JP2003275517A - エアフィルタ濾材およびエアフィルタユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ガス吸着剤を内部に担持したエアフィルタ濾材
であって、吸着剤を内部に均一に分散して多く封入して
も、圧力損失を低く保つことができ、かつ、吸着剤の吸
着性能を損なわずに接着力も保持できる濾材を目的とす
る。 【解決手段】２枚の通気性シートの間にガス吸着剤と熱
可塑性芯鞘型複合繊維とを担持させてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はエアフィルタ濾材と
エアフィルタユニットに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、吸着剤を不織布の間に挟持したエ
アフィルタ濾材として、特開平８−２０６４９７号公報
や特開平１０−１６５７３１号公報などで開示されたも
のがある。これらは、活性炭などの粒状吸着剤と熱可塑
性の粒状バインダーとを不織布の間に挟持したものであ
る。このような濾材では、吸着剤の封入量が多い方が、
吸着性能が増し、長寿命になることからより高性能の濾
材が得られる。

【０００３】また、異なる例として特許第２８１８６９
３号公報にて開示されたものがある。これは、熱可塑性
樹脂からなる繊維で構成された開かれたウェブに吸着性
粒子を落下させ、内部に分散させて加熱成形する方法で
ある。

【０００４】しかしながら、粒状バインダーと粒状吸着
剤とを不織布間に封入、成形してこれらの粒状物を挟持
すると、これらの粒状物は最密充填に近い状態で封入さ
れる。よって、吸着性能を向上させるために封入量を多
くすると、被処理エアがエアフィルタ濾材を通過すると
きに圧力損失が大きくなってしまう問題があった。ま
た、粒状物同士の混合物を挟持しているので、封入量を
増すなどして濾材厚みが厚くなると、濾材を巻き取る際
などに濾材に少しでも剪断力などが作用すると、点接着
部分が剥離してしまうなどの問題も生じてしまった。こ
れらの問題から、封入量は制限され、吸着剤は一般的に
は１００ｇ／ｍ²〜２００ｇ／ｍ²程度しか封入できず、
４００ｇ／ｍ²まで封入量を増すと、上記のように接着
不良が生じたり、圧力損失が大きくなりすぎて、エアフ
ィルタとしての使用には適さないという問題があった。

【０００５】また、あらかじめウェブを製造しておき、
そのウェブ内に吸着性粒子を分散させるには、ウェブの
開き具合に対し吸着性粒子が大きすぎるとウェブ上面に
ばかり吸着性粒子がとどまって内部に入り込まないし、
小さすぎるとほとんどの吸着性粒子がウェブ内部にとど
まらずにすり落ちてしまう。また、吸着性粒子が軽いと
ウェブ内部に沈んでいかないので分散しない、また、吸
着性粒子が歪な形状の場合や表面の凹凸が大きい場合、
ウェブを構成する繊維に上層部でひっかかってしまいう
まく分散されないなど、ウェブの開き具合と吸着性粒子
の大きさ、重さおよび形状のバランスの調整が非常に困
難であり本態様では構造体を形成できない吸着性粒子も
あった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、吸着剤を内
部に均一に分散して多く封入しても、圧力損失を低く保
つことができ、かつ、吸着剤の吸着性能を損なわずに接
着力も保持できるエアフィルタ濾材を提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、以下の構成を採用する。 １．２枚の通気性シートの間にガス吸着剤と熱可塑性芯
鞘型複合繊維とを担持させてなることを特徴とするエア
フィルタ濾材、 ２．ガス吸着剤の担持量が２００ｇ／ｍ²〜１５００ｇ
／ｍ²の範囲内にある、１に記載のエアフィルタ濾材、 ３．ガス吸着剤の粒径が０．０５ｍｍ〜０．８ｍｍの範
囲内にある、１または２に記載のエアフィルタ濾材、 ４．ガス吸着剤がイオン交換体である、１〜３のいずれ
かに記載のエアフィルタ濾材、 ５．ガス吸着剤が活性炭である、１〜３のいずれかに記
載のエアフィルタ濾材、 ６．周縁部にガス吸着材の脱落防止加工が施されている
１〜５のいずれかに記載のエアフィルタ濾材、 ７．１〜６のいずれかに記載のエアフィルタ濾材を非通
気性外枠に納めてなるエアフィルタユニット、 ８．２枚の通気性シートを繰り出しながら、これら２枚
の通気性シートの間にガス吸着剤および熱可塑性芯鞘型
複合繊維を介装し、２枚の通気性シート、ガス吸着剤お
よび熱可塑性芯鞘型複合繊維を熱融着してこれらを一体
化することを特徴とするエアフィルタ濾材の製造方法。

