JP2004243319A - 濾過システム - Google Patents

Abstract

【課題】 従来、ダイシング、ＣＭＰ等の機械的加工により発生する研磨屑、研削屑が混入された排水をフィルタで濾過していた。しかし、原水が飛散し、周りを汚染したり、中には反応ガスが発生したりすることがあった。
【解決手段】 まず排気口２０１を設け、反応ガス１１３を排気すると同時に、空間領域２０３の圧力を少し高めることにより、固形物から成る第２のフィルタ１０７の保護も実現している。また連通領域を原水タンク１０１よりも下方に配置することにより移送パイプの流体が逆流するのを抑えて第２のフィルタ１０７の破壊を防止している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、濾過システムに関するもので、特に原水に発生する反応ガスを外部雰囲気に排出する機構を備えた濾過装置に関するものである。

一般に、金属、セラミック等の無機固形物、有機系の固形物は、研削、研磨または粉砕等の処理が施される時、微粒子が発生する。そしてこれらの微粒子は、一般に水等の流体により流され排水や汚水として放出される。本発明は、この排水の再利用システムに関するものである。

現在、産業廃棄物を減らす事は、エコロジーの観点から重要なテーマであり、２１世紀へ向けての企業課題である。この産業廃棄物の中には、色々な排水や汚水がある。

以下、水や薬品等の流体中に被除去物である物質が含まれているものを排水と呼び説明する。これらの排水は、高価な濾過処理装置等で前記被除去物が取り除かれ、排水がきれいな流体となり再利用されたり、除去できずに残ったものを産業廃棄物として処理している。特に水は、きれいな状態にして川や海等の自然界に戻されたり、再利用される。

しかし、濾過処理等の設備費、ランニングコスト等の問題から、これらの装置を採用することが非常に難しく、環境問題にもなっている。

この事からも判るように、排水処理の技術は、環境汚染の意味からも、またリサイクルの点からも重要な問題であり、低イニシャルコスト、低ランニングコストのシステムが早急に望まれている。

一例として、半導体分野に於ける排水処理を以下に説明していく。一般に、金属、半導体、セラミック等の板状体を研削または研磨する際、設備の温度上昇防止、潤滑性向上、研削屑または切削屑の板状体への付着等が考慮され、水等の流体が供給されている。

例えば、半導体材料の板状体である半導体ウェハをダイシングしたり、バックグラインドする際、純水を流す手法が取られている。ダイシング装置では、ダイシングブレードの温度上昇防止のために、またダイシング屑がウェハに付着するのを防止するために、半導体ウェハ上に純水の流れを作ったり、ブレードに純水が当たるように放水用のノズルが取り付けられている。またバックグラインドでウェハ厚を薄くする際も、同様な理由により純水が流されている。ここで純水の代わりに、蒸留水でも良い。

一方、「環境に優しい」をテーマに、前記半導体ウェハの研削屑または研磨屑が混入された排水は、濾過されてきれいな水にして自然界に戻したり、あるいは再利用され、濃縮された排水は、回収されている。

現状の半導体製造に於いて、Ｓｉを主体とする屑の混入された排水処理には、凝集沈殿法、フィルタ濾過と遠心分離機を組み合わせた方法の二通りがあり、各半導体メーカーで採用している。

前者の凝集沈殿法では、凝集剤としてＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）またはＡｌ2（ＳＯ４）3（硫酸バンド）等を排水の中に混入させ、Ｓｉとの反応物を生成させ、この反応物を取り除くことで、排水の濾過をしていた。

後者の、フィルタ濾過と遠心分離を組み合わせた方法では、排水を濾過し、濃縮された排水を遠心分離機にかけて、スラッジとして回収するとともに、排水を濾過してできたきれいな水を自然界に放出したり、または再利用していた（特許文献１）。

しかしながら、前者の凝集沈殿法は、凝集剤として化学薬品を使用するため、濾過された水の中に前記化学薬品が投入される。しかしシリコン屑が完全に反応する薬品の量を特定するのは非常に難しく、どうしても薬品が多く投入され未反応の薬品が残る。逆に薬品の量が少ないと、全てのＳｉの屑が凝集沈降されず、シリコン屑が分離せず残ってしまう。特に、薬品の量が多い場合は、上澄液に薬品が残る。これを再利用する場合、濾過水に薬品が残留するため、化学反応を嫌うものには再利用できない問題があった。例えば薬品の残留した濾過水をウェハ上に流すと、好ましくない反応を引き起こすため、ダイシング時に使用する水として再利用できない問題があった。

また薬品とシリコン屑の反応物であるフロックは、あたかも藻の如き浮遊物で生成される。このフロックを形成する条件は、ＰＨ条件が厳しく、約ＰＨ６〜ＰＨ８に維持する必要があり、攪拌機、ＰＨ測定装置、凝集剤注入装置およびこれらを制御する制御機器等が必要となる。またフロックを安定して沈降させるには、大きな沈殿槽が必要となる。例えば、３ｍ3／１時間の排水処理能力であれば、直径３メートル、深さ４メートル程度のタンク（約１５トンの沈降タンク）が必要となり、全体のシステムにすると約１１メートル×１１メートル程度の敷地も必要とされる大がかりなシステムになってしまう。

