JP2001025622A - セラミックフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 固体不純物の堆積に起因する目詰まりを起こ
しにくいセラミックフィルタを提供する。 【解決手段】 平均細孔径の異なる複数の層から成る濾
過層を備えたセラミックフィルタにおいて、各層の平均
細孔径を、被濾過物質の通過方向の最上流側に配置され
た層から、平均細孔径の最も小さい層にかけて小さくす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、主として水等の
液体を濾過処理するためのセラミックフィルタに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】 セラミックフィルタは、多数の細孔を
有するセラミックから成る濾過層に液体等の被濾過物質
を通過させることにより、被濾過物質中の固体不純物を
細孔内に捕捉して取り除くものであるが、高分離性能、
高強度、高耐食性、薬液洗浄に対する高安定性、長寿命
等の優れた特性を有することから、各種産業用から家庭
用まで、幅広い分野において用いられている。

【０００３】 又、セラミックフィルタの単位体積当た
りの濾過面積を大きくすることにより、濾過効率を向上
させるとともにフィルタを小型化する観点より、ハニカ
ム構造を採用したセラミックフィルタ（以下、ハニカム
フィルタと記載する。）も使用されている。

【０００４】 ハニカムフィルタは、図２に示すよう
に、ハニカムの多数の貫通穴９の端部を上流側Ｂと下流
側Ｃとを逆に１マスごとに封じてセル７とした構造を有
し、上流側Ｂから入った液体等の被濾過物質は、多数の
細孔を有する隔壁８を通って下流側Ｃの穴より抜けてい
くが、その際に、被濾過物質中の固体不純物は隔壁８中
の細孔内に捕捉される。即ち、隔壁８が濾過層として機
能することになる。

【０００５】 このようなセラミックフィルタにおい
て、よりサイズの小さい固体不純物を取り除くために
は、濾過層の細孔径を小さくすることが必要となるが、
濾過層の細孔径を小さくすると、被濾過物質の通過速度
が遅くなるため、濾過速度を速めるためには、濾過層を
薄くする必要がある。一方、濾過層を薄くしすぎると、
セラミックフィルタの機械的強度が低下する。

【０００６】 そのため、セラミックフィルタにおいて
は、濾過層を、大きな平均細孔径を有する基材層と、基
材層の表面に形成された小さな平均細孔径を有する１又
は２以上の層から成る多層構造とすることが一般的であ
る。即ち、基材層に一定の厚みを持たせることにより、
セラミックフィルタの機械的強度を充分に保ち、基材層
に表面に形成する層を薄層とすることにより、濾過速度
の低下を防ぐのである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、従来
のセラミックフィルタにおいては、図３に示すように、
小さな平均細孔径を有する層５を、被濾過物質の通過方
向の上流側に位置する基材層３の面に形成していたた
め、被濾過物質を通過させた場合、小さな平均細孔径を
有する層５の表面に、被濾過物質中の固体不純物６が集
中的に堆積し、セラミックフィルタが容易に目詰まりを
起こすという問題があった。そのため、フィルターの洗
浄を頻繁に行わなければならず、長期間に渡って効率的
な濾過を行うことが困難であった。

【０００８】 本発明はかかる状況に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、固体不純物の堆積
に起因する目詰まりを起こしにくいセラミックフィルタ
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】 即ち、本発明によれ
ば、平均細孔径の異なる複数の層から成る濾過層を備え
たセラミックフィルタであって、各層の平均細孔径が、
被濾過物質の通過方向の最上流側に配置された層から、
平均細孔径の最も小さい層にかけて小さくなるセラミッ
クフィルタが提供される。上記のセラミックフィルタに
おいて、平均細孔径の最も小さい層が、被濾過物質の通
過方向の最下流側に配置されていてもよい。上記のセラ
ミックフィルタにおいて、上記濾過層は、基材層、及び
上記基材層の一方の表面に形成され、上記基材層の平均
細孔径よりも小さな平均細孔径を備えた層からなる２層
構造を有するものであってもよい。又、上記のセラミッ
クフィルタにおいて、濾過層は、基材層、上記基材層の
一方の表面に形成され、上記基材層の平均細孔径よりも
小さな平均細孔径を備えた層及び上記基材層の他方の表
面に形成され、上記基材層の平均細孔径よりも大きな平
均細孔径を備えた層からなる３層構造を有するものであ
ってもよい。

【００１０】 上記のセラミックフィルタは、平均細孔
径の最も小さい層の下流側に、その層よりも平均細孔径
の大きい１又は２以上の層を有するものであってもよ
い。この場合、平均細孔径の最も小さい層の上流側に配
置された層の数と、下流側に配置された層の数が同数で
あり、各層の平均細孔径が、平均細孔径の最も小さい層
を基準に、上流側と下流側の対応する層で同じであって
もよい。

