JP2001269519A - フィルター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の課題は、除塵フィルターの除塵効率を
高め、かつその寿命を永く保たせ、かつ構成によっては
脱臭性能をも付与した複合空気清浄化フィルターを提供
することにある。 【解決手段】少なくともひとつ以上の整流作用を有する
フィルター部分と、少なくともひとつ以上の反整流作用
を有する除塵フィルター部分よりなる複合フィルターで
あり、かつ整流作用を有するフィルター部分がその厚み
以下の距離で反整流作用を有する除塵フィルター部分に
近接して風上側に設置された事を特徴とする複合空気清
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、空気清浄化フィル
ターに関し、更に詳しくは、整流作用を有する脱臭部分
と、反整流作用を有する除塵部分からなる複合空気清浄
化フィルターに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、脱臭剤を使用した空気清浄化フィ
ルターは、通気性を有するウレタンの多孔質基材上に、
粒状或いは粉体状活性炭等の吸着剤を接着させたもの
や、紙の中に吸着剤を漉き込んだもの、不織布に活性炭
を塗工したり、活性炭素を含浸させたものがあった。ま
た、ハニカム状の六角柱の部分の中にぺレット状活性炭
を詰めたもの、あるいは、波状の不織布と平面状の不織
布を組み合わせてできる三角柱の部分（コルゲート）に
同じくぺレット状活性炭を詰めたもの等があった。

【０００３】除塵性を有するフィルターは、機械的な濾
過作用で除塵するフィルターや静電気を利用して除塵す
るエレクトレットフィルターなどを平面状で使用した
り、襞状に折ったり（プリーツ）して濾過面積を多くし
て圧力損失を下げ、除塵性能を向上させて使用してい
た。

【０００４】しかしながら、これらの従来法によるフィ
ルターにおいては脱臭機能と除塵機能が単独で扱われて
いるためそれぞれの脱臭性能、除塵性能においては使用
に問題がないものの、特に除塵機能をより向上させると
か、除塵機能の寿命を永く保たせるという点で有利な構
成ではなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、除塵
フィルターの除塵効率を高め、かつその寿命を永く保た
せ、かつ構成によっては脱臭性能をも付与した複合空気
清浄化フィルターを提供することにある。

【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） 少なくともひとつ以上の整流作用
を有するフィルター部分と、少なくともひとつ以上の反
整流作用を有する除塵フィルター部分よりなる複合フィ
ルターであり、かつ整流作用を有するフィルター部分が
その厚み以下の距離で反整流作用を有する除塵フィルタ
ー部分に近接して風上側に設置された事を特徴とする複
合空気清浄化フィルター。

【０００８】（２） 請求項１記載の複合空気清浄化フ
ィルターにおいて少なくともひとつ以上の整流作用を有
するフィルター部分が脱臭機能を有することを特徴とす
る請求項１記載の複合空気清浄化フィルター。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明は、具体的にはコルゲート
やハニカム構造を示す整流作用を有する（脱臭）フィル
ター部分（以下、整流フィルターと称する）と、具体的
にはプリーツ構造を示す反整流作用を有する除塵フィル
ター部分（以下、反整流フィルターと称する）を併用し
て得られる複合空気清浄化フィルターであり、脱臭作
用、除塵作用を保ったまま単独で使用する場合より飛躍
的に除塵性能を高め、かつ除塵寿命を永くする方法を提
供する複合空気清浄化フィルターである。

【００１０】反整流作用を有する除塵フィルター部分と
は具体的には襞折り（プリーツ）された除塵フィルター
を指す。ここでいう反整流作用とは、整流作用と逆の働
きで整流、あるいは整流に近い空気の流れを積極的に乱
す働きを有するものである。繊維をシート化したごく一
般の不織布、ウレタンフォームなども空気の整流を乱す
働きはあるが、その厚みが薄い場合にはマクロ的に見て
反整流作用に乏しく、その厚みが厚い場合には圧力損失
が大きくなり空気の流れを妨げる働きをするため好まし
くない場合がある。これに対してプリーツ形状の場合は
供給される空気の流れに対して確実に角度を持って空気
が通過するため効率よく整流を乱すことが可能である。
一般にプリーツ折りされた角度をαとすると直進してき
た空気の流れはプリーツを通過することにより９０°＋
α／２の方向（両方向）に押し出されることになり、か
つプリーツを通過した後で隣接するプリーツから通過し
た空気の流れと衝突するため確実に整流を乱し、反整流
作用をなすことが可能になる。

