JPH0557122A

JPH0557122A - フイルター

Info

Publication number: JPH0557122A
Application number: JP3224389A
Authority: JP
Inventors: Akiji Anahara; 明司穴原; Yoshiharu Yasui; 義治安居; Makoto Tsuzuki; 誠都築; Ryuta Kamiya; 隆太神谷
Original assignee: Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 1991-09-04
Filing date: 1991-09-04
Publication date: 1993-03-09

Abstract

(57)【要約】【目的】強度的に優れ、かつ単位容積当たりのろ過面
積を大きくすることができるフィルターを提供する。【構成】ハウジング２内の区画板３，４間に円筒状の
三次元織物構造体により構成された２個一組の円筒状フ
ィルター７ａ，７ｂが多数組固定配置されている。入口
２ａ側の区画板４には流体を外側に配置された円筒状フ
ィルター７ｂの内側に導くための透孔４ａが形成されて
いる。出口２ｂ側の区画板３には両円筒状フィルター７
ａ，７ｂを通過した流体を出口２ｂへ導く透孔３ａ，３
ｂが形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は流体中の不純物を捕集す
るフィルターに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】流体中に存在する不純物を捕集する方法
としてフィルターによるろ過が一般に行われている。ろ
過装置の重要な機能としてろ過効果の優れていることは
言うまでもないが、ろ過効果を高めると一般に通過流体
の流れを妨げる通過抵抗が増大する傾向が強い。従っ
て、これらの相反する現象を共に満足させるために、流
体の通過面積（フィルターのろ過面積）を大きくして対
処する場合が多い。一定の断面積のろ過装置内で大きな
ろ過面積を得る方法として、フィルターの形状をハニカ
ム状にする方法（例えば特開平２−１４７１１号公報）
と、円筒状にする方法（例えば特開平２−２５６８１
２）とがある。

【０００３】ハニカム状フィルターはセラミックで形成
され、図８及び図９に示すように隔壁３１により区画さ
れた多数の室３２の端部が封止材３３により交互に塞が
れている。そして、一方の側から室３２内に入った流体
が隔壁３１の微細な空孔を通過する際に不純物がろ過さ
れ、ろ過後の流体が他方の側から排出される。

【０００４】又、円筒状フィルターは多数の透孔が形成
された金属製円筒の外周面に通常の平面布（ろ布）を多
層に巻き付けたり、平面布の代わりに繊維束を多層に巻
き付けることにより形成される。そして、このように形
成された多数の円筒状フィルターがハウジング内に平行
に配列され、ハウジングの一方から流入した流体が円筒
状フィルターの周壁を通過する際に不純物がろ過され、
ろ過後の流体が他方から排出される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ハニカム状のフィルタ
ーは大きなろ過面積を確保できるが、隔壁３１が平面で
できているため１個の隔壁３１の面積を大きくすると強
度的に弱くなる。そして、強度を確保するため、隔壁３
１が多数の枡目を形成するように配列されている。又、
材質がセラミックであるため、温度分布の不均衡による
熱歪や機械的な衝撃で破損し易いという問題がある。
又、ハニカム状フィルターはディーゼルエンジン等各種
燃焼機器の排ガスの浄化装置として使用されているが、
フィルタを再使用するため堆積物（主としてカーボン微
粒子）を燃焼除去する際に、局部的な昇温による熱歪で
破壊し易い。

【０００６】一方、円筒状フィルターはろ材の強度が弱
くても芯材（金属製円筒）に支持されているため、強度
的には問題はない。しかし、金属製円筒の開孔率にもよ
るが、透孔が形成されていない部分ではろ過が行われ
ず、有効ろ過面積が減少するとともに、外側からろ布を
締めつける機構によってもろ過面積の増加を阻害する要
因が多くなる。すなわち、円筒状フィルターでろ過面積
を大きくとるためには全体の容積が大きくなるという問
題がある。

【０００７】本発明は前記の問題点に鑑みてなされたも
のであって、その目的は強度的に優れ、かつ単位容積当
たりのろ過面積を大きくすることができるフィルターを
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め本発明においては、ろ過すべき流体が周壁を通過する
直径の異なる複数の円筒状フィルターを同心円状に配置
した。

【０００９】又、円筒状フィルターを少なくとも周方向
に巻かれた多数本の繊維からなる周方向糸と、周方向糸
の任意の層間を円筒の軸方向及び放射方向に連続して蛇
行状態に挿入された多数の半径方向糸とにより円筒状に
形成した三次元織物構造体で構成してもよい。

