(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
抗菌性を付与した熱可塑性繊維からなる帯状不織布を、有孔筒状体に綾状に巻き付けてなるフィルターカートリッジ。
【請求項２】
抗菌性を付与した熱可塑性繊維が、抗菌剤を熱可塑性繊維に練り混んだものである請求項１記載のフィルターカートリッジ。
【請求項３】
抗菌性を付与した熱可塑性繊維が、抗菌剤を繊維表面に付着させたものである請求項１記載のフィルターカートリッジ。
【請求項４】
抗菌剤が、抗菌作用を有する金属イオンを保持させた無機微粒子である請求項１〜３のいずれか１項記載のフィルターカートリッジ。
【請求項５】
抗菌剤が、抗菌作用を有する有機物である請求項１〜３のいずれか１項記載のフィルターカートリッジ。
【請求項６】
帯状不織布を構成する熱可塑性繊維が、融点差１０℃以上を有する低融点樹脂と高融点樹脂とからなる複合繊維である請求項１〜５のいずれか１項記載のフィルターカートリッジ。
【請求項７】
帯状不織布がスパンボンド不織布である請求項１〜６のいずれか１項記載のフィルターカートリッジ。
【請求項８】
帯状不織布がメルトブロー不織布である請求項１〜６のいずれか１項記載のフィルターカートリッジ。
【請求項９】
帯状不織布が、繊維交点の少なくとも一部が熱接着されている長繊維不織布と、メルトブロー不織布とを少なくとも２層以上に積層した不織布である請求項１〜８のいずれか１項記載のフィルターカートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、抗菌性を有するフィルターカートリッジに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、流体を浄化するため、さまざまなフィルターが開発、生産されている。中でも、濾材の交換が容易である円筒状カートリッジ型のフィルター（以下フィルターカートリッジという）は、産業上の幅広い分野で使用されており、食品原料水や飲料の濾過についてもフィルターカートリッジの使用が増加している。しかし、フィルターカートリッジやフィルターハウジング内に水を滞留させるとカビや細菌が繁殖し、水への臭気混入、濁り、食中毒の発生等が問題となってくる。そのため、カビや細菌の繁殖を抑制する安全性の高い抗菌性フィルターカートリッジの開発が望まれていた。
【０００３】
銀、銅、亜鉛等の化合物が抗菌性を有することは古くから知られており、これらの金属化合物を高分子材料中に添加し、抗菌性を付与する試みが、例えば特開昭５４−１４７２２０号公報等に数多く提案されている。また、銀イオン、銅イオンでイオン交換したゼオライト系固体粒子を高分子材料に添加する試みが、例えば特開昭５９−１３３２３５号公報等に提案されている。
またポリリジンまたはその塩を抗菌剤として繊維に練り混み、これを用いた繊維集合体から成る抗菌性フィルターが特開平９−２２０４１６号公報で提案されている。
【０００４】
繊維でフィルターカートリッジを製造する場合、糸巻き型、不織布積層型、不織繊維集合体等の形態が考えられる。
最も典型的なのは糸巻き型フィルターカートリッジである。これは濾材となる紡績糸を有孔円筒状のコアに綾状に巻き付けた後、紡績糸を毛羽立たせて作られる円筒形状のフィルターカートリッジであり、製造が容易で安価なことから古くから利用されている。
【０００５】
不織布積層型フィルターカートリッジは有孔円筒状のコアにカーディング不織布等の不織布を数種類、段階的に同心円状に巻回して作られる円筒形状のフィルターカートリッジであり、最近の不織布製造技術の発達により数種が実用化されている。
不織布用繊維として短繊維を用いたフィルターカートリッジは、カーティング法、エアーレイド法等で必要な目付のウェッブを作製した後、このウェッブをサクションドライヤー法、熱風乾燥装置あるいは熱ロール法等の公知の方法で加工して不織布とし、この不織布を巻き取ってフィルターカートリッジとする。
【０００６】
しかしながら、これらのフィルターカートリッジにも欠点がある。例えば、糸巻き型フィルターカートリッジの異物捕集方法は、紡績糸から発生する毛羽で異物を捕集し、また、紡績糸同士の間隙に異物をからめ取るというものであるが、毛羽及び間隙の大きさや形の調整が難しいため、捕集できる異物の大きさや量に限界があるという欠点がある。また、紡績糸は短繊維から作られるため、フィルターカートリッジに流体が流れると紡績糸の構成繊維が脱落するという欠点がある。更に、紡績糸を製造する際には、原料となる短繊維が紡績機に静電気等の原因で付着することを防ぐため、表面に微量の界面活性剤を塗布することが多い。このような界面活性剤を塗布した紡績糸から作られたフィルターカートリッジで液体を濾過した場合、液の泡立ち、ＴＯＣ（全有機炭素量）、ＣＯＤ（化学的酸素要求量）、電気伝導度の増加等液の清浄度に悪影響を与えることがある。また、紡績糸は先述したように短繊維を紡績して作るため、短繊維の紡糸、紡績という少なくとも２段階の工程を要するため、結果として価格が高くなることがある。
【０００７】
また、不織布積層型フィルターカートリッジは、その性能が不織布によって決まる。不織布の製造は、短繊維をカード機やエアレイド機で交絡させた後、必要に応じて熱風加熱機や加熱ロール等で熱処理をして作る方法、あるいはメルトブロー法、スパンボンド法等の直接不織布とする方法で行われることが多い。しかし、カード機、エアレイド機、熱風加熱機、加熱ロール、メルトブロー機、スパンボンド機等の不織布製造に使われるいずれの機械も機械幅方向で目付等の不織布物性のむらが生じることが多い。そのためにフィルターカートリッジが品質不良となったり、あるいはむらをなくすための高度な製造技術を使用して製造コストが高くなる傾向がある。また、不織布積層型フィルターカートリッジには１品種につき２〜６種類程度の不織布を使用する必要があり、更にはフィルターカートリッジの品種に応じて異なる不織布を使用する必要があるため、それによっても製造コストが高くなる場合がある。
