JP3445656B2 - カートリッジフィルターおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水、油、溶剤、食品等
の液体濾過用の円筒状のカートリッジフィルターおよび
その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】円筒状のカートリッジタイプのフィルタ
ーとしては、糸巻きタイプと不織布巻きタイプに大別さ
れるが、不織布巻きタイプは高精度であるが濾過ライフ
が短く、また製造コストが嵩み高価であることから業界
においては高流量で安価な糸巻きタイプが好んで使用さ
れている。

【０００３】糸巻きタイプには、濾過層に紡績糸（粗
糸）を使用したものと、マルチフィラメントを用いたも
のがある。粗糸巻きタイプは安価であり、粗糸の太さや
撚り数を変えることによって濾過精度の調整ができると
いう長所があるが、毛羽や繊維の脱落が生じるという難
点があり、近年においてはマルチフィラメント巻きタイ
プ、殊に捲縮を施したマルチフィラメント巻きタイプが
汎用されるに至っている。

【０００４】また他の筒状のカートリッジフィルターと
して、例えば特開昭６０−２１６８１８号公報に記載の
技術によって、メルトブロー方式で紡出された繊維ウェ
ブを繊度勾配を付けながら直接多孔性芯筒に巻き取って
形成されたカートリッジフィルターが実用されるに至っ
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが捲縮を施した
マルチフィラメント巻きタイプのカートリッジフィルタ
ーは、濾過層の繊維密度を均整にできるため濾過性能に
おいて、また繊維の脱落がない点においても糸巻きタイ
プよりも優れているという長所があるが、従来のこの種
のカートリッジフィルターに使用されているマルチフィ
ラメントは、機械捲縮あるいは押し込み捲縮の手段でも
って所望の捲縮を施しているためコスト高となるばかり
でなく捲縮形態が二次元であり、またマルチフィラメン
トに油剤が残り使用初期に泡立ちが生じるという不都合
が発生する。そのうえ濾過ライフを向上させると精度が
低下し、また精度を高くすると濾過ライフが短くなり、
この２つの条件を共に向上させることが著しく困難であ
り、業界において濾過ライフと精度とのバランスのよい
カートリッジフィルターが強く要望されている。

【０００６】また上記メルトブロー方式によって得られ
たカートリッジフィルターは、外層から内層に向かって
繊維ウェブの繊度勾配を有し、深層濾過機能を備えると
いう利点があるが初期精度の持続性に難点があり、濾過
ライフの向上効果を発揮するには至っていない。更に、
連続的な生産は困難であるため、生産効率が悪く高価な
ものとなってしまう。

【０００７】本発明は、上記した従来のマルチフィラメ
ント巻きタイプの短所を改善し、初期精度と濾過ライフ
の比が従来のカートリッジフィルターよりも著しく大き
く、したがって初期精度が同程度であるにも拘らず濾過
ライフが長いという経済的に有利なカートリッジフィル
ターおよびその製造方法を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は潜在捲縮性を有
した未延伸マルチフィラメントを延伸し弛緩して三次元
の螺旋構造を持った立体捲縮を発現させ、さらに加熱収
縮処理をしてなるマルチフィラメントでもって濾過層を
形成することによって上記課題を解決した。即ち本発明
のカートリッジフィルターは、鞘成分の熱収縮率が芯成
分よりも大きい２種の熱可塑性合成樹脂を複合紡糸し
た、偏心タイプの芯鞘型複合繊維の多数からなる潜在立
体捲縮性未延伸マルチフィラメントを熱処理により安定
化させた立体捲縮を有する、単繊維繊度が２〜４０デニ
ール、トータル繊度が１０００〜１００００デニールの
マルチフィラメントが無撚の扁平なテープ状をなして多
孔性芯筒上に巻回されて筒状の濾過層が形成され、その
濾過層における立体捲縮数が３〜５０個／インチ、繊維
密度が０．１５〜０．５０ｇ／ｃｍ³ であることを特徴
としているものである。

