JPH08504692A - 金属ファイバーを含有する多孔性燒結積層体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、圧力下で互いに焼結された金属ファイバー（５）の不織のウェブ（３）がそこに結合されているところの相互に交叉するワイヤの金属ワイヤメッシュ（２）を含む多孔性積層体において、メッシュの接合部（４）の領域中の膜の多孔度が、該接合部間のメッシュ開口部の中央ゾーン（６）中の多孔度の多くとも４０％である積層体、及びこの積層体を製造する方法に関する。

Description

【発明の詳細な説明】 金属ファイバーを含有する多孔性焼結積層体 本発明は、金属ファイバーの不織のウェブが焼結操作によりそこに結合されて いる金属ワイヤのメッシュを含有する多孔性焼結積層体に関する。本発明はまた 、このような積層体を製造するために方法に関する。 １以上の金属ワイヤメッシュで強化された多孔性の焼結された金属ファイバー 積層体は一般に公知である。例えば、米国特許第３，４３７，４５７号明細書は 、金属ファイバーウェブがその平らな側面の少なくとも一方を、焼結することに より、織られたワイヤメッシュに結合されているところの積層された多孔性構造 物に関する。このことを達成するために、金属ファイバーウェブが、拡散結合が ファイバー同志の及びネットとファイバーとの相互の接触点にて形成されるよう に、低圧力下でワイヤメッシュに対してプレスされそして加熱される。均質な多 孔度を有する焼結されたフィルター構造物は、ドイツ特許出願第２，７２０，２ ７８号公報より公知である。それを製造するために、多角形の横断面を有する薄 いステンレススチールファイバーの織られた及び／又は不織の層が、互いの上に 置かれ、次いで、オーブン中で圧力及び熱を同時に加えることにより互いに焼結 される。これらの多孔性積層体は、特にディップスフィルターとしての使用が意 図されており、従って、 それら中のファイバーの含量％はかなり高い。米国特許第４，１２６，５６０号 明細書はまた、現在の技術水準の例として参照されうる。 本発明の一つの目的は、満足のいく濾過容量を備えた比較的低い多孔度を有す る多孔性積層体を提供することである。特に、本発明は、その中のファイバーの 含量％が、金属ワイヤーメッシュによって占められた空間に比べて相対的に小さ く、かつそれによってまだ十分な濾過容量が維持されているところのこのような 多孔性積層体を提供できる。この場合に、このことは、比較的低いｍ²当りのフ ァイバー重量にも拘わらず、十分に低い多孔度及び適当な空気透過性が、特にワ イヤメッシュ開口部に面したフィルター表面ゾーンにおいて達成されうることを 意味している。 本発明の他の目的は、高い圧力低下及び特に圧カパルスに耐えることができる 金属ファイバーを含有するフィルター積層体、特に比較的薄いフィルター積層体 を提供することである。 ファイバーとワイヤメッシュ間の結合が、ファイバー層が実際もはやメッシュ から引き剥がされないほど強いところのフィルター積層体を提供することがまた 本発明の目的である。 次に、現在の技術水準に従ったオーブン中での連続焼結方法と対照的に、本発 明の目的は、オーブンの使用を要求しない特定の連続焼結方法を提供することで ある。特に、本発明の目的は、この特定の連続焼結方法を用いて、原則 として、より単純なそしてより安価な焼結設備を利用することを可能とする万能 で、経済的でかつ融通の利く製造方法を提供することである。更に特に、この新 しい連続法は、本発明によって意図される金属ファイバー含有積層体を含む、特 定の濾過特性を有した新しい特定のフィルター構造物の実現を可能とするであろ う。 本発明に従って、これらの目的は、圧力下で互いに焼結された金属ファイバー の不織のウェブが、その上に付着された相互に交叉するワイヤから成る金属ワイ ヤメッシュを含む多孔性積層体であって、メッシュ接合部の領域中のウェブの多 孔度が、上記接合部間のメッシュ開口部の中央ゾーンの多孔度の多くとも４０％ 、好ましくは、２５％を越えないところの多孔性積層体によって達成される。