気体などの
流体を高精度かつ効率よく濾過しうる金属フィルタに関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来、金属繊維、金属粉末などの金属の
粉状体を焼結成形した多孔性焼結体は、特に最近では半
導体製造のためのプロセスガスを濾過し、例えば０．０
１μｍ以下の微小パーティクルを高精度で除去できるフ
ィルタとして用いられるなど、次のような利点によって
多くの濾過分野で使用されている。
粉状体を焼結成形した多孔性焼結体は、特に最近では半
導体製造のためのプロセスガスを濾過し、例えば０．０
１μｍ以下の微小パーティクルを高精度で除去できるフ
ィルタとして用いられるなど、次のような利点によって
多くの濾過分野で使用されている。
【０００３】1 使用する粉末、繊維の大きさなどの粉
状体の種類によって濾過特性の調整が可能なこと。 2 高い耐熱性と耐食性を有し、多種類のガスに適用で
きる他、例えばベーキング処理などのような高温処理に
も耐えること。 3 機械加工性に優れ、溶接、後加工が可能であり、ハ
ウジング、配管などとの接合一体化処理が容易なこと。 4 機械的強度が大きく、高い耐圧性と靭性があるこ
と。
状体の種類によって濾過特性の調整が可能なこと。 2 高い耐熱性と耐食性を有し、多種類のガスに適用で
きる他、例えばベーキング処理などのような高温処理に
も耐えること。 3 機械加工性に優れ、溶接、後加工が可能であり、ハ
ウジング、配管などとの接合一体化処理が容易なこと。 4 機械的強度が大きく、高い耐圧性と靭性があるこ
と。
【０００４】ところで、このような金属フィルタにおい
て、濾過精度の向上のために空孔径が小さい焼結体を製
造しようとする場合には、金属粉末、金属繊維などの粉
状体をより微小とするか、又は焼結体の厚さ効果を利用
するためにこの焼結体の厚さを増してきたが、このよう
なものでは、圧力損失が大きくなって濾過効率を低下す
る。
て、濾過精度の向上のために空孔径が小さい焼結体を製
造しようとする場合には、金属粉末、金属繊維などの粉
状体をより微小とするか、又は焼結体の厚さ効果を利用
するためにこの焼結体の厚さを増してきたが、このよう
なものでは、圧力損失が大きくなって濾過効率を低下す
る。
【０００５】このため、本出願人は、国際公開Ｗ０９３
／０６９１２号公報において、結合材を用いる事なく粉
状体を懸濁した懸濁液中に多孔性の支持体を浸漬すると
ともに、真空引きすることによって微細粒子層を形成し
焼結する焼結体を提案している。
／０６９１２号公報において、結合材を用いる事なく粉
状体を懸濁した懸濁液中に多孔性の支持体を浸漬すると
ともに、真空引きすることによって微細粒子層を形成し
焼結する焼結体を提案している。
【０００６】この提案によると、微細な金属粒子を、し
かもその厚さを可能な範囲で薄く成形して支持体に支持
させるため、濾過精度にすぐれかつ圧力損失を抑制しう
るフィルタをうることができる。その結果、圧力損失を
押え得ることにより一定の濾過処理が小さな濾過面積で
可能となり、装置の小型化、設備配管間隔の縮小など省
スペース化に寄与できる。なおフィルタは板状、筒状、
カップ状など種々な形状、形態に形成しうるとともに機
械加工も可能である。
かもその厚さを可能な範囲で薄く成形して支持体に支持
させるため、濾過精度にすぐれかつ圧力損失を抑制しう
るフィルタをうることができる。その結果、圧力損失を
押え得ることにより一定の濾過処理が小さな濾過面積で
可能となり、装置の小型化、設備配管間隔の縮小など省
スペース化に寄与できる。なおフィルタは板状、筒状、
カップ状など種々な形状、形態に形成しうるとともに機
械加工も可能である。
【０００７】しかしながら近年の濾過装置においては、
さらなる濾過精度の向上と圧力損失の低下とが望まれて
いる。
さらなる濾過精度の向上と圧力損失の低下とが望まれて
いる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】圧力損失を減じるには
濾過面積を大きくすることが有効であり、従来において
も、例えば可撓性の不織布、網体などからなるフィルタ
ではその成形後に波形に折り曲げ又はヒダ付けした例え
ば化合繊フィルタなどが用いられている。しかしなが
ら、前記金属焼結体、特に前記提案のような積層体から
なる金属焼結体では成形後の折曲加工により容易にクラ
ック、割れが発生しやすい。
濾過面積を大きくすることが有効であり、従来において
も、例えば可撓性の不織布、網体などからなるフィルタ
ではその成形後に波形に折り曲げ又はヒダ付けした例え
ば化合繊フィルタなどが用いられている。しかしなが
ら、前記金属焼結体、特に前記提案のような積層体から
なる金属焼結体では成形後の折曲加工により容易にクラ
ック、割れが発生しやすい。
【０００９】このため、このような金属焼結体において
濾過面積を増大するには、例えば濾過層の一部を研削、
押圧によって凹凸表面とし、又は吸引成形時の粉状体の
吸着量を場所により意識的に不均一として濾過層に凹凸
表面を付与してそれぞれ濾過面積を増すことも考えられ
るが、機械加工による方法では加工部分の研磨ダレ、部
分的高密化が生じて空孔を閉塞するなど濾過性能を低下
しやすい。また後者のように意識的に積層厚を変えるこ
とも、特にフィルタが比較的小さいものなどにおいて濾
