JPH04341313A - 平板状三次元織物フィルター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は流体中の不純物を捕集す
る平板状三次元織物フィルターに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】流体中に存在する不純物を捕集する方法
としてフィルターによるろ過が一般に行われている。一
般に使用されているフィルターは、平面状の織布を何重
にも重ねてろ過機能を確保している。ところが、平面布
を使用したフィルターの場合は次のような欠点がある。 ■流体の圧力により各層の圧着状態が変化して各層間に
隙間ができて浮き上がったり、逆に上層が下層にめり込
んで過剰に緻密な状態となったりして、処理時間の経過
と共にろ過性能が変化する。■平面布自体は形態保持性
に欠けるため形態維持のための補強材を必要とし、有効
ろ過面積が減少する。■限られた大きさの流路の中で断
面積をあまり変えずにろ過面積を大きく取るために平面
布積層型のフィルターを流体の流れと平行に配置した場
合、流れの方向が変更する際に生じる乱流によるフィル
ター表面の圧力変動で積層布相互の設定位置に乱れが生
じるのを防ぐため、積層布を両面から押さえる補強材（
多孔板）が必要となり、有効ろ過面積が減少する。

【０００３】又、繊維製フィルターによるエアロゾルの
捕集作用には慣性作用、拡散作用、静電気作用がある。 すなわち、慣性作用はエアロゾルが繊維に衝突する際に
生ずる渦流による負圧によってエアロゾルが繊維に付着
する作用、拡散作用はエアロゾルが繊維に衝突すると流
速が小さくなり、繊維の表面に堆積する作用、静電気作
用は繊維に帯電している静電気によりエアロゾルが繊維
に吸着する作用である。このうち、静電気作用は特殊な
素材の繊維の場合に生じ、一般的には慣性作用及び拡散
作用によりエアロゾルが捕集される。従来の織布あるい
は不織布によるフィルターはその構造が二次元的平面で
あるため、前記慣性作用と拡散作用を同時に満足させる
ことが難しく、複数のフィルターを組合せて両者の作用
を満足させるようにしていた。この不都合を解決するも
のとして特開平２−２３３１１５号公報には、互いに直
交する緯糸、経糸及び垂直糸の三成分の糸により組織さ
れる三次元構造織物からなる繊維製フィルターが提案さ
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】三次元構造織物はそれ
自体が形態保持機能を有するため、三次元構造織物から
なる繊維製フィルターは流体の通過に対して変形が少な
く、形態維持のための補強材が不要となって実質的なろ
過面積が大きくなり、前記平面布積層型フィルターの問
題点が解消される。前記特開平２−２３３１１５号公報
に提案された三次元構造織物フィルターは繊維のピッチ
（充填密度）が一定のため、流体中に含まれる不純物の
大きさが一定の場合は特に問題はないが、不純物の大き
さに幅が有る場合は問題がある。すなわち、繊維のピッ
チ（充填密度）は捕集すべき最小の不純物に合わせて設
定されるため、それより大きな不純物がフィルターの表
面を覆う状態で捕集されてろ過効果の持続性が低下する
。

【０００５】本発明は前記の問題点に鑑みてなされたも
のであって、その目的は形態維持のための補強材が不要
で実質的なろ過面積が大きく、しかもろ過効果の持続性
が向上する平板状三次元織物フィルターを提供すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め本発明のフィルターは、少なくともＸ、Ｙ、Ｚの３軸
方向に繊維束を多重に配列した平板状三次元織物で構成
され、三次元織物中の繊維束の交錯点に生じる空隙の大
きさを三次元織物の厚み方向の一方側が他方側より小さ
くなるようにした。

【０００７】

【作用】本発明の平板状フィルターはフィルターを流体
の流れと平行に配置した状態で、かつフィルターを構成
する三次元織物中の繊維束の交錯点に生じる空隙が大き
な側から小さな側に向かって流体が通過する状態で使用
される。フィルターを構成する三次元織物自体が形態保
持機能を有するため、流体の通過に対して変形が少なく
、形態維持のための補強材が不要なため、実質的なろ過
面積が大きくなる。そして、繊維束の交錯点に生じる空
隙が大きな側から小さな側に向かって流体が通過するた
め、流体中の不純物の大きさに幅がある場合でも、大き
な不純物は大きな空隙部分において、小さな不純物は小
さな空隙部分においてそれぞれ立体的に交錯した繊維に
囲まれた空隙に捕捉されて蓄積されるため、長期間にわ
たりろ過効果が持続される。

