JP3014440B2

JP3014440B2 - 濾材及びその製造法

Info

Publication number: JP3014440B2
Application number: JP2327044A
Authority: JP
Inventors: 恭行奥; 昌伸松岡
Original assignee: Mitsubishi Paper Mills Ltd
Current assignee: Mitsubishi Paper Mills Ltd
Priority date: 1990-11-28
Filing date: 1990-11-28
Publication date: 2000-02-28
Anticipated expiration: 2015-02-28
Also published as: JPH04193317A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は濾材に関するものであって、特にエンジン等
の内燃機関のオイルフィルターやエアフィルター用の濾
材に関するものである。

［従来の技術］従来、フィルター用濾材は、木材パルプ、木綿、麻、
レーヨン等を原料とし、湿式抄紙法により製造した濾
材、あるいはこの濾紙に樹脂を含浸し、強度、加工性を
高めたもの、この濾紙にオイルを含浸し、ライフ性能を
高めたものがある。

しかしながら、濾紙タイプのものは、表面でダストの
ほとんどを濾過しているため、濾材自体の圧力損失を大
きく、ライフも短いため、濾過面積を大きくする必要が
あり、濾材が多量に必要となる。オイルを含浸したもの
は、ライフは長いが濾過性能は低く、圧力損失が大きい
ため、やはり濾過面積を大きくとる必要がある。

また、繊維径が比較的大きくので比較的大きな粒子は
慣性による濾過で捕集されるものの、さらに細かい粒子
は濾材からのもれが大きい。

これに対し、近年合成繊維を原料とし、密度勾配型
に、繊維層を積層し、バインダーを用い固めたもの、さ
らに樹脂を含浸したものが、新たに用いられ出した。

密度勾配型の濾材は濾材密度が上流から下流方向にか
けて、粗から密に変化するように形成されている。これ
らの濾材は層を形成する繊維径を、上流は太い繊維を多
く、下流は細い繊維を多くすることで密度コントロール
が行われているもの（例えば特公昭54−40778号公報、
特開昭57−59614号公報、特公昭２−45484号公報）、粉
末のバインダーの分布を制御し、密度をコントロールし
たもの（例えば特開昭57−75117号公報）、密度と坪量
のみを規定したもの（例えば特開昭62−279817号公報）
等が開示されている。また、特開昭52−112859号公報で
に於いては実施例中で、各層の平均孔径が記載されてい
るが、上流の孔径は非常に大きいものとなっている。従
来から、濾材の上流側と下流側の層の孔径を特定の範囲
に制御することで、濾材性能が向上するといった知見は
見いださされていない。

上記の濾材はいずれも、上流側である低密度層で大寸
法粒子を捕捉し、高密度層で微細粒子が捕捉され、ライ
フの向上を図ることができる。

しかしながら、これら濾材は表面濾過が殆どできず、
濾材内部での目ずまりが起こりやすく、圧力損失が増大
するという欠点がある。また、濾材表面での濾過が殆ど
行われないので、ライフ向上には限界がある。

また、密度勾配がついているので、拡散による濾過で
比較的小さい粒子を捕集する反面、圧力損失を下げるた
め、大きな孔径を有しており、大きな粒子の捕集効率は
必ずしも満足の行くものではない。

さらに、合成繊維を用いた濾材は、ダストの捕集性能
を高めるため、高密度層の構成繊維を細くし、比較的厚
い層としたり、樹脂含浸量を多くすること、ライフを高
めるため、低密度層は厚くすることが行われているが、
このため、濾材全体の厚みは必要以上に大きくなり、圧
力損失が大きくなったり、加工上支障を来すという問題
点があった。

［発明が解決しようとする課題］本発明は上記従来の課題を解決するためのものであ
り、細かい粒子から大きな粒子まで幅広く捕集可能で、
ライフの長い濾材を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明者らは前記の課題を解決するため鋭意研究を行
った。その結果、少なくとも２層以上の構造を有し、上
流側の層と下流側の層の孔径を所定の範囲にすること
で、低坪量、低紙厚、高濾過効率、低圧力損失、ロング
ライフの濾材を得られるという予想外の効果を見いだし
た。また、上流側の層の樹脂分布を表層近くに多くする
ことで濾材がロングライフになるという予想外の効果を
見いだした。本発明はこれらの知見においてなされもの
である。

