(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
油を含浸しない第１濾過材と、この第１濾過材の下流側に配置され、かつ油を含浸した第２濾過材とで構成されており、前記第１濾過材が、第２濾過材との接触により移行した油を含浸する下流側のウェット層と、油を含浸しない上流側のドライ層とを備えているフィルタエレメントであって、前記第１濾過材が、上流側から下流側に向かって密から粗となる密度勾配を有するフィルタエレメント。
【請求項２】
第１濾過材の密度が、第２濾過材を構成する濾過材の密度よりも小さい請求項１記載のフィルタエレメント。
【請求項３】
第２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】
第１濾過材及び第２濾過材を構成する濾過材が、それぞれ、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１記載のフィルタエレメント。
【請求項５】
第１濾過材を構成する濾過材が不織布であり、第２濾過材を構成する濾過材が濾紙である請求項１記載のフィルタエレメント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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クリーナ等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ダストを捕集し、清浄な空気をエンジンへ供給している。
【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）までの粒径分布が広域にわたるダストを吸着し、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、高い清浄効率を維持しつつ、優れたダスト保持能（長い濾過寿命）及び低い圧力損失などの性能も求められている。
【０００４】
これらの要求を満たすため、例えば、ビスカスオイルを濾紙や不織布に含浸させ、かつ襞折り構造としたウェットタイプのフィルタが使用されている。又、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のフィルタも使用されている。
【０００５】
ドライタイプのフィルタとしては、特開平１０−８５５３９号公報には、襞折り状の不織布で構成され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、ダストの保持能を向上させている。しかし、前記フィルタエレメントでは、高価な不織布を用いる割には、ダスト保持量を増大できないので、コストに対する効果の点から工業的に不利である。さらに、ドライタイプフィルタにより優れたダスト清浄効率を実現しようとすると、吸着面積を増大させるため襞折り状などの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、ウェ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、ウェ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おり、カーボンダストを効率よく捕集できない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、ダストの清浄効率及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、カーボンダストの清浄効率が高められるとともに、圧力損失が低く、低コストのフィルタエレメントを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を達成するため鋭意検討した結果、油を含浸しない濾過材と、油を含浸した濾過材とを特定の順序で形成すると、ダスト（特にカーボンダスト）の清浄効率が向上し、ダスト保持能が高められ、濾過寿命の長いフィルタエレメントを低コストで得られることを見出し、本発明を完成した。
【００１０】
すなわち、本発明のフィルタエレメントは、油を含浸しない第１濾過材と、この第１濾過材の下流側に配置され、かつ油を含浸した第２濾過材とで構成されており、前記第１濾過材が、第２濾過材との接触により移行した油を含浸する下流側のウェット層と、油を含浸しない上流側のドライ層とを備えている。前記フィルタエレメントにおいて、前記第１濾過材は、上流側から下流側に向かって密から粗となる密度勾配を有している。前記フィルタエレメントでは、第１濾過材のうち、油を含浸しないドライ層では、主としてカーボンダストを捕集し、油を含浸するウェット層では、ドライ層を通過した比較的粒径の大きいダストを吸着し、さらに第１濾過材を通過したダストを第２濾過材で吸着することにより、フィルタ全体としてのダスト保持量を格段に増大させる。
【００１１】
