(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、かつホルマリン対策を施したフィルタ機能を具備するノンホルマリン繊維フィルタを提供する。【構成】本発明に係る繊維フィルタは、レンジフード又は換気扇に装着される繊維フィルタであり、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が設定され、しかも、尿素系樹脂使用のバインダ剤や表面硬化剤を使用せず、非変性リン酸グアニジンを含有させることにより、ホルマリン成分が生成しない、衛生環境上安全なノンホルマリン繊維フィルタを構成することができる。【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、フィルタ繊維にフィルタ機能物質を担持させ、前記フィルタ機能物質は、ホルマリン成分を生成しないことを特徴とするノンホルマリン繊維フィルタ。
【請求項２】
前記フィルタ機能物質は、フィルタ繊維間を結合させるバインダ剤である請求項１に記載のノンホルマリン繊維フィルタ。
【請求項３】
前記バインダ剤は、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、又はウレタン樹脂である請求項２に記載のノンホルマリン繊維フィルタ。
【請求項４】
前記フィルタ機能物質は、難燃剤である請求項１に記載のノンホルマリン繊維フィルタ。
【請求項５】
前記難燃剤は、リン酸グアニジン又はポリリン酸塩である請求項４に記載のノンホルマリン繊維フィルタ。
【請求項６】
前記フィルタ機能物質は、フィルタ表面に担持させる表面硬化剤である請求項１に記載のノンホルマリン繊維フィルタ。
【請求項７】
前記表面硬化剤は、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、又はウレタン樹脂である請求項６に記載のノンホルマリン繊維フィルタ。
【請求項８】
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請求項３又は７に記載のノンホルマリン繊維フィルタ。
【請求項９】
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１〜８のいずれかに記載のノンホルマリン繊維フィルタ。
【請求項１０】
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９に記載のノンホルマリン繊維フィルタ。
【請求項１１】
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９に記載のノンホルマリン繊維フィルタ。
【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、かつ有害化学物質のホルマリン対策を施したノンホルマリン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状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、現在、種々の課題を有している。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、繊維フィルタは家庭や職場環境等で使用されるため、繊維フィルタに含有される前記バインダ剤や前記難燃剤等のフィルタ機能物質材から生成されるホルマリン成分が、人体の粘膜への刺激性を中心にした急性毒性、蒸気化したときの呼吸器系、目、のどなどの炎症、接触による皮膚炎症、空気中に放散されたときの所謂シックハウス症候群、一部の国際機関による指摘された発がん等の原因物質とされ、衛生環境上のホルマリン対策の必要性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％、繊維にたい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。
【特許文献１】特許第２９８１５３３号公報
【特許文献２】特開２００２−１３６８１４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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ず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。
【００１０】
第二のホルマリンの課題について、従来、バインダ剤に尿素系樹脂やメラミン樹脂が使用されているため、レンジや換気扇等のフィルタの高温使用環境下において、有害化学物質であるホルマリン成分が発生した。
【００１１】
また、前記難燃剤や、繊維脱落防止のためにフィルタ表面に担持される表面硬化剤には、尿素系樹脂又はメラミン樹脂との反応性を回避するために、ホルマリンによりメチロール化されたメチロール化リン酸グアニジンが使用されている。このメチロール化リン酸グアニジンは、例えば、バインダ剤に使用される尿素系樹脂の加水分解の促進を抑制する効果がある。これは、リン酸グアニジンをホルムアルデヒドでメチロール化することにより、化合物がほぼ中性になり、例えば難燃剤に使用すると、熱安定性が向上し、高温状態でも化合物が分解して酸性になるのを防止する効果がある。このため、メチロール化リン酸グアニジンをフィルタ繊維に付着させると、リン酸による可燃性ガスの発生の抑制、及び窒素、リン酸の相乗効果による炭化促進作用により着火しにくくなり、油脂等に対する難燃効果を発揮する。しかしながら、このメチロール化により、高温環境下においてはメチロール化リン酸グアニジンからホルマリン成分が大量に発生してしまう問題を生じていた。
【００１２】
従って、本発明の目的は、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し、更にホルマリン対策を施したフィルタ機能を具備するノンホルマリン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、フィルタ繊維にフィルタ機能物質を担持させ、前記フィルタ機能物質は、ホルマリン成分を生成しないノンホルマリン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繊維はガラス繊維・セラミック繊維・複合繊維・天然繊維・合成繊維・有機繊維・無機繊維などから自在に選択され、特に繊維フィルタとして耐熱性繊維であれば好適である。
【００１５】
本発明の第２の形態は、第１形態において、前記フィルタ機能物質は、フィルタ繊維間を結合させるバインダ剤であるノンホルマリン繊維フィルタである。
【００１６】
本発明の第３の形態は、第２形態において、前記バインダ剤は、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、又はウレタン樹脂であるノンホルマリン繊維フィルタである。
【００１７】
本発明の第４の形態は、第１形態において、前記フィルタ機能物質は、難燃剤であるノンホルマリン繊維フィルタである。
【００１８】
本発明の第５の形態は、第４形態において、前記難燃剤は、リン酸グアニジン又はポリリン酸塩であるノンホルマリン繊維フィルタである。
【００１９】