【００１１】プリーツ折りした除塵フィルターが圧力損
失を小さく保ったままで効率的に除塵機能を発揮できる
ことは通常クリーンルームなどで使用されているＨＥＰ
Ａプリーツフィルターの構成を見ても明らかであるが、
プリーツフィルターに供給される空気流の状態を変化さ
せながら除塵性能の測定を行った所、除塵フィルターに
達する前の空気流が整流に近いほど除塵効率（あるいは
粉塵の捕集効率、除去効率として表される値）が高くな
ることが判明した。ただし一般に十分に長い閉管内を流
れる空気流は整流されることが知られているが、管壁に
沿った部分には抵抗が発生するため空気流が乱れやす
く、かつシート状、プリーツ状といかなる形であろうと
も空気流を遮る形で置かれている除塵フィルターの直前
では流速が変わり、かつ空気流への圧縮効果が現れるた
め一般的に空調や空気清浄機などに使用されるような流
速においては除塵フィルターに到達した段階で整流を維
持できないという問題がある。

【００１２】本発明の方法においては反整流作用を有す
る除塵フィルター部分の直前に整流作用を有するフィル
ター部分を配置することにより効率的に整流を作りだし
て除塵フィルターに供給することにより除塵効率を向上
させることに成功した。ここでいう除塵の対象となる粒
子は、いわゆる塵、埃以外にタバコの煙粒子、オイルミ
スト、厨房で発生する油煙、繊維屑や毛、ダニの死骸・
糞などのハウスダスト、花粉、ディーゼル車の排煙など
排気ガスに含まれる粒子、燃焼排ガスに含まれる粒子成
分、砂埃、海風に含まれる塩分粒子、細菌、黴および胞
子、菌糸、機械工場などで発生する切削屑、油煙など濾
過行為により除去されるべき粒子を全て含む。

【００１３】本発明に係わる除塵フィルター部分はガラ
ス繊維ベースのいわゆるＨＥＰＡフィルターやＵＬＰＡ
フィルター、静電気を固定した繊維よりなるエレクトレ
ットフィルター、メルトブローン、ニードルパンチ、ス
パンボンド、水流交絡法、ステッチボンド、サーマルボ
ンド、レジンボンド、その他乾式法、湿式抄造法などで
得られた不織布を適宜組み合わせて用いることができ
る。

【００１４】ここでいう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り、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、
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
ターなどでは、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場合がある。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。

【００１５】本発明に係わるＨＥＰＡフィルターとは、
超高性能の集塵フィルターであり、０．３μｍの粒子に
対して９９．９７％以上の集塵効率を有するものであ
る。従来は、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ＨＥＰＡフィルター
の使用が拡大する傾向がある。

【００１６】除塵フィルターとして用いる不織布は、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。除去対象となる粒子の粒径
によりこれらの不織布も除塵フィルターとして用いるこ
とができる。

【００１７】本発明で除塵フィルターとして使用する不
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。

【００１８】本発明の整流作用とは乱れを持った気流が
整流フィルターを通過するにあたり乱れの度合いを小さ
くして整流や整流に近い状況を現出させる作用を称す
る。このような整流作用を有する構造体としては波板部
と平面部からなるコルゲート構造、断面が菱形や六角形
となるハニカム構造、四角の細孔が規則正しく並んだ格
子構造などがあり得る。例えばその中のコルゲート構造
体は、ＪＩＳ Ｚ １５１６−1995「外装用段ボール」
に準拠して作製される。その製造方法の１例としては、
ライナ（平面部）上に中しん（波板部）を接合した片段
ボールを順次接着剤で積層させてコルゲートブロックを
作製し、コルゲートブロックのライナ面に対して垂直
に、あるいは一定の角度で斜めに切断してコルゲート状
の整流フィルターとすればよい。コルゲートとは形状が
異なるが、展張時に四角形あるいは六角形となるいわゆ
るハニカムフィルターに関しては、構成するシートに一
定の巾で複数本の線状に糊付けし、その上に別の構成シ
ートを重ね合わせ、ピッチをずらせて一定の巾で複数本
の線状に糊付けしさらに別の構成シートを重ね合わせる
という工程でハニカムブロックを作成し、糊ラインに直
交する形、あるいは一定の角度を保って断裁し、展張す
ればハニカムフィルターが得られ、整流フィルターとし
て使用することができる。また主に無機フィルターとし
て使用される四角格子あるいは六角格子などのオリフェ
スから粘性基材を押し出し、一定の厚みにスライスした
上で乾燥や焼成などで固形化したハニカムも整流フィル
ターとして使用できる。

