JP2005262130A - 精密濾過用カートリッジフィルター - Google Patents
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Abstract
【課題】既存のハウジングとの互換性のある外径がφ７０ｍｍのカートリッジフィルターにおいて、濾過精度を維持しつつ、濾過寿命の長い精密濾過用カートリッジフィルターを提供する。
【解決手段】周面に多数の通液孔を有する管状コア２と、精密濾過膜４とその両面に配された一対の支持体３、５から構成されるとともに、前記管状コア２の周面に設けられ、前記精密濾過膜４と一対の支持体３、５が重ね合わされた状態でプリーツ加工された濾材８と、該濾材８の周りを覆うように設けられた筒状のプロテクター６と、これら管状コア２、濾材８及びプロテクター６の軸方向両端に設けられ、前記精密濾過膜４との熱融着により精密濾過膜４を液密にシールするエンドキャップ７と、を備えた外径がφ７０ｍｍの精密濾過用カートリッジフィルター１において、前記支持体３、５が二軸延伸樹脂からなるネットにより構成され、前記濾材８を構成するプリーツの高さが１４〜１６ｍｍであり、プリーツの山数が２００〜３３０であることを特徴とする。
【選択図】図１
【解決手段】周面に多数の通液孔を有する管状コア２と、精密濾過膜４とその両面に配された一対の支持体３、５から構成されるとともに、前記管状コア２の周面に設けられ、前記精密濾過膜４と一対の支持体３、５が重ね合わされた状態でプリーツ加工された濾材８と、該濾材８の周りを覆うように設けられた筒状のプロテクター６と、これら管状コア２、濾材８及びプロテクター６の軸方向両端に設けられ、前記精密濾過膜４との熱融着により精密濾過膜４を液密にシールするエンドキャップ７と、を備えた外径がφ７０ｍｍの精密濾過用カートリッジフィルター１において、前記支持体３、５が二軸延伸樹脂からなるネットにより構成され、前記濾材８を構成するプリーツの高さが１４〜１６ｍｍであり、プリーツの山数が２００〜３３０であることを特徴とする。
【選択図】図１
Description
本発明は、液体中の微粒子等を濾過により除去するために使用する精密濾過用カートリッジフィルターに関するものであり、特に、半導体工業分野に用いられる精密濾過用カートリッジフィルターに関するものである。
カートリッジフィルターは、コンパクトで且つ長い濾過寿命が得られるため、半導体基板を洗浄するための超純水の製造や、半導体基板製造時のエッチング液からの不純物の除去、清涼飲料水やミネラルウォーター、酒類からの不純物や細菌の除去、自動販売機や浄水器に用いる市水中の微粒子の濾過など様々な分野に用いられている。特に近年は、薄膜ディスプレイ用ガラス基板の大型化に伴い、洗浄用純水や薬品が大量に使用する必要が生じたため、これら洗浄用純水や薬品を製造するための濾過用フィルターとしてその濾過寿命を更に長くすることが望まれている。
これらカートリッジフィルターとしては、濾過面積を大きくするため濾過膜をプリーツ形状に折り畳み、それを菊花状の円筒形にまとめ、円筒両端をシールしたプリーツ型のもの、及びドーナツ状の濾過膜を円板状濾過膜支持構造体の両面に貼付けこれを多数枚積層したユニット積層型のものが代表的なものとして用いられているが、特に濾過寿命の長いカートリッジフィルターが必要な用途においては、濾過膜面積が多いプリーツ型のカートリッジフィルターが使用されている。
カートリッジフィルターを構成する精密濾過膜としては、セルロースアセテート、ポリスルホン、ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレンなどの素材があり、半導体工業分野では薬品に対する耐性に優れたポリテトラフルオロエチレンからなる膜の使用頻度が高い。
しかしながら、これら精密濾過膜は、膜自体の強度が弱いため、エンドキャップと溶融成型する際に膜単体では成型圧により座屈してしまい成型不良を起こしやすく、また、カートリッジフィルターとしての構造上、膜自体の強度が濾過圧に耐えることが難しいことから、精密濾過膜をその両面から不織布やネット等の網目状支持体により支持しているが、このような精密濾過膜の濾過寿命を延ばすために膜面積を増やすことは、このように網目状支持体により支持しているため困難である。
