(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ不織繊維集合体で構成され、かつ濾過方向に接合された、前濾過層と精密濾過層の少なくとも２層からなる筒状フィルターであって、前濾過層を構成する不織繊維集合体の繊維が、融点差が１０℃以上ある高融点成分と低融点成分とが混在して構成され、かつ該低融点成分が、該前濾過層中に１０〜９０重量％含有されており、さらに該前濾過層は、全部または一部の構成繊維の繊維径が濾過方向に漸次細くなるように構成され、一方、前記該精密濾過層は、不織繊維集合体が積層されたものであって、その積層された不織繊維集合体の１０重量％以上の構成繊維の繊維径が前濾過層の最小繊維径よりも小さく、かつフィルターの耐圧強度が１０ｋｇ／ｃｍ2以上であることを特徴とする筒状フィルター。
【請求項２】
前濾過層を構成する不織繊維集合体を構成する繊維が、融点差が１０℃以上である高融点成分と低融点成分とで構成された複合繊維である請求の範囲１に記載のフィルター。
【請求項３】
前濾過層を構成する不織繊維集合体が、融点差が１０℃以上である高融点成分極細繊維と低融点成分極細繊維との混合繊維からなることを特徴とする請求の範囲１に記載のフィルター。
【請求項４】
前濾過層が、ポリオレフィン系繊維およびポリエステル系繊維からなる群から選ばれた少なくとも１種を使用する不織繊維集合体からなることを特徴とする請求の範囲１ないし３のいずれかに記載のフィルター。
【請求項５】
前濾過層が、メルトブロー法で作られた不織繊維集合体からなることを特徴とする請求の範囲１ないし４のいずれかに記載のフィルター。
【請求項６】
前濾過層の不織布を構成する繊維の最小繊維径と最大繊維径との比が１：２〜１：１０である請求の範囲１〜５のいずれかに記載のフィルター。
【請求項７】
前濾過層の最小径繊維よりも細い繊度の繊維を含む精密濾過層の不織布の繊維径と、前濾過層の最小繊維径との比が１：１．１〜１：２０である請求の範囲１〜６のいずれかに記載のフィルター。
【請求項８】
前濾過層の最小径繊維よりも細い繊度の繊維を含む精密濾過層の不織繊維集合体の空隙率が４５〜９７％である請求の範囲１〜７のいずれかに記載のフィルター。
【請求項９】
前濾過層の最小径繊維よりも細い繊度の繊維を含む精密濾過層の不織繊維集合体がメルトブロー法で作られていることを特徴とする請求の範囲１〜８のいずれかに記載のフィルター。
【請求項１０】
前濾過層の最小径繊維よりも細い繊度の繊維を含む精密濾過層の不織繊維集合体がガラス繊維からなることを特徴とする請求の範囲１〜８のいずれかに記載のフィルター。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、筒状フィルターに関し、さらに詳しくは、従来のフィルターに比べ、高精度で、初期圧力損失が少なく、かつ長い濾過ライフを持つ筒状フィルターに関する。
背景技術
近年、化学工業分野の製品等の溶液中に含まれる、粒子径０．２μｍ〜数百μｍ程度の異物を取り除くための、繊維を素材とするフィルターの需要が急激にのびてきている。
一般に繊維を素材とするフィルターは、安価であり、構成繊維の繊維径によって自由に濾過精度を変更でき、また繊維間の空隙部に多くの粒子を捕捉することができるために、濾過ライフが長い、といった様々な特長を有する。しかしながら、フィルターの使用目的によって、従来以上に高精度で、かつ濾過ライフの長いフィルターが強く求められている。
このようなフィルターの性能は、主として濾過精度、通液性および濾過ライフで評価することができる。ここでいう濾過精度とは、９９．９％以上捕集できる最小の粒径を意味し、通液性とは、ある液量を流したときのフィルターの圧力損失を意味し、濾過ライフとは、ある濃度の分散液を連続して濾過した時に生じるフィルターの圧力損失がそのフィルターの交換圧力に達するまでの時間を意味する。
一般的には高精度のフィルターほど通液性が悪くなり、また、濾過ライフが短くなることが多い。しかし、高精度のフィルターでも、濾材構成を均一にせず、濾過方向、すなわちフィルターを通過させる液体の上流側から下流側に向かって構成繊維径や空隙率などを変化させることにより、通液性や濾過ライフを改善することができる。これまでに、このような通液性、濾過ライフ改善のための方法がいくつか提案されている。
まず、特開平７−８２６４９号公報には、メルトブロー法による繊維の紡糸工程において、樹脂の押出量やブローイング気流の流速を経時的に変化させ、それにより紡糸される繊維の平均繊維径を連続的に変化させ、それを適当な巻き芯に巻き取るというものである。この方法は、濾材を構成する繊維の平均繊維径を比較的自由に変化させることができるという長所を持つが、樹脂の押出量、ブローイング気流の流速のいずれも、変化し得る範囲に限界があり、フィルターの厚み方向（濾過方向）の繊維径に大きな変化をつけることが難しいという欠点を持つ。また、紡糸条件を連続的に変化させているので細繊化するのが難しいという欠点もある。
また、特開平１−２９７１１３号公報には、あらかじめ繊維径の異なる数種類の不織布を製造しておき、これらを有孔の中芯に巻き取ってフィルターとする方法がある。この方法は繊維径を大きく変化させることが可能であるが、深層濾過を効率よく行うためには繊維径変化をよりなだらかにする必要があるため、組み合わせる不織布の種類が多くなり、生産工数が多く、手間がかかるという欠点を持つ。
