JP2003320208A - 空気動力を利用した交織複合フィルタ材の成形方法及びその構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 空気動力を利用した交織複合フィルタ材の成
形方法を提供する。 【解決手段】 短繊維１及び機能性微粒状物質２をそれ
ぞれ複合気体噴風装置３に送り、気流を複合気体噴風装
置３の中間に設け、同時に拡散混合搬送区４に進入さ
せ、混合搬送気流４１によって上から下へと拡散させ、
導流装置４２を経て、下方の多層複合成形区５に送る。
次に、多層複合成形区５の下方に設けた吸気装置５１を
利用して、短繊維１及び機能性微粒状物質２を動いてい
る成形網５２上に順次吸着堆積させ、フィルタ材を得
る。次に、成形されたフィルタ材８を熱処理定型区６に
送り、吸気装置６２を用いて持続的に吸気しながら熱源
６１によって上方から加熱する。最後に、加熱定型した
フィルタ材８を冷却区７に送り、吸気装置７１を用いて
持続的に吸気しながら冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気動力を利用し
た交織複合フィルタ材の成形方法及びその構造に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】化学汚染防護フィルタ材の応用分野には
すでに数多くの成熟した技術があり、なかでも繊維網中
に例えば活性炭などの機能性微粒状物質を担持させる技
術が主流である。多くの発明文献に、この種のフィルタ
材の生産技術が詳述されている。例えばUS Patent Nos.
４,７９５,６６８、Krueger et al、４,８６８,０３
２、Eian et al、及び５,４８６,４１０、Groeger et a
lが開示した繊維織物構造に固定不動の機能性微粒状物
質を含む関連技術は、いずれも主として吸着フィルタ材
の製造工程に応用され、繊維を接着剤とし、機能性微粒
状物質を繊維構造に接着して、空気または液体を濾過
し、通過する有毒汚染物質を機能性微粒に吸着させて防
護濾過の目的を達成する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、melt
-Blown法を利用して網を製造しており、さらに活性炭な
どの機能性微粒状物質を製造過程で加えてmelt-blown綿
網構造内に接着させていた。この種の方法で製造したフ
ィルタ材は圧力損失（pressure drop）が高いため、微
粒含量の高いフィルタ材の生産には有効に応用できな
い。しかもmelt-blown繊維は細かく、綿網構造の均一性
と安定性が劣るため、後加工や応用の際に機能性微粒状
物質が変位しやすく、甚だしい場合は脱落損耗する。

【０００４】Groeger et alが発表した特許では、複合
繊維で形成した立体構造を担体として、機能性微粒状物
質を繊維網の孔内に固定し、さらに次の段階で行う一層
一層の積合せを利用して微粒状物質の含量を高めるとい
う目的を達成し、機能性微粒状物質のフィルタ材構造内
での安定性を向上させ、後加工や応用で脱落損耗がな
く、且つ高含量の機能性微粒状物質のフィルタ材が生産
でき、例えば活性炭による化学吸着防護時において、使
用期限が自ずと伸びた。

【０００５】しかし、繊維網の立体構造を担体とし、さ
らに機能性微粒状物質を構造に接着または固定した場
合、一定の機能性を達成することはできるが、担体の既
定の形態に制限されて、その構造は単一固定の形態にし
か成り得ない。また機能性微粒状物質の含量が増大し、
使用寿命は延びるが、実質的な吸着または濾過効率には
余り役立たない。

【０００６】さらに従来の技術では機械を用いて繊維を
まず立体網状の構造にし、さらに繊維間の孔の空間を利
用して微粒状物質を置入れているが、この過程におい
て、機能性微粒状物質の外観の立体形状は異なり、その
大きさと繊維間の孔の大きさも同じではなく、構造密度
の均一性を制御しようとしてもさらに容易ではなくなる
ので、往々にして多くの孔に機能性微粒状物質が充填し
ない状況が発生し、気流や液体が通過したときに、この
箇所の抵抗が最小になるのでチャンネリング効果（chan
neling effect）が生じる。相応に汚染源分子が機能性
微粒状物質に捕捉されない現象が起こるため、構造密度
の不均一も効率不良を引き起こす要因となり、とりわけ
層と層を積合せる際に、繊維構造が微粒状物質の重量に
耐えられなくなり、そのため構造を崩壊させ、構造密度
に欠陥が生じ、フィルタ材の品質も悪くなる。

