JP2010082616A - フィルタモジュールおよびフィルタモジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】支持部材によって膜を損傷することなく支持することができるとともに、膜と支持部材との間のシールを確実に行い、コンパクト化を図ることができるフィルタモジュールおよびフィルタモジュールの製造方法を提供する。
【解決手段】水処理用フィルタモジュール１０は、セラミックス材料からなる多孔質のシート状のフィルタ４０と、このフィルタ４０を支持する支持部材２０、３０と、フィルタ４０と支持部材２０とを接合する接合部材５０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、膜を備えたフィルタモジュールおよびフィルタモジュールの製造方法に関する。

浄化膜の中には、例えば、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ものがある。

例えば、河川の水は、雨水を溜めて利用するが、この雨水には、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恐れがある。このような有害物質が溶け込んだ雨水は、砂礫や土壌による自然の浄化作用では除去しきれないことがあり、このことは、現代も継続する水循環の大きな社会問題となっている。

また、上記した河川の水を利用して得られる水道水には、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。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ためには、これらの微量成分やバクテリアなども取り除く必要がある。これらの微量成分やバクテリアなどを取り除く方法としては、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ってろ過する方法（例えば、特許文献１参照。）であり、活性炭フィルタとして様々な形状のものが市販されている。

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するが、注入地点の選定や、混和接触時間を長くするための敷地や動力などの面で制約が大きい。また、使用する活性炭の種類によっては、トリハロメタンを完全に除去することができないものや全く除去できないものがある。

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。そのため、廃水を継続的に浄化する浄化部材が必要となる。この浄化部材として、主に活性炭が用いられているが、大量に用いられることにより経費が膨大となり、また頻繁な取り替えが必要となる。

また、飲料水の場合と同様に、浄化部材の適切な交換時期がわからずに有害成分を環境中に流してしまう恐れがある。したがって、通水に優れ、安価であり、吸着能力の優れた浄化部材が望まれている。

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おける精製過程においては、従来、活性炭が使用されていた。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ためであり、活性炭の細孔によって夾雑物を吸着する。しかしながら、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、より優れた吸着技術が求められている。

また、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、様々な精製法を用いても、取り除くのは困難な物質の一つであり、高度に精製されても完全に除去することは困難である。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いる。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。この高粘性溶液が通過しやすくするために活性炭の粒径を大きくすれば、吸着力が落ち、活性炭の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くなる。そのため吸着性に優れ、通過しやすいという双方を満たす部材が求められている。

また、現在、日本で販売されている浄水器は、活性炭と中空糸膜（マイクロフィルタ）とを併用するタイプが主流になっている（例えば、特許文献２参照。）。このタイプの浄水器では、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。また、抗菌のため、活性炭の表面に銀をコーティングしたものが用いられている。中空糸膜は、プラスチックからなり、マカロニのように中が空洞になった、例えば直径が０．４ｍｍの繊維を束ねて形成される。繊維の壁面には、０．１〜０．０１μｍの小さな孔が無数に開いており、また膜の表面には、合成界面活性剤（合成洗剤の主剤）からなる親水化剤が塗られている。例えば、繊維の壁面に設けられた小さな孔の直径よりも大きな固形粒子を含む水が中空糸膜を通過する際、固形粒子はこの孔を通過できずに水だけが中空糸膜の内側へ通過する。

また、最近では、中空糸膜フィルタは、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、エネルギ効率の向上やプラントにおける信頼性の向上のために、以前にも増して復水や給水の水質の最適管理が求められている。

また、不純物除去のため設置されている復水浄化設備では、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が併用されている。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。近年、プラントにおける信頼性の向上のために、この薬品の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。

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技術が、環境対策、省エネルギの観点から期待されている。金属多孔体は、高い気孔率（９５％以上）を有することができ、連結空孔からなる多孔質材料で構成される。具体的には、様々な材質で作製された三次元網目状構造を有する発泡金属で構成され、薄膜状に構成することもできる。

また、高温での使用や再利用を考慮して、水処理用フィルタをセラミック材料で構成する技術も開発されている（例えば、特許文献３参照。）。

特開平１０−３７８８５号公報 特開２００４−２９０７４９号公報 特開２００３−１０８４１号公報

上記したように、従来の浄水器の浄化フィルタにおいては、活性炭と中空糸膜とが使用され、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している。しかしながら、抗菌力が強ければ、銀中毒などの人体への影響も考慮しなければならず、この方法による抗菌力の向上は期待できない。

一方、中空糸膜では、小さな孔によって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生じる。さらに、中空糸膜の原料であるプラスチックは、撥水性を有し、上記したように流体の通路が超微小孔で形成されているため大量の流体を通過させることはできない。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。

また、上述した金属多孔体は、連結空孔からなる多孔質材料であり、具体的には、三次元網目状構造を有する発泡金属で構成される。しかしながら、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。また、金属メッシュによるフィルタを用いた場合には、使用するメッシュによって開孔率が異なり、一様ではないため、同じ供給圧力でも常に同じ流量とはならない。

また、水処理用フィルタをセラミック材料で構成し、水処理用フィルタを支持する支持部材等を金属やプラスチックで構成した従来のモジュールの場合、水処理用フィルタの線膨張係数と、この水処理用フィルタを支持する支持部材に接合する接合部材の線膨張係数とが大きく異なる。そのため、常温では使用する場合には特に問題は生じないが、例えば、原子力や火力等の発電所において従来のモジュールを使用する場合には、高温場での使用となり、線膨張係数の差が顕著となり、接合部等にき裂が発生することがあった。また、従来のモジュールにおいては、水処理用フィルタと支持部材の接合部のシールを適正に行うため、接合部すなわちシール部が厚くなり、モジュールのコンパクト化、さらにはこのモジュールを備えた設備のコンパクト化を図ることが難しかった。

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、支持部材によって膜を損傷することなく支持することができるとともに、膜と支持部材との間のシールを確実に行い、コンパクト化を図ることができるフィルタモジュールおよびフィルタモジュールの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様によれば、セラミックス材料からなる多孔質のシート状のフィルタと、前記フィルタを支持する支持部材と、前記フィルタと前記支持部材とを接合する接合部材とを具備することを特徴とするフィルタモジュールが提供される。

また、本発明の一態様によれば、セラミックス材料からなる多孔質のシート状のフィルタと、前記フィルタを前記フィルタの一方の表面側から支持する第１の支持部材と、前記フィルタを前記フィルタの他方の表面側から支持する第２の支持部材と、前記フィルタの一方の表面の外周縁と前記第１の支持部材との間および／または前記フィルタの他方の表面の外周縁と前記第２の支持部材との間を密閉する密閉部材とを具備することを特徴とするフィルタモジュールが提供される。

さらに、本発明の一態様によれば、セラミックス材料からなるフィルタを備えたフィルタモジュールを製造するフィルタモジュールの製造方法であって、セラミックス材料からなる多孔質のシート状のフィルタ、前記フィルタを支持する支持部材、および前記フィルタと前記支持部材とを接合する接合材料を用意し、前記フィルタの、前記支持部材と接合する部分の表面、または前記支持部材の、前記フィルタと接合する部分の表面に前記接合材料を塗布する塗布工程と、前記フィルタを前記支持部材に装着する装着工程と、前記支持部材に前記フィルタを装着した状態で加熱して前記接合材料を焼成し、前記フィルタと前記支持部材とを接合する接合工程とを具備することを特徴とするフィルタモジュールの製造方法が提供される。

本発明のフィルタモジュールおよびフィルタモジュールの製造方法によれば、支持部材によって膜を損傷することなく支持することができるとともに、膜と支持部材との間のシールを確実に行い、コンパクト化を図ることができる。

