JP2021165000A - ポリマーフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】支持体において、被ろ過流体のせん断速度が低下する周方向領域の発生を抑制することができるポリマーフィルタを提供する。【解決手段】軸方向一端部に開口部１１ａを他端部に開口部１１ｂを有する筒状の支持体１１と、支持体１１の軸方向一端部側の開口部１１ａを塞ぐキャップ１３と、支持体１１の外周に配置される筒状のフィルタ部材１２とを備える。支持体１１は、螺旋状に延びる複数の流路形成スリット部１５を有し、流路形成スリット部１５は、流路形成スリット部１５の長さ方向に沿って並ぶ複数の分割スリット孔１５ａと、流路形成スリット部１５の長さ方向に隣り合う分割スリット孔１５ａ、１５ａの間に形成される接続縁部１５ｂとを有し、フィルタ部材１２が流路形成スリット部１５を覆う状態となっている。【選択図】図１

Description

この発明は、溶融状態のポリマー中に混在する異物を分離除去するポリマーフィルタに関する。

プラスチック成型製品の原材料としてのポリマーを生産する際や、ポリマーを溶融して押し出し成型する際に、異物の除去を目的としてポリマーをろ過するろ過装置が用いられている。このろ過装置３０は、例えば、図６に示すように、溶融状態のポリマーＰの流入口３１ａと流出口３１ｂとを有する筒状のフィルタケース３１と、フィルタケース３１の内部に固定され、溶融状態のポリマーＰの異物を分離除去するポリマーフィルタ３２とを備えている。

ポリマーフィルタ３２は、図７に示すように、溶融状態のポリマーＰをろ過する筒状のフィルタエレメント３３と、フィルタエレメント３３を支持する筒状の支持体３４と、支持体３４のポリマーＰの上流側に取り付けられるキャップ３５と、ポリマーＰの下流側に取り付けられる筒状のホルダ３６とを備えている。

フィルタエレメント３３は、図８に示すように、周方向に沿って多数形成された径方向のプリーツ部３３ａを有する筒状に形成されている。支持体３４は、複数の貫通孔３４ａを有し、フィルタエレメント３３の内部に配置されている。

支持体３４がホルダ３６を介してフィルタケース３１に固定され、支持体３４の内部が流出口３１ｂに接続される。キャップ３５は、支持体３４から突出する円すい状のガイド部３５ａを有し、ガイド部３５ａにより流入口３１ａから流入されるポリマーＰをフィルタエレメント３３の外周部側へ誘導している（図６中の矢印参照）。

図６に示すろ過装置３０では、フィルタケース３１の流入口３１ａから流入した溶融状態のポリマーＰが、フィルタエレメント３３により異物が分離除去され、支持体３４のそれぞれの貫通孔３４ａを通り支持体３４内に流入する。

支持体３４内に流入したポリマーＰは、支持体３４の内部を通りフィルタケース３１の流出口３１ｂから射出成型機や、Ｔダイなどの次工程での装置へ移動する。

また、上述のろ過装置に用いられるポリマーフィルタとして、例えば、特許文献１に記載されたものが従来から知られている。

特許文献１に記載されたポリマーフィルタは、ポリマー流入口を備えた支持体（支柱部材）と、この支持体のポリマーの上流側に接合されたキャップと、前記支持体および前記キャップに接合されたフィルタエレメントとを備え、ポリマー流入口である円形の貫通孔が支持体の全周に多数設けられたものである。

特開２００９−１９６２３３号公報

一般に、図６に示すポリマーフィルタ３２の支持体３４は、矩形の金属板にパンチング加工を施し、多数の貫通孔を形成したワークから製作される。このワークを円筒状に曲げ加工し、周方向の両端部を突き合わせた状態で溶接することで支持体３４が製作される。支持体３４の剛性を確保するために、円筒状に曲げ加工したワークの溶接される周方向両端部には、パンチング加工がされていない。このため、支持体３４は、その周方向の一部分であって長さ方向の全長にわたって貫通孔３４ａが形成されていない領域を有する。この領域では、ポリマーが支持体３４の内部へ流入することができないポリマー流入不可領域となる。

支持体３４のポリマー流入不可領域では、フィルタエレメント３３によりろ過されたポリマーのせん断速度が非常に遅くなり、ポリマーが滞留する。滞留したポリマーはその状態が劣化する部分劣化が生じる。このため、ポリマーは部分劣化を含む不均一な状態となり、例えば、図９に示すように、成膜した際に、そのシート状物Ｓが一定の間隔をおいて厚みムラを有するものとなる。また、部分劣化により焼け色を呈したり、ゲルが発生したりするなどの問題があった。

