JP2006175352A

JP2006175352A - フィルタ用濾材

Info

Publication number: JP2006175352A
Application number: JP2004371139A
Authority: JP
Inventors: Kunimine Maeda; 邦峰前田; Yoshihisa Sanami; 容久佐南; Koji Kume; 浩司久米; Joji Kagawa; 城治香川; Takeo Jo; 健夫條
Original assignee: Toyota Boshoku Corp; Awa Paper and Technological Co Inc
Current assignee: Toyota Boshoku Corp; Awa Paper and Technological Co Inc
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2006-07-06
Also published as: US20060156701A1; EP1674145A3; EP1674145A2

Abstract

【課題】上流側の不織布層１２と下流側の濾材層１４とでバランス良くダストを捕捉できるようにして、フィルタ用濾材のダスト捕捉量を向上させる。
【解決手段】本発明に係るフィルタ用濾材は、上流側の不織布層１２と下流側の濾材層１４とからなり、空気中のダストを捕捉するフィルタ用濾材であって、不織布層１２は、紡糸された樹脂繊維から構成されて、その樹脂繊維の繊維径が2.5μm〜10μmの間で設定されており、不織布層１２の単位面積当たりの重量である目付け量が2.5ｇ/m²〜15ｇ/m²の間で設定されており、濾材層１４は、不織布層１２よりも目が細かく構成されている。このため、下流側に配置された目の細かい濾材層１４に対して不織布層１２の目のサイズを適正にすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、上流側の不織布層と下流側の濾材層とからなり、空気中のダストを捕捉するフィルタ用濾材に関する。

これに関連する従来のフィルタ用濾材が特許文献１に記載されている。
前記フィルタ用濾材９０は、図５に示すように、上流側の不織布層９２と下流側の濾紙層９４とから構成されている。フィルタ用濾材９０の濾過精度は流れ方向において増大するように設定されている。このため、上流側の不織布層９２の方が下流側の濾紙層９４よりも目が粗く形成されている。したがって、比較的大きなダストを上流側の不織布層９２で捕捉し、比較的小さなダストを下流側の濾紙層９４で捕捉することができる。なお、上流側の不織布層９２の目付け量（単位面積当たりの重量）は15g/m²〜150 g/m²に設定されており、下流側の濾紙層９４の目付け量は50 g/m²〜200 g/m²に設定されている。

特表２００１−５２３５６２号公報

上記したフィルタ用濾材９０では、上流側の不織布層９２および下流側の濾紙層９４の仕様が目付け量（単位面積当たりの重量）により与えられているだけであり、目付け量以外の要素、例えば、繊維径等は明記されていない。しかし、目付け量の値が一定であっても、繊維径が大きければ不織布層９２等の目は粗くなり、逆に繊維径が小さければ目は細かくなる。このため、前記目付け量のみでは、不織布層９２等の目のサイズを把握することができない。
例えば、上流側の不織布層９２の目が細かすぎると上流側で目詰まりを起こし易くなるため、下流側の濾紙層９４の性能が生かされなくなる。このため、結果的にフィルタ用濾材９０のダスト捕捉量が少なくなる。逆に、上流側の不織布層９２の目が粗すぎると、多くのダストが不織布層９２を通過して濾紙層で捕捉されるようになるため、濾紙層９４の負担が大きくなって目詰まりを起こし易くなる。このため、やはりフィルタ用濾材９０のダスト捕捉量が少なくなる。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、上流側の不織布層における目のサイズを適正にしてフィルタ用濾材のダスト捕捉量を向上させることである。

上記した課題は、各請求項の発明によって解決される。
請求項１の発明は、上流側の不織布層と下流側の濾材層とからなり、空気中のダストを捕捉するフィルタ用濾材であって、前記不織布層は、紡糸された樹脂繊維から構成されて、その樹脂繊維の繊維径が2.5μm〜10μmの間で設定されており、前記不織布層の単位面積当たりの重量である目付け量が2.5ｇ/m²〜15ｇ/m²の間で設定されており、濾材層は、前記不織布層よりも目が細かく構成されていることを特徴とする。

