CN101234276B - 过滤器组件及其制造方法以及过滤器滤材 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种以集尘为目的，具有经褶裥加工的过滤器滤材的过滤器组件，其对于尘土的除尘性优良，具有对于除尘时的冲击的耐久性，并且适于工业生产。一种过滤器组件，具有过滤器滤材和用于支撑所述过滤器滤材的框体，所述过滤器滤材含有聚四氟乙烯多孔膜并且被褶裥加工为具有山峰部和山谷部，其中，在与所述山谷部的脊线直交的断面中，所述山谷部的顶端部具有带圆形的形状，所述山谷部的顶端部的外侧表面的至少一部分由树脂覆盖。
Description
技术领域
本发明涉及过滤器组件(フィルタュニット)，更具体地说，本发明涉及袋滤器、清洁机、空气净化机等中使用的过滤器组件。本发明还涉及该过滤器组件中使用的过滤器滤材(フィルタ滤材)、以及该过滤器组件的制造方法。
背景技术
以往，在袋滤器、清洁机、空气净化机等中使用的过滤器组件，具有下列结构：褶裥加工(プリ一ッ加工)为山谷折(谷折)和山峰折(山折)重复的形状(连续的W形)的含有聚四氟乙烯(PTFE)多孔膜的过滤器滤材通过热熔胶(ホットメルト)、粘合剂等粘合，或者通过嵌件成型，而容纳到无纺布、树脂或者金属制造的框体等中(例如，参见日本特开2005-279503号公报及日本特开2005-279505号公报)。
所述过滤器组件中，收集到过滤器滤材上的尘土等通过从下游侧敲击、刮擦(依次轻击并列的褶裥山峰)等施加冲击，从滤材上剥离所述尘土而进行除尘。但是，过滤器滤材由于下游侧的折部(山谷部)折弯成V字形(特别是锐角)，因此具有下列问题：收集的尘土等在山谷部被夹住并压紧，使尘土难以下落。如果尘土不下落，则牵连到压力损失上升、装载过滤器的设备的功能低下等问题。另外，过滤器滤材需要耐受除尘时的冲击，以往的过滤器滤材在长期受到冲击时具有变形或者磨损的问题。
对这些问题，日本特开2005-279505号公报中披露了提高除尘性及除尘时的耐冲击性提高的过滤器组件，其中，过滤器滤材的褶裥形状的山谷部设置了平面部，该平面部用树脂覆盖。
但是，日本特开2005-279505号公报所公开的过滤器组件，在批量生产时，为了对在山谷部设置的平面部进行褶裥加工，需要设计并引入特殊的褶裥加工机。另外，为了设置山谷部具有平面部的特殊形状，首先，需要在过滤器滤材上清晰地赋予折痕，在制造时有可能因折痕产生损坏而造成成品率下降。因此，专利文献2中记载的过滤器组件不适于工业生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种以集尘为目的的、具有褶裥加工的过滤器滤材的过滤器组件，其具有优良的尘土除尘性，具有对于除尘时冲击的耐久性，并且适于工业生产。另外，本发明的目的在于还提供用于该过滤器组件的过滤器滤材以及该过滤器组件的制造方法。
本发明提供一种过滤器组件其具有过滤器滤材和用于支撑所述过滤器滤材的框体，所述过滤器滤材含有PTFE多孔膜并且被褶裥加工为具有山峰部(山部)和山谷部(谷部)，其中，在与所述山谷部的脊线直交的断面中，所述山谷部的顶端部具有带圆形的形状(丸みを带びた形状)，所述山谷部的顶端部的外侧表面的至少一部分由树脂覆盖。
另外，本发明提供一种过滤器滤材，其含有PTFE多孔膜且被褶裥加工为具有山峰部和山谷部，其中，在与所述山谷部的脊线直交的断面中，所述山谷部的顶端部具有带圆形的形状，所述山谷部的顶端部的外侧表面的至少一部分由树脂覆盖。
