JP6895829B2 - 不織布濾過材およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、不織布濾過材及びその製造方法に関する。特に空気中の塩分のろ過特性に優れる不織布濾過材およびその製造方法に関するものである。

不織布濾過材は、自動車等に使用される内燃機関や燃料電池等のエアクリーナなどの濾過材として、空気のろ過に使用されている。このような用途においては、多量の空気から細かな塵埃を効率的に除去することが求められる。そして、不織布濾過材には、高い清浄効率と、長期間にわたって目詰まりせずにダストを除去しうる長寿命性が求められる。また、沿岸地区などの塩分が多い地域においては、塩害防止のため、塩分を効果的に除去することも求められる。

空気中に浮遊する塩分粒子は、一般的なダストと同様に、濾過材の繊維表面に吸着されるように捕集される。しかしながら、塩分は潮解性を有し、塩分が空気中の水分や水滴を吸収して溶解し液状となる。塩分が液状となった状態でエアクリーナが使用されると、潮解した液状の塩分が下流側に流れ、不織布濾過材を透過してしまうことがある。

潮解による塩分の透過を抑制可能な不織布濾過材として、不織布濾過材の下流側に撥水層を設けた濾過材も検討されている。しかしながら、撥水層を設けた場合、撥水層の上流側表面に潮解した塩分が集まってしまい、潮解した塩分が再結晶して撥水層上流面を覆ってしまうことになり、通気抵抗が急増し、濾過材の寿命が短くなってしまうという問題があった。

この様な潮解・再結晶の問題を克服すべく、特許文献１のような、下流側に撥水層を設け上流側に吸水性を有する繊維の集合体からなる束を配列した層を配置し、両者を接着一体化した技術が開発された。また、特許文献２にも同様の技術が開示されている。これら技術によれば、塩分の潮解・再結晶の問題が抑制される。

特開平０６−４７２１７号公報 特開２０１７−１１３６９２号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２に開示された不織布濾過材は、主に工場やビルなどに外気を取り入れる空調用途の不織布濾過材であって、不織布濾過材を通過する空気の流速がかなり低い用途にしか使用できない。自動車等に使用される内燃機関や燃料電池等のエアクリーナなどでは、エアクリーナをコンパクトにしつつ、大量の空気を濾過する必要があり、不織布濾過材を通過する空気の流速が比較的高くなる。そのため、特許文献１や特許文献２の不織布濾過材は、車両用内燃機関や車両用燃料電池用のエアクリーナには使用できない。

本発明の目的は、潮解性を有する塩分粒子を捕捉でき、車両用内燃機関や車両用燃料電池用のエアクリーナに使用可能な不織布濾過材を提供することにある。

発明者は、鋭意検討の結果、撥水層の上流に吸水性繊維を含む吸水層を設け、吸水性繊維の一部を、吸水層から撥水層の内部に達するように不織布の厚み方向に延在させると、上記課題の解決に効果的であることを知見し、本発明を完成させた。

本発明は、上流側に位置し吸水性繊維を含む吸水層と、下流側に位置する撥水層とを含む多層構造の、潮解性を有する塩分粒子捕捉用の不織布濾過材であって、撥水層は、吸水層よりも平均繊維径が小さくされると共に、吸水性繊維の少なくとも一部が、吸水層から撥水層の内部に達するよう不織布の厚み方向に延在するとともに、吸水層に含まれる吸水性繊維は潮解して液状化した塩分を吸収可能である、不織布濾過材である（第１発明）。

第１発明において、好ましくは、吸水層に含まれる吸水性繊維の平均繊維径が、吸水層に含まれる他の繊維の平均繊維径よりも小さくされる（第２発明）。また、第１発明において、好ましくは、撥水層と吸水層の間に中間層を有し、中間層は吸水性繊維を含み、中間層に含まれる吸水性繊維は実質的に不織布の厚み方向に延在している（第３発明）。また、第１発明において、好ましくは、撥水層が最も下流に位置する（第４発明）。また、第１発明において、好ましくは、不織布濾過材は車両に搭載される燃料電池のエアクリーナに用いられる不織布濾過材である（第５発明）。

また、本発明は、第１発明ないし第５発明のいずれかに記載の不織布濾過材の製造方法であって、吸水性繊維を含むよう吸水層となるべき層を準備し、撥水処理を施した撥水層となるべき層を準備した後に、吸水層となるべき層と撥水層となるべき層を含む複数の層を積層し、その後、吸水性繊維の一部が吸水層となるべき層から撥水層となるべき層に達するように、ニードルパンチもしくは水流交絡処理をして多層構造の不織布濾過材とする、不織布濾過材の製造方法である（第６発明）。
また、本発明は、第１発明ないし第５発明のいずれかに記載の不織布濾過材の製造方法であって、吸水性繊維を含むように撥水層となるべき層を準備し、吸水層となるべき層を準備した後に、撥水層となるべき層と吸水層となるべき層を含む複数の層を積層し、吸水性繊維の一部が撥水層となるべき層から吸水層となるべき層に達するように、ニードルパンチもしくは水流交絡処理をして多層構造の不織布濾過材とした後に、撥水層となるべき層に撥水処理を施して撥水層とする、不織布濾過材の製造方法である（第７発明）。

