JPH01155920A - フィルターエレメント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、フィルターエレメントに関する。

更に詳しくは、長い寿命をもって良好なフィルター性能
を発揮し得てかつ製作も比較的簡単であるという優れた
フィルターエレメントに関する。

［従来技術］ フィルターの長寿命化を図る方法として、一定スペース
内にセットをするフィルター面積を増やすという手法が
考えられる。この手法にしたがって具体的に（キない得
る手段の一つとしては、流体流感方向に対してフィルタ
ー素材を山谷折りし、これを繰り返した構造を有するフ
ィルター層を設けるという手段がある。

この方法の特徴は、長寿命のフィルター効果を有すると
ともに、フィルター内を通過する風速を大きく低下させ
ることが可能であるので、低圧力損失化と高いダスト捕
集効率を得ることが可能な点である。

しかしながら、フィルター素材が高い通気抵抗を有する
もので、かつ厚く（たとえば’１ｍｍ以上）、有機ポリ
マーからなるものの場合には、山谷折りを機械加工で繰
返すことは比較的離しいので一般には採用されず、手作
業で進める必要がありコスト高となっていた。このため
、このような素材に適した利用法の開発が望まれていた
。

一方、特開昭６２−２１３８１８号公報では、綿状デ過
体と帯電性シ濾過体をサンドインチ状などに積層してな
るフィルター用濾材が提案されているが、いまだ長寿命
化、フィルター−過性能の双方の点では満足したものが
得られていないのが現状であった。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は、上記したような点に鑑み、長期間にわ
たり高度なダスト捕集効率を保持し得るともに、製作、
加工性も比較的容易であるという優れたフィルター千し
メントを提供せんとするものである。

［問題点を解決するための手段］ 上記した目的を達成する本発明のフィルターエレメント
は、次の通りの構成を有するものである。

すなわち、本発明のフィルターエレメントは、気孔容積
が６０％以上の不織布層が少なくとも１層以上積層され
てかつ流体の流入方向に実質的に対向するように設けら
れて上流部不織布層が形成されており、かつ、該上流部
不織布層の下流側には、構成繊維の平均繊度が実質的に
１デニール以下、気孔容積が７０％以上でありかつ表面
電荷密度が１．０Ｘ１０”クーロン／ｃｎｆ以上である
エレクトレット不織布を少なくとも１層以上含んでなる
下流部エレクトレット不織布層が山谷折りされた状態で
設けられてなることを特徴とするフィルターエレメント
である。

［作用］ 以下、本発明のフィルターエレメントについて、図面等
に基づいて詳細に説明する。

本発明のフィルターエレメントの１実施態様例を第１図
、第２図に示す。

すなわち、第１図、第２図は、流体の流れの方向と平行
に本発明のフィルターエレメントを切った断面構造を説
明するモデル図であって、第１図において矢印Ａは流体
の流れ方向を示す。上流側のカサ高な不織布層１．２お
よび３は、流体の流れ方向に実質的に対向するような向
きに積層されている。そして、該不織布１．２．３の下
流側には、セパレーター７を介して山谷折りを繰返すエ
レクトレット不織布層４が配置されているものである。

上記の基本構造において、上記不織布層１．２．３．４
は、その端がそれぞれ枠材５の内壁面に接着材６などに
よって接着一体止されており、濾過されるべき流体がそ
れら不織布層を通らずに通過してしまうことを防ぐよう
にしである。

次に、上記の上流部不織布層と下流部エレクトレット不
織布層の詳細について説明する。

本発明において、不織布１〜３よりなる上流部不織布層
を設けていることの目的は、低い圧力損失を有する不織
布層を一層以上設けることにより、あまり圧力損失を上
げることなく、流入ダストの大部分を捕集して保持し、
下流側へのダストの流出を減らし、上流側、下流側とも
にほぼ並行して圧力損失が上がるようにするのが目的で
ある。また、下流部エレクトレット不織布層を設けてい
ることの目的は、細い構成繊維によって緻密に構成され
たエレクトレット不織布層を配することにより高いフィ
ルター特性の実現を図ることにある。