【０００８】
また、この方法を用いて抗菌剤を練り混んだ熱可塑性樹脂を原料にフィルターカートリッジを作成する場合、熱処理を施す工程が他の方法に比べて多くなり、抗菌剤の効果が熱によって低下してしまうという欠点がある。
【０００９】
短繊維の集合体のウェッブを巻き付ける方法についても、糸巻き型同様に、静電気を防ぐために表面に微量の界面活性剤を塗布することが多く、濾液の清浄度に影響を与えることがある。
【００１０】
別の方法として、特開平４−４５８１０号公報には、構成繊維の１０重量％以上が０．５デニール以下に分割されている複合繊維からなるスリット不織布を、多孔性芯筒上に繊維密度が０．１８〜０．３０となるように巻き付けたフィルターが提案されている。この方法を利用すると、繊度の小さい繊維によって液体中の細かな粒子を捕捉できるとされている。しかしながら、複合繊維を分割させるために高圧水等の物理的応力を使用する必要があり、高圧水加工では不織布全体にわたって均一に分割させることが難しい。均一に分割されない場合、不織布中のよく分割された箇所と分割が不十分な箇所とで捕集粒子径に差が生じるため、濾過精度が粗くなる可能性がある。また、分割する際に用いる物理的応力により不織布強度が低下することがあるため、作られたフィルターの強度が低下して使用中に変形しやすくなったり、あるいはフィルターの空隙率が変化して通液性が低下する可能性がある。更には不織布強度が低いと、多孔性芯筒上に巻き付ける際の張力の調整が難しくなるため、微妙な空隙率の調整が難しくなる傾向がある。
【００１１】
また、特開平１−３１７５１３号公報には、吸着剤及び抗菌剤等をテープ状の紙や不織布からなる濾材に巻き込むようにしてロープ状にし、これを円筒状に巻回すことで、抗菌作用を有するエアフィルターを得る方法が提案されている。この方法で作られたフィルターには、外部からの物理的な衝撃等が加わった場合、濾材が容易に損傷してしまうため、包み込まれていた吸着剤や抗菌剤が放出されてしまうという問題がある。また、この方法では濾過素材を押し潰して絞り込む必要があり、そのため異物の捕集は主として濾過素材の巻きピッチ間で行われるので、従来の紡績糸を使用した糸巻き型フィルターがその毛羽で異物を捕集していたような、濾過素材そのものによる異物捕集が期待しにくい。それにより、フィルターが表面閉塞して濾過ライフが短くなったり、あるいは通液性に劣る場合がある。
【００１２】
以上に述べた様に、従来のフィルターカートリッジに抗菌性を付与させようとしても、界面活性剤の存在や濾材繊維の糸曳性、また製造コストの問題等が障害となり、理想的な抗菌性を持ったフィルターカートリッジを得るのが困難であった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、界面活性剤を使用せずに製造可能で、濾過性能の安定性に優れ、繊維の脱落がなく、且つ、優れた抗菌性を有するフィルターカートリッジを提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決させるための手段】
本発明者等は前記課題を解決するために鋭意研究の結果、抗菌性を付与した熱可塑性繊維からなる帯状の不織布を有孔筒状体に綾状に巻き付けてなるフィルターカートリッジが、前記課題を解決することを知り、本発明の完成に至った。
【００１５】
本発明は以下の構成を有する。
（１）抗菌性を付与した熱可塑性繊維からなる帯状不織布を、有孔筒状体に綾状に巻き付けてなるフィルターカートリッジ。
【００１６】
（２）抗菌性を付与した熱可塑性繊維が、抗菌剤を熱可塑性繊維に練り混んだものである前記（１）項記載のフィルターカートリッジ。
【００１７】
（３）抗菌性を付与した熱可塑性繊維が、抗菌剤を繊維表面に付着させたものである前記（１）項記載のフィルターカートリッジ。
【００１８】
（４）抗菌剤が、抗菌作用を有する金属イオンを保持させた無機微粒子である前記（１）〜（３）項のいずれか１項記載のフィルターカートリッジ。
【００１９】
（５）抗菌剤が、抗菌作用を有する有機物である前記（１）〜（３）項のいずれか１項記載のフィルターカートリッジ。
【００２０】
（６）帯状不織布を構成する熱可塑性繊維が、融点差１０℃以上を有する低融点樹脂と高融点樹脂とからなる複合繊維である前記（１）〜（５）項のいずれか１項記載のフィルターカートリッジ。
【００２１】
（７）帯状不織布がスパンボンド不織布である前記（１）〜（６）項のいずれか１項記載のフィルターカートリッジ。
【００２２】
（８）帯状不織布がメルトブロー不織布である前記（１）〜（６）項のいずれか１項記載のフィルターカートリッジ。
【００２３】
（９）帯状不織布が、繊維交点の少なくとも一部が熱接着されている長繊維不織布と、メルトブロー不織布とを少なくとも２層以上に積層した不織布である前記（１）〜（８）項のいずれか１項記載のフィルターカートリッジ。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
本発明のフィルターカートリッジは、抗菌性を付与した熱可塑性繊維からなる帯状不織布を、有孔筒状体に綾状に巻き付けて得られるフィルターカートリッジである。
本発明において、帯状不織布とは幅の狭い不織布のことで、幅広い不織布をスリット（裁断）したものか、あるいは直接狭い幅で製造された不織布等である。低コストで安定した品質を得るためには、幅広い不織布をスリットして使用するのが好ましい。なお、使用する不織布の最適な幅や目付については後述する。
