JP2009068133A - 空気浄化用フィルター及び空気浄化用フィルター組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】他のフィルターと共に用いられ、当該他のフィルターから剥離する繊維の切片屑の飛散を防止すると共に、当該他のフィルターの補強に有効な空気浄化用フィルターを提供する。
【解決手段】空気浄化用フィルター２は、連続した長繊維が一方向に略直線状に配列した繊維配列層を複数枚積層してなる繊維配列積層体を有し、空調設備の吹出口に設けられた他の空気浄化用フィルター１よりも空調対象空間側１０に設けられるようにされている。繊維配列層は一部の繊維配列層と他の繊維配列層とが、繊維の延伸方向が互いに異なる方向に積層されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気浄化用フィルター及び空気浄化用フィルター組立体に関し、特に空気浄化用フィルターの構成に関する。

食品加工工場、半導体工場等、塵埃を嫌う設備では、空調ダクトの吹出口にフィルターを設置し、空調系から室内への塵埃の流入を防止することが多い。このような目的で用いられるフィルターは粒子捕集性能に優れるだけでなく、適度な通気性を兼ね備えている必要がある。従来、このようなニーズに対応するため、スパンボンド法やメルトブロー法で製造された不織布からなるフィルターが広く用いられている（例えば特許文献１参照。）。粒子捕集性能を高めるためには繊維間の空隙を細かく、均一にする必要がある。そこで、繊維の繊度を小さくするとともに、繊維を３次元的に交絡させることが行われてきた。屈曲しながらランダムな方向を向いて延びる繊維が互いに交絡することによって、フィルター内に無数の空隙が形成され、粒子が効率的に捕捉される。
特開２００５−２３８０９８号公報

しかし、従来の不織布を用いたフィルターでは、繊維が実質的に寸断された不織布を用いているため、繊維の切片屑がフィルター表面から飛散するという問題があった。すなわち、ダクトの吹出口では常にダクト内から空調対象空間に向かって空気が流れているため、この空気流によって繊維の一部が剥離し、そのまま空気流に乗ってフィルターから分離して空調対象空間に流出してしまう。繊維は一般に数１０μｍ程度の微細径のものであるが、設備の用途によっては重大な影響を生じる可能性がある。また、このような屈曲しながらランダムな方向を向いて延びる繊維が互いに交絡してなるフィルターは一般に目付（単位面積当たりの重量）が大きく、吹出口の開口寸法によってはフィルターの重量も相当大きなものとなり、保守点検作業への影響や支持構造物への影響が避けられない。

本発明は、上記の課題に照らし、他のフィルターと共に用いられ、当該他のフィルターから剥離する繊維の切片屑の飛散を防止すると共に、当該他のフィルターの補強に有効な空気浄化用フィルターを提供することを目的とする。また、本発明は、このような空気浄化用フィルターと当該他のフィルターを含むフィルター組立体を提供することを目的とする。

本発明の一実施態様によれば、空気浄化用フィルターは、連続した長繊維が一方向に略直線状に配列した繊維配列層を複数枚積層してなる繊維配列積層体を有し、空調設備の吹出口に設けられた他の空気浄化用フィルターよりも空調対象空間側に設けられるようにされている。繊維配列層は一部の繊維配列層と他の繊維配列層とが、繊維の延伸方向が互いに異なる方向に積層されている。

他の空気浄化用フィルターで繊維の切片屑が発生しても、切片屑は当該他の空気浄化用フィルターよりも下流側に設置された空気浄化用フィルターで捕捉されるので、空調対象空間への流出が防止される。また、本空気浄化用フィルターの繊維配列積層体は連続した長繊維で形成されているので、繊維の切片屑が発生しにくく。それ自体が切片屑の発生源となる可能性は極めて小さい。さらに、塵埃のほとんどは他の空気浄化用フィルターによって捕捉され、本空気浄化用フィルターは主として他の空気浄化用フィルターで発生した繊維の切片屑を捕捉すればよいため、比較的簡易な構成で十分であり、圧力損失が過度に増加することもない。また、連続した長繊維が一方向に略直線状に配列した繊維配列層が繊維の延伸方向が互いに異なる方向に積層されている構成によって、目付の割に高い剛性を得ることができる。このため、当該他の空気浄化用フィルターの補強部材としても有効に用いることができる。

