JP3138016B2

JP3138016B2 - 濾材

Info

Publication number: JP3138016B2
Application number: JP23235091A
Authority: JP
Inventors: 昌伸松岡; 恭行奥
Original assignee: Mitsubishi Paper Mills Ltd
Current assignee: Mitsubishi Paper Mills Ltd
Priority date: 1991-08-19
Filing date: 1991-08-19
Publication date: 2001-02-26
Anticipated expiration: 2016-02-26
Also published as: JPH0549825A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は濾材に関するものであっ
て、特に内燃機関のオイルフィルターやエアフィルター
などに好適な濾材に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、フィルター用濾材は、木材パル
プ、木綿、麻、レーヨン等を原料とし、湿式抄紙法によ
り製造した濾紙、あるいはこの濾紙に樹脂を含浸し、強
度、加工性を高めた濾紙タイプのものがある。また、エ
アフィルターとして用いる場合は、この濾紙にオイルを
含浸し、ライフ性能を高めたものがある。

【０００３】しかしながら、濾紙タイプのものは、その
表面でダストのほとんどを捕集しているため、濾材自体
の圧力損失は大きく、ライフも短いため、濾過面積を大
きくする必要があり、濾材が多量に必要になる。オイル
を含浸したものは、ライフは長いが、圧力損失は大きい
ため、やはり濾過面積を大きくとる必要がある。また、
濾過性能も低くなっている。

【０００４】また、繊維径が比較的大きいので比較的大
きな粒子は慣性による濾過で捕集されるものの、細かい
粒子は濾材で捕集されにくい。

【０００５】これに対し、近年合成繊維を原料とし、密
度勾配型に、繊維層を積層し、バインダーを用いて固め
たもの、さらに樹脂を含浸したものが、新たに用いられ
出した。

【０００６】密度勾配型の濾材は、濾材密度が上流から
下流方向にかけて、粗から密に変化するよう形成されて
いる。これらの濾材は、層を形成する繊維径について、
上流には太い繊維を多くし、下流には細い繊維を多くす
ることで密度コントロールが行われているもの（例え
ば、特公昭５４−４０７７８号公報、特開昭５７−５９
６１４号公報、特開平２−４５４８４号公報）、粉末の
バインダーの分布を制御し、密度をコントロールしたも
の（例えば、特開昭５７−７５１１７号公報）、密度と
坪量のみを規定したもの（例えば、特開昭６２−２７９
８１７号公報）等が開示されている。また、特開昭５２
−１１２８５９号公報に於いては実施例中で、各層の平
均孔径について記載されているが、上流の平均孔径は非
常に大きいものとなっている。従来から、濾材の上流側
と下流側の層のそれぞれの最大、平均孔径を特定の範囲
に制御することで、濾材性能が向上するといった知見は
見いだされていない。

【０００７】上記の濾材はいずれも、上流側である低密
度層で大きな粒子を捕足し、高密度層で微細粒子を捕足
することにより、ライフの向上を図ることを目的にして
いる。

【０００８】しかしながら、これら濾材は表面濾過が殆
どできず、濾材内部での目詰まりが起こりやすいため、
圧力損失が増大するという欠点がある。また、濾材表面
での捕集が殆ど行われないので、ライフ向上には限界が
ある。

【０００９】また、密度勾配がついているので、拡散に
よる濾過で比較的小さい粒子を捕集する反面、圧力損失
を下げるため、濾材は大きな孔径を有しており、比較的
大きな粒子の捕集効率は必ずしも満足のいくものではな
い。

【００１０】更に、合成繊維を用いた濾材は、ダストの
捕集性能を高めるため、高密度層の構成繊維を細くし、
比較的厚い層としたり、樹脂含浸量を多くすること、ラ
イフを高めるため、低密度層は厚くすることが行われて
いるが、このため、濾材全体の厚みは必要以上に大きく
なり、圧力損失が大きくなったり、加工上支障をきたす
という問題点があった。

