説明

フィルタエレメント

【課題】 濾材に含浸させたオイルが樹脂製枠体の内部へ浸透することを防止し、樹脂製枠体の変形および強度劣化や濾材の寿命の劣化を防止するフィルタエレメントを提供する。
【解決手段】 折りたたまれた濾材1の外周に樹脂製枠体2が形成されたフィルタエレメント10において、樹脂製枠体2への浸透性が低い、少なくとも1つ以上のアルキル基の直鎖部分の炭素数が6個以上であり、3置換以上である多置換芳香族酸誘導体のオイルを濾材1に含浸させる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は内燃機関などの吸気系において空気を濾過する際に使用されるフィルタエレメントに関するものであり、特に、濾材を樹脂製の枠体で保持するフィルタエレメントに関するものである。
【背景技術】
【0002】
内燃機関などの吸気系には、空気を濾過する際に使用されるフィルタエレメントが配置されている。一般に、このフィルタエレメントは空気を濾過する濾材と濾材を保持する樹脂製枠体とから構成されていることが多い。工業的な生産性を高めるために、濾材は樹脂製枠体に対してインサート成形するなどして、樹脂製枠体と一体化されることが多い。このようなフィルタエレメントにおいてはダストの捕捉性能を上げる目的で、鉱物油系のオイル等(通称、ビスカスオイル)を含浸させ、ウエットタイプ(通称、ビスカスタイプ)のフィルタエレメントとして使用することが広く行われている。しかしながら、このようなウエットタイプの樹脂製枠体フィルタエレメントにおいては濾材と枠体は常に接触しているため、濾材に塗布あるいは含浸されているオイルが樹脂製枠体内部に浸透することが避けられなかった。オイルが樹脂製枠体内部に浸透することにより、樹脂製枠体の膨潤や体積変化が起こり、樹脂製枠体の変形やクラックの発生などが起こる恐れがあるという問題があった。また、樹脂製枠体にオイルが浸透することにより、濾材に含浸されたオイル量が減少し、フィルタエレメントの濾過寿命が短くなるといった恐れがあった。このような問題を解決するために、例えば、特許文献1にはパラフィン成分の存在率が高い鉱物系オイルをビスカスオイルとして濾材に塗布あるいは含浸させることで、樹脂製枠体の体積膨張を抑えられると共に濾材に含浸させたオイルを保持できるフィルタエレメントが開示されている。また、特許文献2には濾材にフタル酸ジ−2−エチルヘキシル(DOP)をビスカスオイルとして塗布あるいは含浸したフィルタエレメントが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2004−167478号公報
【特許文献2】特開昭56−107950号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、これらの従来技術において、樹脂製枠体へのオイルの浸透を防止する効果は限定的なものであり、さらなる効果の改善が待たれていた。すなわち、特許文献1に開示されているような鉱物系のビスカスオイルでは、それらのオイルが基本的にはナフテン系のオイルであり、枠体樹脂の分子構造と類似した分子構造のナフテン成分を持つ化合物が多く含まれているため、本質的に枠体樹脂内部に浸透しやすく、樹脂製枠体を膨潤させ易いという問題があった。また、特許文献1に開示されたパラフィン成分についても、ナフテン系オイルと比べれば枠体樹脂内部には浸透しにくいものの、その分子構造は枠体樹脂の分子構造と類似したものであったため、樹脂には浸透しやすい性質を有しており、そのために、特許文献1に開示された公知技術においては、樹脂製枠体へのオイルの浸透を防止する効果は限定的なものに止まっていた。また、鉱物系のオイルの中から、パラフィン成分以外の成分を除去することにより、コストが高くなるという問題点もあった。また、特許文献2に開示された濾材にDOPをビスカスオイルとして塗布あるいは含浸したフィルタエレメントにおいても、樹脂製枠体へのオイルの浸透を防止する効果は依然として十分なものではなかった。本発明は上記問題点を鑑み、発明者が濾材に塗布するオイルの成分に関して鋭意検討を重ねた結果、樹脂製枠体に使用される樹脂材料の分子構造とは分子構造が大きく異なる多置換芳香族酸誘導体であって分子サイズが比較的大きいオイルを、ビスカスオイルとして濾材に塗布あるいは含浸させることが、オイルの樹脂製枠体への浸透防止に有効であることを知見して、本発明を完成するに至ったものである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は濾材と樹脂製枠体とから構成されるフィルタエレメントであって、少なくとも1つ以上のアルキル基の直鎖部分の炭素数が6個以上であり、3置換以上である多置換芳香族酸誘導体を濾材に含浸させたフィルタエレメントである(請求項1)。また、濾材と樹脂製枠体とから構成されるフィルタエレメントであって、少なくとも1つ以上のアルキル基の直鎖部分の炭素数が8個以上であるフタル酸誘導体を濾材に含浸させたフィルタエレメントである(請求項2)。また、濾材と樹脂製枠体とから構成されるフィルタエレメントであって、少なくとも1つ以上のアルキル基の直鎖部分の炭素数が6個以上であるイソフタル酸誘導体を濾材に含浸させたフィルタエレメントである(請求項3)。
