(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）熱融着性繊維と（ｂ）エレクトレットフィルムスプリット繊維からなる濾材を用いたエアーフィルターであって、（ａ）の熱融着性繊維の繊度が１５〜２００デニール、（ｂ）のエレクトレットフィルムスプリット繊維の平均繊度が１〜１５デニール、両者の混在比が（ａ）／（ｂ）＝６０／４０〜９５／５（重量比）であり、（ｂ）が（ａ）で熱融着されていて、かつ嵩密度が０．００５〜０．０５ｇ／ｃｃである濾材を用いたことを特徴とするエアーフィルター。
【請求項２】
エアーフィルターの通気方向長さの１／３〜１／１０の厚さを有する濾材が、波板状に折り曲げられてエアーフィルター枠内に収納されてなり、前記収納された濾材の濾過面積がエアーフィルターの通気面の面積の１．３〜４倍である請求項１に記載のエアーフィルター。
【請求項３】
波板状に折り曲げられてエアーフィルター枠内に収納された濾材は、該濾材の四周においてエアーフィルター枠に固着されている請求項１または２に記載のエアーフィルター。
【請求項４】
濾材が、波板状に折り曲げられた状態でエアーフィルター用の内枠に固着されてからエアーフィルター枠の中に収納されている請求項１または２に記載のエアーフィルター。
【請求項５】
濾材が、波板状に形成された多孔面状支持体と、押え部材によって挟持された状態でエアーフィルター枠内に収納されている請求項１または２に記載のエアーフィルター。
【請求項６】
風速２．７ｍ／秒のときの圧力損失が７０〜３００Ｐａである濾材を用いるものである請求項１〜５のいずれかに記載のエアーフィルター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工場設備やビル等に用いられる空調機器や、ＯＡ機器、空気清浄器等の家電機器に使用されるエアーフィルターに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
主に空気中の塵埃を除去するためのエアーフィルターに使用される濾材としては、繊維径１０μｍ程度のガラス繊維を用い、嵩密度０．１〜０．３ｇ／ｃｃ、厚さ０．５ｍｍ程度の湿式抄紙することにより製造されるペーパー状のものがあった。このペーパー状のガラス繊維製濾材は、嵩密度が大き過ぎて、圧力損失が極めて高いため、屏風状にひだ折り加工してからエアーフィルターに組み込まれている。ひだ折り加工によって、略正方形状（あるいは略長方形等）のエアーフィルター通気面（空気取り入れ面）の面積に対する濾材の濾過面積を１０〜４０倍にしなければ、圧力損失が実用的な範囲にならないためである。しかしながら、ガラス繊維製の濾材はもろいためにひだ折り工程が難しく、しかもひだ折り加工後の形状を保持して圧力損失を低く保つにはアルミニウム等のセパレーターをひだとひだの間に挟む工程も必要であり、これらの点で、ペーパー状ガラス繊維製濾材を使用したエアーフィルターの製造は、煩雑で、生産効率の悪いものであった。
【０００３】
一方、同じガラス繊維製濾材でも、嵩密度が０．０４〜０．０５ｇ／ｃｃ、厚さ２５〜１５０ｍｍのものもあり、これは前記ペーパー状の濾材に比べ、ひだ折り加工をしなければならないほど圧力損失は高くない。しかし、平板状のままエアーフィルターに組み込んで使用するには、やはり圧力損失が高く実用範囲を超えるため、袋型に加工して濾過面積をエアーフィルターの開口面の面積に対して５〜２０倍にすることによって、吹き流し型のエアーフィルターとして利用されている。しかし、空気漏れのないように袋型に縫製あるいは接着成形する製法も、煩雑で、生産効率の悪いものであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術の問題を解決するためには、極力折り曲げ加工を行わず、平板に近い状態で使用できる高性能な濾材を開発する必要がある。現在平板状のまま使用できる濾材としては、粗塵用エアーフィルター用濾材があるが、これは粗大塵埃を除去するために使用されるものであって微細な粒子の捕集効率がかなり低い。エアーフィルターとしての粒子捕集効率レベルを望めば、この粗塵用の濾材を複数枚積層する必要があるが、積層すると圧力損失が顕著に増大するため、エアーフィルター用として実用に堪えるものではなかった。
【０００５】
さらに、前述のガラス繊維製の濾材は、取替の際に人体に刺さり易いという問題があり、加えて、エアーフィルター当たりの濾材使用量が多いのにアルミニウムのセパレーターと共に焼却性が悪く、環境保護の観点からも濾材としては不適であった。
【０００６】
