JP2005211731A - エアフィルタ用濾材 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェット層５とドライ層６とを組み合わせた濾材２の高流速時のカーボン効率の低下を抑制する。
【解決手段】濾材２は、上流側のウェット層５と下流側のドライ層６との２層構造を有している。ウェット層５およびドライ層６は、いずれも濾紙からなり、それぞれ抄紙した２枚の紙の層を、漉き合わせ法によって１枚に接合してある。ドライ層６の表面に、撥油剤となるフッ素樹脂を溶かし込んだフェノール樹脂を塗布し、ウェット層５の表面に、フッ素樹脂を含まないフェノール樹脂を塗布し、ヒダ折り加工した後に、ウェット層５側にビスカスオイル等の油をスプレーする。ドライ層６となる第２の濾紙６Ａのポアサイズは、ウェット層５となる第１の濾紙５Ａのポアサイズよりも小さい。これにより、主にドライ層で捕捉されるカーボン粒子の高流速時における捕捉効率が向上する。
【選択図】図２

Description

この発明は、自動車用内燃機関等のエアフィルタに用いられる濾紙を用いた濾材に関する。

例えば自動車用内燃機関のエアフィルタに用いられる濾材としては、濾紙にビスカスオイル等の油を含浸させたウェットタイプのものと、油を含浸させていないドライタイプのものとがあり、ウェットタイプの濾紙は、カーボン粒子による目詰まりが生じにくい（カーボン粒子に対する寿命が長い）反面、カーボン粒子の捕捉効率は低く、エアフィルタで捕捉できなかったカーボン粒子が内燃機関の吸気系に侵入し易い。また、ドライタイプの濾紙は、カーボン粒子の捕捉効率は高いが、カーボン粒子による目詰まりが生じやすい（カーボン粒子に対する寿命が短い）。

特許文献１，２には、このような両者の特徴を考慮して、油を含浸させた上流側のウェット層と油を含浸させていない下流側のドライ層とを積層するとともに、ドライ層の濾紙もしくは不織布を、ウェット層よりもポアサイズの大きな粗いものとした濾材が開示されている。このものでは、ダストは主にウェット層において捕捉され、カーボン粒子は主にドライ層において効率よく捕捉される。
特開２０００−７０６３５号公報 特開２００２−４５６２４号公報

しかしながら、上記の従来技術のように、下流側のドライ層のポアサイズを上流側のウェット層よりも大きく設定すると、エアフィルタを通過する空気流の流速が高いときに、カーボン粒子の捕捉効率が大きく低下してしまう。つまり、ドライタイプの濾紙においては、捕捉されたカーボン粒子が繊維の表面に綿埃状に堆積していくので、ポアサイズが大きく繊維間の目が粗いと、流速が高くなったときに粒子が抜け落ち、下流へ流出してしまうことになる。また、高流速時におけるカーボン粒子の捕捉効率が十分なレベルとなるように、ドライ層のポアサイズを小さく設定すると、ウェット層のポアサイズはこれよりも小さなものとなるので、ダストによる目詰まりが生じやすく、いわゆるダスト寿命が短くなってしまう。

この発明は、上流側のウェット層となる第１の濾紙と下流側のドライ層となる第２の濾紙とを一体に漉き合わせ、第２の濾紙に撥油加工を施すとともに、第１の濾紙に油を含浸させてなるエアフィルタ用濾材において、上記第２の濾紙のポアサイズが上記第１の濾紙のポアサイズよりも小さいことを特徴としている。

このようにドライ層となる第２の濾紙のポアサイズをウェット層となる第１の濾紙のポアサイズよりも小さく設定することにより、ウェット層におけるダスト寿命を短くすることなく高流速時のドライ層でのカーボン粒子の捕捉効率が高くなる。

例えば、第１の濾紙のポアサイズは８０μｍ〜１８０μｍであり、第２の濾紙のポアサイズは６０μｍ〜１６０μｍである。

より望ましくは、上記第２の濾紙に、繊維径が１０μｍ以下の化学繊維が、１０％〜３０％配合されている。この細い化学繊維としては、例えばポリエステル繊維やガラス繊維を用いることができる。このような化学繊維は、セルロース繊維と異なり、個々の繊維が直線状であるので、繊維間の空間が確実に確保される。そのため、ポアサイズを小さくしてカーボン粒子の捕捉効率を高く得るようにしても、目詰まりが生じにくい。

