JP5522765B2 - フィルタ製造機及びこれを用いたフィルタ製造方法並びに中空フィルタ - Google Patents

Description

フィルタ繊維から中空フィルタを製造するためのフィルタ製造機及びこれを用いたフィルタ製造方法並びに中空フィルタに関する。

公知のフィルタ製造機は、フィルタ繊維からなる例えばアセテートトウを蓄えた貯蔵容器を備え、この貯蔵容器からトウ（フィルタ繊維）が所定の繰出し経路に沿って繰出される。トウの繰出し過程にて、トウは開繊処理を受けて広げられる。この後、トウはトリアセチン等の可塑剤の添加を受け、ロッド成形装置に向けて供給される。ロッド成形装置はトウをロッド形状に成形しながら、このロッド形状のトウをペーパにより包み込み、フィルタロッドを連続的に成形する。

このトウをロッド形状にするのは、成形管とよばれる部分で行われる。成形管では、トウは圧縮成形されてロッド形状とされる。一方、この成形管にて、トウをロッド形状にするとともに、このロッドに貫通穴を設けて中空円筒状とする技術が公知である。

このような貫通孔を設けるため、予め成形管内にマンドレルが軸線に沿って配置されている。成形管内に流入したトウは、マンドレルの周りでロッド形状に成形されて順次繰り出され、マンドレルから引き抜かれることで貫通孔が形成される。しかしながら、貫通孔の表面にトウが飛び出すことがあり、このようなフィルタロッドは不良品とされ、品質の低下を招いている。また、貫通孔の表面付近が十分に硬くないと、後工程でフィルタロッドを切断する際に、貫通孔がつぶれてしまうことがあり、これも品質の低下を招いている。これを防止するため、可塑材を増加させてフィルタの硬度を上げることが考えられるが、多量の可塑剤は、フィルタ自体を溶解させたり、異臭を発生させたりする問題がある。

特に、貫通孔の表面にトウが飛び出る現象は、マンドレルの外形が成型すべき貫通孔と同径且つ同サイズであるため、トウの繊維密度にムラが生じ、また貫通孔を内側から押し固める力が働かないため生じていると考えられる。また、トウ同士が接着する機会が成型間にトウが流入される瞬間にしか発生しないため、接着性が十分ではない。これらが原因となって生じるこのような貫通孔表面へのトウの飛び出しは、製造されたフィルタの外観を損なう結果を招く。

一方で、中空円筒状のフィルタロッドを製造する装置が特許文献１に記載されている。この製造装置では、フィルタロッドの軸線に沿ってチューブを配し、このチューブの周りにトウを集めて硬化させることで、中空フィルタを製造している。しかしながら、チューブという別部材が必要であり、部品点数が増加する。また、チューブの繰出し機構が別途必要であり、装置が複雑化し、その制御も面倒である。

米国特許第３０９５３４３号明細書

本発明は、貫通孔の表面にトウが飛び出すことがないフィルタ製造機及びこれを用いたフィルタ製造方法並びに中空フィルタを提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明では、フィルタトウを連続的に繰り出す繰り出し経路と、該繰り出し経路の終端に接続され、前記フィルタトウを中空ロッド形状のフィルタ連続体に成形し、該成形したフィルタ連続体を送出する成形装置と、該成形装置に含まれ、前記フィルタトウを絞り込みながら通過させ、前記フィルタ連続体に成形する管状成形路を有する成形管と、該成形管内に配され、前記成形管と協働して前記管状成形路を形成するマンドレルと、前記成形管に含まれ、前記管状成形路内を通ずる過程にて前記フィルタトウを加熱するための加熱処理部とを備え、前記マンドレルは、前記成形管の入口に位置する小径部と前記成形管の出口に位置する大径部を有し、前記小径部と前記大径部との間に拡径部を有し、該拡径部は、前記フィルタトウの走行方向でみて前記加熱処理部よりも下流側に形成されていることを特徴とするフィルタ製造機を提供する。

