(57)【要約】【課題】被濾過流体及び濾過流体が内部に滞留することを有効に防止し、清浄度の高い濾過流体を供給することが可能なセラミックスハニカムフィルタ及びその製造方法を提供する。【解決手段】セラミックスからなる多孔質の隔壁２によって区画され、その内部に濾過膜３が配設された、被濾過流体の流路となる複数の膜濾過セル４と、隔壁２によって区画されるとともに隔壁２を挟んで所定の膜濾過セル４に隣接し、被濾過流体が濾過膜３によって濾過された濾過流体の流路となる複数の集水セル５と、膜濾過セル４及び集水セル５を取り囲む外壁６と、集水セル５を通過した濾過流体を外部に流出するための、外壁６の集水セル５のそれぞれの両端部から所定の長さ離れた箇所で、外壁６の一の部位から集水セル５を貫通して外壁６の他の部位まで連通する集水スリット７と、集水セルのそれぞれの端面から集水スリット７に達するまでの空間内に充填された多孔質の目詰部材８とを備えてなることを特徴とするセラミックスハニカムフィルタ１。【選択図】  図１
2004305993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックスからなる多孔質の隔壁によって区画され、その内部に濾過膜が配設された、被濾過流体の流路となる複数の膜濾過セルと、前記隔壁によって区画されるとともに前記隔壁を挟んで所定の前記膜濾過セルに隣接し、前記被濾過流体が前記濾過膜によって濾過された濾過流体の流路となる複数の集水セルと、前記膜濾過セル及び前記集水セルを取り囲む外壁と、前記集水セルを通過した前記濾過流体を外部に流出するための、前記外壁の前記集水セルのそれぞれの両端部から所定の長さ離れた箇所で、前記外壁の一の部位から前記集水セルを貫通して前記外壁の他の部位まで連通する集水スリットと、前記集水セルのそれぞれの端面から前記集水スリットに達するまでの空間内に充填された多孔質の目詰部材とを備えてなることを特徴とするセラミックスハニカムフィルタ。
【請求項２】
前記目詰部材が、複数の連通孔が形成された多孔質体から構成された請求項１に記載のセラミックスハニカムフィルタ。
【請求項３】
前記目詰部材が、アルミナ、ムライト、セルベン、及びコージェライトからなる群から選ばれる少なくとも一つの材料を含む多孔質材料から形成された請求項１又は２に記載のセラミックスハニカムフィルタ。
【請求項４】
前記目詰部材に形成された複数の前記連通孔のそれぞれが、孔径が２０μｍ以下の部位を有する請求項２又は３に記載のセラミックスハニカムフィルタ。
【請求項５】
前記目詰部材の気孔率が、２５〜５０％である請求項２〜４のいずれかに記載のセラミックスハニカムフィルタ。
【請求項６】
前記目詰部材の熱膨張率が、前記隔壁の熱膨張率より低いか又は同一である請求項１〜５のいずれかに記載のセラミックスハニカムフィルタ。
【請求項７】
複数の前記膜濾過セルの、前記被濾過流体の流れ方向に垂直な断面のそれぞれの形状が、円形、楕円形、長円形、三角形、四角形、五角形、六角形及び七角形からなる群から選ばれる少なくとも一つの形状である請求項１〜６のいずれかに記載のセラミックスハニカムフィルタ。
【請求項８】
複数の前記集水セルの、前記濾過流体の流れ方向に垂直な断面のそれぞれの形状が、円形、楕円形、長円形、三角形、四角形、五角形、六角形及び七角形からなる群から選ばれる少なくとも一つの形状である請求項１〜７のいずれかに記載のセラミックスハニカムフィルタ。
【請求項９】
原材料を押出し成形して被濾過流体及び濾過流体の流路となるセルを有する所定形状の未焼成フィルタ成形体を得、
得られた前記未焼成フィルタ成形体に、その側面の一の部位から所定の前記セルを貫通して他の部位まで連通する集水スリットを形成して集水スリット付き未焼成フィルタ成形体を得、
得られた前記集水スリット付き未焼成フィルタ成形体に、所定の前記セルのそれぞれの端面から、所定の前記セルを貫通する前記集水スリットに達するまでの空間内に目詰材を充填して目詰材充填未焼成フィルタ成形体を得、
得られた前記目詰材充填未焼成フィルタ成形体を焼成して目詰材充填フィルタ成形体を得、
得られた前記目詰材充填フィルタ成形体を構成する所定の前記セルの内周面に濾過膜を成膜した後に焼成することを特徴とするセラミックスハニカムフィルタの製造方法。
【請求項１０】
前記目詰材が、骨材粒子、無機結合材、バインダー、増粘剤及び保水剤を含んだものである請求項９に記載のセラミックスハニカムフィルタの製造方法。
【請求項１１】
前記目詰材を構成する前記バインダーが、前記骨材粒子１００質量部に対して、０．０８〜０．１２質量部含まれる請求項１０に記載のセラミックスハニカムフィルタの製造方法。
【請求項１２】
前記目詰材を構成する前記増粘剤が、前記骨材粒子１００質量部に対して、０．０４〜０．１質量部含まれる請求項１０又は１１に記載のセラミックスハニカムフィルタの製造方法。
【請求項１３】
前記目詰材を構成する前記保水剤が、前記骨材粒子１００質量部に対して、５〜６質量部含まれる請求項１０〜１２のいずれかに記載のセラミックスハニカムフィルタの製造方法。
【請求項１４】
前記目詰材充填フィルタ成形体に前記濾過膜を成膜した後に、その両端面を所定の長さ切断する請求項９〜１３のいずれかに記載のセラミックスハニカムフィルタの製造方法。
【請求項１５】
前記目詰材を構成する前記骨材粒子が、アルミナ、ムライト、セルベン、及びコージェライトからなる群から選ばれる少なくとも一つの化合物である請求項１０〜１４のいずれかに記載のセラミックスハニカムフィルタの製造方法。
