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発明の名称 エアクリーナー用濾過材
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平10−337426
公開日 平成10年(1998)12月22日
出願番号 特願平9−162082
出願日 平成9年(1997)6月5日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】熊田 和生
発明者 鈴木 潤 / 本間 健介 / 佐々木 範利 / 矢形 卓哉
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 平均繊維径3〜15μmの細繊維からなる緻密繊維層と、この緻密繊維層に隣接した、見掛密度0.1〜0.2g/cm3の隣接繊維層とを含むことを特徴とする、エアクリーナー用濾過材。
【請求項2】 緻密繊維層が、フィラメント繊維を機械的に分割した細繊維からなることを特徴とする、請求項1に記載のエアクリーナー用濾過材。
【請求項3】 フィラメント繊維がポリエステル成分とポリオレフィン成分とからなることを特徴とする、請求項2に記載のエアクリーナー用濾過材。
【請求項4】 隣接繊維層が絡合した繊維からなることを特徴とする、請求項1〜請求項3のいずれかに記載のエアクリーナー用濾過材。
【請求項5】 緻密繊維層と隣接繊維層とが一体化されていることを特徴とする、請求項1〜請求項4のいずれかに記載のエアクリーナー用濾過材。
【請求項6】 一体化がニードルパンチ絡合処理により行われていることを特徴とする、請求項5に記載のエアクリーナー用濾過材。
【請求項7】 緻密繊維層の隣接繊維層側とは反対側に、緻密繊維層よりも平均繊維径の大きい繊維からなる繊維層を1層以上、順次、繊維の平均繊維径が大きくなるように、積層された構造を有することを特徴とする、請求項1〜請求項6のいずれかに記載のエアクリーナー用濾過材。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】 この出願発明はエアクリーナー用濾過材、特に、自動車のエアクリーナーに用いることのできる濾過材に関する。
【0002】
【従来の技術】 自動車のエアクリーナーは外気中の塵埃を十分に捕集し、清浄化した空気をエンジンルームに供給するために使用される。この塵埃のうち、砂塵を主成分とする塵埃はエンジン内に入るとトラブルを生じるため、十分に除去されている必要がある。また、近年の道路環境の変化に伴い、特に都市部において、カーボンダストが増加してきたため、カーボンダストに対しても高い除去(濾過)性能がエアクリーナーに要求されるようになってきた。
【0003】従来、エアクリーナー用濾過材としては、繊維ウエブからなる外層(粗層)、中間層(中間密度層)、及び内層(緻密層)からなる積層体に、樹脂エマルジョンを含浸し、乾燥して製造した、剛性があり、密度勾配を有するものや、内層として緻密な湿式不織布を用いることで、更に清浄効率を高めたもの(特開昭62−279817号公報)が知られている。これらのエアクリーナー用濾過材では、砂塵などの塵埃をより確実に捕集するために、微細な繊維を使用したり、あるいは、含浸する樹脂量を増やすことにより、内層を緻密化することが試みられたが、このようにすると、塵埃の清浄効率は高まるものの、カーボン粒子などの目詰りが生じやすくなるため、一定の圧力損失になるまでの間に処理できる塵埃量が低下し、使用寿命が短くなるという問題があった。そのため、内層における繊維間の開孔径を大きくして、カーボン粒子の処理量を増加させることが試みられたが、このようにすると砂塵の清浄効率が著しく低下し、使用に耐えないものとなってしまうという問題があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】 この出願発明は上記のような従来技術の欠点を解消するものであり、塵埃、特に砂塵に対する初期清浄効率を向上させると共に、塵埃(特にカーボン粒子)の処理容量が大きく、結果として使用寿命が長いエアクリーナー用濾過材を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】 この出願発明のエアクリーナー用濾過材は、平均繊維径3〜15μmの細繊維からなる緻密繊維層と、この緻密繊維層に隣接した、見掛密度0.1〜0.2g/cm3の隣接繊維層とを含むものであり、この出願発明者の鋭意研究の結果、上記緻密繊維層及び上記隣接繊維層の作用により、初期清浄効率と塵埃処理容量を同時に大きくできることを見い出したのである。
【0006】
