WO2013051185A1

WO2013051185A1 - エアフィルタ濾材、エアフィルタ、そのエアフィルタを装着した空気清浄装置、および加湿機能付き空気清浄装置

Info

Publication number: WO2013051185A1
Application number: PCT/JP2012/005476
Authority: WO
Inventors: 美緒織部; 稲垣　純; 慶太高橋; 黒川　崇裕; 住田　寛人; 貴義山口
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2011-10-03
Filing date: 2012-08-30
Publication date: 2013-04-11
Also published as: CN103732302B; CN103732302A

Abstract

エアフィルタ濾材は、平均繊維径が１００ｎｍ～１０００ｎｍの細繊維から構成される細繊維層と、細繊維層を保持するための基材とを備えている。そして細繊維はファイバとビーズとからなる数珠状繊維であり、細繊維と基材とが、ビーズの表層の溶融によって接着されている。

Description

エアフィルタ濾材、エアフィルタ、そのエアフィルタを装着した空気清浄装置、および加湿機能付き空気清浄装置

　本発明は、エアフィルタ濾材、エアフィルタ、そのエアフィルタを装着した空気清浄装置、および加湿機能付き空気清浄装置に関する。

　従来、空気調和機などに組み込まれるエアフィルタ濾材は、細繊維層と基材とが積層されている（例えば、特許文献１参照）。以下、そのエアフィルタ濾材について図２１を参照しながら説明する。

　図２１は、従来のエアフィルタ濾材の概略断面図である。図２１に示すようにエアフィルタ濾材１０１は、ダスト負荷方向すなわち空気の流入方向に０．０５μｍ～１μｍの平均繊維径を有する細繊維層１０２、基材層１０３が順に設けられている。細繊維層１０２と基材層１０３とは、繊維の溶融固化による接着、または新たに付与したバインダ成分による接着によって固定化されている。

　このような従来のエアフィルタ濾材１０１においては、プリーツ加工、またはその他の成形によってエアフィルタを得るために、細繊維層１０２と基材層１０３とはより強固に接着される必要があった。そのため、細繊維層１０２と基材層１０３とは接着面積が確保されなければならず、エアフィルタ濾材１０１の通気性が妨げられ、集塵効果が低下するという課題があった。

　また、エアフィルタ濾材は初期において圧力損失が低く、非常に高い集塵効率を有している。しかし、細繊維の強度が非常に弱い。また、細繊維層と基材層、および細繊維間の接着力も弱いため、プリーツ形状加工時においては、細繊維の切断、細繊維層と基材層、および細繊維間の剥離による細繊維の片寄りが生じる。その結果、細孔が破損し、集塵効率の低下を招くという課題があった。

　そのため、細繊維層と熱融着性繊維層とをホットメルト系樹脂層を介して熱接着した熱接着性複合シートが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

　しかし、このような熱接着性複合シートはホットメルト系樹脂が細繊維層を構成する細繊維層の細孔に進入する割合が多いので、細繊維層における圧力損失の上昇が大きいという課題があった。

　また基材層と細繊維層との結合強度を高めるために、基材層と細繊維層とは、上述のごとく接着剤により接着されている。しかし、この接着剤による接着工程が必要となる分、生産性が低下していた。

特開２０１０－２７４１４４号公報特許第４７４８８３８号公報

　本発明のエアフィルタ濾材は、平均繊維径が１００ｎｍ～１０００ｎｍの細繊維から構成される細繊維層と、細繊維層を保持するための基材とを備えている。そして細繊維はファイバとビーズとからなる数珠状繊維であり、細繊維と基材とが、ビーズの表層の溶融によって接着されている。

　このような構成のエアフィルタ濾材は、ビーズが扁平となり、細繊維と基材との接着面積が増大するので、ビーズのない細繊維を用いる場合に比べ、細繊維と基材とをより強固に接着できる。また、細繊維と基材との接点においてのみ溶融が起こることにより、エアフィルタ濾材の開口部を閉塞することがなく、通気性も妨げられない。

図１は、本発明の実施の形態１のエアフィルタ濾材を示す概略断面図である。図２は、同エアフィルタ濾材の数珠状繊維の拡大図である。図３Ａは、同エアフィルタ濾材の溶融前のビーズの状態を示す顕微鏡写真を示す図である。図３Ｂは、同エアフィルタ濾材の溶融前のビーズの状態を示す概略図である。図４Ａは、同エアフィルタ濾材の溶融後のビーズと基材との接触状態を示す顕微鏡写真を示す図である。図４Ｂは、同エアフィルタ濾材の溶融後のビーズと基材との接触状態を示す概略図である。図５は、本発明の実施の形態２のエアフィルタ濾材を示す概略断面図である。図６は、同エアフィルタ濾材を用いたエアフィルタの概略斜視図である。図７は、本発明の実施の形態３のエアフィルタ濾材の断面図である。図８Ａは、同エアフィルタ濾材の接着成分溶融前の顕微鏡写真を示す図である。図８Ｂは、同エアフィルタ濾材の接着成分溶融前の概略断面図である。図９Ａは、同エアフィルタ濾材の接着成分溶融後の顕微鏡写真を示す図である。図９Ｂは、同エアフィルタ濾材の接着成分溶融後の概略断面図である。図１０は、同エアフィルタ濾材の製造方法を示す概略図である。図１１は、同エアフィルタの斜視図である。図１２は、同加湿機能付き空気清浄装置の本体構成を示す概略断面図である。図１３は、本発明の実施の形態４のエアフィルタを備えた空気清浄装置の断面図である。図１４は、同エアフィルタの斜視図である。図１５は、同エアフィルタの拡大斜視図である。図１６は、同エアフィルタ濾材の拡大断面図である。図１７は、同エアフィルタのナノファイバーと基材との接着面部分を示す図である。図１８は、同エアフィルタ濾材の製造方法を示す概略図である。図１９は、同異なるエアフィルタ濾材の概略断面図である。図２０は、同エアフィルタ濾材の実施例の繊維径ごとの圧力損失変化を示すグラフである。図２１は、従来のエアフィルタ濾材の概略断面図である。

