JP4224437B2

JP4224437B2 - エアフィルタ濾材およびそれを用いたエアフィルタユニット

Info

Publication number: JP4224437B2
Application number: JP2004208939A
Authority: JP
Inventors: 浩二古内
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2004-07-15
Filing date: 2004-07-15
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2024-07-15
Also published as: JP2006026531A

Description

本発明は、エアフィルタ濾材およびそれを用いたエアフィルタユニットに関する。

従来、クリーンルームで使用されるエアフィルタ濾材には、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、その中に小繊維が存在し、折り曲げ加工時に発塵するという問題があった。さらにこの濾材には、フッ酸等の化学薬品と接触すると発塵するという問題もあった（例えば、特許文献１参照）。

そのため、近年では、クリーンな材料であるポリテトラフルオロエチレン（以下「ＰＴＦＥ」という）多孔質膜を含むエアフィルタ濾材が様々な分野で使用されている。ＰＴＦＥ多孔質膜は、その表面で粉塵等を捕捉する典型的な表面濾過タイプの濾材であり、優れた粉塵捕集性能を有している(例えば、特許文献２参照)。
特開昭６３−１６０１９号公報特開平０７−１９６８３１号公報

しかし、ＰＴＦＥ多孔質膜は、優れた粉塵捕集性能を有する反面、多くの粉塵を含む空気の清浄化に用いると、早期に圧力損失が増大してしまうという欠点がある。そのため、プリーツ加工等を施すことにより、ＰＴＦＥ多孔質膜の表面積、すなわち、有効濾過面積を大きくして、使用に伴う圧力損失の増大を抑制する試みがなされているが、プリーツ加工による濾過有効面積の増大には限界があった。

本発明は、より濾過有効面積の大きいエアフィルタ濾材を提供することを目的とする。

本発明のエアフィルタ濾材は、複数の孔を有するＰＴＦＥ多孔質膜を含み、積層構造を有するエアフィルタ濾材であって、前記ＰＴＦＥ多孔質膜を２層含み、前記２層のＰＴＦＥ多孔質膜のうちの気体の流れの上流側に配置されたＰＴＦＥ多孔質膜に、その厚み方向に貫通する開口が形成されていることを特徴とする。

本発明では、２層のＰＴＦＥ多孔質膜のうちの気体の流れの上流側に配置されたＰＴＦＥ多孔質膜に、その厚み方向に貫通する開口が形成されているので、当該ＰＴＦＥ多孔質膜については、気体の流れの上流側の面のみならず、開口を構成する面も濾過に寄与する。開口を通過した粉塵等は、もう一方のＰＴＦＥ多孔質膜によって捕捉される。すなわち、本発明のエアフィルタ濾材では、開口が形成されていない従来のＰＴＦＥ多孔質膜よりも、有効濾過面積が、開口を構成する面の面積程大きくなっており、この有効濾過面積の増大により、使用に伴う圧力損失の上昇や目詰まりが抑制され、長寿命化されている。

以下に、本発明のエアフィルタ濾材およびそれを用いたエアフィルタユニットの一例を、図面を用いて説明する。

図１のＡに本実施形態のエアフィルタ濾材の断面図を、図１のＢに、本実施形態のエアフィルタ濾材の分解斜視図を示している。

図１に示すように、本実施形態のエアフィルタ濾材１は、複数の孔を有するＰＴＦＥ多孔質膜２ａ，２ｂを含み、２層のＰＴＦＥ多孔質膜２ａ，２ｂのうちの、気体の流れの上流側に配置されたＰＴＦＥ多孔質２ａに、その厚み方向に貫通する複数の開口３ａが形成されている。そのため、ＰＴＦＥ多孔質膜２ａについては、気体の流れの上流側の面２１ａのみならず、開口３ａを構成する面３１ａも濾過に寄与する。開口３ａの下流側端は、ＰＴＦＥ多孔質２ｂの表面２１ｂによって塞がれているので、開口３ａを通過する粉塵等は、ＰＴＦＥ多孔質膜２ｂの表面２１ｂによって捕捉される。すなわち、本実施形態のエアフィルタ濾材１では、開口３ａが形成されていない１層のＰＴＦＥ多孔質膜よりも、有効濾過面積が、各開口３ａを構成する面３１ａの面積の総和程度大きいことになる。この有効濾過面積の増大によって、本実施形態のエアフィルタ濾材１では、使用に伴う圧力損失の上昇や目詰まりが抑制され、長寿命化されている。

