JP2018008262A - 液体ろ過用減圧カプセルフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】カプセル内に簡単にろ過液を充填でき、且つ使用開始時に気泡を出さないカプセルフィルタを提供する。【解決手段】 熱可塑性樹脂製のカプセルフィルタにおいて、流体入口および流体出口を減圧下で気密シールし、且つ使用接続時にはワンタッチで配管接続でき、ろ過対象液をカプセル内空間に速やかに流入させることができる。更に、流体出口には、先端部をろ過体内の空間に先端部が挿入される流体出口側継手を接続することで、よりエアの流出を防止することができる。【選択図】 図１

Description

本発明は、熱可塑性高分子からなる液体ろ過用カプセルフィルタに関する。

カプセル状のシェル内に、プリーツ状ろ材を有する円筒形のろ過体を装填したろ過器（カプセルフィルタ）が知られている（例えば特許文献１）。

従来、シェル内にろ過体を装填してシェルとろ過体を一体化したカプセルフィルタ内のエアを排出するためには、例えば特許文献２に記載の様に、ハウジングにエア抜き弁（ベント弁）等を設置し、ろ過対象の液などを通液しながらカプセル内のエアを排出する必要があった。

ここで、従来のカプセルフィルタは製造後の梱包に際し、製造雰囲気下で単にポリ袋等に封入されるものであり、カプセル内部にはエアが存在する。一般にろ過体のろ材には空間率の高い不織布やガラス繊維、微多孔膜が用いられているため、このろ材の空隙内にもエアが存在することとなる。

シェル内に装填するろ過体のろ材として、このようなろ材を使用する場合、ろ材の空隙内に含まれるエアは、前記の通液によっては完全に抜くことが難しく、又、エア抜きのために多量のろ過対象液を使用する必要があった。そのため、カプセルフィルタを配管に接続し、液体を通液させて使用するためには、この装填されたろ過体やシェル内の空間及びろ材内部のエアを抜く必要があり、その作業の手間や完全にエアが抜けたかどうかの確認が問題となっている。また、この作業のために高価なろ過対象液を無駄にするという問題も起きている。

図２は従来のカプセルフィルタを示す。２はシェル（カプセル壁）、３はシェル内に装填されたろ過体、４はろ過体の両端に取り付けられたエンドプレート、５は流体入口、６は流体出口を示す。従来の方法によればまず流体入口５および流体出口６を継手８を用いて接続し、図示しない圧送手段を用いてろ過対象液体を流体入口５に圧送する。その際エアベント７を開放し、空間Ａに存在するエアを排出する。

ろ過対象液体が空間Ａを満たしたことを目視等により確認した後、エアベント７を閉止する。更に流体入口にろ過対象液を送り続けると、ろ過対象液はろ過体３のろ材を通過して空間Ｂに達し、空間Ｂを満たしていく。この時、図２の様に横置き配置の場合もあるし、図３および図４の様に鉛直方向上下方向に配置される場合もある。特に図２や図４の場合、空間Ｂに存在するエアは流体出口６から完全に排出されず残ってしまう。この残エアを排出するために、ろ過すべき液を通液させながら、必要に応じてカプセルフィルタを傾けたり、カプセルフィルタに振動を与えたりして残エアを排出させる必要がある。このエア抜きの間に使用するろ過対象液は全て廃液となる。

しかしながらろ材空間に残っているエアは上記のような操作にも関わらず、簡単には抜くことができない。カプセル内にエアが残存した状態でカプセルフィルタの使用を行うと、カプセル内に残存するエアがろ過対象液の流れに随伴されて不規則に流体出口６側に流出し、例えば塗工工程やレンズ注入工程では製品中に気泡を含有するという形であらわれ、製品不良の大きな原因となる。