【００１９】このようなコルゲート構造体やハニカム構
造体は空気の流れに対して一般に垂直に置かれ、空気の
進行方向に並行して多数の開口部が存在するため流れの
方向の乱れた空気がこのような構造体中を通過する際に
気流の乱れが矯正され、流れ方向に整流される作用を有
する。このようなコルゲートやハニカム構造体を吸着剤
脱臭材などを含む脱臭機能を有するシートで作製した場
合には、その内部の空間を通過する間に空気中に含まれ
る悪臭部分はコルゲート構造体などの吸着脱臭剤に吸着
されて脱臭される。当然ながらその場合に単なる整流フ
ィルターと、脱臭機能を有する整流フィルターの間に圧
力損失の差異はなく、除塵フィルターの性能を向上させ
る機能を有したまま脱臭機能を付与できる。

【００２０】本発明において整流作用を有するフィルタ
ー部分は脱臭機能を有していてもよく、脱臭機能を発現
するための脱臭剤として具体的には、活性炭、添着活性
炭、ゼオライト、活性アルミナ、活性白土、イオン交換
樹脂、鉄アスコルビン酸、鉄フタロシアニン誘導体など
の吸着脱臭剤、マンガン系酸化物やペロブスカイト型触
媒などの低温酸化触媒、酸化チタンや酸化亜鉛などの光
触媒、植物抽出成分に含まれる化合物であるカテキン、
タンニン、フラボノイド等を用いた消臭剤などが塗工、
浸漬、抄紙、一体成形などの方法で付与されていても良
い。

【００２１】本発明の脱臭機能を有するフィルター部材
に係わる基材としては、セラミックス、紙、織布、不織
布、ネット、金属板、及びスポンジ等の他、ポリエチレ
ンフィルム、ポリプロピレンフィルム、及びポリエステ
ルフィルムの様な汎用の熱可塑性フィルムや薄板等が挙
げられる。吸着脱臭剤はこれらの基材の中に含有されて
いても良いし、これらの基材の表面に設けられていても
よい。

【００２２】本発明においては、整流作用を有するフィ
ルター部分と、反整流作用を有する除塵フィルター部分
は、整流作用を有するフィルター部分の厚み以下の距離
で反整流作用を有する除塵フィルター部分に近接して風
上側に設置される必要がある。整流となった空気流を効
率よく除塵するのが本発明の趣旨であるから、整流作用
を有するフィルターが除塵フィルターの風上に置かれる
のは当然であるが、その距離があまりに離れすぎると整
流となった空気流が再び乱れる可能性があり、除塵効果
が薄れるという問題がある。整流作用を有するフィルタ
ーの厚みと、反整流作用を有する除塵フィルターまでの
距離（以下、フィルター距離と称する）の関係を各種変
えて試験した結果、フィルター距離が整流作用を有する
フィルターの厚み以上になると急激に除塵効果が低下す
ることを見いだした。ここでいうフィルター距離とは、
整流作用を有するフィルター部分の風下側断面から、反
整流作用を有する除塵フィルターの風上側断面（一般に
襞折りの山頂部にあたる）までの距離を称している。

【００２３】

【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。

【００２４】整流フィルター１ 一般紙（厚み１００μｍ）を原料とした段ボールの片段
（セルのピッチ５．０ｍｍ、セルの高さ２．８ｍｍ）を
複数枚積層し、そのブロックを積層方向に垂直にスライ
スした積層コルゲートを整流フィルター１として使用し
た。スライスの厚みが整流フィルターの厚みとなる。

【００２５】整流フィルター２ 一般紙を原料とする代わりに活性炭混入シート（活性炭
粒子を重量比で５０％含む脱臭シート）を原料として使
用した段ボールの片段（セルのピッチ５．０ｍｍ、セル
の高さ２．８ｍｍ）を複数枚積層し、そのブロックを積
層方向に垂直にスライスした積層コルゲートを脱臭機能
を有する整流フィルター２として使用した。

