JP2014057938A - Method of producing cylindrical filter, and cylindrical filter - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-performance cylindrical filter that has no internal structural defects and high reliability, and a method of producing the same.SOLUTION: A method of producing a cylindrical filter includes a winding step 101 in which nonwoven metal fabric is wound in plural layers to form a cylindrical shape, a sintering step 102 in which the wound nonwoven fabric undergoes sintering, and a compression step 103 in which the sintered nonwoven fabric is compressed.

Description

本発明は、筒形フィルターの製造方法及び筒形フィルターに関し、より詳細には、ミクロン乃至サブミクロンオーダーサイズの濾過開口を有する高性能の筒形フィルター及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a cylindrical filter and a cylindrical filter, and more particularly, to a high-performance cylindrical filter having a filtration opening of a micron to submicron order size and a method for manufacturing the same.

従来、筒形フィルターはシート状材料からつくられ、その材料を円筒形に成型し次いで縦方向に溶接する方法により製造することが知られている(特許文献1、段落0003参照)。   Conventionally, it is known that a cylindrical filter is made of a sheet-like material, and is manufactured by a method in which the material is formed into a cylindrical shape and then welded in the vertical direction (see Patent Document 1, paragraph 0003).

また、金属粒子を成型装置内で圧縮成型し、焼結することで、溶接による継目のない多孔質金属のフィルターとして一体成型する筒形フィルターの製造方法が知られている(例えば、特許文献1、段落0006参照)。   In addition, a method of manufacturing a cylindrical filter that is integrally molded as a seamless porous metal filter by welding by compressing and sintering metal particles in a molding apparatus is known (for example, Patent Document 1). , Paragraph 0006).

特開平6−114220号公報(例えば、請求項1、段落0003、段落0006参照)JP-A-6-114220 (see, for example, claim 1, paragraphs 0003 and 0006)

東成鋼管株式会社ホームページ、パイプはこうして作られる、各種鋼管製造フロー(中・小径溶接造管参照)(http://www.tohsei.co.jp/02/pipe.html)Tosei Steel Pipe Co., Ltd. Homepage, pipes are made in this way, various steel pipe manufacturing flows (see medium and small diameter welded pipe making) (http://www.tohsei.co.jp/02/pipe.html) JFEスチール株式会社ホームページ、製品情報、製造工程(UOE鋼管製造工程参照)(http://www.jfe−steel.co.jp/products/koukan/koutei/01/index.html)JFE Steel Corporation homepage, product information, manufacturing process (see UOE steel pipe manufacturing process) (http://www.jfe-steel.co.jp/products/koukan/kuutei/01/index.html) JFEスチール株式会社ホームページ、製品情報、製造工程(ベンディング鋼管製造工程参照)(http://www.jfe−steel.co.jp/products/koukan/koutei/02/index.html)JFE Steel Corporation website, product information, manufacturing process (see bending steel pipe manufacturing process) (http://www.jfe-steel.co.jp/products/koukan/kuutei/02/index.html)

しかしながら、円筒形に成型したシート状材料を縦方向に溶接して製造する従来の筒形フィルターの製造方法による場合には、溶接した継目部(シーム部)の溶接品質にばらつきが生じるために内部構造に欠陥が無く信頼性の高い高性能の筒形フィルターを製造することが困難であった。また、金属粒子を成型装置内で圧縮成型し、焼結する従来の筒形フィルターの製造方法による場合には、焼結前成型工程に異径金属粒子を超高圧で変形させて成型するスタティックプレス装置等の特殊な成型装置が必要な事をはじめ、金属粒子の粒径の制御が困難である事、焼結過程において熱割れが生じないように焼結制御を行うことが困難である事等、製造工程が複雑かつ困難なものとなっていた。本発明はこれらの課題に鑑みてなされたものであり、内部に構造欠陥が無く信頼性の高い高性能の筒形フィルター及びその製造方法を提供することを目的とする。   However, in the case of a conventional cylindrical filter manufacturing method in which a sheet-shaped material molded into a cylindrical shape is welded in the vertical direction, the weld quality of the welded seam portion (seam portion) varies, resulting in internal variation. It has been difficult to produce a high-performance cylindrical filter with no defects in structure and high reliability. In addition, in the case of a conventional cylindrical filter manufacturing method in which metal particles are compression-molded and sintered in a molding apparatus, a static press that deforms and molds metal particles with different diameters at an ultra-high pressure in the pre-sintering molding process. In addition to the necessity of special molding equipment such as equipment, it is difficult to control the particle size of metal particles, and it is difficult to control sintering so that thermal cracking does not occur in the sintering process, etc. The manufacturing process has become complicated and difficult. The present invention has been made in view of these problems, and an object of the present invention is to provide a highly reliable high-performance cylindrical filter having no internal structural defect and a manufacturing method thereof.

上記の課題を解決するために、本発明の第1の態様に係る筒形フィルターの製造方法は、例えば、図1及び図2に示す筒形フィルターの製造方法100であって、金属繊維の不織布2を複数層2a、2bに巻回して筒状に形成する巻回工程101と;巻回した不織布2を焼結する焼結工程102と;焼結した不織布2を圧縮する圧縮工程103とを備える。   In order to solve the above-mentioned problem, a cylindrical filter manufacturing method according to the first aspect of the present invention is, for example, a cylindrical filter manufacturing method 100 shown in FIG. 1 and FIG. 2 is wound around the plurality of layers 2a and 2b to form a cylindrical shape; a sintering step 102 for sintering the wound nonwoven fabric 2; and a compression step 103 for compressing the sintered nonwoven fabric 2 Prepare.

このように構成すると、継目及び継目溶接等に起因する内部構造の欠陥が無く信頼性の高い高性能の筒形フィルターを容易に製造することができる。   If comprised in this way, a highly reliable high performance cylindrical filter without the defect of an internal structure resulting from a joint, joint welding, etc. can be manufactured easily.

また、本発明の第2の態様に係る筒形フィルターの製造方法は、本発明の第1の態様に係る筒形フィルターの製造方法において、例えば、図1及び図2に示すように、巻回工程101は不織布2をマンドレル10上に巻回する工程101bを含む。   Moreover, the manufacturing method of the cylindrical filter which concerns on the 2nd aspect of this invention is a manufacturing method of the cylindrical filter which concerns on the 1st aspect of this invention, for example, as shown in FIG.1 and FIG.2, winding. Step 101 includes a step 101 b of winding the nonwoven fabric 2 on the mandrel 10.

このように構成するとき、不織布をマンドレルの外周面上に沿わせて巻回して筒状に形成することができるから、随意の寸法及び断面形状を有する筒形フィルターを精度良く製造することができる。   When comprised in this way, since a nonwoven fabric can be wound along the outer peripheral surface of a mandrel and it can form in a cylinder shape, the cylindrical filter which has arbitrary dimensions and cross-sectional shapes can be manufactured with sufficient precision. .

また、本発明の第3の態様に係る筒形フィルターの製造方法は、本発明の第2の態様に係る筒形フィルターの製造方法において、例えば、図1及び図5に示すように、圧縮工程103は、不織布2をマンドレル10とスウェージング冶具13との間でスウェージングする工程103aを含み;更に、スウェージングした不織布2をマンドレル10上から離型する工程103bを備える。   Moreover, the manufacturing method of the cylindrical filter which concerns on the 3rd aspect of this invention is a compression process as shown in FIG.1 and FIG.5 in the manufacturing method of the cylindrical filter which concerns on the 2nd aspect of this invention, for example. 103 includes a step 103 a of swaging the nonwoven fabric 2 between the mandrel 10 and the swaging jig 13; and further includes a step 103 b of releasing the swung nonwoven fabric 2 from the mandrel 10.

このように構成するとき、マンドレル10とスウェージング冶具13との間で不織布2を精度良く筒形フィルターの厚さ方向に圧縮することができるから、筒形フィルターの厚さ(筒の肉厚)を所定の寸法t(図6参照)として精度良く製造することができる。また、スウェージングした不織布2をマンドレル10上から取り外して完成した筒形フィルターを得ることができる。   When comprised in this way, since the nonwoven fabric 2 can be accurately compressed in the thickness direction of a cylindrical filter between the mandrel 10 and the swaging jig 13, the thickness of the cylindrical filter (thickness of the cylinder) Can be manufactured with a predetermined dimension t (see FIG. 6) with high accuracy. Moreover, the completed cylindrical filter can be obtained by removing the swung nonwoven fabric 2 from the mandrel 10.

また、本発明の第4の態様に係る筒形フィルターの製造方法は、本発明の第1乃至第3の態様のいずれか一の態様に係る筒形フィルターの製造方法において、例えば、図2に示すように、複数層2a、2bのうち内周層2aを形成する不織布の金属繊維の直径daが、複数層2a、2bのうち外周層2bを形成する不織布の金属繊維の直径dbと異なる直径となるように構成される。   Moreover, the manufacturing method of the cylindrical filter which concerns on the 4th aspect of this invention is a manufacturing method of the cylindrical filter which concerns on any one aspect of the 1st thru | or 3rd aspect of this invention, for example, FIG. As shown, the diameter da of the non-woven fabric metal fiber forming the inner circumferential layer 2a of the multiple layers 2a, 2b is different from the diameter db of the non-woven fabric metal fiber forming the outer circumferential layer 2b of the multiple layers 2a, 2b. It is comprised so that it may become.

このように構成するとき、外周層2bの金属繊維の直径dbが内周層2aの金属繊維の直径daよりも小さいときは、筒形フィルターの外周2o(図6参照)側から内周2i(図6参照)側に向かって厚さt(図6参照)方向に被濾過流体を流すのに適する。このとき、濾過開口のサイズ(大きさ)が微細な高性能の筒形フィルターを製造する場合には、筒形フィルターの外周層2bにおいて微細な濾過開口サイズを有する目の細かい濾過面(外周2o)を形成することができる。一方、マンドレル10等の冶具に接触する筒形フィルターの内周層2aでは、より接触面積の小さい(より金属繊維の直径が大きい)離型しやすい接触面(内周2i)を形成することができる。このため、高性能の筒形フィルターを従来の製造方法と比較して容易に製造することができる。内周層2aの金属繊維の直径daが外周層2bの金属繊維の直径dbよりも小さいときは、筒形フィルターの内周2i側から外周2o側に向かって被濾過流体を流すのに適する。   When configured in this way, when the diameter db of the metal fiber of the outer peripheral layer 2b is smaller than the diameter da of the metal fiber of the inner peripheral layer 2a, the inner periphery 2i (see FIG. 6) from the outer periphery 2o (see FIG. 6) side. It is suitable for flowing the fluid to be filtered in the direction of thickness t (see FIG. 6) toward the side. At this time, in the case of producing a high-performance cylindrical filter with a fine filter opening size (size), a fine filtration surface (periphery 2o) having a fine filter opening size in the outer peripheral layer 2b of the cylindrical filter. ) Can be formed. On the other hand, in the inner peripheral layer 2a of the cylindrical filter that comes into contact with a jig such as the mandrel 10, a contact surface (inner periphery 2i) that has a smaller contact area (a larger diameter of the metal fiber) and is easy to be released can be formed. it can. For this reason, a high performance cylindrical filter can be easily manufactured compared with the conventional manufacturing method. When the diameter da of the metal fiber of the inner peripheral layer 2a is smaller than the diameter db of the metal fiber of the outer peripheral layer 2b, it is suitable for flowing the fluid to be filtered from the inner periphery 2i side to the outer periphery 2o side of the cylindrical filter.

また、本発明の第5の態様に係る筒形フィルターの製造方法は、本発明の第4の態様に係る筒形フィルターの製造方法において、例えば、図4(B)に示すように、巻回工程101(図1参照)では、内周層を形成する不織布2aと外周層を形成する不織布2bとが一枚の連続する不織布として構成された不織布2cを用いる。   Moreover, the manufacturing method of the cylindrical filter which concerns on the 5th aspect of this invention is a manufacturing method of the cylindrical filter which concerns on the 4th aspect of this invention, for example, as shown in FIG.4 (B), winding In step 101 (see FIG. 1), a nonwoven fabric 2c is used in which the nonwoven fabric 2a forming the inner circumferential layer and the nonwoven fabric 2b forming the outer circumferential layer are configured as one continuous nonwoven fabric.

このように構成するとき、連続して一枚の不織布2cを巻回して筒形フィルターを製造することができるから、効率良く筒形フィルターを製造することができる。   When comprised in this way, since the cylindrical filter can be manufactured by continuously winding the single nonwoven fabric 2c, the cylindrical filter can be manufactured efficiently.

また、本発明の第6の態様に係る筒形フィルターの製造方法は、本発明の第4の態様に係る筒形フィルターの製造方法において、例えば、図4(A)に示すように、巻回工程101(図1参照)では、互いに異なる直径da、dbの金属繊維で構成される複数枚の不織布2a、2bを重ねて巻回する。   Moreover, the manufacturing method of the cylindrical filter which concerns on the 6th aspect of this invention is a manufacturing method of the cylindrical filter which concerns on the 4th aspect of this invention, for example, as shown to FIG. 4 (A), winding In step 101 (see FIG. 1), a plurality of nonwoven fabrics 2a and 2b made of metal fibers having different diameters da and db are overlapped and wound.

このように構成するとき、構造特性の異なる複数枚の金属繊維の不織布2a、2bを順次マンドレル10上に巻き付けて、所望の傾斜した内部構造特性を有する機能的な筒形フィルターを製造することができる。   When configured in this manner, a plurality of metal fiber nonwoven fabrics 2a and 2b having different structural characteristics are sequentially wound around the mandrel 10 to produce a functional cylindrical filter having desired inclined internal structural characteristics. it can.

