(57)【要約】【課題】多数の細孔が均一な孔径で形成された分離層を有し、この細孔の孔径の大きさに応じてガス成分を分離し得るフィルタ部材、およびその孔径を均一な大きさで再現性よく形成でき、かつその大きさの制御が容易なフィルタ部材の製造方法を提供すること。【解決手段】フィルタ部材１は、分子サイズの大きさに応じて、ガス中に含まれるガス成分を分離するフィルタ部材であって多孔体２と、この多孔体２の表面に設けられた分離層３を有し、分離層３は、主として多孔体２の表面に対してほぼ一定の角度をなして貫通する細孔３１２を多数有する斜方蒸着膜３１で構成されている。また、分離対象ガスが、メタノール蒸気とその分解物を含む混合ガスの場合には、分離層３における平均孔径は、０．１〜０．８ｎｍ程度とされる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分子サイズの大きさに応じて、ガス中に含まれるガス成分を分離するフィルタ部材であって、
多孔体と、該多孔体の表面に設けられた分離層を有し、
前記分離層は、主として多孔体の表面に対してほぼ一定の角度をなして貫通する細孔を多数有する斜方蒸着膜で構成され、
前記分離層において、前記細孔の孔径よりも大きい分子サイズの前記ガス成分の透過が阻止されるよう構成されていることを特徴とするフィルタ部材。
【請求項２】
前記斜方蒸着膜は、無機酸化物材料を主材料として構成される請求項１に記載のフィルタ部材。
【請求項３】
前記多孔体は、無機酸化物材料を主材料として構成される請求項１または２に記載のフィルタ部材。
【請求項４】
前記細孔は、前記多孔体の表面となす角度が５０〜９０°である請求項１ないし３のいずれかに記載のフィルタ部材。
【請求項５】
前記細孔の平均孔径が０．１〜０．８ｎｍであり、前記細孔が前記多孔体の表面となす角度が７５〜８５°であるとき、
前記分離層の表面に、少なくともメタノール蒸気とメタノール蒸気よりも分子サイズが小さいガス成分とを含有する混合ガスを送気すると、前記分離層において、前記メタノール蒸気の透過が選択的に阻止される請求項１ないし４のいずれかに記載のフィルタ部材。
【請求項６】
前記メタノール蒸気よりも分子サイズが小さいガス成分は、前記メタノール蒸気の分解物である請求項５に記載のフィルタ部材。
【請求項７】
前記斜方蒸着膜の表面および細孔の内面に、カップリング剤が反応することにより形成された被覆層が設けられている請求項１ないし４のいずれかに記載のフィルタ部材。
【請求項８】
前記カップリング剤は、アルキル基を有するシランカップリング剤である請求項７に記載のフィルタ部材。
【請求項９】
前記多孔体は、有底筒状をなし、該多孔体の内側面に、前記分離層が設けられている請求項１ないし８のいずれかに記載のフィルタ部材。
【請求項１０】
斜方蒸着法を用いて、多孔体の表面に、当該表面に対してほぼ一定の角度をなして貫通する細孔を多数有する斜方蒸着膜を形成することにより分離層を得る工程を有し、
前記分離層を得る工程において、前記多孔体の表面の垂線と蒸着粒子の進行方向とがなす蒸着角度、前記蒸着粒子の蒸着レート、前記多孔体の温度、蒸着雰囲気の真空度のうちの少なくとも１つを制御することにより、前記分離層が有する前記細孔の平均孔径を制御することを特徴とするフィルタ部材の製造方法。
【請求項１１】
前記分離層を得る工程において、前記蒸着粒子の蒸着角度は、４５〜８５°である請求項１０に記載のフィルタ部材の製造方法。
【請求項１２】
前記分離層を得る工程において、前記蒸着雰囲気の真空度は、１×１０−５〜５×１０−１Ｐａである請求項１０または１１に記載のフィルタ部材の製造方法。
【請求項１３】
前記分離層を得る工程の後、前記斜方蒸着膜の表面に、カップリング剤を供給して、前記斜方蒸着膜の表面に前記カップリング剤を結合させることにより被覆層を形成する請求項８または９に記載のフィルタ部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルタ部材およびフィルタ部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液相系において、アルコールと他の成分とを分離する方法としては、例えば、パーベーパレーション法等が知られており、この方法を用いた各種分離膜が開発されている。しかしながら、気相系において、アルコール蒸気と他のガス成分とを分離する分離膜については、その報告がほとんど認められない。
【０００３】
ところで、非平衡型のメタノール分解反応器においては、メタノールの分解反応の系から分解物（Ｈ２、ＣＯ）を排除すると、反応の平衡が分解側に移動することにより、メタノールの分解が促進される。したがって、このようなメタノールの分解反応を効率よく行うためには、メタノール蒸気と、他のガス成分とを分離する分離膜の分離能を向上させることが重要となる。
【０００４】
気相系において、メタノール蒸気と他のガス成分とを分離する分離膜としては、多孔体の表面に、金属アルコキシドを塗布・乾燥した後に焼成することにより形成した分離膜（例えば、特許文献１参照。）や、多孔体の表面に、化学蒸着法によってシリカ等を堆積させた分離膜（例えば、特許文献２参照。）が提案されている。
【０００５】
これらの分離膜は、いずれも多孔体が備える細孔におけるガス成分の透過性の差を利用して分離を行うものである。これらのうち、前者の分離膜は、細孔の孔径よりも小さい分子サイズを有するガス成分のうち、細孔の表面に存在する金属アルコキシドと親和性を有するメタノール蒸気を優先的に透過させるとともに、金属アルコキシドと親和性を有さない他のガス成分の透過を阻止することにより、メタノール蒸気と他のガス成分とを分離する。これに対し、後者の分離膜は、細孔の孔径よりも大きい分子サイズを有するメタノール蒸気の透過を阻止し、それよりも分子サイズの小さい他のガス成分を透過させることにより、メタノール蒸気と他のガス成分とを分離する。
【０００６】
しかしながら、これらの分離膜では、細孔の孔径が、多孔体の表面状態や、膜形成時の反応条件等の影響を受け易いために制御が難しく、バラツキの小さい均一な孔径を有する細孔を、膜厚に依存することなく形成するのには困難を極める。すなわち、均一な分離性能を有する分離膜を再現性よく形成するのには困難を極める。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２０２０７３号公報
【特許文献２】特開２０００−４４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、多数の細孔が均一な孔径で形成された分離層を有し、この細孔の孔径の大きさに応じてガス成分を分離し得るフィルタ部材、およびその孔径を均一な大きさで再現性よく形成でき、かつその大きさの制御が容易なフィルタ部材の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のフィルタ部材は、分子サイズの大きさに応じて、ガス中に含まれるガス成分を分離するフィルタ部材であって、
多孔体と、該多孔体の表面に設けられた分離層を有し、
前記分離層は、主として多孔体の表面に対してほぼ一定の角度をなして貫通する細孔を多数有する斜方蒸着膜で構成され、
前記分離層において、前記細孔の孔径よりも大きい分子サイズの前記ガス成分の透過が阻止されるよう構成されていることを特徴とする。
これにより、多数の細孔が均一な孔径で形成された分離層を有し、細孔の孔径の大きさに応じてガス成分を分離し得るフィルタ部材とすることができる。
【００１０】
本発明のフィルタ部材では、前記斜方蒸着膜は、無機酸化物材料を主材料として構成されることが好ましい。
これにより、斜方蒸着膜は、各種ガスに対して安定、かつ耐熱性に優れたものとなる。その結果、分離対象ガス、および、この分離対象ガスを分離する際の温度条件について、その選択の幅の拡大を図ることができる。
【００１１】
