セラミックフィルタ及びその製造方法
【課題】セラミックフィルタの逆洗回数を低減することができるとともに、薬液洗浄も必要最小限にすることができるセラミックフィルタ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】二つの端面４ａ，４ｂと外周面とを有し、一方の端面４ａから他方の端面４ｂまで貫通する被浄化流体６２の主流路が複数形成された支持体５０からなる多孔質体２と、主流路の内壁面に形成された中間膜５２と、中間膜５２の表面に形成されたろ過膜５４と、から構成され、主流路３の、一方の端面４ａ側の開口部から流入した被浄化流体（被浄化水）６２を、多孔質体２の内部を透過させることにより浄化し、多孔質体２の外周面から浄化流体（浄化水）６０として取り出すセラミックフィルタ１である。上記セラミックフィルタ１は、中間膜５２の表面に多数の凸部を有するとともに、中間膜５２の輪郭に沿ってろ過膜５４に多数の凸部が形成されている。
【解決手段】二つの端面４ａ，４ｂと外周面とを有し、一方の端面４ａから他方の端面４ｂまで貫通する被浄化流体６２の主流路が複数形成された支持体５０からなる多孔質体２と、主流路の内壁面に形成された中間膜５２と、中間膜５２の表面に形成されたろ過膜５４と、から構成され、主流路３の、一方の端面４ａ側の開口部から流入した被浄化流体（被浄化水）６２を、多孔質体２の内部を透過させることにより浄化し、多孔質体２の外周面から浄化流体（浄化水）６０として取り出すセラミックフィルタ１である。上記セラミックフィルタ１は、中間膜５２の表面に多数の凸部を有するとともに、中間膜５２の輪郭に沿ってろ過膜５４に多数の凸部が形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックフィルタ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミックフィルタは、セラミック多孔体を利用したフィルタであり、物理的強度、耐久性、耐食性等に優れるため、例えば水処理や排ガス処理、或いは医薬・食品分野などの広範な分野において、液体やガス中の懸濁物質、細菌、粉塵等の除去に用いられている。
【０００３】
特に、セラミックフィルタにおいては、セラミック多孔体をそのままろ材として用いる場合もあるが、ろ過性能、流体透過量（即ち処理能力）の双方を向上させるため、セラミックからなる多孔質体（基材）の表面に、同じくセラミックからなるろ過膜を形成することが一般的である。例えば、ろ過膜の平均細孔径を０．０１〜１．０μｍ程度と小さく構成してろ過性能を確保する一方、基材の平均細孔径を１〜数１００μｍ程度に大きく構成して、基材内部の流動抵抗を低下させ、流体透過量（即ち処理能力）を向上させることが行われている。
【０００４】
また、セラミックフィルタは、基材をろ過目的に応じて種々の形状に加工したものが用いられるが、基材を単一の流路を有するチューブ状、又は並行する多数の流路を有するハニカム状（モノリス状も含む）としたものが汎用されている。チューブ状又はハニカム状基材の隔壁表面（支持体）、例えば流路の内壁面にろ過膜を形成したフィルタは、ハウジング内に収容し、基材外周面側と流路が開口する基材端面側とをＯ−リング等で気密的に隔離する構造とすることにより、クロスフロー型のフィルタとして利用されている。
【０００５】
このとき、上記セラミックフィルタは、従来から、ろ過膜における膜欠陥の発生を防止するため、ろ過膜の下地層となる中間膜が支持体の表面については、隔壁を構成する支持体の凹凸を確実に埋めるとともに、ろ過膜における膜欠陥の発生を防止するべく、可能な限り平滑に形成する必要があった。
【０００６】
例えば、上記ハニカムフィルタ用基材は、その基材を構成するセラミック多孔質体の５０％細孔径（ｄ50）を８．５〜１３μｍの範囲内とするとともに、複数のセルを区分する隔壁の平均表面粗さを３．０〜５．５μｍの範囲内に制御することにより、隔壁を構成する支持体の凹凸を埋める必要がなくなり、中間膜が薄くても、その表面を平滑にすることができるため、不純物の除去性能に優れるとともに、流体透過量（即ち処理能力）が大きいハニカムフィルタの製造に好適に用いることができる（特許文献１参照）。
【０００７】
しかしながら、上記セラミックフィルタは、被浄化流体（被浄化水）のろ過を繰り返すと、ろ過膜の表面上に被ろ過物である堆積物（汚れ）が層状に堆積するため、定期的に通常使用時とは逆方向に逆洗圧力を負荷し、主流路内の堆積物（汚れ）を排出・除去する逆洗を実施する必要があった。
【０００８】
また、逆洗を繰り返し行っていくと、逆洗だけでは、徐々に堆積物（汚れ）が取り切れなくなるため、最終的には薬液洗浄を行う必要があるが、非常にコストがかかるという問題点があった。
【特許文献１】特開２００４−２９９９６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、設置面積当りの膜面積を増やすことにより、ろ過膜への堆積物（汚れ）が溜まる時間を延長することができるため、セラミックフィルタの逆洗回数を低減することができるとともに、薬液洗浄も必要最小限にすることができるセラミックフィルタ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成するため、本発明は、以下のセラミックフィルタ及びその製造方法を提供するものである。
【００１１】
［１］ 二つの端面と外周面とを有し、一方の前記端面から他方の前記端面まで貫通する被浄化流体の主流路が複数形成された支持体からなる多孔質体と、前記主流路の内壁面に形成された中間膜と、前記中間膜の表面に形成されたろ過膜と、から構成され、前記主流路の、前記一方の端面側の開口部から流入した前記被浄化流体を、前記多孔質体の内部を透過させることにより浄化し、前記多孔質体の外周面から浄化流体として取り出すセラミックフィルタであって、前記中間膜の表面に多数の凸部を有するとともに、前記中間膜の輪郭に沿って前記ろ過膜に多数の凸部が形成されたセラミックフィルタ。
【００１２】
［２］ 中間膜の凸部の高さが、前記中間膜膜厚の等倍以下である［１］に記載のセラミックフィルタ。
【００１３】
［３］ ろ過膜の凸部の高さが、前記中間膜膜厚の等倍以下である［１］又は［２］に記載のセラミックフィルタ。
【００１４】
［４］ ろ過膜の厚さが、前記中間膜の凸部の高さの等倍以下である［１］〜［３］のいずれかに記載のセラミックフィルタ。
【００１５】
［５］ 二つの端面と外周面とを有し、一方の前記端面から他方の前記端面まで貫通する被浄化流体の主流路が複数形成された支持体からなる多孔質体に、前記主流路に中間膜用スラリーを流し込み、中間膜用スラリーに含まれる固形分を主流路の内壁面において層状に堆積させて中間膜を形成させた後、更に、前記中間層が形成された主流路に、ろ過膜用スラリーを流し込み、ろ過膜用スラリーに含まれる固形分を前記中間膜の表面に層状に堆積させてろ過膜を形成させるセラミックフィルタの製造方法であって、前記中間膜用スラリーに含まれる固形分中のセラミック微粒子に、セラミック凝集粒子が所定の割合で配合されているセラミックフィルタの製造方法。
【００１６】
［６］ セラミック凝集粒子の平均粒径が、中間膜膜厚の等倍以下である［５］に記載のセラミックフィルタの製造方法。
【００１７】
［７］ セラミック微粒子と前記セラミック凝集粒子との配合割合（質量比）が、１：０．１〜１：１０である［５］又は［６］に記載のセラミックフィルタの製造方法。
【００１８】
