JP3665983B2 - フィルターユニット - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願発明は、フィルターユニットに関するものであり、とくにヘパ（ＨＥＰＡ）フィルターなどの高性能フィルターにも用いることができ、しかも有機物質から構成されているので、鋭角な折り曲げ加工が可能であり、焼却による廃棄が容易な濾材からなるフィルターユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ヘパフィルターなどの高性能フィルターには直径０．１〜１μｍのガラス繊維製フィルターが使用されていたが、繊維が折れやすく、脱落しやすいため加工時や使用時に問題があった。
また、ガラス繊維製フィルターは焼却できないため、廃棄物処理の点でも問題があった。更に、ガラス繊維製フィルターはホウ素を含むことが多いが、例えば半導体工業では、このホウ素が悪い影響を与えるため、特別な対策をとる必要があった。
【０００３】
一方、ガラス繊維を使用しない高性能フィルターとして、ポリテトラフルオロエチレンの微孔膜を利用したフィルターが知られているが、このフィルターは高価であるため広く使用されていない。
【０００４】
また、廃棄処理などを考慮して有機材料だけを利用した高性能フィルターとしてメルトブロー法などにより得られる平均繊維径数μｍのポリプロピレン繊維からなるフィルターが検討されたが、捕集能力が不足し、圧力損失も高くなりすぎ、さらに自己保持性がないという問題があった。
このような問題を解決する濾材として、特開平２−１０４７６５号公報には、メルトブロー法により得られた平均繊維径数μｍの有機繊維と、開繊された短繊維または長繊維とを混合し、直流電場内で捕集したエレクトレット不織布のフィルターが提案されている。
このフィルターは、エレクトレット化された繊維による静電気的な吸引力により微細な粒子を吸着できるため、微粒子を捕集することができ、しかも、解繊された短繊維または長繊維が混合されることによって圧力損失を低下させることができるという効果がある。
しかし、このエレクトレット不織布のフィルターは、長期間使用を続けると吸着したイオン性の粒子により電荷が中和されたり、使用環境によっては熱、湿気、溶剤などによって繊維の電荷が消失して、時間が経過するにしたがって捕集能力が低下するという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この出願発明者はこれらの従来技術の問題点を解決するためにいろいろ検討した結果、いわゆるヘパグレード以上の高い捕集能力を得ることができ、長期間捕集能力が低下せず、しかも、材料として有機物を使用することにより、廃棄処理の容易な高性能の濾材を開発し、この濾材にプリーツ加工を施し、フィルターユニットに適用することによって、これらの問題を解決することに成功した。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この出願発明は、メルトインデックスが５００〜１０００のポリプロピレン樹脂を用いたメルトブロー法によって製造された平均繊維径１μｍ未満の実質的にショットのない極細有機繊維と、平均繊維径５〜１００μｍの熱融着性繊維とを混合した繊維ウェブが、熱融着性繊維により結合されてなるフィルターからなるフィルターユニットに関する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
この出願発明の第一のフィルターユニットは、フィルターユニットが、小さなピッチのプリーツが形成されている大きなプリーツから構成されていることがとくに好ましい。以下に、この形態のフィルターユニットにつき、このユニットを斜視的に一部を切り欠いて示す図１及びフィルター部分の折形状を概略断面により示す図２を参照して説明する。まず、小さなプリーツの折深さｂは１０〜６０ｍｍであることが好ましく、この範囲よりも深さが小さいと加工しにくく、大きいと圧力損失が増大する傾向にある。また、このプリーツの山間隔ｃは、２．５〜１０ｍｍとするのが好ましく、この範囲を外れるほど、圧力損失が増大する傾向にある。さらに、大きなプリーツの折深さａは３０〜６００ｍｍ程度とすることにより過剰な圧力損失を防ぐことができる。さらに、大きなプリーツの山間隔は、このフィルタユニットを装着する装置の仕様に合わせて必要に応じて設計することができる。これに加えて、小さなプリーツにホットメルト樹脂を塗布形成し、形態を保持することもできる。
【０００８】
この出願発明の第二のフィルターユニットは、フィルターが、コの字型、Ｕ字型若しくはＶ字型のプリーツから構成されていることがとくに好ましい。この形態のユニットに関して、コの字型プリーツを挙げて図１と同様に示す図３、及び各々概略断面により示す図４並びに図５を参照して説明すれば、まず、コの字型の山間隔ｅは、加工適性から２．５ｍｍ以上、圧力損失低減のためには１０ｍｍ以下とするのが好ましく、奥行きｄは、装置の仕様に応じて３０〜６００ｍｍの範囲で設計することができる。
【０００９】
この出願発明の第二のフィルターユニット１ｂは、フィルターに、アルミ、紙等のセパレータ２３がはめ込まれていることがとくに好ましい。これらの材質は、平板材料をフィルターと同様に折加工できる利点があるが、予め、図示のようにジグザグ形状に成型されたプラスチックなどの合成樹脂であっても良い。このようにすることにより、フィルターユニットのフィルター形状を保持することができる。
【００１０】
この出願発明の第三のフィルターユニットは、前述の濾材に線状の接着剤を配して、プリーツ形成されたフィルター形状を保持することがとくに好ましい。また、この接着剤として、ホットメルト樹脂の使用が好ましい。
【００１１】
以下、図６〜図９を参照して、この第三のユニット形態につき説明すれば、この出願発明の線状の接着剤は、図７〜図８に示すように、プリーツの折り目が折返し点の内側になる部分を除いた部分に接着剤が塗布された濾材をプリーツ加工するが、線状接着剤同士は２０〜３０ｍｍの離間距離ｉで塗布することが好ましい。この距離範囲を超えると形状保持が難しくなることがあり、狭くすると接着剤のアプリケーターの本数が多数必要になることがあり、形状保持の効率は向上しないことがあるため、加工コストが高くなることがある。
【００１２】
塗布される接着剤の塗布幅ｇは、１．０〜２．５ｍｍ、塗布高さｈは、０．８〜１．５ｍｍであることがとくに好ましい。図７に示す中断間隔ｆとは、フィルターを折加工する際の折返し点を構成する部分であるが、上述した接着剤の塗布幅や塗布高さに応じて、フィルター同士が折返し点を介して隣接するフィルター部分同士が平行に保持される様に、必要に応じて設計することができる。さらに、折り曲げた部分の間隔は、圧力損失と加工性の兼ね併せで２．５〜１０ｍｍがとくに好ましく、４〜５ｍｍがとくに好ましい。
【００１３】
この出願発明のフィルターユニットは、濾材にプリーツ形成したフィルターを、枠体に一体に、あるいは取り外し可能に取り付ける。枠体としては通常使用されているものが使用され、プラスチック、木材、金属等が使用され、金属としてはアルミニウムを用いることができるが、加工および使用後の処理の点からプラスチックがとくに好ましい。プラスチック、木材の場合には、枠体と一緒に焼却することができるので、廃棄物処理の点で優れている。また、金属の場合にも、枠体から分離することにより、焼却することができる。
【００１４】
この出願発明のフィルターユニットに使用する濾材は、平均繊維径１μｍ未満の極細有機繊維が５０〜９０重量％、平均繊維径５〜１００μｍの熱融着性繊維が５０〜１０重量％含まれていることが好ましい。
【００１５】
また、この出願発明のフィルターユニットの濾材は、厚みが０．１〜１．５ｍｍであることが好ましい。この範囲にすることにより、折り加工に好適である。
