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JP5333550B2 - エアフィルタ用濾材及びエアフィルタユニット - Google Patents

エアフィルタ用濾材及びエアフィルタユニット Download PDF

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Description

本発明は、気流中の塵を捕集するエアフィルタ用濾材及びエアフィルタユニットに関する。
従来より、半導体装置や液晶表示装置の製造は、高清浄空間において行われる。この高清浄空間を作るために、ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥという）からなる多孔膜（以下、ＰＴＦＥ多孔膜という）が集塵フィルタとして用いられている。ＰＴＦＥ多孔膜は、ガラス繊維製濾材に比べて同じ圧力損失で比較したとき塵の捕集効率が高いことから、特に、ＨＥＰＡフィルタ(High Efficiency Particulate Air Filter)やＵＬＰＡフィルタ（Ultra low Penetration Air Filter）に好適に用いられている。
一方において、ＰＴＦＥ多孔膜は、従来より用いられてきたガラス繊維濾材に比べて繊維構造が密となっているため、塵による目詰まりが早く、外気処理ユニットのように塵の捕集負荷の大きな環境で用いられる場合、短時間でエアフィルタユニットの圧力損失が増大する。
上記問題に対して、捕獲した塵による目詰まりを防ぎ、圧力損失の上昇を抑制できるエアフィルタ用濾材が知られている（特許文献１）。当該エアフィルタ用濾材は、ＰＴＦＥ多孔質膜と繊維製通気性多孔材とを含み、前記多孔質膜の気体の流れの上流側に前記繊維製通気性多孔材が配置され、前記繊維製通気性多孔材は、その繊維径が１〜１５μｍの範囲にあり、その気孔率が７０％以上、その目付け量が６０ｇ／ｍ2以上である。
また、フィルター用濾材であって圧力損失の上昇が抑制されたタービン用吸気フィルタ濾材も知られている（特許文献２）。当該濾材は、ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜と通気性支持材とを含み、前記通気性支持材の繊維径が０．２μｍ以上１５μｍ以下である、繊維径が広範囲の繊維が用いられる。
特開２０００−３００９２１号公報 特開２００２−３７０００９号公報
これらの濾材は、エアフィルタユニットに組み込まれるために、プリーツ加工をして濾材を山折り、谷折りに折り畳むことによりジグザグ形状にする。このジグザグ形状の濾材の凹部にセパレータやスペーサが挿入されることで、ジグザグ形状を維持した濾材が作製され、この濾材を枠体に保持することによりエアフィルタユニットが作製される。
しかし、濾材のジグザグ形状を保持するためにセパレータやスペーサを濾材の凹部に設けることで、エアフィルタユニットの重量が増加する他、濾材の有効濾過面積が小さくなり、エアフィルタユニットにおける圧力損失の増大を招く。
そこで、本発明は、エアフィルタユニットの重量が増加することなくエアフィルタユニットにおける圧力損失を抑制することができるエアフィルタ用濾材およびその濾材を用いたエアフィルタユニットを提供することを目的とする。
従来、ＰＴＦＥ多孔膜を有するエアフィルタ用濾材は、ＰＴＦＥ多孔膜は破れ易いため、エンボス加工等の加工を行うと濾材として機能しなくなると考えられていた。これに対して、本発明者らは、ＰＴＦＥ多孔膜を有するエアフィルタ用濾材について、エンボス加工を行ってエンボス突起部を設けても、エアフィルタ用濾材自身やＰＴＦＥ多孔膜が破損することなくエアフィルタ用濾材として機能することを見出して、本発明に至っている。
すなわち、本発明の一態様は、気流中の塵を捕集するエアフィルタ用濾材である。当該濾材は、ポリテトラフルオロエチレン多孔膜からなる主捕集層、を有し、前記エアフィルタ用濾材の表面にエンボス突起部が複数設けられ、前記エアフィルタ用濾材は、山折りおよび谷折りされて折り畳まれてジグザグ形状に形状が保持され、前記ジグザグ形状の奥行き寸法と、前記エンボス突起部により、ジグザク形状に保持された前記エアフィルタ用濾材の山折りの頂部あるいは谷折りの谷底部同士の間隔との比は、前記エアフィルタ濾材の厚さを含まない状態で、２１以上から６５以下であり、前記エンボス突起部の各々の突出高さは山折りの頂部から谷折りの谷底部へ進むに従って次第に低くなる。
本発明の他の態様は、エアフィルタユニットである。当該エアフィルタユニットは、前記エアフィルタ用濾材をプリーツ加工したジグザグ形状の加工済み濾材と、前記加工済み濾材を保持する枠体と、を備える。
前記エアフィルタ用濾材の前記エンボス突起部は、前記エアフィルタ用炉材の向かい合う面に設けられたエンボス突起部と接触することにより、前記ジグザグ形状を保持する。
上記エアフィルタ用濾材およびその濾材を用いたエアフィルタユニットによれば、エアフィルタユニットの重量が増加することなく、エアフィルタユニットにおける圧力損失を抑制することができる。この場合、フィルタとして塵の捕集効率を従来同様に維持することができる。
本実施形態のエアフィルタ用濾材を用いたエアフィルタユニットの外観斜視図である。 （ａ），（ｂ）は、本実施形態の濾材の外観斜視図である。 本実施形態の濾材の展開図である。 本実施形態の濾材の層構成を示す断面図である。 変形例の濾材の層構成を示す断面図である。
以下、本発明のエアフィルタ用濾材およびその濾材を用いたエアフィルタユニットについて詳細に説明する。
［エアフィルタユニット］
図１は、本実施形態のエアフィルタ用濾材を用いたエアフィルタユニット１の外観斜視図である。図１に示すように、エアフィルタユニット１は、エアフィルタ用濾材（以降、単に濾材という）１０と、枠体１４と、を有する。濾材１０は、一定の間隔で山折り、谷折りされてジグザグ形状に形成され、この形状を維持した状態で、枠体１４に保持される。
［濾材の形状］