好ましくは、前記マンドレルは、前記大径部における外径が最終製品としてのフィルタに形成すべき貫通孔の孔径と同径である。
好ましくは、前記拡径部は、前記マンドレルの外表面に形成された段差である。
好ましくは、前記拡径部は、前記マンドレルの外表面に連続して形成されたテーパである。
好ましくは、前記テーパは、前記小径部を含む。
好ましくは、前記加熱処理部は、前記小径部を加熱する位置に配されている。

また、本発明では、前記フィルタトウを前記成形管と前記マンドレルとの間の隙間に送り込んで貫通孔を有するフィルタを形成する際に、前記小径部にて貫通孔を形成し、前記大径部にて前記小径部で形成された貫通孔を押し広げることを特徴とする上述したフィルタ製造機を用いたフィルタ製造方法を提供する。

また、本発明では、円筒状の成形管及び該成形管の軸線に沿って配されたマンドレルで形成された管状成形路を通過したフィルタトウからなり、前記マンドレルに沿った貫通孔を軸線に有するフィルタ連続体を切断して形成される中空フィルタであって、前記貫通孔は、前記マンドレルの小径部で形成された後、前記小径部よりも大径の大径部で押し広げられて形成され、前記フィルタ連続体を形成する前記フィルタトウは、前記貫通孔側の密度が外周側の密度よりも高い中空フィルタを提供する。

本発明によれば、マンドレルは、成形管の入口に位置する小径部と成形管の出口に位置する大径部を有し、マンドレルの小径部と大径部との間に拡径部を有し、この拡径部は、フィルタトウの走行方向でみて加熱処理部よりも下流側に形成されている。フィルタトウは、加熱処理部で固められ、管状成形路内で成形管によってその外形を、マンドレルによって貫通孔を形成される。すなわち、貫通孔はマンドレルの外形に沿って形成される。この管状成形路内を走行中に、貫通孔の内径は大径部によって押し広げられる。これにより、貫通孔の表面にトウが飛び出すことがなく、外観の良好なフィルタを得ることができる。さらに、フィルタトウ同士の接着性が向上する。また、小径部と成形管とで形成される空間が広いため、この空間でトウが広がり、貫通孔側におけるフィルタトウの繊維密度のムラが低減される。したがって、品質が良好なフィルタを安定的に製造することができる。

また、マンドレルは、大径部における外径が最終製品としてのフィルタに形成すべき貫通孔の孔径と同径であるため、その後の工程で加工等することなく、貫通孔形成工程にて所望の内径の貫通孔を形成できる。
また、拡径部は、マンドレルの外表面に形成された段差であるため、簡単な構造で貫通孔表面におけるトウの飛び出しを防止できる。
また、拡径部をマンドレルの外表面に連続して形成されたテーパで形成しても同様の効果を得ることができる。

本発明に係るフィルタ製造機の概略図である。 管状成形路の近傍の概略図である。 マンドレルの概略図である。 別のマンドレルの概略図である。 さらに別のマンドレルの概略図である。 中空フィルタの断面図である。

図１のフィルタ製造機１は、繰出し経路７と、成形装置３と、ラッピング装置４とを備えている。繰出し経路７は、フィルタトウ（繊維）５及びこのフィルタトウ５を連続的に繰出すものである。繰出し経路７の始端には、例えばセルロースアセテート繊維等のフィルタトウ５を蓄えた貯蔵容器８が配設されている。繰出し経路７は、複数のガイドローラ１０（図では２個）を有し、後述する成形装置３に接続されている。繰出し経路７には、可塑剤添加ユニット９が設けられている。この可塑剤添加ユニット９では、公知のバンディングジェット、一対のプレテンションローラ、一対のブルーミングローラ等が備わり（不図示）、これらでまずフィルタトウ５を開繊する。そして、可塑剤添加ユニット９には公知の噴射スプレー（不図示）が備わり、ここから可塑剤がトウ５に添加される。これにより、トウ５はある程度硬化する。

