JP2004181344A - 積層型フィルタ膜エレメントとそれを使用したフィルタカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】積層型フィルタ膜要素の濾過速度を向上させることを課題とする。
【解決手段】少なくとも１枚の上流側フィルタ膜と少なくとも１層の下流側フィルタ膜の間に、液体の流動を妨げない大きさの多孔を有するセパレータ層を介在させて積層したフィルタ膜要素であり、セパレータ層は織布、ネット、不織布等を使用する。例として上流側のフィルタ膜と下流側のフィルタ膜の一方はフッ素系樹脂製であり、他方はポリオレフィン系樹脂製である。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液体を濾過するために好適なフィルタ膜エレメント及びそれを用いたフィルタユニットに関するものである。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、多量の異物を含む薬液の濾過をするためのフィルタ膜エレメントに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特表２０００−５０８５７２号には印刷回路のフォトレジスト処理液の後処理において、有機工程の処理液を回収するためにフッ素樹脂系フィルタ膜（ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ等）、及びポリオレフィン系フィルタ膜（ポリプロピレン、ポリエチレン等）を組み合わせたフィルタ膜を使用することを記載しているが、これらを組み合わせる目的は記載されていない。
また特開２００１−３４０７３２号には、２種のフィルタ膜を積層したフィルタ膜エレメントを用いて、固形状成分とゲル状成分が混在したフォトレジスト処理液を濾過分離することが記載されている。すなわち、一般に、多孔質ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）をフィルタ膜素材とするフィルタエレメントは、固形状異物の濾過に有効であるが、ゲル状成分を除去するためには孔径の極微細化を必要とし、濾過時に大きな運転圧力を必要とするため、濾過工程の効率を低下させていた。一方、多孔質ポリオレフィンをフィルタ膜素材とするフィルタエレメントは、ゲル状異物の濾過に有効であることが知られている。このため、同文献は平均孔径の同一又は異なる両者のフィルタ膜を密着積層して、フォトレジスト中の固形状成分とゲル状成分を除去することを提案している。同公報には更に平均孔径の異なる２枚以上のＰＴＦＥフィルタ膜を積層したフィルタ膜エレメント、及び２枚以上のポリオレフィン系フィルタ膜を積層したフィルタ膜エレメントを同様な目的に使用することが記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特表２０００−５０８５７２号
【特許文献２】
特開２００１−３４０７３２号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの積層型フィルタ膜エレメントは濾過流量がそれぞれ単層でのフィルタに比べて低くなる問題がある。
本発明者はその原因を調べたところ、フィルタ膜同士が密着しているために両者の界面での流れが阻害され下流側のフィルタ膜の濾過性能が十分に発揮できないことが原因であることを解明した。
また、このような複合フィルタ膜に使用されるフィルタ膜として非対称孔径分布（孔径を上流側と下流側又は表と裏で異ならせる）を持たせ、上流側が大孔径側になるように設定して使用したとき、濾過性能が向上することが知られているので、本発明でもこうしたフィルタ膜を使用することができる。ところが製造工程において方向を確認する必要があるので作業効率が低下し、また誤った方向を選択すると濾過性能が低下する問題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明者は上流側のフィルタ膜と下流側のフィルタ膜の間に不織布、織布、あるいはネットを介在させたところ、濾過性能が飛躍的に向上することを見いだし、本発明を着想するに至った。
すなわち、本発明は、少なくとも１枚の上流側のフィルタ膜と、上流側のフィルタ膜以下の平均孔径を有する少なくとも１枚の下流側フィルタ膜の間に、液体の流動を妨げない大きさの多孔を有するセパレータ層を介在させて積層したフィルタ膜エレメントを用いれば、濾過性能が格段に向上することを見いだした。
また、上流側のフィルタ膜は一般に下流側のフィルタ膜よりも大きい平均孔径を有するが、例えば通常の粒子とゲル状粒子に対しては同一の平均孔径を使用しても良い場合がある。
好ましくは、上流側のフィルタ膜と下流側のフィルタ膜の一方はフッ素系樹脂製であり、他方はポリオレフィン系樹脂製である。
ここで使用するセパレータ層は不織布、ネット、織布等の、上流側のフィルタ膜より大きい平均粒径を有する粒子が除去された濾液が自由に流動できる多孔シート材料より選択される。
