WO1993006912A1 - Laminated filter medium, method of making said medium, and filter using said medium - Google Patents

Laminated filter medium, method of making said medium, and filter using said medium Download PDF

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suspension
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Hideomi Ishibe
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Nippon Seisen Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a laminated filter medium capable of filtering a liquid, a gas or the like with high accuracy, a method for producing the same, and an improvement of a filter using the laminated medium.
  • those used for the filtration of the process gas in the production of the semiconductor require heat resistance for the baking treatment of the system, and are also required to have corrosion resistance because corrosive gas is sometimes used. Furthermore, in addition to the characteristics such as toughness and flexibility, it is desired to be easy to attach to the housing and to facilitate post-processing.
  • the baking treatment is to heat the entire filtration system including the filter, for example, to about 200 to 400, and remove harmful moisture and the like that adhere to the system and exist in the system in advance. .
  • polymer materials, ceramics, metals, etc. are used as the material of the filter, but those made of polymer materials are limited in the range of use due to heat resistance and corrosion resistance, and also use ceramics. Is inferior in toughness and flexibility, and is prone to chipping and cutting. Moreover, welding cannot be performed even when the housing is used for gas filtration.Therefore, there is an inconvenience that the connection with the housing must be sealed using a non-heat resistant material such as elastic rubber. .
  • the binder can be largely vaporized and removed by sintering and firing of the formed preform, the inner part of the formed product remains without being completely removed.
  • the binder may be present as a carbide due to sintering and firing. Therefore, in a filter for precise filtration, especially in a filter for filtering the above process gas, it is an essential requirement that such a filter be free of such impurities. Has become.
  • Japanese Patent Publication No. 56-8643 (hereinafter referred to as the former) and Japanese Patent Publication No. 63-66665 (hereinafter the latter) have been proposed. Have been.
  • the former indicates that the powder is used as a suspension without using a binder, and that the powder is used as a suspension without using a binder and a powder layer is formed on a support. .
  • the former requires that a tube be used as a support, and that the support be rotated and adhered by centrifugal force. Furthermore, when using a suspending liquid, it is necessary to pressurize from the inside using rubber elastic material and static pressure molding from the inside in order to increase the adhesion strength of the powder layer. 6 ⁇ 3 9 lines).
  • the tube can be formed only with a filtration layer on the inner surface, and the process becomes complicated.
  • the thickness of the filtration layer is increased due to contact with the flowing suspension.
  • the powder tends to be non-uniform, and there is a possibility that the stacked powder may be separated from each other.
  • the centrifugal force and the pressure are applied, the powders are pressed against each other. Reduces porosity, making it difficult to obtain efficient fills.
  • the latter discloses a tube in which the support substantially consists of a tube.
  • the substrate is impregnated with a liquid and then brought into contact with the flowing suspension, and the process is complicated.
  • this proposal is based on the premise that a suspension containing an organic binder is used (column 5, column 3 to line 39), and it is clear that the binder remains in such a case.
  • an object of the present invention is to provide a laminated filter medium having high precision, low pressure loss and uniformity without using a binder, a method for producing the same, and a filter using the laminated filter medium. Disclosure of the invention
  • the laminated filter material of the present invention is a laminated filter material in which a particle layer composed of particles finer than the pore diameter of the support is laminated on at least one surface of the support on a support made of a porous metal, The three surfaces of the support are formed with irregularities, and the particle layer is laminated and supported by immersing the support in a suspension in which the particles are suspended without using a binder, and evacuation. It is characterized in that the boundary surface with the body follows the irregularities, and the support and the particle layer are sintered together.
  • the method for producing a laminated filter medium of the present invention comprises the steps of obtaining a porous support having irregularities on one surface, suspending and dispersing particles finer than the average pore size of the support without using a binder. Preparing the suspension, and immersing the support in the suspension and evacuating the suspension from one side in contact with the suspension to the other side, so that the boundary A step of obtaining a laminated molded body in which a particle layer having a surface along the irregularities is laminated; a step of taking out the laminated molded body from the suspension; and a step of sintering the laminated molded body to form a laminated filter medium. .
  • the laminated medium is fixed to a support bracket.
  • a filter wherein one surface of the mounting bracket and the end surface of the supporting bracket having a metal mounting portion in contact with an end surface of the laminated metal member for fixing the laminated filter medium,
  • the particle layer is fixed by welding for melting.
  • the laminated material is made of a sintered metal, it is excellent in strength, heat resistance, workability, and mounting properties, etc., and the particles adhere to the irregularities of the support, so that a strong bond is maintained.
  • the support By immersing the support in a suspension that does not use a material and evacuating it, it is formed without applying centrifugal force and pressurization, so it can increase porosity, reduce pressure loss, and homogenize. Improves filtration efficiency and enables clean high-precision filtration without generation of impurities. Further, since the support is used, the strength can be maintained and the thickness of the particle layer can be reduced.
  • the filter is formed of the laminated filter medium and has excellent filtering characteristics. Further, since the filter is welded to the support metal from the opposite side of the support metal, it is free from cracks and cracks, and is made of a strong polymer material such as a backing. It can be attached to the housing without using it, improving heat resistance.
  • the particles are formed into a suspension without using a binder and the particle layer is formed by vacuuming, a multilayer filter medium with excellent uniformity, high porosity, and high filtration efficiency can be easily prepared. It can be manufactured with high productivity by the process, and various complicated shaped products can be manufactured.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing one embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view illustrating an interface
  • FIG. 3 is a microscope enlarged photograph illustrating a support and a particle layer
  • FIG. FIG. 5 is a perspective view showing another example of the support
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing another example of the support
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing another example of the support
  • FIG. 7 is a particle layer.
  • FIG. 8 is an enlarged microscope photograph showing another embodiment of the present invention using a spherical powder in FIG. 8
  • FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a production apparatus
  • FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating the relationship between FIG.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an example of a filter
  • FIG. 11 is a cross-sectional view enlarging a welded portion
  • FIG. 12 is a diagram illustrating flow rate characteristics
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the thickness of a particle layer and flow rate characteristics.
  • FIG. 1 shows an embodiment in which the laminated filter medium 1 has a cup shape with a bottom.
  • the laminated filter medium 1 has a particle layer 3 laminated on one surface which is the outer surface of the support 2. .
  • the support 2 has a small pressure loss, has sufficient molding strength, and has a uniform or even continuous hole from one surface to the other surface. Is used.
  • an atomized powder having a diameter as large as about 20 to 100 times the average diameter of the particles of the particle layer 3 as the metal powder as shown in FIG.
  • the relatively large unevenness 5 is formed by the outer shape of the metal powder. Therefore, for example, an atomized powder of about # 140000 mesh to about 200/250 mesh is employed.
  • the particle size of the powder of the support 2 affects the smoothness of the outer surface of the laminated filter medium, and if the surface is rough, the surface of the particle layer 3 tends to be uneven, so that foreign substances are prevented from adhering to the surface and the surface. It is preferable that the powder is smooth for the sake of baking, and powder having a mesh of about 200/250 is considered to be relatively preferable.
  • stainless steel powder is used to obtain corrosion resistance.
  • a powder having an irregular shape can increase the porosity of the support, suppress an increase in pressure loss, and increase the adhesion of particles.
  • the support 2 has an average pore diameter of 20 to 100 ⁇ m and a porosity of about 40 to 50% to reduce pressure loss. As shown in FIGS. 2 and 3, the particles of the particle layer 3 may enter the inside of the support 2, but the entry into the support is not a particular problem.
