KR20010032991A

KR20010032991A - 금속 필터

Info

Publication number: KR20010032991A
Application number: KR1020007006340A
Authority: KR
Inventors: 이시베히데오미
Original assignee: 니폰 세이센 가부시키가이샤
Priority date: 1998-10-12
Filing date: 1999-10-12
Publication date: 2001-04-25
Also published as: KR100614420B1; EP1040860B1; DE69937730T2; TW422723B; US6355082B1; EP1040860A4; EP1040860A1; DE69937730D1; WO2000021641A1; JP3177512B2; JP2000185209A

Abstract

미세여과층(3)과, 이 미세여과층(3)을 적층일체화하여 형상을 유지시키는 피복면(4)을 갖는 소결 다공성의 지지체(2)로 이루어지는 금속필터(1)이다. 상기 미세여과층(3)의 평균기공지름을 상기 지지체(2)의 평균기공지름보다 작게한다. 상기 피복면(4)이 요철을 이룸으로써 상기 미세여과층(3)의 여과면을, 그 실제여과면적 S1과 요철로 형성하지 않을 경우의 기준여과면적 S0과의 면적비 S1/S0가 1.3이상인 기복여과면(3A)으로 한다. 상기 요철의 곡부(6)에서의 상기 미세여과층(3)의 평균두께를 요철의 산부(5)에서의 평균두께보다 두껍게 하고, 또 상기 기복여과면(3A)을 매끄러운 곡면상으로 형성하고 있다.

Description

금속 필터{METAL FILTER}

종래, 금속섬유, 금속분말 등의 금속의 분상체(粉狀體)를 소결 형성한 다공성 소결체는, 특히 최근에는 반도체 제조를 위한 프로세스 가스를 여과하여, 가령 0.01μm이하의 미소 입자를 고정밀도로 제거할 수 있는 필터로서 사용하는 등, 다음과 같은 이점에 의해 많은 여과 분야에서 사용되고 있다.

1. 사용하는 분말, 섬유의 크기등의 분상체 종류에 따라 여과특성의 조정이 가능한 것.

2. 높은 내열성과 내식성을 가지고, 여러 종류의 가스에 적용되는 것외에 가령 베이킹처리등과 같은 고온처리에서도 견딜 것.

3. 기계가공성이 우수하고, 용접, 후가공이 가능하며, 하우징, 배관 등과의 접합일체화 처리가 용이할 것.

4. 기계적 강도가 크고, 높은 내압성과 인성이 있을 것.

그런데, 이와같은 금속필터에서, 여과정밀도의 향상을 위해 기공지름이 작은 소결체를 제조하고자 하는 경우는 금속분말, 금속섬유 등의 분상체를 더 미소하게 하거나 또는 소결체의 두께 효과를 이용하기 위하여 이 소결체의 두께를 늘려 왔으나, 이와같은 것으로는 압력손실이 커져서 여과효율을 저하시킨다.

이 때문에, 본 출원인은 국제공보 WO 93/06912호 공보에서 결합재를 사용하지 않고 분상체를 현탁한 현탁액중에 다공성의 지지체를 침지함과 동시에 진공화함으로써 미세입자층을 형성하여 소결하는 소결체를 제안하고 있다.

이 제안에 따르면 미세한 금속입자를 게다가 그 두께를 가능한 한 얇게 성형하여 지지체에 지지시키기 위하여, 여과정밀도가 우수하고 또 압력손실을 억제할 수 있는 필터를 얻을 수 있다. 그 결과, 압력손실을 억제할 수 있음으로써 일정한 여과처리가 작은 여과면적으로 가능하게 되고, 장치의 소형화, 설비배관간격의 축소등 공간 절약에 기여할 수 있다. 또 필터는 판상, 통상, 컵상 등 각종 형상, 형태로 형성할 수 있음과 동시에 기계 가공도 가능하다.

그러나, 근년의 여과장치에서는 더더욱의 여과정밀도의 향상과 압력손실 저하가 요망되고 있다.

압력손실을 감소하는 데는 여과면적을 크게 하는 것이 유효하고, 종래에서도 가령 가소성의 부직포, 망체 등으로 이루어지는 필터는 그 성형후에 물결모양으로 절곡 또는 주름진 가령 화학합성섬유필터 등이 사용되고 있다. 그러나, 상기 금속소결체, 특히 상기 제안과 같은 적층체로 이루어지는 금속소결체는 성형후의 절곡가공에 의해 쉽게 크랙, 균열이 발생하기 쉽다.

