JP2001510087A

JP2001510087A - セラミック製熱ガスフィルターおよびその製造方法

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Publication number: JP2001510087A
Application number: JP2000502851A
Authority: JP
Inventors: コノリー，エリザベス・ソコリンスキ; フォーシス，ジョージ・ダニエル; ラジェンドラン，ゴヴィンダサミー・パラマシヴァム; チャンバース，ジェフリー・アレン; ドマンスキ，ダニエル・マシュー
Original assignee: アライドシグナル・コンポジッツ・インコーポレーテッド
Priority date: 1997-07-18
Filing date: 1998-05-27
Publication date: 2001-07-31
Anticipated expiration: 2018-05-27
Also published as: US6180054B1; WO1999003562A1; EP1015096A1; KR20010021990A; ES2190080T3; EP1015096B1; DE69810786D1; DE69810786T2; US5902363A; JP3449983B2; AU7599898A

Abstract

(57)【要約】多孔質で耐火性の酸化物セラミックのマトリックスによって少なくとも部分的に囲まれていて単繊維を巻き付けた酸化物セラミックの糸からなる多孔質の支持体と、この支持体の少なくとも一つの表面上にある膜層とを有するセラミック製熱ガスキャンドルフィルター。膜層は、多孔質支持体の外表面上、内表面上、または外表面と内表面の両者の上に形成することができる。膜層は、円形に巻き付けた連続的な単繊維酸化物セラミックの糸（ｂ）の規則的な配置、単繊維を巻き付けた支持体構造よりも透過性の低いセラミック充填材料（ｄ）、または連続単繊維と充填材料との特定の組み合わせで形成することができる。特に効果的な膜層は、円形に巻き付けた単繊維であって隣接する巻きの間に意図的な隙間が設定されているものと、隙間の領域（ｃ）の全体に均一に分配されたセラミック粒子を含む充填材料とからなる。充填材料は、バックパルスクリーニングの間の熱サイクルに耐えることができ、また高温での化学的劣化に対する耐性がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】技術分野本発明は、熱ガスの流れから粒子を除去するための複合セラミック製キャンド
ルフィルター、およびこのフィルターを製造するための方法に関する。

【０００２】背景技術セラミックフィルターは、熱ガス送管中のガスから粒子を除去して下流にある
装置が腐食したりエロージョンを発生したりするのを防ぎ、またＥＰＡＮＳＰＳ（新しい資源性能基準）の規制に適合させるための石炭のガス化や石炭の燃焼
のようなプロセスにおいて試験が行われている。管状の（キャンドル状の）セラ
ミックフィルターで、一端が閉塞されていて他端が開放しているものは、粒子を
効率的に除去することが示されている。濾過すべき熱ガスは典型的にはフィルタ
ーの外側から内側へ流れ、粒子が除去されたガスは開放端から出る。キャンドル
形状はまた、圧縮したガスでバックパルスすることによって、濾過されたケーク
を除去するのにも適している。

【０００３】セラミック製の熱ガスキャンドルフィルターは、８００℃以上の温度において
化学的に腐食性のガス流れへの暴露に耐えられなければならない。さらに、それ
はバックパルスクリーニングの間にかなりの熱応力を受け、それによってセラミ
ックキャンドルフィルター要素の重大な破壊が生じる場合がある。

【０００４】当分野で公知のセラミック熱ガスキャンドルフィルターは一般に、多孔質の一
体材料または多孔質のセラミック繊維含有複合材料のいずれかから製造される。
モノリスセラミックキャンドルフィルターは脆弱であるかまたは使用時に重大な
破壊を生じる場合がある。複合フィルターは、モノリスセラミックフィルターに
比して、重大な破壊を起こしにくく、また一般に、改善された強度、靭性、およ
び耐熱衝撃性を有する。

【０００５】キャンドルフィルターにはフィルター全体にわたって比較的均一な空孔を有す
るものがあり、あるいはフィルターは、薄い層または膜を伴っていて外表面上に
微細な空孔のある多孔質の支持体を有する場合がある。膜の層は典型的に様々な
方法を用いてフィルターに付加されるが、そのような方法には、より小さな膜空
孔サイズを得るために支持体において用いられるものよりも微細な粒子を含む分
散液を用いるコーティング、コロイド状の（またはゾル状の）材料を用いてラン
ダムに配置された切断されたセラミック繊維を支持体に結合するやり方、化学蒸
気浸透によるセラミックマトリックスの形成、などがある。

【０００６】セラミック熱ガスフィルターを製造するために用いられる材料には一般に、ア
ルミノケイ酸塩、ガラス、およびアルミナのような酸化物と、炭化ケイ素や窒化
ケイ素のような非酸化物がある。酸化物系のセラミックフィルターは、送管ガス
雰囲気とフィルターの設計寿命のためのフライアッシュに対する適度の耐性を有
する。しかし、それらは一般に、耐熱衝撃性が低い。非酸化物系のセラミックは
一般に、良好な耐熱衝撃性を有するが、しかし、それらが供される腐食性環境に
おいて酸化され易く、それによって機械的特性が劣化する。

【０００７】当分野で公知のセラミックキャンドルフィルターの欠点としては、バックパル
スクリーニングによって生じる熱誘起応力による（しばしば重大な）破壊、濾過
される熱ガス中に存在する化学種によって生じる化学的劣化、膜層の剥離、バッ
クパルス時のフィルターケークの不完全な除去、および高コストがある。それら
はまた、フィルターユニット内のキャンドルの配列を維持するために、重くかつ
高価な支持構造体になりがちである。

【０００８】発明の要約本発明は、多孔質の細長いフィルター支持体とこの支持体の少なくとも一つの
表面上にある多孔質の膜層とを含むセラミック熱ガスフィルターを対象とする。
特に、多孔質膜は、多孔質の細長いフィルター支持体の外表面上、内表面上、ま
たは外表面上と内表面上の両者に設けることができる。膜層は支持体に強く付着
していて、従って剥離の問題は生じない。支持体と膜の多孔度は、支持体がバル
クフィルターとして機能し、そして膜層が表面フィルターとして機能するように
コントロールされる。支持体は、一端において中空の内部とつながっている開口
、この開口端の反対側の閉塞端、および開口端と一体になった外部フランジを有
する。支持体は酸化物セラミック支持体の糸（yarn）からなる複数の層から形成
されていて、各々の層は隣接する層と十字形に交差する関係になるように配置さ
れていて、それによって複数の四角形の開口が形成されている。支持体中の糸は
第一の酸化物セラミック材料で被覆されていて、このセラミック材料は熱処理さ
れて多孔質で耐火性の酸化物支持体マトリックスを形成する。膜層は、連続的な
単繊維（filament）からなる酸化物セラミック膜の糸の規則的な配置と、セラミ
ックフィルター材料からなる均一な被覆、またはこれら二つの一定の組み合わせ
で形成され得る。膜層中に存在する全ての糸は（好ましくは巻き付けを行う前に
）第二の酸化物セラミック材料で被覆され、このセラミック材料は熱処理されて
多孔質で耐火性の酸化物膜マトリックスを形成する。好ましくは、支持体の糸と
連続単繊維膜の糸の各々は、少なくとも２０重量％のアルミナ（Ａl₂Ｏ₃）を含み、また約７５０℃以上の軟化点を有する。セラミックの被覆材料は通常、酸化
物または酸化物の化合物またはこれらの混合物からなる粒子であり、またこれは
酸化物の先駆体物質を含んでいてもよい。膜層は支持体の空孔よりも少ない空孔
を有する。好ましくは、四角形の開口は熱処理後に約１００〜約５００ミクロン
の寸法を有し、それによって支持体はバルクフィルターとして機能する。膜層は
好ましくは約０.１〜５０ミクロンの空孔直径を有し、表面フィルターとして機能する。本発明の好ましい実施態様において、支持体の糸は通常、膜の糸と同じ
組成を有し、支持体のマトリックスは通常、膜のマトリックスと同じ組成を有す
る。

【０００９】本発明はまた、セラミック熱ガスフィルターを製造する方法を提供し、この方
法は多孔質の細長いフィルター支持体を製造するための以下の工程を含む：セラ
ミック酸化物の支持体の糸を第一の被覆組成物で被覆する工程、および、被覆さ
れた支持体の糸をマンドレル上に巻き付け、それによって被覆された支持体の糸
からなる複数の層を形成する工程。このとき、各々の層は隣接する層と十字形に
交差する関係になるように配置され、それによって複数の四角形の開口が形成さ
れる。マンドレルは、支持体の一端と隣接する一体の外部フランジが与えられる
ような輪郭にされる。あるいは、別個の挿入環を均一な円筒形のマンドレル上に
挿入し、それによって支持体のフランジ部分を形成してもよい。得られた支持体
は、フランジに隣接する開口端、外表面、およびフランジがある端部の反対側の
第二の開口端を有する。

【００１０】次いで、膜層が支持体の少なくとも一つの表面上に形成される。例えば、連続
した単繊維の酸化物セラミック膜の糸を第二の被覆組成物で被覆し、そして被覆
された膜の糸を支持体の外表面上に規則的な配置で付加することによって、膜層
を外表面上に形成することができる。規則的な配置の膜層を形成する方法には、
単一の糸の環状巻き付け、複数の糸の巻き付け、織物での包み込み、および粒子
のスラリーまたはセラミック先駆体物質を含有する溶液での被覆、がある。好ま
しい実施態様において、規則的な配置は、連続した単繊維の酸化物セラミックに
よる円形または環状の巻き付けを行って、隣接する巻き繊維の間に予定された幅
の隙間を確定するものである。次いで、隙間は追加のセラミック充填材料、好ま
しくは酸化物材料で充填され、これは次の熱処理後に、多孔質の耐火性膜マトリ
ックスを形成する。隣接する環または巻き繊維の間の隙間の幅と均一性は特に重
要ではないが、しかし、隙間を、フィルターの円周回りと長さに沿って充填材料
で均一に充填するのが望ましい。別の実施態様において、被覆された連続単繊維
を巻き付けることによって膜層を形成するが、これを、隣接する環または巻き繊
維が互いにできるだけ近接して、充填材料は付加されないようにして、行う。さ
らに別の実施態様は、セラミック充填材料を含むがしかし環状に巻き付けた単繊
維が存在しないこと、すなわち、意図的な大きな隙間が環状の巻き線の間にある
ことを特徴とする。この実施態様においては、例えば、セラミックの粒子、好ま
しくは酸化物材料からなり、好ましくはスラリーの状態の粒子ができるだけ均一
に支持体層に塗布され、それによって、支持体層の十字形に交差した単繊維によ
って形成されたダイヤモンド形の開口が本質的に閉鎖される。充填材料について
はスラリーが好都合な形態である。というのは、スラリーは、はけ塗りやスプレ
ーによって塗布しやすく、あるいは浸漬被覆などをしやすいからである。セラミ
ック充填材料を製造途中のキャンドルフィルターに付与するのに有用な別の形態
はペーストであり、この場合、例えばへら状の可撓性の塗布具を用いて塗布する
ことができる。充填材料を製造途中のキャンドルフィルターに付与するためのそ
の他の手段については当業者であれば自明であり、従って、それらは本発明の範
囲内のものであると考えられる。