本発明の第６の形態は、第１形態において、前記フィルタ機能物質は、フィルタ表面に担持させる表面硬化剤であるノンホルマリン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、前記表面硬化剤は、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、又はウレタン樹脂であるノンホルマリン繊維フィルタである。
【００２１】
本発明の第８の形態は、第３又は第７形態において、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ノンホルマリン繊維フィルタである。
【００２２】
本発明の第９の形態は、第１〜第８形態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、前記繊維目付Ｍ及び前記繊維直径Ｄが設定されるノンホルマリン繊維フィルタである。
である。
【００２３】
本発明の第１０形態は、第９形態において、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ノンホルマリン繊維フィルタである。
である。
【００２４】
本発明の第１１形態は、第９形態において、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ノンホルマリン繊維フィルタである。
【発明の効果】
【００２５】
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、フィルタ繊維にフィルタ機能物質を担持させ、前記フィルタ機能物質は、ホルマリン成分を生成しないので、最適設計されたフィルタの繊維目付と繊維直径により、フィルタ動作特性及び構造特性の高品質化を図り、しかもホルマリン対策を施したフィルタ機能を具備したノンホルマリン繊維フィルタを実現することができる。
【００２６】
本発明の第２の形態によれば、ホルマリン成分を生成しないバインダ剤の使用によりフィルタ繊維結合保持機能のノンホルマリン化を実現したノンホルマリン繊維フィルタの提供が可能となる。
【００２７】
本発明における、ホルマリン成分を生成しないバインダ剤として、加熱あるいは昇温によりホルマリン成分を生成しない、アクリル系、エポキシ系、ウレタン系、あるいはフェノール系接着素材を使用でき、特に、繊維フィルタには耐熱性接着素材が好ましいが、有機系接着素材のほか無機系耐熱接着剤も使用できる。
【００２８】
本発明の第３の形態によれば、前記バインダ剤は、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、又はウレタン樹脂であるので、フィルタ繊維結合保持機能のノンホルマリン化を実現したノンホルマリン繊維フィルタが提供される。
【００２９】
本発明の第４の形態によれば、ホルマリン成分を生成しない難燃剤の使用によりフィルタ難燃性のノンホルマリン化を実現したノンホルマリン繊維フィルタの提供が可能となる。
【００３０】
本発明における、ホルマリン成分を生成しない難燃剤として、加熱あるいは昇温によりホルマリン成分を生成しない、リン酸系難燃剤、無機系難燃剤あるいは反応系難燃剤を使用することができる。リン酸系難燃剤には、リン酸エステル系、ポリリン酸塩系、赤リン酸塩系難燃剤が含まれる。無機系難燃剤はガス化成分を生成しないので繊維フィルタ用に好適であり、これには、水酸化アルミニウム、酸化アンチモン、水酸化マグネシウム、ホウ酸亜鉛、スズ酸亜鉛、グアニジン塩のほか、ジルコニウム系、モリブデン系、シリコーン系、ホスファゼン系化合物難燃剤が含まれる。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、トリプロモフェノール、テトラプロモフタレート、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、ペンタプ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等が含まれる。
【００３１】
本発明の第５の形態によれば、前記難燃剤は、リン酸グアニジン又はポリリン酸塩であるので、フィルタ難燃性のノンホルマリン化を実現したノンホルマリン繊維フィルタが提供される。特に、本形態に用いるリン酸グアニジンは、従来の前記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。
【００３２】
本発明の第６の形態によれば、ホルマリン成分を生成しない表面硬化剤の使用により、フィルタ表面保持機能のノンホルマリン化を実現したノンホルマリン繊維フィルタの提供が可能となる。
【００３３】
本発明の第７の形態によれば、前記表面硬化剤は、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、又はウレタン樹脂であるので、フィルタ表面保持機能のノンホルマリン化を実現したノンホルマリン繊維フィルタが提供される。
【００３４】
本発明の第８の形態によれば、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ので、フィルタ表面保持機能のノンホルマリン化を実現したノンホルマリン繊維フィルタが提供される。
【００３５】
本発明の第９の形態によれば、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、高品質化されたノンホルマリン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１０形態における前記繊維目付Ｍ又は前記繊維直径Ｄの線形関係あるいは、第１１形態におけるＭ／Ｄの１次関数の近似式で表現される。
【００３６】
本発明の第１０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、高品質化されたノンホルマリン繊維フィルタが提供される。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
本発明の第１１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、高品質化されたノンホルマリン繊維フィルタが提供される。
【００４２】
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。
【００４３】
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１０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。
【００４４】
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】
【００４５】
本発明の実施形態に係るノンホルマリン繊維フィルタは、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が設定され、フィルタ繊維に、ホルマリン成分を生成しないフィルタ機能物質を担持させた繊維フィルタである。
【００４６】
図１は、本実施形態に係るノンホルマリン繊維フィルタ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、繊維４から形成された繊維フィルタであり、繊維間をバインダ剤により結合させ、繊維表面に難燃剤及び表面硬化剤を担持させて構成されている。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フィルタ繊維材には、ガラス繊維、有機繊維、無機繊維、セラミック繊維、金属繊維、炭素繊維、天然繊維、合成繊維、あるいはこれらの複合繊維のいずれかを使用できる。
