JP2017503139A - 空気品質インジケータ - Google Patents

Abstract

目的とする環境中の高微粒子濃度を示すための空気品質インジケータ。本インジケータは、第１及び第２の空気濾材を維持するフレームを含む。第１の空気濾材は、少なくとも微粒子を含有する空気流に曝された際の視覚的外観（例えば、色）の変化の点で、第２の空気濾材とは異なる。【選択図】図１Ａ

Description

本開示は、空気品質インジケータに関する。より具体的には、本開示は、空中浮遊微粒子濃度の高い簡単に使用できるインジケータに関する。

空気品質に対する関心が世界の多くの地域で高まっている。高い関心が寄せられている空気品質パラメータの１つが、微粒子状物質の微粒子の量の濃度である。微粒子又は微粒子状物質は、２．５μｍ以下の直径を有する粒子と一般に指定されており、従来、「ＰＭ_２．５」という略語で呼ばれている。空中浮遊微粒子は、特に比較的閉ざされた領域で濃度が高い場合に、重大な健康上のリスクを及ぼし得る。

室内空気清浄機、ＨＶＡＣフィルタ、及び他のフィルタベースのシステムは、空気から粒子を除去するために広く利用されており、屋内の空気品質を高めるうえで極めて有用である。屋内空気濾過システムと共に利用される濾材は進化し続けている。より最近では、微粒子を容易に捕捉する屋内で使用可能な濾材が開発されている。濾材の静電処理は、微粒子物質を捕捉する濾材の能力を著しく高めることが知られている。高静電荷プロセス及び材料を含めることによって、高い微粒子効率及び低い空気流抵抗の両方を有する濾材（例えば、３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ（ミネソタ州セントポール）から入手可能なもの）を製造することができる。

広く利用可能であるにもかかわらず、多くの住居及びオフィス空間環境では微粒子空気品質に対する解決策がうまく利用されていない。これは、（屋外では微粒子は煙霧を生成し得るが）屋内にいるときに、人の感覚が空中浮遊微粒子の存在を高い濃度であっても容易に感知することができないという単純な事実により、微粒子濃度の上昇を考慮するか、又はこれに対処することができないことが原因であると憶測される。空中浮遊微粒子の存在がある特定の環境で生活する人又は働く人の注意を引かなければ、微粒子濾過技術を利用しようという動機はほとんど生じない可能性がある。これは、大きな粒子の空気品質管理を行う何らかの試み（例えば、大きな粒子のみを除去するのに適した濾材）が行われている環境では特に厄介な問題になる場合があり、これらの状況下では、その環境で生活する人又は働く人は、実際には潜在的に危険な濃度の微粒子が存在しているときに全体の空気品質が許容範囲内であるという誤った印象を持つ可能性がある。残念ながら、世界中の多くの地域で過剰に高い微粒子（ＰＭ_２．５）濃度が報告され続けている。基準点として、典型的には時間に対する空気の単位体積当たりの全粒子重量で表される（例えばμｇ／ｍ^３）、許容される微粒子濃度が様々な政府事業体によって開発されている。例えば、２０１２年にＵＳ ＥＰＡは１日当たりのＰＭ_２．５空気品質基準を３５μｇ／ｍ^３と改めて表明し、年間基準を１２μｇ／ｍ^３に下方修正した。上海及び北京などの中国の主要都市からの近年の空気品質測定値は、秋、冬、及び春に１００μｇ／ｍ^３を上回るＰＭ_２．５を日常的に示しており、５００μｇ／ｍ^３を上回ることもある。

空気中の微粒子濃度を測定するためのセンサシステムがよく知られており、非常に正確なデータを得ることができるものであるが、それらのセンサシステムは高価であり、操作が比較的複雑である。科学者及び他の研究専門家は、これらのセンサシステムが提供することのできる詳細な情報を必要とし、かつそれに依存しているため、それらのコストを正当化している。対照的に、全体的なスケールで微粒子濃度を概ね理解することに関心のある人は、詳細なデータを必要とせず、利用可能なセンサ機器に投資することはない。実際には、微粒子濃度センサによって生成されるデータは、特定の値の意味を正しく認識することはないであろう世間一般の人にとってはほとんど意味を持たない場合がある。手短に言えば、既存の微粒子濃度センサ技術は、目的とする環境が高微粒子濃度を有しているかの判定を望む人にとって有用な選択肢ではない。

一般に増加しつつある空気品質悪化を空気品質の問題に対する意識の高まりと併せて考慮して、実際の空気品質及び空気品質の対処手段の必要性の両方を示す単純な解決策が必要とされている。

本開示の原理に従ういくつかの態様は、目的とする環境中の高微粒子濃度を示すための空気品質インジケータを対象とする。かかるインジケータは、第１及び第２の空気濾材を保持するフレームを有する。第１の空気濾材は、少なくとも微粒子を含有する空気流に曝された際の視覚的外観（例えば、色）の変化の点で、第２の空気濾材とは異なる。

いくつかの実施形態では、第１の空気濾材は高効率濾材（例えば高度に静電荷で帯電されたもの）であり、第２の空気濾材は低効率濾材（例えば帯電されていないか又はわずかに帯電されたもの）である。１つのインジケータに高効率濾材と低効率濾材を組み合わせることによって、インジケータに、はじめは同様（又は同じ）に見えても汚染空気に曝露されると異なる速度で色を変化させる２つの平行な負荷表面を提供することができる。このように、インジケータは、サンプリングされる場所の空気の品質に関する情報を提供することができ、使用者に、その環境の屋内空気品質を向上させるために静電荷で帯電された濾材を追加する利点について知らせることができる。油性の汚染物質に対する静電荷の耐久性を高める表面フッ素化などの処理が、特に汚染空気中で有益であり得る。

