JP6203167B2 - 濾過用フィルター - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、濾過用フィルターに関する。

上下水道、排水処理、用水供給などの分野においては、水を浄化する方法として様々な方法が考案され、実施されている。水の浄化は複数のプロセスからなる。これら複数のプロセスのうち、前半のプロセスにおいて水中の固形物や溶解物の除去が実施される。より詳細には、水中の固形物や溶解物のうちの不要な物や、次プロセス以降のプロセスに排出できないものなどが除去される。一般的な方法としては、水槽を設置して被処理水を滞留させ、比重差と重力により固形物を沈降分離したり、前記沈降分離に加えて、凝結剤や凝集剤といった薬品を添加し、固形物を粗大化させて沈降分離させる凝集沈殿法を用いたりする。他にも、多孔質のセラミクスや樹脂を用いてろ過する膜分離や、微生物に有機物などを捕食させる活性汚泥法などが挙げられる。

中でも膜分離法は、微細な孔を持つ膜材料などにより、水中の固形物を分離するものである。固形物の粒子径に応じた孔径を持つ膜材料が用いられ、必要な分離精度が確保される。

膜分離法における、最もクリティカルな課題は、ろ過速度の確保である。膜材料は、膜表面に処理水を接触させるとともに、膜自体に処理水を透過させながらろ過をする為、膜材料およびそれらを支持する構造物などの体積が、流量に比例して大きくなる。すなわち、設備コストが大きくなる。面積あたりの流量を大きく取れる膜材料があれば、設備をコンパクトにおさめることができ、設置面積や運用の手間などの面でメリットがある。

もう一つのクリティカルな課題は、洗浄性である。膜分離においては、固形物を連続的にろ過するので、膜材料の表面に固形物が堆積する。特に、バイオフィルムや有機高分子などの粘着性で透水性が悪い物質が膜表面近傍に付着すると、ろ過速度が遅くなってしまう。ろ過速度が低下した場合はこれを回復させるために、逆洗や、薬品洗浄などの手法で表面の付着物を除去するが、除去されやすさは膜材料表面の性状の影響を受ける。

このような問題に鑑みて、従来、表面が不活性なフッ素樹脂を用いた膜材料の開発や、中空糸膜などの表面積を増やした膜材料の開発が行われてきた。フッ素樹脂としては、ポリ四フッ化エチレンやポリフッ化ビニリデン等が用いられていた。しかし、フッ素樹脂からなる膜材料や中空糸膜等の膜材料は、表面に有機物が付着しやすく、付着物の洗浄性の改善は十分ではなかった。

また、水中の固形物を分離するフィルターとして金属網からなるフィルターを用いる場合もあるが、フィルター表面に付着した固形物等の洗浄性の点では、フッ素樹脂系の膜材料や中空糸膜と同様の問題を抱えていた。

特開平５−２４５３１７号公報 特開平７−１５５５２０号公報

本発明が解決しようとする課題は、洗浄性を向上させた濾過用フィルターを提供することである。

実施形態の濾過用フィルターは、フィルター基材と、めっき層と、を持つ。フィルター基材は、複数の貫通孔を持つ。めっき層は、その表面に、多面体形状の析出物の集合体または複数の針状析出物の集合体を持つ。めっき層は、その表面に、酸化アルミニウムまたは酸化ケイ素のいずれか一方または両方を含む層を持つ。

図１は、濾過用フィルターの平面模式図。 図２は、濾過用フィルターの部分断面模式図。 図３は、濾過用フィルターの要部の拡大断面模式図。 図４は、濾過用フィルターのめっき層表面の電子顕微鏡写真。 図５は、濾過用フィルターのめっき層表面の電子顕微鏡写真。 図６は、濾過後のフィルター表面の拡大写真であり、（ａ）は比較例１であり、（ｂ）は実施例1である。 図７は、洗浄後のフィルター表面の拡大写真であり、（ａ）は比較例１であり、（ｂ）は実施例1である。

以下、実施形態の濾過フィルターを図面を参照して説明する。
本実施形態の濾過フィルターは、複数の貫通孔を有するフィルター基材と、フィルター基材の表面を被覆するめっき層と、めっき層の表面に形成された酸化アルミニウムまたは酸化ケイ素のいずれか一方または両方を含む層とから構成されている。また、めっき層には、多面体形状の析出物の集合体または複数の針状析出物の集合体が備えられている。酸化アルミニウムまたは酸化ケイ素のいずれか一方または両方を含む層は、多面体形状の析出物の集合体または複数の針状析出物の集合体の表面に形成される。

図１には、濾過フィルターの平面模式図を示し、図２には、濾過フィルターの部分断面図を示す。図２は、図１のＡ−Ａ’線における断面図である。

図１及び図２に示す濾過用フィルター１は、フィルター基材６と、フィルター基材６の表面に、電気めっき処理等によって形成されためっき層３とを有する。図１及び図２に示す例では、フィルター基材６は、金属からなる線材２が綾織された金網で構成されている。図２に示すように、フィルター基材６をなす線材２の表面には、下地層４が形成され、下地層４上にめっき層３が形成されている。めっき層３の表面には、図示略の多面体形状の析出物の集合体または複数の針状析出物の集合体が備えられている。

フィルター基材６は、線材２が綾織されて網目状となっており、線材２同士が交差する部分に線材２が重なり合うことで隙間が形成され、この隙間が複数の貫通孔８となる。貫通孔８の孔径は、０．５μｍ〜２０μｍの範囲が好ましく、１μｍ〜１０μｍの範囲がより好ましい。貫通孔８の孔径が０．５μｍ以上であると、適切な濾過流量が確保されやすくなる。貫通孔８の孔径が２０μｍ以下であれば、処理水を濾過した際に、貫通孔８を塞ぐケークが形成されやすくなり、濾過用フィルター１によってケーク濾過を行うことができる。ケークは、被処理液中のＳＳ粒子を捕捉し、被処理液中からＳＳ粒子を分離するフィルターとして機能するものとなる。