【０００８】

【実施例】

（実施例１）以下、本発明を具体化した第１実施例を図
１及び図２に従って説明する。図１は三次元織物構造体
Ｆの一部破断斜視図であり、平板状フィルター１を構成
する三次元織物構造体Ｆは、織物の長手方向（Ｚ方向）
に沿って平行に配列された複数本の経糸ｚからなる経糸
層と、前記経糸ｚと直交する状態で織物の幅方向（Ｘ方
向）に配列された緯糸ｘと、前記経糸層の各列間及び列
の両外側の全てに前記経糸ｚと直交する状態で織物の厚
さ方向（Ｙ方向）に配列された各列毎に連続する複数本
の垂直糸ｙとから構成されている。緯糸ｘの挿入密度が
三次元織物構造体Ｆの厚み方向に変化しており、三次元
織物構造体Ｆの繊維含有率がその厚み方向の一方側が他
方側より小さくなっている。すなわち、三次元織物構造
体Ｆ中の繊維束の交錯点に生じる空隙の大きさが図１の
上部側で大きく、下部側で小さくなっている。この三次
元織物構造体Ｆは公知の方法で製造される（例えば、特
開平２−１９１７４３号公報）。

【０００９】経糸ｚ、緯糸ｘ及び垂直糸ｙの繊維素材は
フィルターの使用目的により適宜選択され、高温度の排
気ガスや液体をろ過する場合には、炭化珪素繊維、アル
ミナ繊維、チラノ繊維（珪素、チタン、炭素、酸素から
成る非晶質の耐熱性に極めて優れた繊維、宇部興産の商
品名）等のセラミック繊維やカーボン繊維あるいは金属
繊維等の耐熱性に優れた無機繊維が使用され、耐熱性が
要求されない用途では合成繊維フィラメント（ポリエス
テル繊維、ポリエチレン繊維、ポリスチレン繊維、ポリ
プロピレン繊維等）も使用される。

【００１０】三次元織物構造体Ｆ内では糸相互の交錯・
圧着により、糸は与えられた空間を充填するように外形
が多角形状をなすが、糸を構成する繊維本数が少ないと
、空間を均整に埋め尽くすことができず、ランダムに空
隙を生じ、捕集効果にばらつきがでる虞がある。従って
、１本の糸束の構成繊維本数は、少なくとも７０本以上
の細い繊維の集合体であることが望ましい。又、１本の
単繊維の直径も１００μｍ以下、望ましくは２０μｍ以
下の細いしなやかな繊維であるほうが空間の充填効果が
大きく好適である。

【００１１】又、三次元織物構造体Ｆの全容積中に繊維
の占める容積比率は、３５％以上好ましくは４０％以上
である。フィルターを構成する各成分の繊維束（糸）相
互を圧着して、繊維束の交錯点に生ずる空隙を充分に充
填するには、繊維束の外形形状を繊維束周辺の空隙を埋
めるように多角形状に変形させる必要があり、そのため
には繊維相互が緊密に密着されるように前記の含有率と
する必要がある。又、繊維の充填密度は高い方が細かい
粒子を除去することができるが、流体の通過抵抗が増大
するため、両者の兼ね合いで決定することが重要で、そ
れには三次元織物構造体Ｆの厚みも適切に選ぶ必要があ
る。

【００１２】平板状フィルター１は１個でも使用される
が、ろ過面積を増大させるため、通常は図３に示すよう
に多数の平板状フィルター１が１個のハウジング２内に
多段に組付けられたフィルター装置３として使用される
。ハウジング２は本体部が四角筒状に形成されるととも
に入口２ａ側及び出口２ｂ側に向かって次第に細くなる
ように形成され、その内部に流体の流れる方向と直交す
る状態で一対の四角形状の区画板４，５が、その周面が
ハウジング２の内面に嵌合する状態で固定配置されてい
る。入口２ａ側に配置された区画板４には５個の透孔６
が所定間隔で形成され、出口２ｂ側に配置された区画板
５には６個の透孔７が前記透孔６の形成位置と位相がず
れた状態で等間隔に形成されている。又、両区画板４，
５の互いに対向する面には平板状フィルター１の長手方
向端部が嵌入される嵌合溝４ａ，５ａが一定間隔でかつ
互いに１／２ピッチずれた位置に平行に形成されている
。そして、多数（この実施例では１０枚）の平板状フィ
ルター１がその長手方向端部が前記各嵌合溝４ａ，５ａ
に嵌入された状態で、２枚の平板状フィルター１を１組
として入口２ａ側に配置された区画板４に形成された透
孔６側が拡がる三角柱状の空間を区画形成するように、
両区画板４，５間にジグザグ状に固定配置されている。 各平板状フィルター１は三次元織物構造体Ｆの繊維の充
填密度の低い側が透孔６から流入する流体と対向するよ
うに配置されている。又、各平板状フィルター１の両側
面はハウジング２の内壁に対して密着固定されている。

