エアフィルタ用濾材
【課題】通気抵抗を抑えつつ、ダストの捕捉量を増大させることができるエアフィルタ用濾材を提供する。
【解決手段】エアフィルタ用濾材１９は、エアの流れ方向に対する上流層２２と下流層２３とが一体化されて構成され、上流層２２はエア中のダストを捕捉し、下流層２３は上流層２２を支持するものである。上流層２２は平均繊維径が０．５〜２．５μｍの繊維からなる不織布をプレス成形して形成され、厚さが０．００５〜０．１ｍｍであると共に、空隙率が７８〜９２％に設定される。下流層２３は、通常濾紙層で形成される。前記プレス成形は、温度２０〜１６０℃及び圧力１〜５ＭＰａの条件下に行われることが好ましい。また、上流層２２の目付量は、１〜１５ｇ／ｍ２であることが好ましく、不織布を形成する樹脂材の密度は、０．９〜１．５ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。
【解決手段】エアフィルタ用濾材１９は、エアの流れ方向に対する上流層２２と下流層２３とが一体化されて構成され、上流層２２はエア中のダストを捕捉し、下流層２３は上流層２２を支持するものである。上流層２２は平均繊維径が０．５〜２．５μｍの繊維からなる不織布をプレス成形して形成され、厚さが０．００５〜０．１ｍｍであると共に、空隙率が７８〜９２％に設定される。下流層２３は、通常濾紙層で形成される。前記プレス成形は、温度２０〜１６０℃及び圧力１〜５ＭＰａの条件下に行われることが好ましい。また、上流層２２の目付量は、１〜１５ｇ／ｍ２であることが好ましく、不織布を形成する樹脂材の密度は、０．９〜１．５ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車のエンジン吸気系におけるフィルタ、空調装置のフィルタなどとして使用され、エア（空気）中のダストを捕捉するためのエアフィルタ用濾材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のエアフィルタ用濾材として、エアの流れ方向に対して上流側の不織布層と下流側の濾紙層とから構成されている濾材が知られている。係るフィルタ用濾材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、上流側の不織布層の方が下流側の濾紙層よりも目が粗く形成されている。その結果、比較的大きなダストを上流側の不織布層で捕捉し、比較的小さなダストを下流側の濾紙層で捕捉することができるようになっている。このフィルタ用濾材では、上流側の不織布層及び下流側の濾紙層の仕様が目付け量（単位面積当たりの重量）により設定されているだけであり、目付け量以外の要素、例えば繊維径等は考慮されていない。
【０００３】
しかしながら、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、目付け量のみでは、不織布層等の目のサイズを把握することはできない。例えば、上流側の不織布層の目が細か過ぎると上流側で目詰まりを起こし易くなるため、下流側の濾紙層の性能が生かされなくなる。従って、結果的にフィルタ用濾材のダスト捕捉量が少なくなる。逆に、上流側の不織布層の目が粗過ぎると、多くのダストが不織布層を通過して濾紙層で捕捉されるようになるため、濾紙層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のダスト捕捉量が少なくなる。
【０００４】
このような問題点に鑑みて、本出願人は上流側の不織布層における目のサイズを適正にしてダスト捕捉量を向上させたフィルタ用濾材を提案した（例えば、特許文献１を参照）。すなわち、フィルタ用濾材は、上流側の不織布層と下流側の濾材層とからなり、不織布層を構成する樹脂繊維の繊維径が２．５〜１０μｍ、不織布層の目付量が２．５〜１５ｇ／ｍ２で、かつ濾材層は不織布層よりも目が細かく構成されているものである。
【特許文献１】特開２００６−１７５３５２号公報（第２頁、第３頁及び第８頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記特許文献１に記載されているフィルタ用濾材においては、不織布層を構成する樹脂繊維の繊維径が２．５〜１０μｍという細かい範囲に設定されているが、ダストの捕捉量を高めるためには樹脂繊維の繊維径をさらに細かくする必要がある。しかしながら、繊維径を細かくしていくに従って、繊維間の空間の割合を示す空隙率が小さくなる。空隙率が小さくなると、エアの通気抵抗が大きくなると共に、ダストを捕捉する空間が少なくなってダスト捕捉量が低下する。このように、特許文献１に記載のフィルタ用濾材は、通気抵抗を保持した状態でのダストの捕捉量が未だ十分ではないという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、通気抵抗を抑えつつ、ダストの捕捉量を増大させることができるエアフィルタ用濾材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、請求項１に係るエアフィルタ用濾材は、エアの流れ方向に対する上流層と下流層とが一体化されて構成され、前記上流層はエア中のダストを捕捉し、下流層は上流層を支持するものである。そして、前記上流層は平均繊維径が０．５〜２．５μｍの繊維からなる不織布をプレス成形して形成され、厚さが０．００５〜０．１ｍｍ及び空隙率が７８〜９２％であることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係るエアフィルタ用濾材は、請求項１に係る発明において、前記プレス成形は、温度２０〜１６０℃及び圧力１〜５ＭＰａの条件下に行われるものであることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係るエアフィルタ用濾材は、請求項１又は請求項２に係る発明において、前記上流層の目付量は、１〜１５ｇ／ｍ２であることを特徴とする。
請求項４に係るエアフィルタ用濾材は、請求項１から請求項３のいずれか一項に係る発明において、前記不織布を形成する樹脂材の密度は、０．９〜１．５ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に係るエアフィルタ用濾材は、請求項１から請求項４のいずれか一項に係る発明において、前記エアの流れ方向に平行に配置されて使用されるものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、次のような効果を発揮することができる。
請求項１に係るエアフィルタ用濾材では、上流層の厚さが０．００５〜０．１ｍｍという薄さになるようにプレス成形されることから、繊維が潰され、目を細かくすることができ、ダストの捕捉量を増大させることができる。一方、不織布を形成する繊維の平均繊維径が０．５〜２．５μｍ及び上流層の空隙率が７８〜９２％に設定されるため、エアの通気抵抗を抑えつつ、ダストの捕捉量を確保することができる。
【００１２】
請求項２に係るエアフィルタ用濾材では、プレス成形は、温度２０〜１６０℃及び圧力１〜５ＭＰａの条件下に行われることから、請求項１に係る発明の効果に加えて、樹脂繊維を十分に圧縮して目を細かくすることができる。
【００１３】
請求項３に係るエアフィルタ用濾材では、上流層の目付量が１〜１５ｇ／ｍ２であることから、請求項１又は請求項２に係る発明の効果に加えて、単位面積当たりの樹脂繊維の重量を十分に確保することができ、ダストの捕捉性能を向上させることができる。
【００１４】
請求項４に係るエアフィルタ用濾材では、不織布を形成する樹脂材の密度が０．９〜１．５ｇ／ｃｍ３であることから、請求項１から請求項３のいずれかに係る発明の効果に加えて、空隙率を維持し、通気抵抗の抑制とダストの捕捉性能の向上を図ることができる。
【００１５】