【００１０】又、同心円状に配置した複数の直径の異な
る円筒状フィルターのうち、最大直径のフィルターに対
して流体が内周側から外周側に通過するように、流体通
路を形成してもよい。

【００１１】

【作用】本発明のフィルターは同心円状に配置された複
数の円筒状フィルターの各周壁がろ過面として使用され
る。すなわち、外側に配置された円筒状フィルターを従
来の円筒状フィルターと同じ直径とすると、その内側に
配置された円筒状フィルターの周壁の面積分のろ過面積
が増大する。又、円筒状フィルターであるため強度的に
優れている。

【００１２】又、円筒状フィルターを三次元織物構造体
で構成した場合は透孔を有するパイプや金網円筒等の芯
材を使用しなくても、ろ材である三次元織物構造体が形
態保持機能を有するため芯材が不要となり、有効ろ過面
積がさらに増大するばかりでなく、フィルター材料と芯
材料との熱膨張の違いによる熱歪履歴の繰り返しもな
く、耐久性に優れる利点を有する。

【００１３】又、円筒状の構造体はその直径が増大する
と、外側から加わる圧力に対する抵抗力が弱くなる傾向
があるので、最大直径のフィルターに対して内周側から
外周側に流体が通過するようにすると、フィルターが大
きな圧力に耐えることができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図１〜
図５に従って説明する。図１に示すように、フィルター
装置１のハウジング２は本体部が円筒状に形成されると
ともに入口２ａ側及び出口２ｂ側がそれぞれ縮径となる
ように形成されている。ハウジング２の内部には流体の
流れる方向と直交する状態で一対の円形状の区画板３，
４が、その周面がハウジング２の内面に嵌合する状態で
固定配置されている。両区画板３，４の互いに対向する
面の複数箇所（この実施例では１９箇所）には突部５，
６が所定間隔をおいて互いに対向する状態で形成されて
いる。各突部５，６には直径が異なる２個一組の嵌合溝
５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂがそれぞれ同心円状にかつ互い
に対向する状態に形成されている。そして、両区画板
３，４の互いに対向する突部５，６間に直径の異なる２
個一組の円筒状フィルター７ａ，７ｂが、その端部が前
記嵌合溝５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂにそれぞれ嵌入されて
同心円状に配置されている。

【００１５】入口２ａ側に配置された区画板４には図１
及び図３に示すように、ハウジング２内に導入された流
体を内側に配置された小径の円筒状フィルター７ａと外
側に配置された形成の大きな円筒状フィルター７ｂとの
間に導くため、各突部６に形成された嵌合溝６ａ，６ｂ
の間と対応する位置に、ほぼ半円弧状の透孔４ａが一対
ずつ形成されている。又、出口２ｂ側の区画板３には図
１及び図２に示すように、円筒状フィルター７ａの中心
と対応する位置に透孔３ａが、前記突部５の周囲と対応
する位置に透孔３ｂがそれぞれ形成されている。すなわ
ち、対向する一組の突部５，６間に同心円状に配置され
た２個の円筒状フィルター７ａ，７ｂは出口側の区画板
３によってその端部の間隙が閉塞され、入口側の区画板
４によって両円筒状フィルター７ａ，７ｂの間隙を除く
部分が閉塞された状態で互いに平行、かつ流体の流れる
方向に対しても実質的に平行に配置されている。

【００１６】ハウジング２はその軸芯を含む平面で２分
割可能に形成され、ハウジング２内への区画板３，４及
び円筒状フィルター７ａ，７ｂの組付けは、円筒状フィ
ルタ７ａ，７ｂが組付けられた区画板３，４を２分割さ
れた一方のハウジング２の中央部に嵌合した後、他方の
ハウジング２を一方のハウジング２の端面との間に隙間
がない状態で組付ける。そして、図示しない締め付け部
材により固定される。区画板３，４とハウジング２の内
面との間及びハウジング２の接合面間には必要に応じて
シール材を介装する。

