JP6340186B2 - 筒状フィルター - Google Patents
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Description
前記ろ過層は、ろ過対象物の流入側から順番に連続して巻き回されている不織布層A、不織布層B、不織布層Cの少なくとも3種類の不織布層で構成されており、
前記不織布層A、前記不織布層B及び前記不織布層Cの合計質量は、筒状フィルター全体の質量の20質量%以上であり、
前記不織布層Aの平均孔径は、10.5μm以上、17.5μm以下であり、
前記不織布層Bの平均孔径は、不織布層Aの平均孔径の0.6倍以上、0.95倍以下であり、
前記不織布層Cは、平均繊維径が2μm以下で、平均孔径が不織布層Aの平均孔径の0.37倍以上、0.86倍以下の細繊維径不織布を含む不織布層であり、前記細繊維径不織布は、少なくともその一部が、平均繊維径が2μmよりも大きい太繊維径不織布と重ね合わせて積層した状態で巻き回され、
不織布層A、不織布層B及び不織布層Cの合計質量に対して、前記不織布層Aの含有量は7.8質量%以上、27質量%以下であり、前記不織布層Bの含有量は38.2質量%以上、64質量%以下であり、前記細繊維径不織布の含有量は7.8質量%以上、25質量%以下の筒状フィルターである。
ろ過層3は、ろ過の対象物が筒状フィルターに流れ込む流入側から順番に、不織布層A、不織布層B及び平均繊維径が2μm以下の細繊維径不織布を含む不織布層Cの少なくとも3種類の不織布層で構成されている。また、ろ過層3は、本発明の効果を阻害しない範囲において、不織布層A、不織布層B及び不織布層Cに加えて、他の部材を含んでもよい。不織布層Aの平均孔径は10.5μm以上、17.5μm以下であり、不織布層Bの平均孔径は不織布層Aの平均孔径の0.6倍以上、0.95倍以下であり、不織布層Cに含まれる平均繊維径が2μm以下の細繊維径不織布の平均孔径は、不織布層Aの平均孔径の0.37倍以上、0.86倍以下である。本発明の筒状フィルターにおいて、不織布層A、不織布層B及び不織布層Cの合計質量に対して、不織布層Aの含有量は7.8質量%以上、27質量%以下であり、不織布層Bの含有量は38.2質量%以上、64質量%以下であり、不織布層Cに含まれる細繊維径不織布の含有量は7.8質量%以上、25質量%以下である。より好ましくは、不織布層A、不織布層B及び不織布層Cの合計質量に対して、不織布層Aの含有量が8質量%以上、26質量%以下であり、不織布層Bの含有量が40質量%以上、63質量%以下であり、不織布層Cに含まれる細繊維径不織布の含有量が8質量%以上、20質量%以下である。さらに好ましくは、不織布層A、不織布層B及び不織布層Cの合計質量に対して、不織布層Aの含有量が9質量%以上、25質量%以下であり、不織布層Bの含有量が41質量%以上、62質量%以下であり、不織布層Cに含まれる細繊維径不織布の含有量が8.5質量%以上、18質量%以下である。
本発明の筒状フィルターにおいて、不織布層Aは不織布層B及び不織布層Cよりも流入側に位置し、不織布層B及び不織布層Cに対する前ろ過層として機能する。即ち、不織布層B及び/又は不織布層Cでろ過するのに適したサイズの固形物は通過させつつ、不織布層B及び/又は不織布層Cでろ過するには大きすぎるサイズの固形物を捕集し、不織布層B及び/又は不織布層Cには可能な限り流出させない。
不織布層Bは、不織布層Cの前ろ過層として機能し、不織布層Aを通過してきた固形物のうち、不織布層Cでろ過するのに適したサイズよりも大きい、比較的大きいサイズの固形物を捕集し、かつ不織布層Cでろ過するのに適したサイズの固形物は、ある程度捕集するものの不織布層Cにむけて流出させる役割を持つ。
不織布層Cは、ろ過層を構成する不織布層A、不織布層B及び不織布層Cの中で、最も流出側に位置するろ過層であり、筒状フィルターのろ過精度に大きな影響を与える。