過面積を増大する程度に凹凸状とすることは困難であ
り、しかも圧力損失の部分的バラツキを増すという問題
もある。
濾過面積を増大するには、例えば濾過層の一部を研削、
押圧によって凹凸表面とし、又は吸引成形時の粉状体の
吸着量を場所により意識的に不均一として濾過層に凹凸
表面を付与してそれぞれ濾過面積を増すことも考えられ
るが、機械加工による方法では加工部分の研磨ダレ、部
分的高密化が生じて空孔を閉塞するなど濾過性能を低下
しやすい。また後者のように意識的に積層厚を変えるこ
とも、特にフィルタが比較的小さいものなどにおいて濾
過面積を増大する程度に凹凸状とすることは困難であ
り、しかも圧力損失の部分的バラツキを増すという問題
もある。
【００１０】本発明者は高精度かつ高効率のフィルタを
得るべく研究した結果、支持体の被覆面を凹凸とすると
ともにその面を微細な濾過層で覆うことにより起伏濾過
面を有するフィルタとし、さらにフィルタ中を被処理流
体が均一に流過するように起伏濾過面における谷部での
濾過層厚さを山部の山頂での濾過層厚さよりも大きくす
ることにより解決し、高精度かつ濾過効率に優れた金属
フィルタの提供を目的としている。
得るべく研究した結果、支持体の被覆面を凹凸とすると
ともにその面を微細な濾過層で覆うことにより起伏濾過
面を有するフィルタとし、さらにフィルタ中を被処理流
体が均一に流過するように起伏濾過面における谷部での
濾過層厚さを山部の山頂での濾過層厚さよりも大きくす
ることにより解決し、高精度かつ濾過効率に優れた金属
フィルタの提供を目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に請求項１の発明は、単体では濾過圧に対して形状を維
持できない厚さの微細濾過層と、この濾過層を積層一体
化して形状を維持させる被覆面を有する焼結多孔性の支
持体とからなる金属フィルタであって、前記微細濾過層
の孔の平均空孔径を前記支持体の孔の平均空孔径よりも
小とし、かつ前記支持体は前記被覆面が山部を有する凹
凸に形成されることにより微細濾過層の濾過面を、その
実濾過面積Ｓ１と、凹凸に形成しない場合の基準濾過面
積Ｓ０との面積比Ｓ１／Ｓ０が１．３以上の起伏濾過面
とするとともに、前記山部間の谷部における前記微細濾
過層の平均厚さを山部での平均厚さよりも厚くし、かつ
前記微細濾過層の濾過面を滑らかな曲面状に形成したこ
とを特徴とする金属フィルタである。
に請求項１の発明は、単体では濾過圧に対して形状を維
持できない厚さの微細濾過層と、この濾過層を積層一体
化して形状を維持させる被覆面を有する焼結多孔性の支
持体とからなる金属フィルタであって、前記微細濾過層
の孔の平均空孔径を前記支持体の孔の平均空孔径よりも
小とし、かつ前記支持体は前記被覆面が山部を有する凹
凸に形成されることにより微細濾過層の濾過面を、その
実濾過面積Ｓ１と、凹凸に形成しない場合の基準濾過面
積Ｓ０との面積比Ｓ１／Ｓ０が１．３以上の起伏濾過面
とするとともに、前記山部間の谷部における前記微細濾
過層の平均厚さを山部での平均厚さよりも厚くし、かつ
前記微細濾過層の濾過面を滑らかな曲面状に形成したこ
とを特徴とする金属フィルタである。
【００１２】前記支持体は、前記山部が周方向に隣り合
いかつ軸方向にのびる筒状体からなり、かつ山部のその
周方向ピッチを、前記谷部からの該山部の前記山部まで
の隆起高さの２〜４倍とすることもでき、また前記微細
濾過層は、平均直径ｄが３μｍ以下かつ長さＬと直径ｄ
との比Ｌ／ｄであるアスペクト比の平均値が２〜２０の
金属短繊維を含む粉状体の多孔性焼結体とすることもで
きる。
いかつ軸方向にのびる筒状体からなり、かつ山部のその
周方向ピッチを、前記谷部からの該山部の前記山部まで
の隆起高さの２〜４倍とすることもでき、また前記微細
濾過層は、平均直径ｄが３μｍ以下かつ長さＬと直径ｄ
との比Ｌ／ｄであるアスペクト比の平均値が２〜２０の
金属短繊維を含む粉状体の多孔性焼結体とすることもで
きる。
【００１３】さらに気体を実質的に０．０１μｍ以上の
大きさのパーティクルを１０-10 個以下に濾過するとと
もに前記気体が半導体製造用のガスである金属フィルタ
とすることもできる。
大きさのパーティクルを１０-10 個以下に濾過するとと
もに前記気体が半導体製造用のガスである金属フィルタ
とすることもできる。
【００１４】このように金属フィルタは、起伏濾過面と
することで濾過面積の向上を図る一方、微細濾過層を単
体では濾過圧に耐え得ない程度に薄くするとともに、フ
ィルタ形状の維持を実質的に支持体で行うことによっ
て、高精度濾過を効率よく処理でき、併せて機械的強度
も具えさせる。
することで濾過面積の向上を図る一方、微細濾過層を単
体では濾過圧に耐え得ない程度に薄くするとともに、フ
ィルタ形状の維持を実質的に支持体で行うことによっ
て、高精度濾過を効率よく処理でき、併せて機械的強度
も具えさせる。
【００１５】こうしたフィルタにおいて、本発明では支
持体の被覆面を山部を有する凹凸に形成する一方、該凹
凸に沿って微細濾過層を被覆することで起伏濾過面とす
るものであり、この場合の起伏程度として、凹凸を形成
しない場合の濾過面積の１．３倍以上としている。
持体の被覆面を山部を有する凹凸に形成する一方、該凹
凸に沿って微細濾過層を被覆することで起伏濾過面とす
るものであり、この場合の起伏程度として、凹凸を形成
