JPH08132226A - 金属多孔体のロウ付け構造体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】例えばフィルター部材などの金属多孔体と金属
部材とを、ロウ付けにより高精度かつ確実に、しかも多
孔体の空孔内深くにロウ材が浸入することによる空孔閉
塞を防止しつつ結合しうる金属多孔体のロウ付け構造体
およびその製造方法を提供する。 【構成】金属部材２に結合される金属多孔体３の結合面
５Ａに、該金属多孔体３の空孔の空孔径よりも小の空孔
径の空孔を有する緻密多孔材６を予め焼結するととも
に、この緻密多孔材を介して、前記金属部材２にロウ付
けする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばフィルター部材
などの金属多孔体と金属部材とを、高精度かつ確実に、
しかも多孔体の空孔内へのロウ材の浸入による空孔閉塞
を防止しつつ結合した金属多孔体のロウ付け構造体及び
その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属粉末、金属繊維などを焼結した金属
多孔体は、フィルター装置、断熱材、その他各種の用途
に用いられるとともに、この金属多孔体は通常、例えば
ハウジング部材など金属部材と溶接あるいはロウ付けな
どにより一体に結合されて使用される。

【０００３】一方、近年、部品、装置において、高精度
化、小型化が必須の要件となり、例えばフィルター装
置、特に半導体の製造に用いるプロセスガス処理用のフ
ィルター装置では、低圧損であることの他、直径０．０
１μｍの超微粒子、水分など不純物の完全除去が望まれ
その精度はＰＰＴレベルとされ、同時にガス配管の配置
間隔を小さくする為に、フィルター部材をガス管内に収
めるなど、フィルター装置の小型化も望まれている。

【０００４】他方、前記した半導体製造装置において、
配管などの管状部材を接続するには、例えば図４に示す
ように、管状部材Ａ１、Ａ２の接続端に、向き合う接続
端面にリング状突部ａ、ａを設けたフランジ部を形成す
るとともに、管状部材Ａ１、Ａ２の外周面に嵌合したネ
ジ部材Ｂ１とナット部材Ｂ２とを螺合することによっ
て、リング状突起ａ、ａを互いに押付けて接続する米国
ケイジョン社によるいわゆるＶＣＲ継手構造が知られて
いる。

【０００５】又本発明者は、この継手構造において、接
続端面間に金属製のガスケットＤを挟持させるととも
に、このガスケットＤと、これに固着されるカップ状の
金属多孔体であるフィルター部材Ｅとからなり、かつガ
スケットＤの前記挟持によって管状部材内にフィルター
部材Ｅを収容するフィルター装置Ｆ（図４に示す）を案
出した。

【０００６】またこのようなフィルター装置Ｆで用いる
フィルター部材Ｅについても、本発明者は先にＰＣＴ
Ｗ０９３／０６９１２号公報により、比較的空孔の大き
い支持体３Ａと、その外周面に配されその空孔よりも小
さい空孔を持つ微細層３Ｂとからなる２層構造材（図４
などに示す）を提案している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな多孔性の金属多孔体を、本例ではガスケットＤであ
る金属部材に例えば溶接で結合するときにはフィルター
部材自体が非常に小さく、溶接作業が困難であるばかり
でなく、溶接時の局所加熱によってしばしば金属ヒュー
ム、着色などが発生する。この金属ヒュームはフィルタ
ー部材Ｅに付着し使用時に処理ガスの流れに伴って浮遊
し、不純物の一因となる。又溶接では電子ビームなどの
高い精度の溶接法を採用するときにも、金属多孔体には
しばしば局部的縮み、凹み、亀裂などが生じてその溶接
には多大の注意を必要とし作業能率にも劣る。

【０００８】また溶接にかえて、ロー付けにより結合す
るときにも、通常、熔融したロウ材は毛細管現象によっ
て図５に示すごとく、フィルター部材Ｅの空孔内に深く
侵入した浸入部ｂを形成しやすく、それによって空孔を
閉塞し濾過面積を減少させる。

【０００９】一方、前記したフィルター部材Ｅと、ガス
ケットＤとの間でのリークを完全に防止するには、両者
の結合面を平滑な平面とし、密着させることが不可欠と
なるが、多孔質のフィルター部材Ｅの端面研磨におい
て、平面性を付与するには高度の熟練を必要とする。例
えば特に前記した２層構造体のフィルター部材Ｅを研磨
するに際しては、図５に示すように、研磨ダレ、研磨後
の取扱い不良による微細層の欠けなどによる欠損部Ｇが
発生しやすく、このような欠損部Ｇが生じた場合には、
濾過性能に劣る支持体３Ａのみが外面に現れ、又このよ
うな欠損部Ｇは、ロウ付け加工だけでは完全に修復でき
ずリークが生じて精密濾過は不可能となる。

