繊維成形体からなるフィルター体の製造方法
【課題】面方向の繊維密度をコントロールし、且つ厚み方向の繊維密度勾配を抑制して濾過性能を向上させることのできる繊維成形体の製造方法を提供する。
【解決手段】吸引口３３を有する容器３１内に通気可能な扁平な成形型３７を配設し、容器３１内において繊維を水中に分散させたスラリー状材料Ｓに対して成形型３７を介して厚み方向の少なくとも一方向から吸引力Ｘを作用させ、繊維が流動可能な状態で成形型３７の面方向でスラリー状材料Ｓに作用する吸引力Ｘに勾配をつけることにより吸引力の大きい位置に繊維を寄せ集めてプレ繊維成形体４１を成形し（第１の工程）、そのプレ繊維成形体４１の厚み方向の少なくとも他方向側の面４１ｂに吸引力を作用させて該プレ繊維成形体４１を圧縮して繊維成形体２３を成形する（第２の工程）。
【解決手段】吸引口３３を有する容器３１内に通気可能な扁平な成形型３７を配設し、容器３１内において繊維を水中に分散させたスラリー状材料Ｓに対して成形型３７を介して厚み方向の少なくとも一方向から吸引力Ｘを作用させ、繊維が流動可能な状態で成形型３７の面方向でスラリー状材料Ｓに作用する吸引力Ｘに勾配をつけることにより吸引力の大きい位置に繊維を寄せ集めてプレ繊維成形体４１を成形し（第１の工程）、そのプレ繊維成形体４１の厚み方向の少なくとも他方向側の面４１ｂに吸引力を作用させて該プレ繊維成形体４１を圧縮して繊維成形体２３を成形する（第２の工程）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維成形体からなるフィルター体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、フィルター体ではなく緩衝材を構成するものだが、繊維成形体の製造方法が開示されている。その製造方法によれば、短冊状にカットした古紙を水に分散させたスラリーを吸引して脱水することにより繊維成形体を得ることができる。具体的には、先ず、上部が開放しており下部に吸引口を備える成形容器の内部に、多数の脱水用小孔を有する成形型を配置し、この成形型に前記スラリーを注入しながら下部の吸引孔から吸引して脱水することにより、短冊状の古紙を容器の開放面上に盛り上がるように堆積させる。次いで、容器から盛り上がった不要部分を切除して上面を平坦にし、軽くプレスして上面を平滑にする。この製造方法によれば、厳密には吸引力が作用する下方ほど繊維密度が大きくなるものの、敢えて解繊していない短冊形状の古紙を用いることにより全体として嵩高でクッション性能に優れる繊維成形体を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２３４４９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１の繊維成形体は、解繊していない古紙により嵩高に構成されておりフィルター体として用いられるものではないが、解繊された繊維により構成された繊維成形体はフィルター体として使用されることがある。例えば、オイルフィルターには、円盤状の繊維成形体からなるフィルター体に対してオイルを面方向に通過させて濾過するものがある。本発明者らは、このようなフィルター体について、濾過性能を高めるべく鋭意検討したが、特許文献１のように厚み方向では一方から他方にかけて徐々に繊維密度が変化し、面方向では繊維密度が一定となる繊維成形体の製造方法によりフィルター体を製造しても濾過性能の向上には限界があった。そこで、繊維密度に着目して更に検討を重ねた結果、面方向の繊維密度の勾配をコントロールしながら厚み方向における繊維密度の勾配を抑制することで、濾過性能を向上させることのできる繊維成形体の製造方法を見出し、本発明に至った。すなわち、本発明の目的は、面方向の繊維密度をコントロールし、且つ厚み方向の繊維密度勾配を抑制して濾過性能を向上させることのできる繊維成形体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の繊維成形体からなるフィルター体の製造方法は、繊維を水中に分散させたスラリー状材料からプレ繊維成形体を成形する第１の工程と、第１の工程で成形されたプレ繊維成形体から繊維成形体を成形する第２の工程と、を備えている。
【０００６】
第１の工程では、吸引口を有する容器内に通気可能な扁平な成形型を配設し、容器内において繊維を水中に分散させたスラリー状材料に対して成形型を介して厚み方向の少なくとも一方向から吸引力を作用させる。このとき、繊維が流動可能な状態で成形型の面方向でスラリー状材料に作用する吸引力に勾配をつけることにより、吸引力の大きい位置に繊維を寄せ集めてプレ繊維成形体を成形する。この第１の工程では、面方向において相対的に吸引力の大きい位置にスラリー状材料中の繊維が寄せ集められることにより、吸引力の大きい位置では繊維量が相対的に多く、吸引力の小さい位置では繊維量が相対的に少ない、面方向で繊維量に勾配のある繊維の集合体が成形される。このような繊維の集合体を本発明ではプレ繊維成形体と称する。プレ繊維成形体の段階では、面方向の繊維密度に勾配の有無は限定されない。プレ繊維成形体としては、例えば、面方向で繊維密度の勾配がほとんど無く、繊維量の多い部位が盛り上がったものも含まれるし、厚みがある程度制限されることで繊維量の多い部位では繊維が密になった面方向で繊維密度に勾配のあるものも含まれる。
【０００７】
第２の工程では、第１の工程で成形されたプレ繊維成形体の厚み方向の少なくとも他方向側の面に吸引力を作用させて該プレ繊維成形体を圧縮して繊維成形体を成形する。プレ繊維成形体は圧縮と共に脱水されて繊維成形体となる。繊維量の多い部位が盛り上がり、面方向で繊維密度の勾配が殆ど無いプレ繊維成形体であっても、この第２の工程において盛り上がった部位の方が他の部位よりも圧縮の程度が大きくなるように圧縮されて扁平になることで、面方向の繊維密度に勾配がつけられる。したがって、第２の工程で得られる繊維成形体の面方向の繊維密度は、プレ繊維成形体における繊維密度勾配の有無に関わらず、第１の工程で繊維が寄せ集められた部位において相対的に大きくなる。そこで、第１の工程において、最終的にフィルター体における濾過流路の出口側（下流側）となる部位に繊維を寄せ集めるのが好ましい。その場合、フィルター体における濾過流路の入り口側から出口側にかけて徐々に繊維密度が大きくなり、間隙が漸次小さくなるため、濾過時の圧力損失が小さくなり、濾過性能をより向上させることができる。
【０００８】
第２の工程では、プレ繊維成形体の少なくとも他方向側の面に吸引力を作用させる。つまり、第１の工程と第２の工程とを経れば、必ず繊維成形体に対して厚み方向の両方の面に吸引力が作用するように吸引面が設定される。繊維成形体の成形にあたり、一方向のみから吸引力を作用させた場合、一方面側の繊維密度は他方面側より大きくなる傾向にある。そこで、第２の工程において、第１の工程で吸引力を作用させた一方面とは反対側の他方面に対して吸引力を作用させることにより、厚み方向の繊維密度勾配を抑制することができる。
【０００９】
本発明の繊維成形体からなるフィルター体の製造方法の望ましい一形態として、第１の工程においてスラリー状材料に対して一方向から吸引力を作用させてプレ繊維成形体を成形し、第２の工程においてプレ繊維成形体を反転させて第１の工程で吸引力を作用させた一方向側の面（一方面）とは反対側の他方面に対して前記一方向から吸引力を作用させて繊維成形体を成形する方法が挙げられる。この場合、第１の工程と第２の工程で吸引方向は同じであるため、同じ容器を用いることができる。吸引力を作用させる一方向が下方であると、水分の自重に逆らわずに吸引力を作用させることにより、効率よく脱水することができる点で一層好ましい。
【００１０】
本発明では、第２の工程においてプレ繊維成形体に対して厚み方向の両方向から吸引力を作用させるのも好ましい。それにより、効率よく脱水することができる。
【００１１】
本発明の繊維成形体からなるフィルター体の製造方法の望ましい他の形態として、第１の工程において、スラリー状材料に対して他方向からも吸引力を作用させる方法が挙げられる。この場合、繊維がスラリー状材料中で流動可能な状態において厚み方向の両方向から吸引力を作用させるため、厚み方向の繊維密度の勾配を一層抑制しやすい。また、効率よく脱水することもできる。
