JP3822504B2

JP3822504B2 - ガスベント付きフィルターカートリッジ

Info

Publication number: JP3822504B2
Application number: JP2002032069A
Authority: JP
Inventors: 芳城野村
Original assignee: Entegris Inc
Current assignee: Entegris Inc
Priority date: 2001-11-16
Filing date: 2002-02-08
Publication date: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2022-02-08
Also published as: JP2003210912A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液体をろ過するために好適なフィルターカートリッジに関する。より詳しくは、本発明は半導体ウエハや液晶装置製造用のガラス基板などの電子部品製造用の基板に用いるアミン系などの有機剥離液や、液晶装置製造用のガラス基板に用いられる顔料分散フォトレジスト、化学的機械的研磨装置に用いられるスラリー、一般産業で用いられる液体など、多量の発泡性又は気化性物質を含む薬液のろ過を行うためのフィルターカートリッジに関する。
【０００２】
【従来の技術】
典型的なフィルターカートリッジでは、シート状フィルター膜をネット状支持体と共に円筒状に巻いた筒状フィルター材、又はシート状フィルター膜をネット状支持体と共に一定幅で多数回プリーツ状にひだ折りし、それらをエンドレスに形成し突き合わせ部を接合して円筒状にした円筒状フィルター材の内外面を多数の開口を有する樹脂製の内側円筒と外側円筒により支持し、円筒状フィルター材の上下端部を樹脂で封着したフィルター要素を用いている。このフィルター要素は別個の密閉ハウジングに着脱自在に収納されるか（交換可能型）又は一体に結合され（ディスポーザブル型）、所望のろ過に使用される。ろ過すべき液体はフィルター要素の外側円筒とハウジングの間の一次側に供給され、供給液体の一部はフィルター膜を透過した後内側円筒により囲まれた内側通路である二次側通路へ引き出され精製流として下端部の二次側出口に引き出され、供給液体の他の部分は残留固形粒子と共に一次側の出口に出ていく。
【０００３】
このようなカートリッジタイプのろ過装置においては、一次側及び／又は二次側に気泡が存在すると気泡がフィルター膜の細孔を塞ぎろ過効率が低下する。すなわち、フィルター膜の一次側と二次側との間に差圧を加えてろ過液をフィルター膜の微細孔を通して駆動するが、過酸化水素のような気化しやすい成分を溶存した被処理液体をろ過する場合には一次側の圧力により抑制されていた気化性成分が二次側で減圧されることにより気化して気泡を生じる。フィルター膜の表面に付着した気泡はろ過の進行につれて累積するから、ついにはフィルター膜の内表面の大きい面積を気泡が覆ってろ過を阻害するに至り、ろ過効率が著しく低下するに至る。
【０００４】
この問題に対処するために従来のフィルターカートリッジでは一次側通路と二次側通路にガスベントを配置することが行われている。従来の被処理液の入口及びろ過液の出口がカートリッジの下側に設けられているので、フィルター要素の上端はキャップにより塞がれている。そのため、二次側通路のガス抜きとしては特開平７−３２６５７０号のように二次側通路出口からガスベントパイプを差し込んで二次側通路上端に溜まるガスを抜く方法や、二次側通路の上端にガスベント口を設けてガス抜きを行い気泡の発生を抑制している。
