JP2017051937A - Filtering medium and air cleaner - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、不織布を具備する濾材に関し、特に空気清浄機に用いられる濾材に関する。 The present invention relates to a filter medium having a nonwoven fabric, and more particularly to a filter medium used in an air cleaner.
空気清浄機等に用いられる集塵用の濾材として、帯電させたエレクトレット繊維を含む不織布を用いることが提案されている。エレクトレット繊維は、エレクトレット化された誘電体を含む。エレクトレット化された誘電体内では、電界が存在しなくても、誘電分極が残留している。エレクトレット繊維を含む不織布は、繊維の隙間で粉塵を物理的に捕捉するだけでなく、静電力によっても粉塵を捕捉するため、不織布の集塵効果を高めることができる(特許文献1参照)。 As a filter medium for dust collection used in an air cleaner or the like, it has been proposed to use a non-woven fabric containing electret fibers that are charged. The electret fiber includes an electretized dielectric. In the electret dielectric, dielectric polarization remains even if no electric field is present. The nonwoven fabric containing electret fibers not only physically captures dust in the gaps between the fibers, but also captures dust by electrostatic force, so the dust collection effect of the nonwoven fabric can be enhanced (see Patent Document 1).
しかし、エレクトレット繊維が、粉塵で覆われると、静電力が失われ、粉塵を吸着する能力は大きく低下する。また、エレクトレット繊維を含む不織布は、エレクトレット繊維を含まない不織布に比べると、高価である。 However, when the electret fibers are covered with dust, the electrostatic force is lost, and the ability to adsorb dust is greatly reduced. Moreover, the nonwoven fabric containing electret fiber is expensive compared with the nonwoven fabric which does not contain electret fiber.
上記に鑑み、本発明の一局面は、複数の繊維層を有する積層不織布と、前記積層不織布内の層間に設けられた第1電極と、を具備し、前記第1電極は、電力の入力端子を有する、濾材に関する。 In view of the above, one aspect of the present invention includes a laminated nonwoven fabric having a plurality of fiber layers, and a first electrode provided between layers in the laminated nonwoven fabric, wherein the first electrode is an input terminal for power. The present invention relates to a filter medium.
また、本発明の別の局面は、気体の吸い込み部と、気体の吐き出し部と、前記吸い込み部と前記吐き出し部との間に配置される、上記の濾材と、前記第1電極に電力を出力する出力端子と、を備える、空気清浄機に関する。 Another aspect of the present invention provides a gas suction portion, a gas discharge portion, and the filter medium disposed between the suction portion and the discharge portion, and outputs power to the first electrode. And an output terminal.
本発明の上記局面によれば、より安価な不織布を用いて、静電力による集塵効果を長期間維持することができる濾材、およびこれを具備する空気清浄機を提供することができる。 According to the said aspect of this invention, the filter medium which can maintain the dust collection effect by an electrostatic force for a long period of time using a cheaper nonwoven fabric, and an air cleaner provided with the same can be provided.
本発明に係る濾材は、不織布と、不織布の内部に設けられた第1電極と、を具備し、第1電極は、電力の入力端子を有する。第1電極の入力端子から、電力を入力することにより、第1電極とともに不織布を帯電させることができる。よって、不織布がエレクトレット繊維を含まない場合でも、不織布を構成する繊維は、静電力によって粉塵を捕捉することができる。なお、濾材を構成する不織布は、エレクトレット繊維を含まなくてよいが、含んでもよい。
ここで、不織布は、複数の繊維層を有する積層不織布である。第1電極は、積層不織布内の層間に設けられる。これにより、第1電極を保護することができる。
The filter medium according to the present invention includes a nonwoven fabric and a first electrode provided inside the nonwoven fabric, and the first electrode has a power input terminal. The nonwoven fabric can be charged together with the first electrode by inputting electric power from the input terminal of the first electrode. Therefore, even when a nonwoven fabric does not contain electret fiber, the fiber which comprises a nonwoven fabric can capture | acquire dust with an electrostatic force. In addition, although the nonwoven fabric which comprises a filter medium does not need to contain an electret fiber, it may contain it.
Here, the nonwoven fabric is a laminated nonwoven fabric having a plurality of fiber layers. The first electrode is provided between the layers in the laminated nonwoven fabric. Thereby, the first electrode can be protected.
入力端子から第1電極への電力の入力を継続することにより、繊維が粉塵で覆われた後であっても、粉塵自体が帯電する。よって、静電力による集塵効果を長期間維持することができる。入力端子の位置は、特に限定されない。第1電極が、積層不織布から露出する露出部を有するときは、露出部の任意の箇所に入力端子を設けることができる。また、積層不織布の側面から、第1電極と接続するリードを引き出し、リードを入力端子としてもよい。 By continuing to input power from the input terminal to the first electrode, the dust itself is charged even after the fibers are covered with dust. Therefore, the dust collection effect by electrostatic force can be maintained for a long time. The position of the input terminal is not particularly limited. When the first electrode has an exposed portion that is exposed from the laminated nonwoven fabric, an input terminal can be provided at any location of the exposed portion. Further, a lead connected to the first electrode may be pulled out from the side surface of the laminated nonwoven fabric, and the lead may be used as an input terminal.
製造コストを低減する観点からは、リードを用いることなく、複数の繊維層に非重複部分を形成し、非重複部分から第1電極を露出させることが望ましい。例えば、第1電極が接合している下地となる繊維層(以下、下地層)よりサイズの小さい別の繊維層(以下、被覆層)を準備し、下地層の第1電極が形成されている側の表面に、第1電極を介して、被覆層を接合する。このとき、第1電極の一部が露出するように、サイズの小さい被覆層の形状を設計すればよい。また、被覆層のサイズを変えるのではなく、被覆層に、第1電極の一部が露出するように、窓または切り欠きを設けてもよい。下地層および/または被覆層は、2層以上の繊維層の積層体であってもよい。 From the viewpoint of reducing the manufacturing cost, it is desirable to form non-overlapping portions in a plurality of fiber layers without exposing leads and to expose the first electrode from the non-overlapping portions. For example, another fiber layer (hereinafter referred to as a coating layer) having a smaller size than a fiber layer (hereinafter referred to as a base layer) to which the first electrode is bonded is prepared, and the first electrode of the base layer is formed. The coating layer is bonded to the surface on the side via the first electrode. At this time, the shape of the coating layer having a small size may be designed so that a part of the first electrode is exposed. Further, instead of changing the size of the covering layer, a window or a notch may be provided in the covering layer so that a part of the first electrode is exposed. The underlayer and / or coating layer may be a laminate of two or more fiber layers.
