JP6229515B2 - フィルターおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、フィルターに係り、特に流体中に含まれる異物の除去、あるいは、流体中に含まれる生成物の回収等に使用することができるフィルターとその製造方法に関する。

例えば、飲料製造においては、飲料中に含まれる粒子のなかで除去が必要なものがある場合、フィルターを用いた除去工程が設けられている。流体中に含まれる粒子を除去するフィルターとしては、従来から、金網やパンチングメタル（板材に所望の大きさの孔部を機械的に穿設したもの）を組み合わせた積層型のフィルターが使用されている。このようなフィルターは、金網が有する開口径（ワイヤー間距離）の大きさにより、捕獲できる粒子の大きさを見込み、流体の物性、除去対象となる粒子の大きさ等に応じて、所望の開口径を有する金網が使用されていた。
しかし、金網を用いた積層型のフィルターでは、通過させる粒子と捕獲する粒子の制御が不安定であった。また、３次元的に入り組んだ構造の金網中に捕獲された粒子の除去が難しく、メンテナンス性に問題があった。特に飲料製造等のように衛生上の厳しい環境管理が要求される工程では、メンテナンス時の洗浄で粒子が除去しきれずに残留しているフィルターは、再使用せずに交換を余儀なくされていた。

また、ろ過を実施するために要する圧力には、フィルターの開口表面積の他に、３次元的に入り組んだ構造の中を流体が通ることにより生じる圧力損失も考慮する必要があり、事前に実機への負荷影響がないかを試行して確かめる必要があった。また、見込んでいた粒子が確実に捕獲できるかどうかも、事前に実機に搭載して試行し確かめる必要があった。
上記のような問題を解消するために、孔部を形成した金属薄板を積層したフィルターが提案されている。例えば、金属薄板に対してエッチング加工を行って貫通孔を穿設して孔部を形成し、このような金属薄板を積層して、孔部の大きさと金属薄板の合計板厚で計算されるアスペクト比を向上させたフィルターが提案されている（特許文献１、特許文献２）。

特開２０００−１０９９８５号公報 特開２０１１−１４７８７２号公報

上記のようなフィルターでは、フィルター機能を発現する孔部のアスペクト比を向上させるためには、複数枚の金属薄板を積層する必要があるが、積層時の孔部同士の位置ズレが発生して、フィルター内部の孔部中に段差が生じて、開口寸法（フィルタ寸法）の精度低下、孔部内での圧力損失（層流の阻害）が発生し、良好なフィルター機能を得ることが難しいという問題があった。また、フィルター内部の孔部中の段差に、捕獲した粒子の残渣が生じ、メンテナンス性に問題があった。さらに、金属薄板に対して両面から行うエッチング加工により貫通孔を穿設して孔部を形成して作製した従来のフィルターでは、孔部の内壁面に鋭く突出した部位が存在し、この突出部位により孔部内での圧力損失（層流の阻害）が発生するという問題もあった。
本発明は上述のような実情に鑑みてなされたものであり、孔部のアスペクト比が大きく、かつ、孔部内での圧力損失が少なく、優れたフィルター機能を発現するフィルターとその製造方法を提供することを目的とする。

このような課題を解決するために、本発明のフィルターは、複数の貫通孔を有する金属薄板が該貫通孔の位置を合わせて積層されてなり、前記貫通孔が連通して形成された孔部を複数有するフィルターであって、前記金属薄板の一方の面における前記貫通孔の開口寸法Ｗ１が他方の面における前記貫通孔の開口寸法Ｗ２よりも大きく、貫通孔内には開口寸法Ｗ２よりも狭い部位が存在せず、複数の前記金属薄板は前記貫通孔の開口寸法が同じ面同士が当接するように積層されており、かつ、当該積層の最外層に位置する前記金属薄板の少なくとも一方は前記貫通孔の開口寸法Ｗ２側が外側となっており、前記孔部を構成する前記各貫通孔の中心のズレの最大が１５μｍ以下であるような構成とした。本発明の他の態様として、前記各貫通孔の中心のズレの最大は、隣接する前記貫通孔間の距離よりも小さいような構成とした。

本発明の他の態様として、前記開口寸法Ｗ２の開口が露出している面における開口率が２０〜６０％の範囲であるような構成とした。また、本発明の他の態様として、前記開口寸法Ｗ２が５０μｍであるような構成とした。

本発明のフィルタの製造方法は、エッチングにより複数の貫通孔と位置合わせ用穴部を形成した金属薄板を複数作製するエッチング工程と、前記貫通孔が連通することにより孔部を形成するように、複数の前記金属薄板を積層して接合する接合工程を有し、前記エッチング工程における前記貫通孔の形成では、前記金属薄板の一方の面における開口寸法Ｗ１が他方の面における開口寸法Ｗ２よりも大きく、貫通孔内には開口寸法Ｗ２よりも狭い部位が存在しないようなテーパ形状の内壁面を有する貫通孔を形成し、前記エッチング工程における位置合わせ用穴部の形成では、位置合わせ用ピンよりも小径の中心開口部と、該中心開口部の周囲に隣接して複数位置する周辺開口部とを有する位置合わせ用穴部を形成し、前記接合工程では、複数の前記金属薄板を、前記貫通孔の開口寸法が同じ面同士が当接し、かつ、最外層となる前記金属薄板の少なくとも一方は前記貫通孔の開口寸法Ｗ２側が外側となるように重ね、前記位置合わせ用穴部に位置合わせ用ピンを挿入して位置合わせを行うような構成とした。