【００１３】次に前記のように構成されたフィルター装
置３の作用を説明する。入口２ａからハウジング２内に
導入された流体は一方の区画板４の透孔６を通って各平
板状フィルター１のフィルター面と対応する位置に導か
れ、平板状フィルター１を構成する三次元織物構造体Ｆ
の繊維の充填密度の低い側から高い側へ向かって平板状
フィルター１を通過し、その間に流体中に含まれる微粒
子等がろ過され、清浄になった流体が他方の区画板５の
透孔７を経て出口２ｂから排出される。被ろ過流体が前
記のように三次元織物構造体Ｆの繊維の充填密度の低い
側から高い側へ向かって流れるため、被ろ過流体中に含
まれる不純物の大きさに幅がある場合でも、大きな不純
物は繊維の充填密度が低い部分において、小さな不純物
は繊維の充填密度が高い部分においてそれぞれ立体的に
交錯した繊維に囲まれた空隙に捕捉されて蓄積される。 従って、捕集すべき最小の不純物に合わせた繊維の充填
密度で厚み方向の充填密度が一定に構成された三次元織
物構造体Ｆを使用した場合に比較して、長期間にわたり
ろ過効果が持続される。

【００１４】フィルター装置３のろ過部を構成する三次
元織物構造体Ｆは平面布を積層した場合と異なり、三次
元織物構造体Ｆを構成する各糸間の距離が固定されて繊
維の充填密度が安定した状態に保持され、ろ過性能が安
定する。又、三次元織物構造体Ｆ自体が形態保持機能を
有するため、流体の通過に対して変形が少なく、形態維
持のための補強材が不要となり、実質的なろ過面積が大
きくなるとともに、高温流体を処理する場合に、補強材
と繊維の熱膨張率の違いで両者の間隙にずれを生じ、ろ
過性能が不安定となるという問題も確実に回避される。 又、三次元織物構造体Ｆを構成する立体的に交錯した繊
維に囲まれた空隙に、捕捉された堆積物が蓄積されるた
め、長期間にわたりろ過効果が持続される。

【００１５】前記のように三次元織物構造体Ｆをエアロ
ゾルの捕集に適用した場合は気体が側壁の厚さ方向に進
む際に、厚さ方向に多層に配列された繊維による慣性衝
撃の回数が多くなり、慣性作用による捕集効率が向上す
る。又、慣性衝撃により気体の流速が急速に低下して拡
散作用による捕集効率も向上する。そして、この実施例
のフィルター装置３のように三次元織物構造体Ｆの面が
流体の流れに対して平行あるいは平行に近い状態に配置
すると、流体が三次元織物構造体Ｆを通過する際の実質
的な厚みが増大し、前記のろ過効果が向上する。

【００１６】平面布を積層したフィルターの場合は、使
用により一定量以上堆積物が溜まり、ろ過効果が低下し
てくると、フィルターを分解して堆積物を洗浄ろ過し、
再使用に供する。平面布の場合はフィルターを分解する
ことによりその表裏両面とも表層を露出できるため、堆
積物の洗浄除去が容易であるが、本発明の三次元織物構
造体Ｆのように三次元的に繊維が配列されしかも繊維層
が厚い場合は、洗浄により内部の堆積物を除去すること
は実質的に不可能である。堆積物の除去が不可能な場合
は、やむを得ず使い捨てにせざるを得ない。しかし、三
次元織物構造体Ｆを耐熱性繊維で構成した場合は、使用
によりろ過効果がある程度低下した時点で、被ろ過流体
をバイパスしたり、一旦ろ過を中断してフィルター装置
３をそれが取り付けられている装置本体から取り外し、
乾燥後加熱炉で加熱して堆積物を燃焼あるいは炭化した
うえで、適当な手段（例えば、振動を付与する）で炭化
物を除去することができる。耐熱性繊維としては通常の
物質が燃える１０００°Ｃ程度の温度に空気中で耐えら
れる炭化珪素繊維、アルミナ繊維、チラノ繊維等のセラ
ミック系繊維や金属繊維等が使用される。

