JP7012467B2 - プリーツタイプフィルタ用スペーサ - Google Patents

Description

本発明は、プリーツ加工により成型した濾過材を有するフィルタのプリーツ間に取り付けられるスペーサに関するものである。

気体中のダストやミスト、液体中に浮遊する固形物や液状物を除去するため、濾過材を枠内に固定したフィルタが用いられる。
このようなフィルタには、濾過材の濾過面積を大きくすることにより、流体の通過により生じる圧力損失の増大を抑制し、又、濾過材が捕捉するダスト等の捕捉量を増加させてフィルタの交換寿命等を延長させるため、濾過材をプリーツ状にヒダ折り状や波形に成形して濾過材の面積を増加させた物が多く用いられている（例えば特許文献１、特許文献２）。

ここで、濾過材をプリーツ状にヒダ折りした場合、濾過材を通過する流体の流通抵抗により、連続するプリーツの折り目部分や折り目部分の間の平面部分が流入側からの圧力により流出側に向けて膨らみ、連続するプリーツ部が密着して流体の流通を妨げ、濾過に有効に用いられる濾過材の面積を減少させるという現象が生じる。

この現象の発生を防止するため、特許文献２では、ホットメルト樹脂等の線状の樹脂固形物を折り襞間に塗布して折り襞相互の間隔を保持させており、特許文献３では、プリーツの間隔を保持するために間隔保持部材を入口側に配置している。又、特許文献４ではろ材と共にネット材をプリーツ加工することにより、プリーツが接近した場合にも流体流動を維持させる構成とし、特許文献５ではエレクトレット不織布やガラス繊維濾過材と共に補強材をプリーツ加工し、流体の流通や捕集対象物の蓄積に対して濾過材の補強を行っている。

特開２００２－２３３７１１号公報 特開２００７－０８３１７８号公報 特開２０１４－０６１４６７号公報 特表２００６－５０１０５８号公報 特開２０１２－０８６１８３号公報 特開２０１０－１１０７６０号公報

しかし、特許文献２で用いられている樹脂固形物は線状のホットメルト樹脂等がプリーツ部間に塗着されたものであり、濾過材の全面に通過する流体の圧力により、樹脂固形物間に延在するプリーツ反の密着を防止することはできない。

又、特許文献３で用いられている間隔保持部材は、濾過材の流入側の上下端にのみ取り付けられ、かつ流入側しか保持されてないため、流体の圧力によるプリーツ反の密着を防止することはできない。

更に、特許文献４や特許文献５で用いられているメッシュ状等の補強材では、主にダストやミストの除去を目的とする濾過材（以下、「主濾過材」という）と共にプリーツ加工され、濾過材の全面にメッシュ材等が広がっているため、メッシュ材等を構成する繊維等の部分には流体が流通しない。このことは、濾過材の有効濾過面積の減少や、圧力損失の増大に直結する。

これらの問題点に加え、流体の流量や供給圧力が高頻度に脈動するものである場合、主濾過材の振幅に合わせてメッシュ等も振幅し、当該メッシュ等が高強度化のために太い繊維径を有するものである場合や高剛性の材質である場合には、当該脈動により当該メッシュ等が疲労破壊により破断するという問題が生じていた。

尚、本明細書では、特許文献２に記載された樹脂固形物や特許文献３に記載された間隔保持部材、特許文献４、特許文献５に記載された支持層、補強用不織布濾材等、プリーツ反の間隔を維持するために使用される部品を以後、スペーサと称する。

又、流体中に含まれる捕集対象となるダストやミストなどを除去・捕捉する機能を有する濾過材であってプリーツ加工されたものを主濾過材と称し、主濾過材と共にプリーツ加工され、主濾過材の除去・捕捉機能を補助する濾過材を副濾過材と称する。

本発明は上記の不具合を解消するためになされたものであり、一側面から他側面に流体を 流通させるプリーツタイプフィルタに用いられるスペーサであって、プリーツ反の前記他 側面側のプリーツ部間に取り付けられ、隣接する他のプリーツ部間に取り付けられる他の スペーサとは連続せず、前記プリーツ反の流入側折り返し部の前記他側面側に対向する位 置に配置される谷部と、前記プリーツ反の流出側折り返し部に近接する位置に配置される 開放部と、前記谷部と前記開放部の間に配置される梁部を有し、前記開放部と前記梁部を 結ぶ接続材は梁部の開放部側端部を支点とする弾性材である、スペーサである。

