エレクトレット繊維構造体
【課題】
油剤を除去する加工を行うことなくエレクトレット加工を行い、集塵性能の高いエレクトレット繊維構造体を得る。
【解決手段】油剤が付着した短繊維（Ａ）と油剤が付着していないエレクトレット短繊維（Ｂ）とで構成された不織布を含むエレクトレット繊維構造体とする。
油剤を除去する加工を行うことなくエレクトレット加工を行い、集塵性能の高いエレクトレット繊維構造体を得る。
【解決手段】油剤が付着した短繊維（Ａ）と油剤が付着していないエレクトレット短繊維（Ｂ）とで構成された不織布を含むエレクトレット繊維構造体とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアフィルターに使用可能なエレクトレット繊維構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
エアフィルターの濾材として好適な捲縮のある短繊維からなる不織布を生産方法には、カードという機械で捲縮短繊維を引き揃えてウエッブを作成するカード法や、捲縮短繊維を水に分散して抄紙する抄紙法がある。
【０００３】
たとえば、カード法での不織布化をもう少し詳しく説明すると、原糸生産工程とウエッブ化工程での工程通過性付与のため、短繊維には油剤が付与され、そのため不織布においても短繊維表面に油剤が付着している状態となっている。特に、圧縮されて納入されてきた短繊維集合体を解綿機やカードと言う機械にかけて繊維を解して１本１本繊維を引き揃えたウエッブを作成する工程では、捲縮によって繊維間を絡ませてウエッブの形態保持性を保っているものの、静電気が発生すると繊維が解れず目付均一性に優れたウエッブを得ることが出来ないため、帯電防止機能を持った油剤を付着させる。また、捲縮短繊維を生産する工程に遡ると、捲縮加工は、紡糸した数十万ｄｔｅｘの長繊維の束（トウ）を、スタファーボックスに押し込んで行う。スタファーボックスでは、トウを一対の回転する金属ロールで把持し前方向が開放され、上下左右が金属板で仕切られた狭い容積空間に押し込み、トウに背圧を掛けると、トウはジグザグ（捲縮）に折れ曲がった状態で狭い空間を埋め尽くす。この状態で加熱後冷却して取り出すと捲縮が付与されたトウを取り出すことが出来、その後、短い繊維長にカットすることで短繊維を得ることができる。この時にも金属板との摩擦抵抗制御や発生した静電気によるロールへのトウ巻き付きを防ぐために油剤の付与が行われる。このように捲縮加工糸を生産する工程、ウエッブ化する工程での工程通過性付与のため油剤が使用されている。また抄紙法でも水への分散性を良くするため油剤が付着した繊維が用いられている。
【０００４】
一方、不織布には、集塵性能を高めるために、エレクトレット加工を施すことが好ましい。しかしながら、上記のようにして生産された不織布には油剤が付着している。油剤は一般的に繊維表面の電気抵抗値を下げる効果があり、かかる油剤が付着した不織布シートにコロナ放電加工を行ってエレクトレット加工を施しても、電荷が消失して高いエレクトレット性が得られない。
【０００５】
この対策として、不織布を洗浄して油剤を除去した後に、当該不織布にエレクトレット加工を行ったり、表面電気抵抗値を下げない油剤を付着させた繊維をエレクトレット加工することが特許文献１〜３に示されている。しかし油剤を除去する方法は生産コスト高であり、表面電気抵抗値を下げない油剤を付着させる方法は高いエレクトレット効果が得られない。
【特許文献１】特開２００２−３３９２５６号公報
【特許文献２】特開２００７−１４６３５７号公報
【特許文献３】特開２００６−３２８５８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、集塵性能の高いエレクトレット繊維構造体を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）油剤が付着した短繊維（Ａ）と油剤が付着していないエレクトレット短繊維（Ｂ）とで構成された不織布を含むエレクトレット繊維構造体。
（２）前記短繊維（Ａ）が熱接着性である、前記（１）に記載のエレクトレット繊維構造体。
（３）前記不織布が少なくとも２層積層されてなり、該少なくとも２層の不織布は、互いに、前記短繊維（Ａ）と前記エレクトレット短繊維（Ｂ）の配合比率が異なる、前記（１）または（２）に記載のエレクトレット繊維構造体。
（４）前記（１）〜（３）のいずれかに記載のエレクトレット繊維構造体を備えてなるエアフィルター。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、油剤が付着した短繊維（Ａ）と油剤が付着していないエレクトレット短繊維（Ｂ）とで構成された不織布のため、エレクトレット加工に際し油剤を除去するなどの特別な前処理を行うことなく十分なエレクトレット加工を行うことが可能なため、低コストで高性能なエレクトレット繊維構造体を得る事が出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明のエレクトレット繊維構造体は、主に、油剤が付着した、例えば熱接着性の短繊維（以後短繊維（Ａ）と称する）と、油剤が付着していないエレクトレット短繊維（以後短繊維（Ｂ）と称する）とで構成された不織布を含むものである。尚、本発明において、短繊維とは繊維長が５〜６０ｍｍのもので、カード法やエアレード、湿式法でウエッブ製造が可能な短い繊維を言う。
【００１０】
エレクトレット繊維構造体の構造は、短繊維（Ａ）と短繊維（Ｂ）とがランダムに混合された不織布を１層だけ備えたもの（１層型）と、短繊維（Ａ）と短繊維（Ｂ）とがランダムに混合された不織布を少なくとも２層重ねた積層型がある。積層型においては、各不織布における短繊維（Ａ）と短繊維（Ｂ）の配合比率が同じでもよいが、各配合比率や繊維の太さが異なると捕集効率やダスト保持特性を各層で変更できるため捕集効率が高くても長寿命な濾材とすることが出来るので好適である。
【００１１】
そして、１層型、積層型いずれの場合も、短繊維（Ａ）と短繊維（Ｂ）の出発物質として後述の繊維を混在させたウエッブを加熱下で押し潰すなどして繊維間接着を行い所定厚みに仕上げた後、エレクトレット加工を行うことで、少なくとも油剤が付着していない繊維がエレクトレット化され（短繊維（Ｂ））、ダスト保持特性に優れたエレクトレット繊維構造体とすることができる。このとき、繊維間接着を行うことで、プリーツ加工に適した剛性（例えば２５０ｍｇ以上）を持ったエレクトレット繊維構造体にすることができる。
【００１２】
次に各不織布の短繊維（Ａ）と短繊維（Ｂ）の出発物質として使用される繊維について説明する。
【００１３】
油剤が付着している短繊維（Ａ）は、ウエッブ作製時に油剤が付着していない短繊維（Ｂ）やウエッブ製造機械との摩擦で発生した静電気を除去するためのものである。このとき、短繊維（Ａ）に熱接着性の短繊維を用いる場合、エレクトレット繊維構造体にプリーツ加工が可能な剛性を容易に付与することができる。そのため、短繊維（Ａ）としては、例えば、繊度が６ｄｔｅｘ以上の太く剛性の有る繊維が適し、素材はポリオレフィン系やポリエステル系のもので特に芯鞘構造の繊維等が好ましい。
【００１４】
繊維自体の剛性を付与することでエレクトレット繊維構造体の剛性を高めるには、硬いポリエステル系繊維が特に好適である。短繊維（Ａ）がポリエステル系繊維であれば、短繊維（Ｂ）がポリプロピレン系繊維であっても短繊維（Ａ）の繊維間結合で剛性を付与する事が可能であり、また短繊維（Ｂ）が短繊維（Ａ）に絡まったルーズ状態で存在することになるため、ダスト保持量が高くなり好ましい。しかしながら、短繊維（Ａ）と短繊維（Ｂ）の素材が、例えばポリエステルとポリプロピレンの様に異なる素材の場合には熱接着性が得られ難くいため、エレクトレット繊維構造体として剛性が高くなりにくい。そのため、短繊維（Ａ）は、短繊維（Ｂ）と同じ素材にすることが好ましく、たとえばポリオレフィン繊維にすることが好ましい。かかる構成により、熱接着度が向上して繊維間が拘束されるため、剛性が高いエレクトレット繊維構造体が得られるので良い。また、こうした場合には繊維全てがエレクトレット加工が可能なため、高捕集性のエレクトレット繊維構造体を得ることができる。
