JP2012152727A - 濾過用フィルタ及び濾過用フィルタの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】剛性を確保しつつ、上水や淡水を手軽に得ることができる濾過用フィルタを提供する。
【解決手段】濾過用フィルタ２１は、第１のセラミック層１２、第２のセラミック層１５及びナノ粒子層１４を備え、該ナノ粒子層１４は第１のセラミック層１２及び第２のセラミック層１５に挟まれ、第１のセラミック層１２及び第２のセラミック層１５はシリカを主成分とする多数のセラミック粒子１１を焼結させて生成され、各セラミック粒子１１の間の隙間が５０ｎｍ〜５００ｎｍに調整され、ナノ粒子層１４は粒径が３ｎｍ〜５ｎｍの多数のナノ粒子１３を熱処理によって互いに熔融結合させて生成される。
【選択図】図５
【解決手段】濾過用フィルタ２１は、第１のセラミック層１２、第２のセラミック層１５及びナノ粒子層１４を備え、該ナノ粒子層１４は第１のセラミック層１２及び第２のセラミック層１５に挟まれ、第１のセラミック層１２及び第２のセラミック層１５はシリカを主成分とする多数のセラミック粒子１１を焼結させて生成され、各セラミック粒子１１の間の隙間が５０ｎｍ〜５００ｎｍに調整され、ナノ粒子層１４は粒径が３ｎｍ〜５ｎｍの多数のナノ粒子１３を熱処理によって互いに熔融結合させて生成される。
【選択図】図５
Description
本発明は、濾過用フィルタ及び濾過用フィルタの製造方法に関し、特に、セラミックの焼結体を基体とする濾過用フィルタ及び濾過用フィルタの製造方法に関する。
工場や家庭からの排水（下水）から汚染物質や不純物を除去して上水を精製し、若しくは、海水から塩分等を除去して淡水を精製する際、濾過用フィルタが多用されている。濾過用フィルタとしては、高分子材料から成るもの、例えば、酢酸メチルの高分子膜を用いる逆浸透膜が知られている。逆浸透膜は径が数ｎｍの無数の貫通孔を有し、下水や海水に圧力をかけて逆浸透膜を通過させる際、１個の差し渡しが約０．３８ｎｍの水分子は貫通孔を通過するものの、大きさが数十ｎｍの汚染物質の分子や水和によって周囲に水分子が配位するナトリウムイオンは貫通孔を通過しない。これにより、逆浸透膜は水分子と汚染物質や塩分とを分離して下水や海水から上水や淡水を精製する。
ところが、途上国や自然災害の被災地において汚水から上水を逆浸透膜によって精製する際、汚水中のバクテリアが高分子膜を腐食するため、逆浸透膜の寿命が極端に短くなるという問題がある。
また、海岸沿いに配置される風車型の風力発電機では、潤滑油に塩分や微細な砂が混じりやすいため、潤滑油から塩分や微細な砂を除去することが強く求められているが、塩分や微細な砂の除去に逆浸透膜を用いた場合、潤滑油の成分が高分子膜を溶解させるため、やはり、逆浸透膜の寿命が極端に短くなるという問題がある。
さらに、逆浸透膜は高分子膜を主要構成要素とするため、強度が低く、精製効率向上のために下水や海水へ印加する圧力（一次側圧力）を上昇させて負荷をかけると破れてしまうという問題がある。
そこで、近年、バクテリアによって腐食されることがなく、潤滑油にも溶解せず、且つ剛性の高い多孔質セラミック体からなる濾過用フィルタが開発されている（例えば、特許文献１参照。）。
しかしながら、多孔質セラミック体からなる濾過用フィルタは比較的径の大きい金属酸化物の複数の粒子を圧縮させて高温で互いに接着することによって製造されるため、粒子間の隙間の大きさを直接的に制御することができず、偶発的に所望の径よりも大きい径の貫通孔が形成されることがあり、汚染物質や塩分の除去に関して依然として懸念がある。
また、下水中には大きさが数十ｎｍのウィルス、例えば、約５０ｎｍのインフルエンザウィルスや約２０ｎｍのピコウィルスやパルポウィルスが存在するが、これらのウィルスは径が数十ｎｍである貫通孔を通過する虞がある。
