(57)【要約】      （修正有）【課題】内燃機関に供給途上の燃焼用空気に導電繊維を接触させて、その空気を除電することに用いられる空気除電用材を提供する。【解決手段】導電繊維を該導電繊維以外の繊維に混繊、混紡または混抄状態で担持させてなる繊維集合体を含んでなり、内燃機関に供給途上の燃焼用空気に触れさせて該空気を除電するために用いる空気除電用材５０である。前記繊維集合体はテープ状であり得、複数個所で曲げ返され、曲げ返しの根元が集まって互いに結合されてなり得る。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電繊維を該導電繊維以外の繊維に混繊、混紡または混抄状態で担持させてなる繊維集合体を含んでなり、内燃機関に供給途上の燃焼用空気に触れさせて該空気を除電するために用いる空気除電用材。
【請求項２】
前記繊維集合体がテープ状であり、複数個所で曲げ返され、曲げ返しの根元が集まって互いに結合された請求項１に記載の空気除電用材。
【請求項３】
前記繊維集合体が前記導電繊維を混抄した紙であり、前記導電繊維が繊維長３〜８ｍｍの炭素繊維である請求項１または２に記載の空気除電用材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に供給途上の燃焼用空気に導電繊維を接触させて、帯電した空気を除電する空気除電用材に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの内部に大気中のゴミ、ホコリを一緒に取り込まないよう、エアクリーナーできれいにしている。道路の舗装が少なかった１９６０年代ではホコリを吸ったエアクリーナーはすぐ汚れて空気を吸い込みづらくしていた。
【０００３】
現在はエレメントそのものの性能も良くなり、エアクリーナーは吸入空気の抵抗にならないようにすることが重要になり、コンパクトで効率の良いものになった。
【０００４】
しかし、大気中の浮遊物であるゴミ、ホコリや空気分子、酸素分子の静電気帯電はそのままであって、対策はされていなかった。
【０００５】
一方、内燃機関用の本来のフィルタの付属手段として、炭素繊維を袋詰めしあるいは樹脂で固定して敷設してなるフィルタが開示されている（（例えば、特許文献１参照）が、炭素繊維が袋中で空気流や振動により動き回る可能性があり、使用中に炭素繊維の位置分布が偏ったり、もともと脆い炭素繊維が使用中に折れて微粉化して本来のフィルタを詰まらせたり、燃焼室に入り込んだりするトラブルが予想される。また、この炭素繊維に放電等の電気的性質を発揮させようとする場合は、炭素繊維が樹脂で固めて敷設すると樹脂に埋没してしまい目的が充分には果たせないことが予想される。
【特許文献１】特開２００５−３２０９２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、自動車等の内燃機関の吸気系統、燃料系統に関するもので、内燃機関において、供給途上の燃焼用空気に導電繊維を接触させて、帯電しているその空気を除電することに用いられる空気除電材を提供しようとすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の要旨とするところは、導電繊維を該導電繊維以外の繊維に混繊、混紡または混抄状態で担持させてなる繊維集合体を含んでなり、内燃機関に供給途上の燃焼用空気に触れさせて該空気を除電するために用いる空気除電用材であることにある。
【０００８】
前記繊維集合体は紐状であり得る。
【０００９】
前記繊維集合体はテープ状であり得る。
【００１０】
前記空気除電用材においては、前記繊維集合体が複数個所で曲げ返され得、曲げ返しの根元が集まって互いに結合され得る。
【００１１】
前記繊維集合体は前記導電繊維を混抄した紙であり得る。
【００１２】
前記導電繊維の繊維長は３〜８ｍｍであり得る。
