JP6455788B2 - 積層不織布および空気清浄機、ならびに積層不織布の製造方法 - Google Patents

積層不織布および空気清浄機、ならびに積層不織布の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、積層不織布に関し、例えば、空気清浄機の濾材に用いられる積層不織布に関する。
空気清浄機の濾材として、帯電する不織布を使用する場合がある（特許文献１参照）。このような濾材は、空気清浄機の内部に吸入されたダストとの間に生じる静電気力（クーロン力）により、ダスト（粉塵）を捕捉する。
特開２００１−９８４５３号公報
濾材として、帯電する不織布を使用する場合、集塵が進むと、不織布を構成する繊維の周囲はダストにより覆われる。そのため、上記繊維が有する電荷によって生じる電界強度が弱くなる。よって、ダストと帯電する不織布との間に生じる静電気力が小さくなり、集塵効率（ダストの捕捉能力）が低下する。長期間にわたって高い集塵効率を維持するには、例えば、帯電する不織布の質量（密度）を大きくして、表面積を増加させることが考えられる。しかし、不織布の密度を大きくすると、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（流体が不織布を通過するときの抵抗力）が高くなる。すなわち、長期間にわたる高い集塵効率および低い圧力損失は相反する性質であり、両立させることが難しい。
本発明の一局面は、第１繊維を含む第１不織布と、前記第１不織布に積層され、第２繊維を含む第２不織布と、を備え、前記第１不織布が帯電しており、前記第１繊維の繊維径Ｄ１および前記第２繊維の繊維径Ｄ２が、Ｄ１＞Ｄ２の関係を満たす、積層不織布に関する。
本発明の他の一局面は、気体の吸い込み部と、前記気体の吐き出し部と、上記積層不織布と、を備え、前記積層不織布が、前記第１不織布の前記第２不織布に対向しない主面１Ｂが前記吸い込み部に対向するように、前記吸い込み部と前記吐き出し部との間に配置される、空気清浄機に関する。
本発明のさらに他の一局面は、帯電した第１繊維を含む第１不織布を準備する第１準備工程と、第２繊維の原料となる原料樹脂および前記原料樹脂を溶解させる溶媒を含む原料液を準備する第２準備工程と、第３繊維を含む第３不織布を準備する第３準備工程と、前記第３不織布上で前記原料液を噴射して、前記原料液から第２繊維を生成させ、前記第３不織布の一方の主面３Ｂに前記第２繊維を堆積させて第２不織布を形成する不織布形成工程と、前記第２不織布の前記第３不織布に対向しない主面２Ｂに、固形の接着剤を散布する接着剤散布工程と、前記主面２Ｂに散布された前記接着剤を溶融させる加熱工程と、前記溶融した接着剤を有する前記第２不織布に前記第１不織布を積層させる積層工程と、を含む、積層不織布の製造方法に関する。
本発明によれば、長期間にわたる高い集塵効率および低い圧力損失を備える積層不織布を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る積層不織布を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る空気清浄機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製造方法を説明する概略図である。
本発明に係る積層不織布は、第１繊維を含む第１不織布と、第１不織布に積層され、第２繊維を含む第２不織布と、を備える。このとき、第１不織布は帯電しており、第１繊維の繊維径Ｄ１および第２繊維の繊維径Ｄ２は、Ｄ１＞Ｄ２の関係を満たす。これにより、積層不織布を濾材として長期間にわたり使用した場合にも、第２不織布が粉塵を捕捉するため、高い集塵効率が維持される。さらに、第２繊維の繊維径は小さいため、圧力損失の増加は抑制される。その結果、積層不織布の耐用期間が長くなる。
積層不織布は、さらに、接着剤と、第２不織布の第１不織布に対向しない主面２Ａ側に積層される第３繊維を含む第３不織布と、を備える。このとき、接着剤は、第１不織布の第２不織布に対向する主面１Ａから距離ｄ１までの第１不織布側の領域Ｒ１、および、第２不織布の第１不織布に対向する主面２Ｂから距離ｄ２までの第２不織布側の領域Ｒ２に存在しており、距離ｄ１および距離ｄ２は、ｄ１＜ｄ２の関係を満たす。これにより、第１不織布が形成する電界強度は、接着剤の影響を受け難くなる。すなわち、製造過程において、上記電界強度は維持され易い。
第１不織布の空隙率Ｐ１と第３不織布の空隙率Ｐ３とは、Ｐ１＜Ｐ３の関係を満たすことが好ましい。接着剤が第１不織布側により染み込み難くなるためである。また、空隙率Ｐ１は、６０体積％以上、９５体積％以下であることが好ましい。圧力損失が低減されるためである。
