JP2018176029A - プリーツタイプフィルタ用スペーサ - Google Patents

Abstract

【課題】プリーツ加工により成型した濾過材を有するフィルタのプリーツ間に取り付けられるスペーサを提供する。【解決手段】谷部と、谷部の２倍以上の数の山部を有するスペーサを用いることで、流体の脈動により主濾過材に膨らみや収縮が生じた場合であっても、その動きをスペーサが規制・吸収し、主濾過材のプリーツ間隔を一定に保つ。これにより、プリーツ部の密着による有効濾過面積の減少を防止すると共に、主濾材や副濾材の疲労破壊による破損を防止する。【選択図】 図１

Description

本発明は、プリーツ加工により成型した濾過材を有するフィルタのプリーツ間に取り付けられるスペーサに関するものである。

気体中のダストやミスト、液体中に浮遊する固形物や液状物を除去するため、濾過材を枠内に固定したフィルタが用いられる。
このようなフィルタには、濾過材の濾過面積を大きくすることにより、流体の通過により生じる圧力損失の増大を抑制し、又、濾過材が捕捉するダスト等の捕捉量を増加させてフィルタの交換寿命等を延長させるため、濾過材をプリーツ状や波形に成形して濾過材の面積を増加させた物が多く用いられている（例えば特許文献１、特許文献２）。

ここで、濾過材をプリーツ状にした場合、濾過材を通過する流体の流通抵抗により、連続するプリーツの折り目部分や折り目部分の間の平面部分が流出側に向けて膨らみ、連続するプリーツ部が密着して流体の流通を妨げ、濾過に有効に用いられる濾過材の面積を減少させるという現象が生じる。

この現象の発生を防止するため、特許文献２では、ホットメルト樹脂等の線状の樹脂固形物を折り襞間に塗布して折り襞相互の間隔を保持させており、特許文献３では、プリーツの間隔を保持するために間隔保持部材を入口側に配置している。又、特許文献４ではろ材と共にネット材をプリーツ加工することにより、プリーツが接近した場合にも流体流動を維持させる構成とし、特許文献５ではエレクトレット不織布やガラス繊維濾過材と共に補強材をプリーツ加工し、流体の流通や捕集対象物の蓄積に対して濾過材の補強を行っている。

特開２００２−２３３７１１号公報 特開２００７−０８３１７８号公報 特開２０１４−０６１４６７号公報 特表２００６−５０１０５８号公報 特開２０１２−０８６１８３号公報 特開２０１０−１１０７６０号公報

しかし、特許文献２で用いられている樹脂固形物は線状のホットメルト樹脂等がプリーツ部間に塗着されたものであり、濾過材の全面に通過する流体の圧力により、樹脂固形物間に延在するプリーツ反の密着を防止することはできない。

又、特許文献３で用いられている間隔保持部材は、濾過材の流入側の上下端にのみ取り付けられ、かつ流入側しか保持されてないため、流体の圧力によるプリーツ反の密着を防止することはできない。

更に、特許文献４や特許文献５で用いられているメッシュ状等の補強材では、主にダストやミストの除去を目的とする濾過材（以下、「主濾過材」という）と共にプリーツ加工され、濾過材の全面にメッシュ材等が広がっているため、メッシュ材等を構成する繊維等の部分には流体が流通しない。このことは、濾過材の有効濾過面積の減少や、圧力損失の増大に直結する。

これらの問題点に加え、流体の流量や供給圧力が高頻度に脈動するものである場合、主濾過材の振幅に合わせてメッシュ等も振幅し、当該メッシュ等が高強度化のために太い繊維径を有するものである場合や高剛性の材質である場合には、当該脈動により当該メッシュ等が疲労破壊により破断するという問題が生じる。

尚、本明細書では、特許文献２に記載された樹脂固形物や特許文献３に記載された間隔保持部材、特許文献４、特許文献５に記載された支持層、補強用不織布濾材等、プリーツ反の間隔を維持するために使用される部品を以後、スペーサと称する。