【０００８】本発明で得られたエアフィルタ濾材やエア
フィルタユニットは主に空気中に含まれる不純ガス成分
を吸着するために用いられ、一般家庭用の脱臭フィルタ
に限らず、半導体工場のクリーンルームに設置されるケ
ミカルフィルタなどにも好ましく用いられる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明は、粒状バインダーではな
く、芯部の融点（または軟化点）が鞘部のそれよりも高
い熱可塑性芯鞘型複合繊維とガス吸着材とを２枚の通気
性シートの間に担持させることによって、複合繊維によ
り、鞘部の熱可塑性樹脂がガス吸着剤をスポット的に接
着し、芯部は剛性を保っているので骨材となり、若干の
空隙を保ちながらガス吸着材保持した構造体となり、通
気性シート間でガス吸着剤が最密充填構造になることが
なく、濾材の圧力損失を低く保ちながら、大量のガス吸
着剤を封入することができるエアフィルタ濾材を提供す
る。

【００１０】芯鞘型複合繊維が前記の構造体となるのは
次のような機構である。鞘部の融点（または軟化点）よ
りも高く芯部の融点（または軟化点）よりも低い温度で
処理することにより、鞘部の熱可塑性樹脂とガス吸着剤
の接している部分のみがスポット的に接着する。芯部は
溶融（または軟化）せずに剛性を保っているので、芯部
が骨材となった構造体を構成することにより、空隙を保
ちながらガス吸着剤を担持することができる。

【００１１】また、スポット的にガス吸着材を接着して
いるので、ガス吸着剤の表面を必要以上に覆うことがな
いので、本来ガスを吸着する反応基を覆ってしまった
り、細孔を塞いだりしにくくなり、ガス吸着剤の性能を
最大限に活用できるというメリットも保つことができ
る。

【００１２】上記のように熱可塑性樹脂からなる繊維に
よって吸着剤を担持しているため、本エアフィルタ濾材
では接着剤を用いる必要がなく、接着剤から発生する揮
発溶剤の影響を考える必要がないので、本担持形態は非
常に好ましいものである。

【００１３】また、本発明のエアフィルタ濾材を製造す
る方法としては、ガス吸着剤および熱可塑性芯鞘型複合
繊維をあらかじめ混合したものを２枚の通気性シートの
間に介装し、これらを熱融着して一体化し得ることが好
ましい。あらかじめガス吸着剤と複合繊維を混合するこ
とによって、ガス吸着剤の形状、重さ、大きさに制限さ
れることなく目標とする割合のガス吸着剤を熱可塑性芯
鞘型複合繊維中に均一に分散することが可能となるので
ある。

【００１４】吸着剤の担持量は、少ない量を担持するの
は可能ではあるが、２００ｇ／ｍ²よりも少ないと、エ
アフィルタ濾材として吸着性能を高く保つことが難し
い。一方、１，５００ｇ／ｍ²よりも多くなると、圧力
損失が大きくなりすぎて、エアフィルタ濾材として好ま
しくない。よって、担持量は２００ｇ／ｍ²以上１，５
００ｇ／ｍ²以下が好ましく、吸着性能および圧力損失
のバランスから、より好ましくは７００ｇ／ｍ²以上
１，１００ｇ／ｍ²以下である。

