JP2023084433A - 燃料用フィルター材 - Google Patents

Abstract

【課題】微細粒子の十分な捕捉性能を有し、かつ、耐久性を維持しながら長寿命化を達成する燃料用フィルター材の提供。【解決手段】３層以上の不織布を積層させた、最外層と中間層からなる燃料用フィルター材であって、該最外層には、目付４０ｇ／ｍ2以上１００ｇ／ｍ2以下のスパンボンド不織布が配置されており、該中間層には、空隙率８０％以上９５％以下の不織布が１層以上配置されており、該中間層の目付が７０ｇ／ｍ2以上２００ｇ／ｍ2以下であり、該燃料用フィルター材は溶着部を有し、かつ、該燃料用フィルター材の面積に対する該溶着部の面積の割合が１％以上１０％以下である、燃料用フィルター材。【選択図】なし

Description

本発明は、燃料用フィルター材に関する。

従来、自動車タンクに設置される燃料ポンプの１次側に用いられるフィルター（以下、「サクションフィルター」ともいう。）には、織物メッシュや、スパンボンド不織布やメルトブロー不織布に代表される長繊維不織布、ニードルパンチ不織布やサーマルボンド不織布に代表される短繊維不織布、などを使用したフィルター材が使用されており、これらのフィルター材には５～５０μｍ前後の粒子の捕捉性能、好ましくは１０～３５μｍ以上の粒子の捕捉性能に優れることが求められていた。
このようなフィルター材として、例えば、以下の特許文献１には、見かけ密度の異なる２種類のスパンボンド不織布をホットメルト系接着剤で一体接合させることにより、フィルター材の内部に粗密構造を形成させ、粗の構成層で比較的大きな固形物を除去した後、密の構成層で小さな固形物を除去する様にしたフィルター材が開示されている。
また、以下の特許文献２には、３層以上の異なる密度を有する織り組織からなるフィルター材が開示されている。

しかしながら、スパンボンド不織布は構造上、固形異物の内部捕捉が難しく、見かけ密度の異なるスパンボンド不織布の貼り合せでは、不織布表面で粒子捕捉が行われるため、粗密構造が十分に活用することが出来ず早期に閉塞されて短寿命であるとの問題が生じていた。
かかる問題を解決するためには、ニードルパンチやスパンレース不織布の様に空隙率の大きい不織布を用いる手段がある。
フィルター寿命を長くすることは、ダスト保持量を大きくすることであり、そのためには、不織布構造が嵩高である事が必要で、ニードルパンチやスパンレース不織布の様に空隙率の大きい不織布が求められる。ニードルパンチ等の嵩高不織布を用いることで、フィルター材の寿命延長効果は得られるものの、要求される粒子の捕捉性能を、嵩高不織布を用いることによって得るためには、嵩高不織布の作製が行われた後の工程で表面の平滑処理を施すなど、後工程での処理が必要となる。この場合、嵩高性が失われてしまい、捕捉態様は表面濾過であり、濾材表面が粒子により早期に閉塞されて短寿命であるとの問題がある。

他方、ニードルパンチ等の嵩高不織布を粗密構造の粗の構成層として使用する方法として、ホットメルト系接着剤等での貼り合せや、熱エンボスカレンダーでの一体化を行った場合、ホットメルト系接着剤での貼り合せの場合は、張り合わせ面のホットメルト系接着剤によりろ材が有効活用されない。また、熱エンボスカレンダーでの一体化の場合は嵩高性が失われてしまい、嵩高不織布が有する粒子の内部捕捉機能が十分に発揮されていないとの問題があった

特開２００３－２３６３２１号公報 特開２００５－３０５２７６号公報

前記した従来技術の問題に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、微細粒子の十分な捕捉性能を有し、かつ、耐久性を維持しながら長寿命化を達成する燃料用フィルター材を提供することである。