また、本発明の第7の態様に係る筒形フィルターの製造方法は、本発明の第1乃至第6の態様のいずれか一の態様に係る筒形フィルターの製造方法において、例えば、図1に示すように、圧縮工程103の後に筒の内面又は外面にパラジウム又はパラジウム合金をメッキする工程301を備える。   A cylindrical filter manufacturing method according to a seventh aspect of the present invention is the cylindrical filter manufacturing method according to any one of the first to sixth aspects of the present invention. For example, FIG. As shown, a step 301 of plating palladium or palladium alloy on the inner or outer surface of the cylinder after the compression step 103 is provided.

このように構成するとき、例えば燃料電池用の水素透過フィルターとして用いることができる高性能の筒形フィルターを好適に製造することができる。   When comprised in this way, the high performance cylindrical filter which can be used as a hydrogen permeable filter for fuel cells, for example can be manufactured suitably.

また、本発明の第8の態様に係る筒形フィルターは、例えば、図6に示すように、金属繊維の不織布2により筒状にシームレスに形成された筒形フィルター1であって;筒形フィルターの内周2iを形成する内周層2a(図2参照)と;筒形フィルターの外周2oを形成する外周層2b(図2参照)であって、内周層2aを形成する不織布の金属繊維の直径daと異なる直径dbの金属繊維により構成された外周層2bとを備え;不織布2は厚さt方向に圧縮された;筒形フィルターとして設けられる。   Moreover, the cylindrical filter according to the eighth aspect of the present invention is a cylindrical filter 1 that is seamlessly formed into a cylindrical shape by a nonwoven fabric 2 of metal fibers, for example, as shown in FIG. 6; An inner peripheral layer 2a (see FIG. 2) that forms the inner periphery 2i of the outer peripheral layer 2b (see FIG. 2) that forms the outer periphery 2o of the cylindrical filter, and a non-woven metal fiber that forms the inner peripheral layer 2a And a peripheral layer 2b made of metal fibers having a diameter db different from the diameter da; the nonwoven fabric 2 is compressed in the thickness t direction; and is provided as a cylindrical filter.

このように構成するとき、筒形フィルターを継目(シーム)に起因する内部の構造欠陥を有しない信頼性の高い筒形フィルターとして設けることができる。また、外周層2bと内周層2aとが異なる金属繊維の直径da、dbを有する不織布によりそれぞれ構成され、厚さt方向において圧縮されて設けられることから、筒形フィルターは厚さt方向における不織布の剛性の変化に応じた傾斜した内部構造及び空隙率を有することができる。このため、所望の濾過特性を有する筒形フィルターを設けることができる。また、不織布2が厚さt方向に圧縮されて設けられることから、圧縮された不織布2の濾過開口の開口方向(開口面の法線方向)が厚さt方向を向くように配向された筒形フィルターを設けることができる。このため、濾過の際の透過抵抗(圧力損失)が少なく濾過性能の高い優れた筒形フィルターを設けることができる。   When comprised in this way, a cylindrical filter can be provided as a highly reliable cylindrical filter which does not have an internal structural defect resulting from a seam. Moreover, since the outer peripheral layer 2b and the inner peripheral layer 2a are respectively constituted by non-woven fabrics having different metal fiber diameters da and db and are compressed in the thickness t direction, the cylindrical filter is provided in the thickness t direction. It can have an inclined internal structure and porosity corresponding to changes in the stiffness of the nonwoven fabric. For this reason, the cylindrical filter which has a desired filtration characteristic can be provided. In addition, since the nonwoven fabric 2 is provided by being compressed in the thickness t direction, the cylinder is oriented so that the opening direction (normal direction of the opening surface) of the filtration opening of the compressed nonwoven fabric 2 faces the thickness t direction. A shape filter can be provided. For this reason, it is possible to provide an excellent cylindrical filter with low permeation resistance (pressure loss) during filtration and high filtration performance.

また、本発明の第9の態様に係る筒形フィルターは、本発明の第8の態様に係る筒形フィルターにおいて、例えば、図6に示すように、内周層または外周層の表面2i、2oに形成されたパラジウム又はパラジウム合金層3を備える。   Moreover, the cylindrical filter according to the ninth aspect of the present invention is the same as the cylindrical filter according to the eighth aspect of the present invention, for example, as shown in FIG. The palladium or palladium alloy layer 3 is provided.

このように構成するとき、例えば燃料電池用の水素透過フィルターとして用いることができる高性能の筒形フィルターを設けることができる。このとき、不織布で構成された層をパラジウム層の支持構成体とすることができる。また、パラジウム層は好ましくは、異なる線径(直径)の金属繊維で構成された複数の不織布の内、線径の小さい金属繊維で構成された不織布の表面上に形成する。このように構成すると、パラジウム又はパラジウム合金層を薄く形成できるので水素の透過率を高くすることができる。   When configured in this manner, a high-performance cylindrical filter that can be used, for example, as a hydrogen permeation filter for a fuel cell can be provided. At this time, the layer comprised with the nonwoven fabric can be used as the support structure of a palladium layer. The palladium layer is preferably formed on the surface of a nonwoven fabric composed of metal fibers having a small wire diameter among a plurality of nonwoven fabrics composed of metal fibers having different wire diameters (diameters). If comprised in this way, since the palladium or palladium alloy layer can be formed thinly, the transmittance | permeability of hydrogen can be made high.

本発明による筒形フィルターの製造方法及び筒形フィルターによれば、内部に構造欠陥が無く信頼性の高い高性能の筒形フィルター及びその製造方法を提供することができる。   According to the method for manufacturing a cylindrical filter and the cylindrical filter according to the present invention, it is possible to provide a highly reliable high-performance cylindrical filter having no internal structural defect and a method for manufacturing the same.

図1は、本発明の第1の実施の形態に係る筒形フィルターの製造方法の例を示すフローチャートである。FIG. 1 is a flowchart showing an example of a method of manufacturing a cylindrical filter according to the first embodiment of the present invention. 図2は、本発明の第1の実施の形態に係る巻回工程の例を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of a winding process according to the first embodiment of the present invention. 図3は、本発明の第1の実施の形態に係る巻回工程の例を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a winding process according to the first embodiment of the present invention. 図4(A)は、本発明の第1の実施の形態に係る巻回工程の例を示す説明図である。図4(B)は、他の実施の形態に係る巻回工程の例を示す説明図である。FIG. 4A is an explanatory diagram showing an example of a winding process according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4B is an explanatory diagram illustrating an example of a winding process according to another embodiment. 図5(A)は、本発明の第1の実施の形態に係る圧縮工程の例を示す説明図である。図5(B)は、本発明の第1の実施の形態に係る離型工程の例を示す説明図である。FIG. 5A is an explanatory diagram showing an example of the compression process according to the first embodiment of the present invention. FIG. 5B is an explanatory diagram showing an example of a mold release process according to the first embodiment of the present invention. 図6は、本発明の第2の実施の形態に係る筒形フィルターの例を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory view showing an example of a cylindrical filter according to the second embodiment of the present invention.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。また、理解を容易にするために、各図は適宜実寸とは異なる誇張した寸法形状で示される。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same or similar members are denoted by the same or similar reference numerals, and redundant description is omitted. Further, for easy understanding, each drawing is shown in an exaggerated dimension shape different from the actual size as appropriate.

図1を参照して、本発明の第1の実施の形態に係る筒形フィルターの製造方法を説明する。図1に示す筒形フィルターの製造方法100は、金属繊維の不織布を巻回して筒状に形成する巻回工程101を備える。巻回工程101は、その主な工程として、未焼結のステンレス鋼、例えば、SUS316L製の不織布2(図2参照)等をジルコニア製の中実円柱のマンドレル10(図2参照)の外周面上に沿わせて巻回する不織布の巻回工程101bを有する。なお、他の実施の形態では、使用上十分な強度を有する外径寸法の中空筒状のマンドレルを用いるものとしてもよい。好ましくは、マンドレルは、熱膨張の線膨張係数が、不織布の金属繊維の線材であるステンレス鋼と比較して小さいジルコニアやアルミナ等のセラミック製とする。離型材をマンドレル表面に付加する場合は、マンドレルはステンレス鋼製でもよい。更に、好ましくは部分安定化ジルコニア(PSZ)やアルミナの焼結体により設ける。このようにマンドレル10に沿わせて不織布2を巻回する場合には、所望の寸法形状に不織布を巻回して精度良く筒状に形成することができる。「筒状(筒形)」は、好ましくは円筒形状とする。しかしながら、「筒状(筒形)」はマンドレルの外周面の形状に応じて随意に変更して形成することができ、他の実施の形態では、例えば、正方形断面、正多角形断面等を有する筒状にフィルターを形成するものとしてもよい。   With reference to FIG. 1, the manufacturing method of the cylindrical filter which concerns on the 1st Embodiment of this invention is demonstrated. The manufacturing method 100 of the cylindrical filter shown in FIG. 1 is equipped with the winding process 101 which winds the nonwoven fabric of a metal fiber and forms it in a cylinder shape. The winding process 101 includes, as its main process, an outer peripheral surface of a solid cylindrical mandrel 10 (see FIG. 2) made of unsintered stainless steel, for example, SUS316L nonwoven fabric 2 (see FIG. 2) or the like. It has the nonwoven fabric winding process 101b wound along the top. In other embodiments, a hollow cylindrical mandrel having an outer diameter having sufficient strength for use may be used. Preferably, the mandrel is made of a ceramic such as zirconia or alumina, which has a smaller coefficient of thermal expansion than stainless steel, which is a non-woven metal fiber wire. When the release material is added to the mandrel surface, the mandrel may be made of stainless steel. Further, it is preferably provided by a sintered body of partially stabilized zirconia (PSZ) or alumina. As described above, when the nonwoven fabric 2 is wound along the mandrel 10, the nonwoven fabric can be wound into a desired dimension and formed into a cylindrical shape with high accuracy. The “tubular shape (cylindrical shape)” is preferably a cylindrical shape. However, the “cylindrical shape (cylindrical shape)” can be arbitrarily changed according to the shape of the outer peripheral surface of the mandrel, and in other embodiments, for example, has a square cross section, a regular polygon cross section, etc. A filter may be formed in a cylindrical shape.

また、不織布の金属繊維は、相互に焼結(拡散接合)することができる材料であれば、随意の金属材料の繊維を用いることができる。また、不織布を巻回して筒状に形成することができる限度の範囲内であれば、僅かに半焼結された不織布を用いるものとしてもよい。一般に、不織布とは繊維を一定方向やランダムに集積して、熱・機械的または化学的な作用によって接着または絡み合わせる事で布にしたものを指す。したがって、本願では、「金属繊維の不織布」というとき、金属繊維を一定方向やランダムに集積して絡ませてシート状に形成したもの(特に「未焼結の不織布」と呼ぶこともあり、布と言うより薄く延ばしてシート状に成形した金属繊維からなる綿と見ることもできる)、また上記のように、そのシート状の不織布を僅かに半焼結したものも含む概念である。   Moreover, as long as the metal fiber of a nonwoven fabric is a material which can mutually sinter (diffusion joining), the fiber of arbitrary metal materials can be used. Further, a slightly semi-sintered nonwoven fabric may be used as long as it is within a limit range in which the nonwoven fabric can be wound and formed into a cylindrical shape. In general, a nonwoven fabric refers to a fabric in which fibers are accumulated in a certain direction or randomly and bonded or entangled by thermal, mechanical or chemical action. Therefore, in the present application, when referred to as “metal fiber nonwoven fabric”, metal fibers are accumulated in a certain direction or randomly and entangled to form a sheet (particularly referred to as “unsintered nonwoven fabric”, It can also be regarded as cotton made of metal fibers that are thinly stretched and formed into a sheet shape), and also includes a slightly semi-sintered sheet-like non-woven fabric as described above.

不織布を構成する金属繊維の材料は、典型的にはステンレス鋼とする。特にオーステナイト系ステンレス鋼が好ましい。耐食性、耐熱性に優れているからである。また後述のように線膨張係数が相対的に大きい(炭素鋼の約1.7倍)ので、スウェージングの後でマンドレルを抜き出しやすい。フェライト系、マルテンサイト系としてもよい。特にマルテンサイト系は、耐食性はオーステナイト系に比べて劣るといえるが、強度が高い点で優れている。材料は、用途に応じて適宜選択する。   The material of the metal fiber constituting the nonwoven fabric is typically stainless steel. Austenitic stainless steel is particularly preferable. It is because it is excellent in corrosion resistance and heat resistance. Further, since the linear expansion coefficient is relatively large (about 1.7 times that of carbon steel) as will be described later, it is easy to extract the mandrel after swaging. It is good also as a ferrite type and a martensite type. In particular, the martensite system is inferior to the austenite system in terms of corrosion resistance, but is excellent in terms of high strength. The material is appropriately selected according to the application.

不織布の巻回工程101bでは、不織布2(図2参照)をマンドレル10(図2参照)上に複数層に巻回する。「複数層に巻回」するとは、典型的には金属繊維の不織布を複数周回にわたって円筒状に巻いて成形することをいうが、金属繊維の不織布の巻回の開始端(一周)を超えて円筒状に巻いて成形する場合であって、二周に満たない巻回数で不織布を円筒状に巻いて成形する場合をも含む。二周に満たない巻回数で不織布を巻回する場合にも、不織布の巻回の開始端部を複数層に巻回してカバーすることで内部構造に欠陥の無い信頼性の高い接合部を実現することができる。   In the nonwoven fabric winding step 101b, the nonwoven fabric 2 (see FIG. 2) is wound on the mandrel 10 (see FIG. 2) in multiple layers. “Wound in a plurality of layers” typically refers to forming a metal fiber nonwoven fabric into a cylindrical shape over a plurality of turns, but beyond the starting end (one turn) of the metal fiber nonwoven fabric. It includes the case where the nonwoven fabric is wound and formed into a cylindrical shape with the number of turns less than two rounds. Even when the nonwoven fabric is wound with less than two turns, a highly reliable joint with no defects in the internal structure is realized by covering the winding end of the nonwoven fabric with multiple layers. can do.