また、特公昭５６−４９６０５号公報には、熱融着性ステープルファイバーのカーディングウェブを、加熱しながら適当な線圧を加えて巻き芯に巻きとり、その工程の途中でメルトブロー不織布を巻き込んで成形するという方法が示されている。この方法は、安価なステープルファイバーを使う利点を生かしながら、メルトブロー法で作られたフィルター並の精度を持ったフィルターを作ることができるという特長を持つ。しかしながら、捕集しようとする粒子の粒径がステープルファイバーの繊維径よりも極端に小さい場合には、挿入したメルトブロー不織布にのみ小さい粒子が捕集されてしまい、濾過ライフが短くなるという欠点がある。
発明の開示
本発明の目的は、上記の従来のフィルターでは達成できなかった高精度、かつ濾過ライフの長い筒状フィルターを安価に提供することである。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、不織繊維集合体からなるフィルター内に、前濾過層と精密濾過層の少なくとも２層を設け、前濾過層は、構成繊維の繊維径が濾過方向に細くなるように構成し、精密濾過層は、前濾過層の最小繊維径よりも細い繊維を含む不織繊維集合体で構成することにより、本発明の目的を達成できることを知り、本発明を完成するに至った。以下本発明を詳細に説明する。
本願で特許請求される発明は以下のとおりである。
（１）それぞれ不織繊維集合体で構成され、かつ濾過方向に接合された、前濾過層と精密濾過層の少なくとも２層からなる筒状フィルターであって、前濾過層を構成する不織繊維集合体の繊維が、融点差が１０℃以上ある高融点成分と低融点成分とが混在して構成され、かつ該低融点成分が、該前濾過層中に１０〜９０重量％含有されており、さらに該前濾過層は、全部または一部の構成繊維の繊維径が濾過方向に漸次細くなるように構成され、一方、前記該精密濾過層は、不織繊維集合体が積層されたものであって、その積層された不織繊維集合体の１０重量％以上の構成繊維の繊維径が前濾過層の最小繊維径よりも小さく、かつフィルターの耐圧強度が１０ｋｇ／ｃｍ2以上であることを特徴とする筒状フィルター。
（２）前濾過層を構成する不織繊維集合体を構成する繊維が、融点差が１０℃以上である高融点成分と低融点成分とで構成された複合繊維である（１）に記載のフィルター。
（３）前濾過層を構成する不織繊維集合体が、融点差が１０℃以上である高融点成分極細繊維と低融点成分極細繊維との混合繊維からなることを特徴とする（１）に記載のフィルター。
（４）前濾過層が、ポリオレフィン系繊維およびポリエステル系繊維からなる群から選ばれた少なくとも１種を使用する不織繊維集合体からなることを特徴とする（１）ないし（３）のいずれかに記載のフィルター。
（５）前濾過層が、メルトブロー法で作られた不織繊維集合体からなることを特徴とする（１）ないし（４）のいずれかに記載のフィルター。
（６）前濾過層の不織布を構成する繊維の最小繊維径と最大繊維径との比が１：２〜１：１０である（１）〜（５）のいずれかに記載のフィルター。
（７）前濾過層の最小径繊維よりも細い繊度の繊維を含む精密濾過層の不織布の繊維径と、前濾過層の最小繊維径との比が１：１．１〜１：２０である（１）〜（６）のいずれかに記載のフィルター。
（８）前濾過層の最小径繊維よりも細い繊度の繊維を含む精密濾過層の不織繊維集合体の空隙率が４５〜９７％である（１）〜（７）のいずれかに記載のフィルター。
（９）前濾過層の最小径繊維よりも細い繊度の繊維を含む精密濾過層の不織繊維集合体がメルトブロー法で作られていることを特徴とする（１）〜（８）のいずれかに記載のフィルター。
（１０）前濾過層の最小径繊維よりも細い繊度の繊維を含む精密濾過層の不織繊維集合体がガラス繊維からなることを特徴とする（１）〜（８）のいずれかに記載のフィルター。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明のフィルターの実施例である円筒状フィルターを示す一部破断斜視図。
図２は図１に示されるようなフィルターの上流から下流にわたる断面Ａ−Ｂ間の繊維径変化の一例を示すパターンの模式図。
符号の説明
１．．．多孔性支持筒、２．．．支持層、３．．．精密濾過層、４．．．前濾過層、５ａ、５ｂ．．．エンドキャップ、６ａ、６ｂ．．．平ガスケット、７．．．フィルム、Ａ−Ｂ．．．フィルターの最上流側と最下流側を結ぶ線の一例。
ｘ．．．前濾過層、ｙ．．．精密濾過層、ｚ．．．支持層、Ａ．．．フィルターの最上流側、Ｂ．．．フィルターの最下流側。
発明を実施するための最良の形態
まず、本発明で用いる不織繊維集合体を構成する繊維の成分としては、ポリアミド、ポリエステル、低融点共重合ポリエステル、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、ポリプロピレン、ポリエチレン、共重合ポリプロピレン（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等との二元または三元共重合体）等の熱可塑性樹脂が開示できる。特に、価格および耐水性、耐薬品性の点からポリプロピレン、ポリエステルが好適に使用できる。また、精密濾過層にはガラスを用いてもよい。
