JP2004301121A - 内燃機関用不織布エアーフィルター - Google Patents

Abstract

【課題】環境汚染がなく、ダスト捕集効率が高く、ロングライフである、薄くて均一な内燃機関用不織布エアーフィルターを提供する。
【解決手段】繊維長1〜10ｍｍのポリエステル系バインダー繊維を主成分とする複数の層をエアーレイド不織布製造法にて形成し熱接着したもので、上層側（流体流入側）が太い繊維からなり、下層側（流体流出側）が細い繊維からなり、かつ最終流体流出側の層はポリエステル系バインダー繊維１００％からなり、目付が１００〜３５０ｇ/ｍ² 、見掛け密度が０．０４ｇ/ｃｍ³〜０．３ｇ/ｃｍ³、１００℃で３００時間後の乾熱収縮率が３％以下のエアレイド不織布からなるプリーツ形状を有する内燃機関用不織布エアーフィルター。
【選択図】なし

Description

本発明は、不織布で構成され、固形物をろ過するフィルター材に関するものである。さらに詳しく述べれば、自動車などの内燃機関で使用するエンジン吸入部で使用する空気取り入れ用の不織布エアーフィルター材に関するものである。
一般に、内燃機関用不織布エアーフィルター材は、使用時の強度が必要なため、比較的長い繊維（例えば、繊維長３０ｍｍ〜１０５ｍｍ）を使用し、繊維間結合の方法としてニードルパンチまたはウオータージェットにより機械的に繊維交絡を付与する方法、合成樹脂などのケミカル系接着剤で繊維間を結合する方法、あるいはバインダー繊維を混綿して熱接着する方法などが知られている。
本発明は、短いポリエステル系バインダー繊維単独、および／または該バインダー繊維と他の繊維とを混綿したものを、エアレイド不織布製造法で複数積層し熱接着した構造のフィルター材に関するものである。

自動車などに使用される不織布エアーフィルター材は、一般的にプリーツ形状を付与されたものが使用され、しかもフィルターの見掛け密度が低い。プリーツ形状を維持するために、樹脂で補強されたエアーフィルター（特許文献１）や、バインダー繊維を使用したエアーフィルター（特許文献２）などが開示されている。
また、特定の通気度比を有するエアレイド法短繊維不織布で、厚み方向に密度勾配を持たせたエアフィルター用途に関する記載（特許文献３）もある。
さらに、密度勾配を有するプリーツフィルター（特許文献４）などが公開されている。

実公昭５７−３１９３８号公報（特許請求の範囲） 特開平１０−１８００２３号公報（特許請求の範囲） 特開平1１−８１１１６号公報（特許請求の範囲） 特開平１１-９０１３５号公報（特許請求の範囲）

特許文献１では、複層繊維層をニードルで一体化した後、樹脂加工して形態保持を図っているが、加工時の樹脂および溶剤による環境汚染の問題、濡れた不織布の乾燥に多大の熱エネルギーを有する欠点がある。また、フィルター性能面でも付着した樹脂は捕集効率には寄与せずに単に圧損を上げる欠点を有している。

また、特許文献２では、樹脂を使用せず、バインダー繊維を混綿使用しているので、環境汚染や、エネルギーロスは少ないものの、ニードルを使用して、各層の交絡を行い一体化しているので、ニードル跡にダストが貫通しフイルターの捕集効率を低下させるといった欠点を有している。

さらに、特許文献３には、厚み方向に密度勾配を持たせたエアレイド不織布に係わる記載があるが、主たる用途は紙おむつ、ナプキン、失禁パット、ワイパーなどの吸収性物品である。本文中にはフィルター用途にも使用できるとの記載があるものの、フィルターに適した具体的な技術内容や作用効果に関しては一切言及されておらず、なんらの示唆もない。
さらにまた、特許文献４は、繊維径勾配を付与したプリーツフィルターに関するものであるが、表裏の繊維径比を２〜２０（流体流出側繊維太さ/流入側繊維太さの比率で表すと０．０５〜０．５になる）に規定しており、本発明が意図する自動車エアークリーナーの場合において、濾過対象となるカーボン微細粒子には性能が不十分で適用できない。しかも、エアーレイド不織布に関する記載は一切ない。

本発明は、上記従来技術では解決困難な課題を背景になされたもので、製造時に環境汚染がなく、ニードル跡がなく、均一性が大で、ダスト捕集効率が高く、ロングライフである、薄くて軽い内燃機関用不織布エアーフィルターを提供することを目的とする。

