JPWO2011049140A1 - 繊維状フィルター及び空気清浄機 - Google Patents
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- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2259/00—Type of treatment
- B01D2259/80—Employing electric, magnetic, electromagnetic or wave energy, or particle radiation
- B01D2259/802—Visible light
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- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2259/00—Type of treatment
- B01D2259/80—Employing electric, magnetic, electromagnetic or wave energy, or particle radiation
- B01D2259/804—UV light
Abstract
光触媒層の強度の向上を図ることができる繊維状フィルター及びこうした繊維状フィルターを利用した空気清浄機を提供することを目的とする。そのために、直径が５０μｍ〜５００μｍのアルミニウム繊維から構成され、目付量が５００ｇ／ｍ２〜１００００ｇ／ｍ２であり、空隙率が５０％〜９０％である繊維状フィルター本体１に、二酸化チタン粒子２を溶射することでアナターゼ型結晶構造が７０質量％以上である二酸化チタン皮膜を成膜する。
Description
本発明は繊維状フィルター及び空気清浄機に関する。詳しくは、例えば、汚染物質の無害化、抗菌、及び殺菌を行うことが可能な光触媒機能を有する繊維状フィルター及びこうした繊維状フィルターを利用した空気清浄機に係るものである。
高齢化社会の進展により、免疫力の低下した高齢者の全人口に占める割合が増加傾向にあり、それに伴って、院内感染や食中毒等の予防の観点から、医療現場や食品生産及び加工現場における衛生管理の強化が喫緊の課題となっている。こうした社会的背景を受けて、様々な抗菌加工製品が開発されており、近年、抗菌加工への光触媒機能の利用が特に注目を集めている。
ここで、「光触媒機能」とは、その伝導帯と価電子帯のバンドギャップエネルギーより大きな光エネルギーが照射されると励起状態となり、電子−正孔対を生成して酸化及び還元反応を引き起こす触媒物質（光半導体物質）が有する機能を意味している。
光触媒の中でも、特に二酸化チタン（ＴｉＯ２）を用いた光触媒は、安価で、化学的安定性に優れ、かつ高い触媒活性を有しており、その強力な有機物分解活性により、細菌の菌体と同時にグラム陰性菌の細胞壁外壁成分であるエンドトキシンや細菌が産生する毒素（例えば、病原性大腸菌が産生するベロ毒素）等の有害物質を併せて分解することができ、しかも光触媒自体は人体に無害であるという利点を有している。
そのため、二酸化チタンを用いた光触媒の研究及び応用が行われており、食品容器、建材等の抗菌加工に二酸化チタン光触媒が広く用いられている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。
なお、二酸化チタンは紫外線照射下でしか光触媒活性を発現しないために、紫外線成分を殆ど含まない室内光の下では充分な触媒活性を発現することができないこととなる。そのため、窒素、炭素、硫黄等の原子を結晶格子中にドープした二酸化チタンが、可視光照射下で光触媒活性を発現する光触媒として提案されており、特に硫黄ドープ二酸化チタンは、可視光領域における吸光係数が高く、可視光で高い触媒活性を有していることが知られている（例えば、特許文献３参照。）。
ところで、従来、光触媒をセラミックス多孔質体に担持させた光触媒フィルターが、空調機、空気清浄機、水処理装置等に応用されている。
例えば、特許文献４には、セラミックス多孔質体に酸化チタンを担持させたものに紫外線を照射し、酸化チタンの光触媒作用によって気体の悪臭を除去することが記載されている。
例えば、特許文献４には、セラミックス多孔質体に酸化チタンを担持させたものに紫外線を照射し、酸化チタンの光触媒作用によって気体の悪臭を除去することが記載されている。
なお、従来の光触媒フィルターでは、光触媒コーティング液にディッピング（漬け込み）することによって、多孔質セラミックスフィルターの表面に光触媒層が形成されていた（例えば、特許文献４及び特許文献５参照。）。
しかしながら、ディッピングによって形成された光触媒層（ディッピング層）は緻密であるために、フィルターに小さな曲げ応力が加えられた場合であってもクラックが生じやすかった（図１（ｂ）参照）。なお、図１（ｂ）中符号１０１は多孔質セラミックスフィルター、符号１０２はディッピング層、符号１０３はクラックを示している。
本発明は以上の点に鑑みて創案されたものであって、光触媒層の強度の向上を図ることができる繊維状フィルター及びこうした繊維状フィルターを利用した空気清浄機を提供することを目的とするものである。
