(57)【要約】【課題】化学物質の吸着の機能の他に、コンタミ等の除去の機能と、殺菌の機能を併せ持った空気清浄化フィルタと、空気清浄化フィルタの作製方法と、空気清浄機と、掃除機を提供する。【解決手段】    繊維状物質を積層させた積層体と、前記積層体内に配置された導電性繊維と、を備えている空気清浄化フィルタにより、化学物質の吸着の機能の他に、コンタミを吸着し、さらに電界を形成することで、コンタミを吸着する効果を向上させつつ殺菌作用をも付与する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維状物質を積層させた積層体と、前記積層体内に配置された導電性繊維と、を備えていること特徴とする空気清浄化フィルタ。
【請求項２】
内部に電界を印加する電極を備えることを特徴とする請求項１に記載の空気清浄化フィルタ。
【請求項３】
前記導電性繊維は、炭素繊維、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーンのいずれかを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の空気清浄化フィルタ。
【請求項４】
カーボンナノチューブとカーボンナノホーンの一方または両方を液体に混合させて混合液を生成し、
該混合液を前記積層体に含ませ、
前記液体を蒸発または揮発せしめることで前記積層体にカーボンナノチューブとカーボンナノホーンの一方または両方を含浸せしめて前記積層体内にカーボンナノチューブとカーボンナノホーンの一方または両方を配置せしめる請求項３に記載の空気清浄化フィルタの作製方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の空気清浄化フィルタを備えることを特徴とする空気清浄機。
【請求項６】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の空気清浄化フィルタを備えることを特徴とする掃除機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は空気を清浄化する空気清浄化フィルタと、空気清浄化フィルタの作製方法と、空気清浄機と、掃除機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気中の不要物を除去するためカーボンナノチューブを備えた空気清浄化フィルタが用いられている。カーボンナノチューブの長所を生かすことで特徴のある空気清浄化フィルタが提案されている。例えば、特許文献１には、汚染物質の吸着性能が高いカーボンナノチューブの採用によりコンパクトな空気清浄化フィルタの技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２２１４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の空気清浄化フィルタにおいては、カーボンナノチューブが非常に微細な構造を有していることで化学物質の吸着性が向上する。しかし、カーボンナノチューブはＨＥＰＡフィルタ同士の間の空間にまとめて配置されているので、空間内に局所的に存在することになり、清浄化すべき空気の大部分はカーボンナノチューブに接触せずに抜け出てしまう。さらに、空気清浄化フィルタにおいては、化学物質の除去の他に、空気中を浮遊するゴミ成分であるコンタミの除去が求められている。加えるに、空気清浄化フィルタ上に吸着されたコンタミの上には数々の菌が発生するので、殺菌の機能もあわせて求められている。
【０００５】
本発明は上記の点にかんがみてなされたもので、化学物質の吸着の機能の他に、コンタミ等の除去の機能と、殺菌の機能を併せ持った空気清浄化フィルタと、空気清浄化フィルタの作製方法と、空気清浄機と、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】
前述の目的は、下記に記載する発明により達成される。
【０００７】
１．繊維状物質を積層させた積層体と、前記積層体内に配置された導電性繊維と、を備えていること特徴とする空気清浄化フィルタ。
【０００８】
２．内部に電界を印加する電極を備えることを特徴とする前記１に記載の空気清浄化フィルタ。
【０００９】
