JP2015178092A

JP2015178092A - エアフィルタと、このエアフィルタを備えた空気清浄装置、およびエアフィルタの製造方法

Info

Publication number: JP2015178092A
Application number: JP2014193274A
Authority: JP
Inventors: 慶太高橋; Keita Takahashi; 稲垣　純; Jun Inagaki; 純稲垣; 由浩辻; Yoshihiro Tsuji
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-02-25
Filing date: 2014-09-24
Publication date: 2015-10-08

Abstract

【課題】本発明はエアフィルタとこのエアフィルタを備えた空気清浄装置、およびその製造方法に関するもので、長期使用において圧力損失の上昇を抑えることを目的とするものである。【解決手段】この目的を達成するために本発明は、基材部１１と、この基材部１１の表面上に設けたナノファイバー層１２を備え、前記基材部１１は、化学合成繊維よりなる第１の繊維１４と、セルロース繊維からなる第２の繊維１５、またはセルロース繊維の加工物からなる第２の繊維１５との集合体によって形成し、前記ナノファイバー層１２は、化学合成繊維よりなる第３の繊維１６によって形成し、この第３の繊維１６の繊維径は、前記第１の繊維１４の繊維径よりも細くした。【選択図】図４

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、およびこのエアフィルタを備えた空気清浄装置、およびエアフィルタの製造方法に関する。

従来のエアフィルタは、風上側から見て上層、中間層、下層と繊維直径の太いものから順次、細い繊維に複層する構成となっていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−８９２２６号公報

上記従来例における課題は、フィルタ寿命が短いということであった。

すなわち、初期の捕集性能を高めるべく、各層の繊維径を小さくすると、長期使用による圧力損失の上昇が著しく、使用者は数年でのフィルタ交換を余儀なくされるという課題があった。

そこで本発明は、長期使用においても圧力損失の上昇を抑えることを目的とするものである。

そしてこの目的を達成するために本発明は、基材部と、この基材部の表面上に設けたナノファイバー層を備え、前記基材部は、化学合成繊維よりなる第１の繊維と、セルロース繊維からなる第２の繊維、またはセルロース繊維の加工物からなる第２の繊維との集合体によって形成し、前記ナノファイバー層は、化学合成繊維よりなる第３の繊維によって形成し、この第３の繊維の繊維径は、前記第１の繊維の繊維径よりも細くし、これにより目的を達成するものである。

以上のように本発明は、基材部と、この基材部の表面上に設けたナノファイバー層を備え、前記基材部は、化学合成繊維よりなる第１の繊維と、セルロース繊維からなる第２の繊維、またはセルロース繊維の加工物からなる第２の繊維との集合体によって形成し、前記ナノファイバー層は、化学合成繊維よりなる第３の繊維によって形成し、この第３の繊維の繊維径は、前記第１の繊維の繊維径よりも細くしたものであるので、初期の捕集性能を高い状態にでき、しかも長期使用においても、捕集性能を維持でき、圧力損失の上昇も抑えることが出来るものである。

このような繊維径の細い第３の繊維によって形成したナノファイバー層で塵埃を捕集するものでは、繊維径の細い第３の繊維を密集させ、全域において上記網目を小さくすることが重要となるが、本発明では、ナノファイバー層の基材部を、化学合成繊維よりなる第１の繊維と、セルロース繊維からなる第２の繊維、またはセルロース繊維の加工物からなる第２の繊維との集合体によって形成したので、基材部の表面上全域において、ナノファイバー層の網目を小さい状態とすることができ、この結果として塵埃の捕集効果を高めることができる。

つまり、このようにナノファイバー層を有するエアフィルタでは、高分子ポリマー溶液を、ノズルから、前記基材部の表面上に吹き付けて形成するのであるが、このとき基材部が帯電していると、ノズルから吹き付けられる第３の繊維が前記基材部の表面上において偏在した状態となり、捕集性能が低くなる。

そこで、本発明は、基材部を、化学合成繊維よりなる第１の繊維と、セルロース繊維からなる第２の繊維、またはセルロース繊維の加工物からなる第２の繊維との集合体によって形成したものであり、基材部に、セルロース繊維からなる第２の繊維、またはセルロース繊維の加工物からなる第２の繊維を配置すると、セルロース繊維表面のＯＨ基に起因する導電性により、基材部が帯電せず、その結果として第３の繊維が前記基材部の表面上全域において偏在した状態とはならず、これにより、塵埃の捕集効果を高めることができ、しかも圧力損失の上昇を抑制出来る。