なお、濾過用フィルター１の貫通孔８の孔径は、以下に示す方法により測定することができる。まず、濾過用フィルター１の貫通孔８を真上から走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により撮影する。この時、貫通孔８は、縦方向に略平行に延在する２本の線材２と、縦方向と略直交する横方向に略平行に延在する２本の線材２とに囲まれた、略矩形の内面形状を有するものとなる。各線材２には下地層４とめっき層３が形成されるので、貫通孔８をなす内面はめっき層３の表面になる。そして、貫通孔８の内面における縦方向の最短距離と横方向の最短距離とを測定し、距離の短い方の寸法を貫通孔８の孔径とする。なお、縦方向の最短距離と横方向の最短距離とが同じである場合には、どちらか一方の寸法を貫通孔８の孔径とすればよい。また、貫通孔８は複数あるので、孔径を４箇所以上測定し、その平均を代表値とすればよい。

線材２の材料は、めっき処理によってめっき層３のみまたはめっき層３および下地層４を容易に形成するために、金属であることが好ましい。線材２に用いる金属としては、例えば、鉄、ニッケル、銅、および、これらの合金などを用いることが好ましい。その中でも特に、線材２として、耐食性に優れ、低コストで、加工しやすい材料であるステンレス鋼線を用いることが好ましい。

下地層４は、めっき層３の線材２への密着性を高めるために、必要に応じて設けられる。下地層４の材質としては、例えば、線材２の表面にニッケル合金からなるめっき層３を形成する場合には、ニッケルまたはニッケル合金を用いることが好ましい。ニッケル合金としては、ホウ素、リン、亜鉛から選ばれる一種以上の元素を含有するものが挙げられる。

下地層４の厚みは、めっき層３の線材２への密着性を向上可能な厚み以上であればよい。また、下地層４を形成する場合は、下地層４の厚みによって貫通孔８の孔径が決まるので、貫通孔８の孔径を勘案して下地層４の厚みを決めるとよい。

めっき層３は、図２に示すように、下地層３の表面に形成されてもよく、下地層４を省略する場合は線材２の表面に直接形成してもよい。めっき層２には、図示略の多面体形状の析出物の集合体または複数の針状析出物の集合体が備えられている。これら集合体については、後ほど詳しく説明する。

めっき層３に用いられる金属としては、電気めっき等の処理によって、フィルター基材６の表面に多面体形状の析出物の集合体または複数の針状析出物の集合体を析出できるものを用いる。このような金属としては、鉄、ニッケル、銅、および、これらの合金などが挙げられる。めっき層３に用いられる金属としては、上記の金属の中でも特に、多面体形状の析出物の集合体または複数の針状析出物の集合体の形状の制御がしやすく耐食性に優れた金属である、ニッケルまたはニッケル合金を用いることが好ましい。ニッケル合金としては、ホウ素、リン、亜鉛から選ばれる一種以上の元素を含有するものが挙げられる。

めっき層３には、図示略の表面改質層が形成されている。表面改質層は、酸化アルミニウムまたは酸化ケイ素のいずれか一方または両方を含む層である。酸化アルミニウムは、中性の水の中で正に帯電する性質がある。一方、酸化ケイ素は、中性の水の中で負に帯電する性質がある。従って、表面改質層における酸化アルミニウムと酸化ケイ素の存在割合を調整することで、めっき層表面の電位を調整することが可能になる。

また、めっき層表面の電位を調整することで、水中に含まれるろ過したい固形物とフィルターとの親和性を調整することができる。固形物の表面電荷と同じ符号の電荷をフィルター表面に持たせることで、固形物がフィルターに強固に付着するのを抑制することができる。
更に酸化アルミニウムや酸化ケイ素といった親水性の材料でめっき層表面を覆うことで、フィルター表面の水に対する親和性を調整できるようになる。すなわち、固形物とフィルターの親和性よりも、水とフィルターとの親和性を高くすることで、固形物がフィルターに強固に付着するのを抑制することができ、水によるフィルター洗浄の効果を高く保つことができる。

表面改質層における酸化アルミニウムと酸化ケイ素の存在割合は、例えば、酸化アルミニウムと酸化ケイ素の合計量に対する酸化ケイ素の含有率として０〜１００％の範囲で任意に調整することができる。実際は、めっき層の表面電位と濾過フィルター１に付着する付着物が有する電位とが相互に同じ符号の電位になるように、表面改質層における酸化アルミニウムと酸化ケイ素の存在割合を決めればよい。付着物が正に帯電するなら、めっき層表面が正に帯電するように表面改質層の組成を調整すればよい。また、付着物が負に帯電するなら、めっき層表面が負に帯電するように表面改質層の組成を調整すればよい。

例えば、上水道の原水となる河川水、湖水、沼水や、下水道の下水を処理する場合、これらの水には負に帯電した固形分が含まれる場合が多いので、めっき層の表面が固形分と同様に負に帯電させるために、酸化ケイ素の含有率を５０％以上、より好ましくは７５％以上にすればよい。一方、処理水にアミン類等の正に帯電する官能基を持つ有機化合物や、中性域で正に帯電する水酸化鉄などを含む水を処理する場合、めっき層の表面を正に帯電させるために、酸化アルミニウムの含有率を５０％以上、より好ましくは７５％以上にすればよい。

表面改質層の厚みは、めっき層に備えられた多面体形状の析出物または針状析出物の平均的な高さの１〜１００％の厚みであることが好ましく、１〜５０％の厚みであることがより好ましく、１〜２０％の厚みであることが更に好ましい。表面改質層の厚みが下限以上であれば、めっき層の表面電位を調整することが可能になる。また、表面改質層の厚みが上限以下であれば、めっき層の表面の凹凸形状が表面改質層によって埋められることがなく、多面体形状の析出物の集合体または複数の針状析出物の集合体の形状が維持できる。

表面改質層は、めっき層表面における酸化ケイ素または酸化アルミニウムの存在を確認することによって、その存在の有無を確認できる。酸化ケイ素または酸化アルミニウムは、例えば蛍光Ｘ線分析法またはＸ線光電子分光法などで分析できる。表面改質層の厚みは、湿式分析や各種の機器分析によって、めっき層表面の酸化ケイ素または酸化アルミニウムの存在量を定量することで決定できる。

