JP2007038211A - フィルタエレメント、その製造方法及び使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】初期圧力損失が少なくエネルギーコストの削減や高風量を確保することができるフィルタエレメントであり且つ、高い除塵効率を保持しつつ、濾過寿命の長いフィルタエレメント、その製造方法及び使用方法を提供すること。
【解決手段】熱可塑性樹脂からなる繊維を含む不織布基材（１１）がプリーツ加工されており、保形部材（１２ａ）によってブリーツ形状が保持されてなるフィルタエレメント（１０）であって、前記不織布基材（１１）の厚さが６０℃の加熱によって５％以上増大することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車用や家庭用空気清浄機などの生活環境における空調機器に装着して使用されるフィルタエレメントのみならず、ビル、工場、事務所などに設置される空気清浄装置に、パッケージフィルター、ファンコイルユニット、中央空調用フィルタユニット等の粗塵除去用フィルタとして使用されるフィルタエレメント、その製造方法及び使用方法に関し、特には濾過寿命或いは粉塵保持能力に優れ、且つ初期圧力損失の少ないフィルタエレメント、その製造方法及び使用方法に関する。

従来から、家庭用空気清浄機や自動車車室内のエアコン内部に設置して、外気及び内気を清浄化するキャビンフィルタや、車室内の天井または後部座席の背後のパネル上などに設置して内気を清浄化する空気清浄機に、エアフィルタ基材がプリーツ折された形態の粗塵除去用のフィルタエレメント或いは計数法で評価される性能の高いフィルタエレメントが使用されている。このようなフィルタエレメントとしては、例えば、特許文献１にエアフィルタ及びその枠体、並びにフィルタエレメントの装着方法が知られている。また、ビル、工場、事務所などに設置される空気清浄装置には、パッケージフィルター、ファンコイルユニット、中央空調用フィルタユニット等が装着されており、必要に応じてこれらのフィルタにもエアフィルタ基材がプリーツ折りされた形態の粗塵除去用のフィルタエレメントが取り付けられている。そして、このようなフィルタエレメントには、エネルギーコストを低減するため、できる限り圧力損失を少なくして、高風量を確保することのみならず、できる限り高い除塵効率を有すること、およびできる限り濾過寿命が長いことが要求されている

このような要求に対して、厚さの少ないエアフィルタ基材を用いると、フィルタエレメントの圧力損失が少なくなり、高風量を確保することができるという利点はあるものの、その反面塵埃を保持する空隙が少なくなりフィルタエレメントの濾過寿命が短くなるという問題があった。また、逆に厚さの大きいエアフィルタ基材を用いると、塵埃を保持する空隙が多くなり濾過寿命が長くなるという利点はあるものの、その反面フィルタエレメントの圧力損失が高くなりエネルギーコストの増加や高風量を確保できないという問題があった。
特開２００１−４６８２４号公報

本発明は、上記の問題を解決し、初期圧力損失が少なくエネルギーコストの削減や高風量を確保することができるフィルタエレメントであり且つ、高い除塵効率を保持しつつ、濾過寿命の長いフィルタエレメント、その製造方法及び使用方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、請求項１〜６に係る発明は、図１に例示するように、熱可塑性樹脂からなる繊維を含む不織布基材（１１）がプリーツ加工されており、保形部材（１２ａ）によってブリーツ形状が保持されてなるフィルタエレメント（１０）であって、前記不織布基材（１１）の厚さが６０℃の加熱によって５％以上増大することを特徴とするフィルタエレメント（１０）をその要旨とした。

請求項７に係る発明は、熱可塑性樹脂からなる繊維を含む繊維ウェブに、熱可塑性樹脂の融点以上の加熱空気を通過させることにより、前記繊維ウェブの構成繊維相互を結合した後、前記繊維ウェブが圧縮状態となるように、前記加熱空気の通過速度を超える速度で前記熱可塑性樹脂の融点未満の温度の加熱空気を前記繊維ウェブに通過させることにより、不織布基材を形成し、この後、前記不織布基材をプリーツ加工し、さらに保形部材によって前記不織布基材のプリーツ形状を保持することを特徴とするフィルタエレメントの製造方法をその要旨とした。

請求項８に係る発明は、熱可塑性樹脂からなる繊維を含む不織布基材がプリーツ加工されており、保形部材によってプリーツ形状が保持されてなるフィルタエレメントを、５０〜８０℃のいずれかの温度雰囲気中で使用することにより、前記不織布基材の厚さを５％以上回復させて用いることを特徴とするフィルタエレメントの使用方法をその要旨とした。

本発明によって、初期圧力損失が少なくエネルギーコストの削減や高風量を確保することができるフィルタエレメントであり且つ、高い除塵効率を保持しつつ、濾過寿命の長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、その製造方法及び使用方法の好ましい実施の形態について詳細に説明する。尚、本発明のフィルタエレメントの製造方法及び使用方法については、フィルタエレメントの説明の中で説明する。本発明のフィルタエレメントは熱可塑性樹脂からなる繊維を含む不織布基材がプリーツ加工されており、プリーツ形状が保持されてなるものである。

本発明のフィルタエレメントは、不織布基材を構成する繊維が熱可塑性樹脂からなる繊維を含むことが必要であるが、熱可塑性樹脂からなる繊維としては、不織布の製造で一般的に用いられる合成繊維があり、例えば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およびポリビニルアルコール系繊維などを挙げることができる。これらの繊維の中でも、フィルタエレメントの濾過性能を向上させる上で、帯電性に優れるポリオレフィン系繊維が好ましい。

また、熱可塑性樹脂からなる繊維が、熱接着性の繊維であることも可能である。熱接着性の繊維としては、例えば他の繊維よりも融点が低く他の繊維を熱接着することのできる単一樹脂成分からなる繊維や、他の繊維よりも融点が低く他の繊維を熱接着することのできる低融点成分を繊維表面に有する複合繊維がある。このような複合繊維には、低融点成分を繊維表面に有する芯鞘型やサイドバイサイド型等の複合繊維があり、またその材質は例えば、共重合ポリエステル/ポリエステル、共重合ポリプロピレン/ポリプロピレン、ポリプロピレン/ポリアミド、ポリエチレン/ポリプロピレン、ポリプロピレン/ポリエステル、ポリエチレン/ポリエステルなどの繊維形成性重合体の組み合わせからなる複合繊維がある。これらの繊維の中でも、フィルタエレメントの濾過性能を向上させる上で、帯電性に優れるポリオレフィン系の繊維形成性重合体からなる複合繊維が好ましい。

