JP2016209870A - フィルタ濾材及びフィルタユニット - Google Patents

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Abstract

【課題】通気性の大幅な低下を回避しつつ、フィルタ濾材の耐久性を向上させる技術を提供する。
【解決手段】フィルタ濾材(20)は、第1のPTFE多孔質膜(11)、第1の通気性支持材(12)、第2のPTFE多孔質膜(13)、及び第2の通気性支持材(14)を備えている。第1のPTFE多孔質膜(11)によってフィルタ濾材(20)の表面が形成されている。180°剥離試験によって測定された第1のPTFE多孔質膜(11)と第1の通気性支持材(12)との間の接着強度(A1)が1.2N/25mmよりも大きい。第1の通気性支持材(12)は、1又は複数の凹部と1又は複数の凸部とを有するエンボス不織布である。第1の通気性支持材(12)を構成するエンボス不織布の面積に対する、凹部の面積の比率又は複数の凹部の合計面積の比率が15%よりも大きい。
【選択図】図1

Description

本発明は、フィルタ濾材及びフィルタユニットに関する。
ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)多孔質膜を含むフィルタ濾材は、タービンの吸気フィルタ、クリーンルームのエアフィルタ、家電製品のフィルタなど、様々な場面で使用されている。特許文献1には、1層の支持材と2層のPTFE多孔質膜とを備え、支持材がPTFE多孔質膜によって挟まれているフィルタ濾材が開示されている。特許文献2には、2層の支持材と1層のPTFE多孔質膜とを備え、PTFE多孔質膜が支持材によって挟まれているフィルタ濾材が開示されている。特許文献1には、2層のPTFE多孔質膜と2層の支持材とを備え、PTFE多孔質膜と支持材とが交互に配置されているフィルタ濾材も開示されている。
フィルタ濾材には、ダストをフィルタ濾材の表面から除去することによって繰り返し使用できることが求められる場合がある。特許文献1に記載されているように、フィルタ濾材の表面がPTFE多孔質膜によって形成されている場合、フィルタ濾材の表面に付着したダストを除去しやすい。
特開2005−246233号公報 特開2012−228687号公報
フィルタ濾材の表面に付着したダストを除去するために、フィルタ濾材に空気を吹き付けたり、フィルタ濾材を水洗いしたりすることが行われる。しかし、フィルタ濾材に使用されたPTFE多孔質膜は非常に薄いので、気流や水流からの強い圧力によってPTFE多孔質膜がダメージを受ける場合がある。具体的には、PTFE多孔質膜が破れたり、PTFE多孔質膜が支持材から剥がれたりすることがある。PTFE多孔質膜と支持材との間の接着強度を高めたり、PTFE多孔質膜の厚さを増やしたりすることは、フィルタ濾材の耐久性を向上させるものの、通気性の大幅な低下(圧力損失の増大)を招く可能性がある。つまり、耐久性と通気性との間にはトレードオフの関係がある。
上記の事情に鑑み、本発明は、洗浄によってダストを容易に除去できるように設計されたフィルタ濾材において、通気性の大幅な低下を回避しつつ、その耐久性を向上させる技術を提供することを目的とする。また、本発明は、そのフィルタ濾材を用いたフィルタユニットを提供することを目的とする。
すなわち、本発明は、
第1のPTFE多孔質膜、第1の通気性支持材、第2のPTFE多孔質膜、及び第2の通気性支持材を備え、これらがこの順番で積層及び互いに接着されているフィルタ濾材であって、
前記第1のPTFE多孔質膜によって前記フィルタ濾材の表面が形成されており、
180°剥離試験によって測定された前記第1のPTFE多孔質膜と前記第1の通気性支持材との間の接着強度が1.2N/25mmよりも高く、
前記第1の通気性支持材は、1又は複数の凹部と1又は複数の凸部とを有するエンボス不織布であり、
前記第1の通気性支持材を構成する前記エンボス不織布の面積に対する、前記凹部の面積の比率又は前記複数の凹部の合計面積の比率が15%よりも高い、フィルタ濾材を提供する。
他の側面において、本発明は、
上記のフィルタ濾材と、
前記フィルタ濾材の外周部を支持している枠と、
を備えた、フィルタユニットを提供する。
本発明によれば、洗浄によってダストを容易に除去できるように設計されたフィルタ濾材において、通気性の大幅な低下を回避しつつ、その耐久性を向上させることができる。
本発明の一実施形態に係るフィルタ濾材の概略断面図 図1に示すフィルタ濾材に適したエンボス不織布(T−タイプ)の平面図 図1に示すフィルタ濾材に適した別のエンボス不織布(S−タイプ)の平面図 T−タイプのエンボス不織布の利点を説明するための図 第1のPTFE多孔質膜と第1の通気性支持材との間の接着強度を測定するための180°剥離試験の方法を示す概略図 第1の通気性支持材と第2のPTFE多孔質膜との間の接着強度を測定するための180°剥離試験の方法を示す概略図 図1に示すフィルタ濾材の製造における熱ラミネーション工程を示す図 熱ラミネーション工程の別の例を示す図 図1に示すフィルタ濾材を備えたフィルタユニットの斜視図 フィルタユニットを備えたサイクロン掃除機の構成図 フィルタ濾材の耐久性試験の方法を示す概略図 洗浄容易性を確かめるための試験を実施した後における実施例1のフィルタ濾材の表面の光学写真 洗浄容易性を確かめるための試験を実施した後における比較例4のフィルタ濾材の表面の光学写真
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されない。
