JP4572585B2

JP4572585B2 - 積層フィルタの製造方法

Info

Publication number: JP4572585B2
Application number: JP2004165896A
Authority: JP
Inventors: 浩司久米; 容久佐南
Original assignee: Toyota Boshoku Corp
Current assignee: Toyota Boshoku Corp
Priority date: 2004-06-03
Filing date: 2004-06-03
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2024-06-03
Also published as: CN101142007A; US20080017299A1; JP2005342633A; CN101142007B; WO2005118107A1; US7597773B2; EP1771233A1

Description

本発明は、濾材を積層してなる積層フィルタの製造方法に関する。

フィルタにおいては、濾材のひだ密着を防止するために、濾材がコルゲート成形される場合がある（例えば、特許文献１、２）。このような濾材同士を積層して接着させる場合には、種々の方法が適用される（例えば、特許文献３）。

しかし、複数の濾材にコルゲート成形し、それらの濾材同士を接着させるためには、コルゲート成形の工程と濾材同士を接着させる工程とを別工程としていた。
特開昭５５−１８２９３号公報特開平５−２８５３２６号公報特開平１１−２９０６２４号公報

本発明は、上記事実を考慮して、コルゲート成形と濾材同士の接着とを同一工程で行う積層フィルタの製造方法を提供することを課題とする。

請求項１に記載する本発明の積層フィルタの製造方法は、コルゲート成形機が、熱可塑性樹脂を含む第１濾過材と、前記第１濾過材に含まれる熱可塑性樹脂よりも融点が低い熱可塑性樹脂を含む第２濾過材と、を重ねた状態で挟持し、前記第２濾過材の融点以下でかつ前記第２濾過材が軟化状態となる温度で加熱押圧して前記第１濾過材及び前記第２濾過材をコルゲート成形すると共に、溶融状態でない軟化状態の前記第２濾過材を前記第１濾過材に押し付けて前記第１濾過材の織り構造を崩し、前記第２濾過材の構成繊維を前記第１濾過材の構成繊維に絡めて熱接着させることを特徴とする。

請求項１に記載する本発明の積層フィルタの製造方法によれば、熱可塑性樹脂を含む第１濾過材と、第１濾過材に含まれる熱可塑性樹脂よりも融点が低い熱可塑性樹脂を含む第２濾過材と、が重ねられた状態でコルゲート成形機によって挟持される。コルゲート成形機は、第２濾過材の融点以下でかつ第２濾過材が軟化状態となる温度で加熱押圧して第１濾過材及び第２濾過材をコルゲート成形すると共に、溶融状態でない軟化状態の第２濾過材を第１濾過材に押し付けて第１濾過材の織り構造を崩し、第２濾過材の構成繊維を第１濾過材の構成繊維に絡めて熱接着させる。これにより、コルゲート成形と同一工程で第１濾過材と第２濾過材とが接着され、さらに、第１濾過材の構成繊維間の空隙が閉塞されることなく微細化されることが可能となるので、濾過性能の低下が抑制される。

以上説明したように、本発明の積層フィルタの製造方法によれば、コルゲート成形と濾材同士の接着とを同一工程で行うことができるという優れた効果を有する。

本発明における積層フィルタの製造方法の第１実施形態を図面に基づき説明する。

図１に示すように、積層フィルタ１０は、主体となる第１濾過材１２、及びこの第１濾過材１２に積み重なる第２濾過材１４を素材としている。第２濾過材１４は、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂等の熱可塑性樹脂を含み、織布、不織布が好適とされる。不織布の製造方法としては、公知の方法を適宜用いることができ、例えば、メルトブローン法、スパンボンド法等で製造される。第１濾過材１２は、通気性があり、第２濾過材１４に含まれる熱可塑性樹脂の融点よりも高い融点を有する熱可塑性樹脂を含む。

