JP4662763B2 - 清浄乾燥気体供給システム用エアフィルタ及び清浄乾燥気体供給システム - Google Patents

Description

本発明は、清浄乾燥空気の製造装置等、清浄化した気体を乾燥した状態で供給するシステムに用いる清浄乾燥気体供給システム用エアフィルタに関する。尚、本発明の清浄乾燥気体供給システム用エアフィルタで浄化する浄化対象は、空気以外の不活性気体等の気体も含むものとし、「エア」とは、気体一般を指すものとする。

例えば、半導体や有機ＥＬ等を製造する工程において、製造ラインの雰囲気中のパーティクルやガス状不純物を低減することのみならず、水分を極限まで低減した空気若しくは不活性気体等の乾燥気体を供給する必要がある。例えば、露点温度−１００℃に達するような乾燥気体を供給することを求められる。露点温度−１００℃に達するような乾燥気体を供給するシステムには、除湿機と共に、製造ライン内へのパーティクルの流入を防止するため、エアフィルタが設けられている。

例えば、特許文献１には、上流側から直列多段に除湿機を設け、下流側にエアフィルタを設けた超低露点空気発生装置が開示されている。このような乾燥気体を供給する装置に用いられるエアフィルタは、通常、ガラス繊維濾材やポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）濾材を用いたＨＥＰＡフィルタやＵＬＰＡフィルタ等の高性能エアフィルタが用いられている。

しかしながら、エアフィルタを構成する濾材等には、その表面に水分が付着している。特許文献１に開示されているような超低露点空気発生装置を作動させた直後は、上流側の除湿機で除湿された空気中に、下流側のエアフィルタの表面に付着している水分が放散してしまい、乾燥空気を製造ラインに供給できないという問題があった。このため、使用前に、装置を長時間空運転し、エアフィルタに付着している水分を除去する必要があり、装置の立ち上げに非常に時間がかかった。

エアフィルタに付着している水分等の除去を目的として、例えば、特許文献２には、上流側の吸着装置と、下流側の高性能フィルタの間に、ヒータを設置した清浄空気供給システムが開示されている。この清浄空気供給システムは、ヒータで空気を加熱し、下流側の高性能フィルタに高温度の空気を供給して、高性能フィルタに「ベーキング」と呼ばれる熱処理を施すようにしている。このベーキング処理によって、高性能フィルタが高温度の空気に曝されて、水分や有機物が除去される。

特開平７−７５４号公報 特開２００４−３３９２５号公報

エアフィルタに付着している水分を素早く除去するためには、ベーキング処理を高温度で行うことが効果的である。しかしながら、エアフィルタを構成するシール材等には、一般的に有機物が含まれている。高温度でベーキング処理を行うと、エアフィルタを構成する材料中、主にシール材等に含まれている有機物が軟化し、一部がガスとなって消失する。シール材が劣化すると、濾材とフィルタ枠等を接合しているシール材の機能が低下し、エアフィルタの捕集性能や耐風圧強度が低下する。
シール材等のエアフィルタを構成する材料を劣化させないためには、ベーキング処理の温度をせいぜい５０〜６０℃程度までしか上げることができず、ベーキング処理に長時間かかるため、水分除去のための装置の立ち上げ時間の短縮にはあまり効果的でなかった。例えば、ベーキング処理の温度が５０〜６０℃程度であると、４８時間程度の長時間のベーキング処理を行う必要があった。高温度のベーキング処理に耐え得るフィルタとしては、金網フィルタや金属繊維濾材等を用いたフィルタを用いることが考えられるが、一般的に金網フィルタ等は、ＨＥＰＡフィルタやＵＬＰＡフィルタ等の高性能フィルタを用いた場合のように、高い清浄化度の気体を供給できるものではない。
そこで、本発明は高温度のベーキング処理を行うことが可能であり、使用開始前の装置の立ち上げ時間を短縮することができ、高温度のベーキング処理によっても、捕集効率及び圧力損失の劣化の生じない清浄乾燥気体供給システム用エアフィルタを提供することを目的とする。