  • the support 2 is formed by molding such a powder by cold blessing at a press pressure of about 1 to 3 tonnes Zcm 2 without using a binder, and for example, in a vacuum furnace at 110 ° C. It is formed by sintering about 6 O min.
  • the support 2 may be made of a metal such as titanium, Hastelloy (registered trademark) alloy, or the like, in addition to the stainless steel, and may be a molded product obtained by sintering metal short fibers or long fibers instead of powder. May also be used. In addition to powder metallurgy and fiber metallurgy, porous materials such as metal foams and wire mesh can be used.
  • the support 2 may be formed in a plate shape, for example, as shown in FIGS. 4 and 5, a cylindrical shape, a square tube shape, or a bellows shape. It can also be a sphere, a cone or other cone. Furthermore, a gradient can be provided in the powder distribution, and two or more different powders can be mixed or formed into a multilayer structure.
  • FIG. 6 exemplifies a support 2 in which a sintered sheet formed by randomly arranging and sintering metal fibers is formed into a hat shape, and strength, pore characteristics, and the like can be easily selected.
  • the support 2 having an average pore diameter of about 10 im and a thickness of about 1 to 3 mm can be obtained by using a sheet of stainless steel having a diameter of about 4 to 20 m.
  • a wire mesh is used as the support 2
  • the relationship between the wire thickness and the pore diameter is generally correlated, and a fine wire mesh must be used to obtain fine pores.
  • a plate body is formed by integrally laminating, for example, a plurality of meshes (for example, about 2 to 20, preferably about 2 to 5) having different wire diameters, basis weights, and the like.
  • it may be formed into various shapes by machining such as bending and welding.
  • a metal powder can be used in addition to the short metal fiber.
  • the particles are preferably made of the same metal as the support 2.
  • SUS316L or SUS317L with good corrosion resistance is good.
  • filtering corrosive gases and liquids such as He1 and HF, high Corrosion resistant Inconel, Penel, Nickel, and Hastelloy C-based and X-based (registered trademark) It is good to adopt which.
  • the metal short fibers include, in addition to those obtained by mechanically cutting stainless steel filaments, the crystal length of stainless steel filaments proposed by the applicant of the present application in Japanese Patent Publication No. 63-63645. It is possible to suitably use metal short fibers cut by a chemical method in which the grain boundaries are selectively corroded and cut by chemicals by adjusting the grain boundaries. These short metal fibers have the same diameter over the entire length and are sagged at the ends, that is, they have a columnar shape having no hook-shaped protrusion in a direction intersecting with the longitudinal axis. This can reduce the entanglement between the short metal fibers and form a uniform filtration layer.
  • the particles have a particle diameter smaller than the average pore diameter of the support 2, and when a short metal fiber is used, the fiber diameter is 0.5 to: I5 um, preferably 0.5 to 4 m. Use those.
  • the short metal fiber having a wire diameter of 0.5 or more and smaller than 2 m was obtained by recent research and development by the present applicant.
  • pores with a fiber diameter of 15 im or more have large pores and poor adhesion to each other.
  • a small diameter one is preferable, it is difficult to manufacture it at 0.5 j ⁇ m or less.
  • a short metal fiber having a small diameter By using such a short metal fiber having a small diameter, a fine filter hole can be obtained, and the pore size distribution can be made uniform, and the intermetallic bond between the support 2 and the particles can be improved. It will be.
  • the boundary surface of the particle layer 3 with the support 2 is along the unevenness 5 of the support and the particles enter the pores 6 of the support 2.
  • the adhesion to the support 2 can be increased, and the product strength after sintering can be improved.
  • the fiber diameter of the short metal fibers 2 is an average value of diameters measured at each position and in each direction over the entire length of each metal short fiber, and measured at each position and direction of each short fiber. The value can be about 30% of the average value and the same diameter over the entire length of the barracks. Similarly, the short metal fibers 2 may include those having a diameter different by about 20%.
  • the short metal fiber has an aspect ratio of about 2 to 15.
  • the aspect ratio is 15 or more, dispersion is not sufficiently performed, and some short fibers are sintered in blocks. And the uniformity is impaired. In addition, it becomes difficult to adjust the pore characteristics and form three-dimensional pores. In the case of 2 or less, it approaches the powder and reduces the porosity, which tends to increase the pressure loss. It is preferably in the range of 4 to 8, which can prevent the metal short iron from being formed into a block and eliminate internal defects.
  • the aspect ratio is a value obtained by dividing the length of the short fiber by its diameter.
  • the short or long aspect ratio is normally distributed.
  • Aspect ratios are defined as the average of the ratios of short metal components.
  • the dispersion of the distribution is reduced.
  • Spherical or amorphous powder produced by, for example, an atomized method can be used as the particles.
  • a plurality of types of powders having different particle diameters and shapes can be mixed.
  • the metal atomized fine powder a powder having a small diameter and a particle diameter of 15 m or less, preferably 6 m or less can be used as in the case of the metal short fiber.
  • the pore distribution can be made uniform by forming the particles into a spherical shape, a powder having a large apparent density is preferable for easy lamination by the suction method.
  • FIG. 7 shows the boundary portion between the support 2 and the particle layer 3 of the laminated filter medium 1 using spherical atomized powder as the particles in an enlarged scale of about 800 times.
  • the filter pores can be adjusted by using a mixed powder obtained by mixing metal powder with short metal fibers.
  • the particle layer 3 is a layer to be filtered, and its pores are continuous, preferably as small and uniform as possible and have a high porosity. Therefore, the porosity is set to 50% or more and 80% or less. By setting the porosity of the particle layer 3 to 50% or more as described above, the pressure loss of the fluid can be reduced and the filtration performance can be improved.
  • the porosity is calculated from the volume and weight of the laminated filter medium, or calculated by surface image analysis, and means the void volume per unit volume of the sintered body.
  • the particle layer 3 having such a porosity is formed by immersing the support 2 in a suspension in which the particles are suspended without using a binder, and by laminating by a vacuum bow. .
  • the porosity can be increased.
  • the boundary surface of the particle layer 3 facing the support layer 2 can be formed along the unevenness 5 of the support as described above.
  • the particle layer 3 has substantially the same thickness.
  • the thickness of the particle layer 3 is preferably 12 or less, more preferably 1 to 4 and more than 1 to 20 of the thickness of the laminated material 1, for example, 0.2 to 2.0. ram, preferably about 0.3 to 0.5 mm. It has been found that even with such a thickness, good filtration performance can be exhibited. Note that the particle layer 3 may be a plurality of layers using particles having different diameters.
  • the support 2 and the particle layer 3 are integrated by sintering.
  • FIG. 8 shows an embodiment of the production method, taking as an example the case where the laminated filter medium 1 in the form of a nap is formed.
  • the support 2 is prepared by sintering a tube-shaped molded product formed by a known method, for example, cold press molding without using a binder.
  • the support 2 has irregularities formed on one surface, which is the outer surface thereof, and the concave portion has one surface extending from one surface to the other surface. A continuous hole is formed on the surface of.
  • the opening of the support 2 is sealed with a body 11 made of silicon rubber or the like through which the suction conduit 10 passes, and attached to the elevating device 12.
  • a vacuum pump P is connected to the conduit 10.
