(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレフィルターとメインフィルターとが積層され、かつ、これらフィルターのうちの少なくとも一方が帯電されてなる帯電型エアフィルターにおいて、前記プレフィルターは清浄なポリオレフィン系繊維と、無機系溶媒によって紡糸された清浄なポリアクリロニトリル系繊維とを含む摩擦帯電型不織布であり、かつ前記メインフィルターがメルトブロー不織布であることを特徴とする帯電型エアフィルター。
【請求項２】
前記摩擦帯電型不織布がニードルパンチ法により絡合されて成ることを特徴とする請求項１記載の帯電型エアフィルター。
【請求項３】
前記プレフィルターと前記メインフィルターとが、部分的に積層一体化されて成ることを特徴とする請求項１または請求項２記載の帯電型エアフィルター。
【請求項４】
前記部分的な積層一体化が超音波シールにより行われて成ることを特徴とする請求項３記載の帯電型エアフィルター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、マスク、空調機器用フィルターなどに用いられるエアフィルターに関するものであって、特に、プレフィルターとメインフィルターとの積層構造を有し、圧力損失が低く、捕集効率に優れた帯電型エアフィルターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
空気中の塵埃を捕集するために、様々なエアフィルターが用いられているのは周知の通りである。このようなエアフィルターには、圧力損失が低く、しかも塵埃の捕集効率が可能な限り高いことが望まれており、種々の技術が提案されてきた。中でも比較的精密な空気濾過を期待される用途においては、塵埃の大部分をプレフィルターで捕集し、その濾過空気流下流側に配置され、しかも極めて捕集性能の高い素材として構成されたメインフィルターの目詰まりを遅らせる構成が採用されている。
【０００３】
このような２種類の機能を組み合わせたフィルターの構造例として、例えばプレフィルターには比較的嵩密度の高い（空隙率の大きい）布帛を用い、メインフィルターには嵩密度の低い緻密な布帛を配したものが知られている。これは、布帛の構成繊維で形成される空隙を小さく採るほど高い捕集能力を持つことを利用するものである。従前、ニードルパンチ法により絡合形成された不織布でフィルターを構成することは良く知られているが、より効率的な絡合手段として水流絡合法を適用した、より緻密な不織布を用いる技術も知られている。しかし、空隙を小さく採ることによって圧力損失も大きくなることは周知の通りである。従って、上述の空隙を小さくする代わりに、構成繊維を帯電させ、塵埃を静電的な作用によって捕集する技術も広く採用されている。
【０００４】
上述した布帛に対する帯電技術として、コロナ放電などの帯電装置を利用する技術は一般的であるが、他の帯電手段として、異なる繊維成分同志が摩擦される際に生じる帯電を利用する技術も古くから知られている。その一例として、米国特許第４，７９８，８５０号（以下、文献１と称する）には、清浄なポリオレフィン系繊維と清浄なアクリル系繊維とをカード機によって繊維ウエブとして形成し、この際の繊維間摩擦により摩擦帯電型不織布を得る技術が開示されている。尚、本明細書では、繊維に付着する潤滑剤や帯電防止剤といった、帯電を妨げる添加剤が、非イオン性界面活性剤、アルカリ性水溶液、アルコールなどによって洗浄除去され、摩擦帯電可能な繊維の状態を「清浄な」と称する。この文献１に開示されるポリオレフィン系繊維として、ポリエチレン樹脂、エチレン−プロピレン共重合体またはポリプロピレン樹脂などを構成する炭化水素の一部をシアノ基、またはフッ素或いは塩素といったハロゲンで置換した構造のものが挙げられている。また、アクリル系繊維として、アクリロニトリルと塩化ビニルまたは塩化ビニリデンとを共重合したモダクリル繊維が開示されている。
【０００５】