第1電極を帯電させるには、第1電極に電流がほとんど流れないように、第1電極に開放端を設ければよい。この場合、通常、第1電極は開回路を形成しているため、入力端子から電力を入力しても、第1電極に電流がほとんど流れない。 In order to charge the first electrode, an open end may be provided in the first electrode so that almost no current flows through the first electrode. In this case, since the first electrode normally forms an open circuit, even when electric power is input from the input terminal, almost no current flows through the first electrode.
第1電極に出力端子を設けるとともに、出力端子に高抵抗体を接続してもよい。例えば入力端子の電圧が100Vならば、抵抗値が1MΩ以上の高抵抗体を用いればよい。これにより、電流値を、人に感知されないとされる0.5mA以下とすることができる。ただし、高抵抗体に継続的に微弱電流が流れると、発熱を伴うことがある。よって、高抵抗体は、濾材の外部に設けることが望ましい。 While providing an output terminal on the first electrode, a high resistance may be connected to the output terminal. For example, if the voltage of the input terminal is 100V, a high resistance body having a resistance value of 1 MΩ or more may be used. As a result, the current value can be set to 0.5 mA or less that is not perceived by a person. However, when a weak current continuously flows through the high resistor, heat may be generated. Therefore, it is desirable to provide the high resistance body outside the filter medium.
第1電極は、積層不織布の層間に導電性材料を配置するだけで形成することができる。第1電極としては、安価な金属箔を用いてもよい。例えば、積層不織布の製造過程において、任意の繊維層の表面に、接着剤を用いて金属箔を貼り付けることにより、第1電極を形成してもよい。ただし、積層不織布と第1電極との接合強度を高める観点からは、導電性粒子を用いて第1電極を形成することが望ましい。例えば、任意の繊維層の表面に、導電性粒子を含むインク(もしくはペースト)を塗布し、乾燥させることにより、第1電極を形成してもよい。繊維層にインクを塗布する方法は、特に限定されず、例えば、インクを繊維層の表面に印刷すればよい。 The first electrode can be formed simply by disposing a conductive material between layers of the laminated nonwoven fabric. As the first electrode, an inexpensive metal foil may be used. For example, in the manufacturing process of the laminated nonwoven fabric, the first electrode may be formed by attaching a metal foil to the surface of an arbitrary fiber layer using an adhesive. However, from the viewpoint of increasing the bonding strength between the laminated nonwoven fabric and the first electrode, it is desirable to form the first electrode using conductive particles. For example, the first electrode may be formed by applying an ink (or paste) containing conductive particles to the surface of an arbitrary fiber layer and drying it. The method for applying the ink to the fiber layer is not particularly limited. For example, the ink may be printed on the surface of the fiber layer.
第1電極の少なくとも一部は、複数の繊維層から選択される少なくとも1つが有する空隙に侵入していることが望ましい。これにより、第1電極が、積層不織布にしっかりと固定され、剥がれにくくなる。よって、濾材を折り曲げまたは屈曲させてもよく、濾材をプリーツ加工することが容易となる。例えば、第1電極を導電性粒子から形成する場合、第1電極の少なくとも一部を、第1電極を形成する下地となる繊維層の空隙に容易に侵入させやすい。 It is desirable that at least a part of the first electrode penetrates into a gap of at least one selected from a plurality of fiber layers. Thereby, a 1st electrode is firmly fixed to a laminated nonwoven fabric, and becomes difficult to peel. Therefore, the filter medium may be bent or bent, and the filter medium can be easily pleated. For example, when the first electrode is formed from conductive particles, at least a part of the first electrode can easily enter the voids of the fiber layer serving as a base for forming the first electrode.
本発明に係る濾材は、更に、第2電極を具備してもよい。このとき、第1電極と第2電極との間に、複数の繊維層から選択される少なくとも1つを介在させて、第1電極と第2電極とを絶縁したり、第1電極と第2電極との間に高抵抗体を接続したりすることで、第2電極は第1電極とは異なる電位になる。第2電極を設けることで、濾材および濾材を内蔵する機器(空気清浄機など)を取り扱う際の安全性が向上する。第2電極を接地してもよい。これにより、安全性は更に向上する。第2電極を接地する場合、濾材を取り付ける機器の接地ラインに、第2電極を接続すればよい。 The filter medium according to the present invention may further include a second electrode. At this time, at least one selected from a plurality of fiber layers is interposed between the first electrode and the second electrode to insulate the first electrode and the second electrode, or the first electrode and the second electrode By connecting a high resistance body between the electrodes, the second electrode has a potential different from that of the first electrode. By providing the second electrode, the safety when handling a filter medium and a device (such as an air purifier) incorporating the filter medium is improved. The second electrode may be grounded. Thereby, safety is further improved. When grounding the second electrode, the second electrode may be connected to the ground line of the device to which the filter medium is attached.
また、例えば、第1電極が負(マイナス)電荷を有し、第2電極が正(プラス)電荷を有する場合、第1電極で負電荷を受け取った粉塵を第2電極またはその近傍で捕捉することもできる。よって、集塵効果が向上する。 In addition, for example, when the first electrode has a negative (minus) charge and the second electrode has a positive (plus) charge, dust that has received the negative charge at the first electrode is captured at or near the second electrode. You can also. Therefore, the dust collection effect is improved.
濾材は、更に、積層不織布を固定するための固定具(例えば、積層不織布の周囲を固定するための枠体)を具備してもよい。固定具もしくは枠体を具備することで、濾材を空気清浄機などの機器に装着しやすくなる。 The filter medium may further include a fixture for fixing the laminated nonwoven fabric (for example, a frame for fixing the periphery of the laminated nonwoven fabric). By providing the fixture or the frame, the filter medium can be easily attached to an apparatus such as an air purifier.
