JP2017051936A

JP2017051936A - 濾材および空気清浄機

Info

Publication number: JP2017051936A
Application number: JP2015179866A
Authority: JP
Inventors: 貴義山口; Takayoshi Yamaguchi; 前田　憲; Ken Maeda; 憲前田; 洋亮和田; Yosuke Wada
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2015-09-11
Filing date: 2015-09-11
Publication date: 2017-03-16
Anticipated expiration: 2035-09-11
Also published as: JP6667130B2

Abstract

【課題】静電力による集塵効果を長期間維持することができる濾材を提供する。【解決手段】不織布と、不織布の表面に設けられた第１電極とを具備し、第１電極が電力の入力端子を有する濾材であり、例えば、気体の吸い込み部と吐き出し部とを具備する空気清浄機の濾材として用いられ、気体の吸い込み部と吐き出し部との間に配置される。空気清浄機は、第１電極に電力を出力する出力端子を備え、第１電極を帯電させることで不織布を帯電させ、濾材に生じた静電力により粉塵を除去する。【選択図】図１

Description

本発明は、不織布を具備する濾材に関し、特に空気清浄機に用いられる濾材に関する。

空気清浄機等に用いられる集塵用の濾材として、帯電させたエレクトレット繊維を含む不織布を用いることが提案されている。エレクトレット繊維は、エレクトレット化された誘電体を含む。エレクトレット化された誘電体内では、電界が存在しなくても、誘電分極が残留している。エレクトレット繊維を含む不織布は、繊維の隙間で粉塵を物理的に捕捉するだけでなく、静電力によっても粉塵を捕捉するため、不織布の集塵効果を高めることができる（特許文献１参照）。

特開２０１４−６４９６９号公報

しかし、エレクトレット繊維が、粉塵で覆われると、静電力が失われ、粉塵を吸着する能力は大きく低下する。また、エレクトレット繊維を含む不織布は、エレクトレット繊維を含まない不織布に比べると、高価である。

上記に鑑み、本発明の一局面は、不織布と、前記不織布の表面に設けられた第１電極と、を具備し、前記第１電極は、電力の入力端子を有する、濾材に関する。

また、本発明の別の局面は、気体の吸い込み部と、気体の吐き出し部と、前記吸い込み部と前記吐き出し部との間に配置される、上記の濾材と、前記第１電極に電力を出力する出力端子と、を備える、空気清浄機に関する。

本発明の上記局面によれば、より安価な不織布を用いて、静電力による集塵効果を長期間維持することができる濾材、およびこれを具備する空気清浄機を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る濾材の構造を概念的に示す平面図である。図１に示す濾材のII−II線における断面図である。図１に示す濾材のIII−III線における断面図である。図３に示す濾材の変形例の断面図である。図３に示す濾材の別の変形例の断面図である。本発明の一実施形態に係る空気清浄機を模式的に示す一部切り欠き斜視図である。

本発明に係る濾材は、不織布と、不織布の表面に設けられた第１電極と、を具備し、第１電極は、電力の入力端子を有する。第１電極の入力端子から、電力を入力することにより、第１電極とともに不織布を帯電させることができる。よって、不織布がエレクトレット繊維を含まない場合でも、不織布を構成する繊維は、静電力によって粉塵を捕捉することができる。なお、濾材を構成する不織布は、エレクトレット繊維を含まなくてよいが、含んでもよい。

入力端子から第１電極への電力の入力を継続することにより、繊維が粉塵で覆われた後であっても、粉塵自体が帯電する。よって、静電力による集塵効果を長期間維持することができる。入力端子の位置は、特に限定されず、第１電極の露出部の任意の箇所を入力端子とすることができる。

第１電極を帯電させるには、第１電極に電流がほとんど流れないように、第１電極に開放端を設ければよい。この場合、通常、第１電極は開回路を形成しているため、入力端子から電力を入力しても、第１電極に電流がほとんど流れない。

第１電極に出力端子を設けるとともに、出力端子に高抵抗体を接続してもよい。例えば入力端子の電圧が１００Ｖならば、抵抗値が１ＭΩ以上の高抵抗体を用いればよい。これにより、電流値を、人に感知されないとされる０．５ｍＡ以下とすることができる。ただし、高抵抗体に継続的に微弱電流が流れると、発熱を伴うことがある。よって、高抵抗体は、濾材の外部に設けることが望ましい。

