(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通気性を有する基材およびこの基材の一側面に繊維経が0.01〜0.5μｍの極細繊維層を堆積、あるいは、積層させたシート状で、ひだ折り加工されていない、フィルタ素材２枚を該極細繊維層同士が重ね合わされるように対向させたエアフィルタにおいて、該エアフィルタの周縁をステンレス製結合枠で挟持した上で耐熱接着材にて固定し、結合枠で挟持された該エアフィルタを、フィルタ枠内に配置してなるエアフィルタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エアフィルタ装置に係り、特に、クリーンルームなどの清浄空間を形成するために用いられ、また、装置あるいは機器の保護のための清浄空気を供給するための用途、さらには高温清浄空気で物品を乾燥するクリーンオーブンや乾燥機、フラットパネルディスプレー製造時の乾燥、焼成などの工程、あるいは特殊な放射性元素排気や焼却炉排ガス装置などに付設されるような用途に用いられるエアフィルタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特に、近年、半導体製造工業、製薬工業、食品工業などに用いられるクリーンルーム、クリーンオーブン、または乾燥機には導入空気を清浄化するためのエアフィルタ装置が配置されることが一般的になってきた。また、例えば、フラットパネルディスプレー製造時の膜つけや微細パターンの形成などのより高温を要求される工程においても、導入空気をより清浄化するニーズが高まってきている。
【０００３】
その使用環境が常温である場合には、フィルタろ材として繊維径が１−１０００ｎｍのいわゆるナノファイバー不織布を使用した積層構造体（特許文献１参照）や複合不織布（特許文献２参照）等が開発されてきている。
【０００４】
しかしながら、これらは必ずしも高温における用途には向いていない。高温の用途においてはガラス繊維が好適であり、ガラス繊維によるものが多く開発されてきているが、多風量、高圧力の用途における従来のエアフィルタ装置は、ガラス繊維同士を有機または無機系バインダで結合したフィルタろ材をジグザグ状に折り畳んでひだ折り加工し、このフィルタ素材間に波形状アルミあるいはステンレス材などのセパレータを挟み込んで、ジグザグ状フィルタユニットを形成し、その全周をシール材でフィルタ枠に気密に取り付けた構成が多い。
【０００５】
しかしながら、このひだ折り加工に伴うガラス繊維の折り曲げ損傷により、ろ材強度が低下して、ろ材が破れたり、損傷したガラス繊維の粉塵がフィルタ装置使用時にろ材を通過する空気により、脱離または飛散してしまい、高い捕集効率を得ることができず、除塵機能が低下するという問題があった。
【０００６】
また、従来のエアフィルタ装置は、細繊維径のガラス繊維を用いているため、通風時の圧力損失が高く、多風量処理ができなかったり、使用時の電力消費量が高くなったりする問題があった。
【０００７】
一方、粉塵等の捕集効率の向上や、エアフィルタ装置使用時の圧力損失低減を図る手段として、例えば、平均繊維径が１０−１０００ｎｍであるナノファイバーやファインファイバーといわれる極細繊維を、通気性を有する基材、すなわち、細繊維径のガラス繊維製または合成繊維層の表面に設ける手法や、形態保持や強度向上を目的として基材の細繊維層の表面に同様な極細繊維を堆積ないし積層してフィルタろ材を形成する手法が開発されてきている。
【０００８】
しかしながら、エアフィルタ基材の表面に極細繊維層が存在する構成であるため、同様にひだ折り加工の際に極細繊維層を損傷させ、圧力損失および粉塵捕集効率などのフィルタ性能を低下させてしまうという問題があった。
【０００９】
また、高温に耐え得るエアフィルタ装置の極細繊維材料が見当たらず、高温で使用した際に極細繊維層が破壊され、本来の機能を発揮できないといった問題点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−２６３８１８号公報
【特許文献２】特開２００８−１６９５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
この発明は、これらの問題を解決しようとするもので、この発明のひとつの目的は、ひだ折り加工をすることなく、したがって、極細繊維を損傷することなく、極細繊維の特徴を生かしたエアフィルタ装置を提供しようとするものである。
【００１２】