第１濾過材１２及び第２濾過材１４は、長尺帯状に形成されてロール状に巻き取られた状態とされており、積層フィルタ１０の製造ラインへ送給されるようになっている。積層フィルタ１０の製造ラインでは、第１濾過材１２及び第２濾過材１４がそれぞれ第１送出部１６及び第２送出部１８に装填されて回転可能に支持される。

第１送出部１６及び第２送出部１８の下流側には、コルゲート成形機２０が配置されている。コルゲート成形機２０には、互いに対となる上コルゲートロール２２及び下コルゲートロール２４が設けられており、互いに軸平行となるように上下に配置されている。上コルゲートロール２２のロール面２２Ａ及び下コルゲートロール２４のロール面２４Ａには、周方向に延びる複数の山部２２Ｂ、２４Ｂ（図２参照）及び谷部２２Ｃ、２４Ｃ（図２参照）が形成されている。上コルゲートロール２２及び下コルゲートロール２４は、それぞれロール駆動部（図示省略）からのトルクを受けて互いに等線速度で回転する。

図２（Ｂ）に示されるように、上コルゲートロール２２のロール面２２Ａを半径方向から見ると、山部２２Ｂの山頂線（稜線）及び谷部２２Ｃの谷底線は、上コルゲートロール２２の軸方向に直角な方向に沿って平行に等間隔で形成されている。また、下コルゲートロール２４のロール面２４Ａを半径方向から見ると、山部２４Ｂの山頂線（稜線）及び谷部２４Ｃの谷底線は、下コルゲートロール２４の軸方向に直角な方向に沿って平行に等間隔で形成されている。上コルゲートロール２２の山部２２Ｂは、下コルゲートロール２４の谷部２４Ｃに対向しており、下コルゲートロール２４の山部２４Ｂは、上コルゲートロール２２の谷部２２Ｃに対向している。ここで、上コルゲートロール２２の山部２２Ｂの突出長は、下コルゲートロール２４の谷部２４Ｃの窪み寸法にほぼ等しく、下コルゲートロール２４の山部２４Ｂの突出長は、上コルゲートロール２２の谷部２２Ｃの窪み寸法にほぼ等しい。

山部２２Ｂ、２４Ｂ及び谷部２２Ｃ、２４Ｃで形成される波状部分は、図２（Ａ）に示されるように、周方向で２ブロックに区画され、１ブロックにおける周方向の長さは、円周の１／２に比べてやや短い。これらの２ブロックの間は、段差のない曲面部２２Ｄ、２４Ｄとされている。曲面部２２Ｄ、２４Ｄは、それぞれ上コルゲートロール２２及び下コルゲートロール２４の軸心からの半径が一定の湾曲面からなる。なお、前記波状部分は、周方向に２ブロック以上の複数に区画されてもよい。

図１に示される上コルゲートロール２２及び下コルゲートロール２４は、内部から加熱手段（図示省略）により加熱される。上下コルゲートロール２２、２４の温度は、第２濾過材１４の融点（例えば、１２０℃〜１３０℃）以下で、第２濾過材１４が軟化状態となる温度（例えば、１００℃）に設定される。なお、軟化状態となる温度は、おおよそ融点よりも１５℃〜３５℃低い温度とされる。

また、上コルゲートロール２２及び下コルゲートロール２４は、それぞれ付勢機構（図示省略）により、各々が対向する下コルゲートロール２４及び上コルゲートロール２２の方向へ、すなわち、上コルゲートロール２２と下コルゲートロール２４とが互いに接近する方向へ付勢力で付勢されている。これらにより、第１濾過材１２及び第２濾過材１４は、上コルゲートロール２２のロール面２２Ａと下コルゲートロール２４のロール面２４Ａとの間で加熱及び押圧（圧縮）されつつ、上コルゲートロール２２及び下コルゲートロール２４からの搬送力により一定速度で搬送方向（矢印Ｆ方向）へ搬送される。コルゲート成形機２０から送り出された積層フィルタ１０は、コルゲート成形されていると共に、第１濾過材１２と第２濾過材１４とが接着されて層状（２層）になっている。

