説明

フィルタエレメント

【課題】フィルタエレメントの表面濾過の効率を向上させると共に耐久性を向上させる。
【解決手段】50μm以上の径Dの素材からなり25〜100μmの径dの気孔を持ったフィルタ本体3と、10μm以下の径Dの素材からなり10μm以下の径dの気孔を持った表面体5と、前記フィルタ本体3と表面体5との間に設けて径Dが2×D<D<(1/2)×Dの素材からなり10〜50μmの径dの気孔を持った中間シート7と、で構成されると共に、前記フィルタ本体3と中間シート7と表面体5の各層が互いに接着又は熱融着などの接合技術で接合されたことを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、フィルタエレメントに関し、特にガス状あるいは液状の流体から微細な粉塵を分離する濾過装置に使用されるフィルタエレメントに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、ガス状あるいは液状の流体から微細な粉塵を分離して濾過する捕集手段として、布やセルロース、フェルト等の繊維からなる袋状のバグフィルタやプリーツフィルターと、図5に示されているように、樹脂の粒子101を表面で融着して焼結した連通多孔質成形体103(焼結体)からなるフィルタエレメント105が知られている。
【0003】
しかしながら、前者のバグフィルタはリテーナにより支えられるものであり、表面気孔が微小で均一であることから表面捕集が優れており、捕集粉塵の払い落としが容易であるが、この捕集粉塵の払い落としのためにバグフィルタに逆圧を繰り返しかけると、リテーナとの間での摩擦により、バグフィルタが裂けてしまうという問題点や、微細な粉塵はバグフィルター内に蓄積し、半年から1年程度でつまりが発生し風量低下が発生するという問題点があった。また、後者のフィルタエレメント105は、図5に示されているように、焼結体103の孔107の大きさが樹脂の粒子101の径に対して1/4〜1/5程度となる。例えば、樹脂の粒子径50μmに対して10μm程度の孔107が形成されるために大きな粒子の粉塵しか捕集できないことになる。もし、樹脂の粒子101の径を小さくして孔107の大きさを小さくすると、空気抵抗が大きくなってしまうという問題点があった。
【0004】
そこで、上記の問題を解消するために、従来の特許文献1〜特許文献4のフィルタエレメント109では、図6に示されているように、例えばポリエチレンなどの樹脂の粒子101を表面で融着して焼結した連通多孔質成形体103(焼結体)の表面に、フッ素樹脂111あるいは他の樹脂などの微粒子のコーティング層を例えば接着剤などで接着して形成した焼結体フィルタがある。すなわち、焼結体103の孔107がフッ素樹脂111などの微粒子により多数の小さな隙間となる。
【0005】
また、従来の特許文献5及び特許文献6のフィルタエレメント113では、図7に示されているように、例えばポリエチレンなどの樹脂の粒子101を焼結した連通多孔質成形体103(焼結体)の表面に、微細な孔を有した多孔質シート115(又はフィルム)を接着又は融着などの方法で表面に貼り付けた焼結体フィルタがある。なお、前記多孔質シート115としては、PEポリ工チレン、PPポリプロピレン、PTFE膜(ポリテトラフロロエチレン)などの多孔質シート(又は多孔質フィルム)がある。
【0006】
また、従来の他のフィルタエレメント117では、図8に示されているように、直径が数1μm〜数百μmという比較的太いサイズの不織布などの布状の繊維119からなるフィルタ本体121の表面に、微細な孔を有した多孔質膜やマイクロファイバ等のように非常に細い繊維からなるシート123(又はフィルム)が貼り付けられている。
【特許文献1】特開2004−202326号公報
【特許文献2】特許第3330153号公報
【特許文献3】特開平11−262613号公報
【特許文献4】特開平11−276824号公報
【特許文献5】特許第3547187号公報