一方特開平８−１９２００６号にはフィルタ要素の上下端蓋にフィルタ要素内部の二次側通路を延長する管状部が一体に設けられ、これらの管状部がハウジングの貫通孔を通してハウジングの外部に延び、貫通孔のところで溶着することによりフィルタ要素をハウジングに不可逆的つまり恒久的に固定することにより機械的強度を向上することを記載している。この場合、貫通する上記管状部のうち上側のものは二次側ベントとすることが記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平７−３２６５７０号の方法ではガスベントパイプと吸引ポンプを必要とするので構造が複雑になるだけでなく、ガス溜まりからガスを十分にベントすることができないので、あまり有効ではない。又、フィルターカートリッジの被処理液の出入口は一般にカートリッジの上端に設ける場合や下側に設ける場合には、カーリッジを倒立させるとガスベント口が下になるので気泡を抜くことができなくなるのでフィルターカートリッジの姿勢は一定の向きしか許容できないので使用に不便がある。
一方特開平８−１９２００６号には二次側通路の上下をハウジングの上下に引き出して上側の引き出し管を二次側ベントとすることが記載されているが、下側通路はろ過液の排出通路であり二次側ベントとして使用するものではなく、またカートリッジを上下反転して使用することも記載がない。さらに同公報の技術はフィルター要素とハウジングを不可逆結合するが、熱衝撃が加わり、ハウジングやフィルター要素の剛性支持部分に加わる応力に対して歪み易く、ろ過膜の損傷が生じる問題があり、意図に反して耐久性に欠ける。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、従来のこれらの問題を、ハウジングにフィルター要素内部の二次側通路の上端及び下端にそれぞれ連通する二次側ガスベント口を設けることにより解決した。
これにより取付場所の制約等によりカートリッジを上下反転させて使用する場合にもガス抜きが可能となる融通性が得られる。
さらに、本発明はフィルター要素の支持を少なくとも一方をハウジングとの間の相対移動を可能にする形態の支持手段で支持することにより、応力を緩和することができ、耐久性のあるフィルターカートリッジを提供することができる。
【０００７】
（１）より具体的には、本発明は、円筒状フィルター材、該フィルター材の内面を支持し且つ多数の開口を有する樹脂製の内側円筒、該フィルター材の外面を支持し且つ多数の開口を有する樹脂製の外側円筒、及び前記円筒状フィルター材と前記内側円筒と外側円筒の上下端部を封着する樹脂製キャップ部を具備したフィルター要素、並びにこのフィルター要素を収納した気密性のハウジングとよりなり、前記ハウジングの下端部には前記外側円筒とハウジング壁の間に形成された一次側通路に接続する供給液体入口と、前記内側円筒の内壁により形成された二次側通路に接続するろ過液出口とを有しているフィルターカートリッジにおいて、前記フィルター要素は上端及び下端に前記二次側通路の延長部を形成する第１及び第２の環状壁を具備し、前記ハウジングは前記環状壁に向けて内方に延びて前記第１及び第２の環状壁をそれぞれ支持する第１及び第２円筒状支持壁を具備し、前記ハウジングはさらに前記二次通路の延長部からハウジングの外方に延びるベント通路を形成する第１及び第２の二次側ガスベント口を具備することを特徴とするフィルターカートリッジにより解決する。
【０００８】
（２）本発明の好ましい形態によると、上記（１）において、さらに前記一次側通路の上端及び下端にそれぞれ連通する第１及び第２の一次側ガスベント口がハウジングの対応した上端部及び下端部に設けられている。
これによりフィルターカートリッジの上下どちらを上にした姿勢で使用しても一次側通路及び二次側通路からのガス抜きが行われる。
【０００９】
（３）本発明の好ましい形態によると、上記（１）又は（２）において、前記第１及び第２の環状壁の少なくとも一方は前記第１及び第２の円筒状支持壁のうちの対応する円筒状支持壁にＯ−リングのようなシールリングを介して気密的に封止されている。好ましくは一方がシールリングにより封止され、他方が溶着、接着等により恒久的に固着される。
両封止部分をシールリングにより形成すれば、フィルター要素をハウジングに組み込む作業が容易になると共に、交換型のフィルターカートリッジの場合にはフィルター要素の交換作業が容易になると共に、機械的或いは熱応力の緩和が可能でありフィルター膜の損傷を回避することができる。
前記第１及び第２の環状壁の一方を前記第１及び第２の円筒状支持壁のうちの対応する円筒状支持壁にシールリングにより気密的に封止し、前記第１及び第２の環状壁の他方を前記第１及び第２の円筒状支持壁に気密的に固着する形態はより好ましいものであり、機械的強度が高く且つ応力の緩和が可能となり、耐久性の高いフィルターカートリッジが提供できる。この形式のフィルターカートリッジはフィルター要素が交換不能であるのでディスポーザブル型となる。
