JP2013031828A - Air filter, manufacturing method thereof, and air cleaner provided with the air filter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、空気調和機などに組み込まれるエアフィルタ、およびエアフィルタの製造方法、およびこのエアフィルタを備えた空気清浄装置に関する。 The present invention relates to an air filter incorporated in an air conditioner and the like, a method for manufacturing the air filter, and an air cleaning device including the air filter.
従来のエアフィルタは、基材部と、この基材部に設けた細繊維層とを備え、基材部と細繊維層は、接着剤により、接着する構成となっていた(例えば、特許文献1参照)。 A conventional air filter includes a base material part and a fine fiber layer provided on the base material part, and the base material part and the fine fiber layer are configured to adhere with an adhesive (for example, Patent Documents). 1).
上記従来例における課題は、生産性が低いということであった。 The problem in the conventional example is that productivity is low.
すなわち、基材部と細繊維層との結合強度を高めるために基材部と細繊維層は、上述のごとく接着剤により接着する構成となっており、この接着剤による接着工程が必要となる分、生産性が低くなるのであった。 That is, in order to increase the bonding strength between the base material portion and the fine fiber layer, the base material portion and the fine fiber layer are configured to adhere with an adhesive as described above, and an adhesion step using this adhesive is required. The productivity was reduced.
そこで本発明は、生産性を高めることを目的とするものである。 Thus, the present invention aims to increase productivity.
そしてこの目的を達成するために本発明は、繊維の集合体からなる基材部と、この基材部に接着したナノファイバー集合体からなる細繊維層とを備え、前記ナノファイバーは、基材部との接着面部分における幅方向の寸法が、基材部との非接着面部分における幅方向の寸法よりも大きい構成としたことを特徴とするものであり、これにより初期の目的を達成するものである。 In order to achieve this object, the present invention comprises a base material portion made of a fiber assembly and a fine fiber layer made of a nanofiber assembly bonded to the base material portion, and the nanofiber comprises a base material The size in the width direction of the bonding surface portion with the part is larger than the size in the width direction of the non-bonding surface portion with the base material portion, thereby achieving the initial purpose. Is.
以上のように本発明は、繊維の集合体からなる基材部と、この基材部に接着したナノファイバー集合体からなる細繊維層とを備え、前記ナノファイバーは、基材部との接着面部分における幅方向の寸法が、基材部との非接着面部分における幅方向の寸法よりも大きい構成としたものであるので、生産性を高めることが出来るものである。 As described above, the present invention includes a base material portion made of a fiber assembly and a fine fiber layer made of a nanofiber assembly bonded to the base material portion, and the nanofiber is bonded to the base material portion. Since the dimension in the width direction in the surface portion is larger than the dimension in the width direction in the non-adhesive surface portion with the base material portion, productivity can be improved.
すなわち、本発明においては、繊維の集合体からなる基材部に、ナノファイバー集合体からなる細繊維層を直接接着するに際し、前記ナノファイバーの、基材部との接着面部分における幅方向の寸法を、基材部との非接着面部分における幅方向の寸法よりも大きい構成とすることにより、接着剤による接着工程を用いることなく、基材部に、細繊維層を直接接着することができ、この結果として、接着工程が不要となる分、生産性を高めることが出来るものである。 That is, in the present invention, when directly adhering the fine fiber layer composed of the nanofiber aggregate to the base material section composed of the fiber aggregate, the nanofibers in the width direction of the adhesive surface portion with the base material section. By making the dimensions larger than the dimension in the width direction in the non-adhesive surface portion with the base material portion, the fine fiber layer can be directly bonded to the base material portion without using an adhesive bonding step. As a result, the productivity can be increased by the amount that the bonding step is unnecessary.
また、細繊維層が、基材部との非接着面部分における幅方向の寸法が異なる2種類以上のナノファイバー集合体を積層してなるものであり、これにより、長期間の使用に対する優れた耐久性を得るものである。 Further, the fine fiber layer is formed by laminating two or more kinds of nanofiber aggregates having different dimensions in the width direction in the non-adhesion surface portion with the base material portion, and thereby excellent for long-term use. Durability is obtained.
