JP2001000821A - ケミカルフィルターユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】容易に寿命予測が可能なケミカルフィルターを
提供する。 【解決手段】複数の濾材からなり、フィルターを通過す
るエアの流れがフィルターを構成する濾材と略平行に流
れる平行流型フィルターユニットであって、少なくとも
一部の濾材が脱離可能となっているケミカルフィルター
ユニットであり、より好ましくはユニット内に状濾材の
一部を抜き出すための仕切り板が設けられているもので
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は新規なケミカルフ
ィルター、およびそれを用いたクリーンルーム、半導体
製造装置、ファンフィルターユニットに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ケミカルフィルターの寿命判別方
法としては、特開平９−２５０９７３号公報でフィルタ
ーの上流側及び下流側に空気汚染物質捕捉装置を一対配
置し、前記空気汚染物質捕捉装置に吸着された物質量の
差が小さいときに、フィルターのフィルターが寿命に達
したと判断する方法があった。

【０００３】また、寿命判別用ケミカルフィルターとし
ては特開平８−２６６８３１号公報で枠と該枠内に着脱
手段を介して着脱自在に収められた濾材からなり、また
その一部を寿命試験用メディアとして取り外すことを特
徴とするケミカルフィルターが知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
９−２５０９７３号公報の技術にはフィルター本体とは
別に空気汚染物質捕捉装置を装着する必要があり、半導
体製造装置内などの限られたスペースにおいては設置し
づらいという欠点があった。さらに、本方法では最終的
に寿命がきたことは測定できるが、使用途中であとどれ
くらい使用できるかという寿命予測という観点からは不
十分であった。

【０００５】一方、特開平８−２６６８３１号公報の技
術では、抜き出す濾材の外側に可撓性発泡体のガスシー
ルを用いるために当該発泡体から不必要な空気汚染物質
を発生させてしまうという問題があった。さらに、当該
技術では抜きだし部と本体部を別々に構成する必要があ
るため両部分のエアの流れを同一に保つことは難しく、
実用としては正確な寿命予測ができないという欠点があ
った。

【０００６】すなわち従来の技術では、設置性や寿命予
測の正確性、汚染物質発生の抑制などの改善には限界が
あった。

【０００７】このような観点から、本発明では設置性や
寿命予測の正確性の改良されたケミカルフィルターユニ
ットを提供することを目的とし、その解決を課題とする
ものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決するためのケミカルフィルターについて鋭意検討し
た結果、次の発明に到達した。

【０００９】すなわち、本発明は １「複数の濾材からなり、フィルターを通過するエアの
流れがフィルターを構成する濾材と略平行に流れる平行
流型フィルターユニットであって、少なくとも一部の濾
材が脱離可能となっているケミカルフィルターユニッ
ト。」 ２「ユニット内に濾材の一部を抜き出すための仕切り板
が設けられていることを特徴とする前記ケミカルフィル
ターユニット。」 ３「フィルターユニットの上流側又は下流側に空気流れ
遮断用シャッタを挿入するスリットまたは空気流れ遮断
用シャッタ設けたことを特徴とする前記いずれかのケミ
カルフィルターユニット。」 ４「濾材がシート状３次元構造体であってコルゲート構
造である前記いずれかに記載のケミカルフィルターユニ
ット。」 ５「フィルター濾材として少なくとも一部に繊維状のイ
オン交換体を含む前記いずれかのケミカルフィルターユ
ニット。」 ６「繊維状のイオン交換体が、多芯海島構造を有しフィ
ブリル化していることを特徴とする前記いずれかのケミ
カルフィルターユニット。」 ７「前記いずれかのケミカルフィルターユニットを用い
たクリーンルーム。」 ８「前記いずれかのケミカルフィルターユニットを用い
た半導体製造装置。」 ９「前記いずれかのケミカルフィルターユニットおよび
通風装置を有するファンフィルターユニット。」

【００１０】

【発明の実施の形態】ここで述べるケミカルフィルター
とは、空気中のガス状の不要物質を除去する機能を有す
るフィルターを指す。本発明に関するケミカルフィルタ
ーは寿命を予測することに優れ、クリーンルーム、半導
体製造装置等に用いられる。

