JP2011147872A - Laminated/sintered filter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、各種流体のろ過に用いられる金属製フィルターに関するもので、その使用条件や被ろ過物の特性などから、特に優れた耐久性ならびに洗浄性が求められる用途に好適なものである。 The present invention relates to a metal filter used for filtration of various fluids, and is suitable for applications that require particularly excellent durability and detergency from the conditions of use and the characteristics of an object to be filtered.
化成品、食品、医薬品などの製造プロセスでは、安定した品質と高い生産効率を実現するために原料、中間体、あるいは製品である流体（液体、気体）から異物を除去する必要があり、フィルターを用いたろ過が極めて重要な役割を担っている。ろ紙、ろ布、金網、多孔板など種々の素材からなるフィルターがあるが、中でも金属製の金網や多孔板からなるフィルターは耐久性に富み、ろ過精度の点でも優れている。 In the manufacturing process of chemical products, foods, pharmaceuticals, etc., it is necessary to remove foreign substances from fluids (liquids, gases) that are raw materials, intermediates, or products in order to achieve stable quality and high production efficiency. The filtration used plays an extremely important role. There are filters made of various materials such as filter paper, filter cloth, wire mesh, and perforated plates. Among them, filters made of metal wire mesh and perforated plates are excellent in durability and excellent in filtration accuracy.
金属製フィルターの一般的な構成は、除去対象である異物粒子の大きさに応じた網目を有する金網と、それを支持するために網目の大きな金網、あるいは多孔板（パンチング板、打ち抜き金網）などを重ね合わせ、それらを適宜ビスや溶接などで固定したものであることが多い。しかし、このような構成のフィルターでは、使用中に過大な圧力が掛かったり、長期間の使用で金属疲労したりすると金網が破れることがあり、その金網の破片が被ろ過物である流体に異物となって混入する可能性がある。万一、異物が混入した流体が製品となって出荷されると、その被害は甚大なものとなる。 The general structure of a metal filter is a wire mesh having a mesh according to the size of foreign particles to be removed, a wire mesh having a large mesh to support it, or a perforated plate (punching plate, punched wire mesh), etc. In many cases, these are stacked and fixed appropriately by screws or welding. However, with such a filter structure, if excessive pressure is applied during use or metal fatigue occurs due to long-term use, the wire mesh may be broken. May be mixed. In the unlikely event that a fluid mixed with foreign matter is shipped as a product, the damage will be significant.
そこで、金網とその支持体（網目の大きな金網、あるいは多孔板など）を積層し、それらを焼結することからなるフィルターがある。このような焼結フィルターでは、金網と支持体とが焼結により拡散接合されているため、前記のような単に金網と支持体とを積層し、それらの一部を固定しただけのフィルターに比べて耐久性に優れ、かつ万一、金網が破れたときにも金網の破片がフィルターから脱落しにくい。ただし、該焼結フィルターでは金網と支持体との隙間に、被ろ過物である流体や除去した異物粒子が残留しやすく、これらの残留物は該焼結フィルターの使用後の洗浄においても完全には除去できないことが多い。特に食品製造プロセスでは、残留物が雑菌繁殖の原因となり得るため、このような洗浄しにくいフィルターを使うことはたいへん危険である。 Therefore, there is a filter formed by laminating a wire mesh and its support (a wire mesh having a large mesh or a perforated plate) and sintering them. In such a sintered filter, since the wire mesh and the support are diffusion-bonded by sintering, compared to a filter in which the wire mesh and the support are simply laminated and a part of them is fixed. Excellent durability, and in the unlikely event that the wire mesh is broken, the wire mesh fragments are less likely to fall off the filter. However, in the sintered filter, the fluid to be filtered and the removed foreign particles tend to remain in the gap between the wire mesh and the support, and these residues are completely removed even after washing after the sintered filter is used. Often cannot be removed. Especially in the food production process, it is very dangerous to use such a difficult-to-clean filter because residues can cause germ growth.
一方、被ろ過物や異物粒子が残留しにくく、洗浄しやすいフィルターとしては、鋼板に機械的に孔を打ち抜く方法（パンチングと呼ばれる）や電気化学的な方法（エッチングなど）により、孔を作製した多孔板からなるフィルターがある。しかしながら、これらのパンチングやエッチングでは、鋼板に開けられる最小の孔径が一般的に板厚程度である。したがって、除去対象とする異物粒子が小さく、孔径も小さくしなければならない場合、多孔板の板厚も薄くなってしまうため、機械的強度が低下して耐久性に乏しいフィルターになってしまう。反対に、耐久性を増すために板厚を厚くすると孔径もそれに相応して大きくなるため、ろ過本来の目的を達し得ない。 On the other hand, as a filter that is less likely to remain filtered and foreign particles and is easy to clean, holes were made by mechanically punching holes in steel plates (called punching) or electrochemical methods (such as etching). There are filters made of perforated plates. However, in these punching and etching, the minimum hole diameter that can be opened in a steel plate is generally about the plate thickness. Therefore, when the foreign particles to be removed are small and the pore diameter must be reduced, the plate thickness of the porous plate is also reduced, so that the mechanical strength is lowered and the filter has poor durability. On the other hand, if the plate thickness is increased in order to increase the durability, the hole diameter also increases correspondingly, so that the original purpose of filtration cannot be achieved.
