JP3580389B2

JP3580389B2 - 磁気フィルターおよび磁気マスク

Info

Publication number: JP3580389B2
Application number: JP05105896A
Authority: JP
Inventors: 良祐西田; 宏小野
Original assignee: Japan Exlan Co Ltd
Current assignee: Japan Exlan Co Ltd
Priority date: 1996-02-13
Filing date: 1996-02-13
Publication date: 2004-10-20
Anticipated expiration: 2016-02-13
Also published as: JPH09220417A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体、液体中に混在された微小な磁性不純物を磁力によって気体、液体から吸着分離すると共に、ミクロンメートル以下の微小非磁性不純物をも分離して気体、液体を純化させる磁気利用による濾過材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄分等の磁性不純物が混在された気体、液体の濾過処理手段として磁気を利用した、いわゆる磁性フィルターは公知であるが、従来この種の技術は、永久磁石を内装したタンク内に磁性不純物が混在する気体、液体を通して磁性不純物を永久磁石の表面に直接吸着させて分離処理するのが一般的であった。
【０００３】
しかしながら、永久磁石の表面に直接吸着させるこの様な従来の方法では、粒子径の小さな、例えばミクロンメートル以下の磁性不純物に対しては効果は少なく、また、磁力は磁石からの距離の二乗に反比例するため、磁石からすこしでも離れた点においては磁力が及ばなくなり、捕集効率が急激に悪くなる。さらに、非磁性不純物に対しては全く効果がないものであった。従って、磁性、非磁性不純物の混在されたものに対しては目的とする効果的な分離処理ができないという問題点があった。
【０００４】
特開昭５５ー９８９０９号公報では、強磁性を有する粒子を繊維形成性の有機重合体に添加し、磁性を有する繊維を得ているが、この場合、繊維の物性を維持する必要があるため磁性を有する粒子の添加量には限界があり、当然磁力も弱いものとなる。また、磁力を強めるために希土類の磁性粒子を使うなどの工夫がみられるが、繊維に添加できるような粒子径の極めて小さな希土類磁石粒子はコストが非常に高く実用性に欠け、また、コスト的に使い捨てとするような使い方のものは適さない。さらに、この様な方法であると、常磁性であるため一度フィルターが閉塞等の理由により汚染され、機能が低下した場合それ全体を廃棄する必要があり、経済的にも環境的にも問題がある。
【０００５】
また、特開昭５４ー６３４６６号公報および特開昭５５ー１１３４６０号公報には繊維状の材料の表面に磁気的性質を有する粒子を付着させた素材が記載されている。しかしこれらの場合、表面に付着できる磁性粒子の量には限界があり、あまり多くの磁性粒子を付着できない。従っておのずと磁力は弱いものとなり、十分な磁気捕集を得ることは困難である。また、接着剤によって磁性粒子を付着させる方法であるため、使用状況によっては脱落を起こし、磁力低下、工程汚染等の問題を引き起こす。さらに、繊維１本１本個々の表面に磁性粒子を付着させることは工業的に製造を考えた場合かなり無理がある。
【０００６】