第１不織布の厚みＴ１に対する距離ｄ１の比：ｄ１／Ｔ１は、０．１以上、０．５未満であることが好ましい。上記電界強度が受ける接着剤の影響が、さらに小さくなるためである。
圧力損失の観点から、厚みＴ１は、１００μｍ以上、５００μｍ以下であることが好ましく、第２不織布の厚みＴ２は、０．５μｍ以上、１０μｍ以下であることが好ましく、第３不織布の厚みＴ３は、１５０μｍ以上、５００μｍ以下であることが好ましい。
Ｄ２は、１μｍ未満であることが好ましい。第２不織布の表面積がより大きくなって、集塵効果がさらに向上するためである。
また、本発明に係る空気清浄機は、気体の吸い込み部と、気体の吐き出し部と、上記積層不織布と、を備える。このとき、上記積層不織布は、第１不織布の第２不織布に対向しない主面１Ｂが吸い込み部に対向するように、吸い込み部と吐き出し部との間に配置される。このような空気清浄機は、長期間にわたって、集塵効率が高く、圧力損失が小さい。
さらに、本発明の積層不織布の製造方法は、帯電した第１繊維を含む第１不織布を準備する第１準備工程と、第２繊維の原料となる原料樹脂および原料樹脂を溶解させる溶媒を含む原料液を準備する第２準備工程と、第３繊維を含む第３不織布を準備する第３準備工程と、第３不織布上で原料液を噴射して、原料液から第２繊維を生成させ、第３不織布の一方の主面３Ｂに第２繊維を堆積させて第２不織布を形成する不織布形成工程と、第２不織布の第３不織布に対向しない主面２Ｂに、固形の接着剤を散布する接着剤散布工程と、主面２Ｂに散布された接着剤を溶融させる加熱工程と、溶融した接着剤を有する第２不織布に第１不織布を積層させる積層工程と、を含む。この方法により得られる積層不織布は、長期間にわたる高い集塵効率および低い圧力損失を備える。
以下、図１を参照しながら、本発明に係る積層不織布の一実施形態を説明する。図１は、一実施形態に係る積層不織布を、模式的に示す断面図である。
積層不織布１０は、第１繊維１Ｆを含む第１不織布１と、第１不織布１に積層され、第２繊維２Ｆを含む第２不織布２とを備える。第１不織布１は帯電しており、第１繊維１Ｆの繊維径Ｄ１は、第２繊維２Ｆの繊維径Ｄ２よりも大きい（Ｄ１＞Ｄ２）。
積層不織布１０の第１不織布１側から、積層不織布１０にダストを含む大気が接触すると、ダストは帯電している第１不織布１に優先的に捕捉される。集塵が進み、第１不織布１とダストとの間に生じる静電気力が小さくなると、ダストは、第１不織布１を通過し始める。第１不織布１を通過したダストは、第２不織布２に捕捉される。第２不織布２は、第１繊維１Ｆよりも繊維径の小さい第２繊維２Ｆを含むため、高い集塵効率を発揮するとともに、圧力損失を増加させにくい。
［第１不織布］
第１不織布１は帯電（永久帯電）している。すなわち、第１不織布１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る。そのため、ダストは、第１不織布１との間に生じる静電気力により、第１不織布１に捕捉される。また、第１不織布１は、種々の外部負荷から第２不織布２を保護する保護材としても機能する。
第１不織布１は、第１繊維１Ｆを含む。第１繊維１Ｆ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、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、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）、ポリアミド（ＰＡ）、あるいはこれらの混合物等が挙げられる。なかでも、帯電し易く、また、帯電性が維持され易い点で、ＰＰが好ましい。
第１繊維１Ｆの繊維径Ｄ１は、第２不織布に含まれる第２繊維２Ｆの繊維径Ｄ２よりも大きい限り、特に限定されない。繊維径Ｄ１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。
繊維径Ｄ１とは、第１繊維１Ｆの直径の平均値である。第１繊維１Ｆの直径とは、第１繊維１Ｆ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、第１不織布１の一方の主面の法線方向から見たときの、第１繊維１Ｆの長さ方向に対して垂直な方向の幅を、第１繊維１Ｆの直径と見なしても良い。繊維径Ｄ１は、例えば、第１不織布に含まれる任意の１０本の第１繊維１Ｆの任意の箇所の直径の平均値である。後述する繊維径Ｄ２およびＤ３についても同じである。
第１不織布１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た不織布であり、その製造方法は特に限定されない。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、第１不織布１は、メルトブロー法により製造されることが好ましい。
