JPH11128638A

JPH11128638A - フィルタ及びその製造方法

Info

Publication number: JPH11128638A
Application number: JP29663097A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Kitagawa; 貴宏北川; Yasushi Yamamoto; 裕史山本; Akira Kosaka; 晃小阪; Takashi Nishi; 隆西; Atsushi Funakoshi; 淳船越; Ryutaro Motoki; 龍太郎元木
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1997-10-29
Filing date: 1997-10-29
Publication date: 1999-05-18

Abstract

(57)【要約】【課題】空孔率及び接合強度が大きく、孔形状の異方
性が小さいフィルタ及びその製造方法を提供する。【解決手段】金属粉粒体１と繊維状物２とを多孔質状
に加熱加圧接合してある繊維含有層７ａを具備するフィ
ルタ、並びに金属粉粒体１とそれを収容するカプセル８
との間に、前記繊維状物２の層２Ｌを介在させつつ、カ
プセル式の熱間等方加圧を行うフィルタの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、粉粒体等を多孔質
状に加熱加圧接合してあるフィルタ及びその製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のフィルタとしては、セラ
ミック粉粒体を多孔質状に加熱加圧接合してあるセラミ
ックフィルタや、金属粉粒体を多孔質状に加熱加圧接合
してある金属フィルタなどが知られていた。そして、こ
れらのフィルタは原料となる粉粒体をカプセル式の熱間
等方加圧により焼結するなどして製造されていた。即
ち、図３に示すように、金属粉粒体１をカプセル８に充
填して封止した後、熱間等方加圧装置に装入して熱間等
方加圧処理を行い、カプセル８を除去することにより、
フィルタ７を製造していた。一方、金属の長繊維を編み
込んで多孔質状にしてある金属繊維フィルタも存在し
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように粉粒体のみを多孔質状に加熱加圧接合してあるフ
ィルタでは、その粉粒体の間隙が空孔部を形成するた
め、金属繊維フィルタ等と比較して空孔率が低くなると
いう問題がある。また、粉粒体の接合を確実に行わない
と、金属繊維フィルタ等と比較して粉粒体の脱離が生じ
やすく、その場合に強度が不十分となり問題となり易
い。

【０００４】特に、上記のセラミックフィルタでは、加
熱加圧接合時に接合部で変形が生じにくいため、粉粒体
の接合の確実性を高めにくく、上記の問題が生じやす
い。また、セラミックフィルタでは熱衝撃により破断が
生じやすく、取扱に注意が必要であったりするため、使
用し易い材料とは言えなかった。

【０００５】一方、上記の金属繊維フィルタは、長繊維
を編んでいるため、フィルタの孔形状に異方性があり、
除去対象粒子が非球形の場合の除去率等に問題があるた
め、その使用方法が制限される場合がある。

【０００６】従って、本発明の目的は、上記に鑑みて、
空孔率及び接合強度が大きく、孔形状の異方性が小さい
フィルタ及びその製造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明のフィルタの特徴構成は、金属粉粒体と繊維状
物とを多孔質状に加熱加圧接合してある繊維含有層を具
備する点にある。ここで、金属粉粒体と繊維状物とは、
加熱加圧接合により融着状態になっている必要はなく、
金属粉粒体と繊維状物とが実質的に脱離しない状態に保
持されていればよい。

【０００８】上記構成において、前記金属粉粒体を多孔
質状に加熱加圧接合してある金属多孔質層の表面に、前
記金属粉粒体どうしの間隙に前記繊維状物が充填された
構造の前記繊維含有層を形成してあることが、後述の作
用効果より好ましい。

【０００９】また、前記繊維状物がセラミック繊維であ
ることが後述の作用効果より好ましい。

【００１０】一方、本発明のフィルタの製造方法の特徴
構成は、上記のフィルタの製造方法であって、前記金属
粉粒体とそれを収容するカプセルとの間に、前記繊維状
物の層を介在させつつ、カプセル式の熱間等方加圧を行
う点にある。

【００１１】上記構成において、前記繊維状物の層が、
セラミック繊維の織布、不織布もしくは編布であること
が後述の作用効果より好ましい。

【００１２】〔作用効果〕そして、本発明のフィルタの
特徴構成によれば、繊維含有層が金属粉粒体と繊維状物
とを多孔質状に加熱加圧接合してあるため、繊維状物の
存在により空孔率を高めることができ、分離性能をより
向上させることができ、また、繊維状物が金属粉粒体間
で粉粒体どうしの接合性高めて、耐磨耗性ををより向上
させることができる。そして、金属粉粒体の共存によっ
て、繊維状物がランダムな方向を向くようになるため、
繊維状物のみで形成した場合と比較して、孔形状の異方
性が小さくなる。一方、金属よりなる粉粒体を用いるこ
とにより、粉粒体どうしや繊維状物との接合性をやや高
めることができる。その結果、空孔率及び接合強度が大
きく、孔形状の異方性が小さいフィルタを提供すること
ができた。

