JP2017051384A - Air purification filter, manufacturing method of air purification filter, air cleaning machine and cleaner - Google Patents

Air purification filter, manufacturing method of air purification filter, air cleaning machine and cleaner Download PDF

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由梨佳 新留
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an air purification filter having function for removing contamination or the like and sterilization function in addition to function for adsorbing chemicals, a manufacturing method of the air purification filter, an air cleaning machine and a cleaner.SOLUTION: By an air purification filter having a laminate by laminating fibrous materials and a conductive fiber arranged in the laminate, sterilization activities are added while improving activities for adsorbing contamination by adsorbing the contamination and further forming an electrical field in addition to adsorption function of chemicals.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は空気を清浄化する空気清浄化フィルタと、空気清浄化フィルタの作製方法と、空気清浄機と、掃除機に関する。   The present invention relates to an air cleaning filter for cleaning air, a method for manufacturing the air cleaning filter, an air cleaner, and a vacuum cleaner.

従来、空気中の不要物を除去するためカーボンナノチューブを備えた空気清浄化フィルタが用いられている。カーボンナノチューブの長所を生かすことで特徴のある空気清浄化フィルタが提案されている。例えば、特許文献1には、汚染物質の吸着性能が高いカーボンナノチューブの採用によりコンパクトな空気清浄化フィルタの技術が開示されている。   Conventionally, an air cleaning filter provided with carbon nanotubes has been used to remove unnecessary substances in the air. A characteristic air cleaning filter has been proposed by taking advantage of the advantages of carbon nanotubes. For example, Patent Document 1 discloses a technology for a compact air cleaning filter by employing carbon nanotubes that have high contaminant adsorption performance.

特開平11−221414号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-22214

特許文献1に記載の空気清浄化フィルタにおいては、カーボンナノチューブが非常に微細な構造を有していることで化学物質の吸着性が向上する。しかし、カーボンナノチューブはHEPAフィルタ同士の間の空間にまとめて配置されているので、空間内に局所的に存在することになり、清浄化すべき空気の大部分はカーボンナノチューブに接触せずに抜け出てしまう。さらに、空気清浄化フィルタにおいては、化学物質の除去の他に、空気中を浮遊するゴミ成分であるコンタミの除去が求められている。加えるに、空気清浄化フィルタ上に吸着されたコンタミの上には数々の菌が発生するので、殺菌の機能もあわせて求められている。   In the air cleaning filter described in Patent Document 1, the adsorption of chemical substances is improved because the carbon nanotubes have a very fine structure. However, since the carbon nanotubes are arranged together in the space between the HEPA filters, they are locally present in the space, and most of the air to be cleaned escapes without contacting the carbon nanotubes. End up. Furthermore, in the air cleaning filter, in addition to the removal of chemical substances, it is required to remove contaminants that are dust components floating in the air. In addition, since many bacteria are generated on the contaminants adsorbed on the air purification filter, a function of sterilization is also required.

本発明は上記の点にかんがみてなされたもので、化学物質の吸着の機能の他に、コンタミ等の除去の機能と、殺菌の機能を併せ持った空気清浄化フィルタと、空気清浄化フィルタの作製方法と、空気清浄機と、掃除機を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points. In addition to the function of adsorbing chemical substances, the present invention also provides an air cleaning filter having a function of removing contaminants and the like, and a function of sterilization, and production of the air cleaning filter. The object is to provide a method, an air cleaner and a vacuum cleaner.

前述の目的は、下記に記載する発明により達成される。   The above object is achieved by the invention described below.

1.繊維状物質を積層させた積層体と、前記積層体内に配置された導電性繊維と、を備えていること特徴とする空気清浄化フィルタ。   1. An air cleaning filter comprising: a laminate in which fibrous substances are laminated; and conductive fibers arranged in the laminate.

2.内部に電界を印加する電極を備えることを特徴とする前記1に記載の空気清浄化フィルタ。   2. 2. The air cleaning filter according to 1 above, further comprising an electrode for applying an electric field therein.

3.前記導電性繊維は、炭素繊維、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーンのいずれかを含むことを特徴とする前記1または2に記載の空気清浄化フィルタ。   3. 3. The air cleaning filter according to 1 or 2, wherein the conductive fiber includes any one of carbon fiber, carbon nanotube, and carbon nanohorn.

4.カーボンナノチューブとカーボンナノホーンの一方または両方を液体に混合させて混合液を生成し、
該混合液を前記積層体に含ませ、
前記液体を蒸発または揮発せしめることで前記積層体にカーボンナノチューブとカーボンナノホーンの一方または両方を含浸せしめて前記積層体内にカーボンナノチューブとカーボンナノホーンの一方または両方を配置せしめる前記3に記載の空気清浄化フィルタの作製方法。
4). One or both of carbon nanotubes and carbon nanohorns are mixed into a liquid to produce a mixed solution,
Including the mixed solution in the laminate,
4. The air purification according to 3 above, wherein one or both of carbon nanotubes and carbon nanohorns are impregnated in the laminate by evaporating or volatilizing the liquid, and one or both of carbon nanotubes and carbon nanohorns are arranged in the laminate. A method for producing a filter.

5.前記1ないし前記3のいずれか一項に記載の空気清浄化フィルタを備えることを特徴とする空気清浄機。   5. The air cleaner provided with the air purifying filter as described in any one of said 1 thru | or 3.

6.前記1ないし前記3のいずれか一項に記載の空気清浄化フィルタを備えることを特徴とする掃除機。   6). The vacuum cleaner provided with the air purifying filter as described in any one of said 1 thru | or 3.

化学物質の吸着の機能の他に、コンタミ等の除去の機能と、殺菌の機能を併せ持った空気清浄化フィルタと、空気清浄化フィルタの作製方法と、空気清浄機と、掃除機を提供することができる。   To provide an air purifying filter having a function of removing contaminants, a function of sterilization, a method for producing an air purifying filter, an air purifier, and a vacuum cleaner in addition to the function of adsorbing chemical substances. Can do.

第一実施形態に係る空気清浄化フィルタ1の概要図である。It is a schematic diagram of the air purification filter 1 which concerns on 1st embodiment. 空気清浄化フィルタ1の内部の拡大図である。It is an enlarged view of the inside of the air purification filter 1. FIG. 空気清浄化フィルタ1を構成する繊維状物質積層体17の概要図である。It is a schematic diagram of the fibrous material laminated body 17 which comprises the air purifying filter 1. FIG. 炭素繊維18の概要図である。1 is a schematic view of carbon fiber 18. FIG. 繊維状物質16と炭素繊維18の配置の関係を示す概要図である。It is a schematic diagram showing the relationship of arrangement of fibrous substance 16 and carbon fiber 18. 空気清浄化フィルタ1がコンタミ70、72を吸着している様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the air purifying filter 1 is adsorbing the contaminations 70 and 72. 内部に電界を印加する機能を有する空気清浄化フィルタ100の概要図である。It is a schematic diagram of the air purification filter 100 which has a function to apply an electric field inside. 空気清浄化フィルタ100内の一部を拡大した概要図である。It is the schematic which expanded a part in the air purification filter 100. FIG. 電界28内における菌30中のイオンの挙動を示す概要図である。It is a schematic diagram showing the behavior of ions in the bacteria 30 in the electric field 28. コンタミ72が空気清浄化フィルタ100に電気的に吸着される仕組みを説明する概要図である。It is a schematic diagram explaining the mechanism in which the contamination 72 is electrically adsorbed by the air purification filter 100. パルス電界の例である。It is an example of a pulse electric field. 正負に応じて斜交いに点電極を配置した場合の空気清浄化フィルタ100の概要図である。It is a schematic diagram of the air purification filter 100 at the time of arrange | positioning a point electrode diagonally according to positive / negative. 同じ極の電極を揃えて点電極を配置した場合の空気清浄化フィルタ100の概要図である。It is a schematic diagram of air purification filter 100 at the time of arranging the electrode of the same pole and arranging a point electrode. 複数の空気清浄化フィルタ100を直列に配した場合の空気清浄化フィルタ40の概要図である。It is a schematic diagram of air purification filter 40 at the time of arranging a plurality of air purification filters 100 in series. 空気清浄化フィルタ100を採用した空気清浄機200の概要図である。1 is a schematic diagram of an air purifier 200 that employs an air purifying filter 100. FIG. 空気清浄化フィルタ11の内部の拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of the inside of the air cleaning filter 11. カーボンナノチューブ20の概要図である。2 is a schematic diagram of a carbon nanotube 20. FIG. 繊維状物質16とカーボンナノチューブ20の配置の関係を示す概要図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing the relationship between the arrangement of fibrous substances 16 and carbon nanotubes 20. 空気清浄化フィルタ11がコンタミ70、72を吸着している様子を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows a mode that the air purifying filter 11 is adsorbing the contaminants 70 and 72. 空気清浄化フィルタ101内の一部を拡大した概要図である。It is the schematic which expanded a part in the air purification filter 101. FIG. コンタミ72が空気清浄化フィルタ101に電気的に吸着される仕組みを説明する概要図である。It is a schematic diagram explaining the mechanism in which the contamination 72 is electrically adsorbed by the air purification filter 101. 実験に用いた実験系の概要図である。It is a schematic diagram of the experimental system used for experiment.

