JP4521279B2 - 濾過エレメント用シール剤組成物、並びにシール部形成方法 - Google Patents
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Description
本発明は、オイルやガソリン等の液体、あるいは空気等の気体の濾過を目的とする、主として自動車用の濾過用フィルタに用いられるフィルタエレメントに関し、更に詳しくは、フィルタエレメントにシール部を容易に形成させることができるシール剤組成物、および当該シール剤組成物によるシール部形成方法に関する。
この種のフィルタ装置として、フィルタケースの内部に円筒形のフィルタエレメントを収容し、そのフィルタエレメントの両端部をシールしてフィルタケースの内部をフィルタエレメント外側のダーティサイドと内側のクリーンサイドとに区分するものがある。
また、濾材をひだ折り形成した後、両端を接合して成る断面が菊花状の円筒形濾過エレメントも公知である。
このようなフィルタエレメントとしては、例えば、特開平１０−５７７１６号公報（請求項１、段落番号［０００２］）には、細長い側縁を有する紙または紙状材料の細長いシートを準備し、ホットメルト接着剤のストリップを縁から数ミリメートルの位置に塗布し、次いで当該シートをコンサーティーナのように折り畳み、交互にコンサーティーナ組立体の一方の側面と他方の側面にある折り目でヒンジ状にされた複数の積み重ねられたパネルを形成し、パネルを互いに押しつけ、それによって交互の対の隣接したパネルを互いに固定し、次いでかかる組立体を環に形成し、組立体の端パネルを互いに固定することによって、断面が菊花状の円筒形濾過エレメントが形成されることが開示されている。
この場合、ダーティサイドの流体がフィルタエレメントを迂回してクリーンサイドへ流れ込むことを防止するため、形成された菊花状円筒形濾過エレメントの２つの端に端キャップを固定することによって端部のシールを行う。
シール部材は金属、プラスチック、ゴム等からなり、特開平１０−５７７１６号公報のようなホットメルト接着剤またはエポキシ系接着剤によって取り付けられている。
また、ホットメルト接着剤を使用した別の方法として、断面が菊花状の円筒形濾過エレメントにおいて上下の端面に熱溶融したホットメルト接着剤が塗布されたシール部材を圧締後、冷却して接着するか、ホットメルト接着剤を予め塗布したシール部材をヒートプレスしてホットメルトを再溶融して、界面との濡れを達成後、冷却して接着する方法もある。
更に、欧州特許第４４７８７５Ｂ１号公報（クレーム１）は、熱可塑性プラスチック等で構成されたシール部材と濾紙等で構成されたエレメント本体の端部とを超音波溶着により、互いに接合する構成が開示されている。超音波溶着を用いた接合構造によれば、ホットメルト等接着剤やエポキシ接着剤を使用した場合と比較して接合に要する工数、時間を削減できる。
しかしながら、上記従来技術は、ホットメルト接着剤を溶解するために高温が必要であったり、超音波溶着機等の高価な機器を使用しなければならなく経済的でないという欠点を有し、また生産性もまだ不十分であった。本発明の目的はより生産性に優れた経済的である方法を提供することにある。
本発明者等は、上記課題を解決するシール剤組成物およびシール部形成方法を鋭意検討し、本発明を完成した。
即ち、本発明の濾過エレメント用シール剤組成物は、濾材をひだ折り形成して成る断面が菊花状の円筒形濾過エレメントの上面および／または下面にシール部を形成するためのシール剤であって、３８０ｎｍ以上の波長の光に感光する光重合開始剤およびラジカル重合性を有するアクリル系化合物を成分とし、３８０ｎｍ以上の波長の光による光硬化性を有し、光硬化前の粘度が８００ｍＰａ・ｓ以上であり、前記光重合開始剤が、２−クロロチオキサントン、２，３−ジエチルチオキサントン、カンファーキノン、４，４‘−ジメトキシベンジル及びトリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイドからなる群より選ばれる濾過エレメント用シール剤組成物である。