図1に示すように、本実施形態に係るフィルタ濾材20は、第1のPTFE多孔質膜11、第1の通気性支持材12、第2のPTFE多孔質膜13、及び第2の通気性支持材14を備えている。第1のPTFE多孔質膜11、第1の通気性支持材12、第2のPTFE多孔質膜13、及び第2の通気性支持材14は、この順番で積層され、かつ、互いに接着されている。
本実施形態において、フィルタ濾材20の一方の表面が第1のPTFE多孔質膜11で形成されている。PTFE多孔質膜は、一般に、摺動性に優れた滑らかな表面を有している。そのため、本実施形態の構成によれば、フィルタ濾材20の表面にダストが堆積したとしても、フィルタ濾材20の表面からダストを容易に除去することが可能である。
本実施形態において、フィルタ濾材20は、4層の膜で構成されている。ただし、フィルタ濾材20は、4層を越える層数の膜で構成されていてもよい。4層を越える層数の膜で構成されたフィルタ濾材は、PTFE多孔質膜と通気性支持材とを交互に積層することによって得られる。ただし、ダストの除去を容易にするために、フィルタ濾材20の少なくとも一方の表面(主表面)がPTFE多孔質膜によって形成されていることが重要である。詳細には、フィルタ濾材20は、濾過するべき気体の流れ方向における上流側の主表面と下流側の主表面とを含み、上流側の主表面が第1のPTFE多孔質膜11によって形成されている。下流側の主表面は、本実施形態では、第2の通気性支持材14によって形成されている。「主表面」は、フィルタ濾材20において最も広い面積を有する面を意味する。
第1のPTFE多孔質膜11の厚さ、面密度、平均孔径、空孔率などの値は、第2のPTFE多孔質膜13のそれらと一致していてもよい。つまり、第1のPTFE多孔質膜11及び第2のPTFE多孔質膜13として、単一の種類のPTFE多孔質膜(同一材料を用いて同一条件で製造されたPTFE多孔質膜)を使用できる。もちろん、第1のPTFE多孔質膜11の厚さ、面密度、平均孔径、空孔率などの値は、第2のPTFE多孔質膜13のそれらと異なっていてもよい。
第1のPTFE多孔質膜11及び第2のPTFE多孔質膜13として使用できるPTFE多孔質膜は、例えば、0.01〜100μm又は0.01〜50μmの範囲の平均孔径を有する。PTFE多孔質膜は、例えば、1〜300μm又は2〜100μmの範囲の厚さを有する。
PTFE多孔質膜は、以下の方法によって製造されうる。PTFEファインパウダーを溶剤と混練してペーストを調製する。そのペーストを押出し加工によってシート状に成形する。得られたPTFEシートを延伸及び焼成すれば、PTFE多孔質膜が得られる。延伸(典型的には2軸延伸)の際におけるPTFEシートの面積延伸倍率(一軸方向の延伸倍率とそれに垂直な方向の延伸倍率との積算値)は、例えば、50〜900倍の範囲にある。なお、本明細書において、「PTFE」には「変性PTFE」も含まれる。
第1の通気性支持材12及び第2の通気性支持材14は、シート状の形状を有する。第1の通気性支持材12及び第2の通気性支持材14のそれぞれは、例えば、第1のPTFE多孔質膜11及び第2のPTFE多孔質膜13の少なくとも一方に使用されたPTFE多孔質膜よりも高い強度と高い通気性を持っている。第1の通気性支持材12及び第2の通気性支持材14として、織布、不織布、メッシュ、ネット、発泡体などを使用できる。これらのうち、不織布が最も好ましく用いられる。不織布を構成する繊維は、ポリオレフィン(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン)、ポリエステル(例えば、ポリエチレンテレフタレート)、ポリアミド、アクリル、ポリイミドなどの高分子材料で作られた合成繊維でありうる。不織布は、複数の種類の繊維で構成された複合材であってもよい。第1の通気性支持材12及び第2の通気性支持材14には、単一の種類(品番)の不織布が使用されていてもよいし、異なる種類の不織布が使用されていてもよい。第1の通気性支持材12及び第2の通気性支持材14のそれぞれは、例えば、50〜300μmの範囲の厚さを有する。
本実施形態において、第1のPTFE多孔質膜11、第1の通気性支持材12、第2のPTFE多孔質膜13、及び第2の通気性支持材14は、互いに接着されている。これらの部材の接着方法は特に限定されない。これらの部材は、接着剤を用いて互いに接着されていてもよいし、熱ラミネーションによって互いに接着されていてもよい。通気性支持材12及び14が不織布であり、不織布が熱接着性を有しているとき、熱ラミネーションが本実施形態に適している。熱ラミネーションによれば、通気性の低下を抑制しつつ、PTFE多孔質膜と通気性支持材との間の接着強度を確保しやすい。
例えば、ポリエチレンのような熱可塑性樹脂で作られた繊維が不織布に含まれているとき、不織布は比較的低温で熱接着性を示す。このような不織布とPTFE多孔質膜とを重ね合わせ、熱を加えながら両者に圧力を加えると、不織布の繊維の一部が溶融及び固化して不織布がPTFE多孔質膜に接着する。接着点が不織布の繊維上に限定されるため、繊維が存在しない部分では通気性が確保される。
また、不織布は、エンボス不織布であってもよい。エンボス不織布は、1又は複数の凹部と1又は複数の凸部とを有する不織布である。エンボス不織布は、同じ厚さのエンボス加工されていない不織布よりも高い剛性及び高い強度を有する。エンボス不織布は、凹凸模様を有する、言い換えれば、平面視で海島構造を有する。図2Aに示すタイプのエンボス不織布(T−タイプ)において、楕円形の島に対応する部分(繊維が溶けていない)が凸部であり、海に対応する部分(繊維が溶けている)が凹部である。T−タイプのエンボス不織布は、典型的には、1つの連続した凹部と複数の凸部とを有する。ただし、T−タイプのエンボス不織布において、凹部が複数の部分に分かれていてもよい。図2Bに示すタイプのエンボス不織布(S−タイプ)において、円形の島に対応する部分(繊維が溶けている)が凹部であり、海に対応する部分(繊維が溶けていない)が凸部である。S−タイプのエンボス不織布は、典型的には、複数の凹部と1つの連続した凸部とを有する。ただし、S−タイプのエンボス不織布において、凸部が複数の部分に分かれていてもよい。これらのエンボス不織布によれば、上記した接着点がより限定されるため、通気性と接着強度との両立を図りやすい。