第１電極は、不織布の表面に導電性材料を配置するだけで形成することができる。このような作業は容易であるため、濾材の製造コストの上昇を抑制することができる。また、第１電極として、安価な金属箔を用いてもよい。例えば、接着剤を用いて、不織布の表面に金属箔を貼り付けることにより、第１電極を形成してもよい。ただし、不織布と第１電極との接合強度を高める観点からは、導電性粒子を用いて第１電極を形成することが望ましい。例えば、不織布の表面に、導電性粒子を含むインク（もしくはペースト）を塗布し、乾燥させることにより、第１電極を形成してもよい。不織布にインクを塗布する方法は、特に限定されず、例えば、インクを不織布の表面に印刷すればよい。

第１電極の少なくとも一部は、第１電極が設けられている不織布の表面から、不織布の空隙に侵入していることが好ましい。これにより、第１電極が、不織布にしっかりと固定され、剥がれにくくなる。よって、濾材を折り曲げまたは屈曲させてもよく、濾材をプリーツ加工することが容易となる。第１電極を導電性粒子から形成する場合には、第１電極を不織布の空隙に侵入させやすい。

本発明に係る濾材は、更に、第２電極を具備してもよい。このとき、第１電極と第２電極との間に不織布を介在させて第１電極と第２電極とを絶縁したり、第１電極と第２電極との間に高抵抗体を接続したりすることで、第２電極は第１電極とは異なる電位になる。第２電極を設けることで、濾材および濾材を内蔵する機器（空気清浄機など）を取り扱う際の安全性が向上する。第２電極を接地してもよい。これにより、安全性は更に向上する。第２電極を接地する場合、濾材を取り付ける機器の接地ラインに、第２電極を接続すればよい。

また、例えば、第１電極が負（マイナス）電荷を有し、第２電極が正（プラス）電荷を有する場合、第１電極で負電荷を受け取った粉塵を第２電極またはその近傍で捕捉することもできる。よって、集塵効果が向上する。

濾材は、更に、不織布を固定するための固定具（例えば、不織布の周囲を固定するための枠体）を具備してもよい。固定具もしくは枠体を具備することで、濾材を空気清浄機などの機器に装着しやすくなる。

不織布は、複数の繊維層を有する積層不織布であってもよい。積層不織布は、例えば、第１繊維層と、第１繊維層より緻密な第２繊維層と、を有することが望ましい。これにより、第１繊維層には、主に、濾材の機械的強度を保持する基材としての機能を持たせることができる。一方、緻密な第２繊維層には、主に、粉塵を捕捉する集塵機能を持たせればよい。

第２電極は、不織布の、第１電極を有する表面とは反対側の表面に設けてもよく、複数の繊維層の層間に設けてもよい。また、第２電極は、第１電極の周囲に沿うように設けてもよい。このとき、第２電極は、枠体に固定してもよい。

第１電極は、第１繊維層より、緻密な第２繊維層と結合しやすい。よって、積層不織布を用いるときは、第１電極を第２繊維層の外側の表面に設けることが好ましい。第１電極の不織布からの剥がれや、第１電極の断線が発生しにくくなるからである。また、導電性粒子を含むインクを第２繊維層の外側の表面に塗布する場合、インクの不織布への浸み込みの程度を制御しやすい。なお、外側の表面とは、他の繊維層との境界に対応する表面ではないオープンな表面である。

積層不織布は、更に、第２繊維層を構成する繊維よりも繊維径の小さい繊維を含む第３繊維層を具備してもよい。第３繊維層には、微小な粉塵を捕捉する集塵機能を持たせることができる。これにより、圧力損失と集塵効率とのバランスを取り易くなる。第３繊維層は、例えば、繊維径１μｍ未満のナノファイバで構成することが望ましい。この場合、第３繊維層の強度は低くなるが、第１繊維層と第２繊維層との間に第３繊維層を介在させることで、第３繊維層を保護することができる。