本発明の清浄乾燥気体供給システム用エアフィルタは、前記目的を達成するべく、請求項１記載の通り、平均繊維径１μｍ以下のＥガラス短繊維又は平均繊維径６μｍのシリカチョップドストランド及び平均繊維系１μｍ以下のシリカ短繊維同士をバインダを使用することなく湿式抄造又は乾式抄造により結束されたフェルト状濾材又はペーパー状濾材、
Ｅガラス繊維又はシリカ短繊維から構成されたフェルト状物としたシール材、
平均繊維径１μｍ以下のＥガラス短繊維又は平均繊維径１μｍ以下のシリカ短繊維からなるフィルト状のガスケット、
ステンレス製の枠材
及びステンレス製のスペーサを組み合わせて構成されるエアフィルタであって、
前記エアフィルタをベーキング処理して、前記エアフィルタに露点温度が−１００℃の乾燥気体を通過させ、前記エアフィルタを通過した後の乾燥気体の露点温度が−１００℃以下に到達するまでに要する時間を１５時間以下としたことを特徴とする。
また、請求項２記載の清浄乾燥気体供給システム用エアフィルタは、請求項１に記載の清浄乾燥気体供給システム用エアフィルタにおいて、前記シール材をＥガラス繊維から構成し、前記枠材を四角枠形状とし、前記ガスケットをＥガラス短繊維からなるフェルト状のガスケットとするとともに四角枠形状として、前記枠材の側面に設けたことを特徴とする。
また、請求項３記載の清浄乾燥気体供給システム用エアフィルタは、請求項１記載の清浄乾燥気体供給システム用エアフィルタにおいて、前記濾材をペーパー状濾材とし、前記シール材をシリカ短繊維フェルトを用いて四角枠の一辺を開口させた開口部を備えたものとし、前記シール材の前記開口部にスペーサを設け、前記シール材を通風方向に前記シール材の前記開口部が交互に上下に位置するように配列し、前記濾材を、前記シール材とステンレス製パンチング板との間に挟持し、前記濾材と前記スペーサとの間に押さえ板を介挿したことを特徴とする。
また、請求項４記載の清浄乾燥気体供給システム用エアフィルタは、請求項３に記載の清浄乾燥気体供給システム用エアフィルタにおいて、前記枠材を四角枠形状とし、前記ガスケットをシリカ短繊維からなるフェルト状のガスケットとするとともに四角枠形状として、前記枠材の側面に設けたことを特徴とする。
本発明の清浄乾燥気体供給システムは、前記目的を達成するべく、請求項５記載の通り、請求項１乃至４の何れかに記載の清浄乾燥気体供給システム用エアフィルタを用いたことを特徴とする。

本発明の清浄乾燥気体供給システム用エアフィルタによれば、５００℃以上の高温度でベーキング処理を行った場合であっても、シール材が劣化せず、捕集効率や圧力損失が低下することがない。このため、高温度でベーキング処理を行うことができる。この結果、従来のような長時間のベーキング処理を必要とすることなく、１５時間以下の短時間で露点温度−１００℃以下に到達した乾燥気体を供給することができる。
また、本発明の清浄乾燥気体供給システム用エアフィルタの濾材が、無機繊維であるため、有機材料に比べて劣化が少なく、高温度で短時間のベーキング処理を行うことができる。
また、本発明の清浄乾燥気体供給システム用エアフィルタの構成材料であるガスケットが無機繊維であるため、高温度でベーキング処理を行った場合でも、有機材料に比べて劣化が少ない。
また、前記清浄乾燥気体供給システム用エアフィルタを用いた清浄乾燥気体供給システムによれば、１５時間以下の短時間で露点温度−１００℃に到達した乾燥気体を供給することができ、従来の乾燥気体供給システムと比べてシステム立ち上げ時間を短くすることができる。