図２（ａ），（ｂ）は、濾材１０の外観斜視図である。図３は、濾材１０の展開図である。図２（ａ），（ｂ）に示す濾材１０は、濾材１０の表裏面にドット状のエンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅが設けられ、山折り、谷折りに交互に折り畳まれるとともに、折り畳まれた際に互いに向かい合う面のエンボス突起部同士を接触させて対向する濾材の面間の間隔を保持するように構成されている。
エンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅは、山折り、谷折りに折り畳んだときに隣接する濾材１０の面の間隔を保持できるように両側の面に形成される。ドット状のエンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅは様々な立体形状に形成することができる。ここで、濾材１０の一方の表面に対して手前側に突出したエンボス突起部を凸突起、その逆側に突出したエンボス突起を凹突起と呼ぶ。すなわち、濾材１０のある一方の表面から見た場合の凹突起は、もう一方の面から見れば凸突起となる。
エンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅの凸突起を、濾材１０の表面に対して垂直上方から見たたとき、凸突起の立ち上がる部分の縁部の輪郭形状に関して、エンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅの幅Ｗ（Ｙ方向の幅）及び長さＬ（Ｘ方向の長さ）を図３に示すように定める。また、濾材１０の平面に平行な仮想平面が凸突起の最も高い部分と接したとき、その仮想平面と濾材１０の面との間隔をエンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅの突出高さＨと定め、また上記仮想平面と接する点を含む平面のことを頂上面と定める。
エンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅの突出形状は、例えば直方体、立方体、角柱、円柱、半球、球帯、角錘台、円錐、角錐、切頭円錐など種々の形状から選択され得る。また、濾材１０の向かい合う面のエンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅの突出形状は必ずしも対称でなくてもよい。例えば、エンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅの各々の頂上面にさらに凸部と凹部が形成されて、濾材１０の互いに向かい合う面のエンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅ同士が接するとき、エンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅが上記凸部と凹部で互いに係止されるように構成されてもよい。上記凹部と凸部により互いにエンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅが係止されるので、接するエンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅは位置ずれを起こし難い。これにより、濾材１０のジグザグ形状をより強固に保持することができる。エンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅの頂上面は長方形や正方形のような平坦な矩形形状の平面であってもよいし、半球や円柱のように曲率を有する曲面であってもよい。
エンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅは、濾材１０の山折りの頂部から谷折りの谷底部に進む方向であるＸ方向（図２（ａ）参照）に複数個配列しており、その各々の突出高さは山折りの頂部から谷折りの谷底部へ進むに従って次第に低くなることにより、凹部の形状を、エアフィルタユニットにおける圧力損失を低くすることができるＶ字形状またはＵ字形状に保つことができる。すなわち、エンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅの最大突出位置は、山折りの頂部に最も近い位置であり、エンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅの最小突出位置は、谷折りの谷底部に最も近い位置である。
このとき、エンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅの突出高さＨのうち最大突出高さは、濾材１０の厚さを含まない状態で２ｍｍ〜６ｍｍであることが好ましい。この最大突出高さから、エンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅの突出高さＨは、Ｘ方向に進むに従って低くなっている。突出高さＨのうち最大突出位置における突出高さＨが６ｍｍより高い場合、濾材１０の隣接する山折りの頂部同士の間隔が広くなり、塵の捕集効率が低くなる他、後述するＰＴＦＥ多孔膜を用いた濾材１０がエンボス加工により局部的に引き伸ばされて、濾材１０の破損が生じるおそれがある。また突出高さＨのうち最小突出位置における突出高さＨは、濾材１０の向かい合う面同士が接触せず、濾材１０の間の空間の保持が可能な範囲で定まっている。
エンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅは、濾材１０の山折りの頂部から谷折りの谷底部に進む方向と直交するＹ方向（図２（ａ）参照）に複数個配列されている。このエンボス突起部の列毎に一定の高さを有することで、濾材１０の形状を一定に維持することができる。
エンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅの幅Ｗは、１．０ｍｍ〜１０ｍｍが好ましく、２．０ｍｍ〜９．０ｍｍがさらに好ましい。幅Ｗが１０ｍｍより広い場合は気流の構造抵抗が増大しエアフィルタユニットにおける圧力損失が増大するおそれがある。また幅Ｗが１．０ｍｍより狭い場合、濾材１０を交互に山折り、谷折りに折り畳んだときエンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅ同士が位置ずれして濾材１０のジグザグ形状を保持できず、エアフィルタユニット１における圧力損失が増大する場合がある。
