JPH08510959A - 多層フィルター材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 異なるフィルター特性を有する２つ以上の層（目の粗いフィルター層および目の細かいフィルター層）を備えた多層フィルター材料であって、この目の粗いフィルター層の濾過率は、フィルター材料の層の数およびフィルター材料全体の総濾過率に応じて選択される。第１の層の濾過率は、該層において総粒子の少なくとも20％が除去されるように設定される。第１の層は、少なくとも約95％の多孔度を有する。微粒子をさらに濾過するために、多孔度が約85％を超える少なくとも１つの目の細かいフィルター層が存在する。

Description

【発明の詳細な説明】 多層フィルター材料 本発明は、請求項１の前提部分に記載の多層フィルター材料に関する。 この種の多層フィルター材料は、既にドイツ国実用新案第G 92 18 021.3号に より公知である。目の粗いフィルターとして機能する第１の層は、合成繊維およ び／または天然繊維のフリース（Vlies）から形成されている。一方、目の細か いフィルターを形成する第２の層は、メルトブロー法で製造したミクロファイバ ーフリースである。このフィルター材料を多層構造とすることにより、粗い粒子 が目の粗いフィルターの層に残留し、目の粗いフィルター層を通過した微細な粒 子が第２の層の目の細かいフィルターに残留するという方法で、最も効果的な層 厚全体での濾過が実現される。 しかし、公知のフィルター材料は、これらの条件をすべての点で満たしている わけではない。目の粗いフィルター層として機能する第１の層では、粗い粒子を 予め完全に除去し得ず、濾過すべき媒体（例えば、空気）中の粒子総数を著しく 減少させ得ないおそれがある。そのため、粉塵をフィルターの層厚全体に一様に 吸着させ得ず、そのことによりフィルター寿命が縮まり、経済性が悪化する。 従って、公知の目の粗いフィルター層の濾過作用は、多く の場合不十分である。粗い粒子は、全フィルター材料の層厚全体で一様に濾過さ れず、主として、第２の層である目の細かいフィルター層が第１の層と結合して いる領域に吸着される。さらに、それ以前に、粗い粒子が第１の層の表面上に集 中するおそれがある。そのことにより、この領域に逐次フィルター・ケーキが形 成され、その結果、フィルター材料が目詰まりを起こす。目詰まりが起こると、 短期間でフィルター材料の圧力差が大幅に上昇し、そのことにより、フィルター 材料寿命の望ましくない短縮化が起こる。 本発明の課題は、濾過率が著しく大きく、使用中の経済性に極めて優れ、比較 的長期にわたり圧力損失が少なく、寿命が著しく長い、特に空気濾過用の多層フ ィルター材料を作製することである。この場合、予め設定されるフィルター材料 の分離率の大きさは、簡単な手段により決定され得る。 このような課題は、請求項１に示されている特徴によって解決される。 本発明においては、濾過率とは、フィルター材料で濾過された粒子すなわち残 留粒子と、媒体中に存在する全粒子との比を意味する。ここで、濾過率は、パー セントで示され、通常100％未満の値である。 一方、分離率は、具体的な粒子のサイズに関連する濾過率を表す。さらに、平 均濾過率とは、特定の粒子集合体、すなわち特定のサイズオーダー内の粒子に関 連する濾過率を意味する。 本発明の重点は、目の粗いフィルター層を形成する、フィルター材料の第１の 層を作製することにある。本発明においては、この第１の層の濾過作用は本質的 に改善され、そしてより大きな濾過率が得られる。この場合、本発明の本質的な 技術思想は、フィルター材料全体の所望の濾過率に応じて第１の層の濾過率を選 択することにある。全体の濾過率が大きいほど、第１の層の濾過率は大きい。 さらに、第１の層は約95％の高い多孔度を有する。第１の層に残留しない微粒 子を濾過するには、少なくとも第２の層が作用し、そして必要に応じて１つまた はそれ以上のさらなる目の細かいフィルター層が作用する。第２の層および必要 に応じて用いられる他の層の多孔度は、約85％を超える。 本発明においては、第１の層により粗い粒子が最大限に濾過され、そして粗い 粒子が第１の層の層厚全体でほぼ一様に分散捕捉され、第２の層への移行部分ま たは第１の層の表面に集中しないように濾過される。このことは、主に、第１の 層に付与された多孔度による。