JP2006289282A

JP2006289282A - 錐体フィルター

Info

Publication number: JP2006289282A
Application number: JP2005114926A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Tasaka; 茂田坂; Taketo Tanaka; 武都田中
Original assignee: YUUHOU KK
Current assignee: YUUHOU KK
Priority date: 2005-04-12
Filing date: 2005-04-12
Publication date: 2006-10-26

Abstract

【課題】スペースの限られた狭い空間への設置が容易であり、且つ、高い捕集効率を示すフィルターを提供する。
【解決手段】気体中の塵埃を捕捉するフィルター１’であって、不織布または織物または網状体のシート材料が、開口部を有する錐形に形成され、折り返し部４にリップ６を有するものであり、錐径の立体形状であるため設置部位との接触が少なく、設置面積が小さいものであり、従来のフィルタ−に比べて、大きなろ過表面積を有し、捕集効率の向上の期待でき、さらにスペ−スの限られたパイプ部７のような狭い空間へも容易に設置することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、気体中の塵埃を捕捉するフィルターに関する。

空調機器、空気清浄機および掃除機などの集塵機には、装置内に吸い込んだ、あるいは、装置外へと吐き出す気体中の塵埃を除去するために、不織布などで形成されたフィルターが設置されている。かかるフィルターは、用途や捕集効率を考慮して、さまざまな形態のものが提案されている。

たとえば、（１）バグフィルターは、円筒、あるいは袋状に形成されたフィルターである。このバグフィルターは、例えば焼却場で、排ガス中に含まれる触媒などを除去するために用いられている。（２）フラットフィルターは、平面状、あるいはロール状のフィルターである。特許文献１には、ロールフィルターを採用した鉄道車両空調機用フィルターが開示されている。ここでは、常に新しい濾材が露出されるように、２つの巻き芯のうち、ロール状に巻取った帯状の不織布を一方の巻き芯から巻き出し、他方の巻き芯で巻取る構成が示されている。（３）プリーツフィルターは、濾材にジグザグ折加工を施したフィルターであり、特許文献２には、この（３）プリーツフィルターに分類されるフィルターが開示されている。
特開２００４‐２５６０８１号特開２００２‐３３６６２９号

上述の各種フィルターは、設置面積が大きい場合には有効であるが、スペースの限られた狭い空間へ適用する場合には小型化する必要があり、設置が困難となったり、さらには、捕集効率が低下して、フィルターの交換頻度が高くなるといった問題があった。

本発明は、上述のような事情に着目してなされたもので、適度な捕集効率を示し、且つ、スペースの限られた狭い空間への設置も容易なフィルターの提供を目的とする。

本発明は、気体中の塵埃を捕捉するフィルターであって、不織布または織物または網状体のシート材料が、開口部を有する錐形に形成されたものであるところに要旨を有するものである。

上記シート材料は、ポリエチレン系繊維、ポリアミド系繊維およびポリプロピレン系繊維よりなる群から選ばれる少なくとも１種を含むものであるのが好ましい。

上記シート材料が、繊維径３〜１５０μｍの繊維で形成された不織布であるのが好ましく、さらに当該不織布が厚み方向に目付け勾配を有するものであれば、濾過表面積を拡大できるため好ましい。また、上記シート材料が、単糸径２０〜７００μｍの繊維で形成された網状体であることも本発明の好ましい実施態様である。

上記フィルターは、０．０５〜３ｍｍの厚みを有し、１０〜３００ｇ／ｍ²の目付けを有するものであるのが好ましい。

上記フィルターが折り返し部を有し、また、当該折り返し部に、幅３〜１５ｍｍ、長さ５〜４０ｍｍのリップが備えられていれば、取り外しが容易となるため好ましい。

さらに、本発明のフィルターは、面風速１０ｃｍ／ｓｅｃにおいて、空気中に存在する大気塵（粒径：０．３〜０．５μｍ）の捕集効率が２〜５０％であることが望ましい。

本発明のフィルターは、外形周長が８０〜１５０ｍｍの管状体の内部に設置されるものであるのが望ましい。

本発明の錐体フィルターは、集塵機、特に、電気掃除機に好適に用いることができる。

本発明の錐体フィルターは、奥行きを有するものであるため、平面型のフィルターに比べて組み込み面積（濾過表面積）を大きくすることができる。また、錐形の立体形状でもあるためバグフィルターのように設置部位との接触が少なく、設置面積が小さいものである。すなわち、従来のフィルターに比べて大きな濾過表面積を有するため、捕集効果の向上が期待できる。

