特開 2022-185228 フィルタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022185228

(43)【公開日】2022-12-14

(54)【発明の名称】フィルタ

(51)【国際特許分類】

   B01D 29/48 20060101AFI20221207BHJP

   B01D 29/07 20060101ALI20221207BHJP

   B01D 39/16 20060101ALI20221207BHJP

【ＦＩ】

B01D29/48 Z

B01D29/06 510C

B01D39/16 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021092755

(22)【出願日】2021-06-02

(71)【出願人】

【識別番号】505005049

【氏名又は名称】スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100107456

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 成人

(74)【代理人】

【識別番号】100128381

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 義憲

(74)【代理人】

【識別番号】100162352

【弁理士】

【氏名又は名称】酒巻 順一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100162640

【弁理士】

【氏名又は名称】柳 康樹

(72)【発明者】

【氏名】白井 貴章

【テーマコード（参考）】

4D019

4D116

【Ｆターム（参考）】

4D019AA03

4D019BA12

4D019BA13

4D019BB02

4D019BB03

4D019BB05

4D019BB10

4D019BD03

4D019CA02

4D019CA03

4D019CB01

4D019CB06

4D019CB07

4D116AA16

4D116BB01

4D116BC11

4D116BC13

4D116BC23

4D116BC27

4D116BC44

4D116BC45

4D116BC46

4D116BC76

4D116DD05

4D116DD06

4D116EE04

4D116FF12B

4D116FF14B

4D116FF15B

4D116FF16B

4D116GG12

4D116GG13

4D116HH09B

4D116HH30B

4D116QB34

4D116ZZ01

4D116ZZ21

(57)【要約】

【課題】性能を向上できるフィルタを提供する。
【解決手段】フィルタ１は、多孔筒７の外側に濾材１０が筒状に配置されたフィルタエレメント２を備え、濾材１０は、表面に形成されたエンボス部２１を有する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

多孔筒の外側に濾材が筒状に配置されたフィルタエレメントを備え、
前記濾材は、表面に形成されたエンボス部を有する、フィルタ。

【請求項2】

前記濾材がシート状であり、前記多孔筒に巻回されている、請求項１に記載のフィルタ。

【請求項3】

前記フィルタエレメントでは、前記濾材、及びネット状の基材の積層シートが巻回されている、請求項２に記載のフィルタ。

【請求項4】

前記フィルタエレメントでは、径方向に前記濾材が連続して積層される、請求項２に記載のフィルタ。

【請求項5】

前記フィルタエレメントでは、複数の通気抵抗の異なる前記濾材が径方向に積層されるように巻回されている、請求項２～４の何れか一項に記載のフィルタ。

【請求項6】

前記濾材が孔を有している、請求項２～５の何れか一項に記載のフィルタ。

【請求項7】

プリーツ状に折り畳まれた前記濾材が前記多孔筒の外側に配置されている、請求項１に記載のフィルタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、フィルタに関する。

【背景技術】

【0002】

従来のフィルタとして、特許文献１に記載されたものが知られている。このフィルタは、多孔筒の外側に濾材が筒状に配置されたフィルタエレメントを備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２００４－５００２２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述のようなフィルタは、フィルタエレメントの濾材に液体を通過させることで、液体に含まれる粒子を除去する。ここで、フィルタの性能を向上するために、濾材の全面を圧縮して押しつぶすカレンダー加工が行われる場合がある。しかし、このようなフィルタよりも、更にフィルタの性能を向上することが求められていた。

【0005】

従って、本発明は、性能を向上できるフィルタを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係るフィルタは、多孔筒の外側に濾材が筒状に配置されたフィルタエレメントを備え、濾材は、表面に形成されたエンボス部を有する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、性能を向上できるフィルタを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の第１実施形態に係るフィルタ１を示す斜視図である。

【図2】フィルタエレメントを示す斜視図である。

【図3】フィルタエレメントの積層態様を示す拡大図である。

【図4】フィルタエレメントの積層態様を示す拡大図である。

【図5】エンボスパターンを示す図である。

【図6】図５に示すＶＩ－ＶＩ線に沿った断面図である。

【図7】積層シートを製造する製造装置を示す概略図である。

【図8】不織布の繊維と開孔の挙動を説明するための模式図である。

【図9】第２実施形態に係るフィルタのフィルタエレメントを示す斜視図である。

【図10】フィルタエレメントの積層態様を示す拡大図である。

【図11】第３実施形態に係るフィルタのフィルタエレメントを示す拡大図である。

【図12】試験に用いられた濾材の条件を示す表である。

【図13】各濾材の条件、及び試験結果を示す表である。

【図14】流量特性と除去性能との関係を示すグラフである。

【図15】各濾材の条件、及び試験結果を示す表である。

【図16】流量特性と除去性能との関係を示すグラフである。

【図17】厚みと通気抵抗との関係を示すグラフである。

【図18】各濾材の条件、及び試験結果を示す表である。

【図19】各濾材の条件、及び試験結果を示す表である。

【図20】試験結果を示す表である。

【図21】濾材の厚みとフィルタエレメントの外径との関係を示すグラフである。

【図22】流量と流量特性との関係を示すグラフである。

【図23】フィルタエレメントの外径と流量特性との関係を示すグラフである。

【図24】フィルタエレメントの外径と除去性能との関係を示すグラフである。

【図25】フィルタエレメントの外径と剛性との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

【0010】

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るフィルタ１を示す斜視図である。図１に示すように、フィルタ１は、フィルタエレメント２と、ガスケット３，４と、を備える。フィルタエレメント２は、円筒状の部材であって、液体に含まれる粒子を除去する部材である。なお、以降の説明では、フィルタエレメント２の中心軸ＣＬ１が延びる方向を「軸方向」と称する。また、中心軸ＣＬ１と直交する方向を「径方向」と称する。径方向のうち中心軸ＣＬ１に近付く側を「内側」と称し、中心軸ＣＬ１から遠ざかる側を「外側」と称する。中心軸ＣＬ１周りの方向を「周方向」と称する。