又、本発明は内周側から外周側に流体を流通させる円筒状に成形されたプリーツタイプフ ィルタに用いられるスペーサであって、円筒状に成型したプリーツ反の外周側の各プリー ツ部間に取り付けられ、隣接する他のプリーツ部間に取り付けられる他のスペーサとは連 続せず、前記プリーツ反の内周側折り返し部に対向する位置に配置される谷部と、前記プ リーツ反の外周側折り返し部に近接する位置に配置される開放部と、前記谷部と前記開放 部の間に配置される梁部を有し、前記開放部と前記梁部を結ぶ接続材は梁部の開放部側端 部を支点とする弾性材である、スペーサである。

スペーサが連続せず、主にダストやミストの捕捉を行う主濾過材を覆う面積が少ないことから、スペーサが流体の流通を妨げず、主濾過材の有効濾過面積を確保することができる。

又、流体の流入側に比べて流体の脈動による濾過材の振幅が大きい流出側のプリーツ折り返し部にスペーサが存在しないため、スペーサの疲労破壊による破断が生じる恐れもない。

更に、スペーサが梁部を有することにより流体の流通抵抗により生じるプリーツ反の膨張を規制し、且つ、梁部から開放部に延びる接続材が弾性を有することにより、流体の脈動により主濾過材に膨らみや収縮が生じた場合であっても、その動きをスペーサが規制・吸収することができる。そのため、主濾過材のプリーツ間隔を一定に保つとともにプリーツ部の密着による有効濾過面積の減少を防止することができる。

本発明にかかる前記開放部には、前記プリーツ反の変形による前記接続材の弾性変形を制限する爪部を有することが好ましい。流体の通過抵抗により生じたプリーツ反の変形による接続材の過度な変形や破損を防止するためである。

本発明にかかるスペーサの前記接続材は、線径０．５ｍｍ以上、３ｍｍ以下の熱可塑性合成樹脂からなるものであることが望ましい。
スペーサの開口を維持するとともに、スペーサに求められる弾性を保持するために適当な強度を有する熱可塑性合成樹脂や金属材料を用いることができる。

本発明にかかるスペーサは、流量および／又は圧力が高頻度で変動する空気圧縮機から吐出される空気中のオイルミストを除去するためのオイルミストセパレータに好適に使用することができる。

本発明のスペーサを用いることにより、有効濾過面積の減少から生じる圧力損失の増大を防止しつつ、流体の流通抵抗により生じる主濾過材・副濾過材の変形を防止することができる。更に、流体の供給に脈動が生じる場合にもスペーサの疲労破壊を防止することができる。

本発明の第一実施形態にかかるフィルタの外観をあらわす図である。 図１にかかるフィルタのＡ－Ａ断面の一部を拡大した図である。 本発明の第二実施形態にかかるフィルタの外観をあらわす図である。 図３にかかるフィルタのＢ－Ｂ断面をあらわす図である。 図３の一部を拡大した図である。 本発明にかかるスペーサの形態をあらわす平面図である。 本発明にかかるスペーサの形態をあらわす斜視図である。

本発明にかかるスペーサは、熱可塑性合成樹脂を加熱溶融させて金型内に射出注入し、冷却・固化する事によって成形品を得る射出成型や、ホットジェットや超音波、レーザー等を用いるプラスチック溶接、切削加工等により製作することができる。

又、本発明にかかるスペーサは、熱可塑性合成樹脂の板やステンレスの金属板等を任意の形状に打ち抜き加工した後、谷部を折り曲げることにより製作することもできる。

本発明にかかるスペーサの材質は、流体の性状に応じて適宜選択すればよい。スペーサ材として求められる弾性や耐久性、成形性などを基に熱可塑性合成樹脂や金属材料およびこれらの組み合わせなどから選択することができる。

本発明にかかるスペーサの第一実施形態について、図面をもとに説明する。図１は本発明にかかるスペーサが用いられる平板状フィルタ１の外形図であり、図２は図１のＡ－Ａ断面の一部を拡大したプリーツ部の平面図である。

図２において、プリーツ反２の流出側のプリーツ部間２３にスペーサ３が独立に挿入され、プリーツ反２の流入側折り返し部２１に対向してスペーサ３の谷部３２が配置されている。これにより、プリーツ部間２３の間隔が狭い流入側折り返し部２１付近とプリーツの間隔が広い流出側折り返し部２２付近において、空間内に一様にスペーサが配置されて流体の流通抵抗によるプリーツ反の膨張を均一に規制することができる。又、スペーサの開放部３１と谷部３２の間には梁部３３が図示のように設けられ、プリーツ反が流体の圧力により膨張した際の開放部の二つの端部の密着を防止する。

