JP2001062264A

JP2001062264A - 濾過膜とその製造方法

Info

Publication number: JP2001062264A
Application number: JP24597899A
Authority: JP
Inventors: Heiichi Koide; 平一小出; Toshio Okabe; 俊男岡部
Original assignee: TAIRA GIKEN KK
Current assignee: TAIRA GIKEN KK
Priority date: 1999-08-31
Filing date: 1999-08-31
Publication date: 2001-03-13

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】取扱い性と生産性に優れ、所定の濾過性能を
持つ濾過膜を製造する。【解決手段】合成樹脂膜体の一方の表面から微細な凹
部４ａが多数分散して配置され、この凹部４ａの底面ｆ
が薄膜状に形成されて濾過部分Ｆを構成し、更にこの凹
部４ａの周囲は肉厚部分Ｎで囲まれ、この肉厚部分Ｎに
より合成樹脂膜体を保持する強度を与えられている濾過
膜。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のガス体を混
合させた混合ガス体の中からある種のガス体をを分離す
る場合、また、液体中に溶存している酸素等のガス体を
分離したりする場合、更に、液体中からある種の混合物
を分離する場合に使用する濾過膜とその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば海水中から酸素を分離して取出す
ように、液体中からガス体を分離するような場合、ある
いは室内の空気中から炭酸ガスを分離するように複数の
ガスからある種のガスを分離する場合、また、血液中か
ら赤血球または白血球等を選択的に分離するように液体
中に混合されている微小な物体を分離するような場合、
あるいはアルコール製品の製造工程において蒸発するア
ルコールを含んだ気体中からアルコールを分離するよう
な場合のように、分子レベルの混合体から一種のガス体
を分離する際に精密な濾過膜あるいは分離膜が使用され
ている。

【０００３】この精密な濾過膜は、例えば薄い耐蝕性の
金属板にプラズマ処理によって微細な孔をあけたものが
濾過装置に組込まれて使用されている。しかし、この金
属薄板を使用した濾過膜においてはドリルで孔あけした
ものでは孔の直径が大きいことから、プラズマ処理した
ものが使用されるが、このプラズマ処理には溶融による
穿孔の制約があり、血液等の液体の濾過には使用されで
きるが、ガス体を濾過する用途には不適当なものであ
る。

【０００４】また、金属の微細な粉粒体の集合体である
多孔性の金属もオイル等の液体の濾過体として使用され
ているが、これの微細な孔径が大きいこと、孔径の調節
が困難であることからガス体の分離膜としては不適当で
ある。

【０００５】一方、ガス体を分離する膜体としては、ポ
リエチレン系化合物やフッ素樹脂系化合物や合成ゴムや
シリコーン樹脂系化合物を使用したシート状物がある。
この分離膜は、合成樹脂によって薄い膜を製造し、この
膜に自然に形成されている分子的な微細孔を利用して濾
過するものである。

【０００６】このガス体の分離膜として有用なものには
シリコーン樹脂系化合物があるが、このシリコーン樹脂
系化合物にガス透過性を持つようにするためには１００
μｍあるいはそれ以下にすることが必要である。

【０００７】

【発明が解決すべき課題】しかし、濾過装置として必要
な面積を持ち、必要な厚さである１００μｍあるいはそ
れ以下の薄い膜体を、金型を利用して成形することは極
めて困難である。即ち、成形後にこの薄膜体を金型より
分離しようとしても付着力が大きく、無理に剥がすと破
れてしまう。つまり、このシリコーン樹脂系化合物のシ
リコーンゴムなどでも薄膜はあまりにも薄いことから成
形自体が困難である上に、成形後にこの薄膜に力を加え
ると金型との付着力が大きいので、簡単に破れてしまう
という欠点がある。

【０００８】更に、このように薄いシリコーンゴム等を
分離装置に取付けようとしても、取扱中に破れてしま
い、分離装置の組立てが困難となる。そしてこの分離装
置に装着してあるシリコンゴム等の薄膜体が破れた際に
これを交換しようとすると、更にその作業が困難を極め
る上に、耐久性も弱いという問題がある。

