(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材部と、この基材部の表面に設けた繊維層とを備え、前記繊維層は、繊維径寸法が主に６００ｎｍ以上１０００ｎｍ未満である第１のナノファイバー集合体と、前記第１のナノフィバー集合体より繊維径寸法が小さい第２のナノファイバー集合体とで構成するとともに、この前記繊維層における前記基材部側に前記第２のナノファイバー集合体を配置し、第１のナノファイバー集合体の目付量を第２のナノファイバー集合体の目付量よりも多くするとともに前記第１、第２のナノファイバー集合体の目付量を０．６以上２．５ｇ／ｍ２未満としたことを特徴とするエアフィルタ。
【請求項２】
第２のナノファイバー集合体は、繊維径寸法が主に２００ｎｍ以上４００ｎｍ未満である請求項１記載のエアフィルタ。
【請求項３】
第１のナノファイバー集合体の前記基材部側とは反対側に保護層を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のエアフィルタ。
【請求項４】
繊維層が６×１０−６ｍ３／ｍ２以上の空隙をもつように積層されたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のエアフィルタ。
【請求項５】
吸気口とエアフィルタと送風手段と排気口を備えた空気清浄装置であって、前記エアフィルタが請求項１から４のいずれか一つに記載のエアフィルタであり、前記エアフィルタの繊維層を基材部より風上側に配置したことを特徴とする空気清浄装置。
【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、およびこのエアフィルタを備えた空気清浄装置、およびエアフィルタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のエアフィルタは、風上側から見て上層、中間層、下層と繊維直径の太いものから順次、細い繊維に複層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２０１１−８９２２６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、フィルタ寿命が短いということであった。
【０００５】
すなわち、初期の捕集性能を高めるべく、各層の繊維径を小さくするほど、長期使用による圧力損失の上昇が著しくなり、使用者は数年でのフィルタ交換を余儀なくされるという課題があった。
【０００６】
そこで本発明は、集塵性能を高い状態に維持でき、しかも長期使用においても圧力損失の上昇を抑え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、基材部と、この基材部の表面に設けた繊維層とを備え、前記繊維層は、繊維径寸法が主に６００ｎｍ以上１０００ｎｍ未満である第１のナノファイバー集合体と、前記第１のナノフィバー集合体より繊維径寸法が小さい第２のナノファイバー集合体とで構成するとともに、この前記繊維層における前記基材部側に前記第２のナノファイバー集合体を配置し、第１のナノファイバー集合体の目付量を第２のナノファイバー集合体の目付量よりも多くするとともに前記第１、第２のナノファイバー集合体の目付量を０．６以上２．５ｇ／ｍ２未満としたことを特徴とするエアフィルタであり、これにより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、基材部と、この基材部の表面に設けた繊維層とを備え、前記繊維層は、繊維径寸法が主に６００ｎｍ以上１０００ｎｍ未満である第１のナノファイバー集合体と、前記第１のナノフィバー集合体より繊維径寸法が小さい第２のナノファイバー集合体とで構成するとともに、この前記繊維層における前記基材部側に前記第２のナノファイバー集合体を配置し、第１のナノファイバー集合体の目付量を第２のナノファイバー集合体の目付量よりも多くするとともに前記第１、第２のナノファイバー集合体の目付量を０．６以上２．５ｇ／ｍ２未満としたことを特徴とするエアフィルタであり、集塵性能を高い状態に維持でき、しかも長期使用においても圧力損失の上昇を抑えることができるものである。
【０００９】
