(57)【要約】【課題】本発明は、積層した繊維層からなる不織布に平面方向と積層方向に方向性のある電界を設け、粉塵粒子に十分な静電気力を与えることにより、捕集性能を高めた濾材を提供する。【解決手段】本発明は、基材２と、基材２の表面上に設けた細繊維層４とを備え、細繊維層４は、細繊維３の集合体からなる多層構造体であって、細繊維３が正の電荷を多く帯びた第１の細繊維集合体６と、細繊維３が負の電荷を多く帯びた第２の細繊維集合体７とが、積層されていることを特徴とするものであり、捕集性能を著しく向上することができる。【選択図】図２
2017170429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、基材の表面上に設けた細繊維層とを備え、
前記細繊維層は、細繊維集合体からなる多層構造体であって、
細繊維を形成するポリマーの体積抵抗率が１０＾１６Ωｃｍ以上且つ、誘電正接が０．００１以下であり、
前記細繊維集合体が平面方向には全体面積の９０％以上に帯電が分布し、局所的な部分での積層方向には、正の電荷を多く帯びた第１の細繊維集合体と、負の電荷を多く帯びた第２の細繊維集合体とが、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】
前記細繊維集合体が交互に３層以上に積層されてい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】
前記繊維層集合体の内部において、水平方向かつ鉛直方向において、電荷の局所的な偏りが逆電荷で包括された状態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】
前記細繊維がポリスチレンからなる請求項１から３のいずれかに記載のエアフィルタ濾材。
【請求項５】
前記細繊維が平均繊維径１００〜２０００ｎｍの繊維から構成されたことを特徴とする請求項１から４のいずれか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、大気中の汚染物質を捕集するためのエアフィルタ濾材に関する。
【背景技術】
【０００２】
径が細い繊維を用いた不織布を帯電処理することにより、捕集性能を向上させたエアフィルタ濾材が検討されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
不織布に帯電処理を施したエアフィルタ濾材は、図１０に示すように、正の電荷と負の電荷を有する繊維がランダムに分散して存在しているものである（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−０００６８２号公報
【特許文献２】特開昭６１−２１１０２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来例における課題は、不織布に正負の電荷がランダムに分散して存在しているため、不織布全体の電界強度が弱く、十分な静電気力が粉塵粒子に働かないことにより、捕集性能が低いという課題があった。さらに、粉塵粒子の受ける静電気力の向きが通過する場所によって変化するので、より捕集性能が低下するという課題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、不織布に方向性のある電界を設け、粉塵粒子に十分な静電気力を与えることにより、捕集性能を高めた濾材を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そして、この目的を達成するために、基材と、基材の表面上に設けた細繊維層とを備え、
前記細繊維層は、細繊維集合体からなる多層構造体であって、細繊維を形成するポリマーの体積抵抗率が１０＾１６Ωｃｍ以上且つ、誘電正接が０．００１以下であり、前記細繊維が積層方向に対して、正の電荷を多く帯びた第１の細繊維集合体と、負の電荷を多く帯びた第２の細繊維集合体とが、積層されていることを特徴とするものであり、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】
【０００８】
本発明は、基材と、基材の表面上に設けた細繊維層とを備え、前記細繊維層は、細繊維集合体からなる多層構造体であって、細繊維を形成するポリマーの体積抵抗率が１０＾１６Ωｃｍ以上且つ、誘電正接が０．００１以下であり、前記細繊維が積層方向に対して、正の電荷を多く帯びた第１の細繊維集合体と、負の電荷を多く帯びた第２の細繊維集合体とが、積層されていることを特徴とするものであるので、捕集効率を向上させることができる。
