JP6807155B2 - フィルタ用濾材、オイルフィルタ及びフィルタ用濾材製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、油中に混入した水を分離する機能を有するフィルタ用濾材、油水分離機能を有するオイルフィルタ、及び、フィルタ用濾材製造方法に関する。
従来、車両や油圧式の建設機械には、燃料や作動油等の各種油を濾過して油中の異物を捕捉するオイルフィルタが備えられている。このオイルフィルタの中には、油中に混在する微小の水滴を分離する機能を有するものがある。
このようなフィルタは、油を濾過する際に油中に混在する微小の水滴を凝集して粗粒化し、水と油の比重差により水の分離を行う。水滴の凝集を効果的に行い、水分離性能を高める方法が提案されている（例えば、特許文献１、２）。
特許文献１に記載の油水分離フィルタは、親水性を有する繊維状シートと疎水性を有する繊維シートを順に通過させることにより、捕集された水滴を粗粒化して水を分離する。親水性を有する繊維状シートは、繊維径、繊維充填率、繊維表面の臨界表面張力を所定の範囲内に限定することにより所望の親水性を呈し、効率的に水を分離できると説明されている。
特許文献２に記載の油水分離フィルタは、ポリマーを含む基材に、放射線を照射することで、基材にラジカルを生成し、当該基材と親水性基を有する物質と接触させることにより、基材に親水性基を導入する。放射線照射によるラジカルの生成は、基材内部までラジカルを生成することができ、基材内部まで親水性基が導入されるため、効率良く油から水滴を分離することができると説明されている。
特許文献１に記載の油水分離フィルタにおいて、油水分離性能の向上のために繊維状シートの構造を調整する必要があり、汎用性の高い材料を使用することができないという問題があった。また、特許文献２に記載の油水分離フィルタにおいて、親水基を基材に導入するために、放射線を照射する工程が必要となり、製造工程の複雑化やコストアップが問題となっていた。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡易な工程で製造可能であり、油水分離性能の高いフィルタ用濾材を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係るフィルタ用濾材は、
親水性を有し、表面に正帯電膜が形成された繊維を集合させた基材を備え、
前記繊維の表面にアナターゼ型結晶又はアモルファスからなる酸化チタン微粒子を付着したことを特徴とする。
親水性を有し、表面に正帯電膜が形成された繊維を集合させた基材を備え、
前記繊維の表面にアナターゼ型結晶又はアモルファスからなる酸化チタン微粒子を付着したことを特徴とする。
前記酸化チタン微粒子は、粒子径が５０ｎｍ以下であってもよい。
また、本発明の第２の観点に係るオイルフィルタは、第１の観点に係るフィルタ用濾材を備えることを特徴とする。
また、本発明の第３の観点に係るフィルタ用濾材製造方法は、
親水性を有する繊維を集合させた基材を、カチオン化剤を含む溶液に浸漬して、基材の繊維の表面に正帯電膜を形成させるカチオン化処理ステップと、
アナターゼ型結晶又はアモルファスからなる酸化チタン微粒子が水中に分散した分散液を塗布する塗布ステップと、
前記塗布ステップで前記分散液を塗布した基材を乾燥させるステップと、
を有することを特徴とする。
親水性を有する繊維を集合させた基材を、カチオン化剤を含む溶液に浸漬して、基材の繊維の表面に正帯電膜を形成させるカチオン化処理ステップと、
アナターゼ型結晶又はアモルファスからなる酸化チタン微粒子が水中に分散した分散液を塗布する塗布ステップと、
前記塗布ステップで前記分散液を塗布した基材を乾燥させるステップと、
を有することを特徴とする。
また、本発明の第４の観点に係るフィルタ用濾材製造方法は、
チタンを含む水溶液と塩基性物質から作成した水酸化チタンゲルに過酸化水素水を作用させた後に加熱処理することにより、アナターゼ型結晶からなる酸化チタン微粒子が水中に分散した分散液を生成する分散液生成ステップと、