本発明は、以上の様な現状を考慮して、極力折り曲げ加工を行わず、平板に近い状態で使用でき、圧力損失が低く、エアーフィルターとして充分な粒子捕集効率を有し、人体に優しく、しかも焼却が容易で廃棄物減容に効果的であるエアーフィルターの提供を課題として掲げたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のエアーフィルターは、エアーフィルターの通気方向長さの１／３〜１／１０の厚さを有する濾材が、波板状に折り曲げられてエアーフィルター枠内に収納されてなり、前記収納された濾材の濾過面積がエアーフィルターの通気面の面積の１．３〜４倍であるところに要旨を有する。ここで「濾過面積」とは空気濾過を行い得る濾材面積であり、実質的には折り曲げる前の濾材表面積と等しい。また「エアーフィルターの通気面の面積」とは、エアーフィルター枠（内枠、押え部材も含む）内の空気取り入れ口面の平面面積であり、内枠や押え部材によって通気が阻害される面積は含まない。そして「波形状」とは、正弦曲線の様な波形や略Ｕ字形の波形状のものから略Ｖ字状のいわゆる三角波形状まで含むものとする。
【０００８】
本発明のエアーフィルターの好ましい実施態様としては、波板状に折り曲げられてエアーフィルター枠内に収納された濾材が、該濾材の四周においてエアーフィルター枠材に固着されている態様、濾材が、波板状に折り曲げられた状態でエアーフィルター用の内枠に固着されてからエアーフィルター枠の中に収納されている態様、濾材が、波板状に形成された多孔面状支持体と押え部材によって挟持された状態でエアーフィルター枠内に収納されている態様が挙げられる。内枠に固着する態様では濾材を内枠毎交換すればよく、多孔面状支持体と押え部材によって挟持する態様では、濾材のみを交換することができ、資源節約に役立つ態様となっている。
【０００９】
本発明のエアーフィルターは、濾過面積が通気面面積の１．３〜４倍程度と従来例に比べて小さくて済むので、緻密に折り曲げる必要がなく、しかも濾材が適当に厚みを有するため折り曲げ加工が容易である。本発明では、濾材として、（ａ）熱融着性繊維と（ｂ）エレクトレットフィルムスプリット繊維からなる濾材を用いることが推奨される。特に、（ａ）の熱融着性繊維の繊度が１５〜２００デニール、（ｂ）のエレクトレットフィルムスプリット繊維の平均繊度が１〜１５デニール、両者の混在比が（ａ）／（ｂ）＝６０／４０〜９５／５（重量比）であり、（ｂ）が（ａ）で熱融着されていて、かつ嵩密度が０．００５〜０．０５ｇ／ｃｃである濾材は、エアーフィルターの性能を高める点で、最も好ましく使用できる。さらに、風速２．７ｍ／秒のときの圧力損失が７０〜３００Ｐａである濾材を使用することがより好ましく推奨される。これらの濾材の使用によって、より一層、圧力損失が低く、しかも低濾過面積で高い粒子捕集効果を発現し得るエアーフィルターを提供することができる。なお、エレクトレットフィルムスプリット繊維とは、荷電されたフィルム（エレクトレットフィルム）を開繊カッター等で割繊して（スプリット）得られる繊維のことである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明のエアーフィルターの最大の特徴は、エアーフィルターの通気方向長さの１／３〜１／１０の厚さを有する濾材が、波形状に折り曲げられてエアーフィルター枠内に収納されており、この収納の結果、得られるフィルターの濾過面積が、エアーフィルターの通気面の面積の１．３〜４倍となっている点にある。
【００１１】
エアーフィルター枠に収納される濾材の厚さは、エアーフィルターの通気方向長さ、すなわちエアーフィルターの枠材の奥行きに相当する長さの１／３〜１／１０でなければならない。濾材の厚さがエアーフィルターの通気方向長さの１／１０よりも薄い場合には、圧力損失は低くなるが、濾過面積を低く抑えているために粒子の捕集効率という点では満足する性能は発現しない。しかし濾材が厚過ぎると同じ濾過面積における圧力損失は大きくなるので、本発明ではエアーフィルターの通気方向長さの１／３以下と規定した。
【００１２】
一方濾過面積は、エアーフィルターの通気面面積の１．３〜４倍にすることが必要である。濾過面積とは、空気濾過を行い得る濾材の面積であり、実質的には折り曲げる前の濾材表面積と等しい。またエアーフィルターの通気面の面積とは、エアーフィルター枠（内枠、押え部材も含む）内の空気取り入れ口面の平面面積である。エアーフィルター枠の通気面が正方形であれば、枠の内側寸法から決定される正方形の面積が「通気面の面積」である。内枠や押え部材によって通気が阻害される場合は、その阻害される部分の面積は含まれない。
【００１３】
本発明では、濾材を波形状にしてエアーフィルター枠内に収納することによって濾過面積は１より大きくなるので下限を１．３倍とした。しかし４倍を超えて濾過面積を高めようとすると、従来技術の様に、煩雑な工程を経て吹き流し形にするか、緻密な折り曲げ工程が必要になるため、本発明では、通気面面積の４倍を限度とした。