積層不織布は、少なくとも、第1繊維層と、第1繊維層より緻密な第2繊維層と、を有することが望ましい。これにより、第1繊維層には、主に、濾材の機械的強度を保持する基材としての機能を持たせることができる。一方、緻密な第2繊維層には、主に、粉塵を捕捉する集塵機能を持たせればよい。このとき、第1電極は、第1繊維層と第2繊維層との間に介在させればよい。 The laminated nonwoven fabric desirably has at least a first fiber layer and a second fiber layer that is denser than the first fiber layer. Thereby, the 1st fiber layer can be given the function as a base material which mainly maintains the mechanical strength of a filter medium. On the other hand, the dense second fiber layer may mainly have a dust collecting function for capturing dust. At this time, the first electrode may be interposed between the first fiber layer and the second fiber layer.
第2電極は、積層不織布の、第1電極を有する層間とは異なる層間に設けてもよく、積層不織布の外側の表面に設けてもよい。また、第2電極は、第1電極の周囲に沿うように設けてもよい。このとき、第2電極は、枠体に固定してもよい。なお、外側の表面とは、他の繊維層との境界に対応する表面ではないオープンな表面である。 A 2nd electrode may be provided in the interlayer different from the interlayer which has a 1st electrode of a laminated nonwoven fabric, and may be provided in the outer surface of a laminated nonwoven fabric. Further, the second electrode may be provided along the periphery of the first electrode. At this time, the second electrode may be fixed to the frame. The outer surface is an open surface that is not a surface corresponding to the boundary with another fiber layer.
第1電極は、第1繊維層より、緻密な第2繊維層と結合しやすい。よって、積層不織布を用いるときは、第1電極を第2繊維層の第1繊維層側の表面(内側の表面)に設けることが好ましい。第1電極の繊維層からの剥がれや、第1電極の断線が発生しにくくなるからである。また、導電性粒子を含むインクを第2繊維層の表面に塗布する場合、インクの第2繊維層への浸み込みの程度を制御しやすい。 The first electrode is easier to bond with the dense second fiber layer than the first fiber layer. Therefore, when using a laminated nonwoven fabric, it is preferable to provide the first electrode on the surface (inner surface) of the second fiber layer on the first fiber layer side. This is because peeling of the first electrode from the fiber layer and disconnection of the first electrode are less likely to occur. In addition, when ink containing conductive particles is applied to the surface of the second fiber layer, it is easy to control the degree of penetration of the ink into the second fiber layer.
積層不織布は、更に、第2繊維層を構成する繊維よりも繊維径の小さい繊維を含む第3繊維層を具備してもよい。第3繊維層には、微小な粉塵を捕捉する集塵機能を持たせることができる。これにより、圧力損失と集塵効率とのバランスを取り易くなる。第3繊維層は、例えば、繊維径1μm未満のナノファイバで構成することが望ましい。この場合、第3繊維層の強度は低くなるが、第1繊維層と第2繊維層との間に第3繊維層を介在させることで、第3繊維層を保護することができる。このとき、第1電極は、第3繊維層と第2繊維層との間に介在させることが望ましい。これにより、第1電極の繊維層からの剥がれや、第1電極の断線が、更に発生しにくくなる。 The laminated nonwoven fabric may further include a third fiber layer containing fibers having a smaller fiber diameter than the fibers constituting the second fiber layer. The third fiber layer can have a dust collection function of capturing minute dust. This makes it easy to balance pressure loss and dust collection efficiency. The third fiber layer is preferably composed of nanofibers having a fiber diameter of less than 1 μm, for example. In this case, although the strength of the third fiber layer is lowered, the third fiber layer can be protected by interposing the third fiber layer between the first fiber layer and the second fiber layer. At this time, it is desirable to interpose the first electrode between the third fiber layer and the second fiber layer. Thereby, peeling from the fiber layer of the first electrode and disconnection of the first electrode are further less likely to occur.
第1繊維層および/または第2繊維層を構成する繊維は、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド(PA)、セルロースなどを含むことが望ましい。これらは単独で用いてもよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。これらの材料は、帯電しやすく、静電力による集塵効果を高めることができるからである。なお、第3繊維層を構成する繊維は、ポリエーテルサルフォン(PES)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリウレタン(PU)などを含むことが好ましい。これらは単独で用いてもよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。 The fibers constituting the first fiber layer and / or the second fiber layer desirably include polyolefin, polyester, polyamide (PA), cellulose, and the like. These may be used alone or in combination of two or more. This is because these materials are easily charged and can enhance the dust collection effect by electrostatic force. The fibers constituting the third fiber layer preferably include polyethersulfone (PES), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyimide (PI), polyamideimide (PAI), polyurethane (PU), and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
本発明に係る濾材は、例えば、気体の吸い込み部と、気体の吐き出し部と、吸い込み部と吐き出し部との間に配置される濾材と、を備える空気清浄機に使用することができる。空気清浄機は、第1電極の入力端子に電力を出力する出力端子を具備する。出力端子から第1電極の入力端子に電圧を印加することにより、第1電極が帯電し、これに伴って積層不織布が帯電する。入力端子から入力される電力は、逆電位が発生しないように、直流であることが望ましい。濾材が第2電極を有する場合、空気清浄機は、更に、第2電極と接続するための接地ラインを具備することが望ましい。 The filter medium according to the present invention can be used, for example, in an air purifier including a gas suction part, a gas discharge part, and a filter medium disposed between the suction part and the discharge part. The air cleaner includes an output terminal that outputs electric power to the input terminal of the first electrode. By applying a voltage from the output terminal to the input terminal of the first electrode, the first electrode is charged, and the laminated nonwoven fabric is charged accordingly. The power input from the input terminal is preferably a direct current so that no reverse potential is generated. When the filter medium has the second electrode, it is desirable that the air cleaner further includes a ground line for connecting to the second electrode.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments.
