JP2012020279A - 防水通気フィルタおよびその使用 - Google Patents

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Abstract

【課題】安定した通気性を有する防水通気フィルタおよびこの防水通気フィルタの使用を提供する。
【解決手段】防水通気フィルタ１は、複数の貫通孔２１が形成された樹脂フィルム２と、樹脂フィルム２の厚さ方向の両面のうちの少なくとも一方の面上に、貫通孔２１と対応する位置に開口３１を有するように形成された、疎水性および撥油性を有する処理層３と、を備えている。貫通孔２１は、０．０１μｍ以上１０μｍ以下の所定のサイズを有し、密度が１０〜１×１０8個／ｍｍ2の範囲のうちの特定の帯域に収まるように一様に分布している。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば筐体に装着される防水通気フィルタおよびこの防水通気フィルタの使用に関する。
従来、例えば、自動車ＥＣＵ（Electrical Control Unit），モーター，ランプ，センサーなどの自動車電装部品、電動歯ブラシ，シェーバー，携帯電話などの家電製品、太陽電池などでは、電子部品や制御基板などを収容する筐体に、筐体の内部と外部の圧力差を解消する目的で開口が設けられ、その開口を防水通気フィルタで塞ぐことが行われている。この防水通気フィルタは、筐体の内外での通気を確保しつつ筐体内への水や塵などの異物の侵入を防止するものである。
このような防水通気フィルタには、通気性が良好で耐水圧が高いポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）多孔質膜がよく用いられる（例えば、特許文献１参照）。ＰＴＦＥ多孔質膜は、通常、ＰＴＦＥ微粉末をシート状に成形し、このシート状成形体を直交する二方向に延伸することにより得られる。
特開２００８−２３７９４９号公報
ところで、ＰＴＦＥ多孔質膜は、フィブリルとノードからなる複雑な多孔質構造を有し、その孔径も不均一である。このため、ＰＴＦＥ多孔質膜を用いた防水通気フィルタでは、通気度を測定すると通気度が場所によって異なり、通気性にばらつきがある。従って、防水通気フィルタの品質を安定させるために、防水通気フィルタの面積を大きくするなどの対策が講じられることがある。
本発明は、このような事情に鑑み、安定した通気性を有する防水通気フィルタおよびこの防水通気フィルタの使用を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明は、通気を確保しつつ水の浸入を防止するための防水通気フィルタであって、非多孔質の樹脂フィルムであって該樹脂フィルムを厚さ方向に貫通する複数の貫通孔が形成された樹脂フィルムと、前記樹脂フィルムの厚さ方向の両面のうちの少なくとも一方の面上に、前記複数の貫通孔と対応する位置に開口を有するように形成された、疎水性および撥油性を有する処理層と、を備え、前記複数の貫通孔は、０．０１μｍ以上１０μｍ以下の所定のサイズを有し、密度が１０〜１×１０8個／ｍｍ2の範囲のうちの特定の帯域に収まるように一様に分布している、防水通気フィルタを提供する。
ここで、貫通孔に関する「サイズ」とは、貫通孔の断面積と等しい円の直径のことである。
また、本発明は、上記の防水通気フィルタを用いて筐体に設けられた開口を塞ぎ、前記防水通気フィルタを介して前記筐体の内部と外部の圧力差を解消する、防水通気フィルタの使用を提供する。
上記の構成によれば、樹脂フィルムに形成された貫通孔により通気を可能としつつ、樹脂フィルム上の処理層により防水性を確保することができる。しかも、貫通孔は、所定のサイズを有し、一様に分布しているので、防水通気フィルタに全面的に均一な通気性を付与することができる。
本発明の一実施形態に係る防水通気フィルタの模式的な断面図である。 別の実施形態に係る防水通気フィルタの模式的な断面図である。