本発明のフィルタ部材では、前記多孔体は、無機酸化物材料を主材料として構成されることが好ましい。
これにより、多孔体は、各種ガスに対して安定なものとなり、また、耐熱性に優れたものとなる。したがって、分離対象ガス、および、斜方蒸着膜を形成する際さらには分離対象ガスを分離する際の温度条件について、その選択の幅の拡大を図ることができる。
【００１２】
本発明のフィルタ部材では、前記細孔は、前記多孔体の表面となす角度が５０〜９０°であることが好ましい。
これにより、斜方蒸着法を用いて形成された分離層を確実に前記細孔を備える斜方蒸着膜で構成することができる。
本発明のフィルタ部材では、前記細孔の平均孔径が０．１〜０．８ｎｍであり、前記細孔が前記多孔体の表面となす角度が７５〜８５°であるとき、
前記分離層の表面に、少なくともメタノール蒸気とメタノール蒸気よりも分子サイズが小さいガス成分とを含有する混合ガスを送気すると、前記分離層において、前記メタノール蒸気の透過が選択的に阻止されることが好ましい。
これにより、メタノール蒸気が分離層を透過するのを確実に阻止することができ、また、メタノール蒸気よりも分子サイズが小さいガス成分を、確実に分離層を透過させることができる。その結果、メタノール蒸気と、メタノール蒸気よりも分子サイズが小さいガス成分とを確実に分離することができる。
【００１３】
本発明のフィルタ部材では、前記メタノール蒸気よりも分子サイズが小さいガス成分は、前記メタノール蒸気の分解物であることが好ましい。
これにより、メタノール蒸気と、メタノール蒸気よりも分子サイズが小さいメタノールの分解物とを確実に分離することができる。
本発明のフィルタ部材では、前記斜方蒸着膜の表面および細孔の内面に、カップリング剤が反応することにより形成された被覆層が設けられていることが好ましい。
これにより、分離対象ガスに含まれるガス成分のうち、細孔の孔径よりも小さい分子サイズのガス成分の細孔における透過性を、容易に制御することができる。
【００１４】
本発明のフィルタ部材では、前記カップリング剤は、アルキル基を有するシランカップリング剤であることが好ましい。
これにより、分離対象ガスに含まれ、細孔の孔径よりも小さい分子サイズのガス成分のうち、アルキル基と親和性を有するガス成分の、細孔における透過性を高めることができ、そのようなガス成分を、他のガス成分よりも優先的に細孔を透過させることができる。
本発明のフィルタ部材では、前記多孔体は、有底筒状をなし、該多孔体の内側面に、前記分離層が設けられていることが好ましい。
これにより、分離対象ガスを、分離層の表面に、効率よく送気することができ、分離対象ガスに含まれるガス成分を効率よく分離することができる。
【００１５】
本発明のフィルタ部材の製造方法は、斜方蒸着法を用いて、多孔体の表面に、当該表面に対してほぼ一定の角度をなして貫通する細孔を多数有する斜方蒸着膜を形成することにより分離層を得る工程を有し、
前記分離層を得る工程において、前記多孔体の表面の垂線と蒸着粒子の進行方向とがなす蒸着角度、前記蒸着粒子の蒸着レート、前記多孔体の温度、蒸着雰囲気の真空度のうちの少なくとも１つを制御することにより、前記分離層が有する前記細孔の平均孔径を制御することを特徴とする。
これにより、多数の細孔が均一な孔径で形成された分離層を有し、細孔の孔径の大きさに応じてガス成分を分離し得るフィルタ部材において、前記細孔の孔径の大きさを所望の大きさに形成することができる。
【００１６】
本発明のフィルタ部材の製造方法では、前記分離層を得る工程において、前記蒸着粒子の蒸着角度は、４５〜８５°であることが好ましい。
かかる範囲内に蒸着角度を設定することにより、平均孔径の大きさを比較的容易に制御することができる。
本発明のフィルタ部材の製造方法では、前記分離層を得る工程において、前記蒸着雰囲気の真空度は、１×１０−５〜５×１０−１Ｐａであることが好ましい。
かかる範囲内に真空度を設定することにより、平均孔径の大きさを比較的容易に制御することができる。
【００１７】
本発明のフィルタ部材の製造方法では、前記分離層を得る工程の後、前記斜方蒸着膜の表面に、カップリング剤を供給して、前記斜方蒸着膜の表面に前記カップリング剤を結合させることにより被覆層を形成することが好ましい。
これにより、分離対象ガスに含まれるガス成分のうち、細孔の孔径よりも小さい分子サイズのガス成分の細孔における透過性を、容易に制御することができる被覆層を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明のフィルタ部材およびフィルタ部材の製造方法について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
まず、本発明のフィルタ部材の第１実施形態について説明する。
図１は、本発明のフィルタ部材の第１実施形態を模式的に示す縦断面図、図２は、図１に示すフィルタ部材によって、メタノール蒸気とその分解物が分離される様子を示す模式図である。なお、以下の説明では、図１および図２中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【００１９】
図１に示すフィルタ部材１は、分子サイズの大きさに応じて、ガス（気体）中に含まれるガス成分（分子）を分離するものであり、多孔体２と、多孔体２の表面に設けられた分離層３を有している。
多孔体２は、分離層３を支持するとともに、分離層３を透過したガス成分を透過して下方に排出するものである。本実施形態では、この多孔体２は、平板状に形成されており、その一方の面（上面）に分離層３が設けられている。
【００２０】
多孔体２の構成材料としては、無機材料、有機材料のいずれであってもよいが、分離対象ガスに含まれる各ガス成分に対して安定であり、また、分離層３の成膜に際、さらにはガス成分を透過するに際して加えられる熱に対して耐熱性を有するものを使用するという観点からは、無機材料であるのが好ましい。
さらに、無機材料としては、無機酸化物が好ましい。無機酸化物は、優れた化学的安定性および耐熱性を有している。このため、多孔体は、各種ガスに対して安定なものとなり、また、後述する斜方蒸着膜３１を成膜する際等に加えられる熱に耐え得るものとなる。
【００２１】
無機酸化物としては、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＯのようなシリコン酸化物、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＴｉＯ、ＴｉＯ２、Ｉｎ２Ｏ３，Ｓｂ２Ｏ３，Ｔａ２Ｏ５、Ｙ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＷＯ３、ＣｒＯ３、ＧａＯ３、ＨｆＯ２、Ｔｉ３Ｏ５、ＮｉＯ、ＺｎＯ、Ｎｂ２Ｏ５、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５等の金属酸化物が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができるが、特に、ＳｉＯ２、ＳｉＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２またはＴｉＯ２を主成分とするものが好ましい。
【００２２】
なお、多孔体２を構成する有機材料としては、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリイミド樹脂およびフッ素樹脂等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
多孔体２における平均孔径は、後述する分離層３における平均孔径と等しいか、またはそれよりも大きくなっていればよいが、好ましくは分離層３の平均孔径よりも大きく設定される。これにより、分離層３を透過して多孔体２に移行したガス成分を効率よく排出することができる。この平均孔径は、具体的には、１ｎｍ〜１μｍ程度であるのが好ましく、４ｎｍ〜０．２μｍ程度であるのがより好ましい。これにより、分離層を透過して多孔体に移行した成分を、より効率よく排出することができるとともに、十分な機械的強度を確保することができる。
