JP6570274B2 - フィルタおよびフィルタの組立方法 - Google Patents

Description

本発明は、ファンフィルタユニットに取り付けられるフィルタおよびフィルタの組立方法に関する。

半導体集積回路等の精密機器や、非常に高い衛生的品質が求められる食品等を製造する工場等では、所要の空気清浄度を確保するためにクリーンルーム内で製品の製造を行っている。このクリーンルームは、その室内の空気清浄度を維持するために天井面に複数のファンフィルタユニット（Ｆｕｎ Ｆｉｌｔｅｒ Ｕｎｉｔ。以下「ＦＦＵ」という。）を備え、ＦＦＵから上方から下方に向かって清浄空気が排気され、内部が陽圧に保たれている。

ＦＦＵは、ファンとフィルタが一体化された空調機器であり、ファンを回転させることにより、クリーンルーム内の空気を吸引し、その濾過を行い、再度クリーンルーム内へ清浄空気を供給するように構成されている。

ＦＦＵは、直方体形状の筐体内に、クリーンルーム内の空気を吸引するためのファンと、吸引した空気から汚染粒子を濾過するためのＵＬＰＡ（Ｕｌｔｒａ Ｌｏｗ Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ Ａｉｒ）フィルタやＨＥＰＡ（Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ａｉｒ）フィルタ等のエアフィルタを備えている。

近年、特に半導体製造工場におけるデバイスの微細化は革新的な進化を遂げ、それに伴い、クリーンルームの環境は従来の汚染粒子だけでなく、化学汚染物質、特に酸性ガス、塩基性ガス、凝縮性有機物質およびドーパントのような極微量の化学汚染物質の除去が必要となっている。このためＦＦＵには、プレフィルタとしてのケミカルフィルタが設置される。

一般的に、ＦＦＵが備えるケミカルフィルタの濾過処理量は、ケミカルフィルタの濾過有効面積と、ファンによって吸引される空気の、ケミカルフィルタを通過する際の風速とに依存する。前記風速は、通常０．５ｍ／ｓ程度に設定されていることから、実質的には、前記濾過処理量は前記濾過有効面積に依存する。しかし、ＦＦＵの筐体の上面には制御ボックス等が配設されており、これとの干渉をさける観点から、単に面積の広いケミカルフィルタを設置できない。

このような問題を解決するため、例えば、特許文献１に開示のケミカルフィルタは、下向きに概略凸形の断面形状を有するフレームを有し、該フレームの幅広断面部に平面状の濾材を内蔵し、狭小断面部を空洞としてダクトを形成し、該ダクト側のフレーム下面をファンの吸引口に対向載置する構成となっている。つまり、ケミカルフィルタを、ダクト形成部分の高さだけ嵩高にすることにより、設置自由空間を形成し、前記制御ボックスとの干渉を回避しているのである。

特開２００４−２７８８８３号公報

しかし、上述の特許文献１に開示のケミカルフィルタは、フレームの形状が複雑であるため材料費がかさみ、また製造が難しく、さらにダクトが必要である分、コストも高かった。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、コンパクトでありながら規定の濾過処理量を確保でき、また、ＦＦＵに配設する際に組み立て容易で安価なフィルタを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するための、本発明によるフィルタの特徴は、筐体の内部に配設されるファンを備えたファンフィルタユニットの前記筐体の一面に形成された前記ファンの吸込口の上流に配設されるフィルタであって、シート状の濾材を丸めて得られた、両端部にそれぞれ開口を有する筒状の濾材と、前記両端部のうち一端部に取り付けられ、前記一端部側の開口を閉塞する板状部材と、前記両端部のうち他端部に取り付けられ、前記他端部側の開口を閉塞しない環状部材と、を備え、前記環状部材が、前記吸込口を覆うように前記筐体に取り付けられる点にある。