【００１１】本発明のケミカルフィルターはフィルター
を通過するエアの流れがフィルターを構成する濾材と略
平行に流れるように設計されている。図１は本発明のケ
ミカルフィルターの一例であり、シート状物である中芯
２とライナ３とからなる濾材から構成され、これらがフ
ィルター外枠４の中に充填されている。また、フィルタ
ー外枠の中に、仕切り板５を有する。フィルターを通過
するエアの流れは、外枠４の中で、中芯２とライナ３と
の間を、図面に垂直方向にあり、かつ仕切り板を隔てた
いずれの部位も同じようにエアが流れる。本発明では、
図１の一部の濾材が脱離可能であり、一部の濾材を取り
出して、すでに吸着している量、または吸着可能な量を
測定することにより、ユニットに残存している他の濾材
やほぼ同様の構造を有するまたは配置にある別のユニッ
トの、残された吸着性能を推定することが可能である。
本発明においては脱離可能な構造のみならず着脱可能と
することも好ましい形態である。

【００１２】特にコルゲート構造を有する濾材を使用す
る場合、仕切り板５が存在することにより、抜き出した
際に、残った濾材の変位を防止することができる。

【００１３】図２は、本願発明のケミカルフィルターユ
ニットにおいて、寿命測定のためにシート状３次元構造
体の一部を仕切り部を境に抜き出した状態を示すもので
ある。図３は、抜き出されたシート状３次元構造体の一
部を示したものである。

【００１４】本フィルターを構成する濾材としては、繊
維状や粒状・粉状の活性炭、繊維状や粒状・粉状のイオ
ン交換体、ゼオライトなどガスを吸着する物質を単用も
しくは他の骨材となる物質も含めて組み合わせて用いる
ことができる。本願発明において、特にイオン交換繊維
を含む濾材はガス吸着速度が早く、正確に寿命を判別・
予測する点で優れる。さらに好ましくは、濾材は、アニ
オン交換基および／またはカチオン交換基を有するイオ
ン交換繊維ならびに補強用繊維から構成されるものであ
る。イオン交換繊維の直径は、高比表面積を有する点か
ら１５〜１００μｍが好ましい。より好ましくは２０〜
７０μｍ、特に３０〜５０μｍ（乾燥状態）が最も好ま
しい。イオン交換用ポリマと補強用ポリマの混合態様は
特に問わないが、例えばイオン交換ポリマを鞘成分の主
成分に補強用ポリマを芯成分にした芯鞘型繊維，多芯型
混合及び多芯型複合繊維が好ましく用いられる。特に多
芯海島型複合繊維が十分な機械強度を有しており、様々
な形態付与を行った際の強度安定性その他に優れてお
り、イオン交換体としての比表面積が大きく好ましい。
さらに、形態付与を行う際に機械的な力が加えられるこ
とにより、当該多芯海島型複合繊維はフィブリル化しや
すく、イオン交換体としての比表面積がさらに大きくな
るので極めて好ましい。また、補強用ポリマとしてはポ
リ−α−オレフィン，ポリアミド，ポリエステル，ポリ
アクリル等を挙げることができるが、これらに限定され
るものではない。中でも、イオン交換繊維の製造上ポリ
−α−オレフィンが耐薬品性に優れていて好ましい。ポ
リ−α−オレフィンとしてはポリエチレン，ポリプロピ
レン，ポリ−３−メチルブテン−１，ポリ−４−メチル
ペンテン−１等が挙げられるが強度や製造性の点からポ
リエチレンが好ましい。上記繊維を適度な長さにカット
し、その後イオン交換基を導入する。イオン交換基には
カチオン交換基とアニオン交換基があり、それぞれの機
能を発揮する。カット長は任意であるが、短かすぎると
形態化しても繊維の脱落が起こり好ましくなく、長すぎ
ると反応の均一差に支障が出るため、０．１〜１０ｍｍ
の範囲が好ましく、より好ましくは０．３〜５ｍｍさら
には０．３〜１ｍｍの範囲が好ましい。アニオン交換基
としては、ハロアルキル化物をトリメチルアミン等の第
３級アミンで処理することによって得られる強塩基性ア
ニオン交換基、及びイソプロピルアミン、ジエチルアミ
ン、ピペラジン、モルホリン等の２級以下のアミンで処
理することによって得られる弱塩基性アニオン交換基が
あげられるが、本発明における処理性能の点で強塩基性
アニオン交換基が好ましい。カチオン交換基としては、
スルホン酸基、ホスホン酸基、カルボン酸基、イミノジ
酢酸基等のアミノカルボン酸基が好ましくもちいられる
が、本発明における処理性能の点でスルホン酸基がより
好ましい。本発明におけるイオン交換繊維の具体的な製
造法としては、ポリスチレン系化合物とポリ−α−オレ
フィンからなる多芯型混合もしくは複合繊維を酸触媒下
でホルムアルデヒド源でポリスチレン部を架橋不溶化
し、次に公知の方法でイオン交換基を導入して製造する
方法が挙げられるが、これに限るものでは無い。