【請求項１６】
前記目詰材を構成する前記無機結合材が、アルミナ、シリカ、ジルコニア、ガラスフリット、長石、及びコージェライトからなる群から選ばれる少なくとも一つの化合物である請求項１０〜１５のいずれかに記載のセラミックスハニカムフィルタの製造方法。
【請求項１７】
前記目詰材を構成する前記バインダーが、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、澱粉、及び粘土からなる群から選ばれる少なくとも一つの化合物である請求項１０〜１６のいずれかに記載のセラミックスハニカムフィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックスハニカムフィルタ及びその製造方法に関する。さらに詳しくは、被濾過流体及び濾過流体が内部に滞留することを有効に防止し、清浄度の高い濾過流体を供給することが可能なセラミックスハニカムフィルタ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、固液分離あるいは気固分離用のフィルタとして、多孔質の隔壁によって区画されたセルを有するセラミックスハニカムフィルタが用いられている。このセラミックスハニカムフィルタは、同様の用途に用いられる有機高分子膜等と比較して、物理的強度、耐久性、耐蝕性等に優れるため、水処理や排ガス処理、あるいは医薬・食品分野等の広範な分野において、液体やガス中の懸濁物質、細菌、粉塵等の除去に好適に用いられている。
【０００３】このようなセラミックスハニカムフィルタにおいては、通水量を増加させるとともに、濾過性能を向上させる観点から、図３に示すように、筒状の多孔体の長手方向に形成された、多数の平行な流通路（セル）２１の内周面に、多孔体の孔に比してさらに孔径の小さい濾過膜２２を形成するとともに、多孔体中心近傍の流通路からの通水量を増加するために、多孔体の長手方向にスリット状の空隙部（集水スリット）２３を設け、かつ空隙部（集水スリット）２３に連通する流通路（集水セル）２１ａの縁端部を目詰部材２４により封止し、濾過膜２２を形成した流通路（膜濾過セル）２１ｂに供給した被濾過流体を濾過膜２２で濾過し、濾過した濾過流体を、縁端部を目詰部材２４により封止した流通路（集水セル）２１ａから空隙部（集水スリット）２３を経由して外部に流出することが可能なセラミックスハニカムフィルタ２０が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】上述したセラミックスハニカムフィルタ２０においては、濾過膜２２を形成することで濾過性能を向上させ、かつ空隙部（集水スリット）２３を設けることで通水量を増加させている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１５３１１７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述したセラミックスハニカムフィルタにおいては、流通路（集水セル）２１ａの縁端部を封止する目詰部材２４は、単に被濾過流体が流通路（集水セル）２１ａ内に侵入することを防止することができればよいという程度の認識しかされていなかったため、また、余りにも深くまで目詰部材２４を充填すると、流通路（集水セル）２１ａに充填した目詰部材２４が空隙部（集水スリット）２３からはみ出して欠陥の原因や修正の手間が掛かるため、被濾過流体の侵入を防止することができる必要最低限の位置までにしか充填されていなかった。このため、流通路（集水セル）２１ａ内の、目詰部材２４端部から空隙部（集水スリット）２３までの間に、流出されるべき濾過流体が滞留する部分（液溜まり）２５が形成されていた。
【０００７】このため、前述した液溜まり２５に、濾過流体の一部が滞留して雑菌等が繁殖し、濾過流体全体を汚染することが問題となっていた。また、セラミックスハニカムフィルタ２０は、定期的に薬液を用いて洗浄を行うことがあるが、この洗浄に使用した薬液が前述した液溜まり２５に滞留してセラミックスハニカムフィルタ２０から完全に取り除くことができず、滞留した薬液が徐々に拡散して濾過流体を汚染することが問題となっていた。また、図４に示すように、セラミックスハニカムフィルタ２０を構成する濾過膜２２の成膜工程は、減圧下において、濾過膜２２となる固形成分を含んだ濾過膜スラリーを所定の流通路（膜濾過セル）２１ｂに流し込み、流し込んだ濾過膜スラリーに含まれる固形成分２２ａを流通路（膜濾過セル）２１ｂの内面に付着させた後に、大気圧下において乾燥することによって行われるが、固形成分２２ａが除去された後の濾過膜スラリーの水分２２ｂが前述した液溜まり２５に滞留し、成膜終了後の大気圧への復元に伴い濾過膜スラリーの水分２２ｂが隔壁２６を透過して移動し、流通路（膜濾過セル）２１ｂの内面に付着させたばかりの濾過膜２２を浮き上がらせて剥離させてしまうという問題があった。
【０００８】本発明は、上述の問題に鑑みなされたもので、被濾過流体及び濾過流体が内部に滞留することを有効に防止し、清浄度の高い濾過流体を供給することが可能なセラミックスハニカムフィルタ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するため、本発明は、以下のセラミックスハニカムフィルタ及びその製造方法を提供するものである。
