JP2018199227A - 積層体、エアフィルタおよび空気清浄機 - Google Patents

Abstract

【課題】高い集塵効率と低い圧力損失とを備える積層体を提供する。【解決手段】第１繊維を含み、第１主面と前記第１主面とは反対側の第２主面とを備える極細繊維層と、前記第１繊維の平均繊維径Ｄ１よりも大きい平均繊維径Ｄ２を有する第２繊維を含み、前記極細繊維層の第１主面に積層される基材と、を備え、前記極細繊維層の面方向における単位面積あたりの前記第１繊維の本数Ｎが、前記基材の面方向における単位面積あたりの前記第２繊維の本数Ｍよりも多く、前記極細繊維層が、前記第２主面に配置され、辺ａ１と、前記辺ａ１と直交する辺ｂ１および辺ｃ１と、前記辺ａ１に対向する辺ｄ１と、を備える正方形により形成される第１領域を備え、前記第１領域内において、前記辺ａ１と前記辺ｄ１との間をつなぐ前記第１繊維の本数Ｎｘが、前記辺ｂ１と前記辺ｃ１との間をつなぐ前記第１繊維の本数Ｎｙよりも多い、積層体。【選択図】図１

Description

本発明は、繊維を備える積層体に関し、例えば、空気清浄機の濾材として用いられるエアフィルタに関する。

空気清浄機等に用いられるエアフィルタには、基本性能として、長期間にわたる高い集塵効率（ダストの捕捉能力）および低い圧力損失（流体がエアフィルタを通過するときの抵抗力）が求められる。しかし、これらは相反する性質であり、両立させることが難しい。例えば、集塵効率を高めるには、エアフィルタに用いられるフィルタ層の密度を増やせばよい。しかし、密度を増やすと流体の流路が小さくなるため、流体に対する抵抗力が大きくなって、圧力損失が高くなる。さらに、集塵が進んでフィルタ層の空隙が小さくなるにつれ、集塵効率はさらに向上するが、圧力損失も増加する。

集塵効率を向上させるために、特許文献１は、フィルタ層に平均繊維径の異なる２種類の繊維を用い、これらを均一に交絡させることを教示している。

また、特許文献２では、フィルタ層に平均繊維径の大きい第１のナノファイバーおよびこれよりも平均繊維径の小さい第２のナノファイバーを用いて、第１のナノファイバーの密度が第２のナノファイバーの密度よりも小さくしている。

国際公開第２００８／１３００１９号パンフレット 国際公開第２０１３／１２１７３３号パンフレット

しかし、特許文献１の方法では、圧力損失が大きくなり易い。特許文献２の方法でも、高い集塵効率と低い圧力損失とを両立させることは困難である。

本発明の一局面は、第１繊維を含み、第１主面と前記第１主面とは反対側の第２主面とを備える極細繊維層と、前記第１繊維の平均繊維径Ｄ１よりも大きい平均繊維径Ｄ２を有する第２繊維を含み、前記極細繊維層の第１主面に積層される基材と、を備え、前記極細繊維層の面方向における単位面積あたりの前記第１繊維の本数Ｎが、前記基材の面方向における単位面積あたりの前記第２繊維の本数Ｍよりも多く、前記極細繊維層が、前記第２主面に配置され、辺ａ１と、前記辺ａ１と直交する辺ｂ１および辺ｃ１と、前記辺ａ１に対向する辺ｄ１と、を備える正方形により形成される第１領域を備え、前記第１領域内において、前記辺ａ１と前記辺ｄ１との間をつなぐ前記第１繊維の本数Ｎｘが、前記辺ｂ１と前記辺ｃ１との間をつなぐ前記第１繊維の本数Ｎｙよりも多い、積層体に関する。

本発明の他の局面は、プリーツ加工されたエアフィルタであって、上記積層体を備え、前記プリーツ加工の折り目が、前記辺ｂ１と前記辺ｃ１との間をつなぐ方向に沿って形成されている、エアフィルタに関する。

本発明のさらに他の局面は、気体の吸い込み部と、気体の吐き出し部と、前記吸い込み部と前記吐き出し部との間に配置される上記のエアフィルタと、を備える、空気清浄機に関する。

本発明によれば、高い集塵効率と低い圧力損失とを備える積層体を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る極細繊維層の第２主面を模式的に示す上面図である。 本発明の一実施形態に係る基材の一方の主面を模式的に示す上面図である。 本発明の一実施形態に係る積層体の電子顕微鏡写真である。 本発明の一実施形態に係るプリーツ加工されたエアフィルタを模式的に示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る空気清浄機の外観および内部を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る積層体の製造システムの一例の構成を示す側面図である。