このような板厚による孔径の制限を受けない多孔板の作製方法としては、たとえば電子ビームがある。本法によれば孔径よりも大きな板厚の鋼板にも孔を作製できるため、孔径が小さくても耐久性に富むフィルターを製作することができる。さらに、該電子ビームによるフィルターでは、金網とは違って破れたときにも破片が脱落しにくく、さらに孔の構造がシンプルであるため被ろ過物や異物粒子の残留も少ない。しかし、電子ビームによる孔の作製には高価な設備が必要で、かつ加工にも時間を要するため、該電子ビームによるフィルターは非常に高価になってしまう。 An example of a method for manufacturing a porous plate that is not limited by the hole diameter due to the plate thickness is an electron beam. According to this method, since a hole can be produced even in a steel plate having a thickness larger than the hole diameter, a filter having high durability can be produced even if the hole diameter is small. Further, in the filter using the electron beam, unlike the wire mesh, even if it is torn, it is difficult for the fragments to fall off, and the structure of the hole is simple, so that there remains little residue to be filtered and foreign particles. However, the production of holes by an electron beam requires expensive equipment and requires time for processing, so that the filter by the electron beam becomes very expensive.
前記の課題を解決する手段の一つとして、特許文献１に開示されているような、エッチングにより孔を作製した多孔板を複数積層したフィルターがある。該フィルターでは、積層することでフィルターとしての板厚を増すことができるため、該フィルターの板厚よりも小さい孔径のフィルターが製作可能となる。しかしながら、特許文献１に開示されているような方法では、該積層体を構成する各々の多孔板の孔の位置がずれており、該積層体の内部で異物粒子を捕捉する構造になっている。このため、一旦捕捉した異物粒子は除去されにくく、該積層体は極めて洗浄しにくいフィルターと言える。
As one of means for solving the above-described problem, there is a filter as disclosed in
また、特許文献２には、フィルターシステム全体の流動抵抗を低減させるために、エッチングによる多孔板の孔径を流動方向にしたがって減少させる方法が開示されている。ところが、このように孔径が減少していると、微細な粒子が孔の内部にまで侵入するため、特に積層して厚みを増したフィルターの場合は洗浄が難しくなる。
エッチングは、導電性の鋼板の表裏に所望の寸法と形状の開孔部を有したレジストパターンをマスクとして形成し、塩化第二鉄溶液等の電解液を用いてレジストパターンの開孔部のみを腐食することにより、導電性鋼板に孔を開ける方法である。一般にその孔の構造は、特許文献３に示されるように、孔の内部が最狭部となる。鋼板の表と裏の両面から腐食（開孔）が進み、孔の内部が腐食の最終段階となることが、その原因である。このような孔の内部に最狭部を有する多孔板では、異物が多孔板の内部で捕捉されるため、目詰まりしやすく、洗浄しにくいフィルターになってしまう。
Etching is performed using a resist pattern with openings of desired dimensions and shape on the front and back sides of a conductive steel sheet as a mask, and using only an electrolytic solution such as ferric chloride solution to open only the openings of the resist pattern. It is a method of opening a hole in a conductive steel sheet by corrosion. Generally, as shown in
本発明は、前記したような従来技術の欠点である、破損した際の破片の脱落、被ろ過物のフィルター内部での残留、使用後の洗浄のしにくさ、板厚を厚くできないことによる強度不足などを改善し、かつ安価なフィルターを製作することを目的とする。 The present invention has the disadvantages of the prior art as described above, such as dropout of broken pieces, residual matter in the filter, difficulty of washing after use, and strength due to inability to increase the plate thickness. The purpose is to improve the shortage and to produce an inexpensive filter.
前記の課題を解決する手段として、本発明の構成を以下に説明する。
（１）エッチングにより作製された金属製多孔板からなるフィルターにおいて、
該多孔板の孔はその縦断面で孔径が異なり、かつ該多孔板の表裏どちらか一方の面で該孔の孔径は最も小さくなっており、
該多孔板の表裏の向きを揃え、かつ該孔の各々の位置が正確に揃うようにして該多孔板を複数枚積層し、
さらに該積層された多孔板を焼結（拡散接合）により一体化したことを特徴とするフィルター。
（２）前記多孔板を複数枚積層する際に、被ろ過物の流入側から見て最表層に位置する多孔板の孔径が、第二層目以降の多孔板の孔径よりも小さくなるように積層したことを特徴とする、前記１に記載のフィルター。
（３）前記積層された多孔板を焼結した後、さらに円筒状に成形することよりなるフィルターにおいて、
該円筒状フィルターの外表面になる多孔板の孔径が、該外表面の多孔板よりも内側に位置する多孔板の孔径よりも小さくなるように積層されたことを特徴とする、前記１に記載のフィルター。
（４）エッチングにより作製された金属製多孔板からなるフィルターにおいて、
該多孔板の孔はその縦断面で孔径が異なり、かつ該多孔板の表裏どちらか一方の面で該孔の孔径は最も小さくなっており、
該多孔板の表裏の向きを揃え、かつ該多孔板を一枚ずつ一定の寸法と方向にずらしながら複数枚積層することにより、該積層された多孔板を貫通する孔の中心軸が、該積層された多孔板の表裏いずれか一方の面に対してある一定の傾斜角を示すようにし、
さらに該積層された多孔板を焼結により一体化したことを特徴とするフィルター。
（５）前記多孔板を複数枚積層する際に、被ろ過物の流入側から見て最表層に位置する多孔板の孔径が、第二層目以降の多孔板の孔径よりも小さくなるように積層したことを特徴とする、前記４に記載のフィルター。
（６）前記積層された多孔板を焼結した後、さらに円筒状に成形することよりなるフィルターにおいて、
該円筒状フィルターの外表面になる多孔板の孔径が、該外表面の多孔板よりも内側に位置する多孔板の孔径よりも小さくなるように積層されたことを特徴とする、前記４に記載のフィルター。
（７）前記１〜６のいずれかに記載の前記フィルターを装備したことを特徴とする、ろ過装置。
As means for solving the above problems, the configuration of the present invention will be described below.
