(57)【要約】【課題】高性能を維持しつつ、長期間使用することができるＨＥＰＡフィルタ等の高性能フィルタを、インサート成型で製造できるようにする。【解決手段】エアフィルタ６０は、ＨＥＰＡフィルタであり、シート状濾材が、ひだ状に折り畳まれて形成された濾材パック４０と、インサート成型により成形されるとともに、濾材パック４０の外周を取り囲んで濾材パック４０を保持するフィルタ枠５０とを備える。シート状濾材は、ガラス繊維とプラスティック繊維を備えるものであり、ガラス繊維の含有量は例えば、２０〜５０重量％である。プラスティック繊維は、例えばポリエステル繊維である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス繊維とプラスティック繊維を備えるシート状濾材が、ひだ状に折り畳まれて形成された濾材パックと、インサート成型により成形されるとともに、前記濾材パックの外周を取り囲んで前記濾材パックを保持するフィルタ枠とを備えることを特徴とするエアフィルタ。
【請求項２】
前記シート状濾材におけるガラス繊維の含有量は、５０重量％以下であることを特徴とする請求項１に記載のエアフィルタ。
【請求項３】
前記シート状濾材におけるガラス繊維の含有量は、２０〜５０重量％であることを特徴とする請求項２に記載のエアフィルタ。
【請求項４】
プラスティック繊維は、ポリエステル繊維であることを特徴とする請求項１に記載のエアフィルタ。
【請求項５】
前記シート状濾材は、不織布であることを特徴とする請求項１に記載のエアフィルタ。
【請求項６】
ＨＥＰＡフィルタであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のエアフィルタ。
【請求項７】
ガラス繊維とプラスティック繊維を備えるシート状濾材をひだ状に折り畳んで形成した濾材パックの外周を、取り囲むように成形材料を注入して、前記濾材パックを保持するフィルタ枠を成形することを特徴とするエアフィルタの製造方法。
【請求項８】
上型の櫛歯状の防液板部と、下型の櫛歯状の防液板部とによって挟み込まれて配置される前記濾材パックの外周を取り囲むように前記成形材料を注入することを特徴とする請求項７に記載のエアフィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルタ枠内に濾材パックが保持されて構成されるエアフィルタに関し、特に、フィルタ枠がインサート成型によって成形されるＨＥＰＡ（High Efficiency Particulate Air）フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ガスマスク等の小型エアフィルタは、フィルタ枠がいわゆるインサート成型により成形される場合がある。従来、インサート成型は、上型及び下型によって形成されるキャビティ内に、ひだ折り加工された濾材をセットした後、その濾材外周に成形材料を注入して行われるのが一般的である。このインサート成型で使用される金型は、上型及び下型の互いに対向する底面それぞれに、濾材のひだ山に対応する数だけ並列された複数の防液板が櫛歯状に立設されている。櫛歯状の防液板は、濾材を挟み込んで保持するとともに、成形材料がひだ山内部に流入することを防止する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、高い清浄度が求められる用途においては、粉塵捕集効率が高いＨＥＰＡフィルタが使用されるのが一般的である。ＨＥＰＡフィルタの濾材としては、ＰＴＦＥ濾材、帯電により濾過性能が向上された帯電不織布、又はガラス繊維濾材等が使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２６９４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ＰＴＦＥ濾材は、メンブレンによる捕集機構であるため、比較的短期間で目詰まりが発生し、寿命が比較的短いという問題がある。また、帯電不織布は、粉塵を捕集すると帯電効果が低下するため、使用後短期間で捕集効率が低下し、高いろ過性能が長期間維持できないという問題がある。一方、ガラス繊維濾材は、高性能を維持しつつある程度長期間にわたって使用できるが、金型にセットされる際に防液板等に接触して摩擦等により破損されるため、インサート成型には使用することができない。すなわち、従来、インサート成型により、長期間にわたって高性能を維持して使用できる高機能フィルタを製造することはできない。
【０００６】