【発明の実施の形態】 この出願発明においては、初期捕集効率が向上するように、平均繊維径3〜15μmの細繊維からなる緻密繊維層を含んでいる。この細繊維の平均繊維径3μm未満であると、圧力損失が高くなり過ぎて、塵埃処理容量を低下させる場合があり、15μmを越えると、初期清浄効率が著しく低下してしまう場合があるためで、4〜13μmであることが好ましく、4〜11μmであることがより好ましく、5〜9μmであることが最も好ましい。なお、この出願発明における平均繊維径とは、層を構成する繊維100点における繊維径の平均値をいう。また、繊維が異形断面形状を有する場合には、異形断面の面積と同じ面積を有する円の直径を繊維径とする。
【0007】この緻密繊維層を構成する細繊維はステープル繊維であっても良いし、フィラメント繊維であっても良いし、或はこれらが混在していても良い。なお、細繊維としてステープル繊維を含んでいる場合には、繊維長5〜110mm程度のものであることが好ましい。
【0008】この細繊維としては、例えば、ポリアミド系、ポリビニルアルコール系、ポリ塩化ビニリデン系、ポリ塩化ビニル系、ポリエステル系、ポリアクリロニトリル系、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン系、ポリウレタン系などを1種類以上含むものを使用できる。また、2種類以上の細繊維が混在していても良い。
【0009】このような緻密繊維層は、ステープル繊維からなる場合、例えば、カード法、エアレイ法などの乾式法や湿式法により繊維ウエブを形成し、フィラメント繊維からなる場合、例えば、スパンボンド法やメルトブロー法により繊維ウエブを形成し、次いで、これら繊維ウエブを水流やニードルにより絡合したり、繊維ウエブ構成繊維を部分的に融着したり、バインダにより部分的に接着したり、或はこれらを併用して形成することができる。
【0010】平均繊維径が3〜15μmの緻密繊維層は、機械的作用である水流やニードルによる絡合と同時に分割して、前記の範囲内の細繊維を発生させることができる分割性繊維から形成することができる。
【0011】水流やニードルによる絡合以外の方法である、接着、融着等によって繊維を結合した場合には、例えば、ロール間を通すなどの、別の機械的作用により分割すれば良い。このロール間を通して分割する場合には、ロール間に結合した繊維ウエブを供給する速度を、供出する速度よりも速くすることが好ましい。このような水流やニードルによる絡合とは別の機械的作用により分割すると、全体を均一に、繊維を損傷することなく分割でき、しかも分割して発生した細繊維が絡合しておらず、適度な空間を形成するため通気性に優れ、更には、分割する際に静電気を発生できるため、塵埃の捕集効率及び処理容量を向上させることが可能であるため、好適な実施態様である。
【0012】絡合以外の機械的作用により分割した場合、発生した細繊維が絡合しないため、細繊維がステープル繊維からなると、ステープル繊維が脱落する可能性があるため、細繊維、つまり分割して細繊維を発生可能な繊維はフィラメント繊維であることが好ましい。
【0013】なお、絡合以外の機械的作用により分割する場合、発生する細繊維によって適度な空間を形成して、通気性に優れるように、結合した繊維ウエブの融着及び/又は接着面積は、結合した繊維ウエブが平滑平面を有すると仮定した時の面積の5〜30%であることが好ましく、より好ましくは5〜20%である。
【0014】この分割可能な繊維としては、例えば、繊維断面形状が海島型のもの、多重バイメタル型のもの、オレンジ型のもの、図1に繊維断面形状を示すように、A成分1が繊維表面から突出したもの、図2に繊維断面形状を示すように、中空かつオレンジ型のもの、或は図3に繊維断面形状を示すように、繊維表面付近のみに繊維表面と一致するようにA成分1が配置されたものなどを使用できる。これらの中でも図1〜図3に示すような繊維断面形状を有する分割可能な繊維は、水流などの絡合を生じる機械的作用とは別の機械的作用により分割しやすいため好適に使用でき、特に分割しやすい図1に示すような分割可能な繊維をより好適に使用できる。
【0015】この分割可能な繊維を構成する樹脂成分の組み合わせとしては、2成分からなる場合、例えば、ポリアミド系とポリエステル系、ポリオレフィン系とポリエステル系、ポリオレフィン系とポリアミド系などがある。これらの中でも、ポリオレフィン系とポリエステル系との組み合わせの場合には、水流などの絡合作用を生じる機械的作用とは別の機械的作用により、分割する際に静電気を帯びて、塵埃の清浄効率を向上可能であるため、好適な組み合わせである。また、ポリオレフィンがポリエチレンであると、より容易に分割できるため、ポリエステルとポリエチレンとの組み合わせからなる分割可能な繊維を最も好適に使用できる。