【００１５】
また、短繊維（Ａ）として熱接着性短繊維を用いる場合、繊維の長さ方向に融点の異なる素材を接合したサイドバイサイドの繊維は、素材間に熱収縮率差異が有ると加熱した時に収縮差により捲縮が発現して幅収縮が大きく発生するため好ましくない。一方、同芯円状に融点の異なる繊維素材が配された芯鞘構造の繊維は、収縮差があっても捲縮を発現しないため幅収縮が少なく、且つ繊維表面の全面を低融点の接着成分で構成し接着による拘束点を増やすことができるため、剛性を高められるのでより好ましい。
【００１６】
短繊維（Ａ）の繊度は、６ｄｔｅｘ以上３０ｄｔｅｘ以下が好ましい。より好ましくは１０ｄｔｅｘ以上、さらに好ましくは１２ｄｔｅｘ以上２０ｄｔｅｘである。中でも、油剤が付与された短繊維（Ａ）として１２ｄｔｅｘ以上２０ｄｔｅｘの太い熱接着性繊維をエレクトレット繊維構造体質量の４０％以上、好ましくは６０％以上用い、油剤が付与されていない短繊維（Ｂ）とともに不織布を構成し、かかる熱接着性繊維を溶融、接着させることで繊維間を接着し、エレクトレット繊維構造体の繊維密度を０．０８〜０．２５ｃｍ３／ｃｃとすると、プリーツ加工に適切な剛性が得られ、また空隙率も高く保持できるため、特に長寿命なエレクトレット繊維構造体を得ることができる。
【００１７】
一方、油剤が付着していない短繊維（Ｂ）の出発繊維としては、ポリプロピレン、エチレンとプロピレンのランダム共重合ポリマー、エチレンとプロピレン、ブテンのランダム共重合ポリマーなどからなる繊維、フッ素系繊維、ポリエステル繊維、ポリ乳酸繊維、ポリアクリル繊維等を用いることができる。中でも、特にエレクトレット性に優れたオレフィン系繊維が良く、中でもポリプロピレン、エチレンとプロピレンのランダム共重合ポリマー、エチレンとプロピレン、ブテンのランダム共重合ポリマーからなる繊維であることが好ましい。また短繊維（Ｂ）が熱接着性繊維の繊維であっても良い。
【００１８】
短繊維（Ｂ）の繊度は、０．１〜７ｄｔｅｘの比較的細い繊維が大きい繊維表面積を有するためエレクトレット電荷量が多くなり、高い微細塵捕集性能が得られるので好ましい。ただ細くなり過ぎると大きなダストによる目詰まりもエレクトレット繊維構造体表面で進行するため寿命低下が避けられない。このため好適には０．５〜５ｄｔｅｘ、最適には０．７〜４ｄｔｅｘの繊維である。
【００１９】
短繊維（Ａ）、（Ｂ）は、共に繊維間を絡ませてウエッブの形態を保持するために、捲縮していることが好ましい。油剤が付着した短繊維（Ａ）は、上述したような従来の方法により捲縮繊維とすればよいが、油剤の付着していない短繊維（Ｂ）を捲縮繊維とするにあたっては、ダンボールにコルゲート加工を行うコルゲーターを用いればよい。すなわち、油剤の付着していないマルチフィラメントを準備し、平面状に広げた状態を作り、一対の加熱されたギヤ間にトウを噛み込ませる。ギヤのギザギザ形状の溝に押し込まれたトウは、冷却されてギザギザ状に賦形化した捲縮を有する。このトウを取り出し冷却した後、カットして捲縮加工された短繊維を得る。この様な機械はダンボールを山谷折りするコルゲーターとして実用化されており、捲縮数はギヤの高さで制御することができる。ギヤへの付着を防止するためギヤ表面をフッ素加工し剥離性を高めておくことが良い。
【００２０】
また、油剤の付着していない短繊維（Ｂ）を捲縮繊維とするもう一つの方法としては、次のようは方法を挙げることができる。すなわち、加熱乱流スチーム中に油剤の付着していないマルチフィラメントをオーバーフィード状態で供給すると、マルチフィラメントは乱流域で絡まった状態となるので、この状態で引き出し冷却することで絡まりを捲縮とすることができる。この加工の一般的製法名はタスラン加工としてカーペット用繊維の捲縮加工方法として油剤の付着した繊維で工業的に行われているものである。
【００２１】
なお、２つ製造方法のうちコルゲーターを用いる方法の方がタスラン加工より捲縮度が高くなるため、ウエッブ化工程での落綿率が少なく好ましい。
【００２２】
次に、短繊維（Ａ）と短繊維（Ｂ）を混合したウエッブの作成方法について説明する。
【００２３】
短繊維（Ａ）、（Ｂ）となる上記繊維は、たとえば圧縮された短繊維集合体の状態で解綿機やカードに導入し、繊維を解し、１本１本繊維を引き揃えてウエッブに形成する。このとき、短繊維（Ａ）となる繊維には油剤が付与されているが、短繊維（Ｂ）となる繊維には、エレクトレット化を効率的に行うため、油剤が付与されていない。そのため、油剤が付着した２種類の繊維を開綿機へ供給する際に行っていたように、２種類の繊維を２層に大まかに重ねて開綿機に送り込むと、短繊維（Ｂ）になる繊維が開綿された時に大きな静電気を発生し凝集するため開綿をスムーズに行う事ができない。
【００２４】
そこで本発明では例えば次の３つの方法で工程通過性を改善する。
【００２５】
第一の方法は、短繊維（Ａ）となる繊維の原綿（以下、原綿Ａという）と短繊維（Ｂ）となる繊維の原綿（以下、原綿Ｂという）のベールを解き、それぞれの原綿を軽量して、計量台上に少量づつ原綿Ａ／原綿Ｂ／原綿Ａ／原綿Ｂ／原綿Ａ／原綿Ｂのように層状に小分けして重ねた状態で開綿機に供給する。すなわち（１）原綿Ａ／原綿Ｂ／原綿Ａ、（２）原綿Ａ／原綿Ｂ／原綿Ａ／原綿Ｂ、（３）原綿Ａ／原綿Ｂ／原綿Ａ／原綿Ｂ／原綿Ａ／原綿Ｂの態様のように少量に小分け化して、原綿Ｂを原綿Ａで挟む形で積層し開綿機に供給する。こうすることで、静電気を発生しやすい原綿Ｂは静電気を発生させない原綿Ａで包まれて混合した状態で開綿されるため、繊維を解す時に摩擦で発生する静電気が、油剤が付着している原綿Ａに移り除去され、電位上昇を抑制しながら開綿することができる。
【００２６】
第２の方法は、短繊維（Ａ）、短繊維（Ｂ）の配合比率をエレクトレット繊維構造体の質量に対し短繊維（Ｂ）の配合率を６０％以下、好ましくは５５％以下、最適には５０％以下にして静電気の発生を抑制する方法である。
【００２７】
さらに行う第３の方法は、開綿した綿をカードに供給する直前の綿貯蔵ＢＯＸ内上部から水を霧吹きして繊維表面の水分付着率を０．２〜０．７重量％にコントロールして静電気電位の上昇を防止する方法である。
【００２８】
このようにすることで短繊維（Ａ）、短繊維（Ｂ）が均一に混繊したウエッブを作成することが出来る。なお短繊維（Ａ）と短繊維（Ｂ）は、２種類に限定される物ではない。短繊維（Ａ）に繊度や素材の異なる複数の繊維を用いたり、短繊維（Ｂ）についても同様に複数の繊維が有っても良い。
【００２９】
また、上記繊維はカードを用いてウエッブ化する以外に、エアレード方式でウエッブ化することもできる。
【００３０】
得られたウエッブは、その後、熱カレンダーや熱エンボスで加熱加圧して、繊維間接着を行う。また加熱エアーをウエッブ内に通過させて熱接着性繊維表面のみ溶かして接着を行うこともできる。
【００３１】
繊維間接着されたウエッブには、その後エレクトレット加工が施される。エレクトレット加工により、少なくとも油剤が付着していない繊維がエレクトレット化され（短繊維（Ｂ））、ダスト保持特性に優れたエレクトレット繊維構造体とすることができる。エレクトレット加工は、例えば特開昭６１−２３１２７０号公報に見られるコロナ放電方法を用いて行えばよい。また、エレクトレット加工は、繊維間接着を行っていないウエッブに施してもよい。
【００３２】
このように、本発明においては、短繊維（Ａ）となる繊維には油剤が付与されているものを用い、短繊維（Ｂ）となる繊維には油剤が付与されていない繊維を用いることで、静電気を除去しながらウエッブを生産するとともに、当該ウエッブにエレクトレット加工を施すことで高いエレクトレット性を発現することができる。そして、上述したように、短繊維（Ｂ）の配合比率をエレクトレット繊維構造体の質量に対し６０％以下にする場合や、開綿した綿をカードに供給する直前の綿貯蔵ＢＯＸ内上部から水を霧吹きして繊維表面の水分付着率を０．２〜０．７重量％にコントロールする場合には、より確実に静電気の発生を抑制することができる。
【００３３】
