JP4785186B2 - フィルタエレメント - Google Patents

Description

本発明は内燃機関などの吸気系において空気を濾過する際に使用されるフィルタエレメントに関するものであり、特に、濾材を樹脂製の枠体で保持するフィルタエレメントに関するものである。

内燃機関などの吸気系には、空気を濾過する際に使用されるフィルタエレメントが配置されている。一般に、このフィルタエレメントは空気を濾過する濾材と濾材を保持する樹脂製枠体とから構成されていることが多い。工業的な生産性を高めるために、濾材は樹脂製枠体に対してインサート成形するなどして、樹脂製枠体と一体化されることが多い。このようなフィルタエレメントにおいてはダストの捕捉性能を上げる目的で、鉱物油系のオイル等（通称、ビスカスオイル）を含浸させ、ウエットタイプ（通称、ビスカスタイプ）のフィルタエレメントとして使用することが広く行われている。しかしながら、このようなウエットタイプの樹脂製枠体フィルタエレメントにおいては濾材と枠体は常に接触しているため、濾材に塗布あるいは含浸されているオイルが樹脂製枠体内部に浸透することが避けられなかった。オイルが樹脂製枠体内部に浸透することにより、樹脂製枠体の膨潤や体積変化が起こり、樹脂製枠体の変形やクラックの発生などが起こる恐れがあるという問題があった。また、樹脂製枠体にオイルが浸透することにより、濾材に含浸されたオイル量が減少し、フィルタエレメントの濾過寿命が短くなるといった恐れがあった。このような問題を解決するために、例えば、特許文献１にはパラフィン成分の存在率が高い鉱物系オイルをビスカスオイルとして濾材に塗布あるいは含浸させることで、樹脂製枠体の体積膨張を抑えられると共に濾材に含浸させたオイルを保持できるフィルタエレメントが開示されている。また、特許文献２には濾材にフタル酸ジ−２−エチルヘキシル（ＤＯＰ）をビスカスオイルとして塗布あるいは含浸したフィルタエレメントが開示されている。
特開２００４−１６７４７８号公報 特開昭５６−１０７９５０号公報

しかしながら、これらの従来技術において、樹脂製枠体へのオイルの浸透を防止する効果は限定的なものであり、さらなる効果の改善が待たれていた。すなわち、特許文献１に開示されているような鉱物系のビスカスオイルでは、それらのオイルが基本的にはナフテン系のオイルであり、枠体樹脂の分子構造と類似した分子構造のナフテン成分を持つ化合物が多く含まれているため、本質的に枠体樹脂内部に浸透しやすく、樹脂製枠体を膨潤させ易いという問題があった。また、特許文献１に開示されたパラフィン成分についても、ナフテン系オイルと比べれば枠体樹脂内部には浸透しにくいものの、その分子構造は枠体樹脂の分子構造と類似したものであったため、樹脂には浸透しやすい性質を有しており、そのために、特許文献１に開示された公知技術においては、樹脂製枠体へのオイルの浸透を防止する効果は限定的なものに止まっていた。また、鉱物系のオイルの中から、パラフィン成分以外の成分を除去することにより、コストが高くなるという問題点もあった。また、特許文献２に開示された濾材にＤＯＰをビスカスオイルとして塗布あるいは含浸したフィルタエレメントにおいても、樹脂製枠体へのオイルの浸透を防止する効果は依然として十分なものではなかった。本発明は上記問題点を鑑み、発明者が濾材に塗布するオイルの成分に関して鋭意検討を重ねた結果、樹脂製枠体に使用される樹脂材料の分子構造とは分子構造が大きく異なる多置換芳香族酸誘導体であって分子サイズが比較的大きいオイルを、ビスカスオイルとして濾材に塗布あるいは含浸させることが、オイルの樹脂製枠体への浸透防止に有効であることを知見して、本発明を完成するに至ったものである。

