液濾過用フィルタの製造方法
【課題】極低濃度イオンを除去する能力と、高い透水性と長寿命を有する液濾過用フィルタの製造方法を提供する。
【解決手段】イオン交換フィルタ１は、芯材２と、この芯材２の外周に巻回された、流路材シート４とイオン交換シート５との積層シート３とを備えている。イオン交換シート５は、イオン交換繊維の不織布６，６間にイオン交換キャスト膜７を介在させたものである。イオン交換フィルタ１の一端側に被包体１５を外嵌させ、被包体１５とイオン交換フィルタ１とを一緒に移動させてイオン交換フィルタ１をハウジング１３に収容する。
【解決手段】イオン交換フィルタ１は、芯材２と、この芯材２の外周に巻回された、流路材シート４とイオン交換シート５との積層シート３とを備えている。イオン交換シート５は、イオン交換繊維の不織布６，６間にイオン交換キャスト膜７を介在させたものである。イオン交換フィルタ１の一端側に被包体１５を外嵌させ、被包体１５とイオン交換フィルタ１とを一緒に移動させてイオン交換フィルタ１をハウジング１３に収容する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液濾過用フィルタの製造方法に係り、特にロール状に巻回されたイオン交換フィルタをハウジングに収容した液濾過用フィルタの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造プロセスなどで用いられる超純水の高純度化の要求は年々厳しくなってきている。ＩＴＲＳ２００５によると、２００８年には超純水中の金属イオン濃度を０．５ｎｇ／Ｌ以下にするロードマップが提示されているが、半導体製造各社は、金属濃度がより低濃度の超純水を求めている。水処理メーカーは前倒しで金属イオン濃度を低減しており、最新の超純水製造設備においては、ほとんどの金属を０．５ｎｇ／Ｌ以下に低減した超純水を製造することができるものもある。
【０００３】
超純水中の金属濃度を低減する方法として、ユースポイント直前にイオン交換フィルタを設置する方法がある。
【０００４】
従来のイオン交換フィルタとして、不織布あるいは多孔質膜といった平膜をプリーツ型にしたもの（例えば特許文献１）がある。
【０００５】
イオン交換膜として、イオン交換樹脂を溶媒中に溶解または分散させてキャスト原液とし、該キャスト原液を基材フィルム上にキャストさせた後、乾燥させて、次いで該基材フィルムから剥離させたキャスト膜が公知である（例えば特許文献２，３）。この特許文献３には、相分離法を利用して製造した多孔質のイオン交換膜が記載されている。
【０００６】
繊維径がナノメーターオーダーである極細のナノファイバの製造方法として電界紡糸法（静電紡糸法）が公知である（下記特許文献４，５等）。この電界紡糸法では、ノズルとターゲットとの間に電界を形成しておき、該ノズルから液状原料を細繊維状に吐出させて紡糸が行われる。細繊維は、ターゲット上に集積されて繊維体となる。なお、本発明者は、イオン交換基を有する極細の繊維（ナノファイバ）を用いたイオン交換フィルタを提案している（特許文献６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２０６５０９
【特許文献２】特開２０００−３２７８０９
【特許文献３】特開２００６−１９３７０９
【特許文献４】特開２００７−９２２３７
【特許文献５】特開２００６−１４４１３８
【特許文献６】特開２００９−２１９９５２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
プリーツ型イオン交換フィルタは、プリーツの折り込み部分に流れが偏りやすく、上述の超純水のような極低濃度域では十分な除去率を得ることはできない。また、膜厚が薄いために破過が早く寿命が短い。また、イオン除去率を向上させるため、膜厚を厚くしたり、膜の細孔を小さくすると、透水性が犠牲となる。
【０００９】
イオン交換基を有するナノファイバを用いたイオン交換フィルタは、イオン除去性能に優れるが、圧力損失が大きい。
【００１０】
本発明は、半導体産業等における超純水の高純度化の要求を満たす、極低濃度イオンを除去する能力と、高い透水性と長寿命を有する液濾過用フィルタの製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明（請求項１）の液濾過用フィルタの製造方法は、イオン交換シートと流路材シートとの積層シートが芯材の外周にスパイラル状に巻回されたイオン交換フィルタと、該芯材を収容した筒状ハウジングとを備え、該イオン交換フィルタの一端面から他端面に向って被処理液が通液される液濾過用フィルタを製造する方法であって、被包体の端部を該イオン交換フィルタの少なくとも一端側に外嵌させ、該イオン交換フィルタと被包体とを一緒に該一端側から該ハウジング内に収容する工程を有することを特徴とするものである。
【００１２】
請求項２の液濾過用フィルタの製造方法は、請求項１において、その後、被包体をイオン交換フィルタから引き抜くことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項３の液濾過用フィルタの製造方法は、請求項１において、その後、被包体のうちイオン交換フィルタから延出した部分とイオン交換フィルタに外嵌した部分とを切断分離することを特徴とするものである。
【００１４】
請求項４の液濾過用フィルタの製造方法は、請求項３において、被包体は水膨張性を有することを特徴とするものである。
【００１５】
請求項５の液濾過用フィルタは、請求項１ないし４のいずれか１項において、前記イオン交換シートが、イオン交換繊維からなるイオン交換繊維布とイオン交換キャスト膜の一方、又は両方を重ねたものであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明方法によって製造された液濾過用フィルタのイオン交換フィルタは、芯材の外周に流路材シートとイオン交換シートとの積層シートをスパイラル状に巻回したものであり、イオン交換フィルタの一端面から他端面に向って被処理液が通液される。このように積層シートが流路材シートを有すると共に、被処理液がスパイラル状にイオン交換フィルタに一端面から他端面に向って流れるので、圧損が小さい。また、一端面から他端面までの間のイオン交換シートの全体が吸着帯となり、吸着帯長さが大きいので、イオンの破過までの時間が長くなり、イオン交換の寿命が長いものとなる。
【００１７】
本発明では、この液濾過用フィルタを製造する際に、イオン交換フィルタの少なくとも一端側を被包体で被包し、この被包体を該一端側から延出させ、被包体と共にイオン交換フィルタを該ハウジング内に該一端側から収容する。このため、イオン交換フィルタを筒状ハウジング内にスムーズに収容することができる。また、この収容に際してイオン交換フィルタに不均一に圧迫力が加えられることがなく、イオン交換フィルタに局部的な変形や圧密化、ショートパスなどが生じない。
【００１８】
本発明の一態様においては、イオン交換フィルタ及び被包体をハウジング内に収容した後、被包体をすべてハウジングから抜き出す。
【００１９】