【００１０】
［１］  セラミックスからなる多孔質の隔壁によって区画され、その内部に濾過膜が配設された、被濾過流体の流路となる複数の膜濾過セルと、前記隔壁によって区画されるとともに前記隔壁を挟んで所定の前記膜濾過セルに隣接し、前記被濾過流体が前記濾過膜によって濾過された濾過流体の流路となる複数の集水セルと、前記膜濾過セル及び前記集水セルを取り囲む外壁と、前記集水セルを通過した前記濾過流体を外部に流出するための、前記外壁の前記集水セルのそれぞれの両端部から所定の長さ離れた箇所で、前記外壁の一の部位から前記集水セルを貫通して前記外壁の他の部位まで連通する集水スリットと、前記集水セルのそれぞれの端面から前記集水スリットに達するまでの空間内に充填された多孔質の目詰部材とを備えてなることを特徴とするセラミックスハニカムフィルタ。
【００１１】
［２］  記目詰部材が、複数の連通孔が形成された多孔質体から構成された前記［１］に記載のセラミックスハニカムフィルタ。
【００１２】
［３］  前記目詰部材が、アルミナ、ムライト、セルベン、及びコージェライトからなる群から選ばれる少なくとも一つの材料を含む多孔質材料から形成された前記［１］又は［２］に記載のセラミックスハニカムフィルタ。
【００１３】
［４］  前記目詰部材に形成された複数の前記連通孔のそれぞれが、孔径が２０μｍ以下の部位を有する前記［２］又は［３］に記載のセラミックスハニカムフィルタ。
【００１４】
［５］  前記目詰部材の気孔率が、２５〜５０％である前記［１］〜［４］のいずれかに記載のセラミックスハニカムフィルタ。
【００１５】
［６］  前記目詰部材の熱膨張率が、前記隔壁の熱膨張率より低いか又は同一である前記［１］〜［５］のいずれかに記載のセラミックスハニカムフィルタ。
【００１６】
［７］  複数の前記膜濾過セルの、前記被濾過流体の流れ方向に垂直な断面のそれぞれの形状が、円形、楕円形、長円形、三角形、四角形、五角形、六角形及び七角形からなる群から選ばれる少なくとも一つの形状である前記［１］〜［６］のいずれかに記載のセラミックスハニカムフィルタ。
【００１７】
［８］  複数の前記集水セルの、前記濾過流体の流れ方向に垂直な断面のそれぞれの形状が、円形、楕円形、長円形、三角形、四角形、五角形、六角形及び七角形からなる群から選ばれる少なくとも一つの形状である前記［１］〜［７］のいずれかに記載のセラミックスハニカムフィルタ。
【００１８】
［９］  原材料を押出し成形して被濾過流体及び濾過流体の流路となるセルを有する所定形状の未焼成フィルタ成形体を得、得られた前記未焼成フィルタ成形体に、その側面の一の部位から所定の前記セルを貫通して他の部位まで連通する集水スリットを形成して集水スリット付き未焼成フィルタ成形体を得、得られた前記集水スリット付き未焼成フィルタ成形体に、所定の前記セルのそれぞれの端面から、所定の前記セルを貫通する前記集水スリットに達するまでの空間内に目詰材を充填して目詰材充填未焼成フィルタ成形体を得、得られた前記目詰材充填未焼成フィルタ成形体を焼成して目詰材充填フィルタ成形体を得、得られた前記目詰材充填フィルタ成形体を構成する所定の前記セルの内周面に濾過膜を成膜した後に焼成することを特徴とするセラミックスハニカムフィルタの製造方法。
【００１９】
［１０］  前記目詰材が、骨材粒子、無機結合材、バインダー、増粘剤及び保水剤を含んだものである前記［９］に記載のセラミックスハニカムフィルタの製造方法。
【００２０】
［１１］  前記目詰材を構成する前記バインダーが、前記骨材粒子１００質量部に対して、０．０８〜０．１２質量部含まれる前記［１０］に記載のセラミックスハニカムフィルタの製造方法。
【００２１】
［１２］  前記目詰材を構成する前記増粘剤が、前記骨材粒子１００質量部に対して、０．０４〜０．１質量部含まれる前記［１０］又は［１１］に記載のセラミックスハニカムフィルタの製造方法。
【００２２】
［１３］  前記目詰材を構成する前記保水剤が、前記骨材粒子１００質量部に対して、５〜６質量部含まれる前記［１０］〜［１２］のいずれかに記載のセラミックスハニカムフィルタの製造方法。
【００２３】
［１４］  前記目詰材充填フィルタ成形体に前記濾過膜を成膜した後に、その両端面を所定の長さ切断する前記［９］〜［１３］のいずれかに記載のセラミックスハニカムフィルタの製造方法。
【００２４】
［１５］  前記目詰材を構成する前記骨材粒子が、アルミナ、ムライト、セルベン、及びコージェライトからなる群から選ばれる少なくとも一つの化合物である前記［１０］〜［１４］のいずれかに記載のセラミックスハニカムフィルタの製造方法。
【００２５】
［１６］  前記目詰材を構成する前記無機結合材が、アルミナ、シリカ、ジルコニア、ガラスフリット、長石、及びコージェライトからなる群から選ばれる少なくとも一つの化合物である前記［１０］〜［１５］のいずれかに記載のセラミックスハニカムフィルタの製造方法。
【００２６】
［１７］  前記目詰材を構成する前記バインダーが、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、澱粉、及び粘土からなる群から選ばれる少なくとも一つの化合物である前記［１０］〜［１６］のいずれかに記載のセラミックスハニカムフィルタの製造方法。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、本発明のセラミックスハニカムフィルタ及びその製造方法の実施の形態を、図面を参照しつつ具体的に説明する。