また、熱可塑性樹脂からなる繊維は繊維長１５〜１００ｍｍで、捲縮数５〜３０個／インチを有するステープル繊維であることが好ましい。ステープル繊維には、カード機などで開繊可能なように捲縮加工が施されているので、嵩高な不織布基材となり、且つ圧縮に対しても厚さ方向の反発力に優れ、不織布基材に生じた繊維の歪も解消され易いという効果がある。

なお、前記不織布基材を構成する繊維は熱可塑性樹脂からなる繊維以外にも、フィルタエレメントとしての機能向上のために、レーヨンなどの半合成繊維、あるいは綿およびパルプ繊維などの天然繊維を含むことも可能である。しかし、他の繊維の混入比率は、フィルタエレメントとしての特性を失わない範囲に留めるべきであり、不織布基材全体に対して３０質量％以下が好ましく、１５質量％以下がより好ましい。また。前記熱接着性繊維の不織布基材全体に占める割合は好ましくは１００〜５重量％であり、より好ましくは１００〜５０重量％であり、更に好ましくは１００〜７５重量％である。熱接着性繊維の割合が５量量％未満であると熱接着による結合力が弱く、フィルタエレメントが、風圧で容易に厚みがつぶれてしまい、濾過寿命が短くなってしまう場合がある。また、前記不織布基材における繊維の平均繊度は、０．１〜３０デシテックスが好ましく、０．５〜２０デシテックスがより好ましく、１〜１０デシテックスが更に好ましい。

前記不織布基材は、その厚さが６０℃の加熱によって５％以上増大する限り、特に限定されることはなく、通常の不織布の製法である、乾式法、湿式法、スパンボンド法、メルトブロー法、静電紡糸法又はフラッシュ紡糸法などによって形成される不織布を適用することができる。これらの製法の中でも、ステープル繊維をカード機やエアレイ装置などを使用して、繊維ウェブに形成した後、接着性繊維または接着剤を用いて構成繊維を接着によって結合する方法による、一般的に乾式法と呼ばれる製法によって得られる不織布が好ましい。乾式法による不織布は、厚さ方向に多数の繊維が配向しているので、厚さが大きく、且つ厚さがつぶれ難く、且つ圧縮に対しても厚さ方向の反発力に優れ、不織布基材に生じた繊維の歪も解消され易いからである。なお、スパンボンド法やメルトブロー法による場合は、熱可塑性樹脂からなる繊維をノズルより紡出させて長繊維からなる繊維フリースとする際に、熱可塑性樹脂からなる接着性のステープル繊維を吹き込み長繊維と短繊維とが一体化した繊維フリースとした後、構成繊維を接着によって結合する方法も可能である。

より好ましい不織布基材としては、上記熱可塑性樹脂からなる繊維を含む構成繊維をカード機やエアレイ装置などを使用して繊維ウェブに形成し、次いで、この繊維ウェブに含まれる熱可塑性樹脂からなる繊維の熱可塑性樹脂の融点以上の加熱空気を通過させることにより、前記繊維ウェブの構成繊維相互を結合させた不織布基材を挙げることができる。

また、上記不織布基材の製法において、形成される繊維ウェブにニードルパンチにより繊維同士を絡合させて繊維同士を結合する方法を併用することも可能である。

本発明のフィルタエレメントは、前記不織布基材が６０℃での加熱によって厚さが５％以上増大する特性を有している。不織布基材の厚さの増大は、フィルタエレメント又は不織布基材に、加熱空気(６０℃)を面風速２５ｃｍ／秒で１００時間流すことによって確認することができる。本発明のフィルタエレメントはこのように６０℃の加熱によって厚さが５％以上増大する特性を有しているので、このフィルタエレメントを６０℃以上の加熱雰囲気中で使用することにより、不織布基材の厚さが５％以上増大し、それによってフィルタエレメントの寿命を延長することができるという利点がある。

ここで、加熱とは人為的に加熱することのみならず、非人為的に不織布基材を加熱することも意味している。例えばフィルタエレメントを剛性枠に装着してなるエアフィルタユニツトを、自動車室内のエアコン内部に設置して、自動車を例えば夏の炎天化に放置することにより、非人為的に加熱することを含む。このように、フィルタエレメントを６０℃以上の雰囲気中で使用することにより加熱する場合、特別な加熱装置や操作も使用せずに、フィルタエレメントの寿命を延長することができるという利点がある。

前記不織布基材は６０℃の加熱によって厚さが５％以上増大するが、厚さの増大の割合は５％以上である限り、またフィルタエレメントとしての機能が損なわれない限り、特に限定されないが、フィルタエレメントの寿命を延長する効果を確実に得るには、５〜６５％の範囲が好ましい。厚さの増大が５％未満の場合は、この機能を付加するためのコストの割には、フィルタエレメントの寿命を延長する効果が少ないという問題がある。また、厚さの増大の上限としては、厚さが増大することによる空気の非通過部分が多くなり過ぎて、フィルタエレメントの寿命がかえって低下することがあるため、厚さの増大は１００％以下が好ましく、６５％以下がより好ましく、５０％以下が最適である。

６０℃の加熱によって厚さが５％以上増大する特性を有する不織布基材は、例えば次のようにして得ることができる。前述の不織布基材の構造で説明した、不織布基材の製法によって得られた、熱可塑性樹脂からなる繊維を含む不織布基材に、圧縮状態で、不織布基材を構成する織維の融点より低い温度で加熱処理を行うのである。より好ましくは、熱可塑性樹脂の融点以上の温度の加熱空気を通過させることで構成繊維相互を結合させた繊維ウェブに、当該繊維ウェブが圧縮状態となるように、前記加熱空気の通過速度を超える速度で前記熱可塑性樹脂の融点未満の温度の加熱空気を前記繊維ウェブに通過させるのである。この場合、前記熱可塑性樹脂からなる繊維の融点の中で最も低い融点よりも５〜１００℃低い温度で加熱することが好ましく、５〜６０℃低い温度で加熱することがより好ましく、５〜３０℃低い温度で加熱することが更に好ましい。