本発明は、繊維長1〜10ｍｍのポリエステル系バインダー繊維を主成分とする複数の層をエアーレイド不織布製造法にて形成し熱接着したもので、上層側（流体流入側）が太い繊維からなり、下層側（流体流出側）が細い繊維からなり、流体最終流出側はポリエステル系バインダー繊維１００％からなり、目付が１００〜３５０ｇ/ｍ² 、見掛け密度が０．０４ｇ/ｃｍ³〜０．３ｇ/ｃｍ³、かつ１００℃で３００時間後の乾熱収縮率が３％以下のエアレイド不織布からなり、プリーツ形状を有する内燃機関用不織布エアーフィルター（以下「エアフィルター」ともいう）に関する。
本発明のエアフィルターは、例えば３層構造の場合、上層側の太い繊維の層において、繊維の太さが２０〜４５μｍ、目付が１０〜７５ｇ/ｍ²、中層において、繊維の太さが１５〜３０μｍ、目付が２０〜１０５ｇ/ｍ²、下層側の細い繊維の層（すなわち、流体最終流出側）において、繊維の太さが７〜２０μｍ、目付が７０〜１７０ｇ/ｍ²が好ましい。
また、４層の構造では、上層側の太い繊維の層において、繊維の太さが２５〜５０μｍ、目付が５〜５０ｇｍ²、中層において、繊維の太さが２０〜３５μｍ、目付が１５〜７０ｇ/ｍ²、下層側の細い繊維の層において、繊維の太さが１５〜２５μｍ、目付が３０〜９０ｇ/ｍ²、最下層の細い繊維層（すなわち、流体最終流出側）の繊維の太さが７〜２０μｍ、目付が５０〜１４０ｇ/ｍ²が好ましい。
各層は、本発明の作用・効果を阻害しない範囲で異なる太さの繊維の混綿であっても良い。
また、本発明のエアフィルターは、撥水性を有するものが好ましい。
さらに、最下層以外の層において、本発明が意図する作用効果を阻害しない範囲でポリエステル系バインダー繊維以外の繊維を混綿していてもよい。
さらに、本発明のエアフィルターは、他の通気性シートと複合化したものであってもよい。

本発明によれば、環境汚染がなく、ニードル跡がなく、ダスト捕集効率が高く、ロングライフである、薄くて均一性の高い内燃機関用不織布エアーフィルターが得られる。

本発明のエアーフィルターは、エアーレイド不織布製造法によって形成する。すなわち、多孔質ネットコンベアー上に位置する単台または多数台の噴き出し部から、繊維長１〜１０ｍｍのポリエステル系バインダー繊維を主成分とする短繊維を噴出しネットコンベア下面に配置した空気サクション部で吸引しながらネットコンベア上に繊維層を形成する。
このとき、上層側（流体流入側）より下層側（流体流出側）にかけて、太い繊維の層から細い繊維の層となるように順次積層し、この積層された繊維層を熱オーブンに搬入し、熱風で繊維間を結合し不織布として一体化させる。
繊維量、噴き出し条件、空気サクション条件、熱風条件などによって所定の密度、厚さに仕上げて本発明のエアフィルターを得ることができる。熱オーブンにより熱接着する際の温度は、用いるポリエステル系バインダー繊維の種類や、全体の目付により適宜選択されるが、通常、１２０〜２００℃、さらに好ましくは１３０〜１８０℃である。

従来から知られている一般的な乾式不織布製造法、つまり短繊維のカーディング法、あるいは連続繊維のスパンボンド法などによる場合、層を構成する繊維はほぼ面状に配列していて、厚さ方向に配向させることは困難である。従って、本発が意図するフィルターに使用した場合、圧力損失が高いという欠点を有する。ニードルパンチやスパンレースのような機械的繊維交絡の方法を加えれば比較的に厚さ方向へ繊維を並び変えることができるものの、ニードルまたはスパンレースの水スジによる貫通孔が残るために微細なダストの捕捉作用に欠けるものとなってしまう。
これに対し、本発明のエアーフィルターは、短い繊維を使用したエアレイド不織布製造法によるものなので、繊維は厚さ方向に配列しやすく、かつ層間において異なる繊維径の繊維同志の混じり合いも生じ、繊維層間の繊維径勾配は比較的に連続傾斜になる。
従って、圧力損失が小さく、ダストによる目詰まりも少なくなってライフ（濾過可能時間）が長くなるうえ、圧損上昇が少ないという大きな特徴を有する。また、このような短繊維を原料繊維とするエアレイド不織布製造法によれば、極めて地合いの良好な、つまり均一性の良好なフィルターが得られるという大きな特徴を有する。均一性は、本発明が意図するエアフィルターの用途において極めて重要であり、上記した既存の乾式不織布では得られ難い。さらに、ニードルを使用していないので、ニードル跡による性能低下の問題も解消される。また、ケミカルバインダーを使用していないので、皮膜形成による圧力損失アップや捕集効率ダウンの弊害が無く、環境汚染の恐れも無い。

本発明に使用する繊維は、繊維長１〜１０ｍｍである。１０ｍｍを超える繊維を使用すると、不織布としての均一性が得られ難いばかりか、生産性が低下し、好ましく無い。一方、１ｍｍ未満では不織布の強度低下を生じるばかりか、脱落繊維が発生し易くなり好ましく無い。好ましくは２〜７ｍｍ、さらに好ましくは３〜５ｍｍである。