【0011】

フィルタエレメント２は、中心軸ＣＬ１付近に形成された円柱状の内部空間６を有する。フィルタエレメント２は、外周面２ａから液体が内部空間６に導入されるときに、フィルタエレメント２において液体を径方向の外側から内側へ通過させることで、液体中の粒子を除去する。または、フィルタエレメント２は、内部空間６に導入された液体が外周面２ａから排出されるときに、フィルタエレメント２において液体を径方向の内側から外側へ通過させることで、液体中の粒子を除去する。ガスケット３は、フィルタエレメント２の軸方向における一方の端面を覆うように設けられる円板状の部材である。ガスケット４は、フィルタエレメント２の軸方向における他端を覆うように設けられる円板状の部材である。

【0012】

図２～図４を参照して、フィルタエレメント２の具体的な構造について説明する。図２に示すように、フィルタエレメント２は、多孔筒７の外側に濾材１０が筒状に配置されることによって構成される。多孔筒７は、フィルタエレメント２の芯材を構成する円筒状の部材である。多孔筒７は、液体を外周面から内周面へ、または内周面から外周面へ径方向に透過させるための多数の孔を有している。

【0013】

濾材１０は、多孔筒７の外周面を外側から取り囲むような筒状をなした状態にて、多孔筒７の外側に配置される。本実施形態では、濾材１０がシート状に構成される。そして、濾材１０が、多孔筒７に巻回されている。また、フィルタエレメント２では、濾材１０、及びネット状の基材１１の積層シート１２が巻回されている。ネット状の基材１１は、互いに交差する複数の線材１１ａ，１１ｂによって構成される（図４（ａ）（ｂ）参照）。なお、線材１１ａと線材１１ｂとは上下に積層されてもよく（図４（ａ）参照）、線材１１ａと線材１１ｂとが同一面に配置されてもよい（図４（ｂ）参照）。図２では、最外周の積層シート１２が巻き戻されて展開された様子が示されている。積層シート１２は、長尺な帯状の基材１１の一方の主面に、シート状の濾材１０を配置することによって構成される。基材１１には、長手方向（巻回方向）に複数枚の濾材１０が並べられるように配置されてよい。あるいは、濾材１０は、基材１１と同様に長尺な帯状に形成されていてもよい。

【0014】

上述のような積層シート１２を巻回した後の状態の拡大図を図３（ａ）に示す。図３（ａ）は、フィルタエレメント２の軸方向の端面における積層シート１２の積層態様を示している。図３（ａ）に示すように、フィルタエレメント２では、径方向において、濾材１０と基材１１が交互に積層される。具体的には、中心軸から「ｎ層目」の積層シート１２の基材１１の外周面に、「ｎ＋１層目」の積層シート１２の濾材１０の内周面が接するように巻き付けられる。また、「ｎ＋１層目」の積層シート１２の基材１１の外周面に、「ｎ＋２層目」の積層シート１２の濾材１０の内周面が接するように巻き付けられる。なお、一つあたりの積層シート１２には、基材１１及び濾材１０以外の部材が積層されていてもよい。また、一つあたりの積層シート１２の基材１１に対して、複数枚の濾材１０が積層されてもよい。例えば、基材１１の両方の主面に濾材１０が積層されてもよい。

【0015】

ここで、フィルタエレメント２では、複数の通気抵抗の同じ濾材１０が径方向に積層されるように巻回されてよい。あるいは、フィルタエレメント２では、複数の通気抵抗の異なる濾材１０が径方向に積層されるように巻回されてよい。例えば、図３（ｂ）（ｃ）に示すように、径方向の内側に配置される濾材１０Ａの通気抵抗と、径方向の外側に配置される濾材１０Ｂの通気抵抗とが、互いに異なっていてよい。例えば、図３（ｂ）に示すように、一層あたりの積層シート１２の中に、互いに通気抵抗が異なる濾材１０Ａ，１０Ｂが含まれてよい。このとき、積層シート１２は、巻回前に、通気抵抗が互いに異なる濾材１０Ａ，１０Ｂを基材１１に重ねることによって構成される。あるいは、図３（ｃ）に示すように、径方向の内側の積層シート１２の濾材１０Ａの通気抵抗と、外側の積層シート１２の濾材１０Ｂの通気抵抗とが、互いに異なっていてもよい。なお、径方向の外側から内側に向かって、徐々に通気抵抗が小さくなるように勾配が付けられてよい。あるいは、径方向の外側から内側に向かって、徐々に通気抵抗が大きくなるように勾配が付けられてよい。なお、図３（ｂ）（ｃ）に示す例では、「濾材１０Ａ」として示されている領域は、一層の濾材１０Ａのシートのみによって構成されている場合に限定されず、濾材１０Ａとして同一の通気抵抗を有するシートを複数層重ねることによって形成されていてもよい。「濾材１０Ｂ」として示される領域も同様である。