第１不織布１の圧力損失は、特に限定されない。なかでも、第１不織布１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、１〜１０Ｐａ程度であることが好ましい。第１不織布１の初期の圧力損失がこの範囲であれば、積層不織布１０全体の圧力損失も抑制される。
第１不織布１の厚みＴ１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。不織布の厚みＴ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（以下、同じ）。厚みとは、不織布の２つの主面の間の距離である。不織布の厚みＴは、具体的には、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、一方の表面に対して垂直な線を引いたとき、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Ｔとする。上記厚みＴの算出に際しては、二値化処理された画像を用いても良い。
第１不織布１の単位面積当たりの質量は、圧力損失の観点から、１０ｇ／ｍ２以上、５０ｇ／ｍ２以下であることが好ましく、１０ｇ／ｍ２以上、３０ｇ／ｍ２以下であることがより好ましい。
第１不織布１を帯電させる方法は特に限定されず、公知の帯電加工方法を用いればよい。帯電加工方法としては、例えば、コロナ放電法、純水サクション法、摩擦帯電法等が挙げられる。帯電加工が行われるタイミングも特に限定されない。例えば、第１不織布１を構成する繊維１Ｆの紡糸と同時に帯電加工を行っても良いし、繊維１Ｆが延伸されて製造される場合には、延伸しながら帯電加工を行っても良い。また、不織布を形成した後、帯電加工を行っても良い。第１不織布１の表面電位は特に限定されず、例えば、５ｋＶ以上、１００ｋＶ以下であっても良い。
第１不織布１は、複数の第１繊維１Ｆによって形成される空隙を有している。第１不織布１の空隙率Ｐ１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。空隙率Ｐ１（体積％）は、例えば、（１−第１不織布１の見かけの単位体積当たりの質量／第１繊維１Ｆの比重）×１００、で表わされる。
［第２不織布］
第２不織布２は、第１不織布１とともにダストを捕捉する機能を有する。第２不織布は、静電気力ではなく、主に、ダストのブラウン拡散、重力、さえぎり等の作用により、ダストを捕捉する。
第２繊維２Ｆの材質は特に限定されず、例えば、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）、ＰＰ、ＰＥＴ、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良い。なかでも、後述するように、第２繊維２Ｆを電界紡糸法により形成する場合、ＰＥＳが好ましく用いられる。
第２繊維の繊維径Ｄ２は、第１繊維の繊維径Ｄ１よりも小さい。なかでも、Ｄ２は、Ｄ１の１／５以下（Ｄ２≦Ｄ１／５）であることが好ましく、Ｄ２≦Ｄ１／１０であることがより好ましい。また、Ｄ２は、Ｄ１の１／１００以上であることが好ましい。Ｄ２がこの範囲であれば、圧力損失が抑制されるとともに集塵効率が高くなり易い。具体的には、繊維径Ｄ２は、１μｍ未満であることが好ましく、５００ｎｍ未満であることがより好ましい。また、繊維径Ｄ２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。
第２不織布２の厚みＴ２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。第２不織布２の単位面積当たりの質量は、０．１ｇ／ｍ２以上、１．５ｇ／ｍ２以下であることが好ましく、０．２ｇ／ｍ２以上、０．８ｇ／ｍ２以下であることがより好ましい。第２不織布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、高い集塵効率を発揮し易い。なお、第２不織布２の初期の圧力損失は、上記と同様の条件で測定する場合、５Ｐａ以上、４０Ｐａ以下程度であることが好ましい。
［第３不織布］
積層不織布１０は、さらに、第２不織布２の第１不織布１に対向しない主面２Ａ側に第３不織布３を備えていても良い。第３不織布３は、例えば、積層不織布１０の形状を保持する基材である。積層不織布１０をプリーツ加工する場合、第１不織布が基材となって、プリーツの形状を保持する。
