(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧延油が流れる円筒状の筒体の周壁に多数の貫通孔を形成し、前記円筒状の筒体の外周に複数個の円環状のグラスウールのブロックを装着すると共に、前記筒体の両端部に設けた一対の圧縮プレートの間で前記グラスウールのブロックを前記筒体の軸方向に圧縮した状態で前記筒体に固定して、前記グラスウールのブロックの外周面で濾過された圧延油が前記貫通孔を通過して前記筒体内に流れ込むようにしたフィルタモジュールであって、
前記グラスウールを構成する繊維の平均径を５μｍ以上１２μｍ以下、前記グラスウールの嵩密度を250kg/m3以上420kg/m3以下に設定すると共に、
下記の(10)式で定義されるグラスウールの捕捉孔の仮想孔径φを15μｍ〜30μｍに設定したことを特徴とするフィルタモジュール。
φ2 ＝Ｄ2 ・(2500 −Ｍ）／Ｍ        …(10)
Ｍ：不織布の嵩密度(kg/m3)
Ｄ：繊維の平均径（μｍ）
【請求項２】
請求項１において、前記繊維の平均径が６μｍ以上１２μｍ以下で、かつ、前記嵩密度が300kg/m3以上420kg/m3以下で、前記仮想孔径φが１６μｍ以上２７μｍ以下であるフィルタモジュール。
【請求項３】
圧延油が流れる円筒状の筒体の周壁に多数の貫通孔を形成し、前記円筒状の筒体の外周に複数個の円環状のグラスウールのブロックを装着すると共に、前記筒体の両端部に設けた一対の圧縮プレートの間で前記グラスウールのブロックを前記筒体の軸方向に圧縮した状態で前記筒体に固定して、前記グラスウールのブロックの外周面で濾過された圧延油が前記貫通孔を通過して前記筒体内に流れ込むようにしたフィルタモジュールの設計方法であって、
前記グラスウールを構成する繊維の平均径を５μｍ以上１２μｍ以下、前記グラスウールの嵩密度を250kg/m3以上420kg/m3以下に設定すると共に、
下記の(10)式で定義されるグラスウールの捕捉孔の仮想孔径φを15μｍ〜30μｍに設定したことを特徴とするフィルタモジュールの設計方法。
φ2 ＝Ｄ2 ・(2500 −Ｍ）／Ｍ        …(10)
Ｍ：不織布の嵩密度(kg/m3) 
Ｄ：繊維の平均径（μｍ）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧延油中に含まれる異物を除去するためのフィルタモジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、金属ストリップを冷間圧延する際には、鉱物油などの圧延油が使用される。圧延中には金属粉等の異物が発生して、この異物が圧延油中に混入する。圧延油は循環させて使用されることから、前記混入した異物を除去して圧延油を常に清浄に保つことが、被圧延材の表面品質を良好にする上で重要である。そのため、通常、圧延機には圧延油を濾過するための濾過装置を設けている。
【０００３】
この種の濾過装置は、多数のフィルタモジュールを１つのタンクに接続している。各フィルタモジュールは、圧縮状態で保持した多数の不織布ブロックを濾過材として用いている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
また、こうした濾過装置では、所定時間毎に、圧縮空気による逆洗を行って、不織布の目詰まりを防止している。前記逆洗工程においては、高圧のエアーが不織布内を通過するので、この際に、不織布を構成する繊維が抜け、そのため、不織布ブロックの濾過能力が低下するなどの問題が生じる。
【０００５】
前記繊維の抜けを防止するには、不織布ブロックに加える圧縮力を予め大きくしておけばよいのであるが、前記圧縮力が大きすぎると、繊維間の目が詰まりすぎて、そのため、所定の濾過能力が得られなかったり、すぐに目詰まりが生じる。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、濾過能力を維持し得ると共に目詰まりを生じることがなく、かつ、逆洗による繊維の抜けを防止し得るフィルタモジュールを提供することである。
【０００７】
【発明の原理】
つぎに、本発明の構成の説明に先立って本発明の原理について説明する。
濾過材としての前記不織布ブロックは、圧延油中の異物を捕捉するので、異物を捕捉すると共に圧延油を通過させる無数の孔が必要となる。ここで、該孔の孔径が大きすぎると異物を捕捉できない。つまり、孔径をある程度小さな値に設定する必要がある。
一方、前記孔径が小さすぎると、異物による目詰まりが生じたり、あるいは、逆洗のサイクルが短くなる。したがって、孔径をある程度よりも大きな値に設定する必要がある。
【０００８】
前記孔の孔径は、各繊維間の孔の大きさであるから、不織布の嵩密度と密接な関係があると考えられる。そこで、本発明者は不織布の嵩密度を種々変更して最も捕捉効率の良い嵩密度を求める実験を行い、当該嵩密度を求めることに成功した。
