JP4910479B2

JP4910479B2 - ケミカルフィルタ

Info

Publication number: JP4910479B2
Application number: JP2006143851A
Authority: JP
Inventors: 亮加藤; 文人稲垣
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-05-24
Filing date: 2006-05-24
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2026-05-24
Also published as: JP2007313399A

Description

本発明は、ガス状不純物成分を除去する空気清浄用のケミカルフィルタに関するものである。

半導体製造工場や精密電子製造工場のクリーンルームにおける半導体の製造過程において、ウエハの汚染や露光不良、配線腐食など様々な問題を引き起こす極微量のガス状不純物成分を除去するために空気清浄用のケミカルフィルタが用いられている。このケミカルフィルタは、特許文献１および特許文献２に記載されるような形態のケミカルフィルタが提案されている。特許文献１に記載のケミカルフィルタは細孔を持たせて表面積を増大させた粒子状の吸着剤を収納ケースに充填したもので、空気の流入口と流出口に多孔板が設けられている。この多孔板は空気を通過させるための目が開いており、この目の大きさは吸着剤が収納ケースからこぼれ落ちないように吸着剤の粒子径よりも小さいものとなっている。

また、特許文献２に記載のケミカルフィルタは、捲縮繊維を有する不織布に吸着剤を挟み込み、接着剤で固定したシートをプリーツ加工したものである。この不織布は通気性を有し、またプリーツ加工を行っても繊維が破れて吸着剤がこぼれ落ちることがないよう捲縮した繊維を用いている。
特開平０９−２２０４２５号公報特開２００３−３４２８６５号公報

ケミカルフィルタの寿命はガス状不純物成分を吸着できる量に依存する。そのため寿命を長くするためには吸着剤の充填量を多くする必要があるが、吸着剤の担持量を多くすると圧力損失が大きくなり通気性が低下してしまうため、通気性を保ったまま吸着剤をいかに多くフィルタに担持させるかが重要な課題となる。特許文献１のケミカルフィルタは収納ケースの中に吸着剤を隙間なく充填しているために空気が通過する通路が小さく通気性が低いという課題がある。また、特許文献２のケミカルフィルタは不織布の表面に吸着剤を２次元的に担持しており、不織布の単位面積あたりにおける吸着剤の担持量は小さい。また、担持量を大きくするために吸着剤を不織布の表面に隙間なく担持すると、吸着剤の層が壁のようになって空気が通過する通路が小さくなり、通気性が低下するという課題がある。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、寿命が長く通気性の高いケミカルフィルタを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために本発明のケミカルフィルタは、端面を備えた基材に接続され、一方向に向けて林立して立体的に設けられた繊維群からなる基材の繊維と繊維の間に３次元的に吸着剤が担持されており、この吸着剤が通気方向からみて投影的に全面に担持されることを特徴とするものである。

また、請求項１記載のケミカルフィルタにおいて、ポリエステルやポリアミドの繊維で基材が形成されることを特徴とするものである。

また、請求項１または２に記載のケミカルフィルタにおいて、吸着剤が基材中に均一に分散して担持されることを特徴とするものである。

また、請求項２記載のケミカルフィルタにおいて、吸着剤を充填した基材に振動を加えることによって、吸着剤を基材中に均一に分散させて製造することを特徴とするものである。

また、請求項１乃至４いずれかに記載のケミカルフィルタにおいて、一方向に向けて林立して立体的に設けられた繊維間の間隔が吸着剤の粒子径よりも小さいことを特徴とするものである。

本発明のケミカルフィルタは、一方向に向けて林立して立体的に設けられた繊維群からなる基材の繊維と繊維の間に３次元的に吸着剤が担持されているため、寿命が長く通気性の高いケミカルフィルタを得ることができる。また、吸着剤が通気方向からみて投影的に全面に担持されるため、ガス状不純物成分の吸着捕集性能が高いケミカルフィルタを得ることができる。

また、請求項１記載のケミカルフィルタにおいて、ポリエステルやポリアミドの繊維で基材が形成されるため、フィルタからガス状不純物成分の発生がなく、また塑性変形による破損のないケミカルフィルタを得ることができる。

