JP2010214272A - エアフィルターユニットおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のプリーツ濾材が連結され、かつ高風量のエアー処理においても連結部からエアーのリークを起こすことのないエアフィルターユニットおよびこのエアフィルターユニットを容易に製造できる方法を提供する。
【解決手段】少なくとも２個のプリーツ濾材がプリーツ濾材の長さ方向に隣接して配置されたフィルターユニットであって、各プリーツ濾材が互いに隣接する箇所において各プリーツ濾材のプリーツの半山以下が重ね合わされて連結され、かつ該プリーツ濾材の少なくとも一方がエレクトレット素材からなることを特徴とするエアフィルターユニット。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば空気清浄機、ビル空調システムや自動車キャビン空間用集塵エレメントに好適に用いることができるエアフィルターおよびその製造方法に関する。

従来、フィルターユニットにおいては１個のプリーツ濾材を用いる場合が多いが、複数個や複数種のプリーツ濾材を用いたフィルターユニットも提案されている。

例えば、複数個のプリーツ濾材を使用したフィルターユニットとして、それぞれのプリーツ濾材が耐熱性樹脂フィルムからなる枠材と一体化されたフィルターユニットを、プリーツ折り線に平行になるよう枠材同士を熱接着により連結した複合性フィルターユニットが提案されている（特許文献１）。複数個のフィルターユニットを連結すれば中型や大型のフィルターユニットを得ることができるとしている。しかしながら、この複合性フィルターユニットにおいてはそれぞれのプリーツ濾材に熱接着性のある枠材を使用する必要があり、コストが大幅に上昇する欠点がある。また、それぞれのプリーツ濾材に枠材を接着させてフィルターユニットとしてから複合ユニット化するため、加工に手間がかかり好ましくない。

また、複数種のプリーツ濾材を用いたフィルターユニットとして、濾過性能の異なる2種類以上のプリーツ濾材がフィルタ本体の円周方向に並列に配置され、互いに隣接する箇所のプリーツ端部同士を接合したものが提案されている（特許文献２）。しかしながら、このフィルターユニットにおいては、プリーツ端部を接合用の濾紙で接合しており、当該接合部からエアーのリークが起こり易い。また接合には接着剤などを使用することが必要となり、加工性が悪くなるため好ましくない。

したがって、エアーのリークが少なく、コストや加工性に優れた、複数個や複数種のプリーツ濾材を用いたフィルターユニットが望まれている。

一方、プリーツ濾材を連結する技術として、円筒状に配置した１個のプリーツ濾材の両端部が少なくとも１山、好ましくは２〜５山重ね合わせられ摩擦力のみにより接触されているフィルターユニットおよびその製造方法が提案されている（特許文献３）。しかしながら、この技術は円筒状のフィルターユニットに限定される上、プリーツ山を重ねることによる濾材の圧損上昇などのロスが大きい。また、例えば０．３ミクロン粒子のような微細塵において８０％以上といった高い捕集効率が求められる場合、濾過材には濾過表面積の大きいものが使用されるが、そのような濾材は一般的に平滑性が高いため、重ね合わせの接触が摩擦力のみでは、特に高風速の処理において不十分である。

特開平０８−２６６８４２号公報 特開平０８−１０８０１４号公報 特開平０９−１９６１６号公報

本発明は、かかる従来技術の欠点を解消し、複数のプリーツ濾材が連結され、かつ高風量のエアー処理においても連結部からエアーのリークを起こすことのないエアフィルターユニットおよび上記したエアフィルターユニットを容易に製造できる方法を提供せんとするものである。