本発明の別の一態様では、イオン交換フィルタ及び被包体をハウジング内に収容した後、イオン交換フィルタの一端側に外嵌している被包体と、イオン交換フィルタから延出した被包体とを切断分離し、該イオン交換フィルタの一端側に外嵌していた被包体をそのまま残置する。このように被包体の一部を残置させると、残置された被包体がシール作用を奏する。なお、残置される被包体として水膨張性を有したものを用いると、残置されて膨張した被包体により、イオン交換フィルタ外周面とハウジング内周面との間のシール性が向上する。
【００２０】
なお、本発明においては、イオン交換シートの少なくとも一部をイオン交換繊維布で構成してもよい。このように構成した場合、被処理液とイオン交換繊維布との接触面積が大きいので、十分に脱イオン処理される。
【００２１】
イオン交換シートの少なくとも一部をイオン交換キャスト膜で構成した場合、イオン交換容量が大きくなる。
【００２２】
イオン交換シートを、イオン交換繊維布と、これに接するイオン交換キャスト膜とで構成した場合、イオン交換繊維布で吸着したイオンをイオン交換キャスト膜に移動させて保持させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施の形態に係る液濾過用フィルタに用いられるイオン交換フィルタを示す構成図である。
【図２】実施の形態に係る方法で製造された液濾過用フィルタの断面図である。
【図３】液濾過用フィルタシステムの構成図である。
【図４】実施の形態に係る液濾過用フィルタの製造方法を示す構成図である。
【図５】別の実施の形態に係る液濾過用フィルタの製造方法を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。なお、以下の説明では被処理液として水が通水されるが、水以外の液体であってもよい。
【００２５】
第１図の（ａ）図は実施の形態で用いられるイオン交換フィルタ１の製作方法を示す断面図、（ｂ）図は積層シートの断面図、（ｃ）図はイオン交換フィルタの斜視図である。
【００２６】
このイオン交換フィルタ１は、芯材２と、この芯材２の外周に巻回された積層シート３とを有する。この積層シート３は、流路材シート４とイオン交換シート５とを積層したものである。芯材２は中実の棒状であってもよいが、重量軽減のために中空パイプ状であってもよい。ただし、水がパイプ内を長手方向に流れないようにパイプの端部を閉止する。また、パイプの外周面にも孔を設けない。芯材の直径は１〜５０ｍｍ特に３〜２０ｍｍ程度が好適である。芯材の材質はポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィンのほか、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂が好適であるが、これに限定されない。
【００２７】
流路材シート４は、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレン）、ポリエステル、ポリスルホンなどよりなる不織布、織布、格子状ネットなどが好適である。流路材シートの厚さは０．１ｍｍ〜５ｍｍ、特に０．５〜２ｍｍ程度が好適であり、細孔径は１００μｍ以上（目開き：５０％〜９０％）程度が好適である。
【００２８】
イオン交換シート５は、イオン交換繊維の織布又は不織布、イオン交換キャスト膜などよりなるが、好ましくは、イオン交換繊維の不織布６，６間にイオン交換キャスト膜７を介在させた３層構造のものである。このイオン交換シート５の好適例については後に詳述する。
【００２９】
この積層シート３を芯材２の外周にロール状（渦巻状）に巻回してイオン交換フィルタ１とする。この巻き付けによる層の数（芯材２を回転させる場合は、合計の回転数）は１０〜２００特に３０〜１００程度が好適である。積層シート３を巻き付けるとロール状巻回体となる。このロール状巻回体よりなるイオン交換フィルタ１の一端面から他端面に向って被処理水が通水される。
【００３０】
第２図は、第１図のイオン交換フィルタ１を組み込んだ液濾過用フィルタ１０を示す平面図である。
【００３１】
この液濾過用フィルタ１０は、被処理水の流入口１１と濾過水の流出口１２とを有した円筒状のハウジング１３内にイオン交換フィルタ１を同軸状に配置したものである。流出口１２には、流出ノズル１４ａを有したエンドプレート１４が取り付けられている。
【００３２】
次に、第４図を参照して、イオン交換フィルタ１をハウジング１３内に挿入する方法について説明する。第４図（ａ）の通り、多孔質フィルム又は繊維体よりなる筒状の被包体１５をハウジング１３内に通し、その後端部（図の左端側）をイオン交換フィルタ１の一端側（図の右端側）に外嵌させる。なお、被包体１５をイオン交換フィルタ１に外嵌させた後、被包体１５をハウジング１３に通してもよい。被包体１５はイオン交換フィルタ１の全体を被包してもよいが、半分以下を被包してもよい。通常は該一端側から１／４〜３／４の範囲を被包するのが好ましい。
【００３３】
なお、被包体１５は筒状でなくてもよく、例えば平たいシートをイオン交換フィルタ１に巻き付けて被包体としてもよい。
【００３４】
次に、イオン交換フィルタ１及び被包体１５を一緒に図の右方に移動させ、第４図（ｂ）の通りイオン交換フィルタ１をハウジング１３内に挿入する。被包体１５の端部がイオン交換フィルタ１の一端側（先端側）に被さっているので、イオン交換フィルタ１の該一端側がハウジング１３の入口角縁に引っ掛ったりすることなく、イオン交換フィルタ１がスムーズにハウジング１３内に挿入される。そのため、この挿入作業によってイオン交換フィルタ１に変形、圧密化、ショートパスなどが発生することが防止される。
【００３５】
その後、第４図（ｃ）の通り、被包体１５を引き抜くことにより、イオン交換フィルタ１のハウジング１３内への収容作業が終了する。その後、ハウジング１３にエンドプレート１４を取り付け、第２図の液濾過用フィルタ１０が得られる。なお、ハウジング１３の流入口１１側にも同様のエンドプレートを設けてもよい。また、イオン交換フィルタ１の端面に当接させるようにしてハウジング１３内に多孔板（図示略）を配置し、イオン交換フィルタ１を支持してもよい。
【００３６】
第３図のように、この液濾過用フィルタ１０を耐圧容器１７内に配置し、流出ノズルを容器出口部１８に接続する。そして、耐圧容器１７の供給口１６からこの耐圧容器１７内に被処理水を供給して液濾過用フィルタ１０内に流入させ、濾過水を出口部１８から取り出す。
【００３７】
第５図を参照して、イオン交換フィルタ１をハウジング１３に収容する別態様について説明する。
【００３８】
この場合も、第５図（ａ），（ｂ）の通り、第４図（ａ），（ｂ）と同一の手順によって被包体１５の後端部をイオン交換フィルタ１の一端側に外嵌させ、一緒に右方に移動させてイオン交換フィルタ１をハウジング１３内に挿入する。第４図の場合は被包体１５を引き抜いたが、この第５図では（ｃ），（ｄ）図の通り、ハウジング１３から延出する被包体１５と、イオン交換フィルタに外嵌した被包体後端部とを切断分離する。なお、第５図（ｄ）は第５図（ｃ）のＤ部の拡大図である。このようにハウジング１３内に残置された被包体１５は、イオン交換フィルタ１の外周面とハウジング１３の内周面との間をシールする役割を果す。特に、この被包体１５が水膨張性を有していると、水に接した被包体１５が膨張し、イオン交換フィルタ１の外周面とハウジング１３の内周面との間の水密性が高くなる。
【００３９】
［イオン交換シート及びこれを芯材に巻回したイオン交換フィルタの詳細な説明］
