JP2004267813A - カートリッジ型ろ過器およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低圧損で長寿命のフィルタを配置したカートリッジ型ろ過器を提供すること。
【解決手段】短繊維の集合体からなるフィルタを配置するにあたり、微細多孔のある硬質の筒芯の周囲に、捲縮を持つ短繊維同士が接触箇所で結合する積層構造からなる筒状のフィルタを配置した構造とした。また、層間を流体が通過するようにした積層構造のフィルタにおいて、積層構造を構成している短繊維の繊維軸および／または積層面と同方向に流体が通過するようにフィルタを配置した構造とした。
該短繊維が２種または２種以上の合成繊維で構成されていて、一つの合成繊維が他の合成繊維よりも相対的に低融点であり、加熱により少なくとも一つの合成繊維の表面が溶融し他の合成繊維の接触箇所を接着する熱融着性合成繊維からなる構造のフィルタを配置したカートリッジ型ろ過器を提供する。
【選択図】 図１０

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は捲縮を持つ短繊維積層構造からなるフィルタを配置した気体や液体の微粒子を捕捉するカートリッジ型ろ過器およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、気体や液体中の微粒子をろ過するためのカートリッジ型ろ過器は各種形式のものが公知である。例えば、多く糸巻きフィルタ、プリーツ型フィルタなどが上げられる。また、ろ過材として金属メッシュ、ポーラスなセラミックス、織物や不織布などが多く用いられて来た。
【０００３】
例えば、流体中の微粒子を圧力の高低に関わらず捕捉するフィルタとしては、従来から微細多孔質のセラミックス製フィルタがある。このセラミックフィルタは超硬質で圧力による変形がないので確実に微粒子を捕捉するが、高価で割れやすく重くて取り扱いが難しく、また、捕捉する微粒子量も少ないなどの欠点があった。
【０００４】
また、糸巻きフィルタでは、綿糸、ポリプロピレン等の紡績糸を孔のあいた芯棒に巻きつけてろ過フィルタとしている。使用する原綿の種類と番手、製造時の条件である巻き張力と巻き数および綾角度等を変えることでろ過粒子の大きさを決定していた。その場合、ＳＳや微粒子を糸と糸の間の間隙を利用して圧力損失を少なくして、内層部へＳＳ部を侵入させた後、捕捉しているが、短繊維間の間隙と糸間の間隙の差が大きいため、どちらかに偏りすぎ、短繊維間でＳＳを捕捉しようとするとフィルタを通過する微粒子径が大きくなり、糸の間隔でＳＳを捕捉しようとすると微粒子成分が細かすぎてすぐに目詰まりを生じていた。
【０００５】
また、プリーツ型フィルタでは、ろ過紙のようなろ過面によってろ過微粒子を捕捉する場合に、ろ過粒子がろ過紙の上に堆積すると目詰まりしてろ過しなくなるので、プリーツ状にすることで、ろ過面積を大きく取り、性能の向上を図っているが、形態上、ろ過面積を広げるには限度があった。
【０００６】
フィルタとしてモノフィラメントの連続糸である合成樹脂重合体マルチフィラメント嵩高加工糸を素材を用いた例があるが座屈を生じやすいなどの欠点があった。（例えば、特許文献１参照。）また、通液状芯筒上に繊維ウェブシート捲回中に繊維層に交絡させて層間を接合する例や、（例えば、特許文献２参照。）、有孔筒状体に綾状に巻きつけ繊維交点を接着する例（例えば、特許文献３参照。）があるが長繊維不織布をベースにしたもので、通水抵抗などに問題があった。
【０００７】
【特許文献１】特開昭５８−２４３１８号公報
【特許文献２】特開平５−１９２５１６号公報
【特許文献３】特開２００１−３２１６２２号公報
【発明が解決しようとする課題】
カートリッジ型ろ過器の評価項目としては、粒子の捕捉精度、圧力損失、寿命、カートリッジ収納性、シール性、対薬品性、温度特性、経済性、安全性、保管性および廃棄性等をあげることができる。中でも、圧力損失が低く、長寿命であり微粒子の捕捉精度の高いフィルタが望まれる。
【０００８】
通常、繊維構造物をろ過材として使用する場合、液体の方向に対して繊維が流体に抵抗する直角方向に並べ、微粒子を捕捉させるには都合が良いが流体の圧力損失が大きくなる欠点があった。一方、当該繊維軸と同方向に液体が流れると側壁流となって圧力損失は小さくなるが、各繊維間の距離が小さくなりすぎて流量が少なくなったり、微粒子を捕捉する抵抗体が少なくなるという欠点があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明におけるカートリッジ型ろ過器は、請求項１に記載のように、短繊維の集合体からなるフィルタを配置するにあたり、微細多孔のある硬質の筒芯の周囲に、捲縮を持つ短繊維同士が接触箇所で結合する積層構造からなる筒状のフィルタを配置した構造としている。
