JP6433916B2

JP6433916B2 - 空気清浄用フィルタ及びそれを備えた空気清浄機

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Publication number: JP6433916B2
Application number: JP2015552534A
Authority: JP
Inventors: 永吉　英昭; 英昭永吉; 昇平坂口; 義明横山; 晋介森次; 勝裕植田; 京一郎大野
Original assignee: FUJICO CO., LTD.
Current assignee: FUJICO CO., LTD.
Priority date: 2013-12-13
Filing date: 2014-12-12
Publication date: 2018-12-05
Anticipated expiration: 2034-12-12
Also published as: WO2015088003A1; CN105813710B; KR101804827B1; JPWO2015088003A1; KR20160097191A; CN105813710A

Description

本発明は、空気清浄機能を有する各種機器に配設することにより、空気中の塵埃を効果的に捕集して空気を浄化することができ、特にＰＭ２．５を代表とする微粒子対策に好適に用いることができる空気清浄用フィルタ及びそれを備えた空気清浄機に関する。

近年、住宅、事務所、車両等の高気密化が進み、室内空気の自然換気回数が極端に減少したことなどにより、合板、化粧板、接着剤、塗料等の構造材等から発生するホルムアルデヒドやトルエン等の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）や室内で発生する埃、カビ、ハウスダスト、ダニ、ペットの毛、タバコの煙等が室内に滞留し続けたり、粉塵や花粉などの各種粒子状物質などが人体や衣服などに付着して屋外から室内に持ち込まれたりして、人体に悪影響を及ぼし、健康被害を引き起こすことがある。これらの処理対象物質を除去し、快適な居住空間を得る目的で、いわゆる空気清浄機のみならず、空気清浄機能を有する脱臭機、エアコン、加湿器などの各種機器の需要が増大している（以下、一般的な空気清浄機を始め、空気清浄機能を有する脱臭機、エアコン、加湿器などの各種機器を総称して空気清浄機という）。
そして、空気清浄機に用いられるフィルタについて、様々な検討が行われている。
例えば（特許文献１）には、消臭機能を持つプレフィルター（第一フィルター）と、集塵プリーツフィルター（第二フィルター）と、光触媒フィルター（第三フィルター）と、金属フタロシアニン錯体と弱アルカリ性金属塩とを活性炭混抄紙に担持させたハニカムあるいはコルゲートフィルター（第四フィルター）と、からなる空気清浄機用フィルターユニットが開示されている。
また（特許文献２）には、環境汚染ガス除去材と高性能塵埃除去材とを組み合わせてなる環境汚染物質除去フィルタが開示されている。

