JP2023177250A - リーフディスク型フィルター - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、内部で生じる異物の少ないリーフディスク型フィルターを提供する。【解決手段】本発明のリーフディスク型フィルターは、隙間をあけて対向し、それぞれの一方の端部で前記隙間を塞ぐように結合している、流体を濾過して隙間へ流す第１の濾材部および第２の濾材部と、隙間に配置され、当該隙間を維持するように第１の濾材部と第２の濾材部とを支持するリテーナー部と、第１の濾材部および第２の濾材部のそれぞれの他方の端部に接続し、隙間と連通して流体を当該リーフディスク型フィルターの外部へ排出するハブ部と、を有し、第１の濾材部と第２の濾材部とが一体で成形されて結合している。【選択図】図１

Description

本発明は、リーフディスク型フィルターに関する。

多孔質体を通して流体中の異物を除去し、品質低下や工程トラブルを防止するためにフィルターが使用される。例えば、化学繊維の分野においては、溶融ポリマー中の異物を金属フィルターによって濾過することにより、紡糸、製膜の品質向上を図っている。このフィルターには様々な種類があるが、高粘度、大流量の流体に適したものにリーフディスク型フィルターがある。図４は、一般的なリーフディスク型フィルターの周方向に垂直な断面図である。図４に示すように、一般的なリーフディスク型フィルターは、隙間６をあけて対向し、それぞれの一方の端部で隙間６を塞ぐように結合している、流体を濾過して隙間６へ流す第１の濾材部１および第２の濾材部２と、隙間６に配置され、第１の濾材部１と第２の濾材部２を支持するリテーナー部３と、第１の濾材部１と第２の濾材部２のそれぞれの他方の端部に接続し、隙間６と連通して流体を外部へ排出するハブ部４と、で構成されている。リーフディスク型フィルターは流体に混入している異物を第１の濾材部１と第２の濾材部２で除去し、ハブ部４から外部へ排出する。しかし、このリーフディスク型フィルター内で新たに異物が混入することがある。例えば、溶融ポリマーの劣化物である。リーフディスク型フィルター内は複数の部材から構成され、また流体の流れる流路が狭く、複雑なため、流体が滞留する部分が多い。そのような滞留部で高温状態のまま長時間経過した溶融ポリマーは劣化して劣化物が発生する。

滞留部を減らして劣化物の発生を抑制するリーフディスク型フィルターの技術として、特許文献１には、ハブ部材に設けられた透孔の開口付近の滞留部を減らす目的で、凸状部を設けたポリマーフィルター用ハブが開示されている。図５は、特許文献１のポリマーフィルター用ハブの周方向および軸方向に垂直な断面図である。図５に示すように特許文献１のポリマーフィルター用ハブは、フィルター濾材１、２と、リテーナー３と、複数の透孔５を設けたハブ４と、で構成されている。リテーナー３を挟んでフィルター濾材１と２を重ね合わせ、外周部７で互いを結合し、内周部をハブ４と結合することで、溶融ポリマーが流れる濾過室６を形成する。濾過室６から流れて来た溶融ポリマーがハブ４で各透孔５に分かれて流入するため、隣り合う透孔５の開口付近には滞留部が生じる。それに対して、滞留する部分に凸状部８を設けることで、滞留部を減らすことができる。

また、滞留部を減らして劣化物の発生を抑制するリーフディスク型フィルターの別の技術として、特許文献２には、リテーナー部として一般的に使用されるメッシュで生まれる滞留部を減らす目的で、濾材の内面に凸状の支持部を設けた焼結フィルターが開示されている。図６は、特許文献２の焼結フィルターの周方向および軸方向に垂直な断面図である。図６に示すように、特許文献２の焼結フィルターは、焼結で作られた凸状の支持部３を設けた濾材１と、凸状の支持部３１を設けた濾材２と、芯金具４と、で構成されている。支持部３、３１を内面にして濾材１と濾材２を重ね合わせ、外周部７を閉塞し、内周部を芯金具４と結合することで、溶融ポリマーが流れる濾過室６を形成する。メッシュよりも単純な形状の支持部３、３１で濾過室６を形成することで、滞留部を減らすことができる。