【００１１】また、通常、これら濾材を内燃機関のオイ
ルフィルターやエアフィルターに用いる場合は、濾過面
積を大きくとるために、ひだ折り加工されたエレメント
として使用されているが、濾材自体に十分な硬さが無い
場合もしくは厚みが必要以上に大きい場合などに、エレ
メントに対してかなりの流量あるいは風量がかかるとひ
だ折り部同士が接触し濾過面積の低下をもたらす恐れが
ある。そこで、濾材に硬さを持たせるために添加樹脂量
を多くする方法が一般に取られるが、これにより濾材の
圧力損失が上昇しライフは低下するという問題点があっ
た。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の課題
を解決するためのものであり、濾過効率が高く、圧力損
失が小さく、しかもライフが長く、適度な硬さを持った
濾材を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記の課
題を解決するため鋭意研究を行った。その結果、少なく
とも２層以上の構造を有し、上流側の層と下流側の層の
孔径を所定の範囲に設定することにより、低坪量、低紙
厚、高濾過効率、低圧力損失、ロングライフの濾材を得
られる効果を見いだした。また、上流側の層に捲縮かつ
異型断面形状を有する繊維を用いることにより、濾材が
高濾過効率を維持したまま低圧力損失で長いライフにな
る効果を見いだした。さらに、上流側の層に特定の繊維
径を有する接着性繊維を配合することにより、濾材の厚
みをコントロールすると共に、高捕集効率、低圧力損失
を維持したまま濾材自体に硬さをもたせることができ、
同時に長いライフになる効果を見いだした。本発明は、
これらの知見においてなされたものである。

【００１４】即ち、本発明によって提供される濾材は、
少なくとも２層以上の構造を有し、ダストを含有する流
体が濾材に流入する側（上流）の層の最大孔径が３０〜
１５０μｍ、平均孔径が２０〜６０μｍであり、流体が
濾材から流出する側（下流）の層の最大孔径が１０〜３
５μｍ、平均孔径が５〜２０μｍであり、上流側の層を
構成する繊維が捲縮かつ異型断面形状を有する繊維及び
接着性繊維からなることを特徴とするものである。

【００１５】また、本発明の濾材は、上流側の層が下流
側の層の２倍以上の繊維目付けを有する２層以上の積層
シートである。

【００１６】さらに、湿式抄紙法により形成された層を
少なくとも１層有する濾材である。

【００１７】以下、本発明の詳細な説明を行う。

【００１８】本発明の濾材は、少なくとも２層以上の繊
維層よりなり、それぞれ特定の孔径を有するものであ
る。孔径の測定に関してはＡＳＴＭＦ−３１６（Amer
icanSociety for Testing Methods)、ＢＳ６４１０
および３３２１（British Standards）に記載された、
液体で空隙（孔）を満たされた濾材にかける圧力を増大
させ、その過程で孔から液体が排出される様子をモニタ
ーすることにより求める方法を用いた。これらは、膜お
よびフィルターの最大孔径および平均孔径を測定するた
めに用いられる一般的な方法である。

【００１９】上流側に配置された層は、最大孔径が３０
〜１５０μｍ、平均孔径が２０〜６０μｍで、好ましく
は、最大孔径が４０〜１００μｍ、平均孔径が２０〜５
０μｍの孔を有することが望ましい。一方、下流側に配
置された層は最大孔径が１０〜３５μｍ、平均孔径が５
〜２０μｍで、好ましくは、最大孔径が１５〜３０μ
ｍ、平均孔径が８〜２０μｍの孔を有することが望まし
い。

【００２０】上流側の最大孔径が１５０μｍを超えると
き、或は平均孔径が６０μｍを超えるときは、濾材表面
での濾過が行われにくいため、ダストは濾材内部深層で
捕捉され、濾材の圧力損失が急激に大きくなり、濾材の
ライフが短くなる。

【００２１】上流側の最大孔径が３０μｍより小さいと
き、或は平均孔径が２０μｍより小さいときは、濾材の
圧力損失が大きくなり、好ましくない。

【００２２】下流側の最大孔径が３５μｍを超えると
き、或は平均孔径が２０μｍを超えるときは、濾材の圧
力損失は小さくなるものの、捕集効率が小さくなり好ま
しくない。