次に、本発明のフィルターの一部である前濾過層について説明する。
前濾過層は、本発明のフィルターを構成する濾材層のうち、流体の濾過方向の最も上流側に配置させるもので、流体中の比較的大きな粒子を捕捉するために設けられる。前濾過層を構成する材料は、全部または一部の構成繊維の繊維径が濾過方向に漸次細くなるように構成された不織繊維集合体であり、その形状は、例えばウェブ、不織布、濾紙などの形状がよい。この不織繊維集合体の繊維の繊維径が濾過方向に漸次細く変化するために、成形後のフィルターの前濾過層の構成繊維径が漸次細く変化するのである。この繊維径の変化を付けるため、前濾過層を構成する不織繊維集合体を得るための紡糸法としては、溶融紡糸法が望ましい。溶融紡糸法では吐出量や延伸比等を変えることにより、比較的容易に紡糸する繊維の繊維径を連続的に変化させることができるからである。このような連続的に繊維径を変えることのできる溶融紡糸法の例としては通常の溶融紡糸法、スパンボンド法、メルトブロー法等をあげることができる。
通常の溶融紡糸法で繊維径を連続的に変えたウェブを得るには、溶融紡糸時に吐出量を連続的に変化させ、これを延伸、カットしてカード機に投入すれば繊維径が機械方向または長さ方向に変化したステープルファイバーのウェブができる。その他の方法として、スパンボンド法を用い、その牽引力を連続的に変化させることにより、繊維径が連続的に変化したスパンボンドウェブを得ることができる。
前濾過層を構成する不織繊維集合体を製造するのに特に有効な紡糸法はメルトブロー法である。その方法としては特公平７−９８１３１号公報に示されるような公知の方法を用いることができる。メルトブロー法とは、機械方向または長さ方向紡糸孔より押し出された溶融した熱可塑性樹脂を、紡糸孔の周囲より吹き出される高温高速気体により捕集コンベアネットまたは回転する中空心棒上に吹き付け、極細繊維ウェブを得る方法である。この際、樹脂の押し出し量、ブローイング気流の噴出速度等の紡糸条件を連続的に変化させることにより、前濾過層を構成する不織繊維集合体に適した平均繊維径が長さ方向に変化した極細繊維ウェブを得ることができる。特に、ブローイング気流の噴出速度を連続的に変える方法は、ウェブの目付を変えることなく繊維径を変化させることができるので好ましい。
前濾過層を構成する不織繊維集合体は、１０℃以上の融点差がある樹脂からなる高融点成分と低融点成分とを混在して構成される。高融点成分と低融点成分とを混在させる方法としては、該不織繊維集合体の構成繊維を高融点樹脂と低融点樹脂との複合繊維としてもよく、または紡糸段階で高融点樹脂からなる繊維と低融点樹脂からなる繊維とを混繊してもよく、または高融点樹脂からなる繊維と低融点樹脂からなる繊維とを紡糸後に混綿してもよい。該前濾過層中で低融点成分の混在比は、高融点成分と低融点成分との総量に対して１０〜９０重量％、好ましくは２０〜７０重量％、より好ましくは３０〜５０重量％であると、フィルターとして成形したときに優れた強度や形態保持性を持つようになり好ましい。低融点成分の含有量が１０重量％未満の場合、繊維ウェブを熱処理しても繊維の熱接合点が少ないために、毛羽立ちが多く、強度の弱いものとなるので低融点成分を用いる意味がなくなる。また、低融点成分の含有量が９０重量％を超えると、熱処理により繊維形態を失った低融点成分が繊維間空隙を一部で塞いだり、孔径が広がったりするようになり、フィルターの濾過能力の低下の原因になるので好ましくない。低融点成分と高融点成分の組合せの例としては、ポリエチレン／ポリプロピレン、共重合ポリプロピレン／ポリプロピレン、低融点共重合ポリエステル／ポリエステル、ポリエチレン／ポリエステルを示すことができる。この中でも、共重合ポリプロピレン／ポリプロピレン、低融点共重合ポリエステル／ポリエステルの組合せは、熱処理による繊維同士の接合力が強く、強度のあるフィルターが得られるので好ましい。
次に、本発明のフィルターの一部である精密濾過層について説明する。
精密濾過層は、本発明のフィルターを構成する濾材のうち、前濾過層の下流側に接合され、前濾過層で捕捉できなかった小さな粒子を捕捉するために設けられる。精密濾過層は不織布、濾紙などの形状の不織繊維集合体を積層したものである。
本発明者らが鋭意研究した結果、本発明のフィルターの濾過性能を優れたものにするには、精密濾過層を構成する不織繊維集合体の繊維径および空隙率が大きく影響していることがわかった。
まず、精密濾過層は、１種類の不織繊維集合体を積層したものであってもよく、２種類以上の不織繊維集合体を交互に積層したものであってもよい。ただし、該精密濾過層を構成する不織繊維集合体の繊維のうち、少なくとも１０重量％が前濾過層の最小繊維径よりも細い繊度の繊維である必要がある。この割合が１０重量％未満であると、前濾過層で捕捉できなかった粒子の大部分を精密濾過層でも捕捉できなくなるおそれがある。
次に、精密濾過層に含まれる不織繊維集合体の空隙率は４５〜９７％、好ましくは５５〜８５％、さらに好ましくは５５％〜６５％である。空隙率が４５％よりも小さいとフィルターとして使用したときに圧力損失が大きくなり、またケーキを十分に保持する空間がなくなるために濾過ライフが短くなる。また、空隙率が９７％よりも大きいと、フィルターとして利用したときに十分な耐圧性や形態保持性がなくなることがある。