特開２００７−２６０６０３号公報特開平１１−１６５００７号公報

しかしながら上記従来の技術においては、以下のような課題を有していた。
（１）一般に、フィルタにおける微粒子の捕集は、繊維による遮り、慣性力による繊維への衝突、重力による微粒子の沈降、微粒子のブラウン運動による繊維への接触、静電気力による吸着によって行われているが、フィルタの隙間をそのまま通過する微粒子や繊維で跳ね返される微粒子も存在している。
また、繊維に捕集された微粒子は分子間引力や静電気力で保持されるが、その後の空気の流れによってフィルタを通過し、外部に流出してしまう可能性がある。特に、ＨＥＰＡフィルタは、（特許文献１）の集塵プリーツフィルター（第二フィルター）や（特許文献２）の高性能塵埃除去材としても好適に用いられるが、ろ材が主にガラス繊維で出来ており、金属等に比べてマイナスに帯電し難いため、空気中でプラスに帯電している微粒子（ＰＭ２．５等）を吸着する静電気力が弱く、微粒子の捕集の安定性、確実性に欠けるという課題を有していた。
（２）ＨＥＰＡフィルタは、厚さが２０〜５０ｍｍ程度と厚く、装置が大型化し易く、省スペース性に欠けるという課題を有していた。
（３）また、ＨＥＰＡフィルタは、基本的に水洗いをすることができないため、目詰まりが発生した場合は交換しなければならず、メンテナンス性、環境保護性に欠けるという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、繊維集合体の繊維の表面が粗面化されて、単位体積当たりの繊維の表面積が大きく、空気中の微粒子との接触面積を増大させることができ、繊維集合体の繊維の表面にＰＭ２．５のような微粒子が接触して付着し易く、微粒子を吸着する力が強いため、微粒子を逃さずに捕集することができると共に、捕集した微粒子を確実に保持することができ、薄くても塵埃や微粒子などの処理対象物質の捕集の効率性、確実性に優れるだけでなく、形状の安定性、加工性に優れ、また耐食性、耐久性、品質の安定性にも優れ、吸着した処理対象物質を洗浄したり、掃除機で吸引したりして取除くことができ、メンテナンス性、環境保護性に優れる空気清浄用フィルタの提供、及びそれを備えることにより、捕集した塵埃や微粒子などの処理対象物質を外部に流出させることがなく、空気の浄化の確実性、安定性、信頼性に優れると共に、小型化が容易で省スペース性に優れる空気清浄機の提供を目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の空気清浄用フィルタ及びそれを備えた空気清浄機は、以下の構成を有している。
本発明の請求項１に記載の空気清浄用フィルタは、アルミニウム製又はアルミニウム合金製の繊維で不織布状に形成された繊維集合体と、アルミニウム製又はアルミニウム合金製で複数の孔部を有し前記繊維集合体の両平面に覆設された保形部材と、少なくとも前記繊維集合体の上流側の前記繊維の表面を粗面化して形成された凹部と、前記保形部材の外表面及び前記保形部材の孔部から露出する前記繊維集合体の外表面に形成されたアルマイト層又はベーマイト層の表皮層と、を備えた構成を有している。
この構成により、以下のような作用が得られる。
（１）アルミニウム製又はアルミニウム合金製の繊維で不織布状に形成された繊維集合体を有することにより、ガラス繊維や紙に比べてマイナスに帯電し易く、空気中でプラスに帯電しているＰＭ２．５等の微粒子が強く引きつけられて捕集されるので、微粒子を逃さずに捕集することができると共に、捕集した微粒子を確実に保持することができ、微粒子の捕集の効率性、確実性に優れる。
（２）繊維集合体が不織布状に形成され繊維が複雑に絡まっていることにより、薄くても微粒子が引っ掛かり易く、塵埃や微粒子などの処理対象物質を確実かつ効率的に捕集することができるので、総厚を薄くして容易に軽量化を図ることができ、省資源性、取扱い性に優れる。
（３）複数の孔部を有し繊維集合体の両平面に覆設された保形部材を有するので、繊維集合体の変形や破損を防ぐことができ、形状安定性、取扱い性に優れると共に、保形部材により繊維集合体の厚みを調整することができ、設計自在性に優れる。
（４）繊維集合体及び保形部材が金属製である場合は、繊維集合体と保形部材を圧着、溶接、焼結等の方法で強固に固定することができ、耐久性に優れ、別途、フレーム等の形状保持部材を備える必要がなく、構成を簡素化することができ、量産性に優れる。
（５）少なくとも繊維集合体の上流側（空気流入側）の繊維の表面を粗面化して形成された凹部を有することにより、繊維集合体の繊維の表面積を増加させることができるので、空気中の微粒子との接触面積を増大させることができ、繊維集合体の繊維の表面に微粒子が付着し易く、微粒子の捕集の効率性、確実性に優れる。
（６）繊維集合体がアルミニウム製又はアルミニウム合金製の繊維で不織布状に形成されているので、繊維に吸着した処理対象物質を洗浄したり、掃除機で吸引したりして取除くことができ、メンテナンス性、環境保護性に優れる。
（７）繊維集合体及び保形部材の外表面に形成された表皮層を有することにより、繊維集合体及び保形部材を保護することができ、耐久性、長寿命性に優れる。
（８）保形部材がアルミニウム製又はアルミニウム合金製であり、表皮層がアルマイト層やベーマイト層で形成され、特にベーマイト層である場合は、純粋なアルミニウム等に比べて硬度が高く、耐久性、長寿命性に優れる。
（９）繊維集合体及び保形部材がアルミニウム製又はアルミニウム合金製であり、表皮層として純粋なアルミニウム等に比べて硬度の高いベーマイト層を有しているので、ベーマイト層を介して繊維集合体や保形部材と溶射皮膜の密着性を向上させることができ、溶射皮膜の剥れや亀裂等が発生し難く、製品の耐久性、品質安定性、形状自在性に優れる。
（１０）アルマイト層やベーマイト層は不動態であるため、空気清浄用フィルタ表面に付着した水分による繊維集合体や保形部材の電食（ガルバニック腐食）が起きず、溶射皮膜に銀や銅等の殺菌金属を混合することができ、殺菌性を向上させることができる。

ここで、（ａ）繊維集合体の繊維としては、平均繊維径が３０〜２００μｍのものが好適に用いられる。
（ｂ）平均繊維径が３０μｍより細くなるにつれ、繊維の強度が弱くなり、繊維集合体の耐久性が低下して、繊維の表面に凹部を形成する際などに繊維集合体が破損し易く、歩留が低下する傾向があり、２００μｍより太くなるにつれ、繊維の強度は強くなるが、空隙率や単位体積当りの表面積が低下し、空気が通過し難くなると共に、微粒子の付着性能が低下し易くなる傾向があり、いずれも好ましくない。