(1) In a filter comprising a metal porous plate produced by etching,
The holes of the porous plate have different hole diameters in the longitudinal section, and the hole diameter of the holes is the smallest on either the front or back surface of the porous plate,
Aligning the front and back of the perforated plate, and laminating a plurality of perforated plates so that the positions of the holes are exactly aligned,
Furthermore, the laminated porous plate is integrated by sintering (diffusion bonding).
(2) When laminating a plurality of the porous plates, the pore diameter of the porous plate located on the outermost layer when viewed from the inflow side of the material to be filtered is smaller than the pore diameters of the second and subsequent porous plates. 2. The filter according to 1 above, wherein the filter is laminated.
(3) After sintering the laminated porous plate, in a filter further formed into a cylindrical shape,
2. The laminate according to 1 above, wherein the porous plate which is the outer surface of the cylindrical filter is laminated so that the pore diameter is smaller than the pore diameter of the porous plate located inside the porous plate on the outer surface. Filter.
(4) In a filter comprising a metal porous plate produced by etching,
The holes of the porous plate have different hole diameters in the longitudinal section, and the hole diameter of the holes is the smallest on either the front or back surface of the porous plate,
By aligning the front and back directions of the perforated plate and laminating a plurality of the perforated plates one by one in a certain size and direction, the central axis of the hole penetrating the laminated perforated plate is A certain inclination angle with respect to either one of the front and back surfaces of the perforated plate,
A filter comprising the laminated perforated plates integrated by sintering.
(5) When laminating a plurality of the porous plates, the pore diameter of the porous plate located at the outermost layer when viewed from the inflow side of the material to be filtered is made smaller than the pore diameters of the second and subsequent porous plates. 5. The filter as described in 4 above, which is laminated.
(6) After sintering the laminated perforated plate, in a filter further formed into a cylindrical shape,
5. The laminate according to 4 above, wherein the porous plate which is the outer surface of the cylindrical filter is laminated so that the pore diameter of the porous plate is smaller than the pore diameter of the porous plate located inside the porous plate of the outer surface. Filter.
(7) A filtration device equipped with the filter according to any one of 1 to 6 above.
本発明によるフィルターは、エッチングにより孔を作製した複数枚の多孔板を積層し、その積層体を焼結することからなる。一般にエッチングにより作製された多孔板は、材料である鋼板の両面から徐々にエッチング（腐食）して開孔するため、腐食の最終部分となる孔の内部が最狭部となる。しかし、このような内部構造の孔では捕捉された異物粒子がフィルターの内部で残留するため、目詰まりしやすく、使用後の洗浄も難しくなる。そこで本発明では、多孔板の表裏どちらか一方の面で孔径が最も小さくなるようにし、その孔径の小さい面の側から被ろ過物を流すようにする。こうすることで、異物粒子がフィルターの表面のみで捕捉されるようになるため、目詰まりしにくく、かつ使用後の洗浄も容易なフィルターとなる。 The filter according to the present invention is formed by laminating a plurality of perforated plates in which holes are formed by etching, and sintering the laminate. In general, a perforated plate produced by etching is gradually etched (corroded) from both surfaces of a steel plate as a material to open holes, so that the inside of the hole that becomes the final portion of corrosion becomes the narrowest portion. However, since the trapped foreign particles remain inside the filter in the holes having such an internal structure, they are easily clogged and are difficult to clean after use. Therefore, in the present invention, the pore diameter is made the smallest on either the front or back surface of the perforated plate, and the material to be filtered is allowed to flow from the side having the smaller pore diameter. By doing so, foreign particles are captured only on the surface of the filter, so that the filter is less likely to be clogged and easy to clean after use.
このような多孔板を積層し、さらに焼結することで実質的な板厚を増し、強度を高めることが可能となる。単層のエッチングでは、開孔できる最小の寸法は板厚と同程度という制限があるため、孔径が小さいほど板厚も薄くなって強度に乏しいフィルターとなるが、積層焼結することにより孔径が小さい場合でも必要十分な強度を得ることができる。ただし、単に積層して焼結するだけでは、フィルターとしての本来の機能を損なう恐れがある。多孔板を積層する際には、該多孔板の孔の各々の位置を正確に揃えて積層する必要があり、こうすることで初めて孔径の均一なフィルターが完成し、高精度なろ過が可能となる。 By laminating and further sintering such porous plates, the substantial thickness can be increased and the strength can be increased. In single-layer etching, the minimum dimension that can be opened is limited to the same thickness as the plate thickness.Thus, the smaller the hole diameter, the thinner the plate thickness and the poorer the strength. Necessary and sufficient strength can be obtained even in a small case. However, simply laminating and sintering may impair the original function of the filter. When laminating a porous plate, it is necessary to align the positions of the holes of the perforated plate accurately, and this is the first time that a filter with a uniform pore diameter is completed, enabling highly accurate filtration. Become.
複数積層される多孔板において、被ろ過物の流入側の多孔板の孔径を、流出側の多孔板の孔径よりも小さくすることにより、異物粒子はフィルターの内部に残留しにくくなり、さらに目詰まりしにくい、洗浄しやすいフィルターとなる。 In a multi-layered porous plate, the pore size of the perforated plate on the inflow side of the filtration object is made smaller than the pore size of the perforated plate on the outflow side, so that foreign particles are less likely to remain inside the filter and clogging further. It becomes a filter that is difficult to clean and easy to clean.