３．前記導電性繊維は、炭素繊維、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーンのいずれかを含むことを特徴とする前記１または２に記載の空気清浄化フィルタ。
【００１０】
４．カーボンナノチューブとカーボンナノホーンの一方または両方を液体に混合させて混合液を生成し、
該混合液を前記積層体に含ませ、
前記液体を蒸発または揮発せしめることで前記積層体にカーボンナノチューブとカーボンナノホーンの一方または両方を含浸せしめて前記積層体内にカーボンナノチューブとカーボンナノホーンの一方または両方を配置せしめる前記３に記載の空気清浄化フィルタの作製方法。
【００１１】
５．前記１ないし前記３のいずれか一項に記載の空気清浄化フィルタを備えることを特徴とする空気清浄機。
【００１２】
６．前記１ないし前記３のいずれか一項に記載の空気清浄化フィルタを備えることを特徴とする掃除機。
【発明の効果】
【００１３】
化学物質の吸着の機能の他に、コンタミ等の除去の機能と、殺菌の機能を併せ持った空気清浄化フィルタと、空気清浄化フィルタの作製方法と、空気清浄機と、掃除機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第一実施形態に係る空気清浄化フィルタ１の概要図である。
【図２】空気清浄化フィルタ１の内部の拡大図である。
【図３】空気清浄化フィルタ１を構成する繊維状物質積層体１７の概要図である。
【図４】炭素繊維１８の概要図である。
【図５】繊維状物質１６と炭素繊維１８の配置の関係を示す概要図である。
【図６】空気清浄化フィルタ１がコンタミ７０、７２を吸着している様子を示す図である。
【図７】内部に電界を印加する機能を有する空気清浄化フィルタ１００の概要図である。
【図８】空気清浄化フィルタ１００内の一部を拡大した概要図である。
【図９】電界２８内における菌３０中のイオンの挙動を示す概要図である。
【図１０】コンタミ７２が空気清浄化フィルタ１００に電気的に吸着される仕組みを説明する概要図である。
【図１１】パルス電界の例である。
【図１２】正負に応じて斜交いに点電極を配置した場合の空気清浄化フィルタ１００の概要図である。
【図１３】同じ極の電極を揃えて点電極を配置した場合の空気清浄化フィルタ１００の概要図である。
【図１４】複数の空気清浄化フィルタ１００を直列に配した場合の空気清浄化フィルタ４０の概要図である。
【図１５】空気清浄化フィルタ１００を採用した空気清浄機２００の概要図である。
【図１６】空気清浄化フィルタ１１の内部の拡大図である。
【図１７】カーボンナノチューブ２０の概要図である。
【図１８】繊維状物質１６とカーボンナノチューブ２０の配置の関係を示す概要図である。
【図１９】空気清浄化フィルタ１１がコンタミ７０、７２を吸着している様子を示す概要図である。
【図２０】空気清浄化フィルタ１０１内の一部を拡大した概要図である。
【図２１】コンタミ７２が空気清浄化フィルタ１０１に電気的に吸着される仕組みを説明する概要図である。
【図２２】実験に用いた実験系の概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の第一実施形態について説明をする。図１は、第一実施形態に係る空気清浄化フィルタ１の概要図である。図２は、空気清浄化フィルタ１の内部の拡大図である。空気清浄化フィルタ１は、図１に示されているように平板状をなす。空気清浄化フィルタ１は図２に示されているように、繊維状物質１６を積層した繊維状物質積層体１７と、導電性繊維１８とを備える。図３は、空気清浄化フィルタ１を構成する繊維状物質積層体１７の概要図である。繊維状物質１６は数μｍ以上の太さを有し、長さは数十μｍ以上有している。空気清浄化フィルタ１の内部には、これら多くの繊維状物質１６が錯綜と絡んで形成されている。繊維状物質１６としては、具体的には、例えばナイロン繊維とポリエステル繊維、アクリル繊維、天然パルプ、合成パルプ、普通紙、洋紙、和紙等を挙げることができる。
【００１６】
繊維状物質積層体１７は、前述の材料により形成され、繊維状に積み重なっていることで、無数の微小通気孔を備えており、全体として紙又は不織布等であるかのような形態になっており、通常のフィルタ基材として用いることができる。前記無数の微小通気孔の孔径は、特に限定されるものではない。
【００１７】
