JP2003305346A - 分離膜積層体の製造方法および分離膜積層体を用いた部品の製造方法 - Google Patents
分離膜積層体の製造方法および分離膜積層体を用いた部品の製造方法Info
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- JP2003305346A JP2003305346A JP2002109709A JP2002109709A JP2003305346A JP 2003305346 A JP2003305346 A JP 2003305346A JP 2002109709 A JP2002109709 A JP 2002109709A JP 2002109709 A JP2002109709 A JP 2002109709A JP 2003305346 A JP2003305346 A JP 2003305346A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】支持体と分離膜体の接合面などでの合金層形成
などの悪影響を排除もしくは軽減しうるような、透過層
と分離層を積層してなる分離膜体と支持体とを積層して
なる分離膜積層体の製造方法および分離膜積層体を用い
た部品の製造方法の提供。 【解決手段】透過層２２と分離層２８を積層してなる分
離膜体１０と支持体２６とを積層してなる分離膜積層体
１２の製造において、分離膜積層体１２の少なくとも１
つの接合面を、接合されるそれぞれの面を活性化処理し
た後、活性化処理面同士が対向するように当接して重ね
合わせて、積層接合することにより分離膜積層体１２を
製造する。分離膜積層体１２の支持体にエッチング加工
などを施して開口接合材３０を製造して分離膜部品と
し、またはメッシュ板３４や基台３６を積層して分離膜
ユニット３２として、水素分離装置などに適用する。
などの悪影響を排除もしくは軽減しうるような、透過層
と分離層を積層してなる分離膜体と支持体とを積層して
なる分離膜積層体の製造方法および分離膜積層体を用い
た部品の製造方法の提供。 【解決手段】透過層２２と分離層２８を積層してなる分
離膜体１０と支持体２６とを積層してなる分離膜積層体
１２の製造において、分離膜積層体１２の少なくとも１
つの接合面を、接合されるそれぞれの面を活性化処理し
た後、活性化処理面同士が対向するように当接して重ね
合わせて、積層接合することにより分離膜積層体１２を
製造する。分離膜積層体１２の支持体にエッチング加工
などを施して開口接合材３０を製造して分離膜部品と
し、またはメッシュ板３４や基台３６を積層して分離膜
ユニット３２として、水素分離装置などに適用する。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、分離層と透過層を
積層してなる分離膜体と、支持体とを積層してなる分離
膜積層体の製造方法、および分離膜積層体を用いた部品
の製造方法に関する。
積層してなる分離膜体と、支持体とを積層してなる分離
膜積層体の製造方法、および分離膜積層体を用いた部品
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、燃料電池システムの開発が進むに
つれて、高純度水素を得るための改質器用途に水素分離
膜を用いた水素分離装置が注目されてきており、これに
適用される各種の水素分離部品が提案されている。例え
ば、特開平７−１２４４５３号公報では、金属支持体に
電気メッキ法を用いて水素分離膜を積層させて、エッチ
ング法を用いて前記金属支持体に多数の細孔を設けるこ
とにより水素分離部品を形成している。しかしながら水
素分離膜を形成させる際に高温での熱処理を必要として
いるため、金属支持体と水素分離膜との間に合金層を形
成する恐れがあり、エッチング加工による開口部の加工
精度の低下などの問題があった。
つれて、高純度水素を得るための改質器用途に水素分離
膜を用いた水素分離装置が注目されてきており、これに
適用される各種の水素分離部品が提案されている。例え
ば、特開平７−１２４４５３号公報では、金属支持体に
電気メッキ法を用いて水素分離膜を積層させて、エッチ
ング法を用いて前記金属支持体に多数の細孔を設けるこ
とにより水素分離部品を形成している。しかしながら水
素分離膜を形成させる際に高温での熱処理を必要として
いるため、金属支持体と水素分離膜との間に合金層を形
成する恐れがあり、エッチング加工による開口部の加工
精度の低下などの問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の技術的
問題に鑑みて、支持体と分離膜体との接合面での合金層
形成などの悪影響を排除もしくは軽減しうるような、分
離層と透過層を積層してなる分離膜体と、支持体とを積
層してなる分離膜積層体の製造方法、および分離膜積層
体を用いた部品の製造方法を提供することを課題とす
る。
問題に鑑みて、支持体と分離膜体との接合面での合金層
形成などの悪影響を排除もしくは軽減しうるような、分
離層と透過層を積層してなる分離膜体と、支持体とを積
層してなる分離膜積層体の製造方法、および分離膜積層
体を用いた部品の製造方法を提供することを課題とす
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】前記課題に対する第１の
解決手段として本発明の分離膜積層体の製造方法は、分
離層と透過層を積層してなる分離膜体と、支持体とを積
層してなる分離膜積層体の製造方法であって、分離膜積
層体の少なくとも１つの接合面を、接合されるそれぞれ
の面を活性化処理した後、活性化処理面同士が対向する
ように当接して重ね合わせて積層接合する方法とした。
また好ましくは前記活性化処理が、不活性ガス雰囲気中
でグロー放電を行わせて、前記接合されるそれぞれの面
をスパッタエッチング処理する方法とした。