本発明の請求項1記載のエアフィルタは、繊維の集合体からなる基材部と、この基材部に接着したナノファイバー集合体からなる細繊維層とを備え、前記ナノファイバーは、基材部との接着面部分における幅方向の寸法が、基材部との非接着面部分における幅方向の寸法よりも大きい構成としたものである。これにより、ナノファイバーと基材部との接着面積が大きくなるため、接着剤を用いることなく強固に接着することができるという効果が得られる。
The air filter according to
また、細繊維層が、基材部との非接着面部分における幅方向の寸法が異なる2種類以上のナノファイバー集合体を積層してなるものである。これにより、大きさの異なる粉塵を、各層で分離して捕集することができるようになり、エアフィルタの長期間の使用に対する耐久性を得ることができる。 Further, the fine fiber layer is formed by laminating two or more kinds of nanofiber aggregates having different widthwise dimensions in the non-adhesion surface portion with the base material portion. Thereby, dusts having different sizes can be separated and collected in each layer, and durability against long-term use of the air filter can be obtained.
また、細繊維層が、少なくとも、基材部との非接着面部分における幅方向の寸法が主に200nm程度であるナノファイバー集合体と、主に600nm程度であるナノファイバー集合体とを含むものである。これにより、大きい粉塵を600nmの粗い層で、細かい粉塵を200nmの密な層で捕集することができ、粉塵を各層で分離して捕集することにより、エアフィルタの長期間の使用に対する耐久性を得ることができる。 Further, the fine fiber layer includes at least a nanofiber aggregate having a dimension in the width direction of the non-adhesive surface portion with the base material portion mainly of about 200 nm and a nanofiber assembly mainly of about 600 nm. . As a result, large dust can be collected in a coarse layer of 600 nm and fine dust can be collected in a dense layer of 200 nm. Sex can be obtained.
また、2種類以上のナノファイバー集合体の目付量が、基材部との非接着面部分における幅方向の寸法の小さいものについて、大きいものよりも相対的に少量であれば、長期的な使用における、塵の詰まりによる圧力損失の上昇を抑制することができる。 In addition, if the basis weight of the two or more types of nanofiber aggregates is relatively small in size in the width direction in the non-adhesive surface portion with the base material portion, the long-term use The increase in pressure loss due to dust clogging can be suppressed.
また、請求項1から4いずれかに記載のエアフィルタを備えた空気清浄装置は、エアフィルタの、ナノファイバーが基材部から剥れることによる補集効率の低下を長期に亘り抑制することができるため、長期間の使用が可能となる。さらに、ナノファイバー集合体の、基材部との非接着面部分における幅方向の寸法が、空気の流れに対し上流層が下流層よりも大きいものでは、大きい粉塵が上流層で捕集されることにより、下流層への負荷を減少させ、エアフィルタの長期間の使用に対する耐久性をより高めることができる。
Moreover, the air purifier provided with the air filter according to any one of
また、請求項1から4いずれかに記載のエアフィルタの製造方法であって、ナノファイバーを形成する高分子ポリマー溶液を溶媒が乾燥する前に前記基材部の表面上に吹き付ける工程を含むエアフィルタの製造方法では、ナノファイバーは、基材部との接着面部分において基材部の繊維の表面に沿うように扁平な形状となる。これにより、ナノファイバーは、基材部との接着面部分において幅方向の寸法が、基材部との非接着面部分における幅方向の寸法よりも大きくなる。その結果、ナノファイバーと基材部との接着面積が大きくなるため、接着剤を用いることなく強固にナノファイバーを基材部に接着することができる。
Moreover, it is a manufacturing method of the air filter in any one of
(実施の形態1)
以下本発明の実施の形態1を、添付図面を用いて説明する。
(Embodiment 1)
図1に示すように、本実施形態のエアフィルタを備えた空気清浄装置は、本体ケース1内に送風手段2とエアフィルタ3とを備えている。
As shown in FIG. 1, the air purifier including the air filter of this embodiment includes a
本体ケース1は、略縦長箱形状で、この本体ケース1の前面側側面部に、略四角形状の吸気口4を設け、本体ケース1の天面部に、略四角形状の排気口5を備えている。この排気口5には、風向ルーバー6を設けている。
The
送風手段2は、本体ケース1の吸気口4と、排気口5との間の風路に設けられ、スクロール形状のケーシング7と、このケーシング7内に設けられた遠心送風ファンである羽根8と、この羽根8を回転させる電動機9とから形成している。エアフィルタ3は、本体ケース1の吸気口4に位置している。送風手段2によって、吸気口4から本体ケース1内に吸気された室内の空気は、エアフィルタ3を介して排気口5へと送風するものである。つまり、室内の空気をエアフィルタ3で清浄して、室内へ送風されるものである。
The air blowing