以下、本発明の第一実施形態について説明をする。図1は、第一実施形態に係る空気清浄化フィルタ1の概要図である。図2は、空気清浄化フィルタ1の内部の拡大図である。空気清浄化フィルタ1は、図1に示されているように平板状をなす。空気清浄化フィルタ1は図2に示されているように、繊維状物質16を積層した繊維状物質積層体17と、導電性繊維18とを備える。図3は、空気清浄化フィルタ1を構成する繊維状物質積層体17の概要図である。繊維状物質16は数μm以上の太さを有し、長さは数十μm以上有している。空気清浄化フィルタ1の内部には、これら多くの繊維状物質16が錯綜と絡んで形成されている。繊維状物質16としては、具体的には、例えばナイロン繊維とポリエステル繊維、アクリル繊維、天然パルプ、合成パルプ、普通紙、洋紙、和紙等を挙げることができる。   Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic diagram of an air purification filter 1 according to the first embodiment. FIG. 2 is an enlarged view of the inside of the air purification filter 1. The air cleaning filter 1 has a flat plate shape as shown in FIG. As shown in FIG. 2, the air purification filter 1 includes a fibrous material laminate 17 in which fibrous materials 16 are laminated, and conductive fibers 18. FIG. 3 is a schematic diagram of the fibrous material laminate 17 constituting the air cleaning filter 1. The fibrous substance 16 has a thickness of several μm or more and a length of several tens of μm or more. A large number of these fibrous substances 16 are entangled with the inside of the air cleaning filter 1. Specific examples of the fibrous material 16 include nylon fiber and polyester fiber, acrylic fiber, natural pulp, synthetic pulp, plain paper, western paper, Japanese paper, and the like.

繊維状物質積層体17は、前述の材料により形成され、繊維状に積み重なっていることで、無数の微小通気孔を備えており、全体として紙又は不織布等であるかのような形態になっており、通常のフィルタ基材として用いることができる。前記無数の微小通気孔の孔径は、特に限定されるものではない。   The fibrous material laminate 17 is formed of the above-described material and is stacked in a fibrous shape, so that it has countless minute ventilation holes, and is in the form of paper or nonwoven fabric as a whole. And can be used as a normal filter substrate. The diameter of the infinite number of minute ventilation holes is not particularly limited.

図4は、導電性繊維18の概要図である。導電性繊維とは、導電性をもたせた繊維である。導電性繊維には、合成繊維の中に導電性のよい金属や黒鉛を均一に分散させたもの、ステンレス鋼のような金属を繊維化した金属繊維、有機物繊維の表面を金属で被覆したもの、有機物繊維の表面を導電性物質を含む樹脂で被覆したもの、その他に炭素繊維などがある。有機物繊維の表面を金属で被覆した物の例としては、和紙などの紙の繊維に無電解ニッケルめっき処理を行うことで、金属ニッケル皮膜を析出させた物がある。本実施例では、どの導電性繊維を用いても良い。   FIG. 4 is a schematic view of the conductive fiber 18. The conductive fiber is a fiber having conductivity. Conductive fibers include those in which synthetic conductive metals and graphite are uniformly dispersed in synthetic fibers, metal fibers obtained by fiberizing metals such as stainless steel, and the surfaces of organic fibers coated with metal, There are carbon fibers and the like in which the surface of the organic fiber is coated with a resin containing a conductive substance. As an example of the thing which coat | covered the surface of the organic substance fiber with the metal, there exists the thing which made the metal nickel film | membrane deposit by performing electroless nickel plating processing to the fiber of paper, such as Japanese paper. In this embodiment, any conductive fiber may be used.

以下は、導電性繊維の例として、炭素繊維を基に説明する。炭素繊維18の原料は、合成繊維であるアクリル長繊維、または石炭タールや石油ピッチである。 前者から作製されたものをPAN(パン)系炭素繊維、後者からつくられたものをピッチ系炭素繊維という。本実施形態においてはどちらの炭素繊維18を採用してもよい。最初にPAN系炭素繊維の作製方法を説明する。原料の繊維は、最初に200〜300℃で空気中にて熱処理する。この処理により繊維は、火や熱に強い構造を有する耐炎化繊維となる。かかる耐炎化を終えた繊維は、次いで酸素のない状態で1000℃以上の温度で焼かれることで炭素繊維18になる。   The following description is based on carbon fiber as an example of conductive fiber. The raw material of the carbon fiber 18 is an acrylic long fiber that is a synthetic fiber, or coal tar or petroleum pitch. A product made from the former is called a PAN (pan) -based carbon fiber, and a product made from the latter is called a pitch-based carbon fiber. Either carbon fiber 18 may be employed in the present embodiment. First, a method for producing a PAN-based carbon fiber will be described. The raw fiber is first heat-treated in air at 200 to 300 ° C. By this treatment, the fiber becomes a flame resistant fiber having a structure resistant to fire and heat. The fiber that has been flame-resistant is then baked at a temperature of 1000 ° C. or higher in the absence of oxygen to become carbon fiber 18.

次いで、ピッチ系炭素繊維の作製方法について説明する。原料を精製、加熱溶融し、多数の細孔が空いた口金から吐出させてピッチ繊維を作る。次いで150〜400℃で空気中にて熱処理する。かかる処理が終わった繊維は、高温でも融解しない不融化繊維となる。
次いで酸素のない状態で800〜1500℃の温度で焼かれ、炭素繊維18になる。さらに高弾性炭素繊維を作る場合は、さらに酸素のない状態で1500〜3000℃の温度で焼く。このようにして作製した炭素繊維18は、長さ0.2μmから2000μmに達し、直径は0.05〜10μm程度になる。
Next, a method for producing pitch-based carbon fibers will be described. The raw material is refined, heated and melted, and discharged from a die having a large number of pores to make pitch fibers. Subsequently, it heat-processes in the air at 150-400 degreeC. The fiber that has undergone such treatment becomes an infusible fiber that does not melt even at high temperatures.
Next, it is baked at a temperature of 800 to 1500 ° C. in the absence of oxygen to form carbon fibers 18. Furthermore, when making highly elastic carbon fiber, it bakes at the temperature of 1500-3000 degreeC in the state without oxygen further. The carbon fiber 18 thus produced reaches a length of 0.2 μm to 2000 μm and has a diameter of about 0.05 to 10 μm.

図5は、繊維状物質16と炭素繊維18の配置の関係を示す概要図である。図5に示されているように、繊維状物質16が繊維状物質積層体17内に錯綜と形成されている中にあって、炭素繊維18が各繊維状物質16に絡んで配置されている。各繊維状物質16同士が作った隙間を縫うように三次元的に炭素繊維18が伸張している。   FIG. 5 is a schematic diagram illustrating the relationship between the arrangement of the fibrous substance 16 and the carbon fiber 18. As shown in FIG. 5, the fibrous material 16 is formed in a complicated manner in the fibrous material laminate 17, and the carbon fibers 18 are arranged entangled with the fibrous materials 16. . The carbon fibers 18 extend three-dimensionally so as to sew a gap formed by the fibrous substances 16.

