JP2002346322A - 空気清浄フィルター - Google Patents

空気清浄フィルター

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一男 堀切川
Motoharu Akiyama
元治 秋山
Noriyuki Yoshimura
典之 吉村
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 自由な形状に成形可能な空気清浄フィルター
を提供する。 【解決手段】 細孔直径が10〜2000 オングス
トロームの細孔の容積が0.1〜 1.1cc/gのR
Bセラミックス及び/又はCRBセラミックスを吸着・
濾過材として用いる空気清浄フィルター。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に家庭や工場等で
用いるエアコンデショナーや空気清浄機に用いられる空
気清浄用フィルターに関する。
【0002】
【従来の技術】従来の空気清浄用フィルターには、活性
炭素材としては、ヤシ殻活性炭などの粒状活性炭や、ピ
ッチ系、フェノール系、ポリアクリロニトリル(PA
N)系、セルロース系などの活性炭素繊維が用いられて
きた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】いずれの活性炭材料
も、粒状物や繊維状物であり、これをフィルターとして
利用するためには、フェルトや不織布等に担持させた
り、繊維を特定の形状に編んだりする必要があった。例
えば、特開平7−136502公報には、粒状物活性炭
素材や直径が10〜 100オングストロームの細孔の容積が
0.25〜 1.1cc/gの繊維状の活性炭素材が用いられてい
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、自由な形状に
成形可能な炭素材料であるRBセラミックス及びCRB
セラミックスを用いて、直接所望の形状に成形した、空
気清浄用フィルターを提供することである。さらには、
RBセラミックス及びCRBセラミックスの微粉末が、
空気清浄用フィルターに適した性質を持っていることを
見出し、本発明を完成させるに至った。すなわち、本発
明は、細孔直径が10〜2000 オングストロームの
細孔の容積が0.1〜 1.1cc/gのRBセラミッ
クス及び/又はCRBセラミックスを吸着・濾過材とし
て用いる空気清浄フィルターさらに、この空気清浄フィ
ルターを応用した防塵マスクに関する。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明の空気清浄フィルターに用
いられるRBセラミックス又はCRBセラミックス材料
は、米ぬかから得られる脱脂ぬかを主原料とし、これと
熱硬化性樹脂とから作られる。日本において90万トン
/年、世界中で3300万トン/年も排出されている米
ぬかを利用して、多孔質炭素材料を得ようとすること
は、本件の第一発明者である堀切川 一男の研究により
知られている。(機能材料 1997年 5月号 Vo
l.17 No.5 p24〜28参照) この文献には、米ぬかから得られる脱脂ぬかと、熱硬化
性樹脂を混合して混錬し、加圧成形した成形体を乾燥さ
せた後、乾燥成形体を不活性ガス雰囲気中で焼成した炭
素材料(RBセラミックという)及びその製造方法が示
されている。この脱脂ぬかは、米の種類に関係なく、国
内産でも外国産でもよい。また、熱硬化性樹脂は、熱硬
化しさえすればどのようなものでもよく、代表的にはフ
ェノール系樹脂、ジアリールフタレート系樹脂、不飽和
ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹
脂、トリアジン系樹脂が挙げられ、特にフェノール系樹
脂が好適に用いられる。また、本発明の主旨を逸脱しな