　以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

　（実施の形態１）
　図１は本発明の実施の形態１のエアフィルタ濾材を示す概略断面図、図２は同エアフィルタ濾材の数珠状繊維の拡大図である。図１および図２に示すように、エアフィルタ濾材１１は、細繊維１２から構成される細繊維層１２ａと、細繊維層１２ａを保持するための基材１３とから構成されている。細繊維１２は平均繊維径が１００ｎｍ～１０００ｎｍであり、ファイバ（fiber）１４とビーズ（beads）１５とからなる数珠状繊維１６である。そして細繊維１２と基材１３とが、ビーズの表層１５ａの溶融によって接着されている。

　図２に示すように、細繊維１２のビーズ１５が紡錘形である。ビーズ１５は、ファイバとの境界２３を曲線にすることにより、ファイバ１４とビーズ１５との境界における切断が予防される。その結果、エアフィルタ濾材１１における濾材性能が安定的に得られる。

　細繊維１２は、たとえば静電紡糸法によって作成できる。ビーズ１５の形状は、たとえば静電紡糸法によって細繊維１２を作成する場合、図示しないシリンジニードルに印加する電圧とアース板との電位差によって変化させることができる。すなわち、その電位差が大きければ、アース板に引き寄せられる速度が高まるため、ビーズ１５はよりファイバ１４に近い紡錘形となる。またその電位差が小さいときには、球に近いビーズ１５が得られる。

　図３Ａは本発明の実施の形態１のエアフィルタ濾材の溶融前のビーズの状態を示す顕微鏡写真を示す図、図３Ｂは同エアフィルタ濾材の溶融前のビーズの状態を示す概略図である。図３Ａ、図３Ｂに示すように溶融前の細繊維１２が、繊維状の基材１３の表面に付着している。

　図４Ａは本発明の実施の形態１のエアフィルタ濾材の溶融後のビーズと基材との接触状態を示す顕微鏡写真を示す図、図４Ｂは同エアフィルタ濾材の溶融後のビーズと基材との接触状態を示す概略図である。溶融前のビーズ１５は図４Ａ、図４Ｂに示すように加熱されることにより溶融後、扁平になり、細繊維１２と基材１３との接着面積が増大する。そのため、細繊維１２と基材１３とがより強固に接着される。

　また、細繊維１２と基材１３との接触部においてのみ溶融が起こるため、図１のエアフィルタ濾材１１における開口部が閉塞されることがなく、通気性が妨げられることがない。

　また図１、図２に示す細繊維１２と基材１３とは、ビーズの表層１５ａの溶融、および圧着によって接着されても良い。細繊維１２と基材１３とが圧着されることにより、細繊維１２が、ビーズの表層１５ａの溶融に加えて、基材１３表面の形状になじんで絡み、細繊維１２と基材１３とがより強固に接着される。溶融および圧着の方法としては、アイロンのように図示していない加熱面をエアフィルタ濾材１１に押し当てても良い。また、図示していない一定間隔を保つ２本の加熱ロールの間に、細繊維１２と基材１３とが挟まれて搬送されてもよい。

　一般的な静電紡糸法（図示していない）では、細繊維１２の原料となるポリマーを適当な溶媒に溶解した溶液が、高電圧を印加したシリンジニードルから、アース板に向けて噴霧される。その結果、溶液が分裂し、溶媒が揮発することによって、シリンジニードルよりも細い繊維径のファイバ１４が得られる。ファイバ１４とビーズ１５とのバランスは、シリンジニードルに印加する電圧を変化させる、またはアース板に電位を与えることによって、変化させることができる。

　このとき図３Ｂに示すようにビーズの径１５ｂは、基材を構成する繊維の径１３ａに対し５％～２０％であることが好ましい。ビーズの径１５ｂが基材を構成する繊維の径１３ａに対し５％より小さい場合、ビーズ１５はよりファイバ１４に近い形状になる。細繊維１２と基材１３とが強力な接着効果を得るためには、基材１３表面に多量のビーズ１５が存在しなければならない。基材１３表面に多量のビーズ１５が存在すると、細繊維１２の単位面積当たりの重量である目付量が増大し、図１に示すエアフィルタ濾材１１の通気性が悪化する。またビーズの径１５ｂが基材を構成する繊維の径１３ａに対し２０％より大きい場合、ビーズ１５が基材１３上に多量に積層するため均一な加熱溶融、および圧着が難しくなり、強力な接着効果が得られにくい。

　基材１３の例としては、エアフィルタ濾材１１として機能するために通気性を有する必要があるので、たとえばスパンボンド不織布、サーマルボンド不織布、あるいは紙類などである。

　細繊維１２の材質は、溶液化できれば良い。たとえば、ＰＡＮ（polyacrylonitrile：ポリアクリロニトリル）、ＰＶＤＦ（polyvinylidene　difluoride：ポリフッ化ビニリデン）、ＰＶＡ（polyvinyl　alcohol：ポリビニルアルコール）、ＰＶＡｃ（polyvinyl　acetate：ポリ酢酸ビニル）、ＰＥＳ（polyethersulphone：ポリエーテルサルフォン）、ポリウレタン、ナイロンなどのポリマーが適当な有機溶媒に溶解されて溶液化されればよい。また酸化アルミニウム、または酸化チタンなどの無機材料がゾル化され、静電紡糸法を用いて細繊維１２が作成されてもよい。特に、細繊維１２がポリマーからなる合成繊維の場合、その溶液化が容易であるために、細繊維１２が作成しやすい。

