JPH0427405A - セラミックスフィルター及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はセラミックス　フィルター及びその製造方法
に関し、特に多孔質セラミックス膜を各種のフィルター
（濾過器）として使用するセラミックス　フィルター及
びその製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 多孔質セラミックス膜は、下記の文献に解説されている
ように、セラミックス粒子を焼結して粒子間を連続空隙
構造（空孔）としてセラミックスの多孔質膜を形成した
ものであり、従来から例えば分離膜やＰ過膜をはじめと
する高性能フィルターとして開発が進められている。

文献１：金属臨時増刊号、［１９９０年・１月］ｐ、１
７−２１ 文献２：化学装置、［１９９０年・３月号］Ｌ７１−７
２第２図は従来の均質型セラミックス　フィルターのセ
ラミックス多孔体を示す模式断面図である。

図において、１はセラミックス焼結体であり、フィルタ
ーエレメントの形状に成形・焼結されている。２は上記
の空孔を示し、セラミックス焼結体１の中に形成され、
全体としてセラミックス多孔体を構成している。そこで
、空孔２より小さな気体、液体の分子あるいは固体粒子
はセラミックス多孔体の例えば上下面方向に通過するが
、空孔２より大きい粒子又は分子は通過が阻止されるの
で、フィルターとして機能するようになっている。この
ように濾過しようとする物質系によって、セラミックス
多孔体中に形成される空孔２の大きさが選定される。

第３図はｊｆ１２図の従来例フィルターを改良した従来
の非対称構造のセラミックス　フィルターのセラミック
ス多孔体を示す模式断面図である。図において、セラミ
ックス焼結体１中には比較的大きな孔径を有する空孔２
ａが形成され、第２図と同様なセラミックス多孔体を構
成している。このセラミックス多孔体の片面には孔径の
小さな小空孔４を有する多孔質セラミックス膜３が厚さ
２０Ｉａ１程度積層されて、非対称構造のフィルターを
形成している。したがって、この非対称構造では多孔質
セラミックス膜３がフィルターの主機能を受けもつよう
になっている。

非対称構造フィルターのように粗いセラミックス多孔体
の表面に微小な孔径をもつ多孔質セラミックス膜３を成
膜する方法は色々考えられているが、例えばスラリー状
のセラミックスを塗布して乾燥したのち焼成する方法は
従来から行われている代表的な製法である。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来の例えば均質型のセラミックス　フィ
ルター（第２図参照）は、強度的な要求からある程度の
厚さ（例えば数ｌｌｌＡ以上）を必要とするが、孔径を
例えば１１Ｊ１１程度の多孔質とすると、孔径に比べて
、厚さが大きすぎるため、圧力損失が大きくなりすぎて
フィルターとして使えない。

実際のフィルターとしては、孔径をある程度大きくして
圧力損失を小さくするとともに、フィルターの内部およ
び表面に枦退すべき粒子がある程度たまった状態（目づ
まりを始めた状態）でフィルターとしての効果をもつよ
うにして実用化している。このとき、フィルターの目づ
まりが限界を越えると、逆洗により目づまりを解消する
必要があるが、フィルターの内部まで侵入した粒子を逆
洗によって除去することはむづかしい。

また、上述の均質型セラミックス　フィルターの欠点を
除去するため考案された非対称型セラミックスフィルタ
ー（第３図参照）は、微小な孔径の材料を薄膜にできる
ので、圧力損失を小さくして微小粒子の濾過ができると
ともに、フィルター表面で粒子を捕集するので、逆洗も
やりやすいが、強度基板となる孔径の大きなセラミック
スは、孔径を大きくすると強度が下がるので、ある程度
の厚みを必要とするとともに、成形後炉内で焼成する必
要がある。このような表面の微細な多孔体膜の成膜方法
はいろいろあるが、基板にスラリー状のセラミックスを
塗布して焼成する方法では、都合２回焼成する必要もあ
り高コストとなる。また、焼成炉のサイズ制限により、
大面積のものが得られない（文献１参照）ということが
課題となっていた。