図2A及び図2Bを参照して説明したように、エンボス不織布において、エンボス部分は、不織布の繊維の一部が溶融及び固化することによって形成されている。エンボス部分にも通気性があるものの、エンボス部分の通気性は、エンボス加工されていない部分の通気性よりも低い。そのため、エンボス部分の面積が増加するにつれて、フィルタ濾材の通気性が低下すると推測される。言い換えれば、エンボス不織布の面積に対する、エンボス部分の面積の比率(エンボス面積率)が増加するにつれて、フィルタ濾材の通気性が低下すると推測される。PTFE多孔質膜とエンボス不織布との間の接着強度が比較的低いとき、この推測には一定の妥当性がある。しかし、PTFE多孔質膜と不織布との間の接着強度が比較的高いとき、この推測は必ずしも妥当ではない。
PTFE多孔質膜と不織布との間の接着強度を高めるためには、熱ラミネーション工程において、例えば、PTFE多孔質膜及び不織布に加える熱を増やすこと(加熱温度を上げること及び/又は加熱時間を増やすこと)が必要である。言い換えれば、不織布の繊維をより十分に溶かすことが必要である。後述する実施例の結果から明らかとされるように、不織布のエンボス面積率が小さい場合、PTFE多孔質膜及び不織布に加える熱を増やすと、フィルタ濾材の通気性は大幅に低下する。これに対し、エンボス面積率が大きい不織布を使用して同じ条件でフィルタ濾材を作製したとき、フィルタ濾材の通気性の低下を抑制することができる。つまり、PTFE多孔質膜と不織布との間の必要とされる接着強度に応じて、適切なエンボス面積率の不織布を使用することが重要である。
本実施形態において、フィルタ濾材20は、第1のPTFE多孔質膜11によって形成された表面にダストが堆積するように、所定の場所(例えば、掃除機の内部)に配置されうる。フィルタ濾材20の表面に付着したダストを除去するために、フィルタ濾材20を水洗いしたり、フィルタ濾材20に空気を吹き付けたり、フィルタ濾材20にブラシをかけたりする必要がある。本実施形態のフィルタ濾材20において、180°剥離試験によって測定された第1のPTFE多孔質膜11と第1の通気性支持材12との間の接着強度A1は、1.2N/25mmよりも高い。第1のPTFE多孔質膜11と第1の通気性支持材12との間の接着強度A1が1.2N/25mmよりも高いとき、本実施形態のフィルタ濾材20は、水流、気流、ブラシなどからの圧力に対して十分な耐久性を示す。
さらに、本実施形態のフィルタ濾材20において、第1の通気性支持材12を構成するエンボス不織布の面積に対する、エンボス不織布の凹部の面積の比率(又は複数の凹部の合計面積の比率)が15%よりも大きい。つまり、本実施形態によれば、第1のPTFE多孔質膜11と第1の通気性支持材12との間の接着強度A1が十分に確保されているだけでなく、第1の通気性支持材12を構成する不織布におけるエンボス面積率の適切な調整によって、接着強度A1の増加に伴うフィルタ濾材20の圧力損失の増加を効果的に抑制することができる。
なお、本明細書において、「エンボス面積率」とは、エンボス不織布の面積に対する、凹部(繊維が溶けている部分)の面積の比率又は複数の凹部の合計面積の比率である。エンボス面積率は、次の方法で算出できる。所定の拡大サイズ(例えば25倍)で不織布の表面を電子顕微鏡(SEM)で観察する。得られたSEM像において、エンボス部分(凹部)の割合を算出する。S−タイプの不織布(図2B参照)の場合、凹部が円形を有しているとみなす。T−タイプの不織布(図2A参照)の場合、凸部(エンボス加工されていない部分)が楕円形を有しているとみなす。
第1の通気性支持材12を構成する不織布におけるエンボス面積率は、第1の通気性支持材12から第1のPTFE多孔質膜11又は第2のPTFE多孔質膜13を剥離させることによって、フィルタ濾材20の製造後においても測定することができる。平坦な表面を有するフラットロールを使用すれば、不織布のエンボス面積率は、熱ラミネーション工程を経てもほとんど変化しない。第1の通気性支持材12から第1のPTFE多孔質膜11又は第2のPTFE多孔質膜13を剥離させた後においても、エンボス部分とそれ以外の部分とを区別することができる。これらは、第2の通気性支持材14についても当てはまる。
エンボス不織布は、例えば、両面がエンボス加工された両面エンボス不織布である。第1の通気性支持材12として両面エンボス不織布を使用すれば、第1の通気性支持材12のエンボス加工された2つの面が第1のPTFE多孔質膜11及び第2のPTFE多孔質膜13のそれぞれに接する。第1の通気性支持材12及び第2の通気性支持材14の両方に両面エンボス不織布を使用すれば、同じ材料を使用することによるコスト削減効果を期待できる。また、両面エンボス不織布には裏表が無いので、両面エンボス不織布を使用すれば、フィルタ濾材20を製造する際のエラーも生じにくい。
ただし、第1の通気性支持材12として、片面のみがエンボス加工された片面エンボス不織布を使用してもよい。第2の通気性支持材14として、片面のみがエンボス加工された片面エンボス不織布を使用してもよい。