しない場合の濾過面積の１．３倍以上としている。
【００１６】この濾過面積比１．３倍以上とする理由
は、被処理流体が例えば高純度ガスやポリマを対象とす
る場合、通常の微細空孔のフィルタでは圧損を高めて処
理中の変性を招きやすく、これを防ぐ為には効率よく濾
過処理する必要性と、一方フィルタ容器は既製の大きさ
があること、さらに、このような空孔特性の異なる積層
構造品を、例えば焼結によって一体化する場合、熱収縮
率の違いによる層剥離やクラックなどの発生を抑えるた
めには前記濾過面積比を少なくとも１．３倍以上にする
ことが好ましい。しかし、必要以上に大きな濾過面積比
にすることは、起伏間隔をかえって狭くしたり、大きく
突出させることから良好な微細濾過層の形成が困難であ
る。そこで好ましくは５倍以下、さらに好ましくは、
１．５〜３倍とする。
は、被処理流体が例えば高純度ガスやポリマを対象とす
る場合、通常の微細空孔のフィルタでは圧損を高めて処
理中の変性を招きやすく、これを防ぐ為には効率よく濾
過処理する必要性と、一方フィルタ容器は既製の大きさ
があること、さらに、このような空孔特性の異なる積層
構造品を、例えば焼結によって一体化する場合、熱収縮
率の違いによる層剥離やクラックなどの発生を抑えるた
めには前記濾過面積比を少なくとも１．３倍以上にする
ことが好ましい。しかし、必要以上に大きな濾過面積比
にすることは、起伏間隔をかえって狭くしたり、大きく
突出させることから良好な微細濾過層の形成が困難であ
る。そこで好ましくは５倍以下、さらに好ましくは、
１．５〜３倍とする。
【００１７】また、このような凹凸形成した積層金属フ
ィルタでは、全体的な凹凸厚さに伴って各部における流
過抵抗が異なるのが通例であって、したがって単に凹凸
形成し濾過面積を増大させただけのものでは流過抵抗の
小さい部分が優先的に濾過処理されることから滞留や変
性の原因となる。
ィルタでは、全体的な凹凸厚さに伴って各部における流
過抵抗が異なるのが通例であって、したがって単に凹凸
形成し濾過面積を増大させただけのものでは流過抵抗の
小さい部分が優先的に濾過処理されることから滞留や変
性の原因となる。
【００１８】そこで本発明では、フィルタ全面を均一に
使用する為に、少なくとも流過抵抗が大きくなる凹凸山
部での濾過層厚さをその谷部での濾過層厚さより薄くす
ることで解決した。
使用する為に、少なくとも流過抵抗が大きくなる凹凸山
部での濾過層厚さをその谷部での濾過層厚さより薄くす
ることで解決した。
【００１９】
【発明の実施の形態】図１は本発明による金属フィルタ
を用いたフィルタＦの一形態を例示する正面図、図２は
その縦断面図、図３は図１のＡ−Ａ線断面図、図４は部
分拡大断面図、図５は実際の実施例品の断面を１００倍
に拡大して示す断面図である。本例ではフィルタＦは有
底の円筒型フィルタとして形成され、円筒部１０の一端
にはフランジ１１を有する取付鍔１２を配し、かつ他端
は蓋体１４によって閉塞するとともに、それぞれは例え
ば溶接、ロウ付けなどにより一体に結合されている。さ
らに本例では前記円筒部１０と蓋体１４とがフィルタ材
により形成され、かつ円筒部１０が本発明にかかる金属
フィルタ１に相当する。このように、本発明の金属フィ
ルタ１は、フィルタＦの一部として用いても、又は金属
フィルタ１のみによりフィルタＦを形成することもでき
る。
を用いたフィルタＦの一形態を例示する正面図、図２は
その縦断面図、図３は図１のＡ−Ａ線断面図、図４は部
分拡大断面図、図５は実際の実施例品の断面を１００倍
に拡大して示す断面図である。本例ではフィルタＦは有
底の円筒型フィルタとして形成され、円筒部１０の一端
にはフランジ１１を有する取付鍔１２を配し、かつ他端
は蓋体１４によって閉塞するとともに、それぞれは例え
ば溶接、ロウ付けなどにより一体に結合されている。さ
らに本例では前記円筒部１０と蓋体１４とがフィルタ材
により形成され、かつ円筒部１０が本発明にかかる金属
フィルタ１に相当する。このように、本発明の金属フィ
ルタ１は、フィルタＦの一部として用いても、又は金属
フィルタ１のみによりフィルタＦを形成することもでき
る。
【００２０】又金属フィルタ１は、特に図３〜５に拡大
して示すごとく、例えば円筒部１０を比較的厚く形成し
た円筒体からなる支持体２と、その外周の被覆面４を覆
う微細濾過層３とを一体に焼結して構成される。
して示すごとく、例えば円筒部１０を比較的厚く形成し
た円筒体からなる支持体２と、その外周の被覆面４を覆
う微細濾過層３とを一体に焼結して構成される。
【００２１】又前記支持体２は、金属フィルタ１におい
て補強とともに前記微細濾過層３を支持して形成する為
の多孔筒基材としての機能を有し、微細濾過層３のよう
に濾過のために微細空孔とする必要はないことから、例
えばステンレス鋼、ニッケルなどの通常の金属粉末（例
えば直径１０〜１００μｍ程度）を焼結した金属焼結体
が用いられ、比較的大きな空孔を有しかつ高い圧力に耐
えうる十分な厚さを具える。
て補強とともに前記微細濾過層３を支持して形成する為
の多孔筒基材としての機能を有し、微細濾過層３のよう
に濾過のために微細空孔とする必要はないことから、例
えばステンレス鋼、ニッケルなどの通常の金属粉末（例
えば直径１０〜１００μｍ程度）を焼結した金属焼結体
が用いられ、比較的大きな空孔を有しかつ高い圧力に耐
えうる十分な厚さを具える。
