(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンダストを含む被処理ガスを処理するためのフィルタエレメントであって、オイルを含浸した不織布で構成されたオイル含浸濾過材と、この濾過材の下流側に形成され、かつオイル含浸濾過材からの少なくともカーボンダストの透過を規制するための撥油性を有する透過規制層とで構成されており、前記オイル含浸濾過材が、密度の異なる複数の不織布の積層体で構成され、かつ不織布の密度が上流側から下流側に向けて大きくなっており、前記透過規制層が撥油剤を含む不織布で構成され、この不織布の密度が、前記オイル含浸濾過材を構成する複数の不織布のうち下流側の不織布の密度よりも密に形成されているフィルタエレメント。
【請求項２】
透過規制層を構成する不織布の厚みが、前記オイル含浸濾過材を構成する濾過材の厚みを１とするとき、０．０３〜０．３である請求項１記載のフィルタエレメント。
【請求項３】
濾過材が襞折り状に形成されている請求項１記載のフィルタエレメント。
【請求項４】
さらに、オイル含浸濾過材の上流側に配設されたプレフィルタを備えている請求項１記載のフィルタエレメント。
【請求項５】
プレフィルタが、濾紙及び不織布から選択された少なくとも１種で構成されている請求項４記載のフィルタエレメント。
【請求項６】
密度の異なる複数の不織布で構成され、かつオイルが含浸されたオイル含浸濾過材と、この濾過材の下流側に形成され、かつ撥油性を有する不織布で構成された透過規制層とが積層されたフィルタエレメントを製造する方法であって、
(i)不織布に撥油剤を含浸させ、乾燥して、オイル含浸濾過材からの少なくともカーボンダストの透過を規制するための撥油性を有する透過規制層を調製する工程、
(ii)この透過規制層を構成する不織布の密度よりも疎に形成され、かつオイル含浸濾過材を構成する密度の異なる複数の不織布を、密度が上流側から下流側に向けて大きくなる密度勾配を有するよう順次重ねるとともに、密度が最も大きな不織布側と、前記透過規制層とを重ねて一体化させ、積層構造のエレメントを形成する工程、
(iii)前記エレメントにオイルを含浸させ、過剰のオイルを除去する工程とで構成されているフィルタエレメントの製造方法。
【請求項７】
オイル含浸濾過材を構成する濾過材の厚みを１とするとき、透過規制層を構成する不織布の厚みを０．０３〜０．３に形成する請求項６記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理ガス中のカーボンダストを有効に捕捉でき、自動車、内燃機関などのエアフィルタとして有用なフィルタエレメントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車、自動二輪車などの動力源では、エンジンの吸気系において、エアクリーナ用のフィルタエレメントで砂や埃を吸着、濾過してエンジンへの異物混入を防ぐことにより、エンジン機能を最大限に発揮させることが重要である。
【０００３】
近年、前記フィルタエレメントにおいて、砂塵のような大粒径のダストからディーゼル車などからの排ガス中のカーボン粒子のような小粒径のダスト（以下、カーボンダストという）までの広域の粒径のダストを吸着し、濾過する濾過機能が要求されている。また、前記フィルタエレメントには、高い清浄効率、高いダスト保持能、長い濾過寿命及び低い吸気抵抗などの性能も同時に求められている。
【０００４】
現在、使用されているフィルタエレメントとしては、例えば、濾紙や不織布などで構成されているオイルを含まないドライタイプフィルタや、ビスカスオイルを濾紙や不織布に含浸させたウエットタイプのフィルタが挙げられる。
【０００５】
ドライタイプフィルタに関して、特開平１０−８５５３９号公報に、濾過材を襞折り状に形成したメインフィルタと、このメインフィルタの上流側に配設され、かつ不織布で構成されたプレフィルタとで構成されたフィルタエレメントが開示されている。このフィルタエレメントは、プレフィルタを嵩高にすることで、ダストの保持量を高めている。しかし、前記フィルタエレメントでは、ドライタイプフィルタにより優れたダスト保持量を実現しようとすると、襞折り状などの吸着面積を増大させる構造上の工夫をしても、嵩高くなり、コンパクトなフィルタエレメントを得ることが困難である。
【０００６】
一方、ウエットタイプのフィルタでは、フィルタ表面のビスカスオイルが連続的にダストを取り込むため、フィルタの容積当たりのダスト吸着量が大きく、フィルタのコンパクト化が可能である。また、ダストによる目詰まりが発生しにくく、高い清浄効率が得られる。さらにドライタイプフィルタより寿命が長いという特徴をも有する。しかし、ウエットタイプのフィルタでは、フィルタ中のオイルに取り込まれたカーボンダストが、フィルタから抜け出ることが知られている。また、ガスの流動に伴い、ビスカスオイルが流出して、フィルタ中のオイル量か減少し、ドライタイプフィルタのダスト捕捉機構と同様に、ダスト吸着量の低下を招いたり、また、流出したオイルがエンジンを汚染する可能性がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、カーボンダストの清浄効率およびダスト保持能が高く、濾過寿命の長いフィルタエレメントを提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、粒径分布の広いダストであっても、高い清浄効率及びダスト保持能で、長期間に亘り除去できるフィルタエレメントを提供することにある。
【０００９】