さらに、特開平７−２５６０２４号公報（以下、文献２と称する）では、上述した清浄なポリオレフィン系繊維として、ポリプロピレン樹脂とポリエチレン樹脂とを芯鞘型またはサイドバイサイド型に配置した複合繊維を用い、他方、清浄なアクリル系繊維をハロゲン不含のポリアクリロニトリル繊維として用いることにより、これら２種類の繊維を摩擦帯電させ、しかも上記複合繊維によって熱融着性を持たせることが可能な空気濾過材を開示している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、塵埃捕集を図るエアフィルターとして、優れた捕集効率を実現するために、プレフィルターとメインフィルターとを積層構成した構造は広く知られている。本願発明者は、プレフィルターとして摩擦帯電型不織布を用いることにより圧力損失を低く抑えつつ、しかも高い塵埃捕集効率を実現し得る帯電型エアフィルターに関し、鋭意検討を重ねた。その結果、摩擦帯電型不織布として所定の繊維を含む組合せとし、かつメインフィルターとしてメルトブロー不織布を採用することによって、極めて優れた特性を持つ帯電型エアフィルターを実現し得ることに着目し、本発明を完成した。従って、本発明の目的は、極めて低圧損であり、しかも捕集効率に優れた帯電型エアフィルターを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的の達成を図るため、本発明の帯電型エアフィルターの構成によれば、プレフィルターとメインフィルターとが積層され、しかも、これらフィルターのうちの少なくとも一方が帯電されてなる帯電型エアフィルターにおいて、上述したプレフィルターは清浄なポリオレフィン系繊維と、無機系溶媒によって紡糸された清浄なポリアクリロニトリル系繊維とを含む摩擦帯電型不織布であり、かつ上述したメインフィルターがメルトブロー不織布であることを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施に好適な態様につき説明する。上述したように、本発明の特徴は、(ａ)清浄なポリオレフィン系繊維と清浄なポリアクリロニトリル系繊維とを含む組合せの摩擦帯電型不織布からなるプレフィルターと、（ｂ）メルトブロー不織布からなるメインフィルターとを積層構成したものである。尚、本明細書では、プレフィルターとメインフィルターとを１層ずつ重ねて構成した場合を中心に説明するが、本発明は、係る積層構造にのみ限定されるものではない。例えば、プレフィルターでメインフィルターを挟持した３層構造、あるいは、メインフィルターの毛羽立ち乃至は繊維の脱落を防ぐようなスパンボンド不織布などからなるカバー材を最も濾過空気下流側に配し、プレフィルターとメインフィルターを具える３層構造など、本発明の特徴となる２つのフィルターを含む構造で有れば、任意好適な設計の変更及び変形を行うことができる。
【０００９】
始めに、本発明のプレフィルターを構成する摩擦帯電型不織布について説明する。既に述べたように、本発明を構成する摩擦帯電型不織布は、清浄なポリオレフィン系繊維と、無機系溶媒によって紡糸された清浄なポリアクリロニトリル系繊維とを含む構成としている。このうち、本発明に適用されるポリオレフィン系繊維は特に限定されるものではなく、前述した文献１及び文献２に開示されるポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、酢酸ビニル共重合体樹脂、エチレン−プロピレン共重合体またはポリプロピレン樹脂、または、これら樹脂の一部をシアノ基やハロゲンで置換した樹脂などを単独若しくは複合繊維として組み合わせたものを用いることができる。さらには、例えば芯鞘型の複合繊維において、その鞘成分として上記ポリオレフィン系樹脂を備えたものであっても良い。
【００１０】
