(57)【要約】【課題】セラミック多孔体である直管状の膜チューブを容易に製造することができる製造方法を提供する。【解決手段】押出成形時、押出成形機の円筒状部材を＋電極とし、丸棒状部材を−電極とし、電圧を印加しながらセラミック成形材２０を開口部から押出すことにより、電気泳動現象と電気浸透現象とが起こり、セラミック成形材２０中の固相粒子２３が円筒状部材側へ移動するとともに、固相粒子２３間の間隙に存在する水が丸棒状部材側へ移動し、外周側の粒子密度が高く且つ内周側の粒子密度が低い直管形状のセラミック成形材２０が成形される。その後、このセラミック成形材２０を焼成することにより、１回の焼成工程で、内周側から外周側に向かって粒子２３の密度が高くなるような密度の傾斜構造を有する直管状の膜チューブを製造することができる。【選択図】　図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック成形材を押出成形した後、焼成してセラミック多孔体を製造する方法であって、
上記押出成形時、一対の電極を用いて上記セラミック成形材に電圧を印加することにより、セラミック成形材中の粒子を一方の電極側に移動させて、一方の電極側におけるセラミック成形材の粒子密度を他方の電極側におけるセラミック成形材の粒子密度よりも高密度にし、その後、上記セラミック成形材を焼成することを特徴とするセラミック多孔体の製造方法。
【請求項２】
セラミック成形材にマイクロ波吸収剤を混合し、押出成形時、一対の電極を用いて上記セラミック成形材に電圧を印加することにより、セラミック成形材中のマイクロ波吸収剤を一方の電極側に移動させ、その後、マイクロ波を照射して上記セラミック成形材を焼成することを特徴とする請求項１記載のセラミック多孔体の製造方法。
【請求項３】
セラミック成形材の原材料として、アルミナ、ムライト、窒化ケイ素、アルミネート、硼酸アルミニウム、ランタンクロマイト、コージェライト、マグネシアの少なくともいずれか１つを用いることを特徴とする請求項１または請求項２記載のセラミック多孔体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、膜モジュールに用いられるセラミック膜などのセラミック多孔体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上水（浄水），下水，廃水等の処理に用いられる膜モジュールには、セラミック膜が設けられている（例えば、特許文献１参照。）。すなわち、複数本のチューブ状のセラミック膜が一対のヘッダで支持されて互いに間隔をおいて平行に配列されている。
【０００３】
図８に示すように、上記セラミック膜４１は、セラミック多孔体であり、両端が開口した細長い直管状に形成されている。また、上記セラミック膜４１は、強度を維持するための支持用の管本体４２と、この管本体４２の外周面に形成された膜体４３とで、内外二重層構造に構成されている。上記膜体４３の粒子密度は管本体４２の粒子密度よりも高密度であり、これにより、膜体４３は管本体４２よりも微細な孔を有している（上記のような二重層構造を有するセラミック膜については、例えば特許文献２，特許文献３を参照）。
【０００４】
これによると、被処理水は、各セラミック膜４１の外側から内側へ透過し、この際、上記膜体４３によって濾過される。そして、濾過された被処理水は、濾過処理水として各セラミック膜４１の内部流路４４を流れた後、各セラミック膜４１の一端開口部から吸引室へ流出し、吸引室から吸引口を通って排出される。
【０００５】
次に、上記セラミック膜４１の製造方法を説明する。
すなわち、図９（ａ）に示すように上記管本体４２の材料（セラミック成形材）を直管状に押出成形（押出成形工程）した後、図９（ｂ）に示すように１次焼成して管本体４２を形成し、その後、図９（ｃ）に示すように管本体４２の外周面に膜体４３の材料（セラミック成形材）を付着させ（膜付工程）、図９（ｄ）に示すように２次焼成して膜体４３を形成することにより、図９（ｅ）に示すようにセラミック膜４１を製造している。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−２３５１６３号公報（２頁，図４）
【０００７】
【特許文献２】
特開昭６３−５１９１４号公報
【０００８】
【特許文献３】
特開昭６１−１７４９１８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記の従来形式では、外周側の粒子密度が内周側の粒子密度よりも高密度となるような密度の傾斜構造を有するセラミック膜４１（セラミック多孔体）を製造する際、焼成工程を２回行う必要があるため、製造に手間がかかるといった問題がある。さらに、上記押出成形工程以外に、上記膜付工程が必要となるため、より一段と製造に手間がかかり、製造工程が複雑化するといった問題がある。