【０００７】また繊維の粗さと微粒状物質の外観形状の
大きさを制御して、適切に組み合わせ、構造の密度を均
一にしようとしても、以前の各種技術では達成できなか
った。まず繊維の立体構造を担体としているが故に、そ
の構造の形態が制限されるので、製造過程でその変化性
を制御することはできない。

【０００８】従って、機能性フィルタ材に関し、例えば
吸着性フィルタ材について言えば、繊維構造体に機能性
微粒状物質を加えるほかに、吸着効率と使用寿命の双方
にも考慮することが必要であり、それには構造の安定性
のほか、構造の変化性も制御できなければならない。例
えば繊維の細度と微粒状物質外観形状の大小を組み合わ
せた構造を堆積して密度を均一にし、また非直線の通路
を形成して、汚染源がフィルタ材の中に滞留する時間を
長くすることで機能性物質と接触する確率を高める。こ
うすることで、フィルタ材の機能と効率が高まり、化学
汚染の防止と処理の目的が達成され、応用分野をさらに
広げることができる。

【０００９】本発明の主な目的は、安定した気流を利用
するとともに分散混合、交織、複合成形してシート状不
織物形態の化学防護性フィルタ材を製造する空気動力を
利用した交織複合フィルタ材の成形方法及びその構造を
提供することにある。本発明のもう一つの目的は、安定
性が高く、混合比率を制御でき、同一時間内に複合成形
でき、堆積密度の均一性が非常に良く、構造にいかなる
欠陥も生じさせない空気動力を利用した交織複合フィル
タ材の成形方法及びその構造を提供することにある。

【００１０】本発明のさらなる目的は、最適な気流抵抗
と化学吸着効率を達成させる空気動力を利用した交織複
合フィルタ材の成形方法及びその構造を提供することに
ある。本発明の別の目的は、繊維の表面と機能性微粒状
物質の表面を通過する確率を均一にし、さらに構造の安
定性を高め、全体的な効率を大幅に向上する空気動力を
利用した交織複合フィルタ材の成形方法及びその構造を
提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
め、本発明の請求項記載の空気動力を利用した交織複合
フィルタ材の成形方法及びその構造は、空気動力を主要
な鍵とし、さらに特殊熱処理方法の利用を従とし、また
極短繊維（short-cut fiber）を基礎原料に、そして機
能性微粒状物質（例えば活性炭、過マンガン酸カリウム
浸漬酸化アルミニウム、化学吸着高分子など）を基礎原
料として、安定した気流を利用する。

【００１２】さらに本発明の請求項記載の空気動力を利
用した交織複合フィルタ材の成形方法及びその構造は、
空気動力を基に繊維と微粒状物質を同時に交織複合して
堆積させ、繊維成形網を前駆物質（precursor）とはせ
ずに分散、堆積させ、その密度は気流が安定している。
また２つの物質が相互に交織して固定し、気流を利用し
て分散混合、搬送し最後に堆積して成形する。そして微
粒状物質は低含量から高含量へと変化し、層に分けて積
合せる方法をとる必要がない。

【００１３】また本発明の請求項記載の空気動力を利用
した交織複合フィルタ材の成形方法及びその構造は、気
流動力による成形時に、気流の通過抵抗が変化するた
め、単一フィルタ材を同時形成して疎から密の三層構造
にでき、且つ同時に三層構造の相互比率を制御する。繊
維細度の変化選択と適切な微粒状物質の大きさの相互配
合については、気流動力を利用して成形しても気流抵抗
と滞留時間（ResidenceTime）を同時に制御でき、効率
が相応に高まるので、構造を変化させる要素を十分に把
握でき、品質の制御性も高い。

【００１４】また本発明の請求項記載の空気動力を利用
した交織複合フィルタ材の成形方法及びその構造は、気
流動力を利用して交織複合成形したフィルタ材につい
て、堆積構造が均一で、成形に対する気流の通過抵抗も
均一にする。しかし、吸着性フィルタ材に関し、例えば
活性炭フィルタ材について言えば、汚染源である気流が
通過する場合、吸着物質（活性炭）表面により近いとこ
ろを通ればそれだけ、化学汚染分子が捕捉吸着される確
率が相応に高くなるので、これに基づき本発明による成
形後に、特殊熱処理技術を利用して成形後のフィルタ材
を熱処理すれば、繊維表面が熔融して機能性微粒状物質
の表面と接着し、繊維集合体の表面間も接着できるの
で、熱処理したフィルタ材構造の強度が向上する。さら
に、繊維は熱熔融時に収縮し、繊維集合体界面の孔は収
縮によって緻密で小さくなるので、繊維集合体と微粒状
物質の界面が微粒状物質間の立体障害により移動収縮で
きずに孔隙が拡大し、汚染気流の特定通路が形成され、
またフィルタ材構造において３つの空間立体構造により
形成された通路は非直線で不規則な路線であるため、こ
れにより、化学汚染分子が主に機能性微粒状物質の表面
を通過し、接触確率が増加するほか、フィルタ材構造に
滞留する時間が長くなるので、捕捉吸着時間も長くな
る。

