特表 2022-517602 エンジン用エアフィルタ濾材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-03-09

(54)【発明の名称】エンジン用エアフィルタ濾材

(51)【国際特許分類】

   B01D 39/16 20060101AFI20220302BHJP

   B03C 3/08 20060101ALI20220302BHJP

   D04H 3/16 20060101ALI20220302BHJP

   F02M 35/024 20060101ALI20220302BHJP

【ＦＩ】

B01D39/16 A

B03C3/08

D04H3/16

F02M35/024 501F

F02M35/024 511D

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021540337

(86)(22)【出願日】2020-01-10

(85)【翻訳文提出日】2021-09-08

(86)【国際出願番号】 EP2020050562

(87)【国際公開番号】W WO2020144342

(87)【国際公開日】2020-07-16

(31)【優先権主張番号】102019100468.3

(32)【優先日】2019-01-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521305206

【氏名又は名称】ニーナ ゲスナー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100092624

【弁理士】

【氏名又は名称】鶴田 準一

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100153729

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 有一

(74)【代理人】

【識別番号】100126848

【弁理士】

【氏名又は名称】本田 昭雄

(72)【発明者】

【氏名】ゲオルク ガイスベルガー

(72)【発明者】

【氏名】アンドレアス デメル

【テーマコード（参考）】

4D019

4D054

4L047

【Ｆターム（参考）】

4D019AA01

4D019BA13

4D019BB04

4D019BC01

4D019BD01

4D019CB04

4D019DA01

4D019DA03

4D054AA03

4D054BC16

4L047AA21

4L047AA27

4L047AB03

4L047BA08

4L047CA02

4L047CA05

4L047CC12

4L047DA00

(57)【要約】

エンジン用エアフィルタ濾材が支持層と、ポリエステル繊維を含有するメルトブローン層とを有している。濾材は帯電されている。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジン用エアフィルタ濾材であって、支持層と、ポリエステル繊維を含有するメルトブローン層とを有しており、前記フィルタ濾材が帯電されている、エンジン用エアフィルタ濾材。

【請求項2】

前記ポリエステル繊維がポリブチレンテレフタレートを含有していることを特徴とする、請求項１に記載の濾材。

【請求項3】

前記ポリエステル繊維の平均直径が２～８μｍであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の濾材。

【請求項4】

前記メルトブローン層の単位面積当たりの質量が５～９０ｇ／ｍ²であることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載の濾材。

【請求項5】

前記濾材の総効率が少なくとも９９．００％であることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項に記載の濾材。

【請求項6】

前記支持層が紙層又はスパンボンド不織布層を含有することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項に記載の濾材。

【請求項7】

前記スパンボンド不織布層が単一成分又は二成分ポリエステル繊維を含有することを特徴とする、請求項６に記載の濾材。

【請求項8】

前記二成分繊維がＰＥＴ／ＣｏＰＥＴを含有することを特徴とする、請求項７に記載の濾材。

【請求項9】

前記濾材が支持層とメルトブローン層とから成ることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項に記載の濾材。

【請求項10】

請求項１から９までのいずれか１項に記載の濾材を有するフィルタエレメント。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はエンジン用エアフィルタ濾材であって、フィルタ濾材が支持層とメルトブローン層とを有している濾材、及びこのような濾材を備えたフィルタエレメントに関する。

【背景技術】

【0002】

エアフィルタ濾材における重要な品質基準には、高い濾過効率、すなわち大小の粒子の分離、並びに、十分に高い粉塵保持容量が含まれる。エンジン用エアフィルタ濾材の場合に注目すべきなのは、エンジンが全負荷時にシリンダ容積に応じて、１時間当たり２００ｍ³～５００ｍ³の空気を吸い込むことである。この空気は汚染粒子及び粉塵粒子を含んでいる。フィルタエレメントが十分に空気を通過させないと、エンジンは完全な能力を展開することができない。

【0003】

エンジン用エアフィルタエレメントは、申し分のない燃焼プロセスに必要な清浄化された空気をエンジンに供給することに関与する。エンジン用エアフィルタ濾材は、車両内の空気管理に関してさらに次の機能、すなわちエンジン吸い込み空気の濾過、最適な燃焼及びエンジン音響、例えば吸気ノイズの減衰のための空気流の改善、エンジンの下流部材、例えばターボチャージャの粒子衝突からの保護という機能を有している。

【0004】

濾過効率を高めるためには、ナノ繊維層（すなわち繊維直径が１．５μｍ未満）が使用される。しかしこのようなナノ繊維層は複雑な製造方法を必要とし、ひいては高価である。さらなる欠点はナノ繊維層の機械的安定性が低いことである。