前述の、熱可塑性樹脂の融点以上の温度の加熱空気を通過させることで構成繊維同士を結合させた繊維ウェブに、当該繊維ウェブが圧縮状態となるように、前記加熱空気の通過速度を超える速度で前記熱可塑性樹脂の融点未満の温度の加熱空気を前記繊維ウェブに通過させる方法としては、具体的には、例えば、融点が１４０℃の熱可塑性樹脂を鞘成分に有する複合繊維からなる繊維ウェブを形成し、この繊維ウェブをエアスルー型の乾燥機を用いて、１４０℃の熱風により、熱風通過速度６ｍ／秒の条件下で、加熱接着処理を行い、構成繊維同士を結合させた繊維接着ウェブを形成し、次いで、この繊維接着ウェブを別のエアスルー型の乾燥機を用いて、１３０℃の熱風により、熱風通過速度１０ｍ／秒の条件下で、加熱圧縮処理を行い、不織布基材を得る方法がある。なお、この方法では、エアスルー型の乾燥機２台を必ずしも必要とせず、例えば、エアスルー型の乾燥機の前段部分で構成繊維同士を結合させた繊維接着ウェブを形成し、同じエアスルー型の乾燥機の後段部分で加熱圧縮処理を行なうことも可能であり、このようにすれば、エアスルー型の乾燥機が1台で済むのでより好ましい方法である。

このような処理を行うことにより、不織布基材の構成繊維に歪みが残留することになる。この結果、その後の６０℃の加熱によって歪みが解消され、当該不織布基材の嵩（厚さ）が回復するという効果を奏することになる。また、上記方法によれば、不織布基材の下面になるほど風圧による圧縮効果を受けるので、不織布基材の上面の繊維密度が粗く、下面になるほど繊維密度が上昇して密度勾配を形成した構造とすることができる。このような密度勾配が形成されると、フィルタエレメントの濾過寿命を長くする効果が得られる。

不織布基材の面密度は２０〜３５０ｇ／ｍ² であることが好ましく、２０〜２５０ｇ／ｍ²であることがより好ましく、３０〜１５０ｇ／ｍ² であることが更に好ましい。また、前記不織布基材の厚さは、プリーツ加工を施すことを考慮すると、０．３〜５ｍｍであることが好ましく、０．５〜３ｍｍであることがより好ましく、０．７〜２ｍｍであることが更に好ましい。０．３ｍｍ未満であると、濾過寿命が短くなり目的とする濾過性能が得られない場含がある。また、５ｍｍを超えると、プリーツ加工を施したときに、気体の濾過に寄与しないか又は寄与が極めて少ない部分(以下、デッドスペースと称する)が多くなり、かえって濾過寿命が短くなり目的とする濾過性能が得られない場合がある。

また不織布基材は、補強などを目的として、例えば不織布、織物、編物またはネットなどの他の素材と積層された複合基材であることも可能である。また、脱臭粒子やガス除去粒子を保持した層を有するガス除去フィルタと積層された複合基材であることも可能である。

不織布碁材の濾過性能は、粗塵除去用のフィルタとして機能することが好ましく、具体的には、ＡＳＨＲＡＥ５２．１−１９９２に規定される試験方法において、ＳＡＥ ＡＣ ＦＩＮＥダストを用いて、質量法により評価すると、試験条件が風速０．２５ｍ／秒の時に、粒子捕集平均効率が５０〜９９％であることが好ましく、粒子捕集平均効率が６０〜９９％であることが好ましく、粒子捕集平均効率が７０〜９９％であることが更に好ましい。粒子捕集平均効率が５０％未満である場合は粗塵除去が不十分であり、粒子捕集平均効率が９９％を超える場合は、不織布基材の開孔径が細かくなり過ぎるため、すぐに不織布基材前後の圧力損失が限界に達して寿命が短くなり粗塵除去用のフィルタとして使用できない場合がある。なお、ＳＡＥ ＡＣ ＦＩＮＥダストとは、ＩＳＯ１２１０３−１（１９９７）のＡ２（ｆｉｎｅ）に規定される試験用ダストに適合するダストである。

また、不織布基材の初期の圧力損失は、試験条件が風速０．１ｍ／秒の時に、３０Ｐａ以下が好ましく、２０Ｐａ以下がより好ましく、１０Ｐａ以下が更に好ましい。また、不織布基材の濾過寿命は風速０．２５ｍ／秒の時に、最終の圧力損失２００Ｐａとした場合、粉塵捕集量５ｇ/ｍ²以上が好ましく、１０ｇ/ｍ²以上がより好ましく、１５ｇ/ｍ²以上が更に好ましい。なお、不織布基材の粒子捕集平均効率の値を高くしようとすると濾過寿命が短くなり(粉塵捕集量が少なくなり)、濾過寿命を長くしようとすると(粉塵捕集量を多くしようとすると）粒子捕集平均効率の値が低下することとなるので、上記の好ましい範囲の不識布であれば、プリーツ加工を施すことにより、粗塵除去用フィルタとしてより好適に用いることができる。

不織布基材の濾過性能をより向上させ、比色法のみならず計数法でも評価できる濾過性能を有するものとするには、不織布基材に帯電加工を施し、構成繊維をエレクトレツト化する方法がある。このようなエレクトレット化した繊維は、比較的高温の加熱によってエレクトレットの効果が失われることが知られており、このため加熱処理によって不織布基材とした後に帯電加工処理が行うことが好ましい。

