(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維の集合体からなる基材部と、この基材部に接着したナノファイバー集合体からなる細繊維層とを備え、前記ナノファイバーは、基材部との接着面部分における幅方向の寸法が、基材部との非接着面部分における幅方向の寸法よりも大きい構成とし、前記細繊維層は、前記基材部との非接着面部分における幅方向の寸法が異なる２種類以上のナノファイバー集合体が積層されているエアフィルタ。
【請求項２】
細繊維層が、少なくとも、基材部との非接着面部分における幅方向の寸法が主に１００ｎｍから２００ｎｍであるナノファイバー集合体と、主に５００ｎｍから６５０ｎｍであるナノファイバー集合体とを含む請求項１記載のエアフィルタ。
【請求項３】
２種類以上のナノファイバー集合体の目付量が、基材部との非接着面部分における幅方向の寸法の小さいものについて、大きいものよりも相対的に少量であることを特徴とする請求項１または２いずれかに記載のエアフィルタ。
【請求項４】
請求項１から３いずれかに記載のエアフィルタを備えた空気清浄装置であって、ナノファイバー集合体の、基材部との非接着面部分における幅方向の寸法が、空気の流れに対し上流層が下流層よりも大きいことを特徴とする空気清浄装置。
【請求項５】
請求項１から３いずれかに記載のエアフィルタの製造方法であって、ナノファイバーを形成する高分子ポリマー溶液を溶媒が乾燥する前に前記基材部の表面上に吹き付ける工程を含むエアフィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機などに組み込まれるエアフィルタ、およびエアフィルタの製造方法、およびこのエアフィルタを備えた空気清浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のエアフィルタは、基材部と、この基材部に設けた細繊維層とを備え、基材部と細繊維層は、接着剤により、接着する構成となっていた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２７４１４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来例における課題は、生産性が低いということであった。
【０００５】
すなわち、基材部と細繊維層との結合強度を高めるために基材部と細繊維層は、上述のごとく接着剤により接着する構成となっており、この接着剤による接着工程が必要となる分、生産性が低くなるのであった。
【０００６】
そこで本発明は、生産性を高めることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そしてこの目的を達成するために本発明は、繊維の集合体からなる基材部と、この基材部に接着したナノファイバー集合体からなる細繊維層とを備え、前記ナノファイバーは、基材部との接着面部分における幅方向の寸法が、基材部との非接着面部分における幅方向の寸法よりも大きい構成とし、前記細繊維層は、前記基材部との非接着面部分における幅方向の寸法が異なる２種類以上のナノファイバー集合体が積層されているものであり、これにより初期の目的を達成するものである。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように本発明は、繊維の集合体からなる基材部と、この基材部に接着したナノファイバー集合体からなる細繊維層とを備え、前記ナノファイバーは、基材部との接着面部分における幅方向の寸法が、基材部との非接着面部分における幅方向の寸法よりも大きい構成としたものであるので、生産性を高めることが出来るものである。
【０００９】
すなわち、本発明においては、繊維の集合体からなる基材部に、ナノファイバー集合体からなる細繊維層を直接接着するに際し、前記ナノファイバーの、基材部との接着面部分における幅方向の寸法を、基材部との非接着面部分における幅方向の寸法よりも大きい構成とすることにより、接着剤による接着工程を用いることなく、基材部に、細繊維層を直接接着することができ、この結果として、接着工程が不要となる分、生産性を高めることが出来るものである。
