JP5281719B1 - フィルタ材 - Google Patents

Abstract

粒子の捕捉効率を維持しながら、フィルタ内部での粒子保持量を増加させてフィルタ寿命を延長させたフィルタ材を提供する。本発明は、熱可塑性合成長繊維不織布を中間層として含むスパンレース不織布からなるフィルタ材に関する。

Description

本発明は、熱可塑性合成長繊維不織布を中間層として含むスパンレース不織布からなるフィルタ材に関する。本発明は、より詳細には、自動車用燃料タンクに設置される燃料ポンプの１次側に用いられるサクションフィルタ用の前記フィルタ材に関する。

従来、自動車燃料タンクに設置される燃料ポンプの１次側に用いられるフィルタ（以下、「サクションフィルタ」ともいう。）には、織物メッシュやスパンボンド不織布、メルトブロー不織布等を使用したフィルタ材が使用されており、これらのフィルタ材には５〜５０μｍ前後の粒子の捕捉性能、好ましくは１０〜３０μｍ以上の粒子の捕捉性能に優れることが求められていた。
このようなフィルタ材として、例えば、以下の特許文献１には、スパン結合濾過媒体（スパンボンド不織布）や溶融吹込成型濾過媒体（メルトブロー不織布）等を積層して一体化することにより、フィルタ材の内部に粗密構造を形成させ、スパンボンド層で比較的大きな固形物を除去した後、メルトブロー層でより細かな固形物を除去する様にしたフィルタ材が開示されている。
また、以下の特許文献２には、押出メッシュの内層に２層以上の合成長繊維不織布を積層させたフィルタ層を使用することが開示されている。
さらに、以下の特許文献３には、より微細な粒子を除去するために、前記したメルトブロー不織布に代えて、エレクトロスピニング法により作製された合成長繊維不織布を積層させたフィルタ層を使用することが開示されている。

しかしながら、従来のスパンボンド法やメルトブロー法、エレクトロスピニング法等により作製された不織布は、小面積で見ると繊維配列が必ずしも均一ではなく、そのため、繊維間隔の均一性に欠け、目付、繊維径、通気度などのフィルタ性能に関わる性質のばらつきが大きいとの問題点があった。このようなばらつきは、フィルタ材としての捕捉性能や寿命などの性能ばらつきとなって現れるため、濾過面積が５０〜５００ｃｍ^２程度の小さい面積で安定したフィルタ性能を維持することが難しく、サクションフィルタとして使用するフィルタ材としては不向きとされていた。
また、スパンボンド不織布等の合成長繊維不織布を主なフィルタ材として用いた場合、微細粒子の捕捉効率の面で問題があった。すなわち、スパンボンド法においては、該方法により成型される繊維の繊維径を１０μｍ以下とすることが難しく、求められる粒子の捕捉性能を得るためにはスパンボンド不織布の作製が行われた後の工程で表面の平滑処理を施すなど、後工程での処理が必要となる。この場合、メルトブロー不織布、エレクトロスピニング不織布等の合成長繊維不織布と同様に、高捕捉効率であるものの、その捕捉態様は表面濾過であり、ろ材表面が粒子により早期に閉塞されて短寿命であるとの問題が生じていた。

かかる課題を解決するため、以下の特許文献４では、サクションフィルタ用フィルタ材として中間層に薄手の織物を用いたスパンレース不織布が開示されている。
該スパンレース不織布は、スパンボンド不織布やメルトブロー不織布と比較して粒子の内部捕捉量が増加することから相対的には寿命延長効果が得られるものである。しかし、該スパンレース不織布において、中間層として使用される織物部には、流体が通過せず、該織物部はフィルタ材として機能しない。そのため、該スパンレース不織布が有する粒子の内部捕捉機能が十分に発揮されていないとの問題があった。

特許第４３５０１９３号公報 特許第４５５９６６７号公報 特開２００９−２８６１７号公報 特許第４７００９６８号公報

本発明が解決しようとする課題は、前記した従来技術の問題点を解決し、微細粒子の十分な捕捉性能を有し、かつ、フィルタの厚さを増やすことなく長寿命化を達成するフィルタ材を提供することである。

本発明者らは、上記課題を解決すべく、鋭意検討し実験を重ねた結果、スパンボンド不織布を中間層としたスパンレース不織布をフィルタ材として用いることにより、中間層として織物を用いた場合と比較して、微細粒子の十分な捕捉性能を維持しながら、長寿命かつ低コストのフィルタ材を提供することを見出し、本発明を完成するに至った。

スパンレース不織布を製造する際には、補強材として用いる中間層には、適当な糸間隔で平織り等された織物を使用することが一般的である。（図１、図４参照）これは、柱状流工程等の短繊維を交絡処理する工程において、巻き込まれる空気の脱気が容易であり、また、通常、不織布と比較して平面上に大きな孔を有することから、柱状流に要する水圧を低く抑えることが可能だからである。これに対し、長繊維が平面上に一様に分散された熱可塑性合成長繊維不織布を中間層とした場合には、柱状流工程等で巻き込まれる空気の脱気が容易でなく、高水圧の柱状流処理を要するとの問題があった。

本発明者らは、中間層に熱可塑性合成長繊維不織布を用いることにより、スパンレース不織布の厚さ方向に、より段階的な傾斜構造を形成させ、スパンレース不織布の全体積において内部捕捉機能を発揮されることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。（図４、図５参照）

すなわち、本発明は、以下のとおりものである。
［１］熱可塑性合成長繊維不織布を中間層として含むスパンレース不織布からなるフィルタ材。

［２］前記中間層である熱可塑性合成繊維不織布が、繊維径５〜３０μｍ、目付２０〜１６０ｇ／m²であるスパンボンド不織布であり、そして該スパンボンド不織布の１の面側の層が、繊維径２〜１５μｍ、目付３０〜１００ｇ／m²である短繊維で構成され、他の面側の層が、繊維径７〜２５μｍ、目付５０〜２００ｇ／m²である短繊維で構成される、前記［１］に記載のフィルタ材。

