JP4603259B2 - フィルター - Google Patents

Description

本願発明は、液体や気体等の流体の濾過に使用するフィルターに関するものである。

流体を濾過するためのフィルターには様々の構造のものがある。金網の単層構造や積層構造もの、細い線材をランダムに曲げて絡ませたもの、不織布製のもの、或いは焼結金属製のものなど多くの構造のものがあり、用途によって使い分けられている。材質からみると、金属製と合成樹脂製とが多用されている。

各種構造のフィルターのうち焼結金属製のフィルターは、無数の金属微粒子の集まりである金属粉末を原料として、これをプレス装置によって例えば円板状等の所望の形態に固め、次いで、加熱炉において金属の融点以下の温度で加熱することによって金属粉末を一体に結合させたもので、金属微粒子は球状の形態を成している。また、金網製や線材製、不織布製のものは線材や繊維を素材としているが、従来の線材や繊維は断面が円形になっている。

フィルターには、濾過性能と耐久性などの様々の機能が求められる。高い濾過性能を得るには、フィルターの内部にできるだけ多くの不純物・異物を捕集できることが必要であり、そのためには、フィルターの内部の空隙率が高くて、しかも空隙が入り込んでいることが好ましい。また、不純物・異物がフィルターの内部でフィルターエレメントに引っ掛かり易いことも重要である。

そして、例えば溶融合成樹脂から化繊繊維を製造するための紡糸用口金パックに使用されるフィルターのように微小な不純物・異物を捕集するためのフィルターには焼結金属製のものが使用されることが多いが、既述のとおり、従来の焼結粉末を構成する微粒子は球状であるため、フィルターの内部の空隙率が低く、このため、早く目詰まりする現象が生じて濾過性能が高いと言えず、また、流体がフィルターを通過するときの流れ抵抗が大きいため、流体を透過させるのに高い圧力が必要であるといった問題があった。

他方、前記した化繊紡糸用口金パックでは、フィルターを透過した樹脂がノズルから吐出して冷却されることによって繊維（フィラメント）となるが、原料樹脂がゲル状（半固体状）の粒になる場合があり、このゲル状樹脂粒がそのままの大きさでノズルまで至ると糸切れの原因になる。そこで、金属等の微粒子よりなるサンド層を設け、このサンド層を金網製や焼結金属製等のフィルターで支持している。

そして、ゲル状樹脂はある程度以下に細分化されるとノズルに至っても糸切れは生じないと推測されており、サンド層はゲル状樹脂を通過の過程で悪影響がない程度に細分化する機能があると考えられている。しかし、サンド層は微小粒子の集まりであるため、洗浄や交換に多大の手間が掛かるという問題があった。

本願発明は、このような現状を改善することを課題とするものである。

フィルターの濾過性能や耐久性はフィルターエレメントの形状や配置構造と密接に関係している。この点について本願発明者たちは研究を重ね、本願発明を完成させるに至った
。

すなわち本願発明のフィルターは、 フィルターエレメントとして金属微粒子を使用しており、無数のフィルターエレメントの集まりである金属粉を焼結して一体に結合して成る非線材製又は非繊維製のフィルターにおいて、前記金属微粒子は、複数の稜線部と隣合った稜線部が交わって形成される尖ったピーク部とを有しており、ダイヤモンドカット状の形態又は三角錐状の形態若しくは四角錐状の形態になっている。

本願発明によると、フィルターエレメントはナイフリッジ状稜線部を備えた角張った形状であるため、フィルターが球状や円形線材である場合に比べて、空隙率が高くなり、かつ、多数のフィルターエレメントが複雑に重なることによって空隙も複雑に入り込んだものとなる。このため、不純物・異物の捕集機能を向上できる。換言すると濾過性能を向上できる。