いくつかの実施形態では、インジケータを通過する能動空気流が、第１の空気濾材の視覚的外観に明確な変化をはっきりと生じさせるのに有益であり得る。かかるインジケータを取り付けることのできるいくつかの空気移動装置としては、空気清浄機の吸入口又はフィルタの上流側、フィルタのＨＶＡＣの上流側、小型ファン、室内用又は携帯型エアコンディショナーの吸入口側、及びＨＶＡＣシステムの給気又は還流ダクトが挙げられる。インジケータには、それ自体の空気移動装置が設けられてもよい。

空気品質インジケータが、上述の空気移動装置のうちの１つの一部分のみ、多くの場合ごく部分のみを一般に覆ってもよいことが想定される。これにより、インジケータは、全体の空気移動表面を通過して流れる空気に対する部分的な障壁として機能する。空気は、空気品質インジケータを通過するのではなく、空気品質インジケータの周りを優先的に流れようとする。したがって、インジケータに高効率であるが圧力低下が極めて低い濾材を提供する能力が、いくつかの実施形態において、空気品質を適切に示すのに十分な空気をインジケータに通過させるうえで重要である場合がある。

かかるインジケータをＨＶＡＣフィルタの下流で使用するための方法も企図される。具体的には、インジケータを低効率（帯電されていない濾材など）フィルタの下流で使用することによって、消費者に、フィルタが空気中の粒子の相当部分を濾過していないが、静電フィルタが消費者の空間に改善された濾過をもたらすことができることを示すことができる。このアプローチは、上流のフィルタが、微粒子に対して低効率であったとしても、インジケータで「偽陽性」の汚れた外観を構成し得る非常に大きな粒子状物質の大半を捕捉すると考えられるため、特に好ましいものであり得る。

本開示の原理従う空気品質インジケータの簡略化された正面平面図である。 本開示の原理に従う別の空気品質インジケータの簡略化された斜視図である。 平らな状態のフレームを示す、図１Ａのインジケータの簡略化された上面図である。 目的とする環境に設置された図１のインジケータの概略図である。 図１のインジケータ及び従来の空気フィルタを含む、本開示の原理に従う空気品質インジケータシステムの簡略化された正面平面図である。 図１のインジケータ及び空気移動装置を含む、本開示の原理に従う別のインジケータシステムの概略図である。 本開示の原理に従う別の空気品質インジケータの簡略化された側面図である。 本開示のいくつかの実施例に従って作製された試料インジケータの簡略化された正面平面図である。 様々な試験評価後の図６の試料インジケータの写真を提示する。 本開示のいくつかの実施例に従って作製された別の試料インジケータの簡略化された正面平面図である。 様々な試験評価後の図８の試料インジケータの写真を提示する。 様々な試験評価後の図８の試料インジケータの写真を提示する。

本開示の原理に従う空気品質インジケータ２０の一実施形態が図１に示されている。空気品質インジケータ２０は、第１の空気濾材２４及び第２の空気濾材２６を保持するフレーム２２を有している。様々な構成要素の詳細が以下に提供される。大まかに言えば、フレーム２２は比較的小さく、濾材２４、２６を並列配置で保持している。第１及び第２の空気濾材２４、２６は様々な形態を取ることができ、いずれも一般的に空気流をその厚さに通過させることができる（すなわち、図１のページの内外に）。第１の空気濾材２４は、少なくとも微粒子を含有する空気流に比較的短時間（例えば１〜１０日間程度）曝された際の視覚的外観の変化速度の点で、第２の空気濾材２６とは異なる。高いＰＭ_２．５特性を有する空気流に応じた視覚的外観の変化は、空気濾材２４、２６の微粒子を捕捉する能力の関数であり得る（例えば、第１の空気濾材２４が容易に微粒子を捕捉できるのに対して、第２の空気濾材２６は微粒子を捕捉したとしても捕捉の程度はかなり低い）。このような構成で、空気品質インジケータ２０が、目的とする環境、例えば強制空気流が常に存在する場所に配置されてもよる。空気流がより高濃度の微粒子を含む状況下では、経時的に第１の空気濾材２４の視覚的外観が第２の空気濾材２６の視覚的外観とははっきりと異なるようになるため、使用者にその環境中に高微粒子濃度が存在することを知らせる。

フレーム２２は様々な形態を取ることができ、予想される空気流速度の存在下（例えば約０．０２〜２．０ｍ／秒）で濾材２４、２６をしっかりと保持するように一般に構成されている。フレーム２２は、板紙、厚紙、波形ファイバーボード、プラスチック、波形プラスチック、又は他の安価な材料で作製されてもよい。あるいは、フレーム２２は、金属のようなより剛性材料で構成されてもよい。フレーム２２は、濾材２４、２６がそれぞれ保持された一対の窓２８、３０を形成又は画定する。これにより、濾材２４、２６は、窓２８、３０においてインジケータ２０の外部環境、より具体的には空気流に曝露される。

フレーム２２は、インジケータ２０の全設置面積を規定し、例えば６インチ以下、あるいは４インチ以下、あるいは約３インチの長さ、４インチ以下、あるいは２インチ以下、あるいは約１インチの幅を有する比較的小さなものである。他の寸法（例えば６インチを超える長さ及び／又は４インチを超える幅）も想定される。更に、フレーム２２が長方形の外周を有するものとして示されているが、他の形状も許容される（例えば、正方形、円形、不規則形状など）。他の実施形態では、フレーム２２、ひいてはインジケータ２０の小さなサイズ又は設置面積は、インジケータ２０の表面積、例えば、２４平方インチ以下、あるいは１６平方インチ以下、あるいは１０平方インチ以下、いくつかの実施形態では約３平方インチの表面積を基準に特徴付けられてもよい。

上記の説明によって証明されるように、いくつかの実施形態において、フレーム２２は、インジケータ２０の価格を抑え、かつ簡単に製造できるものにするように単純な形状及び構成であることが望ましい。他の実施形態では、フレーム２２は、インジケータ２０の所望の場所での取り付けを促進する１つ以上の更なる構成要素を組み込んでもよく、又はそれに組み立てられてもよい。例えば、また以下により詳細に記載されるように、フレーム２２の主面が感圧接着剤又は他の接着剤組成物を有するか、又はこれでコーティングされてもよい。他の実施形態では、１つ以上の締着具（例えばフック、ベルクロ（商標）など）がフレーム２２の主面のうちの１つに組み立てられてもよく、又はそれに設けられてもよい。