【００１５】ガス吸着剤の粒径は、０．０５ｍｍよりも
小さいと繊維構造体で吸着剤を接着して担持することが
難しく脱落量が多くなってしまう。一方、０．８ｍｍよ
りも大きいと粒径が大きいので吸着剤の表面積が小さく
なってしまい、十分な吸着性能を得ることができない。
よって、ガス吸着剤の粒径は、０．０５ｍｍ以上０．８
ｍｍ以下がよく、より好ましくは０．１ｍｍ以上０．５
ｍｍ以下である。ガス吸着剤が粒状でない場合には、同
体積の球に換算したときの直径をもって粒径とする。

【００１６】本発明における通気性シートとは、織布、
不織布、網状体、紙、フィルムに孔をあける加工を施し
たものなど、通気性があるものであればいかなるもので
もよいが、ガス吸着剤の保持性能などから不織布を好ま
しく用いることができる。

【００１７】本発明においてガス吸着剤は、ガス吸着能
を有する素材であれば特に限定されるものではないが、
たとえば、活性炭、活性炭繊維、陽イオン交換体、陰イ
オン交換体、珪藻土、ゼオライト、シリカゲルなどがあ
げられる。これらのガス吸着剤単体を用いてもよいし、
２種類以上の吸着剤を混合して用いてもよい。このよう
なエアフィルタが多く用いられる脱臭用フィルタなどで
は、様々な種類のガスを吸着し、かつ、安価である活性
炭がガス吸着材として好ましく用いられる。

【００１８】また、半導体工場のクリーンルーム等で用
いられるケミカルフィルタでは、被処理エア中に含まれ
る非常に低濃度のイオン性ガスを除去することが要求さ
れることが多い。この場合には、吸着性能が濃度依存し
易い物理吸着の活性炭等よりも、濃度依存性が小さく低
濃度まで吸着できる化学吸着タイプであるイオン交換体
が好ましく用いられる。イオン交換体とは、イオン交換
樹脂に限らず、イオン交換繊維を用いてもよい。

【００１９】本発明のエアフィルタ濾材では、その周縁
部からのガス吸着剤の脱落が生じることがある。そこで
エアフィルタ濾材の周縁部に吸着剤の脱落防止加工が施
されていることが好ましい。

【００２０】脱落防止加工としては、周縁部に目止めテ
ープを貼ることや、周縁部に含まれるガス吸着剤の担持
量を下げる、周縁部に接着剤を含浸する等いかなる方法
であってもよいが、周縁部に沿って帯状に強く熱圧着
し、複合繊維を十分に溶融して加圧することによってガ
ス吸着材の担持力を強固にすることによって脱落を防止
することが好ましい。

【００２１】上記のようにして得られたエアフィルタ濾
材を非通気性外枠内に納めてエアフィルタユニットを得
ることができる。非通気性外枠を構成する材質は、鉄、
ステンレス、ガラス、プラスチック、木材等いかなる材
質であってもよいが、比強度、耐腐食性等の面からアル
ミニウム合金が好ましく用いられる。非通気性外枠は、
ガス吸着剤で不純ガス成分を吸着する処理を施される被
処理エアが入る入り口と、処理を施された後に出ていく
出口、および非通気性材質で覆われた側面からなる。エ
アフィルタ濾材はいかなる形態で納められていてもよい
が、好ましくはエアフィルタ濾材にプリーツ折り加工を
施して納めた直行流タイプエアフィルタユニットがよ
い。さらに詳細に記述すると、非通気性外枠の高さと同
じ幅の上記エアフィルタ濾材を山折り、谷折りを交互に
繰り返し折ってプリーツ加工を行い、屏風状に広げた状
態で非通気性外枠内に固定をする。非通気性材質に入っ
た被処理エアは必ず１度はエアフィルタ濾材と交叉し、
エアフィルタ濾材内を通過する。このときに、ガス吸着
剤と被処理エアが接触し、被処理エア中に含まれる不純
ガス成分が吸着され、下流側から浄化された被処理エア
が排出される。

