JP2000107538A - 空気清浄化フィルター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の課題は、超高性能除塵機能に加えて、
脱臭機能および抗菌機能を有する空気清浄化フィルター
を提供することである。 【解決手段】ＪＩＳ−Ｂ−９９０８に準じて面風速５．
３ｃｍ／秒で測定した０．３μｍ粒子の捕集効率が９９
％以上である除塵フィルター基材をプリーツ加工してな
る空気清浄化フィルターにおいて、該除塵フィルター基
材に光触媒が担持されていることを特徴とする空気清浄
化フィルター、または、ＪＩＳ−Ｂ−９９０８に準じて
面風速５．３ｃｍ／秒で測定した０．３μｍ粒子の捕集
効率が９９％以上である除塵フィルター基材と光触媒を
担持した通気性基材とを重ね合わせてプリーツ加工して
なる空気清浄化フィルター。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気清浄機などに
搭載される空気清浄化フィルターに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、生活環境の変化や健康志向の高ま
りなどにより、家庭や職場において空気清浄化装置の普
及が進んでいる。空気清浄化装置の集塵方式は、電気集
塵方式とフィルター濾過方式に大別され、コンパクトな
家庭用空気清浄機においてはフィルター濾過方式が広く
普及している。特に、フィルター濾過方式に使用される
除塵フィルターの主流は従来の中性能フィルターから超
高性能フィルターへと切り替わりつつあり、高性能化が
進んでいる。

【０００３】このような除塵フィルター、特に超高性能
フィルターはハウスダストなどの塵埃以外にも、細菌、
黴の胞子、ウイルスなどを捕捉するため、これらの細菌
などの有害物が除塵フィルター上で高密度化し、種々の
アレルギー性疾患や感染症などの原因となる恐れが高い
と言われている。そこで、除塵フィルターに抗菌加工を
施したり、除塵フィルターと抗菌加工フィルターの複合
化などが実用化されている。しかしながら、従来の無機
系抗菌剤はその表面が細菌や汚れに覆われてしまうとそ
の作用が発現しなくなってしまい、また、有機系の抗菌
剤や防黴剤などはその薬剤自体が空気の汚染につながる
恐れがあるなどの問題があった。

【０００４】更に、最近の家庭用空気清浄機などでは、
集塵性能に加えて脱臭性能に対する要求が高く、多くの
機種に脱臭機能が付加されている。しかしながら、生活
環境を圧迫しないようにコンパクトサイズを要求される
家庭用空気清浄機においては、集塵部と脱臭部を独立し
て配置することは好ましくなく、集塵性能と脱臭性能の
両者を有するフィルターに対するニーズが高まってきて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、超高
性能除塵機能に加えて、脱臭機能および抗菌機能を有す
る空気清浄化フィルターを提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するため鋭意検討を重ねた結果、本発明に到達し
たものである。

【０００７】（１）ＪＩＳ−Ｂ−９９０８に準じて面風
速５．３ｃｍ／秒で測定した０．３μｍ粒子の捕集効率
が９９％以上である除塵フィルター基材をプリーツ加工
してなる空気清浄化フィルターにおいて、該除塵フィル
ター基材に光触媒が担持されていることを特徴とする空
気清浄化フィルター。

【０００８】（２）ＪＩＳ−Ｂ−９９０８に準じて面風
速５．３ｃｍ／秒で測定した０．３μｍ粒子の捕集効率
が９９％以上である除塵フィルター基材と光触媒を担持
した通気性基材とを重ね合わせてプリーツ加工してなる
空気清浄化フィルター。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明は、超高性能除塵機能を有
し、更に、主に光触媒の作用によって高い脱臭機能と優
れた抗菌機能を有する空気清浄化フィルターを提供す
る。