なおフィルター要素の形式に拘わらずハウジング側を分解できない溶接等の固着型にしてディスポーザブル型としても良い。
【００１０】
（４）本発明の好ましい形態においては、上記（１）〜（３）において、前記第１の環状壁と前記第２の環状壁は同一寸法に形成すればフィルター要素を上下同形で同寸法に形成できるので、フィルター要素の上下に差が無くなり、ハウジングに組み込む作業が容易になる。又交換型のフィルターカートリッジの場合にはフィルター要素の交換作業が容易になる。
【００１１】
なお、第１及び第２の環状壁の一方を対応した第１及び第２の円筒状支持壁の一方に固着する場合には、突き合わせ構造として直接溶着しても良いものとする。以下の説明ではＯリングを使用して封着する例と、溶着を併用する場合とを述べる。
なお、本書で「上」及び「下」、とは添付図面で被処理液入口及び精製液出口のある側を下に描いたのでそれに併せた便宜上の用語であり、又本書で「第１」及び「第２」は添付図面でそれぞれ上及び下にあるものに与えた便宜上の用語である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明を好ましい実施例に関連して詳しく説明する。
本発明のフィルターカートリッジはフィルター要素とそれを収納するハウジングとからなる。それぞれの基本的な構造は周知であるので詳細は説明しないがそれぞれ簡単に説明しておく。
【００１３】
ハウジングにはフィルター要素が一体に形成されるディスポーザブルタイプとフィルター要素が交換できる交換タイプがあり、被処理液体に応じて耐酸化性、耐アルカリ性、耐薬品性、耐溶剤性等の適当な熱可塑性樹脂による成形体が使用できる。
【００１４】
ディスポーザブルタイプはフィルター要素を組み込んだ樹脂製下側ハウジング部と上側ハウジング部を互いに溶接するなどの方法で一体化したものであり、再使用は出来ない使い捨て型のものである。
【００１５】
交換タイプのハウジングは樹脂製下側ハウジング部と上側ハウジング部をねじ、シーリングロック等の継ぎ手で結合可能にしたものであり、継ぎ手を外すことにより下側ハウジング部と上側ハウジング部を分離し、フィルター要素を交換することが出来る。
【００１６】
ハウジングの下端部には外側円筒とハウジング壁の間に形成される一次側通路に接続する供給液体入口と、前記内側円筒の内壁により形成される二次側通路に接続するろ過液出口とが設けられている。
【００１７】
フィルター要素は円筒状フィルター材と、フィルター材の内面を支持し多数の開口を有する樹脂製の内側円筒と、フィルター材の外面を支持し多数の開口を有する樹脂製の外側円筒と、円筒状フィルター材と内側円筒と外側円筒の上下端部を封着する樹脂製キャップ部を具備している。これらの構造は特開平５−１１１６２２号、及び特開平５−６４７２８号に記載されている。
【００１８】
フィルター膜は従来技術に関して述べたように巻き型とプリーツ型があるが、好ましくは後者である。フィルター膜の材料としては、非熱可塑性である四フッ化エチレン樹脂、熱可塑性であるポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスルホン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、フッ化ビニリデン樹脂、及びポリエーテルケトン等が使用できるが、被処理液に応じて選択する。
【００１９】
ネット状支持体、内側円筒、及び外側円筒、上下キャップ、及びハウジングの材料はポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスルホン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、熱可塑性フッ素樹脂などの熱可塑性樹脂が使用できるが、被処理液に応じて選択する。
【００２０】