本発明のフィルター材を主として構成する繊維は、耐化学薬品性、耐熱性、耐久性、強度、硬さなどの特性に優れるポリエステル系繊維であって、特に熱接着性のポリエステル系複合繊維を主成分とするのが好適である。
熱接着性のポリエステル系複合繊維としては、芯／鞘型やサイドバイサイド型の複合繊維が好適である。この場合、芯成分あるいは繊維内層部を構成するポリマーとしては、鞘より高融点であり、熱接着処理温度で変質しないポリマーが好ましい。このようなポリマーとしては，脂肪族ジオール単位と芳香族ジカルボン酸単位から主としてなるポリアルキレンアリレートが挙げられる。例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどであり、単独でも２種以上の併用でもよく、必要に応じて共重合成分を含んでいてもよい。また、本発明の作用・効果を阻害しない範囲で変性されていても差し支えがない。

熱接着性成分である鞘あるいは繊維外周部を構成するポリマーとしては、上記芯成分あるいは繊維内層部を構成するポリマーより融点の低いポリマーが用いられる。例えば、上記の芯あるいは繊維内層部に使用される成分に、ジエチレングリコールなどのジオール、イソフタル酸などのジカルボン酸などの共重合成分を含有させたもの、テトラメチレングリコールなどのポリ（アルキレンオキサシド）グリコールなどをソフトセグメントとして共重合したポリエステル系エラストマーなどが挙げられるが、これらに限定されるものでは無い。さらにこれらのポリマーは、本発明の作用・効果を阻害しない範囲で変性されていても差し支えがない。融点は１１０℃以上である必要がある。１１０℃未満の場合は自動車用エアーフィルターとして耐熱寸法安定性、耐熱変形性などの問題を生じる。

本発明のフィルター材には、上記のポリエステルバインダー繊維のほかに、必要に応じて種々の機能を持たせるため、他の繊維を含んでいてもよい。例えば、木材パルプ、レーヨンなどのセルロース系繊維、ポリエステル、ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリビニールアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリアクリルニトリル、ポリフェニレンサルファイトなどの合成繊維、ガラス繊維、炭素繊維、セラミック繊維、金属繊維などの無機繊維、ポリ乳酸などの生分解性繊維などが挙げられる。この場合、混綿割合は６０重量％未満が好ましく、さらに好ましくは２５重量％以下である。６０重量％以上の場合、混綿した繊維の脱落が生じたり、強度ダウンしたり、耐熱性がダウンしたり、プリーツ加工性がダウンしたりして好ましくない。
ポリエステルバインダー繊維より融点の高い繊維、あるいは融点を持たない繊維を混綿した場合は、耐熱性を上げ、熱劣化しにくいというメリットを生じるので好ましい。
さらに、本発明の作用・効果を阻害しない範囲で、他の低融点バインダー繊維を含んでいてもよい。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系繊維、これらの複合繊維、さらに共重合成分を含有するこれらの繊維などが挙げられる。この場合、混綿割合は、１５重量％以下が好ましく、さらに好ましくは１０重量％以下である。１５重量％を超えると耐熱寸法安定性、耐熱変形性に影響が出るので、好ましくない。
また、各層を構成する繊維は、同一でも異なっていてもよい。
さらに、消臭、抗菌、防カビ、撥水、難燃、着色などの効果を有する繊維や物質を含有させても良い。

最終流体流出側、例えば、３層構造の下層側、４層構造の最下層側はポリエステル系バインダー繊維１００％で構成されていることが必要である。最終流体流出側に他の繊維を混綿した場合、繊維の脱落が生じやすくなり、エンジン内部に吸引された繊維によりエンジントラブルの要因となるので不適当である。ポリエステル繊維以外のバインダー繊維も考えられるが、コスト、耐熱性、剛性、プリーツ加工性などの観点からポリエステル系バインダー繊維が好ましい。
最終流体流出側以外の層に非バインダー繊維を混綿することができる。この場合は空隙体積が増加し、ダストの目詰まり速度が鈍化してライフの長い自動車用エアーフィルターが得られる。混綿する繊維は６０重量％未満にしないと、バインダー繊維との接着性が悪くなり、繊維の脱落や、プリーツ性に問題を生じる。

本発明に使用される繊維は、リサイクル繊維を使用することも可能である。使い捨てによる環境汚染や、地球の有効資源の再利用の観点からペットボトルリサイクル繊維などの使用も可能であって、マテリアルリサイクル、ケミカルリサイクルなどの公知の手段によるリサイクル繊維が挙げられる。
さらに、本発明によるエアフィルターは、ポリエステル系繊維を主たる構成成分としているので、リサイクル性を有する。