一方、特開昭６２ー９５１１２号公報においては、磁力を有する部材の間に磁性材繊維を充填したハウジング装置が提案されているが、磁性材繊維として軟鉄の繊維を用いており次のような問題点を有している。１．液体と接触するため、錆が発生する。２．製造上の制約よりあまり細い繊維とすることが出来ない。３．金属繊維であるため、加工性に劣る。４．金属繊維であるため、その製造工程において手にささる等の操業上の問題がある。５．比重が大きく、柔軟性に難点があるため、ハウジングのような用途では良いが、マスク等に使用することはできない。６．ハウジングの形態であり、濾過面積が狭いため、液体には良いが、広い表面積を必要とする気体の濾過には適していない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、気体、液体等に適応できる磁気フィルターであり、製造的にもコスト的にも優れており、上述のようなこれまでの技術にみられた問題点を有しない磁気フィルターを提供することを課題とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、磁気フィルターについて、鋭意研究を続けてきた。その結果、磁力を有する支持体と、磁力が誘起されうる繊維よりなる濾過材とから構成されてなる磁気フィルターとすることにより、上記の課題を解決できることを見いだし、本発明を完成するに至った。即ち本発明は、磁力を有する材料よりなる支持体と、磁界を加えることにより磁力が誘起される有機繊維よりなる濾過材とから構成されてなる磁気フィルターよりなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明を詳細に説明する。本発明の支持体となる磁力を有する材料としては、磁界を加えることにより磁力を有する材料、あるいは着磁により永久に磁力を有する材料である限り特に限定はない。例えば、磁界を加えることにより磁力を有する材料である軟磁性材料では、マンガンー亜鉛フェライト、銅ー亜鉛フェライト、ニッケルー亜鉛フェライトなどの酸化鉄を主成分とする複合金属酸化物、カルボニル鉄、アームコ鉄などの純鉄、ケイ素を鉄に合金させたケイ素鋼、鉄ーニッケル合金、パーマロイ、ミューメタル、鉄ーアルミニウム合金、センダスト、鉄ーケイ素ーアルミニウム合金、モリブデン・スーパーマロイなどの高透磁率合金、パーメンダーなどの高磁気飽和値合金、パーミンバール、イソパーム、ＴＭダストコアなどの定透磁率合金、サーモパーム、モネル合金、ＭＳ合金などの整磁合金、方向性ケイ素鋼、デルタマックス、マグネシウムーマンガンフェライトなどの角型ヒステリシス材料などがあげられる。
【００１０】
また、着磁により永久に磁力を有する材料である永久磁石材料としては、例えば、ＫＳ鋼、炭素鋼、ＭＴ鋼などの焼き入れ磁石鋼、ケスター合金、ＭＫ合金、ＫＳ合金、アルニコ５、バイカロイ、キュニフェ、キュニコ、ＥＳＤ磁石、などの析出硬化型合金、ＯＰ磁石、バリウムフェライト磁石、ガンマフェライト磁石などの焼結磁石、ニッケルーアルフェル合金、ニッケルーコバルト系などの磁歪合金、サマリウムコバルト、ネオジムー鉄−ホウ素などの鉄族遷移金属と希土類金属の化合物である希土類磁石などがあげられる。
【００１１】
本発明にもちいる磁力を有する支持体の形状、形態としては、使用される用途に応じて適宜選択することができ特に限定はない。例えば、単体としての形状として、棒状、球状、平板状、紡錘状、円盤状、リング状、立方体状、シリンダー状、ディスク状など、あるいはこれらを組み合わせた形状として、格子状、網目状、短冊状、大きさの違うリングを重ね合わせたものといった形態のものを用いることができる。
【００１２】
また、磁力を有する支持体への着磁の方法としても、使用される用途に応じて適宜選択することができ特に限定はなく、全面に着磁する方法、スパイラル状に着磁する方法、ステップ状に着磁する方法、ストライプ状に着磁する方法などその用途に応じて選択することが出来る。
【００１３】
本発明に採用する磁力が誘起される有機繊維は、磁界をくわえることにより磁力が誘起される繊維であれば特に限定はないが、紙、不織布、編み物、織物と加工することができる加工性の良さと、重量が軽く適応範囲がひろい有機繊維系、即ち磁界をくわえることにより磁力を発現する粒子を含有した有機繊維であるものが好ましい。またその繊維径は、あまり太いと目開きが大きくなりすぎ磁気フィルターとしての効果が期待できないこと、また、加工性に問題がでてくることより、１００μm以下、より好ましくは５０μm以下であることが好ましい。
【００１４】
