(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流側に位置する粗層部と下流側に位置する密層部とを有する密度勾配を持った多層構造を有し空気中の塵埃の濾過に使用される不織布濾過材であって、
前記粗層部中に、もしくは前記粗層部に隣接して、極細繊維を主体とする極細繊維集合体が一体化されており、
前記極細繊維集合体は、メルトブロー不織布もしくはエレクトロスピニング法により製造された不織布に由来するものであり、
極細繊維集合体の極細繊維の少なくとも一部が前記粗層部に入り込んで、粗層部を構成する繊維と入り込んだ極細繊維とが交絡して、極細繊維が粗層部中に立体的に配置されている不織布濾過材。
【請求項２】
極細繊維集合体が実質的に極細繊維のみにより構成された繊維集合体である、請求項１に記載の不織布濾過材。
【請求項３】
極細繊維集合体の少なくとも一部は、断片状になって粗層部に対し島状に一体化されており、極細繊維集合体の一部が粗層部の内部に入り込んでいる、請求項１または請求項２に記載の不織布濾過材。
【請求項４】
密層部には極細繊維が実質的に入り込んでいない、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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不織布製の濾過材に関する。特に空気中の塵埃のろ過に使用される不織布濾過材に関する。
【背景技術】
【０００２】
不織布濾過材は、自動車等に使用される内燃機関や各種通気装置等のエアフィルタなどとして、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、及び、限られた空間で十分なろ過性能を発揮しうるコンパクト性が求められる。
【０００３】
特に近年では、これらエアフィルタにおいて、カーボンダストのような微細なダストを除去する性能の向上が求められている。カーボンダストのような微細なダストの除去が不十分であると、濾過材（フィルタエレメント）の下流側に配置された流量センサなどの検出装置にダストが堆積し、検出装置の出力の正確さや安定性が不十分となりうるからである。
【０００４】
従来周知の不織布濾過材においては、多層からなる濾材構成であれば、カーボンダストのような微粒子ダストは、もっとも密度が高く繊維径が小さい層で捕捉されることが多い。そのため、カーボンダストが捕捉されると濾過材の圧力損失が上昇しやすく、寿命が短くなる。特に、密層の密度を高くするなどして、微粒子ダストの捕捉効率（清浄効率）を高めると、濾過材がより目詰まりしやすくなる。すなわち、不織布濾過材においては、微粒子ダストについて、清浄効率と濾過材の寿命との間にトレードオフ関係がある。
【０００５】
空調装置の分野においては、いわゆるキャビンフィルタやＨＥＰＡフィルタといった濾過材が、微細なダスト（微粒子ダスト）を捕捉する目的で使用されている。こうしたフィルタにおいては、微粒子ダストの捕捉性能を上げるために、電荷を与えた繊維や極細繊維を用い、密度を高めた薄い繊維層で構成された濾材を使用する。こうした濾材は、空気が通りにくいので、ピッチ間隔を縮めた襞折構造を取るなどして、ろ過面積を大きくしてフィルタが構成されている。しかしながら、これらの濾材を、自動車エンジン用のエアクリーナの濾過材に使用するには、これら用途における流量が大きいため、フィルタエレメントが巨大化する傾向を否めない。また、こうした濾過材は繊維層が薄いため、金型に嵌めて樹脂成形することがむずかしく、所定の襞織形状を維持する上での制約も多い。
【０００６】
微粒子ダストの捕捉に有利な極細繊維により不織布を構成する試みがいろいろ行われているが、汎用されるメルトブロー法で得られるような極細繊維不織布では、極細繊維が平面的に配置されてしまい、立体的構造を有する厚みのある不織布の製造は困難である。また、従来の乾式製法による不織布作成方法では、分散や断裂などの問題から、極細繊維を紡出し混紡して濾材の厚みを取ることが困難であり、湿式製法やエアレイド法でも、濾材の厚みを取ることが困難である。
【０００７】
微細粒子の捕捉特性に優れる極細繊維不織布と他の繊維からなる不織布を組み合わせた技術も知られている。
例えば、特許文献１には、平均繊維径１〜８μｍのメルトブロー不織布と、平均繊維径１０〜３０μｍのスパンボンド不織布とを接着して積層一体化した不織布濾過材が開示されており、当該不織布濾過材によれば、粉じんの捕捉性能や機械的特性に優れるエアフィルター用不織布濾過材が得られることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１２５５４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に開示された不織布濾過材は、平均繊維径１〜８μｍのメルトブロー不織布の層により、微粒子ダストを捕捉しようするものであるが、微粒子ダストの捕捉性能（清浄効率）を高めようとすれば、このメルトブロー不織布の密度を高めざるを得ず、その結果、濾過材の寿命が犠牲にならざるを得ない。すなわち、特許文献１に開示された不織布濾過材も、微粒子ダストに関する捕捉性能と寿命のトレードオフ関係を本質的に解決するものではなかった。また、特許文献１に開示された不織布濾過材においては、微粒子ダストの捕捉性能（清浄効率）を高めるべく、メルトブロー不織布の密度を高めると、不織布濾過材の通気抵抗も上昇してしまうというトレードオフも生ずる。