【0016】

また、図４（ａ）に示すように、濾材１０は、孔１６を有してよい。孔１６は、濾材１０の径方向における内側の表面と外側の表面との間で貫通するように形成される。特に孔１６の大きさや配置が限定されるものでは無いが、孔１６の直径は約３．９７ｍｍ（５／３２インチ）に設定されてよい。また、孔１６は、約３０．５ｍｍ（１．２インチ）の間隔で直線列で配置されてよい。更に、各直線列における孔１６の配置は、隣の直線列における孔１６と互い違いになるように配置されてよい。直線列同士の間隔は約１５．２ｍｍ（０．６インチ）に設定されてよい。

【0017】

次に、濾材１０の材料について説明する。濾材１０の材料として液体を透過させると共に、透過させた液体から粒子を除去可能な材料が採用される。濾材１０の材料として、例えば、不織布が採用される。不織布の目付は、１０～１０００ｇｓｍに設定されてよい。不織布材質として、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、ナイロン等の熱可塑性樹脂が採用されてよい。その他、濾材１０の材料として、繊維からなる空隙によって濾過が可能となる材料（例えば、織布、紙など）が採用されてよい。

【0018】

次に、図５及び図６を参照して、濾材１０の詳細な構成について説明する。図５は、濾材１０の表面の様子を示す拡大平面図である。図６は、図５（ａ）のＶＩ－ＶＩ線に示す断面図である。図５（ａ）（ｂ）に示すように、濾材１０は、表面に形成されたエンボス部２１（圧着部）を有する。なお、エンボス部２１以外の箇所を非エンボス部２２（非圧着部）と称する。

【0019】

図５に示すように、エンボス部２１は、濾材１０の母材（加工前の不織布）の一部に対して、部分的に厚みが薄くなる加工を施された部分である。このようなエンボス部２１は、濾材１０の母材をエンボスロールなどで熱圧着することによって形成される。濾材１０は、厚み方向の両側の表面にエンボス部２１を有している。特に限定されないが、非エンボス部２２の厚みＴ１（すなわち濾材１０の厚み）を１００％とした場合、エンボス部２１の厚みＴ２は１％以上、５％以上、１０％以上、２０％以上に設定されてよい。また、エンボス部２１の厚みＴ２は７０％以下、６５％以下、６０％以下、５０％以下に設定されてよい。なお、濾材１０の厚みＴ１は、特に限定されないが、０．１～１５ｍｍに設定されてよい。

【0020】

エンボス部２１によるエンボスパターンとして、図５（ａ）に示す種類と、図５（ｂ）に示す種類が例示される。図５（ａ）のエンボスパターンでは、非エンボス部２２が閉領域を形成するような所定形状を有し、非エンボス部２２同士の隙間の領域にエンボス部２１が形成される。図５（ａ）に示す例では、非エンボス部２２の形状として、正方形が採用されている。また、非エンボス部２２の正方形の一辺と、隣の非エンボス部２２の一辺との間にエンボス部２１が形成される。エンボス部２１は、複数の非エンボス部２２に亘って直線状に形成される。このようなエンボスパターンは、一定のピッチで離間するように配列された直線状の第１のエンボス部２１Ａと、第１のエンボス部２１Ａと直交して一定のピッチで離間するように配列された直線状の第２のエンボス部２１Ｂと、を有する。なお、寸法は特に限定されないが、エンボス部２１の幅Ｌ１は、０．１ｍｍ以上、０．２ｍｍ以上、０．３ｍｍ以上に設定されてよい。また、エンボス部２１の幅Ｌ１は、５ｍｍ以下、３ｍｍ以下、１ｍｍ以下に設定されてよい。また、非エンボス部２２の一辺の長さＬ２は、０．５ｍｍ以上、１．０ｍｍ以上、１．５ｍｍ以上、２．０ｍｍ以上に設定されてよい。また、非エンボス部２２の一辺の長さＬ２は、９９．９ｍｍ未満、５０ｍｍ以下、３０ｍｍ以下、１０ｍｍ以下に設定されてよい。なお、非エンボス部２２の形状は特に限定されず、三角形または五角形以上の多角形であってもよく、長方形などの長手方向を有する形状であってもよい。

【0021】

図５（ｂ）のエンボスパターンでは、エンボス部２１が閉領域を形成するような所定形状を有し、エンボス部２１同士の隙間の領域に非エンボス部２２が形成される。図５（ｂ）に示す例では、エンボス部２１の形状として、円が採用されている。また、エンボス部２１と、隣のエンボス部２１との間に非エンボス部２２が形成される。なお、寸法は特に限定されないが、エンボス部２１の直径Ｌ３は、０．１ｍｍ以上、０．３ｍｍ以上、０．５ｍｍ以上、１ｍｍ以上に設定されてよい。エンボス部２１の直径Ｌ３は、２０ｍｍ以下、１５ｍｍ以下、１０ｍｍ以下、５ｍｍ以下に設定されてよい。また、エンボス部２１のピッチＬ４（すなわち非エンボス部２２の幅）は、０．５ｍｍ以上、１ｍｍ以上、２ｍｍ以上に設定されてよい。エンボス部２１のピッチＬ４は、１０ｍｍ以下、８ｍｍ以下、５ｍｍ以下に設定されてよい。エンボス部２１は、所定の配列パターンに従って配列される。エンボス部２１の形状は特に限定されず、多角形であってもよく、長円、楕円などの長手方向を有する形状であってもよい。