【０００９】
同時に、本発明者は、嵩密度が一定でも繊維の直径が変わると、前記捕捉効率の良い嵩密度の範囲が変化することを発見した。ここで、前述の実験には多大の労力を要するので、繊維の直径ごとに前記嵩密度を求めていたのでは面倒である。そこで、本発明者は、嵩密度等から仮想の孔径を求める式を考え、当該式により求められる仮想孔径の値を所定の範囲に設定すれば、捕捉効率の良いフィルタモジュールが得られることを発見し、本発明を完成した。
【００１０】
すなわち、本発明は周壁に複数の貫通孔を有する円筒状の筒体と、該筒体の外周に装着された複数個の円環状の不織布ブロックと、該不織布ブロックを前記筒体の軸方向に圧縮した状態で前記筒体に固定する固定具とを備え、
前記不織布を構成する繊維の平均径を５μｍ以上、前記不織布の嵩密度を250 kg/m3 以上に設定すると共に、
下記の(1) 式で定義される不織布の捕捉孔の仮想孔径φを15μｍ〜30μｍに設定したことを特徴とする。
φ2 ＝Ｄ2 ・（σ−Ｍ）／Ｍ        …(1)
σ：不織布を構成する繊維の比重
Ｍ：不織布の嵩密度
Ｄ：繊維の平均径（平均直径）
【００１１】
つぎに、前記(1) 式を求める。つまり、仮想孔径φと繊維の直径Ｄおよび不織布の嵩密度Ｍとの関係を求める。
今、不織布ブロックから単位体積（たとえば１cm3 ）の立方体を切り出し、図１のように、当該不織布の各繊維１０が互いに平行に碁盤目状に並んでいると仮定する。図１から分かるように、立方体１には４本の繊維１０で囲まれた空隙が形成され、これらの空隙は、圧延油中の異物を捕捉する捕捉孔１１を構成すると考えることができる。ここで、前記捕捉孔１１の仮想孔径φは下記のように求めることができる。
【００１２】
単位体積当たりの繊維の合計長さＬ（cm) は、下記の(2) 式により求められる。
Ｍ＝（πＤ2 ／４）・Ｌ・σ        …(2)
Ｍ：単位体積当たりの不織布の重量
Ｄ：繊維の直径
σ：繊維の比重
【００１３】
前記(2) 式で求められた繊維の合計長さＬは、単位立方体１に含まれる繊維１０の本数に等しい。一方、前記繊維１０で囲まれた捕捉孔１１の孔数Ｎは、前記単位立方体１の大きさに比べ繊維径や仮想孔径φが著しく小さいので合計長さＬに近似的に等しい。
【００１４】
前記単位立方体１において、繊維１０の容積を引いた空洞部分の総孔容積Ｖは、下記の(3) 式により求められる。
Ｖ＝（σ−Ｍ）／σ                …(3)
σ：繊維の比重
Ｍ：嵩密度
【００１５】
一方、前記総孔容積Ｖを孔数Ｎで除算すると、１個の捕捉孔１１の容積（Ｖ／Ｎ）が求められる。単位立方体１においては、前記１個の捕捉孔１１の容積（Ｖ／Ｎ）は、１個の捕捉孔１１の表面積Ｓに等しい。すなわち、
Ｓ＝Ｖ／Ｎ＝Ｖ／Ｌ                …(4)
【００１６】
前記(4) 式で得られた表面積Ｓを円と見なせば当該捕捉孔１１の孔径φが下記の(5) 式で求められる。
πφ2 ／４＝Ｓ                    …(5)
以上の(2) 式〜(5) 式に基づいて下記の(1) 式が得られる。
φ2 ＝Ｄ2 ・（σ−Ｍ）／Ｍ        …(1)
ここで、不織布がグラスウールである場合、当該グラスウールを構成する硝子繊維の比重は2.5 であるから、下記の式(10)が得られる。
φ2 ＝Ｄ2 ・(2500 −Ｍ）／Ｍ        …(10)
但し、Ｍ：嵩密度(kg/m3)
Ｄ：繊維の直径（μｍ）
φ：仮想孔径（μｍ）
【００１７】
本発明において、繊維の平均径を５μｍ以上に設定した理由は、繊維の直径が小さすぎると、繊維１本当たりの摩擦力が小さく、そのため、逆洗時に繊維が抜け易くなって、経時的な濾過能力の低下が大きくなるからである。このような観点から繊維の平均径は６μｍ以上が好ましく、８μｍ以上、12μｍ以下が更に好ましい。
【００１８】
一方、本発明において、不織布の嵩密度を250kg/m3以上とした理由は、嵩密度が小さすぎると、捕捉孔の仮想孔径φが大きくなりすぎて、異物を十分に捕捉できないからである。かかる観点から嵩密度は、一般に300kg/m3以上、420kg/m3以下が好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図２および図３にしたがって説明する。
図２に示すように、フィルタモジュールは、円筒状のパイプ２、多数のグラスウール（不織布）のブロック３および固定具４を備えている。該固定具４は、ナット４０と第１および第２圧縮プレート４１，４２とを備えている。
【００２０】
前記グラスウールのブロック３は、図３（ａ）に示す板状のグラスウール３Ａをプレス機で打ち抜くことで、図３（ｂ）のように円環状に形成されている。したがって、ブロック３の外周面は、繊維が抜け落ち易い状態となっている。図２のように、前記各ブロック３はパイプ２の外周に装着されている。