  • the suspension 15 suspends particles for forming the particle layer 3 in a liquid.
  • Water or alcohol can be used as the liquid. It is preferable to use pure water, for example, pure water as much as possible.
  • isopropyl alcohol or the like can be used as the alcohol.
  • no binder such as a resin binder is mixed.
  • the suspension 15 is stored in a container 16 having a depth enough to completely immerse the support 2.
  • the concentration of the particles in the suspension 15 is set to a concentration of 200 g or more. As a result, it has been found that the evacuation time is shortened, and that stable quality without defects can be obtained. This concentration greatly affects the pore size distribution. If the concentration is excessively low, pinholes are generated in the particle layer, the porosity after sintering increases, and the pore size moves to the coarse side.
  • the concentration of the particles is set to 200 gZ liter or more, preferably 300 g no liter or more. Note that the upper limit is considered to be about 1000 g / liter.
  • the elevating device 12 is operated to immerse the support 2 in the suspension 15.
  • the lifting device 12 uses, for example, an air cylinder, and can be rapidly immersed.
  • the immersion time is precisely controlled by the timer.
  • the vacuum pump P Prior to or after immersion, the vacuum pump P is operated to reduce the pressure from the outer surface in contact with the suspension to the inner surface. Even if the vacuum pump is operated in advance, if the descent time is short and the whole is not immersed, the air is absorbed and the suspension is sucked only after the whole is immersed. The variation in the size is relatively small.
  • vacuum suction is performed at 0.9 to 0.1 kgZcm 2 (680 to 76 Hg), preferably about 228 to 76 mmHg.
  • the particles dispersed in the suspension 15 are successively sucked on the surface of the support and deposited in a layer along the irregularities 5 of the support 2 and penetrating into the pores 6.
  • a particle layer 3 is formed. 1 t
  • the particle layer 3 has a porosity of about 50 to 80%.
  • the suction pressure is equivalent to the molding pressure of the particle layer 3, and the porosity can be changed by adjusting the suction pressure. It is preferable to aspirate to the extent of 228 to 76 strokes Hg as described above.
  • the processing time can be shortened by increasing the suction pressure.
  • the particle layer 3 is formed on one surface of the support 3. Since the suspension 15 mixes the particles uniformly, and the sucked liquid is discharged as it is, the concentration of the suspension hardly changes even when used. The prescribed concentration can be maintained only by supplementation.
  • FIG. 9 shows a mesh of 140 rn / 2 using a short metal fiber with a fiber diameter of 2.5 rn and an aspect ratio of 6, and a concentration of 300 g and a suction speed of 400 cc.
  • FIG. 4 shows the relationship between the processing time and the particle layer thickness in a support formed from a sintered product of powders 0 and 200/250.
  • the thickness of the particle layer 3 is more than a certain value, the particle trapping performance is not much different, but it is considered that the thickness affects the pressure loss.
  • concentration of the suspension 15 and the suction pressure are kept constant, the thickness of the formed particle layer 3 can be adjusted by the suction time.
  • the particle size of the powder of the support 2 is small, the pressure loss is small. It is considered that the particle layer 3 becomes thinner.
  • the support 2 having a fine particle size the cross-linking is rapidly formed immediately after the start of suction, so that the thickness of the particle layer 3 of the support having the fine particle size is large in a range where the suction time is short. I understand. Therefore, it can be seen from FIG. 9 that the support 2 having a finer particle size is more stable without being affected by the difference in suction time.
  • the particle layer 3 can have a multilayer structure, and two or more different types of particles can be suspended in a suspension.
  • the laminated molded body 7 is sintered.
  • the sintering process is performed, for example, in a vacuum furnace, an inert gas atmosphere furnace, or a hydrogen furnace. Depending on the material, the sintering is performed at a heating temperature of 900 to 150, for example. Hold for a minute to 6 hours. 20. / Min, preferably more than 10 ° Z, it can be seen that the relatively brittle particle layer 3 formed by lamination can be prevented from cracking, etc. by raising the temperature while avoiding a sharp rise in temperature. Was issued.
  • the laminated molded article 7 is bonded to the support and becomes a solid integrated article.
  • the sintering conditions are determined according to the material and properties of the particles.
  • the filter F accommodates and fixes the cup-shaped laminated filter medium 1 in a support bracket 20 as a housing.
  • the support bracket 20 includes a first divided piece 21 having a threaded portion at one end of a cylindrical base capable of storing the laminated filter medium 1 and having a conducting hole, and a threaded portion at one end.
  • a third split piece 23 of a ring sash having the following.
  • the third divided piece 23 is welded and fixed by plasma welding from the opposite surface of the mounting portion 24 in contact with the end surface 1A of the laminated material 1. This can suppress the occurrence of welding cracks and cracks, which tend to occur with welding.
  • the melt depth D is smaller than the melt width W, so that a wide width can be welded while suppressing a decrease in the filtration area of the filter medium.
  • the melting depth D is set to about 5 thighs or less.
  • the end face 1A of It can be directly welded to the divided pieces 22 and, even when the laminated material 1 is, for example, in a flat plate shape, the outer peripheral surface can be fixed by such a method to prevent cracks and the like.
  • a suspension of 316L stainless steel short metal fibers with a fiber diameter of 2.5 ⁇ m and an average aspect ratio of 6 suspended in water at a concentration of 300 g The support was immersed for 2.0 seconds to obtain a laminated molded article having a particle layer having a thickness of 0.4 IM.
  • the support was molded and sintered using stainless steel powder having a mesh of 200/250. After drying this laminated molded product, it was sintered in a vacuum atmosphere under the condition of 1000 ° C. ⁇ 3 O min to form a laminated filter medium.
  • This is called an example product.
  • the product of the example has a beautiful surface, and fine pores are uniformly formed in the particle layer.
  • Comparative Examples 1, 2 and 3 which were commercially available for high precision filtration were purchased. Comparative examples 1 and 2 are ceramic filters produced by companies A and B in Japan. Further, Comparative Example Product 3 is made of all stainless steel manufactured by Company C in the United States, and has filter members stacked in multiple layers in a bellows shape.
  • FIG. 12 shows the measurement results of the flow characteristics of the example product and the comparative example product.
  • Comparative example product 3 has a relatively low pressure loss, but comparative example products 1 and 2 made of ceramics have a high pressure loss, and the example product has a smaller pressure loss than any of the comparative example products. It can be seen that the filter has low pressure loss and high accuracy.
  • the filtration surface of the example product and the comparative example product Assuming that the product of the example is 1, the products of the comparative examples 1 and 2 are 1.5, and the product of the comparative example is about 2. The product of the example is the smallest.
  • Air port sol D 0 P polydisperse particles
  • CNC Condensation nuclei detector
  • the number of particles flowing out at the time of the 9-liter flow is as follows.
  • the bubble point pressure is measured by using isopropyl alcohol as specified in JIS standard B8536 “Extra particle size test”.
  • the pressure at which bubbles are generated, and the intersection bubble point pressure is calculated from the graph showing the relationship between the pressure and the flow rate, and means the pressure obtained at the intersection of the high and low rate of change. I have. Therefore, the closer the initial value of the intersection point is to 1, the narrower the pore diameter is, which means that the filter is excellent as a member of the filter.
  • the value of the bubble point shows a stable value within each condition, and the increase due to the increase in thickness is not so large.
  • the value around 450 OraraAq at the intersection is an extremely high value, which means that a high-precision filter with a low pressure drop is obtained.
