(57)【要約】高粘性の溶融有機高分子化合物や高分子溶液などに含まれる異物のろ過に使用するプリーツタイプのフィルターユニットである。ろ過される高粘性流体がフィルター周縁部からリークしたり、高いろ過圧によってフィルターが変形しないように構成する。シート状フィルター（１）の両面に支持部材（２）を重ね、ジグザグに折り畳んでプリーツ加工する。プリーツ状にされた盤状体の周縁部（４）をつば状に形成し、両面に軟質金属製または金属不織布製のリングシート類（５）を重ね、金属薄板（６）を被せて圧着し、周縁部４における高粘性流体リークを防止する。折りひだ（７）は、先端部分をふくらませ、隣り合う折りひだの先端部と互いに近接又は部分的に接触するように形成する。プリーツフィルターの信頼性と利点とが引き出され、合成繊維、合成フィルムなどの有機高分子化合物成形品の製造工程に好適である。
2003099417.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状フィルター（１）に支持部材（２）を重ねてジグザグに折り畳まれた複層からなるプリーツ状の盤状体（３）であって、前記盤状体の周縁部（４）が平たくつば状に形成され、かつ、前記つば状部分（４）の少なくとも片面には軟質金属製又は金属不織布製のリングシート類（５）を重ね、さらに金属薄板（６）を被せ、つば状部分（４）において重ねられたフィルター、支持部材、リングシート類及び被せられた金属薄板を圧着することにより、周縁部において高粘性被ろ過流体がフィルター（１）をバイパスして漏出するのが防止されていることを特徴とする高粘性流体用フィルターユニット。
【請求項２】
プリーツの折りひだ（７）の先端部分がふくらんで、隣り合う折りひだの先端部と互いに近接し又は部分的に接触していることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の高粘性流体用フィルターユニット。
【請求項３】
前記の盤状体が、フィルター（３１）のろ液の流出側（３３）に２枚の支持部材（３２）を重ね、ジグザグに折り畳まれた４層からなるプリーツ状の盤状体であることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載の高粘性流体用フィルターユニット。
【請求項４】
支持部材（４１）が金属線材（４２）を織成した金網であって、前記の金属線材が折りひだの長手方向（４３）に対してバイアス（斜交）方向に重ねられていることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載の高粘性流体用フィルターユニット。
【請求項５】
支持部材（４１）が金属線材（４２）を織成した金網であって、前記の金属線材が折りひだ（４３）の長手方向に対してバイアス（斜交）方向に重ねられていることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の高粘性流体用フィルターユニット。
【請求項６】
前記盤状体において、折りひだ（６１）と折りひだとの間に通液性のスペーサー（６２）が挿入されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の高粘性流体用フィルターユニット。
【請求項７】
前記盤状体の表面にスペーサーの離脱を防止する通液性のシート（６３）が張られていることを特徴とする請求の範囲第６項に記載の高粘性流体用フィルターユニット。
【請求項８】
紡糸パックのケーシング（９１）中に、紡糸液の吐出側（９２）から順に、少なくとも紡糸口金（９３）、フィルターユニットを支持する耐圧板（９４）、請求の範囲第１項、第２項又は第６項に記載の高粘性流体用フィルターユニット（９５）、前段のフィルター（９６）及び高粘性流体分配板（９７）を含んで取り付けられていることを特徴とする紡糸パック。
【請求項９】
請求の範囲第１項、第２項又は第６項に記載の高粘性流体用フィルタに替え、請求の範囲第３項に記載の高粘性流体用フィルターユニットを含んで取り付けられていることを特徴とする請求の範囲第８項に記載の紡糸パック。
【請求項１０】
請求の範囲第１項、第２項又は第６項に記載の高粘性流体用フィルタに替え、請求の範囲第４項に記載の高粘性流体用フィルターユニットを含んで取り付けられていることを特徴とする請求の範囲第８項に記載の紡糸パック。
【請求項１１】