【００１０】
本発明の目的は、微粒子ダストの捕捉性能（清浄効率）と、長寿命性、通気抵抗をバランスよく備えうる不織布濾過材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
発明者は、鋭意検討の結果、従来の不織布濾過材においては、微粒子ダストを捕捉するための極細繊維が、極薄い層状に配置されていて、それゆえに、清浄効率を高めるためには極細繊維層の密度を高めざるを得ず、その結果、寿命と通気抵抗が悪化する関係になってしまっていることに気付いた。極細繊維がごく薄い層状に配置されるのは、極細繊維の製法による制約が大きく、極細繊維を所定の厚みにわたって立体的に配置するのは、通常の製法では難しかったのである。
【００１２】
そして、発明者は、さらに鋭意検討を重ね、極細繊維と通常の不織布を構成する繊維とを組み合わせて、粗密の密度勾配を有する不織布の粗層部において、極細繊維を粗層部の繊維と交絡させ、極細繊維を立体的に配置するようにすると、上記課題を解決できることを知見し、本発明を完成させた。
【００１３】
本発明は、上流側に位置する粗層部と下流側に位置する密層部とを有する密度勾配を持った多層構造を有し空気中の塵埃の濾過に使用される不織布濾過材であって、前記粗層部中に、もしくは前記粗層部に隣接して、極細繊維を主体とする極細繊維集合体が一体化されており、前記極細繊維集合体は、メルトブロー不織布もしくはエレクトロスピニング法により製造された不織布に由来するものであり、極細繊維集合体の極細繊維の少なくとも一部が前記粗層部に入り込んで、粗層部を構成する繊維と入り込んだ極細繊維とが交絡して、極細繊維が粗層部中に立体的に配置されている不織布濾過材である（第１発明）
【００１４】
第１発明においては、極細繊維集合体が実質的に極細繊維のみにより構成された繊維集合体であることが好ましい（第２発明）。または、第１発明においては、極細繊維集合体の少なくとも一部は、断片状になって粗層部に対し島状に一体化されており、極細繊維集合体の一部が粗層部の内部に入り込んでいることが好ましい（第３発明）。または、第１発明においては、密層部には極細繊維が実質的に入り込んでいないことが好ましい（第４発明）。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の不織布濾過材（第１発明）は、カーボンダストのような微粒子ダストに対する捕捉性能と長寿命性と通気抵抗をバランスよく備えている。
【００１６】
さらに、第２発明や第３発明のようにされていると、より効果的に微粒子ダストに対する捕捉性能と長寿命性と通気抵抗が良好となる。また、さらに第４発明のようにされていれば、特に寿命の改善効果が高められる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】発明の第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。
【図２】発明の第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。
【図３】発明の第１実施形態の不織布濾過材の製造工程を示す模式図である。
【図４】発明の第２実施形態の不織布濾過材の製造工程を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下図面を参照しながら、自動車エンジン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。
【００１９】
図１は、発明の第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。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フィルタエレメント部材として使用される。
【００２０】
不織布濾過材１は、上流側に位置する粗層部２と下流側に位置する密層部３とを有する密度勾配を持った多層構造の不織布濾過材である。密度の変化は層ごとに不連続に変化していてもよいし、上流側から下流側に向かって連続的に変化していてもよい。また、本実施形態では、不織布濾過材１は粗層部２と密層部３の２層構造であるが、３層、もしくはそれ以上の層構造であってもよい。３層以上の多層構造である場合には、他の層を、粗層部の上流側や、粗層部と密層部の間や、密層部の下流側に設けることができる。好ましくは、各層が、上流側から下流側に向かって徐々に密になっていくように積層される。また、好ましくは、粗層部２が最も上流側に位置するように設けられる。なお、図１では、図の上側を上流側、図の下側を下流側としている。図２、図３、図４も同様である。