巻回工程101は、不織布の巻回工程101bの前にアルミナペーパの離型シート材11(図2参照)をマンドレル10(図2参照)に巻回する離型材の巻回工程101aを有する。アルミナペーパ11はアルミナ繊維をアルミナペーパの総重量の約5重量%の有機物で結合(バインド)して設けることができ、アルミナペーパ11で隔離することで、不織布の内周層2a(図2参照)とマンドレル10とが焼結によって、またその後のスウェージングによって固着することを防止することができる。有機物は、例えば、紙繊維とすることができる。また、アルミナ繊維を結合する有機物は第1の焼結工程102によって熱分解するためにアルミナペーパ11は脆くなって焼結された不織布から容易に除去することができる。   The winding step 101 includes a release material winding step 101a for winding the release sheet material 11 of alumina paper (see FIG. 2) around the mandrel 10 (see FIG. 2) before the nonwoven fabric winding step 101b. The alumina paper 11 can be provided by binding (binding) alumina fibers with an organic substance of about 5% by weight of the total weight of the alumina paper. By separating the alumina paper 11 with the alumina paper 11, the nonwoven fabric inner peripheral layer 2a (see FIG. 2) is provided. ) And the mandrel 10 can be prevented from being fixed by sintering and by subsequent swaging. The organic substance can be, for example, paper fiber. Moreover, since the organic substance which couple | bonds an alumina fiber is thermally decomposed by the 1st sintering process 102, the alumina paper 11 becomes weak and can be easily removed from the sintered nonwoven fabric.

本実施の形態では、マンドレル10(図2参照)の外周長の1.2倍に予め切断されたアルミナペーパ11(図2参照)をマンドレル10に一周を超えて巻回することで、不織布の内周層2a(図2参照)とマンドレル10の外周面とを完全に非接触として離型しやすいように隔離する。なお、他の実施の形態では、アルミナペーパ11を一周に満たないロール長さとしてマンドレル10の外周に巻回してもよい。この場合にも、不織布の内周層2aとマンドレル10の外周面とが拡散接合して固着してしまうことの無い限度において、一周に満たない長さで隙間を開けてアルミナペーパ11をマンドレル10に巻回して離型材とすることができる。あるいは、アルミナペーパ11をマンドレル10に丁度一周分だけ巻回するものとしてもよい。あるいは、不織布2とマンドレル10とが相互に焼結(拡散接合)し難い材質(例えば、ステンレスとジルコニア)で各々設けられている場合には、離型材としてのアルミナペーパ11を用いなくてもよい。これらの場合には、筒状に形成される不織布の内周面2i(図6参照)(以下、符号2iは適宜、不織布層の単に内周、内周面あるいは最内周層を示し、2oは適宜、不織布層の単に外周、外周面あるいは最外周層を示す)にアルミナペーパ11の重なり部によって不連続な段差が生じることがない。このため不織布の内周面2iをより滑らかな連続面として形成することができる。   In the present embodiment, the non-woven fabric is wound around the mandrel 10 by winding the alumina paper 11 (see FIG. 2) preliminarily cut to 1.2 times the outer peripheral length of the mandrel 10 (see FIG. 2). The inner peripheral layer 2a (see FIG. 2) and the outer peripheral surface of the mandrel 10 are completely separated from each other so as to be easily released. In another embodiment, the alumina paper 11 may be wound around the outer periphery of the mandrel 10 with a roll length less than one turn. Also in this case, the alumina paper 11 is made to have a mandrel 10 with a gap that is less than one full length, so long as the inner peripheral layer 2a of the nonwoven fabric and the outer peripheral surface of the mandrel 10 are not bonded by diffusion bonding. It can be wound around to form a release material. Alternatively, the alumina paper 11 may be wound around the mandrel 10 just once. Alternatively, when the nonwoven fabric 2 and the mandrel 10 are provided with materials (for example, stainless steel and zirconia) that are difficult to be sintered (diffusion bonded) to each other, it is not necessary to use the alumina paper 11 as a release material. . In these cases, the inner peripheral surface 2i of the nonwoven fabric formed in a cylindrical shape (see FIG. 6) (hereinafter, reference numeral 2i appropriately indicates simply the inner periphery, inner peripheral surface or innermost peripheral layer of the nonwoven fabric layer. Is simply an outer periphery, an outer peripheral surface, or an outermost peripheral layer of the nonwoven fabric layer), and a discontinuous step does not occur due to the overlapping portion of the alumina paper 11. For this reason, the inner peripheral surface 2i of the nonwoven fabric can be formed as a smoother continuous surface.

本実施の形態の筒形フィルターの製造方法100は、巻回された不織布を焼結する第1の焼結工程102を備える。第1の焼結工程102は、その主な工程として、マンドレルに巻回した不織布2(図2参照)を加熱することで、不織布2の内部において相互に接触する金属繊維を拡散接合する第1の接合焼結工程102cを有する。なお、第1の焼結工程102は、この第1の接合焼結工程102cの前に、不織布をより強固に焼結することができるように、焼結環境を無酸素雰囲気又は還元ガス雰囲気に予め調整する第1の雰囲気調整工程102aを有してもよい。焼結を無酸素雰囲気又は水素、蟻酸等の還元ガス雰囲気中で行う場合には、金属繊維の表面に形成される酸化膜に起因する焼結不良を防止して、より強固に金属繊維を焼結することができる。また、不織布と離型材(又はマンドレル)との接触面の介在物等に起因する不織布の酸化固着等の不具合の発生を未然に防止することができる。また、第1の焼結工程102は、雰囲気調整工程の後であって接合焼結工程の前に、不織布の金属繊維の溶融温度以下の比較的低い温度で一定時間不織布を加熱する第1の予備加熱工程102bを有する。加熱温度は摂氏400度乃至摂氏900度の範囲、好ましくは摂氏600度乃至摂氏800度の範囲であり、本実施の形態では摂氏750度である。また、一定時間は、30分乃至120分の範囲、好ましくは40分乃至90分の範囲、本実施の形態では60分(1時間)である。予備加熱工程を有する場合には、金属繊維の表面に付着して焼結の妨げとなる油脂、水分、介在物等を熱分解して除去することができる。このため、続く接合焼結工程では、より強固に金属繊維を焼結することができる。   The cylindrical filter manufacturing method 100 of the present embodiment includes a first sintering step 102 for sintering the wound nonwoven fabric. The first sintering step 102 is a first step in which the non-woven fabric 2 wound around the mandrel (see FIG. 2) is heated to diffusely bond the metal fibers contacting each other inside the non-woven fabric 2. Bonding sintering step 102c. In the first sintering step 102, the sintering environment is changed to an oxygen-free atmosphere or a reducing gas atmosphere so that the nonwoven fabric can be sintered more strongly before the first bonding sintering step 102c. You may have the 1st atmosphere adjustment process 102a adjusted beforehand. When sintering is performed in an oxygen-free atmosphere or a reducing gas atmosphere such as hydrogen or formic acid, sintering failure due to an oxide film formed on the surface of the metal fiber is prevented, and the metal fiber is sintered more firmly. Can conclude. In addition, it is possible to prevent the occurrence of problems such as oxidative fixation of the nonwoven fabric due to inclusions on the contact surface between the nonwoven fabric and the release material (or mandrel). The first sintering step 102 is a first step in which the nonwoven fabric is heated for a certain period of time at a relatively low temperature below the melting temperature of the nonwoven fabric metal fibers after the atmosphere adjustment step and before the bonding sintering step. It has a preheating step 102b. The heating temperature is in the range of 400 degrees Celsius to 900 degrees Celsius, preferably in the range of 600 degrees Celsius to 800 degrees Celsius, and in this embodiment, 750 degrees Celsius. Further, the fixed time is in the range of 30 minutes to 120 minutes, preferably in the range of 40 minutes to 90 minutes, and in this embodiment is 60 minutes (1 hour). In the case of having a preheating step, fats and oils, moisture, inclusions and the like that adhere to the surface of the metal fiber and hinder sintering can be thermally decomposed and removed. For this reason, metal fiber can be sintered more strongly in the subsequent joining and sintering step.

本実施の形態の焼結工程102では、マンドレルに巻回した不織布(ワーク)2(図2参照)を密閉して外気から遮断する密閉容器(マッフル)内にワーク2を配置した状態で、この密閉容器の全体を外部から加熱する電気焼結炉(マッフル炉)(不図示)を用いてワーク2の焼結を行う。第1の焼結工程102が有する第1の雰囲気調整工程102aでは、密閉容器内に先ず窒素ガスを流して容器内の空気と置換し、その後水素ガスを密閉容器内に還元ガスとして注入して雰囲気を調整する。また、第1の焼結工程102が有する第1の予備加熱工程102bでは、ワーク2を摂氏750度で1時間加熱して焼結を阻害する阻害物質を除去する。予備加熱工程によって、離型材として用いられるアルミナペーパ11(図2参照)に含まれる有機物を予め熱分解して除去しておくことができるから、接合焼結工程では、離型材に含まれる有機物の熱分解(熱分解物質)の影響を受けることなく信頼性の高い金属繊維の焼結を行うことができる。   In the sintering step 102 of the present embodiment, the nonwoven fabric (workpiece) 2 wound around the mandrel (see FIG. 2) is sealed, and the workpiece 2 is disposed in a sealed container (muffle) that is shielded from the outside air. The workpiece 2 is sintered using an electric sintering furnace (muffle furnace) (not shown) that heats the entire hermetic container from the outside. In the first atmosphere adjustment step 102a of the first sintering step 102, nitrogen gas is first flowed into the sealed container to replace the air in the container, and then hydrogen gas is injected as a reducing gas into the sealed container. Adjust the atmosphere. Further, in the first preheating step 102b included in the first sintering step 102, the work 2 is heated at 750 degrees Celsius for 1 hour to remove an inhibitory substance that inhibits the sintering. Since the organic matter contained in the alumina paper 11 (see FIG. 2) used as the release material can be previously thermally decomposed and removed by the preheating step, the organic matter contained in the release material is removed in the bonding sintering step. Stable metal fibers can be sintered without being affected by thermal decomposition (pyrolytic substance).

本実施の形態の第1の焼結工程102が有する第1の接合焼結工程102cでは、ワーク2を摂氏1000度乃至摂氏1300度の範囲、好ましくは摂氏1100度乃至摂氏1200度の範囲、本実施の形態では摂氏1190度で所定の時間加熱する。所定の時間は、1時間乃至3時間30分の範囲、好ましくは1時間乃至3時間の範囲、本実施の形態では2時間である。本実施の形態では、摂氏1190度で2時間加熱して焼結する。また、第1の焼結工程102は第1の接合焼結工程102cの後にワーク2を収納する密閉容器を40分間ファン送風により空冷して徐冷する第1の冷却工程102d、及び冷却された密閉容器内に窒素ガスを注入して内部の水素ガスを排出する第1の置換工程102eを更に有する。なお、本実施の形態では、第1の焼結工程102は雰囲気調整工程、予備加熱工程、冷却工程、置換工程を有するものとして説明したが、他の実施の形態では、これらの工程を有することなく筒形フィルターを製造するものとしてもよい。この場合には、更に容易に筒形フィルターを製造することができる。また、他の実施の形態では、焼結する不織布の金属繊維の線径、材質等に応じて、本実施の形態の第1の焼結工程102のために例示した前述の焼結条件(温度、時間等)を適宜変更して不織布を焼結するものとしてもよい。   In the first bonding sintering step 102c included in the first sintering step 102 of the present embodiment, the workpiece 2 is in the range of 1000 degrees Celsius to 1300 degrees Celsius, preferably in the range of 1100 degrees Celsius to 1200 degrees Celsius, In the embodiment, heating is performed at 1190 degrees Celsius for a predetermined time. The predetermined time is in the range of 1 hour to 3 hours and 30 minutes, preferably in the range of 1 hour to 3 hours, and in this embodiment, 2 hours. In this embodiment, sintering is performed at 1190 degrees Celsius for 2 hours. In addition, the first sintering step 102 is cooled after the first bonding sintering step 102c, the first cooling step 102d for cooling the airtight container containing the work 2 by air cooling with a fan blow for 40 minutes, and cooling. A first replacement step 102e for injecting nitrogen gas into the sealed container and discharging the hydrogen gas therein is further included. In the present embodiment, the first sintering step 102 has been described as having an atmosphere adjustment step, a preheating step, a cooling step, and a replacement step, but in other embodiments, these steps are included. Alternatively, a cylindrical filter may be manufactured. In this case, a cylindrical filter can be manufactured more easily. In another embodiment, according to the wire diameter, material, etc. of the metal fiber of the nonwoven fabric to be sintered, the above-described sintering conditions (temperature) exemplified for the first sintering step 102 of the present embodiment. , Time, etc.) may be appropriately changed to sinter the nonwoven fabric.