　細繊維１２の材質として、ポリマーのうち軟化点１５０℃以下の低融点樹脂材料が含まれれば、低温加熱によってビーズ１５が溶融される。そのため、基材１３への温度影響が低減され、エアフィルタ濾材１１における通気性と濾材性能とが安定的に得られる。たとえば、ガラス転移温度を参考にして、ＰＡＮ（polyacrylonitrile：ガラス転移温度が１０４℃）が用いられても良い。また、ビーズの表層１５ａの溶融が目的であるので、ビーズ１５が完全に溶融する必要はない。たとえば、ガラス転移温度が２３０℃のＰＥＳ（polyethersulphone）が用いられると、１２０℃になるとビーズ１５は軟化し、基材１３とあわせて圧着されることにより、ビーズ１５が扁平になる。

　加熱条件は、温度だけでなく時間も重要となる。１０００ｃｍ²／ｍｉｎよりも短時間の加熱では、ビーズ１５が十分に溶融しない。また、２００ｃｍ²／ｍｉｎよりも長時間の加熱では、ビーズの表層１５ａのみでなく、ファイバ１４、材質によっては基材１３まで溶融し、全体の形状が保たれなくなる。従って、これらの温度および時間の範囲内において、最適な条件が選定されればよい。

　（実施の形態２）
　本発明の実施の形態２では、実施の形態１と同じ構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。図５は、本発明の実施の形態２のエアフィルタ濾材を示す概略断面図である。

　図５に示すようにエアフィルタ濾材１１ａは、細繊維１２から構成される細繊維層１２ａと、基材１３と、細繊維１２を保護するための保護層１７とから構成される。そして細繊維１２と保護層１７とが、ビーズの表層１５ａの溶融によって接着されている。

　このようなエアフィルタ濾材１１ａでは、外的接触による細繊維１２の破損が防止される。また、ビーズ１５が扁平となり、細繊維１２と基材１３、および細繊維１２と保護層１７との接着面積が増大する。そのため、ビーズ１５のない細繊維１２を用いる場合に比べ、細繊維１２と基材１３、および細繊維１２と保護層１７とがより強固に接着される。また、細繊維１２と基材１３、および細繊維１２と保護層１７との接点においてのみ溶融が起こることにより、エアフィルタ濾材１１ａにおける開口部が閉塞されることがなく、通気性が妨げられることがない。

　基材１３と保護層１７とのうちの少なくとも一つが、細繊維１２との接触面２４に軟化点１５０℃以下の低融点樹脂材料を含めばよい。低温加熱によって基材１３と保護層１７とのうちの少なくとも一つが溶融し、細繊維１２との接着がより強固になる。低融点樹脂材料を含む基材１３と保護層１７とのうちの少なくとも一つの材料としては、通気性を有する必要があるので、たとえば低融点樹脂材料を含むスパンボンド不織布、サーマルボンド不織布、あるいは低融点樹脂材料をバインダとして用いた紙類などがよい。このとき、細繊維１２も低融点樹脂材料を含めば、基材１３と保護層１７とのうちの少なくとも一つと相互に溶融して、より強固に接着される。

　図６は、本発明の実施の形態２のエアフィルタ濾材を用いたエアフィルタの概略斜視図である。図６に示すようにエアフィルタ１８は、エアフィルタ濾材１１ａがプリーツ加工され、形状が固定されている。そしてプリーツ加工の形状固定には、たとえばホットメルト樹脂１９、または各種の接着剤によって、プリーツの頂点のみをつなぎとめる。その結果、エアフィルタ濾材１１ａの表面積が確保されつつ、形状が固定される。エアフィルタ１８では、細繊維１２と基材１３とが強固に接着されている。そのため加工、成形、および使用の各過程において、細繊維１２が破損せず、安定したエアフィルタ濾材１１ａの性能が確保される。

　（実施例）
　ＰＥＳ（polyethersulphone：ポリエーテルサルフォン）２０ｗｔ％をＤＭＡｃ（dimethylacetamide：ジメチルアセトアミド）に溶解させた溶液を静電紡糸して、図２に示すファイバ１４とビーズ１５とからなる数珠状繊維１６を得た。このとき、アース板には、通気性のあるガラス紙を貼付したため、断面は図１に示す構成となっている。

　こうして得た、エアフィルタ濾材１１の細繊維面に、保護層１７としての低融点樹脂材料を含む不織布シートを被せ、約８００ｃｍ²／ｍｉｎの速度、１２０℃の温度において加熱した。不織布シートの異なる２種類のサンプルを作成し、面風速５．３ｃｍ／ｓｅｃの下、エアフィルタ濾材１１ａに空気を通過させたときの圧力損失を表１に示す。２種類のサンプルとも、わずかに圧力損失が上昇したが、その上昇幅は５％以内であり、エアフィルタ濾材１１ａとして有意な差ではなく、加熱溶融により通気性は妨げられていないことが確認された。

　また、これらのサンプルから保護層１７を剥がしたところ、図３Ａ、図３Ｂに示すように、基材１３を構成する繊維表面に存在するビーズの表層１５ａが溶融していた。そして細繊維１２どうし、および細繊維１２と基材１３とが強固に接着された様子が観察された。このとき、基材１３を構成する繊維表面に存在するビーズの表層１５ａのみが溶融し、その他の部分のファイバ１４およびビーズ１５は変形なく存在していた。

　（実施の形態３）
　本発明の実施の形態３では、実施の形態１、２と同じ構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。図７は、本発明の実施の形態３のエアフィルタ濾材の断面図である。図７に示すようにエアフィルタ濾材１１ｂは、基材１３と、接着成分２５と、接着成分２５上に設けた細繊維層３２ａと、細繊維層３２ａを保護する保護層１７とを備えている。接着成分２５は、基材１３と細繊維層３２ａとの間の基材１３表面に設けられている。細繊維層３２ａを構成する細繊維３２と、細繊維層３２ａを保持するための基材１３とは接着成分２５の溶融によって接着されている。