該繊維に含有される磁力を発現する粒子としては、磁界をくわえることにより磁力を発現する粒子である限り特に限定はなく、例えば上記の軟磁性材料の粒子等をあげることができる。また、該粒子の平均粒子径は、その繊維直径に応じて選択でき特に限定はないが、平均粒子径が、５μｍ以下であり、かつ該粒子の繊維への含有量が９０重量％以下である場合良好な結果を得ることが出来る。ここで、磁力を発現する粒子の粒子径が、５μｍを越える場合繊維直径に対する相対的な粒子径が大きくなりすぎるため、繊維形成性有機高分子マトリックスの不連続が生じ易くなり、特に粒子の凝集を伴った場合に顕著となり、良好な繊維物性を得ることは困難となる。また、磁性粒子の含有量は、磁性材料としての磁気特性を発現させるためできるだけ多いほうが望ましいが、９０重量％を越えた場合、磁性粒子の占有体積が大きくなりすぎ、繊維形成性有機高分子マトリックスの不連続が生じやすくなり良好な繊維物性の繊維を得ることが困難となる。
【００１５】
繊維中へ添加する磁力を発現する粒子の形状は、多角形、針状、球状、立方体状、紡錘状、板状など形状に限定することなく使用可能であるが、分散性および耐磨耗性の観点から球状または紡錘状をしたもののほうが好ましい。
【００１６】
本発明の磁力が誘起される繊維において、該繊維を構成するポリマーとしては、繊維形成性を有する限りにおいては特に限定は無く、天然ポリマー、半合成ポリマー及び合成ポリマーのいずれであってもよい。具体的なポリマーとしては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニル、ＡＢＳ樹脂、ナイロン、ポリエステル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアミド、ポリスチレン、ポリアセタール、ポリカーボネイト、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリウレタンエラストマー、ポリエステルエラストマー、メラミン樹脂、ユリア樹脂、４フッ化エチレン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂及びフェノール樹脂等のプラスチック系ポリマー；ナイロン、ポリエチレン、レーヨン、アセテート、アクリル、ポリビニルアルコール、ポリプロピレン、キュプラ、トリアセテート、ビニリデン等の一般の繊維形成性のポリマー；天然ゴム及びシリコーンゴム、ＳＢＲ（スチレン・ブタジエン・ゴム）、ＣＲ（クロロプレンゴム）、ＥＰＭ（エチレン・プロピレンゴム）ＦＰＭ（フッ素ゴム）、ＮＢＲ（ニトリルゴム）、ＣＳＭ（クロルスルホン化ポリエチレンゴム）、ＢＲ（ブタジエンゴム）、ＩＲ（合成天然ゴム）、ＩＩＲ（ブチルゴム）、ウレタンゴム及びアクリルゴム等の合成ゴム系のポリマー等があげられる。中でも特に、磁性を発現する無機系の粒子との親和性の高いポリアクリロニトリル系重合体を用いた場合良好な結果が得られる。
【００１７】
本発明において、磁界を加えることにより磁力が誘起される繊維よりなる濾過材の形態としては、使用される用途に応じて適宜選択でき、特に限定はなく、例えば、繊維自体を用いたもの、抄紙によるシート状のもの、不織布、編み地、織り地、あるいはこれらを組み合わせたものなど自由に加工することができる。
【００１８】
本発明における支持体と磁力が誘起される繊維よりなる濾過材を組み合せた磁気フィルターの製造方法としても、該繊維が、磁界を加えられることにより磁力を発現する限りにおいては特に限定はない。例えば、球状、棒状、櫛状あるいは網目状などの支持体のまわりを磁力発現繊維でなる濾過材で囲む方法、逆に該濾過材を球状、棒状、櫛状あるいは網目状などの磁力を有する支持体の間に配する方法など用途に応じて適宜選択できる。また、該濾過材は支持体に固定する方法でも、支持体から着脱ができる方法でもどちらも用途によって使い分けることができる。特に、着脱が可能な場合、汚れたフィルター、あるいは能力の低下したフィルター等を容易に更新できるため、コスト的にも、操作的にも有利である。
【００１９】