1)平均繊維径が2μm以下の不織布(細繊維径不織布)が連続して巻き回されており、その一部が、平均繊維径が2μmよりも大きい不織布(太繊維径不織布)と積層して巻き回されている不織布層の中で、太繊維径不織布を含まず、細繊維径不織布が単独で巻き回されている不織布層
2)少なくとも2種類の不織布を含む不織布層であり、平均繊維径が2μm以下の不織布(細繊維径不織布)と、平均繊維径が2μmよりも大きい不織布(太繊維径不織布)が重ね合わせて積層した状態で巻き回されている不織布層
上記1)又は、2)が不織布層Cに含まれる。そして、
3)平均繊維径が2μmよりも大きい不織布(太繊維径不織布)が単独で巻き回されて形成された不織布の層
4)平均繊維径が2μm以下の連続した不織布(細繊維径不織布)が、巻き始めから巻き終わりまで、単独で巻き回されている不織布層であって、当該不織布層の流入側に位置する不織布層が、前記細繊維径不織布とは異なる種類の細繊維径不織布を含む不織布層となっている不織布層
上記3)又は、4)は不織布層Cには含まれない。
不織布層W.平均繊維径が0.8μmの不織布(細繊維径不織布W)を1m巻き回した不織布層
不織布層X.平均繊維径が1.5μmの不織布(細繊維径不織布X)を1m巻き回した不織布層
不織布層Y.細繊維径不織布Xと、平均繊維径が2.3μmの不織布(太繊維径不織布Y)を重ね合わせて4m巻き回した不織布層
不織布層Z.太繊維径不織布Yのみを2m巻き回した不織布層
上記の場合、不織布層Wは、上記4)に該当するため、不織布層Cには該当しない。また不織布層Zは上記3)に該当し、不織布層Cには該当しない。不織布層X及び不織布層Yは不織布層Cに該当する。細繊維径不織布Xが連続している、即ち不織布層Xと不織布層Yを連続して形成している場合は、不織布層Xは上記1)に該当し、不織布層Yは上記2)に該当する。細繊維径不織布Xが不織布層Xと不織布層Yの間で一旦切断されていても、連続して巻き回しているとみなすため、不織布層Xは上記1)に該当し、不織布層Yは上記2)に該当する。
ろ過層3は、本発明の効果を阻害しない範囲において、不織布層A、不織布層B及び不織布層Cに加えて、他の部材を含んでもよい。他の部材は、不織布層Aの外側(流入側)及び/又は不織布層Cの内側(流出側)に配置することができる。まず、他の部材が不織布層Aよりも流入側に配置される場合を説明する。他の部材が不織布層Aよりも流入側に配置される場合、他の部材は、その平均孔径が不織布層Aの平均孔径より大きいことが好ましい。このような構造とすることで、本発明の筒状フィルターのろ過寿命がより長いものとなりうる。次に、他の部材が不織布層Cよりも流出側に配置される場合を説明する。他の部材が不織布層Cよりも流出側に配置される場合、他の部材は、その平均孔径が不織布層Cの平均孔径より小さいことが好ましい。このような構造とすることで、本発明の筒状フィルターのろ過精度がより高いものとなりうる。
一般に、筒状フィルターは、ろ過対象物が通過する孔を有する管状芯材の周囲にろ過不織布が巻き回されている構成を有する。本発明において、芯材2は、その外周側から内周側、又は外周側から内周側に向かって流れる液体の通過を実質的に妨げないものであればよく、特に限定されない。例えば、熱可塑性樹脂製の孔あき筒状体、金属製の孔あき筒状体、セラミックス製の孔あき筒状体などを用いることができるほか、円筒状の繊維成形品を用いることができる。芯材2としては、耐薬品性や製造コストの面から、熱可塑性樹脂製の孔あき筒状体、円筒状の繊維成形品を用いることが好ましい。上記熱可塑性樹脂製の孔あき筒状体は、溶融した熱可塑性樹脂を押出成形すること又は射出成形することにより得られる。