JP2011115775A - 静電フィルタ製造方法及びこれを適用した静電フィルタ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】多種類の繊維素材を用いてウェブを作製する原反準備工程、及び少なくとも1つ以上のウェブを重ねて層構造としたフェルトを作製後、フェルトにバインダと静電物質を含有させて半永続的な静電気力を帯びた繊維組織を有する静電フィルタ材を製造するフィルタ原反製造工程、を含む。
【選択図】図1
Description
そのため、フィルタ濾過面積が増大することなくエアクリーナの浄化効率が高められる濾過フィルタの開発が求められている。
またエンジン出力性能によってエアクリーナを二元化する必要がなく、エアクリーナスペースの増大やエンジンルームのレイアウトへの悪影響を防止できる。
最初にあげる拡散効果とは、空気の流れとは関係なく、ブラウン運動をしている比較的小さな粒子が、繊維に触れて捕集される効果である。
次の慣性効果とは、流体の流れに乗って繊維に接近した粒子が、自身の慣性力によって気流から脱してフィルタの繊維に衝突し捕集される効果である。
3番目の重力効果とは、空気の流れに乗って繊維に接近した粒子が、自身の重力のために流れを脱してフィルタの繊維上に沈降し捕集される効果である。
4番目の静電気効果とは、空気中の+または−に帯電している浮遊粒子が、電気分極をして周囲に電界(電場)を形成しているフィルタ繊維に、静電気力によって捕集される効果である。また、中性で帯電していない浮遊粒子が、静電フィルタの繊維によって発生する誘導電荷により、繊維上に捕集される効果も含む。
最後の遮断効果とは、粒子が流体の流れに乗って運動をしているときに、粒子自身の大きさによりフィルタの繊維に触れて捕集される効果である。
図1に示すように、本実施形態に係る静電フィルタの製造工程は、原料を準備する原反準備工程A、原反準備工程Aを経て加工処理された繊維に静電物質20を加えて1次成形された静電フィルタ材10を製造するフィルタ原反製造工程B、フィルタ原反製造工程Bを経て1次成形された静電フィルタ材10を2次加工して所定の大きさにするフィルタ加工工程C、所定の大きさに加工された静電フィルタ材10のフィルタフレームにパッキンを装着して静電フィルタ16を完成させる静電フィルタ完了工程Dからなる。
繊維混合ステップ2によって1次的に混合された繊維は、ホッパー混合ステップ3で更に細密な混合状態とした後、ホッパーから一定量ずつ排出されて次のステップに送られる。このステップでは、繊維を混合する空間を有し、混合された繊維を排出するための機器を備えたホッパー装置が用いられる。
このステップでは、乱雑になっている個々の繊維を集めて繊維方向がそろった状態にまとめるためにカーディング機(Carding Machine)を用いる。
前記ウェブ完了ステップ6では、繊維方向がさらにむらなく揃った状態にするために、オーバーラッピング(Over lapping)の方式で処理を行う。
前記ステップを経たウェブが有する通気性は、繊維糸の織造状態によって左右されるものであり、この時に有する通気性が本実施形態に係る静電フィルタ材10の通気性を左右するものではない。
本実施形態における多層構造のフェルトの例としては、それぞれ互いに異なる繊維織造で、組成を異にした3層が形成された構造となっており、各層間の組成の差による通気性への影響は、繊維内部に含有させる静電物質20の作用によって影響を解消している。また、各層は、それぞれが担う主要作用の効果を高めるように、互いの厚さを異にした状態で形成される。
この時、フェルトに対し、バインダを含有した静電物質20のコーティング方向を変えることにより、フェルト内での静電物質20の均一性がさらに高まる。
このように、コーティングステップにおいて、静電物質20の含浸性と吸着性を高めるためにバインダを添加することができるが、必要により静電物質20の投入と共に他の物質の添加や様々な作業を行うこともできる。
