JPS6036807B2 - フイルタ材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はフィル夕材に関するものである。

家庭、事務所、工場等において、室内の空気から挨その
他の異物粒子を除去するのに用いられている従来の機械
的空気フィル夕の大きな欠点は、その最高に有効に使用
できる期間が全く短いことである。

その一つの例として、ガラス繊維のウェブをきつく巻い
て作られた厚ぼったいパネルの形の周知の炉用フィル夕
がある。このようなフィル夕は普通、取付けてから数週
間以内で許容粒子量を溜込み、従って吸気能力が著しく
減少するから、それら粒子を送風機で除去することにな
る。フィル外こ空気が通り難くなれば、それだけ空気か
らの粒子除去能力が落ちるということである。本発明は
新規なフィル夕材により、室内空気の改良された炉過態
様を提供し、またその他ェアゾル炉過の多くの進歩を可
能にするものである。簡単にいえば本発明の新規なフィ
ル夕材は、予成形される基部多孔性ゥェブ、該基部ゥェ
ブー上に担持される少なくとも１個のミクロ繊維の薄い
軽量層、および該ミクロ繊維層上に置かれる頂部多孔性
ゥェブより構成される。該ミクロ繊維は全く繊細なもの
であり、全般的には直径約０．５ミクロンより小さく好
適には０．３ミクロンより小さく、普通はこの下の方の
値が探られる。事際、ミクロ織総層は非常に薄く且つ軽
量なので自己支持性がなく、短時間の取扱いは可能であ
るが、通常独自で作られることがなく、自身で保管ロー
ルに巻かれ、そしてそのロールから巻戻されて基部多孔
質ウェブに着けられる。一般的にミクロ繊維層は、ミク
ロ繊維のマスからそれらミクロ繊維を該ウェブに向かっ
て集めることにより、該ゥェブ上に即製される。本発明
のフィルタ材に最も適したミクロ繊維は溶液吹付け重合
体ミクロ繊維である。

溶融または溶解によって液化された、通常固体の重合体
材料をオリフィスから高速ガス流中に押出する該材料は
そのガス流によって引張られ減径されて非常に細い繊維
になる。この繊維はガス流中においてコレクタに達する
までに硬化する。このようにして作られる溶融物吹付け
繊維および溶液吹付け繊維は両方共、フィルタ材として
優れていることが知られている。このような繊維につい
ては例えば、ウェント、ヴアンＡ、「極細熱プラスチッ
ク繊維ハインダストリ・エンジニアリング・ケミストリ
、４袋筆、１３４２頁以下（１９５６）、およびフラン
シスの米国特許第２４６４３０１号および第２４８３４
０６号、ラディッシュの米国特許第２６１２６７９号、
ヮトソンの米国特許第２９８８４６鱗号、ディルその他
の米国特許第３０７３７３５号、およびマブルの米国特
許第３２３１６３ｙ戦こ記載されている。これら特許の
多くはフィルタレーションに関するものであり、またあ
るものは（ティル等）吹付けミクロ繊維層とより粗大な
繊維層を併用する多層フィル夕材について述べている。
しかし現在まで知られる限りでは、本発明のフィルタ材
に用いられるようなミクロ繊維層と支持ゥェブで成るフ
ィルタ材は一つも提供されていない。

本発明のフィルタ村の示す特性は未だ誰も得ていない。
この新規なフィルタ材の一つの独得な特性はガス流に対
する抵抗が非常に低いことである。このフィルタ材にお
けるある粒子透過率（「粒子透過率」はフィルタ材を通
ったガス流中の粒子の数をフィルタ材に入る粒子の数の
パーセントとして計測したものであり、「初期粒子透過
４率」はフィル夕の使用初期における粒子透過率である
）に対して、本発明のフィルタ村におけるガス流の圧力
低下率は非常に低い。従ってこのフィル夕材には小出力
送風機でもつてより大量のガスを通すことができる。本
発明によるフィルタ材のもつ新規な特性は全く優れてお
り、その特性は例えば室内空気の炉過において発揮され
る。

