水素分離体の製造方法、水素分離体の製造装置及び水素分離膜付き成膜用基体
【課題】水素分離膜の取扱いを容易なものとし、生産性を向上させ得る水素分離体の製造方法、水素分離体の製造装置及び水素分離膜付き成膜用基板を提供すること。
【解決手段】水素分離体の製造方法は、多孔質支持体と該多孔質支持体表面に接合された水素分離膜とを有する水素分離体の製造方法であって、成膜用基体と該成膜用基体の表面に成膜された水素分離膜とを有する水素分離膜付き成膜用基体と、多孔質支持体とを、該水素分離膜が該多孔質支持体に対向するように密接させ、加熱及び加圧処理により、該水素分離膜を該多孔質支持体に転写する工程を含む。
【解決手段】水素分離体の製造方法は、多孔質支持体と該多孔質支持体表面に接合された水素分離膜とを有する水素分離体の製造方法であって、成膜用基体と該成膜用基体の表面に成膜された水素分離膜とを有する水素分離膜付き成膜用基体と、多孔質支持体とを、該水素分離膜が該多孔質支持体に対向するように密接させ、加熱及び加圧処理により、該水素分離膜を該多孔質支持体に転写する工程を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素分離体の製造方法、水素分離体の製造装置及び水素分離膜付き成膜用基体に関する。更に詳細には、本発明は、所定の水素分離膜付き成膜用基体を用いた水素分離体の製造方法、その実施に使用する水素分離体の製造装置、及び水素分離膜付き成膜用基体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、形状形成基体の表面にＰｄ若しくはＰｄを主体とした合金の薄膜を形成させたのち、形状形成基体を除去してＰｄ系水素分離膜を製造する水素分離膜の製造方法が提案されている（特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１４５８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の水素分離膜の製造方法にあっては、得られる水素分離膜が基体から剥離された状態の自立膜であるため、特に薄膜の場合、亀裂や皺、破損が発生し易く、取扱いが極めて難しいという問題点があった。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、水素分離膜の取扱いを容易なものとし、生産性を向上させ得る水素分離体の製造方法、水素分離体の製造装置及び水素分離膜付き成膜用基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。そして、その結果、所定の水素分離膜付き成膜用基板を用いることなどにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明の水素分離体の製造方法は、多孔質支持体と該多孔質支持体表面に接合された水素分離膜とを有する水素分離体の製造方法であって、成膜用基体と該成膜用基体の表面に成膜された水素分離膜とを有する水素分離膜付き成膜用基体と、多孔質支持体とを、該水素分離膜が該多孔質支持体に対向するように密接させ、加熱及び加圧処理により、該水素分離膜を該多孔質支持体に転写する工程を含むことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の水素分離体の製造装置は、多孔質支持体と該多孔質支持体表面に接合された水素分離膜とを有する水素分離体の製造装置であって、成膜用基体と該成膜用基体の表面に成膜された水素分離膜とを有する水素分離膜付き成膜用基体と、多孔質支持体とを、該水素分離膜が該多孔質支持体に対向するように密接させる配置手段と、成膜用基体、水素分離膜及び多孔質支持体を所定の温度に加熱する加熱手段と、水素分離膜付き成膜用基体を多孔質支持体に所定の圧力で加圧する加圧手段とを有することを特徴とする。
【０００９】
更に、本発明の水素分離膜付き成膜用基体は、成膜用基体と該成膜用基体の表面に成膜された水素分離膜とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、所定の水素分離膜付き成膜用基板を用いることなどとしたため、水素分離膜の取扱いを容易なものとし、生産性を向上させ得る水素分離体の製造方法、水素分離体の製造装置及び水素分離膜付き成膜用基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態の水素分離体の製造方法の一例を示す工程図である。
【図２】本実施形態の水素分離膜付き成膜用基体の若干例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態に係る水素分離体の製造方法、その実施に使用する水素分離膜付き成膜用基体及び水素分離体の製造装置について順次詳細に説明する。
【００１３】
まず、本実施形態の水素分離体の製造方法について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態の水素分離体の製造方法の一例を示す工程図である。まず、同図（ａ）に示すように、成膜用基体１２と成膜用基体１２の表面に成膜された水素分離膜１４とを有する水素分離膜付き成膜用基体１０と、多孔質支持体１６とを用意する。なお、水素分離膜１４は自由端部１４ａを有している。次に、同図（ｂ）に示すように、水素分離膜１４が多孔質支持体１６に対向するように密接させ、加熱及び加圧処理により、水素分離膜１４を多孔質支持体１６に転写する。しかる後、同図（ｃ）に示すように、成膜用基体１２を取り去ることにより、多孔質支持体１６と多孔質支持体１６の表面に接合された水素分離膜１４とを有する水素分離体２０を得ることができる。
【００１４】
このような工程を経ることにより、自立膜の状態の水素分離膜の取扱いを避けることができ、水素分離膜の取扱いを容易なものとし、生産性を向上させることができる。
ここで、転写する際の加熱及び加圧処理は、水素分離膜を転写することができれば特に限定されるものではなく、水素分離膜の種類、材質、膜厚、耐久性、及び目的に応じて設定することができる。
例として、金属水素分離膜の場合、転写する面積や用途に応じて、加熱温度を２００〜１３００℃、多孔質支持体に対する押し付け圧力０．１〜２０ＭＰａの範囲内で転写を行う。その際、転写時間は０．５〜１０時間の範囲内で設定すればよい。
【００１５】
また、特に限定されるものではないが、水素分離膜付き成膜用基体としては、成膜用基体の表面の一部が転写面及び該転写面に隣接する非転写面からなるとき、該転写面及び該非転写面に成膜された水素分離膜を有するものを用いることが望ましい。
このような水素分離膜付き成膜用基体を用いると、転写面にのみ水素分離膜が成膜されたものを用いる場合と比較して、転写される水素分離膜に亀裂や破損が発生し難く、水素分離膜の取扱いをより容易なものとし、生産性をより向上させることができる。
一方、例えば、成膜用基体の全表面に水素分離膜が成膜されたものを用いると、水素分離膜付き成膜用基体の取扱いが容易にならないことがある。
【００１６】
更に、特に限定されるものではないが、水素分離膜付き成膜用基体としては、水素分離膜が自由端部を有するものを用いることが望ましい。
このような水素分離膜付き成膜用基体を用いると、水素分離膜の転写をより円滑に行うことができ、水素分離膜の取扱いをより容易なものとし、生産性をより向上させることができる。
【００１７】
また、特に限定されるものではないが、水素分離膜付き成膜用基体としては、成膜用基体が無機材料を含むものを用いることが望ましい。なお、無機材料を含むものとは、有機材料との複合材や無機材料のみからなるものを含む意味である。
このような水素分離膜付き成膜用基体を用いると、水素分離膜の転写をより円滑に行うことができ、水素分離膜の取扱いをより容易なものとし、生産性をより向上させることができる。