【００１５】また、本願発明の濾材の構造は、一部がシ
ート状もしくはシート状３次元構造体の積み重ね構造か
ら成る。積み重ね構造をとることにより、抜きだし部分
と本体部分のエアの流れの差は全く生じないため、抜き
だし部分の濾材のガス吸着量はきわめて正確に本体部分
のガス吸着量を反映させることができる。積み重ね構造
の具体例としては、ガスを吸着するシート状濾材を山谷
折りした金網などのスペーサを介して積みかさねたスペ
ーサ構造や、ガスを吸着するシート状濾材をハニカム状
に一次成形した上で積み重ねたハニカム積み重ね構造、
ガスを吸着するシート状濾材を段ボール断面状に一次成
形した上で積み重ねたコルゲート積み重ね構造などが挙
げられる。特にコルゲート積み重ね構造は、単位濾材あ
たりの吸着効率を高めるのに適しており、長寿命化をは
かれるとともに正確な寿命予測ができる点で優れる。

【００１６】さらに、シート状濾材の一部を抜き出すた
め部分において、エアの上流側または下流側、特に下流
側に、可動式のシャッタあるいはシャッタ挿入用のスリ
ットを設けることが好ましい。当該シャッタは、濾材抜
きだし時に閉めることにより、濾過工程を稼働したまま
濾材の抜きだしが可能となる。図４および図５にシャッ
タを使用する例を示す。なお、図４および図５におい
て、わかりやすく図示するために濾材は描いていない。
なお、シャッタ挿入用のスリットを設ける場合は、通常
使用時には何らかの方法でシールしておくことはもちろ
んである。

【００１７】本発明のケミカルフィルターユニットは、
クリーンルームやクリーンブース、半導体製造装置や他
の電子機器・部品製造装置、ファンとフィルターとを有
するファンフィルターユニット等に好ましく用いられ
る。

【００１８】

【実施例】以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に
説明する。

【００１９】実施例１ 海成分にスルホン基を付与したポリスチレン、島成分に
補強・分割用のポリプロピレンを配した多芯海島型イオ
ン交換繊維と天然パルプ及び外側鞘部に低融点成分を配
したポリエステル系熱融着繊維を、６０：２０：２０
（重量％）の比率で湿式抄紙を行い、目付約２００ｇ／
ｍ２のカチオン交換シートを得た。本シートの単位重量
あたりのイオン交換容量は１．６ｍｅｑ／ｇであった。
なお、イオン交換容量は、０．１Ｎの水酸化ナトリウム
５０ｍｌに当該シートを約１ｇ入れ、２３℃、２時間振
とうし、５ｍｌ正確にはかりとって中和滴定し、本滴定
量とサンプル重量から計算して求めた。

