JP4661677B2

JP4661677B2 - エアフィルタ及びその製造方法

Info

Publication number: JP4661677B2
Application number: JP2006121130A
Authority: JP
Inventors: 誠佐澤; 和昭竹内; 容久佐南
Original assignee: Toyota Boshoku Corp
Current assignee: Toyota Boshoku Corp
Priority date: 2006-04-25
Filing date: 2006-04-25
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2026-04-25
Also published as: JP2007289868A

Description

この発明は、内燃機関に吸引されるエアを清浄化するためのエアフィルタ、及び、同エアフィルタの製造方法に関するものである。

従来、この種のエアフィルタとしては、例えば、特許文献１に記載されたものがある。このエアフィルタは、図１及び図２に示すように、平板濾材２１と波形濾材２２とからなる積層材２３が、全体として円柱状をなすように渦巻き状に巻回されることにより構成されている。積層材２３には、平板濾材２１と波形濾材２２とにより複数の第１エア通路２４が形成され、この積層材２３を、渦巻き状に積層することにより層間には波形濾材２２を介して各第１エア通路２４に隣接するとともに平板濾材２１によって区画された第２エア通路２５が複数形成されている。各第１エア通路２４及び各第２エア通路２５は、両エア通路２４，２５の延長方向における互いに反対側の端部においてそれぞれ封止されている。そして、エアフィルタの一端側から各第１エア通路２４に導入されたエアは、平板濾材２１又は波形濾材２２で濾過された後、各第２エア通路２５を介してエアフィルタの他端側から外部へ排出される。

上記のようなタイプのエアフィルタにおいて、第１エア通路２４及び第２エア通路２５の端部の封止は、従来一般的に次のように行われている。まず、平板濾材２１と波形濾材２２との積層時において、平板濾材２１及び波形濾材２２の間の一側縁間にペースト状のシール材が供給される。これにより、平板濾材２１と波形濾材２２との間に形成される第１エア通路２４の一端部が、同シール材により封止される。次に、この積層材２３の巻回時において、同積層材２３の他端縁間にペースト状のシール材が供給され、これにより、第２エア通路２５の他端部が、同シール材により封止される。
特表２００１−５０７６１７号公報

しかしながら、上記特許文献１のエアフィルタにおいては、平板濾材２１と波形濾材２２との積層時において、ペースト状のシール材が供給された平板濾材２１の上に波形濾材２２を重ね合わせていくだけである。このため、シール材の供給量の変動や、シール材への気泡との混入により、平板濾材２１と波形濾材２２との間に形成される第１エア通路２４がシール材によって有効に封止されない場合があり、端部の封止に欠陥のある第１エア通路２４ができることがあった。このようなエアフィルタにおいては、第１エア通路２４に導入されたエアの一部が、平板濾材２１及び波形濾材２２を通過することなく、第１エア通路２４の端部の封止欠陥部から外部に排出されるため、エアフィルタの濾過能力が低下することがあった。このようなエアフィルタをエンジンの吸気側に用いた場合には、未濾過のエアがエンジンに吸入される。

この発明の目的は、濾過能力を向上することができるエアフィルタ、及び、同エアフィルタの製造に適したエアフィルタの製造方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、平板濾材と波形濾材とを重ね合わせて構成されるとともに同平板濾材と同波形濾材との間に複数の第１エア通路が形成された積層材を層状に積層することにより前記波形濾材を介して各第１エア通路に隣接する第２エア通路を複数形成し、第１エア通路及び第２エア通路の互いに反対側の端部をそれぞれ封止状態としたエアフィルタにおいて、前記平板濾材と波形濾材との間に帯状不織布を接着状態で介在させることにより、前記第１エア通路の端部の封止に同不織布を用いたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に加えて、前記不織布として、熱溶融性合成樹脂を用いたことを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記第２エア通路の端部を、ペースト状の接着剤により封止したことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記不織布は、合成繊維の高密度層と低密度層とが層をなす構成とされ、同高密度層を前記平板濾材側とするとともに同低密度層を前記波形濾材側とした状態で両濾材の間に介在されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、全体として略円柱状をなすように、前記積層材を渦巻き状に巻回することにより構成されていることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のエアフィルタの製造方法であって、前記平板濾材と波形濾材との間に、熱溶融性の帯状不織布を、前記両エア通路の延長方向に対する直交方向であって積層材の層に沿った方向に延びる状態で介在させ、この状態で平板濾材及び波形濾材を介して同不織布を加熱圧縮することにより、前記第１エア通路の端部を同不織布により通気状態で封止することを特徴とする。