그 때문에 이와같은 금속소결체에서 여과면적을 증대하는데는 가령 여과층의 일부를 연삭, 가압에 의해 요철 표면으로 하고, 또는 흡인성형시의 분상체의 흡착량을 장소에 따라 의식적으로 불균일하게 하여 여과층에 요철 표면을 부여하여 각각 여과면적을 증대하는 것도 생각할 수 있으나, 기계가공에 의한 방법으로 가공부분의 연마뒤말림, 부분적 고밀도화가 생겨 기공을 폐색하는 등 여과성능을 저하하기 쉽다. 또 후자와 같이 의식적으로 적층두께를 바꾸는 것도, 특히 필터가 비교적 작은 것 등에서 여과면적을 증대하는 정도로 요철상으로 하기는 곤란하고, 게다가 압력손실의 부분적 편차를 증대하는 문제도 있다.

본 발명은 용융폴리머 등의 유동체 또는 반도체 제조용 가스등의 각종 기체 등의 유체를 고정밀도이면서 효율좋게 여과할 수 있는 금속필터에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 금속필터를 사용한 필터(F)를 예시하는 정면도,

도 2는 그 종단면도,

도 3은 도 1의 A-A 선단면도,

도 4는 부분확대 단면도,

도 5는 100배로 확대표시하는 단면도,

도 6은 지지체를 성형하는 몰드를 예시하는 단면도,

도 7은 현탁액 침지법에서 사용하는 장치를 예시하는 개략도이다.

발명실시의 최량의 형태

이하, 본 발명 실시의 1형태를 도면에 의거하여 설명한다.

도면에서, 본 예에서는 필터(F)는 바닥이 있는 원통형 필터로 형성되고, 원통부(10)의 일단에는 플랜지(11)를 갖는 부착테두리(12)를 배치하고, 또 타단은 덮개체(14)에 의해 폐색함과 동시에 각각은 가령 용접, 납땜등으로 일체로 결합되어 있다. 또, 본 예에서는 상기 원통부(10)와 덮개체(14)가 필터재로 형성되고, 또 원통부(10)가 본 발명에 관한 금속필터(1)에 상당한다. 이와같이 본 발명의 금속필터(1)는 필터(F)의 일부로 사용하여도, 또는 금속필터(1) 만으로 필터(F)를 형성할 수도 있다.

또, 금속필터(1)는 특히 도 3∼5에 확대표시와 같이 가령, 원통부(10)를 비교적 두껍게 형성한 원통체로 이루어지는 지지체(2)와, 그 외주의 피복면(4)을 덮는 미세여과층(3)을 일체로 소결하여 구성된다.

또, 상기 지지체(2)는 금속필터(1)에서 보강과 함께 상기 미세여과층(3)을 지지형성하기 위한 다공통(多孔筒) 기재로서의 기능을 가지고, 미세여과층(3)과 같이 여과를 위하여 미세기공으로 할 필요는 없기 때문에 가령 스테인레스강, 니켈 등의 통상 금속분말(가령 직경 10∼100μm 정도)을 소결한 금속소결체가 사용되고, 비교적 큰 기공을 가지며 또 높은 압력에 견디는 충분한 두께를 구비한다.

또한 지지체(2)에는 상기 미세여과층(3)을 기복시켜서 여과면적을 증대하기 위하여 어느 1면, 본 예에서는 상기 외주의 피복면(4)을 길이방향으로 뻗는 산모양의 산부(5)를 둘레방향으로 격설(隔設)하여 요철로 한다. 또, 바람직하게는 둘레방향 피치를 등간격으로 하여 여과의 균일성을 높이는 것이 좋다.

이와같은 지지체(2)는 통상 도 6과 같은 내형(15)과 외형(16) 사이에 분말을 충전하여 가압한 몰드성형품을 소결함으로써 제조되고, 가령 외형(16) 내면에 파인홈(16A)을 형성함으로써 산부(5)를 갖는 요철의 피복면(4)을 형성한다. 또, 산부(5)를 길이방향으로 연속하지 않고, 길이방향으로 중간에서 끊어지는 독립소돌기상(獨立小突起狀)으로 되는 것으로 생각되나, 이때는 외형(16)을 둘레방향으로 분할할 수 있는 세그먼트상으로 할 필요 때문에 생산상 코스트업되고, 게다가 가령 분상체의 충전시, 가압시에 조직을 불균일로 만들어 결손부가 발생하기 쉬워, 작업성과 제조수율이 떨어지므로 바람직하게는 산부(5)를 길이방향으로 연속한다. 또, 지지체(2)는 몰드성형, 소결에서는 비교적 긴몸체로 형성된 뒤, 소정길이로 절단하여 사용할 수 있다.

