(57)【要約】【目的】フィルタの繊維目付と繊維直径を最適設計し、かつバインダ剤や難燃剤の剥落を防止した繊維フィルタを提供する。【構成】本発明に係るシラン担持型繊維フィルタは、レンジフード又は換気扇に装着される繊維フィルタにおいて、ファン運転時における油蒸気の捕集率Ｃと繊維フィルタ前後の圧力損失ΔＰとからなる繊維フィルタの動作特性因子と、繊維素材量のみから求められる繊維目付Ｍとその繊維直径Ｄとからなるフィルタ構造特性因子との相関関係に基づいて、所定の捕集率Ｃ及び圧力損失ΔＰを満足するように、前記繊維目付Ｍ及び前記繊維直径Ｄが設定され、前記繊維フィルタは無機質繊維から形成され、前記無機質繊維にシランカップリング剤を介して有機系難燃剤を担持させたことを特徴とする。科学的設計手法により繊維フィルタを設定し、シランカップリング剤により難燃剤を強固に無機質繊維に結合できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンジフード又は換気扇に装着される繊維フィルタにおいて、ファン運転時における油蒸気の捕集率Ｃと繊維フィルタ前後の圧力損失ΔＰとからなる繊維フィルタの動作特性因子と、繊維素材量のみから求められる繊維目付Ｍとその繊維直径Ｄとからなるフィルタ構造特性因子との相関関係に基づいて、所定の捕集率Ｃ及び圧力損失ΔＰを満足するように、前記繊維目付Ｍ及び前記繊維直径Ｄが設定され、前記繊維フィルタは無機質繊維から形成され、前記無機質繊維にシランカップリング剤を介して有機系難燃剤を担持させたことを特徴とするシラン担持型繊維フィルタ。
【請求項２】
前記シランカップリング剤は、アミン系シランカップリング剤である請求項１に記載のシラン担持型繊維フィルタ。
【請求項３】
前記無機質繊維はガラス繊維である請求項１又は２に記載のシラン担持型繊維フィルタ。
【請求項４】
前記有機系難燃剤は、リン酸グアジニン、ポリリン酸塩、ポリリン酸エステル又はポリリン酸カルバメートの一種以上から構成される請求項１、２又は３に記載のシラン担持型繊維フィルタ。
【請求項５】
前記繊維フィルタの最外表面に表面硬化剤を担持させた請求項１〜４のいずれかに記載のシラン担持型繊維フィルタ。
【請求項６】
前記相関関係に基づいて決められる上限値と下限値から、前記繊維目付Ｍ及び前記繊維直径Ｄが設定される請求項１〜５のいずれかに記載のシラン担持型繊維フィルタ。
【請求項７】
前記捕集率Ｃ及び前記圧力損失ΔＰがフィルタ設計範囲において近似的に前記繊維目付Ｍ又は前記繊維直径Ｄの1次関数で表現され、その1次関数の相関関係から前記上限値と前記下限値が導出される請求項６に記載のシラン担持型繊維フィルタ。
【請求項８】
前記捕集率Ｃ及び前記圧力損失ΔＰがフィルタ設計範囲において近似的にＭ／Ｄの1次関数で表現され、その1次関数の相関関係から前記上限値と前記下限値が導出される請求項６に記載のシラン担持型繊維フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、台所、調理場、厨房などに設けられたレンジフード又は換気扇に配置される繊維フィルタに関し、更に詳細には、フィルタの繊維目付及び繊維直径が適切に設計され、且つ難燃剤を繊維フィルタに強固に担持させた繊維フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
レストランや食堂の厨房、家庭の台所の上方には、ファンによって排気駆動されるレンジフードや換気扇が配置されている。調理用の油脂、魚や肉から油分が蒸発すると、レンジフードや換気扇の表面に大量の油分や塵埃が付着し、その除去作業が必要になる。そのため、レンジフードや換気扇の適所に繊維フィルタが装着され、排気中の油分や塵埃をフィルタで捕集し、前記除去作業の簡便化が図られている。この繊維フィルタは売切商品として販売されており、また装着ホルダと一体に構成されたレンタル商品として広範囲に実用化されている。
【０００３】
前記繊維フィルタは、長繊維や短繊維をバインダ剤で相互に結着した不織布を所定形状に裁断した繊維フィルタから構成されている。繊維フィルタは主として油分を捕集するから、高温の油分による変質・燃焼を防止するために、ガラス繊維から形成されることが多く、また他の無機繊維や有機繊維から形成される場合もある。更に、捕集された油剤の燃焼を防止するために、表面に難燃剤を担持させる技術も開発されている。
【０００４】
各種の繊維フィルタが開発されているが、他方種々の課題も有している。第一に、繊維フィルタの動作特性として極めて重要な物性量である、ファン運転時における油蒸気の捕集率Ｃと繊維フィルタ前後の圧力損失ΔＰを適切に維持しながら、繊維フィルタの構造特性である繊維目付Ｍとその繊維直径Ｄを設計することである。第二に、繊維フィルタに担持されるバインダ剤や難燃剤が長期の使用によって剥落する傾向にある。バインダ剤が剥落すると、フィルタを構成する繊維相互の結合が解け、繊維フィルタの形状が保持されなくなる。また、繊維フィルタの長期使用は難燃剤の剥落を誘発し、難燃剤が剥落すると、繊維表面に付着した油分が引火により燃焼する危険性を有することである。つまり、バインダ剤を繊維に強固に結合させ、同時に難燃剤を繊維表面に強固に担持させる技術の開発が課題となっている。
【０００５】
繊維フィルタの動作特性と構造特性の第一の課題に関し、従来の典型例である繊維フィルタとして、特許第２９８１５３３号（特許文献１）と特開２００２−１３６８１４（特許文献２）を列挙して、その内容と課題を以下に説明する。前記特許文献１には、平均繊径が０．５〜６．０μｍ、嵩密度０．０５〜０．５０ｇ/ｃｍ２の極細不織布（中間層）と、この極細不織布の片面又は両面が平均繊径１０〜６０μｍ、嵩密度０．０５〜０．５０ｇ/ｃｍ２の繊維シート（表面層）とを積層し、高さ３〜１００ｍｍの凹凸形状に成形された成形フィルタが開示されている。この成形フィルタは、２層構造又は３層構造を有し、表面層がフィルタ全体の保形機能を奏し、表面層及び中間層により効率的に油分捕集機能を奏する。
【０００６】
前記特許文献２には、２層の表面層間に中間層を介在させた積層構造のフィルタ素子が開示され、繊維重量とバインダ剤等の担持物質重量を含めた目付が１５０ｇ/ｍ２以下であり、前記中間層の密度が前記表面層の密度よりも小さく設定されたフィルタ素子が示されている。更に、詳細には、各表面層は、密度０．０１〜０．１ｇ/ｃｍ３、厚さ０．１〜３ｍｍ、フィルタ素子の全重量に対する重量割合２０〜４０重量％、繊維に対するバインダ付着率２５〜４５重量％の特徴を有する。また、中間層は、密度０．００１〜０．０１ｇ/ｃｍ３、厚さ５〜５０ｍｍ、フィルタ素子の全重量に対する重量割合２０〜６０重量％、繊維に対するバインダ付着率２０〜４０重量％の特徴を有している。このフィルタ素子は、３層構造を有し、硬性の表面層がフィルタ全体の保形機能を奏し、硬性の表面層及び軟性の中間層の両者が効率的な油分捕集機能を奏する特徴を有する。
【０００７】
バインダ剤と難燃剤の剥落防止という第２の課題に関しては、特開２００１−２１４３５６（特許文献３）の従来技術が存在する。この特許文献２では、ガラス繊維にメラミン樹脂と尿素樹脂からなる表面処理剤（バインダ剤）を担持させて、繊維フィルタの保形性を付与している。表面処理剤中のメラミン樹脂の含有量を５〜８０重量％にすると、３０分間の常圧下でのスチーム曝露試験で、繊維フィルタの保形性能に変化がなかったことが記載されている。
【特許文献１】特許第２９８１５３３号公報
【特許文献２】特開２００２−１３６８１４公報
【特許文献３】特開２００１−２１４３５６公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記特許文献１には、中間層の平均繊径を０．５〜６．０μｍに設け、表面層の平均繊径を１０〜６０μｍに設計することが開示されている。また、ジグザグの織畳構造にすると、圧力損失が１．５ｍｍＨ２Ｏになり、除塵率が９８％になったことが記載されているが、それ以上の詳細な記述は全く無い。つまり、平均繊径や圧力損失の数値結果が記載されているだけで、平均繊径や圧力損失をどのように設計するかについては全く記載されておらず、平均繊径と圧力損失の相関関係については示唆さえされていない。換言すれば、場当たり的にフィルタ構造を決めているだけで、フィルタ自体の設計理論や設計思想は全く見られない。前記平均繊径は本発明の繊維直径に相当する概念であることを付記しておく。