すなわち、本発明においては、細いナノファイバーで形成した第２のナノファイバー集合体により、初期の圧力損失を低減しながら高い集塵性能を確保するとともに、その目付量より太いナノファイバーで形成した第１のナノファイバー集合体の目付量を多くしたことにより、繊維層内の空隙量を確保し、長期使用において多量の集塵をしながらも圧力損失の上昇を抑えることを可能にしたものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態を示すエアフィルタを備えた空気清浄装置の断面を示す構成図
【図２】同エアフィルタの斜視図
【図３】同濾材部の拡大断面を示す構成図
【図４】エアフィルタの製造方法を示す概略図
【図５】本発明の実施例における空隙量と圧力損失上昇率の関係を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の請求項１記載のエアフィルタは、基材部と、この基材部の表面に設けた繊維層とを備え、前記繊維層は、繊維径寸法が主に６００ｎｍ以上１０００ｎｍ未満である第１のナノファイバー集合体と、前記第１のナノフィバー集合体より繊維径寸法が小さい第２のナノファイバー集合体とで構成するとともに、この前記繊維層における前記基材部側に前記第２のナノファイバー集合体を配置し、第１のナノファイバー集合体の目付量を第２のナノファイバー集合体の目付量よりも多くするとともに前記第１、第２のナノファイバー集合体の目付量を０．６以上２．５ｇ／ｍ２未満としたものである。
【００１２】
前記繊維径寸法は、中心繊維径を示すが、繊維径はほぼ正規分布となり、中心繊維径に対しばらつきを持つため、「主に」と記載している。
【００１３】
細いナノファイバーは、太いものに比べ、同じ集塵性能を呈する仕様において圧力損失が低い。これは、通気時の抵抗が小さいためである。しかしながら、網目状に存在する繊維によって塵が面状に捕集されるため、多量に集塵したときには圧力損失の上昇が著しい。一方で、太いナノファイバーは、積層することによって集塵性能が得られる。このとき、細いナノファイバーに比べて圧力損失は高くなるが、積層、すなわち厚み方向に空隙をもって繊維が存在するために、塵を蓄える空間を得ることができる。
【００１４】
第１のナノファイバー集合体の目付量を第２のナノファイバー集合体の目付量よりも多くしたものでは、初期の圧力損失を低減しながら高い集塵性能を確保し、かつ、繊維層内の空隙量を確保したことにより、長期使用において多量の集塵をしながらも圧力損失の上昇を抑えることを可能にした。
【００１５】
また、第２のナノファイバー集合体は、繊維径寸法が主に２００ｎｍ以上４００ｎｍ未満であることにより、初期の圧力損失を低減しながら高い集塵性能を確保し、かつ、繊維層内の空隙量を確保したことにより、長期使用において多量の集塵をしながらも圧力損失の上昇を抑えることを可能にした。前記繊維径寸法は、中心繊維径を示すが、繊維径はほぼ正規分布となり、中心繊維径に対しばらつきを持つため、「主に」と記載している。
【００１６】
また、第１のナノファイバー集合体の前記基材部側とは反対側に保護層を設けたことにより、第１のナノファイバー集合体が、外的衝撃によって破損することを防止する。第２のナノファイバー集合体においては、基材部が保護層としての役割を果たす。
【００１７】
また、繊維層が６×１０−６ｍ３／ｍ２以上の空隙をもつように積層されたことにより、塵を蓄える空間が十分に得られ、初期の圧力損失を低減しながら高い集塵性能を確保し、かつ、繊維層内の空隙量を確保したことにより、長期使用において多量の集塵をしながらも圧力損失の上昇を抑えることを可能にした。
【００１８】
また、吸気口とエアフィルタと送風手段と排気口を備えた空気清浄装置であって、前記エアフィルタが請求項１から４いずれか一つに記載のエアフィルタであり、前記エアフィルタの繊維層を基材部より風上側に配置したことを特徴とする空気清浄装置は、通気時に、風上側から、保護層、太いナノファイバーで形成した第１のナノファイバー集合体、細いナノファイバーで形成した第２のナノファイバー集合体、基材の順序となる。太いナノファイバーで形成した第１のナノファイバー集合体が、第２のナノファイバー集合体の上流に存在することにより、大半の塵が、上流側で捕捉され、第２のナノファイバー集合体への負荷を減らすことができる。これにより、細いナノファイバーによって塵が面状に捕集されることを抑制し、長期使用における圧力損失の上昇を抑えることができる。さらに、基材を最下流に設けることにより、繊維層が脱離することによる集塵性能の低下を抑制することができ、長期間の使用が可能となる。