即ち本発明は少なくとも２層以上の構造を有し、ダス
トを含有する流体が濾材に流入する側（上流）の層に配
置された層の最大孔径が120〜250μｍ、平均孔径が40〜
90μｍであり、流体が濾材から流出する側（下流）の層
に配置された層の最大孔径が10〜35μｍ、平均孔径が５
〜20μｍである濾材である。

また、上流側の層が下流側の層の２倍以上の坪量を有
する２層以上の積層シートであって、上流側の層の表層
付近に樹脂が多く分布する構造を有する濾材である。

さらに、２層以上の構造を有する積層シート状構造物
を作製し、このシートに樹脂を含浸し、乾燥する過程で
樹脂溶液を上流側表層付近まで移動させ、硬化させるこ
とを特徴とする濾材の製造法に関する。

以下、本発明の詳細な説明を行う。

本発明の濾材は、少なくとも２層以上の構造を有し、
それぞれが特定の孔径を有するものである。

孔径の測定に関してはASTM Ｆ−316（American Soci
ety for Testing Methods）、BS 6410および3321（Bri
tish Standards）に記載された、液体の空隙（孔）を満
たされた濾材にかける圧力を増大させ、その過程で孔か
ら液体が排出される様子をモニターすることにより求め
る方法を用いた。これらは、膜およびフィルターの最大
孔径および平均径を測定できる一般的な方法である。

上流側に配置された層は、最大径が120〜250μｍ、平
均孔径が40〜90μｍを有するものを使用する。下流側に
配置された層は最大孔径が10〜35μｍ、平均孔径が５〜
20μｍを有することが好ましい。

上流側の最大孔径が250μｍを超えるときや平均孔径
が90μｍを超えるときは、濾材表面での濾過が行われに
くいため、ダストは濾材内部深層で捕捉され、濾材の圧
力損失が急激に大きくなり、濾材のライフが短くなる。

上流側の最大孔径が120μｍより小さい時や平均孔径
が40μｍより小さいとき、濾材の圧力損失が大きくな
り、好ましくない。

下流側の最大孔径が35μｍを超えるときや平均孔径が
20μｍを超えるとき、濾材の圧力損失は小さくなるもの
の、捕集効率が小さくなり好ましくない。

下流側の最大孔径が10μｍより小さいときや平均孔径
が５μｍより小さいとき、濾材の圧力損失は大きくなり
好ましくない。

また、上流側の層の樹脂分布を、表層近くに多くする
ことで、表面での濾過も促進され、濾材のライフが向上
する。上流側の層の樹脂の分布は、上流側の層全体の樹
脂を100とすると、層の半分より上流の部分に70〜90の
樹脂が存在していることが望ましい。さらには、層の上
流から３分の１の部分に50〜60の樹脂が存在しているこ
とが好ましい。樹脂の分布量の上限がこれより多いと、
濾材の表層での孔径が小さくなり、濾材の圧力損失が大
きくなる。

次に濾材の構成について説明する。こられ濾材の層は
シート状構造を有し、材質は特に制限はないが、繊維状
の材料を用いたものが好ましい。シート形成法として
は、乾式法、スパンボンド法、メルトブロー法等と湿式
抄紙法による方法が考えられる。しかし、乾式法では、
均一なシートを作ること困難で、孔径分布が不均一とな
り好ましくない。スパンボンド法、メルトブロー法では
複数の繊維、例えば径、繊維長の異なる繊維、材質、形
状の異なる繊維を混合することが困難で、本発明の濾材
の物性を満足することは困難である。

このことから、シート形成法としては、湿式抄紙法を
用いるのが好ましい。シートの積層方法としては、特に
制限はない。湿式抄紙法による抄き合わせる方法、湿式
抄紙したシートを熱融着する方法、ニードルあるいは高
圧水流で一体化する方法等が上げられる。また、さらに
該シートに、乾湿法、湿式法のシートをさらに積層する
ことも可能である。

上流側に配置された層は、有機繊維、無機繊維を適宜
混合して用いることができる。例えば、ポリエステル繊
維、ポリオレフィン繊維、ポリアミド繊維、ポリイミド
繊維、レーヨン繊維、ポリアクリルニトリル繊維、ポリ
ビニルアルコール繊維等の有機繊維、セラミック繊維、
炭素繊維、活性炭素繊維、ガラス繊維、ロックウール繊
維、セピオライト繊維等が使用可能である。これらを単
独で用いても良いし、２種類以上を併用してもよい。た
だし、内燃機関に用いる場合、ガラス繊維は好ましくな
い。