【０００９】
すなわち、本発明によれば、正負の電荷を帯びた細繊維の集合体が積層することで、厚み方向に方向性のある高い電界強度を有することができる。これにより、濾材を通過する粉塵粒子に一方向の十分な静電気力を与えることができるので、繊維が粉塵粒子を強く引きよせることができ、捕集効率を著しく向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施の形態１におけるエアフィルタ濾材の概略断面図
【図２】同細繊維の帯電状態における模式図
【図３】同エアフィルタ濾材の帯電状態における模式図
【図４】同エアフィルタ濾材の製造方法図
【図５】同エアフィルタ濾材の多層製造方法図
【図６】同エアフィルタ濾材の製造をＡから見た図
【図７】同エアフィルタ濾材の製造をＢから見た図
【図８】同エアフィルタ濾材の第一のノズル列での紡糸軌道をＢから見た図
【図９】実施例における繊維径と濾材の捕集効率、及び、帯電分布の状態を評価した結果を示す図
【図１０】従来のエアフィルタ濾材の帯電状態における模式図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の請求項１に係わるエアフィルタ濾材は、基材と、基材の表面上に設けた細繊維層とを備え、前記細繊維層は、細繊維集合体からなる多層構造体であって、細繊維を形成するポリマーの体積抵抗率が１０＾１６Ωｃｍ以上且つ、誘電正接が０．００１以下であり、前記細繊維が平面方向には全体面積の９０％以上に帯電が分布し、局所的な部分での積層方向には、正の電荷を多く帯びた第１の細繊維集合体と、負の電荷を多く帯びた第２の細繊維集合体とが、積層されていることを特徴とする。
【００１２】
これにより、細繊維層の厚み方向に対して高い電界強度を有することができるので、濾材を通過する粉塵粒子に一方向の十分な静電気力を与えることができる。その結果、細繊維が粉塵粒子を強く引きよせ、吸着することができるので、捕集効率を著しく向上することができる。
【００１３】
また、請求項２に係わるエアフィルタ濾材は、前記細繊維集合体が交互に３層以上に積層されていることを特徴とする。
【００１４】
これにより、エアフィルタ濾材の厚み方向に対して、最上面と最下面に挟まれた細繊維層はさらに高い電界強度を有することができるので、細繊維が粉塵粒子を強く引きよせ、吸着することができ、捕集効率を著しく向上することができる。
【００１５】
また、請求項３に係るエアフィルタ濾材は、前記繊維層集合体の内部において、水面方向かつ厚さ方向において、電荷の局所的な偏りが逆電荷によって包囲された状態であることを特徴とする。
【００１６】
これにより、局所的な電荷を強めることとなるので、平面方向に対しても厚さ方向に対しても強い電界を形成でき、粉塵粒子の捕集効率を上げることができる。さらに、大気や細繊維層の端面への接触や導伝が無いので帯電放出が低減され、細繊維層の帯電状態をさらに長時間保持できるようになる。
【００１７】
また、請求項４に係るエアフィルタ濾材は、前記細繊維がポリスチレンからなることを特徴とする。
【００１８】
これにより、繊維層に帯電した電荷状態を長時間保持することができる。
【００１９】
また、請求項５に係るエアフィルタ濾材は、細繊維層が平均繊維径１００〜２０００ｎｍの繊維から構成されている。
【００２０】
繊維径が細くなることで、繊維近傍で生じる乱流を抑制できるので、圧力損失を低減することができる。また、繊維径が細いほど通風時の繊維に衝突する抵抗は少なく、同じ圧力損失時の空間における繊維量は、繊維径が細いほど多くの繊維を使用できるため、細孔はより緻密にでき、機械的捕集による捕集効率を向上することができる。さらに、繊維間の電界強度が強くなるので、静電気力による捕集効率を向上することができる。結果、より捕集効率を向上することができる。
【００２１】
以下、本発明における実施の形態について図面を参照しながら説明するが、本例に限定されるものではない。
【００２２】
（実施の形態１）
図１に示すように、エアフィルタ濾材１は、基材２と細繊維３からなる細繊維層４とを有する。
【００２３】
本実施の形態における請求項１に記載のエアフィルタ濾材１の第一の特徴は、図２に示すように、細繊維層４は、細繊維集合体５が多層に積層した構成であり、細繊維集合体５が平面方向には全体面積の９０％以上に帯電が分布している。そして、局所的な部分で、細繊維集合体５が正の電荷を多く帯びた繊維集合体である第１の細繊維集合体６と、局所的な細繊維集合体５が負の電荷を多く帯びた繊維の集合体である第２の細繊維集合体７を交互に積層している。これにより、図３に示すように、細繊維層４内の厚み方向に分極を形成することができる。