そして、本発明者らの知見によれば、上記のような目的
を効果的に達成する上で、上流側の不織布層では、気孔
容積６０％以上のものを使用することが重要である。す
なわち、該気孔容積が６０％未満のものでは流入ダスト
の多くが上流側の特に上層部（上流部）で捕集されて、
圧力損失を大幅に上げるのでフィルター寿命は短くなる
傾向にあり、本発明の所期の効果が得られ難くなる。該
気孔容積の好ましい範囲は、大むね７５〜９７％である
。なお、フィルター素材としての寿命は、目付と繊度の
影響も受けるので、上流部不織布層として、これらの好
ましい範囲は、繊度１〜２０デニール、目付は３０００
Ｃｌ／ｍ２以下とするのがよく、圧力損失の許容する範
囲内でより高目付にした方がフィルター寿命は長くなる
。

また、この上流部不織布層において、エレクトレット不
織布を少なくとも一層以上積層して用いてもよく、この
ようにすることにより、より高いフィルター特性とする
ことができ、好ましいものである。かかる上流部不織布
層中に、エレクトレット不織布を用いる場合、その性能
は特に限定されるものではないが、表面電荷密度が、１
．０Ｘ１０−１０クーロン／ｃｍ２以上のものを用いる
のがよく、かかる構成にすることにより非常に安定した
フィルター捕集効率を得ることができるものである。表
面電荷密度の値が、上記値よりも小さい場合には、捕集
効率の経時変化が実際使用時に太きくなる傾向となり好
ましくない。該上流部不織布層は、流体の流入方向に実
質的に対向するように設けられてなるものであり、ここ
で実質的に対向するとは、該流入方向に対し垂直である
ことのみを意味するものでなく、該流入方向に対して角
度をもって斜めに設けられていてもよいものである。

一方、第１図において、４は下流側を構成する表面電荷
密度１．０Ｘ１０”クーロン７ｇ以上のエレクトレット
不織布を少なくとも一層以上含んでなる下流部エレクト
レット不織布層であり、該エレクトレット不織布は気孔
容積が７０％以上であり、構成繊維の平均繊度が実費的
に１デニール以下の繊維で構成されてなるものである。

該気　　〜孔容積が７０％未満では、上流側と同様にダ
ストの付着により圧力損失が急激に上がるので好ましく
ない。また、構成繊維の平均繊度が実質的に繊度１デニ
ールよりも大きいものを使用する場合にはダストの捕集
効率が低くなり好ましくないものである。

上記したような観点により本発明者らの知見によれば、
該下流部エレクトレット不織布層には、気孔容積７５％
以上、構成繊維の平均繊度は０゜１デニール以下、目付
は２０ｇ／Ｔｎ２以上のエレクトレット不織布を用いる
のが最も好ま□しいものでおり、また、その表面電荷密
度は、エレクトレットの安定性とダスト付着後の捕集効
率を良好に維持せしめる上で、１．０Ｘ１０−１０クー
ロン／−以上であるものを用いることが重要である。

なお、ざらに、この下流側は、一般に上流側よりも薄く
緻密に形成せしめるのがよく、これにより圧力損失が高
く、またダストの負荷により圧力損失の上昇度も上流側
よりも一般に高いので、これを防いでフィルター長寿命
化を図るため、第１図、第２図に示した実施態様例では
、流体の流入方向に対して山谷折りを繰返してその端部
は枠材５に接着材で一体化するようにしである。

なお、第２図において、８は、所望に応じて本発明のフ
ィルターエレメント中に適宜用いることができる脱臭シ
ートや脱臭機能を有する素材層あるいは抗菌機能など有
する素材層を示している。