請求の範囲第１項、第２項又は第６項に記載の高粘性流体用フィルタに替え、請求の範囲第５項に記載の高粘性流体用フィルターユニットを含んで取り付けられていることを特徴とする請求の範囲第８項に記載の紡糸パック。
【請求項１２】
請求の範囲第１項、第２項又は第６項に記載の高粘性流体用フィルタに替え、請求の範囲第７項に記載の高粘性流体用フィルターユニットを含んで取り付けられていることを特徴とする請求の範囲第８項に記載の紡糸パック。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、高粘性流体用フィルターユニット及び紡糸パックに関する。高粘性の溶融有機高分子化合物や高分子溶液などに含まれる夾雑物やゲル状物のろ過、分離に好適である。
背景技術
流体中の固体異物をろ過して分離、除去する目的で製作されているフィルターユニットは、電子工業、精密工業、製薬工業、水処理などのあらゆる産業分野に広く利用されており、その技術的レベルは極めて高度なものであって、かつ使いやすくなっている。しかし、そのろ過対象は空気や水などの低粘度物質を中心に開発されてきた。
一方、有機高分子化合物を原料とするプラスチック成形加工業や一部の食品工業分野などにおいても、フィルターユニットが使用されて高粘度流体中の固形異物をろ過、分離している。たとえば、合成繊維、合成フィルムやその他の有機高分子化合物成形品は、それぞれ紡糸、製膜、成形などの工程を経て製造されているが、これらの工程においては原料ポリマーを加熱溶融したり溶剤に溶解して液体化し、フィルターユニットを装着したろ過装置や紡糸パック等によって混在する異物やゲル化物をろ過、分離している。これらのろ過操作は、前記の空気や水のろ過操作とは異なり、原料の有機高分子化合物やその溶液の粘度が極めて高いので、ろ過速度が遅く非能率的である。そこで、ろ過速度を上げるために前記の低粘度物質に較べて数十倍、数百倍のろ過圧力を付与したり、フィルターのろ過面積を可能な限り大きくするなどの努力がなされているものの、現在に至るまで十分な成果を得るに至っていない。
フィルターのろ過面積を増加する手段として、例えば特開昭６０−０５８２０８号には、ろ過膜をネット支持体で補強し、それらを合わせて折り畳み、プリーツ状にしたものを円筒状にしたフィルターユニットが開示されている。この方式はろ過圧の小さな気体や粘性の小さな液体のろ過には適当であるが、円筒状であるため、高いろ過圧力を要する高粘度流体をろ過するには耐圧設計などの点で限界がある。また、高いろ過圧力を要するケースにプリーツ状フィルターを使用しようとするとフィルター周縁部からのリークが問題になる。この問題を解決する手段が特開平１０−２１１４１１号公報に開示されているが、接着剤を利用するために、高温度溶融ポリマーをろ過するには耐熱性の点で不適当である。また、特開２００２−２６６１５２公報には、金属線フィルターと金属線不織布とを重ねて波形形状に形成し、外周部を金属リムで挟持した溶融紡糸パック用のフィルターユニットが開示されている。しかし、高圧力損失を伴う粘弾性流体のろ過に対する、フィルター部の変形対策やろ過液のリーク防止に課題を残していた。
さて、前記の高温度溶融ポリマーのろ過工程では、原料や操作条件によって異なるが高粘性流体を効率的にろ過するには１０〜３０ＭＰａ程度のろ過圧力を要することも少なくない。このろ過圧力を下げるために、フィルター形状に工夫を加えて、例えば、紡糸パック１個当たりのろ過面積を増やす試みがなされている。しかし、ろ過される筈の高粘性流体がフィルター周縁部からフィルターをバイパスして漏出し、製品の品質低下や操業トラブルの原因になったり、操業時間の経過とともにろ過圧が高くなってフィルターが変形し、所要のろ過面積を維持できないなどの課題が発生している。
本発明は、合成繊維の紡糸工程や合成フィルムの製膜工程などにおける高粘性流体の高圧ろ過に際し、ろ過しようとする高粘性流体がフィルターをバイパスして漏出することを阻止し、かつ、ろ過圧力によってフィルターの形状が変形するのを防止して、コンパクトで長い期間、継続、安定してろ過操作のできる、信頼性の高い高粘性流体用フィルターユニットを課題に、研究と試作とを行った結果、完成されたものである。
発明の開示
