JP6453152B2 - バグフィルター用ろ過材及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、バグフィルター用ろ過材及びその製造方法に関する。

集塵機等に取り付けられるバグフィルターにおいて、ろ過材としてフェルトが用いられることがある。ろ過材に対しては、集塵率が高く、かつ圧力損失が低いことが望まれる。

フェルトをろ過材として用いる場合、表面に毛羽立ちがあると、毛羽立ちにダストが付着する。毛羽立ちに付着したダストは、フィルターを洗浄しても、ろ過材から離脱し難い。そのため、洗浄してもろ過材の圧力損失が十分に低くならず、ダストの捕集効率が下がる。

従来から、多くの毛羽立ち対策が提案されてきた。例えば特許文献１では、フェルトの表層を構成する繊維に熱可塑性樹脂からなる繊維を混合し、熱カレンダー処理を行うことによって、表層の表面を平滑化し毛羽立ちを抑えることが提案されている。

特開２００７−２６０４８９号公報

しかしながら、従来の熱カレンダー処理では溶融した低融点繊維が、フェルトの裏層側でも溶着するため、ろ過材の密度勾配が小さくなり、圧力損失が大きくなるという問題があった。

本発明は、毛羽立ちが抑えられ、圧力損失が低減されたバグフィルター用ろ過材を提供することを目的とする。

本発明のある側面は、バグフィルター用ろ過材（２）であって、基布から形成される基布層（４）と、
前記基布層の一側に配置され、０．１〜１．５ｄｔｅｘの繊度を有する極細繊維、及び、０．９〜４．０ｄｔｅｘの繊度を有して、少なくとも外面の一部において前記極細繊維よりも融点が低い低融点素材を含む低融点繊維から形成された表層（６）と、前記基布層の他側に配置され、前記表層よりも密度が低く、かつ２〜３０ｄｔｅｘの繊度を有する太繊維から形成された裏層（８）とを備え、前記基布、前記極細繊維及び前記低融点繊維、並びに前記太繊維が互いに交絡された後に、前記表層側のロールのみが前記低融点繊維の融点よりも高くかつ前記極細繊維の融点よりも低い温度に加熱された片熱カレンダー加工が行われて形成されたことを特徴とする。

この構成によれば、表層側においてのみ低融点素材が溶着してバインダー効果を発揮するため、表層表面の毛羽立ちを抑えることができるとともに、裏層側の密度が高くなることを防止できる。そのため、毛羽立ちによる圧力損失の増大を防ぎ、表層と裏層との間に密度勾配があるため、圧力損失を低減できる。

本発明の他の側面は、上記構成において、前記表層の平均密度が、０．２〜０．８ｇ／ｃｍ^３であり、前記裏層の平均密度が、前記表層の平均密度より小さく、かつ０．０５〜０．４ｇ／ｃｍ^３であることを特徴とする。また、前記表層と前記裏層との平均密度比が、２：１〜１０：１であることを特徴とする。

この構成によれば、表層と裏層との間の密度勾配が適切であるため、圧力損失を低減できる。

本発明の他の側面は、上記構成において、前記極細繊維と前記低融点繊維との混合割合
が、９７：３〜９０：１０であることを特徴とする。

この構成によれば、低融点素材の量が過大にならないため、溶着した低融点素材が表層表面を覆うことによるろ過面積の減少を抑えることができる。

本発明の他の側面は、上記構成において、前記極細繊維はポリエステル繊維からなり、前記低融点繊維は、ポリプロピレン繊維又は外層がポリプロピレンの芯鞘構造繊維からなることを特徴とする。