第３不織布３は、第３繊維３Ｆを含む。第３繊維３Ｆ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、ＰＥ、ＰＥＴ等のポリエステル、ＰＡ、あるいはこれらの混合物等が挙げられる。なかでも、形状保持の観点から、第３繊維３Ｆの材質はＰＥＴまたはセルロースが好ましい。第３繊維３Ｆの繊維径Ｄ３は特に限定されず、例えば、０．５μｍ以上、２０μｍ以下であっても良く、１０μｍ以上、２０μｍ以下であっても良い。
第３不織布３の製造方法は特に限定されず、第1不織布１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、第３不織布３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不織布３の圧力損失も特に限定されない。なかでも、第３不織布３の初期の圧力損失は、上記と同様の条件で測定する場合、１Ｐａ以上、１０Ｐａ以下程度であることが好ましい。第３不織布３の初期の圧力損失がこの範囲であれば、積層不織布１０全体の圧力損失も抑制される。
第３不織布３の厚みＴ３は、圧力損失の観点から、１５０μｍ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。同様の観点から、第３不織布３の単位面積当たりの質量は、１０ｇ／ｍ２以上、５０ｇ／ｍ２以下であることが好ましく、１０ｇ／ｍ２以上、４５ｇ／ｍ２以下であることがより好ましい。
第３不織布３もまた、複数の第３繊維３Ｆによって形成される空隙を有している。第３不織布３の空隙率Ｐ３は特に限定されないが、圧力損失の観点から、空隙率Ｐ１よりも大きいことが好ましい（Ｐ１＜Ｐ３）。また、後述するように、第１不織布１と第２不織布２との接合に接着剤を使用する場合、空隙率Ｐ３および空隙率Ｐ１がＰ１＜Ｐ３を満たすと、接着剤が第２不織布２（第３不織布３）側に偏在し易くなるため好ましい。なかでも、空隙率Ｐ３は、空隙率Ｐ１の１．０５倍以上（１．０５×Ｐ１≦Ｐ３）であることが好ましい。また、形状保持の観点から、空隙率Ｐ３は、空隙率Ｐ１の２倍以下であることが好ましい。
具体的には、空隙率Ｐ３は、６５体積％以上、９８体積％以下であることが好ましい。空隙率Ｐ３も空隙率Ｐ１と同様、例えば、第３不織布３の見かけの単位体積当たりの質量および第３繊維３Ｆの比重によって算出することができる。
［接着剤］
積層不織布１０が、第１不織布１、第２不織布２および第３不織布３を含む場合、第１不織布１と第２不織布２とは、接着剤（図示せず）により接合されることが好ましい。この場合、第２不織布と第３不織布とは、接着剤を介さずに接合されていることが好ましい。第１不織布１と第２不織布２とを接合する接着剤が、第２不織布２側に偏在し易いためである。第２不織布と第３不織布との接合方法については、後述する。
接着剤は、製造過程における第１不織布１の電界強度の低下を抑制する観点から、第１不織布１と第２不織布２との界面付近であって、第２不織布２側により多く偏在していることが好ましい。具体的には、接着剤は、第１不織布１の第２不織布２に対向する主面１Ａから距離ｄ１までの領域Ｒ１、および、第２不織布２の第１不織布１に対向する主面２Ｂ（第２不織布の第３不織布に対向しない主面と同じ）から距離ｄ２までの領域Ｒ２に存在しており、かつ、距離ｄ１および距離ｄ２はｄ１＜ｄ２の関係を満たすことが好ましい。このように、接着剤が第２不織布２側に偏在することにより、電荷を有する第１繊維１Ｆが接着剤により覆われ難くなる。そのため、製造過程における、第１不織布１の電界強度の低下を抑制することができる。図１では、便宜上、領域Ｒ１および領域Ｒ２にそれぞれハッチングを入れて示している。
距離ｄ１および距離ｄ２は、例えば、以下のようにして算出できる。まず、積層不織布の断面を写真に取り、積層不織布の一方の主面（主面１Ｂ）上にある任意の１地点ａから他方の主面（第３不織布３の第２不織布２に対向しない主面３Ａ）まで、主面１Ｂに対して垂直な直線Ｌを引く。この直線Ｌ上にある接着剤のうち、第１不織布１において、主面１Ａから最も離れた位置にある接着剤と主面１Ａとの外法の距離を、距離ｄ１ａとする。同様に、直線Ｌ上にある接着剤のうち、第２不織布２または第３不織布３において、主面２Ｂから最も離れた位置にある接着剤と主面２Ｂとの外法の距離を、距離ｄ２ａとする。他の任意の複数地点（例えば、地点ｂ〜ｊ）についても同様にして距離ｄ１ｂ〜ｄ１ｊおよびｄ２ｂ〜ｄ２ｊを算出し、これらを平均化した数値を、距離ｄ１および距離ｄ２とする。距離ｄ１および距離ｄ２の算出に際しては、二値化処理された画像を用いても良い。
距離ｄ１は厚みＴ１よりも小さく、距離ｄ２よりも小さいことが好ましい。製造過程における電界強度の低下を抑制する観点から、距離ｄ２に対する距離ｄ１の比：ｄ１／ｄ２は、０．２以上、１未満であることが好ましく、０．３以上、０．８以下であることがより好ましい。同様の観点から、厚みＴ１に対する距離ｄ１の比：ｄ１／Ｔ１は、０．１以上、０．５未満であることが好ましく、０．１５以上、０．４未満であることがより好ましい。