　このようなエアフィルタ濾材１１ｂでは、外的接触による細繊維層３２ａの破損が防止できる。また、細繊維３２が接着成分２５に埋まることにより、接着成分２５と保護層１７とが接触する。そのため、保護層１７には接着成分２５が不要になる。その結果、余剰に接着成分２５が使用されないので、細繊維層３２ａの細孔の閉塞される箇所が減少し、圧力損失の上昇、およびエアフィルタ濾材１１ｂとしての通気性の低下が抑制される。ここで接着成分２５としてはポリオレフィン系の樹脂材料などを用いるのがよい。

　基材１３及び保護層１７はスパンボンド繊維、乾式または湿式繊維、セルロース繊維、メルトブローン繊維、ガラス繊維、熱融着性繊維、またはそれらのうちの少なくとも１つを含んでいる不織布から構成される。

　基材１３は、細繊維層３２ａを支持する支持体となる部材であるので、繊維の材質、形状、および長さについては特に限定されない。しかし基材１３は、剛性が低すぎるとプリーツ加工が困難になり生産性が低下するので、プリーツ加工に耐えられる程度の剛性があれば良く、例えばガラス繊維などが好ましい。

　一方、保護層１７において、細繊維層３２ａとの接触面に熱融着性繊維が含まれれば、低温加熱によって保護層１７が溶融し、細繊維層３２ａとの接着をより強固にすることができる。熱融着性繊維を含む保護層１７は、エアフィルタ濾材１１ｂとして機能するために通気性を有する必要がある。そのため保護層１７には、たとえば熱融着性繊維を含むスパンボンド不織布、サーマルボンド不織布、あるいは熱融着性繊維をバインダとして用いた紙類などが用いられる。

　このように基材１３と、細繊維層３２ａと、保護層１７とが熱圧着により接着されている。熱圧着により、細繊維３２が接着成分２５に埋まるため、細繊維３２同士を強固に接着できる。そのため、細繊維層３２ａ間の剥離が防止され、細繊維３２の片寄りによる細孔の破損が生じにくくなり、高い集塵効率が維持される。さらに、細繊維３２が接着成分２５に埋まることにより、接着成分２５が保護層１７とも接触する。そのため、保護層１７は接着成分２５を有することなくエアフィルタ濾材１１ｂの一体化が可能となる。その結果、細繊維３２の細孔を閉塞する箇所が減少し、圧力損失の上昇が抑制される。

　図８Ａは本発明の実施の形態３のエアフィルタ濾材の接着成分溶融前の顕微鏡写真を示す図、図８Ｂは同エアフィルタ濾材の接着成分溶融前の概略断面図である。また図９Ａは本発明の実施の形態３のエアフィルタ濾材の接着成分溶融後の顕微鏡写真を示す図、図９Ｂは同エアフィルタ濾材の接着成分溶融後の概略断面図である。

　図８Ａ、図８Ｂに示すように熱圧着前の細繊維３２が接着成分２５を介して基材１３に接着している。熱圧着することにより図９Ａ、図９Ｂに示すように溶融前において接着成分２５上に存在した細繊維３２は、溶融後には接着成分２５に埋まる。そのため、接着成分２５がない場合に比べ、細繊維３２同士がより強固に接着される。熱圧着の方法としては、アイロンのように図示していない加熱面を図７のエアフィルタ濾材１１ｂに押し当てても良い。また、図示していない一定間隔を保つ２本の加熱ロールの間に、細繊維３２と基材１３とが挟まれて搬送されてもよい。

　また、図８Ａに示すように接着成分２５は連続せずに、基材１３の表面に点在している。そして、接着成分２５は主に基材１３の繊維の交点部分に設けられる。そのため、図９Ａに示すように、熱圧着しても接着成分２５が細繊維３２の細孔に進入して、細孔を閉塞する箇所が減少される。その結果、圧力損失の上昇、およびエアフィルタ濾材１１ｂの通気性の低下が抑制される。

　図７に示す細繊維層３２ａは、公知の高分子ポリマーを静電紡糸法などの加工技術により加工した平均繊維径１００ｎｍ～１０００ｎｍの細繊維３２からなる。平均繊維径１００ｎｍ～１０００ｎｍの細繊維３２は、一般的にナノファイバーと呼ばれる。ナノファイバーは繊維径が細いため、繊維同士の隙間が小さくなり、集塵効率が向上する。さらには、繊維同士の隙間が小さいにも関わらず、スリップフロー効果と称される効果により、圧力損失の増加が防止される。すなわち、同じ集塵効率のナノファイバーからなるエアフィルタ濾材１１ｂと、平均繊維径が１０００ｎｍを超える繊維からなるエアフィルタ濾材との圧力損失を比較すると、前者の方が圧力損失は小さい。

　公知の静電紡糸法により細繊維層３２ａを形成する細繊維３２は、溶媒に溶解できれば良い。例えば、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸メチル、ポリフッ化ビニリデン（ＦＶＤＦ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、アラミド、ポリベンザゾール、ポリグリコール酸（ＰＧＡ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリウレタン（ＰＵ）、セルロース化合物、ポリペプチド、ナイロン６６などのナイロン系、タンパク質などを溶液化した高分子ポリマー溶液、及びアルミナや酸化チタンなどの無機材料をゾル化したアルミナゾルやチタンゾルであってもよい。

　また、高分子ポリマーを溶解させる溶媒としては、高分子ポリマーと相溶性があり、溶解させることが出来れば特に限定されない。これらの溶媒としては水、アルコール類、有機溶剤等が挙げられる。具体的なアルコール類、および有機溶剤としてはアセトン、クロロホルム、エタノール、イソプロパノール、メタノール、トルエン、テトラヒドロフラン、ベンゼン、ベンジルアルコール、１，４－ジオキサン、プロパノール、四塩化炭素、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、塩化メチレン、フェノール、ピリジン、トリクロロエタン、酢酸などの揮発性の高い溶媒や、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、１－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、アセトニトリル、Ｎ－メチルモルホリン－Ｎ－オキシド、ブチレンカーボネート、γ－ブチロラクトン、ジエチルカーボネート、ジエチルエーテル、１，２－ジメトキシエタン、１，３－ジメチル－２－イミダゾリジノン、１，３－ジオキソラン、エチルメチルカーボネート、メチルホルマート、３－メチルオキサゾリジン－２－オン、メチルプロピオネート、２－メチルテトラヒドロフラン、スルホランなどの揮発性が相対的に低い溶媒が挙げられる。

