JP3761239B2

JP3761239B2 - エアフィルタ用濾材およびエアフィルタ

Info

Publication number: JP3761239B2
Application number: JP02882496A
Authority: JP
Inventors: 政夫渡辺; 和徳関; 智彦楚山; 誠浩渡辺; 雄幸野崎
Original assignee: Hokuetsu Paper Mills Ltd; Nippon Muki Co Ltd
Current assignee: Hokuetsu Paper Mills Ltd; Nippon Muki Co Ltd
Priority date: 1996-02-16
Filing date: 1996-02-16
Publication date: 2006-03-29
Anticipated expiration: 2016-02-16
Also published as: JPH09220414A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エアフィルタ用濾材およびエアフィルタ、特に半導体工場などで使用されるクリーンルームにおいて気体中の不純物を濾過するために使用されるエアフィルタ用濾材およびエアフィルタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
クリーンルームに使用されるエアフィルタ用濾材は、その構成において、主体繊維として極細硼珪酸ガラスから成るガラス繊維が使用されている。そして、これらガラス繊維には、繊維単体に強度を付与させる目的で硼素（Ｂ）が配合されている。しかし、近年このようなエアフィルタを使用したクリーンルームでは、より集積度の高いＬＳＩ、ＶＬＳＩ等の半導体に関して良好な性能を有したものが製造できないという問題がある。これは、フィルタとして使用される濾材中を空気や窒素等の気体が通過する時に、濾材により空気が汚染されるため（濾材中の硼素が空気中に離脱する、即ち二次汚染する）と考えられている。これを解決する手段として構成成分として純水中への硼素溶出量が１．５×１０^-5ｇ／ｇ（繊維）を超えない石英ガラス繊維を主体とし、しかも前記繊維を純水および／または無機性希酸で前処理した後抄造した濾材が提案されている（特開平６−５５０１９号公報、特開平６−２８５３１８号公報）。
【０００３】
一方、濾材は通常エアフィルタとして使用される際、濾材面積を広くとるために、山谷にジグザグに折る、いわゆるプリーツ加工を行い、アルミ枠などに組入れてエアフィルタユニットとなる。ところが、Ｂ₂Ｏ₃０．０１重量% 以下のガラス繊維は、単体として強度が弱く、これを使用した濾材はプリーツ加工時に折った部分が割れや亀裂を生じ不良となる。あるいは折り部が強度低下しているためにロングランで通風時に風圧で折り部より濾材がさけたり、亀裂部分からダストがもれる危険性があり、現在このような問題のない濾材の開発が求められている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の課題は、濾過された気体中に、半導体等の電子産業分野における製品の性能悪化を招く硼素がほとんど含まれず、プリーツ加工適性が優れたエアフィルタ用濾材を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題は、Ｂ₂Ｏ₃含有量０．０１重量% 以下で平均繊維径３．０μm 以下の高珪酸ガラス繊維８０〜２０重量% とＢ₂Ｏ₃含有量０．０１重量% 以下で繊維径１〜７０μm 、繊維長１〜１５ｍｍの有機繊維２０〜８０重量% との繊維配合物より成り、折目付強度が１．３ｋｇ／インチ以上でありそして
この折目付強度が、濾材を縦目方向より１インチ巾でカットしそしてそれの表面側に厚さ１ｍｍのプレートを当て５回折ったものを試験片とし、スパン長１００ｍｍ、引張速度１５ｍｍ／分で定速引張試験機を用いて引張強度を測定し、また、同様に造られた試験片を同様に裏面側に５回折って同様に引張強度を測定しそしてこうして測定された表面側と裏面側の引張強度の平均値であることを特徴とするエアフィルタ用濾材によって解決される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
前記Ｂ₂Ｏ₃０．０１重量% 以下の高珪酸ガラス繊維の繊維径は０．２〜２０μm のものが使用できるが、濾材設計の際、ターゲットとする粒子捕集効率によって、繊維径の選択、あるいは様々な径の各種繊維のブレンドによって繊維径をコントロールすることが重要である。特に粒子捕集効率をより高めるには平均繊維径をより細かくする必要がある。ちなみにクリーンルームのプレフィルタで使用される対象粒径が５μm より小さい粒子に対し中程度の粒子捕集率を持つ中性能フィルタ用の濾材を製造する際はガラス繊維の平均繊維径を３．０μm 以下、さらに最終フィルタに使われるサブミクロン粒子を捕集するＨＥＰＡフィルタ（高性能エアフィルタ）やＵＬＰＡフィルタ（超高性能エアフィルタ）用の濾材を製造する際はガラス繊維の平均繊維径を２．０μm 以下とする必要がある。