しかも沈殿槽に沈殿せず浮遊しているフロックもあり、これらはタンクから外部に流出する恐れがあり、全てを回収する事は難しかった。つまり設備の大きさの点、このシステムによるイニシャルコストが高い点、水の再利用が難しい点、薬品を使う点から発生するランニングコストが高い点等の問題があった。

一方、フィルタ濾過と遠心分離機を組み合わせた方法では、濾過装置にフィルタ（ＵＦモジュールと言われ、高分子系ファイバで構成されたもの、またはセラミックフィルタ）を使用するため、水の再利用が可能となる。しかし、濾過装置には４本のフィルタが取り付けられ、フィルタの寿命から、約５０万円／本と高価格なフィルタを、少なくとも年に１回程度、交換する必要があった。しかも濾過装置の手前のポンプは、フィルタが加圧型の濾過方法であるためモータの負荷が大きく、ポンプが高容量であった。また、フィルタを通過する排水のうち、２／３程度は、原水タンクに戻されていた。更にはシリコン屑が入った排水をポンプで輸送するため、ポンプの内壁が削られ、ポンプの寿命も非常に短かった。

これらの点をまとめると、モータの電気代が非常にかかり、ポンプやフィルタＦの取り替え費用がかかることからランニングコストが非常に大きい問題があった。

今までの説明からも判るように、地球環境に害を与える物質を可能な限り取り除くために、色々な装置を追加して大がかりなシステムとなり、結局イニシャルコスト、ランニングコストが膨大と成っている。

そのため、本出願人は、第１のフィルタの表面に固形物から成る第２のフィルタを形成した簡単な濾過装置や濾過システムを開発した。この濾過装置は、目詰まりが殆どなく、原水を５００ミリグラム／リットル〜約２００００ミリグラム／リットルの濃度にまで濃縮できる。

図４Ａに、この濾過システム１００の概要を示す。符号１０１は、原水タンクであり、この中には、原水１０２が投入されている。濾過装置１０３は、この原水１０２に浸漬され、移送パイプ１０４に取り付けられた吸引ポンプ１０５により、原水１０２を構成する流体を吸引している。

この濾過装置１０３は、平膜の第１のフィルタ１０６が貼り合わされており、この第１のフィルタ１０６の表面に、固形物から成る第２のフィルタ１０７が形成されている。例えば、第１のフィルタ１０６から成る濾過装置１０３を固形物が混入された流体中に浸漬し続けると、第１のフィルタ１０６の全表面には、この固形物から成る第２のフィルタ１０７が被覆される。この状態を図５に示す。黒丸で示すものは、固形物であり、大きな固形物１０８Ａ〜小さな固形物１０８Ｂが捕獲されてゆき、膜として形成される。

また図４に示すように、この濾過装置１０３の下方には、第２のフィルタ１０７の表面に外力を与え、リフレッシュさせる手段の一例として、気泡発生装置１０９が設けられている。この装置１０９から発生する気泡１１０は、第２のフィルタ１０７の表面を通過し、表面の固形物を原水側に移動させ、第２のフィルタ１０７の目詰まりを解除する。つまり常にリフレッシュする濾過装置が実現できるわけである。
特願平１１−３２４３６７号公報

図６は、一般に用いられる濾過システム１００を示し、原水１０２の中には、大きな被除去物１１２Ａ〜小さな被除去物１１２Ｂが混入されている。しかし原水タンク１０１の上部がおおきく開口していると、気泡が原水から出た瞬間に、原水１０２が細かな飛散物となり、空気中を漂いながら原水タンク１０１の外に飛び散っていく。これは原水タンク１０１自身や原水タンク１０１の周囲を汚す事になる。更には、被除去物１１２Ａ〜１１２Ｂや流体の中に有害な物質が入っていれば、環境汚染となる。

またこの被除去物１１２と流体が化学的に反応すると、反応ガス１１３が発生することがある。この反応ガスは、爆発性があったり、有害であったりすることがある。

例えば、流体が水、被除去物がＳｉであると、水素が発生する。Ｓｉと水（Ｈ2Ｏ）が、Ｓｉ＋２Ｈ2Ｏ→ＳｉＯ2＋２Ｈ2の如く反応し、水素が発生するものと考えられる。

この水素の量は非常に少ないが何らかの原因により、４％〜７５％の濃度に成ると爆発性を示し、非常に危険である。流体が水であるため、中に入った被除去物の種類により、発生する反応ガスは、酸素か水素であるが、流体の組成によっては、他の有害な反応ガスが発生することも考えられる。