開放部３１と梁部３３との間は接続材３４であり、梁部３３の開放部３１側端部を支点とする弾性材となっている。この接続材３４が有する弾性により、流体の流量や供給圧力が 高頻度に脈動する場合に主濾過材に膨らみや収縮が生じた場合であっても、その動きをス ペーサが規制・吸収することができる。そのため、主濾過材のプリーツ間隔を一定に保つ とともにプリーツ部の密着による有効濾過面積の減少を防止することができる。

このようなスペーサの形状を、図６（ａ）～（ｃ）および図７（ａ）～（ｃ）に示す。図６（ａ）および図７（ａ）の態様では、スペーサの全体を熱可塑性合成樹脂又は金属材料により構成している。又、図６（ｂ）および図７（ｂ）の態様では、谷部３２と梁部３３の間を一様な板材として構成することで、梁部の強度を向上させている。さらに図６（ｃ）および図７（ｃ）の態様では、開放部３１の縦方向の数カ所に爪部３５を設け、プリーツ反の膨張により接続材３４に撓みが生じた場合の撓み量の規制部としている。
図６（ｄ）の態様は、梁部を一端のみ接続材３４と接合し、他端は接続材３４と接合していない未接合部３６を有する構成を示している。このような構成としても、スペーサをプリーツ間に取り付けた際、スペーサは、プリーツ反の持つ張力により、又は流体を通過させた際の流通抵抗から生じたプリーツ反から受ける応力により、閉じた形状となり、未接合部３６が接続材３４と接触して図６（ａ）と同様の構成となる。このような構成とすることにより、スペーサの製作を容易とすることができ、接続材３４と接触する未接合部３６を支点として接続材３４が弾性を有することとなるため、図６（ａ）～（ｃ）に記載の形状と同様の効果を得ることができる。

本発明のスペーサ３は、プリーツ反２のプリーツ部間２３に挿入し、プリーツ反２と共にエンドプレート５に接着もしくは溶着して固定することができる。その際、流体の流通抵抗によってプリーツ反２が過度に膨張したりスペーサ３が流出側に外れたりすることを防止するため、フィルタ１の流出側又は流出側と流入側に外巻反４を取り付けることができる。又、外巻反４の代わりに、フィルタ１の流出側もしくはフィルタ全体を、剛性を有する外筒等により覆うこともできる。

図３乃至図５は、本発明にかかるスペーサおよび当該スペーサを使用したフィルタの第二実施形態をあらわす図である。この実施形態では、フィルタ１０およびフィルタに使用するプリーツ反２を円筒形とし、円筒の内周側を流体の流入側６、外周側を流体の流出側７としている。図３は本発明にかかるスペーサを使用したフィルタ１０の外観をあらわす図であり、図４は図１のＢ－Ｂ断面図、図５は図４の一部を拡大した図であり、図１および図２と同じ機能を有する部位には同じ番号を付している。

本実施形態は、フィルタ１０が円筒形である点が第一実施形態と異なり、これに付随して外巻反４およびエンドプレート５が環形状となっている。この形態のフィルタは、例えば給油式空気圧縮機から排出される圧縮空気中のオイルミストや油回転真空ポンプから排出される排気中のオイルミスト等を除去するために用いられる。そのため、円筒の内周側を流入側、外周側を流出側として流体を通過させ、主濾材および副濾材を用いてオイルミストを捕集・凝集して流出側から流体を排出するとともに、主濾過材・副濾過材が捕集し、凝集させたオイルを流出側から排出する。

（実施例１～実施例８）
表１にあらわした構成でスペーサ３を作成し、プリーツ間にスペーサ３を挿入したプリーツタイプフィルタを作成した。プリーツ反２には繊維径１．３μｍ、目付３５０ｇ／ｍ^２のガラス繊維製不織布を目付２０ｇ／ｍ^２のＰＥＴ製スパンド不織布で挟んだものを用い、プリーツ反を円筒状に形成して内筒、外筒、外巻ろ材、エンドプレートと共に一体に形成してプリーツ高さ２０ｍｍ、プリーツ数４５のプリーツタイプフィルタを製作した。
尚、表１のａ～ｆは図７（ａ）および（ｃ）に記載の通り、スペーサの高さａ、谷部から開放部までの距離ｂ、谷部から梁部までの距離ｃ、接続材の厚さｄ、谷部のプリーツ反の流出側折り返し部との対抗端からの厚みｅ、爪部の開放部の内面端からの突出距離ｆをあらわし、ｒは梁部３３と接続材３４が成す角部の面取り半径であり、材質は、スペーサ全体を構成する素材である。