この発明によれば、ウェット層とドライ層とを備えることにより、ダストおよびカーボン粒子の双方に対し高い捕捉効率を得ることができるとともに、長い寿命を得ることができる。特に、ドライ層となる第２の濾紙のポアサイズがウェット層となる第１の濾紙のポアサイズよりも小さいことにより、ウェット層におけるダスト寿命を短くすることなく高流速時のドライ層でのカーボン粒子の捕捉効率を高く得ることができ、カーボン粒子の下流への流出を阻止することができる。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、自動車用内燃機関に用いられるエアフィルタ１の断面図であって、このエアフィルタ１は、多数回折り曲げられた濾材２と、この濾材２の周囲に取り付けられた矩形状の枠体３と、から構成されている。このエアフィルタ１は、図示せぬエアクリーナのボディとカバーとの間に、上記枠体３が挟み込まれるようにして保持され、例えば矢印Ａで示す方向に空気が通過する。

図２は、上記濾材２の拡大断面図であって、この濾材２は、上流側のウェット層５と下流側のドライ層６との２層構造を有しており、上記ウェット層５には、ビスカスオイル等の油が含浸されている。上記のウェット層５およびドライ層６は、いずれも濾紙からなり、それぞれ抄紙した２枚の紙の層を、漉き合わせ法によって１枚に接合したものである。そして、下流側の面つまりドライ層６の表面から、撥油剤となるフッ素樹脂を溶かし込んだフェノール樹脂をキスロール加工により塗布してあり、ドライ層６の表面からウェット層５に向かってほぼドライ層６の厚さ相当の深さまで撥油剤がフェノール樹脂とともに含浸されている。また、上流側の面つまりウェット層５の表面から、フッ素樹脂を含まないフェノール樹脂をキスロール加工により塗布してあり、ウェット層５の表面からドライ層６に向かってほぼウェット層５の厚さ相当の深さまで含浸されている。なお、ウェット層５に対する上記の油の含浸は、濾材２をヒダ折り加工した後に、ウェット層５側にスプレー等により油を塗布することによって行われる。

図３は、上記の濾材２の製造工程を図示したものであり、この製造工程は、漉き合わせ法により１枚となった２層の原紙１１を製造する抄紙工程と、原紙１１にフェノール樹脂加工を施して加工紙１２とする樹脂加工工程と、に大別される。抄紙工程においては、第１抄紙部１３によってウェット層５となる第１の濾紙５Ａを抄紙し、第２抄紙部１４によってドライ層６となる第２の濾紙６Ａを抄紙し、両者を１枚の紙に漉き合わせた上で、乾燥部１５において乾燥させることにより、原紙１１が得られる。そして、樹脂加工工程においては、第１キスロール１６によって、フッ素樹脂を含むフェノール樹脂を第２の濾紙６Ａの表面に塗布し、続いて、第２キスロール１７によって、フッ素樹脂を含まないフェノール樹脂を第１の濾紙５Ａの表面に塗布する。その後、乾燥部１８において乾燥させることにより、濾材２となる加工紙１２が得られる。この加工紙１２は、前述したようにヒダ折り加工がなされ、最終的に、第１の濾紙５Ａ側にビスカスオイル等の油がスプレーされる。この油は、第２の濾紙６Ａ側に撥油剤となるフッ素樹脂が塗布されていることから、第２の濾紙６Ａ側へは移行せず、従って、ウェット層５とドライ層６とが区分されて形成される。

このようにウェット層５とドライ層６との２層となった濾材２では、主にウェット層５においてダストが捕捉され、主にドライ層６においてカーボン粒子が捕捉される。

第１の濾紙５Ａは下記の通りのものが最も好ましい。

坪量：１２０ｇ／ｍ²
厚さ：０．６ｍｍ
ポアサイズ：１１５μｍ
繊維配合：天然繊維９０％、化学繊維（ポリエステル）１０％
但し、上記の化学繊維は、繊維径が１０μｍよりも大きな比較的太いものである。

ここで、ポアサイズは、８０μｍ〜１８０μｍのものが好ましく、ポアサイズが８０μｍ以下では、ダストに対する捕捉寿命が低下してしまい、１８０μｍ以上では、ダストに対する捕捉効率が低下してしまう。

また、第２の濾紙６Ａは下記の通りのものが最も好ましい。

坪量：１７０ｇ／ｍ²
厚さ：０．９ｍｍ
ポアサイズ：１００μｍ
繊維配合：天然繊維４０％、化学繊維（ポリエステル）６０％
但し、上記の化学繊維の中で、繊維径が１０μｍ以下の細いものが２０％であり、繊維径が１０μｍよりも大きな比較的太いものが４０％である。

