JP2007260623A - フィルタエレメントの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造工程を簡素化して製造コストを低減することができるとともに、フィルタエレメントを透過する流体の圧力損失を抑制することができるフィルタエレメントの製造方法を提供する。
【解決手段】第１繊維１４よりなる第１濾材層１２の表面に対し、第２繊維１６よりなる第２濾材層１３を積層する。前記第１濾材層１２の隙間ｇ１及び第２濾材層１３の隙間ｇ２に接着剤１５を含浸させ、第１繊維１４と第２繊維１６の接触部を接着剤１５により接着して第１濾材層１２と第２濾材層１３を接合する。前記第１繊維１４の隙間ｇ１に対し、前記第２不織繊維１６と同じ不織繊維を進入させて各繊維の接触部を接着剤１５により接着する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、自動車のエンジン用エアフィルタ等のフィルタエレメントの製造方法に関する。

従来、この種のフィルタエレメントとして、特許文献１には、例えば金属ワイヤ織布又はセルロースベースのフィルタペーパよりなる支持層の表面に対し、メルトブロー法によって製造されたメルトブロー・フリース（濾材層）を積層接着した２層構造のものが提案されている。前記支持層は濾材層を安定して支持するためのものであり、該支持層の濾過作用は濾材層に比べて無視できる程度となっている。
特表２００１−５２３５６２号公報( 段落番号０００５及び０００６参照)

ところが、上記従来のフィルタエレメントは、支持層及び濾材層を別工程で製造した後に、両層を接着剤により接着する方法を採っているので、両層の接着のみを行う接着工程が必要で、製造工程が増加して煩雑になり、製造コストを低減することができないという問題があった。

又、上記従来のフィルタエレメントは、支持層と濾材層とが両層を接着するためだけに用いられて濾過には不要な接着剤により接着されているので、この接着剤により濾材層の隙間（フィルタの目）の一部が塞がれて、濾過されるエアの通過抵抗が大きくなり、高い圧力損失が生じるという問題があった。このため、フィルタエレメントが自動車のエンジンのエアフィルタにおいて使用される場合にはエンジンの吸気抵抗が高くなり、燃焼効率が低下するという問題が発生する。

本発明は、上記従来の問題点を解消して、製造工程を簡素化して製造コストを低減することができるとともに、通過流体の圧力損失を低減することができるフィルタエレメントの製造方法を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、液体に第１繊維が分散されたスラリーを抄造することにより第１濾材層を形成する第１工程と、前記第１濾材層の上面に第２繊維よりなる第２濾材層を形成する第２工程と、上記第２工程と同時に、又は該第２工程の後に、湿潤状態の第１濾材層及び第２濾材層のうち少なくとも第１濾材層に含まれる水分を除去する第３工程と、上記第３工程の後に、前記両濾材層に接着剤を含浸させて、第１繊維相互の接触部及び第１繊維と第２繊維の接触部を接着剤により接着する第４工程と、上記第４工程の後に、前記第１濾材層及び第２濾材層を乾燥させる第５工程とを含むことを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記水分を除去する工程は、第２濾材層から第１濾材層に向かう吸引気流を発生させることにより行われることを要旨とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１において、前記水分を除去する工程は、第１濾材層を加熱乾燥させることにより行われることを要旨とする。

（作用）
請求項１に記載の発明は、第１濾材層の隙間に含まれる水分を除去する工程の後に、前記両濾材層に接着剤を含浸させて、第１繊維相互の接触部及び第１繊維と第２繊維の接触部を接着剤により接着するようにした。このため、第１濾材層と第２濾材層に接着剤を含浸させる工程で、第１濾材層と第２濾材層を接合することができ、両層を接着するためだけの専用の接着工程を省略して、製造工程を簡素化でき、製造コストを低減することができる。又、第１濾材層と第２濾材層を接着するためだけに用いられる接着剤が存在しないので、両層の接合界面付近の隙間、つまりフィルタの目が小さくなることはなく、通過流体の圧力損失を抑制することができる。