【０００９】また製造方法にあっては、鞘成分の熱収縮
率が芯成分よりも大きい２種の熱可塑性合成樹脂を複合
紡糸して偏心タイプの芯鞘型複合単繊維の多数からなる
潜在立体捲縮性未延伸マルチフィラメントを紡糸し、こ
の潜在立体捲縮性未延伸マルチフィラメントを延伸し弛
緩して立体捲縮を発現させたのち加熱し収縮処理を施し
て捲縮形態を安定化し、この立体捲縮マルチフィラメン
トを、延伸倍率以下の張力でもって、その捲縮数が３〜
５０個／インチの捲縮が残存する状態で伸長させながら
多孔性の円筒芯材に巻き取ることを特徴としているもの
である。

【００１０】立体潜在捲縮性を有する偏心タイプの芯鞘
型複合単繊維としては、芯成分がポリプロピレンあるい
はポリプチレンテレフタレート、鞘成分がエチレン−プ
ロピレン共重合体、エチレン−プロピレン−ブテン１共
重合体あるいは高密度ポリエチレン等が好ましく適用で
き、とりわけ鞘成分としてエチレン−プロピレン共重合
体を用いたときには、常温延伸または熱水延伸を行うこ
とによって均一な細かい立体捲縮を発現させることがで
き、さらに加熱処理して鞘成分を収縮させることによっ
てより多くの均一な細かい立体捲縮を有したマルチフィ
ラメントを得ることができる。

【００１１】上記のように潜在立体捲縮性未延伸マルチ
フィラメントを延伸して立体捲縮を発現させ、続いてこ
の捲縮マルチフィラメントに加熱により収縮処理を施す
ことによって得られた立体捲縮は弾性回復力に富み、多
孔性の芯筒への巻回時においても捲縮形状が安定し、均
一な捲縮数を維持して濾過層を形成することができる。
そのうえ先ず延伸し弛緩して立体捲縮を発現させ、つい
で収縮熱処理を行うという二段階の処理は、延伸倍率と
熱処理温度の種々な選択によって潜在立体捲縮性未延伸
マルチフィラメントの単繊維繊度に応じ、またカートリ
ッジフィルターの濾過精度に応じて捲縮数を自在に変化
させることができ、用途に適合したカートリッジフィル
ターの濾過層を得るに好都合となる。

【００１２】潜在立体捲縮性未延伸マルチフィラメント
を構成している偏心タイプの芯鞘型複合単繊維の繊度
は、延伸後において２〜４０デニール程度が一般的なカ
ートリッジフィルター用として経済的である。単繊維の
繊度が２デニールより小さいものは通常の溶融紡糸法で
は生産性が悪く、また４０デニールを超える繊度のもの
は立体捲縮が発現しにくい傾向がみられる。

【００１３】トータル繊度については、１０００〜１０
０００デニールの範囲が濾過性能における精度と濾過ラ
イフのバランスのうえで望ましい。トータル繊度が１０
００デニールより小さいものは多孔性の円筒芯材への巻
き密度が大きくなり空隙が少なくなって濾過ライフが短
くなる。また１００００デニールより大きくなるとフィ
ラメント束が太くなってフィラメント間の空隙に斑が生
じ、精度の低下がみられる。

【００１４】上記マルチフィラメントの延伸後の弛緩収
縮状態にある立体捲縮数は１インチ当たり１２〜１００
個程度が実用上望ましく、熱処理後その立体捲縮マルチ
フィラメントの捲縮が残存した状態、即ち捲縮発現処理
時の延伸倍率以下の張力でもって伸長させながら多孔性
の円筒芯材に巻き取ることによって、濾過層における立
体捲縮数を１インチ当たり３〜５０個となすことができ
る。濾過層における立体捲縮数が８個／インチより少な
いときは、濾過機能に重要な立体捲縮の特性を発揮する
に至らない。また濾過層における立体捲縮数を５０個／
インチより多くすると、多孔性の円筒芯材に巻き取る張
力が不足してカートリッジフィルターとしての形態維持
が不安定となる。

