(57)【要約】【課題】アレルゲン物質を高効率で捕集する除塵（集塵）機能と、高い吸音効果が期待できる吸音機能とを有する吸音除塵フィルターを提供することを目的とする。【解決手段】通気性を有するケース５と、その中に振動可能な状態で少なくとも二つ以上収納され連続したメソ孔を有する多孔質構造体２と、ケース５の一部に設けた浮遊物質捕集用のフィルター３とを備えたものである。これによって、フィルター３で浮遊するホコリや花粉、ダニなどのアレルゲン物質を高効率で捕集することができ、連続したメソ孔を有する多孔質構造体２を音が通過するときに音のエネルギーが熱エネルギーに変換され、さらには音のエネルギーを受けた多孔質構造体２が振動し互いに擦れ合うことで熱エネルギーへの変換が進んで吸音効果を生み、除塵（集塵）機能と吸音機能を得ることができる。【選択図】図１
2008228762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通気性を有するケースと、その中に振動可能な状態で少なくとも二つ以上収納され連続したメソ孔を有する多孔質構造体と、ケースの一部に設けた浮遊物質捕集用のフィルターとを備えた吸音除塵フィルター。
【請求項２】
フィルターはＨＥＰＡフィルターである請求項１に記載の吸音除塵フィルター。
【請求項３】
多孔質構造体の代表径が１ｍｍ以上である請求項１に記載の吸音除塵フィルター。
【請求項４】
多孔質構造体は、少なくとも水を含む溶媒とゲル原料とを混合することで湿潤ゲルを形成するゲル化工程と、前記湿潤ゲル内の水を除く除水工程と、前記除水工程で除水された湿潤ゲル内に残存した溶媒を除いて多孔質構造体を得る乾燥工程とから作製される請求項１〜３のいずれか１項に記載の吸音除塵フィルター。
【請求項５】
ゲル化工程において、ゲル原料がアルコキシシランのモノマーまたはオリゴマーであり、少なくとも溶媒には水とアルコールとゲル化を促進させるアルカリ触媒とを含む請求項４に記載の吸音除塵フィルター。
【請求項６】
除水工程の前に疎水化工程を有し、前記疎水化工程においては、ＲとＲ’はアルキル基を表し、ｘは１〜３のいずれかの整数を表し、Ｒｘ（Ｒ’Ｏ）４−ｘＳｉで表されるアルキルアルコキシシランを用いて湿潤ゲル表面の少なくとも一部を疎水化し、かつ乾燥工程が前記少なくとも表面の一部が疎水化された湿潤ゲル内に含まれる主成分となる溶媒の臨界点未満の温度かつ圧力条件で乾燥する乾燥工程である請求項４に記載の吸音除塵フィルター。
【請求項７】
ＲとＲ’はいずれもメチル基で、かつｘ＝２である請求項６に記載の吸音除塵フィルター。
【請求項８】
触媒または吸着剤を含み脱臭機能を有する請求項１〜７のいずれか１項に記載の吸音除塵フィルター。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の吸音除塵フィルターを備えた掃除機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浮遊するホコリや花粉、ダニなどのアレルゲン物質を捕集する機能と、吸音機能を有する吸音除塵フィルターおよびそれを用いた掃除機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガラスウールやロックウール、繊維の集合体であるフェルト、発泡ポリウレタンのようなものが一般的な吸音材として用いられているが、繊維状の細片と多孔質体の細片を成形した吸音性成形体も知られている（例えば、特許文献１参照）。これは、例えば、セルロースアセテート繊維と発泡ポリウレタンとを所望形状の容器に入れ、圧縮成形にて成形体を作製するものである。そして、繊維と多孔質体（例えば、発泡ポリウレタン）の形状が均一ではなくランダムに分散されており、音波エネルギーの吸収能力が高められるため、吸音性能の高い吸音性成形体としている。
【０００３】
また、空気調和機のフィルターの一部に吸音部を設けたものも知られている（例えば、特許文献２参照）。これは、プリーツ状のフィルターのいずれか一方の傾斜面に例えば吸音塗料を塗布した吸音機能が付加されたフィルターである。
【特許文献１】特開２００４−１６３５１０号公報
【特許文献２】特開平８−１５９５０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、一般的な吸音材であるガラスウール、フェルト、発泡ポリウレタンなどでは、通気させようとすると圧力損失が非常に大きくなるため現実的ではなく、浮遊するホコリや花粉、ダニなどのアレルゲン物質などを捕集するフィルターへ加工することは困難であった。また、吸音性成形体でも、浮遊するホコリや花粉、ダニなどのアレルゲン物質を高効率で捕集する機能を付加することが難しい。さらには、吸音機能が付加されたフィルターでは、その半分は吸音効果がない部分であるため、高い吸音効果は期待できないものであった。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、浮遊するホコリや花粉、ダニなどのアレルゲン物質を高効率で捕集する除塵（集塵）機能と、高い吸音効果が期待できる吸音機能とを有する吸音除塵フィルターおよびそれをそれを用いた掃除機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記従来の課題を解決するために、本発明の吸音除塵フィルターおよびそれを取り付けた掃除機は、通気性を有するケースと、その中に振動可能な状態で少なくとも二つ以上収納され連続したメソ孔を有する多孔質構造体と、ケースの一部に設けた浮遊物質捕集用のフィルターとを備えたものである。
