JP2004535291A - 一体形フィルタカートリッジ・ボール構造を含む濾過モジュール - Google Patents

Abstract

マニホールド（３）と、フィルタカートリッジ（５０）と、フィルタカートリッジ（５０）を収容するボール（２）とを含む濾過モジュール（１）が提供される。フィルタカートリッジ（５０）とボール（２）は、スナップ嵌合式（２２）に互いに接続されて、一体構造を形成する。フィルタカートリッジ（５０）とボール（２）は、マニホールド（３）と流体連通にされることにより、モジュール（１）への供給流体と、モジュール（１）から取り除かれた透過物とが混合しない。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、現在利用可能な濾過モジュールより衛生的で、取替えおよび設置がしやすい薄膜濾過モジュールに関する。さらに詳しく言えば、本発明は、フィルタカートリッジ、保持ボール、およびそれに接合されたマニホールドから形成された薄膜濾過モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体産業などの濾過プロセスにおいて微粒子の汚染物質を抑制するためには、サブミクロン粒子を除去する薄膜を備えた完全無菌のフィルタを使用する必要がある。半導体ウェハ上に粒子が堆積すれば、その粒子の大きさが十分に大きい場合、欠陥が発生することがよく知られている。典型的に、半導体産業では、半導体チップの最小特徴の約１０分の１程度に小さな粒子により、不良欠陥が発生し得る。したがって、使用する液体とガスの両方を浄化するために、半導体チップを製造するすべてのプロセスステップにおいて薄膜フィルタが使用される。
【０００３】
超高純度の液体濾過に使用される濾過モジュールには、多くのさまざまなデザインが開発されてきたが、２つのデザインが一般的なものとなっている。１つのモジュールデザインでは、濾過される液体が、濾過モジュールの一端から他端へと流れる。この種類の濾過モジュールにおいて、フィルタの両端部の位置に供給物および透過物の接続部が設けられることにより、一端から他端に液体の流れを移動させる。このような流れ形態をインライン型の流れ形態と呼ぶ。これらの濾過モジュールには２つの欠点がある。第１に、これらのモジュールは、２つの接続部セットの間にモジュールを挟むため、プロセス機器への接続がより困難である。第２に、少なくとも１つの接続部がモジュールの底部に位置するため、モジュール内に自由液体が残っていれば、モジュールを切り離すとすぐにそれが排出されてしまう。
【０００４】
もう１つの濾過モジュールデザインでは、モジュールの同じ端部の位置に接続部のすべてが設けられる。このタイプのモジュールでは、モジュールの両側のモジュールの頂上部または「ヘッド」の位置で、供給物および透過物のポートが典型的には水平方向に配向される。このような形状から、これらのモジュールをＴ型、Ｌ型、またはＵ型の形態を備えたものと呼ぶ。このような形態により、ボールと、ボール内に位置するフィルタカートリッジとを含む濾過モジュールの残りの部分にヘッドを接続しやすくなる。このデザインにおいて、ボールおよびフィルタカートリッジは、別々の要素を含む。したがって、濾過モジュールを組み立てるさい、フィルタカートリッジとボールは、マニホールドヘッドに別々に固定され密閉される。さらに、濾過が完了すると、ボールとカートリッジは、ヘッドから別々に取り除かれる。このように別々に取り除くには、カートリッジの全長より実質的に長い距離だけボールを移動させてから、カートリッジを露出させてそれを取り除くことができるようにする必要がある。その後、露出されたカートリッジが、手で、またはハンドツールを使って取り除かれる。フィルタカートリッジは、多くの場合、腐食性または毒性のある濾過される液体で飽和されているため、カートリッジを取り除くステップには、作業者に危険が伴う。さらに、カートリッジの長さ分、ボールを移動させなければならないため、ボールとカートリッジが配置される空間は、この取り除きステップに適応したものでなければならない。
【０００５】
