(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および膜を提供する。【解決手段】異方性多孔質材料１は、複数の孔２を含有し、この複数の孔２が方向性を有する配列をなし、孔２の通路が略直線状に形成され、異方性多孔質材料１の表面における孔２の径と内部における孔２の径とが略同一である。【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であって、
前記孔は、その通路が略直線状に形成され、当該異方性多孔質材料の表面における前記孔の径と内部における前記孔の径とが略同一であることを特徴とする異方性多孔質材料。
【請求項２】
金属材料または無機材料からな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。
【請求項３】
前記金属材料は、アルミニウム、アルミ合金、銅、銅合金、マグネシウム、マグネシウム合金、鋼材、ステンレス鋼、クロムモリブデン鋼、チタン、チタン合金から選ばれる１種類であることを特徴とする請求項２に記載の異方性多孔質材料。
【請求項４】
前記無機材料は、アルミナ材、アルミナ・シリカ材、ジルコニア材、窒化ケイ素、炭化ケイ素から選ばれる１種類を主成分とするセラミックス、またはケイ酸ガラス、ホウ酸ガラス、ホウケイ酸ガラスから選ばれる１種類を主成分とするガラスであることを特徴とする請求項２に記載の異方性多孔質材料。
【請求項５】
前記孔の内壁にコーティング層が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の異方性多孔質材料。
【請求項６】
前記コーティング層は、ニッケル、銅、金、チタンから選ばれる１種類を主成分とすることを特徴とする請求項５に記載の異方性多孔質材料。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の異方性多孔質材料からなることを特徴とする膜。
【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械分野において、触媒、衝撃エネルギー吸収、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およびこれを用いた膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
多孔質材料は、多数の孔を含有する構造物であって、その材質や用途等によって種々の種類がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
例えば、液体、気体中の汚染物質を除去するために、多孔質材料である発泡金属からなる膜や、有機膜が使用されている。このような膜において、汚染物質は、汚染物質のサイズより小さいサイズの孔によりトラップされ、汚染物質の含まれていない液体、気体が多孔質材料の膜を通過する。これにより、汚染物質と、汚染物質のない液体、気体とを分離することができる。
【特許文献１】特開２００５−７２９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記発泡金属を用いた膜の場合、その表面における孔のサイズに比較して、膜の内部では孔のサイズが小さくなっている部分がある。そのために、汚染物質は除去されるものの、繰り返しの使用により、液体、気体が通過していく通過面積が徐々に減少し、これにより汚染物質の除去量が減少する。
【０００５】
また、有機膜においても、繰返しの使用により同様の除去能力の低下が生じる。膜の表面に汚染物質がトラップされている場合は、汚染物質の除去が可能であるが、膜の内部に汚染物質がトラップされて孔径が小さくなった場合は、汚染物質の除去が困難となり、内部でのトラップ量がさらに多くなると、膜の交換を行わなければならない。
【０００６】
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およびこれを用いた膜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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の異方性多孔質材料は、請求項１に記載のように、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であって、前記孔は、その通路が略直線状に形成され、当該異方性多孔質材料の表面における前記孔の径と内部における前記孔の径とが略同一であることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の異方性多孔質材料は、請求項２に記載のように、請求項１に記載の異方性多孔質材料において、金属材料または無機材料からなることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の異方性多孔質材料は、請求項３に記載のように、請求項２に記載の異方性多孔質材料において、前記金属材料は、アルミニウム、アルミ合金、銅、銅合金、マグネシウム、マグネシウム合金、鋼材、ステンレス鋼、クロムモリブデン鋼、チタン、チタン合金から選ばれる１種類であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の異方性多孔質材料は、請求項４に記載のように、請求項２に記載の異方性多孔質材料において、前記無機材料は、アルミナ材、アルミナ・シリカ材、ジルコニア材、窒化ケイ素、炭化ケイ素から選ばれる１種類を主成分とするセラミックス、またはケイ酸ガラス、ホウ酸ガラス、ホウケイ酸ガラスから選ばれる１種類を主成分とするガラスであることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