本発明のフィルタエレメントの製造方法は、製造工程を簡素化して製造コストを低減することができるとともに、製造されたフィルタエレメントを透過する流体の圧力損失を低減することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面にしたがって説明する。
最初に、図１に基づいて、フィルタエレメント１１の構造を説明する。このフィルタエレメント１１は、第１濾材層１２と、その第１濾材層１２の上面に積層接着された第２濾材層１３とにより構成されている。前記第１濾材層１２はパルプよりなる繊維径が１０〜４０μｍ、繊維長が１〜４ｍｍの無数の第１繊維１４を複雑に交絡させるとともに、各第１繊維１４の相互の接触部は接着剤１５により接着され、全体として厚さｔ１が０．４〜０．６ｍｍの不織布シート状に形成されている。各第１繊維１４の間にはエアを通過させる無数の隙間（目）ｇ１が形成され、第１濾材層１２はその空隙率が８５％となっている。

前記第２濾材層１３は例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）よりなる繊維径が１〜１０μｍの多数の第２繊維１６を複雑に交絡させるとともに、各第２繊維１６は相互の接触部１６ａが融着により一体化されており、全体として厚さｔ２が０．０５〜０．１５ｍｍの不織布シート状に形成されている。各第２繊維１６の間にはエアを通過させる無数の隙間（目）ｇ２が形成され、第２濾材層１３はその空隙率が９５％となっている。

そして、前記第２濾材層１３側の表層部の隙間ｇ１に対し、前記第２繊維１６の一部が進入され、該第２繊維１６は接着剤１５により第１繊維１４と接着されている。このため、第１繊維１４と第２繊維１６との混合により前記表層部の隙間ｇ１の空隙率が８０％と小さくなっている。

上記フィルタエレメント１１は、エアクリーナのケース（図示略）の内部において、第２濾材層１３がエア流路の上流側に位置し、第１濾材層１２が下流側に位置するように収容される。そして、濾過されるエアが図１の矢印で示すようにフィルタエレメント１１を透過する際に、第２濾材層１３の前記隙間（目）ｇ２によりエアに含まれる比較的大きい塵埃が捕捉される。又、第１濾材層１２の隙間（目）ｇ１によってエアに含まれる微細な塵埃が捕捉される。

ここで、前記第１濾材層１２の第１繊維１４の単位面積当りの重量、つまり目付は、５０〜２００ｇ／ｍ^２に設定され、第２濾材層１３の第２繊維１６の目付は、２．５〜２０ｇ／ｍ^２に設定されている。

次に、図２〜図６に基づいて、上記のように構成されたフィルタエレメント１１の製造方法について説明する。
図６に示すように、複数のプーリ２１には、抄造用の網よりなる無端状のコンベアベルト２２が装着され、図示しない駆動機構により矢印方向に所定の速度で周回されるようになっている。前記コンベアベルト２２の上側の往行部２２ａの上流側には、該往行部２２ａの上面に湿潤状態の第１濾材層１２を形成するための第１濾材層形成装置（抄造機）２３が装着されている。この第１濾材層形成装置２３の容器２４内には、液体としての水と第１繊維（パルプ）１４を混合して攪拌したスラリー２５が貯留されており、該容器２４からポンプ２６によりスラリー２５が供給口２７に供給され、該供給口２７からスラリー２５が前記ベルト２２の往行部２２ａの上面に供給される。この第１工程としての抄造工程により、図２に示すようにベルトの往行部２２ａの上面に無数の第１繊維１４よりなる湿潤状態の第１濾材層１２が形成される。

図６に示すように、前記第１濾材層形成装置２３の下流側には、メルトブローン装置３１が装着されている。このメルトブローン装置３１は溶融したポリエチレンテレフタレート（熱可塑性樹脂）を紡糸ノズル３２から紡糸して、該ノズル３２の出口に高温・高圧の空気流を吹き出して紡糸繊維を延伸するようになっている。そして、この延伸された第２繊維１６が図３に示すように前記往行部２２ａ上の第１濾材層１２の上面で薄く積層するようにランダムに交絡され、不織布シート状の第２濾材層１３が形成される。この第２工程により形成された第２濾材層１３の第２繊維１６の無数の接触部１６ａは半溶融状態の繊維自体の融着力により融着されて接続されている。