【００２４】
本実施の形態における第二の特徴は、細繊維３を形成する繊維の材質を、体積抵抗率が１０＾１６Ωｃｍ以上、且つ、誘電正接が０．００１以下の条件を満たしたポリマーを用いたことである。なお、「＾」は、べき乗を表す演算子である。上記では１０の１６乗を表している。また、細繊維３を形成する繊維の体積抵抗率はＡＳＴＭ  Ｄ２５７（米国試験材料協会策定の規格）に、誘電正接はＡＳＴＭ  Ｄ１５０（米国試験材料協会策定の規格）に準じて測定することで、求められる。
【００２５】
体積抵抗率が１０＾１６Ωｃｍより低いと、繊維の帯電が不十分で捕集効率が低くなる。また、誘電正接が０．００１より大きいと、電荷の安定性が悪くなり、水蒸気に曝露すると電荷が消失し、捕集効率が低下する。なお体積抵抗率は、より好ましくは１０＾１６〜１０＾１８Ωｃｍである。これら材質を用いることにより、繊維に多くの電荷を保持できるので、高い電界強度を有することで、捕集効率を向上することができる。さらに、電荷を安定に保持できるので、細繊維層４の帯電を長期間に渡って維持できるという効果を奏する。これらのポリマーとして例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリフェニルエーテル（ＰＰＥ）、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）、ポリフェニルスルホン（ＰＰＳＵ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、エチレン−テトラフルオロエチレンコポリマー（ＥＴＦＥ）、パーフルオロエチレン−ポロペンコポリマー（ＦＥＰ）、エチレン−クロロトリフルオロエチレンコポリマー（ＥＣＴＦＥ）などやそれらの混合物を用いることができる。
【００２６】
これらのポリマーを用いて細繊維層４を構成する細繊維３の製造方法は、ナノオーダーの繊維径を有する繊維の紡糸方法であれば特に限定されないが、静電紡糸法が好ましい。
【００２７】
静電紡糸法は、ポリマー溶液の入ったノズル先端に高電圧を印加し、アース表面にポリマー溶液を吹き付け、飛散している過程でポリマーの細繊維化を起こすものである。この手法は高電圧を印加する過程を含んでいるため、前述の条件を満たしたポリマーを用いることで、別途、帯電加工を施すことなく、細繊維３を帯電させることができる。すなわち、帯電加工で不織布を破損させ、リークによる捕集効率の低下を起こすことなく、細繊維３に帯電加工を施すことができるので、捕集効率を向上させることができる。また、繊維の１本、１本を帯電できるため、別途、帯電加工を行うよりも繊維の電荷量を多くすることができ、集塵性能を向上することができる。
【００２８】
ここで、エアフィルタ濾材１の製造方法について説明する。図４に示すように、製造設備は、基材２を載せて水平方向へ搬送する搬送手段８と、この搬送手段８の上方に位置するノズル９とから構成している。
【００２９】
ノズル９は、搬送手段８によって搬送される平板状の基材２の上面である表面上に細繊維層４を形成するために高分子ポリマー溶液を吹き付けるものである。
【００３０】
エアフィルタ濾材１の製造は、まず、平板形状の基材２を搬送手段８によって搬送させながら、ノズル９から細繊維層４を形成するために高分子ポリマー溶液を基材２に向かって放出する。ここで、ノズルには、＋２０ＫＶ程度の電圧が印加され、搬送手段８はアース処理をしており、この電位差によって、ノズル９から高分子ポリマー溶液を曳糸し、形成される細繊維３を基材２の表面に堆積することで、細繊維層４を得る。搬送手段８は特定しないが、繊維を搬送できるコンベアのようなもので良い。
【００３１】
高分子ポリマーを溶解させる溶媒としては、高分子ポリマーと相溶性があり、溶解させることが出来れば特に限定されない。溶媒としての一例は、水、アルコール類、有機溶剤等が挙げられ、具体的なアルコール類や有機溶剤としては、アセトン、クロロホルム、エタノール、イソプロパノール、メタノール、トルエン、テトラヒドロフラン、ベンゼン、ベンジルアルコール、１，４−ジオキサン、プロパノール、ジクロロメタン（ＤＣＭ）、四塩化炭素、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、塩化メチレン、フェノール、ピリジン、酢酸、蟻酸、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、１−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロ−２−プロパノール（ＨＦＩＰ）、トリフルオロ酢酸（ＴＦＡ）、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、アセトニトリル、γ−ブチロラクトン、ジエチルカーボネート、ジエチルエーテル、１，２−ジメトキシエタン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、１，３−ジオキソラン、エチルメチルカーボネート、２−メチルテトラヒドロフラン、スルホランなどそれらの混合物を用いることができる。