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JP3014439B2 - 濾 材 - Google Patents

濾 材

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JP3014439B2
JP3014439B2 JP2327043A JP32704390A JP3014439B2 JP 3014439 B2 JP3014439 B2 JP 3014439B2 JP 2327043 A JP2327043 A JP 2327043A JP 32704390 A JP32704390 A JP 32704390A JP 3014439 B2 JP3014439 B2 JP 3014439B2
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JP
Japan
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fiber
filter medium
fibers
layer
filter
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JP2327043A
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恭行 奥
昌伸 松岡
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Mitsubishi Paper Mills Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Paper Mills Ltd
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Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=18194674&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=JP3014439(B2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
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  • Filtering Materials (AREA)
  • Lubrication Details And Ventilation Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は濾材に関するものであって、特にエンジン等
の内燃機関のオイルフィルターやエアフィルター用の濾
材に関するものである。
[従来の技術] 従来、フィルター用濾材は、木材パルプ、木綿、麻、
レーヨン等を原料とし、湿式抄紙法により製造した濾
紙、あるいはこの濾紙に樹脂を含浸し、強度、加工性を
高めたもの、この濾紙にオイルを含浸し、ライフ性能を
高めたものがある。
しかしながら、濾紙タイプのものは、表面でダストの
ほとんどを濾過しているため、濾材自体の圧力損失を大
きく、ライフも短いため、濾過面積を大きくする必要が
あり、濾材が多量に必要となる。オイルを含浸したもの
は、ライフは長いが濾過性能は低く、圧力損失は大きい
ため、やはり濾過面積を大きくとる必要がある。
また、繊維径が比較的大きく、比較的大きな粒子は慣
性による濾過で捕集されるものの、炭素塵の様なさらに
細かい粒子は濾材からのもれが大きい。
これに対し、近年合成繊維を原料とし、密度勾配型に
繊維層を積層し、バインダーを用い固めたもの、さらに
樹脂を含浸したものが、新たに用いられ出した。
密度勾配型の濾材は濾材密度が上流から下流方向にか
けて、粗から密に変化するよう形成されている。これら
の濾材は層を形成する繊維径を、上流は太い繊維を多
く、下流は細い繊維を多くすることで密度コントロール
が行われているもの(例えば特公昭54−40778号公報、
特開昭57−59614号公報、特公昭2−45484号公報)、粉
末のバインダーの分布を制御し、密度をコントロールし
たもの(例えば特開昭57−75117号公報)、密度と坪量
のみを規定したもの(例えば特開昭62−279817号公報)
等が開示されている。また、特開昭52−112859号公報に
於いては実施例中で、各層の平均孔径が記載されている
が、上流の孔径は非常に大きいものとなっている。従来
から、濾材の上流側と下流側の層の孔径を特定の範囲に
制御することで、濾材性能が向上するといった知見は見
いださされていない。
上記の濾材はいずれも、上流側である低密度層で大寸
法粒子を捕捉し、高密度層で微細粒子が捕捉され、ライ