また、精密濾過層に含まれる前濾過層の最小径繊維よりも細い不織繊維集合体の繊維径は、目的とする濾過精度に応じて決定することができる。具体的には、まず、精密濾過層の不織繊維集合体を構成する繊維の径は目的とする濾過精度（単位：μｍ）の０．５〜５倍、好ましくは０．８〜３倍が適している。繊維径が濾過精度の０．５倍よりも小さいと、空隙率を非常に大きくする必要がありそのために耐圧性が低下する。また、繊維径が濾過精度の５倍よりも大きいと、空隙率を非常に小さくする必要があり、そのために濾過ライフが短くなる。なお、異型断面糸を素材として用いた場合には、円形断面糸に比べて捕集効率が高くなるので繊維径を大きめにしても構わない。
次に前濾過層の最小繊維径は、精密濾過層に含まれる前濾過層の最小径繊維よりも細い繊維の繊維径に対して１．１〜２０倍程度が適している。これが１．１倍よりも小さくなると精密濾過層を設ける意味がなくなり、２０倍を超えると、前濾過層で十分に粒子をとりきることができなくなるために、精密濾過層に多くの粒子が詰まり、濾過ライフが短くなることがある。
精密濾過層に含まれる前濾過層の最小径繊維よりも細い繊維の繊維径の繊維の製造方法としては、分割繊維を使用する方法、ガラス繊維を使用する方法、メルトブロー法、スパンボンド法などが上げられる。この中でも特に濾過精度を５μｍよりも小さくする場合には、メルトブローまたはガラス繊維が好適に使用できる。
本発明において、精密濾過層の不織繊維集合体の１０重量％以上の構成繊維の繊維径を前濾過層の最小繊維径よりも小さくした理由は、前濾過層のみで濾過方向に漸次繊維径が小さくなる繊維集合体を形成することが困難であるからである。すなわち、本発明では、前濾過層を製造する際、構成繊維径を連続して変化させるという特殊な紡糸法を採用しているため、前濾過層の最小径繊維をある程度以上小さくすることは難しい。例えばメルトブロー法を使い、樹脂の押し出し量やブローイング気流の噴出速度等の紡糸条件を連続的に変化させて前濾過層の繊維集合体の繊維径を変化させる場合、前濾過層の最大径繊維に合わせ、比較的低い紡糸温度で紡糸する必要があるが、その低い紡糸温度で過度にブローイング気流を大きくしたり、樹脂の押し出し量を過度に少なくしたりすると、フライ（捕集コンベアネットに捕集されずに飛散する繊維屑）が発生し、目的とする最小径繊維の不織繊維集合体が得られないという現象が起こる。なお、このような不都合は他の溶融紡糸法を利用した場合でも起こる。このため、前濾過層の繊維の最小繊維径を２μｍより小さくすることは難しい。本発明では、前濾過層に加えて精密濾過層を設け、その構成繊維径が前濾過層の最小繊維径よりも細い繊維を１０重量％以上含む不織繊維集合体からなる精密濾過層を用いることにより、目的とする精密濾過を達成するものである。なお、前濾過層をメルトブロー法などを使って製造する場合、その最小繊維径はかなり小さくなるため、精密濾過層に含まれる、前濾過層の最小径繊維よりも細い不織繊維集合体も、メルトブロー不織布やガラス繊維不織布のような非常に微細繊度の不織繊維集合体を使用する必要がある。
なお、メルトブロー不織布、ガラス繊維不織布のいずれもその繊維径は一定ではなく、ある程度の幅をもって分布しているのが普通であるが、これらの不織布の場合は主としてその平均繊維径と空隙率が濾過精度を決定する。そこで、以後、メルトブロー不織布またはガラス繊維不織布の繊維径について言及するときは、特に断らない限り平均繊維径を指すものとする。メルトブロー不織布を採用する場合には、紡糸条件の選定により平均繊維径を０．５〜４０μｍの間の値にすることができる。また、ガラス繊維不織布を用いる場合には、平均繊維径を０．１〜３０μｍの間の値にすることができる。またこれらの不織布の空隙率は、カレンダーロールなどを使ってこれらの不織布を圧縮し、適当な値に調整することができる。
一般には、紡糸した時点でのメルトブロー不織布の空隙率は８０〜９５％程度なので、精密濾過層に含まれる前濾過層の最小径繊維よりも微細繊度の不織繊維集合体の空隙率を所望値にするため、適当な方法で加工してもよい。その場合には前濾過層を構成する不織繊維集合体と、精密濾過層に含まれる前濾過層の最小径繊維よりも微細繊度の不織繊維集合体とは、別工程で製造してもよい。
その加工方法は特に限定されるものではないが、その１例としてカレンダーロールによる圧密加工を挙げることができる。カレンダーロールの表面形状は、フラットロールがよい。適当な模様のエンボスロールを使用することもできるが、エンボスパターンで押しつぶされた部分が通液しないため、不織布の補強など特別な目的がある場合以外はフラットロールを用いた方が好ましい。また、カレンダーロールの温度は、該不織繊維集合体の素材にもよるが、一般的には該不織繊維集合体の融点（複合素材の場合にはその低融点成分の融点）より１０℃〜６０℃低い温度がよい。この温度差が１０℃よりも小さいと、樹脂が溶融してロールに融着する可能性がある。また、この温度差が６０℃よりも大きいと、圧密状態が固定されないために圧密加工する意味がなくなることがある。