又、流体中に含まれる捕集対象となるダストやミストなどを除去・捕捉する機能を有する濾過材であってプリーツ加工されたものを主濾過材と称し、主濾過材と共にプリーツ加工され、主濾過材の除去・捕捉機能を補助する濾過材を副濾過材と称する。

本発明は上記の不具合を解消するためになされたものであり、一側面から他側面に流体を流通させるプリーツタイプフィルタに用いられるスペーサであって、プリーツ反の前記他側面側のプリーツ部間に取り付けられ、隣接する他のプリーツ部間に取り付けられる他のスペーサとは連続せず、前記プリーツ反の流入側折り返し部の前記他側面側に対向する位置に配置される谷部と、前記プリーツ反の流出側折り返し部に近接する位置に配置される山部とを有し、前記山部の数が前記谷部の数の２倍以上であって、前記プリーツ反の折り目に沿う方向の長さが、当該スペーサの前記山部および前記谷部を構成する折り目に沿う方向の長さと略同一である、スペーサである。

又、本発明は内周側から外周側に流体を流通させる円筒状に成形されたプリーツタイプフィルタに用いられるスペーサであって、円筒状に成型したプリーツ反の外周側の各プリーツ部間に取り付けられ、隣接する他のプリーツ部間に取り付けられる他のスペーサとは連続せず、前記プリーツ反の内周側の折り返し部に対向する位置に配置される谷部と、前記プリーツ反の外周側の折り返し部に近接する位置に配置される山部とを有し、前記山部の数が前記谷部の数の２倍以上であって、前記プリーツ反の折り目に沿う方向の長さが、当該スペーサの前記山部および前記谷部を構成する折り目に沿う方向の長さと略同一である、スペーサである。

スペーサが連続せず、主にダストやミストの捕捉を行う主濾過材を覆う面積が少ないことから、スペーサが流体の流通を妨げず、主濾過材の有効濾過面積を確保することができる。

又、流体の流入側に比べて流体の脈動による濾過材の振幅が大きい流出側のプリーツ折り返し部にスペーサが存在しないため、スペーサの疲労破壊による破断が生じる恐れもない。

更に、スペーサが谷部と、谷部の２倍以上の数の山部を有するものであり、当該山部および谷部により弾性を発現し得るものであることから、流体の脈動により主濾過材に膨らみや収縮が生じた場合であっても、その動きをスペーサが規制・吸収することができる。そのため、主濾過材のプリーツ間隔を一定に保つとともにプリーツ部の密着による有効濾過面積の減少を防止することができる。

本発明にかかるスペーサは、スペーサ材として開口率３０％以上、７０％以下の熱可塑性合成樹脂繊維の織物からなるメッシュ材を用いることが望ましい。
スペーサの開口を維持するとともに、スペーサに求められる弾性を保持するために適当な強度および伸度を有する熱可塑性合成樹脂繊維からなるメッシュ材を用いることができる。

本発明にかかるスペーサは、スペーサ材として開口率３０％以上、７０％以下の熱可塑性合成樹脂の押出成形ネットからなるメッシュ材を用いることが望ましい。
スペーサの開口を維持するとともに、スペーサに求められる弾性を保持するために適当な強度および伸度を有する熱可塑性合成樹脂を用いるとともに、スペーサの切断端からの綻びを防止するため、押出成形ネットを用いることができる。

本発明にかかるスペーサは、ヒートカット又は超音波カットにより切り出した熱可塑性合成繊維からなるメッシュ材または熱可塑性合成樹脂からなる押出成形ネットを用いることが望ましい。
当該切断方法を用いることにより、スペーサの切断端からの綻びを防止することができるとともに、切断面が鋭利な形状となるコールドカットと比較して、切断端が主濾材・副濾過材を破損する可能性が低下する。特に、主濾材が流体の流量や圧力変動等により振幅する場合には、スペーサの切断端と主濾材および／又は副濾材が高頻度で接触と脱離もしくは押し付けと解放を繰り返すため、切断端の綻びや主濾材・副濾材の破損を防止するためにヒートカットもしくは超音波カットにより切り出した熱可塑性合成繊維からなるメッシュ材又は熱可塑性合成樹脂からなる押出成形ネットを用いることが望ましい。

