(57)【要約】【課題】エアフィルタ濾材の毛羽立ちを抑制し、長期間にわたって高捕集効率および低圧力損失を維持する。【解決手段】基材層３と、基材層３の上面に設けた細繊維集合体２と、細繊維集合体２の上面に設けた保護層６が積層された構造を有し、細繊維集合体２は少なくとも３層の細繊維層からなる積層構造体であり、細繊維層は、帯電性を有する第１の細繊維層４または第１の細繊維層４に比べて帯電性の低い第２の細繊維層５であって、第２の細繊維層５が第１の細繊維層４を挟むようにして交互に積層されている構成にしたことにより、第１の細繊維同士で静電気的斥力が働き発生する毛羽立ちを抑制することができ、高捕集効率および低圧力損失のエアフィルタ濾材を提供することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材層と、前記基材層の上面に設けた細繊維集合体と、前記細繊維集合体の上面に設けた保護層が積層された構造を有し、前記細繊維集合体は少なくとも３層の細繊維層からなる積層構造体であって、前記細繊維層は、帯電性を有する第１の細繊維層または前記第１の細繊維層に比べて帯電性の低い第２の細繊維層であって、前記第２の細繊維層が前記第１の細繊維層を挟むようにして交互に積層されていることを特徴とするエアフィルタ濾材。
【請求項２】
第２の細繊維層は、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の平均繊維径で構成され、前記第２の細繊維層を形成する高分子の体積抵抗率が１０１６Ωｃｍ未満、且つ誘電正接が０．００１より大きく、第１の細繊維層は、平均繊維径が５００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の繊維で構成され、前記第１の細繊維層を形成する高分子の体積抵抗率が１０１６Ωｃｍ以上、且つ誘電正接が０．００１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濾材。
【請求項３】
第２の細繊維層の目付量は、第１の細繊維層の目付量に比べて少量であることを特徴とする請求項１または２に記載のエアフィルタ濾材。
【請求項４】
基材層は、基材そのものの体積抵抗率が１０１３Ωｃｍ以上、且つ基材層を構成する材質の誘電率が第１の細繊維層を構成する材質の誘電率よりも大きいことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のエアフィルタ濾材。
【請求項５】
保護層が最上位に設けた第２の細繊維層に接着成分を介して接着されており、前記第２の細繊維層を形成する高分子の連続耐熱温度が前記接着成分の溶融温度よりも高く、前記第２の細繊維層は第１の細繊維層よりも繊維径が細い繊維集合体であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のエアフィルタ濾材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気浄化を目的とした空気清浄装置などに組み込まれるエアフィルタ濾材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の空気清浄装置に組み込まれているエアフィルタ濾材１０１は、図８に示すように、基材層１０２と、基材層１０２の上面に設けた細繊維集合体１０３を備え、細繊維集合体１０３は少なくとも２層からなる多層繊維構造体であって、基材層１０２は細繊維集合体１０３よりも太い繊維径で構成され、細繊維集合体１０３は、電界紡糸法により形成され、第１の細繊維層１０４と第１の細繊維層１０４と比べて繊維径の細い第２の細繊維層１０５とを積層した構造であり、第２の細繊維層１０５の上面表層部に第１の細繊維層１０４を配置し、熱圧着の工程を経て各層が接着された構成となっていた。また、繊維径が細くなると平面視での一つの空隙面積は小さくなるため、第１の細繊維層の空隙面積は、基材層と比べて小さく、第２の細繊維層と比べて大きい構造となっていた（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−８９２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来例のように、電界紡糸法を利用して細繊維層を形成した多層繊維構造体は、製造工程において、溶液原料に高電圧を印加し、静電反発力により溶液流が延伸され、細繊維化が促進されるため、電荷を帯びた細繊維が形成され、集塵性能の向上に寄与することが期待できる。