［３］前記繊維径２〜１５μｍ、目付３０〜１００ｇ／m²である短繊維、及び繊維径７〜２５μｍ、目付５０〜２００ｇ／m²である短繊維の繊維長と繊維径の寸法比（Ｌ／Ｄ）は、いずれも、２００〜４０００である、前記［２］に記載のフィルタ材。

［４］予めウォータージェット加工を施したスパンボンド不織布がさらに積層されている、前記［１］に記載のフィルタ材。

［５］３０μｍ以上の粒子を９０％以上捕捉することができ、かつ、ＪＩＳ−Ｂ−８３５６−８に準拠した測定方法により測定したフィルタ寿命が３０分以上である、前記［１］〜［４］のいずれかに記載のフィルタ材。

［６］２０μｍ以上の粒子を９０％以上捕捉することができ、かつ、ＪＩＳ−Ｂ−８３５６−８に準拠した測定方法により測定したフィルタ寿命が２５分以上である、前記［１］〜［４］のいずれかに記載のフィルタ材。

［７］１０μｍ以上の粒子を９０％以上捕捉することができ、かつ、ＪＩＳ−Ｂ−８３５６−８に準拠した測定方法により測定したフィルタ寿命が２０分以上である、前記［１］〜［４］のいずれかに記載のフィルタ材。

［８］前記［１］〜［４］のいずれかに記載のフィルタ材の最下流部に、繊維径３０μｍ〜１００μｍのモノフィラメント織物が積層されているフィルタ材。

［９］前記［１］〜［４］のいずれかに記載のフィルタ材の端部周辺を熱シールして袋状に成形した、自動車燃料用フィルタ。

［１０］前記［１］〜［４］のいずれかに記載のフィルタ材の最下流部に、繊維径３０μｍ〜１７０μｍのモノフィラメント織物が積層されているフィルタ材の、端部周辺を熱シールして袋状に成形した、自動車燃料用フィルタ。

本発明の奏する効果の概要を説明すると、以下のようなものである：
（ｉ）スパンボンド不織布をスパンレース不織布の中間層として用いることにより、従来は織物であるため燃料等の通液を阻害していた中間層に通液がなされ、かつ、捕捉した微細粒子を保持する機能を有することにより、フィルタ寿命が延長される。
（ｉｉ）中間層が織物であるスパンレース不織布と比較して、不織布の厚さ方向に繊維径を変化させて、大きさの異なる粒子を順次捕捉する傾斜機能をより大きく持たせることが可能であり、フィルタ寿命が延長される。
（ｉｉｉ）織物を中間層として使用する場合と比較して、低コスト化が可能となる。

抄造法によるウェブの形成、及び柱状流処理によるスパンレース不織布の製造方法を示す概念図である。 スパンボンド不織布のウォータージェット加工を示す概念図である。 スパンレース不織布における短繊維と中間層の交絡工程を示す概念図である。 織物を中間層として用いたスパンレース不織布の断面写真である。 スパンボンド不織布を中間層として用いた本願のスパンレース不織布の断面写真である。 以下のモノフィラメント織物及びスパンボンド不織布について行った耐久性評価後のサンプルの摩耗状態を示す観察写真である： （ａ）モノフィラメント織物、繊維径＝１５０μｍ、４５ｍｅｓｈ （ｂ）モノフィラメント織物、繊維径＝７０μｍ、５０ｍｅｓｈ （ｃ）スパンボンド不織布、繊維径＝１３．５μｍ、４０ｇ／m² （ｄ）スパンボンド不織布、繊維径＝１３．５μｍ、２５ｇ／m² 捕捉効率測定の工程を示すフロー図である。 寿命評価に用いたシングルパステストを示すフロー図である。 寿命評価に用いたマルチパステストを示すフロー図である。 実施例１のスパンレース不織布の目付と通気度の相関を表すグラフである。 実施例７のスパンレース不織布の目付と通気度の相関を表すグラフである。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、熱可塑性合成長繊維不織布を中間層として含むスパンレース不織布からなるフィルタ材である。
本発明のフィルタ材として用いられるスパンレース不織布は、好ましくは、繊維径５〜３０μｍ、目付２０〜１６０ｇ／m²のスパンボンド不織布からなる中間層を有し、該スパンボンド不織布の１の面側の層が、繊維径２〜１５μｍ、目付３０〜１００ｇ／m²である短繊維で構成され、他の面側の層が、繊維径７〜２５μｍ、目付５０〜２００ｇ／m²である短繊維で構成される。前記繊維径２〜１５μｍ、目付３０〜１００ｇ／m²である短繊維、及び繊維径７〜２５μｍ、目付５０〜２００ｇ／m²である短繊維の繊維長と繊維径の寸法比（Ｌ／Ｄ）は、好ましくは、いずれも、２００〜４０００である。

スパンレース不織布を構成する繊維の繊維径、目付、Ｌ／Ｄが上記範囲にあると、スパンレース不織布に特徴的な交絡処理における交絡効果が高く、繊維が三次元方向に短い間隔で交絡することができる。そのため、該スパンレース不織布は、表面方向及び厚み方向に均一な繊維配列を有し、目的とする微細粒子の捕捉に十分なフィルタ性能を得ることができる。また、中間層上下の繊維を上記構成とすることにより、不織布の厚さ方向に繊維径を変化させた傾斜機能を持たせて、各層で異なる粒子径の微細粒子を保持してフィルタ寿命を延長させることが可能となる。

本明細書中、スパンレース不織布とは、短繊維をウェブ化し、高圧水流で繊維を交絡させた不織布をいい、例えば、カードウェブ、ランダムウェブ、湿式抄造ウェブ等を高圧の柱状流により、三次元交絡させた不織布が挙げられる。中でも極細の短繊維を用いて湿式抄造ウェブとし、高圧の柱状流により三次元交絡させた湿式極細繊維不織布は、スパンボンド不織布やメルトブロー不織布などの合成長繊維不織布と比較して、目付、厚み、通気度などフィルタ性能に影響を及ぼす物性が均一であり、微細粒子の捕捉効率が優れている点からも、サクションフィルタ用不織布として好ましい。

本発明において、スパンレース不織布の中間層として用いられるスパンボンド不織布は、公知の方法により製造することができる。例えば、合成樹脂をエクストルーダーで加熱・溶融し、紡糸口金から押し出し・延伸して連続した長繊維を得、次いで当該長繊維を均一に分散させたウェブをエンボスロール等の熱圧着により接合する方法などがある。