エンボス面積率は、望ましくは20%よりも大きい。エンボス面積率の上限は特に限定されない。エンボス面積率は、60%よりも小さくてもよく、50%よりも小さくてもよい。第1の通気性支持材12におけるエンボス面積率が適切な範囲にあると、耐久性と通気性とのバランスに優れたフィルタ濾材20が得られる。
図2A及び図2Bを参照して説明したように、エンボス不織布には、T−タイプのエンボス不織布とS−タイプのエンボス不織布とがある。本実施形態においては、T−タイプのエンボス不織布(図2A)を使用することが推奨される。T−タイプのエンボス不織布には、ひだ折り加工を施しやすいという利点がある。
図2Aに示すT−タイプのエンボス不織布において、エンボス加工されていない複数の部分の長手方向(楕円の長径の方向)は、縦方向又は横方向に一致している。言い換えれば、エンボス加工されていない部分のそれぞれが略T字状をなしている。そのため、図2Cに示すように、エンボス加工されていない部分16の長手方向とプリーツ加工の折り目の方向(山線と谷線の方向)とが一致するようにひだ折り加工を実施する場合、T−タイプのエンボス不織布のひだ折り加工を容易に実施できる。
本実施形態において、第1のPTFE多孔質膜11と第1の通気性支持材12との間の接着強度A1は、180°剥離試験によって測定された第1の通気性支持材12と第2のPTFE多孔質膜13との間の接着強度A2よりも高い。第2のPTFE多孔質膜13は、1対の支持材12及び14の間に配置されており、洗浄時にブラシも水も直接的に接触しない。そのため、第1の通気性支持材12と第2のPTFE多孔質膜13との間の接着強度A2は、フィルタ濾材20の表面からダストを除去する際に要求される耐久性に大きな影響を及ぼさない。したがって、上記の関係を満たすように接着強度A1及びA2が調整されていると、通気性の大幅な低下を回避しつつ、フィルタ濾材20の耐久性を向上させることができる。言い換えれば、耐久性と通気性との両立を図ることができる。
本実施形態において、第1のPTFE多孔質膜11と第1の通気性支持材12との間の接着強度A1は、望ましくは1.8N/25mm以上である。この場合、より十分な耐久性がフィルタ濾材20に付与されうる。また、第1のPTFE多孔質膜11と第1の通気性支持材12との間の接着強度A1は、2.5N/25mm以下であってもよい。この場合、過剰な接着を避けて、十分な通気性がフィルタ濾材20に付与されうる。第1のPTFE多孔質膜11と第1の通気性支持材12との間の接着強度A1が1.8N/25mm〜2.5N/25mmの範囲にあると、耐久性と通気性とのバランスに優れたフィルタ濾材20が得られる。
第1の通気性支持材12と第2のPTFE多孔質膜13との間の接着強度A2は、第1のPTFE多孔質膜11と第1の通気性支持材12との間の接着強度A1より低い限りにおいて、特に限定されない。接着強度A2の上限値は、例えば、1.6N/25mmである。接着強度A2の下限値は、例えば、0.2N/25mmである。接着強度A2が適切な範囲にあると、フィルタ濾材20の通気性を確保しやすい。接着強度A1と接着強度A2との差も特に限定されない。一例において、接着強度A1と接着強度A2との差は、0.2〜2.3N/25mmの範囲にある。
上記の接着強度A1及びA2は、それぞれ、180°剥離試験によって測定された値である。180°剥離試験は、日本工業規格JIS Z 0237に準拠して、以下に説明する方法にて実施することができる。
図3Aに示す方法は、第1のPTFE多孔質膜11と第1の通気性支持材12との間の接着強度A1を測定するための方法である。まず、試験片としてのフィルタ濾材20を100mm×25mmの大きさに裁断する。試験片は、第1のPTFE多孔質膜11のMD方向(MD:Machine Direction)に沿って100mmの寸法を持ち、第1のPTFE多孔質膜11のTD方向(TD:Transverse Direction)に沿って25mmの寸法を持つ。MD方向及びTD方向は、それぞれ、第1のPTFE多孔質膜11の製造時における方向である。第1のPTFE多孔質膜11と第1の通気性支持材12との界面で剥離を生じさせるように、長手方向における試験片の端部には、第1のPTFE多孔質膜11と第1の通気性支持材12とが接着されていない未接着部分が予め設けられている。次に、試験片をステンレス板25に両面テープ26(日東電工社製 No.500)で貼りつける。次に、引張試験機(島津製作所社製 オートグラフAG−1)のチャック24に試験片の未接着部分を固定する。その後、チャック24を300mm/分の速度で引き上げることによって、第1のPTFE多孔質膜11と第1の通気性支持材12との界面で剥離を生じさせ、これにより、180°剥離強度を測定する。測定開始後、最初の25mmの長さの測定値は無視し、その後、ステンレス板25から引きはがされた50mmの長さの試験片に関して連続的に記録された測定値(単位:N)の平均値をフィルタ濾材20における接着強度A1とする。
同様に、図3Bに示す方法は、第1の通気性支持材12と第2のPTFE多孔質膜13との間の接着強度A2を測定するための方法である。この方法においては、第1の通気性支持材12と第2のPTFE多孔質膜13との界面で剥離を生じさせるように、長手方向における試験片の端部に第1の通気性支持材12と第2のPTFE多孔質膜13とが接着されていない未接着部分が設けられている。引張試験機のチャック24に試験片の未接着部分を固定し、その後、チャック24を300mm/分の速度で引き上げることによって、第1の通気性支持材12と第2のPTFE多孔質膜13との界面で剥離を生じさせ、180°剥離強度を測定する。連続的に記録された測定値(単位:N)の平均値をフィルタ濾材20における接着強度A2とする。図3Bに示す方法においても、試験片は、第2のPTFE多孔質膜13のMD方向(MD:Machine Direction)に沿って100mmの寸法を持ち、第1のPTFE多孔質膜11のTD方向(TD:Transverse Direction)に沿って25mmの寸法を持つ。通常、第2のPTFE多孔質膜13のMD方向及びTD方向は、第1のPTFE多孔質膜11のMD方向及びTD方向に一致している。