【０００７】
なお、「高珪酸ガラス繊維」とはアルカリ、アルカル土類または硼酸の珪酸塩ガラス繊維を酸処理などでシリカ以外の成分を溶出させた多孔質ガラス、さらにそれを焼成した無孔質ガラスがあり、更にバイコールガラス（分相ガラス）繊維を出発とし原料としたものがあり、いずれも、ＳｉＯ₂９９．８% 以上のものである。また「高珪酸ガラス繊維」は、他の硼素を含まないガラス繊維と比較し、生産性に優れることからコスト面で有利であり、最も汎用性があるものである。
【０００８】
本発明はこのＢ₂Ｏ₃０．０１重量% 以下の高性能ガラス繊維にＢ₂Ｏ₃含有量０．０１重量% 以下の太径の有機繊維を２０〜８０重量% 配合して、初めて達成され得るものである。
この理由として、従来広く使われている硼珪酸ガラス繊維濾材でも強度付与のため５〜１０重量% 程度、チョップドストランド繊維と呼ばれる太径の硼珪酸ガラス繊維が用いられているが、ガラス繊維が剛直で曲げにくいため、例えば、強度の弱いＢ₂Ｏ₃０．０１重量% 以下のガラス繊維に配合したとしても、プリーツ加工により折り曲げられた部分のひずみを太径のガラス繊維が吸収せず、ひずみがそのままＢ₂Ｏ₃０．０１重量% 以下のガラス繊維にかかり亀裂を生じる。この点有機繊維は柔軟で折り曲げやすく、かつ折り曲げても亀裂を生じにくい性質を有しているので、プリーツ加工時のひずみを吸収することができる。
【０００９】
クリーンルームなどで使用されるエアフィルタは通常、濾材単体で使用されることはほとんど無く、エアフィルタユニットなどの形態で加工されて用いられるので、プリーツ加工性が良いことが不可欠な条件である。本発明者等が鋭意検討した結果、プリーツ加工で不良を発生させないためには、前記測定法による濾材の折目付強度が１．３ｋｇ／インチ以上必要であることがわかった。
【００１０】
ここで太径の有機繊維の配合率が２０重量% 以下では、有機繊維の絶対量が少なくプリーツ破断に対する効果は少ない。８０重量% 以上の配合では、クリーンルーム内のダスト捕集に有効なガラス繊維の絶対量が少なくなり、エアフィルタとしての捕集性能が低くなる。有機繊維の配合率８０重量% 以下であれば、高珪酸ガラス繊維の繊維径コントロールによりターゲットの粒子捕集効率にすることが可能である。
【００１１】
また有機繊維の繊維径は１〜７０μm の範囲内でなければならない。繊維径が１μｍ以下のときは、繊維径が細過ぎて強度が弱くなってしまい、繊維径が７０μm 以上のときは、濾材が剛直になってしまい、いずれもプリーツ加工性が悪くなる。
さらに有機繊維の繊維長については１〜１５ｍｍの範囲内でなければならない。繊維長が１ｍｍ以下のときは繊維が短過ぎて濾材強度が弱くプリーツ部に亀裂が入ってしまう。また、繊維長が１５ｍｍ以上のときは濾材製造時に分散不良を起こして結束繊維と呼ばれるかたまりが濾材表面に残り、濾材の均一性を悪くしてしまう。
【００１２】
本発明で使用される有機繊維は、その基本構成の中にＢ₂Ｏ₃が０．０１重量% 以下のものを使用し、本発明の目的を達成できるものであるならば、その素材を限定するものではない。
例えば、有機化学合成繊維であれば、アラミド繊維、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、ビニロン繊維、ポリ塩化ビニル繊維などであり、再生繊維ならばレーヨン繊維、ポリノジック（登録商標）繊維などが上げられる。なお、Ｂ₂Ｏ₃含有量が０．０１重量% を超える場合には、前記と同じ理由によって半導体工場などのクリーンルームに使用できない。
【００１３】
本発明の濾材の製造方法は、一般のガラス繊維濾材と同様、湿式抄造法によって作成される。Ｂ₂Ｏ₃含有量０．０１重量% 以下の高珪酸ガラス繊維とＢ₂Ｏ₃含有量０．０１重量% 以下の太径の有機繊維を水でスラリー状混合物にしてこれをメッシュ篩ですくい、篩上に残留したシート状や紙状の混合物体を乾燥させるようにして作成される。抄造用の水は、工業用水や水道水などが使用される。極細高珪酸ガラス繊維と有機繊維とはそれ自身接着性はないので、バインダー薬品を内添させるか、または、含浸させ強度を付与される。バインダー量が少ないと、シート強度とプリーツ加工強度が不足し、また、多すぎると濾材の目を塞ぎ、ダスト捕集性能を低下させる。濾材に対し４〜７重量% 付与させることが望ましい。バインダーとしては、例えばアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、スチレン系樹脂、ポリビニル系樹脂、ポリエステル樹脂、酢酸ビニル樹脂等が用いられている。
【００１４】
本発明の濾材により作成されるフィルターは、Ｂ₂Ｏ₃含有量０．０１重量% 以下の高珪酸ガラス繊維と有機繊維から構成されるため、空気中の水分により硼素が硼酸水溶液となり、更に蒸発してガス状（分子状）物質となりボロン汚染となるといった問題がない。
また、高珪酸ガラス繊維であれば、同様に硼素を含有しない石英ガラス繊維に比べ安価に入手できるためコスト低減となる。
【００１５】
