空氣過濾器、具有該空氣過濾器的空氣凈化裝置和該空氣過濾器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的空氣過濾器具有基材部(12)和設(shè)置于基材部(12)的表面的纖維層(13)。纖維層(13)由第一納米纖維集合體(13a)和第二納米纖維集合體(13b)構(gòu)成。而且，在離基材部(12)最遠(yuǎn)側(cè)配置第一納米纖維集合體(13a)，第一納米纖維集合體(13a)的單位面積重量比第二納米纖維集合體(13b)的單位面積重量大。另外，第一納米纖維集合體(13a)的平均纖維徑比第二納米纖維集合體(13b)的平均纖維徑大。
【專利說明】空氣過濾器、具有該空氣過濾器的空氣凈化裝置和該空氣 過濾器的制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及空氣過濾器（air filter)、具有該空氣過濾器的空氣凈化裝置和該空 氣過濾器的制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有的空氣過濾器從上風(fēng)側(cè)看時(shí)，構(gòu)成為上層、中間層、下層依次從纖維直徑粗的 至細(xì)的纖維多層層疊的結(jié)構(gòu)（例如，參照專利文獻(xiàn)1)。
[0003] 上述現(xiàn)有例中的空氣過濾器的課題在于空氣過濾器壽命短。即，存在應(yīng)該提高初 始的捕集性能，越是減少各層的纖維徑，長(zhǎng)期使用帶來的壓力損失的上升越顯著，使用者不 得不幾年就得更換空氣過濾器。
[0004] 先行技術(shù)文獻(xiàn)
[0005] 專利文獻(xiàn)
[0006] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2011-89226號(hào)公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的空氣過濾器包括基材部和設(shè)置于基材部的表面的纖維層。纖維層由第一 納米纖維集合體和第二納米纖維集合體構(gòu)成。而且，在離基材部最遠(yuǎn)側(cè)配置第一納米纖維 集合體，第一納米纖維集合體的單位面積重量比第二納米纖維集合體的單位面積重量大。 另外，第一納米纖維集合體的平均纖維徑比第二納米纖維集合體的平均纖維徑大。
[0008] 在這樣的空氣過濾器中，第一納米纖維集合體配置在離基材部最遠(yuǎn)側(cè)。即，第一納 米纖維集合體存在于第二納米纖維集合體的上游，由此，大半的粗塵在上游側(cè)被捕捉。而 且，利用第二納米纖維集合體，捕集細(xì)的灰塵。第一納米纖維集合體通過層疊能夠得到集塵 性能。第一納米纖維集合體相比于第二納米纖維集合體，壓力損失高，但因?yàn)樵趯盈B方向、 即厚度方向具有空隙地存在纖維，能夠得到積蓄灰塵的空間。
[0009]另外，第一納米纖維集合體的單位面積重量比第二納米纖維集合體的單位面積重 量大，所以在第一納米纖維集合體和第二納米纖維集合體兩者中，能夠確保一定的空隙量。 其結(jié)果，空氣過濾器在長(zhǎng)期使用中，即使進(jìn)行大量的集塵，也能夠抑制壓力損失的上升。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1是表示具有本發(fā)明實(shí)施方式1的空氣過濾器的空氣凈化裝置的截面的結(jié)構(gòu) 圖。
[0011] 圖2是實(shí)施方式1的空氣過濾器的立體圖。
[0012] 圖3是表示實(shí)施方式1的空氣過濾器的過濾材料部的放大截面的結(jié)構(gòu)圖。
[0013] 圖4是表示實(shí)施方式1的空氣過濾器的制造方法的概略圖。
[0014] 圖5是表示本發(fā)明實(shí)施方式1的實(shí)施例中的空隙量和壓力損失上升率的關(guān)系的曲 線圖。
[0015] 圖6是具有本發(fā)明實(shí)施方式2的空氣過濾器的空氣凈化裝置的截面圖。
[0016] 圖7是本發(fā)明實(shí)施方式2的空氣過濾器的立體圖。
[0017] 圖8是本發(fā)明實(shí)施方式2的空氣過濾器的過濾材料部的放大立體圖。
[0018] 圖9是本發(fā)明實(shí)施方式2的空氣過濾器的過濾材料部的放大截面圖。
[0019] 圖10是本發(fā)明實(shí)施方式2的空氣過濾器的纖維層的放大截面圖。
[0020] 圖11是表示本發(fā)明實(shí)施方式2的空氣過濾器的第一納米纖維集合體的放大照片 的圖。