【０００７】
これによって、浮遊物質捕集用のフィルターで浮遊するホコリや花粉、ダニなどのアレルゲン物質を高効率で捕集することができ、かつ連続したメソ孔を有する多孔質構造体を音が通過するときに音のエネルギーが熱エネルギーに変換され、さらには音のエネルギーを受けた多孔質構造体が振動し互いに擦れ合うことで熱エネルギーへの変換が進んで吸音効果を生み、除塵（集塵）機能と吸音機能を得ることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の吸音除塵フィルターおよびそれを用いた掃除機は、浮遊するホコリや花粉、ダニなどのアレルゲン物質を高効率で捕集する除塵（集塵）機能と、高い吸音効果が期待できる吸音機能とを有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
第１の発明は、通気性を有するケースと、その中に振動可能な状態で少なくとも二つ以上収納され連続したメソ孔を有する多孔質構造体と、ケースの一部に設けた浮遊物質捕集用のフィルターとを備えた吸音除塵フィルターとするものである。これによって、浮遊物質捕集用のフィルターで浮遊するホコリや花粉、ダニなどのアレルゲン物質を高効率で捕集することができ、かつ連続したメソ孔を有する多孔質構造体を音が通過するときに音のエネルギーが熱エネルギーに変換され、さらには音のエネルギーを受けた多孔質構造体が振動し互いに擦れ合うことで熱エネルギーへの変換が進んで吸音効果を生み、除塵（集塵）機能と吸音機能を得ることができる。
【００１０】
第２の発明は、特に、第１の発明において、フィルターはＨＥＰＡフィルターであることにより、浮遊するホコリや花粉、ダニなどのアレルゲン物質をさらに高効率で捕集することができる吸音除塵フィルターを実現できる。
【００１１】
第３の発明は、特に、第１の発明において、多孔質構造体の代表径が１ｍｍ以上であることにより、吸音除塵フィルターに通気させ続けた場合も多孔質構造体が押しのけられ多孔質構造体同士の間に大きな隙間ができることがないため、通気を続けても吸音効率が低下しない吸音除塵フィルターを実現できる。
【００１２】
第４の発明は、特に、第１〜第３のいずれか１つの発明において、多孔質構造体は、少なくとも水を含む溶媒とゲル原料とを混合することで湿潤ゲルを形成するゲル化工程と、前記湿潤ゲル内の水を除く除水工程と、前記除水工程で除水された湿潤ゲル内に残存した溶媒を除いて多孔質構造体を得る乾燥工程とから作製されることにより、吸音効率の高い多孔質構造体を容易に作製することができ、吸音効率の高い吸音除塵フィルターを実現できる。
【００１３】
第５の発明は、特に、第４の発明において、ゲル化工程において、ゲル原料がアルコキシシランのモノマーまたはオリゴマーであり、少なくとも溶媒には水とアルコールとゲル化を促進させるアルカリ触媒とを含むことにより、さらに容易に多孔質構造体を作製することができるため、吸音効率の高い吸音除塵フィルターを実現できる。
【００１４】
第６の発明は、特に、第４の発明において、除水工程の前に疎水化工程を有し、前記疎水化工程においては、ＲとＲ’はアルキル基を表し、ｘは１〜３のいずれかの整数を表し、Ｒｘ（Ｒ’Ｏ）４−ｘＳｉで表されるアルキルアルコキシシランを用いて湿潤ゲル表面の少なくとも一部を疎水化し、かつ乾燥工程が前記少なくとも表面の一部が疎水化された湿潤ゲル内に含まれる主成分となる溶媒の臨界点未満の温度かつ圧力条件で乾燥する乾燥工程であることにより、疎水化工程を行うことおよび乾燥工程時に適当な溶媒を選択することで超臨界乾燥を用いずに、吸音効率の高い多孔質構造体を低コストで作製でき、吸音効率の高い吸音除塵フィルターを低コストで実現できる。
【００１５】
第７の発明は、特に、第６の発明において、ＲとＲ’はいずれもメチル基で、かつｘ＝２であることにより、この原料はジメチルジメトキシシランと称され、安価で疎水化速度が速く、確実に疎水化することができため、超臨界乾燥を用いずに、吸音効率の高い多孔質構造体を低コストで作製でき、吸音効率の高い吸音除塵フィルターを低コストで実現できる。
【００１６】
第８の発明は、特に、第１〜第７のいずれか１つの発明において、触媒または吸着剤を含み脱臭機能を有することにより、多孔質構造体内部に触媒または吸着剤を担持しておく、または単に多孔質構造体と触媒や吸着剤を混合しておく、またはフィルターに触媒や吸着剤を担持しておくことで、脱臭機能を有する吸音除塵フィルターを実現できる。
