JP3365617B2 - エアフィルタ用濾材の製造方法 - Google Patents
エアフィルタ用濾材の製造方法Info
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Description
エチレン(以下「PTFE」という)多孔質膜を用いた
エアフィルタ用濾材に関し、さらに詳しくは半導体工業
や薬品工業などのクリーンルームで使用される気体中の
浮遊粒子の捕獲に適したPTFE多孔質膜を捕集層とす
るエアフィルタ用濾材に関するものである。
フィルタ用濾材としては、ガラス繊維にバインダーを加
えて抄紙したものが多く用いられてきた。しかし、この
ような濾材には、濾材中の付着小繊維の存在、加工によ
る折曲げ時の自己発塵といった問題があった。さらにこ
の濾材には、フッ酸などある種の化学薬品と接触すると
劣化し、発塵するという問題もあった。
性にも優れている。そこで近年、PTFE多孔質膜が、
半導体工業のクリーンルームに用いられる高性能エアフ
ィルタの濾材として使用されている。特開平5−202
217公報に記載されているPTFE多孔質膜はその一
例である。一般に、PTFE多孔質膜は、補強のために
通気性を有する支持材とラミネートされて濾材とされ
る。この濾材は、連続したW字状にひだ折り加工(以下
「プリーツ加工」ともいう)され、枠付けされてエアフ
ィルタとして用いられる。
しては、通常、レシプロ方式またはロータリー方式が用
いられる。ロータリー方式は生産性の点で有利であり、
一方、レシプロ方式はプリーツ加工のきれいさの点で有
利である。ところで、従来、PTFE多孔質膜を通気性
支持材により補強した濾材をプリーツ加工した場合、濾
材がダメージを受けてピンホールが発生し、得られたフ
ィルタにリークが発生してしまうという問題があった。
なされたものであって、プリーツ加工によりひだ折りし
てもPTFE多孔質膜がダメージを受けず、クリーンル
ームに要求される清浄空間の提供に適したエアフィルタ
用濾材を提供することを目的とする。
フィルタ用濾材の製造方法は、PTFE多孔質膜と通気
性支持材との積層体を含むエアフィルタ用濾材の製造方
法であって、前記通気性支持材を、前記通気性支持材を
構成する少なくとも1つの材料の融点以上に加熱する工
程と、前記通気性支持材を構成する少なくとも一つの材
料の軟化点以上に加熱された状態で、前記通気性支持材
を前記平滑化部材に押し当てて、前記通気性支持材の最
大摩擦抵抗を25gf以下にする工程とを含むことを特
徴とする。本発明の製造方法によれば、表面が平滑化さ
れ、プリーツ加工によりひだ折りしても、PTFE多孔
質膜がダメージを受けにくいエアフィルタ用濾材を提供
することができる。通気性支持材の表面の平滑化の程度
は、上記最大摩擦抵抗値により表示して、25gf以
下、さらに好ましくは20gf以下である。この通気性
支持材の表面は、平滑化の工程の前に行われる、PTF
E多孔質膜との積層工程において、エアフィルタ用濾材
の露出面に配置される。
en型往復動摩擦試験機を用い、条件を以下のように設定
して測定される最大負荷により定められるものである。 ・相手材 :直径10mmの鋼球(JIS B 1501に規定さ
れる鋼球) ・摺動速度:700mm/分 ・荷重 :100gf ・移動距離:40mm このようにして、静摩擦抵抗および動摩擦抵抗が測定さ
れ、その最大値が最大摩擦抵抗として定められる。
は、以下の1〜3に示すようなメカニズムで発生すると
考えられる。 1.濾材に山部、谷部を形成するために濾材表面を部分
的に押圧するブレードが濾材表面を擦って行く。 2.濾材とブレードとの間の摩擦力により、濾材内部に
剪断応力が発生する。 3.この剪断応力は濾材内部のPTFE多孔質膜と通気