このような構造を作製するには、繊維状物質16を積層化して繊維状物質積層体17を作製する際に、炭素繊維18も合わせて積層化することで可能となる。また、繊維状物質積層体17の作製後に、炭素繊維18を分散させた分散液に繊維状物質積層体17を浸漬させた後に乾燥させることでも作製可能である。   Such a structure can be produced by laminating the carbon fibers 18 together when the fibrous substance 16 is laminated to produce the fibrous substance laminate 17. Alternatively, the fibrous material laminate 17 can be produced by immersing the fibrous material laminate 17 in a dispersion liquid in which the carbon fibers 18 are dispersed and then drying.

図6は、空気清浄化フィルタ1がコンタミ70、72を吸着している様子を示す図である。繊維状物質16と炭素繊維18とが絡み合うことで生じる隙間が篩の役目を担い、化学物質やコンタミや菌を吸着する。炭素繊維18が、繊維状物質16が成す空間に伸張するように配置されているので、空間が小さくなることから、コンタミや菌や化学物質が炭素繊維18に曝されやすくなり、従来に比べて容易に、コンタミや菌や化学物質が炭素繊維18を吸着することが可能となる。   FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which the air cleaning filter 1 is adsorbing the contaminants 70 and 72. A gap generated by the intertwining of the fibrous substance 16 and the carbon fiber 18 serves as a sieve, and adsorbs chemical substances, contaminants, and bacteria. Since the carbon fiber 18 is arranged so as to extend into the space formed by the fibrous material 16, the space is reduced, so that contamination, fungi, and chemical substances are easily exposed to the carbon fiber 18, compared to the conventional case. Contaminants, fungi, and chemical substances can easily adsorb the carbon fiber 18.

さらに、後述するが、空気清浄化フィルタ1の内部に電界を印加した場合には、電界により、コンタミ70,72は分極され、コンタミ70,72の表面に正負の電荷が発生する。かかる電荷に帯電したコンタミ70,72は、電界方向に従って移動し、炭素繊維18に、電界がない場合に比較して、より容易に吸着されることとなる。加えるに、繊維状物質16が電界によって分極していれば、その分極電荷に引っ張られて、コンタミ70,72が繊維状物質16の分極に吸着されることとなる。このように本発明の空気清浄化フィルタ1は、通常の空気清浄機、マスク等のフィルタ材とし使用することができる。   Further, as will be described later, when an electric field is applied to the inside of the air cleaning filter 1, the contaminants 70 and 72 are polarized by the electric field, and positive and negative charges are generated on the surfaces of the contaminants 70 and 72. Contaminations 70 and 72 charged with such electric charges move in accordance with the direction of the electric field, and are more easily adsorbed to the carbon fiber 18 than when there is no electric field. In addition, if the fibrous substance 16 is polarized by an electric field, the contaminants 70 and 72 are attracted to the polarization of the fibrous substance 16 by being pulled by the polarization charge. Thus, the air purification filter 1 of the present invention can be used as a filter material for ordinary air cleaners, masks and the like.

かかる空気清浄化フィルタ1においては、化学物質の吸着の他に、コンタミを吸着し、菌類も吸着する。空気清浄化フィルタ上に捉えられる菌には例えば大腸菌やブドウ球菌などがある。大腸菌の大きさは、0.5μm×2μm程度であり、ブドウ球菌の大きさは、0.8μm×1.0μm程度である。その他、発生する可能性のある菌を例示すると、結核菌0.5μm×0.5μm、ジフテリア菌の大きさは、0.6μm×5μm、赤痢菌の大きさは、0.5μm×2μm、チフス菌の大きさは、0.6μm×2μm、百日咳菌の大きさは、0.3μm×0.7μm、コレラ菌の大きさは、0.6μm×3μmなどである。   In the air cleaning filter 1, in addition to adsorption of chemical substances, contaminants are adsorbed and fungi are also adsorbed. Examples of bacteria captured on the air cleaning filter include Escherichia coli and staphylococci. The size of E. coli is about 0.5 μm × 2 μm, and the size of staphylococci is about 0.8 μm × 1.0 μm. Other examples of bacteria that may occur include Mycobacterium tuberculosis 0.5 μm × 0.5 μm, Diphtheria bacteria size 0.6 μm × 5 μm, Shigella bacteria size 0.5 μm × 2 μm, typhoid The size of the bacteria is 0.6 μm × 2 μm, the size of Bordetella pertussis is 0.3 μm × 0.7 μm, and the size of Vibrio cholerae is 0.6 μm × 3 μm.

このような菌は、放っておくと、増殖していき、空気清浄化フィルタ1へ流入する空気の流れに応じて外部へ分散され、人体等に悪影響を与えるので殺菌すべきものである。そこで、本発明では、電気力を用いて殺菌を行う。   Such germs should be sterilized because they will proliferate if left untreated and are dispersed to the outside in accordance with the flow of air flowing into the air cleaning filter 1 and adversely affect the human body and the like. Therefore, in the present invention, sterilization is performed using electric force.

図7は、内部に電界を印加する機能を有する空気清浄化フィルタ100の概要図である。空気清浄化フィルタ1の上面に電極5、電極6を設ける。そして電極5、電極6の間に電源7を用いて電圧を印加する。空気清浄化フィルタ100における導電性の材料としては銀薄膜、銅薄膜などを採用できる。空気清浄化フィルタ1に効率よく電界を印加するには、空気清浄化フィルタ1と電極5、6の間に空気層が無いように導電ペーストなどの導電性の接着材を用いて、電極5、6を空気清浄化フィルタ1を固着させることが望ましい。   FIG. 7 is a schematic diagram of an air cleaning filter 100 having a function of applying an electric field therein. An electrode 5 and an electrode 6 are provided on the upper surface of the air cleaning filter 1. A voltage is applied between the electrode 5 and the electrode 6 using the power source 7. As the conductive material in the air cleaning filter 100, a silver thin film, a copper thin film, or the like can be adopted. In order to efficiently apply an electric field to the air cleaning filter 1, a conductive adhesive such as a conductive paste is used so that there is no air layer between the air cleaning filter 1 and the electrodes 5, 6. 6 is preferably fixed to the air cleaning filter 1.

次いで、コンタミを電気的に吸着し、または殺菌する仕組みについて説明する。まず、コンタミが空気清浄化フィルタ100に殺菌される仕組みについて説明する。図8は、空気清浄化フィルタ100内の一部を拡大した概要図である。繊維状物質16と炭素繊維18の周辺に電界28が形成されている。電界は導電性部材である炭素繊維18の表面に対してミクロ的にはほぼ垂直に入射するが、図では概要を示すために、y方向に一様に形成されているものとする。かかる電界28の中では導電性部材である炭素繊維18中を電子が移動する。符号26の点線は電流を示す。菌は細胞を供えており、単細胞の菌や、多細胞の菌が存在する。細胞の表面は細胞膜で覆われ、細胞の内部は、主に細胞質で構成されている。電気的にみると、細胞膜の脂質二重層は絶縁体で、細胞質はイオンを含んでおり導電性流体である。菌は絶縁体に近いが、菌の周辺には導電体である水分が形成されており、水分内に電流が侵入すると、水分の有する抵抗値と電流の大きさに基づくジュール熱が発生し、菌が加熱されて死滅させられる。   Next, a mechanism for electrically adsorbing or sterilizing contaminants will be described. First, a mechanism in which contaminants are sterilized by the air cleaning filter 100 will be described. FIG. 8 is an enlarged schematic view of a part of the air cleaning filter 100. An electric field 28 is formed around the fibrous material 16 and the carbon fiber 18. Although the electric field is incident on the surface of the carbon fiber 18 that is a conductive member substantially perpendicularly, it is assumed that the electric field is uniformly formed in the y direction in order to show the outline in the drawing. In the electric field 28, electrons move in the carbon fiber 18 that is a conductive member. The dotted line with the code | symbol 26 shows an electric current. Bacteria provide cells, and there are unicellular bacteria and multicellular bacteria. The cell surface is covered with a cell membrane, and the inside of the cell is mainly composed of cytoplasm. From an electrical viewpoint, the lipid bilayer of the cell membrane is an insulator, and the cytoplasm is a conductive fluid containing ions. Bacteria are close to insulators, but moisture that is a conductor is formed around the bacteria, and when current enters the moisture, Joule heat is generated based on the resistance value of the moisture and the magnitude of the current, The fungus is heated and killed.

