(57)【要約】【課題】成形体と、その表面にセラミックス粒子を含むスラリーを塗布して形成された膜とを熱処理することにより一体化した３次元的な連通孔を有する濾過部と支持部より構成された気泡分散型の多孔質焼結体からなるセラミックスフィルタにおいて、前記濾過部の厚さにより非常に高い圧力損失を示す場合があり、このような高い圧力損失のフィルタを集塵用セラミックスフィルタとして使用すると、短時間の使用でフィルタ層に存在する気孔が閉塞し、通気性がなくなり、フィルタとして使用できなくなっていた。【解決手段】前記多孔質焼結体がコージェライトを主結晶相としてなり、かつ前記支持部と濾過部のＭｇＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の質量基準で表される組成差が合計で１２質量％以下であるセラミックスフィルタとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
濾過部と支持部が一体化された３次元的な連通孔を有する気泡分散型の多孔質焼結体からなるセラミックスフィルタにおいて、前記多孔質焼結体がコージェライトを主結晶相としてなり、かつ前記支持部と濾過部のＭｇＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の質量基準で表される組成差が合計で１２質量％以下であることを特徴とするセラミックスフィルタ。
【請求項２】
前記濾過部が２００〜１０００μｍの厚さを有していることを特徴とする請求項１に記載のセラミックスフィルタ。
【請求項３】
前記支持部がコージェライトの結晶相内に結晶粒径が５０μｍ以下のＡｌ２Ｏ３結晶を含むコージェライトから構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のセラミックスフィルタ。
【請求項４】
前記濾過部の平均細孔径が１０〜３０μｍであり、支持部の平均細孔径が８０〜１５０μｍであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のセラミックスフィルタ。
【請求項５】
前記支持部の気孔率が３０〜４０％、濾過部の気孔率が４５〜６０％であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のセラミックスフィルタ。
【請求項６】
前記多孔質焼結体の表面粗さ（Ｒａ）が６μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のセラミックスフィルタ。
【請求項７】
前記多孔質焼結体が円筒形状を有しており、前記濾過部が支持部の外表面に設置されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のセラミックスフィルタ。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載のセラミックスフィルタの製造方法であって、タルク、カオリン、ハイジライトまたはアルミナの３種の１次原料をバインダー、増粘剤と混合しスラリーを得る工程と、
前記スラリーを噴霧造粒して２次原料を得る工程と、
前記２次原料を静水圧プレス成形法を用いて成形し、成形体を得る工程と、
前記成形体表面に前記スラリーを噴霧塗布した後、乾燥して多層化した成形体を得る工程と、
前記多層化した成形体を連続式焼成炉にて１３５０〜１４５０℃の温度で焼成して一体化させた焼結体を得る工程とにより製造することを特徴とするセラミックスフィルタの製造方法。
【請求項９】
前記増粘剤として天然高分子多糖類を用いたことを特徴とする請求項８に記載のセラミックスフィルタの製造方法。
【請求項１０】
前記スラリーの粘度を５〜３０Ｐ（ポアズ）としたことを特徴とする請求項８または９に記載のセラミックスフィルタの製造方法。
【請求項１１】
請求項１乃至７に記載のセラミックスフィルタを使用したことを特徴とする集塵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高温の燃焼ガス中から粉塵や煤塵を捕集する集塵用セラミックスフィルタに関するものであり、具体的には重油、石炭、廃棄物などの燃焼ガス（排ガスも含む）中に含まれているダスト（粉塵、煤塵）を捕集するものである。
【背景技術】
【０００２】
高温の燃焼ガスからダストを除去するためのフィルタとしては、従来から多孔質セラミックスからなる集塵用セラミックスフィルタが提案されている。
【０００３】
この多孔質セラミックスを用いた集塵用セラミックスフィルタは、様々な粒子径を有した粒子を配合し、焼結させた後にできた細孔、および反応焼結させた後にできた細孔に粉塵、煤塵を含む燃焼後のガスを通過させることにより粉塵、煤塵を取り除く。
【０００４】
従って、高温での集塵を長時間行うとフィルタの濾過側表面に、粉塵、煤塵の粒子同士及び粉塵、煤塵粒子とフィルタ粒子が化学反応やファン・デル・ワールス力、架橋等により凝集し固着するため、粉塵、煤塵の付着が生じる。その結果、フィルタの圧力損失が増大し、ガスが流れにくくなるため、濾過面の反対側から高圧縮パルスジェット気流を流し、付着した粉塵、煤塵を払い落とす逆洗処理が行われている。
【０００５】