同様に、特許文献１に記載のポリマーフィルタの支柱部材も、上述したポリマー流入負荷領域を有し、支持体の外側でポリマーの滞留が発生という問題があった。

そこで、この発明の課題は、支持体において、被ろ過流体のせん断速度が低下する周方向領域の発生を抑制することができるポリマーフィルタを提供することにある。

上記の課題を解決するため、この発明に係るポリマーフィルタにおいては、軸方向両端部に開口部を有する筒状の支持体と、前記支持体の軸方向一端部側の開口部を塞ぐキャップと、前記支持体の外周部に配置される筒状のフィルタ部材とを備え、前記支持体は、前記支持体の軸方向一端部から他端部に向かって延びる複数の流路形成スリット部を有し、それぞれの前記流路形成スリット部が周方向に間隔をおいて配置されており、前記流路形成スリット部は、前記流路形成スリット部の長さ方向に沿って並ぶ複数の分割スリット孔と、前記流路形成スリット部の長さ方向に隣り合う前記分割スリット孔の間に形成される接続縁部とを有し、前記分割スリット孔が前記支持体の外周部と内周部との間を貫通する状態となっており、前記フィルタ部材が前記支持体の流路形成スリット部を覆う状態となっている構成を採用することができる。

ここで、「軸方向」とは、特に言及しない限り、支持体の中心軸に沿った方向のことをいう。「周方向」とは、特に言及しない限り、支持体の中心軸周りの円周方向のことをいう。

この構成によると、それぞれの流路形成スリット部を構成する分割スリット孔は、支持体の周方向の全域にわたって、かつ支持体の周方向に間隔をおいて配置されている。このように配置されている分割スリット孔を通る被ろ過流体は、支持体の周方向の全域でせん断速度の低下の発生が抑制されるものとなる。

前記流路形成スリット部が前記支持体の軸方向一端部から他端部に向かって螺旋状に延びている構成を採用することができる。この場合、流路形成スリット部を構成する分割スリット孔の長さをより長くすることができ、被ろ過流体のろ過処理量を増加させることができる。

それぞれの前記流路形成スリット部の接続縁部が直線状に並ぶ一群の接続縁部を形成しており、前記一群の接続縁部が前記支持体の中心軸と平行に配置されている構成を採用することができる。この構成によると、前記支持体の中心軸と平行に配置されている一群の接続縁部によって、支持体の機械的強度、特に曲げ強度を向上させることができる。

前記流路形成スリット部が複数の前記接続縁部を有し、前記一群の接続縁部が前記支持体の周方向に等間隔に位置している構成を採用することができる。この場合、それぞれの前記一群の接続縁部によって、支持体の機械的強度を周方向において均等に向上させることができる。

この発明に係るポリマーフィルタは、それぞれの流路形成スリット部を構成する分割スリット孔が支持体の周方向の全域にわたって、かつ支持体の周方向に間隔をおいて配置されている。この分割スリット孔を通る被ろ過流体は、支持体の周方向全域において滞留の発生が抑制されて、せん断速度の低下が抑制されるものとなる。従って、支持体の周方向全域において被ろ過流体のせん断速度分布を均一にすることができる。

また、分割スリット孔を通る被ろ過流体は、支持体の周方向全域において滞留の発生が抑制されると、フィルタケース内での被ろ過流体の流動時間が短縮され、被ろ過流体の劣化を抑制することができる。

さらに、それぞれの流路形成スリット部を構成する分割スリット孔が支持体の周方向の全域にわたって支持体の周方向に間隔をおいて配置されているので、被ろ過流体が通る分割スリット孔の開口面積が大きくなり、ポリマーフィルタ全体での圧力損失が抑制され、ろ過効率を向上させることができる。

この発明の実施形態に係るポリマーフィルタを用いたろ過装置を示す断面図 同上のポリマーフィルタを示す断面図 同上のポリマーフィルタの支持体を示す一部切り欠き斜視図 同上のポリマーフィルタを示す一部切り欠き平面図 図２中のＶ−Ｖ線における断面図 従来のポリマーフィルタを用いたろ過装置を示す断面図 従来のポリマーフィルタを示す一部切り欠き平面図 図７中のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線における断面図 従来のポリマーフィルタでろ過したポリマーを成膜したシート状物を示す説明図

以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。この発明の実施形態に係るポリマーフィルタ１０を用いたろ過装置Ａを図１に示す。

ろ過装置Ａは、筒状のフィルタケース１と、フィルタケース１の内部に固定され、被ろ過流体である溶融状態のポリマーＰの異物を分離除去するポリマーフィルタ１０とを備えている。フィルタケース１は、筒状のケース本体２とケース本体２の軸方向他端側に固定される環状のベース体３とからなる。ケース本体２は軸方向一端部に形成されるポリマーＰの流入口２ａを有している。