【００１０】
請求項２に記載のように、本発明のカートリッジ型ろ過器は、層間を流体が通過するようにした積層構造のフィルタにおいて、積層構造を構成している短繊維の繊維軸および／または積層面と同方向に流体が通過するようにフィルタを配置している。
【００１１】
請求項３に記載のように、本発明のカートリッジ型ろ過器は、短繊維が２種または２種以上の合成繊維で構成されていて、一つの合成繊維が他の合成繊維よりも相対的に低融点であり、加熱により少なくとも一つの合成繊維の表面が溶融し他の合成繊維の接触箇所を接着する熱融着性合成繊維からなる構造のフィルタを配置している。
【００１２】
請求項４に記載のように、本発明のカートリッジ型ろ過器は、外周部から筒内部になるに従って連続的に、または段階的に、積層構造のかさ密度を高くした構造のフィルタを配置している。
【００１３】
請求項５に記載のように、本発明のカートリッジ型ろ過器は、短繊維の表面の一部または、全面に短繊維を硬化する物質を付着させたフィルタを配置した構造としている。
【００１４】
請求項６に記載のように、本発明のカートリッジ型ろ過器は、最外部および／または最内部に布帛、不織布および／またはろ紙を配置した構造のフィルタを配置している。
【００１５】
請求項７に記載のように、本発明のカートリッジ型ろ過器は、中心部が硬質である筒芯の外形に波形、突起および／またはスリットを設けた構造のフィルタを配置している。
【００１６】
請求項８に記載のように、本発明のカートリッジ型ろ過器は、中心部が硬質である筒芯に筒状の軸と同方向に規則的および／または不規則なスリットを設けている。
【００１７】
請求項９に記載のように、本発明のカートリッジ型ろ過器は、外形部に波形、突起および／またはスリットを設けた構造のフィルタを配置している。
【００１８】
請求項１０に記載のように、短繊維の集合体からなるフィルタを配置したカートリッジ型ろ過器の製造方法において、微細多孔のある硬質の筒芯の周囲に、捲縮を持つ短繊維同士が接触箇所で結合する積層構造からなる筒状のフィルタを配置するようにしている。
【００１９】
また、請求項１１に記載のように、短繊維の集合体からなるフィルタを配置したカートリッジ型ろ過器の製造方法において、短繊維が２種または２種以上の合成繊維で構成されていて、一つの合成繊維が他の合成繊維よりも相対的に低融点であり、加熱により少なくとも一つの合成繊維が熱融着性繊維からなり該熱融着性繊維の表面が溶融し他の合成繊維の接触箇所を接着する構造にしたフィルタを配置するようにしている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明では、図１０に示すカートリッジ型ろ過器６０のフィルタ６６として低圧力損失および長寿命を得るために、図１に示す様に短繊維１０に捲縮をつけて短繊維間の距離を持たして適当な空隙をつくり流体の流れを確保し、短繊維１０の接する部分を結合することで立体網目構造にして、流体中の微粒子を網目で捕捉する積層構造２０とした。積層構造２０に捕捉される微粒子の量は、立体構造ゆえに表面だけでなく内部の体積全体で捕捉されるので、ろ紙や糸巻きろ過に比べて捕捉される微粒子は多くなる。その結果、流体中の微粒子の濃度が一定であれば、捕捉量が多い分だけ積層構造２０から成形されるフィルタ６６の寿命は長くなる。
【００２１】
ろ過器の性能として流体中の微粒子の粗密によって篩い分けする性能が重要であり、微粒子は立体網目構造で捕捉されるので網目が細かいほど微粒子がよく捕捉される。本発明による積層圧縮ブロック２１は、捲縮された短繊維１０から構成されているので、短繊維１０の繊度と積層圧縮ブロック２１の圧縮の程度（すなわち、積層構造２０を構成する見かけかさ密度）を変化させることにより微粒子を捕捉する大きさをコントロールすることができる。具体的には、短繊維１０の繊度が小さいほど、積層構造２０を積層圧縮ブロック２１とした場合の圧縮程度が大きいほど微細な微粒子を捕捉することが出来る。
【００２２】
しかし、積層構造２０をフィルタ６６として使用すると一般にろ過の後半に外圧により短繊維１０が歪み、捕捉力が弱まって微粒子が抜けて飛び出す現象がある。（プッシュアウト現象と呼ばれている）。本発明が解決する課題は、該プッシュアウト現象を起こさないフィルタ６６を配置するカートリッジ型ろ過器を提供することである。
【００２３】