特開２００１−０３８８０７号公報 特開２００６−２６３６３９号公報

本発明は、煩雑なエア抜き作業や高価なろ過対象液を無駄にすること無く使用可能なカプセルフィルタを提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明は、流体入口および流体出口を有するシェル内にろ過体が装填され、前記ろ過体の一次側が流体入口と連通し、前記ろ過体の二次側が前記流体出口と連通するカプセルフィルタにおいて、前記シェル内が減圧された状態で前記流体入口および前記流体出口を気密することにより、前記シェル内が減圧状態を維持していることを特徴とするカプセルフィルタを提供する。
シェル内を減圧状態とすることで、通液を開始した際にシェル内の煩雑なエア抜きを行う必要が無く、ろ過対象液を無駄にすることなくろ過対象液をシェル内に吸引することができる。

本発明に係るカプセルフィルタは、前記減圧が０．８気圧以下であることが好ましい。カプセル内を０．８気圧以下の減圧状態とすることで、ろ過対象液をシェル内に吸引するために必要な吸引力を得ることができる。

本発明に係るカプセルフィルタは、前記流体入口および前記流体出口の気密に使用するシール材が前記シェルと略同一の材質であることが好ましい。
シェルと同材質のシール材を用いることで、流体入口および流体出口との熱溶着や超音波接合が容易となる。

前記シェルの材質がポリプロピレン、ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、４フッ化樹脂、２フッ化樹脂等の熱可塑性高分子からなることが好ましい。
シェルの材質に熱可塑性樹脂を用いることで、シェルとろ過体を一体化する際の接合およびシェルとシール材の接合を熱溶着や超音波接合により行う事ができる。

前記ろ過体の材質が、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、４フッ化樹脂、２フッ化樹脂のいずれかまたはこれらの組み合わせであることが好ましい。
ろ過体の材質に熱可塑性樹脂を用いることで、シェルとろ過体を一体化する際の接合を熱溶着や超音波接合により行う事ができる。

前記シェル内に装填されるろ過体が略円筒形の外観を有し、前記円筒形の大きさが全長２０〜２５０ｍｍ、外径４０〜７０ｍｍであることが好ましい。

前記流体入口および前記流体出口を気密するシール材が、熱溶着もしくは超音波接合によりシェルに溶着されていることが好ましい。
接合のために接着剤等を用いないことにより、カプセルフィルタの使用時に異材の混入を防止することができる。

前記流体入口および前記流体出口を気密するシール材は、前記シール材を剥離するためのツマミ部を有するものを用いることが好ましい。シール材がツマミ部を有することにより、シェル内に流体が充填された後、二次側に継手を接続するに際し、流体出口側に取り付けられているシール材を取り外すことが容易となる。

前記流体出口には、前記ろ過体内の空間に先端部が挿入される流体出口側継手を用いることが好ましい。
流体入口を垂直方向下方に、流体出口を垂直方向上方としてカプセルを配置する場合、ろ過体を構成するエンドプレート部に少量のエアが残存する可能性がある。この場合、流体出口に接続される継手の先端部をろ過体内に挿入することにより、先端部が前記少量のエアの下部に位置することとなり、当該気泡が流体出口に移動することがない。

更に、前記流体出口側継手の先端部は、ろ過体内部に構成される空間の長さの１／２以上まで挿入されることが好ましい。これにより、前記少量のエアの流出をより確実に防止することができる。

本発明のカプセルフィルタは、使用開始時に配管の接合と同時に減圧されたカプセルフィルタ内部にろ過対象液が吸引され、且つ、シェル内に装填されたろ過体のろ材の空隙も同液で充填されるため、エア抜き作業やその作業中に発生するろ過対象液の無駄を排除することができる。

本発明の一実施形態にかかるカプセルフィルタをあらわす側断面図である。 従来のカプセルフィルタの一例をあらわす側断面図である。 従来のカプセルフィルタの配管接続方法の一例をあらわす側断面図である。 従来のカプセルフィルタの配管接続方法の一例をあらわす側断面図である。 本発明にかかるシール材の形状をあらわす平面図である。 本発明にかかる流体流出側継手の形状をあらわす側面図である。 本発明にかかるカプセルフィルタの一例をあらわす側面図である。 本発明にかかるカプセルフィルタの使用フローの一例をあらわす図である。

