(57)【要約】【課題】低圧損で長寿命の液体濾過フィルターを提供すること。【解決手段】捲縮された短繊維の積層圧縮ブロック状体で構成されて図示の太い矢印方向に優先的に通液可能に設けられている。各短繊維は、互いに接触する箇所で接着されていると共に、その長手方向が繊維積層方向（Ｚ方向）と直交する一方向（Ｘ方向）のみに向けられ、かつ繊維積層方向のみに圧縮されている。なお、短繊維は、合成繊維で構成され、その一方の合成繊維が、他方の合成繊維よりも相対的に低融点であって加熱溶融されて接触箇所で接着されている。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
捲縮された短繊維の積層圧縮ブロック状体で構成され、各短繊維同士が接触箇所で接着されていると共に繊維積層方向のみに圧縮されて前記繊維積層方向と直交する方向に優先的に通液可能に設けられていることを特徴とする液体濾過フィルター。
【請求項２】
全ての短繊維の長手方向が前記繊維積層方向と直交する一方向のみに向けられて設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液体濾過フィルター。
【請求項３】
前記短繊維を合成繊維のみで構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の液体濾過フィルター。
【請求項４】
一方の合成繊維を、他方の合成繊維よりも相対的に低融点であって、かつ加熱により少なくともその表面が溶融し接触箇所で接着される熱融着性合成繊維で構成したことを特徴とする請求項３に記載の液体濾過フィルター。
【請求項５】
かさ密度が２０ｇ／ｌ〜３００ｇ／ｌであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の液体濾過フィルター。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一つに記載の液体濾過フィルターを、繊維積層方向に筒状に打ち抜いて成形することを特徴とする筒状液体濾過フィルターの製造方法。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか一つに記載の液体濾過フィルターを、短繊維の長手方向と直交する繊維積層方向から所定厚さに切断してフィルター片を形成した後、前記フィルター片の側端同士を接着して筒状に成形することを特徴とする筒状液体濾過フィルターの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体濾過フィルター及び筒状液体濾過フィルターの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液体中の微粒子を濾過する為のカートリッジフィルターは、各種型式のものが公知であるが、その代表例として、紡績糸や不織布を、有孔の円筒状コアに巻き付けたものが挙げられる。
【０００３】
例えば、特開昭５８−２４３１８号公報等においては、紡績糸を、有孔の円筒状コアに巻き付けたものが開示されていると共に特開２００１−３２１６２２号公報等においては、帯状不織布を、円筒状コアに巻き付けたものが開示されている。
【０００４】
しかし、これら従来のカートリッジフィルターはいずれも、通液性、濾過寿命及び濾過精度等の濾過性能において十分に満足し得ないものであって、更なる改良が必要とされており、特に、低圧損で長寿命のものに改良することが要求されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の要求に応えるべく発明されたものであって、その目的は、通液性、濾過寿命及び濾過精度等の濾過性能が一段と優れた液体濾過フィルター及びその製造方法を提供しようとすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成する為に本発明においては、液体濾過フィルターを、捲縮された短繊維の積層圧縮ブロック状体で構成し、かつ各短繊維同士を接触箇所で接着すると共に繊維積層方向のみに圧縮して前記繊維積層方向と直交する方向に優先的に通液可能に設けている。
【０００７】
その為、本発明に係る液体濾過フィルターによると、液体は、繊維積層方向には流れ難いが、繊維積層方向と直交する方向に流れ易いから、全体的に圧損が小さく、しかも、繊維積層の外層部で粗い粒子を捕捉して内層部で微細粒子を捕捉することができて捕捉固形分の重量が多くなるので、ＳＳ濃度が一定ならば寿命が長くなって経済性に富む。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明に係る液体濾過フィルターの一例を図１に示すが、この液体濾過フィルターは、捲縮された短繊維の積層圧縮ブロック状体１ａで構成されている。かかる積層圧縮ブロック状体１ａは、例えば、図２に示すスライバー３を、図３に示すように積層した後、図４に実線で示すように繊維積層方向（図示Ｚ方向）のみに圧縮し、かつ加熱することによって製造することができる。