（ｃ）繊維の表面に凹部を形成する粗面化処理方法は適宜、選択することができ、ブラスト処理やプラズマ放電などを用いることができる。凹部は少なくとも繊維集合体の上流側（空気流入側）の繊維の表面に形成されていればよいが、繊維の全面に形成してもよい。また、繊維集合体の両面に保形部材を覆設し、保形部材で繊維集合体を保持した状態で凹部を形成する（粗面化処理を行う）場合は、同時に保形部材の表面に凹部を形成してもよい。
（ｄ）粗面化処理後の繊維の表面粗さはＲａ＝３〜８μｍ程度が好ましい。粗面化処理後の繊維の表面粗さがＲａ＝３μｍより滑らかになるにつれ、粗面化の効果が低下して繊維の表面積が不足し易くなり、微粒子が付着し難くなる傾向があり、Ｒａ＝８μｍより粗くなるにつれ、繊維の表面の凹凸が増え、微粒子が付着できる場所が減少して、微粒子の保持安定性が低下し易くなると共に、繊維の強度が低下して破損し易くなる傾向があり、いずれも好ましくない。
（ｅ）繊維集合体としては、目付量が３００〜１００００ｇ／ｍ^２のものが好適に用いられる。
（ｆ）目付量が３００ｇ／ｍ^２より少なくなるにつれ、単位体積当りの繊維の量が少なくなり、空気中の微粒子や細菌、ウィルス、悪臭物質等の処理対象物質が通過し易く、処理対象物質の捕集が難しくなる傾向があり、１００００ｇ／ｍ^２より多くなるにつれ、単位面積当りの繊維の量が多くなり、目詰まりが発生し易くなって寿命が短くなる傾向があり、いずれも好ましくない。
（ｇ）繊維集合体の空隙率としては、５０〜９０％が好ましい。空隙率が５０％より小さくなるにつれ、通過できる空気の量が少なくなって、目詰まりが発生し易くなる傾向があり、９０％より大きくなるにつれ、目が粗くなって微粒子を捕集できなくなり、捕集性能が低下し易くなる傾向があり、いずれも好ましくない。
（ｈ）空気清浄用フィルタの厚みとしては１〜４ｍｍであることが好ましい。空気清浄用フィルタの厚みが１ｍｍより薄くなるにつれ、繊維集合体の割合が少なくなり、空気中の処理対象物質が通過し易くなって微粒子を補集できなくなり、捕集性能が低下し易くなる傾向があり、厚みが４ｍｍより厚くなるにつれ、繊維集合体の量が増え、繊維集合体を通過できる空気の量が少なくなって、目詰まりが発生し易くなる傾向があり、いずれも好ましくない。空気清浄用フィルタの厚みが１〜４ｍｍと薄いことにより、折り曲げ加工などを行うことができ、加工性に優れ、設計の自由度が高いので、形状の異なる各種機器に対応することができ、軽量で取扱い性、汎用性に優れる。
（ｉ）繊維集合体だけでなく保形部材をアルミニウム製又はアルミニウム合金製にすると表面にベーマイト（アルミニウムの水和酸化物）の層（皮膜）を形成することができるので好ましい。
（ｊ）ベーマイトは、約９０℃以上の熱水（又は水蒸気）にアルミニウムを曝すことで、熱水や水蒸気とアルミニウムの接触面が反応して形成される不動態である。そのため、繊維集合体及び保形部材の表面にベーマイト層を設けることで、溶射皮膜に殺菌金属が混合された場合でも、アルミニウムと異種金属が接触せず、水分の付着による電流も発生しないので、繊維体や保形部材の電食（ガルバニック腐食）を防ぐことができる。
（ｋ）ベーマイト層の厚みとしては、０．２〜２μｍが好ましい。ベーマイト層の厚みが０．２μｍより薄くなるにつれ、ベーマイト層を形成し難くなるとともに、表皮層の強度が向上し難く、溶射皮膜との密着性が低下し、耐食性や耐久性が低下し易くなる傾向があり、２μｍより厚くなるにつれ、ベーマイト層の形成に時間がかかり、生産性が低下し易くなる傾向があり、いずれも好ましくない。
（ｌ）繊維集合体及び保形部材の外表面に形成される表皮層としては、繊維集合体及び保形部材を保護できるものであればよいが、硬質で耐食性、耐摩耗性に優れるものが好適に用いられる。
（ｍ）表皮層の外表面に溶射皮膜を形成する場合、表皮層としては、溶射材料の密着性を向上させることができ、耐食性に優れ、融点が高いものであれば特に限定されることはない。
尚、繊維集合体及び保形部材がアルミニウム製又はアルミニウム合金製の場合の表皮層としては、アルマイトやベーマイト等が挙げられる。中でも、ベーマイトの場合、空気清浄用フィルタの形状に関係なく、全体に斑無く表皮層を形成することができるので好ましい。

（ｎ）保形部材は複数の孔部を有し、繊維集合体の形状を保持できるものであればよく、材質は特に限定されず、金属でも合成樹脂でもよい。保形部材が金属製の場合、網体又は多孔性の金属板であれば特に限定されないが、エキスパンドメタル、パンチングメタル、金網等が好適に用いられる。中でも、エキスパンドメタルは、網目の歪みが無く、接合部分が一体であるため堅牢性に優れ、空気の流れが遮られ難く、形状の安定性にも優れる。
また、保形部材が金属製の場合、材質は特に限定されず、鉄、銅、銀、金、アルミニウム、ニッケル、ステンレス、タングステン、モリブデン等を用いることができる。
（ｏ）保形部材の開孔率は５０〜９０％のものが好適に用いられる。保形部材の開孔率が５０％より小さくなるにつれ、繊維集合体の露出が小さくなり、単位時間当たりに繊維集合体を通過できる空気の量が少なくなって、目詰まりが発生し易くなる傾向があり、９０％より大きくなるにつれ、保形部材の構造強度が弱くなり、外力等による破損等が発生し易くなる傾向があり、いずれも好ましくない。

（ｐ）保形部材の１つの孔部の目開き面積は０．５〜５００ｍｍ^２のものが好適に用いられる。孔部の目開き面積が０．５ｍｍ^２より小さくなるにつれ、目が細かくなって空気が通過し難くなり、目詰まりが発生し易くなる傾向があり、５００ｍｍ^２より大きくなるにつれ、目が粗くなって微粒子を捕集できなくなり、捕集性能が低下し易くなる傾向があり、いずれも好ましくない。
（ｑ）保形部材の厚さとしては、０．３〜１ｍｍのものが好適に用いられる。保形部材の厚さが０．３ｍｍより薄くなるにつれ、曲げ強度が不足して製造時に破断し易くなる傾向があり、１ｍｍより厚くなるにつれ、空気清浄用フィルタ全体の厚さに対する繊維集合体の割合が少なくなり、空気が通過する際の処理対象物質の分離機能が十分に得られなくなる傾向があり、いずれも好ましくない。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の空気清浄用フィルタであって、前記表皮層の外表面に形成され光触媒機能を有する金属化合物を含む溶射皮膜を備えた構成を有している。
この構成により、請求項１の作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）繊維集合体及び保形部材の表皮層の外表面に光触媒機能を有する金属化合物を含む溶射皮膜が形成されるので、溶射による金属化合物の密着性が高く、溶射皮膜の剥れ等が起き難く、製品の耐久性や品質安定性に優れる。
（２）表皮層により繊維集合体及び保形部材と溶射皮膜が直接接触しないので、表皮層が不動態であれば、空気清浄用フィルタ表面に付着した水分による繊維集合体や保形部材の電食（ガルバニック腐食）が起きず、耐食性に優れると共に、溶射皮膜に銀や銅等の殺菌金属を混合して殺菌性を向上させることができる。
（３）表皮層が形成される繊維の表面が粗面化されており、表皮層の外表面に凹凸が形成されているので、アンカー効果により溶射材料が表皮層の凹部に食込み易く、溶射皮膜の緻密性、密着性に優れる。
（４）繊維集合体及び保形部材の表皮層の外表面に形成され光触媒機能を有する金属化合物を含む溶射皮膜を備えるので、空気清浄用フィルタの表面に接触するウィルスや細菌に対する殺菌性に優れる。