なお、本発明のエレクトレット繊維構造体には、１，１，３，３，５，５−ヘキサ（アリールオキシ）シクロホスファゼンなどの環状ホスファゼン系難燃剤やヒンダードアミン難燃材を繊維に混合した難燃繊維が含まれていてもよい。かかる難燃剤の含有量としては、繊維構造体質量の０．５〜５％であることが好ましい。また難燃剤は上記短繊維（Ａ）、（Ｂ）に含まれていても良い。
【００３４】
さらに、本発明のエレクトレット繊維構造体には、抗菌、抗ウイルス、抗アレルゲン、消臭、脱臭、芳香、難燃などの性能を付与することが可能な機能薬剤や機能繊維が混合されていても良い。また別の短繊維（Ａ）、（Ｂ）以外で構成される別の不織布が積層されていても良い。
【実施例】
【００３５】
以下、実施例を用いて本発明をより具体的に説明する。なお、本実施例における濾材の各特性の評価方法を下記する。
【００３６】
＜厚み＞
テクロック（株）製ＳＭ１１４を用いて測定頻度１００ｃｍ２当たり３箇所、合計２１箇所の厚みを求めその算術平均値を利用する。
【００３７】
＜目付＞
２４℃６０％ＲＨの室温に８時間以上放置して、評価試料の質量を求め、その面積から１ｍ２当たりの質量に直して、それぞれの評価試料の目付として求める。サンプルング最小面積は０．０１ｍ２以上とする。また評価Ｎ数は７枚とし、算術平均値で求める。
【００３８】
＜エレクトレット繊維構造体の大気塵の捕集効率＞
ＪＩＳ Ｂ９９０８（２００１）形式３試験法に準じた試験機に評価試料をセットし、測定風速４．５ｍ／ｍｉｎで求める。評価Ｎ数は２枚以上とし、算術平均値を利用する。
捕集効率（％）＝（ＣＯ／ＣＩ）×１００
ＣＯ＝評価試料が捕集した大気塵０．３〜０．５μｍの粒子数
ＣＩ＝評価試料に供給された大気塵０．３〜０．５μｍの粒子数
＜圧損＞
ＪＩＳ Ｂ９９０８（２００１）形式３試験法に準じた試験機に評価試料をセットして、評価試料を通過する風速を４．５ｍ／ｍｉｎとして求める。評価Ｎ数は２枚以上とし、算術平均値を利用する。
【００３９】
＜繊維見掛け密度＞
評価試料の厚みと目付から、繊維見掛け密度を下記式で求める。
繊維見掛け密度（ｇ／ｃｃ）＝目付（ｇ／ｍ２）／厚み（ｃｍ）×１００００
＜難燃性＞
ＦＭＶＳＳ３０２法に準じて求める。なお、評価枚数は５枚とし、それらの算術平均値を求める。
【００４０】
＜剛軟度＞
ＪＩＳ−Ｌ−１０９６、ガーレー法に準じて求める。なお、エレクトレット繊維構造体の縦方向と横方向それぞれについて、５枚採取し、算術平均値を求める。
【００４１】
＜フィルターユニットの粉塵保持容量＞
ＪＩＳ−Ｂ−９９０８（１９９１）形式２に記載されている方法で求める。評価Ｎ数は１とする。
【００４２】
＜フィルターユニットの粒子捕集率＞
ＪＩＳ−Ｂ−９９０８（１９９１）形式２に記載されている方法で求める。評価Ｎ数は１とする。
【００４３】
＜フィルターユニットのＮａＣｌ０．０３μｍ粒子の捕集効率＞
ＪＩＳ Ｂ９９０８（２００１）形式３試験法に準じた試験機に評価試料をセットし、評価フィルターの風上側風洞に、アトマイザーを利用して発生させたＮａＣｌ０．０３μｍ粒子（アメニシウム２４１を用いて粒子帯電を除電）を導入し、パーティクルカウンター（日本カノマックス（株）、ＣＮＣ）を用いて評価フィルター前後の粒子数を求める。
捕集効率（％）＝（ＣＯ／ＣＩ）×１００
ＣＯ＝評価試料が捕集したＮａＣｌ０．０３μｍの粒子数
ＣＩ＝評価試料に供給されたＮａＣｌ０．０３μｍの粒子数
なお、フィルターユニットのサイズは、幅２２０×長さ２００×厚み３０ｍｍとし、このフィルターユニットの中にエレクトレット繊維構造体を０．３ｍ２／個収納し、測定風量は５．２ｍ３／分、評価Ｎ数は２枚以上とし算術平均値を利用する。
【００４４】
（実施例１）
油剤の付着していない短繊維（Ｂ）と油剤の付着した短繊維（Ａ）の組み合わせでウエッブを作成し、エレクトレット繊維構造体を作成出来るか次の方法で試験を行った。
【００４５】
短繊維（Ｂ）として、ダンボールコルゲーター（ギヤ高さ２ｍｍ、ピッチ３ｍｍ、加熱温度１１０℃、表面フッソ加工）に油剤の付いてないポリプロピレンマルチフィラメント（繊度２ｄｔｅｘ、２８０フィラメント）を多糸状に並べて供給して捲縮加工を行った後、長さ２４ｍｍにカットした繊維（Ｂ―１繊維）と、ダンボールコルゲーター（ギヤ高さ３ｍｍ、ピッチ５ｍｍ、加熱温度１１０℃、表面フッソ加工）に油剤の付いてない芯鞘繊維マルチフィラメント（繊度６ｄｔｅｘ、１５０フィラメント、鞘成分：エチレンとプロピレン、ブテンのランダム共重合ポリマー、融点１３０℃、芯成分：ポリプロピレン）を多糸状に並べて供給して捲縮加工を行った後、長さ３８ｍｍにカットした繊維（Ｂ―２繊維）を用意した。
【００４６】
また、短繊維（Ａ）として、ポリエステル熱接着性捲縮短繊維（繊度１６ｄｔｅｘ、繊維長５１ｍｍ、鞘成分：ポリエチレンテレフタレートーイソフタレート、融点１１０℃、芯成分：ポリエステル、融点２６５℃、油剤：リン酸エステルカリウム塩０．３％付着）を用意した（Ａ―１繊維）。
【００４７】
これらの繊維を２ｍ×１ｍ長さの軽量台上にＡ−１、Ｂ−１、Ａ−１、Ｂ−２、Ａ−１の順で２０ｋｇずつ計１００ｋｇ積層し、これを開綿機に供給した。またカード機直前の開綿綿集積ボックス上部から繊維重量当たり０．５％重量の水を霧吹きして繊維に付着させカード機に通した。出てきたウエッブにはコロナ放電式の除電気を作用させ静電気の除去を行い目付均一性に優れたウエッブを採取した。
【００４８】
このウエッブに熱風を通し、熱接着を行い、次いで熱カレンダーに通して厚み０．５ｍｍ、繊維見掛け密度０．２ｇ／ｃｃ、目付１００ｇ／ｍ２の繊維構造体を得た。これに＋３０ｋｖでエレクトレット加工を行い、剛軟度３５０ｍｇのエレクトレット繊維構造体を得た。
【００４９】
エレクトレット繊維構造体の圧損は４Ｐａ、捕集効率５０％であった。実質的にエレクトレット化されない比較例１（後述）の繊維構造体に比べ、圧損は同等であるにもかかわらず、捕集効率を格段に高めることができた。
【００５０】
この結果から、短繊維（Ｂ）小分けして短繊維（Ａ）で包んで開綿機を通過させ、また湿気を付与した状態でカードに掛けることで油剤を保持していない短繊維を含むウエッブの作成が可能なことを確認できた。さらに繊維構造体をエレクトレット化することで油剤を保持していない短繊維（Ｂ）がエレクトレット化され捕集効率の高いエレクトレット繊維構造体が得られることが確認できた。
【００５１】
（実施例２）
油剤を保持しない短繊維（Ｂ）が難燃性繊維であった場合にもエレクトレット繊維構造体が得られるかを確認するため、実施例１で用いた短繊維Ｂ−１ならびにＢ−２の芯部分と鞘部分に環状ホスファゼン化合物を２％混合したマルチフィラメントを添加した繊維を、実施例１と同様の方法で得て、Ｂ−３、Ｂ−４の繊維とした。
【００５２】
また、短繊維（Ａ）として、実施例１と同じＡ−１繊維を用意した。
【００５３】
これらの繊維を２ｍ×１ｍ長さの軽量台上にＡ−１、Ｂ−３、Ａ−１、Ｂ−４、Ａ−１の順で２０ｋｇずつ計１００ｋｇ積層し、これを開綿機に供給した。またカード機直前の開綿綿集積ボックス上部から繊維重量当たり０．５％重量の水を霧吹きして繊維に付着させカード機に通した。出てきたウエッブには除電気を作用させ静電気の除去を行い目付均一性に優れたウエッブを採取した。
【００５４】
このウエッブに熱風を通し、熱接着を行い、次いで熱カレンダーに通して厚み０．５ｍｍ、繊維見掛け密度０．２ｇ／ｃｃ、目付１００ｇ／ｍ２の繊維構造体を得た。これに＋３０ｋｖでコロナ放電加工を行い繊維Ｂ−３とＢ−４をエレクトレット加工し、剛軟度３５０ｍｇのエレクトレット繊維構造体を得た。このエレクトレット繊維構造体の難燃性を求めたところＦＭＶＳＳ３０２を満足する難燃性が確認できた。
【００５５】
このエレクトレット繊維構造体の圧損は４Ｐａ、捕集効率５０％であった。実質的にエレクトレット化されない比較例１（後述）の繊維構造体に比べ、捕集効率が高く、難燃性を満足するエレクトレット繊維構造体であることが確認できた。この結果から、油剤を保持しない短繊維（Ｂ）として難燃性の繊維を用いてもウエッブを作成することができ、難燃性のエレクトレット繊維構造体が得られる事が確認できた。
【００５６】