【００２１】
粗層部２は密層部３に比べ不織布の密度が粗くされた層である。粗層部２により、ＪＩＳ８ダストのようなダストの大部分が捕捉される。粗層部２は不織布濾過材の一般ダストに対するダスト捕捉量（濾過材の寿命）の向上に寄与する。粗層部２の好ましい空間率は９０〜９９％程度である。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。
【００２２】
密層部３は粗層部２に比べ不織布の密度が密にされた層である。密層部３により、ＪＩＳ８ダストのようなダストが不織布濾過材１を通過してしまうことが阻止される。すなわち密層部３は不織布濾過材の一般ダストに対する清浄効率の向上に寄与する。密層部３の好ましい空間率は８０〜９５％程度である。
【００２３】
粗層部２や密層部３を構成する繊維としては、天然繊維でもよいが、合成繊維が好ましく使用される。合成繊維としては、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）及びＰＴＴ（ポリトリメチレンテレフタレート）のようなポリエステル、ＰＰ（ポリプロピレン）及びＰＥ（ポリエチレン）のようなポリオレフィン、６−ナイロン及び６６−ナイロンのようなＰＡ（ポリアミド）、ポリアクリルなどの樹脂原料から製造された繊維や、レーヨン繊維などをあげることができる。これら合成繊維は、単独で、もしくは他の繊維と混紡して、粗層部２や密層部３を構成する。粗層部２や密層部３には、サーマルボンド法が利用できるようにいわゆる低融点繊維を含ませてもよい。
【００２４】
粗層部２や密層部３を構成する繊維の太さは、特に限定されないが、好ましくは、粗層部２を構成する繊維の平均繊維径が１５〜３５μｍとなるように、密層部３を構成する繊維の平均繊維径が５〜２０μｍとなるようにされる。粗層部２が密層部３に比べかさ高となるように、粗層部の繊維が密層部の繊維よりも太くなるように構成されることが好ましい。
【００２５】
粗層部２や密層部３のその他の具体的仕様や特性は特に限定されるものではないが、以下の範囲にあることが好ましい。粗層部２の目付は３０〜１５０ｇ／平方ｍ、密層部３の目付は１００〜２５０ｇ／平方ｍであることが好ましい。
【００２６】
さらに、不織布濾過材１には、極細繊維４１を主体とする極細繊維集合体４、４が一体化されている。ここで、本発明において極細繊維とは、繊維径が５μｍ以下の繊維をいう。極細繊維は、典型的にはメルトブロー法やエレクトロスピニング法により得られる。極細繊維を構成する樹脂は、ポリプロピレン樹脂やポリエチレンテレフタレート樹脂などが例示される。極細繊維集合体４は、極細繊維を主体として構成され、極細繊維が不織布状にからみあって集まったものである。後述するように、メルトブロー法により製造された極細繊維のメルトブロー不織布や、エレクトロスピニング法による極細繊維を不織布化したものが、ニードルパンチなどによってほぐされることにより、極細繊維４１を主体とする極細繊維集合体４となって、不織布濾過材１に極細繊維集合体４が一体化されている。図１（図２，３，４も同様）においては、極細繊維集合体４を厚みのあるものとしてその断面の輪郭を示し、極細繊維４１は繊維の一部を実線で示している。
【００２７】
不織布濾過材１においては、極細繊維集合体４、４や極細繊維４１，４１がカーボンダストのような微粒子ダストの捕捉に寄与する。微粒子ダストの捕捉性能を高める観点から、極細繊維集合体４、４や極細繊維４１，４１にエレクトレット処理などを施してもよい。
【００２８】
極細繊維集合体４、４は、粗層部２の中に、もしくは粗層部２に隣接して、粗層部２に一体化されている。極細繊維集合体４が小さく断片化されている場合には、断片化された極細繊維集合体が粗層部２の中に入り込んで一体化する場合もある。極細繊維集合体４が一定の大きさを持つ面状である場合には、極細繊維集合体が粗層部２に隣接して一体化する。極細繊維集合体が大きめに断片化されている場合には、当該極細繊維集合体の一部が粗層部に隣接して存在しつつ、当該極細繊維集合体の一部が粗層部の中に入り込んで、一体化する場合もある。
【００２９】