【０００５】
一方、基材層の上面側に積層された細繊維は同極性の電荷を帯びているため、繊維は互いに反発し易く、目付量の増加に伴い、細繊維層の上面表層部では毛羽立ちが発生し易くなる。これら毛羽立ちの発生は、積層される細繊維の分布も不均一にし、細繊維層の上面表層部では繊維同士の反発も生じさせる。そのため、形成された細繊維層の厚さにバラつきが発生し、圧力損失の分布にもバラつきが生じ易くなる。さらに、毛羽立った繊維は、細繊維集合体の上面表層部に設けた接着成分の分布にも偏りを生じさせるため、接着性の低下を招いてしまうという課題があった。
【０００６】
すなわち、フィルタの性能が安定しないというものであった。
【０００７】
上記従来例では、基材層の上面に、第１の細繊維層と第１の細繊維層と比べて繊維径の細い第２の細繊維層とを積層した構造であり、前記第２の細繊維層の上面表層部に前記第１の細繊維層を配置することで、毛羽立ちを抑制するものであった。
【０００８】
しかしながら、分析を繰り返すと、前記第２の細繊維層の上面表層部に配置された第１の細繊維層の空隙面積は第２の細繊維層の空隙面積に比べて大きいため、前記第１の細繊維層の空隙部から第２の細繊維がエアフィルタ濾材上面に毛羽立ちとして現れ、さらに第１の細繊維を形成する高分子の帯電により、第１の細繊維自体が毛羽立つという課題を見出すことができた。
【０００９】
また、より細かな粉塵の捕集を目的として第２の細繊維層を有した細繊維層において、基材層の繊維径が第２の細繊維層よりも太く空隙面積も大きい。そのため加熱及び圧着の両工程を経て形成されるエアフィルタ濾材では、熱圧着工程により各層を接着すると、連続耐熱温度の低い細繊維層が前記基材層の空隙部分に撓んだ状態になってしまい、さらには繊維の切断が起こり、第２の細繊維層の３次元網目構造が崩れてしまうということが予測される。
【００１０】
加えて、細繊維同士が平行または交差する密接部分において、繊維同士の接着現象が発生し、太繊維化ならびに平面視での面積が増加するため、捕集効率の低下及び圧力損失の増加を招いてしまうという課題も抽出できた。
【００１１】
そこで本発明は、細繊維層の表層部での毛羽立ちを無くし、加熱圧着による捕集効率の低下及び圧力損失の増加を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は、帯電性を有する細繊維層の表層部での毛羽立ちの抑制と加熱時の撓みの抑制とに着眼し、細繊維層の構成において積極的に帯電をさせる細繊維層と帯電をさせない細繊維層とを備え、これらを積層することでフィルタの性能の向上を実現したものである。
【００１３】
すなわち、基材層と、前記基材層の上面に設けた細繊維集合体と、前記細繊維集合体の上面に設けた保護層が積層された構造を有し、前記細繊維集合体は少なくとも３層の細繊維層からなる積層構造体であって、前記細繊維層は、帯電性を有する第１の細繊維層または前記第１の細繊維層に比べて帯電性の低い第２の細繊維層であって、前記第２の細繊維層が前記第１の細繊維層を挟むようにして交互に積層されていることを特徴とするエアフィルタ濾材を提供するものであり、これにより所期の目的を達成するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のエアフィルタ濾材によれば、基材層と、前記基材層の上面に設けた細繊維集合体と、前記細繊維集合体の上面に設けた保護層が積層された構造を有し、前記細繊維集合体は少なくとも３層の細繊維層からなる積層構造体であって、前記細繊維層は、帯電性を有する第１の細繊維層または前記第１の細繊維層に比べて帯電性の低い第２の細繊維層であって、前記第２の細繊維層が前記第１の細繊維層を挟むようにして交互に積層したため、高帯電性の細繊維で形成された第１の細繊維層の表層部での毛羽立ちを抑制することが可能となり、品質の不安定さを無くし、加熱圧着による捕集効率の低下及び圧力損失の増加を抑制することができる。
【００１５】
すなわち、本発明においては、同極性の電荷を帯びた第１の細繊維層の上側表層部に、低帯電性の前記第２の細繊維層を配置することで、前記第１の細繊維層における繊維同士の静電反発作用による毛羽立ちを抑制し、紡糸時に堆積する第１の細繊維の偏在化を抑えることが可能となるため、圧力損失分布が一様となり、フィルタの性能が向上するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】電界紡糸法を説明する概略図