【００１５】一方、濾過層における繊維密度は０．１５
〜０．５０ｇ／ｃｍ³ が好ましい。０．１５ｇ／ｃｍ³
より小さくするとカートリッジフィルターとしての形態
が保持しにくく、使用時における耐圧性が乏しくなる。
また０．５０ｇ／ｃｍ³ を超えると精度が向上するが濾
過ライフが極端に短くなり、精度と濾過ライフとのバラ
ンスが悪くなる。

【００１６】

【作用】立体捲縮を有したマルチフィラメントを扁平な
テープ状をなして多孔性芯筒上に巻回して形成した筒状
の濾過層は、糸巻きタイプであるにも拘らず嵩高な不織
布機能を発揮して全域に均整な空隙を形成し、濾過性能
を向上させるべく繊度の小さいマルチフィラメントを使
用をしたとしても、従来よりも濾過ライフの低下度合い
を小さくする作用を奏する。そして濾過層の素材が延伸
によって捲縮を発現する未延伸マルチフィラメントであ
るため捲縮工程および仕上油剤の付与が必ずしも要せ
ず、経済的であるとともに油剤による泡立ちの少ないカ
ートリッジフィルターとなすことができる。

【００１７】

【実施例】

「実施例１」 芯成分(A) としてポリプロピレン、鞘成
分(B) としてエチレン−プロピレン共重合体を用い、偏
心芯鞘型複合紡糸ノズル（孔径０．７ｍｍ、孔数７２２
個）４錘でもって溶融紡糸して集束し、図１のような繊
維断面を有した単繊維繊度が６デニールの潜在捲縮性未
延伸マルチフィラメントの集束物を得た。これを９５℃
の熱水中で３倍に延伸したのち、１１０℃の熱風乾燥機
中で１５分間乾熱収縮させ、、単繊維繊度が２．２デニ
ール、捲縮数５１．０個／インチ、トータル繊度６３５
０デニールの螺旋状の立体捲縮が発現したマルチフィラ
メントの集束物となした。

【００１８】次いでこの弛緩収縮状態にある立体捲縮マ
ルチフィラメント集束物を約８ｍｍ幅のテープ状とな
し、その見掛けの長さのほぼ２倍に伸長しながら、クロ
スワインダーを用いて内径３２ｍｍ、外径３５ｍｍ、長
さ２５０ｍｍのポリプロピレン製多孔性芯筒にワインド
角４５度でもって外径が６５ｍｍとなるまで巻き付け、
カートリッジフィルターとなした。このときの濾過層に
おけるマルチフィラメントの捲縮数は平均２５個／イン
チであり、濾過層の繊維密度は０．３０ｇ／ｃｍ³ であ
った。

【００１９】「比較例１」 実施例１と同じ潜在捲縮性
未延伸マルチフィラメントの集束物を９５℃の熱水中で
３倍に延伸し弛緩して立体捲縮を発現させ、その後乾熱
処理することなく螺旋状の立体捲縮が発現したマルチフ
ィラメントの集束物となした。このマルチフィラメント
の集束物の単繊維繊度は２デニール、捲縮数２５．２個
／インチ、トータル繊度５７７６デニールであった。次
いでこのマルチフィラメントの集束物を上記実施例１と
同様に、その見掛けの長さのほぼ２倍に伸長しながら、
クロスワインダーを用いて内径３２ｍｍ、外径３５ｍ
ｍ、長さ２５０ｍｍのポリプロピレン製多孔性芯筒にワ
インド角４５度でもって外径が６５ｍｍとなるまで巻き
付け、カートリッジフィルターとなした。このときの濾
過層におけるマルチフィラメントの捲縮数は平均１２個
／インチであり、濾過層の繊維密度は０．２７ｇ／ｃｍ
³ 、初期精度は８μｍであった。

【００２０】「比較例２」 メルトブロー方式で紡出さ
れた繊維ウェブを直接多孔性芯筒に巻き取って形成され
たカートリッジフィルターを入手した。このカートリッ
ジフィルターは、そのウェブの繊維直径は、多孔性芯筒
側が１．９μｍ、最外層側が１２．６μｍとなるように
１５段階に亘り順次繊維直径が変化した繊度勾配を備え
てなり、濾過層の繊維密度は０．１３ｇ／ｃｍ³ 、初期
精度が７μｍであった。

