JPH0570808A - 金属フイルター部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】金属短繊維を含む金属微細粉の焼結体からな
り、液体、気体から不純物を効果的に除去するのに使用
しうる金属フィルター部材を製造する。 【構成】金属短繊維を少なくとも含む金属微細粉と、後
には除去される結合材とを含む材料を射出成型すること
によって予備成型品を得る段階と、該予備成型品に含有
された前記結合材を消失させるとともに前記金属微細粉
を拡散接合によって結合する焼結段階とを少なくとも含
み、前記金属短繊維は、繊維径を０．５〜２０μｍ、ア
スペクト比が、２〜２０の中から選択される２種以上の
アスペクト比の金属短繊維を混在させている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属短繊維を含む金属
微細粉の焼結体からなり、例えば高分子ポリマーなどの
液体、排ガスなどの各種気体から不純物を効果的に除去
するのに使用しうる金属フィルター部材を製造する金属
フィルター部材の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】液体中の異物などの不純物を除去するた
めに、フィルター部材をライン中に組み込み濾過する濾
過技術は周知であり、例えば、繊維やフィルムを製造す
る際に使用される高分子ポリマーにおいて、溶融ポリマ
ー中のゲルや不純粒子などの不純物を除いて糸切れや縞
模様発生などの製品不良を防止するべく、フィルターを
組込み、連続的に濾過する濾過方法が広く実施され、ま
たこのとき、金属繊維、金属粉末などを焼結した焼結体
がフィルターとして多用されている。

【０００３】これは、金属フィルターが耐熱性、強度に
優れる他、加工性、可撓性なども具えるためであり、こ
の金属フィルター部材は、他の部材、例えばセラミッ
ク、合成樹脂などを用いたものにかわって今後その用途
は拡大すると考えられる。特に、ステンレス鋼などの耐
蝕性金属を用いた金属フィルター部材は、例えば鉱炉な
どで生じる排ガスの浄化用、その他の各種の供給ガスの
浄化用などとしても使用できる。

【０００４】本出願人はステンレス鋼を用いた濾過用の
多孔体として、特公昭６３−３１５２１号公報におい
て、金属短繊維とポリイミド粉末とを乾式で混合した
後、金型内に充填しホットプレスで押圧して予備成形品
を成形し、さらに焼結することによって金属短繊維から
なる多孔体を製造する製造方法を提案している。

【０００５】なお他の製造方法としては、金属短繊維の
みを金型内に充填しかつ加圧下において、バインダを用
いることなく、直接焼結することも考えられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、フィ
ルターの形状について、平板状の他、例えば、カップ型
など種々な立体形状のものも望まれる。又フィルター部
材としての基本特性として、精度、品質の向上のために
濾孔の分布の均一化が望まれる。

【０００７】しかしながら、前記した各方法において
は、いずれも素材を金型内に充填した後、押圧するもの
であるため、押圧する際の原料粉末間、あるいは粉末と
型内壁との間で作用する摩擦などによって、フィルター
部材の厚さの中央部と表面部、又は押圧端と非押圧端と
では粉末の分布密度に差が生じ、分布が不均一となりや
すい。

【０００８】しかも、従来の製造方法は生産効率に劣る
他、フィルター形状の制約もあり、例えば不純物の滞留
などが問題となる前記ポリマー濾過においても滑らかな
流れとなる希望の形状のものなどを生産しがたいという
課題もある。

【０００９】本発明は、前記課題を解決でき、形状の自
由性を増す他、濾過精度、濾過効率にもすぐれた金属フ
ィルター部材を効率良く製造しうる金属フィルター部材
の製造方法の提供を目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、柱状の金属短
繊維を少なくとも含む金属微細粉と、該金属微細粉に混
合され最後には除去される結合材とを含む材料を射出成
型することによって予備成型品を得る段階と、該予備成
型品に含有された前記結合材を消失させるとともに前記
金属微細粉を拡散接合によって結合する焼結段階とを少
なくとも含み、前記金属短繊維は繊維径を０．５〜２０
μｍとするとともに、アスペクト比が、２〜２０の中か
ら選択される２種以上のアスペクト比の金属短繊維を混
在させたことを特徴とする金属フィルター部材の製造方
法である。

【００１１】又金属微細粉としては、必要に応じて金属
アトマイズ粉末などと混合することもできる。

【００１２】

【作用】金属短繊維を含む金属微細粉と、結合材とを用
いた原料を射出成型した予備成形品を焼結することを基
本としているため、前記金属短繊維は、立体空孔を形成
するのに役立ち、微細な連続空孔を持つ金属フィルター
部材を形成しうる。