本発明の他の態様として、前記位置合わせ用穴部の前記周辺開口部を、当該周辺開口部の長手方向が前記中心開口部から放射状に位置するように形成するような構成とした。
本発明の他の態様として、前記接合工程において貫通孔の開口寸法Ｗ２側が同じ方向となるように積層される前記金属薄板の周縁部に予め切欠き部を形成し、前記接合工程では、積層した複数の金属薄板に１枚おきに前記切欠き部が位置することを確認するような構成とした。

本発明のフィルターは、孔部のアスペクト比が大きく、かつ、孔部内での圧力損失が少なく、優れたフィルター機能を発現することができる。また、本発明のフィルターの製造方法は、孔部のアスペクト比が大きく、かつ、孔部内での圧力損失が少なく、優れたフィルター機能を発現するフィルターを製造することが可能である。

図１は、本発明のフィルターの一実施形態を説明するための部分断面図である。 図２は、図１に示されるフィルターを構成する金属薄板の部分拡大断面図である。 図３は、本発明のフィルターの他の実施形態を説明するための部分断面図である。 図４は、本発明のフィルターの製造方法において使用する金属薄板を説明するための図である。 図５は、本発明のフィルターの製造方法において金属薄板に形成する貫通孔の一例を説明するための部分断面図である。 図６は、本発明のフィルターの製造方法において金属薄板に形成する位置合わせ用穴部の一例を示す平面図である。 図７は、本発明のフィルターの製造方法において複数の金属薄板を積層する際の位置合わせを説明する図である。 図８は、本発明のフィルターの製造方法において金属薄板に形成する切欠き部の一例を示す平面図である。 図９は、本発明のフィルターの製造方法において切欠き部を設けた金属薄板を使用して積層した状態を示す部分側面図である。 図１０は、本発明のフィルターの製造方法において金属薄板に形成する位置合わせ用穴部の他の例を示す平面図である。 図１１は、本発明のフィルターの製造方法において金属薄板に形成する位置合わせ用穴部の他の例を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
尚、図面は模式的または概念的なものであり、各部材の寸法、部材間の大きさの比等は、必ずしも現実のものと同一とは限らず、また、同じ部材等を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比が異なって表される場合もある。

［フィルター］
図１は、本発明のフィルターの一実施形態を説明するための部分断面図であり、図２は、図１に示されるフィルターを構成する金属薄板の部分拡大断面図である。図１および図２において、フィルター１１は、複数の貫通孔１５を有する金属薄板１３が複数積層されたものである。金属薄板１３が有する貫通孔１５は、金属薄板１３の一方の面１３ａにおける開口１５ａの開口寸法Ｗ１が、他方の面１３ｂにおける開口１５ｂの開口寸法Ｗ２よりも大きく、かつ、貫通孔１５内には開口寸法Ｗ２よりも狭い部位が存在しないものである。このような金属薄板１３が、当該貫通孔１５の開口寸法が同じ面同士、すなわち、金属薄板１３の面１３ａ同士が当接し、金属薄板１３の面１３ｂ同士が当接し、貫通孔１５同士の位置を合わせるように複数積層されている。これにより、フィルター１１は、複数の貫通孔１５が金属薄板１３の積層方向に連通して形成された孔部１２を複数有している。

本発明のフィルターは、最外層に位置する金属薄板の少なくとも一方は、貫通孔の開口寸法Ｗ２側が外側となっている。図１に示される例では、フィルター１１の一方の表面１１ａにおける孔部１２の開口１２ａの開口寸法がＷ１であり、他方の表面１１ｂにおける孔部１２の開口１２ｂの開口寸法がＷ２である。このようなフィルター１１では、ろ過対象となる流体の流れ方向が図示の矢印ａで示される方向となり、流体が流れ込む孔部１２の入口の開口寸法Ｗ２によって捕獲する異物の最小粒径を決定されるとともに、流体から除去する異物が孔部１２の内部で詰まることを有効に抑制することができる。

金属薄板１３の材質は、例えば、オーステナイト系、フェライト系、マルテンサイト系のステンレス鋼、チタン、チタン合金、ニッケル、ニッケル合金、ニオブ、タンタル、ジルコニウム、コバルト合金、クロム合金、モリブデン合金、タングステン合金等であってよい。このような金属薄板１３の厚みＴは、例えば、５０μｍ以下、好ましくは２０〜４０μｍの範囲であることが好適である。金属薄板１３の厚みＴが５０μｍを超えると、例えば、５０μｍ以下のような微細な開口寸法Ｗ２をもつ貫通孔１５を有することが難しく、微小粒子の捕獲が困難となり好ましくない。また、金属薄板１３の厚みＴが薄すぎると、所望の強度を具備するフィルター１１を作製するための金属薄板１３の積層数が多くなり、製造コストの面で好ましくないので、上記のように金属薄板１３の厚みＴの下限値は２０μｍ程度が好ましい。
金属薄板１３が有する貫通孔１５は、上記のように、金属薄板１３の一方の面１３ａにおける開口寸法Ｗ１が、他方の面１３ｂにおける開口寸法Ｗ２よりも大きく、かつ、貫通孔１５内には開口寸法Ｗ２よりも狭い部位が存在しないものである。したがって、貫通孔１５はテーパ形状の壁面を有している。貫通孔１５の開口形状（面１３ａ，１３ｂに平行な面における断面形状）は、円形が好適であるが、楕円形、あるいは、正方形、正六角形、正八角形等の多角形、これらの多角形の角部に丸味を有する形状等であってもよい。貫通孔１５の開口寸法Ｗ１および開口寸法Ｗ２は、開口形状が円形である場合には、その直径であり、開口形状が楕円形、多角形等のように開口寸法が一定ではない場合には、開口形状における最小の開口寸法である。そして、開口寸法Ｗ２は、ろ過対象である流体から除去する異物の大きさ等を考慮して設定するこができる。