【００１０】本発明はかかる課題を解決しうる金属多孔
体のロウ付け構造体、およびその製造方法の提供を目的
としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、金属部材に結
合される金属多孔体の結合面に、予め焼結によって固着
されかつ前記金属多孔体の空孔の空孔径より小の空孔径
の空孔を有する緻密多孔材と、前記金属部材とをロウ付
け結合することにより、ロウ材の浸入による前記金属多
孔体の空孔の閉塞を防止したことを特徴とする金属多孔
体のロウ付け構造体である。

【００１２】又他の発明は、金属部材に結合される金属
多孔体の結合面に、該金属多孔体の空孔の空孔径より小
の空孔径の空孔を有する緻密多孔材を予め焼結すること
によって固着するとともに、この緻密多孔材と前記金属
部材の結合面との間にロウ材を配置して該ロウ材の溶融
温度以上に加熱することを特徴とする金属多孔体のロウ
付け構造体の製造方法である。

【００１３】

【作用】金属多孔体の結合面に緻密多孔材を予め焼結す
るため、金属多孔体の結合面は、より微細な緻密多孔材
で覆われることとなり、仮に金属多孔体の結合面に僅か
な研磨ダレなどの変形、欠損部分があるときにも該変
形、欠損部分を修復して金属部材との密着性を向上す
る。なお緻密多孔材は、例えばその粉末を事前に懸濁さ
せた懸濁スラッジとして、前記結合面に付着させて焼結
することができ、そのときには、結合面の凹凸にかかわ
らずすき間なく覆うことができる。さらに緻密多孔材
は、補強部材としても作用することになり、結合面での
欠損を防ぐとともに、該緻密多孔材は金属多孔体にすで
に焼結されているため、その間でのリーク発生も防ぎ結
合強度も維持しうる。

【００１４】しかも、緻密多孔材の空孔の空孔径を金属
多孔体の空孔径よりも小としていることにより、熔融状
態にあるロウ材の毛細管現象による浸入を、実質的に緻
密多孔材の空孔に止めることができ、例えば金属多孔体
の空孔内の深くにまで流入することによる有効空孔の閉
塞が軽減され、濾過面積の減少を抑制しうる。

【００１５】さらに請求項３の発明によれば金属多孔体
の結合面は微細空孔の緻密多孔材で覆われたものを用い
ることにより、金属部材との結合に先立ち行う平面研磨
を従来のような高精度仕上げが必要とならず、製造効
率、歩留り向上に寄与する。

【００１６】なお空孔径とは「平均空孔径」をいい、又
「平均空孔径」は、水銀圧入法によって測定される中位
径を意味する。なお金属多孔体が単一層ではなく２層以
上の多層からなるときには、両空孔径の平均値、より好
ましくは小なる方の空孔径が採用される。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づき説明
する。図１は、本発明の金属多孔体のロウ付け構造体１
を、図４に示した半導体の製造装置に用いうる前記フィ
ルター装置Ｆとして用いた場合を例にとり示しており、
図２はその構成部材を、図３は結合部分を拡大した顕微
鏡写真である。

【００１８】ロウ付け構造体１は、金属部材２に、金属
多孔体３をロウ付けにより結合し、また金属多孔体３の
結合面５Ａには、予め緻密多孔材６を焼結により一体化
している。又ロウ付け構造体１は、金属部材２の中央開
口４より流入する処理ガスがカップ状の金属多孔体３の
内周面から外周面に通過する間に処理ガス中に含まれて
いる不純物を捕獲して次工程に送給される。

【００１９】前記金属多孔体３は、本例では比較的粗い
例えば金属粉末を用いた支持体３Ａと、その外表面を覆
う微細層３Ｂとを一体焼結した複層構造体であり、前記
微細層３Ｂは、実質的に濾過精度を保証しうる高い濾過
精度と低い圧損となるように、例えば金属粉末、金属繊
維、又は金属短繊維などの微細エレメントを用いて比較
的薄く、例えば金属多孔体３の全厚さの１／２以下、よ
り好ましくは１／４〜１／２０程度に形成される。

【００２０】又半導体製造用プロセスガスのフィルター
装置Ｆに用いる本例では、微細層３Ｂは、例えば太さ
０．５〜１０μｍ、アスペクト比２〜２０のステンレス
鋼短繊維を用いた厚さ０．１〜２mm程度（より好ましく
は０．３〜０．８mm）の薄層とする。なおこのような複
層構造体を製造する方法としては、例えば前記ＰＣＴＷ
Ｏ９３／０６９１２号公報が開示するように、粗大空孔
の支持体３Ａの外表面に、予め微細エレメントを懸濁し
た懸濁液を吸引積層させることによって微細層３Ｂを形
成しかつ焼結によって一体化する方法を用いうる。なお
前記金属短繊維を用いるもの、あるいはこれと微細金属
粉末とを混合した混合粉末からなる金属多孔体も、低圧
損かつ高精度のフィルタ部材を提供できる。