図１は本発明のカプセルフィルタ１の一実施例を示す。５１及び６１は、減圧状態を維持するために流体入口５および流体出口６に溶着されたシール材（蓋体）である。流体入口側継手８には、流体入口側継手８に回転自在に取り付けられた接続口１２が内装され、接続口１２内にはシール材５１や６１を貫通可能なように先端が傾斜面となるよう切断された円形カッター１０が内蔵されている。流体入口側継手８や流体入口側９を強くカプセルフィルタに押付けると先ずＯリング１１が接続口１２内に挿入されてシール面１３と接触し、流体入口５と流体入口側接手８を液密シールする。更に強く押付けると円形カッター１０がシール材５１を貫通する。この際、シェル内は減圧されているため、流体入口側継手８に接続されている配管中の液を吸い上げる形になり、自ずと空間ＡやＢはろ過対象液で満たされる。そのため、ベント操作は不要で、且つ空間Ａおよび空間Ｂのエア残りはなくなる。

流体出口６で目視にてろ過対象液の存在が確認できた後、流体入口側継手８と同様に流体出口側継手９を流体出口６に接続することで、カプセルフィルタ内部に残エアの無い状態で接続カプセルフィルタに廃刊を接続することができる。
本発明に係るカプセルフィルタのこの様な使用により、塗工工程やレンズ注入工程で製品中に気泡が混入する不具合発生を防止することができる。又、エア抜きのために無駄にろ過対象液をロスする必要がなく、作業性の向上、ろ過対象液のコスト削減が可能となる。

本発明に用いるカプセルフィルタは、例えば特許文献１に記載のように、熱可塑性樹脂からなる部材を熱溶着により接合することで作製することができる。その後、同様の熱溶着などにより、流体入口５および流体出口６にシール部材５１、６１を溶着することでシェル２内を封止することができる。

又、エアベント７が取り付けられている位置に真空ポンプの吸引ノズルを設け、シェル内部のエアの排出後に前記ノズルを圧潰しながら熱溶着して封止することもできる。

シェル内の減圧は、エアベント部などから公知の真空ポンプやアスピレーターを用いてシェル内のエアを除去することなどにより行うことができる。

シール材５１および６１の形状は、流体入口５や流体出口６の開口形状と同様の平面形状とすることができる。シール材５１および６１の形状が円形である場合、図５の様にシール材を取り外すためのツマミ部６３を設けることができる。流体がシェル２内に十分に充填された場合、流体出口６に流体出口側継手９を接続する際には円形カッター１０によるシール材６１の貫通を行う必要が無い。シール材５１および６１を円形カッター１０により貫通する際には、シール材５１および６１の破断により少量の微粉が発生する可能性がある。流体入口５に取り付けられたシール材５１から発生する微粉はろ過体３により二次側への流出を防止することが可能である。しかし、流体出口６に取り付けられたシール材６１から発生する微粉の流出を防止するためには、本発明にかかるカプセルフィルタの後段に当該微粉の流出を防止するためのフィルタ等を設ける必要がある。このような流出防止手段を設けない場合、シェル２内のエア抜きが終了した後、シール材６１を剥離して流体出口側継手９を接続することが望ましい。この場合、剥離作業を容易にするするため、シール材６１にはツマミ部６３を設けることが望ましい（図５）。

シール材６１にツマミ部６３を設ける場合、ツマミ部６３とシール材６１の本体部６２との接続部にはＲ部６４を設けることが好ましい。溶着線６５で流体出口６の端面と溶着されたシール材６１を剥離する際のシール材６１の破断を防止するためである。

流体出口に接続する流体出口側継手９には、図６に示すような先端部９１が突出した流体出口側継手９０を使用することができる。図７の様に流体入口５を下方、流体出口６を上方に配置してカプセルフィルタ１を設置する場合、シェル２内の減圧によるエア抜きを行った場合でも、上方に位置するエンドプレート４１の付近にエアが残る可能性がある。この場合、流体出口側継手９０の先端部９１をろ過体３の中央部付近もしくはそれ以下まで挿入することにより、シェル２内に残存するエアを流体出口６から流出させずに流体を排出することができる。