【0016】このようにして形成される緻密繊維層の面密度は20〜120g/m2であることが好ましい。この範囲外であると、塵埃の捕集効率又は処理容量が低下する可能性があるためで、より好ましくは30〜80g/m2である。
【0017】この出願発明においては、このような緻密繊維層に隣接して、見掛密度0.1〜0.2g/cm3の隣接繊維層を設けることにより、初期清浄効率及び塵埃処理容量を向上させている。
【0018】隣接繊維層の見掛密度が0.1g/cm3未満であると、清浄効率が低下する場合があり、0.2g/cm3を越えると、処理容量が低下する場合があるためで、0.11〜0.16g/cm3であることが好ましく、0.12〜0.14g/cm3であることがより好ましい。
【0019】隣接繊維層を構成する繊維の平均繊維径は、比較的低い面密度で緻密なものができるように、10〜20μmであることが好ましく、より好ましくは11〜17μmである。
【0020】隣接繊維層を形成する繊維はステープル繊維であっても良いし、フィラメント繊維であっても良いし、或はこれらが混合していても良いが、後述のニードルパンチ絡合処理により緻密繊維層と一体化する場合には、緻密繊維層の貫通穴を塞ぎやすいように、自由度のより高いステープル繊維を含んでいるのが好ましい。このステープル繊維を含んでいる場合には、繊維長10〜110mm程度のものを使用することが好ましい。
【0021】隣接繊維層を構成する繊維としては、緻密繊維層と同様の樹脂成分からなる繊維、及びレーヨン繊維、キュプラ繊維などの再生繊維、アセテート繊維などの半合成繊維、炭素繊維などの無機繊維、綿、麻などの植物繊維、羊毛などの動物繊維など、1種類以上からなれば良い。なお、後述のように濾過材に樹脂を付着させる場合には、樹脂が分散して付着しやすいように、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン系繊維やポリエステル系繊維などの疎水性繊維からなるのが好ましい。
【0022】このような隣接繊維層は緻密繊維層と同様に、繊維ウエブを形成し、絡合したり、融着したり、接着して形成することができる。これらの中でも、ニードルパンチや水流などの絡合法により形成した絡合不織布は、繊維の自由度が高いため、後述のニードルパンチ絡合処理により一体化した場合に、緻密繊維層における貫通穴を塞ぎやすいため、好適に使用できる。特に水流絡合不織布は強度的にも優れており、取り扱いの点でも優れているため、より好適に使用できる。なお、隣接繊維層は上述のように形態保持性のある不織布である必要はなく、形態保持性のない、繊維又は繊維ウエブを緻密繊維層上に積層し、一体化した結果として形成されるものであっても良い。
【0023】このようにして形成される隣接繊維層の面密度は10〜100g/m2であることが好ましい。この範囲外であると、塵埃の清浄効率及び/又は処理容量が低下する可能性があるためで、より好ましくは30〜80g/m2である。
【0024】隣接繊維層と緻密層とは、そのまま積層して使用することができるが一体化することが好ましい。このような緻密繊維層と隣接繊維層との一体化は、例えば、ニードルパンチや水流による絡合処理、バインダーによる接着、緻密繊維層及び/又は隣接繊維層を構成する繊維の融着成分による融着、或はこれらを併用することにより一体化できる。これらの中でも、緻密繊維層と隣接繊維層を構成する不織布等の見掛密度をある程度維持したまま一体化可能なニードルパンチ絡合処理を含んで一体化することが好ましい。このニードルパンチ絡合処理の絡合条件は特に限定するものではないが、例えば、針密度10〜30本/cm2程度で行なえば良い。隣接繊維層は緻密層と、一体化することにより剥離強度が得られ、形状保持性に優れているという点でとくに優れている。隣接繊維層と緻密繊維層との一体化をニードルパンチ絡合処理により行う場合には、この緻密層の貫通穴を隣接繊維層の繊維で埋めることができるため、捕集効率が低下しないという特長も生じる。このようにニードルパンチ絡合処理や水流絡合処理により一体化した場合、緻密繊維層と隣接繊維層との間に、これらの繊維層を構成する繊維が混在する層を有する。この場合、混在していない層を緻密繊維層又は隣接繊維層という。
【0025】この出願発明のエアクリーナー用濾過材はプリーツ加工をすることにより、清浄効率及び塵埃処理容量をより向上させることが好ましい。プリーツ加工性及び形状保持性のために、ある程度の剛性があることが好ましいので、上記緻密繊維層及び/又は隣接繊維層に樹脂を付着させるのが好ましい。
