JP2008284510A

JP2008284510A - フィルタユニットおよびその製造方法

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Publication number: JP2008284510A
Application number: JP2007133916A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Mori; 将明森; Eizo Kawano; 栄三川野
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2007-05-21
Filing date: 2007-05-21
Publication date: 2008-11-27
Anticipated expiration: 2027-05-21
Also published as: JP5013960B2

Abstract

【課題】ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）多孔質膜および通気材を含むフィルタ濾材と枠体とを有するフィルタユニットにおいて、フィルタ濾材と枠体との接着力が良好であり、かつフィルタ濾材の変形が抑制されたフィルタユニットを提供する。
【解決手段】ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜および前記多孔質膜を挟持するように配置された２枚のポリエステル通気材を含み、当該２枚のポリエステル通気材が、両表面においてそれぞれ露出しているフィルタ濾材３と、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂またはポリカーボネート樹脂が成形されてなり、前記フィルタ濾材を支持する枠体４と、を有するフィルタユニット５とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、インサート成形によってフィルタ濾材と樹脂枠とを一体化して製造されるフィルタユニットおよびその製造方法に関し、さらに詳しくは、そのようなフィルタユニットであってポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）多孔質膜をフィルタ濾材に用いたフィルタユニットおよびその製造方法に関する。

一般に、粉塵の捕集効率を高めた高性能サイクロン式掃除機などのフィルタには、ＰＴＦＥ多孔質膜を用いた濾材、ガラス繊維にバインダーを加えて抄紙した濾材（ガラス濾材）、メルトブローン不織布をエレクトレット化した濾材（エレクトレット濾材）が使用されている。これらの濾材は、プリーツ加工後、シール材で樹脂枠に固定したり、インサート成形により樹脂枠と一体化されて、フィルタユニットに加工される。

ＰＴＦＥ多孔質膜を用いた掃除機用のフィルタ濾材については、ポリエチレン不織布、ポリエチレンとポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）との複合不織布などの通気材が支持体として、ＰＴＦＥ多孔質膜の片面（下流側）に積層されているのが通常である（例えば、特許文献１および２参照）。
特開２００５−２７９５０３号公報特開２００５−２７９５０５号公報

上記のような濾材をインサート成形してフィルタユニットを製造する場合、枠体用の樹脂に、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）樹脂、ポリカーボネート樹脂等のポリオレフィンとの相溶性が悪い樹脂を使用すると、通気材と枠体との接着力が弱いという問題があった。一方、インサート成形では、樹脂を融点以上の温度に加熱して金型に流し込んだ後、冷却して成形するため、枠体用の樹脂にポリオレフィンとの相溶性のよい樹脂（ポリプロピレンなど）を用いた場合には、枠体用樹脂の収縮により、フィルタ濾材が変形しやすいという問題があった。

そこで本発明は、ＰＴＦＥ多孔質膜および通気材を含むフィルタ濾材と枠体とを有するフィルタユニットにおいて、フィルタ濾材と枠体との接着力が良好であり、かつフィルタ濾材の変形が抑制されたフィルタユニットを提供することを目的とする。

本発明は、ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜および前記多孔質膜を挟持するように配置された２枚のポリエステル通気材を含み、当該２枚のポリエステル通気材が、両表面においてそれぞれ露出しているフィルタ濾材と、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂またはポリカーボネート樹脂が成形されてなり、前記フィルタ濾材を支持する枠体と、を有するフィルタユニットを提供する。

また本発明は、その別の側面から、フィルタ濾材および枠体を有するフィルタユニットの製造方法であって、ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜および前記多孔質膜を挟持するように配置された２枚のポリエステル通気材を含み、当該２枚のポリエステル通気材が、両表面においてそれぞれ露出しているフィルタ濾材に、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂およびポリカーボネート樹脂から選ばれる枠体用樹脂をインサート成形により一体化して枠体を形成する、フィルタユニットの製造方法を提供する。

