JP7295719B2 - フィルタおよびフィルタエレメント - Google Patents
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Description
例えば半導体素子、液晶表示素子、撮像素子、薄膜磁気ヘッド等、各種デバイスの製造プロセスのフォトリソグラフィー工程では、不純物をほとんど含まない空間内で露光する必要があるため、高度なフィルタを用い、これを通過させた空気を露光装置内へ導入している。
また、例えば一般に使用される空気清浄装置でも、気体浄化用フィルタが用いられている。
このようなフィルタによって、微細なダストや揮発性有機物質(VOC)等を除去することもできる。
また、特許文献2に記載の濾材は、活性炭およびゼオライトをバインダ剤(ポリエチレンやPET等)によって不織布等に固定しているため、活性炭およびゼオライトにおけるバインダが粘着した部分が活性炭およびゼオライトとして機能しなくなり、濾材としての性能が低下してしまう。
さらに、特許文献3に記載のフィルタでは吸着剤がフィルタ内で固定されていないため、吸着剤に由来するダスト(脱離物等)がフィルタ外へ排出されてしまう。この場合、高度に浄化された気体が必要な分野においては、利用することはできない。
本発明は以下の(1)~(10)である。
(1)吸着性粒子および前記吸着性粒子に絡まり前記吸着性粒子を固定する第1繊維を主として含む吸着層が、第2繊維を含む2枚の繊維層によって挟まれており、前記繊維層と前記吸着層とが前記第2繊維によって結合されているフィルタ。
(2)前記吸着層において、
前記第1繊維と前記吸着性粒子とが造粒体を形成しており、前記造粒体同士が前記第1繊維によって繋がっている、上記(1)に記載のフィルタ。
(3)前記吸着層において、
前記第1繊維と前記吸着性粒子とからなる複数のシートが積層し、前記シート同士が前記第1繊維によって繋がり積層体を形成している、上記(1)に記載のフィルタ。
(4)2枚の前記繊維層の端部同士が溶着されている、上記(1)~(3)のいずれかに記載のフィルタ。
(5)前記吸着性粒子が炭素粒子である、上記(1)~(4)のいずれかに記載のフィルタ。
(6)前記第1繊維および前記第2繊維からなる群から選ばれる少なくとも1つがフィブリル化繊維である、上記(1)~(5)のいずれかに記載のフィルタ。
(7)前記繊維層を構成する2つの繊維層構成用繊維の主面に第2繊維を含むスラリーを塗布し、そのうちの1つの繊維層構成用繊維の主面の前記スラリーの上へ、前記第1繊維と前記吸着性粒子との混合物を塗布し、さらにその上へ別の繊維層構成用繊維を、そのスラリーを塗布した面が前記混合物と接するように重ね、それらを密着させた状態を保ったまま乾燥させることで上記(1)~(6)のいずれかに記載のフィルタを得る、フィルタの製造方法。
(8)前記繊維層を構成する2つの繊維層構成用繊維の主面に第2繊維を含むスラリーを塗布し、そのうちの1つの繊維層構成用繊維の主面の前記スラリーの上へ前記吸着層を配置し、さらにその上へ別の繊維層構成用繊維を、そのスラリーを塗布した面が前記混合物と接するように重ね、それらを密着させた状態を保ったまま乾燥させることで上記(1)~(6)のいずれかに記載のフィルタを得る、フィルタの製造方法。
(9)上記(7)または(8)に記載の製造方法によって得られるフィルタ。
(10)上記(1)~(6)のいずれか、または上記(9)に記載のフィルタを内部に含み、内部を流れるガスが各フィルタを通過するように前記フィルタが冶具に固定され配置されている、フィルタエレメント。
本発明は、吸着性粒子および前記吸着性粒子に絡まり前記吸着性粒子を固定する第1繊維を主として含む吸着層が、第2繊維を含む2枚の繊維層によって挟まれており、前記繊維層と前記吸着層とが前記第2繊維によって結合されているフィルタである。
図1は、本発明のフィルタ20を主面に垂直な方向で切った概略断面図である。
本発明のフィルタ20は吸着層21が、2枚の繊維層(繊維層23、繊維層25)によって挟まれた構成を備えている。
ここで、「主として」とは含有率が50質量%以上であることを意味する。すなわち、吸着層21における吸着性粒子211および第1繊維213の合計含有率は50質量%以上であり、60質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましく、80質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることがより好ましく、95質量%以上であることがより好ましく、99質量%以上であることがより好ましく、実質的に100質量%であることがさらに好ましい。ここで「実質的に100質量%である」とは、製造工程や原料等から不可避的に含まれてしまう不純物(不可避的不純物)以外は含まないことを意味する。