多孔体２の厚さは、１００μｍ〜５ｍｍ程度であるのが好ましく、５００μｍ〜２ｍｍ程度であるのがより好ましい。これにより、十分な機械的強度を確保しつつ、フィルタ部材の小型化（薄型化）を図ることができる。
【００２３】
本発明において、分離層３は、主として斜方蒸着膜３１で構成されている。斜方蒸着膜３１は、複数の微細なカラム３１１が、多孔体２の表面に対して、ほぼ等しい（一定の）角度（図１中に示す角度θ）で傾斜した状態で配列され、これらカラム３１１で囲まれた複数の空間により、各細孔３１２が構成されている。
この分離層３では、この細孔３１２による分子篩効果によって、分離対象ガス（混合ガス）に含まれる少なくとも１種のガス成分を選択的に透過させるか、選択的に透過を阻止するよう構成されている。すなわち、細孔３１２の孔径よりも大きい分子サイズのガス成分の透過が阻止されるよう構成されている。かかる構成とすることにより、目的とするガス成分と他のガス成分とが分離される。
【００２４】
ここで、これら細孔３１２は、後述するフィルタ部材１の製造方法で説明するように、斜方蒸着法を用いて形成されていることから、多孔体２の表面に対して、ほぼ等しい角度で傾斜したカラム３１１に囲まれることにより形成される。そのため、各細孔３１２は、多孔体２の表面に対して、ほぼ等しい角度θで貫通する貫通孔を構成し、さらに、それぞれ、貫通孔の軸方向に沿って、ほぼ一定の（ほぼ等しい）孔径（内径）を有している。
【００２５】
このように、ほぼ一定の孔径を有する細孔すなわちバラツキが小さい細孔が形成されていることから、この孔径の大きさに応じて、これよりも大きい分子サイズのガス成分の透過を確実に阻止して、目的とするガス成分と他のガス成分との分離を行うことができる。
さらに、分離層３を厚く形成することにより、たとえ細孔３１２の長さが長くなったとしても、細孔３１２内を透過するガスの透過性に変化がおよぶようになることがほとんどない。したがって、このフィルタ部材１では、分離層３の厚さに応じて、分離するガス成分の透過率に変化が生じることなく、このガス成分の分離を行うことができる。
【００２６】
斜方蒸着膜３１の構成材料としては、分離対象ガスに含まれる各ガス成分に対して安定であり、耐熱性に優れたものであればよく、特に限定されないが、具体的には、前記多孔体２の構成材料として例示した無機酸化物が好適に用いられる。
前述したような無機酸化物は、優れた化学的安定性および耐熱性を有しているため、分離層３は、各種ガスに対して安定なものとなるとともに、ガス成分を透過するに際して加えられる熱に対して耐え得るものとすることができる。また、無機酸化物は、後述する斜方蒸着法を用いることにより、前述したような細孔を有する多孔質状の層として比較的容易に成膜できるので、分離層３の構成材料として好適に用いられる。
【００２７】
分離層３における細孔３１２の平均孔径は、分離対象ガスに含まれるガス成分の種類、また、分離対象ガスに含まれるガスのうち、いずれのガス成分を透過させるのか、あるいは、透過を阻止するのかによって最適範囲が異なり、これらのファクターに応じて適宜設定される。
換言すれば、細孔３１２の平均細孔は、分離対象ガスに含まれるガス成分のうち、分離層３の透過を許容するガス成分の分子サイズよりも大きく、かつ分離層３の透過を阻止するガス成分の分子サイズよりも小さくなるように適宜設定される。
【００２８】
例えば、分離対象ガスがメタノール蒸気とその分解物（Ｈ２＋ＣＯ）により構成され、このうちメタノール蒸気を、分離層３での透過を選択的に阻止することによって分離する場合、すなわち、メタノール蒸気の透過を阻止し、水素と一酸化炭素の透過を許容する場合、細孔３１２の平均孔径は、０．１〜０．８ｎｍ程度であるのが好ましく、０．２〜０．５ｎｍ程度であるのがより好ましく、０．２〜０．３ｎｍ程度であるのがさらに好ましい。平均孔径が前記範囲より小さい場合には、分離対象ガスに含まれるメタノール蒸気以外のガス成分も、分離層３を透過し難くなり、透過が阻止されたガスの中に、メタノール蒸気以外のガス成分が多く混在してしまうおそれがある。また、平均孔径が前記範囲より大きい場合には、メタノール蒸気も分離層３を透過してしまい、透過したガスの中に、メタノール蒸気が多く混在してしまい、メタノール蒸気の回収率および分離精度が不十分となるおそれがある。
【００２９】
なお、細孔３１２と多孔体２の表面とがなす角度は、５０〜９０°程度となるように設定されているのが好ましく、特に、細孔３１２の平均孔径を０．１〜０．８ｎｍ程度とする場合、７５〜８５°程度となるように設定されているのが好ましい。後述するフィルタ部材１の製造方法において、細孔３１２と多孔体２の表面とがなす角度をかかる範囲内となるように設定することにより、形成される分離層を確実に細孔３１２を備えるものとすることができる。
【００３０】
また、分離層３におけるカラム３１１の外径は、０．２〜２．０ｎｍ程度であるのが好ましく、０．５〜１．０ｎｍ程度であるのがより好ましい。カラム３１１の外径が前記範囲より小さい場合には、分離層３の機械的強度が不足するおそれがある。また、カラム３１１の外径が前記範囲より大きい場合には、カラム３１１同士の隙間の大きさ、すなわち細孔３１２の平均孔径を精密に制御するのが困難となるおそれがある。
【００３１】
さらに、分離層３の平面視において、細孔３１２が占める総面積とカラム３１１が占める総面積との比は、３：１〜１：５程度であるのが好ましく、２：１〜1：１程度であるのがより好ましい。細孔密度が前記範囲より小さい場合には、ガスの透過効率が低くなるおそれがある。また、細孔密度が前記範囲より大きい場合には、分離層３の機械的強度が不足するおそれがある。
【００３２】
分離層３の厚さは、１〜１００ｎｍ程度であるのが好ましく、１０〜６０ｎｍ程度であるのがより好ましい。かかる範囲内に設定することにより、フィルタ部材１が大型化するのを防止しつつ、分離層３に優れた分離性能を付与することができる。
以上説明したようなフィルタ部材１は、図２に示すように、例えば、中空容器１０の内側面に、その周端面が固着され、支持された状態で、分離層３の上側に存在する分離対象ガスに含まれるガス成分を分離するフィルタとして用いられる。このようにフィルタ部材１が中空容器１０に装着された状態で、フィルタ部材１に分離対象ガスを送気すると、分離対象ガスの拡散が中空容器１０の周壁によって遮られ、分離対象ガスがフィルタ部材１と接触する機会が増大することから、その分離効率の向上を図ることができる。
【００３３】
ここで、フィルタ部材１の分離層３の平均孔径が、例えば、前述したように分離層３がメタノール蒸気の透過を阻止し、分解生成物の透過を許容するように、０．１〜０．８ｎｍ程度に設定されている場合、中空容器１０のフィルタ部材１よりも上側の空間で、式１に示すメタノール蒸気の分解反応を生じさせると、その未反応のメタノール蒸気と、メタノールの分解生成物（Ｈ２およびＣＯ）がフィルタ部材１により分離される。
ＣＨ３ＯＨ→Ｈ２＋ＣＯ    ……    式１
【００３４】
すなわち、式１に示すようなメタノール蒸気の分解反応が、フィルタ部材１よりも上側の空間で生じると、分解反応によって生じたＨ２およびＣＯは、その大きさ（分子サイズ）が分離層３の細孔３１２に対して小さいことから、分離層３の表面に開口する各細孔３１２を通過し、分離層３と多孔体２の界面に到達する。そして、この界面に到達したＨ２およびＣＯは、多孔体２の細孔３１２を通過して、フィルタ部材１よりも下側の空間に移行する。一方、メタノール蒸気は、その大きさ（分子サイズ）が分離層３の細孔３１２に対して大きいことから、この細孔３１２を通過せず、フィルタ部材１よりも上側の空間に留まる。このようにして、メタノール蒸気と、Ｈ２およびＣＯが、上側の空間と下側の空間とに分離される。