【００２１】「比較例３」 ポリプロピレン繊維（２デ
ニール×７６ｍｍ）を用いて紡毛紡績機によって綿番手
１．０^S 、撚り数２．３Ｔ／インチの粗糸を得た。この
粗糸を用いて上記実施例１と同様にクロスワインダーを
用いてポリプロピレン製多孔性芯筒に外径が６５ｍｍと
なるまで巻き付け、糸巻きカートリッジフィルターとな
した。このカートリッジフィルターの濾過層の繊維密度
は０．３３ｇ／ｃｍ³、初期精度が１５μｍであった。

【００２２】上記実施例１および比較例１、２、３の各
カートリッジフィルター上下の端面に加熱した鉄板を当
てて端面の平滑処理を行ったのち、それぞれのカートリ
ッジフィルターの濾過性能を測定比較した。その結果を
表１に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】「実施例２」 実施例１と同様に、芯成分
(A) としてポリプロピレン、鞘成分(B) としてエチレン
−プロピレン共重合体を用い、偏心芯鞘型複合紡糸ノズ
ル（孔径０．７ｍｍ、孔数１４０個）１錘でもって溶融
紡糸して集束し、図１のような繊維断面を有した単繊維
繊度が９０デニールの潜在捲縮性未延伸マルチフィラメ
ントを得た。これを９５℃の熱水中で４．５倍に延伸し
た後弛緩して立体捲縮を発現させ、さらに１１０℃の熱
風乾燥機中で１５分間乾熱収縮処理して単繊維繊度が３
４．５デニール、捲縮数１９．４個／インチ、トータル
繊度４８３０デニールの螺旋状の立体捲縮が発現したマ
ルチフィラメントの集束物となした。

【００２５】次いでこの弛緩収縮状態にある立体捲縮マ
ルチフィラメントを見掛けの長さのほぼ２倍に伸長しな
がら、クロスワインダーを用いて実施例１と同様にポリ
プロピレン製多孔性芯筒にワインド角４５度でもって外
径が６５ｍｍとなるまで巻き付け、カートリッジフィル
ターとなした。このときの濾過層におけるマルチフィラ
メントの捲縮数は平均１０個／インチであり、濾過層の
繊維密度は０．２８ｇ／ｃｍ³ 、初期精度は５０μｍで
あった。

【００２６】「比較例４」 上記実施例２と同じ潜在捲
縮性未延伸マルチフィラメントを９５℃の熱水中で３倍
に延伸し弛緩して、単繊維繊度が３０デニール、捲縮数
が９．０個／インチ、トータル繊度が４２００デニール
の螺旋状の立体捲縮を有したマルチフィラメントの収束
物となした。

【００２７】次いで実施例１と同様にこの立体捲縮マル
チフィラメントを見掛けの長さのほぼ２倍に伸長しなが
ら、クロスワインダーを用いてポリプロピレン製多孔性
芯筒にワインド角４５度でもって外径が６５ｍｍとなる
まで巻き付け、カートリッジフィルターとなした。この
ときの濾過層におけるマルチフィラメントの捲縮数は平
均４．１個／インチであり、濾過層の繊維密度は０．２
３ｇ／ｃｍ³ 、初期精度は５１．０μｍであった。

【００２８】「比較例５」 「比較例２」と同様に、メ
ルトブロー方式で紡出された繊維ウェブを直接多孔性芯
筒に巻き取って形成された濾過層の繊維密度が０．１３
ｇ／ｃｍ³ 、初期精度が５１μｍのカートリッジフィル
ターを入手した。

