JP2007000850A

JP2007000850A - フィルタ用濾材

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Publication number: JP2007000850A
Application number: JP2005187348A
Authority: JP
Inventors: Koji Kume; 浩司久米; Yoshihisa Sanami; 容久佐南; Joji Kagawa; 城治香川; Takeo Jo; 健夫條
Original assignee: Toyota Boshoku Corp; Awa Paper Co Ltd
Current assignee: Toyota Boshoku Corp; Awa Paper Co Ltd
Priority date: 2005-06-27
Filing date: 2005-06-27
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2025-06-27
Also published as: JP4782489B2; EP1896156B1; US20090077938A1; WO2007001072A3; DE602006010862D1; WO2007001072A2; CN101080262A; EP1896156A2

Abstract

【課題】構造が簡単で容易に製造することができるとともに、低圧力損失、高ダスト捕捉量、及び高ダスト捕捉効率の能力を発揮することができるフィルタ用濾材を提供する。
【解決手段】繊維径が１０〜４０μｍの第１の繊維１０〜３０質量％と、繊維径が１０〜４０μｍの天然繊維を捲縮化した第２の繊維４０〜８０質量％と、繊維径が５〜１０μｍの第３の繊維１０〜３０質量％とを混繊抄造して、フィルタ用濾材を作製する。このようにすれば、低圧力損失、高ダスト捕捉量、及び高ダスト捕捉効率の能力を発揮することができる。
【選択図】図１２

Description

この発明は、例えばエンジン用のエアフィルタとして使用されるフィルタ用濾材に関するものである。

一般に、この種のエアフィルタ用濾材としては、低圧力損失、高ダスト捕捉量、及び高ダスト捕捉効率の３つの点で高い能力が求められている。低圧力損失の濾材を得るためには、空間率を高くする必要があり、このために、太い繊維を使用して嵩高性を上げる方法が有効とされている。また、高ダスト捕捉量の濾材を得るためには、嵩高性を適当程度に上げる方法が有効である。この高ダスト捕捉量は、製品寿命に直結する。さらに、高ダスト捕捉効率の濾材を得るためには、細い繊維を使用したりすることにより、単位体積中における繊維の充填率を上げたり、繊維間の空隙を狭くしたりする方法が有効である。

ところが、嵩高性を上げて圧力損失を低下させたり、ダスト捕捉量を向上させたりした場合には、ダスト捕捉効率が低下するという問題が生じた。また、ダスト捕捉効率を上げた場合には、空気が流れ難くなって圧力損失が上昇するとともに、早期に目詰まりしてダスト捕捉量が低減するという問題が生じた。従って、高性能のフィルタ用濾材を得るためには、前記の相反する能力のバランスを調整しながら、使用する繊維の太さ等を選択設定する必要があった。

一方、これと類似の観点から、例えば特許文献１及び特許文献２に開示されるようなフィルタ用濾材が従来から提案されている。すなわち、特許文献１に記載の濾材では、天然繊維に疎油性繊維が所定の割合で混繊され、プリーツ加工により山部、谷部及びそれらに隣接する斜辺部からなる襞折り構造が形成されている。そして、この構成により、含浸されたオイルの山部及び谷部への移動が促進されて、斜辺部がドライ化され、カーボンダスト等の微細なダストの捕捉効率が向上されるようになるとしている。

一方、特許文献２に記載の濾材では、孔径の異なった少なくとも２層以上の積層構造からなっている。上流側の層は、最大孔径が３０〜１５０μｍで平均孔径が２０〜６０μｍに設定され、下流側の層は、最大孔径が１０〜３５μｍで平均孔径が５〜２０μｍに設定されている。また、下流側の層は、捲縮化されて、かつ異型断面を有する繊維及び接着性繊維から形成されている。そして、これらの層が湿式抄紙法等により積層されて一体化されている。この構成により、低圧力損失、高ダスト捕捉量、及び高ダスト捕捉効率が発揮されるとしている。
特開２００４−２３７２７９号公報特開平５−４９８２５号公報

