JP5841256B2 - フィルタ材料 - Google Patents

Description

本発明は、特にオイル・フィルタ等の液圧フィルタのためのフィルタ材料であって、ガラス繊維と炭素繊維との複合体の少なくとも１つの個別層から成っている、フィルタ材料に関する。本発明はさらに、上記フィルタ材料を備えたフィルタ・エレメントに関する。

ダスト粒子を含有するガス流からダスト粒子を分離するための、又は液状媒質流から他の固体粒子を分離するための数多くの実施形態において、フィルタ材料が使用される。分離されるべき粒子汚染物質は、工業プロセスを妨げ、機械や装置の摩耗を速める。さらに粒子汚染物質は健康やウェルネスを損ねるおそれがある。

上記フィルタ材料は、大抵の場合は多層の濾材を形成するために、種々の形式で形成されたフィルタ・エレメント内に使用される。上記フィルタ材料は、流動性媒質中の粒子を分離する機能だけでなく、特に媒質から電位を導出する機能をも有している。フィルタのフィルタ材料の貫流時に、電位差、ひいては静電荷が生じ得ることが判っている。上記静電荷は例えば、作動油の場合には油老化を高める。場合によって、不所望の放電がフィルタ材料を損傷するおそれがある。これを阻止するために、発生する電荷の大きさ、及びフィルタ材料と媒質との間の電位形成に対して、適宜のフィルタ構造によって、そして適宜の材料選択によって意図的に影響を与えることができる。

ある特許文献では、フィルタ・エレメントの動作中に有害な電位差及び電荷の発生を回避するために、種々の構造手段が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。。１つの構造手段としては、流動性媒質の清浄化のために、清浄化されるべき媒質に対する電位差が僅かな濾材をフィルタ内に使用することが提案される。これにより、大きな静電荷が生成されないことが保証されている。この文献で提案されている別の構造手段は、濾材の部分が互いに異なる電位を有するように、且つ／又は清浄化されるべき流体に対して異なる電位を有するように濾材の部分を形成し、この場合これらの電位が互いに少なくとも部分的に相殺されるようにすることである。上記文献に基づく、フィルタ内の有害な電位差を回避する別の構造手段は、フィルタ内の電荷を、規定可能な経路に沿って意図的に導出するために、少なくとも部分的に導出可能な材料を使用することである。

上記フィルタ解決手段は、導電性フィルタよりも時間的にゆっくりと電荷を連れ去る。これにより、フィルタの動作中、上記媒質は高度には荷電されない。フィルタ及び媒質に対して有害な作用を有する放電をもたらし得る電界強度はフィルタ内に形成されない。フィルタ・エレメントの動作中に有害な電位差の発生を回避するための、前記文献に開示された別の構造手段の場合、濾材に後置された荷電補償層が使用される。濾材上に被覆することによって形成することもできる上記荷電補償層は、媒体及び濾材の電荷を低減し、こうしてフィルタ内の放電を阻止する。

ある特許文献では、液体、特に作動液のためのフィルタ・エレメントは、濾材と、フィルタ・エレメントの貫流方向で見て濾材を少なくとも清浄側で支持する格子状支持構造とを有しており、支持構造はプラスチック材料から製造されていて、濾過されるべき液体から電位を導出するための導電性エレメントを有している（例えば、特許文献２参照。）。支持構造内の導電性エレメントは金属糸から成っており、これらの金属糸は、濾過されるべき流体の化学特性に応じて、特に有利にはステンレス鋼から形成されている。

ある特許文献では、導電性フィルタ材料は、ポリテトラフルオロエチレンから成る多孔質膜構造から形成されている（例えば、特許文献３参照。）。膜構造は導電性粒子を含んでいる。導電性粒子は、フィルタ材料内の静電荷を導出するための電気的な導出区間を生じさせることができる。導電性粒子は例えば金属又は炭素から形成されていてよい。

ある特許文献では、縦糸と緯糸とを有する織物の形式のテキスタイル複合フィルタ材料が記載されている（例えば、特許文献４参照。）。このフィルタ材料には導電性糸が織り込まれている。導電性糸は例えば炭素繊維から形成されていてよい。

それぞれ濾過されるべき媒質中の静電荷を回避することができ、もしくは媒質から正電荷を導出することができる公知のフィルタ材料は、その基礎となる製造方法及び製造コストを改善する余地がある。