表面改質層の形成方法は、特に制限はなく、ＰＶＤ、ＣＶＤなど蒸着法の他、ゾルゲル法を用いることが好ましい。ゾルゲル法を適用する場合、酸化ケイ素の原料としては、ＴＥＯＳ（オルトケイ酸テトラエチル）などのアルコキシドを用いることができる。また、酸化アルミニウムの原料としては、アルミニウムセカンダリブトキシドなどを用いることができる。表面改質層における酸化ケイ素と酸化アルミニウムの存在割合は、それぞれの原料の配合割合を調整することで制御できる。なお、酸化ケイ素の原料及び酸化アルミニウムの原料は、例示したものに限られる必要はなく、ゾルゲル法によって適用可能な原料なら特に制限はない。

次に、めっき層の詳細について説明する。本実施形態では、複数の針状析出物の集合体を備えためっき層、または、多面体形状の析出物の集合体を備えためっき層を用いることができる。

まず、複数の針状析出物の集合体を備えためっき層について説明する。図３に、複数の針状析出物の集合体を示す。図３には、濾過の過程でめっき層表面に捕捉されたＳＳ粒子も図示されている。

複数の針状析出物の集合体を備えためっき層３は、図３に示すように、複数の針状構造物５が下地層４の表面に集合してなる複合体である。各針状構造物５では、各針状構造物５の線材２側の基部５ａと、隣接する他の針状構造物５の基部５ａとが一体化されている。針状構造物５の基部５ａは、下地層４の表面に連続して形成されている。各針状構造物５は、例えば、多角錐状または円錐状の形状を有する。このような錐状の形状を有する各針状構造物５は、図３に示すように、基端５３ａから先端５２に向けて先細りの形状を有している。隣接する針状構造物５間には、断面視で基端５３ａに近づくにつれて幅が狭くなる谷５３が形成されている。谷５３は、平面視で各針状構造物５を取り囲むように形成されている。各針状構造物５を取り囲む谷５３は、隣接する別の針状構造物５を取り囲む谷５３と平面視で繋がって形成されている。図３に示すように、複数の針状構造物５の一部に、被処理液中から捕捉したＳＳ粒子がケーク７として付着している。

フィルター基材６の単位面積（１μｍ^２）当たりの針状構造物５の数は、１．２〜１０．０個／μｍ^２が好ましく、３．０〜７．０個／μｍ^２がより好ましい。

単位面積当たりの針状構造物５の数が１．２個／μｍ^２以上であると、濾過用フィルター１の表面積が十分に広くなり、隣接する針状構造物５間にＳＳ粒子が引っかかりやすくなる。このため、深層濾過の機構によってＳＳ粒子が捕捉されやすく、捕捉されたＳＳ粒子によってケーク７が形成されやすい濾過用フィルター１となる。よって、濾過用フィルター１は、深層濾過の機構およびケーク濾過の機構を用いてＳＳ粒子を捕捉できる優れた除去機能を有するものとなる。

単位面積当たりの針状構造物５の数が１０．０個／μｍ^２以下であれば、隣接する針状構造物５間の隙間が狭くなりすぎない。このため、隣接する針状構造物５間に形成されている谷５３と、めっき層３上に形成されているケーク７とに囲まれた十分な広さの空間３１が形成される。空間３１は、ケーク７が形成された時に、ケーク濾過された処理液が流れる流路として機能する。針状構造物５を有さないフィルターと比較すると、ケーク７を通過した処理液の得られる面積が大きくなるため、濾過流量を大きくすることができる。したがって、濾過用フィルター１は、ＳＳ粒子が除去されやすく、濾過流量の大きいものとなる。

フィルター基材６の単位面積（１μｍ^２）当たりの針状構造物５の数は、以下に示す方法により測定できる。
濾過用フィルターを電子顕微鏡で観察し、縦２μｍ、横２μｍ、面積４μｍ^２の正方形の領域内に存在する針状構造物の頂点の数を、４箇所測定する。そして、４箇所で測定した針状構造物の頂点の数を平均し、単位面積（１μｍ^２）当たりの針状構造物の数を算出する。

また、フィルター基材６の断面における単位長さ（１μｍ）当たりの針状構造物５の数は１．０〜４．０個／μｍが好ましく、１．５〜３．０個／μｍがより好ましい。

単位長さ当たりの針状構造物５の数が１．０個／μｍ以上であると、単位面積当たりの針状構造物５の数が１．２個／μｍ^２以上である場合と同様に、深層濾過の機構およびケーク濾過の機構を用いてＳＳ粒子を捕捉できる優れた除去機能を有するものとなる。

単位長さ当たりの針状構造物５の数が４．０個／μｍ以下であると、単位面積当たりの針状構造物５の数が１０．０個／μｍ^２以下である場合と同様に、隣接する針状構造物５間の隙間が狭くなりすぎることが防止される。このため、隣接する針状構造物５間に形成されている谷５３と、めっき層３上に形成されているケーク７とに囲まれた十分な広さの空間３１が形成されるものとなり、濾過流量の大きな濾過用フィルター１となる。

フィルター基材６の断面における単位長さ（１μｍ）当たりの針状構造物５の数は、以下に示す方法により測定できる。
濾過用フィルター１を埋め込み樹脂で固定して切断し、その切断面をイオンミリングで平滑化して、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて撮影する。その後、撮影したフィルター基材の断面の拡大写真におけるフィルター基材の表面の略延在方向に沿って、１０μｍ当たりの針状構造物の数を測定する。そして、測定した針状構造物の数から単位長さ（１μｍ）当たりの針状構造物の数を算出する。

本実施形態において、フィルター基材６の断面における針状構造物５の平均高さＨおよび基端部の平均幅Ｄは、以下に示す部分の寸法を、以下に示す測定方法により測定する。
図３に示すように、フィルター基材６の断面において隣接する針状構造物５間には、谷５３が形成されている。フィルター基材６の断面において、針状構造物５を挟んで対向する谷底である基端５３ａ、５３ａ間を、直線５１でつなぎ、その長さを針状構造物５の基端部の幅Ｄ１、Ｄ２とする。また、針状構造物５の先端５２と上記の直線５１との最短距離を、針状構造物５の高さＨ１、Ｈ２とする。