【００１３】
前記繊維集合体は前記導電繊維を混繊した糸であり得る。
【００１４】
前記導電繊維は炭素繊維の短繊維であり得る。
【００１５】
前記空気除電用材は、さらに、前記燃焼用に供給途上の空気の通路に自身を固定する固定手段を備え得る。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、内燃機関に供給途上の燃焼用空気に導電繊維を接触させて、帯電したその空気を効率よく除電することに用いられる空気除電材が提供される。
【００１７】
さらに、本発明により内燃機関に供給途上の燃焼用空気に導電繊維を接触させて、帯電したその空気を効率よく中和して除電することにより、ガソリン等の燃料の消費量を減少させることができる。
【００１８】
これは、静電気の帯電の少ない気体分子と霧化したガソリン等の燃料の混合気がキャブレーターやインジェクターで作られ、エンジンのシリンダー内で吸収、圧縮，燃焼するときの爆発力が強くなり、燃焼圧力の増大になるためと推定される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
ガソリン等の内燃機関用の燃料は炭素と水素の化合物であり、これが高温のもとで分解し、空気中の酸素と反応してＣ＋Ｏ２→ＣＯ２（炭酸ガス）  ２Ｈ＋１／２Ｏ→Ｈ２Ｏ（水蒸気）のように水蒸気と炭酸ガスになる際に多量の熱を放出する。これが燃焼であり、燃焼室内で急激にしかも完全に起きることが望ましい。
【００２０】
空燃比とは空気と燃料の混合比率である。燃料を完全に燃焼させるためには一般に例えばガソリン１に対して重量で１４．８倍の空気を必要とする。
【００２１】
一方、大気中には宇宙線あるいは放射性物質からの放射線の電離作用によって生じたイオン（小イオン）と、これらのイオンが中性の粒子に付着してできたイオン（大イオン：粒径１０ｎｍ〜１０μｍ）の範囲に分布している）が存在している。その数は１ｃｃ当たり数千個といわれている。
酸素の原子や分子は電子をとらえやすい性質をもっていて、電子が付着してマイナス帯電する。
これら帯電に関しては、導電繊維の短繊維（繊維状導電物質）が帯電したフィルムの除電（電荷の中和）に有効であることが知られている。表１は、厚さ０．１ｔ、幅１００ｃｍのポリエステルフィルムを２〜１０ｋＶに帯電させ、各種導電繊維（ステンレス繊維、金属メッキ繊維、炭素繊維）を、その帯電したポリエステルフィルムの面の上方１ｍｍの位置にアースをとらずに設置して、フィルムを５０ｍ／ｍｉｍで走行させた後のフィルムの帯電電位を示す。走行時の室温は、１９．４℃、湿度は３１．４％ＲＨである。（松田ら「炭素繊維」より）
【００２２】
【表１】
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【００２３】
表１より、導電繊維を帯電したフィルムに近づけることにより、フィルムの除電がなされることを示す。
【００２４】
本発明においては、この原理に基づき、内燃機関に供給途上の燃焼用空気に導電繊維を会合させることにより、帯電した空気の電荷を中和し除電する。
【００２５】
帯電した物質に繊維状導電物質が接近または接触すると、その繊維状導電物質の先端がアンテナとなり、他端に反対イオンが集まり電荷を中和し除電する。この現象は、繊維状導電物質にのみ起こる現象である。
【００２６】
本発明により除電された空気で内燃機関における燃焼を行わせると、例えば自動車においては、ガソリンの消費量が１０〜２０％減少し、エンジンの音も１／２に下がり静かになり、レスポンスが良くなることを確認した。
【００２７】