性支持材との接着部に集中し、相対的に強度の低いPT
FE多孔質膜の多孔質構造が破壊されてしまう。
の製造方法によれば、少なくとも一方の露出面の最大摩
擦抵抗が25gf以下、さらに好ましくは20gf以下
であるために、レシプロタイプなどのプリーツ機により
プリーツ加工しても、ブレードと濾材との間の摩擦抵抗
が過大とならない。その結果、濾材に作用する剪断応力
が低減され、PTFE多孔質膜にピンホールが発生しに
くくなる。なお、最大摩擦抵抗の下限は特に限定される
わけではないが、通常、2gfとされる。
ては、通気性支持材の表面の凹凸が押圧されることより
変形可能となる温度にまで加熱された状態で、通気性支
持材が平滑化部材に押し当てられることが好ましい。従
って、具体的には、通気性支持材を構成する少なくとも
一つの材料の軟化点以上に加熱した状態で、通気性支持
材を平滑化部材に押し当てる。
PTFE多孔質膜と、この膜を保護および補強するため
の通気性支持材との積層体を含んでいる。通気性支持材
により、濾材にはプリーツ加工に必要なコシも与えられ
る。
きた方法により得ることができる。この方法の一例とし
ては、未焼成のPTFE粉末と液状潤滑剤(ナフサな
ど)との混和物を押出および/または圧延によりフィル
ム状に成形し、この未焼成フィルムから液状潤滑剤を除
去し、次いで延伸して多孔質化する方法を挙げることが
できる。なお、通常、延伸後にPTFEの融点以上の温
度に加熱して焼成することにより強度を向上させる。
じた捕集性能が発揮されるものであれば、孔径、厚さ、
気孔率などを特に限定することなく用いることができ
る。ただし、半導体クリーンルームなどフィルタに使用
される濾材とするためには、捕集性能を示すPF値(Pe
rformance of Filter)が20より大きいことが好まし
い。なお、PF値は次の式で表される。 PF値={(−log透過率)/圧力損失}×100
が特に限定されるものではないが、PTFE多孔質膜よ
り通気性に優れた材料、例えば不織布、織布、メッシュ
(網目状シート)、その他の多孔質材料を用いることが
できる。ただし、強度、柔軟性、作業性の点からは不織
布が好ましい。さらに、後述する操作により濾材表面の
最大摩擦抵抗を小さくする場合には、不織布を構成する
一部または全部の繊維が芯鞘構造の複合繊維であり、芯
成分が鞘成分より相対的に融点が高い合成繊維であるこ
とが好ましい。なお、通気性支持材の材料としては、特
に限定するものではないが、ポリオレフィン(ポリエチ
レン(PE)、ポリプロピレン(PP)など)、ポリア
ミド、ポリエステル(ポリエチレンテレフタレート(P
ET)など)、芳香族ポリアミド、あるいはこれらの複
合材などからなるものを用いることができる。
通気性支持材とが交互に積層されていてもよいし、PT
FE多孔質膜および通気性支持材のいずれか一方もしく
は両方が連続して積層されている部分があってもよい。
また、層の界面に接着のための材料が介在していてもよ
い。
濾材の例を図2〜図5に示す。図示したように、エアフ
ィルタ用濾材の最外層には通気性支持材1が配置されて
いることが好ましい。また、ピンホールの発生を効果的
に抑制するためには、図3〜図5に示したように、PT
FE多孔質膜2を2層以上含むことが好ましく、なかで
も図5に示したように、PTFE多孔質膜2の間に通気
性支持材1が挟み込まれた層構成を含むことが好まし
い。プリーツ加工時の剪断応力を緩和するためである。
なお、この積層体はPTFE多孔質膜の片面に通気性支
持材を配置した2層構造のものであってもよい。これら
の積層体の最外層の少なくとも一方、好ましくは両方の
外側表面(積層体の露出面)の上記最大摩擦抵抗が25
gf以下とされる。
限定されないが、例えば接着剤ラミネート、熱ラミネー