【０００９】
前記特許文献２には、繊維重量とバインダ剤等の担持物質重量を含めた全体目付が１５０ｇ/ｍ２以下であることが主張されている。また、同文献の段落［００１８］には、フィルタ素子全体の目付が１５０ｇ／ｍ２以上では圧力損失が大きくなり好ましくないと記載され、特にガラス繊維の場合には、目付が１５０ｇ／ｍ２以下では、圧力損失を確実に１０Ｐａ以下に保持できることが開示されている。確かに、全体目付の臨界値１５０ｇ／ｍ２と圧力損失の臨界値１０Ｐａは記載されているが、全体目付と圧力損失との相関関係については全く記載されていない。しかも全体目付と繊維直径（平均繊径）との関係については示唆さえされていないのである。
【００１０】
以上から分かるように、繊維フィルタの構造特性である目付と繊維直径をどのように設計するかという思想は、両文献には全く記載されていない。しかも、繊維フィルタの動作特性として、捕集率と圧力損失は極めて重要な物性量であるにも拘わらず、これらの動作特性と前記構造特性をどのように関連づけるかという思想に到っては両文献に示唆さえされていない。動作特性と構造特性の相関関係が不明な状態では、繊維フィルタの設計方針は存在しないに等しい。この設計方針の無存在状態は、前記２文献に限らず、繊維フィルタ関連の文献が有する現状を示している。前記相関関係に対する究明が無い限り、繊維フィルタの合理的設計における根本的解決は有り得ないのである。また、前記特許文献２の目付は、繊維目付（繊維重量）とバインダ剤等の担持物質重量を含めた全体目付であり、繊維目付とバインダ剤重量との関係が不明な状態下で、全体目付だけによる主張は原理的に不十分としか言いようが無い。
【００１１】
バインダ剤と難燃剤の剥落防止という第２課題については、前述したように、バインダ剤としてメラミン樹脂と尿素樹脂が使用されている。実際には、このバインダ剤の他に難燃剤が同時に担持されている。特許文献３には、３０分間のスチーム曝露試験で保形性が維持された旨が記載されているが、実際の繊維フィルタの使用時間は３０時間以上、更に長期には１００時間以上であり、このような長期試験を行ったところ、バインダ剤や難燃剤の剥落が確認され、繊維相互に分離が多少生じることが確認された。同時に、メラミン樹脂と尿素樹脂を担持させて乾燥させた直後に、繊維フィルタの表面を機械的に擦過すると、これらのバインダ剤が少し剥落する現象が認められた。しかもメラミン樹脂と尿素樹脂はホルマリン成分を含有しており、長期使用により有害化学物質であるホルマリン成分が発生することも確認された。
【００１２】
従って、本発明の第１目的は、動作特性である捕集率と圧力損失が、構造特性である繊維目付と繊維直径に対し求められた相関関係に基づき、フィルタの繊維目付と繊維直径を最適設計することである。本発明の第２目的は、バインダ剤としてシランカップリング剤、特にアミン系シランカップリング剤を用いて、バインダ剤と難燃剤を無機質繊維に対し強固に結合させることができ、しかもホルマリンを発生させずに長期使用に耐える繊維フィルタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記課題を達成するためになされたものであり、本発明の第１の形態は、レンジフード又は換気扇に装着される繊維フィルタにおいて、ファン運転時における油蒸気の捕集率Ｃと繊維フィルタ前後の圧力損失ΔＰとからなる繊維フィルタの動作特性因子と、繊維素材量のみから求められる繊維目付Ｍとその繊維直径Ｄとからなるフィルタ構造特性因子との相関関係に基づいて、所定の捕集率Ｃ及び圧力損失ΔＰを満足するように、前記繊維目付Ｍ及び前記繊維直径Ｄが設定され、前記繊維フィルタは無機質繊維から形成され、前記無機質繊維にシランカップリング剤を介して有機系難燃剤を担持させたシラン担持型繊維フィルタである。
【００１４】
なお、本発明では、油蒸気の捕集率Ｃ（％）とは、油蒸気をフィルタに通過させたとき、流通油蒸気質量に対するフィルタ捕集された油蒸気質量の百分率を意味する。圧損ΔＰ（Ｐａ）とは、ファン駆動時に生起するフィルタ前後の圧力差を意味する。また、繊維目付Ｍ（ｇ／ｍ２）とは、フィルタを形成する繊維分だけの目付（平面密度）を意味し、バインダ剤や難燃剤などの担持物質質量は含まれない。更に、繊維直径Ｄ（μｍ）とは、平均繊維直径を意味し、繊維直径の異なる複数種の繊維が混在する場合には、その平均繊維直径に相当する。また、本発明で使用される無機質繊維はガラス繊維・セラミック繊維・金属繊維・複合繊維などの無機質材料繊維から自在に選択される。
【００１５】
本発明の第２の形態は、第１形態において、シランカップリング剤が、アミン系シランカップリング剤からなるシラン担持型繊維フィルタである。
【００１６】
本発明の第３の形態は、第１又は第２形態において、無機質繊維がガラス繊維であるシラン担持型繊維フィルタである。
【００１７】
本発明の第４の形態は、第１、第２又は第３形態において、有機系難燃剤が、リン酸グアジニン、ポリリン酸塩、ポリリン酸エステル又はポリリン酸カルバメートの一種以上から構成されるシラン担持型繊維フィルタである。
【００１８】
本発明の第５の形態は、第１〜第４のいずれかにおいて、繊維フィルタの最外表面に表面硬化剤を担持させたシラン担持型繊維フィルタである。
【００１９】
本発明の第６の形態は、第１〜第５のいずれかにおいて、前記相関関係に基づいて決められる上限値と下限値から、繊維目付Ｍ及び繊維直径Ｄが設定されるシラン担持型繊維フィルタである。
【００２０】
本発明の第７の形態は、第６形態において、捕集率Ｃ及び圧力損失ΔＰがフィルタ設計範囲において近似的に繊維目付Ｍ又は繊維直径Ｄの1次関数で表現され、その1次関数の相関関係から上限値と下限値が導出されるシラン担持型繊維フィルタである。
【００２１】
本発明の第８の形態は、第６形態において、捕集率Ｃ及び圧力損失ΔＰがフィルタ設計範囲において近似的にＭ／Ｄの1次関数で表現され、その1次関数の相関関係から上限値と下限値が導出されるシラン担持型繊維フィルタである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の第１の形態によれば、ファン運転時における油蒸気の捕集率Ｃと繊維フィルタ前後の圧力損失ΔＰとからなる繊維フィルタの動作特性因子と、繊維素材量のみから求められる繊維目付Ｍとその繊維直径Ｄとからなるフィルタ構造特性因子との相関関係に基づいて、所定の捕集率Ｃ及び圧力損失ΔＰを満足するように、前記繊維目付Ｍ及び前記繊維直径Ｄが設定された繊維フィルタが提供される。例えば、所定の捕集率が７０％以上、所定の圧力損失が１０Ｐａ以下とした場合には、前記相関関係により、繊維目付と繊維直径がある範囲で決定される。従来、経験と勘で場当たり的に決定されていた繊維目付と繊維直径を、本発明の設計理論に基づいて自動的に決定することが可能になり、繊維フィルタの構成に科学的設計思想を導入したものである。また、本発明では、前記繊維フィルタを無機質繊維から形成し、バインダ剤として有機質結合基と無機質結合基を両有したシランカップリング剤が使用される。無機質結合基を前記無機質繊維と強固に結合させ、有機質結合基を有機系難燃剤に結合させることにより、シランカップリング剤と難燃剤を一体的に無機質繊維に強結合させることが可能になり、長期使用や機械的擦過に対しても、シランカップリング剤と難燃剤の剥落を防止することが可能になった。
【００２３】
