JP5608323B2 - フィルタ濾材とその製造方法ならびにフィルタユニット - Google Patents

Description

本発明は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）多孔質膜を備えるフィルタ濾材とその製造方法、ならびにフィルタユニットに関する。

高性能サイクロン式掃除機のフィルタなど、高い捕集効率が求められるフィルタには、一般に、ＰＴＦＥ多孔質膜を備える濾材、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）、あるいはメルトブロー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）が用いられる。なかでもＰＴＦＥ多孔質膜を備える濾材は、微小繊維の発生あるいは自己発塵といった問題が少なく、使用に伴う圧力損失の上昇が少ないなどの特長を有しており、今後、使用量がますます増大すると期待されている。

ところで、掃除機のフィルタなど、大きな風量が透過するフィルタでは、その風量によってフィルタが大きく変形しないように、濾材自身にある程度の剛性が要求される。ＰＴＦＥ多孔質膜を備える濾材の場合、ＰＴＦＥ多孔質膜と、当該多孔質膜を支持する通気性支持材とを一体化することによって濾材の剛性を向上させ、必要な剛性を確保することが可能である。通気性支持材には、ＰＴＦＥ多孔質膜よりも通気性に優れる材料を幅広く使用でき、一般に、不織布、メッシュなどが用いられる。

濾材の通気性を確保するとともに、その剛性を向上させるために、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）に代表されるポリエステルの不織布を通気性支持材として用いてもよい。ＰＴＦＥ多孔質膜と、通気性支持材であるポリエステル不織布とを一体化してフィルタ濾材としてもよいことは、特開２００５−２５３７１１号公報に開示がある。
特開２００５−２５３７１１号公報

しかし、ＰＴＦＥとポリエステル、特にＰＥＴ、との接着性は低く、ＰＴＦＥ多孔質膜と通気性支持材であるＰＥＴ不織布とを直に一体化するためには、高温および高圧の熱ラミネートが必要となる。このようなラミネートでは、熱によって不織布が目詰まりするなどして、濾材としての通気性が著しく低下しやすい。また、ＰＴＦＥの接着性は、ＰＥＴ以外の材料に対しても一般的に低いため、ＰＥＴ不織布以外の通気性支持材を用いた場合においても、これと同様の問題が発生する。

この問題を解決するために、ＰＴＦＥ多孔質膜とＰＥＴ不織布との間に、ＰＴＦＥとの接着性が比較的良好であるポリエチレン（ＰＥ）の不織布を接着層として配置し、全体を熱ラミネートする方法を採用できる。この方法では、ＰＴＦＥ多孔質膜とＰＥＴ不織布とを直に熱ラミネートする場合に比べて、ラミネート温度を下げることができ、目詰まりによる濾材の通気性の低下を抑制できる。しかし、通気性支持材であるＰＥＴ不織布と、接着層であるＰＥ不織布との接合性は必ずしも高くなく、接着層と通気性支持材とが剥がれるなどの問題が生じている。

通気性支持材と接着層との接合性を改善するために、接着剤またはホットメルト剤の併用が考えられる。しかし、これらを併用した場合、目詰まりによる通気性の低下や、製造工程の増加による歩留まりの低下、熱ラミネート時に接着剤から発生するアウトガスなどの問題が生じる。

また、濾材に撥水性、撥油性などの撥液性を持たせるために、通気性支持材を撥液処理することが広く行われているが、当該処理により、ＰＴＦＥ多孔質膜と通気性支持材との接合性がさらに低下する。

そこで本発明は、ＰＴＦＥ多孔質膜を備え、当該多孔質膜と通気性支持材との一体化により剛性が確保されたフィルタ濾材であって、通気性および濾材を構成する各層の接合性に優れるフィルタ濾材とその製造方法、ならびに当該濾材を備えるフィルタユニットの提供を目的とする。

本発明のフィルタ濾材は、ＰＴＦＥ多孔質膜と、前記多孔質膜を支持する通気性支持材とを含み、前記多孔質膜と前記通気性支持材とが一体化されたフィルタ濾材であって、前記通気性支持材は、通気性を有する基体と、前記多孔質膜と接するように前記基体上に配置された繊維層とを備え、前記繊維層の繊維が前記基体の内部に侵入して前記基体に絡まることで、前記基体と前記繊維層とが接合した構造を有し、前記繊維層は、前記多孔質膜と接合したポリオレフィン含有繊維を含む。

本発明のフィルタユニットは、上記本発明のフィルタ濾材と、前記フィルタ濾材を支持する支持枠とを備える。

本発明のフィルタ濾材の製造方法は、上記本発明のフィルタ濾材の製造方法であって、通気性を有する基体、および前記基体上に配置され、ポリオレフィン含有繊維が露出した繊維層を備える通気性支持材と、ＰＴＦＥ多孔質膜とを、前記繊維層と前記ＰＴＦＥ多孔質膜とが互いに接するように一体化し、前記通気性支持材は、前記繊維層の繊維が前記基体の内部に侵入して前記基体に絡まることで、前記基体と前記繊維層とが接合した構造を有する。

本発明のフィルタ濾材では、基体と、当該基体上にＰＴＦＥ多孔質膜と接するように配置された繊維層とを備える通気性支持材が用いられており、この通気性支持材は、繊維層の繊維が基体の内部に侵入して基体に絡まることで、基体と繊維層とが接合した構造を有する。また、繊維層は、ポリオレフィン含有繊維を含み、当該繊維はＰＴＦＥ多孔質膜と接合している。