また、精密濾過層に含まれる前濾過層の最小径繊維よりも微細繊度の不織繊維集合体の空隙率を圧密加工により調整することにより、前濾過層と精密濾過層との間に任意の見かけ密度差をつけることができる。ここでいう見かけ密度とは、濾材のある箇所の重量をその箇所の空隙を含む体積で割った値を指す。この見かけ密度差をつけることにより、前濾過層の持つ比較的大きな粒子を捕捉するという機能が効果的に高められる。本発明では、精密濾過層の空隙率が前濾過層の空隙率よりも大きいものも可能であるが、前者が後者より小さいものが、前記の前濾過層の機能はより高められ、更に好ましいのは、前濾過層の空隙率が５５％〜９０％であり且つ、該前濾過層の空隙率（％）から精密濾過層の空隙率（％）を引いた値が５％〜４５％の範囲の場合である。空隙率の差が５％以下の場合には効果があまりなく、また、空隙率の差が大きいほど前濾過層の効果は大きくなるが、この値が４５％を越えると前濾過層の空隙率を９０％よりも大きくする必要があるため、前濾過層の強度が十分ではなくなる。
次に、本発明のフィルターにおいて必要に応じて用いられる支持層について説明する。
支持層は、本発明のフィルターを構成する濾材のうち、精密濾過層のすぐ下流側に設けられ位置し、精密濾過層の形状保持や精密濾過層からの濾材の脱落を防止するために設けられる。しかし、精密濾過層が充分な形状保持性を持っていたり、精密濾過層の形状保持のために適当な支持体を使用し、かつ精密濾過層からの濾材の脱落の可能性がない場合にはなくても構わない。支持層を構成する不織繊維集合体としては前記前濾過層を構成する不織繊維集合体と同じ物を用いても良いし、スパンボンド不織布などのさらに強度のある不織繊維集合体を使用しても良い。
次に、これらの材料を組み合わせて本発明のフィルターに成形する方法を説明する。成形したフィルターの一例を第１図に示す。第１図（ａ）、（ｂ）は円筒状フィルターの例、第２図は平板状フィルターの例である。本発明のフィルターは構成繊維径が上流側から下流側に向かって連続的に小さくなっている前濾過層と、前濾過層の最小繊維径よりも微細繊度の精密濾過層とを備えていれば必ずしもこれらの例に限定されない。
次に、本発明を図面によってさらに詳細に説明する。
図１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の一実施例を示す円筒状のフィルターの一部切欠斜視図である。
図１（ａ）のフィルターは、多孔性支持筒１によって支持された支持層２と、その上に設けられた精密濾過層３と、その外側に設けられた前濾過層４と、円筒状フィルターの両端部をシールするように設けられたエンドキャップ５ａおよび５ｂとから構成される。図１（ｂ）のフィルターは、図１（ａ）の多孔性支持筒１を用いずに支持層２を厚くし、かつ両端に平ガスケット６ａおよび６ｂを設けたものである。また図２のフィルターは、平板状の支持層２と、その上部に設けられた精密濾過層３と、精密濾過層の上に設けられた前濾過層４と、フィルターの端面をシールするように設けられたフィルム７とから構成される。
図１（ａ）の円筒状フィルターを作るには、まず多孔性支持筒１に補強用の不織繊維シートを巻き付けて支持層２を形成せしめる。上記補強用の不織繊維シートは精密濾過層３からの濾材脱落を防ぐ役割があり、その素材としてはスパンボンド不織布等が好適に使用できる。なお、精密濾過層３からの濾材脱落の可能性が無い場合には、補強用の不織繊維シートはなくてもよい。次に後述する前濾過層の最小繊維径よりも微細繊度の繊維で構成される精密濾過層３を構成するべく用意した不織繊維集合体を巻回数が少なくとも１．５回となるように巻き付けて精密濾過層３を形成せしめる。この際、通液性をよくするために適当なスペーサーを同時に巻き込んで成形しても良い。このスペーサーの形状は特に限定されるものではなく、編み物、ネット、パンチングシートなど種々のものを用いることができる。次に前濾過層を構成する材料として用意した不織繊維集合体を巻き付け、上流側から下流側に繊維径を連続的に細く変化させた前濾過層４を形成せしめる。その後、端面からの液の流出を防ぎ、またハウジングとの密着性をよくするために、両端にエンドキャップ５ａ、５ｂを貼付し、本発明のフィルターが完成する。
次に図１（ｂ）の円筒状フィルターを作るには、特公昭５６−４９６０５号公報に開示される方法を使用することができる。この場合、前濾過層４を構成する不織繊維集合体は、熱融着性のある繊維で構成されたものを使用する。一例として、先述したような１０℃以上の融点差がある高融点樹脂と低融点樹脂とから構成された不織繊維集合体をあげることができる。この不織繊維集合体は、前濾過層４の材料として用いるが、支持層の材料としても使用する。まず、前濾過層４を構成する不織繊維集合体を予め該不織繊維集合体の熱融着温度以上に加熱し、適当な巻き芯に巻き付けて先ず支持層２を形成せしめる。その後、前濾過層４を構成する不織繊維集合体と同じ幅を有した、後述する前濾過層の最小繊維径よりも細い繊度の精密濾過層３を構成すべく用意した不織繊維集合体を、巻回数が少なくとも１．５回となるように、前濾過層を構成する不織繊維集合体と共に巻き込んで精密濾過層３を形成せしめ、引き続いて前濾過層を構成する不織繊維集合体のみを巻き回して濾過方向に繊維径を漸次細く変化させた前濾過層４を形成せしめる。精密濾過層３を構成する不織繊維集合体の巻回数が１．５回よりも少ないと精密濾過層の肉厚が薄くなるため、充分な濾過精度を出すことができにくい。また、精密濾過層３を構成する不織繊維集合体を巻き込む位置は、前濾過層４と支持層２の肉厚の比（前濾過層の肉厚／支持層の肉厚）が０．５倍〜４倍となる位置、好ましくは０．７倍〜４倍となる位置である。前濾過層の肉厚が支持層の肉厚の４倍よりも大きくなると、支持層の強度が不充分となり、一方、０．５倍よりも小さくなると、前濾過層の堆積が少なくなり、フィルターの濾過ライフを長くするのが難しくなる。その後、冷却し、巻き芯を抜き取り、両端に平ガスケット６ａ、６ｂを貼付し、本発明のフィルターが完成する。