本発明に従い二次側通路の上端キャップには貫通孔を設け、ハウジングの上端部に設けたガスベント口に連通させる。ガスベント口の上端部はハウジング上端部から突出しており、そこに接続される管路に挿入されるガストラップにより気泡ガスを分離し、残りの液はハウジングの入口にもどして循環させることが出来る。ガスベント口の下端部はハウジング上端部から下方に延びた円筒状支持壁を形成している。
【００２１】
フィルター要素は上端に前記二次側通路の一部を形成する第１の環状壁を具備しその外周にはシリコンゴムのようなＯリングが取り付けられる。この環状壁はハウジング上端部から下方に延びた円筒状支持壁に嵌合しＯリングにより気密封止される。
【００２２】
フィルター要素は又下端に前記二次側通路の一部を形成する第２の環状壁を具備し、ハウジングの下端部にはこの第２の環状壁をＯリングを介して気密的に受ける第２の円筒状支持壁が形成される。殊に第２の環状壁がフィルター要素の上端部の環状壁と同一寸法に形成されていれば上下の方向性が無くなり組立に都合がよい。
ガスベント口はさらにハウジングの一次側通路の上端部にも設けることが出来る。
【００２３】
【実施例】
実施例１
図１は本発明の実施例によるフィルターカートリッジの断面図である。
フィルター要素１は好ましくはプリーツ型の円筒状フィルター材３とフィルター材の内面を支持し多数の開口２７を有する樹脂製の内側円筒５とフィルター材の外面を支持し多数の開口２５を有する樹脂製の外側円筒７と、円筒状フィルター材３と内側円筒と外側円筒の上下端部を封着する樹脂製キャップ９、１１とを具備している。これらの部材間は相互間の溶着その他の結合手段で気密的に結合されている。
【００２４】
ハウジング１３は上側ハウジング部１５と下側ハウジング部１７をフィルター要素１の組み込み後に溶着部１９で気密的に溶着したものである。ハウジング下端部には被処理液の入口２１とろ過液の出口３３が形成され、供給される被処理液はポンプから順に入口２１、フィルター要素１の外周面とハウジング１３の内壁との間に形成された環状の一次側通路２３に流れて分配され、外側円筒７の開口２５を通り、円筒状フィルター材３でろ過され、ろ過液は内側円筒５の開口２７を経て中心の二次側通路２９に入り、ついで通路３１を経て出口３３から精製液として流出するようになっている。
【００２５】
フィルター要素１の上側キャップ９には上方に突出する環状壁４１が設けられ、それがハウジング１３側のガスベントの下側部分を構成する円筒状支持壁４５に嵌合し、Ｏリング４３により気密的に保持されている。円筒状支持壁４５の内径は環状壁４１の外径と同一か又は若干大きい。これによりフィルター膜の内壁面に気泡が滞留しないで浮力により上昇出来る。環状壁４１の内径は内側円筒５の内壁の直径と同一に形成されて二次側通路２９の一部を形成している。ハウジング１３にはガスベントの上方部分を構成する二次側ガスベント口３９が上方に突出している。一次側通路の上端にも一次側ガスベント口３５が設けられる。
【００２６】
フィルター要素１の下側キャップ１１には下方に突出する環状壁４７が設けられ、それがハウジング１３側の円筒状支持壁５１に嵌合し、Ｏリング４９により気密的に保持されている。
好ましくは両環状壁４１、４７は同一寸法と形状に形成され、これにより製造及び組立が簡略化される。
【００２７】
円筒状支持壁５１の内径は環状壁４７の外径と同一か又は若干大きい。これによりフィルターカートリッジを上下反転して使用する際にフィルター膜の内壁面に気泡が滞留しないで浮力によりガスベント口３９’に向けて上昇出来る。環状壁４７の内径は内側円筒５の内壁の直径と同一に形成されて二次側通路２９の一部を形成している。
【００２８】
さらに、ハウジング１３には二次側ガスベント口３９’が下方に向けて突出している。一次側通路の下端にもフィルターカートリッジが倒立して使用される際にガス抜きを行うための一次側ガスベント口３５’が設けられる。
ガスベント口３５、３５’、３９、３９’はそれらが下側になる場合に適当な蓋（ねじ付き蓋、ロック付き蓋等）により気密封着される。
【００２９】
以上の構成であるから、一次側通路ですでに生じているガスは浮力により一次側ガスベント口３５に出て行く。なお、一次側ガスベント口も絞り弁及びガストラップを有する適当な管路に接続して一次側の圧力を維持するようにすることができる。又フィルター要素１を通して二次側通路２９に出てくるろ過液は減圧されるのでその中に溶存するガスは気化して気泡になるが浮力により上昇して円筒状支持壁４５に囲まれたガスベント室５３に集まり、ついで二次側ガスベント口３９から出ていく。このように、気泡は連続的にガスベント口３５、３９から出ていく。