流体が短繊維１０の繊維軸に沿って通過する場合と短繊維１０の繊維軸に直角に流れる場合を比べると、前者の方が流体が円滑に流れて圧倒的に圧力損失は少ない。本発明のフィルタ６６はこの原理を応用した。捲縮のないストレートな繊維を同一方向に整列させると空隙の少ない構造体になるので液体の通路を確保できない。本発明では、空隙をつくるために、短繊維１０の捲縮を利用した。すなわち、図１に示すように捲縮をもつ短繊維１０を平面に列べるように積層すると、積層構造２０は捲縮のもつ弾性で絡み合いながら繊維間に大きな空隙をもつ。この積層された積層構造２０を上面から圧縮して積層圧縮ブロック２１を成形すると、図２に示すように圧縮軸方向と圧縮軸と直角方向とでは短繊維１０の配列において異方性のある積層圧縮ブロック２１ができる。積層圧縮ブロック２１を圧縮するだけでは形態保持ができないけれども、構成する短繊維１０の原綿に低融点熱融着性合成繊維１１を混ぜておいて、圧縮下で加熱し、短繊維１０間の交差部分を接合すると、積層圧縮ブロック２１ができる。図２において、流体の流れる方向が積層圧縮ブロック２１の積層方向に沿った方向の場合は、流体抵抗（少）３１の矢印で表すように流体抵抗が少なく、積層方向に直角の方向の場合には、流体抵抗（大）３２の矢印で表すように流体抵抗が大きいことを現している。
【００２４】
図３は、図２における積層圧縮ブロック２１を筒状に示す切断面４０に沿って打ち抜いて、図４に示すように、積層圧縮ブロック２１の積層方向を横方向に流体を通過させる後述する筒状のカートリッジ型ろ過器６０に使用する積層圧縮ブロック２１を示している。この切断方法では、図４の流体抵抗（少）３１の矢印に示すように流体を通過させる方向は積層方向に沿った方向となり、矢印のとおり流体抵抗は少ない。図５は図２に示す積層圧縮ブロック２１を方向を変えて切断面４０に沿って切断する場合を示している。図５に示すように、積層圧縮ブロック２１を、図５のａ−ａ’、ｂ−ｂ’に示す方向で切断し、図６に示した方向に曲げて、最終的に図７に示すように筒状のカートリッジ型ろ過器６０に使用可能な積層方向が縦方向になる筒状の積層圧縮ブロック２１を形成した。
【００２５】
図６に示す平板状の積層圧縮ブロック２１を図７に示すように筒状に加工すると積層圧縮ブロック２１に残留応力が残るので、実際には、熱処理により応力を除去してから芯を介して筒状に配置している。
【００２６】
図７のに示す積層圧縮ブロック２１のように縦方向に利用した筒状のカートリッジ型ろ過器に使用する積層圧縮ブロック２１の外形部よりも中心部のほうが積層圧縮ブロック２１のかさ密度が高いように成形することにより、流体中の微粒子を粗細の勾配をもって捕捉する事が出来る。
【００２７】
また、フィルタ６６を形成する積層圧縮ブロック２１の積層方向を縦方向で利用した筒状の積層圧縮ブロック２１は、図８に示すように最外層積層圧縮ブロック２１ｃから順番に中間層積層圧縮ブロック２１ｂ最内層積層圧縮ブロック２１ａのように内部のほうに積層圧縮ブロック２１のかさ密度を高くすることで、捕捉する微粒子の比較的大きいものはフィルタ６６の最外層積層圧縮ブロック２１ｃに、小さいものは最内層積層圧縮ブロック２１ａに選別されて微粒子を捕捉する構造になっている。このように、外形部よりも中心部のほうが積層圧縮ブロック２１のかさ密度が高いようにすれば、流体中の微粒子が粗細の勾配をもって捕捉する事が出来る。
【００２８】
通常、短繊維１０からなる積層構造２０は外圧がかかるとたわむ性質があり、積層構造２０を特定のかさ密度で圧縮して成形した積層圧縮ブロック２１に微粒子が詰まると積層圧縮ブロック２１のたわみで微粒子の捕捉がゆるんでリークする。この現象を改善する手段としては、積層圧縮ブロック２１を構成する短繊維１０の剛性を高くすることが考えられる。しかし、短繊維１０の集合体で剛性を高くすると積層圧縮ブロック２１の見かけかさ密度が大きくなり、捕捉する微粒子径を選別できないという欠点を有すので、本発明では図８に示すように、フィルタ６６の中心部の最内層積層圧縮ブロック２１ａのかさ密度を上げて剛性を確保し、その外側に中間層積層圧縮ブロック２１ｂ、最外層積層圧縮ブロック２１ｃとそれぞれの箇所で相応の粒度の微粒子を捕捉するのに適した積層圧縮ブロック２１を配した。
【００２９】
この場合、最内層積層圧縮ブロック２１ａをカートリッジ型ろ過器６０を構成するフィルタ６６の筒芯６５とすることができる。剛性を上げた最内層積層圧縮ブロック２１ａを筒状に特に円筒状に曲げるにあたり成形がやりにくくなるために、図９−ａ．に示すように、数ミリ間隔のスリット５０を入れて筒状に曲がりやすくするとともに、図９−ｂに示すようにスリット５０の外壁が漏斗状になり、結果的に高いかさ密度の最内層積層圧縮ブロック２１ａの表面積を増やして微粒子が最内層積層圧縮ブロック２１ａ内部のスリット５０内に捕捉する構造となり捕捉性能を向上することができた。