このようなフィルタ濾材では、ＰＴＦＥ多孔質膜と通気性支持材との一体化により、濾材として必要な剛性が確保される。また、通気性支持材を構成する基体と繊維層とが、繊維の絡まりにより生じる機械的な力で接合していること、ならびに一般に他者との接着性が低いＰＴＦＥに対して比較的良好な接着性を示すポリオレフィンを含む繊維（ポリオレフィン含有繊維）がＰＴＦＥ多孔質膜と接合していることから、濾材を構成する各層間の接合性に優れる、信頼性が高いフィルタ濾材となる。さらに、このような濾材は、当該濾材を構成する部材を過度に高い温度に晒すことなく製造できるため、ＰＴＦＥ多孔質膜および通気性支持材の目詰まりが抑制された、通気性に優れる濾材とすることができる。

本発明の製造方法では、このようなフィルタ濾材を、確実に、効率よく製造できる。

以下の説明において、同一の部材に同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。

本発明のフィルタ濾材の一例を図１に示す。図１に示すフィルタ濾材１は、ＰＴＦＥ多孔質膜２と、多孔質膜２を支持する通気性支持材３とが一体化された構造を有する。通気性支持材３は、通気性を有する基体１１と、多孔質膜２と接するように基体１１上に配置された繊維層１２とを有する。通気性支持材３は、繊維層１２の繊維が基体１１の内部に侵入して基体１１に絡まることで、基体１１と繊維層１２とが接合した構造を有する。繊維層１２は、多孔質膜２と接合したポリオレフィン含有繊維を含む。

フィルタ濾材１では、通気性支持材３におけるＰＴＦＥ多孔質膜２に接する面に、ポリオレフィン含有繊維を含む繊維層１２が配置されており、そのＰＴＦＥとの比較的良好な接着性によって、ＰＴＦＥ多孔質膜２および繊維層１２間の良好な接合が実現される。また、繊維層１２および基体１１は、繊維層１２に含まれる繊維の絡まりによる機械的な力によって接合しており、繊維層１２および基体１１間で高い接合性が確保される。即ち、フィルタ濾材１は、当該濾材を構成する各層間の接合性に優れ、信頼性が高い。

また、フィルタ濾材１を製造する際には、繊維層１２の配置によって、基体１１（例えばＰＥＴの不織布）とＰＴＦＥ多孔質膜２とを直に熱ラミネートする場合よりも穏やかな条件で、通気性支持材３とＰＴＦＥ多孔質膜２とを接合できる。即ち、ＰＴＦＥ多孔質膜２および通気性支持材３の目詰まりが抑制された、通気性に優れるフィルタ濾材とすることができる。

基体１１は、通気性を有する、即ち気体の経路となる空隙を有する、限り特に限定されず、例えば不織布、ネット、メッシュ（網目状のネット）などの各種の多孔質材料を使用できる。基体１１は不織布であることが好ましく、この場合、フィルタ濾材１としての剛性、強度、柔軟性およびハンドリング性のバランスが向上する。ただし、基体１１の通気性はＰＴＦＥ多孔質膜２よりも高いことが好ましく、その圧力損失（空気を流速５．３ｃｍ／秒で透過させたときに生じる圧力損失）は、例えば１００Ｐａ以下であり、好ましくは５０Ｐａ以下である。

基体１１に用いる材料は特に限定されず、各種の金属または繊維を使用できる。基体１１はポリエステル繊維を含むことが好ましく、特にポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）繊維を含むことが好ましい。この場合、フィルタ濾材１としての強度、柔軟性、耐熱性およびハンドリング性のバランスが向上する。また、後述する熱ラミネートを効率よく実施できる。

また、ポリエステル繊維、特にＰＥＴ繊維を含む基体１１とすることによって、フィルタ濾材１としての剛性がより向上する。また、フィルタ濾材１を支持枠に組み込んでフィルタユニットとする際に、当該濾材１と、支持枠、特にアクリロニトリル−スチレン−ブタジエン共重合体（ＡＢＳ）を含む支持枠との接着性が向上し、支持枠からのフィルタ濾材の剥がれを抑制できる。ポリエステル、特にＰＥＴは、ＰＴＦＥおよびポリオレフィンのいずれの材料に対しても接着性が低いため、従来、濾材の剛性向上を目的としてＰＥＴ層を含む通気性支持材の使用を試みても、濾材を構成する各層間の剥がれや目詰まりといった問題が発生しがちであった。これに対して本発明では繊維層１２により、ＰＥＴ層を含む通気性支持材の使用によって当該目的を達成しながら、信頼性が高い濾材を実現できる。

基体１１は、例えばＰＥＴの不織布である。

基体１１は、撥液処理（撥水処理および／または撥油処理）されていてもよく、この場合、撥液性能を有するフィルタ濾材１となる。また、基体１１が撥液処理されていると、フィルタ濾材１が捕集した物質を洗浄によって除去したり、機械的に払い落としたりすることが容易となる。

一般に撥液処理によって、撥液処理された層と他の層との熱ラミネートなどによる接合性は低下するが、フィルタ濾材１では、通気性支持材３における基体１１と繊維層１２とが、繊維層１２に含まれる繊維の絡まりによって接合された構造を有するため、基体１１が撥液処理されている場合においても、両者の接合性を良好に保つことができる。

繊維層１２は、当該層に含まれる繊維が基体１１の内部に侵入して絡まることにより当該基体と接合した構造を有し、多孔質膜２と接合したポリオレフィン含有繊維を含む限り特に限定されない。繊維層１２は、例えば不織布であってもよい。

繊維層１２は、ポリオレフィン含有繊維からなっても、ポリオレフィン含有繊維以外の繊維を含んでいてもよい。ただし、いずれの場合においても、繊維層１２に含まれる全てのポリオレフィン含有繊維がＰＴＦＥ多孔質膜２と接合している必要はない。