特 定の用途のためには、１５％よりも更に低い多孔度比が選択されうる。 本発明によって意図される多孔性積層体の経済的な製造方法は、以下のように して行われる。金属ワイヤメッシュが、その上に置かれた金属ファイバーウェブ と共に回転加圧ローラー間を連続的に進められ、ここで、該ローラーは、ファイ バーを相互の接触点にて互いに及びメッシュに焼結するために、電流が、ローラ ーとの接触ゾーン中の積層体の横断面を通して流れるような異なった電位を与え られている。 ここで、この全てを、添付した図を参照して、本発明の特定の実施態様と関連 して説明する。追加の特性及び利点 もまた、明らかとなる。 図１は、本発明に従った多孔性積層体の横断面に関する。 図２は、図１に従った積層体の上方からの眺めを示す。 図３は、図１に従った横断面の拡大図である。 図４は、技術水準に従った多孔性積層体の横断面の拡大図である。 図５は、本発明に従った積層体の一部である、ウェブ中のファイバー表面の様 子の拡大を示す。 図６は、技術水準に従った多孔性積層体中のファイバーの類似の様子を示す。 図７は、本発明に従った多孔性積層体の連続的製造のための装置を、概説的に横 断面で表している。 図１に概略された多孔性積層体は、互いに交叉しているたて糸及びよこ糸ワイ ヤからなる織られた金属ワイヤメッシュ２を含み、不織のウェブ３が焼結により それに結合されている。メッシュのワイヤは、例えば、ワイヤ引抜により得られ たステンレススチールワイヤである。ウェブ３は例えば、例えば束ねられた引抜 により又はカッティング加工或いは機械加工により得られたステンレススチール ファイバー５から構成される金属ファイバーからなる。公知の如く、これらのフ ァイバーは、通常、多角形の横断面等の結果である多くのはっきりと輪郭された 凹凸１０）溝及び尖った端を有する不規則な表面を有する。これらのファイバー ５の使用及びウェブ形成の乾式法は、それ自体、例えば、米国特許第３，４６９ ，２９７号又は第３，５０５， ０３８号明細書より公知である。ファイバーは、３×１０^-6ｍｍ²〜１．８×１ ０²ｍｍ²の間、好ましくは１．２×１０^-5〜３×１０^-3ｍｍ²の間、更に好まし くは、５×１０^-5〜７．５×１０^-4ｍｍ²の間の横断面表面積を有する。 ワイヤメッシュ２のウェブ３との新しいかつ特定の一体化操作は、以下に記す 高圧力下での焼結操作を含む。本発明に従って、このことは、図２に図解された 如く、ネットのメッシュ接合部４の領域において強く圧縮されたゾーンを有する 積層された構造を結果する。これらの圧縮されたゾーン４の間、特にメッシュ開 口部の中心６の領域又は範囲中には、より多孔性のゾーンが存在する。この特性 はまた、図３に概略した横断面中に見ることができる。さらに、この概略図は、 ファイバー５の不規則な横断面を明らかに図解している。焼結の間の積層体の強 い圧縮の結果として、メッシュワイヤは通常、ウェブ３から遠ざかる方向に向い た外側面上の位置のうちでとりわけ少なくとも接合部４のゾーン中において平ら にされたゾーン８を獲得する。圧縮されたファイバーはまた、このゾーンにおい て、幾分か平らにされた横断面を示す。 本発明に従った焼結方法は、スチールワイヤメッシュ中又はファイバー中で、 何等重大な再結晶化を引き起こさない。線状に配置された金属組織学的な構造物 ７（これは、引抜の結果である）は、焼結後も大部分は保存されている（図３を 参照）。このことは、図４に示されている如くの、 重大な再結晶化が起こる古典的な焼結方法と比べて対照的である。古典的な方法 を用いると、メッシュ接合部４の領域中のウェブ圧縮はまた、殆ど目立たないか 又は存在しない。本発明に従った焼結後は、ファイバーは、図５に概略された如 く、はっきりと輪郭された凹凸又は溝の入った外観１０を有した粗い、平坦でな い表面を大部分維持している。