図9は、電界28内における菌30中のイオンの挙動示す概要図である。電界28が細胞に印加されると、細胞質内の存在するイオンが電気力によって移動する力が働く。イオンが細胞内で移動すると、菌の細胞膜32に力が加わる。その力により細胞膜が薄くなることで細胞膜32に孔があく。電界の力が弱い時には孔が開いたとしても小さいため、細胞は自己修復をして孔をふさぐことができる。しかし、電界の力が大きいと大きいな孔が開くため、細胞は自己修復ができなくなり、細胞死に至る。   FIG. 9 is a schematic diagram showing the behavior of ions in the bacterium 30 in the electric field 28. When the electric field 28 is applied to the cell, a force that moves ions existing in the cytoplasm by electric force works. When ions move inside the cell, force is applied to the cell membrane 32 of the fungus. The cell membrane 32 is thinned by the force, and the cell membrane 32 is perforated. When the electric field is weak, even if the hole is small, the cell can self-repair and close the hole. However, if the force of the electric field is large, a large hole opens, so that the cell cannot self-repair and cell death occurs.

以上のように、菌は、電流によって発生するジュール熱による効果と、電界によって細胞膜に孔が開くことによる効果によって死滅させられる。同じ電圧を印加しながら二つの効果が生じているところ、印加する電圧の波形について考察すると次のことが言える。ジュール熱は細胞の中への投入電力にほぼ比例すると考えられるので、空気清浄化フィルタ100に投入する電源7が発する電気波形には依存しない。一方、電界によって細胞膜32に孔が開く場合には、電界のピーク値が高いほど、細胞膜32に孔を開ける効果は高いと考えられるので、投入電力が同じ場合には、パルス電界を印加することが望ましい。   As described above, bacteria are killed by the effect of Joule heat generated by current and the effect of opening a hole in the cell membrane by an electric field. Two effects are produced while applying the same voltage. Considering the waveform of the applied voltage, the following can be said. Since Joule heat is considered to be approximately proportional to the input power into the cell, it does not depend on the electric waveform generated by the power supply 7 input to the air purification filter 100. On the other hand, when a hole is opened in the cell membrane 32 by an electric field, it is considered that the higher the peak value of the electric field, the higher the effect of opening the hole in the cell membrane 32. Therefore, when the input power is the same, a pulse electric field is applied. Is desirable.

次に、コンタミや菌が空気清浄化フィルタ100に電気的に吸着される仕組みについて説明する。図10は、コンタミ72が空気清浄化フィルタ100に電気的に吸着される仕組みを説明する概要図である。なお、コンタミ72と菌の吸着される仕組みはほぼ同様である。空気清浄化フィルタ100の内部に電界を印加しているので、電界により、コンタミ72は分極され、コンタミ72の表面に正負の電荷が発生する。かかる電荷に帯電したコンタミ72は、電界方向に従って移動し、電界がない場合に比較して、炭素繊維18に、より容易に吸着されることとなる。   Next, a mechanism in which contaminants and bacteria are electrically adsorbed by the air cleaning filter 100 will be described. FIG. 10 is a schematic diagram for explaining a mechanism in which the contamination 72 is electrically adsorbed by the air cleaning filter 100. The mechanism for adsorbing contaminants 72 and bacteria is substantially the same. Since an electric field is applied to the inside of the air cleaning filter 100, the contamination 72 is polarized by the electric field, and positive and negative charges are generated on the surface of the contamination 72. Contamination 72 charged with such electric charges moves in accordance with the direction of the electric field, and is more easily adsorbed to the carbon fiber 18 than when there is no electric field.

加えるに、図10に示すように、電界により炭素繊維18が分極している場合がある。炭素繊維18が分極していれば、その分極電荷に引っ張られて、コンタミ70,72が炭素繊維18の分極部に吸着されることとなる。このように、電界によってコンタミ72が分極され、空気清浄化フィルタ100に電気的に吸着されることとなる。   In addition, as shown in FIG. 10, the carbon fiber 18 may be polarized by an electric field. If the carbon fiber 18 is polarized, it is pulled by the polarization charge, and the contaminants 70 and 72 are adsorbed to the polarization portion of the carbon fiber 18. In this way, the contamination 72 is polarized by the electric field and is electrically adsorbed by the air cleaning filter 100.

図11は、パルス電界の例である。図11(a)は、正弦波の一部のパルス状波形、図11(b)は方形波状のパルス波形、図11(c)は三角波状のパルス波形、図11(d)正弦波からなる交流波形である。同図の(a)(b)(c)はパルス波形の形状を表し、同図(d)は正弦波を用いた交流であることを表している。どの波形もボトム値は0であるが、バイアスを持たせてもよく、そのバイアスは正負を問わない。図11(d)は正弦波を用いた交流であるが、同図(b)や(c)のように、方形波や三角波を用いた交流波形でもよい。電力値に対してピーク値が高いのは正弦波か三角波である。波形の作成が容易であるという点では正弦波が望ましい。   FIG. 11 is an example of a pulse electric field. 11A is a partial pulse waveform of a sine wave, FIG. 11B is a square wave pulse waveform, FIG. 11C is a triangular pulse waveform, and FIG. 11D is a sine wave. AC waveform. (A), (b), and (c) of the same figure represent the shape of the pulse waveform, and (d) of the same figure represents alternating current using a sine wave. Each waveform has a bottom value of 0, but may have a bias, and the bias may be positive or negative. Although FIG. 11D shows an alternating current using a sine wave, an alternating current waveform using a square wave or a triangular wave may be used as shown in FIGS. The peak value is higher than the power value is a sine wave or a triangular wave. A sine wave is desirable in terms of easy waveform creation.

空気清浄化フィルタ100における電極の位置については、空気清浄化フィルタ100の一表面であってもよいし、表裏面に一つずつ用いてもよい。印加電圧が大きいほど、空気を浄化する効果は大きくなり、また殺菌の効果も大きくなる。家庭用電圧である交流の100Vの電圧を用いてもよいし、より大きな電圧が得られるように変圧器を設けてもよい。また、印加電圧の周波数についても特に限定されるものではないが、家庭用電源の50〜60Hzを用いることができる。   About the position of the electrode in the air purification filter 100, the one surface of the air purification filter 100 may be sufficient, and you may use one each for front and back. The greater the applied voltage, the greater the effect of purifying air and the greater the effect of sterilization. An AC voltage of 100 V, which is a household voltage, may be used, or a transformer may be provided so that a larger voltage can be obtained. Moreover, although it does not specifically limit about the frequency of an applied voltage, 50-60Hz of household power supplies can be used.

図12は、正負に応じて斜交いに点電極を配置した場合の空気清浄化フィルタ100の概要図である。図12においては、空気清浄化フィルタ1の上面に電極36を4つ揃えられており、正電極と負電極とが各々二つあり、斜交い状に配置されている。隣り合う電極間の電界の強さが最も大きくなるので、空気清浄化フィルタ1の周囲に近いほどコンタミが電気的に吸着されたり殺菌される効果は高くなる。   FIG. 12 is a schematic diagram of the air purification filter 100 when the point electrodes are arranged obliquely according to positive and negative. In FIG. 12, four electrodes 36 are arranged on the upper surface of the air cleaning filter 1, and there are two positive electrodes and two negative electrodes, which are arranged obliquely. Since the strength of the electric field between the adjacent electrodes is the largest, the closer to the periphery of the air cleaning filter 1, the higher the effect of contaminants being electrically adsorbed or sterilized.

