(57)【要約】【課題】流体のフィルタにおいて除去能力の低下を軽減するなど、初期の機能を長期にわたって維持することができる異方性多孔質材料の製造方法を提供する。【解決手段】複数のプリフォーム体２を予め配置した金型１に溶湯鍛造法のプロセスにより溶融金属３を充填して凝固させることによって成形体を得て、この成形体を焼成してプリフォーム体２を除去する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の孔を含有し、前記複数の孔が方向性を有する配列をなす異方性多孔質材料の製造方法であって、
粉末、粒状体、繊維、ワイヤ、棒状体のいずれかの形態を有する複数のプリフォーム体を予め配置した金型に溶湯鍛造法のプロセスにより溶融金属を充填し、前記金型に充填した溶融金属を凝固させることによって成形体を得る工程と、
前記成形体から前記プリフォーム体を除去する工程と
を含むことを特徴とする異方性多孔質材料の製造方法。
【請求項２】
前記プリフォーム体を除去する工程は、前記成形体を焼成する工程であることを特徴とする請求項１に記載の異方性多孔質材料の製造方法。
【請求項３】
前記プリフォーム体は、その表面に樹脂が均一の厚さでコーティングされていることを特徴とする請求項１または２に記載の異方性多孔質材料の製造方法。
【請求項４】
複数の孔を含有し、前記複数の孔が方向性を有する配列をなす異方性多孔質材料の製造方法であって、
中空筒状の金属からなる複数のプリフォーム体を予め配置した金型に溶湯鍛造法のプロセスにより溶融金属を充填し、前記金型に充填した溶融金属を凝固させることによって成形体を得る工程を含むことを特徴とする異方性多孔質材料の製造方法。
【請求項５】
前記金型に充填する溶融金属は、アルミ、チタン、鉄、銅、ニッケル、コバルト、錫から選ばれる１種類以上を主成分とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の異方性多孔質材料の製造方法。
【請求項６】
前記複数のプリフォーム体の径のばらつきが１０％以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の異方性多孔質材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、輸送機器分野、建築、土木分野、空調機器、医療機器、薬品、水処理その他産業機器分野において、触媒、衝突エネルギー吸収、吸音、液分離、汚染物質除去に用いられる異方性多孔質材料の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内部に多数の孔を有する多孔質材料は、気相、液相に係らず各種流体のフィルタ、吸音材、衝撃緩衝材、断熱材等、広範囲の用途に使用されている（例えば、非特許文献１参照）。以下に一例として、水処理施設などの浄化の際に用いられる浄化フィルタに関して説明する。
【０００３】
浄化フィルタは、水処理施設に設置され、各種有機物や微生物の除去を行う。但し、雨水には、大気中に存在する硫化物、塩化物、あるいはその他の有害物質が溶け込んでいるおそれがあり、砂礫や土壌による自然の浄化作用が間に合わないことが憂慮されている。これは、現代も継続する水循環の大きな社会問題となっている。
【０００４】
河川の水はこのような雨水を溜めて利用するが、このようなおそれの中で、水道水には様々な有害成分が含有される他、微生物の殺菌のために加えられる塩化物のために、発ガン性が疑われるトリハロメタンなどが存在している。
【０００５】
これは、各種有機廃水の他、天然水中に存在するフミン質などの有機物質と、浄化処理に使用される遊離塩素とが反応して生成されるものであり、安全な飲料水を得るには、これらの微量成分やバクテリアなども除く必要がある。蒸留やろ過が主な方法であるが、現在、多く用いられているのは活性炭フィルタによるろ過法であり、様々な形状のものが市販されている。
【０００６】
活性炭フィルタに用いる上水処理用の活性炭の選定基準は、日本水道協会規格(JWWA K113-1974)によって規定されている。浄水場ではウェットカーボンをスラリー状にして混入されるが、注入地点の選定や、混和接触時間を長くするために、敷地や動力などの面で制約が大きく一定しない。またトリハロメタンの除去には、使用する活性炭の種類によって除去が完全でないものや除去できないものがある。
【０００７】
化学工場や食品加工場では、金属や有機物を含む多量の廃水が出る。一定の基準値以下であっても、微量の有害成分が継続されると蓄積量が多くなるので無視できない汚染を生むことになる。このために、廃液には継続的に高品質の浄化部材が要求されている。やはり、これらの主体は活性炭が用いられているが、大量に用いられることによる経費が膨大になること、また頻繁な取り替えが要求されることなど問題が多い。
【０００８】
また、飲料水と同様な理由により、適切な交換時期が解らずに有害成分を環境中に流してしまうおそれがある。従って、より通水にすぐれ、安価であり、吸着能力の優れた浄化部材が望まれている。
【０００９】