第１繊維層および／または第２繊維層を構成する繊維は、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド（ＰＡ）、セルロースなどを含むことが望ましい。これらは単独で用いてもよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。これらの材料は、帯電しやすく、静電力による集塵効果を高めることができるからである。なお、第３繊維層を構成する繊維は、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリウレタン（ＰＵ）などを含むことが好ましい。これらは単独で用いてもよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。

本発明に係る濾材は、例えば、気体の吸い込み部と、気体の吐き出し部と、吸い込み部と吐き出し部との間に配置される濾材と、を備える空気清浄機に使用することができる。空気清浄機は、第１電極の入力端子に電力を出力する出力端子を具備する。出力端子から第１電極の入力端子に電圧を印加することにより、第１電極が帯電し、これに伴って不織布が帯電する。入力端子から入力される電力は、逆電位が発生しないように、直流であることが望ましい。濾材が第２電極を有する場合、空気清浄機は、更に、第２電極と接続するための接地ラインを具備することが望ましい。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る濾材の構造を概念的に示す平面図であり、図２は、図１のII−II線における断面図であり、図３は、図１のIII−III線における断面図である。

濾材１００は、不織布１０と、不織布１０の表面に設けられた第１電極２０とを具備する。図１に示すように、第１電極２０は、電力の入力端子２２と、開放端２４とを有する。不織布１０は、図２に示すように、その表面に形成された第１電極２０とともに折り曲げられ、プリーツ加工されている。

第１電極２０の一部は、図３に示すように、第１電極２０が設けられている不織布１０の表面から不織布１０を構成する繊維間の空隙に侵入している。すなわち、第１電極２０を構成する導電性材料の一部は、不織布１０を構成する繊維と複合化されている。よって、不織布１０は、第１電極２０の電位の影響を受けやすく、第１電極２０が帯電すると、不織布１０も帯電する。

濾材１００は、不織布１０の周囲を囲む枠体３０に固定されている。枠体３０は、第１または第２電極との短絡を防止する観点から、導電性を有さない材料で構成されていることが望ましく、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのプラスチック、紙などで形成されている。なお、枠体を金属で形成する場合、枠体自身を第２電極と見なすことができる。

濾材１００は、第２電極４０を具備し、第２電極４０は枠体３０の一辺に固定されている。よって、第２電極４０で不織布１０が覆われることがなく、第２電極４０は集塵の障害にならない。第２電極４０は、不織布１０および枠体３０を介して、第１電極２０から完全に絶縁されている。

枠体３０の別の一辺には、第１電極２０の入力端子２２に対応するように、空気清浄機などの機器が具備する電源ラインの出力端子（図示せず）を挿入するための開口部３２が設けられている。枠体３０を機器に装着すると、機器に備え付けられた出力端子が第１電極２０の入力端子２２に接触する。その際、第２電極４０は、機器に備え付けられた接地ラインに接触する。

次に、不織布１０について詳細に説明する。
不織布１０は、図３に示すように、単層の繊維層であってもよく、図４、５に示す変形例のように、複数の繊維層を有する積層不織布であってもよい。単層の繊維層で形成された不織布は、製造が容易であるため、低コストで濾材を製造することができる。ただし、圧力損失をできるだけ低減し、かつ集塵効率を高める観点からは、積層不織布を用いることが望ましい。また、濾材１００のプリーツ加工を行う場合、折り曲げ加工性に優れ、骨材の機能を有する繊維層（基材）を含むことが望ましい。基材となる繊維層は、必ずしも、優れた集塵機能を有する必要はない。

図４に示す積層不織布１０Ａのように、第１繊維層１１と、第１繊維層１１より緻密な第２繊維層１２とを具備する場合、第１繊維層１１に基材としての機能を持たせ、第２繊維層１２に集塵機能を持たせることができる。このとき、第１繊維層１１は、目の粗い疎な構造でもよい。第２繊維層１２は、高い集塵効果を発揮できるように、第１繊維層１１を構成する繊維（以下、第１繊維）よりも、繊維径の小さい繊維（以下、第２繊維）で構成してもよい。第１繊維層１１と第２繊維層１２とは、接着剤を用いて接着すればよい。