上述したように、繰出し経路７の終端には、トウ５を中空のロッド形状のフィルタ連続体１１に成形するための成形装置３が接続されている。図２から明らかなように、成形装置３は、成形管１２と、マンドレル１３とを備えている。成形管１２は、中空の円筒状であり、トウ５を絞り込みながら通過させる（図２の矢印Ｆ方向）ためのものである。トウ５は、成形管１２の管状成形路２内を通過する。なお、トウ５を安定して流入するために、成形管１２の入口側の径を徐々に拡径してもよい。すなわち、管状成形路２は、入口側に向けて徐々に径が広がるように湾曲してＲ形状に形成されていてもよい。これにより、トウ５が管状成形路２内に進入しやすくなり、生産性が向上する。同様の効果を得るため、別途成形管１２の入口側にトランペットガイド等を設けてもよい。なお、成形管路２は、成形管１２と後述するマンドレル１３とが協働して形成されている。

マンドレル１３は、成形管１２の軸線に平行に配置され、フィルタ連続体１１に貫通孔１５を設けるためのものである。すなわち、成形管１２を通過したロッド形状のフィルタトウ５には、マンドレル１３の形状にしたがった貫通孔１５が形成される。トウ５は、成形管１２内にて、熱処理されフィルタ連続体１１とされる。この熱処理は加熱処理部１７にて行われる。図では、加熱処理部１７として成形管１２の周壁を貫通する孔１８を設け、この孔１８を通して蒸気を成形管１２内に吹き込んでいる（図２の矢印Ｉ方向）。この吹きつけは、実際にマンドレル１３でフィルタを製造している箇所（具体的には後述する小径部１３a）に対して行われる。なお、蒸気の他、マイクロ波や高温空気、あるいは電熱線等の新たな熱源を利用してもよい。この加熱処理部１７により、フィルタトウ５は管状成形路２内を通ずる過程にて可塑化が促進されて固められる。

ラッピング装置４は、ロッド成形部２０にて台２３上でフィルタ連続体１１を所定長さに切断し、これを巻取紙（不図示）により包み込んでフィルタロッド１９を形成し、フィルタロッド１９を切断カッター（不図示）にて切断してフィルタプラグ２１を成形するものである。これらは、公知の機構を利用して行われる。フィルタプラグ２１はガーニチャベルト２２にて次なる工程に送られる（図１の矢印Ａ方向）。

ここで、図２を参照すれば明らかなように、上述したマンドレル１３は、成形管１２の入口に位置する小径部１３ａと前記成形管１２の出口に位置する大径部１３ｂとを有し、小径部１３ａと大径部１３ｂとの間には拡径部６が形成されている。この拡径部６は、成形管１２内に配設されている状態で、管状成形路２におけるフィルタトウ５の走行方向でいえば、加熱処理部１７よりも下流側に形成されている。すなわち、加熱処理部１７は小径部１３ａに対応した位置にあり、小径部１３ａを走行中のフィルタトウ５を加熱する。上述したように、フィルタトウ５は、加熱処理部１７で固められ、管状成形路２内で成形管１２によってその外形を、マンドレル１３によって貫通孔１５を形成される。すなわち、貫通孔１５はマンドレル１３の外形に沿って形成される。したがって、マンドレル１３の横断面形状にしたがった貫通孔１５を形成でき、例えばその断面は円、三角、四角又は星形その他様々な図形とすることができる。また、小径部１３ａと大径部１３ｂとの断面形状を異なるものとしてもよい。

小径部１３ａを走行中にトウ５は加熱処理部１７によって一旦貫通孔１５を有するフィルタ形状に形成される。そして、拡径部６を経て、大径部１３ｂにて貫通孔１５の表面が押し広げられ、貫通孔１５が拡径される。なお、マンドレル１３は小径部１３ａからさらにフィルタトウ５の走行方向で見て上流側に延びる被保持部１３ｃを有し、この被保持部１３ｃは保持台１４によって固定保持されている。