【０００９】これらの問題点を改善してシリコーン樹脂
系化合物の薄膜体を作る方法として、以前からシリコー
ン樹脂系化合物単体での薄膜ではなしに、プラズマを利
用して中空糸状ポリスルフオンなどの多孔質支持体上に
シリコーン樹脂系化合物のプラズマ重合膜を作り、ガス
分離膜として使用されている。

【００１０】この方法で得られた濾過膜体は支持体に強
度があることから取扱性には問題はないが、しかし、こ
のような重合膜は支持体がなければ成形ができず、形
状、大きさが支持体に依存することや、支持体表面の微
細孔の影響を受けてしまうこと、また、厚みの制御が困
難であるなどの問題がある。

【００１１】そこで本発明の第１の目的は、通常の金型
を使ったコンプレッション成形などで、容易に支持体な
しにガス透過性を持つ濾過膜を提供することにある。

【００１２】第２の目的は、手で取扱いができるガス透
過性を持つ濾過膜を提供することにある。そして第３の
目的は、耐久性に優れた濾過膜を提供することにある。

【００１３】第４の目的は、生産性に優れたガス透過性
を持つ濾過膜を製造する方法を提供することにある。更
に第５の目的は、要求されるガス透過性に合わせて容易
に濾過膜厚を変えることができる製造方法を提供するこ
とにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明に係る濾過膜とその製造方法は次のように構成
されている。

【００１５】１）本発明に係る濾過膜は、合成樹脂膜体
の一方の表面から微細な凹部が多数分散して配置され、
この凹部の底面が薄膜状に形成されて濾過部分を構成
し、更にこの凹部の周囲は肉厚部分で囲まれ、この肉厚
部分により合成樹脂膜体を保持する強度を与えられてい
ることを特徴としている。

【００１６】２）この濾過膜は、合成樹脂膜体の一方の
表面から微細な凹部を突入形成し、この凹部の底面に形
成された薄膜状の濾過部分は他方の表面側にも形成され
ていることを特徴としている。

【００１７】３）前記凹部は平面的な円形であり、規則
的に配列されていることを特徴としている。

【００１８】４）合成樹脂膜体の両面より凹部が突入形
成された前記膜体の厚さの中間部分に薄膜状の濾過部分
が形成されていることを特徴としている。

【００１９】５）合成樹脂がシリコーン系ン樹脂であ
り、凹部の底面に形成されている薄膜部分がガス透過性
と分離性を有し、前記底面の周囲の肉厚部分はガスを透
過しない厚さを有していることを特徴としている。

【００２０】６）凹部の底部に形成されている薄膜部の
厚みを変えることによりガス透過性と分離性を変えるこ
とができることを特徴としている。

【００２１】７）表面に微細な凸部を分散した第１の金
型と、表面がほぼ平坦な金型により、前記第１の金型の
凸部と第２の金型の表面との間に成形された薄膜状の部
分がガス透過性と分離性を有する厚さを有する間隙で対
向させ、前記間隙内に溶融した合成樹脂を充填すること
を特徴としている。

【００２２】本発明に係る濾過膜は、合成樹脂膜体の全
体の厚さを、濾過部分として機能する厚さとするのでは
なく、この合成樹脂膜体の全体を成形や装置への取付け
や濾過膜の交換し易いような厚さとする。そしてこの合
成樹脂膜体に濾過部分を分散して配置し、この濾過部分
を極薄としてガス体の濾過機能を与えたことを特徴とし
ている。

【００２３】この濾過部分は小面積であり、しかもこの
濾過部分の周囲の合成樹脂膜体の厚さを取扱性を考慮し
て前記濾過部分より遙かに厚く形成しているので、恰も
濾過部分は合成樹脂膜体を枠として支持した構造を有し
ており、従って、この濾過膜の取扱性には全く問題がな
く、そして濾過膜の全体より小面積となるが、所定の厚
さに形成された濾過部分を通じてガス体を効率的に濾過
することができるのである。