圧力損失と集塵効率とのバランスを考慮すると、図５に示すように、第１繊維層１１と、第１繊維層１１より緻密な第２繊維層１２と、第２繊維よりも繊維径の小さい繊維（以下、第３繊維）を含む第３繊維層１３と、を具備する積層不織布１０Ｂを用いることが望ましい。第３繊維層１３は、微小な粉塵を捕捉する集塵機能を有する。第３繊維は、ナノファイバであることが望ましい。

第３繊維は、繊維径が小さいため、強度が低くなる傾向がある。よって、第３繊維層１３は、第１繊維層１１と第２繊維層１２との間に介在させることが望ましい。このとき、第２繊維層１２は、第３繊維層１３を保護するとともに、比較的大きな粉塵を捕捉する機能を有する。

第１繊維層または第３繊維層１３と、第２繊維層１２とは、接着剤を用いて接着すればよい。一方、第３繊維層１３は、第１繊維層１１にダイレクトに接着することが望ましい。例えば、第３繊維が電界紡糸により生成されるナノファイバである場合には、第１繊維層１１の表面に、電界で生成させた直後の溶剤を含んだナノファイバを堆積させればよい。溶剤を含んだナノファイバは、接着剤を用いることなく、第１繊維に接着させることができる。その後、ナノファイバに残留する溶剤を乾燥により除去すればよい。ただし、接着強度が不足する場合には、第１繊維層１１と第３繊維層１３との間に接着剤を用いてもよい。このとき、第１繊維層１１と第３繊維層１３との間に介在する接着剤で、同時に第１繊維層１１および／または第３繊維層１３と、第２繊維層１２とを接着することもできる。

次に、第１繊維層１１、第２繊維層１２および第３繊維層１３を具備する積層不織布１０Ｂの好ましい一実施形態について更に説明する。
本実施形態に係る第１繊維層１１は、積層不織布１０Ｂの形状を保持する基材として機能する。積層不織布をプリーツ加工する場合、第１繊維層１１が基材となって、プリーツの形状を保持する。

第１繊維層１１は、第１繊維を含む。第１繊維の材質は特に限定されず、例えば、ガラス繊維、セルロース、アクリル樹脂、ポリオレフィン（ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）など）、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレートなど）、ＰＡあるいはこれらの混合物が挙げられる。なかでも、形状保持の観点から、第１繊維の材質は、ＰＥＴまたはセルロースが好ましい。第１繊維の平均繊維径Ｄ１は特に限定されず、例えば１μｍ〜４０μｍ、もしくは５μｍ〜２０μｍである。

平均繊維径Ｄ１とは、第１繊維の直径の平均値である。第１繊維の直径とは、第１繊維の長さ方向に対して垂直な断面の直径である。そのような断面が円形でない場合には、最大径を直径と見なしてよい。また、第１繊維層の一方の主面の法線方向から見たときの、第１繊維の長さ方向に対して垂直な方向の幅を、第１繊維の直径と見なしてもよい。平均繊維径Ｄ１は、例えば、第１繊維層に含まれる任意の１０本の第１繊維の任意の箇所の直径の平均値である。後述する平均繊維径Ｄ２およびＤ３についても同じである。

第１繊維層１１は、例えば、スパンボンド法、乾式法（例えば、エアレイド法）、湿式法、メルトブロー法、ニードルパンチ法等により製造された不織布であり、その製造方法は特に限定されない。なかでも、基材として適する不織布が形成され易い点で、第１繊維層１１は、湿式法により製造されることが好ましい。

第１繊維層１１の圧力損失も特に限定されない。第１繊維層１１の初期の圧力損失は、ＪＩＳＢ９９０８形式１の規格に準拠した測定機を用いて測定した場合、例えば０．１Ｐａ〜５０Ｐａ程度であることが好ましく、０．５Ｐａ〜２０Ｐａ程度であることがより好ましい。第１繊維層１１の初期の圧力損失がこの範囲であれば、積層不織布全体の圧力損失も抑制される。