以上により、貫通孔１５の表面は押し固められるため、トウ５が貫通孔１５の表面から飛び出すことを防止でき、外観の良好なフィルタを得ることができる。さらに、このようにトウ５の走行中に貫通孔１５の表面を押し広げることで、フィルタトウ５同士の接着性が向上する。また、小径部と成形管とで形成される空間が広いため、この空間でトウが広がり、貫通孔１５側におけるフィルタトウ５の繊維密度のムラが低減される。したがって、品質が良好なフィルタを安定的に製造することができる。なお、このようにして形成されたフィルタは、貫通孔１５側の繊維密度が外周側に比べて高い。

また、マンドレル１３の大径部１３ｂにおける外径を最終製品としてのフィルタに形成すべき貫通孔１５と同径とすれば、その後の工程で加工等することなく、貫通孔形成工程にて所望の内径の貫通孔１５を形成できる。

なお、図３を参照すれば明らかなように、拡径部６は、マンドレル１３の外表面に形成された段差として形成されている。このように段差としての拡径部６を設けるだけでマンドレル１３に小径部１３ａと大径部１３ｂを形成できるので、簡単な構造で貫通孔１５の表面におけるトウの飛び出しを防止でき、上述した種々の効果を得ることができる。なお、図の例では、例えば大径部１３ｂの長さは４１ｍｍであり、小径部１３ａの長さは３０ｍｍ、被保持部１３ｃの長さは１２５ｍｍである。また、例えば小径部１３ａの直径は２．２ｍｍであり、大径部１３ｂの直径は３．２ｍｍである。

また、別の例として、図４を参照すれば明らかなように、拡径部６をマンドレル１３の外表面に連続して形成されたテーパとしてもよい。このように拡径部６をテーパ形状で形成すれば、徐々に貫通孔１５の表面を押し広げることができ、図３の例と同様に簡単な構造で貫通孔１５の表面におけるトウの飛び出しを防止でき、上述した種々の効果を得ることができる。なお、図５で示すように、拡径部６を形成するテーパに小径部１３ａを含めてもよい。すなわち、テーパ形状の拡径部６は被保持部１３ｃから延びている。このようにすれば、テーパ形状で拡径しながら加熱処理部１７にて貫通孔１５を形成することができる。この場合、例えば大径部１３ｂの長さは１０ｍｍであり、小径部１３ａを含む拡径部６の長さは６１ｍｍである。また、例えば拡径部６の被保持部１３ｃ側の根本部の直径は２．２ｍｍであり、大径部１３ｂの直径は３．２ｍｍである。

なお、本発明者等は効果の検証も行った。上述したフィルタ製造機１を用いて、フィルタトウ５としてアセテートトウ４Ｙ４００００を２ベール、機械運転速度を１０００本／分として実際にフィルタを製造した。また、比較例として拡径部６を有していないマンドレルを用いてフィルタを製造した。それぞれにおいて、フィルタは４０００本製造した。すると、比較例では貫通孔の表面にフィルタトウの飛び出しがあったフィルタは１６本あったが、本発明のフィルタ製造機１を用いた場合は０本であった。以上より、本発明がフィルタの飛び出し防止に寄与していることがわかる。

以上説明したように、マンドレル１３に拡径部６を設ければ、マンドレル１３に対して小径部１３ａとこの小径部１３ａより大径の大径部１３ｂを用いて貫通孔１５を形成することができる。すなわち、図６に示すような中空フィルタ２４を製造するには、フィルタトウ５を円筒状の成形管１２及び該成形管１２の軸線に沿って配されたマンドレル１３で形成された管状成形路２を通過させ、マンドレル１３に沿った貫通孔１５を軸線に有するフィルタ連続体１１とし、このフィルタ連続体１１を切断して形成する。図６の左側で示すものが小径部１３ａを通過したときの中空フィルタ２４（フィルタ連続体１１）の中間体ＩＰである。このときは中間体ＩＰにおけるフィルタトウ５の密度は断面で視てほぼ一定である。そして、この中間体ＩＰが大径部１３ｂを通過すると、貫通孔１５は押し広げられて拡径する（図６の右側）。