【００１０】本発明に係わる除塵フィルター基材は、Ｊ
ＩＳ−Ｂ−９９０８に準じて面風速５．３ｃｍ／秒で測
定した０．３μｍ粒子の捕集効率が９９％以上であるこ
とを特徴とする。捕集効率が９９％よりも低い場合に
は、光触媒に塵埃などが付着して光触媒への光の照射を
阻害するため、空気清浄化フィルターの脱臭機能および
抗菌機能が失われる。本発明に係わる除塵フィルター基
材として、０．３μｍの粒子に対して９９．９７％以上
の捕集効率を有するＨＥＰＡフィルターや０．１μｍの
粒子に対して９９．９９９７％以上の捕集効率を有する
ＵＬＰＡフィルターなどが挙げられる。これらの超高性
能フィルターは、従来、軍事用、放射性廃棄物用、クリ
ーンルーム用などの特殊用途で用いられたものである
が、近年では家庭用空気清浄機などの民生用にもＨＥＰ
Ａフィルターの使用が拡大している。

【００１１】ＨＥＰＡフィルター基材は重量比で９５％
以上のガラス繊維と５％以下のバインダーから構成され
ているのが通例であり、ガラス繊維はが１〜３ｍｍ程
度、平均直径が０．７μｍで太さのバラツキが大きい極
細ガラス繊維と直径６〜１０μｍで太さが一様、長さが
５ｍｍ以上のチョップ繊維からなるものが多いが、特に
これに限定されるものではなく、セラミック繊維やセル
ロース繊維、ポリプロピレン等のポリオレフィン繊維、
ポリエステル繊維またはアラミド繊維などの有機繊維か
らなるものであっても良い。

【００１２】本発明に係わる除塵フィルター基材は、エ
レクトレットフィルターからなるものであっても良く、
または、エレクトレットフィルターを層の一部として含
むものであっても良い。エレクトレットフィルターと
は、半永久的に電気分極を保持し、外部に対して電気力
を及ぼすフィルターであって、その静電気力によって粒
子を捕捉するものである。帯電方法としては、エレクト
ロエレクトレット、熱エレクトレット、ラジオエレクト
レット、メカノエレクトレット、フォトエレクトレッ
ト、マグネットエレクトレットなどが挙げられるが、工
業的に不織布フィルターで用いられているものは、主に
エレクトロエレクトレットおよび熱エレクトレットであ
り、フィルター材料としてはポリプロピレンまたはプロ
ピレン主体の共重合体が用いられることが多い。不織布
をエレクトレット化することは、不織布が嵩高で３次元
空隙が存在するためコロナ放電などによる帯電処理では
安定した帯電効果を得ることが難しい。しかしながら、
コロナ放電などで帯電処理を施したフィルムを繊維状に
断裁、それを不織布化したスプリットファイバーエレク
トレットフィルターや、メルトブロー紡糸時および溶融
紡糸時に高電圧を印加して熱エレクトレット的に繊維を
帯電させたメルトブロー不織布式エレクトレットフィル
ターおよびスパンボンド不織布式エレクトレットフィル
ターなどは、安定した分極電荷を得ることができる。な
お、メルトブロー不織布式エレクトレットフィルターは
単体では力学的強度が小さいため、乾式不織布やスパン
ボンドなどを貼り合わせて使用されるのが一般的であ
る。

【００１３】本発明に係わる光触媒とは、０．５〜５ｅ
Ｖ、好ましくは１〜４ｅＶの禁止帯幅を有する、光触媒
反応をもたらす光反応性半導体であり、励起光を照射す
ることによって、抗菌、抗ウイルス、防黴、脱臭、防汚
などの機能を発現する素材である。特にその抗菌性は優
れたものであり、細菌の増殖を抑えるだけでなく、細菌
が死滅する際に発生する毒素を分解して無害化し、ま
た、細菌の死骸をも分解するため、その効果は従来の無
機系抗菌剤などのように短期間で低下することがなく永
続すると言われている。

【００１４】光触媒としては、酸化亜鉛、酸化タングス
テン、酸化チタン、及び酸化セリウム等の金属酸化物粒
子が挙げられる。中でも、酸化チタンはその構造安定
性、光反応性有害物除去能、更には取扱い上の安全性等
から生活空間において使用するには最も適しており、ま
た、酸化亜鉛は励起光が照射されない環境下でも抗菌性
を有しており、この両者は本発明の光触媒として有利に
用いられる。