解決手段として本発明の分離膜積層体の製造方法は、分
離層と透過層を積層してなる分離膜体と、支持体とを積
層してなる分離膜積層体の製造方法であって、分離膜積
層体の少なくとも１つの接合面を、接合されるそれぞれ
の面を活性化処理した後、活性化処理面同士が対向する
ように当接して重ね合わせて積層接合する方法とした。
また好ましくは前記活性化処理が、不活性ガス雰囲気中
でグロー放電を行わせて、前記接合されるそれぞれの面
をスパッタエッチング処理する方法とした。
【０００５】前記課題に対する第２の解決手段として本
発明の部品の製造方法は、分離層と透過層を積層してな
る分離膜体と、支持体とを積層してなる分離膜積層体を
用いた方法とした。
発明の部品の製造方法は、分離層と透過層を積層してな
る分離膜体と、支持体とを積層してなる分離膜積層体を
用いた方法とした。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の製造方法を説明
する。図２は、本発明の製造方法を用いた分離膜積層体
１２の一実施形態を示す概略断面図であり、透過層２２
の片面に分離層２８を積層してなる分離膜体１０に支持
体２６を積層接合してなる例を示している。また図１
は、本発明の製造方法に用いる分離膜体１０の一実施形
態を示す概略断面図であり、透過層２２の片面に分離層
２８を積層してなる例を示している。なお分離膜体１０
は、透過層２２に蒸着などの積層方法により分離層２８
を形成することなどで製造することができる。
する。図２は、本発明の製造方法を用いた分離膜積層体
１２の一実施形態を示す概略断面図であり、透過層２２
の片面に分離層２８を積層してなる分離膜体１０に支持
体２６を積層接合してなる例を示している。また図１
は、本発明の製造方法に用いる分離膜体１０の一実施形
態を示す概略断面図であり、透過層２２の片面に分離層
２８を積層してなる例を示している。なお分離膜体１０
は、透過層２２に蒸着などの積層方法により分離層２８
を形成することなどで製造することができる。
【０００７】支持体２６の材質としては、分離膜積層体
１２を製造可能であり、分離膜積層体を用いた部品を充
分に支持しうる強度などを有する素材で、エッチング加
工が可能であれば特にその種類は限定されず、分離膜積
層体１２の用途により適宜選択して用いることができ
る。例えば、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル基合
金、銅合金、鉄ニッケル合金などを適用することができ
る。分離膜積層体１２の用途が水素分離装置などであれ
ば、支持体２６としてはステンレス鋼などを適用するこ
とができる。また支持体２６の厚みは、１０〜５００μ
ｍが好ましい。１０μｍ未満では充分な強度を維持する
ことが難しく、５００μｍを超えるとエッチング加工に
向かなくなるとともに重くなり過ぎる。
１２を製造可能であり、分離膜積層体を用いた部品を充
分に支持しうる強度などを有する素材で、エッチング加
工が可能であれば特にその種類は限定されず、分離膜積
層体１２の用途により適宜選択して用いることができ
る。例えば、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル基合
金、銅合金、鉄ニッケル合金などを適用することができ
る。分離膜積層体１２の用途が水素分離装置などであれ
ば、支持体２６としてはステンレス鋼などを適用するこ
とができる。また支持体２６の厚みは、１０〜５００μ
ｍが好ましい。１０μｍ未満では充分な強度を維持する
ことが難しく、５００μｍを超えるとエッチング加工に
向かなくなるとともに重くなり過ぎる。
【０００８】分離層２８の材質としては、分離膜積層体
１２を製造可能であり、目的とするガスや液体などの分
離物質を充分に分離しうる素材であれば特にその種類は
限定されず分離膜積層体１２の用途により適宜選択して
用いることができる。分離膜積層体１２の用途が水素分
離装置などであれば、分離層２８としては、パラジウ
ム、パラジウムを含む合金（例えばパラジウム・銀合
金、パラジウム・ホルミウム合金、パラジウム・ガドリ
ニウム合金など）、ジルコニウム・ニッケル合金などを
適用することができる。分離層２８は、板材でもよい
し、メッキや蒸着などによる膜材であってもよいし、ア
モルファスであってもよいし、複数層の分離層からなる
積層体であってもよい。また分離層２８の厚みは、０．
１〜１００μｍが好ましい。０．１μ未満ではピンホー
ルを生じやすくなり、１００μｍを超えるとガスの分離
効率が低下したり重くなり過ぎる。より好ましくは、１
〜２０μｍである。
１２を製造可能であり、目的とするガスや液体などの分
離物質を充分に分離しうる素材であれば特にその種類は
限定されず分離膜積層体１２の用途により適宜選択して
用いることができる。分離膜積層体１２の用途が水素分
離装置などであれば、分離層２８としては、パラジウ
ム、パラジウムを含む合金（例えばパラジウム・銀合
金、パラジウム・ホルミウム合金、パラジウム・ガドリ
ニウム合金など）、ジルコニウム・ニッケル合金などを
適用することができる。分離層２８は、板材でもよい
し、メッキや蒸着などによる膜材であってもよいし、ア
モルファスであってもよいし、複数層の分離層からなる
積層体であってもよい。また分離層２８の厚みは、０．
１〜１００μｍが好ましい。０．１μ未満ではピンホー
ルを生じやすくなり、１００μｍを超えるとガスの分離
効率が低下したり重くなり過ぎる。より好ましくは、１
〜２０μｍである。
【０００９】透過層２２の材質としては、分離膜積層体
１２を製造可能であり、目的とするガスや液体などの透
過物質を充分に透過しうる素材であれば特にその種類は
限定されず分離膜積層体１２の用途により適宜選択して
用いることができる。分離膜積層体１２の用途が水素分
離装置などであれば、透過層２２としては、タンタル、
ニオブ、バナジウムやこれらを少なくとも１種類含む合