このため、カートリッジフィルターの外径を従来のφ７０ｍｍより大きいφ８３ｍｍとすることによりフィルター濾過面積を増大させて濾過寿命を伸ばすことが行なわれているが、既存のハウジングとの互換性がなく、装置の小型化のうえで障害となり、また、新規のハウジングを設置しなければならず、経済的にも障害になるという問題がある。
そこで、既存のハウジングとの互換性のある外径がφ７０ｍｍのカートリッジフィルターとして、線径を５０〜１５０μｍとするとともに、厚さを１００〜３００μｍとする薄い編織物を支持体に用いて濾過面積を増大させることによって、濾過寿命を長くするものがある（特許文献１）。
また、プリーツのピッチを長くし、レイドオーバー状態とすることにより隣接するプリーツ間の間隙を少なくし、濾過面積を増大させて、濾過寿命を長くすることも行なわれている（特許文献２）。
しかしながら、特許文献１のように厚さが１００〜３００μｍと薄い編織物からなる支持体は、それ自体が縦糸と横糸からなる編織物であり、それ自体に剛性があるため、エンドキャップとの溶融成型の際の成型圧による座屈を防ぐことができるが、逆に剛性があるため、プリーツ状に濾材を折り曲げた時に濾材を密着させて折ることができず濾材が広がってしまい、従来のカートリッジフィルターの約１．１倍程度の濾過面積しか増やすことができない。
また、特許文献２のようにプリーツのピッチを長くし、レイドオーバー状態とすることにより隣接するプリーツ間の間隙を少なくしたカートリッジフィルターにおいても、濾過面積が従来のカートリッジフィルターの約１．１倍程度にしか増やすことができず、濾過寿命としても十分な量を増加させることはできない。
そこで、本発明は、既存のハウジングとの互換性のある外径がφ７０ｍｍのカートリッジフィルターであって、濾過精度を維持しつつ、濾過寿命の長い精密濾過用カートリッジフィルターを提供することを目的とする。
以上の目的を達成するため、本発明は、周面に多数の通液孔を有する管状コアと、精密濾過膜とその両面に配された一対の支持体から構成されるとともに、前記管状コアの周面に設けられ、前記精密濾過膜と一対の支持体が重ね合わされた状態でプリーツ加工された濾材と、該濾材の周りを覆うように設けられた筒状のプロテクターと、これら管状コア、濾材及びプロテクターの軸方向両端に設けられ、前記精密濾過膜との熱融着により精密濾過膜を液密にシールするエンドキャップと、を備えた外径がφ７０ｍｍの精密濾過用カートリッジフィルターにおいて、前記支持体が二軸延伸樹脂からなるネットにより構成され、前記濾材を構成するプリーツの高さが１４〜１６ｍｍであり、プリーツの山数が２００〜３３０であることを特徴とする。
以上のように、本発明に係わる精密濾過用カートリッジフィルターは、支持体を二軸延伸樹脂からなるネットによって構成し、濾材を構成するプリーツの高さ、すなわち精密濾過用カートリッジフィルターの半径方向に延びる長さを１４〜１６ｍｍにするとともに、その山数を従来の約１．５〜２倍である２００〜３３０に増やすことにより、プリーツ加工の際に密着させて折ることができ、濾過面積を十分に増やすことができるとともに、エンドキャップとの溶融成型時の濾材の座屈を防ぐことができるので、精密濾過用カートリッジフィルターの濾過寿命を長くすることができる。
以上のように本発明に係る精密濾過用カートリッジフィルターによれば、既存のハウジングに取付け可能な外径がφ７０ｍｍのカートリッジフィルターでありながら、濾過寿命が従来の約２〜５倍と優れた精密濾過用カートリッジフィルターを提供することができる。