（作用）
請求項１〜請求項５に記載の発明においては、平板濾材と波形濾材との積層により第１エア通路が複数形成され、各第１エア通路の端部は、平板濾材と波形濾材との間において接着状態で介在された帯状不織布によって封止されている。このため、上記特許文献１のようにペースト状のシール材を用いて封止するものとは異なり、封止不足や気泡発生等の問題が生じにくいので、封止欠陥ができにくい。そして、エアフィルタの外部から第１エア通路に導入されたエアの大部分は、平板濾材及び波形濾材によって濾過された後、各第２エア通路からエアフィルタの外部へ導出される。加えて、第１エア通路に導入されたエアの一部は、不織布によって封止された第１エア通路の端部においても濾過される。従って、濾過不良の恐れが低減するばかりでなく、エアフィルタの濾過能力が向上する。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用に加えて、平板濾材と波形濾材との間に介在させた帯状不織布を加熱するのみで、平板濾材及び波形濾材に対して帯状不織布を接着させるとともに第１エア通路の端部を封止することができる。従って、接着剤を用いることなく第１エア通路の端部を封止できるので、製造が容易となる。

請求項４に記載の発明によれば、平板濾材と波形濾材との間で不織布を加熱圧縮したときに、不織布の低密度層が波形濾材の溝部内に容易に入り込む。従って、各第１エア通路の端部が不織布により有効に封止され、不織布による封止欠陥部が発生しないため、エアフィルタの濾過能力がより一層向上する。

この発明によれば、濾過能力を向上することができるエアフィルタ、及び、同エアフィルタの製造に適したエアフィルタの製造方法を提供することができる。

次に、この発明を具体化した一実施形態について図１〜図３を用いて説明する。
図３に示すように、エアフィルタ装置１０は、略円筒状のケース１１を備え、このケース１１は、有底円筒状のケース本体１２と、このケース本体１２の開口部を閉じる蓋体１３とを備えている。ケース本体１２の周壁には、円筒状のインレット１４が突設されるとともに、ケース本体１２の底壁中央には、円筒状のアウトレット１５が突設されている。また、ケース本体１２内には、アウトレット１５に対応する保持筒１６が突設されるとともに、保持筒１６の内周にはフランジ部１７が形成されている。この保持筒１６には、ほぼ円柱状のフィルタカートリッジ（エアフィルタ）１８が、フランジ部１７に対し着脱可能に嵌入装着されている。前記蓋体１３は、その閉鎖状態においてクランプ部材１９によりケース本体１２に固定されている。

図１及び図２に示すように、フィルタカートリッジ１８は、平板濾材２１と波形濾材２２とからなる積層材２３を、全体として円柱状をなすように渦巻き状に巻回して構成されている。積層材２３には、平板濾材２１と波形濾材２２とにより複数の第１エア通路２４が区画形成されている。また、積層材２３を渦巻き状に巻回することにより、波形濾材２２を介して第１エア通路２４に隣接するとともに平板濾材２１により区画された第２エア通路２５が複数形成されている。すなわち、第１エア通路２４及び第２エア通路２５は、フィルタカートリッジ１８の円周方向において波形濾材２２を介して交互に形成されている。