【００２５】
本発明において、熱可塑性繊維とは熱可塑性樹脂から作られた繊維をいう。
本発明に用いられる抗菌性を付与する熱可塑性繊維の素材としては、溶融紡糸が可能なあらゆる熱可塑性樹脂を使用することができる。その例としては、ポリプロピレン、線状低密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン共重合体（例えば、プロピレンを主体として、エチレン、ブテン−１，４−メチルペンテン−１等との二元または多元共重合体）等のポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、酸成分をテレフタル酸以外にイソフタル酸をも加えて共重合したこれらの低融点ポリエステル等のポリエステル系樹脂、ナイロン６、ナイロン６６等のポリアミド系樹脂、ポリスチレン（アタクチックポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレン）、ポリウレタンエラストマー、ポリエステルエラストマー、ポリテトラフルオロエチレン等の熱可塑性樹脂及びこれらの混合物が挙げられる。この中でもポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレートがコストや使用可能な流体の数等の点で好ましい。
【００２６】
本発明においては、帯状不織布を形成する熱可塑性繊維の原料となる熱可塑性樹脂にポリビニルアルコール等の親水性樹脂を混ぜたり、あるいは帯状不織布表面にプラズマ加工する等して、帯状不織布を親水化すると、水系の液に使用する場合には通液性が向上するので水溶液を濾過する場合にはこの様な樹脂を使用したフィルターカートリッジが好ましい。
【００２７】
本発明において、熱可塑性繊維から不織布を形成するための繊維交点の接着方法は、得られるフィルターカートリッジの抗菌効果を著しく損なわない限り、熱接着の方法を用いるのが好ましい。
本発明で使用する熱可塑性繊維の繊維交点の熱接着方法としては、熱エンボスロール、熱フラットカレンダーロールのような装置を使って熱圧着する方法や熱風循環型、熱スルーエアー型、赤外線ヒーター型、上下方向熱風噴出型等の熱処理機を使う方法等を挙げることができる。中でも熱エンボスロールを使う方法は、不織布の製造速度の向上ができ、生産性が良く、抗菌剤の抗菌効果を減じることが少なく、コストを安価にでき好ましい。
【００２８】
更に、熱エンボスロールを使う方法で作られた不織布には、エンボスパターンによる強い熱圧着がある部分と、エンボスパターンからはずれたことによる弱い熱圧着のみがある部分とが存在する。このことにより、得られるフィルターカートリッジは強い熱圧着がある部分では多くの異物を捕集することができる。一方、弱い熱圧着のみがある部分では異物の一部は捕集されるが、残りの異物は不織布を通過して．次の層に移動することができるので、濾材の内部まで利用した深層濾過構造となり好ましい。この場合、エンボスパターンの面積は５〜２５％とすることが望ましい。この面積を５％以上とすることにより、先述したような繊維交点の熱接着による効果を向上させることができ、２５％以下とすることにより不織布の剛性が大きくなり過ぎるのを抑えることができ、あるいは異物が不織布をある程度通過するのを容易にし、通過した異物はフィルターカートリッジ内部で捕捉することによりフィルターカートリッジの寿命を延長することができる。
【００２９】
本発明で使用する不織布を構成する繊維は、融点差が１０℃以上好ましくは１５℃以上を有する低融点樹脂と高融点樹脂とからなる複合繊維である場合には、不織布の繊維接合点の熱接着が強固になる。繊維接合点の熱接着が強固であると、フィルターカートリッジとして使用する場合、濾過圧力や通水量が上がった際に繊維接合点付近で捉えられた粒子が流出する可能性が小さくなり、またフィルターカートリッジの変形が小さくなり、更には濾液中に含まれた物質によって仮に繊維が劣化した場合にも繊維が脱落する確率が小さくなるために好ましい。
【００３０】
この複合繊維の低融点樹脂と高融点樹脂の組み合わせは、融点差１０℃以上好ましくは１５℃以上あれば特に限定されるものではなく、例えば線状低密度ポリエチレン／ポリプロピレン、高密度ポリエチレン／ポリプロピレン、低密度ポリエチレン／ポリプロピレン、プロピレンと他のα−オレフィンとの共重合体／ポリプロピレン、線状低密度ポリエチレン／高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン／高密度ポリエチレン、各種のポリエチレン／熱可塑性ポリエステル、ポリプロピレン／熱可塑性ポリエステル、共重合ポリエステル／熱可塑性ポリエステル、各種のポリエチレン／ナイロン６、ポリプロピレン／ナイロン６、ナイロン６／ナイロン６６、ナイロン６／熱可塑性ポリエステル等をあげることができる。中でも線状低密度ポリエチレン／ポリプロピレンあるいは高密度ポリエチレン／ポリプロピレンの組み合わせを用いると、長繊維不織布の剛性や空隙率の調整を不織布製造時の繊維交点の融着の工程で容易に調節ができるために好ましい。また、比較的高温の液に使用する場合にはエチレングリコールに対してテレフタル酸とイソフタル酸を共重合した低融点ポリエステル／ポリエチレンテレフタレートの組合せも好ましい。
【００３１】
本発明において、帯状不織布には本発明の目的を損なわない範囲で熱可塑性繊維以外の繊維が含まれていてもかまわない。熱可塑性繊維以外の例としては、レ−ヨン、キュプラ、綿、麻、パルプ、炭素繊維等が例示できる。
【００３２】