開口３ａは、図１に示した例では、複数個形成されており、開口３ａはそれぞれ独立しているが、開口３ａの数はこれに制限されず、例えば、１つであってもよい。

ＰＴＦＥ多孔質膜２ａを平面視したときに見える開口３ａの形状は、図１のＢに示した例では長方形であるが、これに制限されず、例えば、円、楕円、長方形、正方形および連続したＷ字(図６参照)からなる群から選ばれる少なくとも１種が挙げられる。開口３ａの形状は、なかでも、開口３ａを構成する面の面積が大きい、連続したＷ字状が好ましい。

図２に示すように、本実施形態のエアフィルタ濾材１では、ＰＴＦＥ多孔質膜２ａを第１のＰＴＦＥ多孔質膜２ａとし、ＰＴＦＥ多孔質膜２ａに接して配置されたＰＴＦＥ多孔質膜２ｂを第２のＰＴＦＥ多孔質膜２ｂとすると、第１のＰＴＦＥ多孔質膜２ａのみならず、第２のＰＴＦＥ多孔質膜２ｂにも、その厚み方向に貫通する複数の開口３ｂが形成されている。このように、第２のＰＴＦＥ多孔質膜２ｂにも開口３ｂが形成されていると、例えば、図１に示した例よりも、圧力損失を低くすることができ、動力コストを低減できる。

但し、この場合、第１のＰＴＦＥ多孔質膜２ａに形成された開口３ａと、第２のＰＴＦＥ多孔質膜２ｂに形成された開口３ｂとが連通しないように、第１のＰＴＦＥ多孔質膜２ａと第２のＰＴＦＥ多孔質膜２ｂとが積層される。

図２のＡに示すように、開口３ａと開口３ｂとの平面方向のずれ幅Ｌは、例えば、第１のＰＴＦＥ多孔質膜２ａの厚さＤと第２のＰＴＦＥ多孔質膜２ｂの厚さＥとの総和以上であると好ましい。開口３ａと開口３ｂとが平面方向に、第１のＰＴＦＥ多孔質膜２ａの厚さＤと第２のＰＴＦＥ多孔質膜２ｂの厚さＥとの総和以上離れていると、開口３ａを通過した粉塵が、開口３ｂ内に入るおそれが低減され、エアフィルタ濾材の捕集効率の低下を抑制できる。

第２のＰＴＦＥ多孔質膜２ｂにも開口３ｂが形成された形態のエフィルタ濾材１では、第１のＰＴＦＥ多孔質膜２ａと第２のＰＴＦＥ多孔質膜２ｂとが接して接合されていることが望ましい。第１のＰＴＦＥ多孔質膜２ａと第２のＰＴＦＥ多孔質膜２ｂとが接して接合されていると、第１のＰＴＦＥ多孔質膜２ａの開口３ａを通過した粉塵が、第２のＰＴＦＥ多孔質膜２ｂの開口３ｂに入りエアフィルタ濾材の捕集効率が低下することを、より一層抑制できる。

尚、ＰＴＦＥ多孔質膜２ｂを平面視したときに見える開口３ｂの形状について、特に制限はなく、例えば、開口３ａと同じであればよい。

開口３ａ，３ｂが形成されていない箇所におけるＰＴＦＥ多孔質膜２ａ、２ｂの圧力損失について、特に制限はないが、例えば、３５Ｐａ〜２０００Ｐａが適当である。尚、本明細書において、圧力損失は、透過する空気の面速を３６ｃｍ／ｓｅｃに調整して測定した値である。

ＰＴＦＥ多孔質膜２ａ、２ｂの、開口３ａ，３ｂが形成されていない箇所における捕集効率について、特に制限はないが、例えば、９９．０％〜９９．９９９９％が適当である。尚、本明細書において、捕集効率は、粒径０．３μｍ〜０．５μｍの粒子を透過させて測定した値である。

ＰＴＦＥ多孔質膜２ａ、２ｂの厚みについて、特に制限はないが、１μｍ〜１００μｍ、さらには、２μｍ〜５０μｍが好ましい。

次に、ＰＴＦＥ多孔質膜の作製方法の一例を説明する。まず、ＰＴＦＥファインパウダーに液状潤滑剤を加えて、ペースト状の混和物を作製する。ＰＴＦＥファインパウダーとしては、特に制限はなく、市販のものを使用できる。液状潤滑剤としては、ＰＴＦＥファインパウダーの表面を濡らすことができ、抽出や加熱により除去できるものであれば特に制限はなく、例えば、流動パラフィン、ナフサ等の炭化水素を使用できる。これらの液状潤滑剤は、単独で使用しても良く、２種以上を併用してもよい。液状潤滑剤の添加量は、ＰＴＦＥファインパウダーの種類、液状潤滑剤の種類、後述するシート成形の条件等により異なるが、例えば、ＰＴＦＥファインパウダー１００重量部に対して５〜５０重量部程度が適当である。