また、用いる溶媒が極性の高い溶媒であればなお良く、ノズルからの電圧印加とは別の帯電手段でポリマーの帯電が促せる。一般的に、溶媒はプロトン性（水素イオンを供給できる）、もしくは非プロトン性に大別でき、非プロトン性においては、他の物質と水素結合を形成できるかで、おおよその極性が分類できる。本発明で用いる、極性が高い溶媒とはプロトン性もしくは水素結合を形成可能な非プロトン性溶媒である。これらの溶媒としては、アセトン、エタノール、イソプロパノール、メタノール、ベンジルアルコール、プロパノール、フェノール、ピリジン、酢酸、蟻酸、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロ−２−プロパノール（ＨＦＩＰ）、トリフルオロ酢酸（ＴＦＡ）、アセトニトリル、ジエチルエーテルなど、またはそれらの混合物を用いることができる。
【００３２】
上記紡糸手段においてポリマーが帯電する過程としては、ノズルに印加した電圧により帯電する過程と極性溶媒の気化に際して帯電する過程がある。気化に際して帯電する過程により得られる電荷の正負は、使用するポリマーと溶媒の組合せで決まる。得られた帯電の確認手法は以下〔実施例〕で示す帯電トナーを使用した手法を用いる。
【００３３】
第１の細繊維集合体６と第２の細繊維集合体７を形成する手段として、非極性溶媒を用いる、もしくは極性溶媒の気化に際して帯電する過程とノズルに印加した電圧により帯電する過程とがともに同電荷（両手法とも正電荷に帯電、もしくは負電荷に帯電）の場合には以下の製造の方法を用いることが出来る。
【００３４】
すなわち、ノズル９への印加電圧をパルス電源とし、時間によって印加電圧の正負を入れ替える、もしくは、図５に示すように、搬送手段８の搬送方向に従って、ノズル９を列状に複数設け、搬送方向から順に第一のノズル列１０、第二のノズル列１１、第三のノズル列１２とした場合、奇数列と偶数列で印加電圧の正負を変えることで第１の細繊維集合体６と第２の細繊維集合体７を強制的に作り分けることが可能となる。この手法においてはノズル９の列が多いほど多積層構造が形成でき、効果を得ることができる。また、図５ではノズル９の印加電圧を正から行っているが、負から開始しても良い。
【００３５】
上記製造手段により、製造されたエアフィルタ濾材１は、局所的な鉛直方向に電荷の偏った細繊維集合体５を交互に積層した多層構造となる細繊維層を形成することができる。これにより、図３に示すように、細繊維層４内の厚み方向に分極を形成することができるので、厚み方向に強度の高い電界を形成することができる。本実施の形態では、第１の細繊維集合体６を正の極に帯電（正の電荷が多くなるように帯電）させ、第２の細繊維集合体７を負の極性に帯電（負の電荷が多くなるように帯電）させている。
【００３６】
したがって、無極性の粉塵粒子は誘電分極され、第１の細繊維集合体６側に負の極性が、第２の細繊維集合体７側に正の極性が偏り生じるので、正の極性に偏りをもった粉塵粒子端部側は第２の細繊維集合体７に静電気力で引寄せられ、捕集される。第２の細繊維集合体７は、細繊維３が絡み合い積み重なって構成されているので、誘電分極された粉塵粒子が吸着する確率が向上し、捕集効率が高くなる。
【００３７】
さらに、本発明のエアフィルタ濾材１は、極性を有した細繊維集合体５が交互に積層されているため、電荷を帯びた粉塵粒子は異極性の細繊維３近傍を通過するので、細繊維３は粉塵粒子を捕集することができる。つまり、負の極性を帯びた粉塵粒子を、第１の細繊維集合体６で捕集し、正の極性を帯びた粉塵粒子を第２の細繊維集合体７で捕集することができるので、捕集効率を著しく向上することができる。
【００３８】
そして、第１の細繊維集合体６と第２の細繊維集合体７とを交互に複数配置することで、静電気力により捕集する機会を増やすことができるので、より捕集効率を向上することができる。
【００３９】