本発明の清浄乾燥気体供給システム用エアフィルタは、濾材及びシール材からなる主構成材と、ガスケット、枠材、スペーサからなる構成材を組み合わせてなるものであって、前記シール材が無機酸化物のガラス繊維から構成されている。
前記シール材が無機酸化物のガラス繊維から構成されているので、高温度のベーキング処理によっても、劣化がなく、シール材自体の反応によって、水分が放散されない。
前記シール材を構成する無機酸化物のガラス繊維は、Ｅガラス、シリカガラスから構成されたガラス繊維を使用する。半導体製造ラインにおいて、ボロン汚染等が問題となるため、できるだけボロン含有量の少ないガラス組成のガラス繊維を用いることが好ましい。
尚、シール材として、本発明のようにＥガラス繊維又はシリカ短繊維から構成されたフェルト状物としたシール材を用いずに、樹脂を用いた場合は、高温度のベーキング処理によって消失する場合がある。また、シール材として、水酸化物系の無機物を用いた場合は、高温度のベーキング処理によって、脱水反応が起こり、水分が放散されて、ベーキング処理時間が長くなる。また、リン酸系の無機物を用いた場合は、シール材の分解反応によってリンが放出され、製造ラインが汚染される場合がある。

前記濾材は、繊維を湿式抄造したペーパー状濾材や、繊維を乾式成形したフェルト状濾材を用いる。濾材を構成する繊維としては、高温度のベーキング処理で劣化しにくいＥガラス又はシリカガラスから構成されたガラス繊維を使用する。半導体製造ラインにおいては、ボロン汚染が問題となるため、できるだけボロン含有量の少ないガラス組成のガラス繊維を用いることが好ましい。

また、ガスケットは、Ｅガラス、シリカガラスといったガラス繊維からなるフェルト状のガスケットを用いる。半導体製造ラインにおいては、ボロン汚染が問題となるため、できるだけボロン含有量の少ないガラス組成のガラス繊維を用いることが好ましい。

以下、本発明の実施例について、図面を参照に説明する。
（参考例１）
平均繊維径１μｍ以下のＣガラス短繊維９５重量部と、平均繊維径６μｍのＥガラスチョップドストランド５重量部をコロイダルシリカバインダとともに湿式抄造して、ペーパー状濾材２ａを得た。図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、この濾材２ａをジグザグ状に折り畳み、前記濾材２ａの折り畳み空間に、アルミニウム製の波形のセパレータ２ｂを介挿し、フィルタパック２を形成した。このフィルタパック２の少なくともジグザグ状の端面に、Ｃガラス繊維綿状物からなるシール材４を設け、このフィルタパック２を、断面コ字状の４枚の枠板から構成されたステンレス製のフィルタ枠３内に収容した。フィルタ枠１の側面には、平均繊維径１μｍ以下のＣガラス短繊維フェルトをフィルタ枠３の大きさに合わせて四角枠形状に形成したガスケット３ａを設け、エアフィルタ１を形成した。

（参考例２）
バインダとして、アクリル樹脂を用いたこと以外は、参考例１と同様にしてペーパー状濾材を得、参考例１と同様にしてエアフィルタを形成した。

（実施例１）
平均繊維径１μｍ以下のＥガラス短繊維を乾式成形して、フェルト状濾材５ａを得た。図２及び図３に示すように、フェルト状濾材５ａを、気流の上下流側から一対の波形状基杆６ｂの間に挟み、更に、波形状基杆６ａに挟まれたフェルト状濾材５ａのジグザグ状の間隔に、気流の上下流側からくし形押さえ板７を挿入して、濾過体５を形成した。波状基杆６ｂは、直線状基杆６ａに固定され耐熱性スペーサ６を構成している。この濾過体５のジグザグ状の端面及び両側面に、Ｅガラス繊維フェルトからなるシール材８を設け、この濾過体５をステンレス製のフィルタ枠９内に収容した。フィルタ枠９の側面には、平均繊維径１μｍ以下のＥガラス短繊維をフィルタ枠１の大きさに合わせて四角枠形状に形成したガスケット９ａを設け、エアフィルタ１０を形成した。