【００２２】上記エアフィルタ濾材を得る方法として
は、あらかじめガス吸着剤と熱可塑性芯鞘型複合繊維を
所定の比率で混合したものを通気性シート上に散布し、
さらにその上に通気性シートを展張し３層構造にした
後、熱融着し、熱可塑性樹脂を溶融し、ガス吸着剤を担
持する。熱可塑性樹脂によって、熱融着すると、ガス吸
着剤と通気性シートとは熱可塑性樹脂と接しているとこ
ろだけが、スポット状に接着される。よって、ガス吸着
剤の表面全体が被覆されにくいので、ガスを吸着する孔
を必要以上に塞ぐことがなく、ガス吸着剤本来の吸着性
能を有効活用できる。熱可塑性樹脂の材料としては、ポ
リエチレン、ポリビニルアルコール、ポリプロピレンな
どが好ましい。芯鞘型複合繊維とは、芯部の融点または
軟化点を鞘部の融点または軟化点よりも高くするような
組み合わせにしたものがよい。このような複合構造を有
する繊維を用いることで、表面の鞘部を溶融しガス吸着
剤や通気性シートを接着し、芯部が骨材のようになり嵩
高さを保ち、空隙を保ちながらガス吸着剤を担持するこ
とができるので上記エアフィルタ濾材の通気性を保つこ
とができるのである。

【００２３】以下、図面を用いて本発明の実施形態につ
いて説明する。

【００２４】図１は、本発明の実施形態の一例であるエ
アフィルタ濾材の断面図である。図１において、エアフ
ィルタ濾材１００は通気性シート２ａと通気性シート２
ｂとの間に、ガス吸着剤１と鞘部が芯部よりも低い融点
を有する熱可塑性芯鞘型複合繊維３とを担持させてなる
エアフィルタ濾材である。ガス吸着剤１同士、あるいは
ガス吸着剤１と通気性シート２ａと通気性シート２ｂは
熱可塑性芯鞘型複合繊維３と接している部分が融着され
る点接着によって形態を保持している。本例では、エア
フィルタ濾材の周縁部にはガス吸着剤を介在させずに通
気性シート同士を熱圧着することによって、ガス吸着剤
が周縁部から脱落することを防止する脱落防止加工が施
されている。

【００２５】通気性シートは通気性を有するので、被処
理エアはエアフィルタ濾材１００の内部を通過してガス
吸着剤１と接する。そして、不純ガス成分が吸着される
ことで脱臭されて、再びエアフィルタ濾材からでてい
く。また、ガス吸着剤１は熱可塑性芯鞘型複合繊維３に
よって、接している点だけでスポット的に接着してお
り、ガス吸着剤１の表面の大部分は接着剤などで被覆さ
れることがないので、ガス吸着剤本来の高い吸着性能を
維持することができる。

【００２６】図２は、本発明のエアフィルタ濾材を非通
気性外枠に納めてなるエアフィルタユニット２００を被
処理エアが入る上流側の開口部から見た斜視図である。
エアフィルタ濾材１００に一定間隔で山折り、谷折りを
繰り返すプリーツ加工を施したものを、非通気性外枠４
に納めたものである。本非通気性外枠４は、向かい合う
２面に開口部が設けられており、被処理エアが入って出
ることができるようになっている。

【００２７】被処理エアは非通気性外枠内で、必ずエア
フィルタ濾材１００を通過するようにプリーツ加工を施
されているエアフィルタ濾材１００は屏風状に広げて納
められている。

【００２８】次に、上記のようなエアフィルタ濾材の製
造方法について説明する。

【００２９】図３は、図１のエアフィルタ濾材を製造す
る装置の濾材の進行方向と平行な縦断面の概略図であ
る。この装置は、通気性シート２ｂを繰り出す通気性シ
ートロール５と、熱可塑性芯鞘型複合繊維とガス吸着剤
との混合物７を供給する混合物供給部７と通気性シート
２ａを繰り出す通気性シートロール９と、通気性シート
２ａと上記混合物７と通気性シート２ｂの積層したもの
を押さえて厚みを均一化する押さえロール９と、この積
層したものを熱融着するための熱風炉１０と、プレスロ
ール１１とできあがったエアフィルタ濾材１２を巻き取
る濾材ロール１３からなる。