本発明の錐体フィルターは、狭い空間あるいは異形な場所への設置が容易であるため、従来、塵埃の捕捉には使用されていなかった未使用空間を有効に活用できる。例えば、電気掃除機のホース部（未使用空間）にプレフィルターや中性能フィルターとして設置すれば、もとから備えられているフィルター（ゴミパック）の交換回数を低減することができる。

本発明の錐体フィルターとは、気体中の塵埃を捕捉するフィルターであって、不織布または織物または網状体のシート材料が、開口部を有する錐形に形成されたものであるところに特徴を有するものである。

ここで錐形とは、平面上の円や多角形などの閉曲線の各点と、平面外の一点とを結んでできる立体（例えば、円錐や多角錐など）を意味し、本発明のフィルターは、上記平面上の円または多角形を開口部とするものである。上記開口部の形状は、円や多角形に限られず、例えば楕円形や、曲線状の開口部を有するものも当然含まれる。なお、開口部と対向する錐体の先端部（閉じ部）の形状は尖形や線形のみに限られず、円錐（または多角錐）を底面に平行な平面で切り、小円錐の部分を除いた円形あるは多角形であってもよい。すなわち、本発明において錐形には、円錐台形あるいは多角錐台形も含まれる。

フィルターの形状を上述のような錐形とすることで、当該フィルターの先端部（閉じ部）のみならず、開口部から先端部にかけて傾斜した側面も濾材として有効に活用することができ（濾過表面積の拡大）、気体中の塵埃を効率よく捕捉することができる。また、スペースの限られた狭い空間、例えば、細いパイプなどへの設置も容易になる。

本発明のフィルターのサイズは特に限定されず、用途に応じて適宜決定すればよいが、例えば、フィルター開口部の直径ｒ（多角錐である場合には、開口部の円近似直径）とフィルターの全長ｌとの比ｌ／ｒが２以上であるのが好ましく、より好ましくは１０以上であり、２５以下であるのが好ましく、より好ましくは２０以下である。ｌ／ｒの値が小さすぎる場合には、従来のフラットフィルターと同程度の濾過表面積しか得られず、一方、大きすぎる場合、すなわちフィルターの全長が長い場合には、当該フィルターの設置がむしろ煩雑になるからである。

上記シート材料としては、木綿、麻、羊毛などの天然繊維、レーヨン、キュプラなどの再生繊維、ポリアミド、ポリエステル、アクリル系、ビニロン、ポリ塩化ビニル、ポリオレフィン系などの合成繊維、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維といった無機繊維などがシート状に形成されたものであればよい。これらの中でも合成繊維が好ましく、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル系繊維、ナイロン６６、ナイロン６などのポリアミド系繊維および、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系繊維などが挙げられる。特に、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド系繊維、およびポリエチレンは、繊維強度が強く、フィルターとして使用する際に破損を生じ難いため好ましい。

シート材料として不織布を採用する場合には、不織布を構成する繊維の径が３μｍ以上であるのが好ましく、より好ましくは５μｍ以上、さらに好ましくは６μｍ以上であり、１５０μｍ以下であるのが好ましく、より好ましくは１００μｍ以下、さらに好ましくは５０μｍ以下である。

一方、シート材料として網状体を採用する場合には、網状体を構成する単糸径が２０μｍ以上であるのが好ましく、より好ましくは３０μｍ以上であり、７００μｍ以下であるのが好ましく、より好ましくは５００μｍ以下である。

不織布、網状体のいずれにおいても、繊維径あるいは単糸径が細すぎる場合には、後述する目付け量を満足するシート材料とするために多量の繊維などを用いなければならず、その結果、得られるシート材料の通気抵抗が高くなる。他方、繊維径あるいは単糸径が太すぎる場合には、繊維間の空隙が大きくなり、気体中の塵埃が捕捉され難くなる。