本発明にかかるカプセルフィルタ１の使用方法を、図８の様なラインに接続する場合を一例として説明する。図８において、１４は被処理流体貯槽、１５は被処理流体貯槽１４とカプセルフィルタ１を接続する流体流入側配管、１６はカプセルフィルタ１から排出された流体を次工程に送る流体流出側配管であり、Ｖ１〜Ｖ４はバルブ、Ｐは被処理流体をカプセルフィルタ１や次工程に送液するポンプである。

まず、カプセルフィルタ１をライン内に接続する前に、Ｖ１〜Ｖ３をゆっくりと開放し、被処理流体貯槽１４のヘッド圧を利用して流体流入側配管１５の端部に接続された流体入口側継手８部まで配管内に流体を充填する。その後、一旦、Ｖ３を閉止し、円形カッター１０や接続口１２を有する流体入口側継手８にカプセルフィルタ１を接続する。流体入口側継手８とカプセルフィルタ１の接続後、Ｖ３をゆっくりと解放すると、カプセルフィルタ１内の減圧により流体流入側配管１５を介して被処理流体貯槽１４内の流体がカプセルフィルタ１内に吸引される。シェル１内の空間が流体で満たされていることを目視にて確認した後、流体出口６に溶着されているシール材を剥離し、流体出口側継手９もしくは９０を接続する。尚、流体の粘度や配管抵抗等により、シェル１内の減圧のみではシェル１内が十分に流体で満たされない場合、被処理流体貯槽１４のヘッド圧やポンプＰにより流体を送液してもよい。

繊維径の異なる５枚のポリプロピレン製不織布（目付２０ｇ／ｍ^２）を積層したろ材を山高さ１２ｍｍにプリーツ加工し、長さの異なる外形３インチの円筒形のろ過体を作製した。このろ過体を、高さが異なり、内装部材を除く空隙容積が約１３０ｃｃ、約１８０ｃｃおよび約３６０ｃｃのシェルに内挿したカプセルフィルタを作製してエア抜きの評価を行った。

実施例１〜３および比較例１〜３に使用したシェルの材質にはポリプロピレンを用いた。又、流体入口および流体出口の最端部の径はそれぞれ１２ｍｍであり、シール材として厚み０．５ｍｍのポリプロピレンの薄板を用い、流体入口および流体出口にシール材を熱溶着することにより流体入口および流体出口を封止した。

各カプセルフィルタついて、シェル内部を減圧した状態と減圧していない状態で、流体出口に気泡が出てこなくなるまでのろ過対象液をエア抜きのために廃液として使用した使用量および作業時間を比較した結果を表１に記載する。
尚、以下の評価に際しては、処理対象液に株式会社ゴードー製イソプロピルアルコール（純度９９％以上）を用い、シェル内の減圧にはアルバック機工株式会社製真空ポンプＰＶＤ−１８０を使用し、気泡の有無の確認は目視により行った。

（※１）ろ過対象液使用量「０ｃｃ」は、流出初期の廃液に気泡が含まれて
いない状態を示す。

表１より、従来技術と同様、ろ過対象液を圧送することによりエア抜きを行った比較例１〜３に対し、シェル内部を減圧した実施例１〜３は、ろ過対象液の使用量（廃棄量）がはるかに少なく、エア抜きに要する時間も短いことが分かる。

実施例２で使用した空隙容積が約１８０ｃｃのカプセルフィルタを用い、減圧量に対するエア抜き能力を測定した。測定結果を表２に記載する。

表２より、減圧量が０．８気圧以下の場合には、０．８気圧以上の場合と比較して、ろ過対象液を吸引する能力が大きく、ろ過対象液の使用量を削減でき、エア抜きに要する作業時間を短縮できることがわかる。

実施例２と同様のカプセルフィルタを用い、図８のｂ寸法を１００ｍｍとしたカプセルフィルタおよび図８のｂ寸法が７０ｍｍで先端部がカプセルフィルタ内のエンドプレート付近まで挿入される液体出口側継手を使用して通液テストを行った（実施例８）。又、比較例として、図１に記載の様な、流体入口側継手と流体出口側継手が略同形状の継手を使用して通液テストを行った（比較例５）。
実施例８、比較例５ともに配管接続後の初期のエア抜きは２０秒程度で終了した。しかし、当該エア抜き後に流量２Ｌ／ｍｉｎでイソプロピルアルコールを３００分間通過させたところ、実施例８の状態ではその後に流出するエアは全く観察されなかったが、比較例５では通液開始１０分後、２０分後、および６５分後に数粒のエアの流出が観察された。