特に食品の製造プロセスでは、被ろ過物が残留して腐敗することによる製品の劣化、あるいは製品への異物混入が起こると、その被害は甚大なものとなる。このような用途において、本発明によるフィルターは極めて有効である。また、エッチングや焼結という一般的な技術を応用し、電子ビームなどの高度な加工を必要としないため、安価にフィルターを製作できることも大きな特長である。 In particular, in the food manufacturing process, if the product to be filtered remains and decays and the product deteriorates or foreign matter enters the product, the damage is significant. In such applications, the filter according to the present invention is extremely effective. In addition, the application of general techniques such as etching and sintering does not require sophisticated processing such as an electron beam, so that a filter can be manufactured at a low cost.
さらに本発明では、積層された各々の多孔板を貫通する孔の中心軸が、該積層された多孔板の表裏いずれか一方の面（たとえば、被ろ過物が流入する側の面）に対して一定の傾斜角を示すような積層方法も提示されている。この積層方法は、被ろ過物である流体の流れに指向性を与えることができ、目詰まりの抑制や流動抵抗の減少などにも効果的である。 Furthermore, in the present invention, the central axis of the hole penetrating each laminated porous plate is in relation to either the front or back surface of the laminated porous plate (for example, the surface into which the material to be filtered flows in). Lamination methods that exhibit a certain tilt angle are also presented. This laminating method can give directivity to the flow of the fluid to be filtered, and is effective in suppressing clogging and reducing flow resistance.
図１は、本発明の実施形態として、その断面構造を例示するものである。エッチングにより作製された金属製の多孔板１ａ、１ｂ、１ｃは、各々の縦断面（多孔板の厚さ方向を縦方向とする）において孔径が異なり、該多孔板の表裏どちらか一方の面で孔径ｄ１は最も小さくなっている。各々の該多孔板は、被ろ過物の流入側３（図の上側）にｄ１がくる向きに揃え（すなわち、１ａはｄ１（ａ）が、１ｂはｄ１（ｂ）が、１ｃはｄ１（ｃ）が、それぞれ流入側３に向くように揃え）、かつ各々の孔の位置が正確に揃うように、複数枚積層されて、つづいて焼結により一体化されてフィルター２となっている。
FIG. 1 illustrates the cross-sectional structure as an embodiment of the present invention. The metal
単層のエッチングの場合、作製できる最小の孔径は用いる鋼材の板厚と同程度であるから、より小さな孔径にしようとすると、多孔板の板厚が薄くなり、強度も低下してしまう。そこで、エッチングによる多孔板を複数枚積層し、さらにその積層体を焼結することで該多孔板を互いに拡散接合し、該積層体の強度をフィルターとして使用上十分なレベルにまで高めるのである。なお、図１では１ａ、１ｂ、１ｃの３枚の構成であるが、必要とされる強度に応じて適宜、積層枚数は決定すれば良い。 In the case of single-layer etching, the minimum hole diameter that can be produced is about the same as the thickness of the steel material to be used. Therefore, if a smaller hole diameter is attempted, the thickness of the porous plate will be reduced and the strength will be reduced. Therefore, by laminating a plurality of porous plates by etching and further sintering the laminated body, the porous plates are diffusion bonded to each other, and the strength of the laminated body is increased to a level sufficient for use as a filter. In FIG. 1, the configuration is three of 1a, 1b, and 1c, but the number of stacked layers may be determined as appropriate according to the required strength.
前記のとおり、エッチングは導電性の鋼板の表裏に所望の寸法と形状の開孔部を有するレジストパターンをマスクとして形成し、塩化第二鉄溶液等の電解液を用いて、レジストパターンの開孔に従って導電性鋼板に孔を開ける方法である。一般にエッチングにより作製された孔は、図２に示すように、その孔の内部が最狭部となる。材料である鋼板の表と裏の両面から腐食（開孔）が進み、孔の内部が開孔の最終段階となるためである。しかし、このような多孔板では、異物粒子が多孔板の内部で捕捉されるため、目詰まりしやすく、洗浄しにくいフィルターになってしまう。 As described above, etching is performed using a resist pattern having openings of desired dimensions and shape on the front and back of a conductive steel plate as a mask, and using an electrolytic solution such as a ferric chloride solution, According to the method, a hole is made in the conductive steel plate. Generally, a hole formed by etching has the narrowest portion inside the hole as shown in FIG. This is because corrosion (opening) proceeds from both the front and back surfaces of the steel plate, which is the material, and the inside of the hole is the final stage of opening. However, in such a perforated plate, since foreign particles are trapped inside the perforated plate, the filter is easily clogged and difficult to clean.
この問題を解決する手段として、図３に示すような片面からエッチングする方法が行われることもある。しかし、この場合は開孔の最終段階（図３のＸ部）で素材の厚さが極めて薄くなるため、このＸ部が容易に腐食されやすく、時間や温度などのエッチング条件が少しでも変動すると該Ｘ部が一気に大きくなってしまい、孔径のバラツキが大きくなる。孔径のバラツキは、ろ過精度の低下を招くため、このような片面エッチングにより作製された多孔板はフィルターの用途には適さない。 As a means for solving this problem, a method of etching from one side as shown in FIG. 3 may be performed. However, in this case, since the thickness of the material becomes extremely thin at the final stage of opening (X portion in FIG. 3), the X portion is easily corroded, and the etching conditions such as time and temperature may change even a little. The X portion becomes large at a stretch, and the variation in hole diameter increases. Since the variation in pore diameter causes a decrease in filtration accuracy, a perforated plate produced by such single-sided etching is not suitable for use as a filter.