さらに、多孔質セラミック体からなる濾過用フィルタを液体中に含まれる大きさが異なる複数の医薬成分の仕分けに利用する場合、所望の大きさではない医薬成分が貫通孔を通過する虞があり、医薬成分の仕分けができないという問題がある。
その結果、上水や淡水の精製に蒸留法等を併用する必要があり、また、医薬成分の仕分けに遠心分離法等を併用する必要がある。すなわち、上水や淡水を手軽に得ることができないという問題がある。
本発明の目的は、剛性を確保しつつ、上水や淡水を手軽に得ることができる濾過用フィルタ及び濾過用フィルタの製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項１記載の濾過用フィルタは、金属酸化物を主成分とする多数のセラミック粒子を焼結させて生成され、各前記セラミック粒子間の隙間が５０ｎｍ〜５００ｎｍに調整された少なくとも２つのセラミック層と、粒径が３ｎｍ〜５ｎｍの多数のナノ粒子を熱処理によって互いに熔融結合させて生成され、隣接する２つの前記セラミック層に挟まれたナノ粒子層とを備えることを特徴とする。
請求項２記載の濾過用フィルタは、請求項１記載の濾過用フィルタにおいて、前記ナノ粒子層の一部が前記セラミックス層に部分的に浸透したことを特徴とする。
請求項３記載の濾過用フィルタは、請求項１又は２記載の濾過用フィルタにおいて、各前記ナノ粒子は長径が５ｎｍ以下且つ短径が３ｎｍ以上であることを特徴とする。
請求項４記載の濾過用フィルタは、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の濾過用フィルタにおいて、３つ以上の前記セラミック層を備え、前記３つ以上のセラミック層のうち、隣接する２つの前記セラミック層の間には前記ナノ粒子層が介在することを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項５記載の濾過用フィルタの製造方法は、金属酸化物を主成分とする多数のセラミック粒子を互いに接合させ、且つ各前記セラミック粒子間の隙間を５０ｎｍ〜５００ｎｍに調整して第１のセラミック層を生成する第１のセラミック層生成ステップと、前記生成された第１のセラミック層の表面を覆うように粒径が３ｎｍ〜５ｎｍの多数のナノ粒子を分布させるナノ粒子分布ステップと、前記分布した多数のナノ粒子を熱処理によって互いに熔融結合させてナノ粒子層を生成するナノ粒子層生成ステップと、前記生成されたナノ粒子層の表面を覆うように多数の前記セラミック粒子を分布させ、該分布した多数のセラミック粒子を互いに接合させ、且つ各前記セラミック粒子間の隙間を５０ｎｍ〜５００ｎｍに調整して第２のセラミック層を生成する第２のセラミック層生成ステップとを有することを特徴とする。
請求項６記載の濾過用フィルタの製造方法は、請求項５記載の濾過用フィルタの製造方法において、前記ナノ粒子分布ステップでは、前記生成された第２のセラミック層の表面を覆うように粒径が３ｎｍ〜５ｎｍの多数のナノ粒子を分布させ、前記第１のセラミック層生成ステップの後、前記ナノ粒子分布ステップ、前記ナノ粒子層生成ステップ及び第２のセラミック層生成ステップをこの順に所定の回数ほど繰り返すことを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項７記載の濾過用フィルタの製造方法は、金属酸化物を主成分とする多数のセラミック粒子を互いに接合させ、且つ各前記セラミック粒子間の隙間を５０ｎｍ〜５００ｎｍに調整してセラミック層を生成するセラミック層生成ステップと、前記生成されたセラミック層の表面を覆うように粒径が３ｎｍ〜５ｎｍの多数のナノ粒子を分布させ濾過フィルタ前駆体を形成する濾過フィルタ前駆体形成ステップと、前記濾過フィルタ前駆体形成ステップにおいて形成された２つの前記濾過フィルタ前駆体を、前記多数のナノ粒子が分布する面同士が接触するように貼り合わせ、前記分布した多数のナノ粒子を熱処理によって互いに熔融結合させて１つのナノ粒子層を生成するナノ粒子層生成ステップとを有することを特徴とする。