【００３５】
ところで、このフィルタ部材１では、分離層３の各細孔３１２が、前述したように、その軸方向に沿ってほぼ一定の内径を有している。そのため、分離対象ガス中に含まれるガス成分（分離対象物）の分子サイズに応じて、その内径を設定することにより、分離対象物を確実に分離することができる。そのため、分離層３の平均孔径を０．１〜０．８ｎｍ程度に設定することにより、メタノール蒸気の分離層３における透過を確実に阻止することができ、また、Ｈ２およびＣＯを、効率よく各細孔を通過させることができるので、メタノール蒸気と、Ｈ２およびＣＯとを精度よく分離することができる。かかる構成とすることにより、フィルタ部材１よりも上側の空間では、メタノール蒸気の分解反応の平衡が右（分解側）に移動し、メタノール蒸気を効率よく分解させることができるという利点も得られる。
【００３６】
また、このような分離層３を有するフィルタ部材１は、分離層３が備える各細孔３１２の平均孔径を適宜設定することにより、メタノール蒸気の他、エタノール蒸気、プロパノール蒸気等、炭素数が１〜８程度のアルコール蒸気の透過を阻止することができる。
すなわち、例えば、細孔３１２の平均孔径を０．３〜０．５ｎｍ程度に設定することにより、水−エタノールの共沸混合物からの水とエタノールとの分離等にも好適に使用することができる。
さらに、例えば、細孔３１２の平均孔径を０．２〜０．４程度に設定することにより、複数種のアルコール混合蒸気中からのメタノール蒸気の分離等にも好適に使用することができる。
【００３７】
＜＜第１製造方法＞＞
次に、本発明のフィルタ部材の製造方法を、図１に示すフィルタ部材１の製造に適用した第１製造方法について説明する。
図３は、本発明のフィルタ部材の第１製造方法で用いる斜方蒸着装置を示す模式図、図４は、図３に示す斜方蒸着装置が有するスリット板を示す平面図である。なお、以下の説明では、図３中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【００３８】
まず、平板状の多孔体２を用意し、この多孔体２の表面に、斜方蒸着法により分離層３を形成する。
具体的には、斜方蒸着法では、図３に示すように、チャンバ（図示せず）内に、分離層３の構成材料（原料）８００を収納した蒸着源８１０と、多孔体２とを設置し、これらの間にスリット板８２０を配置する。
【００３９】
なお、スリット板８２０は、図４に示すように、板体８２２のほぼ中央部に、多孔体２の幅とほぼ等しいスリット長ｌを有するスリット８２１が形成されてなるものである。
また、多孔体２は、駆動装置８３０に固定され、後述する蒸着角度（図３中、蒸着角度θ２）を維持した状態で、図３中矢印方向に平行移動可能になっている。また、多孔体２は、図示しない加熱手段により加熱可能となっている。
【００４０】
この状態で、蒸着源８１０に設けられた加熱手段（図示せず）により無機酸化物８００を加熱して蒸発（気化）させる。そして、原料８００の蒸着粒子（蒸発粒子）を、スリット板８２０のスリット８２１を介して多孔体２の表面（分離層３を形成する面）に到達させる。
なお、このとき、多孔体２を、前述の加熱手段により所定の温度に加熱するとともに、駆動装置８３０により所定の速度で、平行移動させる。
【００４１】
これにより、多孔体２上に、均一な大きさの孔径で構成される細孔３１２を多数有する斜方蒸着膜３１（分離層３）が形成され、フィルタ部材１が得られる。
ここで、蒸着源８１０から気化した原料（蒸着粒子）８００の進行方向と多孔体２の表面の垂線とがなす蒸着角度（図３中、角度θ２）を適宜設定することにより、細孔３１２の多孔体２の表面に対する角度（図１中、角度θ）を調整することができる。
【００４２】
さらに、分離層３における細孔３１２の平均孔径は、蒸着源８１０から気化した原料８００が多孔体２の表面に到着した際に形成される構造（カラム構造）の状態に大きく依存しており、蒸着粒子の進行方向と多孔体２の表面の垂線とがなす蒸着角度θ２、蒸着時のチャンバ内（蒸着雰囲気）の真空度、蒸着粒子の蒸着レートおよび多孔体２の温度(基板温度)等の各種条件を適宜設定することにより調整することができるとともに、これらの値を固定することにより、一定の平均孔径を有する細孔３１２を再現性よく形成することができる。これらの中でも、蒸着角度θ２および／または真空度を適宜設定することにより、平均細孔の大きさを調整するようにするのが好ましい。これらのパラメータは、特に、応答性が高いことから、その大きさを適宜設置することにより、平均孔径の大きさを比較的容易に制御することができる。
【００４３】
これらパラメータの適正範囲は、分離層３の構成材料の種類によっても若干異なるが、前述したような無機酸化物材料とする場合、次のように設定される。
まず、上述したように蒸着角度θ２および真空度は、分離層３における平均孔径にもっとも影響するパラメータである。
ここで、蒸着角度θ２が小さくなる程、細孔径は小さくなる。しかしながら、蒸着角度θ２が小さくなり過ぎると、成膜される蒸着膜においてカラム状の構造が得られなくなり、細孔が形成されていない緻密な蒸着膜が成膜されてしまうおそれがある。
【００４４】
また、真空度が高くなる程、細孔径は大きくなる。しかしながら、真空度が高くなり過ぎると、蒸着粒子が多孔体２に到達するのに先立って、蒸着粒子の凝集が起こり易くなる。その結果、成膜される斜方蒸着膜においてカラムの外径が大きくなり過ぎるおそれがある。また、真空度が低くなりすぎると、蒸着粒子の直進性が低下して、細孔径のバラツキが大きくなるおそれがある。
【００４５】
このような点から蒸着角度θ２は、２５〜６０°程度であるのが好ましく、３０〜５０°程度であるのがより好ましい。
チャンバ（蒸着装置）内の真空度は、１×１０−５〜５×１０−１Ｐａ程度であるのが好ましく、５×１０−５〜５×１０−２Ｐａ程度であるのがより好ましい。
【００４６】
さらに、多孔体２の温度および蒸着レートを適宜設定することにより、蒸着粒子が多孔体２に到達するのに先立って凝集してしまうのを防止して、斜方蒸着膜を効率よく成膜することができる。
具体的には、蒸着時の多孔体２の温度は、２０〜１５０℃程度であるのが好ましく、５０〜１００℃程度であるのがより好ましい。
【００４７】
また、蒸着レートは、２．５〜２５Å／秒程度であるのが好ましく、４〜２０Å／秒程度であるのがより好ましい。
なお、蒸着源８１０と多孔体２との方位角度（図３中、角度θ１）や、多孔体２と蒸着源８１０との離間距離（図３中Ｌ）、スリット板８２０の厚さ（図３中Ｔ）やスリット８２１の幅（図３中Ｗ）等を適宜設定することにより、カラム構造の方向均一性を制御すること、すなわち、斜方蒸着膜３１の配向性を制御することができる。
【００４８】
＜第２実施形態＞
次に、本発明のフィルタ部材の第２実施形態について説明する。
図５および図６は、本発明のフィルタ部材の第２実施形態を模式的に示す断面図である。なお、以下の説明では、図５および図６中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
以下、第２実施形態について、前記第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００４９】
本実施形態のフィルタ部材１は、図５および図６に示すように、多孔体２が有底筒状に形成され、この有底筒状の多孔体２の内側面（内周面２１および底面２２）に分離層３が形成されている以外は、前記第１実施形態のフィルタ部材１と同様である。
なお、本実施形態において、多孔体２の外形形状は、筒状をなしていれば特に限定されるものではないが、図５に示すような円柱状のものや、図６に示すような四角柱状のものの他、例えば、円錐台状、多角柱状等であってもよい。
【００５０】
この第２実施形態においても、前記第１実施形態と同様の作用・効果が得られる。