【００３０】
また、筒芯６５として用いた最内層積層圧縮ブロック２１ａを図９−ｃに示すような六角形の外形とし、スリット５０を六角形のコーナーに入れて曲がりやすくすることで、容易に最内層積層圧縮ブロック２１ａを成形することができる。
【００３１】
該スリット５０の空間は、積層構造２０を圧縮して製作する過程で、積層圧縮ブロック２１に熱処理を施すために、捲縮のある繊維が膨張してある程度スリット５０の空間をふさいでいる状態となっている。
【００３２】
一方、金属繊維や無機繊維は剛性が高くフィルタの構造体としては適しているが捲縮の付与や交差点での接合が難しい。逆に、高分子で構成される繊維の場合は物性上剛性に限界がある。本発明では、剛性を高めるには短繊維１０の表面に硬化材を付着させることによって達成することが出来た。その結果、積層圧縮ブロック２１の硬度が高くなり、積層圧縮ブロック２１内の微粒子がしっかりと短繊維１０間で捕捉された。このときに使用する硬化材として、水ガラスや溶剤可溶型の高分子樹脂を用いた。特に、最内層積層圧縮ブロック２１ａに硬化剤を多く含有させて積層圧縮ブロック２１の見かけかさ密度を上げることにより、ろ過精度を向上させることが出来た。
【００３３】
また、多孔のフィルタ６６の筒表面にメッシュの決まった布帛、不織布および／またはろ紙を最内層膜６８、最外層膜６９として配置し、積層圧縮ブロック２１からの微粒子の漏れを無くすようにした。特に織物で捕捉効果の大きい物として織物を構成する短繊維の直径が数ミクロンからなる微細繊維のものが良い。 捲縮を持つ短繊維１０で構成された積層圧縮ブロック２１で硬質且つ微少多孔がある最内層積層圧縮ブロック２１ａを配置したフィルタ６６を用いることにより、微粒子の捕捉精度が向上するとともに、微粒子が漏れるプッシュアウト現象も改善できた。
【００３４】
図１０を用いて本発明のカートリッジ型ろ過器の構成について説明する。カートリッジ型ろ過器６０はカートリッジ本体６７と上部ブロック７０をネジ９３で結合した箱からなる。カートリッジ本体６７内部には、筒芯６５の周りに積層圧縮ブロック２１からなるフィルタ６６が配置される。時に、最内層積層圧縮ブロック２１ａが筒芯６５として用いられる。フィルタ６６は必要に応じて、最内層膜６８、最外層膜６９で保護される。
【００３５】
上部ブロック７０には、流体の出入り機構として流体流入方向３３から流入する流体が流入口３５から流入し、フィルタ６６の外周部とカートリッジ本体６７との間の隙間から流体通過方向６３の矢印に沿ってフィルタ６６の間を抜け、微粒子を捕捉されながら、筒芯６５を通過して中央部の筒部から流体は上部ブロック７０の方向に通過し、流出口３６を通過して、流体流出方向３４の矢印に沿って流体は通過する。
【００３６】
この時、フィルタ６６の上端部と下端部で流体が漏れると微粒子捕捉性能が低下するので、上シール機構９０および下シール機構９１が設けられている。図１１に説明のため、下シール機構９１について図示してある。フィルタ６６には液体が通過しない安定した材質の遮断板（パッキング）もしくは接着剤で両端面を固化した構成の上遮断板６１、下遮断板６２が配置され、上遮断板６１と下遮断板６２にそれぞれ円形状に先が尖った断面形状の上シール機構９０および下シール機構９１を当てネジ９３の締め上げによる圧縮力を利用してシールする機構となっている。
【００３７】
上記シール機構を設けているが、短繊維１０から成る積層圧縮ブロック２１は極めて均一性の高い素材であるが、積層圧縮ブロック２１を製造する過程や、短繊維１０のもつ固有物性のために、積層圧縮ブロック２１が液体の圧力に負けて撓み、捕捉すべき微粒子が端面からリークする可能性がある。図１０は本発明のフィルタ６６をカートリッジ本体６７に内蔵したものの１例であるが、撓みの欠点を改善する一つの方法として、プラスチック製の多孔筒を筒芯６５として配した。また、そのプラスチックの筒芯６５に布帛、不織布および／またはろ紙を最内層膜６８として巻くように取り付けると目的とする微粒子径以上を安定して捕捉する。
【００３８】
特に、５０ミクロン以下の微細な微粒子を確実に捕捉するには、ミクロ繊維からなる織物を使用するとよい。他の方法として、最内層に繊維層からなる硬質の微細な多孔体を設ける方法がある。更に、漏れる微粒子を少なくするためには、最内層で繊維の弾性による目開きを防止する必要があり、内部から繊維表面に硬化させる樹脂等を塗布して開口を小さくすることも効果的である。