【００２２】さらに支持体２には、前記微細濾過層３を
起伏させ濾過面積を増大するため、いずれか一面、本例
では前記外周の被覆面４を長手方向にのびる山状の山部
５を周方向に隔設して凹凸とする。なお好ましくは周方
向ピッチを等間隔として濾過の均一性を高めるのがよ
い。
起伏させ濾過面積を増大するため、いずれか一面、本例
では前記外周の被覆面４を長手方向にのびる山状の山部
５を周方向に隔設して凹凸とする。なお好ましくは周方
向ピッチを等間隔として濾過の均一性を高めるのがよ
い。
【００２３】このような支持体２は通常、図６に示すよ
うな、内型１５と外型１６との間に粉末を充填し加圧し
た型成形品を焼結することにより製造でき、例えば外型
１６の内面に切り込み溝１６Ａを形成することにより山
部５を有する凹凸の被覆面４を形成する。なお山部５を
長手方向に連続するのではなく、長手方向に途切れる独
立小突起状とすることも考えられるが、このときには外
型１６を周方向に分割しうるセグメント状とする必要か
ら生産上コストアップとなり、しかも例えば粉状体の充
填時、加圧時に組織を不均一として欠損部を生じさせや
すく、作業性及び製造歩留りに劣るため、好ましくは山
部５を長手方向に連続する。さらに支持体２は型成形、
焼結に際しては比較的長い長尺体として形成したのち、
所定長さに切断して用いることができる。
うな、内型１５と外型１６との間に粉末を充填し加圧し
た型成形品を焼結することにより製造でき、例えば外型
１６の内面に切り込み溝１６Ａを形成することにより山
部５を有する凹凸の被覆面４を形成する。なお山部５を
長手方向に連続するのではなく、長手方向に途切れる独
立小突起状とすることも考えられるが、このときには外
型１６を周方向に分割しうるセグメント状とする必要か
ら生産上コストアップとなり、しかも例えば粉状体の充
填時、加圧時に組織を不均一として欠損部を生じさせや
すく、作業性及び製造歩留りに劣るため、好ましくは山
部５を長手方向に連続する。さらに支持体２は型成形、
焼結に際しては比較的長い長尺体として形成したのち、
所定長さに切断して用いることができる。
【００２４】このような凹凸状の被覆面４は、微細濾過
層３をその形状に沿わせてその面で担持することによ
り、微細濾過層３の表面を起伏させた形状の起伏濾過面
３Ａとする。これにより、成形後の折曲げなどによるこ
となく濾過面積を増加できる。
層３をその形状に沿わせてその面で担持することによ
り、微細濾過層３の表面を起伏させた形状の起伏濾過面
３Ａとする。これにより、成形後の折曲げなどによるこ
となく濾過面積を増加できる。
【００２５】この起伏状態としては、山部５が周方向に
隣り合う周方向ピッチＰを、前記山部５，５間の谷部６
の谷底６Ａからの該山部５の山頂５Ａまでの隆起高さＨ
の２〜４倍とするのがよく、例えば、隆起高さＨが過
大、即ち周方向ピッチＰが相対的に過小である場合に
は、谷底６Ａまで微細濾過層３により被覆することが困
難となる。また好ましくは、周方向ピッチＰを例えば
０．５〜１０mm（好ましくは１〜８mm程度、さらに好ま
しくは２〜６mm程度）とし、かつ隆起高さＨも例えば
０．５〜６mm程度（好ましくは１〜３mm程度）とするの
がよく、フィルタの使用目的に応じて、また必要となる
濾過精度、濾過効率により適当な範囲を設定する。
隣り合う周方向ピッチＰを、前記山部５，５間の谷部６
の谷底６Ａからの該山部５の山頂５Ａまでの隆起高さＨ
の２〜４倍とするのがよく、例えば、隆起高さＨが過
大、即ち周方向ピッチＰが相対的に過小である場合に
は、谷底６Ａまで微細濾過層３により被覆することが困
難となる。また好ましくは、周方向ピッチＰを例えば
０．５〜１０mm（好ましくは１〜８mm程度、さらに好ま
しくは２〜６mm程度）とし、かつ隆起高さＨも例えば
０．５〜６mm程度（好ましくは１〜３mm程度）とするの
がよく、フィルタの使用目的に応じて、また必要となる
濾過精度、濾過効率により適当な範囲を設定する。
【００２６】また前記山部５及びその間の谷部６では、
山頂５Ａ、谷底６Ａを含めて被覆面全体に亘って鋭部が
生じないようにその全面を滑らかな曲面状し、しかも谷
底６Ａに向かって狭小となる断面末広がり状あるいは波
型状に形成する。なお被覆面４を少なくとも半径線に対
して鈍角となり谷部６に倒れ込む側に傾く傾斜部を有し
ない程度の傾斜形状として微細濾過層３の付着性を維持
するのも望ましい。
山頂５Ａ、谷底６Ａを含めて被覆面全体に亘って鋭部が
生じないようにその全面を滑らかな曲面状し、しかも谷
底６Ａに向かって狭小となる断面末広がり状あるいは波
型状に形成する。なお被覆面４を少なくとも半径線に対
して鈍角となり谷部６に倒れ込む側に傾く傾斜部を有し
ない程度の傾斜形状として微細濾過層３の付着性を維持
するのも望ましい。
【００２７】被覆面４をこのような凹凸状とすることに
より、微細濾過層３の濾過面は前記のように起伏濾過面
３Ａとなり、この起伏濾過面３Ａの実濾過面積Ｓ１と、
凹凸に形成しない場合の基準濾過面積Ｓ０との面積比Ｓ
１／Ｓ０を１．３以上とする。なお実濾過面積Ｓ１と
は、前記起伏濾過面３Ａをその起伏面に沿って実際に計
測した濾過面面積をいい、基準濾過面Ｓ０とは前記の山
部５からなる凹凸を有しないときの中間高さ（１／２・
Ｈ）を通る面に前記濾過層の平均厚さの微細濾過層３を
設けた場合の濾過面積をいう。又金属フィルタ１が板状
