JP2022549400A - 多層型濾材を製造する方法及び該方法に基づいて製造された濾材 - Google Patents
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Abstract
多層型濾材を製造する方法であって、以下の製造工程、すなわち、流体のための通過個所24を有する織布層12を提供する製造工程と、流体のためのさらなる通過個所28を有する、スパンボンド不織布18から成る不織布層を提供する製造工程と、前記溶融されたスパンボンド不織布材料がさらなる通過個所28を拡大しながら少なくとも部分的に前記接触個所30へ流れ、前記接触個所で蓄積され次いで硬化して両層12,18の間に不動の結合個所が形成されるように、不織布層18を溶融することによって、互いに重ねられた両層12,18を接触個所30に沿って結合するする製造工程とを少なくとも備える、多層型濾材を製造する方法。
【選択図】図1
【選択図】図1
Description
本発明は、多層型濾材を製造する方法及び該方法に基づいて製造された濾材に関する。
このような製造方法並びに所属の濾材は数多くの実施形態において知られている。
例えば特許文献1(独国特許出願公開第102013000932号明細書)に示された、具体的には液圧フィルタのために提供された濾材は、縦糸と横糸とを有する少なくとも1つの第1構造と、規定可能な濾過特性を備えた少なくとも1つのさらなる第2構造とを有する少なくとも1つの層を備えており、それぞれの第1構造は、撚糸の形態を成すマルチフィラメントから少なくとも部分的に形成されている。
特許文献2(独国特許出願公開第102013000933号明細書)により公知の、流体を濾過するための多層型濾材は、少なくとも1つの支持層、フィルタ層、並びに排出層を有しており、貫流する流体のために形成された流路を拡大するために、三次元構造を形成する付加的な排出層が設けられている。
特許文献3(独国特許出願公開第102010025218号明細書)には、多層状に形成された濾材がさらに開示されている。この濾材の少なくとも一方の側には、支持構造が面状に当て付けられており、支持構造は、横糸と縦糸とから構成された少なくとも1つの個別の織布から成っており、少なくとも一組の横糸及び/又は縦糸が、長いフロート状の織りを形成しながら、3つ以上の隣接する縦糸もしくは横糸を超えて延びる。
従来技術に関する上記文献には、このような濾材を得るための製造方法も詳細に記載されている。さらに今日、市場では、自動逆洗フィルタにおける精密濾過のための濾材(特許文献4(独国特許出願公開第102017002646号明細書)、特許文献5(独国特許出願公開第102011111457号明細書)が使用されている。通常、濾材のためのフィルタ材料はステンレス鋼織布を基材として使用される。周知のスロット付き篩、マイクロ篩、及び類似の篩材料と比較して、5μm~100μmのフィルタ織布は基本的には特に高度な開放フィルタ面積、ひいては結果として高い汚れ保持能力を最小限の圧力損失において提供する。ワイヤ織布がプラスチック織布に対して有する利点は、その機械的及び熱的な安定性が著しく高いことである。さらに、ワイヤ織布は製織されたポリマー繊維と比較して同じ繊度においてより細いワイヤ、ひいてはその都度の被濾過流体のためのより高い間隙率を有している。このような理由から、自動逆洗フィルタにおいては、ほぼステンレス鋼織布しか使用されない。
周期的な逆洗によって、逆洗フィルタ内の濾材は高い交番負荷を被る。濾材は通常の流れ逆転、並びに絶えず交番する差圧によって機械的に強く負荷される。これによりフィルタ材料又は濾材の寿命はかなり制限される。
このような濾材をより安定に、ひいては長寿命にするために、微細ワイヤ織布層はしばしばより粗い隣接する支持層及び排出層と製造技術的に焼結される。しかしながら、こうして獲得されたより高い機械安定性は実際には以下のような欠点をもたらす。
例えば、焼結された織布構造は、多大な手間及び大量のエネルギーが費やされる製造プロセスを伴うので、基本的には極めて高価である。例えば個々の織布層は徹底的に洗浄しなければならず、そして予めカレンダー処理することにより、織布間により多くの接触面を提供しなければならない。これにより、開放面積が低減される。上記の焼結は高い温度で、通常は使用されるステンレス鋼の溶融温度をわずかに下回る温度で真空中又は保護雰囲気下で行われる。