筒状体の側面を濾過面とすることで、筐体の上面での占有面積が同じであれば、従来のケミカルフィルタに比べて、濾過有効面積を大幅に増大させることが可能となる。また、フィルタは、シート状の濾材、板状部材、および環状部材から製造でき、従来のケミカルフィルタのような複雑なフレームやダクトを必要としない点で安価に製造することができる。

本発明においては、前記シート状の濾材は、蛇腹状に形成され、表裏面のうち少なくとも一方の面に、前記蛇腹とは交差する方向に、前記蛇腹の間隔を保持するセパレータを備え、前記筒状の濾材は、前記シート状の濾材を、少なくとも前記セパレータが備えられた面が内周面となるように、かつ、前記蛇腹と直行する方向の両端部どうしが接するように丸め、前記両端部どうしを固着手段によって固着したものであると好適である。

筒状の濾材を、シート状の濾材から簡単に構成することができる。シート状の濾材には、該濾材を丸めて筒状の濾材を構成したときに内周面となる面に、蛇腹の間隔を保持するセパレータが備えられているため、筒状の濾材の蛇腹の間隔が適切に保持される。
筒状の濾材を構成するシート状の濾材を蛇腹状に形成することで、平面状に形成する場合に比べて、濾過有効面積を増大させることができ、圧損を低下させることができる。結果としてフィルタの寿命を伸ばし、交換頻度を低下させることができる。

本発明においては、前記板状部材はその周縁部に全周にわたって、前記筒状の濾材の一端部を嵌め込み可能な第一凹部が備えられ、前記環状部材はその周縁部に全周にわたって、前記筒状の濾材の他端部を嵌め込み可能な第二凹部が備えられ、前記筒状の濾材は、前記一端部が前記第一凹部に嵌め込まれた状態で固着されて前記一端部と前記第一凹部の間がシールされ、前記他端部が前記第二凹部に嵌め込まれた状態で固着されて前記他端部と前記第二凹部の間がシールされていると好適である。

筒状の濾材の両端部のそれぞれに板状部材または環状部材を嵌め込むという簡単な構成でフィルタが実現できる。また、筒状の濾材と第一凹部の間、および筒状の濾材と第二凹部の間が適宜シールされているため、濾過されていない空気が前記間を通過する虞がない。

本発明においては、前記板状部材は、開口部を形成可能に構成され、前記開口部は、追加のシート状の濾材を配設可能に構成されていると好適である。

フィルタに、追加のシート状の濾材を配設することができるため、容易に濾過有効面積を増大させることができる。

上述の目的を達成するための、本発明によるフィルタの組立方法の特徴は、上述したいずれか一つの特徴構成を備えたフィルタの組立方法であって、蛇腹状に形成されたシート状の濾材であって、少なくとも一方の面に、前記蛇腹とは交差する方向に、前記蛇腹の間隔を保持するセパレータを備えた前記シート状濾材を、少なくとも前記セパレータが備えられた面が内周面となるように、かつ、前記蛇腹と直行する方向の両端部どうしが接するように丸めて筒状の濾材を形成する工程と、前記両端部どうしを固着する工程と、前記筒状の濾材の両端部のうち一端部に、前記一端部側の開口を閉塞する板状部材を取り付ける工程と、前記筒状の濾材の両端部のうち他端部に、前記他端部側の開口を閉塞しない環状部材を取り付ける工程と、を備えている点にある。

ＦＦＵに配設するにあたり、濾材をシート状のまま、例えばクリーンルームに搬入し、そこで、板状部材、および環状部材と組み合わせることで容易にフィルタを組み立てることができる。組み立てる前の濾材はシート状であるため、搬送時に嵩張らない点で好ましい。