本実施の形態の筒形フィルターの製造方法100は、焼結された不織布を圧縮する第1の圧縮工程103を備える。第1の圧縮工程103は、焼結された不織布の外周2o(図5(A)参照)から不織布の巻回の巻回軸の軸心に向けて筒形フィルターの厚さt(図6参照)方向に沿って不織布を圧縮成型する。焼結された不織布を圧縮成型することにより、所望の空隙率及び濾過開口サイズを有する筒形フィルターを製造することができる。本実施の形態に示すように焼結された不織布を筒形フィルターの厚さt方向に圧縮成型すると、焼結された不織布は異方性を有する一方で均一に塑性変形する。即ち、本実施の形態では、不織布を濾過開口の開口面の法線方向である厚さt方向に専ら塑性変形させて均一に圧縮成型する。この場合には、従来の成型装置の内型と外型との間に金属粒子を堆積させ開口部から加圧する従来の筒形フィルターの製造法で製造された筒形フィルターの場合のように、筒形フィルター内の金属粒子の充填率が軸方向(長手方向)に不均一となる事に起因する濾過特性のバラツキが無い。このため、所望の濾過特性(空隙率及び濾過開口サイズ)を有する一方で、透過特性に優れ、圧力損失(透過抵抗)の小さい優れた筒形フィルターを製造することができる。特に、剛体とみなすことができる工具(スウェージング冶具又はマンドレル)と接触して塑性変形する筒形フィルターの表面層(外周2o又は内周2i(図6参照))における空隙率を精度良く調整することができる。また、軸方向(長手方向)に大きく塑性変形されることがないために、従来の金属粒子を圧縮して焼結する方法により製造された筒形フィルターにおいてしばしば問題とされてきた、完成した筒形フィルターの脆性の問題を克服して、優れた機械的特性を有する筒形フィルターを製造することができる。   The manufacturing method 100 of the cylindrical filter of this Embodiment is equipped with the 1st compression process 103 which compresses the sintered nonwoven fabric. In the first compression step 103, the thickness t (see FIG. 6) of the cylindrical filter from the outer periphery 2o (see FIG. 5 (A)) of the sintered nonwoven fabric toward the axis of the winding axis of the nonwoven fabric winding. ) Compress the nonwoven fabric along the direction. By compression-molding the sintered nonwoven fabric, a cylindrical filter having a desired porosity and filtration opening size can be manufactured. When the sintered nonwoven fabric is compression-molded in the thickness t direction of the cylindrical filter as shown in this embodiment, the sintered nonwoven fabric is uniformly plastically deformed while having anisotropy. That is, in the present embodiment, the nonwoven fabric is plastically deformed exclusively in the thickness t direction, which is the normal direction of the opening surface of the filtration opening, and is uniformly compression molded. In this case, as in the case of a cylindrical filter manufactured by a conventional cylindrical filter manufacturing method in which metal particles are deposited between an inner mold and an outer mold of a conventional molding apparatus and pressurized from an opening, There is no variation in the filtration characteristics due to the non-uniform filling rate of the metal particles in the cylindrical filter in the axial direction (longitudinal direction). For this reason, while having desired filtration characteristics (porosity and filtration opening size), it is possible to produce an excellent cylindrical filter having excellent transmission characteristics and low pressure loss (transmission resistance). In particular, the porosity in the surface layer (outer periphery 2o or inner periphery 2i (see FIG. 6)) of the cylindrical filter that is plastically deformed by contact with a tool (swaging jig or mandrel) that can be regarded as a rigid body is accurately adjusted. be able to. In addition, since it is not greatly plastically deformed in the axial direction (longitudinal direction), the completed cylinder has often been a problem in the cylindrical filter manufactured by the conventional method of compressing and sintering metal particles. Overcoming the brittleness problem of shaped filters, it is possible to produce cylindrical filters with excellent mechanical properties.

また、本実施の形態では、焼結された不織布を圧縮成型して筒形フィルターを製造することから、従来のシート状材料を円筒状に成型して軸方向に溶接した継目を有する筒形フィルターの場合のように内部構造の欠陥を有することのない信頼性の高いシームレスな筒形フィルターを製造することができる。ここで「シームレス」とは、筒の長手方向(軸方向)に溶接による継目(シーム)の無いことをいう。更に、金属粒子を圧縮して焼結する従来の製造方法で製造される筒形フィルターと比較して筒形フィルターの厚さt(図6参照)をより薄く製造することができることから、所望の濾過特性(空隙率及び濾過開口サイズ)を有する一方で、透過特性に優れて圧力損失(透過抵抗)の小さい優れた筒形フィルターを製造することができる。また、筒形フィルターの製造に用いるマンドレル10(図2参照)の長さに制限はなく、マンドレル10の直径も可能な限り小さく設けることができることから、従来の金属粒子を圧縮して焼結する方法で製造することができる筒形フィルターと比較してより長く細い筒形フィルターを容易に製造することができる。   In the present embodiment, a cylindrical filter is manufactured by compression-molding a sintered nonwoven fabric. Therefore, a cylindrical filter having a seam in which a conventional sheet-like material is molded into a cylindrical shape and welded in the axial direction. Thus, a highly reliable seamless cylindrical filter that does not have defects in the internal structure as in the case of the above can be produced. Here, “seamless” means that there is no seam by seam in the longitudinal direction (axial direction) of the cylinder. Furthermore, the thickness t (see FIG. 6) of the cylindrical filter can be made thinner as compared with a cylindrical filter manufactured by a conventional manufacturing method in which metal particles are compressed and sintered. While having filtration characteristics (porosity and filtration opening size), an excellent cylindrical filter having excellent transmission characteristics and small pressure loss (transmission resistance) can be produced. Moreover, there is no restriction | limiting in the length of the mandrel 10 (refer FIG. 2) used for manufacture of a cylindrical filter, and since the diameter of the mandrel 10 can be provided as small as possible, the conventional metal particle is compressed and sintered. A longer and thinner cylindrical filter can be easily manufactured compared to a cylindrical filter that can be manufactured by the method.

圧縮工程103は、焼結した不織布をマンドレルとスウェージング冶具との間でスウェージング(矯正圧縮成型)する第1のスウェージング工程103aを有することができる。第1のスウェージング工程103aは、スウェージング冶具13(図5(A)参照)とマンドレル10(図5(A)参照)との間に焼結した不織布2(図5(A)参照)を狭圧して不織布をスウェージングする。スウェージング工程103aの詳細については後に詳述する。   The compression step 103 can include a first swaging step 103a for swaging (corrective compression molding) the sintered nonwoven fabric between the mandrel and the swaging jig. In the first swaging step 103a, the nonwoven fabric 2 (see FIG. 5 (A)) sintered between the swaging jig 13 (see FIG. 5 (A)) and the mandrel 10 (see FIG. 5 (A)) is used. Sweat the nonwoven fabric with a narrow pressure. Details of the swaging step 103a will be described later.

また、圧縮工程103は、圧縮成型された不織布をマンドレル等の冶具から離型する第1の離型工程103bを有するものとしてもよい。第1の離型工程103bは離型材11(図2参照)とマンドレル10(図5(B)参照)との間に剪断力を加えてマンドレル10から焼結した不織布2(図5(B)参照)を分離して取り外す。離型工程103bは離型材(アルミナペーパ)11を不織布から除去する離型材除去工程(不図示)を更に有することができる。本実施の形態の離型材(アルミナペーパ)11に含まれる有機物は焼結によって熱分解し、離型材11はスウェージングによって脆くなっているため、焼結された不織布2をマンドレル10から容易に離型することができ、また焼結された不織布2から離型材(アルミナペーパ)11を容易に除去することができる。離型工程103bの詳細については後に詳述する。離型工程は、常温(室温)で行うことができるが、不織布とマンドレルの線膨張係数の差を利用して、マンドレルと不織布の層を含めた全体を、摂氏100度乃至摂氏300度に加温して行ってもよい。マンドレルの抜き取りが更に容易となる。   Further, the compression step 103 may include a first release step 103b for releasing the compression-molded nonwoven fabric from a jig such as a mandrel. In the first release step 103b, the nonwoven fabric 2 (FIG. 5B) sintered from the mandrel 10 by applying a shearing force between the release material 11 (see FIG. 2) and the mandrel 10 (see FIG. 5B). (See below) and remove. The mold release process 103b can further include a mold release material removal process (not shown) for removing the mold release material (alumina paper) 11 from the nonwoven fabric. The organic matter contained in the release material (alumina paper) 11 of the present embodiment is thermally decomposed by sintering, and the release material 11 is made brittle by swaging. Therefore, the sintered nonwoven fabric 2 is easily separated from the mandrel 10. The mold release material (alumina paper) 11 can be easily removed from the sintered nonwoven fabric 2. Details of the mold release step 103b will be described later. The mold release process can be performed at room temperature (room temperature), but the whole including the mandrel and non-woven fabric layer is added to 100 degrees Celsius to 300 degrees Celsius using the difference in linear expansion coefficient between the non-woven fabric and the mandrel. You may go warm. The mandrel can be removed more easily.

本実施の形態の筒形フィルターの製造方法100は第1の焼結工程102と同様の第2の焼結工程201を備える。第2の焼結工程201は、第1の圧縮工程103で圧縮成型されることで、より緊密に相互に接触して接点の増した金属繊維の不織布を再度焼結することで、不織布の焼結を更に強固なものとすることができる。第2の焼結工程201では、第1の離型工程103bにおいて離型材11(図2参照)が既に除去された不織布を再度マンドレル10(図2参照)上に差し込んで焼結することができる。   The cylindrical filter manufacturing method 100 of the present embodiment includes a second sintering step 201 similar to the first sintering step 102. In the second sintering step 201, the non-woven fabric is sintered by re-sintering the non-woven fabric of metal fibers that are more closely contacted to each other and increased in contact by being compression-molded in the first compression step 103. The result can be made stronger. In the second sintering step 201, the non-woven fabric from which the release material 11 (see FIG. 2) has already been removed in the first releasing step 103b can be inserted and sintered again on the mandrel 10 (see FIG. 2). .

第2の焼結工程201が有する第2の接合焼結工程201cでは、離型材11(図2参照)を用いることなく不織布を接合焼結(拡散接合)することに伴う筒状に形成された不織布の直径の減少(焼き締まり)を考慮して、第1の焼結工程102が有する第1の接合焼結工程102cよりも低い焼結温度で焼結を行うことができる。この場合には、第1の焼結工程102よりも僅かに低い焼結温度で接合焼結を行うことで、接合焼結後にマンドレル10(図5(B)参照)から不織布2(図5(B)参照)を容易に離型できることが本願発明者によって確認されている。例えば、第2の焼結工程201の接合焼結の温度を第1の焼結工程102よりも摂氏20度だけ低い温度とすることでこの効果を得ることができる。この効果を得るために低下させる温度の範囲は、例えば、摂氏10度乃至摂氏120度の範囲、更に狭い範囲では、摂氏20度乃至摂氏50度の範囲とすることができる。なお、本実施の形態では、筒型フィルターの製造方法100は第2の焼結工程201を備えるものとして説明したが、他の実施の形態では、第2の焼結工程201を備えることなく第1の焼結工程102のみにより筒形フィルターを製造するものとしてもよい。この場合には、更に容易に筒形フィルターを製造することができる。   In the second bonding / sintering step 201c of the second sintering step 201, the non-woven fabric was joined and sintered (diffusion bonding) without using the release material 11 (see FIG. 2). In consideration of a decrease in the diameter (sintering) of the nonwoven fabric, the sintering can be performed at a sintering temperature lower than that of the first bonding sintering step 102c included in the first sintering step 102. In this case, joint sintering is performed at a slightly lower sintering temperature than that in the first sintering step 102, so that the mandrel 10 (see FIG. 5B) and the nonwoven fabric 2 (see FIG. 5B) after joint sintering. It has been confirmed by the present inventor that the mold can be easily released (see B). For example, this effect can be obtained by setting the bonding sintering temperature of the second sintering step 201 to a temperature that is 20 degrees Celsius lower than that of the first sintering step 102. The temperature range to be lowered to obtain this effect can be, for example, a range of 10 degrees Celsius to 120 degrees Celsius, and a narrower range of 20 degrees Celsius to 50 degrees Celsius. In the present embodiment, the cylindrical filter manufacturing method 100 has been described as including the second sintering step 201. However, in other embodiments, the cylindrical filter manufacturing method 100 includes the second sintering step 201 without including the second sintering step 201. A cylindrical filter may be manufactured by only one sintering step 102. In this case, a cylindrical filter can be manufactured more easily.