親水性を有する繊維を集合させた基材に、前記分散液を塗布する塗布ステップと、
前記塗布ステップで前記分散液を塗布した基材を乾燥させるステップと、
を有することを特徴とする。
チタンを含む水溶液と塩基性物質から作成した水酸化チタンゲルに過酸化水素水を作用させた後に加熱処理することにより、アナターゼ型結晶からなる酸化チタン微粒子が水中に分散した分散液を生成する分散液生成ステップと、
親水性を有する繊維を集合させた基材に、前記分散液を塗布する塗布ステップと、
前記塗布ステップで前記分散液を塗布した基材を乾燥させるステップと、
を有することを特徴とする。
前記塗布ステップでは、前記基材を前記分散液に一定時間浸して塗布してもよい。
前記塗布ステップでは、前記基材に前記分散液を噴射して塗布してもよい。
前記酸化チタン微粒子は、粒子径が５０ｎｍ以下であってもよい。
本発明によれば、フィルタ用濾材を簡易な工程で製造することができ、油水分離性能を高めることができる。
（実施の形態）
本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
本実施の形態に係るフィルタ用濾材１００は、濾過する油中の異物を捕捉するとともに、油中に混在する微小の水滴を分離する機能を有する。フィルタ用濾材１００の濾過対象は、例えば、軽油、灯油、ジェット燃料、重油、バイオ燃料等である。
フィルタ用濾材１００は、親水性を有する繊維１０１を集合させた基材から製作される。フィルタ用濾材１００は、図１に示すように基材の繊維１０１の表面に、アナターゼ型結晶又はアモルファスからなる酸化チタン微粒子１０２が付着している。
繊維１０１は、親水性を有する任意の繊維であり、例えば、パルプ等の天然繊維、又は、パルプを主原料とするレーヨン等の再生繊維、又は、親水機能を持たせた合成繊維である。基材は、繊維１０１を集合させてシート状に加工したものである。基材は従来のフィルタに用いられていた汎用性の高いものでもよい。
酸化チタン微粒子１０２は、粒子径が５０ｎｍ以下、好ましくは３０ｎｍ以下であり、構造は、アナターゼ型結晶又はアモルファスである。このような特徴を有する酸化チタン微粒子１０２は、繊維１０１との密着性や粒子間の結合性が高く、安定した膜を形成することができる。
酸化チタン微粒子１０２の繊維１０１への付着は、アナターゼ型結晶又はアモルファスからなる酸化チタン微粒子１０２が水中に分散した分散液を基材に塗布して乾燥することにより行う。分散液は、例えば、特許第２９３８３７６号公報に記載のチタニア膜形成用液体である。
特許第２９３８３７６号公報に記載のチタニア膜形成用液体は、次のように生成する。まず、塩化チタン水溶液や硫酸チタン水溶液等のチタンを含む水溶液とアンモニアや苛性ソーダ等の塩基性物質とを反応させて水酸化チタンゲルを沈殿させる。この水酸化チタンゲルに過酸化水素水を作用させた後に、８０℃以上で加熱処理する。このようにして、結晶化した酸化チタン微粒子を含む分散液を得ることができる。
分散液の酸化チタン微粒子１０２の濃度は１〜３％であり、好ましくは２％以下である。３％を超えると酸化チタン微粒子が固まりやすくなり、膜が均一にできないためである。また１％以下の場合、膜が形成できない領域の割合が高くなり不適合である。
分散液の基材への塗布は、従来の任意の方法でよい。例えば、基材を分散液に一定時間浸しても良い。又は、基材に分散液を噴射してもよい。又は、塗布用ローラを用いて基材に分散液を塗布するようにしてもよい。
また、分散液の基材への塗布時に、カチオン電着方法を用いても良い。例えば、予め、カチオン化剤を含む溶液に基材を浸漬して、基材のカチオン化処理を行う。これにより基材の繊維１０１の表面に正帯電膜を形成する。分散液において酸化チタン微粒子１０２が負に帯電しているため、酸化チタン微粒子１０２は静電気力により正帯電膜に容易に担持される。これにより、より密着性の高い酸化チタンの膜を形成することができる