この構成によれば、極細繊維の耐熱温度及び融点と低融点素材の融点との関係が適切となり、低融点素材の融点はフィルターの耐熱温度に影響を与えない。

また、本発明のある側面は、基布層（４）、前記基布層の一側に配置された表層（６）、及び前記基布層の他側に配置されて前記表層より低密度な裏層（８）を備えたバグフィルター用ろ過材（２）を製造する方法であって、０．１〜１．５ｄｔｅｘの繊度を有する極細繊維、及び０．９〜４．０ｄｔｅｘの繊度を有して、少なくとも外面の一部において前記極細繊維よりも融点が低い低融点素材を含む低融点繊維から実質的になる第１不織布を基布の一側に重ね、２〜３０ｄｔｅｘの繊度を有する太繊維から実質的になる第２不織布を前記基布の他側に重ねるステップと、重ね合わされた前記第１不織布、前記基布及び前記第２不織布をニードルパンチにより互いに交絡させて積層体を形成するニードルパンチステップと、前記積層体をカレンダー加工して、互いに交絡した前記第１不織布、前記基布及び前記第２不織布をそれぞれ、前記表層、前記基布層及び前記裏層にするカレンダーステップとを含み、前記カレンダー加工は、前記第１不織布側のロールのみが前記低融点素材の融点よりも高く、かつ前記極細繊維の融点よりも低い温度に加熱された片熱カレンダー加工であることを特徴とする。

この構成によれば、表層側においてのみ低融点素材が溶着してバインダー効果を発揮するため、表層表面の毛羽立ちを抑えることができ、裏層側の密度が高くなることが防止される。すなわち、毛羽立ちによる圧力損失の増大を防ぎ、表層と裏層との間に密度勾配があるために圧力損失が低減されたバグフィルター用ろ過材を製造することができる。

本発明によれば、毛羽立ちが抑えられ、圧力損失が低減されたバグフィルター用ろ過材を提供することができる。

実施形態に係るろ過材の断面図 ろ過材の表面写真（（ａ）本発明に係るろ過材（ｂ）従来のろ過材） 洗浄と使用とが繰り返された場合の圧力損失の時間変化を表すグラフ

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。図１は、実施形態に係るろ過材２の縦断面図である。フェルトからなるろ過材２は、基布層４と、基布層４の図面上側に配置された表層６と、基布層４の図面下側に配置された裏層８とを備える。表層６は、極細繊維及び低融点繊維を主原料として形成される。表層６は、低融点繊維が溶着することにより、表面は、毛羽立ちが抑えられて平滑になっている。裏層８は、太繊維を主原料として形成される。なお、極細繊維及び低融点繊維と太繊維とは、ろ過材２の製造過程において交絡されるため、表層６には太繊維の一部が、裏層８には極細繊維の一部及び低融点繊維の一部が混ざっている。裏層８は、表層６よりも密度が小さい。以下、製造工程に沿って、詳細に説明する。

まず、基布層４を構成する基布を製織する。基布の材質、糸種及び組織は限定されるものではないが、例えば、基布として、複数の経糸１０と複数の緯糸１２とが互いに織り合わされて形成された平織の織布を使用することができる。経糸１０及び緯糸１２は、例えばポリエステルのマルチフィラメントを使用することができる。経糸１０及び緯糸１２には、ｍ−アラミド、ポリイミド等の他の素材の繊維やモノフィラメントを使用してもよい。また、基布として、平織以外の織布や、不織布を使用してもよい。

次に、基布の一側（図１の上側）に表層６となるべき第１不織布を、他側（図１の下側）に裏層８となるべき第２不織布を重ね合わせ、積層体を形成する。第１不織布は、短繊維の極細繊維と、短繊維の低融点繊維からなる。第２不織布は、短繊維の太繊維からなる。第１不織布及び第２不織布は、それぞれ複数枚重ね合わせられる。

極細繊維は、０．１〜１．５ｄｔｅｘの繊度を有する。低融点繊維は、０．５〜１１．２ｄｔｅｘ、好ましくは０．９〜４．０ｄｔｅｘの繊度を有し、少なくとも外面の一部において極細繊維よりも融点が低い低融点素材を含む。低融点繊維は、繊維全体が低融点素材からなる繊維でもよく、融点の高い繊維の回りを低融点素材で覆った芯鞘構造の繊維でもよい。熱処理時に極細繊維が融解することを防ぐために、低融点素材の融点と極細繊維の融点との温度差は、３０℃以上あることが好ましく、６０℃以上あることがさらに好ましい。フィルターの耐熱温度を下げないように、低融点素材の融点は、極細繊維の耐熱温度より高いことが望ましい。極細繊維と低融点繊維との混合割合は、９７：３〜７０：３０である。