請求項５に係るエアフィルタ用濾材では、エアの流れ方向に平行に配置されて使用されることから、請求項１から請求項４のいずれかに係る発明の効果に加えて、濾材表面での目詰まりを抑え、ダストの捕捉量を増大させることができると共に、その寿命を長くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の最良と思われる実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図３はエアフィルタ装置の概略を示す断面図であり、エアエレメント部１１の前部（図中左部）にはダストを含むエア（空気）が導入されるエア導入管１２が接続されると共に、後部にはエアエレメント部１１でダストが濾過された清浄なエアが排出されるエア排出管１３が接続されている。エアエレメント部１１は、エアフィルタ用濾材１９が螺旋状（スパイラル状）に巻回されて形成されたハニカム構造体１４により構成されている。図１及び図２は、係るハニカム構造体１４の概略を示す部分断面図である。図１は図５の１−１線における断面図である。係る図１に示すようにハニカム構造体１４は、エアフィルタ用濾材１９の上方に位置する上部隔壁１５と、下方に位置する下部隔壁１６と、エアフィルタ用濾材１９の後端部（図中の右端部）に設けられている後端閉塞部１７と、エアフィルタ用濾材１９の前端部（図中の左端部）に設けられている前端閉塞部１８とにより構成されている。
【００１７】
エアフィルタ用濾材１９と上部隔壁１５との間はダストを含むエア（図中の矢印）が導入される入口側空間部２０となり、エアフィルタ用濾材１９と下部隔壁１６との間は清浄なエアが排出される出口側空間部２１となっている。そして、入口側空間部２０から導入されたダストを含むエアが図中の矢印に示すように流れてエアフィルタ用濾材１９を通過してダストが濾過され、清浄なエアが出口側空間部２１へ排出されるようになっている。つまり、エアフィルタ用濾材１９は、エアの流れと平行に配置されており、エア中のダストがエアフィルタ用濾材１９の表面に堆積しにくく、エアフィルタ用濾材１９の内奥部まで運ばれ、ダストの捕集性を良くするようになっている。
【００１８】
ここで、エア中のダストは有機物質又は無機物質であり、有機物質としては有機化合物、有機ポリマー等が挙げられ、無機物質としてはほこり、煙、ミスト、灰、金属微粒子等が挙げられる。また、ダストの平均粒子径は、ほとんどが０．１〜１００μｍであり、このような大きさのダストが上流層２２で濾過される。エアフィルタ用濾材１９は、エアの流れ方向に対する上流層（不織布層）２２と下流層（濾紙層）２３とが一体化（積層）されて構成されている。上流層２２はエア中のダストを捕捉するための層であり、下流層２３は上流層２２を支持（補強）するための層である。
【００１９】
図１においては上流層２２が下流層２３よりも薄く形成され、図２においては上流層２２が下流層２３よりも厚く形成されている。上流層２２は平均繊維径が０．５〜２．５μｍの繊維からなる不織布をプレス成形して形成され、厚さが０．００５〜０．１ｍｍ、空隙率が７８〜９２％に設定される。使用する繊維としては、特に制限されないが、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、ポリアミド（ナイロン）繊維、アクリル繊維等の合成繊維のほか、綿（コットン）、パルプ、レーヨン繊維等の天然繊維を用ることもできる。この繊維は、対象となる製品の通気性、除塵性、剛性等の要求値に基づいて選定され、単独又は複数の繊維が混合して使用される。繊維形状は、ストレート繊維、捲縮繊維等を問わず、要求される繊維成形体の厚さに対する繊維量（繊維密度）、繊維成形体の剛性、通気性等に基づいて、単独又は混合して使用することができる。
【００２０】
また、繊維断面は円形、矩形、異形等の種類があるが、これも通気性や除塵性、剛性等の要求値で決定され、単独又は複数の繊維を混合して使用することができる。特に、自動車用フィルタを成形する場合には、高温安定性のあるポリエステル繊維を主繊維としてポリプロピレン繊維、アクリル繊維、パルプ等を適量混合して使用することが望ましい。
【００２１】
樹脂繊維の平均繊維径は、前述のように０．５〜２．５μｍである。この平均繊維径が０．５μｍ未満の場合には、生産性よく繊維を成形することが困難となる。その一方、平均繊維径が２．５μｍを超える場合には、上流層２２の目が粗くなり、ダストの捕捉量が不足する。
【００２２】
前記プレス成形は、樹脂繊維を十分に圧縮して上流層２２の目を細かくするために、温度２０〜１６０℃及び圧力１〜５ＭＰａの条件下に行われる。プレス成形の温度は、プレス成形を効果的に行うため、１２０〜１５０℃であることが好ましい。プレス成形の温度が２０℃未満の場合には、プレス成形が実質上冷却状態で行われるため、圧縮が十分かつ均一に行われなくなる傾向を示す。その一方、１６０℃を超える場合には、樹脂繊維が柔軟化し、上流層２２を所要の厚さに設定することが難しくなったり、上流層２２の厚さが不均一になったりして好ましくない。また、圧力が１ＭＰａより低い場合には、圧力が不十分で、上流層２２を所要の厚さにして目を細かくすることが難しくなる。一方、５ＭＰａより高い場合には、上流層２２を所要の厚さに設定したり、所要の目の粗さに調整したりすることが難しくなる傾向を示す。
【００２３】
このプレス成形によって上流層２２の厚さは０．００５〜０．１ｍｍに設定される。厚さをこの範囲に設定することにより、ダストの捕捉量を確保し、通気抵抗を抑えることができる。上流層２２の厚さが０．００５ｍｍより薄い場合、ダストの捕捉量をある程度確保することはできるが、通気抵抗が過大となるため不適当である。一方、０．１ｍｍより厚い場合、通気抵抗を抑えることはできるが、目標とするダストの捕捉量が得られなくなる。
【００２４】
前記空隙率は、上流層２２の目付量、厚さ、及び上流層２２を形成する樹脂材の密度によって決定され、次の計算式（１）に基づいて算出される。
空隙率（％）＝１−〔目付量／（厚さ×樹脂材の密度）〕 ・・・（１）
この計算式（１）で算出される空隙率は、ダストの捕捉量と通気抵抗とのバランスを図るために７８〜９２％に設定される。上流層２２の厚さは上記範囲に成形されるため、樹脂材の種類を選定し、目付量を決めることにより、空隙率が算出される。言い換えれば、樹脂材の種類を選定し、空隙率を定めることにより、目付量を算出することができる。空隙率が７８％に満たないときには、目標とするダスト捕捉量が得られず、上流層２２が目詰まりし、通気抵抗も上昇する。その一方、空隙率が９２％を超えるときには、通気抵抗は低下するが、ダスト補足量が目標レベルに達しなくなる。
【００２５】
上流層２２の目付量は、単位面積当たりの樹脂繊維量を確保し、ダストの捕捉性能を高めるため１〜１５ｇ／ｍ２であることが好ましい。この目付量が１ｇ／ｍ２を下回る場合には、単位面積当たりの樹脂繊維量が不足し、ダストの捕捉性能が低下する傾向を示す。一方、目付量が１５ｇ／ｍ２を上回る場合には、ダストの捕捉性能は向上するが、上流層２２の通気抵抗が上昇して好ましくない。
【００２６】
前記樹脂材の密度は、空隙率を維持し、通気抵抗を抑え、ダストの捕捉性能を高めるため０．９〜１．５ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。樹脂材の密度が０．９ｇ／ｃｍ３よりも低いときには、空隙率が高くなる傾向を示し、ダストの捕捉性能が低下する。一方、係る密度が１．５ｇ／ｃｍ３より高いときには、空隙率が低くなる傾向を示し、ダストの捕捉性能が低下すると共に、通気抵抗も上昇する。
【００２７】
上流層２２の通気抵抗は、ダストを含むエアの流れを保持し、閉塞を抑制するため０．８〜１．８ｋＰａであることが好ましい。この通気抵抗が０．８ｋＰａより小さい場合、エアの流れを保持することはできるが、十分なダスト捕捉量を得ることができなくなる。一方、通気抵抗が１．８ｋＰａより大きい場合、上流層２２におけるエアの流れが閉塞しやすくなり、上流層２２の寿命が短くなる傾向を示す。上流層２２は、以下に述べるメルトブローン法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。
【００２８】
次に、前記上流層２２を製造するための製造装置及び製造方法について説明する。