本発明において用いられる帯状不織布の幅は、使用する不織布の目付によっても異なるが、０．５ｃｍ以上が好ましい。この幅が０．５ｃｍよりも小さくなると、スリット時に不織布が切断する恐れがあり、また、後に帯状不織布を綾状に巻き取る際の張力の調整が難しくなり、また、同じ空隙率のフィルターカートリッジを作る場合には巻き取り時間が長くなり生産性が低下する。一方、幅の上限は目付によって異なり、幅（ｃｍ）×目付（ｇ／ｍ2）の値が２００ｃｍ・ｇ／ｍ2の以下であることが好ましい。この値が２００ｃｍ・ｇ／ｍ2を超えると、不織布の剛性が大きくなりすぎるために、後に有孔筒状体に綾状に巻き付けにくくなり、更には繊維量が多くなりすぎるために密に巻き付けることが難しくなる。なお、紡糸幅を調節して直接帯状の不織布を作る場合にも、好ましい目付及び不織布幅の範囲はスリットして帯状にする場合と同じである。
【００３３】
本発明において用いられる帯状不織布の目付、すなわち不織布単位面積当たり重量は、５〜２００ｇ／ｍ2が好ましい。この値が５ｇ／ｍ2未満であると、繊維量が少なくなるために、不織布の地合や目付のむらが大きくなったり、あるいは不織布の強度が低下し、あるいは繊維交点の熱接合が難しくなることがある。一方、この値が２００ｇ／ｍ2を超えると、不織布の剛性が大きくなりすぎるために、後に有孔筒状体に綾状に巻き付けにくくなる恐れがある。
【００３４】
本発明において、帯状不織布を形成する熱可塑性繊維に抗菌性を付与する方法としては、熱可塑性繊維を紡糸する際に熱可塑性樹脂に抗菌剤を練り混んで繊維中に抗菌剤を含有させる方法、もしくは紡糸された繊維表面に抗菌剤を付着させる方法が好ましく用いられる。
【００３５】
本発明において、帯状不織布を形成する熱可塑性繊維に抗菌性を付与するために、熱可塑性繊維を紡糸する際に熱可塑性樹脂に練り混んで用いられる抗菌剤としては、抗菌性を有する金属イオンを保持させた無機微粒子を挙げることができる。抗菌性を有する金属イオンとしては、銀、銅、亜鉛等の金属イオンを例示することができ、これらの金属イオンを一種類もしくは二種類以上を組み合わせて無機微粒子に保持させたものを抗菌剤として使用する。また、金属イオンを保持させる無機微粒子として、シリカゲル、ゼオライト、リン酸カルシウム、ケイ酸カルシウム、リン酸ジルコニウム等が使用できる。
【００３６】
前記熱可塑性繊維に抗菌性を付与するためには、金属イオンを保持させた無機微粒子を、繊維素材の熱可塑性樹脂に、繊維重量全体に対して純分換算で０．０１〜５重量％、好ましくは、１〜３重量％となるように混合添加するのが望ましい。
金属イオンを保持させた無機微粒子からなる抗菌剤には耐熱性に優れるものが多く、そのため熱可塑性樹脂に抗菌剤を添加して紡糸する場合、加熱による抗菌効果の低下が少ないので好ましい。
【００３７】
また、熱可塑性繊維を紡糸する際に熱可塑性樹脂に練り混んで用いられる抗菌剤としては、例えばポリリジンまたはその塩等、カテキン、ヒノキチオールやキチン、キトサン誘導体等の有機物の抗菌剤が挙げられる。
前記熱可塑性繊維に抗菌性を付与するためには、これらの有機物の抗菌剤を繊維素材の熱可塑性樹脂に、繊維重量全体に対して純分換算で０．０１〜５重量％、好ましくは、０．１〜３重量％となるように混合添加するのが望ましい。
有機物の抗菌剤には強い抗菌作用を示すものが多く、そのような強い抗菌性を必要とする場合に用いると好ましい。
【００３８】
熱可塑性樹脂に練り込む抗菌剤の平均粒子径は、有機物の抗菌剤を使用する場合も金属イオンを保持させた無機微粒子を用いる場合も５μｍ以下、好ましくは２μｍ以下であることが望ましい。平均粒子径が５μｍを超えると溶融紡糸時にフィルター詰まりや糸切れを起こし易く取り扱いが困難になる。
【００３９】
抗菌剤を熱可塑性樹脂に練り込む場合、熱可塑性繊維は鞘芯型複合繊維とし、鞘成分の熱可塑性樹脂にのみ抗菌剤を含有させることが、機械的特性、紡糸安定性、コストの面から更に望ましい。芯成分と鞘成分の熱可塑性樹脂の種類が異なる場合の複合比は、芯成分／鞘成分（重量比）が２０／８０〜８０／２０であることが好ましく、特に４０／６０〜６０／４０であることがより好ましい。８０／２０を超えると鞘成分の破断が発生しやすくなり、生産性が低下する。
また鞘、芯とも同一の熱可塑性樹脂を用いて、鞘成分にのみ抗菌剤を練り混み添加することにより、鞘成分と芯成分の境界もなく機械的特性、紡糸安定性、コストの面から望ましい単一熱可塑性樹脂からなる抗菌性繊維とすることができる。
【００４０】
これら熱可塑性繊維の紡糸に用いられる熱可塑性樹脂そのものに抗菌剤を練り込む方法で得られたフィルターカートリッジは、抗菌剤の流出がないため、恒久的な抗菌作用が期待出来るので好ましい。
【００４１】
本発明においては、帯状不織布を形成する熱可塑性繊維表面に抗菌剤を直接付着させることによっても、抗菌性を付与させることができる。通常の溶融紡糸機を用いて繊維を紡糸した後、抗菌剤の水溶液あるいはアルコール溶液を繊維に付着させる。付着の方法としては、ローラー法、浸漬法、噴霧法等を用いることができる。この方法では繊維の紡糸が容易なので、表面に付着した抗菌剤の剥離の不安の無い穏やかな条件下での使用を目的としたフィルターカートリッジを必要とする場合に用いると好ましい。また、濾液が接する表面に直接抗菌剤が付着しているため、素材に直接練りこむ方法よりも高い抗菌性が期待できる。なお、熱可塑性繊維表面への抗菌剤の付着は、繊維紡糸時の他、延伸時や繊維を不織布にした後に行っても良い。
【００４２】
本発明においては、帯状不織布が長繊維不織布であると、得られるフィルターカートリッジからの繊維の脱落が少なく好ましい。