このようなフィルタエレメントにおいて、第１濾過材へは、第１濾過材に対する第２濾過材の接触面側の油が移行する。その結果、濾過材全体において油の濃度勾配が生じる。そして、油が存在するとダストの捕捉に有効であるが、過剰に存在する場合、過剰部でダストの固まりを形成してしまい、目詰まりを起こしてしまう。これに対して、下流側から上流側へ濃度が漸減する濃度勾配を形成すると、目詰まりを防止するのに有効である。
【００１２】
第１濾過材の密度は、第２濾過材を構成する濾過材の密度よりも小さくてもよい。第１濾過材の密度が第２濾過材よりも比較的小さいと、ダストによる目詰まりを遅らせることができる。第１濾過材の密度は、全体に亘り均一であってもよく、上流側から下流側に向かって連続的又は段階的に小さくなっていてもよい。例えば、第１濾過材が、上流側（空気取入側）から密から粗となる密度の組織を有していると、上流側の密度の高い領域でカーボンダストを効率よく捕集し保持できる。第２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。第１濾過材及び第２濾過材を構成する濾過材は、それぞれ、濾紙及び不織布から選択された少なくとも１種で構成されていてもよい。例えば、第１濾過材の濾過材を不織布で構成し、第２濾過材の濾過材を濾紙で構成してもよい。第１濾過材を濾紙または不織布のうち少なくとも１種で構成すると、カーボンダストの効率的な捕集が可能であり、第２濾過材を油が含浸した濾紙または不織布の少なくとも１種で構成すると、ウェットタイプのフィルタとして優れたダスト吸着保持能が得られる。
【００１３】
【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、不織布（例えば、ポリエステル繊維不織布など）で構成された平板状の濾過材（第１濾過材）１０と、油（例えば、ビスカスオイルなど）を含浸した濾紙で構成され、かつ断面屈曲形状の襞折り構造を有する濾過材（第２濾過材）２０とで構成されている。第１濾過材１０は第２濾過材２０の上流側（ガス取入側）に配置され、下流側（ガス排出側）に配置された第２濾過材２０の折り曲げ部（頂部）２１が、第１濾過材１０の下流側表面（第２濾過材との隣接面）１３に接触している。
【００１４】
そして、前記第１濾過材１０は、油を含浸しない上流側のドライ層１１と、第２濾過材との接触により移行又は浸透した油を含浸する下流側のウェット層１２とを備えている。
【００１５】
また、第１濾過材１０を構成する濾過材（不織布）の密度は、上流側から下流側に向かって小さくなっており、例えば、上流側から高密度層（例えば、空隙率９０％、厚み６ｍｍ程度）と低密度層（例えば、空隙率９５％、厚み１２ｍｍ程度）とで構成されている。
【００１６】
さらに、第１濾過材１０を構成する濾過材の密度は、第２濾過材２０を構成する濾過材の密度よりも小さく形成されており、例えば、第１濾過材１０の空隙率は９８％程度で、第２濾過材２０の空隙率は８３％程度である。
【００１７】
このような構造のフィルタエレメントでは、図１の矢印で示すガスの流れにより、先ず第１濾過材１０のドライ層１１で主にカーボンダストを捕集できる。ついでドライ層１１を通過した大粒径のダストをウェット層１２で吸着保持し、さらにウェット層１２を通過したダストを第２濾過材２０で確実に吸着保持できる。さらに、第２濾過材２０を構成する濾過材に比べて、第１濾過材１０の密度が全体として低いため、ダストが集中的に上流側に堆積して目詰まりするのを防止でき、しかも、第１濾過材１０の上流域の密度が比較的高いので、カーボンダストの捕集や保持性能に優れている。従って、本発明のフィルタエレメントでは、カーボンダストなどの小さい粒径のダストから砂塵などの大きい粒径のダストまで、広い粒径分布を有するダストに対して、段階的且つ選択的にダストを分散して捕捉できるので、フィルタエレメント全体のダスト吸着能力を最大限に発揮できる。また、本発明では、第１濾過材と第２濾過材とを接触させるだけで、油が第１濾過材に移行され、簡便にウェット層を形成できる。
【００１８】
なお、本発明のフィルタエレメントとは逆の配置、すなわち、上流側から下流側に向かって、油を含浸したウェット濾過材と油を含浸しないドライ濾過材とを順次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、粒径に関係なく全てのダストがウェット濾過材の油に取り込まれやすく、ウェット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。
【００１９】
第１濾過材及び第２濾過材を構成する濾過材としては、濾過機能を有していれば特に制限はなく、例えば、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。
【００２０】
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。
【００２１】
これらの濾過材のうち、好ましい第１濾過材は、不織布（合成繊維で構成された不織布など）であり、好ましい第２濾過材を構成する濾過材は、油が含浸し易い多孔質構造を有する、低コストでダストの捕集効率の高い濾紙である。
【００２２】