【特許文献6】特開平8−173727号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ところで、従来の特許文献1〜特許文献4のフィルタエレメント109においては、フッ素樹脂111などの微粒子間の隙間が粉塵を含む流体を通過するスペースとなるので、図6に示されているようにフィルタエレメント109の表面積に対してフッ素樹脂111などの微粒子の占める割合が大きいために通過流量が少なくなると同時に、フィルタエレメント109にかかる差圧、すなわち圧力が大きくなるので、流体を前記微粒子間の隙間に通過させるための大きなパワーと広いスペースが必要になるという問題点があった。
【0008】
また、従来の特許文献5及び特許文献6のフィルタエレメント113においては、多孔質成形体103(焼結体)の表面に貼り付けられた多孔質シート115(又は多孔質フィルム)は、図7に示されているように、濾過するときに多孔質シート115が受ける風圧による応力と、多孔質シート115の表面に捕集した粉塵をはらい落とすためにかける逆圧との繰り返し応力を受けることになる。このとき、多孔質シート115が大きな樹脂の粒子101の先端の狭い面積で、かつ長い支持スパンLで支持されるので、多孔質シート115に破損が発生するという問題点があった。この問題を防止するために樹脂の粒子101を細かくすると、差圧が大きくなり、風量が低下することになる。
【0009】
また、従来の図8のフィルタエレメント117においては、フィルタ本体121が不織布など布状(又はフィルム状)の繊維119からなるために、それ自体の剛性が無いので、プリーツ状や支持体(リテーナ)を別に設ける必要がある。多孔質膜や細い繊維からなるシート123(又はフィルム)は、その表面に粉塵を捕集するための応力と、前記捕集した粉塵をはらい落とすためにかける逆圧との繰り返し応力を受けると、支持体と間の摩擦で早期破損が発生するという問題点があった。さらに、フィルタ本体121の繊維119は前述した特許文献5及び特許文献6の焼結体103に比較して表面積が大きいので、多孔質膜や細い繊維からなるシート123(又はフィルム)の表面の微細な孔を通過した粉塵がフィルタ本体121の繊維119に付着しやすいため、目詰まりが早くなるという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記発明が解決しようとする課題を達成するために、この発明のフィルタエレメントは、50μm以上の径Dの素材からなり25〜100μmの径dの気孔を持ったフィルタ本体と、10μm以下の径Dの素材からなり10μm以下の径dの気孔を持った表面体と、前記フィルタ本体と表面体との間に設けて径Dが2×D<D<(1/2)×Dの素材からなり10〜50μmの径dの気孔を持った中間シートと、で構成されると共に、
前記フィルタ本体と中間シートと表面体の各層が互いに接着又は熱融着などの接合技術で接合されたことを特徴とするものである。
【0011】
また、この発明のフィルタエレメントは、前記フィルタエレメントにおいて、前記フィルタ本体が50μm以上の樹脂の粒子径Dからなり25〜100μmの径dの気孔を持った焼結体であると共に、前記表面体が10μm以下の樹脂の粒子径Dからなり10μm以下の径dの微細孔を有した多孔質膜であると共に、中間シートが膜状、シート状、気孔を持った接着層やフィルムなどであることが好ましい。
【0012】
また、この発明のフィルタエレメントは、前記フィルタエレメントにおいて、前記フィルタ本体が50μm以上の樹脂の粒子径Dからなり25〜100μmの径dの気孔を持った焼結体であると共に、前記表面体が10μm以下の繊維径Dからなり10μm以下の径dの気孔を有したマイクロファイバ製のシートであり、中間シートが膜状、シート状、気孔を持った接着層やフィルムなどであることが好ましい。
【0013】
また、この発明のフィルタエレメントは、前記フィルタエレメントにおいて、前記フィルタ本体が50μm以上の繊維径Dからなり25〜100μmの径dの気孔を持った厚膜体であると共に、前記表面体が10μm以下の樹脂の粒子径Dからなり10μm以下の径dの微細孔を有した多孔質膜であると共に、中間シートが膜状、シート状、気孔を持った接着層やフィルムなどであることが好ましい。