【００１５】本発明において、除塵フィルター基材また
は通気性基材に光触媒を担持させる方法としては、光触
媒を各種繊維、例えばポリエステルなどの合成繊維や木
材パルプなどの天然繊維、またはこれらの混合物等を分
散したスラリー中に添加し、湿式抄紙により抄造しても
よいし、あらかじめシートに形成した後、塗工や含浸な
どの方法により、担持させてもよい。

【００１６】ＨＥＰＡフィルターなどの除塵フィルター
基材に塗工や含浸などの方法によって光触媒を担持する
場合には、通気性が低下することを防ぐために光触媒を
凝集剤、特に酢酸菌などの微生物が産する微生物セルロ
ースなどの微細セルロースを用いて適度な大きさの凝集
体として担持することが好ましく、また、接着剤は被膜
性が比較的低いもの、例えば無機系バインダーなどを用
いることが好ましい。無機系バインダーとしては、サポ
ナイト、ヘクトライト、モンモリロナイトなどのスメク
タイト群、バーミキュライト群、カオリナイト、ハロイ
サイトなどのカオリナイト−蛇紋石群、セピオライトな
どの天然粘土鉱物の他、コロイダルシリカ、コロイダル
アルミナおよびこれらの変性物、合成無機高分子化合物
などが挙げられる。

【００１７】除塵フィルター基材または通気性基材に光
触媒を担持する際には活性炭やゼオライトなどの吸着剤
を併用しても良く、光触媒の脱臭性能を向上させること
ができる。また、本発明の効果を損なわなければ、無機
系の抗菌剤、有機系の抗菌剤や防黴剤およびフィトンチ
ットやカテキン等の天然抽出成分などの薬剤を併用して
も良い。

【００１８】光触媒を担持する通気性基材としては、織
布、不織布、ネット、及びポリウレタンなどのフォーム
体等を挙げることができる。通気性基材は、重ね合わせ
る除塵フィルター基材が柔らかい場合にはプリーツ適性
を持たせるために適度な強度を有する基材を用いてバッ
クアップ材を兼ねても良く、または、力学的強度を補う
目的や繊維の毛羽立ちを抑える目的などで使用されるカ
バー材を兼ねても良い。不織布は比較的均一な通気性を
確保することができるばかりか、担持された光触媒の分
布も均一となるため、光触媒を担持する通気性基材とし
て優位に使用される。

【００１９】不織布は、ポリアミド系繊維、ポリエステ
ル系繊維、ポリアルキレンパラオキシベンゾエート系繊
維、ポリウレタン系繊維、ポリビニルアルコール系繊
維、ポリ塩化ビニリデン系繊維、ポリ塩化ビニル系繊
維、ポリアクリロニトリル系繊維、ポリオレフィン系繊
維、フェノール系繊維などの合成繊維、ガラス繊維、金
属繊維、アルミナ繊維、活性炭素繊維などの無機繊維、
木材パルプ、麻パルプ、コットンリンターパルプなどの
天然繊維、再生繊維、あるいはこれらの繊維に親水性、
難燃性、脱臭性、吸着性、抗菌性などの機能を付与した
繊維などを使用し、各種方法によって製造したものであ
る。

【００２０】不織布の製造方法については特に制限はな
く、目的・用途に応じて、乾式法、湿式抄造法、メルト
ブローン法、スパンボンド法などで得られたウェブを水
流交絡法、ニードルパンチ法、ステッチボンド法などの
物理的方法、サーマルボンド法などの熱による接着方
法、レジンボンドなどの接着剤による接着方法で強度を
発現させる方法を適宜組み合わせて製造することができ
る。