［８］ セラミック微粒子の平均粒径が、前記セラミック凝集粒子の０．５倍以下である［５］〜［７］のいずれかに記載のセラミックフィルタの製造方法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のセラミックフィルタ及びその製造方法は、設置面積当りの膜面積を増やすことにより、ろ過膜への堆積物（汚れ）が溜まる時間を延長することができるため、セラミックフィルタの逆洗回数を低減することができるとともに、薬液洗浄も必要最小限にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜、設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。
【００２１】
図５は、本発明のセラミックフィルタの一実施形態を示す図面であり、図５（ａ）は斜視図、図５（ｂ）は部分拡大断面図である。
【００２２】
本発明で用いるセラミックフィルタは、図５（ａ）（ｂ）に示すように、二つの端面４ａ，４ｂと外周面とを有し、一方の端面４ａから他方の端面４ｂまで貫通する被浄化流体６２の主流路が複数形成された支持体５０からなる多孔質体２と、主流路の内壁面に形成された中間膜５２と、中間膜５２の表面に形成されたろ過膜５４と、から構成され、主流路３の、一方の端面４ａ側の開口部から流入した被浄化流体（被浄化水）６２を、多孔質体２の内部を透過させることにより浄化し、多孔質体２の外周面から浄化流体（浄化水）６０として取り出すものである。
【００２３】
このセラミックフィルタ１を用いて、液体・ガス等の流体のろ過して浄化する場合には、被浄化流体６２を、主流路３の一方の端面４ａ側の開口部（第一開口部１１）から流入させ、多孔質体２の内部を透過させることにより浄化し、多孔質体２の外周面６から浄化流体６０として取り出す。
【００２４】
従来のセラミックフィルタの場合、図１１に示すように、中間膜の表面が平滑である（図１２参照)ため、図９に示すように、中間膜の輪郭に沿ってろ過膜も平滑に形成されている（図９参照）。即ち、本発明のセラミックフィルタは、図５（ｂ）に示す支持体５０、中間膜５２及びろ過膜５４との構成（断面）が、図１０に示すような状態にある。
【００２５】
尚、図９は、従来のセラミックフィルタの主流路の内壁面の表面状態の一例を示すＳＥＭ写真、図１０は、従来のセラミックフィルタの主流路の内壁面の断面状態の一例を示すＳＥＭ写真、図１１は、従来のセラミックフィルタの主流路の内壁面の中間膜形成時における表面状態の一例を示すＳＥＭ写真であり、図１２は、図１１の一部を拡大したＳＥＭ写真である。
【００２６】
図５（ｂ）に示すように、被浄化流体（被浄化水）６０のろ過を繰り返すと、ろ過膜５４の表面上に被ろ過物である堆積物（汚れ）７０が層状に堆積するため、定期的に通常使用時とは逆方向に逆洗圧力を負荷し、主流路３内の堆積物（汚れ）７０を排出・除去する逆洗を実施する必要がある。また、逆洗を繰り返し行っていくと、逆洗だけでは、徐々に堆積物（汚れ）７０が取り切れなくなるため、最終的には薬液洗浄を行う必要があるが、非常にコストがかかるという問題点があった。
【００２７】
本発明のセラミックフィルタの主な特徴は、図３に示すように、中間膜の表面に多数の凸部（凝集粒子）を有し（図４参照）、図１に示すように、中間膜の輪郭に沿ってろ過膜に多数の凸部が形成されたものである。即ち、本発明のセラミックフィルタは、図５（ｂ）に示す支持体５０、中間膜５２及びろ過膜５４との構成（断面）が、図２に示すような状態にあることが好ましい。
【００２８】
尚、図１は、本発明のセラミックフィルタの主流路の内壁面の表面状態の一例を示すＳＥＭ写真、図２は、本発明のセラミックフィルタの主流路の内壁面の断面状態の一例を示すＳＥＭ写真、図３は、本発明のセラミックフィルタの主流路の内壁面の中間膜形成時における表面状態の一例を示すＳＥＭ写真、図４は、図３の凸部を拡大したＳＥＭ写真である。
【００２９】
これにより、本発明のセラミックフィルタは、従来のセラミックフィルタと比較して、設置面積当りの膜面積を増やすことができるため、ろ過膜５４への堆積物（汚れ）７０が溜まる時間を延長することができる。即ち、本発明のセラミックフィルタは、セラミックフィルタの逆洗回数を低減することができるとともに、薬液洗浄も必要最小限にすることができる（図５（ｂ）参照）。
【００３０】
本発明のセラミックフィルタは、中間膜の凸部の高さが、ろ過膜膜厚の等倍以上であることが好ましく、より好ましくは、２〜５０倍、更に好ましくは、４〜１０倍である。これは、中間膜の凸部がろ過膜膜厚の等倍未満である場合、ろ過膜の形成時に凸部が平滑化されてしまうからである。
【００３１】
図６は、本発明のセラミックフィルタの他の実施形態を示す斜視図である。図６に示すように、本実施形態のセラミックフィルタ２１においては、多孔質体２２の外周面２６を含む部分に、特定主流路が外部空間と連通するようにスリット状の補助流路２５が形成されてなるとともに、特定主流路は、その両端面の開口部が封止されてなり、主流路２３の、一方の端面２４ａ側の開口部から流入した被浄化流体６２を、多孔質体２２の内部を透過させることにより浄化し、多孔質体２２の外周面２６及び補助流路の出口２８から浄化流体６０として取り出すことが好ましい（図５（ｂ）参照）。このような所定の補助流路２５が形成されてなる本実施形態のセラミックフィルタ２１は、多孔質体２２の中心部近傍の主流路２３からの浄化流体の回収が容易となり、セラミックフィルタ２１のろ過処理能力を１０倍以上に飛躍的に向上させることが可能となる点において好ましい。また、セラミックフィルタ２１内の流量分布、逆洗時の逆洗圧力分布を大幅に改善することができる点においても好ましい。
【００３２】
次に、本発明のセラミックフィルタの製造方法について説明する。本発明のセラミックフィルタは、従来公知のセラミックフィルタの製造方法に準じて製造することが可能である。まず、骨材、焼結助剤の他、分散媒、有機バインダ、必要により界面活性剤、可塑剤等を添加し、混練してなる坏土を押出成形してなる成形体を得る。骨材は、多孔質体の主たる構成要素であって、平均粒径５〜２００μｍ程度のセラミック粒子からなる。骨材を含む坏土を成形し、焼成することにより、骨材の粒径に応じた細孔を有する多孔質体が形成される。骨材の材質は、ろ過の目的に適合するように適宜選択すればよいが、例えばアルミナ、ムライト、コージェライト、炭化珪素、陶磁器屑等を用いることができる。
【００３３】
また、焼結助剤は、骨材同士の結合を強化するための添加材であって、平均粒径５μｍ未満のセラミック粒子からなる。骨材とともに坏土に添加することにより、骨材間の結合が強化され、強固な多孔質体が形成される。焼結助剤の材質も特に限定されないが、例えばアルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、ガラスフリット、長石、コージェライト等を用いることができる。通常は、骨材どうしの結合強度を確保し、多孔質体の細孔閉塞を防止するため、骨材及び焼結助剤の全質量に対して、１０〜３５質量％程度添加すればよい。
【００３４】
押出成形して得られた成形体を乾燥し、これを流路方向と垂直に所定の長さに切断した後に焼成して多孔質体を得ることができる。なお、得られる多孔質体の平均細孔径は１〜３０μｍ程度である。次いで、得られた多孔質体の主流路の内壁面に中間膜を形成する。
【００３５】
中間膜は、平均細孔径が大きい多孔質体の主流路の内壁面（即ち、支持体）に、ろ過膜を製膜する際、平均粒子径が小さい骨材粒子を含むろ過膜用スラリー（製膜用スラリー）が支持体の細孔内部にまで入り込み、支持体の細孔を閉塞することを防止するための部材である。
【００３６】
