JPH0775649B2 - 金属フィルター用液体載置法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は多孔性金属物品に関し、特に焼結した金属微粒
子フィルター製造方法に関する。

金属フィルターは種々の用途に長い間用いられている。
たとえばステンレススチール粉末のような焼結した金属
微粒子から調製した多孔性ステンレススチールフィルタ
ーは、高い圧力低下が好まれる種々のプロセスならびに
比較的粒の細かい濾過能力を機械的強度、高温抵抗性、
および／または耐薬性と合わせ持っていなければならな
い用途において使用されている。該用途には、高温に遭
遇する流動床接触法、たとえば流動接触分解法に用いら
れる微細触媒の濾過ならびに高性能記録テープ製造時の
濾過がある。

該フィルターのさらに別の用途は、たとえばポリエステ
ルフィルムのような高分子フィルタおよび繊維の製造に
用いられる溶融樹脂の濾過にある。

通常の焼結金属触媒は、焼結前に粉体を載置する過程で
密度の変動で悩まされる。本発明は極めて均等な濾過性
能をもたらす粉体載置法を与える。

極めて均等の濾過性能に加えて、本発明により提供され
る方法によって作った生成物は効率およびごみ捕捉力の
点で著しい向上を示すことがわかる。

本発明は、（ａ）液体媒質中に金属微粒子の安定化懸濁
液を形成させ；（ｂ）湿潤ケークを形成するように、実
質的にすべての微粒子を保持するほど微細なスクリーン
を通して安定化懸濁液を加圧濾過し；（ｃ）該湿潤ケー
クから液体を除去して、生強度を有する乾燥ケークと
し；かつ（ｄ）金属粒子を融合させ、かつ揮発性物質を
すべて除去するように、乾燥ケークを焼結することによ
り多孔性金属フィルターシートの製造方法を提供する。

本発明は、また、（ａ）金属微粒子対液体媒体の重量比
が1:1ないし0.025:1の範囲にあり、かつ安定・結合剤が
水および安定・結合剤の合計重量に対して0.2ないし１
重量パーセントの量で存在するように、約3,000,000の
分子量を有するポリアクリル酸である安定・結合剤の存
在下で１ないし75μｍの粒径を有するステンレススチー
ル微粒子を水中に分散させてなる安定化懸濁液を形成さ
せ；（ｂ）湿潤ケークを形成させるように、7031ないし
21,093kg/m²（10ないし30psi）のフィルター前後の圧力
差を与えて、実質的にすべての金属微粒子を保持するほ
ど細かいスクリーンに通して、安定化懸濁液を過し；
（ｃ）水分を除き、生強度を有する乾燥ケークとするよ
うに、37.8ないし93.3℃（100ないし200゜F）の温度で
前記湿潤ケークを乾燥し；（ｄ）フィルタースクリーン
を取り去って、圧縮前の厚さの約60％以上の安定の厚さ
まで乾燥ケークを圧縮し；かつ（ｅ）金属微粒子を融合
させ、揮発性物質をすべて除去して多孔性金属フィルタ
ーシートを形成させるように圧縮乾燥ケークを871.1な
いし1371.1℃（1,600ないし2,500゜F）の温度で焼結す
ることよりなる多孔性金属フィルターシートの製造方法
をも提供する。

本発明は、また、金属微粒子の個々の粒子が相互に結合
し、かつ多孔性金属フィルターシートが、約60,000cc/m
in/ft²（1.0ft²＝0.093m²）の流量および約0.3ft²（279
cm²）以上の呼称表面積、たとえば直径約7.5inch（19.1
cm）の円板において、約1.3以下、好ましくは1.2以下の
バブルポイント比を有する金属微粒子よりなる実質的に
均等な気孔構造の多孔性金属フィルターシートをも提供
する。

フィルターシートは均等な気孔構造を有し、このことは
フィルターの任意の特定層または水平断面の気孔構造を
指すと理解される。事実、濾過方向にフィルターの１つ
の面から反対面に段階のついた気孔率を有する方が好ま
しいことがよくある。それにも拘らず、濾過方向に直角
の任意の特定断面においては、フィルターは実質的に均
等の気孔率を有する。

本発明によって提供される多孔性金属シートを調製する
のに用いられる安定化懸濁液は液体媒質、金属微粒子、
安定剤、および結合剤よりなる。単一成分が金属微粒子
の分散液を安定化させかつ、懸濁液の乾燥時に個々の粒
子を相互に結合させそれによって必要な生（ナマ）すな
わち未焼結強度を付与する働きをするのが好ましい。

典型的には、金属微粒子および液体媒質の安定化懸濁液
は以下の一般的手段によって調製される。

安定・結合剤は、液体媒質中に安定・結合剤の必要な濃
度を与えるような量の液体媒質（使用および廃棄の容易
さから水が好ましい）と混合される。混合物は安定・結
合剤の一様な分散液が得られるまで混合する。次に必要
量の金属微粒物質を添加し、液体媒質中の金属微粒子の
一様な分散液すなわち懸濁液が得られるまで混合する。

二三の系の場合には、これが必要なすべてである。安定
・結合剤を含む液体媒質中の金属微粒子の懸濁液は十分
な混合が終った後では安定である。「安定」または「安
定化」ということは金属微粒物質が、濾過中に不均質の
沈殿をもたらすと思われる速度では沈降しないような懸
濁状態にあることを意味する。