　次に、本実施の形態３のエアフィルタ濾材１１ｂの製造方法の一例について説明する。図１０は、本発明の実施の形態３のエアフィルタ濾材の製造方法を示す概略図である。図１０に示すようにエアフィルタ濾材１１ｂの製造設備は、基材１３を載せて水平方向へ搬送する搬送部２６と、搬送部２６の上方に位置する接着成分放出ノズル２７および細繊維放出ノズル２８とから構成されている。

　エアフィルタ濾材１１ｂの製造は、まず平板形状の基材１３が搬送部２６によって搬送されながら、接着成分放出ノズル２７から接着成分２５が基材１３に向かって放出され、接着成分２５が基材１３に付着する。このとき接着成分２５は、必ずしも接着力を有する必要はなく、加熱することにより接着成分２５が溶融し、基材１３と細繊維層３２ａとが接着すればよい。

　続いて細繊維放出ノズル２８から細繊維３２が接着成分２５に向かって放出される。ここで、細繊維放出ノズル２８には、＋２０ＫＶ程度の電圧が印加され、搬送部２６はアースに接続されている。この電位差によって、細繊維放出ノズル２８から放出した細繊維３２が基材１３、及び接着成分２５の表面に付着し、細繊維層３２ａが形成されていく。また、接着成分２５が基材１３表面に設けられていると、基材１３のみの場合に比べ細繊維３２との接着面積が増大するので、基材１３と細繊維３２との接着力が増加し、製造時における基材１３と細繊維層３２ａとの剥離が生じ難くなる。

　図１１は、本発明の実施の形態３のエアフィルタの斜視図である。図１１に示すようにエアフィルタ１８ａは、エアフィルタ濾材１１ｂがプリーツ加工され、エアフィルタ濾材１１ｂの形状が固定されている。エアフィルタ１８ａは、プリーツ形状のエアフィルタ濾材１１ｂと、エアフィルタ濾材１１ｂをプリーツ形状に保持する形状保持部２０とから形成されている。形状保持部２０は、長方形形状の枠部２１と、枠部２１とエアフィルタ濾材１１ｂとの間に設けた接着部材２２とから形成されている。すなわち枠部２１はプリーツ形状のエアフィルタ濾材１１ｂ周縁に位置し、接着部材２２によってエアフィルタ濾材１１ｂを枠部２１に固定している。そしてプリーツ加工の接着部材２２には、たとえばホットメルト樹脂１９、または各種の接着剤が用いられる。ホットメルト樹脂１９等は、プリーツの頂点のみをつなぎとめる。その結果、エアフィルタ濾材１１ｂの表面積が確保されつつ、形状が固定される。エアフィルタ１８ａでは、図７に示す細繊維層３２ａと基材１３、及び細繊維３２同士が強固に接着されている。そのため加工、成形、および使用の各過程において、細繊維３２が破損せず、安定したエアフィルタ濾材１１ｂの性能が確保される。

　図１２は、本発明の実施の形態３の加湿機能付き空気清浄装置の本体構成を示す概略断面図である。図１２に示すように、本実施の形態３のエアフィルタ１８ａを装着した加湿機能付き空気清浄装置は、本体ケース２９、本体ケース２９内に送風部３０、及び送風される空気を加湿する加湿部３８を備えている。

　本体ケース２９は、略直方体形状である。本体ケース２９の前面側側面部に略長方形形状の吸気口３１が、本体ケース２９の天面部に略長方形形状の排気口３３が設けられている。排気口３３には、風向ルーバー３４が設けられている。

　送風部３０は、吸気口３１と排気口３３との間の風路に設けられている。また送風部３０はスクロール形状のケーシング３５と、ケーシング３５内に設けられた遠心送風ファンである羽根３６と、羽根３６を回転させる電動機３７とから形成されている。エアフィルタ１８ａは、吸気口３１に装着されている。送風部３０によって、室内の空気が吸気口３１から本体ケース２９内に吸気される。また加湿部３８は、エアフィルタ１８ａと排気口３３との間に配置されている。

　そして本体ケース２９内に吸気された空気は、エアフィルタ１８ａを介して排気口３３へと送風される。つまり、室内の空気がエアフィルタ１８ａにより清浄化され、室内へ送風される。このとき、吸気口３１から吸い込まれてエアフィルタ１８ａを通過した空気の一部、または全部が加湿部３８を通過して加湿され、送風部３０によって本体ケース２９から送風される。このようにして本発明の実施の形態３の加湿機能付き空気清浄装置は、本体ケース２９に吸い込んだ空気を清浄化するとともに加湿を行うことができる。

　ここで加湿部３８は、例えば吸水性のある不織布が蛇腹状に折り曲げて形成されてもよい。また一端が加湿トレイ３９に貯留した水に沈められて吸水した立体編物に空気を通過させ、水が気化する作用により加湿を行なってもよい。この立体編物は、少なくとも一部に耐水性、および吸水性のある合成繊維が編まれて作成される。

　また電動機等の駆動手段によって加湿トレイ３９に貯留した水への浸水と取出しとが定期的に繰り返された立体編物に、空気を通過させて水が気化する作用により加湿を行なってもよい。この立体編物は、耐水性のある合成繊維が編みこまれて作製され、保水性を有する。

　また、円盤状の回転部材が、その円盤面を略水平となるように配置されてもよい。そして回転部材は、円盤中心を通り円盤面に垂直な方向を回転軸として回転され、この回転部材の上面に加湿トレイ３９に貯留された水が供給される。回転による遠心力によって水が微細な水滴に分裂され、この微細な水滴に対して空気を通過させ水滴が気化されて加湿を行なってもよい。