【００１３】しかも、射出成形により成形されるため、
常に所定の圧力下において金型内へ充填され、全体に均
一な圧力が作用し、金属微細粉の分布が均一化されるこ
とにより、分布のバラツキをなくし、濾孔を均一化しう
る他、射出成形により成形するため、複雑な立体形状の
製品を得ることもでき形状の自由度を増し、かつ生産性
が向上する。

【００１４】しかも本発明では、前記金属短繊維として
そのアスペクト比の異なる２種以上を混在させており、
したがって流動に伴って同一方向に配向して空孔率が低
下することを、アスペクト比が小の短繊維が介在するこ
とにより防止することができる。

【００１５】

【実施例】以下本発明の一実施例を図面に基づき説明す
る。図１において、本発明の金属フィルター部材の製造
方法は、金属短繊維２…を含む金属微細粉と結合材とを
含む材料を射出成形した予備成形品を焼結した焼結体か
らなり、かつ一方の面４から他方の面５に連続する微細
濾孔を形成した金属フィルター部材１をうることができ
る。

【００１６】図１は、金属フィルター部材１が、有底筒
形のカップ状に形成された場合を示している。

【００１７】前記金属微細粉として、金属短繊維２のみ
を用いる場合の他、金属短繊維２に金属アトマイズド微
細粉末のような金属粉体を混合した混合粉末とすること
もできる。そのとき、金属アトマイズド微細粉末は粒子
径５０μｍ以下、好ましくは２０μｍ以下、しかも見か
け密度の大な粉末が好ましく、さらに混合粉末としたと
きにおいて金属短繊維２の全重量に対する比率を１０％
以上とする。

【００１８】このように混合粉末とすることによって、
射出成形を容易とし、かつ金属アトマイズド微細粉末は
濾孔の調整に寄与するとともに、予備成形品の形状維持
性を高めることができる。

【００１９】一方、金属短繊維２は、直径が０．５〜２
０μｍの範囲のものを用いる。なお好ましくは、０．５
μｍ以上かつ１０μｍよりも小の金属短繊維２を用い
る。かかる線径とすることにより、微細な濾過孔のフィ
ルタが得られ、また空孔径分布を均一化しうる。繊維径
が２０μｍをこえると、孔径が大となりまた射出成型法
を困難とする。

【００２０】また金属短繊維２としては、前記繊維径、
即ち直径に加え、所定のアスペクト比を備えており、こ
のような金属短繊維は、所定繊維径の金属長繊維を、長
さを調整しながら機械的にあるいは化学的な方法で切断
することによって得られる。化学的方法とは、ステンレ
ス鋼繊維の結晶長さを調整し、その結晶粒界を化学的方
法により選択的に腐食し短繊維を得る方法である。

【００２１】又出願人は、繊維径０．５〜２μｍのステ
ンレス鋼からなる金属短繊維についてもその製造を可能
としている。

【００２２】なお金属短繊維２の前記直径とは、各金属
短繊維の全長に亘って各位置、各向きで測定した直径の
平均値であって、各部短繊維の各位置、向きで測定した
値は、平均値から３０％程度の範囲で直径がバラツク程
度の全長に亘り同径のものを用いうる。又同様に、金属
短繊維２には直径が２０％程度異なるものを含むことも
許容する。

【００２３】また、金属短繊維のアスペクト比は２〜２
０の範囲にあり、しかも異なる２種以上を混在させた混
在短繊維を使用している。この範囲の金属短繊維は、空
孔径を立体的かつ均一化する働きがあるものの、本発明
では射出成型法を採用していることから、アスペクト比
の大きいもののみでは、同一方向に配向し、立体空孔の
形成が困難となる。この為、これを防止する為に、アス
ペクト比の異なる２種以上の金属短繊維を混在させるこ
とにより改善している。

【００２４】すなわちアスペクト比が２以下のもののみ
では、粉末に近づき空孔率を小とし、また２０以上のみ
の場合には分散が十分に行いにくく、空孔特性の調整も
困難となる。好ましくは前記範囲内で２種以上となるよ
う、例えば略同数にあるいは正規分布状に混在させてよ
く、成型条件などによって任意に設定される。

【００２５】このようにアスペクト比を変化させる為の
方法として、化学的方法で行う場合には、熱処理条件を
変え結晶粒長さを変化させた２種以上の繊維を用いるこ
とができ、また１種の場合においても部分的な処理の違
いにより長さのことなるものを得ることができる。

【００２６】また金属短繊維２は、好ましくは、端部
に、外向きに突出する鉤状の突出部、即ちダレを有しな
い例えば円柱状をなすものを用い、これによって、射出
成形に際して、金属短繊維２…間の絡まりを減じ、分布
を均一とし、濾孔径の揃った濾孔のフィルターを形成し
うることとなる。

