JP5385647B2 - フィルターエレメント - Google Patents

Description

本発明は、フィルターエレメントに関し、より詳細には、芯金と、この芯金の周囲に配置される巻きバネ状の線材とを有するフィルターエレメントに関する。

濾過装置の構成部材として使用されるフィルターエレメントに関しては、様々な構成が提案されているが、例えば下記特許文献１に記載されているように、巻きバネ状に巻かれた線材（以下「巻きバネ状線材」という。）と、その線材の中空部に配置される芯金と、この芯金の両端に配置され、巻きバネ状の線材を押さえつける一対の金具を有して構成されたものが有用である。なお、巻きバネ状に巻かれた線材には一定間隔で突起部が形成されており、この突起部により、巻きバネ状となっている線材間の隙間の大きさを調節し、効率の良い濾過を行なうことができる。

この濾過装置を用いた濾過処理について説明すると次のようになる。まず、濾過の対象となる混濁液中にこのフィルターエレメントを配置し、フィルターエレメント外周側の圧力を上げる一方、フィルターエレメント内周側の圧力を下げる（内周側から吸引する）と、フィルターエレメント外周側から内周側への流れを生じさせることができる。そして、この間には上記のとおり巻きバネ状線材が配置されているため、巻きバネ状線材の一定間隔の間隙が濾過のためのフィルターとなり、濾過を行なうことができる。なお、濾過が終わった場合や濾過の効率が落ちた場合、流れを逆流させると、巻きバネ状線材の外周側に溜まった付着物（濾過された物）を巻きバネ状線材から容易に分離することができ、フィルターエレメントの再利用が可能となる。

特開平８−１９６８２１号公報

ところで、これまでのフィルターエレメントは、濾過能力を高める目的のために、予め、巻きバネ状線材の巻きを強くすることが好ましいと考えられており、遊びができないように一対の金具できつく締め、線材における線の間隙を一定間隔に制御し、より濾過効率を上げることができると考えられていた。

しかしながら、フィルターエレメントの巻きバネ状線材は、濾過処理中、すなわちフィルターエレメント外周側の圧力を内周側よりも高くすると（例えばフィルターエレメントの内周側から吸引を行なう）と、フィルターエレメントに濾過能力に無視できない影響を与える変形が起こることが分かった。具体的には、フィルターエレメントの内径が減少するとともに、その長さが増加することがわかった。そして長さの増加は固定された一対の金具の間に巻きバネ状線材が収まらなくなり、例えば金具近傍に線材同士が重なる又は座屈するといった問題が生じ、この結果濾過能が低下する等の信頼性の低下をもたらしてしまう場合がある。特に、一度座屈すると、解体しない限り元に戻らないといった課題もある。

そこで、本発明は、上記課題を鑑み、より濾過能力が高く、信頼性の高いフィルターエレメントを提供することを目的とする。

発明者らは、上記課題について鋭意検討を行なったところ、予め、巻きバネ状線材を一対の金具の間に遊びを設けて配置し、しかも芯材よりも内径を大きく設けることで上記課題を解決することができる点に想到し、本発明を完成させるに至った。

即ち、本発明の一観点に係るフィルターエレメントは、巻きバネ状線材と、巻きバネ状線材の中空部に配置される芯金と、芯金の一端に配置されるトップ金具と、芯金の他の一端に配置されるボトム金具と、を有し、巻きバネ状線材は、トップ金具とボトム金具との間に遊びを設けて配置されており、巻きバネ状線材の中空部の内径は、前記芯金の幅よりも１０μｍ以上２ｍｍ以下の範囲で大きいものとする。

以上、本発明により、より濾過能力の高いフィルターエレメントを提供することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。ただし、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に示す実施形態に限定されるものではない。なお、本明細書においては同一又は同様の機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

図１は、本実施形態に係るフィルターエレメント（以下「本フィルターエレメント」という。）１の概略図であり、図２は、巻きバネ状線材の概略を示す図であり、図３は、巻きバネ線材を延伸方向から見た場合の図である。

これらの図で示すように、本フィルターエレメント１は、巻きバネ状線材２と、巻きバネ状線材２の中空部２１に配置される芯金３と、芯金３の一端３１に配置されるトップ金具４と、芯金３の他の一端３２に配置されるボトム金具５と、を有しており、巻きバネ状線材２はトップ金具４とボトム金具５の間に配置され、しかも遊びを設けて配置されており、巻きバネ状線材２の内径は芯金３の幅よりも大きいことを特徴の一つとする。