【００１０】
また、細繊維層が、基材部との非接着面部分における幅方向の寸法が異なる２種類以上のナノファイバー集合体を積層してなるものであり、これにより、長期間の使用に対する優れた耐久性を得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１を示すエアフィルタを備えた空気清浄装置の断面図
【図２】同エアフィルタの斜視図
【図３】同エアフィルタの拡大斜視図
【図４】同エアフィルタの拡大断面図
【図５】同エアフィルタのナノファイバーと基材部との接合面部分を示す図
【図６】同エアフィルタの製造方法を示す概略図
【図７】本発明の実施の形態２を示すエアフィルタの概略断面図
【図８】実施例の、繊維径ごとの圧力損失変化を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の請求項１記載のエアフィルタは、繊維の集合体からなる基材部と、この基材部に接着したナノファイバー集合体からなる細繊維層とを備え、前記ナノファイバーは、基材部との接着面部分における幅方向の寸法が、基材部との非接着面部分における幅方向の寸法よりも大きい構成とし、前記細繊維層は、前記基材部との非接着面部分における幅方向の寸法が異なる２種類以上のナノファイバー集合体が積層されているものである。これにより、ナノファイバーと基材部との接着面積が大きくなるため、接着剤を用いることなく強固に接着することができるという効果が得られる。
【００１３】
加えて、大きさの異なる粉塵を、各層で分離して捕集することができるようになり、エアフィルタの長期間の使用に対する耐久性を得ることができる。
【００１４】
また、細繊維層が、少なくとも、基材部との非接着面部分における幅方向の寸法が主に２００ｎｍ程度であるナノファイバー集合体と、主に６００ｎｍ程度であるナノファイバー集合体とを含むものである。これにより、大きい粉塵を６００ｎｍの粗い層で、細かい粉塵を２００ｎｍの密な層で捕集することができ、粉塵を各層で分離して捕集することにより、エアフィルタの長期間の使用に対する耐久性を得ることができる。
【００１５】
また、２種類以上のナノファイバー集合体の目付量が、基材部との非接着面部分における幅方向の寸法の小さいものについて、大きいものよりも相対的に少量であれば、長期的な使用における、塵の詰まりによる圧力損失の上昇を抑制することができる。
【００１６】
また、請求項１から４いずれかに記載のエアフィルタを備えた空気清浄装置は、エアフィルタの、ナノファイバーが基材部から剥れることによる補集効率の低下を長期に亘り抑制することができるため、長期間の使用が可能となる。さらに、ナノファイバー集合体の、基材部との非接着面部分における幅方向の寸法が、空気の流れに対し上流層が下流層よりも大きいものでは、大きい粉塵が上流層で捕集されることにより、下流層への負荷を減少させ、エアフィルタの長期間の使用に対する耐久性をより高めることができる。
【００１７】
また、請求項１から３いずれかに記載のエアフィルタの製造方法であって、ナノファイバーを形成する高分子ポリマー溶液を溶媒が乾燥する前に前記基材部の表面上に吹き付ける工程を含むエアフィルタの製造方法では、ナノファイバーは、基材部との接着面部分において基材部の繊維の表面に沿うように扁平な形状となる。これにより、ナノファイバーは、基材部との接着面部分において幅方向の寸法が、基材部との非接着面部分における幅方向の寸法よりも大きくなる。その結果、ナノファイバーと基材部との接着面積が大きくなるため、接着剤を用いることなく強固にナノファイバーを基材部に接着することができる。
【００１８】
（実施の形態１）
以下本発明の実施の形態１を、添付図面を用いて説明する。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態のエアフィルタを備えた空気清浄装置は、本体ケース１内に送風手段２とエアフィルタ３とを備えている。
【００２０】