図３及び図４には、コルゲート成形機２０から送り出された積層フィルタ１０が示されている。図３に示されるように、積層フィルタ１０には、第２濾過材１４側から見て凹状に屈曲した屈曲底部３０と、第２濾過材１４側から見て凸状に屈曲した屈曲頂部３２とが形成されている。屈曲底部３０と屈曲頂部３２とは、積層フィルタ１０の幅方向（矢印Ｗ方向）に交互に形成されている。また、屈曲底部３０の谷底線と、屈曲頂部３２の山頂線（稜線）とは、帯状の積層フィルタ１０の長手方向に沿って平行であり、その間隔は一定とされている。これらの屈曲底部３０、屈曲頂部３２では、第１濾過材１２と第２濾過材１４とが熱接着された状態とされている。また、帯状の積層フィルタ１０には、長手方向に所定間隔をあけて断続的に平面部３１が形成されている。

次に、積層フィルタの製造方法における処理手順について説明する。

まず、図１に示される第１送出部１６に装填された第１濾過材１２、及び第２送出部１８に装填された第２濾過材１４をそれぞれ第１送出部１６及び第２送出部１８から送り出し、コルゲート成形機２０に送給する。

コルゲート成形機２０の上コルゲートロール２２及び下コルゲートロール２４は、第１濾過材１２及び第２濾過材１４を重ねた状態で挟持する。これらの上コルゲートロール２２及び下コルゲートロール２４は、互いに等線速度で回転し、第１濾過材１２及び第２濾過材１４を積層フィルタ１０として下流側へ送り出す。このとき、上コルゲートロール２２及び下コルゲートロール２４が加熱手段（図示省略）により第２濾過材１４の軟化温度に加熱されていると共に、付勢機構（図示省略）により付勢されていることから、第１濾過材１２及び第２濾過材１４は、上コルゲートロール２２のロール面２２Ａと下コルゲートロール２４のロール面２４Ａとの間で加熱押圧されつつ、上コルゲートロール２２及び下コルゲートロール２４からの搬送力により一定速度で搬送方向（矢印Ｆ方向）へ搬送される。上コルゲートロール２２及び下コルゲートロール２４による搬送時に、下コルゲートロール２４は、そのロール面２４Ａを第１濾過材１２の表面に圧接させ、また、上コルゲートロール２２は、そのロール面２２Ａを第２濾過材１４の表面に圧接させ、第１濾過材１２及び第２濾過材１４をコルゲート成形する。

図５には、第１、第２濾過材１２、１４が上下コルゲートロール２２、２４間を通過する際の状態が拡大して示されている。図５に示すように、第１、第２濾過材１２、１４は、上下コルゲートロール２２、２４に挟持されると共に、押圧力２２Ｐ、２４Ｐによって押圧されて潰される。このとき、上下コルゲートロール２２、２４は、第２濾過材１４の融点（例えば、１２０℃〜１３０℃）以下で第２濾過材１４が軟化状態となる温度（例えば、１００℃）まで加熱されているので、第２濾過材１４が軟化する。これらにより、第２濾過材１４は、押圧により織り構造が崩れて網目の間隔が大きくされた（目開きされた）第１濾過材１２に押し付けられ、軟化した第２濾過材１４の構成繊維が第１濾過材１２の構成繊維に絡まって熱接着される。

このように、コルゲート成形機２０が第２濾過材１４の軟化温度で第１、第２濾過材１２、１４を加熱押圧することで、第１、第２濾過材１２、１４をコルゲート成形することができると共に、同一工程で第１、第２濾過材１２、１４を軟化状態にして第１、第２濾過材１２、１４同士を熱接着させることができる。このため、工数を削減できる。また、第２濾過材１４を溶融させるのではなく、第２濾過材１４の構成繊維を軟化させて第１濾過材１２と熱接着することで、第１濾過材１２の構成繊維間の通気部（空隙）を閉塞することなく微細化することが可能となるので、濾過性能の低下を抑制できる。製造された積層フィルタ１０の濾過材性能は、濾過材同士を予め接着した場合に比べても良好である。