【００３９】
本発明の製造方法と形態の特徴はつぎのとおりである。本発明において積層圧縮ブロック２１を構成する基材としての短繊維１０は、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリアクリル、ポリアミドなどの合成繊維、異種の合成繊維同士の混合繊維や、木綿等の植物繊維と合成繊維との混合繊維の短繊維１０であり、いずれも適用できる。なかでも、形態保持の優れているポリエステルはもっとも好ましい材料である。
【００４０】
該短繊維１０は、その繊度が０．５デニール〜３０デニールの範囲であって繊維長が１５ｍｍ〜１００ｍｍの範囲のものが好ましい。繊度が小さい（細い）と捕捉する微粒子が細かくなり、大きいと捕捉する微粒子が大きくなるが、０．５デニール以下の繊度の短繊維１０は、製造工程でもつれやすく生産性が悪い。また、３０デニール以上の短繊維１０では、接着強度が低下して形態安定性に欠けるという欠点が生じる。短繊維１０の繊維長が１５ｍｍより短いと繊維同士の包絡が少なくなって形態の安定性がなくなり、また、１００ｍｍより長くなると繊維同士が絡みすぎて積層構造２０を形成しにくくなる。
【００４１】
短繊維１０の捲縮数は通常単繊維長さの一インチ間あたりの山数で表すが、本発明の捲縮数は、５山〜２０山の範囲が好ましい。捲縮数が５山以下の短繊維は、紡績工程で短繊維同士が絡まらずその結果積層構造２０になりにくく、捲縮数が２０山より多いと短繊維１０が絡み過ぎて毛玉になりやすく積層構造２０にむらが出来やすくなって均一性が必要な積層構造２０には適さない。
【００４２】
短繊維１０が２種または２種以上の合成繊維で構成されていて、一つの合成繊維が他の合成繊維よりも相対的に低融点である熱融着性合成繊維１１は加熱により少なくともその表面が溶融し接触した箇所で接着しうるようにして積層構造２０を形成すると良い。このような熱融着性合成繊維１１としては、低融点の共重合ポリエステル系繊維、ポリオレフィン系繊維、ポリビニルアルコール系繊維等がある。特に、少なくとも一方に上記したごとき低融点ポリマー成分を有する複合繊維は形態保持性が優れているので好ましい。
【００４３】
短繊維１０として複合繊維が芯鞘状複合繊維の場合には、鞘成分に低融点成分を配置する。このような熱融着性合成繊維１１は、やはり短繊維１０が好ましい。短繊維１０にすることによって繊維層からなる積層構造２０の全体に均一に分散させ、繊維同士を均一に接着できて形態の保持が強固になる。また、熱融着性合成繊維１１の短繊維１０は、分散性向上の観点から、混紡する短繊維１０とほぼ同程度である、繊度が１デニール〜１０デニール、繊維長１５ｍｍ〜７０ｍｍの範囲であることが好ましい。熱融着性合成繊維１１の混合比率は、繊維層構造全体に対して５重量％〜７５重量％が好ましい。
【００４４】
熱融着性合成繊維１１が５重量％より少ないと、繊維同士の接着が不十分になって使用中の形態保持が困難になる。一方、熱融着性合成繊維１１が７５重量％以上になると、熱セットの時間が極端に短くなったり、熱融着合成繊維１１が溶けだして繊維間の穴を塞いで、微粒子の捕捉効果を著しく低下させる場合がある。
【００４５】
つぎに、短繊維１０を一方向（Ｘ方向）に列べる製造方法について記述する。短繊維１０を混紡する工程において、上記で示した熱融着性合成繊維１１を含んだ原綿をよく混綿し、カード工程を経て連篠工程で図１２に示すように、スライバ１２を形成する。このスライバ１２を図１３に示すように短繊維１０がほぼ一方向に配列するように積層する。スライバ１２を積層した積層構造２０を短繊維１０の直角方向に圧力をかけると図１４に示すようにスライバ１２が扁平になり短繊維１０がほぼ一方向に配列した構造になる。
【００４６】
短繊維１０には捲縮が施されているので、圧縮力に反発する力が発生する。この反発力で積層構造２０のかさ密度、すなわち、目的のろ過粒子を捕捉するかさ密度になるように熱処理炉で熱融着性合成繊維１１を介して短繊維１０間を接着し、しっかりとした積層圧縮ブロック２１を成形する。このとき、かさ密度を均一にするためには、スライバ１２の層を一度に圧縮せずに分割して積層、圧縮、を繰り返し行い、積層圧縮ブロック２１の体積になる大きさになるように成形することが好ましい。
【００４７】
短繊維１０を概ね二方向（ＸとＹ方向の平面）に列べる製造方法について記述する。熱融着合成繊維１１を含む短繊維１０をよく混綿した一定の積層構造２０を収納ボックスに風送し、しかる後、集積、圧縮し、引き続き、風送圧縮をくりかえし行うと積層した積層圧縮ブロック２１が成形される。図１５に球体の積層構造２０が成形されたその工程のモデル図を示す。図１５−ａは積層構造２０を風送した直後の球状のモデルを示し、図１５−ｂは圧縮して出来たモデルを示す。図１６は図１５−ｂに示す積層構造２０の集合体のモデルを図示したものである。