図13は、同じ極の電極を揃えて点電極を配置した場合の空気清浄化フィルタ100の概要図である。図13においては、空気清浄化フィルタ1の上面に電極36を4つ揃えられており、正電極と負電極が各々二つあり、正電極に二つと負電極の二つは一方に揃うように配置されている。図13の電極配置の場合には、正電極から負電極へ向かう電界の強さは、図7に示した電極配置に近くなるので、場所に依存することなく、比較的均一にコンタミや菌が電気的に吸着されたり殺菌される効果を得ることができる。   FIG. 13 is a schematic diagram of the air cleaning filter 100 when the point electrodes are arranged with the electrodes having the same poles aligned. In FIG. 13, four electrodes 36 are arranged on the upper surface of the air cleaning filter 1, so that there are two positive electrodes and two negative electrodes respectively, and two positive electrodes and two negative electrodes are aligned with one another. Has been placed. In the case of the electrode arrangement of FIG. 13, the strength of the electric field from the positive electrode to the negative electrode is close to that of the electrode arrangement shown in FIG. 7, so that contamination and bacteria are relatively uniformly distributed without depending on the location. The effect of being electrically adsorbed or sterilized can be obtained.

このように正負の電極の配置によって、電極間に発生する電界の分布が異なり、繊維状物質16や炭素繊維18に与える電荷に相違が発生する。電極をどのような配置にするかは空気清浄機の設計によって選択すればよい。   As described above, the distribution of the electric field generated between the electrodes differs depending on the arrangement of the positive and negative electrodes, and a difference occurs in the electric charge applied to the fibrous substance 16 and the carbon fiber 18. The arrangement of the electrodes may be selected according to the design of the air cleaner.

なお、電極については、導電性の材料としては銀薄膜、銅薄膜などを採用できる。空気清浄化フィルタ1に効率よく電界を印加するには、空気清浄化フィルタ1と電極5、6の間に空気層が無いように導電ペーストなどの導電性の接着材を用いて、電極5、6を空気清浄化フィルタ1の固着させることが望ましい。   In addition, about an electrode, a silver thin film, a copper thin film, etc. are employable as an electroconductive material. In order to efficiently apply an electric field to the air cleaning filter 1, a conductive adhesive such as a conductive paste is used so that there is no air layer between the air cleaning filter 1 and the electrodes 5, 6. 6 is preferably fixed to the air cleaning filter 1.

以上の説明では、空気清浄化フィルタ1を一つ使用した状態を示していたが、複数の空気清浄化フィルタ1を直列に配置することで、空気清浄化の機能を向上させることができる。図14は、複数の空気清浄化フィルタ100を直列に配した場合の空気清浄化フィルタ40の概要図である。空気清浄化フィルタ40に吸入される空気42は、空気清浄化フィルタ100の数が多いほど浄化されるが、空気清浄化フィルタ100の数が多すぎると、空気が空気清浄化フィルタ40に吸入される抵抗が大きくなり、空気清浄化フィルタ40で処理できる空気量が減少してしまう。従って、場合に応じて、最適な数の空気清浄化フィルタ100を選択することが望ましい。   In the above description, the state where one air purification filter 1 is used is shown, but the function of air purification can be improved by arranging a plurality of air purification filters 1 in series. FIG. 14 is a schematic diagram of the air purification filter 40 when a plurality of air purification filters 100 are arranged in series. The air 42 sucked into the air cleaning filter 40 is purified as the number of the air cleaning filters 100 increases. However, if the number of the air cleaning filters 100 is too large, air is sucked into the air cleaning filter 40. Resistance increases, and the amount of air that can be processed by the air cleaning filter 40 decreases. Therefore, it is desirable to select an optimal number of air purification filters 100 according to circumstances.

図15は、空気清浄化フィルタ100を採用した空気清浄機200の概要図である。空気清浄機200は、筺体112と、空気清浄化フィルタ100と、ファン110とを備える。電源7は空気清浄化フィルタ100を駆動する。筺体112には、図示しない操作パネルが設けられており、電源7のオンオフと共に、ファン110の駆動が可能なように設定されている。ファン110が駆動されると、通気孔114から外部の空気が吸入され、吸入された空気は、空気清浄化フィルタ100を通してコンタミが除去されると共に殺菌がなされ、浄化された空気は、ファン110を通じて筺体112上の図示しない送風口を通して外部へ送出される。なお、空気清浄化フィルタ100を掃除機に採用することも可能である。図15に係る空気清浄機200における通気孔114を例えば円形形状とし、先端にゴミを吸い込むヘッドを付したホースを通気孔114に接続する、などの構造としてやればよい。   FIG. 15 is a schematic diagram of an air purifier 200 that employs the air purifying filter 100. The air cleaner 200 includes a housing 112, an air cleaning filter 100, and a fan 110. The power source 7 drives the air cleaning filter 100. The casing 112 is provided with an operation panel (not shown) and is set so that the fan 110 can be driven when the power source 7 is turned on / off. When the fan 110 is driven, external air is sucked from the vent hole 114, and the sucked air is sterilized while being contaminated through the air cleaning filter 100, and the purified air passes through the fan 110. It is sent to the outside through an air outlet (not shown) on the housing 112. It is also possible to employ the air cleaning filter 100 in a vacuum cleaner. The air hole 200 in the air purifier 200 according to FIG. 15 may have a circular shape, for example, and may have a structure in which a hose with a head for sucking dust is connected to the air hole 114.

次いで、第二実施形態について説明する。第一実施形態と第二実施形態との相違は、第二実施形態においては、導電性繊維として、炭素繊維18の代わりにカーボンナノチューブ又はカーボンナノホーンを用いたことにある。従って、第一実施形態と第二実施形態との相違を中心に説明する。第二実施形態に係る空気清浄化フィルタ11は図1に示した第一実施形態にかかる空気清浄化フィルタ1と同様に平板状をなす。   Next, a second embodiment will be described. The difference between the first embodiment and the second embodiment is that, in the second embodiment, carbon nanotubes or carbon nanohorns are used as the conductive fibers instead of the carbon fibers 18. Therefore, the difference between the first embodiment and the second embodiment will be mainly described. The air purification filter 11 which concerns on 2nd embodiment makes flat form similarly to the air purification filter 1 concerning 1st embodiment shown in FIG.

図16は、空気清浄化フィルタ11の内部の拡大図である。空気清浄化フィルタ11は繊維状物質16を積層した繊維状物質積層体17と、カーボンナノチューブ20とを備える。なお、カーボンナノホーンはグラフェンを円筒形に曲げた構造のカーボンナノチューブに似ており、特性も似ていることから、以下の説明ではカーボンナノチューブに含まれているものとして説明する。空気清浄化フィルタ1を構成する繊維状物質積層体17は、図3に示したものと同様である。なお、説明を分かり易くするために、図16に示されているように、ディメンジョンを変更している。繊維状物質16は数μm以上の太さを有し、長さは数十μm以上有している。空気清浄化フィルタ11の内部には、これら多くの繊維状物質16が錯綜と絡んで形成されている。繊維状物質16としては、具体的には、例えばナイロンポリエステル繊維、アクリル繊維、天然パルプ、合成パルプ、普通紙、洋紙、和紙等を挙げることができる。   FIG. 16 is an enlarged view of the inside of the air purification filter 11. The air cleaning filter 11 includes a fibrous material laminate 17 in which fibrous materials 16 are laminated and a carbon nanotube 20. The carbon nanohorn is similar to a carbon nanotube having a structure in which graphene is bent into a cylindrical shape and has similar characteristics. Therefore, in the following description, it is assumed that the carbon nanohorn is included in the carbon nanotube. The fibrous material laminated body 17 which comprises the air purification filter 1 is the same as that of what was shown in FIG. In order to make the explanation easy to understand, the dimensions are changed as shown in FIG. The fibrous substance 16 has a thickness of several μm or more and a length of several tens of μm or more. Many of these fibrous substances 16 are entangled with the inside of the air cleaning filter 11. Specific examples of the fibrous material 16 include nylon polyester fiber, acrylic fiber, natural pulp, synthetic pulp, plain paper, western paper, Japanese paper, and the like.

