JP2005211835A - 精密濾過用カートリッジフィルター - Google Patents

Abstract

【課題】果汁を濾過する場合であってもエンドキャップと精密濾過膜の液密性を失わず、濾過精度が高く、さらにプロテクターとエンドキャップが強固に固定された精密濾過用カートリッジフィルターを提供する。
【解決手段】精密濾過膜４との熱融着により精密濾過膜４を液密にシールするエンドキャップ１０を備えたカートリッジフィルター１において、管状コア２、精密濾過膜４及びプロテクター７は、いずれもモノテルペン炭化水素耐性を有する熱可塑性高分子から構成されており、前記エンドキャップ１０は、前記精密濾過膜４と溶融接着性を有する樹脂から構成されており、前記管状コア２とプロテクター７の前記エンドキャップ１０との接合部には、前記精密濾過膜４との熱融着の際に溶融されたエンドキャップ１０の樹脂が流れ込むことが可能な凹部が形成された形状であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体中の微粒子や細菌等の濾過に使用する精密濾過用カートリッジフィルターに関するものであり、特に、食品工業における清涼飲料水等を製造する際に用いる果汁中に含まれる微小粒子や雑菌を除去するための精密濾過用カートリッジフィルターに関するものである。

精密濾過膜は、食品工業、医療分野、電子工業等の多方面の分野において液体等の中に存在する微粒子や細菌等の分離精製に用いられており、精密濾過膜を工業的に用いる場合は、単位体積あたりの濾過量を増やすため、精密濾過膜をプリーツ加工したカートリッジフィルターが多く用いられている。

このカートリッジフィルターを構成する精密濾過膜としては、セルロースアセテート、ポリスルホン、ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレンなどの素材が使用され、またプロテクター、管状コア及びエンドキャップとしては、ポリプロピレン樹脂などの素材が使用されている（特許文献１）。

また、精密濾過膜ではなく不織布を濾材としたカートリッジフィルターとしては、濾材、プロテクター、管状コア、及びエンドキャップの全てをポリエステル系樹脂からなるものがある（特許文献２）。さらに、プロテクター及び管状コアとエンドキャップとの係止度を高める方法としてプロテクターの端部に溝を設けることが提案されている（特許文献３及び４）。

特開平１１−４７５６１号公報 特開昭６３−２９６８０７号公報 特公昭６３−２７９６８号公報 特表２００２−５１９１６９号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたプロテクターと管状コアがポリプロピレンからなるカートリッジフィルターの場合、清涼飲料水やアルコール飲料の製造に用いられている果汁を濾過すると、果汁に含まれる香料、特にモノテルペン炭化水素によりプロテクターと管状コアが膨潤し全長が長くなったり、劣化により強度が低下し、エンドキャップと濾過膜との液密性が失われることがある。

また、特許文献２の各部材がポリエステル系樹脂からなるカートリッジフィルターの場合、各部材は果汁濾過による膨潤は起こらないが、濾材が不織布から構成された清澄濾過であるため、濾過精度が低く、除菌などを目的とする精度の高い精密濾過を行うことができない。

さらに、特許文献３及び４に記載されたものは、プロテクター及び管状コアとエンドキャップとの溶融接着性を強めるため、それらの端部に周方向に延在する凹溝を形成し接着面積を増やしているが、この方法はプロテクター及び管状コアとエンドキャップとの素材が溶融接着性がある場合にのみ有効であり、溶融接着性がない素材の組合せの場合、カートリッジフィルターをハウジングから脱着する際に、プロテクターを持って回転させると、プロテクターがエンドキャップと分離し、回転してしまったり抜け落ちてしまったりする場合がある。

そこで、本発明は、果汁を濾過する場合であってもエンドキャップと精密濾過膜の液密性を失わず、濾過精度が高く、さらにプロテクター及び管状コアとエンドキャップが強固に固定された精密濾過用カートリッジフィルターを提供することを目的とする。