上記の目的を達成するために、本発明に係る繊維状フィルターでは、直径が５０μｍ〜５００μｍの繊維から構成され、空隙率が５０％〜９０％である繊維状フィルター本体と、前記繊維の表面に溶射技術により成膜された二酸化チタン皮膜とを備える。
また、上記の目的を達成するために、本発明に係る空気清浄機では、直径が５０μｍ〜５００μｍの繊維から構成され、空隙率が５０％〜９０％である繊維状フィルター本体と、前記繊維の表面に溶射技術により成膜された二酸化チタン皮膜を有する繊維状フィルターと、該繊維状フィルターに光を照射する光源とを備える。
更に、本発明に係る空気清浄機では、直径が５０μｍ〜５００μｍのアルミニウム繊維から構成され、目付量が５００ｇ／ｍ２〜１００００ｇ／ｍ２であり、空隙率が５０％〜９０％である繊維状フィルター本体と、前記繊維の表面に溶射技術により成膜されると共に、０．１質量％〜１０質量％の抗菌金属が担持された二酸化チタン皮膜を有する繊維状フィルターと、該繊維状フィルターに光を照射する光源とを備える。
ここで、二酸化チタン皮膜が溶射技術により成膜されたことによって、繊維の表面には二酸化チタン粒子が突き刺さる様にして二酸化チタン皮膜が成膜され、その上層には溶射熱により部分焼結が生じた状態で二酸化チタン皮膜が成膜されることとなり、割れが生じにくく、耐久性の向上を図ることができる。
即ち、繊維状フィルター本体表面の二酸化チタン皮膜は、二酸化チタン粒子が繊維状フィルター本体の表面に突き刺さる様な状態をなしており、アンカー効果によって繊維状フィルター本体と二酸化チタン皮膜との高い密着性が実現し、また、その上層に積層される二酸化チタン皮膜については、二酸化チタン粒子同士が部分焼結することによって高い密着性を実現するのである。
また、繊維状フィルター本体を構成する繊維の直径が５０μｍ未満では、繊維状フィルター本体の強度が充分では無く、溶射技術による二酸化チタン皮膜の成膜が困難であり、歩留まりの低下が懸念される。
一方で、繊維状フィルター本体を構成する繊維の直径が５００μｍを越えると、一定空間内に占める繊維量が多すぎることとなる。そして、一定空間内に繊維が過剰に存在することで、二酸化チタン皮膜の存在領域を充分に確保することができず、一定空間内の二酸化チタン皮膜の割合が小さくなりすぎて、二酸化チタン皮膜の光触媒機能を充分に発揮することが困難となる。
そのため、繊維状フィルター本体を構成する繊維の直径を５０μｍ〜５００μｍとしている。なお、繊維状フィルター本体を構成する繊維の直径が１００μｍ〜２００μｍである方が望ましい。
一方で、繊維状フィルター本体を構成する繊維の直径が５００μｍを越えると、一定空間内に占める繊維量が多すぎることとなる。そして、一定空間内に繊維が過剰に存在することで、二酸化チタン皮膜の存在領域を充分に確保することができず、一定空間内の二酸化チタン皮膜の割合が小さくなりすぎて、二酸化チタン皮膜の光触媒機能を充分に発揮することが困難となる。
そのため、繊維状フィルター本体を構成する繊維の直径を５０μｍ〜５００μｍとしている。なお、繊維状フィルター本体を構成する繊維の直径が１００μｍ〜２００μｍである方が望ましい。
更に、繊維状フィルター本体の空隙率が５０％未満では、空気抵抗が大きくなりすぎて繊維状フィルター本体を空気が通過することが困難となり、有害物質（被分解物質）と二酸化チタン皮膜とが接触し難くなる。このことは、繊維状フィルター本体を空気清浄機に利用する場合に、空気清浄機としての機能を充分に果たすことが困難になることを意味する。
一方で、繊維状フィルター本体の空隙率が９０％を越えると、一定空間内に占める繊維量が少なすぎることとなる。そして、繊維の表面に二酸化チタン皮膜が成膜されることを考慮すると、繊維量が少なすぎることで、一定空間内に占める二酸化チタン皮膜の成膜量が充分ではなく、二酸化チタン皮膜の光触媒機能を充分に発揮することが困難となる。
そのため、繊維状フィルター本体の空隙率を５０％〜９０％としている。なお、繊維状フィルター本体の空隙率は６０％〜８０％である方が望ましい。
一方で、繊維状フィルター本体の空隙率が９０％を越えると、一定空間内に占める繊維量が少なすぎることとなる。そして、繊維の表面に二酸化チタン皮膜が成膜されることを考慮すると、繊維量が少なすぎることで、一定空間内に占める二酸化チタン皮膜の成膜量が充分ではなく、二酸化チタン皮膜の光触媒機能を充分に発揮することが困難となる。
そのため、繊維状フィルター本体の空隙率を５０％〜９０％としている。なお、繊維状フィルター本体の空隙率は６０％〜８０％である方が望ましい。
ところで、二酸化チタンはアナターゼ（Ａｎａｔａｓｅ）型とルチル（Ｒｕｔｉｌｅ）型の結晶構造を有し、アナターゼ型の二酸化チタンの方が、ルチル型の二酸化チタンよりも、高い光触媒機能を示すことが知られている。そのため、アナターゼ型結晶構造が７０質量％以上となる様に二酸化チタン皮膜を成膜することによって、高い光触媒機能を実現することができる。但し、アナターゼ型の二酸化チタンはルチル型の二酸化チタンと比較すると、一般に高価であるために、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採用する方が好ましい。