化学合成された製品、あるいは天然物質から抽出され精製される製品には、微量ながら夾雑物が存在するが、これらの精製過程においては従来、活性炭が用いられてきた。精製に活性炭を用いる理由は、夾雑物を均一な溶質から分離することであり、活性炭にある細孔が夾雑物を吸着することを利用したものである。しかし、活性炭の吸着能力は強力ではあるが、吸着能力には限界があり、より良い方法が求められている。
【００１０】
また、同様な精製過程の中で、脱色は極めて困難な過程である。多くの色素は様々な精製法で除くのは困難な物質の一つであり、高度に精製されていても完全除去は肉眼的にも困難なことが判る。この脱色過程においても、従来は活性炭が用いられてきたが、やはり吸着能力には限界があり、より能力の高い物質あるいは方法が模索されてきた。特に、高粘性溶液の脱色や精製には、従来活性炭が用いられてきたが、粘性の高い物質は活性炭を通過し難いという問題がある。通過をし易くするために粒径を大きくすれば、吸着力が落ち、粒径を小さくして吸着能力を高めると、高粘性溶液が通過できないと言う背反する理由によって、両者に満足できる部材が求められてきた。
【００１１】
また、現在、日本で販売されている浄水器は「活性炭＋中空糸膜」タイプが主流になっている。これは、活性炭で匂い物質や有機物を除去し、中空糸膜で雑菌やサビを取るシステムである。抗菌には、銀を表面にコーティングしたものが用いられている。また、この他に中空糸膜（マイクロフィルタ）を使用している。中空糸膜はプラスチックが原料で、マカロニのように中が空洞になった、直径０．４ミリの繊維を束ねて、繊維の壁面には０．１〜０．０１ミクロンの小さな穴が無数に開いており、膜の表面に親水化剤をぬって水を通すようになっている。親水化剤は合成界面活性剤（合成洗剤の主剤）である。
【００１２】
また、最近では、中空糸膜フィルタが原子力発電所や火力発電所の復水ろ過装置にも適用されている。特に火力発電プラントにおいては、近年、エネルギー効率やプラントの信頼性向上のために、以前にも増して復水、給水水質の最適管理が求められている。現在の火力発電プラントの給水系には系統腐食抑制のために薬品が注入されている。
【００１３】
また、不純物除去のため設置されている復水浄化設備の主流は、イオン交換樹脂式の脱塩装置と、中空糸膜フィルタ開発の前から適用されていた電磁フィルタの併用方法である。近年、プラントの信頼性向上のために、この薬品注入量を抑制する技術が適用されつつあるが、この場合、電磁フィルタによる不純物除去能力が低下することとなる。
【００１４】
中空糸膜フィルタは、断面がマカロニ状の円筒形の膜状フィルタを１万本束ねたフィルタである。１本の中空糸の膜には孔径０．１μｍ程度の微細な貫通孔が多数あり、この貫通孔より径の大きな固形粒子を含む水をこの中空糸膜フィルタで処理すると、固形粒子はこの孔を通過せず、水だけが膜の内側へ通過してろ過される。
【００１５】
また近年、金属多孔体の膜を使用して混合物の中から有効成分を分離したり、水を浄化したりするシステムとして環境対策、省エネルギーの観点から需要が広がっていくことが期待されている。金属多孔体は高い気孔率（９５％以上）と連結空孔からなる多孔質材料で、三次元網目状構造を有する発泡金属を様々な材質で作製しており、小孔径や極薄の発泡金属が製造可能である。
【非特許文献１】ＮＥＤＯ平成１６年度成果報告書、「バイオマスエネルギー高効率転換技術開発／ゼオライト膜によるバイオマスエタノール濃縮の研究開発」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上述の従来の浄化フィルタにおいては、上記のように浄水器は「活性炭＋中空糸膜」タイプが主流になっている。これは、活性炭でにおい物質や有機物を除去し、中空糸膜で雑菌やサビを取るシステムである。
【００１７】
また、長期間使用することにより活性炭内部で雑菌が繁殖するため、活性炭に銀をコーティングして、抗菌性を持たせるようになっている。しかし、抗菌力が強ければ、銀中毒など人体への影響も考えられることから、あまり効果は期待できない。そこで中空糸膜（マイクロフィルタ）を使用することになる。中空糸膜に設けられた小さな穴で雑菌やサビをカットするが、ここで溜まった雑菌の死骸などにカビが発生すると浄水の味に変化がでる。
【００１８】
さらに、中空糸膜の原料であるプラスチックは撥水性で、まして０．１μｍ（１ｍｍの百分の１）の超微小穴で莫大な表面積を水が通過することはできない。さらに、水圧や微生物等の除去を行う際の逆洗により形状変化を生じる。この形状変化が生じることにより穴径が変化し、本来除去できるはずの雑菌やさび等を除去することができなくなる。
【００１９】
また、上述の金属多孔体も連結空孔からなる多孔質材料で、三次元網目状構造を有する発泡金属である。しかし、水圧や微生物等の除去を行う際の逆洗により形状変化を生じる。この形状変化が生じることにより孔径が変化し、本来除去できるはずの雑菌やさび等を除去することができなくなる。
【００２０】
