(57)【要約】【解決手段】  内部連通空間を有する三次元網目骨格構造のセラミックフィルターであって、三次元網目骨格構造内部に形成された連通気孔のセルサイズが異なる複数層のセラミック多孔体層を、溶融金属の濾過方向下流側に向かって、セルサイズがより小さいセラミック多孔体層が位置するように積層してなる溶融金属濾過用セラミックフィルター。【効果】  本発明によれば、異物除去率を維持しつつ処理可能量が向上することから、効率よく溶融金属を濾過処理できる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部連通空間を有する三次元網目骨格構造のセラミックフィルターであって、三次元網目骨格構造内部に形成された連通気孔のセルサイズが異なる複数層のセラミック多孔体層を、溶融金属の濾過方向下流側に向かって、セルサイズがより小さいセラミック多孔体層が位置するように積層してなることを特徴とする溶融金属濾過用セラミックフィルター。
【請求項２】
上記セラミック多孔体層を２層積層してなることを特徴とする請求項１記載の溶融金属濾過用セラミックフィルター。
【請求項３】
隣接するセラミック多孔体層の層厚さが同じ又は上記濾過方向下流側が薄くなるように積層してなることを特徴とする請求項１又は２記載の溶融金属濾過用セラミックフィルター。
【請求項４】
上記２層のセラミック多孔体層のうち、溶融金属の濾過方向上流側のセラミック多孔体層が、１インチ当たり５〜１３個の割合で連通気孔を有することを特徴とする請求項２又は３記載の溶融金属濾過用セラミックフィルター。
【請求項５】
上記２層のセラミック多孔体層のうち、溶融金属の濾過方向下流側のセラミック多孔体層が、１インチ当たり９〜２０個の割合で連通気孔を有することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項記載の溶融金属濾過用セラミックフィルター。
【請求項６】
かさ比重が０．３〜０．８であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の溶融金属濾過用セラミックフィルター。
【請求項７】
空隙率が６５％以上であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の溶融金属濾過用セラミックフィルター。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項記載のセラミックフィルターを用いて溶融金属を濾過することを特徴とする溶融金属濾過方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異物除去効率が向上した溶融金属を濾過するためのセラミックフィルター及びこれを用いた溶融金属濾過方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内部連通空間を有する三次元網状骨格構造の合成樹脂発泡体、例えばセル膜の少ない軟質ポリウレタンフォームをセラミックスラリーに浸漬し、セラミックをポリウレタンフォームの骨格に付着させ、これを乾燥、焼成することによって得られた三次元網状骨格構造を有するセラミック多孔体が知られている（例えば、特開平１１−２８５７８２号公報（特許文献１）、特開２０００−１０９３７６号公報（特許文献２）など）。
【０００３】
セラミック多孔体は、かさ比重が小さく、耐熱性が高く、圧力損失が少ない等の特徴を有するため、厨房用グリスフィルター、触媒担体、通気性断熱材、溶融金属の濾過材等に用いられ、特に、非鉄金属のマグネシウム、アルミニウム、銅、又は鉄系鋳物のダクタイル、ネズミ鋳鉄、鋳鋼ＳＵＳ等の溶融金属の濾過材として用いられている。このような濾過材として用いるセラミック多孔体において、特に溶融金属濾過材の用途で使用するものには、圧力損失のより少ないものが求められている。
【０００４】
セラミック多孔体において、圧力損失を少なくするには、セラミック多孔体の製造時に、ポリウレタンフォームへのセラミックスラリーの付着率を低くして、ポリウレタンフォーム骨格内の目詰まりを抑制する方法があるが、この方法で得られるセラミック多孔体は、かさ比重が小さいものとなり、強度面が問題となると同時に、異物の捕集率の低下を引き起こす。
【０００５】