【００２４】このように、本発明に係る濾過膜は、ガス
体を濾過するのに必要な厚さの部分を分散させ、その周
囲を合成樹脂膜体によって支持していることから、成形
工程や装置への組立工程、そして装置の修理工程におけ
る取扱性に著しく優れている上に、必要とする極薄膜構
造の部分を簡単に要求される厚さに形成することができ
るのである。

【００２５】本発明に係る濾過膜は主として混合ガスか
ら一種類あるいは複数種類のガス体を分離する場合に好
適に使用される。

【００２６】しかし、前記のように本発明に係る濾過膜
は濾過部分の厚さを任意に調節することによって分離す
る流体の分離機能を調節して適合させる能力を持ってい
るので、前記のように混合ガスの分離は勿論であるが、
２種類以上の液体の混合流体から１種あるいは複数種の
液体の分離、液体中に混合している微細な固形あるいは
柔軟な物体の粒子の分離、液体中からの気体の分離、具
体的には人工エラや人工肺等の装置に使用することがで
きる。

【００２７】また、皮膚のように表面層を形成し、その
表面層を通じて汗のような流体を滲出させるような人工
皮膚の用途や、人工透析膜のような分離膜等、分子のよ
うな微細なものを分離する膜として利用することができ
るものである。

【００２８】

【発明の実施の形態】次に図面を参照して本発明の実施
の形態を説明する。

【００２９】図１は金型を製造する電極１の拡大断面図
で、黒鉛電極材にΦ０．３mmのドリルを使用してピッチ
Ｐが０．４mm、直径ｄ1が０．３mmの多数の孔部２を碁
盤目状に正確に穿孔して電極１を作成する。

【００３０】前記のように構成した電極１を使用して、
図２に示す如く型鋼の表面に放電加工を行なって前記孔
部２に見合った位置に直径ｄが０．２mm、高さｈが０．
２mmでピッチＰが０．４mmで碁盤目状に１５０mm×１５
０mmの広さで配置された突起４を金型の表面に有する第
１の金型５を製作した。

【００３１】更に図３に示す如く別の型鋼の表面に高さ
０．０５mmで１５０mm×１５０mmの凸部を作り、その表
面を腐食加工により微細でランダムな高さ０．０５mmの
溝部６を作ることにより金型の表面に微細な凸部を有す
る第２の金型８を製作した。

【００３２】図２及び図３に示した第１の金型５と第２
の金型８を成形機に図４の状態で装着し、樹脂材料とし
てシリコーンゴム（ワッカーケミカルズ社製、Ｒ−４２
０−４０）を使用し、これをシート状の粗材とした後に
コンプレッション成形（押圧成形）により成形した。

【００３３】図５は前記のようにして得られた濾過膜１
０を断面図であって、一方の面に深さｈが 0.2mmで直径
ｄが０．２mmの凹部４ａが碁盤目状に形成され、他方の
面側に微細突起１１が形成されている。

【００３４】前記シリコーンゴム製の濾過膜１０に形成
された微細突起１１の高さａは０．０５mm、第１の金型
の突起４で形成された凹部４ａとは反対の面側から前記
凹部４ａの底までの距離ｂは、０．１mm、濾過膜１０の
全体の厚さｃが０．３mmであった。

【００３５】前記濾過膜１０の濾過作用を発揮する部分
は、図４で矢印で示す凹部４ａの底面ｆを形成する部分
の薄膜部Ｆであって、この薄膜部Ｆの厚さ（ｂ−ａ）が
濾過部分の厚さを形成している。この薄膜部Ｆの厚さ
（ｂ−ａ）は第２の金型８の突起部の高さａを変えるこ
とにより容易に薄膜部Ｆの厚さ（ｂ−ａ）を変更するこ
とができる。

【００３６】また、この薄膜部Ｆの周囲の肉厚部分Ｎ
は、濾過作用に関与しないが、薄膜部Ｆの周囲を保護す
る機能を有しており、この構造は、恰も肉厚部分Ｎを額
縁とし、この額縁内に支持されたキャンバスのようなも
ので、このキャンバスが濾過機能を持った薄膜を構成し
ている。そしてこの薄膜部Ｆの全面積に占める割合は約
２０％である。