図3Aに示す方法によって測定を実施したとき、第1のPTFE多孔質膜11と第1の通気性支持材12との界面で明確な剥離が生じず、第1のPTFE多孔質膜11において凝集破壊が起こる場合がある。しかし、本明細書では、図3Aを参照して説明した方法によって得られた値を「第1のPTFE多孔質膜11と第1の通気性支持材12との間の接着強度A1」と定義する。同様に、図3Bに示す方法によって測定を実施したとき、第1の通気性支持材12と第2のPTFE多孔質膜13との界面で明確な剥離が生じず、第2のPTFE多孔質膜13において凝集破壊が起こる場合がある。本明細書では、図3Bを参照して説明した方法によって得られた値を「第1の通気性支持材12と第2のPTFE多孔質膜13との間の接着強度A2」と定義する。
フィルタ濾材20の圧力損失は、例えば、50〜400Paの範囲にある。「圧力損失」は、フィルタ濾材20に空気を流速5.3cm/秒で透過させたときに生じる圧力損失を意味する。具体的には、以下に説明する方法によって、圧力損失を測定することができる。すなわち、有効面積100cm2の円柱状ホルダにフィルタ濾材20をセットし、フィルタ濾材20の両面で圧力差を生じさせてフィルタ濾材20に空気を透過させる。透過する空気の流速を流量計で5.3cm/秒(流量31.8m3/分)に調整したときの圧力損失を圧力計(マノメータ)で測定する。
フィルタ濾材20は、例えば、0.1〜0.2μmの範囲に粒子径を有する粒子に対して、90%より高い捕集効率を示す。一般に、小さい粒子に対して高い捕集効率を示すフィルタ濾材の通気性は低くなりがちであり、耐久性と通気性との両立を図ることが難しい。本実施形態によれば、小さい粒子に対して高い捕集効率を示すフィルタ濾材の耐久性と通気性との両立を図ることができる。
なお、捕集効率は以下に説明する方法によって測定されうる。すなわち、有効面積100cm2の円柱状ホルダーにフィルタ濾材20をセットし、フィルタ濾材20の両面で圧力差を生じさせて当該フィルタ濾材20に気体を透過させる。透過する気体の線速度が5.3cm/秒(流量31.8m3/分)となるように圧力差を調整する。次に、フィルタ濾材20の上流側にJIS Z 8901に規定されている多分散ジオクチルフタレート(DOP)粒子を、所定の粒径範囲の粒子の濃度が106個/リットルとなるように気体に混入し、フィルタ濾材20の下流側におけるDOP粒子の濃度をパーティクルカウンターで測定する。パーティクルカウンターによる測定対象粒子の粒径範囲は、例えば、0.1〜0.2μmである。捕集効率=(1−(下流側DOP粒子濃度/上流側DOP粒子濃度))×100(%)の式より、捕集効率を算出できる。なお、DOP粒子に代えて、ポリアルファオレフィン(PAO)を使用してもよい。
また、フィルタ濾材20は、HEPAフィルタ(High Efficiency Particulate Air Filter)であってもよいし、ULPAフィルタ(Ultra Low Penetration Air Filter)であってもよい。HEPAフィルタ及びULPAフィルタは、それぞれ、日本工業規格JIS Z 8122に規定されたフィルタである。
フィルタ濾材20は、連続的なW字状をなすように、ひだ折りされていてもよい。フィルタ濾材20のひだ折り加工は、公知のプリーツ加工機(ロータリープリーツ機、レシプロプリーツ機、筋付けプリーツ機など)を用いて実施できる。本実施形態のフィルタ濾材20においては、第1のPTFE多孔質膜11と第1の通気性支持材12との間の接着強度A1が第1の通気性支持材12と第2のPTFE多孔質膜13との間の接着強度A2よりも高い。この場合、接着強度A2が接着強度A1に一致している場合と比較して、フィルタ濾材20の剛性が低いので、上記のひだ折り加工を実施しやすい。
次に、フィルタ濾材20の製造方法について説明する。
図4Aに示すように、第1のPTFE多孔質膜11、第1の通気性支持材12、第2のPTFE多孔質膜13及び第2の通気性支持材14をそれぞれロールに準備する。第1のPTFE多孔質膜11、第1の通気性支持材12、第2のPTFE多孔質膜13及び第2の通気性支持材14を各ロールから繰り出して合流させ、これらの積層体20sを形成する。積層体20sは、1対のラミネーションロール27a及び27bに向けて供給され、ラミネーションロール27a及び27bの間の隙間を通過する。このとき、ロール27a及び27bから積層体20sに熱と圧力が加えられ、通気性支持材12及び14(不織布)を構成する繊維が溶融及び固化することによって、第1のPTFE多孔質膜11、第1の通気性支持材12、第2のPTFE多孔質膜13及び第2の通気性支持材14が互いに接着される。これにより、フィルタ濾材20が得られる。
1対のラミネーションロール27a及び27bは、積層体20sに熱と圧力とを加えることができるように構成されている。本実施形態では、積層体20sの一方の面に接するロール27aの表面温度と他方の面に接するロール27bの表面温度とを相違させることができるように、ロール27a及び27bが構成されている。例えば、一方のラミネーションロール27aにのみヒータが内蔵されており、他方のラミネーションロール27bにはヒータが内蔵されていない。典型的には、一方のラミネーションロール27aが加熱ロールであり、他方のラミネーションロール27bがニップロールである。積層体20sがラミネーションロール27a及び27bの間の隙間を通過するとき、第1のPTFE多孔質膜11がラミネーションロール27aに接し、第2の通気性支持材14がラミネーションロール27bに接する。これにより、第1のPTFE多孔質膜11及び第1の通気性支持材12に優先的に熱が伝わる。第1のPTFE多孔質膜11と第1の通気性支持材12との間の接着強度A1が第1の通気性支持材12と第2のPTFE多孔質膜13との間の接着強度A2を上回るように、積層体20sの熱ラミネーションを実施することができる。もちろん、ラミネーションロール27aの表面温度、積層体20sに加わる圧力、積層体20sの搬送速度などの条件を適切に調整することが重要である。