太繊維は、極細繊維よりも太い、２〜３０ｄｔｅｘの繊度を有する。太繊維の耐熱温度と融点との間に、低融点素材の融点があることが望ましい。第２不織布の密度は、第１不織布の密度よりも低い。

例えば、極細繊維及び太繊維にポリエステル繊維を使用し、低融点繊維にポリプロピレン繊維、又はポリエステルとポリプロピレンの芯鞘構造繊維を使用することができる。表層６となる第１不織布の繊維の平均繊度と、裏層８となる第２不織布の平均繊維の繊度との比は、１：２〜１：２０である。なお、極細繊維−低融点繊維のその他の組み合わせとして、ポリエステル−低融点ポリエステル、ポリエステル−６ナイロン、ｍ-アラミド−ＰＰＳ、ポリイミド−ＰＰＳ等が使用できる。

次に、ニードルパンチを行い、基布、第１不織布及び第２不織布を互いに交絡させ、積層体をフェルト状にする。洗浄時のダスト払い落とし性を重視する場合、表突き上がりニードルが行われる。すなわち、第２不織布側からニードルパンチが行われた後、第１不織布側から仕上げのニードルパンチが行われる。第２不織布側からのニードルパンチでは、針が積層体を貫通しないように行われてもよい。表突き上がりニードルの場合、第１不織布側の表面の毛羽立ちが抑えられるため、熱処理後の表層６が平滑となり、ダスト払い落とし性が高くなる。また、集塵率を重視する場合、裏突き上がりニードルが行われる。すなわち、第１不織布側からニードルパンチが行われた後、第２不織布側から仕上げのニードルパンチが行われる。第２不織布側からのニードルパンチでは、針が積層体を貫通するように行われてもよい。裏突き上がりニードルの場合、第１不織布の表面に毛羽立ち生じ、後述の熱処理によって大きな毛羽立ちは抑えられるが、細かい毛羽立ちが残り易い。この細かい毛羽立ちにダストが吸着して、プレコート層が形成され、フィルターはより細かいダストを吸着し、集塵率が向上する。

次に、カレンダー加工による熱処理によって、低融点繊維を溶着させる。この熱処理は、片熱カレンダー加工、すなわち、第１不織布側のロールを低融点素材の融点よりも高く、かつ前記極細繊維の融点よりも低い温度に設定し、第２不織布側のロールを低融点素材の融点よりも低い温度、例えば常温に設定したカレンダー加工によってなされる。

毛焼き加工を行うと低融点素材の溶融玉が発生しやすいが、カレンダー加工は、低融点素材の溶融玉の発生を防止できる。極細繊維と低融点繊維との混合割合が９７：３〜７０：３０であること、低融点繊維の繊度が極細繊維と同等以下であること、及び片熱カレンダー加工であることによって、低融点繊維のバインダー効果を発揮させて毛羽を抑えることができるとともに、図２に示すように、低融点素材が表層６の表面に過剰に溶着してろ過面積が減少することを防ぐことができる。また、低融点素材の溶着によって、表層側の平均密度が高くなる。一方、裏層８側は加熱されていないため、ニードルパンチによる繊維の交絡によって裏層８側に侵入した低融点繊維は融着せず、裏層側の密度が高くなることは防止される。もともとの第１不織布及び第２不織布間の密度差と、片熱カレンダー加工とによって、表層６及び裏層８間の密度勾配が形成され、圧力損失の増加を防ぐ。