また、請求項１もしくは２いずれかに記載のケミカルフィルタにおいて、吸着剤を充填した基材に振動を加えることなどによって吸着剤が基材中に均一に分散されているため、ガス状不純物成分の吸着捕集性能が高いケミカルフィルタを得ることができる。

また、請求項１乃至４いずれかに記載のケミカルフィルタにおいて、一方向に向けて林立して立体的に設けられた繊維間の間隔が吸着剤の粒子径よりも小さいため、フィルタの下流側に吸着剤が移動して通気性および吸着捕集性能が低下したり、また、吸着剤が下流側に流出して空気を汚染したりすることのないケミカルフィルタを得ることができる。

上記目的を達成するために本発明のケミカルフィルタは、端面を備えた基材に接続され、一方向に向けて林立して立体的に設けられた繊維群からなる基材の繊維と繊維の間に挟まれるように３次元的に吸着剤が担持されており、この吸着剤が通気方向からみて投影的に全面に担持されることを特徴とするものである。基材は任意の長さを有する繊維群で構成されており、完全に平行ではなくとも繊維一本一本が基材の厚み方向に向けて立体的に設けられている。吸着剤は繊維と繊維の間に挟まれるように担持されており、繊維が並列する方向、すなわち基材の横方向のみならず基材が林立する方向、すなわち基材の厚み方向にも担持されているため基材中に３次元的に担持されている。そのため基材に担持できる吸着剤の量を大きくすることができ、また吸着剤の担持量を大きくしても吸着剤と吸着剤の隙間を確保することができるため、空気を通過させやすいと同時にガス状不純物成分の吸着量を高めることができるという作用を有する。また、フィルタの通気方向において吸着剤が投影的に全面に担持されているため、特に層流条件においてガス状不純物成分が空気と接触しない部分がなくなり、フィルタの全ての部分で吸着捕集性能が得られるという作用を有する。

また、請求項１記載のケミカルフィルタにおいて、ポリエステルやポリアミドの繊維で基材が形成されることを特徴とするものである。ポリエステルやポリアミドは融点が高いため、吸着剤を固定するためにホットメルト樹脂接着剤などを用いて加熱しても基材が溶けて機械的寸法を損なうことがない。また揮発性のない樹脂のため基材からガス状不純物成分が発生せず、フィルタの吸着捕集性能を損なうことがない。またポリエステルやポリアミドの繊維は撓みやすく弾性が高いため、プリーツなどの折り曲げ加工を行ったり外部から衝撃を受けても破損することのないという作用を有する。

また、請求項１もしくは２いずれかに記載のケミカルフィルタにおいて、吸着剤を充填した基材に振動を加えることなどによって吸着剤が基材中に均一に分散して担持されることを特徴とするものである。基材中に存在する吸着剤の分布に偏りができた場合、基材中の吸着剤の少ない部分では吸着捕集性能が低下することと空気が通りやすくなることの２つの原因によってガス状不純物成分が下流側に流出しやすくなる。基材に吸着剤を充填した後に振動を加えることなどによって基材中に存在する吸着剤の分布の偏りをなくすことで、フィルタのあらゆる部分で均一な通気性と吸着捕集性能を得ることができ、ガス状不純物成分が下流側に流出しやすくなることを防ぐことができるという作用を有する。

また、請求項１乃至４いずれかに記載のケミカルフィルタにおいて、一方向に向けて林立して立体的に設けられた繊維間の間隔が吸着剤の粒子径よりも小さいことを特徴とするものである。吸着剤は一方向に向けて林立して立体的に設けられた繊維と繊維の間に挟まれるように担持されており、空気はこの構造の中を通過する。そして吸着剤は空気の力を受けるため、吸着剤が下流側に移動してフィルタの通気性が損なわれたり、吸着剤がフィルタの下流側に流出して空気を汚染するといったことが起こりうる。基材において一方向に向けて林立して立体的に設けられた繊維間の間隔を吸着剤の粒子径よりも小さくすることで繊維が吸着剤を挟む力が強くなり、吸着剤の移動およびフィルタの下流側への流出を防ぐことができるという作用を有する。