本発明によれば、セラミック粒子を焼結させて生成された２つのセラミック層に、ナノ粒子層が挟まれるので、濾過用フィルタの剛性を確保することができ、さらに、粒径が３ｎｍ〜５ｎｍの多数のナノ粒子を熱処理によって互いに熔融結合させてナノ粒子層を生成するので、各ナノ粒子間の隙間の大きさを数ｎｍ以下に設定することができ、これにより、直径が数ｎｍの貫通孔を生成することができる。その結果、上水や淡水の精製に蒸留法等を併用する必要を無くすことができ、もって、上水や淡水を手軽に得ることができる。
また、本発明によれば、金属酸化物を主成分とする多数のセラミック粒子を互いに接合させて第１のセラミック層を生成し、該生成した第１のセラミック層の表面を覆うように多数のナノ粒子を分布させ、該分布した多数のナノ粒子を熱処理によって互いに熔融結合させてナノ粒子層を生成し、さらに、生成されたナノ粒子層の表面を覆うように多数のセラミック粒子を分布させ、且つ互いに接合させて第２のセラミック層を生成するので、直径が数ｎｍの貫通孔を備える濾過用フィルタを簡便に得ることができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
まず、本発明の第１の実施の形態に係る濾過用フィルタについて説明する。
図１は、本実施の形態に係る濾過用フィルタの構成を概略的に示す部分拡大断面図である。
図１において、濾過用フィルタ１０は、金属酸化物、例えば、シリカ（ＳｉＯ２）からなる多数のセラミック粒子１１からなる第１のセラミック層１２と、該第１のセラミック層１２の表面に形成された多数のナノ粒子１３からなるナノ粒子層１４とを備える。
第１のセラミック層１２は、粒径が数１００ｎｍ以上の多数のセラミック粒子１１を焼結させて生成される。焼結の際に多数のセラミック粒子１１に付与される圧力を比較的大きく設定すれば、各セラミック粒子１１の一部が破砕する等して各セラミック粒子１１における他のセラミック粒子１１との接触部分の面積が大きくなり、該接触部分が熔融して他のセラミック粒子１１と接合される。そこで、本実施の形態では、多数のセラミック粒子１１に付与される圧力の設定値を大きくする。これにより、第１のセラミック層１２では、各セラミック粒子１１の間の接触面積を大きくすることができ、もって、各セラミック粒子１１の間の接合力を高めることができる。その結果、第１のセラミック層１２の剛性を向上させ、耐摩耗性も向上させることができる。
また、上記のように剛性を高めるために付与する圧力の設定値を大きくした場合、第１のセラミック層１２では、各セラミック粒子１１の一部が破砕するため、各セラミック粒子１１間の隙間１６の形状は不規則となるが、各セラミック粒子１１に付与される圧力を調整することにより、各セラミック粒子１１間の隙間１６の代表長さ、すなわち、隙間１６を介して対向する２つのセラミック粒子１１の間の距離の最大値が５０ｎｍ〜５００ｎｍに調整される。
ナノ粒子層１４は、粒径が３ｎｍ〜５ｎｍの多数のナノ粒子１３を第１のセラミック層１２の表面に噴霧して該第１のセラミック層１２の表面上に多数のナノ粒子１３を満遍なく分布させ、これらのナノ粒子１３を４００℃乃至１０００℃の高温で熱処理することによって形成される。熱処理の際、各ナノ粒子１３において他のナノ粒子１３と接触する部分が熔融して各ナノ粒子１３同士が接合するが、各ナノ粒子１３の一部が破砕するほどの圧力を付与しない。したがって、各ナノ粒子１３の間の隙間１７の形状は不規則とならず、隙間１７の大きさの制御が容易となる。
例えば、図２に示すように、直径Ｄが５ｎｍの３つの真球状のナノ粒子１３が同一平面上において互いに均等に接触した場合、各ナノ粒子１３の間の隙間１７の代表長さは約２ｎｍとなり、該隙間１７を通過しうる粒子１８の最大直径ｄは約０．７ｎｍとなる。ナノ粒子層１４では、各ナノ粒子１３の粒径が５ｎｍ以下に設定されるため、各ナノ粒子１３の間の隙間１７の代表長さは２ｎｍ以下となり、且つ該隙間１７を通過しうる粒子１８の最大直径は０．７ｎｍ以下となる。