尚、不織布基材をエレクトレット化する前に、付着している油剤を洗浄除去したり、水流の作用によって構成繊維の交絡と同時に油剤成分を除去したりすることが好ましい。しかし、このような方法によれば、工程の増加や新たな設備が必要であり、製造コストが高くつくなどの課題がある。そこで、例えば特開２００２−３３９２５６号公報に開示されるような、油剤０．２〜０．６重量％が付着してなるポリオレフィン系熱接着繊維からなり、加熱処理による不織布化時（熱可塑性樹脂の融点以上の加熱空気を通過させる時）および/または不織布化後の加熱処理（熱可塑性樹脂の融点未満の加熱空気を通過させる時）で、不織布の油剤付着量が０．００１〜０．２重量％に減少し、油剤付着量の減少率が６０％以上となり得るポリオレフィン系熱接着繊維を用いて、不織布基材を形成し、その後帯電加工を施し構成繊維をエレクトレット化することがより好ましい。なお、このようなポリオレフィン系熱接着繊維は、油剤として例えば分子量４００〜８００のポリエチレングリコールと炭素数１０〜２０の脂肪酸とのエステルを主成分とする油剤が付着してなる繊維である。

不織布基材の帯電加工が施された後の濾過性能は、微塵除去用のフィルタとして機能することが好ましく、具体的には、ＡＳＨＲＡＥ５２．１−１９９２に規定される試験方法において。ＳＡＥ ＡＣ ＦＩＮＥダストを用いて、質量法により評価すると、試験条件が風速０．２５ｍ／秒の時に、粒子捕集平均効率が５０〜９９％であることが好ましく、粒子捕集平均効率が６０〜９９％であることが好ましく、粒子捕集平均効率が７０〜９９％であることが更に好ましい。粒子捕集平均効率が５０％未満である場合は粗塵除去が不十分であり、粒子捕集平均効率が９９％を超える場合は、不織布基材の開孔径が細かくなり過ぎるため、すぐに不織布基材前後の圧力損失が限界に達して寿命が短くなり粗塵除去用のフィルタとして使用できない場合がある。また、ＪＩＳ Ｂ９９０８形式１に規定される試験方法において、０．３μｍの大気塵を用いて、計数法により評価すると、試験条件が風速０．１ｍ／秒の時に、粒子捕集平均効率が５〜５０％であることが好ましく、粒子捕集平均効率が１０〜５０％であることが好ましく、粒子捕集平均効率が２０〜５０％であることが更に好ましい。

本発明のフィルタエレメント（１０）は、図１に例示するように、不織布基材（１１）がプリーツ加工されており、かつ保形部材（１２ａ）によってプリーツ形状が保持されてなる。なお、図１では、プリーツ加工された不織布基材（１１）の、プリーツの峰線方向と交叉する端面に、保形部材（１２ｂ）が矢印Ａの方向に装着する態様も例示している。不織布基材のプリーツ加工は、ジグザグ形状に折られている限り限定されず、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、保形部材としては、プリーツ形状を保持することができる限り、特に限定されず、例えば織編物、不織布、合成樹脂シート、発泡シート、紙、金属材料またはこれらの複合物などのシート状物を適用することができる。このうち特に不織布であれば、強度に優れると共に、フィルタエレメントを剛性枠に装着する際にクッション性に優れ、剛性枠との間のシール性に優れるので好ましい。具体的には、これらのシート状物を、熱融着させたり、接着剤や接着性シートを介して接着することにより、プリーツの峰線方向と交叉する端面に、装着することができる。なお、保形部材としては、シート状物に限らず、発泡性樹脂等を付着させて発泡して形成することなども可能である。また、保形部材は、プリーツの峰線方向と交叉する端面以外にも、峰線方向と平行な端面にも装着することが可能である。

前記プリーツ加工前に、或いはプリーツ加工後に、図１又は図２に例示するように、不織布基材（１１）に、プリーツの峰線方向と交叉する方向に、間隔をおいて平行に、線状の樹脂を付着させたセパレータ（１４）を設けて、プリーツの山の斜面が接触してデッドスペースとなることを防ぐことも好ましい。線状の樹脂の付着は、これらの図のように、断続的としてプリーツの山の峰に設けて、プリーツの谷部には設けないようにすることも好ましく、また不織布基材の両面に設けることも好ましい態様である。

また、前記フィルタエレメントは、図１に例示するように、ひだ（１３）が多数形成されていることが好ましく、具体的には、図３に示すように、ひだ（１３）の高さＨは５〜１５０ｍｍが好ましく、８〜１００ｍｍがより好ましく、１５〜５０ｍｍが更に好ましい。また、プリーツの山間隔であるひだ（１３）のピッチＰは１〜２０ｍｍが好ましく、２〜１５ｍｍがより好ましく、３〜１０ｍｍが更に好ましい。また、ピッチＰ（ｍｍ）と高さＨ（ｍｍ）との比Ｐ／Ｈが０．０５〜０．７であることが好ましく、０．０５〜０．５であることがより好ましく、０．０５〜０．３であることが更に好ましい。Ｐ／Ｈが０．０５未満であると、ひだの角度が小さくなり過ぎるので、風圧でひだの角度が広がり隣接するひだと接触してしまいデッドスペースとなり、粉塵保持容量が低下してしまう場合がある。また、Ｐ／Ｈが０．５を超えると、ひだの高さが少なくなり濾材全体の面積が少なくなり、粉塵保持容量が低下してしまう場合がある。また、ひだの高さが５ｍｍ未満であると濾材全体の面積が少なくなり、粉塵保持量が低下してしまう場合がある。ひだの高さが1５０ｍｍを超えると濾材全体の面積が大きくなるものの、ひだの角度が小さくなりすぎるので、隣接するひだと接触してしまい、デッドスペースとなり、かえって粉塵保持容量が低下してしまう場合がある。

また、図３に示すように、プリーツの山間隔、すなわちひだのピッチをＰ（ｍｍ）、不織布基材の厚さをＴ（ｍｍ）とすると、
式 ： ａ ＝ （１−２Ｔ／Ｐ）×１００
から算出した開ロ率ａが１０〜８０％であることが好ましく、１５〜７５％であることがより好ましく、２０〜７０％であることが更に好ましい。図３から明らかなように、ひだのピッチＰ（ｍｍ）と高さＨ（ｍｍ）との比Ｐ／Ｈの値が少ない場合、不識布基材の厚さＴ（ｍｍ）の約２倍に相当する長さの幅がデッドスペースの巾Ｄ（ｍｍ）とほぼ等しくなる。