以下、添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
図１に、本発明の一実施形態に係る防水通気フィルタ１を示す。この防水通気フィルタ１は、通気を確保しつつ水の侵入を防止するためのものである。例えば、防水通気フィルタ１は、筐体（図示せず）に設けられた開口を塞ぐように筐体に装着され、該防水通気フィルタ１を介して筐体の内部と外部の圧力差を解消するために使用される。
具体的に、防水通気フィルタ１は、非多孔質の樹脂フィルム２と、樹脂フィルム２上に形成された処理層３とを備えている。ここで、「非多孔質」とは、内部が樹脂で詰まった中実のことをいう。
樹脂フィルム２には、該樹脂フィルム２を厚さ方向に貫通する複数の貫通孔２１が形成されている。換言すれば、貫通孔２１は、樹脂フィルム２の厚さ方向の両面に開口している。貫通孔２１は、典型的には、一定の断面形状で樹脂フィルム２を直線状に貫通するストレート孔である。このような貫通孔は、例えばイオンビーム照射およびエッチングにより形成できる。また、イオンビーム照射およびエッチングでは、サイズおよび軸方向が揃った貫通孔を樹脂フィルム２に形成することができる。
なお、貫通孔２１の断面形状は、特に限定されず、円形であってもよいし、不定形であってもよい。また、貫通孔２１の軸方向は、樹脂フィルム２の厚さ方向の両面に垂直な方向である必要はなく、その方向から傾いていてもよい。
貫通孔２１は、０．０１μｍ以上１０μｍ以下の所定のサイズを有している。なお、貫通孔２１のサイズは、全ての貫通孔２１で完全に一致している必要はなく、全ての貫通孔２１で実質的に同じ値とみなせる程度（例えば、標準偏差が平均値の１０％以下）であればよい。貫通孔２１のサイズは、エッチング時間やエッチング処理液濃度により調整できる。好ましい貫通孔２１のサイズは、０．５μｍ以上５μｍ以下である。
また、貫通孔２１は、樹脂フィルム２の全面に亘って密度が１０〜１×１０8個／ｍｍ2の範囲のうちの特定の帯域（例えば、最大密度が最小密度の１．５倍以下）に収まるように一様に分布している。貫通孔２１の密度は、イオンビーム照射時のイオン照射量により調整できる。好ましい貫通孔２１の密度は、１×１０3〜１×１０7個／ｍｍ2である。
樹脂フィルム２の気孔率（樹脂フィルム２の輪郭で規定される面積に対する全ての貫通孔２１の断面積の総和の割合）は、特に限定されないが、使用用途に耐え得るフィルム強度を保つ観点から、５０％以下であることが好ましく、３５％以下であることがより好ましい。
また、樹脂フィルム２の厚さは特に限定されないが、小孔径（高耐水圧）および高気孔率（高通気）の構造を実現するため（厚みのある基材でも小径の孔を形成するため）、前記所定のサイズに対する樹脂フィルム２の厚さの比（所定のサイズをＤ、樹脂フィルムの厚さをＴとしたときのＴ／Ｄ）が１以上１００００以下であることが好ましく、５以上１０００以下であることがより好ましい。
樹脂フィルム２を構成する材料は特に限定されないが、アルカリ溶液、酸化剤溶液、または酸化剤を含むアルカリ溶液により分解する樹脂が好ましい。例えば、樹脂フィルム２は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）およびポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）から選ばれる少なくとも１種の樹脂からなる。
貫通孔２１を形成するための上述したエッチングでは、樹脂フィルム２を構成する材料に応じたアルカリ溶液や酸化剤溶液などのエッチング処理液を用いる。例えば、水酸化カリウムや水酸化ナトリウムなどのアルカリ溶液は、樹脂を加水分解させる溶液として用いることができる。また、例えば、亜塩素酸水溶液、次亜塩素酸水溶液、過酸化水素水、過マンガン酸カリウム溶液などの酸化剤溶液は、樹脂を酸化分解させる溶液として用いることができる。例えば、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＣのいずれかで樹脂フィルム２を構成する場合は、エッチング処理液として水酸化ナトリウムを主成分とする溶液を用い、ＰＩで樹脂フィルム２を構成する場合は、エッチング処理液として次亜塩素酸ナトリウムを主成分とする溶液を用いる。また、ＰＶｄＦで樹脂フィルム２を構成する場合は、エッチング処理液として水酸化ナトリウムを主成分とする溶液に過マンガン酸カリウムを添加した溶液を用いてＰＶｄＦを分解させる。