また、セラミックスラリーに種々の有機系界面活性剤、解膠剤などを添加して、セラミックスラリー特性を調節してセラミック多孔体を製造する方法があり、この方法を適用すれば、骨格は太くなり、強度も高くなるが、目詰まり発生の確率が、多少上昇してしまうため、期待できるほど圧力損失は減少しない。しかも、この場合、原料セラミック以外の可燃消失成分である有機物が多いため、得られたセラミック多孔体の気孔が多くなり、よりポーラスな構造となるため、これも圧力損失が小さくならない要因となる。
【０００６】
つまり、圧力損失を低減させるためにセルサイズを大きくすると異物除去率が低下し、セルサイズを小さくすると効率的に濾過できる流速を維持できる程度以下の圧力損失で被処理物を処理できる量（処理可能量）が少なくなってしまう。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２８５７８２号公報
【特許文献２】特開２０００−１０９３７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、異物除去率を維持しつつ被処理物を処理できる量（処理可能量）を向上させる溶融金属濾過用セラミックフィルター及びこれを用いた溶融金属濾過方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、内部連通空間を有する三次元網目骨格構造のセラミックフィルターであって、三次元網目骨格構造内部に形成された連通気孔のセルサイズが異なる複数層のセラミック多孔体層を、溶融金属の濾過方向下流側に向かって、セルサイズがより小さいセラミック多孔体層が位置するように積層してなるものを用いれば、異物除去率を維持しつつ処理可能量を向上させて、効率よく溶融金属を濾過処理できることを見出し、本発明をなすに至った。
【００１０】
従って、本発明は、下記の溶融金属濾過用セラミックフィルター及び溶融金属濾過方法を提供する。
［請求項１］  内部連通空間を有する三次元網目骨格構造のセラミックフィルターであって、三次元網目骨格構造内部に形成された連通気孔のセルサイズが異なる複数層のセラミック多孔体層を、溶融金属の濾過方向下流側に向かって、セルサイズがより小さいセラミック多孔体層が位置するように積層してなることを特徴とする溶融金属濾過用セラミックフィルター。
［請求項２］  上記セラミック多孔体層を２層積層してなることを特徴とする請求項１記載の溶融金属濾過用セラミックフィルター。
［請求項３］  隣接するセラミック多孔体層の層厚さが同じ又は上記濾過方向下流側が薄くなるように積層してなることを特徴とする請求項１又は２記載の溶融金属濾過用セラミックフィルター。
［請求項４］  上記２層のセラミック多孔体層のうち、溶融金属の濾過方向上流側のセラミック多孔体層が、１インチ当たり５〜１３個の割合で連通気孔を有することを特徴とする請求項２又は３記載の溶融金属濾過用セラミックフィルター。
［請求項５］  上記２層のセラミック多孔体層のうち、溶融金属の濾過方向下流側のセラミック多孔体層が、１インチ当たり９〜２０個の割合で連通気孔を有することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項記載の溶融金属濾過用セラミックフィルター。
［請求項６］  かさ比重が０．３〜０．８であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の溶融金属濾過用セラミックフィルター。
［請求項７］  空隙率が６５％以上であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の溶融金属濾過用セラミックフィルター。
［請求項８］  請求項１乃至７のいずれか１項記載のセラミックフィルターを用いて溶融金属を濾過することを特徴とする溶融金属濾過方法。
【００１１】
上記したような積層構造を有する本発明のセラミックフィルターは、溶融金属中の異物の中で、圧力損失の上昇を引き起こす主な原因である比較的サイズの大きい異物を、セルサイズの大きい層で捕捉して圧力損失の増大を極力抑え、また、セルサイズの大きい層では除去が難しい比較的サイズの小さい異物を、セルサイズの小さい層で捕捉するようになっているため、圧力損失の増大を抑えつつ高い異物除去率で異物を長時間安定して濾過することができ、高い処理能力で異物を濾過することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、異物除去率を維持しつつ処理可能量が向上することから、効率よく溶融金属を濾過処理できる。