【図２】積層フィルタの構成を示す図
【図３】本発明の前提となる製造工程を説明する概略図
【図４】本発明の実施の形態１のフィルタ濾材を示す断面図
【図５】基材層と帯電層との間で発生する毛羽立ち現象を説明する模式図
【図６】同エアフィルタ濾材で発生する撓み現象の模式図（（ａ）斜視図、（ｂ）平面視図）
【図７】同エアフィルタ濾材で発生する繊維同士の接着現象の模式図（（ａ）斜視図、（ｂ）平面視図）
【図８】従来のフィルタ濾材を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の請求項１に係わるエアフィルタ濾材は、基材層と、前記基材層の上面に設けた細繊維集合体と、前記細繊維集合体の上面に設けた保護層が積層された構造を有し、前記細繊維集合体は少なくとも３層の細繊維層からなる積層構造体であって、前記細繊維層は、帯電性を有する第１の細繊維層または前記第１の細繊維層に比べて帯電性の低い第２の細繊維層であって、前記第２の細繊維層が前記第１の細繊維層を挟むようにして交互に積層されていることを特徴とする。
【００１８】
これにより、第１の細繊維層の上側表層部に、低帯電性の前記第２の細繊維層を配置することとなり、同極性の電荷を帯びた第１の細繊維同士の静電反発により発生する毛羽立ち現象が細繊維集合体の表面へ出現することを抑制することができる。
【００１９】
加えて、基材層と第１の細繊維層との間に帯電性の低い第２の細繊維層が介在することになり、紡糸時に同極性の電荷を帯びた基材層と帯電性を有する第１の細繊維の静電反発を抑制することができる。その結果、ノズルから吹き付けられる第１の細繊維の偏在化を抑えることができるため、形成される細繊維層の厚さは均一になる。
【００２０】
さらに、基材層と細繊維集合体および保護層を貼り合わせる加熱および圧着の両工程において、前述した毛羽立ちの抑制の効果により、前記細繊維集合体の上面表層部に設けた接着成分が均一に配置でき、接着性の低下を抑制することができる。
【００２１】
つまり、本発明によるエアフィルタ濾材では、エアフィルタ濾材全体での繊維の偏在化を抑制することができ、空気通過時の圧力損失分布も一様となり、フィルタの性能を向上させることが可能となる。
【００２２】
また、本発明の請求項２に係わるエアフィルタ濾材は、第２の細繊維層が、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の平均繊維径で構成され、前記第２の細繊維層を形成する高分子の体積抵抗率が１０１６Ωｃｍ未満、且つ誘電正接が０．００１より大きい特徴を有し、第１の細繊維層は、平均繊維径が５００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の繊維で構成され、前記第１の細繊維層を形成する高分子の体積抵抗率が１０１６Ωｃｍ以上、且つ誘電正接が０．００１以下であることを特徴とする。
【００２３】
これにより、第１の細繊維層と第２の細繊維層はともに、繊維径がナノオーダーサイズであるため、平面視での空隙部が小さくなる。すなわち、細繊維集合体の３次元網目構造を形成する細孔が小さくなるため、機械的捕集による捕集効率が向上し、さらに細繊維集合体を構成する細繊維間に発生する電界強度が強化されるため、クーロン力による捕集効率が向上する。また、空気分子と細繊維表面との界面で発生する相互作用により空気が滑りやすくなるというスリップフロー効果により空気通過時の乱流を抑制できるため、圧力損失の低減が可能である。
【００２４】
特に、第２の細繊維層は、高分子の体積抵抗率が１０１６Ωｃｍ未満、且つ誘電正接が０．００１より大きいので、紡糸時に付与された電荷が消失しやすく、第１の細繊維層よりも帯電性が低いため、第２の細繊維層の細繊維同士の静電反発が起こりにくく、毛羽立ちが発生しない。その結果、第１の細繊維層がもたらす静電反発による毛羽立ちを抑制する効果を発揮する。また、第１の細繊維層は、高分子の誘電正接が０．００１以下であるので紡糸時に多くの電荷が付与され、高分子の体積抵抗率が１０１６Ωｃｍ以上であるので付与された多くの電荷を安定保持することが可能である。つまり、高い電界強度を長期間にわたって保持することができるため、クーロン力による捕集効率も長期間維持することが可能である。
【００２５】
また、本発明の請求項３に係わるエアフィルタ濾材は、第２の細繊維層の目付量は、第１の細繊維層の目付量に比べて少量であることを特徴とする。