ここで、溶射皮膜を形成する溶射材料は、少なくとも光触媒機能を有する金属化合物であれば特に限定されず、二酸化チタンや酸化亜鉛，酸化タングステン，酸化カドミウム，酸化インジウム，酸化銀，酸化マンガン，酸化銅，酸化鉄，酸化スズ，酸化バナジウム，酸化ニオブ，酸化ジルコニウム等の金属酸化物半導体、硫化カドミウム，硫化亜鉛，硫化インジウム，硫化鉛，硫化銅，硫化モリブデン，硫化タングステン，硫化アンチモン，硫化ビスマス等の金属硫化物半導体、チタン酸ストロンチウム、セレン化カドミウム、タンタル酸カリウム及びこれらの混合物を使用することができる。中でも、二酸化チタンは安価であり、化学的安定性に優れ、かつ高い触媒活性を有しているので好ましい。
二酸化チタンには、結晶構造の違いによりアナターゼ（Ａｎａｔａｓｅ）型やルチル（Ｒｕｔｉｌｅ）型等が存在するが、結晶構造は特に限定されず、一方のみを用いても良いし、これらの混合物を用いても良い。尚、光触媒機能を重視する場合にはアナターゼ型の二酸化チタンを使用することが好ましく、コスト面を重視する場合にはルチル型の二酸化チタンを使用することが好ましい。
また、二酸化チタンの結晶格子中に、硫黄，炭素，窒素等をドープしたり、溶射皮膜に増感剤である鉄，銅，クロム、ニッケル等の金属錯体又は金属塩から選ばれる少なくとも１以上の化合物を混合又は担持させたりすることにより可視光応答型の溶射皮膜としても良い。

溶射皮膜を形成する溶射材料には、光触媒機能を有する金属化合物に加え、殺菌機能を有する殺菌金属を担持させても良い。殺菌金属としては、銀，銅，亜鉛，ニッケル，コバルト，アルミニウム，鉄やこれらの化合物等を使用することができる。これら殺菌金属を加えて、殺菌性を高める場合、溶射皮膜の総量に対し、０．１〜１０質量％含めることが好ましい。
溶射皮膜中の殺菌金属の量が０．１質量％より少なくなるにつれ、殺菌性の向上が見られなくなる傾向があり、１０質量％より多くなるにつれ、光触媒機能を有する金属化合物の量が減り、光触媒機能を利用した殺菌性が低下すると共に、空気清浄用フィルタを通過する大気中の処理物質が単位時間当りに溶射皮膜中の光触媒機能を有する金属化合物に接触できる量が低下し、光触媒機能による処理量が低下し易くなる傾向があり、いずれも好ましくない。

溶射皮膜を形成する方法としては、溶射であれば特に限定されず、フレーム溶射，高速フレーム溶射，ガス式溶射、アーク溶射，プラズマ溶射，線爆溶射等の電気式溶射、コールドスプレー法等の方法を用いることができる。中でも、高速フレーム溶射は、溶射材料が半溶融状態で溶射されるので、溶射材料が熱の影響を受け難く、また、音速の数倍の速度で吹き付けるので、溶射材料が繊維複合体に食い込み易く、アンカー効果が得られ易いため、緻密で密着度の高い溶射皮膜を形成することができ好ましい。
溶射皮膜の溶射量としては、５〜４０ｇ／ｍ^２，好ましくは１０〜３０ｇ／ｍ^２であることが望ましい。溶射量が１０ｇ／ｍ^２より少なくなるにつれ、空気清浄用フィルタ表面の溶射皮膜が薄くなるので、外力による溶射皮膜の剥離等が起き易く、品質の安定性や耐久力が低下する傾向があり、５ｇ／ｍ^２より少なくなるにつれ、これらの傾向が著しくなるので好ましくない。また、３０ｇ／ｍ^２より多くなるにつれ、溶射皮膜が厚くなるので、空気清浄用フィルタを曲げる等した際に、表面に亀裂が入り易く、それに伴って溶射皮膜の剥離等が起き易くなり、品質の安定性が低下する傾向があり、４０ｇ／ｍ^２より多くなるにつれ、これらの傾向が著しくなるので好ましくない。

本発明の請求項３に記載の空気清浄機は、請求項１又は２に記載の空気清浄用フィルタを備えた構成を有している。
この構成により、以下のような作用が得られる。
（１）マイナスに帯電し易い空気清浄用フィルタにより、空気中でプラスに帯電しているＰＭ２．５等の微粒子を強く引きつけて捕集することができると共に、捕集した塵埃や微粒子などの処理対象物質を確実に保持して外部に流出させることがなく、空気の浄化の確実性、安定性、信頼性に優れる。
（２）薄くても複雑に絡まった繊維に微粒子が引っ掛かり易く、また繊維の表面積が大きく、微粒子が付着し易い空気清浄用フィルタを備えることにより、微粒子の捕集の効率性、確実性に優れると共に、小型化が容易で省スペース性に優れる。
（３）捕集した微粒子などの処理対象物質を吸引や洗浄によって除去することが可能な空気清浄用フィルタを備えることにより、メンテナンス性、環境保護性、空気清浄機能の安定性に優れる。