本発明では、金属薄板１３が具備する貫通孔１５の開口寸法Ｗ１，Ｗ２と、金属薄板１３の厚みＴとの間に、０．６５≦（Ｗ１−Ｗ２）／Ｔ≦１．５の関係が成立することが好ましい。貫通孔１５の開口寸法Ｗ１と開口寸法Ｗ２との差が小さいことにより上記の関係が成立しない（（Ｗ１−Ｗ２）／Ｔ＜０．６５となる）場合は、貫通孔の壁面がストレート形状に近いものとなり、エッチング加工の特性上、このような貫通孔の形成が難しいものとなり好ましくない。また、貫通孔１５の開口寸法Ｗ１と開口寸法Ｗ２との差が大きいことにより上記の関係が成立しない（１．５＜（Ｗ１−Ｗ２）／Ｔとなる）場合は、孔部１２内での圧力損失（層流の阻害）が顕著となり好ましくない。さらに、金属薄板１３の厚みＴが大きいことにより上記の関係が成立しない（（Ｗ１−Ｗ２）／Ｔ＜０．６５となる）場合は、例えば、５０μｍ以下のような微細な開口寸法Ｗ２をもつ貫通孔１５を有することが難しく、微小粒子の捕獲が困難となり好ましくない。また、金属薄板１３の厚みＴが小さいことにより上記の関係が成立しない（１．５＜（Ｗ１−Ｗ２）／Ｔとなる）場合は、所望の強度を具備するフィルター１１を作製するための金属薄板１３の積層数が多くなり、製造コストの面で好ましくない。

また、金属薄板１３における隣接する貫通孔１５の中心間距離は、開口率［（金属薄板１３の表面における貫通孔１５の開口の合計面積／貫通孔１５が形成されている領域の面積）×１００］が、２０〜６０％、好ましくは２０〜４０％の範囲となるように、上記の開口寸法Ｗ２を考慮して設定することができ、例えば、隣接する貫通孔１５の中心間距離は、５０〜１３０μｍの範囲で設定することができる。
フィルター１１を構成する金属薄板１３の積層数は、図１に示される例では、５枚であるが、これに限定されるものではない。上記のように、フィルター１１の両表面における孔部１２の開口の少なくとも一方の開口寸法がＷ２であればよく、金属薄板１３の厚み、材質、フィルター１１に要求される強度、フィルター１１において貫通孔１５が連通して構成される孔部１２（流路）における流体の圧力損失等を考慮して適宜設定することができる。

図３は、本発明のフィルターの他の実施形態を説明するための部分断面図である。図３において、フィルター１１′は、上述の金属薄板１３を６枚積層したものであり、フィルター１１′の表面１１′ａおよび表面１１′ｂにおける孔部１２′の開口寸法が、共にＷ２となっている。このようなフィルター１１′では、孔部１２′の両端の開口の寸法がＷ２であるため、流体から除去する異物が孔部１２の内部で詰まることを有効に抑制することができるので、ろ過対象となる流体の流れ方向は、図示の矢印ｂで示されるように、いずれの方向であってもよい。

このような本発明のフィルター１１，１１′は、積層した金属薄板１３が有する貫通孔１５が連通してなる孔部１２，１２′（流路）を有し、この孔部１２，１２′がろ過機能を発現する。そして、孔部１２，１２′は、流体が流れ込む開口の寸法がＷ２であり、孔部内部には、開口寸法Ｗ２よりも狭い部位が存在せず、また、貫通孔１５同士の位置を合わせた状態で貫通孔１５が連通され、孔部１２，１２′内に鋭く突出する部位が存在しないので、孔部１２，１２′内での詰まりが抑制され、また、孔部１２，１２′内での圧力損失（層流の阻害）が抑制され、優れたフィルター機能を発現する。