【0014】
また、この発明のフィルタエレメントは、前記フィルタエレメントにおいて、前記フィルタ本体が50μm以上の繊維径Dからなり25〜100μmの径dの気孔を持った厚膜体であると共に、前記表面体が10μm以下の繊維径Dからなり10μm以下の径dの気孔を有したマイクロファイバ製のシートであり、中間体シートが膜状、シート状、気孔を持った接着層やフィルムなどであることが好ましい。
【発明の効果】
【0015】
以上のごとき課題を解決するための手段から理解されるように、この発明によれば、表面体は微細な孔を有するので表面濾過の効率を向上させると共に全体として適正で広い開口部を有しているので風量を低下させない。しかも、表面体は強度が弱いが、それより強い中間シートで適正な間隔で支持されるので、表面体に過大応力を発生させないため、表面体の疲労破壊を含む破損を防止できる。
【0016】
また、接着などが難しい表面体は柔軟な材料選定を可能な中間シートを介してフィルタ本体と容易に接合できる。
【0017】
また、中間シートが表面体を巻き込むように支えるので、接着や熱融着による強度低下をなくすことができる。フィルタエレメントの表面体にかかる圧力は応力集中を少なくなるように中間シートを介して徐々にフィルタ本体に伝達するので、フィルタエレメントの長寿命を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0019】
図1を参照するに、第1の実施の形態に係るフィルタエレメント1は、基本的にフィルタエレメント1のそれ自体を支持するための強い強度を有する50μm以上の径Dの素材からなり25〜100μmの径dの気孔を持ったフィルタ本体3と、フィルタエレメント1の表面濾過を行うための表面体5であって、10μm以下の径Dの素材からなり10μm以下の径dの気孔を持った表面体5と、前記フィルタ本体3と表面体5との間に設けた中間シート7であって、前記フィルタ本体3と表面体5の中間サイズDの素材からなり10〜50μmの径dの気孔を持ったシート状の中間シート7と、で構成されるものである。しかも、前記フィルタ本体3と中間シート7と表面体5の各層が互いに接着剤で接着又は熱融着などの接合技術で接合されている。
【0020】
より詳しくは、上記のフィルタ本体3としては、素材である樹脂の粒子径Dが数十μm〜数百μmで、より具体的には50μm以上の樹脂の粒子径Dからなり25〜100μmの径dの気孔を持った焼結体3Aからなるもので、比較的粗いものが用いられる。例えば、樹脂の粒子径Dが50μm以上のPE(ポリエチレン)の焼結体3Aがある。
【0021】
また、上記の表面体5は、素材としては10μm以下の樹脂の粒子径Dからなり10μm以下の径dの微細孔を有した多孔質膜5Aからなるもので、例えばPTFE膜などがある。このPTFE膜はテフロン(登録商標)素材であるために粉塵の付着力が弱いので、捕集した粉塵が落下し易いものである。なお、多孔質膜5Aとしては、上記のテフロン(登録商標)素材に限らず、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロースなどの他の材質からなるものであってもよい。また、具体的には、粒子径Dがミクロンからサブミクロン(10μm〜0.1μm)である。
【0022】
また、上記の中間シート7は、素材としてはPP(ポリプロピレン)、PE(ポリエチレン)などの繊維からなり10〜50μmの径dの気孔を持っている不織布7Aや織物などのシート状、気孔を持った接着層やフィルムなどであって、中間サイズDとしては繊維径Dが数μm〜数十μmである。すなわち、上記の中間シート7の中間サイズDは、フィルタ本体3の樹脂の粒子径Dと表面体5の樹脂の粒子径Dの大きさにより異なってくるもので、基本的には、繊維径Dが2×D<D<(1/2)×Dとなる構成である。
【0023】
この第1の実施の形態のフィルタエレメント1の一例を挙げると、フィルタ本体3は樹脂の粒子径Dが100〜200μmからなり25〜100μmの径dの気孔を持ったPE(ポリエチレン)の焼結体3Aであり、中間シート7は繊維径Dが10μmからなり10〜50μmの径dの気孔を持ったPP(ポリプロピレン)の不織布7Aのシートであり、表面体5は樹脂の粒子径Dがミクロンからサブミクロン(10μm〜0.1μm)からなり10μmの径dの気孔を持ったるPTFE膜の多孔質膜5Aで構成される。
