JP4843159B2 - 焼結フィルター - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、部品点数を減じつつ耐圧強度を向上でき、特にリーフフィルターとして好適に採用しうる焼結フィルターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
熔融ポリマー、或いは廃液などの各種液体、又は気体などの種々な流体中の不純物粒子を除去するために、焼結フィルター、特にリーフフィルターが多用されている。
【０００３】
このリーフフィルターは、薄板状の濾材の内周部、又は外周部を閉塞した濾材合わせ体であり、通常、流出路をなす軸材の周囲で多段に密に積み重ねてハウジングに収納することによって濾過装置として使用される。このように、リーフフィルターを用いる濾過装置は、濾過能力に優れ、かつリーフフィルターの枚数を増やすことによって、設置面積当たりの濾過面積を大として濾過能力を調整しうるなど、取扱い性にも優れている。
【０００４】
ところで、フィルターの濾過機能として、一般的には、濾過面の表面において異物除去する所謂“表面濾過”、又は濾材の厚さを比較的厚くすることにより、その内部を流体が通過している間に不純物粒子を捕獲する“深層濾過”が知られている。
【０００５】
この場合、被処理流体が例えば水、気体などのような低粘性の流体の場合には、毛細管現象、または自然圧程度の低圧状態で比較的容易に濾過処理できるものの、ポリマーなどのような高粘度流体にあっては、粘性に比して濾過孔が微細であって濾過抵抗が大きいことから強制的に流体を加圧する加圧濾過が必要となり、その圧力は２０ＭＰａ程度ともなる。
【０００６】
したがって、このような高圧濾過に用いるフィルターとして、その濾過圧に耐えうるために、例えば実開平６−４１８４０号公報が提案するように、濾材として強度に優れた金属粉末焼結体で形成する一方、該濾材間に形成される濾過室内に例えば＃８程度の粗メッシュを用いた耐圧用スペーサー部材を介挿したものが知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のこのような粗メッシュを用いたリーフフィルターは、メッシュが線材同士を交差させて織成され、安価かつ耐圧性は満足できるものの、メッシュの線材が濾過液の流出を遮りやすくメッシュの濾過室内で占める容積比も比較的大きいものであることから、処理流体の流過が妨げられることとなり、圧力損失を招く他、流出時の渦発生によって滞留し、その結果ゲル発生の一因になりやすい。
【０００８】
さらに、線材の交差部には狭い深部が形成されることから、その内部に侵入したポリマーは深部に堆積しかつ堆積が進行したのち、圧力によってゲルとして流出する結果、清浄化した処理液中に再度異物が混合することとなり、処理流体の品質を低下させるとともに、かかるメッシュなどの耐圧部材は、フィルター構成部材の点数を増し、フィルターの生産性を阻害する。
【０００９】
本発明は、一方の濾材の内面に、向き合う側に突出する凸状の支持部を設けることを基本として、濾過圧に耐え、かつ濾過精度を向上するとともに、生産性にも優れる焼結フィルターの提供を目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のうち請求項１記載の発明は、２つの薄板状の濾材を重ね合わせ、かつその外周部又は内周部のいずれか一方を閉塞することによって、該濾材の内面間に濾過室を形成する焼結フィルターであって、
少なくとも一方の濾材の内面に、向き合う側に突出する支持部を設けるとともに、該支持部を他方濾材に当接させることによって所定の外部濾過圧に耐え得る耐圧構造にし、
しかも前記支持部を設けた濾材は、該支持部を設けた支持部領域の平均密度が、支持部を設けない非支持部領域の平均密度よりも粗に形成されたことを特徴としている。
【００１２】
又請求項２の発明は、前記支持部が、前記濾材の中央部分から半径方向に放射状に伸びて形成されたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の一形態を図面に基づき説明する。