【００１４】
本発明では、特定厚の濾材を波形状に折り曲げてエアーフィルター枠に収納して、濾過面積が通気面面積の１．３〜４倍になっているエアーフィルターであれば、特にエアーフィルターとしての形状や大きさ、通気方向長さ（奥行き）は特に限定されない。現在の標準的な規格は、外形寸法で縦６１０ｍｍ、横６１０ｍｍ、奥行き（厚さ）２９０ｍｍまたは１５０ｍｍとなっているが、エアーフィルターの薄型化の要求に伴い、奥行きは小さくなる傾向があるので、要求特性に応じ適宜設計変更すれば良い。また、エアーフィルター内における濾材の収納方法や、波形形状の保持方法も、以下に挙げる３つの態様に限定されることなく採用することができる。
【００１５】
次に本発明のエアーフィルターの代表的な例を図面を用いて説明する。
まず、図１には請求項２に記載した態様のエアーフィルター１０を示した。濾材２は波形状に折り曲げられてエアーフィルター枠３の中に収納され、濾材の四周はエアーフィルター枠３に固着部４によって固着されている。なお、符号Ｌはエアーフィルター通気面長さである。固着方法は特に限定されないが、エポキシ系、シリコーン系、ポリウレタン系、フェノール系、ポリエステル系等の接着剤やシアノアクリレート系瞬間接着剤等を用いる接着剤法が簡便である。また、例えば、波形状の濾材の波の頂点（各波の山・谷の両方の頂点）に、エアーフィルター枠外側から（または枠材内部）枠の内側へ係止具を貫通させて濾材を係止することによって固着する方法も採用できる。
【００１６】
図２には、請求項３に記載した態様のエアーフィルターを示した。図１におけるエアーフィルターと略同形状のものを、エアーフィルター内枠材１１としてエアーフィルター枠３の中に収納する構成である。内枠材１１は、内枠３２に濾材２が固着された構成であり、図１で説明した方法と同じ様にして作製することができる。図２中のエアーフィルター枠３１には、鍔部３１ａが形成されていて、内枠材１１が抜け落ちるのを防ぐ。内枠材１１とエアーフィルター枠３１は固着しない方が好ましい。濾材を交換すべき時期に、内枠材１１のみを交換することによってエアーフィルター枠を再利用できるからである。
【００１７】
図３には、請求項４に記載した態様のエアーフィルターを示した。この態様では濾材をエアーフィルター枠あるいは内枠に固着するのではなく、押え部材５と、予め波形状に形成された多孔面状支持体６とによって、波形状に折り曲げられた濾材２を挟持する構成となっている。この構成では、濾材を交換すべき時期には、押え部材をエアーフィルター枠から取り外し、濾材のみを交換した後、再び押え部材を枠にはめ込むことによって、濾材以外の全ての構成部材の再利用が可能である。
【００１８】
図３の押え部材５は、断面波形形状の縦板５ａ、５ｂと、断面長方形状の横板５ｃ、５ｄと、支持棒５ｅからなる枠形の押え部材の例である。押え部材５は図３の例に限られず、エアーフィルター枠３の内側に溝を付けておき、縦板５ａ、５ｂが溝に嵌合する様にすることにより、押え部材は、縦板５ａ、５ｂのみで構成することもできる。多孔面状支持体６としては、金属製や樹脂製、紙製等の網状物や格子状物、パンチングプレート等、適宜選択することができる。
【００１９】
図１〜３には図示していないが、濾材の波形形状をより確実に維持するために、補強リブを使用してもよい。特に、多孔面状支持体を使用しない図１や図２において、濾材の厚みが薄いときは補強リブを用いる方が好ましい場合がある。補強リブは、例えばエアーフィルター枠の横板あるいは縦板に並行に、かつ波の頂点を通気方向下流側から支えることができる様に形成する。例えば、エアーフィルター枠の中に波のピッチに応じて棚板状の補強リブを設ける方法がある。
【００２０】
本発明のエアーフィルターは、波形状の濾材を用いながら濾過面積を小さく押えたところに特徴を有するが、濾材の性能が優れていることも、エアーフィルターの濾過面積を小さくする上で重要である。本発明で、最も好ましく使用することのできる濾材を以下説明する。
【００２１】
本発明では、濾材として、（ａ）熱融着性繊維と（ｂ）エレクトレットフィルムスプリット繊維からなる濾材を用いることが推奨される。特に、（ａ）の熱融着性繊維の繊度が１５〜２００デニール、（ｂ）のエレクトレットフィルムスプリット繊維の平均繊度が１〜１５デニール、両者の混在比が（ａ）／（ｂ）＝６０／４０〜９５／５（重量比）であり、（ｂ）が（ａ）で熱融着されていて、かつ嵩密度が０．００５〜０．０５ｇ／ｃｃである濾材は、エアーフィルターの性能を高める点で、最も好ましく使用できる。この特定繊度の（ａ）と（ｂ）を特定量組合せることにより、高い粒子捕集効率と低圧力損失を発揮でき、濾過面積の低減に効果的な濾材とすることができる。
【００２２】