以下、本発明の実施および参考の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
一方向に向けて林立して立体的に設けられた繊維群からなる基材１の繊維２と繊維２の間に３次元的に吸着剤３が均一に担持され、上流面および下流面に通気性を有し吸着剤の粒子径よりも目の細かいシート４を設けたケミカルフィルタの側面からみた断面図を図１に、また上流側から見た場合を上面としたときの上面図を図２に示す。なお、図２においては基材１の構造をわかりやすくするためにシート４を省略している。図１および図２に示すように、基材１は端面５ａ、５ｂを備え、繊維２が端面５ａ、５ｂに接続され、一方向に向けて林立して立体的に設けられ、基材１は一方向に向けて林立して立体的に設けられた繊維群が一体化した構造となっている。また、基材１の端面５ａおよび端面５ｂは隙間を有した構造となっており、基材の中の繊維が林立する領域も繊維間の隙間を有するため基材１は通気性を有するものとなっている。端面５ａ、端面５ｂは、通気性があればよく、繊維が絡み合ってメッシュを有する編物などがある。繊維２が端面５ａ、５ｂに接続される方法として、接着剤で固定する方法、あるいは、端面５ａ、５ｂを構成する繊維に繊維２を引っ掛けるように編み込む方法などが挙げられる。

また、図１に示すように一方向（図１では通気方向）に向けて林立して立体的に設けられた繊維２と繊維２の間に挟まれて吸着剤３が担持されており、繊維２が並列に並ぶ方向、すなわち基材１の横方向と繊維２が立体的に設けられる方向、すなわち基材１の厚み方向といった２つの方向に３次元的に吸着剤が担持されている。吸着剤３が充填された基材１に振動を加えることによって吸着剤３は基材１の中に均一に分散されており、通気方向から見て投影的に全面に担持されているため、空気は満遍なく吸着剤と接触することとなり、フィルタのあらゆる部分で高い吸着捕集性能を有する。また、基材１としては様々なものが挙げられるが、基材１そのものからガス状不純物成分や粒子状不純物成分を発生せず、また、プリーツ加工を行ったり外部から衝撃を受けたりしても破損がないよう撓みやすく弾性が高いという理由で揮発性のない樹脂であることが望ましい。特にポリエステルやナイロンを繊維化したものを編みこんでシート状にしたものは揮発性がない、撓みやすく弾性が高い、接着剤で吸着剤３を基材１に固定するときに過熱しても耐熱性が高くて機械的寸法が崩れにくいといった利点を有するため基材１として適している。

基材１に担持する吸着剤３は粒子状の形状をしており、様々な種類のものが挙げられるが主に活性炭やイオン交換樹脂などが挙げられ、粒子径は０．２〜１０ｍｍ程度が望ましい。アンモニアなどのアルカリ性ガスの吸着捕集には燐酸などの酸を添着した添着活性炭やカチオン系イオン交換樹脂が、また、塩酸ガスや硫酸ガス、硝酸ガスやボロンといった酸性ガスの吸着捕集には炭酸カリウムなどを添着した添着活性炭やアニオン系イオン交換樹脂が、また、ジオクチルフタレート、ジブチルフタレートやトルエンといった有機ガスの吸着捕集には化学物質の添着を行わない無添着活性炭がよく用いられる。このような吸着剤３を中に充填した基材を振動することによって製造されることにより、吸着剤３は基材１の中で均一に分散して担持されることとなる。このため基材１の中における吸着剤３の分布に偏りがなく、フィルタのあらゆる部分で均一な通気性と吸着捕集性能を有することとなる。