【００１１】支持体層が巻き付けられ、支持体のマンドレルが取り出され、そして膜層が形
成されたならば、第二の開放端（フランジ端部の反対側）が酸化物セラミック材
料を用いて閉じられる。支持体層と膜層は熱処理されて、第一の被覆組成物は多
孔質の耐火性酸化物支持体のマトリックスに変化し、そして種々の被覆組成物は
多孔質の耐火性酸化物膜のマトリックスに変化する。

【００１２】本発明は、９９.５％以上の粒子捕捉効率を有し、従ってＥＰＡＮＳＰＳ規制
に適合する高強度で軽量のセラミック製熱ガスキャンドルフィルターを提供する
。フィルターの破損は通常は重大ではない。というのは、もし膜が破損しても、
支持体はそのバルクな濾過特性によってその破損箇所で即座に閉塞し、従って粒
子の放出は防がれて、ガスタービンや吸着床のような下流の処理装置は保護され
る。本発明のフィルターは、用いられる酸化物の組成物のために化学的な劣化に
対して耐性があり、同時に、通常は酸化物材料においては典型的ではない優れた
耐熱衝撃性を提供する。膜の表面の滑らかさによって、バックパルスクリーニン
グの間にフィルターケークは効率的に除去される。上述の利点に加えて、本発明
のフィルターは大部分の市販のキャンドルフィルターよりも低コストになる可能
性がある。

【００１３】定義ここで言う ”キャンドルフィルター”は、結晶質の材料または部分的に結晶質の材料を意味し、あるいは非結晶質のガラスを意味し、本質的に無機質で非金
属質の物質を含む。

【００１４】ここで言う ”連続した繊維または単繊維”は、それら繊維（fiber）または単
繊維（filament）の直径の少なくとも１０００倍の長さを有する繊維または単繊
維を意味する。

【００１５】ここで言う ”充填材料”または ”膜の充填材料”は、膜層の本体を意味し、
糸（yarn）または糸の上に被覆するスラリー材料を構成する本体以外のものであ
る。このような充填材料は、粉末、粒子、ウィスカー、切断した繊維、板状体、
フレーク、球状体、管状体、ペレット、などの形態をとり得る。

【００１６】ここで言う ”膜”または ”膜層”は、支持体層の少なくとも一つの表面上に
付着または付加される層を意味し、これは支持体層よりも低い多孔度を有し、濾
過作用の主要な部分を提供する。

【００１７】ここで言う ”酸化物”は、酸化物、酸化物の化合物（例えば、ムライト、スピネル）、またはこれらの先駆体を含むものを意味する。ここで言う ”支持体”または ”支持体層”は、単一または複数の連続したセ
ラミック繊維または単繊維をマンドレルの回りに十字形の配置で巻き付けること
によって形成された構造体を意味し、これによってダイヤモンド形の開口の規則
的な配列が形成されているものをいう。支持体または支持体層の機能は、膜が付
着するための適度に強度の高い基体を提供することである。

【００１８】発明の詳細な記述および好ましい実施態様本発明の熱ガスフィルターはキャンドルフィルタータイプのものであり、これ
は、少なくとも一つの表面上に多孔質のセラミック膜層を有する多孔質のセラミ
ック支持体を含む。特に、多孔質膜は、多孔質のセラミック支持体の外表面上、
内表面上、または外表面上と内表面上の両者に設けることができる。膜は支持体
よりも多孔質ではなく、表面フィルターとして提供され、それを汚染粒子が通過
するのを防ぐ。支持体はフライアッシュに対して良好な濾過性能を有し、バルク
フィルターとして提供され、膜での漏れが起こった場合に、支持体の内表面と外
表面の間で粒子を捕捉することができる。

【００１９】図１Ａ〜１Ｅを参照すれば、フィルター１０は通常、細長い管状の支持体１２
を有し、この支持体には一端において中空の内部とつながっている開放端１４が
ある。開放端の反対側での支持体の端部１５は通常は閉塞している。支持体はさ
らに、開放端１４と一体になった外部フランジ１６を有し、これは使用時に管状
シートの中でフィルターを支持する。フランジはまた、任意の挿入環２４を有し
ていてもよく、これはフランジと一体になっていて、後にさらに詳細に説明する
。膜層１８と２３が、支持体の外表面２０、および／または支持体の内表面２２
に形成されている。端部１５はセラミック材料２６を充填することによって通常
は閉塞されていて、フランジ部分１６と、閉塞端１５に隣接する支持体の先端部
分は後述するように非透過性につくられている。

【００２０】支持体層の全多孔度は、ダイヤモンド形のまたは平行四辺形の開口によってつ
くられる開口容積（マクロ空孔）と個々の糸を囲むマトリックス被覆の多孔度（
ミクロ空孔）との組み合わせによって決定される。膜層の多孔度は主として、こ
の層を構成する隣接する粒子の間の多孔度（ミクロ空孔）または微小亀裂に基づ
く。

【００２１】支持体のマクロ多孔度は、（支持体の測定された寸法から計算される）支持体
の容積、支持体の重量、および（全てのミクロ多孔度を含めて、繊維とマトリッ
クスを含む）支持体のかさ密度から計算することができる。かさ密度は水銀多孔
度計を用いて測定される。

【００２２】マトリックスは、支持体中の通路が実質的に閉鎖されないようにして付加され
る。マトリックスは通常、支持体に一体性と機械的強度を付与し、また優れた耐
熱衝撃性をも与える。それは、多孔質マトリックスが熱によって誘起される機械
的応力を吸収する能力を有するためであり、さもなければこの応力によってフィ
ルター中の繊維が破壊する。

【００２３】支持体は連続的なセラミック酸化物の糸からなる複数の層から形成され、これ
らの層は隣接する層と十字形に交差するように間隔のあるらせん形コイル状に置
かれ、焼成された後は１００〜５００ミクロンの寸法のダイヤモンド形または四
角形の複数の開口が形成される。開口は支持体の内表面２２と外表面２０の間を
延びていて、これは曲がりくねった通路となる（図１Ｂを参照）。フィルターが
（例えば据え付けを行う間に膜層が損傷することによって）損傷した場合、それ
は、バルクフィルターとして機能しまた熱ガスの流れの中の粒子で塞がれること
によって ”自己補修”が行われる。かなりの数の真っすぐな半径方向の通路を有する支持体は容易には塞がれず、フィルターの破壊を招くであろう。ここで引用することによってその全ての内容が本明細書に取り込まれる米国特許５,１９２,５９７号は、網状のセラミック管の単繊維の巻き付けであって好ましい巻き付けパターンを有するものを記述している。ダイヤモンド状のパターンを有する
隣接する層の中の糸は、各々の層のダイヤモンドの壁を形成する糸が各々の隣接する層のダイヤモンド形の開口を実質的に覆うようにして、置かれる。これは一
連の相互に連通するダイヤモンド形の開口を有する管状構造を形成し、その各々
の層は一つの層から次の層へのガスの直接的な流れを妨害する。

【００２４】上述の巻き付けパターンは、支持体の細長い中央の本体部分（すなわちフィル
ターのフランジと閉塞端の間の概ね円筒形の部分）のためのものである。フィル
ターの勾配のある閉塞端とフランジ部分のために、上述の巻き付けパターンはフ
ランジと閉塞端においては形成されない。

【００２５】図２は米国特許５,１９２,５９７号に従って調製された支持体中の糸からなる
二つの隣接する層を示していて（この図においてマトリックス層は示されていな
い）、ここでは ”ｘ”として示された開口が画定されている。開口の大きさは、各々の層における糸の間の間隔によってコントロールされ、この間隔は巻き付
け角度と糸のデニール、さらには糸に付加されるマトリックス材料の量によって
決定される。隣接する糸の間の間隔 ”ａ”は、好ましくは、高温で焼成された後の最終の支持体において約１００〜５００ミクロンの寸法 ”ａ”を有する開口が付与されるようにコントロールされる。開口は、支持体の内表面の近くでよ
り正方形に近い形を有し、外表面へ向かって巻き付けが続くにつれて対角線の一
つの寸法が次第に大きくなり、それによって開口はダイヤモンド形に近くなる。
寸法 ”ａ”は、糸の間隔と、糸に付加されるマトリックスの量に基づいて計算することができる。あるいは ”ａ”は最終の支持体において視覚的に測定することができる。上述の構造を有し、またこのサイズの範囲の開口を有する支持体
は、支持体の壁の内部で粒子を捕捉できるバルクフィルターとして機能し、また
この支持体は、膜層を通しての圧力降下よりは著しくない圧力降下を維持する。

【００２６】支持体は、一定の巻き付け比（マンドレルの回転速度を横断アームの速度で割
った値）が維持されるように設計された単繊維巻き付け器を用いて、適当に設計
されたマンドレル上にセラミック酸化物の糸を巻き付けることによって形成する
ことができる。一定の巻き付け比は、壁全体での通路の適切な大きさと分布を維
持するのに必要である。支持体のフランジ部分は、一端で広くなったマンドレル
を用いて形成される。その広い端部は、所望のフランジ形状を与えるような輪郭
を有する。そのようなマンドレル上に単繊維を巻き付けることによって、開放端
で外部フランジ部分を有し、その反対側の端で小さな穴を有する管が製造され、
その小さな穴は最終の支持体において、図１Ｅに示すようにセラミック材料２６
で通常は閉塞される。あるいは、フランジ部分で輪郭を有するのに対して支持体
の内壁が真っすぐであることが所望される場合、図１Ｃと図１Ｄに示すように、
単繊維を巻き付けることによって製造した挿入環２４を用いてもよい。この挿入
環は、支持体の組成と類似の組成を有し、マンドレルの外径にほぼ等しい内径と
、適切なフランジ形状を与えるような輪郭をもつ外表面を有する。次いで、挿入
環はマンドレル上に設置され、次いで、支持体はマンドレルと挿入環が組つけら
れたものの上に巻き付けられる。支持体がマンドレルから取り出されるとき、挿
入環の少なくとも一部分はフランジ部分の一部として支持体に残る。これは後に
実施例２で説明する。