【００２９】「比較例６」 ポリプロピレン繊維（８デ
ニール×７６ｍｍ）を用いて紡毛紡績機によって綿番手
１．０^S 、撚り数２．３Ｔ／インチの粗糸を得た。この
粗糸を用いて上記比較例３と同様に、濾過層の繊維密度
が０．３０ｇ／ｃｍ³ の糸巻きカートリッジフィルター
となした。このカートリッジフィルターの初期精度は４
０μｍであった。

【００３０】上記実施例２および比較例４、５、６の各
カートリッジフィルター上下の端面に加熱した鉄板を当
てて端面の平滑処理を行ったのち、それぞれのカートリ
ッジフィルターの濾過性能を測定比較した。その結果を
表２に示す。

【００３１】

【表２】

【００３２】表１および表２中の濾過性能は次のように
して測定した。

【００３３】初期精度（μｍ）：通液開始３分間後にタ
ンク(1) 内の濾液を１００ｍｌ採取し、濾液中の粒子径
別粒子数（Ｎ）をコールターカウンターＺＭ型を用いて
測定する。また同様にして原液１００ｍｌ中の粒子径別
粒子数（Ｍ）を測定し、［（Ｍ−Ｎ）÷Ｍ×１００］か
ら粒子径別遮断率を算出する。これらの結果から粒子径
と粒子径別遮断率のグラフを作図し、遮断率９０％の粒
子径を読み取った。

【００３４】濾過ライフ（ｌ）：タンク(1) に１２０ｌ
の水を入れ、その中に試験用のダスト（実施例１，２お
よび比較例１〜４についてはＪＩＳ８種、実施例３およ
び比較例５，６についてはＪＩＳ７種）を６ｇ投入し、
攪拌機(2) で均一に攪拌しながら原液（初期濃度５０ｐ
ｐｍ）とする。ハウジング(3) には実施例および比較例
のそれぞれのカートリッジフィルター(4) をセットし、
カートリッジフィルター(4) の外側から内側に向けて、
ポンプ(5) でもって常時４０ｌ／分の流量となるように
設定して通液循環させる。この間、タンク(1) の中に上
記試験用のダストを６分毎に６ｇ投入していき、このと
きのハウジング(3) への流入側と流出側の間に配置した
差圧計(6) による差圧が２．０ｋｇ／ｃｍ² に達するま
での総流量を測定した。

【００３５】初期効率（％）：通液開始３分後に濾液１
ｌを採取し、その濾液を蒸発乾固させ、試験用ダスト重
量（Ａ）を測定する。一方、原液（初期濃度は５０ｐｐ
ｍ）１ｌ中の試験用のダスト重量（Ｂ）から次式により
求めた。 初期効率＝［（Ｂ−Ａ）÷Ｂ］×１００

【００３６】繊維屑流出量（ｇ／ｌ）：カートリッジフ
ィルター(4) に４０ｌ／分の流量で通水を行い、通水開
始３分後の濾液１ｌを採取し、その濾液を孔径０．８μ
ｍのメンブランフィルターで濾過する。メンブランフィ
ルターを乾燥し、流出した繊維屑の重量を測定した。

【００３７】泡立ち性：上記繊維屑流出量測定時の濾液
をガラス製試験管に１０ｍｌ採取し、試験管の先端を指
で押さえ、上下に激しく振り、濾液の泡立ち性を目視し
て判断した。

【００３８】

【発明の効果】このように本発明におけるカートリッジ
フィルターは、鞘成分の熱収縮率が芯成分よりも大きい
２種の熱可塑性合成樹脂を複合紡糸した、偏心タイプの
芯鞘型複合繊維の多数からなる潜在立体捲縮性未延伸マ
ルチフィラメントを熱処理により安定化させた立体捲縮
を有する、単繊維繊度が２〜４０デニール、トータル繊
度が１０００〜１００００デニールのマルチフィラメン
トが無撚の扁平なテープ状をなして多孔性芯筒上に巻回
されて筒状の濾過層が形成され、その濾過層における立
体捲縮数が３〜５０個／インチ、繊維密度が０．１５〜
０．５０ｇ／ｃｍ³ であり、殊に濾過層が立体捲縮を有
したマルチフィラメントでもって構成されているから、
濾過層の繊維間には極めて多数の微細な隙間が確保さ
れ、表１および表２にみられる通り、従来のカートリッ
ジフィルターと初期精度や初期効率が同等であっても濾
過ライフが著しく向上し、使用時におけるカートリッジ
フィルターの交換周期を大幅に延長することができる。