前記したように、上下に配置される短繊維の繊維径、目付等との関係から、スパンボンド不織布の繊維径は５〜３０μｍであることが好ましく、より好ましくは７〜２０μｍであり、さらに好ましくは１０〜１５μｍである。目付は、短繊維の交絡時における高水圧柱状流での安定運転性を考慮すると、２０〜１６０ｇ／m²であることが好ましく、より好ましくは２５〜１２０ｇ／m²、さらに好ましくは３０〜８０ｇ／m²である。目付が２０ｇ／m²未満であると、柱状流処理の際に上下の繊維が反対層に移動し、傾斜機能が損なわれる傾向がある。一方、１６０ｇ／m²以上を超えると、抄造工程において排水性が悪化する傾向があり、また、高水圧柱状流処理の際に空気が排出されず、短繊維と中間層として使用されるスパンボンド不織布との交絡が阻害されることがある。

短繊維及び中間層として用いる熱可塑性合成長繊維不織布の材質は、ナイロン６、ナイロン６６、共重合ポリアミド系繊維、ポリエチレン、ポリプロピレン、共重合ポリプロピレン等のオレフィン系繊維、ポリエチレンテレフタレート、共重合ポリエステル等のポリエステル系繊維が挙げられる。これらの例示中では、短繊維及び中間層として用いる熱可塑性合成長繊維不織布の材質として、燃料油に対して、膨潤が少なく、積層加工等における取扱性が比較的容易なポリエステル系繊維やポリアミド系繊維を用いることが好ましい。

また、高水圧柱状流処理の際に混入した空気が、短繊維と中間層として使用されるスパンボンド不織布との交絡を阻害することを防止するといった前述の問題点を解消するため、当該スパンボンド不織布には公知の方法等により親水処理を施したものを用いることが好ましい。

親水処理剤としては、カチオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤等の界面活性剤を用いることができるほか、親水性の付与が可能なものであれば、適宜使用可能である。具体的な例としては、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステルなど界面活性剤の水溶液、エチルアルコール溶液、又はエチルアルコールと水の混合溶液等が挙げられる。これらの親水処理剤は、グラビアロール方式、キスロール方式、浸漬方式、スプレー方式などの公知の方法を適用して塗布をすることができる。以下の実施例で使用した浸水加工処理は、非イオン系界面活性剤であるサンノプコ社製ノプコウェットＳＮ−２０Ｔを濃度１０％に調整し、キスコーターを用いて塗布を行った。また、親水化処理を施したものの親水化の程度は、注射器を用い約０．０５ｃｃの純水の水滴を親水化処理したスパンボンド不織布上に３ｃｍ上から滴下し、３０秒以内に吸収される程度ものであり、好ましくは２０秒以内、さらに好ましくは１０秒以内のものである。

本発明の実施例に挙げたスパンレース不織布は、前記の方法により親水処理を施したポリエチレンテレフタレート製長繊維不織布を、公知のスパンボンド法により作製し、得られたスパンボンド不織布を中間層として、図３に示す方法により作製した。

本発明における短繊維は、長繊維が切断加工されたもので構成される。

中間層の１の側面にあたる下流層に用いる短繊維は、フィルタ性能として求められる捕捉効率及び寿命との関係から、繊維径が２〜１５μｍであることが好ましく、より好ましくは３〜１４μｍ、さらに好ましくは４〜１３μｍである。２μｍより小さな繊維径では、高捕捉効率となるものの寿命が短くなり、また、スパンレースの製造工程において抄造ウェブを作製する場合に短繊維の充分な分散が得られず、小面積で使用された場合には複数のフィルタ間におけるフィルタ性能の均一性が低下する傾向がある。一方、繊維径が１５μｍを超えると、捕捉効率が低下し、求められるフィルタ性能が得られないことがある。下流層の目付は３０〜１００ｇ／m²であることが好ましい。３０ｇ／m²より小さいと、求められる捕捉効率が得られないことがあり、一方、１００ｇ／m²を超えると、捕捉効率は高くなるが、フィルタの初期通液抵抗が高くなり、結果としてフィルタ寿命が低下する傾向がある。下流層のＬ／Ｄは２００〜４０００であることが好ましい。Ｌ／Ｄ比が２００より小さいと、短繊維が充分に交絡せず、フィルタの使用時に短繊維が脱落してフィルタ性能を損なうことがある。一方、４０００より大きいと、抄造ウェブの作製工程において充分な分散が行われず、フィルタ性能の均一性が損なわれる傾向がある。

中間層の他の側面にあたる上流層に用いる短繊維は、フィルタ性能に求められる捕捉効率及び寿命との関係から、繊維径が７〜２５μｍであることが好ましく、より好ましくは８〜２０μｍ、さらに好ましくは９〜１８μｍである。７μｍより小さな繊維径では、高捕捉効率化から上流層において目詰まりが発生してフィルタ寿命が短くなり、一方、２０μｍを超えると捕捉効率が低下して下流層への粒子の流出が多くなり、全体としてフィルタ寿命が低下する。上流層の目付は５０〜２００ｇ／m²であることが好ましい。目付が５０ｇ／m²より小さいと、上流層において粒子の捕捉が充分に行われず、下流層への粒子の流出が増加することから全体としてフィルタ寿命が低下する傾向がある。一方、２００ｇ／m²を超えると、捕捉効率は高くなるが、柱状流処理による短繊維の交絡が充分に行われず、またフィルタの初期通気抵抗が高くなり、結果としてフィルタ寿命が低下する傾向がある。上流層のＬ／Ｄは２００〜４０００であることが好ましい。Ｌ／Ｄ比が２００より小さいと、短繊維が充分に交絡せず、フィルタの使用時に短繊維が脱落してフィルタ性能を損なうことがあり、一方、４０００より大きいと、抄造ウェブの作製工程において充分な分散が行われず、フィルタ性能の均一性が損なわれることがある。

スパンレース不織布の層の構成においては、下流層と上流層の傾斜機能を十分に発揮させるため、下流層に用いる短繊維は、上流層と比較して繊維径の小さなものを用いることが好ましい。