【００３０】
又、装置の反感の都合等の事情によりフィルターカートリッジを倒立して使用することを要する場合にはガスベント口３５、３９を閉じ、ガスベント口３５’、３９’を開く。動作は上記と同様である。
【００３１】
上記の構造によると、フィルターカートリッジが任意の上下関係で使用しても一次側通路２３及び二次側通路２９内に生じた気泡はフィルター内外面の上部に溜まることなく連続的にガスベント口３５及び３９（倒立させた場合は３５’及び３９’）から抜かれることになる。
【００３２】
又、上記の構造によると、上側キャップ９の中央部に設けた環状壁４１の外周をＯリング等のシール手段を介してハウジング側の円筒状支持壁４５に嵌合させることにより簡単にフィルター要素１をハウジング１３に気密的に固定することが出来る。さらに、フィルター要素１の下端部も環状壁４７とし、シール手段４９を介して円筒状支持壁５１に支持させることができ、その場合に上側の環状壁４１と直径を同一にすることにより、製造及び組み立ての能率を上げることが可能となる。
【００３３】
実施例２
図２は交換型のフィルターカートリッジの例を示す。図１と同様な構造の部材は同じ参照符号を付してある。フィルター要素１は実施例１に示したものと同じ構造を有する。
【００３４】
ハウジングの特徴部分は実施例１のものと同じ構造を有するが、上側ハウジング部５５と下側ハウジング部５７が着脱自在に結合されている点で異なる。すなわち上側ハウジング部５５の下端は拡大し内周面に雌ねじ部６１が形成され、下側ハウジング部５７の上端部の外周面に雄ねじ６３が形成され、雌ねじ部６１にねじ込まれている。
【００３５】
実施例３
図３は交換型のフィルターカートリッジの他の例を示す。図１と同様な構造の部材は同じ参照符号を付してある。フィルター要素１は実施例１に示したものと同じ構造を有する。
【００３６】
ハウジングの特徴部分は実施例１のものと同じ構造を有するが、上側ハウジング部７１と中間円筒状ハウジング部７３と下側ハウジング部７５とが互いに着脱自在に結合されている点で異なる。すなわち上側ハウジング部７１と中間ハウジング部７３の外周フランジ部は衝合面６９で接触した状態で締め付けバンド７０により結合され、下側ハウジング部７５と中間ハウジング７３の外周フランジ部は衝合面６５で接触した状態で締め付けバンド６７により結合されている。
【００３７】
さらに、この実施例ではフィルターカートリッジの下端部に被処理液の入口２１とろ液の出口３３を設けたが、フィルターカートリッジを上下反転して使用する場合にはガスベント口３５、３９を閉鎖する。そして入口２１とろ液の出口３３に接続する管路には気泡トラップを設ける。これにより入口２１とろ液の出口３３はガスベント口を兼ねることになる。
【００３８】
実施例４
図４は本発明の他の好ましい実施例を示す。この例ではフィルター要素１の上蓋の上端に環状壁４１が上方に突出して形成され、継ぎ目８３及び継ぎ目８４で互いに溶着された胴部８０、上側部８１及び下側部８２を有するハウジングの上部から円筒状支持壁４５が形成され、対向する面においてシールリング４３を介して互いに封止されている。この部分は組立状体でも相互位置の微小なずれを可能にするから応力緩和になる。一方フィルター要素１の下端の下蓋の下面には環状壁４７が下に突出して形成されている。この例ではその直径は環状壁４１のそれよりも大きいが同径でもかまわない。さらにハウジングの下側部８２から円筒状支持壁５１が起立し、環状壁４７の下面と衝合部８５で互いに気密溶着されている。この部分はフィルターカートリッジの機械的強度を高める。このようにこの実施例では機械的強度と共に高温度での使用などにおいて生じやすい応力の発生を緩和してフィルター膜が損傷を受けることを防止し、フィルターカートリッジの耐久性を高めることが可能である。
【００３９】
【発明の効果】