尚、上述のように、フィルター１１は、各金属薄板１３の貫通孔１５同士の位置を合わせた状態で金属薄板１３が積層されているが、貫通孔１５同士の位置を合わせた状態とは、積層された金属薄板１３の貫通孔１５の中心のズレの最大が１５μｍ以下であることを意味する。ズレが上記の範囲内であれば、孔部１２，１２′内での流体の圧力損失や流体中の異物除去のろ過精度の低下が僅少であり、フィルター１１，１１′におけるフィルター機能に差し障りを生じることはない。また、複数の金属薄板１３が積層されたフィルター１１，１１′において、フィルター１１，１１′を構成する複数の金属薄板１３の最上層から最下層までの貫通孔１５のズレの最大は、隣接する貫通孔１５間の距離よりも小さいことが必要である。フィルター１１の積層方向の強度を維持するためには、積層方向においてフィルター１１の一方の面から垂直に他方の面に至る連続した断面が必要であり、貫通孔１５のズレの最大が隣接する貫通孔１５間の距離よりも小さいとの条件は、このような最低限の断面を確保する最低条件である。
本発明のフィルターの外観形状には制限はなく、平板形状であってよく、この場合、一方の面に流体を供給し、他方の面へ向かう流体に対してろ過機能を発現することができる。また、本発明のフィルターは、円筒形状であってよく、この場合、例えば、円筒内部に流体を供給し、外部へ向かう流体に対してろ過機能を発現することができる。
上述の実施形態は例示であり、本発明のフィルターはこれらの実施形態に限定されるものではない。

［フィルターの製造方法］
本発明のフィルターの製造方法を、上述の本発明のフィルター１１を例として説明する。
本発明のフィルターの製造方法では、図４に示されるように、金属薄板１３に貫通孔形成領域１４Ａ（２点鎖線で囲まれる領域）を設定し、この貫通孔形成領域１４Ａの外側の領域に位置合わせ用穴部形成領域１４Ｂ（図示例では、鎖線で囲まれる４個の領域）を設定する。そして、エッチング工程において、金属薄板１３の貫通孔形成領域１４Ａに所望のピッチで複数の貫通孔１５をエッチングにより形成する。また、金属薄板１３の位置合わせ用穴部形成領域１４Ｂに位置合わせ用穴部をエッチングにより形成する。

本発明のフィルターの製造方法において使用する金属薄板１３の材質としては、例えば、オーステナイト系、フェライト系、マルテンサイト系のステンレス鋼、チタン、チタン合金、ニッケル、ニッケル合金、ニオブ、タンタル、ジルコニウム、コバルト合金、クロム合金、モリブデン合金、タングステン合金等を挙げることができる。このような金属薄板１３の厚みＴは、後述する金属薄板１３への貫通孔１５の形成において、形成しようとする貫通孔１５の開口寸法Ｗ１および開口寸法Ｗ２との間に、０．６５≦（Ｗ１−Ｗ２）／Ｔ≦１．５の関係が成立するように設定することができ、例えば、５０μｍ以下、好ましくは２０〜４０μｍの範囲で設定することが好適である。
金属薄板１３の厚みＴが大きいことにより上記の関係が成立しない（（Ｗ１−Ｗ２）／Ｔ＜０．６５となる）場合は、例えば、５０μｍ以下のような微細な開口寸法Ｗ２をもつ貫通孔１５を形成することが難しく、また、金属薄板１３の厚みＴが小さいことにより上記の関係が成立しない（１．５＜（Ｗ１−Ｗ２）／Ｔとなる）場合は、所望の強度を具備するフィルター１１を作製するための金属薄板１３の積層数が多くなり、製造コストの面で好ましくない。

図５は、金属薄板１３の貫通孔形成領域１４Ａに形成した貫通孔１５を示す部分断面図であり、金属薄板１３の一方の面１３ａにおける貫通孔１５の開口１５ａの開口寸法Ｗ１が、金属薄板１３の他方の面１３ｂにおける貫通孔１５の開口１５ｂの開口寸法Ｗ２よりも大きくなるように、貫通孔１５を形成する。このような貫通孔１５は、例えば、水平状態に維持した金属薄板１３の両面から、形成しようとする開口寸法Ｗ１と開口寸法Ｗ２に対応して大きさの異なる開口部を有するエッチングマスクを介してエッチング液を金属薄板１３に噴射して同時エッチングを行うことにより形成することができる。このように形成する貫通孔１５の開口寸法Ｗ１と開口寸法Ｗ２との差が小さいことにより上記の関係が成立しない（（Ｗ１−Ｗ２）／Ｔ＜０．６５となる）場合、加工する貫通孔がストレート形状に近い物となり、エッチング加工特性上、形成しにくく好ましくない。また、形成した貫通孔１５の開口寸法Ｗ１と開口寸法Ｗ２との差が大きいことにより上記の関係が成立しない（１．５＜（Ｗ１−Ｗ２）／Ｔとなる）場合は、後述するように金属薄板１３を積層して作製したフィルター１１の孔部１２内での圧力損失（層流の阻害）が顕著となり好ましくない。

エッチング液としては、比重が４５〜６０Ｂｅ（ボーメ）、好ましくは５２〜５８Ｂｅ（ボーメ）の範囲、液温が５０〜８０℃、好ましくは６５〜７８℃の範囲であるエッチング液を使用することができる。エッチング液の比重が４５Ｂｅ（ボーメ）未満であると、貫通孔１５において金属薄板１３の厚み方向内部に、開口寸法Ｗ２よりも狭い突出部が形成されやすく、また、比重が６０Ｂｅ（ボーメ）を超えるとエッチング適性が低下して好ましくない。さらに、エッチング液の温度が５０℃未満であると、貫通孔１５において金属薄板１３の厚み方向内部に、開口寸法Ｗ２よりも狭い突出部が形成されやすく、また、温度が８０℃を超えると、貫通孔１５の内壁の腐食が進みやすく、内壁をテーパ形状とすることが難しくなり好ましくない。