極細繊維集合体４、４と粗層部２の一体化は、極細繊維集合体４，４を構成する極細繊維４１，４１の少なくとも一部が前記粗層部２に入り込んで、粗層部を構成する繊維と入り込んだ極細繊維とが交絡することによりなされる。製造方法を後述するように、極細繊維４１は、ニードルパンチのニードルにより引っ張られて粗層部２の中に導かれ、粗層部を構成する繊維と交絡する。したがって、粗層部２中には、極細繊維４１，４１が、不織布の層と直交する方向にも延在して存在している。また、極細繊維集合体４の一部が粗層部２に入り込んだ部分では、極細繊維集合体のその部分は、不織布の層と交わる方向に延在することになる。この場合、粗層部を構成する繊維が、粗層部に入り込んだ極細繊維集合体に引っかかることも、極細繊維集合体４の固定に寄与する。以上のように、不織布濾過材１の粗層部２においては、極細繊維４１が粗層部中に所定の厚さにわたって立体的に配置されている。
【００３０】
粗層部２に極細繊維集合体４が一体化される形態は、極細繊維集合体４がメルトブロー不織布の面状の形態を維持しながら、極細繊維集合体４から伸びる極細繊維４１が粗層部２に入り込んで交絡する形態であってもよい。このような形態は、ニードルパンチが少なめである場合に実現されやすい。より好ましくは、ニードルパンチをより多く行って、メルトブロー不織布の断片化を促し、極細繊維集合体の少なくとも一部が、断片状になって粗層部に対し島状に一体化されているようにすると良い。また、極細繊維集合体の断片化に伴い、極細繊維集合体の一部が粗層部の内部に入り込んでいるようにすることが好ましい。極細繊維集合体が断片化され粗層部中に入り込むことにより、極細繊維のより好ましい立体配置が実現されうる。
【００３１】
極細繊維集合体４は、極細繊維でない繊維を含んでいてもよいが、極細繊維集合体は実質的に極細繊維のみにより構成された繊維集合体であることが好ましい。極細繊維集合体における極細繊維の割合が高いほど、微粒子ダストの捕捉性能が向上する。また、極細繊維集合体における極細繊維の割合が高いほど、極細繊維集合体がほぐれて断片化しやすくなり、粗層部２の中に、極細繊維集合体４、４や極細繊維４１，４１を立体的に配置しやすくなる。
【００３２】
また、極細繊維４１，４１を、粗層部２には入り込ませつつも、密層部３には極細繊維が実質的に入り込んでいないようにすることが好ましい。密層部に極細繊維を設けると、カーボンダストにより密層部が目詰まりしやすくなるからである。ニードルパンチの深さや方向を調整することにより、このような構成にすることができる。
【００３３】
具体的には、第１実施形態においては、不織布濾過材１はＰＥＴ繊維製の粗層部２と密層部３の２層構造であり、上流側に粗層部２が位置し、下流側に密層部３が位置する。粗層部２における平均繊維径は２３μｍ、空間率は９６％、目付は７５ｇ／平方ｍであり、密層部３における平均繊維径は１３μｍ、空間率は９２％、目付は１６０ｇ／平方ｍである。さらに、極細繊維集合体４、４として、ＰＰ樹脂製の平均繊維径３μｍのメルトブロー不織布に由来する極細繊維集合体が、粗層部２の上流側に一体化されている。
【００３４】
不織布濾過材１は、油などを付けずにいわゆるドライ濾材として、空気のろ過に使用できる。油などを付けたいわゆるウェット濾材、ビスカス濾材とすることも可能であるが、カーボンダストのような微粒子ダストの捕捉に寄与する極細繊維に油が付着すると、微粒子ダストの捕捉性能が低下するので、少なくとも粗層部２や極細繊維集合体４の部分には油を付けずにドライ濾材として使用することが好ましい。
【００３５】
第１実施形態の不織布濾過材１の製造方法について、図３により説明する。不織布濾過材１は、極細繊維集合体４、粗層部２、密層部３になるべきそれぞれの繊維集合体を積層させる第１の工程と、その積層体に特定のニードルパンチもしくは水流交絡処理を施して極細繊維を粗層部に入り込ませる第２の工程を含む、不織布製造方法により製造される。
【００３６】
第１の工程について詳述する。第１工程では、メルトブロー法もしくはエレクトロスピニング法により製造された極細繊維を主体とする繊維集合体６と、粗層部となるべき繊維集合体２１と、密層部となるべき繊維集合体３１とを含むように、これら層状の繊維集合体を積層し、粗層部となるべき繊維集合体２１に極細繊維を主体とする繊維集合体６を隣接させる。
【００３７】
極細繊維を主体とする繊維集合体６としては、極細繊維を不織布化した物、例えば極細繊維のメルトブロー不織布等が使用できる。あるいは、粗層部となるべき繊維集合体２１の上に直接極細繊維を積層し極細繊維のウェブを形成させてもよい。本実施形態においてはＰＰ樹脂製の極細繊維のメルトブロー不織布を、極細繊維を主体とする繊維集合体６として用いた。極細繊維が不織布化されたものを用いると、取り扱い性に優れる。また、取り扱いにくい極細繊維であっても、均質に配分しやすくなる。また、極細繊維を主体とする繊維集合体６において、極細繊維同士の結合が強すぎると、極細繊維集合体６を断片化して、極細繊維を粗層部の中に入り込ませにくくなるので、むしろ、極細繊維同士の結合が弱めのものを準備することが好ましい。同様の理由から、極細繊維を主体とする繊維集合体６（極細繊維製不織布）の目付は５０ｇ／平方ｍ以下であることが好ましく、目付が大きすぎると、第２工程におけるニードルパンチ工程が難しくなる。本実施形態においては目付が５ｇ／平方ｍのＰＰ樹脂製の極細繊維のメルトブロー不織布を用いた。