本発明においてバインダ剤として使用されるシランカップリング剤の一般式は、ＹＳｉ(ＯＲ１)(ＯＲ２)(ＯＲ３)で表現され、Ｙが有機質結合基、ＯＲ１・ＯＲ２・ＯＲ３が無機質結合基で、Ｒ１・Ｒ２・Ｒ３は異なっても良いが、同一の場合にはＲと表記される。有機質結合基Ｙとして、ビニル基、エポキシ基、アミノ基、メタクリル基、メルカプト基などがあり、無機質結合基ＯＲには水酸基、メトキシ基、エトキシ基などがある。前記有機質結合基Ｙの種類に応じて、ビニル系シランカップリング剤、エポキシ系シランカップリング剤、スチリル系シランカップリング剤、メタクリロキシ系シランカップリング剤、アクリロキシ系、アミン系シランカップリング剤、ウレイド系シランカップリング剤、イソシアネート系シランカップリング剤などが存在する。シランカップリング剤の繊維フィルタへの担持量は、０．００５ｇ／ｍ２〜３ｇ／ｍ２であり、その下限値以下ではバインダ力が低減し、その上限値以上ではコストアップを招来する。更に好ましい範囲は、０．１ｇ／ｍ２〜０．６ｇ／ｍ２である。また、担持方法としては、シランカップリング剤の一種以上を溶剤に希釈したプライマーを繊維フィルタに塗着し、同時に有機系難燃剤溶液を塗着し、必要により加熱し、乾燥固化させて溶媒を放散させる。また、別の方法として、前記シランカップリング剤と有機系難燃剤を溶媒に希釈させたプライマーを用意し、このプライマーを繊維フィルタに塗着して溶媒を放散させれば、本発明のシラン担持型繊維フィルタを構成できる。その結果、シランカップリング剤の有機質結合基が有機系難燃剤と強く結合し、その無機質結合基が無機質繊維と結合するから、シランカップリング剤と有機系難燃剤を一体的に繊維フィルタに強固に結合させることが可能になる。
【００２４】
本発明における無機質繊維としては、前記シランカップリング剤の無機質結合部が結合できる全ての繊維が包含される。具体的には、無機質繊維として、金属繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、岩石繊維、鉱滓繊維、炭素繊維などがある。金属繊維とは各種金属からなる繊維である。ガラス繊維には、ガラス短繊維、ガラス長繊維、マイクロガラス繊維などがある。セラミック繊維には、アルミナ繊維、炭化ケイ素繊維、炭化ホウ素繊維などがある。鉱滓繊維には、ゼオライト繊維、チタン酸カリウム繊維、ケイ酸カルシウム繊維などがある。炭素繊維には、カーボン繊維、活性炭繊維などがある。また、２種以上の無機質繊維を複合した複合無機質繊維も、本発明に利用できる。
【００２５】
本発明における有機系難燃剤として、シランカップリング剤の有機質結合基と結合する難燃剤が使用できる。具体的には、臭素系難燃剤、リン系難燃剤、塩素系難燃剤、反応系難燃剤が使用できる。臭素系難燃剤には、デカブロモジフェニルオキサイド、ＴＢＡエポキシオリゴマー・ポリマー、ＴＢＡカーボネートオリゴマー、ＴＢＡ−ビス(２−ヒドロキシエチルエーテル)、ＴＢＡ−ビス(２，３−ジブロモプロピルエーテル)、ＴＢＡ−ビス(アリルエーテル)、トリブロモフェニルアリルエーテル、トリブロモネオペンチルアルコール、ビス(２，４，６−トリブロモフェノキシ)エタン、ポリジブロモフェニレンエーテル、テトラブロモシクロエタン、臭素化ポリスチレン、エチレンビステトラブロモフタルイミド、エチレンビスペンタブロモジフェニル、ヘキサブロモソクロドデカン、ヘキサブロモベンゼン、オクタブロモジフェニルエーテル／オクタブロモジフェニルオキサイド、トリス（２，３−ジブロモプロピル）イソシアヌレート、テトラブロモビスフェノールＳ、ペンタブロモトルエンなどがある。リン系難燃剤には、リン酸エステル系、含ハロゲンリン酸エステル、縮合リン酸エステル、ポリリン酸塩系、赤リン難燃剤などがある。塩素系難燃剤には、塩素化パラフィン、塩素化ポリエチレン、デクロランプラス（パークロロシクロペンタデカノン）などがある。反応系難燃剤には、テトラブロモビスフェノールＡ、ジブロモフェノールグリシジルエーテル、臭素化芳香族トリアジン、トリブロモフェノール、テトラブロモフタレート、テトラクロロ無水フタル酸、ジブロモネオペンチルグリコール、ポリ（ペンタブロモベンジルポリアクリレート）、クロレンド酸、無水クロレンド酸、臭素化フェノールグリシジルエーテル、ジブロモクレジルグリシジルエーテルなどがある。その他に、複合型難燃剤もあり、また、前記の各種難燃剤を複数使用した混合型難燃剤でも構わない。有機系難燃剤の繊維フィルタへの担持量は、前記シランカップリング剤の担持量と連動するが、一般的に１０ｇ／ｍ２〜１００ｇ／ｍ２であり、その下限値以下では難燃力が低減し、その上限値以上ではコストアップを招来する。更に好ましい範囲は、２０ｇ／ｍ２〜６０ｇ／ｍ２である。
【００２６】
本発明の第２の形態によれば、前記シランカップリング剤として、アミン系シランカップリング剤が利用できる。アミン系シランカップリング剤は、前記有機質結合基Ｙがアミノ基（ＮＨ２）のシランカップリング剤である。アミノ基は生物がタンパク質に含む官能基で、健康・環境に安全な有機基であると同時に、比較的低温でも有機系難燃剤と強固に結合する性質を有しているため、本発明に好適に使用できる。アミン系シランカップリング剤としては、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−トリエトキシシリル−Ｎ−（１，３−ジメチルーブチリデン）プロピルアミン、Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−（ビニルベンジル）−２−アミノエチル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン塩酸塩などがある。
【００２７】
本発明の第３の形態によれば、無機質繊維としてガラス繊維が利用できる。ガラス繊維は毒性が無く極めて安全であり、台所や調理場で使用される繊維フィルタに好適な繊維である。しかも、ガラス繊維の融点は約５００℃であるから吸着油分の高温度に十分に耐え、繊維の断面直径も自在に調節できる性質を有する。特に、本発明のシランカップリング剤は骨格がＳｉからなり、ＳｉＯ２を主成分とするガラスと同質性を有し、耐熱性・耐薬品性を有する点で優れている。また、ガラス表面は親水性を有するから大量のＯＨ基が存在し、シランカップリング剤の無機質結合基ＯＲと反応して、水素結合や−Ｏ−結合によりシランカップリング剤と強固に結合することができる。
【００２８】
本発明の第４の形態によれば、有機系難燃剤が、リン酸グアジニン、ポリリン酸塩、ポリリン酸エステル又はポリリン酸カルバメートの一種以上から構成される繊維フィルタが提供される。前記有機系難燃剤は、リン酸グアニジン又はポリリン酸系であるから、難燃性が極めて高いと同時に、シランカップリング剤の有機質結合基Ｙと強固に結合することができる。従って、長期使用や機械的擦過に対し難燃剤の剥落が防止できる。しかも、前記有機系難燃剤はホルマリンを放出しないから、健康・環境に安全な繊維フィルタを提供できる。特に、前記リン酸グアニジンは、従来のメチロール化リン酸グアニジンと異なり、メチロール化されていない難燃剤であり、ホルマリン成分を生成しない点でも優れている。
【００２９】
本発明の第５の形態によれば、繊維フィルタの最外表面に表面硬化剤を担持させた繊維フィルタが提供される。前述したように、本発明では、シランカップリング剤により有機系難燃剤が一体的に強固に無機質繊維に結合しており、シランカップリング剤と有機系難燃剤が繊維から剥落することは強力に防止されている。この上に、本形態の表面硬化剤をその外側表面に塗着すれば、より一層の剥落防止が達成でき、長期寿命を有した繊維フィルタを提供することができる。特に、表面硬化剤として、ポリカルボキシ酸塩、架橋反応によりホルムアルデヒドを生成しない熱硬化性水性組成物、又はウレタン樹脂を用いれば、ノンホルマリン化も同時に実現することができる。前記熱硬化性水性組成物としては、エチレン性不飽和モノカルボン酸、エチレン性不飽和ジカルボン酸又はこれらの混合物と、リン酸基を有する不飽和単量体とをラジカル重合して得られる重合体及びヒドロキシル基を有する化合物を含有する化学組成物が好適に使用でき、ノンホルマリン性能を増進することが可能になる。