流入口２ａは内面が円筒面であって、ケース本体２の内周部２ｂに接続部２ｃを介して連通している。流入口２ａの軸方向一端部には嵌合凹部２ｄが形成されている。嵌合凹部２ｄにポリマーＰを流入口２ａに導く配管等（図示省略）が嵌め合わされる。

内周部２ｂの内面は、流入口２ａの内面よりも大きい内径寸法を有する円筒面である。内周部２ｂはケース本体２の軸方向他端部に達している。接続部２ｃは軸方向一端側へ向かって内径寸法が小さくなる円すい面状の内面を有する。

ケース本体２は、軸方向他端部にベース体３が嵌り合う円形の嵌合凹部２ｅと、軸方向に形成される複数のめねじ２ｆとを有する。嵌合凹部２ｅは、ケース本体２の内周部２ｂの周りに形成される。それぞれのめねじ２ｆは、ケース本体２の内周部２ｂの周りに間隔をおいて配置されている。

ベース体３は内周部３ａを有する円環状部材である。ベース体３の軸方向一端側端面に環状部３ｂおよびめねじ３ｃが形成される。内周部３ａの内面は円筒面である。環状部３ｂは軸方向一方へ突出し、ケース本体２の嵌合凹部２ｅに嵌合可能となっている。めねじ３ｃはベース体３の内周部３ａと同軸上に形成されている。

ベース体３の外周部にはボルト挿通孔３ｄが複数形成されている。ボルト挿通孔３ｄは、ベース体３を軸方向に貫通しており、ケース本体２のめねじ２ｆと同数（例えば、６つ）配置されている。ベース体３の環状部３ｂがケース本体２の嵌合凹部２ｅに嵌合する状態で、めねじ２ｆとボルト挿通孔３ｄとの周方向の位置が合致している。この状態のめねじ２ｆにボルト４がねじ結合され、ケース本体２とベース体３が一体化する。

図２〜５に示すように、ポリマーフィルタ１０は、筒状の支持体１１と、支持体１１の外周部側に配置される筒状のフィルタ部材１２と、支持体１１の長さ方向の一端部（上流側端部）に固定されるキャップ１３と、支持体１１の長さ方向の他端部（下流側端部）に固定される筒状のホルダ１４とを備える。

図２に示すように、支持体１１は円筒状部材から形成されており、長さ方向の両端部に形成される開口部１１ａ、１１ｂを有する。支持体１１には長さ方向の一端部から他端部に向かって螺旋状に延びる複数の流路形成スリット部１５が形成されている。それぞれの流路形成スリット部１５は支持体１１の周方向に沿って等間隔に配置されている。

図３に示すように、流路形成スリット部１５は、流路形成スリット部１５の長さ方向に沿って並ぶ複数の分割スリット孔１５ａと、流路形成スリット部１５の長さ方向に隣り合う分割スリット孔１５ａとの間に形成される複数の接続縁部１５ｂとを有する。流路形成スリット部１５は、これを構成する分割スリット孔１５ａの数に対して、接続縁部１５ｂの数が一つ少ないものとなっている。

流路形成スリット部１５は、支持体１１の長さ方向一端端部から他端部に至る範囲内で、支持体１１の中心軸周りを２周するように（好ましくは１．５周するように、さらに好ましくは０．５周するように）形成されている。なお、それぞれの流路形成スリット部１５は、支持体１１の周方向に沿って異なる間隔で配置してもよい。

図３に示すように、分割スリット孔１５ａは、支持体１１の外周部と内周部との間を貫通する状態となっている。接続縁部１５ｂは、支持体１１の内周部と外周部との間の径方向の厚さと同じ厚さを有している。接続縁部１５ｂの流路形成スリット部１５の長さ方向での長さ寸法Ｌが、支持体１１の外周部での分割スリット孔１５ａの幅寸法Ｗ１に対して、同じか小さく形成されている。

図５に示すように、分割スリット孔１５ａの内側面１５ｃは、支持体１１の外周部から内周部に向かうにつれて周方向外向きに広がる状態となっている。支持体１１の外周部において、分割スリット孔１５ａの幅寸法Ｗ１と、支持体１１の周方向に隣り合う分割スリット孔１５ａの間隔Ｗ２とは同じ大きさとなっている。なお、分割スリット孔１５ａの内側面１５ｃは、支持体１１の内周部から外周部に向かうにつれて周方向外向きに広がる状態となっていてもよい。