次いで、上記摩擦帯電型不織布を構成するアクリル系繊維について説明する。アクリル系繊維については、例えば文献３：「繊維便覧−原料編−」（繊維学会編，丸善株式会社刊，１９７０年１０月発行，第７２７頁〜第７７９頁参照）に詳説されている。既に述べたように、アクリル系繊維は、その樹脂組成により、文献１に採用されるモダクリル系とポリアクリロニトリル系とに大別される。このうち、ポリアクリロニトリル系繊維は、例えばジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、アセトニトリル、アセトンなどの有機系溶媒を用いて紡糸したものと、硝酸、塩化亜鉛水溶液、塩化カルシウム水溶液、ロダン塩（チオシアン酸ナトリウム、チオシアン酸カリウム、チオシアン酸カルシウム）水溶液などの無機系溶媒を用いたものとが知られている。本発明者によれば、本発明に適用し得るアクリル系繊維は、何れもポリアクリロニトリル系アクリル繊維であって、その紡糸工程で無機系溶媒を用いて調製されたものである。
【００１１】
これら無機系溶媒によって紡糸された市販のポリアクリロニトリル系繊維として、「ベスロン」（東邦レーヨン（株）製，商品名）、「カシミロン」（旭化成工業（株）製，商品名）、「エクスラン」（日本エクスラン工業（株）、商品名）、「クレスラン」（米国American Cyanamid Co.製，商品名）、「ゼフラン」（米国The Dow Chemical Co.製，商品名）、「コーテル」（英国Courtaulds Co.製，商品名）などが挙げられる。これら無機系溶媒によって紡糸調製されたポリアクリロニトリル系繊維と前述のポリオレフィン系繊維を組み合わせることにより、優れた捕集効率を実現し得る効果との因果関係は明らかではない。しかしながら、モダクリル系繊維や有機系溶媒で紡糸調製されたポリアクリロニトリル系繊維の殆どは、くびれた異形断面を持ち、上述した無機系溶媒で紡糸調製されたポリアクリロニトリル系繊維の殆どが略円形断面を有することから、この略円形の繊維断面が摩擦帯電後の荷電状態などに有利に作用するものと考えられる。
【００１２】
これらポリオレフィン系繊維と上記ポリアクリロニトリル系繊維との重量混合比は、摩擦による帯電効率を確保するため、３０：７０〜８０：２０の範囲内とするのが好適である。
【００１３】
以下、本発明に用いられる摩擦帯電型不織布を得るために好適な製造工程を例示により説明する。まず、上述した組合せを含む複数の繊維成分を所定の重量混合比で開繊・混綿した後、これら繊維成分を清浄化する。然る後、これら繊維をカード機にかけ、各繊維成分を互いに摩擦することにより帯電した繊維ウエブを形成する。この状態の繊維ウエブをそのまま摩擦帯電型不織布として利用することもできるが、主としてウエブ強度を高めるため、また、補助的な摩擦帯電を図るためにニードルパンチ法による絡合を行うのが好適である。
【００１４】
さらに、本発明に使用する摩擦帯電型不織布は、繊維ウエブの作製時に帯電処理されるため、コロナ放電処理のように効率的な帯電を実現するための設計上の制約が少なく、用途に応じた面密度及び厚さで作製することができる。しかしながら、ウエブ強度を確保するために、好ましくは４０ｇ／ｍ２以上、より好適には１５０ｇ／ｍ２以上の面密度で構成するのが良い。
【００１５】
次いで、本発明に使用するメルトブロー不織布につき説明する。このメルトブロー不織布は、上述した摩擦帯電型不織布と組み合わせる際に、メインフィルターとして機能するものである。従って、所望とする塵埃の大きさに応じて、面密度や繊維径、構成樹脂などを設計することができる。具体的には、平均繊維径として１０μｍ以下、好ましくは８μｍ以下のものであればメインフィルター用途として十分に機能し、面密度はウエブとしての均一性が損なわれない程度のもの、例えば１０ｇ／ｍ２以上の任意好適な値とすることができる。構成樹脂としては、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂など、エアフィルターとして従来知られている如何なるものであっても良い。
【００１６】