体であるとき、その平面での濾過面積をいう。
より、微細濾過層３の濾過面は前記のように起伏濾過面
３Ａとなり、この起伏濾過面３Ａの実濾過面積Ｓ１と、
凹凸に形成しない場合の基準濾過面積Ｓ０との面積比Ｓ
１／Ｓ０を１．３以上とする。なお実濾過面積Ｓ１と
は、前記起伏濾過面３Ａをその起伏面に沿って実際に計
測した濾過面面積をいい、基準濾過面Ｓ０とは前記の山
部５からなる凹凸を有しないときの中間高さ（１／２・
Ｈ）を通る面に前記濾過層の平均厚さの微細濾過層３を
設けた場合の濾過面積をいう。又金属フィルタ１が板状
体であるとき、その平面での濾過面積をいう。
【００２８】この面積比が１．３未満の場合には、前記
したように濾過面積の増大が充分とはいえず、起伏間隔
を広くしたものでは製品取扱い時などでの不注意による
例えば落下や打ち当てによって表面損傷を招きやすいも
のとなる。なおこの面積比が過大となると成形性に劣
り、従って５以下、好ましくは１．５〜３．０程度とす
るのがよい。
したように濾過面積の増大が充分とはいえず、起伏間隔
を広くしたものでは製品取扱い時などでの不注意による
例えば落下や打ち当てによって表面損傷を招きやすいも
のとなる。なおこの面積比が過大となると成形性に劣
り、従って５以下、好ましくは１．５〜３．０程度とす
るのがよい。
【００２９】前記微細濾過層３は、実質的に濾過機能を
発揮する部分であって、前記支持体２よりも空孔径を小
とするため、使用する粉状体を微細としている。またこ
の金属フィルタ１が半導体製造用のプロセスガスなどの
精密濾過用として使用される場合にあっては、０．０１
μｍ以上、より好ましくは０．００３μｍ以上の大きさ
を対象とする微小パーティクルを１０-10 個以下乃至そ
れ以下とする精度を具えるために、使用する粉状体を選
択する。粉状体として、微小な金属粒子、金属短繊維、
又はその混合体などを用いうる。
発揮する部分であって、前記支持体２よりも空孔径を小
とするため、使用する粉状体を微細としている。またこ
の金属フィルタ１が半導体製造用のプロセスガスなどの
精密濾過用として使用される場合にあっては、０．０１
μｍ以上、より好ましくは０．００３μｍ以上の大きさ
を対象とする微小パーティクルを１０-10 個以下乃至そ
れ以下とする精度を具えるために、使用する粉状体を選
択する。粉状体として、微小な金属粒子、金属短繊維、
又はその混合体などを用いうる。
【００３０】前記金属粒子としては例えば０．５μｍ以
下程度の直径の粉状体を使用するのがよく、またたとえ
ばステンレス鋼ＳＵＳ３１６Ｌなど耐食性に優れた材料
が好ましい。
下程度の直径の粉状体を使用するのがよく、またたとえ
ばステンレス鋼ＳＵＳ３１６Ｌなど耐食性に優れた材料
が好ましい。
【００３１】前記金属短繊維としては、アスペクト比
（Ｌ／ｄ）を２〜２０程度とする。アスペクト比の平均
値が２〜２０の金属短繊維を含む粉状体により形成した
焼結体では、各短繊維の絡み付きが大きくバインダーの
使用を必要とせず保形でき、形成される空孔も立体的な
三次元空孔となって空孔率を高くすることができる。更
に金属短繊維の直径を例えば１〜３μｍ程度の太さとす
るのがよい。またこうした金属短繊維としては、例えば
特公昭６３−６３６４５号が開示する結晶調整化熱処理
によりえられる切断端部にダレ発生が無いものが好適に
使用できる。
（Ｌ／ｄ）を２〜２０程度とする。アスペクト比の平均
値が２〜２０の金属短繊維を含む粉状体により形成した
焼結体では、各短繊維の絡み付きが大きくバインダーの
使用を必要とせず保形でき、形成される空孔も立体的な
三次元空孔となって空孔率を高くすることができる。更
に金属短繊維の直径を例えば１〜３μｍ程度の太さとす
るのがよい。またこうした金属短繊維としては、例えば
特公昭６３−６３６４５号が開示する結晶調整化熱処理
によりえられる切断端部にダレ発生が無いものが好適に
使用できる。
【００３２】また微細濾過層３は前記のように起伏濾過
面３Ａを具えるとともに、微細濾過層３の厚さＴについ
て、図４に示す如く、前記谷部６の谷底６Ａにおける前
記微細濾過層３の平均厚さＴ６を山部５の山頂５Ａの平
均厚さＴ５よりも厚くしている。
面３Ａを具えるとともに、微細濾過層３の厚さＴについ
て、図４に示す如く、前記谷部６の谷底６Ａにおける前
記微細濾過層３の平均厚さＴ６を山部５の山頂５Ａの平
均厚さＴ５よりも厚くしている。
【００３３】なお、前記金属短繊維を用いるときには、
例えば谷底６Ａでの濾過層の平均厚さＴ６は０．２〜１
mm、山頂５Ａでの平均厚さＴ５を０．０５〜０．５mm程
度とする。又全体にわたり厚さの急激な変化部分がなく
徐々に厚さが変化する部分を有してなめらかに厚さが変
化する。
例えば谷底６Ａでの濾過層の平均厚さＴ６は０．２〜１
mm、山頂５Ａでの平均厚さＴ５を０．０５〜０．５mm程
度とする。又全体にわたり厚さの急激な変化部分がなく
徐々に厚さが変化する部分を有してなめらかに厚さが変
化する。
【００３４】このような厚さＴの分布は、支持体２の厚
さが大となる山部５の山頂５Ａでの微細濾過層３の平均
厚さＴ５を減じることとなり、前記のように濾過面を滑
らかな曲面状に形成したことと相まって、支持体２の厚
さの変動を吸収して、フィルタ全体における流れ特性の
バランスを図っている。
さが大となる山部５の山頂５Ａでの微細濾過層３の平均