なお、第１濾過材１２に含まれる熱可塑性樹脂を、第２濾過材１４に含まれる熱可塑性樹脂の融点（例えば、１２０℃〜１３０℃）よりも高い融点を有する熱可塑性樹脂とすることで、第１濾過材１２が融解して繊維形状を失うのを防ぐことができ、これによって、積層フィルタ１０の濾過性能の低下を抑制できる。ここで、第１濾過材１２の融点と第２濾過材１４の融点との差は、１０℃以上であることが好ましい。融点の差を１０℃以上とすることで、上下コルゲートロール２２、２４による加熱押圧時に、第２濾過材１４のみが軟化する状態になり、積層フィルタ１０の濾過性能の低下を大幅に抑制することができる。

このようにして製造された積層フィルタ１０は、使用時には、図３に示される各平面部３１が屈曲底部３０、屈曲頂部３２の稜線方向に直角な方向で交互にジグザグ状にひだ折りされ、例えば、エンジンに吸入される空気を清浄化するフィルタエレメントとして用いられる。

次に、積層フィルタの製造方法の第２実施形態を図６に基づき説明する。第２実施形態では、上コルゲートロール２２に積層フィルタ折り曲げ用の凸部２３Ａが形成され、下コルゲートロール２４に積層フィルタ折り曲げ用の凹部２５Ａが形成される形態である。なお、他の構成については、第１実施形態とほぼ同様の構成であるので、同一符号を付して説明を省略する。

図６に示されるように、上コルゲートロール２２の曲面部２２Ｄには、周方向に直角な方向へリブ状に延びる断面凸形状のプレートである凸部２３Ａが形成されている。また、下コルゲートロール２４の曲面部２４Ｄには、凸部２３Ａに対応して周方向に直角な方向へ溝状に延びる断面凹形状の凹部２５Ａが形成されている。図６に示されるコルゲート成形機２０により製造する積層フィルタには、折り曲げ用のスジを付けることができると同時に、図１に示される第１濾過材１２と第２濾過材１４とを熱接着することができる。

なお、第２実施形態では、図６に示されるように、上コルゲートロール２２の曲面部２２Ｄに凸部２３Ａを形成し、この凸部２３Ａに対応させて下コルゲートロール２４の曲面部２４Ｄに凹部２５Ａを形成しているが、これとは逆に、下コルゲートロール２４の曲面部２４Ｄに凸部２３Ａを形成し、この凸部２３Ａに対応させて上コルゲートロール２２の曲面部２２Ｄに凹部２５Ａを形成してもよい。

また、上コルゲートロール２２の曲面部２２Ｄのうち、一方側（例えば、図６（Ａ）の右側）に凸部２３Ａ、他方側（例えば、図６（Ａ）の左側）に凹部２５Ａを形成すると共に、下コルゲートロール２４の曲面部２４Ｄのうち、一方側（例えば、図６（Ａ）の右側）に凹部２５Ａ、他方側（例えば、図６（Ａ）の左側）に凸部２３Ａを形成しもよい。この場合、上コルゲートロール２２の凸部２３Ａと下コルゲートロール２４の凹部２５Ａとを対応する位置関係にすると共に、上コルゲートロール２２の凹部２５Ａと下コルゲートロール２４の凸部２３Ａとを対応する位置関係にする。このようにした場合、製造される積層フィルタに形成される折り曲げ用のスジは、平面部３１（図３参照）毎に凹凸が順次逆になるので、積層フィルタのひだ折りがしやすくなる。