上記円筒状の繊維成形品としては、その製造方法は限定されず、熱接着性繊維を含む繊維ウェブを加熱しながら芯棒に巻き取ることにより得られる繊維成形体、熱接着性繊維を含む繊維ウェブを円筒状容器に充填して加熱することにより得られる繊維成形体などを用いることができる。上記繊維ウェブの目付は、好ましくは5g/m2以上、100g/m2以下、より好ましくは10g/m2以上、80g/m2、さらに好ましくは20g/m2以上、60g/m2以下である。或いは、上記円筒状の繊維成形品としては、メルトブロー法などで溶融した熱可塑性樹脂を空気中に吐出して不織布を得る製造方法において、表面が軟らかい、或いは表面が溶融状態の繊維を金属製の円柱状の芯棒に直接巻き付けて冷却することで得られる繊維成形品などを用いることもできる。芯材2のサイズや形状は、ろ過装置のサイズや形式に合わせて適宜決めればよい。芯材2が孔あき筒状体である場合、孔のサイズは、例えば一辺が1mmから10mm角の多角形形状や、直径が1mmから10mmの円形にすることができる。
本発明の筒状フィルターは、図1に示しているように、好ましくはろ過層3の外側に巻き回されている支持不織布4を含む。支持不織布4は、ろ過層3を構成する不織布の損傷及び/又は脱落を防止するとともに、筒状フィルター表面に意匠性を持たせるために好ましく用いられる。
条件(a):ろ過寿命が380リットル以上であり、かつ直径0.2μmの粒子のろ過効率が80%以上である。
条件(b):ろ過寿命が480リットル以上であり、かつ直径0.3μmの粒子のろ過効率が80%以上である。
条件(c):ろ過寿命が680リットル以上であり、かつ直径0.45μmの粒子のろ過効率が80%以上である。
条件(a1):ろ過寿命が400リットル以上であり、かつ直径0.2μmの粒子のろ過効率が80%以上である。
条件(a2):ろ過寿命が400リットル以上であり、かつ直径0.2μmの粒子のろ過効率が82%以上である。
条件(a3):ろ過寿命が430リットル以上であり、かつ直径0.2μmの粒子のろ過効率が82%以上である。
条件(a4):ろ過寿命が450リットル以上であり、かつ直径0.2μmの粒子のろ過効率が85%以上である。
条件(b1):ろ過寿命が500リットル以上であり、かつ直径0.3μmの粒子のろ過効率が80%以上である。
条件(b2):ろ過寿命が500リットル以上であり、かつ直径0.3μmの粒子のろ過効率が82%以上である。
条件(b3):ろ過寿命が520リットル以上であり、かつ直径0.3μmの粒子のろ過効率が82%以上である。
条件(b4):ろ過寿命が530リットル以上であり、かつ直径0.3μmの粒子のろ過効率が85%以上である。
条件(c1):ろ過寿命が700リットル以上であり、かつ直径0.45μmの粒子のろ過効率が80%以上である。
条件(c2):ろ過寿命が720リットル以上であり、かつ直径0.45μmの粒子のろ過効率が80%以上である。
条件(c3):ろ過寿命が720リットル以上であり、かつ直径0.45μmの粒子のろ過効率が82%以上である。
条件(c4):ろ過寿命が730リットル以上であり、かつ直径0.45μmの粒子のろ過効率が85%以上である。
30リットル/分の流量で水を通水した際の筒状フィルターの入口と出口の圧力差を測定し、通水圧損(MPa)とした。
JIS Z 8901に準ずる試験用粉体(JIS11種)を水に分散させて濃度20ppmの試験用懸濁液を作製する。次に試験用懸濁液を均一に攪拌しながら筒状フィルターの外周側から内周側中空部へ向かって、20リットル/分の流量で通過させる。ろ過を開始してから1分後に、筒状フィルター通過した試験用懸濁液を採取する。筒状フィルターを通過する前の試験用懸濁液と、ろ過処理後の試験用懸濁液について、レーザー回折/散乱式粒度分布計(商品名LA−910、株式会社 堀場製作所 製)にて粒度分布を測定し、粒子径が0.2μm、0.3μm及び0.45μmの粒子に対するろ過効率を、ろ過前後の試験懸濁液の粒度分布から計算した。