図４は、導電性繊維１８の概要図である。導電性繊維とは、導電性をもたせた繊維である。導電性繊維には、合成繊維の中に導電性のよい金属や黒鉛を均一に分散させたもの、ステンレス鋼のような金属を繊維化した金属繊維、有機物繊維の表面を金属で被覆したもの、有機物繊維の表面を導電性物質を含む樹脂で被覆したもの、その他に炭素繊維などがある。有機物繊維の表面を金属で被覆した物の例としては、和紙などの紙の繊維に無電解ニッケルめっき処理を行うことで、金属ニッケル皮膜を析出させた物がある。本実施例では、どの導電性繊維を用いても良い。
【００１８】
以下は、導電性繊維の例として、炭素繊維を基に説明する。炭素繊維１８の原料は、合成繊維であるアクリル長繊維、または石炭タールや石油ピッチである。  前者から作製されたものをＰＡＮ（パン）系炭素繊維、後者からつくられたものをピッチ系炭素繊維という。本実施形態においてはどちらの炭素繊維１８を採用してもよい。最初にＰＡＮ系炭素繊維の作製方法を説明する。原料の繊維は、最初に２００〜３００℃で空気中にて熱処理する。この処理により繊維は、火や熱に強い構造を有する耐炎化繊維となる。かかる耐炎化を終えた繊維は、次いで酸素のない状態で１０００℃以上の温度で焼かれることで炭素繊維１８になる。
【００１９】
次いで、ピッチ系炭素繊維の作製方法について説明する。原料を精製、加熱溶融し、多数の細孔が空いた口金から吐出させてピッチ繊維を作る。次いで１５０〜４００℃で空気中にて熱処理する。かかる処理が終わった繊維は、高温でも融解しない不融化繊維となる。
次いで酸素のない状態で８００〜１５００℃の温度で焼かれ、炭素繊維１８になる。さらに高弾性炭素繊維を作る場合は、さらに酸素のない状態で１５００〜３０００℃の温度で焼く。このようにして作製した炭素繊維１８は、長さ０．２μｍから２０００μｍに達し、直径は０．０５〜１０μｍ程度になる。
【００２０】
図５は、繊維状物質１６と炭素繊維１８の配置の関係を示す概要図である。図５に示されているように、繊維状物質１６が繊維状物質積層体１７内に錯綜と形成されている中にあって、炭素繊維１８が各繊維状物質１６に絡んで配置されている。各繊維状物質１６同士が作った隙間を縫うように三次元的に炭素繊維１８が伸張している。
【００２１】
このような構造を作製するには、繊維状物質１６を積層化して繊維状物質積層体１７を作製する際に、炭素繊維１８も合わせて積層化することで可能となる。また、繊維状物質積層体１７の作製後に、炭素繊維１８を分散させた分散液に繊維状物質積層体１７を浸漬させた後に乾燥させることでも作製可能である。
【００２２】
図６は、空気清浄化フィルタ１がコンタミ７０、７２を吸着している様子を示す図である。繊維状物質１６と炭素繊維１８とが絡み合うことで生じる隙間が篩の役目を担い、化学物質やコンタミや菌を吸着する。炭素繊維１８が、繊維状物質１６が成す空間に伸張するように配置されているので、空間が小さくなることから、コンタミや菌や化学物質が炭素繊維１８に曝されやすくなり、従来に比べて容易に、コンタミや菌や化学物質が炭素繊維１８を吸着することが可能となる。
【００２３】
さらに、後述するが、空気清浄化フィルタ１の内部に電界を印加した場合には、電界により、コンタミ７０，７２は分極され、コンタミ７０，７２の表面に正負の電荷が発生する。かかる電荷に帯電したコンタミ７０，７２は、電界方向に従って移動し、炭素繊維１８に、電界がない場合に比較して、より容易に吸着されることとなる。加えるに、繊維状物質１６が電界によって分極していれば、その分極電荷に引っ張られて、コンタミ７０，７２が繊維状物質１６の分極に吸着されることとなる。このように本発明の空気清浄化フィルタ１は、通常の空気清浄機、マスク等のフィルタ材とし使用することができる。
【００２４】
かかる空気清浄化フィルタ１においては、化学物質の吸着の他に、コンタミを吸着し、菌類も吸着する。空気清浄化フィルタ上に捉えられる菌には例えば大腸菌やブドウ球菌などがある。大腸菌の大きさは、０．５μｍ×２μｍ程度であり、ブドウ球菌の大きさは、０．８μｍ×１．０μｍ程度である。その他、発生する可能性のある菌を例示すると、結核菌０．５μｍ×０．５μｍ、ジフテリア菌の大きさは、０．６μｍ×５μｍ、赤痢菌の大きさは、０．５μｍ×２μｍ、チフス菌の大きさは、０．６μｍ×２μｍ、百日咳菌の大きさは、０．３μｍ×０．７μｍ、コレラ菌の大きさは、０．６μｍ×３μｍなどである。
【００２５】
