(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１層（１２）と第２層（１３）を備え、前記第１層（１２）および前記第２層（１３）が、何れも焼結された金属繊維のウエブからなり、かつ、互いに接触している層状フィルタ構造体（１０）において、
フィルタ導入側に近接する前記第１層は５５％未満の多孔率を有し、フィルタ流出側に近い前記第２層は、前記第１層の多孔率よりも少なくとも２０％大きい多孔率を有し、かつ、前記第１層の繊維の径の少なくとも３倍の径を有する金属繊維からなることを特徴とする層状フィルタ構造体。
【請求項２】
前記第２層は少なくとも８０％の多孔率を有することを特徴とする請求項１に記載の層状フィルタ構造体。
【請求項３】
前記第１層は３μｍ未満の径を有する金属繊維からなることを特徴とする先行する請求項のいずれか１つに記載の層状フィルタ構造体。
【請求項４】
前記第１層は３００ｇ／ｍ2から６００ｇ／ｍ2の範囲内にある重量を有することを特徴とする先行する請求項のいずれか１つに記載の層状フィルタ構造体。
【請求項５】
前記第１層は少なくとも１つの平坦な表面を有することを特徴とする先行する請求項のいずれか１つに記載の層状フィルタ構造体。
【請求項６】
前記第１層または前記第２層に固定された金網をさらに備えることを特徴とする先行する請求項のいずれか１つに記載の層状フィルタ構造体。
【請求項７】
第１金網（１４）と第２金網（１５）をさらに備え、前記第１金網（１４）は前記第１層の導入側に位置し、前記第２金網（１５）は前記第２層の流出側に位置しており、前記第１金網は前記第２金網よりも小さい網目と前記第２金網の線材の径よりも小さい径の線材を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の層状フィルタ構造体。
【請求項８】
前記第１金網（１４）はカレンダ加工された金網であることを特徴とする請求項７に記載の層状フィルタ構造体。
【請求項９】
前記第１層は常温静水圧圧縮成形法によって得られることを特徴とする先行する請求項のいずれか１つに記載の層状フィルタ構造体。
【請求項１０】
（ａ）金属繊維のウエブを焼結して第１層（１２）を形成する工程と、
（ｂ）前記第１層（１２）を５５％未満の多孔率が得られるまで圧縮成形する工程と、
（ｃ）金属繊維のウエブからなる第２層（１３）を用意する工程と、
（ｄ）圧縮成形された前記第１層（１２）と、前記第２層（１３）とを互いに接触させて、層状アセンブリを形成する工程と、
（ｅ）前記層状アセンブリを焼結して、前記第２層が前記第１層の多孔率よりも少なくとも２０％高い多孔率を有するような密着体を形成する工程と、
を含む、層状フィルタ構造体（１０）を製造する方法。
【請求項１１】
前記圧縮成形する工程は、常温静水圧圧縮成形法によってなされることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
本発明は、微量濾過に好適な層状フィルタ構造体に関する。「微量濾過」という用語は、最大径が０．５μｍから１０μｍ、特に２μｍ未満の範囲内にある粒子を残留させる濾過を意味する。
【０００２】
【発明の背景】
微量濾過のような用途およびその場で洗浄可能なフィルタ媒体として現在利用されているフィルタ材料は、通常、多孔性焼結金属粉基体または多孔性焼結金属繊維基体の表面に固着されたセラミック薄膜層からなる。しかし、これらの積層フィルタは、フィルタの導入側と流出側との間に大きな圧力降下が生じるという際立った欠点がある。圧力降下が大きいと、濾過プロセスにおいて高圧による余分のエネルギーを必要とし、また、フィルタ層を強固に支える機械的な支持体を必要とする。さらに、繰り返し逆流洗浄を行うことが困難であり、とりわけ、セラミック層は非常に脆く、耐久性に悪影響を与える。
【０００３】
【発明の要約】
本発明の目的は、従来技術の上記欠点を克服することにある。
【０００４】
また、本発明の目的は、高い圧力降下を生じることのない微量濾過に適したフィルタ構造体を提供することにある。
