JP4627447B2

JP4627447B2 - フィルタエレメント

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Publication number: JP4627447B2
Application number: JP2005064733A
Authority: JP
Inventors: 孝次今井; 浩嗣奥山
Original assignee: Japan Vilene Co Ltd
Current assignee: Japan Vilene Co Ltd
Priority date: 2004-09-22
Filing date: 2005-03-09
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2025-03-09
Also published as: JP2006116522A

Description

本発明は、車両の空気取り入れ口、室内の空気取り入れ口、あるいは掃除機などの機器の空気取り入れ口などに設置された取付け枠に挿入して使用される、多数のひだが形成されたフィルタエレメントに関する。

従来から、車両の空気取り入れ口、室内の空気取り入れ口、あるいは掃除機などの機器の空気取り入れ口などには、例えば特開２００１−４６８２４号公報に開示されるように、入口に導入される空気中の塵埃を除去するための図５に示されるフィルタエレメント（２０）が剛性のある矩形状の取付け枠（３０）に挿入されて設置されている。このフィルタエレメントは濾材に多数のひだが形成されており、そのひだの山線に交差する方向の両端面には、ひだの形状を保つための端部保形材（４２）が固着されている。この端部保形材にはフィルタエレメント全体を補強する目的もあり、その保形と補強の効果を高めるため剛性のある材料が用いられており、フィルタエレメント全体も剛性のある構造となっていた。

しかし、近年車両や室内のより快適な居住性が追求される中で、フィルタエレメントを限られた狭い空間に取り付けたり、コーナーなどの特殊な場所に取り付けたり、デザイン性に富んだ形状が要求されており、このため、例えば図１（ｃ）に示すように、取付け枠の空気流入面が平面でなく曲面となった形状、あるいは湾曲した形状が要求されている。しかし、このような曲面を有する取付け枠に前述の剛性のあるフィルタエレメントを挿入しようとすると、フィルタエレメントの端部保形材が折れ曲がってエアリークが発生するという問題があった。なお、特開平１０−３２８５１７号公報には、図６に示されるように、端部保形材が湾曲可能な部材（１２ｂ）でできておりその弾性力によってフィルタエレメント（１２）を取付け枠（１１）に気密に装着する構造のフィルタエレメントが開示されている。しかし、このようなフィルタエレメントを上述の曲面を有するフィルタ枠に装着しようとすると、そのフィルタエレメントを押圧しながらフィルタ枠に装着することとなり、その結果フィルタエレメントの両端又は中央部が浮き上がり、フィルタエレメントを押えるフィルタ枠の爪から外れるなど、フィルタ枠に非常に装着し難いという問題があり、やはりエアリークが発生するという問題があった。また、このような問題に対処すべく、端部保形材を予め湾曲した扇形状にカットしてから濾材端部に固着しようとすると、その分手間がかかり、また各種デザインによってその都度打ち抜きの刃型を準備しなければならず生産効率に劣り、コスト上昇の問題があった。

特開２００１−４６８２４号公報特開平１０−３２８５１７号公報

本発明は、上記の問題を解決し、空気流入面が曲面である取付け枠にも容易に抵抗なく挿入が可能であり、折れ曲がったり取付け枠の爪から外れたりすることがなく、しかも生産効率も低下することのないフィルタエレメントを提供することを課題とする。

本発明のフィルタエレメントに係る解決手段は、図１（ａ）、（ｂ）に例示するように、多数のひだを有する濾材（２）のひだ山線（４）と交差する方向の濾材両端部全体に端部保形材（３）が接合されてなるフィルタエレメント（１）であって、前記端部保形材は繊維が絡合された不織布からなり、前記端部保形材の長手方向の引張強度が１０Ｎ／５ｃｍ以上であり、且つ長手方向の１０％伸長時の引張強度が１００Ｎ／５ｃｍ未満であり、下流側のひだ山線を結ぶ面を前記フィルタエレメントの下流面とすると、図３に示すように、下流面を上または下にした状態において、ひだ山線と直交する方向の先端から１ｃｍまでの部分全体に１ｃｍ^２あたり２０ｇの荷重を載せた場合、ひだ山線と直交する方向の剛軟度が、ＪＩＳＬ１０９６−１９９９（一般織物試験方法）に規定される、剛軟性８．１９．１Ａ法（４５度カンチレバー法）にて測定すると１５０ｍｍ以下であることを特徴とするフィルタエレメントである。なお、剛軟度は、試験片の寸法を、図１（ａ）に示すようにフィルタエレメント（１）の巾Ｗ（ｃｍ）×長さＬ（ｃｍ）として測定した値とする。また、フィルタエレメントの長さ（ｃｍ）が剛軟度の値よりも小さく、剛軟度の値を測定することができない場合は、長さ方向にフィルタエレメントを２個以上接合して、フィルタエレメントの長さをＬ（ｃｍ）×ｎ倍として測定した値を用いるか、或いはフィルタエレメントの長さＬ（ｍｍ）以上と表すことができる。