【0022】

濾材１０の単位面積あたりのエンボス部２１の合計の面積の割合は、０％より大きく、４４％未満であってよい。より好ましくは、濾材１０の単位面積あたりのエンボス部２１の面積の割合は、０％より大きく、２％以上、５％以上、また、３５％以下、２５％以下、１６％以下であってよい。なお、図２に示すように単位領域ＳＥを（仮想的に）設定する。単位領域ＳＥは、例えば一辺１００ｍｍの矩形に設定することができる。単位領域ＳＥを濾材１０の任意の位置に設定した場合、当該単位領域ＳＥ内には、所定のエンボスパターンにて複数のエンボス部２１及び非エンボス部２２が存在しており、エンボス部２１の面積の割合が前述の範囲内に収まっている。このような関係性は、単位領域ＳＥを濾材１０内のどの位置に（仮想的に）移動させたとしても成り立っていることが好ましい。例えば、濾材１０の一部に広い面積のエンボス部２１が形成され、他の部分に広い範囲の非エンボス部２２が形成されているような場合も、単位面積あたりのエンボス部２１の面積の割合が上述の範囲内に結果的に入ることもあり得る。しかし、このようなエンボス部２１が偏った構成では、単位領域ＳＥを移動させた場合に、単位領域ＳＥの全域がエンボス部２１、又は非エンボス部２２になる部分が存在する。このようにエンボス部２１が一部に偏っている場合、濾材１０の濾過性能にムラができてしまう。これに対し、エンボス部２１が所定のエンボスパターンにて形成されている場合、濾材１０の濾過性能のムラを抑制することができる。

【0023】

次に、図７を参照して、フィルタエレメント２の製造方法について説明する。図７は、フィルタエレメント２の製造装置５０を示す。製造装置５０は、基材１１を供給する供給ローラ５１と、積層シート１２を巻き取る巻取部５２と、巻き取った積層シート１２を圧縮する圧縮部５３と、を備える。まず、供給ローラ５１は、巻取部５２へ基材１１を供給する。搬送路の中途位置において、濾材１０が基材１１上に配置される。巻取部５２は、多孔筒７を回転方向Ｒ１に回転して、積層シート１２を多孔筒７で巻き取る。このとき、圧縮部５３は、巻き取られる積層シート１２に対して外側から圧力Ｐを付与する。これにより、多孔筒７に積層シート１２が所定回数巻き付けられることで、フィルタエレメント２が完成する。

【0024】

次に、本実施形態に係るフィルタ１の作用・効果について説明する。

【0025】

不織布などを濾材とするフィルタにおいて、粒子の除去性能を向上させるための方法として、より細い繊維径を有する不織布を用いる方法が採用される場合がある。例えば、図８（ａ）に示すような不織布３０では、複数の繊維３１の間に開孔３２が形成される。なお、図８では、説明のための開孔３２にグレースケールが付され、当該開孔３２を形成する繊維３１が太線で示されている。このような不織布では、繊維３１を細くすることで開孔３２を小さくすることができる。しかしながら、このような方法は、エレクトロスピニング法（電界紡糸法）などによる微細繊維不織製造を採用する必要があり、生産性及びコストの点で問題が生じる。

【0026】

また、粒子の除去性能を向上させるための他の方法として、濾材の全面を圧縮するカレンダー加工にて不織布をつぶすことで開孔３２を小さくする方法が採用される場合がある。しかし、このような方法は、流量特性が低下するという問題が生じる。また、カレンダー加工された不織布の位置は保持されず、繊維３１に流動性がある状態である。そのため、図８（ｂ）に示すように、開孔３２は、流体が通過する際に発生する応力によって拡大する可能性がある。その場合、粒子が開孔３２を通過し、除去性能が低下する可能性がある。これに対し、高温条件にてカレンダー処理を行うことで密な開孔３２を作ろうとした場合、不織布の表面が溶融し、開孔３２が過度に密になり、または開孔３２が無くなってしまうため、不織布がフィルタとして機能しなくなってしまう。

【0027】

これに対し、本実施形態に係るフィルタ１は、多孔筒７の外側に濾材１０が筒状に配置されたフィルタエレメント２を備え、濾材１０は、表面に形成されたエンボス部２１を有する。

【0028】

この場合、図８（ｃ）に示すように、不織布の繊維３１の位置は、不織布３０全体にわたって形成されたエンボス部２１によって保持される。従って、繊維３１の移動度は、カレンダ加工された不織布と比較して小さく抑制することができる。従って、濾材１０に流体を通過させるとき、当該流体の応力に対して開孔３２の孔径を良好に維持することができる。従って、カレンダ加工された不織布と比較して、フィルタエレメントの除去性能を高くすることができる。また、カレンダ加工された不織布と比較して、流量特性も向上させることができる。

【0029】

濾材１０がシート状であり、多孔筒７に巻回されてよい。この場合、多孔筒７に巻回された濾材１０に液体を透過させることによって、濾過を行うことが可能となる。

【0030】

フィルタエレメント２では、濾材１０、及びネット状の基材１１の積層シート１２が巻回されてよい。この場合、基材１１で濾材１０を支持することができる。このような基材１１は、積層シート１２に濾材１０以外の部材を含ませるときに、効果的に強度を確保することができる。

【0031】

フィルタエレメント２では、複数の通気抵抗の異なる濾材１０が径方向に積層されるように巻回されてよい。この場合、液体に含まれる異なる粒径の異物が効率的に捕捉され、広い粒度分布をもった液体の異物除去に対して有効となり、フィルター寿命の改善が可能となる。

【0032】

濾材１０が孔１６を有してよい。この場合、液体の一部が濾材１０の孔１６を通ることで、濾材１０全面に対する液体の分配性能が改善され、フィルター寿命の改善が可能となる。

【0033】

［第２実施形態］
図９を参照して、第２実施形態に係るフィルタ１について説明する。第２実施形態に係るフィルタ１は、フィルタエレメント２が基材１１を有していない点で、第１実施形態に係るフィルタ１と相違する。なお、第２実施形態のフィルタエレメント２は、基材１１を有していない点以外は、第１実施形態のフィルタエレメント２と同様な構成を有している。従って、第２実施形態のフィルタエレメント２においても、第１実施形態で説明した濾材１０及び多孔筒７を同様に採用することができる。