本実施の形態の筒形フィルターの製造方法100は第1の圧縮工程と同様の第2の圧縮工程202を備える。第2の圧縮工程202は本実施の形態の筒形フィルターの製造方法100における最後の圧縮工程であり、焼結された不織布の内周面及び外周面の寸法を完成品の筒形フィルターの内周面2i及び外周面2oの寸法(図6参照)として精度良く仕上げることができる。第2の圧縮工程202が有する第2のスウェージング工程202aでは、第1の離型工程103bにおいて離型材(アルミナペーパ)11が既に除去されているために、不織布の内周2iは離型材11を介することなくマンドレル10(図5(A)参照)の外周と完全に一致するように圧縮される。このため、離型材11の影響を受けることなく、筒形フィルターの内周2iを滑らか且つ寸法精度良く形成することができる。また既に説明したように、不織布の金属繊維とマンドレルの材料の違いに基づく線膨張係数の差により、マンドレルの抜出しも比較的容易に行うことができる。このように、焼結工程及び圧縮工程を複数回繰り返して行うことで筒形フィルターの更に強固な焼結と更に精度の良い寸法形状とを提供することができる。なお、他の実施の形態では、焼結工程及び圧縮工程の繰り返しの回数は2回以上、例えば3回であってもよい。あるいは、更に他の実施の形態では、第2の圧縮工程202を備えることなく第1の圧縮工程103のみにより筒形フィルターを製造するものとしてもよい。この場合には、更に容易に筒形フィルターを製造することができる。   The manufacturing method 100 of the cylindrical filter of this Embodiment is provided with the 2nd compression process 202 similar to a 1st compression process. The second compression step 202 is the last compression step in the cylindrical filter manufacturing method 100 of the present embodiment, and the dimensions of the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the sintered nonwoven fabric are set in the finished cylindrical filter. The dimensions of the peripheral surface 2i and the outer peripheral surface 2o (see FIG. 6) can be accurately finished. In the second swaging step 202a of the second compression step 202, since the release material (alumina paper) 11 has already been removed in the first release step 103b, the inner periphery 2i of the nonwoven fabric is the release material 11. Compressed so as to completely match the outer periphery of the mandrel 10 (see FIG. 5A) For this reason, the inner periphery 2i of the cylindrical filter can be formed smoothly and with high dimensional accuracy without being affected by the release material 11. Further, as already described, the mandrel can be pulled out relatively easily due to the difference in the linear expansion coefficient based on the difference in the metal fibers of the nonwoven fabric and the material of the mandrel. As described above, by repeating the sintering step and the compression step a plurality of times, it is possible to provide stronger sintering and more accurate dimensional shape of the cylindrical filter. In other embodiments, the number of repetitions of the sintering step and the compression step may be two times or more, for example, three times. Alternatively, in still another embodiment, the cylindrical filter may be manufactured only by the first compression step 103 without providing the second compression step 202. In this case, a cylindrical filter can be manufactured more easily.

本実施の形態の筒形フィルターの製造方法100は、最後の圧縮工程(第2の圧縮工程202)の後に筒形フィルターの内周層又は外周層の表面2i、2o(図6参照)のいずれかに(特に線径の小さい金属繊維を用いた層の側に)パラジウム又はパラジウム合金めっき3(図6参照)を施すパラジウム又はパラジウム合金めっき工程301を備える。筒形フィルターの表面の濾過開口をパラジウム又はパラジウム合金めっきで封孔する場合には、パラジウム又はパラジウム合金めっき層が水素透過膜として機能することから、筒形フィルターを例えば燃料電池用の水素透過フィルターとして用いることができる。パラジウム合金は、例えば、パラジウムと銀、銅等との合金とすることができる。本実施の形態の筒形フィルターの製造方法100によれば、筒形フィルターの濾過開口サイズをミクロンオーダ、あるいはサブミクロンオーダとして製造することができるから、筒形フィルターの表面に非常に薄い膜厚のパラジウム又はパラジウム合金めっきを施すだけで、好適に濾過開口を封孔して水素透過フィルターを製造することができる。この場合には希少金属であるパラジウム又はパラジウム合金の使用量を削減することができる。なお、他の実施の形態では、パラジウム又はパラジウム合金めっきを施すことなく筒形フィルターを製造するものとしてもよい。この場合にも、所望の濾過特性(空隙率及び濾過開口サイズ)を有する一方で、透過特性に優れて圧力損失の小さい優れた筒形フィルターを製造することができる   The cylindrical filter manufacturing method 100 according to the present embodiment includes any one of the inner peripheral layer and the outer peripheral layer surfaces 2i and 2o (see FIG. 6) of the cylindrical filter after the final compression step (second compression step 202). There is provided a palladium or palladium alloy plating step 301 for applying palladium or palladium alloy plating 3 (see FIG. 6) to the crab (particularly on the side of the layer using metal fibers having a small wire diameter). When the filtration opening on the surface of the cylindrical filter is sealed with palladium or palladium alloy plating, the palladium or palladium alloy plating layer functions as a hydrogen permeable membrane. Can be used as The palladium alloy can be, for example, an alloy of palladium and silver, copper or the like. According to the manufacturing method 100 of the cylindrical filter of the present embodiment, since the filtration opening size of the cylindrical filter can be manufactured in a micron order or a submicron order, a very thin film thickness is formed on the surface of the cylindrical filter. By simply performing palladium or palladium alloy plating, a filtration opening can be suitably sealed to produce a hydrogen permeable filter. In this case, the amount of rare metal palladium or palladium alloy used can be reduced. In other embodiments, the cylindrical filter may be manufactured without applying palladium or palladium alloy plating. Also in this case, an excellent cylindrical filter having desired filtration characteristics (porosity and filtration opening size) and excellent permeation characteristics and low pressure loss can be produced.

図2を参照して、本実施の形態に係る巻回工程を詳細に説明する。本実施の形態の巻回工程101(図1参照)を実現する巻回装置20が備えるマンドレル10、マンドレルを巻回装置20に対して着脱可能且つ回転自在に軸支するマンドレルチャック10a、各々自由回転可能に軸支される第1及び第2の巻回ローラ12a、12bを図2に示す。巻回ローラ12a、12bは更に第3の巻回ローラ12c(図3参照)と共にマンドレル10を中心に囲んで相互に120度の角度間隔を隔てて配置される。第1乃至第3の巻回ローラ12a、12b、12cは各々エアシリンダ(不図示)に駆動されてマンドレル10の回転軸の軸心に向けて前進及び後退(ストローク)可能に設けられる。なお、巻回装置は本実施の形態の巻回工程を実現することができる限度の範囲において図示の例と異なる差異を有して設けることができる。本実施の形態では、外周2oの直径が12.7mm、内周2iの直径が11.04mm、厚さtが約0.8mm、軸方向の長さが200mmの筒形フィルター1(各図6参照)を製造する場合を示すものとし、マンドレル10は、その外周の直径が筒形フィルター1の内周2iの直径と一致する11.04mmに設けられる。   With reference to FIG. 2, the winding process which concerns on this Embodiment is demonstrated in detail. The mandrel 10 provided in the winding device 20 that realizes the winding step 101 (see FIG. 1) of the present embodiment, and the mandrel chuck 10a that supports the mandrel so as to be detachable and rotatable with respect to the winding device 20 are free. FIG. 2 shows the first and second winding rollers 12a and 12b that are rotatably supported. The winding rollers 12a and 12b are further arranged with a third winding roller 12c (see FIG. 3) around the mandrel 10 at an angular interval of 120 degrees. The first to third winding rollers 12a, 12b, and 12c are each driven by an air cylinder (not shown) so as to be capable of moving forward and backward (stroke) toward the axis of the rotating shaft of the mandrel 10. Note that the winding device can be provided with a difference different from the example shown in the range within which the winding process of the present embodiment can be realized. In the present embodiment, the cylindrical filter 1 having a diameter of the outer periphery 2o of 12.7 mm, a diameter of the inner periphery 2i of 11.04 mm, a thickness t of about 0.8 mm, and an axial length of 200 mm (see FIG. 6). The mandrel 10 is provided at 11.04 mm where the outer diameter of the mandrel 10 coincides with the diameter of the inner circumference 2i of the tubular filter 1.

本実施の形態において、マンドレル10には先ず、離型シート材であるアルミナペーパ11が巻回される。アルミナペーパ11を巻回するために、巻回ローラ12a、12bを後退させてマンドレル10と巻回ローラ12a、12bとの間に隙間を設ける。本実施の形態では、脆いアルミナペーパ11に弾性シート(不図示)を外側から重ねた状態で巻回ローラ12a、12bとマンドレル10との間にアルミナペーパ11と弾性シートとを狭圧して巻回して巻き付けを開始する。この場合には、アルミナペーパ11に巻回ローラ12a、12bが直接線接触して当接することがなく、弾性シートが加えられる荷重をより広い範囲に分散することができるから、アルミナペーパ11が破壊してしまうことがない。このため均一にアルミナペーパ11をマンドレル10に巻回することができる。なお、弾性シートは透明に設けるものとしてもよい。この場合には、巻回中のアルミナペーパ11の状態を弾性シートの外側から視認しながら巻回することができる。なお、内周層となる不織布を弾性シートの代わりとしてもよい。そのときは、弾性シートの取り除きの工程を省略することができる。   In the present embodiment, first, alumina paper 11 as a release sheet material is wound around the mandrel 10. In order to wind the alumina paper 11, the winding rollers 12a and 12b are moved backward to provide a gap between the mandrel 10 and the winding rollers 12a and 12b. In the present embodiment, an elastic sheet (not shown) is overlapped on the brittle alumina paper 11 from the outside, and the alumina paper 11 and the elastic sheet are wound between the winding rollers 12a and 12b and the mandrel 10 with a narrow pressure. Start winding. In this case, the winding rollers 12a and 12b do not come into direct line contact with the alumina paper 11, and the load to which the elastic sheet is applied can be distributed over a wider range. There is no end to it. For this reason, the alumina paper 11 can be uniformly wound around the mandrel 10. The elastic sheet may be provided transparently. In this case, the state of the alumina paper 11 being wound can be wound while being visually recognized from the outside of the elastic sheet. In addition, it is good also considering the nonwoven fabric used as an inner peripheral layer instead of an elastic sheet. In that case, the process of removing the elastic sheet can be omitted.

本実施の形態では、アルミナペーパ11を巻回する際の巻回ローラ12a、12bによる加圧力は、各々金属繊維の不織布2を巻回する際の加圧力よりも低い加圧力に設定される。加圧力を高くすると、アルミナ繊維が破断して、形状を維持することができなくなるからである。本実施の形態では、巻回ローラによる加圧力は、例えば各々0.05MPa(狭圧長さ270mm当たり140N相当)とすることができる。この加圧力により巻回ローラ12a、12bをマンドレル10の軸心に向けて前進させて弾性シート(不図示)とアルミナペーパ11とをマンドレル10との間で狭圧した状態で、マンドレル10を回転させてアルミナペーパ11をマンドレルに巻回する。   In the present embodiment, the pressure applied by the winding rollers 12a and 12b when winding the alumina paper 11 is set to a pressure lower than the pressure applied when winding the nonwoven fabric 2 of metal fibers. This is because when the pressure is increased, the alumina fiber is broken and the shape cannot be maintained. In the present embodiment, the pressure applied by the winding roller can be set to, eg, 0.05 MPa (equivalent to 140 N per narrow pressure length of 270 mm). With this applied pressure, the winding rollers 12 a and 12 b are advanced toward the axis of the mandrel 10, and the mandrel 10 is rotated while the elastic sheet (not shown) and the alumina paper 11 are compressed between the mandrel 10. The alumina paper 11 is wound around a mandrel.

マンドレル10は本実施の形態においてはマンドレルチャック10aに連結する手動ハンドル(不図示)により必要な回転トルクを与えられて回転するように設けられる。この場合には筒形フィルターの製造者が手動ハンドルに伝達される加工反力を確認しながら適切に巻回を行うことができる。一方、他の実施の形態では、随意に回転制御の為されたモータ(不図示)で機械的にマンドレル10を回転するものとしてもよい。この場合にはより効率良く巻回工程を実現することができる。巻回によりアルミナペーパ11に一定の丸みが付けられた後は、更に第3の巻回ローラ12c(図13参照)による加圧を加えてマンドレル10を回転させることでアルミナペーパ11がマンドレル10に密着するように加工する。弾性シート(不図示)はアルミナペーパ11の巻回後に巻回装置20から取り除くことができる。   In the present embodiment, the mandrel 10 is provided so as to be rotated by applying a necessary rotational torque by a manual handle (not shown) connected to the mandrel chuck 10a. In this case, the manufacturer of the cylindrical filter can appropriately perform the winding while confirming the processing reaction force transmitted to the manual handle. On the other hand, in another embodiment, the mandrel 10 may be mechanically rotated by a motor (not shown) that is optionally rotationally controlled. In this case, the winding process can be realized more efficiently. After the alumina paper 11 is rounded by winding, pressure is applied by the third winding roller 12c (see FIG. 13) and the mandrel 10 is rotated to cause the alumina paper 11 to move to the mandrel 10. Process to adhere. The elastic sheet (not shown) can be removed from the winding device 20 after the alumina paper 11 is wound.

続いて筒形フィルターの内周層を形成する線径(平均断面直径)da=6.5μmのステンレス鋼(SUS316L)製の金属繊維で構成された不織布2a(目付量150g/m)を前述のように巻回したアルミナペーパ11の上からマンドレル10上に重ねて巻回する。図2では、筒形フィルターの外周層を形成する不織布2bの一部を説明のために切り欠いて内周層を形成する不織布2aを示している。金属繊維の線径daは所望の濾過特性(空隙率及び濾過開口サイズ)、剛性並びに透過特性を得ることができるように材質、目付量と共に随意に選択することができる。筒形フィルターの内周層を形成する不織布2aは予めロール幅が筒形フィルターの軸方向の長さ200mmを製造するために十分な270mmに、ロール長さがマンドレルに7.5周だけ巻回することができる長さ(300mm)に裁断されて用意される。 Subsequently, the non-woven fabric 2a (weight per unit area 150 g / m 2 ) made of metal fibers made of stainless steel (SUS316L) with a wire diameter (average cross-sectional diameter) da = 6.5 μm forming the inner peripheral layer of the cylindrical filter is described above. As described above, the paper is wound on the mandrel 10 from above the wound alumina paper 11. In FIG. 2, the nonwoven fabric 2a which cuts out a part of nonwoven fabric 2b which forms the outer peripheral layer of a cylindrical filter for description, and forms an inner peripheral layer is shown. The wire diameter da of the metal fiber can be arbitrarily selected together with the material and the basis weight so as to obtain desired filtration characteristics (porosity and filtration opening size), rigidity, and transmission characteristics. The non-woven fabric 2a forming the inner peripheral layer of the cylindrical filter is previously wound with a roll width of 270 mm sufficient for manufacturing the axial length of the cylindrical filter of 200 mm, and the roll length is wound around the mandrel by 7.5 turns. It is cut into a length (300 mm) that can be prepared.