【００３０】
本発明の第６の形態によれば、第１形態の相関関係に基づいて決められる上限値と下限値から、前記繊維目付Ｍ及び前記繊維直径Ｄが最適に設定され、フィルタ動作特性及び構造特性上、高品質化されたシラン担持型繊維フィルタの提供が可能となる。本形態における前記相関関係は、例えば、第７形態における繊維目付Ｍ又は繊維直径Ｄの線形関係あるいは、第８形態におけるＭ／Ｄの１次関数の近似式で表現される。前記第７形態により設計される繊維目付であり、しかも８０／ｍ２〜２００ｇ／ｍ２の範囲にある繊維目付が好ましく、その下限値以下では油分吸着率が低下し、その上限値以上では圧損が増大して、フィルタの全体性能が低減する。更に好ましい繊維目付は１４１／ｍ２〜１７０ｇ／ｍ２の範囲である。また、前記第７形態により設計される繊維直径Ｄであり、しかも５μｍ≦Ｄ≦１５０μｍの範囲にある繊維直径が好ましく、その下限値以下では圧損が増大傾向にあり、その上限値以上では油分吸着率が低下して、フィルタの全体性能が低減する傾向にある。更に好ましい繊維直径は１０μｍ≦Ｄ≦８０μｍの範囲である。
【００３１】
本発明の第７形態によれば、前記捕集率Ｃ及び前記圧力損失ΔＰがフィルタ設計範囲において近似的に前記繊維目付Ｍ又は前記繊維直径Ｄの1次関数で表現され、その1次関数の相関関係から前記上限値と前記下限値が導出されるので、フィルタ動作特性及び構造特性上、高品質化されたシラン担持型繊維フィルタが提供される。
【００３２】
本形態における相関関係は、ファン運転時における油蒸気の捕集率Ｃ（％）及び繊維フィルタ前後の圧損ΔＰ（Ｐａ）が、フィルタ設計範囲において、近似的に前記繊維目付Ｍ（ｇ／ｍ２）又は前記繊維直径Ｄ（μｍ）の１次関数で表現される。本発明におけるフィルタ設計範囲とは、フィルタとして通常に使用される設計量の範囲を意味し、例えば繊維目付Ｍ、繊維直径Ｄ、繊維種などの数値的・物性的範囲である。
【００３３】
本発明者等は、フィルタの動作特性（Ｃ、ΔＰ）が構造特性（Ｍ、Ｄ）と直接的に関係しているはずであると判断し、その一般関係式として、Ｃ＝ｆ（Ｍ）、Ｃ＝ｆ（Ｄ）、ΔＰ＝ｆ（Ｍ）、ΔＰ＝ｆ（Ｄ）を設定した。ｆは一般関数を意味する。その関数関係を最も単純な線形関係（直線関係）に帰着させることにより、本発明を完成するに到ったものである。即ち、動作特性である捕集率Ｃ又は圧損ΔＰが、構造特性である繊維目付Ｍ又は繊維直径Ｄと、近似的に直線関係にあることを仮定して実験したところ、その近似的直線関係を実験データから確認したものである。この近似的直線関係の発見により、構造特性であるＭとＤを指定すれば、前記直線関係を用いて、直ちに動作特性であるＣとΔＰが導出できる。逆に、動作特性であるＣとΔＰを指定すれば、構造特性であるＭとＤを導出することができる。関数関係が直線関係であるから、前記逆算が極めて単純化される特徴がある。このように、本発明では、フィルタの動作特性（Ｃ、ΔＰ）と構造特性（Ｍ、Ｄ）との間に近似的直線関係が成立していることを利用して、（Ｃ、ΔＰ）から（Ｍ、Ｄ）の導出、及び（Ｍ、Ｄ）から（Ｃ、ΔＰ）の導出が極めて簡単になる効果が発現する。
【００３４】
繊維フィルタが有すべき油蒸気の捕集率Ｃ（％）をＣ０（％）以上に設計し、同時に繊維フィルタ前後の圧損ΔＰ（Ｐａ）をΔＰ０（Ｐａ）以下に設計することによって、繊維フィルタの構造特性を最適値に設計できる。即ち、繊維フィルタの特性として、捕集率Ｃは所定以上の能力が必要であり、同時に圧損ΔＰも所定以下であることが要請される。繊維フィルタを高性能化するには、臨界値Ｃ０をより大きく設計し、ΔＰ０をより小さく設計することが重要になる。上述したように、動作特性（Ｃ、ΔＰ）から構造特性（Ｍ、Ｄ）を導出できるから、本形態によりＣとΔＰの臨界値Ｃ０及びΔＰ０を与えることによってＭとＤの臨界値Ｍ０及びＤ０を導出でき、繊維フィルタの構造特性を最適設計することが可能になる。
【００３５】
本形態において、繊維フィルタの繊維目付Ｍを具体的に設計する処理手段の一例として、前記１次関数を近似的にＣ＝ａＭ＋ｂ、ΔＰ＝ｃＭ＋ｄと表現したとき、ａ＞０且つｃ＞０であるから、ＣとΔＰはＭに関して増加関数になる。従って、Ｃ≧Ｃ０の条件によりＭの下限値Ｍｍｉｎが導出され、ΔＰ≦ΔＰ０の条件によりＭの上限値Ｍｍａｘが導出される。従って、Ｃ０及びΔＰ０を与えることにより、Ｍｍｉｎ≦Ｍ≦Ｍｍａｘの範囲が自動的に導出され、この範囲から適切に繊維フィルタの繊維目付Ｍを設計することが可能になる。Ｃ０大きくすればＭｍｉｎが大きくなり、ΔＰ０を小さくすればＭｍａｘが小さくなり、Ｍｍｉｎ≦Ｍ≦Ｍｍａｘの範囲が自動的に狭くなる。その結果、繊維目付Ｍを具体的に特定することが可能となる。
【００３６】
本発明の第８形態によれば、前記捕集率Ｃ及び前記圧力損失ΔＰがフィルタ設計範囲において近似的にＭ／Ｄの１次関数で表現され、その１次関数の相関関係から前記上限値と前記下限値が導出されるので、フィルタ動作特性及び構造特性上、高品質化されたシラン担持型繊維フィルタが提供される。
【００３７】
本発明者等は、フィルタの動作特性（Ｃ、ΔＰ）が構造特性（Ｍ、Ｄ）と直接的に関係しているはずであると判断し、別の解析を行った結果、ＭとＤはＭ／Ｄと一体的に組み合わされ、Ｍ／Ｄを変数とするとの着想を得るに至った。その理由は以下のようである。質量Ｍが同一でも繊維直径Ｄが小さくなると、繊維表面積は大きくなるから、ＣやΔＰは増加するはずである。また逆に、繊維直径Ｄが同一でも質量Ｍが大きくなると、繊維表面積は大きくなるから、ＣやΔＰは増加するはずである。従って、ＣやΔＰはＭ／Ｄを変数とし、その一般関係式として、Ｃ＝ｆ（Ｍ／Ｄ）、ΔＰ＝ｆ（Ｍ／Ｄ）を定立した。茲で、ｆは一般関数を意味し、その関数関係を最も単純な線形関係（直線関係）に帰着させることにより、本発明を完成するに到ったものである。しかも、本発明者等は前記関数関係を理論的に導出し、ＣやΔＰがＭ／Ｄの1次関数になることを理論的に裏付け、この推論の正当性を確信するに至った。この理論を検証するため、動作特性である捕集率Ｃ又は圧損ΔＰが、構造特性である繊維目付Ｍと繊維直径Ｄの組合せ変数Ｍ／Ｄと、近似的に直線関係にあることを仮定して実験したところ、その近似的直線関係を実験データから確認したものである。しかも、この近似的直線関係の発見は、構造特性であるＭとＤを指定すれば、前記直線関係を用いて、直ちに動作特性であるＣとΔＰが導出できる。逆に、動作特性であるＣとΔＰを指定すれば、直ちにＭ／Ｄを算出でき、構造特性Ｍ、Ｄを導出することが可能になる。関数関係が直線関係であるから、前記逆算が極めて単純化される特徴がある。このように、本発明では、フィルタの動作特性（Ｃ、ΔＰ）と構造組合特性Ｍ／Ｄとの間に近似的直線関係が成立していることを利用して、（Ｃ、ΔＰ）から（Ｍ、Ｄ）の導出、及び（Ｍ、Ｄ）から（Ｃ、ΔＰ）の導出が極めて簡単になる効果が発現する。
【００３８】
本実施形態において、繊維フィルタの繊維目付Ｍを具体的に設計する場合は、Ｄが一定として、前記１次関数を近似的にＣ＝ａＭ＋ｂ、ΔＰ＝ｃＭ＋ｅと表現でき、前記第７形態と同様に、ａ＞０且つｃ＞０であるから、ＣとΔＰはＭに関して増加関数になる。従って、Ｃ≧Ｃ０の条件によりＭの下限値Ｍｍｉｎが導出され、ΔＰ≦ΔＰ０の条件によりＭの上限値Ｍｍａｘが導出される。従って、Ｃ０及びΔＰ０を与えることにより、Ｍｍｉｎ≦Ｍ≦Ｍｍａｘの範囲が自動的に導出され、この範囲から適切に繊維フィルタの繊維目付Ｍを設計することが可能になる。Ｃ０大きくすればＭｍｉｎが大きくなり、ΔＰ０を小さくすればＭｍａｘが小さくなり、Ｍｍｉｎ≦Ｍ≦Ｍｍａｘの範囲が自動的に狭くなる。その結果、繊維目付Ｍを具体的に特定することができる。
【００３９】