完成したろ過材２において、表層６の平均密度は、０．２〜０．８ｇ／ｃｍ^３であり、裏層８の平均密度は、表層６よりも低く、かつ０．０５〜０．４ｇ／ｃｍ^３であり、好ましくは０．０５〜０．２５ｇ／ｃｍ^３である。表層６と裏層８との平均密度比は、２：１〜１０：１である。表層６が小繊度かつ高密度であるため、集塵率を高くすることができる。また、表層６が繊度の小さい繊維から高密度に形成され、裏層８が繊度の大きな繊維から低密度に形成されているため、圧力損失を抑えることができる。

サンプルＡは、本発明の実施例である。基布は、経糸及び緯糸にポリエステルマルチフィラメントを使用した平織組織から形成された。表層は、極細繊維９０％（ポリエステル繊維、平均繊度０.７ｄｔｅｘ）と低融点繊維１０％（ポリプロピレン繊維、平均繊度２.２ｄｔｅｘ）とから形成され、その平均密度は０．４８ｇ／ｍ^３であった。裏層は、太繊維１００％（ポリエステル繊維、平均繊度７．７ｄｔｅｘ）から形成され、その平均密度は０．０９ｇ／ｍ^３であった。表層と裏層との平均密度比は、５．３：１であった。なお、平均密度は、基布目付分を表層及び裏層に均等に割り振って算出した。全体として、目付が４０１ｇ／ｍ^２、厚さが２．７ｍｍであった。

サンプルＢは、比較対照であり、表層の表面側に細繊維、表層の裏面側に極細繊維、裏層に繊度が細繊維と太繊維の中間の通常繊維を用いたものである。基布は、経糸及び緯糸にポリエステルマルチフィラメントを使用した平織組織から形成された。表層は、表面側に細繊維（ポリエステル繊維、平均繊度２．２ｄｔｅｘ）、裏面側に極細繊維（ポリエステル繊維、平均繊度０．８ｄｔｅｘ）を用いて形成され、その平均密度は０．２７ｇ／ｍ^３であった。裏層は、通常繊維１００％（ポリエステル繊維、平均繊度３．３ｄｔｅｘ）から形成され、その平均密度は０．２３ｇ／ｍ^３であった。表層と裏層との平均密度比は、１．２：１であった。全体として、目付が５００ｇ／ｍ^２、厚さが２．０ｍｍであった。また、表層の表面には鏡面加工がなされた。

サンプルＣは、別の比較対照であり、表層の表面側に極細繊維、表層の裏面側に通常繊維、裏層に通常繊維を用いたものである。基布は、経糸及び緯糸にポリエステルマルチフィラメントを使用した平織組織から形成された。表層は、表面側に極細繊維（ポリエステル繊維、平均繊度０．９ｄｔｅｘ）、裏面側に通常繊維（ポリエステル繊維、平均繊度４．４ｄｔｅｘ）を用いて形成され、その平均密度は０．３５ｇ／ｍ^３であった。裏層は、通常繊維１００％（ポリエステル繊維、平均繊度４．４ｄｔｅｘ）から形成され、その平均密度は０．３３ｇ／ｍ^３であった。表層と裏層との平均密度比は、１．１：１であった。全体として、目付が５４６ｇ／ｍ^２、厚さが１．４ｍｍであった。また、表層の表面には鏡面加工がなされた。

