JP4092297B2 - 内燃機関エンジンのエアフィルタに用いるためのメルトブローンフィルタ媒体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関エンジンに用いられるエアフィルタに関し、特に、このようなエアフィルタに用いられるように適合されたフィルタ媒体の製造方法に関する。

空気やガスなどの流体流は粒子状物質を運ぶことが多い。流体流から粒子状物質が除去されることが望ましいため、内燃機関（「ＩＣ」）エンジンに流れ込む空気流を、粒子状物質がエンジンに到達する前に濾過することが概して必要である。自動車では、空気流を濾過するためにエアフィルタが用いられ、エアフィルタは一般に、自動車のエンジンの上流で用いられる。

エアフィルタはフィルタ媒体を含み、フィルタ媒体の多くは不織布材料からつくられる。不織布のフィルタ媒体は、メルトブローン、スパンボンド、カーディング、エアレイ、ウェットレイなどを含む慣用の不織布技術によりウェブの形態で形成されることができる。メルトブローン不織布のウェブは、インダストリアル・エンジニアリング・ケミストリ（Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）誌第４８巻（１９５６年）の１３４２〜１３４６頁に記載されたウェンテ・ヴァン・Ａ（Ｗｅｎｔｅ， Ｖａｎ Ａ）による「超微細熱可塑性繊維」、または、１９５４年５月２５日発刊の海軍研究試験所（Ｎａｖａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ）のレポート番号４３６４、ウェンテ・ヴァン・Ａ、ブーン（Ｂｏｏｎｅ）・Ｃ．Ｄ、およびフェルハティ（Ｆｅｌｕｈａｒｔｙ）・Ｅ．Ｌによる「超微細有機繊維の製造」に概説されているプロセスにより形成されることができる。メルトブローン製法は、典型的に、直径が１０ミクロン未満の微細繊維を製造する。メルトブローン製法を用いることにより、不織布材料が樹脂からメルトブローン不織布材料へと１工程で形成されることが可能になる。

メルトブローン材料は多様な用途に有用であることが分かっている。例えば、メルトブローンフィラメントを、バッテリセパレータ、ケーブル被覆材、被覆材料としてのコンデンサ絶縁紙、衣料ライナおよびおむつライナの調製、ならびに、包帯および生理用ナプキンの製造などに用いることが知られている。メルトブローン材料は、また、エアフィルタのフィルタ媒体として用いられてきた。

カーディング、エアレイまたはウェットレイ技術を用いて不織布フィルタ媒体を形成するには複数の工程段階が必要である。このため、当分野おいてこれらの技術の改良が、内燃機関エンジンに使用されるエアフィルタに用いるのに適したフィルタ媒体を形成するために必要である。用いられる設備がより少なく、時間、エネルギーおよび費用を節減する技術が必要である。

（発明の開示）
フィルタ媒体の形成に用いられる技術に固有の上記の欠点を考慮して、本発明は、ＩＣエンジンエアフィルタに用いるように適合されたフィルタ媒体であって、３ミクロン〜１２ミクロンの孔径を有する孔を画成するフィルタ媒体をメルトブローン製法を用いて形成する方法を提供する。本発明は、また、ＩＣエンジンエアフィルタに用いられるように適合されたフィルタ媒体を提供する。

不織布のフィルタ媒体を形成するために用いられる得る上記の技術の全てのうち、メルトブローン製法は、本明細書に記載される利点をもたらす。カーディング、エアレイまたはウェットレイ技術を用いて不織布フィルタ媒体を形成するには複数の処理工程が必要であるが、メルトブローン製法を用いれば、不織布は１段階の工程で樹脂から最終的なメルトブローン材料に形成される。したがって、ＩＣエンジンエアフィルタに用いられるフィルタ媒体の形成にメルトブローン技術を用いることは、必要な設備、時間、エネルギーおよび費用が最小であるため、有利である。

本発明の一形態において、ＩＣエンジンエアフィルタに用いられるように適合されたフィルタ媒体を形成する方法が、熱可塑性物質を加熱して溶融物を生成するステップと、溶融物をダイヘッドの複数の開口部を通して押し出すステップと、押し出された溶融物に熱流体流を向け、それにより多数の繊維を形成し、かつ、繊維を、３次元プロフィールを含む面を有する、移動している収集手段に向けて吹き付けるステップと、繊維を収集手段の面上で収集し、プロフィールを用いて繊維を、孔径が３ミクロン〜１２ミクロンのフィルタ媒体に成形するステップと、を含む。この方法は、また、フィルタ媒体をプロフィールから取り外すステップも含む。