本発明について第１図及び第２図を参照して説明する。本発明は、シート状フィルター１に支持部材２を重ねてジグザグに折り畳まれた複層からなるプリーツ状の盤状体３であって、盤状体の周縁部４が平たくつば状に形成され、かつ、前記つば状部分４の少なくとも片面には軟質金属製又は金属不織布製のリングシート類５を重ね、さらに金属薄板６を被せ、つば状部分４において重ねられたフィルター、支持部材、リングシート類及び被せられた金属薄板を圧着することにより、周縁部において高粘性被ろ過流体がフィルター１をバイパスして漏出するのが防止されていることを特徴とする高粘性流体用フィルターユニットを開示する。プリーツの折りひだ７の先端部分は、ふくらんで、隣り合う折りひだの先端部と互いに近接し、又は部分的に接触していることが望ましい。
上記の高粘性流体用フィルターユニットは、高粘性流体の種類やろ過条件によっては、第８図に示されるように、使用中にろ液流出側の折りひだ８１の先端部が変形し、ろ液の円滑な流れが阻害されることがある。このようなケースにおいては、第３図に示されるように、フィルター３１のろ液流出側Ｂに２枚の支持部材３２ｂ、３２ｃを重ね、ジグザグに折り畳んだ４層からなるプリーツ状の盤状体を用いることによって、ろ液の円滑な流れを維持できる。さらに、支持部材４１に金属線材４２を織成した金網を用いるに当たっては、金属線材４２が折りひだの長手方向４３に対してバイアス（斜交）方向になるように重ねるとよい（第４図）。
また、本発明フィルターユニットでは、第６図に示されるように、ろ液の流路を安定的に維持するため、盤状体の片面又は両面の折りひだ６１の間に通液性のスペーサー６２を挿入してもよい。その場合、前記盤状体の両表面又は一方の表面にスペーサーの離脱を防止するため、通液性の金網６３などを取り付けておくとよい。
あるいは、前記つば状部分７１において、片面にのみに軟質金属製又は金属不織布製のリングシート類７２を重ねて足りるケースもある（第７図）。
さらに本発明は、紡糸パックのケーシング９１中に、紡糸液の吐出側９２から順に、少なくとも紡糸口金９３、フィルターユニットを支持する耐圧板９４、前記したいずれかの高粘性流体用フィルターユニット９５、前段のフィルター９６及び高粘性流体分配板９７を含んで取り付けられていることを特徴とする紡糸パック（第９図）を開示する。なお、本発明においてフィルターユニットは、フィルターを装置等に装着、交換しやすいなど、使用に便利なように付属部材とともに組み立てられたユニットをいう。
発明を実施するための最良の形態
本発明の理解を容易にするため、第１図及び第２図を参照しつつ本発明に係る高粘性流体用フィルターユニットを、便宜上、一般的な製作手順に従って順次に説明するが、本発明フィルターユニットは、製作手順によって限定されるものではない。
フィルター１には、通常、必要とするろ過レベルに応じ、細かい目を構成する金属不織布製シート状の精密ろ過用フィルターなどを適宜に選択して用いるが、目的によっては細かい目の金網、合成繊維不織布などを用いてもよい。例えば、合成繊維の紡糸パックに組み込むためのフィルターユニットを製作する場合には、一般に目開きが４０μｍ以下のフィルターを使用する。
シート状フィルター１には、形状を保持するための支持部材２を重ね、ろ過面積を広くするためにジグザグに折り畳んでプリーツ加工して、両面に折りひだ７を平行に形成し、プリーツ状盤状体３として用いる。盤状体３の折りひだ７に直角方向の断面形状は、両面において先端が尖った従来のジグザグなプリーツ状でもよい。しかし、好ましくは第１図に例示されるように、シート状フィルター１の両面に支持部材２を重ね３層にしてプリーツ加工し、両面ともに折りひだ７の先端部分を丸くふくらませて、隣り合う折りひだ７の先端部と互いに近接し、又は部分的に接触したプリーツ状の盤状体３に加工する。折りひだ７の間は、ろ液の流路８になるので流れを保つため間隙を設ける。加工には、金網用のプリーツ加工機を利用すればよい。プリーツ加工時には、フィルター１と支持部材２との間は固定されていないので、フィルター１に無理な応力が作用することはなく容易に加工できる。
支持部材２には、強度を考慮して直径が０．１７ｍｍ以上の金属線材を用いて織成または編成された、比較的目の粗い金網が好ましく用いられる。このほか、金属線材を用いた不織布等を利用してもよい。線材にはステンレス鋼線を用い、平織、綾織、畳織（Ｄｕｔｃｈ  ｗｅａｖｅ  ）の金網を用いることが多い。プリーツの深さ及びピッチは、ろ過圧、所要ろ過面積、取付条件などにより適宜に決めることができる。紡糸ヘッドに装着することを目的にする場合には、一般に盤状体３の厚さを５〜１０ｍｍ程度、折りひだのピッチを３〜５ｍｍ程度の範囲で設計し、製作するとよい。支持部材は、例えば、ろ過の圧力損失が小さく長期の使用においてプリーツ面の変形が無視できるような場合には、ろ過時の受圧方向を考慮し支持部材をフィルターの片面のみに配置することも可能ではあるが、合成繊維の紡糸パックに組み込むことを目的にする場合などでは、両面に重ねることが望ましい。