本発明によると、上流側の不織布層における樹脂繊維の繊維径と目付け量とが設定されているため、前記繊維径と目付け量とに基づいてその不織布層の目のサイズを把握できるようになる。さらに、樹脂繊維の繊維径が2.5μm〜10μmの範囲で設定されており、目付け量が2.5ｇ/m²〜15ｇ/m²に設定されているため、下流側に配置された目の細かい濾材層に対して不織布層の目のサイズを適正にすることができる。このため、上流側の不織布層と下流側の濾材層とでバランス良くダストを捕捉できるようになり、フィルタ用濾材のダスト捕捉量を向上させることができる。

請求項２の発明によると、不織布層の単位面積あたりに含まれる樹脂繊維の表面積の総和が、1m²/m²〜3m²/m²の間に設定されている。
ここで、空気中のダストは樹脂繊維の表面で捕捉されるため、理論的には樹脂繊維の表面積の総和（以下、繊維表面積という）が大きいほどダストの捕捉量は大きくなる。目付け量が一定の状態で、前記繊維表面積を大きくするには、樹脂繊維の繊維径を小さくして繊維本数を多くする必要がある。しかし、樹脂繊維の繊維径を小さくして繊維本数を多くしすぎると、不織布層の目が細かくなって表面にダストが詰まり易くなる。この結果、不織布層の内部が濾材として機能しなくなり、結果的に、ダストの捕捉量が少なくなる。
本発明によると、繊維表面積が、1m²/m²〜3m²/m²の間に設定されているため、不織布層が目詰まりを起こし難く、その不織布層のダストの捕捉量を多くできる。

請求項３の発明によると、濾材層の濾孔径が20μm〜90μmに設定されている。このため、上流側の不織布層と下流側の濾材層とでバランス良くダストを捕捉できるようになり、フィルタ用濾材のトータル的なダスト捕捉量が向上する。

本発明によると、上流側の不織布層と下流側の濾材層とでバランス良くダストを捕捉できるようになり、フィルタ用濾材のダスト捕捉量が向上する。

以下、図１〜図４に基づいて、本発明の実施形態１に係るフィルタ用濾材について説明する。本実施形態に係るフィルタ用濾材は、エアフィルタに使用される濾材であり、図１にフィルタ用濾材の部分縦断面図が示されている。図２はフィルタ用濾材を構成する不織布層の製造装置を表す模式側面図、図３は不織布層の繊維表面積とダスト捕捉量との関係および繊維径と繊維表面積との関係を表すグラフである。また、図４は不織布層の繊維表面積とフィルタ用濾材のダスト捕捉量との関係を表すグラフ等である。

本実施形態に係るフィルタ用濾材１０は、図１に示すように、上流側の不織布層１２と下流側の濾紙層１４とから構成されている。不織布層１２は、空気中の比較的大きなダストを捕捉する層であり、濾紙層１４よりも目が粗く形成されている。濾紙層１４は、不織布層１２を通過した比較的小さなダストを捕捉する層であり、不織布層１２よりも目が細かく形成されている。不織布層１２は、メルトブローン法（後記する）により紡糸された熱可塑性樹脂の繊維から構成されている。不織布層１２と濾紙層１４とは、エンボス加工あるいはラミネート加工により接合されている。ここで、エンボス加工とは、重ねられた不織布層１２と濾紙層１４とを加熱された小さな複数の突起で上下から挟み、不織布層１２を部分的に溶融させて濾紙層１４に接着する加工法である。また、ラミネート加工とは、不織布層１２と濾紙層１４との間に通気性の高いホットメルトシートを挟み、熱を加えて加圧することで両者１２，１４を接合する加工法である。
即ち、濾紙層１４が本発明の濾材層に相当する。

次に、図２に基づいて不織布層１２の製造装置２０および製造方法を説明する。
不織布層１２の製造装置２０は、Ｙ方向に延びるコンベヤ２４を備えており、そのコンベヤ２４にベルト状の基布２４ｍが水平に装着されている。基布２４ｍは紡糸ノズル２６から紡糸された半溶融状態の繊維Ｆを受ける通気性のあるメッシュであり、コンベヤ２４が駆動されることにより積層された繊維ＦをＹ方向に搬送する。
コンベヤ２４の基布２４ｍの上方にはその基布２４ｍから一定の高さ位置に紡糸ノズル２６が下向きに設置されている。紡糸ノズル２６は、メルトブローン法を利用した紡糸ノズルであり、中央の樹脂噴射口２６ｂから噴射された溶融樹脂に対して熱風噴出口２６ａから熱風を吹付けて繊維Ｆを紡糸する。紡糸ノズル２６から紡糸された繊維Ｆは熱風により吹き飛ばされ、半溶融状態で基布２４ｍに積層される。そして、繊維Ｆが互いに接触することにより接触点で融着し、それらの繊維Ｆの層が不織布層１２となる。