本発明のエアーフィルターの目付は１００〜３５０g/ｍ²であり、好ましくは１５０〜３００g/ｍ²、さらに好ましくは１８０〜２５０g/ｍ²である。目付が１００g/ｍ²未満では、ダストの保持が少なく、ライフが短くなり、また、ダストの洩れも多くなり、性能不十分のためエンジンに支障をきたす。一方、３５０g/ｍ²を超えると、圧力損失が大きくなるばかりか、厚くなるので一定の据付面積に多くのプリーツ面積が取れなくなるといった実用上の問題を生じる。また、コストアップにもなるので好ましくない。

本発明のフィルターの見掛け密度は０．０４〜０．３g/ｃｍ³、好ましくは０．０５〜０．２g/ｃｍ³、さらに好ましくは０．０６〜０．１５g/ｃｍ³である。
本発明のフィルターは、ろ過→洗浄→ろ過の繰り返しサイクルが可能な表面ろ過方式では無く、層の内部でダストを捕集する内部濾過方式である。内部濾過方式のフィルターは現在自動車エアフィルターなどに適用されており、一定期間の使用後、あるいは高圧損になった後はフィルターを取り替えることになるため、低圧損で効率の高い構造が望まれる。低圧損にするためにはフィルターの見掛け密度は０．３g/ｃｍ³以下が必要である。０．３g/ｃｍ³を超えると、圧損が高くなり自動車などのフィルター材に使用した場合、エンジンの燃料燃焼用の空気量が不足し、不完全燃焼、若しくはエンジン停止に陥るため、好ましくない。一方、０．０４g/ｃｍ³未満では、嵩高過ぎてプリーツ加工性や形状維持が困難となり、ダストの吹き抜けなどでエンジントラブルの要因になりやすい。
なお、見掛け密度とは、エアフィルターの目付を厚さで割ったものを意味する。
また、見掛け密度以外のフイルター特性に与える因子として、空隙体積指数が挙げられる。空隙体積指数とはフイルター材の一定据付面積での空隙が占める体積を表す因子で、この空隙体積指数が高いほど、ダストを保持する空間が多くなりライフが長くなるが、デメリットとしてはダストの捕集効率が低くなるばかりか、厚さが厚くなり過ぎたり、あるいは剛性が低すぎて、プリーツ加工後に隣の山どうしが接触を生じやすくなる。空隙体積指数は１．０〜４．０が好ましい。１．０未満であると、ＤＨＣが低くすなわちライフが短く、４．０を超えると、プリーツ加工品としての濾過面積を多く取れなくなる。

また、内燃機関用のフィルター材は温度が常温より高くなるので、少なくとも１００℃、３００時間後の乾熱収縮率は３％以下であることが必要である。好ましくは２％以下、さらに好ましくは１．５％以下である。３％を超える収縮率の場合は、プリーツの変形を生じ易くなり内燃機関用のフィルター材としては実用上使用できない。

本発明の不織布エアーフィルターは、プリーツ形状を有する。
一般に、限られたスペースにフィルター面積を大きくするためには、フィルター形状をプリーツ形状にすれば、一定の据付面積で大きなろ過面積が確保でき、さらに圧損が減少するからである。従って、このような機能が発現できるのであれば、プリーツの形状はどのようなものであってもよい。
プリーツ加工するためには、硬さが必要であり、本発明者らは硬さとプリーツ成型性との関連を種々テストした結果、剛軟度が０．３ｍＮ未満ではダストが付着して圧損が上昇したときのプリーツが変形したり、隣どうしが接触するため、内燃機関のエアーフィルターとしては不適であることが判明した。一方、２０ｍＮを超えると、プリーツ加工時にフイルターが裂けたり、割れたりする可能性があるため好ましくない。したがって、本発明の不織布のガーレ剛軟度は、通常、０．３〜２０ｍＮである。好ましくは、０．５〜１０ｍＮである。
ここで、ガーレ剛軟度とは、ＪＩＳ Ｌ１０９６−１９９９の８．２０．１に規定するガーレ法による剛軟度で表す。
さらに、この硬さを出すために、下層（流出側）の外側に、上記の本発明の不織布エアーフィルター材より通気性が高くて、ガーレ剛軟度が０．３ｍＮ以上の通気性のシートをラミネートしてもよい。このようなシートの例としては、乾式不織布、スパンボンド不織布、プラスチックネット、織物などが挙げられる。

本発明の繊維径勾配を有するエアフィルターの流体の流れ方向は、表面ろ過と異なり、粗層側（太繊度側）からであって、粒径に分布を有するダストなどの被ろ過物を、各層の夫々の繊維の表面でバランス良く捕らえる必要があり、種々組合わせテストを行った結果、３層構造の場合、上層側の太い繊維層として太さ２０〜４５μｍ、好ましくは２０〜３５μｍ、目付１０〜７５ｇ/ｍ² 、好ましくは１０〜５０ｇ/ｍ²、中層の繊維層として太さ１３〜２５μｍ、好ましくは２０〜３０μｍ、目付２０〜１０５ｇ/ｍ² 、好ましくは４０〜８０ｇ/ｍ² 、下層側の繊維層として太さ７〜２０μｍ、好ましくは１０〜２０μｍ、目付７０〜１７０ｇ/ｍ²、好ましくは８０〜１２０ｇ/ｍ²の組合わせの構造であれば、１μｍ以下の未燃焼カーボン粒子をも効率的にろ過ができ、ライフの長い内燃機関用不織布エアーフィルターが得られることが判明した。

