JP2017214268A

JP2017214268A - セラミックフィルター及びセラミックフィルターの製造方法

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Publication number: JP2017214268A
Application number: JP2016213027A
Authority: JP
Inventors: 近藤　真一; Shinichi Kondo; 真一近藤; 薫海野; Kaoru Umino
Original assignee: Vaintech Co Ltd
Current assignee: Vaintech Co Ltd
Priority date: 2016-05-30
Filing date: 2016-10-31
Publication date: 2017-12-07

Abstract

【課題】強度、耐食性に優れ、薄板状だけではなく、各種の形状のセラミックフィルターを提供し、また、各種の形状を一体成形できるセラミックフィルターの製造方法を提供することにある。【解決手段】粒状のセラミックスからなる骨材に、結合剤として所定量の有機増粘剤と所定量の粉末ガラスと所定量の無機セメントと、適量の水を混練した混合材料とし、混合材料を成形した後、加熱及びその後冷却して骨材を溶着させたことを特徴とし、また、混合材料の全体重量に対し、有機増粘剤の重量パーセントが、０．１％〜５％で、粉末ガラスの重量パーセントが、０．５％〜１０％で、無機セメントの重量パーセントが、０．５％〜１０％であることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、金属溶湯中から不要物を除去するセラミックフィルター及びセラミックフィルターの製造方法に関する。

従来より、アルミニウム鋳造部品の製造分野ではアルミ地金やアルミスクラップの溶解の際に発生する酸化物や不純物等による非金属介在物が鋳造品に混入して欠陥となり、製品の表面状態や特性を著しく劣化させることから、アルミニウム溶湯中の介在物を除去して溶湯の品質向上を図るため、高温の溶湯中で介在物を濾過、捕集できるフィルターとしてセラミックフィルターが用いられている（特許文献１参照）。

また、従来のセラミックフィルターの製造方法としては、例えば特許文献２に示されるものがある。特許文献２のセラミックフィルターの製造方法は、骨材粒子と、無機質結合材原料と、適量の有機バインダーと、適量の水とを混練し、成形し、乾燥し、次いで１１５０度〜１４００度まで加熱して無機質結合材原料を溶融させ、その後、冷却して得られるセラミックフィルターにおいて、冷却を、自然放冷で８７０度〜７５０度まで冷却し、その温度に３〜９時間保持するものであり、セラミックフィルターの品質や曲げ強度を向上させることを考慮した製造方法である。

特開平１１−３２００８３号公報特開２００１−３９７８１号公報

しかしながら、従来のセラミックフィルターでは、耐久性に乏しい難点があり、かつ特許文献１にも板状以外の円筒形状のものが示されているが、板状を湾曲させた程度の薄手の円筒形状であればともかく、板状及びそれに準じた形状以外のセラミックフィルターを一体的に成形させることは困難であった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、強度、耐食性に優れ、薄板状だけではなく、各種のセラミックフィルターを提供し、また、各種の形状を一体成形できるセラミックフィルターの製造方法を提供することにある。

請求項１記載のセラミックフィルターは、粒状のセラミックスからなる骨材に、結合剤として所定量の有機増粘剤と所定量の粉末ガラスと所定量の無機セメントと、適量の水を混練した混合材料とし、混合材料を成形した後、加熱及びその後冷却して骨材を溶着させたことを特徴とする。

請求項２記載のセラミックフィルターは、セラミックスの骨材が、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化ホウ素、ジルコン、ジルコニア若しくはアルミナのいずれか又はいずれか２種類以上を用いたものであることを特徴とする。

請求項３記載のセラミックフィルターは、混合材料の全体重量に対し、有機増粘剤の重量パーセントが、０．１％〜５％で、粉末ガラスの重量パーセントが、０．５％〜１０％で、無機セメントの重量パーセントが、０．５％〜１０％であることを特徴とする。

請求項４記載のセラミックフィルターは、骨材の最大粒径が、０．０１ｍｍ〜１０ｍｍであることを特徴とする。

請求項５記載のセラミックフィルターは、混合材料を、坩堝状に成形したことを特徴とする。

請求項６記載のセラミックフィルターは、混合材料を、半球状、多角筒状、円筒状、楕円円筒状、半円円筒状又は半楕円円筒状の坩堝状に成形したことを特徴とする。

請求項７記載のセラミックフィルターは、混合材料を、球状、半球状、多角筒状、多角柱状、円筒状、円柱状、楕円円筒状、楕円円柱状、半円円筒状、半円円柱状、半楕円円筒状又は半楕円円柱状に成形したことを特徴とする。

請求項８記載のセラミックフィルターは、混合材料を、略筒状で、内面が下方に向かって傾斜する擂鉢状の上室部と、上室部の下部開口よりも径が大きい略筒状で、上室部の下方に設けられた下室部とを有する形状に成形したことを特徴とする。