不織布の製法は特に限定されず、スパンボンド法、メルトブロー法、スパンレース法、サーマルボンド法、あるいは、所望厚となるように複数の不織布を積層してニードルパンチ法により一体化させる方法など従来公知の方法はいずれも使用することができる。

上記網状体は網目をもった生地であればその製法は特に限定されない。また、その組織も特に限定されず、平編、ゴム編、パール編などの緯メリヤスの組織や、閉じ目、開き目などの経メリヤスの組織など従来公知の組織はいずれも採用できる。

さらに、シート材料として織物を用いる場合も、織物の製法は特に限定されず、従来公知の方法であればいずれも採用可能である。また、織物の組織も特に限定されず、例えば、平織、綾織、朱子織などが挙げられる。

また、シート材料として不織布を採用する場合には、特定の目付けを有する不織布の単層構造のみならず、目付けの異なる複数の不織布を積層させて厚み方向に目付け勾配をもたせたものであってもよい。個々の不織布層に存在する空隙の大きさが異なるため、濾過表面積を拡大することができる。また、各層において、異なるサイズの塵埃が捕捉されるため、捕集効果の向上も期待できる。

また、上記シート材料の表面は平面状のみならず、クレープ状やコルゲート状であってもよい。濾過表面積が拡大できるため、捕集効率を一層向上できるからである。

本発明のシート材料（またはフィルター）の厚みは０．０５ｍｍ以上であるのが好ましく、より好ましくは０．０８ｍｍ以上、さらに好ましくは０．１ｍｍ以上であり、３ｍｍ以下であるのが好ましく、より好ましくは２ｍｍ以下、さらに好ましくは１ｍｍ以下である。厚みが小さすぎる場合には、フィルターを成形する際、あるいは、使用時にフィルターが破損するおそれがある。一方、厚みが大きすぎる場合には、通気抵抗が大きくなり、フィルターとしての機能が得られ難い場合がある。厚みが上記範囲内であれば、フィルターの成形も容易であり、また、使用時においても破損のおそれが少なく、フィルター形状が保持され易いため好ましい。

上記シート材料（またはフィルター）の目付けは１０ｇ／ｍ²以上、より好ましくは１２ｇ／ｍ²以上であり、３００ｇ／ｍ²以下であるのが好ましく、より好ましくは２００ｇ／ｍ²以下であり、さらに好ましくは１００ｇ／ｍ²以下である。目付けが軽すぎる場合には、所定の風速を与えたときにフィルターの形状が保持され難くなる場合があり、一方、目付けが重すぎる場合には、通気抵抗が高くなったり、曲げ加工性が悪くなる場合がある。

本発明にかかるフィルターの開口部に折り返し部を設けることも、本発明の好ましい実施態様である。折り返し部を有していれば、例えば、異形状のパイプなどへの取付け作業が容易となり、また、設置状態を安定に保つことができるからである。折り返し部の大きさは特に限定されず、折り返し部形成前のフィルター開口部から、例えば５ｍｍ（上限は５０ｍｍである）程度の位置をフィルター外方へと折り返せばよい。

さらに、上記折り返し部にはリップを設けてもよい。これにより本発明のフィルターの取外し作業がより容易となるからである。上記リップは、幅３ｍｍ以上、１５ｍｍ以下であるのが好ましく、全長は５ｍｍ以上、４０ｍｍ以下であるのが好ましい。リップ幅またはリップ全長が上記範囲に満たない場合には、フィルターの取り出しが困難となり、リップを設ける意義が希薄になってしまう。一方、リップ幅またはリップ全長が上記範囲を超える場合には、外観が見苦しいものとなる。

本発明にかかるフィルターは、面風速１０ｃｍ／ｓｅｃにおいて、空気中に存在する大気塵（粒径：０．３〜０．５μｍ）の捕集効率が２％以上５０％以下であるのが好ましい。本発明のフィルターは、当該フィルターのさらに下流に設けられるフィルターの交換回数を減じることを目的として設けられる、いわばプレフィルター的な存在であるため、捕集効率を過度に上げる必要はないからである。より好ましくは５％以上、４０％以下である。