このようにフィルタ原反製造工程Bによって製造された静電フィルタ材10は、半永続的な静電気力を帯びており、その静電気力によって空気中の+または−に帯電した浮遊粒子や、中性で帯電していない浮遊粒子の、高い埃捕集性能を有することになる。
その一例として、内部に静電物質20が浸透した、バルク層(Bulk Layer)10a、ミドル層(Middle Layer)10b、及びファイン層(Fine Layer)10cからなる3層構造の静電フィルタ材10を、図1に部分拡大断面図で示した。
バルク層10a、ミドル層10b、及びファイン層10cは、静電物質20を均一に含有させているが、それぞれ互いに異なる繊維織造状態で、組成を異にした3層が形成された構造を形成することにより、各層が有する性能を最適化することができる。
バルク層10aの厚さを基準として、ミドル層10bの厚さをバルク層10aの厚さより薄くし、ファイン層10cの厚さを最も薄くするように、それぞれの層の要求性能に応じて適切な厚さとすることが好ましい。
図2(A)は、一般的なフィルタ性能線図を示したもので、フィルタの捕集効果として、拡散効果、慣性効果、重力効果、及び遮断効果があり、これらの効果が相乗的に働いてフィルタの全体捕集性能となっている。
本実施例に係る静電フィルタ材10は、静電物質20の量と厚さを異にしたバルク層10a、ミドル層10b、及びファイン層10cの3層構造を形成させることにより、互いに反比例関係の濾過効率と埃捕集量の最適化を実現することができ、通気性を低下させずに濾過効率を高めることができる。
図に示すように、従来技術によるフィルタは、エアクリーナの埃捕集評価性能試験の時間に対する通気抵抗変化が、2次関数的に増大しているのに対し、本実施形態に係る静電フィルタ16は、通気抵抗変化がほぼ1次関数的変化となり、長時間使用後の急激な通気抵抗の悪化が見られない。
本実施形態に係る静電フィルタ16は、1次関数的挙動の通気抵抗変化線図を有し、向上した遮断効果によって埃粒子の大きさにかかわる捕集力を高め、繊維に形成された半永続的な静電気力により新たに付与された静電気効果によって、静電フィルタの繊維に発生する誘導電荷による埃集塵力が高められ、フィルタを用いたエアクリーナが要求される清浄効率満足仕様を全て満たすことができる。
このことは、静電フィルタ16をエアクリーナに適用した後、同一条件(定格空気量及び埃投入量)による性能試験によって立証された。
この折曲した形状とは、所定の幅を有して互いに重畳させて折れ曲がった形状を意味し、これは静電フィルタで用いられるときの形状である。
即ち、金型に成形されたフィルタ材を置き、プラスチックを射出成型することにより、フィルタ材の枠を成すようにフレームを取り付け、フレーム内に静電フィルタ材10を備えた静電フィルタを製造する。
このようにして作られた静電フィルタは、作業者によって肉眼検査による不良の有無の検査が行われる。
パッキングステップ15は、静電フィルタ部の周囲に形成されたフレームに沿って、ゴム材質のパッキンを嵌めるステップであり、このステップを終了することで、内部気密性能を維持しエアクリーナに装着可能な状態の静電フィルタ16が完成する。
このパッキングステップ15は、手作業もしくは自動化ラインを用いて行われる。
このようにして製造した静電フィルタ16は、1つの完成された単品であるため、エアクリーナに直接に装着される。
2 ・・・繊維混合ステップ
3 ・・・ホッパー混合ステップ
4 ・・・カーディングステップ
5 ・・・移送ステップ
6 ・・・ウェブ完了ステップ
7 ・・・フェルトステップ
8 ・・・コーティングステップ
10 ・・・静電フィルタ材
10a ・・・バルク層
10b ・・・ミドル層
10c ・・・ファイン層
11 ・・・乾燥ステップ
12 ・・・裁断ステップ
13 ・・・原反加工ステップ
14 ・・・フレーム成形ステップ
15 ・・・パッキングステップ
16 ・・・静電フィルタ
20 ・・・静電物質
A ・・・原反準備工程