本発明は、かかる課題を解決するために、次の(１)〜（３）のいずれかの手段を採用する。

（１）少なくとも２個のプリーツ濾材がプリーツ濾材の長さ方向に隣接して配置されたフィルターユニットであって、各プリーツ濾材が互いに隣接する箇所において各プリーツ濾材のプリーツの半山以下が重ね合わされて連結され、かつ該プリーツ濾材の少なくとも一方がエレクトレット素材からなることを特徴とするエアフィルターユニット。
（２）重ね合わせた部分においてエアー上流側に位置するプリーツ濾材がエレクトレット素材からなるプリーツ濾材であることを特徴とする前記（１）に記載のエアフィルターユニット。
（３）エレクトレット素材からなるプリーツ濾材ともう１個のプリーツ濾材とをプリーツ濾材の長さ方向に隣接して配置し、隣接する互いのプリーツ濾材端部のプリーツの半山以下を、エレクトレット濾材がエアー上流側に配置されるよう重ね合わせることを特徴とするエアフィルターユニットの製造方法。

本発明のエアフィルターユニットによれば、複数のプリーツ濾材を連結する際に発生する濾過面積の損失を最小限に抑えることができ、かつエアーによって接合部の上流側の濾材が下流側の濾材に密接される際、濾材間の摩擦力に加えエレクトレットによる接合力が生じるため、連結部が分離することなくエアーのリークを発生させない効果を奏する。

本発明における連結の形態の一例の概略図（上：斜視図、下：断面図）である。 連結部において段差を生じさせないための連結の形態の一例の概略図である。 本発明の連結の形態の別の一例の概略図である。 本発明のエアフィルターユニットの一例の概略図である。

本発明は、前記課題、すなわち複数のプリーツ濾材を連結してなるフィルターにおいて、簡易な構造でありながら連結によって生じる圧損上昇や接合部からのリーク防止について鋭意検討した結果、到達したものである。以下、本発明について詳細に説明する。

まず、本発明におけるエアフィルターユニットは、少なくとも２個のプリーツ濾材から構成されるものである。ユニットを構成するプリーツ濾材の個数としては、希望するフィルター性能を達成するために必要な個数を用いればよく、特に指定されるものではないが、生産性等を考慮して２〜４個が好ましい。

また、ここでいうプリーツ濾材とは、平板状の濾材に山谷状のヒダ（プリーツ）が加工されたものを示す。該プリーツ濾材は、隣接するプリーツ山間のピッチを固定するセパレーターを使用してもよい。この場合のセパレーターとしては、樹脂をプリーツのピッチに合うように櫛刃状に成形したものや、ポリオレフィン系樹脂などを溶融させたものを平板の濾材上に濾材のプリーツ方向に連続もしくは断続的に塗布し、そこから濾材を折り込んで樹脂同士を接着・固化させてピッチを固定するものなど任意の方法を用いることができる。

また、本発明のプリーツ濾材における山の高さとしては、プリーツ濾材同士の連結加工の作業性などから１５〜７０mmの範囲であることが好ましい。また、隣接するプリーツ濾材との山高さの差異としては、２ｍｍ以内であることが好ましい。なお、山の高さとはプリーツの山の頂点から谷底までの高さを言う。

また、本発明におけるプリーツのピッチとしては、２．５〜７．５ｍｍの範囲であることが好ましい。ここで、プリーツのピッチとはプリーツの山の頂点から山の頂点までの距離を言う。

また、ここでいう濾材とは、空気や排気ガスといった気体と通過させることにより、気体に含有される粒子を捕集し除去する目的で用いられる部材を示す。

本発明における濾材の素材としては、不織布、織物、ニットや微多孔膜を用いることが好ましく、メルトブロー不織布を含むものがより好ましい。また、その素材としては合成樹脂、合成繊維、天然繊維、無機繊維、金属繊維などを用いることが好ましく、ポリプロピレン樹脂もしくはポリプロピレン繊維を含むことがより好ましい。

また、本発明の濾材はカビ菌やアレルギー物質などを除去する高機能付与がされたものでもよいし、活性炭などの多孔質粒子を添着もしくは挟み込みによって含むものであってもよい。