本実施形態に係る積層体は、第１繊維を含み、第１主面と第１主面とは反対側の第２主面とを備える極細繊維層と、第２繊維を含み、極細繊維層の第１主面に積層される基材と、を備える。

第２繊維の平均繊維径Ｄ２は、第１繊維の平均繊維径Ｄ１よりも大きい。また、極細繊維層の面方向における単位面積あたりの第１繊維の本数Ｎは、基材の面方向における単位面積あたりの第２繊維の本数Ｍよりも多い。つまり、極細繊維層は、細い第１繊維が高い密度で配置されることにより形成されている。さらに、第１繊維の配向度は高い。これにより、集塵効率を向上しながら、圧力損失を低減することができる。

通常、第１繊維の密度を高めると、複数の第１繊維に囲まれることによって形成される空隙が小さくなって、集塵効率が向上する。しかし、集塵効率を高めるには、空隙のある一方向における距離がダストより小さければよく、空隙全体のサイズを小さくする必要はない。そこで、本実施形態では、第１繊維の配向度を高めて、第１繊維間の距離を小さくすることにより、集塵効率を向上させる。これによれば、極細繊維層の密度を高めることなく、第１繊維間の距離を小さくすることができる。つまり、圧力損失を増大させることなく、集塵効率を向上することができる。

以下、第１繊維の配向度について説明する。まず、図１に示すように、極細繊維層の第２主面に配置される第１領域Ｒ１を想定する。図１は、極細繊維層の第２主面を模式的に示す上面図である。第１領域Ｒ１は、辺ａ１と、辺ａ１と直交する辺ｂ１および辺ｃ１と、辺ａ１に対向する辺ｄ１と、を備える正方形により形成される。

第１繊維の配向度が高いとは、第１領域Ｒ１内において、例えば、辺ａ１と辺ｄ１との間をつなぐ第１繊維１Ｆｘの本数Ｎｘ（≧１）が、辺ｂ１と辺ｃ１との間をつなぐ第１繊維１Ｆｙの本数Ｎｙ（≧０）よりも多いことをいう。この場合、第１繊維は、辺ａ１と辺ｄ１との間をつなぐ方向（以下、Ｘ方向と称す。）に高い配向性を有しているといえる。すなわち、極細繊維層は、このような第１領域Ｒ１を備える。Ｘ方向は、辺ｂ１（辺ｃ１）に平行な方向に限られず、辺ｂ１との成す鋭角が０〜４５°となる方向である。集塵効率の点で、第１繊維の配向度は高いほど好ましく、本数Ｎｘは、本数Ｎｙの３倍以上であることが好ましい。

なお、辺ａ１と辺ｂ１または辺ｃ１との間をつなぐ第１繊維１Ｆｚの本数は考慮しない。また、第１領域Ｒ１内で、全体が確認できる第１繊維をカウントする。少なくとも一部が辺ａ１および辺ｄ１にかかっていれば、第１繊維１Ｆｘとカウントする。第１繊維１Ｆｙについても同様である。

第１領域Ｒ１は、例えば、極細繊維層を第２主面側から見たとき、３本以上の第１繊維が含まれる領域である。具体的には、第１主面の法線方向から、積層体の写真を撮影する。撮影された写真から、一辺が基材を構成する第２繊維の平均繊維径Ｄ２の３〜２０倍程度の長さである正方形によって囲まれた領域を、第１領域Ｒ１とする。

（極細繊維層）
極細繊維層は、第１繊維により構成されており、ダストを捕捉する機能を備える。
第１繊維の平均繊維径Ｄ１は、集塵効率の観点から、３μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以下であることがより好ましく、９００ｎｍ以下であることが特に好ましい。また、平均繊維径Ｄ１は５０ｎｍ以上であることが好ましく、１００ｎｍ以上であることがより好ましい。このような極細繊維層は、例えば、電界紡糸法を用いて第１繊維を形成し、ターゲット上に堆積させることにより得られる。この場合、極細繊維層は、不織布状に形成される。

平均繊維径Ｄ１とは、第１繊維の直径の平均値である。第１繊維の直径とは、第１繊維の長さ方向に対して垂直な断面の直径である。そのような断面が円形でない場合には、最大径を直径と見なしてよい。また、極細繊維層を一方の主面の法線方向から見たときの、第１繊維の長さ方向に対して垂直な方向の幅を、第１繊維の直径と見なしてもよい。平均繊維径Ｄ１は、例えば、極細繊維層に含まれる任意の１０本の第１繊維の任意の箇所の直径の平均値である。後述する平均繊維径Ｄ２およびＤ３についても同じである。