エンボス突起部の長さＬは、１．０ｍｍ〜２０ｍｍであることが好ましく、３．０ｍｍ〜１８ｍｍであることがより好ましい。長さＬが２０ｍｍより長い場合は、濾材１０の有効濾材面積が減少することで圧力損失が増大するおそれがある。長さＬが、１．０ｍｍより短い場合、濾材１０を交互に山折り、谷折りに折り畳んだときエンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅ同士が位置ずれして濾材１０のジグザグ形状を保持できず、エアフィルタユニット１における圧力損失が増大する場合がある。
エンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅの形状について、幅Ｗと長さＬの比（長さ／幅）すなわちアスペクト比は０．５〜３であることが好ましく、１〜２であることがより好ましい。アスペクト比が０．５より小さい場合は、濾材１０を交互に山折り、谷折りに折り畳んだとき、濾材１０の向かい合う面に設けられるエンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅ同士が位置ずれして形状を保持できない場合がある。アスペクト比が３より大きい場合、濾材１０の有効濾材面積が減少することで圧力損失が増大する場合がある。
また、濾材１０のＹ方向（図２（ａ）参照）に複数個配列したエンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅの幅Ｗ、長さＬは、谷折りの谷底部から山折りの頂部へ進むに従って連続的にあるいは段階的に長くなることが好ましい。これは、高さの高いエンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅを形成する場合に、幅Ｗ、長さＬの狭いエンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅでは、濾材１０の単位面積当たりエンボス加工で受ける力が大きいため、濾材１０を破損する場合がある。突出高さＨの高いエンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅの幅Ｗ、長さＬを大きくすることで、濾材１０の破損を防ぐことができる。
エンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅについて、エンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅの濾材１０の平面から立ち上がる縁部の輪郭線のうち最も山折りの頂部に近い側の点と、エンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅの最も高い点とを結ぶ直線が、濾材１０の平面となす角度を立ち上がり角度と定める。なお、エンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅの頂上面が平面である場合、上記最も高い点は、頂上面のうち山折りの頂部に最も近い点とする。
このときエンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅの立ち上がり角度は、突出高さＨに応じて適した角度が異なる。立ち上がり角度は、例えばエンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅの突出高さＨが２．０ｍｍ以上の場合は、３０度〜９０度であることが好ましく、３０度〜６０度であることがより好ましい。立ち上がり角度が９０度を超える場合、濾材１０への変形の負担が著しく大きく、立ち上がり角度が３０度未満の場合は、エンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅの頂上面の面積が小さくなる。また、エンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅの突出高さＨが２．０ｍｍ未満の場合は、立ち上がり角度が９０度以下であることが好ましく、６０度以下であることがより好ましい。
図２（ａ）中のＸ方向、Ｙ方向に延びる列に含まれるエンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅの数は、３個以上１５個以下であることが好ましく、５個以上１０個以下であることがより好ましい。上記数が３個未満であるエンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅでは、山折りの頂部同士の間隔を保持することが困難になり、気流中、エンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅが、濾材１０の向かい合う面に設けられたエンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅ以外の部分と接してしまい圧力損失の増大につながる場合がある。一方、上記数が１６個以上のエンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅでは、気流が通過する有効濾材面積が小さくなり、圧力損失の増大につながる。
エンボス突起部２０Ａ〜２０ＥのＸ方向の間隔は、５ｍｍ〜２５ｍｍであることが好ましく、７ｍｍ〜２０ｍｍであることがより好ましい。上記間隔が５ｍｍよりも狭い場合、折り畳んだ濾材１０のエンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅ同士が位置ずれして形状を保持できない場合がある。上記間隔が２５ｍｍよりも広い場合、気流中で濾材１０の膨らみが生じて、隣り合う濾材１０の表面が接し、エアフィルタユニット１における圧力損失が増大する場合がある。