そこで本発明では、多孔板の表裏いずれか一方の面で孔径が最も小さくなる多孔板を用いる。このような多孔板は、開孔部の寸法が異なる２種類のマスクを用いて表裏からエッチングすることにより作製する。図４は、該作製法において孔が作製されていく過程を示したものである。図４の４において、上面のマスク９ａの開孔寸法Ｄ１、下面のマスク９ｂの開孔寸法Ｄ２、鋼板８の板厚ｔを、たとえば０．２≦（Ｄ２−Ｄ１）／ｔ≦０．４となるように設定し、かつ諸条件を調整してエッチングを行うと、図４の５に示すように鋼板の上下から腐食が進行し、つづいて腐食の合流点（図４の６のＹ部）では局所的に腐食が進行する。その結果、図４の７に示すように、上面の孔径ｄ１、下面の孔径ｄ２、内部の孔径ｄ３との間に、ｄ１≦ｄ３＜ｄ２となる関係が成立し、孔の内部に最狭部を有さない多孔板を作製することができる。 Therefore, in the present invention, a perforated plate having the smallest pore diameter on either the front or back surface of the perforated plate is used. Such a perforated plate is produced by etching from the front and the back using two types of masks having different sizes of the apertures. FIG. 4 shows a process in which holes are produced in the production method. 4, the opening dimension D1 of the upper mask 9a, the opening dimension D2 of the lower mask 9b, and the plate thickness t of the steel plate 8 are set to 0.2 ≦ (D2−D1) /t≦0.4, for example. When etching is carried out with various conditions adjusted, corrosion progresses from the top and bottom of the steel plate as shown in 5 of FIG. 4, followed by a junction of corrosion (Y portion of 6 in FIG. 4). ) Causes local corrosion. As a result, as shown in 7 of FIG. 4, a relationship of d1 ≦ d3 <d2 is established among the hole diameter d1 on the upper surface, the hole diameter d2 on the lower surface, and the inner hole diameter d3, and the narrowest portion is formed inside the hole. It is possible to produce a perforated plate that does not have any.
このように作製された多孔板は、図１に示すように、孔径の小さいｄ１が被ろ過物の流入側３となるように、各々の該多孔板の表裏の向きを揃えて積層する。このような向きにすることで、異物粒子は多孔板の表面で捕捉されるようになり、目詰まりしにくく、洗浄しやすいフィルターとなる。
As shown in FIG. 1, the perforated plates thus produced are laminated so that the front and back of each perforated plate are aligned so that d <b> 1 having a small pore diameter becomes the
多孔板を積層する際には、積層の仕方が極めて重要となる。すなわち、積層する際に孔の位置が揃っていないと、フィルターとしての孔の大きさが定まらず、ろ過の精度が著しく低下してしまう。たとえば、図５は孔が貫通してはいるものの、各々の多孔板の孔の位置が揃っていない状態であり、特許文献１に開示されている方法もこれに該当する。図５のような積層体をフィルターとして使用すると、ろ過精度が劣るだけではなく、洗浄性の点でも好ましくない。すなわち、図５のような積層体では、異物粒子は積層体の表面にあるｄ１（ａ）ではなく、積層体の内部にあるｄ４で主に捕捉される。このため、異物粒子は積層体の内部に蓄積し、使用後に洗浄しても除去されずに残留してしまう可能性がある。このような残留物が再使用の際に流出すると、異物混入の原因となる。また、残留物が腐食・腐敗するような場合は、特に食品製造工程では重大な問題となる。
When laminating perforated plates, the way of laminating is extremely important. That is, if the positions of the holes are not aligned when laminating, the size of the holes as a filter cannot be determined, and the filtration accuracy is significantly reduced. For example, FIG. 5 shows a state in which holes are penetrating, but the positions of the holes of each porous plate are not aligned, and the method disclosed in
孔の位置が揃うように多孔板を積層する方法としては、種々の方法が考えられる。たとえば、まずエッチングにより多孔板を作製するときに、合いマークとなる孔をフィルターに用いる部分以外の箇所に作製しておく。つづいて、この合いマークとなる孔に、その孔径から僅かに小さい直径を有するピンを通し、そのピンを基準にして位置決めをしながら順次、該多孔板を積層する。図６は、該積層方法の例である。図６の場合、多孔板の周縁部には８箇所の合いマークとなる孔があり、この合いマーク用の孔よりも僅かに小さい直径を有するピンに該多孔板を順次通しながら、強度面で十分な厚さとなるのに必要な枚数を積層するのである。 Various methods can be considered as a method of laminating the porous plates so that the positions of the holes are aligned. For example, when a perforated plate is first prepared by etching, a hole to be an alignment mark is prepared in a location other than the portion used for the filter. Subsequently, a pin having a diameter slightly smaller than the hole diameter is passed through the hole serving as the alignment mark, and the perforated plates are sequentially laminated while positioning with reference to the pin. FIG. 6 is an example of the lamination method. In the case of FIG. 6, there are eight holes as counter marks on the peripheral edge of the perforated plate, and the perforated plate is sequentially passed through pins having a diameter slightly smaller than the holes for the counter mark, so that the strength is improved. The necessary number of layers is stacked to obtain a sufficient thickness.
前記のような多孔板の積層体を焼結により拡散接合することで、実質的な板厚を増すことになり、耐久性に富むフィルターとなる。また、各々の多孔板が接合されるため、その後の成形加工（たとえば円筒形状フィルターへの加工など）や長期使用時における若干の変形によっても、該多孔板の層間における相対的な孔の位置がずれることはなく、安定したろ過精度で、かつ内部に異物が残留しにくいフィルターとなる。なお、該積層体の接合方法は、使用条件によっては焼結以外の方法、たとえば接着剤、スポット溶接、シーム溶接などでもかまわない。 By subjecting the laminate of porous plates as described above to diffusion bonding by sintering, the substantial plate thickness is increased, and the filter is rich in durability. In addition, since each porous plate is joined, the position of the relative hole between the layers of the porous plate can be changed even by subsequent molding processing (for example, processing to a cylindrical filter) or slight deformation during long-term use. The filter does not deviate, has a stable filtration accuracy, and does not easily retain foreign matters inside. In addition, the joining method of this laminated body may be methods other than sintering, for example, an adhesive agent, spot welding, seam welding, etc. depending on use conditions.