図４に示すように、この製造装置は、水平方向に移動するコンベヤ３０を備えており、そのコンベヤ３０上にベルト状の基布３１が載置されると共に、基布３１の上方に位置し半溶融状態の樹脂繊維３２を下向きに吐出する紡糸ノズル３３とを備えている。基布３１は、半溶融状態の樹脂繊維３２を受ける通気性のあるメッシュ状のものである。
【００２９】
前記紡糸ノズル３３は、メルトブローン法を利用した紡糸ノズル３３であり、中央の樹脂吐出口３４から吐出された溶融樹脂に対して樹脂吐出口３４を取り囲むように配置された熱風吹き出し口３５から熱風を吹付けて樹脂繊維３６を紡糸するようになっている。なお、樹脂吐出口３４及び熱風吹き出し口３５は下方ほど縮径されたテーパ状をなしている。紡糸ノズル３３から紡糸された樹脂繊維３６は熱風により吹き飛ばされ、半溶融状態で基布３１上に積層される。そして、樹脂繊維３６が基布３１上で互いに接触することにより接触点で融着し、不織布３８が形成される。コンベヤ３０が駆動されることにより、不織布３８がコンベヤ３０に載って搬送される。得られた不織布３８が前記条件下でプレス成形されることによって上流層２２が形成され、その上流層２２に下流層２３を形成する濾紙等を接合することにより、平板状濾材２５が形成される。
【００３０】
上流層２２を構成する樹脂繊維３６の平均繊維径は、紡糸ノズル３３の樹脂吐出口３４から吐出される樹脂の吐出量と、熱風吹き出し口３５から吹き出される熱風の流量とを調節することにより、所定の平均繊維径に設定される。例えば、平均繊維径を細くする場合には、紡糸ノズル３３の直径を細くすると共に、熱風吹き出し口３５からの風量を増大させる。本実施形態に係るエアフィルタ用濾材１９では、樹脂繊維３６の平均繊維径は、前述のように０．５〜２．５μｍの範囲に設定される。
【００３１】
また、上流層２２の単位面積当たりの重量を表す目付量は、コンベヤ３０の移送速度を調整することにより所定値に設定される。すなわち、コンベヤ３０の移送速度を低下させることにより、基布３１に積層される樹脂繊維３６の量が多くなり、目付量は大きくなる。逆に、コンベヤ３０の移送速度を増加させることにより、基布３１に積層される樹脂繊維３６の量が少なくなり、目付量は小さくなる。本実施形態に係るエアフィルタ用濾材１９では、上流層２２の目付量は、前述のように好ましくは１〜１５ｇ／ｍ２の範囲に設定される。
【００３２】
続いて、前記下流層２３について説明する。
この下流層２３は通常濾紙層であるが、不織布、合成繊維の織物等であってもよく、その厚さは０．０１〜０．１４ｍｍ程度に形成される。また、下流層２３の平均濾孔径は１０〜１００μｍの範囲に設定される。係る下流層２３では、上流層２２を通過したエアが抵抗なく通り抜けることができるように構成されている。この下流層２３は、パルプ又はパルプを主体とし、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、ポリアミド繊維等の合成繊維を配合した材料によって形成される。下流層２３では、上流層２２を通過したエア中の微細なダストが捕捉されるようになっていてもよい。
【００３３】
前記上流層２２と下流層２３とは、エンボス加工又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、重ねられた上流層２２と下流層２３とを加熱された小さな複数の突起で上下から挟み、上流層２２を部分的に溶融させて下流層２３に接着する加工法である。また、ラミネート加工とは、上流層２２と下流層２３との間に通気性の高いホットメルトシートを挟み、加熱、加圧することにより両者を接合する加工法である。エアフィルタ用濾材１９の厚さは、上流層２２と下流層２３の各厚さの総和であるため、０．０２〜０．２５ｍｍ程度に形成される。
【００３４】
次に、上流層２２と下流層２３が接合された長尺状の平板状濾材２５に対し波型ローラを押圧して長尺状の波型状濾材２４を作製する。そして、図５に示すように、その波型状濾材２４を他の平板状濾材２５の上に両濾材により形成される入口側空間部２０及び出口側空間部２１のいずれか一方の長手方向端部のみが閉塞されるように接着剤を配置しながら巻回し、接合して一体化する。すなわち、前記の後端閉塞部１７及び前端閉塞部１８が形成される。このようにして、図３に示すようなハニカム構造体１４が形成される。なお、前記上部隔壁１５及び下部隔壁１６は、図５に示す上部位置の平板状濾材２５及び下部位置の平板状濾材２５に相当する。また、平板状濾材２５及び波型状濾材２４の少なくとも一方にホットメルト接着剤を含浸させておいて、平板状濾材２５と波型状濾材２４とを接合するときに、接合部を加熱して接着剤を溶融、硬化させて両者を接着させることもできる。
【００３５】
つまり、その幅方向から見て半円状の入口側空間部２０を形成し、該入口側空間部２０はその上流側が開口し、下流側が閉塞される。また、入口側空間部２０と隣接して出口側空間部２１が形成され、該出口側空間部２１は上流側が閉塞され、下流側が開口されている（図１〜３を参照）。なお、この際には空気流入側となる面に波型状濾材２４及び平板状濾材２５それぞれの上流層２２が位置するように接合されている。
【００３６】
さて、本実施形態の作用について説明すると、エアフィルタ用濾材１９は、エアの流れ方向に対する上流層２２と下流層２３とが接合されて形成される。上流層２２は、メルトブローン法により基布３１上に樹脂繊維層３７が積層された不織布３８がプレス成形されて形成される。このとき、上流層２２は、厚さが０．００５〜０．１ｍｍという薄さまでプレス成形されることから、樹脂繊維が潰され、樹脂繊維の目が全体に細かく形成される。そのため、エア中のダストが捕捉されやすくなる。上流層２２の厚さに加えて、樹脂材の種類により密度が規定され、目付量が決定されると、それらの値に基づいて空隙率が７８〜９２％に設定される。しかも、樹脂繊維３６の平均繊維径が０．５〜２．５μｍに設定されているため、エアの通気性を保持できると同時に、ダストを捕捉性を高めることができる。その結果、上流層２２におけるエア中のダストの捕捉性が良くなると同時に、エアの通気性が維持される。
【００３７】
以下に、上記実施形態により発揮される効果について、まとめて記載する。
・ 本実施形態のエアフィルタ用濾材１９では、樹脂繊維３６の平均繊維径が０．５〜２．５μｍで、上流層２２の厚さが０．００５〜０．１ｍｍという薄さまでプレス成形され、しかも上流層２２の空隙率が７８〜９２％に維持される。従って、エアフィルタ用濾材１９におけるエアの通気抵抗を抑えつつ、ダスト捕捉量を増大させることができる。よって、エアフィルタ用濾材１９を自動車のエンジン吸気系におけるフィルタ、空調装置のフィルタ等として好適に使用することができる。
【００３８】
・ 前記プレス成形が、温度２０〜１６０℃及び圧力１〜５ＭＰａの条件下に行われることにより、樹脂繊維を十分に圧縮して目を細かくすることができる。
・ また、上流層２２の目付量が１〜１５ｇ／ｍ２であることにより、単位面積当たりの樹脂繊維の重量を十分に確保することができ、ダストの捕捉性能を向上させることができる。
【００３９】
・ さらに、不織布３８を形成する樹脂材の密度が０．９〜１．５ｇ／ｃｍ３であることにより、空隙率を維持し、通気抵抗の抑制とダストの捕捉性能の向上を図ることができる。
【００４０】
・ 前記上流層２２は、メルトブローン法により製造することにより、製造が容易であり、従来の静電紡糸法で用いる有機溶剤を使用する必要がないため、環境への負荷を軽減できると共に、製造コストの低減を図ることができる。
【００４１】
・ エアフィルタ用濾材１９がエアの流れ方向に平行に配置されて使用されることにより、上流層２２表面での目詰まりを抑え、ダストの捕捉量を増大させることができると共に、その寿命を長くすることができる。
【実施例】
【００４２】
以下に、実施例及び比較例を挙げて前記実施形態をさらに具体的に説明するが、本発明はそれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１〜５及び比較例１〜１１）
