JPS63116714A - エレクトレットフィルタ−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］ 本発明は電気的作用と機械的作用を利用して流体中のダ
ストを捕集するエレクトレットフィルターエレメントに
関する。

〔従来の技術〕

従来、エアー流路方向にエレクトレットシート状物を多
数積層させたエレクトレットフィルターエレメントは、
特開昭５６−１０３１３号公報、５６−１０３１４号公
報などが知られている。しかしながら両者公報によるフ
ィルターエレメントは、；濾過風速が５　ｃｍ／秒を越
えると、流体中のダストが漏洩通過して捕集性能は極端
に低下する。

また、；濾過風速５　ｃｍ／秒を越える条件で捕集性能
を損わない構造にするならば、流路を長く設けるか、エ
レクトレットシート間のピッチを狭くしなければならぬ
という製作上の問題を生じる。ざらにこのフィルターエ
レメントの捕集方法は、エレクトレットフィルム表面の
クーロン力によって流体中のダストを吸着するもので、
エレクトレット化の低下、あるいは通過するエアーによ
り一度シート表面に捕集されたダストが再飛散を起こし
、；濾過風速を増大できない欠点がおり、これら特開昭
５６−１０３１３号公報、特開昭５６−１０３１４号公
報の改善には限界があった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明者らは上記欠点のないエレクトレットフイルター
エレメントについて鋭意検討した結果、本発明に到達し
た。本発明は、特に流体中のダストが漏洩通過すること
の改良されたエレクトレットフィルターエレメントを提
供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段〕 本発明は次の構成を有する。

エレクトレットフィルムとエレクトレット繊維状シート
が交互に多数積層されてなるエレクトレットフィルター
エレメント。

以下、本発明によるエレクトレットフィルターエレメン
トを図面に基づき、詳細に説明する。

第１図は、本発明に係るエレクトレットフィルターエレ
メントの斜視図である。第１図において１はエレクトレ
ットフィルターエレメント、２はエレクトレットフィル
ム、３はエレクトレット繊維状シート、４はエレクトレ
ット繊維状シート３と空間部からなる流路、５はフレー
ムを示す。濾過されるべき流体は表側のＡ面側からエレ
メント１内に導入されて、流路４であるエレクトレット
ｉ紐状シート３内を通過俊、裏側のＢ面側に扱ける。こ
のとき流体中に含まれるダストなどの捕集対象物はエレ
クトレット繊維状シート３によって機械的に捕集される
と同時に、この機械的な補集効果とは異なる電気的な吸
着力、すなわち静電気力によって吸着、捕集される。し
たがって従来のフィルターと比較して捕集効率が極めて
高く、−旦捕集されたダストなどの捕集対象物は、機械
的、電気的に捕集されているために、脱落や再飛散し難
い特徴をもつ。しかもエレクトレットフィルムとエレク
トレット繊維状シートを交互に多数積層することでエレ
メントの形態が安定化し、その形態をエレクトレット性
能を長期にわたって維持し、その形態を安定化すること
ができる。

第２図は本発明に係るフィルターエレメントを構成する
エレクトレットフィルム２の電荷状態を示す模式断面図
である。

第３図は流路となるエレクトレット繊維状シート３を形
成する繊維の荷電状態を示す模式断面図である。図に示
すようにエレクレトット化された繊維の電荷は一定方向
に配向、分極している。

第４図は、第３図のエレクトレット繊維状シート内部の
荷電状態を電荷ベクトルで表わした模式断面図である。

図に示すようにエレクトレット繊維状シートの内部電荷
は、一方向に配向している。

第５図は本発明に係るエレクトレットフィルターエレメ
ントに用いるフィルム及び繊維状シートをエレクトレッ
ト化する製造装置の一例を示す模式図でおる。図におい
て６はエレクトレット化されるべき試料、７は針状電極
、８はアース電極を示す。この装置はエレクトレット化
されるべき試料６の中央上部にある針状電極７から直流
電流を高圧印加することにより、試料６がエレクレトッ
ト化されるのである。

次に本発明に用いるフィルムや繊維状シートとなる素材
について説明する。

エレクトレットフィルムやエレクトレット繊維状シート
に用いる原料としては、エレクトレット化が可能な各種
ポリマー、好ましくは電気比抵抗が１０１３Ω・ｃｍ以
上の電気絶縁性を有する合成重合体が用いられる。たと
えば、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリカーボネー
ト、ポリアミド、ポリ弗化樹脂、アクリル系樹脂、塩化
ビニル系樹脂などがあり、その中でもポリオレフィンが
好ましく、特に好ましいのがポリプロピレンである。