次にこのエレクトレット繊維構造体のフィルターユニット特性を試験するため、このエレクトレット繊維構造体を０．３ｍ２／個収納したフィルターユニット（サイズ２２０×２００×３０ｍｍ、定格風量５．２ｍ３／分、）を作成し、ＪＩＳ−Ｚ−８９０１（１９７４）記載の１５種ダストを負荷して、初期圧損からプラス１５０Ｐａ時点での粉塵保持容量を求めたところ４０ｇ／個、粒子捕集率が９５％の高性能フィルターユニットを作成できる濾材であることが確認できた。
【００５７】
（実施例３）
更に高捕集性のフィルターユニットを作成出来るか試験するため、実施例２で得られたエレクトレット繊維構造体にエレクトレット化メルトブロー不織布（繊維径４μｍ、目付２２ｇ／ｍ２、捕集効率５０％）を積層した積層エレクトレット繊維構造体を作成し、実施例２同様のフィルターユニットを作成し、エレクトレット繊維構造体側を上流側としてダスト負荷試験をおこなった。その結果、粉塵保持容量が３５ｇ／個、粒子捕集率が９９．５％の、高捕集高ダスト保持量のフィルターユニットであり、自動車キャビン用に好適なフィルターユニット並びに濾材であることが確認できた。
【００５８】
さらにディーゼル排ガス中の微細塵までを捕集できる能力が有るかを確認するため、粒子径０．０３μｍのＮａｃｌ粒子に対するフィルターユニットの捕集効率を測定したところ７５％で、ディーゼル排ガスのような０．３μｍ以下の微細塵捕集濾材としても優れた性能を有していることが確認できた。
【００５９】
（実施例４）
油剤が付着した短繊維（Ａ）にも、エレクトレット加工が可能なポリオレフィン系熱融着性繊維を用いることで、エレクトレット繊維構造体の構成繊維全てをエレクトレット繊維にすることが出来るかを確認するため、短繊維（Ａ）として、油剤：分子量６００のポリエチレングリコールとオレイン酸とのモノエステル０．３％が付着したオレフィン系熱接着性繊維（繊度１８ｄｔｅｘ、繊維長３２ｍｍ、鞘成分：ソフトＰＰ、融点１３０℃、芯成分：ポリプロピレン、融点１６４℃を用意した（Ａ−２）。なお、この油剤を付着させた繊維は、表面電気抵抗が余り下がらないため、エレクトレット加工した場合、エレクトレット化が油剤の全く付着していない繊維の約半分程度進行する効果を有する。例えば捕集効率で表現すれば、目付１００ｇ／ｍ２で作成した不織布において、未エレクトレットの場合３％、油剤が全く付着していない場合６０％、当該油剤が付着している場合４２％程度の捕集効率となり、そこそこエレクトレット効果が得られることである。
【００６０】
また、短繊維（Ｂ）としては、実施例１で用いたＢ−１繊維とＢ−２繊維を用意した。
【００６１】
これらの繊維を用い、配合比率（質量比）がＡ−２：Ｂ−１：Ｂ−２＝６０：２０：２０となる目付１００ｇ／ｍ２、厚み０．４５ｍｍ、繊維見掛け密度０．２２ｇ／ｃｃのエレクトレット繊維構造体を実施例１記載のウエッブ作成方法で得た。
【００６２】
短繊維（Ａ）は、ややエレクトレット加工が出来る油剤が付着しているため、またＢ−１とＢ−２繊維には油剤が付着していないため全部の繊維がエレクトレット加工された結果、捕集効率が８０％と高く、圧損５Ｐａ、剛軟度が３００ｍｇのエレクトレット繊維構造体を得ることができた。
【００６３】
このエレクトレット繊維構造体を用いて実施例２と同様にしてフィルターユニットを作成し、同じ条件で粉塵保持容量を求めたところ５０ｇ／個、粒子捕集率が９８％の高性能フィルターユニットであることが確認できた。
【００６４】
この結果から、短繊維（Ａ）としてエレクトレット加工が可能な油剤が付着したオレフィン系熱融着性短繊維を用いることで繊維全部がエレクトレット化された高性能エレクトレット繊維構造体が得られ、長寿命で捕集効率の高いフィルターユニットを作成できる濾材であることが確認できた。
【００６５】
（実施例５）
短繊維（Ａ）と短繊維（Ｂ）の配合比率が互いに異なる２層を積層することで長寿命化と捕集性能向上が可能かを確認するための試験を実施した。すなわち、配合比率を変えた以外は実施例１と同様にして下記２種の不織布を得て、積層し、厚み０．５５ｍｍ、繊維見掛け密度０．１８ｇ／ｃｃ、目付１００ｇ／ｍ２のエレクトレット繊維構造体を得た。
【００６６】
上流側の不織布：配合率（質量比）Ａ−１：Ｂ−３：Ｂ−４＝６０：２０：２０、目付６０ｇ／ｍ２
下流側の不織布：配合率（質量比）Ａ−１：Ｂ−３：Ｂ−４＝４０：３０：３０、目付４０ｇ／ｍ２
このエレクトレット繊維構造体を用い実施例２と同様にしてフィルターユニットを作成し、同じ条件で粉塵保持容量を求めたところ４１ｇ／個、粒子捕集率が９９％の高性能フィルターユニットであることが確認できた。実施例３より粒子捕集率が低いものの粉塵保持容量が高く、短繊維だけの構成でも高性能フィルターユニットが作成できる事が確認できた。
【００６７】
（比較例１）
繊維に付着した油剤がエレクトレット加工に及ぼす影響を試験するため、次の試験を実施した。
【００６８】
ダンボールコルゲーター（ギヤ高さ２ｍｍ、ピッチ３ｍｍ、加熱温度１１０℃、表面フッソ加工）に油剤（リン酸エステルカリウム塩０．３％付着）を付着させたポリプロピレンマルチフィラメント（繊度２ｄｔｅｘ、２８０フィラメント）を多糸状に並べて供給して捲縮加工を行った後、長さ２４ｍｍにカットした。この繊維をＣ―１繊維と称する。
【００６９】
ダンボールコルゲーター（ギヤ高さ３ｍｍ、ピッチ５ｍｍ、加熱温度１１０℃、表面フッソ加工）に油剤（リン酸エステルカリウム塩０．３％付着）を付けた芯鞘繊維マルチフィラメント（繊度６ｄｔｅｘ、１５０フィラメント、鞘成分：エチレンとプロピレン、ブテンのランダム共重合ポリマー、融点１３０℃、芯成分：ポリプロピレン）を多糸状に並べて供給して捲縮加工を行った後、長さ３８ｍｍにカットした。この繊維をＣ−２繊維と称する。
【００７０】
また、実施例１のＡ−１繊維を用意した。
【００７１】
そして、これらの繊維の配合率をＡ−１：Ｃ−１：Ｃ−２＝６０：２０：２０としたウエッブを、従来行われている方法で作成した。すなわち、各繊維を少量ずつに小分けせず、Ａ−１の短繊維の上にＣ−１短繊維を乗せ、更にＣ−２短繊維を乗せた状態で開綿機、カード機の順番で湿気を与える操作も行わないでウエッブを作成したが、全ての繊維に油剤が付着しているため全く問題なくウエッブ作成ができた。
【００７２】
このウエッブに熱風を通し、熱接着を行い、次いで熱カレンダーに通して厚み０．５ｍｍ、繊維見掛け密度０．２ｇ／ｃｃ、目付１００ｇ／ｍ２の繊維構造体を得た。これに＋３０ｋｖでコロナ放電加工を行ってエレクトレット加工を行った。その結果、得られたエレクトレット繊維構造体は、圧損が４Ｐａ、捕集効率が３％であった。明らかに付着した油剤の影響でエレクトレット化が進まないことが確認できた。
【００７３】
（比較例２）
油剤が付着していない繊維でウエッブ作成が出来るか試験するため、実施例１で用いた繊維Ｂ−１とＢ−２を質量比１：１に配合した原綿を開綿機／カード機に通しウエッブを作成しようとしたが、開綿機で静電気が発生したため十分に開綿できず、またカードではネップの発生と巻き付きが発生しウエッブの作成が困難であった。油剤が付着していない繊維だけでのウエッブ作成は困難であることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明のエレクトレット繊維構造体は、エアフィルター用濾材およびフィルターユニットに好適に使用できる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアフィルターに使用可能なエレクトレット繊維構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
エアフィルターの濾材として好適な捲縮のある短繊維からなる不織布を生産方法には、カードという機械で捲縮短繊維を引き揃えてウエッブを作成するカード法や、捲縮短繊維を水に分散して抄紙する抄紙法がある。
【０００３】