【００１７】
第９の発明は、特に、第１〜第８のいずれか１つの発明における吸音除塵フィルターを備えた掃除機とすることにより、掃除機の排気部分に吸音除塵フィルターを配置することで、掃除機が捕集したホコリなどが排気とともに外部へ流出されるのを防ぎ、かつ静かな掃除機が実現できる。
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１９】
（実施の形態１）
図１、図２は、本発明の実施の形態１における吸音除塵フィルターを示している。
【００２０】
図１に示すように、吸音除塵フィルター１は、通気性を有するケース５と、その中に振動可能な状態で少なくとも二つ以上収納され連続したメソ孔を有する多孔質構造体２と、ケース５の一部に設けた浮遊物質捕集用のフィルター３とを備えている。
【００２１】
本実施の形態においてケース５は、枠５ａと、この枠５ａ内部に設けたハニカム形状の仕切り５ｂとよりなり、ハニカム形状の仕切り５ｂの中に連続したメソ孔を有する多孔質構造体２を収納している。なお、仕切り５ｂは必要構成要素ではない。ただし、このような仕切り５ｂを設けることにより、枠５ａ内に入れた多孔質構造体２が重力により下方部へ集まり、上方部に空間ができるのを防ぐ効果がある。よって、その形状もハニカム形状に限定されるものではなく、またそのサイズも限定されるものではない。
【００２２】
また、フィルター３は、通気性のある織布または不織布よりなり、図１（ｂ）のようにケース５の通気方向４の上流側面、または両面（通気方向４の上流側と下流側の面）を封止する封止材として作用するものである。フィルター３のうち少なくとも上流側のフィルター３は、ＨＥＰＡフィルター３を使用している。ここではフィルター３としてＨＥＰＡフィルターを使用したが、「さえぎり」、「慣性」、「拡散」、「重力沈降」、「静電気」などの捕集メカニズムを利用して空気中の浮遊物質を捕集する機能を付与することができれば特にＨＥＰＡフィルターに限定されるものではない。しかし、除塵性能は高い方がよいため、例えば目付け１２０ｇ／ｍ２の不織布を用いて、厚さ０．７ｍｍのもので、圧力損失が８５Ｐａ、集塵効率９９．９７％のＨＥＰＡフィルターなどを用いることが望ましい。
【００２３】
次に、多孔質構造体２と吸音のメカニズムについて説明する。吸音のメカニズムは以下のとおりである。
【００２４】
多孔質構造体２表面へ音があたると、その空気振動が直接多孔質構造体２の細孔内の空気に伝わる。細孔内の空気の粘性摩擦を生じ、音のエネルギーの一部が熱エネルギーに変換され、吸音作用を生じるというものである。したがって、細孔は独立気泡ではなく、連続している方が望ましい。また、音が多孔質構造体２の固体部分と気体部分を交互に通過していくときにも音のエネルギーの減衰が起こり、さらには多孔質構造体２に音があたると多孔質構造体２が微振動をし始め、振動している多孔質構造体２同士が触れ合うことで振動エネルギーが熱エネルギーに変わり、音のエネルギーを減衰させ吸音作用を生じる。
【００２５】
図２に示すように、多孔質構造体２は１〜５０ｎｍ程度の一次粒子１１が数珠状につながった骨格からなり、粒子間距離１２の大きさ径の孔が多数形成された空間が存在するため、細孔が連続した多孔質構造になっている。したがって粒子間距離１２の長さ、すなわち細孔径は一次粒子径に依存し、一般にその大きさによってミクロ孔（２ｎｍ未満）、メソ孔（２〜５０ｎｍ）、マクロ孔（５０ｎｍ以上）に大別される。
【００２６】
本実施の形態ではメソ孔を多く有することが望ましい。これは、吸音のメカニズムに起因している。ミクロ孔の場合、細孔径が小さく空気が動きにくいため、空気の粘性摩擦が起こりにくく、熱エネルギーへの変換があまり進まないため不適であり、一方、マクロ孔の場合、細孔径が大きいため細孔の数が少なくなってしまい、音が通過する固体部分と気体部分との数が少なくなり音の減衰が小さくなるので、ミクロ孔より吸音効果は大きいがメソ孔より吸音効果は小さくなってしまう。また、一定大きさの細孔の数は、多孔質構造体２の空間の量すなわち空隙率が大きい方が多くなるため、空隙率が高い方がよく、７０％〜９５％程度のものが望ましい。しかしながら、空隙率があまり高すぎると多孔質構造体２が非常に脆いものとなり、通気させたときに割れてしまうことがある。
【００２７】
多孔質構造体２の代表径は１ｍｍ以上が望ましい。これより小さい場合、通気させ続けると多孔質構造体２が風力によって押しのけられ、多孔質構造体２同士の間に大きな隙間ができてしまい、吸音作用が低下してしまう。また、この現象を防ぐために多孔質構造体２の充填率を上げると、圧力損失も上がってしまうという課題がある。また、代表径は一つに限定されるものではなく、いくつかの代表径のものが混ざっていても良い。また、形状も球状に限定されるものではない。
【００２８】