【００１４】
図１、図２は、本発明の焼結フィルター１がリーフフィルターとして構成された場合を示す平面図、その断面図であり、リーフフィルターは、薄板状，本例では円盤状の２枚の濾材２ａ，２ｂ（総称するとき濾材２という）を重ね、かつその外周部３を一体に閉塞することにより内部に濾過室１２を形成するとともに、濾材２の内周部４は、中央の透孔５に配した芯金具７に一体に結合している。リーフフィルターは、周知のごとく、前記芯金具７を水密当接させて、一点鎖線で示す軸材９に挿入して積み重ね、この重ね体を図示しないハウジングに収納することによってフィルター装置として構成される。なお加圧された被処理流体は、濾材２によって濾過され、清浄化された流体は芯金具７の通孔１０を通って、軸材９の流路から取り出される。
【００１５】
前記濾材２は、例えば金属、セラミックなどの焼結可能な材料の粉末、又は繊維などを所定形状に押圧形成し焼結した、本形態では円盤状をなす基板部１３の外周部３に、向き合う側に折れ曲がる湾曲部を介して基板部１３と平行なフランジ部１４を形成している。また基板部１３の一面側、即ち向き合う側となる内面に、向き合う側に突出する凸状の支持部１５を一体に形成している。また前記支持部１５は、透孔５の内周面から小距離ｍを隔てた位置から、外周方向に放射状に連続して延び、かつその横断面を円弧状曲面とする例えば細長カマボコ状の連続体であって、濾材２には、複数の支持部１５をその内面に等間隔で設けている。このように支持部１５を放射状として濾過液の流過方向に向けたときには、濾過された被処理流体の流れ抵抗を軽減でき、スムースな流出を可能にし、圧力損失を低下できる。
【００１６】
又支持部１５は、フィルターとして組立てた際、他方の濾材２の内面に当接する高さ、本例では、前記基板部１３とフランジ部１４との間の高さｈの略２倍程度の高さＨを有する。なお本形態では、濾材２ａ，２ｂは同一体であって、一方の濾材２ａを他方の濾材２ｂに対して前記支持部１５の周方向間隔の半ピッチｐ／２を位置ずれさせて配することによって、前記一方の濾材２ａの支持部１５を、他方の濾材２ｂの支持部１５間の間隙に入り込ませ、かつこれにより隣り合うこととなる支持部１５間で被処理流体の流過流路を形成している。
【００１７】
また、フィルター１が溶融ポリマー濾過用であるときには、濾材２として例えば内径５５mm、外径１４０mm、厚さ（ｔ）２mmの薄板円盤状多孔体を用いる。また図１の濾材２では、支持部１５を略同寸幅ｗで連続する連続体としているため、図３，４に内周部４の付近、外周部３の付近の周方向断面を示すごとく、支持部１５間の流路幅Ｇが変化し、本形態では、内周側の流路幅（間隔）（Ｇｉ）が１．５mm、外周側では流路幅（Ｇｏ）を６mm程度としている。なお各濾材２毎に、２０本の支持部１５を形成し、かつ放射状の連続体とした本形態においては、支持部１５の周方向の幅ｗを例えば２〜１５mm、前記高さＨを２〜２０mm程度の断面寸法に形成し、またこれら支持部１５間に少なくとも１mm以上の流路を形成させるのがよい。
【００１８】
なお、濾材２の具体的仕様は、フィルター特性、被処理体の性状、作用圧力などの濾過条件などを考慮して設定され、また支持部１５は重なる２枚の濾材２ａ，２ｂの外面に作用する外部濾過圧に耐えて濾過室１２を保形しうる強さに形成される。
【００１９】
また支持部１５が放射状連続体であることにより支持部１５間の流路幅Ｇが外周部３側で広幅となることによる支持部１５による支持強度の不足のおそれがあるときには、支持部１５を外周部３側に向かって拡幅し、あるいは連続体からなる支持部に加えて、向き合わせにより衝合しない支持部を追加することにより支持部１５による支持強度不足を補うことができる。また内周部４側が狭幅となるが、濾材２が多孔の焼結部材であることにより、中心側に被処理流体を流過する場合の圧力損失の増大を抑制でき、またこのために支持部１５の密度を粗とすることもできる。また流過方向を外周部３に向けるべく内周側４を閉塞することもできる。
【００２０】