本発明に使用される長繊維不織布は、スパンボンド法等により得られる長繊維不織布である。スパンボンド法等により作られる長繊維不織布は繊維方向が機械方向に揃っているため、繊維で構成される孔が細長くなり、最大通過粒子が小さくなる。濾材である不織布の通水性は繊維径が同じであれば空隙率でほぼ決まるため、スパンボンド法等により作られた長繊維不織布を使うことにより、通水性に優れたフィルターカートリッジが得られるのである。
【００４３】
前記長繊維不織布に使用される長繊維の平均繊維径は、フィルターカートリッジの用途や樹脂の種類によって異なるので一概には規定しがたいが、８〜６００μｍが望ましい。平均繊維径が６００μｍを超えると、単に連続糸を束ねたものを用いる場合との差がなくなり、長繊維不織布を用いる意味が薄れる。また平均繊維径を８μｍ以上とすることにより十分な不織布強度を得ることができ、作られたフィルターカートリッジの強度も大きくなり好ましい。また、現行のスパンボンド法で平均繊維径８μｍ未満の繊維を紡糸する場合、使用されるノズルの加工性や可紡性が悪くなり、結果として製造されたスパンボンド不織布の価格が高くなる恐れがある。
長繊維不織布の繊維交点の接着方法としては、前記熱接着法が好適に用いられ、中でも熱エンボスロールを用いる方法が好ましい。
【００４４】
本発明においては、帯状不織布がメルトブロー不織布であると、得られるフィルターカートリッジは、繊維が長繊維不織布よりも細繊度であり、不織布の地合を均一にすることが容易であるため、高精度のフィルターカートリッジとなる。
【００４５】
前記メルトブロー不織布の繊維の平均繊維径は、フィルターカートリッジの用途や樹脂の種類によって異なるので一概には規定しがたいが、０．５〜１０００μｍの範囲が望ましい。繊維径が０．５μｍ未満の場合、本発明のフィルターカートリッジに使用することは理論的には可能だが、実際には製造が困難である。また、繊維径が１０００μｍを超えると、後に不織布とした場合に繊維径や不織布の地合にむらができることがある。なお、平均繊維径が５０μmを超えると隣接する繊維同士が接着することがあるが、本発明の効果を妨げない範囲であれば特に問題とはならない。
【００４６】
通常メルトブロー不織布の繊維は、捕集コンベアネット等に吹き付けられた時点で繊維自身の持つ余熱により繊維交点が弱く接着しているが、その後に適当な熱処理をして更に強く熱接着しても良い。メルトブロー不織布の繊維交点の接着方法としては、前記熱接着法が好適に用いられ、中でも熱スルーエアー型熱処理機を使う方法は、生産速度の向上ができ、コストダウンが期待できて好ましい。
【００４７】
本発明においては、帯状不織布として前記の長繊維不織布もしくはメルトブロー不織布はそれぞれ単独で使用しても構わないが、少なくとも１枚ずつ積層して用いることもできる。
【００４８】
前記の長繊維不織布とメルトブロー不織布を積層する方法は特に限定されるものではなく、適当な方法で長繊維不織布とメルトブロー不織布とを別々の工程で製造してその後にそれらを重ね合わせても良いし、長繊維不織布の上に熱可塑性樹脂を直接メルトブローして積層させても良い。積層する組み合わせとしては、長繊維／メルトブロー繊維の２層、あるいは長繊維／メルトブロー繊維／長繊維の３層、あるいは異なる繊維系のメルトブロー不織布を２種使って、メルトブロー繊維／メルトブロー繊維／長繊維の３層、あるいは長繊維／メルトブロー繊維／メルトブロー繊維／長繊維の４層等を例示できるが、これらに限定されるものではない。また、この積層する枚数は特に限定されるものではない。
また、積層する不織布を結合する方法としては、熱接着あるいは化学接着等を例示出来るが、耐薬品性にすぐれかつ低分子成分の流出等のない熱接着が好ましい。
【００４９】
本発明のフィルターカートリッジは、前記帯状不織布を、そのまま、もしくは撚りを加えてから有孔筒状体へ綾状に巻き付けて製造される。巻き付けには通常の糸巻き型フィルターカートリッジに使われるワインダーを使用できる。
有孔筒状体へ綾状に巻き付ける際、帯状不織布に撚りを加えると、単位長さ当たりの撚りの数、あるいは撚る強さによって帯状不織布の見かけの空隙率を変化させることができるので、濾過精度を調整することが出来る。この時の撚りの数は、帯状不織布１ｍ当たり５０〜１０００回の範囲が好ましい。この値が５０回よりも小さくなると、撚りを加える効果がほとんど得られない。また、この値が１０００回よりも多くなると、作られたフィルターカートリッジの通液性が悪くなるので好ましくない。
【００５０】
また、帯状不織布を、任意の方法で収束させてから有孔筒状体へ綾状に巻き付けることもできる。その方法としては、帯状不織布を単に小孔等を通して収束させてもよいし、帯状不織布をひだ形成ガイドで断面形状を予備形成した後に小孔等を通してひだ状物に加工してもよい。この方法を使用すると、トラバースガイドの綾振り速度とボビンの回転速度の比率を調節して、巻きパターンを変更できるので、同じ種類の帯状不織布からさまざまの性能のフィルターカートリッジを作ることができる。
【００５１】
本発明において、帯状不織布をひだ状物としてから有孔筒状体に巻き付ける場合、ひだ状物の最終的なひだ数は、４〜５０個、より好ましくは７〜４５個である。ひだ数が４個未満では、ひだ付与による濾過面積拡大による効果が乏しい。逆にひだ数が５０個を超えると、ひだが小さくなりすぎて製造困難であり、かつ濾過性能低下への影響が生じやすくなる。
【００５２】
次に、本発明で使用される収束された帯状不織布（以下、帯状不織布収束物と略する）の空隙率について説明する。まず、帯状不織布収束物の断面積は、帯状不織布収束物を内包する最小面積の卵形（卵形とはその各内角それぞれがすべて１８０度以内である多角形を意味する）の面積と定義する。そして帯状不織布収束物を所定の長さ、例えば断面積の平方根の１００倍の長さに切断し、次式で定義する。