多孔質構造体２の材質は特に限定するものではないが、シリカ、アルミナ、チタニアなどが望ましい。多孔質構造体２の具体的な作製方法については後記するが、シリカ原料は安価で入手しやすく、取り扱い性がよいため、材質をシリカにすることが望ましい。
【００２９】
脱臭用として、触媒または吸着剤を多孔質構造体２の内部に担持しておく、または単に多孔質構造体２と触媒や吸着剤を混合しておく、またはＨＥＰＡフィルターに触媒や吸着剤を担持しておくことで、除塵、吸音機能に加えて、脱臭機能を有する吸音除塵フィルターを実現できる。触媒はマンガンやコバルトなどの遷移金属の酸化物触媒や、白金やパラジウムなどの貴金属触媒や、酸化チタンなどの光触媒などが挙げられる。ただし、光触媒を搭載する場合は、別途光源を設ける必要があり、貴金属触媒はアルミナなどの担体に担持した状態で使用するのが望ましいが、いずれも粉末状のものが多く、多孔質構造体２またはフィルター３に担持して使用することが望ましい。また、吸着剤は疎水性ゼオライト、親水性ゼオライト、セピオライト、シリカゲル、活性アルミナ、活性炭などを用いることができ、シリカゲルや活性炭などは粒状のものが入手しやすいので、多孔質構造体２と混合させて使用することも可能である。
【００３０】
このような吸音除塵フィルター１は、フィルター３で浮遊するホコリや花粉、ダニなどのアレルゲン物質を高効率で捕集することができ、かつ連続したメソ孔を有する多孔質構造体２を音が通過するときに音のエネルギーが熱エネルギーに変換され、さらには音のエネルギーを受けた多孔質構造体２が振動し互いに擦れ合い、熱エネルギーへの変換が進むことで吸音効果を生み、掃除機や空気清浄機、エアコンなどの空気調和機などに用いることができる。
【００３１】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２における吸音除塵フィルターの多孔質構造体について説明する。
【００３２】
乾燥工程に超臨界乾燥を利用した多孔質構造体２の作製工程は、主に以下の３つの工程からなる。
【００３３】
（１）ゲル化工程（湿潤ゲルの形成）
（２）除水工程（湿潤ゲル中の水の除去）
（３）乾燥工程（湿潤ゲル中の溶媒除去）
以下、各工程について説明する。
【００３４】
（１）ゲル化工程（湿潤ゲルの形成）
本実施の形態では、ゾル−ゲル法により湿潤ゲルを作製する。具体的には、金属アルコキシドをゲル原料とし、水やアルコールなどの溶媒と、必要に応じてゲル化促進用の触媒とを混合することで、溶媒中でゲル原料の加水分解と縮重合（脱水反応）を進めて湿潤ゲルを形成する。また、ゲル原料として水ガラスを用い、必要に応じて塩酸などのゲル化促進用の触媒とを混合することによっても、湿潤ゲルを作製することもできる。本実施の形態の作製で用いられるゲル原料としては、ゾル−ゲル法で一般的に用いられる、例えば、ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、チタンなどのアルコキシド類がある。この中でも金属としてケイ素を含有する化合物すなわちアルコキシシランが、入手の容易性、安価なコストなどから好ましい。
【００３５】
湿潤ゲルの形成には、アルコキシシランと、溶媒としてのアルコールと、ゲル化促進用の触媒としての酸または塩基および水を加えることで、アルコキシシランの加水分解、縮重合を経て、湿潤ゲルを形成する。水はアルコキシシランを加水分解するために必要で、アルコキシシランと水とは混合しにくいため、アルコールを添加することでアルコキシシランと水とを均一に混合することができる。湿潤ゲルは、珪素原子と酸素原子が交互に結合した３次元網目構造のシリカ粒子を作り、それらシリカ粒子が重合して、図２に示す一次粒子１１を形成し、それが数珠状となって骨格を形成し、一次粒子１１の粒子間距離１２が隙間すなわち細孔となり、水などの溶媒が入り込む構造となっている。
【００３６】
次に、原料のアルコキシシランについて説明する。アルコキシシランは、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシランなどのテトラアルコキシシランおよびトリアルコキシシラン、ジアルコキシシランなどのアルコキシシランやそのオリゴマーなどおよびこれらの混合物が用いられる。特に、テトラメトキシシランはシリカ含有分が多く、また安価で容易に入手できるため、さらに、テトラメトキシシランは反応速度すなわち加水分解速度と縮重合速度が速いため、本実施の形態には適している。さらには、アルコキシシランを予め反応させた４量体や１０量体のオリゴマーを用いてもよい。
【００３７】
ゲル化触媒としては、一般的な有機酸、無機酸、有機塩基、無機塩基が用いられる。有機酸として、酢酸、クエン酸、無機酸として、硫酸、塩酸、硝酸、有機塩基として、ピペリジン、無機塩基として、アンモニア、ホルムアミド、ジメチルホルムアミドなどがある。この中でもアンモニアをアンモニア水としてゲル化工程での触媒として用いることで、容易な取り扱い、触媒が湿潤ゲルの中に残りにくいなどの利点があり、また細孔径を１０〜２０ｎｍに制御しやすいという利点もある。