이와같은 요철상의 피복면(4)은 미세여과층(3)을 그 형상에 따라 그 면으로 담지함으로써 미세여과층(3)의 표면을 기복시킨 형상의 기복여과면(3A)으로 한다. 이에 따라 성형후의 절곡등에 따르지 않고 여과면적을 증가할 수 있다. 이 기복상태로는 산부(5)가 둘레방향으로 인접한 둘레방향 피치(P)를, 상기 산부(5), (5)간의 곡부(6)의 곡저(6A)로부터의 그 산부(5)의 산정(5A)까지의 융기높이(H)의 2∼4배로 하는 것이 좋고, 가령 융기높이(H)가 과대, 즉 둘레방향 피치(P)가 상대적으로 과소할 경우는 곡저(6A)까지 미세여과층(3)에 의해 피복하기 곤란해진다. 또, 바람직하게는 둘레방향 피치(P)를 가령 0.5∼10mm(바람직하게는 1∼8mm정도, 더욱 바람직하게는, 2∼6mm정도)로 하고, 또 융기높이(H)로 가령 0.5∼6mm정도(바람직하게는 1∼3mm정도)로 하는 것이 좋고, 필터의 사용목적에 응하여, 또 필요한 여과정밀도, 여과효율에 따라 적당한 범위로 설정한다.

또, 상기 산부(5) 및 그 사이의 곡부(6)는 산정(5A), 곡저(6A)를 포함하여 피복면 전체에 걸쳐 뽀족부가 생기지 않도록 그 전면을 매끄러운 곡면상으로 하고, 게다가 곡저(6A)를 향하여 협소해지는 단면 끝이 퍼지는 형상 또는 물결형상으로 형성된다. 또 피복면(4)을 적어도 반경선에 대하여 둔각이 되어 곡부(6)로 넘어지는 측으로 기우는 경사부를 갖지 않을 정도의 경사형상으로 하여 미세여과층(3)의 부착성을 유지하는 것이 바람직하다.

피복면(4)을 이와같은 요철상으로 함으로써, 미세여과층(3)의 여과면은 상기와 같이 기복여과면(3A)이 되고, 이 기복여과면(3A)의 실제여과면적(S1)과 요철로 형성하지 않을 경우의 기준 여과면적(S0)의 면적비 S1/S0를 1.3배 이상으로 한다. 또, 실제여과면적(S1)이란 상기 기복여과면(3A)을 그 기복면에 따라 실제로 계측한 여과면 면적을 말하고, 기준여과면(S0)이란 상기의 산부(5)로 이루어지는 요철을 갖지 않을 때의 중간높이(1/2·H)를 지나는 면에 상기 여과층의 평균두께의 미세여과층(3)을 설치한 경우의 여과면적을 말한다. 또, 금속필터(1)가 판상체일 때 그 평면에서의 여과면적을 말한다.

이 면적비가 1.3미만의 경우는 상기와 같이 여과면적의 증대가 충분하다고는 할 수 없고, 기복간격을 넓게 한 것은 제품 취급시 등의 부주의에 의한, 가령 낙하나 부딪힘에 의해 표면손상을 초래하기 쉬워진다. 또, 이 면적비가 과대하면 성형성이 열화되고, 따라서 5 이하, 바람직하게는 1.5∼3.0 정도로 하는 것이 좋다.

상기 미세여과층(3)은 실질적으로 여과기능을 발휘할 부분으로서, 상기 지지체(2) 보다 기공지름을 작게하기 위하여 사용하는 분상체를 미세로 하고 있다. 또, 이 금속필터(1)가 반도체 제조용의 프로세스 등의 정밀여과용으로서 사용될 경우에 있어서는 0.01μm이상, 더 바람직하게는 0.003μm이상의 크기를 대상으로 하는 미소입자를 10^-10개 이하 내지 그 이하로 하는 정밀도를 갖추기 위하여 사용되는 분상체를 선택한다. 분상체로서 미세한 금속입자, 금속단섬유, 또는 그 혼합체 등을 사용할 수 있다.