そのため、フィルタエレメントの山数が多くなるほど、また不織布基材の厚さが厚くなるほどデッドスペースが多くなり、エアフィルタユニットとしての処理風量が低下して、濾過寿命が少なくなる傾向がある。その一方、フィルタエレメントの山数が多くなるほど、また不織布基材の厚さが厚くなるほど不織布基材の濾過面積が増加して濾過寿命が長くなる傾向がある。したがって、上記の式は、これら両傾向のバランスがとれ、濾過寿命が長くなる最も好ましい状態を表す式といえる。それゆえ前記開口率ａが１０％未満であると、エアフィルタユニットの初期の圧力損失が大きく上昇してしまい、濾過寿命が短くなり、粉塵保持容量が低下してしまう場合がある。また、開口率ａが８０％を超えると不織布基材の濾過面積が少なくなり、エアフィルタユニットの濾過寿命が短くなり、粉塵保持容量が低下してしまう場合がある。

なお、前記不織布基材が、不織布、織物、編物またはネットなどの他の素材と積層された複合基材である場合や、脱臭粒子やガス除去粒子を保持した層を有するガス除去フィルタと積層された複合基材である場合には、開ロ率ａを求める前記式において、不織布基材の厚さＴ（ｍｍ）として、複合基材の厚さを用いることができる。

また、フィルタエレメントの全体の大きさは、自動車用や家庭用空気清浄機などの生活環境における空調機器に装着して使用されるフィルタエレメントの場合、空気の流入面の一辺の寸法が８０〜５００ｍｍが好ましく、１００〜４００ｍｍより好ましく、１５０〜３００ｍｍが更に好ましい。また、奥行は５〜１００ｍｍが好ましく、１０〜５０ｍｍがより好ましく、１５〜３０ｍｍが更に好ましい。また、ビル、工場、事務所などに設置される空気清浄装置に、パッケージフィルター、ファンコイルユニット、中央空調用フィルタユニット等の粗塵除去用フィルタとして使用されるフィルタエレメントの場合、空気の流入面の一辺の寸法が２００〜１５００ｍｍが好ましく、３００〜１０００ｍｍがより好ましく、４００〜７００ｍｍが更に好ましい。また、奥行は１０〜５００ｍｍが好ましく、２０〜４００ｍｍがより好ましく、３０〜３００ｍｍが更に好ましい。

前記フィルタエレメントを空調装置に適用する場合はフィルタエレメントを剛性枠に装着して用いることができる。この剛性枠は剛性のある材質である限り特に限定されず、木材、金属、プラスチック等が適用され、数回の洗浄再生の後に焼却、廃棄される場合は木材が好ましい。

前記フィルタエレメントの濾過性能は、粗塵除去用のフィルタとして機能することが好ましく臭体的には、ＡＳＨＲＡＥ５２．１−１９９２に規定される試験方法において、ＳＡＥ ＡＣ ＦＩＮＥダストを用いて、質量法により評価すると、空気の流入面の少なくとも一辺の寸法が８０〜５００ｍｍの場含、試験条件が風量５５０ｍ³／ｈｒの時に、粒子捕集平均効率が５０〜９９％であることが好ましく、粒子捕集平均効率が６０〜９９％であることが好ましく、粒子捕集平均効率が７０〜９９％であることが更に好ましい。粒子捕集平均効率が５０％未満である場合は粗塵除去が不十分であり、粒子捕集平均効率が９９％を超える場合は、不織布基材の開孔径が細かくなり過ぎるため、すぐに不織布基材前後の圧力損失が限界に達して寿命が短くなり粗塵除去用のフィルタとして使用できない場合がある。なお、空気の流入面の全ての辺の寸法が５００ｍｍを超える場合は、試験条件として風量１１００ｍ³／ｈｒを採用することができる。

また、前記フィルタエレメントの初期の圧力損失は、空気の流入面の少なくとも一辺の寸法が８０〜５００ｍｍの場合、試験条件が風量５５０ｍ³／ｈｒの時に、1５０Ｐａ以下が好ましく、１２０Ｐａ以下がより好ましく、１００Ｐａ以下が更に好ましい。また、前記フィルタエレメントの濾過寿命は、最終の圧力損失２００Ｐａとした場合、粉塵捕集量１０ｇ以上が好ましく、１５ｇ以上がより好ましく、２０ｇ以上が更に好ましい。なお、前記不織布基材が、不織布、織物、編物またはネットなどの他の素材と積層された複合基材である場合や、脱臭粒子やガス除去粒子を保持した層を有するガス除去フィルタと積層された複合基材である場合には、前述の各圧力損失は、積層された他の素材やフィルタの圧力損失を加算した圧力損失とすることができる。なお、空気の流入面の全ての辺の寸法が５００ｍｍを超える場合は、試験条件として風量１１００ｍ³／ｈｒを採用することができる。

本発明のフィルタエレメントは、前述のように、不織布基材がプリーツ加工されてなるフィルタエレメントであって、６０℃の加熱によって前記不織布基材の厚さが５％以上増大する。したがって、このフィルタエレメント、またはこのフィルタエレメントを剛性枠に装着してなるエアフィルタユニットを６０℃の加熱状態に曝すとフィルタエレメントの濾過性能が変化する。詳細には、粒子捕集平均効率は殆んど変化せず、不織布基材のひだの頂点部分でのデッドスペースが増加するため圧力損失が増加するものの、不織布基材全体の粉塵保持容量が増加するため、総合的な結果として、濾過寿命が大きく増加するという効果をもたらす。この増加の割合は、もとのフィルタエレメントの濾過寿命に対して、５％以上であることが好ましく、１０％以上であることがより好ましく、１５％以上であることが更に好ましい。

次に、本発明のフィルタエレメントの使用方法を説明する。本発明のフィルタエレメントの使用方法は、熱可塑性樹脂からなる繊維を含む不織布基材がプリーツ加工されており、保形部材によってプリーツ形状が保持されてなるフィルタエレメントを、５０〜８０℃のいずれかの温度雰囲気中で使用することにより、前記不織布基材の厚さを５％以上回復させて用いることで特徴付けられたものである。

本発明のフィルタエレメントの使用方法では、フィルタエレメントとして、本発明のフィルタエレメント、すなわち不織布基材の厚さが６０℃の加熱によって厚さが５％以上増大するようにしたものを使用することが好ましい。以下、本発明のフィルタエレメントを使用する場合を例に挙げて説明する。