エンボス突起部２０Ａ〜２０ＥのＹ方向の間隔は、１５ｍｍ〜６０ｍｍであることが好ましい。凸突起のエンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅと隣り合う凸突起のエンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅとの間に、凹突起のエンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅが設けられるが、凹突起のエンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅの列は、凸突起のエンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅの隣り合う２列の間に形成されることが好ましい。凸突起のエンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅおよび凹突起のエンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅが偏って配置されると、エアフィルタユニット１において気流の流れが不均一になり、エアフィルタユニット１における圧力損失が増大する場合がある。
濾材１０のジグザグ形状の奥行き寸法（山折りの頂部から谷折りの谷底部までのＸ方向の長さ：折り幅）と、エンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅにより、ジグザク形状に保持された濾材１０の山折りの頂部（あるいは谷折りの谷底部）同士の間隔との比は、濾材１０の厚さを含まない状態で、２１以上から６５以下である、ことが好ましい。
濾材１０の奥行き寸法（折り幅）が例えば２６０ｍｍ(濾材１０の厚さを０．６５ｍｍとする)であり、濾材１０の頂部あるいま谷底部同士の間隔が例えば４．０ｍｍ以上１２．０ｍｍ以下である場合、上記比は２１．６（＝（２６０−２×０．６５）／１２．０）以上６４．７（＝（２６０−２×０．６５）／４．０）となる。
また、濾材１０の奥行き寸法（折り幅）が１２５ｍｍ(濾材１０の厚さを０．６５ｍｍとする)であり、濾材１０の頂部あるいま谷底部同士の間隔が例えば４．７である場合、上記比は２６．３（＝（１２５−２×０．６５）／４．７）となる。
濾材１０の折り幅は３０ｍｍ〜２８０ｍｍであることが好ましい。一般に、エアフィルタユニット１の寿命の観点から濾材１０は多くの山折り、谷折りを有するが、折り幅が３０ｍｍ未満の場合、隣接する山折りの頂部同士の間隔を十分に設けることが難しい。一方、折り幅が２８０ｍｍを超える場合、互いに向き合う濾材１０の平面の部分が接触しないように、隣接する山折り同士の間隔を広げる必要があり、このためエンボス突起部の高さを高くすることになる。このため、エンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅにより濾材１０が破損する場合がある。
濾材１０に形成されるエンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅの占める占有面積の割合は、濾材１０の面の面積の２０％未満であることが好ましい。２０％以上の場合は、濾材１０の有効濾過面積が少なく、圧力損失の増大および塵の捕集効率の低下を招き易い。
上記のエアフィルタユニット１は、ＨＥＰＡフィルタあるいはＵＬＰＡフィルタに好適に用いることができる。
以上が、濾材１０の形状に関する説明である。次に、本実施形態で用いる濾材１０の層構成を説明する。
［濾材の層構成］
図４は、エアフィルタユニット１に用いる濾材１０の層構成を示す断面図である。濾材１０は、気流中の塵を捕集するエアフィルタ用濾材であり、プレ捕集層２０と、主捕集層２２と、通気性カバー層２４と、通気性支持層２６と、を含む。なお、濾材１０は、気流が図４中紙面上方から下方に向けて流れるように配置される。したがって、気流の上流側から通気性カバー層２４、プレ捕集層２０、主捕集層２２、及び通気性支持層２６がこの順に積層されている。
プレ捕集層２０は、主捕集層２２の気流の上流側に設けられ、主捕集層２２による塵の捕集の前に気流中の塵の一部を捕集する。プレ捕集層２０には、例えばメルトブローン法あるいはエレクトロスピニング法で製造された繊維材料で構成された不織布が用いられる。上記繊維材料の平均繊維径は０．８μｍ以上２μｍ未満であることが好ましい。このとき、不織布は、後述する測定された繊維径の分布に関して言うと、繊維径分布の広がりを示す幾何標準偏差は例えば２．５以下であり、好ましく２．０以下である。これは、幾何標準偏差が大きすぎると、単位繊維あたりの捕集効率が低い繊維の割合が増え、後述するプレ捕集層に必要な捕集効率を得るためには目付、厚みを大きくする必要が出てくるためである。
プレ捕集層２０の繊維材料の材質は、例えばポリエチレン（ＰＥ）の他、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリフッ化ビリニデン（ＰＶｄＦ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリウレタン（ＰＵ）等が挙げられる。プレ捕集層２０の不織布における平均繊維径が０．８μｍより小さい場合、塵の捕集効率は上昇するが、繊維が密な配置となるため、圧力損失が大きく上昇する。一方、平均繊維径が２μｍ以上の場合、塵の捕集効率を維持するために目付けを大きくするので、プレ捕集層の厚さが厚くなる。このため、濾材における圧力損失が上昇する。以上の理由より、プレ捕集層２０における繊維材料の平均繊維径は、０．８μｍ以上２μｍ未満であることが好ましい。
プレ捕集層２０の圧力損失は８０Ｐａ以下であることが好ましい。また、濾材全体の圧力損失をガラス繊維を用いたＨＥＰＡ用濾材の１／２程度に留めるために、プレ捕集層２０の塵の捕集効率は５０％以上であることが好ましく、プレ捕集層２０の捕集効率の上限は９９％であることが好ましい。プレ捕集層２０の捕集効率が低すぎると、主捕集層２２への捕集負荷が高くなってしまい塵による目詰まりが起きる。また、プレ捕集層２０の捕集効率が高すぎるとプレ捕集層２０自体の目詰まりが無視できなくなる。また、プレ捕集層２０の厚さは、例えば０．３ｍｍ未満とすることが好ましい。プレ捕集層２０の厚さが０．３ｍｍ以上である場合、エアフィルタユニット１５の構造に起因した圧力損失（構造抵抗）が大きくなる。このような特性を有するように、プレ捕集層２０の繊維材料の材質、目付けが選択される。