この発明のさらなる目的は、ひだ折り加工がないため、エアフィルタ装置使用時に、エアフィルタを通過する空気により極細繊維が損傷し飛散して、除塵機能が低下することを防止したエアフィルタ装置を提供しようとするものである。
【００１３】
この発明のさらに他の目的は、高温時においても高い捕集効率を維持し得るエアフィルタ装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明のひとつの解決手段は、通気性を有する基材として、例えば繊維径が０.３〜５０μm、厚みが０.１〜１.０mm（ＪＩＳ  Ｐ８１１８により計測）のガラス繊維同士または合成繊維または天然繊維などからなる不織布あるいは織布を有機バインダまたは無機バインダで結合した基材を用い、この基材の一面に、例えば繊維径が０.０１〜０.５μmの極細繊維層を堆積または積層させてたフィルタ素材を、そのフィルタ素材の極細繊維層同士を重ね合わせたエアフィルタを用いたエアフィルタ装置である。
【００１５】
この発明の他の解決手段は、そのように形成したエアフィルタを、その周縁部を結合枠により挟持して一体にパネルとしたエアフィルタ装置である。
【００１６】
この発明のさらに他の解決手段は、前記パネルを相互に連結してフィルタ枠内にジグザグ状に配置して、フィルタユニット化し、気密に取り付けたエアフィルタ装置である。
【００１７】
この発明のさらなる他の解決手段は、前記パネルを相互に、耐熱テープで連結してフィルタ枠内にジグザグ状に配置してフィルタユニット化し、気密に取り付けたエアフィルタ装置である。
【００１８】
この発明のさらに他の解決手段は、基材の材料として、シリカ、アルミナ、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、アラミド繊維、ポリベンゾイミダゾール繊維、ポリイミド繊維、ポリアミドイミド繊維、ポリエーテルイミド繊維、ポリアリレート繊維、ポリパラフェニレンベンゾピスオキサゾール繊維、ポリフェニレンサルファイド繊維、ノボロイド繊維、ポリクラール繊維、難燃アクリル繊維、難燃レーヨン繊維、難燃ポリエステル繊維、難燃綿繊維、難燃ウール繊維または難燃処理を施さなくても熱溶融により延焼を防止できる繊維から選ばれた１種以上を用いることである。
【００１９】
この発明の他の解決手段は、極細繊維の材料として、基材と同様に、シリカ、アルミナ、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、アラミド繊維、ポリベンゾイミダゾール繊維、ポリイミド繊維、ポリアミドイミド繊維、ポリエーテルイミド繊維、ポリアリレート繊維、ポリパラフェニレンベンゾピスオキサゾール繊維、ポリフェニレンサルファイト繊維、ノボロイド繊維、ポリクラール繊維、難燃アクリル繊維、難燃レーヨン組維、難燃ポリエステル繊維、難燃綿繊維、難燃ウール繊維または難燃処理を施さなくても熱溶融により延焼を防止できる繊維から選ばれた１種以上を用いたことである。
【００２０】
ここで、基材は、通気性を有する耐熱性であって、フィルタ素材を保形して支持できるものであればよく、例えば、ガラス繊維同士または合成繊維または天然繊維などからなる不織布あるいは織布を有機バインダまたは無機バインダで結合したものを使用することができる。そして、これらを単独で用いてもよいし、２種類以上のものを積層しても、併用してもよい。また、一部耐熱性を有しない材料を使用していても、基材全体として耐熱性を有するものであればよく、また後加工によって耐熱性を有するようにしたものでもよい。特に、基材は、通過風速５.３センチメートル毎秒の時に圧力損失が１０Ｐａ以下であることが好ましい。また、Ｌ０Ｉ（限界酸素指数）２１以上の難燃性または不燃性を有し、かつ熱可塑性でない有機繊維または無機繊維が好ましい。
【００２１】
これらの基材の形成方法としては、湿式抄紙法を用いる方法や、乾式法、スパンボンド法、メルトブロー法などが用いられる。
【００２２】
有機バインダとしては、例えばメラミン樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂などの有機バインダを使用できる。
【００２３】
無機バインダとしては、例えばシリカ、タルク、カオリン鉱物、ベントナイト(活性ベントナイトを含む)、珪藻土、アルミナ(活性アルミナを含む)、シリカとアルミナの混合物、ケイ酸アルミニウム、リボン状構造の含水ケイ酸マグネシウムおよび合成ゼオライトの群から選ばれる少なくとも１種からなる無機系物質を用いることができる。