い範囲において、ポリアミド等の熱可塑性樹脂を併用す
ることもできる。脱脂ぬかと熱硬化性樹脂の混合割合
は、重量比で50〜90:50〜10であるが、好適に
は70〜80:30〜20が用いられる。この方法によ
れば、加圧成形した成形体の寸法と、不活性ガス雰囲気
中で焼成した出来あがりの成形体との寸法の収縮比率が
25%も違ってくるので実質上、精密な成形体を作成す
ることが困難であったが、これを改良したセラミックス
(CRBセラミック)が開発された。
【0006】本発明で用いられるCRBセラミックス
は、米ぬかから得られる脱脂ぬかと、熱硬化性樹脂とか
ら得られるRBセラミックスの改良材であって、米ぬか
から得られる脱脂ぬかと、熱硬化性樹脂を混合して混錬
し、不活性ガス中700℃〜1000℃で一次焼成した
後、60メッシュ以下程度に粉砕して炭化粉末とし、該
炭化粉末と熱硬化性樹脂を混合して混錬し、圧力20M
p〜30Mpで加圧成形した後、成形体を不活性ガス雰
囲気中で再び500℃〜1100℃で熱処理して得られ
る。CRBセラミックスは、多孔質の物質であり、無数
の細孔を有している。CRBセラミックスに形成される
細孔は、その細孔の形成過程に由来する3種類の細孔に
分類することができる。図1(a)に示されるのが、C
RBの微粒子同士が重なったときに、微粒子と微粒子の
隙間にできる5μm以上の比較的大きな細孔である。こ
のタイプの細孔のピーク値は、約15μmである。図1
(b)に示されるのが、米ぬかに由来する繊維構造によ
り、生ずる5μm以下細孔であり、このタイプの細孔の
ピーク値は、約1.8μmである。図1(c)に示され
るのが、高分子ポリマー(フェノール樹脂)が高温度で
炭素化されるときに、分子鎖と分子鎖の隙間にできる
0.2μm以下の小さな細孔である。このタイプの細孔
のピーク値は、約0.05μmである。CRBセラミッ
クスに形成される3種類の細孔は、それぞれの大きさに
相当する微粒子を濾過するフィルターとして作用するこ
とができる。RBセラミックスとの最大の差は、RBセ
ラミックスが成形時の寸法に対する仕上がり時の寸法の
収縮比率が25%もあるのに対して、CRBセラミック
スは、3%以下と非常に小さい点で優れている。RBセ
ラミックス及びCRBセラミックスの一般的な性質は次
の通りである。 ・硬度が非常に高い。 ・膨張係数が非常に小さい。 ・組織構造がポーラスである。 ・電気伝導性を有する。 ・かさ比重が小さく軽い。 耐磨耗性に優れる。成形や型製作が容易である。粉末に
することができる。 ・材料が米ぬかで地球環境への悪影響が少なく、省資源
に繋がる。
【0007】したがって、本発明において、RBセラミ
ックス及び/又はCRBセラミックスを、直接成形体と
して空気清浄フィルターを製作する場合には、精密な成
形体が得られるので、CRBセラミックスを用いること
が望ましい。ただし、この場合においても、RBセラミ
ックスを用いる実施態様を排除するものではない。なぜ
ならば、少し大きい金型を用いて、成形体を作成し、切
削などの二次加工により、所望の大きさに加工すること
ができるからである。RBセラミックス及び/又はCR
Bセラミックスは、基本的に、焼成条件を変えることに
より、その多孔質の程度をコントロールすることができ
るのが大きな特徴である。一般的に高温で処理するほど
多孔質度は上がることが確認されている。本発明におい
て、RBセラミックス及び/又はCRBセラミックス
を、直接成形体として空気清浄フィルターを製作する場
合には、成形体に生じる細孔直径が10〜2000 オ
ングストロームの細孔の容積が0.1〜 1.1cc/
gのものが望ましい。本発明において粉末RBセラミッ
クスとして用いる場合は、この差異は利用する必要がな
く、基本的にRBセラミックス又はCRBセラミックス
どちらでも、同様に用いることができる。RBセラミッ
クス又はCRBセラミックス粉末の大きさは、目的に応