【００３８】
ゲル化後、形成された湿潤ゲルを必要に応じて、加温雰囲気に置き、ゲル中の未反応のシラノール基を縮合させてゲルを熟成させることが強度を増して、乾燥時の収縮を抑制することができる。４０〜６０℃程度の温度下で１日以上保持することが望ましい。
【００３９】
（２）除水工程（湿潤ゲル中の水の除去）
除水工程は、湿潤ゲル内にある水を除去し、より臨界温度および臨界圧力の小さな溶媒に置き換えする工程である。湿潤ゲルを普通に熱風乾燥させたものは、溶媒が乾燥するときの表面張力により、収縮し、孔を潰してしまい、１ｎｍ以上の細孔径を有する細孔が少なくなってしまう。なお、溶媒蒸発時に細孔に掛かる力ΔＰは一般に（数１）により表される。
【００４０】
【数１】
2008228762.tif 000003
【００４１】
ここでΔＰは毛管力、γは溶媒の表面張力、θは溶媒と骨格との接触角、ｄは孔の径（細孔径）を表す。
【００４２】
したがって、毛管力を小さくするためには、接触角θを大きくする、または表面張力γを小さくする必要がある。湿潤ゲル内の溶媒が超臨界状態では、表面張力γがゼロとなり毛管力は発生しない。したがって、細孔が収縮することがないので多孔質構造体２を得ることができる。しかしながら、湿潤ゲル作製時に使用する水の臨界温度および臨界圧力は大きいため、安全性に問題があったり、非常にコストがかかったりする。ゆえに、乾燥時には臨界温度および臨界圧力が極力小さい溶媒、特に臨界圧力が小さな溶媒を使用することが望まれる。
【００４３】
除水方法として、溶媒の置き換えまたは加熱留去のいずれかの方法が望ましい。まず、溶媒の置き換えについて説明する。
【００４４】
一般的な溶媒の置き換えは、形成された湿潤ゲルを、水溶性溶媒の中に浸漬させて、前記溶媒をゲル内の溶媒と入れ替えることで行う。この時に用いる溶媒としては、水溶性の溶媒で臨界温度および臨界圧力が水（臨界温度：３７４．２℃、臨界圧力：２１８．３ａｔｍ）よりも小さければ特に制限されない。例えば、水溶性のアルコール類としてメタノール（臨界温度：２４０℃、臨界圧力：７８．５ａｔｍ）、エタノール（臨界温度：２４３．１℃、臨界圧力：６３ａｔｍ）、プロパノールおよびターシャリ−ブタノール、エチレングリコール、グリセロールなどの低級アルコール、その他に、アセトン（臨界温度：２３５．５℃、臨界圧力：４６．６ａｔｍ）、１，４−ジオキサン、テトラヒドロフラン、１，３−ジオキソランなどのケトン類やエーテル類（臨界温度：１９３．８℃、臨界圧力：３６．２ａｔｍ）、ジメチルホルムアミドなどのホルムアミド類、さらに蟻酸、酢酸（臨界温度：３２１．６℃、臨界圧力：５７．１ａｔｍ）およびプロピオン酸などの低級カルボン酸や、これらの混合物を用いることができる。この中でも、低価格で、入手が容易なメタノールやエタノールなどのアルコール類の使用が望ましい。
【００４５】
また、溶媒の置き換えは上記水溶性溶媒だけではなく、上記水溶性溶媒と他の非水溶性溶媒との混合溶媒によっても可能である。具体的には、ｎ−ヘキサン、デカン、ノナン、オクタン、ヘプタン、トルエン、キシレンなどと水溶性溶媒の混合溶媒である。安全面や入手の容易性など工業用として特に好ましいものは、オクタン、トルエン、キシレンなどである。
【００４６】
次に、加熱留去に関して説明する。加熱留去により水を除く場合、一般的に水の沸点付近より高い沸点を有する非水溶性の溶媒を加えて加熱することで、水を優先的に留去することが可能である。非水溶性の溶媒を用いることで、加熱留去後に有機溶媒と水が自然に分離するため、溶媒の再利用が容易になる効果がある。また、非水溶性溶媒の沸点は、水の沸点より低くても、過剰に加えれば、水を除去することが可能であるが、さらに溶媒の沸点を高くすることで、水留去の選択性を高めることができる。このため、溶媒の置き換えにより水を除去する場合に比較して、使用する溶媒量も大幅に低減できる効果が得られる。但し、沸点が高すぎると使用エネルギーが多くなってしまうという欠点もある。
【００４７】
また、水と加えた溶媒とが、共沸混合物を形成する場合は、水と溶媒とが一定の割合で留去されていくため、水の除去の制御が容易になる効果がある。さらに、通常の有機溶媒の乾燥で行われるように、減圧条件下で加熱留去を行うことで、効率的な水除去が可能になる。特に、ゲル化触媒などが存在する場合、水を含む状態で温度を上げて加熱乾燥すると、ゲル骨格中の結合の切断などが生じる可能性がある。このような場合は、減圧下で水を加熱留去することで、温度上昇を防ぐことが効果的である。
【００４８】
（３）乾燥工程（湿潤ゲル中の溶媒除去）
乾燥方法に関して説明する。乾燥は、除水工程において除去した水に代わり湿潤ゲル内に入り込む溶媒を除去する工程である。
【００４９】