また、粉塵粒子は帯びた電荷の極性により、電界から受ける静電気力の向きが逆になるので、細孔を通過する速度に差が生じる。例えば、第１の細繊維集合体６から第２の細繊維集合体７に向けて通過する際は、正の電荷を帯びた粉塵粒子は加速するが、負の電荷を帯びた粉塵粒子は減速する。これにより、極性の異なる粒子同士が衝突し、凝集することで、粒子径が増大するため、捕集効率が向上する。なお、本実施の形態では、第１の細繊維集合体６と第２の細繊維集合体７を交互に多層に積層した形態を説明しているが、これに限定するものではなく、第１の細繊維集合体６と第２の細繊維集合体７をそれぞれ１層ずつ備えたものであっても良い。
【００４０】
なおエアフィルタ濾材１を形成する基材２については、細繊維層４を支持する支持体となる部材である。基材２は、スパンボンド法、乾式または湿式法、メルトブローン法、スパンボンド法、エアレイド法などにより製造されたパルプ繊維、樹脂繊維、炭素繊維および無機繊維、またはそれらの少なくとも１つを含んでいる不織布から構成される。また、基材２を構成する繊維の平均径は、１〜３０μｍ程度が好ましい。平均繊維径が１μｍ以下であると強度が弱く、３０μｍ以上であると繊維同士の空間が大きくなり、細繊維層４を形成する細繊維３が基材２の深くまで入り込み、圧力損失を増大させるためである。基材の材質、形状、長さについては特に限定されないが、不織布の剛性が低すぎるとプリーツ加工が困難になり、生産性が低下するので、プリーツ加工に耐えられる程度の剛性があれば良く、例えばガラス繊維やセルロース繊維などが好ましい。
【００４１】
以上のように、本実施の形態のエアフィルタ濾材は、細繊維集合体５が３層以上からなり、最上層１３と最下層１４に挟まれた内部層１５において、鉛直方向に対して逆の電荷で挟まれた状態になるため、より高い電界強度を有する。したがって、粉塵の集塵効率が増大する。また、大気に露出している外層に粉塵粒子が付着しても、内部からの静電気力が外層に働くため、細繊維３は電荷の中和による減衰効果を受け難く、高い捕集効率を長期間維持できる。
【００４２】
また、厚み方向に複数の電界を有する濾材は、表面と裏面の極性が異なる２種類以上の不織布を積層することにより、構成することができるが、この場合、接着材や熱による接着が必要なため、濾材の圧力損失が高くなっていた。それに対し、本発明のエアフィルタ濾材１は、細繊維層４内に、極性の異なる第１の細繊維集合体６と第２の細繊維集合体７を交互に複数積層しているので、電荷を帯びた不織布を接着により積層させる必要が無く、細孔の閉塞による通気性の悪化を抑制できるため、圧力損失を低くすることができる。
【００４３】
（実施の形態２）
実施の形態２のエアフィルタ濾材１は、細繊維集合体５の内部層１５において、平面方向かつ積層方向に対して電荷が包囲された状態（ある電荷の局所的な偏りがその逆電荷によって囲まれた状態）であることを特徴とする。すなわち、正負どちらか一方の電荷を多くして、多いほうの電荷で少ないほうの電荷を包囲する構成を備えたものである。
【００４４】
このエアフィルタ濾材１の製造に関しては、極性溶媒を使用し、かつノズル９に印加した電圧により帯電する過程と極性溶媒の気化に際して帯電する過程とが逆電荷である場合であり、かつノズル９の列を搬送方向に対して垂直方向に可動とした場合に作製が可能となる。
【００４５】
すなわち、紡糸時において図６〔図４の搬送方向、Ａから（第一のノズル列１０をコンベアの上流側から見た）図〕に示すように、高電圧が印加されているノズル９と基材２の距離が近いノズル９の直下へ紡糸される中心繊維１９は、ノズル９と基材２の間の電界により帯電するため、ノズル９の極性と同じ極に帯電する。一方でノズル９の直下から同心円状に広がった外周部へ紡糸される端繊維１６は、ノズル９と基材２の作る電界の影響を受けにくく、極性溶媒の気化に伴い帯電する。つまり、ノズル９と基材２の距離が近い中心繊維１９の箇所と、端繊維１６の箇所で逆の電荷を持たせることができる。そして、実施の形態１と同様に正負の電荷を帯びたポリマーは誘電正接を０．００１以下のものを用いることで、一度保持した電荷が放出、再結合せず維持されるため、端繊維１６が重なるようにノズル９の間隔を設けることで、図６に示すように一つの層上の搬送方向に外周部へ紡糸される端繊維１６だけが存在する領域を形成することができる。さらに、ノズル９の配置を変えることで、第１の細繊維集合体６と第２の細繊維集合体７の多層構造を形成することができる。特に、搬送方向に見て、中心繊維１９に対して、端繊維１６の幅を少なくすることで、ノズル９の極性と同じ極性の帯電層を積層方向に形成して、極性溶媒の気化に際して伴い帯電した部分を包囲することができる。
【００４６】