【0005】

これに加えて、エンジン用エアフィルタは車両製造業者によって提示された間隔で交換しなければならない。このことは検査作業の枠内で行われる。空気中の粉塵比率が高い場合（又は所定の総走行距離において）、フィルタを早期に交換することが推奨される。したがって濾材（もしくはフィルタ）ができる限り低廉であることが理想である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

したがって本発明の根底を成す課題は、具体的にはエンジンのエアフィルタに適しており、極めて良好な効率及び粉塵保持容量を有し、そして標準製造方法で容易に生産でき、これに相応して低廉に製造し得る濾材及びフィルタエレメントを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、エンジン用エアフィルタ濾材であって、支持層と、ポリエステル繊維を含有するメルトブローン層とを有しており、前記濾材が帯電されている、エンジン用エアフィルタ濾材に関する。

【発明の効果】

【0008】

濾材はエンジン用エアフィルタに特に適している。従来は、エンジン用エアフィルタ濾材は帯電されていなかった。なぜならば、粉塵発生量が多いと、急速な放電が生じ、ひいては非帯電濾材に対する濾過効率の相違が認められなかったからである。驚くべきことに、本発明の帯電された濾材は非帯電濾材と比較して良好な効率と粉塵保持容量とを有することが確認された。したがって、メルトブローン層をより大きい繊維直径で製造することができる。このことは圧力損失が同じとすると、フィルタ濾材のより低廉な製造、並びにより高い効率及び粉塵保持容量を可能にする。

【0009】

ポリエステル繊維がポリブチレンテレフタレートを含有するか、又はポリブチレンテレフタレート繊維から成っていると有利である。

【0010】

このようなメルトブローン繊維の平均直径は具体的には２～８μｍ、有利には２～５μｍ、そして特に有利には３～４μｍである。平均直径は本明細書中に記載された方法によって測定される。

【0011】

本発明によるメルトブローン層の厚さは、具体的には０．００５ｂａｒの接触圧（Auflagedruck）において０．０５～０．９０ｍｍ、有利には０．１０～０．８０ｍｍ、特に有利には０．１５～０．７０ｍｍである。

【0012】

メルトブローン層の単位面積当たりの質量は具体的には５～９０ｇ／ｍ²、有利には１０～６０ｇ／ｍ²、特に有利には１５～２５ｇ／ｍ²である。

【0013】

本発明によるメルトブローン層の空気透過率は具体的には５０～３０００ ｌ／ｍ²ｓ、有利には３００～２０００ ｌ／ｍ²ｓ、そして特に有利には８００～１３００ ｌ／ｍ²ｓである。

【0014】

本発明によるメルトブローン不織布を製造するために、当業者に知られているメルトブローン法が用いられる。好適なポリマー（具体的にはポリエステル）は例えばポリエチレンテレフタレート又はポリブチレンテレフタレートである。メルトブローン層はポリブチレンテレフタレート繊維を有すると有利である。メルトブローン層はポリブチレンテレフタレート繊維から成っていると特に有利である。ポリマーには必要に応じて、さらに添加剤、例えば親水化剤、疎水化剤、結晶化促進剤、又は色素を混合することができる。メルトブローン層は製造中に帯電させることができ、あるいは支持層と一緒に帯電させることもできる。帯電法としては全ての周知の方法、例えばコロナ帯電法が挙げられる。

【0015】

帯電安定性を高めるために、当業者に知られている添加剤、例えばビス－ステアロイル－エチレンジアミドを混合することができる。

【0016】

支持層は湿式層又は乾式層であってよい。

【0017】

本発明の意味における湿式層又は紙層は、濾紙を製造するために当業者に知られている湿式法によって形成し得る全ての層である。湿式層は天然繊維、合成繊維、又はこれらの混合物を含有することができる。天然繊維の例は、セルロース、綿、ウール及び麻である。使用されるセルロース材料は木材非含有セルロース、及び／又は針葉樹及び／又は広葉樹から成る木材を含有するセルロース、再生セルロース、及びフィブリル化セルロースを含むことができる。

【0018】

合成繊維としては、例えばポリエステル繊維（例えばポリエチレンテレフタレート繊維、ポリブチレンテレフタレート繊維、ＰＬＡ繊維）、ポリオレフィン繊維、ポリアミド繊維、ポリアクリロニトリル繊維、及び個々の成分が異なる融点を有する多成分繊維が適している。

【0019】

湿式層内の合成繊維の平均繊維直径は具体的には３μｍ（０．１ ｄｔｅｘ）～３０μｍ（１０ ｄｔｅｘ）、有利には７～２０μｍであり、そして切断長さは有利には３ｍｍ～２０ｍｍ、特に有利には４ｍｍ～１２ｍｍである。