ここで、本発明のセラミックフィルタの製造方法の主な特徴は、平均粒径３μｍ程度のセラミック微粒子に、平均粒径９０μｍのセラミック凝集粒子を所定の割合で配合したスラリーを用いて多孔質体の主流路の内壁面（即ち、支持体）に製膜した後、焼成することにある。これにより、表面に多数の凸部を有する中間膜を形成することができる。具体的には、セラミック微粒子及びセラミック凝集粒子を水等の分散媒中に分散し、必要に応じ、焼結助剤、有機バインダ、ｐＨ調整剤、界面活性剤等を添加することにより中間膜用スラリー（製膜用スラリー）を調製しこれを用いて支持体に製膜した後、乾燥・焼成して中間膜を形成する。
【００３７】
ここで、セラミック凝集粒子の平均粒径は、中間膜膜厚の等倍以下であることが好ましく、より好ましくは、０．０５〜１倍、更に好ましくは、０．１〜１倍である。これは、凝集粒子はあくまで中間膜の構成要素の一つであるからである。
【００３８】
また、セラミック微粒子とセラミック凝集粒子との配合割合（質量比）は、１：０．１〜１：１０であることが好ましい。これは、1：０．１より凝集粒子が少ないと、中間膜表面の凸部がほとんど存在せず、また、１：１０より凝集粒子が多いと、凝集粒子が最密充填した場合の空隙を微粒子が埋めることができず、膜欠陥となってしまうからである。尚、セラミック微粒子とセラミック凝集粒子の材質も特に限定されないが、アルミナ質（より好ましくは、アルミナ）であることが好ましい。
【００３９】
ろ過膜は、セラミックフィルタのろ過機能を確保するための部材であり、多孔質体を構成する骨材に比して平均粒径の小さい、平均粒径０．１〜５μｍ程度のセラミック微粒子を含むスラリーを用いて多孔質体の主流路の内壁面（即ち、支持体）に製膜された中間膜の表面に製膜した後、焼成することにより形成することができる。具体的には、セラミック微粒子を水等の分散媒中に分散し、必要に応じ、焼結助剤、有機バインダ、ｐＨ調整剤、界面活性剤等を添加することによりろ過膜用スラリー（製膜用スラリー）を調製しこれを用いて中間膜に製膜した後、乾燥・焼成してろ過膜を形成する。ろ過膜の平均細孔径は０．１〜５μｍ程度である。
【００４０】
次に、本発明のセラミックフィルタの中間膜及びろ過膜の形成方法は、例えば、図７に示すような製膜装置３７を用いる方法を挙げることができる。具体的には、前述の製膜用スラリー３３を用意し、多孔質体３２の他方の端面４ｂから一方の端面４ａの方向に製膜用スラリー３３を流通させるのと略同時に、真空ポンプＰにより外周面３６側を減圧状態とすると、製膜用スラリー３３に含まれる固形分が主流路の内壁面において層状に堆積して製膜層が形成される。ここで、製膜用スラリー３３を流通させるに際して、その流通線束が小さく外周面側の減圧度が大きいほど、両開口部における製膜層の膜厚差は大きくなる。従って、製膜用スラリー３３の流通線束と減圧度とを制御することにより、中間膜又はろ過膜の膜厚を第二開口部から第一開口部に向かうに従って徐々に薄くなるように製膜することもできる。
【００４１】
また、本発明のセラミックフィルタの中間膜及びろ過膜の形成方法は、製膜用スラリー３３の流通と略同時に減圧状態とすることにより、形成される製膜層の膜厚は製膜用スラリー３３が流入する他方の端面４ｂから一方の端面４ａに向かうに従って徐々に薄くなるように形成される。製膜層の全体が所望とする膜厚となる分に相当する量のろ過水３４を多孔質体３２の外周面３６より排出する。なお、多孔質体３２の一方の端面４ａ側から流出した製膜用スラリー３３は循環させればよい。その後、製膜層の形状が保持されるように、ろ過水３４の排出完了後、ろ過水側を減圧状態として多孔質体３２を真空脱水し、次いで、乾燥及び焼成することにより、中間膜又はろ過膜を形成することができる。
【００４２】
更に、本発明のセラミックフィルタは、場合により所定の箇所にシール材を備えてなるものであってもよい。本発明にいうシール材とは、多孔質体の端面、具体的には図５（ｂ）における一方の端面４ａから被浄化流体６２が多孔質体２内部に侵入することを防止するための部材をいい、多孔質体２の一方の端面４ａ、及び一方の端面４ａ近傍のろ過膜５４を被覆するように形成することが好ましい。
【００４３】
シール材は、例えばホウケイ酸ガラス、ケイ酸ガラス、長石質ガラス等のガラス状物質（ガラスフリット等）からなる釉薬を所定の箇所に塗布した後、焼成することにより形成することができる。但し、ろ過膜と同等以下の細孔径を有するものである限りにおいて釉薬には限定されず、場合によってはシール材の代わりにろ過膜を形成することによって、多孔質体の端面から被浄化流体が多孔質体内部に侵入することを防止することも可能である。
【００４４】
また、図６に示すような、所定の補助流路２５が形成されたセラミックフィルタ２１を製造する方法について説明する。スリット状の補助流路２５は、多孔質体２２の焼成前又は焼成後に、ダイヤ電着カッター等の刃物により、補助流路２５を形成すべき特定主流路の列が外部空間と連通するように破断して形成すればよい。ここで、補助流路２５に連通する特定主流路については、浄化流体への被浄化流体の混入を防止するため多孔質体２２の両端面の開口部を目詰め部材等により封止して封止部２７を形成する。即ち、なお、特定主流路の内壁面にはろ過膜を形成する必要はない。
【００４５】
次に、被浄化流体として被浄化水を用いる場合における、本発明のセラミックフィルタの使用方法について概説する。図８に示すように、本実施形態のセラミックフィルタ４１は、多孔質体４２の主流路の内壁面に所定のろ過膜４５が形成されてなり、多孔質体２の一方の端面４ａ、及びその近傍のろ過膜４５にシール材４３が被覆形成されており、このシール材４３の部分において、Ｏ−リング４６を介してハウジング４４内に収容されている。このセラミックフィルタ４１を用いて被浄化水を浄化する場合には、主流路の一方の端面４ａ側の第一開口部から被浄化水を流入させ、ろ過膜４５と多孔質体４２の内部を透過させることにより浄化し、多孔質体４２の外周面６から浄化水として取り出す。
【００４６】
ろ過の繰り返しに伴い、ろ過膜４５の表面上に堆積物が層状に堆積するため、定期的に通常使用時とは逆方向に逆洗圧力を負荷して逆洗する。逆洗に際しては、まず多孔質体の４２の外周面６側から第一次的な逆洗圧力を負荷して堆積物をろ過膜４５から剥離させた後、次いで他方の開口部（第二開口部）側から第二次的な逆洗圧力を負荷することにより、第一開口部から堆積物を排出して除去することができる。
【実施例】
【００４７】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００４８】
（実施例１〜３、比較例１及び比較例２）
骨材として、粒径が５〜３００μｍとなるように篩い分けしたアルミナを使用し、これに、焼結助材として粒径０．５〜５μｍの長石、分散媒として水、有機バインダとしてメチルセルロースを添加し、混練して得られた坏土を押出成形することにより複数の主流路を有するハニカム状の成形体を得た。この成形体を乾燥した後、所定の長さとなるように流路方向と垂直に切断し、これを焼成することにより外径１８０ｍｍ、流路の内径２．５ｍｍ、長さ１０００ｍｍ、主流路数が約２０００個のハニカム状の多孔質体を得た。水銀圧入法により測定した多孔質体の平均細孔径は１０μｍであった。
【００４９】
次いで、平均粒径が３μｍとなるように篩い分けしたアルミナ微粒子と、平均粒径が９０μｍのアルミナ凝集粒子とを、表１に示すように配合し、分散媒として水、焼結助剤としてガラスフリット、有機バインダとして多糖類水溶性ガムを添加してなる中間膜用スラリーをそれぞれ調製した。
【００５０】
上記中間膜用スラリーを用いて、図７に示すような製膜装置３７を使用して多孔質体３２の主流路の内壁面に製膜した後、乾燥・焼成して中間膜を形成した。なお、製膜用スラリー３３（中間膜用スラリー）を多孔質体３２の主流路内を流通させるに際しては、流通と同時に真空ポンプＰにより外周面３６側を減圧状態とした。このときの流通線束は１ｍ／ｍｉｎであり、外周面の減圧度は−１００ｋＰａであった。それぞれ得られた中間膜の表面形状をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観測する（図３、図４、図１１、図１２及び図１３参照）とともに、その平均細孔径を水銀圧入法により測定した。その結果を表１に示す。