本発明のエアフィルターユニットを構成するプリーツ濾材には、他方のプリーツ濾材がプリーツ濾材の長さ方向に隣接して配置される。配置方向がプリーツ濾材の巾方向であると、全てのプリーツ山を重ねるか、もしくは連結に必要な接触面を設けてから連結する必要があり、作業工程が増え生産性が低下するため好ましくない。

また、本発明においてプリーツ濾材と連結する他方のプリーツ濾材の巾方向の寸法は一致していることが好ましく、連結する際に隣接する他方のプリーツ濾材と巾方向にズレがないことが好ましい。なお、本発明においてプリーツ濾材の長さ方向及び巾方向とは図１に示すとおりであり、プリーツ濾材の長さ方向とはプリーツ折りにより山及び谷のできる方向を、巾方向とは山の稜線の方向をいう。

本発明のエアフィルターユニットにおいて重要なポイントは、連結するプリーツ濾材の少なくとも一方がエレクトレット濾材であり、互いに隣接する箇所において、プリーツの半山以下が重ね合わされていることである。

まず、プリーツの半山以下が重ね合わされることについてであるが、プリーツの半山とは図１に示すようなプリーツ加工された山の片辺（ヒダの１辺）を示す。即ち、プリーツ濾材が互いのプリーツの山の片辺同士で重なり合わされて連結されている。プリーツ濾材の重なりが半山を超えると、重なり部の濾材ロスが大きく、フィルターユニットの圧損上昇を引き起こすため好ましくなく、逆にプリーツ濾材の重なりが無いと、連結時の接触力が弱く、高風量のエアー処理時に連結が外れてエアーのリークを引き起こしてしまうため好ましくない。

また、図２に示すとおり、連結部においてはプリーツ濾材はもう一方の濾材と重なるため、山の片辺の長さがその厚みの分だけ山高さ方向にズレ（段差）を生じることがある。そうならないよう、例えば連結部にあたるプリーツ濾材の半山のうち、適当な長さをカットするなどしてズレが生じないようにしても良い。

さらに、本発明におけるエアフィルターユニットにおいては、連結されたプリーツ濾材のいずれか一方がエレクトレット素材からなるプリーツ濾材であることが重要である。エレクトレット素材からなるプリーツ濾材を重ね合わせることにより、連結部の接触力が濾材同士の摩擦力に加えエレクトレットによる接合力が生じる。そのため、プリーツの半山以下という少ない接触面においても、連結部に接着剤や接合用濾紙などを使用しなくても十分な接触力が得られ、高風速下においてもエアーのリークを生じさせることがない。逆にエレクトレット素材を使用しないと、半山以下の接触面では接合力が不十分であり、エアーのリークが起こりやすくなるため好ましくない。また、エレクトレット素材としては、メルトブロー不織布が好ましく、特に不織布の繊維径として０．５〜６．５μｍの範囲にピークがあるものであれば、摩擦力が大きく、かつエレクトレットによる繊維1本1本への帯電効果が大きいためより好ましい。

また、本発明のエアフィルターユニットにおいて、エレクトレット素材からなるプリーツ濾材は図３のようにエアフィルターユニットのエアー上流側に配置されていることが好ましい。エアー上流側に配置されているものであれば、エアー処理時の風圧によって濾材が変形する際に、連結部のエレクトレット素材からなるプリーツ濾材が下流の他方のプリーツ濾材に押し付けられる形になり、より接触力が高められるためである。

本発明におけるエレクトレット素材とは、濾材として用いられる素材の表面および内部に電荷を付与したもの、いわゆるエレクトレット加工を施したものをいい、電荷を付与する方法としては不織布シートにコロナ放電法、純水サクション法、摩擦帯電法といった公知の方法から任意に選択することができる。