イオン交換シートには、前述の通り、キャスト膜や、イオン交換繊維の織布又は不織布などが用いられる。以下に、これらについて詳細に説明する。
【００４０】
（１） イオン交換繊維シート
イオン交換繊維としては以下の（ａ）〜（ｄ）の材料を電界紡糸法又は溶融紡糸法で紡糸したものが好適である。イオン交換繊維シートは、これらを単独又は複合で用いて不織布または織布としたものである。
【００４１】
（ａ）荷電性高分子繊維としてパーフルオロカーボンスルホン酸重合体（ナフィオン（登録商標）、フミオン（ＦｕＭＡ−Ｔｅｃｈ社製）
（ｂ）非荷電性高分子繊維からなる基材にイオン交換基が化学的に付与されたもの
（ｃ）荷電性高分子繊維としてパーフルオロカーボンスルホン酸重合体（ナフィオン（登録商標）、フミオン）を骨格材に担持して骨格材と一体化したもの
（ｄ）非荷電性高分子繊維からなる基材にイオン交換基が化学的に付与されたものを骨格材と一体化したもの
高い機械的強度を得るには上記（ｃ）または（ｄ）のものが好ましい。
【００４２】
イオン交換繊維シートの厚さは０．０１〜１ｍｍ程度が好適であり、細孔径は０．１〜１００μｍ（エアーフロー法により測定、以下同様）程度が好適であり、イオン交換容量は０．０５〜３ｍｅｑ／ｇ、０．０３〜１．５ｍｅｑ／ｃｍ３程度が好適である。イオン交換基のない繊維を紡糸して繊維シートを作成した後に、グラフト重合法や他の化学反応法（求電子置換反応、付加反応など）によりイオン交換基を繊維シートに付与することもできる。
【００４３】
上記の非荷電性高分子としては、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリエステル、ポリビニリデンフロライドなどが例示される。
【００４４】
イオン交換基としては、種々のカチオン交換基又はアニオン交換基等を用いることができる。例えば、カチオン交換基としては、スルホン基などの強酸性カチオン交換基、リン酸基などの中酸性カチオン交換基、カルボキシル基などの弱酸性カチオン交換基、アニオン交換基としては、第１級〜第３級アミノ基などの弱塩基性アニオン交換基、第４級アンモニウム基などの強塩基性アニオン交換基を用いることができ、或いは、上記カチオン交換基及びアニオン交換基の両方を併有するイオン交換体を用いることもできる。
【００４５】
骨格材としては、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリエステル、ポリビニリデンフロライドなどからなる不織布、織布などが例示される。
【００４６】
イオン交換繊維としては、相当直径が１〜１０００ｎｍ、特に１０〜７００ｎｍ程度の著しく細い繊維が好適である。ここで「相当直径」とは、１本の繊維（ファイバ）の断面積と断面積の外周長さとから、（相当直径）＝４×（断面積）／（断面の外周長さ）によって算出される値である。
【００４７】
イオン交換繊維の長さは、１μｍ以上が好適である。なお、電解紡糸で作製した場合、数ｃｍの長さにすることができ、また連続的に紡糸することもできるため、さらに数倍以上に長くすることができる。
【００４８】
なお、イオン交換繊維を紡糸する際、荷電性高分子は、単独で紡糸することが難しい場合があり、紡糸出来ても繊維同士の荷電反発により、かさ（嵩）が高くなって収まりが悪くなり（即ち、嵩密度が低くなり）、フィルタ化に適さないことがある。一方、非電解質高分子は、単独で紡糸することが容易なものを選定することが可能で、紡糸後、繊維同士の反発がないため、フィルタ化し易い。そのため、電解質ポリマーと非電解質ポリマーを混合して紡糸することにより、両者の優れた特徴を有する繊維を得ることができる。電界紡糸においては、紡糸時の紡糸性も向上する。
【００４９】
（２） イオン交換キャスト膜
イオン交換キャスト膜としては以下の（ｅ）〜（ｈ）の１種又は２種以上を用いて相分離法などにより製造した多孔質膜（フィルム）が好適である。このフィルムをさらに延伸してもよい。
【００５０】
（ｅ）パーフルオロカーボンスルホン酸重合体（ナフィオン（登録商標）、フミオン）をガラスなどの基板上に塗布した後に基板を取り除いたフィルム状のもの
（ｆ）非荷電性高分子からなる基材にイオン交換基が化学的に付与されたものをガラスなどの基板上に塗布した後に基板を取り除いたフィルム状のもの
（ｇ）パーフルオロカーボンスルホン酸重合体（ナフィオン（登録商標）、フミオン）を骨格材に塗布して骨格材と一体化したもの
（ｈ）非荷電性高分子からなる基材にイオン交換基が化学的に付与されたものを骨格材に塗布して骨格材と一体化したもの
高い機械的強度を得るには上記（ｇ）または（ｈ）の方法が好ましい。
【００５１】
このキャスト膜の厚さは０．０１〜１ｍｍ程度が好適であり、細孔径は１０μｍ以下が好適であり、イオン交換容量は０．２〜４ｍｅｑ／ｇ、０．１〜３ｍｅｑ／ｃｍ３程度が好適である。非荷電性の高分子を成膜してキャスト膜を作成した後にグラフト重合法や、他の化学反応法（求電子置換反応、付加反応など）によりイオン交換基をキャスト膜に付与することもできる。
【００５２】
非荷電性高分子、イオン交換基、骨格材としては上記のイオン交換繊維シートの場合と同様のものを用いることができる。
【００５３】
（３） イオン交換繊維シートとイオン交換キャスト膜とを積層したイオン交換シートの長所
イオン交換繊維シートの繊維表面をイオン交換の場とすることにより、繊維周辺における流体の接触効率が向上するため、イオンの吸着速度が高まる。ただし、イオン交換繊維シートのみでは、吸着したイオンの保持容量に限界がある。
【００５４】
一方、イオン交換キャスト膜の場合、イオンを除去するための官能基を高密度に保持させることができ、イオン除去容量を確保することができる。そこで、イオン交換繊維シートにイオン交換キャスト膜を接触させることで、イオン交換繊維に吸着させたイオンをイオン交換キャスト膜に移動させて高密度に保持させることができる。また、イオン交換シートをロール状に巻回したイオン交換フィルタに対し一端面から他端面に向って通水した場合、該イオン交換フィルタの巻回軸心方向の長さが吸着帯の長さとなり、吸着帯長さが大きくなる。これにより、破過時間が長くなり、フィルタの寿命が長くなる。
【００５５】
イオン交換繊維シートの場合は、イオン交換繊維を細くして比表面積を大きくすることにより、イオン交換容量を高めることができる。一方、イオン交換キャスト膜はイオン交換繊維シートよりも緻密であり、透過抵抗は高くなる。
【００５６】
そこで、これら、イオン交換繊維シートとイオン交換キャスト膜とを積層させたイオン交換シートと、流路材シートとを積層すると共に、ロール状イオン交換フィルタに対し一端面から他端面に向って通水すること、即ち芯材と平行に通水することにより、圧力損失が小さくなる。
【００５７】
（４） 流路材
流路材の材質として、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレン）、ポリエステル、ポリスルホンなどを挙げることができる。構造としては、不織布、織布、格子状ネットなどであり、厚さ：０．１ｍｍ〜３ｍｍ、好ましくは０．２〜２ｍｍ、細孔：１０μｍ以上（目開き：３０％〜９０％）の範囲であることが望ましい。
【００５８】
（５） 芯材
