JP2010036179A - フィルター - Google Patents
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Abstract
【課題】空気等の流体の通過と発光手段と光触媒機能の３つを、フィルターという同一の部材上で実現することである。
【解決手段】コアと低融点のシースからなるコア・シース複合繊維を用いた２枚のシートによって、心線となる導光線材の外側に低融点のクラッド層を設けた紐状の導光手段と光触媒粒子を坦持させた活性炭を熱圧着させて挟み込むとともに、前記２枚のシートの全面にわたって導光手段をはりめぐらせ、熱圧着させるときの温度によって、心線となる導光線材からの光の一部が活性炭表面に到達するよう、前記導光手段と活性炭との接触部におけるクラッド層が溶融することで、導光手段と活性炭と２枚のシートが熱融着されたフィルターとする。
【選択図】図４
【解決手段】コアと低融点のシースからなるコア・シース複合繊維を用いた２枚のシートによって、心線となる導光線材の外側に低融点のクラッド層を設けた紐状の導光手段と光触媒粒子を坦持させた活性炭を熱圧着させて挟み込むとともに、前記２枚のシートの全面にわたって導光手段をはりめぐらせ、熱圧着させるときの温度によって、心線となる導光線材からの光の一部が活性炭表面に到達するよう、前記導光手段と活性炭との接触部におけるクラッド層が溶融することで、導光手段と活性炭と２枚のシートが熱融着されたフィルターとする。
【選択図】図４
Description
本発明は、空気や水を流通させるフィルターの技術分野に属するものであり、室内空気中の臭気成分の除去や殺菌、水中の有機物の分解に優れた性能を発揮する技術に関するものである。
以下、本発明の背景技術について、その普及が顕著な空気清浄機を例にとり説明する。一般的な空気清浄機は、ハウスダストや花粉などの除去を目的に、フィルターと吸排気ファンとを組み合わせたものがほとんどである。これらのほとんどは異物を物理的に除去することを目的としたものであり、シックハウスの原因となるホルムアルデヒドや室内空気中の臭気成分等を分解することを目的としてものは少ない。これらに対して、前記臭気成分等を分解する機能を有するものとして、光触媒機能を組み合わせたものが普及しつつある。
これまでに知られている光触媒機能を有する空気清浄機としては、例えば▲１▼特開２００６−３２５８６６号、▲２▼特開２００７−２９２８３号、▲３▼特開２００７−２９６３９号、▲４▼特許第３５２８５９４号の各公報に記載のものがある。
これまでに知られている光触媒機能を有する空気清浄機としては、例えば▲１▼特開２００６−３２５８６６号、▲２▼特開２００７−２９２８３号、▲３▼特開２００７−２９６３９号、▲４▼特許第３５２８５９４号の各公報に記載のものがある。
特開２００６−３２５８６６号公報
特開２００７−２９２８３号公報
特開２００７−２９６３９号公報
特許第３５２８５９４号公報
▲１▼については、通過する空気流の方向を曲げることで、確実に光触媒との反応機会を高めようとするものであり、空気の流れの制御に関する発明である。▲２▼については、薄型で大きなろ過面積を確保するため、光触媒を担持した立体構造のフィルターを用いるというものであり、光触媒との接触面を大きくとることを目的としている。▲３▼については、複数枚に構成された光触媒フィルターを順番に通過させることによって、空気清浄能力を高めようとするものである。▲４▼については、活性炭と光触媒による消臭を目的としたものである。
▲１▼については、通過する空気流の方向を曲げることで、確実に光触媒との反応機会を高めようとするものであり、空気の流れの制御に関する発明である。▲２▼については、薄型で大きなろ過面積を確保するため、光触媒を担持した立体構造のフィルターを用いるというものであり、光触媒との接触面を大きくとることを目的としている。▲３▼については、複数枚に構成された光触媒フィルターを順番に通過させることによって、空気清浄能力を高めようとするものである。▲４▼については、活性炭と光触媒による消臭を目的としたものである。
以上のような従来の空気清浄機は、光触媒材料の持つ臭い分解性能などに注目したものであり、単にフィルターに光触媒機能を付与するという思想に基づくものであった。また、紫外線ランプなどフィルター等とは別の発光手段を使用することを前提としており、機器の大型化やフィルター全面への均一な紫外線照射が困難といった問題点が存在する。また、フィルターと紫外線ランプをそれぞれ空気清浄機の筺体に組み付ける必要があり、部品点数の増加やコストアップにつながるといった問題点も指摘できる。