【００２７】実地試験によって、熱ガスキャンドルフィルターは一般にフランジ部分で破損
することが証明された。本発明によれば、フランジと支持体の本体は単一のユニ
ットとして形成され、それによって、フィルター全体での支持体材料の均質性が
保たれるとともに、接合材料で生じるあらゆる応力または弱い箇所が解消される
。フランジの形状は重要ではないが、しかし量産できるものでなければならない
。フランジは使用時にフィルターを支持する管シートとともに良好なシールを提
供し、それによって塵の漏れは生じない。閉塞端の形状は通常は円形であるが、
しかしマンドレルの形状を適当に変えることによって様々な形が可能である。管
の閉塞端での開口の直径は、マンドレルを支持するシャフトの直径に依存する。

【００２８】膜層は、支持体の外表面、支持体の内表面、または支持体の外表面と内表面の
両者に付加される。膜層は通常、連続した単繊維酸化物セラミックの糸の規則的
な配置を含む。膜層はまた、任意に、隣接する糸の間の隙間、またはプラグ亀裂
、空所、その他を充填するのに役立つ一種または二種以上のセラミック充填材料
をも含んでいてよい。その場合、膜層はセラミック充填材料を含むが、しかしセ
ラミック糸は含まないかもしれない。最終のフィルターにおける膜層は、熱処理
後、約０.１〜５０ミクロン、好ましくは５〜２５ミクロンの空孔直径を有する。好ましくは、平均の空孔サイズとサイズ分布は、フィルターの円周と長さに沿
って一様である。

【００２９】膜層が糸を含む態様については、膜層における糸の規則的な配置は、円形（環
状）巻き付け、複数糸の巻き付け、織物材料または編み材料のような二次元状ま
たは三次元状に予め配列した糸を用いる包み込みなどの様々な方法によって形成
することができる。膜の繊維は、滑らかな膜表面が得られるように配置されなけ
ればならない。滑らかな膜表面は、それがバックパルスクリーニングの間の濾過
された物質の完全な除去を促進するので、望ましい。というのは、フィルターケ
ークは滑らかな表面から容易に離れるからである。表面が粗い場合、濾過された
ケークは表面に機械的に固着しやすく、それによってケークをバックパルスクリ
ーニングによって完全に除去するのが困難になる。円形巻き付けは滑らかな膜表
面を生じさせる。

【００３０】支持体と膜層を形成するために用いられる糸は、好ましくは、少なくとも約７
５０℃、さらに好ましくは少なくとも１０００℃の軟化点を有するセラミック繊
維からなる。”軟化点”という言葉はここでは、ガラス質セラミックの軟化点と
結晶質セラミックの融点の両者を意味するものとして用いられる。膜層において
用いられる糸は、支持体において用いられる糸と同じものであるか、または異な
るものとすることができる。

【００３１】適当な酸化物繊維には、例えば、Ｓガラス（約２４〜２６％のアルミナ（Ａl₂ Ｏ₃）を含有する高張力ガラス、”Ｆiber Ｆrax”アルミナ-ケイ酸塩繊維、およ
び少なくとも約２０重量％のアルミナを含有する多結晶質耐火性酸化物繊維（例
えば、米国特許３,５０３,７６５号（Ｂlaze）に開示されたアルミナ-シリカ繊維、および米国特許３,８０８,０１５号（Ｓeufert）と米国特許３,８５３,６８
８号（Ｄ'Ａmbrosio）に開示された高アルミナ含有繊維のうちの特定のもの）の
ような特定のガラス繊維がある。好ましくは、酸化物繊維は２０〜８０重量％の
酸化アルミニウムを含有する。市販のアルミノケイ酸塩繊維の例としては、”Ａ
ltex”（住友）および ”Ｎextel”（３Ｍ）繊維がある。Ｂ₂Ｏ₃ やＰ₂Ｏ₅のようなガラス形成性酸化物をかなりの量で含有する繊維は望ましくない。というの
は、それらは構造全体を溶融させ、その結果、密で非多孔質の支持体になるから
である。

【００３２】耐火性酸化物先駆体の繊維も支持体を形成するのに用いることができる。巻き
付けを行った後、先駆体の繊維は、揮発性成分を除去し塩を酸化物に変化させそ
して繊維を結晶化させるために焼成することによって、多結晶質耐火性酸化物繊
維に変化する。耐火性酸化物繊維の調製とそれらの先駆体は、米国特許３,８０８,０１５号と３,８５３,６８８号に開示されている。

【００３３】酸化物繊維は通常、０.２〜２.０ミル（０.００５〜０.０５mm）の直径を有し
、好ましくは１０〜２０００以上の繊維を含む連続糸の形で用いられる。繊維は好ましくは連続単繊維であるが、しかし人造繊維からなる糸（特にガラス）を用
いることができる。糸は好ましくはゆるくより合わされ、それによって、糸が小
さな穴を通して引き抜かれるときに、全てのゆるんだまたはこわれた端部は単繊
維の巻き付けを行う間に妨害しない。糸は粗紡糸の形で用いることもできる。塊
状の糸、織り交ぜた糸、または織物にした糸を用いることができる。しかし、膜
層に用いられる糸は、最も好ましくは、連続単繊維の、織物にされていない糸か
らなり、それによって滑らかな外表面を有する膜層が得られる。高温で熱処理す
ると結晶化して耐火性酸化物を形成するガラス糸が好ましい。というのは、それ
らは結晶質セラミック繊維を含む糸よりも扱い易く、また単繊維の巻き付けを行
う間に破壊しにくいからである。

【００３４】支持体と膜の耐火性酸化物マトリックス成分は、好ましくは約１０００℃以上
、より好ましくは約１４００℃以上、最も好ましくは２０００℃以上の軟化点を
有する。好ましくは、マトリックスは少なくとも４０wt％のアルミナを含有する
。

【００３５】マトリックス成分は通常、支持体と膜の糸に被覆組成物の形で付加され、次い
で焼成されて耐火性酸化物マトリックスを形成する。支持体において用いられる
被覆組成物は膜において用いられる被覆組成物と同じものであるか、または異な
るものとすることができる。被覆組成物は通常、一種または二種以上の酸化物粒
子または酸化物先駆体を含む水溶液、懸濁液、分散液、スラリー、乳状液、また
はこれらの類似物からなる。好ましくは酸化物粒子は１〜２０ミクロン、より好
ましくは１〜１０ミクロン、最も好ましくは１〜５ミクロンの粒径を有する。２
０ミクロン以下の粒径は、容易に分散し、また繊維の間の空所を通過するので好
ましい。１ミクロン未満の粒径を用いて調製したスラリーは通常、有用な固体濃
度において粘度が高過ぎる。マトリックス材料として有用な酸化物粒子には、ア
ルミナ、ジルコニア、マグネシア、ムライト、スピネル、などがある。適当なマ
トリックス先駆体には、アルミニウム、マグネシウム、ジルコニウム、およびカ
ルシウムの水溶性の塩（例えば、”Ｃhlorhydrol”（登録商標）（Ｒeheis Ｃhe
mical Ｃo.によって市販されているアルミニウムクロロハイドレート溶液））、
酢酸ジルコニル、アルミナハイドレート、塩基性クロロ酢酸アルミニウム、塩化
アルミニウム、および酢酸マグネシウムがある。好ましくは、グリセロールや
ホルムアミドのような乾燥制御添加剤を被覆組成物に、被覆組成物の全重量に基
づいて１〜５wt％の量で添加してもよい。乾燥制御添加剤は圧粉体における乾燥
応力を低減させるとともに、高温で焼成されたフィルターの表面での巨視的な亀
裂を無くする。さらに、乾燥応力は、支持体と膜層を少なくとも約３０％の相対
湿度を有する雰囲気中で巻き付けることによってさらに低減することができる。

【００３６】被覆組成物は好ましくは、巻き付けた構造体の未焼成強度を増大させるために
セラミック酸化物先駆体を含有する。マトリックス先駆体として有用なこれらの
可溶性の酸化物先駆体は結合剤としても機能する。好ましい結合剤はアルミニウ
ムクロロハイドレート、特に、上述のＣhlorhydrol である。好ましくは、被覆組成物は、被覆組成物の全固体含有量に基づいて計算して約１０〜２５wt％の結
合剤を含む。アルミニウムクロロハイドレートは、被覆の酸化物粒子を結合させ
るとともに、支持体の未焼成強度を増大させるのに寄与する。結合剤は熱処理す
る際に耐火性マトリックスに添加される。

【００３７】被覆組成物は、セラミック酸化物の糸をマンドレル上に巻き付ける前に被覆組
成物を通過させて引き抜くことによって、支持体に付加することができる。好ま
しくは、被覆組成物は糸の繊維の周囲に均一に分布している。その分布は、被覆
組成物の粘性、付加する方法、糸の束の密度（巻き付きの固さ）、糸の性質、お
よび被覆組成物の量によって影響される。組成物は、流動して糸の中の空所にあ
る程度侵入するのが可能な程度に低い粘度であるが、しかし糸の束に付着する程
度に高い粘度を有するべきである。被覆組成物が粒子のスラリーである場合、固
体の含有量は好ましくは５０〜７５wt％であり、スラリーは好ましくは１００〜
３００センチポアズの範囲の粘度を有する。酸化物の先駆体と粒子の酸化物粉末
の両者を含有する被覆組成物が用いられる場合、スラリーの固体含有量は、酸化
物粒子から誘導される耐火性酸化物マトリックス材料が約６０〜９０wt％で、先
駆体から誘導されるものが約１０〜４０wt％であるように調整されなければなら
ない。被覆組成物中で十分な量の酸化物含有材料を得ることは、約４０wt％より
も多い先駆体を用いた場合、困難である。糸に付加されるマトリックス材料の量
は、糸を適当な大きさの穴を通過させて引き抜いて過剰なスラリーを取り除くこ
とによってコントロールすることができる。被覆組成物は仕上げロールやスプレ
ーなどを用いることによって糸に付加することもできる。さらに、マトリックス
被覆組成物は、巻き付けた単繊維の膜と支持体に、この巻き付けた支持体をスラ
リー中に浸漬し、過剰な部分を排出し、そして乾燥することによって付加するこ
とができる。支持体中の糸の重量に対して所望の重量のマトリックスを与えるた
めに、必要であれば、追加の浸漬工程を用いることができる。通常、支持体中の
通路のかなりの部分を閉鎖することなく浸漬によってマトリックス被覆組成物を
付加することは困難であるが、これは望ましいことではなく、大きな背圧を生じ
させる。