（ａ）の熱融着性繊維は、濾材の嵩高な骨格を形成するための重要成分であり、高風速下での使用に堪え、かつ圧力損失を低く抑える上で、繊維繊度が１５〜２００デニールであることが望まれる。繊度が１５デニールより小さいと、高風速下で平板状態を保持することができず、２００デニールを超えると圧力損失が大きくなってしまう。より好ましい繊度は、３０〜１００デニールである。
【００２３】
熱融着性繊維の素材としては、例えばポリエチレンやポリプロピレン等のα−オレフィン系、エチレン−酢酸ビニル共重合系、ポリエチレンテレフフタレートやポリブチレンテレフタレート、共重合ポリエステル等のポリエステル系、ナイロンや芳香族ポリアミド等のポリアミド系等の公知の熱可塑性ポリマーから製造される繊維が使用できる。これらのうちの一種類の繊維のみ、あるいは低融点の熱融着性繊維と高融点の熱融着性繊維の２種以上を混合して用いてもよく、さらには融点の異なる繊維を複合化したいわゆる複合繊維タイプ等を使用してもよい。
【００２４】
特に、嵩高構造を効果的に発現させるためには、サイドバイサイド型または芯鞘型（または偏心・芯鞘型）の複合繊維に熱処理を加えて捲縮させた繊維が好ましく用いられ得る。複合繊維としては、低融点成分として、ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル共重合体、共重合ポリエステル、共重合ポリアミド等を１種または２種以上用いた融点１００〜１３０℃の繊維を使用し、高融点成分としては、低融点成分として選択した繊維の融点より３０℃以上高い繊維種を選択することが好ましい。低融点成分繊維と高融点成分繊維の組合せの例としては、ポリエチレン−ポリプロピレン、ポリエチレン−ポリエステル、共重合ポリエステルまたはその混合物−ポリエステル、共重合ポリアミド−ポリアミド等が限定されずに挙げられる。もちろん複合繊維ではない繊維に、機械的・熱的にスパイラル加工を施して捲縮をつけたステープル等も使用できる。なお、熱融着性繊維に紡績用油剤が付着している場合は、水洗浄、湯洗浄、テトラソディウムピロホスフェート水溶液による洗浄等で油剤を除去してもよい。
【００２５】
上記（ａ）の熱融着性繊維と共に用いられる（ｂ）のエレクトレットフィルムスプリット繊維は、エレクトレット化されているので、空気中の塵埃を捕集することができる。ここでエレクトレットフィルムスプリット繊維とは、荷電されたフィルム（エレクトレットフィルム）を開繊カッター等で割繊して（スプリット）得られる繊維のことである。
【００２６】
エレクトレットフィルムスプリット繊維の好ましい平均繊度は１〜１５デニールである。低い圧力損失を維持しながら、良好な粒子捕集効果を発揮するためには、エレクトレットフィルムスプリット繊維の繊度と前記（ａ）の熱融着性繊維の繊度とのバランスを、両者の使用量のバランスの因子を加味して最適化することが好ましい。（ａ）を１５〜２００デニール、（ｂ）のエレクトレットフィルムスプリット繊維を１〜１５デニールとし、後述する特定量を使用すると、高性能な濾材が得られ、より一層濾過面積を低く抑えることができる。エレクトレットフィルムスプリットの繊度が１〜１５デニール以外では、圧力損失と粒子捕集効果を両立させることはできない上に、１デニールより小さいとカーディング不良が起り易く、１５デニールを超えると捕集効率が悪化する。
【００２７】
エレクトレットフィルムスプリット繊維の材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−４−メチル−１−ペンテン等のα−オレフィン系や、テフロン等のフッ素系ポリマー、アクリル系、ポリエステル系の他、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニリデン、ポリサルホン等、特に限定されず使用できる。エレクトレットフィルムスプリット繊維を製造するには、上記ポリマーを用いて溶融押出等の方法で未延伸フィルムを作製したのち、５〜１０倍方向に縦または横方向に延伸してから、荷電させ、得られたエレクトレットフィルムスプリットを開繊カッターで割繊（スプリット）する方法が採用できる。
【００２８】
エレクトレット化は、コロナ放電、電界放電、電子線照射、摩擦帯電等の荷電法によって、またはこれらを組合せて行えば良く、ルーツの式で示される最大表面電荷密度を有する様に処理することが好ましい。またスプリットは、針式カッター、ねじ式カッター、ブレード式カッター等を用いて行える。スプリット後の小繊維は、連絡したネット状物あるいはこれを繊維長５０〜１００ｍｍに切断したフィブリル化短繊維の形態等で使用することができる。なおスプリット繊維は、１〜１５デニールにする必要があるため、好ましいスプリット幅を１０〜５００μｍ、スプリット前のフィルムの厚さを３〜３０μｍとする。より好ましいスプリット幅は２０〜３００μｍであり、最も好ましいのは４０〜１００μｍである。