[0021] 圖12是表示本發(fā)明實(shí)施方式2的空氣過濾器的第二納米纖維集合體的放大照片 的圖。
[0022] 圖13是表示本發(fā)明實(shí)施方式2的空氣過濾器的制造方法的概略圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023] 以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0024] (實(shí)施方式1)
[0025] 圖1為表示具有本發(fā)明實(shí)施方式1的空氣過濾器的空氣凈化裝置的截面的結(jié)構(gòu) 圖。如圖1所示，空氣凈化裝置在主體殼體1內(nèi)具有送風(fēng)部2和空氣過濾器3。主體殼體1 為大致縱長(zhǎng)箱形。在主體殼體1的前面?zhèn)葌?cè)面部設(shè)置有大致四邊形狀的吸氣口 4。在主體 殼體1的頂面部具有大致四邊形狀的排氣口 5。在排氣口 5設(shè)置有風(fēng)向百葉板（louver)6。
[0026] 送風(fēng)部2設(shè)置在吸氣口 4與排氣口 5之間的風(fēng)路。送風(fēng)部2由渦旋形狀的殼體 (casing) 7、設(shè)置在殼體7內(nèi)的作為離心送風(fēng)風(fēng)扇的葉片8、使葉片8旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)9形成。 空氣過濾器3位于吸氣口 4的主體殼體1內(nèi)側(cè)。通過送風(fēng)部2,使從吸氣口 4吸入到主體 殼體1內(nèi)的室內(nèi)的空氣經(jīng)由空氣過濾器3向排氣口 5送風(fēng)。即，室內(nèi)的空氣被空氣過濾器 3凈化，向室內(nèi)送風(fēng)。
[0027] 圖2是本發(fā)明實(shí)施方式1的空氣過濾器的立體圖。如圖2所示，空氣過濾器3由 過濾材料部10和形狀保持部11形成。這里，過濾材料部10為褶皺（pleat)形狀。形狀保 持部11是要將過濾材料部10保持為褶皺形狀的、設(shè)置在過濾材料部10的外周的框形狀或 粘著郃件等。
[0028] 圖3是表示本發(fā)明實(shí)施方式1的空氣過濾器的過濾材料部的放大截面的結(jié)構(gòu)圖。 如圖3所示，過濾材料部10包括基材部12、層疊于基材部12的纖維層13、和用于保護(hù)纖維 層13的保護(hù)層14。這里，纖維層13設(shè)置在向基材部12送風(fēng)的空氣流的上游側(cè)。另外，纖 維層13由第一納米纖維集合體13a和第二納米纖維集合體13b構(gòu)成。而且，在纖維層13 中的離基材部12最遠(yuǎn)側(cè)配置有第一納米纖維集合體13a。保護(hù)層14與第一納米纖維集合 體13a相鄰，設(shè)置在遠(yuǎn)離基材部12的一側(cè)。
[0029] 基材部12的作為每單位面積的重量的單位面積重量（basis weight，基重）優(yōu)選 為10g/m2以上100g/m2以下。單位面積重量不足10g/m2時(shí)，基材部12的剛性降低。其結(jié) 果，存在褶皺加工的生產(chǎn)性降低的情況。另外，也存在空氣過濾器3的形狀的維持變得困難 的情況。
[0030] 另外，基材部12的平均纖維徑優(yōu)選為1 μ m以上50 μ m以下。平均纖維徑不足1 μ m 時(shí)，單纖維的強(qiáng)度低，作為增強(qiáng)材料的強(qiáng)度不充分。平均纖維徑比50 μ m粗時(shí)，基材部12的 厚度變厚，由褶皺加工引起的結(jié)構(gòu)的壓力損失變大，所以不優(yōu)選。作為基材部12,為了作為 空氣過濾器3的過濾材料發(fā)揮作用，需要具有通氣性。因此，作為基材部12,例如可以使用 紡粘（spunbond)無紡布、熱粘合（thermal bond)無紡布、烙噴（melt blown)無紡布或紙類 等。
[0031] 第一納米纖維集合體13a的平均纖維徑比第二納米纖維集合體13b的平均纖維徑 大。S卩，優(yōu)選第一納米纖維集合體13a的平均纖維徑為600nm以上lOOOnm以下，第二納米 纖維集合體13b的平均纖維徑為100nm以上400nm以下。
[0032] 空氣依次流過保護(hù)層14、第一納米纖維集合體13a、第二納米纖維集合體13b、基 材部12。第一納米纖維集合體13a位于上風(fēng)側(cè)，捕集大的粉塵。因此，第一納米纖維集合體 13a的平均纖維徑不足600nm時(shí)，長(zhǎng)期使用時(shí)的壓力損失變大。另外，第一納米纖維集合體 13a的平均纖維徑比lOOOnrn粗時(shí)，納米纖維的低壓力損失、高集塵性能的特性變?nèi)酢?br> [0033] 另外，第二納米纖維集合體13b主要捕集小的粉塵。因此，平均纖維徑比400nm粗 時(shí)，集塵性能變低。另外，平均纖維徑低于l〇〇nm時(shí)，空隙容易被堵塞。而且，長(zhǎng)期使用時(shí)的 壓力損失變大，不能充分得到用于蓄積灰塵的纖維層13內(nèi)的空間。