トなどの方法を適用することができる。例えば、熱ラミ
ネートにより積層する場合は、加熱により不織布などの
通気性支持材の一部を溶融させて接着積層すればよい。
また、ホットメルトパウダーのような融着剤を介在させ
て接着してもよい。一方、PTFE多孔質膜相互を積層
する方法としては、成膜時に圧着積層する方法や熱融着
する方法などがある。
通気性支持材の表面に存在する凹凸が押圧されることに
より変形しうる温度にまで通気性支持材を加熱する工程
と、この通気性支持材の表面を平滑化部材に押し当てて
平滑化する工程とを含む方法により実施することができ
る。
気性支持材は、通気性支持材を構成する少なくとも1つ
の材料の融点以上にまで加熱される。加熱温度の上限
は、特に限定されないが、実用的には通気性支持材の融
点よりも100度高い温度とすることが好ましい。通気
性支持材の加熱温度は、通気性支持材の材質、加熱から
平滑化までの時間などに応じて適宜定められればよい。
例えば、通気性支持材が芯成分が鞘成分よりも融点が高
い芯鞘構造の複合繊維を含む場合は、通気性支持材の加
熱温度は鞘成分の融点以上で芯成分の融点よりも低く設
定することが好ましい。
材を所定温度にまで加熱したロールなどの加熱部材との
接触により行うことができる。特に加熱ロールとの接触
による方法は、加熱作業を連続して実施できるために好
ましい。
当てられる。この押し当てにより、通気性支持材の平滑
化部材との接触面が押圧力によって平滑化される。平滑
化部材は、通気性支持材の表面を平滑化しうる表面を備
えたものであれば特に限定されないが、例えばシリコー
ン部材をその具体例として挙げることができる。平滑化
部材をロール状とすれば、平滑化作業を連続して行うこ
とができる。かようなロールとしては、例えばシリコー
ンロールを用いることができる。なお、平滑化部材は、
温度調節機構を備えたものであってもよい。
の支持材の温度は、通気性支持材を構成する少なくとも
1つの材料の軟化点以上とする。例えば、通気性支持材
が芯成分が鞘成分よりも融点が高い芯鞘構造の複合繊維
を含む場合は、平滑化時の通気性支持材の温度は、鞘成
分の軟化点以上が好適である。なお、加熱から平滑化に
至るまで温度降下を抑制するために、加熱から平滑化に
至るまでの時間はできるだけ短いことが好ましい。
る積層体の製造方法と併用することが好ましい。PTF
E多孔質膜と通気性支持材とを加熱を伴う工程により積
層した後に、露出面となる通気性支持材の表面を平滑化
部材に押し当てて平滑化すれば、効率的に摩擦抵抗が低
い露出面を備えたエアフィルタ用濾材を製造できる。
の加熱ロールに隣接して配置した(好ましくはシリコン
ロールである)平滑化ロールとを備えた装置により、効
率的に実施することができる。また、熱ラミネートによ
りPTFE多孔質膜との積層体を製造する場合には、加
熱ロールと対向する位置に積層体を圧着するためのロー
ルを準備し、このロールと加熱ロールによって通気性支
持材とPTFE多孔質膜とを熱ラミネートすることが好
ましい。
を図1に示す。図1には、図2に示した積層構造(通気
性支持材/PTFE多孔質膜/通気性支持材)を有する
濾材を連続的に製造する場合の例が示されている。図示
したように、まず通気性支持材1とPTFE多孔質膜2
とが、通気性支持材1がPTFE多孔質膜2を挟み込む
ようにガイドロール5に供給される。これらの材料は、
重なり合った状態で加熱ロール3の外周上を進行しなが
ら、通気性支持材1の融点以上の温度にまで加熱され、
ピンチロール6と加熱ロール3との間を通過する際に圧
着される。さらにこの積層体は、加熱ロール3の近傍に
配置された平滑化部材としてのシリコーンロール4の外
周上を経て送り出される。このシリコーンロール4の表
面は平滑であり、その平滑面との接触により、積層体の