【００２３】下流側の最大孔径が１０μｍより小さいと
き、或は平均孔径が５μｍより小さいときは、濾材の圧
力損失は大きくなり好ましくない。

【００２４】次に、濾材の構成について説明する。本発
明の濾材を構成する層はシート状構造を有し、材質は特
に制限はないが、繊維状の材料を用いたものが好まし
い。

【００２５】上流側に配置される層は、有機繊維、無機
繊維を適宣混合して用いることができる。例えば、ポリ
エステル繊維、ポリオレフィン繊維、ポリアミド繊維、
ポリイミド繊維、レーヨン繊維、ポリアクリルニトリル
繊維、ポリビニールアルコール繊維等の有機繊維、セラ
ミック繊維、炭素繊維、活性炭素繊維、ガラス繊維、ロ
ックウール繊維、セピオライト繊維等の無機繊維が使用
可能である。これらを単独で用いても良いし、２種類以
上を併用してもよい。

【００２６】また、ライフが長く、通気性、通液性の優
れたシートを作成するには高収縮繊維、潜在捲縮繊維、
異型断面形状を有する繊維、伸縮繊維、捲縮かつ異型断
面形状を有する繊維、クリンプ繊維等が適宣選択して使
用される。特に捲縮かつ異型断面形状を有する繊維を使
用した場合、濾材の空間面積が広くなり、通気性、ライ
フの向上が大きくなるのでこの繊維の使用が好ましい。

【００２７】一方、上記の捲縮形状を有する繊維を用い
た場合、濾材の厚みが大きくなりすぎて、エレメント加
工時のひだ折り数が増やせない、あるいは硬さがでない
といった欠点が生じる。そこで、接着性繊維を用いる
と、濾材の厚みがある程度抑制され、且つ濾材に硬さを
付与できる。接着性繊維に適した繊維は自己接着性を有
する麻、コットン、木材パルプ等の天然繊維、及び／も
しくは熱溶融性樹脂からなる鞘の融点が芯を形成する樹
脂より４０℃以上低い芯鞘構造を有する、ポリエステル
系、ポリオレフィン系の有機繊維である。これら接着性
繊維の配合量は繊維全体の重量に対して、５〜６０重量
％の範囲が好ましい。５重量％未満の配合量では、十分
なシート強度を得ることができない。また、６０重量％
を越える範囲で用いると、相対的に、異型断面かつ捲縮
形状を有する繊維の配合量が少なくなり、濾材の空間面
積が小さくなるのでライフが短くなる。

【００２８】本発明の濾材物性を得ることが出来る繊維
の繊維径に関しては、上流側に用いる繊維の繊維径は、
０．５〜１０デニール、好ましくは１〜６デニールであ
る。この径を有する繊維は繊維重量の５０重量％以上含
有されているのが好ましい。０．５デニール未満の細い
繊維を５０重量％を超える範囲で用いると、孔径が小さ
くなり圧力損失が大きくなるため好ましくない。また、
１０デニールを超えると孔径が大きくなり、ダストが濾
材の内部まで進入し、圧力損失の上昇を招き、濾材のラ
イフが短くなる。

【００２９】この上流側の層より下流側に配置される層
には、上流側の層に使用した繊維と同様の有機繊維、無
機繊維を適宣混合して用いることができるが、繊維径
０．５デニール以下の捲縮形状を有さない繊維が配合さ
れていることが望ましく、さらにこれらの繊維が下層側
重量に対し、５０％重量以上含有されるのが好ましい。
０．５デニールより太い繊維が多いと、濾材の孔径が大
きくなり、捕集性能が得られない。

【００３０】また、下流側の層の繊維目付けは１０〜３
５ｇ／ｍ²の範囲が好ましく、１０ｇ／ｍ²以下では良好
な捕集性能が行えず、また３５ｇ／ｍ²以上では通気性
が悪化してしまう。

【００３１】これらのシ−ト形成法としては、乾式法、
スパンボンド法、メルトブロー法等と湿式抄紙法による
方法が考えられる。しかし、乾式法では、均一なシート
を作ることは困難で、孔径分布が不均一になり好ましく
ない。スパンボンド法、メルトブロー法では複数の繊
維、例えば直径、繊維長の異なる繊維、材質、形状の異
なる繊維を混合することが困難で、本発明の濾材物性を
得ることは困難である。