エアフィルタ3は、図2、図3に示すように、プリーツ形状の濾材部10と、この濾材部10をプリーツ形状に保持すべく濾材部10の外周に設けた枠形状の形状保持部11とから形成している。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
濾材部10は、図4に示すように、基材部14と、この基材部14へ送風される空気流の上流側面に設けた細繊維層15とを備えている。基材部14の材質の一例としては、ガラス、樹脂である不織布である。細繊維層15は、直径がナノメーターである細繊維によって形成されている。具体的には、複数のナノファイバーが絡み合って細繊維層15を形成するものである。
As shown in FIG. 4, the
本実施形態における特徴は、図5に示すように、基材部14と、この基材部14に接着したナノファイバー18の集合体からなる細繊維層15とを備え、前記ナノファイバー18は、基材部14、具体的には、この基材部14を構成する繊維17との接着面部分21における幅方向の寸法Aが、基材部14との非接着面部分22における幅方向の寸法Bよりも大きい構成としたことである。
As shown in FIG. 5, the feature of this embodiment includes a
すなわち、繊維17の集合体からなる基材部14と、この基材部14に接着したナノファイバー18の集合体からなる細繊維層15とを備えたので、ナノファイバー18の集合体からなる細繊維層15によって目の大きさが小さくなり捕集効率が向上する。また、前記ナノファイバー18は、基材部14との接着面部分21における幅方向の寸法Aが、基材部14との非接着面部分22における幅方向の寸法Bよりも大きい構成としたので、ナノファイバー18と基材部14との接着面積が大きくなるため、繊維17に対してナノファイバー18を直接接着させることができる。すなわち、繊維17に接着する部分のナノファイバー18は、接着面部分21における幅方向の寸法Aを大きくしているので、接着剤を用いることなく強固に接着することができるものである。
That is, since the
従って、接着工程が不要となる分、生産性を高めることが出来るものである。 Therefore, the productivity can be increased by the amount that the bonding step is not required.
なお、このように、ナノファイバー18の基材部14との接着面部分21における幅方向の寸法Aを、基材部14との非接着面部分22における幅方向の寸法Bより、大きくするためには、基材部14の近傍においてナノファイバー18を噴射させることで構成することができるので、この点からも、基材部14と細繊維層15とを各々別個に形成した後に、基材部14と細繊維層15とを接着するよりも、生産性を高めることができるものである。
In order to make the dimension A in the width direction of the
また、このようにして構成されたエアフィルタ3は、ナノファイバー18が基材部14から剥れて補集効率が低下することを長期に亘り抑制することができるため、結果として、捕集効率を向上すると共に、高い捕集効率を長期に亘り確保することが出来るのである。
Moreover, since the
ここで、エアフィルタ3の製造方法について説明する。図6に示すように、製造設備は、基材部14を載せて水平方向へ搬送する搬送手段19と、この搬送手段19の上方に位置するノズル20とから構成している。
Here, a method for manufacturing the
ノズル20は、搬送手段19によって搬送される平板状の基材部14の上面である表面上にナノファイバー18を形成する高分子ポリマー溶液を吹き付けるものである。
The
エアフィルタ3の製造は、まず、平板形状の基材部14を搬送手段19によって搬送させながら、ノズル20からナノファイバー18を形成する高分子ポリマー溶液を基材部14に向かって放出する。ここで、ノズル20には、+20KV程度の電圧が印加され、搬送手段19はアース処理をしており、この電位差によって、ノズル20から放出したナノファイバー18を形成する高分子ポリマー溶液が基材部14の全表面に付着し、細繊維層15を形成する。
In the manufacture of the
本実施形態における特徴は、高分子ポリマー溶液を基材部14の表面上に吹き付ける工程において、高分子ポリマー溶液を溶媒が乾燥する前に基材部14の表面上に吹き付けることを特徴とする点である。
The feature of this embodiment is that in the step of spraying the polymer solution onto the surface of the
すなわち、ノズル20から吹き出す高分子ポリマー溶液の溶媒が乾燥する前に、高分子ポリマー溶液が基材部14の上面である表面上に到達するように、ノズル20と基材部14との間の距離を調整して設ける。
That is, before the solvent of the polymer polymer solution blown out from the
これにより、ナノファイバー18を形成する高分子ポリマー溶液が、溶媒を残した状態で基材部14の表面上に吹き付けられるので、図5に示すように、ナノファイバー18は、基材部14との接着面部分21において基材部14の繊維17の表面に沿うように扁平な形状となる。つまり、上述したように、ナノファイバー18は、基材部14との接着面部分21において幅方向の寸法Aが、基材部14との非接着面部分22における幅方向の寸法Bよりも大きくなる。その結果、ナノファイバー18と基材部14との接着面積が大きくなるため、接着剤を用いることなく強固にナノファイバー18を基材部14に接着することができるのである。従って、接着工程が不要となる分、生産性を高めることが出来るものである。
As a result, the polymer solution that forms the
また、これにより、ナノファイバー18が基材部14から剥れて補集効率が低下することを長期に亘り抑制することができるため、結果として、捕集効率を向上すると共に、高い捕集効率を長期に亘り確保することが出来るのである。
Moreover, since it can suppress for a long time that the
(実施の形態2)
以下本発明の実施の形態2を、添付図面を用いて説明する。
(Embodiment 2)
図7に示すように、本実施形態のエアフィルタ3は、細繊維層15が、少なくとも、基材部14との非接着面部分における幅方向の寸法Bが主に200nm程度である密なナノファイバー集合体23と、主に600nm程度である粗いナノファイバー集合体24とを積層してなる濾材から構成される。ここで、繊維径はほぼ正規分布となり、前記の200nm、600nmは、中心径の数値で標準偏差のばらつきを含んだ数値のため、「主に200nm程度」「主に600nm程度」と記載している。