【００５１】
次いで、平均粒径が０．１〜１．０μｍとなるよう篩い分けしたアルミナを使用し、分散媒として水、有機バインダーとして多糖類水溶性ガム及びポリビニルアルコールを添加してなるろ過膜用スラリーを調製し、図７に示すような製膜装置３７を使用して、多孔質体３２の主流路の内壁面に予め製膜された中間膜表面に製膜した後、乾燥、焼成してろ過膜を形成し、セラミックフィルタ（実施例１〜３、比較例１及び比較例２）を製造した。
【００５２】
尚、製膜用スラリー３３（ろ過膜用スラリー）を多孔質体３２の主流路内を流通させるに際しては、流通と同時に真空ポンプＰにより外周面３６側を減圧状態とした。このときの流通線束は１ｍ／ｍｉｎであり、外周面の減圧度は−１００ｋＰａであった。それぞれ得られたろ過膜の表面形状（図１及び図９参照）及び断面形状（図２及び図１０参照）をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観測するとともに、その平均細孔径を水銀圧入法により測定した。その結果を表１に示す。
【００５３】
尚、上記セラミックフィルタの製造方法の主なプロセスは、（１）多孔質体作製、（２）中間膜製膜、（３）乾燥（８０℃）、（４）焼成（９５０℃）、（５）ろ過膜製膜、（６）乾燥（８０℃）、（７）焼成（９５０℃）で行った。
【００５４】
それぞれ得られたセラミックフィルタ（実施例１〜３、比較例１及び比較例２）のろ過膜の膜面積をＳＥＭ微構造観察より得た膜凸部形状から算出し、最終的な評価を行った。尚、膜面積は、比較例１を１とした場合における比率として表１に示す。また、セラミックフィルタの評価は、比較例１を基準として、膜面積の比率が１．０以上１．２未満の場合を（△）、膜面積の比率が１．２以上の場合を（○）、ろ過膜形成不能の場合を（×）とした。
【００５５】
【表１】
【００５６】
（考察：実施例１〜３、比較例１及び比較例２）
表１の結果から、実施例１では、セラミック微粒子とセラミック凝集粒子との配合割合（質量比）が十分でなかったため、比較例１（図１１参照）と比較しても中間膜の表面に変化がなかったため、満足なろ過膜面積の増加を得ることができなかった（図９参照）。一方、実施例２では、セラミック凝集粒子の配合割合を増すことにより、比較例１（図１１参照）と比較して中間膜の表面に多数の凸部を形成することができるため（図１３参照）、ろ過膜の膜面積を１．４倍にまで向上することができ、更に、実施例３では、ろ過膜の膜面積を２．３倍まで向上させることができた（図３参照）。これにより、実施例１〜３では、セラミック微粒子とセラミック凝集粒子との配合割合（質量比）を制御することにより、ろ過膜の膜面積を任意に制御できることを確認した（図１参照）。一方、比較例２では、セラミック凝集粒子だけで中間膜を形成しようとした場合、中間膜の細孔径をほぼ倍（０．９μｍ）にすることができたが、ろ過膜を形成することはできなかった。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明のセラミックフィルタは、特に、セラミック多孔体を利用したフィルタであり、物理的強度、耐久性、耐食性等に優れるため、例えば水処理や排ガス処理、或いは医薬・食品分野などの広範な分野において、液体やガス中の懸濁物質、細菌、粉塵等の除去に好適に用いることができる。また、本発明のセラミックフィルタの製造方法は、このようなセラミックフィルタを好適に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明のセラミックフィルタの主流路の内壁面の表面状態の一例（実施例２）を示すＳＥＭ写真である。
【図２】本発明のセラミックフィルタの主流路の内壁面の断面状態の一例を示すＳＥＭ写真である。
【図３】本発明のセラミックフィルタの主流路の内壁面の中間膜形成時における表面状態の一例（実施例２）を示すＳＥＭ写真である。
【図４】図３の凸部を拡大したＳＥＭ写真である。
【図５】本発明のセラミックフィルタの一実施形態を示す図面であり、図５（ａ）は斜視図、図５（ｂ）は部分拡大断面図である。
【図６】本発明のセラミックフィルタの他の実施形態を示す斜視図である。
【図７】製膜方法の一例を模式的に示す図面である。
【図８】ハウジング内に収容されたセラミックフィルタの概略断面図である。
【図９】従来のセラミックフィルタの主流路の内壁面の表面状態の一例（比較例１）を示すＳＥＭ写真である。
【図１０】従来のセラミックフィルタの主流路の内壁面の断面状態の一例を示すＳＥＭ写真である。
【図１１】従来のセラミックフィルタの主流路の内壁面の中間膜形成時における表面状態の一例を示すＳＥＭ写真である。
【図１２】図１１の一部を拡大したＳＥＭ写真である。
【図１３】本発明のセラミックフィルタの主流路の内壁面の中間膜形成時における表面状態の他の例（実施例２）を示すＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００５９】
１，２１，４１…セラミックフィルタ、２，２２，３２，４２…多孔質体、３，２３…主流路、４ａ，２４ａ…一方の端面、４ｂ，２４ｂ…他方の端面、５，４５…ろ過膜、６，２６，３６…外周面、１１…第一開口部、１２…第二開口部、２５…補助流路、２７…封止部、２８…補助流路の出口、３３…製膜用スラリー、３４…ろ過水、３７…製膜装置、Ｐ…真空ポンプ、４３…シール材、４４…ハウジング、４６…Ｏ−リング、５０…支持体、５２…中間膜、５４…ろ過膜、６０…浄化流体（浄化水）、６２…被浄化流体（被浄化水）、７０…堆積物（汚れ）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックフィルタ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミックフィルタは、セラミック多孔体を利用したフィルタであり、物理的強度、耐久性、耐食性等に優れるため、例えば水処理や排ガス処理、或いは医薬・食品分野などの広範な分野において、液体やガス中の懸濁物質、細菌、粉塵等の除去に用いられている。
【０００３】
特に、セラミックフィルタにおいては、セラミック多孔体をそのままろ材として用いる場合もあるが、ろ過性能、流体透過量（即ち処理能力）の双方を向上させるため、セラミックからなる多孔質体（基材）の表面に、同じくセラミックからなるろ過膜を形成することが一般的である。例えば、ろ過膜の平均細孔径を０．０１〜１．０μｍ程度と小さく構成してろ過性能を確保する一方、基材の平均細孔径を１〜数１００μｍ程度に大きく構成して、基材内部の流動抵抗を低下させ、流体透過量（即ち処理能力）を向上させることが行われている。
【０００４】
また、セラミックフィルタは、基材をろ過目的に応じて種々の形状に加工したものが用いられるが、基材を単一の流路を有するチューブ状、又は並行する多数の流路を有するハニカム状（モノリス状も含む）としたものが汎用されている。チューブ状又はハニカム状基材の隔壁表面（支持体）、例えば流路の内壁面にろ過膜を形成したフィルタは、ハウジング内に収容し、基材外周面側と流路が開口する基材端面側とをＯ−リング等で気密的に隔離する構造とすることにより、クロスフロー型のフィルタとして利用されている。
【０００５】
このとき、上記セラミックフィルタは、従来から、ろ過膜における膜欠陥の発生を防止するため、ろ過膜の下地層となる中間膜が支持体の表面については、隔壁を構成する支持体の凹凸を確実に埋めるとともに、ろ過膜における膜欠陥の発生を防止するべく、可能な限り平滑に形成する必要があった。