【００３２】このことから、少なくとも、孔径分布の範
囲が狭く限定されている下流側のシートは、湿式抄紙法
を用いるのが好ましい。一方、上流側のシートは、孔径
分布の範囲限定が比較的広いため、湿式抄紙法の他に乾
式法を用いることも可能である。これらのシートの積層
法としては、特に制限はない。湿式抄紙法による抄き合
わせる方法、湿式抄紙したシートを熱融着する方法、ニ
ードルあるいは高圧水流で一体化する方法等が挙げられ
る。その際、上流側の層が下流側の層の２倍以上の繊維
目付けを有する２層以上の積層シートとすることが好ま
しい。

【００３３】このようにして、作製されたシート状構造
物は、上で述したように、さらに、強度アップ、加工性
を向上させる目的で、樹脂を含浸させるが、用いる樹脂
は、熱、電子線、紫外線で硬化するものであればよい。
例えば、フェノール系、アクリル系、酢酸ビニル系、ス
チレン系、エポキシ系等の一般的樹脂が広く使用可能で
ある。特に、ＭＦＴ（最低造膜温度）が１０℃以上のア
クリル系、酢酸ビニル系エマルジョンで繊維交点に集ま
りにくい樹脂の使用が好ましい。含浸方法に特に制限は
ない。

【００３４】樹脂の含浸量はシート重量に対し、３〜２
５重量％で、好ましくは５〜２０重量％である。３重量
％より少ないと濾材が柔らかく、加工性及び強度の向上
効果が少ない。２５重量％を超えると濾材の通気性が悪
化し好ましくない。なお、樹脂を含浸することで、上記
の最大、平均孔径が本発明の範囲をはずれることがあっ
てはならない。

【００３５】また、該濾材は必要に応じて、撥水、撥油
加工を施すことも可能である。

【００３６】

【作用】本発明の濾材は、上流の層と、下流の層に特定
の孔径を有する繊維層を用いること、かつ上流の層に捲
縮かつ異型断面形状を有する繊維及び接着性繊維の使用
により達成される高性能の濾材である。特に、内燃機関
のフィルターとして有効に作用する。

【００３７】

【実施例】以下に実施例をあげて本発明を具体的に説明
するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。

【００３８】なお、実施例において記載の部、％はすべ
て重量部、重量％によるものである。測定項目は、坪
量、厚み、圧力損失、捕集効率、ライフ、孔径、剛軟度
であり、結果を表１、２に示す。

【００３９】孔径はＡＳＴＭＦ−３１６記載の方法を
用いた。

【００４０】圧力損失はＪＩＳ−Ｂ９９０８の形式１に
より風速５．３ｃｍ／秒で測定した。この数値が小さい
ほど、通気性が良い濾材であることを示す。

【００４１】捕集効率、ライフは流量１．０４ｍ³／
分、濾過面積２８３ｃｍ²、試験用ダスト１１種（関東
ローム層砂塵、超微粒、日本粉体工業技術協会製）を用
い、試験機により測定した。捕集効率は重量法により求
めた値であり、この数値が大きいほど、捕集性能に優れ
た濾材であることを示す。ライフ測定値は圧力損失が初
期圧力損失より１００ｍｍＡｑ増加したときのダスト保
持量（ｇ）であり、この数値が大きいことは長いライフ
の濾材であることを示す。

【００４２】剛軟度は、シートを幅２５ｍｍ、長さ８８
ｍｍに裁断し、東洋精機社製ガーレ柔軟度試験機（ＪＩ
Ｓ−Ｌ１０９６）を用いて測定し、算出した。測定値
（ｍｇ）の大きいことはより剛直な濾材であることを示
す。この値が縦３０００ｍｇ、横２０００ｍｇ以上、好
ましくは縦４０００ｍｇ、横２５００ｍｇ以上あること
が加工性の点から望ましい。

【００４３】実施例１上流側として、捲縮かつ異型断面形状を有するＰＥＴ繊
維（Ａ）（２デニール×５ｍｍ、Ｔ型捲縮繊維、クラレ
社製）６０％、ＰＥＴバインダー繊維（ａ）（２デニー
ル×５ｍｍ，メルティー４０８０芯鞘タイプ、ユニチカ
社製）２０％、麻パルプ（Ａ）（エクアドル産マニラ
麻、東邦ワラパルプ社製）２０％を水中に均一に分散
し、スラリーを調製した。