本発明にかかるスペーサは、前記プリーツ反のプリーツ部の中間部で、前記流入側から前記流出側に向けてもしくは前記内周側から前記外周側に向けて折り返す中間谷部を有することもできる。
プリーツの数はフィルタの大きさや主濾過材・副濾過材を含めた濾過材全体の厚さ、プリーツの高さ、濾過対象である流体の粘度や捕捉するダストやミストの種類によって異なり、これに応じてプリーツ間隔も異なる。そのため、プリーツ反の流入側折り返し部付近の間隔と流出側折り返し部の間隔が大きく異なる場合には、スペーサの山部の数を谷部の２倍以上とする必要があり、プリーツ部の中間部で折り返す中間谷部を形成させることにより、当該間隔に応じたスペーサの形状を選択することができる。

本発明に係るスペーサは、流量および／又は圧力が高頻度で変動する空気圧縮機から吐出される空気中のオイルミストを除去するためのオイルミストセパレータに好適に使用することができる。

本発明のスペーサを用いることにより、有効濾過面積の減少から生じる圧力損失の増大を防止しつつ、流体の流通抵抗により生じる主濾過材・副濾過材の変形を防止することができる。更に、流体の供給に脈動が生じる場合にもスペーサや主濾過材、副濾過材等に生じる疲労破壊を防止することができる。

本発明の第一実施形態にかかるフィルタの外観をあらわす図である。 図１にかかるフィルタのＡ−Ａ断面の一部を拡大した図である。 本発明の第二実施形態にかかるフィルタの外観をあらわす図である。 図３にかかるフィルタのＢ−Ｂ断面をあらわす図である。 図３の一部を拡大した図である。 本発明にかかるスペーサの形態をあらわす図である。 図６（ｂ）にかかるスペーサの斜視図である。 図６（ａ）のスペーサをフィルタのプリーツ間に挿入した断面図である。 図６（ｂ）のスペーサをフィルタのプリーツ間に挿入した断面図である。 スペーサを用いない従来のプリーツタイプフィルタの断面図である。 実施例および比較例にかかるフィルタの圧力損失測定結果である。

本発明のスペーサは、熱可塑性合成繊維の縦糸と横糸から構成された織布や、熱可塑性合成樹脂の押出成形ネット等から構成されたメッシュ材を、既知のプリーツ加工方法によりプリーツ加工し、このプリーツ加工反を切断したものが用いられる。プリーツ加工方法には例えば特許文献６に記載のようなものがあり、織布としては日本特殊織物株式会社やＮＢＣメッシュテック株式会社等が販売するモノフィラメント織物やマルチフィラメント織物、押出成形ネットとしては三晶株式会社が販売するＮＡＬＴＥＸ（登録商標）やＤＥＬＮＥＴ（登録商標）、タキロン株式会社が販売するトリカルネット（登録商標）などがある。

これらのメッシュ材は、３０％以上、７０％以下の開口率を用いるものが好ましい。スペーサの開口を維持するとともに、スペーサに求められる弾性を保持するために適当な強度及び伸度を維持するためである。

スペーサとして織布を用いる場合、繊維径１００μｍ以上、１０００μｍ以下のものフィラメント糸からなる織物や、合計繊維量が前記繊維径相当となるマルチフィラメント糸からなる熱可塑性合成繊維を用いることができる。スペーサに求められる弾性や強度を維持するため繊維径を１００μｍ以上とし、又、スペーサの開口や、プリーツ間にスペーサを挿入した場合の厚さを適当なものとするために１０００μｍ以下のものとすることが好ましい。