特に本発明のこの新規なフィルタ材は、高能率操作を長
期間維持できる新しい室内空気浄化器を可能とする。簡
単にいうとこの室内空気浄化器は、ａ空気を入口から吸
入し、空気路に沿って動かし、それから出口より排出す
る送風機、ｂ交換できる供給ロール内に貯えられており
、該空気路中に巻取ロールまで延びる本発明のフィルタ
材、およびｃ該フィルタ材を供給ロールから巻取ロール
まで一定の率で送る駆動装備を備える。フィルタ村にお
ける圧力低下が小さいので、送風機は小出力の静かなも
のを使える。さらにまた、圧力低下の小ささは長期間に
亘つて維持されるから、浄化器内でのフィルタ材の送り
も遅くできる。例えば、４００リルトル／分（１３の？
／ｍｉｎ．）の家庭用ユニット中の３０ｃの（１２イン
チ）幅ゥェブは１日当り５ｃｍ（２インチ）ないしそれ
以下の率で送ることができ、このことはフィルタ材の交
換期間を９０または１８０日という長期間にできるとい
うことである。

本発明のフィルタ材は安価であり、従って経済的で且つ
高能率の炉週が可能になる。このような優れた室内空気
浄化は在来の機械的フィル夕では決してできなかったこ
とである。以下、添付図面を参照に説明を続ける。

第１図に示す室内空気浄化器１０はハウジング１１を備
え、これの中にフィルタ材１４の巻取ロール１２と供給
ロール１３が装架されている。

フィルタ材は供給ロール１３から巻敬ロール１２まで延
び、そして送風機１５によって作られる空気流中を通過
する。送風機１５は空気を、ハウジング１１内へ入口１
６から吸込み、供給および巻取ロール間のフィルタ材に
通過させ、そして出口１７から排出する。フィルタ材１
４は駆動モーター１８によって供給ロ−ルから巻取ロー
ルへと一定の速度で送られる。駆動モータの操作は連続
的であっても一定間隔の間欠的であってもよい。フィル
タ材１４は、第２図に示すように、基部多孔性ウェブ２
１、ミクロ繊維の中間層２２、および頂部多孔性ウェブ
２３より成る。基部ウェブと頂部ウェブは良好な多孔性
質を示し、従って本発明のフィル夕材における圧力低下
には少ない割合でしか関係しない（普通２０％より少な
い）。

基部と頂部ウェプの型式としては種々が可能であるが、
典型的には不織繊維ゥェブである。このようなウェブは
、組織ウェブのステーブル繊維を硫整機に掛け、そして
それを薄く圧縮して作られるる。繊維の接触個所を溶接
またはウェブ中に少量浸透される接合樹脂によって接着
させることによって、ウェブの形を保持することが行な
われる。ウェブの繊維は普通、ポリエチレン・テレフタ
レートのような合成重合体綾織であるＺが、天然繊維で
あってもよい。繊維の太さは通常１．５なし、し３デニ
ールである。基部多孔性ウェブは自己支持性のある （ｓｅｌ＄ｕｐｐｏｍｎｇ）ゥェブであり、大部分の用
途では、重さが１．７の夕／地（１０ポンド／平方ャー
Ｚド）のものとされる。

しかし本発明のフィル夕材のあるものにおいて基部ウェ
ブがプレフイルタとして働くものは、より厚く、重さが
８．５の９／仇（５０ポンド／３２ぴ平方ャード）のも
のとされる。頂部多孔性ウェブは普通基部多孔性ウェブ
と同じとされるが、重さがより小さく、そしてより多孔
性のものとされることもある。本発明のあるフィルタ材
では、頂部多孔‘性ウェブが炉遇されれる空気流に向け
られる。この場合もブレフィルタとして働くことになる
。本発明のフィルタ材において用いられるミクロ繊維の
層の厚さと数は、フィルタ材の用途に応じて決められる
。