露出面は押圧されて平滑化される。
レンダーロールを利用した方法によっても実施すること
ができる。また、予め通気性支持材の表面を平滑化し、
この通気性支持材とPTFE多孔質膜とを積層してもよ
い。
を用いれば、レシプロタイプのプリーツ機で加工した場
合にもブレードとの摩擦抵抗を小さく保持し、濾材に作
用する剪断応力を低減することができる。従って捕集層
であるPTFE多孔質膜へのダメージを緩和し、リーク
発生のないエアフィルタを得ることができる。
らに具体的に説明する。 (実施例1)焼成されたPTFE多孔質膜(厚さ:10
μm、気孔率93%、平均孔径0.7μm、圧力損失:
35mmH2O、捕集効率:99.999995%、P
F値:21)と厚さ150μm、目付量30g/m2の
PET/PE芯鞘不織布(ユニチカ社製「エルベスTO
303WDO」、鞘部PEの融点:129℃、同PEの
軟化点:74℃、芯部PETの融点:261℃)を、図
1と同様の装置により、熱ラミネート方式(加熱ロール
温度:160℃)により積層し、PTFE多孔質膜を中
間に配設した3層構造の濾材を得た。なお、ピンチロー
ルと加熱ロールの間を通して多孔質膜と不織布を圧着さ
せた3層品が平滑化部材であるシリコーンロールと接触
するときの不織布の温度は124℃であった。また、上
記不織布の軟化点はTMA(熱機械測定装置;Thermo M
echanical Analysis)による針入モード(Penetration
Mode)にて測定した。装置としては、セイコーインスト
ルメンツ株式会社製TMA/SS120Cを用い、条件
を下記のように設定した。 プローブ針径:1mmφ 荷重 :4g 昇温速度 :5℃/min
よびシリコーンロール非接触面の最大摩擦抵抗を上記方
法(Bowden-Leben型往復動摩擦試験機として株式会社エ
イ・アンド・デイ製のAFT−15Bを使用)により測
定したところ、それぞれ9.9gf、27.0gfであ
った。
とした以外は実施例1と同様にして濾材を得た。なお、
多孔質膜と不織布を圧着させた3層品が平滑化部材であ
るシリコーンロールと接触するときの不織布の温度は1
15℃であった。得られた濾材のシリコーンロール接触
面およびシリコーンロール非接触面の最大摩擦抵抗を上
記方法により測定したところ、それぞれ16.3gf、
28.6gfであった。
とした以外は実施例1と同様にして濾材を得た。なお、
多孔質膜と不織布を圧着させた3層品が平滑化部材であ
るシリコーンロールと接触するときの不織布の温度は1
04℃であった。得られた濾材のシリコーンロール接触
面およびシリコーンロール非接触面の最大摩擦抵抗を上
記方法により測定したところ、それぞれ22.3gf、
28.1gfであった。
逆にする。そして再び図1と同様の装置のロール(ロー
ル温度:160℃)に通し、次いでシリコーンロールに
接触させて、2つの露出面が平滑化された濾材を得た。
なお、平滑化部材であるシリコーンロールと接触すると
きの不織布の温度は122℃であった。得られた濾材の
両面の最大摩擦抵抗を上記方法により測定したところ、
それぞれ9.9gf(最初にシリコーンロールと接触さ
せた面)、11.1gf(2回目にシリコーンロールと
接触させた面)であった。
TFE多孔質膜とPET/PE芯鞘不織布の各1枚を一
対のロール間を通して積層した。なお、ロール温度は1
40℃に設定した。次に、図1の通気性支持材1、1に
代えて、この2層品を不織布が外側になるように配置す
るとともに、PTFE多孔質膜2に代えてPET/PE
芯鞘不織布(実施例1で用いたのと同じ)を配置した。
そして、これらを熱ラミネート方式(ロール温度:16
0℃)により積層し、不織布/PTFE多孔質膜/不織
布/PTFE多孔質膜/不織布の5層構造の濾材を得