【００２９】
本発明では、エレクトレットフィルムスプリット繊維が良好な粒子捕集効率を発揮することができる様に、（ａ）と共に加熱処理を受けた後であっても、高い表面電荷密度を有していることが好ましく、１２０℃の雰囲気温度において、初期表面電荷密度の値に対し７０％以上の保持率で表面電荷密度を維持していることが望まれる。このため、エレクトレットフィルムを構成するポリマーのうち比較的耐熱性の低いもの、例えばポリオレフィン等には、耐熱性付与の目的で添加剤を加えることが推奨される。
【００３０】
添加剤の具体例としては、リン酸ビス（４−ｔ−ブチルフェニル）ナトリウム、ソディウム−２，２’−エチリデンビス（４，６−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ホスフェート等の樹脂改質剤；トリス（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシベンジル）イソシアヌレート、１，１，３−トリス（２−メチル−４−ヒドロキシ−５−ｔ−ブチルフェニル）ブタン、１，１−ビス（２’−メチル−４’−ヒドロキシ−５’−ｔ−ブチルフェニル）ブタン、２，２−チオ−ジエチレンビス［３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート］、３，９−ビス［２−｛３−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシ−５−メチルフェニル）プロピオネニルオキシ｝ー１，１−ジメチルエチル］−２，８，１０−テトラオキサスピロ［５，５］ウンデカン、ビス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ペンタエリスリトーヅルジホスファイト、ビス（２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−メチルフェニル）ペンタエリスリトールジホスファイト、エチリデンビス（４，６−ジ−ｔ−ブチルフェニル）オクチルホスファイト、トリス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ホスファイト等の抗酸化剤；３−（Ｎ−サリチロイル）アミノ−１，２，４−トリアゾール、デカンジカルボン酸ジサリチロイルヒドラジド等の重金属不活性剤；
２−（２’−ヒドロキシ−５’−メチルフェニル）ベンゾトリアゾール、２−（２’−ヒドロキシ−３’−ｔ−ブチル−５’−メチルフェニル）−５−クロロベンゾトリアゾール、２，２’−メチレンビス［４−（１，１，３，３−テトラメチルブチル）−６−（２Ｎ−ベンゾトリアゾール−２−イル）フェノール］、ビス（５−ベンゾイル−４−ヒドロキシ−２−メトキシフェニル）メタン、テトラキス（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）−１，２，３，４−ブタンテトラカルボキシレート、１，２，２，６，６−ペンタメチル−４−ピペリジル／β，β，β’，β’−テトラメチル−３，９−［２，４，８，１０−テトラオキサスピロ（５，５）ウンデカン］ジエチル（混合物）−１，２，３，４−ブタンテトラカルボキシレート等の紫外線吸収剤および紫外線安定剤；ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸アルミニウム、ラウリン酸アルミニウム等の金属石けん系安定剤等を挙げることができる。これらの添加剤の好ましい使用量は、選択した添加剤の種類に応じて適宜変更可能であるが、一般的にはポリマーに対して０．０５〜５重量％である。
【００３１】
濾材中の（ａ）熱融着性繊維と（ｂ）エレクトレットフィルムスプリット繊維の混在比は、（ａ）／（ｂ）として６０／４０〜９５／５の範囲が最適である。熱融着性繊維が６０重量％より少ないと、加熱処理後に繊維の融着点が少なくなり、効果的な三次元嵩高骨格を作ることができないため、濾材としての機械的強度が不足して高風速下での濾過操作に堪えられなくなる。しかし、９５重量％を超えて使用すると、エレクトレットフィルムスプリット繊維が５重量％より少なくなり、粒子捕集効果が著しく減少してしまうため好ましくない。
【００３２】
これらの濾材の代表的製造例について説明する。（ａ）の熱融着性繊維と（ｂ）のエレクトレットフィルムスプリット繊維は、上記混在比の範囲でカードによって混合されてウエブ化される。このウエブには、加熱処理を施して（ａ）の熱融着性繊維の一部または全部を一旦溶融させることによって、嵩高な三次元骨格を作る必要があるので、上方から熱風が吹き出し、下方からエアーサクションによって吸引するスルーエアー式オーブン中を通過させて、加熱処理を行う。このときのスルーエアーの風速は、濾材の厚みにもよるが、０．５〜５ｍ／秒とすることが好ましい。オーブン中の温度および通過時間は、用いた熱融着性繊維の量と融点に応じて適宜選択すればよい。
