説明

多孔質体の製造方法及びその方法で製造した多孔質体

【課題】 基材上に金属粉末よりなる多孔質体を製造する方法及びその方法で製造した多孔質体を提供する。
【解決手段】 基材上に金属粉末を固定させる水溶性のバインダー樹脂を水に溶かした水溶液をスクリーン印刷により塗布した後、該水溶液上に金属粉末を散布し、その後加熱して金属粉末よりなる多孔質体を形成する。金属粉末はスクリーン印刷の紗を通過しないため、100μm以上の粒径を含む金属粉末からなる多孔質体を製造することができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、基材上に金属粉末よりなる多孔質体を製造する方法及びその方法で製造した多孔質体に関する。
【背景技術】
【0002】
金属粉末により形成された多孔質体の製造方法として、金属粉末とバインダーを混合したものをプレス成形する方法や射出成形する方法が知られている。
プレス成形法や射出成形法は、金属粉末を型にあてはめて成形するため複雑な形状をした多孔質体の製造に適しているが、金属等の基材上に多孔質体を製造したり面積が広くて薄い多孔質体を製造する方法としては適していない。
【0003】
一方、基材上に多孔質体を製造する方法のひとつとしてスクリーン印刷法があげられる。
スクリーン印刷法は、金属粉末にバインダー樹脂と有機溶剤を加えてペーストを製造し、これをスクリーン印刷機により基材上に塗布した後、昇温して脱バインダー処理を行って基材上に金属粉末から成る多孔質体を製造する方法であり、面積が広くて薄い多孔質体を製造することも可能となる(特許文献1、2参照)。
【0004】
しかしながら、ペーストを用いてスクリーン印刷法によって多孔質体を製造する場合、粒径が100μmを超える金属粉末の場合にはバインダー樹脂と有機溶剤を加えて混練してもスクリーン印刷に必要なペーストの流動性を確保することができず、滑らかな印刷を行うことが困難となるため、一般に金属粉末は粒径が100μm以下の粉末に制限され、100μm以上の粒径を有する金属粉末の多孔質体をスクリーン印刷法で製造することは従来困難であった。
【0005】
また、粒径が100μmを超えるような粗粒の金属粉末を混練したペーストは、ペーストに含まれる金属粉末の粒径より大きな開口部の版を使用しても目詰まりを起こしやすく、一般的に使用されるポリエステル等の繊維製の紗を使用した場合には、紗が切れて版を損傷するという問題があった。
【0006】
さらに、従来よりスクリーン印刷法に使われるペーストには有機溶剤が広く用いられてきたが、有機溶剤の使用は人体の安全性や環境面に問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2002−298646号
【特許文献2】特開2009−57544号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
このようにスクリーン印刷法を用いて粒径100μm以上の金属粉末により形成された多孔質体を基材上に効率よく製造する方法は未だ確立されていない。
【0009】
本発明は、このような従来の多孔質体の製造方法の難点を解消するためになされたものであり、経済性や品質の安定性に優れ、環境負荷が少なく多量生産に適した金属粉末の多孔質体の製造方法を提供することと、このような方法を用いて製造した多孔質体を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明に係る多孔質体の製造方法は、
基材上に金属粉末よりなる多孔質体を製造する方法であって、
水溶性のバインダー樹脂を水に溶かした水溶液(以下、水性バインダーと呼ぶ)を基材上にスクリーン印刷により塗布した後、該水性バインダー上に金属粉末を散布し、その後加熱して散布した金属粉末からなる多孔質体を形成することを特徴としている。また、水性バインダーのスクリーン印刷工程及び金属粉末の散布工程を繰り返すことにより多層化することを特徴としている。また、得られた金属粉末の多孔質体を金属粉末の焼結可能な温度環境下で加熱処理し、金属粉末を焼結させることを特徴としている。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、従来のように金属粉末とバインダー樹脂と有機溶剤を混練したペーストをスクリーン印刷工程で使わず、金属粉末を別の工程で扱うため、粒径100μm以上の大きな金属粉末を使用することが出来る。本発明における金属粉末は、金属単体からなる純金属粉末でも、合金粉末でも、それらの混合粉末でも良い。
