濾芯的製備方法
2023-10-23 01:02:52 2
專利名稱：濾芯的製備方法
本申請是1996年7月29日遞交的中國專利申請96106983.X的分案申請。
本發明涉及一種製備用於過濾流體以除去其中的固體的濾芯的方法。
眾所周知，為了改善過濾效率，用作濾油器或空氣過濾器中的濾芯的常規紙過濾器是由直徑小於5微米的微細纖維(充填密度至少為0.04克/釐米3)製造的。這方面的參考資料有已公開的日本專利昭57-132522、昭58-205520和平3-12208。採用造紙機，將漿液或懸浮液中的細或微細纖維和天然或化學纖維轉化成紙片。為了增加表面積，要將所述的紙片彎曲成預定的形狀。
由此製得的紙過濾器具有高的過濾效率，但同時產生壓力損失。這是因為此種紙過濾器的厚度通常小於1毫米，並且單位體積的微細纖維的含量高。必須將所述的紙片彎曲(有時要彎曲成複雜的形狀)以增加其表面積。但這將導致製造成本的增加。
此外，已公開的日本專利平2-160043使用一種孔板以將纖維拉伸出來並成型為濾芯的模製體。隨後將所述的模製體從所述的孔板中移出。該模製體具有高的水含量，因此呈羊毛或棉花形狀態。這使得其很難從孔板中移出來。另外，由於高孔隙率，在移去所述的孔板後，模製體的形狀很難保持。為了解決這一問題，在將模製體裝入到孔板中去的同時，可將其進行乾燥。但是這一方案使得將模製體從所述的孔板中移出變得更為困難，因為模製體和纖維粘附在所述的孔板上。通常，模製體很難精確地成型為其所希望具有的形狀。因此，很難在拉伸和模製之後的步驟中，將模製體精確定位和夾持。由於很難除去孔板或保持模製體的形狀，這一解決方案不適合於大規模生產濾芯。
進一步地，已公開的日本專利昭53-43709提供了一種帶有凹口的內圓筒。這種結構在一定程度上降低了濾芯的剛性，特別是在嚴格條件下，例如在將其裝入到濾油器中時。因此，有壓力差時其容易損壞。不同於簡單的圓筒，其還需要特殊的密封裝置以將乾淨和髒的兩側相互分離開來。這將導致製造成本的增加。
有鑑於以上所述，本發明的一個主要目的是提供一種改進的濾芯的製造方法。
本發明的另一個目的是提供一種可以低成本得到過濾效率高和壓力損失低的濾芯的製備方法。
本發明的再一個目的是提供一種以高產率生產濾芯的方法。
本發明提供了一種製備濾芯的方法，所述的濾芯包括一個具有至少一個封閉端並且由主纖維和微細纖維的漿液模製得到的圓筒形部分，所述的主纖維的纖維直徑至少為5微米，以及所述的微細纖維的直徑為小於5微米；該方法包括以下步驟向一液體罐中加入包含有所述的主纖維和所述的微細纖維的所述漿液；以及將所述的漿液抽吸到浸入於所述的漿液中的抽吸單元中；並且其中，所述的抽吸步驟抽吸所述的漿液通過在所述的抽吸單元上形成的多個抽吸開孔，所述的抽吸開孔的密度沿所述的抽吸單元的圓周方向變化。
本發明還提供了一種製備濾芯的方法，所述的濾芯包括一個具有至少一個封閉端並且由主纖維和微細纖維的漿液模製得到的圓筒形部分，所述的主纖維的纖維直徑至少為5微米，以及所述的微細纖維的直徑為小於5微米；該方法包括以下步驟將一種包含有所述的主纖維的第一漿液儲存於一罐中；向所述的罐中加入包含有所述的微細纖維的第二漿液；將所述的第一漿液和第二漿液混合物抽吸到浸入於所述的罐中的抽吸單元中；並且所述的加料步驟使用了多個繞所述的抽吸單元設置的加料噴嘴以將所述的第二漿液加入到所述的罐中，在所述的加料步驟和所述的抽吸步驟中，所述的抽吸單元和所述的加料噴嘴之間在圓周上的位置關係發生變化。
本發明的又一種製備濾芯的方法，包括以下步驟抽吸一種漿液通過浸沒於一個罐中的抽吸單元的內模，以使得懸浮於所述的漿液中纖維在所述的內模的表面堆積而形成模製體，所述的內模具有預定的開孔比例；
在隨後的製造步驟中，使用所述的內模作為參照物以夾持並使所述的模製體定位；所述的內模為圓筒形並在軸向兩側都有開口端；並且，其中，在所述的內模的外圓周形成有多個軸向翅片，而所述的翅片在所述的內模的所述的軸向側限定了一空間，所述的空間被所述的纖維所封閉。
本發明的再一種製備濾芯的方法，包括以下步驟抽吸一種漿液通過浸沒於一個罐中的抽吸單元的內模，以使得懸浮於所述漿液的中纖維在所述的內模的表面堆積而形成模製體；所述的內膜具有預定的開孔比例；在隨後的製造步驟中，使用所述的內模作為參照物以夾持並使所述的模製體定位；其中，所述的內模在其外圓周上形成有凹陷部和隆起部，在所述的抽吸步驟中，所述的漿液抽吸位置從所述的凹陷部變化到所述的隆起部；其中，所述的抽吸單元包括一個設置於所述的內模的內部並具有多個抽吸開孔的抽吸圓筒；以及其中，在所述的抽吸步驟中，改變所述的內模和所述的抽吸圓筒的相對位置，以改變所述的開孔和所述的內模的相對位置。
本發明的再一種製備濾芯的方法，包括以下步驟抽吸一種漿液通過浸沒於一個罐中的抽吸單元的內模，以使得懸浮於所述漿液的中纖維在所述的內模的表面堆積而形成模製體；所述的內膜具有預定的開孔比例；在隨後的製造步驟中，使用所述的內模作為參照物以夾持並使所述的模製體定位；所述的抽吸單元包括一個抽吸圓筒，其內部容納有所述的內模並形成有多個抽吸開孔，所述的抽吸開孔基本上均勻地設置在整個圓筒表面上；以及所述圓筒的開孔比例小於所述內模的開孔比例。