スペーサとして押出成形ネットを用いる場合、開口（網目）を構成する繊維状部の太さが１００μｍ以上、１０００μｍ以下からなる熱可塑性合成樹脂を用いることが好ましい。スペーサに求められる弾性や強度を維持するため繊維状部の太さを１００μｍ以上とし、又、スペーサの開口や、プリーツ間にスペーサを挿入した場合の厚さを適当なものとするために１０００μｍ以下のものを用いることができる。

熱可塑性合成繊維および熱可塑性合成樹脂としては、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド系繊維、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリフェニレンサルファイドなどを、流体の性状やスペーサに求められる弾性、耐久性、耐薬品性などの要求性能を基に選択することができる。

これらのメッシュ材をプリーツ加工した後、切断する方法としては、ヒートカットもしくは超音波カットが好ましい。ヒートカットもしくは超音波カットによる切断を行うことにより、切断端からのスペーサの綻びを防止することができ、流体の脈動により主濾材等が激しく振幅を繰り返した場合でもスペーサの分解を防止することができる。又、切断面が鋭利な形状となるコールドカットと比較して、ヒートカットもしくは超音波カットを用いた場合には、切断部に溶断による樹脂玉が形成されるため、スペーサの切断端が主濾材・副濾材を破損する可能性が低下する。特に、主濾材が流体の流量や圧力変動等により振幅を繰り返す場合には、スペーサの切断端と主濾材および／又は副濾材が高頻度で接触と脱離もしくは押し付けと解放を繰り返すため、切断端の綻びや主濾材・副濾材の破損が発生しやすく、これを防止するために切断端に樹脂玉を形成するヒートカットもしくは超音波カットを用いることが好ましい。
但し、メッシュの材質や構成、主濾材および／又は副濾材の強度、振幅の頻度等を考慮して、メッシュの綻びや主濾材・副濾材の破損が生じないと考えられる場合には、コールドカットなど生産性の高い既知の切断方法を用いることができる。

本発明にかかるスペーサの第一実施形態について、図面をもとに説明する。
図１は本発明にかかるスペーサが用いられる平板状フィルタ１の外形図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面の一部を拡大したプリーツ部の平面図である。

図２において、プリーツ反２の流出側のプリーツ部間２３にスペーサ３が独立に挿入され、プリーツ反２の流入側折り返し部２１に対向してスペーサ３の谷部３２が配置されている。又、スペーサ３の谷部３２は、山部３１の数が２であるのに対し、谷部３２の数が１とされている。これにより、プリーツ部間２３の間隔が狭い流入側折り返し部２１付近とプリーツの間隔が広い流出側折り返し部２２付近において、空間に一様にスペーサが配置されて流体の流通抵抗によるプリーツ反の膨張を均一に規制することができる。

更に、図２に記載のスペーサ３は、プリーツ反２の中間部で流入側から流出側に向けて折り返す中間谷部３３を有する。主濾過材・副濾過材のプリーツ数はフィルタの大きさや濾過材全体の厚さ、プリーツの高さ、濾過対象である流体の粘度や捕捉するダスト、ミスト等の種類によって異なり、これに応じてプリーツ間隔も異なる。そのため、プリーツ反２の流入側折り返し部２１付近と流出側折り返し部２２付近の間隔が大きく異なる場合には、スペーサ３の山部３１の数を谷部３２の２倍以上とする必要があり、プリーツの中間部で折り返す中間谷部３３を形成させることにより、プリーツの間隔に応じたスペーサの形状を選択することができる。このような、スペーサの形状例を図６（ａ）から（ｆ）および図７に示す。図６（ａ）から（ｆ）はスペーサの形状例の種類であり、図７は図６（ｂ）の斜視図である。