本発明の不織布濾過材（第１発明）や本発明の不織布濾過材の製造方法（第６発明、第７発明）によれば、塩分粒子を捕捉でき、車両用内燃機関や車両用燃料電池用のエアクリーナに使用可能な不織布濾過材を提供できる。

さらに、第２発明のようにした場合には、塩分粒子の捕捉性能がより高められる。さらに、第３発明のようにした場合には、不織布濾過材の製造効率が高められる。さらに、第４発明のようにした場合には、塩分粒子の捕捉性能とともに、濾過材の寿命もより高められる。

第１実施形態の不織布濾過材の断面構造を示す模式図である。 第１実施形態の不織布濾過材の製造過程を示す模式図である。 第２実施形態の不織布濾過材の断面構造を示す模式図である。 第２実施形態の不織布濾過材の製造過程を示す模式図である。 不織布濾過材を用いたエアクリーナエレメントの構造を示す模式図である。

以下図面を参照しながら、車両用燃料電池に供給する空気をろ過するためのエアクリーナのフィルタ材として利用可能な不織布濾過材を例として、発明の実施形態について説明する。発明は以下に示す個別の実施形態に限定されるものではなく、その形態を変更して実施することもできる。

図１は、発明に係る第１実施形態の不織布濾過材１の断面構造を示す模式図である。本実施形態の不織布濾過材はシート状の不織布であって、自動車エンジンや車両用燃料電池のエアクリーナ用に供される場合には、通常、襞折りされた状態で枠に固定されたエアクリーナエレメント５として使用される。図５にエアクリーナエレメントの構造を模式的に断面図で示す。エアクリーナエレメント５は襞折りされた不織布濾過材１の周囲を枠体５１で囲って一体化し、枠体５１の周囲にシール部材５２、５２を設けて構成される。エアクリーナエレメントの具体的構成としては、公知の構成が採用でき、特に限定されない。エアクリーナエレメント５は、枠体５１やシール材５２を有しない構成であってもよい。

不織布濾過材１は、複数の不織布層を積層している多層構造の不織布濾過材である。層の数は２層以上であればよい。図１に不織布濾過材が使用される際の気流の流れを矢印で示すように、本不織布濾過材においては、上流側で使われるべき層と、下流側で使われるべき層があらかじめ定められている。不織布濾過材１は、不織布層の一つとして、下流側に撥水層１１を有している。撥水層１１の上流側には、ドライ層である不織布層１２，１３が設けられている。ここで、ドライ層とは、不織布層に実質的にオイルが含浸・塗布されていない層のことである。これら層がドライ層であることにより、これら不織布層の内部に多量のダストを保持する体積濾過が実現されるとともに、微粒子ダストの捕捉性能が向上する。

不織布層１２は、吸水性繊維を含んで構成された吸水層である。本実施形態における吸水層１２は、吸水性繊維とその他の繊維が混紡されて構成された不織布層である。また、不織布層１３も、吸水性繊維を含んで構成された吸水層である。吸水層１２は吸水層１３よりも上流側に位置する。

撥水層１１は、吸水層１２，１３よりも、下流側に位置する。本実施形態では、特に、撥水層１３が最下流に位置するように設けられている。
撥水層１１に含まれる繊維には、撥水処理がされている。撥水層１１は塩分が潮解した際の水分の透過を阻止するよう機能する。潮解した塩分の透過を阻止しつつ、不織布濾過材１としての濾過材の寿命が長くなるように、撥水層１１は、吸水層１２、１３よりも平均繊維径が小さく、比較的密な不織布層となるように構成される。

吸水層１２，１３に含まれる吸水性繊維について説明する。吸水性繊維は、潮解して液状化した塩分を吸い取って集める働きをする。吸水性繊維としては、レーヨンやキュプラのような再生繊維や、各種セルロース系繊維や、吸湿性を付与したポリエステル繊維、吸湿性を付与したアクリル繊維、吸湿性を付与したポリアミド繊維などが好ましく使用できる。

吸水層１２，１３に含まれる吸水性繊維ＷＦの少なくとも一部は、吸水層１２，１３から撥水層１１の内部に達するよう、不織布の厚み方向（図１の上下方向）に延在している。図１等においては、吸水性繊維ＷＦの配向方向を波線で示している。厚み方向に延在する吸水性繊維ＷＦは、各層を構成する繊維と交絡している。