【００４４】下流側として、ＰＥＴ繊維（Ｂ）（０．１
デニール×５ｍｍ、帝人社製）８０％、ＰＥＴバインダ
ー繊維（ａ）２０％を分散剤と共に水中に均一に分散
し、スラリーを調製した。

【００４５】上流側を７０ｇ／ｍ² 、下流側を３０ｇ／
ｍ²のシートからなる２層を抄き合わせ、１２０℃で乾
燥後、１５０℃で１分間熱処理を行った。その後、樹脂
含浸を行い、乾燥後、１５０℃で１０分間キュアリング
を行った。さらに、撥水剤を含浸し乾燥を行い濾材を作
製した。

【００４６】樹脂には、酢酸ビニル系エマルジョン樹脂
（ＭＦＴ＋１１℃、モビニール７７０、ヘキスト合成
社製）を用い、シート重量に対し１５％の含浸を行っ
た。撥水剤は、フッ素系（スミレーズＦＰ−２１０、住
友化学社製）を用い、シート重量に対し０．１％の含浸
を行った。

【００４７】実施例２上流側の配合をＰＥＴ繊維（Ａ）５０％、ＰＥＴ繊維
（Ｃ）（０．５デニール×５ｍｍ、帝人社製）３０％、
ＰＥＴバインダー繊維（ａ）２０％とし、下流側の配合
をＰＥＴ繊維（Ｂ）７０％、繊維径１μｍ以下の有機合
成繊維（Ａ）１０％、ＰＥＴバインダー繊維（ａ）２０
％とした以外は実施例２と同様の方法で濾材を作製し
た。

【００４８】実施例３上流側の配合をＰＥＴ繊維（Ａ）５０％、ＰＥＴ繊維
（Ｃ）３０％、ＰＥＴバインダー繊維（ａ）２０％と
し、下流側の配合をＰＥＴ繊維（Ｂ）６０％、ＰＥＴ繊
維（Ｃ）２０％、ＰＥＴバインダー繊維（ａ）２０％と
した以外は実施例１と同様の方法で濾材を作製した。

【００４９】実施例４上流側の配合をＰＥＴ繊維（Ａ）５０％、ＰＥＴ繊維
（Ｄ）（６デニール×１０ｍｍ、クリンプ繊維、帝人社
製）３０％、ＰＥＴバインダー繊維（ａ）２０％とし、
下流側の配合をＰＥＴ繊維（Ｂ）６０％、ＰＥＴ繊維
（Ｃ）２０％、ＰＥＴバインダー繊維（ａ）２０％とし
た以外は実施例１と同様の方法で濾材を作成した。

【００５０】実施例５上流側の配合をＰＥＴ繊維（Ａ）５０％、ＰＥＴ繊維
（Ｄ）３０％、ＰＥＴバインダー繊維（ａ）２０％と
し、下流側の配合をＰＥＴ繊維（Ｂ）７０％、有機合成
繊維（Ａ）１０％、ＰＥＴバインダー繊維（ａ）２０％
とした以外は実施例１と同様の方法で濾材を作製した。

【００５１】実施例６上流側の配合をＰＥＴ繊維（Ｅ）（２デニール×５ｍ
ｍ、クリンプ繊維、帝人社製）６０％、麻パルプ（Ａ）
２０％、ＰＥＴバインダー繊維（ａ）２０％とした以外
は実施例１と同様の方法で濾材を作製した。

【００５２】実施例７上流側の配合をＰＥＴ繊維（Ａ）８０％、ＰＥＴバイン
ダー繊維（ａ）２０％とした以外は実施例１と同様の方
法で濾材を作製した。

【００５３】実施例８上流側の配合をレーヨン繊維（１．７デニール×５ｍ
ｍ、Ｙ型捲縮繊維、大和紡社製）６０％、麻パルプ
（Ａ）２０％、ＰＥＴバインダー繊維（ａ）２０％とし
た以外は実施例１と同様の方法で濾材を作成した。

