JP2003275518A

JP2003275518A - フィルタ濾材

Info

Publication number: JP2003275518A
Application number: JP2002082840A
Authority: JP
Inventors: Motoki Nagase; 元樹長瀬; Yoichi Fujimura; 洋一藤村; Yasuhiro Asada; 康裕浅田
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2002-03-25
Filing date: 2002-03-25
Publication date: 2003-09-30

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、フィルタの圧力損失を損なうことな
くフィルタの除去性能を向上するようにした、平行流型
タイプのフィルタ濾材を提供せんとするものである。【解決手段】本発明のフィルタ濾材は、スペーサーとラ
イナーとがコルゲート形状に構成されてなるフィルタ濾
材であって、前記スペーサーの厚さより前記ライナーの
厚さの方が厚い構成であることを特徴とするものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はフィルタ濾材に関
し、さらに詳しくは、平行流型フィルタの通気特性を損
なうことなく、単位体積当たりのガス吸着量を増大させ
るようにしたフィルタ濾材に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体の製造工程において、半導体デバ
イスの微細化、高集積化にともないクリンルーム中のケ
ミカル汚染物質が問題となっている。特に、アンモニア
などのガス状のケミカル汚染物質が存在すると、シリコ
ンウエハに付着しレジストの解像不良が発生、パターン
不良や絶縁破壊など歩留まりの原因となってしまう。

【０００３】そのため半導体の製造工場では、ガス状の
ケミカル汚染物質をｐｐｂレベルの超低濃度に低減させ
る必要があり、対策として、クリンルーム内の空気をケ
ミカル除去フィルタで循環させ、強制的にケミカル汚染
物質を取り除いているケースがほとんどである。

【０００４】ここで使用されるケミカル除去フィルタの
要求性能には、ケミカル汚染物質の高除去性能はもちろ
んのこと、低アウトガス、長寿命化などさまざまな要求
性能があり、その中の一つとして、フィルタ形態での圧
力損失がある。

【０００５】このフィルタの圧力損失とは、半導体製造
工場や半導体製造装置内にある循環装置のファンの性能
によって決まるものであり、ある程度の許容範囲はある
が、極力圧力損失は低い方が好ましい。たとえば、フィ
ルタの圧力損失が高すぎると規定の風量が得られなかっ
たり、循環装置への負担が大きくなることが考えられ、
性能限界近くの連続運転となる場合は、循環装置にかな
りの負荷がかかるため装置自身の寿命が低下する恐れが
ある。また、この様な条件で長期にわたり連続運転を行
うことは、コスト的にも大きくなる方向であることか
ら、フィルタの低圧力損失化は、フィルタ除去性能の次
にクリアーしなければならない重要な要求性能の一つで
ある。

【０００６】しかしながら、これら２つの性能はほぼ相
対的な関係にある。まず、フィルタの除去性能を向上さ
せる手段として、最も単純で効果的な方法は吸着剤の充
填率を上ることである。しかし、吸着剤の充填率を上げ
ると、単位体積当たりの吸着剤充填量は多くなりフィル
タの除去性能は高くなるが、フィルタ濾材自身の通気性
能が低下するため、フィルタ形態にした場合、圧力損失
は逆に高くなるなってしまう。

【０００７】また、スペーサーおよびライナーの目付を
多くすれば、単位体積当たりの吸着剤の充填量は上がる
ため、フィルタの除去性能は高くなる。しかし、目付を
多くした分、スペーサーおよびライナーの厚みも厚くな
り、フィルタ形態にした場合開口率が小さくなるため、
圧力損失が高くなってしまう可能性が大きいという問題
があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる従来
技術の背景に鑑み、フィルタの圧力損失を損なうことな
くフィルタの除去性能を向上するようにした、平行流型
タイプのフィルタ濾材を提供せんとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、かかる課題を
解決するために、次のような手段を採用するものであ
る。すなわち、本発明のフィルタ濾材は、スペーサーと
ライナーとがコルゲート形状に構成されてなるフィルタ
濾材であって、前記スペーサーの厚さより前記ライナー
の厚さの方が厚い構成であることを特徴とするものであ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明は、前記課題、つまりフィ
ルタの圧力損失を損なうことなくフィルタの除去性能を
向上するようにした、平行流型タイプのフィルタ濾材に
ついて、鋭意検討し、スペーサーとライナーとがコルゲ
ート形状に構成されてなるフィルタ濾材において、スペ
ーサーの厚さよりライナーの厚さの方を厚くして構成し
てみたところ、かかる課題を一挙に解決することができ
ることを究明したことを特徴としたものである。