の異方性多孔質材料は、請求項５に記載のように、請求項３に記載の異方性多孔質材料において、前記孔の内壁にコーティング層が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の異方性多孔質材料は、請求項６に記載のように、請求項５に記載の異方性多孔質材料において、前記コーティング層は、ニッケル、銅、金、チタンから選ばれる１種類を主成分とすることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の膜は、請求項７に記載のように、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の異方性多孔質材料からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の異方性多孔質材料および膜によれば、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】
【００１５】
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。
【００１６】
図１〜図３は、本発明の実施の形態に係る異方性多孔質材料の表面における孔の基本パターンを示す模式図である。本発明の実施の形態に係る異方性多孔質材料１は、複数の孔２を含有する。
【００１７】
図１は、基本パターンが４つの孔２で形成されており、各孔２の中心から９０度の位置に存在する２つの孔２の中心までの距離が略等しい異方性多孔質材料１を示す。図２は、基本パターンが５つの孔２で形成されており、図１に示した４つの孔２の中心に５つ目の孔２が存在する異方性多孔質材料１を示す。図３は、基本パターンが７個の孔２で形成されており、６個の孔２の中心に１個の孔２が存在し、各孔２の中心から隣接する他の孔２までの距離が略等しい異方性多孔質材料１を示す。
【００１８】
本実施の形態に係る異方性多孔質材料１は、図１〜図３のいずれかを基本パターンとして配置される多数の孔２を含有している。
【００１９】
本実施の形態に係る異方性多孔質材料１において、複数の孔２は、方向性を有する配列をなしている。図４〜図６は、本実施の形態に係る異方性多孔質材料１における孔２の軸方向に沿う断面構造の基本パターンを示す模式図である。
【００２０】
図４においては、各孔２の軸方向が、異方性多孔質材料１の表面に対して略垂直な方向に揃うように、各孔２が形成されている。図５においては、各孔２の軸方向が、異方性多孔質材料１の表面に対して垂直以外の角度に傾斜して揃うように、各孔２が形成されている。図６においても、異方性多孔質材料１の表面に対して垂直以外の角度に軸方向が傾斜した各孔２が形成されている。
【００２１】
図４〜図６に示すように各孔２は、その通路が略直線状になるように形成され、異方性多孔質材料１の表面における孔２の軸に直交する断面の径と、異方性多孔質材料１の内部における孔２の軸に直交する断面の径とが略同一となっている。
【００２２】
異方性多孔質材料１は、金属材料または無機材料からなる。金属材料としては、アルミニウム、アルミ合金、銅、銅合金、マグネシウム、マグネシウム合金、鋼材、ステンレス鋼、クロムモリブデン鋼、チタン、チタン合金から選ばれる１種類であることが好ましい。
【００２３】
無機材料としては、アルミナ材、アルミナ・シリカ材、ジルコニア材、窒化ケイ素、炭化ケイ素から選ばれる１種類を主成分とするセラミックス、またはケイ酸ガラス、ホウ酸ガラス、ホウケイ酸ガラスから選ばれる１種類を主成分とするガラスであることが好ましい。異方性多孔質材料１の材質は、その用途や使用条件等に応じて選択される。
【００２４】
異方性多孔質材料１においては、孔２が存在する表面全体に対して、孔２が占める面積の比率（空隙率）は、２０〜６０％であることが好ましい。また、互いに隣接する孔２の縁の間隔は０.１μｍ〜６００μｍであることが好ましい。
【００２５】
異方性多孔質材料１における空隙率、および隣接する孔２の間隔は、異方性多孔質材料１の用途、使用条件によって選択される。例えば、気体および液体中から汚染物質を分離する場合には、隣接する孔２の間隔を小さくして空隙率を大きくした方が、処理量が大きくて効率がよい。空隙率が２０％未満では、孔２が短期間で汚染物質に埋められて処理能力が低下するため好ましくない。
【００２６】
一方、異方性多孔質材料１の強度的な観点から見ると、空隙率が小さい方が強度は高い。空隙率が６０％を超えると、異方性多孔質材料１の強度が低下するため好ましくない。異方性多孔質材料１の使用環境、使用条件等により適切な空隙率、および隣接する孔２の間隔を選択することが必要である。
【００２７】
また、孔２の直径は、球換算で０.１μｍ〜６００μｍであることが好ましい。直径が０．１μｍ未満の場合は製造が困難である。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、これは本発明の異方性多孔質材料の概念に含まれない。孔２の直径は、異方性多孔質材料１の用途により適切な値を選択する。
【００２８】
上記のように、本実施の形態に係る異方性多孔質材料１は、各孔２の通路が略直線状であり、異方性多孔質材料１の表面における孔２の径と、異方性多孔質材料１の内部における孔２の径とが略同一であるため、異方性多孔質材料１を流体のフィルタに用いると、フィルタの表面で汚染物質等を捕捉し、内部に汚染物質等が入り込むことを抑えるので、除去能力の低下を軽減し、フィルタの洗浄性を向上させることができる。
【００２９】
図７に本実施の形態に係る異方性多孔質材料と従来の多孔質材料との比較データを示す。図７は、互いに同量の孔径と空隙率とを有する本実施の形態に係る異方性多孔質材料および従来の多孔質材料（従来材）において、気体中の汚染物質の除去試験を行った結果である。図７において、Ｙ軸には使用前の通過量を１００％とした場合の、気体の通過量の比較値を示す。Ｘ軸には試験の繰返し回数を示す。