【0006】
本発明のフィルタエレメントは少なくとも1つ以上のアルキル基の直鎖部分の炭素数が6個以上であり、3置換以上である多置換芳香族酸誘導体が濾材に含浸されている。アルキル基の直鎖部分の炭素数は従来例に使用されるDOPと同じく6個であるが、3置換芳香族酸誘導体であるために、分子量が大きくなると共に分子構造中のエステル結合がベンゼン環の隣り合う位置だけで無く、ベンゼン環の互いに離れた位置にも配置されるようになっている。一方、フタル酸誘導体であるDOPはエステル結合が互いに隣り合う位置に配置されている。したがって、3置換基以上である多置換芳香族酸誘導体は、たとえアルキル基の直鎖部分の炭素数がDOPと同じく6個であったとしても、DOPに比べ、分子サイズが実質的に長く、大きくなっている。その結果、濾材に塗布した3置換基以上である多置換芳香族酸誘導体が枠体樹脂へ浸透し難くなっている。
【0007】
また、少なくとも1つ以上のアルキル基の直鎖部分の炭素数が8個以上であるフタル酸誘導体が濾材に含浸されていることから、アルキル基の直鎖部分および分子サイズも長く、大きくなり、濾材に塗布したフタル酸誘導体が枠体樹脂へ浸透し難くなっている。
【0008】
また、少なくとも1つ以上のアルキル基の直鎖部分の炭素数が6個以上であるイソフタル酸誘導体が濾材に含浸されていることで、2置換系であることではDOPと似た構造ではあるが、イソフタル酸誘導体においては、ベンゼン環上で互いに離れた位置にエステル結合が配置され、アルキル基の結合角度が広くなっている。したがって、分子の長さ、大きさとしては3置換系である多置換芳香族酸誘導体と同等レベルまで分子サイズが実質的に長く、大きくなっていることからアルキル基の直鎖部分の炭素数が6個以上であるようなイソフタル酸誘導体を使用すれば、濾材に塗布したイソフタル酸誘導体が枠体樹脂へ浸透し難くなる。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、分子サイズの大きな多置換芳香族酸誘導体(多置換芳香族酸エステル)を濾材に塗布あるいは含浸するオイルとして使用することにより、濾材から樹脂製枠体へのオイルの浸透を抑制および防止することができ、オイルの浸透による樹脂製枠体の膨潤や変形、クラック発生などの強度劣化を大幅に予防、改善する事ができる。さらには、樹脂製枠体へのオイルの浸透を抑制することができるので、濾材に含浸されたオイル量の減少による濾過寿命性能劣化も回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の実施形態のフィルタエレメントを示す断面図である。
【図2】フィルタエレメントの他の形状例を示す斜視図である。
【図3】フィルタエレメントのさらに他の例を示す斜視図である。
【図4】従来例と実施例1の体積変化率の比を示すグラフである。
【図5】従来例と実施例2、3の体積変化率の比を示すグラフである。
【図6】多置換芳香族酸誘導体の種類やその分子構造と分子構造に含まれるアルキル基の種類および構造の一覧図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明のフィルタエレメントについて実施例を参照して説明する。
【実施例】
【0012】
図1は、本発明のフィルタエレメントの断面図である。フィルタエレメント10は折りたたまれた濾材1と外周に形成された樹脂製枠体2で構成されている。濾材1はその周辺部において樹脂製枠体2と一体にインサート成形されており、樹脂製枠体2に保持されている。このフィルタエレメント10は空気の流入口および流出口を有する図示しないケース内に収容され、燃焼用空気が濾過される。
【0013】