サンプルＡ、Ｂ及びＣの通気度は、それぞれ、１３．５ｃｍ^３／秒／ｃｍ^２、７．９ｃｍ^３／秒／ｃｍ^２及び６．２ｃｍ^３／秒／ｃｍ^２であった。

サンプルＡ、Ｂ及びＣの集塵率は、新品時で、それぞれ、９９．９９５％、９９．９９６％及び９９．９９５％であり、エージング後では全て１００％となり、集塵率では有意な差は見られなかった。一方、圧力損失では、図３に示すように有意な差が見られた。集塵試験は、JIS Z 8909-1：2005 「集じん用ろ布の試験方法」に基づいて行われ、一定濃度（５ｇ／ｍ^３）のダストを流してフィルターにダストを付着させ、決まった圧損（１０００Ｐａ）になるとパルスを打ってダストを払い落とした。図３に示す試験時間は、これを３０サイクル行うのにかかった時間である。例えば、圧損上昇速度が速い、または、目詰まりが進んで圧損の下がりが悪い、などの現象が見られると、短時間で1000Paになり試験時間は短くなる。前者後者ともパルスを頻繁に打つこととなるが、後者はそれに加えて圧損が常に高い状態で使用されることになる。いずれの場合もエネルギーコストは増大する。したがって、試験時間の長いものほどが、エネルギーコストを抑えることができる。サンプルＡ、Ｂ及びＣの試験時間は、それぞれ、７９２．４５分、３６７．４３分及び９２．２分であり、サンプルＡが最も優れていた。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。

２...ろ過材、４...基布層、６...表層、８...裏層、１０...経糸、１２...緯糸

Claims (5)

1. バグフィルター用ろ過材であって、
   基布から形成される基布層と、
   前記基布層の一側に配置され、０．１〜１．５ｄｔｅｘの繊度を有する極細繊維、及び、０．９〜４．０ｄｔｅｘの繊度を有して、少なくとも外面の一部において前記極細繊維よりも融点が低い低融点素材を含む低融点繊維から形成された表層と、
   前記基布層の他側に配置され、前記表層よりも密度が低く、かつ２〜３０ｄｔｅｘの繊度を有する太繊維から形成された裏層とを備え、
   前記基布、前記極細繊維及び前記低融点繊維、並びに前記太繊維が互いに交絡された後に、前記表層側のロールのみが前記低融点繊維の融点よりも高くかつ前記極細繊維の融点よりも低い温度に加熱された片熱カレンダー加工が行われて形成され、
   前記極細繊維と前記低融点繊維との混合割合が、９７：３〜９０：１０であることを特徴とするバグフィルター用ろ過材。
2. 前記表層の平均密度が、０．２〜０．８ｇ／ｃｍ^３であり、前記裏層の平均密度が、前記表層の平均密度より小さく、かつ０．０５〜０．４ｇ／ｃｍ^３であることを特徴とする請求項１に記載のバグフィルター用ろ過材。
3. 前記表層と前記裏層との平均密度比が、２：１〜１０：１であることを特徴とする請求項２に記載のバグフィルター用ろ過材。
4. 前記極細繊維はポリエステル繊維からなり、前記低融点繊維は、ポリプロピレン繊維又は外層がポリプロピレンの芯鞘構造繊維からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のバグフィルター用ろ過材。
5. 基布層、前記基布層の一側に配置された表層、及び前記基布層の他側に配置されて前記表層より低密度な裏層を備えたバグフィルター用ろ過材を製造する方法であって、
   ０．１〜１．５ｄｔｅｘの繊度を有する極細繊維、及び０．９〜４．０ｄｔｅｘの繊度を有して、少なくとも外面の一部において前記極細繊維よりも融点が低い低融点素材を含む低融点繊維のみから実質的になる第１不織布を基布の一側に重ね、前記極細繊維よりも太く、かつ２〜３０ｄｔｅｘの繊度を有する太繊維のみから実質的になる第２不織布を前記基布の他側に重ねるステップと、
   重ね合わされた前記第１不織布、前記基布及び前記第２不織布をニードルパンチにより互いに交絡させて積層体を形成するニードルパンチステップと、
   前記積層体をカレンダー加工して、互いに交絡した前記第１不織布、前記基布及び前記第２不織布をそれぞれ、前記表層、前記基布層及び前記裏層にするカレンダーステップとを含み、
   前記カレンダー加工は、前記第１不織布側のロールのみが前記低融点素材の融点よりも高く、かつ前記極細繊維の融点よりも低い温度に加熱された片熱カレンダー加工であり、
   前記極細繊維と前記低融点繊維との混合割合が、９７：３〜９０：１０であることを特徴とする製造方法。