繊維状物質積層体17は、前述の材料により形成され、繊維状に積み重なっていることで、無数の微小通気孔を備えており、全体として紙又は不織布等であるかのような形態になっており、通常のフィルタ基材として用いることができる。前記無数の微小通気孔の孔径は、特に限定されるものではないが、後述のカーボンナノチューブの長さが10μm程度あるので、数μm以上であるのが好ましい。   The fibrous material laminate 17 is formed of the above-described material and is stacked in a fibrous shape, so that it has countless minute ventilation holes, and is in the form of paper or nonwoven fabric as a whole. And can be used as a normal filter substrate. The diameter of the innumerable minute ventilation holes is not particularly limited, but is preferably several μm or more because the length of carbon nanotubes described later is about 10 μm.

図17は、カーボンナノチューブ20の概要図である。図18は、繊維状物質16とカーボンナノチューブ20の配置の関係を示す概要図である。繊維状物質16が繊維状物質積層体17内に錯綜と形成されている中にあって、カーボンナノチューブ20が各繊維状物質16に絡んで配置されている。なお、カーボンナノチューブ20は無数の孔が形成されているポーラス型のカーボンナノチューブが望ましい。   FIG. 17 is a schematic view of the carbon nanotube 20. FIG. 18 is a schematic diagram showing the arrangement relationship between the fibrous substance 16 and the carbon nanotube 20. The fibrous substance 16 is formed in a complicated manner in the fibrous substance laminate 17, and the carbon nanotubes 20 are arranged so as to be entangled with the fibrous substances 16. The carbon nanotube 20 is preferably a porous carbon nanotube in which an infinite number of holes are formed.

カーボンナノチューブ20には単層カーボンナノチューブと多層カーボンナノチューブとがある。単層カーボンナノチューブは、単層のグラフェンから形成される継ぎ目のない円筒状物質である。グラフェンとは、1原子の厚さのsp2結合炭素原子のシートであり、炭素原子とその結合からできた蜂の巣のような六角形格子構造をとっている。   The carbon nanotubes 20 include single-walled carbon nanotubes and multi-walled carbon nanotubes. Single-walled carbon nanotubes are seamless cylindrical materials formed from single-layer graphene. Graphene is a sheet of sp2-bonded carbon atoms with a thickness of 1 atom, and has a hexagonal lattice structure like a honeycomb made of carbon atoms and their bonds.

多層カーボンナノチューブは単層カーボンナノチューブと比較して構造が複雑かつ多様である。多層カーボンナノチューブは、グラフェンが丸まったチューブが、例えば、同心円状に複数重なった構造をとる。また、1枚のグラヘンシートが巻物状になったスクロール型や、それらが複合化したものなどがある。多層カーボンナノチューブのティピカルな大きさとして、直径平均が10〜15nm、平均長さ約10umである。多層カーボンナノチューブは単層カーボンナノチューブよりも量産が容易で単位当たりのコストが低く、熱的および化学的安定性に優れているといった利点を示し、本発明においても多層カーボンナノチューブが望ましい。   Multi-walled carbon nanotubes have a complicated and diverse structure compared to single-walled carbon nanotubes. Multi-walled carbon nanotubes have a structure in which a plurality of tubes of graphene are stacked concentrically, for example. In addition, there is a scroll type in which one piece of graphene sheet is wound, or a combination of them. As a typical size of the multi-walled carbon nanotube, the average diameter is 10 to 15 nm and the average length is about 10 μm. Multi-walled carbon nanotubes have the advantages of being easier to mass-produce than single-walled carbon nanotubes, lower cost per unit, and superior in thermal and chemical stability, and multi-walled carbon nanotubes are also desirable in the present invention.

カーボンナノチューブ20は、公知の方法で作製することができる。例えば、シリコン基板の少なくとも片面上にFe膜をフォトリソグラフィーでパターン化し、この面にアセチレンガスを用いて一般的な化学蒸着法(CVD法)を施すことにより作製することができる。この方法では、カーボンナノチューブ20が多層構造で基板上に垂直に突出して形成できる。複数のカーボンナノチューブ20は、互いに絡み合っていることが好ましい。複数のカーボンナノチューブ20が絡み合うことで複数のカーボンナノチューブ20同士が補強するようになり、剛性が増す。カーボンナノチューブ20の先端部は、閉じていても開いていてもどちらでもよい。   The carbon nanotube 20 can be produced by a known method. For example, it can be produced by patterning an Fe film on at least one surface of a silicon substrate by photolithography and subjecting this surface to a general chemical vapor deposition method (CVD method) using acetylene gas. In this method, the carbon nanotubes 20 can be formed to protrude vertically on the substrate with a multilayer structure. The plurality of carbon nanotubes 20 are preferably intertwined with each other. The plurality of carbon nanotubes 20 are entangled with each other, whereby the plurality of carbon nanotubes 20 are reinforced to increase rigidity. The tip of the carbon nanotube 20 may be either closed or open.

本発明の空気清浄化フィルタ1を調製するには、例えば繊維状物質積層体17を、カーボンナノチューブ20を含浸させた水分散液中に浸す。この水分散液を作製するには、最初に蒸留水と例えばエタノールとの混合液を作製する。次にこの混合液中にカーボンナノチューブ20の粉末を投入してスターラーで撹拌し、撹拌しながら加熱し、例えば0.5時間加熱してエタノールを蒸発せしめて水分散液とする。   In order to prepare the air purification filter 1 of the present invention, for example, the fibrous material laminate 17 is immersed in an aqueous dispersion impregnated with the carbon nanotubes 20. In order to prepare this aqueous dispersion, first, a mixed solution of distilled water and, for example, ethanol is prepared. Next, the carbon nanotube 20 powder is put into this mixed solution, stirred with a stirrer, heated with stirring, for example, heated for 0.5 hour to evaporate ethanol to obtain an aqueous dispersion.

このカーボンナノチューブの水分散液を繊維状物質16の積層体に含ませ、水分散液を加熱しつつ蒸発せしめることで繊維状物質積層体17にカーボンナノチューブ20を含浸せしめて繊維状物質積層体17内にカーボンナノチューブ20を配置せしめる。かくして、繊維状物質積層体17にカーボンナノチューブ20を配置せしめ、空気清浄化フィルタ1を得る。水分散液を蒸発せしめる際には、微小通気孔を完全に閉塞させないように蒸発せしめる。   The aqueous dispersion of carbon nanotubes is included in the laminate of the fibrous material 16, and the aqueous dispersion is evaporated while being heated, so that the fibrous material laminate 17 is impregnated with the carbon nanotubes 20 and the fibrous material laminate 17. The carbon nanotubes 20 are placed inside. Thus, the carbon nanotubes 20 are arranged on the fibrous material laminate 17 to obtain the air cleaning filter 1. When the aqueous dispersion is evaporated, it is evaporated so as not to completely block the micro vent.

図18は、繊維状物質16とカーボンナノチューブ20の配置の関係を示す概要図である。図18に示されているように、繊維状物質16が繊維状物質積層体17内に錯綜と形成されている中にあって、カーボンナノチューブ20が各繊維状物質16に絡んで配置されている。   FIG. 18 is a schematic diagram showing the arrangement relationship between the fibrous substance 16 and the carbon nanotube 20. As shown in FIG. 18, the fibrous substance 16 is formed in a complicated manner in the fibrous substance laminate 17, and the carbon nanotubes 20 are arranged entangled with the fibrous substances 16. .

図19は、空気清浄化フィルタ11がコンタミ70、72を吸着している様子を示す概要図である。なお、菌を吸着する仕組みも同様である。繊維状物質16同士が絡み合うことで生じる隙間が篩の役目を担い、コンタミや菌を吸着する。また、カーボンナノチューブ20がその隙間を埋め、コンタミや菌を吸着できる。カーボンナノチューブ20がポーラス型である場合には、カーボンナノチューブ20の表面に小さな孔がたくさん開いており、その孔には化学物質の他に、小さなコンタミが吸着される。   FIG. 19 is a schematic diagram illustrating a state in which the air cleaning filter 11 is adsorbing the contaminants 70 and 72. The mechanism for adsorbing bacteria is the same. A gap generated by the intertwining of the fibrous substances 16 serves as a sieve, and adsorbs contaminants and bacteria. Further, the carbon nanotubes 20 can fill the gaps and adsorb contaminants and bacteria. When the carbon nanotube 20 is a porous type, many small holes are opened on the surface of the carbon nanotube 20, and small contaminants are adsorbed in the holes in addition to chemical substances.