請求項９記載のセラミックフィルターは、上室部の擂鉢状の下部部分が、下室部の上部開口部位置において、下室部の軸中心方向に突出し、逆止突起状であることを特徴とする。

請求項１０記載のセラミックフィルターの製造方法は、粒状のセラミックスからなる骨材に、結合剤として所定量の有機増粘剤と所定量の粉末ガラスと所定量の無機セメントと、適量の水を混練した混合材料とし、混合材料を成形した後、加熱及びその後冷却して骨材を溶着させることを特徴とする。

請求項１１記載のセラミックフィルターの製造方法は、セラミックスの骨材が、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化ホウ素、ジルコン、ジルコニア若しくはアルミナのいずれか又はいずれか２種類以上を用いたものであることを特徴とする。

請求項１２記載のセラミックフィルターの製造方法は、混合材料の全体重量に対し、有機増粘剤の重量パーセントが、０．１％〜５％で、粉末ガラスの重量パーセントが、０．５％〜１０％で、無機セメントの重量パーセントが、０．５％〜１０％であることを特徴とする。

請求項１３記載のセラミックフィルターの製造方法は、骨材の最大粒径が、０．０１ｍｍ〜１０ｍｍであることを特徴とする。

請求項１４記載のセラミックフィルターの製造方法は、混合材料を、坩堝状に成形することを特徴とする。

請求項１５記載のセラミックフィルターの製造方法は、混合材料を、半球状、多角筒状、円筒状、楕円円筒状、半円円筒状又は半楕円円筒状の坩堝状に成形することを特徴とする。

請求項１６記載のセラミックフィルターの製造方法は、混合材料を、球状、半球状、多角筒状、多角柱状、円筒状、円柱状、楕円円筒状、楕円円柱状、半円円筒状、半円円柱状、半楕円円筒状又は半楕円円柱状に成形することを特徴とする。

請求項１７記載のセラミックフィルターの製造方法は、混合材料を、略筒状で、内面が下方に向かって傾斜する擂鉢状の上室部と、該上室部の下部開口よりも径が大きい略筒状で、該上室部の下方に設けられた下室部とを有する形状に成形することを特徴とする。

請求項１８記載のセラミックフィルターの製造方法は、上室部の擂鉢状の下部部分が、下室部の上部開口部位置において、下室部の軸中心方向に突出し、逆止突起状であることを特徴とする。

本願の発明によれば、粒状のセラミックスからなる骨材に結合剤として有機増粘剤と粉末ガラスに加え、無機セメントを用いていることで、強度、耐食性に優れ、薄板状だけではなく、各種のセラミックフィルターを提供でき、また、各種の形状を一体成形できるセラミックフィルターの製造方法である。

本発明に係るセラミックフィルターの円筒状で底のある坩堝状の一例を示す説明図である。本発明に係るセラミックフィルターの四角筒状で底のある坩堝状の一例を示す説明図である。本発明に係るセラミックフィルターの円筒状の一例を示す説明図である。本発明に係るセラミックフィルターの円柱状の一例を示す説明図である。本発明に係るセラミックフィルターの球状の一例を示す説明図である。本発明に係るセラミックフィルターの半球状で坩堝状の一例を示す説明図である。本発明に係るセラミックフィルターの楕円円筒状で底のある坩堝状の一例を示す説明図である。本発明に係るセラミックフィルターの半楕円円筒状で底のある坩堝状の一例を示す説明図である。本発明に係るセラミックフィルターの２室形状の一例を示す説明図である。図９のセラミックフィルターの断面を示す説明図である。

以下、本発明の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。図１は、本発明に係るセラミックフィルターの円筒状で底のある坩堝状の一例を示す説明図である。図２は、本発明に係るセラミックフィルターの四角筒状で底のある坩堝状の一例を示す説明図である。図３は、本発明に係るセラミックフィルターの円筒状の一例を示す説明図である。図４は、本発明に係るセラミックフィルターの円柱状の一例を示す説明図である。図５は、本発明に係るセラミックフィルターの球状の一例を示す説明図である。図６は、本発明に係るセラミックフィルターの半球状で坩堝状の一例を示す説明図である。図７は、本発明に係るセラミックフィルターの楕円円筒状で底のある坩堝状の一例を示す説明図である。図８は、本発明に係るセラミックフィルターの半楕円円筒状で底のある坩堝状の一例を示す説明図である。図９は、本発明に係るセラミックフィルターの２室形状の一例を示す説明図である。図１０は、図９のセラミックフィルターの断面を示す説明図である。