第１繊維の材質は特に限定されず、例えば、ポリアミド（ＰＡ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリサルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡｃ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエステル（例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート）、ポリウレタン（ＰＵ）等のポリマーが挙げられる。これらは、単独あるいは２種以上を組み合わせて用いてもよい。なかでも、ＰＶＤＦが好ましく用いられる。ＰＶＤＦは結晶性が高いため、これを含む第１繊維は直線的な形状になり易い。よって、第１繊維の配向が制御し易くなって、配向度を高めることが容易となる。また、ＰＶＤＦを用いると、平均繊維径Ｄ１が小さくなり易い。

極細繊維層の単位面積当たりの平均の質量は、０．０１ｇ／ｍ^２以上、１．５ｇ／ｍ^２以下であることが好ましく、０．０１ｇ／ｍ^２以上、０．５ｇ／ｍ^２以下であることがより好ましく、０．０３ｇ／ｍ^２以上、０．３ｇ／ｍ^２以下であることが特に好ましい。極細繊維層の上記質量がこの範囲であると、圧力損失を抑制しながら、高い集塵効率が発揮され易い。

極細繊維層の厚みＴ１は、圧力損失の観点から、０．５μｍ以上、１０μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上、５μｍ以下であることがより好ましい。極細繊維層が不織布状である場合、極細繊維層の厚みＴ１とは、例えば、不織布の任意の１０箇所の厚みの平均値である。厚みとは、不織布の２つの主面の間の距離である。不織布である極細繊維層の厚みＴ１は、不織布の断面を写真に取り、不織布の一方の主面上にある任意の１地点から他方の主面まで、最も距離の短くなる線を引いたとき、この線上にある繊維のうち、最も離れた位置にある２本の繊維の外側（外法）の距離として求められる。他の任意の複数地点（例えば、９地点）についても同様にして不織布の厚みを算出し、これらを平均化した数値を、不織布の厚みとする。上記厚みの算出に際しては、二値化処理された画像を用いてもよい。後述する厚みＴ２およびＴ３についても同じである。

（基材）
基材は、多孔質であって、第２繊維により構成される。基材は、積層体の形状を保持する機能を有し、例えば、積層体をプリーツ加工する場合、基材によってプリーツの形状は保持される。

第２繊維の平均繊維径Ｄ２は、第１繊維の平均繊維径Ｄ１より大きい。これにより、複数の第２繊維によって形成される空隙が、第１繊維間の距離よりも広くなって、圧力損失の増大がさらに抑制される。平均繊維径Ｄ２は平均繊維径Ｄ１より大きい限り特に限定されず、例えば、１μｍ以上、４０μｍ以下であってもよく、５μｍ以上、２０μｍ以下であってもよい。

平均繊維径Ｄ２が平均繊維径Ｄ１より大きい。そのため、基材の面方向における単位面積あたりの第２繊維の本数Ｍよりも、極細繊維層の面方向における単位面積あたりの第１繊維の本数Ｎは多くなる。よって、第１繊維は、複数の第２繊維によって形成される空隙を埋めるように配置され易くなる。これにより、集塵効率がさらに向上する。第１繊維の本数Ｎと第２繊維の本数Ｍとは、Ｎ＞Ｍ×１０の関係を満たすことが好ましい。

第２繊維の配向度は限定されない。例えば、第２繊維は配向性を有していなくてもよいし、配向性を有していてもよい。後者の場合、第２繊維は、第１繊維とは異なる方向に配向していることが好ましい。後述するように、プリーツ加工の折り目を、Ｘ方向と交差する方向（辺ｂ１と辺ｃ１との間をつなぐ方向）に沿って形成する場合、折り目が形成され易くなるためである。

第２繊維の配向度は、第１繊維と同様に決定できる。例えば、図２に示すように、基材の一方の主面に、第１領域Ｒ１に対向する第２領域Ｒ２を想定する。図２は、基材の一方の主面を模式的に示す上面図である。なお、便宜的に、第２繊維にハッチングを付して示す。

第２領域Ｒ２は、辺ａ１に対応する辺ａ２と、辺ａ２と直交する辺ｂ２および辺ｃ２と、辺ａ２に対向する辺ｄ２と、を備える正方形により形成される。第２繊維が第１繊維とは異なる方向に配向しているとは、辺ａ２と辺ｄ２との間をつなぐ第２繊維２Ｆｘの本数Ｍｘ（≧０）と、辺ｂ２と辺ｃ２との間をつなぐ第２繊維２Ｆｙの本数Ｍｙ（≧１）との比：Ｍｘ／Ｍｙが、第１領域Ｒ１における、上記第１繊維１Ｆｘの本数Ｎｘと第１繊維１Ｆｙの本数Ｎｙとの比：Ｎｘ／Ｎｙより小さいことをいう。すなわち、基材は、このような第２領域Ｒ２を備えていてもよい。比：Ｍｘ／Ｍｙは、比：Ｎｘ／Ｎｙの１／４〜１／２であることが好ましい。この場合も、辺ａ２と辺ｂ２または辺ｃ２との間をつなぐ第２繊維２Ｆｚの本数は考慮しない。また、第２領域Ｒ２内で、全体が確認できる第２繊維をカウントする。少なくとも一部が辺ａ２および辺ｄ２にかかっていれば、第２繊維２Ｆｘとカウントする。第２繊維２Ｆｙについても同様である。