ナノ粒子１３は、高温で表面が部分的に熔融する材料によって構成される必要があるが、例えば、セラミック（シリカを含む）、石英、各種金属、有機ポリマー（ポリエチレンラテックスのポリマー等）からなるのが好ましい。特に、ナノ粒子１３を銀で構成した場合、銀は殺菌作用を有するため、濾過用フィルタ１０は完全に殺菌された上水や淡水を提供することができる。
また、濾過用フィルタ１０において、ナノ粒子１３の大きさは３ｎｍ〜５ｎｍなので、第１のセラミック層１２の隙間１６、特に表面に存在する隙間１６に進入する。その結果、ナノ粒子層１４の一部が第１のセラミック層１２に浸透する。
次に、本実施の形態に係る濾過用フィルタの製造方法について説明する。
まず、多数のセラミック粒子１１を所定の型に封入して高温の下、所定の圧力を負荷することにより、焼結を行って第１のセラミック層１２を得る。次いで、多数のナノ粒子１３を第１のセラミック層１２の表面を覆うように噴霧して隙間無く分布させた後、各ナノ粒子１３を熱処理によって互いに熔融接合させてナノ粒子層１４を得る。
次いで、第１のセラミック層１２及びナノ粒子層１４が積層された積層体から所定の形状の濾過用フィルタ１０を切り出して本処理を終了する。
本実施の形態に係る濾過用フィルタ１０によれば、多数のセラミック粒子１１の焼結の際、各セラミック粒子１１の一部を破砕する等して各セラミック粒子１１の間の接触面積を大きくするので、各セラミック粒子１１の間の接合力を高めることができ、もって、第１のセラミック層１２の剛性を向上することができる。その結果、濾過用フィルタ１０の剛性を確保することができる。
さらに、粒径が３ｎｍ〜５ｎｍの多数のナノ粒子１３を熱処理によって互いに熔融結合させてナノ粒子層１４を生成するので、各ナノ粒子１３間の隙間１７の代表長さを２ｎｍ以下に設定することができ、これにより、直径が２ｎｍの貫通孔を濾過用フィルタ１０に生成することができる。その結果、濾過用フィルタ１０を用いれば、上水や淡水の精製に蒸留法等を併用する必要を無くすことができ、もって、上水や淡水を手軽に得ることができる。
また、濾過用フィルタ１０において、ナノ粒子層１４の一部が第１のセラミック層１２に部分的に浸透しているので、第１のセラミック層１２及びナノ粒子層１４の結合力を高めることができ、もって、濾過用フィルタ１０における層間剥離の発生を防止することができるとともに、濾過用フィルタ１０全体の剛性を向上することができる。
上述した濾過用フィルタ１０では、ナノ粒子層１４を構成する各ナノ粒子１３は真球状であることを前提とし、その粒径は３ｎｍ〜５ｎｍであったが、各ナノ粒子層１４は真球状である必要はなく、長方形に納まる形状、例えば、長径が５ｎｍ以下且つ短径が３ｎｍ以上の楕円形状であってもよい。
また、本実施の形態に係る濾過用フィルタの製造方法によれば、多数のセラミック粒子１１を互いに接合させて第１のセラミック層１２を生成し、該生成した第１のセラミック層１２の表面を覆うように多数のナノ粒子１３を分布させ、該分布した多数のナノ粒子１３を熱処理によって互いに熔融結合させてナノ粒子層１４を生成するので、直径が２ｎｍの貫通孔を備える濾過用フィルタ１０を簡便に得ることができる。
次に、本発明の第２の実施の形態に係る濾過用フィルタ及びその製造方法について説明する。
図３は、本実施の形態に係る濾過用フィルタの構成を概略的に示す部分拡大断面図である。第２の実施の形態は、第１の実施の形態で得られたセラミック層と該セラミック層に吹き付けられた多数のナノ粒子１３とから成る濾過用フィルタを前駆体として２つ用い、互いのナノ粒子が接触するように該２つの前駆体を貼り合わせることによって濾過用フィルタを構成する点で第１の実施の形態と異なる。したがって、重複した構成、作用については説明を省略し、以下に異なる構成、作用についての説明を行う。
図３において、濾過用フィルタ２０は、重ねられた２つの第１のセラミック層１２と、該２つの第１のセラミック層１２の間に介在するナノ粒子層１４とを備える。