図1は、本発明の一実施形態に係る濾材の構造を概念的に示す平面図であり、図2は、図1のII−II線における断面図であり、図3は、図1のIII−III線における断面図である。 1 is a plan view conceptually showing the structure of a filter medium according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 1, and FIG. It is sectional drawing in the -III line.
濾材100は、積層不織布10と、積層不織布10を構成する繊維層の層間に設けられた第1電極20とを具備する。図1に示すように、第1電極20は、電力の入力端子22と、開放端24とを有する。積層不織布10は、第1電極20が接合している第1繊維層11と、第1繊維層11の第1電極20が形成されている側の表面を覆う第2繊維層12とを有し、第2繊維層12のサイズは第1繊維層11のサイズより小さく形成されている。ここでは、第1繊維層11の一部が、第2繊維層12の一端部12Tから張り出しており、張り出した非重複部分に第1電極20の一部が露出している。第1電極20の露出部の少なくとも一部が、入力端子22として利用される。
The
積層不織布10は、図2に示すように、その層間に形成された第1電極20とともに折り曲げられ、プリーツ加工されている。
As shown in FIG. 2, the laminated
第1電極20の一部は、図3に示すように、第1電極20が設けられている第1繊維層11の表面から第1繊維層11を構成する繊維間の空隙に侵入している。すなわち、第1電極20を構成する導電性材料の一部は、第1繊維層11を構成する繊維と複合化されている。よって、積層不織布10は、第1電極20の電位の影響を受けやすく、第1電極20が帯電すると、積層不織布10も帯電する。
As shown in FIG. 3, a part of the
濾材100は、積層不織布10の周囲を囲む枠体30に固定されている。枠体30は、導電性を有さない材料で構成されていることが望ましく、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのプラスチック、紙などで形成されている。なお、枠体を金属で形成する場合、枠体自身を第2電極と見なすことができる。
The
濾材100は、第2電極40を具備し、第2電極40は枠体30の一辺に固定されている。よって、第2電極40で積層不織布10が覆われることがなく、第2電極40は集塵の障害にならない。第2電極40は、積層不織布10および枠体30を介して、第1電極20から完全に絶縁されている。
The
枠体30の別の一辺には、第1電極20の入力端子22に対応するように、空気清浄機などの機器が具備する電源ラインの出力端子(図示せず)を挿入するための開口部32が設けられている。枠体30を機器に装着すると、機器に備え付けられた出力端子が第1電極20の入力端子22に接触する。その際、第2電極40は、機器に備え付けられた接地ラインに接触する。
An opening for inserting an output terminal (not shown) of a power supply line provided in a device such as an air purifier on another side of the
次に、積層不織布10について詳細に説明する。
積層不織布10は、図3、4に示すように、複数の繊維層を有する。また、図示例に限らず、積層不織布10は、3層以上の繊維層を有してもよい。圧力損失をできるだけ低減し、かつ集塵効率を高める観点からは、単層の不織布よりも、積層不織布を用いることが望ましい。また、濾材100のプリーツ加工を行う場合、折り曲げ加工性に優れる骨材の機能を有する基材となる繊維層を含むことが望ましい。基材となる繊維層は、必ずしも、優れた集塵機能を有する必要はない。
Next, the laminated
The laminated
図3に示す積層不織布10Aのように、第1繊維層11と、第2繊維層とを具備する場合、第1繊維層11に基材としての機能を持たせ、第2繊維層12は、第1繊維層11より緻密に形成して、集塵機能を持たせることができる。このとき、第1繊維層11は、目の粗い疎な構造でもよい。第2繊維層12は、高い集塵効果を発揮できるように、第1繊維層11を構成する繊維(以下、第1繊維)よりも、繊維径の小さい繊維(以下、第2繊維)で構成してもよい。第1繊維層11と第2繊維層12とは、接着剤を用いて接着すればよい。なお、図3の場合、第1繊維層11は下地層、第2繊維層12は被覆層に相当する。
When the
圧力損失と集塵効率とのバランスを考慮すると、図4に示すように、第1繊維層11と、第1繊維層11より緻密な第2繊維層12と、第2繊維よりも繊維径の小さい繊維(以下、第3繊維)を含む第3繊維層13と、を具備する積層不織布10Bを用いることが望ましい。第3繊維層13は、微小な粉塵を捕捉する集塵機能を有する。第3繊維は、ナノファイバであることが望ましい。図4の場合、第1繊維層11または第1繊維層と第3繊維層との積層体が下地層、第2繊維層12が被覆層に相当する。
Considering the balance between pressure loss and dust collection efficiency, as shown in FIG. 4, the
第3繊維は、繊維径が小さいため、強度が低くなる傾向がある。よって、第3繊維層13は、第1繊維層11と第2繊維層12との間に介在させることが望ましい。このとき、第2繊維層12は、第3繊維層13を保護するとともに、比較的大きな粉塵を捕捉する機能を有する。
Since the third fiber has a small fiber diameter, the strength tends to be low. Therefore, it is desirable to interpose the
第1繊維層または第3繊維層13と、第2繊維層12とは、接着剤を用いて接着すればよい。一方、第3繊維層13は、第1繊維層11にダイレクトに接着することが望ましい。例えば、第3繊維が電界紡糸により生成されるナノファイバである場合には、第1繊維層11の表面に、電界で生成させた直後の溶剤を含んだナノファイバを堆積させればよい。溶剤を含んだナノファイバは、接着剤を用いることなく、第1繊維に接着させることができる。その後、ナノファイバに残留する溶剤を乾燥により除去すればよい。ただし、接着強度が不足する場合には、第1繊維層11と第3繊維層13との間に接着剤を用いてもよい。このとき、第1繊維層11と第3繊維層13との間に介在する接着剤で、同時に第1繊維層11および/または第3繊維層と、第2繊維層12とを接着することもできる。
What is necessary is just to adhere | attach the 1st fiber layer or the
次に、第1繊維層11、第2繊維層12および第3繊維層13を具備する積層不織布10Bの好ましい一実施形態について更に説明する。
本実施形態に係る第1繊維層11は、積層不織布10Bの形状を保持する基材として機能する。積層不織布をプリーツ加工する場合、第1繊維層11が基材となって、プリーツの形状を保持する。
Next, a preferable embodiment of the laminated
The
第1繊維層11は、第1繊維を含む。第1繊維の材質は特に限定されず、例えば、ガラス繊維、セルロース、アクリル樹脂、ポリオレフィン(ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)など)、ポリエステル(ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレートなど)、PAあるいはこれらの混合物が挙げられる。なかでも、形状保持の観点から、第1繊維の材質は、PETまたはセルロースが好ましい。第1繊維の平均繊維径D1は特に限定されず、例えば1μm〜40μm、もしくは5μm〜20μmである。
The
平均繊維径D1とは、第1繊維の直径の平均値である。第1繊維の直径とは、第1繊維の長さ方向に対して垂直な断面の直径である。そのような断面が円形でない場合には、最大径を直径と見なしてよい。また、第1繊維層の一方の主面の法線方向から見たときの、第1繊維の長さ方向に対して垂直な方向の幅を、第1繊維の直径と見なしてもよい。平均繊維径D1は、例えば、第1繊維層に含まれる任意の10本の第1繊維の任意の箇所の直径の平均値である。後述する平均繊維径D2およびD3についても同じである。 The average fiber diameter D1 is an average value of the diameters of the first fibers. The diameter of the first fiber is a diameter of a cross section perpendicular to the length direction of the first fiber. If such a cross section is not circular, the maximum diameter may be considered as the diameter. Moreover, you may regard the width | variety of the direction perpendicular | vertical to the length direction of a 1st fiber when it sees from the normal line direction of one main surface of a 1st fiber layer as a diameter of a 1st fiber. The average fiber diameter D1 is, for example, an average value of the diameters of arbitrary portions of arbitrary ten first fibers included in the first fiber layer. The same applies to average fiber diameters D2 and D3 described later.