【００１０】
本発明は、粒子密度の傾斜構造を有するセラミック多孔体を容易に製造することが可能となる方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本第１発明は、セラミック成形材を押出成形した後、焼成してセラミック多孔体を製造する方法であって、
上記押出成形時、一対の電極を用いて上記セラミック成形材に電圧を印加することにより、セラミック成形材中の粒子を一方の電極側に移動させて、一方の電極側におけるセラミック成形材の粒子密度を他方の電極側におけるセラミック成形材の粒子密度よりも高密度にし、その後、上記セラミック成形材を焼成するものである。
【００１２】
これによると、他方の電極側から一方の電極側に向かって粒子の密度が高くなるような密度の傾斜構造を有するセラミック多孔体を、１回の焼成によって製造することができる。したがって、従来の二重層構造のセラミック多孔体を製造する場合に比べて、焼成工程を２回から１回に減らすことができ、さらに、従来のような膜付工程も不要になるため、セラミック多孔体を容易に製造することが可能となる。
【００１３】
また、本第２発明は、セラミック成形材にマイクロ波吸収剤を混合し、押出成形時、一対の電極を用いて上記セラミック成形材に電圧を印加することにより、セラミック成形材中のマイクロ波吸収剤を一方の電極側に移動させ、その後、マイクロ波を照射して上記セラミック成形材を焼成するものである。
【００１４】
これによると、マイクロ波を照射してセラミック成形材を焼成する際、上記一方の電極側に移動したマイクロ波吸収剤がマイクロ波を吸収して発熱するため、セラミック成形材の一方の電極側の温度が他方の電極側の温度よりも高温になる。これにより、他方の電極側から一方の電極側に向かって粒子の密度が高くなるような密度の傾斜構造を有するセラミック多孔体を、より一層容易に製造することができる。
【００１５】
さらに、本第３発明は、セラミック成形材の原材料として、アルミナ、ムライト、窒化ケイ素、アルミネート、硼酸アルミニウム、ランタンクロマイト、コージェライト、マグネシアの少なくともいずれか１つを用いるものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における第１の実施の形態を図１〜図７に基づいて説明する。
１は膜モジュールであって、セラミック多孔体の一例である膜チューブ２を複数本内蔵している。先ず、膜モジュール１の構成を以下に説明する。
【００１７】
すなわち、図１〜図３に示すように、直管円筒状のケーシング４は、両端が膜エレメント装入口４ａとして開口しており、内部には、複数（２個）の膜エレメント５が両膜エレメント装入口４ａから装入されて充填されている。上記ケーシング４には、被処理水を供給する原水供給口６と、濃縮水を排出する濃縮水排出口７とが設けられている。
【００１８】
上記膜エレメント５は、被処理水を濾過する複数の上記膜チューブ２と、集束プレート８とで構成されている。上記各膜チューブ２は、多数の微細孔を有するセラミック多孔体であり、先端を閉塞した細い直管状をなし、管外径１〜６ｍｍφ、管壁肉厚０．１〜０．８ｍｍの形状をなすものである。
【００１９】
これら膜チューブ２は、所定間隔で平行に配置するとともに基端を上記集束プレート８に形成した貫通孔に装入して配置し、各膜チューブ２の基端間に充填する接着材層９によって集束プレート８に水密に集束固定している。
【００２０】
また、ケーシング４の両端部には濾過水排出部１０が設けられている。上記濾過水排出部１０は、各膜チューブ２の基端開口２ａを覆う帽子状の集水キャップ１１と、この集水キャップ１１の外周上部に設けられた濾過水排出口１２とで構成されている。上記集水キャップ１１は、固定ボルト，ナット１３によって、集束プレート８と共に上記ケーシング４の両端のフランジ１４側に一体に締め付けられて連結固定されている。これにより、上記膜エレメント５がケーシング４内に固定されるとともに、集水キャップ１１がケーシング４の両端部に取付けられる。
【００２１】
上記構成によると、図１に示すように、被処理水を原水供給口６からケーシング４内に供給することにより、被処理水は、各膜チューブ２の外側から内側へ透過して濾過され、濾過処理水として各膜チューブ２の内部流路１５を流れ、基端開口２ａから集水キャップ１１の内側へ流出した後、濾過水排出口１２から排出される。
【００２２】
次に、上記膜チューブ２の製造方法を図４〜図７に基づいて説明する。
すなわち、セラミック成形材２０を直管状に押出成形した後、焼成することによって膜チューブ２を製造している。
【００２３】
ここで、上記セラミック成形材２０の原材料として、アルミナ、ムライト、窒化ケイ素、アルミネート、硼酸アルミニウム、ランタンクロマイト、コージェライト、マグネシアの少なくともいずれか１つを粉末状にしたものが用いられており、この粉末状の原材料に水等を混ぜて、粘土状のセラミック成形材２０とする。