次に、ペースト状の混和物をシート状に成形する。成形方法としては、例えば、混和物をロット状に押し出した後、（１）対になったロールにより圧延する方法や、（２）板状に押し出してシート状にする方法が挙げられる。（１）および（２）の両方の方法を組み合わせてもよい。シート状成形体の厚みは、後に行われる延伸条件等により異なるが、例えば、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍである。尚、得られたシート状成形体に含まれる液状潤滑剤は、延伸工程の前に、加熱法または抽出法等により除去しておくことが好ましい。抽出法に使用する溶媒について特に制限はないが、例えば、ノルマルデカン、ドデカン、ナフサ、ケロシン、流動パラフィン等が挙げられる。

次に、シート状成形体を、一軸方向または２軸方向に延伸してＰＴＦＥ多孔質膜を得る。延伸条件は、適宜設定できるが、例えば、シート状成形体の長手方向の長さが２倍〜３０倍となるように、３０℃〜３２０℃で延伸し、次いで、シート状成形体の幅方向の長さが２倍〜３０倍となるように、３０℃〜３２０℃で延伸する。以上のようにして作製されたＰＴＦＥ多孔質膜は、未焼成の状態では強度が弱いため、熱処理を行うことが望ましい。熱処理はＰＴＦＥ多孔質膜の融点（３２７℃）以上で行う。

次に、ＰＴＦＥ多孔質膜に開口を形成する。開口は、金型を用いた打ち抜きや、刃物等による切断により形成できる。

図３に示すように、本実施形態のエアフィルタ濾材１は、２層のＰＴＦＥ多孔質膜２ａ，２ｂのうちのいずれかのＰＴＦＥ多孔質膜に積層された通気性支持層４を備えていてもよい。図３に示した例では、通気性支持層４は、２層のＰＴＦＥ多孔質膜２ａ，２ｂよりも気体の流れの下流側に配置されているが、ＰＴＦＥ多孔質膜２ａとＰＴＦＥ多孔質膜２ｂとの間や、ＰＴＦＥ多孔質膜２ａよりも気体の流れの上流側に配置されていてもよい。

通気性支持層４は、その厚みが１０μｍ〜５００μｍであり、圧力損失が１Ｐａ〜１００Ｐａであることが好ましい。

図４に示すように、本実施形態のエアフィルタ濾材１は、ＰＴＦＥ多孔質膜２ａよりもさらに上流側に配置されたプレフィルタ５を備えていてもよい。この場合、プレフィルタ５の厚みは、例えば、プレフィルタと開口が形成されていないＰＴＦＥ多孔質膜とからなる従来のエアフィルタ濾材の上記プレフィルタの厚みよりも薄くてもよい。プレフィルタの厚みが厚いほど、プレフィルタとしての機能は高まるが、その反面プリーツ加工性が悪くなる。本実施形態のエアフィルタ濾材１では、上記従来のエアフィルタ濾材よりもＰＴＦＥ多孔質膜の有効濾過面積が大きいので、プレフィルタ５の厚みを従来のエアフィルタ濾材のプレフィルタの厚みよりも薄くしても、従来のエアフィルタ濾材と同等またはそれ以上に、使用に伴う圧力損失の上昇や目詰まりを抑制できる。したがって、本実施形態のエアフィルタ濾材１では、使用に伴う圧力損失の上昇や目詰まりの抑制と、優れたプリーツ加工性とを両立できる。

プレフィルタ５は、その厚みは１０μｍ〜５００μｍ、捕集効率は１０％〜９９％であり、圧力損失は３０Ｐａ〜７００Ｐａであることが好ましい。

通気性支持層４やプレフィルタ５の材料としては、特に制限はないが、ポリオレフィン（ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等）、ポリアミド、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等）、芳香族ポリアミドまたはこれらの複合材等を用いることができる。通気性支持層４やプレフィルタ５には、例えば、フェルト、不織布、織布、メッシュ（網目状シート）、その他の多孔材料を用いることができる。

