JP4726004B2 - オイル含浸濾過材 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等に使用される内燃機関等のエアフィルタとして利用されるオイル含浸濾過材に関し、特にカーボンダストを有効に捕捉できるオイル含浸濾過材に関する。

上記エアフィルタとしては、エンジンに清浄な空気を送るために、微細なダストを除去できる性能すなわち高い捕集効率が求められていた。特に近年では、オイルを塗布した濾過材から透過するカーボンダストや、濾紙や不織布などの濾過材から透過する粒子径の小さなダストが、エアフィルタの下流に設置されるエアフローメータやエンジン摺動部に悪影響を与えることが無いよう、より高い捕集効率が求められていた。その一方で、エアフィルタには、長期間にわたり目詰まりすること無く使用できる長寿命化が求められていた。さらに、エアフィルタには、エンジンの吸気脈動に対して、捕捉したダストを透過させること無く、確実に保持できるような脈動性能も求められている。さらには、多塵地域においては、使用済みのエアフィルタをエアブローによって再生して使用したいという要望もあり、エアフィルタにはエアブローによる復元性能も要求されていた。

このような多様な要求事項を満足できるようなエアフィルタを提供するために、種々の濾過材が検討・提案されてきており、一般に、濾過材にオイルを含浸させることで、濾過材の捕集効率を高めながら長寿命化が図れることが知られている。また、一方では、オイルを含浸させた濾過材ではカーボンダストを効果的に捕捉することができず、エアブローによる復元性能も劣ることが知られている。

こうした困難を改良するために、オイルが含浸され比較的密な第１のフィルタ層の下流側に、撥油層たる比較的疎な第２のフィルタ層を設けた濾過材が提案されている（特許文献１参照）。また、オイルが含浸された比較的疎な第１のフィルタ層の下流側に、撥油層たる比較的密な第２のフィルタ層を設けた濾過材も提案されている（特許文献２参照）。これらの濾過材は、オイルを含浸した上流側のフィルタ層（ウェット層）において一般ダストの捕捉を行い、下流側の撥油層たるフィルタ層（ドライ層）によってカーボンダストの捕捉を行うことにより、エアフィルタへの多様な要求事項を満足させようとするものである。
特開２００３−１６１２１３ 特開２００３−２９９９２２

しかしながら、上記特許文献に記載された濾過材においては、以下に示すような課題があり、更なる改善が待たれていた。すなわち、前記特許文献記載の濾過材においては、オイルを含浸したウェット層が上流側にあり、撥油層たるドライ層が下流側にあるために、濾過材にオイルを塗布する工程においてドライ層に付着・含浸したオイルが、フィルタの使用時においてもドライ層内に残存したままになってしまうという課題があった。ドライ層内に残存したオイルは、ドライ層によるカーボンダストの捕集効率を低下させてしまう。フィルタの製造工程においてこうしたドライ層内の残存オイルを発生させないためには、ウェット層のみにオイルを塗布しうるような特殊なオイル塗布工程や、オイル塗布後にドライ層内のオイルを除去する工程が必要となり、フィルタエレメントの生産性に劣り、かつその生産に要するコストも高価なものとなってしまうため、改善が望まれていた。

また、特許文献２に記載された濾過材においては、カーボンダストを捕捉する撥油層たる第２のフィルタ層（ドライ層）が比較的密であるために、カーボンダストによるドライ層の目詰まりが発生しやすく、カーボン捕捉量の悪化を引き起こしやすく、フィルタの寿命が短くなってしまうという課題もあった。

したがって、本発明の目的は、特にカーボンダストの捕捉性能に優れ、長寿命なオイル含浸濾過材を簡易な構造で提供することにある。

また、本発明の他の目的は、エンジンの吸気脈動に対してもダストの透過を防ぎ、かつ、エアブローによって濾過性能を回復しうるようなオイル含浸濾過材を簡易な構造で提供することにある。

発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、比較的疎である撥油層を上流側に配置し、比較的密であるオイル含浸層を下流側に配置することによって、上記課題が解決されることを知見し、本発明を完成させるに至ったものである。

すなわち本発明のオイル含浸濾過材は、繊維を主体とする不織布にオイルを含浸してなるオイル含浸濾過材であって、前記不織布は上流側に位置する疎層部と下流側に位置する密層部を有する密度勾配を持った多層構造であって、前記疎層部は撥油性を有することを特徴とするオイル含浸濾過材である。そして、前記疎層部に撥油性を付与するために、前記疎層部を構成する繊維には疎油性繊維が混紡されている。

また、前記疎油性繊維は、フッ素樹脂あるいはシリコン樹脂をコーティングすることにより撥油性を付与した繊維、あるいはフッ素樹脂で構成した撥油性を有する繊維であることが好ましい（請求項２）。