たとえば、カード法での不織布化をもう少し詳しく説明すると、原糸生産工程とウエッブ化工程での工程通過性付与のため、短繊維には油剤が付与され、そのため不織布においても短繊維表面に油剤が付着している状態となっている。特に、圧縮されて納入されてきた短繊維集合体を解綿機やカードと言う機械にかけて繊維を解して１本１本繊維を引き揃えたウエッブを作成する工程では、捲縮によって繊維間を絡ませてウエッブの形態保持性を保っているものの、静電気が発生すると繊維が解れず目付均一性に優れたウエッブを得ることが出来ないため、帯電防止機能を持った油剤を付着させる。また、捲縮短繊維を生産する工程に遡ると、捲縮加工は、紡糸した数十万ｄｔｅｘの長繊維の束（トウ）を、スタファーボックスに押し込んで行う。スタファーボックスでは、トウを一対の回転する金属ロールで把持し前方向が開放され、上下左右が金属板で仕切られた狭い容積空間に押し込み、トウに背圧を掛けると、トウはジグザグ（捲縮）に折れ曲がった状態で狭い空間を埋め尽くす。この状態で加熱後冷却して取り出すと捲縮が付与されたトウを取り出すことが出来、その後、短い繊維長にカットすることで短繊維を得ることができる。この時にも金属板との摩擦抵抗制御や発生した静電気によるロールへのトウ巻き付きを防ぐために油剤の付与が行われる。このように捲縮加工糸を生産する工程、ウエッブ化する工程での工程通過性付与のため油剤が使用されている。また抄紙法でも水への分散性を良くするため油剤が付着した繊維が用いられている。
【０００４】
一方、不織布には、集塵性能を高めるために、エレクトレット加工を施すことが好ましい。しかしながら、上記のようにして生産された不織布には油剤が付着している。油剤は一般的に繊維表面の電気抵抗値を下げる効果があり、かかる油剤が付着した不織布シートにコロナ放電加工を行ってエレクトレット加工を施しても、電荷が消失して高いエレクトレット性が得られない。
【０００５】
この対策として、不織布を洗浄して油剤を除去した後に、当該不織布にエレクトレット加工を行ったり、表面電気抵抗値を下げない油剤を付着させた繊維をエレクトレット加工することが特許文献１〜３に示されている。しかし油剤を除去する方法は生産コスト高であり、表面電気抵抗値を下げない油剤を付着させる方法は高いエレクトレット効果が得られない。
【特許文献１】特開２００２−３３９２５６号公報
【特許文献２】特開２００７−１４６３５７号公報
【特許文献３】特開２００６−３２８５８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、集塵性能の高いエレクトレット繊維構造体を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）油剤が付着した短繊維（Ａ）と油剤が付着していないエレクトレット短繊維（Ｂ）とで構成された不織布を含むエレクトレット繊維構造体。
（２）前記短繊維（Ａ）が熱接着性である、前記（１）に記載のエレクトレット繊維構造体。
（３）前記不織布が少なくとも２層積層されてなり、該少なくとも２層の不織布は、互いに、前記短繊維（Ａ）と前記エレクトレット短繊維（Ｂ）の配合比率が異なる、前記（１）または（２）に記載のエレクトレット繊維構造体。
（４）前記（１）〜（３）のいずれかに記載のエレクトレット繊維構造体を備えてなるエアフィルター。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、油剤が付着した短繊維（Ａ）と油剤が付着していないエレクトレット短繊維（Ｂ）とで構成された不織布のため、エレクトレット加工に際し油剤を除去するなどの特別な前処理を行うことなく十分なエレクトレット加工を行うことが可能なため、低コストで高性能なエレクトレット繊維構造体を得る事が出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明のエレクトレット繊維構造体は、主に、油剤が付着した、例えば熱接着性の短繊維（以後短繊維（Ａ）と称する）と、油剤が付着していないエレクトレット短繊維（以後短繊維（Ｂ）と称する）とで構成された不織布を含むものである。尚、本発明において、短繊維とは繊維長が５〜６０ｍｍのもので、カード法やエアレード、湿式法でウエッブ製造が可能な短い繊維を言う。
【００１０】
エレクトレット繊維構造体の構造は、短繊維（Ａ）と短繊維（Ｂ）とがランダムに混合された不織布を１層だけ備えたもの（１層型）と、短繊維（Ａ）と短繊維（Ｂ）とがランダムに混合された不織布を少なくとも２層重ねた積層型がある。積層型においては、各不織布における短繊維（Ａ）と短繊維（Ｂ）の配合比率が同じでもよいが、各配合比率や繊維の太さが異なると捕集効率やダスト保持特性を各層で変更できるため捕集効率が高くても長寿命な濾材とすることが出来るので好適である。
【００１１】
そして、１層型、積層型いずれの場合も、短繊維（Ａ）と短繊維（Ｂ）の出発物質として後述の繊維を混在させたウエッブを加熱下で押し潰すなどして繊維間接着を行い所定厚みに仕上げた後、エレクトレット加工を行うことで、少なくとも油剤が付着していない繊維がエレクトレット化され（短繊維（Ｂ））、ダスト保持特性に優れたエレクトレット繊維構造体とすることができる。このとき、繊維間接着を行うことで、プリーツ加工に適した剛性（例えば２５０ｍｇ以上）を持ったエレクトレット繊維構造体にすることができる。
【００１２】
次に各不織布の短繊維（Ａ）と短繊維（Ｂ）の出発物質として使用される繊維について説明する。
【００１３】
油剤が付着している短繊維（Ａ）は、ウエッブ作製時に油剤が付着していない短繊維（Ｂ）やウエッブ製造機械との摩擦で発生した静電気を除去するためのものである。このとき、短繊維（Ａ）に熱接着性の短繊維を用いる場合、エレクトレット繊維構造体にプリーツ加工が可能な剛性を容易に付与することができる。そのため、短繊維（Ａ）としては、例えば、繊度が６ｄｔｅｘ以上の太く剛性の有る繊維が適し、素材はポリオレフィン系やポリエステル系のもので特に芯鞘構造の繊維等が好ましい。
【００１４】
繊維自体の剛性を付与することでエレクトレット繊維構造体の剛性を高めるには、硬いポリエステル系繊維が特に好適である。短繊維（Ａ）がポリエステル系繊維であれば、短繊維（Ｂ）がポリプロピレン系繊維であっても短繊維（Ａ）の繊維間結合で剛性を付与する事が可能であり、また短繊維（Ｂ）が短繊維（Ａ）に絡まったルーズ状態で存在することになるため、ダスト保持量が高くなり好ましい。しかしながら、短繊維（Ａ）と短繊維（Ｂ）の素材が、例えばポリエステルとポリプロピレンの様に異なる素材の場合には熱接着性が得られ難くいため、エレクトレット繊維構造体として剛性が高くなりにくい。そのため、短繊維（Ａ）は、短繊維（Ｂ）と同じ素材にすることが好ましく、たとえばポリオレフィン繊維にすることが好ましい。かかる構成により、熱接着度が向上して繊維間が拘束されるため、剛性が高いエレクトレット繊維構造体が得られるので良い。また、こうした場合には繊維全てがエレクトレット加工が可能なため、高捕集性のエレクトレット繊維構造体を得ることができる。
【００１５】
また、短繊維（Ａ）として熱接着性短繊維を用いる場合、繊維の長さ方向に融点の異なる素材を接合したサイドバイサイドの繊維は、素材間に熱収縮率差異が有ると加熱した時に収縮差により捲縮が発現して幅収縮が大きく発生するため好ましくない。一方、同芯円状に融点の異なる繊維素材が配された芯鞘構造の繊維は、収縮差があっても捲縮を発現しないため幅収縮が少なく、且つ繊維表面の全面を低融点の接着成分で構成し接着による拘束点を増やすことができるため、剛性を高められるのでより好ましい。
【００１６】
短繊維（Ａ）の繊度は、６ｄｔｅｘ以上３０ｄｔｅｘ以下が好ましい。より好ましくは１０ｄｔｅｘ以上、さらに好ましくは１２ｄｔｅｘ以上２０ｄｔｅｘである。中でも、油剤が付与された短繊維（Ａ）として１２ｄｔｅｘ以上２０ｄｔｅｘの太い熱接着性繊維をエレクトレット繊維構造体質量の４０％以上、好ましくは６０％以上用い、油剤が付与されていない短繊維（Ｂ）とともに不織布を構成し、かかる熱接着性繊維を溶融、接着させることで繊維間を接着し、エレクトレット繊維構造体の繊維密度を０．０８〜０．２５ｃｍ３／ｃｃとすると、プリーツ加工に適切な剛性が得られ、また空隙率も高く保持できるため、特に長寿命なエレクトレット繊維構造体を得ることができる。
【００１７】