【００１２】
また、繊維は古紙を原材料とすると省資源化の観点で好ましい。また、古紙を裁断して水中で撹拌することにより解繊すれば、バインダー無しでも水素結合により良好に保形でき、より好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、フィルター体における面方向の繊維密度をコントロールし、濾過時の圧力損失を低減させることができる。しかも、製造時に厚み方向の両面に対して吸引力を作用させることにより厚み方向の密度勾配が小さくなっているので、厚み方向の全体に渡って面方向の圧力損失低減効果を担保することができる。そのため、濾過性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るフィルター体の斜視図である。
【図２】本発明に係るフィルター体がオイルフィルター内に配置された状態を示す縦断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態１に係るフィルター体の製造方法を説明する縦断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態２に係るフィルター体の製造方法を説明する縦断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態３に係るフィルター体の製造方法を説明する縦断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態４に係るフィルター体の製造方法を説明する縦断面図である。
【図７】試験例に係る亜鉛除去率の経時変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係るフィルター体は、濾過の対照となる流体をフィルター体の内部で面方向に通過させて濾過するものである、代表的にはオイルフィルターに用いられる。図１，２には、本発明の製造方法により製造されるフィルター体２１の形態と使用方法が例示されている。図１に示されるフィルター体２１は、例えば厚み１５〜３０ｍｍの円盤状の繊維成形体２３からなり、中央に厚み方向に貫通する貫通孔２５が形成されている。このフィルター体２１は、図２に示されるように、オイルフィルター装置１１を構成するハウジング１３内に複数重ねて配置される。図２には、オイルの濾過流路が白抜き矢印で模式的に示されている。すなわち、オイルフィルター装置１１において、オイルはハウジング１３の側部に設けられた流入口１５からハウジング１３内に流入してハウジング１３の内部に満たされ、フィルター体２１の外周面２７から中央の貫通孔２５へ、フィルター体２１の内部を面方向に沿って通過して濾過される。そして、フィルター体２１の中央の貫通孔２５から下方へ流下してハウジング１３の下部に設けられた流出口から１７から流出する。本発明のフィルター体２１の製造方法によれば、フィルター体２１の面方向において繊維密度に勾配をつけることができる。したがって、図２に示されるように、フィルター体２１の面方向に濾過流路が設定された場合に、その濾過流路において繊維密度を漸次変化させて濾過性能を高めることができる。
【００１６】
フィルター体を構成する繊維成形体は、吸引口を有する容器内に通気可能な扁平な成形型を配設し、その扁平な成形型を介して繊維を水中に分散させたスラリー状材料に吸引力を作用させることで、成形型に繊維を寄せ集めてプレ繊維成形体を作成する第１の工程と、プレ繊維成形体を圧縮して繊維成形体とする第２の工程とを経て作成される。
【００１７】
第１の工程では、繊維成形体を構成する繊維が、水中に分散したスラリー状材料として供給される。繊維成形体を構成する繊維は限定されないが、オイルフィルターに用いる場合、耐熱性等の観点からパルプ等のセルロース繊維が好適である。なかでも、古紙を構成する繊維を利用すれば省資源の観点で好ましい。古紙を利用する場合には、予めシュレッダー等を用いて、例えば、幅１〜５ｍｍ、長さ２〜５ｍｍ程度に裁断し、繊維をある程度短繊維化した上で、水中に投入して撹拌することにより、解繊するとともに更に短繊維化するのが好ましい。これにより、繊維を構成するセルロースの水酸基による水素結合によってバインダー無しでも保形しやすくなる。スラリー状材料中の繊維濃度は限定されないが、古紙を利用する場合、目安としては、繊維１重量部に対する水の量を２０〜４０重量部の範囲で調整すると解繊を効率的に行うことができる。
【００１８】
第１の工程では、スラリー状材料に対して通気可能な扁平な成形型を介して厚み方向の少なくとも一方向から吸引力を作用させ、最終的に繊維密度を大きくしたい面方向の特定位置に多く繊維が寄せ集められるように成形型に繊維を吸い寄せる。ここでの厚み方向とは、最終的なフィルター体２１における厚み方向である。通気可能な扁平な成形型とは、その成形型を介してスラリー状材料に吸引力を作用させることができ、且つ繊維を捕捉することのできる網目構造ないし複数の小孔を有する扁平な部材である。代表的には、金網やパンチングプレート等が挙げられる。この第１の工程では、容器内においてスラリー状材料に特定位置に向かう流れを生じさせて成形型の面方向の特定位置に多く繊維が寄せ集められるように、成形型の面方向でスラリー状材料に作用する吸引力に勾配をつける。それにより、繊維が成形型上の吸引力の大きい位置に寄せ集められながら、ある程度脱水されてプレ繊維成形体が成形される。成形型の面方向でスラリー状材料に作用する吸引力に勾配をつける方法としては、例えば、成形型の面積に対して吸引口を小さくすることが挙げられる。その場合、スラリー状材料に対して作用する吸引力は吸引口に近いほど大きくなり、吸引口から離れるほど小さくなる。また、成形型の小孔の密度又は開口面積を面方向で変更することによってもスラリー状材料に作用する吸引力に勾配をつけることができる。その場合、小孔が密に又は大きく形成されているほどスラリー状材料に対して作用する吸引力は大きくなり、小孔が疎に又は小さく形成されているほど小さくなる。
【００１９】
第１の工程では、スラリー状材料に対して厚み方向の一方向ないし両方向から吸引力を作用させる。一方向から吸引力を作用させる場合には、後述する実施形態１〜３のように吸引力の大きい位置が盛り上がったプレ繊維成形体が得られる。両方向から吸引力を作用させる場合には、後述する実施形態４のように、厚みが制限されるため、吸引力の大きい位置で繊維密度が大きいプレ繊維成形体が得られる。いずれの場合も、第１の工程において繊維を寄せ集めた部位が、最終的にフィルター体２１において繊維密度が高い部位となる。そのため、この第１の工程では、最終的にフィルター体２１において繊維密度を大きくしたい部位に繊維を寄せ集める。フィルター体２１において濾過流路の出口側（下流側）となる部位に繊維を寄せ集めてプレ繊維成形体を成形すれば、フィルター体２１において濾過流路の入り口側（上流側）から出口側にかけて繊維密度が徐々に大きくなり、濾過時の圧力損失が小さくなり濾過性能をより長く保持することができるため好ましい。
【００２０】
第２の工程では、プレ繊維成形体に対して吸引力を作用させて該プレ繊維成形体を圧縮する。プレ繊維成形体は、第１の工程で繊維が寄せ集められるのに伴ってある程度は脱水されているが、この第２の工程では、第１の工程以上の大きさの吸引力を作用させて圧縮するとともに更に脱水することで繊維成形体とする。第２の工程での吸引力を、第１の工程での吸引力よりも大きくするとより好ましい。吸引力の大きさは、吸引圧又は吸引時間によって制御すればよい。
【００２１】
第２の工程では、プレ繊維成形体の厚み方向の少なくとも他方向側の面（他方面）に吸引力を作用させる。つまり、第１の工程と第２の工程とを経ることで厚み方向の両方の面に吸引力が作用して繊維成形体が形成されるように、吸引力を作用させる面が設定される。それにより、厚み方向で繊維密度に勾配が生じるのを抑制することができる。なお、繊維成形体の厚み方向の一面をＡ面、反対側の他面をＢ面とすると、第１の工程でＡ面のみに吸引力を作用させる場合には、第２の工程では、Ｂ面のみ、或いはＢ面とＡ面との両面に吸引力を作用させる。第１の工程でＢ面のみに吸引力を作用させる場合には第２の工程ではＡ面のみ、或いはＡ面とＢ面との両面に吸引力を作用させる。第１の工程と第２の工程の双方において両面に吸引力を作用させることもできる。