また、上述した摩擦帯電型不織布とメルトブロー不織布とは積層一体化されているのが好ましい。ここに言う積層一体化とは、得られたエアフィルターの全部または一部で、これら２つの不織布層が結合した状態を言う。この積層一体化手段としては、加熱ロールを利用したものなど従来周知の手段とすることができるが、帯電状態にある布帛に加熱処理を施す場合、電荷の散逸によってエレクトレット機能が低下することが知られている。この点から、加熱手段は例えば超音波シール技術などを採用し、エアフィルターに対する熱的な悪影響を最小限に留めるのが望ましい。
【００１７】
また、本発明の構成は、上述した２種類のフィルターを積層することにより効果を奏するものであるが、その適用用途は多岐に渡り、所定の枠に取り付けてフィルターユニットとして用いたり、或いは立体的に成型したり、端部をシールするなどによってマスクとして使用することもできる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。以下の実施例では、本発明の好適例としてのエアフィルターを調製し、捕集効率の代わりに粉塵捕集時のフィルター下流側へのもれ率を測定すると共に、圧力損失を測定評価した結果に付き説明する。尚、この実施例では、本発明の理解を容易とするため、特定の数値条件などを例示して説明するが、本発明はこれら特定条件にのみ限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内で任意好適な設計の変更及び変形を行うことができる。
【００１９】
本実施例では、摩擦帯電型不織布を構成するポリオレフィン系繊維の一例として市販のポリプロピレン繊維である「ダイワボウ  ＰＮ８０５」（大和紡績（株）製、商品名：繊度２デニール，繊維長５１ｍｍ）を用いると共に、無機系溶媒で紡糸調製されたポリアクリロニトリル系繊維の一例として、塩化亜鉛水溶液で紡糸された「ベスロン  Ｗ２４１Ｂ」（東邦レーヨン（株）製、商品名：繊度２デニール，繊維長５１ｍｍ）との組合せで用いた。また、メルトブロー不織布として、市販のポリプロピレンペレット（ＭＩ＝６０）を用い、平均繊維径６μｍ、面密度７８ｇ／ｍ２に統一し、コロナ帯電処理（帯電条件１２ｋＶ）を施した。以下、各実施例サンプルの詳細に付き説明する。
【００２０】
・実施例１
実施例１として、上述したポリプロピレン繊維とポリアクリロニトリル系繊維とを重量比４：６で混綿し、カード機によってウエブとした後、針密度１００本／ｃｍ２でニードルパンチを施し、見かけの厚さ約８ｍｍ、面密度４００ｇ／ｍ２の摩擦帯電型不織布を調製した。次いで、上述したメルトブロー不織布を積層載置することにより、実施例１に係るサンプルを調製した。
【００２１】
・実施例２
実施例２として、見かけの厚さ３．５ｍｍ、面密度が２４０ｇ／ｍ２であることを除いては実施例１と同様な条件でサンプルを調製した。
【００２２】
・比較例１
比較例１として、摩擦帯電型不織布の面密度を２４０ｇ／ｍ２とし、メルトブロー不織布を積層していないことを除いては実施例１と同様な構成でサンプルを調製した。
【００２３】
・比較例２
比較例２は、メルトブロー不織布のみで構成した。
【００２４】
・比較例４
比較例４として、前述したポリプロピレン繊維のみをカード機にかけてウエブ調製し、針密度１００本／ｃｍ２でニードルパンチ法による絡合を施して面密度２４０ｇ／ｍ２の不織布とし、これに上述のメルトブロー不織布を積層載置した後、コロナ放電処理（処理条件１２ｋＶ）を行うことによりサンプル調製した。
【００２５】
・比較例３
比較例３として、メルトブロー不織布を積層しないで構成したことを除いては比較例３と同様なサンプルを調製した。
【００２６】
・比較例５
比較例５として、前述したポリプロピレン繊維と、ポリプロピレンとポリエチレンとからなる市販の複合接着繊維「チッソ  ＥＳ」（チッソ（株）製、商品名：繊度１．５デニール，繊維長５１ｍｍ）とを８７：１３の重量比で混綿後にカード機にかけてウエブ調製し、１０ＭＰａの高圧水流で絡合を施したことを除いては比較例４と同様なサンプルを調製した。