【００１７】円筒状フィルター７ａ，７ｂは図４及び図
５に示す円筒状の三次元織物構造体Ｆにより構成され、
円周方向に多層（図では４層）に巻かれた周方向糸８
と、周方向糸８の内層の内側と外層の外側で折り返すよ
うに軸方向と放射方向に連続して蛇行状態に挿入された
多数（図では１６本）の半径方向糸９とから構成されて
いる。半径方向糸９は円周方向に等間隔で挿入され、隣
接する半径方向糸９の折り返し位置が軸方向において互
いに位相がずれた状態に配置されている。隣接する半径
方向糸９が互いに位相のずれた状態で折り返されること
により、三次元織物構造体Ｆの厚さ方向における周方向
糸８の結合が高められる。

【００１８】三次元織物構造体Ｆは本願出願人が先に提
案した三次元織物の製造方法（特開平２−２２１４４０
号公報）に準じて製造される。又、周方向糸８及び半径
方向糸９の繊維素材はフィルターの使用目的により適宜
選択され、高温度の排気ガスや液体をろ過する場合に
は、炭化珪素繊維、アルミナ繊維、チラノ繊維（珪素、
チタン、炭素、酸素から成る非晶質の耐熱性に極めて優
れた繊維、宇部興産の商品名）等のセラミック繊維やカ
ーボン繊維あるいは金属繊維等の耐熱性に優れた無機繊
維が使用され、耐熱性が要求されない用途では合成繊維
フィラメント（ポリエステル繊維、ポリエチレン繊維、
ポリスチレン繊維、ポリプロピレン繊維等）も使用され
る。

【００１９】三次元織物構造体Ｆ内では糸相互の交錯・
圧着により、糸は与えられた空間を充填するように外形
が円弧を含む多角形状をなすが、糸を構成する繊維本数
が少ないと、空間を均整に埋め尽くすことができず、ラ
ンダムに空隙を生じ、捕集効果にばらつきがでる虞があ
る。従って、１本の糸束の構成繊維本数は、少なくとも
７０本以上の細い繊維の集合体であることが望ましい。
又、１本の単繊維の直径も１００μｍ以下、望ましくは
２０μｍ以下の細いしなやかな繊維であるほうが空間の
充填効果が大きく好適である。

【００２０】又、三次元織物構造体Ｆの全容積中に繊維
の占める容積比率は、３５％以上好ましくは４０％以上
である。フィルターを構成する各成分の繊維束（糸）相
互を圧着して、繊維束の交錯点に生ずる空隙を充分に充
填するには、繊維束の外形形状を繊維束周辺の空隙を埋
めるように多角形状に変形させる必要があり、そのため
には繊維相互が緊密に密着されるように前記の含有率と
する必要がある。又、繊維の充填密度は高い方が細かい
粒子を除去することができるが、流体の通過抵抗が増大
するため、両者の兼ね合いで決定することが重要で、そ
れには三次元織物構造体Ｆの厚みも適切に選ぶ必要があ
る。

【００２１】次に前記のように構成されたフィルター装
置１の作用を説明する。入口２ａからハウジング２内に
導入された流体は区画板４の透孔４ａを通って両円筒状
フィルター７ａ，７ｂにより挟まれた空間１０へ流れ込
む。そして、流体の一部は内側に配置された小径の円筒
状フィルター７ａの周壁を外側から内側へと通過して円
筒状フィルター７ａの内側へ流れ込む。又、一部は外側
に配置された径の大きな円筒状フィルター７ｂの周壁を
内側から外側へと通過して円筒状フィルター７ｂの外側
の空間に流れ込む。そして、円筒状フィルター７ａ，７
ｂの周壁を通過する間に流体中に含まれる微粒子等がろ
過され、清浄になった流体が区画板３の透孔３ａ，３ｂ
を経て出口２ｂから排出される。円筒状フィルター７
ａ，７ｂが同心円状に配置されているため、両フィルタ
ー７ａ，７ｂの周壁が全面的にろ過面として利用され
る。従って、従来のように円筒状フィルターが一重の場
合と比較した場合、外側の円筒状フィルター７ｂを従来
のものと同じ直径とするとその周壁面積は内側の円筒状
フィルター７ａの分だけ増加し、円筒状フィルター７ａ
の直径に対応して１．５〜１．８倍にも増加させること
ができる。

【００２２】フィルター装置１のろ過部を構成する円筒
状フィルター７ａ，７ｂを三次元織物構造体Ｆで構成し
た場合は、周方向の組織、密度のばらつきがなく、均斉
なろ過機能を持ち、しかも、三次元織物構造体Ｆ自身が
形態保持機能を有するため、流体の通過に対して変形が
少なく、形態維持のための補強材が不要となる。従っ
て、芯となる円筒状の多孔体に平面布を巻付けた場合と
異なり、ろ過面積が円筒周面全体となって有効ろ過面積
がより大きくなる。又、三次元織物構造体Ｆを構成する
立体的に交錯した繊維に囲まれた空隙に、捕捉された堆
積物が蓄積されるため、長期間にわたりろ過効果が持続
される。