【００１９】
（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。
【００２０】
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。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の本体ケース１内側に位置している。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、あるいは接着部材などの形状保持部１１とから形成している。濾材部１０は、図３に示すように、基材部１２と、この基材部１２へ送風される空気流の上流側面に設けた繊維層１３および、前記繊維層１３を保護するための保護層１４で構成されている。繊維層１３は、第１のナノファイバー集合体１３ａおよび第２のナノファイバー集合体１３ｂからなる。
【００２３】
基材部１２の目付量は、１０〜１００ｇ／ｍ２であることが好ましい。目付量が１０ｇ／ｍ２未満であると、基材部１２の剛性が低下することにより、プリーツ加工の生産性が低下したり、フィルタ形状の維持が困難になったりするため、好ましくない。
【００２４】
また、基材部１２の平均繊維径は、１〜５０μｍであることが好ましい。平均繊維径が１μｍ未満であると、単繊維の強度が低く、補強材としての強度が不十分となり、５０μｍ以上であると、基材部１２の厚みが厚くなり、プリーツ加工による構造的な圧力損失が大きくなるので、好ましくない。基材部１２としては、エアフィルタ３の濾材として機能するために通気性を有する必要があるので、たとえば、スパンボンド不織布やサーマルボンド不織布、メルトブローン不織布、あるいは紙類などを用いることができる。
【００２５】
繊維層１３は、太いナノファイバーで形成した第１のナノファイバー集合体１３ａおよび細いナノファイバーで形成した第２のナノファイバー集合体１３ｂからなる。第１のナノファイバー集合体１３ａは、繊維径寸法が主に６００ｎｍから１０００ｎｍであり、かつ、第２のナノファイバー集合体１３ｂは、繊維径寸法が主に２００ｎｍから４００ｎｍが好ましい。
【００２６】
空気は、保護層１４、第１のナノファイバー集合体１３ａ、細いナノファイバーで形成した第２のナノファイバー集合体１３ｂ、基材部１２の順に流れる。第１のナノファイバー集合体１３ａは風上側に位置し、大きな粉塵を捕集するので、繊維径寸法が６００ｎｍ未満であると、長期使用における圧力損失の上昇が大きくなってしまうために好ましくなく、１０００ｎｍ以上であるとナノファイバーの低圧力損失、高集塵性能の特性が薄れてしまうので、好ましくない。
【００２７】
また、第２のナノファイバー集合体１３ｂは主に小さな粉塵を捕集するので、繊維径寸法が４００ｎｍ以上であると集塵性能が低くなってしまうために好ましくなく、２００ｎｍ未満であると空隙が閉塞されやすく、長期使用における圧力損失の上昇が大きくなり、かつ、塵を蓄えるための繊維層内の空間が十分に得られないので好ましくない。
【００２８】
これら２種類の繊維層全体における空隙は、６×１０−６ｍ３／ｍ２以上とすることにより、多量の集塵をしながらも、集塵性能を高い状態に維持でき、しかも長期使用においても圧力損失の上昇を抑えることができる。詳細は実施例で説明する。
【００２９】
繊維層１３の破損を防止するために、保護層１４を繊維層１３の表面側（風上側）に設けている。保護層１４の材質の一例としては、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、加熱によって繊維層１３を固定化できるという効果が得られる。繊維層１３が、強い静電気力あるいは物理接着により基材部１２に強固に固定化されている場合や、製造工程あるいは使用環境下で外的衝撃を受けない場合には、必ずしも保護層１４を設ける必要はない。
【００３０】
基材部１２と保護層１４は、たとえば面風速５．３ｃｍ／ｓｅｃで空気を流入したときの圧力損失が１〜１０Ｐａ程度であることが好ましい。圧力損失が１０Ｐａ以上であると、エアフィルタ３の圧力損失が大きくなり、空気の流入が妨げられ、かつ、ナノファイバーを使うことによる圧力損失低減効果が薄れてしまうので、好ましくない。
【００３１】