【００２８】図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本発明のセラミックスハニカムフィルタの一の実施の形態を模式的に示す説明図であって、図１（ａ）は一部を切り欠いた斜視図、図１（ｂ）は中心軸を含む平面で切断した断面図である。図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、本実施の形態のセラミックスハニカムフィルタ１は、セラミックスからなる多孔質の隔壁２によって区画され、その内部に濾過膜３が配設された、被濾過流体の流路となる複数の膜濾過セル４と、隔壁２によって区画されるとともに隔壁２を挟んで所定の膜濾過セル４に隣接し、被濾過流体が濾過膜３によって濾過された濾過流体の流路となる複数の集水セル５と、膜濾過セル４及び集水セル５を取り囲む外壁６と、集水セル５を通過した濾過流体を外部に流出するための、外壁６の集水セル５のそれぞれの両端部から所定の長さ離れた箇所で、外壁６の一の部位から集水セル５を貫通して外壁６の他の部位まで連通する集水スリット７と、集水セルのそれぞれの端面から集水スリット７に達するまでの空間内に充填された多孔質の目詰部材８とを備えてなることを特徴とする。図１（ａ）においては、円柱状のセラミックスハニカムフィルタ１を示しているが、本実施の形態のセラミックスハニカムフィルタ１の形状は、円柱状に限定されることはなく、中心軸に垂直な平面における断面の形状が四角形等の柱状等の形状であってもよい。
【００２９】本実施の形態のセラミックスハニカムフィルタ１においては、被濾過流体が、端面から膜濾過セル４の内部に流入し、膜濾過セル４の内部に配設された濾過膜３を通過することによって被濾過流体が濾過され、濾過膜３によって濾過された濾過流体が、多孔質の隔壁２を経由して集水セル５に流入し、集水セル５から集水セル５を貫通する集水スリット７に流入し、そして、外壁６に形成された集水スリット７の開口部から外部に流出するものである。また、濾過膜３によって濾過された濾過流体の一部が、隔壁２から集水セル５に流入することなく、そのまま外壁６を経由して外部に流出する構成としてもよい。このように本実施の形態のセラミックスハニカムフィルタ１は、集水スリット７を備えた構成とすることで通水抵抗が軽減されており、優れた通水性を有している。また、従来の集水セルを備えたセラミックスハニカムフィルタにおいては、集水セル内の、目詰部材の端部から集水スリットまでの間に、流出すべき濾過流体が滞留する部分（液溜まり）が形成され、この液溜まりに一部の濾過流体が滞留することによって雑菌等が繁殖して濾過流体全体を汚染することや、セラミックスハニカムフィルタを洗浄する際に使用する薬液が液溜まりに滞留し、滞留した薬液が徐々に拡散して濾過流体を汚染すること等が問題となっていたが、本実施の形態のセラミックスハニカムフィルタ１においては、目詰部材８が、集水セル５のそれぞれの端面から集水スリット７に達するまでの空間内に充填されているために、濾過流体や薬液等が滞留する部分が形成されず、濾過流体が汚染されることがない。
【００３０】また、本実施の形態のセラミックスハニカムフィルタ１は、濾過されるべき被濾過流体が、セラミックスハニカムフィルタ１の端面の隔壁２部分から直接流入し膜濾過セル４の内面の濾過膜３で濾過されることなく外部に流出することを防止するために、セラミックスハニカムフィルタ１の端面の隔壁２を覆うようにシール部９が形成されている。このシール部９は、セラミックスハニカムフィルタ１の端面にシリカガラス等の釉薬を塗布し、焼成して形成されたものである。
【００３１】本実施の形態においては、集水スリット７を形成する位置及びその開口部の形状については、セラミックスハニカムフィルタ１の大きさにより適宜設定することが好ましく、例えば、セラミックスハニカムフィルタ１の形状が円柱状で、その端面の直径１８０ｍｍ、軸方向の長さが１０００ｍｍの場合には、外壁６に形成される集水スリット７の開口部の形状は、一辺の長さが２０〜８０ｍｍの長円形、正方形又は長方形であることが好ましい。
【００３２】本実施の形態のセラミックスハニカムフィルタ１は、目詰部材８が、集水セル５のそれぞれの端面から集水スリット７に達するまでの空間内に充填されたものであるが、本実施の形態にいう、「集水セル５のそれぞれの端面から集水スリット７に達するまでの空間内に充填される」とは、目詰部材８を充填する際の精度上の観点から、集水セル５のそれぞれの端面から集水スリット７に達するまでの空間内の、集水セル５のそれぞれの端面から８０〜１００％の範囲に目詰部材８が充填されることをいう。このように構成することによって、被濾過流体及び濾過流体が内部に滞留することを有効に防止し、清浄度の高い濾過流体を供給することができるセラミックスハニカムフィルタ１となる。
【００３３】本実施の形態のセラミックスハニカムフィルタ１の隔壁２は、例えば、骨材粒子と無機結合材とに、メチルセルロース等の有機バインダー、分散材及び水を加えて混錬した坏土を、公知のハニカム成形機で押出し成形することで形成することができる。骨材粒子としては、アルミナ、ムライト、セルベン、及びコージェライトからなる群から選ばれる少なくとも一の化合物を好適に用いることができる。無機結合材としては、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、ガラスフリット、長石、及びコージェライトからなる群から選ばれる少なくとも一の化合物を好適に用いることができる。