【００２７】さらに金属短繊維２として、ステンレス鋼
を用いるときには、耐蝕性の良いＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵ
Ｓ３１７Ｌなどが好ましい。また濾過されるものが、例
えば、Ｈｃｌ、ＨＦのような腐食性のガスや液体である
ときには、高耐食性のインコネル、モネル、ニッケル、
さらにはハステロイＣ系、Ｘ系（三菱金属株式会社の登
録商標）などを採用するのもよい。これらの金属の幾つ
かは、本出願人によって、金属短繊維化が可能であるこ
とが確かめられている。

【００２８】化学的方法により得た金属短繊維２を焼結
してなるフィルター部材の一例の顕微鏡拡大写真を図２
に示しており、金属短繊維２は異なる長さを有している
ことがわかる。また金属短繊維の周囲面に僅かに凹む滑
らかな凹部を設けることにより異物の捕獲の機会を増大
している。

【００２９】一方、結合材としては、射出成型時に金属
微粉末の表面を被覆し、他の金属微粉末と結合すること
により、予備成型品の形状を保持するような機能を有
し、かつ例えば加熱などによって消失させうるものが好
ましい。このような結合材として、金属粉末の一般的な
バインダーとして用いる各種樹脂材料、例えばポリイミ
ド樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ナイ
ロンなどの他、これらにパラフィン、ワックスなどを混
合した混合品も使用しうる。なお金属粉末と結合料との
混合割合としては、例えば３：７〜７：３程度の容量比
範囲内とする。

【００３０】また液溶性であるＰＶＡ（ポリビニールア
ルコール）、液状のりなどのデンプン質のものをも金部
又は一部に採用しうる。

【００３１】これら結合材と、前記金属微細粉は、射出
成型に先立ち、所定濃度で混合され混練することがで
き、このような前処理によって、金属微粉末の表面を結
合材で被包し、流動性、分散性を高めうる。そして該射
出成型によって、所定形状を持つ予備成型品が得られ、
結合材によりその形状を維持することができる。

【００３２】なお射出^条件としては（ノズル左）圧力５
００^kg／cm2 以上、好ましくは１０００kg／cm2 以上と
し、高くても２０００kg／cm2 以下とする。これを越え
る場合には、金属短繊維の分布が好ましくなく、また低
過ぎる場合には十分に充填できない。

【００３３】また本発明において射出成形とは、比較的
高い圧力で型内に注入し成形しうる成形方法であって、
いわゆる公知の金属粉末射出成形機の他、押出機、スリ
ップキャスト成形機なども含み、かつ加熱の有無は問わ
ない。

【００３４】次にこのような予備成形品は、例えば、予
備加熱処理（例えば１００〜５００℃）により、結合材
をガス化して消失させ、該結合材や金属短繊維の間隙間
の部分に、実質的な空孔、即ち濾孔を形成した成形品を
うる。成形品は、その濾孔が一方の面から、他方の面に
まで連続し、かつ複雑に形成された多孔体となる。ま
た、結合材が各種溶媒（デンプン質では水など）に溶解
するときには、その溶媒によって、少なくとも部分的に
予め除去するのもよい。

【００３５】結合材を消失した後、焼結処理によって一
連の処理が完了し、またその間に脱炭や還元などの付加
処理は必要に応じて行われ、その結果、焼結品からなる
フィルター部材１が生産される。焼結による拡散接合に
よって金属微細粉は少なくとも接触部、接近部間が結合
する。なおこの場合、焼結品には若干の収縮が生じるた
め、予め収縮を見込んだ寸法の金型を使用することが好
ましい。

【００３６】また焼結は、例えば真空炉や不活性ガス雰
囲気炉、水素炉中などで行われ、材質などにより、例え
ば加熱温度９００〜１５００℃、５分〜６時間程度の範
囲で適宜設定される。

【００３７】得られたフィルター部材は、比較的大きい
アスペクトの短繊維と、小さい短繊維とが混在し、立体
状とした空孔形状を作ることができる。このため空孔径
は微細で空孔率も高く、またアスペクト比の大の金属短
繊維は、射出圧力によっては射出方向に平行状態となり
やすいことから、それらを調整することにより各種液体
用、気体用をはじめとして、例えば、金属短繊維表面で
吸着により濾過する精密ガス用としても可能となり、こ
の場合には、ガス流と直交させる方向に金属短繊維を配
向させ、表面積向上を図るのもよい。

【００３８】

【実施例─１】繊維径６μｍで図３に示す平均アスペク
ト比８の３１６Ｌステンレス鋼からなる金属短繊維を金
属微細粉とし、これに樹脂微粉末を含む結合材を容量比
１：１で混合、混練し金属微細粉表面を覆い、これを１
８０℃に加熱^した射出成型機に供給するとともに、予め
準備した金型内に圧力１１４０kg／cm2 射出して予備成
形品を得た。

