(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流沿面放電から引抜かれた単極性イオンを、前記単極性イオンの発生雰囲気中の絶対水分量を０．００６（ｋｇ水蒸気／ｋｇ乾きガス）以下に制御すると共に、単極性イオンの発生雰囲気の温度を６０℃以下に制御した状態で繊維シートに作用させることによりエレクトレット化することを特徴とするエレクトレット繊維シートの製造方法。
【請求項２】
誘電体の一方表面に放電極が他方表面に誘導電極が設けられ、該放電極と該誘導電極との間に交流高電圧を印加することにより該放電極から該誘電体表面に沿って沿面放電を発生させるための交流沿面放電素子と、該放電極と対向する位置に設けられ、直流高電圧を印加することにより該交流沿面放電素子で発生した沿面放電から単極性イオンを引抜くための引抜き電極との間に、繊維シートを配置して、前記単極性イオンを繊維シートに作用させることによりエレクトレット化することを特徴とする請求項１に記載のエレクトレット繊維シートの製造方法。
【請求項３】
繊維シートと引抜き電極とを接触させることを特徴とする請求項１または２に記載のエレクトレット繊維シートの製造方法。
【請求項４】
単極性イオンの発生雰囲気の温度を３０℃以下に制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のエレクトレット繊維シートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィルタ、マスク、ワイピング材、防塵衣料などに利用できるエレクトレット繊維シートの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、エレクトレット繊維シートとしては、特公平３−５４６２０号公報や特公平４−８５３９号公報に開示されているように、例えば図３に示される如く、不織布などの繊維シート３を水電極またはスチールドラムなどからなる接地極５と接触させた状態で、ワイヤー電極や針状電極などの放電極６から直流高電圧を印加することによりエレクトレット化したものが知られている。
【０００３】
また特開平６−２６４３６１号公報に示されているように、電気的に正のコロナイオンを用いてエレクトレット不織布を製造するに際して、コロナ発生機まわりの雰囲気中の絶対水分量を０．００６（kg水蒸気／kg乾きガス）以上に制御してエレクトレット化することで、エレクトレット効果を高めたエレクトレット繊維シートも知られている。
【０００４】
しかしながら、上述の直流高電圧を印加する従来法では、ワイヤー電極や針状電極を使用しないとコロナ放電が発生し難く、これらワイヤー電極や針状電極を使用した場合には不平等電界を形成するために、高電圧を印加したときにスパークが発生し易いという不具合があった。
【０００５】
このため、スパークが発生しないように印加する直流高電圧を制限した場合には、十分な電荷を繊維シートに付与することができず、エレクトレット効果の高いエレクトレット繊維シートを得ることができなかった。
【０００６】
本発明者は、このような事情に鑑み鋭意研究の結果、交流沿面放電を利用して繊維シートをエレクトレット化するに際し、単極性イオンの発生雰囲気中の絶対水分量を制御することで、スパークの発生がなく、エレクトレット効果も高くすることができることを見い出した。すなわち本発明者は、交流沿面放電を利用したエレクトレット化においては、従来法の直流放電とは全く逆の絶対水分量（絶対湿度）が低ければ低い程、より高度なエレクトレット化処理を行うことができることを見い出したのである。そこで本発明者は、交流沿面放電を利用したエレクトレット化において、エレクトレット効果がより高くなる温湿度を追求した結果、本発明を完成させるに至ったのである。
【０００７】