本発明に係るセラミックフィルター１〜９は、金属溶湯中から不要物を除去するためのフィルターである。尚、以下の説明では、まず、セラミックフィルター１について説明する。セラミックフィルター１は、円筒状で底のある坩堝状である。セラミックフィルター１は、後述する混合材料を、型に入れて成型し、脱型した後に乾燥させ、その上で、焼成するといった一連の一体成形の手順で、この円筒状で底のある坩堝状に作りあげるものである。

まず、混合材料であるが、これは、粒状のセラミックスの骨材１０に、結合剤として所定量の有機増粘剤と所定量の粉末ガラスと所定量の無機セメントと、適量の水を混練したものである。より具体的には、まず、骨材１０の粒径は、特に限定されるものではないが、骨材１０の隙間をできるだけ残した形で、任意の形状に一体成形することを考えると、最大粒径は０．０１ｍｍ〜１０ｍｍが好ましい。

尚、骨材１０は、粒状のセラミックスであるが、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化ホウ素、ジルコン、ジルコニア若しくはアルミナのいずれか又はいずれか２種類以上を用いたものが望ましい。

次に、有機増粘剤、粉末ガラス及び無機セメントの量であるが、混合材料の全体重量に対し、有機増粘剤の重量パーセントが０．１％〜５％で、粉末ガラスの重量パーセントが０．５％〜１０％で、無機セメントの重量パーセントが０．５％〜１０％の範囲が望ましい。

このように混練された混合材料を、型に入れて成型し、脱型した後に乾燥させるが、まず、有機増粘剤（例えば澱粉）は、増膜性がよく、乾燥後の結合力も高いため、成形体の脱型乾燥時の保形の役割を果たす。すなわち、有機増粘剤は、常温〜３００℃での垂直壁等の成形保持に貢献する。尚、有機増粘剤は、焼成過程では焼失する（約３００℃で焼失）ため保形性を失う欠点がある。

一方、粉末ガラス（ガラスフリット）は、約６００℃〜約１２００℃で軟化溶融して骨材１０の粒子の表面に密着し、冷却後は固化して高い結合力を発揮する。しかしながら、粉末ガラスは、軟化溶融温度に達するまでは結合力がなく、焼成時は軟化溶融しているため、混合材料が薄板状以外の形状の場合、有機増粘剤の接着効果がなくなった以降、焼成中の混合材料を所定形状に保形できない。

本願発明においては、従来の有機増粘剤と粉末ガラスとを混練した混合材料と異なり、無機セメントが混練されている。この無機セメントは、中間温度〜焼成温度すなわち３００℃〜６００℃で結合力を発揮することから、焼成の途中段階での垂直壁等の成形保持が可能となる。

上記のようなセラミックフィルター１の製造方法によれば、強度、耐食性に優れ、薄板状だけではなく、各種の形状のセラミックフィルター１〜９等を提供でき、また、各種の形状のセラミックフィルター１〜９等を一体成形できる。

実際に、成形できる形状としては、図１に示す円筒状で底のある坩堝状の他、図２の四角筒状で底のある坩堝状（枡状）のセラミックフィルター２や、図３の円筒状のセラミックフィルター３や、図４の円柱状のセラミックフィルター４等がある。また、図５の球状のセラミックフィルター５や、図６の半球状で坩堝状のセラミックフィルター６や、図７の楕円円筒状で底のある坩堝状のセラミックフィルター７や、図８の半楕円円筒状で底のある坩堝状のセラミックフィルター８のような形状もある。

さらに、図９及び図１０に示すような、２室形状を有するセラミックフィルター９のような形状もある。セラミックフィルター９は、具体的には、略筒状で、内面（傾斜部３６）が下方に向かって傾斜する擂鉢状の上室部３０と、上室部３０の下部開口３２よりも径が大きい略筒状で、上室部３０の下方に設けられた下室部２０とを備えている。また、セラミックフィルター９は、上室部３０の擂鉢状の下部部分が、下室部２０の上部開口２２位置において、下室部２０の軸中心方向に突出し、逆止突起状（逆止突起部３４）である。尚、セラミックフィルター９は、図１０では、底２４があるようになっているが、底２４の有無はいずれであってもよい。

尚、図１〜図１０に示す形状は、あくまでも一例で、立方体や直方体や、さらにもっと複雑な形状でも成形可能である。セラミックフィルターの形状（混合材料を成形する形状）としては、坩堝状が有用であり、特に、半球状、多角筒状、円筒状、楕円円筒状、半円円筒状又は半楕円円筒状であって、底のある坩堝状が有用である。さらに、セラミックフィルターの形状（混合材料を成形する形状）としては、球状、半球状、多角筒状、多角柱状、円筒状、円柱状、楕円円筒状、楕円円柱状、半円円筒状、半円円柱状、半楕円円筒状又は半楕円円柱状も有用である。