【００２２】
第２の工程では、吸引力の大きい位置が盛り上がったプレ繊維成形体は、盛り上がりの大きい部分ほど圧縮率が高くなる。そのため、結果的に第１の工程で繊維を寄せ集めた位置の繊維密度の大きい、繊維密度に勾配のある繊維成形体が得られる。プレ繊維成形体において既に繊維密度に勾配がある場合は、そのまま第２の工程で全体が圧縮されて脱水されることにより、やはり、第１の工程で繊維を寄せ集めた位置の繊維密度の大きい、繊維密度に勾配のある繊維成形体が得られる。
【００２３】
以下、このような第１の工程と第２の工程を含む繊維成形体２３からなるフィルター体２１製造方法の実施形態について、図面を参照しながらより具体的に説明する。
【００２４】
［実施形態１］
実施形態１では、図３（ａ）に示されるように、上部が開放されており底面に吸引口３３を有する容器３１を用いる。容器３１の内部には、板状の成形型３５が配設され、吸引方向（下方）へスライド不能に固定されている。成形型３５には、その上面に供給されるスラリー状材料Ｓに対して、下方の吸引口３３に接続された吸引装置（図示せず）による吸引力Ｘを作用させることのできる小孔３７が複数形成されている。吸引口３３は、成形型３５の大きさに比べて小さく、容器３１の底面の中央に形成されている。なお、成形型３５と吸引口３３の距離は近いほうが好ましい。
【００２５】
第１の工程では、先ず、図３（ａ）に示されるように、容器３１内の成形型３５の上にスラリー状材料Ｓが供給される。次いで、吸引口３３に接続された吸引装置により成形型３５の下方から成形型３５を介してスラリー状材料Ｓに吸引力Ｘを作用させる。すると、図３（ｂ）に矢印の長さで模式的に示されるように、スラリー状材料Ｓには、吸引口３３に近いほどより大きな吸引力が作用する。そのため、スラリー状材料Ｓには、面方向中央へ向かう流れが生じ、繊維が面方向中央に集りながら水が成形型３５の下方に抜けて中央が盛り上がったプレ繊維成形体４１が成形される。プレ繊維成形体４１の第１工程において吸引力が作用した面４１ａをＡ面、その反対側の面４１ｂをＢ面と称する。
【００２６】
第２の工程では、図３（ｃ）に示されるように、プレ繊維成形体４１を反転させてＢ面４１ｂ側が下方に向くように成形型３５の上に載せ、Ａ面４１ａに沿わせて成形型３９を配設する。そして、下方から吸引力Ｘを作用させる。それにより、プレ繊維成形体４１は、図３（ｄ）に示されるように、下側の成形型３５に引き付けられて圧縮されて更に脱水される。プレ繊維成形体４１に作用する吸引力は第１の工程と同様にプレ繊維成形体４１の面方向中央側ほど大きいため、中央側ほど圧縮の程度が大きくなり繊維密度が大きくなる。また、上側の成形型３９がプレ繊維成形体４１のＡ面４１ａに追従して下方へスライドすることによって、プレ繊維成形体４１は上下の成形型３５，３９に挟まれて圧縮され、最終的にはＢ面４１ｂも平らになり、厚みが一様で面方向中央側ほど繊維密度の大きな繊維成形体２３が成形される。厚み方向の繊維密度は、第１の工程でＡ面に吸引力Ｘを作用させた段階では、Ａ面４１ａ側からＢ面４１ｂ側にかけて徐々に疎になる。しかし、第２の工程で全体が圧縮される際に、Ｂ面４１ｂに吸引力を作用させるとＢ面４１ｂ側の方がＡ面４１ａ側よりも圧縮率が高くなるため、最終的な繊維成形体２３では厚み方向の繊維密度が略一様になる。
【００２７】
このようにして得られた繊維成形体２３は、乾燥され、適宜仕上げ加工されてフィルター体２１として仕上げられる。繊維成形体２３の乾燥温度は、１００℃以上であると効率よく乾燥することができる。また、乾燥温度の上限は構成繊維の耐熱性を考慮して設定されるが、セルロース繊維であれば、２５０℃未満の乾燥室内で乾燥させるのが好ましい。２５０℃以上であると焦げて変性するおそれがある。２００℃以下であると繊維が変性しにくいためより好ましい。仕上げ加工では、中央に貫通孔２５を打ち抜き、適宜表面を研磨したり、或いは表面に僅かに外周方向へ下るテーパ加工をしたりする。
【００２８】
実施形態１によれば、第１の工程でも第２の工程でも吸引方向が下方であるため、水分の自重に逆らわずに吸引力を作用させることにより、効率よく脱水することができる。
【００２９】
［実施形態２］
実施形態２では、図４（ａ）に示されるように、第１の工程において、下方が開口し、天井面に吸引口５５を備える上容器５１と、上方が開口する下容器６１とを用いる。上容器５１の内部には、該上容器の下方の開口全体を塞ぐように成形型５７が装着されている。成形型５７は板状であり、複数の小孔５７ｈを有するとともに、その外周において下方に起立する周壁５９を備える。
【００３０】
第１の工程では、先ず、図４（ａ）に示されるように、下容器６１中に展開されたスラリー状材料Ｓに上容器５１に装着された成形型５７を挿入し、吸引装置の吸引力Ｘ１をスラリー状材料Ｓに作用させる。それにより、水が吸い込まれるとともに、成形型５７の表面に繊維を吸い付けられる。すると、矢印の長さで模式的に示されるように、スラリー状材料Ｓには、吸引口５５に近いほど大きな吸引力が作用し、成形型５７の中央ほど繊維が多く寄せ集められて、図３（ｂ）に示されるように面方向中央が盛り上がったプレ繊維成形体６３が成形される。プレ繊維成形体６３の第１の工程において吸引力が作用した面６３ａをＡ面、その反対側の面６３ｂをＢ面と称する。
【００３１】
第２の工程では、プレ繊維成形体６３のＡ面６３ａとＢ面６３ｂとの双方に対して吸引力を作用させる。そこで、第１の工程の下容器６１に替えて、図４（ｃ）に示されるように、上部が開放されており底面に吸引口６７を有する下容器６５を用いる。下容器６５の内部には、小孔６９ｈを複数有する板状の成形型６９が下容器６５が配設されている。第２の工程では、プレ繊維成形体６３を、そのＢ面６３ｂが下側の成形型６９に対向するように該成形型６９の上に配設する。そして、下方から吸引力Ｘ２を作用させるとともに、上方から吸引力Ｘ３を作用させてプレ繊維成形体６３を更に脱水する。このとき、繊維成形体６３が層間剥離しないように上容器５１が下方へスライド可能となっている。それにより、プレ繊維成形体６３は上下の成形型５７，６９に挟まれた状態のままで圧縮され、脱水される。そして、最終的にはＢ面６３ｂも平らになり、厚みが一様で面方向中央側ほど繊維密度の大きな繊維成形体２３が成形される。
【００３２】
なお、本実施形態では、プレ繊維成形体６３が圧縮されるのに伴い上容器５１が自重により下方にスライド可能に構成されていてもよいし、下方へスライドするよう積極的に付勢されていてもよい。例えば、引張バネを介して上下の容器５１，６５を連結することで上容器５１を下方へスライドするように付勢することができる。また、上容器５１を下方へスライドさせる代わりに、容器内で上下の成形型５７，６９が近づくように付勢されていてもよい。
【００３３】
また、第２工程では、少なくとも、プレ繊維成形体６３のＢ面６３ｂに対して吸引力を作用させればよく、プレ繊維成形体６３のＢ面６３ｂに対して上方から吸引力を作用させても構わない。
【００３４】
このようにして得られた繊維成形体２３は、上記実施形態１と同様に乾燥され、適宜仕上げ加工されてフィルター体２１として仕上げられる。
【００３５】
［実施形態３］
実施形態３は、上記実施形態２において、第１の工程で用いる成形型のみを変形した実施形態である。図５（ａ）に示されるように、実施形態３で用いられる成形型７１は、複数の小孔７１ｈを有する板状であり、その外周において下方に起立する周壁７３と、中央で突起する円柱状の突起部７５とを備える。このような成形型７１を用いると、第１の工程で成形型７１にスラリー状材料Ｓ中の繊維を吸い付けるにあたり、突起部７５を避けて繊維が寄せ集められるため、図５（ｂ）に示されるように、中央に貫通孔７９の空いたプレ繊維成形体７７が形成される。そして、図５（ｃ）に示されるように、このプレ繊維成形体７７を第２の工程で圧縮することにより、図５（ｄ）に示されるように中央に貫通孔７９の空いた繊維成形体２３が成形される。この貫通孔７９がそのままフィルター体２１における貫通孔２５となる。したがって、仕上げ工程で貫通孔を形成することを要しないため上記実施形態２に比べて仕上げ工程を簡略化することができる。
【００３６】
［実施形態４］