芯材の材質としては、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレン）フッ素樹脂などを挙げることができる。芯材の直径は１ｍｍ〜５０ｍｍ、特に３ｍｍ〜２０ｍｍが好ましい。
【００５９】
［被包体１５の構造及び材料］
１） 構造
被包体１５は、多孔質フィルム、あるいは繊維体（織布又は不織布）であることが好ましい。第４図のように、ハウジング１３にイオン交換フィルタ１を挿入した後に被包体１５を取り除く場合は、多孔質フィルムの孔径、繊維体の繊維径に制限はないが、厚さは３００μｍ以下であることが望ましい。第５図のように被包体１５をハウジング１３とイオン交換フィルタ１との間に残置させる場合は、被包体は無孔性〜孔径１００μｍ、繊維径５０μｍ以下、厚さ１〜３００μｍ程度であることが望ましい。
２） 材料
ハウジング１３とイオン交換フィルタ１に残置させる場合、被包体１５の材料は、カルボキシル基、アミノ基、スルホン基を有する高分子材料が好適である。ベースとなる高分子材料として、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレンなど）、ポリスルホン、ポリエステル、ポリエーテル、ポリスチレン、ポリアクリルアミド、ポリアクリロニトリルなどを挙げることが出来る。残置させない場合はベースとなる高分子材料で構成させてもかまわない。
【００６０】
［被処理水］
本発明方法で製造された液濾過用フィルタは、水中に溶解しているイオン性物質、コロイド、粒子の除去に好適に使用することができ、対象としては、市水、井水、河川水、湖水、工水を始め、生物処理、凝集処理、沈殿処理、加圧浮上処理、ろ過、活性炭処理、イオン交換樹脂処理、精密ろ過、限外ろ過、逆浸透処理、電気再生式脱イオン処理、脱炭酸処理、ＵＶ処理などのいずれかの処理を施した水が例示される。
【００６１】
被処理水のイオン濃度が高いと、フィルタの寿命が短くなり、交換頻度も多くなるため、イオン交換樹脂処理や逆浸透処理、電気再生式脱イオン処理等による前処理を実施する方が効率的になる。本発明のフィルタは、イオン濃度が低い水や、ある程度イオンが除去された水に対して、さらにイオンを除去する場合に有効である。例えば、比抵抗１ＭΩ・ｃｍ以上の超純水からさらにイオンを除去するために使用する場合を挙げることができる。
【００６２】
なお、本発明方法によって製造された液濾過用フィルタを超純水サブシステムにおけるＵＦフィルターの前段もしくは後段に配されるイオン除去フィルタとして用いる場合、金属濃度０．０５ｐｐｔ以下の超純水でリンスすることが好ましい。これは、イオン除去フィルターの目標とする水質に匹敵するレベルの超純水でリンスする必要があるからである。例えば、対象金属がＮａであるときには、Ｎａ濃度０．０５ｐｐｔ以下の超純水でリンスするのが好ましい。
【実施例】
【００６３】
以下、実施例及び比較例について説明する。
【００６４】
下記のシートＡ、流路材Ｂ、及び芯材Ｃを用いてイオン交換フィルタを製造し、被包体を用いてハウジングに収容し、通水した。
【００６５】
＜材料＞
・シートＡ
シリンジ径３０Ｇのシリンジに、非電解質ポリマーと電解質ポリマーとを含む溶液としてナフィオン１４重量％、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）９重量％、ＤＭＡｃ（ジメチルアセトアミド）７７重量％の溶液を入れ、シリンジ側をプラス、繊維を捕集するターゲット側にマイナスの５０ｋＶの電圧（４ｋＶ／ｃｍの電位勾配）をかけることにより、カチオン交換繊維を紡糸し、それを積層させて直径３００ｎｍの繊維からなる厚さ１００μｍのカチオン交換繊維の不織布を製造した。
・流路材Ｂ
ポリプロピレン製メッシュ、厚さ０．６ｍｍ、繊維太さ０．３ｍｍ、目開き７５％を使用した。
・芯材Ｃ
フッ素樹脂製、直径３ｍｍ
【００６６】
＜比較例１＞
幅を５ｃｍに揃えたシートＡを流路材Ｂと共に芯材Ｃに巻き回してイオン交換フィルタを製作した。これをそのまま内径２ｃｍ、長さ９ｃｍの円筒容器（ハウジング）に圧入した。
【００６７】
＜実施例１＞
幅５．６ｃｍのシートＡを幅６．５ｃｍの流路材Ｂと共に芯材Ｃに巻回してイオン交換フィルタとし、その外周の一端側から約１／２を被包体で覆い、第４図の方法に従って内径２ｃｍ、長さ９ｃｍの円筒容器の中央部に挿入した。被包体としては、ポリエステルよりなる材質の伸縮性の包状織布を用いた。被包体の孔径は３００μｍ、繊維径１００μｍ、厚さ２１０μｍである。
【００６８】
＜実施例２＞
被包体を厚さ１１０μｍのトレーシングペーパーとし、その後端側を第５図のように切断して残置した他は実施例１と同様にして、イオン交換フィルタを内径２ｃｍ、長さ９ｃｍの円筒容器に挿入した。
【００６９】
＜評価試験＞
８０ｐｐｂのＮａＣｌを添加した超純水を被処理水とし、これを流量１Ｌ／ｍｉｎで通水し、圧力損失と処理水Ｎａ濃度を測定した。Ｎａ除去率は以下の式で算出した。結果を表１に示す。
【００７０】
Ｎａ除去率[％]＝(１−［処理水Ｎａ濃度］／［被処理水Ｎａ濃度］)×１００
【００７１】
【表１】
【００７２】
＜考察＞
圧力損失とＮａ除去率を表１に示す。実施例１，２では、比較例１よりも容易にイオン交換フィルタを容器に挿入することができた。比較例１では、ロールの変形により、実施例１，２よりも圧力損失が約５％高くなっており、Ｎａ除去率も低くなっている。
【００７３】
＜リンス試験＞
実施例１及び比較例１で製造された各液濾過用フィルタについて、それぞれ５％塩酸を２４時間３回通水し、イオン交換シート、あるいは樹脂のＨ型への置換を行い、Ｎａ濃度０．０１ｐｐｔの超純水による洗浄を４８時間行った。その後、Ｎａ濃度０．３ｐｐｔの超純水を通水し、５時間後の圧力損失と処理水Ｎａ濃度を測定した。通水速度は全て０．５Ｌ／ｍｉｎとした。圧力損失とＮａ濃度を表２に示す。表２の通り、実施例１では０．１ｐｐｔ以下のＮａ濃度を達成できる。
【００７４】
【表２】
【符号の説明】
【００７５】
１ イオン交換フィルタ
２ 芯材
３ 積層シート
４ 流路材シート
５ イオン交換シート
６ イオン交換繊維の不織布
７ イオン交換キャスト膜
１０ 液濾過用フィルタ
１３ ハウジング
１４ エンドプレート
１５ 被包体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液濾過用フィルタの製造方法に係り、特にロール状に巻回されたイオン交換フィルタをハウジングに収容した液濾過用フィルタの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造プロセスなどで用いられる超純水の高純度化の要求は年々厳しくなってきている。ＩＴＲＳ２００５によると、２００８年には超純水中の金属イオン濃度を０．５ｎｇ／Ｌ以下にするロードマップが提示されているが、半導体製造各社は、金属濃度がより低濃度の超純水を求めている。水処理メーカーは前倒しで金属イオン濃度を低減しており、最新の超純水製造設備においては、ほとんどの金属を０．５ｎｇ／Ｌ以下に低減した超純水を製造することができるものもある。
【０００３】
超純水中の金属濃度を低減する方法として、ユースポイント直前にイオン交換フィルタを設置する方法がある。
【０００４】
従来のイオン交換フィルタとして、不織布あるいは多孔質膜といった平膜をプリーツ型にしたもの（例えば特許文献１）がある。
【０００５】