以上のように、本発明によれば、強度、耐食性に優れ、薄板状だけではなく、各種のセラミックフィルターを提供し、また、各種の形状を一体成形できるセラミックフィルターの製造方法を提供することができる。

１〜９・・・セラミックフィルター
１０・・・・骨材
２０・・・・下室部
２２・・・・上部開口
２４・・・・底
３０・・・・上室部
３２・・・・下部開口
３４・・・・逆止突起部
３６・・・・傾斜部

Claims

金属溶湯中から不要物を除去するセラミックフィルターにおいて、
粒状のセラミックスからなる骨材に、結合剤として所定量の有機増粘剤と所定量の粉末ガラスと所定量の無機セメントと、適量の水を混練した混合材料とし、
該混合材料を成形した後、加熱及びその後冷却して該骨材を溶着させたことを特徴とするセラミックフィルター。
前記セラミックスの骨材が、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化ホウ素、ジルコン、ジルコニア若しくはアルミナのいずれか又はいずれか２種類以上を用いたものであることを特徴とする請求項１記載のセラミックフィルター。
前記混合材料の全体重量に対し、
前記有機増粘剤の重量パーセントが、０．１％〜５％で、
前記粉末ガラスの重量パーセントが、０．５％〜１０％で、
前記無機セメントの重量パーセントが、０．５％〜１０％であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のセラミックフィルター。
前記骨材の最大粒径が、０．０１ｍｍ〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のセラミックフィルター。
前記混合材料を、坩堝状に成形したことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のセラミックフィルター。
前記混合材料を、半球状、多角筒状、円筒状、楕円円筒状、半円円筒状又は半楕円円筒状の坩堝状に成形したことを特徴とする請求項５記載のセラミックフィルター。
前記混合材料を、球状、半球状、多角筒状、多角柱状、円筒状、円柱状、楕円円筒状、楕円円柱状、半円円筒状、半円円柱状、半楕円円筒状又は半楕円円柱状に成形したことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のセラミックフィルター。
前記混合材料を、略筒状で、内面が下方に向かって傾斜する擂鉢状の上室部と、該上室部の下部開口よりも径が大きい略筒状で、該上室部の下方に設けられた下室部とを有する形状に成形したことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のセラミックフィルター。
前記上室部の擂鉢状の下部部分が、前記下室部の上部開口部位置において、該下室部の軸中心方向に突出し、逆止突起状であることを特徴とする請求項８記載のセラミックフィルター。
金属溶湯中から不要物を除去するセラミックフィルターの製造方法において、
粒状のセラミックスからなる骨材に、結合剤として所定量の有機増粘剤と所定量の粉末ガラスと所定量の無機セメントと、適量の水を混練した混合材料とし、
該混合材料を成形した後、加熱及びその後冷却して該骨材を溶着させることを特徴とするセラミックフィルターの製造方法。
前記セラミックスの骨材が、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化ホウ素、ジルコン、ジルコニア若しくはアルミナのいずれか又はいずれか２種類以上を用いたものであることを特徴とする請求項１０載のセラミックフィルターの製造方法。
前記混合材料の全体重量に対し、
前記有機増粘剤の重量パーセントが、０．１％〜５％で、
前記粉末ガラスの重量パーセントが、０．５％〜１０％で、
前記無機セメントの重量パーセントが、０．５％〜１０％であることを特徴とする請求項１０又は請求項１１記載のセラミックフィルターの製造方法。
前記骨材の最大粒径が、０．０１ｍｍ〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項１０〜請求項１２のいずれかに記載のセラミックフィルターの製造方法。
前記混合材料を、坩堝状に成形することを特徴とする請求項１０〜請求項１３のいずれかに記載のセラミックフィルターの製造方法。
前記混合材料を、半球状、多角筒状、円筒状、楕円円筒状、半円円筒状又は半楕円円筒状の坩堝状に成形することを特徴とする請求項１４記載のセラミックフィルターの製造方法。
前記混合材料を、球状、半球状、多角筒状、多角柱状、円筒状、円柱状、楕円円筒状、楕円円柱状、半円円筒状、半円円柱状、半楕円円筒状又は半楕円円柱状に成形することを特徴とする請求項１０〜請求項１３のいずれかに記載のセラミックフィルターの製造方法。
前記混合材料を、略筒状で、内面が下方に向かって傾斜する擂鉢状の上室部と、該上室部の下部開口よりも径が大きい略筒状で、該上室部の下方に設けられた下室部とを有する形状に成形することを特徴とする請求項１０〜請求項１３のいずれかに記載のセラミックフィルターの製造方法。
前記上室部の擂鉢状の下部部分が、前記下室部の上部開口部位置において、該下室部の軸中心方向に突出し、逆止突起状であることを特徴とする請求項１７記載のセラミックフィルターの製造方法。