【００２６】
第２の細繊維層は、第１の細繊維層に比べて帯電性が低く、クーロン力による捕集効率の優劣が懸念されるが、ナノオーダーの細繊維で構成されているため、機械的捕集による捕集効率は高く、高帯電性を有する第２の細繊維層のクーロン力による捕集効果と併せ、高い捕集効率を長時間維持することが可能である。さらに、第２の細繊維層の目付量は第１の細繊維層の目付量に比べて少量であるため、圧力損失の増加を抑えることができるという効果を奏する。
【００２７】
また、本発明の請求項４に係わるエアフィルタ濾材は、基材層は、基材そのものの体積抵抗率が１０１３Ωｃｍ以上、且つ基材層を構成する材質の誘電率が第１の細繊維層を構成する材質の誘電率よりも大きいことを特徴とする。
【００２８】
これにより、基材層そのものの帯電保持力は第１の細繊維層と比較して低いが、基材中の電荷の伝導性は低い値を確保しており、第１の細繊維層から基材層まで移動してきた電荷が大気中に放出され難くすることができる。その結果、エアフィルタ濾材内により多くの電荷を保持することが可能となる。そのため、エアフィルタ濾材全体として、長期に亘って帯電能力を維持すること、すなわち高い捕集効率を維持することが可能となる。
【００２９】
また、本発明の請求項５に記載のエアフィルタ濾材は、保護層が最上位に設けた第２の細繊維層に接着成分を介して接着されており、前記第２の細繊維層を形成する高分子の連続耐熱温度が前記接着成分の溶融温度よりも高く、第１の細繊維層は第２の細繊維層よりも繊維径が太い繊維集合体であることを特徴とする。
【００３０】
これにより、接着成分を溶融させる濾材の張り合わせ時に第２の細繊維層は熱の影響に耐えることができるので、繊維同士の接着が起こり難くなり、太繊維化ならびに平面視での面積増加を抑制できる。その結果、捕集効率の低下および圧力損失の増加を抑えることができる。
【００３１】
また、第１の細繊維層は、第２の細繊維層よりも繊維径が太い繊維集合体であり、第２の細繊維層に挟まれて積層されているので、接着成分の溶融時に加わる熱の影響を受けにくくすることができる。つまり、第１の細繊維層も、太繊維化ならびに平面視での面積増加が抑えられ、撓まずに張った状態で積層することが可能となる。その結果、エアフィルタ濾材としての捕集効率が高くなり、圧力損失の低減が可能となる。
【００３２】
以下、図面を参照しながら本発明におけるエアフィルタ濾材の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する内容は実施の一例に過ぎず、これに限定されるものではない。
【００３３】
（前提例）
本実施の形態は、電界紡糸法を利用して細繊維層を形成した多層繊維構造体は、製造工程において、電荷を帯びた細繊維を容易に形成することができること活用するものである。
【００３４】
すなわち、図１に示すように、電界紡糸法は、紡糸用ノズル８の先端と高分子原料を有機溶剤などに溶解させて得られる紡糸溶液７との間に高電圧を印加する（図示せず）ことで、紡糸用ノズル８の先端付近の液滴が帯電し、同極性の電荷による静電反発力が液滴の表面張力を上回ると、紡糸溶液７がアース処理を施された搬送手段９に向かって噴霧され細繊維を形成する方法である。さらに、製造時に高電界を印加し、細繊維集合体２に多くの電荷を付与することができ、後工程での帯電処理が必要ない。
【００３５】
図２に示すように、本発明のエアフィルタ濾材１は、基材層３と、基材層３の上面に設けた細繊維集合体２と、細繊維集合体２の上面に設けた保護層６が積層された構造を有している。細繊維集合体２を構成する細繊維層は、第１の細繊維層４と第２の細繊維層５を含み第２の細繊維層５が第１の細繊維層４を挟むようにして交互に積層した構成としている。
【００３６】
まず、前提となる実施の形態におけるエアフィルタ濾材１の製造方法の一例について説明する。
【００３７】
図３に示すように、本実施の形態のエアフィルタ濾材１の製造設備は、水平移動が可能な搬送手段９と、搬送手段９の上方に製造ラインの上流側から順番に配置された第２の細繊維層を形成する高分子溶液専用ノズル１０ａおよび第１の細繊維層を形成する高分子溶液専用ノズル１１、第２の細繊維層を形成する高分子溶液専用ノズル１０ｂ、接着成分専用ノズル１２、さらに加熱部１３とロール加圧部１４で構成している。また、図２では、細繊維集合体２は３層構造になるように設備を配置しているが、これに限定されず、第２の細繊維層５と第１の細繊維層４の積層数に応じて第２の細繊維層を形成する高分子溶液専用ノズル１０および第１の細繊維層を形成する高分子溶液専用ノズル１１の数は増やしてもよい。