なお、吸着層の厚さは、次のように求めるものとする。
本発明のフィルタの主面に垂直な方向における断面(図7のような断面)の拡大写真(60倍)を得た後、その断面の拡大写真において吸着層の厚さを無作為に選択した10か所にて測定し、それらの単純平均値を求める。そして、得られた平均値をその吸着層の厚さとする。
なお、吸着層の密度は、次のように求めるものとする。
本発明のフィルタの主面に垂直な方向における断面(図7のような断面)の拡大写真(60倍)を得た後、その断面の拡大写真において吸着層の厚さを無作為に選択した10か所にて測定し、それらの単純平均値を吸着層の厚さとし、特定面積の吸着層の重量を測定し、その厚さと面積より体積を求め、吸着層の重量と体積から密度を求める。
吸着性粒子211は、本発明のフィルタを通過する気体中に含まれるダスト等を吸着する性能を有する粒子であれば特に限定されない。吸着性粒子として、セピオライト、ゼオライト、ベントナイト、アタパルジャイト、珪藻土、珪藻土頁岩、活性炭等の炭素粒子、多孔質シリカ、水酸化アルミニウム、繊維状酸化チタン、アロフェン、イモゴライト、非晶質アルミニウム珪酸塩、低結晶性層状粘土鉱物と非晶質アルミニウム珪酸塩からなるアルミニウム珪酸塩複合体等の無機系吸着剤、ポリアクリル酸系に代表される吸水性高分子、カルボキシメチルセルロース等の有機系吸着剤等、公知のものを用いることができる。
活性炭としては、竹活性炭の他、例えば、他の植物系活性炭(例えばヤシ殻、木粉、素灰などを原料とする活性炭)、鉱物系活性炭(例えばピート炭、レキ炭、ピッチ、コークスなどを原料とする活性炭)、樹脂系活性炭(例えばフェノール樹脂、アクリル樹脂などを原料とする活性炭)などが挙げられ、これらを単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。
また、吸着性粒子211の平均細孔径は、BJH(Barret-Joyner-Halenda)法における脱着等温線から求めた値を意味する。
ここで、窒素吸着法について説明する。
まず、測定対象物を乾燥させたものを試料として測定セルに入れ、窒素ガス気流中、250℃で40分間脱ガス処理を行い、その上で試料を窒素30体積%とヘリウム70体積%の混合ガス気流中で液体窒素温度に保ち、窒素を試料に吸着させて窒素吸着等温線・脱着等温線を得る。この窒素吸着等温線を用いてBET理論により比表面積を求める。また、脱着等温線を用いてBJH(Barret-Joyner-Halenda)法により、試料の細孔径分布曲線を得て、その曲線に現れるメソ孔(粒子表面の細孔)側およびマクロ孔(粒子間細孔)側のピークのうち、メソ孔側のピークの細孔径を平均細孔径として求める。この窒素吸着法は、例えば従来公知の細孔分布測定装置を用いて行うことができる。
なお、吸着性粒子の平均粒子径は、測定対象物(担体)をヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液へ添加し、超音波分散および攪拌によって分散させて、透過率が70~90%となるように調節した後、従来公知のレーザ散乱法を用いて粒度分布を測定し算出した値(メジアン径)を意味するものとする。
第1繊維は、木材繊維、天然繊維または合成繊維などであってよく、木材繊維、天然繊維または合成繊維などを叩解機等によってフィブリル化したもの(フィブリル化繊維)であることが好ましい。第1繊維がフィブリル化繊維であると、層間の結合強度が高めやすく、また、後述する粒子の造粒が容易になるからである。ここでフィブリル化とは、繊維が毛羽立ち、ささくれ等を生じさせることを意味する。
第1繊維は複数の種類のものからなってよい。後述する第2繊維についても同様である。
なお、第1繊維は無機繊維を含まない。ただし、前述のように、吸着層21は吸着性粒子211および第1繊維213以外のものとして無機繊維を含んでもよい。
また、天然繊維としては、木綿、わら、竹、エスパルト、バガス、リンター、マニラ麻、亜麻、麻、黄麻、雁皮等のパルプ化繊維がある。
さらに、合成繊維としては、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維等のオレフィン樹脂繊維等の合成高分子繊維の他、ポリアセタール、ポリイミド、PBO、PTFE等のフッ素系樹脂、スチレン及びその共重合体、アクリル酸エステル及びその共重合体等が挙げられる。