【００３０】エアフィルタ濾材を製造するときには、ま
ず、通気性シートロール５から通気性シート２ｂを水平
方向に展張した状態で繰り出していく。この通気性シー
ト２ｂ上に、予め所定の比率で混合しておいた熱可塑性
芯鞘型複合繊維とガス吸着剤との混合物７を混合物供給
部６から投入し、担持したい分量を散布する。さらにそ
の上に通気性シートロール８から通気性シート２ａを展
張した状態で繰り出して積層し、押さえロール９で厚み
を均一に整える。

【００３１】この積層したシートを水平に保ちながら熱
可塑性樹脂の融点（または軟化点）よりも高い温度に設
定した熱風炉１０に通して熱可塑性樹脂を溶融（または
軟化）さて、プレスロール１１でプレスする。エアフィ
ルタ濾材１２は通気性があるので、熱風が積層したシー
トを面に垂直な方向から通過するので内部まで熱が伝達
され易く、均一に接着し易いというメリットがある。こ
のプレスロール１１は１カ所のみの設置でもよいが、本
図のように複数箇所設置して多段階でプレスしてもよ
い。多段にすることで、徐々に加圧するので無理な力が
加わらずしわの発生などが少なくなり、安定して圧着す
ることができる。このようにして、一体化したエアフィ
ルタ濾材１２を得ることができる。

【００３２】熱風炉１０の代わりに、加熱炉を用いても
よい。また、上記の積層したシートを熱風炉１０を通さ
ずに熱プレスロール１１を通過させることで、熱圧着し
てもよい。

【００３３】以上のようにして、吸着剤を内部に均一に
分散して多く封入しても、圧力損失を低く保つことがで
き、かつ、吸着剤の吸着性能を損なわずに接着力も保持
できるエアフィルタ濾材を得ることができる。

【００３４】

【実施例】図３に示した製造装置を用いて図１に示した
エアフィルタ濾材１００を製造した。

【００３５】ガス吸着剤として、粒度分布が０．２ｍｍ
〜０．５ｍｍの活性炭を準備した。この活性炭と鞘部の
軟化点が１１０℃の変性ポリエステル、芯部がポリエス
テルからなる熱可塑性芯鞘型複合繊維（繊維長５ｍｍ〜
５２ｍｍ）とを、前者が７０重量％で後者が３０重量％
になるように混合して、熱可塑性芯鞘型複合繊維とガス
吸着材との混合物７を得た。

【００３６】通気性シート２ａ、２ｂとして、ポリエス
テル１００％、目付４０ｇ／ｍ²のスパンボンド不織布
を準備した。

【００３７】通気性シート２ｂを水平に展張した状態で
５ｍ／ｍｉｎの速度で繰り出し、その上に上記の混合物
７を１，０００ｇ／ｍ²になるように均一に散布し、そ
の上に通気性シート２ａを同じ速度で繰り出し、押さえ
ロール９で厚みをほぼ均一になるように整え、予め１２
０℃に昇温しておいた熱風炉１０に投入した。熱風炉１
０を２カ所通過することによって、通気性シート２ａと
混合物６と通気性シート２ｂとを一体化したエアフィル
タ濾材１２を得た。

【００３８】この単板のエアフィルタ濾材１２の圧力損
失は風速が０．５ｍ／ｓｅｃのときに０．２ｋＰａであ
った。

【００３９】このエアフィルタ濾材１２を一定間隔（８
ｃｍ）で山折り、谷折りを交互に繰り返しプリーツ加工
を施し、図２に示すように非通気性外枠４にエアフィル
タユニット２００を得た。エアフィルタユニット２００
に入った被処理エアが必ずエアフィルタ濾材と交叉し、
側面から抜けることがないように、上下の面は全面に接
着剤を塗布しエアフィルタ濾材１００と非通気性外枠４
を接着し、左右の面は略垂直方向に縦に一筋接着剤を塗
布し、エアフィルタ濾材１００と非通気性外枠４を固定
した。