実施形態４では、図６（ａ）に示されるように、対向して配置される上下一対の容器９１，８１が用いられる。下容器８１は上方が開口しており、底面に吸引口８３を備える。下容器８１の内部には、複数の小孔８５ｈを有する板状の成形型８５が底面とは離間して配置されている。上容器９１は下方が開口しており、天井面に吸引口９３している。上容器９１の内部には、複数の小孔９５ｈを有する板状の成形型９５が天井面とは離間して配置されている。上容器９１と下容器８１とは対向して配置されて上下の成形型９５，８５の間に閉じた空間が形成されるようになっている。
【００３７】
第１の工程では、上下の成形型９５，８５の間にスラリー状材料Ｓが供給される。そして、図６（ｂ）に示されるように、上下の吸引口９３，８３から上下の成形型９５，８５を介して上下方向の吸引力Ｘ２，Ｘ１を作用させる。すると、矢印の長さで模式的に示されるように、スラリー状材料Ｓには、吸引口９３，８３に近いほどより大きな吸引力が作用し、中央に繊維が寄せ集められながら、水が成形型９５，８５から抜ける。このとき、上下の成形型９５，８５に引き寄せられた繊維層が分離して成形されないように上下の成形型９５，８５が近づくように付勢する。それにより、厚み方向では繊維密度が略一様であり、面方向では中央に向かって漸次繊維密度が大きくなった一つのプレ繊維成形体８７が成形される。引き続いて、第２の工程ではさらに上下方向の吸引力Ｘ２，Ｘ１を作用させる。それにより、全体が圧縮され、更に脱水されて繊維成形体２３が得られる。なお、容器９１，８１を近づける代わりに、容器内で成形型９５，８５を近づけるように付勢してもよい。
【００３８】
このようにして得られた繊維成形体２３は、上記実施形態１と同様に乾燥され、適宜仕上げ加工されてフィルター体２１として仕上げられる。
【００３９】
実施形態４によれば、繊維がスラリー状材料Ｓ中で流動可能な状態において厚み方向の両方向から吸引力Ｘ１，Ｘ２を作用させるため、厚み方向の繊維密度の勾配を一層緩やかにしやすい。
【００４０】
［試験例］
＜実施例＞
古紙を原料としてフィルター体を作成した。先ず、古紙をシュレッダーで幅約１〜５ｍｍ、長さ約２〜５ｍｍに裁断した。次いで裁断した古紙を水中で撹拌し、古紙を構成するパルプ繊維を解繊するとともに短繊維化してスラリー状材料を調整した。このとき、水１重量部に対する水の量は２０重量部とした。このスラリー状材料中のパルプ繊維を抜き取って観察すると、直径５μｍ、長さ０．８ｍｍであった。このスラリー状材料を用い、上記実施形態１に示される方法により、第１の工程と第２の工程とを経て面方向の中央側ほど繊維密度の大きい円盤状の繊維成形体を成形した。このとき、吸引口における吸引力を０．０６ＭＰａとし、第１の工程では１分間、第２の工程では３分間吸引した。なお、この繊維成形体は、繊維を構成するセルロースの水素結合により保形されるため、スラリー状材料にバインダーを添加することなく作成した。得られた繊維成形体を１２０℃の乾燥室内で４時間乾燥させ、中央に貫通孔を打ち抜き、図１に示されるようなドーナツ状のフィルター体とした。得られたフィルター体の寸法は、厚みが ３０ｍｍ、外径が２６０ｍｍであり、面方向の密度は、中央側が概ね０．２５〜０．３０ｇ／ｃｍ3であり、外側の密度は概ね０．２０〜０．２５ｇ／ｃｍ3であった。厚み方向の密度は、両表面において表層では内部よりも若干高かった。
【００４１】
＜比較例＞
市販のオイルフィルター用のフィルター体を用意した。このフィルター体は、ブナのバージンパルプを成形した繊維成形体からなる。寸法は上記実施例のフィルター体と同じであり、密度は概ね０．１８〜０．２２ｇ／ｃｍ3であり、面方向の密度勾配は無く、厚み方向の一面側が比較的高密度になっていた。フィルター体Ｂにおける繊維成形体の製法は必ずしも明らかではないが、密度分布から推察すると、面方向に均一な吸引力を一方向から作用させて繊維を堆積させて製造したことが推察される。
【００４２】
＜濾過性能の評価＞
フィルター体Ａ，Ｂのそれぞれについて、オイルフィルター内に置いて、外側から内側にオイルを通過させて濾過するようにセットし、オイル中の亜鉛粉末を濾過させて、その濾過性能を評価した。まず、濾過の対象とするオイルを、鉄板を洗浄する洗浄油に亜鉛粉末を０．２ｇ／ｌ含ませて調整した。亜鉛粉末は、直径５μｍ以下を９０％、直径５μｍ以上を１０％含む。この洗浄油を連続的に濾過し、１００時間おきに９００時間まで濾液を採取した。採取した各濾液について、予め重量を測定したメンブランフィルター（材質：ＰＴＦＥ）を用いて濾過し、オイルフィルター内でフィルター体に捕捉されずに濾液（洗浄油）に残存する亜鉛粉末を捕集した。濾過後の濾紙に付着した洗浄油をノルマルヘキサンで洗い流し、濾紙を乾燥させて再び重量を測定した。濾過前後の濾紙の重量の差からオイルフィルターの濾液（洗浄油）に残存する亜鉛粉末の重量を算出し、濾過前の洗浄油に含まれる亜鉛粉末に対するフィルター体Ａ，Ｂにより除去された亜鉛粉末の重量比を除去率として算出した。その結果を図７に示す。
【００４３】
図７に示されるように、フィルター体Ａの１００時間後の除去率は１００％に近く、７００時間後まで殆ど除去率が変わらない。７００時間を越えると除去率は低下し始めるが、９００時間後でも約９０％の除去率を維持している。これに対し、フィルターＢは１００時間後の除去率が約９０％であり、その後、除去率が低下して４００時間後には６０％にまで低下する。この結果から、面方向の密度に勾配をつけるとともに、厚み方向の両面に対して吸引力を作用させて成形された繊維成形体によれば、初期濾過性能に優れ、且つその濾過性能を長時間持続するフィルター体が得られることが明らかとなった。これは、フィルター体の面方向の繊維密度に勾配がつけられているため濾過時の圧力損失が低減され、厚み方向の両面に対して吸引力を作用させることにより厚み方向の密度勾配はできるだけ小さく抑制されていることで、その圧力損失低減作用が厚み方向の全体に渡って有効であるためと推察される。
【符号の説明】
【００４４】
２１ フィルター体
２３ 繊維成形体
２５ 貫通孔
３１ 容器
３３ 吸引口
３５ 成形型
３７ 小孔
４１ プレ繊維成形体
５１ 上容器
５５ 吸引口
５７ 成形型
５７ｈ 小孔
６１ 下容器
６３ プレ繊維成形体
６５ 下容器
６７ 吸引口
６９ 成形型
６９ｈ 小孔
７１ 成形型
７１ｈ 小孔
７７ プレ繊維成形体
８１ 下容器
８３ 吸引口
８５ 成形型
８５ｈ 小孔
８７ プレ繊維成形体
９１ 上容器
９３ 吸引口
９５ 成形型
９５ｈ 小孔
Ｓ スラリー状材料
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維成形体からなるフィルター体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、フィルター体ではなく緩衝材を構成するものだが、繊維成形体の製造方法が開示されている。その製造方法によれば、短冊状にカットした古紙を水に分散させたスラリーを吸引して脱水することにより繊維成形体を得ることができる。具体的には、先ず、上部が開放しており下部に吸引口を備える成形容器の内部に、多数の脱水用小孔を有する成形型を配置し、この成形型に前記スラリーを注入しながら下部の吸引孔から吸引して脱水することにより、短冊状の古紙を容器の開放面上に盛り上がるように堆積させる。次いで、容器から盛り上がった不要部分を切除して上面を平坦にし、軽くプレスして上面を平滑にする。この製造方法によれば、厳密には吸引力が作用する下方ほど繊維密度が大きくなるものの、敢えて解繊していない短冊形状の古紙を用いることにより全体として嵩高でクッション性能に優れる繊維成形体を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２３４４９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１の繊維成形体は、解繊していない古紙により嵩高に構成されておりフィルター体として用いられるものではないが、解繊された繊維により構成された繊維成形体はフィルター体として使用されることがある。例えば、オイルフィルターには、円盤状の繊維成形体からなるフィルター体に対してオイルを面方向に通過させて濾過するものがある。本発明者らは、このようなフィルター体について、濾過性能を高めるべく鋭意検討したが、特許文献１のように厚み方向では一方から他方にかけて徐々に繊維密度が変化し、面方向では繊維密度が一定となる繊維成形体の製造方法によりフィルター体を製造しても濾過性能の向上には限界があった。そこで、繊維密度に着目して更に検討を重ねた結果、面方向の繊維密度の勾配をコントロールしながら厚み方向における繊維密度の勾配を抑制することで、濾過性能を向上させることのできる繊維成形体の製造方法を見出し、本発明に至った。すなわち、本発明の目的は、面方向の繊維密度をコントロールし、且つ厚み方向の繊維密度勾配を抑制して濾過性能を向上させることのできる繊維成形体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の繊維成形体からなるフィルター体の製造方法は、繊維を水中に分散させたスラリー状材料からプレ繊維成形体を成形する第１の工程と、第１の工程で成形されたプレ繊維成形体から繊維成形体を成形する第２の工程と、を備えている。