（実施例２）
平均繊維径１μｍ以下のシリカ短繊維９５重量部と、平均繊維径６μｍのシリカチョップドストランド５重量部を湿式抄造して、ペーパー状濾材１１を得た。図４及び図５に示すように、この濾材１１ａと、ステンレス製のパンチング板である濾材用支持板１２を重ねた。これらを、四角枠の一辺を開口させた開口部１３ａを有する複数個のシール材１３の間に挟んだ。シール材１３は、平均繊維径１μｍ以下のシリカ短繊維フェルトを用いて成形されている。尚、複数個のシール材１３は、それらの開口部１３ａが交互に上下に開口するように配列されている。また、開口部１３ａには、スペーサ１４が配置され、スペーサ１４と濾材１１との間には、押さえ板１５が配置されている。ペーパー状濾材１１と濾材用支持板１２を間に挟んで複数個積層されたシール材１３をステンレス製のフィルタ枠１６内に収容した。フィルタ枠１６の側面には、平均繊維径１μｍ以下のシリカ短繊維をフィルタ枠の開口部の大きさに併せて四角枠形状に形成したガスケット１６ａを設け、エアフィルタ１７を形成した。

（比較例１）
シール材として、ウレタン樹脂からなるものを用いたことを以外は、参考例１と同様にしてエアフィルタを形成した。

（比較例２）
シール材として、水酸化アルミニウムからなるペーストを用いたことを以外は、参考例１と同様にしてエアフィルタを形成した。

（比較例３）
バインダとして、水酸化アルミニウムバインダを用いたこと以外は、参考例１と同様にしてペーパー状濾材を得、参考例１と同様にしてエアフィルタを形成した。

（比較例４）
ガスケットとして、ＥＰＤＭスポンジを用いたこと以外は、参考例１と同様にしてエアフィルタを形成した。

参考例１，２、実施例１，２及び比較例１〜４のエアフィルタを構成する材料を表１に示す。

参考例１，２、実施例１，２及び比較例１〜４の各エアフィルタに、ベーキング処理を施した。次に、前記各エアフィルタに露点温度−１００℃の乾燥空気を面風速０．５ｍ／ｓで通風し、前記各エアフィルタの下流側の空気の露点温度を測定した。通風開始から、エアフィルタを通過した空気の露点温度が−１００℃に到達するまでの時間を求めた。その後、各エアフィルタについて、圧力損失及び捕集効率を測定し、エアフィルタの劣化が起きていなかった最高のベーキング処理温度を最高ベーキング可能温度とした。この最高ベーキング可能処理温度でベーキング処理を施したエアフィルタに、露点温度−１００℃の乾燥空気を面風速０．５ｍ／ｓで通風し、エアフィルタを通過した空気の露点温度が−１００度に到達するまでの時間が１５時間以下のエアフィルタを○とし、１５時間を越えるエアフィルタを×とした。結果を表１に示す。

表２に示される通り、参考例１及び２のように、エアフィルタを構成するシール材が無機酸化物からなり、濾材が無機繊維及び濾材が無機酸化物バインダからなるエアフィルタは、２００℃以上の高温度、具体的には、最高ベーキング可能温度が２５０℃の高温度でベーキング処理を行うことができ、フィルタ通過後の空気の露点温度が−１００℃に到達するまでの時間が１５時間以下と短時間であった。また、実施例１及び２のように、エアフィルタを構成する濾材にバインダを用いていない場合は、捕集効率や圧力損失を低下させることなく、５００℃以上の高温度でベーキング処理を行うことができた。
これに対し、比較例１に示すように、エアフィルタを構成するシール材に無機酸化物を用いていない場合は、ベーキング処理の温度が６０℃と低温であり、エアフィルタ通過後の空気の露点温度が−１００℃に到達するまでの時間が１５時間を超えて、長時間となった。また、比較例２に示すように、２５０℃の高温でベーキング処理を行った場合であっても、シール材が水酸化物系のものである場合、エアフィルタ通過後の空気の露点温度が−１００℃に到達するまでの時間が１５時間を超えて、長時間となった。また、比較例３及び４に示すように、シール材に無機酸化物を用いた場合であっても、エアフィルタを構成する構成材料によっては、フィルタ通過後の空気の露点温度が−１００℃に到達するまでの時間が１５時間を超えて、長時間となった。