フィルタ材の設計は所要の使用条件、例えば炉週される
ガマ流の面速度、ガス流通過１回当りの粒子浸透率、お
よび圧力低下に応じてなされる。本発明のフィルタ材は
、所謂・絶対（「ＨＥＰＡ」）フィル夕として、また大
きなパーセントの粒子を通すが低い面速度で操作するフ
ィル夕として使用できる。室内浄化器で用いられる場合
、本発明のフィルタ材のミクロ繊維層は一般的にどちら
かというと薄い、重さが０．５爪９／が（０．０１ポン
ド／平方ャード）よりさく好適には０．２５の９／地（
０．００５ポンド／平方ャード）より４・さし、ものと
される。

その他の用途での層厚はより大きくされるが、それでも
絶対フィル夕において重さは普通３の９／係（０．０６
ポンド／平方ャード）より小さく１．５の９／地（０．
０３ポンド／平方ャード）より小さいことが頻繁にであ
る。通常、毎分３０机（１００フィート）の面速度にお
いて操作するように設計される、本発明の室内空気浄化
器における圧力低下に関しては、水の０．７５なし、し
１．２５弧（０．３ないし０．５インチ）の低下を示す
フィルタ材が一般的に使用されよう。

毎分１５机（５０フィート）の面速度で操作する絶対（
ＨＥＰＡ）フィル夕において、フィルタ材の圧力低下は
普通、水の７．５ないし１０の（３なし、し４インチ）
とされる。

また吸気フィル外こおけるフィルタ材の圧力低下は一般
的に、約４．５凧（１５フィート）／分の面速度におい
て水の０．７５ないし１．２５弧（０．３ないし０．５
インチ）の値とされる。先述したように、好適なミクロ
繊維層は溶液吹付けミクロ繊維で作られるものである。
第４図はそのようなミクロ繊維層を作るのに適した装置
を示す。この装置は、重合体溶液を貯えるスタンド管２
５、ゼニス・ポンプのようなポンプ２６、溶液をポンプ
送給される押出装置２７、押出オリフイスに詰まるおそ
れのある異物粒子またはゲルを溶液から除去するフィル
夕２８を備える。押出装置２７は空気プリナム（ｐｉｅ
ｎｍｍ）２９を備え、このプリナム内へ空気が入口３０
から送給される。プリナム内の紬針３１は溶液供縞管と
結合される。針３１はプリナム２９の前板３３の小孔３
５２内に延び、その端部は前板から僅かに（例えば１．
５側）出される。入口３０から供給される空気は孔３２
から出ていき、押出された重合体を細くし、こうして作
られたミクロ繊維を基部多孔■性ゥェブ３５へ運ぶ。空
気流はゥェブ３５を第２空気０プリナム３９の区域に亘
つて通過し、この第２ブリナムから排出される。空気流
中のウェブを平らに保持するため、第２プリナムの関口
部にスクリーン４０が張られている。ウェブ３５は供給
ロ−ル３６から送出され、アイドラ３７を囲って巻取５
ロール３８に巻取られる。頂部多孔性ゥェブが供給ロー
ル４１から巻出され、アィドラ４２を回るときミクロ繊
維層の上に張付けられる。港液吹付けミクロ繊維を作る
のに用いることのできる重合体としては種々なものがあ
り、例えば０塩化ビニル、スチレン、ビニル、ブチラル
、塩化ビニリデンを基村とする重合体である。

これら重合体は、トルオル、エタノール、テトラヒドロ
フラン、メチル、エチル、ケトン、またはこれらの混合
液のような溶剤で所要の粘度に溶かされる。塩化ビニル
基材重合体はプロセスの長所があるから好適である。ま
た、塩化ビニル繊維のフィル夕は使用中に静電荷を作る
ことが知られており、この静電荷は中間ミクロ繊維層の
粒子吸着能力を高める。このような静電荷はその他の重
合体のミクロ繊維でも作られる。本発明のある好適なフ
ィルタ材における溶液吹付けミクロ繊維層の顕微鏡検査
で知られた一つの特徴は、ミクロ繊維を作る重合体の丸
い粒子の存在することである。