本発明のさらに他の目的は、高い流量や高い脈動を伴う通気であっても、圧力損失を低減しつつ、長期間に亘り高効率でダストを除去できるフィルタエレメントを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、前記課題を達成するため鋭意検討した結果、オイル含浸濾過材と、少なくともカーボンダストの透過を規制可能な透過防止層とを特定の順序で形成すると、被処理ガス中のカーボンダストに対する清浄効率を大きく向上できるとともにダスト保持能（濾過寿命）も改善できることを見出し、本発明を完成した。
【００１１】
すなわち、本発明のフィルタエレメントは、オイル含浸濾過材（第１のフィルタ）と、この濾過材の下流側に形成され、かつオイル含浸濾過材からの少なくともカーボンダストの透過を規制するための透過規制層（第２のフィルタ）とで構成されている。前記濾過材は、適当な形状、例えば、襞折り状などに形成してもよい。透過規制層は、濾過材に含浸した粘稠オイルに対して耐性を有する繊維層で形成してもよい。
フィルタエレメントは、オイルを含浸した不織布で構成されたオイル含浸濾過材と、この濾過材の下流側に形成され、かつオイル含浸濾過材からの少なくともカーボンダストの透過を規制するための透過規制層とで構成されており、前記オイル含浸濾過材が、密度の異なる複数の不織布の積層体で構成され、かつ不織布の密度が上流側から下流側に向けて大きくなっており、前記透過規制層が撥油性を有する不織布で構成され、この不織布の密度が、前記オイル含浸濾過材を構成する複数の不織布のうち下流側の不織布の密度よりも密に形成されている。
【００１２】
前記フィルタエレメントにおいて、前記オイル含浸濾過材の上流側にはプレフィルタを配設してもよい。
【００１３】
前記プレフィルタは、濾紙及び不織布から選択された少なくとも１種で構成してもよい。
【００１４】
このようなフィルタにおいて、前記オイル含浸濾過材（例えば、ビスカスオイルを含浸したビスカス不織布など）は、オイルを含有しない濾過材（ドライタイプの濾過材）に比べて、清浄化効率が高く、しかも寿命を長くできる。また、オイル含浸濾過材を用いると、ドライタイプの濾過材に比べて、高い流量や高い脈動の通気においてもダストの透過を防止し、オイル付着に伴う圧損が殆ど生じない。また、粒径分布の広いダストであっても、ダストに対する捕捉性を向上できる。さらに、前記オイル含浸濾過材の下流側に、通気可能であり、かつカーボンダストの透過を規制可能な透過規制層が形成されているため、カーボンダストの清浄効率、ダスト保持能及び濾過寿命を改善できる。さらには、透過規制層（例えば、撥油剤を含浸させたドライ不織布など）により、前記オイル含浸濾過材からカーボンダスト及びオイルの混合物（カーボンオイル）が流出するのを防止できる。
さらに、オイル含浸濾過材の繊維密度を小さくすることにより圧力損失を低減し、ダストライフを向上できるとともに、オイル含浸濾過材の含浸オイル量も多くできる。そのため、多いオイル含浸量により清浄効率を高め、高い流量や高い脈動の通気においてもダストの透過を防止できる。さらには、透過規制層の密度を大きくすると、カーボンダスト及びオイルの混合物（カーボンオイル）の流出を防止できる。このような利点を得るためには、濾過材（又は繊維層）として、濾紙よりも不織布を用いるのが有利である。
前記透過規制層を構成する不織布の厚みは、前記オイル含浸濾過材を構成する濾過材の厚みを１とするとき、０．０３〜０．３であってもよい。このようなフィルタエレメントにおいて、前記透過規制層は、撥油剤を含浸した不織布で構成してもよい。
本発明の製造方法は、密度の異なる複数の不織布で構成され、かつオイルが含浸されたオイル含浸濾過材と、この濾過材の下流側に形成され、かつ撥油性を有する不織布で構成された透過規制層とが積層されたフィルタエレメントを製造する方法であって、
(i)不織布に撥油剤を含浸させ、乾燥して、オイル含浸濾過材からの少なくともカーボンダストの透過を規制するための撥油性を有する透過規制層を調製する工程、
(ii)この透過規制層を構成する不織布の密度よりも疎に形成され、かつオイル含浸濾過材を構成する密度の異なる複数の不織布を、密度が上流側から下流側に向けて大きくなる密度勾配を有するよう順次重ねるとともに、密度が最も大きな不織布側と、前記透過規制層とを重ねて一体化させ、積層構造のエレメントを形成する工程、
(iii)前記エレメントにオイルを含浸させ、過剰のオイルを除去する工程とで構成されている。
前記オイル含浸濾過材を構成する濾過材の厚みを１とするとき、前記透過規制層を構成する不織布の厚みを０．０３〜０．３に形成してもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、必要に応じて添付図面を参照しつつ本発明を詳細に説明する。
［フィルタエレメント］
図１は本発明のフィルタエレメントを示す概略断面図である。この例では、フィルタエレメントは、濾紙で構成され、かつオイルが含浸したシート状濾過材（オイル含浸濾過材）１と、被処理ガスの流通方向に関して、この濾過材の下流側で全面に亘りコーティングにより形成された透過防止層（又は透過規制層）２とで構成されている。前記透過防止層（又は透過規制層）２はカーボンダストの通過を規制するものの、ガスが透過可能である。さらに、前記オイル含浸濾過材１の上流側には、ドライフィルタとしての不織布で構成されたシート状プレフィルタ３が積層又は配設されている。なお、オイル含浸濾過材１は、通常、ビスカスオイル（粘性オイル）が含浸した濾過材（濾紙や不織布など）で構成でき、ビスカス濾過材やビスカス不織布などと称される場合がある。