図２に示すように、それぞれの流路形成スリット部１５を構成する接続縁部１５ｂは、直線状に並ぶ一群の接続縁部１５ｂを複数形成している。一群の接続縁部１５ｂは、支持体１１の中心軸と平行に配置されている。複数（図３では４つ）の一群の接続縁部１５ｂは、支持体１１の周方向に等間隔に配置されている。

フィルタ部材１２は、図４に示すように、周方向に沿って多数形成された径方向のプリーツ部１２ａを有する筒状の部材である。フィルタ部材１２は支持体１１の複数の流路形成スリット部１５を覆う状態となっている。フィルタ部材１２の上流側端部がキャップ１３の円柱部１３ａの外周部に溶接等により固定されている。フィルタ部材１２の下流側端部がホルダ１４に溶接等により固定されている。プリーツ部１２ａの内周部は支持体１１の外面部に接している。なお、フィルタ部材１２の固定は、既知の手段により行うことができる。

フィルタ部材１２は、例えば、ステンレス繊維からなる不織布やステンレス粉末を焼結したもの、あるいは、ステンレス製の金網を複数枚積層したものなどから構成される。なお、フィルタ部材１２としては、例えば、円筒状のものや、円板状のディスクフィルタ部材を軸方向に積層して筒状としたものを採用してもよい。

図２に示すように、キャップ１３は、円柱部１３ａと、円柱部１３ａの軸方向一端側に形成されるガイド部１３ｂと、円柱部１３ａの軸方向他端側に形成される嵌合部１３ｃとを有する。円柱部１３ａは、支持体１１の軸方向一端側の開口部１１ａを閉塞している。円柱部１３ａの外径寸法は、支持体１１の外径寸法と同じである。

ホルダ１４は、内周部１４ａを有する金属製の筒状部材である。ホルダ１４は上流側端面１４ｂに支持体１１の下流側端部の端面が同心状に接している。ホルダ１４の下流側端部の外周部におねじ１４ｃが形成されている。

内周部１４ａは内面が円筒面であり、ベース体３の内周部３ａと同じ内径寸法を有している。おねじ１４ｃがベース体３のめねじ３ｃにねじ結合する。このねじ結合と、フィルタ部材１２の下流側端部とホルダ１４との固定により、ポリマーフィルタ１０がベース体３に固定され、支持体１１の内部とベース体３の内周部３ａの内部が接続され、ポリマーＰの流路が形成される。

以上のように、ポリマーフィルタ１０を備えたろ過装置Ａが構成される。ろ過装置Ａでは、フィルタケース１およびフィルタケース１の流入口２ａに接続されるポリマーＰの配管等（図示省略）は、ヒータ（図示省略）により加熱されている。

図１に示すように、所定温度の溶融状態のポリマーＰが、圧送されフィルタケース１の流入口２ａへ流入される。ポリマーＰは、キャップ１３のガイド部１３ｂによりポリマーフィルタ１０の外周部側へ導かれる。さらに連続的に圧送され、フィルタケース１の内周部に充填されたポリマーＰは、フィルタ部材１２によりろ過され、支持体１１の外周部上へ流入する。

ここで、支持体１１には、上流側端部から下流側端部に向かって螺旋状に延びる流路形成スリット部１５が複数形成されている。ポリマーＰは、それぞれの流路形成スリット部１５の分割スリット孔１５ａを通り、支持体１１内に流入する。支持体１１内に流入したポリマーＰは、ホルダ１４の内周部１４ａよりも径方向内側に位置する開口部分からホルダ１４の内周部１４ａ内に流出する。その後、ポリマーＰは、ホルダ１４の内周部１４ａ内を通りベース体３の内周部３ａから流出して、次工程での射出成型機などの装置へ流動する。

この実施形態のポリマーフィルタ１０では、支持体１１の軸方向の一端部から他端部に向かって複数の流路形成スリット部１５が螺旋状に延びている。それぞれの流路形成スリット部１５の複数の分割スリット孔１５ａは、支持体１１の周方向の全域にわたって、周方向に等間隔をおいて配置されている。このため、分割スリット孔１５ａを通るポリマーＰは、支持体１１の周方向全域でせん断速度の低下の発生が抑制される。その結果、支持体１１の周方向全域において、ポリマーＰのせん断速度分布を均一にすることができる。

また、分割スリット孔１５ａを通るポリマーＰは、支持体１１の周方向全域において、滞留の発生が抑制されると、フィルタケース１内でのポリマーＰの流動時間が短縮され、被ろ過流体の劣化を抑制することができる。