【0024】
また、上記のフィルタ本体3と中間シート7と表面体5の各層を接着する接着剤としては、例えば、ビニール系樹脂やフェノール系樹脂、メラニン系樹脂、レゾルシノール系樹脂などがある。また、上記の各層を熱融着する場合、例えば150〜250°Cの加熱温度で行われる。
【0025】
なお、上記の各層を接着又は熱融着する際には、一般的に、まず中間シート7と表面体5をつけ、次にこれをフィルタ本体3につける。しかし、中間シート7と表面体5とフィルタ本体3の三層を同時に接着又は熱融着することもできる。
【0026】
上記構成により、図3に示されているように、表面体5の多孔質膜5Aの粒子が中間シート7としての例えば不織布7Aの繊維でブリッジを構成して多くの支持点を持つことになるので、フィルタエレメント1にかかる圧力による引張り力は中間シート7の不織布7Aの繊維にかかることになり、表面体5は中間シート7に支持される。
【0027】
すなわち、中間シート7の役割としては、PTFE膜などの極細繊維の多孔質膜5Aなどからなる表面体5は強度が弱いのであるが、中間シート7で適正な間隔で支持されるので、前記多孔質膜5Aに過大応力を発生させない作用、効果がある。しかも、図4(A)に示されているように、多孔質膜5Aの極細繊維は中間シート7の繊維で巻き込むように支えられるので、熱融着等の接合や接着剤による接着における強度低下がなくなる。したがって、たとえ図4(B)に示されている正圧や図4(C)に示されている逆圧などの圧力がかかっても、多孔質膜5Aが中間シート7で強く支えられると共に中間シート7による支持点9の間の距離が小さいので応力集中が少ないことから、多孔質膜5Aには穴が空きにくい。たとえ穴が空いても小さく抑えることができる。
【0028】
なお、フィルタエレメント1に正圧がかかるときは、図4(B)に示されているようにフィルタ本体3による中間シート7の支持点9の間は狭くなって均一な引張力がかかるのであるが、フィルタエレメント1に逆圧がかかるときは、図4(C)に示されているようにフィルタ本体3と中間シート7との接合点に応力が集中するために、中間シート7の支持点9の間は広くなる。しかし、中間シート7は表面体5と比べて強度が十分に大きいので、耐久性に優れている。
【0029】
したがって、フィルタエレメント1にかかる応力は、基本的には強度が大きいフィルタ本体3で受けるのであり、表面体5の多孔質膜5Aにかかった圧力が応力集中を少なくなるように中間シート7を介して徐々にフィルタ本体3に伝達される。したがって、強い力が分散するのでフィルタエレメント1の長寿命が得られることになる。
【0030】
また、中間シート7としては、フィルタ本体3と多孔質膜5Aの接合を容易にする材料や形状を選定できるので、フィルタエレメント1の形状に対して柔軟に対応可能となる。例えば、表面体5のPTFE膜のテフロン(登録商標)系は接着性が低いために、このテフロン(登録商標)系とフィルタ本体3のPE(ポリエチレン)系では接合しにくいのであるが、PP(ポリプロピレン)系の中間シート7により接合が可能となる。
【0031】
さらに、中間シート7で表面体5の多孔質膜5Aを支持するので、フィルタ本体3は強度が強くて大きい隙間を有するものを選定できるため、フィルタエレメント1を通過する風量(流体量)を多くできる。
【0032】
したがって、表面体5の多孔質膜5Aは微細な孔を有するので微細粒子の粉塵を捕集することができ、表面濾過の効率を向上させると共に、上述したように表面体5の多孔質膜5Aは適正な間隔で中間シート7に支持されるので全体として適正で広い開口部を有することになり、流体の通過面積を大きくすることができるので、風量(流体量)を低下させず、しかも上述したことから長寿命のフィルタエレメント1を提供することが可能となる。
【0033】