本発明は濾材とポリプロピレン樹脂製枠体とから構成されるフィルタエレメントであって、トリメリット酸ジ‐２‐エチルヘキシル（ＴＯＴＭ）を濾材に含浸させたフィルタエレメントである。

本発明のフィルタエレメントはトリメリット酸ジ‐２‐エチルヘキシル（ＴＯＴＭ）が濾材に含浸されている。ＴＯＴＭ中のアルキル基の直鎖部分の炭素数は従来例に使用されるＤＯＰと同じく６個であるが、ＴＯＴＭは３置換芳香族酸誘導体であるために、分子量が大きくなると共に分子構造中のエステル結合がベンゼン環の隣り合う位置だけで無く、ベンゼン環の互いに離れた位置にも配置されるようになっている。一方、フタル酸誘導体であるＤＯＰはエステル結合が互いに隣り合う位置に配置されている。したがって、ＴＯＴＭは、たとえアルキル基の直鎖部分の炭素数がＤＯＰと同じく６個であったとしても、ＤＯＰに比べ、分子サイズが実質的に長く、大きくなっている。その結果、濾材に塗布したＴＯＴＭが枠体樹脂へ浸透し難くなっている。

本発明によれば、トリメリット酸ジ‐２‐エチルヘキシル（ＴＯＴＭ）を濾材に塗布あるいは含浸するオイルとして使用することにより、濾材から樹脂製枠体へのオイルの浸透を抑制および防止することができ、オイルの浸透による樹脂製枠体の膨潤や変形、クラック発生などの強度劣化を大幅に予防、改善する事ができる。さらには、樹脂製枠体へのオイルの浸透を抑制することができるので、濾材に含浸されたオイル量の減少による濾過寿命性能劣化も回避することができる。

以下、本発明のフィルタエレメントについて実施例を参照して説明する。

図１は、本発明のフィルタエレメントの断面図である。フィルタエレメント１０は折りたたまれた濾材１と外周に形成された樹脂製枠体２で構成されている。濾材１はその周辺部において樹脂製枠体２と一体にインサート成形されており、樹脂製枠体２に保持されている。このフィルタエレメント１０は空気の流入口および流出口を有する図示しないケース内に収容され、燃焼用空気が濾過される。

濾材１は濾紙で形成されている。濾材１は濾紙に限らず、不織布であっても良く、空気を濾過でき、オイルを塗布あるいは含浸できるものであれば他のものでも良い。樹脂製枠体２はポリプロピレン樹脂で形成されている。樹脂製枠体２を構成する樹脂としては、ポリプロピレン樹脂に限らず、例えばポリエチレンなどのポリオレフィン、ポリアミド（ナイロン）、アクリロニトリル―ブタジエン―スチレン共重合樹脂（ＡＢＳ樹脂）、ポリスチレン、アクリロニトリル―スチレン共重合樹脂（ＡＳ樹脂）、ウレタン、エラストマー、ゴム、ポリエチレンテフタレート（ＰＥＴ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）など樹脂を挙げることができる。特に、フィルタエレメントの樹脂製枠体としては、これらの樹脂材料の中で、成形性などの生産性や経済性の良さから、ポリプロピレン、ウレタン、エラストマーなどが主に枠体用樹脂材料として用いられることが多い。

濾材１はスプレー法によりオイルが塗布されている。濾材１へのオイルの塗布あるいは含浸方法としては、スプレー法に限らず、例えば、ロール法、ディッピング法等、各種の塗布あるいは含浸法を用いることができる。