バインダーとしては有機繊維からなる繊維状のものが
好ましく、特に芯鞘構造を持ち、熱溶融性樹脂からな
り、鞘の融点が芯より40℃以上低いものが好ましい。熱
溶融性樹脂は、ポリエステル系、ポリオレフィン系樹脂
が好ましい。繊維状バインダーの配合量はシートを構成
する繊維重量に対し、５〜40重量％の範囲が好ましい。

上記の濾材の物性を満足することができる繊維の繊維
径は１〜10デニールで、好ましくは１〜６デニールであ
る。この径を有する繊維が繊維重量に対し50重量％以上
含有されているのが好ましい。１デニールより細い繊維
を50重量％以上の範囲で用いると、孔径が小さくなり圧
力損失が大きくなるため好ましくない。10デニールより
大きいと孔径が大きくなり、ダストが濾材内部まで進入
し、圧力損失の上昇を招き、濾材のライフが短くなる。

この上流側の層より下流側に配置された層に用いる繊
維も上流で用いられた繊維を使用することができる。但
し、繊維径は0.5デニール以下の繊維が配合されている
ことが好ましく、さらにこれらの繊維が繊維重量に対し
50％重量以上含有されるのが好ましい。0.5デニールよ
り太い繊維が多いと、濾材の孔径が大きくなり、捕集性
能が得られない。

このようにして、作製されたシート状構造物はは、上
記で述べたように、さらに、強度アップ、加工性を向上
させる目的で、樹脂を含浸するが、用いる樹脂は、熱、
電子線、紫外線で硬化し、可塑化するもにであればよ
い。フェノール系、アクリル系、酢酸ビニル系、スチレ
ン系、ポリエステル系等の一般的樹脂が広く使用可能で
ある。含浸方法に特に制限はない。

樹脂の含浸量はシート重量に対し、３〜30重量％で好
ましくは５〜20重量％である。３重量％より少ないと濾
材が柔らかく、加工性が悪く、強度が低い。30重量％を
超えると濾材の圧力損失が大きくなり好ましくない。

次に含浸した樹脂の乾燥方法について述べる。樹脂を
上流側の層の表面付近に多く分布させるには、乾燥初期
に濾材内に温度勾配をつける乾燥方法を用いる。すなわ
ち、濾材表面に熱風を加えることができるスルードライ
ヤーなどを用いるのが好ましい。表面に熱風を当てるこ
とで、内部より表面温度が高くなり樹脂溶液が表層付近
に移動する。ここで、樹脂溶液の溶媒が蒸発し、樹脂の
表面近くの分布が多くなる。このように本発明の濾材は
製造することができる。

また、該濾材は必要に応じて、撥水、撥油加工を施す
ことも可能である。

［作用］本発明の濾材は、上流と下流の層に特定の孔径を有す
るシートを用いることで、本発明の目的を達成できる、
高性能の濾材である。また、樹脂を特定の分布状態を有
する高性能濾材である。特に内燃機関のフィルターとし
て有効に作用する。

［実施例］以下に実施例をあげて本発明を具体的に説明するが、
本発明は本実施例に限定されるものではない。

実施例において記載の部、％はすべて重量部、重量％
によるものである。

実施例１上流側としてPET繊維（Ａ）（２デニール×5mm、帝人
社製）を80部、PETバインダー繊維（ａ）（２デニール
×5mm、メルティー4080芯鞘タイプ、ユニチカ社製）を2
0部を水中に均一に分散し、スラリーを調製した。

下流側としてPET繊維（Ｂ）（0.1デニール×5mm、帝
人社製）を80部、PETバインダー繊維（ａ）を20部、ス
ラリーを調整した。

上流側を70g/m²、下流側を30g/m²の２層構造の濾材を
抄き合わせ、120℃で乾燥後、170℃で熱処理を行い、樹
脂含浸を行い、スルードライヤーで120℃、風速7m/Sで
乾燥後、150℃でキュアリングを行った。さらに、撥水
剤を含浸し乾燥を行い濾材を作製した。

樹脂は、アクリル系樹脂（プライマールHA−16、日本
アクリル化学社製）で、シート重量に対し９％、撥水剤
は、フッ素系（スミレーズFP210、住友化学社製）で、
シート重量に対し0.2％となるよう調整した。

実施例２上流側としてポリプロピレン繊維（２デニール×6m
m、PZSC、大和紡社製）を80部、オレフィン系バインダ
ー繊維（２デニール×5mm、ESC繊維、チッソ社製）を20
部を水中に均一に分散し、スラリーを調整した。