そこで、本発明は、ＨＥＰＡフィルタのような高機能フィルタを、インサート成型で濾材を破損させずに製造できるようにしつつ、長期間にわたって高性能を維持して使用できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るエアフィルタは、ガラス繊維とプラスティック繊維を備えるシート状濾材が、ひだ状に折り畳まれて形成された濾材パックと、インサート成型により成形されるとともに、濾材パックの外周を取り囲んで濾材パックを保持するフィルタ枠とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係るエアフィルタは、例えば、ＨＥＰＡフィルタであり、シート状濾材におけるガラス繊維の含有量は、５０重量％以下であることが好ましく、２０〜５０重量％であることがより好ましい。また、プラスティック繊維は、ＰＥＴ等のポリエステル繊維であることが好ましい。シート状濾材は、例えば、不織布である。
【０００９】
本発明に係るエアフィルタの製造方法は、ガラス繊維とプラスティック繊維を備えるシート状濾材をひだ状に折り畳んで形成した濾材パックの外周を、取り囲むように成形材料を注入して、濾材パックを保持するフィルタ枠を成形することを特徴とする。
【００１０】
例えば、濾材パックは、上記成形材料を注入するとき、上型の櫛歯状の防液板部と、下型の櫛歯状の防液板部とによって挟み込まれて配置される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明においてエアフィルタは、濾材がプラスティック繊維とガラス繊維を含むことにより、長期間にわたって高機能で使用できるとともに、濾材を成形型にセットする際の摩擦が低減され、濾材を破損させずにインサート成型で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係るエアフィルタを示す正面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る濾材パックの斜視図である。
【図３】エアフィルタを製造するときに使用される成形型を示す。
【図４】エアフィルタの製造過程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明について図面を参照しつつさらに詳細に説明する。
図１は、本発明に一実施形態に係るエアフィルタを示す。図２は、エアフィルタに使用される濾材パックを示す。以下、図１、２を用いてエアフィルタ及び濾材パックの構成を説明する。
【００１４】
エアフィルタ６０は、濾材パック４０と、濾材パック４０の外周を取り囲んで濾材パック４０を保持する四角枠形のフィルタ枠５０と、複数（３つ）のリブ５１とを備える。
【００１５】
濾材パック４０は、シート状濾材がひだ状に折り畳まれて形成され略直方体を呈する。濾材の表面４３及び裏面４４それぞれには、セパレータ４５が設けられる。セパレータ４５は、波状を呈する濾材に合わせて、折り目方向に直交する方向（すなわち、ひだ山４２が並べられる方向）に沿って波状に延在する。セパレータ４５は、例えば糸の外周が合成樹脂等の接着剤で被膜された糸セパレータや、ホットメルト樹脂等で構成される。
【００１６】
濾材パック４０のひだ山４２、４２間は、セパレータ４５により離間される。表面４３、裏面４４上のセパレータ４５は、折り目方向において同一位置に配置されるとともに、本実施形態では、後述する流路１９Ａ〜１９Ｃに対応させて表面４３、裏面４４それぞれに複数（３つ）設けられる。
【００１７】
フィルタ枠５０は、下記で詳述するインサート成型によって成形されたものであり、濾材パック４０の外周を取り巻く流路に注入・固化された成形材料から成形される。フィルタ枠５０を成形するための成形材料は、例えば、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等から成る公知の注型樹脂である。フィルタ枠５０は、濾材パック４０の折り目方向に直交する方向において対向する両側枠部５３、５４と、折り目方向において対向する天枠部５５、地枠部５６とから成り、これら４つの枠部それぞれが四角枠形の各辺を構成する。
【００１８】
成形材料は、後述するように濾材パック４０の外周に接触した状態で固化ないし硬化され、そのため、濾材パック４０の外周は、フィルタ枠５０の内面に接着される。なお、濾材パック４０の外周を構成する、折り目方向に直交する方向における両端部４０Ａ、４０Ｂそれぞれは、両側枠部５３、５４それぞれに接着して保持されるとともに、折目方向における両端部４０Ｃ、４０Ｄは、地枠部５６、天枠部５５それぞれに接着して保持される。
【００１９】