【００３８】
粗層部となるべき繊維集合体２１と、密層部となるべき繊維集合体３１としては、それぞれの層を不織布あるいはウェブとして準備すればよい。本実施形態においては、ＰＥＴ繊維製の粗層部と密層部の２層構造の不織布を、粗層部となるべき繊維集合体２１及び密層部となるべき繊維集合体３１として用いた。
【００３９】
粗層部となるべき繊維集合体２１に極細繊維を主体とする繊維集合体（極細繊維メルトブロー不織布）６が隣接するように、これら繊維集合体の層を積層する。粗層部となるべき繊維集合体２１と極細繊維を主体とする繊維集合体６の位置関係は、いずれが上流側であってもよい。本実施形態においては、上流側から下流側に向かって、極細繊維を主体とする繊維集合体６、粗層部となるべき繊維集合体２１、密層部となるべき繊維集合体３１の順序となるように各層を積層した。
【００４０】
第１工程に引き続き行われる第２の工程について詳述する。第２工程では、極細繊維を主体とする繊維集合体６から粗層部となるべき繊維集合体２１に向かう方向にニードルパンチもしくは水流交絡して、極細繊維を粗層部に入り込ませながら、積層された繊維集合体を一体化し、第１工程で得られた繊維集合体の積層体を、粗層部と密層部を有する不織布とする。すなわち、第２工程では、ニードルパンチもしくは水流交絡により、極細繊維を主体とする繊維集合体６に含まれる極細繊維を、粗層部となるべき繊維集合体２１の内部に入り込ませて、極細繊維集合体４を粗層部２に一体化する。
【００４１】
ニードルパンチ工程においてニードルＮが突き出される方向や、水流交絡工程において水流が噴射される方向は、極細繊維を主体とする繊維集合体６から粗層部となるべき繊維集合体２１に向かう方向である。本実施形態であれば、粗層部の上流側に極細繊維集合体が配されるので、上流側から下流側に向かってニードルもしくは水流が打たれる。
【００４２】
図３には、第２工程をニードルパンチで行った例を示す。図３（ａ）には、第１工程により、上流側から下流側に向かって、極細繊維を主体とする繊維集合体６、粗層部となるべき繊維集合体２１、密層部となるべき繊維集合体３１が順次積層された状態が示されている。極細繊維を主体とする繊維集合体６が配された上流側からニードルＮ，Ｎを打つ。
【００４３】
ニードルパンチの過程で、ニードルＮに設けられたバーブにより、極細繊維を主体とする繊維集合体６中の極細繊維が引っ掛けられて、粗層部となるべき繊維集合体２１の中に打ち込まれていく。また、ニードルＮにより、極細繊維が引っ張られるため、極細繊維の一部が切れたり、極細繊維集合体がほぐれたり、極細繊維集合体に穴が開いたり裂けたりする。すなわち、ニードルパンチをすることにより、極細繊維を主体とする繊維集合体６（極細繊維のメルトブロー不織布）が、穴あき状になり、断片化し、徐々に細かくなっていくと同時に、極細繊維集合体から極細繊維４１が粗層部中に引き出されることになる（図３（ｂ））。
【００４４】
この様にして、ニードルパンチを極細繊維集合体６に施すことにより、極細繊維集合体の極細繊維や、極細繊維集合体そのものが、粗層部２にすき込まれ混合されることになる。そして、粗層部２に極細繊維集合体４が一体化され、極細繊維４１が粗層部２中に立体的に配置された、不織布濾過材１の特徴的な構造が実現される（図３（ｃ））なお、上記第２工程の説明では、ニードルパンチする場合を中心に説明したが、水流交絡する場合でも同様である。
【００４５】
なお、粗層部となるべき繊維集合体２１や密層部となるべき繊維集合体３１を、それぞれ粗層部や密層部にするための工程については、必要に応じて、ニードルパンチや熱プレスの工程などの公知の工程を追加して実現すればよい。
【００４６】
発明の作用及び効果について説明する。
上記第１実施形態の不織布濾過材によれば、粗層部２の中に、もしくは粗層部２に隣接して、極細繊維を主体とする極細繊維集合体４が一体化されており、極細繊維集合体４の極細繊維４１の少なくとも一部が前記粗層部２に入り込んで、粗層部２を構成する繊維と入り込んだ極細繊維４１とが交絡しているため、極細繊維４１が粗層部２の中に立体的に配置されている。これにより、極細繊維により微粒子ダストを空間率の高い部分で捕捉することが可能となり、微粒子ダストの捕捉効率（清浄効率）を高めても、なかなか目詰まりしない（長寿命の）濾過材となる。また、極細繊維を空間率の高い部分に立体的に配置できれば、通気抵抗の増加も抑えることができる。
【００４７】
従来技術、例えば、特許文献１に記載された技術においては、極細繊維はメルトブロー不織布の形態のままで不織布濾過材に一体化されていた。極細繊維は細いためにメルトブロー不織布にしても、通常は、ごく薄い、平面的に繊維が配された構造のものしかできなかった。そのため、従来技術においては、極細繊維による微粒子ダストの捕捉がごく薄い層により行われる濾過形態にならざるを得ず、極細繊維の高密度化による清浄効率の向上と、長寿命化・低圧損化とがトレードオフにならざるを得なかった。