平均繊維径３．０μm 以下の高珪酸ガラス繊維を８０〜２０重量% 、繊維径１〜７０μm で繊維長１〜１５ｍｍの有機繊維が２０〜８０重量% 配合することで、従来のエアフィルタより格段にプリーツ加工性に優れたものになる。
【００１６】
【実施例】
以下の実施例および比較例で使用される各種ガラス繊維および有機繊維のＢ₂Ｏ₃含有量を高周波プラズマ発光分析法（ＩＣＰ）により確認し、別表に記載した。またガラス繊維の平均繊維径についても同様に記載した。
実施例１：
高珪酸ガラス繊維８０重量% と平均繊維径１３．７μm の再生繊維であるビスコースレーヨン２０重量% を工業用水を用いてパルパーで解離し、次いで抄紙機にて抄紙した。次いでバインダーとしてアクリル系ラテックスを湿紙に付与し、その後ドライヤーで乾燥し、目付８０g ／ｍ²の濾材を得た。
【００１７】
ここで“目付”とは、紙、シートの厚薄を単位面積当たりの重量で表したものである。
実施例２〜４：
実施例２、３および４は、実施例１においてビスコースレーヨン配合率をそれぞれ３０、５０、７０重量% とした以外は実施例１と同様にして目付８０g ／ｍ²の濾材を得た。
【００１８】
実施例５：
実施例２において有機繊維を平均繊維系１３．７μm の再生繊維であるポリノジック繊維とした以外は実施例２と同様にして目付８０g ／ｍ²の濾材を得た。
実施例６：
実施例１において有機繊維を平均繊維系１４．３μm のアラミド繊維とした以外は実施例１と同様にして目付８０g ／ｍ²の濾材を得た。
【００１９】
実施例７：
実施例３において有機繊維を平均繊維系１４．３μm のアラミド繊維とした以外は実施例３と同様にして目付８０g ／ｍ²の濾材を得た。
実施例８：
実施例２において有機繊維を難燃ビニロン繊維とした以外は実施例２と同様にして目付８０g ／ｍ²の濾材を得た。
【００２０】
比較例１
従来の硼素を含む硼珪酸ガラス繊維９０重量% に、平均繊維径６μm 繊維長６ｍｍの硼素含有Ｅガラスのチョップドストランド繊維を１０重量% 配合した以外は実施例１と同様にして目付８０g ／ｍ²の濾材を得た。この濾材は折目付強度や折り割れ評価法に優れているが、極細ガラスの中に硼素が存在するため、硼素が空気中に離脱する可能性が有る。
【００２１】
比較例２
高珪酸ガラス繊維の配合を１００重量% とした以外は実施例１と同様にして目付８０g ／ｍ²の濾材を得た。高珪酸ガラス繊維自体強度が弱く、折目付強度が低く、且つ折り割れ評価法では折り曲げ部分に亀裂を生じる。
比較例３
高珪酸ガラス繊維９０重量% に、硼素を含有しない平均繊維径１３μm 繊維長６ｍｍのＡＲガラスのチョップドストランド繊維（日本電気硝子製）を１０重量% 配合した以外は実施例１と同様にして目付８０g ／ｍ²の濾材を得た。折目付強度の低下が大きく、且つ、折り曲げ部分に亀裂を生じる。
【００２２】
比較例４
比較例３において、ＡＲガラスのチョップドストランド繊維の代わりに平均繊維系１４．３μm のアラミド繊維を１０重量% 配合した以外は比較例３と同様にして目付８０g ／ｍ²の濾材を得た。折目付強度の低下が大きく、且つ、折り曲げ部分に亀裂を生じる。
【００２３】
比較例５
比較例４において、アラミド繊維を１５重量% 配合した以外は比較例４と同様にして目付８０g ／ｍ²の濾材を得た。折り曲げ部分に亀裂を生じる。
比較例６
比較例３において、ＡＲガラスの代わりに平均繊維系１３．７μm のビスコースレーヨン繊維を１０重量% 配合した以外は比較例３と同様にして目付８０g ／ｍ²の濾材を得た。折り曲げ部分に亀裂を生じる。
【００２４】
比較例７
比較例６において、ビスコースレーヨン繊維を１５重量% 配合した以外は比較例６と同様にして目付８０g ／ｍ²の濾材を得た。折り曲げ部分に亀裂を生じる。
比較例８
比較例６において、ビスコースレーヨン繊維を９０重量% 配合した以外は比較例６と同様にして目付８０g ／ｍ²の濾材を得た。折目付強度や折れ割れ試験に優れているが、圧力損失が上がらす、ダスト捕集効率も悪くなる。
【００２５】
実施例および比較例で得られたフィルタについて以下の試験を行った。
▲１▼ 圧力損失
ＭＩＬ−Ｆ−５１０７９Ｄに準拠し、有効面積１００ｃｍ²の濾紙に面風速５．３ｃｍ／秒で通過させ、その時の差圧を微差圧計（岡野製作所社製マノスターゲージ）で測定する。
【００２６】
▲２▼ ＤＯＰ捕集効率
ラスキンノズルで発生させた多分散ＤＯＰ粒子を含む空気を、有効面積１００ｃｍ²の濾紙に面風速２．５ｃｍ／秒通風した時のＤＯＰ捕集効率をリオン社製レーザーパーティクルカウンターにて測定した。なお、対象粒径は０．１〜０．１５μm で測定した。
【００２７】
▲３▼ 引張強度
濾紙のＭＤ方向（縦目方向）より１インチ幅にカットした試験片をスパン長１００ｍｍ、引張速度１５ｍｍ／分で定速引張試験機（東洋精機製作所−ストログラフＭ１）を用い測定した。
▲４▼ 折目付強度
引張強度試験と同様にＭＤ方向（縦目方向）より１インチ幅にカットした試験片を採取する。その試験片を表面側に５回折ったものを引張強度試験同様に測定する。また、別の試験片を裏面側に５回折ったものも同様に測定する。この表面側と裏面側の平均値を示す。特に折目付強度については、プリーツ加工の指針となる。
【００２８】