実施例１〜５では、上流層２２を形成する樹脂材料として、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂を使用した（樹脂密度１．４ｇ／ｃｍ３）。そして、前述した図４に示す上流層２２の製造装置を用いて上流層材料を製造した。得られた上流層材料を、温度１２０℃、圧力３ＭＰａの条件でプレス成形を行い、上流層２２を作製した。さらに、その上流層２２に下流層２３を形成する濾紙を接合して平板状濾材２５を形成した。係る平板状濾材２５に対し波型ローラを押圧して波型状濾材２４を作製した。図５に示すように、前記平板状濾材２５上に波型状濾材２４を載せ、両濾材により形成される入口側空間部２０及び出口側空間部２１のいずれか一方の長手方向端部のみが閉塞されるように接着剤を配置しながら巻回し、接合することによりハニカム構造体１４を得た。
【００４３】
各実施例における上流層２２の厚さは、表１に示すように設定した。下流層２３の厚さは０．１４ｍｍ、平均孔径は６０μｍであった。前記平板状濾材２５と波型状濾材２４とを重ね合せて一体化した後、長手方向に巻回することにより図３に示すようなエアフィルタ用濾材１９を有するエアフィルタ装置のハニカム構造体１４を形成した。
【００４４】
なお、上流層２２を構成する樹脂繊維３６の平均繊維径及び目付量は、紡糸ノズル３３の樹脂吐出口３４から吐出される樹脂の吐出量と、熱風吹き出し口３５から吹き出される熱風の流量とを調節することにより、表１に示す値に設定した。また、上流層２２の空隙率は前述した計算式（１）に基づいて算出した。
【００４５】
そして、この上流層２２に一定量のダストを含むエアを供給し、ダストの捕捉量（ｇ）と通気抵抗（ｋＰａ）とを測定した。それらの結果を表１に示した。
また、比較例１〜１１では、実施例１〜５に準じて実施したが、以下に示す条件が実施例１〜５とは異なる。比較例１及び３では、上流層２２の空隙率が７８％未満の場合を示す。比較例２、４、５、６、７、８、９及び１１では、プレス成形を行わず、厚さが０．１ｍｍを超えると共に、空隙率が９２％を超える場合を示す。比較例１０では、空隙率が９２％を超える場合を示す。
（実施例６〜９）
実施例６及び７では、実施例１において、上流層２２を形成する樹脂材料として、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂に代えてポリプロピレン（ＰＰ）樹脂を使用した（樹脂密度０．９５ｇ／ｃｍ３）。さらに、上流層２２の目付量、厚さ及び空隙率を表１に示したように設定した。また、実施例８及び９では、実施例１において、上流層２２を形成する樹脂材料として、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂に代えてポリアミド（ナイロン）樹脂を使用した（樹脂密度１．１４ｇ／ｃｍ３）。さらに、上流層２２の目付量、厚さ及び空隙率を表１に示したように設定した。そして、実施例１と同様にして、ダストの捕捉量（ｇ）と通気抵抗（ｋＰａ）とを測定した。それらの結果を表１に示した。
【００４６】
【表１】
【００４７】
【表２】
表１に示した結果より、実施例１〜５では、プレス成形により上流層２２を厚さ０．０１〜０．０５ｍｍに形成すると共に、平均繊維径を１．５〜２．５μｍ、空隙率を７８〜９２％に設定したことから、ダストの捕捉量を目標とする７５ｇ以上にすることができ、かつその場合の通気抵抗を１．７１ｋＰａ以下に抑えることができた。また、実施例６〜９では、樹脂材料をポリプロピレン樹脂又はポリアミド樹脂に代え、その樹脂密度を０．９５又は１．１４にすると共に、プレス成形により上流層２２を厚さ０．０３〜０．０６ｍｍに形成し、平均繊維径を１．５μｍかつ空隙率を８８〜９０％に設定した。その結果、ダストの捕捉量を８５〜８９ｇにすることができ、しかもその場合の通気抵抗を０．９〜１．４ｋＰａに抑えることができた。
【００４８】
それに対し、表２に示したように、比較例１及び３では、上流層２２の空隙率が７８％未満であったため、ダストの捕捉量が不足すると共に、通気抵抗も上昇した。一方、比較例１０では、空隙率が９２％を超えたため、通気抵抗は低い結果であったが、ダストの捕捉量が不足した。比較例２、４、５、６、７、８、９及び１１では、プレス成形を行わず、厚さが０．１ｍｍを超えると共に、空隙率が９２％を超えたため、通気抵抗を低くすることはできたが、ダストの捕捉量が目標を下回った。
【００４９】
なお、前記各実施形態を次のように変更して具体化することも可能である。
・ 不織布３８を形成する樹脂材として、種類の異なるものを複数使用し、樹脂材の密度を調整することもできる。
【００５０】
・ 実施形態におけるエアフィルタ用濾材１９を、エアの流れと交差する方向に配置して使用することも可能である。
・ 上流層２２を、平板状濾材２５のみ、又は波型状濾材２４のみで構成することも可能である。
【００５１】
・ メルトブローン法により上流層２２を製造した後、加熱されたロール間を通過させることにより、上流層２２の表面における平滑性を高めるように構成することもできる。
・ 前記メルトブローン法において、樹脂繊維には粘度調整剤としてポリアクリル酸ナトリウム等、繊維接着剤としてバインダー繊維等、繊維滑り性向上剤として非イオン性界面活性剤等、分散安定剤としてカルボキシメチルセルロース等を配合することも可能である。
【００５２】
次に、前記実施形態より把握できる技術的思想について以下に記載する。
・ 前記エア中のダストを捕捉した状態における上流層の通気抵抗は、０．８〜１．８ｋＰａであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のエアフィルタ用濾材。このように構成した場合、請求項１から請求項５のいずれかに係る発明の効果に加えて、ダストを含むエアの流れを保持し、閉塞を抑制することができる。
【００５３】
・ 螺旋状に巻回されて使用されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のエアフィルタ用濾材。このように構成した場合、請求項１から請求項５のいずれかに係る発明の効果に加えて、ダストの捕捉を少ないスペースで効率良く行うことができる。
【００５４】
・ 前記プレス成形の温度は、１２０〜１５０℃であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のエアフィルタ用濾材。このように構成した場合、請求項１から請求項５のいずれかに係る発明の効果に加えて、プレス成形を一層効果的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施形態におけるフィルタ装置を構成するハニカム構造体の概略を示す部分断面図。
【図２】図１とは異なるタイプのハニカム構造体の概略を示す部分断面図。
【図３】エアフィルタ装置の概略を示す断面図。
【図４】メルトブローン法により不織布を製造するための装置を示す概略説明図。
【図５】ハニカム構造体を説明するための概略断面図。
【符号の説明】
【００５６】
１９…エアフィルタ用濾材、２２…上流層、２３…下流層、３８…不織布。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車のエンジン吸気系におけるフィルタ、空調装置のフィルタなどとして使用され、エア（空気）中のダストを捕捉するためのエアフィルタ用濾材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のエアフィルタ用濾材として、エアの流れ方向に対して上流側の不織布層と下流側の濾紙層とから構成されている濾材が知られている。係るフィルタ用濾材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、上流側の不織布層の方が下流側の濾紙層よりも目が粗く形成されている。その結果、比較的大きなダストを上流側の不織布層で捕捉し、比較的小さなダストを下流側の濾紙層で捕捉することができるようになっている。このフィルタ用濾材では、上流側の不織布層及び下流側の濾紙層の仕様が目付け量（単位面積当たりの重量）により設定されているだけであり、目付け量以外の要素、例えば繊維径等は考慮されていない。