  • FIG. 13 shows the result of measuring the correlation between the thickness and the airflow resistance when the thickness of the example product was changed.
  • the thickness and the ventilation resistance have a linear relationship, and are expressed by the following equation.
  • the clear linear relationship between the thickness and the airflow resistance means that the structure of the particle layer is extremely uniform, the distribution density is constant even when the thickness changes, and This indicates that the variation in thickness is small over the whole area.
  • the thickness of the short fiber layer can be adjusted arbitrarily by setting the suction time, 306912

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Description

明 細 書 積層滤材とその製造方法並びに積層滤材を用いたフィルタ 技術分野
本発明は、 液体、 気体などを高精度に濾過しうる積層濾材、 その製造方法及び 積層滤材を用いたフィルタの改良に関する。 背景技術
近年、 高分子ポリマーなどの数/ 程度の異物を除去する液体の濾過とともに 、 例えば半導体を中心とする電子分野で用いるプロセスガスにおいては、 0 . 1 m程度以下の異物を濾過する気体の濾過が必要となるなど、 濾過精度の向上が 望まれ、 また濾過に際して、 圧力損失を減じることが要請されている。
とくに前記半導体の製造においてプロセスガスの濾過用として使用するものは 、 システムのベーキング処理のために耐熱性が必要となり、 かつ腐蝕性ガスを用 いることがあるため、 耐蝕性も要求される。 さらに靭性、 可撓性などの特性に加 え、 ハウジングへの取付性、 後加工の容易性なども望まれる。 なおべ一キング処 理とは、 フィルタを含む濾過システム全体を、 例えば 2ひ 0〜4 0 0で程度に加 熱し、 システム内に付着し、 存在する有害な水分などを予め除去すものである。
ところで、 フィルタの材質として、 高分子材料、 セラミック、 金属などが用い られているが、 高分子材料からなるものは、 耐熱性、 耐蝕性の理由により、 使用 範囲が制限され、 またセラミックを用いるものは、 靭性、 可撓性に劣り、 欠け、 切損などが生じやすい。 しかもガス濾過用として用いるべくハウジングに収容す るときにも溶接をなしえないため、 ハウジングとの接続部に髙弾性ゴムなどの非 耐熱材を利用して封止しなければならないという不都合もある。
さらに精密濾過用フィルタにおいては、 ガス用、 液体用を問わずフィルタ自体 からの不純物の発生を極力抑制しなければならない。 このような不純物は、 濾過 Λ
2 後の液体、 気体に混入し、 滤過精度を著しく低下させる。 またかかる不純物とし て、 高分子を素材としたフ ルタ、 バッキン類を使用するときに生じるこの髙分 子材料自体からの水分、 ハイド口カーボン等の他、 とくに粉体、 粒子を用いてフ ィルタを成型するに際して、 その保形のために混入する有機バインダなどの結合 材が不純物の発生源であることが見出された。
このような結合材は、 成形された予備成形品の焼結、 焼成によって、 大部分は 気化し除去しうるとはいえ、 成形品の奧部のものは完全に除去されることなく残 留し易く、 また焼結、 焼成により結合材は炭化物として存在することがあり、 精 密瀘過用のフィルタ、 特に前記プロセスガス濾過用のフィルタにおいては、 かか る不純物のないことが不可欠の要件となっている。
他方、 微細粒子を混合した懸濁液に多孔質からなる支持体を浸漬し、 かつ内圧 を低下することによつて支持体の一面に粒子層を形成するいわゆる湿式吸弓 ί成形 法が知られている。
又この湿式吸引成形法について、 例えば特公昭 5 6 - 8 6 4 3号公報 （以下前 者という） 、 特公昭 6 3 - 6 6 5 6 6号公報 （以下後者という） などのものが提 案されている。
前者は、 粉体を懸濁液とすることなく粉体のまま用いる場合の他、 '粉体を結合 材を用いない懸濁液とし、 支持体に粉体層を形成することも示している。
しかしながら、 この前者のものは、 支持体として管体を用いること、 しかも支 持体を回転し遠心力によって付着させることを要件としている。 さらに懸簡液を 用いるときには、 粉体層の付着強度を高めるために、 内部からゴム弾性体、 静圧 成型を用いて内部から加圧することが必要であるとしている （同公報 5欄 3 3〜 6欐 3 9行） 。
しかしながら、 このようなものでは、 管体、 しかもその内面に濾過層のあるも のしか成形しえず、 又工程が複雑となる他、 流れる懸濁液と接触するため、 濾過 層の厚さが不均一となりやすく、 また積層した粉体の界剝離が生じる恐れもあり 、 しかも遠心力、 加圧を作用させるため、 粉体が互いに圧接されることにより、 空隙率を減じ、 髙能率のフィル夕が得られにくい。
又後者のものは、 実質的に支持体が管体からなるものを開示し、 また、 支持体 に液体を含浸させたのち、 流過する懸濁液に接触させるものであり、 工程が複雑 である他、 この提案では有機質バインダを添加した懸濁液を用いる （同公報 5欄 3了〜 3 9行） ことを前提としており、 このようなものでは結合材が残留するの は明らかである。
本発明は、 結合材を用いることなく、 しかも遠心力などを加えることなく単な る懸濁液への浸漬および真空引きによって、 焼結しうるに足る保形性をうること 見出し完成したものであり、 従って本発明は、 高精度、 低圧損かつ均質であって 、 結合材を用いない積層濾材、 その製法及び積層濾材をもちいたフィル夕の提供 を目的としている。 発明の開示
本発明の積層滤材は、 多孔質の金属からなる支持体に、 該支持体の孔径より微 細な粒子からなる粒子層を前記支持体の少なくとも一つの面に積層した積層濾材 であって、 支持体の前記 3の面を凹凸に形成し、 かつ前記粒子層は、 結合材を 用いることなく前記粒子を懸濁した懸濁液への前記支持体の浸漬、 真空引きによ り積層され支持体との境界面が前記凹凸に沿うとともに、 支持体と粒子層とを一 体に焼結したことを特徵としている。