【００１３】また、前記金属粉粒体を多孔質状に加熱加
圧接合してある金属多孔質層の表面に、前記金属粉粒体
どうしの間隙に前記繊維状物が充填された構造の前記繊
維含有層を形成してある場合、金属粉粒体どうしの間隙
に前記繊維状物を充填してあるため、金属粉粒体どうし
の間隙の大きさに比べて、かなり小さい孔が形成され
る。このため、金属多孔質層の孔径をある程度大きくし
て支持層として形成し、繊維含有層を孔径の小さい濾過
層として形成することができ、フィルタ全体の圧力損失
を大きくすることなく、濾過層の孔径を小さくすること
ができる。つまり、このような複層化により、強度を維
持しつつ、フィルタの濾過性能を向上させることができ
る。

【００１４】更に、前記繊維状物がセラミック繊維であ
る場合、加熱加圧接合時にセラミック繊維が破断して短
繊維になるため、金属粉粒体どうしの間隙に繊維状物が
充填され易くなり、一方、接合していない繊維部分は容
易に除去することができる。

【００１５】一方、本発明のフィルタの製造方法の特徴
構成によると、前記金属粉粒体とそれを収容するカプセ
ルとの間に、前記繊維状物の層を介在させるという簡単
な操作により、上記のような作用効果を奏するフィルタ
を得ることができる。つまり、濾過層である繊維含有層
を形成することができると共に、支持層である金属多孔
質層を形成することができ、このような複層化により、
強度を維持しつつ、フィルタの濾過性能を向上させるこ
とができる。

【００１６】また、前記繊維状物の層が、セラミック繊
維の織布、不織布もしくは編布である場合、接着剤等に
よりかかる織布等をカプセルの内表面に接着等するだけ
で、繊維状物の層を形成することができ、また、織布、
不織布もしくは編布であるため、金属粉粒体をカプセル
に充填する際に、形成された繊維状物の層から繊維状物
が脱離しにくい。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。まず、本発明のフィルタの製造方
法について説明すると、本発明の製造方法は、図１に示
すように、金属粉粒体１とそれを収容するカプセル８と
の間に、前記繊維状物２の層２Ｌを介在させつつ、カプ
セル式の熱間等方加圧を行うものである。以下、本発明
のフィルタの製造方法の実施の形態の一例として、前記
繊維状物２の層２Ｌがセラミック繊維の織布であり、円
筒状のフィルタを製造する場合を中心に説明する。

【００１８】原料である金属粉粒体１は、カプセル式の
熱間等方加圧処理により、多孔状態となるように材料の
接合が可能なものであればいずれでもよいが、フィルタ
の耐熱性や粉粒体の接合性などを考慮すると、ステンレ
ス鋼（例えばＳＵＳ３１６Ｌ）、Ｉｎｃｏｎｅｌ６２
５，ＳＵＳＸＭ１５Ｊ１等の金属粒子が好ましく用い
られる。また、金属粉粒体１の平均粒径としては、支持
層７ｂとして機能する層を形成できるものであればよ
く、具体的には、平均粒径が通常１０〜１０００μｍの
ものが用いられ、好ましくは１００〜５００μｍのもの
が用いられる。

【００１９】カプセル８の材質としては、カプセル式の
熱間等方加圧処理に用いられるものならいずれでもよ
く、炭素鋼、軟鉄等の金属製カプセルやガラスカプセル
等が加工性や熱特性が適しているため好適に用いられ
る。なお、カプセル８は、フィルタの形状に合わせて予
め加工されており、円筒状に限らず、平板状や曲面板状
などの形状に加工される。

【００２０】前記繊維状物２としては、ステンレス鋼
（例えばＳＵＳ３１６Ｌ）繊維、Ｉｎｃｏｎｅｌ６２
５，ＳＵＳＸＭ１５Ｊ１等の金属繊維や、シリカガラ
ス繊維、アルミナ繊維、アルミナ・シリカの複合繊維等
のセラミック繊維が挙げられる。繊維の直径としては、
金属粉粒体１の平均粒径の数分の１〜数百分の１程度の
ものが通常用いられ、好ましくは数十分の１程度のもの
が用いられる。なお、繊維長については、熱間等方加圧
処理により繊維が破断して短繊維化することが多いた
め、金属粉粒体１の平均粒径と同等またはそれ以上の長
さであればよい。なお、繊維直径が小さく、短繊維化後
の繊維長が小さいほど、形成される孔径の大きさが小さ
くなる。