米国特許第５，１１４，５７２号明細書において、マニホールドから単一のユニットとして取り外し可能なフィルタカートリッジ・ボール構造を作るためにボールと協働するフィルタアセンブリを提供することが提案されている。フィルタカートリッジは、ボールの内面の溝に嵌合するカートリッジ上にある差し込み接続部によりボールに接続される。このような差し込み接続では、フィルタカートリッジの外面から延在するフランジを、ボール内に垂直方向に延在する溝内に配置した後、ボール内に水平方向に延在する溝内に配置する必要がある。この接続形態では、カートリッジをボール内に取り付けるさい、まず、カートリッジを垂直方向の溝内で垂直方向に移動させた後、水平方向の溝内で回転させる必要がある。逆に、濾過プロセスが完了して、カートリッジをボールから取り除きたい場合、１回の動きで、カートリッジを回転させ、ボールから持ち上げなければならない。カートリッジをボールから取り除くには、カートリッジの頂上部に位置する流体導管に力をかける必要があること、さらに、この導管の直径がカートリッジの直径より小さいことから、カートリッジにかける力のてこの作用が存在しない。言い換えれば、手持ち式ツールの使用が必要な場合もあるボールからのカートリッジの取り外し時に、カートリッジにかなりの力をかける必要があるということである。１回の動きで、回転力と持ち上げ力とをかけると、ボールをフィルタカートリッジから引き離すことがさらに困難になる。毒性または腐食性のある流体がこの濾過デバイスにより濾過されていれば、カートリッジをボールから引き離すことが特に困難である。
【０００６】
さらに、現在のデザインは、カートリッジをマニホールドに対して密閉状態にし、それに軽く（摩擦嵌合）保持された状態にしている。カートリッジへの印加時に背圧がかかると、カートリッジがマニホールドから外れ、濾過の効果が失われることになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、フィルタカートリッジとボールをマニホールドから単一ユニットとして取り外し可能でありながら、マニホールドからボールと別個にフィルタカートリッジを取り外す必要がない濾過モジュール構造を提供することが望まれる。さらに、カートリッジとボールをマニホールドから取り除くために、複数の運動方向に力をかける必要がない上述したような構造を提供することが望まれる。このような構造により、カートリッジとボールをマニホールドから引き離すことが容易になり、濾過後にフィルタカートリッジを取り外すさい、作業者に及ぶ危険性がなくなり、濾過モジュールを設置するのに必要な空間が減少する。最後に、カートリッジとボールを一体構造として形成し、その構造をマニホールドに固定することにより、背圧を受けると、カートリッジがマニホールドから押しのけられた状態になる問題が回避される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、マニホールドと、フィルタカートリッジとボールの組み合わせとを含み、フィルタカートリッジとボールは、ロックされ組み合わせて設置され、マニホールドから一部品として取り除かれる濾過モジュールが提供される。フィルタカートリッジとボールは、所与の時間で単一の方向、すなわち、垂直方向に力をかけることにより接合される。ボールとフィルタカートリッジは、スナップ嵌合により接合され、この場合、ボールとフィルタカートリッジの係合要素の形状は、ボールとフィルタカートリッジを引き離すための力を要する摩擦により要素が組み合わせて保持されるものである。このような構造により、フィルタカートリッジとボールをマニホールドから１回のステップで切り離すことができる。一実施形態において、切り離し手段は、フィルタカートリッジとボールをマニホールドから取り除きたい場合、螺装したロック用リングを用いて、フィルタカートリッジとボールを一部品として取り除くことができるように構築できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明により、マニホールドと、フィルタカートリッジと、ボールとから形成された濾過モジュールが提供される。マニホールドは、フィルタカートリッジ内への供給流体用と、フィルタカートリッジからの透過物除去用の流体経路を与える。ボールは、供給流体をフィルタカートリッジ内に取り込むことができるように、または、マニホールドに向けられた後、濾過モジュールから方向付けられるようにフィルタカートリッジからの透過物を格納するように、供給流体を格納する手段を与える。供給流体は、フィルタカートリッジの外側またはフィルタカートリッジの内部のいずれかから、マニホールドを介してフィルタカートリッジ内に取り込むことができる。フィルタカートリッジに隣接したボール内の流体は、供給流体または透過物のいずれかであり得る。いずれにせよ、供給流体は、マニホールドから濾過モジュール内に取り込まれ、透過物は、濾過モジュールからマニホールドを通って取り除かれる。
【００１０】
濾過モジュールとボールは、マニホールドと密閉されるか、一部品としてマニホールドとの接触から取り除かれるように構築される。したがって、ボールと濾過モジュールは、ボールとフィルタカートリッジを所与の時間、互いに一方向にのみ動かすことにより相互ロックされる２部品から形成される。ボールと濾過モジュールがマニホールドに接続された後、流体を濾過するさいに使用する間、それらが引き離されることがないようにロックされて組み合わされる。