このような菌は、放っておくと、増殖していき、空気清浄化フィルタ１へ流入する空気の流れに応じて外部へ分散され、人体等に悪影響を与えるので殺菌すべきものである。そこで、本発明では、電気力を用いて殺菌を行う。
【００２６】
図７は、内部に電界を印加する機能を有する空気清浄化フィルタ１００の概要図である。空気清浄化フィルタ１の上面に電極５、電極６を設ける。そして電極５、電極６の間に電源７を用いて電圧を印加する。空気清浄化フィルタ１００における導電性の材料としては銀薄膜、銅薄膜などを採用できる。空気清浄化フィルタ１に効率よく電界を印加するには、空気清浄化フィルタ１と電極５、６の間に空気層が無いように導電ペーストなどの導電性の接着材を用いて、電極５、６を空気清浄化フィルタ１を固着させることが望ましい。
【００２７】
次いで、コンタミを電気的に吸着し、または殺菌する仕組みについて説明する。まず、コンタミが空気清浄化フィルタ１００に殺菌される仕組みについて説明する。図８は、空気清浄化フィルタ１００内の一部を拡大した概要図である。繊維状物質１６と炭素繊維１８の周辺に電界２８が形成されている。電界は導電性部材である炭素繊維１８の表面に対してミクロ的にはほぼ垂直に入射するが、図では概要を示すために、ｙ方向に一様に形成されているものとする。かかる電界２８の中では導電性部材である炭素繊維１８中を電子が移動する。符号２６の点線は電流を示す。菌は細胞を供えており、単細胞の菌や、多細胞の菌が存在する。細胞の表面は細胞膜で覆われ、細胞の内部は、主に細胞質で構成されている。電気的にみると、細胞膜の脂質二重層は絶縁体で、細胞質はイオンを含んでおり導電性流体である。菌は絶縁体に近いが、菌の周辺には導電体である水分が形成されており、水分内に電流が侵入すると、水分の有する抵抗値と電流の大きさに基づくジュール熱が発生し、菌が加熱されて死滅させられる。
【００２８】
図９は、電界２８内における菌３０中のイオンの挙動示す概要図である。電界２８が細胞に印加されると、細胞質内の存在するイオンが電気力によって移動する力が働く。イオンが細胞内で移動すると、菌の細胞膜３２に力が加わる。その力により細胞膜が薄くなることで細胞膜３２に孔があく。電界の力が弱い時には孔が開いたとしても小さいため、細胞は自己修復をして孔をふさぐことができる。しかし、電界の力が大きいと大きいな孔が開くため、細胞は自己修復ができなくなり、細胞死に至る。
【００２９】
以上のように、菌は、電流によって発生するジュール熱による効果と、電界によって細胞膜に孔が開くことによる効果によって死滅させられる。同じ電圧を印加しながら二つの効果が生じているところ、印加する電圧の波形について考察すると次のことが言える。ジュール熱は細胞の中への投入電力にほぼ比例すると考えられるので、空気清浄化フィルタ１００に投入する電源７が発する電気波形には依存しない。一方、電界によって細胞膜３２に孔が開く場合には、電界のピーク値が高いほど、細胞膜３２に孔を開ける効果は高いと考えられるので、投入電力が同じ場合には、パルス電界を印加することが望ましい。
【００３０】
次に、コンタミや菌が空気清浄化フィルタ１００に電気的に吸着される仕組みについて説明する。図１０は、コンタミ７２が空気清浄化フィルタ１００に電気的に吸着される仕組みを説明する概要図である。なお、コンタミ７２と菌の吸着される仕組みはほぼ同様である。空気清浄化フィルタ１００の内部に電界を印加しているので、電界により、コンタミ７２は分極され、コンタミ７２の表面に正負の電荷が発生する。かかる電荷に帯電したコンタミ７２は、電界方向に従って移動し、電界がない場合に比較して、炭素繊維１８に、より容易に吸着されることとなる。
【００３１】
加えるに、図１０に示すように、電界により炭素繊維１８が分極している場合がある。炭素繊維１８が分極していれば、その分極電荷に引っ張られて、コンタミ７０，７２が炭素繊維１８の分極部に吸着されることとなる。このように、電界によってコンタミ７２が分極され、空気清浄化フィルタ１００に電気的に吸着されることとなる。
【００３２】
図１１は、パルス電界の例である。図１１（ａ）は、正弦波の一部のパルス状波形、図１１（ｂ）は方形波状のパルス波形、図１１（ｃ）は三角波状のパルス波形、図１１（ｄ）正弦波からなる交流波形である。同図の（ａ）（ｂ）（ｃ）はパルス波形の形状を表し、同図（ｄ）は正弦波を用いた交流であることを表している。どの波形もボトム値は０であるが、バイアスを持たせてもよく、そのバイアスは正負を問わない。図１１（ｄ）は正弦波を用いた交流であるが、同図（ｂ）や（ｃ）のように、方形波や三角波を用いた交流波形でもよい。電力値に対してピーク値が高いのは正弦波か三角波である。波形の作成が容易であるという点では正弦波が望ましい。