【０００３】
しかしながら、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、目付け量のみでは、不織布層等の目のサイズを把握することはできない。例えば、上流側の不織布層の目が細か過ぎると上流側で目詰まりを起こし易くなるため、下流側の濾紙層の性能が生かされなくなる。従って、結果的にフィルタ用濾材のダスト捕捉量が少なくなる。逆に、上流側の不織布層の目が粗過ぎると、多くのダストが不織布層を通過して濾紙層で捕捉されるようになるため、濾紙層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のダスト捕捉量が少なくなる。
【０００４】
このような問題点に鑑みて、本出願人は上流側の不織布層における目のサイズを適正にしてダスト捕捉量を向上させたフィルタ用濾材を提案した（例えば、特許文献１を参照）。すなわち、フィルタ用濾材は、上流側の不織布層と下流側の濾材層とからなり、不織布層を構成する樹脂繊維の繊維径が２．５〜１０μｍ、不織布層の目付量が２．５〜１５ｇ／ｍ２で、かつ濾材層は不織布層よりも目が細かく構成されているものである。
【特許文献１】特開２００６−１７５３５２号公報（第２頁、第３頁及び第８頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記特許文献１に記載されているフィルタ用濾材においては、不織布層を構成する樹脂繊維の繊維径が２．５〜１０μｍという細かい範囲に設定されているが、ダストの捕捉量を高めるためには樹脂繊維の繊維径をさらに細かくする必要がある。しかしながら、繊維径を細かくしていくに従って、繊維間の空間の割合を示す空隙率が小さくなる。空隙率が小さくなると、エアの通気抵抗が大きくなると共に、ダストを捕捉する空間が少なくなってダスト捕捉量が低下する。このように、特許文献１に記載のフィルタ用濾材は、通気抵抗を保持した状態でのダストの捕捉量が未だ十分ではないという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、通気抵抗を抑えつつ、ダストの捕捉量を増大させることができるエアフィルタ用濾材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、請求項１に係るエアフィルタ用濾材は、エアの流れ方向に対する上流層と下流層とが一体化されて構成され、前記上流層はエア中のダストを捕捉し、下流層は上流層を支持するものである。そして、前記上流層は平均繊維径が０．５〜２．５μｍの繊維からなる不織布をプレス成形して形成され、厚さが０．００５〜０．１ｍｍ及び空隙率が７８〜９２％であることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係るエアフィルタ用濾材は、請求項１に係る発明において、前記プレス成形は、温度２０〜１６０℃及び圧力１〜５ＭＰａの条件下に行われるものであることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係るエアフィルタ用濾材は、請求項１又は請求項２に係る発明において、前記上流層の目付量は、１〜１５ｇ／ｍ２であることを特徴とする。
請求項４に係るエアフィルタ用濾材は、請求項１から請求項３のいずれか一項に係る発明において、前記不織布を形成する樹脂材の密度は、０．９〜１．５ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に係るエアフィルタ用濾材は、請求項１から請求項４のいずれか一項に係る発明において、前記エアの流れ方向に平行に配置されて使用されるものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、次のような効果を発揮することができる。
請求項１に係るエアフィルタ用濾材では、上流層の厚さが０．００５〜０．１ｍｍという薄さになるようにプレス成形されることから、繊維が潰され、目を細かくすることができ、ダストの捕捉量を増大させることができる。一方、不織布を形成する繊維の平均繊維径が０．５〜２．５μｍ及び上流層の空隙率が７８〜９２％に設定されるため、エアの通気抵抗を抑えつつ、ダストの捕捉量を確保することができる。
【００１２】
請求項２に係るエアフィルタ用濾材では、プレス成形は、温度２０〜１６０℃及び圧力１〜５ＭＰａの条件下に行われることから、請求項１に係る発明の効果に加えて、樹脂繊維を十分に圧縮して目を細かくすることができる。
【００１３】
請求項３に係るエアフィルタ用濾材では、上流層の目付量が１〜１５ｇ／ｍ２であることから、請求項１又は請求項２に係る発明の効果に加えて、単位面積当たりの樹脂繊維の重量を十分に確保することができ、ダストの捕捉性能を向上させることができる。
【００１４】
請求項４に係るエアフィルタ用濾材では、不織布を形成する樹脂材の密度が０．９〜１．５ｇ／ｃｍ３であることから、請求項１から請求項３のいずれかに係る発明の効果に加えて、空隙率を維持し、通気抵抗の抑制とダストの捕捉性能の向上を図ることができる。
【００１５】
請求項５に係るエアフィルタ用濾材では、エアの流れ方向に平行に配置されて使用されることから、請求項１から請求項４のいずれかに係る発明の効果に加えて、濾材表面での目詰まりを抑え、ダストの捕捉量を増大させることができると共に、その寿命を長くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の最良と思われる実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図３はエアフィルタ装置の概略を示す断面図であり、エアエレメント部１１の前部（図中左部）にはダストを含むエア（空気）が導入されるエア導入管１２が接続されると共に、後部にはエアエレメント部１１でダストが濾過された清浄なエアが排出されるエア排出管１３が接続されている。エアエレメント部１１は、エアフィルタ用濾材１９が螺旋状（スパイラル状）に巻回されて形成されたハニカム構造体１４により構成されている。図１及び図２は、係るハニカム構造体１４の概略を示す部分断面図である。図１は図５の１−１線における断面図である。係る図１に示すようにハニカム構造体１４は、エアフィルタ用濾材１９の上方に位置する上部隔壁１５と、下方に位置する下部隔壁１６と、エアフィルタ用濾材１９の後端部（図中の右端部）に設けられている後端閉塞部１７と、エアフィルタ用濾材１９の前端部（図中の左端部）に設けられている前端閉塞部１８とにより構成されている。
【００１７】
エアフィルタ用濾材１９と上部隔壁１５との間はダストを含むエア（図中の矢印）が導入される入口側空間部２０となり、エアフィルタ用濾材１９と下部隔壁１６との間は清浄なエアが排出される出口側空間部２１となっている。そして、入口側空間部２０から導入されたダストを含むエアが図中の矢印に示すように流れてエアフィルタ用濾材１９を通過してダストが濾過され、清浄なエアが出口側空間部２１へ排出されるようになっている。つまり、エアフィルタ用濾材１９は、エアの流れと平行に配置されており、エア中のダストがエアフィルタ用濾材１９の表面に堆積しにくく、エアフィルタ用濾材１９の内奥部まで運ばれ、ダストの捕集性を良くするようになっている。
【００１８】
ここで、エア中のダストは有機物質又は無機物質であり、有機物質としては有機化合物、有機ポリマー等が挙げられ、無機物質としてはほこり、煙、ミスト、灰、金属微粒子等が挙げられる。また、ダストの平均粒子径は、ほとんどが０．１〜１００μｍであり、このような大きさのダストが上流層２２で濾過される。エアフィルタ用濾材１９は、エアの流れ方向に対する上流層（不織布層）２２と下流層（濾紙層）２３とが一体化（積層）されて構成されている。上流層２２はエア中のダストを捕捉するための層であり、下流層２３は上流層２２を支持（補強）するための層である。