繊維層１２がポリオレフィン含有繊維からなる場合、基体１１の内部に侵入して基体１１と絡まる繊維は、ポリオレフィン含有繊維である。

繊維層１２がポリオレフィン含有繊維以外の繊維を含むか否かにかかわらず、基体１１の内部に侵入して基体１１と絡まる繊維の融点が、基体１１を構成する材料の融点よりも低いことが好ましい。例えば、後述する本発明の製造方法の一例により、ＰＴＦＥ多孔質膜２と通気性支持材３とを熱ラミネートにより一体化してフィルタ濾材１を形成した場合、当該熱ラミネート時に、基体１１と絡まる上記繊維を基体１１に熱融着させることが可能となる。この場合、基体１１と繊維層１２との接合性がより向上する。また、この場合、当該熱ラミネートの熱による基体１１へのダメージを抑制できる。なお、基体１１と絡まる繊維が、後述のＰＥ／ＰＥＴ繊維のような芯鞘構造を有する場合、当該繊維の融点は、少なくともその鞘部の融点を考えればよい。

ポリオレフィン含有繊維は、ポリオレフィンを含む繊維である限り特に限定されず、例えばポリエチレン（ＰＥ）繊維またはポリプロピレン（ＰＰ）繊維である。ポリオレフィン含有繊維は、ポリオレフィンを鞘とする芯鞘構造を有する繊維であってもよく、例えばＰＥを鞘とし、ＰＥＴを芯とする芯鞘構造を有する繊維（ＰＥ／ＰＥＴ繊維）であってもよい。このような芯鞘構造を有する繊維とすることにより、繊維層１２および濾材１の剛性を向上できる。また、ポリオレフィンが鞘となっているため、当該繊維とＰＴＦＥ多孔質膜２との接合性も良好である。

ＰＴＦＥ多孔質膜２との接合性の観点からは、ポリオレフィン含有繊維が、ＰＥ繊維またはＰＥ／ＰＥＴ繊維であることが好ましい。

基体１１が、不織布などの繊維からなる基体である場合、当該基体１１を構成する繊維の平均繊維径と、繊維層１２を構成する繊維の平均繊維径との関係は特に限定されないが、通常、基体１１を構成する繊維の平均繊維径よりも、繊維層１２を構成する繊維の平均繊維径の方が小さい。

ＰＴＦＥ多孔質膜２は、フィルタ濾材として一般的に使用されるＰＴＦＥ多孔質膜であればよく、一例として、その平均孔径は０．０１〜５μｍ程度であり、その平均繊維径は０．０１〜０．３μｍ程度であり、その圧力損失（空気を流速５．３ｃｍ／秒で透過させたときに生じる圧力損失）は、１０〜３００Ｐａ程度である。

ＰＴＦＥ多孔質膜２と通気性支持材３（繊維層１２）との接合方法、即ち、ＰＴＦＥ多孔質膜２とポリオレフィン含有繊維との接合方法は特に限定されないが、例えば、熱融着により両者が接合されていてもよい。熱融着による接合は、例えば熱ラミネートにより実現できる。

本発明のフィルタ濾材の別の一例を図２に示す。図２に示すフィルタ濾材３１は、一対の通気性支持材３を含み、この一対の通気性支持材３（３ａ、３ｂ）によってＰＴＦＥ多孔質膜２が挟持されている。通気性支持材３ａ、３ｂは、それぞれ基体１１（１１ａ、１１ｂ）および繊維層１２（１２ａ、１２ｂ）を備え、繊維層１２ａ、１２ｂはいずれもＰＴＦＥ多孔質膜２と接合している。このような構成により、濾材３１を構成する各層間の接合性を良好に確保したまま、濾材３１の剛性をより向上できる。なお、図２に示す例では、通気性支持材３ａ、３ｂにおける各々の基体１１ａ、１１ｂは、いずれも濾材３１の最外層となっている。

本発明のフィルタ濾材のまた別の一例を図３に示す。図３に示すフィルタ濾材３２は、オレフィン含有繊維を含む層１３が一対のＰＴＦＥ多孔質膜２によって挟持され、この一対のＰＴＦＥ多孔質膜２が一対の通気性支持材３（３ａ、３ｂ）によってさらに挟持された構造を有する。通気性支持材３ａ、３ｂは、それぞれ基体１１（１１ａ、１１ｂ）および繊維層１２（１２ａ、１２ｂ）を備え、繊維層１２ａ、１２ｂはいずれもＰＴＦＥ多孔質膜２と接合している。このような構成では、ＰＴＦＥ多孔質膜２が２層存在することによって、捕集効率のさらなる向上が期待される。また、後述するプリーツ加工の際に、捕集効率の低下などのダメージが発生しにくくなる。なお、図３に示す例においても、通気性支持材３ａ、３ｂにおける各々の基体１１ａ、１１ｂは、いずれも濾材３２の最外層となっている。

本発明のフィルタ濾材の捕集効率は、被濾過気体の流速を５．３ｃｍ／秒とし、捕集対象粒子の粒径を０．３〜０．５μｍの範囲としたときに、通常５０％以上であり、ＰＴＦＥ多孔質膜２の構成、基体１１および繊維層１２の材質や構造、ならびにフィルタ濾材の構成を選択することにより、９８％以上、さらには９９．９７％以上となる。

本発明のフィルタ濾材は、必要に応じて、また本発明の効果が得られる限り、ＰＴＦＥ多孔質膜２、基体１１および繊維層１２以外の任意の層を有していてもよい。

本発明のフィルタ濾材は、必要に応じてプリーツ加工されていてもよく、そのプリーツの形状、サイズは特に限定されない。一例として、プリーツの山高さは１０〜３０ｍｍ程度である。

プリーツ加工されたフィルタ濾材は、平板状のフィルタ濾材を、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）によりプリーツ加工して形成できる。プリーツ加工時におけるＰＴＦＥ多孔質膜２へのダメージをできるだけ抑制する観点からは、レシプロプリーツ機を用いたプリーツ加工が好ましい。

本発明のフィルタ濾材では、ＰＴＦＥ多孔質膜２、基体１１または繊維層１２が着色されていてもよい。各層の着色は、当該層の原料に顔料を混練するなどの公知の方法により実施できる。