本发明进一步提供一种过滤器组件的制造方法，所述过滤器组件具有过滤器滤材和用于支撑所述过滤器滤材的框体，所述过滤器滤材含有PTFE多孔膜并且被褶裥加工为具有山峰部和山谷部，其包括：在填充过滤器滤材时，过滤器滤材的山谷部的顶端部在与所述山谷部的脊线直交的断面中具有固定为带圆形的形状，并且过滤器滤材的所述山谷部的顶端部的外侧表面的至少一部分利用具有树脂流路的模具进行嵌件成型。
本发明的过滤器组件，在过滤器滤材的褶裥形状的山谷部，山谷部的脊线直交的断面中，山谷部的顶端部通过带有圆形而具有宽度变大的形状，因此除尘性优良。另外，该形状在山谷部不具有折痕，因此不必担心制造时在过滤器滤材中会产生上述损坏。另外，过滤器滤材的山谷部的外侧表面被树脂覆盖，因此对除尘时的冲击具有高耐冲击性和耐磨损性。并且，对于以往的嵌件成型制造方法，只需变更模具就可以进行制造，因此适于工业生产。
附图说明
图1是表示本发明的过滤器组件的过滤器滤材的、与山谷部的脊线直交的断面中的褶裥形状的山谷部的顶端部的形状例的断面图。
图2是表示本发明的过滤器组件的过滤器滤材的褶裥形状的断面图。
图3是在本发明的过滤器组件为四方框过滤器组件的情况下，观察下游侧的立体图。
图4是在本发明的过滤器组件为四方框过滤器组件的情况下，观察上游侧的立体图。
图5是在本发明的过滤器组件为圆形过滤器组件的情况下，观察下游侧的立体图。
图6是本发明的过滤器组件为袋滤器时的例子的立体图。
图7是本发明的制造方法中使用的模具的一例中填充过滤器滤材时的模具断面图。
具体实施方式
本发明中使用的过滤器滤材含有PTFE多孔膜，其根据过滤器组件的用途可以适当选择使用公知的含PTFE多孔膜的过滤器滤材及与其相比具有同等或更好过滤特性的过滤器滤材。
作为含PTFE多孔膜的过滤器滤材的具体例子，可以列举在PTFE多孔膜上层叠透气性支撑材料而形成的滤材。作为透气性支撑材料，可以使用例如：聚酯、聚乙烯、聚丙烯、人造丝等的单一材料或者这些材料的复合纤维等的无纺布、网织物(网眼状网)、多孔膜等。在透气性支撑材料上层压PTFE多孔膜得到的滤材，可以发挥PTFE多孔膜的捕集效率和除尘性，因此，优选把PTFE多孔膜配置在最表面(即，配置为在表面上露出)，把层压有PTFE多孔膜的面用于气体流动的上游侧(即，优选将PTFE多孔膜配置在上游侧)。
本发明中，过滤器滤材进行了褶裥加工而具有山峰部和山谷部。并且，本发明的特征之一是：过滤器滤材具有在山谷部的顶端部通过带圆形而宽度增大的形状和褶裥形状。本发明中，山峰部和山谷部分别称为过滤器滤材的上游侧和下游侧的折部，过滤器滤材的上游侧和下游侧分别是指，根据本发明的过滤器组件的使用方式，相对于空气等气体的流动的上游侧和下游侧。
本发明中，在与山谷部的脊线直交的断面中，山谷部的顶端部具有带圆形的形状。因此，该断面中山谷部的形状例如成为如图1所示的大致U字形(2条纵向的线根据褶裥(プリ一ッ)的张开角倾斜以使上部变宽，且所述2条纵向的线通过带圆形的曲线(优选圆弧)连接的形状)。在本发明中，观察与山谷部的脊线直交的断面时，山谷部的顶端部的曲率半径，在山谷部的内侧(上游侧)的表面的曲率半径最小的点处(即，山谷部的顶端部的曲率最大的点的曲率的倒数)，优选为0.5至10mm，更优选1至3mm。如果小于0.5mm，则山谷部的顶端部的宽度不能充分变宽，除尘性的提高效果变小。如果大于10mm，则制造时难以稳定山谷部的顶端部的形状。以往的多数过滤器组件中，经褶裥加工的过滤器滤材的山谷部因具有V字形的断面形状，故收集的尘土以挤压状态在V字形的顶端部被夹住，除尘性差。但是，对于本发明的过滤器组件的上述形状而言，山谷部的顶端部带圆形，具有大致U字形的断面形状，因此尘土难以夹住，除尘性极其优良。另外，在专利文献2所述的过滤器滤材的具有平面部的山谷部中，由于需要清晰地赋予折痕进行制造，因此制造时在折痕中过滤器滤材容易发生损坏，但是在本发明中，山谷部的顶端部为带圆形的，不需要清晰地赋予折痕，不需要担心发生这样的损坏。