厚さＴ５を減じることとなり、前記のように濾過面を滑
らかな曲面状に形成したことと相まって、支持体２の厚
さの変動を吸収して、フィルタ全体における流れ特性の
バランスを図っている。
【００３５】さらに詳述すると、前記支持体２で厚さが
薄くなる谷部６の谷底６Ａと比較的厚い山部５の山頂５
Ａとに、例えば同じ厚さの微細濾過層３を積層した場合
には、当然谷部６側の方が流過抵抗が小さくなってより
多くの被処理流体が流れることとなり、逆に抵抗が大き
くなる山頂５Ａでは通過する量が少なく、流過量に差が
生じる。ゆえに、前記のように山部５，谷部６において
微細濾過層３の厚さＴを変化させることにより支持体２
での厚さ変化を相殺し起伏濾過面３Ａの全体的にわたる
濾過抵抗の均一化しつつ濾過面積を起伏により増大して
いる。
薄くなる谷部６の谷底６Ａと比較的厚い山部５の山頂５
Ａとに、例えば同じ厚さの微細濾過層３を積層した場合
には、当然谷部６側の方が流過抵抗が小さくなってより
多くの被処理流体が流れることとなり、逆に抵抗が大き
くなる山頂５Ａでは通過する量が少なく、流過量に差が
生じる。ゆえに、前記のように山部５，谷部６において
微細濾過層３の厚さＴを変化させることにより支持体２
での厚さ変化を相殺し起伏濾過面３Ａの全体的にわたる
濾過抵抗の均一化しつつ濾過面積を起伏により増大して
いる。
【００３６】さらに起伏濾過面３Ａをなめからにするこ
とにより濾過層の損傷や剥離など表面欠陥の問題が防げ
るとともに、谷部６側の微細濾過層３を厚くすることに
より、焼結時の熱収縮によって発生しやすい支持体との
剥離や表面クラック発生などを減じることができ、フィ
ルターにおける濾過精度の低下を防ぐことに寄与する。
とにより濾過層の損傷や剥離など表面欠陥の問題が防げ
るとともに、谷部６側の微細濾過層３を厚くすることに
より、焼結時の熱収縮によって発生しやすい支持体との
剥離や表面クラック発生などを減じることができ、フィ
ルターにおける濾過精度の低下を防ぐことに寄与する。
【００３７】また、このような厚さが変化する前記微細
濾過層３は、前記した本出願人の提案にかかる国際公開
Ｗ０９３／０６９１２号公報において開示した懸濁浸漬
法が採用できる。この方法によると、支持体３の凹凸の
被覆面４に沿わせて懸濁液中の粉状体を吸引成形させて
積層できる。
濾過層３は、前記した本出願人の提案にかかる国際公開
Ｗ０９３／０６９１２号公報において開示した懸濁浸漬
法が採用できる。この方法によると、支持体３の凹凸の
被覆面４に沿わせて懸濁液中の粉状体を吸引成形させて
積層できる。
【００３８】懸濁液浸漬法は、前記公報において詳述さ
れているが、図７に示すように、支持体２を粉状体が懸
濁された懸濁液２１中に浸漬するとともに、真空引きす
ることによって粉状体を被覆面４に堆積させて微細濾過
層３を形成する。
れているが、図７に示すように、支持体２を粉状体が懸
濁された懸濁液２１中に浸漬するとともに、真空引きす
ることによって粉状体を被覆面４に堆積させて微細濾過
層３を形成する。
【００３９】本例では前記円筒部１０である支持体２
は、浸漬に際して、この円筒部１０に前記蓋体１４を取
り付けてカップ状としている。この蓋体１４も支持体２
と同様な多孔性焼結体からなり、電子ビーム溶接などの
適宜の固着手段により一体化している。なお前記蓋体１
４などを予め一体に成形した支持体を使用することもで
きる。また浸漬に際して支持体２の開放端を封止用板２
２を固着して封止するとともに、この封止用板２２を下
にして吸引用の真空ポンプ２４に接続する。
は、浸漬に際して、この円筒部１０に前記蓋体１４を取
り付けてカップ状としている。この蓋体１４も支持体２
と同様な多孔性焼結体からなり、電子ビーム溶接などの
適宜の固着手段により一体化している。なお前記蓋体１
４などを予め一体に成形した支持体を使用することもで
きる。また浸漬に際して支持体２の開放端を封止用板２
２を固着して封止するとともに、この封止用板２２を下
にして吸引用の真空ポンプ２４に接続する。
【００４０】前記懸濁液２１には前記粉状体を純水中に
所定濃度混入され、かつ回転子２５を回転して十分な攪
拌を行い前記粉状体を分散させた懸濁液中に、前記支持
体２を浸漬して、例えば０．２〜５kg／cm2 程度の適当
な負圧力で約１〜１５秒、例えば５秒間程度吸引するこ
とにより、前記短繊維の微細濾過層３を積層成形する。
所定濃度混入され、かつ回転子２５を回転して十分な攪
拌を行い前記粉状体を分散させた懸濁液中に、前記支持
体２を浸漬して、例えば０．２〜５kg／cm2 程度の適当
な負圧力で約１〜１５秒、例えば５秒間程度吸引するこ
とにより、前記短繊維の微細濾過層３を積層成形する。
【００４１】この懸濁浸漬法では、前記支持体２自体の
部分的厚さの違いによって懸濁粒子の吸引量を変えるこ
とができ、結果的に吸引抵抗が小さい部分（厚さが薄い
部分）にはより多くの粒子を付着して被覆層の厚さが厚
く、前記山部では支持体自体の厚さが比較的厚く流過抵
抗が大きいことから粒子付着量が少なく、微細濾過層３
の厚さが小となる。このように、懸濁浸漬法は本発明の
実施のために有効な方法であることが見出された。
部分的厚さの違いによって懸濁粒子の吸引量を変えるこ
とができ、結果的に吸引抵抗が小さい部分（厚さが薄い
部分）にはより多くの粒子を付着して被覆層の厚さが厚