独国特許出願公開第１０２００８００４３４４号 国際公開第０３／０３３１００号 米国特許第５５２７５６９号明細書 米国特許第４６０６９６８号明細書

上記従来技術から出発して、本発明の根底を成す課題は、特にオイル・フィルタ等の液圧フィルタのためのフィルタ材料であって、そのフィルタ細度(Filterfeinheit)及び導電性を容易に定義することができ、そして長い耐用年数を有する、低廉に製造可能なフィルタ材料を提供することである。本発明の根底を成す更なる課題は、上記フィルタ材料から成るフィルタ・エレメントを提供することである。

上記課題は、請求項１の特徴の全体を有するフィルタ材料によって、そして別の独立請求項に記載されたフィルタ・エレメントによって解決される。

本発明によるフィルタ材料は、ガラス繊維と炭素繊維との複合体の少なくとも１つの個別層から成っている。公知のフィルタ材料、すなわち、それぞれのフィルタ材料のための当該基礎材料が種々様々な形態を成しているか、又は当該基礎材料が互いに対照的に、異なる物理特性を有している（金属糸、テキスタイル糸）公知のフィルタ材料とは異なり、フィルタ材料の少なくとも１つの個別層を製造するために専ら繊維（ガラス繊維、炭素繊維）を使用することによって、両種類の繊維に対して同じ加工工具及び方法工程を用いることが可能になる。加えて、ガラス繊維及び炭素繊維は多くの流体に対して、その特性に基づいて不活性である。

ガラス繊維及び炭素繊維はこの場合、「無秩序なフリース又はマトリックス配列(chaotische Vlies- oder Matrixanordnung)」の形式で特に容易に互いに結合することができる。これにより、フィルタ材料は低廉に製造することができ、そしてそのフィルタ細度及び導電性を容易に定義することができる。

驚くべきことに、濾過されるべき媒質から静電荷を効果的に導出するために、複合体中の炭素繊維の含有率がガラス繊維の含有率よりも低くてよいことが判った。複合体中の炭素繊維含有率がわずか約１０％であっても、静電荷の効果的な導出がなおも十分に可能である。ガラス繊維は特に好ましい低廉なフィルタ材料の実施例では、鉱物ガラス、例えばホウケイ酸ガラス（７０〜８０％のＳｉＯ；７〜１３％のＢ₂Ｏ₂；４〜８％のＮａ₂Ｏ，Ｋ₂Ｏ；２〜７％のＡｌ₂Ｏ₃）から形成されていてよい。ガラス繊維及び／又は炭素繊維は複合体中に無秩序に配置するか、或いはマトリックス又はフリースの形で構造化して配置することができる。フィルタ材料はその限りにおいて、有利には紡糸フリース生地であってもよく、すなわちいわゆるスパンボンド(Spunbond)として形成されていてよい。スパンボンドの場合、紡糸フリース生地は溶融紡糸フィラメントをマトリックス状の基礎構造上に、ランダムに置くこと(Wirrablage)によって形成される。フィラメントは溶融紡糸可能なポリマー材料から成るエンドレスの合成繊維から形成されていると有利である。上記フィルタ材料を製造するためには、基礎構造には特に有利にはポリエチレン、ポリアミド、又はポリプロピレンが適している。

ガラス繊維と炭素繊維とから成る複合体は或いは、特にガラス繊維と炭素繊維とが互いに無秩序な繊維層を有するフリース又はマットとして構成されている場合には、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、又は重合エラストマー等の、バインダーの形式の添加剤によって少なくとも部分的に形成することもできる。バインダーはフィルタ材料の所望の自由孔容積に不都合な影響を及ぼすことはない。バインダーは特に、濾過されるべき流体の化学的な物質特性を考慮しながらその都度選択される。一方では流体は、バインダーによって実現された接触個所を分解してはならず、他方ではバインダは流体に不都合な化学的影響を及ぼしてはならない。