　また超音波領域の振動数において振動する超音波振動子が、加湿トレイ３９に貯留した水に水没するように配置されてもよい。そして、この超音波振動子の振動によって水を微細な水滴に分裂させ、この微細な水滴に対して空気を通過させて水滴が気化されて加湿を行なってもよい。

　また、電熱線またはセラミックヒータなどの発熱素子によって加湿トレイ３９に貯留した水が加熱され、蒸発した水蒸気と空気とを混合させることによって加湿を行なってもよい。

　また、上述の加湿機能付き空気清浄装置から加湿部３８と加湿トレイ３９とを除いた空気清浄装置としてもよい。このような空気清浄装置は、本発明のエアフィルタ１８ａが用いられていることにより、送風部３０である電動機３７及び羽根３６の回転数を少なくすることができる。そのため、動作音が静か、かつ消費電力が低く、集塵効率の高い空気清浄装置が実現できる。

　また加湿機能付き空気清浄装置では、エアフィルタ１８ａを用いることにより、上述の空気清浄装置の効果に加え以下の効果がある。すなわち、ホットメルト系樹脂が細繊維層３２ａの細孔に進入して圧力損失を増加させる従来の熱接着性複合シートよりも、加湿部３８において十分な風量が確保できるため、加湿能力が高い加湿機能付き空気清浄装置が実現できる。

　（実施の形態４）
　本発明の実施の形態４では、実施の形態１～３と同じ構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。図１３は、本発明の実施の形態４のエアフィルタを備えた空気清浄装置の断面図である。図１３に示すように、本実施の形態４の空気清浄装置は、本体ケース２９内に送風部３０とエアフィルタ１８ｂとを備えている。

　本体ケース２９は、略直方体形状である。本体ケース２９は前面側側面部に略長方形形状の吸気口３１、本体ケース２９の天面部に略長方形形状の排気口３３を備えている。排気口３３には、風向ルーバー３４が設けられている。

　送風部３０は吸気口３１と、排気口３３との間の風路に設けられている。送風部３０はスクロール形状のケーシング３５と、ケーシング３５内に設けられた遠心送風ファンである羽根３６と、羽根３６を回転させる電動機３７とから形成されている。エアフィルタ１８ｂは、本体ケース２９の吸気口３１に位置している。送風部３０によって、吸気口３１から本体ケース２９内に吸気された室内の空気は、エアフィルタ１８ｂを介して排気口３３へと送風される。すなわち、室内の空気はエアフィルタ１８ｂにより清浄化され、室内へ送風される。

　図１４は本発明の実施の形態４のエアフィルタの斜視図、図１５は同エアフィルタの拡大斜視図である。図１４、図１５に示すようにエアフィルタ１８ｂは、プリーツ形状のエアフィルタ濾材１１ｃと、エアフィルタ濾材１１ｃをプリーツ形状に保持するためにエアフィルタ濾材１１ｃの外周に設けた枠形状の形状保持部２０とから形成されている。

　図１６は、本発明の実施の形態４のエアフィルタ濾材の拡大断面図である。図１６に示すようにエアフィルタ濾材１１ｃは、基材１３と、基材１３へ送風される空気流の上流側面に設けた細繊維層４２ａとを備えている。基材１３の材質の一例としては、ガラス、樹脂である不織布である。細繊維層４２ａは、直径がナノメーターである細繊維４２によって形成されている。具体的には、複数のナノファイバー４０が絡み合って細繊維層４２ａが形成されている。

　図１７は、本発明の実施の形態４のエアフィルタのナノファイバーと基材との接着面部分を示す図である。図１７に示すように本実施の形態４におけるエアフィルタ濾材１１ｃの特徴は、基材１３に接着したナノファイバー４０の集合体からなる細繊維層４２ａが備えられていることである。さらにナノファイバー４０は、基材１３との接着面部分４３における幅方向の長さである第１の寸法４３ａが、基材１３との非接着面部分４４における幅方向の長さである第２の寸法４４ａよりも大きい。

　すなわちエアフィルタ濾材１１ｃは、繊維４１の集合体からなる基材１３と、基材１３に接着したナノファイバー４０の集合体からなる細繊維層４２ａとを備えている。そのためエアフィルタ濾材１１ｃは、ナノファイバー４０の集合体からなる細繊維層４２ａによって目の大きさが小さくなり捕集効率が向上する。また第１の寸法４３ａは、第２の寸法４４ａよりも大きいので、ナノファイバー４０と基材１３との接着面積が大きくなり、繊維４１に対してナノファイバー４０を直接接着させることができる。すなわち、基材１３との接着面部分４３のナノファイバー４０は、第１の寸法４３ａを大きくしているので、接着剤を用いることなく強固に接着される。従って接着工程が不要となり、生産性が向上する。

　なお基材１３の近傍において、ナノファイバー４０が噴射されることにより、第１の寸法４３ａは第２の寸法４４ａより大きくなる。この点からも、基材１３と細繊維層４２ａとを各々別個に形成した後に、基材１３と細繊維層４２ａとを接着するより、生産性が向上する。また図１４に示すエアフィルタ１８ｂは、ナノファイバー４０が基材１３から剥れることによる捕集効率の低下を長期に亘り抑制する。

　図１８は、本発明の実施の形態４のエアフィルタ濾材の製造方法を示す概略図である。図１８に示すようにエアフィルタ濾材１１ｃの製造設備は、基材１３を載せて水平方向へ搬送する搬送部２６と、搬送部２６の上方に位置する細繊維放出ノズル２８とから構成されている。