また、繊維フィルタの繊維直径Ｄを具体的に設計する処理手段の一例として、Ｍが一定で前記１次関数を近似的にＣ＝ｑ／Ｄ＋ｕ、ΔＰ＝ｓ／Ｄ＋ｔと表現したとき、ｑ＞０且つｓ＞０であるから、ＣとΔＰはＤに関して減少関数になる。従って、Ｃ≧Ｃ０の条件によりＤの上限値Ｄｍａｘが導出され、ΔＰ≦ΔＰ０の条件によりＤの下限値Ｄｍｉｎが導出される。従って、Ｃ０及びΔＰ０を与えることにより、Ｄｍｉｎ≦Ｄ≦Ｄｍａｘの範囲が自動的に導出され、この範囲から適切に繊維フィルタの繊維直径Ｄを設計することが可能になる。Ｃ０大きくすればＤｍａｘが小さくなり、ΔＰ０を小さくすればＤｍｉｎが大きくなり、Ｄｍｉｎ≦Ｄ≦Ｄｍａｘの範囲が自動的に狭くなる。その結果、繊維直径Ｄを具体的に特定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
本発明の実施形態に係るシラン担持型繊維フィルタは、下記のように最適設計された繊維フィルタに、シランカップリング剤を介して有機系難燃剤を強固に担持させた繊維フィルタである。前記最適設計とは、ファン運転時における油蒸気の捕集率Ｃと繊維フィルタ前後の圧力損失ΔＰとからなる繊維フィルタの動作特性因子と、繊維素材量のみから求められる繊維目付Ｍとその繊維直径Ｄとからなるフィルタ構造特性因子との相関関係に基づいて、所定の捕集率Ｃ及び圧力損失ΔＰを満足するように、繊維目付Ｍ及び繊維直径Ｄを設定することを意味する。
【００４１】
図１は、本実施形態に係るシラン担持型繊維フィルタ２(以下、繊維フィルタ２という)の構成図である。繊維フィルタ２は、無機質繊維４から形成された繊維フィルタであり、バインダ剤であるシランカップリング剤により無機質繊維間を結合させ、シランカップリング剤の有機質結合基により有機質難燃剤を担持させて構成されている。更にその外側表面に表面硬化剤を塗着することもできる。繊維フィルタ２は織物、編物、不織布などからなる布帛であり、特に不織布が好適である。繊維のみからなる繊維フィルタの質量密度を繊維目付Ｍ（ｇ／ｍ２）と呼び、バインダ剤、難燃剤、表面硬化剤等のフィルタ機能物質質量を含めた質量密度を全体目付又は目付と云い、本発明では以下で繊維目付Ｍ（ｇ／ｍ２）を使用する。本実施形態における無機質繊維には、ガラス繊維、セラミック繊維、金属繊維、炭素繊維又はこれらの複合繊維を使用できる。
【００４２】
図２は、本発明に使用されるシランカップリング剤３の構造式である。Ｙは有機質結合基であり、ビニル基、エポキシ基、アミノ基、メタクリル基、メルカプト基などからなる。ＯＲ１、ＯＲ２、ＯＲ３は無機質結合基であり、例えば水酸基、メトキシ基、エトキシ基なでからなる。本発明では、前記有機質結合基Ｙとして、アミノ基が安全性及び反応性の観点から好適に使用でき、この場合、シランカップリング剤はアミン系シランカップリング剤と呼ばれる。
【００４３】
図３は、シランカップリング剤３と有機系難燃剤５と無機質繊維４との結合模式図である。（３Ａ）はシランカップリング剤３の第１段階反応のステップ図である。３個の無機質結合基は、全て同一のＯＲで示されている。このシランカップリング剤３を加水分解すると、無機質結合基ＯＲがＯＨに変化する。更に、脱水縮合により、複数のシランカップリング剤３同士がシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）により相互に結合し、強固なネットワークを形成する。（３Ｂ）はシランカップリング剤３の第２段階反応のステップ図である。無機質繊維４の表面は親水性により多数のＯＨ基が結合しており、前記無機質結合基ＯＨと水素結合して無機質結合部４ａを形成する。更に、水素結合により形成された無機質結合部４ａが、脱水作用により一層強固な−Ｏ−結合に変化し、強固な無機質結合部４ａが形成される。同時に、有機質結合基Ｙは有機系難燃剤５と結合し、強固な有機質結合部５ａが形成される。このようにして、シランカップリング剤３を介して無機質繊維４と有機系難燃剤５が一体的に化学結合し、長期使用や機械的擦過によってもシランカップリング剤３と有機系難燃剤５が無機質繊維４から剥落することが防止される。
【００４４】
前述したシロキサン結合により、無数のシランカップリング剤３が平面状にネットワークを形成し、このネットワーク層により繊維フィルタ２を構成する多数の無機質繊維４、４・・が相互に結合する。従って、シランカップリング剤３は無機質繊維４、４を相互に強結合させるとともに、有機系難燃剤５をも強固に担持させる機能を奏する。
【００４５】
[実施例１：９種の繊維フィルタＦ１〜Ｆ９の試作と試験]
本発明においてフィルタの諸特性を比較するため、無機質繊維としてガラス繊維を使用し、種々のシランカップリング剤及び有機系難燃剤を担持した９種の繊維フィルタ（Ｆ１〜Ｆ９）を試作した。各繊維フィルタＦ１〜Ｆ９のシランカップリング剤と有機系難燃剤はその順に以下の通りである。シランカップリング剤の担持量は全て０．２２ｇ／ｍ２であり、有機系難燃剤の担持量は全て３０ｇ／ｍ２であり、繊維目付は共通して１５０ｇ／ｍ２とし、その結果全体目付は１８０．２２ｇ／ｍ２になった。
Ｆ１：ビニルトリメトキシシラン、リン酸グアジニン
Ｆ２：ビニルトリメトキシシラン、ポリリン酸カルバメート
Ｆ３：ビニルトリメトキシシラン、ポリリン酸アンモニウム
Ｆ４：Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、リン酸グアジニン
Ｆ５：Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、ポリリン酸カルバメート
Ｆ６：Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、ポリリン酸アンモニウム
Ｆ７：Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、リン酸グアジニン
Ｆ８：Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、ポリリン酸カルバメート
Ｆ９：Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、ポリリン酸アンモニウム
【００４６】
繊維フィルタＦ１〜Ｆ６には表面硬化剤は担持しなかった。繊維フィルタＦ７〜Ｆ９には、表面硬化剤として熱硬化性水性組成物を３．３ｇ／ｍ２だけ噴霧して塗着した。前記熱硬化性水性組成物は、エチレン性不飽和モノカルボン酸、エチレン性不飽和ジカルボン酸又はこれらの混合物と、リン酸基を有する不飽和単量体とをラジカル重合して得られる重合体及びヒドロキシル基を有する化合物を含有する化学組成物である。
【００４７】
上記繊維フィルタＦ１〜Ｆ９について、難燃性能（油つき４５度ミクロバーナー法による）試験を行った結果、いずれも難燃性合格基準を十分にクリアした。しかも、試験中にホルマリンの発生は全く無く、健康や環境に良好な繊維フィルタを提供できることが分かった。
【００４８】
また、蒸気崩壊試験を１０時間行った結果もいずれも合格基準をクリアし、更に、フィルタ表面のコシが十分にあり、しかも粉落ちの崩落性も皆無であり、外観・フィルタ材質（コシ）が良好であることが確認できた。特に、表面硬化剤を塗着していないＦ１〜Ｆ６においても、表面硬化剤を塗着したＦ７〜Ｆ９と殆んど同様の無崩壊が確認され、シランカップリング剤の有効性が確認された。
【００４９】
次に、上記繊維フィルタＦ１〜Ｆ９について油捕集性能試験及び圧力損失（圧損）検査を行ったが、これらの繊維フィルタは、前記動作特性因子と前記フィルタ構造特性因子の相関関係に基づいて、所定の捕集率Ｃ及び圧力損失ΔＰを満足するように、繊維目付Ｍ及び繊維直径Ｄが設定されているため、良好な油捕集性能（７６〜８５％）及び圧力損失性能（６．７〜８．６Ｐａ）を具備することが分かった。
【００５０】
以下に、本実施形態における繊維目付Ｍ及び繊維直径Ｄの設定手法を詳細に説明する。なお、以下の実施例においても、上記繊維フィルタＦ１〜Ｆ９と同様のバインダ剤、難燃剤を含有させることによりフィルタ機能を具備させた繊維フィルタを用いている。
［Ｃ又はΔＰのＭ及びＤに対する関数関係の理論的導出］
図４は繊維フィルタの運転動作状態図である。繊維フィルタ２はファン６の前方に配置され、レンジから放出される油分を含んだ空気は吸気７として前記ファン６の駆動により矢印方向に吸引され、排気９として矢印方向に大気中へと放出される。