極細繊維層の面方向における単位面積あたりの第１繊維の本数Ｎは、上記第１領域Ｒ１における第１繊維１Ｆｘ、１Ｆｙおよび１Ｆｚの合計の本数で代替できる。同様に、基材の面方向における単位面積あたりの第２繊維の本数Ｍは、上記第２領域Ｒ２における第２繊維２Ｆｘ、２Ｆｙおよび２Ｆｚの合計の本数で代替できる。

図３に、積層体を第２主面の法線方向から撮影した電子顕微鏡写真（倍率１０００倍）を示す。手前に白く示されている線が第１繊維であり、その背後に薄くグレーで示される部分が第２繊維である。

基材の形態および材質は特に限定されず、用途に応じて適宜選択すればよい。基材として、具体的には、織物、編物、不織布等の繊維構造体が例示できる。なかでも、積層体を濾材として使用する場合、圧力損失の観点から、基材は不織布であることが好ましい。不織布は、例えば、スパンボンド法、乾式法（例えば、エアレイド法）、湿式法、メルトブロー法、ニードルパンチ法等により製造される。なかでも、基材は、スパンボンド法、湿式法により製造された不織布であることが好ましい。

第２繊維の材質は特に限定されず、例えば、ガラス繊維、セルロース、アクリル樹脂、ＰＰ、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエステル（例えば、ＰＥＴ、ポリブチレンテレフタレート）、ＰＡ、あるいはこれらの混合物等が挙げられる。なかでも、形状保持材として適する点で、第２繊維の材質は、ＰＥＴ、セルロースが好ましい。

基材の厚みＴ１は、特に限定されず、例えば、５０μｍ以上、５００μｍ以下であってもよく、１５０μｍ以上、４００μｍ以下であってもよい。基材の単位面積当たりの質量も特に限定されず、例えば、１０ｇ／ｍ^２以上、８０ｇ／ｍ^２以下であってもよく、３５ｇ／ｍ^２以上、６０ｇ／ｍ^２以下であってもよい。

基材の圧力損失は特に限定されない。なかでも、基材の初期の圧力損失は、ＪＩＳＢ９９０８形式１の規格に準拠した測定機を用いて測定した場合、１Ｐａ以上、１０Ｐａ以下程度であることが好ましい。基材の初期の圧力損失がこの範囲であれば、積層体全体の圧力損失も抑制される。

基材の空隙率は特に限定されないが、圧力損失の観点から、６５体積％以上、９８体積％以下であることが好ましい。基材の空隙率（体積％）は、例えば、（１−基材の見かけの単位体積当たりの質量／第２繊維の比重）×１００、で表わされる。

（保護層）
積層体は、さらに保護層を備えていてもよい。保護層は、極細繊維層の第２主面に積層される。保護層は、種々の外部負荷から極細繊維層を保護する保護材であり得、極細繊維層とともにダストを捕捉する集塵体であり得る。

保護層の形態および材質は特に限定されず、用途に応じて適宜選択すればよい。保護層としては、基材と同様に、繊維構造体が例示できる。なかでも、圧力損失の観点から、保護層も不織布であることが好ましい。保護層が不織布である場合、保護層を構成する第３繊維の材質は特に限定されず、第２繊維と同じ材質が挙げられる。なかでも、後述するように保護層を帯電させる場合、帯電性が維持され易い点で、ＰＰが好ましい。保護層が不織布である場合、その製造方法も特に限定されず、基材で例示した方法が同じく例示できる。なかでも、濾材として適する繊維径の細い不織布が形成され易い点で、保護層は、メルトブロー法により製造されることが好ましい。

第３繊維の平均繊維径Ｄ３は特に限定されないが、集塵効率および圧力損失を考慮すると、第１繊維の平均繊維径Ｄ１よりも大きく（Ｄ３＞Ｄ１）、第２繊維の平均繊維径Ｄ２よりも小さい（Ｄ３＜Ｄ２）ことが好ましい。平均繊維径Ｄ３は、例えば、０．５μｍ以上、２０μｍ以下であり、５μｍ以上、２０μｍ以下であることが好ましい。