通気性支持層４またはプレフィルタ５とＰＴＦＥ多孔質膜との接合は、例えば、熱ラミネート、接着剤ラミネート、加熱溶着、超音波溶着、振動溶着等の方法により行える。隣り合うＰＴＦＥ多孔質膜どうしの接合は、接着剤による接着や、隣り合うＰＴＦＥ多孔質膜を重ねた状態で焼成することにより行える。

エアフィルタ濾材の厚みは、１０μｍ〜６００μｍであり、さらには、２０μｍ〜５００μｍであると好ましい。捕集効率は、９９．９７％以上であると好ましい。捕集効率の上限について特に制限はなく、高いほどよい。圧力損失は、０．０５ｋＰａ〜３．５ｋＰａ、さらには０．１ｋＰａ〜２．０ｋＰａであると好ましい。

尚、図１〜図４に示した例では、いずれも、２層のＰＴＦＥ多孔質膜を含んでいるが、本実施形態のエアフィルタ濾材では、ＰＴＦＥ多孔質膜の層数について２層以上であれば特に制限はなく、ＰＴＦＥ多孔質膜２ａ、２ｂよりも下流側に、さらに別のＰＴＦＥ多孔質膜を１層以上含んでいてもよい。

図５は、本実施形態のエアフィルタ濾材１を用いたエアフィルタユニットの斜視図である。エアフィルタ濾材１は、プリーツ加工されており、アルミニウム等からなる支持枠２２等で枠付けされている。

以下に、実施例および比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。尚、圧力損失、捕集効率、濾材の厚みは下記の方法に従って測定した。

（１）圧力損失
サンプルを有効面積が１００ｃｍ²となるように円形ホルダーにセットし、入口側から大気塵を供給しつつ、入口側と出口側に圧力差を与え、このサンプルを通過する空気の透過速度を流量計で面速３６ｃｍ／ｓに調整した。この状態で、圧力損失（初期値）を圧力計（マノメーター）で測定した。尚、大気塵とは、雰囲気中に浮遊している塵埃をいう。

（２）捕集効率
捕集効率は、ＪＩＳＫ３８０３に規定された除菌用空気濾過デプスフィルタのエアロゾル捕集試験方法に従って測定した。サンプルをホルダーにセットし、サンプルを通過する空気の線速を５．３ｃｍ／ｓに調整しながら、サンプルの上流側に粒子を供給した。上流側の粒子濃度（個／リットル）とサンプルを透過してきた下流側の粒子濃度（個／リットル）とをパーティクルカウンターで測定し、その測定値を下記式（数１）に代入して捕集効率を求めた。尚、試験には、粒子径０．３μｍ〜０．５μｍのジオクチルフタレート（ＤＯＰ）粒子を用いた。

（数１）
捕集効率（％）＝（１−（下流側の粒子濃度／上流側の粒子濃度））×１００
（３）濾材の厚み
ダイアルシックネスゲージ（測定子径：５ｍｍφ、最少目盛り：１μｍ）を用いて３点測定し、その平均値を求めた。

ＰＴＦＥファインパウダー（ダイキン工業(株)製、Ｆ−１０４）１００重量部に対して液状潤滑剤（流動パラフィン）３０重量部を均一に混合してペースト状にし、得られた混和物をペースト押出により丸棒状に成形した。次いで、丸棒状の成形物を厚みが０．２ｍｍとなるように圧延してシート状にした後、得られたシート状成形体から液状潤滑剤をノルマルデカンにより抽出除去した。次いで、シート状成形体をその長さが１５倍になるように３００℃で延伸した後、テンターを用いて幅方向の長さが２０倍となるように１００℃で延伸してＰＴＦＥ多孔質膜を得た。ＰＴＦＥ多孔質膜の厚みは２０μｍであり、圧力損失は０．８２ｋＰａであり、捕集効率は９９．９８％であった。

次に、図６のＡに示すように、ＰＴＦＥ多孔質膜に、打ち抜き機により、連続したＷ字状の開口を複数個形成した。山間隔Ｇは１０ｍｍとし、山高さＨは８．７ｍｍとし、スリット間隔Ｊは１．２ｍｍとした。図６のＢに示すように、スリット幅Ｆは、０．５ｍｍとした。

次に、開口が形成されたＰＴＦＥ多孔質膜と、開口が形成されていないＰＴＦＥ多孔質膜とを重ね合わせ、３８０℃の雰囲気中で２０秒間焼成して、２層構造のエアフィルタ濾材（厚み４０μｍ）を得た。開口が形成されたＰＴＦＥ多孔質膜を気体の流れの上流側に向けて測定したエアフィルタ濾材の圧力損失は１．４０ｋＰａであり、捕集効率は９９．９９４％であった。