次に、この発明の第2の実施の形態に係るフィルタエレメント11について図面を参照して説明する。なお、第2の実施の形態のフィルタエレメント11の基本的な構成は、前述した第1の実施の形態のフィルタエレメント1と同様であり、各材料が異なるのである。そこで、同様の部材は同符号を付して説明する。
【0034】
図2を参照するに、フィルタエレメント11は、前述したフィルタエレメント1と同様のフィルタ本体3と表面体5と中間シート7とで構成されるものであり、前記フィルタ本体3と中間シート7と表面体5の各層が互いに接着剤で接着又は熱融着などの接合技術で接合されている。
【0035】
なお、上記のフィルタ本体3としては、素材である樹脂の繊維径Dが数十μm〜数百μmで、より具体的には50μm以上の繊維径Dからなり25〜100μmの径dの気孔を持った厚膜体3Bが用いられる。例えば、50μm以上の繊維径Dからなり25〜100μmの径dの気孔を持った不織布やフェルトがある。
【0036】
また、上記の表面体5は、素材としては10μm以下の繊維径Dを有し10μm以下の径dの気孔を持ったマイクロファイバ5Bからなるもので、例えば、テフロン(登録商標)、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロースなどのマイクロファイバ5Bの例えば不織布などのシート状の物体からなるシートであって比較的安価であり、表面処理を行うことで耐熱性や難燃性を付加し易いものであり、粉塵の剥離性も向上できる。また、具体的には、繊維径Dは0.1〜10μmである。
【0037】
また、上記の中間シート7は、前述した第1の実施の形態のフィルタエレメント1と同様であり、素材としてはPP(ポリプロピレン)、PE(ポリエチレン)などの繊維からなる不織布7Aや織物などのシート材料であって、中間サイズDとしては繊維径Dが数μm〜数十μmである。すなわち、上記の中間シート7の中間サイズDは、フィルタ本体3の樹脂の粒子径Dと表面体5の樹脂の粒子径Dの大きさにより異なってくるもので、基本的には、繊維径Dが2×D<D<(1/2)×Dとなる構成である。一般的に、応力は支点間距離Lの3乗に比例し、繊維の太さの4乗に逆比例するので、中間シート7を入れ力を分散させる効果は非常に大きい。
【0038】
この第2の実施の形態のフィルタエレメント11の一例を挙げると、フィルタ本体3は繊維径Dが100μmからなり25〜100μmの径dの気孔を持ったPP(ポリプロピレン)の厚膜体3Bであり、中間シート7は繊維径Dが15μmからなり10〜50μmの径dの気孔を持ったPP(ポリプロピレン)の不織布7Aのシートであり、表面体5は繊維径Dが0.5〜10μmからなり10μm以下の径dの気孔を持ったマイクロファイバ5Bで構成される。
【0039】
また、この発明の第2の実施の形態に係るフィルタエレメント11の作用、効果は、前述した第1の実施の形態のフィルタエレメント1と同様であるので、詳しい説明は省略する。
【0040】
なお、上記の第1及び第2の実施の形態のフィルタエレメント1、11で用いられているフィルタ本体3と表面体5と中間シート7の各層の材料は、任意に組み合わせて他の実施の形態のフィルタエレメントを構成することができる。
【0041】
例えば、第3の実施の形態のフィルタエレメントとしては、フィルタ本体3が50μm以上の樹脂の粒子径Dからなり25〜100μmの径dの気孔を持った焼結体3Aで、中間シート7が2×D<D<(1/2)×Dとなる繊維径Dからなり10〜50μmの径dの気孔を持った不織布7Aや織物などのシート材料で、表面体5が10μm以下の繊維径Dを有し10μm以下の径dの気孔を持ったマイクロファイバ5Bで構成することができる。
【0042】
あるいは、第4の実施の形態のフィルタエレメントとしては、フィルタ本体3が50μm以上の繊維径Dからなり25〜100μmの径dの気孔を持った厚膜体3Bで、中間シート7が2×D<D<(1/2)×Dとなる繊維径Dからなり10〜50μmの径dの気孔を持った不織布7Aや織物などのシート材料で、表面体5が10μm以下の樹脂の粒子径Dで10μm以下の径dの微細孔を有した多孔質膜5Aで構成することができる。
【0043】