本発明のフィルタ濾材は、例えば、以下に示す本発明の製造方法により形成できる。

図４〜５に、本発明の製造方法の一例を示す。

最初に、図４に示すように、通気性を有する基体１１の表面に、ポリオレフィン含有繊維を含む繊維群２１をエアレイド法により堆積させて、繊維層（上述した繊維層１２：図示せず）を形成する。エアレイド法（エアレイ法）とは、開繊した短繊維群を空気中に分散させ、それを空気流に乗せて搬送し、キャリア上に堆積させることで繊維層を形成する方法であり、不織布の製造などに用いられている方法である（例えば、特開２００６−８１７７９号公報、特開２００６−８３４９６号公報、特開２００６−８３４９７号公報などを参照）。このとき図４に示すように、基体１１における繊維群２１が堆積される面、即ち、繊維層が形成される面とは反対側の面から、空気の吸引を行う。この吸引により、基体１１をその厚さ方向に横断する空気流が生じ、当該流れに乗って繊維群２１の繊維が基体１１の内部に侵入し、基体１１と絡まる。このようにして、含まれる繊維が絡まることで基体１１と接合した構造を有する繊維層が形成される。なお、図４では、空気流を矢印で示す。

基体１１上に堆積させた繊維群は、サーマルボンド法などを用いて、互いに結着させてもよい。この結着は必ずしも必要ではないが、堆積させた繊維群を互いに結着させることで、ＰＴＦＥ多孔質膜と一体化する際のハンドリング性が向上する。

基体１１上に繊維層を堆積させる具体的なエアレイド法の条件、およびエアレイド法を実施するために必要な部材は、一般的なエアレイド法と同様であればよい。図４に示す例では、空気流により繊維群２１が分散して搬送されるチャンバー２２内に基体１１を配置して、当該基体１１上に繊維層を形成している。

エアレイド法では、帯状の基体１１に対して連続的に繊維層の形成を行うことも可能である。そのためには、例えば、空気流により繊維群２１が連続的に供給されているチャンバー２２の内部に、帯状の基体１１を連続的に供給すればよい。

ここで、基体１１の表面に、基体１１を構成する材料の融点よりも低い融点を有する繊維を含む繊維群２１を堆積させてもよい。この場合、当該繊維を基体１１の内部に侵入させて絡ませ、後述するＰＴＦＥ多孔質膜２との一体化を熱ラミネートにより行う際に、絡ませた繊維を基体１１に熱融着させて、基体１１と繊維層との接合性をさらに向上させることができる。

基体１１が、不織布などの繊維からなる基体である場合、繊維群２１は、基体１１を構成する繊維の平均繊維径よりも小さい繊維径を有する繊維を含むことが好ましい。繊維群２１に含まれる繊維を基体１１の内部により確実に侵入させることができ、上記繊維層の形成をより確実に行うことができる。

また、撥液処理された基体１１上に繊維層を形成してもよい。この場合、撥液性能を有するフィルタ濾材を形成できる。

次に、図５に示すように、繊維層１２を形成した基体１１を通気性支持材３として、通気性支持材３とＰＴＦＥ多孔質膜２とを、繊維層１２と多孔質膜２とが互いに接するように積層して一体化し、本発明のフィルタ濾材を得ることができる。

ＰＴＦＥ多孔質膜２と通気性支持材３とを一体化する方法は特に限定されず、例えば、両者を熱ラミネートにより一体化すればよい。

熱ラミネートの具体的な方法は公知の方法に従えばよく、例えばＰＴＦＥ多孔質膜２と通気性支持材３とを上記のように積層した後、両者の積層体を、一対の加熱したロールの間を通過させて加熱および加圧すればよい。このときのロールの温度は、例えば１３０〜２００℃程度であり、ロールにより積層体に印加される線圧は、例えば１〜４０ｋｇｆ／ｍである。

ＰＴＦＥ多孔質膜２と通気性支持材３とを熱ラミネートにより一体化する場合、熱ラミネートの温度およびポリオレフィン含有繊維の種類によっては、繊維層１２に含まれる繊維同士が結着して、繊維層１２が不織布となることがある。

従来、熱ラミネートにより、ＰＴＦＥ多孔質膜と、接着層としてＰＥ不織布と、通気性支持材としてＰＥＴ不織布とを積層一体化して濾材を形成する場合、ＰＥ不織布とＰＥＴ不織布との接合性の低さから、熱ラミネートに長時間を要していた。これに対して、本発明の製造方法では、基体１１および繊維層１２が機械的に接合していること、および繊維層１２およびＰＴＦＥ多孔質膜２間の接合性に優れることから、ＰＴＦＥ多孔質膜２および通気性支持材３の熱ラミネートに要する時間を、上記従来の熱ラミネートに要する時間よりも大幅に低減できる。

ＰＴＦＥ多孔質膜２は、公知の製造方法、例えばＰＴＦＥファインパウダーを原料とするペースト押出しによって得られたＰＴＦＥシートを延伸する方法、により形成できる。この方法によりＰＴＦＥ多孔質膜２を形成する場合、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）は、例えば、５０〜９００倍程度とすればよい。本発明の製造方法では、通気性支持材３を構成する基体１１および繊維層１２間の接合性に優れるため、ＰＴＦＥ多孔質膜２を当該方法により形成する場合、ＰＴＦＥシートを延伸する工程、および延伸により得たＰＴＦＥ多孔質膜２と通気性支持材３とを積層して一体化する工程を連続的に行うことも可能である。