【００１１】このように平行流型フィルタ濾材におい
て、フィルタ形態時の圧力損失への影響が少ないライナ
ーの厚さを厚くすることによって、圧力損失を損なうこ
となく、フィルタの単位体積当たりの吸着剤充填量を多
くし、フィルタ除去性能を向上することが可能となった
ものである。

【００１２】本発明においてスペーサおよびライナーと
は、紙基材にイオン交換樹脂を分散混合した紙または不
織布からなり、同密度で厚さが異なる紙または不織布同
士をバインダーおよび熱可塑性繊維等によって接着、あ
るいは熱融着させることによりフィルタ濾材を構成して
いる。

【００１３】本発明のスペーサーおよびライナーの厚さ
は、前述のように、スペーサーとライナーで異なる厚み
同士、すなわちライナーの方が厚いことが特徴であり、
いずれも濾材の厚みの範囲としては０．１〜２．０ｍｍ
が好ましく、さらには、０．２〜１．０ｍｍが好まし
い。

【００１４】また、スペーサーとライナーの厚みの組み
合わせは、ある一定の比率範囲になるように組み合わせ
たほうがフィルタ除去性能と圧力損失との性能にバラン
スがとれて好ましい。スペーサーとライナーとの厚みの
差があまりにも大きくなりすぎると、フィルタの除去性
能は良くなる方向ではあるが、フィルタの圧力損失も高
くなってしまうため、本発明のフィルタの圧力損失を損
なうことなくフィルタ除去性能を向上させることが達成
できなくなる。

【００１５】上述のことから、ライナー／スペーサーの
厚みの組み合わせ比率は１．０を超え２．０までの範囲
が好ましく、さらに好ましくは１．２〜１．５が好まし
い。

【００１６】本発明で使用する紙基材とは、繊維形態を
有するものであれば特に限定するものではなく、天然パ
ルプ、セルロース構造体に微粒子状のゼオライトを一体
化させたゼオライト−セルロース複合材（以下ゼオライ
ト−セルロース複合材という）、または活性炭素繊維と
いったガス吸着機能を有した繊維状吸着剤を用いること
が好ましい。

【００１７】たとえば、本発明で使用できるゼオライト
−セルロース複合材は、アルミナ、シリカおよび水をセ
ルロース繊維に含浸させ、高温、高圧、アルカリ存在下
でゼオライト結晶を生成させることにより、ゼオライト
結晶をセルロース繊維の内部に含んだ構造のゼオライト
−セルロース複合材を得ることができる。市販品として
は「セルガイア」の商品名でレンゴー株式会社が製造販
売している。

【００１８】ゼオライトは、塩基性ガス、酸性ガスなど
の汚染ガスを吸着する特性を有するものであるが、ゼオ
ライト−セルロース複合材も、それに複合されるゼオラ
イトが同様の作用を有する。そのため、ゼオライト−セ
ルロース複合材をエアフィルタ濾材の紙基材として使用
すると、スペーサーおよびライナー内における紙基材の
占有空間を有効に活用することができ、フィルタの除去
性能を大幅に向上することが可能となる。

【００１９】また、ゼオライトはセルロース構造体内に
結晶化して含有されているので、単にパルプとゼオライ
トを物理的に混抄した、従来の紙または不織布のように
粉落ちすることがなく、スペーサーおよびライナーに大
量のゼオライトを含有させることができる。

【００２０】また、ゼオライト−セルロース複合材料中
のゼオライトの含有量は１〜７０ｗｔ％の範囲内である
ことが好ましく、さらに好ましくは１０〜５０ｗｔ％の
範囲内である。１ｗｔ％未満であると、ガス吸着量が少
なくなり、７０ｗｔ％を超えるとセルロースからゼオラ
イトが脱離してしまい、繊維自身の強度が大幅に低下し
てしまうため好ましくない。