さらに支持部１５は図１のような直線状以外にも、例えば蛇行させ、又は一方向に湾曲させることもでき、また連続状に代えて、例えば半球状の小突起体をその全面に均等配置させ、或いは長短の連続体、小突起体からなる支持部１５を適宜混在させるなど種々な形態のものとすることができる。さらに支持部１５は、断面を円弧面取りした上面平坦な台形状などの角形状とするなど種々な断面形状とすることができる。
【００２１】
濾材２は、前記したように金属、又はセラミックなど焼結可能な粉末材料、或いは短繊維を含む繊維材料を所定形状に成形して焼結した多孔質部材であり、ニッケル、チタンなどの金属、それらの合金、特にステンレス鋼などの耐食材により形成することにより、強度と耐食性とに優れ、成形も比較的容易となるが、ステンレス鋼の濾材については、例えば特公平３−３３３７０号は、繊維径２〜２０μｍ、アスペクト比１〜５０のステンレス鋼短繊維を所定特性となるように加圧焼結することを提案し、例えば本発明の濾材２としてもこの提案の焼結濾材を目的に応じて利用できる。
【００２２】
図６は（具体例）に記載する濾材の支持部１５を、図１のＡ−Ａ線断面で切断しかつ１７倍に拡大した支持部１５の多孔分布状態を示している。濾材２の基板部１３では、支持部１５が形成されている支持部領域１５ａの平均密度を、該支持部１５を設けない非支持部領域１５ｂの平均密度よりも粗に形成している。このような密度の分布状態は、金型に充填される微細粉末を押し付けるに際して、非支持部領域１５ｂでは、前記支持部領域１５ａに比して押し下げ率が大となるため、非支持部領域１５ｂでの平均密度が高くなることと推察しうる。
【００２３】
なお、この図６のものはステンレス鋼アトマイズ粉末を用い所定圧力で加圧しており、例えば支持部領域１５ａでは該粉末の分布密度は６０〜６５％程度、一方非支持部領域１５ｂでは６３〜６８％であってその間なだらかに変化している。しかしながらその密度差を必要以上に大きくするとフィルターとしての不安定さが大となることから、例えば密度差を８％以下程度とするのがよい。なお平均密度とはフィルター面と直角に切断した断面における、フィルターを顕微鏡での画像解析などの方法による、視野面積に占める空孔面積の比率の３個所で測定した値として示される。
【００２４】
したがって、このような分布密度の異なる濾過面を持つ濾材を用いたときには、支持部領域１５ａでの粗な空孔では比較的容易に濾過液を流過するものの、流過距離は長くなって、いわゆる深層濾過として作用するのに対し、非支持部領域１５ｂでは、空孔自体が緻密なものとなることから、表面濾過として作用することとなり、全体的にバランスされた均質濾過特性が得られ、有効濾過面積の減少が防止できる。
【００２５】
さらに、支持部領域１５ａの密度を非支持部領域１５ｂに比して粗とすることにより、濾過された濾過室１１内の処理流体が流出する際に仮にその内部を再度通過するとしても、その部分での空孔は粗であることから流過抵抗の上昇は抑制できる。また両濾材２，２の支持部１５を交互に配する場合において、粗な支持部領域１５ａに接する他方濾材の非支持部領域１５ｂは緻密で強度的に優れ、高い濾過圧を支持する場合にも、濾材２自体の損傷が軽減できる。なお、所望の空孔分布特性を得るために、例えば支持部領域１５ａ、非支持部領域１５ｂなど、部分的に押圧率を違えた成形金型を用いることができる。
【００２６】
なお、外周部３での濾材２，２との接合、濾材２と芯金具１５との接合は、溶融範囲が小部分の例えばレーザー溶接、電子ビーム溶接などを利用しうる。
【００２７】
図５は、本発明の焼結フィルター１の他の例を示すものであって、濾材２の外周部接合の為にスペーサー金具１７を介在させるとともに、支持部１５を前記濾過室１２の高さより小さくしてその先端面同士を当接させることにより濾材２，２を互いに支持させている。また例えば一方の濾材のみにこのような支持部１５を設け、他方の濾材２を支持部１５を有しない平板とすることもできる。
【００２８】