【0034】

図９に示すように、フィルタエレメント２の濾材１０は、シート状であり、多孔筒７に巻回されている。ここで、濾材１０は、長尺な帯状に構成されており、単独で多孔筒７に巻回される。

【0035】

上述のような濾材１０を巻回した後の状態の拡大図を図１０に示す。図１０は、フィルタエレメント２の軸方向の端面における濾材１０の積層態様を示している。図１０（ａ）に示すように、フィルタエレメント２では、径方向に濾材１０が連続して積層される。具体的には、中心軸から「ｎ層目」の濾材１０の外周面に、「ｎ＋１層目」の濾材１０の内周面が接するように巻き付けられる。また、「ｎ＋１層目」の濾材１０の外周面に、「ｎ＋２層目」の濾材１０の内周面が接するように巻き付けられる。

【0036】

ここで、図１０（ａ）に示すように、フィルタエレメント２では、複数の通気抵抗の同じ濾材１０が径方向に積層されるように巻回されてよい。あるいは、フィルタエレメント２では、複数の通気抵抗の異なる濾材１０が径方向に積層されるように巻回されてよい。例えば、図１０（ｂ）（ｃ）に示すように、径方向の内側に配置される濾材１０の通気抵抗と、径方向の外側に配置される濾材１０の通気抵抗とが、互いに異なっていてよい。例えば、図１０（ｂ）に示すように、互いに通気抵抗が異なる濾材１０Ａ，１０Ｂの組み合わせが、径方向に連続していてよい。このとき、巻回前に、通気抵抗が互いに異なる濾材１０Ａ，１０Ｂを重ねておき、当該重ね合わせられた濾材１０Ａ，１０Ｂを多孔筒７に巻回する。あるいは、図１０（ｃ）に示すように、径方向の位置によって通気抵抗が他の位置と異なるものとなるように、互いに通気抵抗が異なる濾材１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄが巻回されてよい。このとき、巻回前に、互いに通気抵抗が異なる濾材１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄを長手方向につなぎ合わせることで、長尺な帯状の濾材１０を構成すればよい。なお、図１０（ｂ）（ｃ）に示す例では、「濾材１０Ａ」として示されている領域は、一層の濾材１０Ａのシートのみによって構成されている場合に限定されず、濾材１０Ａとして同一の通気抵抗を有するシートを複数層重ねることによって形成されていてもよい。「濾材１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ」として示される領域も同様である。

【0037】

ここで、従来のエンボス加工やカレンダー加工がなされていない不織布を用いて、ネット状の基材１１を省略してフィルタエレメントを作成した場合について説明する。このとき、高温中高流量などのように、フィルタへの負荷がの高い条件でフィルタエレメントを使用すると、フィルタエレメントの剛性及び最外層表面の耐久性が不十分で、フィルタエレメントの変形によって流量特性が低下するという問題や、表面不織布が崩れてしまうなどの問題が生じる。このような問題を解決するために、不織布にカレンダー加工を行うことで、フィルタエレメントの剛性及び耐久性を向上させる場合がある。しかし、このような方法を採用した場合、剛性及び耐久性が向上したとしても、不織布がつぶれて密度が上がることによる流量特性低下が生じ、且つ、フィルタエレメントの外径が縮小し、所望のフィルタの除去性能及び流量特性のバランスが崩れてしまうという問題が生じる場合がある。

【0038】

これに対し、第２実施形態に係るフィルタ１は、基材１１が省略されて径方向に濾材１０が連続して積層されているものに対し、濾材１０がエンボス部２１を有している。従って、エンボス部２１が濾材１０を補強してフィルタエレメントの剛性及び耐久性を向上させることができる。また、第１実施形態で説明したように、流量特性及び除去性能を向上することもできる。

【0039】

［第３実施形態］
図１１（ａ）（ｂ）を参照して、第３実施形態に係るフィルタ１について説明する。第３実施形態に係るフィルタ１は、シート状の濾材１０が多孔筒７に巻回されていない点で、第１実施形態に係るフィルタ１と相違する。なお、第３実施形態のフィルタエレメント２は、濾材１０の形状が第１実施形態と異なっている。第３実施形態に係るフィルタ１では、濾材１０の外周に多孔を有したケージが設置されていてもよい。濾材１０は、補強材として基材１１のようなネット材、剛性の高いその他の不織布材料等と重ねて使用されてよい。従って、第３実施形態のフィルタエレメント２においても、材料としての濾材１０は、第１実施形態で説明したものと同様な濾材１０が採用されてよく、第１実施形態で説明したものと同様な多孔筒７を採用することができる。

【0040】

図１１（ａ）（ｂ）に示すように、第３実施形態に係るフィルタ１では、プリーツ状に折り畳まれた濾材１０が多孔筒７の径方向の外側に配置されている。図１１（ａ）（ｂ）は、フィルタ１を軸方向から見たときの様子を示す図であり、フィルタ１の周方向における一部を拡大して示している。プリーツ状とは、図１１（ａ）（ｂ）においてフィルタエレメント２の一部を拡大した「Ａ」に示すように、シート状の濾材１０が軸方向から見て波打つように折り畳まれた状態である。濾材１０は、径方向における外側へ延びると共に、折り返されて内側へ延び、折り返されて再び外側へ延びる。このような折りたたみの形状が周方向の全周にわたって繰り返される。その結果、濾材１０は、径方向に所定の厚みを有した円筒状のフィルタエレメント２として構成される。このようなフィルタエレメント２の中央の空間に多孔筒７が挿入されることで、多孔筒７の外側に濾材１０が配置される構成となる。なお、濾材１０の折り畳み態様は特に限定されず、図１１（ａ）に示すように濾材１０がランダムに折り畳まれた部分を含んでよく、図１１（ｂ）に示すように濾材１０が全体にわたって規則的に折り畳まれてもよい。