【００２４】
極細繊維とは、例として単繊維径が０.０１〜０.５μmの範囲内にあるものを指し、その形態は繊維状の形態であればよく、長さや断面形状にはこだわらないものである。
【００２５】
この発明に使用される極細繊維層は、例えば電界紡糸法により製造されたものが好適であるが、極細繊維は、束状でなく極細繊維が分散した状態にあるのが好ましい。これは極細繊維が束状に集合した状態にあると平均繊維径が小さいにもかかわらず極細繊維層の細孔径がより太い繊維で構成される繊維層の細孔径と大差がなく、ろ過性能が劣る傾向があるためである。
【００２６】
また、基材や極細繊維として、ポリビニールアルコールなどの硬さ調整剤、帯電剤などを付与することは、任意に事前または事後に実施することが可能である。
【００２７】
上記問題解決手段による作用は、次の通りである。
【００２８】
すなわち、エアフィルタは、繊維径が０.３〜５０μm、厚みが０.１〜１.０mmのガラス繊維同士または合成繊維または天然繊維などからなる不織布あるいは織布を、有機バインダまたは無機バインダで結合した通気性の基材に、繊維径が０.０１〜０.５μmの極細繊維を、例えば電界紡糸法によって堆積または積層させたフィルタ素材を２枚、それぞれの極細繊維層同士が重ね合わさるように対向して構成したものであるので、吸入される空気中の粉塵は、基材および極細繊維層で捕集され清浄空気として通過する。この際、形状保持機能および強度向上を目的とした粉塵保持容量の大きな基材と極細繊維からなる緻密な高密度捕捉機能を備えた極細繊維層を有するフィルタ素材であって、このフィルタ素材同士、その極細繊維層同士が重なり合って構成されているエアフィルタであるので、低い圧力損失でありながら高い捕集効率を発揮するものである。
【００２９】
さらに、前記エアフィルタを結合枠によってその周縁部を挟持してパネルとした構造であるので、その極細繊維層は、外力に対して保護されるとともに、ひだ折り加工に伴う極細繊維層の損傷がないため、極細繊維層の機能を損なうことがない。
【００３０】
また、高温に耐えられるバインダを使用したガラス繊維、合成繊維または天然繊維などからなる基材とし、結合枠を高温に耐えられるステンレスなどの金属枠とし、接着材として高温に耐えられる耐熱シリコンなどを用いたので、エアフィルタを通過する高温空気によりエアフィルタが変形したり、エアフィルタの繊維が破れて飛散することがなく、長期に所定の捕集機能を維持できるものである。
【発明の効果】
【００３１】
(1)  フィルタ素材を相互にその極細繊維層同士を重ね合わせて、結合枠によってその周縁部を挟持したパネルの構造であるため、長期に亘り安定に保持可能であり良好な状態に維持できる。
【００３２】
(2)  極細繊維を用いた構造であるので、低い圧力損失で高効率の機能を発揮できる。
【００３３】
(3)  クリーンオーブンなどの乾燥機にエアフィルタ装置を使用し、高温空気を通過させても、発塵することなく高温の清浄空気を導入させることができる。
【００３４】
(4)  この発明のエアフィルタ装置は、従来のエアフィルタ装置と比較して、ひだ折りがなくエアフィルタの強度が低下していないので、エアフィルタの繊維が飛散したり、エアフィルタが破れたりして除塵機能が低下するという恐れがない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明によるエアフィルタ装置の外観を示す斜視図
【図２】この発明によるパネルを連結して組み込んだエアフィルタユニットを示す斜視図
【図３Ａ】この発明のエアフィルタ装置に使用するフィルタ枠の上板または下板を示す斜視図
【図３Ｂ】同じくフィルタ枠の側板を示す斜視図
【図４】この発明のパネルの分解斜視図
【図５】この発明のパネルの断面図
【図６】この発明のエアフィルタユニットの一部分の連結部を断面して示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、この発明の実施形態に係るエアフィルタ装置を、添付図面に基づいて説明する。
【００３７】
図１は、この発明によるエアフィルタ装置の全体を示すもので、例えば、角筒状のフィルタ枠１内には、パネルＰをフィルタユニット化して複数個連結してジグザグ状に配置したものが、気密に取り付けられている。
【００３８】
このように構成されるエアフィルタ装置を、その組み立て手順に従って以下に詳細に説明する。
【００３９】