【００１５】上記からわかるように、本発明の技術を利
用すれば、機能性フィルタ材の微細構造（micro struct
ure）の制御性は極めて良くなり、且つ変化性はより広
範な応用分野に合致でき、品質、機能、効率の上でも従
来製品より更に優れたものとなる。また上述の技術はす
でに熟練量産の段階にあることから、ここに本特許を出
願し、この技術が深刻さを増している環境化学汚染の防
止に寄与できればと願うものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。図１と図２に示すように、本発明の一
実施例による空気動力を利用した交織複合フィルタ材の
成形方法及びその構造の実施手順には下記を含む。 （ａ）気流を利用して短繊維１及び機能性微粒状物質２
をそれぞれ複合気体噴風装置３に送り、かつ、微粒状物
質を搬送する気流を複合気体噴風装置３の中間に設け、
ここでの噴風装置３は機能が噴風装置のようであるが、
形状は円形に限らず、好ましい実施例では長方形を呈
し、噴風口を細長状にし、２つの搬送気流を同時に拡散
混合搬送区４に進入させて、混合搬送気流４１によって
短繊維及び微粒状物質を上から下へと拡散させるととも
に、導流装置４２を経て、気流を安定的に下方の多層複
合成形区５に送る。

【００１７】（ｂ）多層複合成形区５下方に設けた吸気
装置５１を利用して、短繊維１及び微粒状物質２を動い
ている成形網５２上に順次吸着堆積させ、必要に応じて
吸気装置５１の吸気量を調節して、混合搬送気流４１と
のバランスを取らせることで、動いている成形網５２上
に疎から密へと漸次層をなす三層構造のフィルタ材を得
る。

【００１８】（ｃ）前記成形フィルタ材８を熱処理定型
区６に送り、熱源６１によって上方から加熱して、加熱
温度を１２０〜１８０℃に制御し、このとき、フィルタ
材８の下方で吸気装置６２を用いて持続的に吸気する。 （ｄ）前記加熱定型したフィルタ材８を冷却区７に送
り、このとき、冷却時に吸気装置７１を用いて持続的に
下方に吸気する。

【００１９】また、前記機能性微粒状物質２は、活性
炭、過マンガン酸カリウム浸漬酸化アルミニウムまたは
化学吸着高分子などの物質でよい。さらに、前記拡散混
合搬送区４は下向きに開口した箱型容器４３であり、内
部に設けた導流装置４２は数片の導流板よりなる。

【００２０】上述の技術により、短繊維１の搬送気流１
１は複合気体噴風装置３を通り、この箇所で機能性微粒
状物質２の搬送気流２１と合流し、機能性微粒状物質２
は定量フィードシステムを利用して定量を送り込んだ
後、搬送気流２１によって複合気体噴風装置３に進入
し、２種の物質の混合搬送気流４１が同時に拡散混合搬
送区４に進入する。気流が噴風装置を離れると流体面積
が増大するので、ここで乱気流（turbulence）が生じ、
短繊維１と機能性微粒状物質２とを相互に拡散混合さ
せ、これに伴い区域下半部で特殊導流装置４２によって
気流４１を安定的に多層複合成形区５に搬送する。

【００２１】拡散混合搬送区４においては、複合気体噴
風装置３により３つの顕著に分かれた気流区域が形成さ
れ、図３に示すように、左右両側Ａ１、Ａ３は主として
繊維区域で、中間Ａ２は繊維と活性炭の混合含有区域
で、この現象は後に行う成形の際にも、顕著な分層構造
を形成し、複合気体噴風装置３の出口は調整できるよう
設計されているため、同時に３つの区域Ａ１、Ａ２、Ａ
３の面積間の相互比率を制御でき、フィルタ材の断面構
造を変え、将来的に必要があれば噴風装置を調整して要
求に見合ったフィルタ材構造にすることができる。