フィルター基材６の断面において、２つの針状構造物５７、５８が一体化されている場合（図２における符号５９で示す針状構造物）には、以下に示す部分の寸法を、針状構造物５７、５８の高さＨ３、Ｈ４および針状構造物５７、５８の基端部の幅Ｄ３、Ｄ４とする。

まず、針状構造物５７、５８が一体化された針状構造物５９を挟んで対向する谷底である基端５３ａ、５３ａ間を、直線５４でつなぐ。次いで、２つの針状構造物５７、５８間の谷５５の谷底から直線５４に向かって垂線５６を引く。垂線５６と直線５４との交点から各基端５３ａ、５３ａまでのそれぞれの距離を、針状構造物５７、５８の基端部の幅Ｄ３、Ｄ４とする。また、各針状構造物５７、５８の先端５２ａ、５２ｂと上記の直線５４との最短距離を、各針状構造物５７、５８の高さＨ３、Ｈ４とする。なお、垂線５６の長さが、針状構造物５７、５８の高さＨ３、Ｈ４の両方の高さの３／４未満である場合には、独立した２つの針状構造物とみなす。また、２つの針状構造物５７、５８が一体化されているとする基準は、前記独立した２つの針状構造物とみなされる場合以外とする。

針状構造物５の高さおよび針状構造物５の基端部の幅を測定するには、濾過用フィルター１を埋め込み樹脂で固定して切断し、その切断面をイオンミリングで研磨して、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて撮影する。その後、撮影したフィルター基材６の断面の拡大写真におけるフィルター基材の表面の略延在方向に沿う長さ１０μｍの範囲を１つの測定領域とし、４箇所の測定領域に存在する全ての上記の針状構造物５の高さおよび基端部の幅を測定する。そして、測定した４箇所の針状構造物５の高さの平均値を、針状構造物５の平均高さＨとする。また、測定した４箇所の針状構造物５の基端部の幅の平均値を、針状構造物５の基端部の平均幅Ｄとする。

フィルター基材６の断面における針状構造物５の高さの変動係数は０．１５〜０．５０が好ましく、０．１８〜０．３６がより好ましい。変動係数とは、上述したフィルター基材６の断面における針状構造物５の高さの分布の標準偏差を、前記針状構造物５の高さの算術平均値で除したものである。

変動係数が０．１５以上であると、針状構造物５の高さのばらつきが十分に大きいものとなる。このため、濾過用フィルター１にＳＳ粒子を含む被処理液を通過させる際に、濾過用フィルター１の表面でのＳＳ粒子を含む被処理液の流れが複雑になるとともに、高さの高い針状構造物５にＳＳ粒子が引っかかりやすくなる。その結果、深層濾過の機構によってＳＳ粒子が捕捉されやすくなるとともに、高さの高い針状構造物５に引っかかったＳＳ粒子を起点として、めっき層３の表面にケーク７が形成されやすくなる。

変動係数が０．５０以下であると、めっき層３の表面に形成されたケーク７を、高さの低い針状構造物５が支えることによって、隣接する針状構造物５間に形成されている谷５３とケーク７とに囲まれた空間３１の広さが確保されやすくなる。このため、濾過によってケーク７が形成された後、ケーク濾過された処理液が空間３１内を流れやすくなり、濾過流量が増大する。したがって、濾過用フィルター１は、針状構造物のないフィルターと比較して濾過流量に優れたものとなる。

フィルター基材６の断面における針状構造物５の基端部の平均幅Ｄと平均高さＨとのアスペクト比Ｈ／Ｄは０．５〜４．０であることが好ましく、１．０〜３．０がより好ましい。アスペクト比Ｈ／Ｄが０．５以上であると、隣接する針状構造物５間に形成されている谷５３と、めっき層３上に形成されたケーク７とに囲まれた十分な高さの空間３１が形成される。このため、濾過によってケーク７が形成された後に、ケーク濾過された処理液が空間３１内を流れやすくなり、濾過流量に優れたものとなる。また、アスペクト比Ｈ／Ｄが４．０以下であると、強度に優れた針状構造物５となるため、耐久性に優れた濾過用フィルター１となる。

フィルター基材６の断面における針状構造物５の平均高さＨは、０．２〜２．５μｍであることが好ましく、０．４〜１．８μｍであることがより好ましい。平均高さＨが０．２μｍ以上であると、隣接する針状構造物５間に形成されている谷５３と、めっき層３上に形成されるケーク７とに囲まれた十分な高さの空間３１が形成される。このため、濾過の際にケークが形成された後に、ケーク濾過された処理液が空間３１内を流れやすくなり、濾過流量に優れたものとなる。

また、平均高さＨが２．５μｍ以下であると、隣接する針状構造物５間の隙間が狭くなりすぎることが防止される。このため、１０．０個／μｍ^２以下である場合と同様に、空間３１が十分に確保された濾過流量に優れた濾過用フィルター１となる。

フィルター基材６の断面における針状構造物５の基端部の平均幅Ｄと、除去対象物質の平均粒子径（Ｄ_５０）ｂ（ＳＳ粒子の平均粒子径）との関係は、ｂ／Ｄが０．３３以上を満足することが好ましく、０．５以上を満足することがより好ましい。上限については、ｂ／Ｄが３．００以下を満足することが好ましく、２．００以下を満足することがより好ましい。

上記ｂ／Ｄが０．３３以上であると、ＳＳ粒子が隣接する針状構造物５間に形成されている谷５３の谷底の近傍に入り込みにくいものとなる。したがって、谷５３と、めっき層３上に形成されたケーク７とに囲まれた広い空間３１が形成されやすくなる。よって、濾過用フィルター１は、ケーク濾過された処理液が空間３１内を流れやすく、濾過流量に優れたものとなる。

また、ｂ／Ｄが３．００以下であると、ＳＳ粒子が隣接する針状構造物５間に、より一層引っかかりやすいものとなる。このため、より一層、深層濾過の機構によってＳＳ粒子が捕捉されやすく、捕捉されたＳＳ粒子によってケーク７が形成されやすい濾過用フィルター１となる。