上記捕集効率は、例えば、後述の実施例に記載の方法により求めることができる他、次のようにして測定・算出することができる。シート材料から直径７２ｍｍの円形状の試験片（試験フィルター）を切り出す。これをフィルター単板の状態で、圧力損失測定器（東洋紡績株式会社製）に取付ける。定格風量（１２リットル／分）となるように風量を調整した後（面風速１０ｃｍ／ｓｅｃ）、空気中の大気塵を吸引させる。そして、フィルター上流部および下流部に存在する粒径０．３〜０．５μmの粒子数を微粒子測定器（ＫＣＢ‐０１、リオン株式会社製）により測定し、下記式により捕集効率（％）を算出する。

上記式中、Ｅは捕集効率（％）、Ｐ１はフィルター上流側の粒子数、Ｐ２はフィルター下流側の粒子数を示す。

本発明のフィルターは、集塵機、例えば電気掃除機などに好適に使用することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明に係る錐体フィルターの製造方法および使用方法を詳細に説明していくが、本発明はもとより図示例に限定されるわけではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。

図１は、本発明にかかるフィルターの展開図を示すものであり、図２は、本発明にかかるフィルターの外観を示す模式図である。図中、１はフィルター成形部材（成形前のフィルター）を、２は開口部、３は閉じ部（先端部）、４は折り返し部、５はフィルター成形時の接合代（または接合部）をそれぞれ示している。

まず、シート材料から、下記切断手段により所望の形状（例えば図１）のフィルター成形部材１を切り出す。シート材料の切断には、トムソン刃、スウェーデン刃、カッター刃、超音波、高周波などを用いることができる。トムソン刃、スウェーデン刃は、所定寸法を連続して正確に打出すことができるため、生産性に優れる。また、カッター刃、超音波、高周波を用いる場合には、様々な形状への加工が容易であり、切断面にほつれ等の不良が生じ難いため好ましい。もちろん、これらの切断方法は組み合わせて使用してもよい。

フィルター成形部材１の開口部２の端部から５ｍｍ以上（５０ｍｍ以下）の位置で当該シート材料を折り返し、折り返し部４を形成する。このとき同時に、リップ６（図示せず）を後述する接合方法によって取り付けておくのが望ましい。

次いで、フィルター成形部材１の両側部を重ね合わせ、当該両側部および閉じ部３に設けた接合代５を接合して所望の立体形状を有するフィルターに成形する（図２）。接合方法は特に限定されず、織物や不織布などに用いられる従来公知の接合方法はいずれも使用可能である。具体的な接合方法としては、シート材料を熱板に挟みこんで溶着させるヒートシール、超音波、高周波溶着、縫製による接合、ホットメルト接着剤による接着などが挙げられる。

次に、上述のようにして得られた本発明にかかる錐体フィルターの使用方法として、本発明の代表的な実施態様である電気掃除機に適用した場合について、図３を参照しながら説明する。なお、本発明にかかるフィルターは、電気掃除機のみならず、種々の集塵機へも同様に適用できるが、これらの実施形態については省略する。

図３は、電気掃除機のパイプに本発明にかかるフィルターを設置した例を示す模式図である。図中、１’は本発明にかかるフィルター、４は折り返し部、６はリップ、７はパイプを示している。

一般の電気掃除機では、掃除機のヘッド部（吸い込み口）から吸い込んだ塵埃は、ホース部を経て本体（吸引ボックス）へと送られ、この本体に備えられたゴミパックに集塵される。そして、通常は、ゴミパックが一定の塵埃で満たされた時に、本体（吸引ボックス）を開けて、ゴミパックを取り出している。

本発明にかかるフィルターは、上述のような電気掃除機の上記ホース部に設けるのが好ましい。当該ホース部は、ヘッドから吸い込んだ塵埃を本体へと送る以外には使用されておらず、未使用の空間となっていることに加えて、操作者の手元にも近いため、本体に備えられたゴミパックに比べて、当該フィルターの設置や取外しの作業が容易だからである。また、容易に捕集された塵埃量を知ることもできる。

なお、本発明に係るフィルターを電気掃除機に用いる場合、設置作業性あるいは使用時におけるフィルター形状を確保するため、外形周長が８０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下のパイプ（またはホースなど）に用いるのが望ましい。外形周長が上記範囲から外れる場合には、フィルター形状保持が困難になるからである。