【００２２】混合気流が導流装置４２を通過した後に成
形を行い、この段階においては主として、吸気装置５１
を利用して短繊維１と微粒状物質２を動いている成形網
５２上に堆積させ、成形網５２を運搬装置５３を使って
前方へと移動させ、吸気装置５１が吸気量と搬送気流４
１がバランスを保つように調整するので成形面の両側に
は気流の速度差は発生しない。吸気量が不足すると搬送
気流４１が短繊維１と機能性微粒状物質２を吹き散らす
ので成形がなされず、吸気量が多すぎれば、拡散混合搬
送区４の搬送速度に影響して、２種の物質が混合交織均
一化しないうちに急速成形されやすくなり、フィルタ材
構造の均一性が破壊されるので、成形時には吸気装置５
１の調整が絶対に必要である。成形時において拡散混合
する際には３つの気流区域Ａ１、Ａ２、Ａ３が形成さ
れ、同様に成形網５２上で成形される際にも３段階の成
形が形成されて、図３に示すように、段階Ｉは底層繊維
が集まって堆積し、成形網５２が連続的に動いているの
で、それに伴って段階ＩＩへと進入して、短繊維１と微
粒状物質２が交織して堆積し、最後の段階ＩＩＩの繊維
集合体はさらにその上に堆積して、ほぼ三層構造の機能
性フィルタ材が形成される。

【００２３】成形時には、３段階はいずれも同一進行
し、搬送気流４１は短繊維１と微粒状物質２の混合を成
形網５２上に搬送し、さらに吸気装置５１によって搬送
気流４１は排除され、全過程の気流はいずれも安定した
状態で動き、気流は成形された構造体を安定的に通過す
る。空気動力による成形の主なポイントはすなわちこの
段階における制御であって、成形後の初期フィルタ材８
の断面構造は、図３に示すように、成形フィルタ材の最
底層にあって、短繊維１を主要構成物とし、密集した堆
積状態をなした防護層８１と、前記防護層の上方にあっ
て、機能性微粒状物質２を主要構成物として、短繊維と
相互に均一的に交織して立体構造に堆積し、機能性微粒
状物質の堆積密度は疎らで、加熱定型した短繊維集合体
の孔隙密度は緻密状態を呈し、短繊維と機能性微粒状物
質の表面間の界面に非直線の気流通路を形成させる吸着
層８２と、前記吸着層８２の上方にあって、短繊維１を
主要構成物とし、疎らな堆積状態を呈した均一流動層８
３とが含まれる顕著な三層立体構造を呈している。

【００２４】この分層構造は、上述の説明でも言及して
いるように、短繊維１と微粒状物質２が拡散混合搬送区
４で３つの分流区Ａ１、Ａ２、Ａ３を形成することによ
って生じ、短繊維１と微粒状物質２との混合搬送気流４
１が同時に堆積成形されるとき、左側の繊維区Ｉがまず
成形網５２上に堆積成形され、続いてその上の成形網５
２の中間区域ＩＩに短繊維１と微粒状物質２が交織堆積
され、底部においてすでに成形された繊維網集合体によ
って、微粒状物質２がこのときに気流により運ばれて脱
落するのを防止できるので、短繊維１と微粒状物質２の
交織混合集合体は均一的に堆積成形され、最後に右側の
成形区域ＩＩＩに運ばれて、繊維は再びフィルタ材の上
部に堆積成形され、ここで気流成形段階が終わる。