特許第６１９８１３９号公報 特許第４８４３１５９号公報

リーフディスク型フィルター内で新たに混入する異物には、リーフディスク型フィルターを構成する部材の破片もある。この破片の発生原因ははっきりしていないが、発生原因のひとつとして、焼結で成型された濾材部から脱落したものが考えられる。しかしながら、上記の特許文献１および特許文献２の技術では、滞留による劣化物を減らすことはできるが、リーフディスク型フィルターを構成する部材の破片に関しては何ら開示されておらず、これらの異物を減らすことはできない。このように、滞留物や破片も含めて、内部で生じる異物の少ないリーフディスク型フィルターが望まれている。

上記課題を解決する本発明のリーフディスク型フィルターは、隙間をあけて対向し、それぞれの一方の端部で前記隙間を塞ぐようにつながっている、流体を濾過して上記隙間へ流す第１の濾材部および第２の濾材部と、上記隙間に配置され、当該隙間を維持するように上記第１の濾材部と上記第２の濾材部を支持するリテーナー部と、上記第１の濾材部および上記第２の濾材部のそれぞれの他方の端部に接続し、上記隙間と連通して上記流体を当該リーフディスク型フィルターの外部へ排出するハブ部と、を有し、さらに下記（１）～（８）のいずれか、またはこれら複数の態様を有している。

（１）上記第１の濾材部と上記第２の濾材部とが一体で成形されて結合している。
（２）上記第１の濾材部または上記第２の濾材部の少なくとも一方が、上記リテーナー部と一体で成形されて結合している。
（３）上記第１の濾材部、上記第２の濾材部または上記リテーナー部の少なくとも１つが上記ハブ部と一体で成形されて結合している。
（４）上記ハブ部が多孔質体であり、好ましくは上記ハブ部の内部で耐荷重部の空孔率が他よりも低くなっている。
（５）上記リテーナー部が多孔質体であり、好ましくは上記リテーナー部の内部で空孔率が異なっている。
（６）上記リテーナー部の全体が一体で成形されている。
（７）上記第１の濾材部または前記第２の濾材部の少なくとも一方が、全体が一体で成形されている。
（８）上記リテーナー部と上記ハブ部とが一体で成形されて結合している。

次に、本発明における各用語の意味を説明する。
「流体」とは、気体や液体の材料である。流体としては、空気、ガス、液体、溶融ポリマーなどであるが、これらに限らない。複数種類の流体が混合されていてもよい。

「一体で成形されて結合している」とは、個別に成形された２つ以上の部材が、ボルト締結、溶接、ロウ付け、接着、焼結などで結合しているのではなく、２つ以上の部材が一体で成形されて、ボルト締結、溶接、ロウ付け、接着、焼結などを用いずに結合していることである。

「全体が一体で成形されている」とは、１つの部材が、複数の部品が組合わされて構成されているのではなく、１つの部材の全体が一体で成形されており、複数の部品に分けられないようになっていることである。

「第１の濾材部」、「第２の濾材部」とは、流体を濾過する円盤状の多孔質体である。材質としては、樹脂、金属、セラミックなどであるが、これらに限らない。濾材部の内部で、材質、空孔率、ろ過精度、孔形状が異なってもよい。空孔率は２０～８０％の範囲が好ましい。空孔率が２０％以上であると無孔部分での流体の滞留を抑制でき、８０％以下であると濾材部の破損を抑制できる。同じ濾材部の内部での空孔率のばらつきは±１０％以内が好ましい。空孔率のばらつきが±１０％以内であると流体が濾材全体を均一に流れて滞留を抑制できる。ろ過精度は１～１００μｍの範囲が好ましい。ろ過精度が１μｍ以上であると目詰まりを抑制でき、１００μｍ以下であると製品での異物トラブルを抑制できる。

「隙間」とは、第１の濾材部と第２の濾材部との間に形成され、流体が流れる空間である。

「リテーナー部」とは、隙間に配置され、この隙間を維持するように第１の濾材部と第２の濾材部を支持する部分である。材質としては、樹脂、金属、セラミックなどであるが、これらに限らない。多孔質体でもよい。リテーナー部の内部で、材質、空孔率、孔形状が異なってもよい。

「ハブ部」とは、隙間と連通して、流体をリーフディスク型フィルターの外部へ排出する部分である。材質としては、樹脂、金属、セラミックなどであるが、これらに限らない。多孔質体でもよい。ハブ部の内部で、材質、空孔率、孔形状が異なってもよい。ハブ部は、流体を外部へ排出する流路を有する。