【００３９】この成形品を２５０℃に加熱して前記結合
材をガス化して消失させた後、１１００℃×１時間、真
空雰囲気中で焼結した。この結果、図１に示したような
外形３０ｍｍ、内径２５ｍｍ、高さ４０ｍｍのカップ状
のフィルター部材を得ることができた。

【００４０】えられたフィルター部材は、表面美麗かつ
連続空孔が形成されており、平均空孔径３．５μｍと、
平均空孔率３９％の特性を備えたものであった。この顕
微鏡写真を１００倍に拡大したものを図４に示してお
り、同図から明らかなように、フィルター内部には微細
で立体的な空孔が均一に形成されていることが理解でき
る。

【００４１】

【実施例─２】径８μｍ、平均アスペクト比６のステン
レス鋼を用いた金属短繊維と、ポリエチレン樹脂とパラ
フィンからなるバインダーとを容量比２：１で混合し、
混練した原料を射出成型機に供給して長さ２００ｍ^ｍの
円筒形の予備成型品をえた。この時の射出圧力はノズル
圧で１０５０kg／cm2 あった。

【００４２】次に、加熱してバインダーを除去するとと
もに、さらに１０５０℃に昇温して４０分間維持した。
その結果、外径２５ｍｍ，内径２０ｍｍの一体化した筒
状の長尺フィルター部材を得ることができた。

【００４３】つぎに、得られたフィルターの均一性を評
価するため長さ４０ｍｍ毎に切断した計５本のサンプル
（Ａ１〜Ａ５）を作った。そして各々の濾過特性を測定
した結果を表１に示す。

【００４４】

【実施例−３】繊維径２０μｍのステンレス鋼繊維を機
械的方法により長さ０．４mmと０．２ｍ／ｍに切断して
得た２種類の金属短繊維を用い（割合３：１）、実施例
−２と同様に結合材と混合、混練し、射^出成型法により
厚さ２mmとシートを得た。なおこの時の射出圧は１１０
０kg／cm2とであり、しかも短繊維のアスペクト比も大
きいものであったことから、その断面は金属短繊維に方
向性が見られながらも、短い金属短繊維と混在したもの
であった。

【００４５】

【比較例─１】実施例─２と^同等のステンレス鋼短繊維
を円筒形型内に充填し、上法より圧力２０００kg／cm2
押圧するプレス法により予備成形品を製作した。焼結し
た後、長さ４０ｍｍごとに切断した５本のサンプル（Ｂ
１〜Ｂ５）について、前記と同様の特性のバラツキを測
定した。その結果を、表１にまとめて示す。

【００４６】

【表１】

【００４７】

【発明の効果】以上詳述したように本発明の製造方法
は、アスペクト比の異なる金属短繊維を含む金属微細粉
と結合材とを用いてフィルター部材を、射出成型によっ
て効率よく製造でき、かつフィルター部材は均一性にす
ぐれ、しかも大量生産が可能となる他、空孔分布の偏り
を減じ、かつ、フィルター形状の自由度を増す。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の金属フィルター部材の製造方法により
得られたフィルター部材の一例を示す断面図である。

【図２】金属短繊維を例示する顕微鏡拡大写真である。

【図３】実験に使用した短繊維のアスペクト比分布を示
す。

【図４】図１のＡ部の拡大顕微鏡写真である。

【符号の説明】

１ ガス用のフィルター部材 ２ 金属短繊維 ６ 平行層

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】柱状の金属短繊維を少なくとも含む金属微
   細粉と、該金属微細粉に混合され最後には除去される結
   合材とを含む材料を射出成型することによって予備成型
   品を得る段階と、該予備成型品に含有された前記結合材
   を消失させるとともに前記金属微細粉を拡散接合によっ
   て結合する焼結段階とを少なくとも含み、前記金属短繊
   維は、繊維径を０．５〜２０μｍとするとともに、アス
   ペクト比が、２〜２０の中から選択される２種以上のア
   スペクト比の金属短繊維を混在させたことを特徴とする
   金属フィルター部材の製造方法。
2. 【請求項２】前記金属短繊維は、全長にわたって同径か
   つその端部にはダレを有しない柱状をなすことを特徴と
   する請求項１記載の製造方法。
3. 【請求項３】前記金属微細粉は、前記金属短繊維と、金
   属アトマイズド粉末とを混合させてなることを特徴とす
   る請求項１又は２に記載の製造方法。
4. 【請求項４】前記予備成型品は、前記射出成形機の金型
   内に前記材料を５００kg／cm² 以上の圧力で射出するこ
   とによって得られることを特徴とする請求項１〜３のい
   ずれかに記載の製造方法。