【００２７】
以上、７種類のサンプルについて、主な構成を表１に示す。尚、同表の「繊維構成」における「アクリル」とは、何れも無機系溶媒で紡糸調製されたポリアクリロニトリル系繊維を表している。
【００２８】
【表１】
0003763686.tif 000002
【００２９】
次いで、これらサンプルの評価方法について説明する。この実施例では、圧力損失及び粉塵のもれ率（捕集効率（％）を１００から引いた値）を測定評価するに当たり、防塵マスクに適用されている「防塵マスクの規格」（昭和６３年労働省告示第１９号）第６条に記載される試験方法に準じて行った。まず、粉塵の通過面積が直径８５ｍｍの円形となるように各サンプルを所定形状に裁断して測定サンプルとし、規定の測定装置に装着する。続いて、粒径が２μｍ以下の石英を粉塵に用い、粉塵濃度が３０ｍｇ／ｍ３、かつ流量を３０リッター／分（０．０３ｍ３）として粉塵を測定サンプル上流側から供給し、測定サンプル上流側及び測定サンプル下流側の粉塵量を光散乱式粉塵濃度計で測定した。この測定結果は、供給された粉塵量に対して、下流側で観測された粉塵量の割合をもれ率（％）として経時的に記録した。さらに、各測定点での圧力損失を、サンプル上流側とサンプル下流側での圧力差をマノメーターで測定し記録した。
【００３０】
図１は、実施例１〜比較例５までの各サンプルについて、各測定サンプルに対する粉塵供給量が合計１００ｍｇとなるまでの測定を行った際のもれ率を各々プロットした特性曲線図である。縦軸はもれ率（％）を対数スケールで採り、横軸は粉塵堆積量（ｍｇ）をリニアスケールで採って示す。
【００３１】
この図１から理解できるように、本発明を適用した実施例１及び実施例２では何れももれ率１％以下の、極めて高効率な捕集効率を示した。特に、摩擦帯電型不織布の面密度を比較的大きく採った実施例１では、実施例２に比べてもれ率の上昇傾向が緩やかであることが理解できる。また、メルトブロー不織布を備えていない比較例１及び摩擦帯電型不織布を備えていない比較例２と実施例２との比較から、摩擦帯電型不織布とメルトブロー不織布の積層構造により、著しくもれ率改善が図られていることが理解できる。さらに、単にコロナ帯電を施したニードルパンチ不織布（比較例３）及びこれにメルトブロー不織布を積層構成したもの（比較例４）に比べて、本発明を適用した実施例に係るサンプルでは、粉塵の下流側への漏れが少ない優れた捕集効率を示すことが判った。加えて、水流絡合による緻密なプレフィルターを備えるサンプル（比較例５）では、粉塵が堆積するにつれて捕集効率が向上（もれ率は低下）する、いわゆるメカニカル濾過現象が認められた。
【００３２】
次いで、図２は上述した測定時に同時に測定した圧力損失に関する評価結果を示す特性曲線図である。縦軸は圧力損失（Ｐａ）、横軸に粉塵堆積量（ｍｇ）を採って示す。図１を参照して説明した通り、捕集性能として優れていたサンプルとして、本発明を適用した実施例１及び実施例２、並びに水流絡合を適用した緻密なプレフィルターを備える比較例５を挙げることが出来る。しかし、このうちの比較例５は、初期の圧力損失が高く、しかも圧力損失の増大傾向が著しい点が図２から理解できる。以上、図１及び図２に示すもれ率並びに圧力損失の測定結果から、本発明を適用することにより、著しく優れた濾過性能を有する帯電型エアフィルターを実現し得ることが明らかとなった。
【００３３】
【発明の効果】
上述した説明からも明らかなように、本発明に係る帯電不織布とメルトブロー不織布との積層構造を有するエアフィルターにより、極めて低圧損であり、しかも捕集効率に優れた帯電型エアフィルターを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を説明するため、もれ率の測定結果を示す特性曲線図、
【図２】本発明の実施例を説明するため、圧力損失の測定結果を示す特性曲線図。
【図１】
0003763686.tif 000003
【図２】
0003763686.tif 000004