液圧システム及び空気圧システムにおける広範な使用目的に対して、フィルタ材料を、約７０％〜９０％、有利には約８０％のホウケイ酸ガラス繊維と、約３％〜２０％、有利には約５％のプラスチック溶融繊維と、約３％〜２０％、有利には約５％の添加剤（バインダー）と、約５％〜３０％、有利には約１０％の炭素繊維とから形成すると特に有利であることが判っている。フィルタにおいて、本発明によるフィルタ材料は有利には、少なくとも１つの別の機能層、例えば支持層又は前置フィルタ層に面接触した状態で使用することができる。本発明によるフィルタ材料は、多様な形のフィルタ・エレメント内で使用するのに適している。上記フィルタ・エレメント内で、本発明によるフィルタ材料は、支持格子と、フリース材料と、大孔質繊維材料、微孔質繊維材料と、フリース材料と、支持格子とを含む、一連の個別層において使用することができる。言うまでもなく、他のいずれの一連の個別層も、特にフィルタ・エレメントの周囲に本発明によるフィルタ材料を配置すると、静電荷の導出の面で有利であり得る。数多くの周知の媒質中の静電荷を導出するのに炭素繊維含有率は全体的に小さくて十分なので、本発明によるフィルタ材料の材料コストも比較的小さい。

本発明によるフィルタ材料、及びこのフィルタ材料を備えたフィルタ・エレメントを、図面に示した一実施例に基づいて以下に説明する。図面は原理的に示されたものであり、原寸に比例してはいない。

図１は、本発明によるフィルタ材料の一部を走査電子顕微鏡撮影法で示す図である。 図２は、本発明によるフィルタ材料を備えたフィルタ・エレメントを部分破断して示す斜視図である。

図１には、液圧フィルタ３、例えば建設機械の液圧装置のフィルタのための使用に適合されたフィルタ材料１の構造が、走査電子顕微鏡撮影法で示されている。フィルタ材料１の個別層５が、走査電子顕微鏡撮影法に基づいて、フィルタ材料１の空間的な図として示されている。個別層５は主として、無秩序に重ね合わされたガラス繊維７と炭素繊維９との複合体から成っている。ガラス繊維７及び炭素繊維９は、これらの長手方向軸線が互いに平行な平面内で延び、しかも図１の図平面に対して所定の角度を成して延びた状態でも配列されている。複合体中の炭素繊維９の含有率はガラス繊維７の含有率よりも小さい。図示の複合体中の炭素繊維含量は、ガラス繊維含量のほぼ１０％である。ガラス繊維７は鉱物ガラス、ホウケイ酸ガラスから形成されている。複合体はさらに、付加的な含量のプラスチック、例えばポリエチレン、ポリアミド、及びポリプロピレンから成る溶融繊維１３を有している。溶融繊維１３は図示のように、特にフィルタ材料１中のガラス繊維７と炭素繊維９との結束部材として導入されている。これを目的として、溶融繊維１３は、ガラス繊維７と炭素繊維９とにそれぞれ複数の個所で巻き付き又はこれらを取り囲み、そしてフィルタ材料１の深さ領域にわたって延びて、フィルタ材料１のそれぞれの空間方向で結束部材を形成するように配置されている。

溶融繊維１３とガラス繊維７及び炭素繊維９との結合状態は、無秩序なマトリックス中にその製造中又は製造後に添加された添加剤１５、例えば液状及び完全重合型のアクリル樹脂又はエポキシ樹脂、又は適宜の重合エラストマーによって、その強度、特にその引裂強度の面で改善される。図１に示されたフィルタ材料１は、含有率が約８０％のホウケイ酸ガラス繊維７と、含有率が約５％のプラスチック溶融繊維１３と、含有率が約５％の添加剤１５と、含有率が約１０％の炭素繊維９とを有している。フィルタ材料１中の炭素繊維９は、互いに上下に位置するほぼ平行な平面内で配向され、しかもこれらの平面を結合する状態でも配向されているので、フィルタ材料１を媒体が貫流したときに、有利には電荷分離が生じることはなく、すなわち静電電位が生じることもなくなる。フィルタ１に向かって流れる媒質が既に電位差を有している場合、炭素繊維９は、これらがフィルタ材料１内に空間的に配置されていることにより、静電荷のための連続的な導出区間、特に複数の導出区間を形成することができる。上記静電荷は、フィルタ材料１が図２に一例として示されたフィルタ３内に使用される場合、導出エレメントを介してフィルタ３の周囲のアースに導出されるので有利である。

図１に示されたフィルタ材料１は、上記フィルタ３内で、有利にはフィルタ３の少なくとも１つの別の機能層１７に面接触した状態で保持されている。機能層１７は支持格子１９又はフリース材料２１であってよい。上記添加剤１５はフィルタ材料の高い可撓性及び機械的な耐応力性と相俟って、ガラス繊維７と炭素繊維９とから成る複合体の繊維定着状態を著しく改善するものの、フィルタ材料の取り扱い性を改善するために、１つの複合体を成す上記支持格子とフリース材料とを、フィルタ材料１を備えたフィルタ・エレメント２９内で使用することが有意義且つ有利である。