図６に示すように、前記メルトブローン装置３１の下流側には、吸引装置３５が装着されている。この吸引装置３５は吸引エアをガイドするエアガイド３６と吸引ポンプ３７により構成されている。そして、第１濾材層１２及び第２濾材層１３を載せた前記ベルトの往行部２２ａがエアガイド３６を通過する間に、図４に矢印で示すように前記第２濾材層１３から第１濾材層１２及び前記往行部（網）２２ａを透過する気流を発生させる。この気流により第１濾材層１２に含浸されていた水分が下方に吸引除去される。前記気流により水分を吸引除去する第３工程において、図４に示すように、第１濾材層１２の上層部の第１繊維１４の隙間ｇ１内に第２濾材層１３の第２繊維１６の一部が気流により引き込まれる。

次いで、図６に示すように、前記吸引装置３５の下流側のプーリ２１によって、コンベアベルト２２の上面からフィルタエレメント１１が分離され、このフィルタエレメント１１は接着剤含浸装置４１の上下一対の含浸ローラ４２，４３の間に供給される。そして、第４工程において、前記両含浸ローラ４２，４３には例えばフェノール樹脂等の熱硬化性の接着剤１５が含浸され、図５に示すように含浸ローラ４２，４３によって第１濾材層１２の隙間ｇ１及び第２濾材層１３の隙間ｇ２に前記接着剤１５が含浸される。含浸された接着剤１５は第１繊維１４相互の接触部及び第１繊維１４と第２繊維１６の接触部に付着され、前記接触部は接着剤１５によって接着される。

次の第５工程において、接着剤１５が含浸されたフィルタエレメント１１は、図６に示すように乾燥装置４５に供給される。この乾燥装置４５によりフィルタエレメント１１が加熱されて乾燥され、接着剤１５が乾燥硬化されて、第１濾材層１２の第１繊維１４及び第２濾材層１３の第２繊維１６が図１に示すように不織布シート状に形成され、フィルタエレメント１１の製造が完了する。なお、このフィルタエレメント１１はロール４６に巻き取られた後、使用目的に応じて所定の寸法に裁断されて例えばエアフィルタのフィルタエレメントとして用いられる。

上記実施形態のフィルタエレメントの製造方法によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、前記第１濾材層１２の各第１繊維１４相互の接触部を前記接着剤１５により接着する工程と同時に、第１濾材層１２の第１繊維１４と、第２濾材層１３の第２繊維１６の接触部が前記接着剤１５により接着されて、第１濾材層１２と第２濾材層１３が接着される。このため、第１濾材層１２と第２濾材層１３をそれぞれ別々に製造した後、両層を専用の接着工程により接着する必要がなく、製造工程を簡素化することができる。

（２）上記実施形態では、第１濾材層１２と第２濾材層１３を接着するためだけに用いられる余剰接着剤が存在しないので、両層１２，１３の接合界面付近の隙間、つまりフィルタの目が小さくなることはなく、フィルタを透過するエアの圧力損失を抑制することができる。このため、自動車のエンジンのエアフィルタの場合には吸気抵抗が低くなり、燃焼効率を向上することができる。

（３）上記実施形態では、吸引装置３５により第１濾材層１２の隙間ｇ１内の水分を吸引除去する工程において、第１濾材層１２の第２濾材層１３側の表層部の隙間ｇ１に、図４に示すように第２濾材層１３の第２繊維１６の一部の繊維１６を引き込むようにした。このため、第１濾材層１２と第２濾材層１３の結合強度を向上することができるとともに、前記第１濾材層１２の表層部の単位体積当りの繊維の密度が多くなって、この表層部におけるエア中の塵埃の捕捉量を増加することができる。

（４）上記実施形態では、厚さｔ１が厚く、空隙率の小さい第１濾材層１２と、厚さｔ２が薄く、かつ空隙率の大きい第２濾材層１３とによりフィルタエレメント１１が構成されている。このため、第２濾材層１３により濾過されるエアに含まれる比較的大きい塵埃が捕捉され、微細な塵埃が第１濾材層１２により捕捉され、フィルタエレメント１１全体として塵埃の選別捕捉を効果的に行うことができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・前記メルトブローン装置３１による第２濾材層１３の形成方法に代えて、エレクトロスピニング法により濾材層１３を形成するようにしてもよい。この手法は高分子溶液に高電圧を印加することによって溶液を第１濾材層１２の上面にスプレーして、該第１濾材層１２の上面に極細の無数の繊維を薄く積層して不織布シート状の第２濾材層１３を形成するものである。上記繊維径は５０〜５００ｎｍに設定される。