【0041】

［実施例］
次に、実施例について説明する。まず、実施例に用いるための濾材として、エンボス部及び非エンボス部によるエンボスパターンが形成された不織布の濾材を六種類準備した。六種類の濾材のエンボスパターンを図１２に「エンボス１～エンボス６」として示す。「エンボスパターン」の項目の最上段には、エンボスパターンの形状が記載されている。エンボス１，２，５，６は、多角形の非エンボス部を有するパターンである。エンボス３，４は、円形のエンボス部を有するパターンである。なお、「圧着エリア」には、単位面積当たりのエンボス部の総面積の割合が示されている。なお、エンボス１～６の他の特徴については、図１３に記載されている。例えば「Ｔｅｍｐ．」にはエンボス加工時のエンボスロールの加熱温度が記載されている。「目付」には濾材としての単位面積当たりの質量が記載されている。なお、「厚み」の測定方法として次の方法を採用した。サンプルを２５ｃｍ×２０ｃｍに切り出し、１時間平静に静置した。その後、上からの荷重が合計で１４グラムとなるように力をかけて平坦なプレートに挟み、ダイヤルインジケータを使用してプレート間の距離を測定し厚みとした。「目付」の測定方法として次の方法を採用した。２５ｃｍ×２０ｃｍに切り出したサンプルを質量計で測定し、１平方メートル辺りの重量を計算し目付とした。

【0042】

また、比較例に用いるための濾材として、カレンダー処理がなされた不織布の濾材を三種類準備した。これらの濾材の特徴を図１３の「カレンダー１～カレンダー３」に示す。また、比較例に用いるための濾材として、カレンダー処理もエンボス加工もなされていない不織布を準備した。この濾材の特徴を図１３の「処理無し」に示す。

【0043】

まず、各濾材を用いてフィルタを組み立てる前に、濾材単体としての性能を評価した。「通気抵抗」には、通気抵抗の評価結果が示されている。当該評価試験は、３２Ｌ／ｍｉｎの空気流量で濾材のサンプルに空気を流し、ＡＳＴＭ Ｆ７７８－８８に示される評価試験方法により測定した。「引張強度」には、引っ張り試験を行った結果が示されている。「ＭＤ」には不織布製造時のロール巻き方向の引張強度評価結果が示され、「ＣＤ」には、不織布製造時のロール幅方向の引張強度評価結果が示されている。当該引張強度試験は、次のように行われた。まず、不織布のサンプルを５ｃｍ×２５ｃｍに切り出した。サンプルをチャック間が２０ｃｍになるようチャックした。次に、サンプルを引張試験機で２００ｍｍ／ｍｉｎの引張速度で引っ張りそのときの最大破断強度を引張強度とした。

【0044】

図１３の「流量特性」には、各サンプルの通液抵抗を求め、それを流量特性として評価した結果が示されている。また、図１３の「除去性能」には、濾過精度の評価結果が示されている。これらの評価結果の測定のために、「（１）ディスクサンプル準備とハウジングへのセット」、「（２）親水処理」、「（３）流量特性（通液抵抗）測定」、「（４）除去性能測定」という四つの手順が連続して操作された。「（１）ディスクサンプル準備とハウジングへのセット」では、濾材の不織布をφ４７ｍｍのディスク状に打ち抜いた。ディスクサンプル合計質量が１．７～１．９ｍｍになるようにディスクサンプルを重ねた。重ね合わせたディスクサンプルをディスクホルダーにセットした。「（２）親水処理」では、親水処理として超純水をディスクホルダー内に通液し、通液工程における出口側を封止したのち、０．１ＭＰａで加圧したまま１０分間維持した。その後、通液工程における出口側を開放し、０．１ＭＰａにて５分間通液した。「（３）流量特性（通液抵抗）測定」では、親水処理後に超純水を１０～１００ｍＬ／ｍｉｎの範囲の流量で通液し、そのときの差圧と流量の関係から１００ｍＬ／ｍｉｎ通液時換算値の通液抵抗を求め、それを流量特性とした。「（４）除去性能測定」では、コロイダルシリカ溶液（ＰＬ２、扶桑化学工業社製）にフュームドシリカ（ＯＸ５０、Evonik社製）を１００ｐｐｍの濃度で添加しチャレンジ液を調整した。１００ｍＬ／ｍｉｎの流量でチャレンジ液をディスクサンプルに通液し、２１０秒後に濾液をサンプリングした。パーティクルカウンターAccusizer（登録商標）FX-Nano（日本インテグリス社製）にて、原液と濾液サンプルの含有粒子数を測定し、除去性能を測定した。なお、「除去性能＝［（原液サンプルの含有粒子数－濾液サンプルの含有粒子数）／原液サンプルの含有粒子数］×１００」として計算している。以降、除去性能の測定について説明した部分は、同様の計算がなされるものとする。

【0045】

流量特性と除去性能との関係を図１４に示す。エンボス部の面積割合が４４％未満のエンボス１～４については、通液抵抗が同程度である「処理無し」「カレンダー」に比して、除去性能が高い。当該結果から、上述の第１～３実施形態のいずれのフィルタについても、エンボス部を有する濾材を用いることで、除去性能が向上することが確認された。