ここで巻きバネ状線材２とは、所定の内径を保ちつつ巻きバネ状に巻かれた線材であって、隣接する線材部分が所定の距離をもって密に配置されているものである。フィルターエレメントとして構成され機能する際、巻きバネ状線材は実質的にフィルター部材として機能する。線材の材質としては、限定されるわけではないが、ステンレス鋼は錆びに強いため好ましい一例である。なおステンレス鋼である場合、限定されるわけではないが、オーステナイト系のステンレス鋼であることがより好ましく、例えばＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１７を例示することができる。

ここで巻きバネ状線材の「内径」とは、巻きバネ状線材の内周側と外周側に圧力差が生じていない状況で測定する円筒形状の中空の内側の径をいう（例えば図３参照）。

また、本フィルターエレメントにおいて、巻きバネ状線材２には、平坦部２２１を有する突起２２が一定距離を開けて多数形成されており、また、巻きバネ状線材２には、突起２２の平坦部２２１が形成される側と反対の側に平坦部２３が形成されている。突起２２を設けることで、巻きバネ状線材の線材同士の間のスペーサーとしての役割を担い、線材同士距離を一定に保つことができ、平坦部２２１を突起２２及び線材に設けることで、隣接する線材との接触面積を確保し、線材同士が重なる又は座屈するといった問題を大幅に軽減させることができる。図４に、巻きバネ状線材の断面図（（Ａ））及びその隣接する線材の配置関係（（Ｂ））を示す。なお図５は、平坦部２２１を設けていない場合の巻きバネ状線材２の断面図（（Ａ））及びその隣接する線材の配置関係（（Ｂ））を示す。なお図５（Ｂ）の例では、線材の延伸方向から力が加わった場合、座りが悪いため座屈しやすいといった課題が残る。

なお、本実施形態では、突起及び線材自体それぞれに平坦部を設ける構成としているが、例えば図６で示す断面図及びその配置関係図のように、突起にのみ、線材の曲面に合わせた凹みを形成したものであっても良い。このようにすることで、線材自体には加工が不要になり、更には線材の回転や移動が起こるような状況であっても、巻きバネ状線材２の配置をより安定的なものとすることができる。

また、本実施形態に係る芯金３は、一方向に延伸した部材であって、両端近傍にトップ金具及びボトム金具を配置し、巻きバネ状線材を保持するために用いられるものである。芯金３の材質は、限定されるわけではないが、上記巻きバネ状線材と同様に錆びに強いステンレス鋼を好適に採用することができる。また芯金の形状は、板状、線状、円柱状等、巻きバネ状線材２の内周側に配置可能となるよう一方向に延伸してなるものであればよく、限定されるわけではないが、巻きバネ状線材の変形を抑えるとともに、濾過された液体の流路を確保する観点から、板状であることは好ましい形状である。図７に、本実施形態に係る芯金３の概略図を示しておく。なお芯金３の下端３１（ボトム金具が配置される側には、ボトム金具５を押さえるナットを固定するために用いられるボトム金具固定用具としてのボルト３１１が配置されている。

また本実施形態において、芯金の「幅」とは、芯金の延伸する一方方向に対して略垂直な方向における断面の最大のものをいい、具体的には、芯金が板状の場合は板の幅（図７）を、芯金が円柱状であれば、直径をいう。

本実施形態においてトップ金具４は、芯金の一端３２近傍に配置されるものであって、ボトム金具と対となり巻きバネ状線材を保持することができるものである。トップ金具４の構成は、限定されるわけではないが、円筒状の中空４１が形成され、その内部に巻きバネ状線材を当てるための段差面４２を有して構成されていることは好ましい一例である。トップ金具４の概略図を図８に、トップ金具４、芯金３及び巻きバネ状線材２を組み合わせた場合の概略断面図を図９に示す。

本実施形態においてボトム金具５は、芯金３の他の一端近傍３１に配置されるものであって、トップ金具４と対となり巻きバネ状線材２を保持することができるものである。なおボトム金具５の構成は、限定されるわけではないが、巻きバネ状線材２を抑えるための底板５１と、この底板５１の周囲に配置される側面５２とを有して構成されている。なおボトム金具５は、芯金３に固定されたボルト３１１と、このボルト３１１に嵌めあわされるナットにより固定されていることが好ましい。ボトム金具５の概略図を図１０に、ボトム金具５近傍における断面図を図１１にそれぞれ示しておく。