前記懸濁液の「加圧濾過」はフィルター装置の前後に加
えられる圧力の勾配があることを意味する。これはフィ
ルター媒質上部の圧力増加によるか、フィルター下部の
圧力減少によるか、または両者の併用によることができ
る。

湿潤ケークは、損傷することなく次の工程で取扱い処理
することができる生強度を有するまで乾燥する。

さて、本発明を実施する好適な手段によって本発明をさ
らに説明する。この解析を容易にするために、プロセス
を５つの部分操作に分ける：懸濁液の生成；濾過；乾燥
ケークの生成；乾燥ケークの圧縮；および焼結による最
終フィルター媒質の生成。

安定化懸濁液 金属微粒子を懸濁させる媒質は水性がもっとも便利であ
るが、たとえばアルコール類又は軽由のような他の液体
も、生成した懸濁液が容易に濾過できさえすれば、必要
に応じて使用することができる。金属微粒子は任意の種
々の、合金、ニッケル、クロム、銅、モリブデン、タン
グステン、亜鉛、スズ、金、銀、白金、アルミニウム、
コバルト、鉄およびマグネシウムのような種々の金属の
みならず含ホウ素合金を含む金属および金属合金の混合
物を含む金属物質から作ることができる。ニッケル・ク
ロム系合金が好ましい。ごの合金の中では、ニッケル、
クロム、および鉄を含むAISI呼称ステンレススチールが
もっとも好ましい。特に好ましいのは通常オーステナイ
ト系ステンレススチールと呼ぶAISI3000系のステンレス
スチールである。好ましい部類の他のステンレススチー
ルはマルテンサイト系ステンレススチール、マルエージ
鋼、17−７および17−4PHステンレススチール、フェラ
イト系ステンレススチール、ならびにカーペンターNo.2
0合金である。ニッケル・クロム系合金類の好ましい種
類に属する他の合金は、ハステロイ、モネル、インコネ
ル、ならびに50重量％ニッケル/50重量％クロム合金で
ある。フェライト系ステンレススチールとオーステナイ
ト系ステンレススチールとの二重構造のような多重構造
物質も使用することができる。

用いられる金属微粒子は樹枝状、針状、および球状を含
む種々の形状をとることができ、かつ典型的には、１な
いし300μｍ、好ましくは１ないし150μｍ、より好まし
くは１ないし75μｍ、もっとも好ましくは１ないし40μ
ｍの範囲内の故郷粒径を有する。特定の組合せに選択さ
れる金属微粒子の粒径は最終生成物の所望の気孔率によ
る。目の細かいフィルターの場合には、１ないし75μ
ｍ、好ましくは１ないし40μｍの呼称粒径が適当である
が、目のあらいフィルターの場合には、100ないし300μ
ｍの呼称粒径を使用するのが望ましい。

金属微粒子対液体媒質の重量比は典型的には4.0:1ない
し0.01:1、好ましくは1:1ないし0.025:1の範囲にある。

典型的には、使用する安定・結合剤は液体媒質中に0.1
ないし５重量パーセント、より好ましくは0.2ないし１
重量パーセント（液体および安定・結合剤の重量に対し
て）の量が存在する。微粒子の重量に対する安定・結合
剤の比率は、焼結する前に組織内に持ち込まれる炭素含
量を制限するためにできるだけ低くなければならない。
このことはオーステナイト系ステンレススチールの場合
に特に重要である。

多くの用途において、安定・結合剤をつくるのに補助的
成分を加えることが好ましい。たとえば、ポリアクリル
酸安定・結合剤水溶液の場合に、水酸化アンモニウムの
ような中和塩基の添加は、ポリアクリル酸を中和し、実
質的に、たとえば10,000ないし50,000センチポアズ（C
P）まで粘度を上昇させるように働く。該系は極めてエ
クソトロピック、すなわち乱されない場合（低せん断条
件）には極めて高い見掛け粘度を有し、したがって懸濁
微粒子の沈降が阻止される。しかし激しく撹拌すると、
該系は極めて低い有効粘度を有し、そのため金属微粒子
を分散させるのに極めて効果的である。該懸濁液は極め
て安定であるので、金属微粒子の著しい析出なしに、使
用される時点よりも前に調製することができる。しか
し、あるいは、また、懸濁液をつくるのに他成分の添加
を必要としない別の安定・結合剤を使用することもでき
る。たとえば、CARBOPOL^TM941は中和塩基を加えずに使
用することができる。適用温度で測定して、200ないし5
0,000cp好ましくは200ないし10,000cpの範囲の粘度を用
いることができる。