主捕集層２２は、プレ捕集層２０に対して気流の下流側に配置され、プレ捕集層２０を通過した塵を捕集する。主捕集層２２は、ＰＴＦＥ多孔膜からなる。
ＰＴＦＥ多孔膜は、ＰＴＦＥファインパウダーを所定の割合以上の液状潤滑剤と混合したものからＰＴＦＥ多孔膜を作製する。例えば、ＰＴＦＥファインパウダーに、ＰＴＦＥファインパウダー１ｋｇ当たり２０℃において５〜５０質量％の液状潤滑剤を混合して混合体を得る。さらに、得られた混合体を圧延し次いで液状潤滑剤を除去して未焼成テープを得る。さらに、得られた未焼成テープを延伸して多孔膜を得る。このとき、未焼成テープを長手方向に３倍以上２０倍以下に延伸した後、幅方向に１０倍以上５０倍以下に延伸することにより、未焼成テープを総面積倍率で８０倍以上８００倍以下に延伸する。これにより、ＰＴＦＥ多孔膜が得られる。上記作製方法は、一例であり、ＰＴＦＥ多孔膜の作製方法は限定されない。ＰＴＦＥ多孔膜の充填率は、例えば８％以下、好ましくは３％以上８％以下であり、ＰＴＦＥ多孔膜を構成する繊維の平均繊維径は例えば０．１μｍ以下であり、ＰＴＦＥ多孔膜の膜厚は例えば５０μｍ以下である。
通気性カバー層２４は、気流の上流側の、濾材１０の最表層の位置に配置され、気流中の塵を通過させる一方、外部からの押圧に対する濾材１０表面の変形を抑制する。通気性カバー層２４には、例えばＰＰの繊維材料を用いたスパンボンド不織布が用いられる。通気性カバー層２４は、本実施形態では必ずしも用いられなくてもよい。しかし、万が一、濾材１０が外部から押圧を受けたとき、エアフィルタユニットにおける圧力損失が増大するのを防止する点から、通気性カバー層２４を設けることが好ましい。濾材１０に外部からの押圧を受けた場合、プレ捕集層２０は変形を受けやすく、プレ捕集層２０における変形によって濾材１０を流れる気流に余分な抵抗を与える。この抵抗が、エアフィルタユニット１における構造抵抗となって圧力損失を増大させる。しかし、外部からの押圧に対する濾材１０表面の変形を抑制する通気性カバー層２４を気流の上流側の最表層の位置に設けることにより、濾材１０の表面の変形を抑制するので余分な抵抗を気流に与えない。
通気性カバー層２４の圧力損失は、濾材１０の圧力損失を抑制する点から、気流の流速が５．３ｃｍ／秒の条件において１０Ｐａ以下であることが好ましく、圧力損失は５Ｐａ以下で実質的に０あるいは略０であることがより好ましい。通気性カバー層２４の粒子径０．３μｍの塵の捕集効率は５％以下であり、実質的に０あるいは略０である。すなわち、通気性カバー層２４は、塵を捕集するフィルタとしての機能を有さず、塵を通過させる。このような通気性カバー層２４の厚さは、０．３ｍｍ以下であることが、濾材１０の厚さを余分に厚くせず、濾材１０表面の変形を抑制する点で好ましい。
通気性カバー層２４は、例えば、スパンボンド不織布が好適に用いられる。スパンボンド不織布の繊維材料には、例えばＰＰ，ＰＥ，ＰＥＴ等が用いられ、繊維材料は特に制限されない。繊維材料の平均繊維径は例えば１０〜３０μｍである。目付けは例えば５〜２０ｇ／ｍ2である。
通気性支持層２６は、主捕集層２２に対して気流の下流側に配置され、主捕集層２４を支持する。通気性支持層２６の圧力損失は、濾材１０の圧力損失を抑制する点から、気流の流速が５．３ｃｍ／秒の条件において圧力損失は１０Ｐａ以下であることが好ましく、実質的に０あるいは略０であることが好ましい。通気性支持層２６における粒子径０．３μｍの塵の捕集効率は実質的に０あるいは略０である。
通気性支持層２６の材質及び構造は、特に限定されないが、例えば、フェルト、不織布、織布、メッシュ（網目状シート）、その他の材料を用いることができる。ただし、強度、捕集性、柔軟性、作業性の点からは熱融着性を有する不織布が好ましい。さらに、不織布は、これを構成する一部または全部の繊維が芯鞘構造の複合繊維であってもよく、この場合は、芯成分が鞘成分よりも融点が高いとよい。繊維材料の材質についても特に制限されず、ポリオレフィン（ＰＥ、ＰＰ等）、ポリアミド、ポリエステル（ＰＥＴ等）、芳香族ポリアミド、またはこれらの複合材などを用いることができる。芯鞘構造の複合繊維の場合、例えば、芯／鞘が、ポリエステル／ポリエチレン、あるいは、高融点ポリエステル／低融点ポリエステルの組み合わせが挙げられる。
また、主捕集層２２と通気性支持層２６の積層体において、曲げ剛性が３０ｇ重／ｍｍ以上であることが、主捕集層２２の気流による変形を通気性支持層２６により抑制する点で好ましい。主捕集層２２は、圧力損失が大きく、極めて薄く剛性が低いので気流に対する変形を受けやすい。通気性支持層２２がない場合、主捕集層２２の変形しようとする応力及びその歪がプレ捕集層２０との間で働き、最終的にプレ捕集層２０の層間破壊を引き起こしてしまう場合がある。このため、主捕集層２２と通気性支持層２６の積層体において、曲げ剛性が３０ｇ重／ｍｍ以上であることが好ましい。主捕集層２２と通気性支持層２６の積層体の曲げ剛性の上限は特に制限されないが、実質的に２０００ｇ重／ｍｍ以下であることが好ましい。
以上の濾材１０において、気流の流速が５．３ｃｍ／秒であるとき、通気性カバー層２４、プレ捕集層２０及び主捕集層２２の中で主捕集層２２の圧力損失が最も大きく、次に、プレ捕集層２０が大きく、通気性カバー層２４の圧力損失が最も小さい。通気性カバー層２４の圧力損失は１０Ｐａ以下であり、プレ捕集層２０の圧力損失は、８０Ｐａ以下であり、主捕集層２２の圧力損失は、１００Ｐａ以下であることが、濾材１０における圧力損失を１９０Ｐａ以下にする点で好ましく、この範囲において、フィルタユニット１５を好適にＨＥＰＡフィルタあるいはＵＬＰＡフィルタに用いることができる。
また、粒子径０．３μｍの塵の捕集効率に関して、通気性カバー層２４、プレ捕集層２０及び主捕集層２２の中で主捕集層２２の捕集効率が最も大きく、次に、プレ捕集層２０が大きい。通気性カバー層２４の捕集効率は１０Ｐａ以下である。プレ捕集層２０における粒子径０．３μｍの塵の捕集効率は、プレ捕集層２０の除電された状態で５０％以上であり、主捕集層２２における粒子径０．３μｍの塵の捕集効率が、９９．９％以上であることが、濾材１０において粒子径０．３μｍの塵の捕集効率が９９．９７％以上となる点で好ましく、この範囲において、エアフィルタユニット１５を好適にＨＥＰＡフィルタに用いることができる。