JIS Z 8901に準ずる試験用粉体(JIS11種)を水に分散させて濃度20ppmの試験用懸濁液を作製した。次に試験用懸濁液を均一に攪拌しながら筒状フィルターの外周側から内周側中空部へ向かって、20リットル/分の流量で通過させ、この流量を維持するための通水圧力が0.2MPaになったときの総通水量(リットル)を筒状フィルターのろ過寿命とした。
ASTM F 316−86(バブルポイント法)に準じ、不織布の平均孔径、最大孔径、最多孔径及び最小孔径を測定した。
電子顕微鏡を用いて、不織布表面を100〜1000倍に拡大して観察し、任意の100本の繊維側面の幅を計測し、計測した値の平均値を算出することにより求めた。なお、複数の繊維が融着し、その境界が不明である場合は、融着した状態の繊維群を1本の繊維とみなして計測した。
使用した不織布の厚さは、厚さ測定機(商品名 THICKNESS GAUGE モデル CR−60A (株)大栄科学精器製作所製)を用い、試料1cm2あたり3gの荷重を加えた状態で測定した。
鞘成分が高密度ポリエチレン、芯成分がポリプロピレン樹脂であり、繊度が2.2dtex、平均繊維径が18μm、繊維長が51mmである芯鞘型複合繊維(商品名「NBF(H)」、ダイワボウポリテック株式会社製)を用い、上記芯鞘型複合繊維からなる目付40g/m2のパラレルカードウェブを作製した。このウェブを、温度130℃に設定した熱風吹き付け装置で約30秒間加熱し、高密度ポリエチレンを溶融又は軟化させ、高密度ポリエチレンが溶融又は軟化した状態で、外径32mmの鉄棒の周囲に巻き回した。この不織布を巻き回す間、鉄棒及び巻き回したウェブの自重による圧力を加え続けた。不織布の巻き回しを、外径が42mmになるまで行って、上記芯鞘型複合繊維からなる長さ110cmの芯材を得た。得られた芯材は、外径が42mm、内径が32mmの円筒状であり、質量は50gであった。
鞘成分が高密度ポリエチレン、芯成分がポリプロピレン樹脂であり、繊度が2.2dtex、平均繊維径が18μm、繊維長が51mmである芯鞘型複合繊維(商品名「NBF(H)」、ダイワボウポリテック株式会社製)を用い、上記芯鞘型複合繊維からなる目付40g/m2のパラレルカードウェブを作製した。このウェブを、温度130℃に設定した熱風吹き付け装置で約30秒間加熱し、繊維同士を鞘成分により熱接着させて上記芯鞘型複合繊維からなる熱接着不織布を得た。この熱接着不織布を支持不織布として用いた。
ろ過層用不織布としては、ポリプロピレン樹脂の単一繊維で構成されたメルトブローン不織布を用意し、その中から細繊維径不織布及び太繊維径不織布として、下記の不織布を準備した。
ポリプロピレンからなる、目付30g/m2のメルトブローン不織布
<不織布2>
ポリプロピレンからなる、目付60g/m2のメルトブローン不織布
<不織布3>
ポリプロピレンからなる、目付15g/m2のメルトブローン不織布
<不織布4>
ポリプロピレンからなる、目付30g/m2のメルトブローン不織布
上記のメルトブローン不織布について、その平均繊維径を考慮して細繊維径不織布または太繊維径不織布として選定し、平均孔径を考慮して、不織布層A、不織布層B、及び不織布層Cのどの不織布層に使用するか決定した。下記表1に各メルトブローン不織布の目付、平均繊維径、平均孔径、最多孔径、最大孔径、最小孔径、及び不織布の厚さを示す。
得られた上記芯材に対し、まず不織布層Cを形成する。細繊維径不織布として不織布3を、太繊維径不織布として不織布1を用意した。不織布1と不織布3を幅110cm、長さ600cmに切断し、不織布3が上になるように不織布1と不織布3を重ね合わせた。この状態で、図3に示すように不織布3、即ち細繊維径不織布を太繊維径不織布の内側に配置し、細繊維径不織布及び太繊維径不織布の巻き回しを同時に開始し、巻き回した長さが600cmとなるように両者を巻き回し、不織布層Cを形成した。この不織布層Cは、細繊維径不織布として不織布3、太繊維径不織布として不織布1を含み、細繊維径不織布がその巻き長さの全長で太繊維径不織布と重ね合わされている、言い換えるならば、細繊維径不織布の全長に対して、細繊維径不織布と太繊維径不織布の重ね合わされた部分が100%となった不織布層である。