ここで本発明に係るエレクトレットフィルターエレメン
トを構成するエレクトレットフィルムについてその特徴
を説明する。

エレクトレットフィルムは、厚さが５０μ〜３００μが
好ましい。厚さが３００μを越えるとエレクトレット化
のレベル低下につながり、一方、厚さが５０μ未満でお
れば；濾過されるエアーの風圧により撮動やばたつきを
生じ、；濾過状態が不安定になる。最も好ましくは、５
０μ〜１００μである。また、エレクトレットフィルム
の荷電状態は、表裏面が異極性を示し、その電荷密度は
＋７゜ＯＸｌ、０−１０ク一ロン／ｃｍｆ以上、−７，
０Ｘ１０−１０ク一ロン／ｍｌ以下、好ましくは＋１．
ＯＸ’１ｏ−９ク一ロン／ｄ以上、−１，０Ｘ１０−９
クーロン／−以下が望ましい。

次にエレクトレット繊維状シートについてその特徴を説
明する。

エレクトレット繊維状シートは、それを構成する繊維の
直径が１０μ〜１００μ程度が良く、好ましくは１５μ
〜４０μが良い。またこの繊維はクリンプ性を有するも
のが良い。その捲縮率は３％〜２０％が好ましく、特に
５％〜１５％が望ましい。繊維長は２０ｍｍ以上であれ
ば良く、長繊維でも良い。好ましくは３０ｍＩｒＩ〜１
００ｎ＋ｍ程度が望ましい。繊維状シートとしては、目
付が１０ｇ／Ｔｒ１２〜１００ｇ／ｍ２が良く、好まし
くは２０Ｃｌ／ｍ２〜４０ｇ／Ｔｒ１２が良い。見掛は
密度は４．０Ｘ１０−３ｑ／−〜８．０Ｘ１０−３Ω／
ｄ程度が良い。見掛は密度が８．ＯＸｌ　０’ｇ／ｃｒ
ｊを越えるとフィルターエレメントとしたとき圧力損失
が上昇する。

また、４．０Ｘ１０−３Ｃｌ／−未満であれば形態の安
定性が劣る。特に好ましくは、５．５Ｘ１０’ｇ／−〜
６．５Ｘ１０’Ｃ］／酬である。そしてこの繊維状シー
トは形態をより安定化させるために、繊維同志の接触部
分を熱処理等により、融着したものが良い。これで通過
するエアーの風圧による形態悪化を防止する効果がある
。

なお、エレクトレット化された繊維状シートを熱処理す
ると、シート内部にトラップされた電荷が外部に放出さ
れたり、相互の電荷により消滅する場合があるため、熱
処理はエレクトレット化する前に行なうのが良い。

このようなＩＩ状シートは、フィルターエレメントの流
路として用いられるため、優れた通気性を有する必要が
ある。その通気量は、繊維状シートのエアー通過方向厚
みを３ｃｍとした場合、ＪＩＳ−１０７９試験法で測定
すると、２５０ｃｃ／　ａＫ／秒以上であれば良い。２
５０ｃｃ／ｃｙｆ／秒未満であれば、フィルターエレメ
ントとしたとき圧力損失が上昇する。特に好ましくは３
００ＣＣ／ｃｎｆ／秒以上である。

また本発明では、繊維状シートをエレクトレット化して
いるので、捕集性能を向上させる。特に第３図の如く荷
電した電荷が一定方向に分極しているために、エレクト
レット化を長期にわたって安定化することができる。こ
のエレクトレット繊維状シートの表裏面の電荷密度は＋
２．０Ｘ１０−１１ク一ロン／ｉ以上−２，０Ｘ１０”
クーロン／Ｃ１１以下が良く、好ましくは＋５．０Ｘ１
０−’１クーロン／−以上−５．０Ｘ１０−”クーロン
／ｍｌ以下が望ましい。