ここで、平均粒子径ｂは、レーザー回折法により測定されたものである。具体的には、株式会社島津製作所製のＳＡＬＤ−ＤＳ２１型測定装置（商品名）などにより測定することができる。

次に、図３に示す濾過用フィルター１を製造するには、まず、綾織されて網目状とされた線材２を用意する。
次いで、線材２の表面全面に、めっき処理を用いて、下地層４を形成する。下地層４を形成するためのめっき処理としては、従来公知の方法を用いることができる。例えば、ニッケルまたはニッケル合金からなるめっき層３を形成する前に、ステンレスからなる線材２の表面に下地層４を形成する場合には、電解ニッケルめっき処理または無電解ニッケルめっき処理を用いて、ニッケルまたはニッケル合金からなる下地層４を形成することが好ましい。

次に、下地層４の設けられた線材２の表面全面に、電気めっき処理によって、複数の針状構造物５を析出させて、線材２をめっき層３で被覆する。めっき層３を形成するための電気めっき処理としては、従来公知の方法を用いることができる。例えば、下地層４およびめっき層３がニッケルまたはニッケル合金からなるものである場合、下地層４の形成後、めっき浴に添加剤を添加して、連続して電解ニッケルめっき処理または無電解ニッケルめっき処理を用いて、めっき層３を形成することが好ましい。

複数の針状構造物５を析出させる電気めっき処理では、めっき浴に添加する添加剤の種類、濃度、めっき時間を変化させることにより、針状構造物５の形状および大きさを変化させることができる。添加剤としては、エチレンジアミン二塩酸塩（ethylenediamine dihydrochloride）、エチレンジアミン（ＥＤＡ）などが挙げられる。

めっき層３を形成するためのめっき処理を行った後、必要に応じて熱処理を行って、めっき層３の結晶化を促進してもよい。

その後、ゾルゲル法等により、めっき層３の表面に、表面改質層を形成する。このようにして、図１〜図３に示す濾過用フィルター１を製造する。

次に、めっき層の別の例として、多面体形状の析出物の集合体を備えためっき層について説明する。図４及び図５に、多面体形状の析出物の集合体を備えためっき層のＳＥＭ写真を示す。

図４及び図５に示すめっき層３は、多面体形状の複数の析出物が下地層４の表面に集合してなる集合体で形成されている。図４に示す集合体は、複数の多面体が相互に結合して体積の一部を共有している。多面体形状の複数の析出物は、それぞれ、３つ以上の平面が交わる頂点を複数有している。各析出物は、図４および図５に示すように、それぞれ異なる形状および異なる大きさを有しており、下地層４の表面に密集して形成されている。その結果、多面体形状の辺に相当する部分は、不規則な方向を向いている。

多面体形状の析出物の最大外形寸法の平均値は０．５〜１０μｍが好ましく、２〜８μｍがより好ましい。析出物の平均最大外形寸法が上記範囲内であると、被処理液中のＳＳ粒子が引っかかりやすいものとなる。特に、被処理液中のＳＳ粒子の平均粒子径が０．１〜１０μｍである場合、めっき層３にＳＳ粒子が引っかかりやすいものとなる。したがって、被処理液中のＳＳ粒子の平均粒子径が上記範囲である場合に、深層濾過の機構によって効率よくＳＳ粒子を捕捉できる。また、析出物の平均最大外形寸法が上記範囲内であると、めっき層３にＳＳ粒子が引っかかりやすいため、濾過用フィルター１に捕捉されたＳＳ粒子によってケークが形成されやすくなる。その結果、ケーク濾過の機構を用いてＳＳ粒子を捕捉しやすいものとなり、ＳＳ粒子を除去する機能の高い濾過用フィルター１となる。

多面体形状の析出物の平均最大外形寸法は、以下に示す測定方法により測定する。
すなわち、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて拡大した濾過用フィルター１の写真を撮影し、画像処理を行う。具体的には、多面体形状の析出物の最も大きさの大きい部分の外形寸法を、一つの写真に対して代表的な１０か所を選択して測定し、その平均値を平均最大外形寸法と定義する。

平面視で、めっき層３の被覆された貫通孔５の孔径は、貫通孔５の内壁に接する内接円の直径と近似したときに、平均値で１〜２０μｍが好ましい。内接円の直径の平均値は、貫通孔５の大きさおよび濾過用フィルター１の開孔率を決定するものである。濾過用フィルター１では、内接円の直径の平均値は、下地層４およびめっき層３を形成する前の線材２間の間隔と、下地層４の厚みと、めっき層３の厚みのうち、いずれか一つ以上を変化させることによって、調整できる。

平面視で、めっき層３の被覆された貫通孔５の孔径が１〜２０μｍであると、特に、被処理液中のＳＳ粒子の平均粒子径が０．１〜１０μｍである場合に、貫通孔５の大きさが適切なものとなる。したがって、濾過用フィルター１に捕捉されたＳＳ粒子によって、貫通孔５をふさぐケークが容易に形成され、ケーク濾過の機構を用いてＳＳ粒子を捕捉しやすいものとなる。

貫通孔５の内壁に接する内接円の直径の平均値は、以下に示す測定方法により測定する。
すなわち、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて拡大した濾過用フィルター１の写真を撮影し、画像処理を行う。具体的には、平面視で、めっき層３の被覆された貫通孔５の内壁に接する内接円５１の直径を、一つの写真に対して代表的な１０か所を選択して測定し、その平均値を内接円５１の直径の平均値と定義する。

濾過用フィルター１においては、めっき層３の析出物の平均最大外形寸法と、平面視で、めっき層３の被覆された貫通孔５の内壁に接する内接円の直径の平均値とが、下記の関係を満たすものであることが好ましい。すなわち、析出物の平均最大外形寸法をＡとし、上記の内接円の直径の平均値をＢとしたときに、Ａ≦３Ｂを満たすものであることが好ましい。