金属微粒子懸濁液を安定化させるのに役立ち、かつ乾燥
して液体媒質を除いたときに結合剤としても働く種々の
増粘剤を使用することができる。ポリアクリル酸（CARB
OPOL^TMという商品名でB.F.Goodrich Chemical Company
から入手可能）が特に望ましい。概して、1,000,000な
いし4,000,000の分子量を有するポリアクリル酸が適当
である。前述のようにCARBOPOL^TM941が特に好ましい。C
ARBOPOL^TM941は約1,250,000の分子量を有している。CAR
BOPOL^TM934を使用することもできる。該品は約3,000,00
0の分子量を有している。使用することができる他の物
質には、カルボキシメチルセルロース、カルボキシエチ
ルセルロース、ポリエチレンオキシド、アルギン酸ナト
リウム、カルボキシメチルセルロース、グアーガム、メ
チルセルロース、およびイナゴマメガムがある。一般
に、液体媒質として水を使用する場合には焼結前または
焼結中に実質中に完全に揮発および／または分解する水
に相溶可能な安定・結合剤を用いることができる。

本発明のオーステナイト系ステンレススチール多孔性物
品は残留炭素が低い、すなわち約0.08重量パーセント未
満、より好ましくは約0.05重量パーセント未満、および
典型的には0.03重量パーセント以下、たとえば0.015重
量パーセントであることを特徴とする。低生成炭素含有
量は、金属微粒子対キャリヤー（安定・結合剤および液
体媒質）の重量比を懸濁液中で特に調整することよって
同時に可能となる極めて低濃度の結合剤樹脂によるもの
である。典型的には、安定・結合剤によって安定化懸濁
液中に存在する炭素量は約0.25パーセント以下（金属微
粒子の重量に対して）である。この１部は焼結作業時の
昇温中に失われ、金属中に実際に吸収される残りの炭素
量は焼結中に起る化学時または物理的プロセスによって
減少する。

炭素含量が0.08重量パーセントよりも多いオーステナイ
ト系ステンレススチールは、粒界に、多くの条件下で腐
食をひき起すことができる炭化クロムが沈澱しやすいの
で、オーステナイト系ステンレススチールを用いて処理
する場合には低炭素含量が特に重要である。この腐食し
やすさは、0.08重量パーセントよりも多い炭素を含むオ
ーステナイト系ステンレススチールが482.2゜ないし81
5.6℃（900ないし1,500゜F）の範囲の温度（過敏化範
囲）にさらされたときに激化する。典型的には、炭素含
量が低いほど、オーステナイト系ステンレススチールの
粒間腐食は起り難くなる。0.03ないし0.08重量パーセン
トの範囲の炭素含量を有するオーステナイト系ステンレ
ススチールは、過敏化範囲内の温度にさらされなかった
場合には、安定である。しかし、該スチールを過敏化範
囲内の温度にさらすと、炭化クロムが粒界に沈澱し、金
属はさらに、種々の腐食媒質によって侵されやすくな
る。炭素含量が0.03重量パーセント未満のオーステナイ
ト系ステンレススチールは、過敏化範囲内の温度にさら
された後でさえも、粒界に顕著な量の炭化クロムを沈澱
することがなく、したがって炭素含量が0.03重量パーセ
ントよりも多い対比オーステナイト系ステンレススチー
ルよりも耐食性がすぐれる。

焼結の間に、オーステナイト系ステンレススチール多孔
性物品から炭素が除かれるプロセスは完全にはわかって
いない。しかし、出発混合物が約１パーセントを上回る
炭素を含む場合に、0.15パーセント未満ないし0.08パー
セントの炭素を有する生成物を得ることは、一般に経済
性の点で実用的でないことが経験的に確められている。
たとえ、炭素質結合剤が溶融および／または揮発すると
しても、十分に0.08パーセントを上回る水準にまで炭素
含量を不当に増大させるだけの炭素を液体または蒸気か
ら金属中に拡散させるので、このことは事実と考えられ
る。このために、微粒状オーステナイト系ステンレスス
チールの重量に対する懸濁媒質内の安定化懸濁液中炭素
の重量パーセントを、好ましくは金属微粒子重量の約0.
25パーセント未満に保たなければならない。

構造中に一様に分布したより緊密に制御された気孔径分
布を得るために実質的に球形の粒子を用いることができ
る。もしくは、安定化懸濁液中に種々の金属微粒子形態
の混合物を使用することができる。

結合機能を与えるかまたは安定剤によって付与される結
合を補うために用いることができる薬剤にはアルギン酸
ナトリウム・グアーガム、およびメチルセルロースがあ
る。

付与する量は焼結相に入るときに乾燥圧縮ケーク中の炭
素含量をできるだけ低くしたいという要望と調和させな
ければならない。したがって、安定化機能と結合機能と
が異なる薬品によって付与されるときには、使用する安
定剤は、有効量を用いる場合、ケークが焼結炉に入る際
に最低の残留炭素含量をもたらす薬剤が望ましい。

結合剤の量は（液体および結合剤の合計重量に対して）
通常５重量％を超えてはならず、概して0.2ないし１重
量％が適当である。

加圧濾過 前述の金属微粒子安定化懸濁液は、次に適当な装置で加
圧濾過をする。該装置は容器、濾過手段、排出手段、な
らびに液体媒質および大部分の安定・結合剤を濾過手段
から押し出し、若干の液体媒質、安定・結合剤、および
すべての金属微粒子をフィルター上に残すために用いら
れる圧力誘発手段よりなるであろう。

濾過を強めるためには、液体を包含する容器内の圧力を
高めることが望ましいけれども、別法として、または恐
らくさらに、減圧帯域中で濾過することが可能である。
この方法では容器内の圧力が唯一の駆動力であるとすれ
ばあてはまると思われるような押し出すだけとは対照的
に液体媒質はフィルター媒質から吸い出される。