ところで、第１の実施の形態に係る濾過用フィルタ１０では、第１のセラミック層１２に比べて耐磨耗性に劣るナノ粒子層１４が露出しているため、ナノ粒子層１４を構成するナノ粒子１３がナノ粒子層１４から流出してしまう虞がある。しかしながら、第２の実施の形態に係る濾過用フィルタ２０によれば、ナノ粒子層１４を２つの第１のセラミック層１２で挟むため、ナノ粒子層１４が露出することがなく、これにより、ナノ粒子層１４からナノ粒子１３が流出する虞はない。
本実施の形態に係る濾過用フィルタ２０によれば、多数のセラミック粒子１１を焼結させて生成された２つの第１のセラミック層１２にナノ粒子層１４が挟まれるので、濾過用フィルタ２０の剛性を確保することができる。
また、濾過用フィルタ２０において、ナノ粒子１３の大きさは３ｎｍ〜５ｎｍなので、２つの第１のセラミック層１２の隙間１６、特に表面に存在する隙間１６に進入する。その結果、ナノ粒子層１４の一部が２つの第１のセラミック層１２のそれぞれに浸透する。
図４は、本実施の形態に係る濾過用フィルタの製造方法を示す工程図である。
まず、第１の実施の形態に係る濾過用フィルタ１０と同様に、第１のセラミック層１２を形成し（セラミック層生成ステップ）、さらに、多数のナノ粒子１３を第１のセラミック層１２の表面を覆うように吹き付けて隙間無く分布させる。本実施の形態に係る濾過用フィルタの製造方法では、第１のセラミック層１２に多数のナノ粒子１３が吹き付けられた状態のものを、濾過フィルタ前駆体１９とし、該濾過フィルタ前駆体１９を２つ準備する（図４（Ａ））（濾過フィルタ前駆体形成ステップ）。
次いで、２つの濾過フィルタ前駆体１９を、互いの吹き付けられた多数のナノ粒子１３同士が接触するように貼り合わせ（図４（Ｂ））、その後、張り合わされた２つの濾過フィルタ前駆体１９を４００℃乃至１０００℃の高温で熱処理することにより、互いに接触する多数のナノ粒子１３を熔融接合させてナノ粒子層１４を得る（ナノ粒子層生成ステップ）。
次いで、２つの第１のセラミック層１２及びナノ粒子層１４が積層された積層体から所定の形状の濾過用フィルタ２０を切り出して本処理を終了する。
本実施の形態に係る濾過用フィルタの製造方法によれば、多数のナノ粒子１３を熱処理によって互いに熔融結合させてナノ粒子層１４を生成するので、第１の実施の形態と同様に、各ナノ粒子１３の間の隙間１７の大きさの制御が容易であり、直径が２ｎｍの貫通孔を備える濾過用フィルタ２０を簡便に得ることができる。
なお、図４の製造方法では、２つの濾過フィルタ前駆体１９を、互いの吹き付けられた多数のナノ粒子１３同士が接触するように貼り合わせたが、一方の濾過フィルタ前駆体１９のナノ粒子１３が吹き付けられた面に他方の濾過フィルタ前駆体１９のナノ粒子１３が吹き付けられていない面を貼り合わせ、その後、熱処理を行うことによって第１のセラミック層１２及びナノ粒子層１４が積層された積層体を得てもよい。この方法によれば、濾過フィルタ前駆体１９の貼り付けを繰り返すことより、第１のセラミック層１２及びナノ粒子層１４の積層数に制限を設けることなく、第１のセラミック層１２及びナノ粒子層１４を交互に積層することができ、もって、３層以上の第１のセラミック層１２及び２層以上のナノ粒子層１４を備える濾過用フィルタを容易に得ることができる。
次に、本発明の第３の実施の形態に係る濾過用フィルタ及びその製造方法について説明する。
本発明の第３の実施の形態に係る濾過用フィルタは、第２の実施の形態に係る濾過用フィルタ２０と同様の構成を有するが、２つのセラミック層及びナノ粒子層が順次積層されて形成されていく点で第２の実施の形態に係る濾過用フィルタ２０と異なる。したがって、重複した構成、作用については説明を省略し、以下に異なる構成、作用についての説明を行う。
図５は、本実施の形態に係る濾過用フィルタの構成を概略的に示す部分拡大断面図である。