また、図６は、図４に示される金属薄板１３の位置合わせ用穴部形成領域１４Ｂに形成する位置合わせ用穴部の一例を示す平面図である。図６において、位置合わせ用穴部１６は、位置合わせに使用するピンの外径よりも小さい内径を有する中心開口部１６ａと、この中心開口部１６ａの周囲に隣接する複数の周辺開口部１６ｂとで構成されている（図６（Ａ））。図示例では、中心開口部１６ａは内径Ｄの円形開口であり、周辺開口部１６ｂは円弧形状であり、中心開口部１６ａの周囲に６個形成されており、中心開口部１６ａと周辺開口部１６ｂとの境界部位は易変形部位１６ｃをなしている。このような位置合わせ用穴部１６は、外径Ｄ′（Ｄ′＞Ｄ）の位置合わせ用ピン１７が挿入されると、易変形部位１６ｃが周辺開口部１６ｂ方向へ押し広げられる（図６（Ｂ））。これにより、位置合わせ用穴部１６と位置合わせ用ピン１７との間に緩みを生じることが防止される。従来の位置合わせ用穴部は、例えば、エッチングにより置合わせ用ピンの外径よりも小径で形成した後、置合わせ用ピンの外径よりも若干大きくなるように内径を研磨により拡大して形成されており、位置合わせ用穴部と位置合わせ用ピンとの間に緩みが生じ易いものであった。

このような位置合わせ用穴部１６は、金属薄板１３を、貫通孔１５の開口寸法が同じ面同士、すなわち、貫通孔１５の開口寸法がＷ１である金属薄板１３の面１３ａ同士が当接し、貫通孔１５の開口寸法がＷ２である金属薄板１３の面１３ｂ同士が当接するように積層したときに、貫通孔１５同士の位置合わせが可能なように形成される
次に、本発明のフィルターの製造方法では、接合工程において、上記のような金属薄板１３を複数積層して接合して、フィルター１１を作製する。金属薄板１３の積層では、上述のように、貫通孔１５の開口寸法が同じ面同士、すなわち、貫通孔１５の開口寸法がＷ１である金属薄板１３の面１３ａ同士が当接し、貫通孔１５の開口寸法がＷ２である金属薄板１３の面１３ｂ同士が当接するように積層する。さらに、最外層となる金属基板１３の少なくとも一方は、貫通孔１５の開口寸法Ｗ２側が外側となるように積層する。そして、図７に示すように、所望の枚数（図示例では５枚）の金属薄板１３を、各金属薄板１３の貫通孔１５同士の位置が略一致するように積層し、各金属薄板１３の位置合わせ用穴部１６に位置合わせ用ピン１７を挿入する。これにより、各金属薄板１３は、貫通孔１５同士の位置が一致するように設計通りの位置合わせが行われ、かつ、位置合わせ用穴部１６と位置合わせ用ピン１７との間に緩みが生じていないので、位置合わせした状態を確実に維持することができる。この状態で、積層されている複数の金属薄板１３を電気溶接等により仮接着し、その後、位置合わせ用ピン１７を位置合わせ用穴部１６から引き抜いて除去し、拡散接合、電気溶接、あるいは、ネジによる締結等により複数の金属薄板１３を接合してフィルター１１を作製する。このフィルター１１は、貫通孔１５が連通して形成された孔部１２を複数有している
このような接合工程では、所望の厚みのフィルター１１となるまで金属薄板１３を１枚づつ積層して接合する工程を繰り返してもよく、また、所望の厚みのフィルター１１を得るための必要枚数の金属薄板を積層し、一度の接合工程でフィルター１１を作製してもよい。

このような本発明のフィルターの製造方法では、微細な貫通孔１５を形成した複数の金属薄板１３を、貫通孔１５同士の位置が一致するよう積層してフィルター１１を作製することができる。作製したフィルター１１の両表面における孔部１２の開口の少なくとも一方の開口寸法がＷ２であり、孔部１２内部には、開口寸法Ｗ２よりも狭い部位が存在が存在しないので、孔部１２内での詰まりが抑制され、また、孔部１２，１２′内での圧力損失（層流の阻害）が抑制され、優れたフィルター機能を発現するフィルター１１を製造することができる。
上述の実施形態は例示であり、本発明のフィルターの製造方法はこれらの実施形態に限定されるものではない。

例えば、接合工程において、貫通孔１５の開口寸法がＷ２の開口が位置する面が同じ方向となるように積層される金属薄板の周縁部に予め切欠き部を形成し、積層した複数の金属薄板に１枚おきに切欠き部が位置することを確認するようにしてもよい。図８は、このような金属薄板の例を示す平面図である。図８（Ａ）に示される金属薄板１３Ａは、周縁部の所定の位置に切欠き部１８を有し、貫通孔形成領域１４Ａ（２点鎖線で囲まれる領域）と、この貫通孔形成領域１４Ａの外側の領域に位置合わせ用穴部形成領域１４Ｂ（図示例では、鎖線で囲まれる４個の領域）が設定されており、エッチング工程において、貫通孔形成領域１４Ａに所望のピッチで複数の貫通孔１５がエッチングにより形成されている（図示例では、１個の貫通孔１５を拡大して示している）。また、金属薄板１３の位置合わせ用穴部形成領域１４Ｂに位置合わせ用穴部（図示せず）がエッチングにより形成されている。この金属薄板１３Ａでは、貫通孔１５の開口寸法がＷ１の開口１５ａが位置する面１３ａを図の上向きとして積層される。