それら丸い粒子はミクロ繊維間に隙間を作る働きをなし
、このことがミクロ繊維層の圧力低下性を小さくさせる
のに部分的に役立っているものと思われる。明らかにミ
クロ織総吹付け工程中に作られるそれら丸し、粒子は一
般的に直径が１ないし３ミクロンである。第３図は本発
明のフィルタ村の初期粒子透過率と圧力低下の関係を示
すグラフである。

ここで縦軸は粒子透過率をパーセントで示し、横軸は圧
力低下を水のィンチで示す。曲線ＡとＢは、毎分６の（
２０フィート）の面速度において本発明のフィルタ材が
一般的に示す粒子透過率と圧力低下の間の関係の範囲を
表わす。また曲線ＣとＤは面速度毎分３０肌（１００フ
ィート）における関係の範囲である。それら曲線が示す
ように、圧力低下がより大きい（例えば厚さが大きいた
めによる）本発明のフィル夕材は粒子透過率がより小さ
い。

例えば、ミクロ繊維層の繊維寸法、繊維密度その他の特
性に応じて、圧力低下と初期粒子透過率の関係はフィル
タ材ごとに異なるが、一般的にその関係は基本的には第
３図の２組の曲線の示す範囲内にある。ミクロ繊維層の
厚さまたは数を変えれば、フィルタ村の圧力低下および
粒子透過率の値も変えるが、一般的には第３図の２組の
曲線が示す基本的な関係から外れない。第３図の曲線は
本発明のフィルタ材の製造プロセスの制御のための有効
な基準を提供する。

溶液吹付けミクロ繊維層の性質は、例えばミクロ繊維成
形装置から押出される溶液の固体含有量または押出し条
件を変えることにより、異なるものにで４さる。一般的
にいって、固体含有量が少ないほど直径の小さい繊維が
作られる。固体含有量が少な過ぎると繊維組織ができな
い。また固体含有量が多過ぎるとミクロ繊維は所要の炉
過を行なうには粗大過ぎるものになる。溶液の流率は一
般的に１０または１５の／分以下で変えることができ、
これにより繊維の寸法および数を調節できる。また針の
周囲を流れる空気の速度を変えてもよい。ある重合体と
溶剤に対する好適な固体含有量および好適な押出し条件
を決めるための一つの方法は、それぞれ異なる固体含有
量をもった１セットの重合体溶液を押出して１個の基部
多孔性ゥェブ上に複数の異なるミク。

繊維層を形成し、そして０それら各層ごとの初期粒子透
過率−静圧の関係を出してみることである。（基部ウェ
ブは多孔性が高いから、基部ゥェブにおける圧力低下効
果は無視してよい。）第３図の曲線間の関係を有する層
を作る重合体溶液は一般的に好適である。本発明のフィ
ルタ村のミクロ繊維層が１個以上の場合、それら層は相
互に実質的に同じものとされるが、あるいはまた、繊維
の材質、直径、密度等の異なるものとしてもよい。

それら多ミクロ繊維層は相互に直接重ねられてもよく（
例えば２個の別々の基部多孔性ゥェブ上にミクロ繊維層
を着け、そしてミクロ繊維層どうしを合わせて重ねた場
合）、あるいは別の層（例えば基部多孔性ウェブの）で
分離されてもよい。本発明のフィルタ村は室内空気浄化
器の他にも多くの用途がある。

例えば本発明のフィルタ村は人が着けるレスピレータに
おいてレスピレータの空気取入口に備えることができる
。米国特許第３３３３５８５号または第３５２１６３び
号‘こある全体にカップ形の軽量面マスクにおいて例え
ば利用できる。次に本発明の実施例を挙げる。実施例
１一７ 添付の表に示すごとき色々な重合体溶液が第４図のよう
な装置を使って基部多孔性ウェブに対して押出された。