【００１６】
このような構造のフィルタエレメントでは、プレフィルタ３によりカーボンダストに対する捕捉性を高め、オイル含浸濾過材１により、捕捉できなかったカーボンダストを含めてダストの捕捉性又は取り込み性を高めることができる。さらに、透過防止層２により、少なくとも捕捉したカーボンダストの透過を規制できるとともに、オイルの流出も規制でき、ダストの捕集性を向上できる。
【００１７】
なお、前記構造のフィルタエレメントにおいて、オイル含浸濾過材（ウエットフィルタ）の下流側にドライフィルタを配設することが考えられる。しかし、このような構造のフィルタエレメントでは、ダストによりオイル含浸濾過材が短時間内に汚染され、濾過性能が早期に低下する。そのため、全体として濾過性能を向上させることが困難であり、カーボンダストを長期間に亘り効率よく捕捉できない。
【００１８】
前記オイル含浸濾過材は、シート状又は板状に限らず、屈曲又は湾曲していてもよく、凹凸状に形成されていてもよい。図２は本発明のフィルタエレメントの他の例を示す概略断面図である。
【００１９】
この例では、オイル含浸濾過材１１は、断面屈曲形状の襞折り構造に形成されており、このオイル含浸濾過材１１の上流側にはシート状又は板状のプレフィルタ１３が配設され、オイル含浸濾過材１１の下流側（又は下面）には、前記と同様に、全面に亘りコーティングによる透過防止層１２が形成されている。
【００２０】
このようなフィルタでは、前記図１に示す構造のフィルタに比べて、オイル含浸濾過材１１の襞折り構造により、被処理ガスとの接触面積及び接触効率を向上でき、カーボンダストをより有効に除去できる。
なお、前記透過防止層は、オイル含浸濾過材の下流側に全面に亘り均一に形成する必要はなく、部分的に厚み又は含有量を変化させて形成してもよい。また、透過防止層は、フィルタエレメントの形状に応じて前記オイル含浸濾過材の所望の部分に形成してもよい。
【００２１】
図３は本発明のフィルタエレメントのさらに他の例を示す概略断面図である。
【００２２】
この例では、襞折り状のオイル含浸濾過材１１の谷部でのオイル抜けが特に高いことに着目して、コーティング又は含浸により透過防止層２２を、オイルが集合又は流入しやすい部位、例えば、オイル含浸濾過材１１の襞部の谷部域に形成している。
なお、透過防止層は、襞部の谷部にだけ形成する必要はなく、オイル含浸濾過材の下流面の全面に亘り形成し、しかも透過防止層の厚みを、オイル含浸濾過材１１の襞部の谷部域で大きく形成してもよい。
【００２３】
さらに、オイルが集合しやすい部位（例えば、襞の谷部など）には、通気遮断材により透過防止層を形成してもよい。透過防止層として通気遮断材を用いる場合、オイル含浸濾過材に対する透過防止層の占める面積割合は、圧力損失が過度に大きくならない範囲で選択でき、例えば、オイル含浸濾過材の下流面の面積全体に対して、５〜３０％程度、好ましくは５〜２０％程度、さらに好ましくは５〜１０％程度である。
【００２４】
なお、本発明において、前記透過防止層と通気遮断材とを組み合わせて形成してもよい。例えば、オイル含浸濾過材の下流側に通気可能な透過防止層を形成するとともに、オイルが集合しやすい部位（例えば、襞の谷部など）の透過防止層の下流側に通気遮断材を配設してもよい。
【００２５】
図４は本発明のフィルタエレメントの他の例を示す概略断面図である。
【００２６】
この例では、プレフィルタ１３とオイル含浸濾過材１１と透過防止層１２とで構成された前記図２に示す構造のフィルタエレメントにおいて、オイル（特にカーボンダストを含んだオイル）が集合又は流入しやすい襞の谷部に対応する透過防止層１２の部位には、通気遮断材として、透過防止層２２が積層されている。
【００２７】
図５は本発明のフィルタエレメントの他の例を示す概略断面図である。この例では、オイル含浸濾過材１１は、それぞれオイルを含む複数の濾過材11a,11b,11cの積層体で構成され、さらに断面屈曲形状の襞折り構造に形成されている。前記オイル含浸濾過材１１ｃの下流側（又は下面）には、全面に亘り撥油材を含有する繊維層で構成され、かつ通気可能な透過防止層１２が形成されている。さらに、前記濾過材１１（複数の濾過材11a,11b,11c）は、上流側から下流側にいくにつれて小さくなる密度勾配を有しており、上流側の濾過材１１ａが粗に形成され、下流側の濾過材１１ｃが密に形成されている。さらに、前記透過防止層１２の繊維層は、前記オイル含浸濾過材１１の濾過材11a,11b,11cよりも密度が大きく形成されている。すなわち、この例では、透過防止層１２の繊維層は、複数の濾過材11a,11b,11cのうち下流側の濾過材11cよりも密に形成されている。
【００２８】
このようなフィルタを用いると、ダストを捕捉したオイルが前記オイル含浸濾過材１１の下流側に流れても、前記オイル含浸濾過材が密度勾配を有するため、ダストによりオイル含浸濾過材１１が上流側で閉塞することを抑制できる。特に、流量の大きな被処理ガスや脈動流の被処理ガスであっても、オイルを含浸しているため、被処理ガスの圧力損失を低減できるとともに、ダストの透過を防止でき、清浄効率を向上できる。そのため、被処理ガスの圧力損失を低減できるとともに、オイルを含まない濾過材（ドライフィルタ）に比べて、フィルタエレメントの濾過寿命を長くできる。特に、前記オイル含浸濾過材１１と、撥油剤を含み、かつ前記濾過材よりも密度の大きな前記透過防止層１２とを組み合わせているため、通気抵抗を低減しつつ、カーボンオイルの流出を有効に防止できる。なお、前記フィルタエレメントは、襞折り状に限らず、シート状、屈曲、湾曲又は凸凹状に形成してもよい。また、オイル含浸濾過材の上流側にはプレフィルタを配設してもよい。