また、本発明のシール部形成方法は、濾材をひだ折り形成して成る断面が菊花状の円筒形濾過エレメントの上面および／または下面に形成するシール部に合致した溝が形成され、３８０ｎｍ以上の波長の光に対して透過性を有する成形用型の前記溝に本発明の濾過エレメント用シール剤組成物を充填し、前記濾過エレメントの上面および／または下面のシール部形成箇所に、当該充填されたシール剤組成物が積層できるよう成形用型をセットし、当該成形用型に３８０ｎｍ以上の波長の光を照射することにより、当該成形用型を透過した光により当該シール剤組成物を硬化させ、当該菊花状円筒形濾過エレメントの上面および／または下面にシール部を形成させ、前記成形用型の材質が、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化エチレンプロピレン共重合樹脂、パーフルオロアルコキシ樹脂、ポリプロピレンまたはポリエチレンであるシール部形成方法である。
本発明の濾過エレメント用シール剤組成物（以下、単に「シール剤組成物」という。）は、光硬化性を有するもので、その樹脂成分はラジカル重合性のエチレン性二重結合を有する化合物で、好ましくは光ラジカル重合性に優れたアクリル系化合物である。
具体的なアクリル系化合物としては、ポリエステル系アクリル化合物、ポリエーテル系アクリル化合物、ポリウレタン系アクリル化合物、ポリカーボネート系アクリル化合物またはエポキシ系アクリル樹脂等の多官能系アクリル化合物；メチルアクリレートおよび／またはメチルメタクリレート（以下、「アクリレートおよび／またはメタクリレート」を「（メタ）アクリレート」という。）、エチル（メタ）アクリレート、ｎ−プロピル（メタ）アクリレート、ｉ−プロピル（メタ）アクリレート、ｎ−ブチル（メタ）アクリレート、ｉ−ブチル（メタ）アクリレート、ｎ−ヘキシル（メタ）アクリレート、ｎ−オクチル（メタ）アクリレート、ｉ−オクチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、ｎ−ノニル（メタ）アクリレート、ｉ−ノニル（メタ）アクリレート、ｎ−デシル（メタ）アクリレート、あるいはｎ−ラウリル（メタ）アクリレート等のアルキル（メタ）アクリレート；２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシ−３−フェノキシプロピル（メタ）アクリレート、グリセロールモノ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールモノ（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ（メタ）アクリレート、あるいはポリエチレングリコール−ポリプロピレングリコール共重合体のモノ（メタ）アクリレート等の水酸基含有（メタ）アクリレート；グリシジル（メタ）アクリレート等のエポキシ基含有（メタ）アクリレート；（メタ）アクリルアミド、Ｎ−メチロール（メタ）アクリルアミド、Ｎ−メトキシメチル（メタ）アクリルアミド、あるいはＮ−メトキシブチル（メタ）アクリルアミド等の（メタ）アクリルアミド等の単官能系アクリル系化合物が挙げられる。
これらアクリル化合物は、濾過する成分、例えばオイルに対する耐久性、フィルタの設計および仕様によって要求される樹脂強度、柔軟性、硬さ、耐熱性によって、種々選択され組み合わされる。例えば、オイルに対する耐久性を得る為には、多官能アクリル化合物の配合、好ましくは全アクリル系化合物に対し３質量部以上配合することが好ましい。