本発明の実施の形態を示すエアフィルタを備えた空気清浄装置の断面図同エアフィルタの斜視図同エアフィルタの断面図同エアフィルタを示す拡大平面図（（ａ）実施の形態のエアフィルタの図、（ｂ）比較例のエアフィルタの図）エアフィルタの製造方法を示す概略図同エアフィルタの使用状態を示す斜視図（（ａ）実施の形態のエアフィルタの図、（ｂ）比較例のエアフィルタの図）

（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。

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。

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。

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とから構成されている。

エアフィルタ３は、本体ケース１内の吸気口４背面側に位置している。

つまり、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、送風手段２を介して排気口５へと送風される構成となっており、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。

エアフィルタ３は、図２に示すように、プリーツ形状をしており、その外周には枠形状の形状保持部１０が設けられている。

また、このエアフィルタ３は、図３に示すように、基材部１１と、この基材部１１の表面上に設けたナノファイバー層１２と、ナノファイバー層１２表面上に設けた保護層１３によって構成されている。

また、基材部１１は、図４（ａ）に示すように、化学合成繊維よりなる第１の繊維１４と、セルロース繊維からなる第２の繊維１５、またはセルロース繊維の加工物からなる第２の繊維１５との集合体によって形成し、前記ナノファイバー層１２は、化学合成繊維よりなる第３の繊維１６によって形成した。

また、この第３の繊維１６の繊維径は、前記第１の繊維１４の繊維径よりも細くしており、具体的には、この第３の繊維１６の繊維径は、主に１００ｎｍから１０００ｎｍとしている。

つまり、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、細い繊維のほうが、単位体積あたりに占める繊維の本数が多くなり、空隙が小さくなり、その結果として、構造が密となり高い捕集効果が得られるので、ナノファイバー層１２を構成する第３の繊維１６の繊維径は、主に１００ｎｍから１０００ｎｍと小径とした。

エアフィルタ３の製造は、図５に示すように、まず、平板形状の基材部１１を搬送手段１７によって搬送させながら、ノズル１８からナノファイバー層１２を形成するために高分子ポリマー溶液を基材部１１に向かって放出する。

ここで、ノズル１８には、＋２０ＫＶ程度の電圧が印加され、搬送手段１７はアース処理をしており、この電位差によって、ノズル１８から放出した高分子ポリマー溶液が基材部１１の表面に付着する。

付着された状態が図４（ａ）の状態で、基材部１１の表面上の全域において、ナノファイバー層１２を構成する第３の繊維１６が均一に（偏りなく）設けられた状態となっている。

つまり、ナノファイバー層１２には、小さな網目が均一に（偏りなく）設けられた状態となっているので、塵埃の捕集効果を高めることができる。

これに対して、図４（ｂ）に示すものは、基材部１１の表面上の全域において、ナノファイバー層１２を構成する第３の繊維１６が偏在した状態となっており、これでは、ナノファイバー層１２として大きな網目が存在することになるので、塵埃の捕集効果が低くなる。

本発明の実施形態である図４（ａ）に示すものと、比較例である図４（ｂ）に示すものは、基材部１１にセルロース繊維からなる第２の繊維１５、またはセルロース繊維の加工物からなる第２の繊維１５が存在するか、否かの差異がある。

本発明の実施形態である図４（ａ）に示すものは、その、基材部１１が、化学合成繊維よりなる第１の繊維１４と、セルロース繊維からなる第２の繊維１５、またはセルロース繊維の加工物からなる第２の繊維１５との集合体によって形成したものであり、基材部１１に、セルロース繊維からなる第２の繊維１５、またはセルロース繊維の加工物からなる第２の繊維１５を配置すると、セルロース繊維表面のＯＨ基に起因する導電性により、図５に示す製造時に、基材部１１が帯電せず、その結果としてナノファイバー層１２を構成する第３の繊維１６が前記基材部１１の表面上全域において偏在した状態とはならず、これにより、塵埃の捕集効果を高めることができるものとなる。