【００３３】
空気清浄化フィルタ１００における電極の位置については、空気清浄化フィルタ１００の一表面であってもよいし、表裏面に一つずつ用いてもよい。印加電圧が大きいほど、空気を浄化する効果は大きくなり、また殺菌の効果も大きくなる。家庭用電圧である交流の１００Ｖの電圧を用いてもよいし、より大きな電圧が得られるように変圧器を設けてもよい。また、印加電圧の周波数についても特に限定されるものではないが、家庭用電源の５０〜６０Ｈｚを用いることができる。
【００３４】
図１２は、正負に応じて斜交いに点電極を配置した場合の空気清浄化フィルタ１００の概要図である。図１２においては、空気清浄化フィルタ１の上面に電極３６を４つ揃えられており、正電極と負電極とが各々二つあり、斜交い状に配置されている。隣り合う電極間の電界の強さが最も大きくなるので、空気清浄化フィルタ１の周囲に近いほどコンタミが電気的に吸着されたり殺菌される効果は高くなる。
【００３５】
図１３は、同じ極の電極を揃えて点電極を配置した場合の空気清浄化フィルタ１００の概要図である。図１３においては、空気清浄化フィルタ１の上面に電極３６を４つ揃えられており、正電極と負電極が各々二つあり、正電極に二つと負電極の二つは一方に揃うように配置されている。図１３の電極配置の場合には、正電極から負電極へ向かう電界の強さは、図７に示した電極配置に近くなるので、場所に依存することなく、比較的均一にコンタミや菌が電気的に吸着されたり殺菌される効果を得ることができる。
【００３６】
このように正負の電極の配置によって、電極間に発生する電界の分布が異なり、繊維状物質１６や炭素繊維１８に与える電荷に相違が発生する。電極をどのような配置にするかは空気清浄機の設計によって選択すればよい。
【００３７】
なお、電極については、導電性の材料としては銀薄膜、銅薄膜などを採用できる。空気清浄化フィルタ１に効率よく電界を印加するには、空気清浄化フィルタ１と電極５、６の間に空気層が無いように導電ペーストなどの導電性の接着材を用いて、電極５、６を空気清浄化フィルタ１の固着させることが望ましい。
【００３８】
以上の説明では、空気清浄化フィルタ１を一つ使用した状態を示していたが、複数の空気清浄化フィルタ１を直列に配置することで、空気清浄化の機能を向上させることができる。図１４は、複数の空気清浄化フィルタ１００を直列に配した場合の空気清浄化フィルタ４０の概要図である。空気清浄化フィルタ４０に吸入される空気４２は、空気清浄化フィルタ１００の数が多いほど浄化されるが、空気清浄化フィルタ１００の数が多すぎると、空気が空気清浄化フィルタ４０に吸入される抵抗が大きくなり、空気清浄化フィルタ４０で処理できる空気量が減少してしまう。従って、場合に応じて、最適な数の空気清浄化フィルタ１００を選択することが望ましい。
【００３９】
図１５は、空気清浄化フィルタ１００を採用した空気清浄機２００の概要図である。空気清浄機２００は、筺体１１２と、空気清浄化フィルタ１００と、ファン１１０とを備える。電源７は空気清浄化フィルタ１００を駆動する。筺体１１２には、図示しない操作パネルが設けられており、電源７のオンオフと共に、ファン１１０の駆動が可能なように設定されている。ファン１１０が駆動されると、通気孔１１４から外部の空気が吸入され、吸入された空気は、空気清浄化フィルタ１００を通してコンタミが除去されると共に殺菌がなされ、浄化された空気は、ファン１１０を通じて筺体１１２上の図示しない送風口を通して外部へ送出される。なお、空気清浄化フィルタ１００を掃除機に採用することも可能である。図１５に係る空気清浄機２００における通気孔１１４を例えば円形形状とし、先端にゴミを吸い込むヘッドを付したホースを通気孔１１４に接続する、などの構造としてやればよい。
【００４０】
次いで、第二実施形態について説明する。第一実施形態と第二実施形態との相違は、第二実施形態においては、導電性繊維として、炭素繊維１８の代わりにカーボンナノチューブ又はカーボンナノホーンを用いたことにある。従って、第一実施形態と第二実施形態との相違を中心に説明する。第二実施形態に係る空気清浄化フィルタ１１は図１に示した第一実施形態にかかる空気清浄化フィルタ１と同様に平板状をなす。
【００４１】