[0034] 這2種的納米纖維集合體的纖維層13整體中的空隙為6 X l(T6m3/m2以上 40X10_6m3/m2以下，由此能夠進(jìn)行大量的集塵，并能夠?qū)⒓瘔m性能維持為高的狀態(tài)。而且在 長(zhǎng)期使用中，能夠抑制纖維層13的壓力損失的上升。通過實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0035] 如圖3所示，為了防止纖維層13的破損，保護(hù)層14設(shè)置在纖維層13的表面?zhèn)龋ㄉ?風(fēng)側(cè)）。另外，基材部12也發(fā)揮保護(hù)纖維層13的作用。作為保護(hù)層14的材質(zhì)的一個(gè)例子， 可以是與基材部12相同的材質(zhì)，也可以是熱熔融性的樹脂無紡布等。在使用熱熔融性的樹 脂無紡布的情況下，通過加熱固定纖維層13。纖維層13通過強(qiáng)的靜電力或物理粘著，被牢 固地固定在基材部12上的情況下，以及在制造工序或使用環(huán)境下不接受外部的沖擊的情 況下，不一定需要保護(hù)層14。
[0036] 基材部12和保護(hù)層14優(yōu)選在例如面風(fēng)速為5. 3cm/sec的空氣流入時(shí)的壓力損失 為IPa?10Pa左右。該壓力損失為10Pa以上時(shí)，空氣過濾器3的壓力損失變大，妨礙空氣 的流入，通過使用納米纖維而得到的壓力損失降低效果變?nèi)酢?br> [0037] 如圖3所示，本發(fā)明實(shí)施方式1的特征在于：設(shè)置于基材部12的表面的纖維層13 由第一納米纖維集合體13a和比第一納米纖維集合體13a細(xì)的第二納米纖維集合體13b構(gòu) 成。另外，在纖維層13的基材部12側(cè)配置第二納米纖維集合體13b，第一納米纖維集合體 13a的單位面積重量（coating weight)比第二納米纖維集合體13b的單位面積重量大。
[0038] S卩，設(shè)置在上風(fēng)側(cè)的由粗的納米纖維形成的第一納米纖維集合體13a，捕集空氣中 的粗塵，能夠減小由細(xì)的納米纖維形成的第二納米纖維集合體13b的負(fù)荷。
[0039] 在細(xì)的納米纖維的集合體中，利用存在為網(wǎng)眼狀的纖維面狀地捕集灰塵，所以在 進(jìn)行大量集塵時(shí)，壓力損失的上升顯著。另一方面，粗的納米纖維通過層疊能夠得到集塵性 能。此時(shí)，相比于細(xì)的納米纖維，粗的納米纖維的壓力損失變大，但在層疊、即厚度方向具有 空隙地存在纖維，所以能夠得到蓄積灰塵的空間。
[0040] 但是，通常，粗的纖維和細(xì)的纖維吹成相同單位面積重量的情況下，如果材質(zhì)相 同，則細(xì)的纖維的每單位體積所占的纖維的根數(shù)變多，空隙變小。其結(jié)果，結(jié)構(gòu)變得緊密，初 始能夠得到高的集塵性能，但長(zhǎng)期使用時(shí)，慢慢地空隙被堵塞，壓力損失上升，作為空氣過 濾器3的性能降低。
[0041] 因此，由粗的納米纖維形成的第一納米纖維集合體13a的單位面積重量比由細(xì)的 納米纖維形成的第二納米纖維集合體13b的單位面積重量大時(shí)，通過細(xì)的納米纖維，能夠 降低初始的壓力損失，并確保高的集塵性能。另外，通過粗的納米纖維，能夠確保纖維層13 內(nèi)的空隙量，在長(zhǎng)期使用時(shí)，能夠進(jìn)行大量的集塵，并能夠抑制壓力損失的上升。
[0042] 另外，如圖1所示，空氣凈化裝置中，空氣過濾器3配置成纖維層13相比于基材部 12成為上風(fēng)側(cè)?？諝膺^濾器3中，圖3所示的過濾材料部10被加工成圖2所示的褶皺形 狀，由形狀保持部11保持形狀。這樣的空氣凈化裝置中，第一納米纖維集合體13a存在于 第二納米纖維集合體13b的上游，由此大半的灰塵在上游側(cè)被捕捉。因此，利用作為細(xì)的納 米纖維的第二納米纖維集合體13b，能夠抑制灰塵被面狀地捕集，能夠抑制長(zhǎng)期使用時(shí)的壓 力損失的上升。而且，通過將基材部12設(shè)置在最下游，能夠抑制因纖維層13脫離而導(dǎo)致的 集塵性能降低，能夠長(zhǎng)時(shí)間使用空氣凈化裝置。