【００３４】本実施の形態に用いられる目詰部材８は、上述した隔壁２と同様の材料を好適に用いることができ、例えば、アルミナ、ムライト、セルベン、及びコージェライトからなる群から選ばれる少なくとも一つの材料を含む多孔質材料から形成されたものであることが好ましい。なお、製造過程に用いられる目詰材（目詰材スラリー）には、得られるセラミックスハニカムフィルタ１において、集水セル５のそれぞれの端面から集水スリット７に達するまで目詰部材８が充填されているように、バインダー、増粘剤及び保水剤がさらに加えられたものを用いることが好ましい。目詰材（目詰材スラリー）の構成については、セラミックスハニカムフィルタの製造方法を説明する際に具体的に説明する。
【００３５】また、この目詰部材８は、濾過膜３を成膜する際に用いられる濾過膜スラリーに含まれる水分が排出される程度に粗であることが好ましく、具体的には、複数の連通孔が形成された多孔質体から構成されていることが好ましい。さらに、目詰部材８が、複数の連通孔が形成された多孔質体から構成されている場合には、複数の連通孔のそれぞれが、孔径が２０μｍ以下の部位を有することが好ましい。また、本実施の形態においては、目詰部材８の気孔率が２５〜５０％であることが好ましい。複数の連通孔のそれぞれが、孔径が２０μｍ以下の部位を有していない場合及び／又は目詰部材８の気孔率が５０％を超える場合には、濾過膜３を成膜するために用いられる濾過膜スラリーに含まれる固形成分が目詰部材８を通過して集水セル５に侵入してしまうことがある。また、気孔率が２５％未満の場合には、濾過膜３を成膜する際に用いられる濾過膜スラリーに含まれる水分の排出が困難となることがある。なお、本実施の形態における連通孔とは、目詰部材８の表面の一の部位から他の部位に連通する細孔のことである。また、目詰部材８は、その内部に体積が０．０６５ｍｍ３を超える空隙がないように、均一に充填されていることが好ましい。体積が０．０６５ｍｍ３を超える空隙がある場合には、セラミックスハニカムフィルタ１の端部における不良部分を切断した際に、その切断面に凹凸が形成されることがある。セラミックスハニカムフィルタ１の端面に凹凸が形成された場合、シール部９を形成する際に、釉薬等を均一に塗布することが困難となることがある。なお、気孔率は水銀圧入法によって測定することができる。
【００３６】また、目詰部材８の熱膨張率は、隔壁２の熱膨張率より低いか又は同一であることが好ましい。目詰部材８の熱膨張率が隔壁２の熱膨張率よりも大きいと焼成の際に目詰部材８が膨張して、隔壁２を破損することがある。
【００３７】また、本実施の形態においては、複数の膜濾過セル４の、被濾過流体の流れ方向に垂直な断面のそれぞれの形状が円である場合を示しているが、膜濾過セル４の形状はこれに限定されることはなく、例えば、円形、楕円形、長円形、三角形、四角形、五角形、六角形及び七角形からなる群から選ばれる少なくとも一つの形状であることが好ましい。また、複数の集水セル５の、被濾過流体の流れ方向に垂直な断面のそれぞれの形状が円である場合を示している、集水セルの形状もこれに限定されることはなく、例えば、円形、楕円形、長円形、三角形、四角形、五角形、六角形及び七角形からなる群から選ばれる少なくとも一つの形状であることが好ましい。
【００３８】また、膜濾過セル４の内部に配設された濾過膜３は、チタニア、アルミナ、又はその両方を含むものであることが好ましい。この濾過膜３は、隔壁２の平均気孔径よりも小さい平均気孔径を有してなるものであり、例えば、その平均気孔径が０．１〜１．０μｍであることが好ましい。また、図示は省略するが、本実施の形態においては、濾過膜が、上述した濾過膜を上層濾過膜とし、隔壁と上層濾過膜との間に、その中間にあたる平均気孔径を有する中間膜をさらに備えた構成であってもよい。
【００３９】次に、本実施の形態のセラミックスハニカムフィルタの製造方法について説明する。まず、原材料を、例えば、真空押出し成形機を用いて押出し成形して被濾過流体及び濾過流体の流路となるセルを有する所定形状の未焼成フィルタ成形体を得る。原材料は、図１（ａ）に示したセラミックスハニカムフィルタ１の隔壁２の好ましい材料として説明した、骨材粒子と無機結合材とに、メチルセルロース等の有機バインダー、分散材及び水を加えて、ニーダー混練機等を用いて混錬した坏土を好適に用いることができる。
【００４０】次に、得られた未焼成フィルタ成形体に、その側面の一の部位から所定のセルを貫通して他の部位まで連通する集水スリットを形成して集水スリット付き未焼成フィルタ成形体を得る。この集水スリットは、例えば、成形時に集水スリット形成部の外壁に溝加工を施し、砥石等で外周部集水セル壁を破り、その後先端が鋭角な治具で集水セルを突き破り集水スリットを形成することができる。集水スリットは、最終製品であるセラミックスハニカムフィルタを浄水設備等に設置する際に、その端部に被濾過流体と濾過流体とを隔離するシール部材を配設するための部位として２５ｍｍ程度確保することができ、さらに、後述する濾過膜の成膜工程において、その端面を把持する把持部分に不良が発生し、不良が発生した部分を最大で３０ｍｍ程度除去する必要が生じることを考慮して、集水スリット付き未焼成フィルタ成形体の、その端面から５５ｍｍ程度離れた側面に形成することが好ましい。これまでの工程は、従来のセラミックスハニカムフィルタの製造方法に準じて行うことができる。