第1繊維層11は、例えば、スパンボンド法、乾式法(例えば、エアレイド法)、湿式法、メルトブロー法、ニードルパンチ法等により製造された不織布であり、その製造方法は特に限定されない。なかでも、基材として適する不織布が形成され易い点で、第1繊維層11は、湿式法により製造されることが好ましい。
The
第1繊維層11の圧力損失も特に限定されない。第1繊維層11の初期の圧力損失は、JISB9908形式1の規格に準拠した測定機を用いて測定した場合、例えば0.1Pa〜50Pa程度であることが好ましく、0.5Pa〜20Pa程度であることがより好ましい。第1繊維層11の初期の圧力損失がこの範囲であれば、積層不織布全体の圧力損失も抑制される。
The pressure loss of the
第1繊維層11の厚さT1は、圧力損失の観点から、50μm〜500μmであることが好ましく、150μm〜400μmであることがより好ましい。繊維層の厚さTとは、例えば、繊維層の任意の10箇所の厚さの平均値である(以下、同じ)。厚さとは、繊維層の2つの主面の間の距離である。繊維層の厚さTは、具体的には、繊維層の断面写真を撮影し、繊維層の一方の主面上にある任意の1地点から他方の主面まで、一方の表面に対して垂直な線を引いたとき、この線上にある繊維のうち、最も離れた位置にある2本の繊維の外側(外法)の距離として求められる。他の任意の複数地点(例えば、9地点)についても同様にして繊維層の厚さを算出し、これらを平均化した数値を、繊維層の厚さTとする。上記厚さTの算出に際しては、二値化処理された画像を用いてもよい。
From the viewpoint of pressure loss, the thickness T1 of the
同様の観点から、第1繊維層11の単位面積当たりの質量は、10g/m2〜200g/m2であることが好ましく、15g/m2〜100g/m2であることがより好ましい。
From the same viewpoint, mass per unit area of the first
次に、第2繊維層12は、比較的大きな粉塵を集塵する機能を有するとともに、種々の外部負荷から第3繊維層13を保護する機能を有する。
Next, the
第2繊維層12は、第2繊維を含む。第2繊維の材質は、特に限定されず、第1繊維と同じ材質が例示できる。なかでも、第1電極の帯電の影響を受けて帯電されやすい点で、ポリオレフィン(特にPP)が好ましい。第2繊維の平均繊維径D2は、特に限定されない。平均繊維径D2は、例えば、0.5μm〜20μmであり、5μm〜20μmである。
The
第2繊維層12は、第1繊維層11と同様に、様々な方法で製造することができ、その製造方法は特に限定されない。なかでも、濾材として適する繊維径の細い繊維が形成され易い点で、第2繊維層12は、メルトブロー法により製造されることが好ましい。
The
第2繊維層12は、第1繊維層11より緻密であるため、第2繊維層12の圧力損失は、第1繊維層11の圧力損失より大きい。第2繊維層12の初期の圧力損失は、上記と同様の条件で測定する場合、0.1Pa〜50Pa程度であることが好ましく、0.5Pa〜20Pa程度であることがより好ましい。第2繊維層12の初期の圧力損失がこの範囲であれば、積層不織布全体の圧力損失も抑制される。
Since the
第2繊維層12の単位面積当たりの質量は、10g/m2〜200g/m2であることが好ましく、15g/m2〜100g/m2であることがより好ましい。第2繊維層12の上記質量がこの範囲であると、圧力損失を抑制しながら、高い集塵効率を発揮し易い。
Mass per unit area of the second
第2繊維層12の厚さT2は、圧力損失を考慮すると、50μm〜500μmであることが好ましく、150μm〜400μmであることがより好ましい。
The thickness T2 of the
次に、第3繊維層13は、第1繊維の平均繊維径D1および第2繊維の平均繊維径D2よりも小さい平均繊維径D3を有する第3繊維を備えており、微小な粉塵を捕捉する機能を有する。平均繊維径D3は、平均繊維径D2の1/10以下(D3≦D2/10)であることが好ましく、D3≦D2/100であることがより好ましい。また、平均繊維径D3は、平均繊維径D2の1/1000以上であることが好ましい。平均繊維径D3がこの範囲であれば、圧力損失が抑制されるとともに集塵効率が高くなり易い。具体的には、第3繊維は、平均繊維径D3が1μm未満であるナノファイバであることが好ましく、平均繊維径D3は300nm以下であることがより好ましい。また、平均繊維径D3は30nm以上であることが好ましく、50nm以上であることがより好ましい。
Next, the
第3繊維層13の単位面積当たりの質量は、0.01g/m2〜10g/m2であることが好ましく、0.01g/m2〜5g/m2であることがより好ましく、0.01g/m2〜1.5g/m2もしくは0.03g/m2〜3g/m2であることが特に好ましい。第3繊維層13の上記質量がこの範囲であると、圧力損失を抑制しながら、高い集塵効率を発揮し易い。
Mass per unit area of the
第3繊維の材質は特に限定されず、例えば、PA、PI、PAI、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリアセタール(POM)、ポリカーボネート(PC)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリサルホン(PSF)、PES、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアリレート(PAR)、ポリアクリロニトリル(PAN)、PVDF、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリ酢酸ビニル(PVAc)、PP、PET、PU等のポリマーが挙げられる。これらは、単独あるいは2種以上を組み合わせて用いてもよい。なかでも、第3繊維を電界紡糸法により形成する場合、PESが好ましく用いられる。また、平均繊維径D3を細くし易い点で、PVDFが好ましく用いられる。 The material of the third fiber is not particularly limited. For example, PA, PI, PAI, polyetherimide (PEI), polyacetal (POM), polycarbonate (PC), polyetheretherketone (PEEK), polysulfone (PSF), PES , Polymers such as polyphenylene sulfide (PPS), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyarylate (PAR), polyacrylonitrile (PAN), PVDF, polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl acetate (PVAc), PP, PET, PU Is mentioned. You may use these individually or in combination of 2 or more types. Among these, when the third fiber is formed by the electrospinning method, PES is preferably used. Moreover, PVDF is preferably used in that the average fiber diameter D3 can be easily reduced.