ここで、ポアサイズは、６０μｍ〜１６０μｍのものが好ましく、ポアサイズが６０μｍ以下では、カーボン粒子に対する捕捉寿命が低下してしまい、１６０μｍ以上では、カーボン粒子に対する捕捉効率が低下してしまう。

両者を漉き合わせた原紙１１は、下記の通りとなる。

坪量：２９０ｇ／ｍ²
厚さ：１．５ｍｍ
ポアサイズ：９５μｍ
上記のように、濾材２においては、ウェット層５の濾紙５Ａのポアサイズに比較してドライ層６の濾紙６Ａのポアサイズの方が小さく、ドライ層６の濾紙６Ａの方が密なものとなっている。従って、空気流の流速が高い条件でのドライ層６によるカーボン粒子の捕捉効率（いわゆるカーボン効率）の低下が小さくなり、カーボン粒子の下流への流出を阻止することができる。図４は、上記実施例の濾材のカーボン効率と、ドライ層のポアサイズをウェット層のポアサイズよりも大きくした従来の濾材のカーボン効率と、を対比して示したものであり、図示するように、従来の濾材では高流速時にカーボン効率が低下する。これに比較して、上記実施例の濾材では、高流速時のカーボン効率の低下が小さい。なお、従来のものでも濾材全体としての平均的なポアサイズをより小さくすれば高流速時のカーボン効率が高くなるが、このようにポアサイズをより小さくすると、ウェット層におけるダスト寿命が短くなってしまう。

また上記実施例のように、繊維径が１０μｍ以下の細い化学繊維を配合することにより、ダストやカーボン粒子による早期の目詰まりを回避しつつカーボン効率を高めることができる。すなわち、ポリエステルのような化学繊維は、セルロース繊維と異なり、個々の繊維が直線状であるので、繊維間の空間が確実に確保され、ポアサイズを小さくしてカーボン粒子の捕捉効率を高く得るようにしても、目詰まりが生じにくい。図５に示すように、繊維径が１０μｍ以下の細い化学繊維の配合割合を多くすると、カーボン効率は向上する。従って、カーボン効率の点から、少なくとも１０％以上配合することが望ましい。他方、このような細い化学繊維の配合は、コストの上昇を伴うので、その効果とコストとのバランスの観点から、３０％を越えることは望ましくない。

なお、濾材ないしは濾紙のポアサイズは、例えば図６に示すような原理で測定されるものであり、容器２１の中間部に試料（濾材）２２を配置し、その上面に所定の湿潤液２３を入れるとともに、下面側に加える空気の圧力を徐々に高くしていって、試料２２から気泡が発生し始めるバブルポイント圧Ｐ（ｍｍＡｑ）を測定する。このバブルポイント圧Ｐは、図７に示すように、試料通過流速が急激に変化する変化点の圧力である。そして、湿潤液２３の表面張力ｇ（ｄｙｎ／ｃｍ）と、試料２２から湿潤液２３表面までの距離ｈ（ｍｍ）と、湿潤液２３の比重Ｓと、を用いて、ポアサイズＤ（ｍｍ）は、以下の式によって算出される。

Ｄ＝（４０８×ｇ）／（Ｐ−ｈ×Ｓ）

この発明に係る濾材を用いたエアフィルタの断面図。 濾材の拡大断面図。 濾材の製造工程を示す工程説明図。 実施例のカーボン効率を従来のものと対比して示す特性図。 細い化学繊維の配合割合とカーボン効率との関係を示す特性図。 ポアサイズの測定装置の概略を示す説明図。 バブルポイント圧Ｐを示す特性図。

符号の説明

２…濾材
５…ウェット層
５Ａ…第１の濾紙
６…ドライ層
６Ａ…第２の濾紙

Claims (3)

1. 上流側のウェット層となる第１の濾紙と下流側のドライ層となる第２の濾紙とを一体に漉き合わせ、第２の濾紙に撥油加工を施すとともに、第１の濾紙に油を含浸させてなるエアフィルタ用濾材において、上記第２の濾紙のポアサイズが上記第１の濾紙のポアサイズよりも小さいことを特徴とするエアフィルタ用濾材。
2. 第１の濾紙のポアサイズは８０μｍ〜１８０μｍであり、第２の濾紙のポアサイズは６０μｍ〜１６０μｍであることを特徴とする請求項１に記載のエアフィルタ用濾材。
3. 上記第２の濾紙に、繊維径が１０μｍ以下の化学繊維が、１０％〜３０％配合されていることを特徴とする請求項１または２に記載のエアフィルタ用濾材。
   

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