【００２１】なお半導体のプロセスガス以外の気体、そ
の他例えば熔融ポリマーなどの各種液体の濾過に用いる
場合においても、金属多孔体は、その構成を各流体の特
性などに応じて任意に選択できる。例えば単層構造体、
３層以上の構造体、さらには単一ないし異種混合の微細
エレメントを用いたものなど、またその形状もパイプ、
チューブ状あるいは円錐状、角錐状、ヒダを設けた不定
形など、さらには例えばシート、ブロック状などとする
こともできる。

【００２２】金属多孔体３は、被処理流体に対する耐食
性、使用条件、機械的特性などを考慮し材質が決定され
るが、通常ニッケル、その合金、例えばハステロイ（登
録商標）、インコネル（登録商標）などの他、ステンレ
ス鋼（３１６，３１６Ｌなど）、さらには銀などから適
宜選択した単一乃至混合したエレメントからなる焼結
体、乃至複層構造とした焼結体が採用できる。

【００２３】特にステンレス鋼は、成形が比較的容易
で、耐食性、耐熱性に優れており好適に用いうる。そし
てこのような金属多孔体３を、前記したＶＣＲ継手構造
においてガスケットとして機能する金属部材２に結合す
るに際して、前記のように、前記金属多孔体３の結合面
５Ａに、予め所定厚さの緻密多孔材６を一体焼結してい
る。

【００２４】緻密多孔材６は、基本的には濾過機能まで
は持たせる必要はなく、むしろ金属多孔体の結合面５
Ａ、金属部材２の結合面５Ｂ間に介在して熔融したロウ
材が毛細管現象によって前記金属多孔体３に流入するこ
とを防ぐ遮ロウ材として機能させる。そのために、その
空孔は金属多孔体３の空孔径よりも小さい、例えば金属
多孔体３の空孔径の０．３０〜０．９９倍、より好まし
くは０．６〜０．９倍程度の空孔径の空孔を有するよう
に設定するのがよい。

【００２５】なお、前記緻密多孔材６の材質は、前記金
属多孔体３を構成した金属エレメントと同種のものを用
いるのが焼結性にすぐれ、又厚さｔは０．２〜２．０mm
程度、好ましくは０．５〜１．０mm程度とし、例えば前
記ステンレス鋼にあっては９００〜１２００℃程度の温
度で金属多孔体３の結合面５Ａに焼結、一体化される。
なお金属部材２、金属多孔体３との接合性を高めるべ
く、ロウ付け面の凹凸をなくし平滑とするために、その
表面を予め研磨、研削仕上げする。なおリング状の緻密
多孔材６は、焼結に際しての押付けに伴う両者の変形に
よって金属多孔体の小さな欠損部分は修復され密着でき
る。

【００２６】このように、緻密多孔材６は予め平板リン
グ状に成形した成形品を用いうる他、例えば、微細金属
粒子を予め水などで懸濁した懸濁スラッジを前記結合面
５Ａに付着させて焼結することにより形成することもで
きる。この場合、必要に応じてロウ付面を平滑平面とす
る研磨加工において、従来のようにその全面を高精度に
仕上げることまで必要とせず歩留り、生産性向上とな
る。

【００２７】他方、前記金属部材２は、本例では、管状
体Ａ１、Ａ２の接続端面の前記リング状突起ａ、ａが両
面を押圧することによりシールするガスケットとして機
能する円板状の基体７に、前記中央開口４を設けたリン
グ体であり、かつ一面に前記金属多孔体３の外周面を嵌
入する凹部９を設ける。

【００２８】なお凹部９の奥面は、金属多孔体３を結合
するための結合面５Ｂをなし、かつ前記開口４によって
カップ状の金属多孔体３の内周面に導通する。なお金属
部材２は、前記凹部９の他面に、凹部９とは反対に膨出
する補強用のボス部１１を形成している。この金属部材
２は、外周部分において厚さＴを例えば０．５〜２．０
mm程度、外径は８〜２０mm程度としている。

【００２９】なお前記凹部９は、金属多孔体３を緩く嵌
入することによってロウ材の加熱による拡がりを防ぐと
ともに、金属多孔体３のロウ付け時の倒れの防止にも役
立つ。

【００３０】又この金属部材２は、前記管状部材Ａ１、
Ａ２の押圧によってリング状突起ａ、ａによりその表面
に若干の凹部が形成され面接触によってリークを防止で
きる程度の強度、硬さとする。このため、好ましくはＨ
ｖ５０〜２５０、好ましくはＨｖ９０〜２００程度の表
面硬度を備える例えばニッケル、アルミ、銀などを好適
に用いうるとともに、ステンレス鋼や各種ニッケル合金
も採用される。