本発明は、繊維シートをエレクトレット化するに際し、スパークの発生がなく、安定した生産を行うことができ、しかもエレクトレット効果が高いエレクトレット繊維シートの製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を解決するため、請求項１記載の発明は、交流沿面放電から引抜かれた単極性イオンを、前記単極性イオンの発生雰囲気中の絶対水分量を０．００６（ｋｇ水蒸気／ｋｇ乾きガス）以下に制御すると共に、単極性イオンの発生雰囲気の温度を６０℃以下に制御した状態で繊維シートに作用させることによりエレクトレット化することを特徴とするエレクトレット繊維シートの製造方法をその要旨とした。
【０００９】
請求項２記載の発明は、誘電体の一方表面に放電極が他方表面に誘導電極が設けられ、該放電極と該誘導電極との間に交流高電圧を印加することにより該放電極から該誘電体表面に沿って沿面放電を発生させるための交流沿面放電素子と、該放電極と対向する位置に設けられ、直流高電圧を印加することにより該交流沿面放電素子で発生した沿面放電から単極性イオンを引抜くための引抜き電極との間に、繊維シートを配置して、前記単極性イオンを繊維シートに作用させることによりエレクトレット化することを特徴とする請求項１に記載のエレクトレット繊維シートの製造方法をその要旨とした。
【００１０】
請求項３記載の発明は、繊維シートと引抜き電極とを接触させることを特徴とする請求項１または２に記載のエレクトレット繊維シートの製造方法をその要旨とした。
【００１１】
（削除）
【００１２】
（削除）
【００１３】
請求項４記載の発明は、単極性イオンの発生雰囲気の温度を３０℃以下に制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のエレクトレット繊維シートの製造方法をその要旨とした。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のエレクトレット繊維シートの製造方法を図面に示した一実施の形態に従ってさらに詳しく説明する。図１は本発明のエレクトレット繊維シートの製造方法に使用する装置の一例を示す断面模式図であり、図２は本発明のエレクトレット繊維シートの製造方法に使用する装置の他の例を示す断面模式図である。
【００１５】
図１において交流沿面放電を発生させる交流沿面放電素子１は、誘電体１１の一方表面に放電極１２を、他方表面に誘導電極１３を配置することにより形成される。放電極１２と誘導電極１３とは交流電源１４と接続され、さらに放電極１２は直流電源２１に接続されていて、交流高電圧を印加することによって放電極１２から放電極１２が配置された側の誘電体１１表面に沿って電離が生じて正負両極性のイオンが生成する。印加する交流の電圧は０．１ＫＶ以上、より好ましくは１ＫＶ以上であるのがよく、周波数は１０2〜１０5Ｈｚ、より好ましくは１０3〜２×１０4Ｈｚであるのがよい。
【００１６】
誘電体１１には、ガラス、セラミック、プラスチックなどの板またはシートが用いられる。誘電体１１の厚さはとくに限定されないが、あまり厚いと放電させるのに非常に高い電圧が必要となり、あまり薄いと放電極と誘導電極との間の静電容量が上がり交流高電圧の印加が難しくなるので０．１〜５ｍｍ程度のものが好適である。また放電極１２には、プラスチックなどの表面に導電性塗料を塗布したり金属層や導電性樹脂層を形成したもの、またはアルミニウム、銅などの金属などから形成される格子状電極やメッシュ状電極が適している。なお、放電極１２は誘電体１１が表面に露出するように開孔を有する構造となっていることが望ましい。
【００１７】
誘導電極１３には、プラスチックなどの表面に導電性塗料を塗布したり金属層や導電性樹脂層を形成したもの、またはアルミニウム、銅などの金属などから形成される平板電極やあみ状電極が適している。なお、交流沿面放電素子１の形状は、通常は図のように平板状であるが、引抜き電極の形状に合わせて変形してもよく、例えば引抜き電極２がスチールドラムなどのロール形状の場合、このロール形状に沿うように湾曲していてもよい。
【００１８】
この交流沿面放電素子１においては、該交流沿面放電素子１の端部で放電極１２と誘導電極１３の間で直接放電が生じないように誘電体１１の長さは放電極１２及び誘導電極１３より長いことが望ましい。また、放電極１２の上にはセラミック薄膜、高分子薄膜などの誘電体薄膜が被覆されていてもよく、このようにすると沿面放電による放電極の消耗が防止できる。
【００１９】