本発明においては、導電繊維を内燃機関への燃焼用空気の流路に置くことにより、供給途上の空気流に接触させる。このとき、導電繊維のみを空気の流路に置いて気流下に固定することは手間がかかり、また、導電繊維は一般には脆いので、気流や振動により破損が生じ、破損片の気流による飛散を完全に防止することが難しい。一方、導電繊維を樹脂などで封じ込めて固定したものを空気の流路に置くことも考えられるが、このような態様にあっては、導電繊維の先端部が露出されず先端部をこの空気に触れさせることができないので、空気を除電する効果が得られない。
【００２８】
あるいは、導電繊維を通気性の袋詰めにして空気の流路に置くことも考えられるが、この態様にあっても、気流や振動による導電繊維の破損や、破損片の気流による飛散を完全に防止することが難しい。さらには、導電繊維が袋の中で移動することになるので、気流の作用で塊になったり、ある一ヶ所に集まってしまうなどのトラブルが生じやすい。
【００２９】
本発明においては、導電繊維は繊維集合体に保持された状態で、空気の流路に置かれる。これにより、気流や振動による導電繊維の破損を防止できるとともに、導電繊維の先端部が露出された状態にあり、先端部をこの空気に触れさせることができて、充分な除電効果が得られる。
【００３０】
また、本発明において用いられる繊維集合体は、導電繊維以外の繊維を含んで構成される。導電繊維は、この導電繊維以外の繊維に混繊、混紡または混抄状態で担持されている。
【００３１】
混繊は異種の糸条同士を、撚り、織り、編み、絡合、接着などの手段で係合または接着することにより繊維集合体となすことである。混紡は異種の短繊維（ステープルやキョップドストランドなどの有限長の繊維）同士を混合したのち撚り、絡合、接着などの手段で係合または接着することにより繊維集合体となすことである。混抄は異種の繊維原料が混合されてなるスラリーを抄紙することである。
【００３２】
かかる態様により、個々の導電繊維または導電繊維の小集団が繊維集合体中に満遍なく分散され、かつ、その個々の導電繊維または導電繊維の小集団ごとに確実に導電繊維以外の繊維に担持されることとなり、流路を通過する空気に満遍なく導電繊維の先端部を接触させることができるとともに、導電繊維以外の繊維がクッションあるいは防護物となって導電繊維の破損が防止され、破損片の気流による飛散をほぼなくすることができる。
【００３３】
本発明において用いられる導電繊維としては、ステンレス繊維等の金属繊維、金属メッキ繊維、炭素繊維などが挙げられる。なかでも、耐腐蝕性やコストや繊維集合体の成形性からみて炭素繊維が好ましい。
【００３４】
本発明において用いられる繊維集合体の形態としては、撚り糸、組み物、編物、織物、フェルト、不織布、紙などが挙げられる。繊維集合体は繊維相互を結合するバインダを含んで構成されてもよい。
【００３５】
この繊維集合体を構成する導電繊維以外の繊維は、繊維集合体を形成可能な繊維であれば種類を問わないが、綿、麻、絹、羊毛、獣毛などの天然繊維や、パルプや、ポリエステル系繊維、ポリアミド系繊維、ポリオレフィン系繊維、フッソ系繊維、アクリル系繊維などの合成繊維が例示される。
【００３６】
繊維集合体は紐状であることが好ましい。紐状であることにより集合体としての表面積を大きくすることができ、より多くの導電繊維の先端を空気と接触させることができる。
【００３７】
紐状は細長の形状を意味し、紐状の繊維集合体としてはロープ等の糸、帯形状（テープ状）の繊維集合体が例示される。
【００３８】
図１に紐状の繊維集合体２として用いられる交撚糸８を示す。交撚糸８は、炭素繊維４のマルチフィラメントと合成繊維マルチフィラメント糸６とが交撚されてなる。炭素繊維４はところどころで切断されており、切断端部１５がケバ状に交撚糸８の本体１２から突出している。このような構造は、合成繊維マルチフィラメント糸と炭素繊維のマルチフィラメントとを引き揃えたのち加撚するときの糸にかかる張力と捻りの作用で伸度の低い炭素繊維が切断されることにより得られる。
【００３９】