【００２１】また、本発明で繊維状吸着剤として使用す
る活性炭素繊維は、活性炭の表面に極性があり、表面酸
化物、いわゆる酸素官能基の量が多く存在するものほど
効果的に酸性ガスを吸着し、有機ガスの吸着効果も期待
できるため好ましい。

【００２２】純粋な炭素の表面は通常非極性であり、疎
水性と考えられているが、実際にはある種の酸素化合物
が存在するため、わずかに表面を極性にしている。

【００２３】活性炭の表面状態は、出発原料や生産工
程、ならびに使用環境によって、その性質が変化するこ
とが知られている。これは炭素表面がＯ２、Ｈ２Ｏなど
の酸化剤によって酸化されるからであり、炭素表面は多
かれ少なかれ含酸素官能基で覆われている。また、活性
炭の特性としては、細孔構造のほかに化学組成によって
変化する。炭素の微結晶構造を乱すものとして、たとえ
ば、結晶中に不完全な黒鉛層が存在すると、炭素骨格上
の電子雲の配列を変えることになるため、不飽和原子価
または不対電子を生じ、極性物質に対する吸着特性を変
えることになる。

【００２４】活性炭表面の酸素官能基の量は、活性炭の
形態や賦活の方法や上述の作用によって異なるが、活性
炭を液層酸化処理することにより大幅に増加する。

【００２５】本発明のスペーサーおよびライナー中の紙
基材の含有量としては、５〜８５ｗｔ％の範囲が好まし
く、さらに好ましくは２０〜５０ｗｔ％の範囲が好まし
い。紙基材の含有量が５ｗｔ％以下になると紙または不
織布自身の強度が低下、また、吸着剤の保持が悪くな
り、吸着剤の脱落の原因となってしまう。また、８５ｗ
ｔ％よりも多くすると、相対的に吸着剤の含有量が少な
くなるためガス吸着性能が低下する。

【００２６】本発明で使用する、アンモニアなどの塩基
性ガスを吸着するイオン交換樹脂としては、一般的に陽
イオン交換樹脂が使用され、スルホン基を導入したポリ
スチレンが好ましい。また、イオン交換樹脂の形状は、
繊維状、粒状などのいずれであっても良いが、特に繊維
状にして使用する場合は、ポリスチレンは靭性が低く脆
いため、繊維形成性に優れた重合体と複合させて、繊維
軸方向の補強を行った陽イオン交換繊維にすることが好
ましい。イオン交換樹脂を繊維形態にすることにより、
湿式抄紙時にイオン交換繊維が均一に分散し、かつ紙基
材から脱落し難くすることができる。

【００２７】本発明のスペーサーおよびライナー中のイ
オン交換樹脂の含有量は、１０〜９０ｗｔ％の範囲が好
ましく、さらに好ましくは４０〜７０ｗｔ％の範囲内で
ある。１０ｗｔ％未満であると塩基性ガスの交換量が少
なくなり、９０ｗｔ％を超えるとスペーサーおよびライ
ナーから脱離し易くなるため好ましくない。

【００２８】本発明のスペーサーとライナーは、コルゲ
ート形状に加工することによって平行流型エアフィルタ
として使用するケースが多く、スペーサーとライナーを
接着する方法としてはバインダや熱可塑性繊維を使用す
る。

【００２９】一般的にバインダーには揮発性の有機成分
が含まれるため、エアフィルタに加工したのち、その使
用中に微量のアウトガスを発生する可能性が大きい。そ
のため、このエアフィルタが半導体製造工場のクリンル
ームに使用された場合には、アウトガスによって半導体
が汚染されることになる。上述のことから、スペーサー
とライナーを接着してもアウトガス等の問題がなく、後
加工などが簡便である熱可塑性繊維を用いることが好ま
しい。

【００３０】本発明のスペーサーとライナーの接着に使
用する熱可塑性繊維としては、２種類以上のそれぞれ融
点が互いに異なる熱可塑性樹脂を組み合わせた複合繊維
が好ましい。このように、融点の異なる熱可塑性樹脂の
複合からなる熱可塑性繊維を含ませ、それらの中間温度
で加熱成形する事により、融点の低い樹脂が溶融し、か
つ融点の高い樹脂が繊維形態を保持した状態にして相互
融着させるため、繊維の強度や剛性を保持させることが
でき、さらに、繊維間に適度な隙間を形成して通気性を
確保することが可能となる。