また、第２実施形態のフィルタ部材１では、特に、多孔体２が有底筒状に形成されており、その内側面に分離層３が設けられていることにより、その内側に分離対象ガスを送気したときに、フィルタ部材１の周壁が、分離対象ガスを分離するフィルタとして機能するとともに、混合ガスの拡散を遮る壁部としても機能する。したがって、送気された分離対象ガスが、外側に拡散し難く、また、その下方を除いた全方位がフィルタとして機能することにより、この混合ガスに含まれる分離対象ガスが、効率よく分離される。また、このフィルタ部材１では、中空容器等に装着することなくフィルタとして用いることができるので、装着のための手間が省かれ、作業の簡易化を図ることができる。
【００５１】
＜＜第２製造方法＞＞
次に、本発明のフィルタ部材の製造方法を、図５に示すフィルタ部材１の製造に適用した第２製造方法について説明する。
図７は、本発明のフィルタ部材の第２製造方法で用いる斜方蒸着装置を示す模式図、図８は、図７に示す斜方蒸着装置が有するスリット板を示す平面図である。なお、以下の説明では、図７中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
なお、以下では、有底円筒状の多孔体２の内側面に、斜方蒸着法により分離層３を形成して、図５に示すような円柱状のフィルタ部材１を製造する場合を代表に説明する。
まず、有底円筒状の多孔体２を用意する。
【００５２】
次に、図７に示すように、チャンバ（図示せず）内に、分離層３の構成材料（原料）８００を収納した蒸着源８１０と、有底円筒状の多孔体２とを設置し、これらの間にスリット板８２０を配置する。
多孔体２は、駆動装置８３０に固定され、多孔体２の内周面２１または底面２２において、後述する蒸着角度（図７中、蒸着角度θ２）を維持した状態で、図７中に示す矢印方向Ａに平行移動可能となっているとともに、多孔体２の中心軸を中心として回転可能となっている。また、多孔体２は、図示しない加熱手段により加熱可能となっている。
【００５３】
また、本実施形態で用いられるスリット板８２０は、図７に示すように、板体８２２のほぼ中央部に、所定のスリット長ｌを有するスリット８２１が形成されてなるものである。
このスリット８２１のスリット長ｌは、多孔体２の大きさに応じて、内周面２１のスリット８２１を通過して原料８００の蒸着粒子が供給される領域が実質的に平面で構成されるように適宜設定されるが、１０〜５０ｍｍ程度であるのが好ましく、１５〜３０ｍｍ程度であるのがより好ましい。スリット長ｌが前記範囲より短い場合には、単位時間当たりに原料８００が蒸着される蒸着面積が小さくなり、分離層３の形成に長時間を要してしまう。また、スリット長ｌが前記範囲より長い場合には、内周面２１のスリット８２１を通過して原料８００の蒸着粒子が供給される領域が湾曲凹面で構成され、スリット８２１の中央部と、スリット８２１の両端部とで形成される細孔３２１の特性の均一化が図れないおそれがある。
【００５４】
次に、多孔体２の内周面２１で、所定の蒸着角度（図７中、蒸着角度θ２）が得られるように、多孔体２の位置を調整する。この状態で、蒸着源８１０に設けられた加熱手段（図示せず）により無機酸化物８００を加熱して蒸発（気化）させる。そして、原料８００の蒸着粒子を、スリット板８２０のスリット８２１を介して多孔体２の内周面２１（分離層３を形成する面）に到達させる。
【００５５】
なお、このとき、多孔体２を、前述の加熱手段により所定の温度に加熱するとともに、駆動装置８３０により所定の回転速度で回転させつつ、矢印Ａ方向に所定の速度で平行移動させる。
これにより、多孔体２の内周面２１に、多数の細孔３１２を有する斜方蒸着膜３１（分離層３）が得られる。
【００５６】
次に、多孔体２の底面２２において、所定の蒸着角度（図７中、蒸着角度θ２）が得られるように、多孔体２の位置を調整する。この状態で、蒸着源８１０に設けられた加熱手段（図示せず）により無機酸化物８００を加熱して蒸発（気化）させる。そして、原料８００の蒸着粒子を、スリット板８２０のスリット８２１を介して多孔体２の底面２２（分離層３を形成する面）に到達させる。
【００５７】
なお、このとき、多孔体２を、前述の加熱手段により所定の温度に加熱するとともに、駆動装置８３０により所定の回転速度で回転させつつ、矢印Ｂ方向に所定の速度で平行移動させる。
以上のような工程を経て、多孔体２の底面２２に、多数の細孔３１２を有する斜方蒸着膜３１（分離層３）が形成され、フィルタ部材１が得られる。
【００５８】
ここで、蒸着源８１０から気化した原料（蒸着粒子）８００が、多孔体２の内周面２１および底面２２に到達する蒸着角度（図７中、角度θ２）を適宜設定することにより、細孔３１２の多孔体２の内周面２１および底面２２に対する角度を調整することができる。
また、分離層３の平均孔径は、蒸着源８１０から気化した原料が多孔体２の内周面２１および底面２２に到着した際に形成される構造（カラム構造）の状態に大きく依存しており、蒸着時のチャンバ内の真空度、蒸着レート、多孔体２の温度(基板温度)、蒸着角度θ２等の各種条件を適宜設定することにより調整することができる。
これら条件の適正な範囲は、前記第１製造方法の場合と同様である。
【００５９】
＜第３実施形態＞
次に、本発明のフィルタ部材の第３実施形態について説明する。
図９は、本発明のフィルタ部材の第３実施形態を模式的に示す縦断面図である。なお、以下の説明では、図９中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
以下、第３実施形態について、前記第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００６０】
本実施形態のフィルタ部材１は、図９に示すように、分離層３を構成する斜方蒸着膜３１の各カラム３１１に、カラム３１１の表面とカップリング剤とが反応することによって形成された被覆層３１３を有する以外は、前記第１実施形態のフィルタ部材と同様である。
本実施形態のフィルタ部材１では、斜方蒸着膜３１は、無機酸化物を主材料として構成されているのが好ましい。無機酸化物で構成されるカラム３１１は、その表面に水酸基を露出していることから、この水酸基とカップリング剤とが反応することにより、カラム３１１の表面に、密着性に優れた被覆層３１３を形成することができる。
【００６１】
カップリング剤としては、Ｔｉ、Ｌｉ、Ｓｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｔ、Ｂａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｂｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔａ等を有する各種金属アルコキシド、ハロゲン基を有する有機金属化物等を好適に用いることができる。これらの中でもＳｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒ等を有するカップリング剤がより好適に用いられ、特に、Ｓｉを有するシラン系カップリング剤を用いるのが好ましい。シラン系カップリング剤は、安価であり入手が容易である。
【００６２】
シランカップリング剤は、一般式ＲｎＳｉＸ（４−ｎ）（但し、Ｘは、加水分解によりシラノール基を生成する加水分解基、Ｒは官能基である。また、ｎは１〜３の整数である。）で表される。
この一般式において、Ｘとしては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、ハロゲン基等が挙げられる。
【００６３】
なお、複数個のＲ同士またはＸ同士は、互いに同じものであっても、異なるものであってもよい。
このようなシランカップリング剤は、アルコキシ基またはハロゲン基が加水分解されることによってシラノール基を生成する。このシラノール基の少なくとも１つと、カラム３１１の表面で露出する水酸基とが反応してシロキサン結合が形成する。これにより、カラム３１１の表面にシランカップリング剤が結合し、被覆層３１３が形成される。