本発明の別の形態において、熱可塑性ポリマーフィルタ媒体が提供される。フィルタ媒体はＩＣエンジンエアフィルタに用いられように適合され、少なくとも１つの褶曲部、および、３ミクロン〜１２ミクロンの孔径を有する複数の孔を画成する３次元ネットを含む。

本発明の実施形態に関する以下の説明を添付図面と共に参照することにより、本発明の上記およびその他の特徴および目的、ならびにそれらを達成するための方法が一層明らかになり、また、本発明自体がより良く理解されるであろう。

複数の図面の全体を通じて、同一部品は同一の参照番号で示す。図面は本発明の代表的な実施形態を示すが、必ずしも等尺でなく、本発明をより明確に示し説明するために幾つかの特徴を強調している場合がある。本明細書に記載された例により本発明の具体例が幾つかの形態で示されるが、これらの例示が本発明の範囲を限定するものと解釈されてはならない。

以下に開示する実施形態は、実施形態の全てを網羅するものではなく、また本発明を、以下の詳細な説明に開示された形態に明確に限定するものでもない。これらの実施形態は、当業者がこれらの教示を利用できるように選択されて記載されているに過ぎない。

図面を参照すると、ＩＣエンジンエアフィルタに用いられるように適合されたフィルタ媒体をつくるための、メルトブローン（溶融吹き出し）製法を用いた方法が示されている。以下、用語「適合される」は、フィルタ媒体がＩＣエンジンエアフィルタに用いられるのに適し、かつＩＣエンジンエアフィルタの規格を満たすようにつくられることを意味する。「ＩＣエンジンエアフィルタ」は、本文以下、エンジン内に入る空気を濾過するために内燃機関エンジンに用いられるエアフィルタとして定義される。図１を参照すると、本発明の方法の一形態が示されている。押出機１０が、押出機ホッパ１１、およびスクリューを含む加熱されたバレル（図示せず）を含む。押出機１０はダイ１２と連通している。ダイ１２は、供給分配チャネル（図示せず）、ダイノーズピース１４およびエアマニホルド（空気分流板）１３を含む。エアマニホルド１３は上側エアチャネル１３ａおよび下側エアチャネル１３ｂを含む。エアマニホルド１３は高速の加熱された空気を、上側チャネル１３ａおよび下側チャネル１３ｂを通してダイノーズピース１４に供給する。この高速空気は、概してエアコンプレッサを用いて発生される。ダイノーズピース１４は、幅広い中空の先細のハウジングから成り、ハウジングの長さにわたって延在する複数列の開口部を有する。

本発明の方法に従って、熱可塑性ポリマーを加熱して溶融物を生成する。概して、メルトブローン繊維の調整に有用であることが当分野で知られているいずれの熱可塑性ポリマーまたはその混合物も、溶融物を生成するために本発明の方法およびフィルタ媒体に用いることができる。適切な熱可塑性ポリマーは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン６、ナイロン１１、ポリカーボネイト、ポリ４‐メチルペンテン‐１、ポリスチレンなどを含む。熱可塑性ポリマー顆粒が押出機ホッパ１１に供給された後、顆粒は押出機１０の加熱バレル内で回転しているスクリューに供給される。加熱バレル内でのスクリューの回転によりポリマー顆粒が溶融し、熱可塑性溶融物をダイ１２に送り込む。次いで熱可塑性ポリマー溶融物は、溶融物のダイノーズピース１４への流れを制御する供給分配チャネル内に入る。次いで溶融物はノーズピース１４の開口部を通して押し出される。図１に示されていないが、メルトブローン製法において一般的に用いられる計量ポンプにより、溶融物がダイ１２へ均一に配送される。

熱可塑性ポリマー溶融物がダイノーズピース１４の開口部を通して押し出されるとき、エアマニホルド１３の上側エアチャネル１３ａおよび下側エアチャネル１３ｂから出る加熱された空気流（熱気流）が、押し出されている溶融物に向けられ、熱気流は溶融物と接触すると、ダイノーズピース１４の開口部から出てくる溶融物を伸張させ、細長くする（すなわち、繊細化する）。溶融物の繊細化により多数の繊維が形成され、それらの寸法は、例えば、用いられる熱可塑性ポリマーの特性、および他の要因、例えば、温度、圧力、空気速度などを含む複数の要因によって決まる。繊細化された後、メルトブローン（溶融吹き出し）された熱可塑性繊維は、空気流によりダイ１２から、横方向に間隔を有して配置された収集ドラム２０に運ばれる。