本実施形態における最上流層の吸水層１２では、後述するように、もともとの不織布層が吸水性繊維を含んで混紡されて形成されたため、吸水性繊維ＷＦは、一部が不織布層の厚み方向に延在すると共に、他の一部は、それ以外の方向、例えば不織布層の面に沿って延在している。このように、吸水性繊維ＷＦの一部が不織布層の厚み方向に延在していなくてもよい。一方で、本実施形態における中間層である吸水層１３では、吸水性繊維ＷＦは、実質的にすべてが不織布層の厚み方向に延在している。

吸水層１２，１３は、吸水性繊維ＷＦ以外の繊維を含むことが好ましい。例えば、吸水層１２，１３には、従来の自動車エンジン用のエアクリーナに用いられる多層構造不織布の粗層や中間層のように、適度なかさ高さを実現できるよう、ポリエステル繊維やポリプロピレン繊維などを含ませることができる。
この場合、吸水層に含まれる吸水性繊維の平均繊維径が、吸水層に含まれる他の繊維の平均繊維径よりも小さくされることが好ましい。例えば、吸水性繊維の平均繊維径が５〜１５μｍであれば、最上流側の吸水層１２の他の繊維の平均繊維径は１５〜４０μｍであることが好ましく、中間に位置する吸水層１３の他の繊維の平均繊維径は１０〜２５μｍであることが好ましい。
また、撥水層１１に含まれる繊維の平均繊維径は、５〜２０μｍであることが好ましく、８〜１５μｍであることが特に好ましい。

ここで、繊維の平均繊維径について説明する。繊維が単一の材料・種類である場合には、平均繊維径とは、デニールやデシテックスといったその繊維の繊度と、繊維を構成する材料の密度から、繊維が円形断面であるとして直接計算される繊維径のことである。平均繊維径を求めたい繊維群の繊維が複数の種類である場合や、繊維が複数の構成材料からなる場合（複合繊維など）には、それぞれの繊維や構成材料について、繊度や密度からそれぞれの平均繊維径を求めたうえで、それぞれの繊維や構成材料の配合割合に応じて平均繊維径の加重平均を取ったものを、繊維群の平均繊維径として扱えばよい。また、繊維が異形断面や中空構造を有する場合には、繊維の顕微鏡写真から複数個所で繊維の幅を測定し、それら幅の算術平均を取ったものを繊維の平均繊維径として扱えばよい。

不織布濾過材１の寿命や濾過性能を高める観点から、不織布濾過材１は、上流層よりも下流の層ほど、不織布層の空間率が低くなる、即ち比較的密となるように構成されることが好ましい。不織布層が３つ以上である場合には、上流側の層から下流側の層になるにしたがって、順次空間率が低くなっていくことが特に好ましい。ここで不織布層の空間率とは、不織布層の単位体積当たりに占める空間体積（不織布層全体が占める体積から繊維が占める体積を除いた体積）を百分率で示した値である。不織布層が粗であるとは、空間率が大きいことを意味し、不織布層が密であるとは、空間率が小さいことを意味する。

吸水層は撥水層よりも空間率が大きくなるように構成され、かつ、吸水層の空間率が８５％以上となるように構成されることが好ましい。
本実施形態の不織布濾過材１においては、最上流側の吸水層１２の好ましい空間率は９０〜９９．５％程度である。また、中間層の吸水層１３の好ましい空間率は８８〜９７．５％程度である。また、撥水層１１の好ましい空間率は８０〜９５％程度である。

不織布濾過材の吸水層１２，１３や撥水層１１の不織布層の目付は特に限定されないが、吸水層１２の目付が、３０〜１００ｇ／平方メートル程度、吸水層１３の目付が、３０〜１２０ｇ／平方メートル程度、撥水層１１の目付が、３０〜２００ｇ／平方メートル程度であることが好ましい。

不織布濾過材１は、撥水層１１、吸水層１２、１３以外の層を有していてもよい。例えば、吸水層１２よりも上流側に、プレフィルタ層を有していてもよい。あるいは、撥水層１１よりも下流側に別の層を設けてもよい。これら他の層を設けることは必須ではない。また、中間層である吸水層１３は必須ではなく、不織布濾過材は２層構造であってもよい。

第１実施形態の不織布濾過材１の製造方法（第１の製造方法）について、図２を参照しながら説明する。上記不織布濾過材１は、例えば、撥水層１１、上流側吸水層１２、中間層の吸水層１３になるべきそれぞれの繊維集合体（ウェブあるいは予備成形された不織布など）を準備して積層させる工程と、積層した後に、その積層体にニードルパンチもしくは水流交絡処理をして一体化する工程を含む、不織布製造方法により製造される。

まず、上流側の吸水層１２となるべき層（ウェブ）１２Ｗを準備する。吸水層１２を構成する原料繊維を開繊・混紡し、計量・給綿工程を経て吸水層１２となるべき吸水層ウェブ１２Wを得る。吸水層ウェブ１２Ｗには、吸水性繊維ＷＦを所定の割合で混紡しておく。