さて、本発明のフィルターユニットは、かなり大きなろ過圧力を受けるので、紡糸パックなどでは、通常、フィルターユニットを支持する耐圧板（第９図：９４）上に装着される。高粘性流体のろ過操作がはじまり、ろ過された異物が次第にフィルター面に蓄積され、ろ過圧が上昇してくると、フィルターユニットは、ろ過される高粘性流体と耐圧板との間に挟まれて大きな圧縮力を受け、折りひだが押圧されて変形しやすくなる。折りひだが変形するとフィルターのろ過面積が減少し、また、ろ過される高粘性流体の円滑な流れが阻害されて所要のろ過性能を維持できなくなる。そこで、本発明のフィルターユニットでは、折りひだ７の先端部分を丸くふくらませて隣り合う折りひだの先端部と互いに近接し、又は部分的に接触させ、押圧による変形を起こりにくく、また、たとえ変形を生じても高粘性流体の流路８を確保し、長期にわたりろ過性能を維持できるようにするのである。
実際に、本発明高粘性流体用フィルターユニットを紡糸パックに取り付けて実地試験した結果、ろ過液のリークがなくなって品質が向上し、従来のフラットタイプのフィルターユニットに較べて目詰まり等によるろ過圧力の上昇速度は１／３程度にまで減少した。
しかし、ろ過するポリマーの種類やろ過条件によっては、使用開始後、次第にろ過圧力が増大し、従来のフラットタイプフィルターと大差のない状態になった。解体調査の結果、第８図に示されるように、ろ液流出側Ｂの折りひだ８１の先端部が変形して、使用前５ｍｍであった折りひだ８１の高さＨが４．２ないし４．５ｍｍになり、また、折りひだ８１が互いに密着し、ろ液の流出側流路８２が塞がれた状態になっていた。結局、実質的なろ過面積がフラットフィルターと変わらない状態になったものと考えられる。
上記問題を検討の結果、有効な解決手段を見出したので説明する。なお、説明順は効果や有利さとは無関係である。一つの手段は、第３図に示されるように、支持部材を２枚重ね、上流側Ａから下流側Ｂに向かって支持部材３１／フィルター３２／支持部材３３／支持部材３４の順に積層し、積極的にろ液の流路を確保するものである。支持部材を強化して変形を防止し、また、支持部材自身の隙間をろ液流路に利用するものである。
たて方向とよこ方向の線材が直交する前記平織等の金網を支持部材４１として使用する場合、最も簡単な手段は、第４図に示されるように、折りひだの長手方向４３に対して支持部材４１を構成する線材４２をバイアス（斜交）方向に重ねるものである。従来は第５図に示されるように一般に一方の線材５１の方向を折りひだの長手方向５３と平行にして加工されていた。しかし、線材５２が折りひだの方向５３に平行に重ねられていると、折りひだ先端側部の変形により、隣り合う折りひだの線材が、互いに密着し、あるいは噛み合ってろ液の流れを阻害しやすい傾向がおおきい。バイアス角度は折りひだ長手方向に対して６０度又は３０度程度が好ましい。折り返された線材のバイアス角度が３０度になるので、線材同士が密着したり、支持部材が噛み合う可能性が少なくなる。
ろ過圧力によるフィルターの変形を防止する他の手段として、第６図に例示されるように、折りひだ６１と折りひだ６１との間に金網、スパイラル線材、金属粒子、金属繊維やセラミック粒子など、あるいはこれらの焼結多孔質成形体などの、高粘性流体が通過しやすい通液性のスペーサー６２を挿入し、あるいは充填することができる。スペーサー６２は、通常、フィルターユニットの両面側に挿入する。さらに、挿入、充填したスペーサー６２が脱離しないようにフィルターユニットの両面に金網シート６３などを当てて固定しておくとよい。前記したいずれの方法が適当であるかは、その状況によって前記いずれかの手段を選択し、あるいは組み合わせて用いればよい。