フレーム２２が一体形成された構成要素として記載れているが、他の構成も想定される。例えば、フレーム２２は、別々に形成され、後に組み立てられる（例えばフレーム２２を空気濾材２４、２６に取り付けるときに）２つ以上の部分からなってもよい。他の実施形態では、第１及び第２の空気濾材２４、２６はそれぞれ、１つのフレーム又はハウジングとともに形成されるか、又はそれに組み立てられて、これらの２つの空気濾材フレーム又はハウジングが後に互いに組み立てられて、全体で１つのフレーム２２になってもよい。

フレーム２２は、図に示され、記載されるように、比較的平らな形状を有し得る。他の実施形態では、本開示のインジケータは、例えばある特定の予想される設置場所での使用を促進するために、より三次元的な特性を有するフレーム構成を組み込んでもよい。図１Ａは、フレーム２２’及び空気濾材２４、２６を有する任意の一実施形態のインジケータ２０’を示している。フレーム２２’は、本明細書の別の箇所で記載される空気濾材２４、２６を保持するように構成されており、空気流を濾材２４、２６に向ける一方で、濾材２４、２６を例えばスプリット型エアコンディショナーの空気吸入口のような設置場所に対して便利な視認位置に保持するように更に構成されている。

フレーム２２’は、使用者によって平らな状態（図１Ｂ）から図１Ａの最終状態に組み立てられるように構成されていてもよい。最終状態では、フレーム２２’は、前方パネル３２、互いに対向する側面パネル３４（そのうちの一方が図１Ａで可視的である）、及び上部パネル３６を画定する。パネル３２〜３６を組み合わせて、能動空気流表面を覆うようにして組み立てられる吸入口３８（図１Ａに大まかに示される）を画定し、空気流はパネル３２〜３６によって空気濾材２４、２６に向けられる。本開示のフレームは、他のいくつかの形状及び構成を有し得る。

図１に戻って、第１及び第２の空気濾材２４、２６はいくつかの点で似ており、空気流を（極めて低い圧力低下で）通過させることができ、以下に記載される概ね同様のベース材料で構成されている。更に、空気流に曝露される前（例えばインジケータ２０の使用前）に、空気濾材２４、２６は、例えば同様の色（例えば白、オフホワイトなど）などの同様の視覚的外観を有することができる。しかしながら、第１の空気濾材２４が微粒子を捕捉するうえで非常に効率が高い一方で、第２の空気濾材２６はせいぜい低い効率を呈するのみである。捕捉された微粒子は、第１の空気濾材２４の個々の繊維の表面を覆い、経時的に濾材２４全体の色を暗くし、同じ微粒子は第２の空気濾材２６上では容易に集積しないため、第２の空気濾材２６は、あったとしても最小限の経時的な色の変化（微粒子の存在による）しか呈しない。必要に応じて、白色（又は他の色）顔料を濾材２４、２６のそれぞれに取り入れることによって、よりはっきりとした「開始」色又は外観を提供することができる（例えば二酸化チタンなどの白色顔料を許容される量（例えば０．１〜１．０質量％）で濾材２４、２６に含めるか又は加えることで、第１の空気濾材２４が微粒子で覆われるにつれて、第１の空気濾材２４により劇的な色の変化が生じ、第１の濾材２４と第２の濾材２６との間により明確な色の変化が生じる）。

上述の一般的なパラメータを考慮すると、第１の空気濾材２４は、高効率の（すなわち微粒子を捕捉する効率が高い）濾材として現在知られているか、又は将来開発、構成、又は形式化される様々な形態を取ることができる。この高効率特性は、第１の空気濾材２４の材料内部又はその表面に静電荷を付与することによって得ることができる。第１の空気濾材２４は、当業者に周知の不織布繊維ウェブであってもよく、いくつかの実施形態において静電荷が提供される場合にはエレクトレット不織布ウェブと呼ばれる。第１の空気濾材２４に有用な不織布ウェブは、複数の繊維から形成されてもよい。以下に記載されるように、不織布ウェブを形成する（例えばエレクトレットウェブをエレクトレット繊維から形成する）前に静電荷を繊維内に付与してもよく、又は繊維は不織布の形成前に静電荷を有さなくてもよい（静電荷はウェブの形成後に付与される）。

静電荷が付与される製造段階にかかわらず、不織布ウェブはランダムな繊維の配列及び概ね等方性の面内物性（例えば引っ張り強さ）を有してもよく、又は必要な場合には、整列した繊維構成（例えば、その教示が参照により本明細書に援用される、米国特許第６，８５８，２９７号（シャー（Shah）ら）に記載される、繊維が縦方向に整列した繊維構造）及び非等方性の面内物性を有してもよい。

様々なポリマー繊維形成材料を第１の空気濾材２４のベース材料として使用することができる。このポリマーは、満足のいくエレクトレット特性又は電荷分離を維持する不織布ウェブを提供することのできる本質的に任意の熱可塑性繊維形成材料であってもよい。帯電可能なウェブのいくつかの好ましいポリマー繊維形成材料としては、１０^１４Ω・ｃｍ以上の体積抵抗率を有する非導電性樹脂がある。帯電可能なウェブに使用されるポリマー繊維形成材料は、導電性を著しく増大させるか、ないしは別の方法で静電荷を受容及び保持する繊維の能力を妨害し得る帯電防止剤などの成分を必要に応じて実質的に含まなくてもよい。帯電可能なウェブに使用され得るポリマーのいくつかの例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリ（４−メチル−１−ペンテン）などのポリオレフィンを含む熱可塑性ポリマー、環状オレフィンコポリマー、及びかかるポリマーの組み合わせが挙げられる。いくつかの実施形態では、かかる繊維は、特に湿潤環境において電荷を保持するその能力のため、ポリプロピレンホモポリマーから調製される。