通気性支持材３の形成と、ＰＴＦＥ多孔質膜２および通気性支持材３の一体化とは、連続して実施しても、個別に実施してもよい。個別に実施する場合における、ＰＴＦＥ多孔質膜２と通気性支持材３との一体化工程に着目すると、当該工程は、通気性を有する基体１１、および基体１１上に配置され、ポリオレフィン含有繊維が露出した繊維層１２を備える通気性支持材３と、ＰＴＦＥ多孔質膜２とを、繊維層１２とＰＴＦＥ多孔質膜２とが互いに接するように一体化する工程である。ただし、通気性支持材３は、繊維層１２の繊維が基体１１の内部に侵入して基体１１に絡まることで、基体１１と繊維層１２とが接合した構造を有する。

この場合、通気性支持材３の形成を、上述したエアレイド法により行ってもよい。即ち、ポリオレフィン含有繊維を含む繊維群２１をエアレイド法により基体１１の表面に堆積させて繊維層１２とすることで、上記構造を有する通気性支持材３を形成してもよい。

本発明の製造方法における基体１１は、上述した本発明のフィルタ濾材における基体１１と同様であればよい。基体１１は、例えば不織布であってもよく、ポリエステル繊維からなってもよい。具体的な一例は、ＰＥＴの不織布である。

基体１１に堆積させる繊維群２１は、上述したポリオレフィン含有繊維を含んでいればよく、ポリオレフィン含有繊維からなってもよい。より具体的な例としては、繊維群２１は、ＰＥ繊維またはＰＥ／ＰＥＴ繊維を含んでいてもよい。繊維群２１がＰＥ繊維（またはＰＥ／ＰＥＴ繊維）からなる場合、ＰＥ繊維（またはＰＥ／ＰＥＴ繊維）からなる繊維層１２を形成できる。

図６に、本発明のフィルタユニットの一例を示す。図６に示すフィルタユニット５１は、被濾過気体に含まれる粒子を捕集するフィルタ濾材５２と、濾材５２を支持する支持枠５３とを備える。フィルタ濾材５２は、上述した本発明のフィルタ濾材（例えば、フィルタ濾材１、３１、３２）である。フィルタユニット５１は、本発明のフィルタ濾材５２に基づく、高い信頼性を有する。

図６に示す例ではフィルタ濾材５２がプリーツ加工されているが、プリーツ加工されていないフィルタ濾材５２であってもよい。

支持枠５３には、フィルタユニットとして一般的な材料、例えば、ＡＢＳ、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、各種のエラストマー樹脂を用いることができる。ＡＢＳまたはＰＰを用いて支持枠５３を形成することが一般的であるが、寸法精度の確保が容易であり、使用時における変形も抑制できることから、ＡＢＳを含む支持枠５３が好ましい。また、ＰＥＴとＡＢＳとは互いの接着性（溶着性）が高いため、通気性支持材３の基体１１にＰＥＴを用い、支持枠５３にＡＢＳを用いることによって、フィルタユニット５１の製造時および使用時におけるフィルタ濾材５２と支持枠５３との剥がれを抑制できる。

支持枠５３はガラス繊維などの繊維を含んでもよく、この場合、支持枠５３の寸法精度がさらに向上する。

フィルタユニット５１を形成する具体的な方法は特に限定されず、例えば、フィルタ濾材５２を用いて支持枠５３をインサート成形して形成できる。

以下、実施例により本発明をより詳細に説明する。本発明は、以下に示す実施例に限定されない。

（実施例１）
［ＰＴＦＥ多孔質膜の作製］
最初に、ＰＴＦＥファインパウダー（商品名「ポリフロンＦ−１０４」、ダイキン工業社製)１００重量部に対し、液状潤滑剤として、炭化水素油（商品名「アイソパーＭ」、エッソ石油社製）２５重量部を均一に混合した。次に、得られた混合物を、圧力２０ｋｇ／ｃｍ²で圧縮予備成形した後、予備成形物をロッド状に押出成形し、さらにこのロッド状の押出成形物を一対の金属ロールを通して圧延して、厚さ０．２ｍｍ、幅１５０ｍｍの帯状のＰＴＦＥシートを得た。

次に、得られたシートを２２０℃に加熱して、当該シートに含まれる液状潤滑剤を除去した後、未焼成のまま倍率２０倍でＭＤ方向（機械方向）に延伸し、次いで倍率３０倍でＴＤ方向（横断方向）に延伸し、さらに、寸法を固定した状態でＰＴＦＥの融点以上の温度で焼成して、帯状のＰＴＦＥ多孔質膜を得た。

［通気性支持材の作製］
ＰＴＦＥ多孔質膜の作製とは別に、以下のようにして通気性支持材を作製した。

最初に、ＰＥＴ不織布（目付量８０ｇ／ｍ²、平均繊維径３０μｍ、スパンボンド不織布）からなる基体の一方の主面上に、エアレイド法により、ＰＥ／ＰＥＴ繊維（平均繊維径１０μｍ）からなる短繊維群を堆積させた。エアレイド法によるＰＥ／ＰＥＴ短繊維群の堆積は、図４に示すようなチャンバーを用い、ＰＥＴ不織布における短繊維群を堆積させる面とは反対側の面から空気を吸引しながら、開繊した短繊維群を空気流に乗せてチャンバー内に流入させて行った。

次に、基体上に堆積させた短繊維群をサーマルボンド法により互いに結着させて、ＰＥＴ不織布からなる基体上に、ＰＥ／ＰＥＴ繊維からなる繊維層が配置された通気性支持材を得た。なお、繊維層の形成にあたっては、当該層の目付量が３０ｇ／ｍ²となるようにした。

［フィルタ濾材の作製］
上記のようにして作製したＰＴＦＥ多孔質膜と通気性支持材とを、通気性支持材の繊維層とＰＴＦＥ多孔質膜とが互いに接するように積層した後、両者を熱ラミネートにより一体化してフィルタ濾材とした。熱ラミネートは、ＰＴＦＥ多孔質膜と通気性支持材との積層体を、１８０℃に加熱した一対のロール間を通過させて（ライン速度１０ｍ／分）、積層体をその積層方向に加圧・加熱することにより行った。