同様に、中間層の吸水層１３となるべき層（ウェブ）１３Ｗを準備する。本実施形態においては、ウェブ１３Wは吸水性繊維ＷＦを含まないが、含ませてもよい。

同様に、撥水層１１となるべき層（ウェブ）１１Ｗを準備する。すでに不織布化されたものを層１１Ｗとして使用することもできる。本実施形態の製造方法においては、撥水層１１となる繊維には、この時点で撥水処理を施しておく。撥水処理は、典型的には、フッ素系もしくはシリコーン系などの撥水処理剤をウェブや不織布に塗布・含浸させ、乾燥させることにより行われる。繊維の製造時に繊維に撥水処理を施してもよい。撥水処理の具体的手段は特に限定されず、他の方法であってもよい。

各層を構成するべきウェブ等が得られたら、これら複数の層１１Ｗ，１２Ｗ，１３Ｗを所定の順序で積層する（図２（ａ），（ｂ））。

その後、積層されたウェブの集合体に対し、ニードルパンチもしくは水流交絡処理をして、多層構造の不織布濾過材１とする（図２（ｃ））。この時、ニードルパンチもしくは水流交絡処理は、吸水性繊維ＷＦが少なくとも吸水層１２から撥水層１１の内部に達するように行われる。例えば、ニードルパンチもしくは水流交絡処理は、吸水層１２から撥水層１１に向かう方向の処理が含まれるように行われる。この交絡処理がニードルパンチにより行われる場合には、ニードルＮの先端が撥水層１１の内部に達するように行われることが好ましい。必須ではないが、ニードルＮの先端が撥水層１１を貫通するようにニードルパンチ処理を行ってもよい。

ニードルパンチもしくは水流交絡処理が行われることにより、上流側の吸水層１２となるウェブ（層）１２Ｗに含まれていた吸水性繊維ＷＦが、ニードルＮや水流により引っ張られて、不織布の厚み方向に延在するようになり、不織布繊維の交絡がなされる。そして、ニードルパンチもしくは水流交絡処理が、少なくとも吸水層１２から撥水層１１達するように行われれば、吸水性繊維ＷＦの少なくとも一部が、吸水層１２から撥水層１１の内部に達するよう不織布の厚み方向に延在している構造が実現される（図２（ｄ）。なお、ニードルパンチ処理の後も、吸水層１２内に、不織布層の面に沿うように配向した吸水性繊維が残っていてもよい。

また、本実施形態では、中間層の吸水層１３となるウェブ（層）１３Ｗには、吸水性繊維が含まれていなかったが（図２（ａ）（ｂ））、ニードルパンチもしくは水流交絡処理が行われることにより、不織布の厚み方向に延在するようにされた吸水性繊維ＷＦが、ウェブ１３Wを貫通するように中間層に含まれるようになる。その結果、層１３Wは吸水性繊維を含む吸水層１３となる。

以上の工程を経ることにより、第１実施形態の不織布１が製造される。

上記第１実施形態の不織布濾過材の作用及び効果について説明する。

不織布濾過材１は、多層構造の積層構造であり、撥水層の繊維径が細いので、上流側の不織布層で多量のダストを濾過しながら、細かなダストを効率よく濾過することができ、車両用内燃機関や車両用燃料電池用のエアクリーナに使用可能な不織布濾過材となる。特に、不織布濾過材１は、不織布の単位面積当たりで計算した空気の通過流速が１０ｍ／ｓｅｃを越えるような高流速で使用できる。特許文献１にあるような従来の塩害防止濾過材は、もっぱら工場やビルなどの空調用であって、その使用時の通過流速は０．１ｍ／ｓｅｃ程度に過ぎず、車両用のエアクリーナ装置にはおよそ使用できないものであった。

また、塩分微粒子の濾過性能に関し、不織布濾過材１では、塩分粒子は、一般的な微粒子ダストと同様に、不織布の繊維の隙間に引っかかったり、不織布を構成する繊維の表面に吸着されて捕捉される。

捕捉された塩分粒子は、空気中の水分や水滴により潮解し、液状となることがある。液状となった塩分は、空気の流れに流されて下流側に向かうことがあるが、不織布濾過材１では、下流側に撥水層１１が設けられていて、この撥水層１１が、液状となった塩分の下流側への透過を抑制する。撥水層１１が、吸水層１２，１３よりも平均繊維径が小さくされることによって、撥水層１１をより密な構成とすることができ、塩分の下流側への透過がより確実に抑制される。

さらに、不織布濾過材１では、吸水性繊維ＷＦの少なくとも一部が、吸水層１２（１３）から撥水層１１の内部に達するよう不織布の厚み方向に延在しているので、吸水性繊維ＷＦが液状化した塩分を効果的に吸収し、撥水層１１の上流面に塩分が集結して目詰まりする現象を効果的に予防できる。