上記のＡ≦３Ｂを満たす場合、目詰まりが生じにくく、深層濾過および表面濾過の機構を利用して効率よくＳＳ粒子を捕捉できる濾過用フィルター１となる。内接円５１の直径の平均値が、析出物の平均最大外形寸法に対して極端に小さいと、深層濾過の機構によってめっき層３の表面に捕捉されるＳＳ粒子の粒径と、表面濾過の機構によって貫通孔５に捕捉されるＳＳ粒子の大きさとが逆転し、目詰まりが起こりやすくなる場合がある。

濾過用フィルター１において、平面視で、フィルター基材の面積（濾過用フィルター１の面積）に対する貫通孔８の面積である開孔率は、０．０４〜５．００％であることが好ましい。濾過用フィルター１の開孔率が０．０４〜５．００％であると、めっき層３を形成している多面体形状の析出物の間の空隙を通過して貫通孔８に向かう被処理液の量が十分に多くなり、めっき層３の表面にＳＳ粒子が付着しやすくなる。このため、深層濾過の機構によってＳＳ粒子を捕捉しやすいものとなる。また、開孔率が０．０４〜５．００％であると、めっき層３に捕捉されたＳＳ粒子が凝集して、濾過用フィルター１の貫通孔８をふさぐケークが形成されやすいものとなる。貫通孔８にケークが形成されると、ケーク濾過の機構を用いて、貫通孔５よりも大きさの小さいＳＳ粒子を効率よく捕捉できる濾過用フィルター１となる。濾過用フィルター１の開孔率は２．５０％以下が好ましく、１．５０％以下であることがさらに好ましい。

濾過用フィルター１の開孔率は、以下に示す測定方法により測定した隣接する貫通孔８間の最短距離の平均値と、上述した方法を用いて測定した内接円の直径の平均値とを用いて、以下に示す方法により算出する。
図１に示す濾過用フィルター１においては、隣接する貫通孔８間の最短距離の平均値は、めっき層３によって被覆された線材２の平均線径である。このため、隣接する貫通孔８間の最短距離の平均値として、めっき層３によって被覆された線材２の平均線径を用いて、開孔率を算出する。

まず、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて拡大した濾過用フィルター１の写真を撮影し、画像処理を行う。具体的には、めっき層３によって被覆された線材２の線径を、一つの写真に対して代表的な１０か所を選択して測定し、その平均値をめっき層３に被覆された線材２の平均線径と定義する。
次いで、めっき層３に被覆された線材２の平均線径をＡ、内接円の直径の平均値をＢとして、Ｂ^２／（Ａ＋Ｂ）^２（％）で算出される値を開孔率と定義する。

次に、図４または図５に示す濾過用フィルター１の製造方法について説明する。
線材２の表面全面に、めっき処理を用いて、下地層４を形成するまでは、先に説明した例のめっき層と同様である。

次に、下地層４が設けられた線材２の表面全面に、めっき処理によって、複数の多面体形状を有する析出物を析出させて、線材２をめっき層３で被覆する。めっき層３を形成するためのめっき処理としては、従来公知の方法を用いることができる。例えば、下地層４およびめっき層３がニッケルまたはニッケル合金からなるものである場合、下地層４の形成後、めっき浴に添加剤を添加して、連続して電解ニッケルめっき処理または無電解ニッケルめっき処理を用いて、めっき層３を形成することが好ましい。

複数の多面体形状を有する析出物で形成されているめっき層３を形成するためのめっき処理では、めっき浴に添加する添加剤の種類および濃度を変化させることにより、多面体形状の析出物の形状および大きさを変化させることができる。添加剤としては、２−ブチン−１，４−ジオールなどが挙げられる。

めっき層３を形成するためのめっき処理を行った後、必要に応じて熱処理を行って、めっき層３の結晶化（多面体化）を促進してもよい。

その後、ゾルゲル法等により、めっき層３の表面に、表面改質層を形成する。このようにして、図１、図４〜図５に示す濾過用フィルター１を製造する。

次に、図１〜図５に示す濾過用フィルター１を用いて、被処理水液中のＳＳ粒子を除去する処理方法について説明する。
濾過用フィルター１にＳＳ粒子を含む被処理液を通過させると、まず、表面濾過および深層濾過の機構によって、ＳＳ粒子が捕捉される。濾過用フィルター１は、多面体形状の析出物または針状析出物を所定の密度で有するものであるため、濾過用フィルター１とＳＳ粒子を含む被処理液との接触面積が大きい。このため、表面濾過および深層濾過の機構によって多面体形状の析出物または針状析出物の表面に付着したＳＳ粒子を起点として、めっき層３の表面の複数の箇所で速やかにＳＳ粒子の凝集物が形成される。

形成された凝集物は、濾過用フィルター１へのＳＳ粒子を含む被処理液の通過を継続させることにより、成長して剥離し、ＳＳ粒子を含む被処理液とともに貫通孔８に向かって移動する。貫通孔８に移動した１つまたは複数の凝集物は、貫通孔８をふさぐケークとなる。このように、本実施形態の処理方法では、表面濾過の機構だけでなく、深層濾過の機構およびケーク濾過の機構も利用して、被処理液中の小さなＳＳ粒子を除去できる。よって、優れた濾過性能が得られる。

図３に示す濾過用フィルター１は、隣接する針状構造物の間または多面体形状の析出物同士の間に谷５３を有している。谷５３は、断面視で谷底である基端５３ａに近づくにつれて幅が狭くなっている。
このため、濾過用フィルター１に捕捉されたＳＳ粒子は、谷５３の基端５３ａ近傍には入り込みにくい。したがって、めっき層３の表面にケーク７が形成されている濾過用フィルター１では、図２に示すように、谷５３とケーク７とに囲まれた十分な広さの空間３１が形成される。空間３１が形成された後、さらに濾過用フィルター１へのＳＳ粒子を含む被処理液の通過を継続させても、空間３１の上部はケーク７で形成された蓋が被せられた状態となっているため、ＳＳ粒子は空間３１内に入り込みにくい。したがって、濾過用フィルター１へのＳＳ粒子を含む被処理液の通過を継続させると、ケーク７上にさらにＳＳ粒子が堆積される。
以上は図３の場合についての説明だが、図４、図５に示すフィルターにおいても同様の現象が起きる。