按照本發明的第一個方面，提供了一種具有圓筒性部分並由主纖維和微細纖維模製成的濾芯。所述的主纖維的直徑至少為5微米，所述的微細纖維的直徑小於5微米。這一結合提供了更好的過濾效率。
為了降低壓力損失和增加過濾效率，所述微細纖維的密度優選是0.005克至0.02克/釐米3。
所述的濾芯優選是具有這樣的密度梯度，即相對於流體的流動方向，濾芯的內側的孔較多一些，而濾芯的外側的密度較密一些。
優選的是，在用來製造濾芯的圓筒體的外圓周和內圓周表面的至少一個上形成有多個軸向切口(groove)。這可使得濾芯的表面積增加而壓力損失降低。
在製造過程中，通過將漿液罐中的含有主纖維和微細纖維的漿液抽到抽吸單元中而模製得到濾芯。如此設計抽吸單元使得能夠很容易增加濾芯的表面積。在這種情況下，也可以以下述方法模製濾芯，即，將主要包含微細纖維的第二漿液加入到漿液罐中，該漿液罐中包括主要包含主纖維的第一漿液，隨後將所述的第一漿液和第二漿液的混合物抽吸到抽吸單元中。這使得沿圓筒部分的厚度方向(徑向)改變微細纖維的充填密度成為可能。
優選的是，在將漿液抽吸到抽吸單元中時改變抽吸泵的流速，抽吸開口的數量沿抽吸單元的圓周方向上改變，或者是，在加料和抽吸步驟中，改變抽吸單元和第二漿液的噴嘴的位置關係。
按照本發明的第二個方面，提供了一種用於濾芯的模製體，其是經抽吸纖維漿液通過抽吸單元的內模而製得的，所述的模製體與所述的內模是一體聯接的。所述的濾芯可以被內模加強。在抽吸步驟完成後，不必將所述的內模從所述的模製體移去。可以將濾芯按照內模的形狀而模製成複雜的形狀。
優選的是，所述的模製體在內模的端部之外延伸。如果需要將內模密封，此種密封應在內模的端部一體形成。
在製造過程中，內模被用作參照物以在抽吸之後的步驟中夾持模製體和使其定位。由於使用內模作為參照物，使得在隨後的製備過程中，模製體的定位變得容易。
優選的是，由鰭板在內模的端部所限定的空間被纖維所封閉並有一密封層在模製體的內圓周表面一體形成。
優選的是，在漿液罐中形成一環流。在該環流中進行抽吸，由此使得纖維均勻分散的纖維被正抽吸。
優選的是，在內模旋轉時進行抽吸，以使得纖維在其圓周方向上具有基本上均勻的密度。
優選的是，抽吸開口設置在內模之內的抽吸圓筒之上。該抽吸圓筒的孔隙率比內模的孔隙率要低，由此使得通過內模的漿液具有均勻的流速，從而使得具有均勻的纖維密度。
圖18為本發明的第二個實施方案中的抽吸型模製系統的總視圖；圖19顯示按照本發明的第二個實施方案製造濾油器的方法的流程圖；圖20顯示第二個實施方案中微細纖維的密度的變化方式的圖表；圖21顯示按照第二個實施方案的抽吸單元和加料噴嘴之間的位置關係的平面圖；圖22為按照第二個實施方案製造濾芯的方法的流程圖；圖23為改進的濾芯的透視圖，其部分為斷面圖；圖24為一種改進的濾芯的平面圖；圖25為一種改進的濾芯的平面圖；圖26為一種改進的濾芯的平面圖；圖27為本發明的第二個實施方案中的模製系統的透視圖；圖28為按照本發明的第三個實施方案製造的濾芯的透視圖；圖29為第三個實施方案中使用的抽吸單元的示意圖；圖30為顯示第三個實施方案中製造濾芯的方法的流程圖；圖31為顯示第三個實施方案中模製完成後抽吸單元和模製體的斷面的示意圖；圖32為第三個實施方案的改進方案的一個帶有模製體的內模的垂直的方向的透視圖；圖33為第三個實施方案的改進方案的帶有模製體的內模的透視圖；圖34為第三個實施方案的改進方案的模製體的透視圖，其中部分為斷面圖；圖35為本發明的第四個實施方案中使用的抽吸單元的透視圖；圖36為本發明的第四個實施方案中顯示內模的位置的示意圖；圖37為第四個實施方案中，顯示抽吸過程中內模的位置的示意圖；圖38為第四個實施方案製造的模製體中的纖維的朝向的示意圖；圖39為第四個實施方案製造的模製體中的纖維的朝向的示意圖；圖40為按照本發明的第五個實施方案的抽吸型模製系統的平面示意圖；和圖41為圖40中所示的抽吸型模製系統的側示圖。
下面參照附圖，將對本發明的濾芯進行描述。(第一實施方案)如圖1所示，濾油器1包括一個圓筒形殼2(例如由鐵製得)，其中含有濾芯3(或濾芯)。在殼2的底部有一敞開端。板6與殼2的敞開端相接並包括多個油入口4和油出口5。襯墊7被板6壓住並由橡膠製得。通過襯墊7將濾油器安裝在發動機(未示出)的安裝基座上。
濾芯3的一端(頂端)被一葉片彈簧8向下壓而另一端通過由橡膠製得的止回閥9被板6所支撐。葉片彈簧8與殼2的一端(頂端)相接。溢流閥10安裝在濾芯3的頂部的中心部位。當由於濾芯3的阻塞而使得殼2(在濾芯3之外)中的壓力增加時，打開溢流閥10以使得有足量的油可以加入到發動機中。
在板6的中心形成有油出口5。在濾芯3中經過濾的油流經油出口5。在油出口5的周圍設有油入口以接收來自發動機的油。在油出口5的內圓周表面上設有陰螺紋並與發動機的安裝基座上陽螺紋(未示出)相連接。
止回閥9與板6的內表面相接並用來關閉油入口4以防止油通過油入口4回流。只有在當油從發動機流入到濾油器1中時才採用止回閥9來打開油入口4。