多くのこのような装置を考えることができるけれども、
特に第１図に示す加圧フィルターを参照して本発明をさ
らに説明する。図において、概ね円筒形の加圧可能な容
器１は孔あき管５から排出させる出口プレナム２と導通
する下部開口を閉じるフィルター機構を有している。フ
ィルター構造は下層の孔あき補強板３およびその上に配
設された３個の10×10メッシュスクリーンおよび１個の
40×40メッシュスクリーンを含む複合支持体および、該
複合支持体メッシュの上に載置された400×400メッシュ
のフィルタースクリーン６よりなる。

本発明によって提供される典型的な方法においては、安
定化懸濁液を容器内に導入し、次に容器を閉じて、フィ
ルター前後に少なくとも7031kg/m²（10psi）、好ましく
は7031ないし70,310kg/m²（10ないし100psi）、もっと
も好ましくは7031ないし21,093kg/m²（10ないし30psi）
の圧力差を与えるように加圧する。懸濁液媒質をフィル
ター構造物を通して濾過して出口プレナムに集め、そこ
から孔あき管５を経て排出させる。金属微粒子はフィル
タースクリーン６上に堆積する。

濾過の完了後、フィルタースクリーン６を、その上にあ
る堆積した微粒金属の湿潤ケークとともに取り外し、第
１の金属平板上に置く。

湿潤ケークを捕集するフィルターの幾何学形状は重要で
はなく、円形、角形、だ円形等のような任意の平面形状
であることができる。該形状物をすべて以後「シート」
と呼ぶ。

湿潤ケークの乾燥 液体媒質／安定・結合剤混合物として水/CARBOPOL^TMを
使用する場合には、湿潤ケークを載せた板は、次に、水
を除去し、結合剤を硬化させるために、37.8ないし93.3
℃（100ないし200゜F）、たとえば65.5℃（150゜F）で
４ないし６時間の間空気循環炉または熱対流炉内に好適
に置くことができる。他の系は異なる乾燥温度および時
間を要するかもしれない。この態様において、乾燥ケー
クは次に炉から取り出して乾燥ケークの上部に第２の金
属平板を置く。次いでこの構造物をひっくり返して第１
の金属板（最初は底板）を取り除き、フィルタスクリー
ンを露呈させる。次にこれをケークから剥がして、第２
の金属板上に乾燥ケークを残す。

乾燥ケークの圧縮 前記の乾燥操作に代えるもの、またはそれに付加するも
のとして、湿潤ケークを圧縮させることができる。これ
は湿潤ケークから液体を除去するために行うことができ
るが、この場合、前記のように高温で行うことが好まし
いか、または上記のような別の乾燥操作により得られる
乾燥ケークを圧縮することができる。

いずれの場合にも、第２の金属板に置かれたケークを、
１つの態様では、乾燥ケークの周囲に平行で平らな厚さ
のスペーサーを備えた油圧機にかける。このスペーサー
は、過剰圧縮を防ぎ、圧縮ケークの厚さを正確に制御す
る「デッドストップ」として働く。圧縮は、プレスがこ
のデッドストップに達するまで継続する。もしくは、か
つ時としては好適に、ケークを圧縮するのに均衡圧力を
用いることができる。この場合には、乾燥ケークに予め
定めた圧力を加え，その水準は最終製品の所望の気孔率
によって決定される。

焼結前の圧縮は、最終フィルターの延性および機械的強
度を向上させ、他方同時に気孔径を減少させる効果を有
することが見出されている。焼結前の圧縮は、粒子間の
接点の数および接触面積を増大させ、強度の向上する製
品とする。

使用する圧縮量は使用粒子の形状および粒径によって変
る。しかし、概して、最終の多孔性媒質中に40ないし70
％、好ましくは45ないし60％の空隙容積をつくるだけの
ものでなければならない。

一般に、乾燥ケークを、圧縮前の厚さの約50％以上、好
ましくは約60％以上の厚さまで圧縮すれば十分とわかっ
ている。表現を変えれば、圧縮は通常、圧縮前の乾燥ケ
ークの厚さの約50％以下、好ましくは約40％以上の減少
を生じさせなければならない。

本発明によって与えられる別の態様においては、圧縮に
先だって、乾燥ケークを焼結する（後記参照）。このこ
とは、またフィルターシートの気孔率を所望の水準まで
減少させるのに有効である。このような態様において
は、均衡圧力または所望の厚さへの圧縮を使用すること
ができる。

焼 結 焼結工程それ自体、焼結結合を作るために１つの粒子か
ら他の粒子へ金属原子の固相拡散を促進させるだけの高
い温度で行うのが好ましい。ステンレススチール金属微
粒子の場合には、871.1ないし1371.1℃（1,600ないし2,
500゜F）、より好ましくは1037.8ないし1301.7℃（1,90
0ないし2,375゜F）の範囲内の温度および0.5ないし２時
間の間が適当と認められている。焼結工程は純水素また
は他の還元性雰囲気中、さらにより好ましくは真空中で
行うのが望ましい。