【００２１】繊維状物２の層２Ｌを形成する方法として
は、繊維状物２の織布、不織布もしくは編布を用いて、
カプセル８の内表面に接着剤等で接着させる方法（図１
（イ）参照）や、繊維状物２をそのまま接着剤等でカプ
セル８の内表面に接着させる方法や、バインダを用いて
繊維状物２を吹き付け塗布する方法などが挙げられる。
なお、熱間等方加圧処理後にフィルタに接合していない
織布等の部分は、ブラシング等により除去すればよいた
め、織布等の厚みは、濾過層７ａである繊維含有層が形
成できる程度以上（例えば１０μｍ以上）に厚ければよ
い。

【００２２】熱間等方加圧（ＨＩＰ）は、繊維状物２の
層２Ｌが形成されたカプセル８内に前記金属粉粒体１を
収容し（図１（ロ）参照）、通常のカプセル式の熱間等
方加圧処理の方法に従って、予めカプセル８の脱気や封
止などが行われた後、次のような熱間等方加圧処理が行
われる（図１（ハ）参照）。即ち、上記カプセル８を等
方加圧加熱装置（ＨＩＰ装置）に装入して、例えば適当
な昇温速度でＨＩＰ温度まで昇温し、所定時間維持して
焼結を行い、その後、適当な昇温速度でさらに熱処理温
度まで昇温し、常圧で所定時間維持して溶体化処理を行
う。このとき、ＨＩＰ温度は金属粉粒体１の材質等に応
じて適宜選択されるが、ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６
Ｌ）の場合を例示すると、６００〜８００℃の範囲が適
当である。また、ＨＩＰ圧は、原料粉粒体の材質、粒径
等に応じて適宜選択されるが、ステンレス鋼（ＳＵＳ３
１６Ｌ）の場合を例示すると、３０〜１２０ＭＰａの範
囲が適当である。なお、処理時間は、上記の条件による
が、０．５〜５時間程度の範囲で、所望の多孔構造が得
られるように調整するのが望ましい。また、ＨＩＰ処理
の後に行う熱処理は、原料粉粒体の材質等に応じて行う
場合と行わない場合があるが、ステンレス鋼（ＳＵＳ３
１６Ｌ）の場合には、約１１４０で２時間程度行われ
る。

【００２３】熱間等方加圧処理の後には、カプセル８が
除去される（図１（ニ）参照）が、繊維状物２の層２Ｌ
が残留する場合には、それも通常除去される。カプセル
８の除去は、酸等を用いた化学処理によってカプセル８
を溶解させる方法や切削等により機械的に削除する方法
やこれらを組み合わせた方法などが挙げられる。本実施
形態において、残留する繊維状物２の層２Ｌを除去する
には、ブラシがけ等により機械的に剥離したりする方法
が挙げられる。

【００２４】本発明のフィルタは、以上の本発明の製造
方法によって好適に製造できるものであり、金属粉粒体
１と繊維状物２とを多孔質状に加熱加圧接合してある繊
維含有層７ａを具備するものである。従って、繊維含有
層７ａのみでフィルタが形成されているものであっもよ
く、その場合、例えば、金属粉粒体１と繊維状物２とを
混合したもののみを、加熱加圧接合の原料として用いれ
ばよい。

【００２５】また、前述の実施形態により得られる本発
明のフィルタは、前記金属粉粒体１を多孔質状に加熱加
圧接合してある金属多孔質層７ｂの表面に、前記金属粉
粒体１どうしの間隙に前記繊維状物２が充填された構造
の前記繊維含有層７ａを形成してあるものであるが、本
発明の製造方法以外によっても製造することができる。
例えば、予備成型の際にその表面層に金属粉粒体１と繊
維状物２とを混合したものを用い、予備成型体を熱間等
方加圧処理する方法などが挙げられる。そして、繊維状
物２がセラミック繊維である場合には、前述のような作
用効果が得られるものとなるが、同種の材質の繊維を用
いる場合には、金属粉粒体１と繊維状物２との接合性が
高まることが期待できる。なお、繊維含有層７ａは、加
熱加圧接合時にセラミック繊維が破断して短繊維にな
り、金属粉粒体１どうしの間隙に繊維状物２が充填され
ている構造になっている。

【００２６】なお、円筒の外表面側に形成された繊維含
有層７ａは、濾過層７ａとして機能し、内表面側に形成
された金属多孔質層７ｂは支持層７ｂとして機能し得
る。そして、濾過層７ａと支持層７ｂとの境界部におい
ても、金属粉粒体１どうしが加熱加圧接合しているた
め、両層の接合強度が高く、濾過層７ａと支持層７ｂと
が一体的に形成されている。