保護層の圧力損失は、特に限定されない。なかでも、保護層の初期の圧力損失は、ＪＩＳＢ９９０８形式１の規格に準拠した測定機を用いて測定した場合、１〜４０Ｐａ程度であることが好ましい。保護層の初期の圧力損失がこの範囲であれば、積層体全体の圧力損失も抑制される。

保護層の厚みＴ３は、圧力損失の観点から、１００μｍ以上、５００μｍ以下であることが好ましく、１５０μｍ以上、４００μｍ以下であることがより好ましい。保護層の単位面積当たりの質量は、圧力損失の観点から、１０ｇ／ｍ^２以上、５０ｇ／ｍ^２以下であることが好ましく、１０ｇ／ｍ^２以上、３０ｇ／ｍ^２以下であることがより好ましい。

保護層は、帯電（永久帯電）していてもよい。すなわち、保護層は、外部電界が存在しない状態において半永久的に電気分極を保持し、周囲に対して電界を形成していてもよい。これにより、ダストの捕捉性能が高まる。この場合、保護層の表面電位（帯電していない保護層と帯電している保護層との電位差）は特に限定されず、例えば、５ｋＶ以上、１００ｋＶ以下であってもよい。

保護層の空隙率は特に限定されないが、圧力損失の観点から、６０体積％以上、９５体積％以下であることが好ましく、７０体積％以上、９０体積％以下であることがより好ましい。

（接着剤）
積層体が保護層を備える場合、極細繊維層と保護層とは、接着剤を介して接着されてもよい。この場合、圧力損失、吸着性能および集塵性能の観点から、接着剤は、ライン状または点状に配置されていることが好ましい。

接着剤の種類は特に限定されず、例えば、熱可塑性樹脂を主成分とするホットメルト接着剤等が挙げられる。熱可塑性樹脂としては、例えば、エチレン・ビニルアルコール共重合体（ＥＶＡ）、ＰＵ、ＰＥＴ等のポリエステル、ウレタン変性共重合ポリエステル等の共重合ポリエステル、ＰＡ、ポリオレフィン（例えば、ＰＰ、ＰＥ）等が例示できる。ホットメルト接着剤は、加熱により溶融されながら、例えば、極細繊維層上に付与される。

接着剤の付着量は特に限定されないが、接合強度および圧力損失の観点から、０．５ｇ／ｍ^２以上、１５ｇ／ｍ^２以下であることが好ましく、１ｇ／ｍ^２以上、１０ｇ／ｍ^２以下であることがより好ましく、３ｇ／ｍ^２以上、９ｇ／ｍ^２以下であることが特に好ましい。

（エアフィルタ）
上記積層体は、エアフィルタとして好適に用いられる。エアフィルタは、積層体を、例えば蛇腹状にプリーツ加工することにより得られる。エアフィルタの一実施形態を図４に示す。図４は、本実施形態に係るエアフィルタ２０を模式的に示す斜視図である。

プリーツ加工の折り目Ｃは、辺ｂ１と辺ｃ１との間をつなぐ方向、すなわち、より多くの第１繊維が配向しているＸ方向に交わる方向に形成されていることが好ましい。これにより、プリーツ加工の際、積層体にかかる応力によって第１繊維間の距離が拡大することが抑制されて、集塵効率の低下が抑制される。また、折り目Ｃが、より多くの第２繊維が配向している方向に沿って形成される場合、プリーツ加工が行われ易い。Ｘ方向と折り目Ｃとは、垂直に交わっていてもよいし、Ｘ方向と折り目Ｃとの成す鋭角が、６０度以上、９０度未満になるように交わっていてもよい。また、接着剤が塗布される場合、接着剤ラインが折り目Ｃと交わる方向になるように、接着剤を塗布することが好ましい。

折り目Ｃ同士の間隔は特に限定されず、エアフィルタ２０のサイズ、用途等に応じて適宜設定すればよい。折り目Ｃ同士の間隔は、例えば、１５ｍｍ以上、６０ｍｍ以下である。

（空気清浄機）
本実施形態にかかる空気清浄機は、吸い込み部と、吐き出し部と、エアフィルタと、を備える。このとき、図５に示すように、エアフィルタ２０は、極細繊維層の第２主面が吸い込み部１０１に対向するように、吸い込み部１０１と吐き出し部１０２との間に配置されることが好ましい。

空気清浄機１００は、外部の大気を吸い込み部１０１から空気清浄機１００内部に取り込む。取り込まれた大気は、エアフィルタ２０を通過する間に集塵され、清浄化された大気が吐き出し部１０２から再び外部に放出される。