【００４７】
本発明においてフィルタの諸特性を比較するため、フィルタ繊維材にガラス繊維を使用し、種々のバインダ剤、難燃剤及び表面硬化剤を含有した４種（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）を試作した。試作物Ａは、バインダ剤に、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を、難燃剤にリン酸グアニジンを使用した繊維フィルタである。試作物Ｂは、バインダ剤にポリカルボキシ酸塩を、難燃剤にリン酸グアニジンを使用した繊維フィルタである。試作物Ｃは、バインダ剤にポリカルボキシ酸塩を、難燃剤にリン酸グアニジン及びポリリン酸塩を使用した繊維フィルタである。試作物Ｄは、バインダ剤にポリカルボキシ酸塩を、難燃剤にポリリン酸塩を使用した繊維フィルタである。各試作物の目付け量は約１５０ｇ／ｍ２以上とした。
【００４８】
各試作物には、表面硬化剤として前記熱硬化性水性組成物を使用した。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。
【００４９】
上記試作物Ａ〜Ｄ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クリアした。従って、従来、使用されているメチロール化リン酸グアニジンと異なり、尿素系樹脂使用のバインダ剤や表面硬化剤を使用しないため、リン酸グアニジンを変性させずに含有させることができ、ホルマリン成分が生成しない繊維フィルタを構成することができる。あるいは、ポリリン酸塩の使用によってもホルマリン成分が生成しない繊維フィルタを構成することができる。
【００５０】
また、蒸気崩壊試験を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。従って、バインダ剤に、前記熱硬化性水性組成物又はポリカルボキシ酸塩を使用して、ホルマリン成分を生成しない、良質構造特性を備えた繊維フィルタを実現することができる。更に、表面硬化剤に前記熱硬化性水性組成物を使用して、ホルマリン成分を生成しない、良質構造の繊維フィルタを実現することができる。
【００５１】
特に、非変性リン酸グアニジン及び前記熱硬化性水性組成物は、水溶性であり加工処理を一括的に行え、生産効率の向上に寄与する。
【００５２】
次に、上記試作物Ａ〜Ｄ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（７６〜８０％）及び圧力損失性能（７．２Ｐａ）を具備することが分かった。
【００５３】
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、上記試作物Ａ〜Ｄと同様のバインダ剤、難燃剤及び表面硬化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２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。
【００５４】
図３は繊維フィルタを形成する繊維の形状図である。図３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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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４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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
ΔＰ＝ＮＡ                                             （１４）
以下の実施例１〜４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１：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、繊維同士を結合させるバインダ剤を夫々３６、４５、５７（ｇ/ｍ２）だけ塗着して繊維フィルタを構成した。バインダ剤塗着後の繊維フィルタの全体目付（ｇ／ｍ２）は１２２、１６２、１９６になる。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
図５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＝０．０９８４Ｍ＋６２．０７７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＝８０．５（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＝８０．５（ｇ／ｍ２）が得られる。
【００７４】
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。
【００７５】
[実施例２：ΔＰ＝ｃＭ＋ｅの導出とＭｍａｘの決定]
実施例１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。
【００７６】
図６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１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＝０．０３７６Ｍ＋２．５４８３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＝１９８．２（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＝１９８．２（ｇ／ｍ２）が得られる。
【００７７】
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。
【００７８】
実施例１及び２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＝０．０９８４Ｍ＋６２．０７７及びΔＰ＝０．０３７６Ｍ＋２．５４８３に対し、Ｃ≧７０（％）とΔＰ≦１０（Ｐａ）の条件を適用すると、８０．５≦Ｍ（ｇ／ｍ２）≦１９８．２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＝１３１．３（ｇ/ｍ２）となり、ΔＰ０＝８（Ｐａ）にすると、Ｍｍａｘ＝１４５．０（ｇ/ｍ２）が得られる。従って、Ｍの範囲は１３１．３≦Ｍ（ｇ／ｍ２）≦１４５．０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。
【００７９】
[実施例３：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バインダ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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
