JP4800306B2 - フィルタ材 - Google Patents

Description

本発明は、積層された不織布で構成され、エアフィルタに使用されるフィルタ材に関する。

内燃機関の吸気系統には、従来から、取り込まれたエアを濾過するエアクリーナが設けられている。このようなエアクリーナでは、そのハウジング内に複数の濾紙や不織布の層を積層して構成したフィルタ材を収納している。なお、フィルタ材を構成する各層に使用される材料としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）繊維からなる不織布が一般的に広く使用されている。

また、かかるエアクリーナでは、取り込まれたエアに含有されるダストを捕捉するために、フィルタ材にビスカスオイルなどのオイルを含浸させることが行われている。このようにフィルタ材にオイルを含浸させたフィルタ材の代表例としては、特許文献１が既に開示されている。
特開２００３−２９９９２１号公報

しかし、本願の発明者の研究により、ＰＥＴ繊維の不織布を積層させてなるフィルタ材にオイルを含浸させたものでは、フィルタ材にオイルを保持させておくことが困難であることが判明した。

即ち、ＰＥＴ繊維の不織布を積層させてなるフィルタ材は、オイルの保持能力が低い。このため、かかるフィルタ材を使用したエアクリーナでエアを濾過していると、エアの流れの下流側に含浸させたオイルがフィルタ材からの飛散・吹き抜けが発生し易くなってしまう。

フィルタ材からオイルの飛散・吹き抜けが発生すると、当初のダスト捕捉性能の低下を招くばかりか、エンジンを汚染してしまう。

そこで、本発明ではオイルの飛散・吹き抜けの発生を防止でき、当初のダスト捕捉性能を長期間維持するフィルタ材を提供する。

本発明では、係る課題を解決するために、濾過するエアの流れ方向の上流側に配置され、化学繊維を積層した不織布からなる上流層と、濾過するエアの流れ方向の下流側に配置され、化学繊維を水流交絡法にて積層した化学繊維不織布層を含む複数の層からなる下流層と、から構成され、前記上流層の密度が前記下流層の密度よりも相対的に疎に形成され、前記下流層には、天然繊維からなる天然繊維層が前記化学繊維不織布層の間に挟み込まれて設けられると共に、前記天然繊維層より下流側に前記化学繊維不織布層を少なくとも２層備え、オイルが前記上流層から前記天然繊維層の範囲にかけて含浸されているフィルタ材を採用することとした。

さらに、本発明では上記フィルタ材において、前記上流層を構成する化学繊維及び前記下流層の前記化学繊維不織布層を構成する化学繊維をそれぞれＰＥＴ繊維としている。

そして、本発明では、前記オイルを、上記フィルタ材に０．５ｇ／１００ｃｍ^２〜０．９ｇ／１００ｃｍ^２含浸していることを特徴とする。

本発明によれば、エアに含まれるダストを捕捉するオイルがフィルタ材に保持され、効果的にダストを捕捉する。そして、オイルがフィルタ材に保持されることにより、このフィルタ材は、フィルタ材からオイルの飛散又は吹き抜けを防止しつつ、エアを効果的に濾過させる。エアの濾過に関し、通気抵抗、清浄効率、ダスト捕捉量を所定の規格値以上とすることができる。

本発明のフィルタ材の層構成を示すフィルタ材の断面図。 すべての層をＰＥＴ層で構成したフィルタ材の断面図。 図１の層構成を有するフィルタ材と図２の層構成を有するフィルタ材の通気抵抗を示すグラフ。 図１の層構成を有するフィルタ材と図２の層構成を有するフィルタ材の清浄効率を示すグラフ。 図１の層構成を有するフィルタ材と図２の層構成を有するフィルタ材のダスト捕捉量を示すグラフ。

符号の説明

１・・・フィルタ材
２・・・上流層
３・・・下流層
４・・・ＰＥＴ層
５・・・コットン層

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態にかかるフィルタ材１の層構成を示している。

この図１に示すように、フィルタ材１は、上流側繊維層２（以下、単に上流層２という。）と、下流側繊維層３（以下、単に下流層３という。）とから構成されている。このフィルタ材１では、エアは、上側に配置された上流層２から下側に配置された下流層３に向けて通される。そして、エアはこのフィルタ材１を通過する間に濾過される。

上流層２は、ポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴという。）繊維をニードルパンチ法によって、一定の厚みを有する単層の不織布として構成したものである。ただし、上流層２は、ステッチボンド法、ケミカルボンド法、サーマルボンド法等のニードルパンチ法以外の乾式製法により形成された不織布で構成してもよい。一方、下流層３は、ほぼ同一の厚みを有する３層のＰＥＴ層４と、１層からなる天然繊維層としてのコットン層５とによって４層構造に形成されている。各ＰＥＴ層４及びコットン層５は、水流交絡法にて積層された不織布が使用される。なお、以下では天然繊維層がコットン層であるものについて説明するが、天然繊維層はコットン層の他、羊毛、パルプ、リンタからなる天然繊維層を採用してもよい。