　細繊維放出ノズル２８は、搬送部２６によって搬送される平板状の基材１３の上面にナノファイバー４０を形成する高分子ポリマー溶液を吹き付ける。

　ここで、細繊維放出ノズル２８には、＋２０ＫＶ程度の電圧が印加され、搬送部２６はアース処理されている。この電位差によって、細繊維放出ノズル２８から放出したナノファイバー４０を形成する高分子ポリマー溶液が基材１３の全表面に付着し、細繊維層４２ａが形成される。

　本実施の形態４におけるエアフィルタ濾材１１ｃの製造上の特徴は、高分子ポリマー溶液を基材１３の表面上に吹き付ける工程において、高分子ポリマー溶液を溶媒が乾燥する前に基材１３の表面上に吹き付けることである。

　すなわち、細繊維放出ノズル２８から吹き出す高分子ポリマー溶液の溶媒が乾燥する前に、高分子ポリマー溶液が基材１３の上面に到達するように、細繊維放出ノズル２８と基材１３との間の距離が調整される。

　これにより、ナノファイバー４０を形成する高分子ポリマー溶液が、溶媒を残した状態において基材１３の表面上に吹き付けられる。そのため図１７に示すようにナノファイバー４０は、基材１３との接着面部分４３において基材１３の繊維４１の表面に沿うように扁平な形状となる。すなわち上述したようにナノファイバー４０は、第１の寸法４３ａが、第２の寸法４４ａよりも大きくなる。その結果、ナノファイバー４０と基材１３との接着面積が大きくなるため、接着剤を用いることなく強固にナノファイバー４０が基材１３に接着する。従って接着工程が不要となる分、生産性が向上する。

　図１９は、本発明の実施の形態４の異なるエアフィルタ濾材の概略断面図である。図１９に示すように細繊維層５２ａは、少なくとも図１７に示す第２の寸法４４ａが主に２００ｎｍ程度である密なナノファイバー集合体５３と、主に６００ｎｍ程度である粗いナノファイバー集合体５４とが積層され形成されている。すなわち細繊維層５２ａは、第２の寸法４４ａが異なるナノファイバー４０の集合体からなる。ここで繊維径は、ほぼ正規分布となる。上述の２００ｎｍ、６００ｎｍは中心径であり、標準偏差のばらつきを含んだ数値のため、「主に２００ｎｍ程度」「主に６００ｎｍ程度」と記載している。

　図１７に示す第２の寸法４４ａは、ナノファイバー４０の繊維径に置き換えて考えられる。図１９中の矢印にて示す空気は、繊維径６００ｎｍ程度の粗いナノファイバー集合体５４、繊維径２００ｎｍの密なナノファイバー集合体５３の順に通過し、基材１３から流出する。

　太い繊維と細い繊維とが、同じ目付量になるように吹き付けられた場合、材質が同じであれば、太い繊維は細い繊維に比べ単位体積あたりに占める繊維の本数が少ない。そのため、繊維間隔が大きくなり、エアフィルタ濾材１１ｄの構造は粗くなる。エアフィルタ濾材１１ｄの構造が密であれば、高い集塵効率が得られる。しかし、大小さまざまな粒子を含む大気塵を濾過する場合、たとえば径１μｍのような大きい粒子が２００ｎｍの密なナノファイバー集合体５３にトラップされると、それによって空隙が閉塞され、圧力損失が急激に上昇し、エアフィルタとしての特性が急激に低下する。大きい粒子は、構造の粗い層によりトラップし、急激な圧力損失の増大が抑制される。上流において大きい粒子、下流において小さい粒子が分離、捕集されると、長期間にわたる使用において有利である。

　図１９に示す細繊維層５２ａの破損を防止するために、保護層１７が設けられても良い。保護層１７は、基材１３と同じ材質であっても良いし、熱溶融性の樹脂不織布などでも良い。熱溶融性の不織布が用いられた場合、加熱によって細繊維層５２ａが固定化される。基材１３と保護層１７とは、それぞれ圧力損失が低く、空気の流入を妨げないのがよい。基材１３と保護層１７それぞれの単体での集塵効率に差異がある場合、ナノファイバー４０の集合体の構成は空気の流れの上流側に、たとえば径１μｍのような大きい粒子を集塵することのできる材料を配置する。その結果、粒子の分離捕集がより効果的に行われる。

　（実施例）
　繊維４１の集合体からなる基材１３と、基材１３に接着したナノファイバー４０の集合体からなる細繊維層４２ａ、５２ａとを備えるエアフィルタ濾材１１ｃ、１１ｄについて、以下の試料を作製した。繊維径がそれぞれ１４５ｎｍ、３８７ｎｍ、５８９ｎｍ、および１４５ｎｍと５８９ｎｍとを積層したエアフィルタ濾材１１ｃを図１８に示す方法によって作製した。

　このとき、繊維径は正規分布となるが、その標準偏差は中心径１４５ｎｍの場合は３０ｎｍ、中心径３８７ｎｍでは１１０ｎｍ、中心径５８９ｎｍでは１６９ｎｍと計測され、繊維径が大きくなるにつれて、ばらつきも増加する傾向が見られた。これらに、それぞれタバコの煙を吸引させ、圧力損失の変化を観察した。表２には、これらの仕様を示す。

　すべてのサンプルは、ガラス紙を基材１３とし、０．３μｍの粉塵に対する初期集塵効率が９８％以上となるようナノファイバー４０の目付量を調整した。

　図２０は、本発明の実施の形態４のエアフィルタ濾材の実施例の繊維径ごとの圧力損失変化を示すグラフである。図２０に示すように繊維径１４５ｎｍのナノファイバー４０の集合体は、少ない目付量において高い集塵性能が得られ、初期圧力損失が低いが、構造が密になるためにタバコの煙による負荷に対する圧力損失の上昇率が高い。一方、繊維径が増大すると、初期圧力損失が高くなるが、圧力損失の上昇率が低くなる。また、これらを積層したナノファイバー４０の集合体においては、繊維径１４５ｎｍの細いナノファイバー４０の集合体の目付量が相対的に小さいと、圧力損失の上昇率が低くなる。すなわちナノファイバー４０の集合体の目付量は、第２の寸法４４ａの小さいナノファイバー４０の集合体が、大きいナノファイバー４０の集合体より少量にすればよい。