本実施形態における特徴は、基材部１２の表面に設ける繊維層１３を、太いナノファイバーで形成した第１のナノファイバー集合体１３ａと、細いナノファイバーで形成した第２のナノファイバー集合体１３ｂとで構成するとともに、前記繊維層１３における前記基材部１２側に前記第２のナノファイバー集合体１３ｂを配置し、第１のナノファイバー集合体１３ａの目付量を第２のナノファイバー集合体１３ｂの目付量よりも多くしたことである。
【００３２】
すなわち、本発明においては、風上側に設けた太いナノファイバーで形成した第１のナノファイバー集合体１３ａが、空気中の粗塵を捕集することにより、細いナノファイバーで形成した第２のナノファイバー集合体１３ｂへの負荷を減らすことができる。
【００３３】
細いナノファイバーの集合体では、網目状に存在する繊維によって塵が面状に捕集されるため、多量に集塵したときには圧力損失の上昇が著しい。一方で、太いナノファイバーは、積層することによって集塵性能が得られる。このとき、細いナノファイバーに比べて圧力損失は高くなるが、積層、すなわち厚み方向に空隙をもって繊維が存在するために、塵を蓄える空間を得ることができる。
【００３４】
しかしながら、一般的に、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、細い繊維のほうが、単位体積あたりに占める繊維の本数が多くなり、空隙が小さくなる。その結果として、構造が密となり初期は高い集塵性能が得られるが、長期使用においては、徐々に空隙が閉塞され、圧力損失が上昇し、エアフィルタとしての性能が低下するため不利となる。
【００３５】
よって、太いナノファイバーで形成した第１のナノファイバー集合体１３ａの目付量を細いナノファイバーで形成した第２のナノファイバー集合体１３ｂの目付量よりも多くすれば、細いナノファイバーにより初期の圧力損失を低減しながら高い集塵性能を確保し、かつ、太いナノファイバーにより繊維層内の空隙量を確保し、長期使用において多量の集塵をしながらも圧力損失の上昇を抑えることが可能になる。
【００３６】
（実施の形態２）
エアフィルタ３の製造方法について、図４を用いて一例を説明する。
【００３７】
図４に示すように、製造設備は、基材部１２を載せて水平方向へ搬送する搬送手段１５と、この搬送手段１５の上方に位置するノズル１６、１７、および搬送手段１５の下方に位置する電極板１８から構成されている。
【００３８】
ノズル１６は、搬送手段１５によって搬送される平板状の基材部１２の上面である表面に第２のナノファイバー集合体１３ｂを形成するために高分子ポリマー溶液を吹き付けるものである。また、ノズル１７は、搬送手段１５によって搬送される第２のナノファイバー集合体１３ｂの上面に第１のナノファイバー集合体１３ａを形成するために高分子ポリマー溶液を吹き付けるものである。
【００３９】
高分子ポリマーの材質は、溶液化することのできるものであれば良い。たとえば、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡｃ）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ポリウレタン、ナイロンなどのポリマーを適当な有機溶媒に溶解すれば溶液化することができる。
【００４０】
エアフィルタ３の製造は、まず、平板形状の基材部１２を搬送手段１５によって搬送させながら、ノズル１６から第２のナノファイバー集合体１３ｂを形成するために高分子ポリマー溶液を基材部１２に向かって放出する。ここで、ノズル１６には、＋２０ＫＶ程度の電圧が印加され、搬送手段１５は電極板１８を介してアース処理をしており、この電位差によって、ノズル１６から放出した高分子ポリマー溶液が基材部１２の表面に付着する。次にノズル１７から第１のナノファイバー集合体１３ａを形成するために高分子ポリマー溶液を第２のナノファイバー集合体１３ｂ表面に向かって放出する。ノズル１７にも、＋２０ＫＶ程度の電圧が印加され、電位差によって、ノズル１７から放出した高分子ポリマー溶液が第２のナノファイバー集合体１３ｂの表面に付着し、第１のナノファイバー集合体１３ａを形成する。
【００４１】
このような構成とすることで、たとえば２種類のナノファイバー集合体の、それぞれの目付量を変化させて空隙量を調整する場合においても、ノズル数を追加、あるいは高分子ポリマー溶液の吐出量を変化させるだけで製造工程を大きく変更することなく容易に製造が可能となる。