なお、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、鉄、銅、クロム、ニッケル等の金属錯体または金属塩から選ばれる少なくとも一種類の化合物である増感剤を担持したりすることによって、可視光応答型の二酸化チタンが実現し、こうした可視光応答型の二酸化チタンを採用することもできる。
また、二酸化チタン皮膜に抗菌金属（例えば、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｎ等）が担持されることによって、抗菌作用がより一層高まることとなる。なお、抗菌金属が少なすぎると抗菌効果が発揮できず、また、抗菌金属が多すぎても抗菌効果が却って低下してしまう。従って、二酸化チタン皮膜には０．１質量％〜１０質量％の抗菌金属が担持された方が好ましい。
ところで、繊維状フィルター本体の目付量が５００ｇ／ｍ２未満では、単位面積当たりの繊維量が少なすぎることとなる。そして、繊維の表面に二酸化チタン皮膜が成膜されることを考慮すると、繊維量が少なすぎることで、単位面積当たりの二酸化チタン皮膜の成膜量が充分ではなく、二酸化チタン皮膜の光触媒機能を充分に発揮することが困難となる。
一方で、繊維状フィルター本体の目付量が１００００ｇ／ｍ２を越えると、単位面積当たりの繊維量が多すぎることとなる。そして、単位面積に繊維が過剰に存在することで、二酸化チタン皮膜の存在領域を充分に確保することができず、単位面積当たりの二酸化チタン皮膜の割合が小さくなりすぎて、二酸化チタン皮膜の光触媒機能を充分に発揮することが困難となる。
そのため、繊維状フィルター本体の目付量を５００ｇ／ｍ２〜１００００ｇ／ｍ２としている。なお、繊維状フィルター本体の目付量が５００ｇ／ｍ２〜３０００ｇ／ｍ２である方が望ましい。
一方で、繊維状フィルター本体の目付量が１００００ｇ／ｍ２を越えると、単位面積当たりの繊維量が多すぎることとなる。そして、単位面積に繊維が過剰に存在することで、二酸化チタン皮膜の存在領域を充分に確保することができず、単位面積当たりの二酸化チタン皮膜の割合が小さくなりすぎて、二酸化チタン皮膜の光触媒機能を充分に発揮することが困難となる。
そのため、繊維状フィルター本体の目付量を５００ｇ／ｍ２〜１００００ｇ／ｍ２としている。なお、繊維状フィルター本体の目付量が５００ｇ／ｍ２〜３０００ｇ／ｍ２である方が望ましい。
なお、繊維状フィルター本体を構成する繊維としては、金属繊維（例えば、アルミニウム繊維、ステンレス繊維、ニッケル繊維等）、無機繊維（例えば、ガラス繊維、炭素繊維、アルミナ繊維、セラミック繊維、岩石繊維、スラッグ繊維等）、有機繊維（例えば、プラスチック繊維）等が挙げられる。
また、繊維状フィルターに光を照射する光源としては、紫外線を発光するブラックライト、紫外線ＬＥＤランプ、可視光ＬＥＤランプ、蛍光灯、白熱電灯、冷陰極管（ＣＣＦＬ：Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ）等が挙げられる。
本発明を適用した繊維状フィルター及び空気清浄機では、二酸化チタン皮膜の割れを低減し、耐久性の向上が実現することによって、光触媒層の高強度化が実現する。
以下、発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」と称する。）について、図面を参酌しながら説明を行う。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（繊維状フィルター（１）について）
２．第２の実施の形態（繊維状フィルター（２）について）
３．第３の実施の形態（繊維状フィルター（３）について）
４．第４の実施の形態（空気清浄機（１）について）
５．第５の実施の形態（空気清浄機（２）について）
６．第６の実施の形態（空気清浄機（３）について）
７．第７の実施の形態（空気清浄機（４）について）
８．第８の実施の形態（空気清浄機（５）について）
１．第１の実施の形態（繊維状フィルター（１）について）
２．第２の実施の形態（繊維状フィルター（２）について）
３．第３の実施の形態（繊維状フィルター（３）について）
４．第４の実施の形態（空気清浄機（１）について）
５．第５の実施の形態（空気清浄機（２）について）
６．第６の実施の形態（空気清浄機（３）について）
７．第７の実施の形態（空気清浄機（４）について）
８．第８の実施の形態（空気清浄機（５）について）
＜１．第１の実施の形態＞
図１（ａ）は本発明を適用した繊維状フィルターの一例を説明するための模式図であり、ここで示す繊維状フィルターは、繊維状フィルター本体１と、繊維状フィルター本体１の表面に成膜された二酸化チタン皮膜とを有する。
図１（ａ）は本発明を適用した繊維状フィルターの一例を説明するための模式図であり、ここで示す繊維状フィルターは、繊維状フィルター本体１と、繊維状フィルター本体１の表面に成膜された二酸化チタン皮膜とを有する。
繊維状フィルター本体１は、直径が５０μｍ〜５００μｍのアルミニウム製の繊維から構成されており（以下、繊維状フィルター本体１を構成するアルミニウム製の繊維を「アルミニウム繊維」と称する）、目付量が５００ｇ／ｍ２〜１００００ｇ／ｍ２であり、空隙率が５０％〜９０％である。