ところが、前述した従来のフィルタ用濾材においては、次のような問題があった。すなわち、特許文献１に記載の構成では、天然繊維及び疎油性繊維の繊維径や配合比等に対して配慮がなされておらず、低圧力損失、高ダスト捕捉量、及び高ダスト捕捉効率をバランスよく実現することができない。また、特許文献２に記載の構成では、孔径の設定が困難であることに加えて、全体が２層以上の積層構造からなっているため、各層を積層して一体化するのが面倒で、製造装置が複雑になるとともに、フィルタ用濾材の厚さが増大して、クリーナハウジング等のフィルタ装置等に対する組み込みにおいて問題が生じるおそれがある。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、構造が簡単で容易に製造することができるとともに、低圧力損失、高ダスト捕捉量、及び高ダスト捕捉効率において高い能力を有するフィルタ用濾材を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、繊維径が１０〜４０μｍの天然繊維よりなる第１の繊維と、繊維径が１０〜４０μｍの天然繊維を捲縮化してなる第２の繊維と、繊維径が５〜１０μｍの繊維よりなる第３の繊維とを混繊抄造するとともに、前記第１〜第３の繊維の配合比をそれぞれ１０〜３０質量％、４０〜８０質量％、１０〜３０質量％としたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１及び第２の繊維を針葉樹系パルプ繊維及び広葉樹系パルプ繊維の少なくとも一方により構成したことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、第３の繊維を熱可塑性重合体よりなる合成繊維により構成したことを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第２の繊維は、同第２の繊維全体に対して針葉樹系パルプ繊維を９３〜６５質量％，広葉樹系パルプ繊維を７〜３５質量％としたことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項２〜４のうちのいずれか一項に記載の発明において、前記針葉樹系パルプ繊維はその繊維径が３０〜４０μｍ，広葉樹系パルプ繊維はその繊維径が１０〜２０μｍであることを特徴とする。

（作用）
この発明においては、３種類の繊維を混繊抄造して１層構造のフィルタ用濾材を形成しているため、濾材の構造が簡単であるとともに、容易に製造することができる。また、繊維径の太い第１の繊維及び第２の繊維を主材とするとともに、第２の繊維が捲縮化されているので、濾材の嵩高性を向上させることができて、低圧力損失及び高ダスト捕捉量を達成することができる。さらに、繊維径の細い第３の繊維を１０〜３０質量％の範囲内の配合比で配合しているため、前記の低圧力損失及び高ダスト捕捉量の性能を保ちつつ、高ダスト捕捉効率を発揮することができる。

以上のように、この発明によれば、構造が簡単で容易に製造することができるとともに、低圧力損失、高ダスト捕捉量、及び高ダスト捕捉効率において高い能力を発揮することができる。

（実施形態）
以下に、この発明の実施形態を、図面等に基づいて説明する。
さて、この実施形態のフィルタ用濾材は、繊維径の太い第１の繊維としての天然繊維と、その天然繊維と同径の天然繊維を捲縮化した第２の繊維としての捲縮化繊維と、繊維径の細い熱可塑性重合体よりなる第３の繊維としての合成樹脂繊維とを混繊抄造して一層構造に形成している。第１の繊維は、針葉樹系パルプ繊維よりなる。第２の繊維は、針葉樹系パルプ繊維及び広葉樹系パルプ繊維に対してアルカリ水溶液で化学処理を施すことによりマーセル化処理されたものであって、これによって同第２の繊維に捩れや捲縮を生じさせ、見掛け上の繊維径が太くなるように形成している。