前述のように、本発明のフィルタエレメントは、６０℃の加熱によって厚さが５％以上増大する特性を有しているので、このフィルタエレメントを６０℃以上の温度雰囲気中で使用することにより、フィルタエレメントの寿命を延長することができるという利点がある。しかし、本発明のフィルタエレメントを実際に使用する際には、非人為的な温度雰囲気中で６０℃未満の温度雰囲気中で使用することがあり、例えば５０℃の温度雰囲気で一ヶ月間使用することがあり、このような６０℃未満の温度雰囲気中であっても、長時間であれば厚さが５％以上増大することがある。このような温度雰囲気とは、５０〜８０℃のいずれかの温度である。すなわち当該フィルタエレメントが曝される温度雰囲気が５０℃未満であると、不織布基材の厚さを５％以上増大させることができなくなる場合があり、８０℃以上の場合には、フィルタエレメントの構成部材が変形したり、変質したりする恐れがあるからである。また上述の不具合を生じることがなく、しかも確実に厚さが５％以上増大する効果を確保するためには、６０〜８０℃のいずれかの温度雰囲気であることが望ましい。

また、上記の５０〜８０℃のいずれかの温度としては、フィルタエレメントを構成する不織布基材に含まれる繊維を構成する熱可塑性樹脂の融点未満であることが好ましく、詳細には、前記熱可塑性樹脂からなる繊維の融点の中で最も低い融点よりも１０℃以下の温度であることが好ましく、３０℃以下の温度であることがより好ましく、５０℃以下の温度であることが更に好ましい。

ここで、加熱とは人為的に加熱することのみならず、非人為的に不織布基材を加熱することを意味している。例えばフィルタエレメントを剛性枠に装着してなるエアフィルタユニットを、自動車室内のエアコン内部に設置して、自動車を例えば夏の炎天化に放置することにより、非人為的に加熱することを含む。すなわち、５０〜８０℃のいずれかの温度雰囲気中で使用することを意味している。

なお、本発明の使用方法では、人為的に不織布基材を加熱して使用することも可能である。例えば、フィルタエレメントを剛性枠に装着してなるエアフィルタユニットを、家庭用空気清浄機や事務所用空調装置に設置して、エアフィルタとしてある程度使用して、塵埃が付着した後に、エアフィルタユニットを取外し、または設置したまま、フィルタエレメントを加熱した雰囲気中に曝すかまたは加熱空気を通過させることにより、不織布基材の厚さを回復させて使用することも可能である。

以上説明したように、本発明のフィルタエレメントは、熱可塑性樹脂からなる繊維を含む不織布基材がプリーツ加工されており、保形部材によってプリーツ形状が保持されてなるフィルタエレメントを、例えば５０〜８０℃のいずれかの温度雰囲気中で使用することにより、前記不織布基材の厚さを５％以上回復させて用いることができ、少なくとも使い始めから加熱されるまでの期間においては、圧力損失が少なくエネルギーコストの削減や高風量を確保することができ、ある程度の期間が経過した後に加熱されるか又は故意に加熱することにより、最終的には、高い除塵効率を保持しつつ、濾過寿命が長くなるという特性を有している。

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。

(不織布基材の厚さの試験方法)
加熱前、又は加熱後の不織布基材から１０ｃｍ角の試験片を切り取り、試験片を水平板の上に載置する。次いで、この試験片の上に質量が５０ｇの１０ｃｍ角の平板を載せて、水平板と平板の間の距離を測定する。測定に際しては、平板の４隅部と平板の各辺の中央部の合計８ヶ所で測定し、得られた値の平均値を不織布基材の厚さとする。なお、フィルタエレメントに加工された不織布基材の場合は、フィルタエレメントから不織布基材を取り出し、プリーツ形状の山部と谷部を除去し、セパレータがある場合は、セパレータも除去して、幾つかの小片となったものを合わせて１０ｃｍ角となるように配置したものを試験片とすることができる。

(不織布基材の濾過性能試験方法−質量法)
ＡＳＨＲＡＥ５２．１−１９９２に規定される試験方法において、風速０．２５ｍ／秒にて、圧力損失が２００ＰａになるまでＳＡＥ ＡＣ ＦＩＮＥダストを供給した後、粒子捕集平均効率（％）及び濾過寿命(粉塵捕集量)(ｇ／ｍ²)を求める。また、初期の圧力損失（Ｐａ）は風速０．１ｍ／秒にて測定した値を用いる。

(不織布基材の濾過性能試験方法−計数法)
ＪＩＳ Ｂ９９０８形式１に規定される試験方法において、風速０．１ｍ／秒にて、０．３μｍの大気塵を供給して、粒子捕集平均効率（％）を求める。

(フィルタエレメントの濾過性能試験方法−質量法〉
ＡＳＨＲＡＥ５２．１−１９９２に規定される試験方法において、風量５５０ｍ³／ｈｒにて、圧力損失が２００ＰａになるまでＳＡＥ ＡＣ ＦＩＮＥダストを供給した後、粒子捕集平均効率（％）及び濾過寿命(粉塵捕集量)（ｇ）を求める。また、初期の圧力損失（Ｐａ）は風量５５０ｍ³／ｈｒにて測定した値を用いる。

(実施例１)
芯成分が融点１６０℃のポリプロピレン樹脂であり。鞘成分が融点１４０℃のポリエチレン樹脂からなる複合繊維(繊度６．６デシテックス、繊維長６４ｍｍ)からなるステープル繊維８０質量％と、芯成分が融点１６０℃のポリプロピレン樹脂であり、鞘成分が融点１４０℃のポリエチレン樹脂からなる複合繊維(繊度２．２デシテックス、繊維長５１ｍｍ)からなるステープル繊維２０質量％とを混合して、カード機を使用して繊維ウェブを形成した。