本発明の積層濾材の製造方法は、 一つの面に凹凸をもつ多孔質の支持体をうる 段階と、 該支持体の平均孔径より微細の粒子を結合材を用いることなく懸濁しか つ分散させた懸濁液を用意する段階と、 支持体を前記懸濁液中に浸漬ししかも懸 濁液に接する一つの面側から他の面側に前記懸濁液を真空引きすることにより、 その境界面が前記凹凸に沿う粒子層を積層した積層成形体をうる段階と、 該積層 成形体を前記懸濁液から取り出す段階と、 この積層成形体を焼結して積層濾材と する段階とを含む。
本発明の積層濾材を用いるフィルタは、 前記積層滤材を、 支持金具に固定した フィルタであって、 一面が、 前記積層濾材を固定する該積層滤材の端面に接する 金属性の取付部を有する前記支持金具の前記取付部と前記端面とを、 前記取付部 の他面側からしかも前記粒子層を溶融する溶接によって固定したことを特徵とし ている。
積層滤材は、 金属の焼結体からなるため、 強度、 耐熱性、 加工性、 取付け性な どに優れるとともに、 粒子は、 支持体の凹凸に沿うため強固な結合が維持される o また結合材を用いない懸濁液に支持体を浸漬しかつ真空引きすることにより、 遠心力、 加圧を作用させることなく形成するため、 空隙率を高め、 圧力損失を減 じ、 かつ均質化でき、 濾過能率を向上するとともに、 不純物の発生のない清浄な 高精度濾過を可能とする。 又支持体を用いるため、 強度を維持でき、 粒子層の厚 さを低減しうる。
フィルタは前記積層濾材によって形成され、 濾過特性に優れる他、 支持金具と は、 該支持金具の反対面から溶接しているため、 割れ、 クラックがなく、 強固な 、 しかもバッキンなどの高分子材料を用いることなく、 ハウジングへ取付けでき 、 耐熱性を向上する。
さらに製造方法について、 粒子を結合材を用いることなく懸濁液とし、 かつ真 空引きによって粒子層を形成しているため、 均一性に優れかつ高い空隙率、高い 濾過能率の積層濾材を簡易な工程によって生産性よく製造でき、 かつ種々な複雑 な形状品の製造が可能となる。 図面の簡単な説明
図 1は本発明の一実施例を示す断面図であり、 図 2は境界面を例示する拡大断面 図であり、 図 3は支持体と粒子層を例示する顕微鏡拡大写真であり、 図 4は支持 体の他の例を示す斜視図であり、 図 5は支持体の他の例を示す断面図であり、 図 6は支持体の他の例を示す断面図であり、 図 7は粒子層に球状の粉末を用いた本 発明の他の実施例を示す顕微鏡拡大写真であり、 図 8は製造装置を例示する断面 図であり、 図 9は支持体の粉体の粒度と粒子層の厚さの関係を例示する線図であ り、 図 1 0はフィルタの一実施例を例示する断面図であり、 図 1 1は溶着部分を 拡大する断面図であり、 図 1 2は流量特性を例示する線図であり、 図 1 3は粒子 層の厚さと流量特性を例示する線図である。 発明を実施するための最良の形態
本発明をより詳細に説述するために、 添付の図面に従ってこれを説明する。 図 1は、 積層濾材 1が有底カップ状をなす一実施例を示し、 積層濾材 1は、 本 実施例では、 支持体 2の外側面である一つの面に粒子層 3を積層している。
前記支持体 2は、 圧力損失が少なく、 十分な成形強度を具え、 かつ均一なしか も一面から他面まで連続した孔を具えることが必要であり、 本例では、 金属粉末 の焼結体を用いている。
なお金属粉末として、 前記粒子層 3の粒子に対して、 その平均直径が 2 0〜1 0 0倍程度の大きい直径の例えばアトマイズド粉末を用いることにより、 図 2に 示すように、 前記粒子にとっては、 相対的に充分に大きい凹凸 5を、 前記金属粉 末の外形形状により形成する。 そのため例えば # 1 4 0 2 0 0メッシュ〜 2 0 0 / 2 5 0メッシュ程度のァトマィズド粉末を採用してぃる。 支持体 2の粉末の 粒度は、 積層濾材の外表面の平滑さに影響し、 粗いと粒子層 3の表面にも凹凸が 生じがちであるため、 外観上、 また表面への異物の付着を防ぐためにも平滑であ るのがよく、 2 0 0 / 2 5 0メッシュ程度の粉体が比較的好ましいものと考えら れる。
さらに耐食性をうるためにステンレス鋼の粉末を用いる。 特に不定形な形状を もつ粉末は、 支持体の空孔率を高め、 圧力損失の増加を抑えることができかつ粒 子の付着性を増しうる。
また支持体 2の平均孔径は 2 0〜1 0 0 ^ m、 かつ空孔率を 4 0〜 5 0 %程度 とし、 圧力損失を低下させる。 なお支持体 2には、 図 2、 3に示すように、 粒子 層 3の粒子が内部に入り込むことがあるが、 この支持体への入り込みは、 特に問 題ではない。 前記支持体 2は、 このような粉末を、 結合材を用いることなく、 約 1〜3 t ト ン Zcm2 のプレス圧で冷間ブレスにより成形し、 かつ真空炉で例えば 1 1 0 0で X 6 O min程度の焼結を行うことによって形成している。
なお支持体 2は、 前記ステンレス鐧の他、 チタン、 ハステロィ （登録商標） 合 金などの金属を用いることもでき、 また粉末に代えて金属の短繊維、 長截維など を焼結した成形品も使用しうる。 さらに、 粉末冶金、 繊維冶金とともに金属発泡 品、 線材メッシュなどの多孔体をも用いうる。
又支持体 2は、 カップ型以外にも、 板状とすることも、 例えば図 4、 5に示す ように、 円筒状、 角筒状、 ジャバラ状とすることも、 意識的に凹凸を形成するこ とも、 また球体、 円錐などの錐体状とすることもできる。 さらに粉末分布に勾配 をもたせ、 2以上の異なる粉末を混合しまたは複層構造とすることもできる。 さらに図 6は、 例えば金属織維をランダムに配置し焼結した焼結シートを帽子 状に成形した支持体 2を例示し、 強度、 空孔特性などを容易に選択しうる。 この とき、 ステンレス鋼の直径が 4〜2 0 m程度の織維からなるシートを用いて、 平均空孔径 1 0 im程度、 厚さ 1〜3麵程度の支持体 2をうることができる。 又支持体 2として金網であるメッシュを用いる場合、 一般に線材太さと空孔径 との関係が相関しており、 微細空孔を得よるには細い線材のメッシュを使用せざ るを得ず、 従って強度が劣ることとなるため、 同一のメッシュの他、 例えば線径 目付ピッチなどが異なる複数のメッシュ （例えば 2〜2 0枚、 好ましくは 2〜 5枚程度） を一体に積層した板体を形成した上、 曲げ、 溶接などの機械加工によ り種々な形状に成形するのもよい。
次ぎに粒子層 3について説明する。
粒子層 3の粒子として、 金属短織維の他、 金属の粉末を用いうる。 また粒子は 、 好ましくは、 支持体 2と同種の金属を用いるのがよい。 なおステンレス鋼を用 いるときには、 耐蝕性の良い S U S 3 1 6 L、 S U S 3 1 7 Lなどが良く、 例え ば、 H e 1、 H Fのような腐食性のガス、 液体を濾過するときには、 高耐食性の インコネル、 乇ネル、 ニッケル、 さらにはハステロィ C系、 X系 （登録商標） な どを採用するのもよい。
なお金属短繊維としては、 ステンレス鋼長繊維を機械的に切断したものに加え て、 本出願人が特公昭 6 3 - 6 3 6 4 5号公報によって提案した、 ステンレス鋼 長織維の結晶長さを調整し、 その結晶粒界を薬品により選択的に腐食し切断する 化学的な方法で切断した金属短繊維を好適に用いうる。 この金属短繊維は全長に 亘り同径しかも端部にダレ、 即ち長手軸と交わる向きの鉤状の突出部を有しない 柱状をなしている。 これにより金属短繊維間の絡まりを減じ、 均質な濾過層を形 成しうる。