本発明は、上記従来の技術とは異なり、空気等の流体の通過と発光手段と光触媒機能の３つを、フィルターという同一の部材上で実現する新規な思想に基づくものである。このような発明により、上記課題を解決することができる。本発明は、コアと低融点のシースからなるコア・シース複合繊維を用いた２枚のシートによって、心線となる導光線材の外側に低融点のクラッド層を設けた紐状の導光手段と光触媒粒子を坦持させた活性炭を熱圧着させて挟み込むとともに、前記２枚のシートの全面にわたって導光手段をはりめぐらせ、熱圧着させるときの温度によって、心線となる導光線材からの光の一部が活性炭表面に到達するよう、前記導光手段と活性炭との接触部におけるクラッド層が溶融することで、導光手段と活性炭と２枚のシートが熱融着されたフィルターによって実現することができる。また、光触媒機能を有する半導体材料はいくつか知られているが、本発明では、前記光触媒粒子がアナターゼ型酸化チタンであると、より好ましい効果を得ることができる。
さらに、フィルターを形成後または形成前のシートに対して、塩化ベンザルコニウムなど、殺菌機能を有する陽イオン界面活性剤液（逆性せっけん）をくぐらせ、フィルターに殺菌機能を付与することもできる。このときには、陽イオン界面活性剤が、シクロデキストリン分子の中心部分に塩化ベンザルコニウム分子が包接されたものを主成分とする構成や、トレハロースの分子構造の末端に塩化ベンザルコニウム分子が包摂されたものを主成分とする構成とすれば、その成分が徐々に放散されることになり、長期にわたって効果を持続させることができる。
次に本発明の具体的効果について開示する。図１に示すように、筺体１内に空気の吸入口３と排出口５を設け、その内部に空気流通用のファン７と本発明のフィルター９を設けた試験用の空気清浄装置１１を作製し、一定数量の細菌数が存在する試験箱内でその空気清浄装置を運転して細菌数の変化を見た。フィルター９における導光手段（光ファイバー）に対しては、紫外線発光ダイオードを４個使用し、計１ｍＷ／ｃｍ２、波長３８６ｎｍの紫外線を導入した。導光手段に対する紫外線導入については、実施例の項において後述する。ここで、フィルター９には、陽イオン界面活性剤液をくぐらせるという前述の構成は適用していない。
試験装置全体の構成を図２に示す。試験箱１３の中に本発明のフィルター構造を組み込んだ空気清浄装置１１を設置し、ファン１５によって試験箱内の空気を攪拌する。試験箱１３にはコンプレッサー１７と細菌噴霧装置１９からの細菌供給管２１が接続され、試験箱１３の中に細菌が供給されるようになっている。一方、試験箱１３からの空気はコンプレッサー２３によって菌回収装置２５を介して回収されるとともに、エアサンプラー２７に測定用サンプルが回収される。ここで、供給側と回収側の空気流通量は同期している。
このような試験箱内で本発明のフィルター構造を組み込んだ空気清浄装置１１を運転し、供給側の細菌数と回収側の細菌数の差を評価した。なお、この試験は財団法人北里環境科学センターの協力を得て行った。
試験装置全体の構成を図２に示す。試験箱１３の中に本発明のフィルター構造を組み込んだ空気清浄装置１１を設置し、ファン１５によって試験箱内の空気を攪拌する。試験箱１３にはコンプレッサー１７と細菌噴霧装置１９からの細菌供給管２１が接続され、試験箱１３の中に細菌が供給されるようになっている。一方、試験箱１３からの空気はコンプレッサー２３によって菌回収装置２５を介して回収されるとともに、エアサンプラー２７に測定用サンプルが回収される。ここで、供給側と回収側の空気流通量は同期している。
このような試験箱内で本発明のフィルター構造を組み込んだ空気清浄装置１１を運転し、供給側の細菌数と回収側の細菌数の差を評価した。なお、この試験は財団法人北里環境科学センターの協力を得て行った。
上記試験の結果を、図３に示す。本図のデータを得た試験は、前述のように、図２に示した試験箱内に試験菌を浮遊させ、初期状態の浮遊菌をカウントした後、本発明のフィルターを組み込んだ図１記載の空気清浄装置１１を運転しながら、５分、１０分、２０分、３０分と経時的に、試験箱内の空気を１０リットルずつエアサンプラー２７に回収し、その中の菌数（浮遊菌数）を測定したものである。また、比較用としては、同空気清浄装置１１にフィルターを設けず、単に空気を循環させる機能のみとした。なお用いた細菌は、黄色ブドウ球菌（Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓａｕｒｅｕｓ ＮＢＲＣ １２７３２）であり、試験箱の体積は１ｍ３、空気循環量は２ｍ３／分である。