As shown in FIG. 7, the
基材部14との非接触面における幅方向の寸法Bは、ナノファイバーの繊維径に置き換えて考えることができる。空気は、図中の矢印で示すように、繊維径600nm程度の粗いナノファイバー集合体24、繊維径200nmの密なナノファイバー集合体23の順に通過し、基材部14から流出する。
The dimension B in the width direction on the non-contact surface with the
太い繊維と細い繊維を、同じ目付量になるように吹き付けた場合、材質が同じであれば、太い繊維のほうが、単位体積あたりに占める繊維の本数が少なくなり、繊維間隔が大きくなり、その結果として、構造は粗くなる。構造が密であれば、高い集塵効率が得られるが、大小さまざまな粒子を含む大気塵を濾過する場合には、たとえば径1μmのような大きい粒子が200nmの密なナノファイバー集合体にトラップされると、それによって空隙が閉塞され、圧力損失が急激に上昇し、エアフィルタとしての特性が急激に低下する。大きい粒子を、構造の粗い層でトラップすることにより、急激な圧力損失の増大を抑制することができる。このように、上流で大きい粒子、下流で小さい粒子を分離して捕集することは、長期間にわたる使用において有利になる。 When thick fibers and thin fibers are sprayed so as to have the same weight per unit area, if the materials are the same, the thick fibers will occupy fewer fibers per unit volume and the fiber spacing will be larger. As a result, the structure becomes rough. If the structure is dense, high dust collection efficiency can be obtained, but when filtering atmospheric dust containing particles of various sizes, large particles such as 1 μm in diameter are trapped in a dense nanofiber aggregate of 200 nm. As a result, the air gap is closed, the pressure loss increases rapidly, and the characteristics of the air filter rapidly decrease. By trapping large particles in a layer having a rough structure, a rapid increase in pressure loss can be suppressed. Thus, separating and collecting large particles upstream and small particles downstream is advantageous for long-term use.
細繊維層15の破損を防止するために、保護層25を設けても良い。保護層25としては、基材と同じ材質であっても良いし、熱溶融性の樹脂不織布などを用いても良い。熱溶融性の不織布を用いた場合には、加熱によって細繊維層15を固定化できるという効果が得られる。基材部14と保護層25は、それぞれ圧力損失が低く、空気の流入を妨げないものが望ましいが、単体での集塵効率に差異がある場合、空気の流れの上流側に、たとえば径1μmのような大きい粒子を集塵することのできる材料が配置されるように、ナノファイバー集合体の構成を変えれば、粒子の分離捕集がより効果的に行われるようになる。
In order to prevent the
繊維の集合体からなる基材部と、この基材部に接着したナノファイバー集合体からなる細繊維層とを備えるエアフィルタ濾材について、ナノファイバー集合体の、基材部との非接着面部分における幅方向の寸法B、すなわち繊維径が145nmのもの、387nmのもの、589nmのもの、および145nmと589nmを積層したものを実施の形態1に示す方法によって作製した。
Non-adhesive surface portion of nanofiber assembly with base material portion for air filter medium comprising base material portion made of fiber aggregate and fine fiber layer made of nanofiber aggregate bonded to base material portion The dimension B in the width direction, that is, the fiber diameters of 145 nm, 387 nm, 589 nm, and laminates of 145 nm and 589 nm were produced by the method described in
このとき、繊維径は正規分布となるが、その標準偏差は、中心径145nmの場合は30nm、中心径387nmでは110nm、中心径589nmでは169nmと計測され、繊維径が大きくなるにつれて、ばらつきも増加する傾向が見られた。これらに、それぞれタバコの煙を吸引させ、圧力損失の変化を観察した。表1には、これらの仕様表を示す。 At this time, the fiber diameter has a normal distribution, but the standard deviation is 30 nm for the center diameter of 145 nm, 110 nm for the center diameter of 387 nm, and 169 nm for the center diameter of 589 nm, and the variation increases as the fiber diameter increases. The tendency to do was seen. Each of these was inhaled with cigarette smoke and observed changes in pressure loss. Table 1 shows these specification tables.