青銅のような低融点物質を使用するときには、低い焼結
温度を採用することができる。たとえば、青銅の場合に
は、760ないし1037.8℃（1,400ないし1,900゜F）の範囲
内の温度が適当である。

焼結工程は、前記の固相拡散を促進させるほどの高温で
行うのが好ましいけれども、比較的低温の液相焼結を用
い、たとえば銀とステンレススチール微粒子またはスズ
と銅とを用いて行うこともできる。

上記の方法に加えて、基本的な本発明の概念を逸脱する
ことなく若干手を加えることも可能である。たとえば異
なる粒径または異なる形態を有する２種類以上の懸濁液
の連続加圧濾過によって金属微粒子を２つ以上の層に載
置することが可能である。このようにして、たとえば最
終フィルターの気孔径は、一方の面で目のあらい気孔径
とし、一つ以上の段階をつけて反対面では目の細かい気
孔径とするように段階をつけることができる。

加圧濾過操作に用いられるフィルターメッシュは通常焼
結前に取り除く。これは焼結直前かもしくは必要があれ
ば圧縮または乾燥前に行うことができる。別の態様にお
いては補助支持体とするかまたは濾過能力を助成するた
めにメッシュを同じ場所に残しておくことができる。フ
ィルターの１つの面か両面もしくはフィルター本体にワ
イヤメッシュのような典型的に支持構造物である取付部
品を組込むことも可能である。これは支持メッシュをフ
ィルタメッシュの上部に置くかまたは圧縮前に支持メッ
シュを所望の位置に置くことによって行うことができ
る。支持メッシュをフィルター本体中に設けたい場合に
は、２つの別の段階で載置させ、第１の段階での載置物
の上部に支持メッシュを置き、次いで該メッシュの上部
に第２の段階で載置させることによってこれを行うこと
ができる。

ここで、特に以下の実施例について本発明によって提供
される方法を説明するが、該実施例は具体的説明を目的
とするだけのものであって本発明の必須範囲の限定を意
味するつもりのものではない。

実施例 第１図によって構成される内径21.3cm（8.375inch）の
圧力容器を400×400メッシュ載置スクリーンを付して調
製する。４リットルの1.15％CARBOPOL^TM934溶液（粘度3
00ないし500cp）を秤取し、絶えず撹拌しながら237gの
−200,＋325メッシュ316Bステンレススチール金属粉を
添加する。本明細書で使用するこの呼称、すなわち、−
200,＋325メッシュは微粒物質の特性を示す。この特定
例においては、該物質は200メッシュの米国標準ふるい
を通過するが325メッシュの米国標準ふるいは通過しな
い。

金属粉を均一に混合後（約３分間後）、安定化懸濁液を
圧力容器内のフィルター（すなわち載置）スクリーン上
に注入する。圧力容器を密閉した後、14,062kg/m²（20p
si）に加圧する。懸濁液媒質をハウジングからドレイン
を経て流出させる。約30分後に、すべての媒質がハウジ
ングから排出し終り、過剰の水分を除くために湿潤ケー
クに通気する。これはさらに60秒を要する。

次に空気フローを止めて、ハウジングを解体する。正味
の湿潤載置物の厚さはほぼ0.24cm（0.093inch）であ
る。載置物を0.06cm（0.022inch）厚のステンレススチ
ール板に移し、さらに65.6℃（150゜F）にセットした乾
燥オーブン中に入れる。

４ないし６時間後、載置物を取り出して、載置物が２枚
の同様の金属板の間にはさまれるようにステンレススチ
ール板をその上部に置く。次に、このサンドイッチをひ
っくり返して下部の金属板（ここでは上部金属板）を取
り去り400×400メッシュスクリーンを暴露させる。次い
でこれを剥ぎ取って、板上に乾燥した載置ケークを残
す。さらにこれを508,000kg（500トン）プレスにかけ
る。載置物の周りに４個の厚さ0.23cm（0.092inch）の
スペーサーを差し込み、載置物を0.18cm（0.070inch）
の一様な厚さまで圧縮するためにプレスを508,000kg（5
00ton）の全圧力に加圧する。スペーサーは最終の厚さ
計として働く。

載置物をステンレススチール板から取り出して、耐火性
シート上に置く。十分な量の載置物を炉のロード上に置
いて、ロードを焼結炉に入れ、水銀柱100μｍの真空
下、1232.2℃（2,250゜F）で８時間焼結する。

焼結後載置物を取り出して、透過性、泡立ち点（後に定
義する）、厚さ、および強度を試験する。本法により作
った媒質の典型的な性状は、厚さが0.17±0.0025cm（0.
067±0.001inch）;30.48m/min（100ft/min）の空気の流
速下でフィルター前後の圧力低下が水柱18.1±1.6inch
（1inch＝2.54cm）；空隙容積が53％±1.5％である。

本発明によって提供される方法により調製した生成物の
均一性の向上を定量化する最善の方法は最初の泡立ち点
における圧力と選択された流速における圧力との関係に
ある。