【００１６】
また、この出願発明のフィルターユニットの濾材は、極細有機繊維と熱融着性繊維とを混合した繊維ウェブが、熱融着性繊維に含まれる低融点成分の融点以下の温度で、加圧処理されていることが好ましい。
【００１７】
また、この出願発明のフィルターユニットの濾材は、熱融着性繊維に含まれる低融点成分の融点以上で、しかも、極細有機繊維の融点より低い温度で、実質的に加圧せずに加熱処理されていることが好ましい。
【００１８】
また、この出願発明のフィルターユニットの濾材は、メルトブロー法による極細有機繊維が、ショットがないか、あるいはショットが少ない繊維であることが好ましい。
【００１９】
また、この出願発明のフィルターユニットの濾材は、風速５．３ｃｍ／秒の条件下で、直径０．３μｍの粒子の捕集効率が９９．９７％以上であることが好ましい。
【００２０】
メルトブロー法により得られる極細有機繊維の原料樹脂は、ポリプロピレン系、ポリエチレン系などのポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリウレタン系樹脂などが使用されるが、細い繊維が得やすいポリプロピレン系樹脂がとくに好ましい。
また、極細有機繊維の平均繊維径は１μｍ未満であり、０．０５〜１μｍであることが好ましく、０．１〜０．６μｍであることがとくに好ましい。極細有機繊維の平均繊維径が１μｍより太くなると、高い捕集効率の濾材を得るのが難しくなることがある。
【００２１】
この出願発明のフィルターユニットの濾材に使用する極細有機繊維はメルトブロー法により製造されるが、従来のメルトブロー法では平均繊維径が１μｍ未満の微細なものを作ろうとすると、紡糸時に繊維切れが生じてショット（樹脂の塊）が多数発生するという問題があった。
この出願発明では、通常よりノズルから吐出する樹脂量を大幅に少なくし、通常ではショットの数が増大するために行われていない範囲にまでノズル近傍から吹き出す加熱気流の流量を増やすことにより、驚くべきことにショットをほとんど発生させることなく平均繊維径が１μｍ未満の極細有機繊維を製造することができる。
例えば、メルトインデックスが５００〜１０００のポリプロピレン樹脂を使用して、一つのノズル孔から吐出する樹脂量を０．２ｃｍ3／分以下、好ましくは０．００１〜０．１５ｃｍ3／分とし、１ｍ幅当りの加熱気流の流量を０．５Ｎｍ3／分以上、好ましくは１〜１０Ｎｍ3／分とし、単位幅当りの加熱気流の量と樹脂量との重量比（Ａ／Ｐ）を１０〜１０００、好ましくは３０〜８００とすると、平均繊維径１μｍ未満の繊維を実質的にショットの発生なく製造できる。
【００２２】
メルトブロー法により得られるショットがないか、あるいはショットが少ない極細有機繊維を使用することにより、濾材の折り加工時などにショット周辺で生じるクラックにより、大きな空隙が濾材内に生じて、捕集効率が低下することを防止できる。なお、この出願発明でいうショットとは、直径約１０μｍ以上の樹脂の塊を言う。また、ショットが発生しなくなる加熱気流の流量やノズルから吐出する樹脂量は、メルトブロー法により繊維を製造する装置の構造、樹脂の種類、及び樹脂の紡糸温度や加熱気流の温度などの製造条件などにより変動する。
【００２３】
熱融着性繊維は、極細有機繊維を熱融着できるものであればよく、低融点成分の全溶融型繊維、高融点成分と低融点成分の熱融着性複合繊維などが使用できる。
熱融着性複合繊維は接着後も高融点成分の骨格が残り、濾材の空隙を保持できるのでより好ましい。
【００２４】
熱融着性複合繊維は、高融点成分が芯、低融点成分が鞘となる芯鞘型複合繊維、偏芯芯鞘型複合繊維、高融点成分と低融点成分が貼り合せ構造となるサイドバイサイド型複合繊維、低融点成分の海に高融点成分の島が分布した海島型複合繊維などがとくに好ましい。
【００２５】
熱融着性繊維の低融点成分は、極細有機繊維の融点よりも低いものであり、２０℃以上低いものが好ましい。
２０℃以上低くすることにより、熱融着性繊維の低融点成分により接着する際に、極細有機繊維が溶融したり、フィルム化が生じないため、極細有機繊維による微細な空隙を有する構造にすることができる。
【００２６】
熱融着性繊維の平均繊維径は５〜１００μｍであり、１０〜５０μｍであることがとくに好ましい。
熱融着性繊維の平均繊維径が５μｍよりも細いと、圧力損失を低く保つことが難しくなると共に濾材の強度が不足気味となることがあり、一方、１００μｍよりも太いと、極細有機繊維との均質な混合が難しくなり、局所的に圧力損失の高い部分が生じたり、十分な捕集能力が得られないことがある。
【００２７】
熱融着性繊維は、短繊維であっても長繊維であってもよいが、極細有機繊維との混合のし易さなどを考慮すると短繊維が好ましい。
また、ステープルファイバーなどの繊維製造工程で延伸処理されたものを使用すると、濾材の空隙を保持するのに十分な強度が得られるのでより好ましい。
【００２８】
極細有機繊維と熱融着性繊維の配合割合（重量比）は、９０：１０〜５０：５０であることが好ましく、とくに９０：１０〜６０：４０であることが好ましい。
極細有機繊維の量が５０より少ない場合には、捕集効率が低くなることがあり、一方、熱融着性繊維の量が１０より少ない場合には、圧力損失が上昇したり、得られる濾材の表面耐性や強度が不足することがある。
【００２９】
極細有機繊維と熱融着性繊維とを混合して繊維ウェブを形成する方法としては、例えば、メルトブロー法により形成された加熱気体流中の紡糸された繊維流に、開繊された熱融着性繊維を供給して両者を混合し、捕集体上に捕集して繊維ウェブを形成することにより製造することが好ましい。
【００３０】
また、極細有機繊維と熱融着性繊維とを混合した繊維ウェブは、熱融着性繊維に含まれる低融点成分の融点以下の温度で加圧処理することが好ましい。
具体的には、例えば、低融点成分がポリエチレン樹脂の場合には表面温度８０〜１２０℃のプレス機やロールなどで加圧して厚みを圧縮することが好ましい。このようにすると、極細有機繊維と熱融着性繊維のいずれをもフィルム化させることなく、繊維ウェブを緻密にできるため、得られる濾材の圧力損失を増大させずに捕集効率を向上できる。
【００３１】
加圧処理することにより製造されたウェブは、熱融着性繊維に含まれる低融点成分の融点以上で極細有機繊維を構成する樹脂の融点より低い温度で、実質的に加圧せずに加熱処理することが好ましい。
実質的に加圧せずに加熱処理するとは、加熱カレンダーロールや熱プレス機などのように加圧状態で加熱処理するものではないことを意味しており、例えば、雰囲気温度を上記の温度に調節したドライヤー内を通す方法や、上記の温度の気体を繊維ウェブ内に通過させる方法などによる無圧状態での加熱処理をいう。
具体的には、例えば、低融点成分がポリエチレン樹脂、極細有機繊維がポリプロピレン樹脂からなる場合には、熱風ドライヤーなどを用いて１４０〜１５０℃の熱風で処理することが好ましい。
このようにすると、加熱ロールなどにより接着する場合のように、接着が繊維ウェブの表層付近に偏って生じたり、ロールの接触圧などにより低融点成分がフィルム化することがなく、繊維ウェブの全体にわたって熱融着性繊維の低融点成分が他の繊維との接触点で接着するため、均質で強固な結合が得られる。
【００３２】
このような条件で加圧処理及び熱風処理により製造された濾材は、内部まで均質に繊維接着されているため、薄く、表面の磨耗耐性が優れており、強度があって折り加工などができ、緻密であって微粒子の捕集性能に優れている。
しかも、繊維の接着の際に繊維がフィルム化して空隙を塞ぐことがないため、圧力損失もあまり大きくならないという効果がある。
【００３３】