「耐荷重部」とは、ハブ部の一部分で、リーフディスク型フィルターを使用する際に当該リーフディスク型フィルター以外の部材と接触する付近の部分である。当該リーフディスク型フィルター以外の部材としては、隣接するリーフディスク型フィルター、リーフディスク型フィルター間に設置されたガスケットなどであるが、これらに限らない。

本発明によれば、リーフディスク型フィルター内部で発生する異物を少なくすることができる。

第１の濾材部と第２の濾材部とが一体で成形されて結合している本発明のリーフディスク型フィルターの周方向に垂直な断面図である。 第１の濾材部および第２の濾材部とリテーナー部とが一体で成形されて結合している本発明のリーフディスク型フィルターの周方向に垂直な断面図である。 第１の濾材部、第２の濾材部およびリテーナー部とハブ部とが一体で成形されて結合している本発明のリーフディスク型フィルターの周方向に垂直な断面図である。 一般的なリーフディスク型フィルターの周方向に垂直な断面図である。 特許文献１のポリマーフィルター用ハブの周方向および軸方向に垂直な断面図である。 特許文献２の焼結フィルターの周方向および軸方向に垂直な断面図である。

以下に本発明について詳細に述べるが、本発明は以下の実施例を含む実施形態に限定されるものではない。図１～３は本発明のリーフディスク型フィルターに関する図である。なお、従来の技術と同じ用途および機能を有している部材については、同じ符号を有している場合がある。

本発明者らはリーフディスク型フィルターを構成する部材の破片について実験、理論計算を重ねた結果、部材間の接触によって発生した破片であることを見出した。図４に示すように、一般的なリーフディスク型フィルターは、各部材が接触している、または部分的にしか結合されていない。例えば、第１の濾材部１と第２の濾材部２は外周部を溶接１１などで、第１の濾材部１および第２の濾材部２はハブ部４と溶接１２などで、リテーナー部３はハブ部４と溶接１３などで結合している。このように溶接などで結合すると、接触面の一部のみしか結合できないため、結合されていない接触面が残る。さらに第１の濾材部１および第２の濾材部２はリテーナー部３と接触しているだけで、結合はされていない。このような状態で、加熱や流体圧によるリーフディスク型フィルターの変形で、接触面で部材同士が擦れあい、部材の一部が脱落して異物となる。そこで、本発明者らはさらに鋭意検討を重ねた結果、部材同士の接触面が少ない本発明のリーフディスク型フィルターを見出した。

本発明のリーフディスク型フィルターを説明する。図１は本発明のリーフディスク型フィルターの一態様の概要図であり、周方向に垂直な断面図である。図１に示すように、本発明のリーフディスク型フィルターは、一般的なリーフディスク型フィルターと同様に、隙間６をあけて対向し、それぞれの一方の端部で隙間６を塞ぐように結合している、流体を濾過して隙間６へ流す第１の濾材部１および第２の濾材部２と、隙間６に配置され、隙間６を維持するように第１の濾材部１と第２の濾材部２を支持するリテーナー部３と、第１の濾材部１とおよび第２の濾材部２のそれぞれの他方の端部と接続し、隙間６と連通して流体をリーフディスク型フィルターの外部へ排出するハブ部４と、で構成されている。

さらに本発明のリーフディスク型フィルターは、図１に示すように、第１の濾材部１と第２の濾材部２とが一体で成形されて結合していることが好ましい。このような態様になっていることで、部材同士の接触面を減らし、部材同士の擦れあいによる部材の脱落を抑制できる。

本発明のリーフディスク型フィルターは、第１の濾材部または第２の濾材部の少なくとも一方が、リテーナー部と一体で成形されて結合していることが好ましい。図２は、本発明のリーフディスク型フィルターの別態様の概要図であり、周方向に垂直な断面図である。図２に示すように、本態様のリーフディス型フィルタークは、図１に示すリーフディスク型フィルターの態様に加えて、さらに第１の濾材部１および第２の濾材部２の両方がリテーナー部３と一体で成形されて結合している。このような態様になっていることで、図１の態様よりもさらに部材同士の接触面を減らし、部材同士の擦れあいによる部材の脱落を抑制できる。

本発明のリーフディスク型フィルターは、第１の濾材部１または第２の濾材部２の一方が、リテーナー部３と一体で成形されて結合していている態様であっても、部材同士の接触面が減るので、部材同士の擦れあいによる部材の脱落を抑制できるが、図２のように、第１の濾材部１および第２の濾材部２の両方がリテーナー部３と一体で成形されて結合している態様がより好ましい。