また、本発明のフィルタエレメントは、本発明のオイル含浸濾過材を襞折り状に形成したフィルタエレメントである。

本発明のオイル含浸濾過材は、上流に配置された比較的疎である疎層部に撥油性を持たせることにより、疎層部に塗布・含浸されたオイルの密層部への移動を促進して、前記疎層部をドライ化し、このドライ化された疎層部によって主にカーボンダストを捕捉するようにしたものである。

本発明においては、撥油性を有し空間率が高い疎層部に含浸されたオイルは、エアフィルタの使用時において、上流側から下流側に向かう空気の流れに従って、撥油性を有しない密層部へと移動する。従って、疎層部は実質的にオイルを含まないドライタイプのフィルタ層として機能し、密層部はオイルを含むウェットタイプのフィルタ層として機能するようになる。従って、オイルを濾過材に塗布・含浸する工程においては、密層部のみにオイルが含浸されるような特殊な塗布・含浸工程を採用する必要は無く、かつ、オイルの塗布・含浸工程で疎層部に含浸されてしまったオイルを除去するための工程を設ける必要もない。本発明によれば、通常のウェットタイプのフィルタにオイルを塗布・含浸するのと同じ簡単な工程によってオイルを塗布・含浸させるだけで、フィルタの使用時には、疎層部がドライタイプであり、密層部がウェットタイプであるような２つのフィルタの特徴を兼ね備えたフィルタを得ることができる。

従って、本発明のオイル含浸濾過材においては、疎層部がドライタイプのフィルタとして機能するようになり、この部位でカーボンダストを効率良く捕集することができる。一方、密層部にはオイルが集中するので、カーボン捕捉は行われにくい。カーボンダストの捕捉は主に疎層部で行われることになるので、カーボンダストによる密層部の目詰まりが防止され、カーボン捕捉量が悪化することを防止できる。

また密層部にオイルが集中することにより、ダストの捕集効率が高く、かつ、エンジンの吸気脈動に対しても、捕捉したダストを確実に保持でき、ダストの透過を防止できる。さらに、本発明においては、吸気脈動に対するダスト保持性に劣るドライタイプのフィルタ層が、ウェットタイプのフィルタ層よりも上流に配置されているので、ドライタイプのフィルタ層から吸気脈動によって透過してくるダストを、下流のウェットタイプのフィルタ層で捕捉することができるので、吸気脈動に対してより高いダスト捕捉性能を発揮できる。

さらに、上流側の疎層部はドライタイプのフィルタとして機能するため、多塵地にて行なわれるエアブローによるフィルタ性能の回復が可能であり、多塵地向けの仕様を別仕様とする必要がない。特に本発明においては、ドライタイプである疎層部が流れの上流側に配置されているので、ドライタイプのフィルタ部に捕捉されていたダストを下流側からのエアブローによって確実に除去することができ、エアブローによってフィルタ性能の有効な回復を図ることができる。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明を説明する。
図1は本発明のオイル含浸濾過材を示す概略断面図である。
オイル含浸濾過材１は、繊維を主体とする不織布からなる上流側の第1のフィルタ層１１と、繊維を主体とする不織布からなる下流側の第２のフィルタ層１２で構成される。上流側の第１のフィルタ層１１に対して、下流側の第２のフィルタ層１２は空間率が小さく、第１のフィルタ層１１は疎層部、第２のフィルタ層１２は密層部となっている。
第１のフィルタ層１１には、撥油性が付与されており、第１のフィルタ層１１はいわゆるドライタイプのフィルタ層となっている。第２のフィルタ層１２には、オイルが含浸されており、第２のフィルタ層１２はいわゆるウェットタイプのフィルタ層となっている。

第１のフィルタ層を構成する不織布としては、空間率が８５〜９９％のものが好適に使用され、第２のフィルタ層を構成する不織布としては、空間率が７０〜９０％のものが好適に使用される。
本発明における好適なオイルの塗布・含浸量は３０ｇ／ｍ^２以上、２００ｇ／ｍ^２未満である。オイルの量が３０ｇ／ｍ^２未満であれば、吸気脈動によるダストの透過が発生しやすくなり、オイルの量が２００ｇ／ｍ^２以上であれば、通気抵抗の増加やオイルの飛散が起こりやすくなる。
本発明の濾過材の不織布の好適な目付量は１５０ｇ／ｍ^２以上、５００ｇ／ｍ^２未満である。目付量が１５０ｇ／ｍ^２未満であれば、ダストの捕集効率が著しく悪化する恐れがあり、目付量が５００ｇ／ｍ^２以上であれば、通気抵抗が増加してしまうとともに、生産性や経済性に劣るものとなってしまう。