本発明に係る第１の実施の形態の水処理用フィルタモジュールの断面を模式的に示した図である。 本発明に係る第１の実施の形態の水処理用フィルタモジュールを複数備えた水処理装置の断面を模式的に示した図である。 フィルタを液体の流出側から見たときの平面図である。 図３のＡ−Ａ断面図である。 フィルタを構成する第２の多孔質層の構成を示す斜視図である。 せん断試験を行う試料の断面を示す図である。 水処理用フィルタモジュールにおける、支持部材とフィルタとの接合部材による密着強度を評価するヘリウムリークディテクタ装置の概要を示す図である。 密着強度評価試験の結果を示した図である。 本発明に係る第２の実施の形態の水処理用フィルタモジュールの断面を模式的に示した図である。 本発明に係る第２の実施の形態の水処理用フィルタモジュールにおいて、フィルタを設置する前の状態の支持部材を上方から見たときの平面図である。 本発明に係る第２の実施の形態の水処理用フィルタモジュールにおいて、中空構造体からなるガスケットを備えたときの水処理用フィルタモジュールの断面を模式的に示した図である。 本発明に係る第２の実施の形態の、１つのガスケットを備える水処理用フィルタモジュールの断面を模式的に示した図である。 本発明に係る第２の実施の形態の、１つのガスケットを備える水処理用フィルタモジュールの断面を模式的に示した図である。 本発明に係る第２の実施の形態の水処理用フィルタモジュールを複数備えた水処理装置の断面を模式的に示した図である。 本発明に係る第３の実施の形態の水処理用フィルタモジュールの分解斜視図である。 本発明に係る第３の実施の形態の水処理用フィルタモジュールの断面を示す図である。 本発明に係る第３の実施の形態の水処理用フィルタモジュールを複数積層して構成されるモジュール積層体の断面を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る第１の実施の形態の水処理用フィルタモジュール１０の断面を模式的に示した図である。また、図２は、本発明に係る第１の実施の形態の水処理用フィルタモジュール１０を複数備えた水処理装置１００の断面を模式的に示した図である。図３は、フィルタ４０を液体Ｌの流出側から見たときの平面図である。図４は、図３のＡ−Ａ断面図である。図５は、フィルタ４０を構成する第２の多孔質層の構成を示す斜視図である。

図１に示すように、水処理用フィルタモジュール１０は、支持部材２０、３０と、フィルタ４０と、接合部材５０とを備える。また、図２に示すように、水処理用フィルタモジュール１０は、水処理装置１００に装着され、水処理用フィルタモジュール１０を通過して処理された液体Ｌは、水処理装置１００の主流路１１０に導入され、主流路１１０を通って水処理装置１００の外部に排出される。なお、水処理用フィルタモジュール１０は、例えばねじ止めなどによって、水処理装置１００に着脱可能に構成されている。すなわち、水処理装置１００において、水処理用フィルタモジュール１０のみを交換することができるように構成されている。

支持部材２０、３０は、フィルタ４０を支持するものである。支持部材２０は、筐体状の形状に構成され、表面２１に、処理される液体Ｌを導入するための開口が形成されている。この開口には、メッシュ構造の支持部材３０が備えられ、この支持部材３０を介して液体Ｌが水処理用フィルタモジュール１０内に導入される。支持部材３０は、支持部材２０と一体的に構成されても、別体で構成されてもよい。支持部材３０が、支持部材２０と別体で構成された場合には、支持部材３０は、例えば、接合部材５０と同様の接合部材などによって支持部材２０に固定される。また、支持部材２０の裏面２２の内壁面２２ａには、突起部２３が形成されている。この突起部２３を備えることで、フィルタ４０と支持部材２０の裏面２２の内壁面２２ａとの間に空隙ができ、フィルタ４０を通過した液体Ｌが流れる流路２４が形成される。また、各流路２４が連通するように、突起部２３が形成されている。さらに、流路２４は、支持部材２０の側壁に設けられた、液体Ｌを排出するための排出口２５に連通している。また、例えば、支持部材２０の少なくとも１つの側壁は、取り外し可能に構成され、フィルタ４０などを支持部材２０内に装着する際に取り外され、装着後固定される。

支持部材２０は、少なくとも、液体Ｌに対する耐腐食性を有し、かつ液体Ｌの温度に対して耐熱性を有する材料で構成されることが好ましい。支持部材２０を構成する材料として、例えば、ステンレス鋼などが挙げられる。特に、接合部材５０としてコバルトやコバルト酸化物を組成に含むセラミックス接合材料を用いた場合には、支持部材２０は、少なくとも鉄（Ｆｅ）を含有する金属材料で構成されることが好ましい。少なくとも鉄を含有する金属材料として、具体的には、ステンレス鋼、インコネル（スペシャルメタル社製）などが挙げられる。

支持部材３０は、フィルタ４０をフィルタ４０の上流側から支持したり、フィルタ４０を保護したりする機能を有する。なお、図１では、支持部材３０とフィルタ４０との間に空隙を有する一例が示されているが、支持部材３０とフィルタ４０とを積層した構成としてもよい。この支持部材３０は、上記した機能を主として発揮するとともに、液体Ｌを通過させる機能も備えている。そのため、液体Ｌが通過する際の圧力損失をできる限り小さくする構成が好ましく、支持部材３０は、例えば、上記したようにメッシュ構造などで構成される。また、支持部材３０は、メッシュ構造以外にも、例えばハニカムなどの構造で構成してもよい。

支持部材３０は、支持部材２０と同様に、少なくとも、液体Ｌに対する耐腐食性を有し、かつ液体Ｌの温度に対して耐熱性を有する材料で構成されることが好ましい。支持部材２０を構成する材料として、例えば、ステンレス鋼などが挙げられる。

フィルタ４０は、セラミックス材料から構成され、多孔質のシート状の形状を有している。ここで、フィルタ４０の構成の一例について説明する。

図３および図４に示すように、フィルタ４０は、第１の多孔質層４１と第２の多孔質層４２とから構成され、第１の多孔質層４１上に第２の多孔質層４２が形成されている。第１の多孔質層４１は、骨格４１ａと、表面から裏面に貫通し、ランダムに配向した第１の細孔４１ｂとを備える。第２の多孔質層４２は、骨格４２ａと、表面から裏面に貫通するとともに、１次元的に配向してなる第２の細孔４２ｂとを備える。また、図５に示すように、第２の多孔質層４２における骨格４２ａはハニカム状であり、第２の細孔４２ｂは、ハニカム状の骨格４２ａ内に形成されている。

第１の多孔質層４１は、第２の多孔質層４２の基材として機能し、多孔質層本来の機能は、第２の多孔質層４２が担う。したがって、第１の多孔質層４１は、第２の多孔質層４２の本来的な機能を損なわないように構成する必要がある。したがって、第１の多孔質層４１の第１の細孔４１ｂの孔径は、第２の多孔質層４２の第２の細孔４２ｂの孔径よりも大きく構成される。例えば、第１の細孔４１ｂの孔径を２００ｎｍ〜１０００ｎｍとし、第２の細孔４２ｂの孔径を１０〜１００ｎｍの範囲とすることができる。

なお、第２の細孔４２ｂの孔径を１０〜１００ｎｍの範囲とすることで、例えば、上水道における浄水処理、浄水器、原子力の炉水など水処理用フィルタに求められる除粒子性能を発揮することができる。

また、第１の細孔４１ｂの孔径の上限は、特に限定されるものではないが、製造上の限界値は１０μｍ程度である。しかしながら、本発明における実用上の観点からは、上限は１μｍ程度が好ましい。これより大きい孔径であると、媒体に混入した大きな粒子が直接第２の多孔質層４２に衝突し、この第２の多孔質層４２を破損させる可能性があるからである。

また、第１の多孔質層４１および第２の多孔質層４２の厚さは、特に限定されるものではないが、例えば第１の多孔質層４１の厚さを１０〜３０μｍとし、第２の多孔質層４２の厚さを１〜３μｍとすることができる。第２の多孔質層４２の厚さを上記した範囲に設定することで、第２の細孔４２ｂのアスペクト比を小さくすることができるので、上述したように、フィルタ４０における圧力損失を抑制することができる。また、第１の多孔質層４１の厚さを上記した範囲に設定することで、フィルタ４０として必要な機械的強度を確保することができる。

なお、フィルタ４０は、第１の多孔質層４１から第２の多孔質層４２に向けて液体Ｌが流れるように設置される。すなわち第１の多孔質層４１が上流側に設置される。

また、第１の多孔質層４１および第２の多孔質層４２は、セラミックス材料で形成される。第１の多孔質層４１を形成するセラミックス材料として、酸化アルミニウム（例えば、αアルミナ）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）などが挙げられる。また、第２の多孔質層４２を形成するセラミックス材料として、酸化アルミニウム（例えば、αアルミナ）、酸化チタンなどが挙げられる。ここで、第１の多孔質層４１は、例えば、粉体の焼結などの方法で作製することができる。また、第２の多孔質層４２は、陽極酸化処理などの方法で作製することができる。

また、第１の多孔質層４１および第２の多孔質層４２の線膨張係数（２０℃）は、７．２×１０^−６／Ｋ〜９．９×１０^−６／Ｋであることが好ましい。この範囲の線膨張係数が好ましいのは、接合部材や支持部材との線膨張係数の調整ができるからである。