このような状況から近年では、集塵性能及び逆洗性能の向上を図った多層構造の集塵用セラミックスフィルタが用いられている。この多層構造の集塵用セラミックスフィルタは、大きな細孔径を有し、低圧力損失を示す多孔質セラミックス支持体の濾過面に、粉塵・煤塵を捕集する小さな細孔径を有するフィルタ層を形成した構造を有する。
【０００６】
上記のような構造の集塵用セラミックスフィルタとしては、フィルタ層用セラミックス粉体のみ又はこれに気孔付与剤を加えたスラリーを中子の金型にはけ塗り法またはスプレー法で塗布し、乾燥後にこの中子を用いてラバープレス等により円筒状の多孔体を形成して、その後焼成したり、フィルタ層用調合原料を円筒状にラバープレスに成形し、ついで外枠のみ交換して円筒状フィルタ層成形体の外側に今度は多孔質セラミックス支持体用調合原料を充填しこれを再びラバープレス成形して多層化する集塵用セラミックスフィルタが開示されていた（特許文献１参照）。
【０００７】
また、孔径の大きなセラミックス基材表面に溶射法により孔径の小さな多孔質セラミックス層を形成し、多層化する集塵用セラミックスフィルタが開示されていた（特許文献２参照）。
【０００８】
更に、セラミックス多孔体よりなる支持体の片側の表面に、平均細孔径が１〜１０μmでその厚さが平均細孔径の少なくとも１０倍以上の細流部を備えた集塵用セラミックスフィルタが開示されていた（特許文献３参照）。
【０００９】
また、気孔径の大きい多孔質セラミックスを所定の形状に成形した後、その表面に、細粒のセラミックス泥しょうで形成した半乾燥させた薄膜を貼り付け、多孔質セラミックスと貼り付けた薄膜を一緒に焼成した集塵用セラミックスフィルタが開示されていた（特許文献４参照）。
【００１０】
また、セラミックスの粗粒により形成された管状の骨格層の内面に前述の特許文献１と同様の製造方法を用いてセラミックスの細粒からなるフィルタ層を設けた集塵用セラミックスフィルタが開示されていた（特許文献５参照）。
【００１１】
しかしながら、上述のような種々の製法で作製された集塵用セラミックスフィルタは、多孔質セラミックス支持体の成形後または焼成後に細粒のセラミックス粒子を種々の方法で成形体および焼成体の表面に固着させた構造を有しており、これらのフィルタ層はフィルタ層粒子間に形成された空隙を利用して集塵を行う粒子凝集型の集塵用セラミックスフィルタであった。
【００１２】
これらのフィルタ層の表面に無機質バインダーを使用することなくセラミック粒子を固着させた粒子凝集型の構造である集塵用セラミックスフィルタは、粒子間に形成された空隙を利用して集塵を行うが、使用されるセラミックスの１次原料粒子形状が多角形状であるために、空隙の形状が鋭角部を有しており、長期間集塵を行った後の逆洗処理の際、粉塵や煤塵が鋭角部に入り込み、それらがアンカー効果により非常に取れにくくなるという問題があった。
【００１３】
このような問題に対し、特許文献６に示されるように、無機質バインダ−等を用いて粒子同士の空隙の鋭角部を埋めることで問題点の解決が図られようとしていた。こうすることにより集塵する粉塵や煤塵が粒子間の空隙の鋭角部に強固に付着するのを防止でき、逆洗処理した際に、粉塵や煤塵を払い落とし易くできることが考えられる。
【００１４】
しかしこれらの方法では、逆先処理の際の粉塵、煤塵の払い落とし効率は良くなるものの、フィルタが長時間高温腐食性雰囲気に曝された際に、無機質バインダー部分が腐食されて劣化し、フィルタ寿命が低下する可能性があった。
【００１５】
また、セラミック粒子と無機質バインダーの熱膨張係数の違いから、昇降温を繰り返すと粒子と無機質バインダーの境界部分、あるいはフィルタ層を支える支持体との境界部分が除々に劣化し、やはりフィルタ寿命が低下する可能性があった。
【００１６】
本発明者らは、前述した従来のセラミックスフィルタの課題に対し、鋭意検討の末、前記支持体（支持部）およびフィルタ層（濾過部）として、タルク（３ＭｇＯ・４ＳｉＯ２・Ｈ２Ｏ）、カオリン（Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２・２Ｈ２Ｏ）、アルミナまたはハイジライトを焼成させてなる焼結コージェライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２）から構成される気泡分散型の多孔質体を用いることで、集塵する粉塵、煤塵が、粒子間の空隙の鋭角部に入り込み、強固に付着することを防止でき、さらに前述の逆洗処理を実施した際にも、粉塵や煤塵を良好に払い落とすことが可能であり、課題解決できることを見いだしていた（特許文献７参照）。
【特許文献１】特公昭６０−６１０１９号公報
【特許文献２】実開６２−９０７１６号公報
【特許文献３】特開６３−２４０９１２号公報
【特許文献４】特開平２−２８１７号公報
【特許文献５】特開平４−２３５７１０号公報
【特許文献６】特許第２９２６１８７号公報
【特許文献７】特開２００３−１８１２３０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、特許文献７に記載の支持体およびフィルタ層を気泡分散型の多孔質体として一体化させたセラミックスフィルタにおいても、非常に高い圧力損失を示す場合があり問題があった。このように高い圧力損失を示すフィルタを粉塵、煤塵を濾過するフィルタとして用いると、短時間の使用でフィルタの気孔が粉塵、煤塵により閉塞され、通気性がなくなり使用できなくなっていた。
【００１８】