本発明の他の実施態様によれば、空気浄化用フィルター組立体は、上述した空気浄化用フィルターと、当該他の空気浄化用フィルターと、を有している。

以上説明したように、本発明によれば、他のフィルターと共に用いられ、当該他のフィルターから剥離する繊維の切片屑の飛散を防止すると共に、当該他のフィルターの補強に有効な空気浄化用フィルターを提供することができる。また、本発明によれば、このような空気浄化用フィルターと当該他のフィルターを含むフィルター組立体を提供することができる。

次に、図面を参照して本発明のフィルター及びフィルター組立体について説明する。図１は、本発明のフィルター及びフィルター組立体が組込まれた空調用ダクトの概略斜視図である。

空調対象空間１０には、外部の空調ファン（図示せず）に接続されたダクト４が設けられている。空調対象空間１０には、例えば半導体製造設備、食品加工設備等、塵埃を嫌う設備（図示せず）が設置されている。空調ファンから送風される空気はダクト４内を通り、ダクト４に沿って一定の間隔で下向きに設置された吹出口５から空調対象空間１０に送出される。空調対象空間１０に滞留した空気はその後排気口（図示せず）から空調対象空間１０の外部へ排出され、そのまま屋外に排気されるか、または再循環ライン（図示せず）を通って空調ファンから再度空調対象空間１０に送り込まれる。

図２は、ダクトの吹出口付近の断面図である。吹出口５付近には、第１の空気浄化用フィルター（以下、第１のフィルター１とする。）と、その下流側（すなわち第１の空気浄化用フィルターよりも空調対象空間１０側）に設けられた第２のフィルター空気浄化用（以下、第２のフィルター２とする。）と、が直列に配置されている。第１，第２のフィルター１，２は空気浄化用フィルター組立体３を構成している。第２のフィルター２は第１のフィルター１の鉛直方向下方に設置されている。第１，第２のフィルター１，２は共通のフレームに支持されていてもよい。

第１の空気浄化用フィルター１は、例えばメルトブロー法によって製造することができる。後述するように、第１の空気浄化用フィルター１の製造方法は第２のフィルター２の製造方法と異なっている。第１の空気浄化用フィルター１の繊維層は、第２のフィルター２の繊維配列層と比べて繊維が屈曲して配列しており、あるいは第２のフィルター２の繊維配列層と比べて繊維がランダムな方向に延びているが、通常はその両者の特性を併せ持っている。このため、繊維が３次元的に複雑に交絡した繊維層が形成されており、非常に優れた粒子捕集性能を発揮する。第１の空気浄化用フィルター１は、ダクト４内の空間に直接面しており、ダクト４内から吹出口５に向かう空気に含まれる塵埃を直接捕集する。図では、第１の空気浄化用フィルター１は箱状の形状に成形されているが、屏風型その他の任意の形状のフィルターを用いることができる。表面形状も平坦、蛇腹状その他任意の表面形状とすることができる。

第２のフィルター２は、連続した長繊維が一方向に略直線状に配列した繊維配列層を複数枚積層してなる繊維配列積層体を有している。図３は、第２のフィルターの繊維積層体の分解斜視図である。繊維積層体１１は、繊維が一方向に配列した繊維配列層が複数枚積層されて形成されている。図では４枚の繊維配列層１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄを示しているが、積層する枚数は用途に応じて適宜定めることができる。繊維配列層１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄは互いに熱圧着されて、全体として一つの繊維積層体１１を形成している。

図４は、第２のフィルターの繊維配列層の一部を拡大して示す部分斜視図である。同図には繊維配列層１２Ａ，１２Ｂだけが示されているが、他の繊維配列層も同様の構成となっている。図示するように、繊維配列層１２Ａは、互いに平行にかつ直線状に延びる多数の繊維１３Ａの集合体である。同様に、繊維配列層１２Ｂは、互いに平行にかつ直線状に延びる多数の繊維１３Ｂの集合体である。繊維１３Ａ，１３Ｂは途中で折り畳まれたり、２層以上積層されたりしている場合もある。繊維配列層１２Ａは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミド、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリウレタン、フッ素系樹脂等の熱可塑性樹脂およびこれらの変性樹脂から作成することができる。ポリビニルアルコール系樹脂、ポリアクリルニトリル系樹脂等の湿式または乾式の紡糸手段による樹脂も使用することができる。繊維配列層１２Ｂも同様である。各繊維１３Ａ，１３Ｂの直径は例えば１０μｍ程度である。繊維配列層１２Ａ，１２Ｂは、繊維配列層１２Ａの繊維１３Ａの延伸方向１５Ａと繊維配列層１２Ｂの繊維１３Ｂの延伸方向１５Ｂとが互いに直交するように積層されている。繊維配列層１２Ｃの繊維１３Ｃの延伸方向１５Ｃは繊維配列層１２Ｂの繊維１３Ｂの延伸方向１５Ｂと直交している。同様に、繊維配列層１２Ｄの繊維１３Ｄの延伸方向１５Ｄは繊維配列層１２Ｃの繊維１３Ｃの延伸方向１５Ｃと直交している。繊維配列層の繊維の向きは隣接する繊維配列層同士で互いに直交している必要はなく、同じ延伸方向を持つ２枚またはそれ以上の繊維配列層が連続して設けられていてもよい。