不織布層１２を構成する繊維Ｆの繊維径（以下、不織布層１２の繊維径という）は、紡糸ノズル２６の樹脂噴射口２６ｂから吐出される樹脂の吐出量と、熱風噴出口２６ａから吹き出される熱風の流量とを調節することにより、所定の繊維径に設定される。本実施形態に係るフィルタ用濾材１０では、不織布層１２の繊維径は、2.5μm〜15μm（好ましくは2.5μm〜10μm 図４参照）の間で設定される。
また、不織布層１２の単位面積当たりの重量である目付け量は、コンベヤ２４の移送速度を調整することにより所定値に設定される。即ち、コンベヤ２４の移送速度を低下させることにより、基布２４ｍに積層される繊維Ｆの量が多くなり、目付け量は大きくなる。逆に、コンベヤ２４の移送速度を増加させることにより、基布２４ｍに積層される繊維Ｆの量が少なくなり、目付け量は小さくなる。本実施形態に係るフィルタ用濾材１０では、不織布層１２の目付け量は、2.5ｇ/m²〜15ｇ/m²（好ましくは2.5ｇ/m²〜6ｇ/m² 図４参照）の間で設定されている。
さらに、本実施形態に係るフィルタ用濾材１０では、前記目付け量および繊維径等に基づいて、不織布層１２の単位面積あたりに含まれる繊維Ｆの表面積の総和が、1m²/m²〜3m²/m²（好ましくは1.4 m²/m²〜2.9 m²/m² 図４参照）の間で設定されている。

ここで、空気中のダストの粒径は、ほとんどが0.1μm〜100μm内に属しており、前記不織布層１２は上記ダストのうち比較的大きな粒径のダストを捕捉する。前記ダストは不織布層１２の繊維Ｆの表面で捕捉されるため、理論的には不織布層１２の単位面積あたりに含まれる繊維Ｆの表面積の総和（以下、繊維表面積という）が大きいほどダストの捕捉量は大きくなる。目付け量が一定の状態で、前記繊維表面積を大きくするには、繊維Ｆの繊維径を小さくして本数多くする必要がある。しかし、繊維Ｆの繊維径を小さくして繊維本数を多くしすぎると、不織布層１２の目が細かくなってダストが詰まり易くなる。この結果、不織布層の内部が濾材として機能しなくなり、結果的に、ダストの捕捉量が少なくなる。

図３（Ａ）は、繊維表面積とダスト捕捉量との関係を表すグラフである。図３（Ａ）では、繊維表面積が1m²/m²〜3m²/m²の間にあるときにダスト捕捉量が規定値Ｓよりも大きくなることを示している。繊維表面積が限界値3m²/m²を超えると、上記したように、不織布層１２の目が細かくなりすぎて表面でダストが詰まり易くなり、不織布層１２の内部が濾材として機能しなくなって、結果的にダストの捕捉量が減少する。また、繊維表面積が限界値1m²/m²よりも小さくなると、不織布層１２の目が粗くなりすぎてダストを捕捉できなくなり、ダストの捕捉量が減少する。

図３（Ｂ）は、不織布層１２の繊維表面積と目付け量および繊維径との関係を表すグラフである。即ち、図３（Ｂ）によって、希望する繊維表面積を得るための目付け量と繊維径とを設定することができる。
例えば、目付け量がＢｇ/m²の場合、不織布層１２の繊維表面積をａ２m²/m²にするには、繊維径をｂ２μmに設定する必要がある。また、目付け量がＣｇ/m²の場合、不織布層１２の繊維表面積をａ２m²/m²にするには、繊維径をｃ２μmに設定する必要がある。ここで、目付け量Ｂ＜目付け量Ｃであり、繊維径ｂ２＜繊維径ｃ２である。即ち、目付け量を増加させ、それに対応して繊維径を増加させることで、繊維表面積を一定に保持することが可能になる。
また、目付け量がＢｇ/m²の場合、不織布層１２の繊維表面積をａ１（＜ａ２）m²/m²にするには、繊維径をｂ１μmに設定する必要がある。ここで、繊維径ｂ２＜繊維径ｂ１である。さらに、目付け量がＣｇ/m²の場合、不織布層１２の繊維表面積をａ３（＞ａ２）m²/m²にするには、繊維径をｃ３μmに設定する必要がある。ここで、繊維径ｃ３＜繊維径ｃ２である。即ち、目付け量が一定の場合、前述のように、繊維径を大きくすれば繊維表面積が減少し、繊維径を小さくすれば繊維表面積が増加するようになる。