【００３３】
ウエブ中の繊維の配向は、一般的にはウエブの厚さ方向に垂直となるが、繊維をウエブの厚さ方向に配列させてもよい。後者の場合は、カードフリースを濾材厚さ方向に連続して折りたたみながら隣り合う濾材のひだを熱融着させる方法で製造することができる。
【００３４】
得られる濾材は、比較的大きい繊度の熱融着性繊維（ａ）が上記加熱処理によって、熱融着性繊維の一部または全部が溶融して、嵩高な三次元構造となり、このなかにエレクトレットフィルムスプリット繊維が単繊維状で分散した構成となるので、充分な機械的強度と、低い圧力損失、および良好な粒子の捕集効率を発揮する。図４には、加熱処理後の濾材の三次元嵩高構造の部分モデル図を示した。図４中、４１は熱融着性繊維、４２はエレクトレットフィルムスプリット繊維であり、これらの接触部は熱融着されている。
【００３５】
濾材の嵩密度は０．００５〜０．０５ｇ／ｃｃであることが好ましい。嵩密度は、濾材の目付（ｇ／ｍ2 ）を厚さ（ｍ）で除することで求められる。濾材の厚さは、前田工業社製の圧縮弾性試験機を用いて、面圧１．２５ｇ／ｃｍ2 における厚さとする。嵩密度が０．００５ｇ／ｃｃより小さいと、濾材としての機械的強度が発現せず、粒子の捕集効率が低くなるときがあり、逆に０．０５ｇ／ｃｃ以上では、圧力損失が大きくなるため好ましくない。より好ましい嵩密度は、０．０１〜０．０３ｇ／ｃｃである。
【００３６】
本発明で好ましく用いられる濾材は、低圧力損失であることが望まれる。好ましい圧力損失は、２．７ｍ／秒の風速のとき７０〜３００Ｐａの範囲である。本発明では、これまで説明した様に、低い圧力損失を維持しながら、良好な粒子捕集効果を発揮するために、（ａ）の熱融着性繊維の繊度と（ｂ）のエレクトレットフィルムスプリット繊維の繊度のバランスを、両者の使用量のバランスの因子を加味して最適化することによって、低圧力損失を達成するものであるので、上記範囲内の圧力損失とすることが推奨される。なお、この圧力損失はもちろん新品の濾材についての初期値である。
【００３７】
本発明では、定寸法に裁断した平板濾材を、またはロール状に巻かれた巻物濾材から切り出して使用することができる。平板濾材を波板状に賦形するには、濾材を波板に沿わした状態でエアーフィルター枠（または内枠）に固着することで賦形する方法や、金属製の多孔面状波板状に濾材を沿わせてスルーエアー方式のオーブン中で加熱することにより賦形する方法等が簡便である。
【００３８】
濾材には、補強用シートが予め積層あるいは重ね合わされていても良い。補強用シートとしては、圧力損失が大きくならない様に、例えば金属製や、紙製等の網状物や格子状物等や、寒冷紗、熱可塑性プラスチックのネット状物等が利用できる。熱可塑性プラスチックネットを補強用シートとして用いる場合は、濾材製造時のウエブの加熱処理工程や、波板状に賦形する前または同時に、補強用シートの上に前記ウエブを載置して加熱処理すれば良い。
【００３９】
【実施例】
以下実施例によって本発明をさらに詳述するが、下記実施例は本発明を制限するものではなく、前・後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施することは全て本発明の技術範囲に包含される。
なお下記実施例で用いた評価方法は以下の通りである。
【００４０】
［嵩密度：ｇ／ｃｃ］
濾材の目付（ｇ／ｍ2 ）を、前田工業社製の圧縮弾性試験機を用いて、１．２５ｇ／ｃｍ2 の荷重下における厚さ（ｍ）で除した値である。
【００４１】
［比色法捕集効率：％］、［圧力損失：Ｐａ］、［フィルター特性値］、［ダスト保持量：ｇ］
これら各種の評価は、図５に示した試験設備を用いて行った。試験ダクト５４内に、評価用エアーフィルター５３（外寸法：縦６１０ｍｍ、横６１０ｍｍ、通気方向長さ９０ｍｍ）を設置し、コンプレッサー５５を用いて、ダスト供給器５６（大盛工業社製）からエアーエジェクター５７を介して、ＪＩＳ１１種試験粉塵をダクト５４内に供給した。試験風速は２．７ｍ／秒である。比色法捕集効率は、エアーフィルターの上流および下流に設置したデジタル粉塵計５８、５８’（柴田化学機械工業社製：Ｐ−５Ｈ２）を用いて散乱光量を同時に測定し、［上流の散乱光量−下流の散乱光量］を［上流の散乱光量］で除した値の百分率（％）として求めた。エアーフィルターの圧力損失はマノスターゲージ５９を用いて測定した。なお図中の符号５１０、５１０’は流量計、５１１、５１１’はポンプ、５１２はアブソリュートフィルター、５１３はブロアである。