金などを適用することができる。透過層２２は、板材で
もよいし、メッキや蒸着などによる膜材であってもよい
し、アモルファスであってもよいし、複数層の透過層か
らなる積層体であってもよい。また透過層２２の厚み
は、５〜５００μｍが好ましい。５μ未満では充分な強
度を維持することが難しく、５００μｍを超えると重く
なり過ぎる。より好ましくは、１０〜１５０μｍであ
る。
１２を製造可能であり、目的とするガスや液体などの透
過物質を充分に透過しうる素材であれば特にその種類は
限定されず分離膜積層体１２の用途により適宜選択して
用いることができる。分離膜積層体１２の用途が水素分
離装置などであれば、透過層２２としては、タンタル、
ニオブ、バナジウムやこれらを少なくとも１種類含む合
金などを適用することができる。透過層２２は、板材で
もよいし、メッキや蒸着などによる膜材であってもよい
し、アモルファスであってもよいし、複数層の透過層か
らなる積層体であってもよい。また透過層２２の厚み
は、５〜５００μｍが好ましい。５μ未満では充分な強
度を維持することが難しく、５００μｍを超えると重く
なり過ぎる。より好ましくは、１０〜１５０μｍであ
る。
【００１０】分離膜体１０は、透過層２２に適切な積層
手段により分離層２８を形成することなどで製造するこ
とができる。積層手段には、分離膜積層体の用途などに
より、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタリング、真空蒸着、イオン
プレーティングなどの乾式製膜手段や、電気めっき、無
電解めっきなどの湿式製膜手段から適宜選択して用いる
ことができる。また後述する活性化接合法を用いること
によっても製造することが可能である。分離膜体が分離
層１層のみからなる場合には、機械的強度などの制約か
ら、分離能力を十分に確保しうる程度以上の分離層厚み
を要するのに対し、分離膜体が分離層と透過層の２つの
異なった機能層からなる場合には、それぞれに好適な材
料を選択し組み合わせることで、分離膜体の性能やコス
トなどを改善することが可能である。例えば、分離層材
料が高価な場合、分離能力が十分に確保しうる範囲で分
離層の層厚みを薄くして、比較的安価な透過層と積層す
ることで、分離能力を落とすことなく分離膜体のコスト
の抑制を図ることができる。同様に分離層の透過速度が
遅い場合は、分離能力が十分に確保しうる範囲で分離層
厚みを薄くして、比較的透過速度の速い透過層と積層す
ることにより分離膜体の実効的な透過速度の向上を図る
ことができる。また透過層は分離層の機械的な補強材と
して利用することができる。なお分離膜体は、透過層と
分離層を複数積層した積層体であってもよい。
手段により分離層２８を形成することなどで製造するこ
とができる。積層手段には、分離膜積層体の用途などに
より、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタリング、真空蒸着、イオン
プレーティングなどの乾式製膜手段や、電気めっき、無
電解めっきなどの湿式製膜手段から適宜選択して用いる
ことができる。また後述する活性化接合法を用いること
によっても製造することが可能である。分離膜体が分離
層１層のみからなる場合には、機械的強度などの制約か
ら、分離能力を十分に確保しうる程度以上の分離層厚み
を要するのに対し、分離膜体が分離層と透過層の２つの
異なった機能層からなる場合には、それぞれに好適な材
料を選択し組み合わせることで、分離膜体の性能やコス
トなどを改善することが可能である。例えば、分離層材
料が高価な場合、分離能力が十分に確保しうる範囲で分
離層の層厚みを薄くして、比較的安価な透過層と積層す
ることで、分離能力を落とすことなく分離膜体のコスト
の抑制を図ることができる。同様に分離層の透過速度が
遅い場合は、分離能力が十分に確保しうる範囲で分離層
厚みを薄くして、比較的透過速度の速い透過層と積層す
ることにより分離膜体の実効的な透過速度の向上を図る
ことができる。また透過層は分離層の機械的な補強材と
して利用することができる。なお分離膜体は、透過層と
分離層を複数積層した積層体であってもよい。
【００１１】分離膜積層体１２は、透過層２２と分離層
２８を積層してなる分離膜体１０と、支持体２６とを積
層接合してなるものであって、以下に説明する活性化接
合法を用いることによって製造することができる。図７
に示すように、真空槽５２内において、巻き戻しリール
６２に設置された分離膜体１０を形成する分離層２８側
の支持体２６との接合予定面側を、活性化処理装置７０
で活性化処理する。同様にして巻き戻しリール６４に設
置された支持体２６の分離層２８との接合予定面側を、
活性化処理装置８０で活性化処理する。
２８を積層してなる分離膜体１０と、支持体２６とを積
層接合してなるものであって、以下に説明する活性化接
合法を用いることによって製造することができる。図７
に示すように、真空槽５２内において、巻き戻しリール
６２に設置された分離膜体１０を形成する分離層２８側
の支持体２６との接合予定面側を、活性化処理装置７０
で活性化処理する。同様にして巻き戻しリール６４に設
置された支持体２６の分離層２８との接合予定面側を、
活性化処理装置８０で活性化処理する。
【００１２】活性化処理は、以下のようにして実施す
る。すなわち、真空槽５２内に装填された支持体２６、
分離膜体１０を形成する透過層２２側をそれぞれアース
接地された一方の電極Ａと接触させ、絶縁支持された他
の電極Ｂとの間に、１０〜１×１０−３Ｐａの極低圧不
活性ガス雰囲気中で、１〜５０ＭＨｚの交流を印加して
グロー放電を行わせ、グロー放電によって生じたプラズ
マ中に露出される電極Ａと接触した支持体２６、分離膜
体１０を形成する分離層２８側のそれぞれの面積が、実
効的に電極Ｂの面積の１／３以下となるようにスパッタ
エッチング処理する。不活性ガスとしては、アルゴン、
ネオン、キセノン、クリプトンなどや、これらを少なく