一方、上記第１実施形態の不織布濾過材１においては、極細繊維４１が粗層部２の中に立体的に配置されていて、粗層部の中で分散して微粒子ダストを捕捉することができるようになっている。
【００４８】
第１実施形態の不織布濾過材１においては、清浄効率と長寿命化と低圧損化を向上させる観点から、極細繊維集合体が実質的に極細繊維のみにより構成された繊維集合体であることが好ましい。極細繊維は切れやすく、不織布濾過材１を製造する過程でニードルパンチなどをする際に、極細繊維集合体がばらけたり、断片化しやすくなり、粗層部２の中に入り込みやすくなって、極細繊維の配置がより立体的な構造となりやすいからである。
【００４９】
同様の理由により、第１実施形態の不織布濾過材１においては、極細繊維集合体４の少なくとも一部は、断片状になって粗層部２に対し島状に一体化されており、極細繊維集合体４の一部が粗層部２の内部に入り込んでいる形態とされることが好ましい。かかる形態とされていると、極細繊維集合体の一部が粗層部２の厚み方向に分散して、極細繊維がより立体的に配置されるようになる。
【００５０】
また、密層部３に極細繊維４１が入り込むと、密層部３が目詰まりしやすくなるため、密層部には極細繊維が実質的に入り込んでいないようにした方が、清浄効率と長寿命化と低圧損化をバランスよく向上でき、特に長寿命化に効果的である。
【００５１】
また、上記製造方法によれば、極細繊維を立体的に配置するための特殊な装置を使うことなく、従来からある装置や工程の組み合わせによって、極細繊維が立体的に配置された不織布濾過材を得ることができる。例えば、従来の多層構造の積層不織布を製造するのとほぼ同じ設備を用いて、立体的に極細繊維が配置された不織布濾過材を得ることができる。
【００５２】
従来技術においては、極細繊維集合体といえば、通常、ごく薄い平面状に繊維が配置された物しか得ることができなかった。一方、上記製造方法によれば、そのような薄い極細繊維の繊維集合体を中間材料として利用し、粗層部に隣接させて、ニードルパンチもしくは水流交絡することによって、極細繊維集合体から極細繊維４１を引き出して粗層部２中に立体的に配置することができる。また、ニードルパンチもしくは水流交絡により極細繊維集合体をほぐして、好ましくはその一部を断片化して、粗層部２の中にはいりこませるようにすれば、粗層部２中により多くの極細繊維を、複雑な配置形態で立体配置することができ、不織布濾過材の清浄効率向上、長寿命化、低圧損化のさらなる向上に寄与する。
【００５３】
従来技術、例えば、特許文献１に記載された技術では、薄い平面状の極細繊維のメルトブロー不織布を、密層側の不織布層に積層して接着もしくは融着により一体化していた。これでは、極細繊維を平面状に配置することしかできなかった。また、従来技術においては、極細繊維のメルトブロー不織布はニードルパンチすべきでない物と考えられていた。これは、従来は、極細繊維メルトブロー不織布による濾過が、面により濾しとるような思想であったためである。極細繊維のメルトブロー不織布に対して、ニードルパンチや水流交絡を施すと、不織布に穴が開いてしまうため、その穴から微粒子ダストが素通りしてしまい、微粒子ダストの捕捉効率が低下すると考えられていた。発明者はこの技術的偏見を克服し、かつ、粗層部に極細繊維を立体配置するという飛躍した発想により、本発明の完成に至っている。
【００５４】
また、上記製造方法において使用する極細繊維を主体とする繊維集合体６が、メルトブロー不織布もしくはエレクトロスピニング法により製造された不織布であれば、繊維集合体６が実質的に極細繊維のみからなるものとなって、得られる不織布濾過材のろ過性能がより高められる。また、取り扱いが難しい極細繊維であっても、不織布状になっていれば、製造工程の中で取り扱いしやすくなり、他の層との積層作業がやりやすくなる。また、粗層部となるべき繊維集合体に積層する際にも、均一に極細繊維を分布させて配置し積層することができ、得られる不織布の品質が安定する。
【００５５】
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、以下に示す実施形態は、その一部を互いに組み合わせて、あるいは、その一部を互いに置き換えて実施できる。
【００５６】
図２は、発明の第２実施形態の不織布濾過材７の断面構造を示す模式図である。本実施形態において、粗層部２や密層部３を有する点、粗層部２に極細繊維集合体４、４が一体化されている点、及び、粗層部２に極細繊維４１が入り込んで、粗層部２の繊維に極細繊維４１が交絡して極細繊維集合体４、４が一体化される点等は、第１実施形態の不織布濾過材１と同様である。
【００５７】
第２実施形態の不織布濾過材７は、粗層部２と密層部３の間に、中間層部５を有している。中間層部５は、粗層部と密層部と比べて空間率や繊維径が中間になるようにされた層である。このように、中間層を設けると、一般的なダストの捕捉性能の向上や長寿命化が図られて好都合である。