【００２３】一般に円筒状の構造体はその直径が増大す
ると、外側から加わる圧力に対する抵抗力が弱くなる傾
向をもっているため、ろ過流体の通過方向はこの実施例
のように内側に配置された小径の円筒状フィルター７ａ
に対しては流体が外側から内側へ向かって流れ、外側に
配置された径の大きい円筒状フィルター７ｂに対しては
流体が内側から外側へ向かって流れる状態で使用するの
が好ましい。特に円筒状フィルター７ａ，７ｂに円筒状
の三次元織物構造体Ｆを使用した場合は、この流体通過
方向が好ましい。しかし、区画板３，４に形成する透孔
の位置を入口２ａ側と出口２ｂ側とで逆にし、流体を円
筒状フィルター７ａ，７ｂの周壁に対して逆方向へ向か
って流して使用しても差し支えない。

【００２４】ろ過処理により、フィルターに堆積した不
純物が、ある程度以上の量（厚み）に達し、ろ過機能が
低下してくると、一旦ろ過操作を中断して堆積物を除去
し、ろ過機能を復活させた後、再使用に供する。フィル
ターが平面布の場合は、フィルターを分解することによ
り、その表裏両面とも表層を露出できるため、堆積物の
洗浄除去が容易であるが、本発明の円筒フィルターでは
分解しても、内面を露出せしめることが困難なため、堆
積物の洗浄・洗浄効果のチェックを可視下状態で行うこ
とはできない。この場合には、予め設定した基準に従っ
た洗浄操作を施すのみで、視覚による検査を省略しても
実用上の支障はほとんどない。しかし堆積物を除去する
ためには、フィルターを焼却することの方がより完全な
除去効果を生むため、可視下状態ではやりにくい円筒フ
ィルターでは、焼却処理の方が再生処理として適してい
る。その場合言うまでもなく、フィルター材質として空
気中で１０００°Ｃ程度の高温に耐え得るセラミック繊
維、金属繊維などの耐熱性材料で構成する必要がある。

【００２５】焼却処理は、フィルター部材をハウジング
内の取付け装置から外し、必要に応じて乾燥後、高温炉
などで堆積物を焼却した後、再びハウジング内に組み込
んでフィルターとして使用するのが一般的であるが、フ
ィルター内部に予め燃焼設備を組み込んでおき、ろ過処
理を中断して、フィルター部材を本体に組み込んだま
ま、堆積物を燃焼除去して、再びろ過処理を継続する方
が、フィルター部材を外す手間が掛からず、手軽に行え
るため、ろ過場所の一定しない移動体、例えば自動車や
ディーゼルカーなどの排気ガス処理用フィルターなどで
は好適である。特に本実施例に記載した三次元織物構造
体Ｆのように、三次元的に繊維が配列され、しかも繊維
層が厚い場合には、洗浄のみで内部の堆積物を除去する
ことは、実質的に不可能であるため、耐熱性繊維で構成
し、燃焼処理による方が織物組織の厚さに拘らず、容易
に再生させ得るため、好適である。又、三次元織物をフ
ィルターとした場合、緻密で均整な組織とし、ろ過効果
のばらつきを極力抑えることが、余分な厚さを排除し、
通気抵抗を下げ、軽量化にも役立つ上で重要な要素であ
るが、再生処理の都度、三次元織物にフィルター本体と
の脱着で余分な外力を加えると、組織に局部的な歪みに
よるろ過機能の劣化を招く虞があり、特にフィルターが
脆いセラミック繊維で織られている時には、組織の破損
をも生じ易いため、三次元織物の場合には、フィルター
本体に取付けられたまま再生処理を行うべく、燃焼装置
を組み込んでおく事が望ましい。

【００２６】又、この実施例のフィルター装置１はハウ
ジング２内に多数組の円筒状フィルター７ａ，７ｂが並
列に配置されているため、いずれかの組にトラブルが起
こってもそれのみを交換することで全体の機能を維持で
きる。