本實施方案中的濾芯3成型為圓筒形並用如圖2所示的抽吸型模製系統(將在後面加以描述)製造。濾芯3由直徑至少為5微米的纖維(下文中稱其為主纖維)和直徑小於5微米的微細纖維組成。有利的是，主纖維是由天然漿液製得，但也可以由化學纖維如聚酯、聚乙烯、丙烯醯、人造纖維等製得。微細纖維的充填密度為0.005-0.02克/釐米3。
抽吸型模製系統通常包括一個水箱11，其中含有主纖維和微細纖維的混合物漿液100，在水箱中有用來混合該漿液的攪拌器12，浸入在水箱11中的漿液中的抽吸單元或夾具13，一個通過多個抽吸開口13a從抽吸單元13抽吸漿液的抽吸泵14，和一個用於改變抽吸泵的泵流速的泵控制器15(例如，用於調節供給抽吸泵14的電動機的電壓的電壓控制器)。抽吸管16和排料管17與抽吸泵14相連接。抽吸管16的上遊端與抽吸單元13相連接。排料管17的下遊端打開並與水箱11相連接。採用這種結構，漿液通過真空泵14從水箱11中抽出，流經抽吸管16，然後是排料管17，並返回到水箱11。
抽吸型模製系統的抽吸單元13可以是任何形狀以改變濾芯的構型。例如，在圓筒形抽吸單元13(圖3和4)的外圓周表面形成有多個抽吸開口13a。該單元13用於製造如圖5所示的圓筒形濾芯3。抽吸單元13也可以採用如圖6和7的形狀。
在圖6和7中，抽吸單元13包括一個帶有管接頭130的環形基座131，一個抽吸圓筒132固定在基座131的中心並與管接頭130相連接，內模133繞抽吸圓筒132徑向向外延伸並具有星形界面，外模134的形狀使得所述的內模能夠包括在外模中。管接頭130有一開口端(圖7所示的底部)，其可與抽吸管16相連接，並在抽吸管16和抽吸圓筒132之間提供了一個流體連接。抽吸圓筒132有一個封閉的頂部(圖7)並在其圓周上形成多個抽吸開口132a。如圖7所示，內模133是中空的並在其表面上形成有多個抽吸開口133a。外模134包括一個相對於所述的抽吸圓筒與基座131相對設置的環形基座135。多個卡塊136從基座135的外邊緣向外延伸並在圓周方向上間隔設置。如圖6所示，在基座135的內表面的中心位置設有凹口135a。抽吸圓筒132的頂端固定在凹口135a中。當將外模134和內模134組裝在一起時，每個卡子136的底端與基座131的表面接觸。
使用了圖6所示的抽吸單元13的抽吸型模製系統(圖2所示)的操作方式如下。
當驅動抽吸泵14時，在水箱11中的漿液在外模134的相鄰卡塊之間的空間流動並通過抽吸開口133a被抽吸到內模133的內部。漿液隨後通過抽吸開口132a被抽吸到抽吸圓筒132的內部。漿液經連接管130流入到抽吸管16內並被抽吸到抽吸泵14中。漿液隨後從抽吸泵中泵出並通過抽吸管17返回到水箱11中。在該流動循環中，當漿液流經內模133的抽吸開口13a時，漿液中所含有的纖維(主纖維、微細纖維和粘合劑纖維)的一部分粘附在內模133的表面。所述的纖維逐漸積累而形成一纖維層。如圖8所示，該纖維層沿內模133的內和外圓周表面延伸。該纖維層包括多個凹口3a,3b，其截面呈星形。
製造步驟順序如圖9所示。
首先，在將主纖維和微細纖維用一混合器(未示出)切碎後，與粘合劑纖維(加熱可密封的纖維)混合均勻。隨後將這些纖維在步驟(a)加入到水箱11中。隨後在步驟(b)用混合器12將這些纖維攪拌以使得在漿液中纖維具有均勻的密度。
緊接著該步驟，在步驟(c)中操作抽吸泵14，經過抽吸開口13a以將水箱11中的漿液抽吸到抽吸單元13中。此時，泵控制器15調節抽吸泵14的轉速以改變泵的流速。如圖10所示，這使得在抽吸單元13所形成的濾芯3的纖維的充填密度發生變化。有利的是，用於濾油器1中的濾芯3具有這樣的密度梯度，使得纖維在濾芯的內圓周較「密」，而朝著濾芯的外圓周變得較「稀」或更為「多孔」。這是因為油是從濾芯3的外圓周流向濾芯3的內圓周。
如圖10中的實線A所示，在模製過程中，泵的流速可以，例如，按兩個步驟變化，即「高」和「低」的流速。這使得濾芯3具有這樣的密度梯度，使得纖維在濾芯的內圓周較「密」，而朝著濾芯的外圓周變得較「稀」或更為「多孔」，如圖11所示。另一種作法是，泵的流速可以分三個步驟變化，例如如圖10的虛線B所示的為「高」、「中」和「低」三種流速。這使得濾芯3具有如圖12所示的密度梯度，纖維的密度分步變化，即在濾芯的內圓周較「密」，而朝著濾芯的外圓周變得較「稀」或更為「多孔」。再一種作法是，泵的流速可以按圖10中的點劃線C所示的以連續(而不是分步)變化。這使得濾芯3具有這樣的密度梯度，使得纖維在濾芯的內圓周較「密」，而朝著濾芯3的外圓周方向逐漸變得更為「多孔」。
當濾芯3具有厚和薄的圓周方向(或徑向)部分(例如，當圖6和7所示的抽吸單元13用於形成圖8所示的濾芯3時)時，該厚的和薄的部分具有相應的密度梯度。這可以通過改變內模133的抽吸開口13a的數量和尺寸(或面積)來實現。特別地，在厚的部分，單位面積上的抽吸開口13a的數量要比薄的部分的單位面積上的抽吸開口13a的數量要少。在厚的部分的抽吸開口13a的尺寸要比在薄的部分的抽吸開口13a的尺寸要大。採用這種設置，厚的部分的密度要比薄的部分的密度要低，即厚的部分的密度低(「多孔」)，而薄的部分的密度高(「密」)。結果是，作為一個整體，濾芯3在圓周方向上具有均勻的壓力損失。