叩解機として、例えば、SDR、DDR、ビーター等で適宜行なうことができ、繊維の叩解度としては、カナダ標準濾水度(JIS P 8121)で、750CSF~50CSFとすることが好ましく、500CSF~100CSFとすることがより好ましい。
第1繊維の繊維長は、図7に示すような断面写真(走査型電子顕微鏡を用いて30倍で観察して得る写真)において、吸着層の観察視野における全ての第1繊維の繊維長を測定し、それらを単純平均して求めるものとする。
本発明のフィルタ20は2枚の繊維層(繊維層23、繊維層25)が吸着層21を挟んだ構成を備えている。
繊維層23と繊維層25とは同じものであっても、異なるものであってもよい。
繊維層構成用繊維は複数の種類のものからなってよい。
繊維層の厚さは、次のように求めるものとする。
本発明のフィルタの主面に垂直な方向における断面(図7(b)のような断面)の拡大写真(60倍)を得た後、その断面の拡大写真において繊維層の厚さを無作為に選択した10か所にて測定し、それらの単純平均値を求める。そして、得られた平均値をその繊維層の厚さとする。
なお、繊維層の密度は、次のように求めるものとする。
本発明のフィルタの主面に垂直な方向における断面(図7のような断面)の拡大写真(60倍)を得た後、その断面の拡大写真において繊維層の厚さを無作為に選択した10か所にて測定し、それらの単純平均値を吸着層の厚さとし、特定面積の繊維層の重量を測定し、その厚さと面積より体積を求め、繊維層重量を体積で割って求める。
繊維層構成用繊維の長さは、図1に示すような断面写真(走査型電子顕微鏡を用いて30倍で観察して得る写真)において、繊維層の観察視野における全ての繊維の長さを測定し、それらを単純平均して求めるものとする。
ここで、「主として」とは含有率が50質量%以上であることを意味する。すなわち、繊維層23、25における、繊維層構成用繊維および第2繊維215の合計含有率は50質量%以上であり、60質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましく、80質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることがより好ましく、95質量%以上であることがより好ましく、99質量%以上であることがより好ましく、実質的に100質量%であることがさらに好ましい。ここで「実質的に100質量%である」とは、製造工程や原料等から不可避的に含まれてしまう不純物(不可避的不純物)以外は含まないことを意味する。
なお、繊維層23、25において第2繊維は、吸着層21と接する主面に近い部位ほど、その含有率が高いことが好ましい。したがって、上記のように断面写真を用いて第2繊維の含有率を求める場合、繊維層における吸着層21と近い部位および遠い部位を含む、多くの観察視野(概ね十か所以上の視野)において各要素の含有率を測定し、得られた値の平均値を求め、それを各要素の含有率とする。
第2繊維として、第1繊維と同じものを用いることが好ましい。
第2繊維はフィブリル化繊維であることがより好ましい。
例えば、2つの繊維層構成用繊維の主面に第2繊維を含むスラリーを塗布し、そのうちの1つの繊維層構成用繊維の主面のスラリーの上へ、第1繊維と吸着性粒子との混合物を塗布し、さらにその上へ別の繊維層構成用繊維を、そのスラリーを塗布した面が前記混合物と接するように重ね、各層を密着させた状態を保ったまま乾燥させることで形成することができる。
また、2つの繊維層構成用繊維の主面に第2繊維を含むスラリーを塗布し、そのうちの1つの繊維層構成用繊維の主面のスラリーの上へ、予め作成した第1繊維と吸着性粒子とからなる吸着層を配置し、さらにその上へ別の繊維層構成用繊維を、そのスラリーを塗布した面が吸着層と接するように重ね、各層を密着させた状態を保ったまま乾燥させることで形成することができる。
図2に示す本発明のフィルタ30は、本発明のフィルタの好適態様であり、図1に示した本発明のフィルタ20とは吸着層が異なる。その他の部分は原則、同じである。
なお、図2では、造粒体33の内部に存在し吸着性粒子211を固定しているものを第1繊維213と表し、造粒体33同士を繋げているものを第1繊維217と表して区別しているが、これらはいずれも第1繊維である。
造粒体33の大きさも特に限定されないが、平均粒子径が0.05~3mmであることが好ましく、0.1~1mmであることがより好ましい。