本発明におけるエアフィルターユニットとは、少なくともプリーツ濾材及び枠体からなる空気もしくは各種ガスの浄化体を示すが、その他の部材を含んでいてもよい。その他の部材とは、濾材の上下流に配置され、濾材の目詰まりを防止するためのプレフィルター、カビ菌やアレルギー物質を除去する高機能シート、活性炭などの脱臭剤によって構成された脱臭フィルターなどを示す。

本発明におけるエアフィルターユニットの形状としては、特に指定されるものではなく従来の矩形型、円筒型いずれにおいても使用可能であるが、間口面積を広く取れる矩形型とすることがより好ましい。

本発明のエアフィルターユニットの製造方法は、エレクトレット素材からなるプリーツ濾材と少なくとももう1個のプリーツ濾材を用い、エレクトレット素材からなるプリーツ濾材に連結する他方のプリーツ濾材をプリーツ濾材方向に隣接して配置し、隣接する互いのプリーツ濾材端部のプリーツの半山同士を、エレクトレット素材がエアー上流に配置されるよう重ね合わせるものである。重ね合わせた連結部には接着剤や接合用濾紙などは使用しない。プリーツ濾材を３個以上使用する場合は前記作業を繰り返すことになるが、注意することは、隣接する互いのプリーツ濾材のうち少なくとも一方はエレクトレット素材からなるプリーツ濾材とすることである。重ね合わせた後、プリーツ濾材の側面に枠体を配置するが、枠体との接合においては接着剤等を使用してもよい。また、必要により、その他の部材を配置する。なお、枠体やその他の部材については、公知の形状、素材のものを使用することができる。

以下、実施例によって本発明の作用効果をより具体的に示すが、本発明は下記実施例のみに限定されるものではない。

［測定方法］
（１）圧力損失（ΔＰ）［Ｐａ］
測定対象物であるエアフィルターユニットを有効間口サイズ０．１２ｍ^２のホルダーにセットし、処理風量５．１ｍ^３／ｍｉｎで空気を通過させて、測定対象物上下流の差圧をデジタルマノメータＭＡ２−０４Ｐ（ＭＯＤＵＳ社製）にて測定した。

（２）捕集効率（η）［％］
前記（１）項の圧力損失と同様の測定装置および風量において、空気通過から１０分後の上流および下流の粒径０．３〜０．５μｍの粒子数をパーティクルカウンター（ＲＩＯＮ社製、型式：ＫＣ−０１Ｄ）で測定し、次式
捕集効率（η）＝１−（下流粒子数／上流粒子数）×１００
により算出した。

（３）連結加工性
プリーツ濾材同士を連結する工程の作業性について、同等の技量を持った３人の作業者が作業を実施し、下記判定基準により判定した。
○：1箇所の連結に要する時間が１０秒未満。
△：1箇所の連結に要する時間が１０秒以上３０秒未満。
×：１箇所の連結に要する時間が３０秒以上。

［実施例１］
プリーツ濾材１（山高さ３５ｍｍ、巾２４７ｍｍ、ピッチ４．４ｍｍ、濾材構成；エレクトレット化メルトブロー不織布とポリエステル不織布支持体の複合濾材）の長さ方向に、プリーツ濾材２（山高さ３５．５ｍｍ、巾２４７ｍｍ、ピッチ３．２ｍｍ、濾材構成；ポリエステルスパンボンド不織布）を並べ、隣接するプリーツ濾材端部の山の片辺同士を、プリーツ濾材２がエアー上流側に配置されるように全長を重ね合わせて連結した。さらにその外周4辺に高さ３８ｍｍのポリエステル不織布を枠材として貼り付けてエアフィルターユニットを得た。このエアフィルターユニットの圧力損失は４８Ｐａ、捕集効率は９８．７５％であった。また、試験後の連結部の外観に変化は無かった。また、作業者による連結加工性の判定結果は良好であった。

