JP2007313435A - 石英ガラスフィルター - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバーのマテリアルリサイクル技術として、光ファイバーから分別回収した石英ガラスからなる心線の新規用途を提供すること。
【解決手段】光ファイバー心線由来の石英ガラスを用いた石英ガラスフィルターである。該石英ガラスフィルターは、光ファイバーのマテリアルリサイクルにより回収した高純度の光ファイバー心線を、粉砕し、得られた石英ガラス粉末を圧縮成形した後、得られた成形体を焼成することにより形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、石英ガラスフィルターに関し、詳細には超純水製造装置や半導体製造装置、各種液体の分離精製用フィルターとして好適な石英ガラスフィルターに関する。

石英ガラスは、耐薬品性、耐熱性、紫外線に対する耐久性等に優れているので、その優れた素材特性から多くの分野で広く利用されているが、流体、特に分離精製用濾材としても極めて有用で、従来から各種フィルターとして用いられている。これまでの石英ガラス製フィルターの製造方法としては、例えば、石英ガラス粉を焼結する方法、石英ガラス繊維を織物や不織布に加工する方法、石英ガラス繊維を熱プレスする方法等が代表的に知られている（特許文献１等）。

一方、光ファイバーは通信での利用拡大のため使用量が急増しており、今後の廃光ファイバーの量も増大すると予測されているが、そのリサイクル技術は確立されていない。光ファイバーケーブルは、石英ガラスからなる心線（直径が約１２５μｍ）、プラスチックおよび金属から構成されているが、各構成材は強固に固定されているため構成材を簡便に分離回収する事は難しく、マテリアルリサイクルは進んでいない。サーマルリサイクルしている事例もあるが、排出ガスの問題があり今後の焼却炉の新設は難しい状況である。
特開２００４−３５２５７６号公報

本発明は、上記の事情および、本発明者等が既に光ファイバーから心線部を回収することに成功している事情に鑑み、光ファイバーのマテリアルリサイクル技術を確立すべくなされたものであり、光ファイバーから分別回収した石英ガラスからなる心線の新規用途を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明者等は、光ファイバー構成材のなかでも最も付加価値が高い回収心線について詳細に検討を行った。この心線部は高純度のシリカ（ＳｉＯ_２）でできていること、心線はほぼ一定の直径であり、直径が約１２５μｍと細く粉砕に長時間要しないこと、粉砕品は粒径が揃いやすいこと、などの特長があり、こういった長所が生かせる用途がないかどうか鋭意検討を行った。その結果、石英フィルターに利用することで回収心線の長所が如何なく発揮されるとの知見を得、本発明に到達した。

すなわち、本発明は、光ファイバー心線由来の石英ガラスを用いたことを特徴とする石英ガラスフィルターを提供する。本発明の石英ガラスフィルターは、光ファイバー心線を粉砕した石英ガラス粉末を、圧縮成形し、得られた成形体を焼成することにより形成することができる。

本発明によれば、従来は粗粉原料を用いていた石英ガラスフィルターを、光ファイバー心線由来の石英ガラスを用いて形成するので、従来の粗粉状の原料を粉砕するのに比べ、粉砕時間が短い、粉砕品の粒径が揃いやすい利点があり、フィルター製造時における原料粉の調製時間を短縮することができる。また、石英ガラスフィルターは従来の石英粉を用いたものと比べても、耐薬品性、耐熱性、紫外線に対する耐久性等の特性において変わらないものが得られる。よって、光ファイバーのマテリアルリサイクル用途として大いに期待でき、その実用的価値は大である。

図１に本発明に係る石英ガラスフィルターの製造例を示すフローチャートを示した。原料心線は、光ファイバーからマテリアルリサイクルにより回収したものであり、心線直径が約１２５μｍで、長さが約１００ｍｍ〜５００ｍｍのものが好適に用いられる。

石英ガラスフィルターを製造する場合、上記の心線を粉砕し（微粉砕が好ましい）、所望の大きさの粉体を得（篩い分け等の手段を用いることもできる）、それを圧縮成形し、得られた成形体を焼成して焼結体（フィルター）を得る。通常、フィルターのポアサイズは１〜２５０μｍの範囲であり、フィルター形状としては円筒または円板状のものが用いられる。ポアの大きさは、フィルター内部のＳＥＭ観察などにより、測定することができる。この石英ガラスフィルターは、樹脂フィルターのように水中に有機物成分が溶出しやすい、あるいはこの有機物成分が菌類の栄養源となり菌類の増殖を増長させるといったことがなく、紫外線に対する耐久性が高い。また、ガラスフィルターに比べて耐熱性、耐薬品性に優れており、通常のフィルターでは処理し難い流体類を濾過精製するための濾過部材として好適である。