また、図８（Ｂ）に示される金属薄板１３Ｂは、貫通孔形成領域１４Ａ（２点鎖線で囲まれる領域）と、この貫通孔形成領域１４Ａの外側の領域に位置合わせ用穴部形成領域１４Ｂ（図示例では、鎖線で囲まれる４個の領域）が設定されており、エッチング工程において、貫通孔形成領域１４Ａに所望のピッチで複数の貫通孔１５がエッチングにより形成されている（図示例では、１個の貫通孔１５を拡大して示している）。また、金属薄板１３の位置合わせ用穴部形成領域１４Ｂに位置合わせ用穴部（図示せず）がエッチングにより形成されている。この金属薄板１３Ｂでは、貫通孔１５の開口寸法がＷ２の開口１５ｂが位置する面１３ｂを図の上向きとして積層される。

このような金属薄板１３Ａを３枚、金属薄板１３Ｂを２枚、交互となるように積層し、上述のように、金属薄板１３Ａ，１３Ｂの位置合わせ用穴部に位置合わせ用ピンを挿入して位置合わせを行う。図９は、このように金属薄板を積層した状態を示す部分側面図である。図９に示されるように、積層された複数の金属薄板の側面において、切欠き部１８は１枚おきに位置している。したがって、切欠き部１８の位置を確認することにより、金属基板１３が、貫通孔１５の開口寸法が同じ面同士、すなわち、貫通孔１５の開口寸法がＷ１である金属薄板１３Ａの面１３ａと金属薄板１３Ｂの面１３ａと同士が当接し、貫通孔１５の開口寸法がＷ２である金属薄板１３Ａの面１３ｂと金属薄板１３Ｂの面１３ｂ同士が当接しているか否かを確認することができる。

また、本発明では、位置合わせ用穴部１６において、中心開口部１６ａの周囲に隣接する複数の周辺開口部１６ｂの形状、数は、図６（Ａ）に示される例に限定されず、位置合わせ用ピン１７の挿入によって易変形部位１６ｃが周辺開口部１６ｂ方向へ押し広げられ、かつ、位置合わせ用穴部１６と位置合わせ用ピン１７との間に緩みを生じることが防止されるものであればよい。したがって、例えば、図１０（Ａ）に示されるように、中心開口部１６ａの周囲に円弧形状の４個の周辺開口部１６ｂが位置するもの、図１０（Ｂ）に示されるように、中心開口部１６ａの周囲に１２個の周辺開口部１６ｂが位置するもの等であってもよい。また、図１１（Ａ）に示されるように、中心開口部１６ａの周囲に放射状に長方形状の８個の周辺開口部１６ｂが位置するもの、図１１（Ｂ）に示されるように、中心開口部１６ａの周囲に位置する８個の円形状の周辺開口部１６ｂを介して、放射状に長方形状の８個の周辺開口部１６ｂ′が位置するもの等であってもよい。
また、上述の実施形態では、貫通孔形成領域１４Ａの外側の領域に位置合わせ用穴部形成領域１４Ｂを設定しているが、位置合わせ用穴部形成領域１４Ｂの設定位置には制限はなく、例えば、貫通孔形成領域１４Ａ内に位置合わせ用穴部形成領域１４Ｂを設定してもよい。位置合わせ用穴部は、積層時の位置合わせが完了した後に塞いでしまえば、貫通孔形成領域１４Ａ内に存在してもフィルターは本質的な機能を奏するからである。

次に、具体的な実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
［実施例］
金属薄板としてステンレス鋼（ＳＵＳ３０４、１５０ｍｍ×１５０ｍｍ、厚み２５μｍ）を準備し、金属薄板の中央の５０ｍｍ×５０ｍｍを貫通孔形成領域として画定した。
この金属薄板の両面に感光性ドライフィルム（旭化成（株）製） サンフォートＡＱ−２５５８）をラミネートした後、所望のマスクを介して露光し、現像することによりエッチングマスク１とエッチングマスク２を各面に形成した。このように形成したエッチングマスク１は、直径５０μｍの円形の開口部を９０μｍピッチで６０°千鳥格子形状に２０００個配置したものであった。また、形成したエッチングマスク２は、直径６０μｍの円形の開口部を、エッチングマスク１と同様のピッチ、配置形状で、同様の個数有するものであった。尚、エッチングマスク１およびエッチングマスク２の各開口部の中心は、金属薄板を介して一致するものとした。

また、上記のように形成したエッチングマスク１およびエッチングマスク２は、貫通孔形成領域の外側であって、金属薄板の四隅近傍に、金属薄板を介して対向するように図６（Ａ）に示される位置合わせ用穴部を形成するための開口部を有するものであった。
次に、エッチングマスク１が上面側となるように金属薄板を水平に維持した状態で、下記のエッチング条件のスプレーエッチングにより、金属薄板を両面から同時にエッチングして貫通孔および位置合わせ用穴部を形成し、その後、エッチングマスク１およびエッチングマスク２を除去し、洗浄した。
（エッチング条件）
・エッチング液 ： 塩化第二鉄溶液
・比重 ： ５０ボーメ（Ｂｅ）
・温度 ： ７５℃
・スプレー圧 ： ３ｋｇ／ｃｍ²