各繊維配列層１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄの繊維１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄは延伸方向１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ以外の向きに屈曲したり、ランダムな方向を向いていたりすることがなく、極めて高い直線性と方向性を備えている。従って、繊維の延伸方向に引張り力が加わっても繊維の伸びはほとんど生じない。これに対して、繊維の延伸方向と直交する方向の引張り力に対してはほとんど抵抗力が生じないため、各繊維配列層１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄが単独で設けられている場合には、これらの繊維配列層は自由に変形する。例えば、繊維配列層１２Ａが単独で設けられている場合、延伸方向１５Ａの引張り力に対してはほとんど変形しないが、延伸方向１５Ａと直交する方向の引張り力に対しては自由に変形する。本実施形態では、繊維配列層１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄが積層して設けられ、繊維配列層１２Ａ，１２Ｃの繊維１３Ａ，１３Ｃは各々延伸方向１５Ａ、１５Ｃ（以下、総称して第１の方向Ｓ１という。）を向いて延び、繊維配列層１２Ｂ，１２Ｄの繊維１３Ｂ，１３Ｄは各々延伸方向１５Ｂ，１５Ｄ（以下、総称して第２の方向Ｓ２という。第２の方向Ｓ２は第１の方向Ｓ１と直交している。）を向いて延びている。このように繊維配列層を繊維の延伸方向が互いに直交するように積層することによって、どの方向からの引張り力に対しても大きな強度と変形に対する拘束力が生じる。このため、第２のフィルター２を第１のフィルター１に密着して設けることによって、第１のフィルター１を下方から支え、第１のフィルター１の補強部材として機能させることができる。これに加え、第２のフィルター２では繊維が一方向に略直線状に配列しているため、嵩厚みが小さくてすみ、保守点検作業が容易であると共に、配置スペースへの影響も少ない。

第２のフィルター２の繊維は、常温での揮発性またはブリードアウト性を有する添加剤、及び揮発性またはブリードアウト性を有する加工助剤を実質的に含んでいない。一般にフィルター基材は、紡糸性や加工性、延伸性を高めるため、それ自体が種々の添加物を含んでおり、あるいは各工程で必要な加工助剤が加えられる。例えば、従来の不織布では、繊維が複雑に交絡しているため、帯電防止や延伸の際の抵抗低減が必要であり、これらの目的で、油分を含んだ添加剤あるいは加工助剤を用いている。しかし、これらの物質が空調対象空間１０内に飛散すると、空調対象空間１０内の雰囲気に大きな影響を与えることがある。特に、添加物あるいは加工助剤が油分を含んでいると、影響が大きい。これに対し、本実施形態の第２のフィルターでは、繊維が一方向に直線状に配列し、配列ムラが少ないため、延伸時に繊維の交差点が軋むことが少なく、また、帯電もしにくいので、油分は不要である。このため、第２のフィルター２を通過した空気は極めて清浄であり、油分や繊維の切片屑をほとんど含んでいない。

第２のフィルター２の繊維はエレクトレット化されていることが好ましい。これによって捕集性能をさらに高めることができる。エレクトレット化は例えばコロナ放電などの公知の技術を用いて行うことができる。油分などを含む添加剤あるいは加工助剤は油分の親水性によって帯電により生じた電荷を漏出させてしまうが、上述のように、第２のフィルター２の繊維はこのような添加剤や加工助剤を含んでいないので、エレクトレット化が効果的に行われる。