二酸化チタン皮膜は、光触媒粒子である二酸化チタン粒子２を溶射技術を用いて繊維状フィルター本体の表面に衝突させることで成膜されている。なお、二酸化チタン皮膜の成膜には、例えば、特開２００５−６８４５７号公報に記載された溶射温度可変型の高速溶射装置を用いることができる。
ここで、本実施の形態の二酸化チタン皮膜は、溶射技術を利用して、二酸化チタン粒子２を繊維状フィルター本体１に衝突させることで成膜しているために、アルミニウム繊維の表面に二酸化チタン粒子２が突き刺さる様にして二酸化チタン皮膜が形成されることとなり（図１（ａ）中の符号ｇで示す二酸化チタン粒子を参照）、アンカー効果によってアルミニウム繊維と二酸化チタン粒子２との高い密着性を実現することができる。
また、二酸化チタン粒子２同士については、溶射の際の熱によって部分焼結がなされ（図１（ａ）中の符号ｈで示す二酸化チタン粒子を参照）、それによって二酸化チタン粒子２同士の高い密着性を実現することができる。
従って、ディッピングによって形成された光触媒層と比較すると、繊維状フィルター本体１に曲げ応力が加えられた場合であってもクラックが生じにくく、光触媒層（二酸化チタン皮膜）の強度の向上が実現できる。
また、二酸化チタン粒子２同士については、溶射の際の熱によって部分焼結がなされ（図１（ａ）中の符号ｈで示す二酸化チタン粒子を参照）、それによって二酸化チタン粒子２同士の高い密着性を実現することができる。
従って、ディッピングによって形成された光触媒層と比較すると、繊維状フィルター本体１に曲げ応力が加えられた場合であってもクラックが生じにくく、光触媒層（二酸化チタン皮膜）の強度の向上が実現できる。
また、アルミニウム繊維同士の間隙が、従来の多孔質セラミックスフィルターにおける孔部の径（アルミニウム繊維同士の間隙に相当）と比較すると、極めて短く構成されている。そのために、繊維状フィルターを通過する有害物質（被分解物質）と二酸化チタン皮膜との距離が短く、有害物質が二酸化チタン皮膜に接しやすく、更には、有害物質と二酸化チタン皮膜との距離が短い故に有害物質の濃度勾配が大きく成り、有害物質の移動度合が大きくなる。
従って、多孔質セラミックスフィルターを用いた場合と比較すると、第１の実施の形態の繊維状フィルターは、ガス分解性能の向上が期待できる。
従って、多孔質セラミックスフィルターを用いた場合と比較すると、第１の実施の形態の繊維状フィルターは、ガス分解性能の向上が期待できる。
表１及び表２に「多孔質セラミックスフィルターにディッピングにより光触媒層を形成したフィルター」を用いたアセトアルデヒドの分解試験の結果と、第１の実施の形態の繊維状フィルターを用いたアセトアルデヒドの分解試験の結果を示している。
具体的には、表１には時間経過によるアセトアルデヒド濃度の減少を示しており、「多孔質セラミックスフィルターにディッピングにより光触媒層を形成したフィルター」を用いたアセトアルデヒドの分解試験（表１中符号ｉで示す）では４時間で８０ｐｐｍのアセトアルデヒドが減少しているのに対して、第１の実施の形態の繊維状フィルターを用いたアセトアルデヒドの分解試験（表１中符号ｊで示す）では２時間で９０ｐｐｍのアセトアルデヒドが減少している。
また、アセトアルデヒドが分解されることによって二酸化炭素が発生することとなるが、表２には時間経過による二酸化炭素の発生を示しており、「多孔質セラミックスフィルターにディッピングにより光触媒層を形成したフィルター」を用いたアセトアルデヒドの分解試験（表２中符号ｉで示す）では２時間で１３０ｐｐｍの二酸化炭素が発生しているのに対して、第１の実施の形態の繊維状フィルターを用いたアセトアルデヒドの分解試験（表２中符号ｊで示す）では２時間で１５０ｐｐｍの二酸化炭素が発生している。
表３に「多孔質セラミックスフィルターにディッピングにより光触媒層を形成したフィルター」を用いたホルムアルデヒドの分解試験の結果（表３中符号ｍで示す）及びアセトアルデヒドの分解試験の結果（表３中符号ｎで示す）を示している。具体的には時間と濃度との関係を示している。
また、表４に第１の実施の形態の繊維状フィルターを用いたホルムアルデヒドの分解試験の結果（表４中符号ｍで示す）及びアセトアルデヒドの分解試験の結果（表４中符号ｎで示す）を示している。具体的には時間と濃度との関係を示している。
表１〜表４の結果から、「多孔質セラミックスフィルターにディッピングにより光触媒層を形成したフィルター」と比較して、第１の実施の形態の繊維状フィルターは、明らかにガス分解性能が向上していることが分かる。
この様に、第１の実施の形態の繊維状フィルターは、「多孔質セラミックスフィルターにディッピングにより光触媒層を形成したフィルター」と比較して、分解性能（ガス分解）及び耐久性において優れている。
また、第１の実施の形態の繊維状フィルターは極めて薄く製造することができるため、概ね１ｍｍ〜７ｍｍの繊維状フィルターを実現することができ、１０ｍｍ以上の厚さを有する「多孔質セラミックスフィルターにディッピングにより光触媒層を形成したフィルター」と比較すると、省スペース性においても優れている。更に、薄いが故に加工性にも優れている。
ここで、本実施の形態では、アルミニウム繊維を例に挙げて説明を行っているが、繊維状フィルター本体の素材については必ずしもアルミニウム材料である必要は無く、銅、ニッケル、チタン、ステンレス等の金属材料から構成されていても良く、また、繊維状フィルター本体を構成することができるのであれば、ガラス等の非金属材料から構成されていても良い。