また、短繊維について、繊維径の異なる２種類以上のものを混合することによりさらに捕捉効率が高く、長寿命な構成を見いだすこともできる。例えば、上流層において１０μｍと１２μｍ、下流層において４μｍと７μｍの短繊維を混合した場合などである。

サクションフィルタ用フィルタ材には、接続される燃料ポンプの各種性能から求められる微細粒子の捕捉効率と、捕捉効率を維持しながら充分なフィルタ寿命を維持することが求められる。本発明に係るフィルタについて、図７に示す方法により測定した各粒子径毎の粒子の捕捉効率、図８に示す方法により測定した１０ｋＰａに到達するフィルタ寿命、及び図９に示す方法により測定した１０ｋＰａに到達するフィルタ寿命は、以下の表１に示す通りである。

本発明に係るフィルタ材は、中間層としてスパンボンド不織布を用い、かつ、特定範囲の短繊維を用いたスパンレース不織布とすることにより、充分な微細粒子の捕捉効率を維持しながら、フィルタ寿命を格段に上昇させることができることが、表１から明らかである。

また、ウォータージェット加工等によって、空隙率を増大させることにより、微細粒子の捕捉効率を低下させ、かつ、大粒子の内部捕捉量を増加させたスパンボンド不織布（以下、「ＷＪ−ＳＢ」ともいう。）を、前処理層として、前記スパンレース不織布に積層させることにより、フィルタ寿命を更に延長することができる。

すなわち、前記スパンレース不織布を構成する短繊維の繊維径の大きい側面を通液に際しての上流層とし、該上流層にＷＪ−ＳＢをさらに積層させることにより、スパンレース不織布に対するろ過孔径の傾斜機能を付与することができる。これにより、過大な粒子が供給された場合に、スパンレース層が短時間で閉塞することを防止し、フィルタ寿命の延長に効果的に寄与することが可能となる。

スパンボンド不織布の目詰まりによってフィルタ全体の圧力損失が上昇し、短寿命となることを回避するためには、充分に繊維径の太いスパンボンド不織布や、目付の低いスパンボンド不織布等を用いることも考えられる。しかしながら、この場合には、スパンレース不織布の前処理層としての効果を十分に発揮することができず、各不織布の積層体全体として求められるフィルタ寿命は、ＷＪ−ＳＢを積層した場合と比較して、短いものとなる。

ＷＪ−ＳＢの具体的な製法としては、公知のスパンボンド不織布の製造工程を用い、ネットやドラム上に集積した圧着前の長繊維不織布に、直接ウォータージェット加工を施し、空隙率を増大させてもよい。また、集積したスパンボンド不織布を低温・低圧条件で圧着して巻き取った後、別工程にてウォータージェット加工を行い、空隙率を増大させてもよい。ここで、低温・低圧の条件で圧着して巻き取ったスパンボンド不織布は、不織布の形態をしているもののウォータージェット加工によって空隙率を増大させることが出来る程度の軽度の圧着の程度であることが好ましい。具体的には不織布表面を手で軽く擦ると毛羽立ちが起こる位が良い。より具体的には、上記によって得られた長繊維不織布上に、ＪＩＳ−Ｌ−０８０３：２０１１染色堅ろう度試験用に規定される３−１号綿布を載せ、その上に底面積１２．６ｃｍ^２の５００ｇ分銅を乗せた後、当該綿布を不織布上で５ｃｍ移動させた場合に、生ずる摩擦力によって長繊維不織布表面が毛羽立つ程度がよい。

ウォータージェット加工は、工程速度１〜１５ｍ／ｍｉｎで、図２に概要を示す工程により行う。この場合の下記の式で示すノズル１孔当たりの流体の仕事率Ｖは、０．５〜１５Ｗ、好ましくは１〜１３Ｗ、より好ましくは２〜１０Ｗである。また、ノズル間隔は、１．０〜２．５ｍｍが好ましく、より好ましくは１．５〜２．０ｍｍである。尚、上述のウォータージェット加工の回数は、厚さ方向での空隙率のばらつきを抑えるため、少なくとも表裏１回以上行わなければならない。

前記ウォータージェット加工に際し、ノズル１孔当たりの流体の仕事率Ｗは、特開２００８−１２７６９６号公報を参照し、下記の計算式により算出した。
Ｖ＝６０［２ｇ（Ｐ１−Ｐ２）１００００／（１０００ρ）］^０．５
｛式中、
Ｖ：ノズルから吐出される流体の流速［ｍ／ｍｉｎ］
ｇ：重力加速度＝９．８［ｍ／ｓ^２］
Ｐ１：流体の水圧［ｋｇｆ／ｃｍ^２］
Ｐ２：大気圧＝１．０３［ｋｇｆ／ｃｍ^２］
ρ：流体の密度［ｇ／ｃｍ^３］である。｝。

Ｆ＝１００Ｖ（Ｓ／１００）
｛式中、
Ｆ：ノズル１つの孔から吐出される流体の流量［ｃｍ^３／ｍｉｎ］［ｃｍ^３／ｍｉｎ］
Ｓ：ノズル１つの孔から吐出される流体の面積［ｍｍ^２］
Ｖ：ノズルから吐出される流体の流速［ｍ／ｍｉｎ］である。｝。

Ｗ＝０．１６３Ｐ１（Ｆ／１００）
｛式中、
Ｗ：ノズル１孔当たりの流体の仕事率［Ｗ］
Ｐ１：流体の水圧［ｋｇｆ／ｃｍ^２］
Ｆ：ノズル１つの孔から吐出される流体の流量［ｃｍ^３／ｍｉｎ］である。｝。

ＷＪ−ＳＢは、その傾斜機能をより効果的に発揮させるため、スパンレース不織布の孔径によって種々の組合せを選択することができる。すなわち、スパンレース不織布の構成によって、単一のＷＪ−ＳＢを用いてもよいし、繊維径の異なるスパンボンド不織布を使用して作製した異なる繊維径のＷＪ−ＳＢを複数枚積層させたものを用いてもよい。フィルタ材に求められる微細粒子の捕捉効率、寿命、初期圧力損失、コスト等のバランスに応じ、最適な積層構成を選択することができる。