焼結は大抵の場合、不連続なプロセスであり、そして焼結された織布の寸法は、使用される炉の大きさによって制限される。したがって典型的なプレートの大きさは約1.2×1.2mである。フィルタ構造にとってこのことは、より大きいフィルタ装置のためにはしばしばより多くのプレートを組み立てなければならないことを意味する。このことは溶接過程の形態を成す付加的な作業工程、及びこれに伴うより高額なコストを生じさせる。互いに焼結されたワイヤ織布は剛性且つ薄板状であり、ひいては制限された範囲でしかプリーツ形成することができない。さらに、焼結された織布構造の間隙率及び自由開放面積が著しく低減する。このことは濾過プロセスにとって、圧力損失が高くなると汚れ保持能力が減少することを意味する。焼結された材料によるこのように存在する出力損失は経験によれば実際には約20~30%のオーダーの規模にあり、その結果、同等の出力のために必要とされる付加的なフィルタ面積を設置可能にするために、相応のフィルタ装置を著しく大きく構想しなければならない。
このような従来技術から出発して、本発明の根底を成す課題は、濾材構造のための織布層の焼結をも凌ぐ、公知の解決手段に対して著しく改善された、濾材のための方法・製品解決手段を提供することである。
このような課題は、請求項1の特徴を有する方法、並びに請求項10の特徴を有する濾材が解決する。
本発明による、多層型濾材を製造する方法は下記製造工程、すなわち
流体のための通過個所を有する織布層を提供し、
流体のためのさらなる通過個所を有する、スパンボンド不織布から成る不織布層を提供し、そして
前記溶融されたスパンボンド不織布材料が前記さらなる通過個所を拡大しながら少なくとも部分的に前記接触個所へ流れ、そして前記接触個所で蓄積され次いで硬化して前記両層間に不動の結合個所が形成されるように、前記不織布層を溶融することによって、互いに重ねられた前記両層を接触個所に沿って結合する、製造工程によって特徴付けられる。
流体のための通過個所を有する織布層を提供し、
流体のためのさらなる通過個所を有する、スパンボンド不織布から成る不織布層を提供し、そして
前記溶融されたスパンボンド不織布材料が前記さらなる通過個所を拡大しながら少なくとも部分的に前記接触個所へ流れ、そして前記接触個所で蓄積され次いで硬化して前記両層間に不動の結合個所が形成されるように、前記不織布層を溶融することによって、互いに重ねられた前記両層を接触個所に沿って結合する、製造工程によって特徴付けられる。
さらに、具体的には前記方法に基づいて製造される濾材が、少なくとも1つの金属織布フィルタ層が、プラスチック材料から成る少なくとも部分的に溶融された不織布フィルタ層と不動に結合されていることによって特徴付けられる。
ワイヤ織布の焼結を含む公知の濾材解決手段とは異なり、溶融不織布を不織布層として使用することにより機械的な安定化が行われる。結合されるべきワイヤ織布間に、溶融不織布によって高い間隙率を有する間隙が生じるように、溶融不織布の単位面積当たりの重量が選択され、そして熱溶融接着プロセスが実施されると有利である。十分に接触面積を形成できるようにするために個別層を予めなおもカレンダー処理しなければならないワイヤ織布の焼結とは異なり、溶融接着剤は個別の織布層を所定の間隔を置いて保持する。これにより織布層間のこのような間隙が付加的な排出として作用する一方、溶融された熱可塑性物質が同時に微細濾過層を支持層と結合して安定化させる。このような排出によって、微細織布の開放フィルタ面は濾材として最大限に活用される。
本発明による方法の有利な実施形態では、溶融過程中に不織布層の細い不織布糸が裂けるので、不織布層によって形成された溶融接着剤が、具体的には少なくとも3層型の濾材の場合に織布カバー層が直接には互いに接触しない場所に点状に引き集められ、そしてクラスターの形態を成す球状又は島状の集積物を形成する。その結果、ワイヤ織布層は最終的に、個別化された点でのみ互いに接着され、均質な大面積にわたる相互の結合を成立させることがない。織布構造内の高い間隙率は維持されたままであり、そしてさらに織布材料の相応に高い流体通過量が保証される。