【００５１】
図５は繊維フィルタを形成する繊維の形状図である。図５では、繊維フィルタ２を形成する全ての繊維４が接続されて直線状に一本で表現されている。繊維半径ｒ、繊維直径Ｄ（茲でＤ＝２ｒ）、繊維長Ｌとすると、繊維円断面積はπｒ２、繊維円周は２πｒ、繊維断面積ＡはＡ＝２ｒＬ、繊維円断面積を無視すると繊維表面積ＳはＳ＝２πｒＬで表される。
【００５２】
繊維材料の質量密度をＲで表すと、繊維目付ＭはＭ＝πｒ２ＬＲとなり、繊維目付Ｍが与えられたとき、繊維長ＬはＬ＝Ｍ／（πｒ２Ｒ）と表現され、このＬを用いて、前期繊維表面積Ｓと前記繊維断面積Ａは次のようになる。
【００５３】
Ｓ＝２πｒＬ＝２Ｍ／（ｒＲ）＝４Ｍ／（ＤＲ）            （１）
Ａ＝２ｒＬ＝２Ｍ／（πｒＲ）＝４Ｍ／（πＤＲ）          （２）
吸気中の油分の捕集率Ｃは、油分が繊維の外周表面に付着捕集されるから、繊維表面積Ｓに比例するはずであり、比例定数ｎ及び比例定数ｋ（＝４ｎ）を用いて以下のように与えられる。
【００５４】
Ｃ＝ｎＳ＝ｎ｛４Ｍ／（ＤＲ）｝＝ｋＭ／（ＤＲ）          （３）
従って、不定な切片を考慮すると、Ｃは理論的にＭ／Ｄの１次関数で表現されることが証明された。
【００５５】
繊維フィルタの前後に発生する圧損ΔＰは、直感的にフィルタを構成する繊維による遮蔽断面積、即ち前記繊維断面積Ａに比例すると考えられる。つまり、比例係数をＮとすると、ΔＰ＝ＮＡとなるが、この仮定式は後述の理論により証明される。従って、圧損ΔＰは、比例定数Ｎ及び比例定数Ｋ（＝４Ｎ／π）を用いて以下のように書き表される。
【００５６】
ΔＰ＝ＮＡ＝Ｎ｛４Ｍ／（πＤＲ）｝＝ＫＭ／（ＤＲ）      （４）
従って、不定な切片を考慮すると、ΔＰも理論的にＭ／Ｄの１次関数で表現されることが証明された。
【００５７】
繊維直径Ｄと繊維密度Ｒが与えられる場合には、式（３）と（４）から、以下のように、ＣとΔＰは繊維目付Ｍの１次関数になることが分かる。
Ｃ＝ａＭ＋ｂ      （ａ、ｂ：定数）                      （５）
ΔＰ＝ｃＭ＋ｅ    （ｃ、ｅ：定数）                      （６）
同様に、繊維目付Ｍと繊維密度Ｒ与えられる場合には、式（３）と（４）から、以下のように、ＣとΔＰは繊維直径Ｄの双曲線関数になることが分かる。
【００５８】
Ｃ＝ｑ／Ｄ＋ｕ    （ｑ、ｕ：定数）                      （７）
ΔＰ＝ｓ／Ｄ＋ｔ  （ｓ、ｔ：定数）                      （８）
切片ｂ、ｅ、ｕ、ｔは単純な前記理論式に切片だけの任意性を付加したものである。
【００５９】
前述したΔＰ＝ＮＡを以下に証明しておく。この証明により、上記式群（４）〜（８）の正当性が裏付けられる。図６は圧損の理論式を導出する模式図である。Ｓ１は繊維フィルタのフィルタ面積、Ａは前述した繊維断面積、Ｓ２（＝Ｓ１−Ａ）はフィルタの開口面積、Ｐ１は吸気圧力、Ｐ２は排気圧力、ｖ１は吸気速度、ｖ２は排気速度である。
【００６０】
フィルタの前後では、連続の法則により、Ｓ１ｖ１＝Ｓ２ｖ２が成立する。この連続則から以下の式が導出される。
【００６１】
ｖ１＝Ｓ２ｖ２／Ｓ１＝（Ｓ１−Ａ）ｖ２／Ｓ１
＝（１−Ａ／Ｓ１）ｖ２                               （９）
他方、空気密度をＹとすると、ベルヌーイの法則から、フィルタの前後で次式が成立する。
【００６２】
Ｐ１＋１／２Ｙｖ１２＝Ｐ２＋１／２Ｙｖ２２                （１０）
Ｐ１＞Ｐ２であるから、圧損ΔＰはＰ１−Ｐ２で与えられる。式（１０）と組み合わせると以下の式が得られる。
【００６３】
ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２＝（１／２）Ｙ（ｖ２２−ｖ１２）           （１１）
式（１１）に式（９）を代入すると、次式になる。
【００６４】
ΔＰ＝（１／２）Ｙｖ２２｛１−（１−Ａ／Ｓ１）２｝       （１２）
Ａ＜＜Ｓ１が成立するから、（１−Ａ／Ｓ１）２は１−２Ａ／Ｓ１となる。従って、式（１２）は次式で与えられる。
【００６５】
ΔＰ＝Ｙｖ２２Ａ／Ｓ１                                   （１３）
Ｙｖ２２／Ｓ１＝Ｎ（定数）とすると、最終的に次式が成立し、目的式が証明された。
【００６６】
ΔＰ＝ＮＡ                                             （１４）
以下の実施例２〜５は、捕集率Ｃ及び圧力損失ΔＰがフィルタ設計範囲において近似的にＭ／Ｄの１次関数で表現され、その１次関数の相関関係から、繊維目付Ｍ又は繊維直径Ｄを設定するための上限値と下限値が導出される繊維フィルタ設計の場合である。
[実施例２：Ｃ＝ａＭ＋ｂの導出とＭｍｉｎの決定]
３９．３μｍの繊維直径を有したガラス繊維を用いて３種の繊維目付Ｍ（ｇ／ｍ２）を有した１層構造の平面状不織繊維フィルタを作製した。この繊維フィルタは、１辺３０ｃｍ及び厚さ８ｍｍの矩形フィルタで、前記繊維目付Ｍ（ｇ／ｍ２）は８６、１１７、１３９の３種類であり、シランカップリング剤としてＮ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、及び有機系難燃剤としてポリリン酸塩を合計で夫々３６、４５、５７（ｇ/ｍ２）だけ塗着して繊維フィルタを構成した。シランカップリング剤と有機系難燃剤の塗着後の繊維フィルタの全体目付（ｇ／ｍ２）は１２２、１６２、１９６になる。
【００６７】
前記３種の繊維フィルタの夫々をファンの前面にある矩形枠に装着した。その後、財団法人ベターリビングが２００６年３月２４日に公表している優良住宅部品性能試験方法書の換気ユニット（台所用ファン）に記載の方法に従って、油蒸気を発生させた。即ち、加熱したフライパンの上に、植物油５０ｇと水１６０ｇを２０分かけて徐々に滴下して油蒸気を連続的に生成した。前記２０分の間、前記ファンを駆動して、油蒸気を繊維フィルタに通過させて油蒸気を捕集させた。この捕集実験を前記３種の繊維フィルタの夫々に対して行った。
【００６８】
油蒸気捕集後の繊維フィルタの重量を測定し、捕集前の繊維フィルタの重量を差し引いて、捕集された油蒸気重量を導出した。この捕集された油蒸気重量を油全重量５０ｇと比較して、油蒸気の捕集率Ｃ（％）を算出した。その結果、繊維目付Ｍ（ｇ／ｍ２）が８６、１１７、１３９に対して、捕集率Ｃ（％）は７０．５、７３．７、７５．７になることが分かった。以上の実験から、捕集率Ｃ（％）と繊維目付Ｍ（ｇ／ｍ２）の座標点として、（Ｍ、Ｃ）＝（８６、７０．５）、（１１７、７３．７）、（１３９、７５．７）の３点が得られた。
【００６９】
図７は、縦軸を捕集率Ｃ（％）、横軸を繊維目付Ｍ（ｇ／ｍ２）とした捕集率・繊維目付グラフである。前記３点の座標をプロットすると、ほぼ直線に乗ることが分かった。最小二乗法により回帰直線を決定すると、Ｃ＝０．０９８Ｍ＋６２が得られた。本発明者等の経験から、油蒸気の捕集率Ｃの臨界値Ｃ０は７０％であることが要請されるから、上記直線式からＭ０＝８２（ｇ／ｍ２）が導出される。しかも、ＣはＭに関して増加関数であるから、Ｃ≧Ｃ０の条件からＭ≧Ｍ０となり、Ｍ０はＭの下限値Ｍｍｉｎとなり、Ｃ０＝７０ではＭ≧Ｍｍｉｎ＝８２（ｇ／ｍ２）が得られる。
【００７０】
繊維フィルタの高効率化のためにＣ０を７０％より増大化すると、Ｍｍｉｎの数値も増加する。従って、Ｍ≧Ｍｍｉｎの条件から、繊維目付Ｍ（ｇ／ｍ２）の特定化が容易になる。この効果は、ＣがＭに対して増加関数であることに依存している。
【００７１】
[実施例３：ΔＰ＝ｃＭ＋ｅの導出とＭｍａｘの決定]