本発明のスペーサ３は、プリーツ反２のプリーツ部間２３に挿入し、プリーツ反２と共にエンドプレート５に接着もしくは溶着して固定することができる。その際、流体の流通抵抗によってプリーツ反２が過度に膨張したりスペーサ３が流出側に外れたりすることを防止するため、フィルタ１の流出側又は流出側と流入側に外巻反４を取り付けることができる。又、外巻反４の代わりに、フィルタ１の流出側もしくはフィルタ全体を、剛性を有する外筒等により覆うこともできる。

図３乃至図５は、本発明にかかるスペーサおよび当該スペーサを使用したフィルタの第二実施形態をあらわす図である。この実施形態では、フィルタ１０およびフィルタに使用するプリーツ反２を円筒形とし、円筒の内周側を流体の流入側６、外周側を流体の流出側７としている。図３は本発明にかかるスペーサを使用したフィルタ１０の外観をあらわす図であり、図４は図１のＢ−Ｂ断面図、図５は図４の一部を拡大した図であり、図１および図２と同じ機能を有する部位には同じ番号を付している。

本実施形態は、フィルタ１０が円筒形である点が第一実施形態と異なり、これに付随して外巻反４およびエンドプレート５が環形状となっている。この形態のフィルタは、例えば給油式空気圧縮機から排出される圧縮空気中のオイルミストや油回転真空ポンプから排出される排気中のオイルミスト等を除去するために用いられる。そのため、円筒の内周側を流入側、外周側を流出側として流体を通過させ、主濾材および副濾材を用いてオイルミストを捕集・凝集して流出側から流体を排出するとともに、主濾過材・副濾過材捕集し、凝集させたオイルを流出側から排出する。

表１にあらわした構成でスペーサを作成し、図８および図９に示すようにプリーツ間にスペーサ３を挿入したプリーツタイプフィルタを作成した。プリーツ反２には、繊維径１．３μｍ、目付３５０ｇ／ｍ^２のガラス繊維製不織布を目付２０ｇ／ｍ^２のＰＥＴ製スパ

ンド不織布で挟んだものを用い、プリーツ反を円筒状に形成して内筒８、外筒９、外巻ろ材１０、エンドプレート５と共に一体に形成してプリーツ高さ２０ｍｍ、プリーツ数４５のプリーツタイプフィルタを製作した。図１０はスペーサ３を使用しない従来のプリーツタイプフィルタである。

５．５ｋＷ、給油式の往復動空気圧縮機と容量２５０Ｌのエアレシーバータンクの間に実施例１〜４のプリーツタイプフィルタを取り付けて吐出エア中のオイルミストを除去した。その際、エアレシーバータンクから１０Ｌ／ｍｉｎのエアを常時放出し、エアレシーバータンク内の圧力を上限１ＭＰａ、下限０．８ＭＰａとなるよう制御した。これによりプリーツタイプフィルタを通過するエアに脈動が生じた。

各フィルタが１００００回の脈動を受けるまで使用した後、フィルタのプリーツ反およびスペーサの状態を観察した。
実施例１、２、４のフィルタは、プリーツ反、スペーサともに使用前の状態と変化は無いが、実施例３のフィルタでは、４５中２つのスペーサの端部に若干の綻びが生じていた。

次に、実施例２、５、６と比較例１〜３のフィルタについて、エア流量を変化させた場合の圧力損失上昇を測定した（図１１）。
本発明のスペーサを使用した実施例２のフィルタに対し、スペーサを用いない比較例３では圧力損失上昇が高く、本発明のスペーサを用いる効果があらわれている。又、繊維径１００μｍ以下の織物を用いたスペーサ（比較例１）は、繊維径１２０μｍの織物を用いたスペーサ（実施例５）と比較して圧力損失が高く、更に、開口率３０％以下の織物を用いたスペーサ（比較例２）は、開口率３７％の織物を用いたスペーサ（実施例６）と比較して圧力損失が大きく上昇した。比較例１では繊維強度が小さいため、プリーツ間隔の維持に必要な弾性を生じさせることができず、又、比較例２ではスペーサの開口率が小さいためエアの通過域が減少してそれぞれ圧力損失が生じたものと考えられる。