【００１７】前記の場合には堆積物を加熱除去する際に
、フィルター装置３をそれが取り付けられた装置本体か
ら一旦取り外し、加熱炉で加熱して堆積物を燃焼あるい
は炭化させる必要がある。そのため、フィルター装置３
の取外し、取付けに要する工数が多い。又、通常フィル
ター装置３は狭い場所に配設されているため、取外し、
取付け作業がやり難かったり、煤などの汚濁物を扱う場
合のように衛生面からも好ましくない作業である場合が
多いなどの不都合がある。従って、フィルター装置３を
装置本体から取り外さずに堆積物の除去が可能なことが
好ましい。特に、高温の気体や液体のろ過処理をしてい
るような場合には、フィルター装置３の取外し・取付け
作業に伴う冷却・加熱も不要となり、省エネルギーの面
からも能率向上の面からも有利となる。

【００１８】このような要求に対し、前記耐熱性繊維で
構成された三次元織物構造体Ｆの全面あるいは一部に発
熱性線条を織り込むことにより、フィルター装置３を装
置本体から取り外さずに堆積物の除去が可能となる。す
なわち、三次元織物構造体Ｆを構成する糸の交錯部に堆
積した捕捉物を定期的に燃焼除去するため、予め発熱性
線条を混織しておき、ろ過効果がある程度低下した時点
で被ろ過流体の供給を停止して、発熱性線条を発熱させ
ながら空気流を供給して堆積物を燃焼させる。三次元織
物構造体Ｆの全面に発熱性線条を織り込んだ場合は、発
熱性線条を発熱させることにより全体の堆積物が燃焼す
る。又、三次元織物構造体Ｆの一部に発熱性線条を織り
込んだ場合は、空気流を発熱性線条のある側から流し、
堆積物の燃焼熱を利用して逐次風下側へ類焼させる。

【００１９】発熱性線条としてはニクロム線やカンタル
線（二珪化モリブデン（Ｍｏ　Ｓｉ２）と容積比で約２
０％のガラス相セラミック添加物を主体としたサーメッ
ト材料で、１８００°Ｃまでもの高温度発熱体として使
用され、カンタルスーパーの商品名を持つカンタル・ガ
デリウス株式会社の製品）等、電気抵抗の大きな金属線
条が通電の有無や条件により発熱量をコントロールでき
るので好ましいが、特に限定されない。そして、これら
の発熱性線条を前記耐熱性繊維と引き揃え状に用いて三
次元織物構造体Ｆの製織に使用してもよいが、これらの
金属線条は直径が太く、剛性が高いため一部の耐熱性繊
維に代えて緯糸ｘとして用いたり、三次元織物構造体Ｆ
の内層又は外層に圧着状に配列して用いるのがよい。

【００２０】又、三次元織物構造体Ｆを耐熱性繊維で構
成するとともに、フィルター装置３に組み込まれた三次
元織物構造体Ｆに対して火炎を放射可能なバーナーノズ
ルをフィルター装置３に装備し、バーナーノズルから火
炎を放射して堆積物を燃焼させるようにしてもよい。 （実施例２）次に第２実施例を図３に従って説明する。 この実施例の三次元織物構造体Ｆは三次元織物構造体Ｆ
を構成する緯糸として多数本の細い単繊維が束ねられて
構成され、圧着された際に多角形（四角形）状に変形す
るマルチフィラメントのみでなく、圧着された際に変形
しないワイヤあるいはモノフィラメントが一部に使用さ
れている点と、緯糸の挿入密度が三次元織物構造体Ｆ全
体で均一に形成されている点とが前記実施例の三次元織
物構造体Ｆと異なっている。すなわち、この実施例の三
次元織物構造体Ｆは前記実施例の三次元織物構造体Ｆで
緯糸ｘが挿入されなかった箇所に、ワイヤあるいはモノ
フィラメントからなる緯糸ｘ１が挿入されている。

【００２１】前記実施例の三次元織物構造体Ｆはその厚
み方向の片側（図１の上部）寄りに挿入される緯糸ｘが
少ないため、平板状フィルター１１が図１の上方に向か
って反る虞がある。しかし、この実施例の三次元織物構
造体Ｆは緯糸ｘ，ｘ１の挿入密度が三次元織物構造体Ｆ
全体で均一に形成されているため、そのような虞がない
。又、緯糸ｘ，ｘ１の挿入密度が三次元織物構造体Ｆ全
体で均一であっても、ワイヤあるいはモノフィラメント
からなる緯糸ｘ１はマルチフィラメントと異なり隣接す
る経糸ｚや垂直糸ｙに圧着された場合にも変形せず、断
面が丸のままに保持される。従って、緯糸ｘ１の周囲に
隙間が生じ、マルチフィラメントからなる緯糸ｘのみか
らなる層に比較して三次元織物構造体Ｆの繊維束（糸）
の交錯点に生じる空隙が大きくなり、流体が通り易い。