【００４１】次に、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、得られた集水スリット付き未焼成フィルタ成形体１０に、所定のセル１２のそれぞれの端面から、所定のセル１２を貫通する集水スリット７に達するまでの空間内に目詰材（目詰材スラリー）１３を充填して目詰材充填未焼成フィルタ成形体を得る。具体的には、集水スリット付き未焼成フィルタ成形体１０の両端面にポリエステル等のフィルム１１（マスキング）を添付し、所定のセル１２に対応する部分に孔を穿設する。その後に、集水スリット付き未焼成フィルタ成形体１０のフィルム１１を添付した端面を、目詰材１３が満たされた容器１４内に押し付け、さらに、エアシリンダー等で、例えば、２００ｋｇで加圧して、所定のセル１２に目詰材を充填する。
【００４２】本実施の形態に用いられる目詰材１３としては、目詰材１３は、集水スリットに達するまで、所定のセル１２に充填することができるように、骨材粒子、無機結合材、バインダー、増粘剤及び保水剤を含んだものであることが好ましい。骨材粒子及び無機結合材は、未焼成フィルタ成形体を製作する際に用いられる骨材粒子及び無機結合材と同様のものを好適に用いることができる。
【００４３】目詰材１３を構成するバインダーは、目詰材１３の乾燥時点での乾燥強度を持たせ、乾燥時にクラックの発生を防止する働きがあり、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、澱粉、及び粘土からなる群から選ばれる少なくとも一つの化合物であることが好ましい。また、目詰材１３には、このバインダーが、骨材粒子１００質量部に対して０．０８〜０．１２質量部含まれることが好ましい。バインダーが０．０８質量部未満であると、目詰材１３の乾燥時にクラックが発生することがある。また、バインダーが０．１２質量部を超えると、目詰材１３の強度が高くなり集水スリット付き未焼成フィルタ成形体１０にクラックが発生することがある。
【００４４】目詰材１３を構成する増粘剤は、集水スリット付き未焼成フィルタ成形体１０の所定のセル１２の内部に目詰材１３を入り込ませ易いように、目詰材１３に適正な粘度を発現させる働きがあり、メチルセルロースやカルボキシルメチルセルロース等を好適に用いることができる。また、目詰材１３には、この増粘剤が、骨材粒子１００質量部に対して、０．０４〜０．１質量部含まれることが好ましい。増粘剤が０．０４質量部未満であると、目詰材１３が所定のセル１２の内部にスムーズに入らず、所定の深さまで目詰材１３を充填することが困難になることがある。また、増粘剤が０．１質量部を超えると、それぞれのセル１２に充填した目詰材１３の深さが異なり、所定の深さまで目詰材１３を均等に充填することが困難になることがある。
【００４５】目詰材１３を構成する保水剤は、目詰材１３を充填する際に、目詰材１３の水分が、乾燥した集水スリット付き未焼成フィルタ成形体１０に吸収されて固化するのを防止し、目詰材１３を均一に所定の深さまで入り込ませる働きがある。この保水剤としては、でんぷん、グリセリン等を好適に用いることができる。また、目詰材１３には、この保水剤が、骨材粒子１００質量部に対して、５〜６質量部含まれることが好ましい。保水剤が５質量部未満であると、目詰材１３を充填する際に、目詰材１３の水分が集水スリット付き未焼成フィルタ成形体１０に瞬時に吸収されて、目詰材１３を所定の深さまで充填することができないことがある。また、保水剤が６質量部を超えると、焼成前の乾燥にて、目詰材１３が十分に乾燥せず、焼成時にクラックが発生することがある。
【００４６】次に、得られた目詰材充填未焼成フィルタ成形体を、例えば、９００〜１４００℃で焼成して目詰材充填フィルタ成形体を得る。
【００４７】次に、得られた目詰材充填フィルタ成形体を構成する所定のセルの内周面に濾過膜を成膜した後に焼成する。濾過膜を成膜する方法としては、例えば、中間膜と、中間膜より気孔径の小さい上層濾過膜とから構成された濾過膜を形成する場合には、まず、中間膜を成膜するための中間膜スラリーを形成する。中間膜スラリーは、未焼成フィルタ成形体と同材質の、例えば、平均粒径３．２μｍの、アルミナ、ムライト、チタニア、コージェライト等のセラミックス原料１００質量部に、４００質量部の水を加えて形成することができる。また、この中間膜スラリーには、焼成後の膜強度を上げるために膜用無機結合材を添加してもよい。膜用無機結合材は粘土、カオリン、チタニアゾル、シリカゾル、ガラスフリット等を用いることができ、添加量は膜強度の点から５〜２０質量部添加することが好ましい。また、セラミックス原料のみで焼結し膜強度が得られる場合は、膜用無機結合材を添加しなくてもよい。この中間膜スラリーを特開昭６１−２３８３１５号公報において開示される装置を用いて各セルの表面に成膜し、乾燥した後、所定の焼成温度、例えば、９００〜１０５０℃で焼結させ、目詰材充填フィルタ成形体に固着させて中間膜を形成することができる。