実施例２のフィルタを使用して、フィルタに投入されるエアの脈動によりフィルタが破損するまでの期間を測定した。又、図１０に示す、スペーサを用いない従来のフィルタについても同様の測定を行った。
結果、実施例２のフィルタでは２０万回の脈動を与えてもプリーツ反に疲労破壊等は生じなかった。しかし、比較例３のフィルタでは約６万回の脈動によりプリーツ反の流出側折り返し部に疲労破壊が生じ、エア漏れが生じ始めた。

本発明にかかるスペーサは、プリーツタイプフィルタの流通抵抗により生じる変形を防止するために使用され、特に流量変化や圧力変化が高頻度で生じる流体を濾過するフィルタに好適に用いることができる。又、本発明にかかるスペーサが使用されたフィルタは、給油式空気圧縮機から排出される圧縮空気中のオイルミストや油回転真空ポンプから排出される排気中のオイルミスト等を除去するオイルミストセパレータとして公的に使用することができる。

１，１０ フィルタ
２ プリーツ反
２１ 流入側折り返し部
２２ 流出側折り返し部
２３ プリーツ部間
３ スペーサ
３１ 山部
３２ 谷部
３３ 中間谷部
４ 外巻反
５ エンドプレート
６ 内周側（流入側）
７ 外周側（流出側）
８ 内筒
９ 外筒
１０ 外巻ろ材

Claims (7)

1. 一側面から他側面に流体を流通させるプリーツタイプフィルタに用いられるスペーサであって、
   プリーツ反の前記他側面側のプリーツ部間に取り付けられ、
   隣接する他のプリーツ部間に取り付けられる他のスペーサとは連続せず、
   前記プリーツ反の流入側折り返し部の前記他側面側に対向する位置に配置される谷部と、
   前記プリーツ反の流出側折り返し部に近接する位置に配置される山部とを有し、
   前記山部の数が前記谷部の数の２倍以上であって、
   前記プリーツ反の折り目に沿う方向の長さが、当該スペーサの前記山部および前記谷部を構成する折り目に沿う方向の長さと略同一である、
   スペーサ。
2. 内周側から外周側に流体を流通させる円筒状に成形されたプリーツタイプフィルタに用いられるスペーサであって、
   円筒状に成型したプリーツ反の外周側の各プリーツ部間に取り付けられ、
   隣接する他のプリーツ部間に取り付けられる他のスペーサとは連続せず、
   前記プリーツ反の内周側の折り返し部に対向する位置に配置される谷部と、
   前記プリーツ反の外周側の折り返し部に近接する位置に配置される山部とを有し、
   前記山部の数が前記谷部の数の２倍以上であって、
   前記プリーツ反の折り目に沿う方向の長さが、当該スペーサの前記山部および前記谷部を構成する折り目に沿う方向の長さと略同一である、
   スペーサ。
3. スペーサ材として開口率３０％以上、７０％以下の熱可塑性合成樹脂繊維の織物からなるメッシュ材を用いる請求項１又は請求項２に記載のプリーツタイプフィルタ用スペーサ。
4. スペーサ材として開口率３０％以上、７０％以下の熱可塑性合成樹脂の押出成形ネットからなるメッシュ材を用いる請求項１又は請求項２に記載のプリーツタイプフィルタ用スペーサ。
5. ヒートカットもしくは超音波カットにより切り出した熱可塑性合成繊維からなるメッシュ材または熱可塑性合成樹脂からなる押出成形ネット材を用いる、請求項３または請求項４に記載のプリーツタイプフィルタ用スペーサ。
6. 前記プリーツ反のプリーツ部の中間地点で、前記流入側から前記流出側に向けてもしくは前記内周側から前記外周側に向けて折り返す中間谷部を有する請求項１から請求項５に記載のプリーツタイプフィルタ用スペーサ。
7. 請求項１から請求項６に記載のスペーサがプリーツ部間に取り付けられたオイルミストセパレータ。