撥水層１１のみが設けられ、吸水繊維がない場合には、液状となった塩分が撥水層の上流側の表面にたまることになり、たまった水分や再結晶化した塩分によって、撥水層１１が目詰まりしてしまい、濾過材の寿命を短くする。特許文献１等に記載された技術のように、撥水層の上流側に吸水性繊維を設けた場合であっても、撥水層の繊維と、上流側の吸水繊維との接点が少ないため、吸水性繊維による塩分吸収効果は限定的であった。そのため、多量の吸水性繊維を上流側に配置する必要があり、不織布層を比較的疎なものに構成して自動車等の高流量域で使用可能な不織布濾過材を得ることは困難であった。

上記実施形態の不織布濾過材１では、吸水性繊維ＷＦの少なくとも一部が、吸水層１２（１３）から撥水層１１の内部に達するよう不織布の厚み方向に延在しているので、吸水性繊維ＷＦが撥水層１１の繊維と交絡する箇所が多く、互いの接点が多く確保できる。そのため、より少ない吸水性繊維ＷＦであっても、撥水層１１の表面にたまりがちな液状化した塩分を、効果的に吸収できる。また、吸水性繊維ＷＦの一部は、不織布の厚み方向に延在しているので、撥水層１１の表面で吸収した液状の塩分を、毛細管現象等により、上流側に運ぶ作用が生じ、塩分が撥水層の上流側表面に集積してしまう現象を効果的に抑制できる。

また、吸水層１２や吸水層１３に含まれている吸水性繊維ＷＦも、吸水層１２、１３で捕捉されて液状化した塩分を、液状化した塩分が下流側に流される前に吸収できるので、この作用によっても、塩分が撥水層の上流側表面に集積してしまう現象を効果的に抑制できる。

また、上記第１実施形態の不織布濾過材１のように、吸水層に含まれる吸水性繊維の平均繊維径が、吸水層に含まれる他の繊維の平均繊維径よりも小さくされた場合には、塩分粒子の捕捉性能（塩分透過防止性能）がより高められる。このような構成となっていると、ニードルパンチや水流交絡の工程で、不織布の厚み方向に延在するようにされる繊維に、より多くの吸水性繊維を含ませることが可能となり、撥水層１１の上流側表面からより確実に液状化した塩分を吸収できるようになるからである。

また、上記第１実施形態の不織布濾過材１のように、撥水層１１と吸水層１２の間に、中間層１３を含み、中間層１３に含まれる吸水性繊維ＷＦは実質的に不織布の厚み方向に延在しているようにした場合には、不織布濾過材の製造効率が高まる。すなわち、上記不織布濾過材の製造方法で説明したように、中間層１３となるべきウェブ１３Ｗには、吸水性繊維を含ませなくても、完成した不織布濾過材１における中間層１３は吸水性繊維ＷＦを含む吸水層として機能する。したがって、中間層１３となるべきウェブ１３Ｗとして、吸水性繊維を混紡した特別なウェブを製造する必要がなく、従来使われていたような、吸水性繊維を含まないウェブを使用することができ、不織布濾過材１を効率的に製造できるようになる。

また、上記第１実施形態の不織布濾過材１のように、撥水層１１が最も下流に位置するようにした場合には、塩分粒子の捕捉性能とともに、濾過材の寿命もより高められる。撥水層１１は液状化した塩分の透過を阻止するため、比較的密に構成する必要があるが、撥水層１１が最も下流に位置していれば、上流側の粗層でより多くのダストを捕集できるように不織布濾過材を設計できるからである。

また、上記した第１の製造方法によれば、吸水層１２，１３と撥水層１１となるべき複数の層（ウェブ）を積層し、その後、少なくとも吸水層１２Ｗから撥水層１１Ｗに達するように、ニードルパンチもしくは水流交絡処理をして多層構造の不織布濾過材１とするようにすれば、不織布濾過材１が有する、吸水性繊維の少なくとも一部が、吸水層から撥水層の内部に達するよう不織布の厚み方向に延在しているとの繊維構造を、効率的に実現でき、塩分粒子を効率的に捕捉でき、車両用内燃機関や車両用燃料電池用のエアクリーナに使用可能な不織布濾過材１が提供できる。

発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の改変をして実施することができる。以下に発明の他の実施形態について説明するが、以下の説明においては、上記実施形態と異なる部分を中心に説明し、同様である部分についてはその詳細な説明を省略する。また、これら実施形態は、その一部を互いに組み合わせて、あるいは、その一部を置き換えて実施できる。