本体ケース１は、略縦長箱形状で、この本体ケース１の前面側側面部に、略四角形状の吸気口４を設け、本体ケース１の天面部に、略四角形状の排気口５を備えている。この排気口５には、風向ルーバー６を設けている。
【００２１】
送風手段２は、本体ケース１の吸気口４と、排気口５との間の風路に設けられ、スクロール形状のケーシング７と、このケーシング７内に設けられた遠心送風ファンである羽根８と、この羽根８を回転させる電動機９とから形成している。エアフィルタ３は、本体ケース１の吸気口４に位置している。送風手段２によって、吸気口４から本体ケース１内に吸気された室内の空気は、エアフィルタ３を介して排気口５へと送風するものである。つまり、室内の空気をエアフィルタ３で清浄して、室内へ送風されるものである。
【００２２】
エアフィルタ３は、図２、図３に示すように、プリーツ形状の濾材部１０と、この濾材部１０をプリーツ形状に保持すべく濾材部１０の外周に設けた枠形状の形状保持部１１とから形成している。
【００２３】
濾材部１０は、図４に示すように、基材部１４と、この基材部１４へ送風される空気流の上流側面に設けた細繊維層１５とを備えている。基材部１４の材質の一例としては、ガラス、樹脂である不織布である。細繊維層１５は、直径がナノメーターである細繊維によって形成されている。具体的には、複数のナノファイバーが絡み合って細繊維層１５を形成するものである。
【００２４】
本実施形態における特徴は、図５に示すように、基材部１４と、この基材部１４に接着したナノファイバー１８の集合体からなる細繊維層１５とを備え、前記ナノファイバー１８は、基材部１４、具体的には、この基材部１４を構成する繊維１７との接着面部分２１における幅方向の寸法Ａが、基材部１４との非接着面部分２２における幅方向の寸法Ｂよりも大きい構成としたことである。
【００２５】
すなわち、繊維１７の集合体からなる基材部１４と、この基材部１４に接着したナノファイバー１８の集合体からなる細繊維層１５とを備えたので、ナノファイバー１８の集合体からなる細繊維層１５によって目の大きさが小さくなり捕集効率が向上する。また、前記ナノファイバー１８は、基材部１４との接着面部分２１における幅方向の寸法Ａが、基材部１４との非接着面部分２２における幅方向の寸法Ｂよりも大きい構成としたので、ナノファイバー１８と基材部１４との接着面積が大きくなるため、繊維１７に対してナノファイバー１８を直接接着させることができる。すなわち、繊維１７に接着する部分のナノファイバー１８は、接着面部分２１における幅方向の寸法Ａを大きくしているので、接着剤を用いることなく強固に接着することができるものである。
【００２６】
従って、接着工程が不要となる分、生産性を高めることが出来るものである。
【００２７】
なお、このように、ナノファイバー１８の基材部１４との接着面部分２１における幅方向の寸法Ａを、基材部１４との非接着面部分２２における幅方向の寸法Ｂより、大きくするためには、基材部１４の近傍においてナノファイバー１８を噴射させることで構成することができるので、この点からも、基材部１４と細繊維層１５とを各々別個に形成した後に、基材部１４と細繊維層１５とを接着するよりも、生産性を高めることができるものである。
【００２８】
また、このようにして構成されたエアフィルタ３は、ナノファイバー１８が基材部１４から剥れて補集効率が低下することを長期に亘り抑制することができるため、結果として、捕集効率を向上すると共に、高い捕集効率を長期に亘り確保することが出来るのである。
【００２９】
ここで、エアフィルタ３の製造方法について説明する。図６に示すように、製造設備は、基材部１４を載せて水平方向へ搬送する搬送手段１９と、この搬送手段１９の上方に位置するノズル２０とから構成している。
【００３０】
ノズル２０は、搬送手段１９によって搬送される平板状の基材部１４の上面である表面上にナノファイバー１８を形成する高分子ポリマー溶液を吹き付けるものである。
【００３１】