この出願発明のフィルターユニットを構成する濾材は、メルトブロー法によって製造された平均繊維径１μｍ未満の極細有機繊維と、平均繊維径５〜１００μｍの熱融着性繊維とを混合した繊維ウェブが、熱融着性繊維により結合されているため、風速５．３ｃｍ／秒の条件下で、直径０．３μｍの粒子の捕集効率が９９．９７％以上となるように調整することができる。
また、この出願発明により、有機材料のみからなり、しかも、エレクトレット化などの処理をせずにヘパフィルターのグレードの捕集効率並びに圧力損失を実現すると共に、所定のプリーツ加工を施したフィルターを具える、濾材面積の大きなフィルターユニットを初めて実現することができる。
【００３４】
なお、より高い捕集能力を要求される場合には、濾材又は濾材を構成する繊維にエレクトレット化処理を施しても良い。
【００３５】
この出願発明のフィルターユニットの濾材の製造方法の一例を以下に説明する。
図１０の濾材の製造工程図に示すように、この出願発明のフィルターユニットの濾材７は、メルトブロー装置用のダイ１１を用いて極細有機繊維８を形成すると共に、開繊機１４により開繊した熱融着性繊維９をこの極細有機繊維８と混合し、この混合した繊維をコンベヤーベルトなどの捕集体１８上に捕集して繊維ウェブ１０とした後、ドライヤーなどの加熱処理装置１９を通して熱融着性繊維により構成繊維を結合することにより製造することができる。
【００３６】
極細有機繊維８はメルトブロー装置用のダイ１１を使用してメルトブロー法により形成される。図１１に示すように、ダイ１１には溶融樹脂を吐出するノズル１２とこのノズル近傍から加熱気流を吹き出す熱気流吹出し口１３とが設けられており、ノズルから押出した溶融樹脂を加熱気流により細化して極細有機繊維を形成する。
通常、ノズル１２は複数個、所定間隔で直線上に並んでおり、この両側に連続したスリットの形状で熱気流吹出し口１３を設ける。
また、この出願発明では溶融樹脂の吐出量を大幅に制限すると共に、加熱気流の流量を高めることにより、平均繊維径１μｍ未満でショットがほとんどない極細有機繊維を供給することができる。
【００３７】
熱融着性繊維９は開繊機１４を使用して開繊した繊維を、上記の極細有機繊維の繊維流に供給して混合する。
開繊機１４としては、カード機、ガーネット機などが使用できるが、図１２に示すように、複数の開繊シリンダー１５をハウジング１６に収納した開繊機が好ましい。
この開繊機は、シリンダーの遠心力により繊維をハウジング内壁に衝突させることにより開繊している。このため、カード機などのように繊維にクリンプがなくても開繊できる。
また、この開繊機では繊維の長さや太さなどの制約もカード機に比べて受けにくい。
【００３８】
開繊された熱融着性繊維を極細有機繊維の繊維流に供給する場合には、極細有機繊維の繊維流に対して、できるだけ垂直な方向から供給した方が繊維を均質に混合しやすくなるので好ましい。
メルトブロー法による極細有機繊維の繊維流が水平方向に形成される場合には、上部より熱融着性繊維を落下させて供給しても良いが、図１０のように、極細有機繊維の繊維流が垂直方向に形成される場合には、図１２の開繊機１４のように、エアーノズル１７などを設けて熱融着性繊維を水平方向（繊維流に垂直方向）に供給することが好ましい。
【００３９】
なお、必要な場合には、熱融着性繊維の供給角度を調節して、厚み方向の熱融着性繊維の分布を変えて、厚み方向に粗密構造ができるようにしても良い。
【００４０】
混合された極細有機繊維８と熱融着性繊維９とをコンベヤーベルトなどの捕集体１８に捕集して繊維ウェブ１０を形成する。
捕集体としては、ロール、ネットなども使用できる。気体流の衝突で繊維ウェブが乱れたり、飛散したりしないように、捕集体は通気性であることが好ましく、更には捕集体の捕集面の反対側へ気体を吸引していることが好ましい。
【００４１】
ついで、繊維ウェブ１０を加熱処理装置１９により加熱処理して、熱融着性繊維９により構成繊維を結合することにより濾材７を製造する。
この加熱処理装置１９としては、ドライヤー、熱風ドライヤー、吸引付きのドライヤーなどを使用することが好ましく、実質的に加圧しない状態（無圧下）で加熱処理することが好ましい。
また、加熱条件は極細有機繊維が溶融しない融点未満の温度で、熱融着性繊維が接着する低融点成分の融点以上の温度とすることが好ましい。
このような条件下で熱融着性繊維を加熱接着させると、繊維ウェブの厚み方向に均質に接着することができ、しかも、極細有機繊維が形成する微細な空隙構造が加熱処理により潰れないので良い。
【００４２】
なお、濾材７をより緻密な構造にする場合、及びより薄い厚みにする場合には、加熱処理の前に、加圧処理装置２０により加圧処理することが好ましい。
この加圧処理装置２０としては、加圧ロール、プレス機などが使用できるが、図１０に示すような加熱装置２１を内側に配置した一対の無限軌道２２の間で加圧処理する装置がとくに好ましい。
この装置２０では、加圧ロールなどに比べて加圧している時間が長いため、強いせん断力が繊維ウェブに加わりにくく、得られる濾材の圧力損失を上昇させにくいので良い。
加圧処理は熱融着性繊維９がフィルム化して濾材の微細な空隙を塞がないように、熱融着性繊維９の低融点成分が溶融しない融点未満の温度で行われることが好ましい。
【００４３】
【実施例】
以下、この出願発明を実施例により具体的に説明する。
【００４４】
実施例１
図１および図２に示すように、折深さｂが３０ｍｍ、山間隔ｃが５ｍｍの小さなピッチのプリーツ３が形成され、大きなプリーツ４の折深さａが２６０ｍｍ、山間隔が１２０ｍｍで構成されている第一のフィルターユニット１ａを製造した。このフィルターユニットは、フィルター寸法が、６１０×６１０×２９０ｍｍであり、処理風量は、３１ｍ3／分／台であり、新品時圧力損失は、約２４９Ｐａであった。
【００４５】
実施例２
図３〜図５に示すように、奥行きｄが２６０ｍｍ、山間隔ｅが９ｍｍのコの字型のプリーツ２から構成され、しかも、このプリーツ２が施されたフィルターの形状保持を図るため、ジグザグに折られたセパレーター２３を備える第二のフィルターユニット１ｂを製造した。このフィルターユニットは、フィルター寸法が、６１０×３０５×２９０ｍｍであり、処理風量は、１４．５ｍ3／分／台であり、新品時圧力損失は、約２４９Ｐａであった。
【００４６】
実施例３
図６に示すように、線状の接着剤によってプリーツが形成されている第三のフィルターユニット１ｃを製造した。このフィルターは、図７及び図８を参照して既に説明したように、濾材７の両面に１０ｍｍの中断距離ｆを設けて、折曲げ分を除いて２５ｍｍ間隔で０．８ｍｍの高さｈ及び１ｍｍの幅ｇで、ホットメルト樹脂を塗布し、図９に示すように折り曲げて製造した。このフィルターユニットは、フィルター寸法が、６１０×７６０×７５ｍｍであり、処理風量は、２１ｍ3／分／台であり、新品時圧力損失は、約２４９Ｐａであった。
【００４７】
参考例１
図１０に示す製造工程により濾材を製造した。また、メルトブロー装置用のダイとして、図１１に示すダイを使用した。ダイには、直径０．２ｍｍのノズルが０．８ｍｍ間隔で直線状に９００個設けられており、その両側にスリット状の加熱気流の吹出し口が形成されている。ノズル近傍の温度を３３０℃に調整し、溶融したポリプロピレン樹脂（メルトインデックス＝約６００）を一つのノズル当り０．０３３ｃｍ3／分の樹脂量で吐出する。また、加熱気流の流量は１ｍ幅当り２Ｎｍ3／分とする。これにより、ダイからメルトブローされた平均繊維径０．５μｍの極細有機繊維のショットが実質的に含まれない繊維流を形成する。
一方、図１２に示す開繊機により、芯がポリプロピレン樹脂、鞘がポリエチレン樹脂である平均繊維径１６μｍ、長さ５１ｍｍの熱融着性繊維を開繊し、エアーノズルにより、極細有機繊維の繊維流に略直角方向から供給し、混合した。混合された繊維をコンベヤーベルト上に捕集して繊維ウェブを形成した。尚、ベルトはメッシュ体であって、ベルトの捕集面から裏面へと厚さ方向に吸引し、繊維ウェブの繊維の乱れを防いだ。得られた繊維ウェブには、極細有機繊維が８５ｇ／ｍ2、熱融着性繊維が３０ｇ／ｍ2含まれており、全体の重さは１１５ｇ／ｍ2であった。