本発明のリーフディスク型フィルターは、第１の濾材部、第２の濾材部またはリテーナー部の少なくとも一つがハブ部と一体で成形されて結合していることが好ましい。図３は、本発明のリーフディスク型フィルターの別態様の概要図であり、周方向に垂直な断面図である。図３に示すように、本態様のリーフディスク型フィルターは、図２に示すリーフディスク型フィルターの態様に加えて、さらに第１の濾材部１、第２の濾材部２およびリテーナー部３の全てがハブ部４と一体で形成されて結合している。このような態様になっていることで、図２の態様よりもさらに部材同士の接触面を減らし、部材同士の擦れあいによる部材の脱落を抑制できる。

本発明のリーフディスク型フィルターは、第１の濾材部１、第２の濾材部２またはリテーナー部３のいずれか１つまたは２つがハブ部と一体で成形されて結合している態様であっても、部材同士の接触面が減るので、部材同士の擦れあいによる部材の脱落を抑制できるが、図３のように、第１の濾材部１、第２の濾材部２およびリテーナー部３の全てがハブ部４と一体で形成されて結合している態様がより好ましい。

本発明のリーフディスク型フィルターは、（ｉ）第１の濾材部１と第２の濾材部２とが一体で成形されて結合している、（ii）第１の濾材部または第２の濾材部の少なくとも一方が、リテーナー部と一体で成形されて結合している、または（iii）第１の濾材部、第２の濾材部またはリテーナー部の少なくとも一つがハブ部と一体で成形されて結合している、のいずれか１つを満たす態様であっても部材同士の接触面が減るので、部材同士の擦れあいによる部材の脱落を抑制できるが、上記（ｉ）～（iii）の複数を満たす態様であるのが好ましい。

本発明のリーフディスク型フィルターは、部材同士を一体で成形して結合することで、部材の脱落を抑制できることの他に、溶接などの結合部や接触面での滞留を減らし、劣化物の発生も低減することもできる。

本発明のリーフディスク型フィルターは、ハブ部が多孔質体であることが好ましい。ハブ部を多孔質体にすることで、第１の濾材部の外側から第１の濾材部の内部をとおって、もしくは第２の濾材部の外側から第２の濾材部の内部をとおって隙間に入り、隙間を流れてハブ部に至った流体、第１の濾材部の外側から第１の濾材部の内部をとおって、もしくは第２の濾材部の外側から第２の濾材部の内部をとおって、隙間には入らずに直接ハブ部に至った流体、またはリーフディスク型フィルターの外部から直接ハブ部に至った流体がハブ部の内部に流れやすくなり、リーフディスク型フィルターでの圧力損失が低減し、リーフディスク型フィルターの変形を抑制することができる。さらに流体の流れが遅い領域も低減し、滞留も抑制することができる。

ハブ部が多孔質体であることに加え、ハブ部の内部で耐荷重部の空孔率が他よりも低いことが好ましい。耐荷重部の空孔率を低くし、他の空孔率を高くすることで、強度を維持しながら流体の流れをさらに円滑にし、リーフディスク型フィルターの変形を抑制することができる。さらに流体の流れが遅い領域も低減し、滞留も抑制することができる。

本発明のリーフディスク型フィルターは、リテーナー部が多孔質体であることが好ましい。リテーナー部を多孔質体にすることで、第１の濾材部と第２の濾材部との間の隙間を流れる流体がハブ部まで流れやすくなり、リーフディスク型フィルターでの圧力損失が低減し、リーフディスク型フィルターの変形を抑制することができる。さらに流体の流れが遅い領域も低減し、滞留も抑制することができる。

リテーナー部が多孔質体であることに加え、リテーナー部の内部で空孔率が異なることが好ましい。リテーナー部の内部で空孔率を変え、強度が必要でない部分の空孔率を上げることで、流体の流れをさらに円滑にし、リーフディスク型フィルターの変形を抑制することができる。さらに流体の流れが遅い領域も低減し、滞留も抑制することができる。

本発明のリーフディスク型フィルターは、リテーナー部の全体が一体で成形されていることが好ましい。リテーナー部の全体が一体で成形されていることで、リテーナー部の内部での擦れあいを低減し、部材の脱落を抑制できる。さらに流体の流れが遅い領域も低減し、滞留も抑制することができる。