ここで、空気清浄機とは、いわゆる一般的な空気清浄機を始め、空気清浄機能を有する脱臭機、エアコン、加湿器などの各種機器を総称したものをいう。
空気清浄機においては、空気清浄用フィルタのみを単独で用いてもよいし、光触媒機能や殺菌脱臭機能を有するその他のフィルタと組合せて使用してもよい。
また、空気清浄機にマイナスイオンを発生させるイオナイザーなどを内蔵した場合、マイナスイオンを空気清浄用フィルタの繊維集合体に接触させて確実にマイナスに帯電させることができ、空気中でプラスに帯電している微粒子を引きつけて確実に捕集し、保持することができ、微粒子の捕集の効率性、確実性を向上させることができる。

請求項１に記載の発明によれば、以下のような効果が得られる。
（１）ガラス繊維や紙に比べてマイナスに帯電し易く、空気中でプラスに帯電しているＰＭ２．５等の微粒子を強く引きつけて逃さずに捕集することができると共に、捕集した微粒子を確実に保持することができる微粒子の捕集の効率性、確実性に優れた空気清浄用フィルタを提供することができる。
（２）繊維集合体及び保形部材を表皮層で保護することができる耐久性、長寿命性に優れた空気清浄用フィルタを提供することができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の効果に加え、以下のような効果が得られる。
（１）溶射による金属化合物の密着性が高く、溶射皮膜の剥れ等が起き難い製品の耐久性、品質安定性に優れた空気清浄用フィルタを提供することができる。
（２）溶射皮膜の緻密性、密着性に優れ、表面に接触するウィルスや細菌に対する殺菌性に優れた空気清浄用フィルタを提供することができる。
（３）ベーマイト層を介して繊維集合体や保形部材と溶射皮膜の密着性を向上させることができ、溶射皮膜の剥れや亀裂等が発生し難い製品の耐久性、品質安定性、形状自在性に優れた空気清浄用フィルタを提供することができる。

請求項３に記載の発明によれば、以下のような効果が得られる。
（１）マイナスに帯電し易い空気清浄用フィルタにより、空気中でプラスに帯電しているＰＭ２．５等の微粒子を強く引きつけて捕集することができると共に、捕集した塵埃や微粒子などの処理対象物質を確実に保持して外部に流出させることがない空気の浄化の確実性、安定性、信頼性に優れた空気清浄用フィルタを提供することができる。

実施の形態１の空気清浄用フィルタの分解模式斜視図実施の形態１の空気清浄用フィルタの模式斜視図及び部分模式拡大図図２のＢ−Ｂ線断面模式拡大図実施の形態１における空気清浄用フィルタの繊維集合体を形成する繊維の模式側面図（ａ）実施の形態１の空気清浄用フィルタの繊維集合体を形成する繊維の初期状態を示す模式断面図（ｂ）実施の形態１の空気清浄用フィルタの繊維集合体を形成する繊維の粗面化処理工程後の状態を示す模式断面図（ｃ）実施の形態１の空気清浄用フィルタの繊維集合体を形成する繊維の表皮層形成工程後の状態を示す模式断面図（ｄ）実施の形態１の空気清浄用フィルタの繊維集合体を形成する繊維の溶射工程後の第１の状態を示す模式断面図（ｅ）実施の形態１の空気清浄用フィルタの繊維集合体を形成する繊維の溶射工程後の第２の状態を示す模式断面図実施の形態１における空気清浄用フィルタを備えた空気清浄機の構成を示す要部模式側面図実施例１の空気清浄用フィルタにおける２μｍ粒子除去時間と除去率との関係を示すグラフ

以下、本発明の実施の形態における空気清浄用フィルタ及びそれを備えた空気清浄機について、図面を参照しながら説明する。尚、本発明は以下に説明する実施の形態に限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１は実施の形態１の空気清浄用フィルタの分解模式斜視図であり、図２は実施の形態１の空気清浄用フィルタの模式斜視図及び部分模式拡大図であり、図３は図２のＢ−Ｂ線断面模式拡大図、図４は実施の形態１の空気清浄用フィルタの繊維集合体を形成する繊維の模式側面図である。
図１及び図２中、１は本発明の実施の形態１における空気清浄用フィルタ、２はアルミニウム製又はアルミニウム合金製の繊維で不織布状に形成された繊維集合体、３は繊維集合体２を挟持するアルミニウム製又はアルミニウム合金製のエキスパンドメタル等の保形部材、４は繊維集合体２と保形部材３を圧着した圧着部である。
また、図３中、５は繊維集合体２及び保形部材３の表面に形成された表皮層、６は表皮層５の表面に形成された光触媒機能を有する金属化合物等からなる溶射皮膜である。
図４中、７は繊維集合体２を形成する繊維、８は繊維７の表面にブラストやプラズマ放電などの粗面化処理によって形成された凹部である。