本発明の磁気フィルターの用途としては、気体、液体を濾過する様々な用途に適応できるが、軽い有機繊維系である濾過材であり、広い濾過面積を持つことより気体の濾過に適しており、さらには、鉄粉などを吸着除去できる磁気マスクに適している。特に、磁力が誘起される繊維よりなる濾過材を、磁力を有する格子状の支持体に重ねることにより優れた磁気マスクとなる。特に、該濾過材のみを着脱可能とした方式によるものがコスト的にも優れている。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体的に説明するが、本発明の要旨はこれによって限定されるものではない。
【００２１】
【実施例１】
重量平均分子量８９０００のアクリロニトリル／アクリル酸メチル共重合体３０重量部をチオシアン酸ナトリウムの５５％水溶液５００重量部に７３℃で溶解し、粒子径０．２μｍのソフトフェライト微粒子７０重量部を添加、さらに５時間撹拌を行いこのフェライト粒子を均一に分散することにより紡糸原液を得た。該紡糸原液を孔径０．０７ｍｍ、孔数５０００の紡糸ノズルを用いてー２℃、１５％のチオシアン酸ナトリウム水溶液中に紡出した後、水洗、延伸（総延伸倍率１２倍）、乾燥緻密化、捲縮処理、緩和熱処理及び油剤処理を施して単繊維直径２２μｍの磁性が誘起される繊維１Ａを得た。この磁性繊維を評価したところ、単繊維強度８２ＭＰａ、単繊維伸度２３％、結節強度３５ＭＰａであり、充分後加工に耐えるだけの繊維物性を有していた。得られた繊維１Ａを用い、抄紙した紙１Ｂ、不織布１Ｃ、編み物１Ｄ、織物１Ｅを作成し、磁界を加えることにより磁力が誘起される繊維および繊維加工成形体でなる濾過材を得た。
【００２２】
図１は本発明の磁気フィルターの１例として型式１を示すものであり、円柱状、角柱状等の棒状の永久磁石または磁界を加えられて磁力を有するようになる支持体１、および上記の繊維１Ａよりなる濾過材で構成されてなる。これは、通常の磁気フィルターを繊維１Ａで覆うことにより、小さな粒子径の磁性不純物あるいは、非磁性不純物さえも容易にしかも効率よく除去できる磁気フィルターである。
【００２３】
図２は本発明の１例として型式２を示すものであり、交互にＮおよびＳに着磁された永久磁石よりなる網目状の支持体３、および上記の不織布１Ｃよりなる濾過材４が面同士で密着されてなる平板状磁気フィルター５である。型式２は、大きな表面積を必要とする場合に適しており、また、繊維あるいは繊維加工成形体でなる濾過材４が汚染などにより能力が低下した場合、濾過材４の部分のみを更新することができるという利点がある。また、図３は、濾過材である不織布１Ｃを、磁性を有する支持体６で挟んでなる型式２の別の態様である。
【００２４】
図４は本発明の１例である磁気マスクへの応用例を示すものであり、着脱可能な抄紙した紙１Ｂより成形したシート状濾過材７、該シート状濾過材７を挿入することのできる口の開いたマスク本体８、耳かけ１０、およびマスク本体８に固定された永久磁石よりなる網目状支持体９より構成される。該磁気マスクは、取り扱いが容易でさらに着脱可能であることよりコスト的にも安いものとすることができる。また、磁性が誘起されたシート状の濾過材よりなるため、磁性不純物を効率よく除去できるばかりか、非磁性不純物までも効率よく捕捉することができ利用効率は高い。
【００２５】
【実施例２】
孔径０．１４ｍｍの紡糸ノズルを用いた以外は実施例１と同様な方法により、繊維径４５μｍの磁性が誘起される繊維２Ａを得た。さらに該繊維２Ａを用い不織布２Ｃに加工した。
【００２６】
【実施例３】
粒子径２．１μｍのソフトフェライト微粒子を用いた以外は実施例２と同様な方法により、繊維径４２μｍの磁性が誘起される繊維３Ａを得た。さらに該繊維３Ａを用い不織布３Ｃに加工した。
【００２７】
【実施例４】
孔径０．３８mmの紡糸ノズルを用いた以外は実施例３と同様な方法により、繊維径１２５μmの磁性が誘起される繊維Ｈ１Ａを得た。さらに該繊維Ｈ１Ａを用い不織布Ｈ１Ｃに加工した。
【００２８】
【実施例５】