このようなスプレーエッチングにより、金属薄板の貫通孔形成領域には、貫通孔が９０μｍピッチで６０°千鳥格子形状の配置で２０００個形成され、また、貫通孔形成領域の外側の金属薄板の四隅近傍には図６（Ａ）に示される位置合わせ用穴部が形成された。
形成された貫通孔を両面顕微鏡を用いて観察、測定した。その結果、金属薄板の表面における開口の形状は円形であり、エッチングマスク１が位置していた面の開口寸法Ｗ１が７０μｍであり、エッチングマスク２が位置していた面の開口寸法Ｗ２が６０μｍであり、貫通孔内部には開口寸法Ｗ２よりも狭い部位は存在せず、貫通孔の壁面はテーパ形状であった。このような貫通孔は、その開口寸法Ｗ１、Ｗ２と、金属薄板の厚みＴ（２５μｍ）との間に、０．６５≦（Ｗ１−Ｗ２）／Ｔ≦１．５の関係が成立するものであった。
また、形成された位置合わせ用穴部は、中心開口部が直径１０ｍｍの円形であり、その周囲に幅２００μｍの円弧形状の６個の周辺開口部が位置し、中心開口部と周辺開口部との間には幅１００μｍの易変形部位が存在するものであった。
上記と同様にして、貫通孔、位置合わせ用穴部が形成された金属薄板を９枚作製した。

次いで、９枚の金属薄板を、貫通孔の開口寸法が同じ面同士、すなわち、貫通孔の開口寸法がＷ１である金属薄板の面同士が当接し、貫通孔の開口寸法がＷ２である金属薄板の面同士が当接するように積層し、かつ、各金属薄板の貫通孔同士の位置を略一致させ、各金属薄板の位置合わせ用穴部に位置合わせ用ピン（直径１０．１ｍｍ）を挿入して、各金属薄板の位置合わせを行った。この状態で、金属薄板の貫通孔形成領域の外側の部位４箇所を電気溶接により仮接着し、その後、位置合わせ用ピンを位置合わせ用穴部から引き抜いて除去し、下記の条件で拡散接合により複数の金属薄板を接合して積層体（厚み２２５μｍ）を作製した。
（拡散接合条件）
・雰囲気 ： 真空
・接合温度 ： １０００℃
・接合時間 ： ９時間

上記のように作製した積層体の貫通孔形成領域（５０ｍｍ×５０ｍｍ）の中央から直径２０ｍｍの寸法で裁断してフィルターを作製した。
このように作製したフィルターが備える孔部について、その内径を上記と同様に測定した結果、各金属薄板の積層時のズレによる開口寸法の減少は１５μｍ以下であり、各金属薄板の位置合わせの精度が高いことが確認された。そして、厚み２２５μｍのフィルターが具備する孔部は、一方の面における開口寸法Ｗ２が６０μｍであり、他方の面における開口寸法Ｗ１が７０μｍであった。また、孔部の内部の最小開口寸法が開口寸法Ｗ２と同じ６０μｍであり、最大開口寸法が開口寸法Ｗ１と同じ７０μｍであり、アスペクト比（孔部の長さ／孔部の最小開口寸法）が約３．８である微細なものであることが確認された。

このようなフィルターを、開口寸法Ｗ２の孔部が位置している面が流入側となるようにろ過装置に装着し、薄力粉（粒径分布幅は５〜１００μｍ）を純水に１０ｇ／Ｌ含有させた流体を用い、ろ過を行った結果、孔部内での圧力損失は０．３０ＭＰａ程度であった。また、０．１時間のろ過操作の後、ろ過装置から取り外したフィルターを純水洗浄後にエタノールを用いて洗浄したところ、フィルターに捕獲されていた薄力粉を完全に排除することができた。

［比較例１］
金属薄板の両面からのエッチングの条件を下記のように変更した他は、実施例と同様にして、金属薄板に貫通孔と位置合わせ用穴部を形成した。
（エッチング条件）
・エッチング液 ： 塩化第二鉄溶液
・比重 ： ４５ボーメ（Ｂｅ）
・温度 ： ７０℃
・スプレー圧 ： ３ｋｇ／ｃｍ²
このように形成された貫通孔を、実施例と同様にして、観察、測定した結果、金属薄板の表面における開口部の形状は円形であり、エッチングマスク１が位置していた面の開口寸法Ｗ１が７０μｍであり、エッチングマスク２が位置していた面の開口寸法Ｗ２が７０μｍであり、貫通孔内部には開口寸法Ｗ２よりも狭い開口寸法６０μｍの部位が存在するものであった。尚、厚み方向内部における開口寸法は、厳密な測定を行うために、断面研磨を行って測定した。

また、位置合わせ用穴部は、中心開口部が直径１０ｍｍの円形であり、その周囲に幅２００μｍの円弧形状の６個の周辺開口部が位置し、中心開口部と周辺開口部との間には幅１００μｍの易変形部位が存在するものであった。
このような金属薄板９枚を、実施例と同様に積層、位置合わせした後、拡散接合して、積層体を作製し、その後、裁断してフィルターを作製した。