紐状の繊維集合体に用いられる糸としては、炭素繊維などの導電繊維を混紡した紡績糸であってもよい。あるいは、炭素繊維などの導電繊維を含む紙や不織布を裁断してなるテープを加撚した糸であってもよい。
【００４０】
紐状の繊維集合体にはテープ状の繊維集合体が用いられてもよい。テープ状の繊維集合体としては、炭素繊維などの導電繊維を含む細幅長尺の編織物や、炭素繊維などの導電繊維の短繊維を含む編織物が帯形に裁断されたテープ状物であってもよい。炭素繊維などの導電繊維を含む紙や不織布をテープ状に裁断したものであってもよい。炭素繊維などの導電繊維を含む糸を複数本テープ状に並行させて互いに接着したテープ糸であってもよい。
【００４１】
図２に本発明の空気除電用材に用いられるテープ状の繊維集合体の一例を示す。図２において、テープ状の繊維集合体２０は、炭素繊維２２が混抄された紙２４からなる。紙２４は、所定の幅Ｗのテープ状に裁断されたものである。Ｗは１〜１５ｍｍが好ましい。炭素繊維に代えて他の導電繊維が用いられてもよい。
【００４２】
図２に示す炭素繊維２２が混抄された紙２４は炭素繊維２２がテープ状の繊維集合体２０中に均一に分布しているので、少ない量の炭素繊維で有効な除電効果が得られる。一般には炭素繊維は繊維長が短いほど紙中での均一な分散状態が得られ、除電効果も良好であると思われがちであるが、本願発明においてはこの炭素繊維２２の繊維長は３〜１５ｍｍであることが好ましい。繊維長が３ｍｍ未満であると導電体の形状が球形状に近づくことになり、最強の除電効果が得られない。かつ、抄紙用のスラリーを準備する段階で炭素繊維同士が絡合する傾向が強く、スラリー中でしたがって紙中での炭素繊維の均一な分散状態が得にくい。繊維長が１５ｍｍを超えると抄紙用のスラリー中で炭素繊維が分散し難く、紙中での炭素繊維の均一な分散状態が得にくい。炭素繊維２２の繊維長が３〜８ｍｍであることが均一な分散と優れた除電効果のうえで最も好ましい。
【００４３】
紙中での炭素繊維の含有比率は１０〜７０重量％であることが好ましい。１５〜４５重量％であることが紙２４の充分な強度と優れた除電効果とを両立させてさらに好ましい。３５〜４０重量％であることが最も好ましい。
【００４４】
紐状の繊維集合体は複数回折り曲げたり、ループ状に曲げたりしてランダムに重ねたり、曲げた根元を重ねて高次の集合体とすることができる。このような高次の集合体からなる空気除電用材はコンパクトであり、かつ集合体としての表面積が大きいので、流路の狭いスペースに設置しても導電繊維の先端と空気との接触を効率良く行わせることができる。
【００４５】
紐状の繊維集合体を用いた空気除電用材の一例としては、紐状の繊維集合体をループにしてループの根元で基材を介して固定した略扇形の空気除電用材が挙げられる。
【００４６】
図３に交撚糸８を用いた略扇形の空気除電用材２１を示す。交撚糸８が複数のループ状をなし、各ループの根元で共通の基材１０を介して固定された、全体として略扇形の空気除電用材２１が形成される。
【００４７】
図４にテープ状の繊維集合体１２を用いた略扇形の空気除電用材２１ａを示す。テープ状の繊維集合体１２が複数のループ状をなし、各ループの根元で共通の基材１０を介して固定されて全体として略扇形をなしている。
【００４８】
図５にテープ状の繊維集合体１２を花型に成形した空気除電用材２ｄを示す。空気除電用材２ｄはテープ状の繊維集合体１２を順次輪にして１回ひねり、輪の直径方向ずらしに根元で基材４２ａを介して重ねて花型としたものである。このような形態は、気流が当たると輪の内側で渦ができ繊維集合体１２と気流との接触が効率よく行われるので、少量の空気除電用材で有効な除電効果が得られる。
【００４９】