図３には、第２実施形態の不織布濾過材２を示す。本実施形態においては、不織布層は上流側の吸水層２２と下流側の撥水層２１の２層構造である。また、吸水層２２中の吸水性繊維ＷＦは、実質的に不織布の厚み方向に延在している。なお、吸水層２２中の吸水性繊維ＷＦの一部が撥水層２１の内部に達している点は、第１実施形態と同様である。

第２実施形態の不織布濾過材２においても、同様に、塩分粒子を捕捉でき、車両用内燃機関や車両用燃料電池用のエアクリーナに使用可能な不織布濾過材を提供できる。

第２実施形態の不織布濾過材２は、例えば、図４に示す以下のような製造方法（第２の製造方法）により製造される。

まず、吸水層２２となるべきウェブ２２Ｗを準備する。ウェブ２２Ｗには吸水性繊維ＷＦが含まれていなくてもよい（図４（ａ））。
撥水層２１となるべきウェブ２１Ｗを準備する。ウェブ２１Ｗには吸水性繊維ＷＦが所定の割合で含まれるようにする（図４（ａ））。ウェブ２１Wを構成する繊維は、この時点では撥水処理されていなくてもよい。
吸水層ウェブ２２Ｗと撥水層ウェブ２１Ｗを積層する（図４（ｂ））

その後、ニードルパンチもしくは水流交絡処理を行い、多層構造の不織布濾過材とする（図４（ｃ））。この時、ニードルパンチもしくは水流交絡処理は、撥水層１１から吸水層１２に向かう方向の処理が含まれるように行うなどして、吸水性繊維ＷＦが、吸水層２２から撥水層２１の内部に達するようにする。

ニードルパンチもしくは水流交絡処理が行われることにより、下流側の撥水層ウェブ２１に含まれていた吸水性繊維ＷＦが、ニードルＮや水流により引っ張られて、不織布の厚み方向に延在するようになり、不織布繊維の交絡がなされる。本実施形態では、吸水層ウェブ２２Ｗには、吸水性繊維が含まれていなかったが、ニードルパンチもしくは水流交絡処理が行われることにより、不織布の厚み方向に延在するようにされた吸水性繊維ＷＦが、ウェブ２２Ｗを貫通するように当該ウェブ（不織布層）に含まれるようになる。その結果、この層は吸水性繊維を含む吸水層２２となる。
このようにして、吸水性繊維ＷＦの一部が、吸水層２２から撥水層２１の内部に達するよう不織布の厚み方向に延在している構造が実現される（図４（ｄ））。
なお、ニードルパンチや水流交絡処理の後も、撥水層２１内に、不織布層の面に沿うように配向した吸水性繊維が残っていてもよい。

交絡処理により、多層構造の不織布濾過材とした後に、撥水層２１となるべき層に撥水処理を施して撥水層２１とする（図４（ｄ））。撥水処理は、典型的には、フッ素系もしくはシリコーン系の撥水処理剤を、撥水層２１の側から、塗布、含浸させて乾燥させることにより行われる。不織布濾過材全体が撥水処理されてしまうことなく、撥水層側の所定の厚さのみが撥水処理されるように、塗布の方法が選択される。塗布はスプレー法により行ってもよいし、ロールコータ等を用いて行ってもよいし、撥水処理剤を発泡状態にして塗布するようにしてもよい。

撥水層となるべき層に撥水処理がなされて撥水層２１が完成すると、第２実施形態の不織布濾過材２が得られる。
この実施形態の製造方法（第２の製造方法）においても、吸水性繊維の少なくとも一部が、吸水層から撥水層の内部に達するよう不織布の厚み方向に延在しているとの繊維構造を、効率的に実現でき、塩分粒子を効率的に捕捉でき、車両用内燃機関や車両用燃料電池用のエアクリーナに使用可能な不織布濾過材が提供できる。

また不織布濾過材の一体化のためには、ニードルパンチや水流交絡処理以外の手段を併用してもよい。例えば、低温溶融成分を含む芯鞘繊維を配合して、熱処理して不織布の繊維構造を固定するようにしてもよいし、バインダ処理や熱プレス処理等を併用するようにしてもよい。

なお、上記実施形態の説明においては、自動車用の内燃機関や燃料電池等に使用可能なエアクリーナの不織布濾過材について説明したが、不織布濾過材の用途は、これに限定されず、他の用途に使用することも可能である。

以下、本発明の実施例を説明する。なお、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
また、以下に示す実施例や比較例において、いずれの例における濾過材も、相違する旨の記載のない繊維の材質や厚みや目付け量等の構成は、実質的に同じであり、試験に供する際に成形したフィルタエレメントの形状や襞折りの仕様も同一としている。実施例及び比較例の特徴的な構成や性能評価結果を表１及び表２に示す。