【００２７】なお、本発明は前記各実施例に限定される
ものではなく、例えば、図６に示すようにハウジング２
内の入口２ａと区画板４との間の空間に、入口２ａから
ハウジング２内に導入された流体を区画板４に形成され
た各透孔４ａに向かって案内するロート状のフィン１１
を設けてもよい。フィルター装置１は円筒状フィルター
７ａ，７ｂが配置された箇所より入口２ａ側の径が小さ
いため、入口２ａと円筒状フィルター７ａの配置箇所と
の間になにもない場合は、流体がハウジング２の中央部
に配置された円筒状フィルター７ａ，７ｂに多く集中し
がちであり、堆積物の量も中央の円筒状フィルター７
ａ，７ｂが最も多い傾向がある。ところが、前記のよう
なフィン１１を設けた場合は、ハウジング２内に導入さ
れた流体が中央部の円筒状フィルター７ａ，７ｂに集中
せずに、全ての円筒状フィルター７ａ，７ｂと対応する
箇所に均一に流れ、全ての円筒状フィルター７ａ，７ｂ
が有効に機能してろ過効果の持続性が向上する。

【００２８】又、円筒状フィルター７ａ，７ｂ，７ｃを
図７に示すように三重あるいはそれより多数同心円状に
配置してもよい。又、円筒状フィルターの周方向糸は、
糸自体が極めて多数本の繊維から構成されたものを使用
すれば、周方向糸の層は一層でもよい。又、円筒状フィ
ルターとして円筒状の三次元織物構造体Ｆの外周面に実
質無撚の糸条（フィラメント）を巻き付けた構造のもの
を使用してもよい。フィラメントを巻き付けると、ろ過
機能を種々変更でき、特に小さな微粒子（例えば、自動
車（特にディーゼルエンジン）の排気ガス中に含まれる
カーボン粒子）を除去する場合には、三次元織物構造体
Ｆの外周に更に重ねてフィラメントを巻き付けて織物の
空隙を塞ぐ方が良い。フィラメントは三次元織物構造体
Ｆの構成繊維と同種のものでも異種のものでも、機能が
目的に合致すれば差し支えない。巻き付ける層数は目的
に応じて増減される。

【００２９】又、円筒状フィルターとして円筒状の三次
元織物構造体Ｆを使用する代わりに、従来のように多数
の孔が形成された円筒状の芯材の外周に繊維や平面布を
巻き付けた構成のものを使用してもよい。芯材の材質は
用途に応じて金属、プラスチック、セラミック等が採用
される。

【００３０】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ろ
過すべき流体が周壁を通過する直径の異なる複数の円筒
状フィルターを同心円状に配置したことにより、強度的
に優れ、かつ単位容積当たりのろ過面積を大きくできる
ためろ過装置の容積を小さくすることができる。

【００３１】又、円筒状フィルターとして円筒状の三次
元織物構造体を使用した場合は、三次元織物構造体自体
が形態保持機能を有するため、形態維持のための補強材
が不要となり、ろ過面積は円筒周面全体となって実質的
なろ過面積がより大きくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した一実施例のフィルター装置
の断面図である。

【図２】同じく概略斜視図である。

【図３】同じく概略斜視図である。

【図４】三次元織物構造体の断面図である。

【図５】図４のＡ−Ａ線断面図である。

【図６】変更例のフィルター装置の部分断面図である。

【図７】円筒状フィルターの配置の変更例を示す概略断
面図である。

【図８】ハニカム状フィルターの断面図である。

【図９】図８のＢ−Ｂ線断面図である。

【符号の説明】

１…フィルタ装置、２…ハウジング、２ａ…入口、２ｂ
…出口、３，４…区画板、７ａ，７ｂ，７ｃ…円筒状フ
ィルター、８…周方向糸、９…半径方向糸、Ｆ…三次元
織物構造体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者神谷隆太愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ろ過すべき流体が周壁を通過する直径の
異なる複数の円筒状フィルターを同心円状に配置したフ
ィルター。
【請求項２】前記円筒状フィルターは少なくとも周方
向に巻かれた多数本の繊維からなる周方向糸と、周方向
糸の任意の層間を円筒の軸方向及び放射方向に連続して
蛇行状態に挿入された多数の半径方向糸とにより円筒状
に形成された三次元織物構造体で構成されている請求項
１に記載のフィルター。
【請求項３】同心円状に配置した複数の直径の異なる
円筒状フィルターのうち、最大直径のフィルターに対し
て流体が内周側から外周側に通過するように、流体通路
を形成した請求項１に記載のフィルター。