次に、本発明のフィルターの繊維径デザインについて説明する。本発明者らは、本発明のフィルターの通液性や濾過ライフを決定する要因として特に重要なのが、前濾過層の繊維径デザインであることを見出した。
まず、前濾過層４の最大繊維径と最小繊維径の比（最大繊維径／最小繊維径）は、２倍以上であれば効果があるが、一般には原液中の粒子の粒度分布は広く分布していることが多いため、好ましくは３倍以上、より好ましくは４倍以上である。ただし、必要以上に繊維径比を変化させても繊維径に対応した粒子を捕捉する層が薄くなり、逆に深層濾過が充分に行われなくなるため、２０倍以下、好ましくは１０倍以下である。
そして、前濾過層の最大繊維径と、精密濾過層内に含まれる前濾過層の最小径繊維よりも微細な繊度の、不織繊維集合体の繊維径との比（前濾過層の最大繊維径／精密濾過層内に含まれる、前濾過層の最小径繊維よりも微細繊度の不織繊維集合体の繊維径）は、２．２倍〜２００倍の範囲であるときに、より大きい効果を奏する。この値が２．２倍以下であると、繊維径変化の付け方が不十分となり、精密濾過層がまだ充分使われる以前に前濾過層の空隙が粒子により閉塞されてしまうので、濾過ライフが短くなる。また、この値が２００倍を超えると、原液によっては繊維径に対応した粒子を捕捉する層が薄くなり、逆に深層濾過が充分に行われなくなる。
次に、本発明のフィルターの、液の流れ方向への繊維径変化のパターンに付いて説明する。第２図は、第１図に示されるようなフィルターの濾過方向、すなわち、液の上流から下流にかけての断面Ａ−Ｂ間の繊維径変化の一例を示したパターンの模式図である。なお、精密濾過層ｙの繊維径は２種類以上の不織繊維集合体を交互に積層した場合には不連続になるが、ここでは代表して精密濾過層に含まれる前濾過層の最小径繊維よりも微細繊度の不織繊維集合体の繊維径の値を示した。
第２図（ａ）は標準的な繊維径変化のパターンの付け方であり幅広い分野の濾過に使用することができる。つまり、前濾過層ｘは最大繊維径から始まり、下流側に近づくに従って直線的に繊維径を減少させてある。そして下流側に近い位置に精密濾過層ｙを設けてある。精密濾過層のさらに下流側に近い位置に支持層ｚを設けてあるが、精密濾過層からの濾材の脱落の可能性がない場合にはなくてもかまわない。
下流側に精密濾過層の形状保持のために支持層を設ける場合には、第２図（ｂ）や（ｃ）のようにするとよい。つまり、フィルター全体の肉厚に対して、形状保持のため、充分な肉厚の支持層ｚを設けてある。支持層ｚは、粒子の捕捉にほとんど寄与しないので、通液性を上げるためには（ｂ）のように太い繊維径で構成することが方が望ましい。逆に前濾過層ｘと支持層ｚに連続して作られた不織繊維集合体を用いる場合には、（ｃ）のようにした方が、紡糸条件を徐々に変化させて、繊維径を変化させることができるため、製造しやすいという利点がある。
精密濾過層ｙは必ずしも前濾過層の最小繊維径部よりも下流側にある必要はなく、例えば第２図（ｄ）のように最小繊維径部より上流側に存在させても良い。もっともこの場合は前濾過層ｘの最小繊維径と精密濾過層ｙの繊維径との差が大きくなるので、このようなデザインを採用するのは強度保持など特別の理由がある場合に限られる。
また、原液中に大きな粒子が多く含まれている場合には、第２図（ｅ）のように上流側で繊維径を相対的に大きくするとよい。これは、上流側で大きな粒子を捕捉する空間を多く有するため、大きな粒子がフィルターの表面を閉塞することなく濾過することができる。
また、原液中に小さな粒子が多く含まれている場合には、第２図（ｆ）のように前濾過層の最小繊維径部の厚さを大きくとるとよい。このパターンにより原液中の比較的小さな粒子を前濾過層ｘで充分保持できるため、精密濾過層ｙにかかる負荷が少なくなり、濾過ライフをのばすことができる。
実施例
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれにより限定されるものではない。本実施例における構成繊維、フィルターの物性値等の定義と測定法は以下の通りである。
（繊維径）ステープルファイバーについては正量繊度から繊維径を求めた。メルトブロー不織布、スパンボンド不織布、ガラス繊維不織布に関しては、電子顕微鏡で撮影した画像から１００本の繊維を無作為に選び、それらの直径の算術平均を平均繊維径とした。なお、特に断らない限り、メルトブロー不織布、スパンボンド不織布、ガラス繊維不織布に関しては、繊維径とはこの平均繊維径を指すものとする。
