阅读说明：本技术 金属过滤器及其制造方法 (Metal filter and method for manufacturing the same ) 是由 太田敦夫 今野晋也 于 2019-12-18 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种金属过滤器及其制造方法,其制造工时少且过滤性能高。无接缝且连续地设置：具有过滤功能的网眼状的过滤部(10)；以及由支撑过滤部(10)的多个梁部件(21、22)构成的支撑部(20)。(The invention provides a metal filter and a manufacturing method thereof, which has less manufacturing time and high filtering performance. Seamlessly and continuously: a mesh-like filter unit (10) having a filtering function; and a support part (20) composed of a plurality of beam members (21, 22) that support the filter part (10).)

金属过滤器及其制造方法

技术领域

本发明涉及能够对流体中的固态物进行过滤的金属过滤器及其制造方法。

背景技术

作为能够对流体中的固态物进行过滤的过滤器，可利用与树脂、陶瓷、玻璃等相比耐热、耐压、耐冲击性优异的金属过滤器(metal filter)。作为金属过滤器之一，有将金属的粉体在熔融点前后的温度下进行烧结而形成有微孔的烧结过滤器。烧结过滤器由于金属粒子三维络合地烧结而能够发挥较高的过滤能力。为了提高烧结过滤器的过滤能力，例如可以考虑使金属粉体的粒径微小化来制造孔径更小的烧结体、增大烧结体的厚度，但是这些方法有可能因压力损失大而过滤效率低下。

针对这种课题，专利文献1公开了一种金属过滤器，其通过增大过滤面积来降低压力损失。具体而言，是公开了一种将圆筒状的支撑体与精细过滤层一体烧结而成的金属过滤器，其中，支撑体在外周面上具有凹凸，精细过滤层具有无法以单体相对于过滤压维持形状的厚度并覆盖支撑体的外周面(被覆面)。在该金属过滤器中，精细过滤层的空孔径比支撑体的空孔径小，并且支撑体的被覆面(外周面)形成为具有峰部的凹凸，从而使精细过滤层的过滤面成为起伏过滤面，并使峰部间的谷部的精细过滤层的平均厚度比在峰部的平均厚度厚，且使精细过滤层的过滤面形成为平滑的曲面状。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000－185209号公报

发明内容

发明所要解决的课题

包含专利文献1的金属过滤器在内，通常在烧结过滤器的制造中需要准备用于对金属粉末进行充填、加压、烧结的模具(专利文献1的内模和外模)。而烧结过滤器由于烧结的性质而难以控制过滤器孔径。并且烧结体的形状因受到模具结构的制约而自由度较低。

并且就专利文献1的过滤器而言，由于大致呈圆筒状的支撑***于精细过滤层的内周面侧的整面而在压力损失方面尚有改进空间。

本发明针对上述问题而做出，其目的的提供一种制造工时少且过滤性能高的金属过滤器及其制造方法。

用于解决课题的方案

虽然本申请包含多个解决上述课题的方案，但仅列举其一例，作为具备网眼状的过滤部、和由支撑所述过滤部的多个梁部件构成的支撑部的金属过滤器，所述过滤部与所述支撑部无接缝地连续。

发明的效果

采用本发明能够容易地制造过滤性能高的金属过滤器。

附图说明

图1是本发明实施方式的金属过滤器(metal filter)的立体图。

图2是从图1的金属过滤器1去除了过滤部10的图。

图3是图2中A部的放大图。

图4是从图1的金属过滤器1去除了支撑部20的图。

图5是图4中B部的放大图。

图6(a)至(c)是示意性地表示过滤部10与支撑部20的位置关系的变形例的图。

图7是粉床方式的3D打印机的概要结构图。

图8是将利用3D打印机100制造金属过滤器1的过程分解为六步表示的图。

图9是在3D打印机中变更激光照射条件时的造形例。

图中：

1—金属过滤器，10—过滤部，11—过滤器孔，20—支撑部，21—梁部，22—梁部，23—格子状分区，30—凸缘部，100—3D打印机，101—控制装置，102—激光照射装置，103—粉末注入部，104—涂布机，105—基底板，106—制造用容器，107—金属粉末，108—第一层成形部，109—第二层成形部，110—第三层成形部，200—计算机。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是本发明实施方式的金属过滤器(metal filter)的立体图。图1所示的金属过滤器1形成为大致圆筒状，且具备：对流体中的固态物进行过滤的作为过滤器发挥功能的网眼状的过滤部10；以及由对过滤部10进行支撑并提高金属过滤器1的结构强度的多个梁部件21、22构成的支撑部20。过滤部10和支撑部20在两者的交界部无接缝地连续。即，过滤部10和支撑部20一体成形而不是在分别制造后进行结合。过滤部10和支撑部20可以由相同的金属形成。

在金属过滤器1的轴向的支撑部20的两端(即筒形状的上端和下端)设置有扁平的环形状的凸缘部30。凸缘部30也同样地与过滤部10和支撑部20一体成形并在与它们的交界部无接缝地连续。凸缘部30可以设于支撑部20两端的任意一方，也可以省略。