【００２９】
前記図５に示す構造のフィルタエレメントは、例えば、オイル含浸濾過材の濾過材と撥油剤を含む前記透過防止層の繊維層とを積層し、一体化させ、所定の形状（襞折り状、平板状など）に成形することにより調製できる。具体的には、オイルを含有する濾過材で構成されたオイル含浸濾過材と、撥油剤を含有する繊維層で構成された透過防止層とを積層する方法などが例示できる。なお、撥油剤がオイル含浸濾過材のオイルをはじくことを利用して、例えば、撥油剤を含有する繊維層で構成された透過防止層と、オイルを含浸していない濾過材とを積層した後、積層体全体をオイルに含浸し、過剰のオイルを除去してもよい。
【００３０】
（オイル含浸濾過材）
オイル含浸濾過材を構成する濾過材としては、濾過機能を有し、ダストの取り込み効率の高いビスカスオイルを含浸可能であれば特に制限はなく、ランダムに繊維が交絡した組織（抄紙又はウェブ構造又は組織）を有する部材、例えば、濾紙、不織布などが使用できる。これらの濾過材は単独で又は二種以上組み合わせて使用してもよい。
【００３１】
濾紙や不織布を構成する繊維としては、パルプ（木材パルプ、リンターパルプなど）などのセルロース繊維や天然繊維、例えば、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Ｃ2-4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（ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、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］、無機繊維（ガラス繊維、金属繊維、セラミックス繊維、炭素繊維など）などが例示できる。これらの繊維は単独で又は２種以上組み合わせて使用してもよい。
【００３２】
これらの濾過材のうち、セルロース繊維などの繊維で構成され、かつ抄紙構造を有する濾紙や、合成繊維で構成され、かつ繊維がランダム方向に配向して絡み合ったウェブ構造を有する不織布が使用される。特に、オイル含浸濾過材を構成する濾過材としては、通常、低コストでダストの捕集効率の高い濾紙が使用される。なお、不織布は、慣用の方法、例えば、湿式不織布、乾式不織布、スパンボンド不織布、メルトブロー不織布などで形成できる。
【００３３】
オイル含浸濾過材を構成する濾過材は、単一の濾過材に限らず、複数の濾過材（又は複数の濾過材の積層体）で構成してもよく、複数の濾過材を用いる場合、２〜１０程度の複数の濾過材で構成してもよい。さらに、オイル含浸濾過材の密度は、全体に亘り均一であってもよく、上流から下流に向かって異なっていてもよい。例えば、オイル含浸濾過材を複数の濾過材で構成する場合、各濾過材は同じ密度を有していてもよく、密度の異なる同種又は異種の濾過材で構成してもよい。前記オイル含浸濾過材は、連続的又は段階的に密度勾配を有していてもよく、例えば、上流側が密であり、下流側が粗であってもよいが、通常、上流側の密度を小さくし、下流側の密度を大きくしてもよい。
【００３４】
なお、複数の濾過材は、慣用の積層方法、例えば、ニードルパンチ法、ステッチ法、バインダー又は接着剤（液状、粉流体状、繊維状など）による接合方法などが例示でき、バインダーは加熱又は加熱圧着により接合可能な熱接着性樹脂であってもよい。これらの方法は、単独で又は組み合わせて行ってもよい。通常、繊維の絡み合いなどの物理的積層方法（例えば、ニードルパンチ法、ステッチ法）や、熱接着性又はホットメルト接着性樹脂（熱接着性又はホットメルト接着性繊維など）などが利用される。
【００３５】
前記バインダーとしては、例えば、オレフィン系樹脂（例えば、ポリエチレン又はポリプロピレンなど）、ポリビニルアルコール系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、アクリル樹脂、ハロゲン含有ビニル系樹脂（例えば、ポリ塩化ビニルなど）、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、熱可塑性エラストマーなどが挙げられる。これらの樹脂は単独で又は組み合わせてもよい。
【００３６】
濾過材の形状は、特に制限されず、シート状、平板状などの二次元的構造であってもよく、筒状、屈曲又は湾曲状（又はコルゲート状）、襞折り状などの三次元的構造であってもよい。さらに、濾過材は、エンボス加工などにより凹凸状に形成してもよい。比表面積を高めるための好ましい形状は、屈曲又は湾曲状（又はコルゲート状）、襞折り状である。
【００３７】
濾過材に含浸させるオイルとしては、カーボンダストなどのダストに対する捕捉性を損なわない限り特に制限されず、一般のエアフィルタ油（高粘度オイル）を使用できる。オイル成分としては、石油系オイル（例えば、ナフテン系オイル、パラフィン系オイル、流動パラフィンなど）、合成炭化水素系オイル［オレフィンの重合油、例えば、ポリブテンなどのポリ（α−オレフィン）など］、アルキルベンゼン、アルキルナフタレン、合成ナフテンなど）、脂肪酸エステル（例えば、Ｃ6-12アルカンジカルボン酸のジアルキルエステルなどの多価カルボン酸のアルキルエステル、ポリオールエステルなど）、ポリグリコール（例えば、ポリアルキレングリコールなど）、フェニルエーテル（例えば、アルキルジフェニルエーテルなど）、リン酸エステル（例えば、芳香族リン酸エステル、脂肪族リン酸エステル）、シリコーンオイル［例えば、ポリ（ジメチルシロキサン）、ポリ（フェニルメチルシロキサン）、ケイ酸エステルなど］などが例示できる。