前記の積層焼結フィルターでは、該フィルターを構成する多孔板の相互の接合面において孔の内面が凸凹している。各々の多孔板の孔の位置は揃っているので、積層した状態での孔径の均一さは保たれるが（たとえば図１であればｄ１（ａ））、該孔の内面が凸凹していると、流体抵抗の上昇などが懸念される。 In the laminated sintered filter, the inner surfaces of the holes are uneven at the joint surfaces of the perforated plates constituting the filter. Since the positions of the holes of each perforated plate are uniform, the uniformity of the hole diameter in the laminated state is maintained (for example, d1 (a) in FIG. 1), but the inner surface of the hole is uneven. There is a concern about an increase in fluid resistance.
そこで、焼結を終えたフィルターを再びエッチングする、あるいはその他の電気化学的な手段などにより、孔の凸凹を軽減あるいは除去することで、孔の内面を平滑に近づけることも有効である。 Therefore, it is also effective to make the inner surface of the hole close to smooth by etching the filter after sintering again or by reducing or removing the unevenness of the hole by other electrochemical means.
さらに目詰まりを抑制して、濾過寿命の長期化を図り、かつ洗浄性を向上させる手段として、図７に示すように被ろ過物の流れ方向にしたがって積層する多孔板の孔径を大きくする方法がある。これにより、被ろ過物が流れてくる側の第一層目の多孔板１ａの孔ｄ１（ａ）を通過した粒子は積層体内部で残留しにくくなり、より目詰まりしにくい構造のフィルターとなる。 Further, as a means for suppressing clogging, prolonging the filtration life, and improving the cleanability, there is a method of increasing the pore diameter of the porous plate laminated according to the flow direction of the filtration object as shown in FIG. is there. As a result, the particles that have passed through the holes d1 (a) of the first-layer perforated plate 1a on the side through which the material to be filtered flows are less likely to remain inside the laminate, resulting in a filter with a structure that is less likely to clog. .
なお、第二層目以降の多孔板１ｂ、１ｃは支持体であり、ろ過の役割を果たさない。したがって、第二層目以降には、エッチング以外の手段により開孔した多孔板（パンチング板など）や網目の大きな金網などを適宜用いても良い。
In addition, the
ただし、図７の場合、積層枚数が増すほど流出側の多孔板１ｃの孔径ｄ２（ｃ）が大きくなるため、孔の中心間距離を広げなくてならない。孔の中心間距離が広がると多孔板の開孔率（ろ過面積に対する孔の総面積の比率）が小さくなり、フィルターとして用いた場合に、目詰まりしにくい構造ではあるものの、孔が少なくなるために早期に目詰まりする、流体抵抗（圧力損失）が高くなるなどの性能低下が懸念される。 However, in the case of FIG. 7, the hole diameter d2 (c) of the perforated plate 1c on the outflow side increases as the number of stacked layers increases, so the distance between the centers of the holes must be increased. When the distance between the centers of the holes increases, the aperture ratio of the perforated plate (the ratio of the total area of the pores to the filtration area) becomes small. There is a concern about performance deterioration such as clogging at an early stage and an increase in fluid resistance (pressure loss).
そこで、特に積層枚数が多い場合には、図８のように、被ろ過物の流入側の第一層目（最表層）の多孔板１ａの孔径だけを、第二層目以降の多孔板の孔径よりも小さくする構成が有効である。こうすることにより、流出側の多孔板１ｃの孔径ｄ２（ｃ）を必要以上に大きくしなくても良くなるため、開孔率の低下を防ぐことができる。積層数を増すことで高い強度を得ながら、同時に開孔率の低下にともなう早期の目詰まりや圧力損失の上昇を抑制することができるため、耐久性と経済性を両立させたフィルターが可能となる。 Therefore, in particular, when the number of laminated layers is large, as shown in FIG. A configuration that is smaller than the hole diameter is effective. By doing so, it is not necessary to increase the hole diameter d2 (c) of the perforated plate 1c on the outflow side more than necessary, so that it is possible to prevent a decrease in the hole area ratio. By increasing the number of layers, high strength can be obtained, and at the same time, early clogging and pressure loss increase due to a decrease in the porosity can be suppressed, making it possible to achieve a filter that combines durability and economy. Become.
なお、この場合も前記のように、第二層目以降の多孔板の役割は支持体であるから、エッチング以外の手段により開孔した多孔板や網目の大きな金網などを適宜用いても良い。また、その使用条件から積層数を多くする必要がある場合には、第一層目だけではなく、第一層目と第二層目の多孔板の孔径を、第三層目以降の多孔板の孔径より小さくするなど、孔径の異なる層数の比率は必要とされる強度に応じて適宜選択すれば良い。 In this case as well, as described above, since the role of the porous plate in the second and subsequent layers is the support, a porous plate opened by means other than etching, a wire mesh having a large mesh, or the like may be used as appropriate. Moreover, when it is necessary to increase the number of layers from the use conditions, not only the first layer but also the pore diameters of the first layer and the second layer perforated plate, the third and subsequent perforated plates The ratio of the number of layers having different hole diameters, such as a smaller hole diameter, may be appropriately selected according to the required strength.