特に図４に示すように、第２のフィルタ１０７をリフレッシュする濾過では、原水を５００ミリグラム／リットル〜約２００００ミリグラム／リットルと高濃度にできる。例えばＵＦフィルタ等の普通の濾過システムでは３００ミリグラム／リットルが限界であるが、第２のフィルタをリフレッシュする濾過システムは、１０倍から１００倍程度に原水を濃縮できる。つまり普通の濾過システムよりも被除去物の混入率が高いため、その分、反応ガスも大量に発生するわけである。

一方、図４Ａに於いて、吸引ポンプ１０５が原水１０２の底面よりも上方に設置され、しかも吸引ポンプ１０５が停止すると、移送パイプ１０４の流体が逆流する問題があった。例えば、図４Ｂに示したように、ポンプ１０５が停止しても、移送パイプ１１４から流体がポンプ１０５を介して移送パイプ１０４へ浸入し（この状態を連通状態と仮称する。）、完全に遮断されない流体は、その自重により逆流していく。

よって図５に示す第２のフィルタを採用する場合、移送パイプ１０４から逆流する流体は、第１のフィルタ１０６、第２のフィルタ１０７に圧力を加え、更に流体は、固形物１０８の隙間を介して原水タンク１０１へ戻ろうとする。この圧力は、ポンプ１０５の高さにより大きく異なるが、第２のフィルタ１０７が固形物の集合体であるため、第２のフィルタ１０７にクラックを誘引したり、膜剥がれを誘引させる原因の一つとなる。つまり、吸引ポンプが何らかの原因で停止し、再度再開する場合、前記現象により、濾液の中に被除去物が混入してしまう可能性がある。この第２のフィルタ１０７は、第１のフィルタ１０６に厚くしかも強固に付いているため、殆どこの現象が発生しないが、濾液を精密機器用の洗浄、半導体の洗浄等に再利用する場合、この現象が発生する可能性がゼロではないため、この現象を未然に防止する必用がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされ、第１に、被除去物が混入された流体より成る原水と、前記原水が投入された原水タンクと、前記原水に浸漬された濾過装置とを有する濾過システムに於いて、
前記流体中に発生する反応ガスを排気する排気口を前記原水タンクに設ける事で解決するものである。
水素、酸素等の反応ガスは、排気口より排出されるため、この反応ガスによる爆発等を防ぐこともできる。

第２に、前記流体中に発生する反応ガスを、強制的に排気することで解決するものである。

反応ガスが強制的に排気されれば、反応ガスの滞留を防止することができる。

第３に、前記原水内に気体を発生させる気体発生装置を備え、前記流体中に発生する反応ガスを、強制的に排気することで解決するものである。

気泡発生装置から発生する気体は、本来、原水の中を攪拌したり、フィルタの表面をリフレッシュしたりするものである。しかし気泡が連続的に発生するため、原水タンクの上部に形成される空間領域の気体を外部雰囲気に放出させる働きも持たせることができる。

第４に、前記原水が投入された原水タンクは、前記排気口をのぞいて実質密閉され、前記原水内に発生する気体により、前記流体中に発生する反応ガスが、強制的に排気されることで解決するものである。

前記排気口をのぞいて原水タンクが密閉されると、空間領域の圧力を大気圧よりも高くすることができ、吸引濾過の負荷を低減することができるが、原水タンクの空間領域に反応ガスがより滞留し易く成る。しかし原水の全表面に連続して上昇してくる気体で反応ガスを強制的に排除する事ができる。

第５に、被除去物が混入された流体より成る原水と、前記原水が投入された実質密閉された原水タンクと、前記原水に浸漬された吸引型の濾過装置と、前記原水内に気体を発生させる気体発生装置とを有する濾過システムに於いて、
前記気体発生装置から発生する気体により、強制的に前記流体中に発生する反応ガスを排気する排気口を前記原水タンクに設け、
前記原水タンクには、前記気体と前記反応ガスから成る空間領域が設けられ、前記空間領域の圧力が大気圧よりも大きくなるように前記排気口が設けられていることで解決するものである。

排気口の排出量が気体発生装置より供給される気体の量よりも少ないと、空間領域の圧力を大気圧よりも高めることができる。すると原水表面が空間領域の圧力により押圧され、フィルタを介した吸引濾過の量を増加させることができる。逆に吸引濾過の量が増えるため、移送パイプの吸引力を下げることも可能である。例えば、従来と同等の濾過量で良ければ、吸引ポンプの負荷を低下させることが可能となる。

第６に、前記吸引型の濾過装置は、フィルタ孔を有した第１のフィルタと、前記第１のフィルタの表面に設けられた固形物から成る第２のフィルタから成ることで解決するものである。

第２のフィルタは、気泡によってリフレッシュしている。しかも本来リフレッシュするために設けられた気泡が空間領域内に連続して発生してくるので、反応ガスの強制排気の一手段として活用できる。