【００２２】（実施例３）次に第３実施例を図４に従っ
て説明する。この実施例は多数の平板状フィルター１を
１個のハウジング２内に多段に組付けて使用するフィル
ター装置３において、ハウジング２の入口２ａ側の構造
が変更されている点が前記実施例と異なっている。すな
わち、ハウジング２内の入口２ａと区画板４との間の空
間に、入口２ａからハウジング２内に導入された流体を
区画板４に形成された各透孔６に向かって案内する板状
のフィン８が複数個設けられている。

【００２３】フィルター装置３は平板状フィルター１が
配置された箇所より入口２ａ側が細いため、入口２ａと
三次元織物構造体Ｆの配置箇所との間になにもない場合
は、流体がハウジング２の中央部に配置された平板状フ
ィルター１に多く集中しがちであり、堆積物の量も中央
の平板状フィルター１で最も多い傾向がある。ところが
、前記のようなフィン８を設けた場合は、ハウジング２
内に導入される流体が中央部の平板状フィルター１に集
中せずに、全ての平板状フィルター１と対応する箇所に
均一に流れ、全ての平板状フィルター１が有効に機能し
てろ過効果の持続性が向上する。

【００２４】なお、本発明は前記各実施例に限定される
ものではなく、例えば、図５に示すようにハウジング３
内に平板状フィルター１を斜めに多段に配置しろ過面積
を増すとともに、入口側にフィン８を設けた構造を採用
してもよい。又、三次元織物構造体Ｆとして経糸ｚ及び
緯糸ｘの層数を変更したり、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸方向に配
列される糸だけでなく、経糸層と平行な面内で経糸ｚに
対して斜めに交差する状態に配置されるバイアス糸を有
する５軸構造としたりしてもよい。又、平板状フィルタ
ー１を多段に配置したフィルター装置３として使用する
場合、入口２ａからハウジング２内に導入された流体が
中央部に集中するのを防止する方法として第３実施例の
ようにフィン８を設ける代わりに、ハウジング２の中央
部付近に配置される三次元織物構造体Ｆの繊維密度を高
めたり、厚みを大きくするなどして流体の通過抵抗を増
し、流れが周辺の平板状フィルター１へ向かい易くして
もよい。

【００２５】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、平
面布を積層した場合と異なり平板状フィルターを構成す
る各糸間の距離が固定されて繊維の充填密度が安定した
状態に保持されるため、ろ過性能が安定する。又、フィ
ルターを構成する三次元織物自体が形態保持機能を有す
るため、流体の通過に対して変形が少なく、形態維持の
ための補強材が不要となり、実質的なろ過面積が大きく
なる。そして、繊維束の交錯点に生じる空隙が大きな側
から小さな側に向かって流体が通過するため、流体中の
不純物の大きさに幅がある場合でも、大きな不純物は大
きな空隙部分において、小さな不純物は小さな空隙部分
においてそれぞれ立体的に交錯した繊維に囲まれた空隙
に捕捉されて蓄積されるため、長期間にわたりろ過効果
が持続される。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の平板状フィルターの一部破断概略
斜視図である。

【図２】多数の平板状フィルターを備えたフィルター装
置の断面図である。

【図３】第２実施例の平板状フィルター１の一部破断概
略斜視図である。

【図４】第３実施例のフィルター装置の断面図である。

【図５】変更例のフィルター装置の部分断面図である。

【符号の説明】

１…平板状フィルター、２…ハウジング、３…フィルタ
ー装置、４，５…区画板、８…フィン、Ｆ…三次元織物
構造体、ｘ，ｘ１…緯糸、ｙ…垂直糸、ｚ…経糸。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　少なくともＸ，Ｙ，Ｚの３軸方向に繊
   維束を多重に配列した平板状三次元織物で構成され、三
   次元織物中の繊維束の交錯点に生じる空隙の大きさを三
   次元織物の厚み方向の一方側が他方側より小さくなるよ
   うにした平板状三次元織物フィルター。