本発明によって、空気流入面が曲面である取付け枠にも容易に抵抗なく挿入が可能であり、折れ曲がったり取付け枠の爪から外れたりすることがなく、しかも生産効率も低下することのないフィルタエレメントを提供することが可能となった。

以下、本発明に係るフィルタエレメントの好ましい実施の形態について詳細に説明する。

本発明に適用できる濾材としては、ひだ折りが可能な濾材である限り特に限定されず、例えば不織布、折り編物、または紙などが可能であり、特に、平均繊維径が１０μｍ以下のメルトブロー不織布又は極細ガラス繊維不織布と、平均繊維径が１０μｍを超える繊維からなる補強用の不織布とを積層した質量法、比色法又は計数法で評価される複合不織布が好適に適用できる。

前記メルトブロー不織布の材質、極細ガラス繊維不織布或いは補強用の不織布の材質は特に限定されず、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル系繊維、ナイロン６、ナイロン６６などのポリアミド系繊維、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィン系繊維、ポリアクリロニトリルなどのアクリル系繊維、ポリビニルアルコール繊維および合成パルプなどの合成繊維に限らず、レーヨンなどの半合成繊維、綿およびパルプ繊維などの天然繊維、あるいはガラス繊維、セラミックス繊維、金属繊維などを単独で、又は適宜組み合わせて適用することができる。

前記補強用の不織布としては、例えばバインダ接着不織布、水流絡合不織布、ニードルパンチ不織布、繊維融着不織布、スパンボンド不織布、或いは紙などを単独で、又は適宜組み合わせた不織布を適用することができる。また、前記メルトブロー不織布の繊維径は１０μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以下がより好ましく、３μｍ以下が更に好ましい。

前記濾材としては、廃棄物処理あるいは無機繊維の飛散による影響の観点から、有機素材が好ましく、特にメルトブロー不織布と有機繊維からなる補強用の不織布との複合不織布であることが好ましく、この複合不織布に更にエレクトレット加工などの後加工を施した濾材は濾過性能がより優れているためより好適に使用できる。

前記濾材は多数のひだが折られているが、この折り加工方法としてはレシプロ式やロータリー式などのプリーツ加工機による方法や、ジグザグ形状に成形された押型でプレスする方法などがある。また、折り加工された濾材の隣接する折り壁が線状の樹脂固形物によって分離されていることも可能であり、この樹脂固形物としては、例えば、発泡又は無発泡ホットメルト樹脂やウレタン樹脂などを使用できる。この樹脂固形物は、濾材の補強としての効果もあり、濾材の折り壁を横切るように連続的に、又は不連続的に塗布して形成することができる。なお、この樹脂固形物は処理流体の流入側及び／又は流出側に設けることができる。

前記濾材には、図１（ａ）に例示するように、多数のひだが形成されており、前記ひだの高さは５〜６０ｍｍが好ましく、８〜２５ｍｍがより好ましい。また、ひだのピッチは１〜１５ｍｍが好ましく、２〜１０ｍｍがより好ましい。