【００２７】次に、本発明の他の実施の形態について説
明する。〈１〉先の実施形態では、繊維状物２の層２Ｌを形成す
る濾過面形成用部分がカプセル８の外缶部分の全体に存
在する場合の例を示したが、外缶部分の一部のみに存在
するように構成してもよく、逆にカプセル８の内缶部分
に存在するように構成してもよい。このようにして、繊
維状物２の層２Ｌを形成する場所を変えることにより、
濾過層７ａを形成する場所を変えることができる。〈２〉先の実施形態では、本発明の製造方法により、本
発明のフィルタを製造する例を示したが、本発明の製造
方法以外の方法によっても、金属粉粒体１と繊維状物２
とを多孔質状に加熱加圧接合してある繊維含有層７ａを
具備するフィルタを製造することができる。即ち、カプ
セル式の熱間等方加圧を行う必要はなく、例えば等方加
圧によらない方法や、カプセル式以外の予備成型式の熱
間等方加圧を行う方法などである。

【００２８】

【実施例】金属粉粒体として２１０〜３００μｍのステ
ンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）を用い、繊維状物として繊
維径約１０μｍのセラミック繊維織布（厚さ約１ｍｍ、
材質アルミナ繊維）を用いて、円筒状のフィルタを製造
した。製造したフィルタの寸法は外径１１４ｍｍ、内径
１１０ｍｍ、長さ１０００ｍｍである。カプセルは内
缶、外缶、上蓋、および下蓋から構成され、内缶、外
缶、および下蓋を組み立てて溶接して、開口部を有する
カプセルとした。そのカプセルの外缶の内側にセラミッ
ク繊維織布を、少量の接着剤（東亜合成製，シアノアク
リレート系接着剤（アロンアルファ））を用いて接着し
た後、前記の金属粉粒体を充填し、上蓋を溶接してカプ
セルを封止した。このカプセルを等方加圧加熱装置（Ｈ
ＩＰ装置）に装入して、適当な昇温速度でＨＩＰ温度
（６２０℃）まで昇温し、１０８ＭＰａで所定時間（２
時間）維持して焼結を行い、その後、適当な昇温速度で
さらに熱処理温度（１１４０℃）まで昇温し、常圧で所
定時間（２時間）維持して溶体化処理を行った。その後
のフィルタをＨＩＰ装置から取り出して、内缶を機械加
工で除去後、外缶を化学的に溶解してカプセルを除去
し、更に、フィルタの表面に残留したセラミック繊維織
布をブラシングにより除去してフィルタを製造した。

【００２９】上記の工程で製造した円筒状フィルタの外
表面近傍の断面を電子顕微鏡で観察した結果、図２に示
すように、円筒状フィルタの外表面側には、金属粉粒体
どうしの間隙に繊維状物が充填された構造の繊維含有層
を形成されており、繊維状物は原料のセラミック繊維が
短繊維化したものであった。また、図示しないが、円筒
状フィルタの内表面側には、金属粉粒体を多孔質状に加
熱加圧接合してある金属多孔質層が形成されていた。

【００３０】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法の工程を説明する説明図

【図２】実施例で得られたフィルタの濾過層の電子顕微
鏡写真

【図３】従来の製造方法の説明図

【符号の説明】

１金属粉粒体２繊維状物２Ｌ繊維状物の層７フィルタ７ａ繊維含有層（濾過層）７ｂ金属多孔質層（支持層）８カプセル

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【手続補正書】

【提出日】平成９年１０月２９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西隆大阪府枚方市中宮大池１丁目１番１号株式会社クボタ枚方製造所内 (72)発明者船越淳大阪府枚方市中宮大池１丁目１番１号株式会社クボタ枚方製造所内 (72)発明者元木龍太郎大阪府枚方市中宮大池１丁目１番１号株式会社クボタ枚方製造所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属粉粒体（１）と繊維状物（２）とを
多孔質状に加熱加圧接合してある繊維含有層（７ａ）を
具備するフィルタ。
【請求項２】前記金属粉粒体（１）を多孔質状に加熱
加圧接合してある金属多孔質層（７ｂ）の表面に、前記
金属粉粒体（１）どうしの間隙に前記繊維状物（２）が
充填された構造の前記繊維含有層（７ａ）を形成してあ
る請求項１記載のフィルタ。
【請求項３】前記繊維状物（２）が、セラミック繊維
である請求項１又は２記載のフィルタ。
【請求項４】前記金属粉粒体（１）とそれを収容する
カプセル（８）との間に、前記繊維状物（２）の層（２
Ｌ）を介在させつつ、カプセル式の熱間等方加圧を行う
請求項１記載のフィルタの製造方法。
【請求項５】前記繊維状物（２）の層（２Ｌ）が、セ
ラミック繊維の織布、不織布もしくは編布である請求項
４記載のフィルタの製造方法。