とも１種類含む混合体を適用することができる。好まし
くはアルゴンガスである。なお不活性ガス圧力が１×１
０−３Ｐａ未満では安定したグロー放電が行いにくく高
速エッチングが困難であり、１０Ｐａを超えると活性化
処理効率が低下する。印加する交流は、１ＭＨｚ未満で
は安定したグロー放電を維持するのが難しく連続エッチ
ングが困難であり、５０ＭＨｚを超えると発振し易く電
力の供給系が複雑となり好ましくない。また、効率よく
エッチングするためには電極Ａと接触した支持体２６、
分離膜体１０を形成する分離層２８側のそれぞれの面積
を電極Ｂの面積より小さくする必要があり、実効的に１
／３以下とすることにより充分な効率でエッチング可能
となる。
る。すなわち、真空槽５２内に装填された支持体２６、
分離膜体１０を形成する透過層２２側をそれぞれアース
接地された一方の電極Ａと接触させ、絶縁支持された他
の電極Ｂとの間に、１０〜１×１０−３Ｐａの極低圧不
活性ガス雰囲気中で、１〜５０ＭＨｚの交流を印加して
グロー放電を行わせ、グロー放電によって生じたプラズ
マ中に露出される電極Ａと接触した支持体２６、分離膜
体１０を形成する分離層２８側のそれぞれの面積が、実
効的に電極Ｂの面積の１／３以下となるようにスパッタ
エッチング処理する。不活性ガスとしては、アルゴン、
ネオン、キセノン、クリプトンなどや、これらを少なく
とも１種類含む混合体を適用することができる。好まし
くはアルゴンガスである。なお不活性ガス圧力が１×１
０−３Ｐａ未満では安定したグロー放電が行いにくく高
速エッチングが困難であり、１０Ｐａを超えると活性化
処理効率が低下する。印加する交流は、１ＭＨｚ未満で
は安定したグロー放電を維持するのが難しく連続エッチ
ングが困難であり、５０ＭＨｚを超えると発振し易く電
力の供給系が複雑となり好ましくない。また、効率よく
エッチングするためには電極Ａと接触した支持体２６、
分離膜体１０を形成する分離層２８側のそれぞれの面積
を電極Ｂの面積より小さくする必要があり、実効的に１
／３以下とすることにより充分な効率でエッチング可能
となる。
【００１３】その後これら活性化処理された支持体２
６、分離膜体１０を形成する分離層２８側を積層接合す
る。積層接合は、支持体２６、分離膜体１０を形成する
分離層２８側のそれぞれ活性化処理された面が対向する
ようにして両者を当接して重ね合わせ圧接ユニット６０
で冷間圧接を施すことによって達成することができる。
この際の積層接合は低温度で可能であり、支持体２６、
分離膜体１０ならびに接合部に組織変化や合金層の形成
などといった悪影響を軽減または排除することが可能で
ある。Ｔを支持体、分離膜体の温度（℃）とするとき、
０℃＜Ｔ≦３００℃で良好な圧接状態が得られる。０℃
以下では特別な冷却装置が必要となり、３００℃を超え
ると組織変化などの悪影響が生じてくるため好ましくな
い。さらにこの際の積層接合は低加圧力での接合が可能
であるため、分離膜積層体の残留応力を低く抑えること
ができる。
６、分離膜体１０を形成する分離層２８側を積層接合す
る。積層接合は、支持体２６、分離膜体１０を形成する
分離層２８側のそれぞれ活性化処理された面が対向する
ようにして両者を当接して重ね合わせ圧接ユニット６０
で冷間圧接を施すことによって達成することができる。
この際の積層接合は低温度で可能であり、支持体２６、
分離膜体１０ならびに接合部に組織変化や合金層の形成
などといった悪影響を軽減または排除することが可能で
ある。Ｔを支持体、分離膜体の温度（℃）とするとき、
０℃＜Ｔ≦３００℃で良好な圧接状態が得られる。０℃
以下では特別な冷却装置が必要となり、３００℃を超え
ると組織変化などの悪影響が生じてくるため好ましくな
い。さらにこの際の積層接合は低加圧力での接合が可能
であるため、分離膜積層体の残留応力を低く抑えること
ができる。
【００１４】このように積層接合することにより、所要
の層厚みを有する分離膜積層体１２を形成することがで
き、巻き取りロール６６に巻き取られる。さらに必要に
より所定の大きさに切り出して、図２に示す分離膜積層
体１２を製造することができる。またこのようにして製
造された分離膜積層体１２に、接合界面での合金層の形
成などが問題とならない程度に必要により残留応力の除
去または低減などのために熱処理を施してもよい。なお
分離膜体１０は、上記の図７の説明において、支持体２
６の代わりに透過層２２を用い、分離膜体１０の代わり
に電解箔や圧延箔などの板材の分離層２８を用いること
によっても製造することができる。
の層厚みを有する分離膜積層体１２を形成することがで
き、巻き取りロール６６に巻き取られる。さらに必要に
より所定の大きさに切り出して、図２に示す分離膜積層
体１２を製造することができる。またこのようにして製
造された分離膜積層体１２に、接合界面での合金層の形
成などが問題とならない程度に必要により残留応力の除
去または低減などのために熱処理を施してもよい。なお
分離膜体１０は、上記の図７の説明において、支持体２
６の代わりに透過層２２を用い、分離膜体１０の代わり
に電解箔や圧延箔などの板材の分離層２８を用いること
によっても製造することができる。
【００１５】なお分離膜積層体１２の製造にはバッチ処
理を用いることができる。すなわち真空槽内に予め所定
の大きさに切り出された支持体や分離膜体の板材を複数
枚装填して活性化処理装置に搬送して垂直または水平な
ど適切な位置に処理すべき面を対向または並置した状態
などで設置または把持して固定して活性化処理を行い、
さらに支持体や分離膜体の板材を保持する装置が圧接装
置を兼ねる場合には活性化処理後に設置または把持した
まま圧接し、支持体や分離膜体の板材を保持する装置が
圧接装置を兼ねない場合にはプレス装置などの圧接装置
に搬送して圧接を行うことにより達成される。なお活性
化処理は、支持体や分離膜体の板材を絶縁支持された一