また、図4Bに示すように、熱ラミネーション工程を2段階に分けて実施することも可能である。図4Bの上図に示す第1段階において、積層体20sは、その搬送経路に配置されたヒータ29によって上面側及び下面側の両面側から加熱され、ロール28a及びロール28bの間の隙間に案内される。典型的には、ロール28aが回転ロールであり、ロール28bがニップロールである。ヒータ29は、例えば、赤外線ヒータである。ロール28a及び28bは、例えば、積層体20sに圧力を加える機能を持っているが、熱を加える機能を持っていない。したがって、ロール28a及び28bを経て、第1のPTFE多孔質膜11、第1の通気性支持材12、第2のPTFE多孔質膜13及び第2の通気性支持材14が互いに仮接着され、これにより、積層体20kが得られる。次に、図4Bの下図に示す第2段階において、図4Aを参照して説明したものと同様のラミネーションロール27a及び27bに向けて積層体20kを供給する。積層体20kがラミネーションロール27a及び27bの間の隙間を通過するとき、積層体20kにおける第1のPTFE多孔質膜11に加熱用のラミネーションロール27aが接触する。これにより、第1のPTFE多孔質膜11と第1の通気性支持材12との間の接着強度A1が第1の通気性支持材12と第2のPTFE多孔質膜13との間の接着強度A2を上回るように、積層体20kの熱ラミネーションを実施することができる。
図4A及び図4Bを参照して説明した各方法において、積層体20sを形成する前に、第1のPTFE多孔質膜11と第1の通気性支持材12とが予め弱く接着されていてもよい。同様に、第2のPTFE多孔質膜13と第2の通気性支持材14とが予め弱く接着されていてもよい。
図5に示すように、フィルタユニット30は、フィルタ濾材20a及び支持枠22を備えている。フィルタ濾材20aは、図1に示すフィルタ濾材20をひだ折り加工することによって得られる。支持枠22は、フィルタ濾材20aの外周部を支持している。支持枠22は、樹脂製又は金属製である。フィルタ濾材20aは、接着剤によって支持枠22に固定されていてもよい。フィルタ濾材20aの外周部を挟んで固定する構造が支持枠22に設けられていてもよい。さらに、支持枠22にフィルタ濾材20aの外周部が埋め込まれていてもよい。つまり、インサート成形によって支持枠22とフィルタ濾材20aとが一体化されていてもよい。
次に、フィルタユニット30の適用例について説明する。フィルタユニット30は、例えば、掃除機の排気フィルタとして使用することができる。
図6に示す例において、掃除機40は、サイクロン式掃除機である。ただし、本実施形態のフィルタユニット30は、サイクロン式掃除機以外の掃除機(例えば、紙パック式掃除機)にも適用可能である。
掃除機40は、吸引空気からダストを分離するための機構31(サイクロン又は紙パック)、ファン33を回転させるためのモータ32及び少なくとも1つのフィルタユニット30を備えている。図6に示す例においては、2つ(複数)のフィルタユニット30が設けられている。複数のフィルタユニット30の1つは、機構31とモータ32との間において空気の流路上に配置されている。複数のフィルタユニット30の他の1つは、モータ32と排気口(図示省略)との間において、空気の流路上に配置されている。各フィルタユニット30において、第1のPTFE多孔質膜11が空気の流れ方向における上流側に位置し、第2の通気性支持材14が空気の流れ方向における下流側に位置している。したがって、ダストは、主に、第1のPTFE多孔質膜11の表面上に堆積する。下流側のフィルタユニット30には、モータ32から排出されたカーボン粉を捕集する役割もある。各フィルタユニット30は、掃除機40から取り外し可能である。フィルタユニット30の表面上(特に、第1のPTFE多孔質膜11の表面上)に堆積したダストをブラシ、気流、水流などによって取り除くことができる。
(実施例1)
図4Aを参照して説明した方法によって、図1を参照して説明した構造を有するフィルタ濾材を作製した。第1のPTFE多孔質膜及び第2のPTFE多孔質膜として、ULPAグレードのPTFE多孔質膜(日東電工社製 NTF9522-01)を使用した。第1の通気性支持材及び第2の通気性支持材として、T−タイプのPET/PE芯鞘不織布(ユニチカ社製 T0303WDO:エンボス面積率47%、鞘部PEの融点129℃、芯部PETの融点261℃、両面エンボス)を使用した。加熱用のラミネーションロール(ロール27a)の表面温度は200℃であった。他の1つのラミネーションロール(ロール27b)として、ヒータを有していないニップロールを使用した。第1のPTFE多孔質膜、第1の通気性支持材、第2のPTFE多孔質膜、及び第2の通気性支持材の積層体(積層体20s)の搬送速度は5m/分であった。
(実施例2)