【０００６】
例えば、上記ハニカムフィルタ用基材は、その基材を構成するセラミック多孔質体の５０％細孔径（ｄ50）を８．５〜１３μｍの範囲内とするとともに、複数のセルを区分する隔壁の平均表面粗さを３．０〜５．５μｍの範囲内に制御することにより、隔壁を構成する支持体の凹凸を埋める必要がなくなり、中間膜が薄くても、その表面を平滑にすることができるため、不純物の除去性能に優れるとともに、流体透過量（即ち処理能力）が大きいハニカムフィルタの製造に好適に用いることができる（特許文献１参照）。
【０００７】
しかしながら、上記セラミックフィルタは、被浄化流体（被浄化水）のろ過を繰り返すと、ろ過膜の表面上に被ろ過物である堆積物（汚れ）が層状に堆積するため、定期的に通常使用時とは逆方向に逆洗圧力を負荷し、主流路内の堆積物（汚れ）を排出・除去する逆洗を実施する必要があった。
【０００８】
また、逆洗を繰り返し行っていくと、逆洗だけでは、徐々に堆積物（汚れ）が取り切れなくなるため、最終的には薬液洗浄を行う必要があるが、非常にコストがかかるという問題点があった。
【特許文献１】特開２００４−２９９９６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、設置面積当りの膜面積を増やすことにより、ろ過膜への堆積物（汚れ）が溜まる時間を延長することができるため、セラミックフィルタの逆洗回数を低減することができるとともに、薬液洗浄も必要最小限にすることができるセラミックフィルタ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成するため、本発明は、以下のセラミックフィルタ及びその製造方法を提供するものである。
【００１１】
［１］ 二つの端面と外周面とを有し、一方の前記端面から他方の前記端面まで貫通する被浄化流体の主流路が複数形成された支持体からなる多孔質体と、前記主流路の内壁面に形成された中間膜と、前記中間膜の表面に形成されたろ過膜と、から構成され、前記主流路の、前記一方の端面側の開口部から流入した前記被浄化流体を、前記多孔質体の内部を透過させることにより浄化し、前記多孔質体の外周面から浄化流体として取り出すセラミックフィルタであって、前記中間膜の表面に多数の凸部を有するとともに、前記中間膜の輪郭に沿って前記ろ過膜に多数の凸部が形成されたセラミックフィルタ。
【００１２】
［２］ 中間膜の凸部の高さが、前記中間膜膜厚の等倍以下である［１］に記載のセラミックフィルタ。
【００１３】
［３］ ろ過膜の凸部の高さが、前記中間膜膜厚の等倍以下である［１］又は［２］に記載のセラミックフィルタ。
【００１４】
［４］ ろ過膜の厚さが、前記中間膜の凸部の高さの等倍以下である［１］〜［３］のいずれかに記載のセラミックフィルタ。
【００１５】
［５］ 二つの端面と外周面とを有し、一方の前記端面から他方の前記端面まで貫通する被浄化流体の主流路が複数形成された支持体からなる多孔質体に、前記主流路に中間膜用スラリーを流し込み、中間膜用スラリーに含まれる固形分を主流路の内壁面において層状に堆積させて中間膜を形成させた後、更に、前記中間層が形成された主流路に、ろ過膜用スラリーを流し込み、ろ過膜用スラリーに含まれる固形分を前記中間膜の表面に層状に堆積させてろ過膜を形成させるセラミックフィルタの製造方法であって、前記中間膜用スラリーに含まれる固形分中のセラミック微粒子に、セラミック凝集粒子が所定の割合で配合されているセラミックフィルタの製造方法。
【００１６】
［６］ セラミック凝集粒子の平均粒径が、中間膜膜厚の等倍以下である［５］に記載のセラミックフィルタの製造方法。
【００１７】
［７］ セラミック微粒子と前記セラミック凝集粒子との配合割合（質量比）が、１：０．１〜１：１０である［５］又は［６］に記載のセラミックフィルタの製造方法。
【００１８】
［８］ セラミック微粒子の平均粒径が、前記セラミック凝集粒子の０．５倍以下である［５］〜［７］のいずれかに記載のセラミックフィルタの製造方法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のセラミックフィルタ及びその製造方法は、設置面積当りの膜面積を増やすことにより、ろ過膜への堆積物（汚れ）が溜まる時間を延長することができるため、セラミックフィルタの逆洗回数を低減することができるとともに、薬液洗浄も必要最小限にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜、設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。
【００２１】
図５は、本発明のセラミックフィルタの一実施形態を示す図面であり、図５（ａ）は斜視図、図５（ｂ）は部分拡大断面図である。
【００２２】
本発明で用いるセラミックフィルタは、図５（ａ）（ｂ）に示すように、二つの端面４ａ，４ｂと外周面とを有し、一方の端面４ａから他方の端面４ｂまで貫通する被浄化流体６２の主流路が複数形成された支持体５０からなる多孔質体２と、主流路の内壁面に形成された中間膜５２と、中間膜５２の表面に形成されたろ過膜５４と、から構成され、主流路３の、一方の端面４ａ側の開口部から流入した被浄化流体（被浄化水）６２を、多孔質体２の内部を透過させることにより浄化し、多孔質体２の外周面から浄化流体（浄化水）６０として取り出すものである。
【００２３】
このセラミックフィルタ１を用いて、液体・ガス等の流体のろ過して浄化する場合には、被浄化流体６２を、主流路３の一方の端面４ａ側の開口部（第一開口部１１）から流入させ、多孔質体２の内部を透過させることにより浄化し、多孔質体２の外周面６から浄化流体６０として取り出す。
【００２４】
従来のセラミックフィルタの場合、図１１に示すように、中間膜の表面が平滑である（図１２参照)ため、図９に示すように、中間膜の輪郭に沿ってろ過膜も平滑に形成されている（図９参照）。即ち、本発明のセラミックフィルタは、図５（ｂ）に示す支持体５０、中間膜５２及びろ過膜５４との構成（断面）が、図１０に示すような状態にある。
【００２５】
尚、図９は、従来のセラミックフィルタの主流路の内壁面の表面状態の一例を示すＳＥＭ写真、図１０は、従来のセラミックフィルタの主流路の内壁面の断面状態の一例を示すＳＥＭ写真、図１１は、従来のセラミックフィルタの主流路の内壁面の中間膜形成時における表面状態の一例を示すＳＥＭ写真であり、図１２は、図１１の一部を拡大したＳＥＭ写真である。
【００２６】
図５（ｂ）に示すように、被浄化流体（被浄化水）６０のろ過を繰り返すと、ろ過膜５４の表面上に被ろ過物である堆積物（汚れ）７０が層状に堆積するため、定期的に通常使用時とは逆方向に逆洗圧力を負荷し、主流路３内の堆積物（汚れ）７０を排出・除去する逆洗を実施する必要がある。また、逆洗を繰り返し行っていくと、逆洗だけでは、徐々に堆積物（汚れ）７０が取り切れなくなるため、最終的には薬液洗浄を行う必要があるが、非常にコストがかかるという問題点があった。
【００２７】
本発明のセラミックフィルタの主な特徴は、図３に示すように、中間膜の表面に多数の凸部（凝集粒子）を有し（図４参照）、図１に示すように、中間膜の輪郭に沿ってろ過膜に多数の凸部が形成されたものである。即ち、本発明のセラミックフィルタは、図５（ｂ）に示す支持体５０、中間膜５２及びろ過膜５４との構成（断面）が、図２に示すような状態にあることが好ましい。
【００２８】
尚、図１は、本発明のセラミックフィルタの主流路の内壁面の表面状態の一例を示すＳＥＭ写真、図２は、本発明のセラミックフィルタの主流路の内壁面の断面状態の一例を示すＳＥＭ写真、図３は、本発明のセラミックフィルタの主流路の内壁面の中間膜形成時における表面状態の一例を示すＳＥＭ写真、図４は、図３の凸部を拡大したＳＥＭ写真である。