【００１１】
濾過後、ボールと濾過モジュールは、２つの別々の部品ではなく、１つの部品としてマニホールドから取り除かれる。ボールと濾過モジュールが一緒に取り除かれるため、濾過モジュールをボールから取り除く必要がない。したがって、濾過モジュールとボールとを合わせた長さに実質的に等しい空間を設ける必要がない。実質的にボールの長さと同程度の空間があればよい。これにより、現在の濾過モジュールで必要とされる空間と比較して、より小さな空間内に本発明の濾過モジュールを設置することができるようになる。さらに、濾過モジュールがボールとともに取り除かれるため、作業者が、手で、またはハンドツールを用いて、濾過モジュールを取り扱う必要がなくなる。さらに、濾過が完了してボールと濾過モジュールとの間に流体があっても、それを取り除く必要がない。これにより、実質的に、ボール内の流体と作業者とが接触する可能性が減少する。この代わりとして、ボールは、取り除く前に流体を取り除くための排水菅を含んでよい。
【００１２】
図１および図２を参照すると、本発明の装置は、ボール１０と、フィルタカートリッジ１２と、保持リング１４とを含む。フィルタカートリッジ１２は、フィルタ１４ａと、取付具１６と、フランジ１８とを含む。フランジ１８は、プロング２２のキー溝２０内にロックされることにより、保持リング１４内に嵌合する。また、フランジ１８は、プロング２８および３０のスロット２４および２６上に位置する。保持リング１４は、例えば、ボール１０への固着や、成形などによるボール１０との一体形成などの任意の好都合の手段により、ボール１０上に固定して配置される。
【００１３】
図３を参照すると、保持リング１４ｂは、ボール１０上に固定して配置され、フィルタカートリッジ４０のフランジ３８と嵌合するキー溝３６をすべてが含む２つ以上（好ましくは、３つ）のプロング３２および３４を含むことができる。また、フィルタカートリッジ４０は、フィルタカートリッジ４０とマニホールド（図示せず）との間を密閉された流体連通状態にするための取付具４２を含む。
【００１４】
図４を参照すると、フィルタ５２と、取付具５４と、図１に示すように取付具の一部分上ではなく、フィルタ５２の外面上に位置するフランジ５６とを含む本発明によるフィルタカートリッジ５０が示されている。フランジ５６は、図１のフランジ１８と同じように機能する。保持リング１４は、ボール６０に対して密閉される。
【００１５】
また、図６に、ボールに図５のフィルタカートリッジ５２を配置した状態が示されている。ボール６０は、図２のプロング２８、２６（図示せず）、および５６を有する保持リング１４を含む。プロングは、図１および図２を参照して上述したものと同じように機能する。図６を参照すると、フィルタハウジング１が示されている。ハウジング１は、Ｕラインデザインのものであるが、本発明は、インラインおよび他のこのようなハウジングデザインと同じように機能するものである。ハウジング１は、ボール２と、マニホールド３とから形成される。螺装リング４が、ボール２上の適所に実質的に固定される。リング４のねじ山５は、マニホールド３上に形成された対応するねじ山６と係合し、容易に装着される。
【００１６】
図６に示すようなこの実施形態において、第１の構成部品２は、カートリッジボールであり、第２の構成部品３は、マニホールドである。ボール２は、図２のプロング２８、２６（図示せず）、および２２を有する保持リング１４を含む。プロングは、図１および図２を参照して上述したものと同じように機能する。リング４が、第１の構成部品、すなわち、この場合、ボール２に対して適所に固定されるため、リング４は、ボール２の長さに沿って、実質的な距離を移動することができない。ねじ山５が、第２の構成部品、この場合、マニホールド３の対応するねじ山６に係合され、ねじ山５および６が引き付けあうと、リング４は、第１の構成部品、すなわち、ボール２と、第２の構成部品、すなわち、マニホールド３とを積極的な（ａｆｆｉｒｍａｔｉｖｅ）接触状態に保持し、またはその状態にさせる。逆に、リング４がねじ山５および６を引き離すように回転されると、第１の構成部品、すなわち、ボール２は、第２の構成部品、すなわち、マニホールド３から離れるように確動的に保持されるか、またはその状態にさせられる。
【００１７】