次に、本発明に係る精密濾過用カートリッジフィルターの実施の態様を図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態に係る精密濾過用カートリッジフィルターの一部切開斜視図である。本実施の形態に係る精密濾過用カートリッジフィルター１は、周面に多数の通液孔を有する管状コア２と、精密濾過膜４とその両側に配された一対の支持体３、５から構成されるとともに、管状コア２の周面に設けられ、精密濾過膜４と一対の支持体３、５が重ね合わされた状態でプリーツ加工された濾材８と、濾材８の周りを覆うように設けられた筒状のプロテクター６と、これら管状コア２、濾材８及びプロテクター６の軸方向両端に設けられ、精密濾過膜４との熱融着により精密濾過膜４を液密にシールするエンドキャップ７と、を備えている。
精密濾過膜４の厚さは、１５〜６０μｍが好ましく、特に２０〜４５μｍがより好ましい。また、薄い精密濾過膜４を用いる場合は、複数枚を重ねて用いることもでき、複数枚重ねた厚さが、１５〜６０μｍであることが好ましく、特に２０〜４５μｍであることがより好ましい。精密濾過膜４は、この範囲より薄すぎると剛性が不足しプリーツ加工やエンドキャップとの溶着が困難となり、また、僅かな損傷でも大きな穴が開き易く微粒子の阻止に関する信頼性が低くなり、逆にこの範囲より厚すぎると抵抗が大きくなり、十分な処理流量を得ることができない。この精密濾過膜４は、耐薬品性に優れているポリテトラフルオロエチレンから構成されていることが好ましい。
支持体３、５は、プリーツ加工性、プリーツを円筒状にする際の端末のシール性、更にこの円筒両端のエンドキャップへの溶融接着性、及び水・薬品への溶出性の観点から、高密度ポリエチレンまたはポリプロピレンを材料として用いることが好ましく、ポリプロピレンの場合、その厚みが７０〜１５０μｍ、また、高密度ポリエチレンの場合、その厚みが１５０〜２５０μｍであることが好ましい。支持体３、５は、この範囲より薄すぎると、プリーツ加工する際に剛性が不足し、安定したプリーツを作製できず、逆にこの範囲より厚いとプロテクター６に入れることのできるプリーツの山数が少なくなり、濾過面積を増やすことができない。支持体３、５は、二軸延伸ポリプロピレン、又は二軸延伸高密度ポリエチレンからなるネットから構成されていることが好ましく、このような二軸延伸樹脂から構成することにより、編織物から構成する場合に比して剛性は少なく、プリーツ加工の際に密着させて折り曲げることができ、濾材が広がることがないので、濾過面積を十分に増加させることができる。二軸延伸樹脂とは、二軸延伸工法によって得られる樹脂のことをいう。
また、支持体３、５の開孔率は、３０％以上であることが好ましく、開孔率が３０％より少なくなると流路抵抗が大きくなり、プリーツの山数を多くしても、カートリッジとしての処理流量が大きくならない。
さらに、支持体３、５の引張強度は、プリーツ加工や実際の使用に耐え得るものとするため、５００ｇ／１５ｍｍ以上であることが好ましく、６００ｇ／１５ｍｍ以上であることがより好ましい。またさらに、支持体３、５は、水、酸、アルカリ有機溶媒等薬品による溶出物を極力少なくするために各種添加剤を含まないものを用いることが好ましい。支持体３、５は、精密濾過膜４の両側、すなわち１次側と２次側に配するが、上記の仕様を満たせば、それらは、厚さなど性質の異なるものを用いても良い。
精密濾過膜４と支持体３、５から構成された濾材８は、プリーツ加工し、次いで円筒状となるよう始端と終端を溶融接着した後、管状コアを内側に配し、プロテクター６に挿入する。さらに、その両端にエンドキャップ７を溶融成型するが、精密濾過膜４や支持体３、５から構成された濾材８自体の剛性は、弱く溶融成型時には濾材が座屈し易いため、プリーツの山数を２００以上とし、密着したプリーツ濾材として座屈強度を高める必要がある。また、プリーツの山数が３３０以上となると密着度が高くなりすぎ、精密濾過膜４にデッドスペースが生じることから、プリーツの山数は２００〜３３０が好ましい。特に、支持体３、５として二軸延伸ポリプロピレンを用いた場合、プリーツの山数は２４０〜３３０であることが好ましく、二軸延伸高密度ポリエチレンを用いた場合、プリーツの山数は２００〜２５０であることが好ましい。また、濾材を構成するプリーツの高さは、１６ｍｍ以上にすると、軸方向の強度が不足することによる濾過の際の耐圧強度の不足やエンド成型時の成型不良が発生し、また１４ｍｍ以下にすると、濾過面積を十分に確保することができず、精密濾過用カートリッジフィルターの濾過寿命を長くすることができないので、１４〜１６ｍｍとすることが好ましい。