繊維集合体２を形成する繊維７の平均繊維径は３０〜２００μｍとした。平均繊維径が３０μｍより細くなるにつれ、繊維７の強度が弱くなり、繊維集合体２の耐久性が低下して、繊維７の表面に凹部８を形成する際などに繊維集合体２が破損し易く、歩留が低下する傾向があり、２００μｍより太くなるにつれ、繊維７の強度は強くなるが、空隙率や単位体積当りの表面積が低下し、空気が通過し難くなると共に、微粒子の付着性能が低下し易くなる傾向があることがわかったためである。
繊維集合体２の目付量は３００〜１００００ｇ／ｍ^２とした。目付量が３００ｇ／ｍ^２より少なくなるにつれ、単位体積当りの繊維の量が少なくなり、空気中の微粒子や細菌、ウィルス、悪臭物質等の処理対象物質が通過し易く、処理対象物質の分離（捕集）が難しくなる傾向があり、１００００ｇ／ｍ^２より多くなるにつれ、単位面積当りの繊維７の量が多くなり、目詰まりが発生し易くなって寿命が短くなる傾向があることがわかったためである。

保形部材３の材質としては、アルミニウムやアルミニウム合金の他に、鉄，銅，銀，金，ニッケル，ステンレス，タングステン，モリブデン等の金属や合成樹脂を使用することができる。
保形部材３の開孔率は５０〜９０％とした。保形部材３の開孔率が５０％より小さくなるにつれ、繊維集合体２の露出が小さくなり、単位時間当たりに繊維集合体２を通過できる空気の量が少なくなって、目詰まりが発生し易くなる傾向があり、９０％より大きくなるにつれ、保形部材３の構造強度が弱くなり、外力等による破損等が発生し易くなる傾向があることがわかったためである。
保形部材３の１つの孔部の目開き面積は０．５〜５００ｍｍ^２とした。孔部の目開き面積が０．５ｍｍ^２より小さくなるにつれ、目が細かくなって空気が通過し難くなり、目詰まりが発生し易くなる傾向があり、５００ｍｍ^２より大きくなるにつれ、目が粗くなって微粒子を捕集できなくなり、捕集性能が低下し易くなる傾向があることがわかったためである。尚、本実施の形態では、図１に示したように、空気清浄用フィルタ１の表裏で保形部材３の目開きの向きが同一方向となるように繊維集合体２の両面に保形部材３を覆設したが、いずれか一方の保形部材３を９０度回転させて、表裏で保形部材３の目開きの向きが直交するように配置し、強度を向上させることもできる。
保形部材３の厚さは０．３〜１ｍｍとした。保形部材３の厚さが０．３ｍｍより薄くなるにつれ、曲げ強度が不足して製造時に破断し易くなる傾向があり、１ｍｍより厚くなるにつれ、空気清浄用フィルタ１全体の厚さに対する繊維集合体２の割合が少なくなり、空気が通過する際の処理対象物質の分離機能が十分に得られなくなる傾向があることがわかったためである。

溶射皮膜６を形成する金属化合物としては、光触媒機能を有していれば特に限定されないが、二酸化チタンは光触媒の中でも安価であり、人体に対する毒性もないため好ましい。
また、溶射皮膜６には、該金属酸化物に加え、殺菌金属の銀，銅，亜鉛，アルミニウム，ニッケル，コバルト，鉄等を担持させてもよい。
尚、殺菌金属を担持させる場合、溶射皮膜６の総量に対し０．１〜１０質量％担持させることが好ましい。溶射皮膜６中の殺菌金属の量が０．１質量％より少なくなるにつれ、殺菌性の向上が見られなくなる傾向があり、１０質量％より多くなるにつれ、光触媒機能を有する金属化合物の量が減り、光触媒機能を利用した殺菌性が低下すると共に、空気清浄用フィルタ１を通過する空気中の処理対象物質が単位時間当りに溶射皮膜６中の光触媒機能を有する金属化合物に接触できる量が低下し、光触媒機能による処理量が低下し易くなる傾向があることがわかったためである。

凹部８は繊維７の表面粗さがＲａ＝３〜８μｍ程度となるように形成した。粗面化処理後の繊維７の表面粗さがＲａ＝３μｍより滑らかになるにつれ、粗面化の効果が低下して繊維７の表面積が不足し易くなり、微粒子が付着し難くなる傾向があり、Ｒａ＝８μｍより粗くなるにつれ、繊維７の表面の凹凸が増え、微粒子が付着できる場所が減少して、微粒子の保持安定性が低下し易くなると共に、繊維７の強度が低下して破損し易くなる傾向があることがわかったためである。
尚、凹部８は少なくとも繊維集合体２の上流側の繊維７の表面に形成されていればよいが、繊維集合体２の下流側の繊維７の表面にも形成し、繊維集合体２の両面を粗面化することにより、空気清浄用フィルタ１の表裏を気にせずに使用することができ、取扱い性に優れる。また、繊維集合体２の両面に保形部材３を覆設し、保形部材３で繊維集合体２を保持した状態で凹部８を形成する（粗面化処理を行う）場合は、同時に保形部材３の表面にも凹部８を形成してよい。

以上のように構成された本発明の実施の形態１における空気清浄用フィルタの製造方法について説明する。
図５（ａ）は実施の形態１の空気清浄用フィルタの繊維集合体を形成する繊維の初期状態を示す模式断面図であり、図５（ｂ）は実施の形態１の空気清浄用フィルタの繊維集合体を形成する繊維の粗面化処理工程後の状態を示す模式断面図であり、図５（ｃ）は実施の形態１の空気清浄用フィルタの繊維集合体を形成する繊維の表皮層形成工程後の状態を示す模式断面図であり、図５（ｄ）は実施の形態１の空気清浄用フィルタの繊維集合体を形成する繊維の溶射工程後の第１の状態を示す模式断面図であり、図５（ｅ）は実施の形態１の空気清浄用フィルタの繊維集合体を形成する繊維の溶射工程後の第２の状態を示す模式断面図である。
まず、繊維集合体保形工程として、繊維を集合圧縮する等して得られた繊維集合体２を図１に示すようにエキスパンドメタルやパンチングメタル等の保形部材３で挟み込み、１〜４ｍｍの厚みに圧縮し、図２に示すように繊維集合体２と保形部材３の要所をスポット溶接し、圧着部４を形成することで、繊維集合体２及び保形部材３の形状を保持し、繊維集合体２と保形部材３の密着性を高める。この時、空気清浄用フィルタ１の表面には繊維集合体２及び保形部材３が規則的に露出している状態となる。（図２中Ａを参照）