【００４０】実施例で得られたエアフィルタユニットの
トルエン除去効率を測定する。トルエン除去効率は、エ
アが水平方向に流れるダクト中にフィルタユニットをダ
クト内を流れるエアの進行方向に対して略垂直に設置し
て測定する。具体的には被測定エアフィルタユニットに
対しユニット通気方向片面から面風速０．５ｍ／ｓ、ト
ルエン濃度体積比１００ｐｐｂになるように供給したエ
アがフィルタ面一様に透過するように風を送る。濃度測
定方法は、フィルタの上流および下流それぞれから一定
量エアをサンプリングしてガス吸着管にトルエンガスを
吸着させ、ついで吸着したトルエンガスを熱脱離してガ
スクロマトグラフに導入しガス量を定量評価する。上流
側のガス濃度をＰ、下流側のガス濃度をＱとすると、フ
ィルタのガス除去効率（％）は、［（１−Ｑ／Ｐ）×１
００］で得られる。

【００４１】本発明のエアフィルタユニットは、除去効
率８０％以上の充分に高いガス除去性能を３６０時間以
上にわたって保つことできる。

【００４２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
２枚の通気性シートの間にガス吸着剤と熱可塑性芯鞘型
複合繊維とを担持させることによって、圧力損失を低く
保ちながら大量のガス吸着剤を均一に封入した濾材を得
ることができる。かつ、熱可塑性芯鞘型複合繊維により
スポット的にガス吸着剤を接着しているので、ガス吸着
材の表面を必要以上に覆うことがないので、ガス吸着剤
の性能を最大限に活用できるエアフィルタ濾材を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエアフィルタ濾材の形態の断面図であ
る。

【図２】本発明のエアフィルタユニットの形態の斜視図
である。

【図３】図１のエアフィルタ濾材を製造する装置の工程
の一例を示す概略図である。

【符号の説明】

１：ガス吸着剤 ２ａ：通気性シート ２ｂ：通気性シート ３：熱可塑性芯鞘型複合繊維 ４：非通気性外枠 ５：通気性シートロール ６：混合物供給部 ７：熱可塑性芯鞘型複合繊維とガス吸着剤の混合物 ８：通気性ロール ９：押さえロール １０：熱風炉 １１：プレスロール １２：エアフィルタ濾材 １３：濾材ロール

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２枚の通気性シートの間にガス吸着剤と熱
   可塑性芯鞘型複合繊維とを担持させてなることを特徴と
   するエアフィルタ濾材。
2. 【請求項２】ガス吸着剤の担持量が２００ｇ／ｍ²〜
   １，５００ｇ／ｍ²の範囲内にある、請求項１に記載の
   エアフィルタ濾材。
3. 【請求項３】ガス吸着剤の粒径が０．０５ｍｍ〜０．８
   ｍｍの範囲内にある、請求項１または２に記載のエアフ
   ィルタ濾材。
4. 【請求項４】ガス吸着剤がイオン交換体である、請求項
   １〜３のいずれかに記載のエアフィルタ濾材。
5. 【請求項５】ガス吸着剤が活性炭である、請求項１〜３
   のいずれかに記載のエアフィルタ濾材。
6. 【請求項６】周縁部にガス吸着材の脱落防止加工が施さ
   れている、請求項１〜５のいずれかに記載のエアフィル
   タ濾材。
7. 【請求項７】請求項１〜６のいずれかに記載のエアフィ
   ルタ濾材を非通気性外枠に納めてなるエアフィルタユニ
   ット。
8. 【請求項８】２枚の通気性シートを繰り出しながら、こ
   れら２枚の通気性シートの間にガス吸着剤および熱可塑
   性芯鞘型複合繊維の混合物を介装し、２枚の通気性シー
   ト、ガス吸着剤および熱可塑性芯鞘型複合繊維を熱融着
   してこれらを一体化することを特徴とするエアフィルタ
   濾材の製造方法。