従来、フィルタ濾材の通気材は、ポリエチレン不織布、ポリエチレンとＰＥＴとの複合不織布などであり、ＡＢＳ樹脂またはポリカーボネート樹脂でインサート成形した場合には、通気材に用いられている樹脂と枠体樹脂との相溶性が悪いがために、接着力が弱いものであった。また、枠体の樹脂を、通気材に用いられている樹脂と相溶性のよいもの（例、ポリプロピレン）とした場合には、フィルタ濾材の変形が起こり得るものであった。しかし、本発明のフィルタユニットは、ＡＢＳ樹脂およびポリカーボネート樹脂と相溶性のよいＰＥＴ等のポリエステルが通気材としてフィルタ濾材の両表面に配置されているために、フィルタ濾材と枠体との接着力に優れるものである。さらに、ポリエステル通気材は剛性が高く、また枠体樹脂も線膨張係数が低いために、フィルタ枠体の歪みおよびフィルタ濾材の歪みが極めて起こりにくいものである。従って、本発明は、ポリエステル通気材と、特定種類の枠体樹脂との組み合わせの相乗効果によって、フィルタ濾材と枠体との接着力が良好であり、かつフィルタ濾材の変形が抑制されたフィルタユニットを提供するものであり、本発明のフィルタユニットは、掃除機用のフィルタユニットに好適である。

本発明においてフィルタ濾材に用いられるＰＴＦＥ多孔質膜としては、公知のフィルタ濾材に用いられているＰＴＦＥ多孔質膜、またはそれと同等以上のフィルタ特性を有するものを使用することができ、例えば、以下のようにして製造することができる。また市販品を用いてもよい。

まず、ＰＴＦＥファインパウダーに液状潤滑剤を加えたペースト状の混和物を予備成形する。液状潤滑剤は、ＰＴＦＥファインパウダーの表面を濡らすことができ、抽出や加熱により除去できるものであれば特に制限されず、例えば、流動パラフィン、ナフサ、ホワイトオイルなどの炭化水素を使用することができる。液状潤滑剤の添加量は、ＰＴＦＥファインパウダー１００重量部に対して５〜５０重量部程度が適当である。上記予備成形は、液状潤滑剤が絞り出されない程度の圧力で行う。

次に、予備成形体をペースト押出または圧延によってシート状に成形し、このＰＴＦＥシート体を少なくとも一軸方向に延伸してＰＴＦＥ多孔質膜を得る。なお、ＰＴＦＥシート体の延伸は、液状潤滑剤を除去してから行うのが望ましい。延伸倍率は、特に規定されるものではなく、圧力損失と捕集効率に応じて適宜設定すればよい。延伸ムラや延伸時の破断などを考慮すると、面積延伸倍率（一軸方向の延伸倍率とそれに垂直方向の延伸倍率の積算）は、５０〜９００倍が好ましい。

ＰＴＦＥ多孔質膜については、平均孔径が０．０１〜５μｍであることが好ましく、平均繊維径は０．０１〜０．３μｍが好ましく、５．３ｃｍ／秒の流速で空気を透過させるときの圧力損失は１０〜２９５Ｐａが好ましい。

ＰＴＦＥ多孔質膜は、通常、平均孔径が０．０１〜５μｍ程度の多孔質膜であるため、白色に映る。通気材の一般的なグレードも白色であるが、これらが着色されていてもよい。着色する方法としては、特に限定はないが、顔料を練りこむ方法、染料によって染める方法、印刷による方法などが挙げられる。