４つのフィルターを調製した。２つ（Ａ−１およびＡ−
２）は実施例に述べた本発明の方法によって作り、２つ
（Ｂ−１およびＢ−２）は同一の金属微粒子ではある
が、乾燥保管後圧縮し、かつＡ−１およびＡ−２に用い
た方法と同様の方法を用いて焼結して作った。それぞれ
について最初の泡立ち点の圧力（水柱のインチ数、すな
わち「インチH₂O」で表わす）ならびに２つの異なる流
速における圧力を測定した。試験結果を下記第１表に示
す。

下記例に示す泡立ち点試験は、下界温度において、フィ
ルターシートを適当な試験用ジグ中に置き、供試シート
をFilmex B（Ashland Chemical Companyから入手可能な
190プルーフ変性エチルアルコール）の液体浴に入れて
気孔をすべて完全に湿潤させることによって行った。次
にシートの片側に空気圧をかけ、シートの反対すなわち
第２の面に第１すなわち最初の気泡が現われるのに要す
る圧力を記録した。次いで、表面積１平方フィート（0.
093平方メートル）当り毎分20,000立方センチメートル
の流速の空気が構造体内を流れるまで圧力を高めた。次
いでこの圧力を記録した。下記に示すすべての例につい
て、この時点での供試試料の第２（下流）の面上の気泡
の分布は全く均等であることが認められた。この流速に
おける圧力を記録した後、流速を表面積１平方フィート
（0.093平方メートル）当り毎分の空気量60,000立方セ
ンチメートルまで高め、ふたたび圧力を記録した。特定
の流速、すなわち20,000および60,000を維持するのに必
要な圧力と最初の泡立ちを発生するのに要する圧力との
比は成形構造体内の気孔径の均等性の尺度である。すな
わち、該比が1.0に近づくほど、気孔径はより均等にな
り、気孔径分布は密になる。この比率に及ぼす構造物自
体の圧力低下の影響を除くために、20,000および60,000
のそれぞれの特定の空気の流速における純圧力低下を
（すなわち、空気中で気孔を湿潤させないで）測定し、
それぞれの比について計算する前にFilmex B中に試料を
浸漬したときに対応する流速において測定した圧力低下
から差引いた。

特定の流速、すなわち、20,000および60,000における圧
力と第１すなわち最初のバブルポイントを生じるのに必
要な圧力との比は1.3未満であった。これらの比較的小
さい比率は、本発明によって提供される方法により調製
した多孔性物品の実質的に均等な気孔構造を反映してい
る。本発明による多孔性物品の均等な気孔特性を示す目
的で本明細書で用いる「泡立ち点比」という用語は１平
方フィート（0.093平方メートル）当り60,000立方セン
チメートルの流速を保つのに必要な圧力と第１の気泡を
生じさせる（前記の試験方法で述べた）のに要する圧力
との比を指す。圧力は前記試験方法を用い比較を計算す
る前に測定値から表面積１平方フィート（0.093平方メ
ートル）当り毎分60,000立方センチメートルの流速の乾
燥空気における純圧力低下を差引いて求めた。

さらに、多孔性媒質の気孔径の尺度であるF2のデータが
他の３つの試料、Ａ−３およびＡ−４（本発明による）
ならびにＢ−３（従来通り焼結したフィルター）につい
て得られた。

本発明により提供される多孔性金属物品はベータ＝100
（後に定義する）におけるF2レーティングが典型的に１
ないし100μｍ、好ましくは５ないし40μｍである。本
発明によって提供される焼結構造物は、本発明により提
供される成形構造物の均一性および密度変動の比較的無
さのために、この一般的な種類の他の焼結構造物に比し
て一定効率において比較的高い空隙容積を有している。

気孔径を測定するのに用いられるF2試験は1970年代にオ
クラホマ州立大学（OSU）で開発された。F2試験法の改
良変法である。OSU試験においては、適当な試験流体中
の人工汚染物の懸濁液を試験フィルターに通しながら供
給フィルターの上流および下流の流体を連続的に採取す
る。予選択した５種以上の粒径を有する含有物について
試料を自動粒子カウンターで分析し、上流のカウント対
下流のカウントの比を自動的に記録する。この比率を業
界ではベータ比（β）と呼ぶ。

供試粒径のベータ比は、通常縦軸が対数目盛で横軸が対
数^２目盛であるグラフ上に横軸の粒径に対して縦軸にプ
ロットすることができる。次に点の間になだらかな曲線
を引く。次いで供試範囲内の任意の粒径に対するベータ
比をこの曲線から読み取ることができる。特定の粒径の
効率は次式によってベータ比から計算される。

効率パーセント＝100（１−1/ベータ） たとえば、ベータ＝100であれば、効率＝99％。

特に断らない限り、本明細書に示す例にあげられる除去
レーティングはベータ＝100における粒径であり、した
がって例示した除去レーティングにおける効率は99％で
ある。

改良F2試験法においては、１ないし20μｍの範囲内の効
率は試験汚染物としてAC微細試験ダスト（AC Spark Plu
g Companyより供給される天然のシリカ含有ダスト）を
用いて求めた。使用前に、ダストの水柱分散液を、分散
が安定になるまで混合した。試験流速はフィルター面積
１平方フィート（0.093平方メートル）当り毎分10リッ
トルであった。試験結果と第２表に示す。