在模製完成之後，將模製體從抽吸單元13移去，隨後是水箱11。隨後將模製體進行脫水處理。之後，在圖9所示的步驟(d)中，將模製品在預定溫度下加熱，由此使模製品硬化。此時，與主纖維和微細纖維一起加入的粘合劑纖維熔化和固化，由此維持濾芯3的形狀。
緊接著該步驟，在步驟(e)中，將粘合劑樹脂(熱固性樹脂如酚樹脂)浸入到模製體中。在步驟(f)中將該模製體在預定溫度下加熱使粘合劑樹脂固化。這使得濾芯3具有所希望的強度。
如果需要密封濾芯3的軸向兩端(例如，圖8所示的濾芯3的兩端需要密封以防止油從在濾芯3的內圓周上形成的軸向凹口3a溢出)，在步驟(g)中，通過一粘合劑(類似於粘合劑樹脂)將一密封元件(未示出)粘附在濾芯3的兩端。由此完成了濾芯3，例如圖5所示的圓筒形濾芯或圖8所示的星形濾芯的製造。
應該注意的是，在步驟(d)中，粘合劑樹脂可以省略，條件是，主纖維和微細纖維的結合能夠保持濾芯3的形狀。此外，在下述情況也可以省略粘合劑樹脂，即步驟(a)使用的粘合劑樹脂可以使濾芯3具有足夠的強度。這一修正省略了步驟(e)和(f)。
如圖14的流程圖所示，粘合劑樹脂可以和主纖維、微細纖維以及粘合劑纖維在步驟(a)中一起加入以維持足夠的強度。在這種情況下，在將模製體脫水後，將其在預定溫度下加熱以使得粘合劑纖維熔化和固化並使得熱固性樹脂固化。這可確保濾芯3的強度。所述的粘合劑纖維不是必需加入的，因為在製造開始時就加入了粘合劑樹脂。
由此製得的濾芯3的壓力損失小並過濾操作中過濾效率很高。圖15示出了濾芯3(圖8所示的星形濾芯)的壓力損失和過濾效率的測量結果，該濾芯3包括用64％(重量)的天然紙漿作為主纖維，15％(重量)的丙烯酸纖維作為微細纖維(充填密度為0.01克/釐米3)和21％(重量)的聚酯系統的有機粘合劑纖維。這一測量結果顯示，該實施方案的濾芯3的壓力損失較小，而過濾效率高。
圖16示出了微細纖維的充填密度與壓力損失和過濾效率之間的關係。這一測量結果顯示，當微細纖維的充填密度變高時，過濾效率下降，但濾芯的壓力損失較小。從這方面考慮，微細纖維的充填密度優選是在0.005-0.02克/釐米3之間。這一充填密度範圍使得增加過濾效率和降低壓力損失成為可能。(第一實施方案的優點)
按照本實施方案，微細纖維的密度為0.005-0.02克/釐米3。這一密度範圍使得濾芯3的壓力損失較小而過濾效率高，如圖16所示。因此，濾芯3能夠以比已知的紙過濾器(其微細纖維的密度至少為0.04克/釐米3)低的成本而製得，所述的紙過濾器需要進行彎曲步驟以減小壓力損失。圖8所示的濾芯3在濾芯3的內和外圓周表面軸向形成有多個凹口3a,3b，與圖5所示的圓筒形濾芯3相比較，其具有更大的表面積，因此壓力損失較小。
在製造按照本實施方案的濾芯3的方法中，調節抽吸泵14的流速，使得在濾芯3的徑向(厚度)方向上容易給出一密度梯度。為了獲得相同的效果，已知的紙過濾器需要多種密度相互不同的過濾紙並將一種過濾紙粘附在另一種過濾紙之上。本實施方案的濾芯省去了此種將過濾紙相互粘附的必要，因此能以較低成本得到。此外，為了得到充填密度梯度，可將抽吸泵14的泵流速連續變化。這可使得在濾芯3的外圓周(上部側)的微細纖維為「多孔性」的並朝著濾芯3的內圓周逐漸變「密」，如圖17所示。這防止了微細纖維的密度或孔隙度的急劇變化。由此，當油經過濾芯3時，油較少出現湍流。微細纖維的孔隙度的急劇變化不會導致壓力損失的增加。
為了增加過濾的表面積，濾芯3在其內和外圓周表面具有多個凹口3a，3b。通過改變內模133上的抽吸開口13a的數量或開口面積，可以在濾芯3的圓周方向上很容易地調節微細纖維的密度。也就是說，當濾芯3在圓周方向上的較厚部分的微細纖維密度較低而濾芯3在圓周方向上的較薄部分的微細纖維密度較高時，濾芯3在圓周方向上的壓力損失很均勻。(第二實施方案)在圖18所示的本發明的第二實施方案中，漿液包括微細纖維並被加入到已存在有主纖維的液體中。抽吸型模製系統通常包括含有漿液的水箱11，該漿液含有主纖維的懸浮液；混合器12；抽吸單元13；抽吸泵14；泵控制器15；含有漿液的加料罐18，該漿液含有微細纖維的懸浮液；將加料罐18中的漿液強制泵出的加料泵19；和將加料泵19中的漿液加入到水箱11中的加料噴嘴20。水箱11中的漿液包括主纖維和粘合劑纖維(或粘合劑樹脂)並不包括微細纖維。加料罐18中的漿液包括微細纖維的懸浮液(也可以是粘合劑纖維和粘合劑樹脂)並不包括主纖維。
使用這種抽吸型模製系統，按照圖19所示的製造步驟順序製得濾芯3。
用混合器(未示出)或其他的裝置將主纖維切碎。隨後將該主纖維與粘合劑纖維均勻混合。在步驟(a)中將主纖維和粘合劑纖維的混合物加入到水箱11中。在步驟(b)中如此操作混合器以使混合物混合和分散，得到密度均勻的漿液。
類似地，用將微細纖維仔細切斷並加入到加料罐18中。如此操作加料罐18的混合器以使微細纖維混合和分散，得到密度均勻的漿液。