【００３８】膜のマトリックス被覆組成物は、支持体について説明したのと類似の方法を用
いて膜の糸に付加することができる。好ましくは、支持体と膜層のマトリックス
成分の総重量は、フィルターの最終重量の約４０〜７０％、より好ましくは約５
０〜６０％を占める。熱応力を避けるために、支持体の糸は膜の糸と概ね同じ組
成を有していて、また支持体のマトリックスは膜のマトリックスと概ね同じ組成
を有しているのが好ましい。しかし、特定の用途においては、異なる組成である
のが望ましい場合がある。同じ理由から、繊維対マトリックスの重量比は、膜と
支持体において本質的に同じであるのが好ましい。

【００３９】一実施態様において、複数の糸が組み合わされて、これが、支持体中の下にあ
る（あるいは結果的には上にある）開口を充填するように、支持体の巻き付け角
度と実質的に同じ巻き付け角度で支持体上に巻き付けられる。これは、別々の糸
を引張り装置を通して供給し、セラミックマトリックス粒子のスラリー中に浸漬
し、単一の糸の端部について用いられるものよりも大きなサイジング孔を通過さ
せて引き抜く直前に糸どうしを組み合わせ、そして外表面の膜が必要であれば支
持体上に巻き付け、内表面の膜が必要であればマンドレル上に巻き付けることに
よって、達成される。サイジング孔の直径は、環状巻き付けについて上述したよ
うに選択される。

【００４０】支持体上の、または支持体の内表面上の単繊維を巻き付けた単一の層を有する
膜は通常、多くの濾過の用途に適している。膜層の厚さを増大させるために、巻
き付けた糸の追加の層を付加することができる。これによって通常、粒子の捕集
効率とフィルターの背圧が増大する。

【００４１】別の実施態様において、膜層は、支持体またはマンドレルをセラミックの織物
で包むことによって形成される。織物はフィルターの支持体またはマンドレル上
に巻き付けられ、そして支持体に用いたものと組成が類似するマトリックスのス
ラリーが織物の上にはけ塗りされる。スラリーは織物と支持体を湿潤し、そして
支持体に結合を与える。まだ湿潤している間に、織物の全てのひだが除去される
。濾過効率を増大させるために、必要に応じて織物の追加の層が支持体またはマ
ンドレル上に巻き付けられる。膜層を構成するのに有用な織物には、きつく織っ
た平織物と繻子（サテン）の織物がある。フィルターの支持体と織物の膜層との
間の付着性を向上させるために、支持体の巻き付けに用いるマトリックス粒子よ
りも小さい粒子サイズを有するマトリックス粒子を含むマトリックススラリーを
用いる必要があるかもしれない。というのは、小さい粒子ほど織物の隙間により
容易に浸潤するからである。通常、この方法はあまり好ましくはない。というの
は、膜層に付加されるマトリックスの量をコントロールするのは、より困難だか
らである。さらに、織物の層は、上述の単繊維巻き付け法を用いて形成された膜
と比較して、支持体に強く付着しない傾向があることが見いだされた。

【００４２】さらに別の実施態様において、膜は環状巻き付けによって形成される。酸化物
セラミック膜の糸は膜のマトリックスの被覆組成物で被覆される。これは例えば
、被覆組成物を収容した浴を通過させ、次いでサイジング孔を通過させて過剰な
スラリーを除去し、そしてマンドレルの軸に対して約９０度の角度で巻き付ける
ことによって行われる。好ましくは、膜層と支持体層において繊維とマトリック
スとの近似した重量比が得られるようなマトリックスの取り込み量を与えるよう
に、サイジング孔の直径は注意深く選択される。横断アームの移動速度に対する
マンドレルの回転速度によって、隣接する糸どうしの間の間隔がコントロールさ
れる。図３Ａはこの様式でつくられたフィルターの断面を示し、ここで ”ａ” は支持体の本体における糸の断面を示し、”ｂ”は環状に巻き付けた膜における
糸の断面を示し、そして ”ｃ”は環状に巻き付けた膜における隣接する糸の間の間隔を示す。この実施態様の一つの形において、スラリーで被覆した膜の繊維
または糸はできるだけ近接して巻き付けられ、このとき膜層において糸の重なり
または糸の間の意図的な隙間は実質的に存在しない（例えば、図３Ａにおける寸
法 ”ｃ”はゼロである）。濾過作用は隣接する糸の間のマトリックス材料における微小亀裂によって与えられる。任意に、巻き付けた膜に充填材料を付加して
、それによって隣接する糸の環の間の全ての意図的でない隙間にこれを充填して
もよい。

【００４３】この実施態様の別の形において、スラリーで被覆した糸の隣接する環状巻き付
けの間に意図的な隙間が残される。次いで、追加のセラミック充填材料（例えば
粒子）またはセラミック充填材料の先駆体が、好ましくはスラリーの形で、この
隙間に埋め込まれる。このようにして形成された膜は ”組み合わせ膜（combina
tion membrane）”と呼ばれる。好ましくは、隙間を充填するスラリーは、均一な濃度が維持されるように懸濁剤を含有している。望ましい粘度は選択される付
加方法に依存する。低い粘度ははけ塗り法に最も適していて、ペースト状の高い
粘度はへらを用いて塗布するときに適している。図３Ｂは組み合わせ膜を有する
フィルターの断面を示し、ここで ”ａ”は支持体の本体における糸の断面を示し、”ｂ”は環状に巻き付けた膜における糸の断面を示し、”ｃ”は環状に巻き
付けた膜における隣接する糸の間の間隔を示し、そして ”ｄ”は隣接する糸の間の間隔を充填するために用いられる充填材料を示す。この追加のセラミック充
填材料は、膜の糸を被覆している膜のマトリックス材料と同じ化学組成のもので
あるか、あるいは異なる化学組成を有する。典型的には、隙間を充填するために
用いられる成分（例えば２５〜７５ミクロン）はマトリックスを形成するために
用いられる粒子（例えば３〜５ミクロン）よりも大きい。さらに、意図的な間隔
”ｃ”はほとんど無限に変化し、それは実質的にゼロから糸の直径の何倍にもなる。

【００４４】さらに別の実施態様において、膜層における隣接する巻き付け糸の間の隙間の
大きさには上限がないと考えられるので、環状に巻き付けてスラリーで被覆した
糸を完全に省き、膜層が本質的にセラミック充填材料からなるようにすることが
できる。図３Ｃはこの様式でつくられたフィルターの断面を示し、ここで ”ａ ”は支持体の本体における糸の断面を示し、そして ”ｄ”は支持体本体の表面において四角形の開口を充填するのに用いられるセラミック充填材料を示す。こ
の場合も、そのような材料は好ましくは、はけ塗り、スプレー、浸漬被覆などに
よって支持体層に直接付加することができるようなスラリーまたは溶液の状態で
ある。また、”充填材料だけの”膜層を構成する成分の好ましい大きさは、直径
が約２５〜７５ミクロンである。

【００４５】上の説明は通常、膜層が支持体層の外表面に付加される本発明の形態に適して
いる。膜層が支持体層の内表面に付加される場合、製造工程を変更しなければな
らないだろう。例えば、繊維または織物が膜層を構成する場合、マンドレル上に
支持体層を巻き付ける前に、マンドレルにそのような繊維または織物を巻き付け
るかまたはマンドレルを繊維または織物で包むのが好ましいだろう。また、内側
の膜層が ”充填材料だけの”ものである場合、あるいは環状に巻き付けた単繊維層の上に追加のスラリーまたは溶液を塗布する場合、それを、支持体層が形成
されてマンドレルが除去された後に行うのが好ましいだろう。さらに、スラリー
または溶液を管の内部にはけ塗りまたはスプレーによって塗布するのは実際的で
ないだろう。そのような場合は、スリップキャスティングまたはドレーンキャス
ティングによって望ましい結果が達成される。

【００４６】フランジ部分と閉塞端は、追加のセラミックスラリーをしみ込ませるか、また
はセラミックの接合組成物を用いることによって、強化され、またあらゆるガス
流れに対して不透過性にすることができる。下にある支持体材料との反応を避け
るとともに、支持体の熱膨張度に適合させるために、支持体においてマトリック
ス材料を用いることは、この目的のために好ましい。一方または両方の端部で巻
き付けと強化を行った後、キャンドルフィルターはマンドレル上にある状態で、
それを扱うのに十分なほど強固になるまで室温で乾燥される。

【００４７】周囲温度で一晩（およそ１２〜１６時間）乾燥した後、得られたフィルターの
端部を切断し、マンドレルを除去できるようにする。特に、フィルターの挿入環
部分は輪切りにされ、それによって最初の挿入環の部分が支持体層のフランジ部
分に残るようにする（図１Ｄを参照）。

【００４８】次いで、得られたキャンドルフィルターは、セラミック糸の軟化点未満で、全
ての揮発性成分の沸点よりも十分に高い温度（典型的には３００〜８００℃）で
焼成され、それによって揮発性成分が除去され、またフィルターは安定化する。
このことは特に、酸化物の先駆体が用いられる場合に重要である。

【００４９】次いで、先端の閉鎖が行われるが、これは、市販の高温の接合剤を用いるか、
または支持体構造において用いたタイプの糸を少量混入した高粘性のペースト（
マトリックスの被覆スラリーと組成が類似するもの）を充填することによって、
あるいは膜の充填材料に類似する高濃度のペーストを充填することによって、達
成される。フィルターの熱安定性が低下してはいけないので、市販の結合剤中の
固体は管材料と反応してはならない。また、セラミックの充填材料を膜層に付加
する前に、上述したように、キャンドルフィルターを焼成することも好ましい。

【００５０】次いで、高温での追加の焼成が、典型的には１２００〜１４００℃で行われ、
それによって安定な結晶質相が形成される。１４５０℃以上での焼成はこの相を
幾分か溶融させ、熱機械的特性が低下した望ましくない溶融製品が得られるだろ
う。好ましくは、高温焼成の間の加熱速度は２０℃／分を超えてはならず、これ
は全てのガラス相を結晶化させるためであり、０.１℃／分程度が適当であろう。高温での焼成を行う間、ガラス繊維は溶化状態を失って結晶質相になり、マト
リックスは安定な結晶質相になり、あるいは繊維とマトリックス中の結晶質相が
反応して新しい安定な結晶質相になるだろう。製品の最終相の組成は、繊維とマ
トリックスの量、加熱プロフィール、中間温度での浸透時間、および最も高い焼
成温度での停滞時間に依存する。典型的な結晶質相は、コランダム、ムライト、
コーディエライト、およびクリストバライトである。コーディエライトという言
葉はここでは、インド石を含むものを意味し、これはコーディエライトと同じ組
成を有するが、しかしわずかに不規則な結晶構造の結晶質材料である。過剰なク
リストバライトの形成は望ましくない。というのは、クリストバライトは２００
〜２７０℃において体積変化を起こし、耐熱衝撃性の低下を導くからである。最
終のフィルターは１０重量％以下のクリストバライトを含有するべきである。好
ましくは、フィルターの最終組成は、３〜７重量部のマグネシア、２０〜４５重
量部のシリカ、および４５〜７０重量部のアルミナである。さらに好ましくは、
最終のフィルターは約６０〜７０％のアルミナを含有する。