第一実施形態の空気清浄化フィルタ11との相違は、炭素繊維18に比較してカーボンナノチューブ20は小さく、カーボンナノチューブ20は繊維状物質16に絡みつくように配置される。そして、繊維状物質16同士の錯綜する空間にカーボンナノチューブ20が入り込むので、繊維状物質16同士の錯綜する空間を通過していたコンタミや菌も、カーボンナノチューブ20によって吸着され得るという特徴を有す。また、カーボンナノチューブ20は化学物質の吸着効果も大きいものである。   The difference from the air purification filter 11 of the first embodiment is that the carbon nanotubes 20 are smaller than the carbon fibers 18, and the carbon nanotubes 20 are arranged so as to be entangled with the fibrous material 16. And since the carbon nanotube 20 enters into the space where the fibrous substances 16 are intermingled, the carbon nanotubes 20 can also adsorb contamination and bacteria that have passed through the space where the fibrous substances 16 are intermingled. . The carbon nanotubes 20 also have a large chemical substance adsorption effect.

第二実施形態の空気清浄化フィルタ101については、第一実施形態の空気清浄化フィルタ100と同様に、電界を印加することで、殺菌作用をもたせ得る。電界を印加する機能を有する空気清浄化フィルタ101の概要図は、図7や図12、図13と同様である。   About the air purifying filter 101 of 2nd embodiment, the sterilization effect | action can be given by applying an electric field similarly to the air purifying filter 100 of 1st embodiment. A schematic diagram of the air cleaning filter 101 having a function of applying an electric field is the same as that of FIG. 7, FIG. 12, and FIG.

図20は、空気清浄化フィルタ101内の一部を拡大した概要図である。繊維状物質16とカーボンナノチューブ20の周辺に電界28が形成されている。電界は導電性部材であるカーボンナノチューブ20の表面に対してミクロ的にはほぼ垂直に入射するが、図では概要を示すために、y方向に一様に形成されているものとする。かかる電界28の中では導電性部材であるカーボンナノチューブ20に中を電子が移動する。カーボンナノチューブ20はその複数が複雑に絡み合い、そして繊維状物質16に付着している。そのため、電流は、複雑に絡み合ったカーボンナノチューブ20の束を通じて流れていく。符号26の点線は電流を示す。   FIG. 20 is a schematic diagram in which a part of the air cleaning filter 101 is enlarged. An electric field 28 is formed around the fibrous substance 16 and the carbon nanotube 20. Although the electric field is incident on the surface of the carbon nanotube 20 that is a conductive member substantially perpendicularly, it is assumed that the electric field is uniformly formed in the y direction in order to illustrate the outline. In the electric field 28, electrons move to the carbon nanotube 20 which is a conductive member. A plurality of the carbon nanotubes 20 are intertwined in a complicated manner, and are attached to the fibrous substance 16. Therefore, current flows through a bundle of carbon nanotubes 20 that are intertwined in a complicated manner. The dotted line with the code | symbol 26 shows an electric current.

かかる空気清浄化フィルタ101内に吸着された菌が電界印加によって死滅させられるメカニズムは前述と同様である。すなわち、電流によりジュール熱が発生して菌が加熱されて死滅させられるメカニズムと、電界により菌の細胞膜32に力が加わって細胞膜32が破壊されて細胞死に至らされるメカニズムである。   The mechanism by which the bacteria adsorbed in the air cleaning filter 101 are killed by applying an electric field is the same as described above. That is, there are a mechanism in which Joule heat is generated by an electric current and the bacterium is heated and killed, and a mechanism in which a force is applied to the cell membrane 32 of the bacterium by an electric field and the cell membrane 32 is destroyed to cause cell death.

図21は、コンタミ72が空気清浄化フィルタ101に電気的に吸着される仕組みを説明する概要図である。菌が吸着される仕組みも同様である。空気清浄化フィルタ101の内部に電界を印加しているので、電界により、コンタミ72は分極され、コンタミ72の表面に正負の電荷が発生する。かかる電荷に帯電したコンタミ72は、電界方向に従って移動し、電界がない場合に比較して、カーボンナノチューブ20に、より容易に吸着されることとなる。第一実施形態との相違は、カーボンナノチューブ20は炭素繊維18より小さく、かつ数が多いので、分極部の発生箇所も多くなり、より細かいコンタミや菌をより多く吸着することが可能となる。   FIG. 21 is a schematic diagram for explaining a mechanism in which the contamination 72 is electrically adsorbed by the air cleaning filter 101. The mechanism for adsorbing bacteria is the same. Since an electric field is applied to the inside of the air cleaning filter 101, the contamination 72 is polarized by the electric field, and positive and negative charges are generated on the surface of the contamination 72. Contamination 72 charged to such a charge moves in accordance with the direction of the electric field, and is more easily adsorbed to the carbon nanotube 20 than when there is no electric field. The difference from the first embodiment is that the carbon nanotubes 20 are smaller and more numerous than the carbon fibers 18, so that the number of occurrences of polarized portions increases, and more fine contaminants and bacteria can be adsorbed.

次いで、本発明の効果を確かめるために、第二実施形態にかかる空気清浄化フィルタ101を用いた殺菌の効果を確かめる実験を行った。図22は、実験に用いた実験系の概要図である。空気清浄化フィルタ101上の電極5,6の長さは15cmであり、電極5と電極6の間隔も15cmである。空気清浄化フィルタ101上に豚肉45を1週間載置し、一般生菌を繁殖させた。その後に豚肉45を除去し、電極5,6の間に、周期10Hz、パルス幅1ms、ボトム値0Vでピーク値30Vの矩形波状の電圧パルスを10分間印加した。そして空気清浄化フィルタ101上に繁殖した一般生菌を綿棒で採取した。採取された一般生菌を寒天培地上に塗布し、35度の培養温度下で48時間培養した後に菌数を計測した。比較例として、豚肉45を載置しない状態で同様の実験を行った。表1に実験結果を記す。
この結果より、本実施の形態にかかる空気清浄化フィルタ100の効果によって、菌数は十分の一に抑えられており、本実施の形態にかかる空気清浄化フィルタ100の殺菌の効果が確認された。なお、上記の電圧パルスの条件は一例であり、他の条件、例えば、電圧値を1Vに下げる場合や、パルス周期を1Hzに低下させパルス間隔を増加させる場合や、パルス幅を100msに長くした場合等、各種条件を組み合わせる実験も行った。その結果、電圧を印加した場合には印加しない場合に比べて、菌数が十分の一に抑えられている結果は同じであった。そして、電圧のピーク値が増えるに比例して菌数は抑えられることが判明した。また、パルス間隔に対するパルス幅の比であるデューティ比に比例して菌数は抑えられるという結果を得た。
Next, in order to confirm the effect of the present invention, an experiment was performed to confirm the effect of sterilization using the air cleaning filter 101 according to the second embodiment. FIG. 22 is a schematic diagram of an experimental system used in the experiment. The length of the electrodes 5 and 6 on the air cleaning filter 101 is 15 cm, and the distance between the electrodes 5 and 6 is also 15 cm. Pork 45 was placed on the air purification filter 101 for 1 week to propagate general viable bacteria. Thereafter, the pork 45 was removed, and a rectangular-wave voltage pulse having a period of 10 Hz, a pulse width of 1 ms, a bottom value of 0 V, and a peak value of 30 V was applied between the electrodes 5 and 6 for 10 minutes. Then, general viable bacteria propagated on the air purification filter 101 were collected with a cotton swab. The collected general viable bacteria were applied on an agar medium and cultured at a culture temperature of 35 degrees for 48 hours, and then the number of bacteria was counted. As a comparative example, the same experiment was performed without placing pork 45. Table 1 shows the experimental results.
From this result, the number of bacteria was suppressed to one tenth by the effect of the air purification filter 100 according to the present embodiment, and the effect of sterilization of the air purification filter 100 according to the present embodiment was confirmed. . The above voltage pulse conditions are only examples, and other conditions, for example, when the voltage value is lowered to 1V, when the pulse period is lowered to 1 Hz and the pulse interval is increased, or the pulse width is increased to 100 ms. In some cases, experiments were conducted in which various conditions were combined. As a result, when the voltage was applied, the result that the number of bacteria was suppressed to one tenth was the same as when the voltage was not applied. It was found that the number of bacteria can be suppressed in proportion to the increase in the voltage peak value. In addition, the number of bacteria was reduced in proportion to the duty ratio which is the ratio of the pulse width to the pulse interval.