＜２．第２の実施の形態＞
本発明を適用した繊維状フィルターの他の例では、繊維状フィルター本体１と、繊維状フィルター本体１の表面に成膜された二酸化チタン皮膜とを有する（図１（ａ）参照）。この点は、上記した第１の実施の形態と同様である。なお、本実施の形態の二酸化チタン皮膜は、１質量％のＡｇを担持している。
本発明を適用した繊維状フィルターの他の例では、繊維状フィルター本体１と、繊維状フィルター本体１の表面に成膜された二酸化チタン皮膜とを有する（図１（ａ）参照）。この点は、上記した第１の実施の形態と同様である。なお、本実施の形態の二酸化チタン皮膜は、１質量％のＡｇを担持している。
繊維状フィルター本体１は、上記した第１の実施の形態と同様に、直径が５０μｍ〜５００μｍのアルミニウム繊維から構成されており、目付量が５００ｇ／ｍ２〜１００００ｇ／ｍ２であり、空隙率が５０％〜９０％である。
二酸化チタン皮膜は、光触媒粒子である二酸化チタン粒子２と抗菌材料であるＡｇ粒子とを溶射技術を用いて繊維状フィルター本体の表面に衝突させることで成膜されている。なお、二酸化チタン皮膜の成膜には、例えば、特開２００５−６８４５７号公報に記載された溶射温度可変型の高速溶射装置を用いることができる点は、上記した第１の実施の形態と同様である。
ここで、本実施の形態では、溶射技術を利用して二酸化チタン粒子２と抗菌金属（例えばＡｇ粒子等）とを繊維状フィルター本体の表面に衝突させることで、二酸化チタン皮膜の成膜と同時にＡｇ粒子を担持させる場合を例に挙げて説明を行っている。しかしながら、二酸化チタン皮膜にＡｇ粒子を担持させることができれば充分であり、いかなる方法でＡｇ粒子を担持させても良い。
例えば、その表面にＡｇ等の粒子を初期添着させた二酸化チタン粒子を溶射技術を利用して繊維状フィルター本体の表面に衝突させることで、Ａｇ等の粒子を担持させても良い。また、二酸化チタン皮膜を成膜した後に、Ａｇイオン等を紫外光析出法等によって担持させても良い。
例えば、その表面にＡｇ等の粒子を初期添着させた二酸化チタン粒子を溶射技術を利用して繊維状フィルター本体の表面に衝突させることで、Ａｇ等の粒子を担持させても良い。また、二酸化チタン皮膜を成膜した後に、Ａｇイオン等を紫外光析出法等によって担持させても良い。
ところで、本実施の形態の繊維状フィルターの抗菌効果の検討のため、検定菌として大腸菌を用いた大腸菌殺菌性能試験を行った結果、５分程度の短時間で、大腸菌を６オーダー（１００万分の１）まで急激に減少できることが確認できた。
また、表５−１に「多孔質セラミックスフィルターにディッピングにより光触媒層を形成したフィルター」を用いたアセトアルデヒドの分解試験の結果（表５−１中符号ａで示す）と、第２の実施の形態の繊維状フィルターを用いたアセトアルデヒドの分解試験の結果（表５−１中符号ｂで示す）を示している。具体的には、時間と濃度との関係を示している。
表５−１の結果から、第２の実施の形態の繊維状フィルターは、ＶＯＣの一種であるアセトアルデヒドを低濃度（１０億分の１程度）まで水と二酸化炭素とに分解することが可能であることが分かる。
ここで、本実施の形態では、Ａｇを担持した場合を例に挙げて説明を行っているが、二酸化チタン皮膜が担持する抗菌金属は必ずしもＡｇである必要は無く、その他の抗菌金属であっても良い。
＜３．第３の実施の形態＞
本発明を適用した繊維状フィルターの更に他の例では、繊維状フィルター本体１と、繊維状フィルター本体１の表面に成膜された二酸化チタン皮膜とを有する（図１（ａ）参照）。この点は、上記した第１の実施の形態と同様である。なお、本実施の形態の二酸化チタン皮膜は、１２．５質量％のゼオライト（吸着材の一例）を担持している。
本発明を適用した繊維状フィルターの更に他の例では、繊維状フィルター本体１と、繊維状フィルター本体１の表面に成膜された二酸化チタン皮膜とを有する（図１（ａ）参照）。この点は、上記した第１の実施の形態と同様である。なお、本実施の形態の二酸化チタン皮膜は、１２．５質量％のゼオライト（吸着材の一例）を担持している。
繊維状フィルター本体１は、上記した第１の実施の形態と同様に、直径が５０μｍ〜５００μｍのアルミニウム繊維から構成されており、目付量が５００ｇ／ｍ２〜１００００ｇ／ｍ２であり、空隙率が５０％〜９０％である。
二酸化チタン皮膜は、光触媒粒子である二酸化チタン粒子２と吸着材であるゼオライトとを溶射技術を用いて繊維状フィルター本体の表面に衝突させることで成膜されている。なお、二酸化チタン皮膜の成膜には、例えば、特開２００５−６８４５７号公報に記載された溶射温度可変型の高速溶射装置を用いることができる点は、上記した第１の実施の形態と同様である。
ここで、本実施の形態では、溶射技術を利用して二酸化チタン粒子２と吸着材（例えば、ゼオライト）とを繊維状フィルター本体の表面に衝突させることで、二酸化チタン皮膜の成膜と同時にゼオライトを担持させる場合を例に挙げて説明を行っている。しかしながら、二酸化チタン皮膜にゼオライトを担持させることができれば充分であり、いかなる方法でゼオライトを担持させても良い。
