JPH01180213A - 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１ｑ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行ない得る
手段の一つとしては、流体流入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（例えば’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、綿状濾過
体と帯電性；濾過体をサンドイッ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；濾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課題］ 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エレ
メントを提供せんとするものである。

［課題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、本文中で定義するエアロ
ゾル捕集効率が９０％以上であるガラスフィルターまた
は微多孔膜フィルター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、
かつ後述定義によるエアロゾル捕集効率が９０％以上で
ある、ガラスフィルターまたは微多孔膜フィルターより
なるフィルター素材層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、−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フィルター素材層
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、下流部フィルター素材層を設けていること
の目的は、細い構成繊維あるいは微多孔膜などによって
緻密に構成されたフィルター素材層を配することにより
高いフィルター特性を得ることと長寿命化の実現を図る
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０．０５〜２０７’　ニ
ー　／Ｌ／、目付は２００．ｏｏｏｇ／１ＴＩ２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
．０×１ｏ１０ク一ロン１０ｆｆ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大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フィルタ
ー素材層であり、後述定義によるエアロゾル捕集効率が
９０％以上であるガラス繊維よりなるガラスフィルター
や、または、膜の全面や膜内部に微多孔を有する同じく
エアロゾル捕集効率が９０％以上である微多孔膜フィル
ターが山谷折りされてなるものである。

なお、ここで、エアロゾル捕集効率が９０％以上である
とは、０．３μｍのエアロゾルを用い、かつ、フィルタ
ー面通過風速を１．５ｍ／分として、Ｊ　ｌ５−Ｂ−９
９０８に記載された方法にしたがって捕集効率を求めた
際に、９０％以上を示すものであることを言うものであ
る。

本発明では、下流側に上記のようなフィルター素材を用
いることにより、ガラスフィルターや微多孔膜は、構成
繊維径または孔径が極く小さいので、サブミクロン単位
の微粒子の捕集も可能となり、本発明のフィルターエレ
メントに高度なダスト捕集効率を与えるとともに、ダス
トの補集機構が機械的捕集であるので、使用初期より最
終使用時まで安定した捕集効率を維持できるものでおり
、帯電フィルターのようにダストの付着とともに捕集効
率が低下するというようなことはほとんどないものであ
る。したがって、また、その高い捕集効率を良好に長期
にわたり維持することも可能となるものである。特に、
該捕集効率が９９％以上のものを用いれば、その効果は
著しく高いものとなるので好ましい。

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
ターを示し、さらに、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。

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−Ｌ−１０６９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（−） 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／ＷＴ：試料
の厚さ（ｃｍ） Ｗ：試料の重！（Ｃ１／ｍ２） 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」 ■：雷電圧（武田理研製ＴＲ８５６２）Ｓ：試料の面積
（ｃＪ） ［実施例１ 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／１Ｔ
１２のポリプロピレンスパンボンド不織布に−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。

ざらに、その下流側に、平均繊維径１．２μｍ、気孔容
積９６％、目付８５ｇ／Ｔ１１２、前述した定義による
エアロゾル捕集効率が９９．９７％であるガラスフィル
ターを山々間ピッチ７ｍｍ、山高さ５Ｑｍｍで山谷折り
せしめ、これらを枠材（内寸法：３８５ｍｍ長さ、２８
５ｍｍ幅、３Ｑｍｍ高さ）の壁面に、エポキシ系硬化型
接着材で接着−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　／　ｍ’
の割合で分散させたエアーをフィルター上流側より３ｇ
’／ｌｌｌ１ｎ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、６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−８−９
９０８の方法で評価したところ、試験前は０．３μｍ粒
子で９９．９９％であったが、試験後は９９．９９９６
％で高度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１０ｍｍ）、これにざらに実施例１で用いたの
と全く同じ下流側フィルター素材を重ね合せて積層した
状態下で、山谷折り加工を、次の条件で実施した。