これらの各種機能を有する素材は複数が組合されて使用
されても差支えない。また、７はフィルターのセパレー
ターをし、ざらに、９は網目状等の補強物であり、これ
らは、脱臭機能の付加やフィルター層全体の変形を防ぐ
ため用いることができるものであるが、これらの部材を
どの位置に配置するかは本質的な問題ではなく、適宜所
望に応じて設置位置を定めればよいものである。

本発明において、ざらに、下流部エレクトレット不織布
層４として、エレクトレットメルトブロー不織布を用い
ることによりより優れたフィルターとすることができる
。これは、該不織布は、均一性に優れ、かつ０．０５デ
ニール以下の細い構成繊維からなる不織布に容易になし
得ることによる。

なお、本発明者らの知見によれば、ヒダ折り性の改良や
補強のために、剛軟度５ｃｍ以上の通気性のある材料と
一緒に積層一体止せしめた下流部エレクトレット不織布
層４を用いれば、さらに製作加工性が非常に良好となる
。

次に、本発明で用いた物性値の評価方法について説明す
る。

（１）　　気孔容積：　Ｊ　ｌ５−Ｌ１０６９に基づい
て測定した試料の厚さと重量より、次の計算式で求める
。

ＡＶ＝　（Ｖ−Ｖｏ　）　Ｘ　１００／ＶＡＶ＝気孔容
積（％） ■−不織布層の単位体積（ｏｎ＞ Ｖｏ＝不織布層に占める繊維のみの単位体積（ａｔｆ） なお、上記の不織布層の単位体積と、不織布層に占める
繊維のみの単位体積は、それぞれ次のようにして求める
ものである。

不織布層の単位体積＝ＴＸ１００００ 不織布層に占める繊維のみの単位体積＝ρ／Ｗ丁＝試料
の厚さ（ｃｍ） Ｗ：試料の重量（ｇ／ＴｌＮ２） ρ：試料の比重 （２）　　表面電荷密度の測定方法は、第３図に示す如
く、設地された金属製箱１０と金属性平板電極（面積１
００ｃＪ、材質：真鍮）１１間に試料１２をはさみ、静
電誘導によって発生した電荷をコンデンサー１３を介し
てエレクトロメーター１４によって電位を測定し、該測
定した電位から次の計算式によって表面電荷密度を求め
るものである。

Ｑ＝ＣＸＶ／Ｓ Ｑ：表面電荷密度（クーロン／−） Ｃ：コンデンサー容量 Ｖ：ｌ圧　（武田理研製ＴＲ８５６２）Ｓ：試料の面積
（−） ［実施例］ 以下、実施例に基づいて、本発明のフィルターエレメン
トの構成、効果について具体的に説明する。

実施例１ 繊度８デニール、気孔容積８９％、目付１００ｇ／Ｔ１
１２のポリプロピレンスパンボンド不織布（ニードルパ
ンチタイプ）を１０層重ねて上流部不織布層とし、エア
ーの流れ方向に垂直に配置した。

その下流側に繊度０．０５デニール、気孔容積８６．５
％、目付５０　Ｑ　／　ｍ２、表面電荷密度３．０ｘ１
（）−１０クーロン／ｃｎｆのエレクトレットメルト７
０−不織布（３層重ね）を、山田間ピッチ１２ミリ、高
さ６０ミリで山谷折りせしめ、これらを枠材（内寸法：
３８５ミリ長さ、２８５ミリ幅、８０ミリ高さ）の壁面
に、エポキシ系硬化型接着材で接着一体止せしめて本発
明のフィルターエレメントとした。

このフィルターエレメントの寿命を、第４図に示す装置
を用いた方法により、カーボン粒子０゜５０層ｍ’の割
合で分散させたエアーをフィルター上流側より３ｍ”／
ｍｉｎの風量で供給し、初期圧損の２倍になるまでの時
間を求めた。この結果、５時間でほぼ倍に達した。