【０００５】
さらに、本発明の目的は、繰り返し逆流洗浄を可能とするフィルタ構造体を提供することにある。
【０００６】
本発明の第１態様による層状構造体は、少なくとも第１層と第２層を備えている。各層は焼結された金属繊維のウエブ（細幅布）からなる。２つの層は互いに接触している。上流側、すなわち、フィルタ導入側に近接する第１層は５５％未満の多孔率を有している。下流側、すなわち、フィルタ流出側に近い第２層は、第１層の多孔率よりも少なくとも２０％大きい多孔率を有している。第２層内の繊維の径は、第１層内の繊維の径の３倍に設定されている。好ましくは、第２層の多孔率は８０％よりも大きく設定される。
【０００７】
低い多孔率を有する第１層は、フィルタ定格、すなわち、大半がフィルタを通過する粒子の寸法を決定する。
【０００８】
第１層内の繊維は、３μｍ未満、好ましくは、２．５μｍ未満、さらに好ましくは、２μｍ未満の径を有するとよい。
【０００９】
第１層は、好ましくは、３００ｇ／ｍ2から６００ｇ／ｍ2の範囲内の重量を有し、その厚みは０．０５ｍｍから０．１５ｍｍの範囲に制限されるとよい。一般的に、フィルタの圧力降下はその厚みにほぼ比例する。この場合、第１層の厚みを制限することにとって、フィルタ全体の圧力降下を許容範囲内に制限することができる。第２層における圧力降下の程度は、第２層の多孔率が大きいので、第１層における圧力降下の程度よりもかなり低い。従って、フィルタ構造体全体における総圧力降下は第１層における制限された圧力降下にほぼ等しい。進入する流体は、第１層を通過した後、第２層内において膨張する。
【００１０】
第１層と第２層の多孔率に差をもたらすために、第１層を予め別の工程で焼結および圧縮成形するとよい。その後、この焼結および圧縮成形された第１層を第２層に接触させて、第２の焼結処理によって、第２層内の繊維を焼結して２つの層を互いに結合させるとよい。
【００１１】
第１層を別の工程で焼結および圧縮成形する理由は以下の通りである。
【００１２】
金属繊維ウエブからなる２つ以上の層を同時に圧縮成形すると、各層の多孔率は、仮に２つの層の繊維径が異なっていても、それらの異なった繊維径とは無関係に、層状構造体全体の多孔率とほぼ等しくなる。このような現象は、フィルタ粉体すなわちフィルタ粒子のようなフィルタ媒体の場合と対照的である。第１層を予め別の工程で焼結および圧縮成形することによって、第２層が第１層とほぼ同じ程度に圧縮成形されるのを防ぐことができる。
【００１３】
本発明の好適な一実施例において、第１層は、第２層と良好な接触を保つために、少なくとも１つの平坦で滑らかな表面を有している。
【００１４】
第１層の圧縮成形を常温静水圧圧縮成形法によって行うとよい。そのような圧縮成形によって、均一なフィルタ媒体を得ることができる。しかし、常温静水圧圧縮成形によると、成形された面がいくらか粗くなり、平坦で滑らかな面を得ることができない。従って、平坦で滑らかな表面を得るために、第１層の片側を平坦で滑らかな支持体上に載置し、他の側から第１層を圧縮成形するという条件下で、常温静水圧圧縮成形を行うとよい。
【００１５】
好ましくは、金網が支持体として第１層または第２層に固定されるとよい。最も好ましくは、フィルタ構造体が導入側の第１層に固定された第１金網と流出側の第２層に固定された第２金網によって挟み込まれるとよい。第１金網の網目は第２金網の網目よりも小さく設定されるとよい。第１金網の線材の径は第２金網の線材の径よりも小さく設定されるとよい。
【００１６】
支持体としての機能に加えて、第１金網はさらに他の機能と利点を有している。すなわち、第１金網は進入する流体内に乱流を生成させ、防汚性を改善することができる。
【００１７】
本発明の第２態様による層状フィルタ構造体を製造する方法は、
（ａ）金属繊維のウエブを焼結して第１層を形成する工程と、
（ｂ）第１層を５５％未満の多孔率が得られるまで圧縮成形する工程と、
（ｃ）金属繊維のウエブからなる第２層を用意する工程と、