【０００９】
上述のスライバー３は、捲縮された複数の短繊維２で形成されている。なお、短繊維２の全てが合成繊維で構成されているが、それらの短繊維２のうち、一方の短繊維２は、他方の短繊維２よりも相対的に低融点であって、かつ加熱により少なくともその表面が溶融し接触箇所で接着される熱融着性の合成繊維で構成されていると共に各短繊維２の長手方向（短繊維の軸方向）が一方向（図示Ｘ方向）に向けられている。
【００１０】
このようなスライバー３は、例えば、一方が熱融着性合成繊維の短繊維を混紡する工程において均一に混綿し、そして、カード工程を経て連篠工程において形成することができ、また、スライバー３の積層は、図３に示されているように、各短繊維２の長手方向をＸ方向に向けるように行う。同図において、Ｙ方向は、Ｘ方向と同一平面内において直交する方向を、Ｚ方向は、スライバー３の積層方向（短繊維２の積層方向）をそれぞれ示している。
【００１１】
引き続いて、スライバー３の積層体４をＺ方向（積層方向）に圧縮するが、Ｚ方向（積層方向）の圧縮は、一般には図３において、積層体４の上面側から適当な加圧ツールを押し当てて圧縮する。しかし、それ以外の態様に行ってもよい。例えば、積層体４の上面側及び下面側の両面側から適当な加圧ツールを押し当てて圧縮するようにしてもよい。
【００１２】
上述の圧縮によってスライバー３は偏平になり、短繊維２がＸ方向（長手方向）に配列された構造になる。その際、短繊維２に捲縮が施されているので、圧縮力に反撥する力が発生するが、この反撥力で積層圧縮体のかさ密度を所定に保つように、すなわち、目的の濾過粒子を捕捉するのに好適なかさ密度に保つように、積層体４を所定に圧縮したままの姿で熱処理炉内で加熱して各短繊維同士の接触箇所を接着する。
【００１３】
かかる接着は、熱融着性合成繊維の短繊維２を所定温度に加熱して行う。なお、かさ密度を均一にする為には、積層体４を一度に圧縮しないで、積層、圧縮を繰り返して行って積層圧縮ブロック状体１を形成するようにしてもよい。　本発明に係る液体濾過フィルターは、上述の液体濾過フィルター１ａに限定されず、図５に示すものであってもよい。図１の液体濾過フィルター１ａは、Ｘ方向のみへ優先的に通液可能に設けられているのに対し、図２の液体濾過フィルター１ｂは、Ｘ及びＹ方向へ優先的に通液可能に設けられている。
【００１４】
換言すると、前者と後者は、捲縮された短繊維２の積層圧縮ブロック状体で構成され、各短繊維同士が接触箇所で接着されていると共に繊維積層方向（図示Ｚ方向）のみに圧縮されて繊維積層方向と直交する方向に優先的に通液可能に設けられている点においては共通している。
【００１５】
しかし、前者は、全ての短繊維２の長手方向が、繊維積層方向と直交する一方向（図示Ｘ方向）のみに向けられて同方向に優先的に通液可能に設けられているのに対し、後者は、短繊維２の長手方向が、繊維積層方向と直交するＸＹＺ方向に向けられてＸＹ方向に優先的に通液可能に設けられている点で相違している。
【００１６】
なお、図５の積層圧縮ブロック状体１ｂは、例えば、図６に示す短繊維２の塊状体１０を積層した後、繊維積層方向（図示Ｚ方向）のみに圧縮し、かつ加熱することによって製造することができる。
【００１７】
また、上述の塊状体１０は、捲縮された複数の短繊維２で形成されていると共に短繊維２の全てが合成繊維で構成されているが、それらの短繊維２のうち、一方の短繊維２は、他方の短繊維２よりも相対的に低融点であって、加熱により少なくともその表面が溶融し接触箇所で接着される熱融着性の合成繊維で構成され、そして、各短繊維２の長手方向がＸＹＺ方向に向けられている。
【００１８】
図７において、塊状体１０の圧縮された姿が示されている。この状態においては、各短繊維２の長手方向の長さは、Ｘ，Ｙ方向の長さが同じであって、Ｚ方向の長さは圧縮されてＸ，Ｙ方向の長さよりも短い。その為、ＸＹ方向に優先的に通液することができる。図１，５において、矢印は通液方向を示し、かつ太い矢印は優先的に通液可能なことを示している。
【００１９】
上述の塊状体１０の製法としては、例えば、一方が熱融着性合成繊維の短繊維を混紡して図示の如くのモデル繊維塊を形成した後、それを風送して一定の容積に落下集積し、次いで、集積した原綿を上述にように圧縮して製造することができる。その際、かさ密度を均一にする為に、積層、圧縮を繰り返すことが好ましい。