［実施例２］
実施例１と同様のプリーツ濾材１およびプリーツ濾材２を並べ、隣接するプリーツ濾材端部の山の片辺同士を、プリーツ濾材２がエアー上流側に配置されるように辺の半分同士を重ねて連結した。この時連結部の両側の山ピッチは７．５ｍｍとした。さらにその外周４辺に高さ３８ｍｍのポリエステル不織布を枠材として貼り付けてエアフィルターユニットを得た。このエアフィルターユニットの圧力損失は５０Ｐａ、捕集効率は９８．２２％であった。また、試験後の連結部の外観に変化は無かった。また、作業者による連結加工性の判定結果は良好であった。

［実施例３]
プリーツ濾材１（山高さ５７ｍｍ、巾２０３ｍｍ、ピッチ５．２ｍｍ、濾材構成；実施例１と同様のエレクトレット化メルトブロー不織布とポリエステル不織布支持体の複合濾材）の長さ方向に、プリーツ濾材２（山高さ５８ｍｍ、巾２０３ｍｍ、ピッチ３．６ｍｍ、濾材構成；実施例１と同様のポリエステルスパンボンド不織布）を並べ、隣接するプリーツ濾材端部の山の片辺同士を、プリーツ濾材１が上流に配置されるように全長を重ね合わせ連結した。さらにプリーツ濾材２のもう一方の端部に、プリーツ濾材３（構成はプリーツ濾材１と同様）を並べ、隣接するプリーツ濾材端部の山の片辺同士を、プリーツ濾材３が上流に配置されるよう重ね合わせて連結した。さらにその外周４辺に高さ６０ｍｍのポリエステル不織布を枠材として貼り付けてエアフィルターユニットを得た。このエアフィルターユニットの圧力損失は４２Ｐａ、捕集効率は９９．４１％であった。また、試験後の連結部の外観に変化は無かった。また、作業者による連結加工性の判定結果は良好であった。

［比較例1］
プリーツ濾材（山高さ３０ｍｍ、巾４７８ｍｍ、ピッチ４．０ｍｍ、濾材構成；実施例1と同様のエレクトレット不織布とポリエステル不織布支持体の複合濾材）の巾方向の端部1辺にポリエステル不織布からなる枠材を貼り付けたもの３個を、プリーツの巾方向に配置し、枠材同士をポリプロピレン系の接着剤で連結させた。さらにその外周４辺を山高さ３２ｍｍのポリエステル不織布を枠材として貼り付けてエアフィルターユニットを得た。このフィルターユニットの圧力損失は３５Ｐａ、捕集効率は９９．８９％であった。また、試験後の連結部の外観に変化は無かった。また、作業者による連結加工性の判定結果は不良であった。

［比較例２］
実施例１と同様のプリーツ濾材１およびプリーツ濾材２のお互いのプリーツ濾材端部を１山分重ねて連結しエアフィルターユニットを得た。このフィルターユニットの圧力損失は５９Ｐａ、捕集効率は９８．７８％であった。また、試験後の連結部の外観に変化は無かった。また、作業者による連結加工性の判定結果は良好であった。

［比較例３］
実施例１と同様のプリーツ濾材１およびプリーツ濾材２の隣接するプリーツ濾材端部を全く重ね合わせずに、互いの接触点を接着剤で連結しエアフィルターユニットを得た。このフィルターユニットの圧力損失は５２Ｐａ、捕集効率は９８．４４％であった。また、試験後の連結部の外観に変化は無かった。また、作業者による連結加工性の判定結果はやや不良であった。