前記第１の繊維を構成する針葉樹系パルプ繊維の繊維は、その繊維径が１０〜４０μｍの範囲内である。なお、この実施形態において、繊維径の値は該当する繊維の正規分布に従って表される値であって、以下に記載される繊維径の値も同様とする。また、繊維の断面形状が円形でない場合は、その最大幅を繊維径とする。さらに、フィルタ用濾材全体に対する第１の繊維の配合比は、１０〜３０質量％の範囲内で設定されている。この場合、第１の繊維の配合比を変更することなく、繊維径を１０μｍよりも細くすると、トータル繊維長が長くなり、このため、濾材内の空間が細かく分断されて繊維間の空隙が狭くなって、従って、目詰まりしやすくなって、低圧力損失及び高ダスト捕捉量を発揮できなくなる。逆に、繊維径を４０μｍよりも太くすると、トータル繊維長が短くなって、濾材内の空間における繊維間の空隙が広くなりすぎ、高ダスト捕捉効率を発揮できなくなる。

そして、フィルタ用濾材全体に対する第１の繊維の配合比を変更するとともに、第２，第３の繊維の配合比を変更することなく固定にした場合において、フィルタ用濾材の厚み、圧力損失、ダスト捕捉効率及びダスト捕捉量の変化状態を観察したところ、図１〜図４に示すような結果が得られた。なお、フィルタ用濾材の厚みは嵩高性を表す。図１に示すように、フィルタ用濾材の厚みは、第１の繊維の配合比を多くするほど増加する傾向にあるが、配合比が３０質量％付近を越えると増加率が低下する。これは、配合比が３０質量％付近を越えると、第１の繊維自体の重量により嵩高性が低下して、フィルタ用濾材内の空間の増加率が低下することを示している。また、図２に示すように、圧力損失については、第１の繊維の配合比を多くするほど、空気の流れに対する抵抗が高くなり、圧力損失が上昇する。特に、第１の繊維の配合比が３０質量％程度よりも多くなると、圧力損失が急激に上昇する傾向にある。

さらに、図３に示すように、ダスト捕捉効率については、第１の繊維の配合比の増加にともなって、同捕捉効率はある程度上昇するが、第１の繊維の配合比が３０％付近を越えると、第３の繊維の配合比率が相対的に低下するため、上昇率が鈍化する。つまり、後述するが、第３の繊維は繊維径が細いため、その配合比率が低くなると捕捉効率が低下することになる。

一方、図４に示すように、製品寿命を表すダスト捕捉量については、第１の繊維の配合比が３０質量％程度までの間は上昇するが、配合比が３０質量％程度を超えると、低下する。これは、図３に示すダスト捕捉効率の上昇により目詰まりを生じやすくなって、ダスト捕捉量が低下するためである。従って、第１の繊維の配合比が３０％付近を越えると、製品寿命の低下を招くことになる。

一方、第１の繊維の配合比を１０質量％よりも小さく設定した場合には、細い繊維である第３の繊維の配合比が相対的に高くなるため、圧力損失及びダスト捕捉効率の面で好ましくない結果となる。

従って、これらの結果は、第１の繊維の配合比を、１０〜３０質量％の範囲内に設定するのが適切であることを示す。
第２の繊維を構成する針葉樹系パルプ繊維は、その繊維径が３０〜４０μｍの範囲内である。また、第２の繊維を構成する広葉樹系パルプ繊維は繊維径が１０〜２０μｍの範囲内である。従って、第２の繊維は、その繊維径が１０〜４０μｍの範囲内である。この第２の繊維は、捲縮化されているため、繊維間に広い空隙が形成され、結果として、この第２の繊維は嵩高性の向上に寄与する。また、この第２の繊維の配合比は、４０〜８０質量％の範囲内である。さらに、この第２の繊維は、第２の繊維全体に対して針葉樹系繊維を９３〜６５質量％，広葉樹系繊維を７〜３５質量％としている。この場合、同一配合比下において、第２の繊維を繊維径を１０μｍよりも細くすると、トータル繊維長が長くなることにより、濾材内空間が細かく分断されて、低圧力損失及び高ダスト捕捉量を発揮できなくなり、繊維径を４０μｍよりも太くすると、トータル繊維長が短くなることにより、繊維間の空隙が広がって高ダスト捕捉効率を発揮できなくなる。