［作製したフィルタ濾材の評価］
上記のようにして得たフィルタ濾材の断面を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察した結果を図７に示す。図７に示すように、得られたフィルタ濾材では、繊維層に含まれる繊維の一部（例えば、図７の部分Ｄに示す繊維）が、基体であるＰＥＴ不織布の内部に侵入して当該基体と絡まった構造が形成されていることが確認できた。また、繊維層の繊維（ＰＥ／ＰＥＴ繊維）は、ＰＴＦＥ多孔質膜と良好に接合していた。なお、図７における部分ＡはＰＥＴ不織布、部分Ｂは繊維層、部分ＣはＰＴＦＥ多孔質膜である。部分Ｅは、得られたフィルタ濾材の断面をＳＥＭにより観察するにあたって、当該濾材を観察用の台座に固定するために用いた接着剤の層であり、作製したフィルタ濾材には含まれない。

ＳＥＭによる評価とは別に、上記のようにして得たフィルタ濾材における繊維層と基体との間の接合力を、１８０°ピール試験により評価したところ、ＰＴＦＥ多孔質膜のＭＤ方向に対する両者の接合力は２．９８Ｎ／２５ｍｍ、同ＴＤ方向に対する両者の接合力は２．９１Ｎ／２５ｍｍであった。

１８０°ピール試験は、図８に示すように、基体１１から繊維層１２およびＰＴＦＥ多孔質膜（ＰＴＦＥ多孔質膜は図示せず）を、基体１１の表面に平行な方向に１００ｍｍ以上引き剥がして行った。引き剥がしの際に必要な力の平均値を、繊維層１２の幅２５ｍｍあたりに換算して、繊維層と基体との間の接合力とした。なお、基体１１から繊維層１２を引き剥がす速度は、一定（２００ｍｍ／分）とした。

［フィルタユニットの作製］
上記のようにして得たフィルタ濾材を、ロータリープリーツ機を用いて、プリーツの山高さ２０ｍｍでプリーツ加工した。続いてプリーツ加工後の濾材を、縦型成形機を用いて、ＡＢＳとともに当該ＡＢＳを支持枠とするインサート成形することにより、図６に示すようなフィルタユニットが得られた。

（実施例２）
通気性支持材の基体として、フッ素系の撥水剤（ユニダイン、ダイキン工業社製）のディッピング処理により撥水処理したＰＥＴ不織布（撥水処理されている以外は実施例１で用いたＰＥＴ不織布と同一）を用いた以外は、実施例１と同様にして、フィルタ濾材を得た。

得られたフィルタ濾材における繊維層と基体との間の接合力を、実施例１と同様に評価したところ、ＰＴＦＥ多孔質膜のＭＤ方向に対する両者の接合力は２．７５Ｎ／２５ｍｍ、同ＴＤ方向に対する両者の接合力は２．８８Ｎ／２５ｍｍであった。

（比較例１）
実施例１と同様に形成したＰＴＦＥ多孔質膜に、ＰＥ／ＰＥＴ繊維（平均繊維径１５μｍ）の不織布（目付量３０ｇ／ｍ²）、およびＰＥＴ不織布（平均繊維径３０μｍ、目付量９５ｇ／ｍ²）を順に積層し、得られた積層体を、１８０℃に加熱した一対のロール間を通過させる（ライン速度１０ｍ／分）ことで熱ラミネートして、ＰＴＦＥ多孔質膜、ＰＥ／ＰＥＴ不織布およびＰＥＴ不織布の３層積層構造を有するフィルタ濾材を得た。

得られたフィルタ濾材におけるＰＥ／ＰＥＴ不織布とＰＥＴ不織布との間の接合力を、実施例１と同様に１８０°ピール試験により評価したところ、ＰＴＦＥ多孔質膜のＭＤ方向に対する両者の接合力は０．８２Ｎ／２５ｍｍ、同ＴＤ方向に対する両者の接合力は０．６０Ｎ／２５ｍｍであった。

（比較例２）
ＰＥＴ不織布として、フッ素系の撥水剤（ユニダイン、ダイキン工業社製）のディッピング処理により撥水処理したＰＥＴ不織布（撥水処理されている以外は比較例１で用いたＰＥＴ不織布と同一）を用いた以外は、比較例１と同様にして、フィルタ濾材を得た。

得られたフィルタ濾材におけるＰＥ／ＰＥＴ不織布とＰＥＴ不織布との間の接合力を、実施例１と同様に１８０°ピール試験により評価したところ、ＰＴＦＥ多孔質膜のＭＤ方向に対する両者の接合力は０．２５Ｎ／２５ｍｍ、同ＴＤ方向に対する両者の接合力は０．２３Ｎ／２５ｍｍであった。

実施例１、２および比較例１、２における接合力の評価結果を、以下の表１にまとめて示す。なお、表１における「ＭＤ方向」および「ＴＤ方向」は、それぞれＰＴＦＥ多孔質膜のＭＤ方向およびＴＤ方向である。

表１に示す実施例および比較例を比べると、実施例の濾材における基体と繊維層との接合力は、ＭＤ方向およびＴＤ方向ともに、比較例の濾材における不織布間の接合力の３倍以上となった。特に、撥水処理したＰＥＴ不織布を用いた比較例２の濾材において、不織布間の接合力の低下が著しく、当該濾材と比較すると、実施例の濾材における基体と繊維層との接合力は１０倍以上となった。

また、実施例２の濾材では、比較例２と同様に撥水処理したＰＥＴ不織布を基体として用いたが、撥水処理していないＰＥＴ不織布を基体として用いた場合（実施例１）に対する接合力の低下は小さかった。

（実施例３）
ＰＥＴ不織布の目付量を２０ｇ／ｍ²とした以外は実施例１と同様にして、ＰＥＴ不織布からなる基体上にＰＥ／ＰＥＴ繊維からなる繊維層が配置された通気性支持材を得た。なお、繊維層の形成にあたっては、当該層の目付量が２０ｇ／ｍ²となるようにした。