本発明者らは、かかる課題を解決すべく鋭意検討し実験を重ねた結果、以下の特徴を有する燃料用フィルター材であればかかる課題を解決できることを予想外に見出し、本発明を完成するに至ったものである。
すなわち、本発明は、以下のとおりのものである。
［１］３層以上の不織布を積層させた、最外層と中間層からなる燃料用フィルター材であって、
該最外層には、目付４０ｇ／ｍ²以上１００ｇ／ｍ²以下のスパンボンド不織布が配置されており、
該中間層には、空隙率８０％以上９５％以下の不織布が１層以上配置されており、
該中間層の目付が７０ｇ／ｍ²以上２００ｇ／ｍ²以下であり、
該燃料用フィルター材は溶着部を有し、かつ、
該燃料用フィルター材の面積に対する該溶着部の面積の割合が１％以上１０％以下である、燃料用フィルター材。
［２］前記最外層に配置されたスパンボンド不織布の部分熱圧着率が５％以上４０％以下である、前記［１］に記載の燃料用フィルター材。
［３］前記中間層に配置された不織布がニードルパンチ不織布である、前記［１］又は［２］に記載の燃料用フィルター材。
［４］前記燃料用フィルター材の、ＪＩＳ－Ｂ－８３５６－８に準拠して測定したフィルター寿命が２０分以上であり、かつ、粒子径３５μｍ以上の粒子捕集効率率が９０％以上である、前記［１］～［３］のいずれかに記載の燃料用フィルター材。

本発明に燃料用フィルター材は、微細粒子の十分な捕捉性能を有し、かつ、耐久性を維持しながら長寿命化を達成することができる。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
本発明の燃料用フィルター材は、３層以上の不織布を積層させた、最外層と中間層からなる燃料用フィルター材であって、該最外層には、目付４０ｇ／ｍ²以上１００ｇ／ｍ²以下のスパンボンド不織布が配置されており、該中間層には、空隙率８０％以上９５％以下の不織布が１層以上配置されており、該中間層の目付が７０ｇ／ｍ²以上２００ｇ／ｍ²以下であり、該燃料用フィルター材は溶着部を有し、かつ、該燃料用フィルター材の面積に対する該溶着部の面積の割合が１％以上１０％以下である、燃料用フィルター材である。

本実施形態の燃料用フィルター材は、３層以上の不織布が積層させており、最外層と中間層からなる。「積層」は、複数の不織布を部分的に溶着し一体化させたものであることができ、最外層と中間層は一体に接合して得られる。これらの接合は、例えば、超音波振動と同時に加圧力を加え、樹脂の一部に摩擦熱を発生させて接合したい部分を溶融させ、接合を行う超音波溶着法や、エンボスと平滑の一対の熱ロールを用いて接合する方法、ホットメルト系樹脂をメルトブロー方式で繊維形状に塗布して接合する方法、粒子状ホットメルト系樹脂を塗布して接合する方法等により行うことができるが、特に好ましくは超音波溶着法である。

本実施形態の燃料用フィルター材は、最外層と中間層が溶着し一体化した部分である溶着部を有し、燃料用フィルター材の面積に対する溶着部の面積の割合が１％以上１０％以下である。溶着部の面積の割合は、１％以上８％以下が好ましく、１％以上３％以下がより好ましい。
溶着部は、多数の溶着部が分散して存在することが好ましく、その配列としては格子状、千鳥状、ひし形状などのいずれでもよい。溶着部の間隔は適宜選定できるが、８ｍｍ以上３２ｍｍ以下が好ましく、９ｍｍ以上２６ｍｍ以下がより好ましい。１つの溶着部の形状としては四角形、丸型、帯形（長方形）、および十文字形などが挙げられるが、丸形が好ましい。また、一つの溶着部の面積（溶着面積）は、１ｍｍ²以上７ｍｍ²以下が好ましく、２ｍｍ²以上５ｍｍ²以下がより好ましい