本発明者らは、前記の高圧力損失となる原因を種々に検討した結果、支持体とフィルタ層の平均細孔径と気孔率を調整し、フィルタ全体としての圧力損失を調整するために設定している支持体とフィルタ層の組成差が原因により生じることを突き止めた。
【００１９】
この支持体とフィルタ層のコージェライト組成の差は、平均細孔径と気孔率を調整し、フィルタの圧力損失と機械的強度を良好とするために設定しており、支持体およびフィルタ層をコージェライトの理論組成に対して、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２を質量基準で合計１２質量％より大きな範囲で意図的にずらしたものであった。
【００２０】
しかしながら、１２質量％より大きな範囲で、支持体とフィルタ層の組成差を設けると、支持体とフィルタ層の平均細孔径、気孔率はそれぞれが適正な焼成温度で良好な値とはなるものの、両者を同温度で焼成した際には、前記適正な焼成温度にずれがあるために、支持体とフィルタ層が目的とする平均細孔径と気孔率とならないという問題があった。
【００２１】
したがって、本発明のようなフィルタ層と支持体を一体化させた気泡分散型の多孔質体からなるセラミックスフィルタにおいては、得ようとする圧力損失に応じて、支持体とフィルタ層の組成差を適正範囲内に調整する必要があり、本発明者らはこれらの適正範囲を見いだし、本発明に至った。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は前記課題を鑑み、成形体と、その表面にセラミックス粒子を含むスラリーを塗布して形成された膜とを、熱処理することにより一体化した３次元的な連通孔を有する濾過部と支持部より構成された気泡分散型の多孔質焼結体からなるセラミックスフィルタにおいて、前記多孔質焼結体がコージェライトを主結晶相としてなり、かつ前記支持部と濾過部のＭｇＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の質量基準で表される組成差が合計で１２質量％以下であることを特徴とする。
【００２３】
また、前記濾過部が２００〜１０００μｍの厚さを有していることを特徴とする。
【００２４】
また、前記支持部がコージェライトの結晶相内に結晶粒径が５０μｍ以下のＡｌ２Ｏ３結晶を含むコージェライトから構成されていることを特徴とする。
【００２５】
また、前記濾過部の平均細孔径が１０〜３０μｍであり、支持部の平均細孔径が８０〜１５０μｍであることを特徴とする。
【００２６】
また、前記支持部の気孔率が３０〜４０％、濾過部の気孔率が４５〜６０％であることを特徴とする。
【００２７】
また、前記多孔質焼結体体の表面粗さ（Ｒａ）が６μｍ以下であることを特徴とする。
【００２８】
さらに、前記多孔質焼結体が円筒形状を有しており、前記濾過部が支持部の外表面に設置されていることを特徴とする。
【００２９】
また、前記多孔質焼結体の濾過部表面から１μｍ以上の粒子２ｍ／ｍｉｎの流速でガスを通過させた場合の圧力損失が３．５ｋＰａ以下であることを特徴とする。
【００３０】
また、タルク、カオリン、ハイジライトまたはアルミナの３種の１次原料をバインダー、増粘剤と混合しスラリーを得る工程と、前記スラリーを噴霧造粒して２次原料を得る工程と、前記２次原料を静水圧プレス成形法を用いて成形し、成形体を得る工程と、前記成形体表面に前記スラリーを噴霧塗布した後、乾燥して多層化した成形体を得る工程と、前記多層化した成形体を連続式焼成炉にて１３５０〜１４５０℃の温度で焼成して一体化させた焼結体を得る工程とにより製造することを特徴とする。
【００３１】
また、前記増粘剤として天然高分子多糖類を用いたことを特徴とする。
【００３２】
また、前記スラリーの粘度を５〜３０Ｐ（ポアズ）としたことを特徴とする。
【００３３】
また、集塵装置に前記セラミックスフィルタを用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、成形体と、その表面にセラミックス粒子を含むスラリーを塗布して形成された膜とを、熱処理することにより一体化した３次元的な連通孔を有する濾過部と支持部より構成された気泡分散型の多孔質焼結体からなるセラミックスフィルタにおいて、前記多孔質焼結体がコージェライトを主結晶相としてなり、かつ前記支持部と濾過部のＭｇＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３で表される組成差が合計で１２質量％以下であるセラミックスフィルタとすることにより、前記支持部および濾過部を同じ温度で焼成し、一体化させた場合にも、支持部および濾過部の材料組成の差によって生じる細孔の閉塞がなく、適正な細孔径、気孔率を有する多孔質焼結体とすることが可能となり、フィルタに粉塵を含むガスを通過させた場合に粉塵の除去が可能であるばかりか、低圧力損失な特性を有するセラミックスフィルタとできる。
【００３５】
また、前記濾過部を２００〜１０００μｍの厚さとすることにより、フィルタ層の材料粒子間の隙間が毛細管の役割を果たし、毛細管現象によって支持体の溶融成分を吸い上げたとしても、フィルタの圧力損失が著しく高くなるようなレベルで細孔の閉塞がおこならいため、セラミックスフィルタとして適正な圧力損失を得ることが可能となる。
【００３６】