収集ドラム２０は面２２を有し、面２２は複数の穴を画成し、かつ、面２２上に互いに間隔をあけて配置された多数の３次元プロフィール２４を含む。図３に拡大図で示されているように、プロフィール２４は網状配列の複数の穴を含む。プロフィール２４は、また、収集ドラム２０の面２２より下に延在する褶曲部２５を画成している。繊維を含む熱気流が収集ドラム２０に向って移動するとき、空気流は、繊維を冷却して固化する大量の周囲空気を引き込む。これらの、固化され、しかしまだ柔軟な繊維は、次いで、面２２のプロフィール２４上でランダムな方向に堆積する。図示されているように、収集ドラム２０は繊維が面２２上に収集されているときに時計回り方向に回転する。面２２から熱気を引き込むために、収集ドラム２０の内側に減圧を加えて（真空にして）もよい。

収集ドラム２０はダイノーズピース１４から、望ましい繊維堆積に適した距離を有して配置され得る。プロフィール２４は、繊維を、図４に示されているようなフィルタ媒体３４に成形するように機能する。フィルタ媒体３４はプロフィール２４の褶曲部２５に対応する褶曲部３５を有し、フィルタ媒体３４は、３ミクロン〜１２ミクロンの孔径を有する複数の孔を画成する。

図３に示された本発明の一形態において、収集ドラム２０の面２２はプロフィール２４を画成する。本発明のこの形態において、プロフィール２４は面２２と一体の部分であり、面２２から分離され得ない。繊維がプロフィール２４上に収集され、プロフィール２４が繊維をフィルタ媒体３４に成形した後、フィルタ媒体３４は面２２から剥がされ、または押し抜かれる。

図４に示された本発明の別の形態において、プロフィール２４は面２２に、接着剤、フックおよびループファスナなどにより取り付けられる。繊維がプロフィール２４上に収集された後、プロフィール２４は繊維をフィルタ媒体３４に成形する。次いでプロフィール２４を面２２から外し、フィルタ媒体３４をプロフィール２４から外すことができる。本発明のこの形態において、収集ドラム２０の面２２を変えずにフィルタ媒体３４を異なる形状に成形するために、プロフィール２４は異なる形状にされていてもよい。

本発明のさらなる別の形態において、ダイノーズピース１４は移動可能であり、収集ドラム２０は不動である。本発明のこの形態において、収集ドラム２０は、繊維がノーズピース１４から吹き込まれて面２２のプロフィール２４上でランダムな方向に堆積するため、回転しない。

本発明の別の形態において、ダイノーズピース１４およびコンベヤ２６の両方が不動である。本発明のこの形態において、エアマニホルド１３の上側エアチャネル１３ａおよび下側エアチャネル１３ｂから出る熱気流が、繊細化された繊維を収集ドラム２０の面２８に対して吹き付けるように、押出溶融物に対して適切に角度付けられる。

本発明の方法が図２にも示されている。押出機１０はコンベヤ２６より上に、かつ、コンベヤ２６から鉛直方向に間隔をあけて配置されている。先に説明したように、熱可塑性ポリマー顆粒が押出機ホッパ１１に供給され、押出機１０の加熱されたバレル内の回転スクリューに供給される。加熱バレル内のスクリューの回転がポリマー顆粒を溶融し、熱可塑性溶融物をダイ１２に向けさせる。次いで、熱可塑性ポリマー溶融物が供給分配チャネルに流れ込み、ノーズピース１４の開口部を通して押し出される。ノーズピース１４が、繊維を下方に押し出すためにダイ１０から下方に延在している。熱可塑性ポリマー溶融物がダイノーズピース１４の開口部から押し出されるとき、熱気流がエアマニホルド１３の上側エアチャネル１３ａおよび下側エアチャネル１３ｂから出て、押し出されている溶融物に向けられる。熱気流は溶融物と接触すると、溶融物を繊細化して多数の繊維を形成する。次いで、メルトブローンされた熱可塑性繊維が下方のコンベヤ２６へと運ばれる。