【００２０】上記カチオン交換シートを中芯用基材及び
ライナー用基材に用い、コルゲート加工マシン（５号段
用シングルフェーサ）において波形の表面形状を有する
ロール（１２０℃）、中芯、ライナー用基材およびフラ
ットな表面形状をもつプレッシャロールの順となるよう
にして、ロール間に圧力を与えながらそれぞれのロール
を回転し、中芯用基材とライナー用基材とを加熱、加圧
接着し、コルゲート構造シートを製造した。

【００２１】このコルゲート構造シートを幅６００ｍｍ
×通気方向の長さ６０ｍｍのサイズにカットし、フィル
ター用濾材として準備した。

【００２２】また、アルミを材料として高さ６１０mm×
幅６１０mm×奥行き７０mmのフィルター外枠を作成し、
上記定長カット済みのコルゲート構造シート２６４枚を
積み重ねて充填し、ケミカルフィルターユニットを製作
した。

【００２３】このケミカルフィルターユニットを用い
て、アンモニア寿命予測モデル試験を行った。試験は、
アンモニア濃度１００μｇ／ｍ３に調整したエアを面風
速０．５ｍ／ｓになるように試験用フィルターに流し、
一定時間ごとにケミカルフィルターユニットの前後のガ
スをサンプリング・分析し、除去効率を測定するととも
に、一定時間毎にフィルター濾材を１枚ずつ抜き取り残
存イオン交換容量を測定した。なお、残存イオン交換容
量は、図７の形状の濾材を図８に示す形態で、エアの流
れ方向に３分割して、それぞれの部位のイオン交換容量
を測定した。なお、各部位の名称を入口側から１段目、
２段目、３段目とした。サンプリングはインピンジャー
と呼ばれる補集器具に超純水を充填し、そこに対象エア
を通気させることによりアンモニアを溶解させて捕集し
た。分析はイオンクロマトグラフィーを用いた微量分析
を行った。なお、アンモニア除去効率はスタート時はほ
ぼ１００％であるが、時間経過に従って徐々に除去効率
は低下してくる。そこで、テスト開始から除去効率が９
０％まで低下するまでの日数を本フィルターの寿命と仮
定して、本寿命に至るまでのエアの流れ方向に３分割し
た各段の残存吸着容量と残存寿命日数の測定結果を図１
にまとめた。

【００２４】なお、残存イオン交換容量はイオン交換シ
ートでの測定と同様に、０．１Ｎの水酸化ナトリウム５
０ｍｌに約１ｇのサンプルを入れ、２３℃、２時間振と
うし、５ｍｌ正確にはかりとって中和滴定し、本滴定量
とサンプル重量から計算して求めた。さらに、この測定
値から次式に基づき、残存吸着量を計算した。

【００２５】「残存吸着量」＝「残存イオン交換量」／
「当初イオン交換量」 一方、上記ケミカルフィルターユニットと全く同じユニ
ットを、クリーンルームにあわせて取り付けた。本クリ
ーンルームでの条件は、フィルター面風速は０．５ｍ／
ｓ、フィルター上流の平均アンモニア濃度は１０μｇ／
ｍ３であった。本フィルターを装着してから１０ヶ月後
（３００日後）に濾材の一部を抜き取り、エアの流れ方
向に３分割して寿命予測用サンプルとした。サンプルの
順番はモデルテストと同様入口側から１段目、２段目、
３段目である。なお、濾材を抜き出したフィルターユニ
ットは、抜き出した濾材と同じ枚数の新品の濾材をあら
ためて挿入し、引き続き使用した。この抜きだし濾材を
上記モデルテストと同様の方法で残存吸着量を測定した
ところ、２段目の残存吸着量は０．７であった。

【００２６】この測定結果から残存寿命は次のように予
測した。すなわち、アンモニア寿命予測モデル試験テス
トの結果から、２段目の残存吸着量が０．７のところの
残存寿命日数を求める。図１の結果から、２段目の残存
吸着量が０．７のところの残存寿命日数は２０日である
ことが分かる。一方、アンモニア寿命予測モデル試験テ
ストでの上流のアンモニア濃度は、実際に設置したクリ
ーンルームのアンモニア濃度１０μｇ／ｍ３の１０倍で
ある。そこで濃度補正として、アンモニア寿命予測モデ
ル試験テストでの残存寿命日数は２０日を１０倍して、
今回抜き出したクリーンルーム設置のケミカルフィルタ
ー残存寿命は２０日×１０で約２００日であることが予
測できた。