このように作製したフィルターが備える孔部について、その内径を実施例と同様に測定した結果、各金属薄板の積層時のズレによる開口寸法の減少は１５μｍ以下であり、各金属薄板の位置合わせの精度が高いことが確認された。そして、フィルターが具備する孔部は、各金属薄板の厚み方向内部において開口寸法が最小値約６０μｍとなり、アスペクト比（孔部の長さ／孔部の最小開口寸法）が約３．８である微細なものであったが、孔部は、壁面に鋭い突出部を有する形状であった。
このようなフィルターを用いて実施例と同様にろ過を行った結果、孔部内での圧力損失は０．３３ＭＰａ以上であり、実施例よりも大きいものであった。また、０．１時間のろ過操作の後、ろ過装置から取り外したフィルターを純水洗浄後にエタノールを用いて洗浄したが、フィルターに捕獲されていた薄力粉を完全に排除することは困難であった。

［比較例２］
エッチングマスク形成時の露光マスクを変更して、金属薄板の両面からのエッチングにより貫通孔と同時に金属薄板に形成する位置合わせ用穴部を、直径１０ｍｍの円形とし、エッチング終了後に研磨により直径を１０．３ｍｍとした他は、実施例と同様にして、金属薄板に貫通孔と位置合わせ用穴部を形成した。
このような金属薄板９枚を、実施例と同様に積層、位置合わせした後、拡散接合して、積層体を作製し、その後、裁断してフィルターを作製した。

このように作製したフィルターが備える孔部について、その内径を実施例と同様に測定した結果、各金属薄板の積層時のズレによる開口寸法の減少は１５〜２５μｍであり、各金属薄板の位置合わせの精度が低いことが確認された。
このようなフィルターを用いて実施例と同様にろ過を行った結果、孔部内での圧力損失は０．３８ＭＰａ以上であり、実施例よりも大きいものであった。また、０．１時間のろ過操作の後、ろ過装置から取り外したフィルターを純水洗浄後にエタノールを用いて洗浄したが、フィルターに捕獲されていた薄力粉を完全に排除することは困難であった。

種々の流体のろ過に利用可能であり、また、流体のろ過工程を必要とする種々の製品の製造に利用することができる。

１１，１１′…フィルター
１２，１２′…孔部
１３…金属薄板
１５…貫通孔
１６…位置合わせ用穴部
１６ａ…中心開口部
１６ｂ…周辺開口部
１８…切欠き部

Claims (7)

1. 複数の貫通孔を有する金属薄板が該貫通孔の位置を合わせて積層されてなり、前記貫通孔が連通して形成された孔部を複数有するフィルターにおいて、
   前記金属薄板の一方の面における前記貫通孔の開口寸法Ｗ１が他方の面における前記貫通孔の開口寸法Ｗ２よりも大きく、貫通孔内には開口寸法Ｗ２よりも狭い部位が存在せず、複数の前記金属薄板は前記貫通孔の開口寸法が同じ面同士が当接するように積層されており、かつ、当該積層の最外層に位置する前記金属薄板の少なくとも一方は前記貫通孔の開口寸法Ｗ２側が外側となっており、前記孔部を構成する前記各貫通孔の中心のズレの最大が１５μｍ以下であることを特徴とするフィルター。
2. 前記各貫通孔の中心のズレの最大は、隣接する前記貫通孔間の距離よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のフィルター。
3. 前記開口寸法Ｗ２の開口が露出している面における開口率が２０〜６０％の範囲であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフィルター。
4. 前記開口寸法Ｗ２が５０μｍであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のフィルター。
5. エッチングにより複数の貫通孔と位置合わせ用穴部を形成した金属薄板を複数作製するエッチング工程と、
   前記貫通孔が連通することにより孔部を形成するように、複数の前記金属薄板を積層して接合する接合工程を有し、
   前記エッチング工程における前記貫通孔の形成では、前記金属薄板の一方の面における開口寸法Ｗ１が他方の面における開口寸法Ｗ２よりも大きく、貫通孔内には開口寸法Ｗ２よりも狭い部位が存在しないようなテーパ形状の内壁面を有する貫通孔を形成し、
   前記エッチング工程における位置合わせ用穴部の形成では、位置合わせ用ピンよりも小径の中心開口部と、該中心開口部の周囲に隣接して複数位置する周辺開口部とを有する位置合わせ用穴部を形成し、
   前記接合工程では、複数の前記金属薄板を、前記貫通孔の開口寸法が同じ面同士が当接し、かつ、最外層となる前記金属薄板の少なくとも一方は前記貫通孔の開口寸法Ｗ２側が外側となるように重ね、前記位置合わせ用穴部に位置合わせ用ピンを挿入して位置合わせを行うことを特徴とするフィルターの製造方法。
6. 前記位置合わせ用穴部の前記周辺開口部を、当該周辺開口部の長手方向が前記中心開口部から放射状に位置するように形成することを特徴とする請求項５に記載のフィルターの製造方法。
7. 前記接合工程において貫通孔の開口寸法Ｗ２側が同じ方向となるように積層される前記金属薄板の周縁部に予め切欠き部を形成し、前記接合工程では、積層した複数の金属薄板に１枚おきに前記切欠き部が位置することを確認することを特徴とする請求項５または請求項６に記載のフィルターの製造方法。

Images