【発明を実施するための最良の形態及び実施例】
【００１３】
以下、本発明につき、更に詳しく説明する。
本発明のセラミックフィルターは、内部連通空間を有する三次元網目骨格構造を有し、三次元網目骨格構造内部に形成された連通気孔のセルサイズが異なる複数層のセラミック多孔体層を溶融金属の濾過方向下流側に向かって、セルサイズが相対的により小さくなるように積層したものであり、より具体的には、例えば、図１（Ａ）に示されるような、セラミック多孔体層１１，１２を２層積層したもの、図１（Ｂ）に示されるような、セラミック多孔体層２１，２２，２３を３層積層したものなどが挙げられるが、特に、セラミック多孔体層を２層積層したものが好適である。
【００１４】
なお、図１においては、シート状のセラミック多孔体層を積層したものを例示したが、これに限定されず、筒状のセラミック多孔体層、例えば断面円形パイプ状のセラミック多孔体層を径方向に積層したものでもよい。
【００１５】
また、通常、被処理物中に含まれる異物のうち、サイズが小さいものを捕集するのに必要な空間の容積が、サイズが大きいものを捕集するのに必要な空間の容積と比べて相対的に小さくてよいため、隣接するセラミック多孔体層の層厚さが同じ又は上記濾過方向下流側が薄くなるように積層したものが、効率的な濾過を達成するためにより効果的である。
【００１６】
例えば、セラミック多孔体層を２層積層したセラミックフィルターの場合、溶融金属の濾過方向上流側のセラミック多孔体層（図１（Ａ）の場合は、セラミック多孔体層１１）の層厚さに対する溶融金属の濾過方向下流側のセラミック多孔体層（図１（Ａ）の場合は、セラミック多孔体層１２）の層厚さの比が１以下、特に０．８以下とすることが好ましい。
【００１７】
セラミックフィルター全体の厚さ（セラミック多孔体層の層厚さの合計）は、被処理物やその特性、求められる強度などによって適宜選定されるが、一般に５〜３０ｍｍ程度である。
【００１８】
また、セラミック多孔体層を２層積層したセラミックフィルターの場合、特に、２層のセラミック多孔体層のうち、溶融金属の濾過方向上流側のセラミック多孔体層を、セラミック多孔体層表面において、１インチ（２．５４ｃｍ）の直線の範囲内に５〜１３個、特に１１〜１３個の割合で連通気孔を有するものとすることが好ましい。この範囲を超えると異物がより下流側に流れて、下流側の層の負荷が大きくなってしまい、この範囲を下回ると目詰まりが早くなってしまい、いずれの場合も被処理物の処理可能量が少なくなってしまうおそれがある。
【００１９】
一方、２層のセラミック多孔体層のうち、溶融金属の濾過方向上流側のセラミック多孔体層を、セラミック多孔体層表面において、１インチ（２．５４ｃｍ）の直線の範囲内に９〜２０個、特に１５〜２０個の割合で連通気孔を有するものとすることも好ましい。この範囲を超えるとサイズの小さい異物が捕集できずに異物除去率が低下するおそれがあり、この範囲を下回ると目詰まりが早くなってしまい、被処理物の処理可能量が少なくなってしまうおそれがある。
【００２０】
特に、セラミック多孔体層の断面における連通気孔の割合が上流側及び下流側のいずれも上述した範囲を満たすセラミックフィルターは、その異物除去率と被処理物の処理可能量とが最適化され、特に、効率よく溶融金属を濾過処理できることから好適である。
【００２１】
本発明のセラミックフィルターは、濾過時の溶融金属の衝撃や押圧力に耐えるようにするため、かさ比重を０．３以上、特に０．４５以上に形成することが好ましい。かさ比重が０．３未満では衝撃や押圧力に耐えられず破壊してしまうおそれがある。一方、かさ比重が０．８を超えると、素材による目詰まりが発生してしまい、溶融金属の通過が遅れ、よい結果が得られない場合が生じることから、かさ比重は０．８以下、特に０．７以下であることが好ましい。
【００２２】
また、空隙率は、セラミックフィルターのかさ比重と、用いられていると素材の真密度とにより決まり、下記式
（空隙率）＝１−（セラミックフィルターのかさ比重）／（素材の真密度）
で算出され、６５％以上、特に７５〜８５％であることが好ましい。６５％未満では溶融金属の湯流れ性が低下して濾過時間が長くなってしまう場合がある。
【００２３】
このようなセラミックフィルターは、セルサイズの異なる合成樹脂発泡体の各々にセラミックスラリーを付着させ、これらを積層して乾燥、焼成することにより、複数の層が一体化した状態として得ることができる。なかでも、セル膜のない軟質ポリウレタンフォームから得られる正１２面体構造の箱型格子構造を有するものが、圧力損失が小さく好適である。