通気材に顔料を練り込む場合は、通気材原料の樹脂を溶融状態にして混練するのが一般的である。また、ＰＴＦＥ多孔質膜に顔料を練りこむ場合は、ＰＴＦＥファインパウダーに顔料と液状潤滑剤を加えてペースト状の混和物にすればよい。さらに、導電性などの他の機能を発現させるために、複数の材料を練りこんでもよい。染料によって染める場合は、ＰＴＦＥ多孔質膜あるいは通気材のそれぞれを染料に浸漬してもよいし、ＰＴＦＥ多孔質膜および通気材を積層したフィルタ濾材を染料に浸漬してもよい。印刷する場合は、グラビア印刷などが一般的である。また、通気材を着色する際に、抗菌剤、撥水剤などを添加してもよい。

ポリエステル通気材は、フィルタ濾材としたときに必要な通気性を有する限りその種類には特に制限はなく、その形態としては、例えば、不織布、メッシュ（網目状ネット）、多孔質膜などが挙げられる。これらのうち、強度、捕集性、柔軟性および作業性の観点から、不織布が好ましい。また、ポリエステル通気材としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）通気材、特にＰＥＴ不織布が好ましい。

ＰＥＴ不織布の目付け量としては、１０〜２００ｇ／ｍ²が好ましい。

ポリエステル通気材の圧力損失は、空気を５．３ｃｍ／秒の線速で透過させるときに、１００Ｐａ以下であることが好ましく、より好ましくは５０Ｐａ以下である。

本発明において、フィルタ濾材は、ＰＴＦＥ多孔質膜および前記多孔質膜を挟持するように配置された２枚のポリエステル通気材を含むものであり、当該２枚のポリエステル通気材は、両表面においてそれぞれ露出するように配置されている（すなわち、使用時にフィルタ濾材の最上流側と最下流側となる位置に配置されている）。２枚のポリエステル通気材を用いると、フィルタ濾材の強度が十分なものとなり、さらにフィルタ濾材が枠体樹脂と接触する部分である、フィルタ濾材の両表面に、ポリエステル通気材が配置されることにより、フィルタユニットはフィルタ濾材と枠体との密着性に優れるものとなる。

フィルタ濾材の構成の一例を図１に示す。図１では、ＰＴＦＥ多孔質膜１の両表面上にポリエステル通気材２が積層されている。フィルタ濾材３が３層構造であるため、２枚のポリエステル通気材２は、フィルタ濾材の両表面に位置している。フィルタ濾材が５層構造であった場合には、例えば、ポリエステル通気材／ＰＴＦＥ多孔質膜／ポリエステル通気材／ＰＴＦＥ多孔質膜／ポリエステル通気材という順で積層された濾材であってもよい。

フィルタ濾材は、例えば、ＰＴＦＥ多孔質膜にポリエステル通気材を単に重ね合わせたものであってもよいし、ＰＴＦＥ多孔質膜にポリエステル通気材を、接着剤ラミネート、熱ラミネート等により接着または溶着させたものであってもよい。熱ラミネートにおいては、通気材の一部を加熱により溶融させて接着積層させてもよいし、ホットメルトなどの融着剤を介在させて接着積層させてもよい。

フィルタ濾材の厚さは、実用的なフィルタ特性を有する限り特に限定されないが、０．０５〜１ｍｍが好ましい。

フィルタ濾材は、通常、プリーツ形状に加工される。プリーツ形状は、通常、連続したＷ字状であるが、これに限られない。フィルタ濾材の大きさ、プリーツの山高さは、フィルタユニットの用途に応じて適宜設定すればよい。プリーツ加工は、レシプロ方式、ロータリー方式等の手法で行えばよい。

このように構成されたフィルタ濾材は、水で洗浄しても性能劣化することがないため、超音波洗浄などにより洗浄可能である。

前記フィルタ濾材を支持する枠体は、ＡＢＳ樹脂またはポリカーボネート樹脂が成形されたものである。これらの樹脂は、線膨張係数が１０×１０^-5／℃以下であり、インサート成形時の熱収縮が小さいため、フィルタユニットの歪み防止、フィルタ濾材の変形防止に最適である。フィルタユニットの枠体は、これらの樹脂以外に、無機充填剤、顔料、抗菌剤、各種安定剤等を含んでいてもよい。