（実施例１）濾材１にトリメリット酸ジ―２―エチルヘキシル（ＴＯＴＭ）が塗布されたフィルタエレメント１０を作成した。

（実施例２）濾材１にフタル酸ジイソノニル（ＤＩＮＰ）が塗布されたフィルタエレメント１０を作成した。

（実施例３）濾材１にフタル酸ジイソデシル（ＤＩＤＰ）が塗布されたフィルタエレメント１０を作成した。

（従来例）濾材１にＤＯＰが塗布されたフィルタエレメント１０を作成した。

上記実施例１から３および従来例で作成したフィルタエレメント１０について、枠体樹脂へのオイルの浸透性の評価試験を行った。結果を図４、図５に示す。

[枠体樹脂へのオイルの浸透性の評価試験]濾材１に塗布するオイルを９５℃に保温し、その中に樹脂製枠体テストピース（長さ１３ｍｍ×厚み６．５ｍｍ×幅６３ｍｍ）を２００時間浸漬し、体積変化を測定し、体積変化率は次式で計算した。
（体積変化率）＝（（試験後の樹脂製枠体テストピース体積）―（試験前の樹脂製枠体テストピース体積））／（試験前の樹脂製枠体テストピース体積）＊１００

図４、図５は枠体樹脂へのオイルの浸透性の評価試験で得られた実施例の体積変化率と従来例の体積変化率の比を表したグラフである。体積変化率の比は次式で計算した。
（体積変化率の比）＝（実施例の体積変化率）／（従来例の体積変化率）＊１００

図４から実施例１に使用されるＴＯＴＭのような３置換芳香族酸誘導体ではアルキル基の直鎖部分の炭素数が６個でも十分効果があることがわかる。したがって、３置換、あるいは４置換の芳香族酸誘導体であれば、アルキル基の直鎖部分の炭素数が６個以上あれば、本発明の効果が得られる。具体的には、トリメリット酸トリイソオクチル（ＴＩＯＴＭ）、 トリメリット酸トリ―ｎ―オクチル（ｎ―ＴＯＴＭ）、トリメリット酸トリイソノニル（ＴＩＮＴＭ）、トリメリット酸トリイソデシル（ＴＩＤＴＭ）、 トリメリット酸トリウンデシル（ＴＵＴＭ）、ピロメリット酸テトラ―２―エチルヘキシル（ＴＯＰＭ）、ピロメリット酸テトライソオクチル（ＴＩＯＰＭ）、ピロメリット酸テトラ―ｎ―オクチル（ｎ―ＴＯＰＭ）、ピロメリット酸テトライソノニル（ＴＩＮＰＭ）、ピロメリット酸テトライソデシル（ＴＩＤＰＭ）、ピロメリット酸テトラウンデシル（ＴＵＰＭ）なども本発明における濾材１に含浸させるオイルとして使用することができる。

図５から実施例２に使用されるＤＩＮＰはアルキル基の直鎖部分の炭素数が８個であり、従来例であるＤＯＰと比較して、樹脂に浸透し難く、樹脂の体積変化が少ないことがわかる。実施例３に使用されているＤＩＤＰはアルキル基の直鎖部分の炭素数が９個であり、実施例２のＤＩＮＰと比較しても、さらに枠体樹脂に浸透し難く、枠体樹脂の体積変化が少ないことがわかる。従来例に使用されるＤＯＰのアルキル基の直鎖部分の炭素数は６個であり、一方、直鎖部分の炭素数が８個以上あるＤＩＮＰ（実施例２）やＤＩＤＰ（実施例３）では体積変化率が大きく改善されているので、アルキル基の直鎖部分の炭素数が８個以上であるようなフタル酸誘導体であれば、同等以上の効果が得られることがわかる。具体的には、フタル酸ジ―ｎ―オクチル（ｎ―ＤＯＰ）、フタル酸ジウンデシル（ＤＵＰ）、フタル酸ジドデシルなどを、本発明を構成するオイル成分として使用することができる。