緊接著該步驟，在步驟(c)中，同時操作抽吸泵14和加料泵19以將加料罐18中的漿液加到水箱11中並通過抽吸開口13a將該漿液(主纖維和微細纖維的混合物)抽吸到抽吸單元13中。此時，如第一實施方案中那樣，通過泵控制裝置15的控制而調節抽吸泵14的轉速從而改變泵的流速。這樣，使得改變濾芯3中微細纖維的密度成為可能。特別地，濾芯3在其徑向(厚度)方向上可以有不同的密度梯度模式，如圖20中的曲線X1-X5所例舉的那樣，其中IN和OUT分別表示濾芯的徑向最內和最外部分。
本實施方案中，當圖6和7所示的抽吸單元13用於形成圖8所示的濾芯時，如第一實施方案中那樣，通過改變內模133的抽吸開口13a的數量或尺寸(開口面積)，可以使濾芯的厚和薄的部分具有密度梯度。
此外，在抽吸模製過程中，通過改變抽吸單元13和加料噴嘴之間的圓周方向上的位置關係，微細纖維可以在濾芯3中均勻充填。特別地，(1)在抽吸單元13轉動時加料噴嘴20固定，或(2)加料噴嘴20繞抽吸單元13轉動(反過來，該抽吸單元固定)。抽吸模製步驟(b)可以通過組合(1)和(2)來實施。另外一種作法是，可將多個加料噴嘴20如圖21那樣設置在抽吸單元13的周圍，其中示出了抽吸單元13和加料噴嘴20之間的位置關係。
在抽吸模製步驟(c)完成後，從抽吸單元13移去模製體，然後是水箱11。隨後將該模製體進行脫水處理，然後在步驟(d)將該模製體加熱到預定溫度，由此使其乾燥和硬化。此時，與主纖維和微細纖維一起加入的粘合劑纖維被熔化和固化從而維持濾芯3的形狀。
接下來，在步驟(e)中將粘合劑樹脂浸入到濾芯中。此後，在步驟(f)中將濾芯3加熱到預定溫度以使粘合劑樹脂固化。由此得到具有所希望的強度的濾芯3。
當需要將濾芯3的軸向方向上的兩相對端密封時，如第一實施方案那樣，可在濾芯3的兩相對端上施加粘合劑以將密封元件與其粘附，由此在步驟(g)完成濾芯3的製造。
與第一實施方案一樣，在步驟(d)中，粘合劑樹脂可以省略，條件是，主纖維和微細纖維的結合能夠保持濾芯3的形狀。此外，當粘合劑樹脂是與主纖維和微細纖維一起加入時，也可以省略粘合劑樹脂，條件是所述的粘合劑樹脂可以足以保持濾芯3的形狀。這省略了步驟(e)和(f)。
如圖22的流程圖所示，可在步驟(a)將粘合劑樹脂與主纖維、微細纖維一起加入以確保濾芯3的強度。在這種情況下，脫水在抽吸模製步驟(c)之後進行。在步驟(d)將模製體加熱以使粘合劑纖維熔化和固化。同時，粘合劑樹脂固化以確保濾芯3的強度。由於在製造的起始即加入粘合劑樹脂，因此粘合劑纖維可以省略。(第二實施方案的優點)除了第一實施方案的優點之外，第二實施方案還能在抽吸模製步驟過程中很容易地改變微細纖維的密度。例如，可以在加料開始時增加從加料噴嘴加入的微細纖維(漿液)的量以及此之後降低微細纖維的用量，可以使得在濾芯3的內圓周的微細纖維較密而在濾芯3的外圓周為多孔性的。這證明了其具有與第一實施方案相同的優點，即濾芯3具有這樣的密度梯度在濾芯3的內圓周的微細纖維為「密」的，而濾芯3的外圓周為「多孔性」的。因此，在與內部側相鄰的濾芯3的外圓周表面上很少發生阻塞現象。(修正方案)如圖23所示，圓筒形的濾芯3(圖5)的一端可以是開口的。當圖6和7所示的抽吸單元13用於製造在濾芯3的內和外圓周上帶有多個軸向凹口3a，3b的濾芯3時，根據內模133和外模134的形狀，濾芯3的形狀可以變化，如圖24-26所示。圖8所示的濾芯3在內和外圓周都包括凹口3a和3b。也可以僅在濾芯3的內圓周或外圓周上形成凹口3a,3b。
也可以以與上述的第一和第二實施方案不同的方式形成密度梯度。例如，也可以製備多個水箱11以接收具有不同的纖維密度的漿液。首先用含有高微細纖維密度的漿液的水箱11進行抽吸模製，然後用含有較低的微細纖維密度的漿液的水箱進行抽吸模製。這也可以使得濾芯3具有密度梯度。
在以上的描述中，本發明的濾芯用作濾油器1的濾芯3。當然也應該理解的是，本發明的濾芯也可以用於過濾除油之外的液體、氣體或流體。(第三實施方案)按照第三實施方案，使用如圖27所示的抽吸型模製系統，製得可用於，例如內燃機中的濾油器的如圖28所示的濾芯3。
所述的抽吸型模製系統包括，如第一實施方案和第二實施方案中所述，水箱11，用於攪拌水箱11中的漿液的混合器12，用於抽吸水箱11中的漿液100並形成模製體的抽吸單元13，以及通過抽吸管16與抽吸單元13相連接、並抽吸所述的漿液和通過排料管17將漿液返回到水箱11的抽吸泵14。濾芯3由纖維，例如聚酯、丙烯醯基和紙漿製得。聚酯過濾器可有效地抵抗油；丙烯醯基過濾器可有效地改進過濾性能；紙漿過濾器製造成本低。
如圖29所示，抽吸單元13一般包括具有連接管130a的環形基座131，與基座131相連的抽吸圓筒132，繞抽吸圓筒132安裝的內模133以及外模134。
管130a在底部有開口端。抽吸管16通過一接頭130b與管130a的開口端相連接。接頭130b通過限動塊140而固定在連接管130a上。接頭130b使得在抽吸管16和連接管130a之間可以進行相對轉動。
抽吸圓筒132包括多個基本上均勻設在抽吸圓筒132的整個表面上的抽吸開口132a。為了增加抽吸圓筒132的孔隙度，抽吸圓筒132的頂部(圖29的上端)的抽吸開口132a的數量或尺寸可以比抽吸圓筒132的底部(圖29的下端)的抽吸開口132a的數量或尺寸更大。