最外層には、おもて面及び裏面ともに、スパンボンド不織布が配置されている。スパンボンド不織布を構成する繊維素材としては、ナイロン６、ナイロン６６、共重合ポリアミド、などのポリアミド系繊維、ポリエチレン、ポリプロピレン、共重合ポリプロピレンなどのポリオレフィン系繊維、ポリエチレンテレフタレート、共重合ポリエステルなどのポリエステル系繊維などが挙げられる。これらは単独で又は２種以上混合して用いてもよく、また異なる繊維で構成される複合繊維などでもよい。これらのうち、ポリエステル系繊維又はポリアミド系繊維が特に好ましい。

スパンボンド不織布の目付は４０ｇ／ｍ²以上１００ｇ／ｍ²以下であり、５０ｇ／ｍ²以上９０ｇ／ｍ²以下が好ましく、６０ｇ／ｍ²以上８０ｇ／ｍ²以下がより好ましい。
また、スパンボンド不織布の厚みは、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下が好ましく、０．２ｍｍ以上０．７ｍｍ以下がより好ましい。

スパンボンド不織布を構成する繊維の平均繊維径は１０μｍ以上５０μｍ以下の範囲が好ましく、より好ましくは１０μｍ以上３０μｍ以下、さらに好ましくは１０μｍ以上２０μｍ以下である。繊度は、ナイロン６の場合は１．０ｄｅｔｘ以上３．０ｄｅｔｘ以下の範囲が好ましく、より好ましくは、１．５ｄｅｔｘ以上２．０ｄｔｅｘ以下である。
さらにスパンボンド不織布の部分熱圧着率は５％以上４０％以下が好ましく、より好ましくは１０％以上３０％以下であり、さらに好ましくは１０％以上２０％以下である。

スパンボンド不織布は公知の方法により製造することができる。例えば、合成樹脂（ポリマー）を、エクストルーダーで加熱、溶融し、細い孔を有する口金（紡糸口金）から押し出し、延伸して連続した長繊維（フィラメント）を得、次いでフィラメントを均一に分散させたウェブをエンボスロールの熱圧着により、ボンディング（接合）する方法などが挙げられる。

中間層に１層以上配置される不織布は、空隙率が８０％以上９５％以下であり、８５％以上９５％以下が好ましい。尚、中間層とは、燃料用フィルター材として積層された不織布の内、最外層以外の層を意味する。
中間層を構成する不織布の合計の目付は、７０２００ｇ／ｍ²以上２００ｇ／ｍ²以下であり、１００ｇ／ｍ²以上１７０ｇ／ｍ²以下が好ましく、１２０ｇ／ｍ²以上１５０ｇ／ｍ²以下がより好ましい。

空隙率が８０％以上９５％以下の不織布としては、ニードルパンチ不織布であることが好ましい。
ニードルパンチ不織布を構成する繊維素材としては、ナイロン６、ナイロン６６、共重合ポリアミド、などのポリアミド系繊維、ポリエチレン、ポリプロピレン、共重合ポリプロピレンなどのポリオレフィン系繊維、ポリエチレンテレフタレート、共重合ポリエステルなどのポリエステル系繊維などが挙げられる。これらは単独で又は２種以上混合して用いてもよく、また異なる繊維で構成される複合繊維などでもよい。これらのうち、ポリエステル系繊維又はポリアミド系繊維が特に好ましい。

ニードルパンチ不織布の目付は７０ｇ／ｍ²以上２００ｇ／ｍ²以下が好ましく、１００ｇ／ｍ²以上１７０ｇ／ｍ²以下より好ましく、１２０ｇ／ｍ²以上１５０ｇ／ｍ²以下がさらに好ましい。
また、ニードルパンチ不織布の厚みは、０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下が好ましく、０．８ｍｍ以上１．５ｍｍ以下がより好ましい。