[0043] 接著，關(guān)于空氣過濾器3的制造方法，使用作為表示本發(fā)明實(shí)施方式1的空氣過濾 器的制造方法的概略圖的圖4,說明一個(gè)例子。如圖4所示，空氣過濾器3的制造設(shè)備包括 載置基材部12、向水平方向進(jìn)行搬送的搬送部15、位于搬送部15的上方的噴嘴16、17和位 于搬送部15的下方的電極板18。
[0044] 從噴嘴16,向由搬送部15搬送的平板狀的基材部12的作為上表面的表面吹附用 于形成第二納米纖維集合體13b的高分子聚合物溶液。另外，從噴嘴17,向由搬送部15搬 送的第二納米纖維集合體13b的上表面吹附用于形成第一納米纖維集合體13a的高分子聚 合物溶液。
[0045] 高分子聚合物質(zhì)只要是能夠溶液化的材質(zhì)即可。例如，PAN(聚丙烯腈）、PVDF(聚 偏二氟乙烯）、PVA (聚乙烯醇）、PVAc(聚乙酸乙烯酯）、PES(聚醚砜）、聚氨酯、尼龍等聚合 物如果溶解于適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)溶劑中，就能夠溶液化。
[0046] 空氣過濾器3的制造如以下所示。首先，一邊通過搬送部15搬送平板形狀的基材 部12, 一邊從噴嘴16向基材部12放出用于形成第二納米纖維集合體13b的高分子聚合物 溶液。在此，對(duì)噴嘴16施加+20KV左右的電壓。搬送部15經(jīng)由電極板18被接地處理。利 用該電位差，從噴嘴16放出的高分子聚合物溶液附著到基材部12的表面。
[0047] 接著，從噴嘴17,向第二納米纖維集合體13b表面放出用于形成第一納米纖維集 合體13a的高分子聚合物溶液。也對(duì)噴嘴17施加+20KV左右的電壓，利用電位差，從噴嘴 17放出的高分子聚合物溶液附著到第二納米纖維集合體13b的表面，形成第一納米纖維集 合體13a。
[0048] 在上述的例子中，表示在基材部12上依次層疊第二納米纖維集合體13b、第一納 米纖維集合體13a的情況。但是，也可以在基材部12上依次層疊第一納米纖維集合體13a、 第二納米纖維集合體13b。即，在空氣過濾器3的制造方法中，包括將高分子聚合物溶液吹 附在基材部12的表面上而形成第一納米纖維集合體13a、第二納米纖維集合體13b的工序。
[0049] 通過這樣的空氣過濾器3的制造方法，即使在以下的情況下，也不需要很大地變 更制造工序。例如，使2種納米纖維集合體各自的單位面積重量變化、調(diào)整空隙量的情況 下，可以只追加噴嘴數(shù)、或者只使高分子聚合物溶液的排出量變化。另外，如果將放出高分 子聚合物溶液的粗的納米纖維用的噴嘴17和細(xì)的納米纖維用的噴嘴16依次配置在搬送部 15上，則即使納米纖維集合體的層疊數(shù)增加，也不用很大地變更工序，就能夠容易地制造空 氣過濾器3。
[0050] (實(shí)施例）
[0051] 通過上述的空氣過濾器3的制造方法，制作過濾材料部10。作為基材部12,使 用玻璃紙（北越紀(jì)州制紙：H-720)。以18wt%?25wt%的比例將PES (聚醚砜）溶解在 DMAc (二甲基乙酰胺）中，將從得到的溶液中選出的1種進(jìn)行紡絲，形成第二納米纖維集合 體13b。在其上，以27wt%或30wt%的比例將PES溶解在DMAc中，將從得到的溶液選出的 1種進(jìn)行紡絲，形成第一納米纖維集合體13a。此時(shí)，各納米纖維集合體的單位面積重量在 0. 3?2. 5g/m2的范圍內(nèi)任意選擇。而且，在其上疊合烙噴無紡布（Tapirusu株式會(huì)社制： 品號(hào)P010SW-00X)作為保護(hù)層14,制作出過濾材料部10。
[0052] 關(guān)于該過濾材料部10,空隙量以如下方式進(jìn)行計(jì)算。首先，針對(duì)成為基材部12的 玻璃紙，測(cè)定其重量。同時(shí)，使用數(shù)字千分尺（SONY株式會(huì)社制：品號(hào)M-30)測(cè)定多處的厚 度，根據(jù)其平均值計(jì)算出玻璃紙的厚度。接著，測(cè)定形成了第一納米纖維集合體13a的狀態(tài) 的重量，減去玻璃紙的重量而計(jì)算出第一納米纖維集合體13a的單位面積重量。同時(shí)，該狀 態(tài)的厚度使用上述的數(shù)字千分尺測(cè)定多處，從其平均值減去玻璃紙的厚度，計(jì)算出第一納 米纖維集合體13a的厚度。同樣，計(jì)算出第二納米纖維集合體13b的單位面積重量和厚度。