じて使い分けられ、通常、平均粒子径が、0.1〜50
0μm程度のものが利用できる。本発明において用いる
RBセラミックス及び/又はCRBセラミックスは、そ
の多孔性が重要なポイントであり、RBセラミックスに
おいては一次焼成の温度、CRBセラミックスにおいて
は一次焼成の温度と二次熱処理の温度が大きな影響を与
える。一次焼成の温度、二次熱処理熱温度が800℃〜
1000℃のものが、RBセラミックス又はCRBセラ
ミックス成形体の最適の多孔性をもたらす。
【0008】本発明においてRBセラミックス及び/又
はCRBセラミックスを微粉末として用いる場合、その
微粉末を担持する材料は、不織布やフェルトが適当であ
る。さらに、RBセラミックス及び/又はCRBセラミ
ックスを微粉末の他に、周知の炭素微粉末を含んでも良
い。RBセラミックス微粉末及び/又はCRBセラミッ
クス微粉末:周知の活性炭微粉末が重量比で、50〜9
0:50〜10であることが望ましい。RBセラミック
ス微粉末及びCRBセラミックス微粉末は、硬くてその
表面に多数の凹凸があるので、粉体として保持性が良
く、流体によって流されにくい特徴が見られる。また、
不織布やフェルトが炭素繊維であっても、その少なくと
も一部に炭素繊維が使われているものでも良い。このよ
うなに材料としては、ヤシ殻活性炭などの粒状活性炭
や、ピッチ系、フェノール系、ポリアクリロニトリル
(PAN)系、セルロース系などの活性炭素繊維が挙げ
られる。さらに、不織布やフェルトの材質としては、ガ
ラズウールや石綿などの無機材料、ポリエステル、ポリ
アミド等の合成ポリマー、セルロース、麻、木綿などの
天然物等があり、本発明においてはいずれのものであっ
てもよい。さらに、本発明のRBセラミックス微粉末及
び/又はCRBセラミックス微粉末を不職布又はフェル
トに担持させた空気清浄フィルターは、そのまま、防塵
マスクとして使うことができる。
【0009】本発明の実施の形態をまとめると以下の通
りである。 (1) 細孔直径が10〜2000 オングストローム
の細孔の容積が0.1〜 1.1cc/gのRBセラミ
ックス及び/又はCRBセラミックスを吸着・濾過材と
して用いる空気清浄フィルター。 (2) RBセラミックス及び/又はCRBセラミック
スが、薄い板状に成形されたフィルターである上記1に
記載した空気清浄フィルター。 (3) 薄い板状に成形されたフィルターを複数枚重ね
た上記2に記載した空気清浄フィルター。 (4) RBセラミックス及び/又はCRBセラミック
スが、薄い円筒状に成形されたフィルターである上記1
に記載した空気清浄フィルター。 (5) 円筒の直径を変えて、薄い円筒状に成形された
フィルターを複数個重ねた上記4に記載した空気清浄フ
ィルター。 (6) RBセラミックス及び/又はCRBセラミック
スが、中実の円筒状に成形されたフィルターである上記
1記載の空気清浄フィルター。 (7) 平均粒子径0.1〜500μm、細孔直径が1
0〜2000 オングストロームの細孔の容積が0.1
〜 1.1cc/gのRBセラミックス微粉末及び/又
はCRBセラミックス微粉末を不職布又はフェルトに担
持させた空気清浄フィルター。 (8) 不職布又はフェルトが、RBセラミックス微粉
末及び/又はCRBセラミックス微粉末の他に、周知の
活性炭微粉末を担持している上記7記載の空気清浄フィ
ルター。 (9) RBセラミックス微粉末及び/又はCRBセラ
ミックス微粉末:周知の活性炭微粉末が重量比で、50
〜90:50〜10である上記8記載の空気清浄フィル
ター。 (10) 不職布又はフェルトが、ピッチ系、フェノー
ル系、ポリアクリロニトリル(PAN)系、セルロース
系から選ばれる活性炭素繊維である上記7記載の空気清
浄フィルター。 (11) 平均粒子径0.1〜500μm、細孔直径
が10〜2000 オングストロームの細孔の容積が
0.1〜 1.1cc/gのRBセラミックス微粉末及