本発明のフィルタユニットは、公知のフィルタユニットと同様の構成とすればよく、例えば、図２に示すように、プリーツ加工済みのフィルタ濾材３の外周に枠体４が配置されて、枠体４がフィルタ濾材３を支持している構成のフィルタユニット５とすることができる。

本発明のフィルタユニットについて、圧力損失は、エネルギー効率の面から、空気の流量が２ｍ³／分である場合に、１５００Ｐａ以下であることが好ましい。捕集効率は、フィルタユニットの用途に応じて適宜最適なものを選定すればよいが、粒径０．３〜０．５μｍの粒子を５．３ｃｍ／秒の線速で透過させるときの捕集効率が、９０％以上であることが好ましく、９９％以上であることがより好ましい。

本発明のフィルタユニットは、好ましくは、インサート成形によりフィルタ濾材と枠体とが一体化したものである。具体的には、例えば、インサート成形により、フィルタ濾材の端部を樹脂が取り囲んで枠体が形成されたものである。

本発明のフィルタユニットは、例えば、ＰＴＦＥ多孔質膜および前記多孔質膜を挟持するように配置された２枚のポリエステル通気材を含み、当該２枚のポリエステル通気材が、両表面においてそれぞれ露出しているフィルタ濾材に、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂およびポリカーボネート樹脂から選ばれる枠体用樹脂をインサート成形により一体化して枠体を形成することにより、製造することができる。具体的には、型にフィルタ濾材を装填し、融点以上に加熱した枠体用樹脂を型内に注入後、当該樹脂の融点未満に冷却することにより、フィルタ濾材に一体化した枠体を形成して製造することができる。

本発明のフィルタユニットは、常法に従い、掃除機（特にサイクロン式掃除機）用フィルタユニットとして好適に用いることができる。また、空気清浄機用等のフィルタユニットとしても使用可能である。

以下、実施例および比較例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

実施例１
面積延伸倍率が６００倍のＰＴＦＥ多孔質膜の両面に、ＰＥＴ不織布（目付量６０ｇ／ｍ²、厚み０．２０ｍｍ）を、ポリオレフィン系ホットメルトを用いて積層して３層構造のフィルタ濾材を得た。このフィルタ濾材を、幅１２０ｍｍ、山高さ２０ｍｍでプリーツ加工した（１２０ｍｍ×１４３ｍｍ×３１山）。その後、１５０ｔ縦型成形機を用いて、フィルタ濾材を装填した型内にＡＢＳ樹脂（線膨張係数７．４×１０^-5／℃）を射出してインサート成形し、図２のような構造を有するフィルタユニットを得た。成形条件は、射出圧７０％、冷却温度５０℃、冷却時間２０秒、保圧１０％とした。

得られたフィルタユニットの外観を目視で観察した。観察項目は、フィルタユニットのフィルタ濾材と枠体の接着点の剥がれ（６２箇所）、プリーツ山の歪み（３１箇所）およびフィルタユニットの歪みとした。フィルタユニットの構成と観察結果を表１に示す。

比較例１
面積延伸倍率が６００倍のＰＴＦＥ多孔質膜の両面に、ポリエチレン（ＰＥ）不織布（目付量６０ｇ／ｍ²、厚み０．２０ｍｍ）を、ポリオレフィン系ホットメルトを用いて積層して３層構造のフィルタ濾材を得た。このフィルタ濾材を、幅１２０ｍｍ、山高さ２０ｍｍでプリーツ加工した（１２０ｍｍ×１４３ｍｍ×３１山）。その後、１５０ｔ縦型成形機を用いて、フィルタ濾材を装填した型内にＡＢＳ樹脂（線膨張係数７．４×１０^-5／℃）を射出してインサート成形し、図２のような構造を有するフィルタユニットを得た。成形条件は、射出圧７０％、冷却温度５０℃、冷却時間２０秒、保圧１０％とした。