実施例１で作製した、開口が形成されたＰＴＦＥ多孔質膜を２枚用意し、これらを重ねあわせ、３８０℃の雰囲気中で２０秒間焼成して、２層構造のエアフィルタ濾材（厚み４０μｍ）を得た。２枚のＰＴＦＥ多孔質膜の重ね合わせは、一方のＰＴＦＥ多孔質膜の開口と他方のＰＴＦＥ多孔質膜の開口とが平面方向に４０μｍずれるようにした。得られたエアフィルタ濾材の圧力損失は１．１５ｋＰａであり、捕集効率は９９．９８８％であった。

（比較例）
比較例では、実施例１で作製した、開口が形成されてないＰＴＦＥ多孔質膜２枚をエアフィルタ濾材とした（厚み４０μｍ、圧力損失１．４０ｋＰａ、捕集効率９９．９９４％）。

図７に、エアフィルタ濾材の圧力損失の経時変化を示している。図７に示した結果から、実施例１，２のエアフィルア濾材では、比較例のエアフィルタ濾材よりも、使用に伴う圧力損失の上昇が抑制されていることが確認できた。

以上のように、本発明のエアフィルタ濾材およびこれを用いたエアフィルタユニットは、濾過有効面積が大きいので、使用に伴う圧力損失の上昇や目詰まりが抑制され、長寿命化されているので有用である。

Ａは、本発明のエアフィルタ濾材の一例を示す断面図、Ｂは、Ａに示したエアフィルタ濾材の分解斜視図Ａは、本発明のエアフィルタ濾材の他の例を示す分解斜視図、Ｂは、Ａに示したエアフィルタ濾材の平面図本発明のエアフィルタ濾材の他の例を示す断面図本発明のエアフィルタ濾材の他の例を示す断面図本発明のエアフィルタユニットの一例を示す断面図Ａは、実施例のエアフィルタ濾材を構成するＰＴＦＥ多孔質膜に形成された開口の形状を説明する平面図、ＢはＡのＫ部分の拡大図実施例のエアフィルタ濾材の圧力損失の経時変化を示したグラフ

符号の説明

１エアフィルタ濾材
２ａ，２ｂＰＴＦＥ多孔質膜
３ａ，３ｂ開口
４通気性支持層
２１エアフィルタユニット

Claims

複数の孔を有するポリテトラフルオロエチレン多孔質膜を含み、積層構造を有するエアフィルタ濾材であって、
前記ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜を２層含み、
前記２層のポリテトラフルオロエチレン多孔質膜のうちの気体の流れの上流側に配置されたポリテトラフルオロエチレン多孔質膜に、その厚み方向に貫通する開口が形成されていることを特徴とするエアフィルタ濾材。
前記上流側に配置されたポリテトラフルオロエチレン多孔質膜を第１のポリテトラフルオロエチレン多孔質膜とし、前記第１のポリテトラフルオロエチレン多孔質膜に接して配置されたもう一方のポリテトラフルオロエチレン多孔質膜を第２のポリテトラフルオロエチレン多孔質膜とすると、
前記第２のポリテトラフルオロエチレン多孔質膜に、その厚み方向に貫通する複数の開口が形成されており、
前記第１のポリテトラフルオロエチレン多孔質膜の前記開口と、前記第２のポリテトラフルオロエチレン多孔質膜の前記開口とが連通しないように、前記第１のポリテトラフルオロエチレン多孔質膜と前記第２のポリテトラフルオロエチレン多孔質膜とが積層されている請求項１に記載のエアフィルタ濾材。
前記第１のポリテトラフルオロエチレン多孔質膜と前記第２のポリテトラフルオロエチレン多孔質膜とが接合されている請求項２に記載のエアフィルタ濾材。
前記２層のポリテトラフルオロエチレン多孔質膜のうちのいずれかのポリテトラフルオロエチレン多孔質膜に積層された通気性支持層をさらに含む請求項１〜３のいずれかの項に記載のエアフィルタ濾材。
粒子径０．３μｍ〜０．５μｍの粒子の捕集効率が９９．９７％以上である請求項１〜４のいずれかの項に記載のエアフィルタ濾材。
請求項１〜５のいずれかの項に記載のエアフィルタ濾材を用いたことを特徴とするエアフィルタユニット。