濾材1は濾紙で形成されている。濾材1は濾紙に限らず、不織布であっても良く、空気を濾過でき、オイルを塗布あるいは含浸できるものであれば他のものでも良い。樹脂製枠体2はポリプロピレン樹脂で形成されている。樹脂製枠体2を構成する樹脂としては、ポリプロピレン樹脂に限らず、例えばポリエチレンなどのポリオレフィン、ポリアミド(ナイロン)、アクリロニトリル―ブタジエン―スチレン共重合樹脂(ABS樹脂)、ポリスチレン、アクリロニトリル―スチレン共重合樹脂(AS樹脂)、ウレタン、エラストマー、ゴム、ポリエチレンテフタレート(PET)、ポリ塩化ビニル(PVC)など樹脂を挙げることができる。特に、フィルタエレメントの樹脂製枠体としては、これらの樹脂材料の中で、成形性などの生産性や経済性の良さから、ポリプロピレン、ウレタン、エラストマーなどが主に枠体用樹脂材料として用いられることが多い。
【0014】
濾材1はスプレー法によりオイルが塗布されている。濾材1へのオイルの塗布あるいは含浸方法としては、スプレー法に限らず、例えば、ロール法、ディッピング法等、各種の塗布あるいは含浸法を用いることができる。
【0015】
(実施例1)濾材1にトリメリット酸ジ―2―エチルヘキシル(TOTM)が塗布されたフィルタエレメント10を作成した。
【0016】
(実施例2)濾材1にフタル酸ジイソノニル(DINP)が塗布されたフィルタエレメント10を作成した。
【0017】
(実施例3)濾材1にフタル酸ジイソデシル(DIDP)が塗布されたフィルタエレメント10を作成した。
【0018】
(従来例)濾材1にDOPが塗布されたフィルタエレメント10を作成した。
【0019】
上記実施例1から3および従来例で作成したフィルタエレメント10について、枠体樹脂へのオイルの浸透性の評価試験を行った。結果を図4、図5に示す。
【0020】
[枠体樹脂へのオイルの浸透性の評価試験]濾材1に塗布するオイルを95℃に保温し、その中に樹脂製枠体テストピース(長さ13mm×厚み6.5mm×幅63mm)を200時間浸漬し、体積変化を測定し、体積変化率は次式で計算した。
(体積変化率)=((試験後の樹脂製枠体テストピース体積)―(試験前の樹脂製枠体テストピース体積))/(試験前の樹脂製枠体テストピース体積)*100
【0021】
図4、図5は枠体樹脂へのオイルの浸透性の評価試験で得られた実施例の体積変化率と従来例の体積変化率の比を表したグラフである。体積変化率の比は次式で計算した。
(体積変化率の比)=(実施例の体積変化率)/(従来例の体積変化率)*100
【0022】
図4から実施例1に使用されるTOTMのような3置換芳香族酸誘導体ではアルキル基の直鎖部分の炭素数が6個でも十分効果があることがわかる。したがって、3置換、あるいは4置換の芳香族酸誘導体であれば、アルキル基の直鎖部分の炭素数が6個以上あれば、本発明の効果が得られる。具体的には、トリメリット酸トリイソオクチル(TIOTM)、 トリメリット酸トリ―n―オクチル(n―TOTM)、トリメリット酸トリイソノニル(TINTM)、トリメリット酸トリイソデシル(TIDTM)、 トリメリット酸トリウンデシル(TUTM)、ピロメリット酸テトラ―2―エチルヘキシル(TOPM)、ピロメリット酸テトライソオクチル(TIOPM)、ピロメリット酸テトラ―n―オクチル(n―TOPM)、ピロメリット酸テトライソノニル(TINPM)、ピロメリット酸テトライソデシル(TIDPM)、ピロメリット酸テトラウンデシル(TUPM)なども本発明における濾材1に含浸させるオイルとして使用することができる。
【0023】
図5から実施例2に使用されるDINPはアルキル基の直鎖部分の炭素数が8個であり、従来例であるDOPと比較して、樹脂に浸透し難く、樹脂の体積変化が少ないことがわかる。実施例3に使用されているDIDPはアルキル基の直鎖部分の炭素数が9個であり、実施例2のDINPと比較しても、さらに枠体樹脂に浸透し難く、枠体樹脂の体積変化が少ないことがわかる。従来例に使用されるDOPのアルキル基の直鎖部分の炭素数は6個であり、一方、直鎖部分の炭素数が8個以上あるDINP(実施例2)やDIDP(実施例3)では体積変化率が大きく改善されているので、アルキル基の直鎖部分の炭素数が8個以上であるようなフタル酸誘導体であれば、同等以上の効果が得られることがわかる。具体的には、フタル酸ジ―n―オクチル(n―DOP)、フタル酸ジウンデシル(DUP)、フタル酸ジドデシルなどを、本発明を構成するオイル成分として使用することができる。
【0024】