【００６４】
カラム３１１の表面とカップリング剤とが反応することによって形成された被覆層３１３は、その表面にカップリング剤の官能基が露出しており、この官能基によって、カラム３１１の表面が改質される。したがって、この官能基を変化させることによって、ガス成分に対する親和性を変化させることができる。その結果、ガス成分のうち前記官能基に対して親和性を有するものを優先的に細孔３１２を透過させることができる。すなわち細孔３１２におけるガスの透過性を制御することができる。
【００６５】
そのため、かかる構成の分離層３を備えるフィルタ部材１は、細孔３１２の孔径よりもその分子サイズが大きいものの透過を阻止し得るとともに、細孔３１２の孔径よりもその分子サイズが小さいガス成分、すなわち細孔３１２の透過が許容されるもののうち、被覆層３１３（カップリング剤が備える官能基）に対して親和性を有するガス成分を優先的に透過させることができる。
【００６６】
そこで、カップリング剤として、例えば、メタノール蒸気と親和性を有するアルキル基を含む官能基を備えるものを使用し、細孔３１２の孔径の大きさをメタノールの透過を許容し得る大きさに設定した場合には、メタノール蒸気がその分解物（Ｈ２およびＣＯ）よりも細孔３１２内で選択的に凝縮することとなり、メタノールの透過が促進される。
例えば、細孔３１２の平均孔径を０．３５〜０．４５ｎｍ程度に設定した場合、フィルタ部材１は、エタノール蒸気の透過を阻止しつつ、メタノール蒸気とその分解物のうち、メタノール蒸気の透過を優先的に許容するものとなる。また、例えば、細孔３１２の平均孔径を０．３５〜０．５ｎｍ程度に設定した場合、フィルタ部材１は、イソプロピルアルコール蒸気の透過を阻止しつつ、メタノール蒸気とその分解物のうち、メタノール蒸気の透過を優先的に許容するものとなる。
【００６７】
以上のように、第３実施形態においても、前記第１実施形態と同様に、細孔３１２の孔径よりも分子サイズの大きいガス成分の透過をフィルタ部材１により阻止することができる。
さらに、第３実施形態のフィルタ部材では、特に、被覆層を形成するカップリング剤の官能基を変化させることにより、分離対象ガス中に含まれるガス成分の細孔３１２における透過率を制御することができるので、細孔３１２の孔径よりも分子サイズの小さいガス成分のうち、カップリング剤と親和性の高いものを選択的に細孔３１２を透過させることができる。
【００６８】
したがって、細孔３１２の孔径の大きさおよびカップリング剤の官能基を適宜設定することにより、分離ガス中に含まれる目的とするガス成分を、他のガス成分から優先的にフィルタ部材１の下側に分離することができる。
なお、メタノール蒸気と親和性を有するアルキル基を含む官能基を備えるカップリング剤としては、例えば、次のようなものが挙げられる。
【００６９】
金属アルコキシドとしては、例えば、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、テトラメチルシリケート、テトラエチルシリケート、ジルコニウムテトラプロポキシド、チタンテトラブトキシ、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムブトキシ、トリメチルボラート、トリメチルボラート等が挙げられる。
また、ハロゲン基を有する有機金属化合物としては、例えば、トリメチルクロロシラン、エチルジメチルクロロシラン、オクタデシルジメチルクロロシラン、プロピルジメチルクロロシラン等が挙げられる。
なお、この被覆層３１３を有するフィルタ部材１では、カラム３１１の表面に形成された被覆層３１３で囲まれた空間が、前記第１実施形態における分離層３の細孔３１２に相当する。
【００７０】
＜＜第３製造方法＞＞
次に、本発明のフィルタ部材の製造方法を、図９に示すフィルタ部材１を製造に適用した第３製造方法について説明する。
図１０は、本発明のフィルタ部材の第３製造方法で用いる処理装置を示す模式図である。なお、以下の説明では、図１０中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【００７１】
以下、第３製造方法について、前記第１製造方法との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
まず、平板状の多孔体２を用意し、この多孔体２の表面に、前記第１製造方法と同様にして、斜方蒸着法により斜方蒸着膜３１を形成する。
次に、斜方蒸着膜３１のカラム３１１の表面と、カップリング剤とを反応させ、被覆層３１３を形成する。
【００７２】
カラム３１１の表面と、カップリング剤との結合は、液相プロセスや化学的気相成膜法等を用いた気相プロセスのような各種プロセスを用いて行うことができるが、中でも、液相プロセスを用いて行うのが好ましい。液相プロセスによれば、カップリング剤を含有する処理液Ｓを調製し、カラム３１１の表面に、処理液Ｓを供給するという比較的簡単な工程により、カラム３１１の表面とカップリング剤とを反応させることができる。
【００７３】
以下では、カップリング剤を含有する処理液Ｓを調製し、この処理液Ｓをカラム３１１の表面に浸漬法を用いて供給する液相プロセスを一例に説明する。
この液相プロセスを用いた被覆層３１３の形成方法では、例えば、図１０に示すような処理装置９００が用いられる。
処理装置９００は、チャンバ９１０と、チャンバ９１０内に設けられたステージ９５０と、ステージ９５０上に配置された容器９２０と、容器９２０内に処理液Ｓを供給する給液手段９６０と、容器９２０内の処理液Ｓを排液する排液手段９４０と、チャンバ９１０内の排気を行う排気手段９３０とを有している。
【００７４】
また、ステージ９５０には、例えば、ヒーター等の加熱手段（図示せず）が設けられている。
排気手段９３０は、ポンプ９３２と、ポンプ９３２とチャンバ９１０とを連通する排気ライン９３１と、排気ライン９３１の途中に設けられたバルブ９３３とで構成されている。
【００７５】
また、排液手段９４０は、処理液Ｓを回収する回収タンク９４４と、回収タンク９４４と容器９２０とを連通する排液ライン９４１と、排液ライン９４１の途中に設けられたポンプ９４２およびバルブ９４３とで構成されている。
また、給液手段９６０は、処理液Ｓを貯留する貯留タンク９６４と、貯留タンク９６４から処理液Ｓを容器９２０に導く給液ライン９６１と、給液ライン９６１の途中に設けられたポンプ９６２およびバルブ９６３とで構成されている。
【００７６】
また、排液手段９４０および給液手段９６０には、それぞれ、図示しない加熱手段（例えば、ヒーター等）が設けられ、処理液Ｓを加熱し得るよう構成されている。
かかる構成の処理装置９００を用いて、被覆層３１３は、例えば、次のようにしてカラム３１１の表面に形成される。
まず、カップリング剤を含有する処理液Ｓを調整した後、貯留タンク９６４に収納する。
【００７７】
カップリング剤を溶解する溶媒としては、各種のものが用いられるが、例えば、トルエン、キシレン、ベンゼン、テトラヒドロフラン等を用いることができる。
処理液Ｓにおけるカップリング剤の濃度は、シランカップリング剤１重量部に対し、有機溶媒１０〜５０重量部程度であるのが好ましい。
また、特に、カップリング剤として金属アルコキシドを使用する場合には、水系溶液とすることもできる。この場合、金属アルコキシド１モルに対し、水１〜５モル程度、アルコール１０〜３０モル程度、酸０〜０．１モル程度を配合して調製するのが好ましい。
【００７８】
次に、チャンバ９１０を開放し、斜方蒸着膜３１が形成された多孔体２を搬入して、容器９２０内に設置する。
次に、チャンバ９１０を密閉した状態とし、ポンプ９６２を作動し、この状態で、バルブ９６３を開くことにより、給液ライン９６１を介して、処理液Ｓを貯留タンク９６４から容器９２０内に供給する。
【００７９】