例えば、図７〔図５の基材上方、Ｂ（紡糸上方）から見た図〕に示すように、下層の第一のノズル列１０のノズル９と上層の第二のノズル列１１のノズル９の位置を入れ違い（一例として、第一のノズル列１０のノズル９間の中心位置に第二のノズル列１１のノズル９を配置する）にし、かつ中心繊維１９の直径をα、中心繊維１９間の距離をβとしたときにα≧βの場合に、第一のノズル列１０で端繊維１６の電荷が、第二のノズル列１１で中心繊維１９の電荷に包囲される。
【００４７】
したがって、平面方向には１つのノズル列によって帯状に電荷の偏りが形成でき、積層方向には上層と下層のノズル列の配置よって逆電荷で挟まれた状態になる。
【００４８】
さらに、この製造方法において、同一面上で、ノズル９の列を可動させることで、作製した細繊維集合体５の水平方向においても中心繊維１９による正の電荷の局所的な偏りを第一の電荷集中部１７と端繊維１６による負の電荷の偏りを第二の電荷集中部１８として作り分けることが可能である。
【００４９】
例えば、図８（ノズル９上方から見た、第一のノズル列１０が平面状に紡糸する際のノズル９と中心繊維の軌道２０）に示す。
【００５０】
第一のノズル列１０のノズル９が基材２上に紡糸をする際には、中心繊維１９は、第一のノズル列１０の動きと基材２の搬送により、蛇行したような中心繊維の軌道２０を描く。この時中心繊維の軌道２０に沿って、第一の電荷集中部１７も蛇行する。また、第一のノズル列１０内のノズル９間で、中心繊維の軌道２０が重ならない部分は、端繊維１６が紡糸され第二の電荷集中部１８となり、中心繊維の直径αと中心繊維間の距離βの調整により、第二の電荷集中部１８を第一の電荷集中部１７で包囲することができる。また、図７のようにノズル９の配置が第一のノズル列１０と第二のノズル列１１で異なり、第二の電荷集中部１８の上層に第一の電荷集中部１７を紡糸することができるので、多層構造に紡糸することで、第二の電荷集中部１８を第一の電荷集中部１７で３次元的に包囲することができる。
【００５１】
構造例として、図６で示す細繊維集合体５が３層からなる細繊維層４である例では、最上層１３と最下層１４が第２の細繊維集合体７で、内部層１５が第１の細繊維集合体６であり、第１の細繊維集合体６の平面方向においても第二の電荷集中部１８が第一の電荷集中部１７に包囲された状態を実現しているものである。つまり、負の電荷が正の電荷に３次元的に包囲された状態である。
【００５２】
また、正の電荷が負の電荷に包括された状態を実現しても良い。これは、単位時間当たりの中心繊維１９と端繊維１６の紡糸量、中心繊維の直径αと中心繊維間の距離β、ノズル９の可動速度、基材２の搬送速度などの調整で作製が可能である。
【００５３】
これにより、第一の電荷集中部１７および第二の電荷集中部１８が全体を包囲されたため局所的な電荷を強めることとなるので、水平方向に対しても鉛直方向に対しても強い電界を形成できる。つまり、通過する粉塵粒子の誘電分極効果の向上と細繊維層のクーロン力により、エアフィルタ濾材１の粒子捕集性能を著しく向上させることが出来る。また、水平方向に包括した電荷が放出されにくくなり、長時間帯電状態を維持することができる。
したがって粉塵粒子の捕集効率を上げることができ、大気や細繊維層４の端面からの帯電放出が低減され、細繊維層の帯電状態をさらに長時間保持できるようになる。
【００５４】
また、エアフィルタ濾材１は、細繊維３は繊維径が平均繊維径１００〜２０００ｎｍの繊維で構成されていることが好ましい。繊維径が１００ｎｍより細いと、自己支持性が弱く、破損しやすいので好ましくない。一方、繊維径が２０００ｎｍより太いと、細繊維３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るため、捕集効率の低下を招くため好ましくない。より好ましくは５００〜１５００ｎｍである。
【００５５】
これにより、細孔を小さくできるので、さえぎりや拡散などの機械的捕集による捕集効率を向上することができる。さらに、細繊維３間の距離が短くなることで、電界強度が強くなり、静電気力による捕集効率を向上することができる。結果として、より捕集効率を向上することができる。また、繊維径を細くすることで、細繊維３近傍における空気流れの変化を小さくできるので、乱流を抑制でき、圧力損失を低減することができる。
【００５６】
また、繊維径を細くすることで、曲率が大きくなり、細繊維３表面の電荷密度が増加し、静電気力が強くなるので、細繊維３近傍の粉塵粒子を吸引しやすくなる。結果、捕集効率を向上することができる。
【００５７】
ここでの繊維径は、ほぼ正規分布となり、繊維径の数値は、中心径の数値で標準偏差のばらつきを含んだ数値である。