図５において、濾過用フィルタ２１は、第１のセラミック層１２と、該第１のセラミック層１２の上に形成されたナノ粒子層１４と、該ナノ粒子層１４を挟んで第１のセラミック層１２と対向する第２のセラミック層１５とを備える。
本実施の形態に係る濾過用フィルタ２１によれば、第１のセラミック層１２及び第２のセラミック層１５にナノ粒子層１４が挟まれるので、濾過用フィルタ２１の剛性を確保することができるとともに、ナノ粒子層１４からナノ粒子１３が流出する虞をなくすことができる。
また、濾過用フィルタ２１において、ナノ粒子１３の大きさは３ｎｍ〜５ｎｍなので、第１のセラミック層１２や第２のセラミック層１５の隙間１６、特に表面に存在する隙間１６に進入する。その結果、ナノ粒子層１４の一部が第１のセラミック層１２や第２のセラミック層１５のそれぞれに浸透する。これにより、第１のセラミック層１２及びナノ粒子層１４、並びに第２のセラミック層１５及びナノ粒子層１４の結合力を高めることができ、もって、濾過用フィルタ１０における層間剥離の発生を防止することができるとともに、濾過用フィルタ１０全体の剛性を向上することができる。
図６は、本実施の形態に係る濾過用フィルタの製造方法を示す工程図である。
まず、多数のセラミック粒子１１を所定の型に封入して高温の下、所定の圧力を負荷することにより、焼結を行って第１のセラミック層１２を得る（図６（Ａ））（第１のセラミック層生成ステップ）。次いで、多数のナノ粒子１３を第１のセラミック層１２の表面を覆うように噴霧して隙間無く分布させた（ナノ粒子分布ステップ）後、各ナノ粒子１３を熱処理によって互いに熔融接合させてナノ粒子層１４を得る（図６（Ｂ））（ナノ粒子層生成ステップ）。
次いで、多数のセラミック粒子１１をナノ粒子層１４の表面を覆うように満遍なく分布させた後、高温の下、所定の圧力を負荷することにより、焼結を行って第２のセラミック層１５を得る（図６（Ｃ））。但し、このとき、上記所定の圧力はナノ粒子層１４を構成するナノ粒子１３を破砕しない値に設定する必要があり、例えば、第１のセラミック層１２の形成時における値よりも低い値であるのが好ましい。
次いで、第１のセラミック層１２、ナノ粒子層１４及び第２のセラミック層１５が積層された積層体から所定の形状の濾過用フィルタ２１を切り出して本処理を終了する。
本実施の形態に係る濾過用フィルタの製造方法によれば、粒径が３ｎｍ〜５ｎｍの多数のナノ粒子１３を熱処理によって互いに熔融結合させてナノ粒子層１４を生成するので、各ナノ粒子１３間の隙間１７の代表長さを２ｎｍ以下に設定することができ、これにより、直径が２ｎｍの貫通孔を濾過用フィルタ２１に生成することができる。その結果、濾過用フィルタ２１を用いれば、上水や淡水の精製に蒸留法等を併用する必要を無くすことができ、もって、上水や淡水を手軽に得ることができる。
次に、本発明の第４の実施の形態に係る濾過用フィルタ及びその製造方法について説明する。
本実施の形態は、ナノ粒子層１４や第２のセラミック層１５を複数備える点で第３の実施の形態と異なるのみであり、その構成、作用が上述した第３の実施の形態と基本的に同じであるので、重複した構成、作用については説明を省略し、以下に異なる構成、作用についての説明を行う。
図７は、本実施の形態に係る濾過用フィルタの構成を概略的に示す部分拡大断面図である。
図７において、濾過用フィルタ３０では、図中最下層に配された第１のセラミック層１２上においてナノ粒子層１４及び第２のセラミック層１５が交互に繰り返して積層される（図中では２つのナノ粒子層１４及び２つの第２のセラミック層１５が積層されている。）。すなわち、下方のナノ粒子層１４は第１のセラミック層１２及び下方の第２のセラミック層１５に挟まれ、上方のナノ粒子層１４は下方の第２のセラミック層１５及び上方の第２のセラミック層１５に挟まれている。また、下方のナノ粒子層１４の一部が第１のセラミック層１２や第２のセラミック層１５に浸透し、上方のナノ粒子層１４の一部が下方の第２のセラミック層１５や上方の第２のセラミック層１５に浸透している。
図８は、本実施の形態に係る濾過用フィルタの製造方法を示す工程図である。