关于过滤器滤材的上述山谷部的形状以外的褶裥形状，没有特别限制，可以根据过滤器组件的用途进行适当设计。例如，可以是如图2(a)所示的仅山谷部的顶端部为带圆形的形状，也可以是如图2(b)所示的山峰部的顶端部也是带圆形的形状。另外，作为褶裥形状的山峰高度，优选10至50mm，更优选10至20mm。作为褶裥的张开角度，优选10至100度，更优选30至70度。至于褶裥的张开角度，虽然褶裥的山谷部的断面形状为U字形，但是可以将U字形的2根纵向的线延长并从这些线相交的角度求出褶裥的张开角度。
另外，所述过滤器滤材的山谷部的顶端部的外侧(下游侧)的表面的至少一部分由树脂覆盖是本发明的另一个特征。山谷部的顶端部的外侧的表面由树脂覆盖，由此可以显著提高过滤器滤材的山谷部的形状稳定性、耐冲击性及耐磨耗性。另外，如果耐冲击性提高，除尘时可以提供比以往更强冲击，因此可以进一步提高除尘性能。
关于由树脂覆盖的山谷部的顶端部的外侧的表面的范围，是包含为了除尘而提供冲击的部分的范围，并且利用树脂可以保持山谷部的顶端部的带圆形的形状的范围即可，可以考虑过滤器滤材的透气性(透气面积的确保)来确定适当的范围。从山谷部的顶端部的形态稳定性的观点考虑，山谷部的顶端部可以由树脂覆盖，进而直至山谷部的顶端部的稍微上方的部分由树脂覆盖为好。另外，沿山谷部的脊线方向，从过滤器滤材的一个端部到另一个端部，山谷部的顶端部由树脂覆盖，由此覆盖该山谷部的顶端部的树脂与框体连接是优选的。在该优选方式中，由于覆盖山谷部的顶端部的树脂与框体连接，因此过滤器滤材的山谷部的形状稳定性更好。另外，耐冲击性也更好。进而，仅仅通过刮擦连续排列的山谷部提供冲击，就可以有效地除尘。
作为用于覆盖所述山谷部的顶端部的树脂的例子，可以列举丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)树脂、聚丙烯树脂、聚碳酸酯树脂等，在框体由树脂制成的情况下，由于可通过嵌件成型将覆盖山谷部的顶端部的树脂部与框体同时形成，因此优选与框体为同种树脂。
框体的形状，可以与公知的通常的过滤器组件中应用的形状相同。作为框体的材质，可以列举无纺布、树脂、纸、金属等，由于本发明的过滤器组件的制造方法中适合嵌件成形，因此优选树脂，树脂的具体例子可以列举：ABS树脂、聚丙烯树脂、聚碳酸酯树脂等。
以下，参照附图对本发明的过滤器组件的结构例进行说明。图3是对于本发明的过滤器组件为四方框过滤器组件的情况的例子，观察下游侧的立体图。在裁截为纵横相同尺寸、具有褶裥形状的过滤器滤材1的外周安装框体2，框体2支撑过滤器滤材1。沿山谷部3的脊线方向从过滤器滤材1的一个端部至另一个端部，过滤器滤材的山谷部3的顶端部由树脂7覆盖，树脂7在山谷部3的两端与框体2连接。观察与山谷部3的脊线直交的断面时，山谷部3的顶端部具有带圆形的形状。另一方面，图4是观察该过滤器组件的上游侧的立体图。过滤器滤材的山峰部4具有V字形断面形状，没有被树脂覆盖。
图5是对于本发明的过滤器组件为圆形过滤器组件情况的例子，是从下游侧观察的图。具有褶裥形状、中央开孔的圆形过滤器滤材1由位于过滤器滤材内侧和外侧的框体2支撑，从过滤器滤材1的一个端部至另一个端部，沿其脊线方向顶端部由树脂7覆盖的褶裥形状的山谷部3呈放射状延伸。覆盖山谷部3的顶端部的树脂7与过滤器滤材1的位于内侧和外侧的框体连接。观察与山谷部3的脊线直交的断面时，山谷3的顶端部具有带圆形的形状。设置中央的开口部5用于插入清洁机等的圆筒状突起而固定过滤器组件。