ニードルパンチ不織布を構成する繊維の平均繊維径は１０μｍ以上５０μｍ以下の範囲が好ましく、より好ましくは１０μｍ以上２０μｍ以下、さらに好ましくは１５μｍ以上２０μｍ以下である。
ニードルパンチ不織布は公知の方法により製造することができる。例えば、短繊維をカード機などでウェブとした後、ニードルを繰り返し突き刺すことにより繊維同士を交絡される方法などが挙げられる。

燃料用フィルター材のフィルター性能は、捕集効率とフィルター寿命の両方の因子により設定されるが、本発明において、燃料用フィルター材の粒子径３５μｍ以上の微粒子捕集効率は９０％以上であるのが好ましく、より好ましくは９５％以上であり、かつ、フィルター寿命が２０分以上であるのが好ましい。これらの捕集効率はＪＩＳＢ８３５６－８法による基準ダスト（ＪＩＳ８種）における捕集効率で表わし、またフィルター寿命はＪＩＳＢ８３５６－８法による基準ダスト（ＪＩＳ８種）における差圧１０ｋＰａに達する時間（分）で表わした値である。本発明の燃料用フィルター材には、最外層にスパンボンド不織布、中間層に、かさ高い不織布を配し、かつ、溶着部の面積の割合を調整することで、十分な捕捉性能を有し、かつ、耐久性を維持しながら長寿命化を達成することができる。

以下、本発明を実施例、比較例に基づいて具体的に説明するが、それらは本発明の範囲を限定するものではない。尚、実施例、比較例中の特性は、下記の方法で測定した。
（１）目付（ｇ／ｍ²）：１００ｍｍ×１００ｍｍの試料を４点採取し、重量を測定し、ｇ／ｍ²に換算し、その平均値を求める。

（２）厚み（ｍｍ）：圧縮試験機にてφ１６の測定子を使用し、荷重１００ｇ／ｃｍ²での厚みを４点測定し、その平均値を求める。

（３）空隙率（％）：目付と前記した厚みから、下記式：
（１－目付／１０００÷比重÷厚み）×１００
により算出した。尚、ポリエチレンテレフタレートの比重には１．３８を用いた。単位面積当たりの空隙率を求め、３か所以上の平均値で示した。単位容積当たりの重量を求め、樹脂の密度から空隙率を求める。

（４）平均繊維径（μｍ）：不織布の表面を顕微鏡写真で拡大し、その繊維径を５０点実
測し、その平均値を求める。

（５）ドット溶着率（％）：一体化後の不織布の表面を顕微鏡写真で拡大し、不織布面積に対する接合部面積の割合を算出する。

（６）部分熱圧着率（％）：不織布の表面を顕微鏡写真で拡大し、不織布全面積に対する接合部面積の割合を算出する。

（７）粒子捕集効率（％）：ＪＩＳＢ８３５６－８法を準用し、軽油に、ＩＳＯＡ３ｍｅｄｉｕｍダストを１００ｍｇ／Ｌの割合で混合し、超音波振動で１分間撹拌して均一に分散させた液を、流量１２ｃｃ／ｍｉｎ／ｃｍ²で試料に通過させ、通過前後の液を採取し、各液の粒度分布を粒度分布計（ＡｃｃｕＳｉｚｅｒ）で測定し、３５μｍ以上の粒子捕集効率を求める。

（８）フィルター寿命：ＪＩＳＢ８３５６－８法を準用し、軽油に、ＪＩＳ７種ダストを３５．２ｍｇ／Ｌの割合で混合し、超音波振動で１分間撹拌して均一に分散させた液を、流量１２ｃｃ／ｍｉｎ／ｃｍ²で試料に通過させ、差圧１０ｋＰａに達するまでの時間（分）を測定し、フィルター寿命時間とする。

（９）耐久性評価：ＪＩＳ－Ｌ－１０９６摩耗試験強さＥ法に準拠したマーチンデール摩擦試験機を用いて、１２０ｍｍφに切り出したサンプルを摩擦台の上に両面テープで貼り付け、試料ホルダーに３８ｍｍφに切り出したサンプルを取り付け、１２ｋＰａの荷重で１００回摩耗した。４点のサンプルにて摩耗後の溶着部の剥離の有無を確認し、剥離割合が５０％