コンベヤ２６は面２８を有し、面２８は、複数の穴を画成し、かつ、面２８上で互いに間隔をあけて配置された複数の３次元プロフィール２４を含む。繊維を含む熱気流がコンベヤ２６に向って移動し、大量の周囲空気を引き込む。これにより繊維が、面２８のプロフィール２４上でランダムな方向に堆積するときに冷却されて固化する。繊維が面２８上に堆積するときにコンベヤ２６は動作され、西方に移動する。コンベヤ２６は、押出機１０の配置に応じて東方または西方のいずれにも移動し得る。ダイノーズピース１４から押し出される熱可塑性繊維は、ノーズピース１４からコンベヤ２６への移動中に冷却されるが、繊維は、互いにおよびプロフィール２４に付着するように、十分な柔軟性および厚さを維持する。面２８から熱気を引き込むためにコンベヤ２６の下側に吸入ボックス３０を設けることができる。

コンベヤ２６はノーズピース１４から、望ましい繊維堆積に適した距離を有して配置され得る。プロフィール２４は、図４に示されているように繊維をフィルタ媒体３４に成形するように機能する。次いでフィルタ媒体３４はプロフィール２４から除去される。フィルタ媒体３４は、褶曲部３５、および、３ミクロン〜１２ミクロンの孔径を有する複数の孔を画成する。

本発明のこの方法の一形態において、コンベヤ２６の面２８はプロフィール２４を画定している。図３に示されているように、プロフィール２４は面２８の一体的な部分であり、面２８から取り外され得ない。繊維がプロフィール２４上に収集された後、プロフィール２４は繊維をフィルタ媒体３４に成形し、フィルタ媒体３４は面２８から取り外される。

本発明のこの方法の別の形態において、プロフィール２４（図４）は面２８に、接着剤、フックおよびループファスナなどにより取り付けられる。繊維がプロフィール２４上に収集された後、プロフィール２４は面２８から取り外されることができる。本発明のこの形態において、コンベヤ２６の面２８を変えずにフィルタ媒体３４を異なる形状に成形するために、プロフィール２４が異なる形状にされてもよい。

本発明のさらに別の形態において、ダイノーズピース１４が移動可能でありコンベヤ２６は不動である。本発明のこの形態において、コンベヤ２６は、繊維がノーズピース１４から吹き出されて面２８のプロフィール２４上へランダムな方向に堆積するため、移動しない。

本発明のさらにまた別の形態において、ダイノーズピース１４およびコンベヤ２６の両方が不動である。本発明のこの形態において、エアチャネル１３ａ，１３ｂから出てくる熱気流は、繊細化された繊維をコンベヤ２６の面２８に向って吹き付けるように、押し出された溶融物に対して適切に角度付けられ得る。

図５は、本発明の方法に従って形成されたフィルタ媒体３４の別の具体例を示す。フィルタ媒体３４は、ＩＣエンジンのエアフィルタに用いられるように適合された３次元ネット材料である。本明細書の用語「ネット」（ｎｅｔｔｉｎｇ）は繊維の網状組織を示す。図５Ａに示されているフィルタ媒体３４は矩形である。図５Ｂおよび５Ｃに示されているように、フィルタ媒体３４を円形または正方形にすることもできる。

本発明を例示的な設計に関して記載してきたが、本発明は、これらの開示の精神および範囲においてさらに変更され得る。それゆえ、本出願は、本発明の原理を用いたあらゆる変型、使用法、または応用を包含するものとする。さらに、本出願は、本発明が属する分野で知られている、あるいは慣例に入るような本発明の開示からのこのような展開を包含するものとする。

図１は、本発明の方法の一形態の概略図である。 図２は、本発明の方法の第２の形態の概略図である。 図３は、本発明の方法においてフィルタ媒体を成形するために用いられるプロフィールの拡大図である。 図４は、本発明のフィルタ媒体の第２の実施形態の斜視図である。 図５は、本発明のフィルタ媒体の別の実施形態の斜視図である。

Claims (14)