び/又はCRBセラミックス微粉末を、不職布又はフェ
ルトに担持させた防塵マスク。
【0010】つぎに、本発明の実施例について説明す
る。 実施例1 (CRBセラミックス前駆体の作成)米ぬかから得られ
る脱脂ぬか75Kgと液体状のフェノール樹脂(レゾー
ル)25Kgを、50℃〜60℃に加熱しながら、混合
して混錬した。可塑性を有する均質な混合物が得られ
た。混合物を、ロータリーキルンを使って窒素雰囲気中
900℃で60分一次焼成した。ついで得られた炭化焼
成物を300メッシュの篩にかけて、粒径が50〜80
μmである炭化粉末を得た。得られた炭化粉末75Kg
と固体状のフェノール樹脂(レゾール)25Kgを10
0℃〜150℃に加熱しながら、混合して混錬した。可
塑性を有する均質な混合物であるCRBセラミックス前
駆体の可塑物が得られた。 (空気清浄フィルターの成形)次いで、図2に示す幅2
5cm長さ50cm厚さ0.5cm板状1に対応する金
型を作成し、金型にCRBセラミックス前駆体の可塑物
を注入し、圧力22Mpaで加圧成形した。金型の温度
は150℃であった。金型から成形体を取り出し、窒素
雰囲気中で500℃までは1℃/分の昇温速度で温度を
上げ、500℃で60分間保持し、1000℃で約12
0分熱処理した。次いで500℃までは2〜3℃/分の
冷却速度で、温度を下げ、500℃以下になると自然放
冷した。図2に示すCRBセラミックスの成形体1が得
られた。 (空気清浄フィルターの特性)CRBセラミックスの成
形体1は、細孔直径が平均300 オングストロームで
あり、細孔の容積が0.68cc/gであった。
【0011】実施例2 (CRBセラミックス前駆体の作成)米ぬかから得られ
る脱脂ぬか75Kgと液体状のフェノール樹脂(レゾー
ル)25Kgを、50℃〜60℃に加熱しながら、混合
して混錬した。可塑性を有する均質な混合物が得られ
た。混合物を、ロータリーキルンを使って窒素雰囲気中
900℃で60分一次焼成した。ついで得られた炭化焼
成物を200メッシュの篩にかけて、粒径が50〜12
0μmである炭化粉末を得た。得られた炭化粉末75K
gと固体状のフェノール樹脂(レゾール)25Kgを1
00℃〜150℃に加熱しながら、混合して混錬した。
可塑性を有する均質な混合物であるCRBセラミックス
前駆体の可塑物が得られた。 (空気清浄フィルターの成形)次いで、図2に示す幅2
5cm長さ50cm厚さ0.25cm板状2に対応する
金型を作成し、金型にCRBセラミックス前駆体の可塑
物を注入し、圧力22Mpaで加圧成形した。金型の温
度は150℃であった。金型から成形体を取り出し、窒
素雰囲気中で500℃までは1℃/分の昇温速度で温度
を上げ、500℃で60分間保持し、1000℃で約1
50分熱処理した。次いで500℃までは2〜3℃/分
の冷却速度で、温度を下げ、500℃以下になると自然
放冷した。図2に示すCRBセラミックスの成形体2が
得られた。 (空気清浄フィルターの特性)CRBセラミックスの成
形体2は、細孔直径が平均480 オングストロームで
あり、細孔の容積が0.62cc/gであった。図2に
示す成形体1と成形体2を適宜組み合わせて使うことが
できた。
【0012】実施例3 (RBセラミックス前駆体の作成)米ぬかから得られる
脱脂ぬか75Kgと液体状のフェノール樹脂(レゾー
ル)25Kgを、50℃〜60℃に加熱しながら、混合
して混錬した。可塑性を有する均質な混合物であるRB
セラミックス前駆体が得られた。 (空気清浄フィルターの成形)次いで、厚さを0.3c
mとした以外は、実施例1と同じ図2に示す幅25cm
長さ50cm板状2に対応する金型を作成し、金型にR
Bセラミックス前駆体の可塑物を注入し、圧力22Mp
aで加圧成形した。金型の温度は150℃であった。金
型から成形体を取り出し、窒素雰囲気中で500℃まで
1℃/分の昇温速度で温度を上げ、800℃で約120