例えば３層構造を例にとってさらに詳細に述べれば、上層の繊維層の作用効果は概略１０μｍ以上の大きな粒子を捕獲するプレフィルターの目的である。繊維径が２０μｍ未満の繊維で構成した場合には、１０μｍ未満の小さな粒子まで表面に付着して目詰まりが早くなるので、ライフが短くなる。一方、４５μｍを超える繊維を使用すれば、１０μｍ以上の大きな粒子がフィルター内部に浸入して同じくライフが短くなる。目付についても同様で１０ｇ/ｍ²未満ではダストの浸入のため、ライフが短くなり、一方、７５ｇ/ｍ²を超えるとフィルターの厚さが大になりプリーツ形状に支障をきたす問題がある。

中層は、上層を通過した概略５〜１０μｍ以下の粒子を捕獲する層の作用効果をする。繊維の太さが１５μｍ未満では５μｍ以下の小さな粒子までを表面に付着して目詰まりを早くするのでライフが短くなる。一方、３０μｍを超える繊維を使用すれば、５〜１０μｍの粒子が繊維径７〜２０μｍの下層に浸入して同じくライフが短くなる。目付についても同様で、２０ｇ/ｍ²未満ではダストの浸入のため、ライフが短くなり、一方、１０５ｇ/ｍ²を超えるとフィルターの厚さが大になりプリーツ形状に支障をきたす問題がある。

下層（つまり最下層）の作用効果としては、捕集効率を上げ、プリーツ形状を維持するために、使用する繊維の太さは７〜２０μm、繊維の目付を７０〜１７０g/ｍ²にすることが好ましい。７μｍ未満の繊維では、プリーツ性に問題があり、一方、２０μｍを超えると捕集効率が悪くなり、好ましくない。また、目付も７０g/ｍ²未満であれば、プリーツの使用時の変形を生じ、一方、１７０g/ｍ²を超えると硬さは保持できるものの、圧損が高くなりライフが短くなり、好ましくない。

また、４層の構造としてもよく、この場合、上層側の太い繊維の層において、繊維の太さが２５〜５０μｍ、好ましくは３０〜４５μｍ、目付が５〜５０ｇ/ｍ²、好ましくは１０〜４０ｇ/ｍ²、中層において、繊維の太さが２０〜３５μｍ、好ましくは２５〜３０μｍ、目付が１５〜７０ｇ/ｍ²、好ましくは２０〜５５ｇ/ｍ²、下層側の細い繊維の層において、繊維の太さが１５〜２５μｍ、好ましくは１５〜２０μｍ、目付が３０〜９０ｇ/ｍ²、好ましくは２０〜６０ｇ/ｍ²、最下層の最も細い繊維の層の繊維の太さが７〜２０μｍ、好ましくは１０〜１５μｍ、目付が５０〜１４０ｇ/ｍ²、好ましくは６０〜１２０ｇ/ｍ²となる組み合わせが好ましい。

また、各層の繊維の太さの比率、すなわち流体流出側繊維層の繊維／流体流入側の繊維層の太さ比率は、種々テストした結果、０．５〜０．９５であれば１μｍ以下のカーボン粒子も効率よく捕集でき、ライフも長いことが判明した。０．９５を超えると、層間の差がなく単一層に近付き、本発明の趣旨に反する。一方０．５未満であると、細かな粒子の多くが上層に捕集されずに下層に侵入するのでライフが短くなる。
各層の繊維の太さの比率は、エアーフィルターが適用される状況に合わせ、捕集したい粒子の大きさなどによって適宜選択することができる。

本発明のエアフィルターを構成するポリエステル系バインダー繊維がその接着効果を十分に発揮するには、熱接着温度はポリエステル系バインダー繊維の接着成分の融点、または融着可能な温度より５〜４０℃高い温度での加熱処理が好ましい。５℃未満であれば接着不良を生じ、４０℃を超えると繊維収縮や半溶融により均一な不織布が得られ無い。温度は通常１２０〜２００℃、好ましくは１３０〜１８０℃であるが、接着成分のポリマーの融点に応じて適宜選択することができる。
さらに、カレンダー加工を施すことにより、得られる不織布の厚さや密度を調整することもできる。カレンダー加工においては、１対の加熱ローラーの隙間を調整し所望の厚さの不織布に加工する方法が好ましい。この場合、隙間は０.５〜４ｍｍ、さらに好ましくは０.８〜３.０ｍｍである。温度は、ポリエステル系バインダー繊維の接着成分の融点、または融着可能な温度より５０〜１１０℃低く設定するのが好ましい。５０℃未満の場合は融点に接近してくるので、表面繊維が変形しはじめ、皮膜が形成されやすくなって圧損増加や捕集性能のダウンを生じる。一方、１１０℃を超える場合は、カレンダー効果が発揮しにくくなる。あらかじめ不織布を予熱してある場合には低温度で加工することもできる。
カレンダーローラーの表面は、フラットでも良いし、凹凸形状を取ることもできる。
これらの条件は所望の厚さ・密度に加工するに適した条件を、本発明の作用・効果を阻害しない範囲で適宜選択することができる。