フの向上を図ることができる。
しかしながら、これら濾材は表面濾過が殆どできず、
濾材内部での目ずまりが起こりやすく、圧力損失が増大
するという欠点がある。また、濾材表面での濾過が殆ど
行われないので、ライフ向上には限界がある。
また、密度勾配がついているので、拡散による濾過で
比較的小さい粒子を捕集する反面、圧力損失を下げるた
め、濾材は大きな孔径を有しており、比較的大きな粒子
の捕集効率は必ずしも満足の行くものではない。
さらに、合成繊維を用いた濾材は、ダストの捕集性能
を高めるため、高密度層の構成繊維を細くし、比較的厚
い層としたり樹脂含浸量を多くすること、ライフを高め
るため、低密度層は厚くすることが行われているが、こ
のため、濾材全体の厚みは必要以上に大きくなり、圧力
損失が大きくなったり、加工上支障を来すという問題点
があった。
[発明が解決しようとする課題] 本発明は上記従来の課題を解決するためのものであ
り、濾過効率が高く、圧力損失が小さく、しかもライフ
の長い濾材を提供することを目的とする。
[課題を解決するための手段] 本発明者らは前記の課題を解決するため鋭意研究を行
った。その結果、少なくとも2層以上の構造を有し、ダ
スト流入側より下流に配置された層に特定の微細繊維を
用い、上流側の層と該下流側の層の孔径を所定の範囲に
することで、高捕集効率、低圧力損失、ロングライフの
濾材を得られることを見いだし本発明を完成した。
即ち本発明は、少なくとも2層以上の構造を有し、ダ
ストを含有する流体が濾材に流入する側である上流に配
置された層より下流に配置された層が繊維径1μm以下
の有機合成繊維を含有し、上流に配置された層の最大孔
径が120〜250μm、平均孔径が40〜90μmであり、繊維
径1μm以下の有機合成繊維を含有する層の最大孔径が
10〜50μm、平均孔径が5〜20μmである濾材に関す
る。
以下、本発明の詳細な説明を行う。
本発明の濾材は、少なくとも2層以上の構造を有し、
それぞれが特定の孔径を有し、かつ下流の層に特定の有
機合成微細繊維を含有するものである。
上流の孔径を特定することで、濾過が表面や濾材内部
に偏ることなく捕集されるため濾材のライフが大きくな
る。
また、下流の孔径を特定することで、捕集効率の向上
を図ることができる。
孔径の測定に関してはASTM F−316(American Soci
ety for Testing and Metirials)、BS 6410および332
1(British Standard)に記載された、液体で空隙
(孔)を満たされた濾材にかける圧力を増大させ、その
過程で孔から液体が排出される様子をモニターすること
により求める方法を用いた。これらは膜およびフィルタ
ーの最大孔径および平均径を測定できる一般的な方法で
ある。
上流側に配置された層は、最大径が120〜250μm、平
均孔径が40〜90μmを有するものが好ましい。
上流側の最大孔径が250μmを超えるときや平均孔径
が90μmを超えるときは、濾材表面での濾過が行われに
くいため、ダストは濾材内部深層で捕捉され、濾材の圧
力損失が急激に大きくなり、濾材のライフが短くなる。
上流側の最大孔径が120μmより小さいときや平均孔
径が40μmより小さいとき、濾材の圧力損失が大きくな
り、好ましくない。
さらにこの層より下流側に繊維径1μm以下の有機合
成繊維を含有し、最大孔径が10〜50μm、平均孔径が5
〜20μmを有する層を配置する。
下流側の最大孔径が50μmを超えるときや平均孔径が
20μmを超えるとき、濾材の捕集効率が小さくなり好ま
しくない。
下流側の最大孔径が10μmより小さいとき、平均孔径
が5μmより小さいとき、濾材の圧力損失は大きくなり
好ましくない。
こられ濾材の層はシート状構造を有し、材質は特に制
限はないが、繊維状の材料を用いたものが好ましい。シ
ート形成法としては、乾式法、スパンボンド法、メルト
ブロー法等と湿式抄紙法による方法が考えられる。しか
し、乾式法では、均一なシートを作ること困難で、孔径
分布が不均一となり好ましくない。スパンボンド法、メ
ルトブロー法では複数の繊維、例えば繊維径、繊維長の
異なる繊維、材質、形状の異なる繊維を混合すること困
難で、本発明の濾材の物性を満足することは困難であ
る。
このことから、シート形成法としては、湿式抄紙法を
用いるのが好ましい。シートの積層方法としては、特に
制限はない。湿式抄紙法により抄き合わせる方法、湿式
抄紙したシートを熱融着する方法、ニードルあるいは高
圧水流で一体化する方法等があげられる。
また、必要であれば濾材の性能を阻害しない範囲で、
さらに該シートに、乾式法、湿式法のシートをさらに積
層することも可能である。
上流側に配置された層は、有機繊維、無機繊維を適宜
混合して用いることができる。例えば、ポリエステル繊