內模133在軸向和徑向方向上具有給定的剛度。在內模133的壁上形成有多個開口、小孔或縫隙以過濾漿液使得纖維能從其中通過。開口必須是密集地設置使得基本上不會產生壓力損失。
內模133由具有高度抗腐蝕性的不鏽鋼板製成。內模133具有多個環形孔或開口133a。內模133的截面為星形。內模133具有開口端並被加工成圓筒形。內模133限定了濾芯3的內部構造或者說是濾油器的清潔側並基本上是圓筒形的。多個翅片133b從內模133沿徑向方向向外延伸。內模133有一圓筒形中心空間133c以容納抽吸圓筒132。翅片133b限定了多個從中心空間133c在徑向方向上延伸的三角形空間133d。
在內模133的兩軸向端形成了一基本上為環形的中心開口。此外，在每個翅片133b上形成有一個翅片開口。為了使內模成形為圓筒形變得容易，每個翅片開口的尺寸必須能夠使得將纖維從漿液中過濾出來。翅片開口也可以為更小或者甚至為封閉的，但是在隨後的製造步驟中，通過使用其他的元件將中心開口封蓋是必須的，纖維在中心開口周圍堆積。此外，纖維應在每個翅片開口133b周圍堆積。內模133的一個開口端可以用作濾油器的出口。在內模133的另一個開口端可安裝一個溢流閥。
閥座131a和與基座131相連的抽吸圓筒132的底端相連。內模133的下端放置在閥座131a上以使得在內模133的下端和基座131之間有一縫隙。閥座131a也鎖定內模133使其不會轉動。閥座131a包括一個間隔塊131b，內模133位於其上，一個限定塊133c用來使內模133的翅片133b嚙合以防止內模133的轉動。閥座131a限定了內模133和基座131之間的縫隙並使得在抽吸步驟中使纖維在內模的較下部位堆積，抽吸步驟將在下面描述。在內模133的較下部位形成的翅片開口被纖維封閉。與內模133相鄰的基座131的一面限定了堆積在所述的縫隙之內堆積的纖維的外部輪廓並形成了部分外模。
外模134限定了濾芯3的外部輪廓或者說是濾油器的髒的一側。閥座136c與和內模133相鄰的環形基座135的一面相連並與基座131的閥座131a相對應。類似地，該閥座136c包括一個間隔塊136d和限定塊136e。環形基座135具有一個與內模133相鄰的平滑表面並限定了將堆積在環形基座135和內模133之間的縫隙中的纖維的外部輪廓。因此環形基座135限定了濾芯3的最終的輪廓。
多個卡塊136具有一般的三角形截面。這些卡塊在相鄰的凹口之間延伸，而凹口則在相鄰的翅片133b之間形成。卡塊136與內模133隔開並限定了將在卡塊136和內模133之間的空間堆積的纖維的外部輪廓。卡塊136相互間隔開以使得纖維在其之間通過。這種設置使得漿液基本上是從卡塊136的整個外圓周向內模133流動，從而使得以均勻的方式定向。這也使得在短時間內完成抽吸步驟成為可能。
抽吸圓筒132具有一封閉的頂部並包括一個螺紋孔以容納定位螺絲150。該螺絲150將內模133和外模134固定在基座131上以完成抽吸單元13的組裝。
濾芯3的製造由圖30所示的方法完成。
首先，用一混合器(未示出)將纖維切碎。將所述的纖維與粘合劑纖維(或可熱密封的纖維)均勻混合。隨後在步驟(a)中將該混合物加入到水箱11中。在步驟(b)經混合器12將混合物在水箱11中混合和分散以使得纖維具有均勻的充填密度。
緊接著該步驟，將抽吸單元13浸入到漿液100中。隨後在步驟(c)中驅動抽吸抽吸泵14以抽吸纖維。在該抽吸步驟中，在抽吸單元13轉動的同時，調節泵的流速。漿液100進入抽吸單元13。流經抽吸管16、抽吸泵14和排料管17，然後返回水箱11。當漿液100經過內模133的抽吸開口133a時，漿液100中的部分纖維吸附在內模133的表面而不通過該開口。由此吸附的纖維隨後堆積而形成一纖維層。該纖維層在內模133和外模134之間形成並提供了一模製體160(圖28和31)。模製體160為圓筒形並具有如圖28所示的星形截面。圖31示出了在抽吸和模製步驟完成之後抽吸單元13和模製體160的截面，其中省去了卡塊136。模製體160在內模133周圍延伸並且也超出內模133的端部之外。
在抽吸和模製過程完成以後，模製體160與內模133一起從抽吸單元13中移出來。在將模製體160從水箱11中取出後，隨後將其進行脫水處理。然後在步驟(d)將模製體160在預定溫度下加熱由此使模製體硬化。
此後，在步驟(e)將粘合劑纖維例如熱固性樹脂，如酚樹脂浸入到模製體160內。隨後在步驟(f)中將模製體在預定溫度下加熱以使粘合劑樹脂固化。在這些步驟之後，在步驟(g)得到濾芯3。
濾芯3由模製體160和位於如圖28所示的模製體160之內的芯或內模133所組成。
由此製得的濾芯基本上是圓筒形的。如圖28所示，濾芯3在其外圓周上形成有多個軸向翅片，其沿與抽吸單元相分離的方向延伸。濾芯3在其相對端有一對中心開孔，在製備過程中，抽吸圓筒通過該對開孔延伸。濾芯3限定了一個內部空間，該空間具有星形截面，其形狀與內模133的形狀相對應。