また、本発明のエアーフイルターとしての捕集効率をさらに万全なものとするために、本発明のフイルター材を２枚以上重ね、積層一体化して使用することもできる。
１枚目（２層以上からなる繊維径勾配構造）で仮に洩れたダストがあれば、さらに２枚目（２層以上からなる繊維径勾配構造）で捕集する効果が期待できるうえ、全体としてフイルター材が硬くなり、よりプリーツ加工が容易になるという利点も生じる。２枚以上を重ねて積層一体化するための作業を効率化するために、あらかじめエアレイド不織布製造法によって各層を順次形成するに際して、２枚以上の層状構造を一挙に形成しても良い。

本発明のエアフィルターは、他の通気性シートを複合することにより、ダスト捕集性などの性能改良、プリーツ加工性などの加工適性の改良、耐久性などの実用特性の改良などを図ることができる。例えば、紙、湿式不織布、乾式不織布、スパンボンド、メルトブロー、プラスチックネット、穴あきフィルム、織編物などを、本発明の趣旨の範囲で適宜選択することができる。複合される通気性シートは、別工程において接着剤や軽度のニードルパンチ処理などの方法で一体化しても良いし、繊維積層工程において表面層、裏面層、内層のいずれかに入れてから熱オーブン中で加熱し、一挙に一体化しても良い。
また、下層側に点状の樹脂ブロックを塗布したり、エンボス加工された素材をラミネートして、プリーツの隣どうしが接触させないことも可能である。

また、必要に応じて、フィルターの流体流入側の層または全体に撥水加工をしたり、難燃加工などを付与することも可能である。撥水加工することにより泥水や雨などでフイルター材が濡れた時の圧損上昇を防ぐことができる．

本発明のプリーツ加工した内燃機関用不織布エアーフイルターは、常法に従い、各種樹脂による射出成型法で枠を作成したり、ウレタン樹脂で枠を固定接着させることができる。
プリーツ加工適性を良好にするため、および/または内燃機関用エアーフイルターとして、風圧での変形を防止するために、本発明の作用・効果を阻害しない範囲で、例えばフェノール系やメラミン系などの熱硬化型樹脂、ポリアクリル酸エステル系などの自己架橋型樹脂などで処理しても良い。

本発明の実施例を示す。ただし以下の実施例に限定されるものではない。

実施例１
芯：ポリエチレンテレフタレート、鞘：融点１５０℃のフタル酸・イソフタル酸／エチレングリコール共重合系からなる、長さ５ｍｍのポリエステル系複合バインダ繊維を原料繊維として、多孔質ネットコンベアー上に位置する３台の噴き出し部から噴出しネットコンベア下面に配置した空気サクション部で吸引しながらネットコンベア上に繊維層を形成した。この時、上層側（流体流入側）より下層側（流体流出側）にかけて、太い繊維の層から細い繊維の層となるように順次積層してから熱オーブンに搬入し、熱風で繊維間を結合し一体化された不織布を作成した。
下層としては、2.2dtex（太さ14.3μm）の上記バインダー繊維を目付110g/ｍ²となるようにＡ噴き出しノズルで紡出した。同様に中間層として、4.4dtex（20.2μm）の上記バインダー繊維を、目付50g/ｍ²となるようにＢ噴き出しノズルで紡出した。さらに上層として、11dtex（32μm）の上記バインダー繊維を、目付20g/ｍ²となるように、C噴き出しノズルで紡出した。
次に、ネットコンベア上に積層された繊維層を熱風処理機に入れ、１６５℃の熱風で1分間加熱して繊維交絡点を熱結合させて一体化し、隙間２ｍｍ、６０℃のカレンダー処理をして、厚さ２ｍｍ、目付１８０g/ｍ²の本発明のエアフィルター１を作成した。このフィルターの長さ方向のガーレ剛軟度は０．６ｍＮであった。上層と中層の繊維の太さ比率は0.63中層と下層の繊維の太さ比率は0.71であった。