（実施例１）
実施例１は、上記第１実施形態として説明した不織布濾過材１を具体化した物である。不織布濾過材の厚みは３．２ｍｍである。不織布濾過材は３層構造であり、上流側の吸水層１２と、中間層の吸水層１３と、下流側の撥水層１１を有しており、吸水層１２，１３に含まれる吸水性繊維の一部は、撥水層の内部に達するように不織布厚み方向に延在している。実施例１の不織布濾過材１は上記第１の製造方法により、ニードルパンチ（ＮＰ）工程を経て製造されたものである。

実施例１において、上流側の吸水層１２はＰＥＴ繊維を主体としており、目付は８０ｇ／平方メートル、空間率は９６％である。吸水層１２には、吸水性繊維が混紡されている。吸水性繊維（レーヨン繊維）の平均繊維径は１０．５μｍである。また、吸水層１２を構成するその他の繊維の平均繊維径は２３μｍである。中間層の吸水層１３はＰＥＴ繊維を主体としており、目付は１２０ｇ／平方メートル、空間率は９４％、吸水層１３を構成するＰＥＴ繊維の平均繊維径は１４μｍであり、吸水層１３に含まれる吸水性繊維は、吸水層１２のものと同じである。下流側の撥水層１１は、目付が６５ｇ／平方メートル、平均繊維径が１２μｍ、空間率は８４％である。

（実施例２）
吸水性繊維が、撥水層となるべきウェブに混紡されていて、上記第２の製造方法により製造されたものである点を除き、他の点は実施例１とおおむね同じになるようにされた不織布濾過材が実施例２である。すなわち、実施例２は、上記第２実施形態の不織布濾過材２を３層化した濾過材である。

（比較例１）
比較例１は、吸水性繊維を含まない（吸水層がない）点、及び、撥水層も持たない点を除き、他の点は実施例１とおおむね同じになるようにされた不織布濾過材である。

（比較例２）
比較例２は、撥水層を持たない点を除き、他の点は実施例１とおおむね同じになるようにされた不織布濾過材である。比較例２では、吸水性繊維は実施例１と同様の形態に配合されている。

（比較例３）
比較例３は、吸水性繊維を含まない（吸水層がない）点を除き、他の点は実施例１とおおむね同じになるようにされた不織布濾過材である。比較例３では、撥水層は実施例１と同様であるが、上流側の層が吸水層ではない。

（参考例１）
参考例１は、特許文献１に記載された空調用の不織布濾過材を具体化した物である。比較例１の濾過材は各層の積層一体化が貼りあわせにより行われている。また、比較例１の濾過材では、吸水性繊維は中間層に含まれているが、吸水性繊維は不織布層の面に沿うように配置されており、撥水層の内部に達してはいない。また、参考例１の不織布濾過材は、空調用濾過材であり、想定している通過流速が、実施例１の不織布濾過材とは大きく異なっている。そのため、参考例１の不織布濾過材は、目付や空間率、繊維の太さなどが実施例１の不織布とは異なっており、フィルタエレメントにした際の襞折りの仕様も異なっている。

（ダスト実験）
濾過材の層剥離、及び一般ダスト（ＪＩＳ−８種ダスト）についての性能評価を行った。得られた不織布濾過材を襞折り構造に形成して枠体を取り付けて、エアクリーナエレメントとし、試験に供した。各エアクリーナエレメントについて、ＪＩＳＤ１６１２(自動車用エアクリーナ試験方法)に準じて、ＪＩＳ−８種のダストについてダスト捕捉量試験を行った。その試験条件を下記に示す。

濾過材有効濾過面積：０．１５平方ｍ
試験ダスト：一般ダスト(ＪＩＳ−８種ダスト)
ダスト供給量：４．２ｇ／分
試験流量：４．２立方ｍ／分
通気抵抗：濾過材の上流と下流の間の差圧
増加通気抵抗が２．９４ｋＰａに達したときをフルライフとし、それまでに捕捉したダストの量（ダスト捕捉量）を測定する。

（塩分試験）
各濾過材について、ダスト試験と同様にエアクリーナエレメントを準備し、塩分捕捉試験を行った。
まず、エアクリーナに空気を流しながら、微粉末化した食塩（ＮａＣｌ）を供給し、５ｇの食塩を濾過材に付着させる。次いで、空気を流しながら、霧状にした水を１０ｇ、供給する。水を供給する前後で、それぞれ通気抵抗を測定し、その差を表２に「圧力上昇」として示す。この圧力上昇は、供給された水分（液状化した塩分）が撥水層上流面にたまってしまい、撥水層が目詰まりしたようになったことを示している。圧力上昇の値が大きければ、水分が乾燥した際にも塩分が撥水層上流面に集結して再結晶することになるため、塩分による通気抵抗の悪化が顕著となる傾向を示す。

塩分と水分を供給した後、さらに３０分間空気を流し続け、その後、エアクリーナエレメントを乾燥させて、重量を測定する。水が供給される前のエレメント重量と、水を供給し乾燥した後のエレメント重量を比較すると、水分の供給（潮解）により、不織布濾過材を透過（再飛散）してしまった塩分の量が計算できる。再飛散してしまった塩分の量を、最初に付着させた塩分の量で除したものを、「塩分再飛散率」として、百分率で表２に示す。