図２に示した積層圧縮ブロック２１において短繊維１０が平面に配列した積層圧縮ブロック２１を成形する。このとき、かさ密度を均一にするために、積層、圧縮を繰り返し、短繊維１０に方向性のある積層圧縮ブロック２１を製作する。
【００４８】
このようにして製作した積層圧縮ブロック２１を繊維やプラスチックから成る筒状の硬質な筒芯６５の外周に取りつけるのであるが、ここで、筒芯６５に関して述べる。筒芯６５は、ポリプロピレンなどから成る格子状の孔の空いた筒を用いることが出きる。また、不織布を接着材とともに筒芯６５の形状になるように丸棒に巻き付けて固定し、しかる後、丸棒を抜いて硬質で多孔質な繊維構造体の芯を成形し筒芯６５として用いることができる。このとき、最内層にミクロ繊維からなる織物または不織布を貼りつけると、微粒子をリークさせずに捕捉する効果が得られる。
【００４９】
また、前述したように、図９に示すような本発明の方法を用いて成形された筒状の積層圧縮ブロック２１を筒芯６５として用いることができる。このように、本発明の積層圧縮ブロック２１を筒芯６５として用いる場合、剛性を得るために、通常の積層圧縮ブロック２１を成形するよりも更に高圧縮して見かけかさ密度を高くした状態で加熱して成形する。また曲げ成形が困難である為図９−ｂ、図９−ｄのようにスリット５０を入れて成形を容易にするとともに、図９−ｂに示すように、円筒状の場合に施したスリット５０は外壁が漏斗状になり積層圧縮ブロック２１の表面積を増やすこととなり、捕捉性能が向上するという効果が得られる。
【００５０】
さらに、上記プラスチックや剛性を持たせた筒状の最内層積層圧縮ブロック２１ａから成る筒芯６５の内面に有機溶剤に溶解する硬化材硬化剤を均質に塗布し乾燥させると、短繊維１０同士の開口が小さくなり、且つ、短繊維１０同士の接触点の
接合が強固になって、微粒子をリークさせずに捕捉する効果が得られる。この時の硬化剤としては、アクリルポリマー、ポリアミドポリマー等を用いることが好ましい。また、低融点フィルムを最内層部に貼りつけて熱処理することによっても同等の効果が得られる。
【００５１】
微粒子を捕捉するフィルタ６６の効率は、表面積を多く取ればより効率が上昇する。本発明のカートリッジ型ろ過器６０に配置するフィルタ６６においてもフィルタ６６と通過する流体との界面面積が大きいほど効率が良くなる。ろ過効率を高めるために、図１７、図１８に示すように、フィルタ６６の外形を凸形、波形とするおよび／またはスリット５０等を入れるなど断面形状を複雑にすることにより、ろ過面積を大きくし、断面が単純な筒状のフィルタ６６よりも捕捉効果が大きいフィルタを得ることができる。
【００５２】
【実施例】
（実施例１）筒状のカートリッジ型ろ過器６０において、図２に示すような積層構造２０をもったポリエステル繊維と図９に示す構造をもつ高密度のポレエステル繊維からなる最内層積層圧縮ブロック２１ａを筒芯６５として用いた２層構造からなる平均かさ密度が１１０ｇ／リットル、長さ２５ｃｍ、外形７．０ｃｍのフィルタ６６を作成した。このフィルタ６６と糸巻きフィルター（公称ＳＳ濃度５０ミクロン除去）とをモデル濁水（微粒子径が７０ミクロン〜１００ミクロン、濁度６ｐｐｍ）を用いて初期通水量で比較した結果、ろ過水の濁度は同程度であったが、本発明のカートリッジ型ろ過器６０は糸巻きフィルターに比べて、圧力損失が０．２ｋｇ／平方センチメートルの時点で１．３倍の通水量が得られた。
【００５３】
（実施例２）水質浄化を目的としたカートリッジ型ろ過器６０において、筒状プラスチックから成る筒芯６５の周りにミクロ繊維からなる織物を被覆し、接合部を液漏れのないように接着し、しかる後、図１０に示すように、短繊維１０がポリエステル繊維から成り、かさ密度１１５ｇ／リットル、長さ２５ｃｍ、外形７．５ｃｍのフィルタ６６を作成した。該フィルタ６６と糸巻きフィルター（公称３０ミクロン粒子除去）それぞれに、濁水濃度が２〜５ｐｐｍの湖水に塩化第二鉄からなる凝集剤を鉄成分で換算して３ｐｐｍ添加、攪拌した後フロックとして通過させた。ろ過水の濁度を測定したところ、どちらのろ過器も０．０〜０．２ｐｐｍの範囲でろ過されていたが、圧力損失の０．３ｋｇ／平方センチメートルへの到達時間については、本発明のカートリッジ型ろ過器６０の方がが１．４倍長いという結果が得られた。
【００５４】