次いで、この繊維ウェブをエアスルー型の乾燥機を用いて、１４０℃の熱風により、熱風通過速度６ｍ／秒の条件下で、加熱接着処理を行い、面密度８５ｇ／ｍ²で、厚さ１．３ｍｍの繊維接着ウェブを形成した。次いで、この繊維接着ウェブを別のエアースルー型の乾燥機を用いて、１３０℃の熱風により、熱風通過速度１０ｍ／秒の条件下で、加熱圧縮処理を行い、面密度８５ｇ／ｍ²で、厚さ１．０ｍｍの不織布基材を作製した。得られた不織布基材の濾過性能を評価した結果を表１に示す。

(実施例２）
芯成分が融点１６０℃のポリプロピレン樹脂であり、鞘成分が融点１４０℃のポリエチレン樹脂からなる複合繊維(繊度６．６デシテックス、繊維長６４ｍｍ)からなるステープル繊維１００質量％を用いて、カード機を使用して繊維ウェブを形成した。次いで、この繊維ウェブをエアスルー型の乾燥機を用いて、１４０℃の熱風により、熱風通過速度１０ｍ／秒の条件下で、加熱接着処理を行い、面密度８５ｇ／ｍ²で、厚さ１．４ｍｍの繊維接着ウェブを形成した。次いで、この繊維接着ウェブを別のエアスルー型の乾燥機を用いて、１３０℃の熱風により、熱風通過速度１０ｍ／秒の条件下で、加熱圧縮処理を行い、面密度８５ｇ／ｍ²で、厚さ１．１ｍｍの不織布基材を作製した。得られた不織布基材の濾過性能を評価した結果を表１に示す。

(実施例３)
芯成分が融点１６０℃のポリプロピレン樹脂であり、鞘成分が融点１４０℃のポリエチレン樹脂からなる複合繊維(繊度６．６デシテックス、繊維長６４ｍｍ)からなるステーブル繊維８０質量％と、芯成分が融点１６０℃のポリプロピレン樹脂であり、鞘成分が融点１４０℃のポリエチレン樹脂からなる複合繊維(繊度２．２デシテックス、繊維長５１ｍｍ)からなるステープル繊維２０質量％とを混合して、カード機を使用して繊維ウェブを形成した。次いで、この繊維ウェブをエアスルー型の乾燥機を用いて、１４０℃の熱風により、熱風通過速度６ｍ／秒の条件下で、加熱接着処理を行い、面密度８５ｇ／ｍ²で、厚さ１．３ｍｍの繊維接着ウェブを形成した。次いで、この繊維接着ウェブを別のエアスルー型の乾燥機を用いて、１３０℃の熱風により、熱風通過速度１０ｍ／秒の条件下で、加熱圧縮処理を行い、面密度８５ｇ／ｍ²で、厚さ１．０ｍｍの不織布基材を作製した。次いで、この不織布基材に、コロナ放電加工を行い、構成繊維がエレクトレット化した不織布基布を作製した。なお、使用した複合繊維は、前述の『油剤０．２〜０．６重量％が付着してなるポリオレフィン系熱接着繊維からなり、加熱処理による不織布化時および/または不織布化後の加熱処理で、不織布の油剤付着量が０．００１〜０．２重量％に減少し、油剤付着量の減少率が６０％以上となり得るポリオレフィン系熱接着繊維』である。得られた不織布基布の濾過性能を評価した結果を表１に示す。

（実施例４〜７）
実施例３と同様にして、繊維ウェブを形成し、次いで、この繊維ウェブをエアスルー型の乾燥機を用いて、１４０℃の熱風により、それぞれ熱風通過速度９ｍ／秒、７．５ｍ／秒、４ｍ／秒、２ｍ／秒の条件下で、加熱接着処理を行ない、それぞれ面密度８５ｇ／ｍ²で、厚さ１．０５ｍｍ、１．１５ｍｍ、１．５ｍｍ、１．６５ｍｍの繊維接着ウェブを形成したこと以外は実施例３と同様にして実施例４、５、６、７の不織布基布を作製した。得られた不織布基布の濾過性能を評価した結果を表１に示す。

(実施例８）
実施例１で得られた不織布基材に、ひだの高さが２９ｍｍ、ひだのピッチ(山間隔)が５ｍｍとなるようにブリーツ加工を施し、次いでプリーツの峰線方向と交叉する端面に、剛性のある不織布からなる保形部材をホツトメルトシートを介して貼り付けて、全体の大きさが保形部材側２２５ｍｍ×保形部材と垂直な側２３５ｍｍのフィルタエレメントを作製した。得られたフィルタエレメントの濾過性能を評価した結果を表３に示す。また、得られたフィルタエレメントに、風量５５０ｍ³／ｈｒの加熱空気（６０℃）を１００時間流した後の濾過性能を評価した結果も表３に示す。なお、自動車用エアコンでは、一般的に最大風量が５５０ｍ³／ｈｒであり、この実施例では不織布基材に対して面風速が約２５ｃｍ／秒に相当する。そして、この面風速が極めて小さい値であるため、不織布基材の厚さを圧縮する効果はなく、また不織布基材が厚さを回復することを妨げる効果もないことが確認されている。

(実施例９〜１３）
実施例３〜７で得られた不織布基材に、プリーツ加工を施したこと以外は、実施例８と同様にしてフィルタエレメントを作製した。得られたフィルタエレメントの濾過性能を評価した結果を表３及び４に示す。また、得られたフィルタエレメントに、風量５５０ｍ³／ｈｒの加熱空気（６０℃）を１００時間流した後の濾過性能を評価した結果も表３及び４に示す。

(比較例１)
実施例１と同様にして、繊維ウェブを形成し、次いで、この繊維ウェブをエアスルー型の乾燥機を用いて、１４０℃の熱風により。熱風通過速度６ｍ／秒の条件下で、加熱接着処理を行い、面密度８５ｇ／ｍ²で、厚さ１．３ｍｍの繊維接着ウェブを形成した後、この繊維接着ウェブに加熱圧縮処理は行なわず、この繊維接着ウエブ(面密度８５ｇ／ｍ²、厚さ１．３ｍｍ)を不織布基材とした。得られた不織布基材の濾過性能を評価した結果を表２に示す。