以上のようにして製造したフィルタ用濾材１００は、油を通過させて、油に含まれる水を分離する。図２に示すように、フィルタ用濾材１００に油を左から右に通過させたとき、フィルタ用濾材１００に流入する油中に遊離する水滴２００は、フィルタ用濾材１００の中で凝集される。フィルタ用濾材１００から流出するときには水滴２００は十分に成長し粗粒化されるため、水と油の比重差により落下する。これにより、油から水を分離することができる。分離された水はフィルタ用濾材１００の下方に溜まり排出される。
フィルタ用濾材１００は、親水性を有する繊維１０１からなる基材に更に酸化チタン微粒子１０２を付着させることにより親水性を高めている。これにより、水滴がフィルタ用濾材１００を通過する際に、水滴が繊維１０１に吸着し、水滴の凝集及び成長が促進されるため、水の分離効率を向上させることができる。
フィルタ用濾材１００はシート状であるため、オイルフィルタの形状及び油の流れ方向に応じて適切な形状に成形して用いられる。
例えば、図３（ａ）、（ｂ）に示すような円筒形状で外から内側に油が流れるオイルフィルタ１１０の場合、フィルタ用濾材１００をプリーツ状に折り畳んだ後に、両端を互いに接着することにより円筒形に成形する。
円筒形に成形されたオイルフィルタ１１０は、図４に示すようなフィルタ装置１２０に設置される。フィルタ装置１２０において、油は流入口Ａから流入し、オイルフィルタ１１０を通過して、流出口Ｂから流出する。実線の矢印が油の流れを示している。
オイルフィルタ１１０で凝集された水滴は油との比重差により落下し、フィルタ下部の水溜め部２１０に溜まる。そして、作業者がドレンキャップ２１１を外して水溜め部２１０に溜まっている凝集落下した水滴を排出させる。このようにして、フィルタ装置１２０により、油中に遊離する水を分離、排出することができる。
＜実施例＞
基材に、結晶化した酸化チタン微粒子を含む分散液を塗布し、乾燥させてフィルタ用濾材１００を製作した。フィルタ用濾材１００を成形して図３（ａ）、（ｂ）に示すような円筒形のオイルフィルタ１１０を製作し、フィルタ装置１２０に設置した。
基材に、結晶化した酸化チタン微粒子を含む分散液を塗布し、乾燥させてフィルタ用濾材１００を製作した。フィルタ用濾材１００を成形して図３（ａ）、（ｂ）に示すような円筒形のオイルフィルタ１１０を製作し、フィルタ装置１２０に設置した。
図５に示すような試験回路を用いて、フィルタ装置１２０に、微量の水を添加した油を通過させる試験を行い、水分離効率を測定した。試験において、油は軽油を用いた。
油タンク３１０からポンプ３３０を用いて、油を吸い上げフィルタ装置１２０に流入させる。また、水タンク３２０からポンプ３４０を用いて水を吸い上げてフィルタ装置１２０に流入する油に水を添加する。このとき、添加量調整バルブ３５０を用いて水の添加量を増減する。
フィルタ装置１２０の後段には流量計３６０を備え、油の流量を測定する。本試験では、油の流量が３．０Ｌ／ｍｉｎ．となるようにした。フィルタ装置１２０の下流側の油中の水分量を測定することにより、フィルタ装置１２０で分離されることなく、下流側に抜けた水の量を測定する事ができる。そして、添加した水の量に対する、フィルタ装置１２０で分離された水の量の割合である水分離効率を求めた。
測定結果を図６に示す。酸化チタン（ＴｉＯ２）微粒子１０２を付着していないフィルタを用いた場合、水の添加量が０．２％のとき水分離効率が９５％であり、水の添加量を増やすにつれ、水分離効率は低下した。
一方、酸化チタン（ＴｉＯ２）微粒子１０２を付着したオイルフィルタ１１０を用いた場合、水の添加量が０．２％のとき水分離効率が９８％であり、水の添加量を２％に増やしても水分離効率はほとんど変化しなかった。
以上の結果より、酸化チタン微粒子１０２を付着させたオイルフィルタ１１０は、付着していないフィルタと比較して、水分離効率が改善されたことがわかる。
以上説明したように、本実施の形態においては、親水性を有する繊維１０１を集合させた基材に酸化チタン微粒子１０２が水中に分散した分散液を塗布して乾燥することにより、繊維１０１の表面にアナターゼ型結晶又はアモルファスからなる酸化チタン微粒子１０２を付着させて、フィルタ用濾材１００を生成することとした。