次に、以上説明した第２のフィルター２の繊維積層体の製造方法について説明する。図５は、第２のフィルターの繊維配列層の作成に用いられる製造装置の概略図を示す。繊維配列層製造装置２１は、主にメルトブローンダイス２４とコンベア２５とで構成される紡糸ユニット２２と、延伸シリンダ２６ａ，２６ｂ、引取ニップローラ２７ａ，２７ｂ等で構成される延伸ユニット２３と、を有している。メルトブローンダイス２４は、先端（下端）に、紙面に対して垂直な方向に並べられた多数のノズル２８を有している（図では１つのみ表示している。）。ギアポンプ（図示せず）から送入された溶融樹脂３０がノズル２８から押出されることで、多数の繊維３１が形成される。各ノズル２８の両側にはそれぞれエアー溜３２ａ，３２ｂが設けられている。樹脂の融点以上に加熱された高圧加熱エアーは、これらエアー溜３２ａ，３２ｂに送入され、エアー溜３２ａ，３２ｂと連通してメルトブローンダイス２４の先端に開口するスリット３３ａ，３３ｂから噴出される。これにより、ノズル２８から押出される繊維３１の押出し方向とほぼ平行な高速気流が生じる。この高速気流により、ノズル２８から押出された繊維３１はドラフト可能な溶融状態に維持され、高速気流の摩擦力により繊維３１にドラフトが与えられ、繊維３１が細径化される。高速気流の温度は、繊維３１の紡糸温度よりも８０℃以上、望ましくは１２０℃以上高くする。メルトブローンダイス２４を用いて繊維３１を形成する方法では、高速気流の温度を高くすることにより、ノズル２８から押出された直後の繊維３１の温度を繊維３１の融点よりも十分に高くすることができるため、繊維３１の分子配向を小さくすることができる。

メルトブローンダイス２４の下方にはコンベア２５が配置されている。コンベア２５は、駆動源（図示せず）により回転されるコンベアローラ２９やその他のローラに掛け回されており、コンベアローラ１３の回転によりコンベア２５を駆動することで、ノズル２８から押出された繊維３１は図示右方向へ搬送される。

繊維３１は、ノズル２８の両側のスリット３３ａ，３３ｂから噴出された高圧加熱エアーが合流した流れである高速気流に沿って流れる。高速気流は、スリット３３ａ，３３ｂから噴出された高圧加熱エアーが合流して、コンベア２５の搬送面とほぼ垂直な方向に流れる。

メルトブローンダイス２４とコンベア２５との間には、スプレーノズル３５が設けられている。スプレーノズル３５は、高速気流中へ霧状の水を噴霧するもので、これにより繊維３１が冷却され、急速に凝固される。スプレーノズル３５ｂは実際には複数個設置されるが、図５では１個のみを示している。スプレーノズル３５から噴射される流体は、繊維３１を冷却することができるものであれば必ずしも水分等を含む必要はなく、冷エアーであってもよい。

メルトブローンダイス２４の近傍の、スリット３３ａ，３３ｂによる高速気流が発生している領域には、楕円柱状の気流振動機構３４が設けられている。気流振動機構３４は、コンベア２５上での繊維３１の搬送方向Ｄとほぼ直交した、すなわち製造すべき繊維配列層の幅方向とほぼ平行に配置された軸３４ａの周りを、矢印Ａ方向に回転させられる。一般に、気体や液体の高速噴流近傍に壁が存在しているとき、噴流は壁面に沿った方向の近くを流れる傾向があり、これはコアンダ効果といわれる。気流振動機構３４は、このコアンダ効果を利用して繊維３１の流れの向きを変える。図５の場合、気流振動機構３４の楕円形の長軸が高速気流の向き（図面の上下方向）に一致するとき、繊維３１はコンベア２５に向けてほぼ鉛直に落下する。気流振動機構３４が軸３４ａの周りを９０度回転し、気流振動機構３４の楕円形の長軸が高速気流の向きと直交するとき、繊維３１はコンベア２５の搬送方向Ｄ（図中右側）に偏位し、偏位量はこのときが最大となる。さらに気流振動機構３４が軸３４ａの周りを回転すると、繊維３１のコンベア２５への落下位置は搬送方向Ｄに対して前後方向に周期運動する。すなわち、凝固した繊維３１は、縦方向に振られながらコンベア２５上に集積し、縦方向に部分的に折り畳まれて連続的に捕集され、連続長繊維が形成される。

コンベア２５上に捕集された繊維３１は、コンベア２５により搬送方向Ｄに搬送され、延伸温度に加熱された延伸シリンダ２６ａと押えローラ３６とにニップされ、延伸シリンダ２６ｂに移される。その後、繊維３１は、延伸シリンダ２６ｂと押えゴムローラ３７とにニップされて延伸シリンダ２６ｂに移され、２つの延伸シリンダ２６ａ，２６ｂに密着される。このように繊維３１が延伸シリンダ２６ａ，２６ｂに密着しながら送られることで、繊維３１は、縦方向に部分的に折り畳まれた状態のまま、隣接する繊維３１同士が融着したウェブとなる。