イオン交換膜として、イオン交換樹脂を溶媒中に溶解または分散させてキャスト原液とし、該キャスト原液を基材フィルム上にキャストさせた後、乾燥させて、次いで該基材フィルムから剥離させたキャスト膜が公知である（例えば特許文献２，３）。この特許文献３には、相分離法を利用して製造した多孔質のイオン交換膜が記載されている。
【０００６】
繊維径がナノメーターオーダーである極細のナノファイバの製造方法として電界紡糸法（静電紡糸法）が公知である（下記特許文献４，５等）。この電界紡糸法では、ノズルとターゲットとの間に電界を形成しておき、該ノズルから液状原料を細繊維状に吐出させて紡糸が行われる。細繊維は、ターゲット上に集積されて繊維体となる。なお、本発明者は、イオン交換基を有する極細の繊維（ナノファイバ）を用いたイオン交換フィルタを提案している（特許文献６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２０６５０９
【特許文献２】特開２０００−３２７８０９
【特許文献３】特開２００６−１９３７０９
【特許文献４】特開２００７−９２２３７
【特許文献５】特開２００６−１４４１３８
【特許文献６】特開２００９−２１９９５２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
プリーツ型イオン交換フィルタは、プリーツの折り込み部分に流れが偏りやすく、上述の超純水のような極低濃度域では十分な除去率を得ることはできない。また、膜厚が薄いために破過が早く寿命が短い。また、イオン除去率を向上させるため、膜厚を厚くしたり、膜の細孔を小さくすると、透水性が犠牲となる。
【０００９】
イオン交換基を有するナノファイバを用いたイオン交換フィルタは、イオン除去性能に優れるが、圧力損失が大きい。
【００１０】
本発明は、半導体産業等における超純水の高純度化の要求を満たす、極低濃度イオンを除去する能力と、高い透水性と長寿命を有する液濾過用フィルタの製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明（請求項１）の液濾過用フィルタの製造方法は、イオン交換シートと流路材シートとの積層シートが芯材の外周にスパイラル状に巻回されたイオン交換フィルタと、該芯材を収容した筒状ハウジングとを備え、該イオン交換フィルタの一端面から他端面に向って被処理液が通液される液濾過用フィルタを製造する方法であって、被包体の端部を該イオン交換フィルタの少なくとも一端側に外嵌させ、該イオン交換フィルタと被包体とを一緒に該一端側から該ハウジング内に収容する工程を有することを特徴とするものである。
【００１２】
請求項２の液濾過用フィルタの製造方法は、請求項１において、その後、被包体をイオン交換フィルタから引き抜くことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項３の液濾過用フィルタの製造方法は、請求項１において、その後、被包体のうちイオン交換フィルタから延出した部分とイオン交換フィルタに外嵌した部分とを切断分離することを特徴とするものである。
【００１４】
請求項４の液濾過用フィルタの製造方法は、請求項３において、被包体は水膨張性を有することを特徴とするものである。
【００１５】
請求項５の液濾過用フィルタは、請求項１ないし４のいずれか１項において、前記イオン交換シートが、イオン交換繊維からなるイオン交換繊維布とイオン交換キャスト膜の一方、又は両方を重ねたものであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明方法によって製造された液濾過用フィルタのイオン交換フィルタは、芯材の外周に流路材シートとイオン交換シートとの積層シートをスパイラル状に巻回したものであり、イオン交換フィルタの一端面から他端面に向って被処理液が通液される。このように積層シートが流路材シートを有すると共に、被処理液がスパイラル状にイオン交換フィルタに一端面から他端面に向って流れるので、圧損が小さい。また、一端面から他端面までの間のイオン交換シートの全体が吸着帯となり、吸着帯長さが大きいので、イオンの破過までの時間が長くなり、イオン交換の寿命が長いものとなる。
【００１７】
本発明では、この液濾過用フィルタを製造する際に、イオン交換フィルタの少なくとも一端側を被包体で被包し、この被包体を該一端側から延出させ、被包体と共にイオン交換フィルタを該ハウジング内に該一端側から収容する。このため、イオン交換フィルタを筒状ハウジング内にスムーズに収容することができる。また、この収容に際してイオン交換フィルタに不均一に圧迫力が加えられることがなく、イオン交換フィルタに局部的な変形や圧密化、ショートパスなどが生じない。
【００１８】
本発明の一態様においては、イオン交換フィルタ及び被包体をハウジング内に収容した後、被包体をすべてハウジングから抜き出す。
【００１９】
本発明の別の一態様では、イオン交換フィルタ及び被包体をハウジング内に収容した後、イオン交換フィルタの一端側に外嵌している被包体と、イオン交換フィルタから延出した被包体とを切断分離し、該イオン交換フィルタの一端側に外嵌していた被包体をそのまま残置する。このように被包体の一部を残置させると、残置された被包体がシール作用を奏する。なお、残置される被包体として水膨張性を有したものを用いると、残置されて膨張した被包体により、イオン交換フィルタ外周面とハウジング内周面との間のシール性が向上する。
【００２０】
なお、本発明においては、イオン交換シートの少なくとも一部をイオン交換繊維布で構成してもよい。このように構成した場合、被処理液とイオン交換繊維布との接触面積が大きいので、十分に脱イオン処理される。
【００２１】
イオン交換シートの少なくとも一部をイオン交換キャスト膜で構成した場合、イオン交換容量が大きくなる。
【００２２】
イオン交換シートを、イオン交換繊維布と、これに接するイオン交換キャスト膜とで構成した場合、イオン交換繊維布で吸着したイオンをイオン交換キャスト膜に移動させて保持させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施の形態に係る液濾過用フィルタに用いられるイオン交換フィルタを示す構成図である。
【図２】実施の形態に係る方法で製造された液濾過用フィルタの断面図である。
【図３】液濾過用フィルタシステムの構成図である。
【図４】実施の形態に係る液濾過用フィルタの製造方法を示す構成図である。
【図５】別の実施の形態に係る液濾過用フィルタの製造方法を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。なお、以下の説明では被処理液として水が通水されるが、水以外の液体であってもよい。
【００２５】
第１図の（ａ）図は実施の形態で用いられるイオン交換フィルタ１の製作方法を示す断面図、（ｂ）図は積層シートの断面図、（ｃ）図はイオン交換フィルタの斜視図である。
【００２６】