一方、油剤が付着していない短繊維（Ｂ）の出発繊維としては、ポリプロピレン、エチレンとプロピレンのランダム共重合ポリマー、エチレンとプロピレン、ブテンのランダム共重合ポリマーなどからなる繊維、フッ素系繊維、ポリエステル繊維、ポリ乳酸繊維、ポリアクリル繊維等を用いることができる。中でも、特にエレクトレット性に優れたオレフィン系繊維が良く、中でもポリプロピレン、エチレンとプロピレンのランダム共重合ポリマー、エチレンとプロピレン、ブテンのランダム共重合ポリマーからなる繊維であることが好ましい。また短繊維（Ｂ）が熱接着性繊維の繊維であっても良い。
【００１８】
短繊維（Ｂ）の繊度は、０．１〜７ｄｔｅｘの比較的細い繊維が大きい繊維表面積を有するためエレクトレット電荷量が多くなり、高い微細塵捕集性能が得られるので好ましい。ただ細くなり過ぎると大きなダストによる目詰まりもエレクトレット繊維構造体表面で進行するため寿命低下が避けられない。このため好適には０．５〜５ｄｔｅｘ、最適には０．７〜４ｄｔｅｘの繊維である。
【００１９】
短繊維（Ａ）、（Ｂ）は、共に繊維間を絡ませてウエッブの形態を保持するために、捲縮していることが好ましい。油剤が付着した短繊維（Ａ）は、上述したような従来の方法により捲縮繊維とすればよいが、油剤の付着していない短繊維（Ｂ）を捲縮繊維とするにあたっては、ダンボールにコルゲート加工を行うコルゲーターを用いればよい。すなわち、油剤の付着していないマルチフィラメントを準備し、平面状に広げた状態を作り、一対の加熱されたギヤ間にトウを噛み込ませる。ギヤのギザギザ形状の溝に押し込まれたトウは、冷却されてギザギザ状に賦形化した捲縮を有する。このトウを取り出し冷却した後、カットして捲縮加工された短繊維を得る。この様な機械はダンボールを山谷折りするコルゲーターとして実用化されており、捲縮数はギヤの高さで制御することができる。ギヤへの付着を防止するためギヤ表面をフッ素加工し剥離性を高めておくことが良い。
【００２０】
また、油剤の付着していない短繊維（Ｂ）を捲縮繊維とするもう一つの方法としては、次のようは方法を挙げることができる。すなわち、加熱乱流スチーム中に油剤の付着していないマルチフィラメントをオーバーフィード状態で供給すると、マルチフィラメントは乱流域で絡まった状態となるので、この状態で引き出し冷却することで絡まりを捲縮とすることができる。この加工の一般的製法名はタスラン加工としてカーペット用繊維の捲縮加工方法として油剤の付着した繊維で工業的に行われているものである。
【００２１】
なお、２つ製造方法のうちコルゲーターを用いる方法の方がタスラン加工より捲縮度が高くなるため、ウエッブ化工程での落綿率が少なく好ましい。
【００２２】
次に、短繊維（Ａ）と短繊維（Ｂ）を混合したウエッブの作成方法について説明する。
【００２３】
短繊維（Ａ）、（Ｂ）となる上記繊維は、たとえば圧縮された短繊維集合体の状態で解綿機やカードに導入し、繊維を解し、１本１本繊維を引き揃えてウエッブに形成する。このとき、短繊維（Ａ）となる繊維には油剤が付与されているが、短繊維（Ｂ）となる繊維には、エレクトレット化を効率的に行うため、油剤が付与されていない。そのため、油剤が付着した２種類の繊維を開綿機へ供給する際に行っていたように、２種類の繊維を２層に大まかに重ねて開綿機に送り込むと、短繊維（Ｂ）になる繊維が開綿された時に大きな静電気を発生し凝集するため開綿をスムーズに行う事ができない。
【００２４】
そこで本発明では例えば次の３つの方法で工程通過性を改善する。
【００２５】
第一の方法は、短繊維（Ａ）となる繊維の原綿（以下、原綿Ａという）と短繊維（Ｂ）となる繊維の原綿（以下、原綿Ｂという）のベールを解き、それぞれの原綿を軽量して、計量台上に少量づつ原綿Ａ／原綿Ｂ／原綿Ａ／原綿Ｂ／原綿Ａ／原綿Ｂのように層状に小分けして重ねた状態で開綿機に供給する。すなわち（１）原綿Ａ／原綿Ｂ／原綿Ａ、（２）原綿Ａ／原綿Ｂ／原綿Ａ／原綿Ｂ、（３）原綿Ａ／原綿Ｂ／原綿Ａ／原綿Ｂ／原綿Ａ／原綿Ｂの態様のように少量に小分け化して、原綿Ｂを原綿Ａで挟む形で積層し開綿機に供給する。こうすることで、静電気を発生しやすい原綿Ｂは静電気を発生させない原綿Ａで包まれて混合した状態で開綿されるため、繊維を解す時に摩擦で発生する静電気が、油剤が付着している原綿Ａに移り除去され、電位上昇を抑制しながら開綿することができる。
【００２６】
第２の方法は、短繊維（Ａ）、短繊維（Ｂ）の配合比率をエレクトレット繊維構造体の質量に対し短繊維（Ｂ）の配合率を６０％以下、好ましくは５５％以下、最適には５０％以下にして静電気の発生を抑制する方法である。
【００２７】
さらに行う第３の方法は、開綿した綿をカードに供給する直前の綿貯蔵ＢＯＸ内上部から水を霧吹きして繊維表面の水分付着率を０．２〜０．７重量％にコントロールして静電気電位の上昇を防止する方法である。
【００２８】
このようにすることで短繊維（Ａ）、短繊維（Ｂ）が均一に混繊したウエッブを作成することが出来る。なお短繊維（Ａ）と短繊維（Ｂ）は、２種類に限定される物ではない。短繊維（Ａ）に繊度や素材の異なる複数の繊維を用いたり、短繊維（Ｂ）についても同様に複数の繊維が有っても良い。
【００２９】
また、上記繊維はカードを用いてウエッブ化する以外に、エアレード方式でウエッブ化することもできる。
【００３０】
得られたウエッブは、その後、熱カレンダーや熱エンボスで加熱加圧して、繊維間接着を行う。また加熱エアーをウエッブ内に通過させて熱接着性繊維表面のみ溶かして接着を行うこともできる。
【００３１】
繊維間接着されたウエッブには、その後エレクトレット加工が施される。エレクトレット加工により、少なくとも油剤が付着していない繊維がエレクトレット化され（短繊維（Ｂ））、ダスト保持特性に優れたエレクトレット繊維構造体とすることができる。エレクトレット加工は、例えば特開昭６１−２３１２７０号公報に見られるコロナ放電方法を用いて行えばよい。また、エレクトレット加工は、繊維間接着を行っていないウエッブに施してもよい。
【００３２】
このように、本発明においては、短繊維（Ａ）となる繊維には油剤が付与されているものを用い、短繊維（Ｂ）となる繊維には油剤が付与されていない繊維を用いることで、静電気を除去しながらウエッブを生産するとともに、当該ウエッブにエレクトレット加工を施すことで高いエレクトレット性を発現することができる。そして、上述したように、短繊維（Ｂ）の配合比率をエレクトレット繊維構造体の質量に対し６０％以下にする場合や、開綿した綿をカードに供給する直前の綿貯蔵ＢＯＸ内上部から水を霧吹きして繊維表面の水分付着率を０．２〜０．７重量％にコントロールする場合には、より確実に静電気の発生を抑制することができる。
【００３３】
なお、本発明のエレクトレット繊維構造体には、１，１，３，３，５，５−ヘキサ（アリールオキシ）シクロホスファゼンなどの環状ホスファゼン系難燃剤やヒンダードアミン難燃材を繊維に混合した難燃繊維が含まれていてもよい。かかる難燃剤の含有量としては、繊維構造体質量の０．５〜５％であることが好ましい。また難燃剤は上記短繊維（Ａ）、（Ｂ）に含まれていても良い。
【００３４】
さらに、本発明のエレクトレット繊維構造体には、抗菌、抗ウイルス、抗アレルゲン、消臭、脱臭、芳香、難燃などの性能を付与することが可能な機能薬剤や機能繊維が混合されていても良い。また別の短繊維（Ａ）、（Ｂ）以外で構成される別の不織布が積層されていても良い。
【実施例】
【００３５】
以下、実施例を用いて本発明をより具体的に説明する。なお、本実施例における濾材の各特性の評価方法を下記する。
【００３６】
＜厚み＞
テクロック（株）製ＳＭ１１４を用いて測定頻度１００ｃｍ２当たり３箇所、合計２１箇所の厚みを求めその算術平均値を利用する。
【００３７】
＜目付＞
２４℃６０％ＲＨの室温に８時間以上放置して、評価試料の質量を求め、その面積から１ｍ２当たりの質量に直して、それぞれの評価試料の目付として求める。サンプルング最小面積は０．０１ｍ２以上とする。また評価Ｎ数は７枚とし、算術平均値で求める。
【００３８】
＜エレクトレット繊維構造体の大気塵の捕集効率＞