【００３８】
オイル成分は、必要に応じて、種々の添加剤、例えば、粘度調整剤、粘性剤、粘着剤、高沸点溶剤（例えば、ミネラルオイルなど）、老化防止剤（例えば、熱老化防止剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤など）、充填剤（顔料を含む）などを含んでいてもよい。オイルの動粘度は、例えば、温度４０℃において、１〜１００００ｃＳｔ、好ましくは１０〜１０００ｃＳｔ、特に好ましくは、１５〜４００ｃＳｔ（例えば、１９〜１５０ｃＳｔ）程度である。
【００３９】
濾過材に対するオイルの含有量は、濾過材１００ｇに対して、例えば、１０〜１２０ｇ程度、好ましくは２０〜１００ｇ程度、さらに好ましくは２５〜８０ｇ程度である。なお、オイルの含浸方法としては、慣用の方法、例えば、スプレー噴霧、浸漬法などが採用でき、必要であれば、濾過材に対する浸透性を高めるため、溶媒で希釈した高粘性オイルを濾過材に含浸させ、溶媒を除去してもよい。さらに、オイルを加熱して低粘度化させ、含浸効率を向上させてもよい。
【００４０】
なお、オイル含浸濾過材は、通常、ビスカスオイルを含有又は含浸したビスカス濾紙又はビスカス不織布として使用される場合が多い。
【００４１】
（透過防止層）
少なくともカーボンダストの透過を規制するための透過防止層は、オイル含浸濾過材の下流側に配置又は形成すればよく、コーティング層であってもよく通気遮断材又は通気遮断層（目止め層）であってもよい。また、透過防止層は、オイルに対して耐性を有する繊維層であってもよく、例えば、フッ素繊維などで構成された繊維層であってもよい。なお、コーティング層などの透過防止層は、通常、フィルタ外へのオイルの流出を防止する機能を有している。そのため、ダストの取り込みや吸着に十分なオイル量を維持でき、カーボンダスト吸着機構に有利である。
【００４２】
カーボンダストの透過を防止し、圧力損失を過度に増大させない限り、透過防止層（通気遮断材又は通気遮断層を含む）は、濾過材に含浸したオイルに対して非溶解性の耐性成分で構成できる。このような耐性成分としては、例えば、撥油剤、合成樹脂、金属、ガラス、セラミックスなどが挙げられる。これらは単独で又は２種以上組みあわせて使用してもよい。
【００４３】
撥油剤は、撥油性の高い油性成分、例えば、シリコーンオイルやシリコーングリース（又はシリコーンガム）、フッ素含有油性成分［ポリ（クロロトリフルオロエチレン）、ポリ（トリフルオロプロピルメチルシロキサン）、ペルフルオロポリエーテルなどのフッ素含有単量体の単独又は共重合体、フッ素含有単量体と共重合性単量体との共重合体など］などが挙げられ、フッ素含有油性成分は、フッ素含有単量体の低分子量重合体（フッ素樹脂のオリゴマー）であってもよい。これらの撥油剤は単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。撥油剤の含有量又は含浸量は、前記オイルの含有量と同様、例えば、繊維層１００ｇに対して０．５〜６０ｇ、好ましくは１〜４０ｇ、さらに好ましくは２〜３０ｇ程度であってもよい。
【００４４】
合成樹脂としては、種々の熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などが挙げられ、熱可塑性樹脂は、ホットメルト接着性樹脂などであってもよい。
【００４５】
熱可塑性樹脂としては、オレフィン系樹脂［例えば、Ｃ2-10オレフィンの単独又は共重合体（ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体など）、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−（メタ）アクリル酸エステル共重合体、アイオノマー樹脂など］、ハロゲン含有ビニル系樹脂［例えば、塩素含有ビニル系樹脂（例えば、ポリ塩化ビニル、塩化ビニリデンと共重合性単量体（塩化ビニル、酢酸ビニル、アクリロニトリルなど）との共重合体などの塩素含有ビニル系樹脂）、フッ素含有ビニル系樹脂（例えば、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリトリフルオロエチレン、エチレン−トリフルオロエチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレンと共重合性単量体（エチレン、プロピレン、パーフルオロアルキルビニルエーテルなど）との共重合体など）など］、ポリアミド系樹脂（例えば、ナイロン６６、ナイロン６１０、ナイロン６１２、ナイロン１１、ナイロン１２など）、スチレン系樹脂［例えば、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）など］、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂（ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレートなどのポリアルキレンアリレート、又はこれらのコポリエステルなど）、ポリスルホン系樹脂（ポリスルホン、ポリエーテルスルホンなど）、ポリフェニレン系樹脂（ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィドなど）などが挙げられる。熱可塑性樹脂は、エラストマー、例えば、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマーなどの熱可塑性エラストマーであってもよい。これらの樹脂は単独で又は組み合わせて使用できる。好ましい樹脂は、オレフィン系樹脂、フッ素含有ビニル系樹脂などである。