これにより、水分離機能を有するフィルタ用濾材を簡易な工程で製造することができ、水分離性能を向上することができる。
このように本発明は、フィルタ用濾材が親水性を有する繊維を集合させた基材を備え、繊維の表面にアナターゼ型結晶又はアモルファスからなる酸化チタン微粒子を付着することとした。これにより、水分離機能を有するフィルタ用濾材を簡易な工程で製造することができ、水分離性能を向上することができる。
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の変更は勿論可能である。
例えば、上記実施の形態において、フィルタ用濾材１００を、基材の繊維１０１に酸化チタン微粒子１０２を付着した構成としたが、酸化チタン微粒子１０２に代えて、表面に付着することで親水性を高める機能を有するアナターゼ型結晶又はアモルファスからなる他の金属酸化物の微粒子を付着するようにしてもよい。
また、オイルフィルタ１１０は、フィルタ用濾材１００をプリーツ状に折り畳み円筒形に成形して製造するとしたが、他の形状に成形してもよい。例えば、長尺の２枚のフィルタ用濾材１００を重ねて下部を互いに接着したものを一方向に巻いてロール状に成形してもよい。ロール状に成形したフィルタは、ロール状の軸方向に平行に上方から下方に油が流れるようなフィルタ装置に設置することができる。
また、フィルタ用濾材１００は、他の濾材と重ねて多層構造にしてもよい。例えば、フィルタ用濾材１００の油の流れ方向における上流側に、疎水性の合成繊維からなるダスト捕捉目的のフィルタを備えてもよい。このようにすることで、まず、第１層目で油中のダストを捕捉し、第２層目のフィルタ用濾材１００で油水分離をするため、フィルタ用濾材１００での目詰まりによる油水分離性能の低下を抑制することができる。
１００…フィルタ用濾材
１０１…繊維
１０２…酸化チタン微粒子
１１０…オイルフィルタ
１２０…フィルタ装置
２００…水滴
２１０…水溜め部
２１１…ドレンキャップ
３１０…油タンク
３２０…水タンク
３３０，３４０…ポンプ
３５０…添加量調整バルブ
３６０…流量計
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Claims (8)
- 親水性を有し、表面に正帯電膜が形成された繊維を集合させた基材を備え、
前記繊維の表面にアナターゼ型結晶又はアモルファスからなる酸化チタン微粒子を付着した、
フィルタ用濾材。 - 前記酸化チタン微粒子は、粒子径が５０ｎｍ以下である、
請求項１に記載のフィルタ用濾材。 - 請求項１又は２に記載のフィルタ用濾材を備えるオイルフィルタ。
- 親水性を有する繊維を集合させた基材を、カチオン化剤を含む溶液に浸漬して、基材の繊維の表面に正帯電膜を形成させるカチオン化処理ステップと、
アナターゼ型結晶又はアモルファスからなる酸化チタン微粒子が水中に分散した分散液を塗布する塗布ステップと、
前記塗布ステップで前記分散液を塗布した基材を乾燥させるステップと、
を有するフィルタ用濾材製造方法。 - チタンを含む水溶液と塩基性物質から作成した水酸化チタンゲルに過酸化水素水を作用させた後に加熱処理することにより、アナターゼ型結晶からなる酸化チタン微粒子が水中に分散した分散液を生成する分散液生成ステップと、
親水性を有する繊維を集合させた基材に、前記分散液を塗布する塗布ステップと、
前記塗布ステップで前記分散液を塗布した基材を乾燥させるステップと、
を有するフィルタ用濾材製造方法。 - 前記塗布ステップでは、前記基材を前記分散液に一定時間浸して塗布する、
請求項４又は５に記載のフィルタ用濾材製造方法。 - 前記塗布ステップでは、前記基材に前記分散液を噴射して塗布する、
請求項４又は５に記載のフィルタ用濾材製造方法。 - 前記酸化チタン微粒子は、粒子径が５０ｎｍ以下である、
請求項４から７のいずれか１項に記載のフィルタ用濾材製造方法。
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