図７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双曲線を決定すると、Ｃ＝２４０／Ｄ＋６６．５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＝６８．６（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＝６８．６（μｍ）が得られる。
【００８３】
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４：ΔＰ＝ｓ／Ｄ＋ｔの導出とＤｍｉｎの決定]
実施例３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。
【００８４】
図８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＝７３．３／Ｄ＋４．９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＝１４．３（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＝１４．３（μｍ）が得られる。
【００８５】
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。
【００８６】
実施例３及び４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＝２４０／Ｄ＋６６．５及びΔＰ＝７３．３／Ｄ＋４．９に対し、Ｃ≧７０（％）とΔＰ≦１０（Ｐａ）の条件を適用すると、１４．３≦Ｄ（μｍ）≦６８．６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＝３２．０（μｍ）となり、ΔＰ０＝８（Ｐａ）にすると、Ｄｍｉｎ＝２３．６（μｍ）が得られる。従って、Ｄの範囲は２３．６≦Ｄ（μｍ）≦３２．０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。
【００８７】
以下の実施例５、６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。
【００８８】
[実施例５：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バインダ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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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＝−０．１７５Ｄ＋８１．７５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＝６７．１（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＝６７．１（μｍ）が得られる。
【００９２】
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。
【００９３】
[実施例６：ΔＰ＝ｓＤ＋ｔの導出とＤｍｉｎの決定]
実施形態３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。
【００９４】
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９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＋１０．５１７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＝５．４（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＝５．４（μｍ）が得られる。
【００９５】
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。
【００９６】
実施形態５及び６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＝−０．１７５Ｄ＋８１．７５及びΔＰ＝−０．０９５Ｄ＋１０．５１７に対し、Ｃ≧７０（％）とΔＰ≦１０（Ｐａ）の条件を適用すると、５．４≦Ｄ（μｍ）≦６７．１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＝３８．６（μｍ）となり、ΔＰ０＝８（Ｐａ）にすると、Ｄｍｉｎ＝２６．５（μｍ）が得られる。従って、Ｄの範囲は２６．５≦Ｄ（μｍ）≦３８．６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。
【００９７】
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】
【００９８】
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、繊維フィルタを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、フィルタ繊維に、ホルマリン成分を生成しないフィルタ機能物質を担持させて、家庭、職場環境の安全衛生環境上、ホルマリン汚染の防止安全対策機能を具備したノンホルマリン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】
【００９９】
【図１】本発明の実施形態に係るノンホルマリン繊維フィルタの構成図である。
【図２】前記繊維フィルタの運転動作状態図である。
【図３】前記繊維フィルタを形成する繊維の形状図である。
【図４】圧損の理論式を導出する模式図である。
【図５】縦軸を捕集率Ｃ（％）、横軸を繊維目付Ｍ（ｇ／ｍ２）とした本実施形態の捕集率・繊維目付グラフである。
【図６】縦軸を圧損ΔＰ（Ｐａ）、横軸を繊維目付Ｍ（ｇ／ｍ２）とした本実施形態の圧損・繊維目付グラフである。
【図７】縦軸を捕集率Ｃ（％）、横軸を繊維直径Ｄ（μｍ）とした本実施形態の捕集率・繊維直径グラフである。
【図８】縦軸を圧損ΔＰ（Ｐａ）、横軸を繊維直径Ｄ（μｍ）とした本実施形態の圧損・繊維直径グラフである。
【図９】縦軸を捕集率Ｃ（％）、横軸を繊維直径Ｄ（μｍ）とした本実施形態の別の捕集率・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）とした本実施形態の別の圧損・繊維直径グラフである。
【符号の説明】
【０１００】
２      ノンホルマリン繊維フィルタ
４      繊維
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】
2008023505.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】
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【図９】
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【図１０】
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