【0012】
本発明においては、予め金属粉末とバインダー樹脂と有機溶剤を混練してペーストを作成する必要がないため製造工程を簡略化することができる。
【0013】
また、金属粉末が含まれたペーストでは、乾燥したペーストの再利用が困難なためペーストを使用する場合には金属粉末の材料歩留まりを高くすることが困難であったが、本発明においては、水性バインダーの塗布後に別工程で金属粉末を散布させるため、金属粉末の回収や再利用も容易に行うことができ、高い材料歩留まりを達成することができる。
【0014】
また、本発明においてはスクリーン印刷工程において金属粉末を使用しないため、目詰まりが起こりにくくメンテナンスが容易となる。また、水性バインダーを使用するため、版の洗浄が容易となる。
【0015】
本発明において使用する水性バインダーは、水を主成分とする溶媒と熱分解時に残渣が残りにくい水溶性のアクリル系樹脂あるいはセルロース系樹脂で構成されるものが望ましく、界面活性剤や防腐剤を添加しても良い。また、水性バインダーの粘度は、スクリーン印刷に適するように50〜300dPa・sが望ましい。
有機溶媒を含まない水性バインダーを使用することにより安全性に優れ環境負荷の少ない方法で多孔質体を製造することができる。
【0016】
本発明において金属粉末を散布させる方法としては、吹き付ける方法や重力落下させる方法があげられる。これらの方法により、スクリーン印刷により塗布された水性バインダー上に、効率良く且つ確実に金属粉末を付着させることができる。また、散布時に基材に付着しなかった余分な粉末は回収し、再び散布させる工程に再利用することができる。
【0017】
本発明においては、スクリーン印刷による水性バインダーの塗布工程と水性バインダー上への金属粉末の散布工程の後、乾燥処理を行って水性バインダーを乾燥させて金属粉末を基材に固着させ、引き続いて基材に固着した金属粉末の上にスクリーン印刷による水性バインダーの塗布と水性バインダー上への金属粉末の散布を行って二層化した多孔質体を製造することが可能である。更に、水性バインダーの塗布工程と水性バインダー上への金属粉末の散布工程を繰り返すことによって多層化することも可能である。
【0018】
本発明において水性バインダーを乾燥させる方法としては、自然乾燥があげられる。また、温風を吹付けるなどして強制乾燥を行っても良い。
【0019】
本発明においては、スクリーン印刷による水性バインダーの塗布工程と水性バインダー上への金属粉末の散布工程によって得られた多孔質状の金属粉末を、焼結形成が可能な温度環境下で加熱することにより基材上に焼結された金属粉末多孔質体を製造することができる。この際、焼結工程の前に水性バインダーを構成するバインダー樹脂を分解させるために脱バインダー工程を行うのが望ましい。
【0020】
本発明によれば、金属粉末とバインダーを混合したペーストを予め製造する必要がなく、また安定性に優れ、環境負荷が少なく多量生産に適した金属粉末の多孔質体を製造することができ、工業上非常に有益である。したがって、金属多孔質体の有するフィルタ機能や担持機能を利用し、排気ガス用や水処理用のフィルタ部材や、燃料電池等の各種部材を実用化する上で有用な技術となる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】本発明の実施例に係るSUS304粉末により形成された多孔質体を観察した顕微鏡組織写真である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【0022】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
【実施例1】
【0023】
SUS304製の板より作製した100mm×200mm×0.5mmの基板、100μm〜200μmの粒径を有する粉末を重量比で93%含むSUS304粉末、及び水溶性のバインダー樹脂(セルロース系樹脂)を水に溶かした水性バインダーを用意した。また、ポリエステル製の紗(メッシュ数100、線径55μm、オープニング199μm)を使用し、50mm×100mmのパターンが描かれたスクリーン印刷用の版を用意した。
まず基板上に、スクリーン印刷機を用いて水性バインダーをおよそ70μmの厚さ塗布した後、バインダーが乾燥する前にバインダー上に振動式フィーダー装置でSUS304粉末を散布した。次に、室温で1時間乾燥後、基板上のSUS304粉末の付着状況を観察した結果、粉末は基板上に均一に付着固定されていた。