なお、通気性カバー層２４とプレ捕集層２０とは、例えば、超音波熱融着、反応性接着剤を用いた接着、ホットメルト樹脂を用いた熱ラミネート等を用いて接合することができる。
主捕集層２２と通気性支持層２６は、例えば、加熱による通気性支持層２６の一部の溶融により、あるいはホットメルト樹脂の溶融により、アンカー効果を利用して、あるいは、反応性接着剤等の接着を利用して、接合することができる。
また、プレ捕集層２０と主捕集層２２とは、例えば、ホットメルト樹脂を用いた熱ラミネートを使用して、あるいは、反応性接着剤等の接着を利用して、接合することができる。
（変形例）
本実施形態の濾材１０は、図４に示すように、主捕集層２２に対して気流の下流側に通気性支持層２６が設けられている。本変形例の濾材１０は、図５に示すように、主捕集層２２の気流の下流側に通気性支持層２６が設けられる他、主捕集層２２に対して気流の上流側にも通気性支持層２８が設けられている。すなわち、本変形例の濾材１０は、気流の上流側から、通気性カバー層２４、プレ捕集層２０、通気性支持層２８、主捕集層２２、及び通気性支持層２６がこの順に積層されている。通気性支持層２８は、通気性支持層２６と同様の構成を有してもよいし、異なる構成を有してもよい。通気性支持層２８の圧力損失は、気流の流速が５．３ｃｍ／秒の条件において１０Ｐａ以下であり、あるいは実質的に０に近い。また、通気性カバー層２８の粒子径０．３μｍの塵の捕集効率は実質的に０あるいは略０である。この限りにおいて、通気性支持層２８の材質及び構造は、特に制限されない。本変形例の層構成の濾材１０は、主捕集層２２の両側から主捕集層２２を挟むように通気性支持層２８及び通気性支持層２６を接合する。
通気性支持層２８を設けることにより、主捕集層２２を図４に示す層構成の濾材１０に比べてより確実に支持し、プレ捕集層２０との間で、層間破壊をより確実に抑制することができる。また、剛性の極めて低い主捕集層２２を正確に積層して濾材１０を作製することができる。
本実施形態では、ＰＴＦＥ多孔膜を有する濾材１０にエンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅを複数設けることにより、プリーツ加工した濾材１０の形状を保持するので、セパレータやスペーサを用いた従来のエアフィルタユニットのように、重量が増加することなく、また、有効濾過面積を広くすることができるので、塵の捕集効率を犠牲にすることなく、エアフィルタユニットにおける圧力損失を抑制することができる。主捕集層２２に用いるＰＴＦＥ多孔膜は、厚さが他の層に比べてきわめて薄いため、突出高さＨを２．０ｍｍ以上とする加工をすれば、ＰＴＦＥ多孔膜は破損するように思われていた。しかし、濾材の形状保持のために用いられるセパレータやスペーサと同等の突出高さＨを有するようにＰＴＦＥ多孔膜を有する濾材１０をエンボス加工により突出させることができる。しかも、濾材１０が破損することなく、エアフィルタユニット１における圧力損失を抑制することができる。
［濾材、エアフィルタユニットの特性］
（濾材の圧力損失）
濾材１０から有効面積を１００ｃｍ2とした円形状の試験サンプルを取り出し、円筒形状のフィルタ濾材ホルダに試験サンプルをセットし、空気の濾材透過速度が５．３ｃｍ／秒になるように空気の流れを調整し、試験サンプルの上流側及び下流側でマノメータを用いて圧力を測定し、上下流間の圧力の差を濾材１０の圧力損失として得た。
（濾材の捕集効率）
濾材１０の圧力損失に用いた試験サンプルと同様の試験サンプルを、フィルタ濾材ホルダにセットし、空気の濾材通過速度が５．３ｃｍ／秒になるように空気の流れを調整し、この空気流れの上流側に直径０．３μｍのＰＳＬ（Polystyrene Latex）粒子を導入し、試験サンプルの上流側と下流側のＰＳＬ粒子の濃度を、光散乱式粒子計数器を用いて測定し、下記式に従って濾材１０の捕集効率を求めた。
捕集効率（％）＝［１−（下流側のＰＳＬ粒子の濃度／上流側のＰＳＬ粒子の濃度）］
×１００
プレ捕集層２０の捕集効率は、試験サンプルの帯電による捕集効率上昇の影響を排除するために、試験サンプルをＩＰＡ（イソプロピルアルコール）蒸気に１日曝して除電状態を作った。
（厚さ）
ダイヤルシックネスゲージを用い、試験サンプルに１０ｍｍφで２．５Ｎの荷重をかけたときの厚さの値を読み取った。
（平均繊維径）
試験サンプルの表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で１０００〜５０００倍で撮影し、撮影した１画像上で直交した２本の線を引き、これらの線と交わった繊維の像の太さを繊維径として測定した。測定した繊維数は最低でも２００本とした。こうして得られた繊維径について、横軸に繊維径、縦軸に累積頻度を採って対数正規プロットし、累積頻度が５０％となる値を平均繊維径とした。繊維径の分布を表す幾何標準偏差は、上述の対数正規プロットの結果から、累積頻度５０％の繊維径と累積頻度８４％の繊維径を読み取り下記式より算出した。
幾何標準偏差［−］＝累積頻度８４％繊維径／累積頻度５０％繊維径
（曲げ剛性）
濾材１０からサイズ１５０ｍｍ×２０ｍｍの長尺状の試験サンプルを切り出し、この試験サンプルの長手方向の一端から４０ｍｍの範囲の領域を押さえ代にして水平の台から水平方向に突出させて静置した。このときの突出長さ１１０ｍｍを測定長さとして、水平の台から自重により垂れ下がった垂直方向の変位を測定し、下記式により曲げ剛性を算出した。
曲げ剛性［ｇｆ・ｍｍ］＝濾材１０の目付け×（測定長さ）4／８／変位
（エアフィルタユニットの圧力損失）
濾材１０を用いてプリーツ加工をして、６１０ｍｍ×６１０ｍｍ×２９０ｍｍ（高さ×幅×奥行き）のジグザグ形状の加工済み濾材を作製し、エンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅによりジグザグ形状を保持し、この状態で加工済み濾材を枠体１４で保持させてエアフィルタユニット１を作製した。