まず、エアフィルタ２は、図５の断面図に示すように、通気性を有する長尺の基材３、すなわち、繊維径が０.３〜５０μｍ、厚みが０.１〜１.０mmのガラス繊維同士または合成繊維または天然繊維などからなる不織布あるいは織布を有機バインダまたは無機バインダで結合して一体にしたシート状の基材３を形成する。次いで、この基材３の一表面上に繊維径が０.０１〜０.５μmの極細繊維を電界紡糸法によって堆積または積層させてフィルタ素材４を一体化して形成する。このように形成した長尺のフィルタ素材シート（図示せず）を、例えば長方形をなす所定寸法に切断して、フィルタ素材部品２Ａを形成する。
【００４０】
次いで、図４、５に示すように、このフィルタ素材部品２Ａの２枚を、フィルタ素材４の極細繊維層同士が重ね合わされるように対向してエアフィルタ２とし、一対のステンレス製の結合枠５、５によって、その周縁を挟持して、例えばシリコン接着材のような耐熱接着材Ｇによって相互に固定する。このようにして、これ自体でろ過機能を有するパネルＰが完成する。
【００４１】
ここでは、結合枠５、５は、図示するように平板状の枠で構成し、相互に耐熱接着材Ｇでろ材２を介して結合するようにしたが、その結合状態を相互にボルトナット等によって維持するように構成することも可能であり、さらには、例えば結合枠５、５の少なくとも一方に形成した結合爪を折り曲げ形成して、結合枠同士で保持できるように構成することも可能である。
【００４２】
次いで、このようにして形成した複数個のパネルＰを図２に明示するようにジグザグ状に配置する。この図２においては、明瞭化のためにジグザグ状に配置されたパネルＰだけを示しており、後述する連結部の耐熱テープおよび耐熱接着材は省略して示している。すなわち、パネルＰの結合枠５、５は、その長辺が相互に近接して並置され、この連結部分を断面で示すフィルタユニットＵの一部分の断面図が図６に明示されているように、その対向する長辺（紙面と直交する辺）間に耐熱テープＴを両面から張り合わせることによって相互に連結される。このように張り合わされて連結された状態で、その張り合わせ部を介してジグザグ状のフィルタユニットＵを形成する。この場合に、図６に示すように、フィルタユニットＵのジグザグ状の凸に形成される部分には、その連結部分の耐熱テープＴを含んで覆うように耐熱接着材Ｂが施されて、結合枠５、５がより強固に連結される。このように構成されたフィルタユニットＵを、フィルタ枠１内に耐熱接着材等によって気密に装着する。なお、耐熱テープＴによる張り合わせは両面からでなく、片側面からひとつおきに互い違いに配置して、ジグザグ状に形成した場合の凸に形成される部分には耐熱テープがない形態にすることも可能であって、その部分に直接耐熱接着材Ｂを施して結合枠５、５、したがってパネルＰを強固に連結することも可能である。
【００４３】
すなわち、フィルタ枠１は、図１および図３Ａ、３Ｂに示すように、その外周枠が、左側板６、右側板７、上板８、下板９とからなっている。この左側板６と右側板７とは、同一形状をなし、それぞれ一対の端部が、外方にＬ型に折れたつば片１０、１０´と、他の一対の端部が外方にＬ型に折れ曲がり、さらにその先端が内方にＬ型に折れ曲がった突片１１、１１´を形成したつば片１２、１２´を有する平板で構成されている。また、上板８と下板９とは、同一形状をなし、１対の端部が内方にＬ型に折れたつば片１３、１３´と、他の一対の端部が、前記側板のつば片１０、１０´に当接し得る舌片１４、１４´とを有する平板で構成されている。そして、左側板６、右側板７と、上板８、下板９とを角筒状に組み立てる場合に、そのつば片１０、１０´と舌片１４、１４´とが相互に一体的に接するようになっており、当接したときに、それぞれに形成した取り付け穴１５、１５´が合致するようになっている。
【００４４】
このように構成されている下板９の内面には、前もって耐熱接着材、例えばシリコン接着材を塗布しておき、これに前述のジグザグ状のフィルタユニットＵを気密に設置する。フィルタユニットＵが下板９にシリコン接着材で固定された後、左側板６および右側板７のつば片１０、１０´を下板９の舌片１４、１４´に取り付け穴１５を介して図示していないボルトで締め付け固定する。その際、同様に左側板６および右側板７の内面にもシリコン接着材を塗布しておくことにより、フィルタユニットＵの両端部を気密に固定することができる。
【００４５】
フィルタユニットＵを下板９と左側板６および右側板７に固定した後、左側板６および右側板７を持ってフィルタユニットＵを倒立して、下方に位置し、内面にシリコン接着材を塗布しておいた上板８に設置して側板６および右側板７のつば片１０´を上板６の舌片１４、１４´に同様に取り付け穴１５を介してボルトで固定してエアフィルタ装置を完成する。