なお、フィルタ４０の構成は、上記した構成に限定されるものではない。上記したフィルタ４０では、第１の多孔質層４１および第２の多孔質層４２の２層構造からなる一例を示したが、例えば単層構造であってもよい。この場合には、上記した第２の多孔質層４２のようなフィルタとしての機能を発揮することができる層で構成される。すなわち、フィルタ４０は、高温場でも使用できるようにセラミックス材料で形成され、用途に応じて孔径等が設定される細孔を備えるものであればよい。さらに、フィルタ４０は、上記した範囲の線膨張係数であることがより好ましい。

接合部材５０は、フィルタ４０と支持部材２０とを接合する機能を有するとともに、支持部材３０を通過した液体Ｌがフィルタ４０を通過せずに流路２４側へ流出するのを防止するシール機能を有する。すなわち、接合部材５０は、フィルタ４０を支持部材２０に封着している。この接合部材５０は、少なくとも、コバルトおよび／またはコバルト酸化物を含むセラミックス接合材料を焼成して構成されている。また、接合部材５０は、ガラスフリットを含むフリット接合材料を焼成して構成されてもよい。

まず、接合部材５０として、上記したセラミックス接合材料を使用する場合について説明する。

コバルトおよび／またはコバルト酸化物を含むセラミックス接合材料を使用する場合、前述したように、支持部材２０は、少なくとも鉄を含有する金属材料で構成される。これらの材料で構成することで、焼成時に、支持部材２０と接合部材５０との接合界面に、支持部材２０に含まれる鉄とセラミックス接合材料に含まれるコバルトの金属間化合物が形成される。この金属間化合物は、安定な化合物であり、再度高温に晒されてもほとんど成長せず、金属間化合物の厚さがほとんど変化しない。また、セラミックス接合材料に含まれるコバルトおよび／またはコバルト酸化物の含有率は、１〜１０重量％であることが好ましい。この含有率の範囲が好ましいのは、コバルトおよび／またはコバルト酸化物の含有率が１重量％未満となる場合および１０重量％を超える場合には、接合部材５０のシール性が低下するからである。

また、接合部材５０は、セラミックス材料からなるフィルタ４０と金属材料からなる支持部材２０との双方の間に位置し、さらに双方と接合される。支持部材２０と接合部材５０との線膨張係数の差が大きい場合には、支持部材２０と接合部材５０との接合部が剥離したり、接合部にき裂が生じたりすることがある。そこで、接合部材５０の線膨張係数は、支持部材２０の線膨張係数の±１０％となる範囲とすることが好ましい。すなわち、接合部材５０の線膨張係数は、支持部材２０の線膨張係数の０．９倍以上、１．１倍以下の範囲となる。例えば、支持部材２０としてステンレス鋼を使用した場合、ステンレス鋼の線膨張係数（２０℃）は、１４．７×１０^−６／Ｋであるため、接合部材５０の線膨張係数は、１３．２×１０^−６／Ｋ〜１６．２×１０^−６／Ｋの範囲に設定される。

この範囲とすることで、上記した支持部材２０と接合部材５０との接合部が剥離したり、接合部にき裂が生じたりすることを防止することができる。なお、接合部材５０における線膨張係数の調整は、後述する添加材の添加量を調整することで行うことができる。また、実際に使用される環境下においても、接合部材５０の線膨張係数は、支持部材２０の線膨張係数の±１０％の範囲となることが好ましい。また、線膨張係数は、熱機械分析装置（ＴＭＡ）などを用いて測定される。

セラミックス接合材料として、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とし、コバルト（Ｃｏ）および／またはコバルト酸化物を含有するものが挙げられる。また、セラミックス接合材料として、例えば、酸化チタンを主成分とし、コバルトおよび／またはコバルト酸化物を含有するものが挙げられる。フィルタ４０の線膨張係数との差異を小さくするという観点から、例えばフィルタ４０が、酸化アルミニウムを主成分とする場合には、酸化アルミニウムを主成分とするセラミックス接合材料を使用することが好ましく、酸化チタンを主成分とする場合には、酸化チタンを主成分とするセラミックス接合材料を使用することが好ましい。

コバルト酸化物としては、例えば、酸化コバルト（ＣｏＯ）、四酸化三コバルト（Ｃｏ_３Ｏ_４）などが挙げられる。また、添加材としては、例えば、一酸化ケイ素（ＳｉＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ビスマス（Ｂｉ_２Ｏ_３）などが挙げられる。この添加材は、上記したように接合部材５０における線膨張係数の調整をするためや接合強度の向上のために添加される。具体的には、セラミックス接合材料として、酸化アルミニウムを８０重量％以上、酸化コバルトを１〜１０重量％を含み、添加材として一酸化ケイ素および酸化マグネシウムを含み、例えば、有機溶剤などのエタノール系の溶剤でペースト状に混合されたものが挙げられる。また、セラミックス接合材料として、酸化チタンを８０重量％以上、酸化コバルトを１〜１０重量％を含み、添加材として一酸化ケイ素および酸化マグネシウムを含み、例えば、有機溶剤などのエタノール系の溶剤でペースト状に混合されたものが挙げられる。

なお、セラミックス接合材料の組成は、これに限られるものではなく、酸化アルミニウムまたは酸化チタンを主成分とし、コバルトおよび／またはコバルト酸化物を含有するもので、焼成の際上記した線膨張係数の範囲となるものであればよい。

次に、接合部材５０として、上記したフリット接合材料を使用する場合について説明する。

フリット接合材料として、例えば、ガラス材、添加材および溶剤を混合してペースト状にしたものが挙げられる。ここで、ガラス材としては、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）、酸化ビスマス（Ｂｉ_２Ｏ_３）などが挙げられる。添加材としては、Ｔｉ系化合物、Ｔｉ酸化物、Ａｌ系化合物、Ａｌ系酸化物、Ｃｏ系酸化物、Ｃｏ系化合物、Ｂａ系化合物、Ｂａ系酸化物、Ｓｉ系酸化物、Ｂｉ系化合物、Ｂｉ系酸化物、Ｍｇ酸化物、Ｍｇ化合物のうちのいずれか少なくとも１種が挙げられる。これらの添加物として、具体的には、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）、チタン・コバルト合金（ＴｉＣｏ）、酸化チタン、アルミン酸カルシウム（Ｃａ（ＡｌＯ_２）_２）、酸化アルミニウム、酸化コバルト（Ｃｏ_３Ｏ_４）、酸化バリウム（ＢａＯ）、二酸化ケイ素、チタン酸ビスマスナトリウム（（ Ｂｉ_１／２Ｎａ_１／２ＴｉＯ_３）、酸化ビスマス、チタン酸マグネシウム（ＭｇＴｉＯ_３）、酸化マグネシウムなどが挙げられる。なお、例えば、酸化ビスマスは、ガラス材および添加物の双方の機能を備えている。溶剤としては、例えば、有機溶剤などのエタノール系の溶剤が挙げられる。

また、接合部材５０の線膨張係数（２０℃）は、８×１０^−６／Ｋ〜１０×１０^−６／Ｋであることが好ましい。接合部材５０は、セラミックス材料からなるフィルタ４０と金属材料からなる支持部材２０との双方の間に位置し、さらに双方と接合される。支持部材２０と接合部材５０との線膨張係数の差、またはフィルタ４０と接合部材５０との線膨張係数の差が大きい場合には、接合部が剥離したり、接合部にき裂が生じたりすることがある。そこで、フィルタ４０の線膨張係数（２０℃）は、８×１０^−６／Ｋ〜９×１０^−６／Ｋであり、支持部材２０の線膨張係数（２０℃）は、１３．２×１０^−６／Ｋ〜１６．２×１０^−６／Ｋであるため、接合部材５０の線膨張係数の値を、フィルタ４０の線膨張係数の値と支持部材２０の線膨張係数の値との間の値とすることが好ましい。さらに好ましくは、接合部材５０の線膨張係数の値を、フィルタ４０の線膨張係数の値と支持部材２０の線膨張係数の値の平均値とすることが好ましい。この範囲とすることで、接合部が剥離したり、接合部にき裂が生じたりすることを防止することができる。なお、接合部材５０における線膨張係数の調整は、添加材の添加量を調整することで行うことができる。また、実際に使用される環境下においても、接合部材５０の線膨張係数は、フィルタ４０の線膨張係数の値と支持部材２０の線膨張係数の値との間の値となるように設定することが好ましい。