エアフィルタ３の製造は、まず、平板形状の基材部１４を搬送手段１９によって搬送させながら、ノズル２０からナノファイバー１８を形成する高分子ポリマー溶液を基材部１４に向かって放出する。ここで、ノズル２０には、＋２０ＫＶ程度の電圧が印加され、搬送手段１９はアース処理をしており、この電位差によって、ノズル２０から放出したナノファイバー１８を形成する高分子ポリマー溶液が基材部１４の全表面に付着し、細繊維層１５を形成する。
【００３２】
本実施形態における特徴は、高分子ポリマー溶液を基材部１４の表面上に吹き付ける工程において、高分子ポリマー溶液を溶媒が乾燥する前に基材部１４の表面上に吹き付けることを特徴とする点である。
【００３３】
すなわち、ノズル２０から吹き出す高分子ポリマー溶液の溶媒が乾燥する前に、高分子ポリマー溶液が基材部１４の上面である表面上に到達するように、ノズル２０と基材部１４との間の距離を調整して設ける。
【００３４】
これにより、ナノファイバー１８を形成する高分子ポリマー溶液が、溶媒を残した状態で基材部１４の表面上に吹き付けられるので、図５に示すように、ナノファイバー１８は、基材部１４との接着面部分２１において基材部１４の繊維１７の表面に沿うように扁平な形状となる。つまり、上述したように、ナノファイバー１８は、基材部１４との接着面部分２１において幅方向の寸法Ａが、基材部１４との非接着面部分２２における幅方向の寸法Ｂよりも大きくなる。その結果、ナノファイバー１８と基材部１４との接着面積が大きくなるため、接着剤を用いることなく強固にナノファイバー１８を基材部１４に接着することができるのである。従って、接着工程が不要となる分、生産性を高めることが出来るものである。
【００３５】
また、これにより、ナノファイバー１８が基材部１４から剥れて補集効率が低下することを長期に亘り抑制することができるため、結果として、捕集効率を向上すると共に、高い捕集効率を長期に亘り確保することが出来るのである。
【００３６】
（実施の形態２）
以下本発明の実施の形態２を、添付図面を用いて説明する。
【００３７】
図７に示すように、本実施形態のエアフィルタ３は、細繊維層１５が、少なくとも、基材部１４との非接着面部分における幅方向の寸法Ｂが主に２００ｎｍ程度である密なナノファイバー集合体２３と、主に６００ｎｍ程度である粗いナノファイバー集合体２４とを積層してなる濾材から構成される。ここで、繊維径はほぼ正規分布となり、前記の２００ｎｍ、６００ｎｍは、中心径の数値で標準偏差のばらつきを含んだ数値のため、「主に２００ｎｍ程度」「主に６００ｎｍ程度」と記載している。
【００３８】
基材部１４との非接触面における幅方向の寸法Ｂは、ナノファイバーの繊維径に置き換えて考えることができる。空気は、図中の矢印で示すように、繊維径６００ｎｍ程度の粗いナノファイバー集合体２４、繊維径２００ｎｍの密なナノファイバー集合体２３の順に通過し、基材部１４から流出する。
【００３９】
太い繊維と細い繊維を、同じ目付量になるように吹き付けた場合、材質が同じであれば、太い繊維のほうが、単位体積あたりに占める繊維の本数が少なくなり、繊維間隔が大きくなり、その結果として、構造は粗くなる。構造が密であれば、高い集塵効率が得られるが、大小さまざまな粒子を含む大気塵を濾過する場合には、たとえば径１μｍのような大きい粒子が２００ｎｍの密なナノファイバー集合体にトラップされると、それによって空隙が閉塞され、圧力損失が急激に上昇し、エアフィルタとしての特性が急激に低下する。大きい粒子を、構造の粗い層でトラップすることにより、急激な圧力損失の増大を抑制することができる。このように、上流で大きい粒子、下流で小さい粒子を分離して捕集することは、長期間にわたる使用において有利になる。
【００４０】
細繊維層１５の破損を防止するために、保護層２５を設けても良い。保護層２５としては、基材と同じ材質であっても良いし、熱溶融性の樹脂不織布などを用いても良い。熱溶融性の不織布を用いた場合には、加熱によって細繊維層１５を固定化できるという効果が得られる。基材部１４と保護層２５は、それぞれ圧力損失が低く、空気の流入を妨げないものが望ましいが、単体での集塵効率に差異がある場合、空気の流れの上流側に、たとえば径１μｍのような大きい粒子を集塵することのできる材料が配置されるように、ナノファイバー集合体の構成を変えれば、粒子の分離捕集がより効果的に行われるようになる。