【００２１】
前記繊維の平均径は５μｍ以上に設定されている。また、圧縮状態の前記繊維の嵩密度は250kg/m3以上に設定されている。
【００２２】
前記パイプ２の周壁には多数の貫通孔２１が穿設されている。前記パイプ２の片方の端面には、前記第２圧縮プレート４２が溶着されており、該パイプ２の一端は閉塞されている。一方、前記パイプ２の他方の端部は開放端２２とされており、この開放端２２には雄ネジ２０が螺設されている。該パイプ２の他方の端部には第１圧縮プレート４１が装着されている。前記パイプ２の雄ネジ２０にはナット４０が螺合しており、該ナット４０のネジ力によって一対の圧縮プレート４１，４２の間でグラスウールのブロック３がパイプ２の軸方向Ｓに圧縮された状態に保たれていると共に、パイプ２に固定されている。
【００２３】
なお、各フィルタモジュールは前記雄ネジ２０が図示しないタンクに固定される。
【００２４】
圧延油Ｏは、グラスウールのブロック３の周面で異物が濾過された後、パイプ２の貫通孔２１を通ってパイプ２内に導入され、開放端２２から前記タンクに流れ込む。一方、逆洗時には、圧縮空気Ａがパイプ２の開放端２２からパイプ２内に圧送され、パイプ２の貫通孔２１を通ってブロック３内を径方向に通過して、ブロック３の外表面などに付着していた異物を吹き飛ばす。
【００２５】
しかし、この逆洗時には、圧縮空気Ａが細い貫通孔２１から噴射されるので、グラスウールに局部的に強い内圧が付加される。しかも、前述のように、前記ブロック３は図３（ａ）の板状のグラスウールから打ち抜かれて繊維が抜け易い状態となっている。そのため、逆洗時に各ブロック３の繊維が抜けていくのは避けられない。そこで、本フィルタモジュールでは、前述のように、ブロック３を一対の圧縮プレート４１，４２で圧縮して繊維の抜け落ちを防止している。
【００２６】
一方、圧縮プレート４１，４２でブロック３が圧縮されすぎると、つまり、グラスウールの嵩密度を大きくしすぎると、繊維間の捕捉孔の仮想孔径φが小さくなりすぎる。そこで、嵩密度を250kg/m3以上に設定すると共に、仮想孔径φを15μｍ〜30μｍに設定している。なお、仮想孔径φは、16μｍ〜27μｍ程度に設定するのが更に好ましい。
【００２７】
【実施例】
つぎに、本発明の効果を明瞭にするために、実施例を示す。
まず、実施例１〜４および比較例１〜４として、図４の表に示す繊維の平均径（直径）Ｄおよび嵩密度Ｍで、図２のフィルタモジュールを作成した。なお、前記(10)式により求められた仮想孔径φを表中に記した。
【００２８】
得られたフィルタモジュールに油を20回通過させ捕捉効率を測定した。油中には予め１μｍ〜10μｍの異物を混入しておいた。
捕捉効率は２μｍおよび４μｍの異物が捕捉された割合から捕捉効率を求め表に示した。
【００２９】
表中の実施例１〜４の結果から分かるように、繊維の平均直径Ｄが５μｍ以上、嵩密度Ｍが250kg/m3、仮想孔径φが15μｍ〜30μｍのフィルタモジュールでは、捕捉効率が高い上、繊維の抜けや目詰まりが適度に（バランス良く）生じており、極端に繊維が抜けていたり、著しい目詰まりは認められなかった。
【００３０】
これらに対し、比較例１，２のように、繊維が細すぎると逆洗時に繊維の抜けが目立つ。さらに、比較例１のように、嵩密度Ｍが小さすぎると繊維の抜けが著しくなる。
【００３１】
比較例２のように仮想孔径φが小さすぎると、捕捉効率は高いが、目詰まりが甚だしくなる。
一方、比較例３，４のように仮想孔径φが大きすぎると、捕捉効率が低くなることが分かる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、異物による極端な目詰まりや、逆洗による繊維の著しい抜けを防止でき、つまり、目詰まりと繊維の抜けとのバランスが良く、したがって、圧延油中の異物を十分に捕捉して濾過能力を発揮し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明するための仮想上の立方体の斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態を示すフィルタモジュールの一部を破断した斜視図である。
【図３】不織布ブロックの製造方法を示す斜視図である。
【図４】実施例および比較例のデータを示す図表である。
【符号の説明】
２：パイプ
２１：貫通孔
３：ブロック
４：固定具
４１：第１圧縮プレート
４２：第２圧縮プレート
Ｏ：圧延油
Ｓ：表面積
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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