【００３８】
製造方法として、まず、基材層３は、搬送手段９によって搬送されている。次に、第１の細繊維層４を第２の細繊維層５で挟むようにして積層するため、まず、第２の細繊維層を形成する高分子溶液専用ノズル１０ａを用いて第２の細繊維層５を形成する高分子溶液を下方へ、すなわち基材層３に向けて噴霧し、続いて、第１の細繊維層を形成する高分子溶液専用ノズル１１を用いて第１の細繊維層４を形成する高分子溶液を下方へ向けて噴霧し、再び、別の第２の細繊維層を形成する高分子溶液専用ノズル１０ｂを用いて第２の細繊維層５を形成する高分子溶液を下方へ向けて噴霧し細繊維集合体２を形成する。ここで、高分子溶液を噴霧する際、第２の細繊維層を形成する高分子溶液専用ノズル１０および第１の細繊維層を形成する高分子溶液専用ノズル１１には+２０ｋＶ程度の高電圧が印加され、アース処理を施した搬送手段９との間での電位差によって、アース方向に高分子溶液が紡糸され、細繊維層が得られる。
【００３９】
基材層３の上面に吹き付けられた細繊維集合体２の最上面表層部に、接着成分専用ノズル１２から接着成分１５を噴霧し、加熱部１３を通過する際に接着成分１５が溶け出す。最後に、細繊維集合体２の上方から保護層６を重ね合せ、ロール加圧部１４で圧着処理を行い、エアフィルタ濾材１を形成するものである。
【００４０】
なお電界紡糸法において、高分子原料を溶解させる溶媒としては、高分子を溶解させることが可能であれば特に限定されない。溶媒としては、水、アセトン、エタノール、メタノール、イソプロパノール、クロロホルム、ベンジルアルコール、シクロヘキサン、Ｎ, Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、Ｎ, Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、四塩化炭素、酢酸、ギ酸、トルエン、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ヘキサフロロイソプロパノール（ＨＦＩＰ）などが用いられる。さらに、これらの溶媒を２種類以上混合させて用いることも可能である。
【００４１】
（実施の形態１）
本実施の形態のエアフィルタ濾材１は、図４に示すように基材層３と、基材層３の上面に設けた細繊維集合体２と、細繊維集合体２の上面に設けた保護層６が積層された構造を有している。なお、細繊維集合体２は少なくとも３層の細繊維層が積層された多層繊維構造体であり、細繊維層は奇数層（３層以上）であれば積層数は問わないものである。
【００４２】
細繊維集合体２を構成する細繊維層は、帯電性の高い第１の細繊維層４または第１の細繊維層４に比べて帯電性の著しく低い第２の細繊維層５であって、第２の細繊維層５が第１の細繊維層４を挟むようにして交互に積層した構造としている。
【００４３】
前記のように第１の細繊維層４は、帯電性を確保するために、第１の細繊維層４を形成する繊維の体積抵抗率を、１０１６Ωｃｍ以上、且つ誘電正接が０．００１以下の条件を満たす高分子にすることが好ましい。
【００４４】
体積抵抗率が１０１６Ωｃｍより低いと、高電圧印加時の繊維への電荷付与が不十分となり、捕集効率が低下する。また、誘電正接が０．００１より大きいと、繊維に付与された電荷の保持が不安定になり、湿度の高い状況下、すなわち水蒸気に曝露されると電荷が大気中に放出されやすく、捕集効率が低下してしまう。つまり、体積抵抗率は１０１６Ωｃｍ以上、且つ誘電正接が０．００１以下の高分子が好ましい。
【００４５】
そこで、第１の細繊維層４を形成する高分子として、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニルエーテル（ＰＰＥ）、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフェニルスルホン（ＰＰＳＵ）、ペルフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合樹脂（ＦＥＰ）、四フッ化エチレン−エチレン共重合樹脂（ＥＴＦＥ）など、あるいはこれらの混合物を用いることが可能である。
【００４６】