あるいは、貫通孔２１が形成された樹脂フィルム２としては、オキシフェン社やミリポア社が販売するメンブレンフィルタを用いることも可能である。
なお、樹脂フィルム２は、必ずしも単層である必要はなく、複数層に分かれていてもよい。
処理層３は、図１では樹脂フィルム２の厚さ方向の両面のうちの一方の面上に形成されているが、樹脂フィルム２の両面上に形成されていてもよい。すなわち、処理層３は、樹脂フィルム２の厚さ方向の両面のうちの少なくとも一方の面上に形成されていればよい。
具体的に、処理層３は、貫通孔２１と対応する位置に開口３１を有するように形成されており、疎水性および撥油性を有している。このような処理層３は、疎水性の撥油剤を樹脂フィルム２上に薄く塗布し、乾燥させることにより形成できる。そのような撥油剤としては、例えばパーフルオロアルキル基を持つフッ素系コーティング剤が挙げられる。なお、処理層３の厚さは、貫通孔２１に関する上述した所定のサイズの半分未満であることが好ましい。
上記のように貫通孔２１が形成された樹脂フィルム２に撥油剤を塗布して乾燥させた場合は、貫通孔２１の内周面も処理層３と連続する第２の処理層で覆うことが可能である。この場合、処理層３の開口３１の大きさは、貫通孔２１の大きさよりも第２の処理層分だけ小さくなる。
樹脂フィルム２には、例えば図２に示すように通気性支持材４が積層されていてもよい。通気性支持材４は、図２に示すように樹脂フィルム２の処理層３が形成されていない面に積層されていてもよいし、樹脂フィルム２の処理層３が形成されている面に処理層３を挟んで積層されていてもよい。また、通気性支持材４は、樹脂フィルム２の片面だけでなく両面に積層されていてもよい。通気性支持材４としては、樹脂フィルム２よりも通気性に優れたものであることが好ましく、例えば織布、不織布、ネット、メッシュなどを用いることができる。また、通気性支持材４の材質としては、例えばポリエステル、ポリエチレン、アラミド樹脂などが挙げられる。
樹脂フィルム２と通気性支持材４とは、熱溶着、接着剤による接着など通常の方法で接合される。樹脂フィルム２と通気性支持材４との接合は部分的に行われ、その接合部分の面積は全面積の５〜２０％であることが好ましい。接合部分の面積が全面積の５％未満であると、樹脂フィルム２と通気性支持材４が剥がれ易くなり、２０％を超えると、接合部分で耐水圧が低くなるからである。また、接合部分は、全面積に対して均一に分散していることが好ましい。
以上の構成の防水通気フィルタ１におけるＪＩＳ Ｌ１０９２−Ａ（低水圧法）またはＪＩＳ Ｌ１０９２−Ｂ（高水圧法）に準拠して測定した耐水圧は、１ｋＰａ以上１０００ｋＰａ以下であることが好ましい。
本実施形態の防水通気フィルタ１では、樹脂フィルム２に形成された貫通孔２１により通気を可能としつつ、樹脂フィルム２上の処理層３により防水性を確保することができる。しかも、貫通孔２１は、所定のサイズを有し、一様に分布しているので、防水通気フィルタ１に全面的に均一な通気性を付与することができる。
ところで、従来のＰＴＦＥ多孔質膜を用いた防水通気フィルタでは、厚さを厚くするためにＰＴＦＥ多孔質膜を複数枚積層することがある。この場合、耐圧試験時にＰＴＦＥ多孔質膜同士の界面から、ＰＴＦＥ多孔質膜単体の耐水圧よりも低い圧力で水が漏れることがある。これに対し、本実施形態の防水通気フィルム１では、厚さを厚くするには厚さの厚い樹脂フィルム２を用いるだけでよいため、耐水圧試験時の不具合を生じることがない。なお、厚さの厚い樹脂フィルム２に貫通孔２１を形成するには、イオンビーム照射時に重イオンを高加速度で高密度に照射すればよい。