本発明は上記に鑑みてなされたもので、流体のフィルタにおいて除去能力の低下を軽減するなど、初期の機能を長期にわたって維持することができる異方性多孔質材料の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の異方性多孔質材料の製造方法は、複数の孔を含有し、前記複数の孔が方向性を有する配列をなす異方性多孔質材料の製造方法であって、粉末、粒状体、繊維、ワイヤ、棒状体のいずれかの形態を有する複数のプリフォーム体を予め配置した金型に溶湯鍛造法のプロセスにより溶融金属を充填し、前記金型に充填した溶融金属を凝固させることによって成形体を得る工程と、前記成形体から前記プリフォーム体を除去する工程とを含むことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の異方性多孔質材料の製造方法は、複数の孔を含有し、前記複数の孔が方向性を有する配列をなす異方性多孔質材料の製造方法であって、中空筒状の金属からなる複数のプリフォーム体を予め配置した金型に溶湯鍛造法のプロセスにより溶融金属を充填し、前記金型に充填した溶融金属を凝固させることによって成形体を得る工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、複数のプリフォーム体を予め配置した金型に溶湯鍛造法のプロセスにより溶融金属を充填し、金型に充填した金属を凝固させることによって成形体を得て、この成形体からプリフォーム体を除去するので、孔が方向性を有する配列をなす複数の孔を有する異方性多孔質材料を容易に製造することができ、得られる異方性多孔質材料は、流体のフィルタにおいて除去能力の低下を軽減するなど、初期の機能を長期にわたって維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。図１は本発明の実施形態に係る異方性多孔質材料の製造方法を説明するための図である。
【００２５】
図１に示すように、本実施形態に係る異方性多孔質材料の製造方法で使用する金型１には、複数のプリフォーム体２を予め配置する。プリフォーム体２としては、例えば炭素繊維を用いる。プリフォーム体２は、図１に示すように、金型１中に一方向に方向を揃えて配置する。
【００２６】
そして、重力鋳造法、低圧鋳造法、ダイカスト法などの溶湯鍛造法のプロセスにより、溶融金属３を金型１に充填し、その後、溶融金属３を凝固させて成形体を得る。金型１に充填する溶融金属３は、アルミ、チタン、鉄、銅、ニッケル、コバルト、錫から選ばれる１種類以上を主成分とする。
【００２７】
次いで、得られた成形体を、溶湯した金属の融点以下の温度で焼成し、プリフォーム体２を燃焼除去する。焼成には、温度や雰囲気が調整可能な電気炉や加熱炉を用いる。
【００２８】
以上の工程により、多数の孔を有する異方性多孔質材料を得ることができる。図２（ａ）は本発明の方法で得られる異方性多孔質材料の平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ´断面図である。
【００２９】
図２（ａ）,（ｂ）に示すように、本発明の方法で得られる異方性多孔質材料５は、孔６を多数有し、それらの孔６は一方向に方向が揃っている。また、孔６の大きさが表面部および内部において同じ大きさを有し、孔６の通路は直線状である。
【００３０】
孔６の直径は球換算で０．１〜６００μｍであることが好ましい。孔６の直径が０．１〜６００μｍであれば、本発明の方法で製造が可能な範囲であり、直径が０．１μｍ未満の場合、本発明の方法での製造が困難である。直径が６００μｍを超える場合は、孔開け加工等の既存の機械加工により製造が可能になる範疇にあり、これは本発明の概念に含まれない。
【００３１】
また、図３に示すプリフォーム体２の径のばらつきが１０％以下であることが好ましい。図４はプリフォーム体２の径のばらつきが３，６，１０，１５％のとき、本発明の方法で製造した異方性多孔質材料５を使用した水浄化フィルタの透過水量を示す表図、図５はプリフォーム体２の径のばらつきと透過水量との関係を示すグラフである。
【００３２】
図４，５に示すように、プリフォーム体２の径のばらつきが大きくなると、透過水量のばらつきも大きくなる。この透過水量のばらつきは精製に問題を生じさせるため、透過水量のばらつきは小さいほうが望ましい。図４，５に示すように、プリフォーム体２の径のばらつきを平均径で１０％以下とすると透過水量のばらつきが比較的小さいため、この数値が有効であることが裏付けられる。
【００３３】
プリフォーム体２を金型１にセットする際は、上述のように、予めプリフォーム体２の方向を揃えておく必要がある。揃える方向としては、図６に示すように、本発明の方法で得られる異方性多孔質材料１０の断面を観察した場合に２次元的に見て、流水方向に対して平行な孔１１、あるいは、ある程度傾斜した孔１２を形成するような方向が望ましい。これにより、本発明の方法で得られる異方性多孔質材料を用いた水浄化フィルタにおいて、超微小孔で莫大な水が通過することができる。
【００３４】
傾斜した孔１２の傾斜角度θは、異方性多孔質材料１０の表面に対して、平行とならない角度以上となることが重要である。例えば流水方向に対して垂直な孔１５では、安定した透過水量が保たれない。
【００３５】