分熱処理した。次いで500℃までは2〜3℃/分の冷
却速度で、温度を下げ、500℃以下になると自然放冷
した。 (空気清浄フィルターの特性)CRBセラミックスの成
形体2は少し縮んだものが得られたが、細孔直径が平均
400 オングストロームであり、細孔の容積が0.5
0cc/gであった。このフィルターを2枚重ねて、空
気清浄用フィルターとして用いることができた。
【0013】実施例4 (CRBセラミックス前駆体の作成)米ぬかから得られ
る脱脂ぬか75Kgと液体状のフェノール樹脂(レゾー
ル)25Kgを、50℃〜60℃に加熱しながら、混合
して混錬した。可塑性を有する均質な混合物が得られ
た。混合物を、ロータリーキルンを使って窒素雰囲気中
900℃で60分一次焼成した。ついで得られた炭化焼
成物を100メッシュの篩にかけて、粒径が50〜25
0μmである炭化粉末を得た。得られた炭化粉末75K
gと固体状のフェノール樹脂(レゾール)25Kgを1
00℃〜150℃に加熱しながら、混合して混錬した。
可塑性を有する均質な混合物であるCRBセラミックス
前駆体の可塑物が得られた。 (空気清浄フィルターの成形)次いで、図3に示す外径
15cm内径14.5長さ30cmの円筒3に対応する
金型を作成し、金型にCRBセラミックス前駆体の可塑
物を注入し、圧力22Mpaで加圧成形した。金型の温
度は150℃であった。金型から成形体を取り出し、窒
素雰囲気中で500℃までは1℃/分の昇温速度で温度
を上げ、500℃で60分間保持し、950℃で約12
0分熱処理した。次いで500℃までは2〜3℃/分の
冷却速度で、温度を下げ、500℃以下になると自然放
冷した。図1に示すCRBセラミックスの成形体1が得
られた。 (空気清浄フィルターの特性)CRBセラミックスの成
形体3は、細孔直径が平均450 オングストロームで
あり、細孔の容積が0.49cc/gであった。
【0014】実施例5 (CRBセラミックスの作成)米ぬかから得られる脱脂
ぬか75Kgと液体状のフェノール樹脂(レゾール)2
5Kgを、50℃〜60℃に加熱しながら、混合して混
錬した。可塑性を有する均質な混合物が得られた。混合
物を、ロータリーキルンを使って窒素雰囲気中900℃
で60分一次焼成した。得られた炭化焼成物を、粉砕機
を用いて粉砕し、ついで100メッシュの篩にかけて、
粒径が50〜250μmである炭化粉末を得た。得られ
た炭化粉末75Kgと固体状のフェノール樹脂(レゾー
ル)25Kgを100℃〜150℃に加熱しながら、混
合して混錬した。可塑性を有する均質な混合物が得られ
た。 (微粉末の作成)次いで、可塑物を圧力20Mpで直径
3cmの球体に加圧成形した。金型の温度は150℃で
あった。金型から成形体を取り出し、窒素雰囲気中で5
00℃までは1℃/分の昇温速度で温度を上げ、500
℃で60分間保持し、900℃で約120分燒結した。
次いで500℃までは2〜3℃/分の冷却速度で、温度
を下げ、500℃以下になると自然放冷した。直径3c
mの球体を粉砕機にかけて、粉砕した。さらに、ボール
ミルを用いて微粉砕した。平均粒子径1〜3μmのCR
Bセラミックスの微粒子が得られた。 (空気清浄フィルターの作成)平均粒子径1μmのCR
Bセラミックス微粒子を、ピッチ系活性炭素繊維フェル
ト (FN-300GF・10:大阪ガスケミカル株式会社製)に、
500g/mなるように担持させた。 (空気清浄フィルターの特性)平均粒子径1μmのCR
Bセラミックス微粒子の細孔の容積が0.87cc/g
であった。
【0015】
【本発明の効果】本発明の空気清浄フィルターは、RB
セラミックス及びCRBセラミックスを用いているか
ら、自由な形状に成形可能であり、所定の性能を保持で
きることがわかった。さらには、RBセラミックス及び
CRBセラミックスの微粉末が、空気清浄用フィルター
に適した性質を持っていることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【図1a】CRBセラミックスの比較的大きな細孔の説