吸着剤３はホットメルト樹脂接着剤６で基材１の繊維２に固定されており、フィルタが振動や衝撃を受けても吸着剤３が脱落しないようになっている。具体的には吸着剤３とホットメルト樹脂接着剤６を混合したものを基材１の中に充填した後に振動を加えて基材１の中に均一に分散してから加熱冷却する方法や、また、ホットメルト樹脂接着剤６が繊維２の表面にあらかじめ固定された基材１の中に吸着剤３を充填した後に振動を加えて基材１の中に均一に分散してから加熱冷却する方法などを用いて吸着剤３をホットメルト樹脂接着剤６で基材１の繊維２に固定することができる。ホットメルト樹脂接着剤６の粒子径は好ましくは１０μｍ以上０．５ｍｍ以下であり、材質としては例えばポリオレフィン系樹脂、ポリビニル系樹脂あるいはポリアミド系樹脂等が挙げられる。特にポリオレフィン系樹脂であるポリエチレンのホットメルト樹脂接着剤６は溶融温度が低く、また加熱してもガス状不純物成分の発生がほとんどないという利点を有する。更にフィルタの上流面および下流面に通気性を有し、吸着剤の粒子径よりも目の細かいシート４を設けている。具体的には繊維どうしを熱や樹脂バインダーを用いて結合してシート化した不織布などが用いられる。

吸着剤３をホットメルト樹脂接着剤６で繊維２に固定したとしても、吸着剤３が繊維２から脱落しないとは限らず、使用時に吸着剤３が下流側に流出して空気を汚染したり、取り扱い時に吸着剤３がフィルタから脱落して使用環境を汚染する可能性がある。シート４を基材１の端面５ａ、５ｂに接して、フィルタの上流面および下流面に設けることにより吸着剤３のフィルタからの脱落を防止することができる。

また、シート４として粉塵を捕集する機能を有する集塵濾材、例えばポリプロピレンをメルトブロー法で繊維状に吹き付けてシート化し、帯電処理を行って作成した静電濾材やガラス繊維をすきこみバインダーで結合したガラス繊維濾材などを用いることにより、ガス状不純物成分のみでなく空気中の粉塵をも効率よく捕集することができ、半導体工場のみでなく家庭や事務所などの室内環境における空気清浄フィルタとしても用いることができる。

なお、本実施例のケミカルフィルタは、シート４を基材１の端面５ａ、５ｂに接して上流面および下流面に設けているが、吸着剤３がフィルタから脱落しないように完全に繊維２に固定されているのであれば、シート４を基材１の端面５ａ、５ｂに接して上流面、下流面のどちらか一方に設けるか、もしくはシート４を設けなくとも同様の効果を有するケミカルフィルタが得られる。

また、使用するホットメルト樹脂接着剤６として、ポリオレフィン系やポリビニル系、ポリアミド系のものを代表として挙げたが、使用時の温度管理を厳密に行うことによってエチレン酢酸ビニル共重合樹脂系のものを用いても同様の効果を有するケミカルフィルタが得られる。

（参考の形態１）
繊維２が一方向に向けて林立して立体的に設けられる方向を基材１の厚み方向とし、基材１の厚み方向において撓むように設けられた繊維２と繊維２の間に吸着剤３が担持されたケミカルフィルタの側面図を図３に示す。図３に示すように繊維２は基材１の厚み方向に向けて撓むように林立して立体的に設けられている。そのため基材１の厚みよりも繊維２の長さ寸法のほうが大きくなり、吸着剤３を挟む領域が大きくなっており、基材の厚みを大きくすることなく吸着剤３の担持量を増大することができ、フィルタの寿命をより長くすることができる。

（参考の形態２）
繊維２が一方向に向けて林立して立体的に設けられる方向を基材１の厚み方向とし、基材１の厚み方向の断面から見て一部もしくは全部の繊維２どうしが交差することを特徴とするケミカルフィルタの側面図を図４に示す。図４に示すとおり繊維２が交差する部分で吸着剤３が堰き止めるように留められて担持されている。そのため繊維２で挟まれるだけよりもさらに吸着剤３が基材１から脱落しにくくなっている。繊維２が交差している部分からフィルタの上流面および下流面に向かう方向では吸着剤３を堰き止める効果が得られないため、吸着剤３の粒子径よりも目の細かいシート４をフィルタの上流側および下流側に設けることによって、作業時にフィルタをひっくり返しても吸着剤３の脱落が全くないようにしている。