図３に示すように、各第１エア通路２４は、その延長方向における一端側（図３における左側）において帯状の不織布２６により通気状態で封止されている。一方、各第２エア通路２５は、その延長方向における他端側（図３における右側）において、例えばホットメルト接着剤よりなるシール材２７により気密状態で封止されている。そして、積層材２３は、渦巻き状態においてシール材２７によって結合されて円柱状をなしている。

次に、上記にように構成されたこの実施形態の製造方法について説明する。
まず、図４に示すように、例えば長尺シートからなる平板濾材２１の上面の側縁に沿って帯状の不織布２６を配置し、この状態の平板濾材２１の上に、長尺シートからなる波形濾材２２を載せていく。この不織布２６は、熱溶融性の合成繊維（例えば、ポリエチレンテレフタレート）からなる。また、不織布２６は、低融点の合成繊維と、高融点の合成繊維とを混ぜ合わせたシートから作られるとともに、図５に示すように、その厚さ方向におけるほぼ半部が高密度層２６ａとされ、残りの半部が低密度層２６ｂとされている。そして、不織布２６は、高密度層２６ａを平板濾材２１側とし、低密度層２６ｂを波形濾材２２側にして平板濾材２１と波形濾材２２との間に介在される。

次に、図６（ａ）に示すように、不織布２６を挟んで重ね合わされた平板濾材２１と波形濾材２２とを、波形濾材２２の波形形状に合致する波形形状とされた加熱圧縮部２８を有する加熱圧縮装置により加熱圧縮する。なお、実際の加熱圧縮部２８は、図６（ａ）に示す形状とは異なり、連続的に加熱圧縮可能な歯車状とされている。これにより、図６（ｂ）に示すように、波形濾材２２の形状を変化させないまま、波形濾材２２と平板濾材２１との間で不織布２６を加熱圧縮し、平板濾材２１と波形濾材２２との間に形成される各第１エア通路２４を不織布２６により通気状態で封止させる。このとき、不織布２６の表面層が溶融し、この結果、平板濾材２１と波形濾材２２とが不織布２６により接着される。また、不織布２６の波形濾材２２側に配置されている低密度層２６ｂは、高密度層２６ａよりも変形し易いために、その低密度層２６ｂは、波形濾材２２の溝部内に容易に入り込む。この結果、第１エア通路２４の端部は、不織布２６により有効に封止される。以上の工程により、平板濾材２１と波形濾材２２とが積層された長尺状の積層材２３には、複数の第１エア通路２４が形成されるとともに、各第１エア通路２４の一端は、平板濾材２１と波形濾材２２との間に接着状態で介在された不織布２６によって通気状態で封止される。

次に、図７に示すように、この積層材２３を、波形濾材２２が内側となった状態で渦巻き状に巻回していく。この結果、全体として円柱状をなすように積層材２３が渦巻き状に巻回されたフィルタカートリッジ１８が構成される。そして、図２及び図３に示すように、渦巻き状に層をなす積層材２３には、波形濾材２２を介して第１エア通路２４に隣接するとともに平板濾材２１によって区画された第２エア通路２５が複数形成される。従って、第１エア通路２４と第２エア通路２５とは、交互に連続する。また、積層材２３の巻回に際しては、前記不織布２６が配置された側とは反対側の側縁に沿って波形濾材２２の上にペースト状のホットメルト接着剤２９を付与する。従って、各第２エア通路２５の端部は、ホットメルト接着剤２９が硬化したシール材２７によって気密状態で封止される。

また、図７に示すように、前記不織布２６を、積層材２３の端部から外側に延長させておき、積層材２３の巻回終了後に、円柱状となった積層材２３の巻回体の外周面に沿って、不織布２６の延長部分を巻き付ける。これにより、図１〜図３に示すように、フィルタカートリッジ１８の外周面に、不織布２６よりなるシールリング部３０を形成する。