ついで、前記盤状体を所要の平面形状に切断する。製作手順は、フィルター及び支持部材を所要の形状に切断、積層してからプリーツ加工を行ってもよい。盤状体３は、所要の平面形状にした後、周縁部４をつば状に圧縮成形する。つば４の幅は、通常３〜５ｍｍ程度が適当である。そして、成形したつば状部分４の両面に、軟質金属製または金属不織布製のリングシート類（金属製Ｏリングを含む）５を積層する。前記の軟質金属としては、アルミニウム、銅、鉛、これらの合金類、軟鋼などの中から、ろ過流体による腐食などを考慮して、適宜、選択し使用する。条件によっては、リングシートを片面に重ねたもので足りることも少なくない。第７図にはリングシート７１を片面に重ねた例が示されている。
さらに、つば状部分４に周縁側から金属薄板６（第７図では７２）を被せて加圧し、つば状部分においてフィルター１、支持部材２、リングシート類５および被せた金属薄板６を圧着せしめ、フィルターユニットを完成させる。この結果、フィルター１周縁部での高粘性流体のバイパス漏出を防止することができる。
高粘性流体の供給側には大きなろ過圧力が加えられるので、所要の部材などとともに耐圧ハウジング等の中に取り付けて使用される。
本発明高粘性流体用フィルターユニットは、種々の高分子高粘性流体をろ過して紡糸する紡糸パックの主要部品として口金と共に一体に組み立てるのに好適である。一例を第９図に示した。本紡糸パックは、ケーシング９１中に、紡糸液の吐出側９２から順に、少なくとも紡糸口金９３、フィルターユニットを支持する耐圧板９４、前記本発明に係る高粘性流体用フィルターユニット９５、前段のフィルター９６及び高粘性流体分配板９７を含んで取り付けられている。前段のフィルター９６にはサンドフィルターを用いることが多い。
前記した本発明高粘性流体用フィルタユニットは、その周縁部からの紡糸原液のリーク問題を解消して、プリーツタイプフィルターユニットの信頼性を高め、フィルターの変形が防止されて流路閉塞や目詰まりによるフィルターの昇圧速度を激減させて、広いろ過面積を活用することを実質的に可能にするという、大きな効果を奏する。その結果、本発明フィルターユニットを組み込んだ紡糸パックは、安心してプリーツタイプフィルターユニットの優位性を享受することができる。
産業上の利用可能性
本発明フィルターユニットは、フィルターがプリーツ状に加工されて、例えば紡糸ヘッド１個当たりのろ過面積を大きく、かつ、高粘性流体ろ過に特有の高いろ過圧力に対し、変形しにくい形状、構造に製作されているので、長期間安定したろ過操作が可能である。さらに、フィルター周縁部が圧着され、高粘性流体がフィルターをバイパスできない構造になっており、異物混入によって生じるトラブルの発生がなく、大きなろ過面積の耐圧フィルターをコンパクトに構成することができる。
従って、合成繊維、合成フィルムやその他の有機高分子化合物成形品の製造工程において加熱溶融したり溶剤に溶解したポリマーに混在する異物やゲル化物をろ過、除去するのに好適である。とくに紡糸パックとしての利用性が高い。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に係る高粘性流体用フィルターユニットの実施形態の一例を示す、折りひだに直角方向の断面図（部分図）であり、第２図は、第１図の平面図である。第３図、第６図、第７図は、本発明高粘性流体用フィルターユニットの他の実施形態を例示する、折りひだに直角方向の断面図（部分図）である。第４図は、平織金網を支持部材として金網の線材方向を折りひだの方向とバイアスに、第５図は、線材方向を折りひだの方向に平行に配したフィルターユニットの斜視図（部分図）である。第８図は、流出側の折りひだ先端部が変形し、ろ液の流路が閉塞された様子を示す断面図である。また、第９図は、本発明高粘性流体用フィルターユニットを組み込んだ紡糸パックの一例を示す模式的な断面図である。
【図１】
2003099417.tif 000003
【図２】
2003099417.tif 000004
【図３】
2003099417.tif 000005
【図４】
2003099417.tif 000006
【図５】
2003099417.tif 000007
【図６】
2003099417.tif 000008
【図７】
2003099417.tif 000009
【図８】
2003099417.tif 000010
【図９】
2003099417.tif 000011
【国際調査報告】
2003099417.tif 000012
2003099417.tif 000013
2003099417.tif 000014
2003099417.tif 000015