【００３１】図３は、結合部分を５０倍に拡大した顕微
鏡写真であって、金属部材２の結合面５Ｂと、金属多孔
体３の結合面５Ａとの間の緻密多孔材６にはロウ材１２
が浸入している反面、前記金属多孔体３の空孔内部にま
ではロウ材が実質的に流入しておらず、界面付近にあっ
ても空孔の閉塞は見られていない。したがって熔融ロウ
材の浸入は前記緻密多孔材６の空孔内に止まっているも
のと理解でき、ロウ材が緻密多孔材に浸入する程度は、
その全体又は任意深さの層状であってもよい。

【００３２】これは、緻密多孔材６の空孔径を金属多孔
体３の空孔径より小さく設定していることに起因する。

【００３３】なおロウ材として、本例ではＮｉ基アモル
ファス箔（厚さ１０〜１００μｍ、好ましくは２０〜７
０μｍ）のロウ材箔片を採用し、前記金属部材２と緻密
多孔材６との間に配置した。

【００３４】このようなロウ材は、厚さが薄く、またそ
れ自身非常に高い平面性と変形回復性を備えることから
配置を容易にするとともに隙間のない確実な結合が得ら
れる。またＮｉロウは耐食性と高温強度にも優れ応用範
囲を広げることができ、これ以外にも例えば金乃至銀ロ
ウなどの採用も可能である。

【００３５】またロウ材のロウ付け処理においては、そ
の熔融状態での粘性が低くならないようその材質や加熱
条件を適宜設定することが望ましく、ロウ材の溶融温度
以上、例えば前記Ｎｉロウ材にあっては１０００〜１０
５０℃で２〜２０分程度加熱するとともに必要に応じて
さらに加圧して結合（密着性）をより確実とすることも
望ましい。なお前記条件は金属多孔体などの熱容量によ
っても変化する。

【００３６】このようにロウ付け処理された構造体は、
前記図３に示したようにロウ材の浸入が緻密多孔材６の
空孔内部に止まり、金属多孔体３の有効濾過面積の減少
を抑制するとともに、ロウ材は緻密多孔材の空孔にも充
分に浸入させる程度とするのがよい。又緻密多孔体６と
金属多孔体３とは予め焼結されたものであることから、
剥離などの強度不足がなく、空孔精度も向上しうる。

【００３７】このような方法、構造体を採用することに
より、従来の溶接などで問題となった局部的な熱に伴う
変形や収縮、クラック発生、さらには金属ヒュームの汚
染問題をも解決するとともに、ロウ付けによる空孔閉塞
による有効濾過面積の減少も抑制して、処理流体が大き
く迂回して流れることが改善され、それによる滞留も防
止しうる。さらに緻密多孔材が金属多孔体の結合面での
研磨によるダレなどを修復しうるようにも構成でき、こ
のとき研磨作業を能率化して生産効率、歩留りの向上を
図る。

【００３８】

【発明の効果】このように、本発明のロウ付け構造体及
びその製造方法は、緻密多孔材を介在させることにより
ロウ付による空孔閉塞を防ぎつつ、金属多孔体と金属部
材とを能率よく確実に結合しうる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法およびそれにより得られるロウ付
け構造体の一実施例を示す断面図である。

【図２】その分解図である。

【図３】結合部を詳示する顕微鏡拡大写真である。

【図４】使用状態を例示する断面図である。

【図５】従来のロウ付けによる結合部分を例示する断面
図である。

【符号の説明】

２ 金属部材 ３ 金属多孔体 ５Ａ、５Ｂ 結合面 ６ 緻密多孔材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属部材に結合される金属多孔体の結合面
   に、予め焼結によって固着されかつ前記金属多孔体の空
   孔の空孔径より小の空孔径の空孔を有する緻密多孔材
   と、前記金属部材とをロウ付け結合することにより、ロ
   ウ材の浸入による前記金属多孔体の空孔閉鎖を防止した
   ことを特徴とする金属多孔体のロウ付け構造体。
2. 【請求項２】前記金属多孔体は、比較的粗い空孔の支持
   体と、少なくともその外表面に形成され前記支持体の空
   孔よりも空孔径が小の空孔の微細層との複層構造体から
   なる請求項１に記載の金属多孔体のロウ付け構造体。
3. 【請求項３】金属部材に結合される金属多孔体の結合面
   に、該金属多孔体の空孔の空孔径より小の空孔径の空孔
   を有する緻密多孔材を予め焼結することによって固着す
   るとともに、この緻密多孔材と前記金属部材の結合面と
   の間にロウ材を配置して該ロウ材の溶融温度以上に加熱
   することを特徴とする金属多孔体のロウ付け構造体の製
   造方法。