ここで、フリット接合材料に含まれるガラス材の含有率は、５０〜８０重量％とすることが好ましい。この範囲が好ましいのは、ガラス材の含有率が、５０重量％未満の場合には、ガラス化が不十分であり、８０重量％を超える場合には、割れる恐れがあるからである。また、フリット接合材料に含まれる添加材の含有率は、１０〜４０重量％とすることが好ましい。この範囲が好ましいのは、添加材の含有率が、１０重量％未満の場合には、線膨張係数の調整が難しく、４０重量％を超える場合には、ガラス成分が少なくなるため、シール性が劣ることが懸念されるからである。そして、フリット接合材料に含まれるガラス材と添加材の含有率は、９０重量％以上であることが好ましい。この範囲が好ましいのは、ガラス材と添加材の含有率が９０重量％未満の場合には、密着強度が低下することがあるからである。

具体的には、フリット接合材料として、例えば、酸化ホウ素を１０重量％、酸化ビスマスを３０重量％、二酸化ケイ素を１０重量％、残部が酸化チタンおよびエタノールからなるものなどが挙げられる。また、フリット接合材料として従来から用いられている、例えば、酸化ホウ素を１０重量％、一酸化鉛を３０重量％、残部が二酸化ケイ素およびエタノールからなるものなども挙げられる。

次に、接合部材５０を用いてフィルタ４０を支持部材２０に封着する方法について説明する。

まず、接合部材５０として、上記したセラミックス接合材料を使用する場合について説明する。

上記したセラミックス接合材料を、フィルタ４０の、支持部材２０と接合する部分の表面、または支持部材２０の、フィルタ４０と接合する部分の表面に塗布する。なお、接合部材５０中におけるボイド欠陥やき裂など発生を防止するため、セラミックス接合材料に対して脱ガス処理を施すことが好ましい。

ここで、セラミックス接合材料を均一に塗布するために、例えば、公知なスクリーン印刷法によって、メッシュ状のマスクを用いて行う。また、塗布されるセラミックス接合材料の厚さは、このマスクのメッシュ径により調整することができる。例えば、マスクのメッシュ径が３０μｍの場合、塗布されるセラミックス接合材料の厚さは３０μｍ程度となる。

続いて、フィルタ４０を支持部材２０に装着する。これによって、フィルタ４０は、セラミックス接合材料を介して支持部材２０に装着された状態となる。

続いて、支持部材２０にフィルタ４０を装着した状態で加熱してセラミックス接合材料を焼成し、フィルタ４０と支持部材２０とを接合し、フィルタ４０を支持部材２０に封着する。焼成は、まず、第１の温度である、１００℃に所定時間（例えば１０分間）維持し、セラミックス接合材料に含まれる溶剤を除去する。その後、第２の温度である、５００℃まで加熱し、この温度で所定時間（例えば１０分間）維持し、支持部材２０を構成する成分のＦｅと、セラミックス接合材料に含まれるＣｏとを拡散させ、支持部材２０と接合部材５０との接合界面にＦｅとＣｏの金属間化合物を形成する。その後冷却する。なお、冷却は、例えば自然冷却などによって行われる。また、第２の温度は、例えば、支持部材２０を構成する成分のＦｅと、セラミックス接合材料に含まれるＣｏとを拡散させ、支持部材２０と接合部材５０との接合界面にＦｅとＣｏの金属間化合物を形成する温度またはこの温度よりも若干高い温度に設定される。

このように、焼成処理を施すことで、フィルタ４０と支持部材２０とが接合され、フィルタ４０は支持部材２０に封着される。また、フィルタ４０が酸化アルミニウム（アルミナ）で構成されている場合には、焼成後、結晶構造αを有する安定なαアルミナとなる。すなわち、焼成処理を施すことで、支持部材２０とフィルタ４０とを接合するとともに、フィルタ４０の結晶構造を変化させることができる。また、例えば、フィルタ４０がチタン（Ｔｉ）で構成されている場合には、焼成処理を施すことで、支持部材２０とフィルタ４０とを接合するとともに、フィルタ４０を酸化チタン膜に変化させることができる。これによって、製造工程を短縮することができ、製造コストを削減することができる。また、フィルタ４０と支持部材２０との間の接合部材５０の厚さを１０μｍ程度にできるので、水処理用フィルタモジュール１０の薄型化を図ることができる。

次に、接合部材５０として、上記したフリット接合材料を使用する場合について説明する。

上記したフリット接合材料を、フィルタ４０の、支持部材２０と接合する部分の表面、または支持部材２０の、フィルタ４０と接合する部分の表面に塗布する。なお、接合部材５０中におけるボイド欠陥やき裂など発生を防止するため、フリット接合材料に対して脱ガス処理を施すことが好ましい。

ここで、フリット接合材料を均一に塗布するために、例えば、公知なスクリーン印刷法によって、メッシュ状のマスクを用いて行う。また、塗布されるフリット接合材料の厚さは、このマスクのメッシュ径により調整することができる。例えば、マスクのメッシュ径が３０μｍの場合、塗布されるフリット接合材料の厚さは３０μｍ程度となる。

続いて、フィルタ４０を支持部材２０に装着する。これによって、フィルタ４０は、フリット接合材料を介して支持部材２０に装着された状態となる。

続いて、支持部材２０にフィルタ４０を装着した状態で加熱してフリット接合材料を焼成し、フィルタ４０と支持部材２０とを接合し、フィルタ４０を支持部材２０に封着する。焼成は、まず、第１の温度である、１００℃に所定時間（例えば５分間）維持し、フリット接合材料に含まれる溶剤を除去する。その後、第２の温度である、４５０℃まで加熱し、この温度で所定時間（例えば５分間）維持し、フリット接合材料に含まれるガラス材を軟化させて、その後冷却し固化させる。なお、冷却は、例えば自然冷却などによって行われる。また、第２の温度は、例えば、フリット接合材料に含まれるガラス材の軟化点または軟化点よりも若干高い温度に設定される。

このように、焼成処理を施すことで、フィルタ４０と支持部材２０とが接合され、フィルタ４０は支持部材２０に封着される。また、フィルタ４０が酸化アルミニウム（アルミナ）で構成されている場合には、焼成後、結晶構造αを有する安定なαアルミナとなる。すなわち、焼成処理を施すことで、支持部材２０とフィルタ４０とを接合するとともに、フィルタ４０の結晶構造を変化させることができる。また、例えば、フィルタ４０がチタン（Ｔｉ）で構成されている場合には、焼成処理を施すことで、支持部材２０とフィルタ４０とを接合するとともに、フィルタ４０を酸化チタン膜に変化させることができる。これによって、製造工程を短縮することができ、製造コストを削減することができる。また、フィルタ４０と支持部材２０との間の接合部材５０の厚さを３０μｍ程度にできるので、水処理用フィルタモジュール１０の薄型化を図ることができる。

上記したように、本発明に係る水処理用フィルタモジュール１０によれば、接合部材５０の線膨張係数をフィルタ４０や支持部材２０の線膨張係数に基づいて設定することで、き裂等を生じることなくフィルタ４０を支持部材２０に接合することができるとともに、実際に使用する際においても接合部にき裂等が生じることなく、フィルタ４０を支持部材２０に封着することができる。また、フィルタ４０と支持部材２０との間の接合部材５０の厚さを薄くすることができるので、水処理用フィルタモジュール１０の薄型化やコンパクト化を図ることができる。また、水処理用フィルタモジュール１０のフィルタ４０としてセラミックス材料を使用し、接合部材５０として、上記したセラミックス接合材料やフリット接合材料を使用することで、例えば、３００℃程度の高温水が循環する原子力の炉水などを浄化するフィルタとして利用することも可能となる。

次に、本発明に係る水処理用フィルタモジュール１０における、支持部材２０とフィルタ４０とが接合部材５０によって優れた密着強度を有して接合されていることを説明する。

（セラミックス接合材料からなる接合部材５０を使用した場合）
図６は、せん断試験を行う試料の断面を示す図である。

セラミックス接合材料としては、酸化アルミニウムを８０重量％、酸化コバルトを１０重量％、添加材として一酸化ケイ素を３重量％、酸化マグネシウムを２重量％、溶剤としてエタノールを５重量％含むペースト状の混合物を準備した。一方、コバルトを含有しないセラミックス接合材料として、酸化アルミニウムを９０重量％、添加材として一酸化ケイ素を３重量％、酸化マグネシウムを２重量％、溶剤としてエタノールを５重量％含むペースト状の混合物を準備した。そして、この混合物を口出し用ガラス容器に設置し、ロータリーポンプにより５分間吸引することで、脱ガス処理を施した。