図１６は、空気清浄化フィルタ１１の内部の拡大図である。空気清浄化フィルタ１１は繊維状物質１６を積層した繊維状物質積層体１７と、カーボンナノチューブ２０とを備える。なお、カーボンナノホーンはグラフェンを円筒形に曲げた構造のカーボンナノチューブに似ており、特性も似ていることから、以下の説明ではカーボンナノチューブに含まれているものとして説明する。空気清浄化フィルタ１を構成する繊維状物質積層体１７は、図３に示したものと同様である。なお、説明を分かり易くするために、図１６に示されているように、ディメンジョンを変更している。繊維状物質１６は数μｍ以上の太さを有し、長さは数十μｍ以上有している。空気清浄化フィルタ１１の内部には、これら多くの繊維状物質１６が錯綜と絡んで形成されている。繊維状物質１６としては、具体的には、例えばナイロンポリエステル繊維、アクリル繊維、天然パルプ、合成パルプ、普通紙、洋紙、和紙等を挙げることができる。
【００４２】
繊維状物質積層体１７は、前述の材料により形成され、繊維状に積み重なっていることで、無数の微小通気孔を備えており、全体として紙又は不織布等であるかのような形態になっており、通常のフィルタ基材として用いることができる。前記無数の微小通気孔の孔径は、特に限定されるものではないが、後述のカーボンナノチューブの長さが１０μｍ程度あるので、数μｍ以上であるのが好ましい。
【００４３】
図１７は、カーボンナノチューブ２０の概要図である。図１８は、繊維状物質１６とカーボンナノチューブ２０の配置の関係を示す概要図である。繊維状物質１６が繊維状物質積層体１７内に錯綜と形成されている中にあって、カーボンナノチューブ２０が各繊維状物質１６に絡んで配置されている。なお、カーボンナノチューブ２０は無数の孔が形成されているポーラス型のカーボンナノチューブが望ましい。
【００４４】
カーボンナノチューブ２０には単層カーボンナノチューブと多層カーボンナノチューブとがある。単層カーボンナノチューブは、単層のグラフェンから形成される継ぎ目のない円筒状物質である。グラフェンとは、１原子の厚さのｓｐ２結合炭素原子のシートであり、炭素原子とその結合からできた蜂の巣のような六角形格子構造をとっている。
【００４５】
多層カーボンナノチューブは単層カーボンナノチューブと比較して構造が複雑かつ多様である。多層カーボンナノチューブは、グラフェンが丸まったチューブが、例えば、同心円状に複数重なった構造をとる。また、１枚のグラヘンシートが巻物状になったスクロール型や、それらが複合化したものなどがある。多層カーボンナノチューブのティピカルな大きさとして、直径平均が１０〜１５ｎｍ、平均長さ約１０ｕｍである。多層カーボンナノチューブは単層カーボンナノチューブよりも量産が容易で単位当たりのコストが低く、熱的および化学的安定性に優れているといった利点を示し、本発明においても多層カーボンナノチューブが望ましい。
【００４６】
カーボンナノチューブ２０は、公知の方法で作製することができる。例えば、シリコン基板の少なくとも片面上にＦｅ膜をフォトリソグラフィーでパターン化し、この面にアセチレンガスを用いて一般的な化学蒸着法（ＣＶＤ法）を施すことにより作製することができる。この方法では、カーボンナノチューブ２０が多層構造で基板上に垂直に突出して形成できる。複数のカーボンナノチューブ２０は、互いに絡み合っていることが好ましい。複数のカーボンナノチューブ２０が絡み合うことで複数のカーボンナノチューブ２０同士が補強するようになり、剛性が増す。カーボンナノチューブ２０の先端部は、閉じていても開いていてもどちらでもよい。
【００４７】
本発明の空気清浄化フィルタ１を調製するには、例えば繊維状物質積層体１７を、カーボンナノチューブ２０を含浸させた水分散液中に浸す。この水分散液を作製するには、最初に蒸留水と例えばエタノールとの混合液を作製する。次にこの混合液中にカーボンナノチューブ２０の粉末を投入してスターラーで撹拌し、撹拌しながら加熱し、例えば０．５時間加熱してエタノールを蒸発せしめて水分散液とする。
【００４８】
このカーボンナノチューブの水分散液を繊維状物質１６の積層体に含ませ、水分散液を加熱しつつ蒸発せしめることで繊維状物質積層体１７にカーボンナノチューブ２０を含浸せしめて繊維状物質積層体１７内にカーボンナノチューブ２０を配置せしめる。かくして、繊維状物質積層体１７にカーボンナノチューブ２０を配置せしめ、空気清浄化フィルタ１を得る。水分散液を蒸発せしめる際には、微小通気孔を完全に閉塞させないように蒸発せしめる。