【００２５】この段階において、本発明の一実施例によ
る空気動力を利用した交織複合フィルタ材の成形方法及
びその構造は主に空気動力成形を利用しており、短繊維
１と微粒状物質２を同時に堆積交織して成形する目的が
達せられるほか、フィルタ材８を三層の立体構造にする
ので、三層構造の堆積密度も疎から密へと漸次層をなす
効果が生じ、図３で示すように、成形段階Ｉにおいて、
搬送気流４１は分流区Ａ１内では分散した極短繊維１し
か存在せず、一番先に成形網５２上に堆積成形されるこ
とになり、堆積層高が低いので、気流はこの区域の通過
時には流速が速くなって、短繊維の堆積密度を高めるこ
とができ、構造が緻密で、短繊維間の孔が小さく、短繊
維集合体の立体構造も気流が安定するため均一となり、
フィルタ材底部に防護層８１構造が形成される。短繊維
と微粒状物質が防護層８１上に交織堆積されるに伴っ
て、堆積層高は漸次大きくなるので、気流流速はこの構
造内で相応に低下し、短繊維１は同時に微粒状物質２と
相互に均一的に交織堆積され、２つの物質の外観立体形
状が違うために、複合構造密度は防護層８１の純繊維集
合体構造の密度に比べてより疎らとなり、フィルタ材８
の中間に主要な吸着機能区域、すなわち吸着層８２を形
成し、空気動力成形で短繊維と微粒状物質を同時に交織
堆積させ、相互に充填して、構造密度を均一にするとと
もに両者の分散密度も均一になるので、構造に欠陥や孔
が生じることがない。またこのとき、フィルタ材全体の
外観層高が次第に増大するので、気流に対する抵抗も相
応に増大し、最後に成形区の右側ＩＩＩにおいて短繊維
搬送気流４１が、分流区Ａ３に短繊維を運んで吸着層８
２上に成形堆積させ、気流流速がこの成形区で受ける抵
抗が大きいために、構造体を通過する速度も最低とな
り、繊維堆積密度は疎ら且つ均一となって、フィルタ材
の均一流動層８３を形成し、この構造繊維間の孔は相対
的に大きいが、均一性は高くなる。

【００２６】上述の機能性微粒状物質を「活性炭」とし
たフィルタ材について言えば，フィルタ材の構造が疎か
ら密の分層構造を備えるとき、吸着効率は単一フィルタ
材構造の効率よりも優れたものになる。汚染源気流がフ
ィルタ材を通過する際、その気流の方向は図４に示すよ
うに、均一流動層８３から進入し防護層８１を流れ出る
ときに、均一流動層８３の立体構造が疎らで、気流が繊
維１集合体を通過すると均一に分散されるので、汚染源
が通過する活性炭吸着層８２の面積が増大し、汚染源気
流を均一に拡散して活性炭繊維交織層に進入させ、通過
するフィルタ材の層高が高くなると、気流の流速も拡散
と抵抗により低下するので、汚染分子の滞留時間が増大
し、これと同時に活性炭によって吸着され、フィルタ材
８の防護層８１においてはその短繊維１集合体の堆積構
造が緻密なために、気流に対して生じる抵抗が最大にな
るので、汚染気流の吸着層８２での滞留時間を相応に制
御することができる。本技術は複合気体噴風装置３の設
計において、気流分流区域Ａ１、Ａ２、Ａ３の面積比率
を調整でき、成形時のフィルタ材構造分層の堆積層高の
比率を相応に制御して、実際に汚染源を濾過吸着するの
に必要な条件に基づいて、適度に調整することで最良の
使用効率を上げ、ユーザーのニーズを満たすことがで
き、また防護層８１の堆積層高がより高くなったときに
は、フィルタ材８全体の気流抵抗が大きくなり、汚染分
子の滞留時間も長くなって吸着効率が増大し、逆もまた
然りとなる。

【００２７】フィルタ材構造の均一流動層８３と防護層
８１は、吸着層８２を中間に挟んでおり、活性炭顆粒２
の移動または脱落を防止でき、吸着層８２の短繊維と活
性炭２が同時に交織形成する立体構造も、活性炭顆粒の
移動離脱を防止できるので、フィルタ材８全体の成形後
の構造は安定性が高く、均一性も優れている。フィルタ
材の構造では、短繊維と活性炭の混合比率を製造過程で
定量化して制御することができる。本実施例において
は、活性炭の含量を１０〜９０％に制御し、相応に短繊
維の含量もこの範囲に制御して、構造と２つの物質分散
はいずれも一定の均一性を保っているが、相対的に高い
または低い含量の構造は、一般的な実際の吸着濾過の応
用上少ないため、実験後に活性炭の最適な含量は６０〜
９０％であるときがフィルタ材８の全体的な機能が最良
で、相応に繊維含量は１５〜４０％を最適とした。フィ
ルタ材全体の基本重量の変化については、この製造工程
を利用すると低重量１００g／ｍ²から高重量１,２００g
／ｍ²までいずれも同時成形することができ、層と層の
積合せを利用しないで高重量または高含量の目的を達成
できる。このため空気動力による複合成形技術は、組成
分の含量比率及びフィルタ材の基本重量の変化を同時に
制御でき、あらゆる条件を製造過程において同時に調整
制御して一回で成形でき、後に何回もの加工を経て完成
させる必要がないので、この製造技術の発展価値は高
い。