また本実施形態において、巻きバネ状線材２は、トップ金具４とボトム金具５の間に配置されるが、トップ金具とボトム金具との間に遊びを設けて配置されており、かつ、巻きバネ状線材２の中空部の内径は、芯金３の幅よりも１０μｍ以上２ｍｍ以下の範囲で大きくなっている。芯金３の幅よりも１０μｍ以上大きくすることで、外周側から圧力がかけられた場合に生じる座屈を防止することがで切るといった効果があり、２ｍｍ以下とすることで、巻きバネ状線材２の不必要な撓みを抑えることができる効果がある。また、遊びの大きさとしては、フィルターエレメントに加えられる圧力等や内径によって適宜調整可能であるが、例えば上記内径の条件の下で、トップ金具４の段差面４２と、ボトム金具５の底面５１との間の距離の０．０５ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましい。上記内径の条件の下で０．０５ｍｍ以上とすれば、外周側から圧力がかかり、内径が縮小して巻きバネ状線材の長さが長くなった場合であっても、トップ金具４及びボトム金具５の間よりも不必要に長くなり座屈を起こすおそれを少なくすることができ、２ｍｍ以下とすることで、巻きバネ状線材が長くなった場合でも巻きバネ線材がトップ金具４とボトム金具５の間に遊びが生じてしまうことを防止することができる。

また、本実施形態に係る巻きバネ線材２の両端は、研磨して平坦な面を設けておくことが好ましい。このようにすることで隙間漏れをより少なくし、濾過の効率を高くすることが可能となる。

また、巻きバネ線材２の両方の端面は平坦にしておくこと、平坦化処理がなされていることが好ましい。端面を平坦にする方法としては、研磨する方法、巻きバネ線材２の端面にこの段差を埋める部材を配置する等種々の方法を採用することができるがこれに限定されない。このようにすることで、巻きバネ線材の線径分の段差の隙間を解消することができ、トップ金具と巻きバネ線材との間、ボトム金具と巻きバネ線材との間の隙間を減じさせてろ過処理能力の低減を抑えることができるといった効果がある。

以上、本実施形態に係るフィルターエレメントによると、フィルターエレメント外周側の圧力を上げ（ポンプ等により圧送し）、フィルターエレメント内周側の圧力を下げ（内周側から吸引し）てろ過処理を開始し、巻きバネ状線材に変形が加えられたとしても、芯金との接触による内径の不均一な変形を起す虞がきわめて少なく、また線材同士の重なり又は座屈といった問題を大幅に削減でき、この結果濾過能の低下、摩擦等による磨耗、電触による破損といった信頼性の低下も大幅に少なくすることができる。

以上、本発明により、より濾過能力が高く、信頼性の高いフィルターエレメントとなる。

本発明は、フィルターエレメントとして産業上の利用可能性がある。

実施形態に係るフィルターエレメントの概略を示す図である。 実施形態に係る巻きバネ状線材の概略を示す図である。 実施形態に係る巻きバネ状線材の内径を説明する図である。 実施形態に係る巻きバネ状線材の断面及びその配置関係を示す。 公知の技術に係る巻きバネ状線材の断面及びその配置関係を示す。 実施形態の他の例に係る巻きバネ状線材の断面及びその配置関係を示す。 実施形態に係る芯金の概略図である。 実施形態に係るトップ金具の概略を示す図である。 実施形態に係るトップ金具近傍の断面の概略図である。 実施形態に係るボトム金具の概略を示す図である。 実施形態に係るボトム金具近傍の断面の概略図である。

１…フィルターエレメント、２…巻きバネ状線材、３…芯金、４…トップ金具、５…ボトム金具

Claims (4)

1. 巻きバネ状線材と、
   前記巻きバネ状線材の中空部に配置される芯金と、
   前記芯金の一端に配置されるトップ金具と、
   前記芯金の他の一端に配置されるボトム金具と、を有し、
   前記巻きバネ状線材は、前記トップ金具と前記ボトム金具との間に遊びを設けて配置されており、
   前記巻きバネ状線材の中空部の内径は、前記芯金の幅よりも１０μｍ以上２ｍｍ以下の範囲で大きいフィルターエレメント。
2. 前記巻きバネ状線材には、平坦部を有する突起が形成されており、前記巻きバネ状線材の断面には、前記突起の平坦部が形成される側と反対の側に平坦部が形成されている請求項１記載のフィルターエレメント。
3. 前記巻きバネ状線材には、凹みを有する突起が形成されている請求項１記載のフィルターエレメント。
4. 前記巻きバネ線材の両端に、平坦化処理がなされている、請求項１記載のフィルターエレメント。