상기 금속입자는 가령 0.5μm 이하 정도의 직경의 분상체를 사용하는 것이 좋고, 또 가령 스테인레스강 SUS316L등, 내식성이 우수한 재료가 좋다.

상기 금속단섬유는 애스펙트비(L/d)를 2∼20 정도로 한다. 애스펙트비의 평균치가 2∼20인 금속단섬유를 포함한 분상체로 형성한 소결체는, 각 단섬유의 얽힘이 크고 바인더 사용을 필요로 하지 않고 형태가 보존되며, 형성되는 기공도 입체적인 3차원 기공이 되어 기공률을 높일 수 있다. 또한, 금속단섬유의 직경을 가령 1∼3μm정도의 크기로 하는 것이 좋다. 또 이와같은 금속단섬유는 가령 특공소 63-63645호가 개시하는 결정조정화 열처리에 의해 얻어지는 절단단부에 뒤말림 발생이 없는 것이 적합하게 사용된다.

또, 미세여과층(3)은 상기와 같이 기복여과면(3A)을 구비함과 동시에 미세여과층(3)의 두께(T)에 대하여 도 4와 같이 상기 곡부(6)의 곡저(6A)에서의 상기 미세여과층(3)의 평균두께(T6)를 산부(5)의 산정(5A)의 평균두께(T5)보다 두껍게하고 있다.

또, 상기 금속단섬유를 사용할 때에는 가령 곡저(6A)에서의 여과층의 평균두께(T6)는 0.2∼1mm, 산정(5A)에서의 평균두께(T5)를 0.05∼0.5mm 정도로 한다. 또, 전체에 걸쳐 두께의 급격한 변화부분이 없이 서서히 두께가 변화되는 부분을 가지고 매끄럽게 두께가 변화한다.

이와같은 두께(T)의 분포는 지지체(2) 두께가 커지는 산부(5)의 산정(5A)에서의 미세여과층(3)의 평균두께(T5)를 감소함으로써 상기와 같이 여과면을 매끄러운 곡면상으로 형성한 것과 아울러, 지지체(2) 두께의 변동을 흡수하여 필터전체에서의 흐름 특성의 밸런스를 도모하고 있다.

더욱 상술하면, 상기 지지체(2)에서 두께가 얇아지는 곡부(6)의 곡저(6A)와 비교적 두꺼운 산부(5)의 산정(5A)에, 가령 같은 두께의 미세여과층(3)을 적층할 경우는 당연히 곡부(6)측의 흐름저항이 작아져서 더 많은 피처리 유체가 흐르게 되고, 반대로 저항이 많아지는 산정(5A)은 통과하는 양이 적어, 유량에 차가 생긴다. 때문에 상기와 같이 산부(5), 곡부(6)에서 미세여과층(3)의 두께(T)를 변화시킴으로써 지지체(2)에서의 두께 변화를 상쇄하여 기복여과면(3A)의 전체적에 걸친 흐름저항의 균일화를 이루면서 여과면적을 기복에 의해 증대하고 있다.

또한 기복여과면(3A)을 매끄럽게 함으로써 여과층의 손상이나 박리등, 표면결함의 문제가 방지됨과 동시에 곡부(6)측의 미세여과층(3)을 두껍게 함으로써 소결시의 열수축에 의해 발생되기 쉬운 지지체와의 박리나 표면크랙 발생등을 감소할 수 있고, 필터에서의 여과정밀도의 저하를 막는데 기여한다.

또, 이와같이 두께가 변화하는 상기 미세여과층(3)은, 상기한 본출원인의 제안에 관한 국제공개번호 WO 93/06912호 공보에서 개시한 현탁액 기공법이 채용된다. 이 방법에 의하면 지지체(3)의 요철의 피복면(4)에 따른 현탁액중의 분상체를 흡인성형시켜서 적층될 수 있다.

현탁기공법은 상기 공보에서 상술되어 있으나, 도 7과 같이 지지체(2)를 분상체가 현탁된 현탁액(21)중에 기공함과 동시에 진공화함으로써 분상체를 피복면(4)에 퇴적시켜서 미세여과층(3)을 형성한다.