添加剤をポリマーに添加することで、満足のいくエレクトレット特性、機械的特性、エイジング特性、呈色性、表面特性、又は他の目的とする特性を実現及び維持するウェブの能力を向上させることができる。代表的な添加剤としては、充填剤、成核剤（例えば、ミリケンケミカル社（Milliken Chemical）より市販されているＭＩＬＬＡＤ（商標）３９８８、ジベンジリデンソルビトール）、エレクトレット帯電増強剤（例えば、トリステアリルメラミン、並びにチバ・スペシャルティ・ケミカルズ社（Ciba Specialty Chemicals）より販売されるＣＨＩＭＡＳＳＯＲＢ（商標）１１９及びＣＨＩＭＡＳＳＯＲＢ（商標）９４４などの様々な光安定剤）、硬化開始剤、強化剤（例えば、ポリ（４−メチル−１−ペンテン））、界面活性剤、並びに表面処理剤（例えば、それぞれの全教示が参照により本明細書に援用される、ジョーンズ（Jones）の米国特許第６，３９８，８４７号、同第６，３９７，４５８号、及び同第６，４０９，８０６号に記載されているように、オイルミスト環境における濾過性能を向上させるためのフッ素原子処理）が挙げられる。他の静電帯電添加剤としては、米国特許第６，２６８，４９６号、同第５，９７６，２０８号、同第５，９６８，６３５号、同第５，９１９，８４７号、及び同第５，９０９，５９８号、並びに米国特許出願公開第２０１２／００１７９１０号に記載されるものが挙げられる。かかる添加剤の種類及び量は、当業者には周知である。例えば、エレクトレット帯電促進添加剤は、一般に、約５重量％未満、より典型的には約２重量％未満の量で存在する。

いくつかの実施形態では、第１の空気濾材２４に有用な不織布ウェブを含む繊維の一部又は全部は、少なくとも第１の領域及び第２の領域を有する多成分繊維であり、第１の領域は第２の領域よりも低い融点を有する。様々な異なる種類及び構成の多成分繊維が存在する。好適な多成分繊維が、例えば、それぞれの全教示が参照により本明細書に援用される、米国特許第７，６９５，６６０号、同第６，０５７，２５６号、同第５，４８６，４１０号、同第５，６６２，７２８号、及び同第５，９７２，８０８号に記載されている。多成分繊維は２成分繊維であってもよく、その一例として、コアを包囲するシースが第１の領域を形成し、コアが繊維の第２の領域を形成するシース／コア繊維がある。本開示に有用な２成分繊維の別の例としては、例えば、その全教示が参照により本明細書に援用される、米国特許第５，５９７，６４５号に記載される低密度２成分繊維がある。

第１の空気濾材２４に有用な不織布ウェブは、例えば、その全教示が参照により本明細書に援用される、米国特許第８，１６２，１５３号に記載されるような高ロフトのスパンボンドウェブであってもよい。他の実施形態では、第１の空気濾材２４は、例えば、その全教示が参照により本明細書に援用される、米国特許第７，９４７，１４２号に記載されるような低ロフトのスパンボンドウェブであってもよい。更なる他の実施形態では、第１の空気濾材２４に有用な不織布ウェブは他の方法によって作製され、かつ／又は（シャー（Shah）ら）の米国特許第６，８５８，２９７号（前出）に開示されるメルトブローン不織布ウェブのように他の特性を有する。有用な不織布ウェブの構成の他の非限定的な例としては、その全教示が参照により本明細書に援用される、米国特許第７，８５８，１６３号に記載されるものなどの、２峰性の繊維直径を有するメルトブローン濾材が挙げられる。

様々な方法で電荷を第１の空気濾材２４の不織布ウェブに付与することができる。これらの繊維は、不織布ウェブに形成される前、その間、及び／又はその後に静電荷で帯電されてもよい。これは、例えば、それぞれの全教示が参照により援用される、アンガジバンド（Angadjivand）らの米国特許第５，４９６，５０７号に開示されるようにウェブを水と接触させることにより、クラッセ（Klasse）らの米国特許第４，５８８，５３７号に開示されるようなコロナ処理により、例えば、ルソー（Rousseau）らの米国特許第５，９０８，５９８号に開示されるようなハイドロチャージにより、ジョーンズ（Jones）らの米国特許第６，５６２，１１２号及びデビッド（David）らの米国特許出願公開第２００３／０１３４５１５号に開示されるようなプラズマ処理により、又はそれらの組み合わせによって行うことができる。いくつかの実施形態では、第１の空気濾材２４として有用な不織布ウェブは、エレクトレット繊維が有するあらゆる電荷を更に増大させ、かつ／又はこれらの電荷を維持する繊維の能力を高める帯電処理に供することができる。したがって、いくつかの実施形態では、エレクトレット繊維はウェブ形成の前に最初の帯電処理に供することができ、エレクトリック繊維の所望の最終帯電状態に達するように更なる（最終）帯電処理をウェブ上に形成することができる。他の実施形態では、第１の空気濾材２４に有用な不織布ウェブは、例えばエレクトレット帯電促進添加剤を含み得るが、ウェブに形成される前に帯電処理を経ていない繊維を含み得る。かかる特定の実施形態では、ウェブ形成後の帯電処理としては、例えばコロナ放電、摩擦帯電、ハイドロチャージ（hydrocharging）、ハイドロチャージに続くコロナ処理、及びハイドロチャージに続くプラズマ処理が挙げられる。かかる帯電処理は、例えば不織布エレクトレットウェブへの支持層の塗布の前又は後で行うこともできる（したがって、いくつかの実施形態ではある程度の帯電を支持層の材料に付与することができる）。