次に、このようにして得た通気性支持材と、実施例１で作製したＰＴＦＥ多孔質膜とを、一対の当該通気性支持材によって１つの当該ＰＴＦＥ多孔質膜を挟持するように積層した後、得られた積層体を実施例１と同様に熱ラミネートして、図２に示す構造を有するフィルタ濾材を得た。なお、通気性支持材とＰＴＦＥ多孔質膜とは、一対の通気性支持材におけるそれぞれの繊維層とＰＴＦＥ多孔質膜とが互いに接するように積層した。

得られたフィルタ濾材の捕集効率（被濾過気体の流速を５．３ｃｍ／秒とし、捕集対象粒子の粒径を０．３〜０．５μｍの範囲としたときの捕集効率）を評価したところ、９９．９９１０％であった。なお捕集効率の評価は、以下の手順で行った。フィルタ濾材を適宜裁断して有効面積１００ｃｍ²の円形状のホルダーにセットし、セットしたフィルタ濾材の両面に圧力差を印加して当該濾材に気体を透過させ、濾材を透過する気体の線速度が５．３ｃｍ／秒となるように調整した。次に、フィルタ濾材の上流側に、多分散ジオクチルフタレート（ＤＯＰ）粒子を、粒径０．３〜０．５μｍの範囲の粒子の濃度が１０⁸個／リットルとなるように混入し、フィルタ濾材の下流側における上記ＤＯＰ粒子の濃度をパーティクルカウンターで測定した。パーティクルカウンターによる測定対象粒子の粒径は０．３〜０．５μｍの範囲とし、捕集効率は、捕集効率＝（１−（下流側ＤＯＰ粒子濃度／上流側ＤＯＰ粒子濃度））×１００（％）の式より算出した。

次に、上記のようにして得たフィルタ濾材を、ロータリープリーツ機を用いて、プリーツの山高さ２２ｍｍでプリーツ加工した。続いてプリーツ加工後の濾材を、縦型成形機を用いて、ガラス繊維を３０重量％含むＡＢＳとともに、当該ガラス繊維含有ＡＢＳを支持枠とするインサート成形することにより、図６に示すフィルタユニットを得た。フィルタユニットとしたときの濾材の幅は１９１ｍｍ、高さは２７ｍｍとし、当該幅内に存在するプリーツの山の数は９２とした。インサート成形条件は、射出樹脂温度２７５℃、射出圧８．０ＭＰａ／ｃｍ²、冷却温度および時間がそれぞれ６０℃および３０秒、保圧５％とした。

得られたフィルタユニットにおけるフィルタ濾材と支持枠との間に剥がれが生じていないかを目視により確認したところ、支持枠からのフィルタ濾材の剥がれは確認できなかった。また、ＪＩＳ Ｂ９９２７（クリーンルーム用エアフィルタ性能試験方法）に準じた方法を使用し、粒子捕集率（η）が９９．９７％未満のときを「リーク」と判定することで、得られたフィルタユニットにおけるリークを評価したところ、２箇所のリークが確認された。

（実施例４）
実施例１で作製したＰＴＦＥ多孔質膜と、実施例３で作製した通気性支持材とを、通気性支持材の繊維層とＰＴＦＥ多孔質膜とが互いに接するように積層した後、得られた積層体を実施例１と同様に熱ラミネートして、中間体Ａを得た。

次に、このようにして得た中間体Ａと、ＰＥ／ＰＥＴ繊維からなるスパンボンド不織布（目付量３０ｇ／ｍ²）とを、一対の中間体Ａによって１つのＰＥ／ＰＥＴ不織布を挟持するように積層した後、得られた積層体を実施例１と同様に熱ラミネートして、図３に示す構造を有するフィルタ濾材を得た。なお、中間体ＡとＰＥ／ＰＥＴ不織布とは、一対の中間体ＡにおけるそれぞれのＰＴＦＥ多孔質膜とＰＥ／ＰＥＴ不織布とが互いに接するように積層した。

得られたフィルタ濾材の捕集効率（被濾過気体の流速を５．３ｃｍ／秒とし、捕集対象粒子の粒径を０．３〜０．５μｍの範囲としたときの捕集効率）を実施例３と同様に評価したところ、９９．９９９９％であった。

次に、上記のようにして得たフィルタ濾材を、実施例３と同様にインサート成形して、ガラス繊維含有ＡＢＳを支持枠とするフィルタユニットを得た。

得られたフィルタユニットにおけるフィルタ濾材と支持枠との間に剥がれが生じていないかを実施例３と同様に評価したところ、支持枠からのフィルタ濾材の剥がれは確認できなかった。また、得られたフィルタユニットにおけるリークを実施例３と同様に評価したところ、リークは確認できなかった。

（比較例３）
ＰＥ／ＰＥＴ繊維からなるスパンボンド不織布（目付量３０ｇ／ｍ²）を通気性支持材として、実施例１で作製したＰＴＦＥ多孔質膜を一対の当該通気性支持材で挟持し、得られた積層体を実施例１と同様に熱ラミネートして、ＰＥ／ＰＥＴ不織布、ＰＴＦＥ多孔質膜およびＰＥ／ＰＥＴ不織布の積層構造を有するフィルタ濾材を得た。

得られたフィルタ濾材の捕集効率（被濾過気体の流速を５．３ｃｍ／秒とし、捕集対象粒子の粒径を０．３〜０．５μｍの範囲としたときの捕集効率）を実施例３と同様に評価したところ、９９．９９５０％であった。