以上の目的を達成するため、本発明は、周面に多数の通液孔を有する管状コアと、該管状コアの周面に設けられ、プリーツ加工された精密濾過膜と、該精密濾過膜の周りを覆うように設けられた筒状のプロテクターと、これら管状コア、精密濾過膜及びプロテクターの軸方向両端に設けられ、前記精密濾過膜との熱融着により精密濾過膜を液密にシールするエンドキャップと、を備えたカートリッジフィルターにおいて、前記管状コア、精密濾過膜及びプロテクターは、いずれもモノテルペン炭化水素耐性を有する熱可塑性高分子から構成されており、前記エンドキャップは、前記精密濾過膜と溶融接着性を有する樹脂から構成されており、前記管状コアとプロテクターの前記エンドキャップとの接合部には、前記精密濾過膜との熱融着の際に溶融されたエンドキャップの樹脂が流れ込むことが可能な凹部が形成され、該凹部は、流れ込まれたエンドキャップの樹脂が凝固した際に、少なくともそのエンドキャップの周方向及び軸方向の力に抗することが可能な形状であることを特徴とする。

本発明に係る精密濾過用カートリッジフィルターにおいて、管状コア、精密濾過膜及びプロテクターは、いずれもモノテルペン炭化水素耐性を有する熱可塑性高分子から構成されているので、モノテルペン炭化水素を含む果汁の濾過においてもこれらが膨潤、劣化することはなく、エンドキャップと濾過膜との液密性が失われず長期間安定して使用することができる。また、管状コアとプロテクターのエンドキャップとの接合部に形成された凹部が、流れ込まれたエンドキャップが凝固した際に、少なくともそのエンドキャップの周方向及び軸方向の力に抗することが可能な形状であるので、プロテクター及び管状コアが、エンドキャップと溶融接着性がない素材によって構成された場合であっても、それぞれが強固に固着している。このため、カートリッジフィルターをハウジングから脱着する際に、プロテクターを持って回転させても、プロテクターがエンドキャップと分離したり、抜け落ちてしまうことがない。精密濾過膜とエンドキャップは、液密性を保つために互いに溶融接着性が良い素材で構成する必要があるが、濾過精度に優れた精密濾過膜と溶融接着性が良い素材で構成されたエンドキャップは、管状コア及びプロテクターを構成する素材と溶融接着性が悪い場合がある。しかし、そのような場合であっても、本発明に係る精密濾過用カートリッジフィルターは、管状コアとプロテクターのエンドキャップとの接合部に前記凹部を設けることにより、プロテクター及び管状コアとエンドキャップを強固に固定することができる。

以上のように本発明に係る精密濾過用カートリッジフィルターによれば、果汁を濾過する場合であってもエンドキャップと精密濾過膜の液密性を失わず、濾過精度が高く、さらにプロテクター及び管状コアとエンドキャップが強固に固定された精密濾過用カートリッジフィルターを提供することができる。

発明を実施するための形態

次に、本発明に係る精密濾過用カートリッジフィルターの実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態に係る精密濾過用カートリッジフィルターの一部切開斜視図である。本実施の形態に係る精密濾過用カートリッジフィルター１は、芯部として利用され、周面に多数の通液孔８を有する管状コア２と、管状コア２の周面に設けられた精密濾過膜４と、精密濾過膜４の周りを覆うように設けられた筒状のプロテクター７と、これら管状コア２、精密濾過膜４及びプロテクター７の軸方向両端に設けられ、精密濾過膜４を液密にシールするエンドキャップ１０と、を備えている。