第3繊維層13の厚さT3は、圧力損失の観点から、10μm以下であることが好ましく、0.5μm〜5μmであることがより好ましい。なお、第3繊維層13の初期の圧力損失は、上記と同様の条件で測定する場合、5Pa〜40Pa程度であることが好ましい。
The thickness T3 of the
第3繊維の少なくとも一部は、第1繊維層11を構成する第1繊維同士の間隙に入り込んでいてもよい。このとき、第3繊維層13は、第1繊維および第3繊維により形成される複合層を含む。この場合、厚さT3は、複合層を含む第3繊維層13の厚さである。
At least a part of the third fibers may enter the gap between the first fibers constituting the
なお、積層不織布の構造は上記に限られず、例えば第2繊維層12を有さず、第1繊維層11と第3繊維層13と、を具備する2層構造を有してもよい。
In addition, the structure of a laminated nonwoven fabric is not restricted above, For example, it may have the 2 layer structure which does not have the
次に、第1電極20について詳細に説明する。
第1電極20は、例えば、導電性粒子を含むインクを、積層不織布10を構成する繊維層のうち、下地層となる繊維層の表面に印刷することにより形成することができる。このとき、下地層の空隙の大きさと導電性粒子のサイズとを適切に選択することで、第1電極20の少なくとも一部を、下地層の表面からその空隙に侵入させることができる。
Next, the
The
導電性粒子としては、金属粒子、導電性を有する炭素粒子などを用いることができる。金属粒子を構成する金属としては、銀、銅、金、白金、パラジウム、ニッケル、鉄、コバルト、アルミニウム、スズ、亜鉛などが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。金属粒子として、合金粒子を用いてもよい。炭素粒子としては、カーボンブラックを用いることができる。カーボンブラックとしては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、サーマルブラックなどが挙げられる。 As the conductive particles, metal particles, conductive carbon particles, and the like can be used. Examples of the metal constituting the metal particles include silver, copper, gold, platinum, palladium, nickel, iron, cobalt, aluminum, tin, and zinc. These may be used alone or in combination of two or more. Alloy particles may be used as the metal particles. Carbon black can be used as the carbon particles. Examples of carbon black include acetylene black, ketjen black, furnace black, and thermal black.
導電性粒子の中でも、平均粒径が1μm未満である金属粒子(以下、金属ナノ粒子)は、不織布10の隙間に侵入しやすく、かつ第1電極が劣化しにくい点で好ましい。金属ナノ粒子の中でも、銅ナノ粒子を用いると、第1電極の製造コストを低減でき、かつ良好な導電性を有する第1電極を得ることができる。また、銀ナノ粒子を用いると、製造コストは高くなるが、より高い導電性を有する第1電極を得ることができる。インク中に含まれる金属ナノ粒子の量は、例えば10〜60質量%であればよい。
Among the conductive particles, metal particles having an average particle size of less than 1 μm (hereinafter referred to as metal nanoparticles) are preferable in that they easily enter the gaps in the
金属ナノ粒子の平均粒径(体積基準の粒度分布におけるメディアン径)は、1nm〜200nmであることが好ましく、1nm〜50nmであることがより好ましい。粒度分布は、動的光散乱式またはレーザ回折式の粒度分布測定装置で測定すればよい。 The average particle diameter (median diameter in the volume-based particle size distribution) of the metal nanoparticles is preferably 1 nm to 200 nm, and more preferably 1 nm to 50 nm. The particle size distribution may be measured with a dynamic light scattering type or laser diffraction type particle size distribution measuring apparatus.
インクには、導電性粒子の他に、分散剤、バインダ、接着促進剤、表面張力調整剤、消泡剤、レベリング剤、レオロジー調整剤、イオン強度調整剤などを含ませることができる。分散剤は、導電性粒子を安定化させ、粒子の凝集を抑制する作用を有する。バインダは、インクの塗膜の形状維持および/または導電性粒子と不織布との接着に寄与する。バインダには、有機高分子材料を用いることができる。 In addition to the conductive particles, the ink may contain a dispersant, a binder, an adhesion promoter, a surface tension adjusting agent, an antifoaming agent, a leveling agent, a rheology adjusting agent, an ionic strength adjusting agent, and the like. The dispersant has the effect of stabilizing the conductive particles and suppressing the aggregation of the particles. The binder contributes to maintaining the shape of the ink coating and / or bonding the conductive particles to the nonwoven fabric. An organic polymer material can be used for the binder.