た。なお、シリコーンロールと接触するときの不織布の
温度は121℃であった。得られた濾材のシリコーンロ
ール接触面とシリコーンロール非接触面の最大摩擦抵抗
を上記方法により測定したところ、それぞれ12.5g
f、28.0gfであった。
量32g/m2のPET不織布(三井石油化学工業社製
「シンテックスMY R−200」、融点:256℃)
をカレンダロールに通し、不織布の両面を平滑にした
(なお、このときのロール温度は、100℃とした)。
この不織布の片面に低密度ポリエチレンのパウダー(融
点97.5℃、30メッシュパス)を10g/m2の割
合で均一に散布し、これを120℃に加熱してパウダー
を熱融着した。次に、PTFE多孔質膜(実施例1で用
いたのと同じ)の両面に表面を平滑化した不織布を配置
し(パウダー散布面がPTFE多孔質膜側になるように
配置し)、図1と同様の装置(ただし、シリコーンロー
ル4は配置せず)により熱ラミネート(ロール温度:1
40℃)し、PTFE多孔質膜を中間層とする3層構造
の濾材を得た。得られた濾材の両面の最大摩擦抵抗を上
記方法により測定したところ、それぞれ13.5gf、
14.6gfであった。
ないこと以外は実施例1と同様にして濾材を得た。得ら
れた濾材の両面の最大摩擦抵抗を上記方法により測定し
たところ、それぞれ26.9gf、28.2gfであっ
た。
布表面の平滑化を行わなかったこと以外は実施例6と同
様に作業して3層構造の濾材を得た。得られた濾材の両
面の最大摩擦抵抗を上記方法により測定したところ、そ
れぞれ29.0gf、27.6gfであった。
たエアフィルタ用濾材をレシプロタイプのプリーツ機に
よりプリーツ加工し、各濾材についてそれぞれ30点づ
つ以下の方法により捕集性能を測定し、リークの有無を
調べた。 1 エアフィルタ濾材(測定面積100cm2)を隔壁
として、上流側と下流側を分離する。 2 上流側に試験粒子である cold DOP(ジオクチル
フタレート)を導入し、面速5.3cm/秒で下流側か
ら吸引する。 3 上流側の粒子濃度と濾材から漏洩した下流側の粒子
濃度をレーザーパーティクルカウンター(LPC)にて
測定する。 4 粒子サイズ0.1〜0.2μmの粒子透過率をP
0.1、0.2〜0.3μmの粒子透過率をP0.2として、
次の条件を満たす場合にリークと判断した。 P0.2/P0.1>0.1 リークの頻度を下表に示す。
摩擦抵抗値が25gf以下であるエアフィルタ用濾材
は、濾材にダメージを与えやすいレシプロ方式によりプ
リーツ加工しても、ピンホールが発生しにくいことがわ
かる。
プリーツ加工してもピンホールが生じにくくクリーンル
ームに要求される清浄空間の保持に適したエアフィルタ
用濾材を提供することができる。
の装置の例の概略を示す図である。
す断面図である。
を示す断面図である。
を示す断面図である。
を示す断面図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜と
通気性支持材との積層体を含むエアフィルタ用濾材の製
造方法であって、前記通気性支持材を、前記通気性支持
材を構成する少なくとも1つの材料の融点以上に加熱す
る工程と、前記通気性支持材を構成する少なくとも一つ
の材料の軟化点以上に加熱された状態で、前記通気性支
持材を平滑化部材に押し当てて、前記通気性支持材の最
大摩擦抵抗を25gf以下にする工程とを含むことを特
徴とするエアフィルタ用濾材の製造方法。 - 【請求項2】 前記通気性支持材を加熱する工程におい
て、 前記通気性支持材が、熱ロールの外周上を進行しながら
加熱される請求項1に記載のエアフィルタ用濾材の製造
方法。
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