（実施例３）図８に示したような見かけかさ密度の異なる三層の積層圧縮ブロック２１からなるフィルタ６６で、最外層積層圧縮ブロック２１ｃより段階的に見かけかさ密度を変え、最内層積層圧縮ブロック２１ａの見かけかさ密度が大きいフィルター６６を作成した。すなわち、最外層積層圧縮ブロック２１ｃのかさ密度を３０ｇ／リットル、中間層積層圧縮ブロック２１ｂの見かけかさ密度を８０ｇ／リットル、最内層積層圧縮ブロック２１ａの見かけかさ密度を１５０ｇ／リットルとなるような構造体としての作成したフィルタ６６と、実施例１で使用した糸巻きフィルターとそれぞれに５ｐｐｍのベントナイトを攪拌しながら通過させて比較したところ、圧力損失０．５ｋｇ／平方センチメートルまでの到達時間は、三段構造の該フィルタ６６は、糸巻きフィルターと比較して１．３倍長いという結果が得られた。
【００５５】
（実施例４）図９−ａに示した最内層積層圧縮ブロック２１ａを筒芯６５として用いて、本発明に基づき図７に示した形状の積層圧縮ブロック２１、比較例として同一素材を用いたランダムな繊維構造体をそれぞれ形成し、双方と共に見かけかさ密度を約１２０ｇ／リットルとしたカートリッジ型濾過器６０を製作した。該２本のカートリッジ型ろ過器６０に水道水を１０リットル／分の流量で通過させたところ、本発明のフィルタ６６の場合は初期圧損が０．１５ｋｇ／平方センチメートル、比較例としてのランダム繊維構造体の場合は０．４ｋｇ／平方センチメートルであり、本発明の積層圧縮ブロック２１からなるフィルタ６６を配置したカートリッジ型ろ過器６０は初期圧損が極めて低いことが判った。
【００５６】
（実施例５）実施例１で用いたフィルタ６６の表面を目付４０ｇ／平方メートルのポリエステルかならる不織布で覆ったものと、比較例として、実施例１で用いた糸巻きフィルタの内部に捕捉された微粒子の重量を下記条件で比較した。すなわち、２５ミクロン相当の活性炭微粒子（絶乾重量で２０ｇ）を２００リットルの水に溶解し全量通過させ、表面を水洗いした後、乾燥させて内部捕捉重量を計測した。本発明のフィルタ６６の捕捉量は１１．８ｇ、比較例としての糸巻きフィルターは８．８ｇであり、本発明のフィルタ６６は体積内で微粒子を捕捉していることがわかった。
【００５７】
（実施例６）本発明におけるカートリッジ型ろ過器６０において、筒芯６５として図９−ｃに示すような最内層積層圧縮ブロック２１ａを六角形の形状にしたものを用いたところ、初期圧力損失は若干上昇した。しかし、スリット５０が少ないために筒芯６５の製作が極めて容易になった。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によると、圧力損失が小さく、しかも、繊維積層の外層部で粗い粒子を捕捉して内層部で微粒子を捕捉することができることから捕捉固形分の重量が多くなり、従って、低圧損で長寿命の液体濾過器を得ることができる。微粒子を捕捉する構造体は、短繊維の集合体から成っていて、短繊維の形状、物性および繊維集合体の密度、繊維方向等、繊維集合体の特性を選別することによって、微粒子の捕捉能力が決まり、簡単に筒状のカートリッジ型ろ過器を製造することが出来る。その結果、圧力損失が少なく、使用する寿命が長く、ろ過精度が安定したろ過器が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の捲縮を持つ短繊維同士が接触箇所で結合する積層構造を表す図である。
【図２】本発明の積層構造を圧縮した積層圧縮ブロックの状態を表す図である。
【図３】本発明の積層圧縮ブロックを切断し筒状の積層圧縮ブロックを形成することを表す図である。
【図４】本発明の積層圧縮ブロックの積層圧縮面を横方向に切断した場合のフィルタ形状を表す図である。
【図５】図２に示す積層圧縮ブロックをフィルタとして使用する場合の切断する部位を表す図である。
【図６】図５に示す積層圧縮ブロックを切断した切断片をフィルタとして使用する為に曲げた場合の曲げ方向を表す図である。
【図７】図６に示す積層圧縮ブロックをさらに曲げて筒状に成形し、積層圧縮面を縦方向に切断した場合のフィルタとしたことを表す図である。
【図８】本発明の積層構造のかさ密度を筒内部になるに従って高くしたことを表す図である。
【図９】ａ．、ｂ．本発明の筒状の芯が円筒状であるものの外形にスリットを設けたことを表す図である。ｃ．、ｄ．本発明の筒状の芯に六角形になるようにスリットを設けたことを表す図である。
【図１０】本発明のフィルタを配置したカートリッジ型ろ過器の全体構成を表す図である。
【図１１】本発明のカートリッジと遮断板のシール状態を表す図である。
【図１２】本発明の捲縮を持つ１本の短繊維の状態を表す図である。
【図１３】図１２に示す短繊維を積層構造にしたことを表す図である。