距離ｄ２は、厚みＴ２とＴ３との和（Ｔ２＋Ｔ３）以下である（ｄ２≦（Ｔ２＋Ｔ３））。距離ｄ２が厚みＴ２よりも大きい（ｄ２＞Ｔ２）場合、領域Ｒ２は、第２不織布２と第３不織布３の少なくとも一部とを含む領域である。接着剤に対するコストおよび圧力損失の観点から、厚み（Ｔ２＋Ｔ３）に対する距離ｄ２の比：ｄ２／（Ｔ２＋Ｔ３）は、０．１５以上、０．７以下であることが好ましい。
接着剤の付与量は特に限定されないが、例えば、０．５ｇ／ｍ２以上、５ｇ／ｍ２以下である。接着剤の種類は特に限定されず、例えば、ＰＵ、ＰＥＴ等のポリエステル、ＰＡ、ポリオレフィン（例えば、ＰＰ、ＰＥ）等を主成分とするホットメルト接着剤等が挙げられる。なかでも、接着性の観点から、接着剤は、第１繊維１Ｆの材質と同種であることが好ましい。例えば、第１繊維１Ｆの材質がＰＰである場合、接着剤はポリオレフィンを含むことが好ましい。なお、本実施形態によれば、接着剤および第１繊維１Ｆが同種の材質であっても、接着剤は、第１不織布１側ではなく、第２不織布２側に偏在し易い。
［空気清浄機］
本発明の空気清浄機１００は、図２に例示されるように、濾材として用いる積層不織布１０と、気体の吸い込み部１０１と、気体の吐き出し部１０２とを備える。積層不織布１０は、主面１Ｂが吸い込み部１０１に対向するように、吸い込み部１０２と吐き出し部１０２との間に配置される。積層不織布１０は、蛇腹状にプリーツ加工されて配置されても良い。
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。取り込まれた大気に含まれるダストは、積層不織布１０等を通過する間に捕捉され、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、さらに、吸い込み部１０１と積層不織布１０との間に、大きな塵等を捕捉するプレフィルター１０３等を備えても良い。また、積層不織布１０と吐き出し部１０２との間に消臭フィルター１０４や加湿フィルター（図示せず）等が備えられても良い。
［積層不織布の製造方法］
積層不織布１０は、例えば、帯電した第１繊維１Ｆを含む第１不織布１を準備する第１準備工程と、第２繊維２Ｆの原料となる原料樹脂および原料樹脂を溶解させる溶媒を含む原料液２２を準備する第２準備工程と、ターゲット（例えば、第３繊維３Ｆを含む第３不織布３）を準備する第３準備工程と、第３不織布３上で原料液を噴射して、原料液２２から第２繊維２Ｆを生成させ、ターゲット（第３不織布３の一方の主面３Ｂ）に第２繊維２Ｆを堆積させて第２不織布２を形成する不織布形成工程と、第２不織布２のターゲットに対向しない主面（第３不織布３に対向しない主面２Ｂ）に、固形の接着剤３５を散布する接着剤散布工程と、ターゲットの主面（２Ｂ）に散布された接着剤３５を溶融させる加熱工程と、溶融した接着剤３５を有する第２不織布２に第１不織布１を積層させる積層工程と、を含む方法により製造される。
以下、図３を参照しながら、本発明に係る製造方法の一実施形態を説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る製造方法を実施する製造装置２００の概略図である。ここでは、接着剤３５および第３不織布３を備える積層不織布１０を例に挙げる。
（１）第１、第２および第３準備工程
各準備工程では、第１不織布１、繊維の原料となる原料樹脂と原料樹脂を溶解させる溶媒とを含む原料液２２、および、第３不織布３を準備する。
［原料液］
原料液２２は、原料樹脂および溶媒を含む。原料樹脂は第２繊維２Ｆの原料であり、溶媒は原料樹脂を溶解させる（以下、第１溶媒と称する）。原料液２２における原料樹脂と第１溶媒との混合比率は、選定される原料樹脂の種類および第１溶媒の種類により異なる。原料液２２における第１溶媒の割合は、例えば、６０質量％から９５質量％である。原料液２２には、原料樹脂を溶解させる第１溶媒以外の溶媒や各種添加剤等が含まれていても良い。原料樹脂の種類は特に限定されず、第２繊維２Ｆの材質として例示した各ポリマーに対応するポリマーが例示できる。
第１溶媒は、原料樹脂を溶解できるものであれば特に限定されない。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、ＰＥＳを含む第２繊維２Ｆを電界紡糸法により形成する場合、電界紡糸法に適している点およびＰＥＳを溶解し易い点で、ＤＭＡｃが好ましい。
（２）不織布形成工程