この実施形態にかかるフィルタ材では、下流層３は、コットン層５の上流側にＰＥＴ層４を１層配すると共に、下流側にＰＥＴ層４を２層配して、コットン層５がＰＥＴ層４により挟み込まれるように構成されている。そして、上流層２と下流層３との関係は、上流層２の密度が相対的に疎に、下流層３の密度が相対的に密となるように形成されている。

このフィルタ材１を構成する各層の繊維径、目付量（単位面積あたりの繊維量）は、次のように形成するとよい。

上流層２は、その繊維径が２．０デニール〜１０．０デニール（１４．３μｍ〜３２．０μｍ）のＰＥＴ繊維からなる不織布を使用する。目付量は５０ｇ／ｍ^２〜３００ｇ／ｍ^２とする。また、下流層３を構成しているＰＥＴ層４は、その繊維径が０．５デニール〜３デニール（７．２μｍ〜１７．５μｍ）のＰＥＴ繊維からなる不織布を使用する。目付量は、２０ｇ／ｍ^２〜１００ｇ／ｍ^２とする。これに対し、下流層３を構成しているコットン層５は、その繊維径が１．０デニール〜１．３デニール（９．０μｍ〜１１．０μｍ）のコットン繊維のものを使用して、目付量を２０ｇ／ｍ^２〜１００ｇ／ｍ^２とする。フィルタ材１は、これらの層が積層されて、その厚みが１．０ｍｍ〜３．０ｍｍとなるように構成されている。

そして、フィルタ材１には、オイルがフィルタ材１の上流側から含浸される。上流側から含浸されたオイルは、上流層２並びに、下流層３の上流側のＰＥＴ層４及びコットン層５に含浸される。オイルとしては、ダスト捕捉用に一般的に使用されているビスカスオイルを使用すればよい。また、含浸させるオイルの量についても、フィルタ材１の単位面積あたりに含めるオイルの量が０．５ｇ／１００ｃｍ^２〜０．９ｇ／１００ｃｍ^２となるように含浸するとよい。但し、このオイルを含める最適な量は、エアクリーナの形状により異なるだけでなく、通気抵抗、清浄効率、カーボンダスト捕捉量の目標の設定値によりことなる。このため、オイルを含める量を０．５ｇ／１００ｃｍ^２よりも少なくすることや、０．９ｇ／１００ｃｍ^２よりも多くすることを禁止するものではない。

かかるフィルタ材１においては、コットン層５は、含浸されたオイルの下流側への飛散・吹き抜けの発生を防止して、オイルをフィルタ材１に保持する保持材として機能する。ＰＥＴ層４を構成しているＰＥＴ繊維は、その横断面の形状がほぼ円形に形成されていると共に、外表面も滑らかである。このため、ＰＥＴ繊維とオイルとの間の摩擦が比較的小さく、オイルは、ＰＥＴ層４から飛散・吹き抜けしやすい。これに対し、コットン層５を構成しているコットン繊維は、その横断面の形状が扁平しており、また、繊維径も繊維毎にばらつきがある。加えて、コットン繊維の外表面は粗い。このため、コットン繊維とオイルとの間に生ずる摩擦が比較的大きくなり、オイルはコットン繊維に絡みつき、コットン層５からの飛散・吹き抜けが効果的に防止される。

このように、この実施形態にかかるフィルタ材１は、コットン層５を含めたその上流側に含浸されたオイルをコットン層５で保持するため、オイルが下流側へ飛散することを阻止する。このため、ダスト捕捉能力が長期にわたって高く維持される。なお、捕捉するダストは、大気中のいわゆるダストのみではなく、カーボン粒子を含む。

図１に示したフィルタ材１では、下流層３の層構成は、上流側からＰＥＴ層４／コットン層５／ＰＥＴ層４／ＰＥＴ層４と、４層構成としているが、これに限定されるものではない。一般に、水流交絡法にて積層した不織布は、薄く加工することが容易である。このため、コットン層５の下流側にＰＥＴ層４を１層しか設けないと、含浸されたオイルが飛散したり、吹き抜けてしまう恐れがある。かかる不都合を防止するため、コットン層５より下流側には、ＰＥＴ層４を少なくとも２層設けることが好ましい。他方、フィルタ材１の全体を厚くしすぎると、通気抵抗が大きくなる。