【００１９】
図１においては上流層２２が下流層２３よりも薄く形成され、図２においては上流層２２が下流層２３よりも厚く形成されている。上流層２２は平均繊維径が０．５〜２．５μｍの繊維からなる不織布をプレス成形して形成され、厚さが０．００５〜０．１ｍｍ、空隙率が７８〜９２％に設定される。使用する繊維としては、特に制限されないが、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、ポリアミド（ナイロン）繊維、アクリル繊維等の合成繊維のほか、綿（コットン）、パルプ、レーヨン繊維等の天然繊維を用ることもできる。この繊維は、対象となる製品の通気性、除塵性、剛性等の要求値に基づいて選定され、単独又は複数の繊維が混合して使用される。繊維形状は、ストレート繊維、捲縮繊維等を問わず、要求される繊維成形体の厚さに対する繊維量（繊維密度）、繊維成形体の剛性、通気性等に基づいて、単独又は混合して使用することができる。
【００２０】
また、繊維断面は円形、矩形、異形等の種類があるが、これも通気性や除塵性、剛性等の要求値で決定され、単独又は複数の繊維を混合して使用することができる。特に、自動車用フィルタを成形する場合には、高温安定性のあるポリエステル繊維を主繊維としてポリプロピレン繊維、アクリル繊維、パルプ等を適量混合して使用することが望ましい。
【００２１】
樹脂繊維の平均繊維径は、前述のように０．５〜２．５μｍである。この平均繊維径が０．５μｍ未満の場合には、生産性よく繊維を成形することが困難となる。その一方、平均繊維径が２．５μｍを超える場合には、上流層２２の目が粗くなり、ダストの捕捉量が不足する。
【００２２】
前記プレス成形は、樹脂繊維を十分に圧縮して上流層２２の目を細かくするために、温度２０〜１６０℃及び圧力１〜５ＭＰａの条件下に行われる。プレス成形の温度は、プレス成形を効果的に行うため、１２０〜１５０℃であることが好ましい。プレス成形の温度が２０℃未満の場合には、プレス成形が実質上冷却状態で行われるため、圧縮が十分かつ均一に行われなくなる傾向を示す。その一方、１６０℃を超える場合には、樹脂繊維が柔軟化し、上流層２２を所要の厚さに設定することが難しくなったり、上流層２２の厚さが不均一になったりして好ましくない。また、圧力が１ＭＰａより低い場合には、圧力が不十分で、上流層２２を所要の厚さにして目を細かくすることが難しくなる。一方、５ＭＰａより高い場合には、上流層２２を所要の厚さに設定したり、所要の目の粗さに調整したりすることが難しくなる傾向を示す。
【００２３】
このプレス成形によって上流層２２の厚さは０．００５〜０．１ｍｍに設定される。厚さをこの範囲に設定することにより、ダストの捕捉量を確保し、通気抵抗を抑えることができる。上流層２２の厚さが０．００５ｍｍより薄い場合、ダストの捕捉量をある程度確保することはできるが、通気抵抗が過大となるため不適当である。一方、０．１ｍｍより厚い場合、通気抵抗を抑えることはできるが、目標とするダストの捕捉量が得られなくなる。
【００２４】
前記空隙率は、上流層２２の目付量、厚さ、及び上流層２２を形成する樹脂材の密度によって決定され、次の計算式（１）に基づいて算出される。
空隙率（％）＝１−〔目付量／（厚さ×樹脂材の密度）〕 ・・・（１）
この計算式（１）で算出される空隙率は、ダストの捕捉量と通気抵抗とのバランスを図るために７８〜９２％に設定される。上流層２２の厚さは上記範囲に成形されるため、樹脂材の種類を選定し、目付量を決めることにより、空隙率が算出される。言い換えれば、樹脂材の種類を選定し、空隙率を定めることにより、目付量を算出することができる。空隙率が７８％に満たないときには、目標とするダスト捕捉量が得られず、上流層２２が目詰まりし、通気抵抗も上昇する。その一方、空隙率が９２％を超えるときには、通気抵抗は低下するが、ダスト補足量が目標レベルに達しなくなる。
【００２５】
上流層２２の目付量は、単位面積当たりの樹脂繊維量を確保し、ダストの捕捉性能を高めるため１〜１５ｇ／ｍ２であることが好ましい。この目付量が１ｇ／ｍ２を下回る場合には、単位面積当たりの樹脂繊維量が不足し、ダストの捕捉性能が低下する傾向を示す。一方、目付量が１５ｇ／ｍ２を上回る場合には、ダストの捕捉性能は向上するが、上流層２２の通気抵抗が上昇して好ましくない。
【００２６】
前記樹脂材の密度は、空隙率を維持し、通気抵抗を抑え、ダストの捕捉性能を高めるため０．９〜１．５ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。樹脂材の密度が０．９ｇ／ｃｍ３よりも低いときには、空隙率が高くなる傾向を示し、ダストの捕捉性能が低下する。一方、係る密度が１．５ｇ／ｃｍ３より高いときには、空隙率が低くなる傾向を示し、ダストの捕捉性能が低下すると共に、通気抵抗も上昇する。
【００２７】
上流層２２の通気抵抗は、ダストを含むエアの流れを保持し、閉塞を抑制するため０．８〜１．８ｋＰａであることが好ましい。この通気抵抗が０．８ｋＰａより小さい場合、エアの流れを保持することはできるが、十分なダスト捕捉量を得ることができなくなる。一方、通気抵抗が１．８ｋＰａより大きい場合、上流層２２におけるエアの流れが閉塞しやすくなり、上流層２２の寿命が短くなる傾向を示す。上流層２２は、以下に述べるメルトブローン法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。
【００２８】
次に、前記上流層２２を製造するための製造装置及び製造方法について説明する。
図４に示すように、この製造装置は、水平方向に移動するコンベヤ３０を備えており、そのコンベヤ３０上にベルト状の基布３１が載置されると共に、基布３１の上方に位置し半溶融状態の樹脂繊維３２を下向きに吐出する紡糸ノズル３３とを備えている。基布３１は、半溶融状態の樹脂繊維３２を受ける通気性のあるメッシュ状のものである。
【００２９】
前記紡糸ノズル３３は、メルトブローン法を利用した紡糸ノズル３３であり、中央の樹脂吐出口３４から吐出された溶融樹脂に対して樹脂吐出口３４を取り囲むように配置された熱風吹き出し口３５から熱風を吹付けて樹脂繊維３６を紡糸するようになっている。なお、樹脂吐出口３４及び熱風吹き出し口３５は下方ほど縮径されたテーパ状をなしている。紡糸ノズル３３から紡糸された樹脂繊維３６は熱風により吹き飛ばされ、半溶融状態で基布３１上に積層される。そして、樹脂繊維３６が基布３１上で互いに接触することにより接触点で融着し、不織布３８が形成される。コンベヤ３０が駆動されることにより、不織布３８がコンベヤ３０に載って搬送される。得られた不織布３８が前記条件下でプレス成形されることによって上流層２２が形成され、その上流層２２に下流層２３を形成する濾紙等を接合することにより、平板状濾材２５が形成される。
【００３０】
上流層２２を構成する樹脂繊維３６の平均繊維径は、紡糸ノズル３３の樹脂吐出口３４から吐出される樹脂の吐出量と、熱風吹き出し口３５から吹き出される熱風の流量とを調節することにより、所定の平均繊維径に設定される。例えば、平均繊維径を細くする場合には、紡糸ノズル３３の直径を細くすると共に、熱風吹き出し口３５からの風量を増大させる。本実施形態に係るエアフィルタ用濾材１９では、樹脂繊維３６の平均繊維径は、前述のように０．５〜２．５μｍの範囲に設定される。
【００３１】
また、上流層２２の単位面積当たりの重量を表す目付量は、コンベヤ３０の移送速度を調整することにより所定値に設定される。すなわち、コンベヤ３０の移送速度を低下させることにより、基布３１に積層される樹脂繊維３６の量が多くなり、目付量は大きくなる。逆に、コンベヤ３０の移送速度を増加させることにより、基布３１に積層される樹脂繊維３６の量が少なくなり、目付量は小さくなる。本実施形態に係るエアフィルタ用濾材１９では、上流層２２の目付量は、前述のように好ましくは１〜１５ｇ／ｍ２の範囲に設定される。
【００３２】
続いて、前記下流層２３について説明する。