また、帯電による粉塵の捕集効果を発揮させるために第１の細繊維層４は、平均繊維径を５００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の繊維で構成することが好ましい。繊維径が２０００ｎｍより太くなると、更なる圧力損失の増加を招く。さらに、繊維径が太くなりすぎると、繊維内部まで分極されにくくなり、帯電性能は良化しない。また、細繊維層が形成する３次元網目構造の細孔が大きくなり、大気中の粉塵等を引き寄せるクーロン力が弱くなり、捕集効率の低下を招くため好ましくない。繊維径が１５００ｎｍより太く２０００ｎｍ以下だと、単位面積当たりの繊維占有率が増え、圧力損失の増加を招く。しかしながら、繊維径が太くなることにより、単位長さ当たりの繊維体積が増えるので、繊維内部の分極量が増加し、帯電性能は強化される。より好ましくは５００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下である。
【００４７】
一方、第２の細繊維層５は、第１の細繊維層４に比べて帯電性を著しく低くするために、第２の細繊維層５を形成する繊維の体積抵抗率を、１０１６Ωｃｍ未満、且つ誘電正接が０．００１より大きい条件を満たす高分子を選定することが好ましい。
【００４８】
また、第２の細繊維層５を形成する高分子の連続耐熱温度は１２０ｏＣ以上であり、第２の細繊維層５の平均繊維径が５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下で構成され、第１の細繊維層４よりも繊維径が細い繊維集合体としている。繊維径が５０ｎｍより細いと、破損や毛羽立ちが起こりやすいため好ましくない。より好ましくは、１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下の繊維径である。
【００４９】
そこで、第２の細繊維層５を形成する高分子としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）など、あるいはこれらの混合物を用いることが可能である。
【００５０】
上記構成によれば、保護層６側から基材層３側へ空気を流した場合に、第２の細繊維層５において、圧力損失の増加を抑制しつつ、機械的捕集による０．３μｍ程度の浮遊粒子状物質の捕集が可能となり、高帯電性を有する第１の細繊維層４において、第２の細繊維層５で捕集しきれず通過した浮遊粒子状物質を、繊維間の高いクーロン力で捕集することができる。
【００５１】
特に、本実施の形態によれば、第２の細繊維層５が第１の細繊維層４を挟むようにして交互に積層することで、基材層３と第１の細繊維層４との間に働く静電気的斥力を抑制し、第１の細繊維同士の静電反発による毛羽立ちを抑えることができる。これにより、積層される細繊維の偏在化を抑制することができ、圧力損失の分布がエアフィルタ濾材１全体で均一なものとなる。
【００５２】
また、基材層３と細繊維集合体２、保護層６との接着に、パウダーなどの接着成分を用いた場合、細繊維集合体２で毛羽立ちが生じていると、噴霧された接着成分に偏りが生じてしまうが、上述した毛羽立ちの抑制により、接着性が向上する。
【００５３】
なお、図５に示すように基材層３の表面に配置すると、多くの電荷を帯びた第１の細繊維層４は、基材層３と同極性の電荷を帯びているため、静電反発作用により斥力が働き、第１の細繊維層４の上面表層部で毛羽立ち現象が発生してしまう。さらに、繊維径がナノオーダーになると、繊維の自己支持力が弱くなり、第１の細繊維層４の繊維同士の静電反発作用により毛羽立ちが発生し易くなる。
【００５４】
また、本実施の形態では、第２の細繊維層５を形成する繊維の体積抵抗率を、１０１６Ωｃｍ未満、且つ誘電正接が０．００１より大きい条件を満たす高分子を選定し、第１の細繊維層４を形成する繊維の体積抵抗率を、１０１６Ωｃｍ以上、且つ誘電正接が０．００１以下の条件を満たす高分子にしている。
【００５５】
これにより、第１の細繊維層４は、多くの電荷を保持することが可能になるため、繊維間の強いクーロン力と第２の細繊維層５の機械的捕集効果により捕集効率を向上させることができる。さらに、第１の細繊維層４は電荷保持性能が高いため、汚染された空気中や高負荷環境下においても、長期間にわたって高い捕集効率を維持することができる。
【００５６】