方の電極Ａとし、アース接地された他の電極Ｂとの間で
行うことが好ましい。
理を用いることができる。すなわち真空槽内に予め所定
の大きさに切り出された支持体や分離膜体の板材を複数
枚装填して活性化処理装置に搬送して垂直または水平な
ど適切な位置に処理すべき面を対向または並置した状態
などで設置または把持して固定して活性化処理を行い、
さらに支持体や分離膜体の板材を保持する装置が圧接装
置を兼ねる場合には活性化処理後に設置または把持した
まま圧接し、支持体や分離膜体の板材を保持する装置が
圧接装置を兼ねない場合にはプレス装置などの圧接装置
に搬送して圧接を行うことにより達成される。なお活性
化処理は、支持体や分離膜体の板材を絶縁支持された一
方の電極Ａとし、アース接地された他の電極Ｂとの間で
行うことが好ましい。
【００１６】本発明の製造方法を用いた部品は、例え
ば、図３、４に示すように分離膜積層体１２の支持体２
６に１段または複数段のエッチング加工を施した中間開
口材１６や開口接合材３０、さらに図５に示すように開
口接合材３０にメッシュ板３４や基台３６を積層した分
離膜ユニット３２などである。さらに分離膜体を支持体
で挟み込んだ形態の支持体−分離膜体−支持体の３層構
造なども分離膜積層体であり、この両面に１段または複
数段のエッチング加工を施した中間開口材や開口接合
材、さらにこれらにメッシュ板３４や基台３６を積層し
た分離膜ユニット３２なども部品である。
ば、図３、４に示すように分離膜積層体１２の支持体２
６に１段または複数段のエッチング加工を施した中間開
口材１６や開口接合材３０、さらに図５に示すように開
口接合材３０にメッシュ板３４や基台３６を積層した分
離膜ユニット３２などである。さらに分離膜体を支持体
で挟み込んだ形態の支持体−分離膜体−支持体の３層構
造なども分離膜積層体であり、この両面に１段または複
数段のエッチング加工を施した中間開口材や開口接合
材、さらにこれらにメッシュ板３４や基台３６を積層し
た分離膜ユニット３２なども部品である。
【００１７】図２に示す分離膜積層体１２に、２段のエ
ッチング加工を施して、所定の開口率で支持体２６に少
なくとも１つの開口を設けることができる。この場合、
支持体２６の材質、エッチング方法、エッチング液など
を適切に選定することにより、分離層２８に悪影響を与
えることなくエッチング加工を施すことができる。すな
わち、支持体２６を加工する１段目をウェットエッチン
グ処理として、支持体２６の厚みの大部分をエッチング
加工して図３に示す中間開口材１６を製造し、次いで中
間開口材１６の支持体２６の残部を加工する２段目を電
解エッチング処理として、支持体２６の残部をエッチン
グ加工することにより、分離層２８がエッチングの影響
を受けないように開口を設けることができ、図４に示す
開口接合材３０を製造することができる。同様にして支
持体−透過層−支持体の３層構造の分離膜積層体にエッ
チング加工を施すことによって、分離膜体の両面に開口
を設けた開口接合材を製造することができる。
ッチング加工を施して、所定の開口率で支持体２６に少
なくとも１つの開口を設けることができる。この場合、
支持体２６の材質、エッチング方法、エッチング液など
を適切に選定することにより、分離層２８に悪影響を与
えることなくエッチング加工を施すことができる。すな
わち、支持体２６を加工する１段目をウェットエッチン
グ処理として、支持体２６の厚みの大部分をエッチング
加工して図３に示す中間開口材１６を製造し、次いで中
間開口材１６の支持体２６の残部を加工する２段目を電
解エッチング処理として、支持体２６の残部をエッチン
グ加工することにより、分離層２８がエッチングの影響
を受けないように開口を設けることができ、図４に示す
開口接合材３０を製造することができる。同様にして支
持体−透過層−支持体の３層構造の分離膜積層体にエッ
チング加工を施すことによって、分離膜体の両面に開口
を設けた開口接合材を製造することができる。
【００１８】例えば図２に示す分離膜積層体１２におい
て、支持体２６にステンレス箔を用い、分離膜体１０と
してタンタル合金からなる透過層２２にパラジウム合金
層２８を積層したものを用い、エッチング液として、ス
テンレス箔２６に対して、第１段のウェットエッチング
処理では塩化第二鉄液を用い、第２段の電解エッチング
処理ではリン酸液を用いることができる。リン酸液の電
解エッチングでは分離層２８のパラジウム合金はエッチ
ングされないので、分離層２８に悪影響を与えることな
く支持体２６に開口を設けることができる。またウェッ
トエッチング処理は電解エッチング処理に比較してエッ
チングスピードが速いため、第１段エッチング処理で支
持体２６の厚みの大部分をエッチング加工し、第２段エ
ッチング処理で残部をエッチング処理することにより総
加工時間を短縮することができる。第１段エッチングに
よる加工は、支持体２６の厚みの５μｍ〜５０μｍを残
すようにすることが好ましい。残部が５μｍ未満では局
部的に分離層にピンホールを発生させるなどの悪影響が
生じる恐れがあり、残部が５０μｍを超えると総加工時
間が長くなりすぎる。より好ましくは、１０μｍ〜３０
μｍである。さらに好ましくは、１５μｍ〜２５μｍで
ある。
て、支持体２６にステンレス箔を用い、分離膜体１０と
してタンタル合金からなる透過層２２にパラジウム合金
層２８を積層したものを用い、エッチング液として、ス
テンレス箔２６に対して、第１段のウェットエッチング
処理では塩化第二鉄液を用い、第２段の電解エッチング
処理ではリン酸液を用いることができる。リン酸液の電
解エッチングでは分離層２８のパラジウム合金はエッチ
ングされないので、分離層２８に悪影響を与えることな
く支持体２６に開口を設けることができる。またウェッ
トエッチング処理は電解エッチング処理に比較してエッ
チングスピードが速いため、第１段エッチング処理で支
持体２６の厚みの大部分をエッチング加工し、第２段エ