图6是本发明过滤器为袋滤器情况的例子。具有褶裥形状的过滤器滤材1被弄圆成圆筒状，圆筒的上面和底面设置了框体2，用于支撑过滤器滤材1。由于空气从上面框体2的开口部6进入，因此在圆筒状的过滤器的外侧露出的那一方的表面成为下游侧。过滤器滤材的山谷部3的顶端部，沿山谷部3的脊线方向从过滤器滤材1的一个端部至另一个端部由树脂7覆盖，树脂7与圆筒的上面和底面的框体2连接。观察与山谷部3的脊线直交的断面时，山谷部3的顶端部具有带圆形的形状。
本发明的过滤器组件，例如可以通过以下方法制造。一种过滤器组件制造方法，所述过滤器组件具有过滤器滤材和用于支撑所述过滤器滤材的框体，所述过滤器滤材含有PTFE多孔膜并且被褶裥加工为具有山峰部和山谷部其中，在填充过滤器滤材时，过滤器滤材的山谷部的顶端部在与所述山谷部的脊线直交的断面中具有固定为带圆形的形状，并且过滤器滤材的所述山谷部的顶端部的外侧表面的至少一部分，利用具有树脂流路的模具进行嵌件成型。
具体地说，首先，对过滤器滤材进行褶裥加工使得具有山峰部和山谷部的工序。该工序可以根据公知方法进行，可以采用往复式(レシプロ式)、旋转式的任何一种方法。在此，山褶和谷褶是重复的，但是对于成为山谷部的折痕，可以不清晰地赋予拆痕。
过滤器滤材为将过滤器滤材卷绕而成的卷形态时，需要将过滤器滤材裁剪成适当的尺寸，但是在褶裥加工前，设置为了容易裁剪而设置穿孔(ミシン目)的工序，在褶裥加工后，设置用于将过滤器滤材裁剪成适当大小的工序是可以的。
然后，使用上述的特殊的模具进行嵌件成型。所述模具包含模片(金型片)A和模片B：模片A与褶裥的山峰的间距对应、并且具有顶端部为带圆形的凸部群，以使在填充过滤器滤材时过滤器滤材的山谷部的顶端部在上述断面上成为带圆形(山谷部的上述断面中的形状为U字形)的形状；模片B具有能够容纳模片A的凸部群并且通过设计为深度比所述凸部的高度大的凹部形状而设置了树脂流路的凹部群。在此，在凹部中，深度比凸部的高度大的部分可以仅仅是凹部的一部分。
图7中显示了向上述模片A和和模片B中填充经褶裥加工的过滤器滤材时的状态。模片A12的凸部群对应于过滤器滤材11的褶裥的山峰的间距而排列，过滤器滤材11的山谷部与模片A12的凸部群接触，过滤器滤材11的山谷部的顶端部固定为带圆形。另外，模片B13的凹部的深度比模片A12的凸部的高度大，因此，在过滤噐滤材11的山谷部的顶端部的外侧形成树脂的流路14。向其中注入树脂时，树脂将过滤器滤材的山谷部的顶端部的外侧的表面覆盖，并且过滤器滤材的山谷部的顶端部以带圆形的形状被固定。
在嵌件成型工序中，在填充有过滤器滤材的模具内注入熔融树脂，将树脂冷却从而使过滤器滤材与树脂成为一体。关于嵌件成型的具体条件，可以考虑注射的树脂的种类和注射量，根据公知方法的条件适当确定。
另外，过滤器组件中设置了框体，但是，在嵌件成型后，可以用热熔胶、粘合剂等实施将框体与过滤器滤材粘合的工序，从而将框体安装到过滤器滤材上，或者可以通过在上述模具中设置框体用的树脂的流路，在嵌件成型时形成与过滤器滤材一体化的框体。
本发明过滤器组件为袋滤器的情况下，对过滤器滤材进行褶裥加工的工序、嵌件成型工序、和将框体与过滤器滤材粘合的工序的制造方法是适合的。本发明的过滤器组件为框体与过滤器滤材成为一体的过滤器的情况下，使用具有框体用的树脂的流路的模具，进行过滤器滤材的褶裥加工工序和嵌件成型工序的制造方法是适合的。嵌件成型时形成框体的情况下，该方法仅在现有技术中应用特殊的模具就可以制造本发明的过滤器组件，不需要追加工序，因此工业上容易实施。