本発明のシール剤組成物で用いられる光重合開始剤は３８０ｎｍ以上の波長の光で重合を開始させるものである。光重合開始剤は、２−クロロチオキサントン、２，３−ジエチルチオキサントン、カンファーキノン、４，４‘−ジメトキシベンジル、トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイドである。本発明以外の他の光重合開始剤としては、４，４‘−ジメトキシベンジル以外の水素引き抜き型化合物、トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド以外の光開裂型化合物が挙げられる。
本発明のシール剤組成物に配合する光重合開始剤の好ましい添加量は、エチレン性二重結合を有する化合物１００質量部に対し０．１〜１５質量部であり、より好ましくは０．１〜１０質量部である。光重合開始剤の配合量が少ないときは、開裂あるいは水素引き抜きに必要な所定の電磁波を照射しても十分に硬化を行うことが出来ず、配合量が多いときにはそれ以上の硬化性が得られないのに加え、シール剤硬化物の強度の低下を招くことになる。
本発明のシール剤組成物には、所望の成分として、増感剤、有機系、無機系の増粘剤、染料、顔料の着色剤、ヒンダードフェノール等の酸化防止剤、安定剤あるいは過酸化物等の熱重合開始剤等を配合することができる。
本発明のシール剤組成物の、光硬化前の粘度は８００ｍＰａ・ｓ以上が好ましく、より好ましくは２０００ｍＰａ・ｓ以上である。粘度が８００ｍＰａ・ｓより小さい場合には、シール剤組成物の濾紙への染み込みが大きく肉痩せを起こしたり、菊花状襞の間への液だれが多くなるため所望のシール部を得ることが困難である。本発明のシール剤組成物の光硬化前の粘度は温度によって増減するが、本発明では、シール部形成時において使用する製造工場内の温度として通常考えられる０℃〜５０℃を考える。なお、本発明のシール剤組成物は、熱安定性を考慮して１５０℃以下で使用するのが好ましい。
本発明に用いられる紫外線または可視光の光源としては、配合された光重合開始剤が励起される３８０ｎｍ以上の電磁波を含む光であれば良く、工業的には低圧水銀灯、高圧水銀灯、キセノンランプ、メタルハライドランプ、ハロゲンランプ等が挙げられる。適性電磁波の基材表面への照射量は通常２００ｍＪ／ｃｍ２以上、特に５００〜１００００ｍＪ／ｃｍ２とするのが好ましい。
本発明に用いられる成形用型は、３８０ｎｍ以上の波長の光に対して透過性を有し、溶解度パラメータ８．５以下の材料から成るもので、当該特性を有する材料であり、シール剤組成物に対する耐久性が良好との理由から、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化エチレンプロピレン共重合樹脂、パーフルオロアルコキシ樹脂、ポリプロピレンあるいはポリエチレンである。より好ましくは、更に耐熱性、離型性に優れるポリテトラフルオロエチレン、フッ化エチレンプロピレン共重合樹脂およびパーフルオロアルコキシ樹脂である。当該成形用型には、円筒形濾過エレメントの上面および／または下面に形成するシール部に合致し、シール剤組成物を充填させるための溝を有するものであるが、その溝形状を所望のサイズに調整するだけで、容易に種々のサイズ、形状に合ったシール部を作成することができる。
なお、溶解度パラメーターとは、分子集団の集まる強さであり、当該成形用型の材料において８．５を超える場合は、型とシール剤硬化物との濡れが良くなり、型からの離型性が悪くなるので好ましくない。
当該溝に濾過エレメント用シール剤組成物を充填し、前記濾過エレメントの上面および／または下面のシール部形成箇所に、当該充填されたシール剤組成物が積層できるよう成形用型をセットし、当該成形用型に３８０ｎｍ以上の波長の光を照射することにより、当該成形用型を透過した電磁波により当該シール剤組成物を硬化させ、当該菊花型エレメントの上面および／または下面にシール部を形成させることができる。
以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に説明する。なお、各実施例および比較例における性能評価は以下の方法に従った。
シール剤組成物