次に、第３不織布３上で原料液２２を噴射して、原料液２２から第２繊維２Ｆを生成させ、第３不織布３の主面３Ｂに第２繊維２Ｆを堆積させて第２不織布２を形成する。このようにして第２繊維２Ｆを生成させる方法としては、例えば、乾式紡糸法、電界紡糸法等が挙げられる。なかでも、繊維径の小さな繊維を形成することができる点で、第２繊維２Ｆは電界紡糸法により形成されることが好ましい。電界紡糸法によれば、第２繊維２Ｆは、第３不織布３上に、一本以上の第２繊維２Ｆがランダムに重なった（あるいは、絡まった）繊維の集合体である不織布として堆積する。
以下、製造装置２００が電界紡糸機構を具備する場合を例に挙げ、説明する。電界紡糸法では、ターゲット（ここでは、第３不織布３）をグランドさせるかマイナスに帯電させ、そこにプラスに帯電された原料液２２を放出口（図示せず）から噴射させる。原料液２２が第３不織布３に到達するまでの過程において、原料液２２に含まれる第１溶媒の一部は揮発し、主面３Ｂに第２繊維２Ｆが堆積して、第２不織布２が形成される。形成された直後の第２繊維２Ｆには、第１溶媒が例えば５質量％以上、１０質量％以下含まれる。残存する第１溶媒の少なくとも一部が除去されることにより、接触した第２繊維２Ｆ同士および第２繊維と第３不織布３を構成する第３繊維３Ｆとが点接着する。このようにして、第２不織布２と第３不織布３とは接合される。
電界紡糸機構は、不織布形成部２０２内の上方に設置された原料液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第３不織布３を上流側から下流側に搬送する搬送手段と、を備えている。搬送手段は、搬送ベルト２１を備えていることが好ましい。この場合、搬送ベルト２１は、第３不織布３とともに第２繊維２Ｆを収集するコレクタ部として機能する。
第３不織布３は、製造装置２００の最上流に配置される供給部２０１から、搬送ロール１１により搬送され、搬送手段（搬送ベルト２１）に供給される。第３不織布３は、例えば長尺であり、供給リール１２に捲回されている。供給リール１２はモータ１３の駆動により回転する。
放出体２３の主面３Ｂ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。放出口と主面３Ｂとの距離は、製造装置の規模にもよるが、例えば、１００ｍｍ以上、６００ｍｍ以下である。放出体２３は、不織布形成部２０２の上方に設置された、第３不織布３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、自身の長手方向が主面３Ｂと平行になるように支持されている。
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、搬送ベルト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２０ｋＶ以上、２００ｋＶ以下）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良い。また、対電極２７を設ける代わりに、搬送ベルト２１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。中空部には原料液２２が収容される。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の中空部に供給される。原料液２２は、ポンプ２８の圧力により、放出口から主面３Ｂ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と搬送ベルト２１との間の空間を移動中に静電爆発を起し、繊維状物（第２繊維２Ｆ）を生成する。このようにして、第２不織布２と第３不織布３とが積層した前駆体が得られる。このとき、生成直後の第２繊維２Ｆは帯電しているが、一時的なものであって、第２繊維２Ｆは、やがて帯電性を示さなくなる。
生成される第２繊維２Ｆの繊維径Ｄ２は、好ましくは１μｍ以下である。繊維径Ｄ２は、原料液２２の吐出圧力、印加電圧、原料液２２の濃度、放出口と第３不織布３との距離、不織布形成部の内部の温度、湿度等を調整することにより、変化させることができる。繊維径Ｄ２が、後の工程で積層される第１不織布１の繊維径Ｄ１より小さくなるように、吐出条件を設定すればよい。
［接着剤散布工程］
続いて、第２不織布２の主面２Ｂに接着剤３５を散布する。第２不織布２側に偏在し易い点で、接着剤３５は固形の状態で散布されることが好ましい。固形とは、一定の形状を保持した状態であって、例えば、粉末、ペーストの状態である。接着剤３５は、例えば、スプレー法、自由落下等により、第２不織布の主面２Ｂに散布される。
なかでも、均一に散布させ易い点で、接着剤は粉末状であることが好ましい。粉末状接着剤の平均粒径Ｄ５０は特に限定されず、例えば、１００μｍ以上、３００μｍ以下である。平均粒径Ｄ５０とは、レーザー回折式の粒度分布測定装置により求められる体積粒度分布におけるメディアン径である（以下、同じ）。