このイオン交換フィルタ１は、芯材２と、この芯材２の外周に巻回された積層シート３とを有する。この積層シート３は、流路材シート４とイオン交換シート５とを積層したものである。芯材２は中実の棒状であってもよいが、重量軽減のために中空パイプ状であってもよい。ただし、水がパイプ内を長手方向に流れないようにパイプの端部を閉止する。また、パイプの外周面にも孔を設けない。芯材の直径は１〜５０ｍｍ特に３〜２０ｍｍ程度が好適である。芯材の材質はポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィンのほか、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂が好適であるが、これに限定されない。
【００２７】
流路材シート４は、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレン）、ポリエステル、ポリスルホンなどよりなる不織布、織布、格子状ネットなどが好適である。流路材シートの厚さは０．１ｍｍ〜５ｍｍ、特に０．５〜２ｍｍ程度が好適であり、細孔径は１００μｍ以上（目開き：５０％〜９０％）程度が好適である。
【００２８】
イオン交換シート５は、イオン交換繊維の織布又は不織布、イオン交換キャスト膜などよりなるが、好ましくは、イオン交換繊維の不織布６，６間にイオン交換キャスト膜７を介在させた３層構造のものである。このイオン交換シート５の好適例については後に詳述する。
【００２９】
この積層シート３を芯材２の外周にロール状（渦巻状）に巻回してイオン交換フィルタ１とする。この巻き付けによる層の数（芯材２を回転させる場合は、合計の回転数）は１０〜２００特に３０〜１００程度が好適である。積層シート３を巻き付けるとロール状巻回体となる。このロール状巻回体よりなるイオン交換フィルタ１の一端面から他端面に向って被処理水が通水される。
【００３０】
第２図は、第１図のイオン交換フィルタ１を組み込んだ液濾過用フィルタ１０を示す平面図である。
【００３１】
この液濾過用フィルタ１０は、被処理水の流入口１１と濾過水の流出口１２とを有した円筒状のハウジング１３内にイオン交換フィルタ１を同軸状に配置したものである。流出口１２には、流出ノズル１４ａを有したエンドプレート１４が取り付けられている。
【００３２】
次に、第４図を参照して、イオン交換フィルタ１をハウジング１３内に挿入する方法について説明する。第４図（ａ）の通り、多孔質フィルム又は繊維体よりなる筒状の被包体１５をハウジング１３内に通し、その後端部（図の左端側）をイオン交換フィルタ１の一端側（図の右端側）に外嵌させる。なお、被包体１５をイオン交換フィルタ１に外嵌させた後、被包体１５をハウジング１３に通してもよい。被包体１５はイオン交換フィルタ１の全体を被包してもよいが、半分以下を被包してもよい。通常は該一端側から１／４〜３／４の範囲を被包するのが好ましい。
【００３３】
なお、被包体１５は筒状でなくてもよく、例えば平たいシートをイオン交換フィルタ１に巻き付けて被包体としてもよい。
【００３４】
次に、イオン交換フィルタ１及び被包体１５を一緒に図の右方に移動させ、第４図（ｂ）の通りイオン交換フィルタ１をハウジング１３内に挿入する。被包体１５の端部がイオン交換フィルタ１の一端側（先端側）に被さっているので、イオン交換フィルタ１の該一端側がハウジング１３の入口角縁に引っ掛ったりすることなく、イオン交換フィルタ１がスムーズにハウジング１３内に挿入される。そのため、この挿入作業によってイオン交換フィルタ１に変形、圧密化、ショートパスなどが発生することが防止される。
【００３５】
その後、第４図（ｃ）の通り、被包体１５を引き抜くことにより、イオン交換フィルタ１のハウジング１３内への収容作業が終了する。その後、ハウジング１３にエンドプレート１４を取り付け、第２図の液濾過用フィルタ１０が得られる。なお、ハウジング１３の流入口１１側にも同様のエンドプレートを設けてもよい。また、イオン交換フィルタ１の端面に当接させるようにしてハウジング１３内に多孔板（図示略）を配置し、イオン交換フィルタ１を支持してもよい。
【００３６】
第３図のように、この液濾過用フィルタ１０を耐圧容器１７内に配置し、流出ノズルを容器出口部１８に接続する。そして、耐圧容器１７の供給口１６からこの耐圧容器１７内に被処理水を供給して液濾過用フィルタ１０内に流入させ、濾過水を出口部１８から取り出す。
【００３７】
第５図を参照して、イオン交換フィルタ１をハウジング１３に収容する別態様について説明する。
【００３８】
この場合も、第５図（ａ），（ｂ）の通り、第４図（ａ），（ｂ）と同一の手順によって被包体１５の後端部をイオン交換フィルタ１の一端側に外嵌させ、一緒に右方に移動させてイオン交換フィルタ１をハウジング１３内に挿入する。第４図の場合は被包体１５を引き抜いたが、この第５図では（ｃ），（ｄ）図の通り、ハウジング１３から延出する被包体１５と、イオン交換フィルタに外嵌した被包体後端部とを切断分離する。なお、第５図（ｄ）は第５図（ｃ）のＤ部の拡大図である。このようにハウジング１３内に残置された被包体１５は、イオン交換フィルタ１の外周面とハウジング１３の内周面との間をシールする役割を果す。特に、この被包体１５が水膨張性を有していると、水に接した被包体１５が膨張し、イオン交換フィルタ１の外周面とハウジング１３の内周面との間の水密性が高くなる。
【００３９】
［イオン交換シート及びこれを芯材に巻回したイオン交換フィルタの詳細な説明］
イオン交換シートには、前述の通り、キャスト膜や、イオン交換繊維の織布又は不織布などが用いられる。以下に、これらについて詳細に説明する。
【００４０】
（１） イオン交換繊維シート
イオン交換繊維としては以下の（ａ）〜（ｄ）の材料を電界紡糸法又は溶融紡糸法で紡糸したものが好適である。イオン交換繊維シートは、これらを単独又は複合で用いて不織布または織布としたものである。
【００４１】
（ａ）荷電性高分子繊維としてパーフルオロカーボンスルホン酸重合体（ナフィオン（登録商標）、フミオン（ＦｕＭＡ−Ｔｅｃｈ社製）
（ｂ）非荷電性高分子繊維からなる基材にイオン交換基が化学的に付与されたもの
（ｃ）荷電性高分子繊維としてパーフルオロカーボンスルホン酸重合体（ナフィオン（登録商標）、フミオン）を骨格材に担持して骨格材と一体化したもの
（ｄ）非荷電性高分子繊維からなる基材にイオン交換基が化学的に付与されたものを骨格材と一体化したもの
高い機械的強度を得るには上記（ｃ）または（ｄ）のものが好ましい。
【００４２】
イオン交換繊維シートの厚さは０．０１〜１ｍｍ程度が好適であり、細孔径は０．１〜１００μｍ（エアーフロー法により測定、以下同様）程度が好適であり、イオン交換容量は０．０５〜３ｍｅｑ／ｇ、０．０３〜１．５ｍｅｑ／ｃｍ３程度が好適である。イオン交換基のない繊維を紡糸して繊維シートを作成した後に、グラフト重合法や他の化学反応法（求電子置換反応、付加反応など）によりイオン交換基を繊維シートに付与することもできる。
【００４３】
上記の非荷電性高分子としては、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリエステル、ポリビニリデンフロライドなどが例示される。
【００４４】
イオン交換基としては、種々のカチオン交換基又はアニオン交換基等を用いることができる。例えば、カチオン交換基としては、スルホン基などの強酸性カチオン交換基、リン酸基などの中酸性カチオン交換基、カルボキシル基などの弱酸性カチオン交換基、アニオン交換基としては、第１級〜第３級アミノ基などの弱塩基性アニオン交換基、第４級アンモニウム基などの強塩基性アニオン交換基を用いることができ、或いは、上記カチオン交換基及びアニオン交換基の両方を併有するイオン交換体を用いることもできる。