３８０ｎｍ以上の波長の光で感光する光硬化性組成物として、アクリル系化合物および光重合開始剤を成分とする粘度１０００ｍＰａ・ｓの組成物Ａ、同じく粘度２０００ｍＰａ・ｓの組成物Ｂ、同じく粘度５０００ｍＰａ・ｓの組成物Ｃ、同じく粘度４００００ｍＰａ・ｓの組成物Ｄを使用した。
３８０ｎｍ以上の波長の光で感光する光硬化性組成物として、アクリル系化合物および光重合開始剤を成分とする粘度１０００ｍＰａ・ｓの組成物Ａ、同じく粘度２０００ｍＰａ・ｓの組成物Ｂ、同じく粘度５０００ｍＰａ・ｓの組成物Ｃ、同じく粘度４００００ｍＰａ・ｓの組成物Ｄを使用した。
また、比較例として３８０ｎｍの波長の光で感光しない紫外線硬化型であり、かつアクリル系化合物および光重合開始剤を成分とする粘度１０００ｍＰａ・ｓの組成物Ｅおよび同じく粘度７０００ｍＰａ・ｓの組成物Ｆを用いた。
また、粘度比較品として、３８０ｎｍ以上の電磁波で感光し、かつアクリル系化合物および光重合開始剤を成分とするが粘度３００ｍＰａ・ｓの組成物Ｇを用いた。
成形用型
材質：ポリテトラフルオロエチレン製およびパーフルオロアルコキシ樹脂製。
型サイズ：縦３０ｍｍ、横５ｍｍ、深さ１ｍｍの角状溝を有する型。
菊花状の円筒形濾過エレメントの上面および／または下面に形成するシール部に合致した溝を想定した幅と深さにした。
材質：ポリテトラフルオロエチレン製およびパーフルオロアルコキシ樹脂製。
型サイズ：縦３０ｍｍ、横５ｍｍ、深さ１ｍｍの角状溝を有する型。
菊花状の円筒形濾過エレメントの上面および／または下面に形成するシール部に合致した溝を想定した幅と深さにした。
光照射装置および光照射条件
光源：３．２ＫＷの高圧水銀灯。
照射光量：型の下側で１０００ｍＪ／ｃｍ２に調整した。
照射時間：７秒。
光量の測定：ウシオ電機（株）製の波長４０５ｎｍに中心受光を有する受光器ＵＶＤ−Ｃ４０５および積算光量計ＵＩＴ−１５０を用いて行った。
光源：３．２ＫＷの高圧水銀灯。
照射光量：型の下側で１０００ｍＪ／ｃｍ２に調整した。
照射時間：７秒。
光量の測定：ウシオ電機（株）製の波長４０５ｎｍに中心受光を有する受光器ＵＶＤ−Ｃ４０５および積算光量計ＵＩＴ−１５０を用いて行った。
成形試験方法
各組成物を２５℃の状態で、型に充填し、濾紙に光硬化性組成物が接触するように型を当て、所定量の電磁波を照射した。
硬化性と離型性：各組成物の硬化体を離型する際に、硬化状態と離型性を確認した。
成形性：低粘度、硬化性が影響して、硬化前における濾紙への染み込み量が多すぎる場合、肉痩せによる成形精度に問題が生じる為、成形性を確認した。
各組成物を２５℃の状態で、型に充填し、濾紙に光硬化性組成物が接触するように型を当て、所定量の電磁波を照射した。
硬化性と離型性：各組成物の硬化体を離型する際に、硬化状態と離型性を確認した。
成形性：低粘度、硬化性が影響して、硬化前における濾紙への染み込み量が多すぎる場合、肉痩せによる成形精度に問題が生じる為、成形性を確認した。
（実施例１〜４）
成形用型の材質をポリテトラフルオロエチレンとし、組成物Ａ〜Ｄを使用して、成形試験を行った。
成形用型の材質をポリテトラフルオロエチレンとし、組成物Ａ〜Ｄを使用して、成形試験を行った。
その結果、表１に示すように、組成物Ａ〜Ｄは、光照射時間７秒の短時間で、良好な硬化性と成形性を共に達成した。
また、本粘度範囲では濾紙への染み込み量は成形精度に影響を及ぼすことも無く、成形性は良好であり、成形用型の材質もポリテトラフルオロエチレンであれば離型性に問題が無いことも確認された。
（実施例５〜８）
成形用型の材質をパーフルオロアルコキシ樹脂にする以外は実施例１〜４と同じ条件で成形試験を行った。
成形用型の材質をパーフルオロアルコキシ樹脂にする以外は実施例１〜４と同じ条件で成形試験を行った。
その結果、表２に示すように光照射時間７秒の短時間で、良好な硬化性と成型性を共に達成した。
また、本粘度範囲では濾紙への染み込み量は成形精度に影響を及ぼすことも無く、成型性は良好であり、成形用型の材質もパーフルオロアルコキシ樹脂であれば離型性に問題が無いことが確認された。