【００２６】反整流フィルター１ ポリエステル繊維（テトロン（登録商標）、３ｄ、３８
ｍｍ、５０ｗ％／６ｄ、５１ｍｍ、３０ｗ％）とビスコ
ースレーヨン繊維（３ｄ、５１ｍｍ、２０ｗ％）とを混
合し、乾式法により空気中でウエッブを形成し、次に、
熱可塑性のバインダーであるアクリルのラテックス中に
含浸し、繊維を接着して形成し、基材となる不織布を得
た。該基材に溶融したホットメルト樹脂を散布した後、
除塵フィルターの原反として市販のエレクトレットフィ
ルター（東燃タピルス製、ＰＯ−２０ＡＬＯＧ）を重ね
合わせて接着一体化してプリーツ折り可能な除塵フィル
ターとした。この除塵フィルターを５ｍｍ間隔で高さ２
０ｍｍでプリーツ折りして反整流フィルター１とした。

【００２７】実施例１−１ ５ｍｍの厚みを有する整流フィルター１と、反整流フィ
ルター１とを密着させる形で固定し、実施例１−１の複
合空気清浄化フィルターを得た。

【００２８】実施例１−２ ５ｍｍの厚みを有する整流フィルター１と、反整流フィ
ルター１とを３ｍｍ離した形で固定し、実施例１−２の
複合空気清浄化フィルターを得た。

【００２９】実施例１−３ ５ｍｍの厚みを有する整流フィルター１と、反整流フィ
ルター１とを５ｍｍ離した形で固定し、実施例１−２の
複合空気清浄化フィルターを得た。

【００３０】実施例２−１ １０ｍｍの厚みを有する整流フィルター１と、反整流フ
ィルター１とを密着させる形で固定し、実施例２−１の
複合空気清浄化フィルターを得た。

【００３１】実施例２−２ １０ｍｍの厚みを有する整流フィルター１と、反整流フ
ィルター１とを８ｍｍ離した形で固定し、実施例２−２
の複合空気清浄化フィルターを得た。

【００３２】実施例２−３ １０ｍｍの厚みを有する整流フィルター１と、反整流フ
ィルター１とを１０ｍｍ離した形で固定し、実施例２−
３の複合空気清浄化フィルターを得た。

【００３３】実施例３−１ ３０ｍｍの厚みを有する整流フィルター１と、反整流フ
ィルター１とを密着させる形で固定し、実施例３−１の
複合空気清浄化フィルターを得た。

【００３４】実施例３−２ ３０ｍｍの厚みを有する整流フィルター１と、反整流フ
ィルター１とを２５ｍｍ離した形で固定し、実施例３−
２の複合空気清浄化フィルターを得た。

【００３５】実施例３−３ ３０ｍｍの厚みを有する整流フィルター１と、反整流フ
ィルター１とを３０ｍｍ離した形で固定し、実施例３−
３の複合空気清浄化フィルターを得た。

【００３６】比較例１−１ ５ｍｍの厚みを有する整流フィルター１と、反整流フィ
ルター１とを十分な距離（１００ｍｍ）離す形で固定
し、比較例１−１の複合空気清浄化フィルターを得た。

【００３７】比較例１−２ ５ｍｍの厚みを有する整流フィルター１と、反整流フィ
ルター１とを７ｍｍ離した形で固定し、比較例１−２の
複合空気清浄化フィルターを得た。

【００３８】比較例２−１ １０ｍｍの厚みを有する整流フィルター１と、反整流フ
ィルター１とを十分な距離（１００ｍｍ）離す形で固定
し、比較例２−１の複合空気清浄化フィルターを得た。

【００３９】比較例２−２ １０ｍｍの厚みを有する整流フィルター１と、反整流フ
ィルター１とを１２ｍｍ離した形で固定し、比較例１−
２の複合空気清浄化フィルターを得た。

【００４０】比較例３−１ ３０ｍｍの厚みを有する整流フィルター１と、反整流フ
ィルター１とを十分な距離（１００ｍｍ）離す形で固定
し、比較例３−１の複合空気清浄化フィルターを得た。

【００４１】比較例３−２ ３０ｍｍの厚みを有する整流フィルター１と、反整流フ
ィルター１とを３５ｍｍ離した形で固定し、比較例３−
２の複合空気清浄化フィルターを得た。

【００４２】実施例４ １０ｍｍの厚みを有する脱臭機能を有する整流フィルタ
ー２と、反整流フィルター１とを密着させる形で固定
し、実施例４−１の複合空気清浄化フィルターを得た。

【００４３】比較例４ １０ｍｍの厚みを有する脱臭機能を有する整流フィルタ
ー２と、反整流フィルター１とを十分な距離（１００ｍ
ｍ）離す形で固定し、比較例４の複合空気清浄化フィル
ターを得た。