該装置において押出し針はＮｏ．２１ゲージ、１．２５
伽長（１／２インチ長）針であった。基部多孔性ゥェブ
は、重さが約１．７の夕／均（１０ポンド／平方ャード
）のアルコール溶解性ナイロンで接合された１．７５デ
ニールのポリエステル繊維の硫整されたランダム繊維ゥ
ェプであった。平均重量約０．２の９／洲（０．００４
ポンド／平方ャード）のミクロ繊維層が基部ウェブ上に
着けられた。重さが０．９の９／地（５ポンド／３２ぴ
平方ャード）という以外は基部ウェブと同じ頂部多孔性
ウェブがミクロ繊維層の上に重ねられた。それら材料は
次いで３０仇／分（１００フィート／ｍｉｎ．）の面速
度における初期粒子透過率と静圧力が試験された。試験
結果は第１表に示す。プリナム内の空気圧力を変えて種
々なサンプルの試験をしたので、静圧力と初期粒子透過
率は異なる各重合体ごとに出されている。標準試験装置
が使われ、ここでロィコ・モデル（ＲｏｙｃｏＭｏｄｅ
ｌ）２５６ェアゾル発生器が、直径約０．１ないし１．
０ミクロメートルの塩化カリウム粒子を含む空気流を形
成した。

この粒子含有空気流は１個の乾燥器と２個の流量計を通
して、試験サンプルを空気流路内へ挿入できる、ある混
合気を有する空気プリナム内へ導入された。ェアゾル発
生器への空気送給圧力は、１．４ｋｇ／の（２仲ｓｉ）
、ェアゾル発生器内の気圧は０．５６ｋ９／塊（８ｐｓ
ｉ）、そして乾燥器における流率は毎分１５−３０リッ
トルであった。０．５重量％の固体含有量をもつ蒸溜水
による塩化カリウム溶液から、該ェアゾル発生器によっ
て粒子が作られた。

試験プローブが試験臭の両側から空気プリナム内に挿入
され、試験サンプルの両側の空気流内の粒子数が計測さ
れた。この試験ブローブは、ェア・テクニクス社製のＴ
．Ｐ．Ａ−２０型前方射光する線型光量計の部品であっ
た。空気プリナム内に試験サンプルを入れる前に、粒子
検出装置の読みを１００％になるよう、装置が調節され
た。試験サンプル挿入後、下流プローブが試験サンプル
を通って透過する粒子のパーセンテージを粒子数によっ
て計測した。試験サンプルにおける静圧力は水圧計で計
測された。第 １ 表１．毎分３０の（１００フイート
）の面速度において測定２．９１％塩化ピニル、３％ビ
ニルアセテート、ピニルアルコールとして計量された６
％ヒドロキシル実施例 ８ 各フィルタ材のミクロ繊維層の重さが０．６５の９／鮒
（０．０１２ポンド／平方ャード）である以外は実施例
５の場合と同じなフィルタ材を４枚サンドウィッチ様に
重ねた複合フィルタ材が作られた。

この複合フィルタ材は初期粒子透過率と静圧力に関して
、２個の市販「ＨＥＰＡ」フィル夕になぞらえられた。
第１の市販フィル夕（「Ｄｅｘｔｅｒ」ブレンド、Ｘ１
４０１型）は、直径約０．２−２ミクロメートルの樹脂
処理されたガラス繊維で構成され、第２の市販フィルタ
ぐＭｉｃｒｏｓｏｒ舷ｎ」ブレンド）は直径約０．２
５一２ミクロメートルのポリスチレン吹付けミクロ繊維
で構成されている。平均０．３ミクロメートルのジオク
チルフタレートの粒子を使い、毎分約３．１の（１０．
４−１０．５フィート）の面速度で、ミリタリー・スタ
ンダード２８２、テスト・メソド１０２．１による方式
に従って試験が行なわれた。試験測定は塩化ポリビニル
に対するジオクチルフタレートのいかなる影響もないよ
うにして行なわれた。この試験結果は、第ロ表に見られ
るように、該サンプルのフィルタ材において、ほぼ同じ
圧力低下に対し、粒子透過率の非常に低くなっているこ
とを表わしている。第 日 表本発明は以下の態様を包
含する。