粒子径１２．０μmのソフトフェライト粒子を用いた以外は実施例３と同様な方法により繊維作成を試みたが、ノズルでの昇圧が発生し、良好な繊維は得ることが出来なかった。次に、この粒子径１２．０μmのソフトフェライト粒子の添加量を１０％に低下させ、実施例３と同様な方法により紡糸を行ったところ繊維径４７μmの磁性が誘起される繊維Ｈ２Ａを得た。さらに該繊維Ｈ２Ａを用い不織布Ｈ２Ｃに加工した。
【００２９】
【比較例１】
比較例１としては、磁性が誘起される繊維よりなる濾過材を用いず、支持体のみの状態のものとした。
【００３０】
上記実施例および比較例１より得られた不織布、編み地および織り地を用い、実施例１の型式２の磁気フィルターに加工し、面風速が２．５m／ｓｅｃの時の気体中での磁性微粒子の集塵効率および圧力損失、また面流速が０．２m／ｓｅｃの時の水中での磁性微粒子の集塵効率を評価した。これらの結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】

【００３２】
表１に示すとおり、本発明の磁気フィルターは、磁力が誘起される繊維を用いていないことから本発明の構成を欠くことになる比較例１に比べて、水中でも、気体中でも集塵効率に優れていることが明かである。また圧力損失は比較例１に比べ上昇してはいるが、実際に使用できるレベルの範囲内にある。又、本発明の最適の実施態様からは太すぎる粒子径のものを用いている実施例４、同じく太すぎる粒子径のものを用いているためフェライトの含有量が少なくなっている実施例５は、最適実施態様例に較べれば集塵効率が大幅に落ちるものの、圧力損失については少なくて済み、本発明の構成を欠く比較例１に較べ数倍以上の高い集塵効率を維持している。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は、磁力を有した支持体および該支持体により誘起された磁力を有する繊維または該繊維成形加工体でなる濾過材で構成された磁気フィルターによって、気体、液体中に混在された磁性不純物、特にμｍ以下の微小な磁性不純物を、気体、液体から吸着分離すると共に、他の微小非磁性不純物をも分離して気体、液体を純化させることができる。さらに、該繊維および繊維成形加工体は着脱可能であり、容易に更新することができ吸着能力を復元させることができるものである。また、本発明になる磁気マスクは、安価で、扱いやすく、捕集効率も優れるものであり、花粉症の原因となる花粉等をも吸着除去することができる。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の実施例を示したもので、図１は、本発明における型式１を示したもの、図２は、本発明における型式２およびその構成を示したもの、図３は、型式２のうちの他の例を示したもの、図４は、本発明の磁気スクを示したものである。
１・・・磁力を有してなる支持体
２・・・誘起された磁力を有する繊維よりなる濾過材
３・・・網目状の磁力を有してなる支持体
４・・・誘起された磁力を有する繊維よりなる紙、不織布、編み地、織り地状の濾過材
５・・・磁気フィルター
６・・・磁力を有してなる支持体
７・・・抄紙した紙で成形したシート状濾過材
８・・・マスク本体
９・・・内部に固定された磁力を有してなる支持体
１０・・耳かけ

Claims

磁力を有する材料よりなる支持体と、磁界を加えることにより磁力が誘起される有機繊維よりなる濾過材とから構成されてなることを特徴とする磁気フィルター。
濾過材を構成する有機繊維が、磁界を加えることにより磁力を発現する粒子を含有した繊維径５０μm以下の有機繊維であることを特徴とする請求項１記載の磁気フィルター。
磁力を発現する粒子の平均粒子径が５μm以下であり、かつ有機繊維がポリアクリロニトリル系重合体よりなることを特徴とする請求項２記載の磁気フィルター。
濾過材が着脱可能であり、容易に更新できることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の磁気フィルター。
請求項１から４のいずれかの磁気フィルターよりなることを特徴とする磁気マスク。