【００４２】
フィルター特性値は、１００から比色法捕集効率を差し引いた値Ｘの自然対数の絶対値｜ｌｎＸ｜を圧力損失で除した値である。このフィルター特性値が大きいほど、低圧力損失かつ高捕集効率であり、フィルターとしての性能に優れていることを示している。ダスト保持量は、試料エアーフィルターの圧力損失が３５０Ｐａに達したときに濾材上に堆積した試験粉塵重量を求め、ダスト保持量（ｇ）とした。
【００４３】
実験例１〜９および参考例１〜１１
（ａ）の熱融着性繊維として、ポリプロピレンが芯、ポリエチレンが鞘の芯鞘型複合繊維を用いた。繊維長は６４ｍｍであり、繊度は表１〜４に示す様に各種大きさのものを用いている。一方、（ｂ）のエレクトレットフィルムスプリット繊維として、ステアリン酸アルミニウムを０．３重量％添加したポリプロピレン製の厚さ１０μｍのエレクトレットフィルムをねじ式開繊カッターで開繊した繊維を用いた。繊維長は９０ｍｍとし、開繊度を変化させて、表１に示した様に各種繊度に設定した。
【００４４】
熱融着性繊維（ａ）とエレクトレットフィルムスプリット繊維ｂのそれぞれのラップをローラーカードに同時供給してカードフリースを作製し、ラチスレイヤーでフリースの進行方向に直交する方向にフリースを少しずつずらし、ひだ折りしながら積層して、繊維がウエブ厚み方向に配列したタイプのウエブを作製した。このウエブを１３０℃のスルーエアー方式オーブンへ通し、２分間加熱処理を行い、冷却後濾材とした。熱融着性繊維（ａ）とエレクトレットフィルムスプリット繊維（ｂ）の混合比および得られた濾材の目付は、表１に示した通りに各種変更している。なお、濾材の目付は、比色法捕集効率が６０％前後を示す様に設定した。実験結果および考察を以下に示す。
【００４５】
【表１】
0003780553.tif 000002
【００４６】
まず図１に示した構成のエアーフィルターの評価結果を示した。なお、固着にはエポキシ系接着剤を用いた。表１の全ての例において、濾材の面積は０．５１５ｍ2 であり、エアーフィルター通気面の面積（０．３４３ｍ2 ）の１．５０倍である。表１では、熱融着性繊維（ａ）とエレクトレットフィルムスプリット繊維（ｂ）（なお各表では単に、ａおよびｂと表示している。）の混合比を８０／２０（重量比）に、（ｂ）のエレクトレットフィルムスプリット繊維繊度を５デニールに固定し、熱融着性繊維（ａ）の繊度を変化させた実験結果を示した。実施例１〜３は、高捕集効率かつ低圧力損失であり、両特性のバランスに優れているので、フィルター特性値の大きいことがわかる。一方参考例１では、熱融着性繊維の繊度が小さいため熱融着点が多くなり、結果的に圧力損失が増大している。（ａ）の繊度を１０デニールとした参考例２では、圧力損失は改善されたが、捕集効率とのバランスからみるとフィルター特性値は実施例より劣っている。逆に、熱融着性繊維の繊度が大き過ぎる参考例３では、捕集効率が低過ぎるためフィルター特性が低くなっていることがわかる。
【００４７】
【表２】
0003780553.tif 000003
【００４８】
次に図２に示した構成のエアーフィルターの評価結果を示した。表２においても、全ての例において、濾材の面積は０．５１５ｍ2 である。エアーフィルター通気面の面積は、内枠があるため若干減少して０．３３２ｍ2 であったので、濾過面積は通気面面積の１．５５倍になった。表２は、熱融着性繊維（ａ）とエレクトレットフィルムスプリット繊維（ｂ）の混合比を８０／２０（重量比）に、熱融着性繊維（ａ）の繊度を６５デニールに固定し、エレクトレットフィルムスプリット繊維（ｂ）の繊度を変化させている。実施例２と４は、高捕集効率かつ低圧力損失であり、フィルター特性値の大きいことがわかる。一方、エレクトレットフィルムスプリット繊維（ｂ）の繊度が小さい参考例４では、製造中にローラーカードでのカーディングが悪くなりネップの発生が見られた。このため得られた濾材中のエレクトレットフィルムスプリット繊維の分散性が悪くなったことと、濾材の厚さが小さすぎて捕集効率が低くなったものである。また、濾材の厚さが逆に大き過ぎ、かつエレクトレットフィルムスプリット繊維の繊度が２０デニールと大きい参考例５では、捕集効率が低く、フィルター特性値が低くなっていることがわかる。
【００４９】
【表３】
0003780553.tif 000004
【００５０】
表３には、図３の構成のエアーフィルターを用いて、各繊維の混合比と繊度を固定して、濾材製造時に嵩密度を変化させた実験結果を示した。この例においても濾材の面積は０．５１５ｍ2 である。エアーフィルター通気面の面積は図１のものより押え部材の分だけ若干減少して０．３３２ｍ2 であったので、濾材面積は通気面面積の１．５５倍であった。本発明実施例は、高捕集効率かつ低圧力損失であり、フィルター特性値が大きい。しかし参考例６では、濾材の厚さは大きいが嵩密度が小さく、結果的に伸縮変形が大きくなって２．７ｍ／秒の風速に堪えらず、測定データは得られなかった。また嵩密度が大きい参考例７では、圧力損失が大きく実用範囲外であった。