【００５１】好ましい実施態様において、支持体と膜の両者を調製するのに用いられる糸は
、６１〜６６％のＳiＯ₂、２４〜２６％のＡl₂Ｏ₃、および９〜１０％のＭgＯを
含むガラス繊維からなる。本質的にアルミナからなる被覆組成物は、巻き付けを
行う前に、フィルターの最終重量の４０〜７０％を占める耐火性酸化物のマトリ
ックスを与えるのに十分な量で、糸に付加される。被覆組成物は、アルミニウム
クロロハイドレートと２〜３ミクロンの平均粒径を有するアルミナマトリックス
粒子からなる結合剤を含有する。膜は支持体またはマンドレルに環状巻き付けに
よって付加される。巻き付けを行った後のフィルター要素は揮発性成分を除去す
るために加熱され、次いで約１３５０℃以上の温度、好ましくは約１３８０℃の
温度で高温焼成される。高温焼成の間、ガラス繊維は軟化し、ガラス中のシリカ
とマグネシアの部分はアルミナのマトリックス材料と結合してコーディエライト
とムライトを形成する。最終のフィルターは、約２０〜４０重量％のＳiＯ₂、約
３〜６重量％のＭgＯ、および約５０〜７０重量％のＡl₂Ｏ₃ を含む。最終の結晶質組成は、熱処理の後、全結晶質含有量に基づいて、２５〜４０％のコーディ
エライト、５〜１５％のムライト、４０〜６０％のコランダム、および０〜１０
％のクリストバライトである。材料のおよそ５０〜９０vol％は結晶質で、残りが非晶質である。ムライト、コーディエライト、およびコランダムの結晶の形成
は、これらの各々が異なる熱膨張係数を有するので、構造体における微小亀裂の
形成を導く。微小亀裂は結晶粒界に沿ってだけでなく、単結晶相だけを有する領
域内でも形成される。微小亀裂は熱衝撃によって生じる応力を吸収すると考えら
れる。焼成後は、フィルターは１２００℃以下で長期間にわたって安定であり、
また優れた耐熱衝撃性を有する。

【００５２】実施例ここで言及される全ての百分率（％）は、特に示さない限り、重量百分率であ
る。

【００５３】以下の実施例において支持体を巻き付けるのに用いられる単繊維巻き付け器は
、およそ７０インチ（１７８cm）の鎖駆動横断機構を有していた（すなわち、各
々の端部において１１個の歯を有する駆動スプロケットによって駆動され支持さ
れる狭いループで通過する０.５インチ（１.２７cm）ピッチの２７８個の歯を有
していた）。駆動比は、フィルターの支持体を巻き付けるための鎖ループの各々
の完全な回転について５０の速度と１０／１１１の回転数でスピンドルが回転す
るように、設定された。マンドレルは、６５インチ（１６５cm）の長さと１.７５インチ（４.４５cm）の外径を有し、各々の端部において閉塞要素を有する管であった。端部閉塞要素のうちの一つは円錐形のもので、円錐の各々の側面で約
３０度の傾斜を有し、また軸部に装着された０.５０インチ（１.２７cm）の直径
の駆動シャフトを有していた。第二の端部閉塞要素は半球形（直径１.７５インチ（４.４５cm））のもので、軸部に装着された０.２５インチ（０.６４cm）の駆動シャフトを有していた。マンドレルは、横断する糸ガイドによって長手に沿
って横断するような位置になるようにスピンドルに装着されて駆動された。マン
ドレルは、０.５０インチ（１.２７cm）のシャフトを介してスピンドルに装着さ
れて駆動され、ベアリング内で０.２５インチ（０.６４cm）のシャフトで支持さ
れた。マンドレルは鎖駆動横断ガイドに平行に装着され、ガイドがマンドレルの
表面から約０.７５インチ（１.９１cm）の距離のところでマンドレルの表面上を
横断するようにされて、横断行程は、０.２５インチ（０.６４cm）のシャフト上
の半球形の閉塞要素の後ろ約０.７５インチ（１.９１cm）の位置から０.５インチ（１.２７cm）のシャフト上の円錐形の閉塞要素の後ろ約０.７５インチ（１. ９１cm）の位置までに及んだ。

【００５４】実施例１と３について、プラスチックの挿入環であって、７mmの壁厚と環軸に
対して４５度の端部を有する挿入環が、円錐形の端部の近傍でマンドレルに挿入
されて、フィルター支持体上にフランジが形成された。

【００５５】実施例２について、６インチ（１５.２cm）の横断行程を有し、閉塞端を輪郭付けるためにこの横断行程を調整するための手段を有する単独の巻き付け器を用
いて、フィルターのフランジ部分のための挿入環が形成された。駆動比は、横断
カムの各々の完全な回転について４の速度と１１／１８０の回転数でスピンドル
が回転するように設定され、それによって支持体の巻き付け角度と同じ巻き付け
角度が挿入環において与えられた。１.７５インチ（４.４５cm）の外径を有する
短い管からなるマンドレルがスピンドルに装着され、これを０.００２インチ（０.００５cm）の厚さを有する２層の ”マイラー（Ｍylar）”ポリエステルフィ
ルムで包むことによって、巻き付けたユニットの取り出しが容易になるようにし
た。このマンドレルは、水性Ａ-１７アルミナのスラリーで被覆された９０グラムのＳ-ガラス（Ｓ-２ＣＧ１５０１/２６３６、Ｏwens-Ｃorning Ｆiberglas Ｃorporation（オハイオ州トレド（Ｔoledo））から入手できる）で包まれた。
その被覆の塗布量は、乾燥後にそのスラリーからの５０〜６０wt％のセラミック
と供給糸から誘導された４０〜５０wt％のセラミックを有するユニットが形成さ
れるような量であった。巻き付けた状態での挿入環は、およそ１.７５インチ（４.４５cm）の内径と３/８インチ（０.９５cm）の壁厚を有する円筒形のもので、円筒壁の端部はおよそ４５度の傾斜を有していた。この挿入環は、まだ湿潤し
ている間にマンドレルから取り出され、そして上述の主単繊維巻き付け器上のマ
ンドレルに移された。挿入環は、マンドレルの真っすぐな管部分が、挿入環の端
部と、管と半球形の端部閉塞要素の接合部との間で、約５７インチ（１４５cm）
露出するような位置に装着された。

【００５６】上述の挿入環とプラスチックの挿入環のいずれかをマンドレルに装着した状態
で、フィルター支持体のユニットがマンドレル上に巻き付けられた。巻き付けは
、スピンドルの回転速度をおよそ５００〜５２０回転／分にして実施された。最
終の（焼成された）支持体ユニットは、外表面に約１７５〜２５０ミクロンの寸
法のダイヤモンド形の開口を有していた。

【００５７】試験方法膜層の密度と多孔度は、水銀多孔度測定法を用いて測定された。二つの方法の
うちのいずれかを用いて、多孔度測定のための膜の試料が調製された。膜層は、
キャンドルのアセンブリを焼成する前に、支持体から容易に離脱させることがで
きる。次いで、離脱させた膜層は高温で焼成され、そして多孔度測定に供される
。あるいは、膜の試料は、高温で焼成したキャンドルのアセンブリの試料から支
持体層を掻き取ることによって調製することもできる。中間の空孔サイズがミク
ロン単位で報告され、多孔度が容積％で報告される。中間の空孔サイズは最大の
侵入容積において得られる値である。

【００５８】平均の酸化物組成はＸ線蛍光分光分析法を用いて測定された。試料と標準物質
は四硼酸リチウムの融剤中で溶融され、これら対象要素についてのＸ線放射ライ
ンが測定された。結果は、１３０℃で乾燥された試料を用いて重量％として報告
される。

【００５９】結晶質相の組成は、Ｃu Ｋ-アルファ放射線を用いるシンタグパッド（Ｓcinta
g Ｐad）Ｘシータ-シータ回折計を用いてＸ線回折を用いて測定された。下記の条件が用いられた：４５キロボルト・４０ミリアンペアで操作される銅管、ゴニ
オメーター半径２５０mm、ビーム発散０.２４度、散乱スリット０.４３度、受け
スリット０.２mm、ゲルマニウム固体素子検出器バイアス１０００Ｖ、走査速度・毎分０.２度・２シータ、チョッパー増分０.０３度・２シータ、走査範囲３〜
１１２度・２シータ（一晩中の走査）、１インチ平方のアルミニウム樹脂溜り式
試料ホルダー中の濾紙に対して前面パックした試料、単一試料交換器。試料は、
マックローン（ＭcＣrone）振動ミル中でコランダムの粉砕要素を用いてアセトン中で５分間湿式粉砕され、そしてヒートランプの下で乾燥された。結晶質相の
割合（％）が、内部標準として２０％の蛍石を含む標準材料の混合物を基準にし
て測定された。用いられた標準材料は、ＮＩＳＴ（ＮＢＳ）６７４アルファアル
ミナ、（コランダム）、バイコウスキー（Ｂaikowski）高純度コーディエライト
（インド石）標準、クアーズ（Ｃoors）ムライト標準、ＮＩＳＴ（ＮＢＳ）１８
７９クリストバライト、ＮＩＳＴ（ＮＢＳ）１８７８石英、およびクアーズ（Ｃ
oors）スピネル標準であった。試料自体は内部標準と混合されなかったが、しか
し、各々の測定された強度を各々の参照強度比で割った後、１００％結晶質組成
まで標準化された。分析ラインは次の通りであった：１０.４、１８.２、および
２９.５度におけるインド石、１６.５および２６.１度におけるムライト、２５.
６および５２.６度におけるコランダム、２１.８度におけるクリストバライト（
インド石に対して補正された重なり）、および２０.８度における石英。

【００６０】実施例１本実施例は本発明に従うセラミックフィルターの製造を例証し、この場合、膜
層は支持体の外表面に付加され、またそれは織られたガラス織物を用いて形成さ
れる。