ッチング処理で残部をエッチング処理することにより総
加工時間を短縮することができる。第１段エッチングに
よる加工は、支持体２６の厚みの５μｍ〜５０μｍを残
すようにすることが好ましい。残部が５μｍ未満では局
部的に分離層にピンホールを発生させるなどの悪影響が
生じる恐れがあり、残部が５０μｍを超えると総加工時
間が長くなりすぎる。より好ましくは、１０μｍ〜３０
μｍである。さらに好ましくは、１５μｍ〜２５μｍで
ある。
【００１９】本発明の製造方法を用いた部品は、分離膜
部品や分離膜ユニット３２に適用することができる。さ
らに分離膜部品や分離膜ユニット３２は水素分離装置な
どへ適用することもできる。分離膜部品は、例えば、分
離膜積層体の支持体にエッチング加工を施した中間開口
材や開口接合材、支持体−分離膜体−支持体の３層構造
の分離膜積層体の両面にエッチング加工を施した中間開
口材や開口接合材などである。
部品や分離膜ユニット３２に適用することができる。さ
らに分離膜部品や分離膜ユニット３２は水素分離装置な
どへ適用することもできる。分離膜部品は、例えば、分
離膜積層体の支持体にエッチング加工を施した中間開口
材や開口接合材、支持体−分離膜体−支持体の３層構造
の分離膜積層体の両面にエッチング加工を施した中間開
口材や開口接合材などである。
【００２０】分離膜ユニット３２は、例えば図５に示す
ように、開口接合材３０にメッシュ板３４を積層したも
のであり、あるいは基台３６をさらに積層したものであ
る。図４に示す開口接合材３０は、分離膜積層体１２の
支持体２６に２段のエッチング加工を施して製造したも
ので、分離膜体１０の片面に開口を有し他面が露出した
形態である。この開口接合材３０の分離膜体の露出面側
にメッシュ板３４を、また必要により基台３６を積層し
てレーザー溶接などで接合することにより図５に示す分
離膜ユニット３２を製造することができる。メッシュ板
３４は開口接合材の保護や補強などを図るためのもので
あり、ステンレス鋼などにエッチング加工などを施して
貫通孔を設けたものである。基台３６は、開口接合材の
保持や分離膜体より透過した水素などの目的とする透過
ガスを集めるためのものであり、例えば図６に示すよう
に基台の表面や内部に透過ガスＨのための溝やトンネル
などの導出路を設けたものである。また必要により、基
台表面に分離膜部品やメッシュ板を支える基台凸部３９
を設けることによって分離膜部品やメッシュ板の変形を
抑止することができる。さらに基台の他の面にも適切な
導出路を設けることにより、基台の上下面や側面にも開
口接合材を配置することができ、分離膜ユニットの分離
能力を高めることができる。例えば、基台の上下面に導
出路を設けて２つの開口接合材３０を積層した場合、分
離能力はほぼ２倍となる。なお必要により開口接合材３
０の供給ガスＧ側にメッシュ板を積層してもよいし、分
離膜体の両面に開口を有する開口接合材３０を用いる場
合は、開口接合材３０と基台３６の間のメッシュ板３４
を省略してもよい。
ように、開口接合材３０にメッシュ板３４を積層したも
のであり、あるいは基台３６をさらに積層したものであ
る。図４に示す開口接合材３０は、分離膜積層体１２の
支持体２６に２段のエッチング加工を施して製造したも
ので、分離膜体１０の片面に開口を有し他面が露出した
形態である。この開口接合材３０の分離膜体の露出面側
にメッシュ板３４を、また必要により基台３６を積層し
てレーザー溶接などで接合することにより図５に示す分
離膜ユニット３２を製造することができる。メッシュ板
３４は開口接合材の保護や補強などを図るためのもので
あり、ステンレス鋼などにエッチング加工などを施して
貫通孔を設けたものである。基台３６は、開口接合材の
保持や分離膜体より透過した水素などの目的とする透過
ガスを集めるためのものであり、例えば図６に示すよう
に基台の表面や内部に透過ガスＨのための溝やトンネル
などの導出路を設けたものである。また必要により、基
台表面に分離膜部品やメッシュ板を支える基台凸部３９
を設けることによって分離膜部品やメッシュ板の変形を
抑止することができる。さらに基台の他の面にも適切な
導出路を設けることにより、基台の上下面や側面にも開
口接合材を配置することができ、分離膜ユニットの分離
能力を高めることができる。例えば、基台の上下面に導
出路を設けて２つの開口接合材３０を積層した場合、分
離能力はほぼ２倍となる。なお必要により開口接合材３
０の供給ガスＧ側にメッシュ板を積層してもよいし、分
離膜体の両面に開口を有する開口接合材３０を用いる場
合は、開口接合材３０と基台３６の間のメッシュ板３４
を省略してもよい。
【００２１】本発明の製造方法を用いた部品を分離膜部
品や分離膜ユニットに適用する場合、図５に示すよう
に、目的とするガスの分離効率を高めるために、供給ガ
スＧ側の開口部は開口の総面積を増して分離膜体と供給
ガスＧとの接触面積を大きくすることができる。分離膜
積層体の支持体に丸孔や長孔などの開口を複数設けるこ
とでは開口間に支持体が残るため開口率は低くなり、そ
のため分離膜積層体自体を大きくしなければらなくなる
が、逆に各開口を大きくして開口間の残部を減らすこと
により開口率を上げて開口の総面積を増すことができ
る。
品や分離膜ユニットに適用する場合、図５に示すよう
に、目的とするガスの分離効率を高めるために、供給ガ
スＧ側の開口部は開口の総面積を増して分離膜体と供給
ガスＧとの接触面積を大きくすることができる。分離膜
積層体の支持体に丸孔や長孔などの開口を複数設けるこ
とでは開口間に支持体が残るため開口率は低くなり、そ
のため分離膜積層体自体を大きくしなければらなくなる
が、逆に各開口を大きくして開口間の残部を減らすこと
により開口率を上げて開口の総面積を増すことができ
る。
【００２２】本発明の製造方法を用いた部品では、支持
体に複数段のエッチング加工を施すことにより、各開口
の面積を増しても支持体のエッチング加工による分離層