以下の表３に、得られたスパンレース不織布、ＷＪ−ＳＢ、及び補強材として用いるスパンボンド不織布、モノフィラメント織物を組合せてフィルタ材を作製し、それぞれのフィルタ特性を調べた結果を、示す。

サクションフィルタは、通常、特許文献１の図２及び特許文献２の図１に示されるような袋状をなし、その内部には当該袋の内面が密着して燃料の流れを阻害することを防止するため、間隔形成部品が内装されている。さらに、かかる間隔形成部品は、内部空間を常時適切に形成させることを目的として、骨材状の突起をもってフィルタ材の下流層の面と接触している。そのため、車両走行時の振動等によって当該突起部と接触するフィルタ材に繊維の断裂が生ずる恐れがあり、これが進行した場合、当該断裂した繊維がフィルタ材から遊離し、燃料ポンプに流入して燃料ポンプの破損につながるおそれがある。かかる問題を解消するため、フィルタ材の最下流部に、通常の不織布に比較して単糸強度の高いと考えられるモノフィラメント織物を使用することもできる。これにより、サクションフィルタの間隔形成部品とフィルタ材との接触によって生じる繊維の断裂を防止し、強度面での信頼性の高いフィルタ材を得ることができる。

該モノフィラメント織物は、車両の走行振動等によって目開きに変動が生じ、ひいては広間隔化した織り目に前述の間隔形成部品の突起が進入することを防止するため、繊維径３０〜１７０μｍ、１インチあたりの繊維数２０本〜７０本であることが好ましい。繊維径が上記範囲にあることによって、繊維間隔を充分に広くすることが可能となり、燃料の流通を阻害せず、当該織物部で生じる圧力損失を低く抑えることができる。また、１インチあたりの繊維数が前記範囲にあることにより、車両の振動等によって目開きに変化が生じた場合でも、隣接する繊維と接触して、当該目開きの変動を、前記突起部の接触面積に対し充分に少ない変動として制限することができる。

なお、フィルタに求められる耐用年数、コスト等を考慮し、モノフィラメント織物に代えて、スパンボンド不織布等を補強材として採用することもできる。この場合でも、フィルタ材として用いられるスパンレース不織布の下流層の短繊維と前述突起部とが直接接触することが防止され、該短繊維が断裂・遊離することにより生じる短繊維の流出を防止することができる。

フィルタの外層部には当該袋状の外面が燃料タンク内面と密着して燃料の流れを阻害することを防止し、かつ、燃料タンク内面との接触によりフィルタ材に用いられる繊維が断裂・遊離することを防止するため、通常のスパンボンド不織布やモノフィラメント織物等を積層することができる。

得られた各種不織布と上記補強材の接合は、超音波ウェルダー、ヒートシール、カレンダー加工、接着剤等による各種接合方法を用いることができる。超音波ウェルダーを用いて部分的に溶融する接合は、厚み・空隙構造を維持しながらフィルタ材を作製することができるため好ましい方法である。

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
実施例中の特性は、下記の方法で測定した。
（１）目付［ｇ／m²］
ＪＩＳ−Ｌ−１９１３−２０１０に規定される測定方法に準拠した方法により測定した。すなわち、１００ｍｍ×１００ｍｍの試料を原反幅方向に１０点以上、長さ方向に３点採取し、採取した試料の重量を測定し、これをｇ／m²に換算し、その平均値を求めた。

（２）厚み［ｍｍ］
ＪＩＳ−Ｌ−１９１３−２０１０に規定される測定方法に準拠した方法により測定した。すなわち、ＷＪ−ＳＢ及びＷＪ処理前のスパンボンド不織布については０．５ｋＰａ、その他の材料及び各材料の積層体については９．８ｋＰａの加圧下で、厚みを測定した。測定点は２０点であり、その平均値を求めた。

（３）通気度［ｃｍ^３／ｃｍ^２／ｓｅｃ］
ＪＩＳ−Ｌ−１９１３−２０１０に規定されるフラジール形試験機で、３カ所測定し、その平均値を求めた。

（４）繊維径［μｍ］
不織布の表面を顕微鏡写真で拡大し、その繊維径を１０点実測し、その平均値を求めた。

（５）空隙率［％］
不織布の目付及び厚みを測定し、以下の計算式により算出した。尚、ポリエチレンテレフタレートの比重には、１．３８を用いた。
空隙率＝（１−不織布を構成する繊維の総体積／不織布体積）×１００

（６）捕捉効率［％］
図７に示す方法により測定した。すなわち、上水に、ＪＩＳ−Ｚ−８９０１に規定される試験用ダスト７種を添加し、超音波振動で１分間撹拌したものを試験液とした。該試験液を、有効面積１２．５ｃｍ^２のサンプルに、流量１２ｃｃ／ｍｉｎ／ｃｍ^２で通過させ、サンプル通過前後の試験液を採取し、各液の粒度分布を粒度分布計で測定して、各粒子の捕捉効率を求めた。なお、試験液は、サンプル通過前の１０μｍ粒子の個数が３０００個程度となるように、該ダストの添加量を調整した。粒度分布測定に際しては、測定器としてＰＳＳ社 ＡＣＣＵＳＩＺＥＲ ＭＯＤＥＬ１７８０ＳＩＳを使用し、１０μｍ、２０μｍ、３０μｍの粒子個数を、サンプル通過前後の試験液について計測した。捕捉効率は下記式により求めた。
捕捉効率［％］＝（１−出口側粒子個数／入口側粒子個数）×１００

（７）フィルタ寿命［分］
シングルパス評価は図８に、マルチパス評価は図９に示す方法により行った。すなわち、シングルパス評価については、ＪＩＳ−Ｋ−２２０４に規定される２号軽油（以下、「ＪＩＳ２号軽油」ともいう。）中に、ＪＩＳ−Ｚ−８９０１に規定される試験用ダスト８種を２０ｍｇ／Ｌの割合で添加したものを試験液とし、該試験液を、有効面積１２．５ｃｍ^２のサンプルに流量１５０ｃｃ／ｍｉｎで通過させ、該サンプルにおける圧力損失が１０ｋＰａに到達するまでの時間を計測し、フィルタ寿命とした。
また、マルチパス評価については、９．５リットルのＪＩＳ２号軽油中を、有効面積４５．３ｃｍ^２のサンプルに流量１Ｌ／ｍｉｎで通過させ、該ＪＩＳ２号軽油軽油中に、ＪＩＳ−Ｚ−８９０１に規定される試験用ダスト８種と試験用ダスト１１種を１：２の割合で混合したものを、５分間隔で２．１ｇ添加し、該サンプルにおける圧力損失が１０ｋＰａに到達するまでの時間を計測し、フィルタ寿命とした。