【００３１】熱可塑性繊維の繊維形態は、円形断面、異
形断面のいずれでも良いが、芯鞘繊維の複合繊維が好ま
しい。特に、芯成分が鞘成分よりも融点が高い熱可塑性
重合体の組み合わせにした芯鞘構造が好ましい。

【００３２】本発明で使用する熱可塑性繊維の素材は、
特に限定されるものではないが、好ましくは融点が８０
〜３００℃の熱可塑性重合体を使用すると良い。例え
ば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、ポリエ
ステル、ポリビニルアルコール及びこれら重合体を主成
分とする共重合体などが挙げられる。

【００３３】スペーサーおよびライナー中の熱可塑性繊
維の含有量は５〜４０ｗｔ％の範囲が好ましく、さらに
好ましくは１０〜３０ｗｔ％の範囲内である。５ｗｔ％
以内であるとスペーサーとライナーを熱融着することが
難しくなる。逆に４０ｗｔ％以上とすると相対的に吸着
剤の含有量が少なくなるためガス吸着量が低下する。

【００３４】本発明のスペーサーおよびライナーは、コ
ルゲート形状すなわち段ボール加工により、波形に加工
したスペーサーと平面状態のライナーとを重ねて相互の
接点を接着して片段ボール材にし、この片側段ボール材
を複数段積層し、多数の平行流路を有する集積構造体に
加工したものがよい。この平行流型フィルタはアルミな
どの専用枠材に組み付けられ、エアフィルタユニットと
して完成する。

【００３５】

【実施例】以下、実施例を用いて、本発明をさらに説明
する。なお、実施例中の各特性値は次に示す測定法によ
り有機ガス除去性能、圧力損失の測定を行い、表１に示
す結果が得られた。

【００３６】（有機ガス除去性能：日）内径３０ｍｍ、
長さ１５００ｍｍの円筒形ガラス製フォルダーに各フィ
ルタ濾材を均一に丸め、ガラス製フォルダーの壁面と隙
間ができないように充填し、連続的に安定した風量を通
気でき小型ポンプと積算流量計が連結できる装置に接続
した。各フィルタ濾材の上流側から約２．２ｐｐｍに調
整（パーミエータPD-11ガステック社製）した有機ガス
（ＮＭＰ）を通気させ、定期的にフィルタ上下流の通気
エアーを固形吸着管（テナックスGR １ｇ）と小型ポン
プ(300MP-Σ)で３０Ｌ(1l/min×30min)捕集した。この
捕集したエアーをガスクロマトグラフで定量分析し、５
０％除去率到達までの時間（日）を測定した。

【００３７】（圧力損失：Ｐａ）１２０×１２０×７０
ｍｍ（開口１００×１００ｍｍ）のアルミ製フィルタ枠
に、各フィルタ濾材を実製品密度（６１０×６１０×７
０ｍｍサイズ）と同レベルに調整して充填し、風量を段
階的に調整して通気できる評価装置（自社製）にセット
して、風速０．５ｍ／ｓ時の圧力損失を測定した。

【００３８】（実施例１）平均粒径５ミクロンの微粒子
活性炭（武田薬品工業製ＧＣ−００７）５０ｗｔ％と
天然パルプ繊維４０ｗｔ％、繊維長５ｍｍの熱可塑性複
合繊維（芯成分：ポリエステル、融点２６０℃、鞘成
分：変性ポリエステル、融点１１０℃）１０ｗｔ％を水
中に分散混合させ、湿式抄紙機にて厚み０．３３ｍｍ
（目付１５０ｇ／m²）、と厚み０．４４ｍｍ（目付２
００ｇ／m²）の濾材を作成し、ライナー：０．４４ｍ
ｍ／スペーサー：０．３３ｍｍでコルゲート加工し、幅
をそれぞれ６３ｍｍにカットしたフィルタ濾材を得た。

【００３９】（比較例１）厚み０．３３ｍｍの濾材でコ
ルゲート加工し、幅を６３ｍｍにカットしたフィルタ濾
材を得た。

【００４０】（比較例２）厚み０．４４ｍｍの濾材でコ
ルゲート加工し、幅を６３ｍｍにカットしたフィルタ濾
材を得た。

【００４１】（比較例３）ライナー：０．３３ｍｍ／スペーサー：０．４４ｍｍで
コルゲート加工し、幅を６３ｍｍにカットしたフィルタ
濾材を得た。濾材の幅は６３ｍｍとした。