【００３９】そしてかかるカートリッジフィルターは、
鞘成分の熱収縮率が芯成分よりも大きい２種の熱可塑性
合成樹脂を複合紡糸して偏心タイプの芯鞘型複合単繊維
の多数からなる潜在立体捲縮性未延伸マルチフィラメン
トを紡糸し、この潜在立体捲縮性未延伸マルチフィラメ
ントを延伸し弛緩して立体捲縮を発現させ、さらにこの
捲縮マルチフィラメントに加熱により収縮処理を施して
捲縮弾性を付与し、この立体捲縮マルチフィラメントを
捲縮が８〜５０個残存する状態、即ち捲縮発現処理時の
延伸倍率以下の張力でもって伸長させながら多孔性の円
筒芯材に巻き取ることによって、従来の糸巻きカートリ
ッジフィルターと同様に能率よく製造することができ、
製造コストの点においても有利となる。

【００４０】そのうえ多孔性芯筒に巻回される立体捲縮
マルチフィラメントは、延伸弛緩後さらに熱処理されて
いるから濾過層における捲縮形態が安定し、初期精度値
に対する濾過ライフ値を著しく向上させることができ
る。

【００４１】さらに上記潜在立体捲縮性未延伸マルチフ
ィラメントとして、例えば鞘成分がエチレン−プロピレ
ン共重合体、芯成分がポリプロピレン偏心タイプの芯鞘
型複合単繊維のように熱水延伸処理によって捲縮が発現
する複合繊維を用いれば延伸処理後の仕上油剤の付与が
不要となり、初期通液時における泡立ちの極めて少ない
カートリッジフィルターを得ることができ、食品工業や
薬品工業用として好都合となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】偏心タイプの芯鞘型複合繊維の断面図である。

【図２】マルチパス方式の濾過性能測定装置の概略説明
図である。

【符号の説明】

Ａ．芯成分 Ｂ．鞘成分

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鞘成分の熱収縮率が芯成分よりも大きい
   ２種の熱可塑性合成樹脂を複合紡糸した、偏心タイプの
   芯鞘型複合繊維の多数からなる潜在立体捲縮性未延伸マ
   ルチフィラメントを熱処理により安定化させた立体捲縮
   を有する、単繊維繊度が２〜４０デニール、トータル繊
   度が１０００〜１００００デニールのマルチフィラメン
   トが無撚の扁平なテープ状をなして多孔性芯筒上に巻回
   されて筒状の濾過層が形成され、その濾過層における立
   体捲縮数が３〜５０個／インチ、繊維密度が０．１５〜
   ０．５０ｇ／ｃｍ³ であることを特徴とするカートリッ
   ジフィルター。
2. 【請求項２】 鞘成分の熱収縮率が芯成分よりも大きい
   ２種の熱可塑性合成樹脂を複合紡糸して偏心タイプの芯
   鞘型複合繊維の多数からなる潜在立体捲縮性未延伸マル
   チフィラメントを紡出し、この潜在立体捲縮性未延伸マ
   ルチフィラメントを延伸し弛緩して立体捲縮を発現させ
   たのち加熱し収縮処理を施して捲縮形態を安定化し、こ
   の立体捲縮マルチフィラメントを、延伸倍率以下の張力
   でもって、その捲縮数が３〜５０個／インチ残存する状
   態に伸長しながら多孔性の円筒芯材に巻き取ることを特
   徴とするカートリッジフィルターの製造方法。
3. 【請求項３】 上記潜在立体捲縮性未延伸マルチフィラ
   メントが、鞘成分がエチレン−プロピレン共重合体、芯
   成分がポリプロピレン偏心タイプの芯鞘型複合繊維であ
   る請求項２記載のカートリッジフィルターの製造方法。