そして、フィルタ用濾材全体に対する第２の繊維の配合比を変更するとともに、第１，第３の繊維の配合比を変更することなく固定にした場合において、フィルタ用濾材の厚み、圧力損失、ダスト捕捉効率及びダスト捕捉量の変化状態を観察したところ、図５〜図８に示すような結果が得られた。すなわち、この第２の繊維においては、前記第１の繊維とは異なり、その配合比を変更した場合、フィルタ用濾材の厚み、圧力損失、ダスト捕捉効率及びダスト捕捉量のいずれの項目においても、配合比の変化量に対して比例的に変化する結果が得られた。これは、第２の繊維が主として嵩高性の多少に影響を与えるものであり、ダスト捕捉効率やダスト捕捉量に対する関与度合いが低いためである。

前記第３の繊維としては、ポリエステル等の熱可塑性繊維を使用して、その繊維径は５〜１０μｍの範囲内である。また、この第３の繊維の配合比は、フィルタ用濾材全体に対して１０〜３０質量％の範囲内である。この場合、同一配合比下において繊維径が５μｍよりも細くなると、トータル繊維長が長くなって濾材内空間が細かく分断されることにより、低圧力損失及び高ダスト捕捉量の指標が悪化し、繊維径が１０μｍよりも太くなると、濾材内空間の空隙が広くなって高ダスト捕捉効率を発揮できなくなる。

そして、フィルタ用濾材全体に対する第３の繊維の配合比を変更するとともに、第１，第２の繊維の配合比を変更することなく固定にした場合において、フィルタ用濾材の厚み、圧力損失、ダスト捕捉効率及びダスト捕捉量の変化状態を観察したところ、図９〜図１２に示すような結果が得られた。図９に示すように、フィルタ用濾材の厚みは、第３の繊維の配合比を多くするほど増加する傾向にあるが、配合比が３０％を越えると自身の重量のために増加率が低下する。また、図１０に示すように、圧力損失については、第３の繊維の配合比を多くするほど、この第３の繊維は細いために、トータル繊維長が長くなり、空気の流れに対する抵抗が高くなって、圧力損失が上昇する。特に、樹脂繊維の配合比が３０質量％付近を越えると、圧力損失が急激に上昇する傾向にある。

さらに、図１１に示すように、ダスト捕捉効率についても、第３の繊維の配合比の増加にともなって上昇する。しかも、図１２に示すように、製品寿命としてのダスト捕捉量については、第３の繊維の配合比が３０質量％程度までの間は上昇するが、配合比が３０質量％程度を超えると、ダスト捕捉効率の上昇により目詰まりを生じやすくなって、同ダスト捕捉量が急激に低下する。

これらの結果は、第３の繊維は、特にダスト捕捉効率の向上に寄与し、第３の繊維の配合比は、１０〜３０質量％の範囲内に設定するのが適切であることを示す。また、第３の繊維の配合比を３０質量％よりも多く設定した場合には、低圧力損失及び高ダスト捕捉量の指標が著しく悪くなる。ちなみに、この第３の繊維の配合比を１０質量％よりも低くした場合には、高ダスト捕捉効率の特質を十分に発揮できなくなる。

従って、第１の繊維の配合比を１０〜４０質量％，第２の繊維の配合比を４０〜８０質量％，第３の繊維の配合比を１０〜４０質量％とすれば、第２の繊維により嵩高性、すなわち低圧力損失状態を確保できる。また、第３の繊維は第２の繊維で欠けている高ダスト捕捉効率を補う。そして、第１の繊維は第２，第３の繊維の双方の特質を備えている。このため、結果として、低圧力損失，高ダスト捕捉効率，高ダスト捕捉量という特質を備えたフィルタ用濾材とすることができる。従って、このフィルタ用濾材を例えばエンジンのエアクリーナ用の濾材として用いた場合は、低圧力損失性によって、吸気抵抗を低くして高効率運転を達成でき、高ダスト捕捉効率性によって、充分な濾過機能を得ることができ、高ダスト捕捉量の能力によって、濾材の長寿命を得ることができる。