【００４２】

【表１】

【００４３】表１に示すように、本発明のフィルタ濾材
は、圧力損失の大幅な増加がなく有機ガス吸着性能が優
れるものであった。一方、比較例に示すフィルタ濾材は
同じ厚みで構成されるため、厚みが薄い物同士で構成さ
れるフィルタ濾材の場合では、圧力損失は低いが有機ガ
ス吸着性能も低くなってしまう。また、厚みが厚い物同
士で構成されるフィルタ濾材の場合だと、有機ガス吸着
性能は高くなるが圧力損失も高くなってしまう。さら
に、実施例のライナーとスペーサーの構成を逆にする
と、有機ガス吸着性能はほぼ変化はないが、圧力損失が
高くなる傾向になることが確認できた。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、上述したように、一
般的に平行流型エアフィルタのスペーサーとライナーの
厚さは同じ厚さで構成されている場合が多いが、フィル
タの圧力損失への影響が少ないライナーの厚さを厚くす
ることによって、圧力損失を損なうことなく、フィルタ
の単位体積当たりの吸着剤充填量を多くし、フィルタ除
去性能を向上することができる。したがって、上記フィ
ルタ濾材で形成されたエアフィルタユニットは、同厚み
で形成されたエアフィルタユニットと比較しても、フィ
ルタの圧力損失性能は遜色無く、フィルタ除去性能を向
上させることが可能となる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｄ２１Ｈ 15/10 Ｄ２１Ｈ 15/10 17/20 17/20 Ｆターム(参考） 4D019 AA01 BA03 BA12 BA13 BB03 BB05 BC04 BC05 BD01 CA01 4L047 AA08 AA14 AA16 AA21 AA23 AA28 AA29 AB02 AB06 BA09 BA21 BB01 BB03 BB06 BB07 BB09 CA05 CA18 CB10 CC12 4L055 AF33 AF47 AG02 AG99 AH50 EA32 FA23 FA30 GA31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スペーサーとライナーとがコルゲート形
状に構成されてなるフィルタ濾材であって、前記スペー
サーの厚さより前記ライナーの厚さの方が厚い構成であ
ることを特徴とするフィルタ濾材。
【請求項２】前記スペーサの厚みとライナーの厚み
が、それぞれ０．１〜２．０ｍｍの範囲内である、請求
項１に記載のフィルタ濾材。
【請求項３】前記ライナー／スペーサの厚み比が、
１．０を超え２．０までの範囲内である、請求項１また
は２に記載のフィルタ濾材。
【請求項４】前記フィルタ濾材が、紙基材にイオン交
換樹脂を分散混合してなる、紙または不織布からなる、
請求項１〜３のいずれかに記載のフィルタ濾材。
【請求項５】前記紙基材が、天然パルプ繊維である、
請求項４に記載のフィルタ濾材。
【請求項６】前記紙基材の含有量が５〜８５ｗｔ％の
範囲内にある、請求項４または５に記載のフィルタ濾
材。
【請求項７】前記イオン交換樹脂の含有量が、１０〜
９０ｗｔ％の範囲内にある、請求項４に記載のフィルタ
濾材。
【請求項８】前記紙または不織布が、熱可塑性繊維を
含んでいる、請求項４〜７のいずれかに記載のフィルタ
濾材。
【請求項９】前記熱可塑性繊維の含有量が、５〜４０
ｗｔ％の範囲である、請求項８に記載のフィルタ濾材。
【請求項１０】前記、熱可塑性繊維の融点が８０〜３
００℃の範囲である、請求項８または９に記載のフィル
タ濾材。
【請求項１１】前記熱可塑性繊維の芯成分が鞘成分よ
りも融点が高い芯鞘構造である、請求項８〜１０のいず
れかに記載のフィルタ濾材。
【請求項１２】請求項１〜１１のいずれかに記載のフ
ィルタ濾材が、空気の流れ方向と平行に多列に配置され
てなる、平行流型エアフィルタ。