リブ５１は、濾材パック４０の折り目方向に直交するように延在するとともに、両側枠部５３、５４間に掛け渡され、エアフィルタ６０を補強する。リブ５１は、後述するように、キャビティ内に設けられた流路１９Ａ〜１９Ｃに充填された成形材料によって成形される。なお、濾材パック４０のセパレータ４５は、エアフィルタ６０においては、後述するように、リブ５１内部に埋設され、概ね視認することができない。
【００２０】
濾材パック４０を形成するためのシート状濾材は、ガラス繊維とプラスティック繊維とを備える。シート状濾材は、例えば、ガラス短繊維とプラスティック短繊維とを混合したものを、公知の湿式抄紙法等によりシート状にした不織布である。シート状濾材において、プラスティック繊維は、ポリエステル繊維であることが好ましく、なかでもポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）繊維が特に好ましい。
【００２１】
本実施形態では、濾材パック４０が、プラスティック繊維にガラス繊維が混合されて構成されたため、後述するように、インサート成型時に成形型に濾材パック４０がセットされる際、防液板部との間に摩擦が発生しにくくなり、濾材パックが破損しにくくなる。
【００２２】
また、シート状濾材は、ガラス繊維を備えるため、粉塵捕集効率が良好に維持されている。そして、シート状濾材は、好ましくはＨＥＰＡ濾材であり、エアフィルタ６０をＨＥＰＡフィルタとするものである。なお、ＨＥＰＡフィルタとは、ＪＩＳ Ｚ ８１２２による「定格風量で粒径が０．３μｍの粒子に対して９９．９７％以上の粒子捕集率をもち、かつ初期圧力損失が２４５Ｐａ以下の性能を持つエアフィルタ」の規定を満たすフィルタである。
【００２３】
シート状濾材において、ガラス繊維の含有量は、５０重量％以下であることが好ましく、２０〜５０重量％であることが特に好ましく、２５〜３５重量％とすることが最も好ましい。シート状濾材は、ガラス繊維を２０重量％未満にすると、粒子捕集効率が低下してＨＥＰＡ濾材とすることが難しくなる。また、５０重量％より多くすると、後述する成形型に濾材パックをセットする際に大きな摩擦が発生して、濾材パックが破損され、エアフィルタを製造することができなくなる。なお、本明細書において、繊維の含有量は、シート状濾材の全繊維材料に対する割合（％）で示される。
【００２４】
また、シート状濾材におけるガラス繊維以外の繊維は、全てプラスティック繊維であることが好ましい。シート状濾材において、プラスティック繊維（ポリエステル繊維）の含有量は、５０重量％以上であることが好ましく、特に５０〜８０重量％であることが好ましく、６５〜７５重量％であることが最も好ましい。
【００２５】
次に、図３を用いて本実施形態に係るエアフィルタの製造方法を説明する。図３は、エアフィルタの製造に使用される金型（成形型）を示す斜視図である。成形型１０は、互いに対向するように設けられた下型１１及び上型２１を備える。
【００２６】
下型１１には、その上面１５から凹んだ凹部１２が設けられる。凹部１２は底面１３と側壁１４で形成される。凹部１２の側壁１４は、所定方向（Ｘ方向）において対向する第１及び第２の側壁部１４Ａ、１４Ｂと、Ｘ方向に直交するＹ方向において対向する第３及び第４の側壁部１４Ｃ、１４Ｄとで構成される。上型２１は、その底面２３を下型１１の上面１５に重ね合わせることにより、凹部１２の上部を塞ぎ、下型１１との間にフィルタ枠を成型するためのキャビティを形成する。
【００２７】
凹部１２の底面１３には、上型２１に向かって複数の下型防液板部１６が立設されるとともに、上型２１の底面２３には、下型１１に向かって複数の上型防液板部２６が立設される。
【００２８】
各下型防液板部１６は、Ｙ方向に長い略矩形の板が、空隙１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃをおいて、Ｙ方向に４つに分割された形状を呈する。すなわち、１つの下型防液板部１６は、同一平面上（Ｘ方向に直交する平面上）に配置された４枚の下型分割板１７Ａ〜１７Ｄから構成される。下型分割板１７Ａ〜１７Ｄは、金属等の剛性部材で構成される。
【００２９】
下型１１において、下型防液板部１６は、Ｘ方向に複数並列され、櫛歯状を呈する。また、各下型防液板部１６に設けられた３つの空隙１８Ａ〜１８Ｃそれぞれは、他の下型防液板部１６に設けられた空隙１８Ａ〜１８Ｃそれぞれと、Ｙ方向において同一位置に配置される。そのため、各空隙１８Ａは連続し、Ｘ方向に直線状に延在する通路（流路）１９Ａとなる。同様に、各空隙１８Ｂ、１８Ｃが連続して流路１９Ｂ、１９Ｃとなる。
【００３０】