以下、本発明の具体例を実施例によってさらに説明するが、本発明は、その要旨を逸脱しない限り以下の実施例に限定されるものではない。なお、本明細書中における特性は下記方法により評価を行なった。

［捕集効率］
下記製造例で得られたフィルターユニットを三洋電機社製の電気掃除機（機種名：ＳＣ‐ＸＷ１１Ｅ）のパイプ（直径：４０ｍｍ）に装着する。次いで、大気塵としてＪＩＳＺ８９０１に規定される試験用粉体１５種１０ｇを約１０分間吸引させて、吸引前後におけるフィルター質量から、フィルターに捕捉された試験用粉体量を測定し、下記式により捕集効率（％）を算出した。

（式中、Ｅ：捕集効率［％］、Ｐ１：試験用粉体の供給質量［ｇ］、Ｐ３：フィルターに捕捉された試験用粉体量［ｇ］、を示す。）

［交換頻度］
下記製造例で得られたフィルターユニットを、上記捕集効率の測定の場合と同様の三洋電機社製の電気掃除機のパイプ（直径：４０ｍｍ）に装着し、大気塵（ＪＩＳＺ８９０１に規定される試験用粉体１５種）を吸引させて、当該フィルターユニットの交換頻度の測定を行った。電気掃除機の運転開始後、パイプ内における抵抗の増加量が５０Ｐａとなる時間で判断し、ショートライフ（２分未満）を交換回数「多」、ロングライフ（５分以上）を交換回数「少」として評価した。

尚、パイプ内における抵抗の増加量は、次のようにして行った。交換頻度の評価に使用した電気掃除機のパイプのフィルターユニットの下流側で、フィルターが干渉しない位置に穴を開け、ここにマノスターゲージと連結したパイプを差し込み、交換頻度試験前後における抵抗（圧力）の増加量を測定した。

製造例１
ポリプロピレン繊維からなる不織布（繊維径３６μｍ，厚み０．３ｍｍ，目付け５０ｇ／ｍ²）から扇型の試料（サイズ：半径４０ｃｍ，角度２０°）をトムソン刃で打ち抜き、打ち抜き断面をカッターで切断した後、扇型試料の円弧から２０ｍｍの位置で折り返して折り返し部を形成した（図１）。円錐状となるようにこの不織布に曲げ加工を施し、次いで、ヒートシール（２００℃）により扇型試料の両側部（接着代，扇型試料の半径部分）および扇型試料の中心角部分（閉じ部）を接合した（図２）。同様にヒートシールにて、折り返し部にリップ（０．５ｃｍ×２．５ｃｍ）を取りつけて、円錐形状のフィルターユニットＡを作製した。

当該フィルターユニットＡを用いて、上記測定法により捕集効率（％）および交換頻度の評価を行った。結果を表１に示す。尚、フィルターユニットＡとパイプとは、フィルターの折り返し部でしか接触しておらず、フィルターユニットＡのパイプとの接触面積は実質的には０ｃｍ²であった。

製造例２
製造例１と同様のポリプロピレン不織布（繊維径３６μｍ，厚み０．３ｍｍ，目付け５０ｇ／ｍ²）から円状の試料（直径：６０ｍｍ）をカッターで切り出した。次いで、切り出した円状試料の円周部分から１０ｍｍの位置を折り返して折り返し部を作製し、ここにリップ（０．５ｃｍ×２．５ｃｍ）をヒートシール（２００℃）により取りつけ、平面形状のフィルターユニットＢを作成した。

得られたフィルターユニットＢを用いて、上記測定法により捕集効率（％）および交換頻度の評価を行った。結果を表１に示す。尚、フィルターユニットＢのパイプとの接触面積は０ｃｍ²であった。