本発明のリーフディスク型フィルターは、第１の濾材部または第２の濾材部の少なくとも一方が、全体が一体で成形されていることが好ましい。第１の濾材部または第２の濾材部の全体が一体で成形されていることで、濾材部の内部での擦れあいを低減し、部材の脱落を抑制できる。さらに流体の流れが遅い領域も低減し、滞留も抑制することができる。

本発明のリーフディスク型フィルターは、リテーナー部とハブ部とが一体で成形されて結合していることが好ましい。リテーナー部とハブ部が一体で成形されて結合していることで、リテーナー部とハブ部との擦れあいを低減し、部材の脱落を抑制できる。さらに流体の流れが遅い領域も低減し、滞留も抑制することができる。

［実施例１］
ＳＵＳ３１６Ｌを材料として３Ｄプリンターを用いて製作した図１に示すリーフディスク型フィルターを用いて、実際にシートを製造して評価した結果を説明する。本実施形態における具体的なシートの成形方法は以下の通りである。
（１）流体：ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂（東レ（株）製熱可塑性樹脂Ｆ２０Ｓ）
（２）仕込み：シート材料は乾燥後に押出機に供給。押出量は１００ｋｇ／ｈ、押出機から口金までの温度は２８０℃に設定した。
（３）フィルター：リーフディスク型フィルターは径φ３０５ｍｍ、厚みは８ｍｍ、濾材部間の隙間は２ｍｍ、濾材部のろ過精度は１０μｍ、空孔率は４０±５％とした。リーフディスク型フィルターを５０枚重ねて使用した。第１の濾材部と第２の濾材部は一体で成形されて結合している。
（４）成形口金：スリット幅５００ｍｍ、スリット間隙２ｍｍ。
（５）吐出：流体を口金からシート状に押出した後、冷水で急冷固化し、シート厚みが１ｍｍになるよう成形した。
（６）異物の評価：成形した長さ１ｍのシートを確認し、視認できる異物の個数を数えた。

［実施例２］
３Ｄプリンターを用いて製作した図２に示すリーフディスク型フィルターを使用した以外は、実施例１と同様にしてシートを成形した。

［実施例３］
３Ｄプリンターを用いて製作した図３に示すリーフディスク型フィルターを使用した以外は、実施例１と同様にしてシートを成形した。

［比較例１］
図４に示す、どの部材同士も一体で成形されて結合していないリーフディスク型フィルターを使用した以外は、実施例１と同様にしてシートを成形した。

［評価結果］
各実施例、各比較例の効果は、比較例１に対して異物個数がどの程度低減できたかで評価した。

比較例１は異物個数が１２５個であった。

一方、実施例１は異物個数が９８個と、比較例１に比べて低減した。さらに、実施例２は異物個数が７８個、実施例３は異物個数が６９個と、いずれも実施例１と比べても異物個数がさらに低減した。

本発明によれば、リーフディスク型フィルターの内部で生じる異物を少なくし、品質低下や工程トラブルを防止することができる。

１：第１の濾材部
２：第２の濾材部
３：リテーナー部
４：ハブ部
５：透孔
６：濾過室
７：外周部
８：凸状部
１１、１２、１３：溶接
３１：支持部

Claims (3)

1. リーフディスク型フィルターであって、
   隙間をあけて対向し、それぞれの一方の端部で前記隙間を塞ぐように結合している、流体を濾過して前記隙間へ流す第１の濾材部および第２の濾材部と、
   前記隙間に配置され、当該隙間を維持するように前記第１の濾材部と前記第２の濾材部とを支持するリテーナー部と、
   前記第１の濾材部および前記第２の濾材部のそれぞれの他方の端部に接続し、前記隙間と連通して前記流体を当該リーフディスク型フィルターの外部へ排出するハブ部と、を有し、
   前記第１の濾材部と前記第２の濾材部とが一体で成形されて結合している、
   リーフディスク型フィルター。
2. 前記第１の濾材部または前記第２の濾材部の少なくとも一方が、前記リテーナー部と一体で成形されて結合している、請求項１のリーフディスク型フィルター。
3. 前記第１の濾材部、前記第２の濾材部または前記リテーナー部の少なくとも１つが前記ハブ部と一体で成形されて結合している、請求項１または２のリーフディスク型フィルター。