【００２８】さらに、フィルタ材の基本重量の変化に伴
って、様々な繊維の径（すなわちデニール数）を選択で
き、活性炭顆粒の大小と相互に複合成形しても、上述し
た均一的構造となり、且つ安定性は高く、他の製造工程
のように成形した繊維網立体構造にさらに活性炭を加
え、フィルタ材の基本重量が軽いまたは薄い場合には、
繊維の直径が大きければ形成する孔も大きくなり、活性
炭を繊維間の孔内に固定させるには顆粒も大にしなけれ
ばならないので、活性炭の単位当たりの量が増え、基本
重量を軽量化するには、フィルタ材面積における活性炭
顆粒数を相応に減少しなければならないため、活性炭の
分布が疎らで不均一となり、吸着効率は大幅に低下する
ということがない。繊維の直径が縮小すれば、単位面積
の繊維根数を増加させて初めて、立体網状の構造を形成
することができ、これにより、繊維間の孔が小さくなる
ので、活性炭顆粒が繊維間の孔内に均一的に完全に進入
することができず、構造の安定性は劣り、活性炭の損耗
も高くなるので、フィルタ材の吸着機能は劣る。これに
ついて本実施例では、空気動力を用いて同時に短繊維１
と活性炭２を混合し、交織して一回で成形する製造工程
を開示しており、上述した欠点はなく、二つの物質が同
時に交織成形されるので、繊維の直径または活性炭顆粒
の大きさがいかに変化しても、両者の配合が適当であれ
ば、均一度が高く、構造の安定性が高い吸着フィルタ材
を製造することができる。

【００２９】フィルタ材成形時に、主な吸着機能は短繊
維と活性炭の混合交織の部分、すなわち吸着層８２によ
って達成され、２つの物質は気流中で分散し混合された
のちに堆積成形され、２つの物質の外観立体形状が異な
るので、気流中の搬送流動性も異なり、堆積密度も異な
る。活性炭顆粒２は不規則な立体をなしていて、気流成
形堆積の過程において、顆粒の間が立体障害により妨害
されるので、活性炭顆粒２間の孔隙が大きくなり、図６
に示すように、活性炭２の間に生じた孔隙は、気流動力
が通過する際に気流の主要な通路となるが、活性炭顆粒
が障害となり、同時に成形気流が伴う極短繊維１は気流
の分散に従って流動性が高くなり、活性炭２の孔隙に充
填流入されるとともに、活性炭顆粒に阻止されて、繊維
集合体の網状構造１を堆積形成し、気流全体の抵抗を平
均化し、通過気流の流速を均一化させて、成形後のフィ
ルタ材の吸着層構造が安定し、短繊維１と活性炭２の均
一分散交織は、堆積密度が均一の立体構造となり、図４
に示すように、主に空気動力で成形することによっての
みこの構造を得ることができる。

【００３０】しかし、短繊維１と活性炭２を混合成形し
たのち、気流が通過する際に、活性炭２の立体障害によ
り気流部分は活性炭の表面から流れ過ぎていき、大部分
は繊維集合体１の間を通過するので、短繊維集合体１間
の堆積密度は空気動力によって形成されるため、密度は
均一で、気流に対する抵抗も均一でかつ活性炭顆粒２が
もたらす気流抵抗より低くなることから、このフィルタ
材構造で吸着濾過した場合、汚染分子は大部分が短繊維
１の間から通過し、繊維集合体の間が貫通的に繋がる場
合には、汚染分子が直接フィルタ材８を貫通しやすくな
り、活性炭２に実質的な効果を発揮させることができな
くなる。