また、フィルターエレメントがエッジ部を持っていることにより、固体状や糸屑状の不純物・異物がフィルターエレメントのエッジ部に引っ掛かり易いと考えられ、このため、不純物・異物の捕集機能が高い一方、ゲル状樹脂のような半流体状物質については、ある程度の圧力によってフィルターの内部に至るとフィルターエレメントのエッジ部で切断される現象が生じ、透過過程で微細化することも可能になる。このため、既述した化繊紡糸用のフィルターに使用すると、従来のサンド層が不要になる可能性があり、これにより、化繊の紡糸工程に要するランニングコストを抑制することが可能になる。

本願発明品を化繊紡糸用フィルターに使用すると、ゲル状樹脂がフィルターエレメントの稜線部に接触しつつフィルターの内部を通過することにより、ゲル状樹脂を紡糸の確実性が阻害されない大きさにまで細分化することを確実化できると期待される。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

(1).第１実施形態（図１〜図４）
図１〜図４では第１実施形態を示している。図１（Ａ）は焼結金属製の円板状フィルター１の外観を示す斜視図であり、このフィルター１は、フィルターエレメントとして金属微粒子２を使用している。

金属微粒子２は、図１（Ｂ）で例示しているように、角錐同士を重ねたダイヤモンドカット状の形態や三角錐状の形態、四角錐状の形態を採用することができる。いずれにしても、複数のナイフリッジ状稜線部３と、隣合った稜線部３が交叉した尖った形態のピーク部４と、稜線部２で囲われた平面部５とを備えている。

図１（Ｂ）に示す形態は模式的なものであり、実際には、製造上の問題で形は一定しないことが多いし、稜線部３やピーク部４が潰れている場合もあろうが、基本的には、稜線部３やピーク部４と認められるエッジ部が存在したら差し支えない。

フィルターエレメントとしては、基本的に同形態のものを１種類だけ使用しても良いし、複数の形態のものを混合して使用してもよい。粒度はフィルターに求められる条件によって設定したらよい。具体的には、篩に掛けて粒度を揃えて使用しても良いし、粒度が大きく異なるものを混合して使用しても良い。なお、後述する化繊紡糸用フィルターに使用する場合、金属微粒子２の大きさは１０μｍ以下（好適には数ミクロン以下）とするのが好ましい。

金属微粒子２の素材はフィルター１に求められる条件によって設定したら良い。一般には、錆びの防止のために、オーステナイト系等のステンレス粉を使用することが多いと考えられるが、銅粉やアルミ粉を使用したり、鋼粉（鉄粉）を使用してメッキ処理したりすることも可能である。

フィルター１を製造するにおいては、図２に示すように、金属微粒子２の無数の集まりである金属粉６をプレス装置７で押し固めることによって円板状に保形し、次いで、これを加熱炉（図示せず）で加熱して焼結する。本実施形態のように予めプレス加工して保形しておくと、加熱炉による焼結時間を短くできる利点がある。

図３（Ａ）は、本実施形態に係るフィルターの断面を模式的に示しており、この図から容易に推測できるように、本実施形態では、無数の金属微粒子２が様々の姿勢で結合しており、このため、空隙率が高く、かつ、空隙は迷路のように複雑に入り込んだ状態になっている。従って、不純物・異物はフィルターの内部で引っ掛かる確率が極めて高く、このため不純物・異物の捕集性能に優れている。特に、不純物・異物が固形である場合や糸屑状である場合は特に高い捕集性能が発揮されると解される。また、空隙率が高い分だけ流体の流れ抵抗も小さいと考えられる。

図３（Ｂ）では、比較例として、球状の金属微粒子２′を使用して焼結したフィルターの断面を模式的に示している。金属微粒子２′が球状の場合は、各金属微粒子２′はいわば整列した状態に並び、しかも、隣合った金属微粒子２′の間の空間の体積は小さいため、空隙率はいきおい低くならざるを得ず、また、空隙の延び方向も単調になる傾向が高いと言える。これらのことと、不純物・異物が金属微粒子の表面を滑り易いこととにより、本願実施品に比べて不純物・異物の捕集性能に劣り、また、流体の流れ抵抗も高くなると考えられる。