【００１１】 本発明のセラミックフィルタはハニカム
フィルタであってもよく、本発明のセラミックフィルタ
において、被濾過物質は液体であってもよい。又、本発
明のセラミックフィルタは家庭用上水濾過器具であって
もよい。

【００１２】

【発明の実施の形態】 本発明のセラミックフィルタに
おいて、濾過層１は平均細孔径の異なる複数の層２から
成り、図１に示すように、各層の平均細孔径が、被濾過
物質の通過方向の最上流側に配置された層から、平均細
孔径の最も小さい層１０にかけて小さくなるように構成
されている。

【００１３】 従って、被濾過物質を通過させた場合、
図４に示すように、固体不純物６は、そのサイズに応じ
て各層２の表面に分散されて堆積するため、セラミック
フィルタの目詰まりが起こりにくくなり、長期間に渡っ
て、効率的な濾過を行うことができる。

【００１４】 本発明のセラミックフィルタにおいて
は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、平均細孔径の
最も小さい層１０が、被濾過物質の通過方向の最下流側
に配置されていてもよい。

【００１５】 この場合、濾過層は、図１（ａ）に示す
ように、基材層３、及び基材層３の一方の表面に形成さ
れ、基材層３の平均細孔径よりも小さな平均細孔径を備
えた層４からなる２層構造を有していてもよく、図１
（ｂ）に示すように、基材層３、基材層３の一方の表面
に形成され、上記基材層３の平均細孔径よりも小さな平
均細孔径を備えた層４及び上記基材層３の他方の表面に
形成され、基材層３の平均細孔径よりも大きな平均細孔
径を備えた層５からなる３層構造を有していてもよい
が、４層以上の層を有していてもよい。尚、固体不純物
を各層の表面に適度に分散でき、かつ生産コストを低減
させるという観点からは、濾過層は、２層又は３層から
成ることが好ましい。

【００１６】 又、本発明のセラミックフィルタは、図
１（ｃ）及び（ｄ）に示すように、平均細孔径の最も小
さい層１０の下流側に、その層よりも平均細孔径の大き
い１又は２以上の層を有するものであってもよい。この
場合、図１（ｃ）及び（ｄ）に示すように、平均細孔径
の最も小さい層１０の上流側に配置された層の数と、下
流側に配置された層の数が同数であり、各層の平均細孔
径が、平均細孔径の最も小さい層を基準に、上流側と下
流側の対応する層（２ａと２ａ’及び２ｂと２ｂ’）で
同じであってもよい。

【００１７】 このような構成とすることにより、本発
明のセラミックフィルタを製造する場合の作業の煩雑さ
を軽減することができ、製造効率を上げることができる
からである。即ち、基材層から成るハニカム構造体に、
目封じをする前に、基材層より平均細孔径の大きい濾過
層を形成する場合、平均細孔径の最も小さい層（この場
合は基材層）を最下流に配置しようとすると、基材層の
一方の面に濾過層を形成する際に、他方の面をマスクし
なければならず、作業が煩雑になるが、図１（ｃ）及び
（ｄ）のセラミックフィルタの場合は、マスクをせず
に、基材層から成るハニカム構造体をセラミック粒子粉
末から成るスラリーに浸漬等すればよい。又、基材層に
濾過層を形成する場合において、流体の通過方向を考慮
しなくてもよい。一方、平均細孔径の最も小さい層の下
流側に、平均細孔径の大きい濾過層が存在しても、フィ
ルターの性能に影響を与えることはない。

【００１８】 フィルタを小型化する観点からは、本発
明のセラミックフィルタをハニカムフィルタとすること
が好ましく、その場合は隔壁が濾過層として機能するた
め、隔壁が図１に示すような層構造を有することとな
る。

【００１９】 本発明のセラミックフィルタがハニカム
フィルタである場合において、基材層の厚さに特に制限
はないが、セラミックフィルタの機械的強度を保ち、か
つ単位体積当たりの濾過効率を高く維持する観点からは
２００〜１０００μｍであることが好ましい。又、基材
層表面に形成される層の厚さにも特に制限はないが、確
実に濾過を行いつつ、濾過速度を高く維持する観点から
は、３０〜３００μｍであることが好ましい。