ＪＩＳ Ｂ９９０８（２００１）形式３試験法に準じた試験機に評価試料をセットし、測定風速４．５ｍ／ｍｉｎで求める。評価Ｎ数は２枚以上とし、算術平均値を利用する。
捕集効率（％）＝（ＣＯ／ＣＩ）×１００
ＣＯ＝評価試料が捕集した大気塵０．３〜０．５μｍの粒子数
ＣＩ＝評価試料に供給された大気塵０．３〜０．５μｍの粒子数
＜圧損＞
ＪＩＳ Ｂ９９０８（２００１）形式３試験法に準じた試験機に評価試料をセットして、評価試料を通過する風速を４．５ｍ／ｍｉｎとして求める。評価Ｎ数は２枚以上とし、算術平均値を利用する。
【００３９】
＜繊維見掛け密度＞
評価試料の厚みと目付から、繊維見掛け密度を下記式で求める。
繊維見掛け密度（ｇ／ｃｃ）＝目付（ｇ／ｍ２）／厚み（ｃｍ）×１００００
＜難燃性＞
ＦＭＶＳＳ３０２法に準じて求める。なお、評価枚数は５枚とし、それらの算術平均値を求める。
【００４０】
＜剛軟度＞
ＪＩＳ−Ｌ−１０９６、ガーレー法に準じて求める。なお、エレクトレット繊維構造体の縦方向と横方向それぞれについて、５枚採取し、算術平均値を求める。
【００４１】
＜フィルターユニットの粉塵保持容量＞
ＪＩＳ−Ｂ−９９０８（１９９１）形式２に記載されている方法で求める。評価Ｎ数は１とする。
【００４２】
＜フィルターユニットの粒子捕集率＞
ＪＩＳ−Ｂ−９９０８（１９９１）形式２に記載されている方法で求める。評価Ｎ数は１とする。
【００４３】
＜フィルターユニットのＮａＣｌ０．０３μｍ粒子の捕集効率＞
ＪＩＳ Ｂ９９０８（２００１）形式３試験法に準じた試験機に評価試料をセットし、評価フィルターの風上側風洞に、アトマイザーを利用して発生させたＮａＣｌ０．０３μｍ粒子（アメニシウム２４１を用いて粒子帯電を除電）を導入し、パーティクルカウンター（日本カノマックス（株）、ＣＮＣ）を用いて評価フィルター前後の粒子数を求める。
捕集効率（％）＝（ＣＯ／ＣＩ）×１００
ＣＯ＝評価試料が捕集したＮａＣｌ０．０３μｍの粒子数
ＣＩ＝評価試料に供給されたＮａＣｌ０．０３μｍの粒子数
なお、フィルターユニットのサイズは、幅２２０×長さ２００×厚み３０ｍｍとし、このフィルターユニットの中にエレクトレット繊維構造体を０．３ｍ２／個収納し、測定風量は５．２ｍ３／分、評価Ｎ数は２枚以上とし算術平均値を利用する。
【００４４】
（実施例１）
油剤の付着していない短繊維（Ｂ）と油剤の付着した短繊維（Ａ）の組み合わせでウエッブを作成し、エレクトレット繊維構造体を作成出来るか次の方法で試験を行った。
【００４５】
短繊維（Ｂ）として、ダンボールコルゲーター（ギヤ高さ２ｍｍ、ピッチ３ｍｍ、加熱温度１１０℃、表面フッソ加工）に油剤の付いてないポリプロピレンマルチフィラメント（繊度２ｄｔｅｘ、２８０フィラメント）を多糸状に並べて供給して捲縮加工を行った後、長さ２４ｍｍにカットした繊維（Ｂ―１繊維）と、ダンボールコルゲーター（ギヤ高さ３ｍｍ、ピッチ５ｍｍ、加熱温度１１０℃、表面フッソ加工）に油剤の付いてない芯鞘繊維マルチフィラメント（繊度６ｄｔｅｘ、１５０フィラメント、鞘成分：エチレンとプロピレン、ブテンのランダム共重合ポリマー、融点１３０℃、芯成分：ポリプロピレン）を多糸状に並べて供給して捲縮加工を行った後、長さ３８ｍｍにカットした繊維（Ｂ―２繊維）を用意した。
【００４６】
また、短繊維（Ａ）として、ポリエステル熱接着性捲縮短繊維（繊度１６ｄｔｅｘ、繊維長５１ｍｍ、鞘成分：ポリエチレンテレフタレートーイソフタレート、融点１１０℃、芯成分：ポリエステル、融点２６５℃、油剤：リン酸エステルカリウム塩０．３％付着）を用意した（Ａ―１繊維）。
【００４７】
これらの繊維を２ｍ×１ｍ長さの軽量台上にＡ−１、Ｂ−１、Ａ−１、Ｂ−２、Ａ−１の順で２０ｋｇずつ計１００ｋｇ積層し、これを開綿機に供給した。またカード機直前の開綿綿集積ボックス上部から繊維重量当たり０．５％重量の水を霧吹きして繊維に付着させカード機に通した。出てきたウエッブにはコロナ放電式の除電気を作用させ静電気の除去を行い目付均一性に優れたウエッブを採取した。
【００４８】
このウエッブに熱風を通し、熱接着を行い、次いで熱カレンダーに通して厚み０．５ｍｍ、繊維見掛け密度０．２ｇ／ｃｃ、目付１００ｇ／ｍ２の繊維構造体を得た。これに＋３０ｋｖでエレクトレット加工を行い、剛軟度３５０ｍｇのエレクトレット繊維構造体を得た。
【００４９】
エレクトレット繊維構造体の圧損は４Ｐａ、捕集効率５０％であった。実質的にエレクトレット化されない比較例１（後述）の繊維構造体に比べ、圧損は同等であるにもかかわらず、捕集効率を格段に高めることができた。
【００５０】
この結果から、短繊維（Ｂ）小分けして短繊維（Ａ）で包んで開綿機を通過させ、また湿気を付与した状態でカードに掛けることで油剤を保持していない短繊維を含むウエッブの作成が可能なことを確認できた。さらに繊維構造体をエレクトレット化することで油剤を保持していない短繊維（Ｂ）がエレクトレット化され捕集効率の高いエレクトレット繊維構造体が得られることが確認できた。
【００５１】
（実施例２）
油剤を保持しない短繊維（Ｂ）が難燃性繊維であった場合にもエレクトレット繊維構造体が得られるかを確認するため、実施例１で用いた短繊維Ｂ−１ならびにＢ−２の芯部分と鞘部分に環状ホスファゼン化合物を２％混合したマルチフィラメントを添加した繊維を、実施例１と同様の方法で得て、Ｂ−３、Ｂ−４の繊維とした。
【００５２】
また、短繊維（Ａ）として、実施例１と同じＡ−１繊維を用意した。
【００５３】
これらの繊維を２ｍ×１ｍ長さの軽量台上にＡ−１、Ｂ−３、Ａ−１、Ｂ−４、Ａ−１の順で２０ｋｇずつ計１００ｋｇ積層し、これを開綿機に供給した。またカード機直前の開綿綿集積ボックス上部から繊維重量当たり０．５％重量の水を霧吹きして繊維に付着させカード機に通した。出てきたウエッブには除電気を作用させ静電気の除去を行い目付均一性に優れたウエッブを採取した。
【００５４】
このウエッブに熱風を通し、熱接着を行い、次いで熱カレンダーに通して厚み０．５ｍｍ、繊維見掛け密度０．２ｇ／ｃｃ、目付１００ｇ／ｍ２の繊維構造体を得た。これに＋３０ｋｖでコロナ放電加工を行い繊維Ｂ−３とＢ−４をエレクトレット加工し、剛軟度３５０ｍｇのエレクトレット繊維構造体を得た。このエレクトレット繊維構造体の難燃性を求めたところＦＭＶＳＳ３０２を満足する難燃性が確認できた。
【００５５】
このエレクトレット繊維構造体の圧損は４Ｐａ、捕集効率５０％であった。実質的にエレクトレット化されない比較例１（後述）の繊維構造体に比べ、捕集効率が高く、難燃性を満足するエレクトレット繊維構造体であることが確認できた。この結果から、油剤を保持しない短繊維（Ｂ）として難燃性の繊維を用いてもウエッブを作成することができ、難燃性のエレクトレット繊維構造体が得られる事が確認できた。
【００５６】
次にこのエレクトレット繊維構造体のフィルターユニット特性を試験するため、このエレクトレット繊維構造体を０．３ｍ２／個収納したフィルターユニット（サイズ２２０×２００×３０ｍｍ、定格風量５．２ｍ３／分、）を作成し、ＪＩＳ−Ｚ−８９０１（１９７４）記載の１５種ダストを負荷して、初期圧損からプラス１５０Ｐａ時点での粉塵保持容量を求めたところ４０ｇ／個、粒子捕集率が９５％の高性能フィルターユニットを作成できる濾材であることが確認できた。
【００５７】
（実施例３）
更に高捕集性のフィルターユニットを作成出来るか試験するため、実施例２で得られたエレクトレット繊維構造体にエレクトレット化メルトブロー不織布（繊維径４μｍ、目付２２ｇ／ｍ２、捕集効率５０％）を積層した積層エレクトレット繊維構造体を作成し、実施例２同様のフィルターユニットを作成し、エレクトレット繊維構造体側を上流側としてダスト負荷試験をおこなった。その結果、粉塵保持容量が３５ｇ／個、粒子捕集率が９９．５％の、高捕集高ダスト保持量のフィルターユニットであり、自動車キャビン用に好適なフィルターユニット並びに濾材であることが確認できた。
【００５８】
さらにディーゼル排ガス中の微細塵までを捕集できる能力が有るかを確認するため、粒子径０．０３μｍのＮａｃｌ粒子に対するフィルターユニットの捕集効率を測定したところ７５％で、ディーゼル排ガスのような０．３μｍ以下の微細塵捕集濾材としても優れた性能を有していることが確認できた。
