特許 6560945 エアフィルター

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6560945

(24)【登録日】2019年7月26日

(45)【発行日】2019年8月14日

(54)【発明の名称】エアフィルター

(51)【国際特許分類】

   B01D 39/16 20060101AFI20190805BHJP

   B01D 46/10 20060101ALI20190805BHJP

【ＦＩ】

   B01D39/16 E

   B01D39/16 A

   B01D46/10 E

【請求項の数】4

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2015-194873(P2015-194873)

(22)【出願日】2015年9月30日

(65)【公開番号】特開2017-64655(P2017-64655A)

(43)【公開日】2017年4月6日

【審査請求日】2018年6月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】593078257

【氏名又は名称】株式会社メックインターナショナル

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】特許業務法人快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】河原 文雄

(72)【発明者】

【氏名】塩崎 誠

【審査官】 小川 慶子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−３４９４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−１９０２２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−９４６９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１８８７３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−６９１１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−５１４３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２３７１６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２３３９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５３６０１７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｄ ３９／００−３９／２０

Ｂ０１Ｄ ４６／００−４６／５４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

親油性シートと、
親油性シートの表面に積層された撥油性シートと、を備えるエアフィルターであって、
撥油性シートと親油性シートの積層構造が繰り返し設けられており、
撥油性シートと親油性シートの接合面が、気流の上流側に露出しており、
親油性シートの目開きが、０．３μｍより大きいエアフィルター。

【請求項2】

撥油性シートと親油性シートの積層体が捲回されており、
気流の流れに沿った断面において、撥油性シートと親油性シートの積層構造が繰り返し設けられている請求項１に記載のエアフィルター。

【請求項3】

撥油性シートは、５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の直径を有する繊維からなる不織布状である請求項１又は２に記載のエアフィルター。

【請求項4】

前記繊維の直径が、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である請求項３に記載のエアフィルター。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書は、エアフィルターに関する技術を開示する。特に、空気中の油分を除去するためのエアフィルターに関する技術を開示する。

【背景技術】

【0002】

エアフィルターは、空気中の異物（粒子、オイル等）を除去する性能の向上と、フィルターの目詰まりの防止との両立が求められる。特許文献１には、細孔径が小さなナノファイバーを用いたナノファイバー層と、多孔質層を積層したエアフィルターが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４−６９１１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１では、ナノファイバー層及び多孔質層の材料として、撥油性の材料を用いている。すなわち、特許文献１のエアフィルターは、複数種類の撥油性シートを積層したものである。このエアフィルターでは、空気中の油分がナノファイバー層の表面で粒子状となって捕集される。粒子状の油分がナノファイバー層の表面に蓄積すると、油粒子同士が繋がって膜状となり、ナノファイバー層の表面を覆い、エアフィルターの異物除去性能が低下することがある。そのため、特許文献１のエアフィルターは、油分を除去する目的、または、油分が多く含まれている空気中で使用すると、異物の除去性能を長期間維持することができない。本明細書は、耐久性の高い（高寿命の）エアフィルター実現する技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本明細書が開示するエアフィルターは、撥油性シートと、撥油性シートの表面に積層された親油性シートを備える。このエアフィルターは、撥油性シートの表面で粒子状となった油分が、親油性シートに吸収される。そのため、撥油性シートの表面に油粒子が蓄積しにくく、油膜が撥油性シートの表面に形成されることを抑制することができる。その結果、エアフィルターの異物除去性能を長期間に亘って維持することができる。なお、「撥油性シート」とは、油性の液体をはじく性質を有するシートである。また、「親油性シート」とは、油性の液体にぬれやすい性質を有するシートである。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】第１実施例のエアフィルターを示す。

【図2】第１実施例のエアフィルターの特徴を説明する図を示す。

【図3】第２実施例のエアフィルターを示す。

【図4】第３実施例のエアフィルターを示す。

【図5】異物の捕集率の経時的な変化を示す。

【図6】エアフィルター前後の差圧の経時的な変化を示す。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、本明細書で開示する実施例の技術的特徴の幾つかを記す。なお、以下に記す事項は、各々単独で技術的な有用性を有している。