図８において、まず、多数のセラミック粒子１１を所定の型に封入して高温の下、所定の圧力を負荷することにより、焼結を行って第１のセラミック層１２を得る（図８（Ａ））（第１のセラミック層生成ステップ）。次いで、多数のナノ粒子１３を第１のセラミック層１２の表面を覆うように噴霧して隙間無く分布させた（ナノ粒子分布ステップ）後、各ナノ粒子１３を熱処理によって互いに熔融接合させて下方のナノ粒子層１４を得る（図８（Ｂ））（ナノ粒子層生成ステップ）。
次いで、多数のセラミック粒子１１を下方のナノ粒子層１４の表面を覆うように満遍なく分布させた後、高温の下、所定の圧力を負荷することにより、焼結を行って下方の第２のセラミック層１５を得る（図８（Ｃ））（第２のセラミック層生成ステップ）。
次いで、多数のナノ粒子１３を下方の第２のセラミック層１５の表面を覆うように噴霧して隙間無く分布させた（ナノ粒子分布ステップ）後、各ナノ粒子１３を熱処理によって互いに熔融接合させて上方のナノ粒子層１４を得（図８（Ｄ））（ナノ粒子層生成ステップ）、さらに、多数のセラミック粒子１１を上方のナノ粒子層１４の表面を覆うように満遍なく分布させた後、高温の下、所定の圧力を負荷することにより、焼結を行って上方の第２のセラミック層１５を得る（図８（Ｅ））（第２のセラミック層生成ステップ）。
次いで、第１のセラミック層１２、各ナノ粒子層１４及び各第２のセラミック層１５が積層された積層体から所定の形状の濾過用フィルタ１０を切り出して本処理を終了する。
本実施の形態に係る濾過用フィルタ３０によれば、濾過用フィルタ３０は１つの第１のセラミック層１２及び２つの第２のセラミック層１５、すなわち３つ以上のセラミック層１２，１５を備えるので、濾過用フィルタ３０の剛性をより確実に確保することができる。さらに、３つ以上のセラミック層１２，１５のうち、隣接する２つのセラミック層の間にはナノ粒子層１４が介在するので、結果として濾過用フィルタ３０には複数のナノ粒子層１４が存在し、その結果、濾過用フィルタ３０のフィルタリング能力が高まり、より確実に上水や淡水を得ることができる。
また、本実施の形態に係る濾過用フィルタ３０の製造方法によれば、第１のセラミック層１２を生成した後、ナノ粒子層１４の生成及び第２のセラミック層１５の生成をこの順に２回ほど繰り返すので、容易に複数のセラミック層１２，１５及び複数のナノ粒子層１４が積層された濾過用フィルタ３０を得ることができる。
上述した濾過用フィルタ３０では、２つのナノ粒子層１４及び２つの第２のセラミック層１５が配設されたが、ナノ粒子層１４及び第２のセラミック層１５の配設数は同数であれば「２」に限られず、濾過用フィルタ３０の使用目的に応じてナノ粒子層１４及び第２のセラミック層１５の配設数を増減してもよい。
上述した各実施の形態における濾過用フィルタは、一定時間以上、上水や淡水の精製に供されるとトラップされた汚染物質や塩分によって目詰まりを起こして上水や淡水の精製効率が低下する。したがって、加圧された薬液を濾過用フィルタに流すことにより、トラップされた汚染物質や塩分を除去して濾過用フィルタを再生する必要があるが、各実施の形態における濾過用フィルタはシリカ等の比較的硬質な部材によって構成されるため、加圧された薬液を流しても濾過用フィルタが破損、消耗することが殆どない。すなわち、上述した各実施の形態における濾過用フィルタは再生可能である。
また、濾過の際に下水や海水を流す方向とは逆の方向から加圧された薬液を流してトラップされた汚染物質等を除去してもよい。この場合も、濾過用フィルタが硬質な材質で構成されているため、濾過用フィルタは比較的高い圧力にも耐え、効率的な汚染物質などの除去を行うことができる。
また、上述したように、各実施の形態における濾過用フィルタは焼結されたセラミックからなる比較的硬質な層を構成に含むので、ＰＶＤやＣＶＤを利用して銀などの殺菌、抗菌作用のある金属でコーティングすることができ、より清浄な上水や淡水の精製に寄与することができる。ここで、濾過用フィルタを酸化チタンでコーティングし、上水や淡水の精製時に紫外線を照射させることによって光触媒作用による強力な滅菌効果を得ることができ、もって、上水や淡水の滅菌を確実に行うことができる。