特に、上流側及び下流側のフィルタ膜の少なくとも一方は非対称孔径分布を有するフィルタ膜であって濾過方向に対して任意の方向に設定されている。フィルタ膜が非対称フィルタ膜である場合に、意外にも本発明の構成を使用するとこの非対称フィルタ膜の濾過方向に沿った向きにほとんど関係がなくなることが分かった。従って、本発明の複合フィルタ膜を用いたフィルタ膜エレメント及びフィルタユニットの製造工程が容易になる。
本発明による積層型フィルタ膜エレメントは、好ましくは両面に被濾液及び濾液を導く液通路となる多孔支持シートを沿わせたものをプリーツ状に折り曲げ縁部を接合して円環状に構成し、それを剛性のある多孔の内外円筒内に収納してフィルタユニットを構成することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下本発明を詳しく説明する。
本発明で使用するフィルタ膜としては、使用目的に応じて、従来から知られている任意のフィルタ膜が使用できる。フィルタ膜に使用できる樹脂には四フッ化エチレン樹脂、二フッ化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＥ）、四フッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体等がある。他の使用できる樹脂にはポリプロピレン、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等、これらの共重合体、ポリマーアロイ等がある。四フッ化エチレン樹脂は高度の耐熱性及び／又は耐食性が必要な場合にしばしば使用され、一方上記の樹脂はフィルタ膜を構成するのに適した耐食性と耐熱性を有するがフッ素系樹脂よりも安価である。
これらの膜は例えばフォトレジスト処理液の濾過においては粒子濾過に適したフッ素系樹脂とゲル粒子濾過に適したポリオレフィン系樹脂を組み合わせて使用するなど、目的に応じて適宜に組み合わせて使用することができるし、また同種のもので平均孔径を異ならせても良い。
上流側のフィルタ膜は一般に下流側のフィルタ膜よりも大きい平均孔径を有するが、例えば通常の粒子とゲル状粒子に対しては同一の平均孔径を使用しても良い場合がある。
これらのフィルタ膜としては濾過性能の向上のために非対称孔径分布を有するフィルタ膜が利用できる。
【０００７】
積層型フィルタエレメントは（ａ）上流にＰＴＦＥフィルタ膜を１枚と下流にポリエチレンフィルタ膜を１枚、又は（ｂ）これらにおいて上流側及び／又は下流側のフィルタ膜を２層にした全体で３層以上のフィルタ膜と、これらのうち少なくとも上流側と下流側のフィルタ膜の間に介在するセパレータ層とを積層体にすることにより構成できる。この場合、上流側の膜の平均孔径は０．０５〜１０μｍとし、下流側の膜の平均孔径は０．０２〜１．０μｍとし、好ましくは上流側の膜よりも下流側の膜の平均孔径を同等以下にする等が可能である。
【０００８】
上流側のフィルタ膜と下流側フィルタ膜の間に介在させるセパレータ層としては不織布、ネット、あるいは織布等の、上流側のフィルタ膜により濾過された濾液が下流側のフィルタ膜に自由な流動を妨げないようなシート材料が使用できる。セパレータ層の使用により、上流側のフィルタ膜と下流側のフィルタ膜の界面における濾過すべき液体の流動が妨げられないために、従来の積層型のフィルタ膜エレメントに比して濾過速度が格段に向上する。
セパレータ層に使用する不織布、ネット、織布等の材料としては、二フッ化ビニリデン樹脂、四フッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体等がある。他の使用できる樹脂にはポリプロピレン、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等、これらの共重合体、ポリマーアロイ等が使用できるが、これらは処理すべき溶液に対する必要な耐食性や耐熱性に応じて選択すべきである。
セパレータの厚さは濾過すべき液体の流動を妨げない範囲でできるだけ薄い方がよい。あまり厚いとフィルタ膜エレメントに占める容積割合が大きくなり容積当たりの濾過量が低下する。すなわち、フィルタの面積は低下するが、流量が増大する極大値を設計値とする。例えば１０〜３００μｍ程度の範囲で選択できる。
上流側及び又は下流側フィルタ膜が２層以上のフィルタ膜で構成される場合にはこれらの膜の間にセパレータ層を介在させることが好ましい。
【０００９】