（帯状不織布収束物の見かけ体積）＝（帯状不織布収束物の断面積×帯状不織布収束物の切断長）
（帯状不織布収束物の真体積）＝（切断した帯状不織布収束物の重量）／（帯状不織布収束物の原料の密度）
（帯状不織布収束物の空隙率）＝｛１−（帯状不織布収束物の真体積）／（帯状不織布収束物の見かけ体積）｝×１００（％）
【００５３】
上記の式で定義された帯状不織布収束物の空隙率は６０〜９５％が好ましく、より好ましくは８５〜９２％である。この値を６０％以上とすることにより、帯状不織布収束物が必要以上に密になることを抑え、フィルターカートリッジとして使用したときの圧力損失を十分抑えることができ、あるいは帯状不織布収束物中の異物捕集効率をより向上させることができる。また、この値を９５％以下とすることにより、後での巻き付けが容易となり、またフィルターカートリッジとして使用したときにその負荷圧力による濾材の変形をより小さくすることができる。これを調整する方法の例として、巻き取り張力の調整、ひだ形成ガイドなどのガイド形状の調整が挙げられる。
【００５４】
次に、帯状不織布の巻き付け方法について説明する。このワインダーのボビンに、直径約１０〜４０ｍｍ、長さ１００〜１０００ｍｍ程度の有孔筒状体を装着し、有孔筒状体の端部にワインダーの糸道を通した帯状不織布を固定する。有孔筒状体はフィルターカートリッジの芯材の役目をするものであり、その材質や形状は、濾過時の外圧に耐えられる強度を持ち、圧力損失が著しく高くなければ特に限定されるものではなく、例えば、通常のフィルターカートリッジに使用されている芯材のようにポリエチレン、ポリプロピレンを網型の筒状体に加工した射出成形品でもよく、また、セラミックやステンレス等を同様に加工したものでも差し支えない。あるいは、有孔筒状体としてひだ折り加工したフィルターカートリッジや不織布巻回型のフィルターカートリッジ等他のフィルターカートリッジを使用してもよい。なお、本発明においては、必要に応じて有孔筒状体にも抗菌性を付与することができる。
【００５５】
ワインダーの糸道はボビンに平行に設置されたトラバースカムによって綾状に振られるため、有孔筒状体には帯状不織布が綾状に振られて巻き付けられる。その時の巻き付け条件も通常の糸巻き型フィルターカートリッジ製造時に準じて設定すれば良く、例えばボビンの初速度を１０００〜２０００ｒｐｍにし、繰り出し速度を調節して張力をかけながら巻き付ければよい。なお、この時の張力によってもフィルターカートリッジの空隙率を変えることができる。更に巻き付け時の張力を調整して内層の空隙率を密にし、中層、外層と巻き付けるにつれて空隙率を粗くすることができる。特に帯状不織布をひだ状物としてから有孔筒状体に巻き付ける場合には、ひだ状物が具備するひだ形成による深層濾過構造と併せて外層、中層、内層で形成される粗密構造差により理想的な濾過構造をもつフィルターカートリッジが提供できる。
【００５６】
また、濾過精度は、トラバースカムの綾振り速度とボビンの回転速度の比率を調整して巻き付けパターンを変えることによっても変更することができる。そのパターンの付け方はすでに公知である通常の糸巻き型フィルターカートリッジの方法を利用できる。
【００５７】
このようにして得られたフィルターカートリッジの濾材の空隙率は６５〜８５％の範囲であることが好ましい。この値が６５％よりも小さくなると、繊維密度が高くなりすぎるために通液性が低下してくる。逆に、この値が８５％よりも大きくなると、フィルターカートリッジ強度が低下し、濾過圧力が高い場合にフィルターカートリッジが変形する等の問題が生じ易くなる。
【００５８】
本発明においては、帯状長不織布に切れ目を入れたり穴を開けたりすることによって、フィルターカートリッジの通液性を改善することができる。この場合、切れ目の数は帯状不織布１０ｃｍ当たりで５〜１００個程度が好ましく、穴を開ける場合には穴を開ける前の不織布の面積に対する開けた穴の面積の割合を１０〜８０％程度にするのが好ましい。巻き付ける帯状不織布の本数を複数としたり、あるいは紡績糸等他の糸と併せて巻き付かせることでも、濾過性能を調整することができる。また、有孔筒状体に帯状不織布をある程度の径になるまで綾振りで巻き付けて内層を形成し、続いて幅広の不織布をその内層の周りにのり巻き状に巻き付けて精密濾過層を形成し、続いてその周りに帯状不織布を再び綾振りで巻き付けて外層を形成し、幅広不織布を巻き込んだ形でのフィルターカートリッジを作ることもできる。幅広不織布をのり巻き状に巻き付けない場合には、糸間隔を広くして粗い精度のフィルターカートリッジを作った時に粒子最大流出径が極端に大きくなる場合があるが、幅広不織布をのり巻き状に巻き付けると、粒子最大流出径を必要に応じて微調整することが出来る。
【００５９】
このように、抗菌性を付与させた帯状不織布を巻き取ったワインドフィルターには次に挙げられるような、他には無い特徴を具備する。
すなわち、従来の紡績糸を巻き取ったフィルターに抗菌性を付与させる場合、繊維脱落が激しくなるので素材に直接抗菌剤を添加する方法をとることが困難となる。また、紡績糸の場合は表面に界面活性剤を塗布する必要があり、そのため初期通水時泡立ちが生じるため、使用可能分野が限定されてくる。これに対し、本発明により得られる抗菌性フィルターカートリッジは、素材に直接抗菌剤を添加しても濾材脱落は問題にならず、更に泡立ちの発生も無い。
【００６０】
泡立ちの無い抗菌性フィルターカートリッジを得る方法としては、抗菌性を付与させた不織布を熱加工しながら巻き取る方法があるが、加熱工程が多く、これが抗菌剤の抗菌効果を低下させる原因となっていた。これに対し、本発明により得られる抗菌性フィルターカートリッジは、最小限の加熱工程で製造することが出来るので、抗菌効果の低下が少ない。