第１繊維層１１の厚さＴ１は、圧力損失の観点から、５０μｍ〜５００μｍであることが好ましく、１５０μｍ〜４００μｍであることがより好ましい。繊維層の厚さＴとは、例えば、繊維層の任意の１０箇所の厚さの平均値である（以下、同じ）。厚さとは、繊維層の２つの主面の間の距離である。繊維層の厚さＴは、具体的には、繊維層の断面写真を撮影し、繊維層の一方の主面上にある任意の１地点から他方の主面まで、一方の表面に対して垂直な線を引いたとき、この線上にある繊維のうち、最も離れた位置にある２本の繊維の外側（外法）の距離として求められる。他の任意の複数地点（例えば、９地点）についても同様にして繊維層の厚さを算出し、これらを平均化した数値を、繊維層の厚さＴとする。上記厚さＴの算出に際しては、二値化処理された画像を用いてもよい。

同様の観点から、第１繊維層１１の単位面積当たりの質量は、１０ｇ／ｍ²〜２００ｇ／ｍ²であることが好ましく、１５ｇ／ｍ²〜１００ｇ／ｍ²であることがより好ましい。

次に、第２繊維層１２は、比較的大きな粉塵を集塵する機能を有するとともに、種々の外部負荷から第３繊維層１３を保護する機能を有する。

第２繊維層１２は、第２繊維を含む。第２繊維の材質は、特に限定されず、第１繊維と同じ材質が例示できる。なかでも、第１電極の帯電の影響を受けて帯電されやすい点で、ポリオレフィン（特にＰＰ）が好ましい。第２繊維の平均繊維径Ｄ２は、特に限定されない。平均繊維径Ｄ２は、例えば、０．５μｍ〜２０μｍであり、５μｍ〜２０μｍである。

第２繊維層１２は、第１繊維層１１と同様に、様々な方法で製造することができ、その製造方法は特に限定されない。なかでも、濾材として適する繊維径の細い繊維が形成され易い点で、第２繊維層１２は、メルトブロー法により製造されることが好ましい。

第２繊維層１２は、第１繊維層１１より緻密であるため、第２繊維層１２の圧力損失は、第１繊維層１１の圧力損失より大きくてもよい。第２繊維層１２の初期の圧力損失は、上記と同様の条件で測定する場合、０．１Ｐａ〜５０Ｐａ程度であることが好ましく、０．５Ｐａ〜２０Ｐａ程度であることがより好ましい。第２繊維層１２の初期の圧力損失がこの範囲であれば、積層不織布全体の圧力損失も抑制される。

第２繊維層１２の単位面積当たりの質量は、１０ｇ／ｍ²〜２００ｇ／ｍ²であることが好ましく、１５ｇ／ｍ²〜１００ｇ／ｍ²であることがより好ましい。第２繊維層１２の上記質量がこの範囲であると、圧力損失を抑制しながら、高い集塵効率を発揮し易い。

第２繊維層１２の厚さＴ２は、圧力損失を考慮すると、５０μｍ〜５００μｍであることが好ましく、１５０μｍ〜４００μｍであることがより好ましい。

次に、第３繊維層１３は、第１繊維の平均繊維径Ｄ１および第２繊維の平均繊維径Ｄ２よりも小さい平均繊維径Ｄ３を有する第３繊維を備えており、微小な粉塵を捕捉する機能を有する。平均繊維径Ｄ３は、平均繊維径Ｄ２の１／１０以下（Ｄ３≦Ｄ２／１０）であることが好ましく、Ｄ３≦Ｄ２／１００であることがより好ましい。また、平均繊維径Ｄ３は、平均繊維径Ｄ２の１／１０００以上であることが好ましい。平均繊維径Ｄ３がこの範囲であれば、圧力損失が抑制されるとともに集塵効率が高くなり易い。具体的には、第３繊維は、平均繊維径Ｄ３が１μｍ未満であるナノファイバであることが好ましく、平均繊維径Ｄ３は３００ｎｍ以下であることがより好ましい。また、平均繊維径Ｄ３は３０ｎｍ以上であることが好ましく、５０ｎｍ以上であることがより好ましい。

第３繊維層１３の単位面積当たりの質量は、０．０１ｇ／ｍ²〜１０ｇ／ｍ²であることが好ましく、０．０１ｇ／ｍ²〜５ｇ／ｍ²であることがより好ましく、０．０１ｇ／ｍ²〜１．５ｇ／ｍ²もしくは０．０３ｇ／ｍ²〜３ｇ／ｍ²であることが特に好ましい。第３繊維層１３の上記質量がこの範囲であると、圧力損失を抑制しながら、高い集塵効率を発揮し易い。