【００１８】
上述の無機材料としては、特に限定されるものではないが、例えばアルミナ、ジルコニア、シリカ、石英ガラス若しくは窒化ケイ素、又はこれらの任意の組み合わせに係るものを挙げることができる。
このような無機材料は、転写の際の高い温度及び高い押し付け圧力の条件下においてもその物性や形状を維持することができ、水素分離膜の転写をより円滑に行うことができ、水素分離膜の取扱いをより容易なものとし、生産性をより向上させることができる。また、成膜用基体を再利用することができるという利点もある。
【００１９】
更に、特に限定されるものではないが、水素分離膜付き成膜用基体としては、成膜用基体が光透過性を有するものを用いることが望ましい。
このような水素分離膜付き成膜用基体を用いると、水素分離膜のピンホールの有無を比較的容易に検査することができ、生産性や歩留まりをより向上させることができる。
ここで「光透過性」とは、例えば水素分離膜のピンホールから成膜用基体に入射した光を水素分離膜と反対側の成膜用基体の面から確認できる程度のものをいう。なお、成膜用基体を透過した光は市販の光センサを用いて検出してもよく、目視で検出してもよい。光センサ等の検出限界を考慮すれば、成膜用基体の光透過性は高いほど好ましく、紫外ないし可視光で、例えば厚み１０ｍｍで反射損失を含めて０．１〜１００％の透過率を有するものであることが望ましい。
また、ピンホール検出の精度を高めるために、ガンマ線、エックス線、低波長、及び高波長の光を用いてもよい。
【００２０】
また、特に限定されるものではないが、水素分離膜付き成膜用基体としては、水素分離膜が金属材料を含むものを用いることが望ましい。
このような水素分離膜付き成膜用基体を用いると、水素分離膜の転写をより円滑に行うことができ、水素分離膜の取扱いをより容易なものとし、生産性をより向上させることができる。
【００２１】
上述の金属材料としては、特に限定されるものではないが、例えばパラジウム、バナジウム、ニオブ若しくはタンタル、若しくはこれらの任意の組み合わせに係る合金、又はパラジウム、バナジウム、ニオブ若しくはタンタル若しくはこれらの任意の組み合わせに係るものと銀、ニッケル、銅若しくは希土類元素若しくはこれらの任意の組み合わせに係るものとを含む合金を挙げることができる。
【００２２】
また、上述の金属材料のその他の例としては、ジルコニウム、ニッケル、ニオブ若しくはイットリウム又はこれらの任意の組み合わせに係るものと希土類元素との合金を挙げることもできる。
【００２３】
更に、特に限定されるものではないが、水素分離膜付き成膜用基体としては、例えば水素分離膜が、成膜用基体を大気中で熱処理する工程と、熱処理した成膜用基体上にスパッタリング法により第１層を形成する工程と、第１層を洗浄する洗浄工程と、洗浄した第１層上にスパッタリング法により第２層を形成する工程とを含む成膜方法により成膜されたものを用いることが好適である。
このような水素分離膜付き成膜用基体を用いると、比較的浮遊粒子の多い場所でも水素分離膜のピンホールをより少なくすることができ、生産性や歩留まりをより向上させることができる。もちろん浮遊粒子の少ない製造場所では成膜を一層で行うことも可能である。つまり、水素分離膜付き成膜用基体は、水素分離膜が、成膜用基体を大気中で熱処理する工程と、熱処理した成膜用基体上にスパッタリング法により水素分離膜を形成する工程とを含む成膜方法により成膜されたものとすることも可能である。
【００２４】
また、特に限定されるものではないが、水素分離膜付き成膜用基体としては、例えば水素分離膜が、成膜用基体を洗浄する前洗浄工程と、前洗浄した成膜用基体を大気中で熱処理する工程と、熱処理した成膜用基体上にスパッタリング法により第１層を形成する工程と、第１層を洗浄する洗浄工程と、洗浄した第１層上にスパッタリング法により第２層を形成する工程とを含む成膜方法により成膜されたものを用いることも好適である。
このような水素分離膜付き成膜用基体を用いると、水素分離膜のピンホールをより少なくすることができ、生産性や歩留まりをより向上させることができる。
【００２５】
このように成膜用基体へ水素分離膜を成膜する前に熱処理することが望ましく、これにより、多孔質支持体への水素分離膜の転写の際に水素分離膜の膨れ欠陥が生じにくくなり、水素分離膜のピンホールをより少なくすることができ、生産性や歩留まりをより向上させることができる。つまり、成膜用基体を加熱処理することにより、成膜用基体内部に閉じ込められていたガス成分が膨張して噴出し、水素分離膜を持ち上げる膨れ欠陥が生じにくくなる。一方、加熱処理をしない場合には、膨れ欠陥が生じ、これが甚だしいと水素分離膜が破裂してピンホールになる可能性がある。
なお、かかる熱処理雰囲気は、大気中であることが望ましい。成膜用基体に有機物の付着などがあった場合、大気中であれば焼き飛ばすことが可能であるが、不活性雰囲気や真空雰囲気では、有機物が炭化して基体に残存してしまうことがあり、残存した炭化物が水素分離膜に付着すると膜中に炭素が拡散して水素透過性能を劣化させるおそれがあるからである。また、かかる熱処理温度は、転写における加熱温度以上、転写における加熱温度＋２００℃以下であることが好ましい。転写における加熱温度未満であると、ガス成分の放出が不十分で水素分離膜の膨れ欠陥が発生してしまうおそれがあり、転写における加熱温度＋２００℃を超えると、ガス成分の放出は十分であるが、成膜用基体により高い耐熱性を要するすることとなり、コスト高となってしまい、更に、熱処理のコストが増加してしまう。更に、かかる熱処理時間は、５分間以上６時間以下であることが好ましい。５分間未満であると、ガス放出が不十分となることがあり、６時間を超える場合には、熱処理のコストが増加してしまう。
【００２６】
また、このように第１層を洗浄することが望ましく、これにより、水素分離膜のピンホールをより少なくすることができ、生産性や歩留まりをより向上させることができる。ピンホール主原因が異物であり、水素分離膜を成膜した後に、異物ごと水素分離膜が脱落してピンホールが生じており、成膜用基体の洗浄だけでは除去しきれない異物が、一旦成膜してから洗浄することにより、効率良く除去できるためである。
【００２７】
上述の洗浄工程としては、特に限定されるものではないが、例えばガス噴付け、ブラッシング若しくは超音波洗浄又はこれらの任意の組み合わせに係る処理を含む工程を挙げることができる。
【００２８】
更にまた、特に限定されるものではないが、水素分離膜付き成膜用基体としては、例えば水素分離膜の第１層の膜厚が０．０５〜１μｍであるものが好ましい。
このような水素分離膜付き成膜用基体を用いると、水素分離膜のピンホールをより少なくすることができ、生産性や歩留まりをより向上させることができる。
第１層には、洗浄で異物に起因するピンホールが形成されるので、第１層の厚みは、薄いほど好ましく、１μｍ以下であることが好ましい。一方、第１層の厚みが０．０５μｍ未満では、第１層の強度が不十分であるため、０．０５μｍ以上であることが好ましい。
【００２９】
次に、本実施形態の水素分離膜付き成膜用基体について図面を参照しながら詳細に説明する。
図２は、本実施形態の水素分離膜付き成膜用基体の若干例を示す断面図である。同図（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施形態の水素分離膜付き成膜用基体１０（１０’、１０”）は、成膜用基体１２と成膜用基体１２の表面に成膜された水素分離膜１４とを有するものである。
このような水素分離膜付き成膜用基体は、これを使用する上述した水素分離体の製造方法において、自立膜の状態の水素分離膜の取扱いを避けることができ、水素分離膜の取扱いを容易なものとし、生産性を向上させることができる。