これらの点を考慮すると、フィルタ材１の下流層３の層構成は、コットン層５の下流側にＰＥＴ層４が２層設けられていればよいが、通気抵抗を著しく増大させず、適切にエアを通過させることができるのであれば、３層以上設けてもよい。

また、下流層３における、コットン層５の上流側に設けられたＰＥＴ層４についても、１層のみ設けることには限定されない。通気抵抗を著しく増大さることなく、適切にエアを通過させることが可能であれば、このＰＥＴ層４を２層以上設けても構わない。逆に、コットン層５より上流側には、ＰＥＴ層４を設けることなく、上流層２にコットン層５を直接積層させるように構成しても構わない。

なお、この図１には、上流層２及び下流層３を構成している化学繊維層としてＰＥＴ繊維からなる不織布を用いてフィルタ材１を構成したものを例に説明したがこれには限定されない。

化学繊維としては、ＰＥＴ繊維の他、合成繊維（例えば、ポリオレフィン系繊維（ポリエチレン系繊維、ポリプロピレン系繊維などのポリＣ_2-4オレフィン系繊維など）、アクリル系繊維、ポリエステル系繊維（ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などのポリアルキレンテレフタレート系繊維、全芳香族ポリエステル系繊維など）、ポリアミド繊維（アラミド繊維などの芳香族ポリアミド繊維を含む）、レーヨン繊維など）を用いてもよい。また、ＰＥＴ繊維を含め、これらの繊維を２種以上組み合わせて使用してもよい。

［実験例］
本発明にかかるコットン層５を含むフィルタ材１が、どの程度のオイルの保持性を有するかの確認テストを行った。テストは、図１に示した層構成を有するフィルタ材１について、カーボンダストを含有するエアをフィルタ材１に通すカーボンダスト捕捉試験である。表１に、テストに用いたフィルタ材１の構成の詳細を示す。

このフィルタ材１について、フィルタ材１００ｃｍ^２当たりに含浸させるオイルの量を変化させたサンプル品を複数用意し、各サンプル品にカーボンダストを含むエアを通して、通気抵抗、清浄効率、カーボンダスト捕捉量の３つの特性ついて測定を行った。

ここで、通気抵抗とは、送り込まれたエアがフィルタ材１を初期に通過する際の抵抗圧力値である。また、清浄効率とは、スペックの一定流量（取引先との間で予め協議により設定された値）でエアを通過させた際に、フィルタ材１がカーボンダストを捕捉する量（捕捉量）と投入したカーボンダストの量（投入量）との比である。即ち、（捕捉量）／（投入量）をパーセンテージで表した値である。そして、カーボンダスト捕捉量は、規定圧力までフィルタ材１に投入したカーボンダストの量をグラム数で表した値である。

なお、参考のため、本発明にかかるフィルタ材の他、すべての層がＰＥＴ層４からなるフィルタ材１ａについても行い、両者を比較できるようにした。

図２は、比較の対象となるすべての層がＰＥＴ層４からなるフィルタ材１ａの層構成を図示したものである。なお、比較テストに用いたフィルタ材１ａの密度、厚み等の対応する仕様は、コットン層５を含むフィルタ材１とすべて同じものを用いた。

表２は、コットン層５を含むフィルタ材１について、各サンプル品につき、オイルをどの程度含浸させたのかを示し、表３は、すべてＰＥＴ層４で構成された比較対象フィルタ材１ａについて、各サンプル品につき、オイルをどの程度含浸させたのかを示すものである。

図３〜図５は、テスト結果をグラフにまとめたものをそれぞれ示している。各図において、左側のグラフがコットン層５を含むフィルタ材１に関するデータであり、右側のグラフがすべてＰＥＴ層４で構成されたフィルタ材１ａに関するデータである。

図３に示すように、コットン層５を含むフィルタ材１では、通気抵抗は１．８１ｋＰａ〜１．８４ｋＰａと、含浸されるオイルの量が増加するに従い徐々に増えている。即ち、オイルの増加量分に対応してほぼ比例的に通気抵抗が大きくなっている。

フィルタ材１について目視検査を行った結果も、オイルの含浸量が１．０ｇ／１００ｃｍ^２のサンプル品についてのみ、裏面からオイルのにじみを確認できたに留まる。

これに対し、図３の右側のＰＥＴ層４のみから構成されたフィルタ材１ａについては、０．５ｇ／１００ｃｍ^２、０．６ｇ／１００ｃｍ^２とのサンプル品では、オイルの飛散・吹き抜けは起こらなかった。これに対し、０．７ｇ／１００ｃｍ^２、０．８ｇ／１００ｃｍ^２のサンプル品では、含浸されたオイルが飛散・吹き抜けが発生してしまい、オイルが飛散・吹き抜けの現象を生じさせないフィルタ材を得るという当初の目的自体を達成することができない。