さらに、前記支持部がコージェライトの結晶相内に結晶粒径が５０μｍ以下のＡｌ２Ｏ３を含むコージェライトから構成されていることにより、セラミックスフィルタ全体の耐食性を高めることが可能となる。
【００３７】
また、前記濾過部の平均細孔径を１０〜３０μｍ、支持部の平均細孔径を８０〜１５０μｍとすることにより、１μｍ以上の粉塵の濾過が可能となる。
【００３８】
また前記支持部の気孔率を３０〜４０％、濾過部の気孔率を４５〜６０％とすることにより、セラミックスフィルタを低圧力損失化でき、かつ十分な強度を得ることが可能となる。
【００３９】
また、前記多孔質体の表面粗さ（Ｒａ）が６μｍ以下としたことにより、本発明のセラミックスフィルタをガス中の粉塵を除去するフィルタとして用いた場合にも、フィルタ表面に粉塵の付着等が少なく、長期間に渡って初期のフィルタ性能を維持することが可能となる。
【００４０】
また、前記多孔質焼結体が円筒形状を有し、前記濾過部が支持部の外表面に設置されていることにより、本発明のセラミックスフィルタをより安価に製造することが可能となる。
【００４１】
さらに、本発明のセラミックスフィルタを、タルク、カオリン、ハイジライトまたはアルミナの３種の１次原料をバインダー、増粘剤と混合しスラリーを得る工程と、前記スラリーを噴霧造粒して２次原料を得る工程と、前記２次原料を静水圧プレス成形法を用いて成形し、成形体を得る工程と、前記成形体表面に前記スラリーを噴霧塗布した後、乾燥して多層化した成形体を得る工程と、前記多層化した成形体を連続式焼成炉にて１３５０〜１４５０℃の温度で焼成して一体化させた焼結体を得る工程とにより製造することにより、スラリー中のセラミックス粒子の沈殿の少ないスラリーが得られ、噴霧造粒の際の途中工程で粒子の沈殿により発生するトラブルをなくすことが可能となり、かつ焼成前の生の成形体に膜をつけて一度に連続焼成炉にて焼成を実施できるために、生産効率がアップし、フィルタをより低コストで製造することが可能となる。
【００４２】
また、前記増粘剤として天然高分子多糖類を用いることにより、より大きな増粘効果が得られるばかりか、天然素材を用いているので薬品等を用いた場合と比較して安全性が高く、環境に与える影響も少ない。
【００４３】
また、前記スラリーの粘度を５〜３０Ｐとしたことにより、本発明の大きなセラミックス粒子を用いた前記噴霧造粒工程における配管内での該粒子の沈殿を防止することが可能で、長時間連続して噴霧造粒することが可能となる。
【００４４】
また、前述のような本発明のセラミックスフィルタをゴミ焼却炉等の集塵装置に用いることで、フィルタ表面への粉塵の付着が少なく、長期間に渡って集塵装置の性能を維持することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００４６】
本発明のセラミックスフィルタは成形体と、その表面にセラミックス粒子を含むスラリーを塗布して形成された膜とを、熱処理することにより一体化した３次元的な連通孔を有する濾過部と支持部より構成された気泡分散型の多孔質焼結体からなっている。
【００４７】
前記気泡分散型の多孔質焼結体とは、図１（ａ）にその断面組織写真のトレース図を示しているように、図のハッチング以外の空隙部分が曲線のみで囲まれた組織構造を有しており、丸い気泡を分散させたような組織構造を有していることから気泡分散型と呼ばれる。この気泡分散型の組織構造は、１次原料に多種の材料を用い、混合し、それらを成形した後、焼成して目的の組成となるように反応・合成することによって形成される。前記のような曲線のみで囲まれた組織構造では、図１（ｂ）に示すような従来の多層構造のセラミックスフィルタの組織構造と比較して、空隙（細孔）の形状が鋭角部を有していないために種々のガス中に含まれる粉塵、煤塵の濾過を行った際に、その細孔に粉塵、煤塵が詰まりにくい。ちなみに従来のような細孔が鋭角部を有している組織構造は粒子凝集型と呼ばれる。
【００４８】
ここで、コージェライトを例として、気泡分散型の組織構造が得られる過程を説明する。焼成後にコージェライトとするには、タルク、カオリン、アルミナまたはハイジライトの３種の１次原料を用いることが一般的である。これらの３種の１次原料を用いて、バインダーを添加し造粒した後、成形、焼成を行うが、このときそれぞれの粒径によって焼成後にできる焼結体の細孔の大きさが異なる。よって、用途に応じて１次原料粒径の大きさの選択が重要である。そして、本発明の気泡分散型の組織構造は焼成時に形成される。まず融点の低いタルクとカオリンが溶融し、液相を形成してアルミナまたはハイジライト粒子の周囲から除々に反応してコージェライトの組成となっていく。このときもともとあったタルク、カオリン粒子の部分がそのまま細孔として残留し、それらが焼結体の細孔のもととなっている。また、図１（ａ）では鋭角部を有した空隙部分は存在せず曲線で囲まれている。これは焼成時の液相を形成した状態では、表面積を少しでも減少しようとする力が常に働いており、鋭角部分は曲面となるためである。
【００４９】
このようにして本発明の気泡分散型の組織構造は形成されるが、できた組織は３次元的な連通孔を有している。
【００５０】
従って、本発明のセラミックスフィルタを粉塵、煤塵を含むガスの濾過に用いた場合には、従来のセラミックスフィルタのように、細孔が鋭角部を有しておらず、粉塵、煤塵等が細孔に詰まりにくく、焼結体の細孔が閉塞して圧力損失が上昇しにくいために、従来用いられていた多層構造のセラミックスフィルタと比較してより長期間の使用に耐えられる。