この交流沿面放電素子１の放電極１２側と間隔をあけて対向する位置に引抜き電極２が設置される。引抜き電極２はアースされており、放電極１２に直流高電圧を印加することにより、印加した直流高電圧と同じ極性の単極性イオンを交流沿面放電から引き出す働きをする。例えば、直流高電圧として正の電荷が印加された場合には、正極性のイオンのみが交流沿面放電から引き出され、交流沿面放電素子１から引抜き電極２へと移動する。放電極１２へかける直流電圧はあまり大きすぎると引き抜き電極２との間でスパーク放電を起こすおそれがあり、あまり小さいと荷電量が不足するので、繊維シートの状態や雰囲気ガスの種類によっても異なるが、例えば空気中では絶対値（印加電圧は正負両方のケースがあるため）で１〜１５ＫＶ／ｃｍ、より好ましくは３〜１０ＫＶ／ｃｍであるのがよい。
【００２０】
引抜き電極２には、プラスチックなどの表面に導電性塗料を塗布したり金属層や導電性樹脂層を形成したもの、またはアルミニウム、銅などの金属などから形成される平板状電極、網状電極、ロール状電極などが好適である。この引抜き電極２と交流沿面放電素子１との距離は、エレクトレット化する繊維シートの厚みや密度、放電極１２に印加する直流高電圧の大きさ、または放電極１２と誘導電極１３とに印加する交流の電圧や周波数などによって適宜決定されるが、あまりにこの距離が離れていると、効果的な荷電を行うために非常に高い電圧が必要となるので安全上の問題がある。一方、あまり近いと短絡の危険があるので、大体３〜５０ｍｍ、好ましくは５〜３０ｍｍの範囲にあることが望ましい。
【００２１】
本方法では、上述のように交流沿面放電素子１において発生させた交流沿面放電から、引抜き電極２によって単極性イオンを引抜いて、交流沿面放電素子１から引抜き電極２へと単極性イオンを移動させるので、交流沿面放電素子１と引抜き電極２との間の空間に繊維シート３を配置しておけば、繊維シート３は単極性のイオンにより作用を受けてエレクトレット化される。
【００２２】
なお、図１のように引抜き電極２と繊維シート３を接触させた状態でエレクトレット化を行うと、接触させずにエレクトレット化を行った場合と比べて、より大きな電荷量を繊維シート３に与えることができる。
【００２３】
また、図２のように引抜き電極２と繊維シート３との間にセラミック、プラスチック、ガラスなどの誘電体４を介した状態でエレクトレット化を行ってもよい。
【００２４】
また本方法に使用する繊維シート３としては、乾式不織布、スパンボンド不織布、メルトブロー不織布、水流絡合不織布、湿式不織布などの不織布や、織物、編み物などの布帛、繊維状ポーラスフィルムなどが適している。とくに、繊維油剤や接着剤の付着がないメルトブロー不織布や水流絡合不織布などの繊維シートはエレクトレット化しやすいのでよい。
【００２５】
また、これらの繊維シートを構成する繊維には、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系、ポリエステル系、ポリカーボネート系、ポリ塩化ビニル系などの誘電性の繊維が適しているが、その体積固有抵抗は１０14Ωｃｍ以上であることが望ましい。構成繊維の体積固有抵抗がこの範囲にあると単極性イオンを繊維に付与しやすく、繊維を長期に安定にエレクトレット化できる。
【００２６】
本方法では、前述の如く交流沿面放電から引抜かれた単極性イオンを繊維シートに作用させてエレクトレット化するに際し、前記単極性イオンの発生雰囲気中の絶対水分量を０．００６（ｋｇ水蒸気／ｋｇ乾きガス）以下に制御している。
【００２７】
尚、発生雰囲気中の絶対水分量とは、数１および数２から求まる値をいう。
【００２８】
【数１】
0004517553.tif 000002
【数２】
0004517553.tif 000003
式中ｐsは、気体中の飽和水蒸気圧（mmHg）、ＲＨ％は、気体の相対湿度である。
【００２９】
単極性イオンの発生雰囲気中の絶対水分量を０．００６（ｋｇ水蒸気／ｋｇ乾きガス）以下に制御して単極性イオンを繊維シートに作用させることで、高レベルのエレクトレット化を実現することができるのである。０．００６以下の絶対水分量は、通常の大気ではほとんど得ることができないので、該発生雰囲気の除湿を常時行うようにする。