【実施例】
【００５８】
以下本発明を実施例により説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。また、実施例と比較例における評価項目は以下の手法で実施した。
【００５９】
（平均繊維径）
得られた濾材の表面を走査型電子顕微鏡（倍率１００００倍）で撮影し、その画像から２０本の繊維径を測定し、平均値を算出した。
【００６０】
（帯電分布）
帯電トナー（春日電機製）を濾材に散布し、過剰なトナーを払い落とすことで、帯電状態を確認した。
【００６１】
（濾材の性能評価）
粉塵粒子の捕集効率は、濾材をダクト内に配置し、濾材の通過面風速が６．５ｃｍ／秒の濾材上流と下流における大気塵の粒子径０．３〜０．５μｍの粒子数を、パーティクルカウンター（カノマックス製、Ｍｏｄｅｌ３８８７）で１サンプル当り３回測定し、上流側と下流側の粒子数の比率から算出した。圧力損失は、捕集効率の評価時に平行して、濾材上流と下流の静圧差を差圧計で読み取った。
【００６２】
測定した捕集効率と圧力損失から、下記の計算式よりＱＦ値を算出した。ＱＦ値が大きい程、エアフィルタ濾材として高性能となる。
【００６３】
ＱＦ［１／Ｐａ］＝−ｌｎ（１−捕集効率［％］／１００）／圧力損失［Ｐａ］
（実施例１）
実施の形態１に示す製造方法によって、濾材を作製した。基材２として、目付量９８ｇ／ｍ２のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）不織布を、高分子ポリマー溶液として、ポリスチレンをＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミドに溶解した２４重量％を用いて、細繊維３を紡糸することにより、細繊維層４を形成した濾材を得た。その後、繊維径と濾材の捕集効率、及び、帯電分布の状態を評価し、図９に示した。
【００６４】
（比較例１）
ポリエーテルサルホンをＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミドに溶解した２５重量％の高分子ポリマー溶液を、実施例１と同様の方法で紡糸し、濾材を得た。その後、繊維径と濾材の捕集効率、及び、帯電分布の状態を評価し、図９に示した。
【００６５】
（比較例２）
ポリフッ化ビニリデンをＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミドに溶解した２０重量％の高分子ポリマー溶液を、実施例１と同様の方法で紡糸し、濾材を得た。その後、繊維径と濾材の捕集効率、及び、帯電分布の状態を評価し、図９に示した。
【００６６】
（比較結果）
体積抵抗が１０＾１６Ωｃｍ以上、且つ、誘電正接が０．００１以下であるポリスチレンを用いた実施例１では、集合体が交互に積層している帯電分布が確認でき、高いＱＦ値を示した。
【００６７】
一方、体積抵抗と誘電正接の少なくとも１つが条件を満たさないポリエーテルサルホンとポリフッ化ビニリデンでは、帯電トナーが付着せずに、ＱＦ値が低いものであった。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明のエアフィルタ濾材は、捕集効率を著しく向上させ、長期間維持できるとともに、圧力損失を低くしたものである。従って、家庭用や事務所用などのエアフィルタ、およびこのエアフィルタを備えた空気清浄装置として活用が期待されるものである。
【符号の説明】
【００６９】
１    エアフィルタ濾材
２    基材
３    細繊維
４    細繊維層
５    細繊維集合体
６    第１の細繊維集合体
７    第２の細繊維集合体
８    搬送手段
９    ノズル
１０    第一のノズル列
１１    第二のノズル列
１２    第三のノズル列
１３    最上層
１４    最下層
１５    内部層
１６    端繊維
１７    第一の電荷集中部
１８    第二の電荷集中部
１９    中心繊維
２０    中心繊維の軌道
α    中心繊維の直径
β    中心繊維間の距離
【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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【図９】
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【図１０】
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