【0026】付着させる樹脂としては、例えば、水溶性フェノール樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂や、ポリアクリル酸エステル系、ポリアクリル−スチレン系、ポリ酢酸ビニル系などのエマルジョンを使用でき、特にポリアクリル酸エステル系やポリアクリル−スチレン系などのエマルジョンは、風合いを調整し易いため好適に使用できる。なお、この樹脂の付着量は30〜80g/m2であることが好ましく、40〜60g/m2であることがより好ましい。このような樹脂の付着は、例えば、含浸、スプレー、塗布などの手段により、容易に行なうことができる。
【0027】この出願発明のエアクリーナー用濾過材は上述のような緻密繊維層と隣接繊維層とを含むものであるが、これら繊維層以外に、緻密繊維層よりも平均繊維径の大きい繊維からなる繊維層を1層以上積層することが好ましいが、とくに、緻密繊維層の隣接繊維層側とは反対側に積層すると、清浄効率及び塵埃処理容量をより向上させることができるため、好適である。なお、緻密繊維層よりも平均繊維径の大きい繊維からなる繊維層を2層以上積層する場合には、順次、繊維の平均繊維径が大きくなるように積層することが好ましい。
【0028】例えば、緻密繊維層の隣接繊維層側とは反対側に、緻密繊維層よりも平均繊維径の大きい繊維からなる繊維層を3層積層する場合、緻密繊維層に隣接する繊維層(「密繊維層」ということがある)として、平均繊維径12〜20μmのステープル繊維又はフィラメント繊維からなる、面密度50〜150g/m2の不織布を積層し、この密繊維層に隣接する繊維層(「中間繊維層」ということがある)として、平均繊維径17〜30μmのステープル繊維又はフィラメント繊維からなる、面密度30〜60g/m2の不織布を積層し、更に、この中間繊維層に隣接する繊維層(「粗繊維層」ということがある)として、平均繊維径20〜45μmのステープル繊維又はフィラメント繊維からなる、面密度30〜60g/m2の不織布を積層することが好ましい。なお、これら密繊維層、中間繊維層、及び粗繊維層を構成する繊維としては、隣接繊維層を構成する繊維と同様のもの(好適にはポリオレフィン系繊維やポリエステル系繊維)を使用でき、また、緻密繊維層と同様の製造方法によって製造できる。また、このような粗繊維層、中間繊維層、及び粗繊維層は、緻密繊維層及び隣接繊維層と一体化されていることが好ましいが、一体化は、緻密繊維層と隣接繊維層とを一体化するときに同時にすることができ、又、別に一体化してもよい。一体化は、水流絡合及び/またはニードルパンチにより行うことができるが、見掛密度を維持したまま一体化可能なニードルパンチがとくに好ましい。
【0029】このような構造からなるこの出願発明のエアクリーナー用濾過材は、緻密繊維層側を空気の流入側とし、隣接繊維層側を空気の流出側として、自動車のエアクリーナーに使用することが好適である。
【0030】以下に、この出願発明の実施例を記載するが、この出願発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【0031】
【実施例】
実施例1図1に示すような繊維断面形状を有する、ポリエステル成分1とポリエチレン成分2とからなるフィラメント繊維をスパンボンド法により紡出して、繊維ウエブを形成し、次いで、この繊維ウエブをエンボスロールにより部分的に融着(融着面積比率:17%)して融着繊維ウエブを形成した後、この融着繊維ウエブをロール間に、供出速度よりも速く供給することによって、フィラメント繊維を分割した、面密度50g/m2、平均繊維径6.6μmの不織布(緻密繊維層11)を用意した。
【0032】他方、繊維径12.4μm、繊維長38mmのポリエステル繊維100重量%からなる、面密度60g/m2、見掛密度0.12g/cm3、平均繊維径12.4μmの水流絡合不織布(隣接繊維層12)を用意した。
【0033】更に、繊維径12.4μm、繊維長38mmのポリエステル繊維50重量%と、繊維径14.3μm、繊維長51mmのポリエステル繊維50重量%とからなる、面密度95g/m2、平均繊維径13.4μmの繊維ウエブ(密繊維層13)、繊維径17.5μm、繊維長64mmのポリエステル繊維100重量%からなる、面密度40g/m2、平均繊維径17.5μmの繊維ウエブ(中間繊維層14)、及び繊維径24.8μm、繊維長51mmのポリエステル繊維100重量%からなる、面密度40g/m2、平均繊維径24.8μmの繊維ウエブ(粗繊維層15)、とを形成した。