図１には、２層構造からなるオイル含浸濾過材の例を示したが、３層あるいはそれ以上の多層構造であってもよく、その場合は、オイルを含み比較的密である密層部よりも上流側に、撥油性を有し比較的疎である疎層部が構成されるようにすれば、同様の作用効果が発揮される。

図２は本発明のフィルタエレメントを示す斜視図である。
オイル含浸濾過材１は襞折り状にされ、プラスチック製の矩形状枠体２によって保持されて、フィルタエレメント３を構成している。オイル含浸濾過材１はその周縁部が枠体２に対してインサート成形されて固定されている。矩形状枠体２の外周には、シールパッキン４が取り付けられており、フィルタエレメント３は、シールパッキン４を介して、図示しないエアクリーナー内部に装着されて、内燃機関などの吸気系に使用される。

図２には、襞折りされ平板状に形成されたフィルタエレメント３を示したが、フィルタエレメントの形状はこれに限定されるものではなく、オイル含浸濾過材１を襞折りせずに平板状あるいは円筒状にしてフィルタエレメントを形成しても良いし、さらには、襞折りしたオイル含浸濾過材を円筒状に丸めて菊花状のフィルタエレメントを形成しても良い。オイル含浸濾過材を襞折りすることによって、濾過材の面積を拡大し、かつコンパクトなフィルタエレメントが得られる。

オイル含浸濾過材１の上流側の疎層部である第１のフィルタ層１１に撥油性を付与する方法としては、フィルタ層１１に疎油性繊維を混紡する方法がある。
疎油性繊維としては、フッ素樹脂やシリコン樹脂などの油をはじく性質を有する物質をコーティングした繊維や、フッ素樹脂繊維などがある。疎層部を疎油性繊維のみで構成しても良い。

また、第１のフィルタ層１１に撥油性を付与する他の方法としては、撥油剤や撥水剤を塗布する方法もあり、この場合は、疎層部の形成前の不織布原料の状態や、疎層部形成後や、あるいは、多層構造を持つ不織布に積層した後など、さまざまなタイミングで、疎層部に撥油剤や撥水剤を塗布することができる。塗布の方法はスプレー法やロール塗工法やディッピング法など、各種の塗工法を用いて塗布できる。撥油剤または撥水剤としては、フッ素系処理剤やシリコン系処理剤の他、油や水をはじく性質を有する表面処理剤を使用することができる。

疎油性繊維であっても、撥油剤や撥水剤の塗布であっても、第１のフィルタ層１１に撥油性が付与できれば、同様の作用効果を発揮できる。

本発明のオイル含浸濾過材１を構成する不織布の化学繊維の原料としては、フッ素樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテフタレート）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエステル）、ＰＡ（ポリアミド）、レーヨン、パルプなどをあげることができる。パルプ繊維を主原料とする濾紙も、本発明における不織布の一種である。オイルを含浸する第２のフィルタ層１２を構成する不織布繊維の原料としては、オイルを保持する観点から、特に親油性の繊維原料が望ましく、特にＰＥＴが好ましい。第１のフィルタ層１１を構成する不織布繊維の原料としては撥油性を有する化学繊維原料であるフッ素樹脂を使用することがより望ましいが、親油性の繊維原料であっても、前記した方法により撥油性を付与すればよいので特に問題はない。

上流側となる疎層部に撥油性が付与された多層構造の不織布が形成された後に、下流側となる密層部へオイルを塗布するが、望ましくは下流側の密層部側からオイルをスプレー法あるいはディッピング法などの方法により塗布する。本発明においては、上流側の疎層部である撥油層に含浸されてしまったオイルも、使用時においては下流側の密層部に移動するので、上流側からもオイルの塗布をおこなってもよい。

多層構造の不織布に形成された時点でオイルの塗布を行っても良いが、より望ましくは、フィルタエレメントに成形後に塗布・含浸するのが良い。本発明においては、フィルタエレメントに成形後であっても、撥油層である疎層部側あるいはウェット層となる密層部側からのいずれからもオイルを塗布して良い。オイルをフィルタエレメントに塗布した後に、フィルタエレメントを遠心分離機にかけるなどして、余分なオイルを除去するようにしても良い。

以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
実施例と比較例において、いずれの濾過材も繊維の材質や繊維構成と、目付量は同じであり、試験に供する際に成形したフィルタエレメントの形状や襞折りの仕様も同一とした。