図２に示されたフィルタ３は、いわゆるフィルタ・エレメント２９の形で構成されており、２つのエンドキャップ３３，３５の間で延びる濾材３１を有している。エンドキャップ３３，３５はそれぞれ、濾材３１の対応する端部領域３７，３９と結合されている。濾材３１の内周面は流体貫流支持管４１に支持されている。濾材３１の上記端部領域３７及び３９はさらに、接着剤層４３を介してエンドキャップ３３，３５に結合されている。

清浄化のために、媒質は外方から内方へ向かって濾材３１を貫流する。濾材３１は、より簡単な図示のために、円筒形フィルタ材料部分の形で示されている。有利には、濾材３１はプリーツ状に形成されていてもよく、またフィルタ襞の形態で支持管４１の周りに配置されていてもよい。濾材３１は多層状に形成されている。多層構造は特に外側支持格子１９を有しており、外側支持格子は別の層構造を安定化するのに役立つ。これと同様に、別の内側支持格子２８が設けられていてもよい。それぞれの支持格子１９，２８に続いてそれぞれ１つのフリース材料２１，２７が設けられている。この限りにおいて、濾材３１の構造はその深さにわたって見て何よりも先ず対称的である。フリース材料２１に続いて、ガラス繊維７と炭素繊維９とから成る大孔質繊維材料２３の個別層５が設けられている。上記個別層には、ガラス繊維７と炭素繊維９とから成る微孔質繊維材料２５の別の個別層５が接触している。両個別層２３，２５は原理的には図１に示されているように構成されており、特にその炭素繊維９は、エンドキャップ３３，３５内に設けられた詳細には図示していない導出エレメントを介して、フィルタ・エレメント２９の外面の少なくとも１つの面領域に導電接続されている。こうして、静電荷はフィルタ・エレメント２９から、フィルタ・エレメント２９の周囲、例えば液圧装置のアース形成部分へ導出することができる。上記フィルタ・エレメント２９の基本的な構造は、出願人の以前の出願（独国特許出願公開 No. 102 008 004 344 A1）に詳しく説明されているので、フィルタ・エレメント２９の更なる図示の構成エレメント及び機能に関する説明はここでは省く。

Claims (9)

1. ガラス繊維（７）と炭素繊維（９）との複合体の少なくとも１つの個別層（５）から成っている、フィルタ材料において、
   該フィルタ材料（１）は、７０％〜８０％のホウケイ酸ガラス繊維（７）と、３％〜２０％のプラスチック溶融繊維（１３）と、３％〜２０％のアクリル樹脂、エポキシ樹脂、又は重合エラストマー等のバインダーの形式の添加剤（１５）と、５％〜１０％の炭素繊維（９）とから形成されていることを特徴とする、フィルタ材料。
2. 該ガラス繊維（７）及び／又は該炭素繊維（９）が該複合体中に無秩序に存在するか又は織物として存在することを特徴とする、請求項１に記載のフィルタ材料。
3. 前記溶融繊維（１３）は、ポリエチレン、ポリアミド、又はポリプロピレン等のプラスチックから成ることを特徴とする、請求項１又は２に記載のフィルタ材料。
4. 該ガラス繊維（７）と炭素繊維（９）とから成る複合体が、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、又は重合エラストマー等の、バインダーの形式の添加剤（１５）によって少なくとも部分的に形成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のフィルタ材料。
5. 該フィルタ材料（１）は、８０％のホウケイ酸ガラス繊維（７）と、５％のプラスチック溶融繊維（１３）と、５％の添加剤（１５）と、１０％の炭素繊維（９）とから形成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のフィルタ材料。
6. 該フィルタ材料（１）は、フィルタ（３）の少なくとも１つの別の機能層（１７）に面接触していることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のフィルタ材料。
7. 該機能層（１７）は支持格子（１９，２８）であることを特徴とする、請求項６に記載のフィルタ材料。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のフィルタ材料（１）を含んでいることを特徴とする、フィルタ・エレメント。
9. 該個別層（５）は、少なくとも、外側支持格子（１９）と、フリース材料（２１）と、大孔質繊維材料（２３）と、微孔質繊維材料（２５）と、フリース材料（２７）と、内側支持格子（２８）とを含む、一連の層を有していることを特徴とする、請求項８に記載のフィルタ・エレメント。

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