縦が５０ｍｍ、横が１０ｍｍ、厚さが６ｍｍの２枚のステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）からなる平板（以下、ステンレス板２１０、２２０という）を準備した。そして、一方のステンレス板２１０の端縁に、幅が６ｍｍ、厚さが０．１ｍｍとなるようにセラミックス接合材料を、スクリーン印刷法によって塗布した。続いて、図６に示すように、他方のステンレス板２２０の端縁をセラミックス接合材料が塗布された一方のステンレス板の端縁にセラミックス接合材料を介して積層した。

続いて、この積層した積層体を、１００℃で１０分間加熱し、その後、５００℃まで加熱し、この温度で１０分間維持した。そして、自然冷却によって室温まで積層体を冷却した。

ここで、コバルトを含有するセラミックス接合材料を使用して接着されたものを試料１と、コバルトを含有しないセラミックス接合材料を使用して接着されたものを試料２とした。なお、上記した試料は、日本工業規格「ＪＩＳ Ｚ ３１９８」に準じて作製され、各試料をそれぞれ３個ずつ作製した。

また、２０℃における、ステンレス板２１０、２２０の線膨張係数は、１４．７×１０^−６／Ｋであり、試料１の接合部２３０の線膨張係数は、１５×１０^−６／Ｋあり、試料２の接合部２３０の線膨張係数は、１４×１０^−６／Ｋであった。なお、線膨張係数は、熱機械分析装置（ＴＭＡ）を用いて測定した。

せん断試験では、図６に示すように、一方のステンレス板２１０の端部と、他方のステンレス板２２０の端部をチャッキングし、それぞれ逆の方向（図６の矢印方向）に１０ｍｍ／分で引張り、せん断破壊時の接合部２３０におけるせん断荷重を測定した。なお、せん断試験は、大気圧および室温の下で行われた。表１は、せん断試験の結果を示す。

表１に示すように、接合部２３０におけるせん断荷重は、試料１の方が試料２よりも高いことがわかった。すなわち、せん断荷重は、Ｃｏを含有しないセラミックス接合材料を使用した場合よりも、Ｃｏを含有するセラミックス接合材料を使用した場合の方が高いことがわかった。

（フリット接合材料からなる接合部材５０を使用した場合）
図７は、水処理用フィルタモジュールにおける、支持部材２０とフィルタ４０との接合部材５０による密着強度を評価するヘリウムリークディテクタ装置の概要を示す図である。

フリット接合材料としては、ガラス材としてＳｉＯ_２を８０重量％、添加材としてＢｉ_２Ｏ_３を１０重量％、溶剤としてエタノールを１０重量％含むペースト状の混合物を準備した。また、ガラス材および添加材の含有率の合計が９０重量％未満となるフリット接合材料としては、ガラス材としてＳｉＯ_２を６５重量％、添加材としてＢｉ_２Ｏ_３を２０重量％、溶剤としてエタノールを１５重量％含むペースト状の混合物を準備した。そして、この混合物を口出し用ガラス容器に設置し、ロータリーポンプにより５分間吸引することで、脱ガス処理を施した。

縦が５０ｍｍ、横が１０ｍｍ、厚さが６ｍｍの２枚のステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）からなる平板（以下、ステンレス板２５０、２６０という）を準備した。一方のステンレス板２５０の中央には、直径が３０ｍｍの貫通孔２５１を設けた。

そして、一方のステンレス板２５０の端縁に、幅が６ｍｍ、厚さが０．１ｍｍとなるようにフリット接合材料を、スクリーン印刷法によって塗布した。続いて、図７に示すように、他方のステンレス板２６０をフリット接合材料を介して一方のステンレス板２５０上に積層した。

続いて、この積層した積層体を、１００℃で５分間加熱し、その後、４５０℃まで加熱し、この温度で５分間維持した。そして、自然冷却によって室温まで積層体を冷却した。

ここで、ガラス材および添加材の含有率の合計が９０重量％以上となるフリット接合材料を使用して接着されたものを試料３と、ガラス材および添加材の含有率の合計が９０重量％未満となるフリット接合材料を使用して接着されたものを試料４とした。

また、２０℃における、ステンレス板２５０、２６０の線膨張係数は、１４．７×１０^−６／Ｋであり、試料３の接合部２７０の線膨張係数は、１５×１０^−６／Ｋであり、試料４の接合部２７０の線膨張係数は、１４×１０^−６／Ｋであった。なお、線膨張係数は、熱機械分析装置（ＴＭＡ）を用いて測定した。

ヘリウムリークディテクタ装置３００を用いた密着強度評価試験では、図７に示すように、ヘリウムリークディテクタ装置３００の真空引き用流路３１０にステンレス板２５０の貫通孔２５１が連通するように試料を支持台３１１上に設置した。また、支持台３１１上に設置された試料をチャンバ３１２内に収容した。そして、チャンバ３１２内にヘリウムガスを圧入し、チャンバ３１２内を２気圧に加圧した。続いて、真空引き用流路３１０を介して試料内を真空とし、時間の経過に伴うリーク量（Ｐａ・ｍ^３／ｓ）を測定した。図８は、密着強度評価試験の結果を示した図である。

図８に示すように、試料４においては、５分経過前からリーク量が増加した。一方、試料３においては、測定した時間内でリーク量は低下しなかった。試料４においては、接合部２７０における密着強度が小さく、ヘリウムガスのリーク量が増加したものと考えられる。これらの結果から、ガラス材および添加材の含有率の合計が９０重量％以上となるフリット接合材料を使用して接着した場合には、優れた密着強度が得られることがわかった。

（第２の実施の形態）
次に、本発明に係る第２の実施の形態の水処理用フィルタモジュール４００について説明する。

図９は、本発明に係る第２の実施の形態の水処理用フィルタモジュール４００の断面を模式的に示した図である。図１０は、本発明に係る第２の実施の形態の水処理用フィルタモジュール４００において、フィルタ４０を設置する前の状態の支持部材４１０を上方から見たときの平面図である。

なお、以下に示す第２の実施の形態の水処理用フィルタモジュール４００において、前述した第１の実施の形態の水処理用フィルタモジュール１０と同一の構成部分には、同一の符号を付して重複する説明を省略または簡略する。

図９および図１０に示すように、水処理用フィルタモジュール４００は、支持部材４１０、４２０と、フィルタ４０と、ガスケット４３０ａ、４３０ｂとを備える。また、水処理用フィルタモジュール４００は、支持部材４１０と支持部材４２０とを狭持して、水処理用フィルタモジュール４００を一体構成とするためのカシメ部材４４０を備える。

支持部材４１０、４２０は、フィルタ４０を支持するものである。支持部材４１０、４２０は、一方が開口した、断面が矩形の箱状部材から構成される。支持部材４２０を構成する箱状部材の閉鎖壁には、処理される液体Ｌを導入するための複数の開口４２１が形成されている。なお、複数の開口４２１の形状は、特に限定されるものではなく、用途などに応じて適宜に変更可能である。

支持部材４１０を構成する箱状部材の閉鎖壁の内壁面４１１には、複数の突起部４１２が形成されている。この突起部４１２を備えることで、フィルタ４０と支持部材４１０の閉鎖壁の内壁面４１１との間に空隙ができ、フィルタ４０を通過した液体Ｌが流れる流路４１３が形成される。また、各流路４１３が連通するように、突起部４１２が形成されている。また、この突起部４１２でフィルタ４０を支持することによって、例えば、フィルタ４０の一方の表面側と他方の表面側の圧力差が大きい場合でも、フィルタ４０が流路４１３側へ変形するのを防止することができる。

さらに、支持部材４１０を構成する箱状部材の閉鎖壁の内壁面４１１には、複数の突起部４１２が形成された領域を囲むように周状に、ガスケット４３０ａを支持するための支持用突起部４１４が形成されている。この支持用突起部４１４の一部には、図９に示すように、突起部４１２間の流路４１３を流れる液体Ｌを、支持部材４１０を構成する箱状部材の側壁の一部に設けられた排出口４１５に導くための貫通口４１４ａが形成されている。

ここで、突起部４１２間の流路４１３を流れる液体Ｌを、支持部材４１０を構成する箱状部材の側壁の一部に設けられた排出口４１５に導くための構成は、上記した支持用突起部４１４に形成された貫通口４１４ａに限られるものではない。例えば、支持用突起部４１４の一部を切り欠いて、液体Ｌを排出口４１５に導くための通路を形成してもよい。また、リング状のガスケット４３０ａの一部を切り欠いて、液体Ｌを排出口４１５に導くための通路を形成してもよい。