このため、ナノファイバー層１２として基材部１１の表面上全域において、小さな網目が存在した状態とすることができ、この結果として、塵埃の捕集効果を高くすることができるのである。

これに対して、図４（ｂ）に示す比較例では、化学合成繊維よりなる第１の繊維１４の集合体によって形成したものであり、図５のノズル１８にプラス電圧を印加すると、化学合成繊維よりなる第１の繊維１４もプラスに帯電し、その結果として、ナノファイバー層１２を構成する第３の繊維１６は第１の繊維１４外へとはじかれた状態となり、これにより、前記基材部１１の表面上全域において第３の繊維１６が偏在した状態となる。

すると、ナノファイバー層１２として大きな網目が存在することになるので、塵埃の捕集効果が低くなるのである。ここで、捕集性能を高めようと、ナノファイバー層１２の目付量を増加すると、塵埃によりナノファイバー層１２が目詰まりし易くなるので、長期使用時における圧力損失の上昇が大きくなる。

なお、本発明の実施形態では、その基材部１１を、セルロース繊維からなる第２の繊維１５、またはセルロース繊維の加工物からなる第２の繊維１５だけでなく、化学合成繊維よりなる第１の繊維１４との集合体によって形成したものであるので、エアフィルタ３としての強度も強いものとなる。

つまり、図６（ｂ）は、本発明の比較例であり、基材部１１を、セルロース繊維からなる第２の繊維１５、またはセルロース繊維の加工物からなる第２の繊維１５だけで形成し、その表面に第３の繊維１６を設けたものである。

この場合、セルロース繊維からなる第２の繊維１５、またはセルロース繊維の加工物からなる第２の繊維１５だけで形成した基材部１１は、水分を含んだ状態になると、セルロース繊維間結合が弱くなる結果として、図６（ｂ）のごとく、エアフィルタ３としての定形状を維持できないものとなる。

これに対して、本発明の実施形態では、その基材部１１を、セルロース繊維からなる第２の繊維１５、またはセルロース繊維の加工物からなる第２の繊維１５だけでなく、化学合成繊維よりなる第１の繊維１４との集合体によって形成したものであるので、水分を含んだ状態になっても、図６（ａ）のごとく、化学合成繊維よりなる第１の繊維１４によってエアフィルタ３としての定形状を維持できることとなる。

特に、本実施の形態のエアフィルタ３を空気清浄装置において実施するためには、基材部１１を形成している化学合成繊維よりなる第１の繊維１４に対する、セルロース繊維からなる第２の繊維１５、またはセルロース繊維の加工物からなる第２の繊維１５の重量比は、通常、１０〜５０％で、好ましくは１０〜３０％である。

さらに、基材部１１を形成している化学合成繊維よりなる第１の繊維１４に対する、セルロース繊維からなる第２の繊維１５、またはセルロース繊維の加工物からなる第２の繊維１５の繊維径比は、通常、０．５倍〜２．０倍で、好ましくは１．１倍〜１．５倍である。これにより、基材部１１の剛性を保ちつつ、曲げ反発性を抑制できるので、図２に示すようなプリーツ形状の形成に対し、非常に効果的である。

以上のように、エアフィルタ３は初期の捕集性能を高い状態にでき、しかも長期使用においても、捕集性能を維持でき、圧力損失の上昇も抑えることが出来るものとなる。

これに対し、セルロース繊維からなる第２の繊維１５、またはセルロース繊維の加工物からなる第２の繊維１５の重量比が１０％未満である場合、基材部１１は化学合成繊維よりなる第１の繊維１４が支配的になるため、基材部１１の導電性が低下する。これにより、ナノファイバー層１２を構成する第３の繊維１６が基材部１１の表面上全域において偏在した状態となり、塵埃の捕集効果が低くなるので、好ましくない。さらに、基材部１１の曲げ反発性が強くなり、プリーツ形状の形成が困難になることからも好ましくない。

一方、セルロース繊維からなる第２の繊維１５、またはセルロース繊維の加工物からなる第２の繊維１５の重量比が５０％以上である場合、基材部１１はセルロース繊維からなる第２の繊維１５、またはセルロース繊維の加工物からなる第２の繊維１５が支配的になるため、基材部１１が水分に対する強度が低下するので、図６（ｂ）のように、エアフィルタ３としての定形状を維持できないものとなる。