【００６１】混合容器内に７.０Ｌの水と２０.０mlのギ酸を充填することによって、アルミ
ナのスラリーが調製された。１３〜１５nmの平均粒径を有するヒュームドアルミ
ナ（Ｄegussa Ｃorp.（ニュージャージー州Ｒidgefield）によって製造され、販
売されている）が、撹拌しながらゆっくり添加された。この分散液のｐＨはギ酸を用いて４.０〜４.１に調整された。このｐＨにおいて２時間安定させた後、
１１.０kgのグレードＡ-１７アルミナ（平均粒径２〜３ミクロン、Ａlcoa Ｉndu
strial Ｃhemicals Ｄiv.（アーカンソー州Ｂauxite）によって製造され、販売されている）が何回かに分けて添加され、一晩撹拌された。スラリーにグリセロ
ールが、スラリーの全重量を基準にして３wt％の量で添加された。分散液の固体
含有量は６２〜６５wt％で、粘度は水を添加することによって１４０センチポア
ズに調整された。この粘度は＃１スピンドルを用いてブルックフィールド粘度計
（モデルＮo.ＲＶ１）で測定された。

【００６２】６５.２％のＳiＯ₂、２３.８％のＡl₂Ｏ₃、および１０.０％のＭgＯを含み、水性被覆組成物（Ｓガラス、表示Ｓ-２ＣＧ１５０１/２６３６、Ｏwens-Ｃo
rning Ｆiberglass Ｃorporation から市販されている）による湿潤を促進するための親水性サイズ剤を有する２プライのガラス糸（１５０単繊維／プライ）が
、ボール引張り装置を通して供給され、アルミナスラリーを通過させ、過剰なス
ラリーを除去するために直径０.０１７インチ（０.０４３cm）のサイジング孔を
通して引き抜かれた。サイジング孔によって糸に付加されるスラリーの量がコン
トロールされ、これによって、乾燥後は、支持体におけるセラミックの約５０〜
６０重量％はスラリーからのもので、約４０〜５０重量％は糸からのものであっ
た。次いで、糸は単繊維巻き付け機械の横断アームに付属したガイドを通され、
そして０.００２インチ（０.００５cm）の ”Ｍylar”ポリエステルフィルムの２層で包んだ上述の輪郭を有するマンドレル上に巻き付けられた。約１０００グ
ラムの糸がマンドレル上に巻き付けられた後、巻き付けは停止され、このとき支
持体は所望の外径（およそ６０mm）になった。室温で一晩乾燥した後、巻き付け
したマンドレルを高くなったフランジ部分のほぼ中央（プラスチックの挿入環の
位置を示す）で切断し、そしてマンドレルの両端から２つのピースを除去するこ
とによって、単繊維を巻き付けた管はマンドレルから除去された。

【００６３】外側の膜層は次のようにして支持体に付加された。Ｂurlington Ｇlass Ｆabr
ic（バージニア州Ａltavista）から市販されているＳ-２ガラスの織物（平織、１.５オンス/平方ヤード）が、管の長さと円周の各々にほぼ等しい長さと幅の切
片に切断された。各々の切片で管の本体を包み込み、グレードＡ-１６アルミナ（平均粒径０.４５ミクロン、Ａlcoa によって製造され、販売されている）を含
有するアルミナスラリー（５５〜６０重量％の固体含有量、３wt％のグリセロー
ル、および１００〜１２０cps の粘度を有する）が織物の上にはけ塗りされた。
織物は管のフランジと下端には付加されなかった。織物の追加の層が付加される
前に織物がまだ湿っている間に、湿ったスポンジでこすることによって織物にお
ける全ての皺を無くした。織物の２つの追加の層が同様の方法で付着され、織物
の各々の層における端部の閉じている箇所が最終のフィルターにおいておよそ１
２０度離れるようにした。全ての織物が付加された後、管は室温で一晩乾燥され
た。次いで、それはマッフル炉の中で７００℃で１時間低温焼成され、揮発性成
分が除去されて、また構造が安定化された。

【００６４】フランジ部分は、アルミナスラリー（上述のヒュームドアルミナ/Ａ-１７アル
ミナ）中に１時間浸漬し過剰な部分を排出することによって、強化され塞がれた
。Ｓ-２ガラス繊維の塊がフィルターの下端の穴に挿入され、次いで下端はＡ-１
７アルミナスラリー中に浸漬された。完全に乾燥し、７００℃で１時間焼成した
後、フィルターは高温の炉中で焼成された。温度は約４０分で８００℃まで上げ
られ、約２０分保持され、次いで２℃／分の速度で１３００℃まで上げられ、２
時間保持され、次いで１℃／分の速度で１３８０℃まで上げられ、２時間保持さ
れ、そして５℃／分の速度で８００℃まで冷却され、次いで２００℃まで炉中で
無制御冷却された。次いで、フィルターは炉から取り出され、そして空気中で室
温まで冷却された。水銀多孔度測定法を用いて測定したところ、膜層は、１.６２g/cc のかさ密度、３９％の多孔度、および０.４５ミクロンの中間の空孔直径
を有していた。Ｘ線蛍光分析によって測定されたフィルターの平均の酸化物組成
は、２７％のシリカ、６８％のアルミナ、および４％のマグネシアであった。Ｘ
線回折法によって測定された結晶質相の組成は、３５％のコーディエライト（イ
ンド石）、６％のムライト、５０％のコランダム、および９％のクリストバライ
トであった。

【００６５】実施例２本実施例は本発明のセラミックフィルターの製造を例証し、外側の膜層は円形
巻き付けによって形成される。

【００６６】フィルターの支持体は実施例１において説明したのと同様の方法で調製された
が、しかしフランジ部分を形成するためには、プラスチックの挿入環の代わりに
単繊維を巻き付けた挿入環が用いられた。支持体要素をマンドレルから除去する
ために切断するとき、巻き付け挿入環も切断し、それによって最初の挿入環の部
分が支持体のフランジ部分に残るようにした。上に支持体を巻き付けたマンドレ
ルは、膜層を形成するために特製の巻き付け機械にすぐに移された。

【００６７】支持体の表面上にガラス糸（Ｏwens-Ｃorning、Ｓ-２ＣＧ１５０１/２６３
６）を円形（環状）巻き付けすることによって、外側の膜が支持体に付加された
。膜層を形成するために用いられた単繊維巻き付け機械はスクリュー駆動横断要
素を有し、駆動比は、横断ガイドが１インチ（２.５４cm）移動するときにスピンドルが７５回転の速度で回転するように設定され、それによって管の表面で糸
は７５本/インチ（３０本/cm）の間隔で設けられるようにされた。隣接する糸の
巻き付けは、互いに重ならないようにしてできるだけ近接するようにされた。糸
はＡ-１７/ヒュームドアルミナのスラリー中に浸漬され、巻き付けを行う前に０
.０１７インチ（０.０４３cm）のサイジング孔を通して引き抜かれた。支持体の
表面上に約６０グラムの糸が巻き付けられ、それによって、その長さにわたって
単層の巻き付けが形成された。円形巻き付けはフィルターの長さ全体、下端、お
よびフランジ部分にわたって行われた。周囲温度で一晩（１２〜１６時間）乾燥
した後、管は実施例１で説明したようにしてマンドレルから除去された。欠陥を
点検した後、フィルターユニットは７００℃で２時間焼成された。次いで、下部
の穴はＳ-ガラスの糸の塊で充填された。管のフランジ部分と下部分はＡ-１７/ ヒュームドアルミナのスラリー中に浸漬され、過剰な部分は排出され、そして完
全に乾燥された。次いで、支持体と膜を組み合わせたものは、実施例１で説明し
たようにして高温焼成された。

【００６８】水銀多孔度測定法を用いて測定したところ、膜層は、１.６１g/cc のかさ密度
、３９％の多孔度、および０.４３ミクロンの中間の空孔直径を有していた。Ｘ線蛍光分析によって測定されたフィルターの平均の酸化物組成は、２７％のシリ
カ、６８％のアルミナ、および４％のマグネシアであった。Ｘ線回折法によって
測定された結晶質相の組成は、３３％のコーディエライト、８％のムライト、４
９％のコランダム、および１０％のクリストバライトであった。

【００６９】実施例３本実施例は本発明のセラミックフィルターの製造を例証し、外側の膜層は複数
糸の巻き付けによって形成される。

【００７０】フィルターの支持体要素は実施例１において説明したようにして調製された。外側の膜層は、支持体を形成するのに用いられたものと同じ単繊維巻き付け機
械を用いて形成された。Ｓ-２ＣＧ１５０１/２６３６のガラス糸の３つの異なるボビンからの糸が一緒にされて、引張り装置を通して供給され、実施例１で
説明したようにしてＡ-１７/ヒュームドアルミナスラリーに浸漬され、直径０. ０２５インチ（０.６４mm）のサイジング孔を通して引き抜かれ、そして支持体上に巻き付けられた。膜層を巻き付けるのに、支持体について用いられたのと同
じ巻き付け角度、マンドレル回転速度、および横断アーム速度が用いられた。糸
の２つの層がマンドレル上に巻き付けられるまで巻き付けが続けられ、それによ
って糸は支持体の表面全体を覆った。一晩乾燥した後、実施例２において説明し
たようにして下端とフランジ部分は処理された。次いで、このアセンブリは実施
例１において説明したようにして高温焼成された。

【００７１】水銀多孔度測定法を用いて測定したところ、膜層は、１.７５g/cc のかさ密度
、３７％の多孔度、および０.６４ミクロンの中間の空孔直径を有していた。Ｘ線蛍光分析によって測定された平均の酸化物組成は、２７％のシリカ、６８％の
アルミナ、および４％のマグネシアであった。Ｘ線回折法によって測定された結
晶質相の組成は、３５％のコーディエライト、６％のムライト、５０％のコラン
ダム、および９％のクリストバライトであった。

【００７２】実施例４本実施例は本発明のセラミックフィルターの製造を例証し、膜層は支持体の内
表面と外表面の両方に付加され、そして円形巻き付けによって形成される。

【００７３】内側の膜は、セラミック粒子のスラリーで湿潤したガラス糸をプラスチックで
包んだマンドレルの回りに円形巻き付けすることによって形成された。（実施例
１において説明したようにして）マンドレルを調製した後、（実施例２において
説明したようにして）単繊維を巻き付けた挿入環は、マンドレルの真っすぐな管
部分が、挿入環の端部と、管と半球形の端部閉塞要素の接合部との間で、約５７
インチ（１４５cm）露出するような位置に装着された。次いで、実施例２で用い
たのと同じ円形（環状）巻き付け機械上にマンドレルが設置されたが、しかし、
スピンドルは、横断ガイドが１インチ（２.５４cm）移動するときに約７１.６回
転の速度で回転するように設定され、それによって管の表面で糸は約７１.６本/
インチ（２８本/cm）の間隔で設けられるようにされた。Ｏwens-Ｃorning ”Ｓ-
２ＣＧ１５０１/２６３６”ガラス糸がＡ-１７/ヒュームドアルミナのスラリ
ー中に浸漬され、巻き付けを行う前に０.０１５インチ（０.０３８cm）の直径の
サイジング孔を通して引き抜かれた。およそ６０グラムの糸を用いて、マンドレ
ルは、管と半球形の端部閉塞要素の接合部から、単繊維を巻き付けた挿入環の端
部までの間で包み込まれた。