【００３１】そのため、非直線な気流の通路を形成して
活性炭表面との接触を増大する構造が、活性炭吸着フィ
ルタ材の機能性にとって主要なキーポイントになるが、
この関係については、いかにしてこの構造を達成するか
に関する製造工程技術は何の提示もなされていない。本
発明の一実施例による空気動力複合成形技術において
は、まず気体を動力とし、短繊維１と活性炭２を均一に
分散するとともに交織して立体構造を形成することが先
決条件であり、図２に示すように、必ず両者の間に絶対
的に高い均一度をもたせ、成形後のフィルタ材８に特別
な熱処理を施さなければならない。成形後のフィルタ材
８を、成形網５２を利用して熱処理定型区６に送り、こ
のときにフィルタ材８上方に単層の位置決め用成形網５
４を併設し、熱処理温度は１２０〜１８０℃とするが、
生産速度とフィルタ材の基本重量により定める。熱処理
方法は単純な輻射照射または熱風循環加熱方法ではな
く、フィルタ材８の上方で遠赤外線を熱源６１にして加
熱し、同時にフィルタ材８の下方で吸気装置６２を用い
て吸気する。この目的は熱気流をフィルタ材８に貫通さ
せ、熱で均一化し、吸気する際にフィルタ材８の下方か
ら吸気するので、フィルタ材８は自身の立体層高と気流
に対して生じる抵抗によって、吸気側に近づくほど吸力
は大きくなり、これと逆の場合は吸力は小さくなるの
で、フィルタ材８は熱を受けると同時に、顕著な疎から
密の構造を保てることから、この種の構造性は前記吸着
機能性において絶対的な効能を持つことができる。熱処
理したフィルタ材は熱処理室を離れると、冷却区に進入
し、冷却する際にも吸気装置７１で持続的に下に向けて
吸気し、主に成形から熱処理、冷却巻取りに至る過程に
おいて、構造の一致性、すなわち疎から密への立体構造
が確保される。

【００３２】さらに、短繊維１が熱処理を経て、軟化点
温度に達すると、繊維の表面は熔融を開始し、繊維に熱
収縮現象が起こり、表面が熔融したときに短繊維１と活
性炭２の表面は相互に接着され、また短繊維と短繊維の
間も相互に接着されるとともに収縮するので、熱処理後
のフィルタ材８は繊維の接着効果により、構造強度と安
定性が大幅に上昇するが、繊維は柔軟性を保っているの
で、フィルタ材の曲げ性はよく、加工性も良好で、さら
に、活性炭２について言えば、熱処理ではその表面を熔
融または収縮させないが、熱は活性炭を脱離、再生させ
る主要なエネルギーであるので、活性炭に脱湿及び再活
性化する効能をもたせ、活性炭の最良の吸着機能を保つ
ことができ、この接着方法を利用すれば、何ら接着剤を
使用して構造を強化する必要がなく、活性炭２の表面を
接着剤で被覆しないので、有効吸着外表面積が大きくな
り、相応にフィルタ材の吸着機能も高くなる。

【００３３】熱処理する場合、熱が繊維を収縮させるの
で、活性炭２顆粒間の孔隙に充填した短繊維集合体１が
収縮し、図５と図７に示すように、繊維と繊維間の界面
の孔隙が縮小し、繊維集合体１全体の構造密度は緻密と
なり、相応に気流に対する抵抗が大きくなり、短繊維１
と顆粒２表面間の界面の孔隙も大きくなり、繊維が収縮
する際に活性炭顆粒２の間は収縮せず、また立体障害に
よって繊維の収縮による大規模な変位が起こらず、孔隙
の大きさはそのままであるので、短繊維１と活性炭２表
面の間の孔隙は増大し、ここでの構造は疎らになる。該
現象は図７のフィルタ材の拡大図に示した通りである。
従って、化学汚染気流が活性炭を通過してフィルタ材に
吸着されるとき、活性炭２と収縮後の繊維集合体１の抵
抗を受けて、主に繊維と活性炭表面との間の孔隙を通路
８４にしてフィルタ材を通過し、気流中の汚染分子が活
性炭の表面と接触する確率が高まるので、吸着効率が大
幅に上昇し、他の活性炭フィルタ材より優れたものとな
る。さらにフィルタ材の構造は３つの空間立体構造にな
っていて、それによって生じる通路８４は非直線の湾曲
型の通路であり、気流がフィルタ材を通過する滞留時間
が長くなり、活性炭が汚染分子を吸着する時間が増え
て、フィルタ材全体の機能性も高まる。

【００３４】上述したように、本発明の一実施例による
空気動力を利用した交織複合フィルタ材の成形方法及び
その構造は、空気動力によって交織した繊維と機能性微
粒状物質（活性炭）で三層構造のフィルタ材を成形する
技術であり、構造が均一で安定性の高い吸着機能性フィ
ルタ材を製造できるだけでなく、特殊な熱処理を利用し
て、フィルタ材のポイントとなる構造を制御することで
吸着効率を高めるもので、また製品の複合性と変化性は
他の吸着性フィルタ材よりさらに優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による空気動力を利用した交
織複合フィルタ材の成形方法の実施手順のフロー図であ
る。