金属ナノ粒子の表面から分散剤が除去されると、金属ナノ粒子同士が凝集し、互いに融合して、バルク金属が形成される。その結果、良好な導電性を有する第1電極が形成される。 When the dispersant is removed from the surface of the metal nanoparticles, the metal nanoparticles are aggregated and fused together to form a bulk metal. As a result, a first electrode having good conductivity is formed.
分散剤としては、例えば金属原子に配位可能な極性官能基を有する有機化合物、様々なイオン性ポリマーまたは非イオン性ポリマーなどを用いることができる。イオン性ポリマーまたは非イオン性ポリマーは、ポリアミン、ポリエチレンイミン、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、イソステアリルエチルイミダゾリニウムエトサルフェート、オレイルエチルイミダゾリニウムエトサルフェート、リン酸変性ホスフェートポリエステルコポリマー、スルホン化スチレン無水マレイン酸エステルなどを含む。 As the dispersant, for example, an organic compound having a polar functional group that can be coordinated to a metal atom, various ionic polymers, or nonionic polymers can be used. Ionic or nonionic polymers are polyamines, polyethyleneimine, polyvinylpyrrolidone, polyethylene glycol, isostearyl ethyl imidazolinium etsulfate, oleyl ethyl imidazolinium etosulphate, phosphoric acid modified phosphate polyester copolymer, sulfonated styrene anhydride maleic Includes acid esters and the like.
インク中に含まれる分散剤の量は、導電性粒子100質量部に対して、例えば1質量部〜30質量部であることが好ましい。分散剤の量がこのような範囲である場合、導電性粒子の凝集が抑制されるとともに、第1電極の抵抗を低減できる。 The amount of the dispersant contained in the ink is preferably 1 part by mass to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the conductive particles. When the amount of the dispersant is within such a range, aggregation of the conductive particles is suppressed and the resistance of the first electrode can be reduced.
インク中に含まれるバインダの量は、導電性粒子100質量部に対して、例えば5質量部〜50質量部であることが好ましい。バインダの量がこのような範囲である場合、第1電極と不織布との適度な接着強度を確保できるとともに、第1電極の抵抗を低減できる。 The amount of the binder contained in the ink is preferably, for example, 5 parts by mass to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the conductive particles. When the amount of the binder is within such a range, it is possible to secure an appropriate adhesive strength between the first electrode and the nonwoven fabric and reduce the resistance of the first electrode.
インクの固形分を分散または溶解させる液状成分としては、水を用いてもよいが、有機溶媒を用いることが望ましい。有機溶媒としては、アルコール、エーテル、エステル、ケトン、炭化水素などが挙げられる。より具体的には、例えば、メタノール、エタノール、テトラヒドロフラン、酢酸エチル、アセトン、エチルメチルケトン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、ドデカン、テトラデカンなどを用いることができる。 Water may be used as the liquid component for dispersing or dissolving the solid content of the ink, but it is desirable to use an organic solvent. Examples of the organic solvent include alcohol, ether, ester, ketone, hydrocarbon and the like. More specifically, for example, methanol, ethanol, tetrahydrofuran, ethyl acetate, acetone, ethyl methyl ketone, cyclohexane, benzene, toluene, dodecane, tetradecane, and the like can be used.
インクの塗布方法は、特に限定されず、スクリーン印刷、インクジェット印刷などの手法で下地層の表面に塗布すればよい。また、導電性粒子として金属ナノ粒子を用いる場合には、下地層に塗布された金属ナノ粒子に光照射して、金属ナノ粒子を光焼結させてもよい。この場合、光照射することで金属ナノ粒子の表面から離脱する分散剤を用いればよい。分散剤が脱離すると、金属ナノ粒子同士がダイレクトに接触し合う状態となり、自動的に焼結プロセスが進行する。複数の金属ナノ粒子が結合することで、導電性を示すバルク金属が生成する。 The ink application method is not particularly limited, and may be applied to the surface of the underlayer by a method such as screen printing or ink jet printing. When metal nanoparticles are used as the conductive particles, the metal nanoparticles applied to the underlayer may be irradiated with light to cause the metal nanoparticles to be photo-sintered. In this case, a dispersant that is detached from the surface of the metal nanoparticles by light irradiation may be used. When the dispersant is detached, the metal nanoparticles are brought into direct contact with each other, and the sintering process automatically proceeds. By combining a plurality of metal nanoparticles, a bulk metal exhibiting conductivity is generated.
濾材100の全体をできるだけ均一に帯電させる観点からは、第1電極20が下地層の表面のできるだけ多くの領域を覆っていることが望ましい。一方、第1電極20が集塵に対する大きな障害にならないように、第1電極20で覆われない下地層の表面を十分に残すことも重要である。以上を考慮すると、第1電極20の形状は、特に限定されないが、図1に示すような螺旋状の他、櫛形などの形状が望ましい。下地層の第1電極20が形成されている側の表面のうち、第1電極20で覆われる面積の割合は、平面視で0.1%〜10%程度とすることが望ましい。
From the viewpoint of charging the
第1電極20の下地層の表面からの侵入距離Dは、第1電極20の材料コストを低減するとともに、断線しにくい十分な厚さを確保する観点から、10μm以上であることが望ましく、材料コストの増大を抑制する観点からは、80μm以下であることが好ましい。また、侵入距離Dは、積層不織布の厚さの5%〜30%に制限することが望ましい。ここで、侵入距離Dは、導電性材料と積層不織布10を構成する繊維との複合領域の厚さである。侵入距離Dは、第1電極20が形成されている下地層の表面から、複合領域と繊維のみの領域との境界(具体的には、複合領域と繊維のみの領域との境界の粗さ曲線の平均線)までの距離として求められる。
The penetration distance D from the surface of the base layer of the
次に、第2電極40について詳細に説明する。
第2電極40は、積層不織布10を帯電させるものではないため、積層不織布10との接触面積は小さくてもよい。また、第2電極40は、第1電極20と同一の繊維層に設けられていてもよく、第1電極20と繊維層を介して対向していてもよい。第2電極40を積層不織布10の内部に侵入させることで不織布に担持してもよい。ただし、第1電極20と第2電極40との距離が離れ過ぎると、第2電極40を設けることによる効果が小さくなる。以上より、第2電極40は、できるだけ濾材100による集塵の障害とならないように、積層不織布10の周縁部、枠体などに設けることが望ましい。
Next, the
Since the
第2電極40は、第1電極20と同様に、導電性粒子を含むインクを用いて形成することもできるが、より安価な金属箔、金属線などで形成してもよい。第2電極40を構成する金属としては、第1電極20と同様の材料を用いることもできる。
Similar to the
次に、本発明に係る空気清浄機について詳細に説明する。
空気清浄機200は、図5に示すように、気体の吸い込み部201と、気体の吐き出し部202と、これらの間に配置される濾材100と、を備える。空気清浄機200は、吸い込み部201から外部の空気を空気清浄機200の内部に取り込む。取り込まれた空気は濾材100を通過し、その際に、空気中に含まれる粉塵が濾材に捕捉される。そして、粉塵が除かれ、清浄化された空気が、吐き出し部202から外部に放出される。
Next, the air cleaner according to the present invention will be described in detail.