（ａ）本発明の参考例１のエアフィルタの平面図、（ｂ）（ａ）に示すＡ−Ａ線の断面図 本発明の実施例１のエアフィルタの平面図 図２に示すエアフィルタの一部破断面を含む平面図 本発明の実施例２のエアフィルタの斜視図 実施例２のエアフィルタの一部を示す分解斜視図

１ エアフィルタ
２ フィルタパック
２ａ ペーパー状濾材
２ｂ セパレータ
３ フィルタ枠
３ａ ガスケット
４ シール材
５ 濾過体
５ａ フェルト状濾材
６ 耐熱性スペーサ
６ａ 直線状基杆
６ｂ 波形状基杆
７ くし形押さえ板
８ シール材
９ フィルタ枠
９ａ ガスケット
１０ エアフィルタ
１１ ペーパー状濾材
１２ 濾材用支持板
１３ シール材
１３ａ 開口部
１４ スペーサ
１５ 押さえ板
１６ フィルタ枠
１６ａ ガスケット
１７ エアフィルタ

Claims (5)

1. 平均繊維径１μｍ以下のＥガラス短繊維又は平均繊維径６μｍのシリカチョップドストランド及び平均繊維系１μｍ以下のシリカ短繊維同士をバインダを使用することなく湿式抄造又は乾式抄造により結束されたフェルト状濾材又はペーパー状濾材、
   Ｅガラス繊維又はシリカ短繊維から構成されたフェルト状物としたシール材、
   平均繊維径１μｍ以下のＥガラス短繊維又は平均繊維径１μｍ以下のシリカ短繊維からなるフィルト状のガスケット、
   ステンレス製の枠材
   及びステンレス製のスペーサを組み合わせて構成されるエアフィルタであって、
   前記エアフィルタをベーキング処理して、前記エアフィルタに露点温度が−１００℃の乾燥気体を通過させ、前記エアフィルタを通過した後の乾燥気体の露点温度が−１００℃以下に到達するまでに要する時間を１５時間以下としたことを特徴とする清浄乾燥気体供給システム用エアフィルタ。
2. 前記シール材をＥガラス繊維から構成し、前記枠材を四角枠形状とし、前記ガスケットをＥガラス短繊維からなるフェルト状のガスケットとするとともに四角枠形状として、前記枠材の側面に設けたことを特徴とする請求項１に記載の清浄乾燥気体供給システム用エアフィルタ。
3. 前記濾材をペーパー状濾材とし、前記シール材をシリカ短繊維フェルトを用いて四角枠の一辺を開口させた開口部を備えたものとし、前記シール材の前記開口部にスペーサを設け、前記シール材を通風方向に前記シール材の前記開口部が交互に上下に位置するように配列し、前記濾材を、前記シール材とステンレス製パンチング板との間に挟持し、前記濾材と前記スペーサとの間に押さえ板を介挿したことを特徴とする請求項１に記載の清浄乾燥気体供給システム用エアフィルタ。
4. 前記枠材を四角枠形状とし、前記ガスケットをシリカ短繊維からなるフェルト状のガスケットとするとともに四角枠形状として、前記枠材の側面に設けたことを特徴とする請求項３に記載の清浄乾燥気体供給システム用エアフィルタ。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載の清浄乾燥気体供給システム用エアフィルタを用いたことを特徴とする清浄乾燥気体供給システム。

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