溶媒がエタノールの場合を例に説明する。内部の水を除去し、エタノールに置き換えた湿潤ゲルを耐圧容器に入れ、圧力を臨界圧力以上に上げ、その後温度を臨界温度以上に上げて、エタノールを超臨界状態とする。その後、例えば二酸化炭素のような超臨界状態でエタノールと相溶性のある物質を流通させることにより、エタノールを抽出し二酸化炭素に置き換え、圧力を大気圧まで下げた後、温度を下げる。これにより多孔質構造体２を得ることができる。
【００５０】
また、湿潤ゲル中のエタノールの一部を二酸化炭素に置き換えた後、圧力を二酸化炭素の臨界圧力以上に上げ、温度を臨界温度以上に上げた後、二酸化炭素を超臨界状態で流通を行う。その後、流通を止め、圧力を大気圧まで下げた後、温度を下げる。これにより、エタノールの超臨界乾燥より安全かつ低コストで多孔質構造体２を得ることができる。
【００５１】
このように作製した多孔質構造体２によって、浮遊するホコリや花粉、ダニなどのアレルゲン物質を高効率で捕集することができ、かつ連続したメソ孔を有する多孔質構造体２を音が通過するときに音のエネルギーが熱エネルギーに変換され、さらには音のエネルギーを受けた多孔質構造体２が振動し互いに擦れ合い、熱エネルギーへの変換が進むことで吸音効果を生み、吸音作用と除塵作用を有する吸音除塵フィルター１が実現できる。そして、このような吸音除塵フィルター１は、掃除機や空気清浄機、エアコンなどの空気調和機などに用いることができる。
【００５２】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３における吸音除塵フィルターの多孔質構造体について説明する。
【００５３】
乾燥工程に超臨界乾燥を利用しない多孔質構造体２の具体的な作製工程は、主に以下の４つの工程からなる。
【００５４】
（１）ゲル化工程（湿潤ゲルの形成）
（２）疎水化工程（湿潤ゲル表面の疎水化）
（３）除水工程（湿潤ゲル中の水の除去）
（４）乾燥工程（湿潤ゲル中の溶媒除去）
以下、各工程について説明する。
【００５５】
（１）ゲル化工程（湿潤ゲルの形成）
この工程は、実施の形態２と同様の方法で湿潤ゲルを作製する。
【００５６】
（２）疎水化工程（湿潤ゲル表面の疎水化）
この工程は、湿潤ゲル表面のシラノール基を例えばトリメチルクロロシラン、ヘキサメチルジシラザン、ジメチルジメトキシシランなどで疎水性のメチル基に代える工程である。これは、乾燥工程前の予備工程という意味合いがある。乾燥時に細孔にかかる力ΔＰは（数１）で示されることを前述したが、この工程では疎水基を導入することで接触角θを大きくし、乾燥時に発生する毛管力ΔＰを小さくすることを目的とする。なお、表面張力γを小さくすることについては次の除水工程で説明する。また、疎水化はメチル基に限定されるものではなく、エチル基、プロピル基やフッ素系官能基やフェニル基などでもほぼ同様の効果が得られるが、反応性やコストを考慮するとメチル基の導入が望ましい。
【００５７】
さらには、トリメチルクロロシラン、ヘキサメチルジシラザンなどを用いると、塩化水素やアンモニアなどのガスを発生させ、これらが触媒となり湿潤ゲルを形成する骨格同士の結合の切断などが生じる可能性がある。また、これらの疎水化剤を用いる場合、予め水を取り除いておく必要があり、工程が一つ増えてしまう。そこで、本実施の形態ではアルキルアルコキシシランを用いて疎水化を行った。すなわち、除水工程の前に疎水化工程を有し、前記疎水化工程においては、ＲとＲ’はアルキル基を表し、ｘは１〜３のいずれかの整数を表し、Ｒｘ（Ｒ’Ｏ）４−ｘＳｉで表されるアルキルアルコキシシランを用いて湿潤ゲル表面の少なくとも一部を疎水化した。用いるアルキルアルコキシシランとして、メトキシトリメチルシラン、エトキシトリメチルシランなどの単官能アルキルアルコキシシラン、ジメトキシジメチルシラン、ジメトキシジエチルシラン、ジエトキシジメチルシラン、ジエトキシジエチルシランなどの２官能アルキルアルコキシシラン、メチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシランなどの３官能アルキルアルコキシシラン化合物がある。
【００５８】
これらのうち一つ、または混合物を疎水化処理液となる溶媒に溶解させておき、湿潤ゲルとその溶媒に接触させることで反応させる。疎水化剤とシラノール基との反応は、疎水化剤が加水分解される必要があるため、必ず水が必要となる。そこで、疎水化処理液となる溶媒は水溶性溶媒が望ましく、水溶性溶媒としては、水溶性のアルコール類としてメタノール、エタノール、プロパノールおよびターシャリ−ブタノール、エチレングリコール、グリセロールなどの低級アルコール類、その他、アセトン、１，４−ジオキサン、テトラヒドロフラン、１，３−ジオキソランなどのケトンやエーテルや、これらの混合物も用いることができる。
【００５９】
アルキルアルコキシシランを疎水化剤として用いるためには、加水分解のために水を必要とするが、ゲル化工程で作製した湿潤ゲルは水を含んでいるため、新たに水を添加する必要がなく、また脱水しておく必要もないので、非常に望ましい。また、ゲル化時の触媒にアンモニア水を用い、溶媒に水とメタノールを用いることにより、湿潤ゲルに直接アルキルアルコキシシランを添加し、疎水化することができる。