山々間ピッチ：３０ｍｍ、高さニアＱｍｍ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、機械での折り加工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
　ｌ５−８−９９０８で評価したところ、０．３μｍ粒
子で９９．９％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２００Ｃ１／ｍ
２、表面電荷密度３．５Ｘ１０−１０クーロン／ｄ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１０ｍｍ＞を
流体の流れ方向に垂直に配置し、これらを上流部不織布
層とした。

この下流側に、さらに、平均繊維径０．８μｍ、気孔容
積９６．５％、目付７５Ｑ／ｍ２、前述した定義による
エアロゾル捕集効率が９９．９９％以上であるガラスフ
ィルターをセパレーターを介して山々間ピッチ５ｍｍ、
高さ１２０ｍｍで山谷折り加工してその端を枠材（内寸
法：６１０ｍｍ長さ、６１０ｍｍ幅、１５０ｍｍ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−Ｂ９９０８の方法（０，３μｍ粒子径
、風１１７ｙｎ’／分）で９９゜９９９％以上であった
。また、圧力損失は１５ｍｍＡｑであった。

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＞０．５ＣＩ／Ｔｒ１１の割
合で分散させたエアーをフィルター上流側より１７７１
１’／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倍に達した。

なお、かかる実施例２で上流側に用いたエレクトレット
不織布の代わりに、エレクトレット化されていない他は
同一の不織布を用い、かつフィルターエレメント全体と
しても他は同一の構成として評価したところ、良好な捕
集効果と高寿命を持つものの、寿命の点では、上流側に
エレクトレット不織布を用いたものの方が若干優れてい
るものであった。

実施例３ 実施例２で上流部不織布層中に用いたものと同様のエレ
クトレット不織布を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て、上流部不織布層とした。ざら
に、その下流側に、気孔容積７０％、厚さ５０μｍ１前
述した定義によるエアロゾル捕集効率が９９．９８％以
上であり平均０．３μｍのポアサイズを有する連続孔を
無数に有するポリプロピレン製微多孔膜フィルターを山
々間ピッチ３．５ｍｍ、高さ１２０ｍｍで山谷折り加工
してその端を枠材（内寸法：　６１０ｍｍ長さ、６１０
ｍｍ幅、１５０ｍｍ高さ）の壁面に、上述の上流側不織
布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、Ｊ　ｌＳ−８−９９０８の方法（０，３μｍ粒
子径、風量１７Ｔ１１’／分）で９９．９９％以上であ
った。また、圧力損失は１８ｍｍＡｑであった。

このフィルターエレメントの寿命を第４図の方法で、実
施例２の場合と同様な方法で評価したところ、はぼ４５
時間で初期圧損の２倍となった。

比較例２ 上記実施例３で得られた本発明のフィルターエレメント
から、上流部不織布層を取除いて、そのフィルターエレ
メントについて寿命を評価したところ、わずか１時間で
圧損がほぼ２倍となった。

比較例３ 繊度０．０１デニール、気孔容積７５％、目付２０　Ｑ
　／　ｍ２、表面電荷密度６．０ＸＩＯ−１０クーロン
／ｄ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ｖＩＪ製“アクスター”Ｂ５０
４）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、山山間ピッチ８
ｍｍ、高さ１４０ｍｍで山谷折り加工し、その端を枠材
（内寸法：１０ｍｍ長さ、６１０ｍｍ幅、１５０ｍｍ高
さ）の！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／ｌｎ’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、カサ高な高目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　ＨＥＰＡ１ＵＬＰＡ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交換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。 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ガラスフィルターまたは微
多孔膜フィルター 特許出願人　　東　し　株　式　会　社オヱ図 片２０ −＋５０ １ξ 冴４０

Claims (2)

【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
   層以上設けら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、本文中で定義す
   るエアロゾル捕集効率が９０％以上であるガラスフィル
   ターまたは微多孔膜フィルター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
   。