【0046】

次に、図２に示すような第１実施形態に対応するタイプのフィルタを作成した。「処理無し」の濾材を用いたものを比較例１とし、「カレンダー１～３」の濾材を用いたものを比較例２～４とし、「エンボス１～４」の濾材を用いたものを実施例１～４とした。なお、いずれの比較例及び実施例においても、図７に示すフィルタエレメントの製造装置を用いた。このとき、用いる濾材以外の条件はすべて同一とした。積層シートの送り速度は１２０（ｍｍ／ｓｅｃ）とし、巻回時のニップ圧は０．２（ＭＰａ／１０ｉｎｃｈ）とした。なお、ネット状の基材に対して、長手方向に１０枚の濾材を並べた。具体的には、多孔筒７に近い側の１枚目～９枚目には各エンボス１～４の濾材を並べ、多孔筒７から最も遠い１枚（つまり、１０枚目）には目付が１００ｇｓｍ、通気抵抗が４.５ｍｍＨ_２Ｏの不織布からなる濾材を並べた。このように並べ、巻回することで、フィルターエレメント内側から９枚までにエンボス１～４の濾材が存在し、外側の１枚に上記不織布の濾材が存在するフィルタエレメントを得た。熱溶着にて巻回終端を溶着した。これらのフィルタエレメントの直径は、図１５の「外径」の欄に示される。

【0047】

図１５の「流量特性」には、各フィルタエレメントの流量特性の評価結果が示されて、「除去性能」には、各フィルタの除去性能の評価結果が示されている。これらの評価結果の測定のために、「（１）２インチカートリッジサンプル準備とハウジングへのセット」、「（２）親水処理」、「（３）流量特性（通液抵抗）測定」、「（４）除去性能測定」という四つの手順が連続して操作された。「（１）２インチカートリッジサンプル準備とハウジングへのセット」では、フィルタエレメントを２インチ長に切断し、２インチカートリッジに組み立てた。カートリッジをハウジングにセットした。「（２）親水処理」では、親水処理として超純水を充填した。次に、通液工程における出口側を封止したのち、０．１ＭＰａで加圧したまま１０分間維持した。その後、通液工程における出口側を開放し、０．１ＭＰａにて５分間通液した。「（３）流量特性（通液抵抗）測定」では、親水処理後に超純水を１００～５００ｍＬ／ｍｉｎの範囲の流量で通液し、そのときの差圧と流量の関係から１Ｌ／ｍｉｎ通液時換算値の通液抵抗を求め、流量特性とした。その後、「（４）除去性能測定」では、超純水で１０倍に希釈したコロイダルシリカ溶液（ＰＬ２、扶桑化学工業社製）にフュームドシリカ（ＯＸ５０、Evonik社製）を１００ｐｐｍの濃度で添加しチャレンジ液を調整した。３５０ｍＬ／ｍｉｎの流量でチャレンジ液をカートリッジに通液し、２１０秒後に濾液をサンプリングした。パーティクルカウンターAccusizer（登録商標）FX-Nano（日本インテグリス社製）にて、原液と濾液サンプルの含有粒子数を測定し、除去性能を測定した。なお、図１５において、粒径について、＞０．３μｍ、＞０．４μｍ、＞０．５μｍの場合分けがあるが、これは、それぞれ、＞０．３μｍ、＞０．４μｍ、＞０．５μｍの粒子サイズに関する除去性能が示されている。エンボスしたサンプルはカレンダのサンプルに比べて、小さいサイズの粒子も除去できている。

【0048】

流量特性と除去性能との関係を図１６に示す。いずれの実施例についても、比較例に基づく近似線よりも高い除去性能が得られている。すなわち、いずれの実施例も、同程度の流量特性を有する比較例に比べて、高い除去性能が得られている。濾材の厚みと通気抵抗との関係を図１７に示す。エンボス１～４は、同程度の厚みのカレンダー加工の濾材よりも、不織布単品の通気抵抗が高くなっている。

【0049】

次に、図９に示すような第２実施形態に対応するタイプのフィルタを作成した。まず、図１８に示すような「処理無し」の濾材と、四種類のカレンダー加工の濾材と、二種類のエンボス加工の濾材を準備した。なお、「カレンダー４」及び「エンボス７」以外の濾材は、図１３に示すものと同様である。カレンダー４は、厚み以外はカレンダー１と同じである。また、エンボス７は、厚み以外はエンボス１と同じである。図１８に示すように、エンボス加工の濾材は、カレンダー加工の濾材よりも引張強度が強い。

【0050】

図１９に示すように、各濾材を用いて第２実施形態に対応するタイプのフィルタを作成した。「処理無し」の濾材を用いたものを比較例４とし、「カレンダー４、１～３」の濾材を用いたものを比較例５～８とし、「エンボス７、１」の濾材を用いたものを実施例５、６とした。なお、いずれの比較例及び実施例においても、３７５０ｍｍの長さの濾材を用いた。濾材の送り速度は２００（ｍｍ／ｍｉｎ）とし、巻回時のニップ圧は０．２（ＭＰａ／１０ｉｎｃｈ）とした。熱溶着によって巻回終端を溶着した。これらのフィルタエレメントの直径は、図１９の「外径」の欄に示される。

【0051】

濾材の厚みとフィルタエレメントの外径との関係を図２１に示す。「処理無し」、カレンダー４、エンボス７、エンボス１を適用したフィルタエレメントは、外径の目標仕様（５８ｍｍ～６２ｍｍ）に達した。しかし、カレンダー１、カレンダー２、カレンダー３は対象外であった。