なお、プリフォーム体としては、上述した炭素繊維などの繊維の他に、粉末、粒状体、ワイヤ、棒状体、中空筒状の金属、などを用いることができる。ここで、プリフォーム体として中空筒状の金属を用いた場合は、溶融金属を凝固させて成形体を得た後にプリフォーム体を除去する工程は不要である。この場合は、中空筒状のプリフォーム体が異方性多孔質材料の孔を構成することになる。
【００３６】
このように本実施形態によれば、複数のプリフォーム体２を予め配置した金型１に溶湯鍛造法のプロセスにより溶融金属３を充填して凝固させることによって成形体を得て、この成形体を溶湯した金属の融点以下の温度で焼成してプリフォーム体２を除去するので、孔が方向性を有する配列をなす複数の孔を有する異方性多孔質材料を容易に製造することができる。
【００３７】
そして、得られる異方性多孔質材料を用いた水浄化フィルタは、プラスチックのような撥水性がなく、水圧に対しても穴径の変形が無いことから、莫大な水を通過させることができる。また、除去能力の低下を軽減し、初期の機能を長期にわたって維持することができる。
【００３８】
このように、本実施形態の方法により得られる異方性多孔質は、水浄化フィルタの素材として利用されることで、長期にわたって安定し、かつ低コストで効率的な浄化、精製を可能とするという優れた特徴を有する。
【００３９】
また、異方性多孔質材料の孔径を変えることにより、微生物を捕獲する浄水用フィルタから、太陽熱を蓄熱する光熱交換材料までの幅広い応用が可能となる。
【００４０】
（変形例）
次に、本発明に係る異方性多孔質材料の製造方法の実施形態の変形例について説明する。
【００４１】
この変形例では、図７に示すように、粉末、粒状体、繊維、ワイヤ、棒状体などからなるプリフォーム体２１の表面に均一の厚さに樹脂コーティング２２が施されている。図７（ａ）は樹脂コーティング２２を施したプリフォーム体２１の平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＢ−Ｂ´断面図である。
【００４２】
そして、樹脂コーティング２２を施したプリフォーム体２１を、図８に示すように金型１に配置する。図８（ａ）は樹脂コーティング２２を施したプリフォーム体２１を金型１に配置した図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＣ−Ｃ´断面図である。図８（ａ），（ｂ）に示すように、樹脂コーティング２２を施すことにより、プリフォーム体２１を一定間隔で金型１に配置することができ、得られる異方性多孔質材料の孔を一定間隔に揃えることができる。
【００４３】
そして、溶融金属を金型１に充填し、溶融金属を凝固させて得た成形体を焼成し、プリフォーム体２１を燃焼除去する。ここで、樹脂コーティング２２の材質として有機系材料を用いると、焼成により樹脂コーティング２２を除去することができ、除去した後、洗浄することにより、焼成した残材を完全に除去できる。また、得られる異方性多孔質材料は金属でできているため、洗浄も容易である。
【００４４】
なお、この変形例においても、前述と同様の理由により、プリフォーム体２１の径のばらつきは１０％以下であることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施形態に係る異方性多孔質材料の製造方法を説明するための図である。
【図２】（ａ）は本発明の方法で得られる異方性多孔質材料の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´断面図である。
【図３】プリフォーム体の線径断面図である。
【図４】プリフォーム体の径のばらつきが３，６，１０，１５％のとき、本発明の方法で製造した異方性多孔質材料を使用した水浄化フィルタの透過水量を示す表図である。
【図５】プリフォーム体の径のばらつきと透過水量との関係を示すグラフである。
【図６】孔の形成方向について説明するための図である。
【図７】（ａ）は樹脂コーティングを施したプリフォーム体の平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ´断面図である。
【図８】（ａ）は樹脂コーティングを施したプリフォーム体を金型に配置した図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ´断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１    金型
２，２１    プリフォーム体
３    溶融金属
５    異方性多孔質材料
６    孔
２２    樹脂コーティング
【図１】
2007290012.tif 000003
【図２】
2007290012.tif 000004
【図３】
2007290012.tif 000005
【図４】
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【図５】
2007290012.tif 000007
【図６】
2007290012.tif 000008
【図７】
2007290012.tif 000009
【図８】
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