由此製得的濾芯3被裝入到內燃機的濾油器中以過濾潤滑油。濾芯3被包容於濾油器的外殼中。一個中心開孔被用作出口並與所述的外殼相連接。濾芯的另一個中心開孔被溢流閥封閉。(第三個實施方案的優點)在該實施方案中，內模133用作濾芯3的芯。在保持內模133被支持的同時將模製體160和內模133一起從抽吸單元13中移出。因此，在抽吸和模製步驟完成後，模製體即使是處於羊毛或棉花狀態也能夠很容易地從抽吸單元13中移出。在隨後的任何步驟中，由於內模被用作位置參照物，因此很容易將模製體定位。這使得生產效率大大提高並可以進行大規模生產。
由於將內模133用作濾芯3的芯，因此，在抽吸和模製步驟完成後，不需要將內模133從模製體中移去。模製體可被模製成與內模133的形狀相對應的複雜的形狀。
有利的是，通過增加所述的芯或內模133的強度，濾芯3的強度可以被增加。
此外，在該實施方案中，模製體160設置了一個中心開孔，通過該開孔，待過濾的流體從濾芯3中流出。儘管使用了星形截面的內模133，模製體160提供了一個平滑的環形密封表面。因此，可使用簡單的密封裝置以將相對於外殼或其他元件的空間密封，該空間中設置有用於濾油器中的濾芯3。此外，模製體160設有另一個中心開孔以安裝一個溢流閥。這使得直接在模製體160的表面上粘附一個分開的、盤形溢流閥成為可能。(修正方案)在以上的實施方案中，抽吸圓筒132設置在內模133內。當內模133被設計成直接抽吸漿液100時，抽吸圓筒132可以省略。
儘管在被抽吸泵14抽吸後，漿液100返回到水箱11中，也可以從水箱11中抽吸漿液100以形成模製體160而不將漿液返回到水箱11中。
進一步地，內模133由穿孔的金屬製得。其也可以為網狀形式或者也可以有切口。另外，內模133也可以由多孔材料(例如海綿或燒結體)製得。其不是必需由金屬製得，也可以是由樹脂製得。
圓筒形內模133具有開口端。或者是，內模133的軸向端上的一個中心開口可以被一個蓋封住，並且在內模133的另一個開口端可以安裝一個作為濾油器的一個基本特徵的溢流閥。
此外，內模133固定在基座131和外模134之間留下的空間中以使得在內模133的相對端堆積纖維。但是，纖維也可以僅在內模133的一端堆積。再一種選擇是，內模133的兩個軸向端都可以和基座131和135接觸。在這種情況下，相對於內模133的形狀，也可以在濾芯3的兩端都形成開口。這些開口可以被單獨的密封元件密封。例如，可以將環形濾紙粘附在濾芯3的兩端僅使中心開口不被封閉。
在以上所述的實施方案中，乾燥步驟(d)和粘合劑樹脂的固化步驟(f)是分別進行的。獨立的乾燥步驟可以省略而乾燥可以在粘合劑樹脂的固化步驟(f)進行。在這種情況下，所述的漿液和粘合劑樹脂應優選使用通用的溶劑。
另外，儘管在抽吸和模製步驟(c)之後進行的粘合劑樹脂的浸入步驟(e)需要進行兩步潤溼步驟，但是所述的樹脂的乾燥和固化步驟可在在步驟(a)將粘合劑樹脂加入到漿液100之後的同時進行。這使得可以省略步驟(e)和(f)。
如圖32所示，內模133也可以為一般的球形，模製體在其上形成。在這種情況下，球形內模133具有多個向內延伸的凹口以增加其表面積。
如圖33所示，也可以使用波紋管形式的內模133。在這種情況下，外模應優選是以與內模133的軸成直角的方向與內模133分開。採用這種內模133製造模製體160。
如圖34所示，也可以使用雛菊(daisy)或花瓣式的內模133。在這種情況下，外模的形狀應優選是與內模133的形狀相對應。模製體160被模製成雛菊形。(第四實施方案)在該實施方案中，如圖35所示，在抽吸過程中抽吸位置被設計成是可變的。抽吸單元13的抽吸圓筒132以給定的角度相對於內模133和外模134轉動。相應於所述的轉動角度，在抽吸圓筒132上設有多個抽吸開口。
在抽吸步驟中，在抽吸單元13轉動的同時，調節抽吸泵14的泵流速。此時，內模133的角度位置被改變。更特別的是，如圖36所示，內模133包括多個凹口(位於相鄰的翅片133b,133b之間)。抽吸圓筒132的抽吸開口132a與中心凹口成直線以實現抽吸。隨後，抽吸圓筒132以一給定的角度相對於內模133轉動。如圖37所示，內模133的隆起部與抽吸圓筒132的抽吸開口132a成一直線。這不僅使得將堆積的纖維基本上均勻和深深地進入到內模133和外模134之間的小切口(或者內模133的凹口)中，同時也使得纖維沿與待過濾流體的流動方向基本上垂直的方向延伸。這保證了過濾以穩定的方式進行。
根據內模133的形狀，可以改變抽吸的方向。這使得圖38所示的待堆積的纖維以圖39所示的方式堆積。纖維沿平行於內模133的表面的方向延伸。因此在內模133的整個表面上均能獲得均勻的過濾性能。
這一方案可用於製造具有如圖33所示的在軸向方向上具有交替的凸起和凹入部分的模製體160。模製體160在其垂直方向(或者說是內模133的軸向方向)上是凹凸不平的。特別地，在抽吸過程中，抽吸圓筒132向垂直或軸向方向上滑動以改變內模133的垂直位置。這使得其具有如上所述的相同的效果。(第五實施方案)在圖40和41所示的第五實施方案中，在抽吸和模製過程中，漿液100有規則的在水箱11中循環。更特別地，抽吸型模製系統一般包括含有漿液100的水箱11，抽吸漿液100的抽吸單元13和抽吸泵14，抽吸泵14通過抽吸管16與抽吸單元13相連以抽吸漿液100以及用來使漿液通過排料管16返回水箱11。排料管17以一個小角度與水箱11的側壁相連，以使得漿液在從排料管17中被引入到水箱11後能夠沿著水箱11的內壁流動。如圖40所示，與抽吸管16相連的抽吸單元13在水箱11中被如此設置而能夠形成環(或螺旋形)流。在抽吸和模製過程中，抽吸單元13通過馬達或其他的驅動裝置(未示出)相對於抽吸管16轉動。在水箱11中設有一個弧形導向葉片110以使漿液朝向抽吸單元13。