【0020】

支持層は１００重量％の天然繊維（総繊維量を基準とする）を有することができる。支持層は３０～４５重量％の合成繊維と７０～５５重量％の天然繊維とを有することができ、あるいは１００重量％の合成繊維を有することもできる。支持層は１００重量％の天然繊維を有していると有利である。

【0021】

湿式支持層の０．００５ｂａｒの接触圧における厚さは、具体的には０．１ｍｍ～１．２ｍｍ、有利には０．２ｍｍ～０．９ｍｍ、特に有利には０．３ｍｍ～０．８ｍｍである。

【0022】

乾式支持層は、不織布層を製造するために当業者に知られている乾式法によって形成し得る層である。不織布層は、合成繊維だけを有するスパンボンド不織布又はカード不織布であると有利である。乾式支持層はスパンボンド不織布層から成っていると有利である。乾式支持層の厚さは有利には０．００５ｂａｒの接触圧において、具体的には１ｍｍ～３．０ｍｍである。乾式支持層の厚さは１．２ｍｍ～２．５ｍｍ、具体的には１．３ｍｍ～２．１ｍｍであると特に有利である。

【0023】

乾式支持層は単一成分又は二成分合成繊維を含む。乾式支持層は単一成分ポリエステル繊維、特に有利にはポリエチレンテレフタレート繊維を含む（又はこれから成る）と有利である。合成繊維としては、例えばポリエステル繊維（例えばポリエチレンテレフタレート繊維、ポリブチレンテレフタレート繊維、ＰＬＡ繊維）、ポリオレフィン繊維、ポリアミド繊維、ポリアクリロニトリル繊維、及び個々の成分が異なる融点を有する多成分繊維が適している。

【0024】

二成分繊維は、少なくとも１つの繊維部分の融点がより高く、そして第２の繊維部分の融点がより低い熱可塑性材料から成っている。このような繊維の物理的形態は当業者に知られており、サイド・バイ・サイド構造又はシース・コア構造から成るのが典型的である。

【0025】

二成分繊維は、ポリオレフィン（例えばポリエチレン及びポリプロピレン）、ポリエステル（例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ナイロン６、ナイロン６．６、ナイロン６．１２などを含むポリアミド、を含む複数の熱可塑性材料から製造することができる。二成分繊維はポリエステルから製造されると有利である。二成分繊維はＰＥＴ／ｃｏＰＥＴから成っていると特に有利である。

【0026】

乾式支持層の単一成分又は二成分繊維の具体的な平均直径は、１０～５０μｍ、有利には１２～４０μｍ、そして特に有利には１４～３５μｍである。

【0027】

支持層は含浸することができる。含浸剤の種類は本発明によるフィルタ材料の使用目的に応じて当業者によって選択される。紙の総重量における乾燥含浸剤の比率は典型的には０．５重量％～５０重量％、有利には５重量％～４０重量％である。含浸剤としては、濾紙のために知られている物質、例えばアルコール溶液から成るフェノール樹脂又はエポキシ樹脂が使用され、さらに例えばアクリレート、フェノール樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアセテートの水性分散体も使用される。別の考えられる種類の含浸剤は、例えばポリビニルアルコール、メラミン樹脂、尿素樹脂の水溶液である。湿潤性を改善し、ひいては貫流速度を高めるために、含浸は適宜な添加剤、例えば界面活性物質又はフッ化炭素樹脂によって親水性もしくは親油性に調節することができる。

【0028】

支持層（すなわち湿式層又は乾式層）の単位面積当たりの質量は具体的には５０～３５０ｇ／ｍ²、有利には７０～２５０ｇ／ｍ²、そして特に有利には８０～２００ｇ／ｍ²である。

【0029】

支持層（すなわち湿式層又は乾式層）の空気透過率は具体的には、５０～４０００ ｌ／ｍ²ｓ、有利には１００～３０００ ｌ／ｍ²ｓ、そして特に有利には２００～２８００ ｌ／ｍ²ｓである。

【0030】

濾材は、本明細書中に記載された支持層とメルトブローン層との組み合わせからのみ成っていてよく、あるいは１つ又は２つ以上の別の層を含んでいてもよい。

【0031】

濾材を製造するために、メルトブローン層を支持層に結合することができる。このためには、当業者に知られているあらゆる方法、例えばニードル法、ウォータージェットニードル法、サーマル法（すなわちカレンダー固定及び超音波固定）及び化学法（すなわち接着剤による固定）を利用することができる。メルトブローン層は支持層と、ポイントカレンダー又は接着剤によって結合されると有利である。接着剤の塗布量は２～１０ｇ／ｍ²、有利には４～８ｇ／ｍ²である。