ここで造粒体の平均粒子径は、初めに、走査型電子顕微鏡を用いて30倍に拡大して写真撮影する。次に、得られた写真において造粒体の最大径を長軸とし、また、長軸上にて長軸を2等分する点を定め、それに直交する直線が粒子の外縁と交わる2点を求め、同2点間の距離を測定して短径とする。そして、長径と短径との平均値を求め、その粒子の粒子径とする。このようにして50個の粒子について粒子径を測定し、それらの個数平均値を算出して得た値を造粒体の平均粒子径とする。
例えば、攪拌混合容器内に、吸着性粒子211と、第1繊維213と、水とを投入する。投入する際はこれらを別々に投入してもよく、内部に収容された際に混合された状態となればよい。
次に、攪拌混合手段によって攪拌混合を行う。そして、攪拌混合しながら同時にまたは攪拌混合をした後で混合物の脱水を行うことで、吸着性粒子211に第1繊維213が絡みついた状態となる。
次に、得られたスラリーをパンチングメタルの表面に塗布し、加熱乾燥により水分含有率が1~10質量%となるように乾燥させる。ここでパンチングメタルは、例えばその主面に直径500μmの略円形の貫通孔が多数形成されたものである。
その後、乾燥したスラリーをヘラでパンチングメタルへ押し付けることで貫通孔を通過させて、直径が約500μmの造粒体を得ることができる。
その他、回転容器に吸着性粒子を入れて回転させている最中に、第1繊維を水に分散させた水分散液をスプレーなどで吹きかけると同時に、熱風を吹きかけるという方法によって造粒体33を製造することもできる。
図3に示す本発明のフィルタ40は、本発明のフィルタの好適態様であり、図1に示した本発明のフィルタ20とは吸着層が異なる。その他の部分は原則、同じである。
図3では例として3枚のシート(シート411、シート413、シート415)を示しているが、シートの枚数は限定されない。例えば2~5枚のシートが積層していることが好ましい。
そして、これら複数のシート同士が第1繊維217によって繋がっていて積層体を構成している。
なお、図3では、シートの内部に存在し吸着性粒子211を固定しているものを第1繊維213と表し、シート同士を繋げているものを第1繊維217と表して区別しているが、これらはいずれも第1繊維である。
ここでシート411、413、415の厚さは、次のように求めるものとする。
本発明のフィルタの主面に垂直な方向における断面(図3のような断面)の走査型電子顕微鏡による拡大写真(60倍)を得た後、その断面の拡大写真においてシートの厚さを無作為に選択した10か所にて測定し、それらの単純平均値を求める。そして、得られた平均値をそのシートの厚さとする。
シートが積層してなる積層体としての厚さも、同様にして求めるものとする。
例えば、攪拌混合容器内に、吸着性粒子211と、第1繊維213と、溶媒(水や有機溶媒)とを投入する。投入する際はこれらを別々に投入してもよく、内部に収容された際に混合された状態となればよい。
次に、攪拌混合手段による混合物の攪拌混合を行う。そして、従来公知の抄造方法によってシートを得ることができる。シート内では吸着性粒子211に第1繊維213が絡みついた状態となる。
その他、吸着性粒子211と第1繊維213と、溶媒(水や有機溶剤)とを混合した塗料を基材に塗工して、乾燥で溶媒を除去して、最後に基材からはがしてシートを得るという方法によってシートを製造することもできる。
2枚の繊維層同士を直接接触(密着)させて、これらを容易に溶着させることができる。繊維層が有機物を含む場合(または有機物からなる場合)、2枚の繊維層同士を密着させた状態で熱を加えることで、これらを溶着することができる。つまり、ヒートシールを施すことができる。
そして、その溶着された端部51が、冶具61に差し込まれることで、本発明のフィルタ50がフィルタエレメント60の内部において固定されている。
ビーカー内に49.5gのイオン交換水を用意し、ここへ3gの炭素粒子(東洋炭素社製、クノーベル(登録商標)、グレード:MH、平均粒子径:30μm)と、0.5gのパルプ(ダイセルファインケム社製、KY100G)とを加え、十分に撹拌することでスラリーを得た。
そして、得られたスラリーをパンチングメタルの表面に塗布し、80℃の乾燥機1時間乾燥し、水分含有率を1~10質量%とした。ここでパンチングメタルは、厚さが500μmであり、その主面に直径500μmの略円形の貫通孔が多数形成されたものである。
この造粒体の拡大写真を図5に示す。図5(a)が30倍、(b)が100倍、(c)が400倍の拡大写真である。
このようにして本発明のフィルタ10を得た。なお、図6(f)は本発明のフィルタの例を示す写真である。