[0053] 接著，使用針對(duì)各納米纖維集合體得到的"厚度"、"單位面積重量"和"PES的比重 (1. 4) "，計(jì)算出各纖維徑的纖維堆積狀態(tài)下的空隙率。另外，根據(jù)該"空隙率"，計(jì)算出過濾 材料部10的纖維層13的空隙量（單位：m3/m2)。
[0054] 將過濾材料部10的試樣尺寸設(shè)為12cmX 12cm，測(cè)定面風(fēng)速為5. 3cm/sec時(shí)的集 塵性能和壓力損失的初始值。從其中，選擇集塵性能相對(duì)0. 3μπι的顆粒為"96%"左右，在 這里，吸引香煙（日本香煙產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社制柔和七星l〇mg)的粉塵，由此成為加速的集塵狀 態(tài)。使香煙延燒5根，測(cè)定進(jìn)行吸引后的面風(fēng)速為5. 3cm/sec時(shí)的壓力損失，計(jì)算出針對(duì)初 始值的壓力損失的上升率。其結(jié)果表示在作為本發(fā)明實(shí)施方式1的實(shí)施例中的空隙量和壓 力損失上升率的關(guān)系的曲線圖的圖5中。圖5的橫軸為纖維層13所具有的空隙量，縱軸為 香煙吸引前后的壓力損失上升率。
[0055] 在圖5中，空隙量和壓力損失上升率的關(guān)系存在轉(zhuǎn)變點(diǎn)。即，可知：空隙量小于 6X 10_6m3/m2時(shí)，壓力損失的上升顯著。
[0056] 空隙量小于6X l(T6m3/m2的纖維層13,含有較多的由細(xì)的納米纖維構(gòu)成的第二納 米纖維集合體13b。由此本發(fā)明實(shí)施方式1的空氣過濾器通過由細(xì)的納米纖維形成的第二 納米纖維集合體13b，能夠減少初始的壓力損失，并確保高的集塵性能。進(jìn)一步而言，通過由 粗的納米纖維形成的第一納米纖維集合體13a，能夠確保纖維層13內(nèi)的空隙量。該空隙量 由單位面積重量和纖維徑確定，由此在長(zhǎng)期使用中，能夠進(jìn)行大量的集塵，并能夠抑制壓力 損失的上升。
[0057] (實(shí)施方式2)
[0058] 圖6是具有本發(fā)明實(shí)施方式2的空氣過濾器的空氣凈化裝置的截面圖。如圖6所 示，空氣凈化裝置在主體殼體101內(nèi)具有送風(fēng)部102和空氣過濾器103。
[0059] 主體殼體101為大致縱長(zhǎng)箱形。在主體殼體101的前面?zhèn)葌?cè)面部設(shè)置有大致四邊 形狀的吸氣口 104,在主體殼體101的頂面部設(shè)置有大致四邊形狀的排氣口 105。在排氣口 105設(shè)置有風(fēng)向百葉板106。
[0060] 送風(fēng)部102設(shè)置在吸氣口 104與排氣口 105之間的風(fēng)路上。送風(fēng)部102由渦旋形 狀的殼體107、設(shè)置在殼體107內(nèi)的作為離心送風(fēng)風(fēng)扇的葉片108和使葉片108旋轉(zhuǎn)的電動(dòng) 機(jī)109形成?？諝膺^濾器103設(shè)置在吸氣口 104。通過送風(fēng)部102,由吸氣口 104吸入到主 體殼體101內(nèi)的室內(nèi)的空氣經(jīng)由空氣過濾器103,向排氣口 105送風(fēng)。即，室內(nèi)的空氣被空 氣過濾器103凈化，向室內(nèi)送風(fēng)。
[0061] 圖7是本發(fā)明實(shí)施方式2的空氣過濾器的立體圖，圖8是本發(fā)明實(shí)施方式2的空 氣過濾器的過濾材料部的放大立體圖。如圖7、圖8所示，空氣過濾器103由褶皺形狀的過 濾材料部110和將過濾材料部110保持為褶皺形狀、設(shè)置在過濾材料部110的外周的框形 狀的形狀保持部111形成。
[0062] 圖9是本發(fā)明實(shí)施方式2的空氣過濾器的過濾材料部的放大截面圖。如圖9所 示，過濾材料部110包括基材部114和設(shè)置在向基材部114送風(fēng)的空氣流的上游側(cè)的纖維 層115。基材部114為紙漿纖維、樹脂纖維、碳纖維、無機(jī)纖維或含有這些中的至少1種的無 紡布。這里，紙漿纖維、樹脂纖維、碳纖維和無機(jī)纖維通過紡粘（spunbond)法、干式法、濕式 法、烙噴（melt blown)法或氣流成網(wǎng)（air laid)法制造。特別而言，優(yōu)選壓力損失低的無 紡布，通過使用無紡布，空氣過濾器103的壓力損失變低。
[0063] 基材部114的單位面積重量?jī)?yōu)選為10g/m2以上100g/m2以下。單位面積重量低于 l〇g/m2時(shí)，基材部114的硬度強(qiáng)度降低。其結(jié)果，存在褶皺加工的生產(chǎn)性降低的情況。另外， 也存在空氣過濾器103的形狀的維持變得困難的情況。