この発明は上述の課題を解決するためになされたもので
、フィルター材とは材質の異る強度基板の片面に、ドラ
イプロセスでセラミックス多孔体膜を形成することによ
り、セラミックスの焼成を必要としないで形成されるセ
ラミックフィルターとその製造方法を提供することを目
的とするものである。

［課題を解決するための手段］ この発明に係るセラミックス　フィルターは、金属ファ
イバー積層体の片面に多孔質セラミックス膜を設けたも
のである。

また、この発明に係るセラミックス　フィルターの製造
方法は、金属ファイバー積層体にセラミックスの溶射を
行い表面に多孔質セラミックス膜を形成するものである
。この場合、溶射はプラズマ溶射及びガスフレーム溶射
のうちいずれの溶射方法を採用してもよい。

［作用〕 この発明のセラミックス　フィルターは、金属ファイバ
ー積層体の片面にフィルター媒体として多孔質セラミッ
クス膜を形成した非対称型の構成であるので、構造的な
強度は金属ファイバー積層体が受けもち、フィルターと
しての機能はセラミックスが果たすものとなる。この場
合、金属ファイバー積層体は任意の形状に製作できる特
長があるとともに、従来のセラミックス基体（強度基体
）に比して薄肉、軽量となる。

また、金属ファイバー積層体は、ファイバー自身の強度
が比較的弱いので、表面に形成したセラミックスと熱膨
張率が異なるけれども熱応力が緩和され、セラミックス
膜が破壊されることはない。

さらに、この発明の製造方法においては、金属ファイバ
ー積層体基板上にセラミックスの溶射法などドライプロ
セスで多孔質セラミックス膜を形成するので、焼成する
工程が不要となるほか、基板の形状に関係なく大面積の
セラミックス膜が得られる。

［実施例］ 以下、この発明によるセラミックス　フィルターの構成
とその製造方法を実施例について説明する。

（実施例１） 第１図はこの発明によるセラミックス　フィルターの一
実施例を示す模式断面図である。図において、１１は金
属ファイバーを積層して例えば平板状に成形した基板を
構成する金属ファイバー積層体であり、１２はその片側
面に形成た多孔質セラミックス薄膜である。多孔質セラ
ミックス薄膜１２は厚さ約２０−程度の例えば多孔質ア
ルミナ膜であり、点点で示した空孔の孔径は１−前後の
大きさに形成されている。金属ファイバー積層体１１は
構成する金属ファイバー間に空隙が形成されているので
フィルターとしては機能しないで、強度基板としての機
能を有するものである。そして、フィルター媒体として
は多孔質セラミックス薄膜１２が受けもつようになり、
圧力損失の小さいフィルターが得られる。

また、金属ファイバー積層体１１はそれ自体強度は弱い
が、表面に形成された多孔質セラミックス薄膜１２と熱
膨張率は異なるが、熱応力などが加わって多孔質セラミ
ックス薄膜１２が破壊されることがない利点があるので
、例えば高温用フィルターとしても十分使用に堪えるも
のとなっている。さらに、金属ファイバー積層体１１は
、第３図の従来例で示した大きな空孔２ａを有するセラ
ミックス焼結体１と比較して、薄肉で、かつ軽量なもの
とすることができる。その池水構成ではフィルター目詰
まりに対する逆洗が容易である。

次に、製造方法について説明する。まず、例えばステン
レス鋼材ＳＵＳ　３０４の金属ファイバーなどを積層し
て厚さ１〜２１１１の金属ファイバー積層体１１を形成
し、その片面にアルミナのプラズマ溶射法により多孔質
アルミナからなる多孔質セラミックス薄膜１２を厚さ２
〇−程度成膜する。溶射条件を設定するとにより多孔質
セラミックス薄膜１２中の空孔の孔径を１１ＪＪ１程度
とした。このようにプラズマ溶射などのドライプロセス
で成膜した多孔質セラミックス薄膜は、更に焼成するこ
となく十分な強度が得られる利点を有することが特長で
ある。