すなわち、複数の下型分割板１７ＡはＸ方向に一列に並列されるとともに、複数の下型分割板１７ＢもＸ方向に一列に並列され、複数の下型分割板１７Ｂと、複数の下型分割板１７Ａとの間に流路１９Ａが形成される。流路１９Ｂ、１９Ｃも同様に形成される。
【００３１】
複数の下型防液板部１６のうち、Ｘ方向において、最も両端側に設けられた下型防液板部１６、１６は、所定の間隙３１、３２を介して、側壁部１４Ａ、１４Ｂに隣接する。また、各下型防液板部１６のＹ方向における両端部の端面（下型分割板１７Ａの端面、及び下型分割板１７Ｄの端面）それぞれは、所定の間隔３３、３４を介して、側壁部１４Ｃ、１４Ｄに対向する。
【００３２】
間隙３１〜３４は、後述するようにキャビティ内に配置される濾材パック４０を取り囲み、成形材料が注入されるための四角枠形の外周流路３５となる。また、上記した流路１９Ａ〜１９ＣのＸ方向における両端は、外周流路３５に接続し、外周流路３５に成形材料が注入されると、流路１９Ａ〜１９Ｃにも成形材料が流入される。上型２１の底面２３には、外周流路３５に連通する複数の注入・排気口３６が設けられる。注入・排気口３６は、流路３５の４隅等に対向して設けられる。
【００３３】
複数の上型防液板部２６は、下型防液板部１６に対応して形成される。すなわち、４枚の上型分割板２７Ａ〜２７Ｄから成る上型防液板部２６が、Ｘ方向に複数並列され、櫛歯状を呈する。各上型防液板部２６において、上型分割板２７Ａ〜２７Ｄは、同一平面（Ｘ方向に直交する平面）上において、空隙２８Ａ〜２８Ｃをおいて配置される。空隙２８Ａ〜２８Ｃそれぞれは、下型１１の流路１９Ａ〜１９Ｃそれぞれに一致した位置に配置される。なお、上型分割板２７Ａ〜２７Ｄの構成は、下型分割板１７Ａ〜１７Ｄと同様であるため、その他の説明は省略する。
【００３４】
上型分割板２７Ａ〜２７Ｄそれぞれの位置は、Ｘ方向において、下型分割板１７Ａ〜１７Ｄの配置位置から僅かにずれており、上型２１が下型１１に重ねられると、複数の上型分割板２７Ａ〜２７Ｄは複数の下型分割板１７Ａ〜１７Ｄに噛み合うように配置される。すなわち、各上型分割板２７Ａは、Ｘ方向において隣接する２枚の下型分割板１７Ａ、１７Ａの間に配置される。同様に、上型分割板２７Ｂ〜２７ＤそれぞれもＸ方向に隣接する２枚の下型分割板１７Ｂ〜１７Ｄの間に配置される。なお、上型防液板部２６の数は、下型防液板部１６の数より１つ少ない。
【００３５】
なお、各分割板は、図３では、模式的に平面状に示したが、実際には、図４に示すように先端に向かうに従ってその厚さが薄くなる断面三角形を呈する。また、図４に示すように、分割板の基端は一体とされている。さらに、図３に示すように、外周流路３５が注入・排気口３６に連通されるスペースを確保するために、外周流路３５の４隅に近接する数枚の下型分割板１７Ａ、１７Ｄは、他の分割板１７Ａ、１７Ｄよりも長さが短くされる。上型防液板部２６についても同様である。
【００３６】
次に、本実施形態に係るエアフィルタの製造方法について説明する。本実施形態では、まず、図４に示すように、濾材パック４０のひだ山４２それぞれがＸ方向に隣接する２つの下型防液板部１６、１６の間に挿入されて、濾材パック４０が下型１１に嵌め入れられる。このとき、各セパレータ４５は、各流路１９Ａ〜１９Ｃ内部に配置される。
【００３７】
次いで、上型２１が下方に移動されて、下型１１の上に上型２１が重ねられる。このとき、上型防液板部２６それぞれは、濾材パック４０のひだ山４２の内部それぞれに挿入され、複数の上型分割板２７Ａ〜２７Ｄは、複数の下型分割板１７Ａ〜１７Ｄに噛み合うように配置される。これにより、濾材パック４０は、キャビティ内において噛み合うように配置された上型防液板部２６と下型防液板部１６によって挟み込まれて保持される。
【００３８】
ここで、図４から明らかなように、下型防液板部１６間に配置される、濾材パックのひだ山４２の数は、上型防液板部２６の数に一致する。また、濾材パック４０の幅（折目方向における長さ）は、下型及び上型防液板部１６、２６のＹ方向における長さに略一致する。これにより、濾材パック４０の外周（端部４０Ａ、４０Ｂ等）は、外周流路３５に面するように配置される。
【００３９】
次に、１つ以上の注入・排気口３６から液状の成形材料が注入され、濾材パック４０の外周を囲む外周流路３５、及び流路１９Ａ〜１９Ｃに成形材料が充填される。このとき、注入・排気口３６の１つ以上から外周流路３５及び流路１９Ａ〜１９Ｃ内部の空気が排出される。
【００４０】
成形材料は、濾材パック４０の外周に接触しつつ外周流路３５に充填される。外周流路３５に充填された成形材料は、フィルタ枠５０となるとともに、その成形材料は濾材パック４０の外周流路３５に面する部分に接着し、これにより、濾材パック４０の外周がフィルタ枠５０に固着される。また、防液板部１６、２６によって、成形材料が外周流路３５から外れて濾材パック４０内部に浸入されることが防止される。