この繊維ウェブをポリエチレン樹脂の融点より低い１２０℃の温度で２０秒間加圧処理した後、ポリエチレン樹脂の融点より高く、ポリプロピレン樹脂の融点より低い１４５℃の雰囲気温度のドライヤーで、気流を繊維ウェブの厚み方向に通過させて加熱処理して、熱融着性繊維で結合し、厚み０．９ｍｍの濾材を得た。
この濾材の初期圧力損失は、３５０Ｐａ、捕集効率は９９．９９％で、ヘパグレードの能力を示した。なお、測定は風速５．３ｃｍ／秒の条件で行い、試験粒子としては粒径０．３μｍのポリスチレン粒子を使用した。
この捕集効率は、通常の大気を３か月間通風した後も同じであり、安定した能力を示した。
また、この濾材は強度にも優れ、プリーツ加工などの折り加工を施しても問題がなく、繊維が折れたり、脱絡したりすることもなかった。更には、有機繊維だけで構成されているため、焼却が可能で廃棄の問題もない。
【００４８】
比較例１
極細有機繊維の平均繊維径を２μｍとし、極細有機繊維と熱融着性繊維との配合量、装置および製造工程を実施例１と同様にして濾材を作成した。
この濾材の初期圧力損失は、２１０Ｐａ、捕集効率は８７．９％であり、捕集能力が明らかに不足していた。
【００４９】
比較例２
比較例１で得られた濾材をコロナ放電法によりエレクトレット化処理した。
得られた濾材の初期圧力損失は、２１０Ｐａ、捕集効率は９９％であったが、この濾材の捕集効率は通常の大気を３か月間通風した後、９５％まで低下し、安定した捕集能力は得られなかった。
【００５０】
参考例２
メルトブローされた平均繊維径０．３μｍの極細有機繊維を５０ｇ／ｍ2と、芯がポリプロピレン樹脂、鞘がポリエチレン樹脂からなる平均繊維径１６μｍ、長さ５１ｍｍの熱融着性繊維を３０ｇ／ｍ2とを使用し、実施例１と同様にして厚さ０．６ｍｍ、面密度８０ｇ／ｍ2の濾材を作成した。
この濾材の初期圧力損失は、３５０Ｐａ、捕集効率は９９．９９％で、ヘパグレードの能力を示した。また、捕集効率は通常の大気を３か月間通風した後も同じであり、安定した能力を示した。
また、この濾材は強度にも優れ、プリーツ加工などの折り加工を施しても問題がなく、繊維が折れたり、脱絡したりすることもなかった。更には、有機繊維だけで構成されているため、焼却が可能で廃棄の問題もない。
【００５１】
製造例３
メルトブローされた平均繊維径０．５μｍの極細有機繊維を４５ｇ／ｍ2と、芯がポリプロピレン樹脂、鞘がポリエチレン樹脂からなる平均繊維径１６μｍ、長さ５１ｍｍの熱融着性繊維を６０ｇ／ｍ2とを使用し、実施例１と同様にして厚さ０．８ｍｍ、面密度１０５ｇ／ｍ2の濾材を作成した。
この濾材の初期圧力損失は、１０７Ｐａ、捕集効率は９９％であった。また、捕集効率は通常の大気を３か月間通風した後も同じであり、安定した能力を示した。
また、この濾材は強度にも優れ、プリーツ加工などの折り加工を施しても問題がなく、繊維が折れたり、脱絡したりすることもなかった。更には、有機繊維だけで構成されているため、焼却が可能で廃棄の問題もない。
【００５２】
【発明の効果】
この出願発明の、小さなピッチのプリーツが形成され、かつ大きなプリーツから構成されている第一のフィルターユニットは、加工コストが低く、捕集量が多いので、ダクトフィルタに好適である。
また、コの字型、Ｕ字型若しくはＶ字型のプリーツから構成されている第二のフィルターユニットは、層流（出口風速分布が面内で均一）を形成し易く、強度が確保でき、多風量の処理ができるので、クリーンルームなどに好適である。
さらに、線状の接着剤によってプリーツが形成されている第三のフィルターユニットは、薄型でコンパクトであり、空気清浄機などに好適である。
【００５３】
この出願発明のフィルターユニットは、フィルターがメルトブロー法によって製造された平均繊維径１μｍ未満の極細有機繊維と、平均繊維径５〜１００μｍの熱融着性繊維とを混合した繊維ウェブが、熱融着性繊維により結合されているため、低い圧力損失を維持した状態で高い捕集効率を得ることができる。このため、この出願発明のフィルターユニットのフィルターはエレクトレット化処理などを施さずに、ヘパグレードの捕集能力を持つフィルターを提供することもできる。
また、このフィルターはエレクトレット化処理を施したもののように捕集能力が使用時間と共に低下することが少なく、長期に亘り安定した捕集能力を有する。
さらには、有機材料のみから構成されているため鋭角な折り曲げ加工ができ、焼却が可能で廃棄も容易であり、ホウ素などを含まないので、半導体工業用のフィルターとしても問題なく使用できる。
【００５４】
とくに、平均繊維径１μｍ未満の極細有機繊維を５０〜９０重量％、平均繊維径５〜１００μｍの熱融着性繊維を５０〜１０重量％の割合で含む場合には、ヘパグレードの高い捕集効率が実現できる。
【００５５】
また、この出願発明のフィルターユニットに使用する濾材は、熱融着性繊維に含まれる低融点成分の融点以上で、極細有機繊維の融点より低い温度で実質的に加圧せずに加熱処理されている場合、内部まで均質に繊維接着されるため、薄く、表面の耐磨耗性が優れており、強度があるので折り加工などができ、緻密であるので微粒子の捕集性能に優れている。
しかも、繊維の接着する際に繊維がフィルム化して空隙を塞ぐことがないため、初期圧力損失もあまり大きくならないという優れた効果がある。
【００５６】
さらに、不織布の厚みが０．１〜１．５ｍｍの場合には、折り加工などをすることにより大きな表面積のユニットを構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この出願発明のフィルターユニット
【図２】 この出願発明のフィルターユニットの要部断面図
【図３】 この出願発明の他のフィルターユニット
【図４】 図３のフィルターユニットの要部断面図
【図５】 図３のフィルターユニットの他の断面を示す図
【図６】 この出願発明の第三のフィルターユニット
【図７】 第三のフィルターユニットの説明図
【図８】 第三のフィルターユニットの他の説明図
【図９】 第三のフィルターユニットの要部断面図
【図１０】 濾材の製造工程の一例を示す図
【図１１】 メルトブロー装置用ダイの一例の断面模型図
【図１２】 開繊機の一例の断面模型図
【符号の説明】
１ａ 第一のフィルターユニット
１ｂ 第二のフィルターユニット
１ｃ 第三のフィルターユニット
２ プリーツ
３ 小さなプリーツ
４ 大きなプリーツ
５ 接着剤
６ 枠
７ 濾材
８ 極細有機繊維
９ 熱融着性繊維
１０ 繊維ウェブ
１１ ダイ
１２ ノズル
１３ 熱気流吹き出し口
１４ 開繊機
１５ 開繊シリンダー
１６ ハウジング
１７ エアーノズル
１８ 捕集体
１９ 加熱処理装置
２０ 加圧処理装置
２１ 加熱装置
２２ 無限軌道
２３ セパレータ
ａ 大きなプリーツの折り深さ
ｂ 小さなプリーツの折り深さ
ｃ 小さなプリーツの山間隔
ｄ 奥行
ｅ 山間隔
ｆ 中断距離
ｇ 幅
ｈ 山高さ
ｉ 離間距離
ｊ 山間隔
【発明の属する技術分野】
この出願発明は、フィルターユニットに関するものであり、とくにヘパ（ＨＥＰＡ）フィルターなどの高性能フィルターにも用いることができ、しかも有機物質から構成されているので、鋭角な折り曲げ加工が可能であり、焼却による廃棄が容易な濾材からなるフィルターユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ヘパフィルターなどの高性能フィルターには直径０．１〜１μｍのガラス繊維製フィルターが使用されていたが、繊維が折れやすく、脱落しやすいため加工時や使用時に問題があった。
また、ガラス繊維製フィルターは焼却できないため、廃棄物処理の点でも問題があった。更に、ガラス繊維製フィルターはホウ素を含むことが多いが、例えば半導体工業では、このホウ素が悪い影響を与えるため、特別な対策をとる必要があった。