へのピンホール発生などの悪影響はないため、各開口の
大きさはエッチング加工による制限は受けずに、分離膜
体の強度などにより決定することができる。各開口の大
きさは形状により異なるが、幅または短径で１ｍｍ〜１
００ｍｍ、あるいは面積で１ｍｍ２〜１００００ｍｍ２
であることが好ましい。１ｍｍ未満では充分な接触面積
が得られず、１００ｍｍを超えると強度が不足してく
る。同様に１ｍｍ ２未満では充分な接触面積が得られ
ず、１００００ｍｍ２を超えると強度が不足してくる。
より好ましくは、幅または短径で２ｍｍ〜１０ｍｍ、あ
るいは面積で４ｍｍ２〜１００ｍｍ２である。
体に複数段のエッチング加工を施すことにより、各開口
の面積を増しても支持体のエッチング加工による分離層
へのピンホール発生などの悪影響はないため、各開口の
大きさはエッチング加工による制限は受けずに、分離膜
体の強度などにより決定することができる。各開口の大
きさは形状により異なるが、幅または短径で１ｍｍ〜１
００ｍｍ、あるいは面積で１ｍｍ２〜１００００ｍｍ２
であることが好ましい。１ｍｍ未満では充分な接触面積
が得られず、１００ｍｍを超えると強度が不足してく
る。同様に１ｍｍ ２未満では充分な接触面積が得られ
ず、１００００ｍｍ２を超えると強度が不足してくる。
より好ましくは、幅または短径で２ｍｍ〜１０ｍｍ、あ
るいは面積で４ｍｍ２〜１００ｍｍ２である。
【００２３】開口接合材は、溶接しろなどの固定や保持
のための領域の枠部と分離膜体を露出させるための孔開
け加工を施された領域の開口部からなり、さらに開口部
は分離膜体を露出させる少なくとも１つの開口と開口間
に残された支持体の仕切からなる。開口面積を開口部に
おける分離膜体の露出した面積とし、仕切面積を開口部
における分離膜体が隠れた非露出面積とするとき、開口
面積の総和と仕切面積の総和の比率である開口率は、開
口率（％）＝露出総面積／（露出総面積＋仕切総面積）
で表すことができる。なお開口率は５０％〜９９％が好
ましい。５０％未満ではアス分離効率が悪く９９％を超
えると強度が不足する。より好ましくは７０％〜９５％
であり、さらに好ましくは８０％〜９０％である。
のための領域の枠部と分離膜体を露出させるための孔開
け加工を施された領域の開口部からなり、さらに開口部
は分離膜体を露出させる少なくとも１つの開口と開口間
に残された支持体の仕切からなる。開口面積を開口部に
おける分離膜体の露出した面積とし、仕切面積を開口部
における分離膜体が隠れた非露出面積とするとき、開口
面積の総和と仕切面積の総和の比率である開口率は、開
口率（％）＝露出総面積／（露出総面積＋仕切総面積）
で表すことができる。なお開口率は５０％〜９９％が好
ましい。５０％未満ではアス分離効率が悪く９９％を超
えると強度が不足する。より好ましくは７０％〜９５％
であり、さらに好ましくは８０％〜９０％である。
【００２４】
【実施例】以下に、実施例を図面に基づいて説明する。
支持体２６として厚み１００μｍのステンレス（ＪＩＳ
規定のＳＵＳ４３０）箔を用い、分離膜体１０として２
０μｍ厚みのタンタル合金からなる透過層２２にパラジ
ウム・銀合金からなる分離層２８を蒸着法により１μｍ
積層したものを用いた。分離膜体１０、ステンレス箔２
６を積層材製造装置５０にセットし、真空槽５２内の活
性化処理ユニット７０および８０でスパッタエッチング
法によりそれぞれ活性化処理した。次に圧接ユニット６
０を用いて、これら活性化処理された分離膜体１０、ス
テンレス箔２６を、活性化処理面同士を重ね合わせて圧
接して積層接合して分離膜積層体１２を製造した。次に
分離膜積層体１２の支持体２６に２段エッチング加工を
施して開口接合材３０を製造した。さらに開口接合材３
０にメッシュ板３４、基台３６を接合して分離膜ユニッ
ト３２を製造した。
支持体２６として厚み１００μｍのステンレス（ＪＩＳ
規定のＳＵＳ４３０）箔を用い、分離膜体１０として２
０μｍ厚みのタンタル合金からなる透過層２２にパラジ
ウム・銀合金からなる分離層２８を蒸着法により１μｍ
積層したものを用いた。分離膜体１０、ステンレス箔２
６を積層材製造装置５０にセットし、真空槽５２内の活
性化処理ユニット７０および８０でスパッタエッチング
法によりそれぞれ活性化処理した。次に圧接ユニット６
０を用いて、これら活性化処理された分離膜体１０、ス
テンレス箔２６を、活性化処理面同士を重ね合わせて圧
接して積層接合して分離膜積層体１２を製造した。次に
分離膜積層体１２の支持体２６に２段エッチング加工を
施して開口接合材３０を製造した。さらに開口接合材３
０にメッシュ板３４、基台３６を接合して分離膜ユニッ
ト３２を製造した。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように本発明の分離膜積層
体の製造方法は、透過層と分離層を積層してなる分離膜
体と、支持層を積層してなる分離膜積層体製造の方法で
あり、本発明の部品の製造方法は分離膜積層体を用いる
方法である。このため支持体と分離膜体の接合面での合
金層形成などの悪影響を排除もしくは軽減可能であり、
分離膜ユニットなどへの適用も好適である。
体の製造方法は、透過層と分離層を積層してなる分離膜
体と、支持層を積層してなる分離膜積層体製造の方法で
あり、本発明の部品の製造方法は分離膜積層体を用いる
方法である。このため支持体と分離膜体の接合面での合
金層形成などの悪影響を排除もしくは軽減可能であり、
分離膜ユニットなどへの適用も好適である。
【図１】本発明の製造方法を用いた分離膜積層体に適用
する分離膜体の一実施形態を示す概略断面図である。
する分離膜体の一実施形態を示す概略断面図である。
【図２】本発明の製造方法を用いた分離膜積層体の一実
施形態を示す概略断面図である。
施形態を示す概略断面図である。
【図３】本発明の製造方法を用いた部品の一実施形態を
示す概略断面図である。
示す概略断面図である。
【図４】本発明の製造方法を用いた部品の他の一実施形