（ｄ）第１圧縮成形層と第２層を互いに接触させて、層状アセンブリを形成する工程と、
（ｅ）層状アセンブリを焼結して、第２層が第１層の多孔率よりも少なくとも２０％高い多孔率を有するような密着体を形成する工程と、
からなることを特徴とする。
【００１８】
好ましくは、上記圧縮成形工程は常温静水圧圧縮成形法によってなされるとよい。
【００１９】
【発明の好適な実施例の説明】
以下、本発明を添付の図面を参照してさらに詳細に説明する。
【００２０】
第１例
図１を参照して、本発明による層状フィルタ構造体１０は、焼結および圧縮成形された繊維ウエブ（細幅布）からなる第１層１２を備えている。この第１層内の繊維は２μｍの径を有している。第１層の重量は４５０ｇ／ｍ2である。また、第１層の厚みは０．１０ｍｍである。第１層１２は、滑らかで平坦な表面を介して、焼結された繊維ウエブからなる第２層１３と直接的に接触している。第２層内の繊維は８μｍの径を有している。第２層の重量は２２５ｇ／ｍ2である。第１金網１４が第１層１２に固定されている。第１金網１４は圧延され、０．１７ｍｍの厚みを有し、また、インチ（２５．４ｍｍ）当たり４８メッシュの網目を有している。その重量は３８０ｇ／ｍ2である。また、第１金網１４はカレンダ加工された金網（calanderd wire net）である。
【００２１】
第２金網１５が第２層１３に固定されている。第２金網１５は０．４５ｍｍの厚みを有し、また、インチ当たり４０メッシュの網目を有している。その重量は１２２０ｇ／ｍ2である。
【００２２】
図１に示されるようなフィルタ構造体を以下の方法によって製造することができる。
【００２３】
２μｍの径を有する鋼繊維を、例えば、米国特許第３、３７９、０００号に記載されてような、管束引抜き技術によって作製する。次いで、第１不織ウエブを、例えば、英国特許第１１９０８４４号に開示されているような、アランドフィーダ（arando-feeder）装置によって製造する。得られたウエブを別工程で焼結し、さらに常温静水圧圧縮成形法によって圧縮成形する。常温静水圧圧縮成形法は、２０００バールよりも高い圧力下で実施され、この圧縮成形によって、５５％未満、好ましくは、５０％未満、さらに好ましくは４６％未満の多孔率が得られる。こうして、第１層１２が得られる。
【００２４】
８μｍの径を有する鋼繊維を上記の管束引抜き技術によって作製し、その鋼繊維によって第２不織ウエブを得る。この第２不織ウエブを第２層１３とする。第２不織ウエブを第２金網１５上に載置し、次いで、第１層１２を、その平坦な表面を第２不織ウエブと接触するように、第２不織ウエブ上に載置する。予め圧延されている第１金網１４を第１層上に載置する。このようにして得られた層状アセンブリを低圧下で焼結し、層状フィルタ構造体１０を得る。
【００２５】
本発明による層状フィルタ構造体に対して、空気の浸透性を測定するための通常のテクス（繊度）テストおよび沸点圧テストを行った。結果を以下に示す。
【００２６】
【表１】
0004602558.tif 000002
【００２７】
第２例
本発明による他の層状フィルタ構造体に対して、同じテストを行った。第１例の構造体との違いは、第１層を常温静水圧圧縮成形ではなく、２枚の板に挟んで約０．１０ｍｍの厚みが得られるまで圧縮成形した点である。
【００２８】
【表２】
0004602558.tif 000003
【００２９】
本発明による他の実施例を行うことも可能である。１例を挙げれば、以下の特性を有する層状フィルタ構造体を得ることができる。
【００３０】
【表３】
0004602558.tif 000004
【００３１】
本発明によるフィルタ構造体に用いられる材料として、ステンレス鋼３１６TM、ハステロイTM、インコネルTM、またはニクロムTMなどが挙げられる。後者の組成物は高温におけるガスフィルタに適用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による層状フィルタ構造体の断面を示す拡大図である。
【図１】
0004602558.tif 000005