【００３０】
また、特に限定されるものではないが、例えば図２（ｂ）に示すように、水素分離膜付き成膜用基体１０’は、成膜用基体１２の表面の一部が転写面（図２（ｂ）中の上面）及び該転写面に隣接する非転写面（図２（ｂ）中の側面）からなるとき、該転写面及び該非転写面に成膜された水素分離膜１４を有するものであることが望ましい。
このような水素分離膜付き成膜用基体は、例えば図２（ｃ）に示すように、成膜用基体１２の表面の一部である転写面（図２（ｃ）中の上面）にのみ水素分離膜１４が成膜されたものと比較して、これらを使用する上述した水素分離体の製造方法において、転写される水素分離膜に亀裂や破損が発生し難く、水素分離膜の取扱いをより容易なものとし、生産性をより向上させることができる。
もちろん、図２（ｃ）に示すような水素分離膜付き成膜用基体が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
なお、図示しないが、例えば成膜用基体の全表面に水素分離膜が成膜されたものを用いると、水素分離膜付き成膜用基体の取扱いが容易なものとはならないことがある。
【００３１】
更に、特に限定されるものではないが、例えば図２（ａ）に示すように、水素分離膜付き成膜用基体１０は、水素分離膜１４が自由端部１４ａを有するものであることが望ましい。
このような水素分離膜付き成膜用基体は、これを使用する上述した水素分離体の製造方法において、水素分離膜の転写をより円滑に行うことができ、水素分離膜の取扱いをより容易なものとし、生産性をより向上させることができる。
【００３２】
また、特に限定されるものではないが、成膜用基体が例えば無機材料を含むものであることが望ましい。なお、無機材料を含むものとは、有機材料との複合材や無機材料のみからなるものを含む意味である。
このような成膜用基体を適用した水素分離膜付き成膜用基体は、これを使用する上述した水素分離体の製造方法において、水素分離膜の転写をより円滑に行うことができ、水素分離膜の取扱いをより容易なものとし、生産性をより向上させることができる。
【００３３】
上述の無機材料としては、特に限定されるものではないが、例えばアルミナ、ジルコニア、シリカ、石英ガラス若しくは窒化ケイ素、又はこれらの任意の組み合わせに係るものを挙げることができる。
このような無機材料を適用した水素分離膜付き成膜用基体の成膜用基体は、これを使用する上述した水素分離体の製造方法における転写の際の高温及び高面圧の条件下においても、その物性や形状を維持することができ、水素分離膜の転写をより円滑に行うことができ、水素分離膜の取扱いをより容易なものとし、生産性をより向上させることができる。
【００３４】
更に、特に限定されるものではないが、成膜用基体が例えば光透過性を有するものであることが望ましい。
このような成膜用基体を適用した水素分離膜付き成膜用基体は、これを使用する上述した水素分離体の製造方法において、水素分離膜のピンホールの有無を比較的容易に検査することができ、生産性や歩留まりをより向上させることができる。
【００３５】
また、特に限定されるものではないが、水素分離膜が例えば水素分離膜が金属材料を含むものであることが望ましい。
このような水素分離膜を適用した水素分離膜付き成膜用基体は、これを使用する上述した水素分離体の製造方法において、水素分離膜の転写をより円滑に行うことができ、水素分離膜の取扱いをより容易なものとし、生産性をより向上させることができる。
【００３６】
上述の金属材料としては、特に限定されるものではないが、例えばパラジウム、バナジウム、ニオブ若しくはタンタル、若しくはこれらの任意の組み合わせに係る合金、又はパラジウム、バナジウム、ニオブ若しくはタンタル若しくはこれらの任意の組み合わせに係るものと銀、ニッケル、銅若しくは希土類元素若しくはこれらの任意の組み合わせに係るものとを含む合金を挙げることができる。
【００３７】
また、金属材料としては、特に限定されるものではないが、例えばジルコニウム、ニッケル、ニオブ若しくはイットリウム又はこれらの任意の組み合わせに係るものと希土類元素との合金を挙げることもできる。
【００３８】
更に、特に限定されるものではないが、水素分離膜付き成膜用基体としては、例えば水素分離膜が、成膜用基体を大気中で熱処理する工程と、熱処理した成膜用基体上にスパッタリング法により第１層を形成する工程と、第１層を洗浄する洗浄工程と、洗浄した第１層上にスパッタリング法により第２層を形成する工程とを含む成膜方法により成膜されたものを用いることが好適である。
このような水素分離膜付き成膜用基体を用いると、水素分離膜のピンホールをより少なくすることができ、水素分離膜の透過ガス中の水素純度を高めることができる。
【００３９】
また、特に限定されるものではないが、水素分離膜付き成膜用基体としては、例えば水素分離膜が、成膜用基体を洗浄する前洗浄工程と、前洗浄した成膜用基体を大気中で熱処理する工程と、熱処理した成膜用基体上にスパッタリング法より第１層を形成する工程と、第１層を洗浄する洗浄工程と、洗浄した第１層上にスパッタリング法により第２層を形成する工程とを含む成膜方法により成膜されたものを用いることも好適である。
このような水素分離膜付き成膜用基体を用いると、水素分離膜のピンホールをより少なくすることができる。
【００４０】
上述の洗浄工程としては、特に限定されるものではないが、例えばガス噴付け、ブラッシング若しくは超音波洗浄又はこれらの任意の組み合わせに係る処理を含む工程を挙げることができる。
【００４１】
更にまた、特に限定されるものではないが、水素分離膜付き成膜用基体としては、例えば水素分離膜の第１層の膜厚が０．０５〜１μｍであるものが好ましい。
このような水素分離膜付き成膜用基体を用いると、水素分離膜のピンホールをより少なくすることができ、生産性や歩留まりをより向上させることができる。
第１層には、洗浄で異物に起因するピンホールが形成されるので、第１層の厚みは、薄いほど好ましく、１μｍ以下であることが好ましい。一方、第１層の厚みが０．０５μｍ未満では、第１層の強度が不十分であるため、０．０５μｍ以上であることが好ましい。
【００４２】
次に、本実施形態の水素分離体の製造装置について詳細に説明する。
本実施形態の水素分離体の製造装置は、上述の水素分離膜付き成膜用基体と多孔質支持体とを、水素分離膜が多孔質支持体に対向するように密接させる配置手段と、水素分離膜付き成膜用基体及び多孔質支持体を所定の温度に加熱する加熱手段と、水素分離膜付き成膜用基体を多孔質支持体に所定の圧力で加圧する加圧手段とを有するものであって、水素分離体の製造方法の実施に好適に用いられるものである。
【００４３】
このような水素分離体の製造装置とすることにより、自立膜の状態の水素分離膜の取扱いを避けることができ、水素分離膜の取扱いを容易なものとし、生産性を向上させることができる。
【００４４】
配置手段としては、水素分離膜付き成膜用基体と多孔質支持体とを搬送し、所定の相対位置に配置することができるものであれば、特に限定されるものではないが、例えばロボットアームやベルトコンベアなどを挙げることができる。また、加熱手段としては、上述した温度域まで加熱することができるものであれば、種々のヒーターを適用することができる。更に、加圧手段としては、上述した圧力で加圧することができれば、特に限定されるものではなく、種々の荷重付与装置を適用することができる。
【実施例】
【００４５】
以下、本発明を若干の実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００４６】
（実施例１）
＜水素分離膜付き成膜用基体の準備＞