【００４８】次に、上層濾過膜を成膜するための上層濾過膜スラリーを形成する。上層濾過膜スラリーは、例えば、平均粒径０．４μｍの、未焼成フィルタ成形体と同材質の、例えば、アルミナ、ムライト、チタニア、コージェライト等のセラミックス原料、又はこれらのセラミックス原料よりも熱膨脹率が小さい材料１００質量部に、１０００質量部の水を加えて形成することができる。また、この上層濾過膜スラリーには、焼成後の膜強度を上げるために膜用無機結合材を添加してもよい。膜用無機結合材は粘土、カオリン、チタニアゾル、シリカゾル、ガラスフリット等を用いることができ、添加量は膜強度の点から５〜２０質量部添加することが好ましい。この上層濾過膜スラリーを特開昭６１−２３８３１５号公報において開示される装置を用いて、中間膜の表面に成膜し、乾燥した後、所定の焼成温度９００〜１０５０℃で焼結させ、目詰材充填フィルタ成形体に成膜した中間膜に固着させて濾過膜を形成することができる。本実施の形態においては、上述したように構成された目詰材が、集水スリットに達するまでの空間内に充填されているために、濾過膜スラリー（中間膜スラリー及び上層濾過膜スラリー）に含まれる水分等が液溜まりに滞留して付着させたばかりの濾過膜を浮き上がらせて剥離させることがなく、所定のセルの全域にわたって濾過膜を正常に成膜することができる。
【００４９】また、濾過膜を成膜する際は、上述したように、その端面を把持する把持部分に不良が発生することがあるために、成膜した目詰材充填フィルタ成形体の端面を３０ｍｍ程度切断する。次に、目詰材充填フィルタ成形体の、切断して新たに形成された端面にガラスフリット等の釉薬を塗布し、一旦乾燥した後に、９００〜１４００℃で焼成してセラミックスハニカムフィルタを製造する。釉薬の塗布及び焼成の条件等は、従来行われているセラミックスハニカムフィルタの製造方法に準じて行うことが可能である。
【００５０】このようにして得られたセラミックスハニカムフィルタは、被濾過流体及び濾過流体が内部に滞留することを有効に防止し、清浄度の高い濾過流体を供給することができる。
【００５１】
【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５２】
（実施例１〜１７）
全実施例を通じて、骨材粒子としての所定の大きさの平均粒径のアルミナと、無機結合材としてガラスフリットとを９：１の質量比で混合し、得られた混合粉末１００質量部に対して、水１５質量部、有機バインダーとしてメチルセルロース４．５質量部、及び分散材１質量部を加えて混練して坏土を得、得られた坏土をハニカム成形機で押出し成形した後乾燥して、外径φ１８０ｍｍ、長さ１０００ｍｍ、その内部に内径φ２．３ｍｍセルを２０７０個有する未焼成フィルタ成形体を得た。本実施例においては、原料粒度が０．２〜０．５ｍｍでアルミナ純度９９．８％の電融アルミナを乾式で所定の時間粉砕し、平均粒径がそれぞれ３０μｍ、５０μｍ、１００μｍのものをアルミナＡ、アルミナＢ、アルミナＣとした。
【００５３】次に、各未焼成フィルタ成形体の、その側面の一の部位から所定のセルを貫通して他の部位まで連通する集水スリットを形成して集水スリット付き未焼成フィルタ成形体を得た。集水スリットの形状は長方形とした。
【００５４】次に、得られた各集水スリット付き未焼成フィルタ成形体に、所定のセルのそれぞれの端面から、所定のセルを貫通する集水スリットに達するまでの空間内に目詰材を充填して目詰材充填未焼成フィルタ成形体を得た。各実施例においては、目詰材として、骨材粒子、無機結合材、バインダー、増粘剤及び保水剤を、表１及び表２に示す割合で混合したものを用いた。
【００５５】
【表１】
2004305993.tif 000003
【００５６】
【表２】
2004305993.tif 000004
【００５７】各実施例におけにおける、目詰材充填未焼成フィルタ成形体を乾燥した状態での目詰材の引け欠陥の割合（％）を測定した。目詰材の引け欠陥とは、目詰材を充填した部分を乾燥した後、充填部分に水分が供給された際の目詰材充填部分の中央部の凹みの欠陥のことである。目詰材の引け欠陥の割合（％）は、目詰材を充填したセルの数に対する目詰材の引け欠陥の数の割合（％）を算出した値である。結果を表３及び表４に示す。
【００５８】
【表３】
2004305993.tif 000005
【００５９】
【表４】
2004305993.tif 000006
【００６０】次に、得られた目詰材充填未焼成フィルタ成形体を焼成して目詰材充填フィルタ成形体を得、得られた目詰材充填フィルタ成形体を構成する所定のセルの内周面に濾過膜を成膜して乾燥した後に焼成し、その端面を所定の長さ切断した。この際、焼成した目詰材充填フィルタ成形体の乾式加工性について、各目詰材充填フィルタ成形体を切断する断刃から火花が飛ぶかを確認して評価した。結果を表３及び表４に示す。目詰材に含まれる無機結合材の量が多いと、焼成した目詰材充填フィルタ成形体の強度が上がり切断時に切断刃から火花が飛び切削性が悪くなることがあり、火花が飛ぶことがなく切断加工を良好に行うことができたものについては○とし、多少火花が飛ぶことがあったが切断加工を良好に行うことができたものについては△とし、火花が飛び散り切断加工が困難となったものについては×とした。結果を表３及び表４に示す。
【００６１】実施例１〜１７のセラミックスハニカムフィルタの、目詰材を充填した部位における、クラックの発生率（％）を測定した。クラックの発生率（％）は、目詰材を充填したセルの数に対するクラックの発生したセルの数の割合（％）を算出した値である。結果を表３及び表４に示す。