【００５１】
また、本発明のセラミックスフィルタは前記多孔質焼結体がコージェライトを主結晶相とした組成を有するセラミックスから構成されている。このコージェライトはタルク、カオリン、アルミナまたはハイジライトを所定の比率で混合して成形し、適正な焼成温度で焼成することによって得られる。その理論組成は質量基準でＭｇＯ：１３．７８質量％、Ａｌ２Ｏ３：３４．８６質量％、ＳｉＯ２：５１．３６質量％の比率である。そして前記タルク、カオリン、アルミナまたはハイジライトの３種の１次原料が焼成により反応・合成する際に気泡分散型の組織構造となる。
【００５２】
本発明のセラミックスフィルタにおいては、図１（ａ）に示す濾過部Ａ、支持部Ｂを構成するコージェライトとしては、ＭｇＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の質量基準で表される組成差が合計で１２質量％以下とするのが良い。
【００５３】
ここで、前記コージェライトにおけるＭｇＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の質量基準で表される組成差の合計を１２質量％以下とするのは、１２質量％より組成差の合計が多いと、濾過部Ａと支持部Ｂを同じ焼成温度で焼成した際に、どちらかが適正な焼成温度の範囲に達せず目的とする気泡分散型の組織構造を得られないか、または適正な焼成温度の範囲内を超えてしまい溶融してしまうからである。つまり、濾過部Ａと支持部Ｂを同じ焼成温度で気泡分散型の組織構造を有するコージェライト組成とするには、コージェライト組成をＭｇＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の質量基準で表される組成差が合計で１２質量％以下としなければ、本発明のような良好な特性を有するセラミックスフィルタは得られない。
【００５４】
なお、前記のＭｇＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３で表される組成差の合計は、支持部のＭｇＯ量をＸ１、濾過部のＭｇＯ量をＸ２、支持部のＳｉＯ２量をＹ１、濾過部のＳｉＯ２量をＹ２、支持部のＡｌ２Ｏ３量をＺ１、濾過部のＡｌ２Ｏ３量をＺ２とすると、次の式により算出される。
【００５５】
｜Ｘ１−Ｘ２｜＋｜Ｙ１−Ｙ２｜＋｜Ｚ１−Ｚ２｜
また、本発明のセラミックスフィルタは前記支持部がコージェライトの結晶相内に結晶粒径が５０μｍ以下のＡｌ２Ｏ３結晶を含むコージェライトから構成されていることが好ましい。このように５０μｍ以下のＡｌ２Ｏ３結晶を含むコージェライトから構成されていることによりフィルタ全体としての、粉塵、煤塵を含んだ腐食性ガスに対する耐食性を高めることが可能である。
【００５６】
ここで、前記のように支持部のコージェライト中に５０μｍ以下のＡｌ２Ｏ３結晶を存在させる方法としては、１次原料としてアルミナまたはハイジライト（Ａｌ（ＯＨ）３）の平均粒径の大きなものを用いればよい。具体的には平均粒径が３０〜１２０μｍのものを使用すれば、コージェライト結晶相中にＡｌ２Ｏ３結晶を存在させることが可能となる。従来は、１次原料として用いたタルク、カオリン、アルミナまたはハイジライトの反応を促進させ、組織全体をコージェライト化させようとしてアルミナまたはハイジライトの平均粒径は３０μｍより小さなものを使用するが、本発明ではあえて３０μｍ以上のものを使用することにより、焼成時にあえて未反応のアルミナをコージェライト多孔質体中に残留させることで耐食性の向上を図っている。なお、前記１次原料に３０〜１２０μｍのアルミナまたはハイジライトを用いるとしたのは、３０μｍより小さいと、コージェライト結晶内にアルミナ結晶を存在させることができないからであり、１２０μｍより大きいとコージェライト多孔質焼結体中にアルミナ結晶を存在させることはできるものの、存在するコージェライト結晶が５０μｍを超えてしまい、このような大きなアルミナ結晶がコージェライト結晶内に存在すると、熱膨張係数の高いアルミナの特性がコージェライト多孔質焼結体全体の熱膨張係数に反映され、耐熱衝撃性の低下を招くばかりか、あまりに大きなアルミナ結晶をコージェライト結晶内に存在させようとすると、焼成時の降温中にアルミナとコージェライトの熱膨張差が原因で応力が発生し、これらの応力が集中する部分から焼結体自体に破損が生じてしまう恐れがある。より好適には、前記アルミナまたはハイジライトの１次原料粒子径としては４０〜１００μｍの用いるのが良い。
【００５７】
また、本発明のセラミックスフィルタは図１（ａ）のように、濾過部Ａと支持部Ｂとからなっており、濾過部Ａは支持部Ｂより小さな平均径からなる細孔を有しており、気孔率も支持部Ｂより高い。よって、濾過部Ａは支持部Ｂよりも圧力損失が高くなっている。より具体的には、濾過部Ａの平均細孔径の範囲としては１０〜３０μｍが良く、支持部Ｂの平均細孔径としては、８０〜１５０μｍがより好適である。
【００５８】