製造例３
製造例１と同様のポリプロピレン不織布（繊維径３６μｍ，厚み０．３ｍｍ，目付け５０ｇ／ｍ²）を用いて、チューブ状のフィルターユニットＣ（直径：４０ｍｍ、長さ：４００ｍｍ）を作製した。尚、フィルターユニットＣは、プロピレン不織布の長辺をヒートシールして円筒形状とした後、これを扁平状に折りたたみ、さらに短辺の一方をヒートシールして閉じ部を形成した、いわゆる練りわさびなどの包装容器と同様の形態（チューブ状）のものである。また、フィルターユニットＣの開口部には、製造例１と同様にして、折り返し部（２０ｍｍ）およびリップ（０．５ｃｍ×２．５ｃｍ）を形成した。

得られたフィルターユニットＣを用いて、上記測定法により捕集効率（％）および交換頻度の評価を行った。結果を表１に示す。尚、フィルターユニットＣのパイプとの接触面積は約４００ｃｍ²であった。

表１より、フィルターユニットＡは、円錐形状であるため、当該フィルターの開口部から先端部に向かって傾斜した側面においても空気が通過し易く、大きな濾過表面積を有するものであることがわかる。また、長時間の運転においても目詰まりを起こし難く、交換頻度が少ないものであった。さらに、折り返し部およびリップを有するため取付け・取外し作業が容易であった。

これに対して、フィルターユニットＢは、パイプの断面積と同等の濾過表面積しか有していないため、すぐに目詰まりを生じ、頻繁にフィルター交換しなければならず、実使用に耐えないものであった。フィルターユニットＣは、チューブ状であり、フィルターとパイプとの接触面積が大きいため（４００ｃｍ²）、フィルター開口部から先端部（閉じ部）に亘る側面部を塵埃の除去に有効に活用することができず、また、取り付け作業も煩雑なものであった。

本発明にかかるフィルターは、奥行きを有するものであるため、平面型のフィルターに比べて組み込み面積（濾過表面積）を大きくすることができる。また、錐形の立体形状であるためバグフィルターのような設置部位との接触が少なく、設置面積が小さいものである。従って、従来のフィルターに比べて、大きな濾過表面積を有し、捕集効果の向上が期待できる。さらに、スペースの限られた狭い空間へも容易に設置することができる。

本発明にかかるフィルターの展開図。本発明にかかるフィルターの外観を示す模式図。本発明にかかるフィルターの使用例を示す模式図。

符号の説明

１フィルター成形部材
１’ フィルター
２開口部
３閉じ部（先端部）
４折り返し部
５接合代（接合部）
６リップ
７パイプ

Claims

気体中の塵埃を捕捉するフィルターであって、
不織布または織物または網状体のシート材料が、開口部を有する錐形に形成されたものであることを特徴とする錐体フィルター。
上記シート材料が、ポリエチレン系繊維、ポリアミド系繊維およびポリプロピレン系繊維よりなる群から選ばれる少なくとも１種を含むものである請求項１に記載の錐体フィルター。
上記シート材料が、繊維径３〜１５０μｍの繊維で形成された不織布である請求項１または２に記載の錐体フィルター。
上記不織布が厚み方向に目付け勾配を有するものである請求項１〜３のいずれかに記載の錐体フィルター。
上記シート材料が、単糸径２０〜７００μｍの繊維で形成された網状体である請求項１または２に記載の錐体フィルター。
上記フィルターが、０．０５〜３ｍｍの厚みを有するものである請求項１〜５のいずれかに記載の錐体フィルター。
上記フィルターが、１０〜３００ｇ／ｍ²の目付けを有するものである請求項１〜６のいずれかに記載の錐体フィルター。
上記フィルターは折り返し部を有するものである請求項１〜７のいずれかに記載の錐体フィルター。
上記折り返し部が、幅３〜１５ｍｍ、長さ５〜４０ｍｍのリップを有するものである請求項８に記載の錐体フィルター。
面風速１０ｃｍ／ｓｅｃにおいて、大気塵（粒径０．３〜０．５μｍ）の捕集効率が２〜５０％である請求項１〜９のいずれかに記載の錐体フィルター。
外形周長が８０〜１５０ｍｍの管状体の内部に設置されるものである請求項１〜１０のいずれかに記載の錐体フィルター。
請求項１〜１１のいずれかに記載の錐体フィルターを備えることを特徴とする集塵機。
請求項１〜１１のいずれかに記載の錐体フィルターを備えることを特徴とする電気掃除機。