管状コア２は、モノテルペン炭化水素耐性素材であるポリエステル系樹脂又はポリアミド系樹脂から構成されていることが好ましく、特にポリブチレンテレフタレートから構成されていることが好ましい。この管状コア２は、エンドキャップ１０との相互係止を図るため、エンドキャップ１０との接合部に凹部を設けており、この凹部の形状、大きさは、精密濾過膜４との熱融着の際に溶融されたエンドキャップ１０の樹脂が流れ込むことが可能であり、流れ込まれたエンドキャップの樹脂が凝固した際に、少なくともそのエンドキャップの周方向及び軸方向の力に抗することが可能な形状であれば良く特に限定されず、周方向及び軸方向に形成された溝、貫通孔、斜め方向に形成された溝などがある。例えば、管状コア２は、図２に示すように、軸方向の両端部外周には、周方向に延在する第１溝１１、及び軸方向に延在する第２溝１２が前記凹部として形成されている。第１溝１１及び第２溝１２は、エンドキャップ１０を精密濾過膜４に熱融着させる際にエンドキャップ１０の溶解された樹脂がこれら第１溝１１及び第２溝１２に流れ込むことが可能な形状であれば良く、例えば、第１溝１１は、管状コア２の両端部それぞれから１〜２ｍｍの位置に全周に亘って設けられ、又は周方向に等間隔をおいて複数設けられている。第１溝１１の幅は、１．５〜２．５ｍｍであることが好ましく、その深さは、管状コア２の肉厚３〜４ｍｍに対し２５〜５０％であることが好ましい。第１溝１１を複数設けた場合、それぞれの周方向の長さは、同一であることが好ましく、またそれぞれの長さの合計が全周の１／２以上になるように形成されていることが好ましい。また、第２溝１２は、管状コア２の両端部それぞれから１．５〜４ｍｍの長さを有するとともに１〜２ｍｍの幅を有することが好ましく、周方向に１〜８個形成されていることが好ましい。これら第１溝１１及び第２溝１２としては、貫通しているものを用いても良く、また複数の孔を用いても良い。例えば、図２、図４及び図５は、全周に亘って形成された第１溝１１と一つの貫通した第２溝１２を有する管状コア２を示し、図６及び７は、等間隔をおいて形成された二つの第１溝１１とこれら第１溝１１の間に等間隔をおいて形成された二つの第２溝１２を有する管状コア２を示す。

精密濾過膜４は、モノテルペン炭化水素耐性素材であるポリテトラフルオロエチレン又はポリアミドから構成されていることが好ましく、特に親水性ポリテトラフルオロエチレンから構成されていることが好ましい。この精密濾過膜４は、その表裏面がサポート材３、５によって挟まれ、これらサポート材３、５とともにプリーツ状に折り畳まれることによってプリーツ濾材６を形成する。このプリーツ濾材６は、軸方向両端がヒートシールなどによって接着することにより筒状に形成されている。サポート材３、５は、モノテルペン炭化水素に耐性があるポリエステル樹脂で構成されている。図１に示すプリーツ濾材６は、精密濾過膜４の表裏面にサポート材３、５を配置した３層構成であるが、捕捉すべき粒子や菌の大きさ及び濾過寿命の関係で、膜を複数層重ね、さらにその表裏面にサポート材を複数層重ねた構成であっても良い。また、サポート材３、５としては、不織布、ネット、織物などを用いることができるが、厚みの薄い精密濾過膜４を保護する場合、不織布がエンドキャップ１０との溶融接着性が良いため、不織布を用いることが好ましい。

プロテクター７は、管状コア２と同様にモノテルペン炭化水素耐性素材であるポリエステル系樹脂又はポリアミド系樹脂から構成されていることが好ましく、特にポリブチレンテレフタレートから構成されていることが好ましい。このプロテクター７は、プリーツ濾材６を保護するものであり、その周面には多数の通液孔９を有する。また、プロテクター７は、エンドキャップ１０との相互係止を図るため、エンドキャップ１０との接合部に凹部を設けており、この凹部の形状、大きさは、精密濾過膜４との熱融着の際に溶融されたエンドキャップ１０の樹脂が流れ込むことが可能であり、流れ込まれたエンドキャップの樹脂が凝固した際に、少なくともそのエンドキャップの周方向及び軸方向の力に抗することが可能な形状であれば良く特に限定されず、周方向及び軸方向に形成された溝、貫通孔、斜め方向に形成された溝などがある。例えば、プロテクター７の軸方向の両端部には、図３に示すように、複数の貫通孔１３が周方向に等間隔を置いて設けられている。この貫通孔１３は、孔の形状、数、大きさなどに特に制限はなく楕円形状であっても良い。例えば、孔が円形の場合、孔の中心がプロテクター７の両端部それぞれから１．５〜３．５ｍｍの位置に周方向３〜８個設けていることが好ましく、それぞれの直径は、１〜３ｍｍであることが好ましい。また、これら貫通孔１３の代わりに、凹部として周方向及び軸方向に延在する溝であっても良い。