【０００３】
一方、ガラス繊維を使用しない高性能フィルターとして、ポリテトラフルオロエチレンの微孔膜を利用したフィルターが知られているが、このフィルターは高価であるため広く使用されていない。
【０００４】
また、廃棄処理などを考慮して有機材料だけを利用した高性能フィルターとしてメルトブロー法などにより得られる平均繊維径数μｍのポリプロピレン繊維からなるフィルターが検討されたが、捕集能力が不足し、圧力損失も高くなりすぎ、さらに自己保持性がないという問題があった。
このような問題を解決する濾材として、特開平２−１０４７６５号公報には、メルトブロー法により得られた平均繊維径数μｍの有機繊維と、開繊された短繊維または長繊維とを混合し、直流電場内で捕集したエレクトレット不織布のフィルターが提案されている。
このフィルターは、エレクトレット化された繊維による静電気的な吸引力により微細な粒子を吸着できるため、微粒子を捕集することができ、しかも、解繊された短繊維または長繊維が混合されることによって圧力損失を低下させることができるという効果がある。
しかし、このエレクトレット不織布のフィルターは、長期間使用を続けると吸着したイオン性の粒子により電荷が中和されたり、使用環境によっては熱、湿気、溶剤などによって繊維の電荷が消失して、時間が経過するにしたがって捕集能力が低下するという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この出願発明者はこれらの従来技術の問題点を解決するためにいろいろ検討した結果、いわゆるヘパグレード以上の高い捕集能力を得ることができ、長期間捕集能力が低下せず、しかも、材料として有機物を使用することにより、廃棄処理の容易な高性能の濾材を開発し、この濾材にプリーツ加工を施し、フィルターユニットに適用することによって、これらの問題を解決することに成功した。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この出願発明は、メルトインデックスが５００〜１０００のポリプロピレン樹脂を用いたメルトブロー法によって製造された平均繊維径１μｍ未満の実質的にショットのない極細有機繊維と、平均繊維径５〜１００μｍの熱融着性繊維とを混合した繊維ウェブが、熱融着性繊維により結合されてなるフィルターからなるフィルターユニットに関する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
この出願発明の第一のフィルターユニットは、フィルターユニットが、小さなピッチのプリーツが形成されている大きなプリーツから構成されていることがとくに好ましい。以下に、この形態のフィルターユニットにつき、このユニットを斜視的に一部を切り欠いて示す図１及びフィルター部分の折形状を概略断面により示す図２を参照して説明する。まず、小さなプリーツの折深さｂは１０〜６０ｍｍであることが好ましく、この範囲よりも深さが小さいと加工しにくく、大きいと圧力損失が増大する傾向にある。また、このプリーツの山間隔ｃは、２．５〜１０ｍｍとするのが好ましく、この範囲を外れるほど、圧力損失が増大する傾向にある。さらに、大きなプリーツの折深さａは３０〜６００ｍｍ程度とすることにより過剰な圧力損失を防ぐことができる。さらに、大きなプリーツの山間隔は、このフィルタユニットを装着する装置の仕様に合わせて必要に応じて設計することができる。これに加えて、小さなプリーツにホットメルト樹脂を塗布形成し、形態を保持することもできる。
【０００８】
この出願発明の第二のフィルターユニットは、フィルターが、コの字型、Ｕ字型若しくはＶ字型のプリーツから構成されていることがとくに好ましい。この形態のユニットに関して、コの字型プリーツを挙げて図１と同様に示す図３、及び各々概略断面により示す図４並びに図５を参照して説明すれば、まず、コの字型の山間隔ｅは、加工適性から２．５ｍｍ以上、圧力損失低減のためには１０ｍｍ以下とするのが好ましく、奥行きｄは、装置の仕様に応じて３０〜６００ｍｍの範囲で設計することができる。
【０００９】
この出願発明の第二のフィルターユニット１ｂは、フィルターに、アルミ、紙等のセパレータ２３がはめ込まれていることがとくに好ましい。これらの材質は、平板材料をフィルターと同様に折加工できる利点があるが、予め、図示のようにジグザグ形状に成型されたプラスチックなどの合成樹脂であっても良い。このようにすることにより、フィルターユニットのフィルター形状を保持することができる。
【００１０】
この出願発明の第三のフィルターユニットは、前述の濾材に線状の接着剤を配して、プリーツ形成されたフィルター形状を保持することがとくに好ましい。また、この接着剤として、ホットメルト樹脂の使用が好ましい。
【００１１】
以下、図６〜図９を参照して、この第三のユニット形態につき説明すれば、この出願発明の線状の接着剤は、図７〜図８に示すように、プリーツの折り目が折返し点の内側になる部分を除いた部分に接着剤が塗布された濾材をプリーツ加工するが、線状接着剤同士は２０〜３０ｍｍの離間距離ｉで塗布することが好ましい。この距離範囲を超えると形状保持が難しくなることがあり、狭くすると接着剤のアプリケーターの本数が多数必要になることがあり、形状保持の効率は向上しないことがあるため、加工コストが高くなることがある。
【００１２】
塗布される接着剤の塗布幅ｇは、１．０〜２．５ｍｍ、塗布高さｈは、０．８〜１．５ｍｍであることがとくに好ましい。図７に示す中断間隔ｆとは、フィルターを折加工する際の折返し点を構成する部分であるが、上述した接着剤の塗布幅や塗布高さに応じて、フィルター同士が折返し点を介して隣接するフィルター部分同士が平行に保持される様に、必要に応じて設計することができる。さらに、折り曲げた部分の間隔は、圧力損失と加工性の兼ね併せで２．５〜１０ｍｍがとくに好ましく、４〜５ｍｍがとくに好ましい。
【００１３】
この出願発明のフィルターユニットは、濾材にプリーツ形成したフィルターを、枠体に一体に、あるいは取り外し可能に取り付ける。枠体としては通常使用されているものが使用され、プラスチック、木材、金属等が使用され、金属としてはアルミニウムを用いることができるが、加工および使用後の処理の点からプラスチックがとくに好ましい。プラスチック、木材の場合には、枠体と一緒に焼却することができるので、廃棄物処理の点で優れている。また、金属の場合にも、枠体から分離することにより、焼却することができる。
【００１４】
この出願発明のフィルターユニットに使用する濾材は、平均繊維径１μｍ未満の極細有機繊維が５０〜９０重量％、平均繊維径５〜１００μｍの熱融着性繊維が５０〜１０重量％含まれていることが好ましい。
【００１５】
また、この出願発明のフィルターユニットの濾材は、厚みが０．１〜１．５ｍｍであることが好ましい。この範囲にすることにより、折り加工に好適である。
【００１６】
また、この出願発明のフィルターユニットの濾材は、極細有機繊維と熱融着性繊維とを混合した繊維ウェブが、熱融着性繊維に含まれる低融点成分の融点以下の温度で、加圧処理されていることが好ましい。
【００１７】
また、この出願発明のフィルターユニットの濾材は、熱融着性繊維に含まれる低融点成分の融点以上で、しかも、極細有機繊維の融点より低い温度で、実質的に加圧せずに加熱処理されていることが好ましい。
【００１８】
また、この出願発明のフィルターユニットの濾材は、メルトブロー法による極細有機繊維が、ショットがないか、あるいはショットが少ない繊維であることが好ましい。
【００１９】
また、この出願発明のフィルターユニットの濾材は、風速５．３ｃｍ／秒の条件下で、直径０．３μｍの粒子の捕集効率が９９．９７％以上であることが好ましい。
【００２０】