また、このような本発明のフィルタについて通気性を測定したところ、良好な通気度を示した。
ビーカー内に49.5gのIPA(イソプロピルアルコール)を用意し、ここへ3gの炭素粒子(東洋炭素社製、クノーベル(登録商標)、グレード:MH、平均粒子径:30μm)と、0.5gのパルプ(ダイセルファインケム社製、KY100G)とを加え、十分に撹拌した後、これを用いて炭素粒子担持シートを複数枚、抄造した。
得られた炭素粒子担持シートは、坪量130g/m2、厚さ1.8mmであった。
ここでパルプスラリーXの塗布量は、炭素粒子担持シートの質量に対するパルプスラリーXに含まれるフィブリル化繊維の質量が10%となる塗布量とした。
また、このような本発明のフィルタYについて通気性を測定したところ、良好な通気度を示した。
3 パルプスラリー
5 造粒体
9 おもり
10 本発明のフィルタ
20 本発明のフィルタ
21 吸着層
211 吸着性粒子
213 第1繊維
23、25 繊維層
215 第2繊維
30 本発明のフィルタ
31 吸着層
33 造粒体
217 第1繊維
40 本発明のフィルタ
41 吸着層
411、413、415 シート
50 本発明のフィルタ
51 端部
60 フィルタエレメント
61 冶具
70 ガス
Claims (9)
- 吸着性粒子および前記吸着性粒子に絡まり前記吸着性粒子を固定する第1繊維を主として含む吸着層が、第2繊維を含む2枚の繊維層によって挟まれており、前記繊維層と前記吸着層とが前記第2繊維によって結合されていて、
前記吸着層において、
前記第1繊維と前記吸着性粒子とが造粒体を形成しており、前記造粒体同士が前記第1繊維によって繋がっている、フィルタ。 - 2枚の前記繊維層の端部同士が溶着されている、請求項1に記載のフィルタ。
- 前記吸着性粒子が炭素粒子である、請求項1または2に記載のフィルタ。
- 前記第1繊維および前記第2繊維からなる群から選ばれる少なくとも1つがフィブリル化繊維である、請求項1~3のいずれかに記載のフィルタ。
- 前記繊維層を構成する2つの繊維層構成用繊維の主面に第2繊維を含むスラリーを塗布し、そのうちの1つの繊維層構成用繊維の主面の前記スラリーの上へ、前記第1繊維と前記吸着性粒子との混合物を塗布し、さらにその上へ別の繊維層構成用繊維を、そのスラリーを塗布した面が前記混合物と接するように重ね、それらを密着させた状態を保ったまま乾燥させることで請求項1~4のいずれかに記載のフィルタを得る、フィルタの製造方法。
- 前記繊維層を構成する2つの繊維層構成用繊維の主面に第2繊維を含むスラリーを塗布し、そのうちの1つの繊維層構成用繊維の主面の前記スラリーの上へ前記吸着層を配置し、さらにその上へ別の繊維層構成用繊維を、そのスラリーを塗布した面が前記吸着層と接するように重ね、それらを密着させた状態を保ったまま乾燥させることで請求項1~4のいずれかに記載のフィルタを得る、フィルタの製造方法。
- 吸着性粒子および前記吸着性粒子に絡まり前記吸着性粒子を固定する第1繊維を主として含む吸着層が、第2繊維を含む2枚の繊維層によって挟まれており、前記繊維層と前記吸着層とが前記第2繊維によって結合されているフィルタを得る、フィルタの製造方法であって、
前記繊維層を構成する2つの繊維層構成用繊維の主面に第2繊維を含むスラリーを塗布し、そのうちの1つの繊維層構成用繊維の主面の前記スラリーの上へ、前記第1繊維と前記吸着性粒子との混合物を塗布し、さらにその上へ別の繊維層構成用繊維を、そのスラリーを塗布した面が前記混合物と接するように重ね、それらを密着させた状態を保ったまま乾燥させることで前記フィルタを得る、フィルタの製造方法。 - 吸着性粒子および前記吸着性粒子に絡まり前記吸着性粒子を固定する第1繊維を主として含む吸着層が、第2繊維を含む2枚の繊維層によって挟まれており、前記繊維層と前記吸着層とが前記第2繊維によって結合されているフィルタを得る、フィルタの製造方法であって、
前記繊維層を構成する2つの繊維層構成用繊維の主面に第2繊維を含むスラリーを塗布し、そのうちの1つの繊維層構成用繊維の主面の前記スラリーの上へ前記吸着層を配置し、さらにその上へ別の繊維層構成用繊維を、そのスラリーを塗布した面が前記吸着層と接するように重ね、それらを密着させた状態を保ったまま乾燥させることで前記フィルタを得る、フィルタの製造方法。 - 請求項1~4のいずれかに記載のフィルタを内部に含み、内部を流れるガスが各フィルタを通過するように前記フィルタが冶具に固定され配置されている、フィルタエレメント。
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