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。
【００２３】
第１濾過材及び第２濾過材を構成する濾過材の密度は、互いに実質的に同じであってもよく、第１濾過材の密度が第２濾過材を構成する濾過材の密度より大きくてもよく、小さくてもよい。通常、第１濾過材の密度は、第２濾過材を構成する濾過材の密度よりも小さい。例えば、第１濾過材の嵩密度は、例えば、０．１〜０．８ｇ／ｃｍ3、好ましくは０．２〜０．７ｇ／ｃｍ3、さらに好ましくは０．２〜０．５ｇ／ｃｍ3程度であり、第２濾過材を構成する濾過材の嵩密度は、例えば、０．３〜０．９ｇ／ｃｍ3、好ましくは０．４〜０．８ｇ／ｃｍ3、さらに好ましくは０．５〜０．７ｇ／ｃｍ3程度である。また、第１濾過材の空隙率は、例えば、５０〜９９％、好ましくは７０〜９９％、さらに好ましくは８０〜９９％程度であり、第２濾過材を構成する濾過材の空隙率は、例えば、３０〜９９％、好ましくは５０〜９５％、さらに好ましくは７０〜９０％程度である。
【００２４】
なお、第１濾過材の目付は、例えば、５０〜５０００ｇ／ｍ2、好ましくは１００〜３０００ｇ／ｍ2、さらに好ましくは５００〜２０００ｇ／ｍ2程度であり、第２濾過材を構成する濾過材の目付は、例えば、１０〜２５００ｇ／ｍ2、好ましくは２５〜１０００ｇ／ｍ2、さらに好ましくは５０〜８００ｇ／ｍ2程度である。
【００２５】
また、第１濾過材を構成する濾過材の密度は、全体に亘り均一であってもよく、上流から下流方向に向かって密度が小さくなっていてもよく、大きくなっていてもよい。好ましい態様では、通常、上流から下流方向に向かって密度が連続的又は段階的に小さい。
【００２６】
密度が連続的に変化した濾過材は、例えば、上流側から下流側に向かって、低空隙率から高空隙率に変化する密度勾配（例えば、空隙率９５％程度から８０％程度に変化する密度勾配）を有していてもよい。密度勾配は、例えば、上流側から下流側に向かって密度調整手段（例えば、ニードルパンチの侵入度を調整する手段など）により形成することができる。
【００２７】
密度が段階的に変化した濾過材は、例えば、上流側から下流側に向かって、複数の異なる空隙率（例えば、空隙率９５％程度と８５％程度）を有していてもよい。密度が段階的に変化した濾過材は、例えば、複数の異なる空隙率を有する濾過材を積層して密度が変化していてもよく、単独の濾過材で空隙率が段階的に変化していてもよい。
【００２８】
第１濾過材及び第２濾過材を構成する濾過材の厚みは、第１濾過材が、例えば、５〜５０ｍｍ程度、好ましくは１０〜３０ｍｍ程度、さらに好ましくは１５〜２５ｍｍ程度であり、第２濾過材を構成する濾過材が、例えば、０．１〜１０ｍｍ程度、好ましくは０．５〜７ｍｍ程度、さらに好ましくは１〜５ｍｍ程度である。
【００２９】
第１濾過材及び第２濾過材を構成する濾過材の形状は、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。これらの構造は、単独で又は２種以上組みあわせてもよい。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。不織布で構成された濾過材の場合、通常工業的に簡便且つ低コストで成形可能なシート状、平板状などの二次元的構造である。
【００３０】
なお、第１濾過材と第２濾過材とは、油が第２濾過材から第１濾過材に移行又は浸透するために、少なくとも部分的に接触可能であればよい。例えば、図１に示すフィルタエレメントのように、第１濾過材が部分的に前記第２濾過材から遊離した構造を有していてもよく、前記第２濾過材と一体に積層又は重ね合わせた構造（例えば、フィルタエレメント全体が襞状積層構造又は平板状積層構造）を有していてもよい。
【００３１】
第１濾過材全体に対するウェット層の割合（体積比又は厚み比）は、例えば３０％以下（例えば、１〜２５％程度）、好ましくは２０％以下（例えば、３〜１５％程度）、さらに好ましくは１０％以下（例えば５〜１０％程度）であってもよい。
【００３２】
なお、第１濾過材全体に対するウェット層の厚みは、均一であってもよく、不均一であってもよい。また、ウェット層の油の濃度は、均一であってもよく、不均一であってもよい。前記の油の濃度は、通常、上流側から下流側に向かって漸増する勾配を有している。
【００３３】
第２濾過材を構成する濾過材に含浸させる油としては、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（高粘度油）を使用できる。
【００３４】
油成分としては、石油系油（例えば、ナフテン系油、パラフィン系油、流動パラフィンなど）、合成炭化水素系油（例えば、ポリブテン、ポリ（α−オレフィンなどのオレフィンの重合油）、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）、シリコーン油（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。
【００３５】