本発明においては、空気除電用材は、図６に示すように、図５、あるいは図３などに示すような空気除電用材のユニット４０の複数個がベース基材４２を介して連結された、多ユニットの空気除電用材５０であってもよい。空気除電用材５０は空気の通路の部材に係合可能部位に係合する係合部材５２を備えることが好ましい。空気除電用材５０が空気の通路に留まるように、係合部材５２を介して空気除電用材５０が空気の通路の部材に好ましくは着脱可能に係着される。ベース基材４２は空気の通路の形状に応じて変形する可撓性のテープであることが好ましい。係合部材５２は例えば対象物を着脱可能に把持するクリップのようなものであってよい。
【００５０】
本発明において用いられる炭素繊維の性状は特に問わない。アクリル繊維を原料とするものや、ピッチ系のものなど市販の炭素繊維を含めて好適に用いることができる。
【００５１】
炭素繊維の混抄紙からなる空気除電用材による本発明の空気除電用材の除電効果を実験例で示す。実験にはアクリル繊維を原料とする繊維長６ｍｍの炭素繊維（０．７デニール）を用い、パルプと炭素繊維とが６：４（重量比）で混合されたスラリーから目付け５０ｇ／ｍ２の混抄紙を得た。この混抄紙を幅１０ｍｍに裁断してテープ状（リボン状）の混抄紙を得た。図５に示すような花型に成形して４連に繋げて空気除電用材Ｆ型とした。花型の外径は約５ｃｍであった。また、このテープ状の混抄紙を図４に示すような扇型に成形して空気除電用材Ｓ型とした。Ｆ型、Ｓ型とも使用したテープ状の混抄紙の全長は８０ｃｍである。
【００５２】
この空気除電用材（２ｚ）を図７に示すように室内に置かれたチャンバー６０内に設置した。チャンバー６０の側壁６４に１ｃｍ径の空気導入口６９が、側壁６４に対向する他の側壁６６に１ｃｍ径の空気排出口６８が設けられ、空気導入口６９に送風用ファン７０が設置されている。室内の空気が送風用ファン７０により空気導入口６９からチャンバー６０内に導入され、空気除電用材２ｚに接触後空気排出口６８から風速約１ｍ／ｓｅｃで排出される。空気導入口６９に導入される空気導入口６９近傍の空気と、空気排出口６８から排出される接触後空気排出口６８の近傍の空気のイオン濃度（１ｃｍ３中の陰イオン数）をイオン測定器７６により測定した。測定は３０秒ごとに計１０回行った。イオン測定器７６としては、神戸電波社製のイオン測定器を用いた。室内の温度は２８℃、湿度は４０％ＲＨであった。表２に測定結果を示す。
【００５３】
【表２】
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【００５４】
表２より、空気は空気除電用材を通過することにより陰イオンが減少し除電されたことがわかる。
【００５５】
空気除電用材を空気の通路に留めて置く態様の一例を図８に示す。図８（ａ）は、模式図、図８（ｂ）は対応する実体図である。図８（ａ）において、空気除電用材５０がエアクリーナーボックス５１内に装着される。エアクリーナーボックス５１は入り口開口５４で外気導入ダクト５６に接続され、出口開口５５でインテークマニホールド５８に接続されている。インテークマニホールド５８からはエンジンへの気体流路６０が分岐している。エアクリーナーボックス５１にはエアクリーナー６２が装填されている。空気除電用材５０は図８に示すようにエアクリーナー６２の上流がわに装着されることが好ましい。図８においては、空気除電用材５０はクリップからなる係合部材５２を介してエアクリーナー６２のひだに係着されているが、他の係着可能な部位に係着されてもよい。
【００５６】
以下、実施例により本発明を詳述する。
【実施例１】
【００５７】
実験例で用いた空気除電用材（Ｆ型）を各種の車種の車のエアクリーナーボックスに図８に示す態様で設置して各車種とも空気除電用材設置前後、それぞれ約３０ｋｍの通常の路上での走行テストを行い、空気除電用材設置前後の、燃費（燃料消費量あたりの走行距離）を測定した。結果を表３に示す。なお、トラックについては空気除電用材は１２連の花型を用い、燃焼用空気導入ダクトに設置した。
【００５８】
【表３】
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【００５９】