そして、容器９２０内に所定量の処理液Ｓ、すなわち、多孔体２が完全に漬かる量の処理液Ｓを供給することにより、斜方蒸着膜３１が形成された多孔体２が処理液Ｓにより浸漬されると、ポンプ９６２を停止するとともに、バルブ９６３を閉じる。
次に、チャンバ９１０内（処理液Ｓが設置された空間）を減圧することにより、斜方蒸着膜３１の細孔３１２内に処理液Ｓを浸透させる。
【００８０】
具体的には、チャンバ９１０を密閉した状態とし、ポンプ９３２を作動し、この状態で、バルブ９３３を開くことにより、排気ライン９３１を介して、チャンバ９１０内の気体を処理装置９００外に排出する。
チャンバ９１０内の圧力が徐々に低下することにより、処理液Ｓ中および斜方蒸着膜３１の細孔３１２内の気体（例えば空気等）が取り除かれ、細孔３１２内に処理液Ｓが浸透していく。
【００８１】
そして、チャンバ９１０内が所定の圧力になると、ポンプ９３２を停止するとともに、バルブ９３３を閉じる。
このチャンバ９１０内（空間）の所定の圧力、すなわち、チャンバ９１０内の真空度は、１×１０−４〜１×１０４Ｐａ程度であるのが好ましく、１×１０−２〜１×１０３Ｐａ程度であるのがより好ましい。これにより、斜方蒸着膜３１の細孔３１２内から十分に空気が取り除かれ、細孔３１２内に処理液Ｓを十分に浸透させることができる。
【００８２】
次に、ポンプ９４２を作動し、この状態で、バルブ９４３を開くことにより、容器９２０内の余剰の処理液Ｓを排液ライン９４１を介して回収タンク９４４に回収する。
そして、容器９２０内から処理液Ｓのほぼ全てが回収されると、ポンプ９４２を停止するとともに、バルブ９４３を閉じる。
次に、斜方蒸着膜３１の表面および細孔３１２の内面に、カップリング剤を結合させる。
【００８３】
具体的には、ステージ９５０に設けられた加熱手段を作動させることにより、斜方蒸着膜３１が形成された多孔体２を加熱する。
これにより、カップリング剤の加水分解基を加水分解させ、生成したシラノール基と、斜方蒸着膜の表面で露出する水酸基とを反応させて、シロキサン結合を生成させる。これにより、斜方蒸着膜の表面に、カップリング剤が結合し、被覆層３１３が形成される。
【００８４】
なお、この加熱を行うのに先立って、必要に応じて、再度、チャンバ９１０内を減圧するようにしてもよい。
多孔体２の加熱温度は、特に限定されないが、５０〜１５０℃程度であるのが好ましく、７０〜１２０℃程度であるのがより好ましい。加熱温度が低過ぎると、カップリング剤の種類や、斜方蒸着膜３１の種類等によっては、斜方蒸着膜３１にカップリング剤を十分に化学結合させることができないおそれがあり、一方、加熱温度を前記上限値を超えて高くしても、それ以上の効果の増大が見込めない。
【００８５】
また、多孔体２の加熱時間も、特に限定されないが、１〜２４時間程度であるのが好ましく、２〜１０時間程度であるのがより好ましい。加熱時間が短過ぎると、加熱温度等の他の条件によっては、斜方蒸着膜３１にカップリング剤を十分に化学結合させることができないおそれがあり、一方、加熱温度を前記上限値を超えて高くしても、それ以上の効果の増大が見込めない。
【００８６】
なお、カップリング剤として、複数種のものを用いる場合には、前記処理液Ｓ中に複数のカップリング剤を同時に混合するようにしてもよい。この場合、斜方蒸着膜３１に化学結合する複数種のカップリング剤の比率は、例えば、処理液中における複数種のカップリング剤の配合比、種類や分子量、処理条件等を適宜設定することにより調整することができる。
【００８７】
また、各カップリング剤をそれぞれ含有する複数の処理液を用意し、各処理液を順次用いて、前述したようにして多孔体を処理するようにしてもよい。
以上、本発明のフィルタ部材を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、前記第３実施形態は、第１実施形態のフィルタ部材に被覆層を付加したものであるが、第２実施形態のフィルタ部材に、同様の被覆層を付加するようにしても構わない。
【００８８】
また、本発明のフィルタ部材は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
なお、上述したような本発明のフィルタ部材は、その細孔の大きさをメタノール蒸気の透過を阻止する大きさに設定した場合、例えば、このフィルタ部材を備えるフィルタが設けられたメタノールガス分解反応器に適用することができる。そして、このメタノールガス分解反応器は、このものを備える熱輸送システムや、この反応器と水素ガス分離装置とを備える水素ガス燃料電池等に適用ことができる。
【実施例】
【００８９】
（実施例１）
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
１−１．フィルタ部材の製造
（サンプルＮｏ．１Ａ）
まず、平均孔径５ｎｍの多孔体（シリカ系セラミックス）を用意し、真空蒸着装置のチャンバ内に蒸着源から気化した蒸着粒子の蒸着角度θ２が３５°となるように前記多孔体をセットした。また、スリット板の厚さは１．５ｃｍ、スリットの幅は２．０ｃｍとし、多孔体の蒸着源に対する角度θ１は５０°、蒸着距離は１５ｃｍ、基板の移動速度は２．５ｃｍ／分とした。
【００９０】
そして、チャンバ内を減圧（１．２×１０−２Ｐａ）し、基板温度５５℃、蒸着レート４Å／ｓｅｃで、ＳｉＯを斜方蒸着して、多孔体の表面に斜方蒸着膜（無機酸化物膜）を成膜し、フィルタ部材を得た。
なお、得られた斜方蒸着膜は、原子間力顕微鏡および陽電子消滅法を用いて測定した結果、平均厚さが５００Å、平均孔径が０．２〜０．５ｎｍであった。
【００９１】
（サンプルＮｏ．２Ａ〜１５Ａ）
斜方蒸着を行う際に、蒸着材料、チャンバ内の真空度、蒸着角度θ２、基板温度、蒸着レートを下記の表１に示すようにした以外は、前記サンプルＮｏ．１Ａと同様にして、フィルタ部材を作製した。
なお、得られた斜方蒸着膜の平均厚さおよび平均孔径を表１に示す。
【００９２】
１−２．評価
まず、各サンプルＮｏ．のフィルタ部材について、それぞれ、５個ずつ図２に示すようなフィルタを作成した。
次に、各サンプルＮｏ．のフィルタ部材を備えるフィルタについて、メタノール蒸気とＨ２ガスとを含有する混合ガスを中空容器１０のフィルタ部材よりも上側の空間に送気し、フィルタ部材を透過した混合ガスをフィルタ部材よりも下側の空間で回収した。そして、このフィルタ部材を透過した混合ガスおよび未透過の混合ガスについて、ガスクロマトグラフィー装置を用いて、それぞれの組成比を分析することにより、メタノール蒸気とＨ２ガスとの透過係数比（PH2/PMeOH）を算出した。
【００９３】
また、メタノール蒸気とＨ２ガスとを含有する混合ガスに代えて、メタノール蒸気とＣＯガスとを含有する混合ガスを用いた以外は、前記と同様にして、各サンプルＮｏ．のフィルタ部材を備えるフィルタについて、メタノール蒸気とＣＯガスとの透過係数比（PCO/PMeOH）を算出した。
そして、各サンプルＮｏ．で測定された各透過係数比（PH2/PMeOHおよびPCO/PMeOH）を、それぞれ、以下の４段階の基準に従って評価した。
【００９４】
◎：透過係数比が１００以上である
○：透過係数比が２０以上、１００未満である
△：透過係数比が５以上、２０未満である
×：透過係数比が５未満である
これらの評価結果を、それぞれ、以下の表１に示す。
【００９５】
【表１】
2008119565.tif 000003
【００９６】
表１に示すように、各サンプルＮｏ．フィルタ部材を備えるフィルタのうち、細孔の平均孔径の大きさが０．１〜０．８ｎｍとなっている分離層を備えるものは、いずれも、細孔の平均孔径の大きさが０．８ｎｍを超える分離層を備えるものと比較して、メタノール蒸気とＣＯガスとの透過係数比およびメタノール蒸気とＨ２ガスとの透過係数比ともに、その透過係数比の値が大きくなる結果が得られた。
【００９７】
これにより、細孔の平均孔径の大きさが０．１〜０．８ｎｍとなっている分離層を備えるフィルタ部材は、メタノール蒸気の透過が阻止され、かつ、Ｈ２ガスおよびＣＯガスの透過が許容されていることが明らかとなった。