【００３７】図６（Ａ）は本発明に係る濾過膜１０を斜
視図であって、合成樹脂膜体を形成している肉厚部分Ｎ
に凹部４ａが正確な碁盤目配列で分散されている。

【００３８】図６（Ｂ）は凹部４ａを小判形としてその
底部に形成される薄膜部Ｆの面積を広くしたものであっ
て、図６（Ａ）の構造のものよりも濾過能力を高めるこ
とができる。

【００３９】また、図６（Ｃ）のように凹部４ａを十字
形にしり、あるいは平面的に四角形の凹部４ａを千鳥形
に配置することによってこの薄膜部Ｆの全面積を占める
割合を高めることにより容易に濾過能力を高めることが
できる。

【００４０】図７は混合したガス体の分離装置２０の断
面図であって、混合ガス体Ｇの供給管２２と排出管２２
ａを設けた容器状の本体２１と、分離したガス体ｇの排
出管２２ｂを設けた本体２１との接合面に金網状の支持
体２５，２６の間に本発明に係る濾過膜１０を挟み込
む。

【００４１】そして排出管２２ａに接続されている真空
ポンプ２７で本体２１内を減圧すると、この本体２１に
充満されている混合ガス体Ｇが、前記濾過膜１０を経由
して濾過分離される。この濾過膜１０の薄膜部Ｆの濾過
特性によって分離されたガス体ｇのみが本体２１の分離
質２１ｂ側に移動し、そして真空ポンプ２７により排出
管２２ｂより排出されることになる。

【００４２】図８は濾過膜１０に形成する各種の凹部４
ａと第２の金型８により形成される薄膜部Ｆの断面形状
を示すもので、（Ａ）図は平坦な面を有するもの、
（Ｂ）図は微細な凹凸面１１ａを形成したもの、（Ｃ）
図は薄膜部Ｆの厚さを調節するために凹部４ａと反対側
に凹部１１ｂを形成したものをそれぞれ示している。

【００４３】ガス透過試験（実験例１）図５に示した断面構造を有するシリコーン
ゴムシート製の濾過膜１０を使用して、財団法人化学
品検査協会において「ＪＩＳＰ８１１７」で規定さ
れた透気度試験を、室温２３℃の室内で行った結果、透
気度（秒）は１８００以上と、透気性は無く多孔質では
無いことが分かった。（ガス透過試験２）前記実験例１から透気度は無いこと
が分かったことから、同様のシリコーンゴム製のシート
濾過膜１０を使用して同検査協会において、「ＡＳＴＭ
Ｄ１４３４」に準拠した方法で、室温２３℃において
ガス透過試験（測定ガス：空気）を行ったところ、次の
結果が得られた。

【００４４】

【表１】この試験結果は「ＡＳＴＭＤ１４３４」準拠した試験
において測定限界を超える数値となった。

【００４５】この結果から、図５に示した断面構造を有
するシリコーンゴム製のシート濾過膜１０は、透気と透
過の中間の性状を持つことが分かる。つまり、普通の繊
維のような空孔がないためガスが自由に通過はしない
が、その高い透過性により普通の透過膜が必要とする圧
力差よりも、僅かな圧力差でガスを透過してしまうと言
う期待以上のガス透過性を得ることができた。

【００４６】なお、このシリコーンゴム製のシート濾過
膜１０のガス透過性を低下させるためには、図５で示し
た薄膜部Ｆの厚さ（ｂ−ａ）を厚くすることにより容易
にガス透過性を低下させることができる。

【００４７】このように、本発明による製造方法によっ
て作られた濾過膜は現有の濾過膜以上のガス透過性を有
するとともに、ガス体を分離する濾過膜として十分に使
用できることが確認された。

【００４８】

【発明の効果】本発明に係る濾過膜は、シリコーン樹脂
系化合物の如き合成樹脂膜体の一方の表面から微細な凹
部を多数分散して配置し、この凹部の底面が薄膜状に形
成されて濾過部分を構成し、更にこの凹部の周囲は肉厚
部分で囲まれ、この肉厚部分により合成樹脂膜体を保持
する強度を与えられていることに特徴がある。