総合すると、本発明のフィルター材料では、粗い 粒子が目の粗いフィルター層に、そして微粒子が目の細かいフィルター層に残留 することにより、層厚全体の濾過特性が向上する。その結果、長期間にわたりフ ィルター材料の圧力差を低く維持し得、そのことにより、望ましい方法でフィル ター材料の寿命が伸びる。 本発明の他の重点は、全粒子が個々の層で分別的または段階的に濾過されるよ うに、個々の層を相互に配置することに ある。この場合、粗い粒子ほどフィルター材料の（フィルター材料の透過方向に 沿って見たときに）フィルター材料の入り口側にある層または入り口にある層で 濾過または分離される。一方、微細な粒子ほど出口側にある層で濾過される。こ のため、個々の層に、制御可能かつ可能な限り一様に粒子が吸着され、その結果 、特定の特性値に関して、所望される各フィルタークラスで、望ましい長寿命が 達成されるという、本発明の顕著な利点が得られる。 この場合、本発明において重要なのは、個々の層の端部間の境界層において、 フィルター材料が連続的に移行していること、およびこの境界層において、濾過 された粒子が制御されずに起こる目詰りがないことである。 本発明においては、個々の層の適切な構成および構造により、濾過性能の大き い組み合わせ（HEPA/ULPA濾過）および寿命の長い経済的なフィルター材料のい ずれもが得られ得る。１つの利点は、個々の層のフィルター濾過率または分離率 が、除去されるべき粉塵粒子の物理的性質に依存せず、そのために高いレベルの 「フェイル・セーフ性」が達成されることにある。 本発明の１つの有用な実施態様によれば、請求項４に記載の式に従って、フィ ルター材料の個々の層のフィルター材料の特性の大きさの決定（Dimensionierun g）が行われ、そのことにより、個々の層において全粒子を分割して、意図どお りに分別濾過することが可能である。 本発明の他の有用な実施形態では、隣接する層間に、隣接する層の繊維が混合 された混合ゾーンが存在する。このフィルター材料は、そのように製造され、そ してそのために繊維が混合ゾーンに配置され、そして配列されているので、フィ ルター材料の透過性は、この混合ゾーンにより本質的には影響されない。特に、 個々の層で粒子を段階的かつ分別的に濾過するという基本思想は維持される。 本発明の他の有用な実施態様によれば、第１の層は、合成繊維と、繊維の平均 直径が15μmまたはそれ未満であるミクロファイバーとの混合物により形成され る。 このことにより、一般的に、本発明の目的であるフィルター層の厚み全体での 一様な塵の吸着、および高い保塵能力、ならびに長いフィルター寿命が極めて有 利に実現される。このことは、粒子の濾過に用いられる、第１の層の繊維の総繊 維表面積が大きいことに起因する。この場合、内部の繊維表面積が大きく、そし て保塵能力が高いことが本発明の主要な利点である。 本発明のさらなる他の実施形態では、フィルター材料の透過方向に沿って末端 部にある最終層は、機械的な支持体としての紡績フリース（Spinnvlies）と接合 される。この場合、最終層の繊維と支持体の繊維とは少なくとも部分的に混合さ れ得る。 この場合、最終層（目の細かいフィルター層）と紡績フリースとして形成され た機械的な支持体とは、少なくとも２種 類の構成要素、すなわち比較的直径が大きく主として無限の太いフィラメントか ら構成される構成要素と、比較的直径が小さく主として不連続で微細なミクロフ ァイバーから構成される構成要素との接合フリース材料により形成される。この 場合、接合フリース材料は、断続的な層状の構成要素間境界相を生じることなく 上記構成要素を接合することにより形成され、そしてこの接合フリース材料は、 一貫したフリース形成プロセスにおいて、フリース紡績設備の同一の１台の積層 機で作製される。 本発明に有利に用いられ得るこのような接合フリース材料はそれ自体すでに公 知であり、ドイツ特許第DE 39 20 066 C2号にも詳しく記載されている。 さらに、本発明の有用な実施形態においては、他の目の粗いフィルター層が第 １の層の前に配置される。この層は、第１の層と共に多層の目の粗いフィルター 層を形成する。 本発明の範囲内では、第２の層、必要に応じて、さらなる後続の層（目の細か いフィルター層）に、ステープルファイバーの形態の短繊維、または活性炭繊維 、または固体粒子などを混合し得る。