実施例２により作製した３種の繊維フィルタに関し、油蒸気の捕集動作における圧損ΔＰ（Ｐａ）を測定した。その結果、繊維目付Ｍ（ｇ／ｍ２）が８６、１１７、１３９の順に、圧損ΔＰ（Ｐａ）は５．８、６．９、７．８になることが分かった。以上の測定から、圧損ΔＰ（Ｐａ）と繊維目付Ｍ（ｇ／ｍ２）の座標点として、（Ｍ、ΔＰ）＝（８６、５．８）、（１１７、６．９）、（１３９、７．８）の３点が得られた。
【００７２】
図８は、縦軸を圧損ΔＰ（Ｐａ）、横軸を繊維目付Ｍ（ｇ／ｍ２）とした圧損・繊維目付グラフである。前記３点の座標をプロットすると、図７と同様に、ほぼ１次直線であることが分かった。最小二乗法による回帰直線は、ΔＰ＝０．０３７Ｍ＋２．５４となる。油蒸気が効率的にフィルタを貫通して流通するために、圧損ΔＰの臨界値ΔＰ０は１０Ｐａであることが望ましいから、上記直線式からＭ０＝２０１（ｇ／ｍ２）が導出される。しかも、ΔＰはＭに関して増加関数であるから、ΔＰ≦ΔＰ０の条件からＭ≦Ｍ０となり、Ｍ０はＭの上限値Ｍｍａｘとなり、ΔＰ０＝１０（Ｐａ）ではＭ≦Ｍｍａｘ＝２０１（ｇ／ｍ２）が得られる。
【００７３】
繊維フィルタの高効率化のためにΔＰ０を１０Ｐａより減少させると、Ｍｍａｘの数値も減少する。従って、Ｍ≦Ｍｍａｘの条件から、繊維目付Ｍ（ｇ／ｍ２）の特定化が容易になる。この効果は、ΔＰがＭに対して増加関数であることに依存している。
【００７４】
実施例２及び３から、捕集率Ｃと圧損ΔＰが繊維目付Ｍの近似的増加直線であることが実験的に検証され、その結果、Ｃ≧Ｃ０とΔＰ≦ΔＰ０の条件から、Ｍｍｉｎ≦Ｍ≦Ｍｍａｘが導出されることが分かった。一例として、Ｃ＝０．０９８Ｍ＋６２及びΔＰ＝０．０３７Ｍ＋２．５４に対し、Ｃ≧７０（％）とΔＰ≦１０（Ｐａ）の条件を適用すると、８２≦Ｍ（ｇ／ｍ２）≦２０１の範囲が導出できる。このＭの範囲を更に絞り込むためには、臨界値Ｃ０を大きくし、臨界値ΔＰ０を小さくすればよい。例えば、Ｃ０＝７５（％）にすると、Ｍｍｉｎ＝１３２（ｇ/ｍ２）となり、ΔＰ０＝８（Ｐａ）にすると、Ｍｍａｘ＝１４７（ｇ/ｍ２）が得られる。従って、Ｍの範囲は１３２≦Ｍ（ｇ／ｍ２）≦１４７となり、範囲縮小が可能になる。このように、具体的な直線式に対し、Ｃ０とΔＰ０を可変に設定することにより、構造特性の一つである繊維目付Ｍの設計が可能になり、任意性を小さくしたＭの設計が容易になることが証明された。
【００７５】
[実施例４：Ｃ＝ｑ／Ｄ＋ｕの導出とＤｍａｘの決定]
１６０（ｇ／ｍ２）の繊維目付を有した繊維フィルタを３種の繊維直径Ｄ（μｍ）を有したガラス繊維により夫々形成して、３種類の１層構造式平面状不織繊維フィルタを作製した。この繊維フィルタは、１辺３０ｃｍ及び厚さ８ｍｍの矩形フィルタで、前記繊維直径Ｄ（μｍ）は２０、３０、４０の３種類である。繊維同士を結合させるシランカップリング剤と有機系難燃剤は夫々適量だけ塗着され、３種の繊維フィルタが構成された。
【００７６】
前記繊維直径Ｄが異なる３種の繊維フィルタの夫々が矩形枠に装着され、ファンの前面に配置された。５０ｇの植物油が注入されたフライパンをレンジ上で加熱して油蒸気を生成した。前記ファンの駆動により、油蒸気を繊維フィルタに通過させ、植物油が全て蒸発するまで繊維フィルタに油蒸気を捕集させた。この捕集実験は前記３種の繊維フィルタの夫々に対して行なわれた。
【００７７】
油蒸気捕集後の繊維フィルタの重量を測定し、捕集前の繊維フィルタの重量を差し引いて、捕集された油蒸気重量を導出した。この捕集された油蒸気重量を油全重量５０ｇと比較して、油蒸気の捕集率Ｃ（％）を算出した。その結果、繊維直径Ｄ（μｍ）が２０、３０、４０に対して、捕集率Ｃ（％）は７８．３、７４．１、７２．３になることが分かった。以上の実験から、捕集率Ｃ（％）と繊維直径Ｄ（μｍ）の座標点として、（Ｄ、Ｃ）＝（２０、７８．３）、（３０、７４．１）、（４０、７２．３）の３点が得られた。
【００７８】
図９は、縦軸を捕集率Ｃ（％）、横軸を繊維直径Ｄ（μｍ）とした捕集率・繊維直径グラフである。前記３点の座標をプロットすると、ほぼ双曲線に乗ることが分かった。最小二乗法により回帰双曲線を決定すると、Ｃ＝２７２／Ｄ＋６６が得られた。前述したように、油蒸気の捕集率Ｃの臨界値Ｃ０は７０％であることが要請されるから、上記曲線式からＤ０＝６８（μｍ）が導出される。しかも、ＣはＤに関して減少関数であるから、Ｃ≧Ｃ０の条件からＤ≦Ｄ０となり、Ｄ０はＤの上限値Ｄｍａｘとなり、Ｃ０＝７０ではＤ≦Ｄｍａｘ＝６８（μｍ）が得られる。
【００７９】
繊維フィルタの高効率化のためにＣ０を７０％より増大化すると、Ｄｍａｘの数値は減少する。従って、Ｄ≦Ｄｍａｘの条件から、繊維直径Ｄ（μｍ）の特定化が容易になる。この効果は、ＣがＤに対して減少関数であることに依存している。
[実施例５：ΔＰ＝ｓ／Ｄ＋ｔの導出とＤｍｉｎの決定]
実施例４により作製した３種の繊維フィルタに関し、油蒸気の捕集動作における圧損ΔＰ（Ｐａ）を測定した。その結果、繊維直径Ｄ（μｍ）が２０、３０、４０の順に、圧損ΔＰ（Ｐａ）は８．７、７．３、６．８になることが分かった。以上の測定から、圧損ΔＰ（Ｐａ）と繊維直径Ｄ（μｍ）の座標点として、（Ｄ、ΔＰ）＝（２０、８．７）、（３０、７．３）、（４０、６．８）の３点が得られた。
【００８０】
図１０は、縦軸を圧損ΔＰ（Ｐａ）、横軸を繊維直径Ｄ（μｍ）とした圧損・繊維直径グラフである。前記３点の座標をプロットすると、図７と同様に、ほぼ双曲線であることが分かった。最小二乗法による回帰双曲線は、ΔＰ＝８４／Ｄ＋４となる。油蒸気が効率的にフィルタを貫通して流通するために、圧損ΔＰの臨界値ΔＰ０は１０Ｐａであることが望ましいから、上記双曲線からＤ０＝１４（μｍ）が導出される。しかも、ΔＰはＤに関して減少関数であるから、ΔＰ≦ΔＰ０の条件からＤ≧Ｄ０となり、Ｄ０はＤの下限値Ｄｍｉｎとなり、ΔＰ０＝１０（Ｐａ）ではＤ≧Ｄｍｉｎ＝１４（μｍ）が得られる。
【００８１】
繊維フィルタの高効率化のためにΔＰ０を１０Ｐａより減少させると、Ｄｍｉｎの数値は増加する。従って、Ｄ≧Ｄｍｉｎの条件から、繊維直径Ｄ（μｍ）の特定化が容易になる。この効果は、ΔＰがＤに対して減少関数であることに依存している。
【００８２】
実施例４及び５から、捕集率Ｃと圧損ΔＰが繊維直径Ｄの近似的減少双曲線であることが実験的に検証され、その結果、Ｃ≧Ｃ０とΔＰ≦ΔＰ０の条件から、Ｄｍｉｎ≦Ｄ≦Ｄｍａｘが導出されることが分かった。一例として、Ｃ＝２７２／Ｄ＋６６及びΔＰ＝８４／Ｄ＋４に対し、Ｃ≧７０（％）とΔＰ≦１０（Ｐａ）の条件を適用すると、１４≦Ｄ（μｍ）≦６８の範囲が導出できる。このＤの範囲を更に絞り込むためには、臨界値Ｃ０を大きくし、臨界値ΔＰ０を小さくすればよい。例えば、Ｃ０＝７４（％）にすると、Ｄｍａｘ＝３４（μｍ）となり、ΔＰ０＝８（Ｐａ）にすると、Ｄｍｉｎ＝２１（μｍ）が得られる。従って、Ｄの範囲は２１≦Ｄ（μｍ）≦３４となり、範囲縮小が可能になる。このように、具体的な関数式に対し、Ｃ０とΔＰ０を可変に設定することにより、構造特性の一つである繊維直径Ｄの設計が可能になり、任意性を小さくしたＤの設計が容易になることが証明された。
【００８３】
以下の実施例６、７は、捕集率Ｃ及び圧力損失ΔＰがフィルタ設計範囲において近似的に繊維目付Ｍ又は繊維直径Ｄの１次関数で表現され、その１次関数の相関関係から、繊維目付Ｍ又は繊維直径Ｄを設定するための上限値と下限値が導出される繊維フィルタ設計の場合である。
【００８４】
[実施例６：Ｃ＝ｑＤ＋ｒの導出とＤｍａｘの決定] 
１５０（ｇ／ｍ２）の繊維目付を有した繊維フィルタを３種の繊維直径Ｄ（μｍ）を有したガラス繊維により夫々形成して、３種類の１層構造式平面状不織繊維フィルタを作製した。この繊維フィルタは、１辺３０ｃｍ及び厚さ８ｍｍの矩形フィルタで、前記繊維直径Ｄ（μｍ）は２０、３０、４０の３種類である。繊維同士を結合させるシランカップリング剤と有機系難燃剤は夫々適量だけ塗着され、３種の繊維フィルタが構成された。
【００８５】
前記繊維直径Ｄが異なる３種の繊維フィルタの夫々が矩形枠に装着され、ファンの前面に配置された。５０ｇの植物油が注入されたフライパンをレンジ上で加熱して油蒸気を生成した。前記ファンの駆動により、油蒸気を繊維フィルタに通過させ、植物油が全て蒸発するまで繊維フィルタに油蒸気を捕集させた。この捕集実験は前記３種の繊維フィルタの夫々に対して行なわれた。