ここで、濾過部Ａの平均細孔径を前記範囲としたのは、１０μｍより小さな値であると、セラミックスフィルタの圧力損失が著しく高くなるためである。このような高い圧力損失のフィルタを用いて粉塵、煤塵を含むガスの濾過を実施した場合には、濾過部表面に付着した粉塵、煤塵により圧力損失の値がすぐに使用可能範囲外となるばかりか、通気性が悪いためにガスを吸引するための排気装置の出力をより大きくする必要があり、また濾過部表面に付着した粉塵、煤塵を払い落とすための逆洗圧力も高くする必要があるため、周辺設備のランニングコストがかかり好ましくない。また、３０μｍより大きな平均細孔径では、１μｍ程度の大きさの粉塵、煤塵であれば、フィルタを通過してしまう可能性があり好ましくない。さらに、支持部の平均細孔径が８０μｍより小さな場合には、これもフィルタの圧力損失を高くする要因となるために好ましくない。１５０μｍより大きな場合にはフィルタとしての機械的強度が低下してしまうために好ましくない。
【００５９】
また、気孔率については濾過部Ａが４５〜６０％、支持部Ｂが３０〜４０％とするのが良い。濾過部Ａの気孔率が４５％より小さな気孔率である場合には、フィルタの圧力損失が著しく上昇してしまうからであり、６０％より大きな気孔率では濾過する粉塵、煤塵が濾過部Ａを通過してしまう可能性があるからである。また支持部Ｂの気孔率が３０％より小さい場合には、圧力損失が高くなるため好ましくなく、４０％より高い気孔率とすると、フィルタの機械的強度が著しく低下してしまうため好ましくない。
【００６０】
なお、本発明のセラミックスフィルタにおける濾過部Ａと支持部Ｂの平均細孔径の調整方法としては、１次原料として用いるタルク、カオリン、アルミナまたはハイジライトの粒径をコントロールすることにより行うが、後に製造方法の説明として後述する。
【００６１】
さらに、本発明のセラミックスフィルタの濾過部Ａの厚さは２００〜１０００μｍの範囲内とするのが良い。濾過部Ａの厚さが２００μｍより薄い厚さである場合には、フィルタの焼成時には濾過部に用いた材料粒子間の隙間が支持体よりも小さく、これが毛細管の役割を果たし毛細管現象によって溶融した支持部Ｂの溶融成分を濾過部Ａに吸い上げるために、濾過部Ａを構成する細孔がこの吸い上げた溶融成分によって閉塞され、フィルタの圧力損失が増加するため好ましくない。また１０００μｍより厚い場合には、前記のような現象が起きても吸い上げられた溶融成分は濾過部Ａの厚さ方向に分散され、細孔の閉塞は起こらないものの、厚さが厚すぎるためにフィルタの圧力損失が上昇してしまうために好ましくない。
【００６２】
また、本発明のセラミックスフィルタはその濾過部表面の表面粗さ（Ｒａ）が６μｍ以下であることが好ましい。６μｍより大きな表面粗さでは粉塵、煤塵を含むガスを濾過した際に、フィルタ表面に粉塵、煤塵が付着しやすく、またこれを払い落とすための逆洗処理を実施した際に濾過部表面と粉塵、煤塵とに、より大きなアンカー効果が働き払い落としにくくなるからである。なお、濾過部Ａ表面の平均山間隔（Ｓｍ）は０．２ｍｍ以下とするのが、逆洗したときの粉塵、煤塵の払い落とし性能を高めるためには良い。
【００６３】
また、本発明のセラミックスフィルタは様々な形状においてその特性を発揮することが可能であるが、製造コストを考慮するとその作り易さから特に円筒形状とするのがよく、その外表面側に濾過部Ａを形成した構造とするのがより好適である。
【００６４】
また、本発明のセラミックスフィルタの圧力損失としては、濾過部表面から１μｍ以上の粒子を含むガスを２ｍ／ｍｉｎの流速で通過させた場合の圧力損失が３５０ｍｍＨ２Ｏ以下とするのが好ましい。３５０ｍｍＨ２Ｏより大きな圧力損失では、前述したように周辺設備の消費電力や、排気装置の電力量が大きくなるために、製造工程におけるランニングコストがアップするために好ましくない。
【００６５】
次に本発明のセラミックスフィルタの製造方法について詳細を説明する。
【００６６】
本発明のセラミックスフィルタは前述したようにタルク、カオリン、アルミナまたはハイジライトの３種の１次原料をバインダー、増粘剤と混合しスラリーを得る工程と、前記スラリーを噴霧造粒して２次原料を得る工程と、前記２次原料を静水圧プレス成形法を用いて成形し、成形体を得る工程と、前記成形体表面に前記スラリーを噴霧塗布した後、乾燥して多層化した成形体を得る工程と、前記多層化した成形体を連続式焼成炉にて１３５０〜１４５０℃の温度で焼成して一体化させた焼結体を得る工程とにより製造される。
【００６７】
ここで、前記のタルク、カオリン、アルミナまたはハイジライトは、図１（ａ）に示した濾過部Ａ、支持部Ｂの平均細孔径、気孔率を本発明の範囲内に調整するためには、その粒径を濾過部Ａで、タルク５〜３０μｍ、カオリン５〜３０μｍ、アルミナまたはハイジライト５〜３０μｍ、支持部Ｂでタルク３０〜１００μｍ、カオリン５〜３０μｍ、アルミナまたはハイジライト３０〜１００μｍとする。
【００６８】
次に、前記タルク、カオリン、アルミナまたはハイジライトからなる１次原料とバインダー、増粘剤と溶媒を混合することによりスラリーを作製し、これを噴霧造粒法にて造粒して２次原料を得る。
【００６９】
ここで、スラリーを作製する際に増粘剤を入れるのは、スラリー中に分散させた前述のタルク、カオリン、アルミナまたはハイジライトの１次原料粒子の沈殿を防止するためである。前記のように本発明において濾過部Ａ、支持部Ｂに用いる１次原料粒径は、通常セラミックス緻密体を得るために用いられる１μｍ以下のものと比較して非常に大きく質量があるためスラリー中では沈殿し易い。これを防止するためには、溶媒量を少なくし、スラリー粘度を高くすることも考えられるが、本発明においては増粘剤を添加することにより、スラリー粘度を高くして、スラリー中の１次原料の沈殿防止を図る。