【００２９】
これにより、本発明のセラミックフィルタは、従来のセラミックフィルタと比較して、設置面積当りの膜面積を増やすことができるため、ろ過膜５４への堆積物（汚れ）７０が溜まる時間を延長することができる。即ち、本発明のセラミックフィルタは、セラミックフィルタの逆洗回数を低減することができるとともに、薬液洗浄も必要最小限にすることができる（図５（ｂ）参照）。
【００３０】
本発明のセラミックフィルタは、中間膜の凸部の高さが、ろ過膜膜厚の等倍以上であることが好ましく、より好ましくは、２〜５０倍、更に好ましくは、４〜１０倍である。これは、中間膜の凸部がろ過膜膜厚の等倍未満である場合、ろ過膜の形成時に凸部が平滑化されてしまうからである。
【００３１】
図６は、本発明のセラミックフィルタの他の実施形態を示す斜視図である。図６に示すように、本実施形態のセラミックフィルタ２１においては、多孔質体２２の外周面２６を含む部分に、特定主流路が外部空間と連通するようにスリット状の補助流路２５が形成されてなるとともに、特定主流路は、その両端面の開口部が封止されてなり、主流路２３の、一方の端面２４ａ側の開口部から流入した被浄化流体６２を、多孔質体２２の内部を透過させることにより浄化し、多孔質体２２の外周面２６及び補助流路の出口２８から浄化流体６０として取り出すことが好ましい（図５（ｂ）参照）。このような所定の補助流路２５が形成されてなる本実施形態のセラミックフィルタ２１は、多孔質体２２の中心部近傍の主流路２３からの浄化流体の回収が容易となり、セラミックフィルタ２１のろ過処理能力を１０倍以上に飛躍的に向上させることが可能となる点において好ましい。また、セラミックフィルタ２１内の流量分布、逆洗時の逆洗圧力分布を大幅に改善することができる点においても好ましい。
【００３２】
次に、本発明のセラミックフィルタの製造方法について説明する。本発明のセラミックフィルタは、従来公知のセラミックフィルタの製造方法に準じて製造することが可能である。まず、骨材、焼結助剤の他、分散媒、有機バインダ、必要により界面活性剤、可塑剤等を添加し、混練してなる坏土を押出成形してなる成形体を得る。骨材は、多孔質体の主たる構成要素であって、平均粒径５〜２００μｍ程度のセラミック粒子からなる。骨材を含む坏土を成形し、焼成することにより、骨材の粒径に応じた細孔を有する多孔質体が形成される。骨材の材質は、ろ過の目的に適合するように適宜選択すればよいが、例えばアルミナ、ムライト、コージェライト、炭化珪素、陶磁器屑等を用いることができる。
【００３３】
また、焼結助剤は、骨材同士の結合を強化するための添加材であって、平均粒径５μｍ未満のセラミック粒子からなる。骨材とともに坏土に添加することにより、骨材間の結合が強化され、強固な多孔質体が形成される。焼結助剤の材質も特に限定されないが、例えばアルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、ガラスフリット、長石、コージェライト等を用いることができる。通常は、骨材どうしの結合強度を確保し、多孔質体の細孔閉塞を防止するため、骨材及び焼結助剤の全質量に対して、１０〜３５質量％程度添加すればよい。
【００３４】
押出成形して得られた成形体を乾燥し、これを流路方向と垂直に所定の長さに切断した後に焼成して多孔質体を得ることができる。なお、得られる多孔質体の平均細孔径は１〜３０μｍ程度である。次いで、得られた多孔質体の主流路の内壁面に中間膜を形成する。
【００３５】
中間膜は、平均細孔径が大きい多孔質体の主流路の内壁面（即ち、支持体）に、ろ過膜を製膜する際、平均粒子径が小さい骨材粒子を含むろ過膜用スラリー（製膜用スラリー）が支持体の細孔内部にまで入り込み、支持体の細孔を閉塞することを防止するための部材である。
【００３６】
ここで、本発明のセラミックフィルタの製造方法の主な特徴は、平均粒径３μｍ程度のセラミック微粒子に、平均粒径９０μｍのセラミック凝集粒子を所定の割合で配合したスラリーを用いて多孔質体の主流路の内壁面（即ち、支持体）に製膜した後、焼成することにある。これにより、表面に多数の凸部を有する中間膜を形成することができる。具体的には、セラミック微粒子及びセラミック凝集粒子を水等の分散媒中に分散し、必要に応じ、焼結助剤、有機バインダ、ｐＨ調整剤、界面活性剤等を添加することにより中間膜用スラリー（製膜用スラリー）を調製しこれを用いて支持体に製膜した後、乾燥・焼成して中間膜を形成する。
【００３７】
ここで、セラミック凝集粒子の平均粒径は、中間膜膜厚の等倍以下であることが好ましく、より好ましくは、０．０５〜１倍、更に好ましくは、０．１〜１倍である。これは、凝集粒子はあくまで中間膜の構成要素の一つであるからである。
【００３８】
また、セラミック微粒子とセラミック凝集粒子との配合割合（質量比）は、１：０．１〜１：１０であることが好ましい。これは、1：０．１より凝集粒子が少ないと、中間膜表面の凸部がほとんど存在せず、また、１：１０より凝集粒子が多いと、凝集粒子が最密充填した場合の空隙を微粒子が埋めることができず、膜欠陥となってしまうからである。尚、セラミック微粒子とセラミック凝集粒子の材質も特に限定されないが、アルミナ質（より好ましくは、アルミナ）であることが好ましい。
【００３９】
ろ過膜は、セラミックフィルタのろ過機能を確保するための部材であり、多孔質体を構成する骨材に比して平均粒径の小さい、平均粒径０．１〜５μｍ程度のセラミック微粒子を含むスラリーを用いて多孔質体の主流路の内壁面（即ち、支持体）に製膜された中間膜の表面に製膜した後、焼成することにより形成することができる。具体的には、セラミック微粒子を水等の分散媒中に分散し、必要に応じ、焼結助剤、有機バインダ、ｐＨ調整剤、界面活性剤等を添加することによりろ過膜用スラリー（製膜用スラリー）を調製しこれを用いて中間膜に製膜した後、乾燥・焼成してろ過膜を形成する。ろ過膜の平均細孔径は０．１〜５μｍ程度である。
【００４０】
次に、本発明のセラミックフィルタの中間膜及びろ過膜の形成方法は、例えば、図７に示すような製膜装置３７を用いる方法を挙げることができる。具体的には、前述の製膜用スラリー３３を用意し、多孔質体３２の他方の端面４ｂから一方の端面４ａの方向に製膜用スラリー３３を流通させるのと略同時に、真空ポンプＰにより外周面３６側を減圧状態とすると、製膜用スラリー３３に含まれる固形分が主流路の内壁面において層状に堆積して製膜層が形成される。ここで、製膜用スラリー３３を流通させるに際して、その流通線束が小さく外周面側の減圧度が大きいほど、両開口部における製膜層の膜厚差は大きくなる。従って、製膜用スラリー３３の流通線束と減圧度とを制御することにより、中間膜又はろ過膜の膜厚を第二開口部から第一開口部に向かうに従って徐々に薄くなるように製膜することもできる。
【００４１】
また、本発明のセラミックフィルタの中間膜及びろ過膜の形成方法は、製膜用スラリー３３の流通と略同時に減圧状態とすることにより、形成される製膜層の膜厚は製膜用スラリー３３が流入する他方の端面４ｂから一方の端面４ａに向かうに従って徐々に薄くなるように形成される。製膜層の全体が所望とする膜厚となる分に相当する量のろ過水３４を多孔質体３２の外周面３６より排出する。なお、多孔質体３２の一方の端面４ａ側から流出した製膜用スラリー３３は循環させればよい。その後、製膜層の形状が保持されるように、ろ過水３４の排出完了後、ろ過水側を減圧状態として多孔質体３２を真空脱水し、次いで、乾燥及び焼成することにより、中間膜又はろ過膜を形成することができる。
【００４２】