細繊維径不織布及び太繊維径不織布の長さを500cmにした以外は、実施例1と同様にして筒状フィルターを得た。
細繊維径不織布及び太繊維径不織布の長さを400cmにした以外は、実施例1と同様にして筒状フィルターを得た。
細繊維径不織布及び太繊維径不織布の長さを300cmにした以外は、実施例1と同様にして筒状フィルターを得た。
細繊維径不織布及び太繊維径不織布の長さを300cmにし、不織布層Aに使用する不織布1の長さを300cmにした以外は、実施例1と同様にして筒状フィルターを得た。
細繊維径不織布及び太繊維径不織布の長さを300cmにし、不織布層Aに使用する不織布1の長さを400cmにした以外は、実施例1と同様にして筒状フィルターを得た。
細繊維径不織布及び太繊維径不織布の長さを300cmにし、不織布層Bに使用する不織布2の長さを500cmにした以外は、実施例1と同様にして筒状フィルターを得た。
細繊維径不織布及び太繊維径不織布の長さを200cmにした以外は、実施例1と同様にして筒状フィルターを得た。
細繊維径不織布及び太繊維径不織布の長さを100cmにした以外は、実施例1と同様にして筒状フィルターを得た。
細繊維径不織布及び太繊維径不織布の長さを300cmにし、不織布層Bに使用する不織布2の長さを200cmにした以外は、実施例1と同様にして筒状フィルターを得た。
細繊維径不織布及び太繊維径不織布の長さを300cmにし、不織布層Aに使用する不織布1の長さを100cmにした以外は、実施例1と同様にして筒状フィルターを得た。
太繊維径不織布を使用せず、不織布層Cを細繊維径不織布のみ、即ち不織布3のみで構成した。そして、不織布3の長さを300cmとした以外は、実施例1と同様にして筒状フィルターを得た。
実施例1の筒状フィルターの構成から、太繊維径不織布、及び不織布層Aを構成している不織布1を不織布4に変更した。そして細繊維径不織布と、太繊維径不織布(不織布4)の長さを300cmとし、不織布層Aとして不織布4を200cm巻き回した以外は実施例1と同様にして筒状フィルターを得た。
上記芯材に対し、不織布2のみを500cm巻き回し、不織布層Cを形成した。不織布2を巻き終わりから、連続するように不織布1を200cm巻き回した。さらに、不織布1の巻き終わりから連続するように不織布4を75cm巻き回した。不織布4を巻き回した後は実施例1と同様の手順で支持不織布の巻き回し、筒状フィルターの切断を行い、筒状フィルター(長さ25cm)を得た。
2 芯材
3 ろ過層
31 不織布層A
32 不織布層B
33 不織布層C
4 支持不織布
51 細繊維径不織布
52 太繊維径不織布
6 不織布層Aを形成する不織布
7 不織布層Bを形成する不織布
Claims (9)
- 芯材に巻き回されているろ過層を含む筒状フィルターであって、
前記ろ過層は、ろ過対象物の流入側から順番に連続して巻き回されている不織布層A、不織布層B、不織布層Cの少なくとも3種類の不織布層で構成されており、
前記不織布層A、前記不織布層B及び前記不織布層Cの合計質量は、筒状フィルター全体の質量の20質量%以上であり、
前記不織布層Aの平均孔径は、10.5μm以上、17.5μm以下であり、
前記不織布層Bの平均孔径は、不織布層Aの平均孔径の0.6倍以上、0.95倍以下であり、
前記不織布層Cは、平均繊維径が2μm以下で、平均孔径が不織布層Aの平均孔径の0.37倍以上、0.86倍以下であり、かつ平均孔径が不織布層Bの平均孔径の0.4倍以上、0.9倍以下である細繊維径不織布を含む不織布層であり、前記細繊維径不織布は、少なくともその一部が、平均繊維径が2μmよりも大きい太繊維径不織布と重ね合わせて積層した状態で巻き回され、