維、ポリオレフィン繊維、ポリアミド繊維、ポリイミド
繊維、レーヨン繊維、ポリアクリルニトリル繊維、ポリ
ビニルアルコール繊維等の有機繊維、セラミック繊維、
炭素繊維、活性炭素繊維、ガラス繊維、ロックウール繊
維、セピオライト繊維等が使用可能である。これらを単
独で用いても良いし、2種類以上を併用してもよい。た
だし、内燃機関に用いる場合、ガラス繊維は好ましくな
い。
バインダーとしては有機繊維からなる繊維状のものが
好ましく、特に芯鞘構造を持ち、熱溶融性樹脂からな
り、鞘の融点が芯より40℃以上低いものが好ましい。熱
溶融性樹脂は、ポリエステル系、ポリオレフィン系樹脂
が好ましい。繊維状バインダーの配合量は繊維全体の重
量に対して、5〜40重量%の範囲が好ましい。
上記の濾材の物性を満足することができる繊維の繊維
径で、上流に用いる繊維の繊維径は1〜10デニールで好
ましくは1〜6デニールである。この径を有する繊維が
繊維重量の50重量%以上含有されているのが好ましい。
1デニールより細いの繊維を50重量%を超える範囲で用
いると、孔径が小さくなり圧力損失が大きくなるため好
ましくなく、10デニールより大きいと孔径が大きくな
り、ダストが濾材内部まで進入し、圧力損失の上昇を招
き、濾材のライフが短くなる。
この層より下流側に配置された層は、繊維径1μm以
下の有機合成繊維を必須成分とする。
繊維径1μm以下の有機合成繊維はダストの捕集性能
が優れている。有機合成繊維としては、従来用いられて
きたような柔軟なものはフィルターの圧力損失が高くな
り好ましくないので、できるだけ剛直なものが好まし
く、特に剛直鎖状高分子と総称される材料からなる有機
合成繊維が有効である。剛直鎖状高分子とは、溶液中直
線状を維持する鎖長が50オングストローム以上ある高分
子のことであり、例えば、ポリ(P−フェニレンテレフ
タルアミド)、ポリ(P−ベンズアミド)、ポリ(P−
フェニレンベンゾビスチアゾール)、ポリ(P−フェニ
レンベンゾビスオキサゾール)、ポリ(アミドヒドラジ
ド)、ポリヒドラジド、ポリ(P−フェニレンテレフタ
ルアミド−3,4−ジフェニルエーテルテレフタルアミ
ド)などがある。
繊維径1μm以下の繊維を得る方法の一例として、剛
直鎖状高分子の繊維あるいはパルプ状物に特開昭56−10
0801号公報に開示されている方法を用いミクロフィブリ
ル化したものがあげられる。この方法は一般の製紙工程
で用いられているリファイナー等による処理とは異な
り、均質化装置を用いて繊維あるいはパルプ状物をミク
ロフィブリル化するものである。すなわち、水に分散さ
せた、剛直鎖状高分子から得られた繊維のスラリーをそ
の前後に200kgf/cm2以上の圧力差を設けたオリフィスを
高速で通過させ、直ちに減速することによりスラリー粒
子にせん断力を加えると、繊維が繊維軸の方向に縦分割
されたミクロフィブリル状になる。この工程を繰り返す
ことにより得られた物である。具体的な例としては、ポ
リ(P−フェニレンテレフタルアミド)のミクロフィブ
リル化繊維(MFC−400、ダイセル化学社製)等があげら
れる。
本発明で用いる有機合成繊維は、通常用いらる繊維を
摩砕する方法やせん断する方法では到底得ることができ
ない、1μm以下という微細な繊維径を有している。ま
た、他の繊維との絡み合いがよく、他の繊維と容易に均
一なスラリーを形成でき、次の工程への転移が容易であ
り、通常の抄紙設備で効率よく製造できる。
繊維径1μm以下の有機合成繊維の量はその繊維を含
有する層の繊維重量に対し、0.01〜10重量%であるが、
該層に2デニール以上の径を有し、捲縮あるいは異形断
面を持つ繊維が含有される場合、繊維径1μm以下の有
機合成繊維の量は、その繊維に対し、25重量%以下の範
囲であれば、この限りではない。
繊維径1μm以下の有機合成繊維の量が0.1重量%よ
り少ないと良好な捕集効率を得ることができない。10重
量%より多いと捕集効率は上がるものの、濾材の孔径が
小さくなり、圧力損失が上昇するため好ましくない。
他に該下流側の層に含有される繊維として、素材とし
ては上流側と同じ物を用いることが可能である。バイン
ダー繊維も同じものを用いることが可能である。
このようにして、作製された濾材は、さらに、強度ア
ップ、加工性を向上させる目的で、樹脂を含浸すること
も可能である。用いる樹脂は、熱、電子線、紫外線で硬
化し、可塑化するもにであればよい。フェノール系、ア
クリル系、酢酸ビニル系、スチレン系、ポリエステル系
等の一般的樹脂が広く使用可能である。含浸工程に特に
制限はない。
また、必要に応じて、撥水、撥油加工を施すことも可
能である。
[作用] 本発明の濾材は、上流とその層より下流の層に特定の
孔径を有する層を用いること、かつ下流に特定の微細繊
維を用いることにより達成される高性能の濾材である。