ところで、本実施の形態の繊維状フィルターを用いたアセトアルデヒドの分解試験の結果（表５−２中符号Ａで示す）と、ゼオライトを担持していない繊維状フィルターを用いたアセトアルデヒドの分解試験の結果（表５−２中符号Ｂで示す）を表５−２に示している。具体的には、時間と濃度との関係を示している。
表５−２の結果から、ゼオライトを担持することで、概ね３倍のアセトアルデヒドの分解速度が実現することが分かる。
ここで、本実施の形態では、ゼオライトを担持した場合を例に挙げて説明を行っているが、二酸化チタン皮膜が担持する吸着材は必ずしもゼオライトである必要は無く、アパタイト、活性炭等のその他の吸着材であっても良い。
＜４．第４の実施の形態＞
図２は本発明を適用した空気清浄機の一例を説明するための模式図であり、ここで示す空気清浄機１０は、その内部の下方にファン１１が配置され、ファン１１の上方に紫外線ＬＥＤランプ１２が配置され、紫外線ＬＥＤランプ１２の更に上方に繊維状フィルター１３が配置されている。
図２は本発明を適用した空気清浄機の一例を説明するための模式図であり、ここで示す空気清浄機１０は、その内部の下方にファン１１が配置され、ファン１１の上方に紫外線ＬＥＤランプ１２が配置され、紫外線ＬＥＤランプ１２の更に上方に繊維状フィルター１３が配置されている。
ファン１１は、上方に向けて送風可能に構成されており、ファン１１が回転することによって、空気清浄機１０の下方より吸気し上方より排気するといった空気の流れが形成されることとなる。
紫外線ＬＥＤランプ１２は、３６５ｎｍの波長を有する光を繊維状フィルター１３に向けて照射可能に構成されており、紫外線ＬＥＤランプ１２からの光によって繊維状フィルター１３の光触媒機能が発揮されることとなる。
繊維状フィルター１３は、上記した第２の実施の形態の繊維状フィルターを用いている。
上記の様に構成された空気清浄機１０では、ファン１１が回転することによる吸気作用によって、菌、ウイルス、ＶＯＣガスや有害ガスを含む空気が下方から吸い込まれる。吸い込まれた空気は、繊維状フィルター１３を通過することで、菌、ウイルス、ＶＯＣガスや有害ガスが分解、殺菌等がなされ、清浄空気として上方より排気されることとなる。
表６に「イオン式の空気清浄機」を用いたアンモニアの分解試験の結果（表６中符号ｃで示す）と、第４の実施の形態の空気清浄機を用いたアンモニアの分解試験の結果（表６中符号ｄで示す）を示している。具体的には、時間と濃度の関係を示している。
表７に「イオン式の空気清浄機」を用いたアセトアルデヒドの分解試験の結果（表７中符号ｃで示す）と、第４の実施の形態の空気清浄機を用いたアセトアルデヒドの分解試験の結果（表７中符号ｄで示す）を示している。具体的には、時間と濃度との関係を示している。
表６及び表７の結果から、第４の実施の形態の空気清浄機は、臭い成分であるアンモニアや、ＶＯＣの一種であるアセトアルデヒドを低濃度にまで分解することが可能であることが分かる。
＜５．第５の実施の形態＞
図３は本発明を適用した空気清浄機の他の一例を説明するための模式図であり、ここで示す空気清浄機１０は、その内部の下方にファン１１が配置され、ファン１１の上方に可視光ＬＥＤランプ１４が配置され、可視光ＬＥＤランプ１４の更に上方に繊維状フィルター１３が配置されている。
図３は本発明を適用した空気清浄機の他の一例を説明するための模式図であり、ここで示す空気清浄機１０は、その内部の下方にファン１１が配置され、ファン１１の上方に可視光ＬＥＤランプ１４が配置され、可視光ＬＥＤランプ１４の更に上方に繊維状フィルター１３が配置されている。
ファン１１は、上方に向けて送風可能に構成されており、ファン１１が回転することによって、空気清浄機１０の下方より吸気し上方より排気するといった空気の流れが形成されることとなる点は上記した第４の実施の形態と同様である。
可視光ＬＥＤランプ１４は、４１５ｎｍの波長を有する光を繊維状フィルター１３に向けて照射可能に構成されており、可視光ＬＥＤランプ１４からの光によって繊維状フィルター１３の光触媒機能が発揮されることとなる。
繊維状フィルター１３は、上記した第２の実施の形態の繊維状フィルターを用いている。
上記の様に構成された空気清浄機１０では、ファン１１が回転することによる吸気作用によって、菌、ウイルス、ＶＯＣガスや有害ガスを含む空気が下方から吸い込まれる。吸い込まれた空気は、繊維状フィルター１３を通過することで、菌、ウイルス、ＶＯＣガスや有害ガスが分解、殺菌等がなされ、清浄空気として上方より排気されることとなる。
表８に「イオン式の空気清浄機」を用いたアンモニアの分解試験の結果（表８中符号ｅで示す）と、第５の実施の形態の空気清浄機を用いたアンモニアの分解試験の結果（表８中符号ｆで示す）を示している。具体的には、時間と濃度の関係を示している。
表９に「イオン式の空気清浄機」を用いたアセトアルデヒドの分解試験の結果（表９中符号ｅで示す）と、第５の実施の形態の空気清浄機を用いたアセトアルデヒドの分解試験の結果（表９中符号ｆで示す）を示している。具体的には、時間と濃度との関係を示している。
表８及び表９から、第５の実施の形態の空気清浄機は、臭い成分であるアンモニアや、ＶＯＣの一種であるアセトアルデヒドを低濃度にまで分解することが可能であることが分かる。
また、光源として可視光を用いているために、人間の目や肌等に対して優しい。更に、可視光ＬＥＤランプは既に大量に流通しており、非常に低コストで入手することができるために、第５の実施の形態の空気清浄機は低コストで実現できる。