実施例２
芯：ポリエチレンテレフタレート、鞘：融点１５０℃のフタル酸・イソフタル酸/エチレングリコール共重合系からなる、長さ５ｍｍのポリエステル繊維系複合バインダ繊維を原料繊維として、実施例１と同様な方法で熱接着された不織布を作成した。
下層としては、1.5dtex（太さ11.8μm）のバインダー繊維を目付100g/ｍ²、中間層として、2.2dtex（14.3μm）を目付50g/ｍ²、上層として16.6dtex（39.4μm）を目付20g/ｍ²となるようにそれぞれ紡出した。
各層を連続的に積み重ねて熱風処理機に入れ、１６５℃の熱風で1分間加熱して繊維交絡点を熱結合させて一体化し、カレンダー処理して厚さ１．９５ｍｍ、目付１８０g/ｍ²の本発明のフィルター２を作成した。このフィルターの長さ方向のガーレ剛軟度は１.３ｍＮであった。上層と中層の繊維の太さ比率は0.36、中層と下層の繊維の太さ比率は0.83であった。

実施例３
実施例１、２と同様な方法で不織布を作成した。
最下層として、1.7dtex（太さ12.4μm）のポリエステルバインダー繊維を目付95g/ｍ²となるようにし、下層として、4.4dtex（20.2μm）のポリエステルバインダー繊維を目付95/ｍ²とし、さらに中層として6.6dtex（24.8μm）のポリエステルバインダー繊維を目付30g/ｍ²となるようにし、さらに上層として11dtex（32.0μm）のポリエステルバインダー繊維を目付30g/ｍ²となるようにそれぞれ紡出した。
この積層物を１７０℃の熱風処理機で熱処理してからカレンダーで厚さ調整をして、厚さ２．４ｍｍ、目付２５０g/ｍ²の本発明のフィルター３を作成した。このフィルターの長さ方向のガーレ剛軟度は４．２ｍＮ、タテヨコの寸法収縮率は０.３％であった。上層と中層の繊維の太さ比率は ０．７８ 中層と下層の繊維の太さ比率は０．８１、下層と最下層の繊維の比率は０．６１であった。

実施例４
実施例１、２、３と同様な方法で不織布を作成した。
最下層として、1.7dtex（太さ12.4μm）のポリエステルバインダー繊維を目付95g/ｍ²となるようにし、同様に下層として、4.4dtex（20.2μm）のポリエステルバインダー繊維を目付95/ｍ²となるようにし、さらに中層として6.6dtex（24.8μm）のポリエステルバインダー繊維を目付70g/ｍ²となるようにし、さらに上層として11dtex（32.0μm）のポリエステルバインダー繊維を目付40g/ｍ²となるようにそれぞれ紡出した。
この積層物を１７０℃の熱風処理機で熱処理してからカレンダーで厚さ調整をして、厚さ２．９ｍｍ、目付３００g/ｍ²の本発明のフィルター４を作成した。このフィルターの長さ方向のガーレ剛軟度は５．５ｍＮ、タテヨコの寸法収縮率は０.３％であった

これらの実施例の一部と比較例について、１００℃で３００時間の熱処理後（熱変化後）に、ＪＩＳ８種のダストを用いたダスト保持量（Ｄ.Ｈ.Ｃ.）などにつき比較試験した結果を表１に示す。比較例１は市販のトヨタ車用エアークリーナー（ニードルパンチ、および樹脂加工された乾式不織布タイプ）であり、比較例２は市販のニッサン車用エアークリーナー（熱硬化型樹脂加工された濾紙タイプ）である。
また、熱処理前の状態の数値、および性能試験結果について実施例１〜４、および比較例３を表２に示す。比較例３は市販のトヨタ車用エアークリーナー（ニードルパンチ、および樹脂加工された乾式不織布タイプ）であり、比較例１とは異なる車種用である。
なお、それぞれの項目に関する条件などは、表３に示す。

<注１〜２>ＪＩＳ・８種粉体使用 速度25cm/sec ΔP=490Paでの単体テスト
<注３〜４>ＪＩＳ・８種粉体使用 速度50cm/sec ΔP=980Paでの単体テスト
<注５〜６>軽油燃焼粉体使用 速度50cm/sec ΔP=980Paでの単体テスト
<注７> 各繊維層間の流体流出側繊維層の繊維太さ／流体流入側の繊維の太さ比率

表１によれば、本発明の実施例１は、比較例１に比較して、フィルターの目付が約３０％減、厚さの約５０％減にも拘らず、捕集効率が高くD.H.Cが約２５％多い。このことは、目詰まりによるフィルター交換、すなわちライフが２５％伸びることを意味している。また、圧力損失も小さく、エンジンへの負荷も軽減される効果があるものと考えられる。比較例１はニードルパンチの跡が観察されるので、これが性能が劣る原因と考えられる。

また、実施例２のフィルター材は、厚さ膨張率が大きいが、プリーツに折る場合、厚さ戻りを計算に入れて使用すれば、自動車用エアークリーナーとして十分使用ができる。
比較例２は、密度勾配を持たないタイプのため、実施例１，２および比較例１に比べてD.H.Cが約半分以下であるので、自動車用エアークリーナーとして使用する場合は実施例および比較例１よりも２倍以上のろ過面積になるようにプリーツすることが必要となる。