【００２１】本発明の第２の発明に係わる除塵フィルタ
ー基材と光触媒を担持した通気性基材とを重ね合わせる
場合には、単に重ね合わせても良いが、これらの基材を
貼り合わせ、または積層して一体化しても良い。

【００２２】本発明に係わるプリーツ加工とは、山谷状
の折り加工であり、一定の通気面積に対してフィルター
基材の面積を増すことができる。プリーツの形状は特に
限定されるものではなく、使用する基材の面積や厚さな
どに応じて適宜設定すればよいが、山の高さ（Ｈ）と山
と山の間隔であるピッチ（Ｐ）とが、Ｈ／Ｐ＝２〜２０
の関係を満たすことが好ましい。Ｈ／Ｐが２より小さい
と基材面積の増加が少なく、一方、Ｈ／Ｐが２０より大
きいと隣り合う基材の面同士が接近し過ぎて通気性が阻
害される場合がある。

【００２３】本発明の空気清浄化フィルターは、光触媒
を担持した除塵フィルター基材をプリーツ加工すること
により、または、除塵フィルター基材と光触媒を担持し
た通気性基材とを重ね合わせてプリーツ加工することに
より、フィルター基材の面積が増え、特定の風量に対し
て相対的に面風速が低下するのに伴って圧力損失が低下
して通気性が改善され、更に、捕集効率および脱臭性能
の向上が達成される。

【００２４】更に驚くべきことには、本発明の空気清浄
化フィルターは、照射される光量が一定であるにもかか
わらず脱臭性能が予想以上に著しく向上し、光触媒反応
効率の大幅な改善が認められた。光触媒反応は、紫外線
量が少ない場合には無駄に使われる光子が少なく、高い
量子収率で反応が進行し、紫外線光量が約１／３０にな
ってもメチルメルカプタンの分解反応の一次反応定数は
約１／３に減少するに止まる実験例を藤嶋らが報告して
いる（Ｏ plus Ｅ、２０（４）、４１６〜４２４頁、１
９９８年）。従って、照射される励起光の光量が一定の
場合には、光触媒の受光面積を増して単位面積当たりの
光量を少なくすることにより、高い量子収率で有害物質
の分解除去が進行すると推定され、光触媒をプリーツ形
状とすることによって脱臭性能の大幅な向上が達成され
たものと予想される。

【００２５】本発明の空気清浄化フィルターは、本発明
の効果を損なわない限りにおいて、脱臭、消臭、抗菌、
防黴、抗ウイルス、害虫忌避、粗塵除去などの各種機能
を有する素材を併用しても良い。これらの各種機能を有
する素材は通気性を有する部材に加工されていることが
好ましいが、除塵フィルター基材または通気性基材に設
けられた塗層や含浸層などの層であっても良く、また
は、除塵フィルター基材と通気性基材の間に封入された
粒状物などであっても良い。但し、上記の各種機能を有
する素材が光触媒を覆う形で併用される場合には、光触
媒励起光を透過させる素材からなることが好ましい。

【００２６】本発明の空気清浄化フィルターを用いる場
合には、塵埃によって光触媒が覆われて励起光の照射が
阻害されないように、光触媒が存在する面が主に風下に
なるように通気することが好ましい。

【００２７】

【実施例】以下、本発明を実施例により説明するが、本
発明の趣旨を逸脱しない限り、実施例に限定されるもの
ではない。

【００２８】作製例１ 極細ガラス繊維（平均繊維径０．６μｍ）：１５重量
％、繊維径２０μｍ以下の有機繊維としてポリエステル
繊維（繊維径１８μｍ、繊維長は５ｍｍ）：３５重量
％、バインダー繊維として芯鞘型熱融着性ポリエステル
繊維（繊維径１４μｍ、繊維長５ｍｍ、鞘部融点１１０
℃）：５０重量％を混合して水性スラリーを調整し、こ
れらのスラリーから円網抄紙機にて坪量４０ｇ／m²の除
塵フィルター基材Ａを作製した。