空気清浄機１００は、吸い込み部１０１とエアフィルタ２０との間に、さらに、大きな塵等を捕捉するプレフィルタ１０３等を備えてもよい。また、エアフィルタ２０と吐き出し部１０２との間に消臭フィルタ１０４や加湿フィルタ（図示せず）等が備えられてもよい。

（積層体の製造方法）
以下、保護層を備える積層体であって、基材上に、電界紡糸法により第１繊維を堆積させる場合を例に挙げて、本実施形態の積層体ならびにエアフィルタの製造方法を説明する。

第１繊維の配向度を高める方法は、特に限定されない。例えば、電界紡糸の際、基材を移動させながら第１繊維を堆積させる方法、生成した第１繊維が基材に到達するまでの間に、第１繊維に基材の面方向に沿う外力を付与する方法等が挙げられる。本実施形態では、基材を移動（搬送）しながら、電界紡糸法を行う。

保護層を備える積層体は、例えば、（１）基材を準備する工程と、（２）搬送中の基材の一方の表面に、電界紡糸法により第１繊維を堆積させて極細繊維層を形成する工程と、（３）極細繊維層に保護層を積層し、積層体を形成する工程と、を具備する製造方法により得ることができる。さらに、（４）得られた積層体をプリーツ加工する工程を行うことにより、エアフィルタが作製される。

積層体を形成するまでの工程（１）〜（３）は、例えば、ラインの上流から下流に基材を搬送し、搬送される基材の主面に極細繊維層を形成した後、保護層を積層する製造システムにより実施することが可能である。このような製造システムは、例えば、（１）基材を搬送ベルトに供給する基材供給ユニットと、（２）原料液から静電気力により第１繊維を生成させ、搬送中の基材に堆積させる電界紡糸機構を有する電界紡糸ユニットと、（３）電界紡糸ユニットから送り出される上記複合体の極細繊維層側から、保護層を積層する保護層積層ユニットと、を具備する。

以下、図６を参照しながら、エアフィルタ２０の前駆体である積層体１０の製造方法およびこれを行う製造システムについて説明するが、以下のシステムおよび製造方法は、本発明を限定するものではない。図６は、積層体の製造システム２００の一例の構成を概略的に示す図である。製造システム２００は、積層体１０を製造するための製造ラインを構成している。

まず、基材２を準備する。製造システム２００では、基材２は、製造ラインの上流から下流に搬送される。製造システム２００の最上流には、ロール状に捲回された基材２を内部に収容した基材供給ユニット２０１が設けられている。基材供給ユニット２０１は、モータ１３により第１供給リール１２を回転させて、第１供給リール１２に捲回された基材２を搬送ローラ１１に供給する。

基材２は、搬送ローラ１１により、電界紡糸ユニット２０２に搬送される。電界紡糸ユニット２０２が具備する電界紡糸機構は、ユニット内の上方に設置された第１繊維１Ｆの原料液２２を放出するための放出体２３と、放出された原料液２２をプラスに帯電させる帯電手段（後述参照）と、放出体２３と対向するように配置された基材２を上流側から下流側に搬送する搬送コンベア２１と、を備えている。搬送コンベア２１は、基材とともに第１繊維１Ｆを収集するコレクタ部として機能する。なお、電界紡糸ユニット２０２の台数は、特に限定されるものではなく、１台でも２台以上でもよい。

電界紡糸ユニット２０２および／または放出体２３が複数ある場合、電界紡糸ユニット２０２ごと、あるいは、放出体２３ごとに、形成される第１繊維１Ｆの平均繊維径Ｄ１を変化させてもよい。第１繊維１Ｆの平均繊維径Ｄ１は、原料液２２の吐出圧力、印加電圧、原料液の濃度、放出体２３と基材との距離、温度、湿度などを調整することにより、変化させることができる。

放出体２３の基材２の主面と対向する側には、原料液２２の放出口（図示せず）が複数箇所設けられている。放出体２３の放出口と、基材２との距離は、電界紡糸ユニット２０２の規模や所望の繊維径にもよるが、例えば、１００〜６００ｍｍであればよい。放出体２３は、電界紡糸ユニット２０２の上方に設置された、基材２の搬送方向と平行な第１支持体２４から下方に延びる第２支持体２５により、自身の長手方向が基材の主面と平行になるように支持されている。第１支持体２４は、放出体２３を基材２の搬送方向（ＭＤ）とは垂直な方向（ＴＤ）に揺動するように、可動であってもよい。この場合、基材２のＭＤへの搬送速度を、放出体２３のＴＤへの揺動速度よりも速くすると、第１繊維１ＦはＭＤに沿う方向に高い配向性を示す。