内周層を形成する不織布2aの巻回は、第1及び第2の巻回ローラ12a、12bとマンドレル10との間に巻回されたアルミナペーパ11と不織布2aとを重ねて狭圧した状態でマンドレル10を回転させることで、先ずは1周だけアルミナペーパ11上に不織布2aを巻回する。不織布2aを1周巻回した後は、第3の巻回ローラ12c(図13参照)を加えて第1乃至第3の巻回ローラ12a、12b、12cで不織布2aをマンドレル10(アルミナペーパ11)上に押圧した状態で不織布2aの全長(7.5周)をマンドレル10の外周上に巻回する。不織布2aの全長(7.5周)をマンドレル10の外周上に巻回した後に、第1乃至第3の巻回ローラ12a、12b、12cの各々の加圧力を0.2MPa(狭圧長さ270mm当たり600N相当)に昇圧して20回程度マンドレルを回転して不織布2aを筒状に形成する。このように、筒形フィルターの内周層を形成する不織布2aの全長をマンドレル10上に巻回するまでは第1乃至第3の巻回ローラによる加圧力を比較的低い加圧力として巻回することで、アルミナペーパ11及び内周層を形成する不織布2aが潰れて(塑性変形して)しまうことを防ぐことができる。   The winding of the nonwoven fabric 2a forming the inner circumferential layer is a state in which the alumina paper 11 wound between the first and second winding rollers 12a and 12b and the mandrel 10 and the nonwoven fabric 2a are overlapped and narrowed. By rotating the mandrel 10, the nonwoven fabric 2a is first wound on the alumina paper 11 only once. After the nonwoven fabric 2a is wound once, the third winding roller 12c (see FIG. 13) is added and the nonwoven fabric 2a is moved to the mandrel 10 (alumina paper 11 by the first to third winding rollers 12a, 12b, 12c. ) The entire length (7.5 laps) of the nonwoven fabric 2a is wound around the outer circumference of the mandrel 10 while being pressed upward. After the entire length (7.5 laps) of the nonwoven fabric 2a is wound on the outer circumference of the mandrel 10, the applied pressure of each of the first to third winding rollers 12a, 12b, 12c is 0.2 MPa (narrow pressure length). The pressure is increased to about 600 N per 270 mm, and the mandrel is rotated about 20 times to form the nonwoven fabric 2a into a cylindrical shape. Thus, until the full length of the nonwoven fabric 2a which forms the inner peripheral layer of the cylindrical filter is wound around the mandrel 10, the pressure applied by the first to third winding rollers is wound as a relatively low pressure. Thereby, it can prevent that the nonwoven fabric 2a which forms the alumina paper 11 and an inner peripheral layer is crushed (plastically deformed).

同様に、筒形フィルターの外周層を形成する線径(平均断面直径)db=2μmのステンレス鋼(SUS316L)製の金属繊維で構成された不織布2b(目付量150g/m)を前述のように巻回した筒形フィルターの内周層を形成する不織布2aの上からマンドレル10上に更に重ねて巻回する。金属繊維の線径dbも同様に、所望の濾過特性(空隙率及び濾過開口サイズ)、剛性並びに透過特性を得ることができるように材質、目付量と共に随意に選択することができる。筒形フィルターの外周層を形成する不織布2bは予めロール幅が筒形フィルターの軸方向の長さ200mmを製造するために十分な270mmに、ロール長さがマンドレルに22.6周だけ巻回することができる長さ(900mm)に裁断されて用意される。なお、筒形フィルターの外周層を形成する不織布2bをマンドレル10上に巻回する際は、既にマンドレル10上に巻回されたアルミナペーパ11と内周層を形成する不織布2aとが第1乃至第3の巻回ローラ12a、12b、12c(図3参照)が加える加圧力を分散することとなる。このため、外周層を形成する不織布2bを巻回する際の巻回ローラによる加圧力を終始各々0.2MPa(狭圧長さ270mm当たり600N相当)としてもアルミナペーパ11及び不織布2が潰れて(厚さ方向に塑性変形して)しまうことがない。 Similarly, the non-woven fabric 2b (weight per unit area 150 g / m 2 ) made of metal fibers made of stainless steel (SUS316L) with a wire diameter (average cross-sectional diameter) db = 2 μm forming the outer peripheral layer of the cylindrical filter is as described above. The tubular filter wound on the mandrel 10 is further overlapped on the nonwoven fabric 2a forming the inner peripheral layer of the cylindrical filter. Similarly, the wire diameter db of the metal fiber can be arbitrarily selected together with the material and the basis weight so that desired filtration characteristics (porosity and filtration opening size), rigidity and permeation characteristics can be obtained. The non-woven fabric 2b forming the outer peripheral layer of the cylindrical filter is previously wound around the mandrel by a roll length of 22.6 rounds so that the roll width is 270 mm sufficient to manufacture the axial length of 200 mm of the cylindrical filter. It is cut into a length (900 mm) that can be prepared. When the non-woven fabric 2b forming the outer peripheral layer of the cylindrical filter is wound around the mandrel 10, the alumina paper 11 already wound on the mandrel 10 and the non-woven fabric 2a forming the inner peripheral layer are first to thru. The pressure applied by the third winding rollers 12a, 12b, and 12c (see FIG. 3) is dispersed. For this reason, the alumina paper 11 and the nonwoven fabric 2 are crushed even if the pressure applied by the winding roller when winding the nonwoven fabric 2b forming the outer peripheral layer is 0.2 MPa (equivalent to 600 N per narrow pressure length of 270 mm) from start to finish ( There is no plastic deformation in the thickness direction).

図3を参照して、本実施の形態に係る巻回工程を更に説明する。図3は離型材としてのアルミナペーパ11、筒形フィルターの内周層を形成する不織布2a、外周層を形成する不織布2bが第1乃至第3の巻回ローラ12a、12b、12cによって厚さ方向に押圧されてマンドレル10上に重ねて巻回されていることを示す。内周層を形成する不織布2a、外周層を形成する不織布2bは複数層に巻回され、層間の接触面において隙間が生じることなく金属繊維同士が層を超えて相互に接触している。このように不織布2はマンドレル10と第1乃至第3の巻回ローラとの間で筒形フィルターの厚さt(図6参照)方向に押圧されて筒状に形成される。   With reference to FIG. 3, the winding process which concerns on this Embodiment is further demonstrated. FIG. 3 shows an alumina paper 11 as a release material, a non-woven fabric 2a forming an inner peripheral layer of a cylindrical filter, and a non-woven fabric 2b forming an outer peripheral layer in the thickness direction by first to third winding rollers 12a, 12b and 12c. It is shown that it is pressed and is overlapped on the mandrel 10. The non-woven fabric 2a forming the inner peripheral layer and the non-woven fabric 2b forming the outer peripheral layer are wound around a plurality of layers, and the metal fibers are in contact with each other across the layers without causing a gap on the contact surface between the layers. In this manner, the nonwoven fabric 2 is pressed in the direction of the thickness t (see FIG. 6) of the cylindrical filter between the mandrel 10 and the first to third winding rollers and is formed into a cylindrical shape.

図4を参照して、本実施の形態に係る巻回工程を更に説明する。図4(A)に示すように、本実施の形態の巻回工程101(図1参照)では、互いに異なる線径(平均断面直径)da、dbの金属繊維で構成される複数枚の不織布2a、2bを順次重ねてマンドレル10の外周面上に巻回する。このように異なる複数種類の不織布2a、2bを重ねて巻回する場合には、不織布2a、2bの機械的特性の差異に応じて所望の傾斜した内部構造特性を有する機能的な筒形フィルターを製造することができる。また、重ね合わせる不織布の枚数に制限はなく、他の実施の形態では、例えば、3枚の不織布を重ね合わせることで、筒形フィルターの内周層2a、中間層(不図示)及び外周層2bにおける濾過特性(空隙率及び濾過開口サイズ)及び透過特性を随意に変化させて筒形フィルターを製造するものとしてもよい。   With reference to FIG. 4, the winding process which concerns on this Embodiment is further demonstrated. As shown in FIG. 4A, in the winding step 101 (see FIG. 1) of the present embodiment, a plurality of nonwoven fabrics 2a made of metal fibers having different wire diameters (average cross-sectional diameters) da and db. 2b are sequentially stacked and wound on the outer peripheral surface of the mandrel 10. When a plurality of different types of non-woven fabrics 2a and 2b are wound in such a manner, a functional cylindrical filter having a desired inclined internal structure characteristic according to the difference in mechanical properties of the non-woven fabrics 2a and 2b is used. Can be manufactured. Moreover, there is no restriction | limiting in the number of the nonwoven fabrics to overlap | superpose, In other embodiment, the inner peripheral layer 2a of a cylindrical filter, the intermediate | middle layer (not shown), and the outer peripheral layer 2b are piled up, for example by overlapping three nonwoven fabrics. The cylindrical filter may be manufactured by arbitrarily changing the filtration characteristics (porosity and filtration opening size) and the permeation characteristics.

また他の実施の形態の巻回工程では、例えば図4(B)に示すように、内周層を形成する不織布2aと外周層を形成する不織布2bとが一枚の連続する不織布として構成された不織布2cを用いてマンドレル10上に不織布を巻回する。この場合には、更に効率良く異なる複数種類の不織布2a、2bをマンドレル10に巻回することができる。更に他の実施の形態では、一枚の連続する不織布は、筒形フィルターの最内周層2i(図6参照)を形成する巻き始めの一端を形成する第一の部分から筒形フィルターの最外周層2o(図6参照)を形成する巻き終わりの他端を形成する第二の部分までにかけて、不織布を形成する繊維の材質、繊維の線径(平均断面直径)、濾過開口サイズ等の構造特性が連続的に変化するように構成してもよい。あるいは、一枚の連続する不織布は均一な機械特性を有する一枚の不織布を用いるものとしてもよい。   Moreover, in the winding process of other embodiment, as shown, for example in FIG.4 (B), the nonwoven fabric 2a which forms an inner peripheral layer, and the nonwoven fabric 2b which forms an outer peripheral layer are comprised as one continuous nonwoven fabric. A non-woven fabric is wound on the mandrel 10 using the non-woven fabric 2c. In this case, a plurality of different types of nonwoven fabrics 2a and 2b can be wound around the mandrel 10 more efficiently. In yet another embodiment, a single continuous nonwoven fabric is formed from the first part that forms one end of the winding that forms the innermost circumferential layer 2i (see FIG. 6) of the cylindrical filter, from the first part of the cylindrical filter. Structures such as the material of the fibers forming the nonwoven fabric, the fiber diameter (average cross-sectional diameter), and the size of the filter opening up to the second part forming the other end of the winding end forming the outer peripheral layer 2o (see FIG. 6) You may comprise so that a characteristic may change continuously. Alternatively, one continuous nonwoven fabric may be a single nonwoven fabric having uniform mechanical properties.

不織布2をマンドレル10に巻回した後に、巻回装置のマンドレルチャック10a(図2参照)からマンドレル10を取り外すことができる。本実施の形態では、巻回後の不織布2の外周の直径は19mmとなる。巻回した不織布2の端部(巻き終わった不織布2のロールの軸方向の両端部及び不織布2の終端部)が巻回ローラ12a、12b、12c(図3参照)の表面に張り付くことで巻き終わった(下層の)不織布2のロールの表面からの浮き上がりを生じている場合には、浮き上がりを生じた不織布2の端部を指で軽く押さえて浮き上がりを除去するものとしてもよい。また、続く第1の焼結工程102(図1参照)では、巻き終わった不織布2の終端部が鉛直上方に位置するように焼結炉内に不織布2を配置して焼結を行うものとしてもよい。この場合には、不織布2の巻回方向の終端部の自重によって終端部を下層の不織布2と十分に接触させることができるから、接触する金属繊維同士を拡散接合させて不織布2を強固に焼結することができる。本実施の形態では、第1の焼結工程102後の不織布2の外周の直径は焼き締まりによって1mm減少して18mmとなる。   After winding the nonwoven fabric 2 around the mandrel 10, the mandrel 10 can be removed from the mandrel chuck 10a (see FIG. 2) of the winding device. In this Embodiment, the diameter of the outer periphery of the nonwoven fabric 2 after winding will be 19 mm. Winding is performed by sticking the ends of the wound nonwoven fabric 2 (both ends in the axial direction of the roll of the nonwoven fabric 2 after winding and the terminal portion of the nonwoven fabric 2) to the surfaces of the winding rollers 12a, 12b, 12c (see FIG. 3). When the finished (lower layer) nonwoven fabric 2 is lifted from the surface of the roll, the end of the nonwoven fabric 2 that has been lifted may be lightly pressed with a finger to remove the lift. In the subsequent first sintering step 102 (see FIG. 1), the nonwoven fabric 2 is placed in the sintering furnace so that the end portion of the wound nonwoven fabric 2 is positioned vertically upward, and sintering is performed. Also good. In this case, since the end portion can be sufficiently brought into contact with the lower layer nonwoven fabric 2 by the dead weight of the end portion in the winding direction of the nonwoven fabric 2, the non-woven fabric 2 is baked firmly by diffusion bonding the metal fibers in contact with each other. Can conclude. In the present embodiment, the diameter of the outer periphery of the nonwoven fabric 2 after the first sintering step 102 is reduced by 1 mm to 18 mm due to baking.