また、本発明では図１（ａ）に例示するように、前記濾材（２）のひだ山線（４）と交差する方向の濾材両端部に端部保形材（３）が接合されている。この端部保形材は、ひだの形状を保つ効果と、フィルタエレメント（１）全体を補強する効果とを有するものであり、端部保形材に用いる基材そのものを用いることも可能であるが、好ましくは端部保形材に用いる基材に接着剤または接着性のシートが付着した複合材を用いることができる。このような端部保形材が濾材の前記両端部に接合されているが、その接合方法としては、例えばホットメルト樹脂シートを予め前記端部保形材用の基材と貼り合わせた複合材からなる端部保形材を加熱処理によって濾材の前記両端部と接合する方法が適用できる。また、例えば端部保形材に用いる基材そのものを端部保形材として、この端部保形材にホットメルト樹脂シートを積層して、濾材の前記両端部に接触させながら加熱処理を行い、接合する方法が適用できる。

前記端部保形材に用いる基材としては、柔軟性のある素材である限り特に限定されないが、後ほど加熱処理により濾材両端部に接合することを考慮すると、耐熱性に劣るスポンジなどよりは耐熱性に優れる例えば不織布または織編物が好適に適用できる。特に不織布であれば、ある程度の強度を保ちながら、厚さも嵩高となりクッション性を有するので、フィルタエレメントと取付け枠との気密性に優れるので、より好適に適用できる。なお、端部保形材用基材が、繊維がニードルパンチあるいは高圧水流によって絡合された不織布であれば、伸縮性に富んだ特性が付与されるのでさらに好ましい。また、この絡合された不織布において接着剤によって繊維同士がさらに結合した不織布からなる端部保形材用基材はフィルタエレメントの保形性をより高めることができるのでさらに好ましい。

前記端部保形材の長手方向の引張強度はＪＩＳＬ１０９６−１９９９（一般織物試験方法）に規定される、８．１２．１Ａ法（ストリップ法）にて測定すると１０〜３５０Ｎ／５ｃｍであることが好ましく、１５〜３００Ｎ／５ｃｍであることがより好ましい。１０Ｎ／５ｃｍ未満であるとフィルタエレメントの保形ができなくなる場合があり、３５０Ｎ／５ｃｍを超えると、曲面である取付け枠に容易に抵抗なく挿入することが困難になる場合がある。また、前記端部保形材の長手方向の１０％伸長時の引張強度は１００Ｎ／５ｃｍ未満であることが好ましく、７０Ｎ／５ｃｍ未満であることがより好ましい。１００Ｎ／５ｃｍ未満であることにより、フィルタエレメントを空気流入面が曲面である取付け枠に、より容易に抵抗なく挿入することが可能となり、エアリークの防止効果に対してより優れた効果が得られる。また、前記端部保形材の長手方向の３％伸長時の引張強度は６０Ｎ／５ｃｍ未満であることが好ましく、４０Ｎ／５ｃｍ未満であることがより好ましい。６０Ｎ／５ｃｍ未満であることにより、フィルタエレメントを空気流入面が曲面である取付け枠に、より容易に抵抗なく挿入することが可能となり、エアリークの防止効果に対してより優れた効果が得られる。

また、前記引張強度に対する前記１０％伸長時の引張強度の比率が０．０１〜０．５であることが好ましく、０．０５〜０．２であることがより好ましい。比率が０．０１〜０．５であることによって、フィルタエレメント全体の保形性を高める効果と共にフィルタエレメントを空気流入面が曲面である取付け枠に容易に抵抗なく挿入でき、エアリークの防止効果に対してより優れた効果が得られる。また、同様に前記引張強度に対する前記３％伸長時の引張強度の比率が０．０１〜０．３であることが好ましく、０．０５〜０．１であることがより好ましい。比率が０．０１〜０．３であることによって、フィルタエレメント全体の保形性を高める効果と共にフィルタエレメントを空気流入面が曲面である取付け枠に、容易に抵抗なく挿入でき、エアリークの防止効果に対してより優れた効果が得られる。

以上のようにして形成されるフィルタエレメントの寸法は、図１（ａ）に示すように、高さＨは５〜６０ｍｍが好ましく、８〜２５ｍｍがより好ましい。また、巾Ｗは２〜３０ｃｍが好ましく、５〜２０ｃｍがより好ましい。また、長さＬは５〜５０ｃｍが好ましく、１０〜３０ｃｍがより好ましい。