また粒子は、 その粒子径が支持体 2の平均空孔径よりも微細であって、 金属短 織維を用いるときには、 繊維径 0 . 5〜： I 5 u m、 好ましくは、 0 . 5〜4 m のものを使用する。 なお 0 . 5 以上かつ 2 mよりの小の線径の金属短纖維 は近年の本出願人の研究開発によって得られたものである。
織維径 1 5 i m以上のものは空孔が大となり、 また相互の付着性にも劣ること が考えられる。 しかし細径のものが好ましいとはいえ 0 . 5 j^ m以下は製造が困 難となる。 かかる細径の金属短繊維を用いることにより、 微細な濾過孔のフィル 夕が得られ、 また空孔径分布を均一化しうるとともに、 支持体 2との間、 粒子間 の金属間結合性を向上しうることとなる。
なお図 2、 3に示しかつ前記したように、 粒子層 3の支持体 2との境界面は、 前記支持体の凹凸 5に沿い、 かつ支持体 2の空孔 6内に前記粒子が侵入し、 その 結果、 支持体 2との付着性を増し、 かつ焼結後の製品強さを向上できる。
なお金属短繊維 2の前記織維径とは、 各金属短織維の全長に亘つて各位置、 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 3 0 %程度の範囲で直径がバラック程度の全長に亘り同径のもの を用いうる。 又同様に、 金属短織維 2には直径が 2 0 %程度異なるものを含むこ とも許容する。
また金属短織維のァスぺクト比を 2〜1 5程度とする。 ァスぺクト比が 1 5以 上では分散が十分に行いにく く、 いくつかの短織維が塊状に焼結したものが存在 し、均一性を損なう。 また空孔特性の調整、 立体的空孔の形成が困難となる。 2 以下の場合には粉末に近づき空孔率を小とし、 圧力損失が増加し易い。好ましく は 4〜8の範囲であって、 これにより、金属短鐡維が塊状となることを防ぎ内部 欠陥を無くしうる。
ァスぺクト比とは、 短織維の長さをその直径で除した値であり、 前記提案の化 学的方法により切断する金属短織維では、 正規分布状に長短のァスぺクト比の金 属短攝維が混在し、従ってアスペクト比とはその平均値として定義される。 また ァスぺクト比を前記のように 4〜 8とすることにより、 分布のバラツキを減じう 又粒子として、例えばァトマイズド法により製造されるような球形あるいは不 定形の粉末も使用できる。又この場合、 粒子径ゃ形状などが異なる複数種類の粉 末を混在させることもできる。 なお金属アトマイズド微細粉末は、 前記金属短繊 維と同様に小径のもの、 粒子径 1 5 m以下、 好ましくは 6 m以下のものを用 いうる。 なお球形とすることにより、 空孔分布を均一化することができるが、 吸 引法によって容易に積層させるには、 見かけ密度の大な粉末が好ましい。
図 7は、 粒子として球形のァトマイズド粉末を用いた積層濾材 1の支持体 2と 粒子層 3との境界部分を約 8 0 0倍に拡大して示している。
さらに粒子には、 金属短織維のみを用いる場合の他、金属短織維に金属粉を混 合した混合粉を用いることによつて濾孔を調整することもできる。
前記粒子屠 3は濾過を行う層であり、 その空孔は連続し、 可能なかぎり小径か つ均一しかも空孔率を大にするのが好ましい。 そのため、 空孔率を 5 0 %以上か つ 8 0 %以下としている。 このように粒子層 3の空孔率を 5 0 %以上とすること によって、 流体の圧力 ¾失を減じ濾過性能を髙めうる。 なお前記空孔率とは、 積 層瀘材の体積、 重量から計算、 又は面像解析によって算出され、 焼結体の単位体 積あたり空隙体積を意味している。
かかる空孔率の粒子層 3は、 結合材を用いることなく前記粒子を懸濁した懸濁 液への前記支持体 2の浸漬、 真空弓 Iきにより積層されることによって形成される 。 また積層に際して、 遠心力、 静圧を用いないため、 前記空孔率を増大しうる。 さらにこのように粒子層 3を形成するため、 前記のごとく、 粒子層 3の支持層 2 に向く境界面を支持体の凹凸 5に沿わせうる。
また粒子層 3は、 略同一の厚さとしている。 なお粒子層 3の厚さは、 好ましく は積層滤材 1の厚さの 1 2以下、 より好ましくは 1ノ4以下かつ 1ノ2 0より も大であって、 例えば 0 . 2〜2 . O ram、 好ましくは 0 . 3〜0 . 5咖程度とし ている。 この程度の厚さとしたときにも、 良好な濾過性能を発揮しうることが判 明している。 なお粒子層 3は、 異なる径の粒子を用いた複数層とすることもでき る。
また支持体 2と粒子層 3とは焼結により一体化している。
図 8は、 製造方法の一実施例を、 前記力ップ状の積層濾材 1を成形する場合を 例にとり示している。
公知の方法、 例えば冷間プレス成形により結合材を用いることなく成形した力 ッブ状の成形品を焼結することにより、 前記支持体 2を準備する。
支持体 2は、 粒子層 3に比して粒子径の大きい粉体を用いることによって、 そ の外表面である一つの面には凹凸が形成され、 また凹部には一^ ^の面から他方の 面に連続する空孔が形成される。
支持体 2の開口部を、 吸引用の導管 1 0が通るシリコンゴム等の拴体 1 1によ り封止し、 かつ昇降装置 1 2に取りつける。 前記導管 1 0には、 真空ポンプ Pが 接銃される。
次ぎに懸濁液 1 5を準備する。 懸濁液 1 5は、 液体に粒子層 3形成用の粒子を 懸濁させる。 液体として、 水、 アルコールを用いうる。 水は可能な限り、 純度の 高い例えば純水を用いるのがよい。 またアルコールとして、 イソプロピルアルコ ールなどを採用しうる。 さらに例えば樹脂バインダーなどの何等の結合材をも混 入しない。 この懸濁液 1 5は支持体 2を完全に浸漬する程度の深さの容器 1 6に 収納させる。
前記した液体は、 完全にかつ容易に除去できるものであるため、 脱バインダー のための熱処理や高度の洗浄処理を必要とせず、 従って短い工程でかつ不純物の ない清浄な積層濾材 1を生産しうる。 '
また懸濁液 1 5の粒子の濃度を 2 0 0 gノリットル以上の髙濃度とする。 これ により真空引きの時間も短縮され、 欠陷のない安定した品質のものが得られるこ とを見出した。 この濃度は、 空孔径分布に大きく影響し、 過度に低濃度であると き、粒子層にピンホールが発生するとともに、 焼結後の空隙率が大きくなり、 空 孔径が粗大側へ移動する。
これは、 支持体 2の空孔径を粒子の大きさに比べて大きくし、 支持体を低圧損 としているため、 濃度が薄いと、 架橋によって堆積層が生じるまでに、 他の面側 に粒子が抜け、粒子層 3に前記ピンホールが生成すると考えられる。従って、 粒 子の濃度を 2 0 0 gZリットル以上、 好ましくは、 3 0 0 gノリットル以上とし ている。 なお上限は、 1 0 0 0 gノリットル程度と考えられる。