【００８６】
油蒸気捕集後の繊維フィルタの重量を測定し、捕集前の繊維フィルタの重量を差し引いて、捕集された油蒸気重量を導出した。この捕集された油蒸気重量を油全重量５０ｇと比較して、油蒸気の捕集率Ｃ（％）を算出した。その結果、繊維直径Ｄ（μｍ）が２０、３０、４０に対して、捕集率Ｃ（％）は７８．５、７６．１、７５．１になることが分かった。以上の実験から、捕集率Ｃ（％）と繊維直径Ｄ（μｍ）の座標点として、（Ｄ、Ｃ）＝（２０、７８．５）、（３０、７６．１）、（４０、７５．１）の３点が得られた。
【００８７】
図１１は、縦軸を捕集率Ｃ（％）、横軸を繊維直径Ｄ（μｍ）とした捕集率・繊維直径グラフである。前記３点の座標をプロットすると、ほぼ直線に乗ることが分かった。最小二乗法により回帰直線を決定すると、Ｃ＝−０．１７Ｄ＋８１が得られた。前述したように、油蒸気の捕集率Ｃの臨界値Ｃ０は７０％であることが要請されるから、上記直線式からＤ０＝６５（μｍ）が導出される。しかも、ＣはＤに関して減少関数であるから、Ｃ≧Ｃ０の条件からＤ≦Ｄ０となり、Ｄ０はＤの上限値Ｄｍａｘとなり、Ｃ０＝７０ではＤ≦Ｄｍａｘ＝６５（μｍ）が得られる。
【００８８】
繊維フィルタの高効率化のためにＣ０を７０％より増大化すると、Ｄｍａｘの数値は減少する。従って、Ｄ≦Ｄｍａｘの条件から、繊維直径Ｄ（μｍ）の特定化が容易になる。この効果は、ＣがＤに対して減少関数であることに依存している。
【００８９】
[実施例７：ΔＰ＝ｓＤ＋ｔの導出とＤｍｉｎの決定]
実施例４により作製した３種の繊維フィルタに関し、油蒸気の捕集動作における圧損ΔＰ（Ｐａ）を測定した。その結果、、繊維直径Ｄ（μｍ）が２０、３０、４０の順に、圧損ΔＰ（Ｐａ）は８．７、７．３、６．８になることが分かった。以上の測定から、圧損ΔＰ（Ｐａ）と繊維直径Ｄ（μｍ）の座標点として、（Ｄ、ΔＰ）＝（２０、８．７）、（３０、７．３）、（４０、６．８）の３点が得られた。
【００９０】
図１２は、縦軸を圧損ΔＰ（Ｐａ）、横軸を繊維直径Ｄ（μｍ）とした圧損・繊維直径グラフである。前記３点の座標をプロットすると、図１１と同様に、ほぼ１次直線であることが分かった。最小二乗法による回帰直線は、ΔＰ＝−０．０９５Ｄ＋１０．５となる。油蒸気が効率的にフィルタを貫通して流通するために、圧損ΔＰの臨界値ΔＰ０は１０Ｐａであることが望ましいから、上記直線式からＤ０＝５（μｍ）が導出される。しかも、ΔＰはＤに関して減少関数であるから、ΔＰ≦ΔＰ０の条件からＤ≧Ｄ０となり、Ｄ０はＤの下限値Ｄｍｉｎとなり、ΔＰ０＝１０（Ｐａ）ではＤ≧Ｄｍｉｎ＝５（μｍ）が得られる。
【００９１】
繊維フィルタの高効率化のためにΔＰ０を１０Ｐａより減少させると、Ｄｍｉｎの数値は増加する。従って、Ｄ≧Ｄｍｉｎの条件から、繊維直径Ｄ（μｍ）の特定化が容易になる。この効果は、ΔＰがＤに対して減少関数であることに依存している。
【００９２】
実施例６及び７から、捕集率Ｃと圧損ΔＰが繊維直径Ｄの近似的減少直線であることが実験的に検証され、その結果、Ｃ≧Ｃ０とΔＰ≦ΔＰ０の条件から、Ｄｍｉｎ≦Ｄ≦Ｄｍａｘが導出されることが分かった。一例として、Ｃ＝−０．１７Ｄ＋８１及びΔＰ＝−０．０９５Ｄ＋１０．５に対し、Ｃ≧７０（％）とΔＰ≦１０（Ｐａ）の条件を適用すると、５≦Ｄ（μｍ）≦６５の範囲が導出できる。このＤの範囲を更に絞り込むためには、臨界値Ｃ０を大きくし、臨界値ΔＰ０を小さくすればよい。例えば、Ｃ０＝７５（％）にすると、Ｄｍａｘ＝３５（μｍ）となり、ΔＰ０＝８（Ｐａ）にすると、Ｄｍｉｎ＝２６（μｍ）が得られる。従って、Ｄの範囲は２６≦Ｄ（μｍ）≦３５となり、範囲縮小が可能になる。このように、具体的な直線式に対し、Ｃ０とΔＰ０を可変に設定することにより、構造特性の一つである繊維直径Ｄの設計が可能になり、任意性を小さくしたＤの設計が容易になることが証明された。
【００９３】
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々変形例、設計変更などをその技術的範囲内に包含するものであることは云うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明では、フィルタの動作特性（捕集率Ｃ、圧損ΔＰ）と構造特性（繊維目付Ｍ、繊維直径Ｄ）との間に近似的直線関係が成立していることを利用して、（Ｃ、ΔＰ）から（Ｍ、Ｄ）の導出、及び（Ｍ、Ｄ）から（Ｃ、ΔＰ）の導出が極めて簡単になる効果がある。従って、業務用及び家庭用の繊維フィルタの設計が極めて容易になり、科学工学的設計手法を初めて系統的に導入した繊維フィルタを社会及び家庭に提供することができる。これにより、油蒸気の捕集率Ｃ（％）をＣ０（％）以上に設計し、同時に繊維フィルタ前後の圧損ΔＰ（Ｐａ）をΔＰ０（Ｐａ）以下に設計することによって、繊維フィルタの構造特性を最適設計でき、繊維フィルタ業界だけでなく、レンジフードや換気扇から油汚れを排除して設備浄化作業の労力低減を実現することができる。しかも、バインダ剤としてシランカップリング剤を用いるから、有機系難燃剤と無機質繊維を化学結合により強固に担持でき、長期使用によってもシランカップリング剤と有機系難燃剤の剥落を強力に防止でき、フィルタ繊維の長寿命性を実現した。有機系難燃剤としてホルマリン成分を生成しない剤質を選択することにより、ホルマリンを発生することが無くなり、家庭・職場環境の安全衛生環境上、優れたシラン担持型繊維フィルタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の実施形態に係るシラン担持型繊維フィルタの構成図である。
【図２】本発明に使用されるシランカップリング剤３の構造式である。
【図３】シランカップリング剤３と有機系難燃剤５と無機質繊維４との結合模式図である。
【図４】前記繊維フィルタの運転動作状態図である。
【図５】前記繊維フィルタを形成する繊維の形状図である。
【図６】圧損の理論式を導出する模式図である。
【図７】縦軸を捕集率Ｃ（％）、横軸を繊維目付Ｍ（ｇ／ｍ２）とした本実施例の捕集率・繊維目付グラフである。
【図８】縦軸を圧損ΔＰ（Ｐａ）、横軸を繊維目付Ｍ（ｇ／ｍ２）とした本実施例の圧損・繊維目付グラフである。
【図９】縦軸を捕集率Ｃ（％）、横軸を繊維直径Ｄ（μｍ）とした本実施例の捕集率・繊維直径グラフである。
【図１０】縦軸を圧損ΔＰ（Ｐａ）、横軸を繊維直径Ｄ（μｍ）とした本実施例の圧損・繊維直径グラフである。
【図１１】縦軸を捕集率Ｃ（％）、横軸を繊維直径Ｄ（μｍ）とした本実施例の別の捕集率・繊維直径グラフである。
【図１２】縦軸を圧損ΔＰ（Ｐａ）、横軸を繊維直径Ｄ（μｍ）とした本実施例の別の圧損・繊維直径グラフである。
【符号の説明】
【００９６】
２      シラン担持型繊維フィルタ
３      シランカップリング剤
４      無機質繊維
４ａ    無機質結合部
５      有機系難燃剤
５ａ    有機質結合部
６      ファン
７      吸気
９      排気
Ａ      繊維断面積
Ｄ      繊維直径
Ｌ      繊維長
Ｐ１     吸気圧力
Ｐ２     排気圧力
ｒ      繊維半径
Ｓ１     フィルタ面積
Ｓ２     フィルタ開口面積
ｖ１     吸気速度
ｖ２     排気速度 
【図１】
2008249177.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2008249177.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2008249177.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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