まず、成膜用基体としての石英ガラス基板（直径５２ｍｍ、厚み１０ｍｍ）を準備し、エタノール中で５分間の超音波洗浄を行った。次いで、石英ガラス基板を大気中、８００℃で３０分間加熱処理した。次いで、スパッタリング装置（ＵＬＶＡＣ社製、ＳＢＨ２３０６ＲＤＥ）の基板ホルダ（面積１６００ｃｍ２）に石英ガラス基板を取り付けた。次いで、スパッタリング装置内を５×１０−４Ｐａ以下に真空排気した後、アルゴンガス圧１Ｐａにおいて基板洗浄のためにＲＦ２００Ｗのスパッタエッチングを行った。次いで、Ｐｄ−２５ａｔ％Ａｇ合金ターゲットにＤＣ１．０Ａの電流を流し、基板上に膜厚が０．５μｍであるＰｄ−２５ａｔ％Ａｇ膜を形成した。次いで、スパッタリング装置内を大気圧に戻して、石英ガラス基板に形成したＰｄ−２５ａｔ％Ａｇ膜に導電性スポンジを押し当てながら膜表面をブラッシングして洗浄した。次いで、膜洗浄したＰｄ−２５ａｔ％Ａｇ膜付き石英ガラス基板を再びスパッタリング装置の基板ホルダに取り付けた。次いで、スパッタリング装置内を５×１０−４Ｐａ以下に真空排気した後、アルゴンガス圧１Ｐａにおいて、Ｐｄ−２５ａｔ％Ａｇ合金ターゲットにＤＣ１．０Ａの電流を流し、石英ガラス基板上に形成された膜厚が０．５μｍであるＰｄ−２５ａｔ％Ａｇ膜上に膜厚が４．５μｍであるＰｄ−２５ａｔ％Ａｇ膜を形成して、本例で用いる水素分離膜付き成膜用基体を得た。
スパッタリング装置から取り出した水素分離膜付き成膜用基体を光学顕微鏡に乗せて、石英ガラス基板側から光を透過させてＰｄ−２５ａｔ％Ａｇ膜のピンホール検査を行ったところ、光を透過するピンホールは認められなかった。
【００４７】
＜水素分離体の作製＞
次に、水素分離膜付き成膜用基体と、多孔質支持体としてのステンレス多孔質体を用い、水素分離膜が多孔質支持体に対向するように密接させて配置し、これらを中心７００℃で、６００〜８００℃に加熱し、水素分離膜付き成膜用基体をステンレス多孔質体に中心３ＭＰａで、０．５〜１０ＭＰａで０．５〜１０時間押し付けて、水素分離膜を多孔質支持体に転写して、本例の水素分離体を得た。
【００４８】
（実施例２）
＜水素分離膜付き成膜用基体の準備＞
膜洗浄を行わないで、石英ガラス基板上に膜厚が５μｍであるＰｄ−２５ａｔ％Ａｇ合金膜を１回で形成したこと以外は、実施例１における水素分離膜付き成膜用基体の準備と同様の操作を繰り返して、本例で用いる水素分離膜付き成膜用基体を得た。
本方法では水素分離膜の透過ガス中の水素純度に高純度を求められない場合は、生産性や歩留まりを実施例１より向上させることができる。
一方、製造現場の浮遊粒子を極めて少なくすることができれば、実施例１と同レベルのピンホールの少ない膜を作製することも可能である。
【００４９】
＜水素分離体の作製＞
本例で得られた水素分離膜付き成膜用基体を用いたこと以外は、実施例１の水素分離体の作製と同様の操作を繰り返して、本例で用いる水素分離膜付き成膜用基体を得た。
【符号の説明】
【００５０】
１０、１０’１０” 水素分離膜付き成膜用基体
１２ 成膜用基体
１４ 水素分離膜
１４ａ 自由端部
１６ 多孔質支持体
２０ 水素分離体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素分離体の製造方法、水素分離体の製造装置及び水素分離膜付き成膜用基体に関する。更に詳細には、本発明は、所定の水素分離膜付き成膜用基体を用いた水素分離体の製造方法、その実施に使用する水素分離体の製造装置、及び水素分離膜付き成膜用基体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、形状形成基体の表面にＰｄ若しくはＰｄを主体とした合金の薄膜を形成させたのち、形状形成基体を除去してＰｄ系水素分離膜を製造する水素分離膜の製造方法が提案されている（特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１４５８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の水素分離膜の製造方法にあっては、得られる水素分離膜が基体から剥離された状態の自立膜であるため、特に薄膜の場合、亀裂や皺、破損が発生し易く、取扱いが極めて難しいという問題点があった。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、水素分離膜の取扱いを容易なものとし、生産性を向上させ得る水素分離体の製造方法、水素分離体の製造装置及び水素分離膜付き成膜用基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。そして、その結果、所定の水素分離膜付き成膜用基板を用いることなどにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明の水素分離体の製造方法は、多孔質支持体と該多孔質支持体表面に接合された水素分離膜とを有する水素分離体の製造方法であって、成膜用基体と該成膜用基体の表面に成膜された水素分離膜とを有する水素分離膜付き成膜用基体と、多孔質支持体とを、該水素分離膜が該多孔質支持体に対向するように密接させ、加熱及び加圧処理により、該水素分離膜を該多孔質支持体に転写する工程を含むことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の水素分離体の製造装置は、多孔質支持体と該多孔質支持体表面に接合された水素分離膜とを有する水素分離体の製造装置であって、成膜用基体と該成膜用基体の表面に成膜された水素分離膜とを有する水素分離膜付き成膜用基体と、多孔質支持体とを、該水素分離膜が該多孔質支持体に対向するように密接させる配置手段と、成膜用基体、水素分離膜及び多孔質支持体を所定の温度に加熱する加熱手段と、水素分離膜付き成膜用基体を多孔質支持体に所定の圧力で加圧する加圧手段とを有することを特徴とする。
【０００９】
更に、本発明の水素分離膜付き成膜用基体は、成膜用基体と該成膜用基体の表面に成膜された水素分離膜とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、所定の水素分離膜付き成膜用基板を用いることなどとしたため、水素分離膜の取扱いを容易なものとし、生産性を向上させ得る水素分離体の製造方法、水素分離体の製造装置及び水素分離膜付き成膜用基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態の水素分離体の製造方法の一例を示す工程図である。
【図２】本実施形態の水素分離膜付き成膜用基体の若干例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態に係る水素分離体の製造方法、その実施に使用する水素分離膜付き成膜用基体及び水素分離体の製造装置について順次詳細に説明する。
【００１３】
まず、本実施形態の水素分離体の製造方法について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態の水素分離体の製造方法の一例を示す工程図である。まず、同図（ａ）に示すように、成膜用基体１２と成膜用基体１２の表面に成膜された水素分離膜１４とを有する水素分離膜付き成膜用基体１０と、多孔質支持体１６とを用意する。なお、水素分離膜１４は自由端部１４ａを有している。次に、同図（ｂ）に示すように、水素分離膜１４が多孔質支持体１６に対向するように密接させ、加熱及び加圧処理により、水素分離膜１４を多孔質支持体１６に転写する。しかる後、同図（ｃ）に示すように、成膜用基体１２を取り去ることにより、多孔質支持体１６と多孔質支持体１６の表面に接合された水素分離膜１４とを有する水素分離体２０を得ることができる。
【００１４】
このような工程を経ることにより、自立膜の状態の水素分離膜の取扱いを避けることができ、水素分離膜の取扱いを容易なものとし、生産性を向上させることができる。