[0064] 另外，基材部114的平均纖維徑優(yōu)選為1 μ m以上50 μ m以下。平均纖維徑不足 1 μ m時(shí)，單纖維的強(qiáng)度低，作為增強(qiáng)材料的強(qiáng)度不充分。平均纖維徑比50 μ m粗時(shí)，基材部 114的厚度變厚，由褶皺加工引起的結(jié)構(gòu)的壓力損失變大，所以不優(yōu)選。
[0065] 纖維層115由平均纖維徑為100nm以上lOOOnrn以下的纖維形成。具體而言，多個(gè) 納米纖維相互纏繞而形成纖維層115。為了防止纖維層115的破損，保護(hù)層113可以設(shè)置在 纖維層115的表面?zhèn)龋ㄉ巷L(fēng)側(cè)）。保護(hù)層113的材質(zhì)可以與基材相同，可以是熱熔融性的樹 脂無紡布等。在使用熱熔融性的樹脂無紡布的情況下，通過加熱將纖維層115固定化。
[0066] 基材部114和保護(hù)層113,不妨礙空氣的流入的壓力損失優(yōu)選IPa以上且低于 10Pa。壓力損失為10Pa以上時(shí)，空氣過濾器103的壓力損失變大，納米纖維的低壓力損失 特性變?nèi)酢?br> [0067] 圖10是本發(fā)明實(shí)施方式2的空氣過濾器的纖維層的放大截面圖。如圖10所示， 由基材部114、纖維層115和保護(hù)層113構(gòu)成過濾材料部110。纖維層115由設(shè)置在基材部 114的表面上的納米纖維的集合體構(gòu)成。另外，纖維層115中，第一納米纖維集合體116和 第二納米纖維集合體117交替層疊5層、并且第一納米纖維集合體116配置在基材部114 側(cè)和基材部114的相反側(cè)的表面?zhèn)取?br> [0068] 即，第一納米纖維集合體116由多層的第一納米纖維的最上層116a、第一納米纖 維的中層116b、第一納米纖維的最下層116c構(gòu)成。另外，第二納米纖維集合體117由第二 納米纖維的上層117a、第二納米纖維的下層117b構(gòu)成。而且，從基材部114層疊第一納米 纖維的最下層116c、第二納米纖維的下層117b、第一納米纖維的中層116b、第二納米纖維 的上層117a、第一納米纖維的最上層116a。
[0069] 其中，第一納米纖維集合體116是平均纖維徑主要為800nm左右的納米纖維的集 合體。第二納米纖維集合體117是平均纖維徑主要為250nm左右的納米纖維的集合體。
[0070] S卩，在向纖維層115送風(fēng)的空氣的最上游側(cè)形成第一納米纖維的最上層116a，大 的塵埃被集塵。接著，通過第二納米纖維的上層117a，捕集小的塵埃。
[0071] 接著，形成第一納米纖維的中層116b。在第二納米纖維的上層117a的纖維間通過 空氣時(shí)，第二納米纖維的上層117a的空隙比第一納米纖維的最上層116a的空隙狹窄。因 此，空氣的風(fēng)速上升，與通過第二納米纖維的上層117a的空氣相比，比重大的塵埃由于慣 性力，容易與第一納米纖維的中層116b的纖維碰撞，提高接觸概率，提高集塵效率。
[0072] 進(jìn)一步而言，第二納米纖維的下層117b和第一納米纖維的最下層116c層疊，能夠 得到更高的集塵效率。于是，使初始的集塵效率與現(xiàn)有技術(shù)匹配時(shí)，在第一納米纖維集合體 116、第二納米纖維集合體117的任一個(gè)中，都能夠擴(kuò)大流路方向的纖維間距離。其結(jié)果，塵 埃難以堵塞，能夠抑制長(zhǎng)期使用時(shí)的壓力損失的上升。
[0073] 圖11是本發(fā)明實(shí)施方式2的空氣過濾器的第一納米纖維集合體的放大照片，圖12 是本發(fā)明實(shí)施方式2的空氣過濾器的第二納米纖維集合體的放大照片。如圖11、圖12所 示，可以確認(rèn)第一納米纖維集合體116、第二納米纖維集合體117的纖維徑的粗度的不同， 另外纖維間距離的不同。另外，在圖11、圖12中，看到為白的纖維狀的部分為由納米纖維構(gòu) 成的纖維部分，黑的部分表示納米纖維的空隙。
[0074] 在此，纖維徑大致成為正態(tài)分布，第二納米纖維集合體117的250nm、第一納米纖 維集合體116的800nm為中心纖維徑的數(shù)值，包括標(biāo)準(zhǔn)偏差的波動(dòng)。因此，平均纖維徑記載 為"主要是250nm左右"、"主要是800nm左右"。
[0075] 通常，纖維徑大時(shí)，纖維間距離變長(zhǎng)，空隙變大，所以即使捕集大的粉塵，空隙也不 堵塞，能夠抑制壓力損失的增加。另一方面，纖維徑小時(shí)，空隙變小，所以在捕集粉塵時(shí)，空 隙堵塞，所以壓力損失的增加顯著，但能夠有效地捕集小的粉塵。