【００６０】
さらに、アルキルアルコキシシランの中でも、２官能のアルキルアルコキシシランが疎水化効率に優れることも見出した。これは、単官能では３つのアルキル基の立体障害により反応性が低下し、３官能では加水分解の結果生じる３つのシラノール基が全て、ゲル表面のシラノール基と反応することが難しく、シラノール基がゲル表面に残存するためではないかと考えられる。したがって、疎水化効率に優れる２官能アルキルアルコキシシラン、特にジメチルジメトキシシランは反応性が高く、非常に望ましい。すなわち、アルキルアルコキシシランのＲとＲ’はいずれもメチル基で、かつｘ＝２である。
【００６１】
また、疎水化工程はゲル化工程の後に記載されているが、ゲル化と同時に行うこともできる。しかし、ゲル化と同時であれば、疎水化剤が重合前のゲル原料と反応して重合を抑制したり、重合前のゲル原料との反応により必要な疎水化剤の量が多くなったりする場合がある。したがって、ゲル化が終了してから、疎水化剤を作用させることが好ましい。
【００６２】
（３）除水工程（湿潤ゲル中の水の除去）
この工程では、湿潤ゲル内にある水および未反応の疎水化剤を除去し、その分を表面張力γの小さな溶媒に置き換える工程である。
【００６３】
この工程も乾燥工程の予備工程の意味合いがある。（数１）によると表面張力γを小さくすることも毛管力の低減には効果がある。水の表面張力は、０．０７２Ｎ／ｍ（２５℃）であり、他の液体、例えば汎用的な有機溶媒であるトルエン０．０２７Ｎ／ｍ（３０℃）、エタノール０．０２１Ｎ／ｍ（２５℃）などに比較して格段に大きい。したがって、乾燥前に湿潤ゲル中の水の割合を低減させ、代わりに表面張力が小さい溶媒に置き換えることが非常に重要である。
【００６４】
除水方法は、実施の形態２と同様、溶媒の置き換えまたは加熱留去であるが、置き換える溶媒は臨界温度および臨界圧力に拘らず、表面張力が小さな溶媒が望ましい。
【００６５】
溶媒の置き換えは、実施の形態２と同様の方法で同様の溶媒を用いることができるが、やはり、低価格で、入手が容易なメタノールやエタノールなどのアルコール類の使用が望ましい。また、水溶性溶媒だけではなく、水溶性溶媒と他の非水溶性溶媒との混合溶媒によっても可能である。加熱留去に関しても、実施の形態２と同様の方法である。
【００６６】
（４）乾燥工程（湿潤ゲル中の溶媒除去）
乾燥方法に関して説明する。乾燥は、除水工程において除去した水に代わり湿潤ゲル内に導入した溶媒を除去する工程であり、少なくとも表面の一部が疎水化された湿潤ゲル内に含まれる主成分となる溶媒の臨界点未満の温度かつ圧力条件で乾燥する。
【００６７】
疎水化工程と除水工程により、毛管力は著しく低下しているため、この状態で熱風乾燥を行ってもある程度の収縮は抑えられ、多孔質構造体２を得ることができるが、さらに乾燥時の圧力を大気圧以上の加圧下、少なくとも２気圧以上で行うことでより空隙率の大きな多孔質構造体２を得られやすい。これは加圧下で乾燥を行えば、孔の中に保持される溶媒の沸点が上昇するからである。このとき、昇温により表面張力γが下がるため、毛管力が低減されて収縮が効果的に抑制され望ましい。例えば、アセトンを加圧下で乾燥させる場合、沸点を４５℃程度上昇させて１００℃程度まで上げれば、表面張力が０．００５Ｎ／ｍ程度下がり、０．０１５Ｎ／ｍ程度まで減少することから、加圧下での乾燥は十分収縮抑制に効果的であるといえる。なお、実施の形態２で記述した超臨界乾燥で乾燥を行ってもよいが、上述した方法の方が圧倒的に安いコストで安全に多孔質構造体２を作製することができる。
【００６８】
このように作製した多孔質構造体２によって、浮遊するホコリや花粉、ダニなどのアレルゲン物質を高効率で捕集することができ、かつ連続したメソ孔を有する多孔質構造体２を音が通過するときに音のエネルギーが熱エネルギーに変換され、さらには音のエネルギーを受けた多孔質構造体２が振動し互いに擦れ合い、熱エネルギーへの変換が進むことで吸音効果を生み、吸音作用と除塵作用を有する吸音除塵フィルター１が実現できる。そして、このような吸音除塵フィルター１は、掃除機や空気清浄機、エアコンなどの空気調和機などに用いることができる。
【００６９】
（実施の形態４）
図３は、本発明の実施の形態４における、吸音除塵フィルターを用いた掃除機を示している。
【００７０】
図に示すように、掃除機は筐体２１内部に集塵ボックス２３と電動送風機２４を配置し、筐体２１には吸引口２２を設け、電動送風機２４の吹き出し口の下流側に、実施の形態１〜３における吸音除塵フィルター１と同様な構成の吸音除塵フィルター２５を設置している。
【００７１】
吸音除塵フィルター２５の具体構成は、ＡＢＳ製で、内寸１４４ｍｍ×８７ｍｍ、厚さ８ｍｍの枠の一方面に通気性のある不織布をホットメルト接着剤で貼り付け、紙製で５セル／ｉｎｃｈ２のハニカム体を枠内に設置し、代表径１〜３．３５ｍｍの範囲の多孔質構造体２を９．６９ｇ詰め、もう片方の面にＨＥＰＡフィルターをホットメルト接着剤で貼り付けたものである。なお、多孔質構造体２は実施の形態３で作製したもののうち、目開き３．３５ｍｍの篩をとおり、目開き１ｍｍの篩をとおらないものを集めた。