【００２０】 本発明のセラミックフィルタにおける濾
過層の平均細孔径の値は、セラミックフィルタの用途に
より異なるが、例えば、２層構造の濾過層を備えたセラ
ミックフィルタを家庭用上水濾過器具として使用する場
合、基材層の平均細孔径を０．５〜２．０μｍ、基材層
の上流側の表面に設ける層の平均細孔径を２〜１０μｍ
とすることが、上水より雑菌、ダスト、サビ等を効果的
に除去する観点より好ましい。

【００２１】 又、３層構造の濾過層を備えたセラミッ
クフィルタを家庭用上水濾過器具として使用する場合、
基材層の平均細孔径を１〜３μｍ、基材層の上流側の表
面に設ける層の平均細孔径を５〜２０μｍ、基材層の下
流側の表面に設ける層の平均細孔径を０．２〜１．０μ
ｍとすることが、同様の理由により好ましい。尚、平均
細孔径の値は水銀圧入法にて測定した値を意味する。

【００２２】 セラミックフィルタの基材層の表面に他
の層を形成する方法としては、細孔を液体で飽和させた
多孔質基材の一端側を減圧し、他端側よりセラミック粒
子を含むスラリーを供給する動加圧真空法（特開昭６１
−２３８３１５号公報）、セラミック粒子から成る粉末
を気流中で基材の表面に付着させた後、水分を付与して
吸着させる気流コート法（特開平１０−２４９１２４号
公報）、セラミック粒子を含むスラリーを基材の表面に
接触・保持した後、排出するスラリー注入・排出法、基
材をセラミック粒子粉末から成るスラリーに浸漬するデ
ィッピング法、セラミック粒子粉末から成るスラリーを
ハニカム構造体の各セルに供給し、スラリー中の水分を
細孔内を透過させて除去することにより、セラミック粒
子をハニカム構造体の表面に付着させるスラリー直濾過
法等の公知の方法を用いるこができる。

【００２３】 本発明のセラミックフィルタは、液体、
気体中の固体不純物を除去する目的に幅広く用いること
ができ、特に、コンパクトであるため家庭用上水濾過器
具としてより好適に用いることができる。

【００２４】

【実施例】 以下、本発明を実施例を用いてさらに詳し
く説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるもの
ではない。

【００２５】（実施例１） ２層から成る濾過層を備
え、各層の平均細孔径が、被濾過物質の通過方向の上流
側に配置された層から下流側に配置された層に向かって
小さくなるようにしたセラミックフィルタを用いて家庭
用上水の濾過を行い、目詰まりのしやすさを調べた。

【００２６】 セラミックフィルタは、図２に示すよう
に、ハニカムの多数の貫通穴９の端部を上流側Ｂと下流
側Ｃとを逆に１マスごとに封じてセル７とした構造を有
するハニカムフィルタとした。ハニカムフィルタは、端
面が一辺９０ｍｍφの円である長さ２５０ｍｍの円柱と
した。又、セルピッチは２．５４ｍｍとした。濾過層と
して機能する隔壁は、平均細孔径が０．７μｍで、５０
０μｍの厚さを有する基材層、及びその表面に形成され
た、平均細孔径が５μｍで、３０μｍの厚さを有する層
から成る。尚、小さい平均細孔径を有する層は、下流側
Ｃが開口しているセルの内壁に形成した。

【００２７】 ハニカムフィルタは、ハニカム構造を有
するアルミナ製の基材に、アルミナ粉末から成るスラリ
ーを用いた直接濾過法にて、小さな平均細孔径を有する
層を形成することにより製造した。

【００２８】 上記のハニカムフィルタを家庭用の上水
道に設置して、上水を１０ｌ／分の流速にて流すことに
より上水の濾過を行った。目詰まりのしやすさは、ハニ
カムフィルタが目詰まりを起こし、濾過水の流速が濾過
開始直後の半分に低下するまでの時間を測定することに
より判断した。結果を表１に示す。

【００２９】（実施例２） ３層から成る濾過層を備
え、各層の平均細孔径が、被濾過物質の通過方向の上流
側に配置された層から下流側に配置された層に向かって
小さくなるようにしたセラミックフィルタを用いて家庭
用上水の濾過を行い、目詰まりのしやすさを調べた。

【００３０】 セラミックフィルタは、形状、寸法及び
材質が実施例１と同様のハニカムフィルタとした。ただ
し、濾過層として機能する隔壁は、平均細孔径が２μｍ
で、４３０μｍの厚さを有する基材層、その表面に形成
された、平均細孔径が０．５μｍで、１０μｍの厚さを
有する層、及び平均細孔径が１０μｍで、２００μｍの
厚さを有するもう一つの層から成る。尚、基材層よりも
小さな平均細孔径を有する層は、下流側Ｃが開口してい
るセルの内壁に形成し、基材層よりも大きな平均細孔径
を有する層は、上流側Ｂが開口しているセルの内壁に形
成した。ハニカムフィルタは、実施例１と同様に直接濾
過法にて、基材層と異なる平均細孔径を有する層を形成
することにより製造した。