油成分は、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。
【００３６】
回転型粘度計において、油の粘度は、例えば、温度２０℃において、１〜１００００ポイズ（ｐｓ）、好ましくは１０〜７０００ｐｓ、特に好ましくは、１００〜５０００ｐｓ（例えば、１０００〜３０００ｐｓ）程度である。
【００３７】
第２濾過材を構成する濾過材に対する油の含有量は、前記濾過材１００重量部に対して、例えば、３０〜３００重量部程度、好ましくは５０〜２５０重量部程度、さらに好ましくは８０〜２００重量部程度である。
【００３８】
第２濾過材を構成する濾過材に対する油の濃度は、均一であってもよく、不均一であってもよい。前記の油の濃度は、通常、第２濾過材の油が第１濾過材へ移行する前は実質的に均一であり、第１濾過材へ移行した後は上流側から下流側に向かって漸増する濃度勾配を有する。
【００３９】
なお、油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油を濾過材に含浸させ、溶媒を除去してもよい。さらに、油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】
[被処理ガス]
本発明のフィルタエレメントは、微粒子（例えば、砂塵、火山灰などの灰、カーボンダストなど）を含む被処理ガス（例えば、空気、排気ガスなど）の処理に有用であり、特に、カーボンダストに対して有用である。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〜２００ｎｍ（例えば、３〜５００ｎｍ）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。
【００４１】
【発明の効果】
本発明では、ダストの清浄効率が高められるともに、ダスト保持能が高められ、濾過寿命の長いフィルタエレメントを得ることができる。また、カーボンダストの清浄効率が高められるとともに、圧力損失が低く、低コストのフィルタエレメントを得ることができる。
【００４２】
【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。
【００４３】
実施例
第１濾過材［不織布の種類（材質）ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、厚み１８ｍｍ、目付３６５ｇ／ｍ2］の下流側に、第２濾過材［襞状に成形したビスカス濾紙（油量１３０ｇ／５４ｇ、油の動粘度３２．６ｍｍ2／ｓ）］を配置し、図１に示すフィルタエレメントが得られた。前記フィルタエレメントは、第１濾過材側を上流に向けて配置し、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。
【００４４】
比較例
実施例と同様の第２濾過材をフィルタエレメントとし、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。
【００４５】
前記実施例及び比較例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試験方法）に準じて、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。
【００４６】
［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。
【００４７】
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］
フィルタエレメント有効濾過面積：０．４３２ｍ2
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
清浄効率は下記式（１）により算出した。
【００５１】
η＝（Ａ／（Ａ＋Ｂ））×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、Ｂ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。
【００５２】
ダスト保持量（ダストライフ）は、通気抵抗が２．９４ｋＰａに達したときのダスト保持量とし、下記式（２）により算出した。
【００５３】
Ｃ＝Ａ＝Ａ2−Ａ1      （２）
（式中、Ｃ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、式（１）に同じ）
測定結果を表１に示す。
【００５４】
【表１】
0003803056.tif 000002
【００５５】
表１から明らかなように、実施例は圧力損失を低く抑えたまま、高いカーボンダスト清浄効率を示し、カーボンダスト及びＪＩＳ−８種塵埃に対して長いダストライフを示した。
【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。
【符号の説明】
１０…第１濾過材
１１…ドライ層
１２…ウェット層
１３…下流側表面
２０…第２濾過材
２１…折り曲げ部（頂部）
【図１】
0003803056.tif 000003