次に、空気清浄用フィルタ１に対し、ブラストやプラズマ放電などを用いた粗面化処理工程を行う。初期状態の繊維７は図５（ａ）に示すように略円柱状に形成されているが、粗面化処理を行うことにより、図５（ｂ）に示すように少なくとも繊維集合体２の上流側の繊維７の表面に複数の凹部８を形成することができる。繊維７の表面をブラストで粗面化する場合、ブラスト材料としてはアルミナグリッドが好適に用いられる。また、ブラスト材料の粒度は繊維７の平均繊維径や目標とする表面粗さ等によって異なるが、１５０〜１８０μｍ程度が好ましい。尚、ブラスト材料の噴射圧力やブラストの処理時間は、繊維７の平均繊維径、目標とする表面粗さ、繊維集合体の面積などに応じて、適宜、選択することができる。

次に、粗面化処理工程で繊維集合体２の表面が粗面化された空気清浄用フィルタ１を純水で洗浄し、表皮層形成工程（ベーマイト処理工程）として、該空気清浄用フィルタ１を９０℃以上の熱水に３０分間以上浸漬させるか、９０℃以上の水蒸気に３０分間以上接触させることで、図５（ｃ）に示すように０．２〜２μｍの表皮層５（ベーマイト層）が生成される。表皮層５の生成後、約１００〜２００℃の乾燥炉で数時間乾燥させることで表皮層５を安定化することができる。
次に、溶射工程として、該空気清浄用フィルタ１に光触媒機能を有する金属化合物を高速フレーム溶射等の方法で溶射することにより、繊維集合体２及び保形部材３の表面に溶射皮膜６が形成され、本発明の実施の形態１の空気清浄用フィルタ１が製造される。溶射皮膜６は図５（ｄ）に示すように繊維７の上流側の表面のみに形成してもよいし、図５（ｅ）に示すように繊維７の全面に形成してもよい。
空気清浄用フィルタ１は、使用する際に所定の大きさに切断したり、変形させたりして使用することができる。
尚、表皮層形成工程（ベーマイト処理工程）及び溶射工程はいずれか一方又は両方を省略してもよい。

次に、以上のように構成された実施の形態１における空気清浄用フィルタを備えた空気清浄機について説明する。
図６は実施の形態１における空気清浄用フィルタを備えた空気清浄機の構成を示す要部模式側面図である。
図６中、１０は実施の形態１における空気清浄用フィルタ１を備えた空気清浄機、１１は空気清浄用フィルタ１の下流側に配設された光触媒フィルタ、１２は光触媒フィルタ１１の下流側に配設され空気清浄機１０の内部に空気を吸入するファンである。
図６において、空気清浄機１０を運転するとファン１２が回転して室内の空気と共に空気中に含まれる塵埃や微粒子などの処理対象物質が空気清浄機１０の内部に吸入される。
このとき、空気清浄機１０の最上流側（空気流入側）に空気清浄用フィルタ１が配設されていることにより、処理対象物質が空気清浄用フィルタ１に捕集され保持される。空気清浄用フィルタ１を通過した空気は下流側の光触媒フィルタ１１により脱臭、除菌され、浄化された空気が空気清浄機１０の吹出口から吐出される。
尚、空気清浄機１０の構成は本実施の形態に限定されるものではなく、光触媒フィルタ１１を省略してもよいし、さらに異なる機能を有する１乃至複数のフィルタを組合せて使用してもよい。また、空気清浄用フィルタ１をマイナスに帯電させるためのイオナイザーなどを内蔵してもよい。
本実施の形態では、空気清浄機１０について説明したが、空気清浄用フィルタ１は、空気清浄機能を有する脱臭機、エアコン、加湿器などの各種機器のフィルタとして用いることができる。