次にエレクトレットフィルムとエレクトレット繊維状シ
ートの積層方法について説明する。

これらの積層は、エレクトレットフィルム及びエレクト
レット繊維状シートのエレクトレット性能を長期にわた
って維持するために、エレクトレットフィルムとエレク
トレット繊維状シートを交互にその向い合う面の電荷極
性が異極性となるように積層するのが好ましい。このと
き、エレクトレット繊維状シートの繊維充填率が０．９
〜１゜５％になるように積層するのが好ましい。エレク
トレット繊維状シートの繊維充填率が１．５％を越える
とフィルターエレメントとしたとき圧力損失が上昇し、
０．９％未満であると形態の安定性が劣る。特に好まし
くは、１．０〜１．３％である。また、交互に積層され
たとき、エレクトレット繊維状シートの厚み、すなわち
エレクトレットフィルム間のピッチは２〜８ｍｍとする
のが好ましい。フィルム間のピッチが８ｍｍを越える場
合、フィルターエレメントとしたとぎ、流れるエアーの
風圧により形態の安定性が劣る。また２ｍｍ未満では圧
力損失が上昇する。特に好ましくは３〜５ｍｍである。

これによりエレット化をより長期にわたって維持するこ
とができる。

繊維充填率は次のようにして求める。

Ｎ＝Ｖ１　／Ｖ２　Ｘ１００ Ｖｌ　＝Ｗ／ρ Ｎ：繊維充填率（％〉 Ｖｌ　：単位体積中の繊維が占める体積（ｃｍ）Ｖ２　
：単位体積（−） Ｗ：単位体積中の繊維が占める重量（Ｃａ）ρ：織繊維
比重（Ｃｌ／酬） 以下、本発明の効果を実施例、比較例により更に具体的
に説明する。

〔実施例〕

実施例１ 厚さが６５μのポリプロピレンフィルムを、第５図の如
きエレクトレットシート製造装置を用いてエレクトレッ
ト化を行ない、エレクトレットフィルムを多数作成した
。エレクトレット化の条件としては、アース電極及びエ
レクトレット化するフィルムの温度を２５°Ｃ１針状電
極先端とアース電極との距離を３ｃｍ、印加電圧を一３
０ＫＶ、印加時間を２０秒とした。そして、このとき得
られたエレクトレットフィルム表裏面の電荷密度はそれ
ぞれ、−１，０Ｘ１０’クーロン／ＣＩＴ！、＋９゜６
Ｘ１０−９クーロン／Ｃ１（であった。

一方、ポリプロピレンフィランメント糸から構成される
繊維状シートは、繊維の平均直径が２３μ、フィラメン
ト糸の捲縮率が７％〜１３％、平均繊維長が６４　ｍｍ
でおり、その目付が３０ｇ／Ｔｒ１２、見掛は密度が６
．Ｑｘｌ　０−３ｇ／ｃｉ、そして通気量がエアー通過
方向厚さを３ｃｍとしたとき２７０ＣＣ／ｃｄ／秒（Ｊ
　ｌＳ−１０７９＞有するものを、同エレクトレット化
装置を用いてエレクトレット化を行ない、エレクトレッ
ト繊維状シートを多数作成した。エレクトレット化の条
件としては、アース電極及びエレクトレット化する繊維
状シートの温度を２５°Ｃ１針状電極先端とアース電極
との距離を３　ｃｍ、印加電圧を一２５ＫＶ、印加時間
を１０秒とした。そして、このとき得られたエレクトレ
ット繊維状シート表裏面の電荷密度はそれぞれ、−６，
０Ｘ１０”クーロン／−１＋３．３ｘ１（）−１１クー
ロン／ｒｉでめった。

かくして得られたエレクトレットフィルムとエレクトレ
ット繊維状シートを４ｃｍｘ１９ｃｍの順回状にカット
し、それぞれの向い合う面の電荷極性を異極性とし、エ
レクトレット繊維状シートの繊維充填率が１．１％にな
るように交互に多数積層した。このときエレクトレット
フィルム間のピッチが３　ｍｍとなり、この３　ｍｍは
、流路であるエレクトレット繊維状シートの厚みであっ
た。そしてこの積層されたものを、内枠１９ｃｍｘ　１
９ｃｍ、幅４ｃｍのフレームに入れ、フレームの内側面
とエレクトレットフィルム及びエレクトレット繊維状シ
ー１へを接着剤により完全に固定し、ここからダストの
洩れ等が無いようにされている第１図の如きフィルター
エレメントを作成した。

このエレクトレットフィルターエレメントに、平均粒子
直径０．１μのエアーを１０Ｃｍ／秒の速さで流入させ
て濾過前と；濾過後のフィルターエレメントによる捕集
効率を日本カッマックス（株）製ｃＮＣで求め、同時に
圧力損失を測定した。