本実施形態では、濾過用フィルター１が一定量のＳＳ粒子を捕捉した段階で洗浄を行う。洗浄を行うタイミングは、特に限定されるものではなく、濾過用フィルター１に通過させる被処理液に含まれるＳＳ粒子の量などに応じて適宜決定できる。洗浄は、濾過用フィルター１に、ＳＳ粒子を含む被処理液を通過させた方向と反対向きに洗浄液を通過（逆洗）させたり、濾過用フィルター１の表面に洗浄液を流したりして行う。

図３に示す濾過用フィルター１の逆洗を行うと、空間３１には、各針状構造物５を取り囲むように形成された谷５３を介して、多方向から洗浄液が流入する。このことにより、谷５３の上部の少なくとも一部を覆うように形成されていたケーク７が、洗浄液に押し上げられて、ケーク７の剥離が促進される。また、水濾過用フィルター１の針状構造物５は、基端５３ａから先端５２に向けて先細りの形状を有している。このため、洗浄液に押し上げられたケーク７は、水濾過用フィルター１から容易に剥離される。また、針状構造物５が先細りの形状を有しているので、針状構造物５に付着しているＳＳ粒子が逆洗時に谷５３に挟まりにくく、針状構造物５から容易に剥離される。したがって、本実施形態の処理方法では、逆洗を行うことにより、水濾過用フィルター１に堆積したＳＳ粒子が速やかに除去される。逆洗を行うことにより、水濾過用フィルター１が再生される。
以上は図３の場合についての説明だが、図４、図５に示すフィルターにおいても同様にして逆洗が可能である。

実施形態の濾過用フィルター１によれば、めっき層３の表面に、酸化アルミニウムまたは酸化ケイ素のいずれか一方または両方を含む表面改質層が形成されているため、濾過の過程でめっき層表面に滞留した処理水中の固形物やＳＳ粒子が、めっき層表面に固定化しにくくなる。これにより、濾過用フィルターの洗浄工程において固形物やＳＳ粒子をめっき層表面から容易に洗い流すことができる。

また、めっき層３に、多面体形状の複数の析出物の集合体または複数の針状析出物の集合体が備えられることにより、めっき層３の表面に処理水中のＳＳ粒子がひっかかりやすいものとなる。しかも、このようなめっき層３は、めっき層３を形成している多面体形状の析出物同士または針状析出物同士の間の空隙が比較的大きいため、めっき層３とＳＳ粒子を含む被処理水との接触面積が大きくなる。このため、実施形態の濾過用フィルター１は、めっき層３の表面に付着するＳＳ粒子が多くなり、深層濾過の機構によって効率よくＳＳ粒子を捕捉できる。

また、実施形態の濾過用フィルター１では、めっき層３を形成している多面体形状の析出物または針状析出物の間の空隙が大きく、析出物の間の空隙に被処理液が通りやすくなる。しかも、めっき層３は、線材２を被覆するものであり、めっき層３によって被覆された線材３間に形成されている貫通孔５をふさがない。このため、濾過用フィルター１にＳＳ粒子を含む被処理液を通過させると、表面濾過および深層濾過の機構によって捕捉されたＳＳ粒子によって、貫通孔８をふさぐように速やかにケークが形成される。したがって、濾過用フィルター１は、表面濾過の機構と深層濾過の機構に加えて、ケーク濾過の機構も利用できるものである。よって、実施形態の濾過用フィルター１は、優れた濾過性能が得られる。

また、実施形態の濾過用フィルター１では、めっき層３は線材２を被覆しており、多面体形状の複数の析出物がフィルター基材の表面に集合してなる集合体で形成されている。
したがって、濾過用フィルター１では、めっき層３と線材２との間に空間が存在していない。このため、例えば、めっき層３と線材２との間に空間が存在している場合と比較して、めっき層３が脱落しにくく、耐久性に優れた濾過用フィルター１となる。また、めっき層３と線材２との間に空間が存在していないので、めっき層３と線材２との間の空間に被処理液中のＳＳ粒子が詰まることがない。したがって、濾過用フィルター１は、洗浄が容易である。

上記の実施形態では、線材２とめっき層３との間に、下地層４が設けられている濾過用のフィルターを例に挙げて説明したが、下地層は設けられていなくてもよい。
上記の実施形態では、網目状に配置された線材２の形状が平織である場合を例に挙げて説明したが、網目状に配置された線材２の形状は、特に限定されるものではなく、例えば、綾織、畳織であってもよい。フィルター基材が織物である場合、線材２同士が交差して重なることによって、濾過用フィルター１の表面に凹凸が形成される。このため、濾過用フィルター１の表面にＳＳ粒子がひっかかりやすいものとなり、より一層濾過性能の高いものとなる。

また、上記の実施形態では、フィルター基材が、線材２と、線材２の表面に形成された下地層４と、線材２間に形成された貫通孔５とで形成されている場合を例に挙げて説明したが、フィルター基材は、例えば、金属などで形成された板材に、貫通孔として所定の間隔で複数の開孔が設けられたもの（パンチングメッシュ）であってもよいし、その表面に下地層が形成されたものであってもよい。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、めっき層の表面に、酸化アルミニウムまたは酸化ケイ素のいずれか一方または両方を含む表面改質層が形成されているため、濾過の過程でめっき層表面に滞留した処理水中の固形物やＳＳ粒子が、めっき層表面に固定化しにくくなる。これにより、濾過用フィルターの洗浄工程において固形物やＳＳ粒子をめっき層表面から容易に洗い流すことができる。

以下、実施例を用いて詳細に説明する。
（実施例１）
ステンレス製の平織りの金網（目開き４５μｍ，線径３２μｍ）を用意した。これを、リンと亜鉛とニッケルとを含むめっき浴中に浸漬し、無電解ニッケルめっき処理を行った。このことにより、網目状に配置されたステンレスで形成されている線材をニッケル亜鉛合金からなる下地層で被覆した。
その後、下地層を形成しためっき浴中に、添加剤として２−ブチン−１，４−ジオールを添加して、無電解ニッケルめっき処理を行った。このことにより、下地層で被覆された線材を被覆するめっき層を形成し、実施例１の濾過用フィルターを得た。