本発明によるフィルタが取り付けられたＦＦＵの説明図 フィルタの断面図 フィルタの組立方法の説明図 フィルタの断面図 別実施形態によるフィルタ

以下に本発明によるフィルタおよびフィルタの組立方法を図面に基づいて説明する。各図面において同一の構成には同一符号を付してある。

図１には、本発明にかかるフィルタ１０が取り付けられたＦＦＵ１が示されている。
ＦＦＵ１は、クリーンルームの天井面に設けられた開口を覆うように、天井面に配設されるものであって、直方体形状を有する筐体２と、筐体２の内部に配設されるファン（図示せず）と、筐体２の内部でファンの下方に配設されるＵＬＰＡフィルタやＨＥＰＡフィルタ等のメインフィルタ（図示せず）を備える。
筐体２の上面の中央にはファンの吸込口４が開口し、この吸込口４を覆うように本発明によるフィルタ１０が配設される（図２も参照）。

筐体２は、例えばステンレス、アルミニウム製の平板がリベット等を用いて直方体形状に組み立てられる。上面は正方形状に形成され、中央に内蔵したファンの吸込口４を備えている。下面は内部に配設されたファンの排気口となっている。
ファンの下流側であって排気口の上流側にメインフィルタが配設されている。

ファンの回転により、外部の空気がフィルタ１０で濾過されて吸込口４から筐体２内に導かれ、メインフィルタで浄化されたあと排気口からクリーンルーム内に排気される。

図１および図２に示すように、フィルタ１０は、上端部１１ａ側と下端部１１ｂ側にそれぞれ開口を有する円筒状の濾材１１と、上端部１１ａに取り付けられ、上端部１１ａ側の開口を閉塞する板状部材としての円板状部材１４と、下端部１１ｂに取り付けられ、下端部１１ｂ側の開口を閉塞しない環状部材としての円環状部材１５と、を備え、全体として円柱状の形状をしている。

図３に示すように、円筒状の濾材１１を形成するためのシート状の濾材１１は、ポリウレタンやポリエステル等の原料をスパンボンド法等によって不織布としたものが用いられる。

この不織布には、フィルタ１０の濾過対象物質に応じて、活性炭やイオン交換樹脂が適宜含有される。
例えば、塩基性ガスの濾過のためにカチオン交換樹脂または燐酸などを添着した活性炭、酸性ガスの濾過のためにアニオン交換樹脂または炭酸カリなどを添着した活性炭が適宜含有される。なお、不織布は、フィルタ１０による濾過対象物質に応じて積層構造とでき、フィルタ１０が用いられる状況に応じて外周面または内周面が適宜決定される。

このシート状の濾材１１を蛇腹状に折り曲げたあと、シート状の濾材１１の両面に、蛇腹とは交差する方向に、蛇腹の間隔を等間隔に保持するセパレータとしてのホットメルト接着剤１２，１３が塗布される。

なお、ホットメルト接着剤１２，１３は、シート状の濾材１１の表裏で、硬化時の硬さが異なるものを用いてもよい。シート状の濾材１１を筒状にするにあたり、シート状の濾材１１を丸めやすい点で、柔らかいほうのホットメルト接着剤１２，１３が塗布された面を外周面とし、硬いほうのホットメルト接着剤１２，１３が塗布された面を内周面とすることが好ましい。

本実施形態では、図３に示すように、円筒状の濾材１１には、表裏ともに、上下二か所にホットメルト接着剤１２，１３が塗布されているが、ホットメルト接着剤１２，１３の位置はこれに限らない。ホットメルト接着剤１２，１３の塗布位置、塗布量は、少なくともシート状の濾材１１を筒状にしたときに蛇腹の間隔が等間隔に保持できるように、シート状の濾材１１の寸法や厚みに応じて、適宜決定される。

また、ホットメルト接着剤１２，１３は、シート状の濾材１１の硬さに応じて、筒状にしたときに外周面となる面には塗布しなくてもよい。つまり、シート状の濾材１１の表裏面のうち筒状にしたときに内周面となる面に塗布されていればよい。すなわち、ホットメルト接着剤１２，１３が塗布されている面が内周面となるように、シート状の濾材１１を丸めて筒状の濾材１１を構成する。この場合、図５に示すように、フィルタ１０の筒状の濾材１１の外周面にホットメルト接着剤は現れない。