延伸シリンダ２６ａ，２６ｂに密着して送られることにより得られたウェブは、さらに、引取ニップローラ２７ａ，２７ｂ（後段の引取ニップローラ２７ｂはゴム製）で引き取られる。引取ニップローラ２７ａ，２７ｂの周速は延伸シリンダ２６ａ，２６ｂの周速よりも大きく、これによりウェブは縦方向に延伸され、縦延伸繊維配列層３８となる。このように、紡糸したウェブを縦方向に延伸することにより、フィラメントの配列性をさらに向上することができる。繊維３１が十分に急冷されることによって、延伸応力が小さく伸度が大きい繊維３１が形成される。これは、上述したようにスプレーノズル３５から霧状の水を噴霧し、高速気流に霧状の液体を含ませることによって実現される。以上述べた方法で形成された繊維配列層は、繊維の向きが一方向に揃えられている。

前述のように、繊維配列層を製造する各工程では油分を含む添加剤や加工助剤を用いていない。具体的には、繊維３１をノズル２８から押出す際には（紡糸工程）、油分を含む添加剤や加工助剤を用いていない。その後のコンベア２５上への捕集、繊維の延伸の各工程においても、油分を含む添加剤や加工助剤を用いていない。従って、完成した第２のフィルター２もこれらの添加剤や加工助剤は含んでいない。

このようにして製造した繊維配列層を、繊維の方向が互いに直交するように順次積層し熱圧着することによって上述した繊維配列積層体が完成する。

第１のフィルター１に用いる繊維層は上述のように繊維が一方向に配列している必要はなく、ランダムに配置していてもかまわない。このような繊維層はより単純な公知の方法で製造することができる。一例として、上述の工程において、メルトブローンダイス２４から押出される繊維を、気流振動機構３４を用いずにそのまま落下させると、繊維はランダムな向きでコンベア２５上に堆積する。さらに、このようにしてできた繊維のウェブを熱ロールで溶着させ、延伸工程を行わないでそのまま回収すれば、上述の繊維層を作ることができる。

本発明のフィルター及びフィルター組立体が組込まれた空調用ダクトの概略斜視図である。 ダクトの吹出口付近の断面図である。 フィルターダクトを構成する繊維配列積層体の部分分解斜視図である。 繊維配列層の一部を拡大して示す部分斜視図である。 繊維配列層の作成に用いられる製造装置の概略図である。

符号の説明

１ 第１のフィルター
２ 第２のフィルター
３ 空気浄化用フィルター組立体
４ ダクト
５ 吹出口
１０ 空調対象空間
１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ 繊維配列層
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ 繊維
１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ 延伸方向
２４ メルトブローンダイス
２８ ノズル
３１ 繊維

Claims (6)

1. 連続した長繊維が一方向に略直線状に配列した繊維配列層を複数枚積層してなる繊維配列積層体を有する空気浄化用フィルターであって、
   空調設備の吹出口に設けられた他の空気浄化用フィルターよりも空調対象空間側に設けられるようにされ、
   前記繊維配列層は一部の前記繊維配列層と他の前記繊維配列層とが、前記長繊維の延伸方向が互いに異なる方向に積層されている、
   空気浄化用フィルター。
2. 前記長繊維は、揮発性またはブリードアウト性を有する添加剤、及び揮発性またはブリードアウト性を有する加工助剤を実質的に含んでいない、請求項１に記載の空気浄化用フィルター。
3. 前記長繊維はエレクトレット化されている、請求項１または２に記載の空気浄化用フィルター。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の空気浄化用フィルターと、
   前記他の空気浄化用フィルターと、
   を有し、
   前記空気浄化用フィルターは前記他の空気浄化用フィルターよりも空調対象空間側に設けられるようにされた、
   空気浄化用フィルター組立体。
5. 前記他の空気浄化用フィルターは、前記繊維配列層と比べて繊維が屈曲して配列し、または前記繊維配列層と比べて繊維がランダムな方向に延びている繊維層を有している、請求項４に記載の空気浄化用フィルター組立体。
6. 前記空気浄化用フィルターは前記他の空気浄化用フィルターの補強部材である、請求項４または５に記載の空気浄化用フィルター組立体。

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