さて、上記のように構成されたフィルタカートリッジ１８は、図３に示すように、そのシールリング部３０を保持筒１６に内接させるとともにその端面をフランジ部１７に当接させた状態でケース１１内に保持される。この状態において、ケース１１の内側空間と、アウトレット１５の内側空間とは、シールリング部３０の保持筒１６への内接により、フィルタカートリッジ１８によって気密状態で区画される。

そして、図示しないエンジンの吸気側に上記エアフィルタ装置１０が接続された状態でエンジンが運転されると、ケース１１の外部のエアがインレット１４からケース１１内に吸引される。このエアは、フィルタカートリッジ１８の各第１エア通路２４に導入され、平板濾材２１又は波形濾材２２において濾過された後、各第２エア通路２５からアウトレット１５に排出される。従って、エンジンには、エアフィルタ装置１０によって清浄化されたエアが供給される。

また、各第１エア通路２４に導入されたエアの一部は、第１エア通路２４の端部の不織布２６を通過してアウトレット１５側に排出される。このとき、不織布２６を通過するエアは、不織布２６の濾過作用によって濾過される。従って、各第１エア通路２４に導入されたエアは、平板濾材２１及び波形濾材２２に加えて、不織布２６によっても濾過されるため、フィルタカートリッジ１８の濾過能力が向上する。

上記のように構成されたフィルタカートリッジ１８は、以下の効果を有する。
（１）各第１エア通路２４の端部は、平板濾材２１と波形濾材２２との間において圧縮された不織布２６によって通気状態で封止されている。このため、上記特許文献１のようにペースト状のシール材を用いて第１エア通路２４の端部を封止する場合とは異なり、封止不足や気泡発生の問題が生じることがないので、封止欠陥ができにくい。そして、各第１エア通路２４に導入されたエアは、平板濾材２１及び波形濾材２２による濾過に加えて、不織布２６によっても濾過される。従って、濾過不良の虞が低減するばかりでなく、平板濾材２１及び波形濾材２２による本来の濾過能力に、不織布２６による濾過能力が加わるため、フィルタカートリッジ１８の濾過能力が向上する。

（２）不織布２６の反対側において第２エア通路２５の端部を接着剤によって封止したため、フィルタカートリッジ１８の製造が容易になる。すなわち、第２エア通路２５の端部を不織布２６によって封止する場合には、平板濾材２１と波形濾材２２とにその不織布２６が接着されるように、この不織布２６の部分を加熱下において加圧する必要がある。しかし、積層材２３を巻回しながら、あるいは、積層材２３を巻回した後に、不織布２６の部分を加圧すると、波形濾材２２の波形が崩れる虞があるため、崩れないように不織布２６を接着することは難しい。従って、前述のように、この部分に接着剤を用いれば、このような問題を回避することができる。

（３）不織布２６は、合成繊維の高密度層２６ａと低密度層２６ｂとが層をなす構成とされ、高密度層２６ａを平板濾材２１側とするとともに低密度層２６ｂを波形濾材２２側とした状態で両濾材２１，２２間に介在される。このため、平板濾材２１と波形濾材２２との間で不織布２６を加熱圧縮したときに、波形濾材２２の溝部内に低密度層２６ｂが容易に入り込む。従って、各第１エア通路２４の端部が不織布２６により有効に封止され、不織布２６による封止欠陥部が発生しにくいため、フィルタカートリッジ１８の濾過能力が維持される。

なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することもできる。
・積層材２３の形成時において、図６（ａ）に二点鎖線で示すように、予め一定程度まで波形に加圧圧縮した不織布２６を平板濾材２１と波形濾材２２との間に介在させる。そして、この状態で平板濾材２１及び波形濾材２２を介して同不織布２６を加熱圧縮することにより第１エア通路２４の端部を同不織布２６によって通気状態で封止する。この場合には、全体が一様の高密度とされた不織布２６を用いても、波形濾材２２の各溝部に対して不織布２６が容易に入り込むため、各第１エア通路２４の端部を有効に封止できる。