【０００６】
第１の工程では、吸引口を有する容器内に通気可能な扁平な成形型を配設し、容器内において繊維を水中に分散させたスラリー状材料に対して成形型を介して厚み方向の少なくとも一方向から吸引力を作用させる。このとき、繊維が流動可能な状態で成形型の面方向でスラリー状材料に作用する吸引力に勾配をつけることにより、吸引力の大きい位置に繊維を寄せ集めてプレ繊維成形体を成形する。この第１の工程では、面方向において相対的に吸引力の大きい位置にスラリー状材料中の繊維が寄せ集められることにより、吸引力の大きい位置では繊維量が相対的に多く、吸引力の小さい位置では繊維量が相対的に少ない、面方向で繊維量に勾配のある繊維の集合体が成形される。このような繊維の集合体を本発明ではプレ繊維成形体と称する。プレ繊維成形体の段階では、面方向の繊維密度に勾配の有無は限定されない。プレ繊維成形体としては、例えば、面方向で繊維密度の勾配がほとんど無く、繊維量の多い部位が盛り上がったものも含まれるし、厚みがある程度制限されることで繊維量の多い部位では繊維が密になった面方向で繊維密度に勾配のあるものも含まれる。
【０００７】
第２の工程では、第１の工程で成形されたプレ繊維成形体の厚み方向の少なくとも他方向側の面に吸引力を作用させて該プレ繊維成形体を圧縮して繊維成形体を成形する。プレ繊維成形体は圧縮と共に脱水されて繊維成形体となる。繊維量の多い部位が盛り上がり、面方向で繊維密度の勾配が殆ど無いプレ繊維成形体であっても、この第２の工程において盛り上がった部位の方が他の部位よりも圧縮の程度が大きくなるように圧縮されて扁平になることで、面方向の繊維密度に勾配がつけられる。したがって、第２の工程で得られる繊維成形体の面方向の繊維密度は、プレ繊維成形体における繊維密度勾配の有無に関わらず、第１の工程で繊維が寄せ集められた部位において相対的に大きくなる。そこで、第１の工程において、最終的にフィルター体における濾過流路の出口側（下流側）となる部位に繊維を寄せ集めるのが好ましい。その場合、フィルター体における濾過流路の入り口側から出口側にかけて徐々に繊維密度が大きくなり、間隙が漸次小さくなるため、濾過時の圧力損失が小さくなり、濾過性能をより向上させることができる。
【０００８】
第２の工程では、プレ繊維成形体の少なくとも他方向側の面に吸引力を作用させる。つまり、第１の工程と第２の工程とを経れば、必ず繊維成形体に対して厚み方向の両方の面に吸引力が作用するように吸引面が設定される。繊維成形体の成形にあたり、一方向のみから吸引力を作用させた場合、一方面側の繊維密度は他方面側より大きくなる傾向にある。そこで、第２の工程において、第１の工程で吸引力を作用させた一方面とは反対側の他方面に対して吸引力を作用させることにより、厚み方向の繊維密度勾配を抑制することができる。
【０００９】
本発明の繊維成形体からなるフィルター体の製造方法の望ましい一形態として、第１の工程においてスラリー状材料に対して一方向から吸引力を作用させてプレ繊維成形体を成形し、第２の工程においてプレ繊維成形体を反転させて第１の工程で吸引力を作用させた一方向側の面（一方面）とは反対側の他方面に対して前記一方向から吸引力を作用させて繊維成形体を成形する方法が挙げられる。この場合、第１の工程と第２の工程で吸引方向は同じであるため、同じ容器を用いることができる。吸引力を作用させる一方向が下方であると、水分の自重に逆らわずに吸引力を作用させることにより、効率よく脱水することができる点で一層好ましい。
【００１０】
本発明では、第２の工程においてプレ繊維成形体に対して厚み方向の両方向から吸引力を作用させるのも好ましい。それにより、効率よく脱水することができる。
【００１１】
本発明の繊維成形体からなるフィルター体の製造方法の望ましい他の形態として、第１の工程において、スラリー状材料に対して他方向からも吸引力を作用させる方法が挙げられる。この場合、繊維がスラリー状材料中で流動可能な状態において厚み方向の両方向から吸引力を作用させるため、厚み方向の繊維密度の勾配を一層抑制しやすい。また、効率よく脱水することもできる。
【００１２】
また、繊維は古紙を原材料とすると省資源化の観点で好ましい。また、古紙を裁断して水中で撹拌することにより解繊すれば、バインダー無しでも水素結合により良好に保形でき、より好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、フィルター体における面方向の繊維密度をコントロールし、濾過時の圧力損失を低減させることができる。しかも、製造時に厚み方向の両面に対して吸引力を作用させることにより厚み方向の密度勾配が小さくなっているので、厚み方向の全体に渡って面方向の圧力損失低減効果を担保することができる。そのため、濾過性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るフィルター体の斜視図である。
【図２】本発明に係るフィルター体がオイルフィルター内に配置された状態を示す縦断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態１に係るフィルター体の製造方法を説明する縦断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態２に係るフィルター体の製造方法を説明する縦断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態３に係るフィルター体の製造方法を説明する縦断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態４に係るフィルター体の製造方法を説明する縦断面図である。
【図７】試験例に係る亜鉛除去率の経時変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係るフィルター体は、濾過の対照となる流体をフィルター体の内部で面方向に通過させて濾過するものである、代表的にはオイルフィルターに用いられる。図１，２には、本発明の製造方法により製造されるフィルター体２１の形態と使用方法が例示されている。図１に示されるフィルター体２１は、例えば厚み１５〜３０ｍｍの円盤状の繊維成形体２３からなり、中央に厚み方向に貫通する貫通孔２５が形成されている。このフィルター体２１は、図２に示されるように、オイルフィルター装置１１を構成するハウジング１３内に複数重ねて配置される。図２には、オイルの濾過流路が白抜き矢印で模式的に示されている。すなわち、オイルフィルター装置１１において、オイルはハウジング１３の側部に設けられた流入口１５からハウジング１３内に流入してハウジング１３の内部に満たされ、フィルター体２１の外周面２７から中央の貫通孔２５へ、フィルター体２１の内部を面方向に沿って通過して濾過される。そして、フィルター体２１の中央の貫通孔２５から下方へ流下してハウジング１３の下部に設けられた流出口から１７から流出する。本発明のフィルター体２１の製造方法によれば、フィルター体２１の面方向において繊維密度に勾配をつけることができる。したがって、図２に示されるように、フィルター体２１の面方向に濾過流路が設定された場合に、その濾過流路において繊維密度を漸次変化させて濾過性能を高めることができる。
【００１６】