折目付低下率が大きいときはプリーツ加工適性が悪いことを意味する。
▲５▼ 折り割れ評価
折り割れ評価法は目視で行い、濾紙を折り曲げたときの山部が曲げたときの山部が折れ割れないものを○で表示し、折れ割れて亀裂の入ったものを×で表示した。
【００２９】
以上の試験の測定結果を以下の表１に示す：

【００３０】
【発明の効果】
以上から判るとおり、本発明のエアフィルタ用濾材およびエアフィルタは、半導体工場などで使用されるクリーンルームにおいて気体中の粉塵およびガス状の不純物を濾過するために使用される高性能エアフィルタ用濾材であり、従来のものと比較して濾材をユニットに組み入れる際、濾材を折り曲げるプリーツ加工適性に優れている。

Claims

Ｂ₂Ｏ₃含有量０．０１重量% 以下で平均繊維径３．０μm 以下の高珪酸ガラス繊維８０〜２０重量% とＢ₂Ｏ₃含有量０．０１重量% 以下で繊維径１〜７０μm 、繊維長１〜１５ｍｍの有機繊維２０〜８０重量% との繊維配合物より成り、折目付強度が１．３ｋｇ／インチ以上でありそして
この折目付強度が、濾材を縦目方向より１インチ巾でカットしそしてそれの表面側に厚さ１ｍｍのプレートを当て５回折ったものを試験片とし、スパン長１００ｍｍ、引張速度１５ｍｍ／分で定速引張試験機を用いて引張強度を測定し、また、同様に造られた試験片を同様に裏面側に５回折って同様に引張強度を測定しそしてこうして測定された表面側と裏面側の引張強度の平均値であることを特徴とするエアフィルタ用濾材。
請求項１のエアフィルタ用濾材により製造されたエアフィルタ。