【００２９】作製例２ 光触媒酸化チタン１００重量部に対して無機バインダー
（クニミネ工業製、スメクトンＳＡ）を２５重量部の割
合で添加して塗液を調製し、この塗液を７ｇ／m²の乾燥
塗工重量で薄手の高通気性シート（三井化学社製、シン
テックスＭＹ−Ｒ−００４）に含浸塗工し、光触媒を担
持した通気性基材Ｂを作製した。

【００３０】実施例１ 上記の作製例１で作製した除塵フィルター基材Ａの片面
に、光触媒酸化チタン１００重量部に対して無機バイン
ダー（クニミネ工業製、スメクトンＳＡ）を２０重量部
の割合で添加して調製した塗液を１０ｇ／m²の乾燥塗工
重量で塗工し、次いでピッチ４ｍｍ、高さ３０ｍｍのプ
リーツ加工を施して空気清浄化フィルターを作製し、こ
れを実施例１の空気清浄化フィルターとした。

【００３１】実施例２ 市販の高性能除塵フィルター（東燃タピルス製、Ｐ１０
０ＵＷ−ＥＰ５）と上記の作製例２で作製した光触媒を
担持した通気性基材Ｂとを重ね合わせて、ピッチ４ｍ
ｍ、高さ３０ｍｍのプリーツ加工を施して空気清浄化フ
ィルターを作製し、これを実施例２の空気清浄化フィル
ターとした。

【００３２】比較例１ 上記の作製例１で作製した除塵フィルター基材Ａにピッ
チ４ｍｍ、高さ３０ｍｍのプリーツ加工を施して空気清
浄化フィルターを作製し、これを比較例１の空気清浄化
フィルターとした。

【００３３】比較例２ 市販の中性能除塵フィルター（３Ｍ社製、フィルタレッ
トＳＭＢＦ−４０ＰＦ）と上記の作製例２で作製した光
触媒を担持した通気性基材Ｂとを重ね合わせて、ピッチ
４ｍｍ、高さ３０ｍｍのプリーツ加工を施して空気清浄
化フィルターを作製し、これを比較例２の空気清浄化フ
ィルターとした。

【００３４】比較例３ 市販の高性能除塵フィルター（東燃タピルス製、Ｐ１０
０ＵＷ−ＥＰ５）にピッチ４ｍｍ、高さ３０ｍｍのプリ
ーツ加工を施し、これに上記の作製例２で作製した光触
媒を担持した通気性基材Ｂをプレーンフィルターで組み
合わせて空気清浄化フィルターを作製し、これを比較例
３の空気清浄化フィルターとした。

【００３５】以上、実施例および比較例の空気清浄化フ
ィルターは、以下の方法で捕集効率測定および脱臭試験
を行い、その結果を表１に示した。

【００３６】［捕集効率］ＪＩＳ−Ｂ−９９０８に準拠
して、実施例および比較例の空気清浄化フィルターに用
いたフィルター基材の面風速５．３ｃｍ／秒における
０．３μｍ粒子の捕集効率を測定した。

【００３７】［脱臭試験１］実施例および比較例の空気
清浄化フィルターを市販の空気清浄機（三菱製紙（株）
製、新・鮮風機ＰＣ３−Ｓ）にプレフィルターの代わり
として、光触媒が存在する面が風下側となるように搭載
し、更に、既設の光触媒部材を外して、６Ｗブラックラ
イトが発する紫外光が光触媒に照射されるようにした。
これらの空気清浄機を１立米の密閉容器内に設置して、
アセトアルデヒド５０ｐｐｍを注入した後に運転し、ア
セトアルデヒド濃度の変化をガスクロマトグラフィーで
定量して除去速度（％／分）を求め、この結果を脱臭性
１とした。

【００３８】［脱臭試験２］上記の脱臭試験１におい
て、６Ｗブラックライトを外して紫外光を光触媒に照射
しないようにする以外は全て脱臭試験１と同様にしてア
セトアルデヒドの除去速度（％／分）を求め、この結果
を脱臭性２とした。