第３繊維の材質は特に限定されず、例えば、ＰＡ、ＰＩ、ＰＡＩ、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリサルホン（ＰＳＦ）、ＰＥＳ、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ＰＶＤＦ、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡｃ）、ＰＰ、ＰＥＴ、ＰＵ等のポリマーが挙げられる。これらは、単独あるいは２種以上を組み合わせて用いてもよい。なかでも、第３繊維を電界紡糸法により形成する場合、ＰＥＳが好ましく用いられる。また、平均繊維径Ｄ３を細くし易い点で、ＰＶＤＦが好ましく用いられる。

第３繊維層１３の厚さＴ３は、圧力損失の観点から、１０μｍ以下であることが好ましく、０．５μｍ〜５μｍであることがより好ましい。なお、第３繊維層１３の初期の圧力損失は、上記と同様の条件で測定する場合、５Ｐａ〜４０Ｐａ程度であることが好ましい。

第３繊維の少なくとも一部は、第１繊維層１１を構成する第１繊維同士の間隙に入り込んでいてもよい。このとき、第３繊維層１３は、第１繊維および第３繊維により形成される複合層を含む。この場合、厚さＴ３は、複合層を含む第３繊維層１３の厚さである。

なお、積層不織布の構造は上記に限られず、例えば第２繊維層１２を有さず、第１繊維層１１と第３繊維層１３と、を具備する２層構造を有してもよい。

次に、第１電極２０について詳細に説明する。
第１電極２０は、例えば、導電性粒子を含むインクを不織布１０の表面に印刷することにより形成することができる。このとき、不織布１０の空隙の大きさと導電性粒子のサイズとを適切に選択することで、第１電極２０の少なくとも一部を、不織布１０の表面から不織布１０の空隙に侵入させることができる。

導電性粒子としては、金属粒子、導電性を有する炭素粒子などを用いることができる。金属粒子を構成する金属としては、銀、銅、金、白金、パラジウム、ニッケル、鉄、コバルト、アルミニウム、スズ、亜鉛などが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。金属粒子として、合金粒子を用いてもよい。炭素粒子としては、カーボンブラックを用いることができる。カーボンブラックとしては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、サーマルブラックなどが挙げられる。

導電性粒子の中でも、平均粒径が１μｍ未満である金属粒子（以下、金属ナノ粒子）は、不織布１０の隙間に侵入しやすく、かつ第１電極が劣化しにくい点で好ましい。金属ナノ粒子の中でも、銅ナノ粒子を用いると、第１電極の製造コストを低減でき、かつ良好な導電性を有する第１電極を得ることができる。また、銀ナノ粒子を用いると、製造コストは高くなるが、より高い導電性を有する第１電極を得ることができる。インク中に含まれる金属ナノ粒子の量は、例えば１０〜６０質量％であればよい。

金属ナノ粒子の平均粒径（体積基準の粒度分布におけるメディアン径）は、１ｎｍ〜２００ｎｍであることが好ましく、1ｎｍ〜５０ｎｍであることがより好ましい。粒度分布は、動的光散乱式またはレーザ回折式の粒度分布測定装置で測定すればよい。

インクには、導電性粒子の他に、分散剤、バインダ、接着促進剤、表面張力調整剤、消泡剤、レベリング剤、レオロジー調整剤、イオン強度調整剤などを含ませることができる。分散剤は、導電性粒子を安定化させ、粒子の凝集を抑制する作用を有する。バインダは、インクの塗膜の形状維持および／または導電性粒子と不織布との接着に寄与する。バインダには、有機高分子材料を用いることができる。

金属ナノ粒子の表面から分散剤が除去されると、金属ナノ粒子同士が凝集し、互いに融合して、バルク金属が形成される。その結果、良好な導電性を有する第１電極が形成される。

分散剤としては、例えば金属原子に配位可能な極性官能基を有する有機化合物、様々なイオン性ポリマーまたは非イオン性ポリマーなどを用いることができる。イオン性ポリマーまたは非イオン性ポリマーは、ポリアミン、ポリエチレンイミン、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、イソステアリルエチルイミダゾリニウムエトサルフェート、オレイルエチルイミダゾリニウムエトサルフェート、リン酸変性ホスフェートポリエステルコポリマー、スルホン化スチレン無水マレイン酸エステルなどを含む。