本发明的过滤器组件，其除尘性以及对用于除尘的冲击的耐久性优良，可以作为清洁机用过滤器组件、空气净化机组件、袋滤器等集尘用过滤器组件根据公知的方法适当地使用。
实施例
以下，列举实施例和比较例更详细地说明本发明，但本发明不限于以下实施例。
实施例1
将包含PTFE多孔膜、粘合层(聚对苯二甲酸乙二醇酯/聚乙烯鞘芯型复合纤维的无纺布)和透气性支撑材料(聚对苯二甲酸乙二醇酯热粘合无纺布)的、并且将PTFE多孔膜配置在最上游侧的过滤器滤材褶裥加工成为宽度150mm、山峰高度20mm、张开角度54度的褶状。使用图7所示的模具，向过滤器滤材的山谷部的顶端部和外侧的表面和框体部分流入树脂进行嵌件成型，以使过滤器滤材的山谷部的顶端部的曲率半径(与山谷部的脊线直交的断面中的、山谷部的内侧表面中的最小值，以下的实施例和比较例中同样)为3mm，得到过滤器滤材的褶裥的张开角度为54度、山谷部的圆形顶端部的曲率半径为3mm、过滤器滤材的山谷部的顶端部的外侧表面由树脂覆盖的150mm×150mm×15山峰的，如图3和图4所示类型的过滤器组件。
实施例2
将与实施例1使用的相同的过滤器滤材褶裥加工成为宽度150mm、山峰高度20mm、张开角度54度的褶状。使用如图7所示的模具，向过滤器滤材的山谷部的顶端部和外侧的表面和框体部分流入树脂进行嵌件成型，以使过滤器滤材的山谷部的顶端部的曲率半径为8mm，得到过滤器滤材的褶裥的张开角度为54度、山谷部的圆形顶端部的曲率半径为8mm、过滤器滤材的山谷部的顶端部的外侧表面由树脂覆盖的150mm×150mm×15山峰的，如图3和图4所示类型的过滤器组件。
实施例3
将与实施例1使用的相同的过滤器滤材褶裥加工成为宽度150mm、山峰高度20mm、张开角度74度的褶状。使用如图7所示的模具，向过滤器滤材的山谷部的顶端部和外侧的表面和框体部分流入树脂进行嵌件成型，以使过滤器滤材的山谷部的顶端部的曲率半径为3mm，得到过滤器滤材的褶裥的张开角度为74度、山谷部的圆形顶端部的曲率半径为3mm、过滤器滤材的山谷部的顶端部的外侧表面由树脂覆盖的150mm×150mm×15山峰的，如图3和图4所示类型的过滤器组件。
比较例1
将与实施例1使用的相同的过滤器滤材褶裥加工成为宽度150mm、山峰高度20mm、张开角度54度的褶裥状。使用通常的模具(山谷部为V字形，过滤器滤材的山谷部的顶端部的外侧表面无树脂流路)，向框体部分流入树脂进行嵌件成型，得到过滤器滤材的褶裥的张开角度为54度、山谷部的顶端部为通常的V字形、过滤器滤材的山谷部的顶端部的外侧表面没有树脂覆盖的150mm×150mm×15山峰的四方框过滤器组件。
比较例2
将聚丙烯熔喷无纺布褶裥加工成为宽度150mm、山峰高度20mm、张开角度54度的褶裥状。使用如图7所示的模具，向过滤器滤材山谷部的顶端部的外侧表面及框体部分流入树脂进行嵌件成型，以使过滤器滤材的山谷部的顶端部的最曲率半径为3mm，得到过滤器滤材的褶裥的张开角度为54度、山谷部的圆形顶端部的曲率半径为3mm、过滤器滤材的山谷部的顶端部的外侧表面由树脂覆盖的150mm×150mm×15山峰的四方框过滤器组件。
对于实施例和比较例得到的过滤器组件，在下述条件下测定压力损失的同时进行尘土分离(麈離れ)试验。压力损失的结果如表1所示，尘土分离试验的结果如表2所示。
(试验条件)
在尘土分离试验机上设置实施例和比较例得到的过滤器组件，以1.5m3/分钟使用8种关东垆坶质土壤(関東ロ一ム8種)施加约5克负荷。施加负荷后，将上游侧的面向下，从高度30cm处落下3次，并将该过程重复10次。测定此时的尘土分离量和压力损失。在此，尘土分离量是施加负荷后的过滤器重量与落下3次后的过滤器组件重量之差，为10次的平均值。