【００６２】また、目詰材を焼成することで形成された目詰部材の気孔径（μｍ）及び気孔率（％）を測定した。結果を表３及び表４に示す。
【００６３】また、各セラミックスハニカムフィルタを形成する際に用いた目詰材をブロック状に鋳込み成形を行い、幅１０ｍｍ、厚さ５ｍｍ、長さ５０ｍｍの試験片を切り出し、支持間距離が３０ｍｍの３点曲げ強度測定を行った。結果を表３及び表４に示す。
【００６４】各セラミックスハニカムフィルタを水中に浸漬させ、各セラミックスハニカムフィルタの一方の端面近傍に設けられた集水スリットを塞ぎ、他方の集水スリットから空気を送り込み、各セラミックスハニカムフィルタから発泡する際の圧力を計測して発泡検査を行った。結果を表３及び表４に示す。発泡検査の評価としては、８ｋＰａで加圧した際に目詰部材及び外壁から発泡が見られない場合は○とし、６ｋＰａで加圧した際に発泡が見られない場合は△とし、３ｋＰａで加圧した際に発泡が見られる場合は×とした。結果を表３及び表４に示す。
【００６５】また、各セラミックスハニカムフィルタの一方の端面から被濾過流体を流入して浄化を行った際の、集水スリットと目詰部材との間に濾過流体が滞留するかについて測定した。滞留がない場合には○とし、滞留があった場合には×とした。結果を表３及び表４に示す。
【００６６】
（比較例１及び２）
集水スリット付き未焼成フィルタ成形体に、所定のセルのそれぞれの端面から、所定のセルを貫通する集水スリットに達するまでの空間内の所定の位置、比較例１においては、端面から４０ｍｍの位置（所定のセルの端面から集水スリットに達するまでの空間内の、所定のセルの端面から７３％の位置）まで、また、比較例２においては、端面から３５ｍｍの位置（所定のセルの端面から集水スリットに達するまでの空間内の、所定のセルの端面から６４％までの位置）まで、目詰材を充填して目詰材充填未焼成フィルタ成形体を得た以外は、上述した実施例と同様にしてセラミックスハニカムフィルタを製造し、同様の測定を行った。目詰材の構成及び各測定の結果を表５及び表６に示す。
【００６７】
【表５】
2004305993.tif 000007
【００６８】
【表６】
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【００６９】表３、表４及び表６に示すように、実施例１〜１７のセラミックスハニカムフィルタは、所定のセルのそれぞれの端面から、所定のセルを貫通する集水スリットに達するまでの空間内に目詰材が充填されているために、上述した空間に濾過流体の滞留がなく、清浄度の高い濾過流体を供給することができるものであった。また、実施例１〜１７のセラミックスハニカムフィルタにおいては、目詰材の引け欠陥の割合（％）、乾式加工性、クラック発生率（％）及び発泡検査においていずれも優れた値を示すものであり、また、気孔径（μｍ）及び気孔率（％）についてもフィルタとして好適に用いることができるものであった。比較例１及び２のセラミックスハニカムフィルタは、集水スリットと目詰部材との間に液溜まりが形成されていることから、濾過流体の滞留があり、濾過流体の汚染を引き起こすものであった。また、発泡検査において、どちらも３ｋＰａで加圧した際に発泡が見られ、フィルタとして用いた場合には、被濾過流体が、発泡を生じた隙間を通過して濾過膜で濾過させることなく濾過流体に流入することとなり、フィルタとして用いることができないものであった。
【００７０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によって、被濾過流体及び濾過流体が内部に滞留することを有効に防止し、清浄度の高い濾過流体を供給することが可能なセラミックスハニカムフィルタ及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本発明のセラミックスハニカムフィルタの一の実施の形態を模式的に示す説明図であって、図１（ａ）はセラミックスハニカムフィルタの一部を切り欠いた斜視図、図１（ｂ）は中心軸を含む平面で切断した断面図である。
【図２】図２（ａ）及び図２（ｂ）は、本発明のセラミックスハニカムフィルタの製造方法の一の実施の形態における、所定のセルに目詰材を充填する工程を工程順に示す断面図である。
【図３】従来のセラミックスハニカムフィルタを模式的に示す断面図である。
【図４】従来のセラミックスハニカムフィルタの製造方法における、所定のセルに目詰材を充填する工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１…セラミックスハニカムフィルタ、２…隔壁、３…濾過膜、４…膜濾過セル、５…集水セル、６…外壁、７…集水スリット、８…目詰部材、９…シール部、１０…集水スリット付き未焼成フィルタ成形体、１１…フィルム、１２…所定のセル、１３…目詰材（目詰材スラリー）、１４…容器、２０…セラミックスハニカムフィルタ、２１…流通路（セル）、２１ａ…流通路（集水セル）、２１ｂ…流通路（膜濾過セル）、２２…濾過膜、２２ａ…固形成分、２２ｂ…水分、２３…空隙部（集水スリット）、２４…目詰部材、２５…濾過流体が滞留する部分（液溜まり）、２６…隔壁。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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