上記実施例では、ポリプロピレン製のシェルに同材質のシール材を熱溶着することにより流体入口および流体出口を封止したが、これらの材質はろ過対象液の性状やカプセルフィルタの使用環境により適宜最適なものを選択することができる。
尚、シェルとシール材の材質は、熱溶着や超音波溶着の容易性から略同一の材質であることが好ましい。

又、シェル内に装填するろ過体の孔径、シェルの外形、流体入口および流体出口の大きさや形状、シール材の厚み等は、ろ過対象液の性状や、エア抜きに際し必要とされる減圧量などの諸条件に応じて適宜選択することができるが、円筒形のシェルを用いる場合、円筒形の大きさが全長２０〜２５０ｍｍ、外径４０〜７０ｍｍ程度のものが好ましい。
大型化によりシェル内を減圧するための設備が大がかりとなり、又、シェルの耐圧性能を維持するためにシェルの厚みを厚くするなどの必要があるからである。

更に、シェルやろ過体それぞれの材質は熱可塑性高分子からなることが好ましい。各部の一体化を熱溶着や超音波接合などにより行う事ができ、接着剤等の異材の使用を防止することができるため、ろ過対象液に対する耐薬品性能や溶出物対策などを統一して行う事ができるからである。

１ カプセルフィルタ
２ シェル（カプセル外壁）
３ ろ過体
４ エンドプレート
５ 流体入口
５１ シール材（蓋体）
６ 流体出口
６１ シール材（蓋体）
６２ 本体部
６３ ツマミ部
６４ Ｒ部
６５ 溶着線
７ エアベント
８ 流体入口側継手
９ 流体出口側継手
１０ 円形カッター
１１ Ｏリング
１２ 接続口
１３ シール面
１４ 被処理流体貯槽
１５ 流体流入側配管
１６ 流体流出側配管

Claims (10)

1. 流体入口および流体出口を有するシェル内にろ過体が装填され、前記ろ過体の一次側が前記流体入口と連通し、前記ろ過体の二次側が前記流体出口と連通するカプセルフィルタにおいて、前記シェル内が減圧された状態で前記流体入口および前記流体出口を気密することにより、前記シェル内が減圧状態を維持することを特徴とするカプセルフィルタ。
2. 前記減圧が０．８気圧以下であることを特徴とする、請求項１に記載のカプセルフィルタ。
3. 前記流体入口および前記流体出口の気密に使用するシール材が前記シェルと略同一の材質であることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のカプセルフィルタ。
4. 前記シェルの材質がポリプロピレン、ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、４フッ化樹脂、２フッ化樹脂等の熱可塑性高分子からなることを特徴とする、請求項１〜３に記載のカプセルフィルタ。
5. 前記ろ過体の材質が、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、４フッ化樹脂、２フッ化樹脂のいずれかまたはこれらの組み合わせである、請求項１〜４に記載のカプセルフィルタ。
6. 前記シェル内に内蔵されるろ過体が略円筒形の外観を有し、前記円筒形の大きさが全長２０〜２５０ｍｍ、外径４０〜７０ｍｍの範囲であることを特徴とする、請求項１〜５に記載のカプセルフィルタ。
7. 前記流体入口および前記流体出口を気密するシール材が、熱溶着もしくは超音波接合によりシェルに溶着されていることを特徴とする、請求項１〜６に記載のカプセルフィルタ。
8. 前記流体入口および前記流体出口を気密するシール材が、前記シール材を剥離するためのつまみ部を有する請求項１〜３に記載のカプセルフィルタ。
9. 前記流体出口には、前記ろ過体内の空間に先端部が挿入される流体出口側継手を接続する請求項１〜３に記載のカプセルフィルタ。
10. 前記流体出口側継手の先端部は、前記ろ過体内の空間長さの１／２以上まで挿入される請求項１〜３に記載のカプセルフィルタ。