フィルター体を構成する繊維成形体は、吸引口を有する容器内に通気可能な扁平な成形型を配設し、その扁平な成形型を介して繊維を水中に分散させたスラリー状材料に吸引力を作用させることで、成形型に繊維を寄せ集めてプレ繊維成形体を作成する第１の工程と、プレ繊維成形体を圧縮して繊維成形体とする第２の工程とを経て作成される。
【００１７】
第１の工程では、繊維成形体を構成する繊維が、水中に分散したスラリー状材料として供給される。繊維成形体を構成する繊維は限定されないが、オイルフィルターに用いる場合、耐熱性等の観点からパルプ等のセルロース繊維が好適である。なかでも、古紙を構成する繊維を利用すれば省資源の観点で好ましい。古紙を利用する場合には、予めシュレッダー等を用いて、例えば、幅１〜５ｍｍ、長さ２〜５ｍｍ程度に裁断し、繊維をある程度短繊維化した上で、水中に投入して撹拌することにより、解繊するとともに更に短繊維化するのが好ましい。これにより、繊維を構成するセルロースの水酸基による水素結合によってバインダー無しでも保形しやすくなる。スラリー状材料中の繊維濃度は限定されないが、古紙を利用する場合、目安としては、繊維１重量部に対する水の量を２０〜４０重量部の範囲で調整すると解繊を効率的に行うことができる。
【００１８】
第１の工程では、スラリー状材料に対して通気可能な扁平な成形型を介して厚み方向の少なくとも一方向から吸引力を作用させ、最終的に繊維密度を大きくしたい面方向の特定位置に多く繊維が寄せ集められるように成形型に繊維を吸い寄せる。ここでの厚み方向とは、最終的なフィルター体２１における厚み方向である。通気可能な扁平な成形型とは、その成形型を介してスラリー状材料に吸引力を作用させることができ、且つ繊維を捕捉することのできる網目構造ないし複数の小孔を有する扁平な部材である。代表的には、金網やパンチングプレート等が挙げられる。この第１の工程では、容器内においてスラリー状材料に特定位置に向かう流れを生じさせて成形型の面方向の特定位置に多く繊維が寄せ集められるように、成形型の面方向でスラリー状材料に作用する吸引力に勾配をつける。それにより、繊維が成形型上の吸引力の大きい位置に寄せ集められながら、ある程度脱水されてプレ繊維成形体が成形される。成形型の面方向でスラリー状材料に作用する吸引力に勾配をつける方法としては、例えば、成形型の面積に対して吸引口を小さくすることが挙げられる。その場合、スラリー状材料に対して作用する吸引力は吸引口に近いほど大きくなり、吸引口から離れるほど小さくなる。また、成形型の小孔の密度又は開口面積を面方向で変更することによってもスラリー状材料に作用する吸引力に勾配をつけることができる。その場合、小孔が密に又は大きく形成されているほどスラリー状材料に対して作用する吸引力は大きくなり、小孔が疎に又は小さく形成されているほど小さくなる。
【００１９】
第１の工程では、スラリー状材料に対して厚み方向の一方向ないし両方向から吸引力を作用させる。一方向から吸引力を作用させる場合には、後述する実施形態１〜３のように吸引力の大きい位置が盛り上がったプレ繊維成形体が得られる。両方向から吸引力を作用させる場合には、後述する実施形態４のように、厚みが制限されるため、吸引力の大きい位置で繊維密度が大きいプレ繊維成形体が得られる。いずれの場合も、第１の工程において繊維を寄せ集めた部位が、最終的にフィルター体２１において繊維密度が高い部位となる。そのため、この第１の工程では、最終的にフィルター体２１において繊維密度を大きくしたい部位に繊維を寄せ集める。フィルター体２１において濾過流路の出口側（下流側）となる部位に繊維を寄せ集めてプレ繊維成形体を成形すれば、フィルター体２１において濾過流路の入り口側（上流側）から出口側にかけて繊維密度が徐々に大きくなり、濾過時の圧力損失が小さくなり濾過性能をより長く保持することができるため好ましい。
【００２０】
第２の工程では、プレ繊維成形体に対して吸引力を作用させて該プレ繊維成形体を圧縮する。プレ繊維成形体は、第１の工程で繊維が寄せ集められるのに伴ってある程度は脱水されているが、この第２の工程では、第１の工程以上の大きさの吸引力を作用させて圧縮するとともに更に脱水することで繊維成形体とする。第２の工程での吸引力を、第１の工程での吸引力よりも大きくするとより好ましい。吸引力の大きさは、吸引圧又は吸引時間によって制御すればよい。
【００２１】
第２の工程では、プレ繊維成形体の厚み方向の少なくとも他方向側の面（他方面）に吸引力を作用させる。つまり、第１の工程と第２の工程とを経ることで厚み方向の両方の面に吸引力が作用して繊維成形体が形成されるように、吸引力を作用させる面が設定される。それにより、厚み方向で繊維密度に勾配が生じるのを抑制することができる。なお、繊維成形体の厚み方向の一面をＡ面、反対側の他面をＢ面とすると、第１の工程でＡ面のみに吸引力を作用させる場合には、第２の工程では、Ｂ面のみ、或いはＢ面とＡ面との両面に吸引力を作用させる。第１の工程でＢ面のみに吸引力を作用させる場合には第２の工程ではＡ面のみ、或いはＡ面とＢ面との両面に吸引力を作用させる。第１の工程と第２の工程の双方において両面に吸引力を作用させることもできる。
【００２２】
第２の工程では、吸引力の大きい位置が盛り上がったプレ繊維成形体は、盛り上がりの大きい部分ほど圧縮率が高くなる。そのため、結果的に第１の工程で繊維を寄せ集めた位置の繊維密度の大きい、繊維密度に勾配のある繊維成形体が得られる。プレ繊維成形体において既に繊維密度に勾配がある場合は、そのまま第２の工程で全体が圧縮されて脱水されることにより、やはり、第１の工程で繊維を寄せ集めた位置の繊維密度の大きい、繊維密度に勾配のある繊維成形体が得られる。
【００２３】
以下、このような第１の工程と第２の工程を含む繊維成形体２３からなるフィルター体２１製造方法の実施形態について、図面を参照しながらより具体的に説明する。
【００２４】
［実施形態１］
実施形態１では、図３（ａ）に示されるように、上部が開放されており底面に吸引口３３を有する容器３１を用いる。容器３１の内部には、板状の成形型３５が配設され、吸引方向（下方）へスライド不能に固定されている。成形型３５には、その上面に供給されるスラリー状材料Ｓに対して、下方の吸引口３３に接続された吸引装置（図示せず）による吸引力Ｘを作用させることのできる小孔３７が複数形成されている。吸引口３３は、成形型３５の大きさに比べて小さく、容器３１の底面の中央に形成されている。なお、成形型３５と吸引口３３の距離は近いほうが好ましい。
【００２５】
第１の工程では、先ず、図３（ａ）に示されるように、容器３１内の成形型３５の上にスラリー状材料Ｓが供給される。次いで、吸引口３３に接続された吸引装置により成形型３５の下方から成形型３５を介してスラリー状材料Ｓに吸引力Ｘを作用させる。すると、図３（ｂ）に矢印の長さで模式的に示されるように、スラリー状材料Ｓには、吸引口３３に近いほどより大きな吸引力が作用する。そのため、スラリー状材料Ｓには、面方向中央へ向かう流れが生じ、繊維が面方向中央に集りながら水が成形型３５の下方に抜けて中央が盛り上がったプレ繊維成形体４１が成形される。プレ繊維成形体４１の第１工程において吸引力が作用した面４１ａをＡ面、その反対側の面４１ｂをＢ面と称する。
【００２６】
第２の工程では、図３（ｃ）に示されるように、プレ繊維成形体４１を反転させてＢ面４１ｂ側が下方に向くように成形型３５の上に載せ、Ａ面４１ａに沿わせて成形型３９を配設する。そして、下方から吸引力Ｘを作用させる。それにより、プレ繊維成形体４１は、図３（ｄ）に示されるように、下側の成形型３５に引き付けられて圧縮されて更に脱水される。プレ繊維成形体４１に作用する吸引力は第１の工程と同様にプレ繊維成形体４１の面方向中央側ほど大きいため、中央側ほど圧縮の程度が大きくなり繊維密度が大きくなる。また、上側の成形型３９がプレ繊維成形体４１のＡ面４１ａに追従して下方へスライドすることによって、プレ繊維成形体４１は上下の成形型３５，３９に挟まれて圧縮され、最終的にはＢ面４１ｂも平らになり、厚みが一様で面方向中央側ほど繊維密度の大きな繊維成形体２３が成形される。厚み方向の繊維密度は、第１の工程でＡ面に吸引力Ｘを作用させた段階では、Ａ面４１ａ側からＢ面４１ｂ側にかけて徐々に疎になる。しかし、第２の工程で全体が圧縮される際に、Ｂ面４１ｂに吸引力を作用させるとＢ面４１ｂ側の方がＡ面４１ａ側よりも圧縮率が高くなるため、最終的な繊維成形体２３では厚み方向の繊維密度が略一様になる。