これにより、中空フィルタ２４（フィルタ連続体１１）が製造され、この中空フィルタ２４は、貫通孔１５側のフィルタトウ５の密度が外周側のフィルタトウ５の密度よりも高くなっている。すなわち、中空フィルタ２４の断面で視て、フィルタトウ５は内側が高密度部２５、外側が低密度部２６として形成されることになる。このように、小径部１３ａと大径部１３ｂとを有するマンドレル１３を用いて貫通孔１５を形成すれば、貫通孔１５の壁面を形成するフィルタトウ５は密度が高くなる。したがって、貫通孔１５が容易に潰れてしまうことが防止され、また貫通孔１５の表面にフィルタトウ５が飛び出すことを防止できる。

１ フィルタ製造機
２ 管状成形路
３ 成形装置
４ ラッピング装置
５ フィルタトウ
６ 拡径部
７ 繰出し経路
８ 貯蔵容器
９ 可塑剤添加ユニット
１０ ガイドローラ
１１ フィルタ連続体
１２ 成形管
１３ マンドレル
１４ 保持台
１５ 貫通孔
１７ 加熱処理部
１８ 孔
１９ フィルタロッド
２０ ロッド成形部
２１ フィルタプラグ
２２ ガーニチャベルト
２３ 台
２４ 中空フィルタ
２５ 高密度部
２６ 低密度部
ＩＰ 中間体

Claims (8)

1. フィルタトウを連続的に繰り出す繰り出し経路と、
   該繰り出し経路の終端に接続され、前記フィルタトウを中空ロッド形状のフィルタ連続体に成形し、該成形したフィルタ連続体を送出する成形装置と、
   該成形装置に含まれ、前記フィルタトウを絞り込みながら通過させ、前記フィルタ連続体に成形する管状成形路を有する成形管と、
   該成形管内に配され、前記成形管と協働して前記管状成形路を形成するマンドレルと、
   前記成形管に含まれ、前記管状成形路内を通ずる過程にて前記フィルタトウを加熱するための加熱処理部と
   を備え、
   前記マンドレルは、前記成形管の入口に位置する小径部と前記成形管の出口に位置する大径部を有し、前記小径部と前記大径部との間に拡径部を有し、
   該拡径部は、前記フィルタトウの走行方向でみて前記加熱処理部よりも下流側に形成されていることを特徴とするフィルタ製造機。
2. 前記マンドレルは、前記大径部における外径が最終製品としてのフィルタに形成すべき貫通孔の孔径と同径であることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ製造機。
3. 前記拡径部は、前記マンドレルの外表面に形成された段差であることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ製造機。
4. 前記拡径部は、前記マンドレルの外表面に連続して形成されたテーパであることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ製造機。
5. 前記テーパは、前記小径部を含むことを特徴とする請求項４に記載のフィルタ製造機。
6. 前記加熱処理部は、前記小径部を加熱する位置に配されていることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ製造機。
7. 前記フィルタトウを前記成形管と前記マンドレルとの間の隙間に送り込んで貫通孔を有するフィルタを形成する際に、
   前記小径部にて貫通孔を形成し、
   前記大径部にて前記小径部で形成された貫通孔を押し広げることを特徴とする請求項１のフィルタ製造機を用いたフィルタ製造方法。
8. 円筒状の成形管及び該成形管の軸線に沿って配されたマンドレルで形成された管状成形路を通過したフィルタトウからなり、前記マンドレルに沿った貫通孔を軸線に有するフィルタ連続体を切断して形成される中空フィルタであって、
   前記貫通孔は、前記マンドレルの小径部で形成された後、前記小径部よりも大径の大径部で押し広げられて形成され、
   前記フィルタ連続体を形成する前記フィルタトウは、前記貫通孔側の密度が外周側の密度よりも高いことを特徴とする中空フィルタ。

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