その結果、０．００５μ〜１μのダストを捕集する初期
の捕集効率が８７．８％、圧力損失が０゜４ｍｍＨｐＱ
であった。また、連続１力月後の性能を同様に測定した
ところ捕集効率が８６．２％、圧力損失が０．５ａｍＨ
２０であり、初期性能とほとんど変化がなかった。

比較例１ 実施例１とｌ’Ｅｉ］ｆｆｌなエレクトレットフィルム
のみを用いて、エレクトレットフィルムの向いあう面の
電荷極性を異極性とし、エレクトレットフィルム間にエ
レクトレット繊維状シートを挿入すること無く、できる
限りエレクトレットフィルム間を狭めてＱ、Ｂｍｍとし
、しかも流路の長さが実施例１の４倍のフィルターエレ
メントを作成して、同様な性能評価を行なった。

その結果、初期の捕集効率が５８．４％、圧力損失が０
．２ｍｍＨｐＯでおり、連続１力月後の捕集効率が５３
．２％にしか過ぎず、圧力損失が０゜２ｍｍＨ２Ｑであ
ツタ。

比較例２ 実施例１と同様なエレクトレットフィルムを用い、また
、実施例１と同じ構造の繊維状シートをエレクトレット
化せずに、エレクトレット繊維状シートの繊維充填率が
実施例１と同一となるようにエレクトレットフィルムと
繊維状シートを交互に多数積層して実施例１と同様なフ
ィルターエレメントを作成し、同様な性能評価を行なっ
た。

その結果、初期の捕集効率が５８．７％、圧力損失が０
．４ｒｎｍＨ２０であり、連続１力月後の捕集効率が５
１．２％にしか過ぎず、圧力損失が０゜５ｒｎｍＨｐＱ
でめツタ。

比較例３ 実施例１と同様なエレクトレット繊維状シートのみを用
い、エレクトレット繊維状シートの向いあう面の電荷極
性を異極性とし、エレクトレット繊維状シートの繊維充
填率が実施例１と同様なフィルターエレメントを作成し
、同様な性能評価を行なった。

その結果、初期の捕集効率が６４．５％、圧力損失が０
．３５ｍｍｔ−１ｚｏであり、連続１力月後の捕集効率
が５８．７％、圧力損失が０．５５ｒｎｍＨｐＯであっ
た。

この圧力損失の上昇は流路方向と並行に；濾過状態を安
定化するフィルムがないために、フィルターエレメント
内部に導入されたエアーは、フィルターエレメント内部
で拡散されて繊維状シートの形態を悪化し、圧力損失が
上昇したものでおる。

（発明の効果〕 本発明のエレクトレットフィルターエレメントは、流体
中のダストなどの捕集対象物を機械的かつ電気的に捕集
するので、優れた捕集性能を有する。しかも分極された
エレクトレットフィルムとエレクトレット繊維状シート
が交互に多数積層されるので、繊維状シートおよび流路
の形態保持に優れる。また、流体の通過性が良く、圧力
損失が少ないため一般ビル空調用から小型空気清浄器等
の幅広い分野に用いられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のエレクトレットフィルターエレメント
の斜視図、第２図は本発明のフィルターエレメントに用
いるエレクトレットフィルムの荷電状態を示す模式断面
図、第３図は本発明のフィルターエレメントに用いるエ
レクトレット繊維状シートを構成する繊維の分極荷電状
態を示す模式断面図、第４図はエレクトレット繊維状シ
ート内部の分極電荷の配向状態を電荷ベクトルで表わし
た模式図、第５図はエレクトレットフィルム及びエレク
トレット繊維状シートを製造する装置の一例を示す模式
図である。 １：フィルターエレメント ２：エレクトレットフィルム ３：エレクトレット繊維状シート ４：流路 ５：フレーム ６：エレクトレット化されるべき試料 ７：針状電極 ８：アース電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）エレクトレットフィルムとエレクトレット繊維状
   シートが交互に多数積層されてなるエレクトレットフィ
   ルターエレメント。
2. （２）エレクトレットフィルム表裏面の荷電状態が異極
   性である特許請求の範囲第（１）項に記載のエレクトレ
   ットフィルターエレメント。
3. （３）エレクトレット繊維状シート表裏面の荷電状態が
   異極性である特許請求の範囲第（１）項に記載のエレク
   トレットフィルターエレメント。