【００７０】
前記増粘剤としては環境や安全性に配慮して天然高分子多糖類を用いるのが良い。この天然高分子多糖類としては、セルロース、キチン質等があるが、本発明では、このうちキタンサンガムを用いるのがより好適である。このキタンサンガムは親水性コロイドとして、増粘、懸濁安定、乳化安定等の水の系を安定させる働きがあり、微量の添加により増粘効果を発揮する。剪断力を加えると粘度が低下するが、剪断力を取り除くとまたもとの高い粘度にもどる性質がある。そのため、これを前記１次原料、バインダー、溶媒と混合して剪断力を加えスラリーとしてから時間が経過しても、キタンサンガムの増粘効果により、１次原料の沈殿は起こりにくい。
【００７１】
また、前記スラリー粘度としては、５〜３０Ｐ（ポアズ）となるように調整するのが良い。スラリー粘度が５Ｐより低いと前記１次原料の沈殿が起こりやすく、３０Ｐより高い粘度では、次工程の噴霧造粒において、噴霧造粒機にスラリーを供給する際に高粘度であるため配管内に詰まるからである。
【００７２】
そして、前記スラリーを用いて噴霧造粒法にて造粒して流動性の良好な２次原料とする。用いる噴霧造粒機としては、ノズル噴霧式やディスク噴霧式等が利用可能である。また、本発明では噴霧造粒法を用いて造粒を行っているが、転動造粒法等を用いて造粒することも可能である。
【００７３】
なお、前記の噴霧造粒については、本発明の支持部Ｂの１次原料のみについて実施すればよく、濾過部Ａの１次原料については製造コストに配慮すると必ずしも造粒する必要はない。
【００７４】
次に、前記支持部Ｂの２次原料を静水圧プレス成形法を用いて成形する。成形後の成形体には必要に応じて切削加工を施してもよい。
【００７５】
次に、前記のように成形した支持部Ｂ成形体表面に、前記工程により予めスラリーとした濾過部Ａの１次原料または２次原料を噴霧塗布する。塗布の方法としては市販のスラリー噴霧機を用いて実施すれば良い。しかし、支持部Ｂ成形体表面により均一塗布するためには、その塗布量を管理する必要がある。本発明では特に成形前の成形体重量を測定しておきこれと塗布後の重量差を管理し、さらにスラリー塗布前の重量測定から塗布後の成形体重量測定までを自動化することにより、スラリーの均一塗布ならびに塗布工程のコストダウンを図っている。
【００７６】
そして前記のように支持部Ｂ成形体表面に濾過部Ａを噴霧塗布した後、その成形体を室温〜１００℃の温度で所定時間乾燥させる。乾燥が終了したら成形体を所定の焼成用治具上に載せ、焼成治具とともに連続焼成炉に投入して１３５０〜１４５０℃で焼成することにより本発明のセラミックスフィルタを製造する。これにより、バッチ式の焼成炉を用いた場合と比較して、大量生産が可能となる。
【００７７】
次に本発明のセラミックスフィルタを図２に示すような廃棄物焼却炉用の集塵装置として用いた場合の実施形態を以下に示す。
【００７８】
図２は廃棄物焼却炉用の集塵装置を示す概略図である。この装置は廃棄物燃焼後の排ガスを流し込む流入口３と、一端を封止されもう一方の開放端にフランジ部を形成した円筒状の本発明のセラミックスフィルタ１と、排ガスをセラミックスフィルタ１の外表面から円筒内部に誘引するための排気装置（不図示）を配設した流出口４とを備え、ケーシング２内に本発明のセラミックスフィルタ１を複数個配設してある。
【００７９】
そして流入口３から流れ込んだ排ガスを本発明のセラミックスフィルタ１の濾過部表面に通過させることで、排ガス中に含まれる粉塵、煤塵等の有害物を除去し、無害化したガスを流出口４より取り出すようになっている。
【００８０】
また、本発明のセラミックスフィルタ１の内部には気体を噴出させるための配管５がそれぞれ設けてあり、セラミックスフィルタ１の細孔内に捕集した粉塵、煤塵が堆積し、フィルタの圧力損失がある一定以上の値に達すると送気弁６が開き、ポンプ７より配管５内をガスの流れとは反対方向に逆洗気流を噴射して、セラミックスフィルタ１の細孔に堆積したダストを吹き飛ばすことにより、粉塵、煤塵の捕集効率に影響するフィルタの圧力損失を初期の性能まで回復させる逆洗を行えるようになっている。
【００８１】
前記のようなセラミックスフィルタ１として本発明のセラミックスフィルタを用いた場合、従来用いられていた粒子凝集型の組織構造を有するセラミックスフィルタと比較して細孔の形状が鋭角部を有していないために粉塵、煤塵が細孔内につまりにくく、さらにフィルタ表面に付着した粉塵、煤塵も前記の逆洗処理の際にフィルタ表面から剥がれ易く、圧力損失が初期の性能まで回復するために長期間の使用に耐えられる。
【００８２】
以上、本発明について詳細を述べてきたが、本発明は上記実施の形態に示したものだけに限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲内で改良して良いことは言うまでもない。
【実施例１】
【００８３】
以下、本発明の実施例について具体的に説明する。
【００８４】
まず、濾過部と支持部のＭｇＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の質量基準で表される組成差の影響について確認するために試験を実施した。試験はテストピースを本発明のセラミックスフィルタに見立ててその特性を把握するというものである。以下その試験について詳細を述べる。