【００２７】
このようにして得られた繊維成形体２３は、乾燥され、適宜仕上げ加工されてフィルター体２１として仕上げられる。繊維成形体２３の乾燥温度は、１００℃以上であると効率よく乾燥することができる。また、乾燥温度の上限は構成繊維の耐熱性を考慮して設定されるが、セルロース繊維であれば、２５０℃未満の乾燥室内で乾燥させるのが好ましい。２５０℃以上であると焦げて変性するおそれがある。２００℃以下であると繊維が変性しにくいためより好ましい。仕上げ加工では、中央に貫通孔２５を打ち抜き、適宜表面を研磨したり、或いは表面に僅かに外周方向へ下るテーパ加工をしたりする。
【００２８】
実施形態１によれば、第１の工程でも第２の工程でも吸引方向が下方であるため、水分の自重に逆らわずに吸引力を作用させることにより、効率よく脱水することができる。
【００２９】
［実施形態２］
実施形態２では、図４（ａ）に示されるように、第１の工程において、下方が開口し、天井面に吸引口５５を備える上容器５１と、上方が開口する下容器６１とを用いる。上容器５１の内部には、該上容器の下方の開口全体を塞ぐように成形型５７が装着されている。成形型５７は板状であり、複数の小孔５７ｈを有するとともに、その外周において下方に起立する周壁５９を備える。
【００３０】
第１の工程では、先ず、図４（ａ）に示されるように、下容器６１中に展開されたスラリー状材料Ｓに上容器５１に装着された成形型５７を挿入し、吸引装置の吸引力Ｘ１をスラリー状材料Ｓに作用させる。それにより、水が吸い込まれるとともに、成形型５７の表面に繊維を吸い付けられる。すると、矢印の長さで模式的に示されるように、スラリー状材料Ｓには、吸引口５５に近いほど大きな吸引力が作用し、成形型５７の中央ほど繊維が多く寄せ集められて、図３（ｂ）に示されるように面方向中央が盛り上がったプレ繊維成形体６３が成形される。プレ繊維成形体６３の第１の工程において吸引力が作用した面６３ａをＡ面、その反対側の面６３ｂをＢ面と称する。
【００３１】
第２の工程では、プレ繊維成形体６３のＡ面６３ａとＢ面６３ｂとの双方に対して吸引力を作用させる。そこで、第１の工程の下容器６１に替えて、図４（ｃ）に示されるように、上部が開放されており底面に吸引口６７を有する下容器６５を用いる。下容器６５の内部には、小孔６９ｈを複数有する板状の成形型６９が下容器６５が配設されている。第２の工程では、プレ繊維成形体６３を、そのＢ面６３ｂが下側の成形型６９に対向するように該成形型６９の上に配設する。そして、下方から吸引力Ｘ２を作用させるとともに、上方から吸引力Ｘ３を作用させてプレ繊維成形体６３を更に脱水する。このとき、繊維成形体６３が層間剥離しないように上容器５１が下方へスライド可能となっている。それにより、プレ繊維成形体６３は上下の成形型５７，６９に挟まれた状態のままで圧縮され、脱水される。そして、最終的にはＢ面６３ｂも平らになり、厚みが一様で面方向中央側ほど繊維密度の大きな繊維成形体２３が成形される。
【００３２】
なお、本実施形態では、プレ繊維成形体６３が圧縮されるのに伴い上容器５１が自重により下方にスライド可能に構成されていてもよいし、下方へスライドするよう積極的に付勢されていてもよい。例えば、引張バネを介して上下の容器５１，６５を連結することで上容器５１を下方へスライドするように付勢することができる。また、上容器５１を下方へスライドさせる代わりに、容器内で上下の成形型５７，６９が近づくように付勢されていてもよい。
【００３３】
また、第２工程では、少なくとも、プレ繊維成形体６３のＢ面６３ｂに対して吸引力を作用させればよく、プレ繊維成形体６３のＢ面６３ｂに対して上方から吸引力を作用させても構わない。
【００３４】
このようにして得られた繊維成形体２３は、上記実施形態１と同様に乾燥され、適宜仕上げ加工されてフィルター体２１として仕上げられる。
【００３５】
［実施形態３］
実施形態３は、上記実施形態２において、第１の工程で用いる成形型のみを変形した実施形態である。図５（ａ）に示されるように、実施形態３で用いられる成形型７１は、複数の小孔７１ｈを有する板状であり、その外周において下方に起立する周壁７３と、中央で突起する円柱状の突起部７５とを備える。このような成形型７１を用いると、第１の工程で成形型７１にスラリー状材料Ｓ中の繊維を吸い付けるにあたり、突起部７５を避けて繊維が寄せ集められるため、図５（ｂ）に示されるように、中央に貫通孔７９の空いたプレ繊維成形体７７が形成される。そして、図５（ｃ）に示されるように、このプレ繊維成形体７７を第２の工程で圧縮することにより、図５（ｄ）に示されるように中央に貫通孔７９の空いた繊維成形体２３が成形される。この貫通孔７９がそのままフィルター体２１における貫通孔２５となる。したがって、仕上げ工程で貫通孔を形成することを要しないため上記実施形態２に比べて仕上げ工程を簡略化することができる。
【００３６】
［実施形態４］
実施形態４では、図６（ａ）に示されるように、対向して配置される上下一対の容器９１，８１が用いられる。下容器８１は上方が開口しており、底面に吸引口８３を備える。下容器８１の内部には、複数の小孔８５ｈを有する板状の成形型８５が底面とは離間して配置されている。上容器９１は下方が開口しており、天井面に吸引口９３している。上容器９１の内部には、複数の小孔９５ｈを有する板状の成形型９５が天井面とは離間して配置されている。上容器９１と下容器８１とは対向して配置されて上下の成形型９５，８５の間に閉じた空間が形成されるようになっている。
【００３７】
第１の工程では、上下の成形型９５，８５の間にスラリー状材料Ｓが供給される。そして、図６（ｂ）に示されるように、上下の吸引口９３，８３から上下の成形型９５，８５を介して上下方向の吸引力Ｘ２，Ｘ１を作用させる。すると、矢印の長さで模式的に示されるように、スラリー状材料Ｓには、吸引口９３，８３に近いほどより大きな吸引力が作用し、中央に繊維が寄せ集められながら、水が成形型９５，８５から抜ける。このとき、上下の成形型９５，８５に引き寄せられた繊維層が分離して成形されないように上下の成形型９５，８５が近づくように付勢する。それにより、厚み方向では繊維密度が略一様であり、面方向では中央に向かって漸次繊維密度が大きくなった一つのプレ繊維成形体８７が成形される。引き続いて、第２の工程ではさらに上下方向の吸引力Ｘ２，Ｘ１を作用させる。それにより、全体が圧縮され、更に脱水されて繊維成形体２３が得られる。なお、容器９１，８１を近づける代わりに、容器内で成形型９５，８５を近づけるように付勢してもよい。
【００３８】
このようにして得られた繊維成形体２３は、上記実施形態１と同様に乾燥され、適宜仕上げ加工されてフィルター体２１として仕上げられる。
【００３９】
実施形態４によれば、繊維がスラリー状材料Ｓ中で流動可能な状態において厚み方向の両方向から吸引力Ｘ１，Ｘ２を作用させるため、厚み方向の繊維密度の勾配を一層緩やかにしやすい。
【００４０】
［試験例］
＜実施例＞
古紙を原料としてフィルター体を作成した。先ず、古紙をシュレッダーで幅約１〜５ｍｍ、長さ約２〜５ｍｍに裁断した。次いで裁断した古紙を水中で撹拌し、古紙を構成するパルプ繊維を解繊するとともに短繊維化してスラリー状材料を調整した。このとき、水１重量部に対する水の量は２０重量部とした。このスラリー状材料中のパルプ繊維を抜き取って観察すると、直径５μｍ、長さ０．８ｍｍであった。このスラリー状材料を用い、上記実施形態１に示される方法により、第１の工程と第２の工程とを経て面方向の中央側ほど繊維密度の大きい円盤状の繊維成形体を成形した。このとき、吸引口における吸引力を０．０６ＭＰａとし、第１の工程では１分間、第２の工程では３分間吸引した。なお、この繊維成形体は、繊維を構成するセルロースの水素結合により保形されるため、スラリー状材料にバインダーを添加することなく作成した。得られた繊維成形体を１２０℃の乾燥室内で４時間乾燥させ、中央に貫通孔を打ち抜き、図１に示されるようなドーナツ状のフィルター体とした。得られたフィルター体の寸法は、厚みが ３０ｍｍ、外径が２６０ｍｍであり、面方向の密度は、中央側が概ね０．２５〜０．３０ｇ／ｃｍ3であり、外側の密度は概ね０．２０〜０．２５ｇ／ｃｍ3であった。厚み方向の密度は、両表面において表層では内部よりも若干高かった。
【００４１】
＜比較例＞