본 예에서는 상기 원통부(10)인 지지체(2)는 기공에서 이 원통부(10)에 상기 덮개체(14)를 부착하여 컵상으로 하고 있다. 이 덮개체(14)도 지지체(2)와 같은 다공소결체로 되고, 전자빔 용접 등의 적의한 고착수단에 의해 일체화되고 있다. 또, 상기 덮개체(14) 등을 미리 일체로 성형한 지지체를 사용할 수도 있다. 또, 침지에 있어 지지체(2)의 개방단을 봉지용판(22)을 고착하여 봉지함과 동시에, 이 봉지용판(22)을 밑으로 하여 흡인용 진공펌프(24)에 접속한다.

상기 현탁액(21)에는 상기 분상체를 순수(純水)중에 소정농도 혼입하고, 또 회전자(25)를 회전하여 충분한 교반을 행하여 상기 분상체를 분산시킨 현탁액중에 상기 지지체(2)를 침지하여, 가령 0.2∼5kg/cm²정도의 적당한 부압력으로 약 1∼15초, 가령 5초간 정도 흡인함으로써 상기 단섬유의 미세여과층(3)을 적층 성형한다.

이 현탁침지법은 상기 지지체(2) 자체의 부분적 두께가 다름으로써 현탁입자 흡인량을 바꿀수 있고, 결과적으로 흡인저항이 작은 부분(두께가 얇은 부분)에는 더 많은 입자를 부착하여 피복층 두께가 두껍고, 상기 산부에서는 지지체 자체의 두께가 비교적 두껍고 흐름저항이 크기 때문에 입자부착량이 적고 미세여과층(3) 두께가 작아진다. 이와같이 현탁침지법은 본 발명의 실시를 위하여 유효한 방법인 것을 발견하였다.

이와같이 얻은 성형품은 소결로내에서 세트하여, 온도 1050℃ 정도의 무산화분위기 중에서의 소결을 행하여 다공성 소결품인 금속필터(1)를 형성한다. 이 금속필터(1)는 금속단섬유를 3차원적으로 임의배향하여 0.003μm의 입자를 10^-11개의 정밀도로 여과시키고, 게다가 압력손실을 저감시킨다.

이와같이 얻은 본 발명의 금속필터는 상기 반도체용을 비롯하여 각종 용도의 가스, 공기, 물, 용융유체 등의 비처리 유체의 여과에 사용되고, 고정밀도로 고효율의 여과처리를 달성한다. 또, 형상은 상기 통형을 비롯하여 디스크형상, 컵형상등 각종 형태로 형성되고, 또 피복면과는 반대측의 지지체의 면도 쉽게 평활(平滑)하게 할 수 있으므로 가령 피처리 유체의 잔사가 잔류되는 일도 적다.

발명의 개시

본 발명은 지지체의 피복면을 요철로 함과 동시에 그 면을 미세한 여과층으로 덮음으로써 기복여과면을 갖는 필터로 하고, 또 필터내를 피처리유체가 균일하 게 통과하도록 기복여과면에서 곡부(谷部)에서의 여과층 두께를 산부(山部)의 산정에서의 여과층 두께보다도 크게하는 것을 기본으로 하여, 고정밀도이면서 여과효율이 우수한 금속필터를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

그리고, 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 단일체로는 여과압에 대하여 형상을 유지할 수 없는 두께의 미세여과층과, 이 여과층을 적층 일체화하여 형상을 유지시키는 피복면을 갖는 소결다공성의 지지체로 이루어지는 금속필터로서,

상기 미세여과층의 구멍의 평균기공지름을 상기 지지체 구멍의 평균기공지름 보다 작게하고, 또 상기 지지체는 상기 피복면이 산부를 갖는 요철로 형성됨으로써 미세 여과층의 여과면을 그 실제여과면적 S1과, 요철로 형성되지 않을 경우의 기준여과 면적 S0의 면적비 S1/S0가 1.3 이상인 기복여과면으로 함과 동시에 상기 산부간 곡부에서의 상기 미세여과층의 평균두께를 산부에서의 평균두께보다 두껍게하고, 또 상기 미세여과층의 여과면을 미끄러운 곡면상으로 형성한 것을 특징으로 하는 금속필터를 제공한다.

상기 지지체는 상기 산부가 둘레방향으로 인접하고 또 축방향으로 뻗는 통상체로 이루어지고 또 산부의 그 둘레방향피치를 상기 곡부로 부터의 그 산부의 상기 산부까지의 융기 높이의 2∼4배로 할 수도 있고, 또 상기 미세여과층은 평균직경(d)이 3μm이하 또한 길이(L)와 직경(d)의 비 L/d인 애스펙트비의 평균치가 2∼20인 금속단섬유(短纖維)를 함유하는 분상체의 다공성 소결체로 할 수도 있다.