图2是从图1的金属过滤器1去除了过滤部10的图，其仅将支撑部20抽出来表示。图3是图2中A部的放大图。

多个梁部件21、22位于金属过滤器1的轴向的上端和下端，并架设于在金属过滤器1的轴向上间隔配置的两个凸缘部30之间。多个梁部件21、22组装成格子状而形成多个格子。即，在支撑部20由如下两方形成了多个四边形的格子状分区23，所述两方为：沿着第一排列方向空开预定的间隔配置的多个第一梁部件21；以及沿着与第一排列方向交叉的第二排列方向同样地空开预定的间隔配置的多个第二梁部件22。本实施方式的过滤部10以从金属过滤器1的外侧面侧将各格子状分区23封闭的方式配置。

本实施方式的多个梁部件21、22在金属过滤器1的径向上具有宽度，该宽度与金属过滤器1的径向上的凸缘部30的宽度(径向的厚度)相同或者比其小。但是不会比金属过滤器1的径向上的过滤部10的宽度(厚度)小。即，若在金属过滤器1的径向上进行比较，则多个梁部件21、22的宽度比过滤部10的厚度大且为凸缘部30的宽度以下。

图4是从图1的金属过滤器1去除了支撑部20的图，仅将过滤部10抽出进行了表示。图5是图4中B部的放大图。

如图4所示，本实施方式的过滤部10形成为中空的圆筒状，且该圆筒的厚度为过滤器的厚度。

如图5所示，过滤部10由在上下方向(过滤器轴向)和左右方向(过滤器周向)上分别延伸的多个直线垂直交叉而形成棋盘格状的格子，且各过滤器孔11的形状形成为大致均一。虽然图5中的过滤器孔11形成为大致正方形，但是过滤器孔11的形状和尺寸可以变更为所需的形状。

＜变形例＞

以上对(a)过滤部10位于金属过滤器1的外侧面侧的情况(即，支撑部20位于过滤部10的内侧面侧的情况)进行了说明，但也可以是(b)使过滤部10位于金属过滤器1的内侧面侧(即，可以使支撑部20位于过滤部10的外侧面侧)，也可以是(c)使过滤部10位于支撑部10的格子内(格子状分区23内)(即，支撑部20位于过滤部10的内侧面侧和外侧面侧双方)。图6(a)至(c)为示意性地表示上述(a)、(b)、(c)各情况下的过滤部10与支撑部20的位置关系的图。

例如，支撑部20的位置可以根据流体通过过滤部10的方向(过滤方向)从(a)－(c)中适当选择。另外，当如(c)的情况那样在过滤部10的内侧面侧和外侧面侧双方设置支撑部20，则能够在内侧面侧和外侧面侧这两侧对过滤部10进行支撑，因此能够提高金属过滤器1的结构强度。

＜制造方法＞

金属过滤器1是利用层叠造形(Additive Manufacturing：增材制造)使过滤部10与支撑部20一体成形来进行制造。作为层叠造形的具体方法有如下方式：铺设压实金属粉末并利用作为热源的激光或电子束使造形部分熔融、凝固的粉床方式、以及使熔融金属材料在预定的场所层叠、凝固进行造形的金属沉积方式。前者包括：以激光束为热源的激光束方式、以及以电子束为热源的电子束方式。后者包括：在喷射金属粉末的同时利用激光进行熔融的激光束方式、以及利用电弧放电使金属丝熔融的电弧放电方式。

作为通过层叠造形来制造金属过滤器1的装置可举出金属3D打印机，在本实施方式中利用粉床方式的金属3D打印机制造金属过滤器1。图7是粉床方式的3D打印机的概要结构图。如该图所示，粉床方式的3D打印机100具备：控制装置101、激光照射装置102、粉末注入部103、涂布机104、基底板105、以及制造用容器106。

控制装置101执行激光照射装置102的激光照射输出和位置、基底板105的位置、涂布机104的控制、以及利用粉末注入部103进行的粉末107的注入等的3D打印机100的控制。控制装置101基于在计算机200中生成的金属过滤器1(三维造形物)的结构数据(三维形状数据)来控制3D打印机100的各部。其结果是，3D打印机100通过层叠造形使金属过滤器1成形。

在利用3D打印机100使金属过滤器1成形时，首先在基底板105上即从粉末注入部103向制造用容器106内注入利用通过激光照射进行熔融、固化的金属粉末107。

接下来控制涂布机104平整金属粉末107的表面。接着，按照金属过滤器1的结构从激光照射装置102照射激光而选择性地使金属粉末107熔融、固化。其结果是，第一层成形部108成形。

接下来，为了使第二层成形部109成形而使基底板105下降。再次注入金属粉末107。控制涂布机104平整金属粉末107的表面。从激光照射装置102照射激光，第二层成形部109成形。

通过重复进行这些操作，3D打印机100使金属过滤器1成形。即，3D打印机100通过使注入到制造用容器106中的粉末107熔融、固化而使三维造形物成形。图8为将利用3D打印机100制造金属过滤器1的过程分解为六步进行表示的图，随着时间以图中的(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)的次序经过，使得过滤部10与支撑部20一体成形而不会分离。