なお、ホットメルト接着剤１２，１３が塗布されている箇所に加えて、または替えて、補強としての針金を配設してもよい。シート状の濾材１１を、筒状としたときに、全体の蛇腹の間隔が等間隔になるのであればセパレータを備えなくてもよい。

このシート状の濾材１１には、蛇腹と直行する方向の両端部１１ｃ，１１ｄに、例えば面ファスナーや両面テープ等の固着手段が備えられており、固着手段により両端部１１ｃ，１１ｄどうしを固着することで円筒状の濾材１１が得られる。なお、両端部１１ｃ，１１ｄどうしを固着するにあたり、図３に示すように蛇腹の山部と谷部を一つか二つほど重ね合わせると、継ぎ目の気密性が確保できる点で好ましい。

円板状部材１４はその周縁部に全周にわたって、円筒状の濾材１１の上端部１１ａを嵌め込み可能な第一凹部１６を備え、第一凹部１６の内部にパッキン１７を備えている。
円環状部材１５はその周縁部に全周にわたって、円筒状の濾材１１の下端部１１ｂを嵌め込み可能な第二凹部１９を備え、第二凹部１９の内部にパッキン２０を備えている。
円環状部材１５は、第二凹部１９の裏面にパッキン２３を備えている。
円環状部材１５の開口部２１は、吸込口４と同じくらいの大きさであることが好ましい。

円板状部材１４および円環状部材１５は、ステンレス鋼やアルミニウム等の金属材料をプレス加工等することによって製造される。

パッキン１７およびパッキン２０は、エチレンプロピレンゴムやウレタンゴム等のエラストマが好ましく用いられる。

円筒状の濾材１１は、上端部１１ａが第一凹部１６に嵌め込まれ、パッキン１７に当接された状態で、隙間が接着剤や両面テープ等によって固着され、上端部１１ａと第一凹部１６の間がシールされる。
円筒状の濾材１１は、下端部１１ｂが第二凹部１９に嵌め込まれ、パッキン２０に当接された状態で、隙間が接着剤や両面テープ等によって固着され、下端部１１ｂと第二凹部１９の間がシールされる。
これにより円筒状の濾材１１の上端部１１ａおよび下端部１１ｂが円形に保持される。筒状の濾材１１と第一凹部１６の間、および筒状の濾材１１と第二凹部１９の間が適宜シールされ、濾過されていない空気が前記間を通過する虞がない。

フィルタ１０は、シート状の濾材１１、円板状部材１４および円環状部材１５から製造でき、従来のケミカルフィルタのような複雑なフレームやダクトを必要としない点で安価に製造することができる。

なお、円板状部材１４および円環状部材１５は、再利用が可能であり、円筒状の濾材１１が目詰まり等で所定の濾過性能が維持できなくなれば、該円筒状の濾材１１を取り外し、新たなシート状の濾材１１を丸めることにより得られる円筒状の濾材１１と組み合わされ、新たなフィルタ１０となる。なお、組み立て前の濾材１１はシート状であり、また、取り外された円筒状の濾材１１は切り開き再びシート状にすることができるため、搬送時に嵩張らない点で好ましい。

以上のように構成されたフィルタ１０は、従来のような濾過面が平面状のプレフィルタに対して、占有面積に対する濾過有効面積を大幅に増大させることができる。
例えば、濾過面が平面状のプレフィルタとして、縦６１０ｍｍ、横６１０ｍｍ、高さ１５０ｍｍ程度の寸法のものを想定したとき、占有面積および濾過有効面積は約０．３７ｍ²となる。
これに対して、本発明によるフィルタ１０の寸法が、外径６００ｍｍ、内径５００ｍｍ、高さ４００ｍｍ程度であると想定すると、占有面積が約０．２８ｍ²であるにも関わらず、その濾過有効面積は約０．６９ｍ²にもなる。
両フィルタの占有面積を同じにした場合、フィルタ１０の有効濾過面積は従来のフィルタより約２．４倍もの大きさとなる。