また、セルロース繊維からなる第２の繊維１５、またはセルロース繊維の加工物からなる第２の繊維１５の繊維径比が０．５倍未満の場合は、基材部１１の圧力損失が大きくなるため、エアフィルタ３の圧力損失が大きくなり、ナノファイバー層１２の低圧力損失特性が薄れてしまうので、好ましくない。

一方、セルロース繊維からなる第２の繊維１５、またはセルロース繊維の加工物からなる第２の繊維１５の繊維径比が２．０倍以上の場合は、基材部１１の厚みが厚くなり、プリーツ形状の構造的な圧力損失が大きくなるので、好ましくない。

さらに、基材部１１が化学合成繊維よりなる第１の繊維１４と、セルロース繊維からなる第２の繊維１５、またはセルロース繊維の加工物からなる第２の繊維１５との集合体によって形成したものであるので、タバコ等の油分を含んだ塵埃に対して、フィルタ寿命を向上することができるものとなる。

つまり、基材部１１にセルロース繊維からなる第２の繊維１５、またはセルロース繊維の加工物からなる第２の繊維１５が存在すると、セルロース繊維表面の微細な凹凸構造と繊維内部の空気胞により、ナノファイバー層１２の捕集した油分をセルロース繊維が吸収するので、その結果としてナノファイバー層１２の小さな網目が目詰まりした状態となりにくく、これにより、圧力損失の上昇を抑えることができる。

このため、図１に示すようなエアフィルタ３を備えた空気清浄装置において、エアフィルタ３のナノファイバー層１２を基材部１１よりも風上側に配置することにより、ナノファイバー層１２で捕集した油分を、空気の流れに沿って風下側のセルロース繊維に送ることになるので、セルロース繊維が効率的に油分を吸収できるようになり、その結果としてナノファイバー層１２の小さな網目を維持できるので、これにより、圧力損失の上昇を抑え、フィルタ寿命を向上することができるものとなる。

なお、セルロース繊維の加工物からなる第２の繊維１５の加工物の一例としては，抗菌や染色等が挙げられる。

セルロース繊維に抗菌処理を施した場合は、高湿度環境下等の使用時において、カビ等の発生を抑制することが出来る。

また、セルロース繊維に染色処理を施した場合は、エアフィルタ３における基材部１１が明確になる、つまりエアフィルタ３の表裏が明確になるため、空気清浄装置にエアフィルタ３を設置する際に、エアフィルタ３の表裏を間違えることが無いので、エアフィルタ３を長期間、効果的に使用することが出来る。

以上のように本発明は、ナノファイバー層の基材部を、化学合成繊維よりなる第１の繊維と、セルロース繊維からなる第２の繊維、またはセルロース繊維の加工物からなる第２の繊維との集合体によって形成したので、基材部の表面上全域において、ナノファイバー層の網目を小さい状態とすることができ、この結果として塵埃の捕集効果を高めることができる。

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。

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形状保持部
１１基材部
１２ナノファイバー層
１３保護層
１４第１の繊維
１５第２の繊維
１６第３の繊維
１７搬送手段
１８ノズル

Claims

基材部と、この基材部の表面上に設けたナノファイバー層を備え、前記基材部は、化学合成繊維よりなる第１の繊維と、セルロース繊維からなる第２の繊維、またはセルロース繊維の加工物からなる第２の繊維との集合体によって形成し、前記ナノファイバー層は、化学合成繊維よりなる第３の繊維によって形成し、この第３の繊維の繊維径は、前記第１の繊維の繊維径よりも細くしたエアフィルタ。
吸気口とエアフィルタと送風手段と排気口を備えた空気清浄装置であって、前記エアフィルタが請求項１に記載のエアフィルタであり、前記エアフィルタのナノファイバー層を基材部より風上側に配置したことを特徴とする空気清浄装置。
請求項１に記載のエアフィルタの製造方法であって、ナノファイバー層は、高分子ポリマー溶液を、ノズルから、前記基材部の表面上に吹き付けて形成する工程を含むエアフィルタの製造方法。
ノズルを帯電させた状態で、このノズルから基材部の表面上に、高分子ポリマー溶液を、吹き付けて繊維層を形成する工程を含む請求項３に記載のエアフィルタの製造方法。