以上のように構成された実施の形態１における空気清浄用フィルタは、以下の作用を有する。
（１）アルミニウム製又はアルミニウム合金製の繊維で不織布状に形成された繊維集合体を有することにより、ガラス繊維や紙に比べてマイナスに帯電し易く、空気中でプラスに帯電しているＰＭ２．５等の微粒子が強く引きつけられて捕集されるので、微粒子を逃さずに捕集することができると共に、捕集した微粒子を確実に保持することができ、微粒子の捕集の効率性、確実性に優れる。
（２）繊維集合体が不織布状に形成され繊維が複雑に絡まっていることにより、薄くても微粒子が引っ掛かり易く、塵埃や微粒子などの処理対象物質を確実かつ効率的に捕集することができるので、総厚を薄くして容易に軽量化を図ることができ、省資源性、取扱い性に優れる。
（３）複数の孔部を有し繊維集合体の両平面に覆設された保形部材を有するので、繊維集合体の変形や破損を防ぐことができ、形状安定性、取扱い性に優れると共に、保形部材により繊維集合体の厚みを調整することができ、設計自在性に優れる。
（４）繊維集合体及び保形部材が金属製である場合は、繊維集合体と保形部材を圧着、溶接、焼結等の方法で強固に固定することができ、耐久性に優れ、別途、フレーム等の形状保持部材を備える必要がなく、構成を簡素化することができ、量産性に優れる。
（５）少なくとも繊維集合体の上流側（空気流入側）の繊維の表面を粗面化して形成された凹部を有することにより、繊維集合体の繊維の表面積を増加させることができるので、空気中の微粒子との接触面積を増大させることができ、繊維集合体の繊維の表面に微粒子が付着し易く、微粒子の捕集の効率性、確実性に優れる。
（６）繊維集合体がアルミニウム製又はアルミニウム合金製の繊維で不織布状に形成されているので、繊維に吸着した処理対象物質を洗浄したり、掃除機で吸引したりして取除くことができ、メンテナンス性、環境保護性に優れる。
（７）繊維集合体及び保形部材の外表面に形成され光触媒機能を有する金属化合物を含む溶射皮膜を備えるので、空気清浄用フィルタの表面に接触するウィルスや細菌に対する殺菌性に優れる。
（８）繊維集合体及び保形部材の外表面に形成された表皮層を有することにより、繊維集合体及び保形部材を保護することができ、耐久性、長寿命性に優れる。
（９）繊維集合体及び保形部材の外表面に形成された表皮層の外表面に光触媒機能を有する金属化合物を含む溶射皮膜が形成されるので、溶射による金属化合物の密着性が高く、溶射皮膜の剥れ等が起き難く、製品の耐久性や品質安定性に優れる。
（１０）表皮層が形成される繊維の表面が粗面化されており、表皮層の外表面に凹凸が形成されているので、アンカー効果により溶射材料が表皮層の凹部に食込み易く、溶射皮膜の緻密性、密着性に優れる。
（１１）保形部材がアルミニウム製又はアルミニウム合金製であり、表皮層がベーマイト層であることにより、純粋なアルミニウム等に比べて硬度が高く、耐久性、長寿命性に優れる。
（１２）繊維集合体及び保形部材がアルミニウム製又はアルミニウム合金製であり、表皮層として純粋なアルミニウム等に比べて硬度の高いベーマイト層を有しているので、ベーマイト層を介して繊維集合体や保形部材と溶射皮膜の密着性を向上させることができ、溶射皮膜の剥れや亀裂等が発生し難く、製品の耐久性、品質安定性、形状自在性に優れる。
（１３）ベーマイトは不動態であるため、空気清浄用フィルタ表面に付着した水分による繊維集合体や保形部材の電食（ガルバニック腐食）が起きず、溶射皮膜に銀や銅等の殺菌金属を混合することができ、殺菌性を向上させることができる。

以上のように構成された実施の形態１における空気清浄用フィルタを備えた空気清浄機は、以下の作用を有する。
（１）マイナスに帯電し易い空気清浄用フィルタにより、空気中でプラスに帯電しているＰＭ２．５等の微粒子を強く引きつけて捕集することができると共に、捕集した塵埃や微粒子などの処理対象物質を確実に保持して外部に流出させることがなく、空気の浄化の確実性、安定性、信頼性に優れる。
（２）薄くても複雑に絡まった繊維に微粒子が引っ掛かり易く、また繊維の表面積が大きく、微粒子が付着し易い空気清浄用フィルタを備えることにより、微粒子の捕集の効率性、確実性に優れると共に、小型化が容易で省スペース性に優れる。
（３）捕集した微粒子などの処理対象物質を吸引や洗浄によって除去することが可能な空気清浄用フィルタを備えることにより、メンテナンス性、環境保護性、空気清浄機能の安定性に優れる。

本発明は、繊維集合体の繊維の表面が粗面化されて、単位体積当たりの繊維の表面積が大きく、空気中の微粒子との接触面積を増大させることができ、繊維集合体の繊維の表面にＰＭ２．５のような微粒子が接触して付着し易く、微粒子を吸着する力が強いため、微粒子を逃さずに捕集することができると共に、捕集した微粒子を確実に保持することができ、薄くても塵埃や微粒子などの処理対象物質の捕集の効率性、確実性に優れるだけでなく、形状の安定性、加工性に優れ、また耐食性、耐久性、品質の安定性にも優れ、吸着した処理対象物質を洗浄したり、掃除機で吸引したりして取除くことができ、メンテナンス性、環境保護性に優れる空気清浄用フィルタの提供、及びそれを備えることにより、捕集した塵埃や微粒子などの処理対象物質を外部に流出させることがなく、空気の浄化の確実性、安定性、信頼性に優れると共に、小型化が容易で省スペース性に優れる空気清浄機の提供を行うことができ、各家庭などにおけるＰＭ２．５対策等に大きく貢献することができる。

１空気清浄用フィルタ
２繊維集合体
３保形部材
４圧着部
５表皮層
６溶射皮膜
７繊維
８凹部
１０空気清浄機
１１光触媒フィルタ
１２ファン

Claims

アルミニウム製又はアルミニウム合金製の繊維で不織布状に形成された繊維集合体と、アルミニウム製又はアルミニウム合金製で複数の孔部を有し前記繊維集合体の両平面に覆設された保形部材と、少なくとも前記繊維集合体の上流側の前記繊維の表面を粗面化して形成された凹部と、前記保形部材の外表面及び前記保形部材の孔部から露出する前記繊維集合体の外表面に形成されたアルマイト層又はベーマイト層の表皮層と、を備えていることを特徴とする空気清浄用フィルタ。
前記表皮層の外表面に形成され光触媒機能を有する金属化合物を含む溶射皮膜を備えていることを特徴とする請求項１に記載の空気清浄用フィルタ。
請求項１又は２に記載の空気清浄用フィルタを備えたことを特徴とする空気清浄機。