【００３０】
尚、単極性イオンの発生雰囲気とは、具体的には交流沿面放電素子１と引抜き電極２との間の空間における雰囲気をいい、この空間の雰囲気中の絶対水分量を０．００６（ｋｇ水蒸気／ｋｇ乾きガス）以下に制御するのである。
【００３１】
単極性イオンの発生雰囲気中の絶対水分量を０．００６（ｋｇ水蒸気／ｋｇ乾きガス）以下に制御することで、高レベルのエレクトレット化を実現することができる詳細なメカニズムは不明ではあるが、単極性イオンの発生雰囲気をこのように制御することで、誘電体表面上の電離が促進されて、正負両電極のイオンの発生量が多くなるからではないかと考えられる。
【００３２】
また発明者は、高レベルなエレクトレット効果を得るための発生雰囲気の研究を通して、単極性イオンの発生雰囲気の温度がエレクトレット効果に深く関与していることを見い出した。すなわち、発生雰囲気中の温度を６０℃以下、好ましくは３０℃以下、さらに好ましくは１０〜３０℃の範囲に制御して、単極性イオンを繊維シートに作用させるすることで、高レベルのエレクトレット化を実現することができるのである。具体的な制御方法としては、例えば放電極１２及び誘電体１１表面が交流沿面放電により過熱され温度が上昇して、単極性イオンの発生雰囲気の温度が上昇するのを防ぐため、また発生するオゾンを排出するため、除湿した６０℃以下の空気を送風して、該発生雰囲気中の空気と置き換える方法を挙げることができる。
【００３３】
上記単極性イオンの発生雰囲気の温度制御による高レベルのエレクトレット化についても、詳細なメカニズムは不明ではあるが、絶対水分量を制御した場合と同じく、誘電体表面上の電離が促進されて、正負両電極のイオンの発生量が多くなるからではないかと考えられる。
【００３４】
【実施例】
実施例１図１に示すように誘電体１１として厚さ１ｍｍのガラス板を用い、この誘電体１１の一方表面に幅が５ｍｍ、間隔が５ｍｍのアルミニウム箔製の格子状電極１２を貼り付け、他方表面にはアルミニウム箔製の平板状電極１３を貼り付け、前記格子状電極１２と平板状電極１３をそれぞれ交流電源１４に接続し、さらに前記格子状電極１２を直流電源２１に接続して交流沿面放電素子１を作製した。
【００３５】
この交流沿面放電素子１の格子状電極１２側表面と対向し、かつ格子状電極１２との距離が１５ｍｍとなるように、銅板からなる引き抜き電極２を配置し、これをアースした。これら格子状電極１２と引き抜き電極２の間であって、前記引き抜き電極２に接触させて繊維シート３を配置した。
【００３６】
繊維シート３には、面密度２０ｇ／ｍ2 、厚さ０．１５ｍｍのポリプロピレン製メルトブロー不織布と、アクリル樹脂の接着剤で繊維相互を接着した面密度７０ｇ／ｍ2 、厚さ０．６ｍｍのポリエステル繊維不織布とを部分的に熱融着した複合不織布を用いた。
【００３７】
そして、上記装置により、５秒間、帯電させて繊維シート３をエレクトレット化した。尚、格子状電極１２と平板状電極１３との間には３０ｋＨｚ、４．２ＫＶの交流高電圧をかけ、さらに格子状電極１２に＋９．０ＫＶの直流高電圧をかけた。また、格子状電極１２と引き抜き電極２の間に、大気を冷却して除湿した温度が１０℃、絶対水分量が０．００３５（ｋｇ水蒸気／ｋｇ乾きガス）の空気を送風して、交流沿面放電素子１の発生雰囲気の温度と絶対水分量を制御した。
【００３８】
得られた複合不織布をエアフィルタとして用いる場合の捕集効率を測定し、その結果を表１に示した。
【００３９】
捕集効率の測定エレクトレット化された複合不織布を用いて、直径０．３〜０．５ミクロンの大気塵について、パーティクルカウンタを用いて、面速度１０ｃｍ／ｓｅｃにて集塵効率を測定し、複合不織布の集塵効率の評価としてｒ値を用いた。このｒ値は、文献（１９９６、Non-wovens Conference TAPPI Proceedings, p15-19）に記載された手順によって得られる値を次式によって計算処理することにより得られる値である。このｒ値が高ければ高いほど、当該複合不織布の集塵効率が優れていることを意味する。
ｒ＝−ｌｎ η／ｐ