図5を参照して、本実施の形態に係る圧縮工程を詳細に説明する。図5(A)に示す第1の圧縮工程103(図1参照)が有する第1のスウェージング工程103a(図1参照)では、回転するスウェージング冶具13の回転中心に第1の焼結工程102(図1参照)で焼結された不織布2を軸方向に挿入する。スウェージング冶具13が備える第1の対のダイス13aと第2の対のダイス13bはスウェージング冶具13の回転中心に向かって所定の距離だけ交互に往復駆動されるように設けられている。このため、製造する筒形フィルターの厚さt(図6参照)方向に沿って、スウェージング冶具13に挿入される焼結された不織布2を所定の量だけ圧縮することができる。また、スウェージング冶具13は回転しながら第1及び第2のダイスの対13a、13bを交互に往復駆動して焼結された不織布2をスウェージングするように設けられている。このため、不織布2を圧縮して製造される筒形フィルターの厚さtを偏りのない均一な厚さtとして製造することができる。本実施の形態では、第1のスウェージング工程103a後の不織布2の外周2oの直径は3mm圧縮されて15mmとなる。   With reference to FIG. 5, the compression process which concerns on this Embodiment is demonstrated in detail. In the first swaging step 103a (see FIG. 1) included in the first compression step 103 (see FIG. 1) shown in FIG. 5 (A), the first sintering step is performed at the rotation center of the rotating swaging jig 13. The nonwoven fabric 2 sintered at 102 (see FIG. 1) is inserted in the axial direction. The first pair of dies 13 a and the second pair of dies 13 b included in the swaging jig 13 are provided so as to be alternately reciprocated by a predetermined distance toward the rotation center of the swaging jig 13. For this reason, the sintered nonwoven fabric 2 inserted into the swaging jig 13 can be compressed by a predetermined amount along the thickness t (see FIG. 6) direction of the cylindrical filter to be manufactured. Further, the swaging jig 13 is provided so as to swage the sintered nonwoven fabric 2 by rotating the first and second die pairs 13a and 13b alternately and reciprocally while rotating. For this reason, the thickness t of the cylindrical filter manufactured by compressing the nonwoven fabric 2 can be manufactured as a uniform thickness t with no bias. In this Embodiment, the diameter of the outer periphery 2o of the nonwoven fabric 2 after the 1st swaging process 103a is compressed 3 mm, and becomes 15 mm.

ここで、スウェージング冶具13の往復運動は、次のように行われる。先ず、第1の対のダイス13aがマンドレル10に巻き付いた不織布2に打ち付けられる。その状態で、即ち、第1の対のダイス13aが不織布2のロールを保持した状態で、第2の対のダイス13bが、不織布2の層から離れた後に、マンドレル10に巻きついた不織布2に打ち付けられる。次に、第2の対のダイス13bが不織布2のロールを保持した状態で、第1の対のダイス13aが、不織布2の層から離れる。このようにして、往復運動が繰り返される。   Here, the reciprocating motion of the swaging jig 13 is performed as follows. First, the first pair of dies 13 a is struck onto the nonwoven fabric 2 wound around the mandrel 10. In that state, that is, in a state where the first pair of dies 13 a holds the roll of the nonwoven fabric 2, the second pair of dies 13 b is separated from the layer of the nonwoven fabric 2 and then the nonwoven fabric 2 wound around the mandrel 10. Nailed to. Next, the first pair of dies 13 a is separated from the layer of the nonwoven fabric 2 while the second pair of dies 13 b holds the roll of the nonwoven fabric 2. In this way, the reciprocating motion is repeated.

図5(B)に示す第1の圧縮工程103(図1参照)が有する第1の離型工程103b(図1参照)では、焼結して圧縮した不織布2をマンドレル10から離型して取り外す。例えば、第1の離型工程103bでは、マンドレル10の外径と僅かな隙間を空けて嵌合する貫通穴14aを有する離型冶具14を用いてマンドレル10と不織布2(離型シート材11(図2参照))との間に剪断力を加えて離型する。本実施の形態では、不織布2を離型冶具14で支持した状態で、マンドレル10の上端部を例えばプレス加圧機(不図示)により押下することにより、不織布2(離型シート材11)とマンドレル10との接触面に剪断力を加えて離型する。あるいは、他の実施の形態では、マンドレル10を樹脂製のハンマー(不図示)で打撃することにより、断続的な打撃を与えて離型するものとしてもよい。この場合には更に容易に筒形フィルターを製造することができる。   In the first release step 103b (see FIG. 1) of the first compression step 103 (see FIG. 1) shown in FIG. 5 (B), the sintered and compressed nonwoven fabric 2 is released from the mandrel 10. Remove. For example, in the first release step 103b, the mandrel 10 and the nonwoven fabric 2 (release sheet material 11 () are used by using a release tool 14 having a through hole 14a that fits with a small gap from the outer diameter of the mandrel 10. (See FIG. 2)) and release the mold by applying a shearing force. In the present embodiment, the nonwoven fabric 2 (release sheet material 11) and the mandrel are pressed by pressing the upper end portion of the mandrel 10 with, for example, a press press machine (not shown) while the nonwoven fabric 2 is supported by the release jig 14. 10 is released by applying a shearing force to the contact surface. Alternatively, in another embodiment, the mandrel 10 may be released by applying an intermittent hit by hitting the mandrel 10 with a resin hammer (not shown). In this case, a cylindrical filter can be manufactured more easily.

本実施の形態では、不織布2が離型シート材11(図2参照)であるアルミナペーパを介してマンドレル10上に巻回されているために、不織布2とマンドレル10とが焼結(拡散接合)されて固着してしまうことがない。また、アルミナペーパは第1の焼結工程102(図1参照)によりアルミナ繊維を結合する有機物が熱分解しているために脆く離型しやすくなっている。また、不織布の内周2i(図6参照)を形成する金属繊維の線径(平均断面直径)daが比較的大きな線径に設けられているために、内周2iにおける不織布2の接触面積が小さく、また離型の際に接触面に生じる摩擦力を減少することができるように設けられている。更に、第1のスウェージング工程103a(図1参照)で不織布2(離型シート材11)がスウェージングされて塑性変形されるために、不織布の内周2i(離型シート材11)ではマンドレル10と接触する部分が変形して移動し、離型し易く加工されている。このため、不織布2をマンドレル10から容易に離型して取り外すことができる。また、不織布2をマンドレル10から離型した後に、不織布の内周2i上に残留した離型材であるアルミナペーパ11をエアーブロー及びふき取りにより容易に除去することができる。   In the present embodiment, the nonwoven fabric 2 and the mandrel 10 are sintered (diffusion bonding) because the nonwoven fabric 2 is wound on the mandrel 10 via alumina paper which is a release sheet material 11 (see FIG. 2). ) And will not stick. Alumina paper is brittle and easy to release because the organic matter that binds the alumina fibers is thermally decomposed in the first sintering step 102 (see FIG. 1). Moreover, since the wire diameter (average cross-sectional diameter) da of the metal fibers forming the inner periphery 2i (see FIG. 6) of the nonwoven fabric is provided at a relatively large wire diameter, the contact area of the nonwoven fabric 2 on the inner periphery 2i is large. It is small and is provided so that the frictional force generated on the contact surface at the time of mold release can be reduced. Further, since the nonwoven fabric 2 (release sheet material 11) is swaged and plastically deformed in the first swaging step 103a (see FIG. 1), the mandrel is formed on the inner circumference 2i (release sheet material 11) of the nonwoven fabric. The portion in contact with 10 is deformed and moved so that it can be easily released. For this reason, the nonwoven fabric 2 can be easily released from the mandrel 10 and removed. Moreover, after releasing the nonwoven fabric 2 from the mandrel 10, the alumina paper 11 which is a release material remaining on the inner periphery 2i of the nonwoven fabric can be easily removed by air blowing and wiping.

本実施の形態の筒形フィルターの製造方法100(図1参照)は、前述の通り、第1の離型工程103b(図1参照)の後に、再度、摂氏750度で1時間加熱する第2の予備加熱工程201b及び摂氏1170度で2時間加熱する第2の接合焼結工程201cを有する第2の焼結工程201(図1参照)を更に備える。また、前述の通り、第2の焼結工程201は、その後40分間送風ファンで空冷して徐冷する第2の冷却工程201d及び密閉容器内に窒素ガスを注入して完全に水素ガスを排出する第2の置換工程201eを有している。第2の焼結工程201を経ることで、不織布2は更に強固に焼結される。第2の焼結工程201後の不織布の外周2oの直径は焼き締まりによって0.5mm減少して14.5mmとなる。前述の通り、第2の焼結工程201における焼き締まりは、接合焼結の温度を摂氏20度低下させることによって第1の焼結工程102(図1参照)における焼き締まりよりも緩和されている。   In the tubular filter manufacturing method 100 (see FIG. 1) according to the present embodiment, as described above, after the first release step 103b (see FIG. 1), the second heating is performed again at 750 degrees Celsius for 1 hour. And a second sintering step 201 (see FIG. 1) having a pre-heating step 201b and a second bonding sintering step 201c heated at 1170 degrees Celsius for 2 hours. In addition, as described above, the second sintering step 201 includes the second cooling step 201d that is air-cooled with a blower fan for 40 minutes and then gradually cooled, and nitrogen gas is injected into the sealed container to completely discharge the hydrogen gas. The second replacement step 201e. By passing through the 2nd sintering process 201, the nonwoven fabric 2 is sintered more firmly. The diameter of the outer periphery 2o of the nonwoven fabric after the second sintering step 201 is reduced by 0.5 mm to 14.5 mm due to baking. As described above, the shrinkage in the second sintering step 201 is reduced more than the shrinkage in the first sintering step 102 (see FIG. 1) by reducing the bonding sintering temperature by 20 degrees Celsius. .

また、本実施の形態の筒形フィルターの製造方法100(図1参照)は、前述の通り、第2の焼結工程201(図1参照)の後に、第2のスウェージング工程202a(図1参照)及び第2の離型工程202b(図1参照)を有する第2の圧縮工程202(図1参照)を備える。前述の通り、第2のスウェージング工程202aでは、離型シート材11(図2参照)を介することなく直接マンドレル10上に不織布2を圧縮するために、不織布の内周2i(図6参照)の形状及び寸法を完全にマンドレル10の外周と一致させて精度良く筒形フィルターを製造することができる。また、第2の圧縮工程202により、随意の空隙率を有する筒形フィルターを精度良く製造することができる。第2のスウェージング工程202aでのスウェージングは、第1のスウェージング工程103aとは異なる内径を有する2対のダイス13a、13bを用いてスウェージングを行う。第2のスウェージング工程202a後の不織布の外周2oの直径は1.8mm減少して完成品の筒形フィルターの外径直径の寸法である12.7mmとして製造される。空隙率は27.12%として精度良く製造される。   In addition, as described above, the cylindrical filter manufacturing method 100 according to the present embodiment 100 (see FIG. 1) is followed by the second swaging step 202a (FIG. 1) after the second sintering step 201 (see FIG. 1). And a second compression step 202 (see FIG. 1) having a second release step 202b (see FIG. 1). As described above, in the second swaging step 202a, in order to compress the nonwoven fabric 2 directly onto the mandrel 10 without the release sheet material 11 (see FIG. 2), the inner periphery 2i of the nonwoven fabric (see FIG. 6). The cylindrical filter can be manufactured with high accuracy by completely matching the shape and size of the filter with the outer periphery of the mandrel 10. In addition, the second compression step 202 can accurately manufacture a cylindrical filter having an arbitrary porosity. Swaging in the second swaging step 202a is performed using two pairs of dies 13a and 13b having an inner diameter different from that in the first swaging step 103a. The diameter of the outer periphery 2o of the non-woven fabric after the second swaging step 202a is reduced by 1.8 mm to be manufactured as 12.7 mm which is the size of the outer diameter of the finished cylindrical filter. The porosity is 27.12% and is manufactured with high accuracy.

第2のスウェージング工程202a(図1参照)に続く第2の離型工程202b(図1参照)では、容易に不織布2をマンドレル10から離型して取り外すことができる。これは、第2の焼結工程201(図1参照)において、本実施の形態のマンドレル10がジルコニア製であり、不織布2がステンレス鋼製であるために相互に拡散接合し難いこと、及び既に一度焼結されスウェージング加工されて設けられていることに起因する。また、第2のスウェージング工程202aにおいて、更に不織布2を塑性変形させる際に不織布2とマンドレル10との接触面に一定の剪断力を加えることができることに起因する。なお、他の実施の形態では、第2の離型工程202bは、異なる材質で設けられたマンドレルと不織布とを合わせて加熱することにより、両者の熱膨張の違いを利用して、両者の接触面に剪断力を加えると共に両者を半径方向に分離する加熱分離工程(不図示)を更に有するものとしてもよい。特に、先に説明したように、不織布の金属繊維とマンドレルの材料の線膨張係数の差を利用するとよい。この場合には、例えば、マンドレル及び不織布を一緒に摂氏100度乃至摂氏300度の範囲、好ましくは摂氏150度乃至摂氏250度の範囲、本実施の形態では摂氏200度で加熱することにより熱膨張差を利用してマンドレルと不織布とを分離して離型することができる。   In the second release step 202b (see FIG. 1) following the second swaging step 202a (see FIG. 1), the nonwoven fabric 2 can be easily released from the mandrel 10 and removed. This is because, in the second sintering step 201 (see FIG. 1), the mandrel 10 of the present embodiment is made of zirconia, and the nonwoven fabric 2 is made of stainless steel, so that it is difficult to perform diffusion bonding with each other. This is because it is once sintered and swaged. Further, in the second swaging step 202a, when the nonwoven fabric 2 is further plastically deformed, a certain shearing force can be applied to the contact surface between the nonwoven fabric 2 and the mandrel 10. In another embodiment, the second mold release step 202b uses a difference in thermal expansion between the mandrel and the non-woven fabric, which are made of different materials, and heats them. A heat separation step (not shown) for applying a shearing force to the surface and separating both in the radial direction may be further included. In particular, as described above, the difference in coefficient of linear expansion between the non-woven metal fiber and the mandrel material may be used. In this case, for example, the mandrel and the nonwoven fabric are heated together by heating at a temperature in the range of 100 degrees Celsius to 300 degrees Celsius, preferably in the range of 150 degrees Celsius to 250 degrees Celsius, in this embodiment, 200 degrees Celsius. Using the difference, the mandrel and the nonwoven fabric can be separated and released.