エンドキャップ１０は、その中央に管状コア２の開口と整合する液体連通口を有し、精密濾過膜４と溶融接着性がある樹脂、例えばポリプロピレン樹脂から構成されている。このエンドキャップ１０は、その裏面を溶かした状態で精密濾過膜４、管状コア２及びプロテクター７からなる管状体の両端部に押し付けることによって、精密濾過膜４に熱融着して液密にシールし、溶解された樹脂を管状コア２の第１溝１１及び第２溝１２、並びにプロテクター７の貫通孔１３に流れ込み、凝固させて管状コア２及びプロテクター７に強固に固定するよう構成されている。本発明に係る精密濾過膜用カートリッジフィルターにおいて溶融接着性とは、溶融した際に互いに接着性を有することをいう。

次に、本発明に係る精密濾過用カートリッジフィルターの実施例を作成した。本実施例に係る精密濾過用カートリッジフィルターにおいて、管状コア２は、肉厚３．５ｍｍのポリブチレンテレフタレートから構成されたものを用いた。この管状コア２の第１溝１１は、幅を２．０ｍｍ、深さを１．５ｍｍとし、管状コア２の両端部それぞれから１．５ｍｍの位置に周方向等間隔をおいて４つ形成した。これら４つの第１溝１１の周方向の長さは、それぞれ同一に形成し、それぞれの長さの合計が全周の１／２となるように形成した。また、管状コア２の第２溝１２は、周方向に等間隔をおいて４つ形成し、それぞれの長さを管状コア２の両端部それぞれから４ｍｍとし、幅を２ｍｍとした。

精密濾過膜４は、孔径０．４５μｍの親水性ポリテトラフルオロエチレンから構成されたものを使用し、サポート材３、５は、ポリエステル繊維からなり、目付１００ｇ／ｍ^３の不織布から構成されたものを使用した。プリーツ濾材６は、精密濾過膜４とその表裏面から挟んだサポート材３、５を１５ｍｍ／山ピッチのプリーツ状に折り畳みながら１００℃の温度で型を付けることによって形成し、さらにその軸方向両端を約１９０℃の熱によるヒートシールなどによって接着することにより筒状に形成した。

プロテクター７は、管状コア２と同様にモノテルペン炭化水素耐性素材であるポリブチレンテレフタレートから構成されたものを用いた。貫通孔１３としては、円状に形成したものを周方向に等間隔おいて４つ形成した。これら貫通孔１３は、プロテクター７の両端部それぞれから中心が２ｍｍの位置に２．５ｍｍの直径を有するように形成した。

エンドキャップ１０は、ポリプロピレンから構成した。本実施例に係る精密濾過用カートリッジフィルターは、筒状プリーツ濾材６の内側に管状コア２、外側にプロテクター７を組み付け、プロテクター７よりはみ出たプリーツ濾材両端面を切断することによってカートリッジフィルターの加工中間体である筒状体を得た。この筒状体の両端に、表面温度２３０〜３００℃で加熱溶融したエンドキャップ１０を０．４ＭＰａで押圧埋没させることにより、管状コア２の第１溝１１及び第２溝１２、並びにプロテクター７の貫通孔１３に溶融したポリプロピレン樹脂を流し込ませて長さ１０インチ（２５．４ｃｍ）、直径７０ｍｍのカートリッジフィルターを作製した。

次に、本実施例に係る精密濾過用カートリッジフィルターの性能試験を行なうため、その比較例を製作した。比較例に係る精密濾過用カートリッジフィルターは、精密濾過膜として孔径０．４５μｍのポリエーテルサルホン、精密濾過膜の表裏面のサポート材としてポリプロピレン製不織布、またポリプロピレン製の管状コア、プロテクター及びエンドキャップを用いた点、並びに管状コアに溝を設けず、プロテクターに貫通孔を設けなかった点以外は実施例と同じ方法によりカートリッジフィルターを作製した。