接着剤付与部２０３は、例えば、接着剤付与部２０３の上方に設置された接着剤３５を収容する接着剤タンク３２と、接着剤３５を散布するためのスプレー３３とを備える散布装置３４を具備する。スプレー３３からは、例えば、粉末状の接着剤が散布され、主に主面２Ｂに付着する。
［加熱工程］
主面２Ｂに接着剤３５を散布した後、第１不織布１を積層する前に、加熱装置４２により接着剤３５を加熱して溶融させる。加熱装置４２は特に限定されず、公知のものを適宜選択すれば良い。加熱温度は、接着剤３５の融点によって適宜設定すれば良く、例えば、１００〜２００℃である。
２枚の不織布を接合する場合、各不織布の間にホットメルト接着剤等を配置し、ヒーターロール等により接着剤を溶融させながら圧着する方法が一般的に用いられる。そのため、接着剤が各不織布のいずれの空隙にも浸透し易く、いずれか一方の不織布に偏在させることは困難である。帯電する不織布を用いる場合、この不織布の空隙に接着剤が多く浸透すると、不織布により形成される電界強度が小さくなり易い。一方、帯電する第１不織布１を積層する前に接着剤３５を溶融させる場合、その後、第１不織布１を積層させても、第１不織布１側に浸透する接着剤の量を少なくすることができる。よって、第１不織布１により形成される電界強度を低下させずに、第１不織布１と第２不織布２とを接合することができる。なお、この方法によれば、接着剤３５および第１繊維１Ｆが同種の材質であっても、接着剤３５を、第１不織布１側ではなく、第２不織布２側に偏在させ易い。
［積層工程］
接着剤３５を溶融した後、主面２Ｂ側から第２不織布２に第１不織布１を積層させる。第１不織布積層部２０５では、前駆体１０ａの上方から、第１不織布１が供給され、接着剤３５を介して前駆体１０ａに積層される。第１不織布１が長尺である場合、第３不織布３と同様に、第１不織布１はリール５２に巻き取られていても良い。この場合、第１不織布１は、リール５２から捲き出されながら、第２不織布２に積層される。
このとき、第１不織布１の帯電性を維持する観点から、第１不織布１を、第１繊維１Ｆの融点以上に加熱しないようにすることが好ましい。不織布は、例えば特許文献１に記載されているように、不織布を構成する繊維の融点以上の温度雰囲気下で不織布に直流の高電圧を作用させた後、冷却する方法により帯電させることができる。言い換えれば、帯電している不織布をその融点以上の温度に加熱すると、帯電性が低下する場合がある。
接着剤を介して２枚の不織布を積層させた後、ヒーターロール等により接着剤３５をその融点以上に加熱して接合する場合、ヒーターロールに接触している第１不織布１は、接着剤３５の融点以上に加熱されることがある。そのため、製造過程における加熱による不織布の帯電性の低下を抑制するには、帯電する不織布を構成する繊維の融点、接着剤３５の融点およびヒーターロールの温度等を適宜調整する必要が生じ、製造条件が複雑になる。
一方、本実施形態によれば、接着剤３５を溶融させた後、第１不織布１を積層するため、第１不織布１は、必ずしも加熱されない。ヒーターロール等を用いる場合であっても、第１繊維１Ｆの融点のみを考慮して、ヒーターロールの温度を制御すれば良いため、製造条件を決定することが容易である。
第１不織布１を積層した後、積層不織布１０を挟んで上下に配置された一対の加圧ロール５３（５３ａおよび５３ｂ）により圧力を加えながら、積層不織布１０を加圧して第１不織布１と第２不織布２とをさらに密着させても良い。この場合、第３不織布３の空隙率Ｐ３が第１不織布１の空隙率Ｐ１よりも大きいと、接着剤は第２不織布２（第３不織布３）側に偏在し易くなる。加圧ロール５３による圧力は特に限定されないが、例えば、１ｋＰａ以上、５０ｋＰａ以下である。また、加圧と同時に、積層不織布１０を加熱しても良いが、上記のとおり、加熱温度は第１繊維１Ｆの融点より低いことが好ましい。
最後に、積層部２０５から積層不織布１０を搬出し、ロール６１を経由して、より下流側に配置されている回収部２０６に回収されても良い。回収部２０６は、例えば、搬送されてくる積層不織布１０を捲き取る回収リール６２を内蔵している。回収リール６２はモータ６３により回転駆動される。
［実施例］
以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、積層不織布は、図３に示すような製造装置２００を用いて製造した。
［実施例１］
第３不織布３としてセルロースを主体とする基材（Ｔ３：３００μｍ、Ｄ３：１５μｍ、単位体積当たりの質量：４２ｇ／ｍ２、Ｐ３：８０体積％）を使用した。電界紡糸法により、第３不織布３に第２繊維２Ｆ（Ｄ２：２７３ｎｍ）を含む第２不織布２（Ｔ２：２μｍ）を積層し、前駆体１０ａを得た。第２繊維の原料液としては、ＰＥＳを２０質量％含むＤＭＡｃ溶液を用いた。第３不織布３上には、第２繊維２Ｆが０．６９ｇ／ｍ２堆積していた。