【実施例】
【００４２】
実施の形態２に示すエアフィルタの製造方法によって、集塵濾材を作成した。基材部１２としてのガラス紙（北越紀州製紙：Ｈ−７２０）に対し、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）を１８ｗｔ％〜２５ｗｔ％の割合でＤＭＡｃ（ジメチルアセトアミド）に溶解した溶液から選んだ１種類を紡糸し第２のナノファイバー集合体１３ｂを形成した。その上に、ＰＥＳを２７ｗｔ％または３０ｗｔ％の割合でＤＭＡｃに溶解した溶液から選んだ１種類を紡糸し第１のナノファイバー集合体１３ａを形成した。このとき、各ナノファイバー集合体の目付量は０．３〜２．５ｇ／ｍ２の範囲で任意とした。さらに、その上に、保護層１４としてメルトブロー不織布（タピルス：Ｐ０１０ＳＷ−００Ｘ）を重ね合わせることにより、集塵濾材を得た。
【００４３】
これらの集塵濾材について、空隙量は次のように算出した。まず、基材となるガラス紙について、その重量を測定した。同時に、デジタルマイクロメータ（ＳＯＮＹ：Ｍ−３０）を用いて複数個所の厚みを測定し、その平均値からガラス紙の厚みを算出した。次に、第１のナノファイバー集合体１３ａを形成した状態での重量を測定し、ガラス紙の重量を差し引くことによって第１のナノファイバー集合体１３ａの目付量を算出した。同時に、この状態での厚みを前述のデジタルマイクロメータを用いて複数個所測定し、その平均値から、ガラス紙の厚みを差し引くことによって、第１のナノファイバー集合体１３ａの厚みを算出した。同様にして、第２のナノファイバー集合体１３ｂの目付量および厚みを算出した。
【００４４】
次に、各ナノファイバー集合体について得られた「厚み」「目付量」、および「ＰＥＳの比重（１．４）」を用いて、各繊維径の繊維堆積状態における空隙率を算出した。さらに、この「空隙率」から、集塵濾材の繊維層における空隙量（単位：ｍ３／ｍ２）を算出した。
【００４５】
各集塵濾材は、サンプルサイズを１２ｃｍ×１２ｃｍとし、面風速５．３ｃｍ／ｓｅｃにおける集塵性能と圧力損失の初期値を測定した。その中から、集塵性能が０．３μｍの粒子に対し「９６％」程度のものを選択し、そこに、タバコ（マイルドセブン１０ｍｇ）の粉塵を吸引させることにより加速的に集塵した状態とした。タバコを５本延焼させ吸引した後の、面風速５．３ｃｍ／ｓｅｃにおける圧力損失を測定し、初期値に対する上昇率を算出した。その結果を図５に示す。横軸は集塵濾材における繊維層１３が有する空隙量、縦軸はタバコ吸引前後の圧力損失上昇率である。
【００４６】
図５において、空隙量と圧力損失上昇率の関係には変曲点が存在する。すなわち、空隙量が６×１０−６ｍ３／ｍ２より小さいものでは、圧力損失の上昇が著しいことが明らかになった。
【００４７】
これは、概して繊維層１３のうち、細いナノファイバーからなる第２のナノファイバー集合体１３ｂが多く含まれるものである。このことから、細いナノファイバーで形成した第２のナノファイバー集合体によって、初期の圧力損失を低減しながら高い集塵性能を確保し、かつ、太いナノファイバーで形成した第１のナノファイバー集合体１３ａにより繊維層内の空隙量を確保し、それらの空隙量を、目付量と繊維径によって定めることで、長期使用において多量の集塵をしながらも圧力損失の上昇を抑制できることが明確になった。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上のように本発明は、長期使用においても圧力損失の上昇を抑えることができる。
【００４９】
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】
【００５０】
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
１２    基材部
１３    繊維層
１３ａ  第１のナノファイバー集合体
１３ｂ  第２のナノファイバー集合体
１４    保護層
１５    搬送手段
１６、１７  ノズル
１８    電極板
【図１】
0005978460.tif 000002
【図２】
0005978460.tif 000003
【図３】
0005978460.tif 000004
【図４】
0005978460.tif 000005
【図５】
0005978460.tif 000006