次に、実施例１の濾過用フィルターのめっき層の表面に、表面改質層を形成した。表面改質層の形成方法は、ゾルゲル法を採用した。酸化ケイ素の原料として、ＴＥＯＳ（オルトケイ酸テトラエチル）を用い、酸化アルミニウムの原料としては、アルミニウムセカンダリブトキシドを用いた。これら原料の混合液を用いて、ゾルゲル法により表面改質層を形成した。表面改質層のAl/Si比は混合モル比により任意に調整できるが、ここでは表面を中性域で負電荷に寄せる為に、０．１〜０．３程度とした。

表１に実施例１の濾過用フィルターのめっき層の形状と、多面体形状の析出物の平均最大外形寸法と、貫通孔の直径の平均値と、フィルター基材の面積に対するめっき層の被覆された貫通孔の面積（貫通孔の割合（開孔率））とを示す。

（比較例１）
表面改質層の形成を行わなかったこと以外は実施例１と同様にして、比較例１の濾過用フィルターを製造した。

（親水化の確認）
シリカを主成分とした親水化処理を行った濾過用フィルターの親水化評価を行った。
濾過用フィルターは多孔質である為、濡れ性評価として一般に行われる接触角を用いた評価ができない。そこで、以下のように行った。

デジタルマイクロスコープのステージに濾過用フィルターをセットし、デジタルマイクロスコープで撮影しながらマイクロピペットにより1μLの純水を滴下した。滴下の瞬間から1分間、滴下した液の挙動を観察した。

親水化処理を行っていない比較例１の濾過用フィルターにおいては、滴下直後は直径1mmの液滴であったが、徐々にフィルターへの浸透が進み、滴下後５秒後に液滴の浸透範囲が直径２ｍｍとなった。液滴によって濡れた部分は更に徐々に広がり、３２秒後の時点で最大となりその後は滴下した水の乾燥が進んだ。４７秒時点で滴下した水は完全に乾燥し、観察されなくなった。

親水化処理した実施例１の濾過用フィルターにおいては、液滴の滴下直後からフィルター内に水が浸透したために液滴は観測できず、1秒後に直径１０ｍｍまで広がった。１０秒経過の時点で濡れた部分の面積が最大となり、その後は乾燥が進んだ。２５秒時点で滴下した水は完全に乾燥し、観察されなくなった。

以上の様の水滴の濡れ広がりの挙動によって、実施例1のフィルターが親水化されたことが確認された。

（洗浄試験）
破砕シリカ（Ｅ−１、株式会社龍森製）1ｇを１Ｌのイオン交換水に分散させ、サラダ油０．１ｍｌを添加した後にホモジナイザー（ホモミクサーMk-II、PRIMIX）で撹拌速度5000rpm、時間10分間の条件で撹拌し、試験液を調整した。

実施例１の濾過用フィルターそれぞれφ13mlのシリンジフィルタホルダ（ADVANTEC）に合うように切断し、同ホルダにセットした後、20mlの試験液を濾過した。ろ過により、油を含むシリカのケーキ層が濾過用フィルター上に形成された。結果を図５に示す。

続いて、ビーカーにイオン交換水を採り、ケーキを形成したフィルタ上にイオン交換水を流し入れて搖動させて、洗浄した。
上記操作は、親水化処理をしていない比較例１の濾過用フィルターについても行い、親水化処理の洗浄効果を比較した。結果を図６に示す。

図６（ａ）及び図６（ｂ）は、濾過後のフィルター表面をデジタルマイクロスコープで２５倍の倍率で撮影した写真である。図６（ａ）は比較例１であり、図６（ｂ）は実施例1である。図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、濾過後のフィルター表面には、親水化処理の有無にかかわらずケーキ層が形成されており、外観上の差異はなく、いずれもろ過できていると言える。

また、図７（ａ）及び図７（ｂ）は、洗浄後のフィルター表面をデジタルマイクロスコープで１００倍の倍率で撮影した写真である。図７（ａ）は比較例１であり、図７（ｂ）は実施例１である。図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、比較例１及び実施例１では、白いシリカの残留に差が見られている。図７（ａ）に示すように、親水化しない比較例１では、洗浄後のフィルター表面にシリカが多く残っており、洗浄効果が劣ることが確認された。一方、図７（ｂ）に示すように、親水化した実施例１では、黒色のフィルター材表面が多く観察され、洗浄によってケーキ層が除去されており、洗浄性に優れることがわかる。

Claims (8)

1. 複数の貫通孔を有するフィルター基材と、
   前記フィルター基材の表面を被覆するめっき層と、を有し、
   前記めっき層の表面に、多面体形状の析出物の集合体または複数の針状析出物の集合体が備えられ、
   前記めっき層の表面に、酸化アルミニウムまたは酸化ケイ素のいずれか一方または両方を含む層が形成されている濾過用フィルター。
2. 前記針状析出物は、基端から先端に向けて先細りの形状である請求項１に記載の濾過用フィルター。
3. 前記フィルター基材の単位面積当たりの前記針状析出物の数が１．２〜１０．０個／μｍ^２であるか、または、
   前記フィルター基材の断面における単位長さ当たりの前記針状構造物の数が１．０〜４．０個／μｍである請求項１または請求項２に記載の濾過用フィルター。
4. 前記フィルター基材の断面における前記針状析出物の平均高さが０．２〜２．５μｍである請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の濾過用フィルター。
5. 前記多面体形状の析出物の最大外形寸法の平均値が０．５〜１０μｍであり、
   前記めっき層の被覆された前記貫通孔の直径の平均が１〜２０μｍであり、
   前記フィルター基材の面積に対する前記めっき層の被覆された前記貫通孔の面積が０．０４〜５．００％である請求項１に記載の濾過用フィルター。
6. 前記多面体形状の析出物の集合体または前記複数の針状析出物の集合体を含む前記めっき層が、ニッケルまたはニッケル合金からなる請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の濾過用フィルター。
7. 前記フィルター基材が、金属網であることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の濾過用フィルター。
8. 前記フィルター基材が、複数の前記貫通孔が設けられた金属板であることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の濾過用フィルター。