(比較例２)
実施例２と同様にして、繊維ウェブを形成し、次いで、この繊維ウェブをエアスルー型の乾燥機を用いて、１４０℃の熱風により、熱風通過速度１０ｍ／秒の条件下で、加熱接着処理を行い、面密度８５ｇ／ｍ²で、厚さ１．４ｍｍの繊維接着ウェブを形成した後、この繊維接着ウェブに加熱圧縮処理は行なわず、この繊維接着ウェブ(面密度８５ｇ／ｍ²、厚さ１．４ｍｍ)を不織布基材とした。得られた不織布基布の濾過性能を評価した結果を表２に示す。

(比較例３)
実施例３と同様にして、繊維ウェブを形成し、次いで、この繊維ウェブをエアスルー型の乾燥機を用いて、１４０℃の熱風により、熱風通過速度６ｍ／秒の条件下で、加熱接着処理を行い、面密度８５ｇ／ｍ²で、厚さ１．３ｍｍの繊維接着ウェブを形成した後、この繊維接着ウェブに加熱圧縮処理は行なわず、この繊維接着ウェブ(面密度８５ｇ／ｍ²、厚さ１．３ｍｍ)を不織布基材とした。次いで、この不織布基材にコロナ放電加工を行い、構成繊維がエレクトレット化した不織布基材を作製した。得られた不織布基材の濾過性能を評価した結果を表２に示す。

（比較例４〜７）
実施例３と同様にして、繊維ウェブを形成し、次いで、この繊維ウェブをエアスルー型の乾燥機を用いて、１４０℃の熱風により、それぞれ熱風通過速度９ｍ／秒、７．５ｍ／秒、４ｍ／秒、２ｍ／秒の条件下で、加熱接着処理を行ない、それぞれ面密度８５ｇ／ｍ²で、厚さ１．０５ｍｍ、１．１５ｍｍ、１．５ｍｍ、１．６５ｍｍの繊維接着ウェブを形成した後、これらの繊維接着ウェブに加熱圧縮処理は行わず、これらの繊維接着ウェブを不織布基材とした。次いで、これらの不織布にコロナ放電加工を行い、構成繊維がエレクトレット化した不織布基材を作製した。得られた不織布基材の濾過性能を評価した結果を表２に示す。

(比較例８)
比較例１で得られた不織布基材に、プリーツ加工を施したこと以外は、実施例８と同様にしてフィルタエレメントを作製した。得られたフィルタエレメントの濾過性能を評価した結果を表２に示す。また、得られたフィルタエレメントに、風量５５０ｍ³／ｈｒの加熱空気（６０℃）を１００時間流した後の濾過性能を評価した結果も表５に示す。

(比較例９〜１３)
比較例３〜７で得られた不織布基材に、プリーツ加工を施したこと以外は、実施例８と同様にしてフィルタエレメントを作製した。得られたフィルタエレメントの濾過性能を評価した結果を表５及び６に示す。また、得られたフィルタエレメントに、風量５５０ｍ³／ｈｒの加熱空気（６０℃）を１００時間流した後の濾過性能を評価した結果も表５及び６に示す。

表１〜６から明らかなように、実施例８〜１３のフィルタエレメントは、６０℃に加熱される前の状態では、初期圧力損失が少なく、６０℃に加熱された後には濾過寿命が長くなっていることが分かる。このように、本発明のフィルタエレメントは、少なくとも使い始めから加熱されるまでの期間においては、圧力損失が少なくエネルギーコストの削減や高風量を確保することができ、ある程度の期間が経過した後に非人為的に又は人為的に加熱することにより、最終的には、高い除塵効率を保持しつつ、濾過寿命が長くなるという特性を有している。

本発明のフィルタエレメントの一例を示す斜視図である。また、保形部材を矢印Ａの方向に装着する態様を例示する図である。 本発明のフィルタエレメントの要部拡大図である。 本発明のフィルタエレメントの模式断面図である。

符号の説明

１０ ・・・フィルタエレメント
１１ ・・・不織布基材
１２ａ・・・保形部材
１２ｂ・・・保形部材
１３ ・・・ひだ
１４ ・・・セパレータ

Claims (8)

1. 熱可塑性樹脂からなる繊維を含む不織布基材がプリーツ加工されており、保形部材によってプリーツ形状が保持されてなるフィルタエレメントであって、
   前記不織布基材の厚さが６０℃の加熱によって５％以上増大することを特徴とするフィルタエレメント。
2. 不織布基材の厚さが６０℃の加熱によって５〜６５％増大す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。
3. 不織布基材の濾過性能は、ＡＳＨＲＡＥ ５２．１−１９９２に規定される試験方法において、ＳＡＥ ＡＣ ＦＩＮＥ ダストを用いて、質量法により評価すると、試験条件が風速０．２５ｍ／秒の時に、粒子捕集平均効率が５０〜９９％である請求項１または２に記載のフィルタエレメント。
4. 不織布基材が帯電加工されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のフィルタエレメント。
5. 下記式により算出した開口率ａが１０〜８０％であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のフィルタエレメント。
   式 ａ＝（１−２Ｔ／Ｐ）×１００
   尚、式中のＰはプリーツの山間隔（ｍｍ）、Ｔは不織布基材の厚さ（ｍｍ）である。
6. ６０℃の加熱後のフィルタエレメントの塵埃保持容量が、加熱前の塵埃保持容量に対して５％以上増大することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のフィルタエレメント。
7. 熱可塑性樹脂からなる繊維を含む繊維ウェブに、熱可塑性樹脂の融点以上の加熱空気を通過させることにより、前記繊維ウェブの構成繊維相互を結合した後、前記繊維ウェブが圧縮状態となるように、前記加熱空気の通過速度を超える速度で前記熱可塑性樹脂の融点未満の温度の加熱空気を前記繊維ウェブに通過させることにより、不織布基材を形成し、この後、前記不織布基材をプリーツ加工し、さらに保形部材によって前記不織布基材のプリーツ形状を保持することを特徴とするフィルタエレメントの製造方法。
8. 熱可塑性樹脂からなる繊維を含む不織布基材がプリーツ加工されており、保形部材によってプリーツ形状が保持されてなるフィルタエレメントを、５０〜８０℃のいずれかの温度雰囲気中で使用することにより、前記不織布基材の厚さを５％以上回復させて用いることを特徴とするフィルタエレメントの使用方法。

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