【００４９】
図１８は、繊維状物質１６とカーボンナノチューブ２０の配置の関係を示す概要図である。図１８に示されているように、繊維状物質１６が繊維状物質積層体１７内に錯綜と形成されている中にあって、カーボンナノチューブ２０が各繊維状物質１６に絡んで配置されている。
【００５０】
図１９は、空気清浄化フィルタ１１がコンタミ７０、７２を吸着している様子を示す概要図である。なお、菌を吸着する仕組みも同様である。繊維状物質１６同士が絡み合うことで生じる隙間が篩の役目を担い、コンタミや菌を吸着する。また、カーボンナノチューブ２０がその隙間を埋め、コンタミや菌を吸着できる。カーボンナノチューブ２０がポーラス型である場合には、カーボンナノチューブ２０の表面に小さな孔がたくさん開いており、その孔には化学物質の他に、小さなコンタミが吸着される。
【００５１】
第一実施形態の空気清浄化フィルタ１１との相違は、炭素繊維１８に比較してカーボンナノチューブ２０は小さく、カーボンナノチューブ２０は繊維状物質１６に絡みつくように配置される。そして、繊維状物質１６同士の錯綜する空間にカーボンナノチューブ２０が入り込むので、繊維状物質１６同士の錯綜する空間を通過していたコンタミや菌も、カーボンナノチューブ２０によって吸着され得るという特徴を有す。また、カーボンナノチューブ２０は化学物質の吸着効果も大きいものである。
【００５２】
第二実施形態の空気清浄化フィルタ１０１については、第一実施形態の空気清浄化フィルタ１００と同様に、電界を印加することで、殺菌作用をもたせ得る。電界を印加する機能を有する空気清浄化フィルタ１０１の概要図は、図７や図１２、図１３と同様である。
【００５３】
図２０は、空気清浄化フィルタ１０１内の一部を拡大した概要図である。繊維状物質１６とカーボンナノチューブ２０の周辺に電界２８が形成されている。電界は導電性部材であるカーボンナノチューブ２０の表面に対してミクロ的にはほぼ垂直に入射するが、図では概要を示すために、ｙ方向に一様に形成されているものとする。かかる電界２８の中では導電性部材であるカーボンナノチューブ２０に中を電子が移動する。カーボンナノチューブ２０はその複数が複雑に絡み合い、そして繊維状物質１６に付着している。そのため、電流は、複雑に絡み合ったカーボンナノチューブ２０の束を通じて流れていく。符号２６の点線は電流を示す。
【００５４】
かかる空気清浄化フィルタ１０１内に吸着された菌が電界印加によって死滅させられるメカニズムは前述と同様である。すなわち、電流によりジュール熱が発生して菌が加熱されて死滅させられるメカニズムと、電界により菌の細胞膜３２に力が加わって細胞膜３２が破壊されて細胞死に至らされるメカニズムである。
【００５５】
図２１は、コンタミ７２が空気清浄化フィルタ１０１に電気的に吸着される仕組みを説明する概要図である。菌が吸着される仕組みも同様である。空気清浄化フィルタ１０１の内部に電界を印加しているので、電界により、コンタミ７２は分極され、コンタミ７２の表面に正負の電荷が発生する。かかる電荷に帯電したコンタミ７２は、電界方向に従って移動し、電界がない場合に比較して、カーボンナノチューブ２０に、より容易に吸着されることとなる。第一実施形態との相違は、カーボンナノチューブ２０は炭素繊維１８より小さく、かつ数が多いので、分極部の発生箇所も多くなり、より細かいコンタミや菌をより多く吸着することが可能となる。
【００５６】
次いで、本発明の効果を確かめるために、第二実施形態にかかる空気清浄化フィルタ１０１を用いた殺菌の効果を確かめる実験を行った。図２２は、実験に用いた実験系の概要図である。空気清浄化フィルタ１０１上の電極５，６の長さは１５ｃｍであり、電極５と電極６の間隔も１５ｃｍである。空気清浄化フィルタ１０１上に豚肉４５を１週間載置し、一般生菌を繁殖させた。その後に豚肉４５を除去し、電極５，６の間に、周期１０Ｈｚ、パルス幅１ｍｓ、ボトム値０Ｖでピーク値３０Ｖの矩形波状の電圧パルスを１０分間印加した。そして空気清浄化フィルタ１０１上に繁殖した一般生菌を綿棒で採取した。採取された一般生菌を寒天培地上に塗布し、３５度の培養温度下で４８時間培養した後に菌数を計測した。比較例として、豚肉４５を載置しない状態で同様の実験を行った。表１に実験結果を記す。
【表１】
2017051384.tif 000003