また、プラズマ溶射では基板の金属ファイバー積層体１
１の材質及び積層体の形状に関係なく大面積の多孔質セ
ラミックス薄膜１２を形成することが可能である。

なお多孔質セラミックス薄膜１２の厚さは上記の２０四
に限定されず、任意の厚さに形成できる。また孔径も溶
射条件によって、１ｕｍに限定されることなく、必要に
応じて変更が容品である。さらにセラミックス材として
実施例ではアルミナの場合を示したが、他のセラミック
ス材質も同様にプラズマ溶射て形成可能である゛。また
、溶射法もプラズマ溶射法でなく、ガスフレーム溶射法
でも同様な形成が可能である。なお、場合によっては、
蒸着法によっても同様な多孔質セラミックス薄膜の形成
が可能である。

（実施例２） 実施例１では平板状の原形的なセラミックスフィルター
について構成とその製造方法について説明したが、本実
施例では他の態様例について示す。

第４図はこの発明の他の実施例を示すセラミックス　フ
ィルターの模式斜視図である。図にみられるように、円
筒状の金属ファイバー積層体１１ａの外表面上に、溶射
法により多孔質セラミックス薄膜１２を形成したもので
ある。この場合は、濾過系はフィルターの外側より内筒
１３の方へ流れる方式でセラミックス　フィルターが構
成されている。

第５図はもう一つの実施例を示す模式斜視図である。図
において、コルゲート状の金属ファイバ−積層体Ｉｌｂ
の片面に、上記と同様に多孔質セラミックス薄膜１２を
形成してセラミックス　フィルターを形成したものであ
る。このセラミックスフィルターは平板状のフィルター
に強度と表面積を増大したい場合に適する構造となって
いる。

このように、第４図、第５図の実施例フィルターにおい
ても、実施例１と同様に、溶射により形成した多孔質セ
ラミックス薄膜には焼成工程を必要としないので、大容
量のセラミックス　フィルターを構成することが容易で
ある利点がある。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、セラミックスフィルタ
ーを金属ファイバー積層体の面に形成した多孔質セラミ
ックス薄膜により形成し、この多孔質セラミックス薄膜
をフィルター媒体としたので、微細な孔径を有するフィ
ルターが得られ、圧力損失の小さいセラミックス　フィ
ルターが簡単に得られ、しかも、粒子をフィルター表面
で捕集するので、目詰まりの逆洗が容易となった。

また、多孔質セラミックス薄膜の形成を溶射法などのド
ライプロセスで行うため、セラミックスの焼成工程を必
要とすることがなくなり、焼成炉の制限がなく、かつ大
面積（大容量）のフィルターが安価に得られる。

さらに、フィルター媒体の基板に金属ファイバー積層体
を用いるので、基板をセラミックスで形成したものより
全体の薄肉化、軽量化が可能となり、その上セラミック
ス　フィルターを取り付けるためのケーシングは通常金
属製であるため、これとの接合が容易である場合が多く
、この点でも好都合であるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるセラミックス　フィルターの一
実施例を示す模式断面図、第２図は従来の均質型セラミ
ックス　フィルターを示す模式断面図、第３図は従来の
非対称構造のセラミックスフィルターを示す模式断面図
、第４図はこの発明の他の実施例を示す模式斜視図、第
５図はもう一つの実施例を示す模式斜視図である。 図において、１１．ｌｌａ、ｌｌｂは金属ファイバー積
層体、１２は多孔質セラミックス薄膜、１３は内筒、１
はセラミックス焼結体、２，２ａは空孔、３は多孔質セ
ラミックス膜、４は小空孔である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属ファイバー積層体の片面に多孔質セラミック
   ス膜を設けてなることを特徴とするセラミックスフィル
   ター。
2. （２）金属ファイバー積層体にセラミックスの溶射を行
   い、上記金属ファイバー積層体の表面に多孔質セラミッ
   クス膜を形成することを特徴とするセラミックスフィル
   ターの製造方法。