目視検査についても、ＰＥＴ層４のみから構成されたフィルタ材１ａでは、０．７ｇ／１００ｃｍ^２、０．８ｇ／１００ｃｍ^２のサンプル品については、フィルタ材１ａの裏面からオイルが漏れだしていることが確認された。

次に、図４について考察する。

エアクリーナにおいては、カーボンダスト清浄効率は、８０％を目標値としている。この点、図４の左側のグラフに示すように、コットン層５を含むフィルタ材１では、オイルの含浸量が０．４ｇ／１００ｃｍ^２〜０．９ｇ／１００ｃｍ^２のサンプル品では、清浄効率が８０％をほぼ越える値となった。しかし、含浸量が１．０ｇ／１００ｃｍ^２のサンプル品については、清浄効率が、約７５．６％と、８０％を下回った。なお、オイルの飛散・吹き抜けに関しては、前述したように、含浸量が、１．０ｇ／１００ｃｍ^２のサンプル品についてのみ、裏面からオイルのにじみを確認できたに留まる。

一方、図４の右側の図に示すように、ＰＥＴ層４のみからなるフィルタ材１ａは、０．５ｇ／１００ｃｍ^２〜０．８ｇ／１００ｃｍ^２のサンプル品、いずれの物についても８０％以上の清浄効率を得ている。もっとも、含浸させるオイル量の増加に伴い、清浄効率は徐々に減少している。そして、０．８ｇ／１００ｃｍ^２のサンプル品については、清浄効率が８０％ぎりぎりまで減少している。そして、ＰＥＴ層４のみからなるフィルタ材１ａでは、０．７ｇ／１００ｃｍ^２、までオイルを含浸させるとオイルの飛散・吹き抜けが生ずることも考慮すれば、実用領域は、０．６ｇ／１００ｃｍ^２を越えない範囲に限定される。

最後に、図５について検討を加える。

この図５に示すカーボンダスト捕捉量は、４．７ｇ以上を目標値としている。

図５の左側に示したコットン層５を含むフィルタ材１については、オイルの含浸量が０．５ｇ／１００ｃｍ^２以上のサンプル品については、４．７ｇを越える値を得ている。しかし、含浸量が０．４ｇ／１００ｃｍ^２のサンプル品については、約３．０ｇと４．７ｇを下回る数値しか得られなかった。

一方、図５の右側のグラフに示すように、ＰＥＴ層４のみからなるフィルタ材１ａにあっては、オイルの含浸量が０．６ｇ／１００ｃｍ^２以上のサンプル品については、４．７ｇを越える値を示し、０．５ｇ／１００ｃｍ^２のサンプル品については、４．１ｇと、４．７ｇを下回る数値を示している。こと、カーボンダスト捕捉量のみをとらえれば、ＰＥＴ層４のみからなるフィルタ材１ａについては、含浸量を０．６ｇ／１００ｃｍ^２以上とすればよい。しかし、０．７ｇ／１００ｃｍ^２、０．８ｇ／１００ｃｍ^２のサンプル品については、オイルの飛散・吹き抜けがあり、実用品として使用することはおよそ不可能である。

以上のテスト結果から、コットン層５を含むフィルタ材１については、０．５ｇ／１００ｃｍ^２〜０．９ｇ／１００ｃｍ^２の範囲でオイルを含浸させればよいことがわかる。

Claims (3)

1. 濾過するエアの流れ方向の上流側に配置され、化学繊維を積層した不織布からなる上流層と、
   濾過するエアの流れ方向の下流側に配置され、化学繊維を水流交絡法にて積層した化学繊維不織布層を含む複数の層からなる下流層と、から構成され、
   前記上流層の密度が前記下流層の密度よりも相対的に疎に形成され、
   前記下流層には、天然繊維からなる天然繊維層が前記化学繊維不織布層の間に挟み込まれて設けられると共に、前記天然繊維層より下流側に前記化学繊維不織布層を少なくとも２層備え、
   オイルが前記上流層から前記天然繊維層の範囲にかけて含浸されていることを特徴とするフィルタ材。
2. 前記上流層を構成する化学繊維及び前記下流層の前記化学繊維不織布層を構成する化学繊維はそれぞれＰＥＴ繊維であることを特徴する請求項１に記載のフィルタ材。
3. 前記オイルは、このフィルタ材に０．５ｇ／１００ｃｍ²〜０．９ｇ／１００ｃｍ²含浸されていることを特徴とする請求項２に記載のフィルタ材。