なお、上記の第3及び第4の実施の形態に係るフィルタエレメントの作用、効果は、前述した第1及び第2の実施の形態のフィルタエレメント1,11と同様であるので、詳しい説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【0044】
【図1】この発明の第1の実施の形態のフィルタエレメントを示す顕微鏡的な模式断面図である。
【図2】この発明の第2の実施の形態のフィルタエレメントを示す顕微鏡的な模式断面図である。
【図3】この実施の形態のフィルタエレメントの表面体と中間シートの顕微鏡的な模式斜視図である。
【図4】(A)はこの実施の形態のフィルタエレメントを示す拡大模式図で、(B)は(A)のフィルタエレメントが正圧を受けたときの状態説明図で、(C)は(A)のフィルタエレメントが逆圧を受けたときの状態説明図である。
【図5】従来のフィルタエレメントを示す部分的な拡大断面図である。
【図6】従来のフィルタエレメントを示す表面の部分的な拡大断面図である。
【図7】従来のフィルタエレメントを示す顕微鏡的な模式断面図である。
【図8】従来のフィルタエレメントを示す顕微鏡的な模式断面図である。この発明の実施の形態を示すもので、図である。
【符号の説明】
【0045】
1、11 フィルタエレメント
3 フィルタ本体
3A 焼結体
3B 厚膜体
5 表面体
5A 多孔質膜
5B マイクロファイバ
7 中間シート
7A 不織布
9 支持点

【特許請求の範囲】
【請求項1】
50μm以上の径Dの素材からなり25〜100μmの径dの気孔を持ったフィルタ本体と、10μm以下の径Dの素材からなり10μm以下の径dの気孔を持った表面体と、前記フィルタ本体と表面体との間に設けて径Dが2×D<D<(1/2)×Dの素材からなり10〜50μmの径dの気孔を持った中間シートと、で構成されると共に、
前記フィルタ本体と中間シートと表面体の各層が互いに接着又は熱融着などの接合技術で接合されたことを特徴とするフィルタエレメント。
【請求項2】
前記フィルタ本体が50μm以上の樹脂の粒子径Dからなり25〜100μmの径dの気孔を持った焼結体であると共に、前記表面体が10μm以下の樹脂の粒子径Dからなり10μm以下の径dの微細孔を有した多孔質膜であると共に、中間シートが膜状、シート状、気孔を持った接着層やフィルムなどであることを特徴とする請求項1記載のフィルタエレメント。
【請求項3】
前記フィルタ本体が50μm以上の樹脂の粒子径Dからなり25〜100μmの径dの気孔を持った焼結体であると共に、前記表面体が10μm以下の繊維径Dからなり10μm以下の径dの気孔を有したマイクロファイバ製のシートであり、中間シートが膜状、シート状、気孔を持った接着層やフィルムなど)であることを特徴とする請求項1記載のフィルタエレメント。
【請求項4】
前記フィルタ本体が50μm以上の繊維径Dからなり25〜100μmの径dの気孔を持った厚膜体であると共に、前記表面体が10μm以下の樹脂の粒子径Dからなり10μm以下の径dの微細孔を有した多孔質膜であると共に、中間シートが膜状、シート状、気孔を持った接着層やフィルムなどであることを特徴とする請求項1記載のフィルタエレメント。
【請求項5】
前記フィルタ本体が50μm以上の繊維径Dからなり25〜100μmの径dの気孔を持った厚膜体であると共に、前記表面体が10μm以下の繊維径Dからなり10μm以下の径dの気孔を有したマイクロファイバ製のシートであり、中間シートが膜状、シート状、気孔を持った接着層やフィルムなどであることを特徴とする請求項1記載のフィルタエレメント。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【公開番号】特開2007−319796(P2007−319796A)
【公開日】平成19年12月13日(2007.12.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−153586(P2006−153586)
【出願日】平成18年6月1日(2006.6.1)
【出願人】(391065529)株式会社ニコテック (14)
【Fターム(参考)】