すなわち、本発明によるフィルタ１０は、従来のような濾過面が平面状のプレフィルタに比べて、同じ有効濾過面積を確保するための占有面積を狭くすることができる。
なお、ここでは計算の簡単のために筒状の濾材１１を構成するシート状の濾材１１を蛇腹状に形成したことによる有効濾過面積の増大分を計算に加味しなかった。しかし、実際は、筒状の濾材１１を構成するシート状の濾材１１は蛇腹状に形成されているため、プレフィルタの濾過面を平面状に形成する場合に比べて、はるかに広い濾過有効面積が確保され、圧損を低下させることができる。結果としてフィルタ１０の寿命は伸ばされ、交換頻度は低下する。

また、フィルタ１０は筒状の側面から外部の空気を吸引できるのに対して、濾過面が平面状のプレフィルタは、平面の上方から外部の空気を吸引する必要がある。したがって、濾過面が平面状のプレフィルタはプレフィルタの上方に最低１００ｍｍ程度の高さの吸い込み用の空間を確保する必要がある。したがって、フィルタ１０自体の高さが、濾過面が平面状のプレフィルタより嵩高であったとしても、実質的な占有体積に大きな不利はない。

円板状部材１４は、第一凹部１６より内側の部分の、下方に窪ませてある部分に開口部１８を形成し、この開口部１８に別の濾材２２を配設して、円筒状の濾材１１の上端部１１ａ側の開口を閉塞することもできる。これによりフィルタ１０の濾過有効面積をさらに増大させることができる。なお、濾材２２は、円筒状の濾材１１を構成するシート状の濾材１１と同じ濾材が用いられることが好ましい。なお、円板状部材１４は、図５に示すように、円板状部材１４の第一凹部１６より内側の部分を下方に窪ませない形状であってもよい。

上述した実施形態は、板状部材として円板状部材１４と、環状部材として円環状部材１５を用いて、シート状の濾材１１を丸めることによって得られた円筒状の濾材１１の上端部１１ａおよび下端部１１ｂを円形に保持して、円柱状のフィルタ１０を構成する場合を説明したが、フィルタ１０の形状は円柱状に限らない。
例えば板状部材や環状部材を正方形状とし、シート状の濾材１１を丸めて、角筒状の濾材１１を得て、この筒状の濾材１１の上端部１１ａおよび下端部１１ｂを板状部材や環状部材により所定の形状に保持することで、立方体状のフィルタ１０を構成することもできる。

上述したＦＦＵ１およびフィルタ１０を例に、本発明によるフィルタ１０の組立方法を説明する。
図３に示すように、まず、蛇腹状に形成されたシート状の濾材１１を、蛇腹と直行する方向の両端部１１ｃ，１１ｄどうしが接するように筒状にする。
次いで、両端部１１ｃ，１１ｄを面ファスナーや両面テープで固着し、円筒状の濾材１１を得る。
次いで、円筒状の濾材１１の上端部１１ａに、上端部１１ａ側の開口を閉塞する円板状部材１４を取り付け、さらに、円筒状の濾材１１の下端部１１ｂに、下端部１１ｂ側の開口を閉塞しない円環状部材１５を取り付け、フィルタ１０が完成する。

完成したフィルや１０は、図２に示すように、円環状部材１５がＦＦＵ１のファンの吸込口４を覆うように配設される。
フィルタ１０は、必要に応じて、円環状部材１５がアルミテープや両面テープのような固着手段２４によってＦＦＵ１の上面に固定される。このとき、円環状部材１５と筐体２の上面との隙間は、パッキン２３によって気密性が確保される。