なお、ここで、第４図は、フィルターエレメントの寿命
を評価する装置１５であって、吸引ファン１８によって
エアーが矢印２２の方向より吸引されフィルター１６を
通過して排気エアー１９となって排出される。エアー吸
引口の近くに設置されたカーボン供給装置２１によって
、カーボン２０が一定割合で、エアー２２によってフィ
ルターに供給される。このときの圧力損失を圧力損失計
２３によって評価するものである。

また、試験前後のフィルター捕集効率をＪＩＳ−Ｂ９９
０Ｂの方法で評価したところ、試験前は０．３μｍ粒子
で９９．９３％であったが、試験後は９９．９０％で安
定した性能を示すことが確認できた。

また、一方、この形式のフィルターエレメントを１０個
作るに要する時間を検討したところ、２大作業でほぼ３
時間を要した。

比較例１ 実施例１で用いたのと全く同じ上流側不織布を１０層重
ね（厚さ１０ミリ）、これにさらに実施例１で用いたの
と全く同じ下流側不織布を３層重ね併せ、全体として１
３層に積層された状態下で、山谷折り加工を、次の条件
で実施した。

山田間ピッチ：３０ミリ、高さニア０ミリしかし、この
加工に当っては、上流側不織布層の反発力と賦型性がな
いために、機械での折り加■は全く不可能であった。こ
れを、２大作業で行なったところ、１０個作るのに７時
間を要し、作業は困難を極めた。

こうして得られたフィルターエレメントの捕集効率をＪ
　ｌ５Ｂ９９０Ｂで評価し“たところ、０゜３μｍ粒子
で９８％であり、本発明のフィルターエレメントより捕
集効率の低いものであった。

実施例２ 繊度４デニール、気孔容積８７％、目付２００ＣＪ　／
　ｍ２、表面電荷密度３．５Ｘ１０−’°クーロン／Ｃ
ＸＫのエレクトレット不織布（ポリプロピレンスパンボ
ンドニードルパンチタイプ）を７層重ねてこれをエアー
の流れ方向に対し垂直に配置し、さらにその下流側にク
ラレケミカル社の“クラシート”＃１０００（厚さ１０
ミリ）を流体の流れ方向に垂直に配置し、これらを上流
部不一布層とした。

この下流側に更に、繊度０．０１デニール、気孔容積７
５％、目付２０ｇ／Ｔ１１２、表面電荷密度６゜０Ｘ１
０　　　クーロン／ｃｎｆのエレクトレット不織布を４
＠と、ポリエステルスパンボンド不織布（東し■製“ア
クスター′”Ｂ５０４）１層とを積層した状態で部分的
に接着接合せしめてなるシートを、セパレーターを介し
て山内間ピッチ７ミリ、高さ１２０ミリで山谷折り加工
してその端を枠材（内寸法：６１０ミリ長さ、６１０ミ
リ幅、１５０ミリ高さ）の壁面に、上流側不織布、脱臭
シートとともに接着材で接合一体止せしめて本発明にか
かるフィルターエレメントを作った。

こうして得られたフィルターについてその性能を評価し
たところ、このフィルターエレメントのフィルター捕集
効率は、ＪＩＳ−８９９０８の方法（０，３μｍ粒子径
、８１１７　ｒｎ”／分）で９９゜９９％以上であった
。また圧力損失は、１５ｍｍＨｇであった（風量１７ｍ
″／分）。

このフィルターエレメントの寿命を第４図の方法で、カ
ーボン粒子（ＪＩＳ１２種）０．５ｑ／Ｔ１１！の割合
で分散させたエアーをフィルター上流側より１７Ｔ１１
’／分の風量で供給し初期圧損の２倍になるまでの時間
を求めたところ、はぼ、４０時間で２倍になった。