（比較例１〜２）
組成物ＥおよびＦを用いる以外は実施例１と同じ条件で成形試験を行った。
組成物ＥおよびＦを用いる以外は実施例１と同じ条件で成形試験を行った。
（実施例９）
組成物Ｇを用いる以外は実施例１と同じ条件で成形試験を行った。
組成物Ｇを用いる以外は実施例１と同じ条件で成形試験を行った。
その結果、表３に示すように組成物Ｅ、Ｆのような紫外線硬化タイプは十分に硬化しない為、本発明のシール剤組成物として不適であることが分かる。また、組成物Ｇのように粘度が低い場合は、濾紙への浸透が激しく、シール剤組成物として好ましくないことがわかった。
本発明のシール剤組成物およびシール部形成方法は、成形型の溝形状を所望のサイズに形状に調整するだけで、容易に種々のサイズ、形状に合った成形体を作成することができ、また光照射のみで短時間で硬化するため、生産性および経済性に優れたものである。
Claims (10)
- 濾材をひだ折り形成して成る断面が菊花状の円筒形濾過エレメントの上面および／または下面にシール部を形成するためのシール剤であって、
３８０ｎｍ以上の波長の光に感光する光重合開始剤およびラジカル重合性を有するアクリル系化合物を成分とし、３８０ｎｍ以上の波長の光による光硬化性を有し、光硬化前の粘度が８００ｍＰａ・ｓ以上であり、
前記光重合開始剤が、２−クロロチオキサントン、２，３−ジエチルチオキサントン、カンファーキノン、４，４‘−ジメトキシベンジル及びトリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイドからなる群より選ばれる濾過エレメント用シール剤組成物。 - ラジカル重合性を有するアクリル系化合物として多官能アクリル化合物を配合するものである請求項１記載の濾過エレメント用シール剤組成物。
- 多官能アクリル化合物を全アクリル系化合物に対し３質量部以上配合する請求項２記載の濾過エレメント用シール剤組成物。
- 光重合開始剤の添加量が、ラジカル重合性を有するアクリル系化合物１００重量部に対し、０．１〜１５質量部である請求項１〜３のいずれかに記載の濾過エレメント用シール剤組成物。
- 光重合開始剤の添加量が、ラジカル重合性を有するアクリル系化合物１００重量部に対し、０．１〜１０質量部である請求項４記載の濾過エレメント用シール剤組成物。
- 光硬化前の粘度が２０００ｍＰａ・ｓ以上である請求項１〜５のいずれかに記載の濾過エレメント用シール剤組成物。
- 濾材をひだ折り形成して成る断面が菊花状の円筒形濾過エレメントの上面および／または下面に形成するシール部に合致した溝が形成され、３８０ｎｍ以上の波長の光に対して透過性を有する成形用型の前記溝に請求項１乃至６のいずれかに記載の濾過エレメント用シール剤組成物を充填し、
前記濾過エレメントの上面および／または下面のシール部形成箇所に、当該充填されたシール剤組成物が積層できるよう成形用型をセットし、
当該成形用型に３８０ｎｍ以上の波長の光を照射することにより、当該成形用型を透過した光により当該シール剤組成物を硬化させ、当該菊花状円筒形濾過エレメントの上面および／または下面にシール部を形成させ、
前記成形用型の材質が、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化エチレンプロピレン共重合樹脂、パーフルオロアルコキシ樹脂、ポリプロピレンまたはポリエチレンであるシール部形成方法。 - 成形用型の材質がポリテトラフルオロエチレン、フッ化エチレンプロピレン共重合樹脂またはパーフルオロアルコキシ樹脂である請求項７記載のシール部形成方法。
- ３８０ｎｍ以上の波長の光の照射量が、２００ｍＪ／ｃｍ２以上である請求項７又は８に記載のシール部形成方法。
- ３８０ｎｍ以上の波長の光の照射量が、５００〜１００００ｍＪ／ｃｍ２である請求項９記載のシール部形成方法。
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