また、蒸着角度θ２、チャンバ内を圧力、基板温度および蒸着レートを、それぞれ適宜設定することにより、各サンプルＮｏ．のフィルタ部材が備える細孔の細孔の平均孔径の大きさを制御し得ることが明らかとなった。
【００９８】
なお、これらのうち、蒸着角度θ２の大きさを小さく設定するほど、細孔の平均孔径が小さくなる結果が得られた。
また、チャンバ内の圧力を小さく設定するほど、すなわち真空度を高く設定するほど、細孔の平均孔径が大きくなるとともに、その孔径のバラツキが小さくなる結果が得られた。このことは、蒸着源から蒸発した蒸着粒子の直進性が向上したことと、多孔体に到着した蒸着粒子のマイグレーションが発生し易くなったことに起因すると推察された。
【００９９】
（実施例２）
２−１．フィルタ部材の製造
（サンプルＮｏ．１Ｂ）
まず、平均孔径５ｎｍの多孔体（シリカ系セラミックス）を用意し、真空蒸着装置のチャンバ内に蒸着源から気化した蒸着粒子の蒸着角度θ２が４０°となるように前記多孔体をセットした。また、スリット板の厚さは１．５ｃｍ、スリットの幅は２．０ｃｍとし、多孔体の蒸着源に対する角度θ１は５０°、蒸着距離は１５ｃｍ、基板の移動速度は２．５ｃｍ／分とした。
【０１００】
そして、チャンバ内を減圧（１．０×１０−２Ｐａ）し、基板温度５５℃、蒸着レート５Å／ｓｅｃで、ＳｉＯを斜方蒸着して、多孔体の表面に斜方蒸着膜（無機酸化物膜）を成膜した。
次に、斜方蒸着膜が形成された多孔体を、クリーンオーブン中、２００℃×９０分間で加熱し、加熱終了直後、乾燥窒素雰囲気中に移動し、そのまま放置した。
【０１０１】
次に、図１０に示す処理装置内に、斜方蒸着膜付きＴＦＴ基板を搬入し、容器（ポリテトラフルオロエチレン製）内に、斜方蒸着膜を上にして設置した。
そして、チャンバを密閉した後、０．１ｗｔ％メチルトリメトキシシラン／トルエン溶液を処理液として容器内に供給して、斜方蒸着膜が形成された多孔体を処理液に浸漬させた状態で、処理装置内を１００Ｐａに減圧した。
【０１０２】
これにより、斜方蒸着膜の細孔内の気体を処理液に置換した。すなわち、細孔内に処理液を浸透させた。
次に、過剰な処理液を容器から排出した後、再度、処理装置内を１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）に減圧し、多孔体を１５０℃×１時間で加熱した。
これにより、斜方蒸着膜の表面および細孔の内面に、メチルトリメトキシシランによる被膜層が形成されたフィルタ部材を得た。
なお、被膜層が形成された斜方蒸着膜は、原子間力顕微鏡および陽電子消滅法を用いて測定した結果、平均厚さが５００Å、平均孔径が０．３５〜０．５ｎｍであった。
【０１０３】
２−２．評価
まず、サンプルＮｏ．１Ｂのフィルタ部材について、それぞれ、５個ずつ図２に示すようなフィルタを作成した。
次に、サンプルＮｏ．１Ｂのフィルタ部材を備えるフィルタについて、イソプロピルアルコール蒸気、メタノール蒸気およびＨ２ガスを含有する混合ガスを中空容器１０のフィルタ部材よりも上側の空間に送気し、フィルタ部材を透過した混合ガスをフィルタ部材よりも下側の空間で回収した。そして、このフィルタ部材を透過した混合ガスおよび未透過の混合ガスについて、ガスクロマトグラフィー装置を用いて、それぞれの組成比を分析することにより、Ｈ２ガスとメタノール蒸気との透過係数比（PMeOH/PH2）と、イソプロピルアルコール蒸気とメタノール蒸気との透過係数比（PMeOH/PIPA）とを算出した。
【０１０４】
また、イソプロピルアルコール蒸気、メタノール蒸気およびＨ２ガスを含有する混合ガスに代えて、イソプロピルアルコール蒸気、メタノール蒸気およびＨｅガスを含有する混合ガスを用いた以外は、前記と同様にして、サンプルＮｏ．１Ｂのフィルタ部材を備えるフィルタについて、メタノール蒸気とＨｅガスとの透過係数比（PMeOH/PHe）と、イソプロピルアルコール蒸気とメタノール蒸気との透過係数比（PMeOH/PIPA）とを算出した。
そして、サンプルＮｏ．１Ｂで測定された各透過係数比（PMeOH/PH2、PMeOH/PHeおよびPMeOH/PIPA）を、それぞれ、評価１−２に記載した４段階の基準に従って評価した。
これらの評価結果を、それぞれ、以下の表２に示す。
【０１０５】
【表２】
2008119565.tif 000004
【０１０６】
表２に示すように、サンプルＮｏ．１Ｂのフィルタ部材を備えるフィルタは、細孔の平均孔径の大きさが０．３５〜０．５ｎｍとなっている分離層を備えており、イソプロピルアルコール蒸気、メタノール蒸気およびＨ２ガスを含有する混合ガス、および、イソプロピルアルコール蒸気、メタノール蒸気およびＨｅガスを含有する混合ガスにおいて、PMeOH/PIPAの大きさが何れも２０以上となる結果が得られた。その結果、平均細孔の大きさをかかる範囲内に設定することにより、イソプロピルアルコール蒸気の透過を優先的に阻止して、メタノール蒸気の透過が許容されることが明らかとなった。
【０１０７】
また、サンプルＮｏ．１Ｂのフィルタ部材を備えるフィルタは、斜方蒸着膜の表面および細孔の内面に、メチルトリメトキシシランによる被膜層が形成されており、イソプロピルアルコール蒸気、メタノール蒸気およびＨ２ガスを含有する混合ガスおいてPMeOH/PH2の大きさ、および、イソプロピルアルコール蒸気、メタノール蒸気およびＨｅガスを含有する混合ガスにおいてPMeOH/PHeの大きさが何れも５以上となる結果が得られた。その結果、メタノールに対して親和性を有するアルキル基を備える被覆層を斜方蒸着膜に設けることにより、平均細孔の大きさよりも小さい分子サイズを有するもののうち、メタノール蒸気を優先的に透過し得ることが明らかとなった。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明のフィルタ部材の第１実施形態を模式的に示す縦断面図である。
【図２】図１に示すフィルタ部材によって、メタノール蒸気とその分解物が分離される様子を示す模式図である。
【図３】本発明のフィルタ部材の第１製造方法で用いる斜方蒸着装置を示す模式図である。
【図４】図３に示す斜方蒸着装置が有するスリット板を示す平面図である。
【図５】本発明のフィルタ部材の第２実施形態を模式的に示す断面図である。
【図６】本発明のフィルタ部材の第２実施形態の他の例を模式的に示す断面図である。
【図７】本発明のフィルタ部材の第２製造方法で用いる斜方蒸着装置を示す模式図である。
【図８】図７に示す斜方蒸着装置が有するスリット板を示す平面図である。
【図９】本発明のフィルタ部材の第３実施形態を模式的に示す縦断面図である。
【図１０】本発明のフィルタ部材の第３製造方法で用いる処理装置を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１……フィルタ部材  ２……多孔体  ２１……内周面  ２２……底面  ３……分離層  ３１……斜方蒸着膜  ３１１……カラム  ３１２……細孔  ３１３……被覆層  ８００……無機酸化物（原料）  ８１０……蒸着源  ８２０……スリット板  ８２１……スリット  ８２２……板体  ８３０……駆動装置  ９００……処理装置  ９１０……チャンバ  ９２０……容器  ９３０……排気手段  ９３１……排気ライン  ９３２……ポンプ  ９３３……バルブ  ９４０……排液手段  ９４１……排液ライン  ９４２……ポンプ  ９４３……バルブ  ９４４……回収タンク  ９５０……ステージ  ９６０……給液手段  ９６１……給液ライン  ９６２……ポンプ  ９６３……バルブ  ９６４……貯留タンク  Ｓ……処理液
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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