【００２４】
また、セラミックとしては、融点又は昇華点が１０００℃以上であるものを使用することが好ましく、具体的には、非酸化物セラミックとして、炭化珪素、窒化珪素などが挙げられ、酸化物セラミックとしてはアルミナ、シリカ、燐酸アルミニウム、カルシア、マグネシア、コーディエライトなどが挙げられる。これらのセラミック素材は、単独又は混合して用いられる。
【００２５】
素材は、濾過しようとする溶融金属や、濾過形態により適宜選択され、例えば、鋳鉄の鋳造に用いるものの場合では、室温のセラミックフィルターの上に溶湯を直接落下させるため、耐熱衝撃性の優れた素材が必要である。そして、この場合、リターン材として回収することを考慮して、鉄と反応し、最終的には溶解するものが選択される。このような、素材特性をもつセラミックは、炭化珪素、窒化珪素である。通常は炭化珪素を主成分とし、焼成バインダーとしてアルミナや、燐酸アルミニウム、シリカを配合したものが用いられる。
【００２６】
本発明のセラミックフィルターは、ダクタイル鋳鉄、ねずみ鋳鉄などの鋳鉄鋳物、炭素鋳鋼、特殊鋳鋼などの鋼鋳物、青銅、黄銅などの銅合金鋳物、アルミニウム合金、マグネシウム合金などの軽合金鋳物、亜鉛合金、ニッケル合金、すず合金などの合金鋳物に使用することができる。特に、ダクタイル鋳鉄、ねずみ鋳鉄などの鋳鉄濾過用として好適である。本発明のセラミックフィルターは、このような鋳物に発生するのろかみ、ドロス、砂かみなどの原因となる異物を除去するための溶融金属濾過用として好適である。
【００２７】
以下、実験例及び比較実験例を示し、本発明を具体的に説明する。
【００２８】
［実験例１，２、比較実験例１〜３］
セルサイズの異なる２種の軟質ポリウレタンフォームの各々に炭化珪素を主成分とし、バインダーとしてアルミナを配合したセラミックスラリーを付着させ、これらを積層して乾燥、焼成することにより、軟質ポリウレタンフォームを炭化除去して、表１に示される厚さ、セルサイズ、かさ比重及び空隙率の、図１（Ａ）に示されるような２層構造のセラミックフィルター又は単層のセラミックフィルターを作製し、これを用いて、ＪＩＳに規定される８種の関東ローム粉を用いて以下の濾過試験を実施した。結果を表２及び図２に示す。
【００２９】
濾過試験
縦型風洞に質量既知のセラミックフィルターを挿入し、セラミックフィルター部分を通過する空気の風速が３ｍ／ｓとなるように風速を調節する。ＪＩＳ８種の関東ローム粉を１．０ｇ／ｍｉｎの速度で１０分間供給する。セラミックフィルターに捕集された粉体質量と、フィルターを通過した（捕集されなかった）粉体質量とから捕集率を算出する。
【００３０】
【表１】
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※セラミック多孔体層表面１インチの直線の範囲内に存在する連通気孔の平均個数
【００３１】
【表２】
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【００３２】
一般には、定負荷での濾過流速が高い場合は、セルサイズが大きい、空隙率が高いなどの場合に相当し、捕集率が低下するが、上記結果からは、実験例１，２のセラミックフィルターが比較実験例１，２と比べて捕集率の低下を抑えつつ圧力損失の低下を抑制できていることがわかる。即ち、図２においてより右上側にプロットされるフィルターほど捕集率と処理可能量のバランスがとれた優れたフィルターであると言える。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の溶融金属濾過用セラミックフィルターの一例を示す斜視図である。
【図２】実験例及び比較実験例の濾過試験における、各セラミックフィルターの定負荷（圧力損失１．４ｋＰａ）での濾過流速に対して、流速３ｍ／ｓでの捕集率をプロットしたグラフである。
【符号の説明】
【００３４】
１１  （上流側の）セラミック多孔体層
１２  （下流側の）セラミック多孔体層
２１，２２，２３  セラミック多孔体層
【図１】
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【図２】
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