【００４６】
熱硬化性樹脂としては、ポリウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂（ビニルエステル系樹脂を含む）、熱硬化性アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリイミド系樹脂などが挙げられる。
【００４７】
前記合成樹脂は、必要に応じて添加剤（例えば、可塑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、難燃剤、着色剤、帯電防止剤、滑剤など）を含んでいてもよい。また、ホットメルト接着性樹脂は、ベース樹脂（ポリエチレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体などのオレフィン系樹脂、ナイロン６１０、ナイロン６１２などのポリアミド系樹脂など）に加えて、粘着付与剤（ロジン又はその誘導体、テルペン系樹脂、水素添加スチレン系樹脂など）、熱安定剤（酸化防止剤など）などを含んでいてもよい。
【００４８】
金属としては、例えば、鉄又はその合金（ステンレス鋼など）、アルミニウム、銅などが挙げられる。
【００４９】
なお、透過防止層（通気遮断材又は通気遮断層を含む）は、コーティング剤やホットメルト接着性樹脂などの塗布や含浸などにより、オイル含浸濾過材に形成してもよく、予めオイル含浸濾過材に適合する形状に形成された成形部材を使用して、必要により接着剤などの接合剤により、オイル含浸濾過材に接合して形成してもよい。成形部材を用いる場合には、接着剤や熱接合などにより、オイル含浸濾過材に接合してもよい。成形部材は、プラスチック又は樹脂、金属やセラミックスなどの成形部材を用いることができる。また、成形部材は、フィルムやシート状などの形態で使用してもよい。
【００５０】
透過防止層の割合（又は塗布量）は、例えば、１〜１００ｇ／ｍ2、好ましくは０．５〜５０ｇ／ｍ2、さらに好ましくは１〜２５ｇ／ｍ2程度である。
【００５１】
さらに、通気遮断材又は通気遮断層の厚みは、例えば、１〜５０００μｍ、好ましくは５〜５００μｍ、さらに好ましくは１０〜２００μｍ程度であってもよい。
【００５２】
撥油剤を含有する透過防止層の繊維層の密度は、オイル含浸濾過材の濾過材と同一であってもよく異なっていてもよい。好ましい態様では、透過防止層の繊維層はオイル含浸濾過材の濾過材よりも繊維密度が大きく密である。なお、透過防止層も単一の繊維層で形成してもよく、同一又は異なる複数の繊維層で形成してもよい。複数の繊維層を用いる場合、密度は同一であってもよく異なっていてもよく、例えば、上流側から下流側に向かって繊維層の繊維密度を小さくしてもよく大きくしてもよい。好ましい態様では、繊維層の繊維密度は上流側から下流側に向かって大きくする場合が多い。
【００５３】
透過防止層を構成する繊維層の嵩密度は、例えば、０．０２〜０．７ｇ／ｃｍ3、好ましくは０．０３〜０．５ｇ／ｃｍ3、さらに好ましくは０．０５〜０．３ｇ／ｃｍ3程度であってもよい。また、オイル含浸濾過材を構成する濾過材の嵩密度を「１」とするとき、透過防止層を構成する繊維層の嵩密度は、例えば、１．１〜２．５、好ましくは１．２〜２．２、さらに好ましくは１．３〜２程度であってもよい。なお、透過防止層を構成する繊維層の厚みは、特に制限されず、フィルタエレメントの構造などに応じて選択でき、例えば、オイル含浸濾過材を構成する濾過材の厚みを「１」とするとき、０．０１〜２、好ましくは０．０３〜０．３程度であってもよい。
【００５４】
（プレフィルタ）
プレフィルタは、前記濾過材と同様の濾紙、不織布などが使用できる。これらのプレフィルタは単独で又は二種以上組み合わせて使用してもよい。好ましいプレフィルタは、不織布（合成繊維で構成された不織布など）である。
【００５５】
プレフィルタの組織は、前記濾過材の組織と同程度の密度であってもよく、前記濾過材よりも高密度又は低密度であってもよい。濾紙や不織布で構成されたプレフィルタの嵩密度は、例えば、０．０１〜０．７ｇ／ｃｍ3、好ましくは０．０１〜０．１ｇ／ｃｍ3、さらに好ましくは０．０２〜０．０５ｇ／ｃｍ3程度である。さらに、プレフィルタの空隙率（％）は、例えば、７０〜９９％、好ましくは８０〜９９％、さらに好ましくは９０〜９９％程度である。
【００５６】
プレフィルタの空隙率は、全体に亘り均一であってもよく、上流から下流方向に向かって変化して空隙率の勾配を有していてもよい。例えば、プレフィルタの組織は、上流側が粗又は密であり、下流側が密又は粗であってもよく、さらには、上流側及び下流側が密又は粗であり、中間部が粗又は密であってもよい。通常、プレフィルタは、上流側から下流側に向かって空隙率が大きくなる勾配を有している。このようなプレフィルタは、密度の異なる複数のプレフィルタ材を積層して形成してもよい。
【００５７】
プレフィルタの厚みは、例えば、３〜５０ｍｍ程度、好ましくは５〜３０ｍｍ程度、さらに好ましくは５〜２０ｍｍ程度である。
【００５８】
なお、前記オイル含浸濾過材の上流側に配設されたドライフィルタとしてのプレフィルタは必ずしも必要ではないが、オイル含浸濾過材の上流側にプレフィルタを配設すると、長期間に亘りカーボンダストに対する高い捕集効率を維持できる。また、プレフィルタは、シート状又は板状に限らず、屈曲又は湾曲状、凹凸状や襞折り状などの形態に形成してもよい。さらに、フィルタエレメントは、プレフィルタが部分的に前記オイル含浸濾過材から遊離した構造を有していてもよく、前記オイル含浸濾過材と一体に積層又は重ね合わせた構造を有していてもよい。