【００３９】［光触媒性能］光触媒反応と吸着による脱
臭性１（光照射した場合のアセトアルデヒドの除去速度
（％／分））から吸着による脱臭機２（光照射ない場合
のアセトアルデヒドの除去速度（％／分））を差し引い
て光触媒反応による脱臭性を求め、これを光触媒性能と
した。

【００４０】［脱臭耐久試験］上記の脱臭試験１で用い
た実施例１、２および比較例２、３の空気清浄化フィル
ターを搭載した空気清浄機４台を事業所内の喫煙場所に
並べて設置して運転し、３ヶ月後にフィルターを交換せ
ずに上記の脱臭試験１を実施し、この結果を脱臭性１で
除した値（百分率）を脱臭耐久性とした。

【００４１】

【表１】

【００４２】表１の結果から、本発明の実施例の空気清
浄化フィルターは、集塵性能が優れると共に、光触媒反
応が高効率で進行するため脱臭性能が高く、且つ、光触
媒が塵埃で覆われることがないため光触媒が失活し難
く、脱臭耐久性に優れることがわかる。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、ＪＩＳ−Ｂ−９９０８
に準じて面風速５．３ｃｍ／秒で測定した０．３μｍ粒
子の捕集効率が９９％以上である除塵フィルター基材を
プリーツ加工してなる空気清浄化フィルターにおいて、
該除塵フィルター基材に光触媒が担持されていることを
特徴とする空気清浄化フィルター、または、ＪＩＳ−Ｂ
−９９０８に準じて面風速５．３ｃｍ／秒で測定した
０．３μｍ粒子の捕集効率が９９％以上である除塵フィ
ルター基材と光触媒を担持した通気性基材とを重ね合わ
せてプリーツ加工してなる空気清浄化フィルターは、超
高性能除塵機能を有し、更に、主に光触媒の作用によっ
て高い脱臭機能と優れた抗菌機能を有する。特に、プリ
ーツ加工を施された形状によって光触媒に照射される励
起光が相対的に低くなるのに伴い、光触媒反応の効率が
向上するため、総体としての光触媒性能が向上する。更
に、超高性能除塵機能によってサブミクロンオーダーの
塵埃を除去された空気が光触媒と接触するため、光触媒
が塵埃で覆われることがなく、光触媒の性能を長期間に
わたって維持し得る。このように本発明の空気清浄化フ
ィルターは、空気清浄用途で求められる除塵機能、脱臭
機能および抗菌機能の全てを備え、且つ、これらの各機
能は高性能であり、更に光触媒性能の耐久性にも優れ、
空気清浄機などに搭載される空気清浄化フィルターとし
て著しく有用性が高いものである。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4C080 AA05 AA07 BB02 BB05 CC01 HH05 JJ03 JJ05 JJ09 KK08 LL03 LL10 MM02 NN22 NN26 NN27 NN28 QQ03 4D019 AA01 BA04 BA13 BB02 BB03 BB07 BB13 BC01 BC07 CA02 4D058 JA14 JB05 JB14 JB24 JB25 JB28 JB39 JB50 SA13 TA06 TA07 4G069 AA03 AA08 BA04B BA22A BA22B BA48A BB04A BC35A BC43A BC60A CA10 CA11 CA17 DA06 EA07 FA02

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＪＩＳ−Ｂ−９９０８に準じて面風速
   ５．３ｃｍ／秒で測定した０．３μｍ粒子の捕集効率が
   ９９％以上である除塵フィルター基材をプリーツ加工し
   てなる空気清浄化フィルターにおいて、該除塵フィルタ
   ー基材に光触媒が担持されていることを特徴とする空気
   清浄化フィルター。
2. 【請求項２】 ＪＩＳ−Ｂ−９９０８に準じて面風速
   ５．３ｃｍ／秒で測定した０．３μｍ粒子の捕集効率が
   ９９％以上である除塵フィルター基材と光触媒を担持し
   た通気性基材とを重ね合わせてプリーツ加工してなる空
   気清浄化フィルター。