しかも、この実施形態のフィルタ用濾材では、３種類の繊維を混繊抄造して１層構造に形成しているため、孔径を調整したり、複数の積層構造にしたりする従来のフィルタ用濾材に比較して構造が簡単であるとともに、製造を容易に行うことができる。また、全体の厚さが過大になることはなく、エアクリーナのハウジングに組み込む場合に不都合が生じるようなことを回避できる。

次に、この発明の実施例について詳細に説明する。

表１及び表２に示すように、実施例１は以下のように構成されている。すなわち、第１の繊維として繊維径３０〜４０μｍの針葉樹系パルプ繊維を２０質量％、捲縮化された第２の繊維として前記針葉樹系パルプ繊維を５０質量％及び繊維径１０〜２０μｍの広葉樹系パルプ繊維を１０質量％、つまり第２の繊維として合計６０質量％、第３繊維として繊維径が６μｍのポリエステル繊維を２０質量％配合し、フィルタ用濾材を作製した。

また、実施例２は、第１の繊維として前記針葉樹系パルプ繊維を１５質量％、第２の繊維として前記針葉樹系パルプ繊維を５０質量％及び広葉樹系パルプ繊維を１０質量％、つまり第２の繊維として合計６０質量％、第３の繊維としてポリエステル繊維を２５質量％配合し、フィルタ用濾材を作製した。

さらに、実施例３は、第１の繊維として前記針葉樹系パルプ繊維よりなる第１の繊維を２５質量％、第２の繊維として前記針葉樹系パルプ繊維を５０質量％及び広葉樹系パルプ繊維を１０質量％、つまり第２の繊維として合計６０質量％、第３の繊維として前記ポリエステル繊維を１５質量％配合し、フィルタ用濾材を作製した。

そして、実施例４は、第１の繊維として前記針葉樹系パルプ繊維を１０質量％、第２の繊維として前記針葉樹系パルプ繊維を５０質量％及び広葉樹系パルプ繊維を３０質量％、つまり第２の繊維として合計８０質量％、第３の繊維として前記ポリエステル繊維を１０質量％配合し、フィルタ用濾材を作製した。

一方、比較例１は、第１の繊維として前記針葉樹系パルプ繊維を５０質量％、第２の繊維として前記針葉樹系パルプ繊維を４０質量％及び広葉樹系パルプ繊維を１０質量％配合し、フィルタ用濾材を作製した。第３の繊維は配合していない。

また、比較例２は、第１の繊維として針葉樹系パルプ繊維を５５質量％及び広葉樹系パルプ繊維を１０質量％、第２の繊維として針葉樹系パルプ繊維を１５質量％及び広葉樹系パルプ繊維を１０質量％、第３の繊維を１０質量％配合し、フィルタ用濾材を作製した。

さらに、比較例３は、第１の繊維として針葉樹系パルプ繊維を５質量％、第２の繊維として針葉樹系パルプ繊維を６５質量％及び広葉樹系パルプ繊維を２５質量％、第３の繊維を５質量％配合し、フィルタ用濾材を作製した。

そして、比較例４は、第２の繊維として針葉樹系パルプ繊維を５０質量％及び広葉樹系パルプ繊維を２０質量％、第３の繊維を３０質量％配合し、フィルタ用濾材を作製した。第１の繊維は配合していない。