く、前記山部では支持体自体の厚さが比較的厚く流過抵
抗が大きいことから粒子付着量が少なく、微細濾過層３
の厚さが小となる。このように、懸濁浸漬法は本発明の
実施のために有効な方法であることが見出された。
【００４２】こうして得られた成型品は焼結炉内にセッ
トして、温度１０５０℃程度の無酸化雰囲気中での焼結
を行ない多孔性焼結品である金属フィルタ１を形成す
る。この金属フィルタ１は金属短繊維を三次元的にラン
ダム配向し、０．００３μｍのパーティクルを１０-11
個の精度で濾過でき、しかも圧力損失を低減できる。
トして、温度１０５０℃程度の無酸化雰囲気中での焼結
を行ない多孔性焼結品である金属フィルタ１を形成す
る。この金属フィルタ１は金属短繊維を三次元的にラン
ダム配向し、０．００３μｍのパーティクルを１０-11
個の精度で濾過でき、しかも圧力損失を低減できる。
【００４３】こうして得られた本発明の金属フィルタ
は、前記半導体用をはじめとして各種用途のガス、空
気、水、熔融流体などの非処理流体の濾過に使用でき、
高精度で高効率の濾過処理を達成する。なお形状は前記
筒型をはじめとしてディスク形状、カップ形状など種々
形態とでき、また被覆面とは反対側の支持体の面も容易
に平滑となしうることから、例えば被処理流体の残渣が
残留するようなことも少ない。
は、前記半導体用をはじめとして各種用途のガス、空
気、水、熔融流体などの非処理流体の濾過に使用でき、
高精度で高効率の濾過処理を達成する。なお形状は前記
筒型をはじめとしてディスク形状、カップ形状など種々
形態とでき、また被覆面とは反対側の支持体の面も容易
に平滑となしうることから、例えば被処理流体の残渣が
残留するようなことも少ない。
【００４４】（具体例）ステンレス鋼アトマイズド粉末
（平均粒径１５μｍ）を図６に示す内型１５、外型１６
間の間隙内に充填し加圧成形するとともに焼結すること
により、比較的長い外径３２mm、内径２５mmの多孔性焼
結の筒状体を得た。筒状体は平均空孔率３８％、空孔５
μｍであり、かつその外周には周ピッチ（本例では谷巾
ともなる）２mm、高さ２mm程度の山部が連続して形成さ
れている。なお金型において２００kg／cm2 で加圧しさ
らに温度１１５０℃×３０min の条件で焼結を行った。
なお、前記成形型は処理途中での任意の早い段階で取り
去ることとし、製品への型具による影響を極力軽減し
た。
（平均粒径１５μｍ）を図６に示す内型１５、外型１６
間の間隙内に充填し加圧成形するとともに焼結すること
により、比較的長い外径３２mm、内径２５mmの多孔性焼
結の筒状体を得た。筒状体は平均空孔率３８％、空孔５
μｍであり、かつその外周には周ピッチ（本例では谷巾
ともなる）２mm、高さ２mm程度の山部が連続して形成さ
れている。なお金型において２００kg／cm2 で加圧しさ
らに温度１１５０℃×３０min の条件で焼結を行った。
なお、前記成形型は処理途中での任意の早い段階で取り
去ることとし、製品への型具による影響を極力軽減し
た。
【００４５】次にこの筒状体を長さ３５mmに切断し支持
体を形成するとともに、図７で示したように蓋体により
一端を閉じかつ他端を封止用板２２を固着して、ステン
レス鋼短繊維（繊維径２μｍ、アスペクト比８）を純水
中に所定濃度で懸濁しかつ回転子２５により十分に攪拌
した懸濁液中に、昇降自在な装置を用いて前記支持体を
浸漬して真空ポンプ２４によって、例えば１kg／cm2 の
圧力で約５秒間吸引させ、前記金属短繊維の微細濾過層
層を支持体２の表面上に積層成形した。
体を形成するとともに、図７で示したように蓋体により
一端を閉じかつ他端を封止用板２２を固着して、ステン
レス鋼短繊維（繊維径２μｍ、アスペクト比８）を純水
中に所定濃度で懸濁しかつ回転子２５により十分に攪拌
した懸濁液中に、昇降自在な装置を用いて前記支持体を
浸漬して真空ポンプ２４によって、例えば１kg／cm2 の
圧力で約５秒間吸引させ、前記金属短繊維の微細濾過層
層を支持体２の表面上に積層成形した。
【００４６】こうして得られた金属フィルタは、その外
面側を前記微細濾過層で覆うとともに起伏濾過面を持つ
積層品であり、つぎに焼結炉内にセットして、温度１０
５０℃の無酸化雰囲気中での焼結を行った。図５はこの
処理で得られた焼結品の断面写真（１００倍）の一例で
ある。
面側を前記微細濾過層で覆うとともに起伏濾過面を持つ
積層品であり、つぎに焼結炉内にセットして、温度１０
５０℃の無酸化雰囲気中での焼結を行った。図５はこの
処理で得られた焼結品の断面写真（１００倍）の一例で
ある。
【００４７】またこの断面における濾過層３の厚さ分布
を調べた結果、その谷底では０．１５mm、山頂では０．
１mmの厚さで、同時にその表面積は滑らかに湾曲して積
層されていることが確認され、前記面積比Ｓ１／Ｓ０は
２．０３となっていた。またこのフィルターついて濾過
層表面欠陥の有無を調べたが、起伏構造で有りながらも
亀裂や剥離などの発生がなく、濾過層全面を有効に使用
できる特性のものである。さらに図５に示すように、金
属フィルタ１は金属短繊維の三次元的なランダム配向に
よって、０．００３μｍのパーティクルを１０-11 個の
精度で濾過しうる空孔精度を有していた。また圧力損失
も起伏濾過面を有しないものに比して向上している。
を調べた結果、その谷底では０．１５mm、山頂では０．
１mmの厚さで、同時にその表面積は滑らかに湾曲して積