【0032】

本発明による濾材の単位面積当たりの質量は、好ましくは５５ｇ／ｍ²～４４０ｇ／ｍ²、有利には８０～３００ｇ／ｍ²、そして特に有利には９０～２００ｇ／ｍ²である。有利には濾材の空気透過率は５０～１２００ ｌ／ｍ²ｓ、有利には１００～１０００ ｌ／ｍ²ｓ、そして特に有利には２００～９００ ｌ／ｍ²ｓである。

【0033】

有利には、濾材の厚さは０．００５ｂａｒの接触圧において、０．４～２．５ｍｍ、特に有利には０．４５～２ｍｍ、そしてさらに有利には０．４５～１ｍｍである。

【0034】

本発明による濾材の最大孔径（又は最大孔サイズ）は具体的には、３０～１２０μｍ、有利には３５～１１０μｍである。本発明による濾材の多くの孔の直径は具体的には２０～８０μｍであり、有利には２５～６５μｍである。

【0035】

濾材のＨ値は具体的には１．００～２．５０、有利には１．００～２．００、そして特に有利には１．００～１．８０である。Ｈ値は、
Ｈ値＝最大孔径／多くの孔の直径
から算出される。
Ｈ値が上記範囲内にある場合、極めて良好な均質性が示されるので、濾材は極めて高い効率及び粉塵保持容量を、より長い時間にわたって保証することができる。

【0036】

本発明による濾材の効率は、具体的には少なくとも９９．００％、有利には少なくとも９９．７０％、特に有利には少なくとも９９．９０％である。本明細書に示された効率は、２０００Ｐａまでの圧力上昇後の総効率に相当する。これは初期効率と区別されるべきである。

【0037】

本発明による濾材の粉塵保持容量は、具体的には７０～３５０ｇ／ｍ²、有利には１００～３００ｇ／ｍ²、特に有利には１２５～３００ｇ／ｍ²である。

【0038】

本発明による濾材は優れた破断強度を有しているので、より長い時間間隔後に初めて濾材を新しくすればよい。

【0039】

天然繊維をも含有する濾材の、機械方向（ＭＤ）における破断強度は具体的には６０～２００Ｎ、有利には７０～１８０Ｎ、特に有利には７５－１００Ｎである。合成繊維のみを含有する（天然繊維は含有しない）濾材の、機械方向（ＭＤ）における破断強度は２５０～６００Ｎ、有利には具体的には３５０～６００Ｎ、特に有利には４００～６００Ｎである。

【0040】

流入方向は支持層の側からであることが有利ではあるが、しかしメルトブローン層の側からであってもよい。

【0041】

本発明はまた、濾材を有するフィルタエレメントに関する。フィルタエレメントはこれに加えて、本発明による濾材とは区別される、すなわち別の特性を有する別の濾材を有することもできる。

【0042】

本発明による濾材のための特に有利な利用分野はエンジン用エアフィルタである。

【0043】

試験方法
単位面積当たりの質量 ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ５３６：２０１２－１１に従う。

【0044】

厚さ 接触圧０．５ｋＰａにおいて、試験面積２５００ｍｍ²（直径５６．４２ｍｍ）を用いて、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ９０７３－２（１９９７－０２）に従う。

【0045】

空気透過率 圧力差２００ＰａにおいてＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ９２３７（１９９５－１２）に従う。

【0046】

孔サイズ ＤＩＮ ＩＳＯ ４００３ （１９９０－１０）に従って、平らな試験片の測定に基づく。試薬：変性エタノール（＝１ＬのＭＥＫ（メチル－エチル－ケトン）を変性剤として有するエタノール１００Ｌ）。空気導管と、マノメータ（ｍｍ表示のＵ字管）との接続部とを備えた空洞の上方に不織布を空気密に締め付ける。

【0047】

変性エタノールを、上側試料ホルダの縁部を介して添加し（試料に直接には噴射しない／約４ｍｍの高さ）、そして同時に僅かな正圧を形成する。最初の気泡が見えるようになるまで、正圧をゆっくりと高める（約５ｍｍ ＷＣ／ｓｅｃ）。

【0048】

このために必要なこのような圧力をマノメータ（ｍｍ ＷＣ）で読み取り、そしてエタノール（２３℃）の表面張力によって、最大孔径「最大孔」を算出する。総試験面積（１０ｃｍ²）にわたって空気が貫通する（気泡（Luftblasen）がほぼ均一に分布するが、しかし泡沫形成（Schaumbildung）は生じない）まで正圧を高めると、多くの孔の値が得られる。これに加えて「多くの孔」の正圧を再び測定し、そして相応する孔径を算出する。