【００３０】
図７に示すように、従来材においては、繰返し回数が増加するとともに処理量は低下している。これは、従来材の孔の内部に汚染物質が入り込み、繰り返し回数の増加ともに孔径が小さくなるためである。これに対して、本実施の形態の異方性多孔質材料では、長期に渡って処理能力の低下は見られない。
【００３１】
以上説明したように、本実施の形態に係る異方性多孔質材料によれば、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。
【００３２】
また、本実施の形態に係る異方性多孔質材料は、金属材料または無機材料からなるため、洗浄水の圧力を高めて洗浄したり、３００℃程度の高温に加熱して殺菌したりすることができる。
【００３３】
本実施の形態に係る異方性多孔質材料は、例えば、中空筒状の金属材料を金型に配置し、溶融金属を金型に充填し、その後、溶融金属を凝固させることにより得られる。中空筒状の金属材料の配置の仕方により、図１〜図３に示したようなパターンが得られる。無機材料を用いる場合も同様の方法により、本実施の形態に係る異方性多孔質材料を製造することができる。
【００３４】
（変形例）
図８（ａ）は、本発明の実施の形態の変形例に係る異方性多孔質材料の表面を示す模式図、図８（ｂ）は、図８（ａ）に示す異方性多孔質材料における孔の軸方向に沿う断面を示す模式図である。
【００３５】
図８（ａ）（ｂ）に示すように、本変形例に係る異方性多孔質材料３は、上述の金属材料からなり、孔２の内壁にコーティング層４が形成されている。
【００３６】
コーティング層４は、例えば、ニッケル、銅、金等のめっきにより形成されている。また、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によりチタンのコーティング層４を施工してもよい。
【００３７】
本変形例によれば、コーティング層４により孔２の径をさらに小さくしたり、使用環境に応じた耐腐食性を向上させたりすることができる。
【００３８】
なお、図２、図３に示すパターンで形成された孔２にコーティング層４を施工してもよい。
【００３９】
図９は、上記実施の形態およびその変形例に係る異方性多孔質材料からなる膜を、流体中の固体を分離するフィルタとして用いた分離器を示す概略図である。
【００４０】
図９に示す分離器は、互いに孔径の異なる異方性多孔質材料からなる厚さが例えば１ｍｍ〜５ｍｍ程度の膜１１〜１３を備える。流体の流れ方向の最も上流側（図示左側）に孔径が最も大きな膜１１が配置され、最も下流側（図示右側）に孔径が最も小さい膜１３が配置されている。また、膜１１〜１３の孔の中心軸が流体の流れ方向に略平行となるように配置されている。
【００４１】
図９に示す分離器においては、分離対象の固体は、各膜１１〜１３の上流側の表面に分離されて堆積してくるので、膜１１〜１３表面のみを洗浄して固体物質を除去等することにより、初期と同様の機能を維持することができる。
【００４２】
なお、図９では、３つの膜１１〜１３を配置しているが、流体中の分離したい固体の量、大きさ等に応じて、さらに多数、または少数の膜を配置するようにしてもよい。
【００４３】
本発明は上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態にわたる構成要素を適宜組み合せてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態に係る異方性多孔質材料の表面における孔の基本パターンの一例を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る異方性多孔質材料の表面における孔の基本パターンの他の例を示す模式図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る異方性多孔質材料の表面における孔の基本パターンのさらに他の例を示す模式図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る異方性多孔質材料における孔の軸方向に沿う断面構造の基本パターンの一例を示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る異方性多孔質材料における孔の軸方向に沿う断面構造の基本パターンの他の例を示す模式図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る異方性多孔質材料における孔の軸方向に沿う断面構造の基本パターンのさらに他の例を示す模式図である。
【図７】本実施の形態に係る異方性多孔質材料と従来の多孔質材料との比較データを示す図である。
【図８】（ａ）は、本発明の実施の形態の変形例に係る異方性多孔質材料の表面を示す模式図、（ｂ）は、（ａ）に示す異方性多孔質材料における孔の軸方向に沿う断面を示す模式図である。
【図９】本発明の実施の形態およびその変形例に係る異方性多孔質材料からなる膜を、流体中の固体を分離するフィルタとして用いた分離器を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４５】
１，３  異方性多孔質材料
２  孔
４  コーティング層
１１〜１３  膜
【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】
2009221055.tif 000009
【図８】
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【図９】
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