図５に示すように、分割スリット孔１５ａの幅寸法Ｗ１と周方向に隣り合う分割スリット孔１５ａの間隔Ｗ２とが同じ大きさとなっている。これにより、ポリマーＰが通る分割スリット孔１５ａの開口面積が大きくなり、ポリマーフィルタ１０全体での圧力損失が抑制され、ろ過効率が向上する。

接続縁部１５ｂの流路形成スリット部１５の長さ方向での長さ寸法Ｌが、支持体１１の外周部での分割スリット孔１５ａの幅寸法Ｗ１に対して、同じか小さく形成されている。このため、フィルタ部材１２によりろ過されたポリマーＰが接続縁部１５ｂ上に流動しても、分割スリット孔１５ａまでの距離が短くなり、ポリマーＰの滞留の発生を抑制することができる。

また、支持体１１は、螺旋状に延びる複数の流路形成スリット部１５を有し、それぞれの流路形成スリット部１５は、支持体１１の周方向に等間隔に配置され、支持体１１の外周部と内周部との間を貫通する複数の分割スリット孔１５ａを有している。この分割スリット孔１５ａは螺旋状に延びているので、支持体１１の軸方向に延びるフィルタ部材１２の内周部は、支持体１１との接触面積が小さくなっている。その結果、フィルタ部材１２の有効ろ過面積が増大し、フィルタ部材１２のライフ（寿命）を延長することができる。

さらに、それぞれの流路形成スリット部１５の接続縁部１５ｂは、直線状に並ぶ一群の接続縁部１５ｂを形成しており、その一群の接続縁部１５ｂが支持体１１の中心軸と平行に配置されている。この一群の接続縁部１５ｂが支持体１１の周方向に等間隔に位置している。この一群の接続縁部１５ｂによって、支持体の機械的強度を周方向において均等に向上させることができる。

なお、流路形成スリット部１５は、支持体１１の一端部から他端部に向かって、支持体１１の中心軸に平行に延びるものであってもよい。また、支持体１１の長さ方向の途中位置で、螺旋状に延びる方向が反対向きとなる、くの字状に延びるものであってもよい。

１ フィルタケース
２ ケース本体
３ ベース体
４ ボルト
１０ ポリマーフィルタ
１１ 支持体
１１ａ、１１ｂ 開口部
１２ フィルタ部材
１３ キャップ
１４ ホルダ
１５ 流路形成スリット部
１５ａ 分割スリット孔
１５ｂ 接続縁部
１５ｃ 内側面
３０ ろ過装置
３１ フィルタケース
３２ ポリマーフィルタ
３３ フィルタエレメント
３４ 支持体
３５ キャップ
３６ ホルダ
Ａ ろ過装置
Ｐ ポリマー
Ｌ 長さ寸法
Ｗ１ 幅寸法
Ｗ２ 間隔

Claims (4)

1. 軸方向両端部に開口部（１１ａ、１１ｂ）を有する筒状の支持体（１１）と、前記支持体（１１）の軸方向一端部側の開口部（１１ａ）を塞ぐキャップ（１３）と、前記支持体（１１）の外周部に配置される筒状のフィルタ部材（１２）とを備え、
   前記支持体（１１）は、前記支持体（１１）の軸方向一端部から他端部に向かって延びる複数の流路形成スリット部（１５）を有し、それぞれの前記流路形成スリット部（１５）が周方向に間隔をおいて配置されており、前記流路形成スリット部（１５）は、前記流路形成スリット部（１５）の長さ方向に沿って並ぶ複数の分割スリット孔（１５ａ）と、前記流路形成スリット部（１５）の長さ方向に隣り合う前記分割スリット孔（１５ａ）の間に形成される接続縁部（１５ｂ）とを有し、前記分割スリット孔（１５ａ）が前記支持体（１１）の外周部と内周部との間を貫通する状態となっており、
   前記フィルタ部材（１２）が前記支持体（１１）の流路形成スリット部（１５）を覆う状態となっているポリマーフィルタ。
2. 前記流路形成スリット部（１５）が前記支持体（１１）の軸方向一端部から他端部に向かって螺旋状に延びている請求項１に記載のポリマーフィルタ。
3. それぞれの前記流路形成スリット部（１５）の接続縁部（１５ｂ）が直線状に並ぶ一群の接続縁部（１５ｂ）を形成しており、前記一群の接続縁部（１５ｂ）が前記支持体（１１）の中心軸と平行に配置されている請求項２に記載のポリマーフィルタ。
4. 前記流路形成スリット部（１５）が複数の前記接続縁部（１５ｂ）を有し、前記一群の接続縁部（１５ｂ）が前記支持体（１１）の周方向に等間隔に位置している請求項３に記載のポリマーフィルタ。

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