本発明のフィルター１では、前記支持部１５を濾材２の一部として同じ材料で一体に形成しているため、部品点数が削減でき工程短縮を果たすとともに、支持部１５の剥がれなどを無くしうる。又支持部１５も、支持部領域１５ａとともに密度が比較的粗であることにより、この支持部１５での流過抵抗を抑えることができ、滞留や圧損の問題を改善する。又濾材２は、支持部を一体形成した単層として説明したが、この単層体に、必要に応じて微細な空孔を持つ微細層（図示せず）を一体に積層した積層構造体とすることもできる。なお支持部１５のみを棒状多孔体を予め作成したのち、平板状濾材に重ね合わせて焼結することにより一体構造とすることもできる。
【００２９】
（具体例）
ステンレス鋼アトマイズド粉末（２００メッシュアンダー）を所定型内に充填し、５００Ｔで押圧しさらに１１００℃での焼結によって外径１４０mm、内径５５mm、厚さ２mmで、片面に幅６mm、高さ４mmの放射状支持部を有する凸状付きの濾材を形成し、その２枚を対向させ、外周部を溶接して実施例品を作成した。このフィルターは前記支持部合計２０本を等間隔に配置しており、その断面形状は図６に示すように滑らかな円弧状を呈している。
【００３０】
一方、比較例のフィルターは、前記ステンレス鋼粉末によって同寸法に成形した平板状の濾材に、従来の粗メッシュ、又は凹凸成形したパンチングプレートを用いている。
【００３１】
そのメッシュ構成は次の通りである。
【００３２】
比較例１ １．６φ×４メッシュ（厚さ２．８mmに加圧）
比較例２ １．６φ×７メッシュ（厚さ２．８mmに加圧）
比較例３ パンチングプレート（ｔ：０．８ ５φ×８mmピッチ）をエンボス凹凸成形。
【００３３】
この４種類のリーフフィルターの濾過特性を比較する為、被処理流体としてユニチカ製ＰＥＴ樹脂（型番：ＭＡ−２１０３，融点：２５１℃、比重：１．３８）を使用し、株式会社プラスチック光学研究所製のＧＴ−４０−２４Ａ型濾過試験装置によって評価した。試験条件は、前記樹脂を２７５℃に加熱溶融し、７〜２５kg／Ｈｒの流量となるようにしたものであって、各流量毎の圧力損失を測定したものである。
【００３４】
その結果は、図７に示しており、この結果から明らかなように、本発明の濾材の圧力損失はいずれの流量においても比較フィルターより少ない圧損となり、特に、従来一般的なリテーナーとして使用されてきた粗メッシュに比しても、約２割の改良を図ることができた。
【００３５】
【発明の効果】
上述したように、請求項１記載の発明では、メッシュなどの耐圧部材を省略することができ、濾過抵抗の増加を抑制するとともに、濾過品質も向上し、かつ生産性をも高めうる。
【００３６】
又請求項２に係る発明により均一な濾過を可能とするとともに、請求項３の発明では、濾過流体の滞留を防いでゲルなどの発生を減じうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一形態を例示する平面図である。
【図２】 その断面図である。
【図３】 図１の支持部の内周部側の断面図である。
【図４】 図１の支持部の外周部側の断面図である。
【図５】 他の形態を例示する断面図である。
【図６】 支持部を拡大して示す断面図である。
【図７】 濾過試験結果の一例を示す線図である。
【符号の説明】
２ 濾材
３ 外周部
４ 内周部
１２ 濾過室
１３ 基板部
１４ フランジ部
１５ 支持部
１５ａ 支持部領域
１５ｂ 非支持部領域

Claims (2)

1. ２つの薄板状の濾材を重ね合わせ、かつその外周部又は内周部のいずれか一方を閉塞することによって、該濾材の内面間に濾過室を形成する焼結フィルターであって、
   少なくとも一方の濾材の内面に、向き合う側に突出する支持部を設けるとともに、該支持部を他方濾材に当接させることによって所定の外部濾過圧に耐え得る耐圧構造にし、
   しかも前記支持部を設けた濾材は、該支持部を設けた支持部領域の平均密度が、支持部を設けない非支持部領域の平均密度よりも粗に形成されたことを特徴とする焼結フィルター。
2. 前記支持部は、前記濾材の中央部分から半径方向に放射状に伸びて形成されたことを特徴とする請求項１に記載の焼結フィルター。

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