ＰＥＴ樹脂１００％の繊維原料をニードルパンチしてなる空間率９６．４％、厚さ２ｍｍの濾過材層（疎層部）にフッ素系処理剤による撥油処理を行い、撥油性を有する疎層部を得た。さらに、その下流側に、ＰＥＴ樹脂１００％の繊維原料をニードルパンチしてなる空間率８９．１％、厚さ１ｍｍの濾過材層（密層部）を積層し、目付け量２５０ｇ／ｍ^２、厚さ３ｍｍの多層構造の不織布を得た。その不織布に、パラフィン系オイルを含浸させオイル含浸濾過材とし、さらに得られたオイル含浸濾過材を襞折り構造に形成してフィルタエレメントを得た。

（比較例１）比較例１として、実施例と比較して、密層部にも撥油剤が含浸されているが、他の事項については実施例と同じであるオイル含浸濾過材とフィルタエレメントを得た。

（比較例２）比較例２として、実施例と比較して、疎層部にも密層部にも撥油性が付与されていないが、他の事項については実施例と同じであるオイル含浸濾過材とフィルタエレメントを得た。

（比較例３）比較例３として、実施例と比較して、撥油性を付与する不織布層を上流側の疎層部ではなく下流側の密層部とし、他の事項については実施例と同じであるオイル含浸濾過材とフィルタエレメントを得た。

得られた上記フィルタエレメントについて、ＪＩＳＤ１６１２(自動車用エアクリーナー試験方法)に準じて、ダスト及びカーボンダストについてフルライフの清浄効率試験、ダスト保持量試験を行った。その試験条件を下記に示す。
濾過材有効濾過面積：０．１３ｍ^２
試験ダスト：ダスト（ＪＩＳ８種）、カーボンダスト(軽油燃焼カーボン)
ダスト供給量：ダスト（４．２ｇ／分）、カーボンダスト（０．１０ｇ／分）
試験流量：４．２ｍ^３／分
増加通気抵抗：０．９８ｋＰａに達したときをフルライフとする。
測定結果を表１に示す。

表１から明らかなように、実施例は比較例に比べてカーボンダストの清浄効率が高く、かつ長いライフを示している。

さらに、実施例及び比較例のフィルタエレメントについて、ＪＩＳＤ１６１２(自動車用エアクリーナー試験方法)に準じた試験条件で、脈動性能と復元性能の評価を行った。評価時の試験ダスト、ダスト供給量や試験流量は前記したフルライフ試験と同じ条件で行った。

脈動性能の評価は、フルライフに達したフィルタエレメントに対して、試験流量の空気を流しながら、フィルタエレメントを通過する気流に圧力振幅５０ｍｍＨｇ（１６９．３Ｐａ）、５０００ｒｐｍの吸気脈動を３０分間与え、フィルタエレメントを透過するダスト量を測定する試験を行い、吸気脈動によってフィルタエレメントを透過したダストおよびカーボンの量によって、脈動性能の良否の判定を行った。

復元性能の評価は、一度フルライフに達したフィルタエレメントに対して、エアブローによってダストを落とし、フィルタの再生を図った上で、再度フルライフ試験を行い、エアブローによるフィルタ再生の前後で、ダスト保持量がどう変化するかによって良否の判定を行った。
評価結果を表２に示す。

△標準的 ○良好 ◎特に良好

表２に示したように、実施例は比較例に比べ脈動性能や復元性能ともに優れた性能を示している。

したがって、本発明によれば、特にカーボンダストの捕捉性能に優れ、長寿命で、エンジンの吸気脈動に対してもダストの透過を防ぐことができ、エアブローによって濾過性能を回復しうるようなオイル含浸濾過材やフィルタエレメントを簡易な構造で提供することができる。

は本発明のオイル含浸濾過材の概略断面図である。 は本発明のフィルタエレメントを示す斜視図である。

符号の説明

１ オイル含浸濾過材
１１ 第１のフィルタ層（疎層部）
１２ 第２のフィルタ層（密層部）
２ 枠体
３ フィルタエレメント
４ シールパッキン

Claims (3)

1. 繊維を主体とする不織布にオイルを含浸してなるオイル含浸濾過材であって、前記不織布は上流側に位置する疎層部と下流側に位置する密層部を有する密度勾配を持った多層構造であって、前記疎層部を構成する繊維には疎油性繊維が混紡されて、前記疎層部は撥油性を有することを特徴とするオイル含浸濾過材。
2. 前記疎油性繊維は、フッ素樹脂あるいはシリコン樹脂をコーティングした繊維、あるいはフッ素樹脂繊維であることを特徴とする、請求項１に記載のオイル含浸濾過材。
3. 請求項１または請求項２に記載のオイル含浸濾過材を襞折り状に形成したフィルタエレメント。

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