ここで、ηは、粒子の透過比率＝（複合不織布通過後の大気集塵粒子数）／（複合不織布通過前の大気集塵粒子数）を意味し、ｐは、複合不織布の圧力損失（Ｐａ）を意味している。そして、帯電量が多ければ多いほど（エレクトレット効果が高ければ高いほど）、集塵効率が高くなるため、このｒ値を複合不織布の帯電量の評価の目安とした。
【００４０】
実施例２及び３並びに参考例１〜４
交流沿面放電素子１の発生雰囲気の温度と絶対水分量を表１のように変えた以外は、実施例１と同様にして複合不織布を作製し、かつそれらの集塵効率を測定した。その結果を表１に示す。
【００４１】
比較例１
特開平８−６０５３５号公報の従来例と同様に図３に示すように、０．５ｍｍの銅板からなる接地電極５と対向させて、直径６０ミクロンのタングスデンワイヤーに金メッキした放電極６を配置した。尚、放電極６は、特開平８−６０５３５号公報の従来例とは異なり、１０ｍｍ間隔で１５本配置し、各放電極６と接地電極５との距離は１５ｍｍとなるようにした。
【００４２】
この接地電極５上に実施例１で用いたものと同様の複合不織布を置き、この放電極６に＋８．５ＫＶの直流高電圧を３分間印加してエレクトレット化された複合不織布を得た。
【００４３】
また、放電極と接地電極との間に、大気を冷却して除湿した温度が７℃、絶対水分量が０．００３５（ｋｇ水蒸気／ｋｇ乾きガス）の空気を送風して、各電極の雰囲気の温度と絶対水分量を制御した。
【００４４】
得られた複合不織布の捕集効率を実施例１と同様にして測定し、その結果を表１に示した。尚、この比較例の方法では、スパークを起こして安定にコロナ放電を発生させることが困難となるため、直流高電圧を＋８．５ＫＶよりも高い電圧とすることはできなかった。
【００４５】
尚、実施例１〜３では、引き抜き電極にかける直流高電圧を＋９．０ＫＶよりもさらに高い電圧にしてもスパークの発生はなかった。
【００４６】
比較例２〜３
放電極６の雰囲気の温度と絶対水分量を表１のように変えた以外は、比較例１と同様にして得られた複合不織布の集塵効率を測定し、その結果を表１に示した。
【００４７】
【表１】
0004517553.tif 000004
【００４８】
表１の実施例１〜３に示すように、絶対水分量が０．００６（ｋｇ／ｋｇ）以下でｒ値が高い値となっている。特に絶対水分量が０．０６０（ｋｇ／ｋｇ）以下で、０．００５５、０．００４７、０．００３５と低くなるに従って、ｒ値が高い値となっている。これに対して、比較例１〜３の直流放電では、絶対水分量が０．００７０（ｋｇ／ｋｇ）から０．００３５（ｋｇ／ｋｇ）と低くなるに従って、ｒ値も低い値となっている。
【００４９】
このように本方法を用いることで、スパークの発生がなく、しかも高レベルなエレクトレット化を実現することができることが確認できた。
【００５０】
また、雰囲気が６０℃以下において、特に３０℃以下において高い値のｒ値を得ることができることが確認された。
【００５１】
また、沿面放電を用いた本方法では、絶対水分量が低くなるに従ってｒ値が高い値となっているのに対し、直流放電を用いた従来法では、絶対水分量が低くなるに従ってｒ値も低い値となっており、両者は、雰囲気の絶対水分量に関して全く異なる挙動を示しており、直流放電における温湿度条件から、沿面放電における温湿度条件を予測することは困難である。
【００５２】
【発明の効果】
本方法によれば、繊維シートをエレクトレット化するに際し、スパークの発生がなく、安定した生産を行うことができ、しかもエレクトレット効果が高いエレクトレット繊維シートを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本方法に使用する装置の一例を示す断面模式図。
【図２】本方法に使用する装置の他の例を示す断面模式図。
【図３】従来のエレクトレット繊維シートの製造装置の一例を示す断面模式図。
【符号の説明】
１・・・交流沿面放電素子
２・・・引き抜き電極
３・・・繊維シート
１１・・・誘電体
１２・・・放電極
１３・・・誘導電極
１４・・・交流電源
２１・・・直流電源
【図１】
0004517553.tif 000005
【図２】
0004517553.tif 000006
【図３】
0004517553.tif 000007