＜６．第６の実施の形態＞
図４（ａ）は本発明を適用した空気清浄機の更に他の一例を説明するための模式図であり、ここで示す空気清浄機は、その内部に集塵フィルター１５が配置され、集塵フィルター１５に隣接して光触媒フィルター部１６が配置され、光触媒フィルター部１６の集塵フィルター１５とは反対側にファン１１が配置されている。
図４（ａ）は本発明を適用した空気清浄機の更に他の一例を説明するための模式図であり、ここで示す空気清浄機は、その内部に集塵フィルター１５が配置され、集塵フィルター１５に隣接して光触媒フィルター部１６が配置され、光触媒フィルター部１６の集塵フィルター１５とは反対側にファン１１が配置されている。
ファン１１は回転することによって、集塵フィルター１５側から吸気するといった空気の流れが形成される様に構成されている。
光触媒フィルター部１６は、図４（ｂ）で示す様に、繊維状フィルター１３と反射板１７によってブラックライト１８が囲繞されて構成されている。なお、繊維状フィルター１３は上記した第２の実施の形態の繊維状フィルターを用いており、ブラックライト１８では、２５４ｎｍの波長を有するＵＶ殺菌線及び１８５ｎｍの波長を有するＵＶオゾン線を発する様に構成されている。
上記の様に構成された空気清浄機では、ファン１１が回転することによって、菌、ウイルス、ＶＯＣガスや有害ガスを含む空気が光触媒フィルター部１６に供給される。光触媒フィルター部１６では、繊維状フィルター１３を通過することで、菌、ウイルス、ＶＯＣガスや有害ガスが分解、殺菌等がなされ、清浄空気として排気されることとなる。
表１０に「イオン＋脱臭フィルター式の空気清浄機」を用いたアンモニアの分解試験の結果（表１０中符号ｐで示す）と、「活性炭式の空気清浄機」を用いたアンモニアの分解試験の結果（表１０中符号ｑで示す）と、第６の実施の形態の空気清浄機を用いたアンモニアの分解試験の結果（表１０中符号ｒで示す）を示している。具体的には、時間と濃度との関係を示している。
表１１に「イオン＋脱臭フィルター式の空気清浄機」を用いたアセトアルデヒドの分解試験の結果（表１１中符号ｐで示す）と、「活性炭式の空気清浄機」を用いたアセトアルデヒド分解試験の結果（表１１中符号ｑで示す）と、第６の実施の形態の空気清浄機を用いたアセトアルデヒドの分解試験の結果（表１１中符号ｒで示す）を示している。具体的には、時間と濃度との関係を示している。
表１０及び表１１から、第６の実施の形態の空気清浄機は、臭い成分であるアンモニアや、ＶＯＣの一種であるアセトアルデヒドを低濃度にまで分解することが可能であることが分かる。
＜７．第７の実施の形態＞
本発明を適用した空気清浄機のまた更に他の一例では、上記した第６の実施の形態と同様に、その内部に集塵フィルター１５が配置され、集塵フィルター１５に隣接して光触媒フィルター部１６が配置され、光触媒フィルター部１６の集塵フィルター１５とは反対側にファン１１が配置されている（図４（ａ）参照）。
本発明を適用した空気清浄機のまた更に他の一例では、上記した第６の実施の形態と同様に、その内部に集塵フィルター１５が配置され、集塵フィルター１５に隣接して光触媒フィルター部１６が配置され、光触媒フィルター部１６の集塵フィルター１５とは反対側にファン１１が配置されている（図４（ａ）参照）。
また、ファン１１は回転することによって、集塵フィルター１５側から吸気するといった空気の流れが形成される様に構成されている点についても、上記した第６の実施の形態と同様である。
光触媒フィルター部１６は、図４（ｂ）で示す様に、繊維状フィルター１３と反射板１７によってブラックライト１８が囲繞されて構成されている。なお、繊維状フィルター１３は上記した第２の実施の形態の繊維状フィルターを用いており、ブラックライト１８では、３６５ｎｍの波長を有するＵＶ紫外線を発する様に構成されている。
上記の様に構成された空気清浄機では、ファン１１が回転することによって、菌、ウイルス、ＶＯＣガスや有害ガスを含む空気が光触媒フィルター部１６に供給される。光触媒フィルター部１６では、繊維状フィルター１３を通過することで、菌、ウイルス、ＶＯＣガスや有害ガスが分解、殺菌等がなされ、清浄空気として排気されることとなる。
表１２に第６の実施の形態の空気清浄機を用いたアセトアルデヒドの分解試験の結果（表１２中符号ｓで示す）と、第７の実施の形態の空気清浄機を用いたアセトアルデヒドの分解試験の結果（表１２中符号ｔで示す）を示している。具体的には、時間と濃度との関係を示している。
また、表１３及び表１４に第７の実施の形態の空気清浄機を用いたＶＯＣ（アセトアルデヒド・トルエン）の完全分解性能試験の結果を示している。なお、表１３中符号ｕはアセトアルデヒドを示し、表１３中符号ｖは二酸化炭素を示し、表１４中符号ｕはトルエンを示し、表１４中符号ｖは二酸化炭素を示している。
表１２から、第７の実施の形態の空気清浄機は、第６の実施の形態の空気清浄機よりも高速で臭い成分であるアンモニアや、ＶＯＣの一種であるアセトアルデヒドを低濃度にまで分解することが可能であることが分かる。また、表１３及び表１４から第７の実施の形態の空気清浄機は、ＶＯＣの分解性能が極めて高いことが分かる。