次に、実施例及び比較例に係る精密濾過膜用カートリッジフィルターについて性能試験を行なった。先ず、実施例及び比較例に係る精密濾過膜用カートリッジフィルターを９０℃のモノテルペン炭化水素１．０％希釈水中に４０時間浸漬し、浸漬後の精密濾過用カートリッジフィルターの寸法、外観及び完全性を調べた。その結果、実施例に係る精密濾過用カートリッジフィルターの全長は、２ｍｍ伸びたが、外観に変化はなく、ディフュージョンレイトによる完全性試験の結果、破損はなく完全性が保たれていた。これに対し、比較例に係る精密濾過用カートリッジフィルターの全長は、１０ｍｍ伸び、プロテクターが膨潤変形してエンドキャップと剥離していた。また、ディフュージョンレイトによる完全性試験の結果、破損があり完全性も失われていた。

また、実施例及び比較例に係る精密濾過用カートリッジフィルターによってオレンジ果汁を６ヶ月間濾過し、カートリッジフィルターの寸法、外観及び完全性を調べた。その結果、実施例に係る精密濾過用カートリッジフィルターは、全長が３ｍｍ伸びたが外観には変化がなく、ディフュージョンレイトによる完全性試験の結果、破損はなく完全性が保たれており、ラクトバチカル菌に対しＬＲＶ７以上の濾過精度を有していた。これに対し、比較例に係る精密濾過用カートリッジフィルターは全長が１５．３ｍｍ伸び、プロテクターが膨潤変形しエンドキャップと剥離しており、ディフュージョンレイトによる完全性試験の結果、破損があり完全性も失われていた。

本発明に係る精密濾過用カートリッジフィルターの実施の形態を示す一部切開斜視図である。 本実施の形態に用いられた管状コアの斜視図である。 本実施の形態に用いられたプロテクターの斜視図である。 本実施の形態に用いられた管状コアの一部切欠一部拡大正面図である。 図４のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 管状コアの他の形状を示した図４に対応する図である。 図６のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

符号の説明

１ カートリッジフィルター
２ 管状コア
３、５ サポート材
４ 精密濾過膜
６ プリーツ濾材
７ プロテクター
８、９ 液体通液孔
１０ エンドキャップ
１１ 第１溝
１２ 第２溝
１３ 貫通孔

Claims (5)

1. 周面に多数の通液孔を有する管状コアと、該管状コアの周面に設けられ、プリーツ加工された精密濾過膜と、該精密濾過膜の周りを覆うように設けられた筒状のプロテクターと、これら管状コア、精密濾過膜及びプロテクターの軸方向両端に設けられ、前記精密濾過膜との熱融着により精密濾過膜を液密にシールするエンドキャップと、を備えたカートリッジフィルターにおいて、
   前記管状コア、精密濾過膜及びプロテクターは、いずれもモノテルペン炭化水素耐性を有する熱可塑性高分子から構成されており、
   前記エンドキャップは、前記精密濾過膜と溶融接着性を有する樹脂から構成されており、
   前記管状コアとプロテクターの前記エンドキャップとの接合部には、前記精密濾過膜との熱融着の際に溶融されたエンドキャップの樹脂が流れ込むことが可能な凹部が形成され、
   該凹部は、流れ込まれたエンドキャップの樹脂が凝固した際に、少なくともそのエンドキャップの周方向及び軸方向の力に抗することが可能な形状であることを特徴とする精密濾過用カートリッジフィルター。
2. 前記管状コア及びプロテクターに形成された少なくとも一つの凹部は、周方向及び軸方向に延在する溝であることを特徴とする請求項１又は２記載の精密濾過用カートリッジフィルター。
3. 前記管状コア及びプロテクターに形成された少なくとも一つの凹部は、周方向に複数形成された貫通孔であることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の精密濾過用カートリッジフィルター。
4. 前記精密濾過膜がポリテトラフルオロエチレンまたはポリアミドから構成されていることを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の精密濾過用カートリッジフィルター。
5. 前記管状コア及びプロテクターが、ポリエステル系樹脂又はポリアミド系樹脂から構成されていることを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の精密濾過用カートリッジフィルター。
   
   

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