As shown in FIG. 5, the
濾材100は、積層不織布10、積層不織布10の内部に形成された第1電極20、不織布10の周囲を固定する枠体30、および枠体30に固定された第2電極40を具備する。一方、空気清浄機200は、外部電源と接続された電源ライン210と、電気を外部に逃がすための接地ライン220とを有する。電源ライン210は、電圧を第1電極20の入力端子22に印加するための出力端子211を有する。出力端子211は、濾材100を空気清浄機200に装着したときに、枠体30の開口部32を通って入力端子22に接続されるように配置されている。接地ライン220は、濾材100を空気清浄機200に装着したときに、第2電極40と接触するように配置されている。
The
出力端子211から第1電極20に、常時、電圧を印加することで、第1電極20と積層不織布10とが帯電するだけでなく、濾材100に吸着された粉塵自身も帯電する。空気清浄機200は、長期間にわたって静電力による集塵を継続することができる。一方、第2電極40が接地ラインに接続されているため、枠体30はほとんど帯電せず、枠体30およびその周辺部品に静電気が溜まることは避けられる。これにより、高い安全性が確保される。
By constantly applying a voltage from the
空気清浄機200は、図5に示すように、吸い込み部201と濾材100との間に、更に、大きな塵を捕捉するプレフィルタ203を備えてもよく、濾材100と吐き出し部202との間に、更に、消臭フィルタ204を備えてもよい。また、空気清浄機200は、更に、加湿フィルタ(図示せず)等を備えてもよい。
As shown in FIG. 5, the
本発明に係る濾材は、空気清浄機もしくは空調機の集塵用の濾材として好適である。 The filter medium according to the present invention is suitable as a filter medium for dust collection of an air cleaner or an air conditioner.
10:不織布、10A,10B:積層不織布、11:第1繊維層、12:第2繊維層、13:第3繊維層、20:第1電極、22:入力端子、24:開放端、30:枠体、32:開口部、40:第2電極、100:濾材、200:空気清浄機、201:吸い込み部、202:吐き出し部、203:プレフィルタ、204:消臭フィルタ、210:電源ライン、211:出力端子、220:接地ライン 10: nonwoven fabric, 10A, 10B: laminated nonwoven fabric, 11: first fiber layer, 12: second fiber layer, 13: third fiber layer, 20: first electrode, 22: input terminal, 24: open end, 30: Frame, 32: opening, 40: second electrode, 100: filter medium, 200: air purifier, 201: suction part, 202: discharge part, 203: prefilter, 204: deodorizing filter, 210: power line, 211: output terminal, 220: ground line
Claims (12)
前記積層不織布内の層間に設けられた第1電極と、を具備し、
前記第1電極は、電力の入力端子を有する、濾材。 A laminated nonwoven fabric having a plurality of fiber layers;
A first electrode provided between the layers in the laminated nonwoven fabric,
The first electrode has a power input terminal.
前記入力端子が、前記露出部に設けられている、請求項1に記載の濾材。 The first electrode has an exposed portion exposed from the laminated nonwoven fabric,
The filter medium according to claim 1, wherein the input terminal is provided in the exposed portion.
前記第1電極と、前記第2電極との間に、前記複数の繊維層から選択される少なくとも1つが介在することにより、前記第1電極と前記第2電極とが絶縁されている、請求項1〜4のいずれか一項に記載の濾材。 Furthermore, it comprises a second electrode,
The first electrode and the second electrode are insulated by interposing at least one selected from the plurality of fiber layers between the first electrode and the second electrode. The filter medium as described in any one of 1-4.
前記第2電極は、前記枠体に固定されている、請求項1〜5のいずれか一項に記載の濾材。 Furthermore, comprising a frame for fixing the periphery of the laminated nonwoven fabric,
The said 2nd electrode is a filter medium as described in any one of Claims 1-5 currently fixed to the said frame.
前記第3繊維層は、第2繊維層を構成する繊維よりも繊維径の小さい繊維を含み、
前記第3繊維層は、前記第1繊維層と前記第2繊維層との間に介在している、請求項7または8に記載の濾材。 The plurality of fiber layers further include a third fiber layer,
The third fiber layer includes fibers having a smaller fiber diameter than the fibers constituting the second fiber layer,
The filter medium according to claim 7 or 8, wherein the third fiber layer is interposed between the first fiber layer and the second fiber layer.
気体の吐き出し部と、
前記吸い込み部と前記吐き出し部との間に配置される、請求項1〜11のいずれか一項に記載の濾材と、
前記第1電極に電力を出力する出力端子と、を備える、空気清浄機。 A gas inlet,
A gas outlet,
The filter medium according to any one of claims 1 to 11, which is disposed between the suction part and the discharge part,
An air cleaner comprising: an output terminal that outputs electric power to the first electrode.
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