【００２４】
その後、図４，図５に示すように、上記粘土状のセラミック成形材２０を押出成形機２１で直管状に押出成形する。
ここで、上記押出成形機２１の出口に取付けられた口金２２は、円筒状部材２２ａと、この円筒状部材２２ａの中心に配置された丸棒状部材２２ｂとで構成されており、円環状の開口部２２ｃを有している。上記円筒状部材２２ａを＋電極（一方の電極）とし、丸棒状部材２２ｂを−電極（他方の電極）として、円筒状部材２２ａと丸棒状部材２２ｂとの間に所定の電圧を印加している。
【００２５】
これによると、上記押出成形時、図４の仮想線で示すようにセラミック成形材２０を開口部２２ｃから押し出すことにより、図６に示すようにセラミック成形材２０が直管状に成形される。この際、円筒状部材２２ａと丸棒状部材２２ｂとの間の電圧によって、図５，図７（ａ）に示すように、セラミック成形材２０中のマイナスのゼータ電位を持つ固相粒子２３が電気泳動現象によって円筒状部材２２ａ（＋電極）側へ引き寄せられて移動するとともに、上記固相粒子２３間の間隙に存在する水が、プラスに帯電して、電気浸透現象によって丸棒状部材２２ｂ（−電極）側へ引き寄せられて移動する。
【００２６】
これにより、円筒状部材２２ａ（一方の電極）側におけるセラミック成形材２０の粒子密度が丸棒状部材２２ｂ（他方の電極）側におけるセラミック成形材２０の粒子密度よりも高密度になり、したがって、上記押出成形によって、図７（ａ）に示すように、外周側の粒子密度が高く且つ内周側の粒子密度が低い直管状のセラミック成形材２０を容易に成形することができる。
【００２７】
尚、上記電圧を印加しない場合は、固相粒子２３や水の移動は起こらないため、図７（ｂ）に示すように、セラミック成形材２０の粒子密度は均一になっている。
【００２８】
その後、上記直管状に成形されたセラミック成形材２０の先端（一端）を閉塞する。そして、上記セラミック成形材２０を焼成することによって、先端が閉塞された直管状の膜チューブ２（図２参照）が製造される。尚、上記セラミック成形材２０の先端の閉塞は焼成後に行ってもよい。
【００２９】
上記のようにして製造された膜チューブ２は、図７（ａ）に示すように、内周側（他方の電極側）から外周側（一方の電極側）に向かって粒子２３の密度が高くなるような密度の傾斜構造を有しており、１回の焼成によって上記のような傾斜構造を有する膜チューブ２を製造することができる。したがって、従来の二重層構造のセラミック膜４１（セラミック多孔体：図９参照）を製造する場合に比べて、焼成工程を２回から１回に減らすことができ、さらに、従来のような膜付工程も不要になるため、膜チューブ２（セラミック多孔体）を容易に製造することが可能となる。
【００３０】
尚、図７（ａ）に示すように、膜チューブ２は内周側から外周側に向かって粒子２３の密度が高くなるような密度の傾斜構造を有しているため、膜チューブ２の外周側には、内周側よりも微細な孔が多数形成されている。そして、被処理水が膜チューブ２の外側から内側へ透過する際、主に、膜チューブ２の外周側の微細孔によって十分な精度で濾過される。
【００３１】
また、円筒状部材２２ａと丸棒状部材２２ｂとの間隔をＷ（ｃｍ）とすると、上記円筒状部材２２ａと丸棒状部材２２ｂとの間に印加される電圧は１ｃｍ当り約２５Ｖとなる。したがって、例えば管壁肉厚が０．５ｍｍの膜チューブ２を製造する場合、Ｗ＝０．０５ｃｍとなり、約１．２５Ｖの電圧を印加する。
【００３２】
上記第１の実施の形態では、図５に示すように、電気泳動現象と電気浸透現象とが共に起きている場合を説明したが、電気泳動現象のみが起こって、セラミック成形材２０中の固相粒子２３が円筒状部材２２ａ側へ移動する場合であってもよい。また、電気浸透現象のみが起こる場合であってもよい。この場合、固相粒子２３間の間隙に存在する水が電気浸透現象によって丸棒状部材２２ｂ側へ移動するため、丸棒状部材２２ｂ側へ集まった水によってセラミック成形材２０中の固相粒子２３が反対側の円筒状部材２２ａ側へ押し出されて円筒状部材２２ａ側に向かって移動することになる。
【００３３】
次に、第２の実施の形態を説明する。
すなわち、粘土状のセラミック成形材２０にマイクロ波吸収剤（図示省略）を混合する。尚、マイクロ波吸収剤としては、水晶，ニオブ酸リチウム，チタン酸バリウム，チタン酸鉛，チタン酸ジルコン酸鉛，メタニオブ酸鉛，酸化亜鉛などが用いられる。
【００３４】