［比較例４］
プリーツ濾材１（山高さ４０ｍｍ、巾２０３ｍｍ、ピッチ４．９ｍｍ、濾材構成；ポリプロピレンスパンボンド不織布とポリエステル不織布支持体の複合濾材）の長さ方向に、プリーツ濾材２（山高さ５８ｍｍ、巾２０３ｍｍ、ピッチ３．６ｍｍ、濾材構成；実施例１と同様のポリエステルスパンボンド不織布）を並べ、隣接するプリーツ濾材端部の山の片辺同士を、プリーツ濾材２がエアー上流側に配置されるよう全長を重ね合わせて連結した。さらにその外周4辺に高さ４２ｍｍのポリエステル不織布を枠材として貼り付けてエアフィルターユニットを得た。このエアフィルターユニットの圧力損失は４８Ｐａ、捕集効率は７８．３０％であった。また、試験後の連結部を確認したところ、下流側の片辺が変形し、連結が外れた状態になっていた。また、作業者による連結加工性の判定結果は良好であった。

なお、実施例１〜３の結果を表１に、そして比較例１〜４の結果を表２にまとめて示す。

上記から明らかなように、実施例１〜３は、エレクトレット素材からなるプリーツ濾材からなるプリーツ濾材と他のプリーツ濾材がそれぞれ隣接するプリーツ濾材の長さ方向に隣接して配置され、プリーツの山の片辺同士が重ねあわされて連結された構造のため、連結加工が非常に容易であり、かつ得られたフィルターユニット連結部の圧損上昇が少なく、長時間エアーを処理しても連結部が外れることなく高い捕集効率を維持できる。またこれらの特性を有するためには、連結部においてエレクトレット濾材からなるプリーツ濾材を、エアーの上流側に配置されるよう配置すること（実施例３）が好ましいことがわかる。

各実施例に対して比較例１は、エレクトレット素材からなるプリーツ濾材からなるプリーツ濾材同士がそれぞれの巾方向に連結されるため、それぞれの濾材端部に接合面となる枠材を張り付けなければならず、連結に非常に手間がかかるため好ましくない。

比較例２は、隣接するプリーツ端部の１山同士を重ねて連結しているため、連結部の著しい圧損上昇が発生しており好ましくない。

比較例３は、隣接するプリーツ端部を全く重ね合わせずに連結しているため、接触点に隙間が発生しやすく、接合に手間と精度を要するため好ましくない。

比較例４は、エレクトレット素材からなるプリーツ濾材を使用していない各プリーツ濾材端部の山の片辺同士が重ね合わされて連結されているため、エアーを長時間流すことにより連結が外れ、リークが発生し捕集効率の低下が発生している。

本発明によるエアフィルターユニットは、主に家庭用空気清浄機エアフィルターの空気を正常化するためのエアフィルターに使用される。さらにはエアコン用エアフィルター、ＯＡ機器の吸気・廃棄フィルター、ビル空調、個別空調用エアフィルター、産業用クリーンルーム用エアフィルター、自動車や鉄道車両などの社室内等のエアフィルターとして好ましく利用される。

１：プリーツ濾材１（エレクトレット素材からなるプリーツ濾材）
２：プリーツ濾材２
３：連結部
４：プリーツ１山
５：プリーツ半山
６：プリーツ濾材３（エレクトレット素材からなるプリーツ濾材）
７：枠体
８：プリーツ折線
９：セパレーター

Claims (3)

1. 少なくとも２個のプリーツ濾材がプリーツ濾材の長さ方向に隣接して配置されたフィルターユニットであって、各プリーツ濾材が互いに隣接する箇所において各プリーツ濾材のプリーツの半山以下が重ね合わされて連結され、かつ該プリーツ濾材の少なくとも一方がエレクトレット素材からなることを特徴とするエアフィルターユニット。
2. 重ね合わせた部分においてエアー上流側に位置するプリーツ濾材がエレクトレット素材からなるプリーツ濾材であることを特徴とする請求項１に記載のエアフィルターユニット。
3. エレクトレット素材からなるプリーツ濾材ともう１個のプリーツ濾材とをプリーツ濾材の長さ方向に隣接して配置し、隣接する互いのプリーツ濾材端部のプリーツの半山以下を、エレクトレット濾材がエアー上流側に配置されるよう重ね合わせることを特徴とするエアフィルターユニットの製造方法。

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