・フィルタカートリッジ１８の製造時において、積層材２３を渦巻き状に巻回させるときに、図８（ａ）に示すように、前記ホットメルト接着剤２９の代わりに、予め波形濾材２２に合った波形形状に加熱圧縮した不織布２６を、積層材２３の波形濾材２２に重ね合わせていく。そして、図８（ｂ）に示すように、この状態の積層材２３を巻回するときにその不織布２６に熱を加えることにより、この不織布２６の表面を溶融させて平板濾材２１及び波形濾材２２にそれぞれ接着させるとともに各第２エア通路２５の端部をこの不織布２６により封止する。この場合には、エアフィルタ装置１０のケース１１に導入されたエアの一部が、各第２エア通路２５の端部を封止する不織布２６によっても濾過されるので、フィルタカートリッジ１８の濾過能力が一層向上する。また、積層材２３に対して接着のための圧力を加える必要がないため、製造が容易になるとともに、波形濾材２２の波形がくずれることを回避できる。また、第１エア通路２４及び第２エア通路２５の両端部の封止にペースト状の接着剤を用いないので、接着剤の供給量管理や、封止状態の検査が不要となり、フィルタカートリッジ１８の製造が一層容易となる。

・この発明を、全体として端面が長円形状や、ほぼ四角形状をなすように、積層材２３を渦巻き状に巻回して構成されたフィルタカートリッジ１８に具体化する。

一実施形態のフィルタカートリッジを示す斜視図。同じく平面図。フィルタカートリッジの一部を破断した状態のエアフィルタ装置を示す縦断面図。平板濾材と波形濾材との積層工程を示す模式図。不織布の一部を示す斜視図。（ａ），（ｂ）は、共に平板濾材と波形濾材との積層工程を示す模式図。積層材の巻回工程を示す模式図。（ａ），（ｂ）は、共に他の実施形態における積層材の巻回工程を示す模式図。

符号の説明

１０…エアフィルタ装置、１８…エアフィルタとしてのフィルタカートリッジ、２１…平板濾材、２２…波形濾材、２３…積層材、２４…第１エア通路、２５…第２エア通路、２６…不織布、２６ａ…高密度層、２６ｂ…低密度層。

Claims

平板濾材と波形濾材とを重ね合わせて構成されるとともに同平板濾材と同波形濾材との間に複数の第１エア通路が形成された積層材を層状に積層することにより前記波形濾材を介して各第１エア通路に隣接するとともに平板濾材により区画された第２エア通路を複数形成し、第１エア通路及び第２エア通路の互いに反対側の端部をそれぞれ封止状態としたエアフィルタにおいて、
前記平板濾材と波形濾材との間に帯状不織布を接着状態で介在することにより、前記第１エア通路の端部の封止に同不織布を用いたことを特徴とするエアフィルタ。
前記不織布として、熱溶融性合成樹脂を用いたことを特徴とする請求項１に記載のエアフィルタ。
前記第２エア通路の端部を、ペースト状の接着剤により封止したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエアフィルタ。
前記不織布は、合成繊維の高密度層と低密度層とが層をなす構成とされ、
同高密度層を前記平板濾材側とするとともに同低密度層を前記波形濾材側とした状態で両濾材の間に介在されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のエアフィルタ。
全体として略円柱状をなすように、前記積層材を渦巻き状に巻回することにより構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のエアフィルタ。
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のエアフィルタの製造方法であって、
前記平板濾材と波形濾材との間に、熱溶融性の帯状不織布を、前記両エア通路の延長方向に対する直交方向であって積層材の層に沿った方向に延びる状態で介在させ、この状態で平板濾材及び波形濾材を介して同不織布を加熱圧縮することにより、前記第１エア通路の端部を同不織布により通気状態で封止することを特徴とするエアフィルタの製造方法。