このように、本発明によるフィルタ１０の組立方法によれば、フィルタ１０をＦＦＵ１に配設するにあたり、濾材１１をシート状のまま、例えばクリーンルームに搬入し、そこで、円板状部材１４、および円環状部材１５と組み合わせることで容易にフィルタ１０を組み立てることができる。組み立てる前の濾材１１はシート状であるため、搬送時に嵩張らない点で好ましい。

上述した実施形態は、何れも本発明の一例であり、該記載により本発明が限定されるものではなく、各部の具体的構成は本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能である。

１ ＦＦＵ
２ 筐体
３ 上面
４ 吸込口
１０ フィルタ
１１ 濾材
１１ａ 上端部
１１ｂ 下端部
１１ｃ 端部
１１ｄ 端部
１２ ホットメルト接着剤
１３ ホットメルト接着剤
１４ 円板状部材（板状部材）
１５ 円環状部材（環状部材）
１６ 第一凹部
１７ パッキン
１８ 開口部
１９ 第二凹部
２０ パッキン
２１ 開口部
２２ 濾材
２３ パッキン
２４ アルミテープ

Claims (4)

1. 筐体の内部に配設されるファンを備えたファンフィルタユニットの前記筐体の一面に形成された前記ファンの吸込口の上流に配設されるフィルタであって、
   シート状の濾材を丸めて得られた、両端部にそれぞれ開口を有する筒状の濾材と、
   前記両端部のうち一端部に取り付けられ、前記一端部側の開口を閉塞する板状部材と、
   前記両端部のうち他端部に取り付けられ、前記他端部側の開口を閉塞しない環状部材と、を備え、
   前記環状部材が、前記吸込口を覆うように前記筐体に配設され、
   前記板状部材は、開口部が形成されており、前記開口部に追加のシート状の濾材が配設されていることを特徴とするフィルタ。
2. 前記シート状の濾材は、
   蛇腹状に形成され、表裏面のうち少なくとも一方の面に、前記蛇腹とは交差する方向に、前記蛇腹の間隔を保持するセパレータを備え、
   前記筒状の濾材は、
   前記シート状の濾材を、少なくとも前記セパレータが備えられた面が内周面となるように、かつ、前記蛇腹と直行する方向の両端部どうしが接するように丸め、前記両端部どうしを固着手段によって固着したものであることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ。
3. 前記板状部材はその周縁部に全周にわたって、前記筒状の濾材の一端部を嵌め込み可能な第一凹部が備えられ、
   前記環状部材はその周縁部に全周にわたって、前記筒状の濾材の他端部を嵌め込み可能な第二凹部が備えられ、
   前記筒状の濾材は、前記一端部が前記第一凹部に嵌め込まれた状態で固着されて前記一端部と前記第一凹部の間がシールされ、前記他端部が前記第二凹部に嵌め込まれた状態で固着されて前記他端部と前記第二凹部の間がシールされていることを特徴とする請求項１または２に記載のフィルタ。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のフィルタの組立方法であって、
   蛇腹状に形成されたシート状の濾材であって、少なくとも一方の面に、前記蛇腹とは交差する方向に、前記蛇腹の間隔を保持するセパレータを備えた前記シート状濾材を、少なくとも前記セパレータが備えられた面が内周面となるように、かつ、前記蛇腹と直行する方向の両端部どうしが接するように丸めて筒状の濾材を形成する工程と、
   前記両端部どうしを固着する工程と、
   前記筒状の濾材の両端部のうち一端部に、前記一端部側の開口を閉塞する板状部材であって、開口部が形成されており、前記開口部に追加のシート状の濾材が配設されている板状部材を取り付ける工程と、
   前記筒状の濾材の両端部のうち他端部に、前記他端部側の開口を閉塞しない環状部材を取り付ける工程と、を備えていることを特徴とするフィルタの組立方法。

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