【００５４】比較例１上流側の配合をＰＥＴ繊維（Ｄ）８０％、ＰＥＴバイン
ダー繊維（Ｂ）２０％とした以外は実施例１と同様の方
法で濾材を作製した。

【００５５】比較例２上流側の配合をＰＥＴ繊維（Ｅ）４０％、ＰＥＴ繊維
（Ｂ）４０％、ＰＥＴバインダー繊維（Ｂ）２０％とし
た以外は実施例１と同様の方法で濾材を作製した。

【００５６】比較例３上流側の配合をＰＥＴ繊維（Ｅ）８０％、ＰＥＴバイン
ダー繊維（ａ）２０％とし、下流側の配合をＰＥＴ繊維
（Ｂ）４０％、ＰＥＴ繊維（Ｃ）４０％、ＰＥＴバイン
ダー繊維（ａ）２０％とした以外は実施例１と同様の方
法で濾材を作製した。

【００５７】比較例４上流側の配合をＰＥＴ繊維（Ｅ）８０％、ＰＥＴバイン
ダー繊維（ａ）２０％とし、下流側の配合をＰＥＴ繊維
（Ｂ）６０％、有機合成繊維（Ａ）２０％、ＰＥＴバイ
ンダー繊維（ａ）２０％とした以外は実施例１と同様の
方法で濾材を作製した。

【００５８】比較例５、６市販のエレメントを購入し、使用濾材の評価を行った。
比較例５は、樹脂を含浸した乾式不織布と樹脂を含浸し
ない乾式不織布をニードルパンチ方式で一体化したもの
で、比較例６は、針葉樹パルプ、木綿パルプを抄紙し、
フェノール樹脂を含浸した濾紙タイプの濾材である。

【００５９】濾材の物性を表１に、濾過性能を表２に示
す。

【００６０】

【表１】

【００６１】

【表２】

【００６２】表１、２より上流とその下流に特定の孔径
を有し、かつ該上流側に異型断面を有する捲縮繊維、及
び接着性繊維を含有する層を有する濾材が捕集効率が高
く、ロングライフで硬さが優れることが判る。即ち、上
流側層の最大孔径が１５０μｍを越えるとライフが短く
なり（比較例１参照）、一方、３０μｍ未満であると圧
力損失が高くなる（比較例２参照）。また、下流側層の
最大孔径が３５μｍを越えると捕集効率が低下し（比較
例３参照）、５μｍ未満であると圧力損失が高くなる
（比較例４参照）。他社乾式品（比較例５）は孔径が非
常に大きいため、捕集効率が大きく劣っており、また厚
みがかなりあるため、ひだ折り加工時におけるひだ折り
数に制限があり、有効濾過面積が減少するといった欠点
がある。濾紙タイプ品（比較例６）では、圧力損失が高
くライフ性能も悪いことが判る。また、上流側に異型断
面かつ捲縮繊維を含有する層を有する濾材では、捲縮繊
維を含有する層を有する濾材と比べてライフが向上して
いることが判る（実施例１と実施例６）。接着性繊維を
多く含有する場合、硬さが優れている濾材の作製が可能
なことが判る（実施例１と実施例７）。また、上流側層
に配合する異型断面かつ捲縮繊維を、ＰＥＴ繊維（Ａ）
（Ｔ型捲縮繊維）からレーヨン繊維（Ｙ型捲縮繊維）に
変えても、同様の効果があることが判る（実施例６と実
施例８）。

【００６３】

【発明の効果】本発明の濾材は圧力損失が低く、捕集効
率が高く、ライフが長く、強度、硬さを有するため加工
性に優れた濾材である。フィルター、特に内燃機関のエ
アフィルターとして効果的である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも２層以上の構造を有する積層
シートであって、ダストを含有する流体が濾材に流入す
る側（上流）の層の最大孔径が３０〜１５０μｍ、平均
孔径が２０〜６０μｍであり、流体が濾材から流出する
側（下流）の層の最大孔径が１０〜３５μｍ、平均孔径
が５〜２０μｍであり、上流側の層を構成する繊維が、
捲縮かつ異型断面形状を有する繊維及び接着性繊維から
なる濾材。
【請求項２】湿式抄紙法により形成された層を少なく
とも１層有する請求項１記載の濾材。