比較例２ 繊度０．０１デニール、気孔容積７５％、目付２０ｑ／
Ｔｎ２、表面電荷密度６．０Ｘ１０−１０ク一ロン／ｍ
ｌのエレクトレット不織布の４層と、ポリエステルスパ
ンボンド不織布（東し■製“アクスター”８５０４）の
１層とを積層した状態で、部分的に接着接合せしめたシ
ートを、セパレーターを介して、山田間ピッチ８ミリ、
高さ１４０ミリで山谷折り加工し、その端を枠材（内寸
法＝１０ミリ長さ、６１０ミリ幅、１５０ミリ高さ）の
壁面に接着させて一体化させた。

このフィルターエレメントの寿命を、カーボン粒子（Ｊ
ＩＳ１２種）を０．５０／ｍ″の割合で分散させたエア
ーをフィルター上流側より１７ｍ’／分の風量で供給し
、初期圧損の２倍になるまでの時間を求めたところほぼ
２５時間で達し、本発明にかかるフィルターの方が長寿
命性で優れていることが確認できた。

［発明の効果］ 以上述べた通りの本発明によれば、長期間にわたり高度
なダスト捕集効率を保持し得るともに、製作、加工性も
比較的容易な優れたフィルターエレメントが提供される
ものである。

本発明のフィルターにおいて、フィルター寿命が伸びる
理由は、カサ高な高日付の上流部不織布層が流入するダ
ストの大部分を捕集保持し下流側には少量のダストしか
流入しないものであり、このため圧力損失の上昇が少な
くなるのでフィルター寿命が長くなるものである。　　
　　゛また、本発明のフィルターは、製作する場合でも
、折りにくいカサ高な不織布層を山谷折りすることなく
平面で用いるので生産効率、作業性は良好である。

このように本発明によれば、フィルター寿命の大幅な向
上とフィルターの生産性向上を図ることができ、かつま
た、従来よりある　ＨＥＰＡ、ＬＪＬＰＡフィルターの
前で使用される中性能フィルターの機能をも併せ持つの
で、取付けるスペースの削減や１管回数の減少と費用の
削減も図ることができる。

本発明にかかるフィルターは、空気などの気体やあるい
は液体から固体を分離することが目的でありさえすれば
、各種幅広い用途に使用することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は、本発明のフィルターエレメントの１
実施態様例を説明するために縦断面をとったモデル図で
ある。 第３図は、表面電荷密度の測定装置を示した説明図であ
る。 第４図は、フィルターエレメントの寿命を評価する装置
の概略説明図である。 、パ　　　　　。 １．２．３：流れに垂直に配置された不織布層（上流部
不織布層） ４：ヒダ状に山谷折りされたエレクトレット不織布層（
下流部エレクトレット不織布層）特許出願人　　東　し
　株　式　会　社オヱ図 青２０

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）気孔容積が６０％以上の不織布層が少なくとも１
   層以上積層されてかつ流体の流入方向に実質的に対向す
   るように設けられて上流部不織布層が形成されており、
   かつ、該上流部不織布層の下流側には、構成繊維の平均
   繊度が実質的に１デニール以下、気孔容積が７０％以上
   でありかつ表面電荷密度が１．０×１０＾−＾１＾０ク
   ーロン／ｃｍ＾２以上であるエレクトレット不織布を少
   なくとも１層以上含んでなる下流部エレクトレット不織
   布層が山谷折りされた状態で設けられてなることを特徴
   とするフィルターエレメント。
2. （２）上流部不織布層の少なくとも１層以上が、表面電
   荷密度１．０×１０＾−＾１＾０クーロン／ｃｍ＾２以
   上のエレクトレット不織布を含んでなることを特徴とす
   る特許請求範囲第（１）項記載のフィルターエレメント
   。
3. （３）エレクトレット不織布が、メルトブロー不織布で
   あることを特徴とする特許請求範囲第（１）項記載のフ
   ィルターエレメント。
4. （４）上流部不織布層および下流部エレクトレット不織
   布層が枠材内に収納されてなることを特徴とする特許請
   求範囲第（１）項記載のフィルターエレメント。