層されていることが確認され、前記面積比Ｓ１／Ｓ０は
２．０３となっていた。またこのフィルターついて濾過
層表面欠陥の有無を調べたが、起伏構造で有りながらも
亀裂や剥離などの発生がなく、濾過層全面を有効に使用
できる特性のものである。さらに図５に示すように、金
属フィルタ１は金属短繊維の三次元的なランダム配向に
よって、０．００３μｍのパーティクルを１０-11 個の
精度で濾過しうる空孔精度を有していた。また圧力損失
も起伏濾過面を有しないものに比して向上している。
【００４８】
【発明の効果】このように本発明の金属フィルタは、微
細濾過層を起伏濾過面とし濾過面積を凹凸を形成しない
場合の濾過面積の１．３倍以上としているため、濾過面
積を増大し圧力損失を減じ濾過効率を高めている。また
微細濾過層の空孔径は支持体の空孔径よりも小さく、か
つその厚さを濾過層のみの単体では濾過圧に耐え得ない
程度にまで薄くすることによって、濾過精度を向上する
とともに圧力損失をさらに改善でき、かつ支持体により
保持強度を維持できる。
細濾過層を起伏濾過面とし濾過面積を凹凸を形成しない
場合の濾過面積の１．３倍以上としているため、濾過面
積を増大し圧力損失を減じ濾過効率を高めている。また
微細濾過層の空孔径は支持体の空孔径よりも小さく、か
つその厚さを濾過層のみの単体では濾過圧に耐え得ない
程度にまで薄くすることによって、濾過精度を向上する
とともに圧力損失をさらに改善でき、かつ支持体により
保持強度を維持できる。
【００４９】しかも起伏に応じて濾過層の厚さを変化さ
せることで、増大した濾過面の全面を有効に活用でき、
濾過特性の向上とあらゆる形状品への普及を可能とす
る。
せることで、増大した濾過面の全面を有効に活用でき、
濾過特性の向上とあらゆる形状品への普及を可能とす
る。
【００５０】また請求項２の発明において山部の隆起高
さと周方向ピッチの比を適当とすることにより、濾過面
積を有効に増加させつつ厚さ変化をなめからにして微細
濾過層と支持体との付着強度を維持できる。
さと周方向ピッチの比を適当とすることにより、濾過面
積を有効に増加させつつ厚さ変化をなめからにして微細
濾過層と支持体との付着強度を維持できる。
【００５１】また前記微細濾過層は、平均直径ｄが３μ
ｍ以下かつ長さＬと直径ｄとの比Ｌ／ｄであるアスペク
ト比の平均値が２〜２０の金属短繊維を含む粉状体の多
孔性焼結体として形成することにより前記効果を有効に
奏しうる金属フィルタをうることができ、請求項４の発
明のように半導体製造用のガスの濾過用として好適に採
用できる。
ｍ以下かつ長さＬと直径ｄとの比Ｌ／ｄであるアスペク
ト比の平均値が２〜２０の金属短繊維を含む粉状体の多
孔性焼結体として形成することにより前記効果を有効に
奏しうる金属フィルタをうることができ、請求項４の発
明のように半導体製造用のガスの濾過用として好適に採
用できる。
【図１】本発明による金属フィルタを用いたフィルタＦ
を例示する正面図である。
を例示する正面図である。
【図２】その縦断面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】部分拡大断面図である。
【図５】１００倍に拡大して示す断面図である。
【図６】支持体を成形する型を例示する断面図である。
【図７】懸濁液浸漬法で用いる装置を例示する概略図で
ある。
ある。
２ 支持体 ３ 微細濾過層 ３Ａ 起伏濾過面 ４ 被覆面 ５ 山部 ５Ａ 山頂 ６ 谷部 ６Ａ 谷底 １０ 円筒部 １４ 蓋体 ２１ 懸濁液
Claims (4)
- 【請求項１】単体では濾過圧に対して形状を維持できな
い厚さの微細濾過層と、この濾過層を積層一体化して形
状を維持させる被覆面を有する焼結多孔性の支持体とか
らなる金属フィルタであって、 前記微細濾過層の孔の平均空孔径を前記支持体の孔の平
均空孔径よりも小とし、かつ前記支持体は前記被覆面が
山部を有する凹凸に形成されることにより微細濾過層の
濾過面を、その実濾過面積Ｓ１と、凹凸に形成しない場
合の基準濾過面積Ｓ０との面積比Ｓ１／Ｓ０が１．３以
上の起伏濾過面とするとともに、 前記山部間の谷部における前記微細濾過層の平均厚さを
山部での平均厚さよりも厚くし、かつ前記微細濾過層の
濾過面を滑らかな曲面状に形成したことを特徴とする金
属フィルタ。 - 【請求項２】前記支持体は、前記山部が周方向に隣り合
いかつ軸方向にのびる筒状体からなり、かつ山部のその
周方向ピッチを、前記谷部からの該山部の前記山部まで
の隆起高さの２〜４倍としたことを特徴とする請求項１
記載の金属フィルタ。 - 【請求項３】前記微細濾過層は、平均直径ｄが３μｍ以
下かつ長さＬと直径ｄとの比Ｌ／ｄであるアスペクト比
の平均値が２〜２０の金属短繊維を含む粉状体の焼結体
からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の金属
フィルタ。 - 【請求項４】気体を、実質的に０．０１μｍ以上の大き
さのパーティクルが１０-10 個以下となるように濾過す
るとともに前記気体が半導体製造用のガスであることを
特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の金属フィ
ルタ。
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