メルトブロー法により得られる極細有機繊維の原料樹脂は、ポリプロピレン系、ポリエチレン系などのポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリウレタン系樹脂などが使用されるが、細い繊維が得やすいポリプロピレン系樹脂がとくに好ましい。
また、極細有機繊維の平均繊維径は１μｍ未満であり、０．０５〜１μｍであることが好ましく、０．１〜０．６μｍであることがとくに好ましい。極細有機繊維の平均繊維径が１μｍより太くなると、高い捕集効率の濾材を得るのが難しくなることがある。
【００２１】
この出願発明のフィルターユニットの濾材に使用する極細有機繊維はメルトブロー法により製造されるが、従来のメルトブロー法では平均繊維径が１μｍ未満の微細なものを作ろうとすると、紡糸時に繊維切れが生じてショット（樹脂の塊）が多数発生するという問題があった。
この出願発明では、通常よりノズルから吐出する樹脂量を大幅に少なくし、通常ではショットの数が増大するために行われていない範囲にまでノズル近傍から吹き出す加熱気流の流量を増やすことにより、驚くべきことにショットをほとんど発生させることなく平均繊維径が１μｍ未満の極細有機繊維を製造することができる。
例えば、メルトインデックスが５００〜１０００のポリプロピレン樹脂を使用して、一つのノズル孔から吐出する樹脂量を０．２ｃｍ3／分以下、好ましくは０．００１〜０．１５ｃｍ3／分とし、１ｍ幅当りの加熱気流の流量を０．５Ｎｍ3／分以上、好ましくは１〜１０Ｎｍ3／分とし、単位幅当りの加熱気流の量と樹脂量との重量比（Ａ／Ｐ）を１０〜１０００、好ましくは３０〜８００とすると、平均繊維径１μｍ未満の繊維を実質的にショットの発生なく製造できる。
【００２２】
メルトブロー法により得られるショットがないか、あるいはショットが少ない極細有機繊維を使用することにより、濾材の折り加工時などにショット周辺で生じるクラックにより、大きな空隙が濾材内に生じて、捕集効率が低下することを防止できる。なお、この出願発明でいうショットとは、直径約１０μｍ以上の樹脂の塊を言う。また、ショットが発生しなくなる加熱気流の流量やノズルから吐出する樹脂量は、メルトブロー法により繊維を製造する装置の構造、樹脂の種類、及び樹脂の紡糸温度や加熱気流の温度などの製造条件などにより変動する。
【００２３】
熱融着性繊維は、極細有機繊維を熱融着できるものであればよく、低融点成分の全溶融型繊維、高融点成分と低融点成分の熱融着性複合繊維などが使用できる。
熱融着性複合繊維は接着後も高融点成分の骨格が残り、濾材の空隙を保持できるのでより好ましい。
【００２４】
熱融着性複合繊維は、高融点成分が芯、低融点成分が鞘となる芯鞘型複合繊維、偏芯芯鞘型複合繊維、高融点成分と低融点成分が貼り合せ構造となるサイドバイサイド型複合繊維、低融点成分の海に高融点成分の島が分布した海島型複合繊維などがとくに好ましい。
【００２５】
熱融着性繊維の低融点成分は、極細有機繊維の融点よりも低いものであり、２０℃以上低いものが好ましい。
２０℃以上低くすることにより、熱融着性繊維の低融点成分により接着する際に、極細有機繊維が溶融したり、フィルム化が生じないため、極細有機繊維による微細な空隙を有する構造にすることができる。
【００２６】
熱融着性繊維の平均繊維径は５〜１００μｍであり、１０〜５０μｍであることがとくに好ましい。
熱融着性繊維の平均繊維径が５μｍよりも細いと、圧力損失を低く保つことが難しくなると共に濾材の強度が不足気味となることがあり、一方、１００μｍよりも太いと、極細有機繊維との均質な混合が難しくなり、局所的に圧力損失の高い部分が生じたり、十分な捕集能力が得られないことがある。
【００２７】
熱融着性繊維は、短繊維であっても長繊維であってもよいが、極細有機繊維との混合のし易さなどを考慮すると短繊維が好ましい。
また、ステープルファイバーなどの繊維製造工程で延伸処理されたものを使用すると、濾材の空隙を保持するのに十分な強度が得られるのでより好ましい。
【００２８】
極細有機繊維と熱融着性繊維の配合割合（重量比）は、９０：１０〜５０：５０であることが好ましく、とくに９０：１０〜６０：４０であることが好ましい。
極細有機繊維の量が５０より少ない場合には、捕集効率が低くなることがあり、一方、熱融着性繊維の量が１０より少ない場合には、圧力損失が上昇したり、得られる濾材の表面耐性や強度が不足することがある。
【００２９】
極細有機繊維と熱融着性繊維とを混合して繊維ウェブを形成する方法としては、例えば、メルトブロー法により形成された加熱気体流中の紡糸された繊維流に、開繊された熱融着性繊維を供給して両者を混合し、捕集体上に捕集して繊維ウェブを形成することにより製造することが好ましい。
【００３０】
また、極細有機繊維と熱融着性繊維とを混合した繊維ウェブは、熱融着性繊維に含まれる低融点成分の融点以下の温度で加圧処理することが好ましい。
具体的には、例えば、低融点成分がポリエチレン樹脂の場合には表面温度８０〜１２０℃のプレス機やロールなどで加圧して厚みを圧縮することが好ましい。このようにすると、極細有機繊維と熱融着性繊維のいずれをもフィルム化させることなく、繊維ウェブを緻密にできるため、得られる濾材の圧力損失を増大させずに捕集効率を向上できる。
【００３１】
加圧処理することにより製造されたウェブは、熱融着性繊維に含まれる低融点成分の融点以上で極細有機繊維を構成する樹脂の融点より低い温度で、実質的に加圧せずに加熱処理することが好ましい。
実質的に加圧せずに加熱処理するとは、加熱カレンダーロールや熱プレス機などのように加圧状態で加熱処理するものではないことを意味しており、例えば、雰囲気温度を上記の温度に調節したドライヤー内を通す方法や、上記の温度の気体を繊維ウェブ内に通過させる方法などによる無圧状態での加熱処理をいう。
具体的には、例えば、低融点成分がポリエチレン樹脂、極細有機繊維がポリプロピレン樹脂からなる場合には、熱風ドライヤーなどを用いて１４０〜１５０℃の熱風で処理することが好ましい。
このようにすると、加熱ロールなどにより接着する場合のように、接着が繊維ウェブの表層付近に偏って生じたり、ロールの接触圧などにより低融点成分がフィルム化することがなく、繊維ウェブの全体にわたって熱融着性繊維の低融点成分が他の繊維との接触点で接着するため、均質で強固な結合が得られる。
【００３２】
このような条件で加圧処理及び熱風処理により製造された濾材は、内部まで均質に繊維接着されているため、薄く、表面の磨耗耐性が優れており、強度があって折り加工などができ、緻密であって微粒子の捕集性能に優れている。
しかも、繊維の接着の際に繊維がフィルム化して空隙を塞ぐことがないため、圧力損失もあまり大きくならないという効果がある。
【００３３】
この出願発明のフィルターユニットを構成する濾材は、メルトブロー法によって製造された平均繊維径１μｍ未満の極細有機繊維と、平均繊維径５〜１００μｍの熱融着性繊維とを混合した繊維ウェブが、熱融着性繊維により結合されているため、風速５．３ｃｍ／秒の条件下で、直径０．３μｍの粒子の捕集効率が９９．９７％以上となるように調整することができる。
また、この出願発明により、有機材料のみからなり、しかも、エレクトレット化などの処理をせずにヘパフィルターのグレードの捕集効率並びに圧力損失を実現すると共に、所定のプリーツ加工を施したフィルターを具える、濾材面積の大きなフィルターユニットを初めて実現することができる。
【００３４】
なお、より高い捕集能力を要求される場合には、濾材又は濾材を構成する繊維にエレクトレット化処理を施しても良い。
【００３５】
この出願発明のフィルターユニットの濾材の製造方法の一例を以下に説明する。