또한, 기체를 실질적으로 0.01μm 이상 크기의 입자를 10^-10개 이하로 여과함과 동시에 상기 기체가 반도체 제조용 가스인 금속필터로 할 수도 있다.

이와같은 금속필터는 기복여과면으로 함으로써 여과면적 향상을 도모하는 한편, 미세여과층을 단일체로는 여과압에 견딜수 없을 정도로 얇게 함과 동시에 필터형상의 유지를 실질적으로 지지체로 행함으로써, 고정밀도 여과를 효율좋게 처리하고 아울러 기계적 강도도 구비시킨다.

이와같은 필터에 있어서, 본 발명은 지지체의 피복면을 산부를 갖는 요철로 형성되는 한편, 그 요철에 따라 미세 여과층을 피복함으로써 기복여과면으로 하는 것으로, 이 경우의 기복정도로서 요철을 형성하지 않을 경우의 여과면적의 1.3배 이상으로 하고 있다.

이 여과면적비 1.3배 이상으로 하는 이유는 피처리 유체가 가령 고순도 가스나 폴리머를 대상으로 할 경우, 통상의 미세기공의 필터는 압력손실을 높여 처리중의 변성을 초래하기 쉽고, 이것을 막기 위하여는 효율좋게 여과처리 할 필요성과, 한편 필터용기는 이미 제조된 크기가 있을 것, 또한 이와같은 기공특성이 다른 적층구조품을 가령 소결에 의해 일체화할 경우, 열수축율의 상이에 따른 층기공이나 크랙등의 발생을 억제하기 위해서는 상기 여과 면적비를 적어도 1.3배 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 필요이상 큰 여과면적비로 하는 것은 기복간격을 오히려 좁게 하거나 크게 돌출시킴으로써 양호한 미세여과층의 형성이 곤란하다. 그래서, 바람직하게는 5배 이하, 더욱 바람직하게는 1.5∼3배로 한다.

또, 이와같은 요철 형성한 적층금속 필터는 전체적인 요철두께에 따라 각부에서의 흐름저항이 다른 것이 통례이고, 따라서 단순히 요철형성하여 여과면적을 증대시키는 것 뿐인 것으로는 흐름저항이 작은 부분이 우선적으로 여과처리되기 때문에 체류나 변성의 원인이 된다.

그래서, 본 발명은 필터전면을 균일하게 사용하기 위하여 적어도 흐름저항이 커지는 요철산부에서의 여과층 두께를 그 곡분에서의 여과층 두께보다 얇게 함으로써 해결하였다.

구체예

스테인레스강 분사 분말(평균입경 15μm)을 도 6 표시의 내형(15), 외형(16) 간의 간극내에 충전하여 가압 성형함과 동시에 소결함으로써 비교적 긴 외경 32mm, 내경 25mm의 다공성 소결의 통상체를 얻었다. 통상체는 평균기공률 38%, 기공 5μm이고, 또 그 외주에는 둘레피치(본 예는 곡폭도 된다) 2mm, 높이 2mm 정도의 산부가 연속하여 형성되고 있다. 또, 금형에서 200kg/cm²로 가압하고 또 온도 1150℃×30min 의 조건으로 소결을 행하였다. 또, 상기 성형성은 처리도중에서 임의의 빠른 단계로 제거하게 하여 제품에의 몰드에 의한 영향을 매우 경감하였다.

다음에 통상체를 길이 35mm로 절단하여 지지체를 형성함과 동시에 도 7 표시와 같이 덮개체에 의해 일단을 닫고, 또 타단을 봉지용판(22)을 고착하여 스테인레스강 단섬유(섬유경 2μm, 애스펙트비 8)를 순수중에 소정농도로 현탁하면서 회전자(25)에 의해 충분히 교반한 현탁액중에 승강자재의 장치를 사용하여 상기 지지체를 침지하여 진공펌프(24)로 가령 1kg/cm²의 압력으로 약 5초간 흡인시켜 상기 금속단섬유의 미세여과층을 지지체(2)의 표면상에 적층형성하였다.

이와같이 얻은 금속필터는 그 외면측을 상기 미세여과층으로 덮음과 동시에 기복여과면을 갖는 적층품으로 다음에 소결로내에 세트하여 온도 1050℃의 무산화 분위기중에서의 소결을 행하였다. 도 5는 이 처리로 얻은 소결품의 단면사진(100배)의 한예이다.