その後、図４に示すように、上記セラミック成形材２０を押出成形機２１で直管状に押出成形する。押出成形時、円筒状部材２２ａと丸棒状部材２２ｂとの間の電圧によって、セラミック成形材２０中のマイナスのゼータ電位を持つ固相粒子２３と上記マイクロ波吸収剤の粒子とが電気泳動現象によって円筒状部材２２ａ（＋電極）側へ引き寄せられて移動するとともに、上記固相粒子２３間の間隙に存在する水が、プラスに帯電して、電気浸透現象によって丸棒状部材２２ｂ（−電極）側へ引き寄せられて移動する。これにより、上記押出成形によって、図７（ａ）に示すように、外周側の粒子密度が高く且つ内周側の粒子密度が低いとともに、外周側にマイクロ波吸収剤（図示省略）が集まった直管状のセラミック成形材２０を容易に成形することができる。
【００３５】
その後、上記直管状に成形されたセラミック成形材２０の先端（一端）を閉塞し、マイクロ波を照射して上記セラミック成形材２０を焼成する。この際、外周側（一方の電極側）に集まったマイクロ波吸収剤がマイクロ波を吸収して発熱するため、直管状のセラミック成形材２０の外周側（一方の電極側）の温度が内周側（他方の電極側）の温度よりも高温になる。
【００３６】
これにより、図７（ａ）に示すように、内周側から外周側に向かって粒子の密度が高くなるような密度の傾斜構造を有する膜チューブ２を、より一層容易に製造することができる。
【００３７】
上記第２の実施の形態では、電気泳動現象と電気浸透現象とが共に起きている場合を説明したが、電気泳動現象のみが起こって、セラミック成形材２０中の固相粒子２３とマイクロ波吸収剤の粒子とが円筒状部材２２ａ側へ移動する場合であってもよい。また、電気浸透現象のみが起こる場合であってもよい。この場合、固相粒子２３間の間隙に存在する水が電気浸透現象によって丸棒状部材２２ｂ側へ移動するため、丸棒状部材２２ｂ側へ集まった水によってセラミック成形材２０中の固相粒子２３とマイクロ波吸収剤の粒子とが反対側の円筒状部材２２ａ側へ押し出されて円筒状部材２２ａ側に向かって移動することになる。
【００３８】
上記第１および第２の実施の形態では、被処理水を膜チューブ２の外側から内側へ透過させる外膜式のものであるため、膜チューブ２は、図７（ａ）に示すように、内周側から外周側に向かって粒子の密度が高くなるような密度の傾斜構造を有している。これに対して、被処理水を膜チューブ２の内側から外側へ透過させる内膜式のものを製造する場合は、押出成形機２１の円筒状部材２２ａを−電極とし、丸棒状部材２２ｂを＋電極とする。これにより、外周側から内周側に向かって粒子の密度が高くなるような密度の傾斜構造を有する内膜式の膜チューブ２を容易に製造することができる。
【００３９】
上記各実施の形態では、セラミック多孔体の一例として、図２に示すように、直管状の膜チューブ２を挙げたが、直管状に限定されるものではなく、平板状等であってもよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように本第１発明によれば、他方の電極側から一方の電極側に向かって粒子の密度が高くなるような密度の傾斜構造を有するセラミック多孔体を、１回の焼成によって製造することができる。したがって、従来の二重層構造のセラミック多孔体を製造する場合に比べて、焼成工程を２回から１回に減らすことができ、さらに、従来のような膜付工程も不要になるため、セラミック多孔体を容易に製造することが可能となる。
【００４１】
また、本第２発明によれば、マイクロ波を照射してセラミック成形材を焼成する際、一方の電極側に移動したマイクロ波吸収剤がマイクロ波を吸収して発熱するため、セラミック成形材の一方の電極側の温度が他方の電極側の温度よりも高温になる。これにより、他方の電極側から一方の電極側に向かって粒子の密度が高くなるような密度の傾斜構造を有するセラミック多孔体を、より一層容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における膜チューブを備えた膜モジュールの断面図である。
【図２】同、膜チューブによって構成される膜エレメントの断面図である。
【図３】図２におけるＸ−Ｘ矢視図である。
【図４】同、膜チューブを製造する際に用いる押出成形機の図である。
【図５】図４におけるＡ−Ａ矢視図である。
【図６】同、押出成形機で直管状に押出成形された膜チューブのセラミック成形材である。
【図７】同、押出成形機で直管状に押出成形された膜チューブのセラミック成形材の粒子密度を示す断面図であって、（ａ）は電圧を印加した場合を示し、（ｂ）は電圧を印加しない場合を示す。
【図８】従来の直管状のセラミック膜の図である。
【図９】同、セラミック膜の製造工程を示す模式図である。
【符号の説明】
２　　膜チューブ（セラミック多孔体）
２０　　セラミック成形材
２２ａ　　円筒状部材（電極）
２２ｂ　　丸棒状部材（電極）
２３　　固相粒子
【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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