ここで、転写する際の加熱及び加圧処理は、水素分離膜を転写することができれば特に限定されるものではなく、水素分離膜の種類、材質、膜厚、耐久性、及び目的に応じて設定することができる。
例として、金属水素分離膜の場合、転写する面積や用途に応じて、加熱温度を２００〜１３００℃、多孔質支持体に対する押し付け圧力０．１〜２０ＭＰａの範囲内で転写を行う。その際、転写時間は０．５〜１０時間の範囲内で設定すればよい。
【００１５】
また、特に限定されるものではないが、水素分離膜付き成膜用基体としては、成膜用基体の表面の一部が転写面及び該転写面に隣接する非転写面からなるとき、該転写面及び該非転写面に成膜された水素分離膜を有するものを用いることが望ましい。
このような水素分離膜付き成膜用基体を用いると、転写面にのみ水素分離膜が成膜されたものを用いる場合と比較して、転写される水素分離膜に亀裂や破損が発生し難く、水素分離膜の取扱いをより容易なものとし、生産性をより向上させることができる。
一方、例えば、成膜用基体の全表面に水素分離膜が成膜されたものを用いると、水素分離膜付き成膜用基体の取扱いが容易にならないことがある。
【００１６】
更に、特に限定されるものではないが、水素分離膜付き成膜用基体としては、水素分離膜が自由端部を有するものを用いることが望ましい。
このような水素分離膜付き成膜用基体を用いると、水素分離膜の転写をより円滑に行うことができ、水素分離膜の取扱いをより容易なものとし、生産性をより向上させることができる。
【００１７】
また、特に限定されるものではないが、水素分離膜付き成膜用基体としては、成膜用基体が無機材料を含むものを用いることが望ましい。なお、無機材料を含むものとは、有機材料との複合材や無機材料のみからなるものを含む意味である。
このような水素分離膜付き成膜用基体を用いると、水素分離膜の転写をより円滑に行うことができ、水素分離膜の取扱いをより容易なものとし、生産性をより向上させることができる。
【００１８】
上述の無機材料としては、特に限定されるものではないが、例えばアルミナ、ジルコニア、シリカ、石英ガラス若しくは窒化ケイ素、又はこれらの任意の組み合わせに係るものを挙げることができる。
このような無機材料は、転写の際の高い温度及び高い押し付け圧力の条件下においてもその物性や形状を維持することができ、水素分離膜の転写をより円滑に行うことができ、水素分離膜の取扱いをより容易なものとし、生産性をより向上させることができる。また、成膜用基体を再利用することができるという利点もある。
【００１９】
更に、特に限定されるものではないが、水素分離膜付き成膜用基体としては、成膜用基体が光透過性を有するものを用いることが望ましい。
このような水素分離膜付き成膜用基体を用いると、水素分離膜のピンホールの有無を比較的容易に検査することができ、生産性や歩留まりをより向上させることができる。
ここで「光透過性」とは、例えば水素分離膜のピンホールから成膜用基体に入射した光を水素分離膜と反対側の成膜用基体の面から確認できる程度のものをいう。なお、成膜用基体を透過した光は市販の光センサを用いて検出してもよく、目視で検出してもよい。光センサ等の検出限界を考慮すれば、成膜用基体の光透過性は高いほど好ましく、紫外ないし可視光で、例えば厚み１０ｍｍで反射損失を含めて０．１〜１００％の透過率を有するものであることが望ましい。
また、ピンホール検出の精度を高めるために、ガンマ線、エックス線、低波長、及び高波長の光を用いてもよい。
【００２０】
また、特に限定されるものではないが、水素分離膜付き成膜用基体としては、水素分離膜が金属材料を含むものを用いることが望ましい。
このような水素分離膜付き成膜用基体を用いると、水素分離膜の転写をより円滑に行うことができ、水素分離膜の取扱いをより容易なものとし、生産性をより向上させることができる。
【００２１】
上述の金属材料としては、特に限定されるものではないが、例えばパラジウム、バナジウム、ニオブ若しくはタンタル、若しくはこれらの任意の組み合わせに係る合金、又はパラジウム、バナジウム、ニオブ若しくはタンタル若しくはこれらの任意の組み合わせに係るものと銀、ニッケル、銅若しくは希土類元素若しくはこれらの任意の組み合わせに係るものとを含む合金を挙げることができる。
【００２２】
また、上述の金属材料のその他の例としては、ジルコニウム、ニッケル、ニオブ若しくはイットリウム又はこれらの任意の組み合わせに係るものと希土類元素との合金を挙げることもできる。
【００２３】
更に、特に限定されるものではないが、水素分離膜付き成膜用基体としては、例えば水素分離膜が、成膜用基体を大気中で熱処理する工程と、熱処理した成膜用基体上にスパッタリング法により第１層を形成する工程と、第１層を洗浄する洗浄工程と、洗浄した第１層上にスパッタリング法により第２層を形成する工程とを含む成膜方法により成膜されたものを用いることが好適である。
このような水素分離膜付き成膜用基体を用いると、比較的浮遊粒子の多い場所でも水素分離膜のピンホールをより少なくすることができ、生産性や歩留まりをより向上させることができる。もちろん浮遊粒子の少ない製造場所では成膜を一層で行うことも可能である。つまり、水素分離膜付き成膜用基体は、水素分離膜が、成膜用基体を大気中で熱処理する工程と、熱処理した成膜用基体上にスパッタリング法により水素分離膜を形成する工程とを含む成膜方法により成膜されたものとすることも可能である。
【００２４】
また、特に限定されるものではないが、水素分離膜付き成膜用基体としては、例えば水素分離膜が、成膜用基体を洗浄する前洗浄工程と、前洗浄した成膜用基体を大気中で熱処理する工程と、熱処理した成膜用基体上にスパッタリング法により第１層を形成する工程と、第１層を洗浄する洗浄工程と、洗浄した第１層上にスパッタリング法により第２層を形成する工程とを含む成膜方法により成膜されたものを用いることも好適である。
このような水素分離膜付き成膜用基体を用いると、水素分離膜のピンホールをより少なくすることができ、生産性や歩留まりをより向上させることができる。
【００２５】
このように成膜用基体へ水素分離膜を成膜する前に熱処理することが望ましく、これにより、多孔質支持体への水素分離膜の転写の際に水素分離膜の膨れ欠陥が生じにくくなり、水素分離膜のピンホールをより少なくすることができ、生産性や歩留まりをより向上させることができる。つまり、成膜用基体を加熱処理することにより、成膜用基体内部に閉じ込められていたガス成分が膨張して噴出し、水素分離膜を持ち上げる膨れ欠陥が生じにくくなる。一方、加熱処理をしない場合には、膨れ欠陥が生じ、これが甚だしいと水素分離膜が破裂してピンホールになる可能性がある。
なお、かかる熱処理雰囲気は、大気中であることが望ましい。成膜用基体に有機物の付着などがあった場合、大気中であれば焼き飛ばすことが可能であるが、不活性雰囲気や真空雰囲気では、有機物が炭化して基体に残存してしまうことがあり、残存した炭化物が水素分離膜に付着すると膜中に炭素が拡散して水素透過性能を劣化させるおそれがあるからである。また、かかる熱処理温度は、転写における加熱温度以上、転写における加熱温度＋２００℃以下であることが好ましい。転写における加熱温度未満であると、ガス成分の放出が不十分で水素分離膜の膨れ欠陥が発生してしまうおそれがあり、転写における加熱温度＋２００℃を超えると、ガス成分の放出は十分であるが、成膜用基体により高い耐熱性を要するすることとなり、コスト高となってしまい、更に、熱処理のコストが増加してしまう。更に、かかる熱処理時間は、５分間以上６時間以下であることが好ましい。５分間未満であると、ガス放出が不十分となることがあり、６時間を超える場合には、熱処理のコストが増加してしまう。
【００２６】