第７に、前記吸引型の濾過装置は、フィルタ孔を有した縦型の平膜から成る第１のフィルタと、前記第１のフィルタの表面に設けられ、少なくとも表面が外力により移動可能な固形物から成る第２のフィルタから成ることで解決するものである。

固形物から成る第２のフィルタを縦型の平膜（第１のフィルタ）に形成した濾過装置に於いては、上昇する気泡が、第２のフィルタの表面を通過し続けるため、第２のフィルタは、常にリフレッシュしている。その結果、原水を５００ミリグラム／リットル〜約２００００ミリグラム／リットルと高濃度にできる。例えばＵＦフィルタ等の普通の濾過システムでは３００ミリグラム／リットルが限界であるが、この濾過システムでは、１０倍から１００倍程度に原水を濃縮できる。よって普通の濾過システムよりも被除去物の混入率が高いため、その分、反応ガスも大量に発生するわけである。しかしリフレッシュに必用な気泡が空間領域内に連続して発生してくるので、反応ガスを強制排気の一手段として活用できる。

また空間領域の圧力が高くなるため、吸引濾過の量を増大させることができる。また吸引濾過の量を従来と同等に設定すれば、吸引ポンプの負荷を低減でき、省エネが可能となる。

第８に、前記被除去物は、Ｓｉを含み、前記流体は、水から成ることで解決するものである。

例えば、Ｓｉ屑から成る排水は、Ｓｉインゴットからウェハに加工する工程、ＩＣが完成するまでにウェハを研磨／研削する工程、またウェハから半導体チップに分離する工程等で大量に発生する。よって図５の濾過システムを採用すると、水素の発生量が増大する。しかしリフレッシュのための気泡が水素の排出手段として活用でき、しかも空間領域の圧力が高くなるため、吸引濾過の量を増大させることができる。また濾過の量を従来と同等に設定すれば、吸引ポンプの負荷を低減でき、省エネが可能となる。

第９に、前記被除去物は、Ｓｉインゴットを切削、研磨または研削した際に発生するＳｉ、半導体ウェハをダイシング、研磨または研削した際に発生するＳｉ、半導体ウェハをダイシング、研磨または研削した際に発生するＳｉ酸化物、ガラスを切削、研磨または研削した際に発生するＳｉ酸化物または回路素子を封止する封止樹脂を切削、研磨または研削した際に発生する樹脂を含むことで解決するものである。

第１０に、前記排気口には、排気量を調整する調整手段が設けられることで解決するものである。

例えば、気泡の発生量が排気口からの排気量よりも多ければ、空間領域内の圧力は、予想もできない圧力になってしまうことも考えられる。よってこの排気口からの排気量を調整できる機構を持つことにより、一定の圧力に維持することができる。

第１１に、被除去物が混入された流体より成る原水と、前記原水が投入された原水タンクと、前記原水に浸漬され、フィルタ孔を有した第１のフィルタと、前記第１のフィルタの表面に設けられた固形物から成る第２のフィルタから成る濾過装置とを有する濾過システムに於いて、
前記濾過装置とつながった移送手段は、前記移送手段の一部に大気圧と連通する連通領域を有し、前記連通領域は、前記原水の底部よりも下方に配置されることで解決するものである。

前記連通領域を、前記原水の底部よりも下方に配置すれば、逆流が止まると同時に、原水タンク側から移送パイプの方に原水が流れる。よって固形物から成る第２のフィルタの劣化を極力抑えることができる。

第１２に、前記濾過装置は吸引型であり、フィルタ孔を有した縦型の平膜から成る第１のフィルタと、前記第１のフィルタの表面に設けられ、少なくとも表面が外力により移動可能な固形物から成る第２のフィルタから成ることで解決するものである。

前述と同様に、平膜に圧力が加わらず、固形物から成る第２のフィルタの劣化を極力抑えることができる。

第１３に、前記固形物は、Ｓｉ、酸化Ｓｉまたは酸化アルミニウムから成り、前記フィルタ孔よりも大きいサイズと小さいサイズの固形物から成ることで解決するものである。

第１４に、前記固形物は、切削、研磨または研削により発生したものであることで解決するものである。

第１５に、前記固形物は、サイズおよび形状が異なることで解決するものである。

第１６に、前記外力は、気泡の上昇により発生する外力、水流、振動により発生する外力で解決するものである。

第１７に、前記被除去物は、Ｓｉインゴットを切削、研磨または研削した際に発生するＳｉ、半導体ウェハをダイシング、研磨または研削した際に発生するＳｉ、半導体ウェハをダイシング、研磨または研削した際に発生するＳｉ酸化物、ガラスを切削、研磨または研削した際に発生するＳｉ酸化物または回路素子を封止する封止樹脂を切削、研磨または研削した際に発生する樹脂を含むことで解決するものである。