マルチパス評価におけるダストの添加に際しては、上記２．１ｇの試験用ダストを１００ｃｃサンプルビンに採取し、８０℃に調整された恒温槽内で３０分間の乾燥を行った後、該サンプルビンにＪＩＳ２号軽油１００ｃｃを投入し、これを１分間超音波分散した後、図９に示す軽油タンク２３内に投入した。ダストの乾燥は、該試験用ダスト中の水分を除去するためであり、評価中にダスト粒子が凝集することを防止するためである。
また、シングルパス評価・マルチパス評価共に、使用するＪＩＳ２号軽油中にはイソプロピルアルコールを１体積％添加した。ダスト粒子同士が接触して生ずる静電気により、ダスト粒子が凝集し、評価対象とは異なる粒度分布となることを防止するためである。同様の理由から、シングルパス評価におけるダスト液タンク２５内のダスト液の調製に際しても、添加するダスト粒子は８０℃に調整された恒温槽内で３０分間乾燥させたものを用い、また、該ダスト液にはイソプロピルアルコールを１体積％添加した。

（８）耐久性評価
ＪＩＳ−Ｌ−１９１３−２０１０に規定されるテーバー形法を用いて３ヵ所測定し、その平均値を求めた。摩耗輪には同規格中のＣＳ−１０用い、サンプルに物理的変化が生ずるまで評価を継続した。

［実施例１、２、及び４〜６、並びに参考例３］
以下の表１に示すように、スパンレース不織布を構成する短繊維の繊維径を変化させた場合のフィルタ性能を比較した。実施例１と実施例２を比較すると、実施例２はフィルタ寿命が延長されるものの、ダストの捕捉効率が低下する結果となった。下流層の捕捉効率が低下することにより、ダストの内部捕捉量が低下し、全体としてフィルタ寿命が延長されたものと考えられる。また、実施例１と参考例３を比較すると、参考例３は上流層および下流層共に繊維径が大きいため、実施例２に比較してさらにダストの捕捉効率が低下し、寿命が延長される結果となった。これに対し、下流層の繊維径を実施例１に対し小さくした実施例４では、捕捉効率が上昇するものの、短寿命となる傾向となった。また、上流層の繊維径を２３μｍとした実施例５、実施例６の場合、実施例１と実施例２に比較してダストの捕捉効率が低下し、かつ、フィルタ寿命が短くなった。上流層と下流層の繊維径差が大きいため、充分な傾斜機能が発揮されず、フィルタ寿命に対する下流層の負荷が大きくなったためである。

［実施例７、８、及び１０、並びに参考例９と１１］
スパンレース不織布を構成する短繊維の目付を変化させた場合のフィルタ性能を比較した。本実施例の短繊維において下流層の目付を１００ｇ／m²（実施例８）と１２０ｇ／m²（参考例９）とした場合、８０ｇ／m²（実施例７）の場合と比較して捕捉効率は上昇するものの、フィルタ寿命は低下する傾向となった。また、下流層の目付を３０ｇ／m²（実施例１０）と１５ｇ／m²（参考例１１）とした場合、フィルタ寿命は延長されるものの、捕捉効率が低下する傾向となった。

［実施例１２、比較例１］
中間層として親水処理を行ったスパンボンド不織布を用いた場合（実施例１２）と織物を用いた場合（比較例１）のフィルタ性能を比較した。上流層には繊維径１０μｍ、目付１５０ｇ／m²の短繊維を、下流層には繊維径４μｍ、目付５０ｇ／m²の短繊維を、図３に示すスパンレース処理を行うことにより交絡させた。この結果から、スパンボンド不織布を中間層に用いた場合には、織物を中間層に用いた場合と比較して、長寿命となることがわかった。織物部は、通液がされないため、粒子の捕捉がなされないが、スパンボンド不織布を中間層に用いた場合には、該中間層にも粒子が捕捉されるため、スパンレース不織布全体における粒子の保持量が増加し、長寿命化したものと考えられる。

［実施例１３］
親水加工を行わないスパンボンド不織布を中間層として用いた場合（実施例１３）、柱状流処理の際に混入した空気が、短繊維と中間層として使用されるスパンボンド不織布との交絡を阻害した。これにより部分的に短繊維が中間層に交絡されない部位が生じ、適正なスパンレース不織布の形成がなされない部分が生じたが、全体としては使用可能であった。これに対し、親水加工をおこなったスパンボンド不織布を中間層として用いた場合（実施例１２）、柱状流処理の際に混入した空気は充分に排出され、該スパンボンド不織布の両面に配される短繊維は均一な交絡がなされた。尚、今回採用した親水加工処理は、非イオン系界面活性剤であるサンノプコ社製ノプコウェットＳＮ−２０Ｔを濃度１０％に調整し、キスコーターを用いて塗布を行ったものである。

［参考例１４、及び実施例１５〜１８］
スパンレース不織布の中間層として用いるスパンボンド不織布の、目付を変化させた場合の構成を比較した。２０ｇ／m²〜１２０ｇ／m²の場合（実施例１２、実施例１５〜１７）には、抄造及び柱状流処理における問題は生じなかった。これに対し、１２ｇ／m²の場合（実施例１５）では、上流層及び下流層の短繊維が反対側の層にも移動し、傾斜機能が損なわれたためフィルタ寿命が低下する結果となった。また、１３０ｇ／m²の場合（実施例１８）には、抄造及び柱状流処理は可能であったものの、排水抵抗が高くなることから、他の実施例と比較して長時間での排水処理が必要となり、さらに柱状流処理の際にも、巻き込まれる空気の排出時間を長く取る必要があった。