インク中に含まれる分散剤の量は、導電性粒子１００質量部に対して、例えば１質量部〜３０質量部であることが好ましい。分散剤の量がこのような範囲である場合、導電性粒子の凝集が抑制されるとともに、第１電極の抵抗を低減できる。

インク中に含まれるバインダの量は、導電性粒子１００質量部に対して、例えば５質量部〜５０質量部であることが好ましい。バインダの量がこのような範囲である場合、第１電極と不織布との適度な接着強度を確保できるとともに、第１電極の抵抗を低減できる。

インクの固形分を分散または溶解させる液状成分としては、水を用いてもよいが、有機溶媒を用いることが望ましい。有機溶媒としては、アルコール、エーテル、エステル、ケトン、炭化水素などが挙げられる。より具体的には、例えば、メタノール、エタノール、テトラヒドロフラン、酢酸エチル、アセトン、エチルメチルケトン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、ドデカン、テトラデカンなどを用いることができる。

インクの塗布方法は、特に限定されず、スクリーン印刷、インクジェット印刷などの手法で不織布の表面に塗布すればよい。また、導電性粒子として金属ナノ粒子を用いる場合には、不織布に塗布された金属ナノ粒子に光照射して、金属ナノ粒子を光焼結させてもよい。この場合、光照射することで金属ナノ粒子の表面から離脱する分散剤を用いればよい。分散剤が脱離すると、金属ナノ粒子同士がダイレクトに接触し合う状態となり、自動的に焼結プロセスが進行する。複数の金属ナノ粒子が結合することで、導電性を示すバルク金属が生成する。

濾材１００の全体をできるだけ均一に帯電させる観点からは、第１電極２０が不織布１０の表面のできるだけ多くの領域を覆っていることが望ましい。一方、第１電極２０が集塵に対する大きな障害にならないように、第１電極２０で覆われない不織布１０の表面を十分に残すことも重要である。以上を考慮すると、第１電極２０の形状は、特に限定されないが、図１に示すような螺旋状の他、櫛形などの形状が望ましい。不織布１０の第１電極２０が形成されている側の表面のうち、第１電極２０で覆われる面積の割合は、平面視で０．１％〜１０％程度とすることが望ましい。

第１電極２０の不織布１０の表面からの侵入距離Ｄは、第１電極２０の材料コストを低減するとともに、断線しにくい十分な厚さを確保する観点から、１０μｍ以上であることが望ましく、材料コストの増大を抑制する観点からは、８０μｍ以下であることが望ましい。また、侵入距離Ｄは、不織布の厚さの５％〜３０％に制限することが望ましい。ここで、侵入距離Ｄは、導電性材料と不織布１０を構成する繊維との複合領域の厚さである。侵入距離Ｄは、第１電極２０が形成されている不織布１０の表面から、複合領域と繊維のみの領域との境界（具体的には、複合領域と繊維のみの領域との境界の粗さ曲線の平均線）までの距離として求められる。

次に、第２電極４０について詳細に説明する。
第２電極４０は、不織布１０を帯電させるものではないため、不織布１０との接触面積は小さくてもよい。また、第２電極４０は、第１電極２０と同一の繊維層に設けられていてもよく、第１電極２０と繊維層を介して対向していてもよい。第２電極４０を不織布１０の内部に侵入させることで不織布１０に担持してもよい。ただし、第１電極２０と第２電極４０との距離が離れ過ぎると、第２電極４０を設けることによる効果が小さくなる。以上より、第２電極４０は、できるだけ濾材１００による集塵の障害とならないように、不織布１０の周縁部、枠体などに設けることが望ましい。

第２電極４０は、第１電極２０と同様に、導電性粒子を含むインクを用いて形成することもできるが、より安価な金属箔、金属線などで形成してもよい。第２電極４０を構成する金属としては、第１電極２０と同様の材料を用いることもできる。