（濾過精度）循環式濾過性能試験機のハウジングにフィルター１つを取り付け、５０リットル用水槽からポンプで通水循環する。流量を毎分１０リットルに調節後、水槽に試験粉体として基礎物性用標準粉体であるエアクリーナー用ファイン・テストダスト（ＡＣＦＴＤと略す。中位径：６．６〜８．６μｍ）を毎分１ｍｇ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、それぞれの液に含まれる粒子の粒度分布を光散乱式粒子検出器を用いて計測する。この粒度分布測定結果を用いて、フィルターが捕集した粒子の個数の割合を捕集効率として算出し、９９．９％捕集した粒径をフィルターの濾過精度とした。
（初期圧力損失、濾過ライフ及び耐圧強度）前記の循環式濾過性能試験機のハウジングにフィルター１つを取り付け、流量毎分１０リットルで通水循環する。ここに、工業用試験粉体ＪＩＳ１６種を４００ｍｇ／分の速度で連続添加し、フィルターの１次側と２次側で圧力を測定して圧力損失の変化を記録する。フィルターの圧力損失が２ｋｇ／ｃｍ2に達するまでの時間を濾過ライフとした。また、ケーキ添加前のフィルターの圧力損失を初期圧力損失とした。
引き続き、前記粉体の添加を行い、フィルターの圧力損失が１０ｋｇ／ｃｍ2に達するか、もしくはフィルターが変形した時点での圧力損失を耐圧強度とした。
（実施例１）
前濾過層を構成する不織繊維集合体として、共重合ポリプロピレン（融点１４０℃）とポリプロピレン（融点１６５℃）を重量比５：５で混繊させた目付５０ｇ／ｍ2、厚さ５００μｍのメルトブロー不織布を製造した。その繊維径はブローイング気流を次第に増加させて１５μｍから２μｍまでに変化させ、続けて２μｍの状態でしばらく製造し、続けて再びブローイング気流を次第に減少させて２μｍから１５μｍまでに変化させた。また、精密濾過層を構成する不織繊維集合体として、目付７５ｇ／ｍ2、厚さ５００μｍ、平均繊維径１μｍのポリプロピレンのメルトブロー不織布を製造し、それを温度１２０℃のフラットロールで圧密して、目付７５ｇ／ｍ2、厚さ５００μｍ、平均繊維径１μｍのポリプロピレンのメルトブロー不織布を製造し、それを温度１２０℃のフラットロールで圧密して、目付７５ｇ／ｍ2、厚さ２００μｍ、平均繊維径１μｍのポリプロピレンのメルトブロー不織布を製造した。次に、前濾過層を構成する不織繊維集合体を１５０℃に加熱し、加熱溶融しながら直径３０ｍｍの金属製中芯に平均繊維径が最小となるまで巻き付けて、肉厚が５ｍｍの支持層を形成せしめた。その後、精密濾過層を構成する不織繊維集合体を巻回数が７周となるように前濾過層を構成する不織繊維集合体と共に巻き込んで肉厚２ｍｍの精密濾過層を形成せしめた。引き続いて前濾過層を構成する不織繊維集合体のみを巻き取って肉厚１３ｍｍの前濾過層を形成せしめて、外径７０ｍｍ、内径３０ｍｍ、長さ２４５ｍｍの円筒状フィルターを作製した。なお、フィルターの繊維径変化は第３図（ｃ）のようにした。さらに、フィルターの両端部を平ガスケット（発泡倍率３倍、厚み３ｍｍのポリエチレン製発泡体をドーナツ状にカットしたもの）でシールし、全長を２５０ｍｍとした。なお、平ガスケットとフィルターの接着には、ホットメルト接着剤を用いた。このフィルターの性能を表１に示す。
（実施例２）
前濾過層を構成する不織繊維集合体は実施例１と同じものを使用した。また、精密濾過層を構成する不織繊維集合体は目付２５ｇ／ｍ2、厚さ５００μｍ、平均繊維径１μｍのメルトブロー不織布を使用した。これらを実施例１と同様の方法で成形して外径７０ｍｍ、内径３０ｍｍ、全長２５０ｍｍの平ガスケット付き円筒状フィルターにした。このフィルターの性能を表１に示す。
（実施例３）
前濾過層を構成する不織繊維集合体は実施例１と同じものを使用した。また、精密濾過層を構成する不織繊維集合体は目付１５０ｇ／ｍ2、厚さ１０００μｍ、平均繊維径０．７μｍのガラス繊維不織布を使用した。これらを実施例１と同様の方法で成形して外径７０ｍｍ、内径３０ｍｍ、全長２５０ｍｍの平ガスケット付き円筒状フィルターにした。このフィルターの性能を表１に示す。
（実施例４）
前濾過層を構成する不織繊維集合体として、共重合ポリプロピレン（融点１４０℃）とポリプロピレン（融点１６５℃）を重量比５：５で混繊させた目付５０ｇ／ｍ2、厚さ５００μｍのメルトブロー不織布を製造した。その繊維径はブローイング気流を次第に増加させて２０μｍから３μｍまでに変化させ、続けて３μｍの状態でしばらく製造し、続けて再びブローイング気流を次第に減少させて３μｍから１５μｍまでに変化させた。また、精密濾過層を構成する不織繊維集合体として、目付２５ｇ／ｍ2、厚さ５００μｍ、平均繊維径１μｍのメルトブロー不織布を使用した。これらを実施例１と同様の方法で成形して外径７０ｍｍ、内径３０ｍｍ、全長２５０ｍｍの平ガスケット付き円筒状フィルターにした。このフィルターの性能を表１に示す。
（実施例５）