本発明は、ハウジングにフィルター要素内部の二次側通路の上下端にそれぞれ連通する第１及び第２のガスベント口を設けたことにより、任意の上下関係で使用しても気化したガスはフィルター膜面に付着して累積することがなく連続的にガスベント口から引き出すことができ、濾過効率を上げることが可能となる。
【００４０】
又、フィルター要素は上端キャップに前記二次側通路の一部を形成する環状壁を具備し、一方ハウジングのガスベント口の下端部は前記環状壁を気密的に受ける円筒状支持壁を形成しているので、フィルター要素の環状壁はハウジングの円筒状支持壁で支持することが出来、組み立てや交換が容易になる。
【００４１】
特に実施例４では機械的な強度と主に応力緩和の効果が得られる利点が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の断面図である。
【図２】本発明の第２実施例の模式的な断面図である。
【図３】本発明の第３実施例の模式的な断面図である。
【図４】本発明の第４実施例の模式的な断面図である。
【符号の説明】
１フィルター要素
３フィルター材
５内側円筒
７外側円筒
９上側キャップ
１１下側キャップ
１３ハウジング
１５上側ハウジング部
１７下側ハウジング部
１９溶着部
２１供給流（被処理流）入口
２３一次側通路
２５外側円筒の開口
２７内側円筒の開口
２９二次側通路
３１出口通路
３３出口
３５、３５’ 一次側ガスベント口
３９、３９’ 二次側ガスベント口
４１、４７環状壁
４３、４９Ｏリング
４５、５１円筒状支持壁
５３ガスベント室
５５上側ハウジング部
５７下側ハウジング部
５９拡大部
６１、６３ねじ部
６５、６９フランジの衝合面
６７、７０締め付けバンド
７１上側ハウジング部
７３中間ハウジング部
７５下側ハウジング部

Claims

円筒状フィルター材、該フィルター材の内面を支持し且つ多数の開口を有する樹脂製の内側円筒、該フィルター材の外面を支持し且つ多数の開口を有する樹脂製の外側円筒、及び前記円筒状フィルター材と前記内側円筒と外側円筒の上下端部を封着する樹脂製キャップ部を具備したフィルター要素、並びにこのフィルター要素を収納した気密性のハウジングとよりなり、前記ハウジングの下端部には前記外側円筒とハウジング壁の間に形成された一次側通路に接続する供給液体入口と、前記内側円筒の内壁により形成された二次側通路に接続するろ過液出口とを有しているフィルターカートリッジにおいて、前記フィルター要素は上端及び下端に前記二次側通路の延長部を形成する第１及び第２の環状壁を具備し、前記ハウジングは前記環状壁に向けて内方に延びて前記第１及び第２の環状壁をそれぞれ支持する第１及び第２円筒状支持壁を具備し、前記ハウジングはさらに前記二次通路の延長部からハウジングの外方に延びるベント通路を形成する第１及び第２の二次側ガスベント口を具備することを特徴とするフィルターカートリッジ。
さらに前記一次側通路の上端及び下端にそれぞれ連通する第１及び第２の一次側ガスベント口がハウジングの対応した上端部及び下端部に設けられている請求項１のフィルターカートリッジ。
前記第１及び第２の環状壁の少なくとも一方は前記第１及び第２の円筒状支持壁のうちの対応する円筒状支持壁にシールリングを介して気密的に封止されている請求項１又は２のフィルターカートリッジ。
前記第１及び第２の環状壁の前記少なくとも一方は前記第１及び第２の円筒状支持壁のうちの対応する円筒状支持壁に相互挿入関係にあり且つその挿入部分の対向した面間に介在するシールリングにより気密的に封止されている請求項３のフィルターカートリッジ。
前記第１及び第２の環状壁の他方は前記第１及び第２の円筒状支持壁に気密的に固着されている請求項１〜４のいずれかのフィルターカートリッジ。
前記第１及び第２の環状壁の前記他方は前記第１及び第２の円筒状支持壁のうちの対応する円筒状支持壁に衝合関係にあってその衝合部で気密的に固着されている請求項５のフィルターカートリッジ。
前記第１及び第２の環状壁は前記第１及び第２の円筒状支持壁に着脱自在であり、前記フィルター要素が交換できるようになっている請求項１〜４のいずれかのフィルターカートリッジ。
前記フィルター要素の前記第１及び第２の環状壁の他方がハウジングと固着されているか、又はハウジングの合わせ目が気密固着されているディスポーザブル型である請求項１〜６のいずれかのフィルターカートリッジ。