JP4374149B2 - 高耐食性多孔板 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体の分散板、特にインクジェットプリンタ用インク分散板等に使用されるチタン粉末焼結体からなる高耐食性多孔板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大型のインクジェットプリンタ用インク分散板として、例えば厚みが２ｍｍ以下で、面積が２００ｍｍ×１００ｍｍ以上というような大面積で薄厚の多孔質板が要求されている。この多孔質板では、その性質上、空隙率のばらつきが少ないことも要求される。このようなインク分散板としては、ステンレス鋼の不定形粉末からなる焼結板が使用されている。
【０００３】
また、最近の傾向として、ステンレス鋼粉末の焼結板より更に耐食性が優れた多孔質板が要求され始め、これに対しては、ステンレス鋼粉末より耐食性が優れたチタン粉末の使用が考えられる。
【０００４】
チタンは、ステンレス鋼に比べて耐食性及び耐酸性等に著しく優れるが、その反面、成形性が極端に悪い。このため、チタン系の焼結板は、比較的成形性が良好とされる水素化脱水素チタン粉末を金型プレスで成形し、その後焼結するのが一般的な製法とされており、水素化脱水素チタン粉末と同様に成形性が比較的良好なスポンジチタンの粉末を使用する製法も特開平７−２３８３０２号公報に記載されている。
【０００５】
また、これらとは別に、空隙率が均一な金属粉末焼結板をＨＩＰによって製造する方法が特開平８−１７０１０７号公報に記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、本発明者らが、空隙率が均一で、厚みが２ｍｍ以下、面積が２００ｍｍ×１００ｍｍ以上というような大面積で薄厚の分散板の製造を目的として、水素化脱水素チタン粉末やスポンジチタンの粉末を金型プレスで成形した後、焼結しようとしたところ、薄すぎるためにプレス後に割れてしまい、分散板を製造することができなかった。
【０００７】
また、ＨＩＰを用いて上記分散板の製造を試みたが困難であった。なぜなら、ＨＩＰ中に焼結体の形状を保持するカプセルから焼結後の多孔質板を分離することができなかったからである。また、そのカプセルの材質選択が難しいこともあり、製造コストが非常に高くなる。
【０００８】
本発明の目的は、大型のインクジェットプリンタ用インク分散板に要求されるような空隙率が均一で薄形の条件を経済的に満足させることができる高耐食性多孔板を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
従来のチタン粉末焼結板では、そのチタン粉末として水素化脱水素チタン粉末やスポンジチタン粉末が使用されている。これは、粉末を構成する粒子が不定形であるため、プレス成形性に優れることが主な理由である。チタンの成形性の悪さを不定形粒子を使用することで補うわけである。また、粒子が不定形の場合、気孔径がばらつくため、プレス成形により空隙率を均一化する必要があり、この点からもプレス成形が不可欠となる。
【００１０】
しかしながら、このようなチタン粉末焼結板では、前述したとおり、インクジェットプリンタ用インク分散板に要求されるような大面積で薄厚の焼結板を製造することが困難であった。更に、本発明者らは、水素化脱水素チタン粉末を焼結前に金型プレスせず、焼結時も無加圧で焼結することも試みたが、分散板に要求される均一な空隙率は得られなかった。
【００１１】
この問題を解消するために、本発明者らは球状ガスアトマイズチタン粉末に着目した。球状ガスアトマイズチタン粉末とは、ガスアトマイズ法により製造されたチタン又はチタン合金の粉末であり、個々の粒子は、チタン又はチタン合金の溶融飛沫が飛散中に凝固してできたものであるから、表面が滑らかな球形をしている。また、粒径は例えば平均で１００μｍ以下と非常に微細にでき、篩分けにより粒度分布制御も容易である。
【００１２】
このような球状ガスアトマイズチタン粉末は、流動性に非常に優れており、粒子同士の接触性が良いため、焼結容器に充填することにより、薄板の場合も加圧なしで均一かつ十分な充填密度が得られる。そして、これを焼結することにより、プレス成形なしで機械的強度の高い薄板状の多孔質体が製造され、しかも、製造された薄板では、隣接する球状粒子同士が点状に融合し、その融合点が均一に分布することから、板面内での空隙率のバラツキも少ないことが判明した。
【００１３】
本発明の高耐食性多孔板は、かかる知見に基づいて完成されたもので、球状ガスアトマイズチタン粉末を焼結して形成された薄板状の多孔質体からなる液体分散板であり、その多孔質体の空隙率が３５〜５５％の範囲内であり、且つその多孔質体の板厚Ｔ（ｍｍ）が２ｍｍ以下で、多孔質体の面積Ｓ（ｍｍ² ）に対する板厚Ｔ（ｍｍ）の比率Ｔ／Ｓが１／１００００以下であるものである。
【００１４】
この比率Ｔ／Ｓが１／１００００を超える場合は、球状ガスアトマイズチタン粉末を使用せずとも、空隙率の均一性に優れた多孔板がＨＩＰにより製造可能となる。ただし、その製造コストは非常に高価となる。本発明の高耐食性多孔板は、ＨＩＰはもとより、プレス成形さえも用いずに、空隙率が均一な薄板を極めて安価に提供できることに意義がある。
【００１５】
板面内での空隙率のバラツキについては、標準偏差で３％以下が好ましい。これより均一性が劣るものは、不定形粉末とプレス成形の組み合わせによっても製造可能である。この標準偏差の下限については、空隙率のバラツキが少ないほど好ましいので特に規定しない。本発明では１％以下も可能である。
【００１６】
球状ガスアトマイズチタン粉末としては、例えば粒径範囲によって区分された次の３種類が市販されている。即ち、４５μｍ以下の細粒、４５〜１５０μｍの粗粒、更に粗い１５０μｍ以上の３種類であり、平均粒径は細粒で約２５μｍ、粗粒で約８０μｍである。
【００１７】
球状ガスアトマイズチタン粉末の平均粒径Ｄとしては１５０μｍ以下が好ましい。１５０μｍを超えると、気孔径が大きくなるため、分散効果が得られ難くなる。平均粒径Ｄの下限については、小さいほど好ましいので特に規定しない。
【００１８】
多孔板の板厚Ｔとしては、圧損を小さくするために２ｍｍ以下とし、１ｍｍ以下が更に好ましい。
【００１９】
空隙率は３５〜５５％とする。なぜなら、３５％未満では分散性の悪化と圧損の増大が問題となる。上限については、球状粒子を使用した場合は、幾何学上、５５％が一応の上限となる。
【００２０】
本発明の高耐食性多孔板は、大面積で薄く、均一な空隙率及び高い耐食性が要求されるインクジェットプリンタ用インク分散板に特に適し、その分散板の製造コスト低減にも寄与するところ大である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の１実施形態を示す高耐食性多孔板の模式断面図である。
【００２２】
所定の平均粒径をもつ球状ガスアトマイズチタン粉末１１を、高密度アルミナからなる皿状の焼結容器内に無加圧で充填した後、その球状ガスアトマイズチタン粉末１１を無加圧で真空焼結することにより、大面積で薄厚の高耐食性多孔板１０を製造する。
【００２３】
ここで、多孔板１０の板厚Ｔは、その面積Ｓの１／１００００以下である。即ち、Ｔ／Ｓ≦１／１００００である。隣接する球状粒子同士は点状に接触して融合しており、粒子間に形成される気孔１２の大きさが均一なことから、空隙率の均一性が高く、その均一性は粒径が揃うほど向上し、標準偏差が３％以下を満足する。
【００２４】
焼結温度は、チタンの融点よりはるかに低温の８５０〜１２００℃の範囲内で選択するのが好ましい。焼結温度が８５０℃より低い場合は、十分な焼結が行われない。１２００℃を超えると、無加圧の場合でも焼結部分が個々の粒子同士の接触部にとどまらず、粒子同士が溶け合うため、適正な空隙率及び気孔径を確保できなくなる危険がある。この温度範囲内で焼結温度を変更することにより、空隙率が制御される。
【００２５】
本発明の実施例として、前述した球状ガスアトマイズチタン粉末の市販品、即ち粒径範囲が４５μｍ以下の細粒（平均粒径２５μｍ）と、４５〜１５０μｍの粗粒（平均粒径８０μｍ）とを使用して、２００ｍｍ角で２ｍｍの多孔板を製造した。Ｔ／Ｓ＝１／２００００である。焼結容器としては高密度アルミナ容器を使用し、この容器に無加圧で球状ガスアトマイズチタン粉末を充填した後に無加圧で真空焼結した。焼結条件は１０００℃×１時間とした。
【００２６】
比較例１として、水素化脱水素チタン粉末の市販品（平均粒径２５μｍ）を使用し、その他の条件は上記実施例と同じにした。
【００２７】
製造された多孔板の板面上の５点（Ａ〜Ｅ）で空隙率を測定した。測定点は、２００ｍｍ角の焼結体に対角線を引き、これを６等分する５点である。空隙率は、各測定点を中心とする５個の２０ｍｍ角サンプルの厚み、面積、質量を測定することにより嵩密度を求め、下式により算出した。各点の空隙率、平均値及び標準偏差を表１に示す。
空隙率（％）＝（１−嵩密度／チタンの真密度）×１００
【００２８】
【表１】