態を示す概略断面図である。
態を示す概略断面図である。
【図５】本発明の製造方法を用いた部品のさらに他の一
実施形態を示す概略断面図である。
実施形態を示す概略断面図である。
【図６】本発明の製造方法を用いた部品の製造に用いる
基台の一実施形態を示す概略平面図である。
基台の一実施形態を示す概略平面図である。
【図７】分離膜積層体の製造に用いる装置の一実施形態
を示す概略断面図である。
を示す概略断面図である。
１０ 分離膜体
１２ 分離膜積層体
１６ 中間開口材
２２ 透過層
２６ 支持体
２８ 分離層
３０ 開口接合材
３２ 分離膜ユニット
３４ メッシュ板
３６ 基台
３７ 溝
３８ トンネル
３９ 基台凸部
５０ 製造装置
５２ 真空槽
６０ 圧接ユニット
６２ 巻き戻しリール
６４ 巻き戻しリール
６６ 巻き取りロール
７０ 活性化処理装置
７２ 電極ロール
７４ 電極
８０ 活性化処理装置
８２ 電極ロール
８４ 電極
Ａ 電極Ａ
Ｂ 電極Ｂ
Ｇ 供給ガス
Ｈ 透過ガス
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 4D006 GA41 HA41 HA95 JA02Z
JA03B JA03Z JA30Z JA52Z
JA68Z JB04 MA03 MA07
MA09 MA31 MB04 MC02 MC02X
NA33 NA47 NA49 PA01 PA05
PB66 PC80
4G075 AA24 AA30 BC02 BC03 BC04
BC06 CA16 CA63 CA65 DA02
DA11 EB01 EB41 EC21 ED01
Claims (3)
- 【請求項１】 分離層と透過層を積層してなる分離膜体
と、支持体とを積層してなる分離膜積層体の製造方法で
あって、分離膜積層体の少なくとも１つの接合面を、接
合されるそれぞれの面を活性化処理した後、活性化処理
面同士が対向するように当接して重ね合わせて積層接合
することを特徴とする分離膜積層体の製造方法。 - 【請求項２】 前記活性化処理が、不活性ガス雰囲気中
でグロー放電を行わせて、前記接合されるそれぞれの面
をスパッタエッチング処理することを特徴とする請求項
１に記載の分離膜積層体の製造方法。 - 【請求項３】 分離層と透過層を積層してなる分離膜体
と、支持体とを積層してなる分離膜積層体を用いること
を特徴とする部品の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002109709A JP2003305346A (ja) | 2002-04-11 | 2002-04-11 | 分離膜積層体の製造方法および分離膜積層体を用いた部品の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002109709A JP2003305346A (ja) | 2002-04-11 | 2002-04-11 | 分離膜積層体の製造方法および分離膜積層体を用いた部品の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003305346A true JP2003305346A (ja) | 2003-10-28 |
Family
ID=29393098
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002109709A Pending JP2003305346A (ja) | 2002-04-11 | 2002-04-11 | 分離膜積層体の製造方法および分離膜積層体を用いた部品の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003305346A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007014892A (ja) * | 2005-07-08 | 2007-01-25 | Dainippon Printing Co Ltd | 水素精製フィルタおよびその製造方法 |
| JP2009106794A (ja) * | 2007-10-26 | 2009-05-21 | Nissan Motor Co Ltd | 水素分離体及び水素分離装置 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01224184A (ja) * | 1988-03-02 | 1989-09-07 | Toyo Kohan Co Ltd | クラッド金属板の製造法及びその装置 |
| JPH01262924A (ja) * | 1988-04-12 | 1989-10-19 | Natl Res Inst For Metals | 水素分離膜 |
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| JPH05317662A (ja) * | 1992-04-27 | 1993-12-03 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 水素分離膜およびその製造方法 |
| JPH11276866A (ja) * | 1998-03-31 | 1999-10-12 | Tokyo Gas Co Ltd | 水素透過膜及びその作製方法 |
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-
2002
- 2002-04-11 JP JP2002109709A patent/JP2003305346A/ja active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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