不織布層A、不織布層B及び不織布層Cの合計質量に対して、前記不織布層Aの含有量は7.8質量%以上、27質量%以下であり、前記不織布層Bの含有量は38.2質量%以上、64質量%以下であり、前記細繊維径不織布の含有量は7.8質量%以上、25質量%以下である筒状フィルター。 - 不織布層Cに含まれる細繊維径不織布の平均繊維径が0.05μm以上、2μm以下であり、前記太繊維径不織布の平均孔径が、前記細繊維径不織布の平均孔径の1.25倍以上、2.7倍以下である請求項1に記載の筒状フィルター。
- 不織布層Cに含まれる細繊維径不織布が、巻き回した長さの50%以上の部分で、太繊維径不織布と重ね合わせて積層した状態で巻き回されている請求項1又は2に記載の筒状フィルター。
- 不織布層Cにおいて、最も流入側に位置する細繊維径不織布が、太繊維径不織布を重ねた状態で巻き回された不織布層となっている請求項1〜3のいずれか1項に記載の筒状フィルター。
- 不織布層Cが不織布層Bに接しており、不織布層Cにおいて不織布層Bに接している部分が、細繊維径不織布と太繊維径不織布を重ね合わせた状態で巻き回した不織布層である請求項4に記載の筒状フィルター。
- 不織布層A、不織布層B及び不織布層Cを構成する不織布が、いずれもポリプロピレン樹脂からなる単一繊維で構成された不織布である請求項1〜5のいずれか1項に記載の筒状フィルター。
- 不織布層A、不織布層Bを構成する不織布、及び太繊維径不織布が、いずれもメルトブローン不織布であり、細繊維径不織布が、メルトブローン不織布、又はエレクトロスピニング法で得られた不織布である請求項1〜6のいずれか1項に記載の筒状フィルター。
- 不織布層A、及び不織布層Bがそれぞれ1種類のメルトブローン不織布で構成され、不織布層Cが、1種類の細繊維径不織布及び1種類の太繊維径不織布のみで構成されている請求項7に記載の筒状フィルター。
- 前記筒状フィルターにおいて、下記の測定方法で測定したろ過寿命と、ろ過効率が下記の条件(a)、(b)、(c)のうち、いずれかの条件を満たす請求項1〜8のいずれか1項に記載の筒状フィルター。
条件(a):ろ過寿命が380リットル以上、かつ直径0.2μmの粒子のろ過効率が80%以上。
条件(b):ろ過寿命が480リットル以上、かつ直径0.3μmの粒子のろ過効率が80%以上。
条件(c):ろ過寿命が680リットル以上、かつ直径0.45μmの粒子のろ過効率が80%以上。
[ろ過寿命]
JIS Z 8901に準ずる試験用粉体(JIS11種)を水に分散させて濃度20ppmの試験用懸濁液を作製する。次に試験用懸濁液を均一に攪拌しながら筒状フィルターの外周側から内周側中空部へ向かって、20リットル/分の流量で通過させ、この流量を維持するための通水圧力が0.2MPaになったときの総通水量(リットル)を筒状フィルターのろ過寿命とする。
[ろ過効率]
JIS Z 8901に準ずる試験用粉体(JIS11種)を水に分散させて濃度20ppmの試験用懸濁液を作製する。次に試験用懸濁液を均一に攪拌しながら筒状フィルターの外周側から内周側中空部へ向かって、20リットル/分の流量で通過させる。ろ過を開始してから1分後に、筒状フィルター通過した試験用懸濁液を採取する。筒状フィルターを採取する前の試験用懸濁液と、ろ過処理後の試験用懸濁液について、レーザー回折/散乱式粒度分布計(商品名LA−910、株式会社
堀場製作所製)にて粒度分布を測定し、粒子径が0.2μm、0.3μm及び0.45μmの粒子に対するろ過効率を、ろ過前、ろ過後の粒度分布から計算した。
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