【００２０】
上述からして明らかのように、本発明においては、圧縮された繊維積層ブロック状体に液体を流すと、圧縮方向である繊維積層方向（図示Ｚ方向）には流れ難いが、繊維積層方向と直交する方向には流れ易いという特性を応用している。
【００２１】
なお、繊維積層方向と直交する方向である繊維の長手方向（軸方向）に沿って流れ易いが、かかる長手方向と同一平面内において直交する方向には、繊維自体が邪魔になって流れ難い。
【００２２】
しかし、本発明に係る液体濾過フィルターにおいては、捲縮された短繊維を用いているので、短繊維の軸方向と同一平面内において直交する方向にも、各短繊維同士間に空隙を形成することができるので、短繊維の軸方向と同一平面内において直交する方向にも液体の流れが生じ、従って、全体としては極めて圧損の小さい異方性を有する濾過構造体になっている。
【００２３】
より詳しくは、全ての短繊維を一平面上に並べるように配置し、短繊維に施された捲縮によって繊維間の空隙率を高め、更に繊維間の絡み合いを保持してから積層体を圧縮することによって異方性を有する構造体にし、そして、かかる圧縮だけでは形態保持ができない為に、短繊維の原綿中に低融点の熱融着性繊維を混ぜて圧縮下で加熱することによって繊維同士を接着して積層構造のブロック状体に設けている。よって、本発明に係る液体濾過フィルターは、低圧損で長寿命である。
【００２４】
上述の本発明に係る液体濾過フィルターにおける微粒子を捕捉する性能は、積層された短繊維同士間の平均的な空隙で決定されるから、短繊維の物理的性能、繊度、捲縮数、繊維構造の密度と積層厚さ等の諸条件に基づいて濾過性能を所定に決定することができる。
【００２５】
本発明において用いられる短繊維は、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリアクリル、ポリアミド等の合成繊維が好ましい。しかし、捲縮が可能であれば木綿等の天然繊維を用いてもよい。
【００２６】
また、積層圧縮ブロック状体を、そのような合成繊維だけで構成したり、或るいはそのような合成繊維と捲縮が可能な木綿等の天然繊維とを混合して構成してもよく、一般的には、前者が好ましく、その場合においても異種の合成繊維同士の混合であってもよい。なお、形態保持性が優れているポリエステルが最適である。
【００２７】
上述の短繊維は、その繊度が０．５〜３０ｄであって長さが１５〜１００ｍｍの範囲のものが好ましい。繊度が小さい（細い）と捕捉する微粒子が細かくなり、大きい（太い）と捕捉する微粒子が大きくなるが、繊度が０．５ｄ以下の短繊維は、製造工程でもつれ易くて生産性が悪く、３０ｄ以上の短繊維では、接着強度が低下して形態の保持安定性に欠ける。
【００２８】
また、繊維長さが１５ｍｍ以下であると、繊維同士の絡みが少なくなって形態保持が困難になり、１００ｍｍ以上では繊維同士が絡みすぎて繊維層を形成し難くなる。
【００２９】
捲縮数は、通常、単繊維長さの一インチ間当りの山数で表されるが、それが５〜２０の範囲が好ましい。捲縮数が５山以下の短繊維は、製造工程で繊維同士が絡まらず、従って、繊維集合体を形成するのが困難であり、２０山以上であると、繊維同士が絡み過ぎて毛玉になり易くて繊維層にむらが生じフィルターに適さない。
【００３０】
熱融着性短繊維は、もう一方の短繊維より相対的に低融点であって、加熱により少なくとも、その表面が溶融し、繊維同士が接触した箇所で接着し得るものであるが、そのような熱融着性繊維として、低融点の共重合ポリエステル系繊維、ポリオレフィン系繊維、ポリビニルアルコール系繊維等が挙げられる。特に、少なくとも一方に低融点ポリマー成分を有する複合繊維が好ましい。形態保持性が最も優れているからである。なお、複合繊維が芯鞘状のものである場合には、鞘成分に低融点成分を配置する。
【００３１】
本発明において、短繊維を用いているのは、それによって繊維層を形成する場合において全体的に均一に分散させることができ、従って、繊維同士を均一に接着できて形態保持を強固にすることができるからである。
【００３２】
また、上述の熱融着性短繊維の繊度及び長さは、分散性の向上の観点から、混紡する他の短繊維とほぼ同じであればよいが、好ましくは、繊度が１〜１０ｄであって長さが１５ｍｍ〜７０ｍｍである。
【００３３】
かかる熱融着性短繊維の混合比率は、積層圧縮ブロック状体を構成している全繊維に対して５重量％〜６０重量％が好ましく、５重量％より少ないと、繊維同士の接着が不十分になって使用中における形態保持が困難になり、６０重量％以上になると、熱融着繊維が溶け出して繊維間の空隙を塞いで、濾過効果が著しくて低下してしまう。積層圧縮ブロック状体のかさ密度は２０ｇ／ｌ〜３００ｇ／ｌが好ましい。