【0008】

本明細書が開示するエアフィルターは、撥油性シートと親油性シートを備えていてよい。親油性シートは、撥油性シートの表面に積層されていてよい。エアフィルターは、１層の撥油性シートと１層の親油性シートが積層されたものであってよい。あるいは、エアフィルターは、撥油性シートと親油性シートの積層構造が繰り返し設けられていてもよい。エアフィルターは、空気中の油粒子を除去するために用いられてよい。具体的には、給気中に含まれる５０ｎｍ以上１０μｍ以下の油系粒子（オイルミスト）を除去するために用いられてよい。

【0009】

撥油性シートは、５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の直径を有する繊維（以下、ナノファイバーと称する）からなる不織布状であってよい。直径の大きな繊維を気流の中に配置すると、繊維の下流で渦が発生する。直径の大きな繊維でエアフィルターを形成すると、エアフィルター（繊維）の抵抗が増大し、エアフィルター上流と下流の間で圧力損失が生じる。しかしながら、ナノファイバーを気流の中に配置しても、ナノファイバーの下流に渦が発生しにくく、圧力損失を小さくすることができる。エアフィルター自体に加わる圧力を小さくすることができるので、エアフィルターの物理的な劣化が抑制される。さらに、ナノファイバー表面に油分がたまると光の乱反射が抑制されるので、撥油性シートの透明性が高くなる。エアフィルターの劣化が視認し易くなる。

【0010】

なお、好ましくは、撥油性シートを構成する繊維（ナノファイバー）の直径は５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、特に好ましくは１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。直径５０ｎｍ未満のナノファイバーは、製造コストが高い。また、直径３００ｎｍより大きなナノファイバーは、微細粒子の捕集性能が低下する。直径５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下のナノファイバーは、安価に安定して製造することができる。ナノファイバーの直径を５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下とすることにより、安価で高性能な撥油性シートを実現することができる。特に、ナノファイバーの直径が１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下であれば、紡糸が容易となり、より安定して撥油性シートを形成することができる。なお、ナノファイバーの繊維長は、繊維径の１００倍以上（５μｍ以上）であってよい。

【0011】

また、撥油性シートをナノファイバーで形成することにより、以下の利点も得られる。空隙の小さな撥油性シートが得られるので、異物の捕獲性能を高くすることができる。ナノファイバーは大きな比表面積を有するので、撥油性シートの表面に異物を吸着させ易くすることができる。単位質量当たりの接着面積が増加するので、撥油性シートの吸着力が増大する。また、ナノファイバーはアスペクト比が高く、分子が長さ方向に配向しているので、高強度の撥油性シートが得られる。

【0012】

撥油性シートの材料は、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリアミド、ポリイミド、シリカであってよい。撥油性シートは、エレクトロスピニング法（電子紡糸法）で形成されていてよい。エレクトロスピニング法を用いることにより、繊維径のばらつきが抑制されたナノファイバーを不織布状に形成することができる。エレクトロスピニング法を用いる場合、親油性シートの表面に撥油性シート（ナノファイバーで形成された不織布）を形成してもよい。あるいは、親油性シートとは別に撥油性シートを作成し、完成後の撥油性シートを親油性シートと貼りあわせてもよい。親油性シートの材料は、ポリプロピレン、ポリエチレン、セルロース、表面を親油処理された素材からなる多孔性シート不織布であってよい。なお、エレクトロスピニング法の原理は公知のため説明を省略する。また、親油処理の方法は、特に限定されるものではなく、公知の方法であってよい。

【0013】

エアフィルターは、気流の上流側（すなわち、異物を取り除く空気が存在する側）に、撥油性シートと親油性シートのいずれか一方のみが露出していてよい。具体的には、親油性シートが気流の上流側に配置され、撥油性シートが下流側に配置されてよい。あるいは、撥油性シートが気流の上流側に配置され、親油性シートが下流側に配置されてもよい。エアフィルターは、気流の上流側に、撥油性シートと親油性シートの両方が露出していてもよい。この場合、撥油性シートと親油性シートを繰り返し積層し、両者の接合面が気流の上流側に露出するように配置すればよい。