エンドキャップ７は、支持体３、５と同じ素材、例えばポリプロピレン、又は高密度ポリエチレンから構成されていることが好ましい。このようにエンドキャップ７を支持体３、５と同じ素材から構成することにより、エンドキャップ７の精密濾過膜４への熱融着の際に、支持体３、５は、エンドキャップ７とともに溶融して精密濾過膜４に熱融着するので、例えば厚さが１５〜６０μｍと薄い精密濾過膜４であっても、エンドキャップ７は、支持体３、５とともに精密濾過膜４の両端を液密にシールすることができる。
次に、本発明に係る精密濾過用カートリッジフィルターの実施例１を作製した。本実施例１に係る精密濾過用カートリッジフィルターは、精密濾過膜４として、厚さ４２μｍ、平均孔径０．３４μｍ、公称孔径０．２０μｍのポリテトラフルオロエチレンからなるものを用い、支持体３、５として、二軸延伸ポリエチレンから構成され、厚さ２３０μｍ、開孔率３４％であるネットを用いた。これら精密濾過膜４と支持体３、５を重ね合わせて三層構成にし、この三層構成の濾材８を１５ｍｍ／山となるようにひだ折り加工を行うことによって山数が２３０であるプリーツ状濾材を作製した。
プロテクター６、管状コア２、及びエンドキャップ７は、それぞれポリエチレン製のものを用い、管状コア２は、内径φ２７ｍｍ、外径φ３６ｍｍ、高さ２４１ｍｍ、プロテクター６は内径φ６６ｍｍ、外径φ７０ｍｍ、高さ２３７ｍｍの部材を用いた。
組立に際しては、２３０山から成るプリーツ状濾材の始端と終端を約１９０℃の熱で溶融着して筒状にすることにより、先ず筒状のプリーツ濾材を得た。この筒状プリーツ濾材の内側に管状コア２を配し、プロテクター６に組み入れ、プロテクター６よりはみ出たプリーツ濾材端面をカットすることにより、カートリッジフィルターの加工中間体を作製した。この加工中間体の両端に、表面温度２３０〜３００℃で加熱溶融したエンドキャップ７を、０．４ＭＰａの押し圧で押圧没入させることにより、長さ１０インチ（２５．４ｃｍ）、外径７０ｍｍのカートリッジフィルターを得た。得られたカートリッジフィルターの膜面積は１．６ｍ２であった。
次に、本発明に係る精密濾過用カートリッジフィルターの実施例２を作製した。本実施例２に係る精密濾過用カートリッジフィルターは、精密濾過膜４として、厚さ４０μｍ、平均孔径０．４０μｍ、公称孔径０．２０μｍの親水性ポリテトラフルオロエチレンからなるものを用い、支持体３、５として、二軸延伸ポリプロピレンから構成され、厚さ１１０μｍ、開孔率３６％であるネットを用いた。これら精密濾過膜４と支持体３、５を三層に重ね合わせた状態でプリーツ加工することによって、３００山のプリーツ濾材を作製した。また、プロテクター６、管状コア２、及びエンドキャップ７にはポリプロピレン製のものを用いた以外は実施例１と同様の方法によりカートリッジフィルターを作製した。作製したカートリッジフィルターの膜面積は２．１ｍ２であった。
次に、比較例１を作成した。比較例１に係る精密濾過用カートリッジフィルターにおいて、精密濾過膜４は、実施例１と同じ膜を用い、支持体３、５は、ポリエチレンから構成され、モノフィラメント線径８６μｍ、開孔率３４％である編織物のネットを用いた。これら精密濾過膜と支持体を三層に重ねて、この三層構成の濾材を実施例１と同じ１５ｍｍ／山となるようにひだ折り加工を施してプリーツ状濾材を作製し、実施例１と同様の方法により組み付けることによって、カートリッジフィルターを作製した。このプリーツ加工を施した濾材は、密着度が低いため１７０山しか組み入れることができなかったため、カートリッジフィルターの膜面積は１．２ｍ２であった。
比較例２としてプリーツの高さを１１ｍｍとした以外は実施例１と同様にカートリッジフィルターを作製した。プリーツ加工された濾材は、２４０山を組み入れることができ、カートリッジフィルターの膜面積は１．２４ｍ２であった。