実施例１及び実施例２の不織布濾過材は、いずれも、自動車用エアクリーナの濾過材として十分に使用できた。また、ダスト捕捉量も１００ｇ／０．１平方ｍを越えており、十分な濾過材の寿命を有している。
また、実施例１及び実施例２の不織布濾過材は、いずれも、塩分の再飛散率は低く、水分により塩分が潮解して液状となっても、塩分が下流側に抜けていくことが十分に抑制された。また、いずれの不織布濾過材も、水分を供給した際の圧力上昇が小さく、供給された水分が撥水層上流面にたまりにくく、撥水層が目詰まりしにくいことがわかる。

比較例１〜３は、いずれも、一般ダストに対しては、自動車用エアクリーナの濾過材として十分に使用できた。また、ダスト捕捉量も１００ｇ／０．１平方ｍを越えており、十分な濾過材の寿命を有している。

しかしながら、比較例１及び比較例２では、撥水層が設けられていないため、塩分の再飛散率が１２％、４．５％と高く、塩分の潮解による透過を十分に抑制できていない。
また、比較例３では、撥水層を有するものの、吸水性繊維を含まないため、圧力上昇が０．５ｋＰａと大きな値を示した。吸水性繊維がない比較例３は、供給された水分（潮解した塩分）が撥水層上流面にたまりやすく、撥水層が目詰まりしやすいことがわかる。

参考例１の不織布濾過材を試験に供したが、不織布の層間はがれが起こってしまい、適正な試験結果が得られなかった。参考例１の濾過材は、空調用の濾過材であり、自動車用の濾過材とは通過流速が大きく異なっているためである。

参考例１の不織布濾過材に対しては、試験時の通過流速を０．１ｍ／ｓまで低下させて塩分試験を行った。通過流速が下がれば、参考例１の不織布濾過材は、塩分の再飛散率、圧力上昇共に低くなった。

本発明に係る不織布濾過材は、例えば自動車用エンジンや自動車用燃料電池スタックに供給する空気を濾過する用途に使用でき、塩分の捕集特性に優れ、産業上の利用価値が高い。

１ 不織布濾過材
１１ 撥水層（下流層）
１２ 吸水層（上流層）
１３ 吸水層（中間層）
５ エアクリーナエレメント
５１ 枠体
５２ シール部材
１１Ｗ 撥水層となるべき層
１２Ｗ 吸水層となるべき層
１３Ｗ 中間層となるべき層
Ｎ ニードル

Claims (7)

1. 上流側に位置し吸水性繊維を含む吸水層と、下流側に位置する撥水層とを含む多層構造の、潮解性を有する塩分粒子捕捉用の不織布濾過材であって、
   撥水層は、吸水層よりも平均繊維径が小さくされると共に、
   吸水性繊維の少なくとも一部が、吸水層から撥水層の内部に達するよう不織布の厚み方向に延在するとともに、吸水層に含まれる吸水性繊維は潮解して液状化した塩分を吸収可能である、
   不織布濾過材。
2. 吸水層に含まれる吸水性繊維の平均繊維径が、吸水層に含まれる他の繊維の平均繊維径よりも小さくされた、
   請求項１に記載の不織布濾過材。
3. 撥水層と吸水層の間に中間層を有し、中間層は吸水性繊維を含み、中間層に含まれる吸水性繊維は実質的に不織布の厚み方向に延在している、
   請求項１もしくは請求項２に記載の不織布濾過材。
4. 撥水層が最も下流に位置する
   請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の不織布濾過材。
5. 車両に搭載される燃料電池のエアクリーナに用いられる
   請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の不織布濾過材。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の不織布濾過材の製造方法であって、
   吸水性繊維を含むよう吸水層となるべき層を準備し、
   撥水処理を施した撥水層となるべき層を準備した後に、
   吸水層となるべき層と撥水層となるべき層を含む複数の層を積層し、
   その後、吸水性繊維の一部が吸水層となるべき層から撥水層となるべき層に達するように、ニードルパンチもしくは水流交絡処理をして多層構造の不織布濾過材とする、
   不織布濾過材の製造方法。
7. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の不織布濾過材の製造方法であって、
   吸水性繊維を含むように撥水層となるべき層を準備し、
   吸水層となるべき層を準備した後に、
   撥水層となるべき層と吸水層となるべき層を含む複数の層を積層し、
   吸水性繊維の一部が撥水層となるべき層から吸水層となるべき層に達するように、ニードルパンチもしくは水流交絡処理をして多層構造の不織布濾過材とした後に、
   撥水層となるべき層に撥水処理を施して撥水層とする、
   不織布濾過材の製造方法。

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