前濾過層を構成する不織繊維集合体として、ポリプロピレン（融点１６５℃）からなる目付５０ｇ／ｍ2、厚さ５００μｍのメルトブロー不織布を製造した。その繊維径はブローイング気流を次第に増加させて１５μｍから２μｍまでに変化させた。また、精密濾過層を構成する不織繊維集合体として目付７５ｇ／ｍ2、厚さ２００μｍ、平均繊維径１μｍのポリプロピレン製メルトブロー不織布を製造した。直径３０ｍｍ、長さ２４０ｍｍの多孔性支持筒に目付３０ｇ／ｍ2、厚さ３００μｍ、平均繊維径２５μｍのスパンボンド不織布を１５ｃｍ巻回し、続けて前記の目付７５ｇ／ｍ2、厚さ２００μｍ、平均繊維径１μｍのポリプロピレン製のメルトブロー不織布を７重に巻回し、続けて前記のブローイング気流を次第に増加させて１５μｍから２μｍまでに変化させたポリプロピレン（融点１６５℃）をからなる目付５０ｇ／ｍ2、厚さ５００μｍのメルトブロー不織布を肉厚１８ｍｍ巻回して外径７０ｍｍ、内径３０ｍｍ、長さ２４５ｍｍの円筒状フィルターを作製した。結果的に、フィルターの繊維径変化は第３図（ａ）のようにした。そのフィルターの両端部にホットメルト接着剤でエンドキャップを接着し全長を２５０ｍｍとした。このフィルターの性能を表１に示す。
（実施例６）
前濾過層を構成する不織繊維集合体として、共重合ポリプロピレン（融点１４０℃）とポリプロピレン（融点１６５℃）からなる並列型複合メルトブロー不織布を製造した。なお、複合比は重量比５：５とし、目付５０ｇ／ｍ2、厚さ５００μｍとした。その繊維径はブローイング気流を次第に増加させて１５μｍから２μｍまでに変化させ、続けて２μｍの状態でしばらく製造し、続けて再びブローイング気流を次第に減少させて２μｍから１５μｍまでに変化させた。また、精密濾過層を構成する不織繊維集合体は実施例１と同じものを使用した。これらを実施例１と同様の方法で成形して外径７０ｍｍ、内径３０ｍｍ、全長２５０ｍｍの平ガスケット付き円筒状フィルターにした。このフィルターの性能を表１に示す。
（実施例７）
フィルターの繊維径変化を第２図（ｅ）のようする他は、実施例１と同様の方法で成形して外径７０ｍｍ、内径３０ｍｍ、全長２５０ｍｍの平ガスケット付き円筒状フィルターにした。このフィルターの性能を表１に示す。
（実施例８）
フィルターの繊維径変化を第３図（ｆ）のようする他は、実施例１と同様の方法で成形して外径７０ｍｍ、内径３０ｍｍ、全長２５０ｍｍの平ガスケット付き円筒状フィルターにした。このフィルターの性能を表１に示す。
（比較例１）
前濾過層を構成する不織繊維集合体は実施例１と同じものを用いた。そして、精密濾過層を形成しない他は実施例１と同様の方法で外径７０ｍｍ、内径３０ｍｍ、全長２５０ｍｍの平ガスケット付き円筒状フィルターを作製した。このフィルターの性能を表１に示す。
（比較例２）
実施例１のような精密濾過層を設ける代わりに、共重合ポリプロピレン（融点１４０℃）とポリプロピレン（融点１６５℃）を混繊させた目付５０ｇ／ｍ2、厚さ５００μｍのメルトブロー不織布で、ブローイング気流を次第に増加させて１５μｍから１μｍまでに変化させようとしたが、繊維径が２μｍより小さくなるとフライが発生したため、該不織布を得ることができなかった。
（比較例３）
繊維径２５μｍのステープルファイバーのカーディングウェブを前濾過層を構成する不織繊維集合体の代わりに用いる他は実施例３と同様の方法で外径７０ｍｍ、内径３０ｍｍ、全長２５０ｍｍの平ガスケット付き円筒状フィルターを作製した。このフィルターの性能を表１に示す。
（比較例４）
精密濾過層を構成する不織繊維集合体として、目付７５ｇ／ｍ2、厚さ５００μｍ、平均繊維径３μｍのポリプロピレンのメルトブロー不織布を製造し、それを温度１２０℃のフラットロールで圧密した、目付７５ｇ／ｍ2、厚さ２００μｍ、平均繊維径３μｍのポリプロピレンのメルトブロー不織布を使用したほかは、すべて実施例１と同様の方法で成形し、外径７０ｍｍ、内径３０ｍｍ、全長２５０ｍｍの平ガスケット付き円筒状フィルターを得た。このフィルターの性能を表１に示す。
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表１より、実施例２と比較例１は初期圧力損失、濾過ライフがほとんど変わらないにもかかわらず、実施例２のほうが著しく高精度のフィルター性能を示すことが分かる。また、実施例４と比較例１は濾過精度がほとんど変わらないにもかかわらず、案施例４の方が著しく初期圧力損失が少なく、濾過ライフが長いフィルター性能を示すことが分かる。また、実施例４と比較例３を比較すると、実施例４の方が高精度で、濾過ライフの長いフィルター性能を示すことが分かる。
また、実施例１、７、８を比較すると、濾過ライフは実施例８が一番長く、続いて実施例１、実施例７の順に長くなった。
また、繊維径の小さな不織布をそのまま挿入した実施例２に対して、フラットロールで精密濾過層を圧密加工した実施例１は濾過精度が著しく向上しており、実施例１は微小な粒子を除去するのに有用であることが分かる。しかしながら、前濾過層よりも繊維径の大きな不織布を圧密加工して作られた精密濾過層を持つ比較例４は、実施例２と同程度の濾過精度となっているが、初期圧力損失と濾過ライフが著しく劣っており、単に圧密加工した不織布を挿入するだけでは十分な効果が得られないことが分かる。
産業上の利用可能性
本発明によれば、高精度で、初期圧力損失が少なく、濾過ライフの長いフィルター性能を示すフィルターを提供することができる。
【図１】
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【図２】
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