【図１４】図１４に示す積層構造を圧縮した後切断することとその方向を表す図である。
【図１５】ａ．本発明の捲縮を持つ短繊維同士が接触箇所で結合する球体の積層構造を表す図である。ｂ．図１５−ａ．の球体の積層構造を圧縮した状態を表す図である。
【図１６】図１５−ｂ．に示す圧縮した球体積層構造を積層圧縮ブロックとした状態を表す図である。
【図１７】本発明におけるフィルタの外形を波形にしたことを表す図である。
【図１８】本発明におけるフィルタの外形にスリットを設けたことを表す図である。
【符号の説明】
１０ 短繊維
１１ 熱融着性繊合成繊維
１２ スクラバ
２０ 積層構造
２１ 積層圧縮ブロック
２１ａ 最内層積層圧縮ブロック
２１ｂ 中間層積層圧縮ブロック
２１ｃ 最外層積層圧縮ブロック
３１ 流体抵抗（少）
３２ 流体抵抗（大）
３３ 流体流入方向
３４ 流体流出方向
３５ 流入口
３６ 流出口
４０ 切断面
５０ スリット
６０ カートリッジ型ろ過器
６１ 上遮断板
６２ 下遮断板
６３ 流体通過方向
６５ 筒芯
６６ フィルタ
６７ カートリッジ本体
６８ 最内層膜
６９ 最外層膜
７０ 上部ブロック
９０ 上シール機構
９１ 下シール機構
９３ ネジ機構

Claims (11)

1. 短繊維の集合体からなるフィルタを配置したカートリッジ型ろ過器において、微細多孔のある硬質の筒芯の周囲に、捲縮を持つ短繊維同士が接触箇所で結合する積層構造からなる筒状のフィルタを配置したことを特徴とするカートリッジ型ろ過器。
2. 層間を流体が通過するようにした積層構造のフィルタにおいて、積層構造を構成している短繊維の繊維軸および／または積層面と同方向に流体が通過するようにフィルタを配置したことを特徴とする請求項１に記載のカートリッジ型ろ過器。
3. 短繊維が２種または２種以上の合成繊維で構成されていて、一つの合成繊維が他の合成繊維よりも相対的に低融点であり、加熱により少なくとも一つの合成繊維の表面が溶融し他の合成繊維の接触箇所を接着する熱融着性合成繊維からなる構造のフィルタを配置したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のカートリッジ型ろ過器。
4. 外周部から筒内部になるに従って連続的に、または段階的に、積層構造のかさ密度を高くした構造のフィルタを配置したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のカートリッジ型ろ過器。
5. 短繊維の表面の一部または、全面に短繊維を硬化する物質を付着させたフィルタを配置したことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のカートリッジ型ろ過器。
6. 最外部および／または最内部に布帛、不織布および／またはろ紙を配置した構造のフィルタを配置したことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のカートリッジ型ろ過器。
7. 中心部が硬質である筒芯の外形に波形、突起および／またはスリットを設けた構造のフィルタを配置したことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のカートリッジ型ろ過器。
8. 中心部が硬質である筒芯に筒状の軸と同方向に規則的および／または不規則なスリットを設けたことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のカートリッジ型ろ過器。
9. 外形部に波形、突起および／またはスリットを設けた構造のフィルタを配置したことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のカートリッジ型ろ過器。
10. 短繊維の集合体からなるフィルタを配置したカートリッジ型ろ過器の製造方法において、微細多孔のある硬質の筒芯の周囲に、捲縮を持つ短繊維同士が接触箇所で結合する積層構造からなる筒状のフィルタを配置するようにしたことを特徴とするカートリッジ型ろ過器の製造方法。
11. 短繊維が２種または２種以上の合成繊維で構成されていて、一つの合成繊維が他の合成繊維よりも相対的に低融点であり、加熱により少なくとも一つの合成繊維が熱融着性繊維からなり該熱融着性繊維の表面が溶融し他の合成繊維の接触箇所を接着する構造にしたフィルタを配置するようにしたことを特徴とする請求項１０に記載のカートリッジ型ろ過器の製造方法。

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