[0076] 本發(fā)明實(shí)施方式2中的特征優(yōu)選第一納米纖維集合體116的平均纖維徑為600nm 以上lOOOnm以下、第二納米纖維集合體117的平均纖維徑為100nm以上400nm以下。第一 納米纖維集合體116位于最上游側(cè)，捕集大的粉塵，所以纖維徑低于600nm時(shí)，壓力損失的 增加變大，所以不優(yōu)選。另外，纖維徑比l〇〇〇nm粗時(shí)，納米纖維的低壓力損失、高集塵效率 的特性變?nèi)酰圆粌?yōu)選。
[0077] 進(jìn)一步而言，第二納米纖維集合體117捕集小的粉塵，因此纖維徑比400nm粗時(shí)， 集塵效率變低，所以不優(yōu)選。另外，纖維徑低于l〇〇nm時(shí)，空隙容易堵塞，壓力損失的增加變 大，所以不優(yōu)選。
[0078] 另外，通常，粗的纖維和細(xì)的纖維吹成相同單位面積重量的情況下，如果材質(zhì)相 同，細(xì)的纖維其每單位體積所占的纖維的根數(shù)變多，空隙變小。其結(jié)果，結(jié)構(gòu)變得緊密，初始 能夠得到高的集塵效率，但塵埃顆粒被密的納米纖維集合體捕獲時(shí)，由此空隙被堵塞，壓力 損失上升，作為空氣過濾器的性能降低。因此，粗的纖維和細(xì)的纖維為相同單位面積重量的 情況下，在長(zhǎng)時(shí)間使用中，成為不利。
[0079] 另外，本發(fā)明實(shí)施方式2中的特征在于：第二納米纖維集合體117的單位面積重量 相比于第一納米纖維集合體116相對(duì)地為少量。因此，第二納米纖維集合體117每單位體 積所占的纖維的根數(shù)變少，能夠使空隙變大。因此，能夠維持高的捕集性能，并且能夠抑制 纖維間距離變得過于狹窄，能夠抑制壓力損失的上升。
[0080] 而且，本發(fā)明實(shí)施方式2中的特征在于：圖10所示的第一納米纖維的最上層 116a、第一納米纖維的中層116b、第一納米纖維的最下層116c中的離基材部114最遠(yuǎn)側(cè)的 第一納米纖維的最上層116a的單位面積重量在第一納米纖維集合體116中為最大的量。由 此，第一納米纖維的最上層116a的捕集性能上升，所以第二納米纖維的上層117a的空隙變 得難以堵塞，能夠抑制壓力損失的上升。
[0081] 另外，第二納米纖維集合體117隔著第一納米纖維的中層116b，分成第二納米纖 維的上層117a和第二納米纖維的下層117b兩層。其結(jié)果，細(xì)的納米纖維的流路方向的纖 維間距離變寬，所以塵埃難以堵塞，能夠抑制長(zhǎng)期使用時(shí)的壓力損失的上升。另外，第一納 米纖維集合體116成為第一納米纖維的最上層116a、第一納米纖維的中層116b和第一納米 纖維的最下層116c三層。因此，在風(fēng)路方向空出間隔，碰撞或接觸概率提高，集塵效率變得 更高。
[0082] 另外，空氣凈化裝置中，空氣過濾器103的纖維層115相比于基材部114,配置在送 風(fēng)的空氣流的上游側(cè)面。由此，纖維層115從基材部114剝離而導(dǎo)致的集塵效率的降低能 夠長(zhǎng)期被抑制，所以能夠長(zhǎng)期使用。
[0083] 接著，對(duì)空氣過濾器103的制造方法進(jìn)行說明。如作為表示本發(fā)明實(shí)施方式2的 空氣過濾器的制造方法的概略圖的圖13所示，空氣過濾器103的制造設(shè)備，包括載置基材 部114向水平方向進(jìn)行搬送的搬送部118和位于搬送部118的上方的噴嘴119、120。
[0084] 空氣過濾器103的制造首先一邊通過搬送部118搬送平板形狀的基材部114, 一邊 從噴嘴119向基材部114放出用于形成第一納米纖維集合體116的高分子聚合物溶液。在 此，對(duì)噴嘴119施加+20KV左右的電壓，搬送部118被接地處理。利用該電位差，從噴嘴119 放出的形成第一納米纖維集合體116的高分子聚合物溶液附著到基材部114的表面。接著， 從噴嘴120向第一納米纖維集合體116表面放出用于形成第二納米纖維集合體117的高分 子聚合物溶液。也對(duì)噴嘴120施加+20KV左右的電壓，利用該電位差，從噴嘴120放出的高 分子聚合物溶液附著到第一納米纖維集合體116的表面，形成第二納米纖維集合體117。
[0085] 例如，將第一納米纖維集合體116和第二納米纖維集合體117交替層疊5層的情 況下，在搬送部118的上方，使噴嘴119和噴嘴120交替吹附5組高分子聚合物溶液。