第１８に、前記移送手段は、前記流体を移送する移送ポンプが取り付けられることで解決するものである。

第１９に、前記排水は、５００〜４００００ｐｐｍであることで解決するものである。

本発明によれば、第１に、排気口を設けることにより、反応ガスの排出を可能にでき、更には、空間領域の圧力を高めることにより強制排気と同時に第２のフィルタの保護も可能となる。また連通領域の位置によっても第２のフィルタの保護を可能とすることができる。
以上、本発明は、簡単なシステムで、安全且つモータの負荷も少ない状態で、排水から被除去物と流体を分離回収することができ、産業廃棄物を極力減らせ、リサイクルが可能な環境に優しい濾過システムが実現できる。

本発明は、金属、無機物または有機物等の被除去物が混入された流体（排水）を、フィルタで除去するものであり、例えば、被除去物は、結晶インゴットをウェハ状にスライスする時、半導体ウェハをダイシングする時、バックグラインドする時、ＣＭＰ（Chemical-Mechanical Polishing）またはウェハポリッシングする時等で発生する。

この被除去物は、Ｓｉ、酸化Ｓｉ、Ａｌ、封止樹脂等の有機物およびその他の絶縁材料や金属材料が該当する。また化合物半導体では、ＳｉＧｅ、ＧａＡｓ等の化合物半導体が該当する。

また最近では、ＣＳＰ（チップスケールパッケージ）の製造に於いてダイシングを採用して分離している。これはウェハの表面に樹脂を被覆し、最後に封止された樹脂とウェハを一緒にダイシングするものである。またセラミック基板の上に半導体チップをマトリックス状に配置し、セラミック基板表面に樹脂を被覆し、最後に封止された樹脂とセラミック基板をダイシングするものもある。これらもダイシングする際に被除去物が発生する。

一方、半導体分野以外でも被除去物が発生する所は数多くある。例えばガラスを採用する産業に於いて、液晶パネル、ＥＬ表示装置の製造工程で、ガラス基板のダイシング、基板側面の研磨等で発生するガラス屑が発生する。またコンピュータの記憶媒体として用いられるハードディスクは、現在Ａｌディスクが主流である。しかし将来は、メモリ容量の増加のためにガラスディスクが採用される。このディスクは切削、研磨等の工程が加えられ、平坦な円盤として加工される。よってこの加工工程により被除去物が発生する。また電力会社や鉄鋼会社では燃料として石炭を採用しており、石炭から発生する粉体が該当し、更には煙突から出る煙の中に混入される粉体も被除去物に相当する。また鉱物の加工、宝石の加工、墓石の加工から発生する粉体もそうである。更には、旋盤等で加工した際に発生する金属屑、セラミック基板等のダイシング、研磨等で発生するセラミック屑等も被除去物に該当する。

これらの被除去物は、研磨、研削または粉砕等の加工により発生し、被除去物を取り去る事を目的として水や薬品等の流体を流す。そのためこの流体の中に被除去物が混入されてしまう。

本発明の概要を説明する第１の実施の形態
図１に、大まかな濾過システム１００を示す。尚、従来例で示した図番を活用して説明していく。

原水タンク１０１は、原水１０２を貯留するタンクである。例えば、前述したように、研削、研磨、切削、ダイシング等の加工工程で発生した被除去物１１２Ａ、１１２Ｂが流体の中に混入された状態で移送パイプ２００から搬送される。この貯められたものが原水１０２である。よって大きな被除去物１１２Ａもあれば、小さな被除去物１１２Ｂもある。

そしてこの原水１０２には濾過装置１０３が投入されている。ここで、濾過装置としては、色々なタイプのものがある。図１は、吸引型であるが、加圧型でも良い。またセラミックでも高分子型でも良い。そして平膜のフィルタでも、中空糸を使ったＵＦフィルタでも良い。更にこの濾過装置１０３の下方には、原水１０２を常に攪拌するために、気泡発生装置１０９が取り付けられている。

ここで流体と被除去物の反応により、また流体に溶け込んだ化学物質と被除去物または流体が反応し、反応ガス１１３が発生することがある。

更には、被除去物または流体の中には、人体に有害なもの、無害なもの、自然環境を汚染するもの等が考えられが、できる限り原水タンク１０１の外に出すことは好ましくない。

例えば、Ｓｉ結晶を研磨、研削、ダイシング等を行った際に発生する排水は、主に水とＳｉであり、発明が解決しようとする課題の欄にも述べたように、この原水タンク１０１の中には、水素が発生する。この水素は、濃度が４％〜７５％に成ると爆発性を示すため、排気口２０１を設けることにより、この爆発を未然に防ぐことができる。また好ましくは、排気口を介して強制的に排気することが好ましい。この強制排気の手段は、色々ある。例えば、図１に示した様に、気泡発生装置１０９から出てくる気体の流れを利用しても良い。また排気口２０１の先に、気体を外界に排気するファン等を設けても良い。