次に、積層フィルタの製造方法の第３実施形態を図７に基づき説明する。第３実施形態は、上コルゲートロール２２の曲面部２２Ｄに複数の凸部２３Ｂが形成される形態である。なお、他の構成については、第１実施形態とほぼ同様の構成であるので、同一符号を付して説明を省略する。

図７に示されるように、上コルゲートロール２２の曲面部２２Ｄには、複数の凸部２３Ｂによってエンボスパターンが形成されている。凸部２３Ｂは、上下コルゲートロール２２、２４の空転時（第１、第２濾過材１２、１４を挟持しない状態での回転時）に下コルゲートロール２４には接触しない程度の高さとされる。この凸部２３Ｂにより、図１に示される第１、第２濾過材１２、１４が加熱押圧され、軟化した第２濾過材１４の構成繊維が第１濾過材１２の構成繊維に絡まって熱接着される。このため、第１濾過材１２と第２濾過材１４との接着性をさらに向上させることができる。

なお、第３実施形態では、図７に示される上コルゲートロール２２の曲面部２２Ｄに複数の凸部２３Ｂを形成しているが、これとは逆に、下コルゲートロール２４の曲面部２４Ｄに複数の凸部２３Ｂを形成してもよい。

次に、積層フィルタの製造方法の第４実施形態を図８に基づき説明する。第４実施形態は、上下コルゲートロール２２、２４の周方向に延びる平坦部２２Ｅ、２４Ｅが形成され、上コルゲートロール２２の平坦部２２Ｅに複数の凸部２３Ｃが形成される形態である。なお、他の構成については、第１実施形態とほぼ同様の構成であるので、同一符号を付して説明を省略する。

図８（Ｂ）に示されるように、上下コルゲートロール２２、２４には、周方向に延びる平坦部２２Ｅ、２４Ｅが複数形成され、山部２２Ｂ、２４Ｂ及び谷部２２Ｃ、２４Ｃで形成される波状部分を複数のブロックに区画する。この平坦部２２Ｅ、２４Ｅは、曲面部２２Ｄ、２４Ｄと段差のない面を形成する。上コルゲートロール２２の各平坦部２２Ｅには、複数の凸部２３Ｃが周方向に１列に並ぶように形成されている。凸部２３Ｃは、上下コルゲートロール２２、２４の空転時（第１、第２濾過材１２、１４を挟持しない状態での回転時）に下コルゲートロール２４には接触しない程度の高さとされる。この凸部２３Ｃにより、図１に示される第１、第２濾過材１２、１４が加熱押圧され、軟化した第２濾過材１４の構成繊維が第１濾過材１２の構成繊維に絡まって熱接着される。このため、第１濾過材１２と第２濾過材１４との接着性をさらに向上させることができる。

なお、第４実施形態では、図８に示される上コルゲートロール２２の平坦部２２Ｅに複数の凸部２３Ｃを形成しているが、これとは逆に、下コルゲートロール２４の平坦部２４Ｅに複数の凸部２３Ｃを形成してもよい。

次に、積層フィルタの製造方法の第５実施形態を図９に基づき説明する。第５実施形態は、上下コルゲートロール２２、２４の周方向に延びる平坦部２２Ｅ、２４Ｅが形成され、上コルゲートロール２２の平坦部２２Ｅの中央及び曲面部２２Ｄ上で周方向へリブ状に延びる環状凸部２３Ｄが形成される形態である。なお、他の構成については、第１実施形態とほぼ同様の構成であるので、同一符号を付して説明を省略する。