【0052】

次に、フィルタエレメントのつぶれの確認のために、以下の耐久性試験を行った。まず、フィルタエレメントが設けられた１０インチのフィルタカートリッジをハウジングにセットした。なお、試験内容を説明する際にフィルタカートリッジという語を用いることがあるが、当該フィルタカートリッジは、前述の第１～３実施形態における「フィルタ」に相当するものである。次に、９０℃の熱水を０．１５ＭＰａで１５分間フィルタカートリッジに通液した。次に、２５℃の水道水を０．１５ＭＰａで５分間フィルタカートリッジに通液した。熱水及び水道水の通液サイクルを５サイクル繰り返し、高負荷条件での通液試験を行った。その後、フィルタエレメントの表面状態を観察した。試験前の外観を図１９の「外観」に示し、試験後の外観の観察結果を図２０（ａ）の「耐久試験後外観」に示す。図２０（ａ）に示すように、エンボス加工の濾材を用いたフィルタエレメントは、「処理無し」及びカレンダー４の濾材を用いたフィルタエレメントよりも、崩れや表面のほつれもなく、良好な外観が維持された。

【0053】

ここで、上述のような高負荷条件で通液を行った後では、フィルタエレメントが変形することで、流量特性に影響が及ぼされる可能性がある。従って、耐久試験前後のフィルタエレメントの状態を比較する流量試験を行った。まず、２５℃の水道水を２、６、１０、１４Ｌ／ｍｉｎでフィルタカートリッジに流して通液抵抗を求め、流量特性とした。各濾材を用いたフィルタエレメントの流量と流量特性との関係を図２２に示す。１４Ｌ／ｍｉｎでの流量特性の変化率を図２０（ｂ）に示す。エンボス１のフィルタエレメントは、「処理無し」及び「カレンダー４」のフィルタエレメントより流量特性変化率が抑制されていた。なお、流量特性の変化率は、耐久試験前の流量特性を１００％として求める値であり、具体的には「（耐久試験後の通液抵抗／耐久試験前の通的抵抗）－１００」（％）で求められる。

【0054】

次に、耐久試験前後のフィルタエレメントの外径を比較する試験を行った。ここでは、耐久試験前後でフィルタエレメントの外径を計測し、外径の変化率を計算した。変化率を図２０（ｃ）に示す。なお、図２０（ｃ）には、耐久試験前後の外径も記載されている。エンボス７、１の濾材を用いたフィルタエレメントは、他のフィルタエレメントよりも変化率が小さく抑えられていた。

【0055】

フィルタエレメントの外径と流量特性との関係を図２３に示す。「処理無し」、カレンダー４及びエンボス７、１のフィルタエレメントは許容可能な差圧性能（差圧が８０ｋＰａより小さく、外径が５８～６２ｍｍ）を得ることができた。その他の濾材のフィルタエレメントは許容可能な範囲から外れていた。このように、フィルタエレメントの外径が細すぎると、流量特性が低下する。

【0056】

各フィルタエレメントの除去性能の評価試験を行った。除去性能の測定のために、「（１）２インチカートリッジサンプル準備とハウジングへのセット」、「（２）親水処理」、「（３）流量特性（通液抵抗）測定」、「（４）除去性能測定」という四つの手順が連続して操作された。「（１）２インチカートリッジサンプル準備とハウジングへのセット」では、まず、フィルタエレメントを２インチ長に切断し、２インチカートリッジに組み立てた。カートリッジをハウジングにセットした。「（２）親水処理」では、親水処理として超純水を充填し、通液工程における出口側を封止した後、０．１ＭＰａで加圧したまま１０分間維持した。その後、通液工程における出口側を開放し、０．１ＭＰａにて５分間通液した。「（３）流量特性（通液抵抗）測定」では、親水処理後に超純水を１００～５００ｍＬ／ｍｉｎの範囲の流量で通液し、そのときの差圧と流量の関係から１Ｌ／ｍｉｎ通液時換算値の通液抵抗を求め、流量特性とした。「（４）除去性能測定」では、超純水で１０倍に希釈したコロイダルシリカ溶液（ＰＬ２、扶桑化学工業社製）にフュームドシリカ（ＯＸ５０、Evonik社製）を１ｐｐｍの濃度で添加しチャレンジ液を調整した。３３０ｍＬ／ｍｉｎの流量でチャレンジ液をカートリッジに通液し、２１０秒後に濾液をサンプリングした。パーティクルカウンターAccusizer（登録商標）FX-Nano（日本インテグリス社製）にて、原液と濾液サンプルの含有粒子数を測定し、除去性能を測定した。

【0057】

フィルタエレメントの外径と除去性能との関係を図２４に示す。外径及び流量特性の許容範囲内では、エンボス７、１の濾材のフィルタエレメントの方が、他の濾材のフィルタエレメントよりも高い除去性能が得られていた。

【0058】

フィルタエレメントの剛性試験を行った。まず、フィルタエレメントを軸方向に２５ｍｍ幅で切断し、円環状のサンプルを得た。サンプルの径方向外側の両端部を一対の平板で挟むようにセットした。サンプルを剛性試験機によって１０ｍｍ／ｍｉｎで圧縮し、３ｍｍ圧縮変形時点の応力を測定し、剛性とした。フィルタエレメントの外径と剛性との関係を図２５に示す。外径及び流量特性の許容範囲内では、エンボス７、１の濾材のフィルタエレメントの方が、他の濾材のフィルタエレメントよりも高い除去性能が得られていた。

【符号の説明】

【0059】

１…フィルタ、２…フィルタエレメント、７…多孔筒、１０…濾材、１１…基材、１２…積層シート、１６…孔。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】