さらに、表２の空隙体積指数とＤＨＣの対応関係の比較を図１に示す。
図１には、空隙体積が多くなるとDHCも高くなる傾向がある中で、本発明品は市販されている比較例３に比べて高いDHCを示すことが明白に示されている。また、図２〜４に実施例３および実施例４と、比較例３のDHC試験後のダストの侵入状況を示す。図２〜４は、いずれも、フィルター断面の顕微鏡写真（倍率２５倍）である。比較例３のフイルター（図４）はダスト流出側（写真の左側）までダストが浸入しているのに対して、実施例３（図２）および実施例４（図３）のダスト流出側は白くダスト侵入がないことを示している。

表２より、実施例１のフイルターは各繊維の繊維太さの比率が、繊維太さ比率-１は０．６３、繊維太さ比率-２は０．７１であり、０．４〜０．８の範囲に入っているので、カーボン微粒子のような細かなダストにも対応できるフイルター材といえる。
ただし、実施例２のフィルターは、一般ダストにはライフが長いものの、繊維太さの比率-１が０．４以下のため、１μｍ以下の粒子を多く持ったカーボン体に対しては上流側でダストの一部が捕集されずにいきなり下層側の繊維層を詰まらせて、ライフが短くなると考えられる。つまり、実施例２のフィルターは細かい粒径のダストが多い都市部の自動車よりも、砂塵が多い地区での自動車に適したフィルターとして有用である。
また、実施例１、３，４と比較例３の軽油燃焼ダストによる試験結果は表２に表わされているが、軽油燃焼ダストの主成分であるカーボン微粒子に対して本発明品のライフは２倍以上有することは明白である。

また、実施例１，２、３，４は、各層がバインダー繊維からなるので、不織布フィルターの生産時、およびプリーツ加工時、さらにエンジンフィルターとして実使用時のいずれにおいても遊離ホルマリンなどの環境汚染はなく、また、表１に見られる如くプリーツ特性も良好であることが判る。

本発明の内燃機関用不織布エアフィルターは、環境汚染がなく、ニードル跡がなく、ダスト捕集効率が高く、ロングライフであり、薄くて均一性が高く、自動車、その他の車輛などの内燃機関用不織布エアーフィルターのほか、キャビン、キャニスター、およびビル空調用フィルターなどの用途に有用である。

エアフィルターにおける空隙体積指数とＤＨＣとの関係を示すグラフである。 実施例３のエアフィルターにおけるＤＨＣ試験後のダストの侵入を状況を示す、ソニック（株）製の顕微鏡写真（倍率２５倍）である。 実施例４のエアフィルターにおけるＤＨＣ試験後のダストの侵入を状況を示す、ソニック（株）製の顕微鏡写真（倍率２５倍）である。 比較例３のエアフィルターにおけるＤＨＣ試験後のダストの侵入を状況を示す、ソニック（株）製の顕微鏡写真（倍率２５倍）である。

Claims (7)

1. 繊維長1〜10ｍｍのポリエステル系バインダー繊維を主成分とする複数の層をエアーレイド不織布製造法にて形成し熱接着したもので、上層側（流体流入側）が太い繊維からなり、下層側（流体流出側）が細い繊維からなり、かつ流体最終流出側の層はポリエステル系バインダー繊維１００％からなり、目付が１００〜３５０ｇ/ｍ² 、見掛け密度が０．０４ｇ/ｃｍ³〜０．３ｇ/ｃｍ³、１００℃で３００時間後の乾熱収縮率が３％以下のエアレイド不織布からなるプリーツ形状を有する内燃機関用不織布エアーフィルター。
2. 上層側の太い繊維の層において、繊維の太さが２０〜４５μｍ、目付が１０〜７５ｇ/ｍ²、中層において、繊維の太さが１５〜３０μｍ、目付が２０〜１０５ｇ/ｍ²、下層側の細い繊維の層において、繊維の太さが７〜２０μｍ、目付が７０〜１７０ｇ/ｍ²である請求項１記載の内燃機関用不織布エアーフィルター。
3. 上層側の太い繊維の層において、繊維の太さが２５〜５０μｍ、目付が５〜５０ｇ/ｍ²、中層において、繊維の太さが２０〜３５μｍ、目付が１５〜７０ｇ/ｍ²、下層側の細い繊維の層において、繊維の太さが１５〜２５μｍ、目付が３０〜９０ｇ/ｍ²、最下層の細い繊維層の繊維の太さが７〜２０μｍ、目付が５０〜１４０ｇ/ｍ²である請求項１記載の内燃機関用不織布エアーフィルター。
4. 請求項１〜３いずれかに記載のエアーフイルターをさらに２枚以上複合してなる内燃機関用不織布エアーフィルター。
5. 撥水性を有する請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関用不織布エアーフィルター。
6. 流体最終流出側以外の層が、ポリエステル系バインダー繊維に他の繊維を混綿した請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関用不織布エアーフィルター。
7. 他の通気性シートと複合化した請求項１〜６いずれかに記載の内燃機関用不織布エアーフィルター。