図6は本発明に関わる多置換芳香族酸誘導体の種類やその分子構造と分子構造に含まれるアルキル基の種類および構造の一覧図である。置換基の数と配置で分類した分子構造と、図中のRで示されたアルキル基部分の構造、炭素数、直鎖部分炭素数とを示し、それぞれの組み合わせによってできる誘導体の物質名の略号を示している。特許文献2に示された従来例に使用されているDOPはアルキル基の直鎖部分の炭素数が6個で2置換のフタル酸誘導体である。2置換系であるイソフタル酸誘導体においてはベンゼン環に対するエステル結合の配置がフタル酸誘導体とは異なっており、アルキル基結合角度が広くなっているので、分子のサイズとしては3置換系であるトリメリット酸誘導体と同等レベルまで大きくなっているものとみなせる。したがって、イソフタル酸誘導体においては3置換系の芳香族酸誘導体(トリメリット酸誘導体)と同様に、アルキル基の直鎖部分の炭素数が6個であっても、枠体樹脂への浸透を十分に防止できる。したがって、イソフタル酸ジ―2―エチルヘキシル(DOIP)、イソフタル酸トリイソオクチル(DIOIP)、 イソフタル酸トリ―n―オクチル(n―DOIP)、イソフタル酸トリイソノニル(DINIP)、イソフタル酸トリイソデシル(DIDIP)、 イソフタル酸トリウンデシル(DUIP)も、本発明を構成するオイルとして使用することができる。
【0025】
なお、上記実施形態では、図1に示した形態のフィルタエレメントに本発明を適用したが、図2、図3に示すようなフィルタエレメントなど、エレメント形状は自由に選択できる。また、各実施例においては、単一成分のオイルを塗布した例を示したが、オイルは単一成分でなければならない理由は無く、オイルの主成分が本発明に示すオイルであれば、各種添加剤や他のオイル成分を混合したものであっても良い。
【0026】
本発明においては、多置換芳香族酸誘導体中のアルキル基の直鎖部分の炭素数が多い方が、枠体樹脂へのオイル浸透防止効果が高いが、一方で、アルキル基の直鎖部分の炭素数を多くし過ぎると、通常の使用温度範囲で液体状態ではなくなってしまう。したがって、上記、多置換芳香族酸誘導体のアルキル基の直鎖部分の炭素数は20個以下、より望ましくは15個以下であることが望ましい。また、これまでに述べた実施例においては、分子内に含まれるアルキル基がすべて同じアルキル基であるような多置換芳香族酸誘導体を使用した例を示したが、すべてのアルキル基を同じにする必要はなく、多置換芳香族酸誘導体中の各アルキル基の直鎖部分の炭素数は互いに異なっていても良い。例えば、具体的には、フタル酸誘導体の片側のアルキル基がイソデシル基である場合ならば、フタル酸イソデシル―n―オクチル、フタル酸イソデシルイソノニル、フタル酸イソデシルウンデシルなどを例示することができ、これらのものも、本発明を構成する多置換芳香族酸誘導体として使用することができる。
【0027】
以上、本発明に関し、自動車用の内燃機関に使用される空気用フィルタにおいての事例で説明したが、樹脂製枠体で濾材を保持するフィルタエレメントであれば、特に自動車分野に限定されるものではなく、発電機などに使用される内燃機関一般や、燃料電池など内燃機関でない機関、さらには、空調機器や熱交換器などに使用される空気用フィルタエレメントに対しても本発明は広く適用できるものである。
【符号の説明】
【0028】
1 濾材
2 樹脂製枠体
10 フィルタエレメント

【特許請求の範囲】
【請求項1】
濾材と樹脂製枠体とから構成されるフィルタエレメントであって、少なくとも1つ以上のアルキル基の直鎖部分の炭素数が6個以上であり、3置換以上である多置換芳香族酸誘導体を濾材に塗布あるいは含浸させることを特徴とするフィルタエレメント。
【請求項2】
濾材と樹脂製枠体とから構成されるフィルタエレメントであって、少なくとも1つ以上のアルキル基の直鎖部分の炭素数が8個以上であるフタル酸誘導体を濾材に塗布あるいは含浸させることを特徴とするフィルタエレメント。
【請求項3】
濾材と樹脂製枠体とから構成されるフィルタエレメントであって、少なくとも1つ以上のアルキル基の直鎖部分の炭素数が6個以上であるイソフタル酸誘導体を濾材に塗布あるいは含浸させることを特徴とするフィルタエレメント。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2011−101884(P2011−101884A)
【公開日】平成23年5月26日(2011.5.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−29388(P2011−29388)
【出願日】平成23年2月15日(2011.2.15)
【分割の表示】特願2006−6846(P2006−6846)の分割
【原出願日】平成18年1月16日(2006.1.16)
【出願人】(000108498)タイガースポリマー株式会社 (187)
【Fターム(参考)】