【００３１】 上記のハニカムフィルタを家庭用の上水
道に設置して、実施例１と同様に上水の濾過を行い、目
詰まりのしやすさを判断した。結果を表１に示す。

【００３２】（比較例１） ２層から成る濾過層を備
え、各層の平均細孔径が、被濾過物質の通過方向の上流
側に配置された層から下流側に配置された層に向かって
大きくなるようにしたセラミックフィルタを用いて家庭
用上水の濾過を行い、目詰まりのしやすさを調べた。基
材層よりも小さな平均細孔径を有する層を、上流側Ｂが
開口しているセルの内壁に形成した点を除いては、実施
例１と同様のハニカムフィルタを用いて、実施例１と同
様に家庭用上水の濾過を行い、目詰まりのしやすさを調
べた。結果を表１に示す。

【００３３】

【表１】

【００３４】 表１より、比較例のセラミックフィルタ
では、約５６時間で、濾過水の流速が濾過開始直後の半
分に低下したのに対し、実施例２のセラミックフィルタ
では、その３倍である約１５４時間で、流速が半分に低
下しており、実施例のセラミックフィルタは、比較例の
セラミックフィルタに比べ、著しく目詰まりを起こしに
くいことがわかる。

【００３５】

【発明の効果】 本発明のセラミックフィルタは、被濾
過物質中の固体不純物による目詰まりを起こしにくいた
め、長期間に渡って、効率的な濾過を行うことができ、
液体、気体中の固体不純物を除去する目的に幅広く用い
ることができる。又、コンパクトであるため、家庭用上
水濾過器具としてより好適に用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のセラミックフィルタにおける濾過層
の（ａ）一例、（ｂ）他の例、（ｃ）及び（ｄ）さらに
他の例を示す断面図である。

【図２】 ハニカムフィルタの一般的構成を示す斜視図
である。

【図３】 従来のセラミックフィルタにおける濾過層の
一例を示す断面図である。

【図４】 本発明のセラミックフィルタにおける固体不
純物の堆積の態様を示す模式断面図である。

【符号の説明】

１…濾過層、２…層、３…基材層、４…平均細孔径が基
材層よりも小さな層、５…平均細孔径が基材層よりも大
きな層、６…固体不純物、７…セル、８…隔壁、９…貫
通穴、１０…平均細孔径の最も小さい層。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平均細孔径の異なる複数の層から成る濾
   過層を備えたセラミックフィルタであって、 各層の平均細孔径が、被濾過物質の通過方向の最上流側
   に配置された層から、平均細孔径の最も小さい層にかけ
   て小さくなることを特徴とするセラミックフィルタ。
2. 【請求項２】 平均細孔径の最も小さい層が、被濾過物
   質の通過方向の最下流側に配置された請求項１に記載の
   セラミックフィルタ。
3. 【請求項３】 該濾過層が、基材層、及び該基材層の一
   方の表面に形成され、該基材層の平均細孔径よりも小さ
   な平均細孔径を備えた層からなる２層構造を有する請求
   項２に記載のセラミックフィルタ。
4. 【請求項４】 該濾過層が、基材層、該基材層の一方の
   表面に形成され、該基材層の平均細孔径よりも小さな平
   均細孔径を備えた層及び該基材層の他方の表面に形成さ
   れ、該基材層の平均細孔径よりも大きな平均細孔径を備
   えた層からなる３層構造を有する請求項２に記載のセラ
   ミックフィルタ。
5. 【請求項５】 平均細孔径の最も小さい層の下流側に、
   その層よりも平均細孔径の大きい１又は２以上の層を有
   する請求項１に記載のセラミックフィルタ。
6. 【請求項６】 平均細孔径の最も小さい層の上流側に配
   置された層の数と、下流側に配置された層の数が同数で
   あり、 各層の平均細孔径が、平均細孔径の最も小さい層を基準
   に、上流側と下流側の対応する層で同じである請求項５
   に記載のセラミックフィルタ。
7. 【請求項７】 ハニカムフィルタである請求項１〜６の
   いずれか１項に記載のセラミックフィルタ。
8. 【請求項８】 被濾過物質が液体である請求項１〜７の
   いずれか１項に記載のセラミックフィルタ。
9. 【請求項９】 家庭用上水濾過器具である請求項８に記
   載のセラミックフィルタ。