図９は、各々の多孔板の孔を貫く中心軸が、該多孔板の面に対してある一定の傾斜角を示すように、該多孔板を所定の方向に一枚ずつ、ずらしながら積層したときの積層体の断面構造である。このような積層方法をとることで、被ろ過物である流体の流れに指向性を与え、種々の付加的な機能をもたらすことができる。すなわち、該積層体を透過してくる流体は該積層体からある一定の傾斜角をもって流出するようになるため、ろ過装置内部での流体および粒子の攪拌、それによるろ過装置内部での沈殿物生成の抑制、フィルターの目詰まりの抑制、圧力損失の低減など、流体の流れを積極的に活用した種々の機能をろ過装置に付与することができる。もちろん、このような機能はフィルターの形状には係わらず、ディスク形状のフィルターにも、後述する円筒形状のフィルターにも適用できる。 FIG. 9 shows that the perforated plates are laminated one by one in a predetermined direction so that the central axis passing through the holes of each perforated plate shows a certain inclination angle with respect to the surface of the perforated plate. It is a cross-sectional structure of the laminated body. By taking such a laminating method, directivity can be given to the flow of the fluid which is a to-be-filtered object, and various additional functions can be brought about. That is, since the fluid that permeates the laminate flows out of the laminate with a certain inclination angle, the fluid and particles are agitated in the filtration device, and thus precipitates are produced in the filtration device. Various functions that actively utilize the flow of fluid, such as suppression of clogging, suppression of filter clogging, and reduction of pressure loss, can be imparted to the filtration device. Of course, such a function can be applied to a disk-shaped filter and a cylindrical filter described later, regardless of the shape of the filter.
高い耐久性を要求されるフィルターでは、強度の点からフィルターの厚みは０．５ｍｍ以上を必要とされることが多い。前記の通り、一般的なパンチングや単層のエッチングの場合、板厚が０．５ｍｍであると孔径は０．５ｍｍ以上になってしまう。したがって、孔径０．５ｍｍ未満のフィルターが必要とされる場合に、本発明によるフィルターが特に有用となる。 In a filter that requires high durability, the thickness of the filter is often required to be 0.5 mm or more from the viewpoint of strength. As described above, in the case of general punching or single layer etching, if the plate thickness is 0.5 mm, the hole diameter becomes 0.5 mm or more. Therefore, the filter according to the present invention is particularly useful when a filter having a pore diameter of less than 0.5 mm is required.
たとえば、孔径０．１５ｍｍで、厚みが１ｍｍ必要とされるフィルターの場合、本発明により、エッチング加工を用いて孔径０．１５ｍｍの孔を作製した板厚０．１ｍｍの多孔板を、互いの孔の位置が正確に揃うように１０枚積層し、その積層体を焼結することで、要求を満たすフィルターを製作することができる。 For example, in the case of a filter having a hole diameter of 0.15 mm and a thickness of 1 mm, according to the present invention, a 0.1 mm-thick perforated plate made by etching is used to form a porous plate having a thickness of 0.1 mm. A filter satisfying the requirements can be manufactured by laminating 10 sheets so that the positions are aligned accurately and sintering the laminated body.
また、フィルターの開孔率については、２０％から６０％の間となることが望ましい。開孔率とは、ろ過面積に対する孔の総面積の比率であるから、開孔率が高いほど目詰まりが緩慢で、かつ圧力損失も低くなり、処理能力（単位時間あたりの処理量）が増す。その一方で、開孔率が高いほど、同じ厚さのフィルターであっても強度が低下する。したがって、処理能力と耐久性のバランスを考えて、前記の範囲の開孔率にすることが望ましい。 Further, it is desirable that the aperture ratio of the filter is between 20% and 60%. Since the open area ratio is the ratio of the total area of the pores to the filtration area, the higher the open area ratio, the slower the clogging, the lower the pressure loss, and the greater the processing capacity (processing amount per unit time). . On the other hand, the higher the hole area ratio, the lower the strength even if the filters have the same thickness. Therefore, it is desirable to set the hole area ratio within the above range in consideration of the balance between the processing capability and the durability.
図１０はディスク形状のフィルターの例である。本図のフィルターは矩形であるが、もちろん円形や楕円形も可能である。また、ろ過装置への取り付けを容易にするために、本発明によるフィルターにフランジを付けるなど、さらなる加工を施すこともある。 FIG. 10 shows an example of a disk-shaped filter. The filter in this figure is rectangular, but of course it can be circular or elliptical. Further, in order to facilitate attachment to the filtration device, further processing such as attaching a flange to the filter according to the present invention may be performed.
本発明の実施形態の他の例として、図１１に示すような円筒形状のフィルターがある。具体的には、前記ディスク形状のフィルターを円筒状に曲げ加工し、その曲げた該フィルターの両端を突合せ、あるいは重ね合わせ、該両端部を接合することからなる円筒形状のフィルターである。この場合、図１２に示すように、円筒加工にともなう孔の変形度が積層体の各層で異なり、最外層の孔が最も広がるため、円筒の外側から内側にかけて孔が小さくなる。これは、被ろ過物の流れが外側から内側である場合に、異物粒子が孔の内部にまで侵入し、目詰まりしやすく、かつ洗浄しにくい構造である。 Another example of the embodiment of the present invention is a cylindrical filter as shown in FIG. Specifically, it is a cylindrical filter formed by bending the disk-shaped filter into a cylindrical shape, butting or overlapping both ends of the bent filter, and joining the both ends. In this case, as shown in FIG. 12, the degree of deformation of the hole due to the cylinder processing is different in each layer of the laminate, and the hole in the outermost layer spreads most, so the hole becomes smaller from the outside to the inside of the cylinder. This is a structure in which foreign matter particles enter the inside of the hole when the flow of the material to be filtered is from the outside to the inside, and are easily clogged and difficult to clean.