また、このように第１層を洗浄することが望ましく、これにより、水素分離膜のピンホールをより少なくすることができ、生産性や歩留まりをより向上させることができる。ピンホール主原因が異物であり、水素分離膜を成膜した後に、異物ごと水素分離膜が脱落してピンホールが生じており、成膜用基体の洗浄だけでは除去しきれない異物が、一旦成膜してから洗浄することにより、効率良く除去できるためである。
【００２７】
上述の洗浄工程としては、特に限定されるものではないが、例えばガス噴付け、ブラッシング若しくは超音波洗浄又はこれらの任意の組み合わせに係る処理を含む工程を挙げることができる。
【００２８】
更にまた、特に限定されるものではないが、水素分離膜付き成膜用基体としては、例えば水素分離膜の第１層の膜厚が０．０５〜１μｍであるものが好ましい。
このような水素分離膜付き成膜用基体を用いると、水素分離膜のピンホールをより少なくすることができ、生産性や歩留まりをより向上させることができる。
第１層には、洗浄で異物に起因するピンホールが形成されるので、第１層の厚みは、薄いほど好ましく、１μｍ以下であることが好ましい。一方、第１層の厚みが０．０５μｍ未満では、第１層の強度が不十分であるため、０．０５μｍ以上であることが好ましい。
【００２９】
次に、本実施形態の水素分離膜付き成膜用基体について図面を参照しながら詳細に説明する。
図２は、本実施形態の水素分離膜付き成膜用基体の若干例を示す断面図である。同図（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施形態の水素分離膜付き成膜用基体１０（１０’、１０”）は、成膜用基体１２と成膜用基体１２の表面に成膜された水素分離膜１４とを有するものである。
このような水素分離膜付き成膜用基体は、これを使用する上述した水素分離体の製造方法において、自立膜の状態の水素分離膜の取扱いを避けることができ、水素分離膜の取扱いを容易なものとし、生産性を向上させることができる。
【００３０】
また、特に限定されるものではないが、例えば図２（ｂ）に示すように、水素分離膜付き成膜用基体１０’は、成膜用基体１２の表面の一部が転写面（図２（ｂ）中の上面）及び該転写面に隣接する非転写面（図２（ｂ）中の側面）からなるとき、該転写面及び該非転写面に成膜された水素分離膜１４を有するものであることが望ましい。
このような水素分離膜付き成膜用基体は、例えば図２（ｃ）に示すように、成膜用基体１２の表面の一部である転写面（図２（ｃ）中の上面）にのみ水素分離膜１４が成膜されたものと比較して、これらを使用する上述した水素分離体の製造方法において、転写される水素分離膜に亀裂や破損が発生し難く、水素分離膜の取扱いをより容易なものとし、生産性をより向上させることができる。
もちろん、図２（ｃ）に示すような水素分離膜付き成膜用基体が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
なお、図示しないが、例えば成膜用基体の全表面に水素分離膜が成膜されたものを用いると、水素分離膜付き成膜用基体の取扱いが容易なものとはならないことがある。
【００３１】
更に、特に限定されるものではないが、例えば図２（ａ）に示すように、水素分離膜付き成膜用基体１０は、水素分離膜１４が自由端部１４ａを有するものであることが望ましい。
このような水素分離膜付き成膜用基体は、これを使用する上述した水素分離体の製造方法において、水素分離膜の転写をより円滑に行うことができ、水素分離膜の取扱いをより容易なものとし、生産性をより向上させることができる。
【００３２】
また、特に限定されるものではないが、成膜用基体が例えば無機材料を含むものであることが望ましい。なお、無機材料を含むものとは、有機材料との複合材や無機材料のみからなるものを含む意味である。
このような成膜用基体を適用した水素分離膜付き成膜用基体は、これを使用する上述した水素分離体の製造方法において、水素分離膜の転写をより円滑に行うことができ、水素分離膜の取扱いをより容易なものとし、生産性をより向上させることができる。
【００３３】
上述の無機材料としては、特に限定されるものではないが、例えばアルミナ、ジルコニア、シリカ、石英ガラス若しくは窒化ケイ素、又はこれらの任意の組み合わせに係るものを挙げることができる。
このような無機材料を適用した水素分離膜付き成膜用基体の成膜用基体は、これを使用する上述した水素分離体の製造方法における転写の際の高温及び高面圧の条件下においても、その物性や形状を維持することができ、水素分離膜の転写をより円滑に行うことができ、水素分離膜の取扱いをより容易なものとし、生産性をより向上させることができる。
【００３４】
更に、特に限定されるものではないが、成膜用基体が例えば光透過性を有するものであることが望ましい。
このような成膜用基体を適用した水素分離膜付き成膜用基体は、これを使用する上述した水素分離体の製造方法において、水素分離膜のピンホールの有無を比較的容易に検査することができ、生産性や歩留まりをより向上させることができる。
【００３５】
また、特に限定されるものではないが、水素分離膜が例えば水素分離膜が金属材料を含むものであることが望ましい。
このような水素分離膜を適用した水素分離膜付き成膜用基体は、これを使用する上述した水素分離体の製造方法において、水素分離膜の転写をより円滑に行うことができ、水素分離膜の取扱いをより容易なものとし、生産性をより向上させることができる。
【００３６】
上述の金属材料としては、特に限定されるものではないが、例えばパラジウム、バナジウム、ニオブ若しくはタンタル、若しくはこれらの任意の組み合わせに係る合金、又はパラジウム、バナジウム、ニオブ若しくはタンタル若しくはこれらの任意の組み合わせに係るものと銀、ニッケル、銅若しくは希土類元素若しくはこれらの任意の組み合わせに係るものとを含む合金を挙げることができる。
【００３７】
また、金属材料としては、特に限定されるものではないが、例えばジルコニウム、ニッケル、ニオブ若しくはイットリウム又はこれらの任意の組み合わせに係るものと希土類元素との合金を挙げることもできる。
【００３８】
更に、特に限定されるものではないが、水素分離膜付き成膜用基体としては、例えば水素分離膜が、成膜用基体を大気中で熱処理する工程と、熱処理した成膜用基体上にスパッタリング法により第１層を形成する工程と、第１層を洗浄する洗浄工程と、洗浄した第１層上にスパッタリング法により第２層を形成する工程とを含む成膜方法により成膜されたものを用いることが好適である。
このような水素分離膜付き成膜用基体を用いると、水素分離膜のピンホールをより少なくすることができ、水素分離膜の透過ガス中の水素純度を高めることができる。
【００３９】
また、特に限定されるものではないが、水素分離膜付き成膜用基体としては、例えば水素分離膜が、成膜用基体を洗浄する前洗浄工程と、前洗浄した成膜用基体を大気中で熱処理する工程と、熱処理した成膜用基体上にスパッタリング法より第１層を形成する工程と、第１層を洗浄する洗浄工程と、洗浄した第１層上にスパッタリング法により第２層を形成する工程とを含む成膜方法により成膜されたものを用いることも好適である。
このような水素分離膜付き成膜用基体を用いると、水素分離膜のピンホールをより少なくすることができる。
【００４０】
上述の洗浄工程としては、特に限定されるものではないが、例えばガス噴付け、ブラッシング若しくは超音波洗浄又はこれらの任意の組み合わせに係る処理を含む工程を挙げることができる。
【００４１】
更にまた、特に限定されるものではないが、水素分離膜付き成膜用基体としては、例えば水素分離膜の第１層の膜厚が０．０５〜１μｍであるものが好ましい。
このような水素分離膜付き成膜用基体を用いると、水素分離膜のピンホールをより少なくすることができ、生産性や歩留まりをより向上させることができる。