[0086] 通過成為這樣的噴嘴結(jié)構(gòu)，即使增加納米纖維集合體的層疊數(shù)，也不需要很大地 變更制造工序，能夠連續(xù)地制造空氣過濾器103。
[0087] 產(chǎn)業(yè)上的利用可能性
[0088] 本發(fā)明可以作為家庭用、辦公室用的空氣過濾器和具有該空氣過濾器的空氣凈化 裝置使用。
[0089] 附圖符號(hào)說明
[0090] 1、101 主體殼
[0091] 2、102 送風(fēng)部
[0092] 3、103空氣過濾器
[0093] 4、104 吸氣口
[0094] 5、105 排氣口
[0095] 6、106風(fēng)向百葉板
[0096] 7、107 殼體
[0097] 8、108 葉片
[0098] 9、109 電動(dòng)機(jī)
[0099] 10、110過濾材料部
[0100] 11、111形狀保持部
[0101] 12、114 基材部
[0102] 13、115 纖維層
[0103] 13a、116第一納米纖維集合體
[0104] 13b、117第二納米纖維集合體
[0105] 14、113 保護(hù)層
[0106] 15、118 搬送部
[0107] 16、17、119、120 噴嘴
[0108] 18電極板
[0109] 116a第一納米纖維的最上層
[0110] 116b第一納米纖維的中層
[0111] 116c第一納米纖維的最下層
[0112] 117a第二納米纖維的上層
[0113] 117b第二納米纖維的下層
【權(quán)利要求】
1. 一種空氣過濾器，其特征在于： 包括基材部和設(shè)置于所述基材部的表面的纖維層，其中 所述纖維層由第一納米纖維集合體和第二納米纖維集合體構(gòu)成，并且在離所述基材部 最遠(yuǎn)側(cè)配置所述第一納米纖維集合體，所述第一納米纖維集合體的單位面積重量比所述第 二納米纖維集合體的單位面積重量大，所述第一納米纖維集合體的平均纖維徑比所述第二 納米纖維集合體的平均纖維徑大。
2. 如權(quán)利要求1所述的空氣過濾器，其特征在于： 所述第一納米纖維集合體的平均纖維徑為600nm以上lOOOnm以下，所述第二納米纖維 集合體的平均纖維徑為l〇〇nm以上400nm以下。
3. 如權(quán)利要求1所述的空氣過濾器，其特征在于： 還設(shè)置有保護(hù)層，該保護(hù)層與所述第一納米纖維集合體相鄰，設(shè)置在遠(yuǎn)離所述基材部 的一側(cè)。
4. 如權(quán)利要求1所述的空氣過濾器，其特征在于： 所述纖維層以具有6X l(T6m3/m2以上40X l(T6m3/m2以下的空隙的方式層疊。
5. 如權(quán)利要求1所述的空氣過濾器，其特征在于： 所述第一納米纖維集合體由多層構(gòu)成，所述多層中的離所述基材部最遠(yuǎn)側(cè)的第一納米 纖維的最上層的單位面積重量在所述第一納米纖維集合體中是最大的。
6. 如權(quán)利要求1所述的空氣過濾器，其特征在于： 所述第一納米纖維集合體由第一納米纖維的最下層、第一納米纖維的中層和第一納米 纖維的最上層構(gòu)成，所述第二納米纖維集合體由第二納米纖維的下層和第二納米纖維的上 層構(gòu)成，從所述基材部層疊所述第一納米纖維的最下層、所述第二納米纖維的下層、所述第 一納米纖維的中層、所述第二納米纖維的上層、所述第一納米纖維的最上層。
7. 如權(quán)利要求1所述的空氣過濾器，其特征在于： 所述基材部含有紙漿纖維、樹脂纖維、碳纖維、無機(jī)纖維或包含它們中的至少一種的無 紡布，所述紙漿纖維、所述樹脂纖維、所述碳纖維和所述無機(jī)纖維通過紡粘法、干式法、濕式 法、熔噴法或氣流成網(wǎng)法制造。
8. -種空氣凈化裝置，其特征在于： 具有吸氣口、權(quán)利要求1所述的空氣過濾器、送風(fēng)部、和排氣口， 所述纖維層配置在比所述基材部更靠上風(fēng)側(cè)的位置。
9. 一種空氣過濾器的制造方法，用于制造權(quán)利要求1所述的空氣過濾器，其特征在于：包括將高分子聚合物溶液吹附在所述基材部的表面上而形成所述第一納米纖維集合 體和所述第二納米纖維集合體的工序。
【文檔編號(hào)】B01D46/52GK104066492SQ201380006257
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2013年2月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月15日
【發(fā)明者】織部美緒, 高橋慶太 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社