支持部材４１０、４２０は、少なくとも、液体Ｌに対する耐腐食性を有し、かつ液体Ｌの温度に対して耐熱性を有する材料で構成されることが好ましい。支持部材４１０、４２０を構成する材料として、例えば、ステンレス鋼などが挙げられる。

ガスケット４３０ａ、４３０ｂは、密閉部材として機能し、リング状の部材で構成される。ガスケット４３０ａは、支持部材４１０の支持用突起部４１４とフィルタ４０との間に配置され、ガスケット４３０ｂは、支持部材４２０とフィルタ４０との間に配置される。これらのガスケット４３０ａ、４３０ｂは、フィルタ４０の周縁部を支持するとともに、支持部材４１０、４２０とフィルタ４０との間をシールする機能を有する。

ガスケット４３０ａ、４３０ｂは、例えば、金属材料や黒鉛材料などで構成することができる。金属材料としては、例えば、軟鋼、ステンレス鋼、銅、アルミニウム、チタンなどを使用することができる。

上記した金属材料のうち、軟鋼、銅、アルミニウムは、比較的軟らかい軟性材料（例えば、ビッカース硬さが３０〜２００程度のもの）である。そのため、支持部材４１０、４２０をカシメ部材４４０によって締め付ける際、締め付け圧力が小さくても、ガスケット４３０ａ、４３０ｂに、支持部材４１０、４２０の内壁面やフィルタ４０を密着させ、確実にシール機能を発揮することができる。例えば、フィルタ４０として使用されるアルミニウム陽極酸化膜からなるセラミックスの平板膜は、一般的に脆い。このようなフィルタ４０を使用した場合において、上記した軟性材料でガスケット４３０ａ、４３０ｂを構成することで、小さい締め付け圧力が小さくても、シール機能を十分に発揮することができる。

一方、上記した金属材料のうち、チタン、ステンレス鋼は、硬度が高く、高温高圧となる環境下での使用に適している。また、これらの金属以外にも、例えばハステロイ（商品名）やインコネル（商品名）などのＮｉ基合金を使用することもできる。また、これらの金属は、表面に安定な酸化物皮膜が形成されることから、化学的安定性が高く、適用可能な環境が広い。

また、黒鉛は、耐熱性、耐薬品性に優れ、柔軟性を有するため、適用範囲が広い。例えば、黒鉛は、温度範囲が−２４０℃〜４００℃の範囲で使用可能である。

また、ガスケット４３０ａ、４３０ｂは、金属−非金属の複合型構造体としてもよい。具体的には、例えば、膨張黒鉛、フッ素樹脂などの非金属からなる芯材を、例えば、軟鋼、ステンレス鋼、銅、アルミニウム、チタンなどの金属材料で被覆して複合型構造体を構成することができる。具体的には、ガスケット４３０ａ、４３０ｂは、例えば、上記した金属材料からなるパイプの内部に、上記した非金属を充填することで構成される。

このように、表面を金属材料で構成することで、金属材料が有する耐熱性、耐水性、耐薬品性などを得ることができるとともに、芯材を非金属材料で構成することで、非金属材料が有する柔軟性などを得ることができる。

また、ガスケット４３０ａ、４３０ｂは、金属材料からなる中空構造体で構成されてもよい。中空構造体は、例えば、金属材料からなるパイプなどで構成される。中空構造体を構成する金属材料として、軟鋼、ステンレス鋼、銅、アルミニウム、チタンなどを使用することができる。なお、使用する金属材料は、使用する用途などによって適宜選択される。

このように、ガスケット４３０ａ、４３０ｂを中空構造体で構成することで、支持部材４１０、４２０をカシメ部材４４０によって締め付ける際、中実構造体で構成するよりも、締め付け圧力が小さくても、ガスケット４３０ａ、４３０ｂに、支持部材４１０、４２０の内壁面やフィルタ４０を密着させ、確実にシール機能を発揮することができる。

図１１は、本発明に係る第２の実施の形態の水処理用フィルタモジュール４００において、中空構造体からなるガスケット４３０ａ、４３０ｂを備えたときの水処理用フィルタモジュール４００の断面を模式的に示した図である。

図１１に示すように、支持部材４１０の支持用突起部４１４には、ガスケット４３０ａを配置するための溝４５０ａが周状に形成されている。また、支持部材４２０を構成する箱状部材の閉鎖壁の内壁面には、ガスケット４３０ｂを配置するための溝４５０ｂが周状に形成されている。溝４５０ａと溝４５０ｂは、対向するように形成されている。これらの溝４５０ａ、４５０ｂの深さは、例えば、ガスケット４３０ａ、４３０ｂを構成するパイプの外径の６０〜９０％程度に形成されることが好ましい。また、これらの溝４５０ａ、４５０ｂの幅は、例えば、ガスケット４３０ａ、４３０ｂを構成するパイプの外径の１２０〜２５０％程度に形成されることが好ましい。

このように、溝４５０ａ、４５０ｂを備えることで、ガスケット４３０ａ、４３０ｂが締め付けにより変形した際、ガスケット４３０ａ、４３０ｂが溝４５０ａ、４５０ｂの底面の他、溝４５０ａ、４５０ｂの側面とも接触するため、より確実なシールを行うことができる。また、溝４５０ａ、４５０ｂを備えることで、水処理用フィルタモジュール４００自体の厚さを薄く構成することできる。

なお、前述した、中実構造体からなるガスケット４３０ａ、４３０ｂを使用する場合にも、支持部材４１０、４２０に溝４５０ａ、４５０ｂを形成してもよい。これによって、中空構造体からなるガスケット４３０ａ、４３０ｂを使用する場合よりも変形が小さい中実構造体からなるガスケット４３０ａ、４３０ｂを使用する場合においても、水処理用フィルタモジュール４００自体の薄型化を図ることが可能なる。

また、ここでは、支持部材４１０、４２０に溝４５０ａ、４５０ｂを形成する一例を示したが、中空構造体からなるガスケット４３０ａ、４３０ｂを使用する場合でも、支持部材４１０、４２０に溝４５０ａ、４５０ｂを形成せずにシール機能を発揮させてもよい。

カシメ部材４４０は、例えば、断面がコ字状の金属材料からなる板状部材で構成される。カシメ部材４４０は、支持部材４１０と支持部材４２０とを組み合わせた状態で、少なくとも、対向する２つの端縁を狭持するように設けられている。また、カシメ部材４４０が、支持部材４１０の排出口４１５側に設けられる場合には、図９に示すように、カシメ部材４４０の、その排出口４１５に対応する位置に排出口４１５と同程度の開口４４０ａが形成される。これによって、支持部材４１０の排出口４１５側にカシメ部材４４０が設けられた場合でも、液体Ｌを外部に排出することができる。

カシメ部材４４０は、化学的安定性が高く、支持部材４１０と支持部材４２０とを締め付けることができる弾性材料で構成されることが好ましい。カシメ部材４４０を構成する材料として、具体的には、例えば、ステンレス鋼、銅合金、コバルト基合金、ニッケル基合金、チタン、チタン合金などが使用される。

このカシメ部材４４０によって、ガスケット４３０ａ、４３０ｂが配置された支持部材４１０と支持部材４２０とを厚さ方向に圧縮して狭持することにより、ガスケット４３０ａ、４３０ｂが、支持部材４１０、４２０およびフィルタ４０と密着し、シール機能を発揮する。

上記した水処理用フィルタモジュール４００において、例えば、図９に示すように、処理される液体Ｌは、支持部材４２０の開口４２１から流入し、フィルタ４０を通過する。液体Ｌは、フィルタ４０を通過することで浄化される。浄化された液体Ｌは、突起部４１２間に形成された流路４１３を通過し、支持用突起部４１４の貫通口４１４ａに導かれる。支持用突起部４１４の貫通口４１４ａを通過した液体Ｌは、支持部材４１０を構成する箱状部材の側壁の一部に設けられた排出口４１５から排出される。

ここで、上記した水処理用フィルタモジュール４００では、２つのガスケット４３０ａ、４３０ｂを備える一例を示したが、この構成に限られるものではない。

図１２は、本発明に係る第２の実施の形態の、１つのガスケット４３０ａを備える水処理用フィルタモジュール４００の断面を模式的に示した図である。

図１２に示すように、支持部材４２０の一方の表面と、フィルタ４０との間にガスケット４３０ｂを設けずに、支持部材４２０の一方の表面とフィルタ４０の一方の周端面を直接接触させて構成してもよい。なお、この場合、支持部材４２０は平板形状に構成される。