本発明のフィルタエレメントは、図３に示すように、下流側のひだ山線を結ぶ面を前記フィルタエレメントの下流面とすると、下流面を上または下にした状態において、ひだ山線と直交する方向の先端から１ｃｍまでの部分全体に１ｃｍ^２あたり２０ｇの荷重を載せた場合、ひだ山線と直交する方向の剛軟度（以下剛軟度Ａと称することがある）が、ＪＩＳＬ１０９６−１９９９（一般織物試験方法）に規定される、剛軟性８．１９．１Ａ法（４５度カンチレバー法）にて測定すると１５０ｍｍ以下であり、より好ましくは１００ｍｍ以下である。剛軟度Ａが１５０ｍｍを超えると、例えば図１（ｃ）に示すような、空気流入面が曲面である取付け枠に対して、容易に抵抗なく挿入することが困難になる。また、フィルタエレメントが折れ曲がったり取付け枠の爪から外れたりするという問題が発生したり、エアリークが発生するという危険が生じる。

また、本発明のフィルタエレメントは、図４に示すように、下流側のひだ山線を結ぶ面を前記フィルタエレメントの下流面とすると、下流面を上または下にした状態において、ひだ山線と直交する方向の剛軟度（以下剛軟度Ｂと称することがある）が、ＪＩＳＬ１０９６−１９９９（一般織物試験方法）に規定される、剛軟性８．１９．１Ａ法（４５度カンチレバー法）にて測定すると１００ｍｍ以下であることが好ましく、例えば図１（ｃ）に示すような、空気流入面が曲面である取付け枠に対して、より容易に抵抗なく挿入でき、エアリークの防止効果に対してより優れた効果が得られる。なお、剛軟度は、試験片の寸法を、図１（ａ）に示すようにフィルタエレメント（１）の巾Ｗ（ｃｍ）×長さＬ（ｃｍ）として測定した値とする。また、フィルタエレメントの長さ（ｃｍ）が剛軟度の値よりも小さく、剛軟度の値を測定することができない場合は、長さ方向にフィルタエレメントを２個以上接合して、フィルタエレメントの長さをＬ（ｃｍ）×ｎ倍として測定した値を用いるか、或いはフィルタエレメントの長さＬ（ｍｍ）以上と表すことができる。

以上説明したように、本発明のフィルタエレメントは、空気流入面が曲面である取付け枠にも容易に抵抗なく挿入が可能である。ここで、取付け枠は、曲面である限り特に限定されず、例えば図１（ｃ）に示すように空気流入面が凸面である場合でも、その逆に空気流入面が凹面である場合でも、また横から見てＳ字状の曲面となっている場合でも可能である。また、本発明のフィルタエレメントの表面または取付け枠の曲面の曲率半径は図２に示すように、Ｏを中心とする円弧ＰＱの半径Ｒを曲率半径とすると、１０〜１０００ｍｍが望ましく、２５〜５００ｍｍがより望ましく、５０〜２００ｍｍがさらに望ましい。なお、曲面がＳ字状等複雑な場合は曲線を一定間隔で区切った区間の曲率半径の平均値を用いることができる。

なお、前記フィルタエレメントを取付け枠に取り付ける場合、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に例示するように、フィルタエレメントを予め曲面形状としておいてから取り付けることが可能であり、また取付け枠の爪（６）にフィルタエレメントを部分的に順次固定しながら、曲面を形成して取り付けることも可能である。このようにして、前記フィルタエレメントを取付け枠に取り付けた後の形態は図２に示される。

以下、本発明の実施例につき説明するが、これは発明の理解を容易とするための好適例に過ぎず、本発明はこれら実施例の内容に限定されるものではない。

（厚さの試験方法）
ＪＩＳＬ１０８５−１９９８（不織布しん地試験方法）に記載される、６．１．２Ａ法にて測定した。（ただし、荷重は２．０ｋＰａとする）

（引張強度、１０％伸長時の引張強度、および３％伸長時の引張強度の試験方法）
ＪＩＳＬ１０９６−１９９９（一般織物試験方法）に規定される、８．１２．１Ａ法（ストリップ法）にて測定した。