更に、本発明のセラミックフィルタは、場合により所定の箇所にシール材を備えてなるものであってもよい。本発明にいうシール材とは、多孔質体の端面、具体的には図５（ｂ）における一方の端面４ａから被浄化流体６２が多孔質体２内部に侵入することを防止するための部材をいい、多孔質体２の一方の端面４ａ、及び一方の端面４ａ近傍のろ過膜５４を被覆するように形成することが好ましい。
【００４３】
シール材は、例えばホウケイ酸ガラス、ケイ酸ガラス、長石質ガラス等のガラス状物質（ガラスフリット等）からなる釉薬を所定の箇所に塗布した後、焼成することにより形成することができる。但し、ろ過膜と同等以下の細孔径を有するものである限りにおいて釉薬には限定されず、場合によってはシール材の代わりにろ過膜を形成することによって、多孔質体の端面から被浄化流体が多孔質体内部に侵入することを防止することも可能である。
【００４４】
また、図６に示すような、所定の補助流路２５が形成されたセラミックフィルタ２１を製造する方法について説明する。スリット状の補助流路２５は、多孔質体２２の焼成前又は焼成後に、ダイヤ電着カッター等の刃物により、補助流路２５を形成すべき特定主流路の列が外部空間と連通するように破断して形成すればよい。ここで、補助流路２５に連通する特定主流路については、浄化流体への被浄化流体の混入を防止するため多孔質体２２の両端面の開口部を目詰め部材等により封止して封止部２７を形成する。即ち、なお、特定主流路の内壁面にはろ過膜を形成する必要はない。
【００４５】
次に、被浄化流体として被浄化水を用いる場合における、本発明のセラミックフィルタの使用方法について概説する。図８に示すように、本実施形態のセラミックフィルタ４１は、多孔質体４２の主流路の内壁面に所定のろ過膜４５が形成されてなり、多孔質体２の一方の端面４ａ、及びその近傍のろ過膜４５にシール材４３が被覆形成されており、このシール材４３の部分において、Ｏ−リング４６を介してハウジング４４内に収容されている。このセラミックフィルタ４１を用いて被浄化水を浄化する場合には、主流路の一方の端面４ａ側の第一開口部から被浄化水を流入させ、ろ過膜４５と多孔質体４２の内部を透過させることにより浄化し、多孔質体４２の外周面６から浄化水として取り出す。
【００４６】
ろ過の繰り返しに伴い、ろ過膜４５の表面上に堆積物が層状に堆積するため、定期的に通常使用時とは逆方向に逆洗圧力を負荷して逆洗する。逆洗に際しては、まず多孔質体の４２の外周面６側から第一次的な逆洗圧力を負荷して堆積物をろ過膜４５から剥離させた後、次いで他方の開口部（第二開口部）側から第二次的な逆洗圧力を負荷することにより、第一開口部から堆積物を排出して除去することができる。
【実施例】
【００４７】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００４８】
（実施例１〜３、比較例１及び比較例２）
骨材として、粒径が５〜３００μｍとなるように篩い分けしたアルミナを使用し、これに、焼結助材として粒径０．５〜５μｍの長石、分散媒として水、有機バインダとしてメチルセルロースを添加し、混練して得られた坏土を押出成形することにより複数の主流路を有するハニカム状の成形体を得た。この成形体を乾燥した後、所定の長さとなるように流路方向と垂直に切断し、これを焼成することにより外径１８０ｍｍ、流路の内径２．５ｍｍ、長さ１０００ｍｍ、主流路数が約２０００個のハニカム状の多孔質体を得た。水銀圧入法により測定した多孔質体の平均細孔径は１０μｍであった。
【００４９】
次いで、平均粒径が３μｍとなるように篩い分けしたアルミナ微粒子と、平均粒径が９０μｍのアルミナ凝集粒子とを、表１に示すように配合し、分散媒として水、焼結助剤としてガラスフリット、有機バインダとして多糖類水溶性ガムを添加してなる中間膜用スラリーをそれぞれ調製した。
【００５０】
上記中間膜用スラリーを用いて、図７に示すような製膜装置３７を使用して多孔質体３２の主流路の内壁面に製膜した後、乾燥・焼成して中間膜を形成した。なお、製膜用スラリー３３（中間膜用スラリー）を多孔質体３２の主流路内を流通させるに際しては、流通と同時に真空ポンプＰにより外周面３６側を減圧状態とした。このときの流通線束は１ｍ／ｍｉｎであり、外周面の減圧度は−１００ｋＰａであった。それぞれ得られた中間膜の表面形状をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観測する（図３、図４、図１１、図１２及び図１３参照）とともに、その平均細孔径を水銀圧入法により測定した。その結果を表１に示す。
【００５１】
次いで、平均粒径が０．１〜１．０μｍとなるよう篩い分けしたアルミナを使用し、分散媒として水、有機バインダーとして多糖類水溶性ガム及びポリビニルアルコールを添加してなるろ過膜用スラリーを調製し、図７に示すような製膜装置３７を使用して、多孔質体３２の主流路の内壁面に予め製膜された中間膜表面に製膜した後、乾燥、焼成してろ過膜を形成し、セラミックフィルタ（実施例１〜３、比較例１及び比較例２）を製造した。
【００５２】
尚、製膜用スラリー３３（ろ過膜用スラリー）を多孔質体３２の主流路内を流通させるに際しては、流通と同時に真空ポンプＰにより外周面３６側を減圧状態とした。このときの流通線束は１ｍ／ｍｉｎであり、外周面の減圧度は−１００ｋＰａであった。それぞれ得られたろ過膜の表面形状（図１及び図９参照）及び断面形状（図２及び図１０参照）をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観測するとともに、その平均細孔径を水銀圧入法により測定した。その結果を表１に示す。
【００５３】
尚、上記セラミックフィルタの製造方法の主なプロセスは、（１）多孔質体作製、（２）中間膜製膜、（３）乾燥（８０℃）、（４）焼成（９５０℃）、（５）ろ過膜製膜、（６）乾燥（８０℃）、（７）焼成（９５０℃）で行った。
【００５４】
それぞれ得られたセラミックフィルタ（実施例１〜３、比較例１及び比較例２）のろ過膜の膜面積をＳＥＭ微構造観察より得た膜凸部形状から算出し、最終的な評価を行った。尚、膜面積は、比較例１を１とした場合における比率として表１に示す。また、セラミックフィルタの評価は、比較例１を基準として、膜面積の比率が１．０以上１．２未満の場合を（△）、膜面積の比率が１．２以上の場合を（○）、ろ過膜形成不能の場合を（×）とした。
【００５５】
【表１】
【００５６】
（考察：実施例１〜３、比較例１及び比較例２）
表１の結果から、実施例１では、セラミック微粒子とセラミック凝集粒子との配合割合（質量比）が十分でなかったため、比較例１（図１１参照）と比較しても中間膜の表面に変化がなかったため、満足なろ過膜面積の増加を得ることができなかった（図９参照）。一方、実施例２では、セラミック凝集粒子の配合割合を増すことにより、比較例１（図１１参照）と比較して中間膜の表面に多数の凸部を形成することができるため（図１３参照）、ろ過膜の膜面積を１．４倍にまで向上することができ、更に、実施例３では、ろ過膜の膜面積を２．３倍まで向上させることができた（図３参照）。これにより、実施例１〜３では、セラミック微粒子とセラミック凝集粒子との配合割合（質量比）を制御することにより、ろ過膜の膜面積を任意に制御できることを確認した（図１参照）。一方、比較例２では、セラミック凝集粒子だけで中間膜を形成しようとした場合、中間膜の細孔径をほぼ倍（０．９μｍ）にすることができたが、ろ過膜を形成することはできなかった。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明のセラミックフィルタは、特に、セラミック多孔体を利用したフィルタであり、物理的強度、耐久性、耐食性等に優れるため、例えば水処理や排ガス処理、或いは医薬・食品分野などの広範な分野において、液体やガス中の懸濁物質、細菌、粉塵等の除去に好適に用いることができる。また、本発明のセラミックフィルタの製造方法は、このようなセラミックフィルタを好適に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明のセラミックフィルタの主流路の内壁面の表面状態の一例（実施例２）を示すＳＥＭ写真である。