帯電手段は、放出体２３に電圧を印加する電圧印加装置２６と、搬送コンベア２１と平行に設置された対電極２７とで構成されている。対電極２７は接地（グランド）されている。これにより、放出体２３と対電極２７との間には、電圧印加装置２６により印加される電圧に応じた電位差（例えば２０〜２００ｋＶ）を設けることができる。なお、帯電手段の構成は、特に限定されない。例えば、対電極２７はマイナスに帯電されていてもよい。また、対電極２７を設ける代わりに、搬送コンベア２１のベルト部分を導体から構成してもよい。

放出体２３は、導体で構成されており、長尺の形状を有し、その内部は中空になっている。中空部は原料液２２を収容する収容部となる。原料液２２は、放出体２３の中空部と連通するポンプ２８の圧力により、原料液タンク２９から放出体２３の中空に供給される。そして、原料液２２は、ポンプ２８の圧力により、放出口から基材２の主面に向かって放出される。放出された原料液２２は、帯電した状態で放出体２３と基材２との間の空間（生成空間）を移動中に静電爆発を起し、繊維状物（第１繊維１Ｆ）を生成する。生成した第１繊維１Ｆは基材２上に堆積し、極細繊維層を形成する。第１繊維１Ｆの堆積量は、原料液２２の吐出圧力、印加電圧、原料液２２の濃度、基材２の搬送速度などを調整することにより、制御される。

原料液２２に含まれる溶媒としては、原料樹脂の種類や製造条件に応じて、適切なものを選択すればよい。例えば、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、ヘキサフルオロイソプロパノール、テトラエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジベンジルアルコール、１，３−ジオキソラン、１，４−ジオキサン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチル−ｎ−ヘキシルケトン、メチル−ｎ−プロピルケトン、ジイソプロピルケトン、ジイソブチルケトン、アセトン、ヘキサフルオロアセトン、フェノール、ギ酸、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸プロピル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジプロピル、塩化メチル、塩化エチル、塩化メチレン、クロロホルム、ｏ−クロロトルエン、ｐ−クロロトルエン、四塩化炭素、１，１−ジクロロエタン、１，２−ジクロロエタン、トリクロロエタン、ジクロロプロパン、ジブロモエタン、ジブロモプロパン、臭化メチル、臭化エチル、臭化プロピル、酢酸、ベンゼン、トルエン、ヘキサン、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、シクロペンタン、ｏ−キシレン、ｐ−キシレン、ｍ−キシレン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、ジメチルスルホキシド、ピリジン、水等を用いることができる。これらは単独で用いてもよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。なかでも、電界紡糸法に適している点で、ＤＭＡｃが好ましい。

原料液２２における溶媒と原料樹脂との混合比率は、選定される溶媒の種類と原料樹脂の種類により異なる。原料液２２における溶媒の割合は、例えば、６０質量％から９５質量％である。

第１繊維１Ｆを形成する電界紡糸機構は、上記の構成に限定されない。所定の第１繊維１Ｆの生成空間において、原料液２２から静電気力により第１繊維１Ｆを生成させ、生成した第１繊維１Ｆを基材の主面に堆積させることができる機構であれば、特に限定なく用いることができる。例えば、放出体２３の長手方向に垂直な断面の形状は、上方から下方に向かって次第に小さくなる形状（Ｖ型ノズル）であってもよい。

極細繊維層が形成された後、基材２と極細繊維層との複合体を加熱して、第１繊維１Ｆに含まれる溶媒の除去を行ってもよい。加熱温度は、各溶媒や分散媒の沸点に応じて適宜設定すればよく、例えば、基材２の表面が１００〜２００℃程度になるように、加熱すればよい。

極細繊維層が形成された後、保護層３を接着するための接着剤を、複合体の極細繊維層にライン状または点状に塗布してもよい。ライン状の接着剤は、圧力損失、吸着性能および集塵性能の観点から、所定の間隔をあけて複数本、配置されることが好ましい。あるいは、接着剤の粒子を、点状に極細繊維層に散布してもよい。

次いで、複合体は、保護層積層ユニット２０３に搬送される。保護層積層ユニット２０３では、複合体の極細繊維層側から、保護層３が供給され、必要に応じて接着剤を介して複合体に積層される。保護層３が長尺である場合、基材２と同様に、保護層３は第２供給リール３２に巻き取られていてもよい。この場合、保護層３は、第２供給リール３２から捲き出されながら、複合体に積層される。

保護層を積層した後、積層体１０を挟んで上下に配置された一対の加圧ローラ３３（３３ａおよび３３ｂ）により圧力を加えながら、積層体１０を加圧して、上記複合体と保護層３とをさらに密着させてもよい。