特に内燃機関のフィルターとして有効に作用する。
[実施例] 以下に実施例をあげて本発明を具体的に説明するが、
本発明は本実施例に限定されるものではない。
実施例において記載の部、%はすべて重量部および重
量%によるものである。
実施例1 上流側としてPET繊維(A)(2デニール×5mm、帝人
社製)を80%、PETバインダー繊維(a)(2デニール
×5mm、メルティー4080芯鞘タイプ、ユニチカ社製)を2
0%を水中に均一に分散し、スラリーを調製した。
下流側としてPET繊維(B)(0.1デニール×5mm、帝
人社製)を79.5%、PETバインダー繊維(a)を20部、
繊維径1μm以下の有機合成繊維(MFC400、ダイセル社
製)を0.5%を分散剤とともに水中に均一に分散し、ス
ラリーを調製した。
上流側を70g/m2、下流側を30g/m2の2層構造の濾材を
抄き合わせ、120℃で乾燥後、170℃で熱処理を行い、樹
脂含浸を行い、乾燥後、150℃でキュアリングを行っ
た。さらに、撥水剤を含浸し乾燥を行い濾材を作製し
た。
樹脂は、アクリル系樹脂(プライマールHA−16、日本
アクリル化学社製)で、シート重量に対し9%、撥水剤
は、フッ素系(スミレーズFP210、住友化学社製)で、
シート重量に対し0.2%となるよう調整した。
実施例2 上流側の坪量を80g/m2、下流側の配合をPET繊維
(B)を75%、PETバインダー繊維(a)を20%、繊維
径1μm以下の有機合成繊維を5%とし、その坪量を20
g/m2とする以外は、実施例1と同じ方法で濾材を作製し
た。
実施例3 上流側の坪量を120g/m2、下流側の坪量を30g/m2とす
る以外は実施例1と同じ方法で濾材を作製した。
実施例4 上流側の坪量を93g/m2、下流側の配合をPET繊維
(B)を10%、PETバインダー繊維(a)を20%、繊維
径1μm以下の有機合成繊維を5%、PET繊維(A)を6
5%とし、坪量を80g/m2とする以外は、実施例1と同様
の方法で濾材を作製した。
比較例1 上流側の配合を、PET繊維(C)(6デニール×10m
m、帝人社製)を50%、PET繊維を30%、PETバインダー
繊維(a)を20%で、坪量130g/m2とする以外は実施例
1と同じ方法で濾材を作製した。
比較例2 下流側の配合をPET繊維(C)(0.5デニール×5mm、
帝人社製)を40%、PET繊維(B)を40%、PETバインダ
ー繊維(a)を20%で、坪量を70g/m2にする以外は実施
例1と同じ方法で濾材を作製した。
比較例3、4 市販のエレメントを購入し、使用濾材の評価を行っ
た。比較例3は樹脂を含浸した乾式不織布と樹脂を含浸
市内乾式不織布をニードルパンチ方式で一体化したも
の、比較例4は針葉樹パルプ、木綿パルプを抄紙しフェ
ノール樹脂を含浸した濾紙タイプである。
表1に濾材の物性を示す。孔径はASTM F−316記載
の方法を用いた。
*比較例3の△は300μm以上。
*比較例4は一層構造。
表2、3、4に濾材の性能を示す。
表2の圧力損失、捕集効率はJIS−B9908の形式1によ
り風速5.3cm/秒で測定した。また、捕集効率の測定はDO
Pエアロゾル(フタル酸ジオクチル、粒径0.3μm)を用
いた。
表3、4の初期圧力損失、捕集効率は、定格流量5.0m
3/分、濾過面積1256cm2、JIS8種粉塵、軽油排気ガス中
の炭素塵を用いて測定した。圧力損失が100mmAq増加す
るときのダスト保持量を測定した。
また、濾材を5cm間隔で折り込み、ひだ折り加工し、2
0×15×5cmの箱型のエレメントを作製したときの、濾材
の折り山の数を記す。
表1〜4より、上流とその下流に特定の孔径を有し、
かつ該下流側に有機合成微細繊維を含有する層よりなる
濾材がDOP、JIS8種粉塵、炭素塵ともに捕集効率が高
く、ライフが長いことが判る。また、特定の大きさのエ
レメントに多くの濾材を折り込めるため、エレメント自
体の低圧損化、さらにロングライフ化が可能である。
[発明の効果] 本発明の濾材は、圧力損失が低く、捕集効率が高く、
ライフの長い濾材である。フィルター、特に内燃機関の
エアフィルター、オイルフィルターとして効果的であ
る。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも2層以上の構造を有し、ダスト
    を含有する流体が濾材に流入する側である上流に配置さ
    れた層より下流に配置された層が繊維径1μm以下の有
    機合成繊維を含有し、上流に配置された層の最大孔径が
    120〜250μm、平均孔径が40〜90μmであり、繊維径1
    μm以下の有機合成繊維を含有する層の最大孔径が10〜
    50μm、平均孔径が5〜20μmである濾材。
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