【００６１】
このように本発明により得られたフィルターカートリッジは、泡立ちや濾材脱落がなく高い抗菌性を有し、かつ安価で優れた濾過性能を具備するため、幅広い分野での使用が可能となる。
【００６２】
【実施例】
以下実施例、比較例により、本発明を更に詳細に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。なお、各例において評価に供される不織布やフィルターカートリッジの物性と濾過性能の評価、及び抗菌性の評価は以下に記載する方法で行った。
【００６３】
（不織布の目付及び厚さ）
評価に供される不織布から面積が６２５ｃｍ2となるように不織布を切り取り、その重量を測定して１ｍ2当たりの重量（ｇ）に換算して目付とした。また、切り取った不織布の厚さを任意に１２点測定し、その１２点の値の最大値と最小値を除いた１０点の平均値をその不織布の厚さとした。各点の厚さの測定は、（株）東洋精機製作所製の「デジシックネステスター（商品名）」を使用して、荷重１９６Ｐａ、測定速度２ｍｍ／ｓｅｃの条件で測定した。
【００６４】
（不織布の平均繊維径）
評価に供される不織布から無作為に５カ所サンプリングしてそれらを走査型電子顕微鏡で撮影し、１カ所につき２０本の繊維を無作為に選んでそれらの繊維径を測定し、その平均値をその不織布の平均繊維径（μｍ）とした。
【００６５】
（フィルターカートリッジの濾材の空隙率）
フィルターカートリッジの外径、内径、長さ、重量を測定し、次式を使って空隙率を求めた。なお、濾材そのもの（フィルターカートリッジから有孔筒状体を取り去った部分）の空隙率を求めるため、内径の値には有孔筒状体の外径を使用し、重量の値にはフィルターカートリッジの重量から有孔筒状体の重量を引いた値を用いた。
（濾材の見かけ体積）＝π｛（濾材の外径）2−（濾材の内径）2｝×（濾材の長さ）／４
（濾材の真体積）＝（濾材の重量）／（濾材の原料の密度）
（濾材の空隙率）＝｛１−（濾材の真体積）／濾材の見かけ体積）｝×１００（％）
【００６６】
（初期捕集粒径、初期圧力損失、濾過ライフ）
循環式濾過性能試験機のハウジングにフィルターカートリッジ１つを取り付け、ポンプで流量を毎分３０リットルに調節して通水循環する。このときのフィルターカートリッジ前後の圧力損失を初期圧力損失とした。次に循環している水にＪＩＳ  Ｚ  ８９０１に定められた試験用粉体Ｉの８種（ＪＩＳ８種と略す。中位径：６．６〜８．６μｍ）と同７種（ＪＩＳ７種と略す。中位径：２７〜３１μｍ）を重量比１：１で混合したケーキを毎分０．４ｇ／分で連続添加し、添加開始から５分後に原液と濾液を採取し、所定の倍率に希釈した後にそれぞれの液に含まれる粒子の数を光遮断式粒子検出器で計測して各粒径における初期捕集効率を算出した。更にその値を内挿して、捕集効率８０％を示す粒径を求めた。また、更に続けてケーキを添加し、フィルターカートリッジの圧力損失が０．２ＭＰａに達したときにも同様に原液と濾液を採取して、０．２ＭＰａ時の捕集粒径を求めた。また、ケーキ添加開始から０．２ＭＰａに達するまでの時間を濾過ライフとした。なお、濾過ライフが１０００分に達しても差圧が０．２ＭＰａに達しない場合にはその時点で測定を中断した。
【００６７】
（初期濾液の泡立ち及び繊維脱落）
循環式濾過性能試験機のハウジングにフィルターカートリッジ１つを取り付け、ポンプで流量を毎分１０リットルに調節してイオン交換水を通水する。初期濾液を１リットル採取し、そのうち２５ｃｍ3を比色びんに採取して激しく攪拌し、攪拌停止１０秒後に泡立ちを見た。そして、泡の体積（液面から泡の頂点までの体積）が１０ｃｍ3以上ある場合を×、１０ｃｍ3未満でかつ直径１ｍｍ以上の泡が５個以上見られる場合を△、直径１ｍｍ以上の泡が５個未満の場合を○として泡立ちを判定した。また、初期濾液５００ｃｍ3を孔径０．８μｍのニトロセルロース濾紙に通し、濾紙１ｃｍ2あたりに長さ１ｍｍ以上の繊維が４個以上ある場合を×、１〜３個の場合を△、０個の場合を○として繊維脱落を判定した。
【００６８】
（抗菌性試験１）
滅菌した寒天培地に置いた試験片０．２ｇ上に、クレブシエラ  ニューアンアニ［Ｋ．ｐｎｅｕｍｏｎｉａｅ（ＩＦ０１３２７７）］を懸濁させた菌液を０．２ｃｍ3滴下し、温度３７℃で１８時間培養する。培養後、試験片上の菌をリン酸緩衝液で抽出し、試験片上の生菌を標準寒天培地法により測定し、下記の計算式により菌数の増減値差を計算した。
無加工試料
[Ａ]  接種直後の生菌数
[Ｂ]  １８時間培養後の生菌数
抗菌加工試料
[Ｃ]  １８時間培養後の生菌数
菌数増減値差＝log10（Ｂ／Ａ）−log10（Ｃ／Ａ）
上記式によって得られる菌数増減値差が目安として１．６以上であれば、抗菌性能としては十分である。菌数増減値差が１．６未満になると抗菌性のが不十分となり、微生物が繁殖する。
【００６９】
（抗菌性試験２）
１リットル用ビーカーに水道水７００ｃｍ3を入れ、試料を浸漬する。ビーカー上部をフィルムで封じ、恒温槽に浸漬し、水温を３７℃一定にする。１２時間ごとに、フィルムを取り去り臭気又は濁りの発生した時間を判定する。
【００７０】
（抗菌性試験３）
フィルターカートリッジを取り付けたハウジングを水道につなぎ、１日１回流量５リットル／分で１０分間通水する。通水初期の水を３００ｃｍ3共栓三角フラスコに２００ｃｍ3とり、軽く栓をして約４０℃に暖める。フラスコを揺り動かしながら栓をとり、直ちに臭気の有無を試験し、臭気の発生した日数を判定する。
【００７１】
（実施例１）