さらには、ＰＴＦＥ多孔質膜は延伸により多孔質化されているので、ＰＴＦＥ多孔質膜を用いた防水通気フィルタでは引っ張り強度が低い。これに対し、本実施形態の防水通気フィルタ１は未延伸であるために、引っ張り強度が高い。つまり、本実施形態の防水通気フィルタ１によれば、加工性や外力に対する耐性の向上が期待できる。
また、本実施形態の構成であれば、通気性支持材４を用いる場合に通気性支持材４と同じ素材の樹脂フィルム２を用いることができるため、例えば熱ラミネート時の相溶性を向上させて通気性支持材４と樹脂フィルム２との接着強度を向上させることができる。
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は、これら実施例に何ら制限されるものではない。
（実施例１）
樹脂フィルムとして、ＰＥＴからなる無孔のベースシートに、イオンビーム照射およびエッチングにより直径０．８μｍの円形の貫通孔を形成した厚さ２２μｍのサンプルＡ（オキシフェン社製Ｏｘｙｄｉｓｋ）を用いた。
サンプルＡの通気度をＪＩＳ Ｐ８１１７に準拠して２０箇所で測定した結果、サンプルＡの通気度（ガーレー数）は平均で２．７秒／１００ｍＬであり、標準偏差は０．１６９秒／１００ｍＬであった。
また、サンプルＡの一方面の顕微鏡写真を撮り、一定面積あたりの孔数をカウントすることによりサンプルＡの貫通孔の密度を１０箇所で測定した結果、貫通孔の密度は３．６×１０5〜５．５×１０5個／ｍｍ2であった。
サンプルＡの樹脂フィルムの一方面に、通気性支持材としてＰＥＴからなる不織布を熱溶着により積層した後、樹脂フィルムの他方面に、フッ素系処理剤（信越化学社製Ｘ−７０−０２９Ｃ）を塗布して乾燥させ、疎水性および撥油性を有する処理層を形成した。処理層の厚さは、０．１μｍであった。これにより、防水通気フィルタを得た。
（実施例２）
樹脂フィルムとして、ＰＥＴからなる無孔のベースシートに、イオンビーム照射およびエッチングにより直径３．０μｍの貫通孔を形成した厚さ２０μｍのサンプルＢ（オキシフェン社製Ｏｘｙｄｉｓｋ）を用いた以外は実施例１と同様にして防水通気フィルタを得た。
サンプルＢの通気度をＪＩＳ Ｐ８１１７に準拠して２０箇所で測定した結果、サンプルＢの通気度（ガーレー数）は平均で１．１秒／１００ｍＬであり、標準偏差は０．０３５秒／１００ｍＬであった。
また、サンプルＢの一方面の顕微鏡写真を撮り、一定面積あたりの孔数をカウントすることによりサンプルＢの貫通孔の密度を１０箇所で測定した結果、貫通孔の密度は７．０×１０3〜９．５×１０3個／ｍｍ2であった。
（比較例１）
樹脂フィルムの代わりに、厚さ２０μｍ、平均孔径０．５μｍのＰＴＦＥ多孔質膜Ａを用いた以外は実施例１と同様にして防水通気フィルタを得た。ＰＴＦＥ多孔質膜Ａは、まずＰＴＦＥ微粉末に液状潤滑剤を混合したものを押し出してシート状に成形し、ついでシート状成形体を圧延するとともに乾燥させた後に、ＰＴＦＥの融点以上の３８０℃で縦方向に５倍、横方向に８倍に延伸して作製した。
ＰＴＦＥ多孔質膜Ａの通気度をＪＩＳ Ｐ８１１７に準拠して２０箇所で測定した結果、ＰＴＦＥ多孔質膜Ａの通気度（ガーレー数）は平均で１１．９秒／１００ｍＬであり、標準偏差は３．４５０秒／１００ｍＬであった。
（比較例２）
樹脂フィルムの代わりに、厚さ２０μｍ、平均孔径０．８μｍのＰＴＦＥ多孔質膜Ｂを用いた以外は実施例１と同様にして防水通気フィルタを得た。ＰＴＦＥ多孔質膜Ｂは、まずＰＴＦＥ微粉末に液状潤滑剤を混合したものを押し出してシート状に成形し、ついでシート状成形体を圧延するとともに乾燥させた後に、ＰＴＦＥの融点以下の２８０℃で縦方向に４．５倍、横方向に１５倍に延伸して作製した。
ＰＴＦＥ多孔質膜Ｂの通気度をＪＩＳ Ｐ８１１７に準拠して２０箇所で測定した結果、ＰＴＦＥ多孔質膜Ａの通気度（ガーレー数）は平均で１．１秒／１００ｍＬであり、標準偏差は０．１６７秒／１００ｍＬであった。
（比較例３）