作製したエアフィルタユニット１を矩形ダクトにセットし、風量を５６ｍ3／分となるように空気の流れを調整し、エアフィルタユニット１の上流側及び下流側でマノメータを用いて圧力を測定し、上下流間の圧力の差をエアフィルタユニットの圧力損失として得た。
（エアフィルタユニットの捕集効率）
エアフィルタユニット１の捕集効率は、エアフィルタユニットの圧力損失の測定と同様に、エアフィルタユニット１を矩形ダクトにセットし、風量を５６ｍ3／分となるように空気の流れを調整し、エアフィルタユニット１の上流側に直径０．３μｍのＰＳＬ粒子を導入し、エアフィルタユニット１の上流側と下流側のＰＳＬ粒子の濃度を、光散乱式粒子計数器を用いて測定し、濾材の捕集効率と同様の式に従ってエアフィルタユニット１の捕集効率を求めた。
（エアフィルタユニットの構造に起因した圧力損失）
上記エアフィルタユニット１の圧力損失と濾材１０の圧力損失とから下記式に従ってフィルタユニット１の構造に起因した圧力損失（構造抵抗）を算出した。エアフィルタユニット１の圧力損失の測定時、エアフィルタユニット１における空気の濾材通過速度は４ｃｍ／秒であった。したがって、下記式に示すように、濾材１０における圧力損失を空気の濾材通過速度を用いて補正をしている。
エアフィルタユニットの構造抵抗 ＝
エアフィルタユニット１における圧力損失
−濾材１０における圧力損失×（４．０／５．３）
［実施例］
以下、本実施形態の効果を調べるために、以下に示す濾材を用いたフィルタユニットを作製した（サンプル１〜９）。
（サンプル１）
・主捕集層２２（ＰＴＦＥ多孔膜）の作製
平均分子量６５０万のＰＴＦＥファインパウダー（ダイキン工業株式会社製「ポリフロンファインパウダーＦ１０６」）１ｋｇ当たり押出液状潤滑剤として炭化水素油（出光興産株式会社製「ＩＰソルベント２０２８」）を２０℃において３３．５質量％加えて混合した。次に、得られた混合物をペースト押出装置を用いて押し出して丸棒形状の成形体を得た。この丸棒形状の成型体を７０℃に加熱したカレンダーロールによりフィルム状に成形しＰＴＦＥフィルムを得た。このフィルムを２５０℃の熱風乾燥炉に通して炭化水素油を蒸発除去し、平均厚さ２００μｍ、平均幅１５０ｍｍの帯状の未焼成ＰＴＦＥフィルムを得た。次に、未焼成ＰＴＦＥフィルムを長手方向に延伸倍率５倍で延伸した。延伸温度は２５０℃であった。次に、延伸した未焼成フィルムを連続クリップできるテンターを用いて幅方向に延伸倍率３２倍で延伸し、熱固定を行った。このときの延伸温度は２９０℃、熱固定温度は３９０℃であった。これにより、ＰＴＦＥ多孔膜（充填率が４.０％、平均繊維径が０.０５３μｍ、厚さ１０μｍ）である主捕集層２２を得た。
・通気性支持層２６，２８
図４に示す通気性支持層２６，２８として、ＰＥＴを芯に、ＰＥを鞘に用いた芯／鞘構造の繊維からなるスパンボンド不織布（平均繊維径２４μｍ、目付け４０ｇ／ｍ2、厚さ０．２ｍｍ）を用いた。得られた主捕集層２２であるＰＴＦＥ多孔膜の両面に、上記スパンボンド不織布を、ラミネート装置を用いて熱融着により接合して、ＰＴＦＥ積層体を得た。こうして得られたＰＴＦＥ積層体の圧力損失と塵の捕集効率は、上述した測定方法によれば、８０Ｐａと９９．９９％であった。この圧力損失及び捕集効率は、略ＰＴＦＥ多孔膜の特性である。
・通気性カバー層２４
通気性カバー層２４として、平均繊維径が２０μｍの連続繊維であるＰＰからなるスパンボンド不織布（目付け１０ｇ／ｍ2、厚さ０．１５ｍｍ）を用いた。
・プレ捕集層２０
プレ捕集層２０として、平均繊維径が１．２μｍの繊維であるＰＰからなるメルトブローン不織布（目付け１５ｇ／ｍ2、厚さ０．１２ｍｍ）を用いた。上記通気性カバー層２４であるスパンボンド不織布とプレ捕集層２０であるメルトブローン不織布を、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）ホットメルト接着剤を２ｇ／ｍ2使用して、１１０℃で熱ラミネートを行い、ＰＰ積層体（厚さ０．１４ｍｍ）を得た。こうして得られたＰＰ積層体の圧力損失と塵の捕集効率は、上述した測定方法によれば、６０Ｐａと６０％であった。この圧力損失及び捕集効率は、略メルトブローン不織布の特性である。
最後に、ＰＴＦＥ積層体とＰＰ積層体とを、ＥＶＡホットメルト接着剤を２ｇ／ｍ2使用して、１１０℃で熱ラミネートを行い、図５に示す層構成を有する濾材１０を得た。濾材１０の厚さは０．６４ｍｍであった。
濾材１０の圧力損失と塵の捕集効率は、上述した測定方法によれば、１７０Ｐａと９９．９９５％であった。熱ラミネートによる圧力損失の上昇はなかった。この圧力損失及び捕集効率は、略プレ捕集層２０と主捕集層２２による特性である。また、炉材１０の厚さは、０．６４ｍｍであった。
作製した濾材１０を、ロール状エンボス型を用いた装置を用いてエンボス加工を行った。このときエンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅの突出高さＨが、山折りの頂部に最も近い位置で４ｍｍとなり、Ｘ方向に進むにしたがって徐々に突出高さＨが変化するように、突出高さＨに分布を持たせて、エンボス加工を行った。これにより、濾材１０に凸突起および凹突起のエンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅを設けた。
この後、ロータリ式折り機で２６０ｍｍ毎に山折り、谷折りになるようにプリーツ加工を行い、図２（ａ）に示すようなジグザグ形状の濾材１０をつくった。
このとき、以下に示すサンプル１〜７に示すように、エンボス突起部の最大突出高さ（濾材１０の厚さを含まない）を種々変更し、また、濾材１０の折り幅と山折りの頂部（あるいは谷折りの谷底部）間同士の間隔との比も種々変更した。例えば、サンプル４は、下記表に示すように、最大突出高さ（濾材１０の厚さを含まない）が３．１ｍｍであり、濾材１０の折り幅と山折りの頂部（あるいは谷折りの谷底部）間同士の間隔との比（濾材１０の厚さを含まない）が４２であることを意味する。
得られた襞形状の濾材１０をアルミニウム製の枠体１４に固定した。濾材１０の周囲をウレタン接着剤で枠体１４と接着してシールして、エアフィルタユニット１を得た。