図１３は、本発明に係る第２の実施の形態の、１つのガスケット４３０ｂを備える水処理用フィルタモジュール４００の断面を模式的に示した図である。

図１３に示すように、支持部材４１０の支持用突起部４１４と、フィルタ４０との間にガスケット４３０ａを設けずに、支持部材４１０の支持用突起部４１４の表面とフィルタ４０の他方の周端面を直接接触させて構成してもよい。この場合、支持部材４１０の支持用突起部４１４の高さは、突起部４１２の高さと同じに構成される。なお、図１２および図１３では、上記した中実構造体からなるガスケット４３０ａ、４３０ｂを例示しているが、ガスケット４３０ａ、４３０ｂは、上記した中空構造体や複合型構造体で構成されてもよい。

次に、上記した水処理用フィルタモジュール４００を複数備えた水処理装置１００について説明する。

図１４は、本発明に係る第２の実施の形態の水処理用フィルタモジュール４００を複数備えた水処理装置１００の断面を模式的に示した図である。

図１４に示すように、水処理用フィルタモジュール４００は、水処理装置１００の水処理用フィルタモジュール４００を装着する装着部１０５に、図示しないが、例えばねじ止めなどによって、着脱可能に装着される。すなわち、水処理装置１００では、例えば、水処理用フィルタモジュール４００を適宜取り外して、新たな水処理用フィルタモジュール４００と交換することができる。また、水処理装置１００は、各水処理用フィルタモジュール４００から排出された液体Ｌを外部に導く主流路１１０を備えている。

この水処理装置１００において、各水処理用フィルタモジュール４００を通過して浄化された液体Ｌは、主流路１１０に導入される。主流路１１０に導入された液体Ｌは、主流路１１０を通って水処理装置１００の外部に排出される。

上記したように、第２の実施の形態の水処理用フィルタモジュール４００によれば、前述したガスケット４３０ａ、４３０ｂを備え、支持部材４１０、４２０をカシメ部材４４０によって締め付けることで、締め付け圧力が小さくても、ガスケット４３０ａ、４３０ｂに、支持部材４１０、４２０の内壁面やフィルタ４０を密着させることができる。これによって、ガスケット４３０ａ、４３０ｂのシール機能を確実に発揮することができる。

（第３の実施の形態）
本発明に係る第３の実施の形態では、本発明に係る第２の実施の形態の水処理用フィルタモジュール４００の基本構成を有する水処理用フィルタモジュール５００について説明する。

図１５は、本発明に係る第３の実施の形態の水処理用フィルタモジュール５００の分解斜視図である。図１６は、本発明に係る第３の実施の形態の水処理用フィルタモジュール５００の断面を示す図である。図１７は、本発明に係る第３の実施の形態の水処理用フィルタモジュール５００を複数積層して構成されるモジュール積層体６００の断面を示す図である。なお、第１および第２の実施の形態の水処理用フィルタモジュールと同一の構成部分には、同一の符号を付して重複する説明を省略または簡略する。

図１５に示すように、水処理用フィルタモジュール５００は、第１の箱状部材５１０と、この第１の箱状部材５１０に密着される第２の箱状部材５２０と、第１の箱状部材５１０と第２の箱状部材５２０との間にガスケット４３０ａ、４３０ｂを介して狭持されるように配置されるフィルタ４０とを備えている。

第１の箱状部材５１０は、例えば、一方が開口した、断面が矩形の箱状部材で構成される。この第１の箱状部材５１０は、処理される液体Ｌを一方の表面５１０ａ側から導入するための複数の開口５１１ａを有する液体導入部５１１を備えている。また、第１の箱状部材５１０には、液体導入部５１１から導入され、フィルタ４０によって浄化された液体Ｌを外部に排出するための排出口５１２が形成されている。ここでは、開口５１１ａを円形に構成した一例を示しているが、開口５１１ａの形状は、特に限定されるものではなく、用途などに応じて適宜に変更可能である。また、ここでは、複数の開口５１１ａを有する液体導入部５１１を円形状に構成した一例を示しているが、液体導入部５１１の形状は、特に限定されるものではなく、用途などに応じて適宜に変更可能である。また、液体導入部５１１は、周状に配置されるガスケット４３０ｂの内周内の範囲に形成されている。

なお、第１の箱状部材５１０は、前述した第２の実施の形態の水処理用フィルタモジュール４００の支持部材４２０を構成する材料と同じ材料で構成される。

図１６に示すように、フィルタ４０は、ガスケット４３０ｂを介して第１の箱状部材５１０に接触している。そのため、第１の箱状部材５１０の開口５１１ａから流入する処理される液体Ｌは、すべてフィルタ４０を通過することとなる。

第２の箱状部材５２０は、第１の箱状部材５１０と同様に、例えば、一方が開口した、断面が矩形の箱状部材で構成される。なお、第２の箱状部材５２０は、第１の箱状部材５１０と気密に接合する必要があることから、第１の箱状部材５１０と同じ外形形状に構成されることが好ましい。この第２の箱状部材５２０は、フィルタ４０を通過した液体Ｌを外部に排出するための排出口５２１を備えている。また、第２の箱状部材５２０の一方の表面５２０ａには、この排出口５２１にフィルタ４０を通過した液体Ｌを導く、凹部からなる流路５２２を備えている。また、排出口５２１は、第１の箱状部材５１０の排出口５１２と連通するように構成されている。

また、凹部からなる流路５２２には、第２の箱状部材５２０が第１の箱状部材５１０に密着された際、フィルタ４０を支持する複数の突起部５２３が形成されている。この複数の突起部５２３は、所定の間隔をあけて設けられている。この突起部５２３でフィルタ４０を支持することによって、例えば、フィルタ４０の一方の表面側と他方の表面側の圧力差が大きい場合でも、フィルタ４０が流路５２２側へ変形するのを防止することができる。また、突起部５２３間は、流路５２２として機能し、フィルタ４０を通過した液体Ｌが突起部５２３間を排出口５２１に向かって流れる。

なお、ここでは、円柱状に形成された突起部５２３の一例を示しているが、この形状に限られるものではなく、突起部５２３は、フィルタ４０を第２の箱状部材５２０側から支持し、突起部５２３間に液体Ｌを流す流路を形成することができる構成を有していればよい。なお、突起部５２３は、前述した第２の実施の形態の水処理用フィルタモジュール４００の突起部４１２と同じ機能を有するものである。

また、第２の箱状部材５２０の一方の表面５２０ａに形成された凹部には、複数の突起部５２３が形成された領域を囲むように周状に、ガスケット４３０ａを支持するための支持用突起部５２４が形成されている。この支持用突起部５２４の一部には、図１６に示すように、突起部５２３間の流路５２２を流れる液体Ｌを、排出口５２１に導くための貫通口５２４ａが形成されている。なお、支持用突起部５２４は、前述した第２の実施の形態の水処理用フィルタモジュール４００の支持用突起部４１４と同じ機能を有するものである。図１６に示すように、フィルタ４０は、この支持用突起部５２４上に配置されたガスケット４３０ａを介して第２の箱状部材５２０と接触している。

また、図１５に示すように、排出口５２１付近の流路５２２の断面積が、排出口５２１に近づくに伴って徐々に減少するように流路５２２を構成してもよい。換言すると、排出口５２１付近の流路５２２の流路幅が、排出口５１２に近づくに伴って徐々に減少するように流路５２２を構成してもよい。なお、排出口５１２につながる流路５２２の端部の流路幅は、排出口５１２の開口径と同じか、それよりも若干大きい程度に構成されることが好ましい。このような流路を備えることで、排出口５１２に液体Ｌを導く際の流路５２２における圧力損失を低減させることができる。

なお、第２の箱状部材５２０は、前述した第２の実施の形態の水処理用フィルタモジュール４００の支持部材４１０を構成する材料と同じ材料で構成される。

次に、上記した水処理用フィルタモジュール５００を積層して構成されるモジュール積層体６００について説明する。

図１７に示すように、モジュール積層体６００は、例えば、開口６１０ａが形成された矩形形状の平板からなるスペーサ部材６１０を介して、複数の水処理用フィルタモジュール５００をそれぞれ積層することで構成されている。また、スペーサ部材６１０の開口６１０ａおよびモジュール積層体６００の排出口５１２、５２１のそれぞれが連通するように積層して、各水処理用フィルタモジュール５００によって浄化された液体Ｌをモジュール積層体６００の外部に導くための排出流路６２０を形成している。