一方、第２の細繊維層５は第１の細繊維層４と比べて帯電性が低いため、捕集効率の低下が懸念される。しかしながら、第２の細繊維層５はナノオーダーの細繊維で構成されているため、機械的捕集による捕集効率を向上させることができる。さらに、第２の細繊維層５の目付量を第１の細繊維層４の目付量に比べて少量にすることにより、第２の細繊維層５の有する細繊維による機械的捕集効果を保持しつつ、第２の細繊維層５の厚みを減らすことが可能で、圧力損失の増加を抑えることが可能である。その結果、エアフィルタ濾材１としての圧力損失の増加を抑制することができ、第２の細繊維層５による機械的捕集力と第１の細繊維層４によるクーロン力によって、高い捕集効率を維持することができる。
【００５７】
さらに、第１の細繊維層４は、平均繊維径を５００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の繊維で構成したことにより、細繊維層が形成する３次元網目構造の細孔を小さくすることができクーロン力を発揮させ易くすることができ、機械的捕集による捕集効率を向上することができる。また、繊維径がナノオーダーのため、空気分子と細繊維表面との界面で発生する相互作用により空気が滑りやすくなるスリップフロー効果が働き、繊維界面近傍の空気の乱流を抑制することが可能となり、圧力損失の増加を抑制することができる。さらに、第１の細繊維層４の繊維径を５００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下にすると細繊維化により表面積が増大することができる。これにより繊維表面の電荷密度を増加させることができるため、クーロン力による捕集効率はさらに向上する。
【００５８】
また、本実施の形態では、基材層３そのものの体積抵抗率が１０１３Ωｃｍ以上であることを満たす必要がある。帯電性のある第１の細繊維層４に保持されていた電荷は、低帯電性且つ電荷を安定的に保持できない第２の細繊維層５に流れ込むと、第２の細繊維層５中を移動し、基材層３まで到達してしまう。発明者らは、基材層３そのものの体積抵抗率が１０１３Ωｃｍ未満の基材を用いると、高温高湿環境下での耐久試験で、捕集効率の低下、すなわち保持した電荷が空気中へ放出されやすくなる傾向を見出した。そこで、基材層３の体積抵抗率を１０１３Ωｃｍ以上にすることで、基材層３の帯電有無に関わらず、基材層３において電荷の移動（電荷の伝導性）を抑制する効果を発揮できる。すなわち、基材層３が電荷移動の障壁となり、細繊維集合体２中に電荷を保持し易くなり、高い捕集効率を維持できる。
【００５９】
例えば、基材層３を構成する繊維の材質は、樹脂、ガラス、無機、パルプ、炭素などの中から単独使用あるいは複数組み合わせて選択されており、規格ＪＩＳ  Ｋ  ６９１１（工業標準化法に基づく規格）およびＡＳＴＭ  Ｄ２５７（米国試験材料協会策定の規格）に準拠して測定した基材層３そのものの体積抵抗値が１０１３Ωｃｍ以上であればよい。一例として、樹脂であるポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）とガラス繊維の混合基材の体積抵抗率は１０１４Ωｃｍ以上である。
【００６０】
さらに、基材層３を構成する材質の誘電率が第１の細繊維層４を構成する材質の誘電率よりも大きくする条件を満たすことで、紡糸時に印加される高電圧により形成される基材層３中の電場は、第１の細繊維層４中の電場と比較して弱くなる。その結果、基材層３中の電荷は電場からの力を受け難く、基材層３中の電荷移動速度は、第１の細繊維層４および第２の細繊維層５中の電荷移動速度と比較して遅くなり、基材層３の表層部において、空気中へ電荷が放出してしまうことを抑制することができる。
【００６１】
例えば、第１の細繊維層４を構成する材質の誘電率は、ポリエチレン（ＰＥ）で２．３Ｆ／ｍ、ポリスチレン（ＰＳ）で２．４Ｆ／ｍ程度であり、規格ＪＩＳ  Ｋ６９１１（工業標準化法に基づく規格）およびＡＳＴＭ  Ｄ１５０（米国試験材料協会策定の規格）に準拠して測定した。
【００６２】
体積抵抗率および誘電率の条件を両方満たすことにより、エアフィルタ濾材１内により多くの電荷を保持することが可能となる。そのため、エアフィルタ濾材１全体として、長期に亘って帯電能力を維持すること、すなわち高い捕集効率を維持することが可能となる。
【００６３】
また、基材層３は細繊維集合体２を支持する支持体となる部材である。基材層３の製法としては、スパンボンド法、乾式または湿式抄紙法、メルトブローン法、エアレイド法、サーマルボンド法などが挙げられる。
【００６４】
基材層３を形成する繊維の平均繊維径は、１〜３０μｍ程度が好ましい。平均繊維径が１μｍ以下であると、単繊維の強度が弱く、支持体としての強度が不十分となるため、プリーツ加工を施したフィルタ形状の維持が困難になる。一方、平均繊維径が３０μｍ以上であると、基材層３の厚みが増し、圧力損失が大きくなるので、好ましくない。