リング４の位置を２つの構成部品の１つに固定するために使用されるデバイスは、さまざまなデバイスであり得る。図６に示すように、リング４は、リング４上に形成されたキー７を用いて、第１の構成部品２、すなわち、この実施形態では、ボールに緩く固定され、リング４のキー７は、ボール２に形成されたキー溝８と係合し、その内部で保持される。リング４は、手で回転可能である。リング４は、その外側表面の一部分に刻み目（ｋｎｕｒｌｅｄ ｆｅａｔｕｒｅ）９をもつように示されている。簡易の滑り防止表面をリングに与えるために、刻み目や他のこのようなデバイスを使用することは、よく知られていることであり、本発明において使用されてよい。さらに、リングの外面にラグやテーパ状表面が使用されてよく、それにより、他の螺装された構成部品に対してリングを動かすために、レンチや他のデバイスを取り付けることができるようになる。本発明の好適な実施形態において、リングを動かすためにレンチや他のデバイスが不要であることが考えられるが、それも本発明の範囲内のものである。
【００１８】
この実施形態において、リング４がボール２に固定されるように示されているが、図７（図６と同一の番号は、図２の関連箇所に相当）に示すように、マニホールド３に容易に固定されてよい。ボール１４ａは、図２のプロング２８、２６（図示せず）、および２２を有する保持リング１４を含む。プロングは、フィルタカートリッジ５０を保持するために、図１および図２を参照して上述したものと同じように機能する。この場合、リング４は、図６のボール２ではなく、マニホールド３に取り付けられる。キー溝８は、マニホールド表面に形成され、リング４のキー７は、キー溝８内に捕らえられる。リング４のねじ山５は、マニホールド３のねじ山６と係合して、マニホールド３とボール２の組み合わせおよび引き離しを行う。
【００１９】
他の実施形態を使用することもできる。例えば、マニホールドが取り付けられるブラケットまたは表面の一部分が、リングにわたって延在することにより、マニホールドが適所に固定されたとき、リングがマニホールドに捕らえられるようにされてよい。他のこのような実施形態は、当業者に明らかであろう。
【００２０】
図８において、ボール１４ａは、図２のプロング２８、２６（図示せず）、および２２を有する保持リング１４を含む。プロングは、フィルタカートリッジ５０を保持するために、図１および図２を参照して上述したものと同じように機能する。リング１４のねじ山１８ａは、マニホールド１３ａのねじ山１６ａと係合して、ボール１４ａとマニホールド１３ａを互いに作用し合うようにする。
【００２１】
図９は、本発明のさらなる実施形態を示し、「実質的に固定された」という用語の意味するところを明確に示す。この実施形態において、リング４１ａは、ボール４２ａに取り付けられ、隆起部４３ａによりボール４２ａに保持される。隆起部４３ａは、この実施形態において、ボール４２ａの側壁外面の一部分に沿った位置にある円形リングである。また、ボール４２は、ボール４２ａの側壁外面の上側部分から外向きに延在するリップ４４ａを有する。リング４１ａのねじ山４５ａは、マニホールド４７ａのねじ山４６ａと係合する。
【００２２】
図示のように、ボール４２ａの側壁の長さに沿って、リップ４４ａと隆起部４３とのあだに、実質的な空間がある。しかしながら、この実施形態は、リング４１ａがボール４２ａに対して実質的に固定された位置にある状態を示す。「実質的に固定された」という用語は、ハウジングの１つの構成部品の長さに沿ったリングの移動距離がその構成部品の長さの５０％より短くなるように、リングがその構成部品に保持されることを意味する。好ましくは、構成部品の長さに対してリンクが移動可能な距離は、構成部品の長さの２５％より短い。
【００２３】
言い換えれば、構成部品の長さに対するリングの移動距離の長さは、リングと第２の構成部品との間のねじ山の回転の少なくとも一部分に対して、構成部品を積極的に動かすためにリングのねじ山により生じる駆動力が存在するようなものでなければならない。好ましくは、リングのねじ山が２つの構成部品を確動的に組み合わせたり引き離したりする適所に位置する前に、リングのねじ山が、ある所定の（製造業者が望む）距離だけ、他の構成部品のねじ山に対して回転し始めるように、移動距離の長さが制限される。このようにして、リングに配置された荷重をずらしながら（ｓｔａｇｇｅｒｉｎｇ）、その使用の簡易化、迅速化、単純化を図る。
【００２４】
この代わりとして、リングが取り付けられる構成部品に対して、所望の実質的に固定された位置にリングを保持するために、バンドクランプ、ラグなどのような他のデバイスを使用することができる。２つの構成部品が液体密閉状態を形成するように互いに対して十分に移動可能であり、２つの構成部品を必要に応じて少なくとも行程の一部分だけ積極的に組み合わせおよび引き離しできるようにリングを保持できるのであれば、リングが取り付けられる構成部品に対して実質的に固定された位置にリングを保持するために使用されるデバイスは重要ではない。
【００２５】