表1
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 比较例1 | 比较例2 | ||||||
| 初期压损(Pa) | 450 | 480 | 670 | 430 | 540 | |||||
| 重复次数 | 负荷后(Pa) | 尘土分离后(Pa) | 负荷后(Pa) | 尘土分离后(Pa) | 负荷后(Pa) | 尘土分离后(Pa) | 负荷后(Pa) | 尘土分离后(Pa) | 负荷后(Pa) | 尘土分离后(Pa) |
| 1 | 1420 | 480 | 1480 | 500 | 2025 | 710 | 1350 | 490 | 930 | 640 |
| 2 | 1500 | 510 | 1560 | 520 | 2505 | 850 | 1670 | 520 | 1050 | 740 |
| 3 | 1610 | 560 | 1580 | 520 | 2535 | 910 | 1690 | 660 | 1220 | 910 |
| 4 | 1650 | 610 | 1660 | 680 | 3105 | 1120 | 2070 | 770 | 1430 | 1090 |
| 5 | 1780 | 690 | 1780 | 720 | 3555 | 1380 | 2370 | 880 | 1750 | 1130 |
| 6 | 1850 | 740 | 1850 | 780 | 3675 | 1540 | 2450 | 980 | 1990 | 1480 |
| 7 | 1930 | 810 | 1970 | 820 | 3825 | 1720 | 2550 | 1030 | 2390 | 1580 |
| 8 | 2030 | 890 | 2150 | 880 | 4080 | 1970 | 2720 | 1060 | 2670 | 2190 |
| 9 | 2270 | 930 | 2360 | 910 | 4365 | 2130 | 2910 | 1250 | 3160 | 2460 |
| 10 | 2590 | 1010 | 2560 | 970 | 4815 | 2480 | 3210 | 1270 | 3570 | 2970 |
表2
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 比较例1 | 比较例2 | |
| 脱尘量(g) | 5.04 | 5.01 | 5.01 | 4.68 | 4.29 |
从上述结果可以看出，与比较例的过滤器组件相比，各实施例过滤器组件的脱尘量多、除尘性优良。另外，实施例的过滤器组件，由于过滤器滤材山谷部的顶端部由树脂覆盖，因此除尘时受到冲击的山谷部的耐久性优良。而且，实施例的过滤器组件仅在以往的制造方法中应用特殊的模具就可以容易地制造。
产业实用性
本发明的过滤器组件适合作为清洁机、空气净化器、袋滤器等的集尘用过滤器组件应用。
Claims (1)
1.一种过滤器组件的制造方法，所述过滤器组件具有过滤器滤材和用于支撑所述过滤器滤材的框体，所述过滤器滤材含有聚四氟乙烯多孔膜并且被褶裥加工为具有山峰部和山谷部，所述方法包括：
在填充过滤器滤材时，过滤器滤材的山谷部的顶端部在与所述山谷部的脊线直交的断面中具有固定为带圆形的形状，并且过滤器滤材的所述山谷部的顶端部的外侧表面的至少一部分利用具有树脂流路的模具进行嵌件成型。
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