【００４９】従って、必要とする濾過性能を持つ部分は
凹部の底面に形成され、この凹部の周囲の部分は取扱い
で容易になる厚さを有していることから、成形工程にお
ける金型面からの脱型が容易であり、また、濾過装置に
取付ける操作も極めて容易に行うことができる。

【００５０】また、支持体を使用しての成形ではないの
で、大きさ、形状の制約が少ない濾過膜を製造すること
ができる。

【００５１】また、濾過性能を持つ薄膜部は小面積であ
り、しかも肉厚部分に囲まれているので、この薄膜部が
十分に保護されており、生産性、取扱性、そして耐久性
に優れた濾過膜を提供することができる。

【００５２】特に、薄膜部が小面積であることから、従
来の方法では得られなかったような薄い膜を金型を使用
して成形することができる。また、容易に薄膜部分の厚
さを変えることが可能であり、透過性及びガス分離性を
制御することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の金型を製作するための電極の拡大断面図
である。

【図２】第１の金型を電蝕加工によって製作している状
態を示す図である。

【図３】第２の金型の拡大断面図である。

【図４】成形機に取付けられた金型の状態を示す説明図
である。

【図５】本発明によって得られたガス濾過膜を拡大した
説明用断面図である。

【図６】（Ａ）は円形の凹部を有する濾過膜の斜視図、
（Ｂ）は小判形の凹部を有する濾過膜の斜視図、（Ｃ）
は十字形の凹部の斜視図である。

【図７】本発明に係る濾過膜を使用したガス分離装置の
断面図である。

【図８】（Ａ）は表面が平坦な濾過膜の拡大断面、
（Ｂ）は表面に波形の凹凸を設けた濾過膜の拡大断面
図、（Ｃ）は表面に窪みを形成して薄膜部の厚さを調節
するようにした濾過膜の拡大断面図である。

【符号の説明】

１電極２孔４突起４ａ凹部５第１の金型６小突起８第２の金型１０濾過膜２０分離装置２１本体２２ガス体供給管２２ａ排出管２５，２６支持体２７真空ポンプＦ薄膜部ｆ底面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4D006 GA32 GA41 HA41 KA63 KE08Q MA03 MA30 MA31 MA40 MB03 MC65X NA50 NA73 PB20 PC41 PC48

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】合成樹脂膜体の一方の表面から微細な凹
部が多数分散して配置され、この凹部の底面が薄膜状に
形成されて濾過部分を構成し、更にこの凹部の周囲は肉
厚部分で囲まれ、この肉厚部分により合成樹脂膜体を保
持する強度を与えられている濾過膜。
【請求項２】合成樹脂膜体の一方の表面から微細な凹
部を突入形成されてこの凹部の底面に形成された薄膜状
の濾過部分は他方の表面側にも形成されている請求項１
記載の濾過膜。
【請求項３】前記凹部は平面的が円形であり、規則的
に配列されている請求項１記載の濾過膜。
【請求項４】合成樹脂膜体の両面より凹部が突入形成
された前記膜体の厚さの中間部分に薄膜状の濾過部分に
形成されている請求項１記載の濾過膜。
【請求項５】合成樹脂がシリコン系樹脂であり、凹部
の底面に形成されている薄膜部分がガス透過性と分離性
を有し、前記底面の周囲の肉厚部分はガスを透過しない
厚さを有している請求項１記載の濾過膜。
【請求項６】凹部の底部に形成されている薄膜部の厚
みを変えることによりガス透過率と分離性を変えること
ができる請求項１記載の濾過膜。
【請求項７】表面に微細な凸部を分散した第１の金型
と、表面がほぼ平坦な第２の金型により、前記第１の金
型の凸部と第２の金型の表面との間に成形された薄膜状
の部分がガス透過性と分離性を有する厚さを有する間隙
で対向させ、前記間隙内に溶融した合成樹脂を充填する
ことを特徴とする濾過膜の製造方法。