【００４６】
（実施例１）
以下に、実施例と比較例とを対比して説明する。
【００４７】
次の構成のようにエアフィルタ装置を製作した。
【００４８】
まず、繊維径２.２dtexのアラミド緻維８０%と、繊維径１.７dtexのビニロンをメラミン系のバインダで結合した基材を作成し、この基材の一面に対して電界紡糸法によって繊維径０.１μmのアラミド極細繊維層を堆積ないし積層させたフィルタ素材４のシートを得た。
【００４９】
このフィルタ素材４のシートを所定寸法の長方形に切断してフィルタ素材部品２Ａを形成し、このフィルタ素材部品２枚を、そのフィルタ素材４の極細繊維層同士を重ね合わせてエアフィルタ２とし、１対のステンレス製結合枠５、５の内側周縁で挟み込み、シリコン接着材によって気密に挟持固定したパネルＰを得た。
【００５０】
次に、これらのパネルＰを相互に連結した状態でジグザグ状のエアフィルタユニットＵを配置し、ステンレス製の下板９、左側板６、右側板７を組合わせて耐熱性シリコンシール材で固定し、最後に上板８を固定して、エアフィルタ装置を完成した。
【００５１】
(比較例1)
ガラス繊維同士を無機バインダで結合したろ材にプリーツ加工を施し、このろ材のプリーツ間に波形状アルミ材あるいはステンレス材などのセパレータを挿入し、これをフィルタ枠に接着材を介して収納固定した高温用エアフィルタ  装置を完成した。
【００５２】
次に、これら実施例１及び比較例１の各エアフィルタ装置について、フィルタ性能の試験を行った。評価方法は、下記の通りとした。
【００５３】
(1)     初期圧力損失(Pa)：エアフィルタ装置外形寸法１５０×１５０(mm)の大きさでＪＩＳダクトを用いて圧力損失を測定した。風量は０.５m3/minとした。
【００５４】
(2)     初期捕集効率(計数法、%)：エアフィルタ装置外形寸法１５０×１５０(mm)の大きさでＪＩＳダクトを用いて捕集効率を測定した。風量は０.５m3/minとした。
【００５５】
その結果、初期捕集効率は各々９９.９７%であった。初期圧力損失は比較例１では３０８Paであったのに対し、実施例１では１５２Paであり、低い圧力損失で高効率の機能を発揮できることが確認できた。
【００５６】
なお、この発明は前記実施形態そのままに限定されるものでなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化でき、また前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の変更が可能である。
【００５７】
また、この発明で述べたエアフィルタ装置に使用するフィルタ素材２枚を極細繊維層同士が相互に積層されたエアフィルタは、一般に言われている超高性能フィルタ(ＨＥＰＡ)だけでなく、ＵＬＰＡフィルタ、高性能フィルタ、中性能フィルタに使用でき、種々変更しても何らこの発明の要旨を変更するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
高温度域においても低い圧力損失でありながら高効率の機能を発揮し、さらにエアフィルタからの発塵、発ガス、繊維の飛散が全くなく、長期に亘り安定に使用し得る。
【００５９】
この発明のエアフィルタ装置は、クリーンルームなどの一般空調だけでなく、クリーンオーブンや乾燥機などの循環空気清浄用あるいは焼却炉の排ガス処理用などに最適、有用なものである。
【符号の説明】
【００６０】
１…フィルタ枠    ２…エアフィルタ    ２Ａ…フィルタ素材部品    ３…基材    ４…フィルタ素材    ５…結合枠    Ｐ…パネル    Ｔ…耐熱テープ    Ｕ…エアフィルタユニット    Ｂ…耐熱接着材    ６…左側板    ７…右側板    ８…上板    ９…下板    １０、１０´…つば片    １１、１１´…突片    １２、１２´…つば片    １３、１３´…つば片    １４、１４´…突片    １５、１５´…取り付け穴
【図１】
0005795860.tif 000002
【図２】
0005795860.tif 000003
【図３Ａ】
0005795860.tif 000004
【図３Ｂ】
0005795860.tif 000005
【図４】
0005795860.tif 000006
【図５】
0005795860.tif 000007
【図６】
0005795860.tif 000008