在該實施方案中，在水箱11中形成了螺旋形流動以調節漿液100的流動。抽吸單元13設置在漿液100的流動範圍內。裝置設置使得纖維能在漿液100中均勻分散並將漿液100加料到抽吸單元13中。這一系統比將水箱11中的漿液通過攪拌器或類似的裝置攪拌的系統更為有利，並且能夠以更快和均一的方式製造模製體。
水箱11可以為任何形式(例如，可以為橢圓體)，只要漿液能以有規則方式循環。儘管抽吸泵14的輸出流體可以產生螺旋形流動，該抽吸泵也可以被其他類型的能產生螺旋形流動的泵所替換。
以上描述的本發明不應理解為被上述的實施方案和其修正方案所限制。在不脫離本發明的精神和本發明的保護範圍的前提下，可以對本發明進行進一步的修正。
權利要求
1.一種製備濾芯的方法，所述的濾芯包括一個具有至少一個封閉端並且由主纖維和微細纖維的漿液模製得到的圓筒形部分，所述的主纖維的纖維直徑至少為5微米，以及所述的微細纖維的直徑為小於5微米；該方法包括以下步驟向一液體罐中加入包含有所述的主纖維和所述的微細纖維的所述漿液；以及將所述的漿液抽吸到浸入於所述的漿液中的抽吸單元中；並且其中，所述的抽吸步驟抽吸所述的漿液通過在所述的抽吸單元上形成的多個抽吸開孔，所述的抽吸開孔的密度沿所述的抽吸單元的圓周方向變化。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述的抽吸步驟包括改變與所述的抽吸單元相連接的用於漿液抽吸的抽吸泵的流速的步驟。
3.一種製備濾芯的方法，所述的濾芯包括一個具有至少一個封閉端並且由主纖維和微細纖維的漿液模製得到的圓筒形部分，所述的主纖維的纖維直徑至少為5微米，以及所述的微細纖維的直徑為小於5微米；該方法包括以下步驟將一種包含有所述的主纖維的第一漿液儲存於一罐中；向所述的罐中加入包含有所述的微細纖維的第二漿液；將所述的第一漿液和第二漿液混合物抽吸到浸入於所述的罐中的抽吸單元中；並且所述的加料步驟使用了多個繞所述的抽吸單元設置的加料噴嘴以將所述的第二漿液加入到所述的罐中，在所述的加料步驟和所述的抽吸步驟中，所述的抽吸單元和所述的加料噴嘴之間在圓周上的位置關係發生變化。
4.一種製備濾芯的方法，包括以下步驟抽吸一種漿液通過浸沒於一個罐中的抽吸單元的內模，以使得懸浮於所述的漿液中纖維在所述的內模的表面堆積而形成模製體，所述的內模具有預定的開孔比例；在隨後的製造步驟中，使用所述的內模作為參照物以夾持並使所述的模製體定位；所述的內模為圓筒形並在軸向兩側都有開口端；並且，其中，在所述的內模的外圓周形成有多個軸向翅片，而所述的翅片在所述的內模的所述的軸向側限定了一空間，所述的空間被所述的纖維所封閉。
5.如權利要求4所述的方法，其中所述的內模在其外圓周上形成有凹陷部和隆起部，在所述的抽吸步驟中，所述的漿液抽吸位置從所述的凹陷部變化到所述的隆起部。
6.一種製備濾芯的方法，包括以下步驟抽吸一種漿液通過浸沒於一個罐中的抽吸單元的內模，以使得懸浮於所述漿液的中纖維在所述的內模的表面堆積而形成模製體；所述的內膜具有預定的開孔比例；在隨後的製造步驟中，使用所述的內模作為參照物以夾持並使所述的模製體定位；其中，所述的內模在其外圓周上形成有凹陷部和隆起部，在所述的抽吸步驟中，所述的漿液抽吸位置從所述的凹陷部變化到所述的隆起部；其中，所述的抽吸單元包括一個設置於所述的內模的內部並具有多個抽吸開孔的抽吸圓筒；以及其中，在所述的抽吸步驟中，改變所述的內模和所述的抽吸圓筒的相對位置，以改變所述的開孔和所述的內模的相對位置。
7.如權利要求6所述的方法，還包括如下步驟在所述的抽吸步驟中，在所述的罐中產生一個規則的環流。
8.如權利要求6所述的方法，還包括如下步驟在所述的抽吸步驟中轉動所述的內模。
9.一種製備濾芯的方法，包括以下步驟抽吸一種漿液通過浸沒於一個罐中的抽吸單元的內模，以使得懸浮於所述漿液的中纖維在所述的內模的表面堆積而形成模製體；所述的內膜具有預定的開孔比例；在隨後的製造步驟中，使用所述的內模作為參照物以夾持並使所述的模製體定位；所述的抽吸單元包括一個抽吸圓筒，其內部容納有所述的內模並形成有多個抽吸開孔，所述的抽吸開孔基本上均勻地設置在整個圓筒表面上；以及所述圓筒的開孔比例小於所述內模的開孔比例。
全文摘要
一種製造用於濾油器的濾芯的方法,所述的濾芯包括直徑至少為5微米的主纖維的直徑小於5微米的微細纖維。所述微細纖維的充填密度為0.005—0.02克/釐米
文檔編號B01D46/10GK1298989SQ0012135
公開日2001年6月13日 申請日期2000年7月21日 優先權日1995年7月28日
發明者杉浦正人, 村瀨敏彥, 佐南容久, 高原敏廣, 小坂淳, 前川武治, 土原總二郎 申請人:株式會社電裝