【００３４】
積層圧縮ブロック状体は、捲縮された短繊維で形成されているので、弾性を有する。その為、積層圧縮ブロック状体を所定の見かけ密度になるように圧縮した状態で熱処理炉に入れて熱処理することができる。
【００３５】
熱処理の温度は、混綿した低融着性短繊維が溶解する温度まで昇温し、短繊維同士を接着した後、常温に戻して接着強度を高めて異方性のブロック状体を得ることができる。
【００３６】
本発明においては、上述のブロック状体の液体濾過フィルターから筒状の液体濾過フィルターを形成してもよい。図８〜図１０は、上述した図１の液体濾過フィルターを所定厚さＴに切断してフィルター片１１を形成した後、それの側端１２同士を接着して円筒状の液体濾過フィルター１３ａを形成する態様を示している。かかる切断は、繊維積層方向（図示Ｚ方向）に行う。
【００３７】
図４においても、鎖線でフィルター片１１が示されているが、フィルター片１１の側端１２同士の接着は、適当な接着剤を選択して行う。フィルター片１１を円筒状に成形する際に残留応力が発生するから、それを熱処理によって予め除去してから接着する。
【００３８】
そして、そのようにして製造された液体濾過フィルター１３ａの両端面１４にシール材１５が貼着される。なお、図１０の矢印は液体の流れ方向を示している。
【００３９】
更に、図１１，１２は、図５の液体濾過フィルターを、図１１に破線で示されているように打ち抜いて円筒状の体濾過フィルター１３ｂを形成する態様を示している。
【００４０】
これらの液体濾過フィルター１３ａ，１３ｂも、図１，５の液体濾過フィルターと同様に、短繊維の長手方向（図示Ｘ方向）に液体を流すと、低圧損のフィルターとして機能し、短繊維同士間で濾過層の厚みによって微粒子を統計的に捕捉する。
【００４１】
また、それらのうち、特に、液体濾液過フィルター１３ａは、内径部側が密（Δｔ）で外径部側が疎（ｔ＋Δｔ）の濾過層構造になっている為に、繊維積層の外層部で粗い粒子を捕捉して内層部で微細粒子を捕捉することが一段と有効であって捕捉固形分の重量が多くなる。従って、ＳＳ濃度が一定ならば寿命がより一段と長くなって経済性に富む。
【００４２】
なお、本発明においては、液体濾過フィルター１３ａ，１３ｂを円筒状以外の形状、例えば、角筒状等に設けてもよく、要するに、筒状に設ければよい。また、液体濾過フィルター１３ａ，１３ｂを図１３，１４に示すように設けてもよい。図１３の液体濾過フィルターの外周面は波形状に設けられ、そして、図１４の液体濾過フィルターの外周面にはスリットが設けられているが、このように設けることによって、表面積を大きくして濾過効率を高めることができる。
【００４３】
【発明の効果】
上述のように、本発明によると、繊維の特殊な配列により圧損が小さく、しかも、繊維積層の外層部で粗い粒子を捕捉して内層部で微細粒子を捕捉することができる為に捕捉固形分の重量が多く、従って、低圧損で長寿命の液体濾過フィルターを得ることができる。また、そのような濾過性能を有する筒状の液体濾過フィルターを容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るブロック状体型の液体濾過フィルターの一例を示す斜視図である。
【図２】短繊維のスライバーの斜視図である。
【図３】スライバーの積層体の斜視図である。
【図４】積層圧縮ブロック状体の斜視図である。
【図５】本発明に係るブロック状体型の液体濾過フィルターの他の例を示す斜視図である。
【図６】圧縮前の短繊維塊状体を示す斜視図である。
【図７】圧縮された短繊維塊状体を示す斜視図である。
【図８】図１の液体濾過フィルターの切断位置を示す斜視図である。
【図９】液体濾過フィルターを切断して形成したフィルター片を示す斜視図である。
【図１０】円形成形型の円筒状液体濾過フィルターの例を示す斜視図である。
【図１１】図５の液体濾過フィルターを円筒状に打ち抜く態様を示す斜視図である。
【図１２】打ち抜き成形型の円筒状液体濾過フィルターの例を示す斜視図である。
【図１３】波形型の円筒状液体濾過フィルターの例を示す斜視図である。
【図１４】スリット型の円筒状液体濾過フィルターの例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ：積層圧縮ブロック状体
２：短繊維
３：スライバー
４：積層体
１０：短繊維の塊状体
１１：フィルター片
１２：フィルター片の側端
１３ａ，１３ｂ：円筒状液体濾過フィルター
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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