【図２】本発明のセラミックフィルタの主流路の内壁面の断面状態の一例を示すＳＥＭ写真である。
【図３】本発明のセラミックフィルタの主流路の内壁面の中間膜形成時における表面状態の一例（実施例２）を示すＳＥＭ写真である。
【図４】図３の凸部を拡大したＳＥＭ写真である。
【図５】本発明のセラミックフィルタの一実施形態を示す図面であり、図５（ａ）は斜視図、図５（ｂ）は部分拡大断面図である。
【図６】本発明のセラミックフィルタの他の実施形態を示す斜視図である。
【図７】製膜方法の一例を模式的に示す図面である。
【図８】ハウジング内に収容されたセラミックフィルタの概略断面図である。
【図９】従来のセラミックフィルタの主流路の内壁面の表面状態の一例（比較例１）を示すＳＥＭ写真である。
【図１０】従来のセラミックフィルタの主流路の内壁面の断面状態の一例を示すＳＥＭ写真である。
【図１１】従来のセラミックフィルタの主流路の内壁面の中間膜形成時における表面状態の一例を示すＳＥＭ写真である。
【図１２】図１１の一部を拡大したＳＥＭ写真である。
【図１３】本発明のセラミックフィルタの主流路の内壁面の中間膜形成時における表面状態の他の例（実施例２）を示すＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００５９】
１，２１，４１…セラミックフィルタ、２，２２，３２，４２…多孔質体、３，２３…主流路、４ａ，２４ａ…一方の端面、４ｂ，２４ｂ…他方の端面、５，４５…ろ過膜、６，２６，３６…外周面、１１…第一開口部、１２…第二開口部、２５…補助流路、２７…封止部、２８…補助流路の出口、３３…製膜用スラリー、３４…ろ過水、３７…製膜装置、Ｐ…真空ポンプ、４３…シール材、４４…ハウジング、４６…Ｏ−リング、５０…支持体、５２…中間膜、５４…ろ過膜、６０…浄化流体（浄化水）、６２…被浄化流体（被浄化水）、７０…堆積物（汚れ）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つの端面と外周面とを有し、一方の前記端面から他方の前記端面まで貫通する被浄化流体の主流路が複数形成された支持体からなる多孔質体と、前記主流路の内壁面に形成された中間膜と、前記中間膜の表面に形成されたろ過膜と、から構成され、前記主流路の、前記一方の端面側の開口部から流入した前記被浄化流体を、前記多孔質体の内部を透過させることにより浄化し、前記多孔質体の外周面から浄化流体として取り出すセラミックフィルタであって、
前記中間膜の表面に多数の凸部を有するとともに、前記中間膜の輪郭に沿って前記ろ過膜に多数の凸部が形成されたセラミックフィルタ。
【請求項２】
前記中間膜の凸部の高さが、前記中間膜膜厚の等倍以下である請求項１に記載のセラミックフィルタ。
【請求項３】
前記ろ過膜の凸部の高さが、前記中間膜膜厚の等倍以下である請求項１又は２に記載のセラミックフィルタ。
【請求項４】
前記ろ過膜の厚さが、前記中間膜の凸部の高さの等倍以下である請求項１〜３のいずれか１項に記載のセラミックフィルタ。
【請求項５】
二つの端面と外周面とを有し、一方の前記端面から他方の前記端面まで貫通する被浄化流体の主流路が複数形成された支持体からなる多孔質体に、前記主流路に中間膜用スラリーを流し込み、中間膜用スラリーに含まれる固形分を主流路の内壁面において層状に堆積させて中間膜を形成させた後、更に、前記中間層が形成された主流路に、ろ過膜用スラリーを流し込み、ろ過膜用スラリーに含まれる固形分を前記中間膜の表面に層状に堆積させてろ過膜を形成させるセラミックフィルタの製造方法であって、
前記中間膜用スラリーに含まれる固形分中のセラミック微粒子に、セラミック凝集粒子が所定の割合で配合されているセラミックフィルタの製造方法。
【請求項６】
前記セラミック凝集粒子の平均粒径が、前記中間膜膜厚の等倍以下である請求項５に記載のセラミックフィルタの製造方法。
【請求項７】
前記セラミック微粒子と前記セラミック凝集粒子との配合割合（質量比）が、１：０．１〜１：１０である請求項５又は６に記載のセラミックフィルタの製造方法。
【請求項８】
前記セラミック微粒子の平均粒径が、前記セラミック凝集粒子の０．５倍以下である請求項５〜７のいずれか１項に記載のセラミックフィルタの製造方法。
【請求項１】
二つの端面と外周面とを有し、一方の前記端面から他方の前記端面まで貫通する被浄化流体の主流路が複数形成された支持体からなる多孔質体と、前記主流路の内壁面に形成された中間膜と、前記中間膜の表面に形成されたろ過膜と、から構成され、前記主流路の、前記一方の端面側の開口部から流入した前記被浄化流体を、前記多孔質体の内部を透過させることにより浄化し、前記多孔質体の外周面から浄化流体として取り出すセラミックフィルタであって、
前記中間膜の表面に多数の凸部を有するとともに、前記中間膜の輪郭に沿って前記ろ過膜に多数の凸部が形成されたセラミックフィルタ。
【請求項２】
前記中間膜の凸部の高さが、前記中間膜膜厚の等倍以下である請求項１に記載のセラミックフィルタ。
【請求項３】
前記ろ過膜の凸部の高さが、前記中間膜膜厚の等倍以下である請求項１又は２に記載のセラミックフィルタ。
【請求項４】
前記ろ過膜の厚さが、前記中間膜の凸部の高さの等倍以下である請求項１〜３のいずれか１項に記載のセラミックフィルタ。
【請求項５】
二つの端面と外周面とを有し、一方の前記端面から他方の前記端面まで貫通する被浄化流体の主流路が複数形成された支持体からなる多孔質体に、前記主流路に中間膜用スラリーを流し込み、中間膜用スラリーに含まれる固形分を主流路の内壁面において層状に堆積させて中間膜を形成させた後、更に、前記中間層が形成された主流路に、ろ過膜用スラリーを流し込み、ろ過膜用スラリーに含まれる固形分を前記中間膜の表面に層状に堆積させてろ過膜を形成させるセラミックフィルタの製造方法であって、
前記中間膜用スラリーに含まれる固形分中のセラミック微粒子に、セラミック凝集粒子が所定の割合で配合されているセラミックフィルタの製造方法。
【請求項６】
前記セラミック凝集粒子の平均粒径が、前記中間膜膜厚の等倍以下である請求項５に記載のセラミックフィルタの製造方法。
【請求項７】
前記セラミック微粒子と前記セラミック凝集粒子との配合割合（質量比）が、１：０．１〜１：１０である請求項５又は６に記載のセラミックフィルタの製造方法。
【請求項８】
前記セラミック微粒子の平均粒径が、前記セラミック凝集粒子の０．５倍以下である請求項５〜７のいずれか１項に記載のセラミックフィルタの製造方法。
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００６−２６３５１７（Ｐ２００６−２６３５１７Ａ）
【公開日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−８２１００（Ｐ２００５−８２１００）
【出願日】平成１７年３月２２日（２００５．３．２２）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月２２日（２００５．３．２２）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
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