つまり、焼結されたワイヤ織布構造及びその他の濾材と比較して、こうして結合された織布構造の濾過のための間隙率並びに自由開放面積は決して低下することはない。互いに溶融された構造は機械的に著しくより安定であり、圧力損失及び汚れ保持能力に関しては、冒頭で述べた形式の焼結されていない濾材と同等である。
剛性且つ薄板状に構成された焼結されたワイヤ織布構造と比較して、互いに溶融接着された構造はなおも高度な可撓性を有している。このことはフィルタエレメントの所期の逆洗中に有利である。それというのも個々の織布層が、不織布材料として形成された有利には熱可塑性のフィルタ材料を介して点状に結合されることによって、なおもある程度の運動自由度を有し、そして互いに結合された織布の間に沈着した汚染物をより良好に洗い出すことができるからである。
濾材の互いに隣接する個別の織布層の間の球状、島状、又はクラスター状の結合個所にわたって、熱可塑性ブリッジが生じ、このブリッジが、一方の方向で実施されるようになっている濾過と、反対方向で実施されるようになっているフィルタエレメント材料の逆洗とに関して、織布に対する負荷交番が到来する時に減衰作用を有することが判っている。これに相当するものは従来技術にはない。
さらなる有利な実施形態はその他の従属請求項の対象となっている。
図面に示された実施例に基づき本発明の方法並びに所属の濾材を以下に詳述する。図面は原理的に示されており、また原寸に比例しては示されていない。
図1は、5つの層10,12並びに14,16及び18を使用する、本発明による濾材の有利な実施形態を示す断面図である。図示したものは理想化されている。それというのも、5つの層のうち事実上2つが接着に基づき、このような元の構造ではもはや存在していないからである。図1の濾材はそれ自体三次元織布体である。層10,12は縦糸及び横糸20,22から構成されている。これに対して、層16及び19はスパンボンド不織布から形成されている。縦糸及び横糸20,22から形成された織布層10,12は平織りで構成されると有利であり、そして、例えば図3及び4において図1に向かって見て下側の層12に関して再現されているように、各層10,12の個々の糸20,22は、正方形断面を有する個々の通過個所24を仕切っている。具体的には、本実施形態の場合には、織布フィルタ層10は織布層12と同じ構成を有している。本来の、濾過を生じさせるフィルタ織布層14はこの限りにおいて、上記縦糸層及び横糸層10,12とは異なる。それというのもフィルタ織布層14はいわゆるフィルタブレイド(Filtertresse)から形成されているからである。フィルタブレイドの場合、個々の糸20,22は、自由な正方形開口断面を備えた通過個所を形成するのではなく、むしろ織布糸20,22のところで流体が何回も変向するように互いに接触して構成されている。糸の変向により2つの隣接する糸が互いに重なった位置の領域内では、一種の三次元的なフィルタ穴が生じる。フィルタ穴は、隣接する溶融状態のスパンボンド不織布又は溶融不織布によって流体密に閉じられることはない。
層10及び14、並びに14及び12の間に導入されるスパンボンド不織布層も三次元的な面として構想されている。層16,18の形態を成すこのようなスパンボンド不織布は基本的にはよく知られており、個別のフィラメント26から成るテキスタイル面構造である。フィラメント26は生成及び事前延伸の後すぐにコンベアベルト上に置かれ、圧縮される。未だに存在する軟化(熱可塑性特性)に続いて、フィラメント26は硬化させられ、スパンボンド不織布を形成する。前記硬化は化学的結合剤を用いて、又はいわゆるニードリング(Vernadeln)によって行われる(WiKipedia)。図2に示された、スパンボンド不織布のための個別のフィラメント26はこれらの間に、種々の自由通過断面を有するさらなる通過個所28を仕切る。