この試験から明らかなように、本発明の滅菌空気循環機は、３０分の運転により、当初１２０万ＣＦＵ／１０Ｌあった空中浮遊細菌数が２万ＣＦＵ／１０Ｌへと、大きく減少していることがわかった。この結果により、本発明のフィルターが優れた除菌効果を有していることが分かる。この効果は、紫外線と光触媒の相乗効果であると考えられる。ちなみに光触媒を用いない場合は、空中浮遊細菌数は、やく４０％程度に低減されるのみであった。したがって前述のように、フィルター９に陽イオン界面活性剤液をくぐらせる処理を施せば、さらに除菌効果が高まるものと推測できる。
この試験から明らかなように、本発明の滅菌空気循環機は、３０分の運転により、当初１２０万ＣＦＵ／１０Ｌあった空中浮遊細菌数が２万ＣＦＵ／１０Ｌへと、大きく減少していることがわかった。この結果により、本発明のフィルターが優れた除菌効果を有していることが分かる。この効果は、紫外線と光触媒の相乗効果であると考えられる。ちなみに光触媒を用いない場合は、空中浮遊細菌数は、やく４０％程度に低減されるのみであった。したがって前述のように、フィルター９に陽イオン界面活性剤液をくぐらせる処理を施せば、さらに除菌効果が高まるものと推測できる。
前述の課題解決手段からもわかるように、本発明では、コアと低融点のシースからなるコア・シース複合繊維を用いた２枚のシートによって導光手段と光触媒粒子を坦持させた活性炭を熱圧着して挟み込むので、熱圧着の際の熱によって低融点のシース層と導光手段のクラッド層が溶融し、シートと導光手段と活性炭が一体的に固着されることになる。
このような構造によって、導光手段の心線となる導光線材からの光の一部が活性炭表面に到達し、その光が直接活性炭に坦持されている光触媒粒子に作用することになる。また、導光手段がシート全面にはりめぐらされているので、シート前面にわたって光触媒機能が均一に発揮できることになる。ここで、全面にはりめぐらされた状態とは、特にその形状的要素として規定されるものではなく、網目状やらせん状、その他ランダムな形状など、適宜採用することができる。しかし、量産時の性能を維持するためには、導光手段の総延長は、一定の範囲で規定しておく必要がある。総延長については、本発明の効果を規定するものではないので、実施段階で適宜決定すればよい。
光触媒粒子としては、アナターゼ型の酸化チタンが好適である。このアナターゼ型の酸化チタンは、ゾルゲル法によって生成されるナノ粒子であり、活性炭の表面細孔内に満遍なく坦持させることができる。具体的には、酸化チタン分散液中に活性炭を浸漬し、その後に乾燥させればよい。なお乾燥に当たっては、５００℃以下の温度で行うことが重要である。この温度を超えると、アナターゼ型からルチル型に転移し、光触媒機能が低下するからである。
導光手段としては、光ファイバーが好適であるが、アナターゼ型酸化チタンの光触媒機能を得るには４００ｎｍ弱の波長が必要となることから、プラスチックファイバーではなく石英ファイバーが必要となる。プラスチックファイバーは、心線による吸収の少ない、波長６５０ｎｍの赤色光で使用することが一般的だからである。
しかし、石英ファイバーを使用したのでは、熱圧着が不可能となる。一般的な石英ファイバーは、石英へのドーピング材料を変えることで、同じ石英で心線とクラッドが構成されているからである。
そこで本発明では、屈折率を１．５〜１．６程度とした石英心線の周囲に、屈折率の低いポリ四フッ化エチレン、ポリアセタール、酢酸ビニル、プロピオン酸セルロース、ポリメチル・メタアクリレートなどの合成樹脂材料をコーティングした光ファイバーを使用することを前提としている。これらの合成樹脂はいずれも屈折率が１．５未満であり、石英心線との組み合わせによって光ファイバーの機能を得ることが可能な材料である。また、いずれの樹脂も。ルチル型への転移温度以下で軟化させることができる。このような構造の光ファイバーは、フィルターを作成する際の熱圧着温度を広く設定できるというメリットにつながる。すなわち、本発明では、熱圧着時のクラッドの溶融によって、活性炭と光ファイバーの接点部分でクラッドが除去され、心線からの光漏れを得ることを前提としている。したがって、従来のプラスチックファイバーでは、熱圧着の際にクラッドのみを溶融させるには、その温度条件が非常に厳しくなるものの、心線に石英を使用することで、このような問題点を回避できるのである。