但是，通常激光照射装置102是以使激光照射范围所存在的全部金属粒子熔融、固化的方式利用控制装置101并以预定的输出和预定的扫描速度来进行激光照射。但是，也可以部分地变更通常的激光照射条件而仅使激光照射范围所存在的金属粒子的一部分熔融、固化(例如，使扫描速度与通常情况相同并使输出比通常情况降低或是加快扫描速度并维持输出等)。

如果是这样，则成为金属粒子的一部分熔融或者扩散接合的状态，由计算机200生成的三维形状数据呈现与预定的金属过滤器1的形状不同的不规则的形状，与激光照射输出恒定时相比能够增加造形物的表面积。因此，例如在向过滤部10附加催化剂功能时如果变更通常的激光照射条件而增加过滤部10的表面积，则能够增加在过滤部10通过时的流体与催化剂的接触面积而有可能促进反应。图9是变更激光照射条件时的造形例。但是，图9并没有示出金属过滤器1的一部分。

此外，虽然在这里是对3D打印机的热源为激光束的情况进行了说明，但是当然也可以利用电子束。同样地也可利用金属沉积方式。

＜效果＞

在以上这样构成的金属过滤器1中，使过滤部10与支撑部20无接缝地连续，并构成为在支撑部20的多个梁部件21、22的侧面支撑过滤部10，因此即使在使用中过滤压作用于过滤部10，梁部件21、22也会支撑该压力而能够防止过滤部10的弯曲等变形，也容易使过滤部10的厚度较薄。此时，如在上述的实施方式中示出的那样，如果在金属过滤器1的轴向的两端设置凸缘部30来架设多个梁部件21、22，则能够进一步提高金属过滤器1的结构强度。如果这样利用本实施方式，则能够提供过滤性能和耐压性优异的金属过滤器。

与现有的烧结过滤器相比，即使缩小过滤器孔11的孔径也不会产生较大的压力损失，因此容易提高过滤性能。并且，与难以控制过滤器孔径的烧结过滤器相比，由于过滤器孔径的控制性较高而容易确保所需的过滤性能。此外，在制造过滤器时不必制作模具，因此与烧结过滤器相比制造工时也较少。因此，与现有的烧结过滤器相比能够容易地提高金属过滤器的过滤性能。

在本实施方式的金属过滤器1的制造中利用3D打印机100，因此能够使过滤部10与支撑部20一体成形，与在将过滤部10与支撑部20分别制造之后进行结合的情况相比能够大幅削减制造工时。并且，金属过滤器1构成为从其轴向的下端至上端利用多个梁部件21、22来支撑过滤部10，因此能够在利用3D打印机100制造金属过滤器1的全过程中同时对过滤部10和支撑部20进行层叠造形，且能够避免厚度较薄的过滤部10在层叠中发生变形而稳定地制造金属过滤器。采用3D打印机100忠实地再现由三维形状数据定义的形状，因此能够容易且准确地控制过滤器孔11的厚度、孔径。与使用模具的烧结过滤器相比在过滤部10和支撑部20的位置关系方面也没有制约，因此能够容易地制造符合需求的金属过滤器。另外，如果变更激光照射条件而使金属粉末的一部分以未熔融的状态残留，则不仅能够以由三维形状数据定义的形状还能够以不规则的形状进行造形。如果以该方法使例如过滤部10的表面积增加，则过滤部10与其中通过的流体的接触面积会增加，因此在过滤部10具备催化剂功能时等情况下容易地促进反应。

＜其它＞

此外，本发明不限于上述实施方式而包含不脱离其要旨的范围内的各种变形例。例如本发明不限于具备在上述实施方式中说明的全部结构，也包含删除了部分结构的情况。

虽然在上述方式中是在支撑部20由多个梁部件21、22形成四边形(菱形)状的格子，但是格子也可以是所需的其它形状。梁部件21、22的形状不限于上述形状，只要是具有与过滤部10接触的侧面则可以采用各种形状。此时，不必由多个梁部件形成格子。

虽然在上述方式中是对过滤部10的形状为圆筒状的情况进行了说明，但是例如也可以按照支撑部20形成的格子状分区23使过滤部10相对于支撑部20的位置变化。即，在某一格子状分区23是过滤部10位于支撑部20的内侧面侧，而在另一格子状分区23则是过滤部10位于支撑部20的外侧面侧。

在上述方式中例举了中空的圆筒状的金属过滤器1，但是也可以适当变更过滤器的形状，例如本发明也可适用于圆柱状的金属过滤器。

此外，作为上述的金属过滤器1的具体应用对象，可以考虑对在煤气化复合发电等情况下产生的焦炭(在气化炉内从煤除去挥发物、水分而得到的未反应固态物。主要由灰和固定碳构成。)进行回收的系统(焦炭回收系统)所使用的焦炭过滤器。在焦炭过滤器中要求过滤器孔径的控制性、强度和耐硫化性，因此优选本实施方式的金属过滤器1。