【００５９】
[被処理ガス]
本発明のフィルタエレメントは、カーボンダストを含む被処理ガス（例えば、空気、排気ガスなど）の処理に有用である。また、カーボンダストに限らず、カーボンダストと同程度の粒子径（数ｎｍ〜５００ｎｍ（例えば、３〜２００ｎｍ）程度）を有する粒子を含む被処理ガスの処理にも有用である。そのため、フィルタエレメントは、種々の用途、例えば、内燃機関（例えば、自動車など）、コンプレッサーなどのエアフィルタや排ガス規制用フィルタなどとして有用である。
【００６０】
【発明の効果】
本発明では、オイル含浸濾過材と透過防止層とを特定の順序で備えているので、カーボンダストの清浄効率を高めつつ、カーボンダスト保持能を大きく改善でき、濾過寿命を長くすることができる。さらに、粒径分布の広いダストであっても清浄効率及びダスト保持能に優れ、濾過寿命の長いフィルタエレメントが得られる。さらに、高い流量や高い脈動を伴う通気であっても、圧力損失を低減しつつ、長期間に亘り高効率でダストを除去できる。
【００６１】
【実施例】
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
【００６２】
実施例１
ビスカス濾紙（オイル量１３０ｇ／ｍ2、オイル動粘度３２．６ｃＳｔ）の一方の面の全面に、フッ素系撥油剤を塗布量６ｇ／ｍ2で塗布し、襞状に成形した。図２のプレフィルタ１３を用いることなく、フィルタエレメントを得た。
【００６３】
前記フィルタエレメントは、透過防止層側を下流に向けて配置し、通気抵抗試験、清浄効率試験及びダスト保持量試験に供した。
【００６４】
実施例２
襞状に成形した実施例１と同様のビスカス濾紙の襞の谷部域に、ホットメルト接着性樹脂を、塗布量７０ｇ／ｍ2で、谷底からの両側方向に長さ２〜４ｍｍとなるように塗布した。図３のプレフィルタ１３を用いることなく、フィルタエレメントを得た。
【００６５】
前記フィルタエレメントは、透過防止層側を下流に向けて配置し、通気抵抗試験、清浄効率試験及びダスト保持量試験に供した。
【００６６】
実施例３
実施例１のフィルタエレメントのオイル含浸濾過材側に、プレフィルタ（不織布の種類：ＰＥＴ、厚み１８ｍｍ、目付３６５ｇ／ｍ2）を配置し、図２に示すフィルタエレメントが得られた。
【００６７】
前記フィルタエレメントは、透過防止層側を下流に向けて配置し、通気抵抗試験、清浄効率試験及びダスト保持量試験に供した。
【００６８】
実施例４
実施例２のフィルタエレメントのオイル含浸濾過材側に、実施例３と同様のプレフィルタを配置し、図３に示すフィルタエレメントが得られた。
【００６９】
前記フィルタエレメントは、透過防止層側を下流に向けて配置し、通気抵抗試験、清浄効率試験及びダスト保持量試験に供した。
【００７０】
実施例５
実施例１のビスカス濾紙の一方の面の全面に、実施例１と同様の撥油剤を塗布量６ｇ／ｍ2で塗布し、襞状に成形した。次に、前記塗布面側の襞の谷部域に、前記撥油剤を塗布量２０ｇ／ｍ2で、谷底からの両側方向繊維に長さ２〜４ｍｍになるように塗布した。得られたフィルタのオイル含浸濾過材側に、実施例３と同様のプレフィルタを配置して、図４に示すフィルタエレメントが得られた。
【００７１】
前記フィルタエレメントは、透過防止層側を下流に向けて配置し、通気抵抗試験、清浄効率試験及びダスト保持量試験に供した。
【００７２】
実施例６
ビスカス不織布（不織布の種類：ＰＥＴ、厚み３ｍｍ、目付３００ｇ／ｍ2、オイル量１３０ｇ／ｍ2、オイル動粘度３２．６ｃＳｔ）の一方の面に、フッ素系撥油剤を塗布量１０ｇ／ｍ2で塗布し、襞状に成形した。図２のプレフィルタ１３を用いることなく、フィルタエレメントを得た。前記フィルタエレメントは、透過防止層側を下流に向けて配置し、通気抵抗試験、洗浄効率試験及びダスト保持量試験に供した。
【００７３】
実施例７
密度の異なる３種類の不織布で構成され、かつビスカスオイルが含浸された積層体（オイル含浸濾過材）と、撥油剤が含浸された透過防止層とで構成されたフィルタを調製した。すなわち、繊維径１．１ｄｔのＰＥＴ繊維５０重量％と繊維径２．２ｄｔの熱接着性ＰＥＴ繊維５０重量％とで構成された不織布（４０ｇ／ｍ2）をニードルパンチにより調製し、フッ素系撥油剤を含浸量１０ｇ／ｍ2で含浸させて乾燥し、透過防止層を調製した。
一方、繊維径６．６ｄｔのポリエチレンテレフタレート繊維（ＰＥＴ繊維）５０重量％と繊維径４．４ｄｔの熱溶融又は接着性ポリエチレンテレフタレート繊維（熱接着性ＰＥＴ繊維）５０重量％とで構成された第１の不織布（６０ｇ／ｍ2）と、繊維径１．６ｄｔのＰＥＴ繊維５０重量％と繊維径２．２ｄｔの熱接着性ＰＥＴ繊維５０重量％とで構成された第２の不織布（４０ｇ／ｍ2）と、繊維径１．３ｄｔのＰＥＴ繊維５０重量％と繊維径２．２ｄｔの熱接着性ＰＥＴ繊維５０重量％とで構成された第３の不織布（８０ｇ／ｍ2）とを順次重ねるとともに、さらに、前記第３の不織布に前記透過防止層を重ねて、ニードルパンチにより一体化させた後、加熱加圧（ヒートセット）し、３層構造の濾過材（オイル含浸濾過材用の濾過材）と単層構造の透過防止層とが積層されたエレメントを調製した。
次いで、前記エレメントにインサート成形により周縁部に樹脂を射出成形して枠体を形成して一体化した平板状エレメントを作製した。このエレメントに鉱物油（動粘度：３２ｃＳｔ）を含浸させ、過剰のオイルを除去するために遠心分離処理し、所定の鉱物油を含浸したフィルタエレメントを作製した。なお、この方法では、前記透過防止層の繊維層に予め油性成分を含浸させても、この油性成分が撥油性であるため、オイル含浸濾過材を構成する濾過材にオイルを含浸させることができる。前記フィルタエレメントは、透過防止層側を下流側に向けて配置し、通気抵抗試験、洗浄効果試験及びダスト保持量試験に供した。