下記表には、サンプルの各仕様と測定結果を示す。下記表中の「構造分抵抗」とは、上述した「エアフィルタユニットの構造抵抗」の算出方法で得られたものであり、「濾材分抵抗」とは、各サンプルのエアフィルタユニットにおける「圧力損失」から「構造分抵抗」を差い引いたものである。また、エアフィルタユニット１における圧力損失の許容される上限を２１０Ｐａとした。
Figure 0005333550
上記表における「寿命」とは、実環境下、定格風量(例えば５６ｍ3/分)で通風した際、初期の圧力損失から２５０Ｐａ分圧力損失が上昇したときに、濾材単位面積あたりに捕集する塵埃量(ｇ／ｍ2)で表す。表中の「ガラス繊維濾材並み」とは、従来からエアフィルタユニットに用いられているガラス繊維濾材と同等に寿命が長いことを意味し、塵埃量が１０(ｇ／ｍ2)以上であることをいう。「ガラス繊維濾材より短い」とは、従来のガラス繊維濾材の「寿命」に比べて「寿命」が短く、濾材として不適であることを意味する。平均繊維径を２μｍ以上にすると、「寿命」が低下し、実用上好ましくない。
プレ捕集層２０における捕集効率を５０％以上にすれば、上記表によると、濾材１０の寿命を、ガラス繊維濾材の寿命並みに延ばすことができる。
上記表に示す結果より、ジグザグ形状の濾材１０の折り幅（奥行き寸法）と、濾材１０の山折りの頂部（あるいは谷折りの谷底部）同士の間隔との比は、エアフィルタ濾材の厚さを含まない状態で、２１以上から６５以下であることが圧力損失を抑制する点で好ましいことがわかる。より具体的には、サンプル１〜７において、上記比は、２４以上６２以下であることがより好ましいことがわかる。上記比が高くなると、構造分抵抗が増加して、圧力損失を増加させる。上記比が低くなると、濾材分抵抗が増加して、圧力損失を増加させる。この点から、サンプル１〜７において、２４以上６２以下であることがより好ましいことがわかる。さらにより好ましくは、上記比は、２９以上５４以下である。
エンボス突起部２０Ａ〜２０Ｅにおける最大突出高さは、２．０ｍｍ以上６．０ｍｍ以下であることが圧力損失を抑制する点で好ましいことがわかる。より具体的には、サンプル１〜７において、最大突出高さは、２．１ｍｍ以上５．４ｍｍ以下であることがより好ましいことがわかる。さらにより好ましくは、最大突出高さは、２．４ｍｍ以上４．４ｍｍ以下である。
以上、本発明のエアフィルタ用濾材及びエアフィルタユニットについて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
１ エアフィルタユニット
１０ エアフィルタ用濾材
１４ 枠体
２０ プレ捕集層
２２ 主捕集層
２４ 通気性カバー層
２６，２８ 通気性支持層
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ エンボス突起部

Claims (8)

  1. 気流中の塵を捕集するエアフィルタ用濾材であって、
    ポリテトラフルオロエチレン多孔膜からなる主捕集層、を有し、
    前記エアフィルタ用濾材の表面にエンボス突起部を複数設け、
    前記エアフィルタ用濾材は、山折りおよび谷折りされて折り畳まれてジグザグ形状に形状が保持され、
    前記ジグザグ形状の奥行き寸法と、前記エンボス突起部により、ジグザク形状に保持された前記エアフィルタ用濾材の山折りの頂部あるいは谷折りの谷底部同士の間隔との比は、前記エアフィルタ濾材の厚さを含まない状態で、２１以上から６５以下であり、
    前記エンボス突起部の各々の突出高さは山折りの頂部から谷折りの谷底部へ進むに従って次第に低くなる、ことを特徴とするエアフィルタ用濾材。
  2. さらに、前記主捕集層に対して気流中の上流側に配置され、粒子径０．３μｍの塵の捕集効率が前記主捕集層より小さく、気流中の塵の一部を捕集するプレ捕集層を有し、
    前記主捕集層は、前記プレ捕集層を通過した塵を捕集する、請求項１に記載のエアフィルタ用濾材。
  3. 前記主捕集層に対して気流の下流側に配置され、粒子径０．３μｍの塵の捕集効率が実質的に０であり、前記主捕集層を支持する通気性支持層を含む、請求項１または２に記載のエアフィルタ用濾材。
  4. 前記主捕集層に対して気流中の上流側に、前記主捕集層に隣接して配置され、粒子径０．３μｍの塵の捕集効率が実質的に０であり、前記主捕集層を支持する通気性支持層を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載のエアフィルタ用濾材。
  5. さらに、気流の上流側の最表層の位置に配置され、粒子径０．３μｍの塵の捕集効率が前記プレ捕集層より小さく、気流中の塵を通過させる一方、外部からの押圧に対する前記エアフィルタ用濾材の表面の変形を抑制する通気性カバー層を有し、
    気流の流速が５．３ｃｍ／秒であるとき、前記通気性カバー層の圧力損失は１０Ｐａ以下であり、前記プレ捕集層の圧力損失は、８０Ｐａ以下であり、前記主捕集層の圧力損失は、１００Ｐａ以下である、請求項２に記載のエアフィルタ用濾材。
  6. さらに、気流の上流側の最表層の位置に配置され、粒子径０．３μｍの塵の捕集効率が前記プレ捕集層より小さく、気流中の塵を通過させる一方、外部からの押圧に対する前記エアフィルタ用濾材の表面の変形を抑制する通気性カバー層を有し、
    前記プレ捕集層における粒子径０．３μｍの塵の捕集効率が、前記プレ捕集層の除電された状態で５０％以上であり、前記主捕集層における粒子径０．３μｍの塵の捕集効率が、９９．９％以上である、請求項２に記載のエアフィルタ用濾材。
  7. 前記エンボス突起部の最大突出高さは、前記エアフィルタ用濾材の厚さを含まない状態で、２．０ｍｍ以上６．０ｍｍ以下である、請求項１〜６のいずれか１項に記載のエアフィルタ用濾材。
  8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のエアフィルタ用濾材をプリーツ加工したジグザグ形状の加工済み濾材と、
    前記加工済み濾材を保持する枠体と、を備え、
    前記エアフィルタ用濾材の前記エンボス突起部は、前記エアフィルタ用炉材の向かい合う面に設けられたエンボス突起部と接触することにより、前記ジグザグ形状を保持する、ことを特徴とするエアフィルタユニット。
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