下流側としてアクリル繊維（0.1デニール×3mm、三菱
レーヨン社製）を80部、PETバインダー繊維（ａ）を20
部、スラリーを調整した。

上流側を70g/m²、下流側を30g/m²の２層構造の濾材を
抄き合わせ、120℃で乾燥後、150℃で熱処理を行い、実
施例１と同様の方法で樹脂含浸を行い、スルードライヤ
ーで120℃、風速7m/Sで乾燥後、150℃でキュアリングを
行った。さらに、撥水剤を含浸し乾燥を行い濾材を作製
した。

実施例３実施例１と同様の方法で抄紙したシートを、樹脂含浸
後、濾材を赤外線ドライヤーで急速に乾燥し、樹脂が表
層へ移動しないように乾燥した。

キュアリング方法、撥水処理は実施例１と同様の方法
で行った。

比較例１上流側としてPET繊維（Ａ）を80部、PETバインダー繊
維（ａ）を20部を水中に均一に分散し、スラリーを調整
した。

下流側としてPET繊維（Ｃ）を40部、PET繊維（Ｂ）を
40部、PETバインダー繊維（ａ）を20部を混合し、スラ
リーを調整した。

上流側を70g/m²、下流側を70g/m²の２層構造の濾材を
抄き合わせ、以下実施例１と沿うように行い濾材を作製
した。

比較例２上流側としてPET繊維（Ｄ）を80部、PETバインダー繊
維（ａ）を20部を水中に均一に分散し、スラリーを調整
した。

下流側としてPET繊維（Ｂ）を80部、PETバインダー繊
維（ａ）を20部を混合し、スラリーを調整した。

坪量、樹脂含浸は実施例１と同様に行った。

比較例３、４市販のエレメントを購入し、使用濾材の評価を行っ
た。比較例３は樹脂を含浸した乾式不織布と樹脂を含有
しない乾式不織布をニードルパンチ方式で一体化したも
の、比較例４は針葉樹パルプ、木綿パルプを抄紙しフェ
ノール樹脂を含浸した濾紙タイプである。

表１に濾材の物性を示す。孔径はASTM Ｆ−316の方
法を用いた。

＊比較例５は１層構造＊△は300μｍ以上表２、３、４に濾材の性能を示す。

表２の圧力損失、捕集効率はJIS−B9908の形式１によ
り風速5.3cm/秒出測定した。また、捕集効率の測定はDO
Pエアロゾル（フタル酸ジオクチル、粒径0.3μｍ）を用
いた。

表３、４の圧力損失、捕集効率は、定格流量5.0m3/
分、濾過面積1256cm²、JIS8種粉体、軽油排気ガス中の
炭素塵を用いて測定した。圧力損失が100mmAq増加する
ときのダスト保持量を測定した。

また、濾材を5cm間隔で折込み、ひだ織り加工し、20
×15×5cmの箱型のエレメントを作製したときの、濾材
の折り山の数を記す。

表１〜４より、上流と下流側に特定の孔径を有する濾
材が、DOP、JIS8種粉塵、炭素塵ともに捕集効率が高
く、ライフが長いことが判る。さらに、樹脂の分布を表
層近くに多くなるようコントロールすることが効果的で
ある。

また、特定の大きさのエレメントに多くの濾材を折り
込めるため、エレメント自体の低圧損化、さらにロング
ライフ化が可能である。

［発明の効果］本発明の濾材は、低圧力損失、高捕集効率、ロングラ
イフで効率的なエレメント加工ができる濾材である。特
にエンジン等の内燃機関のオイルフィルターやエアフィ
ルターとして効果的である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも２層以上の構造を有し、ダスト
を含有する流体が濾材に流入する側（上流）の層に配置
された層の最大孔径が120〜250μｍ、平均孔径が40〜90
μｍであり、流体が濾材から流出する側（下流）の層に
配置された層の最大孔径が10〜35μｍ、平均孔径が５〜
20μｍである濾材。
【請求項２】上流側の層が下流側の層の２倍以上の坪量
を有する２層以上の積層シートであって、上流側の層内
の樹脂分布が表層付近に樹脂が多く分布する構造を有す
る請求項１記載の濾材。
【請求項３】２層以上の積層シート状構造物を作製し、
このシートに樹脂を含浸し、乾燥する過程で樹脂溶液を
上流側の表層付近まで移動させ、硬化させる濾材の製造
法。