【0014】

なお、エアフィルターは、親油性シートの表面に撥油性シートが積層されている第１フィルターと、撥油性シートと親油性シートを繰り返し積層した第２フィルターを用意し、第１フィルターの表面（親油性シートの表面、又は、撥油性シートの表面）に第２フィルターの接合面が接するように第１フィルターと第２フィルターを接合していてもよい。

【0015】

（第１実施形態）
図１及び図２を参照し、エアフィルター１０について説明する。エアフィルター１０は、ポリプロピレン製の親油性シート２の表面に、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）製の撥油性シート（ナノファイバーシート）４が形成されている。親油性シート２の厚みは５〜２０ｍｍに調整されており、撥油性シート４の厚みは１〜１００μｍに調整されている。図１では、親油性シート２を気流の上流側に配置している。エアフィルター１０を通過する前の排気に含まれる異物のうち、大きな粒子は、親油性シート２で捕獲される。オイルミスト等の小さな粒子は、親油性シート２を通過し、撥油性シート４の表面に蓄積する。なお、図１の矢印は気流の向きを現わしている。

【0016】

オイルミストが撥油性シート４の表面に蓄積すると、油粒子が凝集し、撥油性シート４の表面に液状油６が形成される（図２を参照）。液状油６は、親油性シート２に吸収される。そのため、液状油６によって撥油性シート４に目詰まりが生じることが抑制される。親油性シート２を気流の上流側に配置することにより、液状油６が排気側（気流の下流側）に移動することが抑制され、液状油６が排気側の空間に移動することが抑制される。なお、図１では親油性シート２を気流の上流側に配置しているが、撥油性シート４を気流の上流側に配置して親油性シート２を下流側に配置してもよい。

【0017】

（第２実施形態）
図３を参照し、エアフィルター２０について説明する。エアフィルター２０は、撥油性シート４と親油性シート２の積層構造が繰り返し設けられている。エアフィルター２０では、親油性シート２の厚みは１〜２０ｍｍに調整されており、撥油性シート４の厚みは１〜１００μｍに調整されている。エアフィルター２０では、撥油性シート４と親油性シート２の双方が、エアフィルターを通過する前の排気に接する。エアフィルター２０においても、排気（エアフィルター２０を通過する前の排気）中に含まれるオイルミストが撥油性シート４の表面で凝集し、液状油が形成され、液状油が親油性シート２に吸収される（図２も参照）。なお、エアフィルター２０は、複数のエアフィルター１０（図１を参照）を用意し、各々のエアフィルター１０を積層することにより形成することができる。あるいは、エアフィルター２０は、エアフィルター１０を捲回することにより形成することもできる。この場合、図３は、エアフィルター２０の断面に相当する。

【0018】

（第３実施形態）
図４を参照し、エアフィルター３０について説明する。エアフィルター３０は、エアフィルター１０の表層（親油性シート２）に、エアフィルター２０を積層したものである。排気中に含まれるオイルミストは、エアフィルター２０を構成している親油性シート２の部分を通過してしまう。しかしながら、エアフィルター１０とエアフィルター２０を組み合わせることにより、エアフィルター２０を通過したオイルミストをエアフィルター１０で捕集することができる。また、エアフィルター２０によって多くのオイルミストを除去することができるので、エアフィルター１０に達するオイルミストの量を減少させることができる。エアフィルター１０の劣化をさらに抑制することができる。

【実施例】

【0019】

オイルコンプレッサーから排出される空気をエアフィルター１０に供給し、エアフィルター１０の０．３μｍ粒子の捕集率について経時的な変化を測定した。また、エアフィルター１０の前後（上流と下流）の差圧についても経時的な変化を測定した。エアフィルター１０に供給する空気（上流）の圧力を０．１Ｍｐａに調整し、エアフィルターを通過した後の空気（下流）の流量を１６Ｌ／分に調整した。なお、０．３μｍ粒子は、オイルコンプレッサーの排気に含まれるオイルミストに相当する。