図６は本発明に関わる多置換芳香族酸誘導体の種類やその分子構造と分子構造に含まれるアルキル基の種類および構造の一覧図である。置換基の数と配置で分類した分子構造と、図中のＲで示されたアルキル基部分の構造、炭素数、直鎖部分炭素数とを示し、それぞれの組み合わせによってできる誘導体の物質名の略号を示している。特許文献２に示された従来例に使用されているＤＯＰはアルキル基の直鎖部分の炭素数が６個で２置換のフタル酸誘導体である。２置換系であるイソフタル酸誘導体においてはベンゼン環に対するエステル結合の配置がフタル酸誘導体とは異なっており、アルキル基結合角度が広くなっているので、分子のサイズとしては３置換系であるトリメリット酸誘導体と同等レベルまで大きくなっているものとみなせる。したがって、イソフタル酸誘導体においては３置換系の芳香族酸誘導体（トリメリット酸誘導体）と同様に、アルキル基の直鎖部分の炭素数が６個であっても、枠体樹脂への浸透を十分に防止できる。したがって、イソフタル酸ジ―２―エチルヘキシル（ＤＯＩＰ）、イソフタル酸トリイソオクチル（ＤＩＯＩＰ）、 イソフタル酸トリ―ｎ―オクチル（ｎ―ＤＯＩＰ）、イソフタル酸トリイソノニル（ＤＩＮＩＰ）、イソフタル酸トリイソデシル（ＤＩＤＩＰ）、 イソフタル酸トリウンデシル（ＤＵＩＰ）も、本発明を構成するオイルとして使用することができる。

なお、上記実施形態では、図１に示した形態のフィルタエレメントに本発明を適用したが、図２、図３に示すようなフィルタエレメントなど、エレメント形状は自由に選択できる。また、各実施例においては、単一成分のオイルを塗布した例を示したが、オイルは単一成分でなければならない理由は無く、オイルの主成分が本発明に示すオイルであれば、各種添加剤や他のオイル成分を混合したものであっても良い。

本発明においては、多置換芳香族酸誘導体中のアルキル基の直鎖部分の炭素数が多い方が、枠体樹脂へのオイル浸透防止効果が高いが、一方で、アルキル基の直鎖部分の炭素数を多くし過ぎると、通常の使用温度範囲で液体状態ではなくなってしまう。したがって、上記、多置換芳香族酸誘導体のアルキル基の直鎖部分の炭素数は２０個以下、より望ましくは１５個以下であることが望ましい。また、これまでに述べた実施例においては、分子内に含まれるアルキル基がすべて同じアルキル基であるような多置換芳香族酸誘導体を使用した例を示したが、すべてのアルキル基を同じにする必要はなく、多置換芳香族酸誘導体中の各アルキル基の直鎖部分の炭素数は互いに異なっていても良い。例えば、具体的には、フタル酸誘導体の片側のアルキル基がイソデシル基である場合ならば、フタル酸イソデシル―ｎ―オクチル、フタル酸イソデシルイソノニル、フタル酸イソデシルウンデシルなどを例示することができ、これらのものも、本発明を構成する多置換芳香族酸誘導体として使用することができる。

以上、本発明に関し、自動車用の内燃機関に使用される空気用フィルタにおいての事例で説明したが、樹脂製枠体で濾材を保持するフィルタエレメントであれば、特に自動車分野に限定されるものではなく、発電機などに使用される内燃機関一般や、燃料電池など内燃機関でない機関、さらには、空調機器や熱交換器などに使用される空気用フィルタエレメントに対しても本発明は広く適用できるものである。

本発明の実施形態のフィルタエレメントを示す断面図である。 フィルタエレメントの他の形状例を示す斜視図である。 フィルタエレメントのさらに他の例を示す斜視図である。 従来例と実施例１の体積変化率の比を示すグラフである。 従来例と実施例２、３の体積変化率の比を示すグラフである。 多置換芳香族酸誘導体の種類やその分子構造と分子構造に含まれるアルキル基の種類および構造の一覧図である。

符号の説明

１ 濾材
２ 樹脂製枠体
１０ フィルタエレメント

Claims (1)

1. 濾材とポリプロピレン樹脂製枠体とから構成されるフィルタエレメントであって、トリメリット酸ジ‐２‐エチルヘキシル（ＴＯＴＭ）を濾材に塗布あるいは含浸させたフィルタエレメント。

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