最後に、本実施の形態の離型後の不織布の軸方向長さ(製造長さ270mm)の両端部(両端35mm)を切除して完成時の筒形フィルターの軸方向長さ200mmとする。この場合には、製造された不織布の内の最も製造上の信頼性の高い中央部分のみを完成した筒形フィルターとすることができるから、高品質の筒形フィルターを製造することができる。なお、他の実施の形態では、不織布の製造時の軸方向長さを当初から完成時の筒形フィルターの軸方向長さと一致させて製造するものとしてもよい。この場合には、更に容易に筒形フィルターを製造することができる。以上のように、本実施の形態の筒形フィルターの製造方法によれば、高性能の筒形フィルターを容易に製造することができる。   Finally, both end portions (both ends 35 mm) of the axial length (manufacturing length 270 mm) of the nonwoven fabric after release according to the present embodiment are cut off to obtain an axial length 200 mm when completed. In this case, since only the central part with the highest manufacturing reliability among the manufactured nonwoven fabrics can be formed into a completed cylindrical filter, a high-quality cylindrical filter can be manufactured. In other embodiments, the length in the axial direction at the time of manufacturing the non-woven fabric may be made to coincide with the length in the axial direction of the cylindrical filter at the time of completion from the beginning. In this case, a cylindrical filter can be manufactured more easily. As described above, according to the cylindrical filter manufacturing method of the present embodiment, a high-performance cylindrical filter can be easily manufactured.

図6を参照して、本発明の第2の実施の形態に係る筒形フィルターを説明する。筒形フィルター1は前述の第1の実施の形態の筒形フィルターの製造方法100(図1参照)により設けられる。前述の通り、筒形フィルター1は、金属繊維の不織布2により筒状にシームレスに形成された筒形フィルター1であって、筒形フィルターの内周2iを形成する内周層2a(図2参照)と、筒形フィルターの外周2oを形成する外周層2b(図2参照)であって内周層2aを形成する不織布の金属繊維の直径daと異なる直径dbの金属繊維により構成された外周層2bとを備え、不織布2は厚さt方向に圧縮された筒形フィルターとして設けられる。   With reference to FIG. 6, the cylindrical filter which concerns on the 2nd Embodiment of this invention is demonstrated. The cylindrical filter 1 is provided by the cylindrical filter manufacturing method 100 (see FIG. 1) of the first embodiment described above. As described above, the cylindrical filter 1 is a cylindrical filter 1 that is seamlessly formed into a cylindrical shape with a non-woven fabric 2 of metal fibers, and an inner peripheral layer 2a that forms an inner periphery 2i of the cylindrical filter (see FIG. 2). ) And an outer peripheral layer 2b (see FIG. 2) that forms the outer periphery 2o of the cylindrical filter, and is an outer peripheral layer formed of metal fibers having a diameter db different from the diameter da of the non-woven fabric metal fibers that form the inner peripheral layer 2a 2b, and the nonwoven fabric 2 is provided as a cylindrical filter compressed in the thickness t direction.

このため、筒形フィルター1を継目(シーム)に起因する内部の構造欠陥を有しない信頼性の高い筒形フィルターとして設けることができる。また、筒形フィルター1を厚さt方向における不織布の剛性の変化に応じた傾斜した内部構造及び空隙率を有し、所望の濾過特性を有する優れた筒形フィルターとして設けることができる。また、筒形フィルター1を圧縮された不織布2の濾過開口の開口方向(開口面の法線方向)が厚さt方向を向くように配向され、濾過の際の透過抵抗(圧力損失)が少ない高性能の筒形フィルターとして設けることができる。   For this reason, the cylindrical filter 1 can be provided as a highly reliable cylindrical filter that does not have an internal structural defect due to a seam. Further, the cylindrical filter 1 can be provided as an excellent cylindrical filter having an inclined internal structure and porosity corresponding to a change in rigidity of the nonwoven fabric in the thickness t direction and having desired filtration characteristics. Further, the opening direction (the normal direction of the opening surface) of the filtration opening of the nonwoven fabric 2 compressed with the cylindrical filter 1 is oriented so as to face the thickness t direction, and the permeation resistance (pressure loss) during filtration is small. It can be provided as a high performance cylindrical filter.

本実施の形態の筒形フィルター1についてバブルポイントテストを実施したところ、2.5kPa乃至25kPaという高いイニシャル・バブルポイント値(ISO規定に拠る)及び3kPa乃至36kPaという高いバースト・バブルポイント値(当業界における標準的測定法に拠る)を有するという優れた性能を確認することができた。この測定値に基づき、金属繊維不織布の代表的なメーカーであるベカルト(BEKAERT)社の濾過精度計算式を用いて計算してみると、筒形フィルター1の絶対濾過精度(最大濾過開口サイズ)は1.48μm乃至14.8μmであり、平均孔径(平均濾過開口サイズ)は1.03μm乃至12.3μmであるものと推定する事ができる。
絶対濾過精度=37kPa/イニシャル・バブルポイント値
平均孔径=37kPa/バースト・バブルポイント値
When a bubble point test was performed on the cylindrical filter 1 of the present embodiment, a high initial bubble point value (according to ISO regulations) of 2.5 kPa to 25 kPa and a high burst bubble point value of 3 kPa to 36 kPa (in this industry) It was possible to confirm the excellent performance of having (according to a standard measurement method). Based on this measurement value, using the filtration accuracy calculation formula of Bekaert, a representative manufacturer of metal fiber nonwoven fabrics, the absolute filtration accuracy (maximum filtration opening size) of the cylindrical filter 1 is It can be estimated that the average pore diameter (average filter opening size) is 1.03 μm to 12.3 μm.
Absolute filtration accuracy = 37 kPa / initial bubble point value Average pore size = 37 kPa / burst bubble point value

本実施の形態の筒形フィルター1は、内周層2a(図2参照)が7.5周巻回(ロール長さ300mm)、外周層2b(図2参照)が22.6周巻回(ロール長さ900mm)、目付量150g/m、体積6.1903cm(内周直径11.04mm、外周直径12.7mm、軸方向長さ200mm)、重量36g、空隙率27.12%として設けられた。筒形フィルター1の内周2i又は外周2oの表面(特に繊維系の小さい側の表面)にパラジウム又はパラジウム合金めっき3を施すことにより、優れた性能を有する燃料電池用の水素透過フィルターを設けることができる。なお、他の実施の形態では、例えば、外周層2bの巻回周数を7.5周(300mm)、15周(600mm)、30.1周(1200mm)に各々変更することで、空隙率が63.56%(重量18g)、45.34%(重量27g)、8.9%(重量45g)と各々異なる筒形フィルターを設けるものとしてもよい。また同様に、これらの筒形フィルターの内周2i又は外周2oの表面にパラジウム又はパラジウム合金めっき3を施すことにより、優れた性能を有する燃料電池用の水素透過フィルターを設けるものとしてもよい。 In the cylindrical filter 1 of the present embodiment, the inner circumferential layer 2a (see FIG. 2) is wound around 7.5 turns (roll length 300 mm), and the outer circumference layer 2b (see FIG. 2) is wound around 22.6 turns (see FIG. 2). Roll length 900 mm), basis weight 150 g / m 2 , volume 6.1903 cm 3 (inner diameter 11.04 mm, outer diameter 12.7 mm, axial length 200 mm), weight 36 g, porosity 27.12% It was. By providing palladium or palladium alloy plating 3 on the surface of the inner periphery 2i or outer periphery 2o of the cylindrical filter 1 (particularly the surface on the smaller side of the fiber system), a hydrogen permeation filter for fuel cells having excellent performance is provided. Can do. In other embodiments, for example, the porosity is changed by changing the number of turns of the outer peripheral layer 2b to 7.5 (300 mm), 15 (600 mm), and 30.1 (1200 mm), respectively. May be provided with different cylindrical filters of 63.56% (weight 18 g), 45.34% (weight 27 g), and 8.9% (weight 45 g). Similarly, a hydrogen permeation filter for fuel cells having excellent performance may be provided by applying palladium or palladium alloy plating 3 on the inner peripheral surface 2i or outer peripheral surface 2o of these cylindrical filters.

1 筒形フィルター
2 金属繊維の不織布
2a 内周層
2b 外周層
2c 一枚の連続する不織布
2i 内周
2o 外周
3 パラジウム又はパラジウム合金めっき層
10 マンドレル
10a マンドレルチャック
11 離型シート材(アルミナペーパ)
12a 第1の巻回ローラ
12b 第2の巻回ローラ
12c 第3の巻回ローラ
13 スウェージング冶具
13a 第1の対のダイス
13b 第2の対のダイス
14 離型冶具
14a 貫通穴
20 巻回装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Tubular filter 2 Metal fiber nonwoven fabric 2a Inner circumference layer 2b Outer circumference layer 2c One continuous nonwoven fabric 2i Inner circumference 2o Outer circumference 3 Palladium or palladium alloy plating layer 10 Mandrel 10a Mandrel chuck 11 Release sheet material (alumina paper)
12a First winding roller 12b Second winding roller 12c Third winding roller 13 Swaging jig 13a First pair of dies 13b Second pair of dies 14 Release jig 14a Through hole 20 Winding device

Claims (9)

金属繊維の不織布を複数層に巻回して筒状に形成する巻回工程と;
前記巻回した不織布を焼結する焼結工程と;
前記焼結した不織布を圧縮する圧縮工程とを備える;
筒形フィルターの製造方法。
A winding step of winding a metal fiber nonwoven fabric into a plurality of layers to form a cylinder;
A sintering step of sintering the wound nonwoven fabric;
A compression step of compressing the sintered nonwoven fabric;
Manufacturing method of cylindrical filter.
前記巻回工程は前記不織布をマンドレル上に巻回する工程を含む、請求項1に記載の筒形フィルターの製造方法。   The said winding process is a manufacturing method of the cylindrical filter of Claim 1 including the process of winding the said nonwoven fabric on a mandrel. 前記圧縮工程は、前記不織布を前記マンドレルとスウェージング冶具との間でスウェージングする工程を含み;
更に、前記スウェージングした不織布を前記マンドレル上から離型する工程を備える;
請求項2に記載の筒形フィルターの製造方法。
The compressing step includes a step of swaging the nonwoven fabric between the mandrel and a swaging jig;
And a step of releasing the swung nonwoven fabric from the mandrel;
The manufacturing method of the cylindrical filter of Claim 2.
前記複数層のうち内周層を形成する前記不織布の金属繊維の直径が、前記複数層のうち外周層を形成する前記不織布の金属繊維の直径と異なる直径となるように構成された、請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の筒形フィルターの製造方法。   The diameter of the metal fiber of the nonwoven fabric that forms the inner peripheral layer of the plurality of layers is configured to be different from the diameter of the metal fiber of the nonwoven fabric that forms the outer peripheral layer of the plurality of layers. The manufacturing method of the cylindrical filter of any one of Claim 1 thru | or 3. 前記巻回工程では、前記内周層を形成する不織布と前記外周層を形成する不織布とが一枚の連続する不織布として構成された不織布を用いる、請求項4に記載の筒形フィルターの製造方法。   The manufacturing method of the cylindrical filter of Claim 4 using the nonwoven fabric comprised in the said winding process as the nonwoven fabric which forms the said outer peripheral layer and the nonwoven fabric which forms the said outer peripheral layer as one continuous nonwoven fabric. . 前記巻回工程では、互いに異なる直径の金属繊維で構成される複数枚の不織布を重ねて巻回する、請求項4に記載の筒形フィルターの製造方法。   The method for manufacturing a cylindrical filter according to claim 4, wherein in the winding step, a plurality of nonwoven fabrics composed of metal fibers having different diameters are overlapped and wound. 前記圧縮工程の後に前記筒の内面又は外面にパラジウム又はパラジウム合金をメッキする工程を備える、請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の筒形フィルターの製造方法。   The manufacturing method of the cylindrical filter of any one of Claim 1 thru | or 6 provided with the process of plating palladium or a palladium alloy on the inner surface or outer surface of the said cylinder after the said compression process. 金属繊維の不織布により筒状にシームレスに形成された筒形フィルターであって;
前記筒形フィルターの内周を形成する内周層と;
前記筒形フィルターの外周を形成する外周層であって、前記内周層を形成する不織布の金属繊維の直径と異なる直径の金属繊維により構成された外周層とを備え;
前記不織布は厚さ方向に圧縮された;
筒形フィルター。
A cylindrical filter seamlessly formed into a cylindrical shape from a nonwoven fabric of metal fibers;
An inner circumferential layer forming an inner circumference of the cylindrical filter;
An outer peripheral layer forming an outer periphery of the cylindrical filter, the outer peripheral layer including metal fibers having a diameter different from the diameter of the metal fibers of the nonwoven fabric forming the inner peripheral layer;
The nonwoven was compressed in the thickness direction;
Tubular filter.
前記内周層または外周層の表面に形成されたパラジウム又はパラジウム合金層を備える、請求項8に記載の筒形フィルター。   The cylindrical filter according to claim 8, comprising a palladium or palladium alloy layer formed on a surface of the inner peripheral layer or the outer peripheral layer.
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