【実施例】
【００４１】
繊維の集合体からなる基材部と、この基材部に接着したナノファイバー集合体からなる細繊維層とを備えるエアフィルタ濾材について、ナノファイバー集合体の、基材部との非接着面部分における幅方向の寸法Ｂ、すなわち繊維径が１４５ｎｍのもの、３８７ｎｍのもの、５８９ｎｍのもの、および１４５ｎｍと５８９ｎｍを積層したものを実施の形態１に示す方法によって作製した。
【００４２】
このとき、繊維径は正規分布となるが、その標準偏差は、中心径１４５ｎｍの場合は３０ｎｍ、中心径３８７ｎｍでは１１０ｎｍ、中心径５８９ｎｍでは１６９ｎｍと計測され、繊維径が大きくなるにつれて、ばらつきも増加する傾向が見られた。これらに、それぞれタバコの煙を吸引させ、圧力損失の変化を観察した。表１には、これらの仕様表を示す。
【００４３】
【表１】
0005927413.tif 000002
【００４４】
すべてのサンプルは、ガラス紙を基材とし、０．３μｍの粉塵に対する初期集塵効率が９８％以上となるようナノファイバーの目付量を調整した。
【００４５】
その結果を図８に示す。繊維径１４５ｎｍのナノファイバー集合体は、少ない目付量で高い集塵性能が得られ、初期圧力損失が低いが、構造が密になるためにタバコの煙による負荷に対する圧力損失の上昇率が高い。一方、繊維径が増大すると、初期圧力損失が高くなるが、圧力損失の上昇率が低くなることがわかる。また、これらを積層したものにおいては、繊維径１４５ｎｍの細いナノファイバー集合体の目付量が相対的に小さいものについて、圧力損失の上昇率を低くすることができた。
【００４６】
ナノファイバーの繊維径、目付量および積層比率は、繊維径１４５ｎｍの細いナノファイバー集合体が、初期圧力損失の低減に寄与し、繊維径５８９ｎｍの太いナノファイバー集合体が、圧力損失の上昇率抑制に寄与していることを考慮して、適宜選択すれば良いが、たとえば、タバコの煙をターゲットにする場合には、ナノファイバー集合体の、基材部との非接着面部分における幅方向の寸法Ｂすなわち繊維径が１００ｎｍから２００ｎｍであるナノファイバー集合体と、５００ｎｍから６５０ｎｍであるナノファイバー集合体を積層すれば、耐久性に対し、より効果的な構成とすることができるといえる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
以上のように本発明は、生産性を高めることができるだけでなく、捕集効率を向上させ、さらに、高い捕集効率を長期に亘り確保することが出来るものである。
【００４８】
従って、家庭用や事務所用などの、エアフィルタ、およびこのエアフィルタの製造方法、およびこのエアフィルタを備えた空気清浄装置として活用が期待されるものである。
【符号の説明】
【００４９】
１      本体ケース
２      送風手段
３      エアフィルタ
４      吸気口
５      排気口
６      風向ルーバー
７      ケーシング
８      羽根
９      電動機
１０    濾材部
１１    形状保持部
１４    基材部
１５    細繊維層
１７    繊維
１８    ナノファイバー
１９    搬送手段
２０    ノズル
２１    接着面部分
２２    非接着面部分
２３    密なナノファイバー集合体
２４    粗いナノファイバー集合体
２５    保護層
Ａ，Ｂ  幅方向の寸法
【図１】
0005927413.tif 000003
【図２】
0005927413.tif 000004
【図３】
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【図４】
0005927413.tif 000006
【図５】
0005927413.tif 000007
【図６】
0005927413.tif 000008
【図７】
0005927413.tif 000009
【図８】
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