【００２９】
表１から分かるように、球状ガスアトマイズチタン粉末の使用により、空隙率が均一な薄型多孔板の製造が可能になる。
【００３０】
比較例１に用いた粉末をＨＩＰによって同様の形状に焼結することを試みた。しかし、ＨＩＰでは、タンタル製のカプセルから多孔板を割らずに分離することができなかったため、２００ｍｍ角×２ｍｍ厚の多孔板の製造は不可能であった。ＨＩＰによる製造可能な最小厚みは２００ｍｍ角で５ｍｍ厚（Ｔ／Ｓ＝１／８０００）であった。
【００３１】
また、比較例１に用いた粉末を金型プレスで成形した後、焼結することにより同様形状の焼結体の作製を試みたが、薄すぎるためにプレス後に割れてしまい、焼結工程に入ることすらできなかった。本方法による製造可能な最小厚みは２００ｍｍ角で５ｍｍ厚（Ｔ／Ｓ＝１／８０００）であった。
【００３２】
【発明の効果】
以上に説明したとおり、本発明の高耐食性多孔板は、ＨＩＰでは製造できない薄板を、プレスさえも用いることなく経済的に製造でき、しかも、空隙率の均一性をプレス品より高めることができる。従って、空隙率が均一な薄型多孔板を極めて安価に製造でき、例えばインクジェットプリンタ用インク分散板に適用して、高品質な製品を経済的に提供ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高耐食性多孔板の構造を示すイメージ図である。
【符号の説明】
１０ 高耐食性多孔板
１１ 球状ガスアトマイズチタン粉末
１２ 気孔

Claims (2)

1. 球状ガスアトマイズチタン粉末を焼結して形成された薄板状の多孔質体からなる液体分散板であり、その多孔質体の空隙率が３５〜５５％の範囲内であり、且つその多孔質体の板厚Ｔ（ｍｍ）が２ｍｍ以下で、多孔質体の面積Ｓ（ｍｍ² ）に対する板厚Ｔ（ｍｍ）の比率が１／１００００以下であることを特徴とする高耐食性多孔板。
2. 板面内での空隙率のバラツキが、標準偏差で３％以下である請求項１に記載の高耐食性多孔板。

Images