また濃度管理のために大容量の容器 1 6を用いるとともに、 スターラ 1 7によ る攙拌を行ない、 かつ使用による懸濁液の消費に伴う液面の低下に対しては、 同 —濃度の懸濁液を補充する。
前記昇降装置 1 2を動作し、 支持体 2を懸濁液 1 5内に浸瀵する。昇降装置 1 2は例えばエアシリンダを用いており、 急速に浸漬できる。 また浸積時間はタイ マにより正確に制御される。
浸漬に先立ち、 または浸漬後において、 前記真空ポンプ Pを作動し、 懸濁液が 接する外表面から、 内表面に向く減圧を行う。 なお予め真空ポンプを作動してお くときにも、 下降時間が短くしかも全体が浸漬されないときには、 空気を吸弓【し 全体を浸漬して初めて懸濁液を吸引するため、 粒子層 3の厚さのバラツキは比較 的小さいものとなる。
また吸引は 0 . 9〜0 . l kgZcm2 ( 6 8 0〜7 6譲 H g ) 、 好ましくは 2 2 8〜7 6 mmH g程度で真空引きする。 これによつて、 懸濁液 1 5中に分散してい る粒子は順次、 支持体表面上に吸引され層をなしてかつ支持体 2の凹凸 5に沿い また空孔 6内部に侵入しつつ堆積し、 粒子層 3を形成する。 1 t これにより、 粒子層 3は 5 0〜8 0 %程度の空孔率となる。 吸引圧力は、 粒子 層 3の成形圧力に相当しており、 吸引圧力を調整することで空孔率を変化させう るが、 成形後の水抜きの時に高い減圧を必要とすることから、 前記のように 2 2 8〜7 6画 H gの程度まで吸引するのが好ましい。 また吸引圧力を高めることに よって処理時間を短縮しうる。
このように、 支持体 3の一つの面に粒子層 3が形成される。 なお懸濁液 1 5は 粒子を均一に混合し、 しかも吸引した液体はそのまま排出されるため、 使用によ つても懸濁液の濃度は殆ど変化することなく、 従って、 懸濁液 1 5の補充のみに より所定の濃度を維持しうる。
吸引成形後、 栓体 1 1を取り外し、 乾燥機内で液体を除去する。 なお懸濁液か らの取り出し、 栓体の取り外し、 液体の除去などの作業に際しても形状は保持さ れ形崩れが生じず保形させうるのを見出している。
図 9は粒子として織維径 2 . 5 rn, アスペクト比 6の金属短繊維を使用し、 濃度 3 0 0 gノリッ トル、 吸引速度 4 0 0 c cノ分の条件で、 メッシュ 1 4 0 / 2 0 0と、 2 0 0 / 2 5 0の粉末の焼結品で成形した支持体において、 処理時間 と粒子層厚さとの関係を示したものである。
粒子層 3の厚さがある値以上であれば粒子捕捉性能は大差ないが、 厚さは圧力 損失に影響することが考えられる。 なお懸濁液 1 5の濃度と吸引圧力を一定とす るとき、 形成される粒子層 3の厚さは吸引時間で調整できるが、 支持体 2の粉体 の粒度が細かいとき圧力損失が髙く、 また粒子層 3の厚さは薄くなると考えられ る。 他方、 粒度の細かい支持体 2は、 吸引開始直後では、 架橋が速やかに形成さ れるため、 吸引時間が小の範囲では、 粒度の細かい支持体の粒子層 3の厚さが大 となっているのが判る。 従って、 粒度の細かい支持体 2の方が、 吸引時間の差異 による影響を受けがたく安定しているのが、 前記図 9から判る。
このように処理することによって、 支持体 2に、 その全周にわたつて該粒子に よる粒子層 3がほぼ均一な所定厚さで形成した積層成形体 7をうる。
なお積層処理は、 粒子、 液濃度の異なる複数の懸濁液を用意し、 順次処理を行 うことによって粒子層 3を複層構造とすることができ、 また懸濁液中に異なる 2 種類以上の粒子を懸濁させておくこともできる。
積層成形体 7は乾燥後、 焼結される。 焼結処理としては、 ステンレス鋼の場合 には、 例えば真空炉ゃ不活性ガス雰囲気炉， 水素炉中で行なわれ、 材質に応じて 例えば 9 0 0〜1 5 0 0での加熱温度で、 5分〜 6時間程度の保持をする。 なお 2 0。 /分、 好ましくは 1 0 ° Z分をこえるをこえる急激な温度の上昇を避けつ つ昇温することにより、 積層により形成した比較的脆い粒子層 3の割れなどを防 止しうるのが見出された。
この焼結によって、積層成形品 7は粒子閭、 前記支持体と結合し、 強固な一体 品となる。 また焼結条件は、 粒子の材質、性状によって定める。
つぎにこの積層濾材を用いたフィル夕について説明する。 フィルタ Fは、 本例 では、 図 1 0に示すごとく、 前記カップ状の積層濾材 1を、ハウジングである支 持金具 2 0に収納し、 かつ固定している。
前記支持金具 2 0は、 積層濾材 1を収納しうる筒状の基部の一端にネジ部を有 しかつ導孔を設けた第 1の分割片 2 1と、 一端にネジ部を有しかつ導孔を具えた 第 2の分割片 2 2と、 第 1、 第 2の分割片 2 1、 2 2間で挟持されかつ前記積層 滹材 1の固定すべき端面 1 Aと当接する取付部 2 4を有するリング伏の第 3の分 割片 2 3とからなる。
前記第 3の分割片 2 3は、 前記積層璩材 1の前記端面 1 Aと接する取付部 2 4 の反対面から、 プラズマ溶接により溶接し固定する。 これにより、 溶接に伴い生 じがちな、 溶接割れ、 クラックの発生を抑制できる。
さらに図 1 1に示すように、 溶接に際して、 少なくとも前記粒子層 3の一部を 溶融させる。 これにより封止を確実とし、 濾過されない流体が出口から流出する のを防ぐ。 また溶接部分では、 溶融深さ Dを溶融巾 Wよりも小とし、 これによつ て、濾材の濾過面積減少を抑制しながらかつ広い幅で溶接できる。好ましくは前 記溶融深さ Dを 5腿程度以下とする。
なお、 第 3の分割片 2 3を用いることなく、 積層濾材 1の端面 1 Aを、 第 2の 分割片 2 2に直接溶着することもでき、 また積層滤材 1が例えば平板状であると きにも、 かかる方法により外周面を固定することによって、 割れなどを防止しう る。
(実施例）
織維径 2 . 5〃m, 平均アスペクト比 6の 3 1 6 Lステンレス鋼の金属短繊維 を 3 0 0 gノリ トルの濃度で水に懸濁させた懸濁液内で、 図 1に示す支持体を 2 . 0秒間浸潰し、 厚さ 0 . 4 IMの粒子層を有する積層成形品を得た。 なお支持 体はメッシュ 2 0 0 / 2 5 0のステンレス鋼の粉体を用いて成形しかつ焼結して いる。 この積層成形品を乾燥したのち、 1 0 0 0 °C x 3 O min の条件にて真空雰 囲気中で焼結し積層濾材を形成した。 これを実施例品と呼ぶ。 実施例品は、 表面 美麗であり、 粒子層には微細な空孔が均一に形成されている。
平均空孔径； 1 . 8 ^ m
平均空孔率； 5 8 %
(比較例）
高精度濾過用として市販されている比較例品 1、 2および 3を購入した。 比較 例品 1および 2は、 日本国内の A社、 B社により生産されたセラミック製のフィ ルタである。 また比較例品 3は、 米国の C社により製造された全ス ンレス鋼製 のものであり、 フィルタ部材を蛇腹状に多段に重ねている。
〔テスト〕
前記実施例品、 比較例品についてその滤過特性を測定した。
〔テスト 1〕
実施例品と比較例品とについて流量特性を測定した結果を図 1 2に示す。
N 2 ガス用いて、 流量と差圧との関係を、 二次側が大気開放させた場^"につい て測定している。