（剛軟度Ａの試験方法）
図３に示すように、下流側のひだ山線を結ぶ面を前記フィルタエレメントの下流面とすると、下流面を上または下にした状態において、ひだ山線と直交する方向の先端から１ｃｍまでの部分全体に１ｃｍ^２あたり２０ｇの荷重を載せた場合、ひだ山線と直交する方向の剛軟度を、ＪＩＳＬ１０９６−１９９９（一般織物試験方法）に規定される、剛軟性８．１９．１Ａ法（４５度カンチレバー法）にて測定した。この剛軟度Ａの値は図３に示す移動距離Ｍの長さで表すことができる。なお、試験片の寸法は、図１（ａ）に示すようにフィルタエレメント（１）の巾Ｗ（ｃｍ）×長さＬ（ｃｍ）とした。また、フィルタエレメントの長さ（ｃｍ）が剛軟度の値よりも小さく、剛軟度の値を測定することができない場合は、長さ方向にフィルタエレメントを２個以上接合して、フィルタエレメントの長さをＬ（ｃｍ）×ｎ倍として測定した値を用いるか、或いはフィルタエレメントの長さＬ（ｍｍ）以上とした。

（剛軟度Ｂの試験方法）
図４に示すように、下流側のひだ山線を結ぶ面を前記フィルタエレメントの下流面とすると、下流面を上または下にした状態において、ひだ山線と直交する方向の剛軟度が、ＪＩＳＬ１０９６−１９９９（一般織物試験方法）に規定される、剛軟性８．１９．１Ａ法（４５度カンチレバー法）にて測定した。この剛軟度Ｂの値は図４に示す移動距離Ｎの長さで表すことができる。なお、試験片の寸法は、図１（ａ）に示すようにフィルタエレメント（１）の巾Ｗ（ｃｍ）×長さＬ（ｃｍ）とした。また、フィルタエレメントの長さ（ｃｍ）が剛軟度の値よりも小さく、剛軟度の値を測定することができない場合は、長さ方向にフィルタエレメントを２個以上接合して、フィルタエレメントの長さをＬ（ｃｍ）×ｎ倍として測定した値を用いるか、或いはフィルタエレメントの長さＬ（ｍｍ）以上とした。

（取付け枠への装着性）
図１（ｃ）に示す、空気流入面が凸面となった曲面（曲率半径１２０ｍｍ）である取付け枠にフィルタエレメントを挿入したときに、容易に抵抗なく挿入できた場合を○で表し、挿入が困難である場合を×で表した。

（実施例１）
実施例１の濾材として、平均繊維径が４μｍのポリプロピレン樹脂からなるメルトブロー不織布と、平均繊維径が２０μｍのポリエステル繊維を主体としたスパンボンド不織布からなる補強用の不織布とを積層した約１ｍ巾の長尺の複合不織布を準備した。次いで、この濾材を１０ｃｍ巾にスリットした後、この濾材を線状の樹脂の方向と直角方向（濾材の長手方向）に１０ｍｍ間隔で表裏交互に折り曲げて、多数のひだを形成した。次いで、この濾材を長手方向に８６ｃｍの長さにカットした濾材片を得た。一方、ポリエステル繊維ウエッブにニードルパンチによる絡合を行い、さらに接着樹脂を含浸処理して繊維間を固定した不織布からなる端部保形材用の基布を得た。次いで、この基布にポリオレフィン系樹脂からなるホットメルト樹脂シートを貼り合せ、その後所定巾と長さにカットして端部保形材を得た。次いで、濾材片をひだの形成された状態に保持して、ひだの両端部にこの端部保形材を加熱処理により接合し、さらに濾材の両端部にも補強のため端部保形材と同じ材料を接合することによってフィルタエレメントを得た。このフィルタエレメントの寸法は、高さＨが１０ｍｍであり、巾Ｗが１０ｃｍであり、また、長さＬは２５ｃｍであった。表１に、実施例１のフィルタエレメント、端部保形材、および端部保形材用の基布に関する試験結果を示す。

（実施例２）
実施例１において、芯鞘タイプの複合繊維の潜在捲縮性繊維からなるポリエステル繊維ウエッブに高圧水流による絡合を行った不織布からなる端部保形材用の基布を得たこと以外は、実施例１と同様にして、実施例２のフィルタエレメントを得た。表１に、実施例２のフィルタエレメント、端部保形材、および端部保形材用の基布に関する試験結果を示す。