しかしながら、古典的な焼結方法を用いると、こ れらの元の表面の溝又はリブの多くは消失し、図６に示された如くの竹のような 構造９を有した表面を結果する。図５はまた、互いに交叉する点での高圧力の結 果として、ファイバーが互いにより堅く絡まりそして固定されるようになること を示している。従って、焼結から起こる更なる一体化の結果、ファイバーはお互 いに或いはメッシュと非常に強く結合するようになり、引き剥がしてバラバラに することが実質上不可能となる。 本発明に従った多孔性積層体の連続製造は以下の通りにして行われる。比較的 高い多孔性の金属ファイバーウェブ１１が、金属ワイヤメッシュ２の上に置かれ 、そしてローラー１２を用いた任意的な穏和な予備圧縮処理の後、この積層され た構造物を供給テーブル１３上に連続的に供給し、実際の一体化デバイスに通す （図７）。このデバイスは、本質的に、金属加圧ローラー１４及び１５の系を含 み、このローラー間に、電流がローラーとの接触部１６の狭い片の形のゾーン中 の積層体の横断面（該断面は積層体の移動方向に垂直に位置する）にわたって流 れるように、電位差 が電源「Ｅ］から設定される。 所望により、電位の差は、積層体の性質及び特性に従って制御されうる。事実 、電流（これは、直流又は交流のいずれかである）は、抵抗体加熱プロセスの効 果を有し、このことは、ファイバーがそれらの接触点において互いに焼結される ことを結果する。しかしながら、接触時間は比較的短いので、非常に高い圧力が 要求される。従って、これらの高い圧力は、接合部４の領域内における、高程度 の圧縮、局所的平面化、及びファイバーとメッシュワイヤの、お互いの中への押 し合い或いは締め付けを結果する（図５参照）。それ故、一つの結果は、ワイヤ の外側側面上においてワイヤ２の局所的平面化８がしばしばあるということであ る。実際は、大きな表面積上に加えらる圧力はあまりにも大きくしなければなら ないので、オーブン中で古典的な焼結方法を用いて同じ焼結結合特性を実現する ことは現実的には不可能である。また、通常、古典的な焼結処理の後に焼結され た多孔性ファイバー構造物を圧縮するために不連続的又は連続的プロセスのいず れかにて行われる冷間圧延によって、同じ焼結結合特性及び低い多孔度を達成す ることは不可能であろう。冷間圧延圧力は、多孔性ウェブ構造物がメッシュ接合 部の領域において圧潰されるほど高くなければならないであろう。 実施例 ３００ｇ／ｍ²又は６００ｇ／ｍ²のいずれかの重量を 有しかつ３１６Ｌタイプのステンレススチールファイバーから作られた多くの不 織のウェブ（これらは、束ねられた引抜により得られる）が、本発明に従って、 種々の織られたワイヤ細目網（それぞれは、０．５ｍｍの厚さ（即ち、０．２５ ｍｍのワイヤ直径）を有する）と組み合わせられる。この場合の細目網又はネッ トのメッシュサイズは、以下の表中に示されたように変更した。それぞれ８、１ ２及び２２ミクロンの種々の同等のファイバーの直径をまた利用した。 積層体を、図７に示された如くの装置の２つの加圧ローラー１４及び１５の間 に、適当な速度、例えば０．１〜５ｍ／分にて供給した。ローラー間を通過する 積層体上にかけられた圧力は、おおよそ１０〜３０Ｎ／ｍｍ²であり、そして加 えられた電圧は、４０ｍｍの積層体幅に対して２５，０００Ａまで、積層体の横 断面を通して流れる電流を結果した。装置には、電流ピック（ｃｕｒｒｅｎｔ ｐｉｃｋ）又は短絡を避けるための電流制御デバイスを備えた。 以下の表は、２００Ｐａの圧力勾配にて記録された平均空気透過値（ＡＰ）を 示している。それぞれの場合において、テスト断面は０．６２ｃｍ²の表面積を 有していた。比較のために、テストＮｏ．１３において、通例の方法にて（不連 続的に）真空オーブン中で焼結された類似の積層体構造物をテストした（図４を 参照）。その結果、この積層体は著しく厚く、即ち０．８２ｍｍ、これは、テス トＮ ｏ．