上記した不織布層１２が接合される濾紙層１４は、濾孔径が25μm〜35μmの間に設定されている。濾紙層１４は、不織布層１２よりも目が細かく、その不織布層１２を通過した比較的粒径の小さなダストを捕捉可能なように構成されている。

図４（Ｂ）は、濾孔径が25μm〜35μmの間に設定された濾紙層１４（以下、基準濾紙層１４という）に対して、繊維表面積の異なる不織布層１２をそれぞれ接合した場合におけるフィルタ用濾材１０のダスト捕捉量を表すグラフである。
即ち、図４（Ｂ）の点●No.1は、基準濾紙層１４と、No.1不織布層１２（繊維表面積4.8 m²/m²、繊維径3μm、目付け量5g/ m² 図４（Ａ）参照）とからなるフィルタ用濾材１０のダスト捕捉量を表している。図４（Ｂ）の点●No.2は、基準濾紙層１４と、No.2不織布層１２（繊維表面積2.9 m²/m²、繊維径5μm、目付け量5g/ m² 図４（Ａ）参照）とからなるフィルタ用濾材１０のダスト捕捉量を表している。図４（Ｂ）の点●No.3は、基準濾紙層１４と、No.3不織布層１２（繊維表面積2.4 m²/m²、繊維径3μm、目付け量2.5g/ m² 図４（Ａ）参照）とからなるフィルタ用濾材１０のダスト捕捉量を表している。図４（Ｂ）の点●No.4は、基準濾紙層１４と、No.4不織布層１２（繊維表面積1.7 m²/m²、繊維径10μm、目付け量6g/ m² 図４（Ａ）参照）とからなるフィルタ用濾材１０のダスト捕捉量を表している。図４（Ｂ）の点●No.5は、基準濾紙層１４と、No.5不織布層１２（繊維表面積1.4m²/m²、繊維径5μm、目付け量2.5g/ m² 図４（Ａ）参照）とからなるフィルタ用濾材１０のダスト捕捉量を表している。図４（Ｂ）の点●No.6は、基準濾紙層１４と、No.6不織布層１２（繊維表面積0.7m²/m²、繊維径10μm、目付け量2.5g/ m² 図４（Ａ）参照）とからなるフィルタ用濾材１０のダスト捕捉量を表している。図４（Ｂ）の点●No.7は、基準濾紙層１４と、No.7不織布層１２（繊維表面積0.5 m²/m²、繊維径15μm、目付け量2.5g/ m² 図４（Ａ）参照）とからなるフィルタ用濾材１０のダスト捕捉量を表している。

グラフから明らかなように、No.2不織布層１２、No.3不織布層１２、No.4不織布層１２およびNo.5不織布層１２を備えるフィルタ用濾材１０のダスト捕捉量が規定値Ｓを超えている。このため、不織布層１２の繊維表面積を1.4 m²/m²〜2.9 m²/m²の間で設定し、繊維径を3μm〜10μmの間、目付け量を2.5g/ m²〜６g/ m²の間で設定することにより、フィルタ用濾材１０のダスト捕捉量を確実に規定値Ｓよりも大きくできるようになる。特に、不織布層１２の繊維表面積を1.7 m²/m²（繊維径10μm、目付け量6g/ m²）に設定することにより（点●No.4 参照）、フィルタ用濾材１０のダスト捕捉量を最大にすることができる。
No.1不織布層１２を備えるフィルタ用濾材１０の場合、そのNo.1不織布層１２の繊維表面積が4.8 m²/m²（繊維径3μm、目付け量5g/ m²）であり、限界値3m²/m²よりも大きい。不織布層１２の繊維表面積が限界値3m²/m²を超えると、不織布層１２でダストが詰まり易くなり、上流側の詰まりにより下流側の基準濾紙層１４が濾材として機能しなくなる。この結果、ダストの捕捉量が小さくなるものと考えられる。
No.6、No.7不織布層１２を備えるフィルタ用濾材１０の場合、それらの不織布層１２の繊維表面積が0.7 m²/m²、0.5 m²/m²（繊維径10μm、15μm、目付け量2.5g/ m²）であり、限界値1m²/m²より小さくなる。不織布層１２の繊維表面積が限界値1m²/m²よりも小さいと、不織布層１２の目が粗くなってダストが通過し易くなり、下流側の基準濾紙層１４の負担が大きくなって、結果的にダストの捕捉量が小さくなるものと考えられる。
なお、不織布層１２の繊維表面積を限界値1m²/m²〜限界値3m²/m²の間で設定し、その不織布層１２の繊維径を2.5μm〜15μmの間、同じく目付け量を、2.5ｇ/m²〜15ｇ/m²の間で設定すれば、ダスト捕捉量を規定値Ｓ以上にすることが可能である。