上記のデータからわかるように、本発明のフィルターは
汚染物容量において、F2の低いレーティングにおいてさ
えも先行技術のフィルターよりも優れている。概して、
本発明の好適なフィルターシートはベータ＝100におい
て１ないし100μｍ、好ましくは５ないし60μｍのF2レ
ーティングを有している。

類似の泡立ち点比およびF2レーティングを有する同様の
フィルターは、すべての他の条件を実質的に変えないま
まにして、実施例に述べた「デッドストップ」圧縮の代
りに均衡圧縮を用いる場合に得られる。

試料Ａ−１およびＡ−２の調製と同じようにして、7.5
インチ（19.1cm）の呼称直径を有する10個の円板を調製
し、各円板ごとにバブルポイント比を求め下記第３表に
示す結果を得た。

本発明の他の態様は以下の通りである。

1.（ａ）液体媒質中に金属微粒子の安定化懸濁液を形成
させ、 （ｂ）実質的にすべての粒子を保持して湿潤ケークを作
るのに十分細かいスクリーンに該安定化懸濁液を通して
加圧過し、 （ｃ）湿潤ケークから液体を除いて、生強度を有する乾
燥ケークとし、かつ （ｄ）金属粒子を融合させ、かつすべての揮発性物質を
除くように乾燥ケークを焼結する、上記各工程からなる
多孔性金属フィルターシートの製造方法。

2.乾燥ケークを焼結する前に圧縮する上記第１項記載の
方法。

3.湿潤ケークからの液体の除去を高温で行う上記第１項
記載の方法。

4.生成フィルター要素の気孔径を減少させるために、焼
結した乾燥ケークを圧縮させる上記第１項記載の方法。

5.焼結する前にケークからフィルタースクリーンを取り
除く上記第１項記載の方法。

6.金属粒子がステンレススチールである上記第１項記載
の方法。

7.金属粒子が１ないし300μｍの粒径を有する上記第１
項記載の方法。

8.安定化懸濁液が、乾燥ケークの生成時に生強度を与え
る結合剤としても作用する安定剤を含む上記第１項記載
の方法。

9.安定・結合剤が1,000,000ないし4,000,000の分子量を
有するポリアクリル酸である上記第８項記載の方法。

10.金属微粒子対液体媒質の重量比が4:1ないし0.01:1の
範囲にある上記第１項記載の方法。

11.複数の過操作の結果として金属微粒子を複数の層
に載置させ、各逐次操作で用いる金属微粒子の粒径およ
び／または形態を以前の操作で用いたものと比べて変化
させる上記第１項記載の方法。

12.（ａ）約3,000,000の分子量を有するポリアクリル酸
である安定・結合剤の存在下で、金属微粒子対液体媒質
の重量比が1:1ないし0.025:1の範囲内にあり、かつ安定
・結合剤が、水および安定・結合剤の合計重量に対して
0.2ないし１重量パーセントの量で存在するように呼称
粒径が１ないし75μｍのステンレススチール粒子を水中
に分散させて安定化懸濁液を形成させ、 （ｂ）7031ないし21,093kg/m²（10ないし30psi）のフィ
ルター前後の圧力差で、実質的にすべての金属粒子を保
持するだけ細かいスクリーンに通して該安定化懸濁液を
過して湿潤ケークを形成し、 （ｃ）該湿潤ケークを37.8ないし93.3℃（100ないし200
゜Ｆ）の温度で乾燥して水を除き生強度を有する乾燥ケ
ークとなし、 （ｄ）フィルタースクリーンを取り去り、圧縮前の厚さ
の約60％以上の所定の厚さまで乾燥ケークを圧縮し、そ
して （ｅ）圧縮した乾燥ケークを871.1ないし1371.1℃（1.6
00ないし2,500゜Ｆ）の温度で焼結して金属粒子を融合
し、すべての揮発性物質を除去して多孔性金属フィルタ
ーシートを形成する、 上記各工程からなる多孔質金属フィルターシートの製造
方法。

13.実質的に均等の気孔構造を有する多孔性金属フィル
ターシートにおいて、金属微粒子の個々の粒子が相互に
結合し、前記シートが約645,835cc/min/m²（60,000cc/m
in/ft²）の流速において約1.2以下のバブルポイント比
を有し、かつ該フィルターシートが少なくとも0.3ft
²（279cm²）以上の呼称表面積を有することを含んでい
る多孔性金属フィルターシート。

14.前記シートが約1.2以下のバブルポイント点比を有す
る上記第13項記載の多孔性金属フィルターシート。

15.前記微粒子がステンレススチールである上記第14項
記載の多孔性金属フィルターシート。

16。前記シートがベータ＝100において１ないし100μｍ
のF2レーティングを有する上記第15項記載の多孔性金属
フィルターシート。

17.前記ステンレススチールがオーステナイト系ステン
レススチールである上記第16項記載の多孔性金属フィル
ターシート。

18.前記シートが、その厚さに直角に目の細かい気孔層
および目のあらい気孔層を含む段階のついた気孔構造を
有する上記第13項記載の多孔性金属フィルターシート。

19.前記目の細かい層の厚さが0.038cm（0.015インチ）
で前記目のあらい層の厚さが0.102cm（0.040インチ）で
ある上記第18項記載の多孔性金属フィルターシート。