次に、本発明に係る空気清浄機について詳細に説明する。
空気清浄機２００は、図６に示すように、気体の吸い込み部２０１と、気体の吐き出し部２０２と、これらの間に配置される濾材１００と、を備える。空気清浄機２００は、吸い込み部２０１から外部の空気を空気清浄機２００の内部に取り込む。取り込まれた空気は濾材１００を通過し、その際に、空気中に含まれる粉塵が濾材に捕捉される。そして、粉塵が除かれ、清浄化された空気が、吐き出し部２０２から外部に放出される。

濾材１００は、不織布１０、不織布１０の表面に形成された第１電極２０、不織布１０の周囲を固定する枠体３０、および枠体３０に固定された第２電極４０を具備する。一方、空気清浄機２００は、外部電源と接続された電源ライン２１０と、電気を外部に逃がすための接地ライン２２０とを有する。電源ライン２１０は、電圧を第１電極２０の入力端子２２に印加するための出力端子２１１を有する。出力端子２１１は、濾材１００を空気清浄機２００に装着したときに、枠体３０の開口部３２を通って入力端子２２に接続されるように配置されている。接地ライン２２０は、濾材１００を空気清浄機２００に装着したときに、第２電極４０と接触するように配置されている。

出力端子２１１から第１電極２０に、常時、電圧を印加することで、第１電極２０と不織布１０とが帯電するだけでなく、濾材１００に吸着された粉塵自身も帯電する。そのため、空気清浄機２００は、長期間にわたって静電力による集塵を継続することができる。一方、第２電極４０が接地ラインに接続されているため、枠体３０はほとんど帯電せず、枠体３０およびその周辺部品に静電気が溜まることは避けられる。これにより、高い安全性が確保される。

空気清浄機２００は、図６に示すように、吸い込み部２０１と濾材１００との間に、更に、大きな塵を捕捉するプレフィルタ２０３を備えてもよく、濾材１００と吐き出し部２０２との間に、更に、消臭フィルタ２０４を備えてもよい。また、空気清浄機２００は、更に、加湿フィルタ（図示せず）等を備えてもよい。

本発明に係る濾材は、空気清浄機もしくは空調機の集塵用の濾材として好適である。

１０：不織布、１０Ａ，１０Ｂ：積層不織布、１１：第１繊維層、１２：第２繊維層、１３：第３繊維層、２０：第１電極、２２：入力端子、２４：開放端、３０：枠体、３２：開口部、４０：第２電極、１００：濾材、２００：空気清浄機、２０１：吸い込み部、２０２：吐き出し部、２０３：プレフィルタ、２０４：消臭フィルタ、２１０：電源ライン、２１１：出力端子、２２０：接地ライン

Claims

不織布と、
前記不織布の表面に設けられた第１電極と、を具備し、
前記第１電極は、電力の入力端子を有する、濾材。
前記第１電極は、開放端を有する、請求項１に記載の濾材。
前記第１電極の少なくとも一部は、前記表面から前記不織布の空隙に侵入している、請求項１または２に記載の濾材。
更に、第２電極を具備し、
前記第１電極と、前記第２電極との間に、前記不織布が介在することにより、前記第１電極と前記第２電極とが絶縁されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の濾材。
更に、前記不織布の周囲を固定するための枠体を具備し、
前記第２電極は、前記枠体に固定されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の濾材。
前記不織布は、複数の繊維層を有する積層不織布であり、
前記積層不織布は、第１繊維層と、前記第１繊維層より緻密な第２繊維層と、を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の濾材。
前記第１電極は、前記第２繊維層の外側の前記表面に設けられている、請求項６に記載の濾材。
前記積層不織布は、更に、第３繊維層を有し、
前記第３繊維層は、前記第２繊維層を構成する繊維よりも繊維径の小さい繊維を含み、
前記第３繊維層は、前記第１繊維層と前記第２繊維層との間に介在している、請求項６または７に記載の濾材。
前記第１繊維層および／または前記第２繊維層が、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミドおよびセルロースよりなる群から選択される少なくとも１種を含む繊維を含む、請求項６〜８のいずれか一項に記載の濾材。
気体の吸い込み部と、
気体の吐き出し部と、
前記吸い込み部と前記吐き出し部との間に配置される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の濾材と、
前記第１電極に電力を出力する出力端子と、を備える、空気清浄機。