図4Bを参照して説明した方法によって、図1を参照して説明した構造を有するフィルタ濾材を作製した。第1のPTFE多孔質膜及び第2のPTFE多孔質膜として、ULPAグレードのPTFE多孔質膜(日東電工社製 NTF9522-01)を使用した。第1の通気性支持材及び第2の通気性支持材として、T−タイプのPET/PE芯鞘不織布(ユニチカ社製 T0303WDO)を使用した。図4Bの上図に示す第1段階において、150℃の温度で積層体(積層体20s)が加熱されるように、赤外線ヒータ(ヒータ29)への供給電力を調節した。第1段階において、積層体の搬送速度は7m/分であった。図4Bの下図に示す第2段階において、加熱用のラミネーションロール(ロール27a)の表面温度は150℃であった。他の1つのラミネーションロール(ロール27b)として、ヒータを有していないニップロールを使用した。第2段階において、第1のPTFE多孔質膜、第1の通気性支持材、第2のPTFE多孔質膜、及び第2の通気性支持材の積層体(積層体20k)の搬送速度は5m/分であった。
(実施例3)
第2の通気性支持材として、S−タイプのPET/PE芯鞘不織布(ユニチカ社製 S0303WDO:エンボス面積率13%、両面エンボス)を使用したことを除き、実施例2と同じ方法によって、実施例3のフィルタ濾材を作製した。
(比較例1)
第1の通気性支持材及び第2の通気性支持材として、S−タイプのPET/PE芯鞘不織布(ユニチカ社製 S0303WDO)を使用したことを除き、実施例1と同じ方法によって、比較例1のフィルタ濾材を作製した。
(比較例2)
図4Bを参照して説明した方法において、第1の通気性支持材及び第2の通気性支持材として、S−タイプのPET/PE芯鞘不織布(ユニチカ社製 S0303WDO)を使用するとともに、第2段階(図4Bの下図)を省略し、第1段階(図4Bの上図)のみを実施したことを除き、実施例2と同じ方法によって、比較例2のフィルタ濾材を作製した。
(比較例3)
図4Bを参照して説明した方法において、第2段階(図4Bの下図)を省略し、第1段階(図4Bの上図)のみを実施したことを除き、実施例2と同じ方法によって、比較例3のフィルタ濾材を作製した。
(比較例4)
第1の通気性支持材、第1のPTFE多孔質膜、第2の通気性支持材、第2のPTFE多孔質膜、及び第3の通気性支持材を備え、これらがこの順番で積層及び互いに接着されている5層構造のフィルタ濾材を比較例2と同じ方法によって作製した。つまり、図4Bを参照して説明した方法において、第2段階(図4Bの下図)を省略し、第1段階(図4Bの上図)のみを実施したことを除き、実施例2と同じ方法によって比較例4の5層構造のフィルタ濾材を作製した。第1のPTFE多孔質膜及び第2のPTFE多孔質膜として、ULPAグレードのPTFE多孔質膜(日東電工社製 NTF9522-01)を使用した。第1〜第3の通気性支持材として、T−タイプのPET/PE芯鞘不織布(ユニチカ社製 T0303WDO)を使用した。比較例4のフィルタ濾材は、特許文献2の図1に開示された構造を有するフィルタ濾材である。
[圧力損失]
先に説明した方法によって実施例及び比較例のフィルタ濾材の圧力損失を測定した。結果を表1に示す。
[捕集効率]
先に説明した方法によって、実施例及び比較例のフィルタ濾材の捕集効率を測定した。捕集効率の測定には、0.1〜0.2μmの範囲に粒子径を有する粒子(当該範囲に粒子径が分布している粒子)を使用した。結果を表1に示す。
[耐久性]
次の方法によって、実施例及び比較例のフィルタ濾材の耐久性試験を実施した。まず、実施例及び比較例のフィルタ濾材を縦300mm×幅900mmの大きさに裁断し、試験片を得た。図7に示すように、試験片の表面(PTFE多孔質膜によって形成された表面)に対し、10cm離れた位置から45度の角度で0.2MPaの圧力のエアーをエアガン35で吹き付けた。エアーを吹き付けながら、試験片の幅方向WDに沿って、10秒間かけてエアガン35をゆっくり動かした。その後、目視観察にて、PTFE多孔質膜の剥離を確認できなかった試験片に係るフィルタ濾材を合格(○)、PTFE多孔質膜の剥離を確認できた試験片に係るフィルタ濾材を不合格(×)と判断した。結果を表1に示す。なお、幅方向WDは、PTFE多孔質膜の製造時におけるTD方向に一致していた。
[洗浄容易性]
次の方法によって、実施例及び比較例のフィルタ濾材の洗浄容易性を確かめるための試験を実施した。まず、実施例及び比較例のフィルタ濾材を有効面積100cm2の円錐状ホルダに取り付けることができるように裁断し、試験片を得た。試験片をホルダにセットし、JIS Z 8901に規定された試験用粉体0.2g(第8種)をフィルタ濾材の表面に散布した後、0.2m/分の線速度で1分間にわたって、空気を試験片に透過させた。その後、粉体が除去されるように試験片の表面を流水で5秒間洗浄した。この操作を5回繰り返した。その後、目視観察にて汚れを明確に視認できなかった試験片に係るフィルタ濾材を合格(○)、汚れを明確に視認できた試験片に係るフィルタ濾材を不合格(×)と判断した。結果を表1、図8A及び図8Bに示す。図8Aは、試験後における実施例1のフィルタ濾材の表面の光学写真である。図8Bは、試験後における比較例4のフィルタ濾材の表面の光学写真である。
[圧損上昇率]
洗浄容易性を確かめるための試験を実施した後、各試験片を十分に乾燥させ、圧力損失を測定した。そして、下記式に基づいて、圧損上昇率を算出した。結果を表1に示す。
圧損上昇率(%)=100×(P2−P1)/P1
P1:洗浄容易性を確かめるための試験前の圧力損失
P2:洗浄容易性を確かめるための試験後の圧力損失
[接着強度]