３に比べて約４倍近く大きい空気透過性を結果した。孔のサイズ（ＭＦＰ、 平均フロー孔サイズ）をまた示す。 本発明に従った積層体においては、ウェブをワイヤメッシュから引く剥がす又 は引き離すことは不可能であるのに対して、テスト１３の古典的な積層体では可 能であることが判った。 同じメッシュ開口及び同じウェブ重量においては、空気透過性がファイバー直 径の増加に伴って著しく増すということがこの表より容易に推論される。他方、 同じメッシュ開口ではウェブ重量の増加に伴って、空気透過性は自然に減少する 。絶対値においては、減少は、厚いファイバーの方が薄いファイバーより大きい 。結局、一定のウェブ重量及びファイバー直径においては、メッシュサイズの減 少に伴って空気透過性の減少が起こる。しかしながら、メッシュサイズの影響は 、ウェブ重量又はファイバー直径の変化に比べて、相対的に重要性は少ない。 更に、テストＮｏ．１０から、低いウェブ重量でかつ同時に比較的大きいメッ シュ開口では、ファイバーは、再現性のある濾過特性を提供するためには、恐ら く、お互いの間に及び隣接するメッシュ接合部の間に不十分な数の架橋を形成す るということが推論できる。 束ねられた引抜により得られるファイバーに代わって、シェービング又はカッ ティング（例えば、ヨーロッパ特許第３１９，９５６号公報に記載されている如 く）によって得られるスチールウール又は他の金属ファイバーが用いられること ができ、そして、不織のウェブに加工された後に、それらは適当なメッシュ構造 物と組み合わせられ得る。このようにして得られたこのようなファイバー及びウ ェブは、例えば、米国特許第３，５０５，０３８号明細書に記載されている。メ ルテージ（溶融された金属）から直接得られた金属ファイバー（例えば、米国特 許第３，８４５，８０ ５号明細書又は英国特許第１，４５５，７０５号公報から公知である）、または 金属酸化物混合物を還元することにより得られた金属ファイバー（米国特許第３ ，６７１，２２８号及び第４，３１２，６７０号明細書）もまた用いられること ができる。ウェブ形成はまた、米国特許第３，１２７，６６８号明細書より公知 の又はそれに類似の湿式法によって行われうる。 所望により、編まれた構造物もまた、ワイヤメッシュとして用いられ得る。メ ッシュワイヤの横断面は、丸いことが必須ではなく、それはまた、例えば、長方 形であり得る。ある場合においては、金属ファイバーウェブはまた、ウェブの両 側面上で焼結される２つのワイヤメッシュの間に中心の濾過層として挟まれうる 。従って、ウェブの一方の側面上のワイヤメッシュは、他の側面上のワイヤメッ シュ（例えば、ワイヤ直径０．２ｍｍ）より薄いワイヤ（ワイヤ直径０．１ｍｍ ）から構成されうる。加えて、さらに多くのファイバーウェブ層が、互いの表面 上でワイヤメッシュと共に、例えば一つの層が他の層と異なるファイバー直径を 有して、焼結されることができる。ウェブ重量は、１００ｇ／ｍ²〜４ｋｇ／ｍ² の間を変化しうる。所望により、小さなメッシュを有した編まれた又は織られた ネットが、互いの上に交叉して積み重ねられて、そして本発明に従った方法を用 いて互いに焼結されうる。 利用される金属ファイバーアロイは、種々のステンレススチールに限定される 必要はない。ニッケル、Ｉｎｃｏｎ ｅｌ（商標）及びＨａｓｔｅｌｌｏｙ（商標）ファィバー、並びに腐蝕、磨耗及 び／又は耐熱性の金属ファイバー（例えば、ＦｅＣｒＡｌｌｏｙ（商標）アロイ から作られる）の使用もまた考慮されうる。 本発明に従った積層体は、非常に広範囲の適用用途又は使用用途、例えばフィ ルター媒体としての用途を有する。第一に、エアバッグのためのフィルターとし てのそれらの利用が考えられ、該バッグは、車のステアリング・コラム又はダッ シュボード中に一般に設置され、正面衝突の場合に乗客とステアリングホイール 又はダッシュボードとの間のクッションとして働く。