［実施例１９、参考例２０］
スパンレース不織布を構成する上流層の短繊維の、繊維径を変化させた場合のフィルタ性能を比較した。上流層の短繊維の繊維径を小さくすると、フィルタ全体として捕捉効率が上昇する傾向にはあるが、フィルタ寿命は低下する結果となった。下流層との孔径差が小さくなり、上流層での目詰まりが多くなるためであると考えられる。

［実施例２１］
スパンレース不織布を構成する下流層の短繊維の、繊維径を変化させた場合のフィルタ性能を比較した。下流層の短繊維の繊維径を３μｍとした場合（実施例２１）、粒子の捕捉効率は高くなるものの、フィルタ寿命は短いものとなった。下流層においてより多くの粒子が捕捉され、繊維径４μｍの場合（実施例１２など）と比較して短時間で細孔の閉塞が生じたためであると考えられる。

［実施例２２、参考例２３］
通液に際し、上流層に配される短繊維の繊維径と、下流層に配される短繊維の繊維径を、逆転させた場合のフィルタ性能を比較した。この場合、粒子の捕捉効率はほぼ同等であるものの、フィルタ寿命に大きな差が生じた。このことから、フィルタ寿命を延長させるためには、上流層に下流層より繊維径の大きな短繊維を配し、上流層から順次、大きな径の粒子を捕捉する傾斜機能を付与することが好ましいことが分かった。

［実施例２４〜２６］
スパンレース不織布を構成する短繊維のＬ／Ｄを変化させた場合の短繊維の分散性を比較した。Ｌ／Ｄ＝１２５０の場合（実施例１２）には、抄造の際の短繊維の分散性は良好であった。しかし、Ｌ／Ｄ＝２８００とした場合（実施例２４）やＬ／Ｄ＝３７５０とした場合（実施例２５）には、徐々に分散性が低下し、Ｌ／Ｄ＝５０００とした場合（実施例２６）には分散性がさらに低下した。抄造後の状態を観察すると、Ｌ／Ｄ＝５０００の場合には、短繊維の固まりが生じ、短繊維の存在する部位と、存在しない又は非常に少ない部位が混在する結果となった。Ｌ／Ｄが大きい場合、抄造時の分散性が低下し、フィルタ性能のばらつきにつながる、スパンレース不織布の目付ばらつきが生じることが分かった。

［実施例２７］
スパンレース不織布を構成する短繊維のＬ／Ｄを変化させた場合の、短繊維の交絡性を比較した。Ｌ／Ｄ＝２００以上の場合（実施例１、参考例３、参考例２０など）には、柱状流処理により短繊維は充分に交絡し、短繊維層と中間層の剥離は生じなかった。Ｌ／Ｄ＝２００未満の場合（実施例２７）には、柱状流処理後に層間剥離が生じた。このことから、Ｌ／Ｄが２００未満の場合には、短繊維同士及び短繊維と中間層との交絡が充分に行われないことが分かった。

［実施例２８〜３６］
低圧・低温度で圧着したスパンボンド不織布を用いて、ウォータージェット加工を行い、ＷＪ−ＳＢを得た（実施例２８〜３６）。ウォータージェット加工条件は、以下の表２に示す通りである。また、仕上げの条件として、ウォータージェット加工を行った後のサンプルは８０℃で乾燥させた。

作製したＷＪ−ＳＢの構成及び該ＷＪ−ＳＢのフィルタ性能を、以下の表３に示す。実施例２８〜３０では、繊維径１３．５μｍのスパンボンド不織布を用い、目付４０〜１２０ｇ／m²のものを作製した。また、実施例３１〜３３では、繊維径１２．５μｍのスパンボンド不織布を用い、目付４０〜１２０ｇ／m²のものを作製した。実施例３４〜３６では、繊維径１１μｍのスパンボンド不織布を用い、目付４０〜１２０ｇ／m²のものを作製した。
フィルタ性能は、スパンレース不織布と同様、繊維径及び目付に応じて変化した。すなわち、繊維径が小さくなるにつれダストの捕捉効率が向上し、また、これに伴いフィルタ寿命が低下した。フィルタに求められる性能に応じて、これらのＷＪ−ＳＢをスパンレース不織布に積層させ、スパンレース不織布の寿命を延長させる効果を得ることができた（以下の実施例３７〜４０参照）。

［実施例３７〜４０］
スパンレース不織布にＷＪ−ＳＢを積層した場合のフィルタ性能を、以下の表４に示す。
実施例３７では、通液に際しての上流側から順に、以下の内容で各フィルタ材を積層した：
（１−１）繊維径７０μｍ、５０メッシュ、平織りのモノフィラメント織物
（１−２）実施例２９のＷＪ−ＳＢ
（１−３）実施例３２のＷＪ−ＳＢ
（１−４）実施例１のスパンレース不織布
（１−５）繊維径１３．５μｍ、目付２５ｇ／m²のスパンボンド不織布

実施例３８では、通液に際しての上流側から順に、以下の内容で各フィルタ材を積層した：
（２−１）繊維径７０μｍ、５０メッシュ、平織りのモノフィラメント織物
（２−２）実施例２９のＷＪ−ＳＢ
（２−３）実施例３２のＷＪ−ＳＢ
（２−４）実施例３５のＷＪ−ＳＢ
（２−５）実施例７のスパンレース不織布
（２−６）繊維径１３．５μｍ、目付２５ｇ／m²のスパンボンド不織布

実施例３９では、通液に際しての上流側から順に、以下の内容で各フィルタ材を積層した：
（３−１）繊維径７０μｍ、５０メッシュ、平織りのモノフィラメント織物
（３−２）実施例２９のＷＪ−ＳＢ
（３−３）実施例３２のＷＪ−ＳＢ
（３−４）実施例３５のＷＪ−ＳＢ
（３−５）実施例１２のスパンレース不織布
（３−６）繊維径１３．５μｍ、目付２５ｇ／m²のスパンボンド不織布