第１の空気濾材２４として有用なエレクトレットフィルタウェブは、その全教示が参照により本明細書に援用される、ヴァン・ターンハウト（Van Turnhout）らの米国再発行特許第３０，７８２号に記載されるスプリットフィブリル化帯電繊維で形成することができる。この参照文献のエレクトレット繊維は、帯電繊維を形成するためにフィブリル化されたコロナ帯電されたフィルムから形成される。次いで、帯電された繊維をカーディング又はエアレイングなどの一般的な方法によって不織布ウェブに形成することができる。このようにして提供された不織布ウェブは、その全教示が参照により本明細書に援用される、米国特許第５，２３０，８００号に開示されるような支持スクリムに必要に応じて接合されて（例えばニードルタックにより）、外側支持層を形成することができる。このため、第１の空気濾材２４はエレクトレット不織布ウェブ及び支持層を含む。あるいは、フィブリル化されたフィルムを、その全教示が参照により本明細書に援用される、ボース（Both）の米国特許出願公開第２００４／００１１２０４号に開示されるような支持スクリムと超音波により接着することもできる。

第２の空気濾材２６は、現在知られているか又は将来開発される任意の低効率空気濾材（圧力低下が低いか、又は極めて低い）であってもよい。いくつかの実施形態では、第２の空気濾材２６は、静電荷で帯電されていないか、又は静電荷特性の少なくとも大部分を除去若しくは放電するように処理された不織布繊維ウェブであるか、又はこれを含む。したがって、第２の空気濾材２６は、静電荷で帯電されないように形成された第１の空気濾材２４に関して上述される不織布ウェブ（又は支持構造に組み立てられた非不織布ウェブ）のいずれであってもよい（例えば、静電荷が不織布ウェブの形成前、その間、又はその後に繊維に付与されない点以外は上述の任意のポリマー繊維不織布ウェブ構成）。あるいは、又は加えて、エレクトレット不織布ウェブを含む上述の不織布ウェブのいずれも、例えば、放電剤を不織布ウェブに塗布するか又は不織布ウェブを放電剤中で縫い合わせることなどによって静電荷放電条件に供することができる。様々な放電剤が当業者には周知であり、例えばイソプロピルアルコールが挙げられる。

正確な形態にかかわらず、第１及び第２の空気濾材２４、２６は、使用前に（すなわち強制空気流に曝露される前に）第１及び第２の空気濾材２４、２６が同様の視覚的外観又は色を有するように構成されることが望ましい。これは、インジケータ２０の使用前には、第１及び第２の空気濾材２４、２６が肉眼では同じ色（例えば白色又はオフホワイト）に見えるということである。第１及び第２の空気濾材２４、２６は、サイズ及び形状がほぼ同様であってもよく（同じサイズ及び形状の５％以内）、そのサイズ及び形状は窓２８、３０のサイズ及び形状と一致している。空気濾材２４、２６は、例えば接着剤によって、予想される空気流の存在下で固定された取り付け状態を維持するのに適当な様々な方法でフレーム２２に組み立てられてもよい。

インジケータ２０は、目的とする屋内環境中のＰＭ_２．５濃度を評価するために様々な方法で使用することができ、インジケータ２０をその屋内環境中の、又はその屋内環境中に向かう能動空気流源の表面と結びつけることを一般的に必要とする。評価期間の開始時において、第１及び第２の空気濾材２４、２６は、上述と同様の又は更には同一の視覚的外観を有する。例えば１日、１週間、又は１ヶ月後の評価期間の終了時（又は評価時間枠内で周期的に）、インジケータ２０を目視で再評価する。目的とする環境における、又はそれに向かう空気流が、高い濃度の微粒子を有するような状況では、第１の空気濾材２４は第２の空気濾材２６と視覚的に区別されるか又は異なって見える（例えば第１の空気濾材２４は第２の空気濾材２６よりも暗く、又は「汚れて］見える）。かかる視覚的外観の差によって、観測者に高いＰＭ_２．５濃度が直ちに知らされることになる。いくつかの実施形態では、フレーム２２（又はインジケータ２０の他の構成要素）は、２つの濾材２４、２６間の目視で認識される外観の差の意味を観測者が理解することを助ける標示（単語、記号、アイコン、絵柄など）を含むか又は有することができる（例えば、第１の濾材２４が暗い色になっており、第２の濾材２６が比較的白い場合に高濃度の微粒子が存在することを知らせる指示）。いくつかの実施形態では、インジケータ２０は、訓練されていない観測者を混乱させ得る（又はインジケータ２０の全体のコストを増大させ得る）いかなるＰＭ_２．５のデータ又は値も提供しない。他の実施形態では、インジケータ２０は特定のＰＭ_２．５のデータ又は情報を表示するように構成することができる。

インジケータ２０を通過する能動空気流は、比較的短い時間（例えば１〜１０日間）にわたって有意な結果を得るうえで重要であり得る。いくつかの実施形態では、目的とする環境における、又はそれに向かう能動空気流源は、空気流清浄機の吸入口、又はフィルタの上流側、ＨＶＡＣフィルタ（上流又は下流側）、小型ファン、室内用又は携帯型エアコンディショナー、ＨＶＡＣ（商標）の給気及び還流ダクトなどのその環境の空気流管理システムの通常の構成要素である。選択された能動空気流源又は空気移動装置がオンデマンドモードで正常に動作する場合、インジケータ２０が周期的な空気流に曝露される場合があり、又は使用者が空気移動装置を指示期間の間、連続動作で動作させるように指示又は促される場合がある。非限定的な１つの例として、図２には、目的とする屋内環境４０が従来のグリル４４によって部分的に覆われた吸気ダクト４２を有する部屋の形態として概略的に示されている。インジケータ２０が、グリル４４のフェースに組み立てられている。図に示されるように、インジケータ２０は、グリル４４において、又はグリル４４によって確立される能動空気流表面（又は目的とする環境の他の能動空気流表面）のごく小さな部分のみを覆っている。このため、インジケータ２０は、全体の空気移動表面（すなわちグリル４４）を通じて流れる空気に対する障壁として機能している。しかしながら、能動空気流表面（例えばグリル４４）における空気流が、低い、必要に応じて極めて低い圧力低下特性のために第１及び第２の空気濾材２４、２６を通じて生じている（すなわち、このような低い、必要に応じて極めて低い圧力低下特性がなければ、能動空気流表面における空気流はインジケータ２０の周りで優先的に生じるため、空気流中の微粒子濃度をサンプリング又は示すうえでのインジケータ２０の全体の有効性が制限される）。