以上のように構成された、本発明の積層型フィルタエレメントを実際に使用するには、例えば本発明者らによる特開平５−１１１６２２号等に記載されているように、本発明の積層型フィルタエレメントの前記フィルタ膜の両面に、１対の多孔支持体（セパレータと同様な不織布等より構成）を沿わせ、こうして得られた濾材をアコーデオンプリーツ状に折り曲げ、両側縁を封着してエンドレスに形成し、各端板の少なくとも片面を溶融したものに前記フィルタエレメントの上下端縁（端板に対する接着性が低いフィルタ膜を用いる場合は上下端縁に接着性の良い補助的なエッジフィルムを沿わせる場合がある）を浸漬し次いで冷却することにより、前記端板により前記フィルタ膜を完全封着し、内外を多孔支持円筒により支持させてフィルタユニットとして構成する。
【００１０】
図１は本発明のフィルタ膜エレメントの構成とそれを支持する多孔支持体を例示する部分斜視図であり、上流側から順に多孔支持体１、上流側フィルタ膜２、セパレータ層３、下流側フィルタ膜４、及び下流側多孔支持体５からなる積層体が示されている。このうち上流側フィルタ膜２、セパレータ層３、及び下流側フィルタ膜４よりなる積層体は本発明の積層型フィルタ膜エレメントを構成する。これからフィルタユニットを構成するにはこのフィルタ膜エレメントの両全面に支持体１、５をそれぞれ沿わせて積層体にし、これをプリーツ状に折り曲げ、エンドレスにし、互いに重畳する両縁部を融着し、次いで合成樹脂製の内外多孔支持円筒（図示せず）に挿入し、上下端部（図では上縁部だけ見えている）を内外支持円筒と共に両端板（図示せず）に融着することによりフィルタユニットを構成する。
得られたフィルタユニットは気密性のあるカートリッジハウジングに挿入してフィルタカートリッジを構成することができる。
【００１１】
【実施例】
次に本発明の実施例を説明する。
実施例及び比較例
表１に示す平均孔径を有するＰＴＦＥフィルタ膜とＵＰＥフィルタ膜を積層した複合フィルタ膜により各種のフィルタユニットを構成した。上流側の公称平均孔径を下流側の公称平均孔径よりも大きく設定した。これらのフィルタ膜のうちＵＰＥは何れも非対称型であり、表１で（表）とあるのが小孔径側を下流側に、（裏）とあるのが大孔径側を下流側に設定したことを示す。これらのフィルタ膜の間にポリプロピレン製セパレータ（厚さ２００μｍの不織布）を介在させたものを実施例とし、セパレータを介在させないで直接積層したものを比較例とする。これらの積層体を直径４７ｍｍの円板形に打ち抜いたものをホルダーにセットし、０．１ＭＰａの差圧を掛け、１００％ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）が１００ｍｌ通過する時間を測定したところ表１の結果を得た。
【００１２】
【表１】

【００１３】
表１から分かるように不織布（セパレータ）を使用した実施例では濾過時間が短いのに対してセパレータを使用しない比較例では濾過時間が長く、その間の差は大きい。従ってセパレータを使用することにより濾過性能が大きく向上したことが分かる。
一方実施例において表裏の差はほとんどないのに対して、比較例の表裏の差は大きい。従ってセパレータを使用すると非対称孔径分布型のフィルタ膜の表裏を気にしないで複合フィルタ膜ユニットを構成することが可能になる。
【００１４】
【発明の効果】
上記のように、本発明によると、フォトレジスト等の濾過において、異種の複数枚のフィルタ膜を積層して形成したフィルタ膜又はフィルタユニットにおいて、フィルタ膜の間にセパレータ層を介在させるだけで濾過速度を向上することができる。従って、濾過作業に要する時間が短縮でき、濾過作業のコストを節減することができる。
本発明はまた非対称孔径型フィルタ膜を使用した場合にその流動方向に対する考慮をしなくても良く、製造コストを下げることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の積層型フィルタ膜エレメントの構成を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
１ 多孔支持体
２ 上流側フィルタ膜
３ セパレータ層
４ 下流側フィルタ膜
５ 多孔支持体

Claims (5)

1. 少なくとも１枚の上流側のフィルタ膜と、上流側のフィルタ膜の平均孔径以下の平均孔径を有する少なくとも１枚の下流側フィルタ膜の間に、液体の流動を妨げない大きさの多孔を有するセパレータ層を介在させて積層したフィルタ膜エレメント。
2. 上流側のフィルタ膜と下流側のフィルタ膜の一方はフッ素系樹脂製であり、他方はポリオレフィン系樹脂製である請求項１のフィルタ膜エレメント。
3. セパレータ層は不織布、ネット、織布より選択されるシート材よりなる請求項１又は２のフィルタ膜エレメント。
4. 上流側及び下流側のフィルタ膜の少なくとも一方は非対称孔径分布を有するフィルタ膜であって濾過方向に対して任意の方向に設定されている、請求項１〜３のいずれかのフィルタ膜エレメント。
5. 請求項１〜４のいずれかのフィルタ膜エレメントの両面に多孔支持シートを沿わせたものをプリーツ状に折り曲げ縁部を接合して円環状に構成し、それを剛性のある多孔の内外円筒内に収納したフィルタユニット。

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