次いで、前駆体１０ａの第２不織布２側から、粉末状の接着剤３５（ポリエステル系ホットメルト樹脂）をスプレー法により散布した。接着剤３５の散布量は２．２ｇ／ｍ２であった。接着剤３５は、全粒子のうちの９０体積％以上が１８０〜２５０μｍの粒径を有していた。続いて、前駆体１０ａを加熱し、接着剤３５を溶融させた。加熱温度は１５８℃であった。
第２不織布２上に、溶融された接着剤３５が介在するように、第１不織布１を積層した。第１不織布１として、帯電するポリプロピレン繊維を主体とするメルトブロー不織布（電位：７０〜８０ｋＶ、Ｔ１：１６５μｍ、Ｄ１：５μｍ、Ｐ１：６１体積％、単位面積当たりの質量：１８ｇ／ｍ２）を用いた。続いて、加圧ロール５３により圧着して、積層不織布１０を得た。圧着の圧力は５ｋＰａとした。積層不織布１０の断面写真から距離ｄ１およびｄ２を算出したところ、距離ｄ１は３０μｍであり、距離ｄ２は５０μｍであった。得られた積層不織布１０に、１０年間使用したのと同じ状態になるようにダストを付着させて、図２に示すような空気清浄機に設置したところ、集塵効率の極端な低下は見られなかった。
本発明の積層不織布は、長期間にわたり使用した場合でも、集塵効率が高く、圧力損失の増加を抑制することが可能である。そのため、家庭用や事務所用等の空気清浄機の濾材として好適である。なお、本発明の積層不織布の用途は、空気清浄機の濾材に限られず、例えば、電池用の分離シート、塵を拭き取る拭取シート等の他の用途にも適用可能である。
１：第１不織布、１Ｆ：第１繊維、２：第２不織布、２Ｆ：第２繊維、３：第３不織布３Ｆ：第３繊維、１０：積層不織布、１１：搬送ロール、１２：供給リール、１３：モータ、２１：搬送ベルト、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、３１：搬送ロール、３２：接着剤タンク、３３：スプレー、３４：散布装置、４１：搬送ロール、４２：加熱装置、５１：搬送ロール、５２：第２供給リール、５３、５３ａ、５３ｂ：加圧ロール、６１：ロール、６２：回収リール、６３：モータ、２００：製造装置、２０１：供給装置、２０２：不織布形成部、２０３：接着剤付与部、２０４：乾燥部、２０５：第１不織布積層部、２０６：回収部

Claims (7)

  1. 第１繊維を含む第１不織布と、
    前記第１不織布に積層され、第２繊維を含む第２不織布と、
    前記第２不織布の前記第１不織布に対向しない主面２Ａ側に積層され、かつ、第３繊維を含む第３不織布と、
    接着剤と、を備え、
    前記第１不織布が帯電しており、
    前記第１繊維の繊維径Ｄ１および前記第２繊維の繊維径Ｄ２が、Ｄ１＞Ｄ２の関係を満たし、
    前記接着剤が、前記第１不織布の前記第２不織布に対向する主面１Ａから距離ｄ１までの前記第１不織布側の領域Ｒ１、および、前記第２不織布の前記第１不織布に対向する主面２Ｂから距離ｄ２までの前記第２不織布側の領域Ｒ２に存在しており、
    前記距離ｄ１および前記距離ｄ２が、ｄ１＜ｄ２の関係を満たす、積層不織布。
  2. 前記第１不織布の空隙率Ｐ１と、前記第３不織布の空隙率Ｐ３とが、Ｐ１＜Ｐ３の関係を満たす、請求項１に記載の積層不織布。
  3. 前記空隙率Ｐ１が、６０体積％以上、９５体積％以下である、請求項２に記載の積層不織布。
  4. 前記第１不織布の厚みＴ１に対する前記距離ｄ１の比：ｄ１／Ｔ１が、０．１以上、０．５未満である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の積層不織布。
  5. 前記第１不織布の厚みＴ１が、１００μｍ以上、５００μｍ以下であり、
    前記第２不織布の厚みＴ２が、０．５μｍ以上、１０μｍ以下であり、
    前記第３不織布の厚みＴ３が、１５０μｍ以上、５００μｍ以下である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の積層不織布。
  6. 前記Ｄ２が、１μｍ未満である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の積層不織布。
  7. 気体の吸い込み部と、
    前記気体の吐き出し部と、
    請求項１〜６のいずれか一項に記載の積層不織布と、を備え、
    前記積層不織布が、前記第１不織布の前記第２不織布に対向しない主面１Ｂが前記吸い込み部に対向するように、前記吸い込み部と前記吐き出し部との間に配置される、空気清浄機。
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