（参考の形態３）
一方向に向けて林立して立体的に設けられた繊維群からなる基材１の繊維２と繊維２の間に３次元的に吸着剤３が均一に担持されたケミカルフィルタ濾材７をプリーツ状に形成したケミカルフィルタの斜視図を図５に示す。プリーツ状に形成するためにはケミカルフィルタ濾材７が撓みやすく、折り曲げた部分で破損が生じない必要があるため、基材１の材質は樹脂であることが望ましい。また、図２には示していないが、基材１の端面５ａ、５ｂに接して、ケミカルフィルタ濾材７の上流面もしくは下流面、もしくは両方の面に通気性を有し吸着剤３の粒子径よりも目の細かいシート４を設けると、フィルタからの吸着剤３の脱落がほぼないものにすることができる。

ケミカルフィルタ濾材７をプリーツ状に形成すると、プリーツ状に形成していない平面状のものと比較して濾過面積が増大して空気を通過させたときの流速が小さくなり、ガス状不純物成分の吸着捕集性能が向上するとともに圧力損失が低減して通気性が向上するという効果が得られる。

またケミカルフィルタ濾材７をプリーツ状にする場合、プリーツ深さが２０ｍｍ以上でプリーツ間隔が２ｍｍ以上であるとプリーツの山と山の間に空気が通りやすくなり通気性と吸着捕集性能が向上しるため好ましい。また、ケミカルフィルタ濾材７の厚みが１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるとプリーツ状に折りたたむのが容易になり好ましい。

（参考の形態４）
一方向に向けて林立して立体的に設けられた繊維群からなる基材１の繊維２と繊維２の間に３次元的に吸着剤３が均一に担持されたケミカルフィルタ濾材７を積層し、基材１の端面５ａ、５ｂに接して、上流面および下流面に通気性を有し吸着剤の粒子径よりも目の細かいシート４を設けたケミカルフィルタの斜視図を図６に示す。

なお図６では構造をわかりやすくするためにシート４をケミカルフィルタ濾材７の上流面および下流面から離しているが、実際には上流面および下流面に密接して設けられている。

積層したものから離れているが基材１の厚みは繊維２の長さに依存するため繊維２が長すぎると吸着剤３の担持強度や基材１そのものの強度が低下するためその大きさには上限があり、また、吸着剤３の担持量は基材１の厚みに依存するため吸着剤３の担持量には上限がある。基材１に吸着剤３が担持されたケミカルフィルタ濾材７を積層することでより多くの吸着剤３を担持させることが可能となり、より寿命の長いケミカルフィルタを得ることができる。

なお、本参考の形態のケミカルフィルタは通気方向に対して垂直の方向にケミカルフィルタ濾材７を積層しているが、通気方向に対して水平の方向にケミカルフィルタ濾材７を積層しても同様の効果を有するケミカルフィルタが得られる。

本発明のケミカルフィルタは通気性および吸着捕集性能が高く長寿命であり、ケミカルフィルタを搭載する空気清浄装置の送風にかかる動力コストを低減しつつガス状不純物成分の除去が長期間にわたって可能なフィルタとして利用可能である。

本発明の実施の形態１に記載のケミカルフィルタの側面断面図同実施の形態１に記載のケミカルフィルタの上面図同参考の形態１に記載のケミカルフィルタの側面図同参考の形態２に記載のケミカルフィルタの側面図同参考の形態３に記載のケミカルフィルタの斜視図同参考の形態４に記載のケミカルフィルタの斜視図

符号の説明

１基材
２繊維
３吸着剤
４シート
５ａ端面
５ｂ端面
６ホットメルト樹脂接着剤
７ケミカルフィルタ濾材

Claims

端面を備えた基材に接続され、一方向に向けて林立して立体的に設けられた繊維群からなる基材の繊維と繊維の間に挟まれるように３次元的に吸着剤が担持されており、この吸着剤が通気方向からみて投影的に全面に担持されることを特徴とするケミカルフィルタ。
ポリエステルやポリアミドの繊維で基材が形成されることを特徴とする請求項１記載のケミカルフィルタ。
吸着剤が基材中に均一に分散して担持されることを特徴とする請求項１または２に記載のケミカルフィルタ。
吸着剤を充填した基材に振動を加えることによって吸着剤が基材中に均一に分散されて製造されることを特徴とする請求項３記載のケミカルフィルタ。
一方向に向けて林立して立体的に設けられた繊維間の間隔が吸着剤の粒子径よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のケミカルフィルタ。