［実施例１～６、並びに比較例１、２］
長繊維不織布を公知のスパンボンド方法により作製した。すなわち、ポリエチレンテレフタレートを用いて溶融紡糸装置により繊維ウェブを形成し、得られた繊維ウェブを、エンボスロールと平滑ロールの一対の熱ロールを用いて部分熱圧着率が１４％になるように熱圧着させ、表１に示す目付、厚み、平均繊維径を有するスパンボンド不織布を得た。得られたスパンボンド不織布（ＳＢ）は、以下の表１に示すように、上下層となるよう第１層部と第３層部に用いた。
また、ポリエチレンテレフタレート繊維を用いて公知の方法によりニードルパンチ不織布を作製し、以下の表１に示す目付、厚み、平均繊維径を有するニードルパンチ不織布を得た。得られたニードルパンチ不織布は、以下の表１に示すよう中間層となるよう、第２層部に用いた。
実施例１については、得られたスパンボンド不織布（ＳＢ）、ニードルパンチ不織布（ＮＰ）を重ね合わせ、超音波ウェルダーを用い、部分的に溶融接合し溶融面積をφ２ｍｍとし、６０度千鳥配列とし、以下の表１に示すドット溶着率となるようドット溶着部の間隔を１９ｍｍとし、手加工にて作製した。
実施例２については、実施例１と同様に手加工にて作製し、溶着部の間隔を２６ｍｍとした。
実施例３については、実施例１と同様に手加工にて作製し、溶着部の間隔を９ｍｍとした。
比較例１については、実施例１と同様に手加工にて作製し、溶着部の間隔を３８ｍｍとした。
比較例２については、実施例１と同様に手加工にて作製し、溶着部の間隔を７ｍｍとした。
比較例３については、得られたスパンボンド不織布（ＳＢ）のみを実施例１と同様に手加工にて作製し、溶着部の間隔を１９ｍｍとした。
実施例４については、巻出し部、超音波接合部、巻取部からなる設備を用いて、作製した。超音波接合部は、超音波ウェルダー及びピンエンボスロールからなり、表１に示すドット溶着率となるよう、溶融面積はφ２ｍｍとし、６０度千鳥配列とし、ドット溶着部の間隔を１９ｍｍとした。

本発明の燃料用フィルター材は、微細粒子の十分な捕捉性能を有し、かつ、耐久性を維持しながら長寿命化を達成することができるため、特に自動車、二輪自動車等の車両の燃料タンク内の燃料を内燃機関（エンジン）へ供給する燃料ポンプモジュールに備えられている、自動車燃料用フィルターとして有用である。

Claims (4)

1. ３層以上の不織布を積層させた、最外層と中間層からなる燃料用フィルター材であって、
   該最外層には、目付４０ｇ／ｍ²以上１００ｇ／ｍ²以下のスパンボンド不織布が配置されており、
   該中間層には、空隙率８０％以上９５％以下の不織布が１層以上配置されており、
   該中間層の目付が７０ｇ／ｍ²以上２００ｇ／ｍ²以下であり、
   該燃料用フィルター材は溶着部を有し、かつ、
   該燃料用フィルター材の面積に対する該溶着部の面積の割合が１％以上１０％以下である、燃料用フィルター材。
2. 前記最外層に配置されたスパンボンド不織布の部分熱圧着率が５％以上４０％以下である、請求項１に記載の燃料用フィルター材。
3. 前記中間層に配置された不織布がニードルパンチ不織布である、請求項１又は２に記載の燃料用フィルター材。
4. 前記燃料用フィルター材の、ＪＩＳ－Ｂ－８３５６－８に準拠して測定したフィルター寿命が２０分以上であり、かつ、粒子径３５μｍ以上の粒子捕集効率率が９０％以上である、請求項１～３のいずれか１項に記載の燃料用フィルター材。