【００７４】糸がまだ湿潤している間に、フィルターの支持体は、実質的に実施例１で説明
したように、鎖駆動単繊維巻き付け機械を用いて敷設された。支持体は、半球形
の端部、内側の膜、および単繊維巻き付け挿入環の上に巻き付けられた。

【００７５】支持体が完成した後、支持体は円形（環状）巻き付け機械上に戻され、このユ
ニットのフランジと先端部が、以下のようにして、アルミナスラリーを浸透させ
ることによって強化された。マンドレルが１００ＲＰＭで回転している間に、実
施例１で説明したおよそ２０cc のＡ-１７/ヒュームドアルミナのスラリーが上にゆっくり注がれ、ユニットの先端部の約２インチ（５.１cm）の部分に吸収された。同様にして、追加の２０cc のスラリーがフランジ領域に、フランジの肩部から挿入環の下１.５インチ（３.７cm）の位置まで、付加された。スラリーが
先端部とフランジに毛管作用によって吸収され、そして表面上に過剰なスラリー
が存在しなくなったとき、外側の膜は、実質的に実施例２で説明したようにして
、支持体層の上に環状巻き付けされた。各々の巻き付け工程が行われている間、
少なくとも３０％の水分濃度が維持された。

【００７６】回転を維持している間、浸透させた領域を乾燥するために、ヒートガンが少な
くとも２０分間用いられた。次いで、マンドレルは巻き付け機械から取り出され
、垂直の支持体ラックの中に置かれた。

【００７７】周囲温度（例えば約２０℃）で一晩（約１２〜１６時間）乾燥した後、内側の
膜、支持体層、および外側の膜からなる管は、実施例１で説明したようにして、
マンドレルから除去された。

【００７８】欠陥を点検した後、ユニットの先端にある開口は、下記の組成からなるペース
トで充填された：重量％で、約６８％の実施例１で説明したＡ-１７/ヒュームド
アルミナのスラリー、約３％の短いステープルのＳ-ガラス糸、および約２９％の部分的に焼成したアルミナ被覆Ｓ-ガラス粒子（例えば、Ｓ-ガラス糸を上述の
ようにしてマトリックスのスラリーで被覆し、次いでおよそ７００℃まで加熱し
てガラス糸を部分的に結晶化し、次いで細かく粉砕したもの）。

【００７９】フィルターは１３８０℃のピーク温度まで焼成され、次いで実施例１で説明し
たサイクルが実施された。実施例５実施例４で説明したフィルターと実質的に同じ方法でセラミックフィルターが
調製された。ただし下記の顕著な例外を伴っていた。

【００８０】内側の膜層は形成されなかった。（図３Ａに示すように）外側の膜を巻き付け、実施例１で説明したようにして
約７００℃で焼成して構造を安定化した後、膜は下記の組成を有する水性スラリ
ーで被覆された：等重量部の、粒度４００の３８Ａlundum（登録商標）アルミナ
粒子（平均粒径２３ミクロン、Ｎorton-Ｓt.Ｇobain（マサチューセッツ州Ｗorc
ester）から）およびＢluonic（登録商標）コロイド状アルミナ（Ｗesbond Ｃor
p.（デラウェア州Ｗilmington）から）。スラリーは、単繊維巻き付け支持体の外表面にはけ塗りによって塗布された。スラリーの液体成分は支持体によって短
時間で吸収され、表面上に粒子の堆積が残った。過剰のアルミナ粒子は表面を手
で弱くこすることによって除去され、次いでフィルターは室温で一晩乾燥された
。次いで、得られたフィルターは再度マッフル炉の中で約７００℃で１時間低温
焼成されて、揮発性成分が除去された。環状膜の上にある粒子のように、充填材
料をこのように添加することによって形成された濾過表面もまた、”組み合わせ
膜”であると考えられる。

【００８１】実施例６本実施例は、特に、”組み合わせ”タイプの膜を特徴とする単繊維巻き付けセ
ラミック熱ガスフィルターの製造を例証する。

【００８２】最初に、糸を被覆するためのスラリーが、混合容器に約９０kgの ”Ｃhorhydr
ol（登録商標）５０％”アルミニウムクロロハイドレート溶液（Ｒeheis,Ｉnc. 、ニュージャージー州Ｂerkeley Ｈeights）を充填することによって調製された
。撹拌している間、この溶液に約１１３kgのグレードＡ-１７アルミナ粉末（平均粒径２〜３ミクロン、Ａlcoa Ｉndustrial Ｃhemicals Ｄiv.（アーカンソー州Ｂauxite）と約１４３５ｇの塩酸が添加された。

【００８３】次いで、後にフィルター管の部分を形成するために、（前述の）単繊維巻き付
け挿入環が、マンドレル上の（前述の）５７インチ（１４５cm）の位置の近傍に
挿入された。

【００８４】６５.２％のＳiＯ₂、２３.８％のＡl₂Ｏ₃、および１０.０％のＭgＯを含み、水性被覆組成物（Ｓガラス、表示Ｓ-２ＣＧ１５０１/２６３６、Ｏwens-Ｃo
rning Ｆiberglass Ｃorporation から市販されている）による湿潤を促進するための親水性サイズ剤を有する２プライのガラス糸（１５０単繊維／プライ）が
、ボール引張り装置を通して供給され、アルミナスラリーを通過させ、過剰なス
ラリーを除去するために直径０.０１７インチ（０.０４３cm）のサイジング孔を
通して引き抜かれた。サイジング孔によって糸に付加されるスラリーの量がコン
トロールされ、これによって、乾燥後は、支持体におけるセラミックの約５０〜
６０重量％はスラリーからのもので、約４０〜５０重量％は糸からのものであっ
た。次いで、糸は単繊維巻き付け機械の横断アームに付属したガイドを通され、
そして０.００２インチ（０.００５cm）の ”Ｍylar”ポリエステルフィルムの２層で包んだ上述の輪郭を有するマンドレル上に巻き付けられた。約１０００グ
ラムの糸がマンドレル上に巻き付けられた後、巻き付けは停止され、このとき支
持体は所望の外径（およそ６０mm）になった。

【００８５】次いで、上に支持体と挿入環を伴ったマンドレルは、特製の巻き付け機械に移
された。次いで、フィルターユニットのフランジ端部は下記のようにして強化さ
れた。マンドレルが約１００ＲＰＭで回転している間、糸の被覆のために用いら
れたおよそ２０cc の上述のアルミナのスラリーがフランジ領域に、フランジの肩部から挿入環の下１.５インチ（３.７cm）の位置まで、ゆっくり注がれた。ス
ラリーがフランジに毛管作用によって吸収され、そして表面上に過剰なスラリー
が存在しなくなったとき、膜層の形成を開始した。

【００８６】膜層の糸の部分は円形巻き付けによって付加された。特に、膜層を形成するた
めに用いられた単繊維巻き付け機械はスクリュー駆動横断要素を有し、駆動比は
、横断ガイドが１インチ（２.５４cm）移動するときにスピンドルが４６.８回転
の速度で回転するように設定され、それによって管の表面で糸は４６.８本/イン
チ（１８.４本/cm）の間隔で設けられるようにされた。この間隔は、巻き糸の間
に糸の幅にほぼ等しい隙間が生じるものである。糸はＡ-１７/Ｃhlorhydrol（登
録商標）アルミナのスラリー中に浸漬され、巻き付けを行う前に０.０１７インチ（０.０４３cm）のサイジング孔を通して引き抜かれた。円形巻き付けはフィルターの長さ全体、下端、およびフランジ部分にわたって行われた。巻き付けが
行われている間、少なくとも３０％の水分濃度が維持された。

【００８７】回転を維持している間、強化した領域を乾燥するために、ヒートガンが少なく
とも２０分間用いられた。次いで、フィルターとマンドレルは巻き付け機械から
取り出され、垂直の支持体ラックの中に置かれた。

【００８８】周囲温度で一晩（約１２〜１６時間）乾燥した後、フィルターの端部が切断さ
れて、マンドレルを取り除くことができるようにした。フィルターの挿入環部分
が輪切りされて、最初の挿入環の部分が支持体層のフランジ部分に残された。次
いで、フィルターは、塩酸スクラバーを装備したマッフル炉中で周囲温度から約
７００℃まで加熱された。この低温焼成温度に約１時間維持した後、炉とその収
容物は、炉を冷却するために放置された。

【００８９】次いで、管の先端を閉鎖し、また膜層における巻き糸の間の隙間を充填するた
めのペーストが調製された。具体的には、約９８０ｇの脱イオン水が開放容器の
中で計量された。撹拌している間、約２０ｇの ”Ｓuperloid”アルギン酸アンモニウム（Ｋelco Ｃo.、（カリフォルニア州Ｓan Ｄiego））が添加された。ゲ
ル粒子が存在しない滑らかに流動する溶液が得られるまで、この混合物の撹拌が
続けられた。次いで、撹拌を続けながら、約３３０ｇのタルク（グレードＭＰ１２-６２、製造元Ｍinerals Ｔechnologies）が溶液に添加された。タルクが均一に分散したとき、追加の２７００ｇの粒度３２０の３８Ａlundum（登録商標
）アルミナ粒子（平均粒径３２ミクロン、Ｎorton-Ｓt.Ｇobain（マサチューセッツ州Ｗorcester）から）がゆっくり添加された。明らかな塊または凝集物の存
在しない滑らかなペーストが得られるまで、混合が続けられた。

【００９０】低温焼成したキャンドルフィルターはマンドレルに再び挿入され、そして巻き
付け機械の上に戻された。マンドレルはおよそ１００ＲＰＭで回転され、その間
、プラスチック製のへらを用いて粒子のペーストがフィルターの表面に塗布され
、表面全体が覆われた。次いで、きれいなへらを用いて十分な圧力と ”引きづり（drag）”が適用されて、過剰な材料の大部分が除去された。管壁の概略断面
図は図３Ｂに示されている。

【００９１】マンドレルからキャンドルフィルターを再び取り出した後、キャンドルの先端
の直径１/４インチ（６mm）の開口が、上述のペーストで充填された。一晩乾燥した後、直径１.２５インチ（３２mm）で長さ４インチ（１０２mm）の４０ワットの電球がフィルターの開放端の中に挿入された。室内の全ての照明が消され、
フィルターの表面が検査された。光の明るい点（”ピンホール”）があった全て
の位置で、追加の粒子ペーストが塗布された。