フィルタカートリッジ内で使用される濾過媒体の選択は、当業界において一般的に使用されている任意のものであり得る。典型的に、媒体は、フラットシート薄膜、スパイラル型フラットシート薄膜、プリーツ型フラットシート薄膜、スパイラルプリーツ型フラットシート薄膜、中空糸薄膜、スパイラル型長繊維デプスフィルタ媒体などのデプスフィルタ媒体、焼結金属フィルタ媒体、セラミック媒体、樹脂やセラミックビーズ、または表面に付着した流体から選択された材料を取り除くためのリガンドを有する膜などの活性捕捉材料を含む微粒子媒体、単独のまたは膜構造へ組み込まれる陰イオン樹脂、陽イオン樹脂、またはそれら２つの混合物などのイオン交換媒体、およびこれらの任意の組み合わせを含むが、これらの限定されるものではない。
【００２６】
最後に、これらの実施形態のすべてにおいて、ボールとマニホールドは、プラスチックで作られてよく、好ましくは、超高分子量ポリエチレンを含むポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリオレフィンの共重合体または三元共重合体、ナイロン、ＰＴＦＥ樹脂、ＰＦＡ、ＰＶＤＦ、ＥＣＴＦＥ、および他のフッ素化樹脂、特に、ペルフルオロ化熱可塑性樹脂、ポリカーボネート、メタロセン誘導ポリマー、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリアリルサルホン、またはポリフェニルサルホンなどの変性ポリサルホンを含む熱可塑性物質か、任意のガラスまたは他の強化プラスチック、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、ブロンズ、真鍮、ニッケル、クロムまたはチタン、またはそれらの合金または混合物などの金属である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明のボールおよびフィルタカートリッジの側面図である。
【図２】本発明のボールを形成するための取付具の平面斜視図である。
【図３】本発明の別のボールおよびフィルタカートリッジの側面図である。
【図４】本発明の別のフィルタカートリッジの側面図である。
【図５】本発明のボール内に配置された図４のフィルタカートリッジの側面図である。
【図６】フィルタカートリッジおよびボールをマニホールドに保持するための本発明の第１の実施形態を示す断面図である。
【図７】フィルタカートリッジおよびボールをマニホールドに保持するための本発明の第２の実施形態を示す断面図である。
【図８】フィルタカートリッジおよびボールをマニホールドに保持するための本発明のさらなる実施形態を示す断面図である。
【図９】フィルタカートリッジおよびボールをマニホールドに保持するための本発明のさらなる実施形態を示す断面図である。

Claims (8)

1. マニホールドと、フィルタカートリッジと、前記フィルタカートリッジを収容するボールとを含む濾過モジュールであって、
   前記フィルタカートリッジとボールは、互いにスナップ嵌合することにより接合されて一体構造を形成し、
   前記フィルタカートリッジとボールは、前記フィルタカートリッジへの供給流体と、前記フィルタカートリッジから取り除かれた透過物とが混合しないように、前記マニホールドと流体連通にされる、濾過モジュール。
2. 前記ボールへの供給流体用の入口と、前記フィルタカートリッジからの透過物用の出口とを含む、請求項１に記載の濾過モジュール。
3. 前記フィルタカートリッジへの供給流体用の入口と、前記ボールからの透過物用の出口とを含む、請求項１に記載の濾過モジュール。
4. 前記フィルタカートリッジとボールは、前記フィルタカートリッジの周囲に延在するカラーを含む３つ以上の別々の部分から形成される、請求項１から３のいずれか一項に記載の濾過モジュール。
5. 前記フィルタカートリッジは、フラットシート薄膜、スパイラル型フラットシート薄膜、プリーツ型フラットシート薄膜、スパイラルプリーツ型フラットシート薄膜、中空糸薄膜、デプスフィルタ媒体、活性捕捉材料を含む微粒子媒体、イオン交換媒体、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される１つ以上の濾過媒体を含む、請求項１に記載の濾過モジュール。
6. 前記フィルタカートリッジは、前記ボールから延在する複数のプロング内にスナップ嵌合されるフランジを含む、請求項１から３または５のいずれか一項に記載の濾過モジュール。
7. 前記プロングは、前記ボールの内面に嵌合するカラーに対して延在する、請求項６に記載の濾過モジュール。
8. 前記プロングは、前記ボールと一体形成される、請求項６に記載の濾過モジュール。

Images