【００５８】
また、第２実施形態の不織布濾過材７では極細繊維集合体４，４は、粗層部２の中及び、中間層部５と粗層部２に挟まれる位置、すなわち、粗層部の下流側に隣接して一体化されている。
【００５９】
この様な実施形態の不織布濾過材７は、図４に示すような製造工程により製造できる。まず、第１工程において、上流側から下流側に向かって、粗層部となるべき繊維集合体２１、極細繊維を主体とする繊維集合体６、中間層部となるべき繊維集合体５１、密層部となるべき繊維集合体３１を、この順序となるように各層を積層する（図４（ａ））
【００６０】
そして、極細繊維を主体とする繊維集合体６から粗層部となるべき繊維集合体２１に向かう方向に、すなわち、下流側から上流側に向かって、バーブを設けたニードルＮによりニードルパンチする（図４（ｂ））。すると、ニードルにより、極細繊維４１が粗層部２に引き込まれて交絡し、極細繊維集合体４と粗層部２が一体化されて、第２実施形態の不織布濾過材７が製造される（図４（ｃ））。
【００６１】
この実施形態においては、積層する第１工程において、極細繊維を主体とする繊維集合体６が、粗層部となるべき繊維集合体２１と他の繊維集合体（本実施形態においては中間層となるべき繊維集合体５１）との間に挟まれるように積層される。このことによって、ニードルパンチ工程の過程で、ニードルＮは、中間層５１を構成する繊維を引っ掛けて引っ張りながら、極細繊維を主体とする繊維集合体６を貫通し、粗層部となるべき繊維集合体２１に達することになる。すると、ニードルＮにより引っ張られた中間層５１を構成する繊維によって、極細繊維を主体とする繊維集合体６が、粗層部となるべき繊維集合体２１に引き込まれるようになる。その結果、極細繊維を主体とする繊維集合体６がほぐされやすくなり、断片化されやすくなると共に、極細繊維を主体とする繊維集合体６が粗層部となるべき繊維集合体２１に入り込みやすくなって、粗層部２における極細繊維の立体構造化がより促進されやすくなる。
【００６２】
ニードルパンチや水流交絡の工程で極細繊維が切れやすい場合には特に、このようにすることにより、極細繊維集合体の粗層部への一体化と立体構造の配置が効果的に行われる。また、図１や図３に示した第１実施形態のような不織布濾過材を製造する場合においても、極薄い不織布状の繊維層を、図３（ａ）における極細繊維集合体６よりも上流側に配置するようにしてニードルパンチ工程を実施すれば、第２実施形態と同様に、極薄い不織布状の繊維層に含まれる繊維を利用して、極細繊維や極細繊維集合体を粗層部２に入り込ませることができる。
【００６３】
上記実施形態の説明は、自動車エンジンに供給される空気をろ過するエアクリーナに使用される不織布濾過材を例として説明したが、不織布濾過材の用途は、これに限定されるものではなく、発電機や燃料電池に供給する空気をろ過する用途に使用してもよいし、空調用のエアクリーナに使用してもよい。
【実施例】
【００６４】
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。
【００６５】
以下に示す実施例と比較例において、いずれの例における濾過材も、基本的な繊維の材質や厚みや目付け量、積層された層の間の密度勾配等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。
【００６６】
（実施例１）
平均繊維径３μｍのポリプロピレン樹脂製の極細繊維によって構成された目付量５ｇ／平方ｍのメルトブロー不織布と、粗層部の空間率が９６％、目付７５ｇ／平方ｍ、平均繊維径が２３μｍであり、密層部の空間率が９２％、目付１６０ｇ／平方ｍ、平均繊維径が１３μｍである、厚さ３ｍｍの２層構造のＰＥＴ不織布を準備した。これらを、極細繊維メルトブロー不織布、粗層部、密層部の順番となるように積層して、メルトブロー不織布の側からニードルパンチを行い、図１に示した第１実施形態の不織布濾過材１に対応する不織布濾過材を得た（実施例１）。この不織布を襞折り構造に形成して枠体を取り付けて試験に供した。
【００６７】
（実施例２）
実施例１と比べ、積層に使用される不織布各層の仕様を共通させつつ、粗層部と密層部の間に、極細繊維のメルトブロー不織布が挟み込まれるように積層し、密層部の側から粗層部に向かってニードルパンチを行い、実施例２の不織布濾過材を得た。実施例２は、図２に示した第２実施形態の不織布濾過材７から中間層部５をなくしたものに対応する。
【００６８】
（比較例１）
極細繊維を含まない不織布濾過材の例として、実施例１の製造に使用した２層構造のＰＥＴ不織布を、極細繊維のメルトブロー不織布がない状態で不織布濾過材として、比較例１として試験に供した。
【００６９】
（比較例２）