得られたフィルタユニットの外観を、実施例１と同様に目視で観察した。フィルタユニットの構成と観察結果を表１に示す。

比較例２
面積延伸倍率が６００倍のＰＴＦＥ多孔質膜の両面に、ポリエチレン不織布（目付量６０ｇ／ｍ²、厚み０．２０ｍｍ）を、ポリオレフィン系ホットメルトを用いて積層して３層構造のフィルタ濾材を得た。このフィルタ濾材を、幅１２０ｍｍ、山高さ２０ｍｍでプリーツ加工した（１２０ｍｍ×１４３ｍｍ×３１山）。その後、１５０ｔ縦型成形機を用いて、フィルタ濾材を装填した型内にポリプロピレン（ＰＰ）樹脂（線膨張係数１１×１０^-5／℃）を射出してインサート成形し、図２のような構造を有するフィルタユニットを得た。成形条件は、射出圧７０％、冷却温度５０℃、冷却時間２０秒、保圧１０％とした。

実施例１は、ＰＥＴ不織布を通気材に用いているため、フィルタ濾材と枠体との間に剥がれは発生せず、フィルタ歪みも見られなかった。比較例１は、ＡＢＳ樹脂と相溶性の悪いＰＥ不織布が用いられたため、フィルタ濾材と枠体との間に剥がれが発生した。比較例２は、ＰＥ不織布と、ＰＥ不織布と相溶性のよいＰＰ樹脂の枠体との組み合わせであり、フィルタ濾材と枠体との間に剥がれは発生しなかったが、ＰＰ樹脂の収縮のため、フィルタユニットに歪みが生じた。

また、実施例１は、剛性の高いＰＥＴ不織布を用いているため、プリーツ歪みも少ない。一方、比較例１は、ＰＥ不織布の剛性が低いため、プリーツ歪みが数多く発生した。また、比較例２は、剛性の低いＰＥ不織布が使用されたことに加え、ＰＰ樹脂の収縮もあって、さらに多くのプリーツ歪みが発生した。

本発明のフィルタユニットは、掃除機（例、サイクロン式掃除機など）用として好適であり、また、空気清浄機、空調機、自動車のエアクリーナー等にも使用可能である。

本発明のフィルタユニットに使用されるフィルタ濾材の構成の一例を示す図である。本発明のフィルタユニットの構成の一例を示す図である。

符号の説明

１ＰＴＦＥ多孔質膜
２ポリエステル通気材
３フィルタ濾材
４枠体
５フィルタユニット

Claims

ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜および前記多孔質膜を挟持するように配置された２枚のポリエステル通気材を含み、当該２枚のポリエステル通気材が、両表面においてそれぞれ露出しているフィルタ濾材と、
アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂またはポリカーボネート樹脂が成形されてなり、前記フィルタ濾材を支持する枠体と、を有するフィルタユニット。
インサート成形により前記フィルタ濾材と前記枠体とが一体化したものである請求項１に記載のフィルタユニット。
前記ポリエステル通気材が、ポリエチレンテレフタレート通気材である請求項１または２に記載のフィルタユニット。
前記ポリエチレンテレフタレート通気材が、ポリエチレンテレフタレート不織布である請求項３に記載のフィルタユニット。
前記ポリエチレンテレフタレート不織布の目付量が、１０〜２００ｇ／ｍ²である請求項４に記載のフィルタユニット。
フィルタ濾材および枠体を有するフィルタユニットの製造方法であって、
ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜および前記多孔質膜を挟持するように配置された２枚のポリエステル通気材を含み、当該２枚のポリエステル通気材が、両表面においてそれぞれ露出しているフィルタ濾材に、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂およびポリカーボネート樹脂から選ばれる枠体用樹脂をインサート成形により一体化して枠体を形成する、フィルタユニットの製造方法。