図９（Ｂ）に示されるように、上下コルゲートロール２２、２４には、周方向に延びる平坦部２２Ｅ、２４Ｅが複数形成され、山部２２Ｂ、２４Ｂ及び谷部２２Ｃ、２４Ｃで形成される波状部分を複数のブロックに区画する。この平坦部２２Ｅ、２４Ｅは、曲面部２２Ｄ、２４Ｄと段差のない面を形成する。上コルゲートロール２２の各平坦部２２Ｅの中央には、周方向へリブ状に延びる断面凸形状のプレートである環状凸部２３Ｄが形成され、曲面部２２Ｄ上を縦断してロール面２２Ａを１周している。環状凸部２３Ｄは、上下コルゲートロール２２、２４の空転時（第１、第２濾過材１２、１４を挟持しない状態での回転時）に下コルゲートロール２４には接触しない程度の高さとされる。この環状凸部２３Ｄにより、図１に示される第１、第２濾過材１２、１４が加熱押圧され、軟化した第２濾過材１４の構成繊維が第１濾過材１２の構成繊維に絡まって熱接着される。このため、第１濾過材１２と第２濾過材１４との接着性をさらに向上させることができる。

第５実施形態では、図９に示される上コルゲートロール２２に環状凸部２３Ｄを形成しているが、これとは逆に、下コルゲートロール２４に環状凸部２３Ｄを形成してもよい。

なお、上記第１〜第５実施形態に示された上下コルゲートロール２２、２４の各部の形状を適宜組み合せた上下コルゲートロール２２、２４を積層フィルタの製造方法に適用してもよい。このとき、各部（例えば、凸部、凹部等）の個数は、上記実施形態に示された個数に限定されない。

また、上記実施形態では、上コルゲートロール２２及び下コルゲートロール２４のいずれもが内部から加熱手段（図示省略）により加熱されているが、いずれか一方のコルゲートロールのみが内部から加熱されてもよい。この場合、加熱温度は、軟化温度の低い第２濾過材１４の軟化温度（例えば１００℃）とする。

第１実施形態に係る積層フィルタの製造方法を示す斜視図である。第１実施形態で用いられるコルゲート成形機を示す図である。図２（Ａ）は、コルゲート成形機を示す正面図である。図２（Ｂ）は、コルゲート成形機の側面図である。第１実施形態により製造された積層フィルタを示す図である。図３（Ａ）は、積層フィルタの平面図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の３Ｂ−３Ｂ線の断面図である。図３（Ａ）の４−４線の拡大断面図である。第１、第２濾過材が上下コルゲートロール間を通過する際の状態を示す概略拡大断面図である。第２実施形態で用いられるコルゲート成形機を示す図である。図６（Ａ）は、コルゲート成形機を示す正面図である。図６（Ｂ）は、コルゲート成形機の側面図である。第３実施形態で用いられるコルゲート成形機を示す図である。図７（Ａ）は、コルゲート成形機を示す正面図である。図７（Ｂ）は、コルゲート成形機の側面図である。第４実施形態で用いられるコルゲート成形機を示す図である。図８（Ａ）は、コルゲート成形機を示す正面図である。図８（Ｂ）は、コルゲート成形機の側面図である。第５実施形態で用いられるコルゲート成形機を示す図である。図９（Ａ）は、コルゲート成形機を示す正面図である。図９（Ｂ）は、コルゲート成形機の側面図である。

符号の説明

１０積層フィルタ
１２第１濾過材
１４第２濾過材
２０コルゲート成形機

Claims

コルゲート成形機が、熱可塑性樹脂を含む第１濾過材と、前記第１濾過材に含まれる熱可塑性樹脂よりも融点が低い熱可塑性樹脂を含む第２濾過材と、を重ねた状態で挟持し、前記第２濾過材の融点以下でかつ前記第２濾過材が軟化状態となる温度で加熱押圧して前記第１濾過材及び前記第２濾過材をコルゲート成形すると共に、溶融状態でない軟化状態の前記第２濾過材を前記第１濾過材に押し付けて前記第１濾過材の織り構造を崩し、前記第２濾過材の構成繊維を前記第１濾過材の構成繊維に絡めて熱接着させることを特徴とする積層フィルタの製造方法。