　ナノファイバー４０の繊維径、目付量、および積層比率は、繊維径１４５ｎｍの細いナノファイバー４０の集合体が、初期圧力損失の低減に寄与し、繊維径５８９ｎｍの太いナノファイバー４０の集合体が、圧力損失の上昇率抑制に寄与している。このことを考慮して、積層比率を適宜選択すれば良い。たとえばタバコの煙をターゲットにする場合、細繊維層５２ａは第２の寸法４４ａ、すなわち繊維径が１００ｎｍから２００ｎｍであるナノファイバー４０の集合体と、５００ｎｍから６５０ｎｍであるナノファイバー４０の集合体とを積層すれば、耐久性に対しより効果的である。

　本発明のエアフィルタ濾材は、産業用または家庭用エアフィルタ等として有用である。また、水や油などを濾過するためのリキッドフィルタ等にも応用できる。

　１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ　　エアフィルタ濾材
　１２，３２，４２　　細繊維
　１２ａ，３２ａ，４２ａ，５２ａ　　細繊維層
　１３　　基材
　１３ａ　　基材を構成する繊維の径
　１４　　ファイバ
　１５　　ビーズ
　１５ａ　　ビーズの表層
　１５ｂ　　ビーズの径
　１６　　数珠状繊維
　１７　　保護層
　１８，１８ａ，１８ｂ　　エアフィルタ
　１９　　ホットメルト樹脂
　２０　　形状保持部
　２１　　枠部
　２２　　接着部材
　２３　　ファイバとの境界
　２４　　接触面
　２５　　接着成分
　２６　　搬送部
　２７　　接着成分放出ノズル
　２８　　細繊維放出ノズル
　２９　　本体ケース
　３０　　送風部
　３１　　吸気口
　３３　　排気口
　３４　　風向ルーバー
　３５　　ケーシング
　３６　　羽根
　３７　　電動機
　３８　　加湿部
　３９　　加湿トレイ
　４０　　ナノファイバー
　４１　　繊維
　４３　　接着面部分
　４３ａ　　第１の寸法
　４４　　非接着面部分
　４４ａ　　第２の寸法
　５３　　密なナノファイバー集合体
　５４　　粗いナノファイバー集合体

Claims

平均繊維径が１００ｎｍ～１０００ｎｍの細繊維から構成される細繊維層と、
前記細繊維層を保持するための基材とを備え、
前記細繊維はファイバとビーズとからなる数珠状繊維であり、前記細繊維と前記基材とが、前記ビーズの表層の溶融によって接着されていることを特徴とするエアフィルタ濾材。
前記細繊維と前記基材とが前記ビーズ表層の溶融、および圧着によって接着されていることを特徴とする請求項１記載のエアフィルタ濾材。
前記細繊維を保護するための保護層をさらに備え、前記細繊維と前記保護層とが、前記ビーズの表層の溶融によって接着されていることを特徴とする請求項１記載のエアフィルタ濾材。
前記細繊維が軟化点１５０℃以下の低融点樹脂材料を含むことを特徴とする請求項１記載のエアフィルタ濾材。
前記ビーズの径が、前記基材を構成する繊維の径の５％～２０％であることを特徴とする請求項１記載のエアフィルタ濾材。
前記ビーズは紡錘形であり、前記ファイバとの境界が曲線であることを特徴とする請求項１記載のエアフィルタ濾材。
前記基材と前記保護層とのうちの少なくとも一つが、前記細繊維との接触面に軟化点１５０℃以下の低融点樹脂材料を含むことを特徴とする請求項３記載のエアフィルタ濾材。
平均繊維径が１００ｎｍ～１０００ｎｍの細繊維から構成される細繊維層と、
前記細繊維層を保持するための基材と、
前記基材と前記細繊維層との間の前記基材の表面に設けた接着成分と、
前記細繊維層を保護するための保護層とから形成され、
前記基材と前記細繊維とが前記接着成分の溶融によって接着されていることを特徴とするエアフィルタ濾材。
前記基材と前記細繊維層と前記保護層とが熱圧着により接着されていることを特徴とする請求項８記載のエアフィルタ濾材。
前記接着成分は前記基材の表面に点在していることを特徴とする請求項８記載のエアフィルタ濾材。
請求項８に記載のエアフィルタ濾材をプリーツ加工して前記エアフィルタ濾材の形状を固定したことを特徴とするエアフィルタ。
吸気口と排気口とを備えた本体ケースと、
前記本体ケース内に設けた送風部と、
前記吸気口に請求項１１記載のエアフィルタが装着されたことを特徴とする空気清浄装置。
請求項１２記載の空気清浄装置の前記エアフィルタと前記排気口との間に加湿部を備えたことを特徴とする加湿機能付き空気清浄装置。
繊維の集合体からなる基材と、
前記基材に接着したナノファイバーの集合体からなる細繊維層とを備え、
前記ナノファイバーは前記基材との接着面部分における幅方向の長さである第１の寸法が前記基材との非接着面部分における幅方向の長さである第２の寸法よりも大きいことを特徴とするエアフィルタ濾材。
前記細繊維層は、前記第２の寸法が異なる前記ナノファイバーの集合体からなることを特徴とする請求項１４記載のエアフィルタ濾材。
前記細繊維層は、前記第２の寸法が１００ｎｍから２００ｎｍと、５００ｎｍから６５０ｎｍとの前記ナノファイバーの集合体を含む請求項１５記載のエアフィルタ濾材。
前記ナノファイバーの集合体の目付量は、前記第２の寸法の小さい前記ナノファイバーの集合体が大きい前記ナノファイバーの集合体より少量であることを特徴とする請求項１５記載のエアフィルタ濾材。