以上、本発明について、上記各実施の形態を用いて説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではない。
１０，２０，２１，３０ 濾過用フィルタ
１１ セラミック粒子
１２ 第１のセラミック層
１３ ナノ粒子
１４ ナノ粒子層
１５ 第２のセラミック層
１６，１７ 隙間
１９ 濾過フィルタ前駆体
１１ セラミック粒子
１２ 第１のセラミック層
１３ ナノ粒子
１４ ナノ粒子層
１５ 第２のセラミック層
１６，１７ 隙間
１９ 濾過フィルタ前駆体
Claims (7)
- 金属酸化物を主成分とする多数のセラミック粒子を焼結させて生成され、各前記セラミック粒子間の隙間が５０ｎｍ〜５００ｎｍに調整された少なくとも２つのセラミック層と、
粒径が３ｎｍ〜５ｎｍの多数のナノ粒子を熱処理によって互いに熔融結合させて生成され、隣接する２つの前記セラミック層に挟まれたナノ粒子層とを備えることを特徴とする濾過用フィルタ。 - 前記ナノ粒子層の一部が前記セラミックス層に部分的に浸透したことを特徴とする請求項１記載の濾過用フィルタ。
- 各前記ナノ粒子は長径が５ｎｍ以下且つ短径が３ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の濾過用フィルタ。
- ３つ以上の前記セラミック層を備え、
前記３つ以上のセラミック層のうち、隣接する２つの前記セラミック層の間には前記ナノ粒子層が介在することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の濾過用フィルタ。 - 金属酸化物を主成分とする多数のセラミック粒子を互いに接合させ、且つ各前記セラミック粒子間の隙間を５０ｎｍ〜５００ｎｍに調整して第１のセラミック層を生成する第１のセラミック層生成ステップと、
前記生成された第１のセラミック層の表面を覆うように粒径が３ｎｍ〜５ｎｍの多数のナノ粒子を分布させるナノ粒子分布ステップと、
前記分布した多数のナノ粒子を熱処理によって互いに熔融結合させてナノ粒子層を生成するナノ粒子層生成ステップと、
前記生成されたナノ粒子層の表面を覆うように多数の前記セラミック粒子を分布させ、該分布した多数のセラミック粒子を互いに接合させ、且つ各前記セラミック粒子間の隙間を５０ｎｍ〜５００ｎｍに調整して第２のセラミック層を生成する第２のセラミック層生成ステップとを有することを特徴とする濾過用フィルタの製造方法。 - 前記ナノ粒子分布ステップでは、前記生成された第２のセラミック層の表面を覆うように粒径が３ｎｍ〜５ｎｍの多数のナノ粒子を分布させ、
前記第１のセラミック層生成ステップの後、前記ナノ粒子分布ステップ、前記ナノ粒子層生成ステップ及び第２のセラミック層生成ステップをこの順に所定の回数ほど繰り返すことを特徴とする請求項５記載の濾過用フィルタの製造方法。 - 金属酸化物を主成分とする多数のセラミック粒子を互いに接合させ、且つ各前記セラミック粒子間の隙間を５０ｎｍ〜５００ｎｍに調整してセラミック層を生成するセラミック層生成ステップと、
前記生成されたセラミック層の表面を覆うように粒径が３ｎｍ〜５ｎｍの多数のナノ粒子を分布させ濾過フィルタ前駆体を形成する濾過フィルタ前駆体形成ステップと、
前記濾過フィルタ前駆体形成ステップにおいて形成された２つの前記濾過フィルタ前駆体を、前記多数のナノ粒子が分布する面同士が接触するように貼り合わせ、前記分布した多数のナノ粒子を熱処理によって互いに熔融結合させて１つのナノ粒子層を生成するナノ粒子層生成ステップとを有することを特徴とする濾過用フィルタの製造方法。
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