B ・・・フィルタ原反製造工程
C ・・・フィルタ加工工程
D ・・・静電フィルタ完了工程
Claims (16)
- 多種類の繊維素材を用いてウェブを作製する原反準備工程、及び、
少なくとも1つ以上の前記ウェブを重ねて層構造としたフェルトを作製した後、前記フェルトに静電物質とバインダを含有させて半永続的な静電気力を帯びた繊維組織を有する静電フィルタ材を製造するフィルタ原反製造工程、
を含むことを特徴とする静電フィルタ製造方法。 - 前記静電物質は、PH6.0〜9.0であるカリックスアレン(Calixarene)類であることを特徴とする、請求項1に記載の静電フィルタ製造方法。
- 前記原反準備工程は、繊維素材をホッパーで細密な混合状態とするステップを経た後、続いて実行されるカーディングステップにおいて、前記ホッパーから排出される繊維を1糸ずつ分離しながら、繊維方向がそろった繊維束であるウェブを製造することを特徴とする、請求項1に記載の静電フィルタ製造方法。
- 前記カーディングステップの後に、前記カーディングステップで製造したウェブを、繊維方向がさらにむらなく揃った状態にするためのステップをさらに含むことを特徴とする、請求項3に記載の静電フィルタ製造方法。
- 前記フィルタ原反製造工程は、少なくとも1つ以上のウェブを重ねて層構造とし、繊維糸同士を互いに交絡させてフェルトを製造した後、バインダと共に前記静電物質を前記フェルトに含有させて静電フィルタ材を作製し、該静電フィルタ材を乾燥した後にロール状に巻き取るものであることを特徴とする、請求項1に記載の静電フィルタ製造方法。
- 前記フェルトは、それぞれ互いに組成を異にした3層を有する構造であることを特徴とする、請求項5に記載の静電フィルタ製造方法。
- 前記静電物質とバインダは、パウダー形態であり、互いに混合してフェルトに添加されることを特徴とする、請求項5に記載の静電フィルタ製造方法。
- 前記フィルタ原反製造工程の後工程であって、前記静電フィルタ材を収容したフレームを形成するフィルタ加工工程、及び、
前記フレームに気密のためのパッキンを嵌め込み、静電フィルタとして完成させる静電フィルタ完了工程、
をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の静電フィルタ製造方法。 - 前記フィルタ加工工程は、前記静電フィルタ材を互いに重畳させて折れ曲がった形態に加工し、前記静電フィルタ材を内部に収容した枠をなすフレームを形成するものであることを特徴とする、請求項8に記載の静電フィルタ製造方法。
- 前記フレームは、プラスチックの射出成形により形成されることを特徴とする、請求項9に記載の静電フィルタ製造方法。
- 請求項1〜10によって製造され、その内部繊維組織が半永続的な静電気力を帯びていることを特徴とする静電フィルタ。
- その内部には静電物質が含有されており、それぞれ互いに異なる繊維組成である3つの層からなる3層構造を有することを特徴とする、請求項11に記載の静電フィルタ。
- 前記それぞれ互いに異なる繊維組成である3つの層は、その内部に静電物質が含有された状態を有し、外部空気の流入側から順にバルク層、ミドル層、及びファイン層であることを特徴とする、請求項12に記載の静電フィルタ。
- 前記バルク層、前記ミドル層、及び前記ファイン層には、前記静電物質が均等に分布されていることを特徴とする、請求項13に記載の静電フィルタ。
- 前記バルク層と前記ミドル層は埃捕獲量性能と通気抵抗性能を優先させた設計であり、前記ファイン層は効率/通気度性能と折曲性/形態繊維機能を優先させた設計であることを特徴とする、請求項14に記載の静電フィルタ。
- 前記バルク層、前記ミドル層、及び前記ファイン層は、それぞれ厚さを互いに異なるようにしたことを特徴とする、請求項13乃至15のいずれか一項に記載の静電フィルタ。
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