特に、原水タンク１０１自体を実質密閉状態とし、排気口２０１から外界に排気される構成とすれば、気泡発生装置１０９から発生する気体は、原水１０２の中から水素を取り込み、原水１０２の表面から排気口に向かい流れ、外界に排気される。

また原水１０２または被除去物１１２は、気泡１１０が原水１０２から飛び出した瞬間に、飛散物２０２として気体（実際は空気）に漂い、外界に出る恐れがある。本発明は、この現象をできる限り抑えるために、この飛散物２０２が原水タンク１０１の中で滞留する様な構造とした。つまり原水タンク１０１の上部は、排気口２０１以外を除いて実質密閉できるようにし、原水タンク１０１と原水タンク１０２との間に、図１に示すように空間領域２０３を設けた。

この構造により被除去物の入った飛散物は、原水タンクの空間領域２０３で少しの時間滞留し、原水タンクの内壁に付着させることができる様になった。つまり空間領域内で、本来外に飛び散ってしまう被除去物、流体を捕捉することが可能となり、環境汚染を防止することができる。また、水素、酸素等の反応ガスは、気泡発生装置１０９から発生する気泡１１０を排気するために設けた排気口２０１より一緒に排出されるため、この反応ガスによる爆発等を防ぐこともできる。

また濾過装置１０３が吸引型を採用した場合、以下のメリットを有する。つまり排気口２０１から排出される量をＶ１／ｍｉｎ．、気泡発生装置１０９から発生する気体の量をＶ２／ｍｉｎ．とし、Ｖ２の方がＶ１よりも大きいとすると、空間領域２０３の圧力Ｐ１は、排気口２０１からつながる外部雰囲気、一般には大気であるが、この大気圧よりも高く設定される。よってこの圧力Ｐ１が原水１０２を加圧するため、原水が濾過装置１０３内に浸入しやすくなる。これは、濾過量を増加させることになる。逆に吸引型の濾過装置の吸引負荷を低下させる事にもなる。具体的には、濾過装置１０３につながっている吸引ポンプの負荷を低下させることができる。

つまり、オープンエアー型の原水タンクからクローズされた原水タンク１０１にすることにより、原水１０２の攪拌等に利用する気泡発生装置の気泡が、反応ガスを強制排気する働きをし、同時に濾過装置１０３の吸引負荷を低減させる働きをすることになる。しかも空間領域２０３が原水タンク１０１に設けられるため、被除去物１１２、流体の飛散物２０２は、この空間領域２０３の内壁に付着し、排気口２０１から外界へ出る飛散物２０２の量を抑えることができる。

第２の実施の形態
続いて、図２を参照しながら、本発明者が発明した移動可能な固形物１０８によるフィルタを採用した濾過システム１００を説明する。本図は、濾過装置１０３が異なるだけで、他は実質同一である。

この濾過装置１０３は、図５に示したものであり、以下のように構成されている。図５の符号１０６は第１のフィルタで、１１１はフィルタ孔である。また第１のフィルタ膜１０６の表面に層状に形成されている膜が、固形物１０８であり、この固形物１０８はフィルタ孔１１１を通過できない大きな固形物１０８Ａからフィルタ孔１１１を通過できる小さな固形物１０８Ｂに分布している。図では黒丸で示したものが固形物１０８である。

ここで採用可能な第１のフィルタ１０６は、原理的に考えて有機高分子系、セラミック系とどちらでも採用可能である。しかしここでは、耐薬品性に優れた高分子膜、例えばポリオレフィン系の高分子膜を採用した。

この第１のフィルタ１０６が形成された濾過装置１０３を固形物１０８が混入された流体に投入し、第１のフィルタ１０６の全面に固形物１０８を被膜し第２のフィルタ１０７としたものである。

第１のフィルタ１０６を吸引すると、固形物が混入された流体は、第１のフィルタ１０６を通過する。その際、フィルタ孔１１１を通過できない大きな固形物１０８Ａは、第１のフィルタ１０６の表面に残存する。そしてこの大きな固形物１０８Ａや小さな固形物が複雑にくみ合わさり、最終的にはフィルタ孔１１１よりも小さな孔を持つフィルタが形成されることになる。

研削、研磨または粉砕等の機械加工により発生する固形物は、その大きさ（粒径）が有る程度の範囲で分布し、しかもそれぞれの固形物の形状が異なっている。また第１のフィルタ１０６が浸かっている流体の中で固形物がランダムに位置している。そして大きな固形物から小さな固形物までが不規則にフィルタ孔１１１に移動していく。この時フィルタ孔１１１よりも小さな固形物１０８Ｂは通過するが、フィルタ孔１１１よりも大きな固形物１０８Ａは捕獲される。そして捕獲された大きな固形物１０８Ａが第２のフィルタ膜１０７の初段の層となり、この層がフィルタ孔１１１よりも小さなフィルタ孔を形成し、この小さなフィルタ孔を介して大きな固形物１０８Ａから小さな固形物１０８Ｂが捕獲されていく。この時、固形物の形状が異なるために、固形物と固形物の間には、色々な形状の隙間ができ、この隙間が流体の通路と成る。構造としては、砂浜とよく似ている。