【００９２】次いで、キャンドルフィルターは次のようにして高温焼成された。キャンドル
フィルターは、およそ周囲温度（例えば約２０℃）で空気雰囲気炉の中に置かれ
た。炉の温度は約４０分で約８００℃まで上げられ、約１時間保持され、次いで
約２℃／分の速度で約１３００℃まで上げられ、２時間保持され、次いで約１℃
／分の速度で１３８０℃まで上げられ、約２時間保持され、約５℃／分の速度で
約８００℃まで冷却され、そして最後に約２００℃まで炉中冷却された。次いで
、炉が開けられ、その収容物は周囲温度まで自然冷却された。

【００９３】実施例７実質的に実施例５に従ってセラミック熱ガスフィルターが製造された。ただし
、環状に巻き付けた単繊維または糸は膜層を構成していない。膜層のためのスラ
リーがはけ塗りによって塗布され、過剰な粒子がフィルター管から弱くこすり取
られた。管壁の概略断面図は図３Ｃに示される。

【図面の簡単な説明】

【図１Ａ】図１Ａは、本発明のフィルター要素の一実施態様の概略的な斜視図であり、任
意のフランジ環部分を含む。

【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａの１Ｂ−１Ｂ線に沿うフィルター要素の断面図である。

【図１Ｃ】図１Ｃは、図１Ａの１Ｃ−１Ｃ線に沿うフランジ部分の断面図である。

【図１Ｄ】図１Ｄは、図１Ａの１Ｄ−１Ｄ線に沿うフランジ部分の断面図である。

【図１Ｅ】図１Ｅは、図１Ａの１Ｅ−１Ｅ線に沿う閉塞端の断面図である。

【図２】図２は、本発明の一実施態様に含まれる支持層における糸からなる二つの層の
重なりによって形成された開口を示す。

【図３Ａ〜３Ｃ】図３Ａ〜３Ｃは、フィルター壁の断面図であり、膜層の種々の変形の構成を例
示する。

【手続補正書】

【提出日】平成１２年１月１８日（２０００．１．１８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００３】セラミック製の熱ガスキャンドルフィルターは、８００℃以上の温度において
化学的に腐食性のガス流れへの暴露に耐えられなければならない。さらに、それ
はバックパルスクリーニングの間にかなりの熱応力を受け、それによってセラミ
ックキャンドルフィルター要素の重大な破壊が生じる場合がある。国際公開（Ｗ
Ｏ）９６/４１６７２号は、緊密に巻き付けた糸を含む外側の膜層を有するキャンドルフィルターであって、隣接する糸の巻きの間に隙間が存在しないものを開
示している。また欧州特許公開（ＥＰ-Ａ）０６７９４２５号は、支持体構造の上にあってこれを取り囲んでいる外側の連続したセラミックの表皮を有するキャ
ンドルフィルターを開示している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ラジェンドラン，ゴヴィンダサミー・パラマシヴァムアメリカ合衆国ペンシルバニア州19061, ブースウィン，シーダー・ミル・コート６ (72)発明者チャンバース，ジェフリー・アレンアメリカ合衆国デラウェア州19707，ホッケシン，キングス・グラント・ロード 52 (72)発明者ドマンスキ，ダニエル・マシューアメリカ合衆国デラウェア州19720，ニュー・キャッスル，オールド・フォージ・ロード 1017 Ｆターム(参考） 4D019 AA01 BA04 BA05 BA06 BB02 BB12 BB13 BB15 BB18 BC11 BC12 BD01 CA03 CB06 4D058 JA02 JA60 JB05 JB06 JB24 JB29 JB32 JB41 KA03 SA20 UA11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下記の要素を有するセラミック製熱ガスフィルター：多孔質の細長いフィルター支持体であって、前記支持体は、外表面と、一端に
設けられていて一部が内表面によって画定された中空の内部とつながっている開
口と、前記開口端の反対側の閉塞端と、前記開口端と一体になった外部フランジ
とを有し、前記支持体は酸化物セラミックの糸からなる複数の層から形成されて
いて、各々の層は隣接する層と十字形に交差する関係になるように配置されてい
て、それによって複数の四角形の開口が形成されていて、前記糸は第一の酸化物
セラミック材料で被覆されていて、前記第一の酸化物セラミック材料は熱処理さ
れて多孔質で耐火性の酸化物支持体マトリックスを形成している；および前記支持体の外表面または内表面と接触している多孔質の膜層であって、前記
膜層は前記支持体よりも多孔度が小さく、また前記膜層は下記の要素（１）およ
び（２）を含む：（１）少なくとも一つの環状に巻き付けた連続単繊維酸化物セ
ラミックの糸であって、前記セラミックの糸の隣接する巻き糸はそれらの間に隙
間が画定されていて、前記糸は第二の酸化物セラミック材料で被覆されている、
および（２）前記膜の表面内に配置されていて、そこで実質的に均一に分配され
ている少なくとも一つのセラミック充填材料。
【請求項２】請求項１に記載のフィルターであって、前記少なくとも一つ
のセラミック充填材料は粒子状酸化物セラミック材料からなる。
【請求項３】請求項１に記載のフィルターであって、前記少なくとも一つ
のセラミック充填材料は、粉末、粒子、ウィスカー、切断した繊維、板状体、フ
レーク、球状体、管状体、およびペレットからなる群から選択された形態を有す
る。
【請求項４】請求項１に記載のフィルターであって、前記フィルターは、
フィルターの全結晶質含有量に基づいて、約２５〜４０％のコーディエライト、
５〜１５％のムライト、４０〜６０％のコランダム、および０〜１０％のクリス
トバライトからなる結晶質組成を有する。
【請求項５】請求項１に記載のフィルターであって、前記四角形の開口は
熱処理後に約１００〜約５００ミクロンの寸法を有する。
【請求項６】請求項１に記載のフィルターであって、前記膜層は約０.１〜約５０ミクロンの直径を有する空孔を画定している。
【請求項７】請求項１に記載のフィルターであって、前記膜層は約５〜約
２５ミクロンの直径を有する空孔を画定している。
【請求項８】請求項７に記載のフィルターであって、前記空孔の平均サイ
ズとサイズ分布は、前記膜層の円周と長さに沿って実質的に一様である。
【請求項９】請求項１に記載のフィルターであって、前記第二の酸化物セ
ラミック材料は熱処理されて多孔質で耐火性の酸化物膜マトリックスを提供する
。
【請求項１０】請求項９に記載のフィルターであって、前記フィルターの
全重量の約４０〜約７０％は前記支持体のマトリックスと前記膜のマトリックス
の合計の重量である。
【請求項１１】請求項１に記載のフィルターであって、前記支持体の糸は
前記連続単繊維膜の糸と概ね同じ組成を有し、前記第一の酸化物セラミック材料
は前記第二の酸化物セラミック材料と同じ概ね組成を有する。
【請求項１２】請求項１に記載のフィルターであって、前記第一および第
二の酸化物セラミック材料の各々はＡl₂Ｏ₃からなる。
【請求項１３】下記の要素を有するセラミック製熱ガスフィルター：多孔質の細長いフィルター支持体であって、前記支持体は、外表面と、一端に
設けられていて一部が内表面によって画定された中空の内部とつながっている開
口と、前記開口端の反対側の閉塞端と、前記開口端と一体になった外部フランジ
とを有し、前記支持体は酸化物セラミックの糸からなる複数の層から形成されて
いて、各々の層は隣接する層と十字形に交差する関係になるように配置されてい
て、それによって複数の四角形の開口が形成されていて、前記糸は酸化物セラミ
ック材料で被覆されていて、前記酸化物セラミック材料は熱処理されて多孔質で
耐火性の酸化物支持体マトリックスを形成している；および前記支持体の外表面上または内表面上に配置された多孔質の膜層であって、前
記膜層は前記支持体よりも多孔度が小さく、また前記膜層は、本質的に、約０. １〜約５０ミクロンの寸法を有する隙間を画定している複数の本体部分を構成し
ている少なくとも一つのセラミック充填材料からなる。
【請求項１４】下記の工程を含む、セラミック熱ガスフィルターを製造す
る方法：多孔質の細長いフィルター支持体を製造するための工程であって、セラミック
酸化物の支持体の糸を第一の被覆組成物で被覆し、前記被覆されたセラミック酸
化物支持体の糸をマンドレル上に巻き付け、それによって前記被覆された支持体
の糸からなる複数の層を形成する工程、このとき、各々の層は隣接する層と十字
形に交差する関係になるように配置され、それによって複数の四角形の開口が形
成され、前記マンドレルは、前記開口の一つと隣接して前記内側の膜との一体部
分として外部フランジが与えられるような輪郭にされ、前記第一の被覆組成物は
熱処理されて多孔質で耐火性の酸化物支持体マトリックスを形成する；前記多孔質のフィルター支持体の上に少なくとも一つの連続単繊維酸化物膜の
糸を巻き付ける工程であって、前記巻き付けは、前記糸の隣接する巻きの間に意
図的な隙間が実質的に残らないようにして行われる；前記環状に巻き付けた糸の上に少なくとも一つのセラミック充填材料を配置し
、それによって前記糸の隣接する巻きの間の意図的でない隙間の全てを充填する
工程；過剰なセラミック充填材料を除去し、それによって膜層を形成する工程；およ
び前記支持体と膜層を焼成する工程。
【請求項１５】請求項１４に記載の方法であって、前記少なくとも一つの
前記第一の被覆組成物または前記第二の被覆組成物は、セラミック酸化物粒子の
水性スラリーからなる。
【請求項１６】請求項１５に記載の方法であって、前記セラミック酸化物
の粒子はＡl₂Ｏ₃からなる。
【請求項１７】請求項１５に記載の方法であって、前記水性スラリーはさ
らに懸濁剤を含む。
【請求項１８】請求項１４に記載の方法であって、前記支持体の糸は約６
１〜６６wt％のＳiＯ₂、２４〜２６wt％のＡl₂Ｏ₃、および９〜１０wt％のＭgＯ
を含む。
【請求項１９】請求項１４に記載の方法であって、前記第一の被覆組成物
または前記第二の被覆組成物のうちの少なくとも一つはセラミック酸化物の先駆
体からなる。
【請求項２０】請求項１４に記載の方法であって、前記連続単繊維酸化物
膜の糸は、環状巻き付けおよび複数糸の巻き付けからなる群から選択される方法
を用いて付加される。
【請求項２１】請求項１４に記載の方法であって、前記支持体の糸と前記
連続単繊維膜の糸の各々は、少なくとも２０重量％のアルミナを含み、約７５０
℃以上の軟化点を有する。