【0049】

［破断強度］
－ 濾材全体（支持体＋メルトブローン、濾材は天然繊維を含む）に対して、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ １９２４－２（２００９－０５）に従う（１００ｍｍ長さ、１５ｍｍ幅の測定ストリップ、引き抜き速度１５ｍｍ／ｍｉｎ）。
－ 濾材全体（支持体＋メルトブローン、濾材は天然繊維を含まない）に対して、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ２９０７３ パート３（１９９２－０８）に従う（１００ｍｍ長さ、５０ｍｍ幅の測定ストリップ、引き抜き速度１００ｍｍ／ｍｉｎ）。

【0050】

［効率及び粉塵保持容量］
示された効率値はＩＳＯ ５０１１：２０１４による平らな試料の測定に基づいて測定されたものである。試験条件は次のとおりである。
－ 試験粉塵ＩＳＯ １２１０３－Ａ２（ＩＳＯ Ｆｉｎｅ）
－ 質量濃度：１ｇ／ｍ³
－ 流入速度１１．１ｃｍ／ｓ
－ フィルタ面積：１００ｃｍ²

【0051】

２０００Ｐａの最終圧力に達したら、総効率及び粉塵保持容量を測定する。

【0052】

［繊維直径］
測定原理：走査電子顕微鏡によって画像を定義された倍率で撮影する。これらの画像を自動ソフトウェアによって測定する。繊維の交差点を捕捉しひいては繊維直径を示さない測定個所を手動で取り除く。繊維束を全体的に１つの繊維として評価する。

【0053】

装置：
ソフトウェアFibermetric V2.1が付属する走査電子顕微鏡Phenom Fei。

【0054】

試験の実施
試料採取：ウェブ幅（約１．８ｍ）にわたって５個所の不織布材料

【0055】

撮影：
ａ． 試料をスパッタリングする。
ｂ． 光学画像に基づいて任意に撮影する。こうして見いだされた個所を１０００倍の倍率でＳＥＭによって撮影する。
ｃ． 「ワンクリック（one click）」法によって繊維直径を割り出す。各繊維毎に一回捕捉しなければならない。
ｄ． ファイバーメトリック（Fibermetric）から得られたデータによって、平均値及び繊維直径分布を、Excelを用いて評価する。これにより不織布１枚当たり、平均繊維直径が少なくとも５個所で検出される。５つの平均値をまとめて１つの平均値にする。このような値を不織布の平均繊維直径と呼ぶ。少なくとも５００本の繊維を評価する。

【発明を実施するための形態】

【0056】

実施例
実施例１
厚さ０．２２ｍｍ、空気透過率６５０ ｌ／ｍ²ｓ、及び平均繊維直径３．５μｍの２０ｇ／ｍ²のＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）メルトブローンを、ポイントカレンダーによって、厚さ０．６８ｍｍの１３５ｇ／ｍ²の湿式紙層と結合し、そしてこれにコロナ帯電を施した。ここで利用される紙層はセルロースから成り、予め樹脂で含浸した。

【0057】

こうして得られた濾材は厚さ０．７５ｍｍ、空気透過率３６５ ｌ／ｍ²ｓ、及び単位面積当たりの質量１５５ｇ／ｍ²を有している。濾材の最大孔径は約３９μｍであり、そして多くの孔の直径は約２７μｍである。

【0058】

実施例２
厚さ０．６６ｍｍ、空気透過率１２００ ｌ／ｍ²ｓ、及び平均繊維直径４μｍの６０ｇ／ｍ²のＰＢＴメルトブローンを、ポイントカレンダーによって、厚さ１．４７ｍｍの１３０ｇ／ｍ²のＰＥＴ／ＣｏＰＥＴスパンボンド不織布と結合し、そしてこれにコロナ帯電を施した。

【0059】

こうして得られた濾材は厚さ２．００ｍｍ、空気透過率９００ ｌ／ｍ²ｓ、及び単位面積当たりの質量１９０ｇ／ｍ²を有している。濾材の最大孔径は約１００μｍであり、そして多くの孔の直径は約５８μｍである。

【0060】

比較例１
実施例１と同じ濾材に相応するが、しかしコロナ帯電を施さなかった。

【0061】

比較例２
実施例２と同じ濾材に相応するが、しかしコロナ帯電を施さなかった。

【0062】

本発明による濾材のいくつかの利点を表１に示す。

【表1】

【国際調査報告】