【００４４】比較例５ 反整流フィルター１のみを使用して比較例５の複合空気
清浄化フィルターを得た。

【００４５】比較例６ １０ｍｍの厚みを有する脱臭機能を有する整流フィルタ
ー２と、反整流フィルターの代わりに反整流フィルター
１を形成するのに用いた不織布基材とエレクトレットフ
ィルターの貼合せた除塵フィルターを密接して用いた。
この除塵フィルターは反整流作用を有していない。

【００４６】以上、実施例および比較例で得られた複合
空気清浄化フィルターは以下の方法で除塵性能試験、除
塵寿命試験、脱臭性能試験を行い、その結果を表１に示
した。

【００４７】［除塵性能試験］実施例および比較例の複
合空気清浄化フィルターのみを市販のフィルター測定装
置に搭載し風速を２０ｃｍ／秒に固定した上で風上から
平均粒径が２０μｍの花粉粒子を流してフィルターの両
側での粒子数をパーティクルカウンターにより測定し除
塵性能（％）で表した。除塵性能は風上側の粒子数と風
下側の粒子数の差を風上側の粒子数で除した数値を１０
０倍したものである。

【００４８】［除塵寿命試験］除塵性能試験において、
使用を始めた直後（初期）の除塵性能が半分になるまで
試験を続け、半減した時の時間をもって除塵寿命とし
た。当然ながらこの試験は促進試験であり評価は相対的
な物で、実際の複合空気清浄化フィルターの寿命を時間
単位で表したものではないため、最も寿命が長く測定さ
れた実施例３−１の時間を１００として比例計算により
表示した。

【００４９】［脱臭性能試験］実施例２−１、実施例４
および比較例４の複合空気清浄化フィルターのみを市販
の空気清浄機（ダイキン工業（株）製、ＡＣＥＦ３Ｄ
Ｓ）に搭載し、日本電機工業会規格ＪＥＭ−１４６７−
１９９５に準拠して集塵性能を測定した。同機種に搭載
されている本来の空気清浄装置（イオン化源、ロールフ
ィルター、光触媒フィルター）は除去して実施例、比較
例の複合空気清浄化フィルターのみを搭載し、条件を同
じに設定してある。その上でＪＥＭ−１４６７−１９９
５に準拠して脱臭性能を測定し、除去率（％）として表
した。

【００５０】

【表１】

【００５１】

【表２】

【００５２】表１および表２の結果から、実施例の複合
空気清浄化フィルターは、同じ構成だが整流フィルター
と反整流フィルターが整流フィルターの厚み以上に離れ
た比較例の空気清浄化フィルターに比べて除塵性能が高
く、かつ除塵寿命が長いことが明かとなった。また整流
フィルターに脱臭機能を持たせることにより、脱臭性を
有したままで除塵性能の向上が図れることが明かとなっ
た。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、反整流作用を有する除
塵フィルター部分の直前に整流作用を有するフィルター
部分を配置することにより効率的に整流を作りだして除
塵フィルターに供給することにより除塵効率を向上させ
るものである。本発明により、いわゆる塵、埃、タバコ
の煙粒子、オイルミスト、厨房で発生する油煙、繊維屑
や毛、ダニの死骸・糞などのハウスダスト、花粉、ディ
ーゼル車の排煙など排気ガスに含まれる粒子、燃焼排ガ
スに含まれる粒子成分、砂埃、海風に含まれる塩分粒
子、細菌、黴および胞子、菌糸、機械工場などで発生す
る切削屑、油煙などを効率的に除去できる複合空気清浄
化フィルターを提供することができ、家庭やオフィス、
工場、車内などでの室内空気の浄化用途に一層優れた空
気清浄化フィルターを提供するものである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくともひとつ以上の整流作用を有す
   るフィルター部分と、少なくともひとつ以上の反整流作
   用を有する除塵フィルター部分よりなる複合フィルター
   であり、かつ整流作用を有するフィルター部分がその厚
   み以下の距離で反整流作用を有する除塵フィルター部分
   に近接して風上側に設置された事を特徴とする複合空気
   清浄化フィルター。
2. 【請求項２】 請求項１記載の複合空気清浄化フィルタ
   ーにおいて少なくともひとつ以上の整流作用を有するフ
   ィルター部分が脱臭機能を有することを特徴とする請求
   項１記載の複合空気清浄化フィルター。