図４では、前記したフィルター１を化繊紡糸用口金パック９に使用した状態を示ししている。口金パック９は、円筒状の本体１０を備えており、その内部に、上流側から順に、蓋板１１、スペーサ１２、メインフィルター１３、多数の透液穴１４が空けられた分散板１５、補助フィルター１６、紡糸穴１７が空いたノズル１８の順で配置されており、本体１０にノズル１８が支持される内向きフランジ１０ａを設けると共に、蓋板１１を本体１０にねじ込むことにより、他の部材を押さえ固定している。

そして、メインフィルター１３と補助フィルター１６とのうち何れか一方又は両方に上記実施形態のフィルター１を使用している。そして、フィルター１３，１６に本願実施形態のフィルター１を使用することにより、ゲル状樹脂粒が発生しても、図３（Ａ）に模式的に示すように、ゲル状樹脂粒１０は金属微粒子２の稜線部３による切断作用で微細粒１９ａに切断細分化され得る。このため、従来のサンド層を廃止することが可能になり、これによって口金パック９の部品交換の手間が格段に軽減することができると期待される。

(2).使用例の変形例
図５では化繊紡糸用口金パック９に本願実施形態のフィルター１を使用するにおいて、メインフィルター１３の上流側に、本願実施形態のフィルター１よりなる複数枚又は１枚のプレフィルター２０，２１を配置している。この場合、上流側のプレフィルター２０の目が最も粗くなるように設定している。このように、目の粗さを変えた複数枚のフィルター群２０，２１，１３を設けると、固形状不純物・異物の捕集機能とゲル状樹脂粒１９の破砕機能とをより向上できると解される。

(3).第２実施形態（図６）
フィルターに高い圧力が掛かる場合は、下流側の面に補強材を配置したら良い。その例を図６において第２実施形態として示している。（Ａ）は断面図、（Ｂ）は（Ａ）の底面図である。この補強材２２は金網製であり（パンチングメタル製でも良い）、フィルター１と一体に焼結しても良いし、一点鎖線で示すようにリム２３でフィルター１に固定しても良いし、単に重ねただけでも良い。

(3).第３実施形態（図７）
上記の各実施形態ではフィルター１の製造工程で、金属粉末６をプレス装置で押し固めて保形していたが、図７に簡単に示すように、セラミック製等の耐熱性容器２８に金属粉末６を所定量入れて、その状態で加熱炉に入れて加熱することによって焼結しても良い。この場合は、プレスによる加圧工程での金属微粒子２の潰れがないため、空隙率はより高くなると解される。なお、この実施形態でも金属粉末６は円板等で軽く押して形状を整えておくのが良い。

(4).第５実施形態（図８）
図８では第４実施形態を示している。このうち（Ａ）に示す例では、焼結等のフィルター１においてこれを筒状に形成している。また、（Ｂ）に示す例では有底筒状に形成している。

第１実施形態に係るフィルター及び金属微粒子を示す図である。 第１実施形態に係るフィルターの製造工程を示す図である。 （Ａ）は本実施形態のフィルターの断面模式図、（Ｂ）は比較例を示す図である。 第１実施形態のフィルターの使用例を示す図である。 他の使用例を示す図である。 第２実施形態を示す図である。 第３実施形態を示す図である。 第４実施形態を示す図である。

１ フィルター
２ フィルターエレメントである金属微粒子
３ 稜線部
４ ピーク部
５ 平面部
６ 無数のフィルターエレメントが集まった金属粉末
９ 化繊紡糸用口金パック
１３，１６，２０，２１ 本願発明を適用できるフィルター

Claims (1)

1. フィルターエレメントとして金属微粒子を使用しており、無数のフィルターエレメントの集まりである金属粉を焼結して一体に結合して成る非線材製又は非繊維製のフィルターであって、
   前記金属微粒子は、複数の稜線部と隣合った稜線部が交わって形成される尖ったピーク部とを有しており、ダイヤモンドカット状の形態又は三角錐状の形態若しくは四角錐状の形態である、
   フィルター。

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