【００５９】
（実施例４）
油剤が付着した短繊維（Ａ）にも、エレクトレット加工が可能なポリオレフィン系熱融着性繊維を用いることで、エレクトレット繊維構造体の構成繊維全てをエレクトレット繊維にすることが出来るかを確認するため、短繊維（Ａ）として、油剤：分子量６００のポリエチレングリコールとオレイン酸とのモノエステル０．３％が付着したオレフィン系熱接着性繊維（繊度１８ｄｔｅｘ、繊維長３２ｍｍ、鞘成分：ソフトＰＰ、融点１３０℃、芯成分：ポリプロピレン、融点１６４℃を用意した（Ａ−２）。なお、この油剤を付着させた繊維は、表面電気抵抗が余り下がらないため、エレクトレット加工した場合、エレクトレット化が油剤の全く付着していない繊維の約半分程度進行する効果を有する。例えば捕集効率で表現すれば、目付１００ｇ／ｍ２で作成した不織布において、未エレクトレットの場合３％、油剤が全く付着していない場合６０％、当該油剤が付着している場合４２％程度の捕集効率となり、そこそこエレクトレット効果が得られることである。
【００６０】
また、短繊維（Ｂ）としては、実施例１で用いたＢ−１繊維とＢ−２繊維を用意した。
【００６１】
これらの繊維を用い、配合比率（質量比）がＡ−２：Ｂ−１：Ｂ−２＝６０：２０：２０となる目付１００ｇ／ｍ２、厚み０．４５ｍｍ、繊維見掛け密度０．２２ｇ／ｃｃのエレクトレット繊維構造体を実施例１記載のウエッブ作成方法で得た。
【００６２】
短繊維（Ａ）は、ややエレクトレット加工が出来る油剤が付着しているため、またＢ−１とＢ−２繊維には油剤が付着していないため全部の繊維がエレクトレット加工された結果、捕集効率が８０％と高く、圧損５Ｐａ、剛軟度が３００ｍｇのエレクトレット繊維構造体を得ることができた。
【００６３】
このエレクトレット繊維構造体を用いて実施例２と同様にしてフィルターユニットを作成し、同じ条件で粉塵保持容量を求めたところ５０ｇ／個、粒子捕集率が９８％の高性能フィルターユニットであることが確認できた。
【００６４】
この結果から、短繊維（Ａ）としてエレクトレット加工が可能な油剤が付着したオレフィン系熱融着性短繊維を用いることで繊維全部がエレクトレット化された高性能エレクトレット繊維構造体が得られ、長寿命で捕集効率の高いフィルターユニットを作成できる濾材であることが確認できた。
【００６５】
（実施例５）
短繊維（Ａ）と短繊維（Ｂ）の配合比率が互いに異なる２層を積層することで長寿命化と捕集性能向上が可能かを確認するための試験を実施した。すなわち、配合比率を変えた以外は実施例１と同様にして下記２種の不織布を得て、積層し、厚み０．５５ｍｍ、繊維見掛け密度０．１８ｇ／ｃｃ、目付１００ｇ／ｍ２のエレクトレット繊維構造体を得た。
【００６６】
上流側の不織布：配合率（質量比）Ａ−１：Ｂ−３：Ｂ−４＝６０：２０：２０、目付６０ｇ／ｍ２
下流側の不織布：配合率（質量比）Ａ−１：Ｂ−３：Ｂ−４＝４０：３０：３０、目付４０ｇ／ｍ２
このエレクトレット繊維構造体を用い実施例２と同様にしてフィルターユニットを作成し、同じ条件で粉塵保持容量を求めたところ４１ｇ／個、粒子捕集率が９９％の高性能フィルターユニットであることが確認できた。実施例３より粒子捕集率が低いものの粉塵保持容量が高く、短繊維だけの構成でも高性能フィルターユニットが作成できる事が確認できた。
【００６７】
（比較例１）
繊維に付着した油剤がエレクトレット加工に及ぼす影響を試験するため、次の試験を実施した。
【００６８】
ダンボールコルゲーター（ギヤ高さ２ｍｍ、ピッチ３ｍｍ、加熱温度１１０℃、表面フッソ加工）に油剤（リン酸エステルカリウム塩０．３％付着）を付着させたポリプロピレンマルチフィラメント（繊度２ｄｔｅｘ、２８０フィラメント）を多糸状に並べて供給して捲縮加工を行った後、長さ２４ｍｍにカットした。この繊維をＣ―１繊維と称する。
【００６９】
ダンボールコルゲーター（ギヤ高さ３ｍｍ、ピッチ５ｍｍ、加熱温度１１０℃、表面フッソ加工）に油剤（リン酸エステルカリウム塩０．３％付着）を付けた芯鞘繊維マルチフィラメント（繊度６ｄｔｅｘ、１５０フィラメント、鞘成分：エチレンとプロピレン、ブテンのランダム共重合ポリマー、融点１３０℃、芯成分：ポリプロピレン）を多糸状に並べて供給して捲縮加工を行った後、長さ３８ｍｍにカットした。この繊維をＣ−２繊維と称する。
【００７０】
また、実施例１のＡ−１繊維を用意した。
【００７１】
そして、これらの繊維の配合率をＡ−１：Ｃ−１：Ｃ−２＝６０：２０：２０としたウエッブを、従来行われている方法で作成した。すなわち、各繊維を少量ずつに小分けせず、Ａ−１の短繊維の上にＣ−１短繊維を乗せ、更にＣ−２短繊維を乗せた状態で開綿機、カード機の順番で湿気を与える操作も行わないでウエッブを作成したが、全ての繊維に油剤が付着しているため全く問題なくウエッブ作成ができた。
【００７２】
このウエッブに熱風を通し、熱接着を行い、次いで熱カレンダーに通して厚み０．５ｍｍ、繊維見掛け密度０．２ｇ／ｃｃ、目付１００ｇ／ｍ２の繊維構造体を得た。これに＋３０ｋｖでコロナ放電加工を行ってエレクトレット加工を行った。その結果、得られたエレクトレット繊維構造体は、圧損が４Ｐａ、捕集効率が３％であった。明らかに付着した油剤の影響でエレクトレット化が進まないことが確認できた。
【００７３】
（比較例２）
油剤が付着していない繊維でウエッブ作成が出来るか試験するため、実施例１で用いた繊維Ｂ−１とＢ−２を質量比１：１に配合した原綿を開綿機／カード機に通しウエッブを作成しようとしたが、開綿機で静電気が発生したため十分に開綿できず、またカードではネップの発生と巻き付きが発生しウエッブの作成が困難であった。油剤が付着していない繊維だけでのウエッブ作成は困難であることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明のエレクトレット繊維構造体は、エアフィルター用濾材およびフィルターユニットに好適に使用できる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
油剤が付着した短繊維（Ａ）と油剤が付着していないエレクトレット短繊維（Ｂ）とで構成された不織布を含むエレクトレット繊維構造体。
【請求項２】
前記短繊維（Ａ）が熱接着性である、請求項１に記載のエレクトレット繊維構造体。
【請求項３】
前記不織布が少なくとも２層積層されてなり、該少なくとも２層の不織布は、互いに、前記短繊維（Ａ）と前記エレクトレット短繊維（Ｂ）の配合比率が異なる、請求項１または２に記載のエレクトレット繊維構造体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のエレクトレット繊維構造体を備えてなるエアフィルター。
【請求項１】
油剤が付着した短繊維（Ａ）と油剤が付着していないエレクトレット短繊維（Ｂ）とで構成された不織布を含むエレクトレット繊維構造体。
【請求項２】
前記短繊維（Ａ）が熱接着性である、請求項１に記載のエレクトレット繊維構造体。
【請求項３】
前記不織布が少なくとも２層積層されてなり、該少なくとも２層の不織布は、互いに、前記短繊維（Ａ）と前記エレクトレット短繊維（Ｂ）の配合比率が異なる、請求項１または２に記載のエレクトレット繊維構造体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のエレクトレット繊維構造体を備えてなるエアフィルター。
【公開番号】特開２０１０−７７５４５（Ｐ２０１０−７７５４５Ａ）
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２４３８５５（Ｐ２００８−２４３８５５）
【出願日】平成２０年９月２４日（２００８．９．２４）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月２４日（２００８．９．２４）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
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