インジケータ２０は、様々な異なるかたちで目的とする環境中の能動空気流表面に組み立てられてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、インジケータ２０は、目的とする室内にあることが予想される能動空気流表面に取り付けるのに適当な１つ以上の構成要素を有する。かかる取り付け要素がフレーム２２に組み立てられるか、又はそれにフレーム２２が設けられてもよい。例えば、インジケータ２０は、インジケータ２０を、多くの屋内空間に普通に見られる金属ベースの能動空気流表面（例えばＨＶＡＣ壁又はフロアダクトを覆った金属製格子又はグリル）の１つに磁気的に取り付けることができる１つ以上の磁石を有することができる。他の取り付け要素としては、これらに限定されるものではないが、いくつか挙げると機械的連結要素（例えばフック）、ストラップ、ベルクロ、感圧接着剤、両面テープ、延伸剥離接着ストリップなどが挙げられる。

更なる他の実施形態では、インジケータ２０は、能動空気移動表面と連携させて構成することができる。これは、すなわち、本開示の原理に従う空気品質インジケータは、上述のインジケータと、目的とする多くの屋内環境で通常用いられている能動空気移動表面と組み合わせて（例えばこれと予め組み立てられて）有し得る、ということである。例えば、上記のインジケータを、エアダクトのグリル又は格子に予め取り付けることができ、このインジケータのグリル又は格子が、目的とする環境中の既存のグリル又は格子の一時的な代用品として使用される。更なる別の例では、図３を参照すると、本開示に従う空気品質インジケータシステム５０は、インジケータ２０及びＨＶＡＣフィルタ５２を有することができる。インジケータ２０は、上述の形態のいずれを取ることもできる。ＨＶＡＣフィルタ５２は、いずれの周知の、又は将来的に開発される低効率空気フィルタ（非帯電濾材）などの従来のＨＶＡＣフィルタのいずれのタイプのもの（及びいずれの従来のサイズのもの）であってもよい。インジケータ２０は、ＨＶＡＣフィルタ５２の小さな表面積のみを占有しており、ＨＶＡＣフィルタ５２の想定される「下流」側に永久的に組み立てられてもよい。使用時には、システム５０は、インジケータ２０が含まれない場合のＨＶＡＣフィルタ５２と同じ要領で、目的とする環境と結びつけられたＨＶＡＣ構造に取り付けられる。ＨＶＡＣ構造の動作期間（例えば数日間、数週間、又は更には数ヶ月間）の後、システム５０を取り外し、インジケータ２０を目視により検査する。第１の空気濾材２４が第２の空気濾材２６から視覚的にはっきりと区別されるようになった（例えば、第１の空気濾材２４が第２の空気濾材２６よりも大幅に暗い色又は「汚れて」見える）状況では、観測者は、目的とする環境における空気流が高い濃度の微粒子を有していることを直ちに理解することになる。

更なる他の実施形態では、本開示の空気品質インジケータは、独立した能動空気流源を有するか、又はこれが設けられていてもよい。例えば、図４は、本開示の原理に従う別の実施形態の空気品質インジケータシステム６０を概略的に示しており、空気移動装置６２に組み立てられたインジケータ２０を有している。空気移動装置６２は様々な異なる形態を取ることができ、いくつかの実施形態ではファン６４であるか又はファン６４を有する。システム６０は非常に持ち運びに便利であり、空気移動装置６２は様々な方法で電力供給することができる（例えば空気移動装置６２は電源（例えば電池）を有してもよく、又は従来の電気コンセントに電気的に接続されるように構成されてもよい）。それにかかわらず、インジケータ２０は、装置６２の能動空気流表面６６に取り付けられており、それを使用して、システム６０を単に目的とする室内に置き、評価期間の間（例えば数日間又は数週間又は数ヶ月間）、空気移動装置６２を運転することによって、上述のように目的とする室内の微粒子の大まかな評価を提供することができる。このように専用の空気移動装置６２を必要に応じて組み込むことで、インジケータ２０を能動空気流表面６６をほぼ、又は全体的に覆うようなサイズ及び形状とすることができる。

図１に戻って、いくつかの実施形態では、本開示の空気品質インジケータは、大きな粒子を除去するように予め処理された能動空気流（例えば低効率フィルタを通過した空気流）中で使用される場合により有意な評価情報を提供することができる。いくつかの実施形態では、空気濾材２４、２６の両方が大きな粒子を速やかに捕捉することが理解されるであろう。このため、評価しようとする空気流が空気品質インジケータと相互作用する前に空気流から大きな粒子がほぼ除去されなければ、大きな粒子は空気濾材２４、２６の両方に蓄積し、経時的に濾材２４、２６の同様の変色を生じる可能性がある（例えば、第１の空気濾材２４は相当量の微粒子を捕捉し、第２の空気濾材２６が相当量の微粒子を捕捉しないが、第２の空気濾材２６は大きな粒子のために視覚的外観がそれでも変化し、大きな粒子が存在しない場合の第１の空気濾材２４とはっきりと視覚的に異なって見えない可能性がある）。したがって、本開示のいくつかの実施形態では、使用者に、インジケータ２０を空気流濾過システムの下流となる能動空気流の位置に設置する指示が提供される。他の実施形態では、図５を参照すると、本開示の原理に従う別の空気品質インジケータシステム７０は、空気品質インジケータ２０及びフレーム２２に組み立てられたスクリーン７２又は他の大粒子フィルタを有している。スクリーン７２は、システム７０を通過する空気流中の相当量の大きな粒子（例えば動物の毛、糸くずなど）を捕捉するように構成されている。使用時には、使用者は、スクリーン７２が濾材２４、２６（図１）の上流に位置するように能動空気流表面にシステム７０を配置するように指示される。評価期間の間、大きな粒子はスクリーン７２で捕集されて濾材２４、２６に大きな影響を与えることはないため、第１及び第２の濾材２４、２６における視覚的外観の変化は（あったとすれば）主として微粒子によるものである。