続いて、保護層積層ユニット２０３から積層体１０を搬出し、ローラ４１を経由して、より下流側に配置されている回収ユニット２０４に搬送する。回収ユニット２０４は、例えば、搬送されてくる積層体１０を捲き取る回収リール４２を内蔵している。回収リール４２はモータ４３により回転駆動される。

回収リール４２に捲き取られた積層体１０は、所望の形状に裁断された後、プリーツ加工機内（図示せず）に導入される。プリーツ加工機では、積層体１０を例えば蛇腹状に折り曲げて、折り目Ｃを形成する。これにより、プリーツ加工が施されたエアフィルタ２０が得られる。エアフィルタ２０には、形成された折り目Ｃと交わるように、ホットメルト樹脂がビード状に塗布される。ホットメルト樹脂によって、隣接するプリーツ同士が部分的に接着されて、プリーツ形状が保持される。

本発明の積層体は、高い集塵効率と低い圧力損失とを備えるため、空気清浄機の他、空調機の濾材、防塵マスク等の防塵布や防塵服等として、好適である。

１０：積層体
１Ｆ、１Ｆｘ、１Ｆｙ、１Ｆｚ：第１繊維
２：基材
２Ｆｘ、２Ｆｙ、２Ｆｚ：第２繊維
３：保護層
２０：エアフィルタ
１００：空気清浄機
１０１：吸い込み部
１０２：吐き出し部
１０３：プレフィルタ
１０４：消臭フィルタ
２００：製造システム
２０１：基材供給ユニット
１１：搬送ローラ
１２：第１供給リール
１３：モータ
２０２：電界紡糸ユニット
２１：搬送コンベア
２２：原料液
２３：放出体
２４：第１支持体
２５：第２支持体
２６：電圧印加装置
２７：対電極
２８：ポンプ
２９：原料液タンク
２０３：保護層積層ユニット
３１：搬送ローラ
３２：第２供給リール
３３、３３ａ、３３ｂ：加圧ローラ
２０４：回収ユニット
４１：ローラ
４２：回収リール
４３：モータ

Claims (7)

1. 第１繊維を含み、第１主面と前記第１主面とは反対側の第２主面とを備える極細繊維層と、
   前記第１繊維の平均繊維径Ｄ１よりも大きい平均繊維径Ｄ２を有する第２繊維を含み、前記極細繊維層の第１主面に積層される基材と、を備え、
   前記極細繊維層の面方向における単位面積あたりの前記第１繊維の本数Ｎが、前記基材の面方向における単位面積あたりの前記第２繊維の本数Ｍよりも多く、
   前記極細繊維層が、前記第２主面に配置され、辺ａ１と、前記辺ａ１と直交する辺ｂ１および辺ｃ１と、前記辺ａ１に対向する辺ｄ１と、を備える正方形により形成される第１領域を備え、
   前記第１領域内において、前記辺ａ１と前記辺ｄ１との間をつなぐ前記第１繊維の本数Ｎｘが、前記辺ｂ１と前記辺ｃ１との間をつなぐ前記第１繊維の本数Ｎｙよりも多い、積層体。
2. 前記基材が、一方の主面に配置され、前記第１領域に対向する第２領域を備え、
   前記第２領域内において、前記辺ａ１に対応する辺ａ２と、前記辺ａ２に対向する辺ｄ２との間をつなぐ前記第２繊維の本数Ｍｘと、前記辺ｂ１に対応する辺ｂ２と前記辺ｃ１に対応する辺ｃ２との間をつなぐ前記第２繊維の本数Ｍｙとの比：Ｍｘ／Ｍｙが、
   前記本数Ｎｘと前記本数Ｎｙとの比：Ｎｘ／Ｎｙより小さい、請求項１に記載の積層体。
3. 前記第１繊維の前記本数Ｎと前記第２繊維の前記本数Ｍとが、Ｎ＞Ｍ×１０の関係を満たす、請求項１または２に記載の積層体。
4. 前記第１繊維がポリフッ化ビニリデンを含み、
   前記第１繊維の平均繊維径Ｄ１が５０ｎｍ以上、９００ｎｍ以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の積層体。
5. 前記極細繊維層の前記第２主面に積層される保護層を備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の積層体。
6. プリーツ加工されたエアフィルタであって、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の積層体を備え、
   前記プリーツ加工の折り目が、前記辺ｂ１と前記辺ｃ１との間をつなぐ方向に沿って形成されている、エアフィルタ。
7. 気体の吸い込み部と、
   気体の吐き出し部と、
   前記吸い込み部と前記吐き出し部との間に配置される請求項６に記載のエアフィルタと、を備える、空気清浄機。