【００４１】
成形材料は、さらに、セパレータ４５の上から、濾材の表面４３及び裏面４４の一部を覆うようにして、流路１９Ａ〜１９Ｃ内に充填される。すなわち、成形材料は、流路１９Ａ〜１９Ｃに配置されたセパレータ４５や、濾材パック４０の一部をその内部に埋没させつつ、流路１９Ａ〜１９Ｃ内に充填され、この流路１９Ａ〜１９Ｃの成形材料によりリブが成形される。ここでも、成形材料が流路１９Ａ〜１９Ｃを外れて流れ出ることが、防液板部１６、２６によって防止される。外周流路３５、及び流路１９Ａ〜１９Ｃ内部に注入された成形材料は、適宜加熱等されることにより、固化ないし硬化されて、図１に示すエアフィルタ６０が得られる。
【００４２】
本実施形態では、濾材パック４０が、プラスティック繊維を備えることにより、成形型にセットする際に摩擦が生じにくくなり破損されなくなるので、インサート成型によりエアフィルタが製造可能になる。また、濾材パック４０は、プラスティック繊維に加えてガラス繊維も備えているため、粉塵捕集効率が良好に維持され、エアフィルタ６０をＨＥＰＡフィルタとすることができる。さらに、本実施形態では濾材の粉塵捕集機構は、帯電付与やメンブレンによるものではないので、フィルタ寿命を比較的長くすることができるとともに、使用による濾過効率の低下も抑制されやすくなる。
【００４３】
なお、上記実施形態では、濾材パック４０は、セパレータが省略されても良い。本実施形態に係るエアフィルタ６０においては、セパレータがなくても、リブ５１によってひだ山間の間隔は一定に保持される。
【００４４】
また、各防液板部１６、２６は、空隙により分割され複数の板から構成されたが、各防液板部１６、２６は分割されなくても良い。すなわち、リブを製造するための流路１９Ａ〜１９Ｃは省略され、リブを有しないエアフィルタが製造されても良い。
【００４５】
また、濾材パック４０の外周側に形成された流路は、四角枠形であったが、その形状に限定されず例えば円環状とされ、丸形フィルタが製造されても良い。さらに、上記した製造方法は、インサート成型の一例を示すものであり、エアフィルタは他のインサート成型方法により製造されても良い。
【実施例】
【００４６】
以下、本発明について実施例を用いて説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００４７】
［実施例１］
繊維材料がガラス繊維３０重量％とＰＥＴ繊維７０重量％とから成る坪量７０ｇ／ｍ２の不織布をシート状濾材として使用したひだ山数４５、厚さ２０ｍｍ、高さ１５０ｍｍ、幅１２０ｍｍの濾材パックを用意した。この濾材パックを用いて、上記した実施形態の製造方法に倣って濾材パックを製造し、そのときの成型性を評価した。その結果を表１に示す。表１において、○は、濾材パックに破損が生じずにエアフィルタが製造できたことを示し、×は成形型の防液板部により濾材パックが破損され、エアフィルタが製造できなかったことを示す。また、濾材パックについての０．３μｍ粒子捕集効率をＪＩＳ Ｂ９９２７に従って測定し、その結果も合わせて表１に示す。
【００４８】
［比較例１］
繊維材料がＰＥＴ繊維１００重量％から成る坪量９０ｇ／ｍ２の不織布をシート状濾材として使用した点を除いて実施例１と同様に実施した。
【００４９】
［比較例２］
繊維材料がガラス繊維１００重量％から成る坪量７０ｇ／ｍ２の不織布をシート状濾材として使用した点を除いて実施例１と同様に実施した。
【００５０】
【表１】
2013146669.tif 000003
【００５１】
表１から明らかなように、ＰＥＴ繊維から成るシート状濾材を用いた比較例１では、粒子捕集効率が不十分である一方、ガラス繊維から成るシート状濾材は、インサート成型中に濾材が破損され、エアフィルタを製造することができなかった。それに対して、シート状濾材がポリエステル繊維にガラス繊維が混合されたものである実施例１においては、粒子捕集効率をガラス繊維のみから成る比較例２の濾材と同等に保ちつつも、濾材を破損することなく、インサート成型によりエアフィルタを製造することができた。
【符号の説明】
【００５２】
１０  成形型
１１  下型
１６  下型防液板部
２１  上型
２６  上型防液板部
４０  濾材パック
５０  フィルタ枠
６０  エアフィルタ
【図１】
2013146669.tif 000004
【図２】
2013146669.tif 000005
【図３】
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【図４】
2013146669.tif 000007