（実施例１）
スリー・エム社（3M Company）よりＦｉｌｔｒｅｔｅ １９００の商品名で販売される高効率フィルタの空気濾材を使用して一連の空気品質インジケータを作製した。図６に示されるように、開放寸法３．７５インチ×３．７５インチの並列濾材試料を、厚紙の外周フレームに取り付けた。図６に参照符合で示されるように、第１の濾材８０は高効率のＦｉｌｔｒｅｔｅ １９００材料としたのに対して、第２の濾材８２は、フレーム内に取り付ける前にイソプロピルアルコールで飽和した後、乾燥して静電荷をすべて除去したＦｉｌｔｒｅｔｅ １９００材料とした。第１の濾材８０（すなわちＦｉｌｔｒｅｔｅ １９００材料）には変化を加えなかった。

３つの場所で実施例１の空気品質インジケータ試料を使用して空気品質評価を行った。１）建物のＨＶＡＣシステム（ミネソタ州セントポールに所在するもの）につながる屋外空気吸入口（したがって１００％屋外の空気が引き込まれる）に１４日間。許容される微粒子測定装置を使用したところ、評価期間中の平均の屋外微粒子濃度は６μｇ／ｍ^３であった。２）上記１）の建物内の部屋の屋内空気戻り口に１４日間の評価期間。この構成では、インジケータは、建物に入る前に一連の高効率の市販のＨＶＡＣフィルタを通じて濾過された１００％屋内の空気に曝露された。評価期間中の平均の屋外微粒子濃度は６μｇ／ｍ^３と推定された。大部分のＰＭ_２．５は屋外由来であり、建物のＨＶＡＣ吸入口の空気は高度に濾過されていることから、屋内のＰＭ_２．５濃度は屋外のＰＭ_２．５の濃度よりも低くなるものと考えられた。３）ミネソタ州セントポール所在の住宅に配置された住宅用ＨＶＡＣフィルタの上流側に夏季に１４日間の評価期間。住宅用ＨＶＡＣシステムは、システムが必要に応じて冷却を必要とした場合を除いて低速で連続運転した。評価期間中の平均の屋外微粒子濃度は５μｇ／ｍ^３と推定された。大部分のＰＭ_２．５は屋外由来であり、住居のＨＶＡＣでは空気を構成する屋外の空気は最小であり、比較的高度の濾過（ミネソタ州セントポール所在のスリー・エム社（3M Company）より１０００ＭＰＲの商品名で販売されるフィルタによる）を有したことから、屋内のＰＭ_２．５濃度は屋外のＰＭ_２．５の濃度よりも低くなるものと考えられた。

図７は、それぞれの環境での約２週間の評価期間後の実施例１の各インジケータの写真であり、参照用にきれいな対照インジケータを含めたものである。評価のそれぞれにおいて、第１の濾材８０は、放電された第２の濾材８２と比較してより顕著な色変化を示した。屋外領域に曝露されたインジケータ（すなわち場所１）は、最も高い微粒子濃度への曝露によるものと考えられる最も大きな色の差を示した。

（実施例２）
図８に示される２つの異なる種類の濾材を使用して一連の空気品質インジケータを作製した。第１の濾材１００は、ミネソタ州セントポール所在のスリー・エム社（3M Company）よりＦｉｌｔｒｅｔｅ １２００の商品名で販売される静電荷が帯電された濾材とした。第２の濾材１０２は、イソプロピルアルコールで飽和することによって放電させた以外は同じＦｉｌｔｒｅｔｅ １２００濾材とした。第３の濾材１０４は、アールストローム社（Ahlstrom）よりモデルＴ８１７の商品名で販売される、帯電していないステープル繊維ウェブからなるものとした。濾材１００〜１０４は、約２インチ×３インチのサイズとし、厚紙の外周フレームに取り付けた。

４つの場所で実施例２の空気品質インジケータ試料を使用して空気品質評価を行った。１）建物のＨＶＡＣシステム（ミネソタ州セントポールに所在するもの）につながる屋外空気吸入口（したがって１００％屋外の空気が引き込まれる）に１３日間。許容される微粒子測定装置を使用したところ、評価期間中の平均の屋外微粒子濃度は６μｇ／ｍ^３であった。２）上記１）の建物内の部屋の屋内空気戻り口に１３日間の評価期間。この構成では、インジケータは、建物に入る前に一連の高効率の市販のＨＶＡＣフィルタを通じて濾過された１００％屋内の空気に曝露された。評価期間中の平均の屋外微粒子濃度は６μｇ／ｍ^３と推定された。大部分のＰＭ_２．５は屋外由来であり、建物のＨＶＡＣ吸入口の空気は高度に濾過されていることから、屋内のＰＭ_２．５濃度は屋外のＰＭ_２．５の濃度よりも低くなるものと考えられた。３）ミネソタ州セントポール所在の住宅に配置された住宅用ＨＶＡＣフィルタの上流側に夏季に１３日間の評価期間。住宅用ＨＶＡＣシステムは、システムが必要に応じて冷却を必要とした場合を除いて低速で連続運転した。評価期間中の平均の屋外微粒子濃度は５μｇ／ｍ^３と推定された。大部分のＰＭ_２．５は屋外由来であり、住居のＨＶＡＣでは空気を構成する屋外の空気は最小であり、比較的高度の濾過（ミネソタ州セントポール所在のスリー・エム社（3M Company）より１０００ＭＰＲの商品名で販売されるフィルタによる）を有したことから、屋内のＰＭ_２．５濃度は屋外のＰＭ_２．５の濃度よりも低くなるものと考えられた。４）住宅用空気清浄機の一部として提供される空気フィルタの上流側。この空気フィルタは、ミネソタ州セントポール所在のスリー・エム社（3M Company）よりＦＡＰ０２の商品名で販売されるものである。空気洗浄機を、閉鎖された寝室内で高速で夜間のみ（毎晩約１１時間）１３日間運転した。評価期間中の平均の屋外微粒子濃度は５μｇ／ｍ^３と推定された。