この場合、このような混合により、各層の フィルター特性が向上する。 本発明の他の有用な実施形態によれば、フィルター材料の１つまたはそれ以上 の層を正または負に帯電させ、該層のフィルター特性を向上させることが意図さ れる。 下位請求項から、本発明の他の有用な実施形態および実施 態様は、明らかである。 本発明の有利な実施例によれば、目の粗いフィルターとして機能する第１の層 および目の細かいフィルターとして機能する第２の層から構成されるフィルター 材料は、支持体と共に配置され、そして以下の特性値を示す。このフィルター材 料は、フィルター・クラスEU7（DIN 24185による。またはEN 779によればF7）の 空気濾過用に用いられ得る： 第１の層：材料として、ポリエステルステープルファイバーのフリース材料を 用いる；単位面積当たりの重量は120g/m²である；多孔度は98％を超える；繊維 の直径は約12μmである；層の厚みは約５mmである。 第２の層および支持体：第２の層および支持体は、一緒になって、請求項１４ の特徴に従い、２構成要素から構成されるそれ自体公知の接合フリース材料を形 成する。この場合、紡績フリースファイバーおよびメルトブローされたミクロフ ァイバーが用いられる；メルトブロー繊維（ミクロファイバー）はPP（ポリプロ ピレン）から構成される；接合フリース材料（すなわち、第２の層および支持体 の両方）の単位面積当たりの重量は70g/m²である；層の厚みは約２mmである；多 孔度は96％を超える；ミクロファイバーの平均直径は約２μmである；紡績フリ ースファイバーの繊維の平均直径は約20μmである。 本発明において意図される目の細かいフィルター層は、浮遊物質フィルターま たはHEPAフィルターに有利に使用される。 粒子の濾過能力（例えば、非常に微細な0.3μmの粒子が99％を超えて保持される ）が極めて高いこれらのフィルターには、高い安全性（フェイル・セーフ性）が 要求される。本発明の目の細かいフィルター材料は、良好なフェイル・セーフ性 を有するため、このことに極めて適切である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 バッド，ヘンリック ドイツ連邦共和国 デー―44267 ドルト ムント，ウーレンブルヒウェグ ４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．異なるフィルター特性を有する少なくとも２つの層（目の粗いフィルター 層および目の細かいフィルター層）と、必要に応じて、フィルターの透過方向に 沿ってフィルター材料の後部に支持体を備えた合成繊維フリース材料から構成さ れる多層フィルター材料であって、 該フィルター材料の第１の層（目の粗いフィルター層）の濾過率が、該フィル ター材料の層数および該フィルター材料全体の総濾過率に応じて選択され； 該第１の層の濾過率が、該第１の層で全粒子の少なくとも20％が濾過されるよ うにさらに設定され； 該第１の層が少なくとも約95%の多孔度を有し；そして 残留微粒子をさらに濾過するために、少なくとも第２の層（目の細かいフィル ター層）が備えられ；そして 該第２の層の多孔度が約85%を超えることを特徴とする、多層フィルター材料 。 ２．濾過媒体中に存在する10μmを超える粗い粒子についての平均分離率が、 ２層の場合には少なくとも約20%であり、そして２層を超える場合には、総濾過 率が大きくなり、かつ層数が増すと共に、分離率が順次20%を超えて向上し；そ して 10μm未満の微粒子をさらに濾過するために、前記少なくとも第２の層（目の 細かいフィルター層）を備えることを特徴とする、請求項１に記載のフィルター 材料。 ３．前記第１の層が、フリース材料から形成され、そして天然繊維、あるいは 合成ステープルファイバーまたは合成エンドレスファイバー、もしくはこれらの 繊維の混合物でなることを特徴とする、請求項１から２のいずれかに記載のフィ ルター材料。 ４．全ての層の構成が、それ自体公知の式 Ｔ（ｘ）＝１−exp｛−ｆ＊ψ（ｘ）｝ により与えられ； ここで、Ｔ（ｘ）は粒子のサイズｘの関数である分離率であり；ｆは主にフィ ルターの幾何学的サイズに依存する、次元のないフィルターパラメータであり； ψは個々の繊維の濾過率であり；ψ（ｘ）は粒子の特性および繊維の特性に依存 することを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載のフィルター材料。 ５．隣接する各層が、部分的に互いに貫入し、そして該層間に混合ゾーンが存 在し、該混合ゾーンが、該隣接する層の繊維の混合物を含み、そして前記フィル ター材料および該混合ゾーンが、前記フィルター材料の透過性に影響を及ぼさな いか、または本質的に影響を及ぼさないように、それぞれ作製され、形成される ことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載のフィルター材料。 ６．前記第１の層が、合成繊維と、繊維の平均直径が15μmまたはそれ未満で あるミクロファイバーとの混合物により形成されることを特徴とする、請求項１ から５のいずれかに記 載のフィルター材料。 ７．前記第１の層は、ポリエステル束繊維、およびポリエステル繊維、ならび に繊度１dtexまたはそれ未満のポリエステルミクロファイバーの混合物から構成 されることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載のフィルター材料。 ８．前記第１の層が、繊度2.0dtexのポリエステル束繊維、繊度1.3dtexのポリ エステル繊維、および繊度0.8dtexのポリエステル繊維から構成されることを特 徴とする、請求項７に記載のフィルター材料。 ９．前記第２の層、および必要に応じて用いられる他の層（目の細かいフィル ター層）が、メルトブロー法を用いて得られるミクロファイバーから構成される ことを特徴とする、請求項１から８のいずれかに記載のフィルター材料。 １０．前記第２の層の多孔度が93%を超えることを特徴とする、請求項１から ９のいずれかに記載のフィルター材料。 １１．前記第２の層の単位面積当たりの重量が20g/m²を超えることを特徴とす る、請求項１から１０のいずれかに記載のフィルター材料。 １２．前記目の細かいフィルター層の少なくとも１つが、微孔性の膜として形 成されていることを特徴とする、請求項１から１１のいずれかに記載のフィルタ ー材料。 １３．前記透過方向に沿ってフィルター材料の末端部に位置する最終層（目の 細かいフィルター層）が、機械的な支持体としての紡績フリースと結合している ことを特徴とする、 請求項１から１２のいずれかに記載のフィルター材料。 １４．前記最終層（目の細かいフィルター層）と、前記紡績フリースとして形 成されている機械的な支持体とが、少なくとも２つの構成要素、すなわち比較的 直径が大きく主として無限の太いフィラメントから構成される構成要素と、比較 的直径が小さく主として不連続で微細なミクロファイバーから構成される構成要 素とでなる接合フリース材料から形成され、ここで、該接合フリース材料は断続 的な層状の構成要素間境界相を生じることなく該構成要素を接合することにより 形成され、そして該接合フリース材料は、一貫したフリース製造工程においてフ リース紡績設備の同一の１つの積層機で作製されることを特徴とする、請求項１ ３に記載のフィルター材料。 １５．フィルター材料全体のうちの多層の目の粗いフィルターを前記第１の層 と共に形成する前層が、透過方向に沿って見たときに、前記第１の層の前に配置 されていることを特徴とする、前記請求項１から１４のいずれかに記載のフィル ター材料。 １６．前記第２の層および必要に応じて存在する他の層（目の細かいフィルタ ー層）に、各層の選択的濾過特性を向上させる、ステープルファイバーの形態の 短繊維が混合されていることを特徴とする、前記請求項１から１５のいずれかに 記載のフィルター材料。 １７．前記第２の層および必要に応じて存在する他の層 （目の細かいフィルター層）に、各層の選択的濾過特性を向上させる、活性炭繊 維が混合されていることを特徴とする、前記請求項１から１５のいずれかに記載 のフィルター材料。 １８．前記第２の層および必要に応じて存在する他の層（目の細かいフィルタ ー層）に、各層の選択的濾過特性を向上させる、固体粒子が混合されていること を特徴とする、前記請求項１から１５のいずれかに記載のフィルター材料。 １９．前記フィルター材料の１つまたはそれを超える層が、各層の選択的濾過 特性が向上するように、正または負に帯電していることを特徴とする、前記請求 項１から１８のいずれかに記載のフィルター材料。