極細繊維を備える不織布濾過材の従来技術の例として、実施例１の製造に使用した２層構造のＰＥＴ不織布の粗層部の上流側に、極細繊維のメルトブロー不織布を熱接着して、比較例２として試験に供した。
【００７０】
（比較例３）
極細繊維を備える不織布濾過材の従来技術の他の例として、実施例１の製造に使用した２層構造のＰＥＴ不織布の密層部の下流側に、極細繊維のメルトブロー不織布を熱接着して、比較例３として試験に供した。
【００７１】
実験：微粒子ダスト（カーボンダスト）についての性能評価
得られた上記フィルタ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、カーボンダストについてフルライフの清浄効率（捕捉効率）試験、ダスト捕捉量試験、及び通気抵抗試験を行った。その試験条件を下記に示す。
【００７２】
濾過材有効濾過面積：０．１８平方ｍ
試験ダスト：カーボンダスト(軽油燃焼カーボン)
ダスト供給量：カーボンダスト（０．１０ｇ／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（試験開始時）
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をフルライフ捕捉量とする。
【００７３】
【表１】
0006614917.tif 000002
【００７４】
試験結果を表１に示す。
極細繊維を含まない比較例１は、通気抵抗が最も低いが、微粒子（カーボン）ダストの捕捉効率（清浄効率）が７０％程度であり、微粒子ダストの清浄効率の向上がより望まれる水準である。
【００７５】
極細繊維のメルトブロー不織布を貼り合わせた比較例２及び比較例３については、カーボンダストの清浄効率こそ８０％を超え、比較例１に比べ改善を示すものの、通気抵抗が１６０Ｐａ程度まで上昇しており、清浄効率を向上させるために通気抵抗がかなり上昇する結果となった。また、カーボンダストのフルライフ捕捉量は、比較例１と比べても、５割ないし７割に減少してしまっており、カーボンダストに対する濾過材の寿命が短いものとなってしまった。すなわち、比較例２、３のような、従来構造で極細繊維不織布を一体化すると、清浄効率を上げるために、極細繊維不織布部分の高密度化を行わざるを得ず、その結果、通気抵抗の上昇代が大きく、カーボンダストに対する濾過材の寿命が短くなるという結果を招くことが確認された。
【００７６】
発明の第１実施形態や第２実施形態に対応する実施例１、２においては、極細繊維が粗層部に立体配置されることにより、カーボンダストの清浄効率が８０%強になっており、比較例２，３と同水準の清浄効率の改善がみられる。
一方で、実施例１，２では、通気抵抗は、比較例１に対し若干の増加がみられるものの、比較例２，３では２０Ｐａ強通気抵抗が増加しているのに比べ、実施例１，２では１０Ｐａ程度の通気抵抗増加に抑えられており、実施例１，２における通気抵抗増加は、比較例２，３と比べれば、半減できている。
さらに、実施例１，２では、カーボンダストのフルライフ捕捉量は、比較例１の１．５倍程度に増加しており、カーボンダストに対する清浄効率を向上させつつ濾過材の長寿命化が実現されている。
【００７７】
以上のように、実施例１、２と比較例２，３を比べると、極細繊維によりカーボンダストの清浄効率を向上させるという点では、共通して性能向上できる上に、実施例１，２では、極細繊維が粗層部に立体的に配置されていることにより、通気抵抗の増加が抑えられ、濾過材の長寿命化が実現されたことが理解される。
【００７８】
また、実施例１と実施例２を比べると、実施例２の方が、清浄効率、フルライフ捕捉量、通気抵抗のいずれの点でも優れる結果となっている。これは、極細繊維メルトブロー不織布を粗層部と密層部で挟み込んだ状態で密層部の側からニードルパンチすることによって、密層部の繊維によって極細繊維メルトブロー不織布の断片化と粗層部への引き込みが起こり、極細繊維の立体的な配置がより促された結果ではないかと推測される。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明に係る不織布濾過材は、例えば自動車用エンジンに供給する空気を濾過する用途に使用でき、特にカーボンダストのような微粒子ダストのろ過性能に優れており、産業上の利用価値が高い。
【符号の説明】
【００８０】
１、７    不織布濾過材
２            粗層部
３            密層部
４            極細繊維集合体
４１              極細繊維
５            中間層部
６        極細繊維メルトブロー不織布
２１      粗層部となる繊維集合体
３１      密層部となる繊維集合体
５１      中間層部となる繊維集合体
【図１】
0006614917.tif 000003
【図２】
0006614917.tif 000004
【図３】
0006614917.tif 000005
【図４】
0006614917.tif 000006