図1に示された濾材の図示の5層型構造の場合、図1に向かって見て最も上側に配置された織布層10は、有利にはワイヤ太さが0.15~0.25mmの個別のワイヤを有するいわゆる正方形メッシュ織布(Quadratmaschengewebe)である。通過個所24を形成するためのそれぞれのメッシュ幅は100μm~600μmである。このような第1織布層10の主要機能は、鋭敏な真ん中のフィルタ織布層14の支持及び安定化である。このフィルタ織布層は「平滑ブレイド(glatte Tresse)」として形成されていると有利である。この情報は一例に過ぎず、基本的には、同等の厚さ/材料厚並びに開放フィルタ面積又はメッシュ幅を有する他の種類の織布がこのような仕事を引き受けることもできる。指定された正方形メッシュは、具体的には濾材構造のプリーツ形成時に良好な折り曲げ能力を可能にする。逆洗フィルタ装置内部のいわゆる平滑篩バスケット(Glattsiebkoerbe)内に使用するときに正方形メッシュを使用することもできる。図示の織布の代わりに、エキスパンドメタル、溶接格子、マイクロシーブ、又はスロット付き篩(すべて図示せず)がそれぞれの仕事を引き受けることもできる。本実施例では、図1で見て最も下側に位置する織布層12は第1織布層10と同一である。とはいえ必ずしもそうである必要はない。
真ん中の織布フィルタ層14は、フィルタ繊度が例えば60μmのいわゆるブレイド織布である。縦糸20のワイヤ太さはここでは例えば約0.135mmであり、横糸22のワイヤ太さは約0.09mmである。このようなブレイド織布は、層構造10,12,14の中で最も微細な織布フィルタ層であり、そのフィルタ繊度によって、総清浄化出力を決定する。さらに、ブレイド織布の通過個所24は、図1に示された5層型の濾材のための貫流抵抗のほぼ全体をもたらす。一般構造の逆洗フィルタ内では、100μm未満のフィルタ繊度、有利には20μm~60μmのフィルタ繊度を有する平滑ブレイド織布がその良好な逆洗特性に基づき使用される。縦糸20及び横糸22のワイヤ太さは、このようなブレイド織布の場合には典型的には30μm~140μmのサイズオーダーにある。
スパンボンド不織布フィルタ層16,18は通常は、1立方メートル当たり約5~40グラムの単位面積当たりの重量、及び0.25mmの不織布厚において、約20μm~40μmのフィラメント又は繊維の太さを有するポリアミドを基材として構成されている。このことは80%の間隙率をもたらす。しかしながら本実施例では、溶融範囲が120~135℃であり、そしてMFI値が160℃で平均30g/10分であるコポリアミド・スパンボンド不織布が使用されると有利である。本発明による製造方法に必要な接着温度は140~160℃である。必要な場合には、スパンボンド不織布層16,18のための他の熱可塑性物質、例えばポリエステル又はポリオレフィン材料を使用することもできる。スパンボンド不織布材料の選択に応じて、完成した濾材の材料耐久性又は耐薬品性を実際のその都度の要件に適合させることもできる。すべての層10,12,14,16及び18は、エレメント材料の総フィルタ性能に貢献する。
本発明による製造方法は、図1に示された個別の層10,12,14,16及び18の図示のようなそれぞれ三次元的な面状の延びを互いに重ね合わせることにより特徴付けられる。スパンボンド不織布材料を上記温度140~160℃で相応に溶融することによって、図2に示された個別の、一貫して延びるフィラメント26には裂け目ができ、そしてプラスチック材料の表面張力に基づき、フィラメント26は収縮して島状又はクラスター状の接触個所30となり、図1に示されているように、互いに分離された個別の残留フィラメント32だけが残る。個別の層の間のこのような溶融結合は加圧下で形成される。この場合、例えばプレス又は折り機の部分が加熱動作中に上側織布層及び/又は下側織布層10,12に作用する(図示せず)。具体的には濾材のプリーツ形成のために一般的な折り機を使用すると、層接合プロセスを連続的に実施することができる。