実施例及び比較例のフィルタ濾材の180°剥離試験を実施した。具体的には、図3Aを参照して説明した方法によって、第1のPTFE多孔質膜と第1の通気性支持材(不織布)との間の接着強度A1を測定した。図3Bを参照して説明した方法によって、第1の通気性支持材(不織布)と第2のPTFE多孔質膜との間の接着強度A2を測定した。比較例4については、図3Bを参照して説明した方法に則って、第1の通気性支持材(第1層)と第1のPTFE多孔質膜(第2層)との間の接着強度を「接着強度A1」として測定し、第2の通気性支持材(第3層)と第2のPTFE多孔質膜(第4層)との間の接着強度を「接着強度A2」として測定した。結果を表1に示す。
表1に示すように、エンボス面積率が大きい不織布を第1の通気性支持材として使用した実施例1のフィルタ濾材は、エンボス面積率が小さい不織布を第1の通気性支持材として使用した比較例1のフィルタ濾材と比較して、十分に小さい圧力損失を示した。
実施例1と実施例2との対比から理解できるように、図4Bを参照して説明した2段階のラミネーション工程によれば、第1の通気性支持材と第2のPTFE多孔質膜との間の接着強度A2の増加を抑制しつつ、第1のPTFE多孔質膜と第1の通気性支持材との間の接着強度A1の増加させることができた。
実施例2から理解できるように、2段階のラミネーション工程を採用した場合においても、エンボス面積率が大きい不織布を第1の通気性支持材として使用した実施例2のフィルタ濾材は、十分に小さい圧力損失を示した。
実施例2と実施例3との対比から理解できるように、第2の通気性支持材におけるエンボス面積率の相違は、フィルタ濾材の特性に大きな影響を与えなかった。
比較例2及び3のフィルタ濾材における接着強度A1は1.2N/25mmと小さかったため、耐久性試験でPTFE多孔質膜の剥離が観察された。
実施例2における接着強度A2は、比較例3における接着強度A2と概ね一致していた。このことは、図4Bを参照して説明した方法の第2段階(図4Bの下図)によって、接着強度A2をほとんど増加させることなく、接着強度A1を選択的に増加させることが可能であることを示唆している。つまり、図4Bを参照して説明した方法は、接着強度A1及びA2をコントロールしやすい方法である。
実施例1〜3のフィルタ濾材の表面(最表面)はPTFE多孔質膜で形成されていた。そのため、図8Aに示すように、簡単な洗浄でダストを十分に除去することができた。一方、比較例4のフィルタ濾材の表面は通気性支持材(不織布)で形成されていた。そのため、図8Bに示すように、洗浄によってダストを十分に除去できなかった。比較例2及び3のフィルタ濾材の表面はPTFE多孔質膜で形成されていたが、接着強度A1が低かったため、洗浄中にPTFE多孔質膜が破壊された。比較例4のフィルタ濾材における接着強度A1は、0.4N/25mmと低かった。しかし、比較例4のフィルタ濾材の表面は、不織布によって形成されていたので、洗浄中に不織布が破壊されなかった。
実施例1〜3のフィルタ濾材の圧損上昇率は、いずれも0%であった。つまり、実施例1〜3では、洗浄容易性を確かめるための試験の実施前と実施後で圧力損失が変化しなかった。一方、比較例4のフィルタ濾材の圧力損失は、洗浄容易性を確かめるための試験の実施前の値と比較して、約6%増加していた。
本明細書に開示された技術は、タービンの吸気フィルタ、クリーンルームのエアフィルタ、家電製品のフィルタなどの様々なフィルタに適用可能である。本明細書に開示された技術は、特に、頻繁に洗浄されることがある掃除機のフィルタの改良に貢献する。
11 第1のPTFE多孔質膜
12 第1の通気性支持材
13 第2のPTFE多孔質膜
14 第2の通気性支持材
20,20a フィルタ濾材
22 支持枠
30 フィルタユニット

Claims (7)

  1. 第1のポリテトラフルオロエチレン多孔質膜、第1の通気性支持材、第2のポリテトラフルオロエチレン多孔質膜、及び第2の通気性支持材を備え、これらがこの順番で積層及び互いに接着されているフィルタ濾材であって、
    前記第1のポリテトラフルオロエチレン多孔質膜によって前記フィルタ濾材の表面が形成されており、
    180°剥離試験によって測定された前記第1のポリテトラフルオロエチレン多孔質膜と前記第1の通気性支持材との間の接着強度が1.2N/25mmよりも高く、
    前記第1の通気性支持材は、1又は複数の凹部と1又は複数の凸部とを有するエンボス不織布であり、
    前記第1の通気性支持材を構成する前記エンボス不織布の面積に対する、前記凹部の面積の比率又は前記複数の凹部の合計面積の比率が15%よりも大きい、フィルタ濾材。
  2. 前記エンボス不織布は、平面視で海島構造を有し、
    前記エンボス不織布において、海に対応する部分が前記凹部であり、島に対応する部分が凸部である、請求項1に記載のフィルタ濾材。
  3. 前記比率が60%よりも小さい、請求項1又は2に記載のフィルタ濾材。
  4. 前記第1のポリテトラフルオロエチレン多孔質膜と前記第1の通気性支持材との間の前記接着強度が、180°剥離試験によって測定された前記第1の通気性支持材と前記第2のポリテトラフルオロエチレン多孔質膜との間の接着強度よりも高い、請求項1〜3のいずれか1項に記載のフィルタ濾材。
  5. 前記第1のポリテトラフルオロエチレン多孔質膜、前記第1の通気性支持材、前記第2のポリテトラフルオロエチレン多孔質膜、及び前記第2の通気性支持材が熱ラミネーションによって互いに接着されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載のフィルタ濾材。
  6. 前記フィルタ濾材がひだ折りされている、請求項1〜5のいずれか1項に記載のフィルタ濾材。
  7. 請求項1〜6のいずれか1項に記載のフィルタ濾材と、
    前記フィルタ濾材の外周部を支持している支持枠と、
    を備えた、フィルタユニット。

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