すべてのサンプルは、ガラス紙を基材とし、0.3μmの粉塵に対する初期集塵効率が98%以上となるようナノファイバーの目付量を調整した。 All samples were based on glass paper, and the basis weight of the nanofibers was adjusted so that the initial dust collection efficiency for 0.3 μm dust was 98% or more.
その結果を図8に示す。繊維径145nmのナノファイバー集合体は、少ない目付量で高い集塵性能が得られ、初期圧力損失が低いが、構造が密になるためにタバコの煙による負荷に対する圧力損失の上昇率が高い。一方、繊維径が増大すると、初期圧力損失が高くなるが、圧力損失の上昇率が低くなることがわかる。また、これらを積層したものにおいては、繊維径145nmの細いナノファイバー集合体の目付量が相対的に小さいものについて、圧力損失の上昇率を低くすることができた。 The result is shown in FIG. A nanofiber aggregate having a fiber diameter of 145 nm can provide high dust collection performance with a small basis weight and low initial pressure loss. However, since the structure is dense, the rate of increase in pressure loss relative to the load caused by tobacco smoke is high. On the other hand, as the fiber diameter increases, the initial pressure loss increases, but the increase rate of the pressure loss decreases. In the case where these layers were laminated, the rate of increase in pressure loss could be lowered for the thin nanofiber aggregate having a fiber diameter of 145 nm with a relatively small basis weight.
ナノファイバーの繊維径、目付量および積層比率は、繊維径145nmの細いナノファイバー集合体が、初期圧力損失の低減に寄与し、繊維径589nmの太いナノファイバー集合体が、圧力損失の上昇率抑制に寄与していることを考慮して、適宜選択すれば良いが、たとえば、タバコの煙をターゲットにする場合には、ナノファイバー集合体の、基材部との非接着面部分における幅方向の寸法Bすなわち繊維径が100nmから200nmであるナノファイバー集合体と、500nmから650nmであるナノファイバー集合体を積層すれば、耐久性に対し、より効果的な構成とすることができるといえる。 The fiber diameter, basis weight, and lamination ratio of the nanofibers are such that a thin nanofiber aggregate with a fiber diameter of 145 nm contributes to the reduction of the initial pressure loss, and a thick nanofiber aggregate with a fiber diameter of 589 nm suppresses the rate of increase in pressure loss. For example, in the case of targeting tobacco smoke, the nanofiber aggregate in the width direction of the non-adhesive surface portion with the base material portion may be selected. It can be said that if the nanofiber aggregate having the dimension B, that is, the fiber diameter of 100 nm to 200 nm, and the nanofiber aggregate having a fiber diameter of 500 nm to 650 nm are laminated, a more effective configuration can be achieved.
以上のように本発明は、生産性を高めることができるだけでなく、捕集効率を向上させ、さらに、高い捕集効率を長期に亘り確保することが出来るものである。 As described above, the present invention can not only improve productivity, but also improve the collection efficiency, and further ensure high collection efficiency over a long period of time.
従って、家庭用や事務所用などの、エアフィルタ、およびこのエアフィルタの製造方法、およびこのエアフィルタを備えた空気清浄装置として活用が期待されるものである。 Therefore, it is expected to be utilized as an air filter for home use or office use, a method for manufacturing the air filter, and an air purifier equipped with the air filter.
1 本体ケース
2 送風手段
3 エアフィルタ
4 吸気口
5 排気口
6 風向ルーバー
7 ケーシング
8 羽根
9 電動機
10 濾材部
11 形状保持部
14 基材部
15 細繊維層
17 繊維
18 ナノファイバー
19 搬送手段
20 ノズル
21 接着面部分
22 非接着面部分
23 密なナノファイバー集合体
24 粗いナノファイバー集合体
25 保護層
A,B 幅方向の寸法
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