具体的には図3及び4に示されているように、先ず図2のフィラメント材料を下側織布層12上にただ載置し(図3参照)、これにより次いで、後続の熱プロセスにおいてフィラメント26を裂きながらクラスター状の接触個所30が形成される(図4参照)。スパンボンド不織布層16,18のための材料取り込み量の形態を成す溶融接着剤の量、並びにプリーツ状濾材のための折りプロセス時の圧着力を介して、構造全体の間隙率を調節することができる。上記熱可塑性物質を基材とし、且つワイヤ織布の焼結と比較して単位面積あたりの重量が小さい不織布フィルタ層16,18は低い使用温度しか必要としないので、例えば図1に示されているような織布構造の製造はこれにより、エネルギー消費量がより低く、そしてコスト的に極めて好都合であることが判る。個別の織布のカレンダー処理は接着のためには必要でない。これにより、真ん中のフィルタ層14の形態を成す微細織布の開放面積は最大限に保持され続ける。このことはさらなる作業工程、及び相応のコストを削減する。
ここに取り組まれる接着プロセスは基本的には、プリーツ状フィルタマットのための折りプロセスのすぐ後で折り機(図示せず)内で連続的に行うことができる。これが可能なのは、温度が200℃未満と比較的低く、保護ガス雰囲気が必要とならないからである。次いでプリーツ状メッシュパックが、安定化された折り目を有する濾材として事実上1つの作業工程で製造される。つまり織布が折られ、そして製造されたメッシュパックは折りナイフのすぐ後ろでトレース加熱によって加熱される。このことの利点は、熱接着プロセス中、必要な圧力を織布層に、結合動作中永続的に加えることができ、ひいては個別の織布層が定義された相互の結合状態に入り得ることである。
個別の織布層は先ず折り目の折り返しのすぐ後で初めて接着されるので、個別織布層は問題なしにプリーツ形成することができる。折り目の破断のおそれは実際には排除される。それというのも個別層10,12,14,16,18は折りプロセス中になおも十分に運動自由度を有しているからである。
織布層10,12,14を層16,18の形態を成す熱可塑性不織布によって接着すると、比較的僅かな材料使用量及び所要空間で機械的に安定な織布構造を製造することが可能になる。支持用織布層を基本的にはより薄く選択することができる。これにより織布の折り時に同じ空間でより多くのフィルタ材料を収納することができる。このことはフィルタ装置全体の出力密度を高め、もしくは規定の出力において、それぞれのフィルタ装置は周知の解決手段よりも幾何学的に小さく構成することができる。
詳細には図示されていない実施形態によれば、これに加えて、図5において最も上側及び最も下側に示された、排出として作用する織布層10,12は付加的な保護層及び支持層を備えることができる。付加的な格子又は穴付き薄板の他に、例えば独国特許出願公開第10220273号明細書に示されているように、このために外周側で延びる螺旋状ワイヤコイルを使用することもできる。
図1の5層構造は、本発明による方法解決手段の実施のために必ずしも必要ではない。例えば、6つ以上の層を有する構造を製造することもできるが、しかし有利には3つだけの層を有する濾材を製造することもできる。しかし、事情によっては、本発明の範囲におけるより複雑な濾材の前駆体として、ただ1つの織布層を1つの不織布フィルタ層と前述のように結合するので既に十分である。このように製造された濾材を面状又はプリーツ状に中空円筒体(図示せず)になるように起立させることにより、次いで端部側にエンドキャップ又はその他の閉鎖部分を設け、自立型の商業的なフィルタエレメント(図示せず)をもたらすことができる。この方法に基づいて製造されたフィルタエレメント材料又はフィルタエレメントは、逆洗フィルタ装置内で使用するための逆洗エレメントとして提供され、特に低粘度流体の固液分離に適している。水濾過における逆洗フィルタ用途の他に、この技術は具体的には大型エンジンの潤滑油濾過のための逆洗フィルタにおいて用いることもできる。
単位面積当たりの重量が8g/m2であり溶融温度が約130~140℃のポリアミド材料から成るスパンボンド不織布が、良好に使用可能な面構造であることが判っている。これに関して、結合のための溶融時間は約15分間であるので、低い溶融点において短い溶融時間が達成される。具体的には、溶融されたスパンボンド不織布は所望の範囲で引き集められることが明らかになる。