第１層には、洗浄で異物に起因するピンホールが形成されるので、第１層の厚みは、薄いほど好ましく、１μｍ以下であることが好ましい。一方、第１層の厚みが０．０５μｍ未満では、第１層の強度が不十分であるため、０．０５μｍ以上であることが好ましい。
【００４２】
次に、本実施形態の水素分離体の製造装置について詳細に説明する。
本実施形態の水素分離体の製造装置は、上述の水素分離膜付き成膜用基体と多孔質支持体とを、水素分離膜が多孔質支持体に対向するように密接させる配置手段と、水素分離膜付き成膜用基体及び多孔質支持体を所定の温度に加熱する加熱手段と、水素分離膜付き成膜用基体を多孔質支持体に所定の圧力で加圧する加圧手段とを有するものであって、水素分離体の製造方法の実施に好適に用いられるものである。
【００４３】
このような水素分離体の製造装置とすることにより、自立膜の状態の水素分離膜の取扱いを避けることができ、水素分離膜の取扱いを容易なものとし、生産性を向上させることができる。
【００４４】
配置手段としては、水素分離膜付き成膜用基体と多孔質支持体とを搬送し、所定の相対位置に配置することができるものであれば、特に限定されるものではないが、例えばロボットアームやベルトコンベアなどを挙げることができる。また、加熱手段としては、上述した温度域まで加熱することができるものであれば、種々のヒーターを適用することができる。更に、加圧手段としては、上述した圧力で加圧することができれば、特に限定されるものではなく、種々の荷重付与装置を適用することができる。
【実施例】
【００４５】
以下、本発明を若干の実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００４６】
（実施例１）
＜水素分離膜付き成膜用基体の準備＞
まず、成膜用基体としての石英ガラス基板（直径５２ｍｍ、厚み１０ｍｍ）を準備し、エタノール中で５分間の超音波洗浄を行った。次いで、石英ガラス基板を大気中、８００℃で３０分間加熱処理した。次いで、スパッタリング装置（ＵＬＶＡＣ社製、ＳＢＨ２３０６ＲＤＥ）の基板ホルダ（面積１６００ｃｍ２）に石英ガラス基板を取り付けた。次いで、スパッタリング装置内を５×１０−４Ｐａ以下に真空排気した後、アルゴンガス圧１Ｐａにおいて基板洗浄のためにＲＦ２００Ｗのスパッタエッチングを行った。次いで、Ｐｄ−２５ａｔ％Ａｇ合金ターゲットにＤＣ１．０Ａの電流を流し、基板上に膜厚が０．５μｍであるＰｄ−２５ａｔ％Ａｇ膜を形成した。次いで、スパッタリング装置内を大気圧に戻して、石英ガラス基板に形成したＰｄ−２５ａｔ％Ａｇ膜に導電性スポンジを押し当てながら膜表面をブラッシングして洗浄した。次いで、膜洗浄したＰｄ−２５ａｔ％Ａｇ膜付き石英ガラス基板を再びスパッタリング装置の基板ホルダに取り付けた。次いで、スパッタリング装置内を５×１０−４Ｐａ以下に真空排気した後、アルゴンガス圧１Ｐａにおいて、Ｐｄ−２５ａｔ％Ａｇ合金ターゲットにＤＣ１．０Ａの電流を流し、石英ガラス基板上に形成された膜厚が０．５μｍであるＰｄ−２５ａｔ％Ａｇ膜上に膜厚が４．５μｍであるＰｄ−２５ａｔ％Ａｇ膜を形成して、本例で用いる水素分離膜付き成膜用基体を得た。
スパッタリング装置から取り出した水素分離膜付き成膜用基体を光学顕微鏡に乗せて、石英ガラス基板側から光を透過させてＰｄ−２５ａｔ％Ａｇ膜のピンホール検査を行ったところ、光を透過するピンホールは認められなかった。
【００４７】
＜水素分離体の作製＞
次に、水素分離膜付き成膜用基体と、多孔質支持体としてのステンレス多孔質体を用い、水素分離膜が多孔質支持体に対向するように密接させて配置し、これらを中心７００℃で、６００〜８００℃に加熱し、水素分離膜付き成膜用基体をステンレス多孔質体に中心３ＭＰａで、０．５〜１０ＭＰａで０．５〜１０時間押し付けて、水素分離膜を多孔質支持体に転写して、本例の水素分離体を得た。
【００４８】
（実施例２）
＜水素分離膜付き成膜用基体の準備＞
膜洗浄を行わないで、石英ガラス基板上に膜厚が５μｍであるＰｄ−２５ａｔ％Ａｇ合金膜を１回で形成したこと以外は、実施例１における水素分離膜付き成膜用基体の準備と同様の操作を繰り返して、本例で用いる水素分離膜付き成膜用基体を得た。
本方法では水素分離膜の透過ガス中の水素純度に高純度を求められない場合は、生産性や歩留まりを実施例１より向上させることができる。
一方、製造現場の浮遊粒子を極めて少なくすることができれば、実施例１と同レベルのピンホールの少ない膜を作製することも可能である。
【００４９】
＜水素分離体の作製＞
本例で得られた水素分離膜付き成膜用基体を用いたこと以外は、実施例１の水素分離体の作製と同様の操作を繰り返して、本例で用いる水素分離膜付き成膜用基体を得た。
【符号の説明】
【００５０】
１０、１０’１０” 水素分離膜付き成膜用基体
１２ 成膜用基体
１４ 水素分離膜
１４ａ 自由端部
１６ 多孔質支持体
２０ 水素分離体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質支持体と該多孔質支持体表面に接合された水素分離膜とを有する水素分離体の製造方法であって、
成膜用基体と該成膜用基体の表面に成膜された水素分離膜とを有する水素分離膜付き成膜用基体と、多孔質支持体とを、該水素分離膜が該多孔質支持体に対向するように密接させ、加熱及び加圧処理により、該水素分離膜を該多孔質支持体に転写する工程を含むことを特徴とする水素分離体の製造方法。
【請求項２】
上記水素分離膜付き成膜用基体は、上記成膜用基体の表面の一部が転写面及び該転写面に隣接する非転写面からなるとき、該転写面及び該非転写面に成膜された水素分離膜を有することを特徴とする請求項１に記載の水素分離体の製造方法。
【請求項３】
上記水素分離膜付き成膜用基体は、上記水素分離膜が自由端部を有することを特徴とする請求項１に記載の水素分離体の製造方法。
【請求項４】
上記水素分離膜付き成膜用基体は、上記成膜用基体が無機材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の水素分離体の製造方法。
【請求項５】
上記無機材料がアルミナ、ジルコニア、シリカ、石英ガラス及び窒化ケイ素からなる群より選ばれた少なくとも１種のものからなることを特徴とする請求項４に記載の水素分離体の製造方法。
【請求項６】
上記水素分離膜付き成膜用基体は、上記成膜用基体が光透過性を有することを特徴とする請求項１に記載の水素分離体の製造方法。
【請求項７】
上記水素分離膜付き成膜用基体は、上記水素分離膜が金属材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の水素分離体の製造方法。
【請求項８】
上記金属材料がパラジウム、バナジウム、ニオブ及びタンタルからなる群より選ばれた少なくとも１種を含む金属単体若しくは合金、又はパラジウム、バナジウム、ニオブ及びタンタルからなる群より選ばれた少なくとも１種と銀、ニッケル、銅及び希土類元素からなる群より選ばれた少なくとも１種とを含む合金からなることを特徴とする請求項７に記載の水素分離体の製造方法。
【請求項９】
上記金属材料がジルコニウム、ニッケル、ニオブ及びイットリウムからなる群より選ばれた少なくとも１種と希土類元素との合金からなることを特徴とする請求項７に記載の水素分離体の製造方法。
【請求項１０】
上記水素分離膜付き成膜用基体は、上記水素分離膜が、上記成膜用基体を大気中で熱処理する工程と、該熱処理した成膜用基体上にスパッタリング法により水素分離膜を形成する工程とを含む成膜方法により成膜されたものであることを特徴とする請求項１に記載の水素分離体の製造方法。
【請求項１１】
上記水素分離膜付き成膜用基体は、上記水素分離膜が、上記成膜用基体を大気中で熱処理する工程と、該熱処理した成膜用基体上にスパッタリング法により第１層を形成する工程と、該第１層を洗浄する洗浄工程と、該洗浄した第１層上にスパッタリング法により第２層を形成する工程とを含む成膜方法により成膜されたものであることを特徴とする請求項１０に記載の水素分離体の製造方法。