これらの実施例１〜４及び比較例１〜４のフィルタ用濾材について、圧力損失、ダスト捕捉量、ダスト捕捉効率をそれぞれ計測比較したところ、表１に示すような結果が得られた。この発明の繊維配合比に基づいて作成した実施例１〜４のフィルタ用濾材では、低圧力損失、高ダスト捕捉量及び高ダスト捕捉効率の全性能を発揮することが判る。

これに対して、比較例１のフィルタ用濾材では、第３の繊維を含まないため、ダスト捕捉効率が大幅に低減することが判る。また、比較例２のフィルタ用濾材では、捲縮化繊維の配合比が少ないため、圧力損失が高くなるとともに、ダスト捕捉量が低減することが判る。さらに、比較例３のフィルタ用濾材では、捲縮化繊維の配合比が多いため、圧力損失が低くなるが、第３の繊維が少ないため、ダスト捕捉効率が低減する。比較例４のフィルタ用濾材では、捲縮化繊維の配合比が多いため、圧力損失が低くなるが、第１の繊維の配合がないため、ダスト捕捉量がやや低下する。

（変更例）
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・前記実施形態では、第１〜第３の繊維の繊維径を正規分布に従って設定したが、平均繊維径に従って設定すること。

・第１の繊維として、針葉樹系及び広葉樹系のパルプ繊維の双方を用いること。
・第２の繊維として、針葉樹系及び広葉樹系のパルプ繊維の一方のみを用いること。
・熱可塑性重合体の合成繊維として、前記実施例とは異なった繊維材料、例えばアクリル等を使用すること。

第１の繊維の配合比とフィルタ用濾材の厚さとの関係を示すグラフ。第１の繊維の配合比とフィルタ用濾材の圧力損失との関係を示すグラフ。第１の繊維の配合比とフィルタ用濾材のダスト捕捉効率との関係を示すグラフ。第１の繊維の配合比とフィルタ用濾材のダスト捕捉量との関係を示すグラフ。第２の繊維の配合比とフィルタ用濾材の厚さとの関係を示すグラフ。第２の繊維の配合比とフィルタ用濾材の圧力損失との関係を示すグラフ。第２の繊維の配合比とフィルタ用濾材のダスト捕捉効率との関係を示すグラフ。第２の繊維の配合比とフィルタ用濾材のダスト捕捉量との関係を示すグラフ。第３の繊維の配合比とフィルタ用濾材の厚さとの関係を示すグラフ。第３の繊維の配合比とフィルタ用濾材の圧力損失との関係を示すグラフ。第３の繊維の配合比とフィルタ用濾材のダスト捕捉効率との関係を示すグラフ。第３の繊維の配合比とフィルタ用濾材のダスト捕捉量との関係を示すグラフ。

Claims

繊維径が１０〜４０μｍの天然繊維よりなる第１の繊維と、繊維径が１０〜４０μｍの天然繊維を捲縮化してなる第２の繊維と、繊維径が５〜１０μｍの繊維よりなる第３の繊維とを混繊抄造するとともに、前記第１〜第３の繊維の配合比をそれぞれ１０〜３０質量％、４０〜８０質量％、１０〜３０質量％としたことを特徴とするフィルタ用濾材。
前記第１及び第２の繊維を針葉樹系パルプ繊維及び広葉樹系パルプ繊維の少なくとも一方により構成したことを特徴とする請求項１に記載のフィルタ用濾材。
第３の繊維を熱可塑性重合体よりなる合成繊維により構成したことを特徴とする請求項１または２に記載のフィルタ用濾材。
前記第２の繊維は、同第２の繊維全体に対して針葉樹系パルプ繊維を９３〜６５質量％，広葉樹系パルプ繊維を７〜３５質量％としたことを特徴とする請求項１に記載のフィルタ用濾材。
前記針葉樹系パルプ繊維はその繊維径が３０〜４０μｍ，広葉樹系パルプ繊維はその繊維径が１０〜２０μｍであることを特徴とする請求項２〜４のうちのいずれか一項に記載のフィルタ用濾材。