５．５ｋＷ、給油式の往復動空気圧縮機と容量２５０Ｌのエアレシーバータンクの間に実施例１～４のプリーツタイプフィルタを取り付けて吐出エア中のオイルミストを除去した。その際、エアレシーバータンクから１０Ｌ／ｍｉｎのエアを常時放出し、エアレシーバータンク内の圧力を上限１ＭＰａ、下限０．８ＭＰａとなるよう制御した。これによりプリーツタイプフィルタを通過するエアに脈動が生じた。
又、比較例として、プリーツ間にスペーサを挿入していない同様のプリーツタイプフィルタを使用して上記の評価を行った。

各フィルタが１００００回の脈動を受けるまで使用した後、フィルタを分解してプリーツ反およびスペーサの状態を観察した。
実施例１～７では、プリーツ反、スペーサともに使用前の状態と変化は生じなかった。
実施例８のスペーサはプリーツ反に若干食い込みが生じた状態となっており、エアの脈動によりプリーツ反に生じる振幅を過剰に規制していることが分かった。今回の評価条件に対しては、スペーサの強度が過剰であったものと考えられる。
実施例９のスペーサは、プリーツ反に損傷は生じていないものの、プリーツ反からスペーサを取り外しても開放部が互いに接触した状態となっていた。今回の評価条件に対しては、スペーサの強度が不足していたと考えられる。
スペーサを挿入していないプリーツタイプフィルタは、プリーツ反の流出側折り返し部の２箇所でガラス繊維不織布の断裂が生じていた。

本発明にかかるスペーサは、プリーツタイプフィルタの流通抵抗により生じる変形を防止するために使用され、特に流量変化や圧力変化が高頻度で生じる流体を濾過するフィルタに好適に用いることができる。又、本発明にかかるスペーサが使用されたフィルタは、給油式空気圧縮機から排出される圧縮空気中のオイルミストや油回転真空ポンプから排出される排気中のオイルミスト等を除去するオイルミストセパレータとして好適に使用することができる。

１，１０ フィルタ
２ プリーツ反
２１ 流入側折り返し部
２２ 流出側折り返し部
２３ プリーツ部間
３ スペーサ
３１ 開放部
３２ 谷部
３３ 梁部
３４ 接続材
３５ 爪部
３６ 未接合部
４ 外巻反
５ エンドプレート
６ 内周側（流入側）
７ 外周側（流出側）

Claims (4)

1. 一側面から他側面に流体を流通させるプリーツタイプフィルタに用いられるスペーサであって、プリーツ反の前記他側面側のプリーツ部間に取り付けられ、隣接する他のプリーツ部間に取り付けられる他のスペーサとは接触せず、前記プリーツ反の流入側折り返し部の前記他側面側に対向する位置に配置される谷部と、前記プリーツ反の流出側折り返し部に近接する位置に配置される開放部と、前記谷部と前記開放部の間に配置される梁部を有し、前記開放部と前記梁部を結ぶ接続材は、厚さ０．２ｍｍ以上、３．０ｍｍ以下のポリプロピレンもしくはＳＵＳ３０４により構成される、スペーサ。
2. 内周側から外周側に流体を流通させる円筒状に成形されたプリーツタイプフィルタに用いられるスペーサであって、円筒状に成型したプリーツ反の外周側の各プリーツ部間に取り付けられ、隣接する他のプリーツ部間に取り付けられる他のスペーサとは接触せず、前記プリーツ反の内周側折り返し部に対向する位置に配置される谷部と、前記プリーツ反の外周側折り返し部に近接する位置に配置される開放部と、前記谷部と前記開放部の間に配置される梁部を有し、前記開放部と前記梁部を結ぶ接続材は、厚さ０．２ｍｍ以上、３．０ｍｍ以下のポリプロピレンもしくはＳＵＳ３０４により構成される、スペーサ。
3. 前記開放部には、前記プリーツ反の変形による前記接続材の弾性変形を制限する爪部を有する、請求項１または２に記載のプリーツタイプフィルタ用スペーサ。
4. 請求項１から３に記載のスペーサがプリーツ部間に取り付けられたオイルミストセパレータ。
   

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