【００４５】
骨格材としては、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリエステル、ポリビニリデンフロライドなどからなる不織布、織布などが例示される。
【００４６】
イオン交換繊維としては、相当直径が１〜１０００ｎｍ、特に１０〜７００ｎｍ程度の著しく細い繊維が好適である。ここで「相当直径」とは、１本の繊維（ファイバ）の断面積と断面積の外周長さとから、（相当直径）＝４×（断面積）／（断面の外周長さ）によって算出される値である。
【００４７】
イオン交換繊維の長さは、１μｍ以上が好適である。なお、電解紡糸で作製した場合、数ｃｍの長さにすることができ、また連続的に紡糸することもできるため、さらに数倍以上に長くすることができる。
【００４８】
なお、イオン交換繊維を紡糸する際、荷電性高分子は、単独で紡糸することが難しい場合があり、紡糸出来ても繊維同士の荷電反発により、かさ（嵩）が高くなって収まりが悪くなり（即ち、嵩密度が低くなり）、フィルタ化に適さないことがある。一方、非電解質高分子は、単独で紡糸することが容易なものを選定することが可能で、紡糸後、繊維同士の反発がないため、フィルタ化し易い。そのため、電解質ポリマーと非電解質ポリマーを混合して紡糸することにより、両者の優れた特徴を有する繊維を得ることができる。電界紡糸においては、紡糸時の紡糸性も向上する。
【００４９】
（２） イオン交換キャスト膜
イオン交換キャスト膜としては以下の（ｅ）〜（ｈ）の１種又は２種以上を用いて相分離法などにより製造した多孔質膜（フィルム）が好適である。このフィルムをさらに延伸してもよい。
【００５０】
（ｅ）パーフルオロカーボンスルホン酸重合体（ナフィオン（登録商標）、フミオン）をガラスなどの基板上に塗布した後に基板を取り除いたフィルム状のもの
（ｆ）非荷電性高分子からなる基材にイオン交換基が化学的に付与されたものをガラスなどの基板上に塗布した後に基板を取り除いたフィルム状のもの
（ｇ）パーフルオロカーボンスルホン酸重合体（ナフィオン（登録商標）、フミオン）を骨格材に塗布して骨格材と一体化したもの
（ｈ）非荷電性高分子からなる基材にイオン交換基が化学的に付与されたものを骨格材に塗布して骨格材と一体化したもの
高い機械的強度を得るには上記（ｇ）または（ｈ）の方法が好ましい。
【００５１】
このキャスト膜の厚さは０．０１〜１ｍｍ程度が好適であり、細孔径は１０μｍ以下が好適であり、イオン交換容量は０．２〜４ｍｅｑ／ｇ、０．１〜３ｍｅｑ／ｃｍ３程度が好適である。非荷電性の高分子を成膜してキャスト膜を作成した後にグラフト重合法や、他の化学反応法（求電子置換反応、付加反応など）によりイオン交換基をキャスト膜に付与することもできる。
【００５２】
非荷電性高分子、イオン交換基、骨格材としては上記のイオン交換繊維シートの場合と同様のものを用いることができる。
【００５３】
（３） イオン交換繊維シートとイオン交換キャスト膜とを積層したイオン交換シートの長所
イオン交換繊維シートの繊維表面をイオン交換の場とすることにより、繊維周辺における流体の接触効率が向上するため、イオンの吸着速度が高まる。ただし、イオン交換繊維シートのみでは、吸着したイオンの保持容量に限界がある。
【００５４】
一方、イオン交換キャスト膜の場合、イオンを除去するための官能基を高密度に保持させることができ、イオン除去容量を確保することができる。そこで、イオン交換繊維シートにイオン交換キャスト膜を接触させることで、イオン交換繊維に吸着させたイオンをイオン交換キャスト膜に移動させて高密度に保持させることができる。また、イオン交換シートをロール状に巻回したイオン交換フィルタに対し一端面から他端面に向って通水した場合、該イオン交換フィルタの巻回軸心方向の長さが吸着帯の長さとなり、吸着帯長さが大きくなる。これにより、破過時間が長くなり、フィルタの寿命が長くなる。
【００５５】
イオン交換繊維シートの場合は、イオン交換繊維を細くして比表面積を大きくすることにより、イオン交換容量を高めることができる。一方、イオン交換キャスト膜はイオン交換繊維シートよりも緻密であり、透過抵抗は高くなる。
【００５６】
そこで、これら、イオン交換繊維シートとイオン交換キャスト膜とを積層させたイオン交換シートと、流路材シートとを積層すると共に、ロール状イオン交換フィルタに対し一端面から他端面に向って通水すること、即ち芯材と平行に通水することにより、圧力損失が小さくなる。
【００５７】
（４） 流路材
流路材の材質として、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレン）、ポリエステル、ポリスルホンなどを挙げることができる。構造としては、不織布、織布、格子状ネットなどであり、厚さ：０．１ｍｍ〜３ｍｍ、好ましくは０．２〜２ｍｍ、細孔：１０μｍ以上（目開き：３０％〜９０％）の範囲であることが望ましい。
【００５８】
（５） 芯材
芯材の材質としては、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレン）フッ素樹脂などを挙げることができる。芯材の直径は１ｍｍ〜５０ｍｍ、特に３ｍｍ〜２０ｍｍが好ましい。
【００５９】
［被包体１５の構造及び材料］
１） 構造
被包体１５は、多孔質フィルム、あるいは繊維体（織布又は不織布）であることが好ましい。第４図のように、ハウジング１３にイオン交換フィルタ１を挿入した後に被包体１５を取り除く場合は、多孔質フィルムの孔径、繊維体の繊維径に制限はないが、厚さは３００μｍ以下であることが望ましい。第５図のように被包体１５をハウジング１３とイオン交換フィルタ１との間に残置させる場合は、被包体は無孔性〜孔径１００μｍ、繊維径５０μｍ以下、厚さ１〜３００μｍ程度であることが望ましい。
２） 材料
ハウジング１３とイオン交換フィルタ１に残置させる場合、被包体１５の材料は、カルボキシル基、アミノ基、スルホン基を有する高分子材料が好適である。ベースとなる高分子材料として、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレンなど）、ポリスルホン、ポリエステル、ポリエーテル、ポリスチレン、ポリアクリルアミド、ポリアクリロニトリルなどを挙げることが出来る。残置させない場合はベースとなる高分子材料で構成させてもかまわない。
【００６０】
［被処理水］
本発明方法で製造された液濾過用フィルタは、水中に溶解しているイオン性物質、コロイド、粒子の除去に好適に使用することができ、対象としては、市水、井水、河川水、湖水、工水を始め、生物処理、凝集処理、沈殿処理、加圧浮上処理、ろ過、活性炭処理、イオン交換樹脂処理、精密ろ過、限外ろ過、逆浸透処理、電気再生式脱イオン処理、脱炭酸処理、ＵＶ処理などのいずれかの処理を施した水が例示される。
【００６１】
被処理水のイオン濃度が高いと、フィルタの寿命が短くなり、交換頻度も多くなるため、イオン交換樹脂処理や逆浸透処理、電気再生式脱イオン処理等による前処理を実施する方が効率的になる。本発明のフィルタは、イオン濃度が低い水や、ある程度イオンが除去された水に対して、さらにイオンを除去する場合に有効である。例えば、比抵抗１ＭΩ・ｃｍ以上の超純水からさらにイオンを除去するために使用する場合を挙げることができる。