‘１｝ 毎分３０肌の面速度において水柱で約１．２５
肌以下の圧力低下を示す、特許請求の範囲記載のフィル
タ村。

■ 毎分１５仇の面速度において水柱で約７．５なし、
し１０仇の圧力低下を示す、特許請求の範囲記載のフィ
ルタ材。

‘３１ 毎分４．５ｍの面速度において水柱で約０．７
５ないし１．２５０仇の圧力低下を示す、特許請求の範
囲記載のフィルタ材。

■ 該ミクロ繊維層が溶液吹付け重合体ミクロ繊維を含
む、特許請求の範囲記載のフィルタ材。

‘５｝ 談ミクロ繊維層が、該溶液吹付けミクロ繊維を
作る重合体の丸い粒子を含む、上記｛４｝項のフィルタ
材。■ 談ミクロ繊維の平均直径が約０．３ミクロン以
下である、特許請求の範囲記載のフィルタ材。

｛７ー 該ミクロ繊維が塩化ビニル基材重合体を含む、
特許請求の範囲記載のフィル夕材。（８ー 談ミクロ繊
維層が第３図の曲線に示すごとき初期粒子浸透率−圧力
低下関係を有する、特許請求の範囲記載のフィル夕材。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による室内空気浄化器の概略図、第２図
は本発明のフィルタ材の断面図、第３図は本発明のフィ
ルタ材の初期粒子透過率−圧力低下の関係を示す曲線グ
ラフ、第４図は本発明のフィルタ材製造装置の概略図で
ある。 １０・・…・空気浄化器、１１・・・・・・ハウジング
、１２・・・・・・巻取ロール、１３・・・・・・供給
ロール、１４・・・・・・フィルタ村、１５・・・・・
・送風機、１６・・・・・・入口、１７・・・・・・出
口、１８・・・・・・モーター、２１・・・・・・基部
多孔性ウヱブ、２２・・・・・・ミクロ繊維層、２３・
・・・・・頂部多孔性ウェブ、２５・・・・・・スタン
ド管、２６・・・・・・ポンプ、２７・・…・押出装置
、２８…・・・フィル夕、２９・．．・・・空気プリナ
ム、３０・・・・・・入口、３１・…・・小径針、３２
・・・・・・孔、３３・・・・・・前板、３５・・・・
・・基部多孔性ゥェブ、３６・…・・供給ロール、３７
．・…・アイドラ、３８・・・・・・巻取ロール、３９
．．．．．．第２空気プリナム、４０・・・・・・スク
リーン、４１．．・．．・頂部多孔性ゥヱブ供給ロ−ル
、４２・・・・・・ァィドフ。 ん＾る．／ ノ７○．２ ろノ○．３ Ｌ ‘／年４

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 予かじめ形成された取扱い易い自己支持性の多孔質
   繊維基体層と、その基体層へ重合体溶液を吹付けること
   によつて形成したミクロ繊維層と、そのミクロ繊維層を
   覆う多孔質表面層とからなり、前記ミクロ繊維層は、０
   ．５ミクロンより小さい平均直径を有するランダムに分
   布したミクロ繊維と、そのミクロ繊維の重合体と同じ重
   合体の丸い粒子とからなり、それら丸い粒子はミクロ繊
   維間の間隙形成に寄与しており、前記ミクロ繊維層は１
   ｃｍ＾２当り約０．６５ｍｇより少ない重量をもつてお
   り、前記基体層と前記表面層の、１分当り３０ｍの面速
   度のガス・固体粒子流に対し、フイルタ材を通る圧力低
   下に寄与する割合が、両者合わせて２０％より小さく、
   １分当り３０ｍの面速度のガス・固体粒子流で試験した
   とき、第３図の曲線Ｄによつて示された関係より小さい
   初期粒子透過率−圧力低下の関係を有している、空気濾
   過用多層フイルタ。