明図
【図1b】CRBセラミックスの米ぬかに由来する細孔
の説明図
【図1c】CRBセラミックスのポリマー鎖に由来する
細孔の説明図
【図2】本発明の板状空気清浄用フィルター斜視図
【図3】本発明の円筒状空気清浄用フィルター斜視図
【符号の説明】
1 板状空気清浄用フィルターの成形物 2 他の板状空気清浄用フィルターの成形物 3 円筒状空気清浄用フィルターの成形物
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉村 典之 長野県北佐久郡御代田町大字御代田4106− 73 ミネベア株式会社軽井沢製作所内 Fターム(参考) 4D019 AA01 BA03 BB04 BB06 BB10 BB12 BB18 BC05 BD01 CA03 CB04 4G032 AA01 AA12 AA13 BA00 4G066 AA04B AA05B AA10D AB29A AC25A AE12A BA05 BA09 BA20 BA23 BA25 DA03 FA17 FA22 FA25 FA37

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 細孔直径が10〜2000 オングスト
    ロームの細孔の容積が0.1〜 1.1cc/gのRB
    セラミックス及び/又はCRBセラミックスを吸着・濾
    過材として用いる空気清浄フィルター。
  2. 【請求項2】 RBセラミックス及び/又はCRBセラ
    ミックスが、薄い板状に成形されたフィルターである請
    求項1に記載した空気清浄フィルター。
  3. 【請求項3】 薄い板状に成形されたフィルターを複数
    枚重ねた請求項2に記載した空気清浄フィルター。
  4. 【請求項4】 RBセラミックス及び/又はCRBセラ
    ミックスが、薄い円筒状に成形されたフィルターである
    請求項1に記載した空気清浄フィルター。
  5. 【請求項5】 円筒の直径を変えて、薄い円筒状に成形
    されたフィルターを複数個重ねた請求項4に記載した空
    気清浄フィルター。
  6. 【請求項6】 RBセラミックス及び/又はCRBセラ
    ミックスが、中実の円筒状に成形されたフィルターであ
    る請求項1記載の空気清浄フィルター。
  7. 【請求項7】 平均粒子径0.1〜500μm、細孔直
    径が10〜2000オングストロームの細孔の容積が
    0.1〜 1.1cc/gのRBセラミックス微粉末及
    び/又はCRBセラミックス微粉末を、不職布又はフェ
    ルトに担持させた空気清浄フィルター。
  8. 【請求項8】 不職布又はフェルトが、RBセラミック
    ス微粉末及び/又はCRBセラミックス微粉末の他に、
    周知の活性炭微粉末を担持している請求項7記載の空気
    清浄フィルター。
  9. 【請求項9】 RBセラミックス微粉末及び/又はCR
    Bセラミックス微粉末:周知の活性炭微粉末が重量比
    で、50〜90:50〜10である請求項8記載の空気
    清浄フィルター。
  10. 【請求項10】 不職布又はフェルトが、ピッチ系、フ
    ェノール系、ポリアクリロニトリル(PAN)系、セル
    ロース系から選ばれる活性炭素繊維である請求項7記載
    の空気清浄フィルター。
  11. 【請求項11】 平均粒子径0.1〜500μm、細
    孔直径が10〜2000 オングストロームの細孔の容
    積が0.1〜 1.1cc/gのRBセラミックス微粉
    末及び/又はCRBセラミックス微粉末を、不職布又は
    フェルトに担持させた防塵マスク。
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