次に、上記のようにして得たフィルタ濾材を実施例３と同様にインサート成形して、ガラス繊維含有ＡＢＳを支持枠とするフィルタユニットを得た。

得られたフィルタユニットにおけるフィルタ濾材と支持枠との間に剥がれが生じていないかを実施例３と同様に評価したところ、支持枠からのフィルタ濾材の剥がれが９８箇所確認された。また、得られたフィルタユニットにおけるリークを実施例３と同様に評価したところ、支持枠からの濾材の剥がれにより、リークを測定不能であった。

本発明のフィルタ濾材およびフィルタユニットは様々な用途に用いることができ、例えばクリーンルーム用エアフィルタ、マスク用フィルタ、あるいは家電全般に使用されるフィルタとして用いることができる。本発明のフィルタ濾材およびフィルタユニットは、特に、大風量への対応が求められるサイクロン式掃除機への使用に好適である。

また、本発明のフィルタ濾材およびフィルタユニットは、当該濾材を構成する各層の接合性の高さから、濾材により捕集された粉塵、粒子を払い落としや洗浄などにより除去しながら使用されるフィルタへの使用に好適である。

図１は、本発明のフィルタ濾材の一例を示す模式図である。 図２は、本発明のフィルタ濾材の別の一例を示す模式図である。 図３は、本発明のフィルタ濾材のまた別の一例を示す模式図である。 図４は、本発明のフィルタ濾材の製造方法の一例における一工程を示す模式図である。 図５は、本発明のフィルタ濾材の製造方法の一例における、図４に示す工程に続く工程を示す模式図である。 図６は、本発明のフィルタユニットの一例を示す模式図である。 図７は、実施例１で作製したフィルタ濾材の断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を示す図である。 図８は、実施例において実施した１８０°ピール試験を説明するための模式図である。

符号の説明

１、３１、３２ フィルタ濾材（濾材）
２ ＰＴＦＥ多孔質膜
３、３ａ、３ｂ 通気性支持材
１１、１１ａ、１１ｂ 基体
１２、１２ａ、１２ｂ 繊維層
１３ 層
２１ 繊維群
２２ チャンバー
５１ フィルタユニット
５２ フィルタ濾材
５３ 支持枠

Claims (18)

1. ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）多孔質膜と、前記多孔質膜を支持する通気性支持材とが一体化された構造を有するフィルタ濾材であって、
   前記通気性支持材は、
   通気性を有する基体と、前記多孔質膜と接するように前記基体上に配置された繊維層と、を備え、
   前記繊維層の繊維が前記基体の内部に侵入して前記基体に絡まることで、前記基体と前記繊維層とが接合した構造を有し、
   前記繊維層は、前記多孔質膜と接合したポリオレフィン含有繊維を含む、フィルタ濾材。
2. 一対の前記通気性支持材によって前記多孔質膜が挟持されている請求項１に記載のフィルタ濾材。
3. 前記基体に絡まる前記繊維の融点が、前記基体を構成する材料の融点よりも低い請求項１に記載のフィルタ濾材。
4. 前記基体が繊維からなり、
   前記基体を構成する繊維の平均繊維径よりも、前記繊維層を構成する繊維の平均繊維径が小さい請求項１に記載のフィルタ濾材。
5. 前記基体がポリエステル繊維を含む請求項１に記載のフィルタ濾材。
6. 前記基体が、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の不織布である請求項１に記載のフィルタ濾材。
7. 前記ポリオレフィン含有繊維が、ポリエチレン（ＰＥ）繊維、またはＰＥを鞘とし、ＰＥＴを芯とする芯鞘構造を有する繊維である請求項１に記載のフィルタ濾材。
8. 前記多孔質膜と前記ポリオレフィン含有繊維とが、熱融着により接合されている請求項１に記載のフィルタ濾材。
9. 被濾過気体の流速を５．３ｃｍ／秒とし、捕集対象粒子の粒径を０．３〜０．５μｍの範囲としたときに、
   前記粒子の捕集効率が９９．９７％以上である請求項１に記載のフィルタ濾材。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載のフィルタ濾材と、前記フィルタ濾材を支持する支持枠と、を備えるフィルタユニット。
11. 前記支持枠が、アクリロニトリル−スチレン−ブタジエン共重合体（ＡＢＳ）を含む請求項１０に記載のフィルタユニット。
12. 請求項１に記載のフィルタ濾材の製造方法であって、
    通気性を有する基体、および前記基体上に配置され、ポリオレフィン含有繊維が露出した繊維層を備える通気性支持材と、
    ＰＴＦＥ多孔質膜とを、
    前記繊維層と前記ＰＴＦＥ多孔質膜とが互いに接するように一体化し、
    前記通気性支持材は、前記繊維層の繊維が前記基体の内部に侵入して前記基体に絡まることで、前記基体と前記繊維層とが接合した構造を有する、フィルタ濾材の製造方法。
13. 前記構造を有する通気性支持材を、
    前記基体の表面に、前記ポリオレフィン含有繊維を含む繊維群をエアレイド法により堆積させて前記繊維層とすることで形成する、請求項１２に記載のフィルタ濾材の製造方法。
14. 前記基体の表面に、前記基体を構成する材料の融点よりも低い融点を有する繊維を含む前記繊維群を堆積させる、請求項１３に記載のフィルタ濾材の製造方法。
15. 前記基体が繊維からなり、
    前記基体の表面に、前記基体を構成する繊維の平均繊維径よりも小さい繊維径の繊維を含む前記繊維群を堆積させる、請求項１３に記載のフィルタ濾材の製造方法。
16. 前記通気性支持材と前記ＰＴＦＥ多孔質膜とを、熱ラミネートにより一体化する請求項１２に記載のフィルタ濾材の製造方法。
17. 前記基体がポリエステル繊維を含む請求項１２に記載のフィルタ濾材の製造方法。
18. 前記ポリオレフィン含有繊維が、ＰＥ繊維、またはＰＥを鞘とし、ＰＥＴを芯とする芯鞘構造を有する繊維である請求項１２に記載のフィルタ濾材の製造方法。

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