1. 内燃機関エンジンのエアフィルタに用いられるように適合された多孔質の濾過材をつくる方法であって、
   熱可塑性ポリマーを加熱して溶融物を生成するステップと、
   前記溶融物をダイヘッドの複数の開口部を通して押し出すステップと、
   １以上の熱流体流を押し出し中の前記溶融物に向け、それにより、多数の繊維を形成し、かつ、前記繊維を、３次元プロフィールを含む面を有する収集手段に向けて吹き付けるステップであって、少なくとも１つのプロフィールが前記収集手段の前記面に取り外し可能に取り付けられ、前記少なくとも１つのプロフィールが少なくとも１つの褶曲部を有するステップと、
   前記収集手段の前記面上で前記繊維を収集し、前記プロフィールを用いて前記繊維で、少なくとも１つの褶曲部を有する多孔質の濾過材を成形するステップと、
   前記少なくとも１つのプロフィールを前記収集手段から取り外すステップと、
   前記多孔質の濾過材を前記少なくとも１つのプロフィールから取り外すステップと、
   を含む方法。
2. 前記多孔質の濾過材が、３ミクロン〜１２ミクロンの孔径を有する複数の孔の輪郭を定める請求項１に記載の方法。
3. 前記収集手段の前記面が前記少なくとも１つのプロフィールの輪郭を定める請求項２に記載の方法。
4. 内燃機関エアフィルタに用いられるように適合された熱可塑性ポリマー繊維材を製造するための方法であって、
   熱可塑性ポリマーにメルトブローンを行ってメルトブローン繊維を形成するステップと、
   前記メルトブローン繊維を、３次元プロフィールを含む面を有する収集手段上に収集するステップと、
   前記３次元プロフィールを用いて前記メルトブローン繊維を、少なくとも１つの褶曲部と、３ミクロン〜１２ミクロンの孔径を有する複数の孔と、の輪郭を定める熱可塑性ポリマー繊維材に成形するステップと、
   前記熱可塑性ポリマー繊維材を前記収集手段から取り外すステップと、
   を含み、
   前記メルトブローンステップが、熱可塑性ポリマーを加熱して溶融物を生成するステップと、前記溶融物を、ダイヘッドの複数の開口部を通して押し出すステップと、１以上の熱流体流を押し出し中の前記溶融物に向け、それによりメルトブローン繊維を形成し、かつ前記メルトブローン繊維を前記収集手段に向けて吹き付けるステップと、を含み、
   少なくとも１つのプロフィールが前記収集手段の前記面に着脱可能に取り付けられ、
   前記少なくとも１つのプロフィールが少なくとも１つの褶曲部を有し、
   前記取り外すステップが、前記少なくとも１つのプロフィールを前記面から取り外すステップ、及び前記少なくとも１つのプロフィールから前記熱可塑性ポリマー繊維材を取り外すステップを含む、方法。
5. 前記収集手段の前記面が前記３次元プロフィールの輪郭を定め、前記前記３次元プロフィールが少なくとも１つの褶曲部を有する請求項４に記載の方法。
6. 前記収集手段が回転可能なドラムである請求項１又は４に記載の方法。
7. 前記繊維を収集している間に前記回転可能なドラムを回転させるステップをさらに含む請求項６に記載の方法。
8. 前記収集手段がコンベヤである請求項１又は４に記載の方法。
9. 前記繊維を収集している間に前記コンベヤを作動させるステップをさらに含む請求項８に記載の方法。
10. 前記熱流体が空気である請求項１又は４に記載の方法。
11. 内燃機関エンジンのエアフィルタに用いられるように適合された多孔質の濾過材をつくるための装置であって、
    熱可塑性ポリマーを加熱して溶融物を生成し、ダイヘッドの複数の開口部を通して前記溶融物を押し出す押出機（１０）と、
    １以上の熱流体流を押し出し中の前記溶融物に向け、それにより、多数の繊維を形成するエアマニホルド（１３）と、
    ３次元プロフィール（２４）を含む面（２２、２８）を有し、前記エアマニホルド（１３）により吹き付けられる前記繊維を前記面上で収集し、前記プロフィール（２４）を用いて前記繊維で少なくとも１つの褶曲部を有する多孔質の濾過材を成形する収集手段（２０，２６）と、
    を備え、少なくとも１つのプロフィールが前記収集手段の前記面に取り外し可能に取り付けられ、前記少なくとも１つのプロフィールが少なくとも１つの褶曲部を有する装置。
12. 前記収集手段が回転可能なドラム（２０）である請求項１１に記載の装置。
13. 前記収集手段がコンベヤ（２６）である請求項１１に記載の装置。
14. 前記熱流体が空気である請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の装置。

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