この第２のフィルタ１０７は、大きな固形物１０８Ａから小さな固形物１０８Ｂをランダムに捕獲しながら徐々に成長し、水（流体）の通路を確保しながら小さな固形物１０８Ｂをトラップする様になる。

この第２のフィルタ１０６が形成された濾過装置を採用し、排水の濾過を行うと実質目詰まりもなく濾過し続けることが判っている。

つまり第２のフィルタ１０７は、層状に残存しているだけで固形物は容易に移動可能なので、層の付近に気泡を通過させたり、水流を与えたり、音波や超音波を与えたり、機械的振動を与えたり、更にはスキージ等で表層をこすったりする事で、簡単に第２のフィルタ１０７の表層を排水側に移動させることができる。つまり第２のフィルタ膜１０７のフィルタ能力が低下しても、第２のフィルタ膜１０７に外力を加えることで、簡単にその能力を復帰させることができるメリットを有する。また別の表現をすれば、フィルタ能力の低下の原因は、主に目詰まりであり、この目詰まりを発生させている第２のフィルタ１０７の表層の被除去物や固形物を再度流体中に移動させる事ができ、目詰まりを解消させることができる。

この濾過装置１０３を採用したものが図２である。仮に、第２のフィルタ１０７として、砂を採用し、被除去物が全く入っていない水中に沈めれば、この砂の膜は、崩れてしまう。固形物の集合体である以上、高分子膜、セラミックの焼結体から比べれば、壊れやすいものである。

ただし、本発明の固形物は色々な形状であり、砂から比べるとおよそ０．１μｍ〜２００μｍと非常に細かく、また吸引型であるため、崩れにくい構造である。ここで示した粒径分布は、あくまでも一例であり、これよりも狭くてもまた広くても良い。また実際の原水１０２には、被除去物１１２が存在する。第２のフィルタ１０７の表面が壊れても、すぐに被除去物１１２や原水に移動した固形物がトラップされるため、壊れた部分が補修され、常に濾過できる優れた膜として変身することになる。

しかし固形物の固まりであることは事実である。本発明は、この固形物の集合体である第２のフィルタ１０７を更に保護するために、前記空間領域２０３を活用した。つまり空間領域２０３の圧力Ｐ１が大気圧よりも高められ、この圧力は第２のフィルタ１０７の全面にも加わることになる。これは、オープンエアー型の濾過システムよりも、高い圧力が加わり、第２のフィルタ１０７の破壊防止につながる。

第１の実施の形態の効果と一緒に説明すると、本来第２のフィルタ１０７のリフレッシュ、リカバリーのために採用した気泡発生装置から発生する気体は、排気口を設けたため、反応ガスを強制排気でき、しかも空間領域があるため、飛散物が外界に出るのを抑えると同時に、空間領域の圧力Ｐ１により、第２のフィルタ１０７の保護が可能となるばかりか、濾過装置１０３の吸引負荷を低下させることができる。

この第１のフィルタ１０６の形状は、固形物が層状に形成できるもので有れば、平膜でも、平膜を円柱状に丸めたものでも、形状は選ばない。ただし、気泡を活用する場合、気泡は下から上に上昇するため、フィルタの面は、縦置きが好ましい。

また固形物の材料は、基本的には何でも良い。ただし流体と反応し、ゲル状の物質が大量に生成されるものは、好ましくない。このゲル状の物質は、オイルタンカーが座礁した際、砂浜に打ち付けられたオイルのように、ベットリとついてしまい、リフレッシュが難しくなるからである。

ここで採用できる固形物としては、Ｓｉ、Ｓｉ酸化膜、酸化アルミニウム、セラミック、ガラス等が簡単に手にはいるため、好ましい。またある程度の粒径分布、色々な形状となることが好ましい。例えば、市販の研磨剤のように、形も大きさも統一されたものは、リフレッシュは可能であるが、隙間の量が限定されてしまう。

符号２０４は、空間領域２０３に圧力を加えるための排気手段である。これは、圧力鍋の調整弁と原理は一緒である。空間領域２０３がある所定の圧力まで高められ、しかも内部の気体、反応ガスが排気される機構である。

また図１では、排気口２０１、移送パイプ２００の部分をのぞいて全体が一体で成るように図示されているが、実際は、図２に示すように、濾過装置１０３の取り付け、取り替えを考え、蓋２０５が取り付けられたものである。この蓋２０５には、ゴム等のシール手段が設けられ、蓋の自重または蓋に加わる外力により密閉される。

第３の実施の形態
図３は、濾過装置１０３に取り付けられた移送パイプ１０４、１１４に入った濾過水が原水タンク１０１に戻らないようにしているシステムを説明したものである。