実施例４０では、通液に際しての上流側から順に、以下の内容で各フィルタ材を積層した。
（４−１）繊維径７０μｍ、５０メッシュ、平織りのモノフィラメント織物
（４−２）実施例２９のＷＪ−ＳＢ
（４−３）実施例３２のＷＪ−ＳＢ
（４−４）実施例３５のＷＪ−ＳＢ
（４−５）実施例３５のＷＪ−ＳＢ
（４−６）実施例１２のスパンレース不織布
（４−７）繊維径１３．５μｍ、目付２５ｇ／m²のスパンボンド不織布

全ての実施例で、ＷＪ−ＳＢを積層した場合に、捕捉効率を維持したままフィルタ寿命を延長する効果が得られた。繊維径の異なるＷＪ−ＳＢを積層することにより、プレフィルタとしての傾斜機能を付与し、スパンレース不織布の寿命を延長させたためである。
尚、積層に際しては、各フィルタ材を重ね合わせ、超音波ウェルダーを用いて部分的に溶融接合を行った。この部分接合は、１点あたりの溶融面積を３ｍｍ^２とし、１９〜２１ｍｍ間隔の正三角形配列とした。

図６に、耐久性評価後のサンプル写真を示す。サンプルには、ポリエチレンテレフタレート製のモノフィラメント織物であって、（ａ）繊維径１５０μｍ、１インチあたりの繊維数４５本のもの、及び（ｂ）繊維径７０μｍ、１インチあたりの繊維数５０本のものを用いた。また、比較サンプルとして、繊維径１３．５μｍのポリエチレンテレフタレート製スパンボンド不織布であって、（ｃ）目付４０ｇ／m²及び（ｄ）２５ｇ／m²を用いた。スパンボンド不織布と比較して、モノフィラメント織物は格段に優れた耐久性能を有していることが分かる。

以下の表５、図１０（実施例１）、図１１（実施例７）に、スパンレース不織布（実施例１、実施例７）、及びスパンボンド不織布（比較例２）の目付と通気度の測定結果を表す。尚、表５中の「Ｒ」は、目付と通気度の最大値と最小値の差を、「σ」は、目付と通気度の標準偏差を、「ＣＶ値」は、標準偏差と平均値の比、すなわち変動係数であって百分率とした値をあらわす。これらの結果から、実施例１と実施例７のスパンレース不織布は、比較例２のスパンボンド不織布に比較して、目付と通気度のばらつきが少ないことが分かる。ここで、目付と通気度は、フィルタ性能に直結するフィルタ材の基礎的物性であることから、スパンレース不織布はスパンボンド不織布と比較して、フィルタ性能のばらつきが小さいことが分かる。Ｌ／Ｄが前記範囲内にある短繊維は、湿式抄造法等により均一に分散させることが可能であり、本発明に用いたスパンレース不織布は該方法により得られた抄造シートを柱状流により交絡させたものである。そのため、公知の方法により生産されたスパンボンド不織布と比較して、小面積で比較した場合にもの繊維の分散性が高く、より均一なフィルタ性能を得ることが可能と考えられる。

本発明は、熱可塑性合成長繊維不織布を中間層として含むスパンレース不織布からなるフィルタ材であり、従来ものよりも、フィルタ寿命が延長され、低コスト化となるため、自動車用燃料タンクに設置される燃料ポンプの１次側に用いられるサクションフィルタ用のフィルタ材として好適に利用可能である。

１ 交絡処理前の抄造ウェブ
２ 交絡処理後の抄造ウェブ
３ａ 短繊維
３ｂ 短繊維
４ 中間層（織物）
５ ウォータージェット工程
６ 乾燥工程
７ 巻出工程
８ 巻取工程
９ａ 短繊維スラリー
９ｂ 短繊維スラリー
１０ 中間層
１１ 抄造工程
１２ 短繊維（上流層）
１３ 短繊維（下流層）
１４ 中間層（長繊維不織布）
１５ 撹拌機
１６ ダスト液タンク
１７ チューブポンプ
１８ チューブ
１９ サンプルフィルター
２０ 採取瓶
２１ マグネットギヤポンプ
２２ クリンアップフィルター
２３ 軽油タンク
２４ 流量計
２５ ダスト液タンク
２６ 撹拌ポンプ
２７ 圧力計
２８ 回転容積式一軸偏心ねじポンプ

Claims (9)

1. 熱可塑性合成長繊維不織布を中間層として含むスパンレース不織布からなる自動車燃料用フィルタ材であって、該中間層である熱可塑性合成長繊維不織布が、繊維径５〜３０μｍ、目付２０〜１６０ｇ／m ² であるスパンボンド不織布であり、そして該スパンボンド不織布の１の面側の層が、繊維径２〜１５μｍ、目付３０〜１００ｇ／m ² である短繊維で構成され、他の面側の層が、繊維径７〜２５μｍ、目付５０〜２００ｇ／m ² である短繊維で構成される前記フィルタ材。
2. 前記繊維径２〜１５μｍ、目付３０〜１００ｇ／m²である短繊維、及び繊維径７〜２５μｍ、目付５０〜２００ｇ／m²である短繊維の繊維長と繊維径の寸法比（Ｌ／Ｄ）は、いずれも、２００〜４０００である、請求項１に記載のフィルタ材。
3. 予めウォータージェット加工を施したスパンボンド不織布がさらに積層されている、請求項１に記載のフィルタ材。
4. ３０μｍ以上の粒子を９０％以上捕捉することができ、かつ、ＪＩＳ−Ｂ−８３５６−８に準拠した測定方法により測定したフィルタ寿命が３０分以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のフィルタ材。
5. ２０μｍ以上の粒子を９０％以上捕捉することができ、かつ、ＪＩＳ−Ｂ−８３５６−８に準拠した測定方法により測定したフィルタ寿命が２５分以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のフィルタ材。
6. １０μｍ以上の粒子を９０％以上捕捉することができ、かつ、ＪＩＳ−Ｂ−８３５６−８に準拠した測定方法により測定したフィルタ寿命が２０分以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のフィルタ材。
7. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のフィルタ材の最下流部に、繊維径３０μｍ〜１７０μｍのモノフィラメント織物が積層されているフィルタ材。
8. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のフィルタ材の端部周辺を熱シールして袋状に成形した、自動車燃料用フィルタ。
9. 請求項７に記載のフィルタ材の端部周辺を熱シールして袋状に成形した、自動車燃料用フィルタ。