樹脂フィルムの代わりに、厚さ７０μｍ、平均孔径３．０μｍのＰＴＦＥ多孔質膜Ｃを用いた以外は実施例１と同様にして防水通気フィルタを得た。ＰＴＦＥ多孔質膜Ｃは、まずＰＴＦＥ微粉末に液状潤滑剤を混合したものを押し出してシート状に成形し、ついでシート状成形体を圧延するとともに乾燥させた後に、ＰＴＦＥの融点以上の３８０℃で縦方向に１０倍、横方向に８倍に延伸して作製した。
ＰＴＦＥ多孔質膜Ｃの通気度をＪＩＳ Ｐ８１１７に準拠して２０箇所で測定した結果、ＰＴＦＥ多孔質膜Ｃの通気度（ガーレー数）は平均で１．７秒／１００ｍＬであり、標準偏差は０．２６３秒／１００ｍＬであった。
（試験）
実施例および比較例の防水通気フィルタに対して、ＪＩＳ Ｐ８１１７に準拠して２０箇所で通気度を測定し、平均値および標準偏差を算出した。さらに、標準偏差を平均値で割り、それに１００を掛けた数値を変動率として算出した。
また、実施例および比較例の防水通気フィルタに対して、ＪＩＳ Ｌ１０９２に準拠して耐水圧を測定した。それらの結果を表１に示す。
Figure 2012020279
表１から、貫通孔が形成された樹脂フィルムを用いた実施例の防水通気フィルタでは、ＰＴＦＥ多孔質膜を用いた比較例の防水通気フィルタよりも変動率が小さいことが分かる。また、実施例の防水通気フィルタでは、耐水圧も高くなっている。
本発明の防水通気フィルタは、自動車電装部品、家電製品、太陽電池の他にも、例えば外灯などの屋外灯や電車等のランプにも使用可能である。
１ 防水通気フィルタ
２ 樹脂フィルム
２１ 貫通孔
３ 処理層
３１ 開口
４ 通気性支持材

Claims (8)

  1. 通気を確保しつつ水の浸入を防止するための防水通気フィルタであって、
    非多孔質の樹脂フィルムであって該樹脂フィルムを厚さ方向に貫通する複数の貫通孔が形成された樹脂フィルムと、
    前記樹脂フィルムの厚さ方向の両面のうちの少なくとも一方の面上に、前記複数の貫通孔と対応する位置に開口を有するように形成された、疎水性および撥油性を有する処理層と、を備え、
    前記複数の貫通孔は、０．０１μｍ以上１０μｍ以下の所定のサイズを有し、密度が１０〜１×１０8個／ｍｍ2の範囲のうちの特定の帯域に収まるように一様に分布している、防水通気フィルタ。
  2. 前記樹脂フィルムの気孔率が５０％以下である、請求項１に記載の防水通気フィルタ。
  3. 前記所定のサイズに対する前記樹脂フィルムの厚さの比が１以上１００００以下である、請求項１または２に記載の防水通気フィルタ。
  4. 前記樹脂フィルムは、アルカリ溶液、酸化剤溶液、または酸化剤を含むアルカリ溶液により分解する樹脂からなる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の防水通気フィルタ。
  5. 前記樹脂は、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエチレンナフタレートおよびポリフッ化ビニリデンから選ばれる少なくとも１種である、請求項４に記載の防水通気フィルタ。
  6. 前記樹脂フィルムに積層された通気性支持材をさらに備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の防水通気フィルタ。
  7. ＪＩＳ Ｌ１０９２−Ａ（低水圧法）またはＪＩＳ Ｌ１０９２−Ｂ（高水圧法）に準拠して測定した耐水圧が１ｋＰａ以上１０００ｋＰａ以下である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の防水通気フィルタ。
  8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載された防水通気フィルタを用いて筐体に設けられた開口を塞ぎ、前記防水通気フィルタを介して前記筐体の内部と外部の圧力差を解消する、防水通気フィルタの使用。
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