【0020】

実施例のエアフィルターとして、親油性シートの表面に撥油性シートを貼り付け、エアフィルター１０を作成した。なお、撥油性シートは、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ，ソルベイスペシャリティポリマーズ(株)社製ソレフ２１２１６）を用いて作成したナノファイバー不織布（繊維径３００±５０ｎｍ）を用いた。ナノファイバー不織布は、エレクトロスピニング法で作成した。また、親油性シートとして、ＷＦ Ａｉｒ Ｆｉｌｔｅｒ ＷＦ１５０（倉敷繊維加工(株)社製）を用いた。

【0021】

比較例のエアフィルターとして、第１の撥油性シートの表面に第２の撥油性シートを貼り付け、エアフィルターを作成した。なお、第１の撥油性シートは、実施例のエアフィルターで用いたものと同じナノファイバー不織布である。第２の撥油性シートは、ＰＴＦＥろ紙（アドバンテック東洋(株)製ＰＦ１００）を用いた。

【0022】

図５は、０．３μｍ粒子の捕集率の変化を示している。グラフの横軸は時間（日）を示し、縦軸は捕集率（％）を示している。「○」は実施例のエアフィルターの結果を示し「▲」は比較例のエアフィルターの結果を示している。図５から明らかなように、実施例のエアフィルターは、測定開始から９日に亘って、初回（開始から１日後）に測定した捕集率（初期捕集率）を維持している。それに対して、比較例のエアフィルターは、２日間（２回目の測定）しか初期捕集率を維持できなかった。

【0023】

図６は、エアフィルターの前後の差圧の変化を示している。グラフの横軸は時間（日）を示し、縦軸は差圧（ＫＰａ）を示している。「○」は実施例のエアフィルターの結果を示し「▲」は比較例のエアフィルターの結果を示している。図６に示すように、実施例のエアフィルターは、時間の経過とともに緩やかに差圧が上昇している。エアフィルターに捕集されたに０．３μｍ粒子によって、時間の経過とともにエアフィルターの開口が狭くなっていることを示している。それに対して、比較例のエアフィルターは、時間の経過とともに差圧が急激に上昇することが確認された。

【0024】

上記したように、実施例のエアフィルターは、長期間に亘って初期捕集率を維持している。このことは、実施例のエアフィルターは、長期間に亘って撥油性シートの劣化が抑制されていることを示している。より具体的には、撥油性シートの表面に蓄積した油粒子が親油性シートに移動し、撥油性シートの表面が油膜で覆われることが防止されていることを示している。比較例のエアフィルターは、測定開始から２日を超えると撥油性シートの表面に蓄積した油粒子が油膜を形成し、撥油性シートの開口を塞ぐ。その結果、測定開始から２日を超えると、０．３μｍ粒子の捕集率が低下している。このことは、図６に示す差圧の変化にも顕著に現れている。実施例のエアフィルターは、撥油性シートの表面に油膜が形成されることが抑制されているので、差圧の増加が緩やかである。それに対して、比較例のエアフィルターは、撥油性シートの表面が油膜で覆われるので、差圧が急激に増加している。

【0025】

なお、図５に示すように、初期捕集率は、比較例のエアフィルターの方が実施例のエアフィルターより高い。これは、実施例のエアフィルターが撥油性シートと親油性シートで構成されているのに対して、比較例のエアフィルターは２種類の撥油性シートで構成されていることに起因する。親油性シートは、開口率が高く（目が粗く）、０．３μｍ粒子を捕集することができないからである。そのため、初期捕集率だけを比較すると比較例のエアフィルターの方が優れていると判断することもできる。しかしながら、捕集率自体は、エアフィルターの配置等、設計により調整することが可能である。例えば、実施例のエアフィルターを２段に配置することにより、初期捕集率を向上させることができる。実施例のエアフィルターは、長期間に亘って初期捕集率を維持することができるという点において、比較例のエアフィルターに対して格段の利点を有しているといえる。

【0026】

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

【符号の説明】

【0027】

２：親油性シート
４：撥油性シート
１０：エアフィルター

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】