市販のオイルフィルター用のフィルター体を用意した。このフィルター体は、ブナのバージンパルプを成形した繊維成形体からなる。寸法は上記実施例のフィルター体と同じであり、密度は概ね０．１８〜０．２２ｇ／ｃｍ3であり、面方向の密度勾配は無く、厚み方向の一面側が比較的高密度になっていた。フィルター体Ｂにおける繊維成形体の製法は必ずしも明らかではないが、密度分布から推察すると、面方向に均一な吸引力を一方向から作用させて繊維を堆積させて製造したことが推察される。
【００４２】
＜濾過性能の評価＞
フィルター体Ａ，Ｂのそれぞれについて、オイルフィルター内に置いて、外側から内側にオイルを通過させて濾過するようにセットし、オイル中の亜鉛粉末を濾過させて、その濾過性能を評価した。まず、濾過の対象とするオイルを、鉄板を洗浄する洗浄油に亜鉛粉末を０．２ｇ／ｌ含ませて調整した。亜鉛粉末は、直径５μｍ以下を９０％、直径５μｍ以上を１０％含む。この洗浄油を連続的に濾過し、１００時間おきに９００時間まで濾液を採取した。採取した各濾液について、予め重量を測定したメンブランフィルター（材質：ＰＴＦＥ）を用いて濾過し、オイルフィルター内でフィルター体に捕捉されずに濾液（洗浄油）に残存する亜鉛粉末を捕集した。濾過後の濾紙に付着した洗浄油をノルマルヘキサンで洗い流し、濾紙を乾燥させて再び重量を測定した。濾過前後の濾紙の重量の差からオイルフィルターの濾液（洗浄油）に残存する亜鉛粉末の重量を算出し、濾過前の洗浄油に含まれる亜鉛粉末に対するフィルター体Ａ，Ｂにより除去された亜鉛粉末の重量比を除去率として算出した。その結果を図７に示す。
【００４３】
図７に示されるように、フィルター体Ａの１００時間後の除去率は１００％に近く、７００時間後まで殆ど除去率が変わらない。７００時間を越えると除去率は低下し始めるが、９００時間後でも約９０％の除去率を維持している。これに対し、フィルターＢは１００時間後の除去率が約９０％であり、その後、除去率が低下して４００時間後には６０％にまで低下する。この結果から、面方向の密度に勾配をつけるとともに、厚み方向の両面に対して吸引力を作用させて成形された繊維成形体によれば、初期濾過性能に優れ、且つその濾過性能を長時間持続するフィルター体が得られることが明らかとなった。これは、フィルター体の面方向の繊維密度に勾配がつけられているため濾過時の圧力損失が低減され、厚み方向の両面に対して吸引力を作用させることにより厚み方向の密度勾配はできるだけ小さく抑制されていることで、その圧力損失低減作用が厚み方向の全体に渡って有効であるためと推察される。
【符号の説明】
【００４４】
２１ フィルター体
２３ 繊維成形体
２５ 貫通孔
３１ 容器
３３ 吸引口
３５ 成形型
３７ 小孔
４１ プレ繊維成形体
５１ 上容器
５５ 吸引口
５７ 成形型
５７ｈ 小孔
６１ 下容器
６３ プレ繊維成形体
６５ 下容器
６７ 吸引口
６９ 成形型
６９ｈ 小孔
７１ 成形型
７１ｈ 小孔
７７ プレ繊維成形体
８１ 下容器
８３ 吸引口
８５ 成形型
８５ｈ 小孔
８７ プレ繊維成形体
９１ 上容器
９３ 吸引口
９５ 成形型
９５ｈ 小孔
Ｓ スラリー状材料
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維成形体からなるフィルター体の製造方法であって、
吸引口を有する容器内に通気可能な扁平な成形型を配設し、前記容器内において繊維を水中に分散させたスラリー状材料に対して前記成形型を介して厚み方向の少なくとも一方向から吸引力を作用させ、前記繊維が流動可能な状態で前記成形型の面方向で前記スラリー状材料に作用する吸引力に勾配をつけることにより吸引力の大きい位置に前記繊維を寄せ集めてプレ繊維成形体を成形する第１の工程と、
前記プレ繊維成形体の厚み方向の少なくとも他方向側の面に吸引力を作用させて該プレ繊維成形体を圧縮して繊維成形体を成形する第２の工程と、を備えることを特徴とする繊維成形体からなるフィルター体の製造方法。
【請求項２】
前記第１の工程においてスラリー状材料に対して一方向から吸引力を作用させて前記プレ繊維成形体を成形し、
前記第２の工程において前記プレ繊維成形体を反転させて前記一方向から吸引力を作用させて前記繊維成形体を成形する、請求項１に記載の繊維成形体からなるフィルター体の製造方法。
【請求項３】
前記第２の工程において前記プレ繊維成形体に対して厚み方向の両方向から吸引力を作用させることを特徴とする請求項１に記載の繊維成形体からなるフィルター体の製造方法。
【請求項４】
前記第１の工程において、前記スラリー状材料に対して他方向からも吸引力を作用させることを特徴とする請求項１または請求項３に記載の繊維成形体からなるフィルター体の製造方法。
【請求項５】
前記第１の工程において、最終的に前記フィルター体における濾過流路の出口側となる部位に前記繊維を寄せ集めることを特徴とする、請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の繊維成形体からなるフィルター体の製造方法。
【請求項６】
前記繊維は古紙を原材料とし、該古紙を裁断して水中で撹拌することにより解繊して前記スラリー状材料を得ることを特徴とする、請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の繊維成形体からなるフィルター体の製造方法。
【請求項１】
繊維成形体からなるフィルター体の製造方法であって、
吸引口を有する容器内に通気可能な扁平な成形型を配設し、前記容器内において繊維を水中に分散させたスラリー状材料に対して前記成形型を介して厚み方向の少なくとも一方向から吸引力を作用させ、前記繊維が流動可能な状態で前記成形型の面方向で前記スラリー状材料に作用する吸引力に勾配をつけることにより吸引力の大きい位置に前記繊維を寄せ集めてプレ繊維成形体を成形する第１の工程と、
前記プレ繊維成形体の厚み方向の少なくとも他方向側の面に吸引力を作用させて該プレ繊維成形体を圧縮して繊維成形体を成形する第２の工程と、を備えることを特徴とする繊維成形体からなるフィルター体の製造方法。
【請求項２】
前記第１の工程においてスラリー状材料に対して一方向から吸引力を作用させて前記プレ繊維成形体を成形し、
前記第２の工程において前記プレ繊維成形体を反転させて前記一方向から吸引力を作用させて前記繊維成形体を成形する、請求項１に記載の繊維成形体からなるフィルター体の製造方法。
【請求項３】
前記第２の工程において前記プレ繊維成形体に対して厚み方向の両方向から吸引力を作用させることを特徴とする請求項１に記載の繊維成形体からなるフィルター体の製造方法。
【請求項４】
前記第１の工程において、前記スラリー状材料に対して他方向からも吸引力を作用させることを特徴とする請求項１または請求項３に記載の繊維成形体からなるフィルター体の製造方法。
【請求項５】
前記第１の工程において、最終的に前記フィルター体における濾過流路の出口側となる部位に前記繊維を寄せ集めることを特徴とする、請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の繊維成形体からなるフィルター体の製造方法。
【請求項６】
前記繊維は古紙を原材料とし、該古紙を裁断して水中で撹拌することにより解繊して前記スラリー状材料を得ることを特徴とする、請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の繊維成形体からなるフィルター体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−５８１４１（Ｐ２０１１−５８１４１Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１１４９８（Ｐ２００９−２１１４９８）
【出願日】平成２１年９月１４日（２００９．９．１４）
【出願人】（０００１１０３２１）トヨタ車体株式会社 (1,272)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１４日（２００９．９．１４）
【出願人】（０００１１０３２１）トヨタ車体株式会社 (1,272)
【Ｆターム（参考）】
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