【0034】次いで、隣接繊維層12、緻密繊維層11、密繊維層13、中間繊維層14、粗繊維層15の順に積層した後、隣接繊維層12側から針密度20本/cm2でニードルパンチ絡合処理を施して一体化した後、アクリル−スチレン樹脂エマルジョンを含浸し、130℃のドライヤーで乾燥することにより、45g/m2量樹脂の付着した、面密度330g/m2、厚さ3.0mmのエアクリーナー用濾過材を得た。このエアクリーナー用濾過材における隣接繊維層12の見掛密度は0.18g/cm3であった。
【0035】比較例1緻密繊維層11を積層しなかったこと以外は、実施例1と全く同様にして、面密度280g/m2、厚さ2.7mmのエアクリーナー用濾過材を得た。
【0036】比較例2隣接繊維層12を積層しなかったこと以外は、実施例1と全く同様にして、面密度270g/m2、厚さ2.6mmのエアクリーナー用濾過材を得た。
【0037】比較例3緻密繊維層11及び隣接繊維層12を積層しなかったこと以外は、実施例1と全く同様にして、面密度220g/m2、厚さ2.3mmのエアクリーナー用濾過材を得た。
【0038】比較例4繊維径11.9μm、繊維長51mmのレーヨン繊維90重量%、繊維径12.4μm、繊維長38mmのポリエステル繊維10重量%とからなる面密度65g/m2の密繊維層13と、繊維径11.9μm、繊維長51mmのレーヨン繊維40重量%と、繊維径12.4μm、繊維長38mmのポリエステル繊維20重量%と、繊維径17.5μm、繊維長64mmのポリエステル繊維20重量%と、繊維径24.8μm、繊維長51mmのポリエステル繊維20重量%とからなる面密度60g/m2の中間繊維層14と、繊維径16.8μm、繊維長51mmのレーヨン繊維15重量%と、繊維径17.5μm、繊維長64mmのポリエステル繊維35重量%と、繊維径24.8μm、繊維長51mmのポリエステル繊維50重量%とからなる、面密度55g/m2の粗繊維層15とを順に積層し、針密度30本/cm2でニードルパンチ絡合処理を施して一体化した後、アクリル酸エステルエマルジョンを含浸し、130℃のドライヤーで乾燥することにより、70g/m2量樹脂の付着した、面密度250g/m2、厚さ3.0mmのエアクリーナー用濾過材を得た。
【0039】(JIS8種塵埃(砂塵)に対する初期清浄効率、フルライフの清浄効率、及び塵埃保持量の測定)下記の点を除いて、JIS D 1612(自動車用エアクリーナー試験方法)に準じて行った。この結果は表1に示す通りであった。
記(1)試験用のエアクリーナーエレメントとして、有効濾過面積1000cm2の平板濾過材を使用した。
(2)JIS−8種塵埃の試験条件は、塵埃濃度1g/m3及び風速20m/分とした。
(3)「初期清浄効率」は濾過面積100cm2に対して、0.66gの割合で塵埃を供給した時点での捕集効率とした。
(4)「フルライフ清浄効率」及び「塵埃保持量(DHC)」は、通気抵抗が初期から2.94kPa上昇した時点での清浄効率及び塵埃保持量とした。
【0040】(カーボンに対するフルライフの清浄効率、及び塵埃処理量(DFC)の測定)「フルライフ清浄効率」の測定は、試験ダストとして、軽油燃焼カーボンからなるカーボン粒子を使用したこと以外は、前記のJIS8種塵埃に対する「フルライフ清浄効率」の測定と同様に行った。なお、試験条件は、カーボン粒子濃度0.04g/m3及び風速20m/分とした。
【0041】「塵埃処理量」の測定は、試験ダストとして、軽油燃焼カーボンからなるカーボン粒子を使用したこと以外は、前記のJIS8種塵埃に対する塵埃保持量の測定と同様に行って、通気抵抗が初期から2.94kPaに上昇した時点で、濾過材に捕集されたカーボン粒子の保持量を測定し、これに濾過材を通過して絶対フィルターに捕集されたカーボン粒子の量を加えて求めた(DFC)。なお、試験条件は、カーボン粒子濃度0.04g/m3及び風速20m/分とした。
【0042】
【表1】

【0043】表1から明らかなように、この出願発明のエアクリーナー用濾過材は緻密繊維層11の作用により、初期清浄効率を大巾に向上させることができ、また隣接繊維層12の作用により、塵埃処理量を維持したまま、初期清浄効率を向上させることができることがわかる。また、一般的なエアクリーナー用濾過材である比較例4と比較して明らかなように、初期清浄効率ならびに塵埃処理量が大巾に向上していることがわかる。
【0044】
【発明の効果】 この出願発明のエアクリーナー用濾過材は、平均繊維径3〜15μmの細繊維からなる緻密繊維層と、この緻密繊維層に隣接して一体化した、見掛密度0.1〜0.2g/cm3の隣接繊維層とを含むものであり、この緻密繊維層の作用により初期清浄効率が向上し、また、この隣接繊維層の作用により塵埃処理容量を高いレベルで維持したまま、初期捕集効率を向上させることのできるものである。




 

 


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