一般に、焼結された金属ウ ェブフィルターは、衝突の衝撃が検出された時にバッグを素早く膨らますために 放出される急激に膨張するガスを濾過するために、しばしばこれらのエアバッグ 中に組み込まれる。これらのファイバーフィルターは、当然、圧力波及び衝撃に 対して非常に耐性でなければならない。本発明に従ったしっかりしたフィルター 構造は、このことに非常に良く適している。 一般に、かなり低い多孔度の比較的薄いフィルター構造物の特性を、表面フィ ルターとして利用するために適応させることも可能である。ゾルーゲル懸濁液（ 例えば、ＺｒＯ₂）もまた、それらの上に置かれるか又はダイヤモンド様コーテ ングとなることができ、それ故、それらは、微小又は限外濾過の無機の膜フィル ターとして、接線流（横流）又は交叉流（「行き止まり」）のいずれかにて用い られ得 る。 もし耐熱性ファイバー、例えば、ＦｅＣｒＡｌ１ｏｙファイバーが用いられれ ば、本発明に従った焼結積層体はまた、例えば、表面放熱バーナーのための平ら な或いは管型の膜として、又はディーゼル排気ガスからのすす粒子のための再利 用可能なフィルターとして用いられ得る。 焼結の前又は後のいずれかにて、ファイバーは、例えば、触媒的に活性な物質 でコートされることができ、従って、積層体は触媒として用いられ得る。酸化触 媒からなるファイバー上のコーティングは、すす粒子を容易に除くための良い候 補であり、そして低い温度にて、該すす粒子はディーゼル排気フィルター中に捕 らえられ又は捕獲されうる。ニッケル又はニッケルアロイファイバーを含む本発 明に従った積層体はまた、電極として利用されうる。 本発明に従った１以上の積層体の組み合わせが、他のフィルター媒体と組み合 わせて或いは組み合わせないで、平らな形に或いは管の形に設置されるところの 本発明に従ったオーダーメイドのフィルター系がデザインされ得る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．圧力下で互いに焼結され、かつ相互に交叉するワイヤの金属ワイヤメッシュ （２）に結合された金属ファイバー（５）の不織のウェブ（３）を含む多孔性積 層体において、メッシュの接合部（４）の領域中の膜の多孔度が、これらの接合 部間のメッシュ開口部の中央ゾーン（６）における多孔度の多くとも４０％であ る積層体。 ２．該多孔度が多くとも２５％である、請求の範囲第１項に記載の多孔性積層体 。 ３．該多孔度の比が、１５％未満である、請求の範囲第２項に記載の多孔性積層 体。 ４．ファイバー（５）がはっきりと輪郭された凹凸又は溝の入った外観（１０） を有した平らでない表面を有する、請求の範囲第１項に記載の積層体。 ５．ファイバー（５）が、接合部（４）の領域において幾分か平らにされた横断 面を有する請求の範囲第１項に記載の積層体。 ６．ファイバーが３×１０^-6ｍｍ²〜１．８×１０^-2ｍｍ²の間の横断面表面積を 有する、請求の範囲第１項に記載 の積層体。 ７．該表面積が１．２×１０^-5〜３×１０^-3ｍｍ²の間である請求の範囲第６項 に記載の積層体。 ８．該表面積が５×１０^-5〜７．５×１０^-4ｍｍ²の間である請求の範囲第７項 に記載の積層体。 ９．接合部（４）の領域中のメッシュワイヤが、ウェブから遠ざかる方向に向い た外側側面上に平らにされたゾーン（８）を有する請求の範囲第１項に記載の積 層体。 １０．メッシュ（２）のワイヤが再結晶化されていない構造を示す請求の範囲第 １項に記載の積層体。 １１．フィルター媒体として請求の範囲第１項に記載の積層体を用いる方法。 １２．請求の範囲第１項に記載の多孔性積層体を製造する方法において、金属ワ イヤメッシュ（２）が、その上に置かれた金属ファイバーウェブ（１１）と共に 、回転する加圧ローラー（１４、１５）の間を連続的に進められる、ここで、ロ ーラーとの接触ゾーン（１６）中の積層体の横断面を通って電流が伝導してファ イバー（５）をそれらの相互の接触点において互いに及びメッシュ（２）と焼結 する ようにこれらのローラーは異なった電位を有するところの方法。