【００２７】なお、今回はクリーンルームに設置したケ
ミカルフィルターの上流アンモニア濃度を常時モニター
していたため、抜き出した時点の残存吸着容量もほぼモ
デルテストの結果通りであったが、通常はクリーンルー
ムに設置したケミカルフィルターの上流アンモニア濃度
を常時モニターすることは少なく、本方法以外の方法
で、残存寿命を正確に予測することは極めて難しいこと
は容易に推察できる。

【００２８】

【発明の効果】本発明のケミカルフィルターユニットに
よれば、一部の濾材を抜き出して、その吸着量または残
された吸着性能を測定することにより、他の濾材または
他のフィルターユニットの寿命を予測することができ
る。またさらに、仕切り板が存在することにより、濾材
の脱離操作が容易となり、またシャッターを有すること
により、稼働したまま濾材の脱離が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例における残存吸着容量と残存寿命日数の
測定結果を示す図である。

【図２】本発明のケミカルフィルターユニットの正面の
概念図である。

【図３】本発明のケミカルフィルターユニットにおいて
仕切り板を隔てた一部の濾材を抜き出した状態の一部示
す斜視の概念図である。

【図４】本発明のケミカルフィルターユニットに用いる
コルゲート構造シートの状態を示す斜視の概念図であ
る。

【図５】本発明のシャッタ挿入用スリットを有するケミ
カルフィルターの状態を示す概念図である。

【図６】本発明のシャッタ挿入用スリットを有するケミ
カルフィルターにシャッタを挿入する状態を示した概念
図である。

【図７】本発明のケミカルフィルターユニットに用いる
コルゲート構造シートを、寿命予測のためにエアの流れ
方向に３分割する状態を示す概念図である。

【図８】本発明のケミカルフィルターユニットに用いる
コルゲート構造シートを、寿命予測のためにエアの流れ
方向に３分割した後の状態を示す概念図である。

【符号の説明】

１：濾材 ２：中芯 ３：ライナー ４：フィルター外枠 ５：仕切り板 ６：シャッタ挿入用スリット ７：シャッタ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の濾材からなり、フィルターを通過す
   るエアの流れがフィルターを構成する濾材と略平行に流
   れる平行流型フィルターユニットであって、少なくとも
   一部の濾材が脱離可能となっているケミカルフィルター
   ユニット。
2. 【請求項２】ユニット内にシート状濾材の一部を抜き出
   すための仕切り板が設けられていることを特徴とする請
   求項１記載のケミカルフィルターユニット。
3. 【請求項３】フィルターユニットの上流側又は下流側に
   空気流れ遮断用シャッタを挿入するスリット及び／また
   は空気流れ遮断用シャッタが設けられていることを特徴
   とする請求項１または２記載のケミカルフィルターユニ
   ット。
4. 【請求項４】濾材がシート状３次元構造体であってコル
   ゲート構造である請求項１〜３いずれかに記載のケミカ
   ルフィルターユニット。
5. 【請求項５】フィルター濾材として少なくとも一部に繊
   維状のイオン交換体を含む請求項１〜４いずれかに記載
   のケミカルフィルターユニット。
6. 【請求項６】繊維状のイオン交換体が、多芯海島構造を
   有しフィブリル化していることを特徴とする請求項５記
   載のケミカルフィルターユニット。
7. 【請求項７】請求項１〜６いずれかの記載のケミカルフ
   ィルターユニットを用いたクリーンルーム。
8. 【請求項８】請求項１〜６いずれかの記載のケミカルフ
   ィルターユニットを用いた半導体製造装置。
9. 【請求項９】請求項１〜６いずれかの記載のケミカルフ
   ィルターユニットおよび通風装置を有するファンフィル
   ターユニット。