【００６５】
また、本実施の形態では、第２の細繊維層５を形成する高分子の連続耐熱温度は接着成分１５の溶融温度よりも高く（例えば１２０ｏＣ以上と）している。これにより、エアフィルタ濾材１を形成するための加熱および圧着工程において、加熱部から第１の細繊維層４にかかる熱影響を抑制可能となる。すなわち、第２の細繊維層５は熱による繊維形状の変化が起こり難く、繊維同士での接着を抑制できるため、太繊維化ならびに平面視での面積増加を抑えることができる。その結果、細繊維による高い機械的捕集効率を維持しつつ、圧力損失の増加を抑制できる。
【００６６】
さらに、第２の細繊維層５の平均繊維径が５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下で構成され、第１の細繊維層４の繊維径は第２の細繊維層４よりも繊維径が太い繊維集合体とした。そして、第１の細繊維層４は第２の細繊維層５に挟まれて積層されることで、第１の細繊維層４が受ける熱の影響を抑えることができる。すなわち、第１の細繊維層４の太繊維化ならびに平面視での面積増加を抑え、張った状態で積層されることとなる。その結果、エアフィルタ濾材１としての捕集効率が高くなり、空気分子通過時の繊維近傍での乱流を抑制でき、圧力損失の低減が可能となる。
【００６７】
なお、図６に示すように、基材層３の表面に第１の細繊維層４を配置してしまうと、基材層３の繊維径は第１の細繊維層４よりも太く空隙面積も大きいため、加熱および圧着工程において、低い連続耐熱温度を有する第１の細繊維層４が前記空隙部分に撓んだ状態になってしまい、さらには繊維の切断が起こり、第１の細繊維層４の３次元網目構造が崩れてしまう。また、図７に示すように、細繊維同士が平行または交差する密接部分において、繊維同士の接着現象が発生し、太繊維化ならびに平面視での面積が増加するため、捕集効率の低下および圧力損失の増加が問題となる。そこで、本実施の形態のように、第１の細繊維層４を第２の細繊維層５で挟んで配置することは、第１の細繊維層４の３次元網目構造を形成するうえで有益である。
【００６８】
第２の細繊維層５および第１の細繊維層４を得る方法としては、ナノオーダーの平均繊維径を作製可能な方法であれば特に限定されないが、機械的捕集効果を十分に得るという観点から、常温常圧の環境下において、緻密でナノオーダーの細繊維を容易に作製可能な電界紡糸法が好ましい。
【００６９】
本実施の形態では、「基材層３と、基材層３の上面に設けた細繊維集合体２と、細繊維集合体２の上面に設けた保護層６が積層された」構成を説明しているが、基材層３の上面とは、基材層３の一面を示すもので、細繊維集合体２の上面とは、細繊維集合体２の一面であって、基材層３の前記一面に合わさない側の面を示すものである。つまり、別の表現では、「基材層３と、基材層３の一面に設けた細繊維集合体２と、細繊維集合体２が基材層３に設けられている面とは反対の面に設けた保護層６が積層された」構成も含む。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
以上のように、本発明におけるエアフィルタ濾材は、高捕集効率および低圧力損失であり、長期間にわたって安定した性能維持が可能であるため、空気清浄装置において、大気中の塵や埃、花粉などのアレルゲン物質を除去し浄化するエアフィルタ濾材として利用することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１    エアフィルタ濾材
２    細繊維集合体
３    基材層
４    第１の細繊維層
５    第２の細繊維層
６    保護層
７    紡糸溶液
８    紡糸用ノズル
９    搬送手段
１０ａ    第２の細繊維層を形成する高分子溶液専用ノズル
１０ｂ    第２の細繊維層を形成する高分子溶液専用ノズル
１１    第１の細繊維層を形成する高分子溶液専用ノズル
１２    接着成分専用ノズル
１３    加熱部
１４    ロール加圧部
１５    接着成分
【図１】
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【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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