20.前記目の細かい層が１ないし75μｍの呼称粒径を有
する金属微粒子よりなり、前記目のあらい層が100ない
し300μｍの呼称粒径を有する金属微粒子よりなる上記
第19項記載の金属フィルターシート。

21.該シートが複数の層よりなり、少なくとも１つの層
が隣接層が形成する金属微粒子とは異なる形態を有する
金属微粒子から形成される上記第13項記載の多孔性金属
フィルターシート。

22.1つ以上の取付部品を前記シートに焼結結合させた上
記第13項記載の多孔性金属フィルターシート。

23.前記シートがベータ＝100において５ないし60μｍの
F2レーティングを有する上記第13項記載の多孔性金属フ
ィルターシート。

24.上記第１項記載の方法によって作った多孔性金属フ
ィルターシート。

25.上記第11項記載の方法によって作った多孔性金属フ
ィルターシート。

26.上記第12項記載の方法によって作った多孔性金属フ
ィルターシート。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により提供される多孔性金属フィルター
製造方法の１部を形成する加圧濾過操作に有用なフィル
ター装置の断面部分側面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−14619（ＪＰ，Ａ)

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ）液体媒質中に金属微粒子の安定化懸
   濁液を形成させ、 （ｂ）実質的にすべての粒子を保持して湿潤ケークを作
   るのに十分細かいスクリーンに該安定化懸濁液を通して
   加圧過し、 （ｃ）湿潤ケークから液体を除いて、生強度を有する乾
   燥ケークとし、かつ （ｄ）金属粒子を融合させ、かつすべての揮発性物質を
   除くように乾燥ケークを焼結する、上記各工程からなる
   多孔性金属フィルターシートの製造方法。
2. 【請求項２】乾燥ケークを焼結する前に圧縮する請求項
   １記載の方法。
3. 【請求項３】湿潤ケークからの液体の除去を高温で行う
   請求項１記載の方法。
4. 【請求項４】焼結する前にケークからフィルタースクリ
   ーンを取り除く請求項１記載の方法。
5. 【請求項５】安定化懸濁液が、乾燥ケークの生成時に生
   強度を与える結合剤としても作用する安定剤を含む請求
   項１記載の方法。
6. 【請求項６】複数の過操作の結果として金属微粒子を
   複数の層に載置させ、各逐次操作で用いる金属微粒子の
   粒径および／または形態を以前の操作で用いたものと比
   べて変化させる請求項１記載の方法。
7. 【請求項７】（ａ）約3,000,000の分子量を有するポリ
   アクリル酸である安定・結合剤の存在下で、金属微粒子
   対液体媒質の重量比が1:1ないし0.025:1の範囲内にあ
   り、かつ安定・結合剤が、水および安定・結合剤の合計
   重量に対して0.2ないし１重量パーセントの量で存在す
   るように呼称粒径が１ないし75μｍのステンレススチー
   ル粒子を水中に分散させて安定化懸濁液を形成させ、 （ｂ）7031ないし21,093kg/m²（10ないし30psi）のフィ
   ルター前後の圧力差で、実質的にすべての金属粒子を保
   持するだけ細かいスクリーンに通して該安定化懸濁液を
   過して湿潤ケークを形成し、 （ｃ）該湿潤ケークを37.8ないし93.3℃（100ないし200
   ゜Ｆ）の温度で乾燥して水を除き生強度を有する乾燥ケ
   ークとなし、 （ｄ）フィルタースクリーンを取り去り、圧縮前の厚さ
   の約60％以上の安定の厚さまで乾燥ケークを圧縮し、そ
   して （ｅ）圧縮した乾燥ケークを871.1ないし1371.1℃（1.6
   00ないし2,500゜Ｆ）の温度で焼結して金属粒子を融合
   し、すべての揮発性物質を除去して多孔性金属フィルタ
   ーシートを形成する、 上記各工程からなる多孔質金属フィルターシートの製造
   方法。
8. 【請求項８】実質的に均等の気孔構造を有する多孔性金
   属フィルターシートにおいて、金属微粒子の個々の粒子
   が相互に結合し、前記シートが約645,835cc/min/m²（6
   0,000cc/min/ft²）の流速において約1.2以下のバブルポ
   イント比を有し、かつ該フィルターシートが少なくとも
   0.3ft²（279cm²）以上の呼称表面積を有することを含ん
   でなる多孔性金属フィルターシート。
9. 【請求項９】前記シートが、その厚さに直角に目の細か
   い気孔層および目のあらい気孔層を含む段階のついた気
   孔構造を有する請求項８記載の多孔性金属フィルターシ
   ート。
10. 【請求項１０】該シートが複数の層よりなり、少なくと
    も１つの層が隣接層を形成する金属微粒子とは異なる形
    態を有する金属微粒子から形成される請求項８記載の多
    孔性金属フィルターシート。
11. 【請求項１１】１つ以上の取付部品を前記シートに焼結
    結合させた請求項８記載の多孔性金属フィルターシー
    ト。
12. 【請求項１２】請求項１記載の方法によって作った多孔
    性金属フィルターシート。
13. 【請求項１３】請求項６記載の方法によって作った多孔
    性金属フィルターシート。
14. 【請求項１４】請求項７記載の方法によって作った多孔
    性金属フィルターシート。