【００６２】
なお、本発明方法によって製造された液濾過用フィルタを超純水サブシステムにおけるＵＦフィルターの前段もしくは後段に配されるイオン除去フィルタとして用いる場合、金属濃度０．０５ｐｐｔ以下の超純水でリンスすることが好ましい。これは、イオン除去フィルターの目標とする水質に匹敵するレベルの超純水でリンスする必要があるからである。例えば、対象金属がＮａであるときには、Ｎａ濃度０．０５ｐｐｔ以下の超純水でリンスするのが好ましい。
【実施例】
【００６３】
以下、実施例及び比較例について説明する。
【００６４】
下記のシートＡ、流路材Ｂ、及び芯材Ｃを用いてイオン交換フィルタを製造し、被包体を用いてハウジングに収容し、通水した。
【００６５】
＜材料＞
・シートＡ
シリンジ径３０Ｇのシリンジに、非電解質ポリマーと電解質ポリマーとを含む溶液としてナフィオン１４重量％、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）９重量％、ＤＭＡｃ（ジメチルアセトアミド）７７重量％の溶液を入れ、シリンジ側をプラス、繊維を捕集するターゲット側にマイナスの５０ｋＶの電圧（４ｋＶ／ｃｍの電位勾配）をかけることにより、カチオン交換繊維を紡糸し、それを積層させて直径３００ｎｍの繊維からなる厚さ１００μｍのカチオン交換繊維の不織布を製造した。
・流路材Ｂ
ポリプロピレン製メッシュ、厚さ０．６ｍｍ、繊維太さ０．３ｍｍ、目開き７５％を使用した。
・芯材Ｃ
フッ素樹脂製、直径３ｍｍ
【００６６】
＜比較例１＞
幅を５ｃｍに揃えたシートＡを流路材Ｂと共に芯材Ｃに巻き回してイオン交換フィルタを製作した。これをそのまま内径２ｃｍ、長さ９ｃｍの円筒容器（ハウジング）に圧入した。
【００６７】
＜実施例１＞
幅５．６ｃｍのシートＡを幅６．５ｃｍの流路材Ｂと共に芯材Ｃに巻回してイオン交換フィルタとし、その外周の一端側から約１／２を被包体で覆い、第４図の方法に従って内径２ｃｍ、長さ９ｃｍの円筒容器の中央部に挿入した。被包体としては、ポリエステルよりなる材質の伸縮性の包状織布を用いた。被包体の孔径は３００μｍ、繊維径１００μｍ、厚さ２１０μｍである。
【００６８】
＜実施例２＞
被包体を厚さ１１０μｍのトレーシングペーパーとし、その後端側を第５図のように切断して残置した他は実施例１と同様にして、イオン交換フィルタを内径２ｃｍ、長さ９ｃｍの円筒容器に挿入した。
【００６９】
＜評価試験＞
８０ｐｐｂのＮａＣｌを添加した超純水を被処理水とし、これを流量１Ｌ／ｍｉｎで通水し、圧力損失と処理水Ｎａ濃度を測定した。Ｎａ除去率は以下の式で算出した。結果を表１に示す。
【００７０】
Ｎａ除去率[％]＝(１−［処理水Ｎａ濃度］／［被処理水Ｎａ濃度］)×１００
【００７１】
【表１】
【００７２】
＜考察＞
圧力損失とＮａ除去率を表１に示す。実施例１，２では、比較例１よりも容易にイオン交換フィルタを容器に挿入することができた。比較例１では、ロールの変形により、実施例１，２よりも圧力損失が約５％高くなっており、Ｎａ除去率も低くなっている。
【００７３】
＜リンス試験＞
実施例１及び比較例１で製造された各液濾過用フィルタについて、それぞれ５％塩酸を２４時間３回通水し、イオン交換シート、あるいは樹脂のＨ型への置換を行い、Ｎａ濃度０．０１ｐｐｔの超純水による洗浄を４８時間行った。その後、Ｎａ濃度０．３ｐｐｔの超純水を通水し、５時間後の圧力損失と処理水Ｎａ濃度を測定した。通水速度は全て０．５Ｌ／ｍｉｎとした。圧力損失とＮａ濃度を表２に示す。表２の通り、実施例１では０．１ｐｐｔ以下のＮａ濃度を達成できる。
【００７４】
【表２】
【符号の説明】
【００７５】
１ イオン交換フィルタ
２ 芯材
３ 積層シート
４ 流路材シート
５ イオン交換シート
６ イオン交換繊維の不織布
７ イオン交換キャスト膜
１０ 液濾過用フィルタ
１３ ハウジング
１４ エンドプレート
１５ 被包体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン交換シートと流路材シートとの積層シートが芯材の外周にスパイラル状に巻回されたイオン交換フィルタと、該芯材を収容した筒状ハウジングとを備え、該イオン交換フィルタの一端面から他端面に向って被処理液が通液される液濾過用フィルタを製造する方法であって、
被包体の端部を該イオン交換フィルタの少なくとも一端側に外嵌させ、該イオン交換フィルタと被包体とを一緒に該一端側から該ハウジング内に収容する工程を有することを特徴とする液濾過用フィルタの製造方法。
【請求項２】
請求項１において、その後、被包体をイオン交換フィルタから引き抜くことを特徴とする液濾過用フィルタの製造方法。
【請求項３】
請求項１において、その後、被包体のうちイオン交換フィルタから延出した部分とイオン交換フィルタに外嵌した部分とを切断分離することを特徴とする液濾過用フィルタの製造方法。
【請求項４】
請求項３において、被包体は水膨張性を有することを特徴とする液濾過用フィルタの製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、前記イオン交換シートが、イオン交換繊維からなるイオン交換繊維布とイオン交換キャスト膜の一方、又は両方を重ねたものであることを特徴とする液濾過用フィルタ。
【請求項１】
イオン交換シートと流路材シートとの積層シートが芯材の外周にスパイラル状に巻回されたイオン交換フィルタと、該芯材を収容した筒状ハウジングとを備え、該イオン交換フィルタの一端面から他端面に向って被処理液が通液される液濾過用フィルタを製造する方法であって、
被包体の端部を該イオン交換フィルタの少なくとも一端側に外嵌させ、該イオン交換フィルタと被包体とを一緒に該一端側から該ハウジング内に収容する工程を有することを特徴とする液濾過用フィルタの製造方法。
【請求項２】
請求項１において、その後、被包体をイオン交換フィルタから引き抜くことを特徴とする液濾過用フィルタの製造方法。
【請求項３】
請求項１において、その後、被包体のうちイオン交換フィルタから延出した部分とイオン交換フィルタに外嵌した部分とを切断分離することを特徴とする液濾過用フィルタの製造方法。
【請求項４】
請求項３において、被包体は水膨張性を有することを特徴とする液濾過用フィルタの製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、前記イオン交換シートが、イオン交換繊維からなるイオン交換繊維布とイオン交換キャスト膜の一方、又は両方を重ねたものであることを特徴とする液濾過用フィルタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１８３４９９（Ｐ２０１２−１８３４９９Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４９０６２（Ｐ２０１１−４９０６２）
【出願日】平成２３年３月７日（２０１１．３．７）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月７日（２０１１．３．７）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
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