心線粉砕後の粉体は、一般に粒径が粗い方が焼結しにくいこと事が知られている。本発明の石英ガラスフィルターにおいて、心線粉砕後の粉体粒径は、好ましくは１８０μｍ以下、より好ましくは１２５μｍ以下、特に好ましくは６３μｍ以下である。粒径はできるだけ揃っていることが好ましい。焼成温度は特に限定されないが、１６００℃以上が好ましく、より好ましくは１６００℃〜１７００℃である。焼成温度が低すぎる場合は、フィルターが焼結しなくなる。

石英ガラスフィルターはバインダーを用いないで作製することができるが、バインダーを用いて作製することもできる。バインダーとしては、アルコキシシラン、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等を用いることができる。

焼結後の円形フィルターの厚さは、２〜１０ｍｍ程度であることが好ましい。得られたフィルターは、濾紙の代わりに組み込むことにより簡単に石英ガラスフィルターとして構成することができる。あるいは、円筒にしたり、エレメント、ケーシングを全て石英ガラスにより構成したフィルターとすることもできる。

以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はそれらの実施例に限定されるものではない。また、以下の実施例等において、特に言及する場合を除き、「質量％」は、「％」と略記する。

（実施例１）
光ファイバーからマテリアルリサイクル法により分別回収した直径約１２５μｍ、長さ約１００ｍｍの心線約２３０ｇを、粗粉砕した後、自動粉砕機を用いて自動石英乳鉢で約３０分間粉砕した。自動篩機の受皿の上に篩目ピッチが４５μｍ、５４μｍ、６３μｍ、１２５μｍ、１８０μｍ、２５０μｍの篩を順にセットし、粉砕品約５０ｇを、この自動篩機で１５分間篩い分け、１８０μｍの篩い網上に３５ｇ、１２５μｍ篩い網上に１５ｇ（Ｎｏ．１）の心線を得た。

引き続き、自動粉砕機を用いて自動石英乳鉢で約１時間粉砕した。自動篩機の受皿の上に篩目ピッチが３２μｍ、３８μｍ、４５μｍ、５４μｍ、６３μｍ、１２５μｍ、１８０μｍの篩を順にセットし、粉砕品約１８０ｇを、この自動篩機で１５分間篩い分け、６３μｍの篩い網上に５５ｇ（Ｎｏ．２）、５４μｍ篩い網上に８ｇ（Ｎｏ．３）、４５μｍ篩い網上に８ｇ（Ｎｏ．４）、３８μｍ篩い網上に１４ｇ（Ｎｏ．５）、３２μｍ篩い網上に９ｇ（Ｎｏ．６）の心線を得た。

Ｎｏ．１〜６の石英ガラス粉末を、セラミックスリングに入れ、上部から約３ｋｇで加圧し成形した後、成形品を１６００℃で６．５時間焼成した。その結果、Ｎｏ．１〜２の粉末は焼結できなかったが、Ｎｏ．３〜６の粉末はフィルター形状に焼結できた。

（硬度試験）
木屋式硬度計（０〜６０ｋｇ）を用いフィルター形状のサンプルが破壊した時の圧力を測定した。φ５ｍｍのステンレス加圧チップを手動回転で降下させ、試料が破壊した瞬間の重量圧を読み取った。圧力計指針は破壊時停止した。

（含水率試験）
土中の水を採水する土中採水器としての性能を評価した。
フィルター乾燥時の重量（イ）、フィルターを１０分間水に浸した後の重量（ロ）、を測定し、下記式により含水率を求めた。含水率１０〜２０％を良品とした。
含水率（％）＝［（重量（ロ）−重量（イ））／重量（ロ）］×１００

以上の実験結果を表１にまとめて示す。

表１の結果から、粉砕心線（石英ガラス）の粒径が小さければフィルター形状に焼結したが、大きくなると１６００℃では焼結しなかった。また、Ｎｏ．５〜６のフィルターの硬度は、通常硬度よりも低い数値になったが、フィルター寸法が小さいことが原因と思われた。Ｎｏ．３〜４のフィルターは土中採水器のフィルターとしての合格基準を満たしていた。

本発明の石英ガラスフィルターは、ガラスフィルターでは使用できない分野（耐熱性、耐薬品性や純度が求められる分野）に最適であり、例えば、超純水製造装置や半導体製造装置のフィルター、土中採水器のフィルター、各種液体の分離精製用フィルターとして利用することができる。

本発明に係る石英ガラスフィルターの製造例を示すフローチャート図である。

Claims (4)

1. 光ファイバー心線由来の石英ガラスを用いたことを特徴とする石英ガラスフィルター。
2. 光ファイバー心線を粉砕した石英ガラス粉末を、圧縮成形し、得られた成形体を焼成することにより形成された請求項１に記載の石英ガラスフィルター。
3. ポアサイズが１〜２５０μｍの範囲にある請求項１または２に記載の石英ガラスフィルター。
4. 石英ガラス粉末が、約６３μｍ以下の粒度に調製されたものが用いられる請求項２または３に記載の石英ガラスフィルター。
   

Images