【００７２】
次に動作について説明する。
【００７３】
電動送風機２４を運転させると、吸引口２２を通ってホコリや花粉、ダニなどのアレルゲン物質などを含む空気が筐体２１内に引き込まれ、集塵ボックス２３でホコリや花粉、ダニなどのアレルゲン物質が分離される。ある程度清浄になった空気が電動送風機２４、吸音除塵フィルター２５を通って、さらに清浄になった空気が筐体２１外部へ排気される。このとき発生する電動送風機２４の動作音や、風切り音を吸音除塵フィルター２５の吸音効果により減衰させることができる。また同時に、浮遊するホコリや花粉、ダニなどのアレルゲン物質を高効率で捕集することができる。
【００７４】
このように、掃除機の排気部分に吸音除塵フィルター２５を配置することで、掃除機が捕集したホコリなどが排気とともに外部へ流出されるのを防ぎ、かつ静かな掃除機が実現できる。
【００７５】
次に、図４、図５に基づき、吸音除塵フィルター１にける多孔質構造体２の各種形状サンプルの吸音率測定結果について説明する。
【００７６】
吸音率測定に用意したサンプルは、多孔質構造体２を実施の形態３において作製し、目開き３．３５ｍｍの篩をとおり、目開き１ｍｍの篩をとおらないもの（以下、本測定では粒状と記す）と、実施の形態３において作製した多孔質構造体２をミキサーにより破砕を行い代表径２０〜８０μｍ程度としたもの（以下、本測定では粉状と記す）との２種類である。なお、吸音率測定装置として、Ｂｒｕｅｌ＆Ｋｊｅｒ製の２マイクロホンインピーダンス測定管ＢＫ４２０６型を含むアンプセットと垂直入射吸音率計測ソフトウェアＭＳ１０２１型を用いた。
【００７７】
粒状を厚さ１１ｍｍとなるようにＢＫ４２０６にセットし、背面空気層を０ｍｍとして、周波数毎の吸音率を測定した。また、厚さを１５ｍｍ、２０ｍｍとして同様に吸音率を測定した。また、同様に粉状を厚さ１１ｍｍとなるようにＢＫ４２０６にセットし、周波数毎の吸音率を測定した。同様に、厚さを５ｍｍ、１５ｍｍとして吸音率を測定した。
【００７８】
粒状の結果を図４に、粉状の結果を図５にそれぞれ示す。粒状は幅広い周波数帯で吸音効果を発揮し、厚さが厚くなることによって吸音効果が発揮される周波数帯が低周波数側に移動する。粉状は、粒状に比べて吸音効果が発揮できる周波数帯が狭くなるが、やはり厚さが厚くなることにより、吸音効果が発揮される周波数帯が低周波数側に移動する。厚さにより吸音効果が発揮される低周波帯が移動するメカニズムは不明であるが、多孔質構造体２には吸音効果があり、サイズが小さくなることにより吸音効果が低下することが分かった。サイズが小さくなることによる吸音効果の低下は、空間を多く有する多孔質構造体２粒子は非常に軽いため小さくなるにつれ各々の振動した多孔質構造体２粒子が動き回るようになり、粒子同士が衝突したときのみ摩擦が発生するため、常時振動した粒子が接触している粒状に比較して熱エネルギーへの変換効率が悪くなるためと考えられる。
【００７９】
特に、吸音除塵フィルターとして多孔質構造体２同士の間を通気させ続けた場合、その気流により粉状の多孔質構造体２粒子が押しのけられ大きな空間ができるので、さらに吸音効率は悪くなると推察される。
【００８０】
なお、上記各実施の形態１〜４における吸音除塵フィルターは、ガラスウール、フェルト、発泡ポリウレタンなどの一般的な吸音材の代替品として利用できるとともに、断熱性能にもすぐれており、断熱材としても利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
以上のように、本発明にかかる吸音除塵フィルターは、浮遊するホコリや花粉、ダニなどのアレルゲン物質を高効率で捕集する除塵（集塵）機能と、高い吸音効果が期待できる吸音機能とを有するので、掃除機に用いることで静かな掃除機が実現できる。同時に空気清浄機、エアコンなどの空気調和機などに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１における吸音除塵フィルターの平面模式図（ｂ）同吸音除塵フィルターの断面模式図
【図２】同吸音除塵フィルターにおける多孔質構造体の一部を拡大した模式図
【図３】本発明の実施の形態４における掃除機の断面図
【図４】本発明の実施の形態１における吸音除塵フィルター（粒状）の吸音率測定結果を示す図
【図５】同吸音除塵フィルター（粉状）の吸音率測定結果を示す図
【符号の説明】
【００８３】
１、２５  吸音除塵フィルター
２  多孔質構造体
３  フィルター
４  通気方向
５  ケース
１１  一次粒子
１２  粒子間距離
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図１】
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