【請求項１２】
上記水素分離膜付き成膜用基体は、上記水素分離膜が、上記成膜用基体を洗浄する前洗浄工程と、該前洗浄した成膜用基体を大気中で熱処理する工程と、該熱処理した成膜用基体上にスパッタリング法により第１層を形成する工程と、該第１層を洗浄する洗浄工程と、該洗浄した第１層上にスパッタリング法により第２層を形成する工程とを含む成膜方法により成膜されたものであることを特徴とする請求項１１に記載の水素分離体の製造方法。
【請求項１３】
上記洗浄工程が、ガス噴付け、ブラッシング、及び超音波洗浄からなる群より選ばれた少なくとも１種の処理を含むことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の水素分離体の製造方法。
【請求項１４】
上記水素分離膜付き成膜用基体は、上記水素分離膜の第１層の膜厚が０．０５〜１μｍであることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の水素分離体の製造方法。
【請求項１５】
多孔質支持体と該多孔質支持体表面に接合された水素分離膜とを有する水素分離体の製造装置であって、
成膜用基体と該成膜用基体の表面に成膜された水素分離膜とを有する水素分離膜付き成膜用基体と、多孔質支持体とを、該水素分離膜が該多孔質支持体に対向するように密接させる配置手段と、
成膜用基体、水素分離膜及び多孔質支持体を所定の温度に加熱する加熱手段と、
水素分離膜付き成膜用基体を多孔質支持体に所定の圧力で加圧する加圧手段と、
を有することを特徴とする水素分離体の製造装置。
【請求項１６】
成膜用基体と該成膜用基体の表面に成膜された水素分離膜とを有することを特徴とする水素分離膜付き成膜用基体。
【請求項１】
多孔質支持体と該多孔質支持体表面に接合された水素分離膜とを有する水素分離体の製造方法であって、
成膜用基体と該成膜用基体の表面に成膜された水素分離膜とを有する水素分離膜付き成膜用基体と、多孔質支持体とを、該水素分離膜が該多孔質支持体に対向するように密接させ、加熱及び加圧処理により、該水素分離膜を該多孔質支持体に転写する工程を含むことを特徴とする水素分離体の製造方法。
【請求項２】
上記水素分離膜付き成膜用基体は、上記成膜用基体の表面の一部が転写面及び該転写面に隣接する非転写面からなるとき、該転写面及び該非転写面に成膜された水素分離膜を有することを特徴とする請求項１に記載の水素分離体の製造方法。
【請求項３】
上記水素分離膜付き成膜用基体は、上記水素分離膜が自由端部を有することを特徴とする請求項１に記載の水素分離体の製造方法。
【請求項４】
上記水素分離膜付き成膜用基体は、上記成膜用基体が無機材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の水素分離体の製造方法。
【請求項５】
上記無機材料がアルミナ、ジルコニア、シリカ、石英ガラス及び窒化ケイ素からなる群より選ばれた少なくとも１種のものからなることを特徴とする請求項４に記載の水素分離体の製造方法。
【請求項６】
上記水素分離膜付き成膜用基体は、上記成膜用基体が光透過性を有することを特徴とする請求項１に記載の水素分離体の製造方法。
【請求項７】
上記水素分離膜付き成膜用基体は、上記水素分離膜が金属材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の水素分離体の製造方法。
【請求項８】
上記金属材料がパラジウム、バナジウム、ニオブ及びタンタルからなる群より選ばれた少なくとも１種を含む金属単体若しくは合金、又はパラジウム、バナジウム、ニオブ及びタンタルからなる群より選ばれた少なくとも１種と銀、ニッケル、銅及び希土類元素からなる群より選ばれた少なくとも１種とを含む合金からなることを特徴とする請求項７に記載の水素分離体の製造方法。
【請求項９】
上記金属材料がジルコニウム、ニッケル、ニオブ及びイットリウムからなる群より選ばれた少なくとも１種と希土類元素との合金からなることを特徴とする請求項７に記載の水素分離体の製造方法。
【請求項１０】
上記水素分離膜付き成膜用基体は、上記水素分離膜が、上記成膜用基体を大気中で熱処理する工程と、該熱処理した成膜用基体上にスパッタリング法により水素分離膜を形成する工程とを含む成膜方法により成膜されたものであることを特徴とする請求項１に記載の水素分離体の製造方法。
【請求項１１】
上記水素分離膜付き成膜用基体は、上記水素分離膜が、上記成膜用基体を大気中で熱処理する工程と、該熱処理した成膜用基体上にスパッタリング法により第１層を形成する工程と、該第１層を洗浄する洗浄工程と、該洗浄した第１層上にスパッタリング法により第２層を形成する工程とを含む成膜方法により成膜されたものであることを特徴とする請求項１０に記載の水素分離体の製造方法。
【請求項１２】
上記水素分離膜付き成膜用基体は、上記水素分離膜が、上記成膜用基体を洗浄する前洗浄工程と、該前洗浄した成膜用基体を大気中で熱処理する工程と、該熱処理した成膜用基体上にスパッタリング法により第１層を形成する工程と、該第１層を洗浄する洗浄工程と、該洗浄した第１層上にスパッタリング法により第２層を形成する工程とを含む成膜方法により成膜されたものであることを特徴とする請求項１１に記載の水素分離体の製造方法。
【請求項１３】
上記洗浄工程が、ガス噴付け、ブラッシング、及び超音波洗浄からなる群より選ばれた少なくとも１種の処理を含むことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の水素分離体の製造方法。
【請求項１４】
上記水素分離膜付き成膜用基体は、上記水素分離膜の第１層の膜厚が０．０５〜１μｍであることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の水素分離体の製造方法。
【請求項１５】
多孔質支持体と該多孔質支持体表面に接合された水素分離膜とを有する水素分離体の製造装置であって、
成膜用基体と該成膜用基体の表面に成膜された水素分離膜とを有する水素分離膜付き成膜用基体と、多孔質支持体とを、該水素分離膜が該多孔質支持体に対向するように密接させる配置手段と、
成膜用基体、水素分離膜及び多孔質支持体を所定の温度に加熱する加熱手段と、
水素分離膜付き成膜用基体を多孔質支持体に所定の圧力で加圧する加圧手段と、
を有することを特徴とする水素分離体の製造装置。
【請求項１６】
成膜用基体と該成膜用基体の表面に成膜された水素分離膜とを有することを特徴とする水素分離膜付き成膜用基体。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−２６４３５２（Ｐ２０１０−２６４３５２Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１６１３７（Ｐ２００９−１１６１３７）
【出願日】平成２１年５月１３日（２００９．５．１３）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【出願人】（０００１８３３０３）住友金属鉱山株式会社 (2,015)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１３日（２００９．５．１３）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【出願人】（０００１８３３０３）住友金属鉱山株式会社 (2,015)
【Ｆターム（参考）】
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