上記したように、本実施形態に係るフィルタ用濾材１０によると、上流側の不織布層１２における繊維表面積および繊維径と目付け量とによって、その不織布層の目のサイズを把握できるようになる。さらに、繊維表面積が限界値1m²/m²〜限界値3m²/m²の間で設定され、樹脂繊維の繊維径が2.5μm〜10μmの間で設定され、目付け量が2.5ｇ/m²〜15ｇ/m²の間で設定されているため、下流側に配置された目の細かい濾紙層に対して不織布層の目のサイズを適正にすることができる。このため、上流側の不織布層と下流側の濾紙層とでバランス良くダストを捕捉でき、フィルタ用濾材のダスト捕捉量を向上させることができる。

また、繊維表面積が、限界値1m²/m²〜限界値3m²/m²の間で設定されているため、不織布層１２が目詰まりを起こし難く、その不織布層１２のダストの捕捉量を大きくできる。また、濾紙層１４の濾孔径が25μm〜35μmに設定されているため、上流側の不織布層１２と下流側の濾紙層１４とでバランス良くダストを捕捉できるようになり、フィルタ用濾材１０のトータル的なダスト捕捉量が向上する。
ここで、本実施形態に係るフィルタ用濾材１０では、不織布層１２と濾紙層１４とをエンボス加工あるいはラミネート加工により接合する例を示したが、濾紙層１４の上に紡糸ノズル２６によって繊維Ｆを直接的に紡糸することによって不織布層１２と濾紙層１４とを接合することも可能である。
また、本実施形態では、下流側に濾紙層１４を設ける例を示したが、濾紙層１４の代わりに目の細かい不織布層（濾孔径が20μm〜90μm）を設けることも可能である。

本発明の実施形態１に係るフィルタ用濾材の部分縦断面図である。フィルタ用濾材を構成する不織布層の製造装置を表す模式側面図である。不織布層の繊維表面積とダスト捕捉量との関係を表すグラフ（Ａ図）、および繊維径と繊維表面積との関係を表すグラフ（Ｂ図）である。不織布層の仕様を表す図表（Ａ図）、および不織布層の繊維表面積とフィルタ用濾材のダスト捕捉量との関係を表すグラフ（Ｂ図）である。従来のフィルタ用濾材の部分縦断面図である。

符号の説明

１２不織布層
１４濾紙層（濾材層）
Ｆ繊維（樹脂繊維）

Claims

上流側の不織布層と下流側の濾材層とからなり、空気中のダストを捕捉するフィルタ用濾材であって、
前記不織布層は、紡糸された樹脂繊維から構成されて、その樹脂繊維の繊維径が2.5μm〜10μmの間で設定されており、
前記不織布層の単位面積当たりの重量である目付け量が2.5ｇ/m²〜15ｇ/m²の間で設定されており、
濾材層は、前記不織布層よりも目が細かく構成されていることを特徴とするフィルタ用濾材。
請求項１に記載のフィルタ用濾材であって、
不織布層の単位面積あたりに含まれる樹脂繊維の表面積の総和が、1m²/m²〜3m²/m²の間で設定されていることを特徴とするフィルタ用濾材。
請求項１又は請求項２のいずれかに記載のフィルタ用濾材であって、
濾材層の濾孔径が20μm〜90μmの間で設定されていることを特徴とするフィルタ用濾材。