表３より、いずれの車種においても空気除電用材の設置により燃費の向上が得られ、空気除電用材の設置により燃費が約１３〜約２９％向上するとの結果であった。さらに、テストした車種によっては、騒音の減少、パワーの増大が感じられた。
【実施例２】
【００６０】
アクリルニトリル系重合体繊維から、標準的条件により製造した炭素繊維マルチフィラメント３０００デニール１本と、ポリプロピレンマルチフィラメントヤーン３００デニール２本とを引き揃えて張力をポリプロピレンマルチフィラメントヤーンが１５％伸張される程度の張力をかけて撚糸し複合糸を得た。撚数は５００回／ｍである。炭素繊維はポリプロピレン繊維より伸度が低いのでところどころで切断して毛羽立ちを生じた。この複合糸を３本、合撚機でより合わせて１本の糸とした。この糸の表面には炭素繊維だけの毛羽が群生し、図１に示すような直径３ｍｍのロープができた。
【００６１】
このロープを円周２０ｃｍの輪にして１回ひねり、輪の直径方向ずらしに花型を作り、図８に示すような態様でエアクリーナーボックスの中に入れフィルタの上流がわの前面に設置した。この実施例に用いた車の車種は日産ウイングロード（商品名）：１５００ｃｃである。空気除電用材設置前後それぞれ３７５．０ｋｍ、３１５．１ｋｍの走行テストを行い、空気除電用材設置前後の、燃料消費量を測定した。空気除電用材設置前の燃料消費量は４１．６（９．０１ｋｍ／ｌ）リットル、空気除電用材設置後の燃料消費量は３０．１２リットル（１０．４６ｋｍ／ｌ）であり、空気除電用材の使用により、燃費が向上した。
【００６２】
その他、本発明は、主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々なる改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の空気除電用材に用いられる交撚糸の態様を示す形態図である。
【図２】本発明の空気除電用材に用いられるテープ状の繊維集合体の態様を示す形態図である。
【図３】略扇形の空気除電用材の一例を示す形態図である。
【図４】テープ状の繊維集合体を用いた略扇形の空気除電用材の一例を示す形態図である。
【図５】テープ状の繊維集合体を花型に成形した空気除電用材を示す形態図である。
【図６】複数の空気除電用材のユニット連結された多ユニットの空気除電用材の態様を示す模式図である。
【図７】空気のイオン濃度測定のための、チャンバー内に設置したイオン測定器の配置を示す説明図である。
【図８】空気除電用材をエアクリーナーボックスに配置する態様を示し、図８（ａ）は説明図、図８（ｂ）は実体図である。
【符号の説明】
【００６４】
２：紐状の繊維集合体
２ｄ、２ｚ：空気除電用材
１０：基材
４、２２：炭素繊維
６：合成繊維マルチフィラメント糸
８：交撚糸
１２、２０：テープ状の繊維集合体
１５：切断端部
２１、２１ａ：略扇形の空気除電用材
２４：紙
３２：芯鞘構造の糸
４０：空気除電用材のユニット
４２：ベース基材
４２ａ：基材
５０：多ユニットの空気除電用材
５２：係合部材
６０：チャンバー
５０：空気除電用材
５１：エアクリーナーボックス
５６：外気導入ダクト
５８：インテークマニホールド
６０：気体流路
６２：エアクリーナー
６９：空気導入口
６８：空気排出口
７０：送風用ファン
７６：イオン測定器
８０：スロットバルブ
８２：アクセルペダル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2008303872.tif 000011
【図６】
2008303872.tif 000012
【図７】
2008303872.tif 000013
【図８】
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