この下流層２３は通常濾紙層であるが、不織布、合成繊維の織物等であってもよく、その厚さは０．０１〜０．１４ｍｍ程度に形成される。また、下流層２３の平均濾孔径は１０〜１００μｍの範囲に設定される。係る下流層２３では、上流層２２を通過したエアが抵抗なく通り抜けることができるように構成されている。この下流層２３は、パルプ又はパルプを主体とし、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、ポリアミド繊維等の合成繊維を配合した材料によって形成される。下流層２３では、上流層２２を通過したエア中の微細なダストが捕捉されるようになっていてもよい。
【００３３】
前記上流層２２と下流層２３とは、エンボス加工又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、重ねられた上流層２２と下流層２３とを加熱された小さな複数の突起で上下から挟み、上流層２２を部分的に溶融させて下流層２３に接着する加工法である。また、ラミネート加工とは、上流層２２と下流層２３との間に通気性の高いホットメルトシートを挟み、加熱、加圧することにより両者を接合する加工法である。エアフィルタ用濾材１９の厚さは、上流層２２と下流層２３の各厚さの総和であるため、０．０２〜０．２５ｍｍ程度に形成される。
【００３４】
次に、上流層２２と下流層２３が接合された長尺状の平板状濾材２５に対し波型ローラを押圧して長尺状の波型状濾材２４を作製する。そして、図５に示すように、その波型状濾材２４を他の平板状濾材２５の上に両濾材により形成される入口側空間部２０及び出口側空間部２１のいずれか一方の長手方向端部のみが閉塞されるように接着剤を配置しながら巻回し、接合して一体化する。すなわち、前記の後端閉塞部１７及び前端閉塞部１８が形成される。このようにして、図３に示すようなハニカム構造体１４が形成される。なお、前記上部隔壁１５及び下部隔壁１６は、図５に示す上部位置の平板状濾材２５及び下部位置の平板状濾材２５に相当する。また、平板状濾材２５及び波型状濾材２４の少なくとも一方にホットメルト接着剤を含浸させておいて、平板状濾材２５と波型状濾材２４とを接合するときに、接合部を加熱して接着剤を溶融、硬化させて両者を接着させることもできる。
【００３５】
つまり、その幅方向から見て半円状の入口側空間部２０を形成し、該入口側空間部２０はその上流側が開口し、下流側が閉塞される。また、入口側空間部２０と隣接して出口側空間部２１が形成され、該出口側空間部２１は上流側が閉塞され、下流側が開口されている（図１〜３を参照）。なお、この際には空気流入側となる面に波型状濾材２４及び平板状濾材２５それぞれの上流層２２が位置するように接合されている。
【００３６】
さて、本実施形態の作用について説明すると、エアフィルタ用濾材１９は、エアの流れ方向に対する上流層２２と下流層２３とが接合されて形成される。上流層２２は、メルトブローン法により基布３１上に樹脂繊維層３７が積層された不織布３８がプレス成形されて形成される。このとき、上流層２２は、厚さが０．００５〜０．１ｍｍという薄さまでプレス成形されることから、樹脂繊維が潰され、樹脂繊維の目が全体に細かく形成される。そのため、エア中のダストが捕捉されやすくなる。上流層２２の厚さに加えて、樹脂材の種類により密度が規定され、目付量が決定されると、それらの値に基づいて空隙率が７８〜９２％に設定される。しかも、樹脂繊維３６の平均繊維径が０．５〜２．５μｍに設定されているため、エアの通気性を保持できると同時に、ダストを捕捉性を高めることができる。その結果、上流層２２におけるエア中のダストの捕捉性が良くなると同時に、エアの通気性が維持される。
【００３７】
以下に、上記実施形態により発揮される効果について、まとめて記載する。
・ 本実施形態のエアフィルタ用濾材１９では、樹脂繊維３６の平均繊維径が０．５〜２．５μｍで、上流層２２の厚さが０．００５〜０．１ｍｍという薄さまでプレス成形され、しかも上流層２２の空隙率が７８〜９２％に維持される。従って、エアフィルタ用濾材１９におけるエアの通気抵抗を抑えつつ、ダスト捕捉量を増大させることができる。よって、エアフィルタ用濾材１９を自動車のエンジン吸気系におけるフィルタ、空調装置のフィルタ等として好適に使用することができる。
【００３８】
・ 前記プレス成形が、温度２０〜１６０℃及び圧力１〜５ＭＰａの条件下に行われることにより、樹脂繊維を十分に圧縮して目を細かくすることができる。
・ また、上流層２２の目付量が１〜１５ｇ／ｍ２であることにより、単位面積当たりの樹脂繊維の重量を十分に確保することができ、ダストの捕捉性能を向上させることができる。
【００３９】
・ さらに、不織布３８を形成する樹脂材の密度が０．９〜１．５ｇ／ｃｍ３であることにより、空隙率を維持し、通気抵抗の抑制とダストの捕捉性能の向上を図ることができる。
【００４０】
・ 前記上流層２２は、メルトブローン法により製造することにより、製造が容易であり、従来の静電紡糸法で用いる有機溶剤を使用する必要がないため、環境への負荷を軽減できると共に、製造コストの低減を図ることができる。
【００４１】
・ エアフィルタ用濾材１９がエアの流れ方向に平行に配置されて使用されることにより、上流層２２表面での目詰まりを抑え、ダストの捕捉量を増大させることができると共に、その寿命を長くすることができる。
【実施例】
【００４２】
以下に、実施例及び比較例を挙げて前記実施形態をさらに具体的に説明するが、本発明はそれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１〜５及び比較例１〜１１）
実施例１〜５では、上流層２２を形成する樹脂材料として、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂を使用した（樹脂密度１．４ｇ／ｃｍ３）。そして、前述した図４に示す上流層２２の製造装置を用いて上流層材料を製造した。得られた上流層材料を、温度１２０℃、圧力３ＭＰａの条件でプレス成形を行い、上流層２２を作製した。さらに、その上流層２２に下流層２３を形成する濾紙を接合して平板状濾材２５を形成した。係る平板状濾材２５に対し波型ローラを押圧して波型状濾材２４を作製した。図５に示すように、前記平板状濾材２５上に波型状濾材２４を載せ、両濾材により形成される入口側空間部２０及び出口側空間部２１のいずれか一方の長手方向端部のみが閉塞されるように接着剤を配置しながら巻回し、接合することによりハニカム構造体１４を得た。
【００４３】
各実施例における上流層２２の厚さは、表１に示すように設定した。下流層２３の厚さは０．１４ｍｍ、平均孔径は６０μｍであった。前記平板状濾材２５と波型状濾材２４とを重ね合せて一体化した後、長手方向に巻回することにより図３に示すようなエアフィルタ用濾材１９を有するエアフィルタ装置のハニカム構造体１４を形成した。
【００４４】
なお、上流層２２を構成する樹脂繊維３６の平均繊維径及び目付量は、紡糸ノズル３３の樹脂吐出口３４から吐出される樹脂の吐出量と、熱風吹き出し口３５から吹き出される熱風の流量とを調節することにより、表１に示す値に設定した。また、上流層２２の空隙率は前述した計算式（１）に基づいて算出した。
【００４５】
そして、この上流層２２に一定量のダストを含むエアを供給し、ダストの捕捉量（ｇ）と通気抵抗（ｋＰａ）とを測定した。それらの結果を表１に示した。
また、比較例１〜１１では、実施例１〜５に準じて実施したが、以下に示す条件が実施例１〜５とは異なる。比較例１及び３では、上流層２２の空隙率が７８％未満の場合を示す。比較例２、４、５、６、７、８、９及び１１では、プレス成形を行わず、厚さが０．１ｍｍを超えると共に、空隙率が９２％を超える場合を示す。比較例１０では、空隙率が９２％を超える場合を示す。
（実施例６〜９）