【００８５】
まず、タルク、カオリン、アルミナの１次原料について含まれるＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２量をそれぞれＩＣＰ発光分光分析装置（島津製作所製  ＩＣＰＳ−８１００型）で分析し把握する。この分析結果をもとに目標とするセラミックスフィルタの濾過部と支持部の組成に合わせてタルク、カオリン、アルミナを秤量して調合することにより、より正確に濾過部と支持部の組成を調整することができる。
【００８６】
次に濾過部のＭｇＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の質量基準で表される組成を表１に示すように振るために、前記分析結果をもとにタルク、カオリン、アルミナを秤量する。なお、支持部組成については、表１に示すように、ＭｇＯ：１７質量％、ＳｉＯ２：４４質量％、Ａｌ２Ｏ３：３９質量％と固定している。
【００８７】
そして前記のように秤量した１次原料と所定のバインダー、水、増粘剤（三晶（株）製、商品名：ケルザン）を混合し、濾過部、支持部それぞれのスラリーを作製する。その後、支持部のスラリーについては、噴霧造粒機であるスプレードライヤーを用いて造粒し、これを静水圧プレス成形機を用いて成形した後、切削加工を施し、外径φ６０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの円盤状成形体を得る。
【００８８】
次に、前記円盤状成形体の片側表面に市販の噴霧塗布機により、６００μｍの厚さで濾過部形成用のスラリーを塗布し、室温で乾燥させ成形体を形成した後、焼成治具に成形体を載せて連続焼成炉を用いて１３５０〜１４５０℃の温度で焼成して濾過部と支持部を一体化させたテストピースを作製した。
【００８９】
そして、このテストピースを本発明のセラミックスフィルタに見立てて、その圧力損失を図３に示すような簡易の試験装置１０にて測定し、濾過部、支持部のＭｇＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の質量基準で表される組成差がフィルタの圧力損失に与える影響を確認した。圧力損失は、ケーシング２内に前記テストピース１１を図のように配置し、ケーシング２に備えた配管に空気を矢印方向に、吸引ポンプにより２ｍ／ｍｉｎの速度で流し、テストピース通過前後の差圧を差圧計１５で測定している。
【００９０】
結果を表１に示す。
【００９１】
なお、前記試験に用いたタルク、カオリン、アルミナの１次原料粒径は濾過部形成用としてタルク１５μｍ、カオリン８μｍ、アルミナ５μｍのものを用い、支持部形成用としてタルク４０μｍ、カオリン１０μｍ、アルミナ６０μｍを用いている。
【表１】
2005185878.tif 000003
【００９２】
表１から、濾過部と支持部のＭｇＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の質量基準で表される組成差が１２質量％より大きな試料Ｎｏ．１、２、３０、３１については、圧力損失が３５０ｍｍＨ２Ｏより大きくなった。
【００９３】
これと比較して本発明範囲内の試料Ｎｏ．３〜２９については、圧力損失が３５０ｍｍＨ２Ｏ以下と低い圧力損失を示した。
【実施例２】
【００９４】
次に、前記実施例１で低い圧力損失を示した試料Ｎｏ．９の濾過部組成を用いてその膜厚さを振って実施例１と同形状のテストピースを作製し、図３の試験装置にて２ｍ／ｍｉｎの速度で空気をテストピースへ通過させた時の圧力損失を測定した。
【００９５】
結果を表２に示す。
【表２】
2005185878.tif 000004
【００９６】
表２から膜厚さが２００μｍより薄い試料Ｎｏ．３２は、焼成時に支持部の溶融成分を毛細管現象により吸い上げてしまい、濾過部の気孔が閉塞されてしまうために圧力損失が高い。実際に、テストピースを厚さ方向に割断して、その断面を金属顕微鏡により観察すると気孔が塞がっていることが確認された。
【００９７】
また、１０００μｍより膜厚の厚い試料Ｎｏ．４０については、気孔が閉塞される現象による圧力損失の上昇ほど高い値ではないが、圧力損失が高くなっており好ましくない。
【００９８】
これと比較して２００〜１０００μｍの範囲内のものは圧力損失が低くセラミックスフィルタとして用いた場合に良好な特性を示すと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】セラミックスフィルタの組織構造を示す断面図であり、（ａ）が本発明のセラミックスフィルタ、（ｂ）が従来のセラミックスフィルタの組織構造を示す。
【図２】本発明のセラミックスフィルタを用いた集塵装置を示す概略図である。
【図３】本発明のセラミックスフィルタの圧力損失を測定するために用いた簡易試験装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【０１００】
１：セラミックスフィルタ
２：ケーシング
３：流入口
４：流出口
５：配管
６：送気弁
７：ポンプ
１０：試験装置
１１：テストピース
１２：空気
１３：ケーシング
１４：吸引ポンプ
１５：差圧計
【図１】
2005185878.tif 000005
【図２】
2005185878.tif 000006
【図３】
2005185878.tif 000007