一般には、移送パイプ１０４がポンプ１０５に完全にシールされて取り付けられている場合は、ポンプ１０５から移送パイプ１１４側に大気と連通する領域を有する。しかもポンプ１０５が停止した際、流体は、移送パイプ１１４から移送パイプ１０４へ自由に移動できる状態である。そのため図４の構造では、移送パイプの流体が逆流する。

一般の濾過装置では、濾過水が逆流するだけであり、特に大きな問題とはならない。しかし図５に示したような固形物の集合体から成るフィルタを採用した濾過装置では、この固形物を原水１０２内へ押し流す力が働く。これは、第２のフィルタ１０７の劣化につながる。

本発明は、この連通領域の位置を原水１０２の底面と一致させるか、それよりも下方に配置させることで、この逆流を阻止したことに特徴を有する。

これは、バケツに水をくみ、水の入ったホースの一端を差し込むと、ホースの水がバケツに流れるか、ホースの他端からバケツの水を外に流すことができる現象と同じ現象である。ここではホースの他端が連通領域となる。

図３の様に、この連通領域が原水タンクの底部よりも下方に配置されれば、移送パイプ１０４の流体は、逆流せずに、ポンプ１０５へ向かって流れるように力が働く。これは、濾過装置が停止していても吸引する働きが常に働くことになる。更には、原水が吸引されることになり、この力により第２のフィルタ１０７は、保護されることになる。

また原水タンク１０１の底部と全く一致し、移送パイプ１０４の流体の流れを止めることも可能である。しかしこの調整は、非常に微妙であるので、ここでは、原水タンク１０２の底部よりも下方に配置させた方がよい。また移送パイプ１０４または１１４に逆止弁を設けても良い。この場合、パイプの中の濾過流体の流れを止めることができる。

尚、濾過システム１００の構造は、第１、第２の実施の形態と同様であり、ここではこれ以上の説明は、省略する。

以上示したように、特に吸引濾過方式で、固形物から成る第２のフィルタを採用した場合、空間領域の圧力を高めること、更には連通領域の位置を原水タンク１０２の底部と一致させるか、または下方に配置させることで、第２のフィルタの保護も可能となる。

本発明の濾過システムを説明する図である。 本発明の濾過システムを説明する図である。 本発明の濾過システムを説明する図である。 従来の濾過システムを説明する図である。 従来の濾過装置を説明する図である。 従来の濾過システムを説明する図である。

符号の説明

１００ 濾過システム
１０１ 原水タンク
１０２ 原水
１０３ 濾過装置

Claims (9)

1. 被除去物が混入された流体より成る原水と、
   前記原水が投入された原水タンクと、
   前記原水に浸漬され、フィルタ孔を有した第１のフィルタと、前記第１のフィルタの表面に堆積した前記被除去物を含む第２のフィルタから成る濾過装置と、
   前記第２のフィルタに外力を与える外力付与手段と、
   前記濾過装置とつながった移送手段は、前記移送手段の一部に大気圧と連通する連通領域とを有し、
   前記連通領域は前記原水の底部よりも下方に配置されることを特徴とした濾過システム。
2. 前記濾過装置は吸引型であり、フィルタ孔を有した縦型の平膜から成る第１のフィルタと、前記第１のフィルタの表面に設けられ、少なくとも表面が外力により移動可能な前記被除去物から成る第２のフィルタから成ることを特徴とした請求項１に記載の濾過システム。
3. 前記被除去物は、Ｓｉ、酸化Ｓｉまたは酸化アルミニウムから成り、前記フィルタ孔よりも大きいサイズと小さいサイズの固形物から成ることを特徴とした請求項１に記載の濾過システム。
4. 前記被除去物は、切削、研磨または研削により発生したものであることを特徴とした請求項１に記載の濾過システム。
5. 前記被除去物は、サイズおよび形状が異なることを特徴とした請求項１に記載の濾過システム。
6. 前記外力は、気泡の上昇により発生する外力、水流、振動により発生する事を特徴とした請求項２に記載の濾過システム。
7. 前記被除去物は、Ｓｉインゴットを切削、研磨または研削した際に発生するＳｉ、半導体ウェハをダイシング、研磨または研削した際に発生するＳｉ、半導体ウェハをダイシング、研磨または研削した際に発生するＳｉ酸化物、ガラスを切削、研磨または研削した際に発生するＳｉ酸化物または回路素子を封止する封止樹脂を切削、研磨または研削した際に発生する樹脂を含むことを特徴とした請求項１に記載の濾過システム。
8. 前記移送手段は、前記流体を移送する移送ポンプが取り付けられることを特徴とした請求項１に記載の濾過システム。
9. 前記原水タンクに収納される前記原水の前記被除去物の濃度は、５００〜４００００ｐｐｍであることを特徴とした請求項１に記載の濾過システム。

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