図９に、それぞれの環境での約２週間の評価期間後の実施例２の各インジケータを、参照用のきれいな対照インジケータとともに示した写真を示す。建物内の場所（すなわち場所１）及び場所２））がいずれも最も大きな色変化を示したのに対して、住宅内の場所（すなわち場所３）及び場所４））では全体の色変化はより小さかった。これらの場面のすべてにおいて、静電荷で帯電された濾材（すなわち第１の濾材１００）は、帯電していない濾材（すなわち第２及び第３の濾材１０２、１０４）のいずれよりも大きな色変化を示した。住宅用空気清浄機の場面（すなわち場所４））のインジケータは、３つの濾材１００〜１０４のすべてで最小の色変化を示した。

（実施例３）
実施例２のインジケータと同じインジケータを作製し、中国の上海市の２つの場所で空気品質評価を行った。１）建物のスプリット型エアコンディショニングシステムにつながる空気吸入口に７日間。許容される微粒子測定装置を使用したところ、評価期間中の平均の微粒子濃度は３４μｇ／ｍ^３であった。２）上記１）の建物内のＨＶＡＣ屋内空気戻り口に７日間の評価期間。

図１０に、約７日間の評価期間後の実施例３の各インジケータを、参照用のきれいな対照インジケータとともに示した写真を示す。７日間の曝露は、連続７日間ではなく、色変化の完全な視覚的記録を維持する目的でずらして行った。試料はいずれも顕著な色変化を示し、ＨＶＡＣの場所（すなわち場所２））ではスプリット型エアコンディショナー（ＡＣ）の場所と比較してわずかに大きな色変化を示した。これらの評価場面のそれぞれにおいて、静電荷で帯電されたウェブ（すなわち第１の濾材１００）は、帯電していない濾材（すなわち第２及び第３の濾材１０２、１０４）のいずれよりも顕著に大きな色変化を示し、色変化の差は肉眼で容易に認識された。放電された濾材（すなわち第２の濾材１０２）はわずかな色変化を示し、帯電していない濾材（第３の濾材１０４）は両方の場所で最小の色変化を示した。

本空気品質インジケータ、システム、及び関連する使用方法は、従来の設計からの大きな改良となるものである。本空気品質インジケータは安価で使用が簡単であり、訓練されていない使用者に微粒子濃度に関する有意な情報を提供するものである。１つのインジケータで高効率濾材（例えば高度に静電荷で帯電されたもの）と低効率濾材（例えば帯電されていないか又はわずかに帯電されたもの）を組み合わせることによって、インジケータに、はじめは同様（又は同じ）に見えても汚染空気に曝露されると異なる速度で色を変化させる２つの平行な負荷表面を提供することができる。このように、本インジケータは、サンプリングされる場所の空気の品質に関する情報を提供することができる。

以上、好ましい実施形態を参照して本開示を説明したが、当業者であれば、本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく形態及び細部に変更を行い得ることを理解するであろう。例えば、本空気品質インジケータは、１つの高効率空気濾材及び１つの低効率空気濾材を有するものとして説明されているが、他の実施形態では、インジケータは、２つ（又はそれよりも多い）の高効率空気濾材及び／又は２つ（又はそれよりも多い）の低効率空気濾材を有してもよい。

Claims (7)

1. 空気中の高微粒子濃度の指標を提供するための空気品質インジケータであって、
   第１及び第２の窓を画定するフレームと、
   前記第１の窓内に組み立てられた第１の空気濾材と、
   前記第２の窓内に組み立てられた第２の空気濾材と、を備え、
   前記第１の空気濾材が、前記第２の空気濾材の高微粒子濃度の空気流の存在下での視覚的外観の変化速度を超える高微粒子濃度の空気流の存在下での視覚的外観の変化速度を有するように構成されている、インジケータ。
2. 前記第１の空気濾材がエレクトレット不織布ウェブを含み、前記第２の空気濾材が帯電されていない不織布ウェブを含む、請求項１に記載のインジケータ。
3. 前記第１及び第２の空気濾材が、高微粒子濃度を有する空気流に曝露される前に実質的に同様の外観を有するように構成されている、請求項１に記載のインジケータ。
4. 前記第１及び第２の空気濾材が実質的に同一のサイズ及び形状を有する、請求項１に記載のインジケータ。
5. 前記フレームが、６インチ以下の長さ及び３インチ以下の幅を有する、請求項１に記載のインジケータ。
6. 空気中の高微粒子濃度の指標を提供するための空気品質インジケータシステムであって、
   請求項１に記載のインジケータと、
   上流側及び下流側を規定する大粒子フィルタと、を備え、
   前記インジケータが前記大粒子フィルタの前記下流側に取り付けられる、空気品質インジケータシステム。
7. 空気中の高微粒子濃度の存在を示す方法であって、
   インジケータを準備する工程であって、前記インジケータが、
   第１及び第２の窓を画定するフレームと、
   前記第１の窓内に組み立てられた第１の空気濾材と、
   前記第２の窓内に組み立てられた第２の空気濾材と、を備え、
   前記第１の空気濾材が、前記第２の空気濾材の高微粒子濃度の空気流の存在下での視覚的外観の変化速度を超える高微粒子濃度の空気流の存在下での視覚的外観の変化速度を有するように構成されている、工程と、
   前記インジケータを能動空気流源の能動空気流表面に取り付ける工程と、
   前記能動空気流源を動作させて、前記空気流を前記第１及び第２の空気濾材に通過させる工程と、
   前記能動空気流源を動作させる前記工程の後に、前記第１の空気濾材の外観を前記第２の空気濾材の外観と視覚的に比較する工程と、を含む、方法。

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