【００７４】
比較例１
図２の透過防止層１２及びプレフィルタ１３を形成することなく、襞状に成形した実施例１と同様のビスカス濾紙をフィルタエレメントとした。
【００７５】
比較例２
襞状に成形した不織布（不織布の種類：ＰＥＴ、厚み３ｍｍ、目付３００ｇ／ｍ2）をフィルタエレメントとした。
【００７６】
比較例３
比較例２と同一の不織布にビスカスオイル（オイル動粘度３２．６ｃＳｔ）を含浸させ、ビスカス不織布（襞状、オイル量１３０ｇ／ｍ2）を作製し、フィルタエレメントとした。
【００７７】
前記実施例１〜７及び比較例１〜３のフィルタエレメントについて、ＪＩＳ  Ｄ１６１２（自動車用エアクリーナー試験方法）に準じて、ＪＩＳ−８種塵埃及びカーボンダストの通気抵抗試験、清浄効率試験及びダスト保持量試験を行った。各試験の測定項目とその試験条件を下記に示す。
【００７８】
［通気抵抗試験］
初期の通気抵抗値（初期圧力損失）を以下の試験条件で測定した。
【００７９】
フィルタエレメント有効濾過面積：０．４３２ｍ2
試験ダスト：ＪＩＳ−８種塵埃［ＪＩＳ  Ｚ  ８９０１（試験用ダスト）に定められている８種（微粒）のダスト、塵埃濃度０．１２ｇ／ｍ3］、カーボンダスト［ランプブラック（軽油燃焼カーボン）、塵埃濃度９×１０-3ｇ／ｍ3］
ダスト供給量：１．０ｇ／分
風速：１９．２ｍ／分
試験流量：８．３ｍ3／分
［清浄効率試験］
前記通気抵抗試験と同じ試験条件で清浄効率試験を行い、初期清浄効率及びフルライフ清浄効率を求めた。
【００８０】
ＪＩＳ−８種塵埃については、初期清浄効率及びフルライフ清浄効率を、カーボンダストについては、フルライフ清浄効率を求めた。
【００８１】
なお、初期清浄効率とは、供給ダスト量の最も少ない点での清浄効率（初期清浄効率）であり、本試験では、総ダスト投入量が２０ｇに達したときの清浄効率を初期清浄効率とした。フルライフ清浄効率とは、エアフィルタの使用限度における点での清浄効率であり、本試験では、通気抵抗が２．９４ｋＰａに達したときの清浄効率をフルライフ清浄効率とした。なお、清浄効率は下記式（１）により算出した。
【００８２】
η＝（Ａ／（Ａ＋Ｃ））×１００          （１）
（式中、ηは清浄効率（％）を、Ａは供試エアフィルタの質量増加量（ｇ）を、Ｃはアブソリュートフィルタの質量増加量（ｇ）を示す）
［ダスト保持量試験］
前記通気抵抗試験と同じ試験条件で試験した。
【００８３】
ダスト保持量（ダストライフ）は、通気抵抗が２．９４ｋＰａに達したときダスト保持量とし、下記式（２）により算出した。
【００８４】
Ｄ＝Ａ＝Ａ2−Ａ1          （２）
（式中、Ｄはダスト保持量（ｇ）を、Ａ1は試験前のエアフィルタ質量（ｇ）、Ａ2は試験後のエアフィルタ質量（ｇ）を示す。Ａは、前記に同じ）
測定結果を表１に示す。
【００８５】
【表１】
0004361263.tif 000002
【００８６】
表１から明らかなように、実施例は、圧力損失を高めることなく、高いカーボンダスト清浄効率及び長いダストライフを示した。また、実施例３〜５の測定結果より明らかなように、オイル含浸濾過材と透過防止層とで構成されたフィルタエレメントにプレフィルタを組みあわせると、さらにＪＩＳ−８種塵埃に対して高い清浄効率及び長いダストライフを示した。さらには、実施例７の測定結果から明らかなように、撥油剤を含有する透過防止層の繊維層が、オイル含浸濾過材の濾過材より密である場合、ＪＩＳ−８種塵埃に対して高い捕捉効率を示すとともに、初期圧力損失を大きく低減でき、長期間にわたり効率よくダストを除去できる。
【００８７】
さらに、実施例７の及び比較例２のフィルタエレメントについて、下記の方法で脈動透過率を測定した。
【００８８】
［脈動透過率］
ダスト保持量試験に供したエレメントに、風量５．４ｍ３／分、脈動振幅２５ｍｍＨｇ、脈動周波数１６７Ｈｚの条件で、３０分間脈動を与え、エレメントからのダスト透過率を下記式により算出した。
【００８９】
脈動透過率＝［脈動後のダスト透過量／エレメントのダスト保持量］×１００その結果、実施例７のフィルタエレメントは脈動透過率が０．５５％であるのに対して、比較例２のフィルタエレメント（ドライ不織布）は脈動透過率が５．９１％であった。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明のフィルタエレメントの一例を示す概略断面図である。
【図２】図２は本発明のフィルタエレメントの他の例を示す概略断面図である。
【図３】図３は本発明のフィルタエレメントのさらに他の例を示す概略断面図である。
【図４】図４は本発明のフィルタエレメントの別の例を示す概略断面図である。
【図５】図５は本発明のフィルタエレメントのさらに別の例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１、１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ…オイル含浸濾過材
２、１２、２２…透過防止層（又は透過規制層）
３、１３…プレフィルタ
【図１】
0004361263.tif 000003
【図２】
0004361263.tif 000004
【図３】
0004361263.tif 000005
【図４】
0004361263.tif 000006
【図５】
0004361263.tif 000007