支持織布(w=0.25mm;d=0.2mm)のために250μmの正方形メッシュ織布を使用する構造を有する多層型濾材が特に有利であることが判っている。これに続いて、単位面積当たりの重量が8g/m2のポリアミド・スパンボンド不織布が使用され、そしてこれに続いて、例えば50μm(メッシュ:72 x 380;縦糸ワイヤ:112μm;横糸ワイヤ:73μm)の平滑フィルタブレイドの形態を成す微細フィルタ織布が使用される。順番に、次いで単位面積当たりの重量が8g/m2のポリアミド・スパンボンド不織布が設けられており、続いて、正方形メッシュ織布250μm(w=0.25mm;d=0.2mm)の形態を成す支持織布が設けられる。
Claims (11)
- 多層型濾材を製造する方法において、
前記方法は、
流体のための通過個所(24)を有する織布層(12)を提供する製造工程と、
流体のためのさらなる通過個所(28)を有する、スパンボンド不織布から成る不織布層(18)を提供する製造工程と、
溶融された前記スパンボンド不織布材料が前記さらなる通過個所(28)を拡大しながら少なくとも部分的に接触個所(30)へ流れ、そして前記接触個所(30)で蓄積され次いで硬化して前記織布層(12)と前記不織布層(18)の間に不動の結合個所が形成されるように、前記不織布層(18)を溶融することによって、互いに重ねられた前記織布層(12)と前記不織布層(18)を前記接触個所(30)に沿って結合する、製造工程とを少なくとも備える、多層型濾材を製造する方法。 - 前記不織布層(18)が溶融時に、前記不織布層のフィラメント構造を少なくとも部分的に放棄しながら、そして前記溶融された不織布材料の表面張力の作用下で合流することにより、対応し得る接触個所(30)に球状又はクラスター状の節を形成し、前記接触個所から、続いて前記不動の結合個所が硬化によって形成されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 不織布層(16,18)が、それぞれ、2つの織布層(10,14;14,12)の間に受容されて、3層型又は5層型の濾材を形成することを特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。
- それぞれの前記織布層(10,12,14)が縦糸(20)と横糸(22)とから形成され、それぞれの前記不織布フィルタ層(16,18)が、少なくとも1種のプラスチック糸材料から形成されることを特徴とする、請求項1~3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記濾材の5層構造では、最も外側に位置する両織布層(10,12)が正方形メッシュ織布から形成され、真ん中の織布層がフィルタ層(14)として構想されてブレイド織布として形成され、それぞれの前記正方形メッシュ織布と前記ブレイド織布との間に、前記不織布層(16,18)が配置されることを特徴とする、請求項1~4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記正方形メッシュ織布が流体濾過時に排出のために使用され、前記ブレイド織布が流体からの本来の粒子除去のために役立つことを特徴とする、請求項1~5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記5層型濾材では、前記濾材が保護層及び/又は支持層の間に受容されており、前記保護層及び/又は支持層はそれぞれ穴付き薄板、格子、又は螺旋状ワイヤコイルから形成されることを特徴とする、請求項1~6のいずれか1項に記載の方法。
- それぞれの前記濾材が平滑面状又はプリーツ状に形成され、中空円筒体になるように起立させられて、フィルタエレメント又はフィルタエレメントの前駆体を形成することを特徴とする、請求項1~7のいずれか1項に記載の方法。
- 少なくともそれぞれの前記不織布層(16,18)の溶融中に、層複合体が押圧力を付与しながら得られることを特徴とする、請求項1~8のいずれか1項に記載の方法。
- 具体的には請求項1~9のいずれか1項に記載の方法に基づいて製造される濾材において、少なくとも1つの金属織布フィルタ層(10,12,14)が、プラスチック材料から成る少なくとも部分的に溶融された不織布フィルタ層(16,18)と不動に結合されていることを特徴とする、濾材。
- 請求項10に記載の濾材を有する逆洗フィルタ。
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