これを解決する手段として、被ろ過物の流れ方向にしたがって孔径を大きくするという方法が有効である。円筒形状にした場合の各層の孔径の変化を予想し、図１３に示すように円筒の外側から内側にかけて孔が大きくなるよう、多孔板を作製する段階で、孔径を調整する。もちろん、積層枚数によっては、前記図８に示すような、流入側の第一層目の多孔板のみ孔径を小さくする構成のフィルターを円筒形状にしても良い。 As a means for solving this, a method of increasing the pore diameter according to the flow direction of the material to be filtered is effective. The change in the hole diameter of each layer in the case of a cylindrical shape is anticipated, and the hole diameter is adjusted at the stage of producing the perforated plate so that the holes increase from the outside to the inside of the cylinder as shown in FIG. Of course, depending on the number of laminated layers, a filter having a configuration in which the pore diameter is reduced only in the first perforated plate on the inflow side as shown in FIG. 8 may be cylindrical.
図１４は、これまでに述べた本発明によるフィルターを、加圧容器に装着したろ過装置の例である。本発明フィルターは、異物粒子がその表層で捕捉されて洗浄しやすいため、オートストレーナーなどと呼ばれる自動洗浄機構を有したろ過装置などに好適である。たとえば図１４の場合、本発明による円筒形状のフィルター１０の表面に捕捉された異物粒子を、フィルター洗浄用の回転ブラシ１１が自動的にかき取る機構を備えている。フィルターのメンテナンスで最も大変なのは、目詰まりしたときのフィルターの交換と洗浄である。本発明フィルターの洗浄性の良さを活かした自動洗浄機構付きろ過装置は、メンテナンスに要する手間とコストを大幅に削減できるものである。
FIG. 14 is an example of a filtration device in which the filter according to the present invention described so far is mounted on a pressurized container. The filter of the present invention is suitable for a filtration apparatus having an automatic cleaning mechanism called an auto strainer because foreign particles are easily captured and cleaned on the surface layer. For example, in the case of FIG. 14, the filter cleaning rotary brush 11 automatically scrapes foreign particles captured on the surface of the
１．エッチングにより孔を作製した多孔板
２．本発明による積層焼結フィルター
３．被ろ過物の流れの方向
４．エッチング処理前の状態
５．エッチング処理中期の状態
６．エッチング処理後期の状態
７．エッチング処理終了後の状態
８．エッチングの材料となる鋼板
９．エッチング処理におけるマスク
１０．本発明による円筒形状のフィルター
１１．フィルター洗浄用の回転ブラシ
1. 1. Perforated plate with holes formed by etching. 2. Laminated sintered filter according to the present invention. 3. Direction of flow of the material to be filtered 4. State before etching process 5. Middle state of etching process 6. Late state of etching process 7. State after completion of etching process 8. Steel plate as etching material 9. Mask in etching process A cylindrical filter according to the invention; 11. Rotating brush for filter cleaning
Claims (7)
該多孔板の孔はその縦断面で孔径が異なり、かつ該多孔板の表裏どちらか一方の面で該孔の孔径は最も小さくなっており、
該多孔板の表裏の向きを揃え、かつ該孔の各々の位置が正確に揃うようにして該多孔板を複数枚積層し、
さらに該積層された多孔板を焼結（拡散接合）により一体化したことを特徴とするフィルター。 In a filter consisting of a metal perforated plate made by etching,
The holes of the porous plate have different hole diameters in the longitudinal section, and the hole diameter of the holes is the smallest on either the front or back surface of the porous plate,
Aligning the front and back of the perforated plate, and laminating a plurality of perforated plates so that the positions of the holes are exactly aligned,
Furthermore, the laminated porous plate is integrated by sintering (diffusion bonding).
該円筒状フィルターの外表面になる多孔板の孔径が、該外表面の多孔板よりも内側に位置する多孔板の孔径よりも小さくなるように積層されたことを特徴とする、請求項１に記載のフィルター。 After sintering the laminated perforated plate, in a filter further formed into a cylindrical shape,
The porous plate which is the outer surface of the cylindrical filter is laminated so that the pore diameter of the porous plate located on the inner side of the porous plate on the outer surface is smaller than that of the porous plate. The filter described.
該多孔板の孔はその縦断面で孔径が異なり、かつ該多孔板の表裏どちらか一方の面で該孔の孔径は最も小さくなっており、
該多孔板の表裏の向きを揃え、かつ該多孔板を一枚ずつ一定の寸法と方向にずらしながら複数枚積層することにより、該積層された多孔板を貫通する孔の中心軸が、該積層された多孔板の表裏いずれか一方の面に対してある一定の傾斜角を示すようにし、
さらに該積層された多孔板を焼結により一体化したことを特徴とするフィルター。 In a filter consisting of a metal perforated plate made by etching,
The holes of the porous plate have different hole diameters in the longitudinal section, and the hole diameter of the holes is the smallest on either the front or back surface of the porous plate,
By aligning the front and back directions of the perforated plate and laminating a plurality of the perforated plates one by one in a certain size and direction, the central axis of the hole penetrating the laminated perforated plate is A certain inclination angle with respect to either one of the front and back surfaces of the perforated plate,
A filter comprising the laminated perforated plates integrated by sintering.
該円筒状フィルターの外表面になる多孔板の孔径が、該外表面の多孔板よりも内側に位置する多孔板の孔径よりも小さくなるように積層されたことを特徴とする、請求項４に記載のフィルター。 After sintering the laminated perforated plate, in a filter further formed into a cylindrical shape,
5. The laminate according to claim 4, wherein the porous plate which is the outer surface of the cylindrical filter is laminated so that the pore diameter of the porous plate is smaller than the pore diameter of the porous plate located inside the porous plate of the outer surface. The filter described.
A filtering device equipped with the filter according to claim 1.
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