比較例３として、膜面積が１．１ｍ２であり、公称孔径０．２０μｍの市販品のポリテトラフルオロエチレン膜カートリッジフィルター（Ａ社製）を用意した。
比較例４として、膜面積が１．１ｍ２であり、公称孔径０．２０μｍ、外径φ８３ｍｍの市販品の親水性ポリテトラフルオロエチレン膜カートリッジフィルター（Ｂ社製）を用意した。
実験例
実施例１及び２、並びに比較例１乃至４に係るカートリッジフィルターについて性能比較試験を行なった。性能比較試験は、市の上水道の１０Ｌ／ｍｉｎの流量の水を各カートリッジフィルターによって濾過し、その濾過の際の入口圧と出口圧の差を記録し、その差が４０ｋＰａとなった時点の濾過量を調べることによって行なった。性能比較試験は、膜の種類が同じもの同士、すなわち実施例１と比較例１乃至３、実施例２と比較例４を組み合わせて行った。試験結果を表１及び２に示す。
実施例１及び２、並びに比較例１乃至４に係るカートリッジフィルターについて性能比較試験を行なった。性能比較試験は、市の上水道の１０Ｌ／ｍｉｎの流量の水を各カートリッジフィルターによって濾過し、その濾過の際の入口圧と出口圧の差を記録し、その差が４０ｋＰａとなった時点の濾過量を調べることによって行なった。性能比較試験は、膜の種類が同じもの同士、すなわち実施例１と比較例１乃至３、実施例２と比較例４を組み合わせて行った。試験結果を表１及び２に示す。
試験の結果より、本発明の精密濾過用カートリッジフィルターは各比較例に比べ濾過面積比以上の濾過処理能力があることが確認された。
１ カートリッジフィルター
２ 管状コア
３、５ 支持体
４ 精密濾過膜
６ プロテクター
７ エンドキャップ
８ 濾材
２ 管状コア
３、５ 支持体
４ 精密濾過膜
６ プロテクター
７ エンドキャップ
８ 濾材
Claims (4)
- 周面に多数の通液孔を有する管状コアと、
精密濾過膜とその両面に配された一対の支持体から構成されるとともに、前記管状コアの周面に設けられ、前記精密濾過膜と一対の支持体が重ね合わされた状態でプリーツ加工された濾材と、
該濾材の周りを覆うように設けられた筒状のプロテクターと、
これら管状コア、濾材及びプロテクターの軸方向両端に設けられ、前記精密濾過膜との熱融着により精密濾過膜を液密にシールするエンドキャップと、
を備えた外径がφ７０ｍｍの精密濾過用カートリッジフィルターにおいて、
前記支持体が二軸延伸樹脂からなるネットにより構成され、
前記濾材を構成するプリーツの高さが１４〜１６ｍｍであり、プリーツの山数が２００〜３３０であることを特徴とする精密濾過用カートリッジフィルター。 - 前記精密濾過膜は、厚みが１５〜６０μｍであり、
前記支持体は、二軸延伸ポリプロピレンから構成されており、厚みが７０〜１５０μｍ、開孔率が３０％以上、引張強度が５００ｇｆ／１５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の精密濾過用カートリッジフィルター。 - 前記精密濾過膜は、厚みが１５〜６０μｍであり、
前記支持体は、二軸延伸高密度ポリエチレンから構成されており、厚みが１５０〜２５０μｍ、開孔率が３０％以上、引張強度が５００ｇｆ／１５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の精密濾過用カートリッジフィルター。 - 前記エンドキャップと前記支持体は、同一の材料から構成されていることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の精密濾過用カートリッジフィルター。
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- 2004-03-19 JP JP2004080369A patent/JP4437933B2/ja not_active Expired - Lifetime
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