引き続いて、粉末散布した基板を1273Kで1200sec加熱し、SUS304粉末の焼結処理を行った。焼結処理後のSUS304粉末を観察し、良好な多孔質体が基板上に形成されていることを確認した。次に、多孔質体の厚さを10か所で測定した結果、平均厚さは318μmであった。また、基板上に作製された多孔質体の質量を測定した結果、5.4gであった。
【実施例2】
【0024】
実施例1と同じSUS304基板、水性バインダー及びスクリーン印刷用の版を用意した。また、300μm〜500μmの粒径を有する粉末を重量比で88%含むSUS316粉末を用意した。
実施例1と同様に基板上に水性バインダーを塗布した後、SUS316粉末を散布し、乾燥後基板上のSUS316粉末の付着状況を観察した結果、粉末は基板上に均一に付着固定されていた。
引き続いて、粉末散布した基板を1273Kで1200sec加熱し、SUS316粉末の焼結処理を行った。焼結処理後のSUS316粉末を観察し、良好な多孔質体が基板上に形成されていることを確認した。次に、多孔質体の厚さを10か所で測定した結果、平均厚さは510μmであった。また、基板上に作製された多孔質体の質量を測定した結果、7.2gであった。
【実施例3】
【0025】
実施例1と同じSUS304基板、SUS304粉末、水性バインダー及びスクリーン印刷用の版を用意した。
実施例1と同様に基板上に水性バインダーを塗布した後、SUS304粉末を散布し、室温で乾燥させた。次に、基板上に形成されたSUS304粉末層の上にスクリーン印刷機を用いて水性バインダーを塗布し、その後バインダーが乾燥する前にバインダー上に振動式フィーダー装置でSUS304粉末を散布した後、乾燥させた。引き続いて、同様に基板上に形成されたSUS304粉末層の上に水性バインダーを塗布した後、SUS304粉末を散布した。
基板上のSUS304粉末の付着状況を観察した結果、粉末は基板上に均一に付着固定されていた。図1は、その時の外観状況を200倍率の顕微鏡により観察したものである。
引き続いて、粉末散布した基板を1273Kで1200sec加熱し、SUS304粉末の焼結処理を行った。焼結処理後のSUS304粉末を観察し、良好な多孔質体が基板上に形成されていることを確認した。次に、多孔質体の厚さを10か所で測定した結果、平均厚さは672μmであった。また、基板上に作製された多孔質体の質量を測定した結果、15.6gであった。
【比較例1】
【0026】
実施例1と同じSUS304基板及びSUS304粉末を用意した。また、スクリーン印刷用の版として、ポリエステル製の紗(メッシュ数60、線径70μm、オープニング353μm)を使用し、50mm×100mmのパターンが描かれた版を用意した。
次にバインダー樹脂(エチルセルロース)をテルピネオールに溶かし、SUS304粉末と混練して粘度310dPa・sのペーストを作製した。
基板上に、スクリーン印刷機を用いてペーストの塗布を行ったが、スクリーンのメッシュが目詰まりを起こした。また、メッシュが損傷して基板上に良好なペーストの塗布をすることができなかった。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
基材上に金属粉末よりなる多孔質体を製造する方法であって、
水溶性のバインダー樹脂を水に溶かした水溶液を基材上にスクリーン印刷により塗布した後、該水溶液上に金属粉末を散布し、その後加熱して散布した金属粉末からなる多孔質体を形成することを特徴とする多孔質体の製造方法。
【請求項2】
請求項1記載の水溶性バインダー樹脂の水溶液のスクリーン印刷工程と金属粉末の散布工程を繰り返すことにより多層化したことを特徴とする多孔質体の製造方法。
【請求項3】
請求項1または2記載の製造方法により得られる金属粉末の多孔質体を金属粉末の焼結可能な温度環境下で加熱処理し、金属粉末を焼結させたことを特徴とする多孔質体の製造方法。
【請求項4】
請求項1乃至3のいずれかに記載の方法で製造したことを特徴とする金属粉末からなる多孔質体。

【図1】
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【公開番号】特開2012−12696(P2012−12696A)
【公開日】平成24年1月19日(2012.1.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−160075(P2010−160075)
【出願日】平成22年6月29日(2010.6.29)
【出願人】(599091058)株式会社ブレイジング (3)
【Fターム(参考)】