ポリプロピレンに純分換算で５．０重量％のポリリジン（ε−ポリ−Ｌ−リジン、チッソ（株）製）を添加して原料として、目付２２ｇ／ｍ2、厚さ２０３μｍ、平均繊維径１７μｍの、繊維交点が熱エンボスロールで熱圧着されたポリプロピレン製スパンボンド長繊維不織布を作った。前記長繊維不織布を幅５０ｍｍにスリットして帯状不織布とした。また、有孔筒状体として、内径３０ｍｍ、外径３４ｍｍ、長さ２５０ｍｍであり、６ｍｍ角の穴が１８０個開けられているポリプロピレン製の射出成型品を使用した。そして、ワインダーを使用して帯状不織布を収束等せずそのまま有孔筒状体へ綾状に巻き付けて、スピンドル初速１５００ｒｐｍで、帯状不織布の間隔が０ｍｍとなるようにワインド数を調整して有孔筒状体に外径６２ｍｍになるまで巻き付けて、円筒状フィルターカートリッジを得た。
【００７２】
（実施例２）
添加する前記ポリリジンを２．５重量％とし、帯状不織布の幅を５００ｍｍにした他は、実施例１と同様の条件で有孔筒状体に巻き付けて円筒状フィルターカートリッジを得た。なお、不織布の厚さは２０１μｍであった。
【００７３】
（実施例３）
銀イオンでイオン交換したゼオライト（バクテキラー、鐘紡（株）製）を粒径２．０μｍに粉砕し、これを純分換算で５．０重量％ポリプロピレンに混合したものを原料とした他は、すべて実施例１と同様の方法で、円筒状フィルターカートリッジを得た。なお、不織布の厚さは２００μｍであった。
【００７４】
（実施例４）
添加する抗菌剤をポリリジン塩酸塩パウダー（ε−ポリ−Ｌ−リジン塩酸塩パウダー、チッソ（株）製）２．５重量％とし、帯状不織布の目付を４７ｇ／ｍ2にした他は、実施例１と同様の条件で有孔筒状体に巻き取って円筒状フィルターカートリッジを得た。なお、不織布の厚さは２０６μｍであった。
【００７５】
（実施例５）
ポリプロピレンに純分換算で１．０重量％の前記ポリリジン塩酸塩パウダーを添加して原料とし、紡糸の予熱により繊維交点が弱く接着している、目付２０ｇ／ｍ2、厚さ１９６μｍ、平均繊維径３μｍのポリプロピレン製メルトブロー不織布を作った。そのメルトブロー不織布を５０ｍｍ幅にスリットして帯状不織布として用いた他は、実施例１と同様の条件で円筒状フィルターカートリッジを得た。
【００７６】
（実施例６）
芯成分としてポリプロピレンを、鞘成分として純分換算で２．５重量％の前記の銀イオンでイオン交換したゼオライトを添加した高密度ポリエチレンを使用し、両者の重量比が１：１になるようにして複合繊維のスパンボンド不織布を得た他は実施例１と同様の方法で円筒状フィルターを得た。なお、不織布の厚さは２００μｍであった。
【００７７】
（実施例７）
ポリプロピレンに純分換算で０．５重量％のポリリジンプロピオン酸塩パウダー（ε−ポリ−Ｌ−リジンプロピオン酸塩パウダー、チッソ（株）製）を添加して原料とし、スパンボンド不織布として実施例１と同様の不織布（但し、厚さ１９９μｍ）を、メルトブロー不織布として紡糸の予熱により繊維交点が弱く接着している、目付２０ｇ／ｍ2、厚さ２０３μｍ、平均繊維径３μｍのメルトブロー不織布を用意し、これらの不織布を各一枚ずつ重ね合わせ、エンボスロールで不織布同士を接着させて積層メルトブロー不織布を作った。この積層不織布を５０ｍｍ幅にスリットして帯状不織布を得た後に、実施例１と同様の方法で円筒状フィルターを得た。
【００７８】
（比較例１）
原料のポリプロピレンに抗菌剤を添加しなかった他は、実施例１と同様の方法で円筒状フィルターを得た。なお、不織布の厚さは２０４μｍであった。
【００７９】
（比較例２）
原料のポリプロピレンに抗菌剤を添加しなかった他は、実施例２と同様の方法で円筒状フィルターを得た。なお、不織布の厚さは１９５μｍであった。
【００８０】
（比較例３）
原料のポリプロピレンに抗菌剤を添加しなかった他は、実施例３と同様の方法で円筒状フィルターを得た。なお、不織布の厚さは２００μｍであった。
【００８１】
（比較例４）
原料のポリプロピレンに抗菌剤を添加しなかった他は、実施例４と同様の方法で円筒状フィルターを得た。なお、不織布の厚さは１９８μｍであった。
【００８２】
（比較例５）
原料のポリプロピレンに抗菌剤を添加しなかった他は、実施例５と同様の方法で円筒状フィルターを得た。なお、不織布の厚さは２００μｍであった。
【００８３】
（比較例６）
帯状不織布の代わりに平均繊維径１９μｍ、カット長５１ｍｍのポリプロピレン製短繊維を紡績した直径２ｍｍの紡績糸を使用した他は、すべて実施例１と同様の方法で円筒状フィルターカートリッジを得た。
【００８４】
（比較例７）
帯状不織布の代わりに幅５０ｍｍに切断したＪＩＳ  Ｐ  ３８０１に定められた０濾紙１種を使用した他はすべて実施例１と同様の方法で円筒状フィルターカートリッジを得た。
【００８５】
【表１】
0004164989.tif 000002
【００８６】
【表２】
0004164989.tif 000003
【００８７】
【表３】
0004164989.tif 000004
【００８８】
表から明らかなように、本発明のフィルターカートリッジは、従来の紡績糸や濾紙を巻き付けたワインドフィルターと比べ、抗菌性に優れ、泡立ちが無く繊維の脱落がない優れた特性を持つことが分かる。更に、不織布の種類あるいは目付や幅、空隙率を変えることで、精度やライフ等の濾過性能を任意に制御することが可能である。
【００８９】
【発明の効果】
本発明の抗菌性フィルターカートリッジは、優れた抗菌作用を持ち、従来のワインドフィルターと比べて精度、圧力損失、濾過ライフ等の性能の点において勝っている。更には従来のワインドフィルターに見られた濾材の脱落や泡立ちがないので、浄水器や食品原料水、飲料の濾過等抗菌性が要求される多くの分野で有効利用が見込まれる。