図１０の濾材の製造工程図に示すように、この出願発明のフィルターユニットの濾材７は、メルトブロー装置用のダイ１１を用いて極細有機繊維８を形成すると共に、開繊機１４により開繊した熱融着性繊維９をこの極細有機繊維８と混合し、この混合した繊維をコンベヤーベルトなどの捕集体１８上に捕集して繊維ウェブ１０とした後、ドライヤーなどの加熱処理装置１９を通して熱融着性繊維により構成繊維を結合することにより製造することができる。
【００３６】
極細有機繊維８はメルトブロー装置用のダイ１１を使用してメルトブロー法により形成される。図１１に示すように、ダイ１１には溶融樹脂を吐出するノズル１２とこのノズル近傍から加熱気流を吹き出す熱気流吹出し口１３とが設けられており、ノズルから押出した溶融樹脂を加熱気流により細化して極細有機繊維を形成する。
通常、ノズル１２は複数個、所定間隔で直線上に並んでおり、この両側に連続したスリットの形状で熱気流吹出し口１３を設ける。
また、この出願発明では溶融樹脂の吐出量を大幅に制限すると共に、加熱気流の流量を高めることにより、平均繊維径１μｍ未満でショットがほとんどない極細有機繊維を供給することができる。
【００３７】
熱融着性繊維９は開繊機１４を使用して開繊した繊維を、上記の極細有機繊維の繊維流に供給して混合する。
開繊機１４としては、カード機、ガーネット機などが使用できるが、図１２に示すように、複数の開繊シリンダー１５をハウジング１６に収納した開繊機が好ましい。
この開繊機は、シリンダーの遠心力により繊維をハウジング内壁に衝突させることにより開繊している。このため、カード機などのように繊維にクリンプがなくても開繊できる。
また、この開繊機では繊維の長さや太さなどの制約もカード機に比べて受けにくい。
【００３８】
開繊された熱融着性繊維を極細有機繊維の繊維流に供給する場合には、極細有機繊維の繊維流に対して、できるだけ垂直な方向から供給した方が繊維を均質に混合しやすくなるので好ましい。
メルトブロー法による極細有機繊維の繊維流が水平方向に形成される場合には、上部より熱融着性繊維を落下させて供給しても良いが、図１０のように、極細有機繊維の繊維流が垂直方向に形成される場合には、図１２の開繊機１４のように、エアーノズル１７などを設けて熱融着性繊維を水平方向（繊維流に垂直方向）に供給することが好ましい。
【００３９】
なお、必要な場合には、熱融着性繊維の供給角度を調節して、厚み方向の熱融着性繊維の分布を変えて、厚み方向に粗密構造ができるようにしても良い。
【００４０】
混合された極細有機繊維８と熱融着性繊維９とをコンベヤーベルトなどの捕集体１８に捕集して繊維ウェブ１０を形成する。
捕集体としては、ロール、ネットなども使用できる。気体流の衝突で繊維ウェブが乱れたり、飛散したりしないように、捕集体は通気性であることが好ましく、更には捕集体の捕集面の反対側へ気体を吸引していることが好ましい。
【００４１】
ついで、繊維ウェブ１０を加熱処理装置１９により加熱処理して、熱融着性繊維９により構成繊維を結合することにより濾材７を製造する。
この加熱処理装置１９としては、ドライヤー、熱風ドライヤー、吸引付きのドライヤーなどを使用することが好ましく、実質的に加圧しない状態（無圧下）で加熱処理することが好ましい。
また、加熱条件は極細有機繊維が溶融しない融点未満の温度で、熱融着性繊維が接着する低融点成分の融点以上の温度とすることが好ましい。
このような条件下で熱融着性繊維を加熱接着させると、繊維ウェブの厚み方向に均質に接着することができ、しかも、極細有機繊維が形成する微細な空隙構造が加熱処理により潰れないので良い。
【００４２】
なお、濾材７をより緻密な構造にする場合、及びより薄い厚みにする場合には、加熱処理の前に、加圧処理装置２０により加圧処理することが好ましい。
この加圧処理装置２０としては、加圧ロール、プレス機などが使用できるが、図１０に示すような加熱装置２１を内側に配置した一対の無限軌道２２の間で加圧処理する装置がとくに好ましい。
この装置２０では、加圧ロールなどに比べて加圧している時間が長いため、強いせん断力が繊維ウェブに加わりにくく、得られる濾材の圧力損失を上昇させにくいので良い。
加圧処理は熱融着性繊維９がフィルム化して濾材の微細な空隙を塞がないように、熱融着性繊維９の低融点成分が溶融しない融点未満の温度で行われることが好ましい。
【００４３】
【実施例】
以下、この出願発明を実施例により具体的に説明する。
【００４４】
実施例１
図１および図２に示すように、折深さｂが３０ｍｍ、山間隔ｃが５ｍｍの小さなピッチのプリーツ３が形成され、大きなプリーツ４の折深さａが２６０ｍｍ、山間隔が１２０ｍｍで構成されている第一のフィルターユニット１ａを製造した。このフィルターユニットは、フィルター寸法が、６１０×６１０×２９０ｍｍであり、処理風量は、３１ｍ3／分／台であり、新品時圧力損失は、約２４９Ｐａであった。
【００４５】
実施例２
図３〜図５に示すように、奥行きｄが２６０ｍｍ、山間隔ｅが９ｍｍのコの字型のプリーツ２から構成され、しかも、このプリーツ２が施されたフィルターの形状保持を図るため、ジグザグに折られたセパレーター２３を備える第二のフィルターユニット１ｂを製造した。このフィルターユニットは、フィルター寸法が、６１０×３０５×２９０ｍｍであり、処理風量は、１４．５ｍ3／分／台であり、新品時圧力損失は、約２４９Ｐａであった。
【００４６】
実施例３
図６に示すように、線状の接着剤によってプリーツが形成されている第三のフィルターユニット１ｃを製造した。このフィルターは、図７及び図８を参照して既に説明したように、濾材７の両面に１０ｍｍの中断距離ｆを設けて、折曲げ分を除いて２５ｍｍ間隔で０．８ｍｍの高さｈ及び１ｍｍの幅ｇで、ホットメルト樹脂を塗布し、図９に示すように折り曲げて製造した。このフィルターユニットは、フィルター寸法が、６１０×７６０×７５ｍｍであり、処理風量は、２１ｍ3／分／台であり、新品時圧力損失は、約２４９Ｐａであった。
【００４７】
参考例１
図１０に示す製造工程により濾材を製造した。また、メルトブロー装置用のダイとして、図１１に示すダイを使用した。ダイには、直径０．２ｍｍのノズルが０．８ｍｍ間隔で直線状に９００個設けられており、その両側にスリット状の加熱気流の吹出し口が形成されている。ノズル近傍の温度を３３０℃に調整し、溶融したポリプロピレン樹脂（メルトインデックス＝約６００）を一つのノズル当り０．０３３ｃｍ3／分の樹脂量で吐出する。また、加熱気流の流量は１ｍ幅当り２Ｎｍ3／分とする。これにより、ダイからメルトブローされた平均繊維径０．５μｍの極細有機繊維のショットが実質的に含まれない繊維流を形成する。
一方、図１２に示す開繊機により、芯がポリプロピレン樹脂、鞘がポリエチレン樹脂である平均繊維径１６μｍ、長さ５１ｍｍの熱融着性繊維を開繊し、エアーノズルにより、極細有機繊維の繊維流に略直角方向から供給し、混合した。混合された繊維をコンベヤーベルト上に捕集して繊維ウェブを形成した。尚、ベルトはメッシュ体であって、ベルトの捕集面から裏面へと厚さ方向に吸引し、繊維ウェブの繊維の乱れを防いだ。得られた繊維ウェブには、極細有機繊維が８５ｇ／ｍ2、熱融着性繊維が３０ｇ／ｍ2含まれており、全体の重さは１１５ｇ／ｍ2であった。
この繊維ウェブをポリエチレン樹脂の融点より低い１２０℃の温度で２０秒間加圧処理した後、ポリエチレン樹脂の融点より高く、ポリプロピレン樹脂の融点より低い１４５℃の雰囲気温度のドライヤーで、気流を繊維ウェブの厚み方向に通過させて加熱処理して、熱融着性繊維で結合し、厚み０．９ｍｍの濾材を得た。
この濾材の初期圧力損失は、３５０Ｐａ、捕集効率は９９．９９％で、ヘパグレードの能力を示した。なお、測定は風速５．３ｃｍ／秒の条件で行い、試験粒子としては粒径０．３μｍのポリスチレン粒子を使用した。
この捕集効率は、通常の大気を３か月間通風した後も同じであり、安定した能力を示した。