比較例品 3は比較的圧力損失が低いが、 セラミツク製の比較例品 1、 2は圧力 損失が高く、 実施例品は、 いずれの比較例品に比べても、 圧力損失が小であって 、 低圧損高精度のフィルタであることが判る。 なお実施例品、 比較例品の濾過面 積は、 実施例品を 1とすると、 比較例品 1、 2は 1. 5、 比較例品は約 2程度で あり、 実施例品が最も小さい。
〔テスト 2〕
粒子補足性能
DOP微粒子のエアロゾルを用いて、 粒子捕捉性能について測定した。
測定条件
エア口ゾル ： D 0 P多分散粒子
粒径分布 0. 02〜 3^m (推定）
流量 ： 15リツ トル/ ¾in
粒子濃度 ： 2. 8 X 105ノ c c
測定時間 ： 30分間の流出粒子数を、 1 0秒単位で測定 合計流量は 1 5 X 30 = 450リットル
粒子数の計測 ：凝縮核測定器 (CNC) … 1秒間当たり 5 c c (合計
9リットル）
フィルタ一形伏：いずれの試料も、 維手を有するハウジングに組み込ん で測定
フィルターの前処理：清浄な I P Aによる逆洗、 乾燥状態
前記の 9リットル流過時における流出粒子数は次ぎの通りである。
実施例品 0
比較例品 1 39
比較例品 2 29
比較例品 3 1 1
実施例品は流出粒子が殆どなく、 極めて良好であるのがわかる。
〔テスト 3〕
通気抵抗とパブルポイン卜圧
実施例品の厚さを変えて、 通気抵抗とバブルポイント圧を測定した結果は以下 のようであった （通気抵抗とは 1リットル Z分の流量時の差圧）。 ϊ 5 粒子層の厚さ （ ) 通気抵抗 （腿 Ag) バブルポイント圧 （mmAq)
■ w%Π甘 B 父
0. 325 1 1 6 3786 44 1 8
0. 5 1 73 8880 4 54 0
0. 575 20 0 3864 4 58 9
0. 65 2 1 9 385 4 589
0. 75 24 3 375 1 4 629 ここでバブルポイント圧とは、 J I S規格 B 8 536 『滤過粒度試験』 におい て規定されイソプロピルアルコールを用いて測定しており、 初期バブルポイント 圧とは最初に気泡が発生した時の圧力を、 また交点バブルポイント圧とは圧と流 量との関係を示すグラフから算出され、 変化率の大きい部分と小さい部分との交 点で求められる圧力を意味している。 従って、 交点ノ初期の値が 1に近い程空孔 径の幅が狭いことを意味しており、 フィルタ一部材として優れたものである。 また、 バブルポイントの値も、 各条件内で安定した値を示しており、 厚さの増 加による上昇はあまり大きくない。 交点の 4 5 0 OraraAq前後の値は、 極めて高 い値であり、 従来になレ、低圧損で高精度のフィルターが得られていることを意味 している。
〔テスト 4〕
実施例品の厚さを変えた場合の厚さと通気抵抗との相関を測定した結果を図 1 3に示している。
図の様に、 厚みと通気抵抗は直線関係にあり、 次式で示される。
ΔΡ= 30 7 t ΔΡ ：通気抵抗 （mmAq)
t ：短織維層の厚さ （mm)
このように、 厚さと通気抵抗の間に明瞭な直線関係があるということは、 粒子 層の構造が極めて均一で、 厚さが変わっても分布密度が一定であることと、 フィ ル夕の全面のわたって厚みのばらつきが小さいことを示している。
従って、 吸引時間の設定で短繊維層の厚みは任意に調整可能であり、 厚さに応 306912
16 じた通気抵抗が得られることから、 厚さの管理をすることで、 特性の確認が出来
«Οと Θんるひ

Claims

請求の範囲
1. 多孔質の金属からなる支持体 （2) に、 該支持体 （2) の孔径より微細な粒 子からなる粒子層 (3) を前記支持体 （2) の少なくとも一つの面に積層した積 層濾材 （1) であって、 支持体 （2) の前記一つの面を凹凸 （5) に形成し、 か つ前記粒子層 (3) は、 結合材を用いることなく前記粒子を懸濁した懸濁液 （1 5)への前記支持体 （2) の浸漬、 真空引きにより積層され支持体 （2) との境 界面が前記凹凸に沿うとともに、 支持体 （2) と粒子層 (3) とを一体に焼結し たことを特徵とする積層濾材。
2. 前記支持体 （2) は、 金属粉末、 金属短繊維、 金属織維のいづれかを、 結合 材を用いることなく成形した成形品の焼結体からなることを特徵とする請求項 1 記載の積層濾材。
3. 前記支持体 （2) は、 前記粒子の 20倍以上かつ 1 00倍以下の平均直径を もつ不定形の金属粉末を用いて成形することにより、 前記一つの面が前記金属粉 末の外面形状によって凹凸 （5) をなすことを特徵とする請求項 1又は 2記載の 積層濾材。
4. 前記粒子層 (3) は、 空孔率が 50〜 80 である請求項 1〜 3のいづれか に記載の積層濾材。
5. 多孔質の金属からなる支持体 （2) に、 該支持体 （2) の孔径より微細な粒 子からなる粒子層 (3) が前記支持体 (2) の少なくとも一つの面に積層される とともに、 支持体 （2) の前記一つの面を凹凸 （5) に形成し、 かつ前記粒子層 (3) は、 結合材を用いることなく前記粒子を懸濁した懸濁液 （1.5) への前記 支持体 （2) の浸漬、 真空引きにより積層され支持体 （2) との境界面が前記凹 凸 （5) に沿うとともに、 支持体 （2) と粒子層 (3) とを一体に焼結した積層 濾材 （1) を、 支持金具 （20) に固定したフィルタ （F) であって、 一面が、 前記積層濾材 （1) を固定する該積層濾材 （1) の端面に接する金属性の取付部 (24) を有する前記支持金具 （20) の前記取付部 （24〉 と前記端面とを、 前記取付部 (24)の他面側からしかも前記粒子層 (3) を溶融する溶接によつ て固定したことを特徵とするフィルタ。
6. 前記支持金具（20) は、 前記積層濾材（1)を収容する容器状をなし、 か つ前記積層瀘材（1) は、 前記支持金具（20) を分割した分割片（21、 22 ) に固定されることを特徵とする請求項 5記載のフィルタ。
7. 前記溶融した部分の溶融深さ （D) は、 溶融巾 （W) よりも小である請求項 5に記載のフィルタ。
8. 一つの面に凹凸 （5) をもつ多孔質の支持体（2)をうる段階と、 該支持体 ( 2 ) の平均孔径より微細の粒子を結合材を用いることなく懸濁しかつ分散させ た懸濁液（15)を用意する段階と、 支持体 C2)を前記懸濁液（15)中に浸 漬ししかも懸蜀液 (15) に接する一つの面側から他の面側に前記懸濁液（15 ) を真空引きすることにより、 その境界面が前記凹凸 （5) に沿う粒子層 (3) を费層した積層成形体（7) をうる段階と、 該積層成形体（7) を前記懸濁液（ 15)から取り岀す段階と、 この積層成形体（7)を焼結して積層濾材（1) と する段階とを含む積層濾材の製造方法。
9. 前記懸濁液（15)から取り出した積層成形体（7) を乾燥する段階を含む ことを特徵とする請求項 8記載の積層濾材の製造方法。
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