以上のように本発明によれば、繊維状物質を積層させた積層体と、前記積層体内に配置された導電性繊維と、を備えていることで、導電性繊維が、繊維状物質が成す空間に伸張するように配置されているので、空間が小さくなることから、コンタミや菌や化学物質が導電性繊維に曝されやすくなり、化学物質の吸着の機能の他に、従来に比べて容易に、コンタミや菌を吸着することが可能となる。   As described above, according to the present invention, the conductive fiber includes the fibrous material by including the laminated body in which the fibrous material is laminated and the conductive fiber disposed in the laminated body. Because it is arranged so as to extend into the space, the space becomes smaller, so contamination, fungi, and chemical substances are easily exposed to conductive fibers, and in addition to the function of adsorbing chemical substances, it is easier than before In addition, it becomes possible to adsorb contaminants and bacteria.

また、本発明によれば、上記空気清浄化フィルタに内部に電界を印加する電極を備えることで、より効率的に、化学物質の吸着の機能の他に、コンタミ等の除去の機能と、殺菌の機能を併せ持った空気清浄化フィルタを提供することができる。   Further, according to the present invention, by providing an electrode for applying an electric field inside the air purification filter, in addition to the function of adsorbing chemical substances, the function of removing contaminants and the like, It is possible to provide an air purifying filter having the above functions.

また、本発明によれば、導電性繊維には、炭素繊維、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーンのいずれかを含むので、炭素繊維を用いた場合には、炭素繊維自体がコンタミや菌を吸着する性能が高いので、高性能な空気清浄化フィルタを提供することができる。また、炭素繊維は導電率が高いことから分極した場合にコンタミや菌を吸着しやすくなる。   In addition, according to the present invention, the conductive fiber includes any one of carbon fiber, carbon nanotube, and carbon nanohorn. Therefore, when the carbon fiber is used, the carbon fiber itself has the ability to adsorb contaminants and bacteria. Since it is high, a high-performance air purification filter can be provided. Moreover, since carbon fiber has high electrical conductivity, it becomes easy to adsorb contamination and bacteria when polarized.

カーボンナノチューブ又はカーボンナノホーンを用いた場合には、大きさが炭素繊維より小さく、かつ数が多いので、より小さくかつ数多いコンタミや菌を吸着することができる。また、カーボンナノチューブが炭素繊維より小さく、かつ数が多いということは、小さな分極部の発生箇所が多くなることから、より細かいコンタミや菌を多く吸着することが可能となる。   When carbon nanotubes or carbon nanohorns are used, the size is smaller than that of carbon fibers and the number of carbon nanohorns is larger, so that it is possible to adsorb smaller and more numerous contaminants and bacteria. In addition, the fact that the carbon nanotubes are smaller and larger in number than the carbon fibers increases the number of occurrences of small polarization parts, so that it is possible to adsorb more fine contaminants and bacteria.

また、本発明によれば、カーボンナノチューブとカーボンナノホーンの一方または両方を液体に混合させて混合液を生成し、該混合液を前記積層体に含ませ、前記液体を蒸発または揮発せしめることで前記積層体にカーボンナノチューブとカーボンナノホーンの一方または両方を含浸せしめて前記積層体内にカーボンナノチューブとカーボンナノホーンの一方または両方を配置せしめることで、空気清浄化フィルタ内にカーボンナノチューブとカーボンナノホーンの一方または両方を均一に配置せしめた空気清浄化フィルタを作製できる作製方法を提供することができる。   Further, according to the present invention, one or both of carbon nanotubes and carbon nanohorns are mixed with a liquid to produce a mixed liquid, the mixed liquid is included in the laminate, and the liquid is evaporated or volatilized to By impregnating one or both of carbon nanotubes and carbon nanohorns in the laminate and placing one or both of carbon nanotubes and carbon nanohorns in the laminate, one or both of carbon nanotubes and carbon nanohorns are placed in the air purification filter. Thus, it is possible to provide a manufacturing method capable of manufacturing an air cleaning filter in which the filter is uniformly arranged.

また、本発明によれば、空気清浄化フィルタを備えることで、空気を効率よく浄化すると共に、菌の繁殖しにくい空気清浄機を提供することができる。   Moreover, according to this invention, while providing an air purifying filter, while purifying air efficiently, the air cleaner which is hard to propagate a microbe can be provided.

また、本発明によれば、空気清浄化フィルタを備えることで、空気を効率よく浄化すると共に、菌の繁殖しにくい掃除機を提供することができる。   Moreover, according to this invention, while providing an air purifying filter, while being able to purify | clean air efficiently, the vacuum cleaner which is hard to propagate a microbe can be provided.

1、11,40,100,101 空気清浄化フィルタ
5,6,36 電極
7 電源
16 繊維状物質
17 繊維状物質積層体
18 炭素繊維
20 カーボンナノチューブ
28 電界
32, 56 細胞膜
45 豚肉
70,72 コンタミ
110 ファン
112 筺体
114 通気孔
200 空気清浄機
1, 11, 40, 100, 101 Air purification filter 5, 6, 36 Electrode 7 Power source 16 Fibrous material 17 Fibrous material laminate 18 Carbon fiber 20 Carbon nanotube 28 Electric field 32, 56 Cell membrane 45 Pork 70, 72 Contamination 110 Fan 112 Housing 114 Ventilation hole 200 Air purifier

Claims (6)

繊維状物質を積層させた積層体と、前記積層体内に配置された導電性繊維と、を備えていること特徴とする空気清浄化フィルタ。   An air cleaning filter comprising: a laminate in which fibrous substances are laminated; and conductive fibers arranged in the laminate. 内部に電界を印加する電極を備えることを特徴とする請求項1に記載の空気清浄化フィルタ。   The air purification filter according to claim 1, further comprising an electrode for applying an electric field therein. 前記導電性繊維は、炭素繊維、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーンのいずれかを含むことを特徴とする請求項1または2に記載の空気清浄化フィルタ。   The air cleaning filter according to claim 1, wherein the conductive fiber includes any one of carbon fiber, carbon nanotube, and carbon nanohorn. カーボンナノチューブとカーボンナノホーンの一方または両方を液体に混合させて混合液を生成し、
該混合液を前記積層体に含ませ、
前記液体を蒸発または揮発せしめることで前記積層体にカーボンナノチューブとカーボンナノホーンの一方または両方を含浸せしめて前記積層体内にカーボンナノチューブとカーボンナノホーンの一方または両方を配置せしめる請求項3に記載の空気清浄化フィルタの作製方法。
One or both of carbon nanotubes and carbon nanohorns are mixed into a liquid to produce a mixed solution,
Including the mixed solution in the laminate,
The air cleaning according to claim 3, wherein one or both of carbon nanotubes and carbon nanohorns are disposed in the laminate by impregnating the laminate with one or both of carbon nanotubes and carbon nanohorns by evaporating or volatilizing the liquid. Of producing a filter.
請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の空気清浄化フィルタを備えることを特徴とする空気清浄機。   The air cleaner provided with the air purifying filter as described in any one of Claims 1 thru | or 3. 請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の空気清浄化フィルタを備えることを特徴とする掃除機。   A vacuum cleaner comprising the air purification filter according to any one of claims 1 to 3.
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