（実施例３）
実施例１において、芯鞘タイプの複合繊維の潜在捲縮性繊維からなるポリエステル繊維ウエッブに高圧水流による絡合を行った不織布からなる端部保形材用の基布を得たこと、およびこの基布にポリエステル樹脂からなるが実施例１よりも柔軟性のあるホットメルト樹脂シートを貼り合せたこと以外は、実施例１と同様にして、実施例３のフィルタエレメントを得た。表１に、実施例３のフィルタエレメント、端部保形材、および端部保形材用の基布に関する試験結果を示す。

（比較例１）
実施例１において、平均繊維径２０μｍのポリエステル繊維からなるスパンボンド不織布に、架橋剤を混入させた接着樹脂を含浸及び加熱処理して、繊維間を固定した不織布からなる端部保形材用の基布を得たたこと以外は、実施例１と同様にして、比較例１のフィルタエレメントを得た。表１に、比較例１のフィルタエレメント、端部保形材、および端部保形材用の基布に関する試験結果を示す。

表１

表１の結果から明らかなように、実施例１〜３のフィルタエレメントは、空気流入面が曲面である取付け枠に対して容易に抵抗なく挿入が可能であり、折れ曲がったり取付け枠の爪から外れたりすることもなく、したがってエアリークも発生することがなく、また端部保形材を予め扇形状にカットしてから濾材のひだの両端面に接合する必要がないことから生産効率も低下することのないフィルタエレメントであった。これに比較して、比較例１のフィルタエレメントは、空気流入面が曲面である取付け枠に対して、濾材が折れ曲がったり、フィルタ枠の爪から外れたりするなどの支障が生じ、抵抗なく挿入することが困難であり、エアリークが発生する危険があり、本発明が目的とするフィルタエレメントとして不適であった。

（ａ）は本発明のフィルタエレメントの一例を示す図であり、（ｂ）は本発明のフィルタエレメントを曲げて凸面を形成した状態の一例を示す図であり、（ｃ）は本発明のフィルタエレメントを挿入するための凸面を有するフィルタ枠の一例を示す図である。本発明のフィルタエレメントを凸面を有するフィルタ枠に装着した状態の一例を示す図である。また、曲率半径を説明する図である。本発明のフィルタエレメントの剛軟度Ａを測定する試験方法を説明する図である。本発明のフィルタエレメントの剛軟度Ｂを測定する試験方法を説明する図である。従来のフィルタエレメントを従来のフィルタ枠に装着する状態を示す図である。従来の別のフィルタエレメントを従来の別のフィルタ枠に装着する状態を示す図である。

符号の説明

１フィルタエレメント
２濾材
３端部保形材
４ひだ山線
５フィルタ枠
６爪
７フィルタエレメントをフィルタ枠に装着した状態図
８フィルタエレメントの剛軟度Ａの試験方法
９角度４５度の斜面を有する剛軟度試験装置
１０フィルタエレメントの剛軟度Ｂの試験方法

Claims

多数のひだを有する濾材のひだ山線と交差する方向の濾材両端部全体に端部保形材が接合されてなるフィルタエレメントであって、前記端部保形材は繊維が絡合された不織布からなり、前記端部保形材の長手方向の引張強度が１０Ｎ／５ｃｍ以上であり、且つ長手方向の１０％伸長時の引張強度が１００Ｎ／５ｃｍ未満であり、下流側のひだ山線を結ぶ面を前記フィルタエレメントの下流面とすると、下流面を上または下にした状態において、ひだ山線と直交する方向の先端から１ｃｍの距離までの部分全体に１ｃｍ^２あたり２０ｇの荷重を載せた場合、ひだ山線と直交する方向の剛軟度が、４５度カンチレバー法にて測定すると１５０ｍｍ以下であることを特徴とするフィルタエレメント。
請求項１のフィルタエレメントであって、下流側のひだ山線を結ぶ面を前記フィルタエレメントの下流面とすると、下流面を上または下にした状態において、ひだ山線と直交する方向の先端から１ｃｍの距離までの部分全体に１ｃｍ ^２あたり２０ｇの荷重を載せた場合、ひだ山線と直交する方向の剛軟度が、４５度カンチレバー法にて測定すると１００ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のフィルタエレメント。