【図２】本発明の一実施例による空気動力を利用した交
織複合フィルタ材の成形方法の製造過程を示す模式図で
ある。

【図３】本発明の一実施例による空気動力を利用した交
織複合フィルタ材の構造のフィルタ材交織複合成形を示
す模式図である。

【図４】本発明の一実施例による空気動力を利用した交
織複合フィルタ材の吸着層の熱処理前の構造を示す側面
図である。

【図５】本発明の一実施例による空気動力を利用した交
織複合フィルタ材の吸着層の熱処理後の構造を示す側面
図である。

【図６】図４の拡大図である。

【図７】図５の拡大図である。

【符号の説明】

１ 短繊維 ２ 機能性微粒状物質 ３ 複合気体噴風装置 ４ 拡散混合搬送区 ５ 多層複合成形区 ６ 熱処理定型区 ７ 冷却区 ８ フィルタ材 ４１ 混合搬送気流 ４２ 導流装置 ５１、６２、７１ 吸気装置 ５２ 成形網 ６１ 熱源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4D019 BA13 BA17 BB03 BC05 CB06 CB07 DA01 4G066 AA05A AA05B AA20A AA20B AC11B AC11C BA03 BA17

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）気流を利用して短繊維および機能
   性微粒状物質をそれぞれ複合気体噴風装置に送り、前記
   機能性微粒状物質の搬送気流を前記複合気体噴風装置の
   中間に設け、２つの搬送気流を同時に拡散混合搬送区に
   進入させ、混合搬送気流によって前記短繊維および前記
   機能性微粒状物質を上から下へと拡散させるとともに、
   導流装置を経て、気流を安定的に下方の多層複合成形区
   に搬送させ、 （ｂ）前記多層複合成形区の下方に設けた吸気装置を利
   用して、前記短繊維および前記機能性微粒状物質を動い
   ている成形網（５２）上に順次吸着堆積させ、必要に応
   じて前記吸気装置の吸気量を調節して、前記混合搬送気
   流とのバランスを取らせることで、動いている成形網
   （５２）上に疎から密へと漸次層をなす三層構造のフィ
   ルタ材を形成し、 （ｃ）成形した前記フィルタ材を熱処理定型区に送り、
   熱源によって加熱し、加熱温度を１２０〜１８０℃に制
   御し、 （ｄ）加熱定型した前記フィルタ材を冷却区に送る、 という手順よりなることを特徴とする空気動力を利用し
   た交織複合フィルタ材の成形方法。
2. 【請求項２】 前記機能性微粒状物質は、活性炭、過マ
   ンガン酸カリウム浸漬酸化アルミニウムまたは化学吸着
   高分子などの物質であることを特徴とする請求項１に記
   載の空気動力を利用した交織複合フィルタ材の成形方
   法。
3. 【請求項３】 前記拡散混合搬送区は下向きに開口した
   混合箱体であり、内部に設けた前記導流装置は数片の調
   整型導流板よりなることを特徴とする請求項１に記載の
   空気動力を利用した交織複合フィルタ材の成形方法。
4. 【請求項４】 前記熱処理定型区において前記フィルタ
   材の下方で吸気装置を用いて持続的に吸気することを特
   徴とする請求項１に記載の空気動力を利用した交織複合
   フィルタ材の成形方法。
5. 【請求項５】 前記冷却区において前記フィルタ材の下
   方で冷却時に吸気装置を用いて持続的に下方に吸気する
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気動力を利用した
   交織複合フィルタ材の成形方法。
6. 【請求項６】 短繊維と機能性微粒状物質を交織複合し
   て製造した多層構造のフィルタ材において、 最底層にあって、前記短繊維を主要構成物とし、密集し
   た堆積状態をなす防護層と、 前記防護層の上方にあって、前記機能性微粒状物質を主
   要構成物とし、前記短繊維と相互に均一に交織して立体
   構造に堆積し、前記機能性微粒状物質の堆積密度は疎ら
   であり、加熱定型した前記短繊維の集合体の孔隙の密度
   は緻密な状態を呈し、前記短繊維および前記機能性微粒
   状物質の表面の間の界面に非直線の気流通路を形成させ
   る吸着層と、 前記吸着層の上方にあって、前記短繊維を主要構成物と
   し、疎らな堆積状態を呈した均一流動層とを備えること
   を特徴とする空気動力を利用した交織複合フィルタ材の
   成形構造。
7. 【請求項７】 前記フィルタ材の上下表面に成形網が設
   けられていることを特徴とする請求項６に記載の空気動
   力を利用した交織複合フィルタ材の成形構造。