【００５１】
【表４】
0003780553.tif 000005
【００５２】
表４には、図３の構成のエアーフィルターを用いて、熱融着性繊維（ａ）とエレクトレットフィルムスプリット繊維（ｂ）の混合比を変化させた実験結果を示した。この例においても濾材の面積は０．５１５ｍ2 であり、エアーフィルター通気面の面積（０．３３２ｍ2 ）の１．５５倍である。本発明実施例は、高捕集効率かつ低圧力損失であり、フィルター特性値が大きい。しかし濾材の厚さが小さいが、エレクトレットフィルムスプリット繊維が多い参考例８は、嵩密度がエレクトレットフィルムスプリット繊維支配となって圧力損失が大きくなり、フィルター特性として見た場合には実施例より劣っている。エレクトレットフィルムスプリット繊維のない参考例９は、目付を大きくしても捕集効率が増大せずフィルター特性値は低かった。
【００５３】
【表５】
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【００５４】
表５には図２の構成のエアーフィルターを用いて、濾材の面積を変えることにより濾過面積を変化させた結果を示した。用いた濾材は実施例２と同じものである。濾過面積が通気面面積の１．２倍しかない参考例１０では捕集効率が低く、また、濾過面積が４．６倍の参考例１１では圧力損失が大き過ぎ、いずれもダスト保持量が２００ｇ以下の低い値となっており、エアーフィルターとして満足できる性能ではなかった。
【００５５】
【発明の効果】
本発明のエアーフィルターは、エアーフィルターの通気方向長さの１／３〜１／１０の厚さを有する濾材を波形状に折り曲げてエアーフィルター枠内に収納することにより、濾過面積をエアーフィルターの通気面の面積の１．３〜４倍程度と小さく抑えても、エアーフィルターとして優れた性能を示すものである。
【００５６】
本発明のエアーフィルターは、極力折り曲げ加工を行わず、平板に近い状態で使用できるため、緻密な折り畳み加工は必要なく、製造効率が上り、コスト低減に役立つものである。
【００５７】
また、図２（請求項３）や図３（請求項４）に示した構成のエアーフィルターは、濾材の交換時に、エアーフィルター枠や、支持体・押え部材等を再利用することができるので資源保護および廃棄物減容の点からも有用なものである。
【００５８】
特に請求項５および６に記載した様に、濾材として、比較的大きい繊度の熱融着性繊維と、繊度の小さいエレクトレットフィルムスプリット繊維を特定比で混合して加熱処理したものを用いると、粒子の捕集効率と圧力損失の機能をバランスよく両立させることができ、濾過面積を小さく抑えても、高性能なエアーフィルターを提供することができた。しかもこの濾材の使用により、本発明のエアーフィルターは人体に優しく、焼却が容易なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエアーフィルターの一例を示す分解斜視図である。
【図２】本発明のエアーフィルターの一例を示す分解斜視図である。
【図３】本発明のエアーフィルターの一例を示す分解斜視図である。
【図４】本発明の加熱処理後の濾材の三次元嵩高構造の部分モデル図である。
【図５】実施例におけるフィルター性能試験のための工程系統図である。
【符号の説明】
２    濾材
３    エアーフィルター枠
４    固着部
５    押え部材
６    多孔面状支持体
１０  エアーフィルター
１１  エアーフィルター内枠材
３１  エアーフィルター外枠
３１ａ  鍔部
３２  エアーフィルター内枠
４１  熱融着性繊維
４２  エレクトレットフィルムスプリット繊維
５３  試料エアーフィルター
５４  試験ダクト
５５  コンプレッサー
５６  ダスト供給器
５７  エアーエジェクター
５８，５８’  デジタル粉塵計
５９  マノスターゲージ
５１０，５１０’  流量計
５１１，５１１’  ポンプ
５１２  アブソリュートフィルター
５１３  ブロア
【図１】
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【図２】
0003780553.tif 000008
【図３】
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【図４】
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【図５】
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