しかし、石英ファイバーを使用したのでは、熱圧着が不可能となる。一般的な石英ファイバーは、石英へのドーピング材料を変えることで、同じ石英で心線とクラッドが構成されているからである。
そこで本発明では、屈折率を１．５〜１．６程度とした石英心線の周囲に、屈折率の低いポリ四フッ化エチレン、ポリアセタール、酢酸ビニル、プロピオン酸セルロース、ポリメチル・メタアクリレートなどの合成樹脂材料をコーティングした光ファイバーを使用することを前提としている。これらの合成樹脂はいずれも屈折率が１．５未満であり、石英心線との組み合わせによって光ファイバーの機能を得ることが可能な材料である。また、いずれの樹脂も。ルチル型への転移温度以下で軟化させることができる。このような構造の光ファイバーは、フィルターを作成する際の熱圧着温度を広く設定できるというメリットにつながる。すなわち、本発明では、熱圧着時のクラッドの溶融によって、活性炭と光ファイバーの接点部分でクラッドが除去され、心線からの光漏れを得ることを前提としている。したがって、従来のプラスチックファイバーでは、熱圧着の際にクラッドのみを溶融させるには、その温度条件が非常に厳しくなるものの、心線に石英を使用することで、このような問題点を回避できるのである。
発明を実施するための最良の形態として、図２に示した除菌試験に採用した本発明のフィルター構造について説明する。図４は、本発明のフィルターの構造例を示している。図例は、コアと低融点のシースからなるコア・シース複合繊維を用いた２枚のシート３１ａ、３１ｂによって、心線となる導光線材の外側に低融点のクラッド層を設けた紐状の導光手段３３ａ、３３ｂと光触媒粒子を坦持させた活性炭３５をシート全面にちりばめて熱圧着させて挟み込んだものである。本例では、ジグザグに一方向に曲げた２つの導光手段３３ａ、３３ｂを直行させ、あたかも網目のような形状を構成している。このような構成により、全面にわたって均等に光触媒の効果を得ることができる。
熱圧着によって挟み込んだ際には、図５に示すように、熱圧着させるときの温度によって、心線となる導光線材３７からの光の一部が活性炭３５の表面に到達するよう、前記導光手段３３ａ、３３ｂと活性炭３５との接触部Ａにおけるクラッド層３９が溶融することで、導光手段３３ａ、３３ｂと活性炭３５と２枚のシート３１ａ、３１ｂが熱融着される。
熱圧着によって挟み込んだ際には、図５に示すように、熱圧着させるときの温度によって、心線となる導光線材３７からの光の一部が活性炭３５の表面に到達するよう、前記導光手段３３ａ、３３ｂと活性炭３５との接触部Ａにおけるクラッド層３９が溶融することで、導光手段３３ａ、３３ｂと活性炭３５と２枚のシート３１ａ、３１ｂが熱融着される。
図４に示したフィルターの完成外観は、図５のようになる。図例は、方形状のフィルターの４隅から、導光手段３３ａの端部Ｂと同３３ｂの端部Ｃが露出する形となる。この端部Ｂ、Ｃから計４個の紫外線発光ダイオードによって紫外線を導入するのである。導光手段３３ａ、３３ｂが発光ダイオードであれば、汎用の光コネクター等を使用することができる。
以上のような本発明は、空気清浄機として一般家庭や病院、飲食店など、幅広い利用分野が想定される。また、使用する部材や原材料も、すでに普及、上市されているもののみであり、産業上の利用可能性としては、何ら問題はない。
１ 試験用空気清浄装置の筺体
３ 試験用空気清浄装置の吸入口
５ 試験用空気清浄装置の排出口
７ 試験用空気清浄装置のファン
９ 本発明のフィルター
１１ 試験用空気清浄装置
１３ 効果確認用の試験箱
１５ 効果確認用試験箱のファン
１７ 効果確認用試験箱に菌類を送り込むコンプレッサー
１９ 効果確認用試験箱に菌類を注入する細菌噴霧装置
２１ 効果確認用試験箱への菌類が通る最近供給管
２３ 効果確認用試験箱から菌類を吸引するコンプレッサー
２５ 効果確認用試験箱から菌類を回収する菌回収箱
２７ 効果確認用試験箱から測定用サンプルを取り出すエアサンプラー
３１ａ、３１ｂ 本発明のフィルターに用いる２枚のシート
３３ａ、３３ｂ 本発明のフィルターに用いる導光手段
３５ 本発明のフィルターに用いる活性炭
３７ 心線となる導光線材
３９ 本発明のフィルターに用いる導光手段のクラッド層
Ａ 本発明のフィルターの導光手段と活性炭との接触部
Ｂ、Ｃ 本発明のフィルターの導光手段の端部
３ 試験用空気清浄装置の吸入口