この結果より、本実施の形態にかかる空気清浄化フィルタ１００の効果によって、菌数は十分の一に抑えられており、本実施の形態にかかる空気清浄化フィルタ１００の殺菌の効果が確認された。なお、上記の電圧パルスの条件は一例であり、他の条件、例えば、電圧値を１Ｖに下げる場合や、パルス周期を１Ｈｚに低下させパルス間隔を増加させる場合や、パルス幅を１００ｍｓに長くした場合等、各種条件を組み合わせる実験も行った。その結果、電圧を印加した場合には印加しない場合に比べて、菌数が十分の一に抑えられている結果は同じであった。そして、電圧のピーク値が増えるに比例して菌数は抑えられることが判明した。また、パルス間隔に対するパルス幅の比であるデューティ比に比例して菌数は抑えられるという結果を得た。
【００５７】
以上のように本発明によれば、繊維状物質を積層させた積層体と、前記積層体内に配置された導電性繊維と、を備えていることで、導電性繊維が、繊維状物質が成す空間に伸張するように配置されているので、空間が小さくなることから、コンタミや菌や化学物質が導電性繊維に曝されやすくなり、化学物質の吸着の機能の他に、従来に比べて容易に、コンタミや菌を吸着することが可能となる。
【００５８】
また、本発明によれば、上記空気清浄化フィルタに内部に電界を印加する電極を備えることで、より効率的に、化学物質の吸着の機能の他に、コンタミ等の除去の機能と、殺菌の機能を併せ持った空気清浄化フィルタを提供することができる。
【００５９】
また、本発明によれば、導電性繊維には、炭素繊維、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーンのいずれかを含むので、炭素繊維を用いた場合には、炭素繊維自体がコンタミや菌を吸着する性能が高いので、高性能な空気清浄化フィルタを提供することができる。また、炭素繊維は導電率が高いことから分極した場合にコンタミや菌を吸着しやすくなる。
【００６０】
カーボンナノチューブ又はカーボンナノホーンを用いた場合には、大きさが炭素繊維より小さく、かつ数が多いので、より小さくかつ数多いコンタミや菌を吸着することができる。また、カーボンナノチューブが炭素繊維より小さく、かつ数が多いということは、小さな分極部の発生箇所が多くなることから、より細かいコンタミや菌を多く吸着することが可能となる。
【００６１】
また、本発明によれば、カーボンナノチューブとカーボンナノホーンの一方または両方を液体に混合させて混合液を生成し、該混合液を前記積層体に含ませ、前記液体を蒸発または揮発せしめることで前記積層体にカーボンナノチューブとカーボンナノホーンの一方または両方を含浸せしめて前記積層体内にカーボンナノチューブとカーボンナノホーンの一方または両方を配置せしめることで、空気清浄化フィルタ内にカーボンナノチューブとカーボンナノホーンの一方または両方を均一に配置せしめた空気清浄化フィルタを作製できる作製方法を提供することができる。
【００６２】
また、本発明によれば、空気清浄化フィルタを備えることで、空気を効率よく浄化すると共に、菌の繁殖しにくい空気清浄機を提供することができる。
【００６３】
また、本発明によれば、空気清浄化フィルタを備えることで、空気を効率よく浄化すると共に、菌の繁殖しにくい掃除機を提供することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１、１１，４０，１００，１０１  空気清浄化フィルタ
５，６，３６  電極
７  電源
１６  繊維状物質
１７  繊維状物質積層体
１８  炭素繊維
２０  カーボンナノチューブ
２８  電界
３２，  ５６  細胞膜
４５  豚肉
７０，７２  コンタミ
１１０  ファン
１１２  筺体
１１４  通気孔
２００  空気清浄機
【図３】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２２】
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【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図２０】
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【図２１】
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