実施例６及び７では、実施例１において、上流層２２を形成する樹脂材料として、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂に代えてポリプロピレン（ＰＰ）樹脂を使用した（樹脂密度０．９５ｇ／ｃｍ３）。さらに、上流層２２の目付量、厚さ及び空隙率を表１に示したように設定した。また、実施例８及び９では、実施例１において、上流層２２を形成する樹脂材料として、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂に代えてポリアミド（ナイロン）樹脂を使用した（樹脂密度１．１４ｇ／ｃｍ３）。さらに、上流層２２の目付量、厚さ及び空隙率を表１に示したように設定した。そして、実施例１と同様にして、ダストの捕捉量（ｇ）と通気抵抗（ｋＰａ）とを測定した。それらの結果を表１に示した。
【００４６】
【表１】
【００４７】
【表２】
表１に示した結果より、実施例１〜５では、プレス成形により上流層２２を厚さ０．０１〜０．０５ｍｍに形成すると共に、平均繊維径を１．５〜２．５μｍ、空隙率を７８〜９２％に設定したことから、ダストの捕捉量を目標とする７５ｇ以上にすることができ、かつその場合の通気抵抗を１．７１ｋＰａ以下に抑えることができた。また、実施例６〜９では、樹脂材料をポリプロピレン樹脂又はポリアミド樹脂に代え、その樹脂密度を０．９５又は１．１４にすると共に、プレス成形により上流層２２を厚さ０．０３〜０．０６ｍｍに形成し、平均繊維径を１．５μｍかつ空隙率を８８〜９０％に設定した。その結果、ダストの捕捉量を８５〜８９ｇにすることができ、しかもその場合の通気抵抗を０．９〜１．４ｋＰａに抑えることができた。
【００４８】
それに対し、表２に示したように、比較例１及び３では、上流層２２の空隙率が７８％未満であったため、ダストの捕捉量が不足すると共に、通気抵抗も上昇した。一方、比較例１０では、空隙率が９２％を超えたため、通気抵抗は低い結果であったが、ダストの捕捉量が不足した。比較例２、４、５、６、７、８、９及び１１では、プレス成形を行わず、厚さが０．１ｍｍを超えると共に、空隙率が９２％を超えたため、通気抵抗を低くすることはできたが、ダストの捕捉量が目標を下回った。
【００４９】
なお、前記各実施形態を次のように変更して具体化することも可能である。
・ 不織布３８を形成する樹脂材として、種類の異なるものを複数使用し、樹脂材の密度を調整することもできる。
【００５０】
・ 実施形態におけるエアフィルタ用濾材１９を、エアの流れと交差する方向に配置して使用することも可能である。
・ 上流層２２を、平板状濾材２５のみ、又は波型状濾材２４のみで構成することも可能である。
【００５１】
・ メルトブローン法により上流層２２を製造した後、加熱されたロール間を通過させることにより、上流層２２の表面における平滑性を高めるように構成することもできる。
・ 前記メルトブローン法において、樹脂繊維には粘度調整剤としてポリアクリル酸ナトリウム等、繊維接着剤としてバインダー繊維等、繊維滑り性向上剤として非イオン性界面活性剤等、分散安定剤としてカルボキシメチルセルロース等を配合することも可能である。
【００５２】
次に、前記実施形態より把握できる技術的思想について以下に記載する。
・ 前記エア中のダストを捕捉した状態における上流層の通気抵抗は、０．８〜１．８ｋＰａであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のエアフィルタ用濾材。このように構成した場合、請求項１から請求項５のいずれかに係る発明の効果に加えて、ダストを含むエアの流れを保持し、閉塞を抑制することができる。
【００５３】
・ 螺旋状に巻回されて使用されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のエアフィルタ用濾材。このように構成した場合、請求項１から請求項５のいずれかに係る発明の効果に加えて、ダストの捕捉を少ないスペースで効率良く行うことができる。
【００５４】
・ 前記プレス成形の温度は、１２０〜１５０℃であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のエアフィルタ用濾材。このように構成した場合、請求項１から請求項５のいずれかに係る発明の効果に加えて、プレス成形を一層効果的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施形態におけるフィルタ装置を構成するハニカム構造体の概略を示す部分断面図。
【図２】図１とは異なるタイプのハニカム構造体の概略を示す部分断面図。
【図３】エアフィルタ装置の概略を示す断面図。
【図４】メルトブローン法により不織布を製造するための装置を示す概略説明図。
【図５】ハニカム構造体を説明するための概略断面図。
【符号の説明】
【００５６】
１９…エアフィルタ用濾材、２２…上流層、２３…下流層、３８…不織布。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアの流れ方向に対する上流層と下流層とが一体化されて構成され、前記上流層はエア中のダストを捕捉し、下流層は上流層を支持すると共に、上流層は平均繊維径が０．５〜２．５μｍの繊維からなる不織布をプレス成形して形成され、厚さが０．００５〜０．１ｍｍ及び空隙率が７８〜９２％であることを特徴とするエアフィルタ用濾材。
【請求項２】
前記プレス成形は、温度２０〜１６０℃及び圧力１〜５ＭＰａの条件下に行われるものであることを特徴とする請求項１に記載のエアフィルタ用濾材。
【請求項３】
前記上流層の目付量は、１〜１５ｇ／ｍ２であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエアフィルタ用濾材。
【請求項４】
前記不織布を形成する樹脂材の密度は、０．９〜１．５ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のエアフィルタ用濾材。
【請求項５】
前記エアの流れ方向に平行に配置されて使用されるものであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のエアフィルタ用濾材。
【請求項１】
エアの流れ方向に対する上流層と下流層とが一体化されて構成され、前記上流層はエア中のダストを捕捉し、下流層は上流層を支持すると共に、上流層は平均繊維径が０．５〜２．５μｍの繊維からなる不織布をプレス成形して形成され、厚さが０．００５〜０．１ｍｍ及び空隙率が７８〜９２％であることを特徴とするエアフィルタ用濾材。
【請求項２】
前記プレス成形は、温度２０〜１６０℃及び圧力１〜５ＭＰａの条件下に行われるものであることを特徴とする請求項１に記載のエアフィルタ用濾材。
【請求項３】
前記上流層の目付量は、１〜１５ｇ／ｍ２であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエアフィルタ用濾材。
【請求項４】
前記不織布を形成する樹脂材の密度は、０．９〜１．５ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のエアフィルタ用濾材。
【請求項５】
前記エアの流れ方向に平行に配置されて使用されるものであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のエアフィルタ用濾材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−１５５１８３（Ｐ２００８−１５５１８３Ａ）
【公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３５０１７８（Ｐ２００６−３５０１７８）
【出願日】平成１８年１２月２６日（２００６．１２．２６）
【出願人】（０００２４１５００）トヨタ紡織株式会社 (2,945)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月２６日（２００６．１２．２６）
【出願人】（０００２４１５００）トヨタ紡織株式会社 (2,945)
【Ｆターム（参考）】
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