５ 試験用空気清浄装置の排出口
７ 試験用空気清浄装置のファン
９ 本発明のフィルター
１１ 試験用空気清浄装置
１３ 効果確認用の試験箱
１５ 効果確認用試験箱のファン
１７ 効果確認用試験箱に菌類を送り込むコンプレッサー
１９ 効果確認用試験箱に菌類を注入する細菌噴霧装置
２１ 効果確認用試験箱への菌類が通る最近供給管
２３ 効果確認用試験箱から菌類を吸引するコンプレッサー
２５ 効果確認用試験箱から菌類を回収する菌回収箱
２７ 効果確認用試験箱から測定用サンプルを取り出すエアサンプラー
３１ａ、３１ｂ 本発明のフィルターに用いる２枚のシート
３３ａ、３３ｂ 本発明のフィルターに用いる導光手段
３５ 本発明のフィルターに用いる活性炭
３７ 心線となる導光線材
３９ 本発明のフィルターに用いる導光手段のクラッド層
Ａ 本発明のフィルターの導光手段と活性炭との接触部
Ｂ、Ｃ 本発明のフィルターの導光手段の端部
Claims (2)
- コアと低融点のシースからなるコア・シース複合繊維を用いた２枚のシートによって、心線となる導光線材の外側に低融点のクラッド層を設けた紐状の導光手段と光触媒粒子を坦持させた活性炭を熱圧着させて挟み込むとともに、前記２枚のシートの全面にわたって導光手段をはりめぐらせ、熱圧着させるときの温度によって、心線となる導光線材からの光の一部が活性炭表面に到達するよう、前記導光手段と活性炭との接触部におけるクラッド層が溶融することで、導光手段と活性炭と２枚のシートが熱融着されたフィルター。
- 前記光触媒粒子がアナターゼ型酸化チタンである、請求項１記載のフィルター。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008225278A JP2010036179A (ja) | 2008-08-05 | 2008-08-05 | フィルター |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008225278A JP2010036179A (ja) | 2008-08-05 | 2008-08-05 | フィルター |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2010036179A true JP2010036179A (ja) | 2010-02-18 |
Family
ID=42009265
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008225278A Pending JP2010036179A (ja) | 2008-08-05 | 2008-08-05 | フィルター |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2010036179A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106746079A (zh) * | 2016-12-15 | 2017-05-31 | 衡阳中重机械装备有限公司 | 一种简易污水处理装置 |
| JP2022076047A (ja) * | 2020-11-09 | 2022-05-19 | 三菱電線工業株式会社 | 光化学反応処理構造及び光化学反応処理方法 |
| CN114960033A (zh) * | 2022-06-22 | 2022-08-30 | 江苏苏通碳纤维有限公司 | 一种混纺活性炭纤维织物的布料 |
-
2008
- 2008-08-05 JP JP2008225278A patent/JP2010036179A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106746079A (zh) * | 2016-12-15 | 2017-05-31 | 衡阳中重机械装备有限公司 | 一种简易污水处理装置 |
| JP2022076047A (ja) * | 2020-11-09 | 2022-05-19 | 三菱電線工業株式会社 | 光化学反応処理構造及び光化学反応処理方法 |
| CN114960033A (zh) * | 2022-06-22 | 2022-08-30 | 江苏苏通碳纤维有限公司 | 一种混纺活性炭纤维织物的布料 |
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