また、この濾材は強度にも優れ、プリーツ加工などの折り加工を施しても問題がなく、繊維が折れたり、脱絡したりすることもなかった。更には、有機繊維だけで構成されているため、焼却が可能で廃棄の問題もない。
【００４８】
比較例１
極細有機繊維の平均繊維径を２μｍとし、極細有機繊維と熱融着性繊維との配合量、装置および製造工程を実施例１と同様にして濾材を作成した。
この濾材の初期圧力損失は、２１０Ｐａ、捕集効率は８７．９％であり、捕集能力が明らかに不足していた。
【００４９】
比較例２
比較例１で得られた濾材をコロナ放電法によりエレクトレット化処理した。
得られた濾材の初期圧力損失は、２１０Ｐａ、捕集効率は９９％であったが、この濾材の捕集効率は通常の大気を３か月間通風した後、９５％まで低下し、安定した捕集能力は得られなかった。
【００５０】
参考例２
メルトブローされた平均繊維径０．３μｍの極細有機繊維を５０ｇ／ｍ2と、芯がポリプロピレン樹脂、鞘がポリエチレン樹脂からなる平均繊維径１６μｍ、長さ５１ｍｍの熱融着性繊維を３０ｇ／ｍ2とを使用し、実施例１と同様にして厚さ０．６ｍｍ、面密度８０ｇ／ｍ2の濾材を作成した。
この濾材の初期圧力損失は、３５０Ｐａ、捕集効率は９９．９９％で、ヘパグレードの能力を示した。また、捕集効率は通常の大気を３か月間通風した後も同じであり、安定した能力を示した。
また、この濾材は強度にも優れ、プリーツ加工などの折り加工を施しても問題がなく、繊維が折れたり、脱絡したりすることもなかった。更には、有機繊維だけで構成されているため、焼却が可能で廃棄の問題もない。
【００５１】
製造例３
メルトブローされた平均繊維径０．５μｍの極細有機繊維を４５ｇ／ｍ2と、芯がポリプロピレン樹脂、鞘がポリエチレン樹脂からなる平均繊維径１６μｍ、長さ５１ｍｍの熱融着性繊維を６０ｇ／ｍ2とを使用し、実施例１と同様にして厚さ０．８ｍｍ、面密度１０５ｇ／ｍ2の濾材を作成した。
この濾材の初期圧力損失は、１０７Ｐａ、捕集効率は９９％であった。また、捕集効率は通常の大気を３か月間通風した後も同じであり、安定した能力を示した。
また、この濾材は強度にも優れ、プリーツ加工などの折り加工を施しても問題がなく、繊維が折れたり、脱絡したりすることもなかった。更には、有機繊維だけで構成されているため、焼却が可能で廃棄の問題もない。
【００５２】
【発明の効果】
この出願発明の、小さなピッチのプリーツが形成され、かつ大きなプリーツから構成されている第一のフィルターユニットは、加工コストが低く、捕集量が多いので、ダクトフィルタに好適である。
また、コの字型、Ｕ字型若しくはＶ字型のプリーツから構成されている第二のフィルターユニットは、層流（出口風速分布が面内で均一）を形成し易く、強度が確保でき、多風量の処理ができるので、クリーンルームなどに好適である。
さらに、線状の接着剤によってプリーツが形成されている第三のフィルターユニットは、薄型でコンパクトであり、空気清浄機などに好適である。
【００５３】
この出願発明のフィルターユニットは、フィルターがメルトブロー法によって製造された平均繊維径１μｍ未満の極細有機繊維と、平均繊維径５〜１００μｍの熱融着性繊維とを混合した繊維ウェブが、熱融着性繊維により結合されているため、低い圧力損失を維持した状態で高い捕集効率を得ることができる。このため、この出願発明のフィルターユニットのフィルターはエレクトレット化処理などを施さずに、ヘパグレードの捕集能力を持つフィルターを提供することもできる。
また、このフィルターはエレクトレット化処理を施したもののように捕集能力が使用時間と共に低下することが少なく、長期に亘り安定した捕集能力を有する。
さらには、有機材料のみから構成されているため鋭角な折り曲げ加工ができ、焼却が可能で廃棄も容易であり、ホウ素などを含まないので、半導体工業用のフィルターとしても問題なく使用できる。
【００５４】
とくに、平均繊維径１μｍ未満の極細有機繊維を５０〜９０重量％、平均繊維径５〜１００μｍの熱融着性繊維を５０〜１０重量％の割合で含む場合には、ヘパグレードの高い捕集効率が実現できる。
【００５５】
また、この出願発明のフィルターユニットに使用する濾材は、熱融着性繊維に含まれる低融点成分の融点以上で、極細有機繊維の融点より低い温度で実質的に加圧せずに加熱処理されている場合、内部まで均質に繊維接着されるため、薄く、表面の耐磨耗性が優れており、強度があるので折り加工などができ、緻密であるので微粒子の捕集性能に優れている。
しかも、繊維の接着する際に繊維がフィルム化して空隙を塞ぐことがないため、初期圧力損失もあまり大きくならないという優れた効果がある。
【００５６】
さらに、不織布の厚みが０．１〜１．５ｍｍの場合には、折り加工などをすることにより大きな表面積のユニットを構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この出願発明のフィルターユニット
【図２】 この出願発明のフィルターユニットの要部断面図
【図３】 この出願発明の他のフィルターユニット
【図４】 図３のフィルターユニットの要部断面図
【図５】 図３のフィルターユニットの他の断面を示す図
【図６】 この出願発明の第三のフィルターユニット
【図７】 第三のフィルターユニットの説明図
【図８】 第三のフィルターユニットの他の説明図
【図９】 第三のフィルターユニットの要部断面図
【図１０】 濾材の製造工程の一例を示す図
【図１１】 メルトブロー装置用ダイの一例の断面模型図
【図１２】 開繊機の一例の断面模型図
【符号の説明】
１ａ 第一のフィルターユニット
１ｂ 第二のフィルターユニット
１ｃ 第三のフィルターユニット
２ プリーツ
３ 小さなプリーツ
４ 大きなプリーツ
５ 接着剤
６ 枠
７ 濾材
８ 極細有機繊維
９ 熱融着性繊維
１０ 繊維ウェブ
１１ ダイ
１２ ノズル
１３ 熱気流吹き出し口
１４ 開繊機
１５ 開繊シリンダー
１６ ハウジング
１７ エアーノズル
１８ 捕集体
１９ 加熱処理装置
２０ 加圧処理装置
２１ 加熱装置
２２ 無限軌道
２３ セパレータ
ａ 大きなプリーツの折り深さ
ｂ 小さなプリーツの折り深さ
ｃ 小さなプリーツの山間隔
ｄ 奥行
ｅ 山間隔
ｆ 中断距離
ｇ 幅
ｈ 山高さ
ｉ 離間距離
ｊ 山間隔
Claims (8)
- メルトインデックスが５００〜１０００のポリプロピレン樹脂を用いたメルトブロー法によって製造された平均繊維径１μｍ未満の実質的にショットのない極細有機繊維と、平均繊維径５〜１００μｍの熱融着性繊維とを混合した繊維ウェブが、熱融着性繊維により結合されてなるフィルターからなることを特徴とするフィルターユニット。
- フィルターが、小さなピッチのプリーツ形成されている大きなプリーツから構成されていることを特徴とする請求項１に記載のフィルターユニット。
- フィルターが、コの字型、Ｕ字型またはＶ字型のプリーツから構成されていることを特徴とする請求項１に記載のフィルターユニット。
- フィルターにセパレータがはめ込まれていることを特徴とする請求項１または３に記載のフィルターユニット。
- フィルターが、線状の接着剤によってプリーツが形成されていることを特徴とする請求項１に記載のフィルターユニット。
- 接着剤が、ホットメルト樹脂であることを特徴とする請求項５に記載のフィルターユニット。
- フィルターが平均繊維径１μｍ未満の極細有機繊維を５０〜９０重量％、平均繊維径５〜１００μｍの熱融着性繊維を５０〜１０重量％含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のフィルターユニット。
- フィルターの厚みが０．１〜１．５ｍｍであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のフィルターユニット。
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