・予め製造された帯状の第２濾材層１３を、湿潤状態の第１濾材層１２の表面に積層させた後に、第１濾材層１２と第２濾材層１３を吸引装置３５へ送るようにしてもよい。この場合にも第１濾材層１２と第２濾材層１３を接着するための専用の接着工程と、そのための接着剤とが不要になり、製造工程を簡素化することができるとともに、フィルタエレメント１１を透過する流体の圧力損失を低減することができる。

・前記メルトブローン装置３１による第２濾材層１３の形成工程と同時に吸引装置３５により第１濾材層１２の水分を吸引除去を行うようにしてもよい。
・湿潤状態の第１濾材層１２の上面に対し、該第１濾材層１２と同様に抄造された湿潤状態の第２濾材層１３を積層し、両層１２，１３から水分を吸引除去するように構成してもよい。

・前記吸引装置３５を省略し、湿潤状態の第１濾材層１２の水分を加熱装置を用いて加熱除去するようにしてもよい。この実施形態の場合には、第１濾材層１２の隙間ｇ１内への第２濾材層１３の第２繊維１６と同じ繊維が引き込まれることはないが、前述したように第１濾材層１２と第２濾材層１３を接着するだけの専用の接着工程と、そのための接着剤とが不要になり、製造工程を簡素化することができるとともに、透過流体の圧力損失を低減することができる。

・第１濾材層１２を製造するパルプ以外の例えば桑の葉等の各種の植物の有機繊維を用いてもよく、ポリプロピレン、ポリエチレン等の樹脂繊維を用いてもよい。
・第１濾材層１２の第１繊維１４としてマーセル化した繊維を用いてもよい。

・本発明を自動車のエアフィルタに用いられるフィルタエレメント以外に例えば空調装置等のフィルタエレメントに具体化してもよい。
（技術的思想）
前述した実施形態から把握される請求項以外の技術的思想について説明する。

（１）請求項１又は２において、前記第２濾材層を形成する工程は、メルトブローン法により行われることを特徴とするフィルタエレメントの製造方法。
（２）請求項１又は２において、前記第２濾材層を形成する工程は、エレクトロスピニング法により行われることを特徴とするフィルタエレメントの製造方法。

本発明を自動車のエアフィルタに用いられるフィルタエレメントに具体化した一実施形態を示す略体説明図。 第１濾材層の製造工程の説明図。 第２濾材層の製造工程の説明図。 水分を吸引除去する工程の説明図。 第１濾材層と第２濾材層の接着工程の説明図。 フィルタエレメントの製造装置を示す略体構成図。

符号の説明

ｇ１，ｇ２…隙間、１１…フィルタエレメント、１２…第１濾材層、１３…第２濾材層、１４…第１繊維、１５…接着剤、１６…第２繊維、１６ａ…接触部、３５…吸引装置。

Claims (3)

1. 液体に第１繊維が分散されたスラリーを抄造することにより第１濾材層を形成する第１工程と、
   前記第１濾材層の上面に第２繊維よりなる第２濾材層を形成する第２工程と、
   上記第２工程と同時に、又は該第２工程の後に、湿潤状態の第１濾材層及び第２濾材層のうち少なくとも第１濾材層に含まれる水分を除去する第３工程と、
   上記第３工程の後に、前記両濾材層に接着剤を含浸させて、第１繊維相互の接触部及び第１繊維と第２繊維の接触部を接着剤により接着する第４工程と、
   上記第４工程の後に、前記第１濾材層及び第２濾材層を乾燥させる第５工程と
   を含むことを特徴とするフィルタエレメントの製造方法。
2. 請求項１において、前記水分を除去する工程は、第２濾材層から第１濾材層に向かう吸引気流を発生させることにより行われることを特徴とするフィルタエレメントの製造方法。
3. 請求項１において、前記水分を除去する工程は、第１濾材層を加熱乾燥させることにより行われることを特徴とするフィルタエレメントの製造方法。

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