또, 이 단면에서의 여과층(3)의 두께분포를 조사한 결과, 그 곡저에서는 0.15mm, 산정에서는 0.1mm의 두께이고, 동시에 그 표면적은 매끄럽게 만곡하여 적층되어 있음이 확인되었다. 상기 면적비 S1/S0은 2.03이 되어 있었다. 또, 이 필터에 대하여 여과층 표면결함의 유무를 조사했으나, 기복구조이면서도 균열이나 박리등의 발생이 없고 여과층 전면을 유효하게 사용할 수 있는 특성의 것이다. 또, 도 5와 같이 금속필터(1)는 금속단섬유의 3차원적 임의배향에 의해 0.003μm의 입자를 10^-11개의 정밀도로 여과할 수 있는 기공정밀도를 가지고 있었다. 또 압력손실도 기복여과면을 갖지 않는 것에 비해 향상되어 있다.

이상 설명한 바와같이 본 발명의 금속필터는 미세여과층을 기복여과면으로 하고 여과면적을 요철을 형성하지 않는 경우의 여과면적의 1.3배 이상으로 하기 때문에, 여과면적을 증대하고 압력손실을 감하여 여과 효율을 높이고 있다. 또 미세여과층의 기공은 지지체의 기공지름 보다 작고, 또 그 두께를 여과층만의 단체에서는 여과압에 견딜수 없을 정도로까지 얇게 함으로써 여과정밀도를 향상함과 동시에 압력손실을 더욱 개선하고, 또 지지체에 의해 유지강도를 유지할 수 있다.

게다가 기복에 따라 여과층의 두께를 변화시킴으로써 증대된 여과면의 전면을 유효하게 활용하고, 여과특성의 향상과 모든 형상품의 보급을 가능하게 한다.

또, 청구항 2의 발명에 있어, 산부의 융기높이와 둘레방향 피치비를 적당하게 함으로써 여과면적을 유효하게 증가시키면서 두께 변화를 매끄럽게 하여 미세여과층과 지지체의 부착강도를 유지할 수 있다.

또, 상기 미세여과층은 평균직경(d)이 3μm이하, 또 길이(L)와 직경(d)의 비 L/d인 애스펙트비의 평균치가 2∼20인 금속단섬유를 포함한 분상체의 다공성 소결체로서 형성됨으로써 상기 효과를 유효하게 초래할 수 있는 금속필터를 얻을 수 있고, 청구항 4의 발명과 같이 반도체 제조용 가스의 여과용으로 적합하게 채용될 수 있다.

Claims

단일체로는 여과압에 대하여 형상을 유지할 수 없는 두께의 미세여과층과, 이 여과층을 적층일체화하여 형상을 유지시키는 피복면을 갖는 소결다공성의 지지체로 이루어지는 금속필터로서,

상기 미세여과층 구멍의 평균기공지름을 상기 지지체 구멍의 평균기공지름 보다 작게하고, 또 상기 지지체는 상기 피복면이 산부를 갖는 요철로 형성됨으로써 미세여과층의 여과면을, 그 실제여과면적 S1과, 요철로 형성하지 않은 경우의 기준여과면적 S0과의 면적비 S1/S0가 1.3이상인 기복여과면으로 함과 동시에,

상기 산부간의 곡부에서의 상기 미세여과층의 평균두께를 산부에서의 평균두께보다 두껍게 하고, 또 상기 미세여과층의 여과면을 매끄러운 곡면상으로 형성하는 것을 특징으로 하는 금속필터.
제 1 항에 있어서, 상기 지지체는 상기 산부가 둘레방향으로 인접하고 또 축방향으로 뻗는 통상체로 이루어지고, 또 산부의 그 둘레방향 피치를 상기 곡부로부터 그 산부의 상기 산부까지의 융기높이의 2∼4배로 한 것을 특징으로 하는 금속필터.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 미세여과층은 평균직경(d)이 3μm 이하이고, 또 길이(L)와 직경(d)의 비 L/d인 애스펙트비의 평균치가 2∼20인 금속단섬유를 포함하는 분상체의 소결체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속필터.
제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 기체를 실질적으로 0.01μm이상 크기의 입자가 10^-10개 이하가 되게 여과함과 동시에, 상기 기체가 반도체 제조용의 가스인 것을 특징으로 하는 금속필터.