この排出流路６２０の一端には、排出流路６２０を流れる液体Ｌを外部に導くための配管６２１が設けられ、排出流路６２０の他端には、液体Ｌが外部へ流出するのを防止するための封止部材６２２が設けられている。これによって、排出流路６２０を流れる液体Ｌは、排出流路６２０の一端から配管６２１を通って外部に導かれる。なお、排出流路６２０の両端に配管６２１を設け、排出流路６２０の両端から液体Ｌを外部に導くように構成してもよい。

ここで、モジュール積層体６００は、例えば、各水処理用フィルタモジュール５００およびスペーサ部材６１０の所定の対応する位置に形成された固定用開口（図示しない）を介して、図１７に示すように、例えば、ボルトおよびナットなどの固定部材で各水処理用フィルタモジュール５００およびスペーサ部材６１０を固定することで構成されてもよい。

スペーサ部材６１０は、上記した、第１の箱状部材５１０や第２の箱状部材５２０を構成する材料として示した材料から、使用される環境などに応じて選択された材料で構成される。例えば、スペーサ部材６１０を、水処理用フィルタモジュール５００の第１の箱状部材５１０や第２の箱状部材５２０に使用されている材料と同じ材料で構成することができる。

上記したモジュール積層体６００における水処理工程について説明する。

浄化される液体Ｌは、第１の箱状部材５１０の複数の開口５１１ａから水処理用フィルタモジュール５００内に流入し、フィルタ４０を通過する。フィルタ４０によって浄化された液体Ｌは、流路５２２を流れ、支持用突起部５２４の貫通口５２４ａを通り、排出流路６２０内に導入される。排出流路６２０内に導入された液体Ｌは、外部に排出される。

上記したモジュール積層体６００によれば、薄型化を図ることができ、水処理用フィルタモジュール５００全体の体積に対するフィルタ４０の膜表面積を増大することができる。これによって、水処理用フィルタモジュール５００における水処理能力を向上させることができる。

なお、水処理用フィルタモジュール５００において、図１３および図１４に示した水処理用フィルタモジュール４００と同様に、ガスケット４３０ｂまたはガスケット４３０ａの１つのガスケットを備える水処理用フィルタモジュール構成としてもよい。また、上記した水処理用フィルタモジュール５００では、前述した中実構造体からなるガスケット４３０ａ、４３０ｂを例示しているが、ガスケット４３０ａ、４３０ｂは、前述した中空構造体や複合型構造体で構成されてもよい。

以上、本発明を実施の形態により具体的に説明したが、本発明はこれらの実施の形態にのみ限定されるものではなく、本発明の実施形態は、本発明の技術的思想の範囲内で拡張もしくは変更することができ、この拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれるものである。

例えば、上記した実施の形態では、水処理用のフィルタモジュールについて例示したが、処理されるものは水に限られず、液体全般に適用することができる。さらに、本発明に係るフィルタモジュールの構成は、例えば、液体の浄化以外にも、気体の浄化にも適用することができる。本発明に係るフィルタモジュールの構成を気体の浄化に適用する場合、例えば、気体中の細菌やウイルスを除去することができる。

１０，４００，５００…水処理用フィルタモジュール、２０，４１０，４２０…支持部材、２１…表面、２２…裏面、２２ａ，４１１…内壁面、２３，４１２，５２３…突起部、２４，４１３，５２２…流路、２５，４１５，５１２，５２１…排出口、３０…支持部材、４０…フィルタ、５０…接合部材、１００…水処理装置、１１０…主流路、１０５…装着部、４１４，５２４…支持用突起部、４１４ａ，５２４ａ…貫通口、４２１，４４０ａ，５１１ａ，６１０ａ…開口、４３０ａ，４３０ｂ…ガスケット、４４０…カシメ部材、４５０ａ，４５０ｂ…溝、５１０，５２０…箱状部材、５１０ａ，５２０ａ…表面、５１１…液体導入部、６００…モジュール積層体、６１０…スペーサ部材、６２０…排出流路、６２１…配管、６２２…封止部材、Ｌ…液体。

Claims (17)

1. セラミックス材料からなる多孔質のシート状のフィルタと、
   前記フィルタを支持する支持部材と、
   前記フィルタと前記支持部材とを接合する接合部材と
   を具備することを特徴とするフィルタモジュール。
2. 前記支持部材は、少なくとも鉄を含有する金属材料で構成され、
   前記接合部材は、少なくとも、コバルトおよび／またはコバルト酸化物を含むセラミックス接合材料を焼成して構成されていることを特徴とする請求項１記載のフィルタモジュール。
3. 前記セラミックス接合材料に含まれるコバルトおよび／またはコバルト酸化物の含有率は、１〜１０重量％であることを特徴とする請求項２記載のフィルタモジュール。
4. 前記接合部材は、ガラスフリットを含むフリット接合材料を焼成して構成されていることを特徴とする請求項１記載のフィルタモジュール。
5. 前記フリット接合材料が、Ｔｉ系化合物、Ｔｉ酸化物、Ａｌ系化合物、Ａｌ系酸化物、Ｃｏ系酸化物、Ｃｏ系化合物、Ｂａ系化合物、Ｂａ系酸化物、Ｓｉ系酸化物、Ｂｉ系化合物、Ｂｉ系酸化物、Ｍｇ酸化物、Ｍｇ化合物のうちのいずれか少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項４記載のフィルタモジュール。
6. 前記接合部材の線膨張係数は、前記支持部材の線膨張係数の０．９倍以上、１．１倍以下であることを請求項２または３記載のフィルタモジュール。
7. 前記接合部材の線膨張係数は、前記フィルタの線膨張係数の値と前記支持部材の線膨張係数の値との間の値であることを特徴とする請求項４または５記載のフィルタモジュール。
8. セラミックス材料からなる多孔質のシート状のフィルタと、
   前記フィルタを前記フィルタの一方の表面側から支持する第１の支持部材と、
   前記フィルタを前記フィルタの他方の表面側から支持する第２の支持部材と、
   前記フィルタの一方の表面の外周縁と前記第１の支持部材との間および／または前記フィルタの他方の表面の外周縁と前記第２の支持部材との間を密閉する密閉部材と
   を具備することを特徴とするフィルタモジュール。
9. 前記密閉部材が、金属材料または非金属材料からなるガスケットであることを特徴とする請求項８記載のフィルタモジュール。
10. 前記密閉部材が、中空構造を有する金属材料からなるガスケットであることを特徴とする請求項８記載のフィルタモジュール。
11. 前記密閉部材が、非金属材料からなる芯材を金属材料で被覆して形成された複合型のガスケットであることを特徴とする請求項８記載のフィルタモジュール。
12. セラミックス材料からなるフィルタを備えたフィルタモジュールを製造するフィルタモジュールの製造方法であって、
    セラミックス材料からなる多孔質のシート状のフィルタ、前記フィルタを支持する支持部材、および前記フィルタと前記支持部材とを接合する接合材料を用意し、
    前記フィルタの、前記支持部材と接合する部分の表面、または前記支持部材の、前記フィルタと接合する部分の表面に前記接合材料を塗布する塗布工程と、
    前記フィルタを前記支持部材に装着する装着工程と、
    前記支持部材に前記フィルタを装着した状態で加熱して前記接合材料を焼成し、前記フィルタと前記支持部材とを接合する接合工程と
    を具備することを特徴とするフィルタモジュールの製造方法。
13. 前記支持部材は、少なくとも鉄を含有する金属材料で構成され、
    前記接合材料は、少なくとも、コバルトおよび／またはコバルト酸化物を含むセラミックス接合材料であることを特徴とする請求項１２記載のフィルタモジュールの製造方法。
14. 前記セラミックス接合材料に含まれるコバルトおよび／またはコバルト酸化物の含有率は、１〜１０重量％であることを特徴とする請求項１３記載のフィルタモジュールの製造方法。
15. 前記接合材料は、ガラスフリットを含むフリット接合材料であることを特徴とする請求項１２記載のフィルタモジュールの製造方法。
16. 前記フリット接合材料が、Ｔｉ系化合物、Ｔｉ酸化物、Ａｌ系化合物、Ａｌ系酸化物、Ｃｏ系酸化物、Ｃｏ系化合物、Ｂａ系化合物、Ｂａ系酸化物、Ｓｉ系酸化物、Ｂｉ系化合物、Ｂｉ系酸化物、Ｍｇ酸化物、Ｍｇ化合物のうちのいずれか少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１５記載のフィルタモジュールの製造方法。
17. 前記接合工程において、第１の温度で所定時間維持し、前記第１の温度よりも高い第２の温度で所定時間維持することを特徴とする請求項１２乃至１６のいずれか１項記載のフィルタモジュールの製造方法。

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