JPWO2015088003A1 - 空気清浄用フィルタ及びそれを備えた空気清浄機 - Google Patents
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Abstract
Description
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。
(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、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、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P.M2.5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
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。
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。
繊維集合体としては、目付量が300〜10000g/m2のものが好適に用いられる。
目付量が300g/m2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/m2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。
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。
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。
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。
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、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。
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。
(2)繊維集合体の上流側の繊維の表面が粗面化されて凹部が形成されているので、アンカー効果により溶射材料が繊維の表面に食込み易く、溶射皮膜の緻密性、密着性に優れる。
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をとしても良い。
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。
溶射皮膜の溶射量としては、5〜40g/m2,好ましくは10〜30g/m2であることが望ましい。溶射量が10g/m2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/m2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/m2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/m2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。
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。
ここで、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。
この構成により、請求項3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。
(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。
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。
この構成により、請求項3又は4の作用に加え、以下のような作用が得られる。
(1)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。
(2)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。
(3)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。
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。
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。
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P.M2.5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。
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。
(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P.M2.5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。
(1)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。
(1)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。
(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。
(1)、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。
(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P.M2.5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)
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の目付量は300〜10000g/m2とした。目付量が300g/m2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/m2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の開口率は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0.5〜500mm2とした。孔部の目開き面積が0.5mm2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、500mm2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。
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。
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。
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、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。
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の吹出口が吐出される。
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。
(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P.M2.5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。
(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P.M2.5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。
(実施例1)
平均繊維径100μmのアルミニウム製の繊維で、空隙率65%、目付量850g/m2の不織布状に形成された繊維集合体の両面に、厚さ0.8mm、開孔率65%、1つの孔部の目開き面積16mm2のアルミニウム製のエキスパンドメタルを用いた保形部材を覆設し、総厚が2mmとなるように圧縮して、要所をスポット溶接した。
その後、繊維集合体の上流側の繊維の表面粗さがRa=3〜8μm程度となるようにブラストで粗面化処理を行った。
以上のようにして得られた実施例1の空気清浄用フィルタを空気清浄機に取り付け、定格風量で運転して、2μm粒子の除去時間と除去率を測定した。
図7は実施例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である。
図7より、実施例1の空気清浄用フィルタによれば、粒径が2μmの微粒子に対し、運転開始から30分で99.5%を捕集することができ、1時間30分でほぼ100%を捕集できることがわかった。
この結果から、実施例1の空気清浄用フィルタは微粒子に対して極めて高い捕集能力を有し、各家庭などにおける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と言える。
2 繊維集合体
3 保形部
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
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。
(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、前記繊維集合体及び前記保形部材の該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。
(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。
(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/m2のものが好適に用いられる。
(f)目付量が300g/m2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/m2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。
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。
(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。
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。
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。
溶射皮膜の溶射量としては、5〜40g/m2,好ましくは10〜30g/m2であることが望ましい。溶射量が10g/m2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/m2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/m2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/m2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。
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。
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。
(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。
(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。
(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)
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の目付量は300〜10000g/m2とした。目付量が300g/m2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/m2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の開口率は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0.5〜500mm2とした。孔部の目開き面積が0.5mm2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、500mm2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。
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。
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。
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、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。
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。
(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。
(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。
(実施例1)
平均繊維径100μmのアルミニウム製の繊維で、空隙率65%、目付量850g/m2の不織布状に形成された繊維集合体の両面に、厚さ0.8mm、開孔率65%、1つの孔部の目開き面積16mm2のアルミニウム製のエキスパンドメタルを用いた保形部材を覆設し、総厚が2mmとなるように圧縮して、要所をスポット溶接した。
その後、繊維集合体の上流側の繊維の表面粗さがRa=3〜8μm程度となるようにブラストで粗面化処理を行った。
以上のようにして得られた実施例1の空気清浄用フィルタを空気清浄機に取り付け、定格風量で運転して、2μm粒子の除去時間と除去率を測定した。
図7は実施例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である。
図7より、実施例1の空気清浄用フィルタによれば、粒径が2μmの微粒子に対し、運転開始から30分で99.5%を捕集することができ、1時間30分でほぼ100%を捕集できることがわかった。
この結果から、実施例1の空気清浄用フィルタは微粒子に対して極めて高い捕集能力を有し、各家庭などにおける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と言える。
2 繊維集合体
3 保形部
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 (6)
- 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、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、を備えていることを特徴とする空気清浄用フィルタ。
- 前記繊維集合体及び前記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。
- 前記繊維集合体及び前記保形部材の外表面に形成された表皮層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。
- 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3に記載の空気清浄用フィルタ。
- 前記保形部材が、アルミニウム製又はアルミニウム合金製であり、前記表皮層が、ベーマイト層であることを特徴とする請求項3又は4に記載の空気清浄用フィルタ。
- 請求項1乃至5の内いずれか1項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。
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