＜８．第８の実施の形態＞
本発明を適用した空気清浄機のまた更に他の一例では、上記した第６の実施の形態と同様に、その内部に集塵フィルター１５が配置され、集塵フィルター１５に隣接して光触媒フィルター部１６が配置され、光触媒フィルター部１６の集塵フィルター１５とは反対側にファン１１が配置されている（図４（ａ）参照）。
本発明を適用した空気清浄機のまた更に他の一例では、上記した第６の実施の形態と同様に、その内部に集塵フィルター１５が配置され、集塵フィルター１５に隣接して光触媒フィルター部１６が配置され、光触媒フィルター部１６の集塵フィルター１５とは反対側にファン１１が配置されている（図４（ａ）参照）。
また、ファン１１は回転することによって、集塵フィルター１５側から吸気するといった空気の流れが形成される様に構成されている点についても、上記した第６の実施の形態と同様である。
光触媒フィルター部１６は、図４（ｃ）で示す様に、繊維状フィルター１３によって冷陰極管１９が囲繞されて構成されている。なお、繊維状フィルター１３は上記した第２の実施の形態の繊維状フィルターを用いており、冷陰極管１９では、３６５ｎｍの波長を有する殺菌線を発する様に構成されている。
上記の様に構成された空気清浄機では、ファン１１が回転することによって、菌、ウイルス、ＶＯＣガスや有害ガスを含む空気が光触媒フィルター部１６に供給される。光触媒フィルター部１６では、繊維状フィルター１３を通過することで、菌、ウイルス、ＶＯＣガスや有害ガスが分解、殺菌等がなされ、清浄空気として排気されることとなる。
表１５に光触媒を搭載した市販の空気清浄機を用いた場合（表１５中符号Ｃ及び符号Ｄで示す）と、第８の実施の形態の空気清浄機を用いた場合（表１５中符号Ｅで示す）の空気清浄機稼働後の浮遊菌数の結果を示している。具体的には、１０００Ｌ容器内で枯草菌を噴霧した後に空気清浄機を稼働させ、容器内の空気をポンプで吸引して菌数を計測した結果を示している。
表１５から明らかな様に、第８の実施の形態の空気清浄機は、枯草菌の分解、殺菌機能が極めて高いことが分かる。
１ 繊維状フィルター本体
２ 二酸化チタン粒子
１０ 空気清浄機
１１ ファン
１２ ＬＥＤランプ
１３ 繊維状フィルター
１４ 可視光ＬＥＤランプ
１５ 集塵フィルター
１６ 光触媒フィルター部
１７ 反射板
１８ ブラックライト
１９ 冷陰極管
２ 二酸化チタン粒子
１０ 空気清浄機
１１ ファン
１２ ＬＥＤランプ
１３ 繊維状フィルター
１４ 可視光ＬＥＤランプ
１５ 集塵フィルター
１６ 光触媒フィルター部
１７ 反射板
１８ ブラックライト
１９ 冷陰極管
Claims (11)
- 直径が５０μｍ〜５００μｍの繊維から構成され、空隙率が５０％〜９０％である繊維状フィルター本体と、
前記繊維の表面に溶射技術により成膜された二酸化チタン皮膜とを備える
繊維状フィルター。 - 前記二酸化チタン皮膜は、アナターゼ型結晶構造が７０質量％以上である
請求項１に記載の繊維状フィルター。 - 前記二酸化チタン皮膜は、ルチル型結晶構造で、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｒ若しくはＮｉの金属錯体または金属塩から選ばれる少なくとも一種類の化合物である増感剤を担持している
請求項１に記載の繊維状フィルター。 - 前記二酸化チタン皮膜は、０．１質量％〜１０質量％の抗菌金属が担持された
請求項１、請求項２または請求項３に記載の繊維状フィルター。 - 前記抗菌金属は、銀系、銅系、亜鉛系、アルミニウム系、ニッケル系、コバルト系、若しくは鉄系の金属のうちの少なくとも１つを含む
請求項４に記載の繊維状フィルター。 - 前記二酸化チタン皮膜は、アパタイト、ゼオライト若しくは活性炭の少なくとも１つを含む
請求項１、請求項２または請求項３に記載の繊維状フィルター。 - 前記繊維状フィルター本体は、金属繊維、無機繊維または有機繊維から構成され、目付量が５００ｇ／ｍ２〜１００００ｇ／ｍ２である
請求項１、請求項２または請求項３に記載の繊維状フィルター。 - 前記繊維状フィルター本体はアルミニウム繊維から構成され、目付量が５００ｇ／ｍ２〜１００００ｇ／ｍ２である
請求項１、請求項２または請求項３に記載の繊維状フィルター。 - 直径が５０μｍ〜５００μｍの繊維から構成され、空隙率が５０％〜９０％である繊維状フィルター本体と、前記繊維の表面に溶射技術により成膜された二酸化チタン皮膜を有する繊維状フィルターと、
該繊維状フィルターに光を照射する光源とを備える
空気清浄機。 - 直径が５０μｍ〜５００μｍのアルミニウム繊維から構成され、目付量が５００ｇ／ｍ２〜１００００ｇ／ｍ２であり、空隙率が５０％〜９０％である繊維状フィルター本体と、前記繊維の表面に溶射技術により成膜されると共に、０．１質量％〜１０質量％の抗菌金属が担持された二酸化チタン皮膜を有する繊維状フィルターと、
該繊維状フィルターに光を照射する光源とを備える
空気清浄機。 - 前記光源は、紫外線を発光するブラックライト、紫外線ＬＥＤランプ、可視光ＬＥＤランプ、蛍光灯、白熱電灯、若しくは、冷陰極管のいずれか１つである
請求項９または請求項１０に記載の空気清浄機。
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