JP2005521547A - 濾過カートリッジ構造 - Google Patents

Abstract

マニホルド１２と、濾過カートリッジ１６と、濾過カートリッジ１６を収容するボウル１４とを備える、濾過モジュール１０が提供される。濾過カートリッジ１６およびボウル１４が、一体構造を形成するために、カートリッジ１６上の平坦な表面３８に固定されたキー３０によって互いに接続されている。濾過カートリッジ１６およびボウル１４は、モジュール１０への供給流体とモジュール１０から除去された透過液との混和を防止するように、マニホルド１２と流体連通している。

Description

本発明は、現在使用可能な濾過モジュールよりも衛生的であり、交換および設置がより容易である、膜濾過モジュールおよび濾過カートリッジに関する。より具体的には、本発明は、濾過カートリッジおよび膜濾過モジュールに関し、該膜濾過モジュールは、濾過カートリッジと、再使用可能なボウルと、再使用可能なマニホルドと、濾過カートリッジ、保持ボウル、およびマニホルドを互いに接続するための再使用可能な接続装置とを備える。

半導体産業などの濾過プロセスでの粒子状汚染物質の制御は、極微粒子（ｓｕｂｍｉｃｒｏｎ ｐａｒｔｉｃｌｅ）を除去する膜を有するウルトラクリーンフィルタの使用を必要とする。半導体ウェハ上に付着された粒子が、粒子が十分大きいときには欠陥を生じさせることが良く知られている。通常、半導体産業では、半導体チップの最小特徴（ｆｅａｔｕｒｅ）の約１０分の１と同じくらい小さい粒子によって、欠陥が作成される。したがって、メンブレンフィルタが、作動液体および気体の両方を浄化するために、半導体チップを作成するための各プロセスステップで使用される。

多くの種類の構成が、超高純度の液体濾過で使用される濾過モジュールのために開発されており、２つの構成が普及している。１つのモジュール構成では、濾過される液体が、濾過モジュールの一方の端部から他方の端部へ流れる。この種類の濾過モジュールでは、供給および透過接続部が、フィルタの反対側の端部に配置され、それによって液体流を一方の端部から他方の端部へ移動させる。この流れの構成は、インラインフロー構成と呼ばれている。これらの濾過モジュールには、２つの不利点がある。第１に、これらは、モジュールが２つの接続部の組の間に挟置されているため、プロセス機器に接続するのがより困難である。第２に、少なくとも１つの接続部がモジュールの底部に配置されているため、モジュール内に残存しているいかなる自由な流体も、モジュールの接続解除の際に迅速に排出される。

第２の濾過モジュール構成は、接続部のすべてをモジュールの同じ端部に配置する。このタイプのモジュールでは、供給および透過ポートが、反対側でモジュールの「ヘッド」端部の上部で通常水平方向を向けられている。その形状により、これらのモジュールは、Ｔ字型構成と呼ばれている。Ｔ字型構成は、ヘッドと濾過モジュールの残りの部分との接続を容易にし、この残りの部分は、ボウルと、ボウル内に配置された濾過カートリッジとを備える。この構成では、ボウルおよび濾過カートリッジは、別個の要素を備える。すなわち、濾過モジュールを製造するとき、濾過カートリッジおよびボウルは、別個にマニホルドヘッドに固定されかつ密封される。また、濾過の完了の際、ボウルおよびカートリッジが、ヘッドから別個に取り外される。この別個の取外しは、ボウルが、カートリッジの全長よりもかなり大きな距離だけ動かされて、それによってその取外しを可能にするためにカートリッジを露出させることを必要とする。その後、露出されたカートリッジが、手または手動工具によって取り外される。濾過カートリッジが、しばしば腐食性または有毒である濾過される液体で満たされているため、カートリッジ取外しステップは、作業者に対する危険を有する。また、ボウルがカートリッジの長さだけ動かされなければならないため、ボウルとカートリッジがその中に配置される空間は、この取外しステップに対応していなければならない。

マニホルドから単一ユニットとして取り外されることができる濾過カートリッジボウル構造を作成するために、ボウルと協働する濾過カートリッジを提供することが、米国特許第５，１１４，５７２号で提案されている。濾過カートリッジは、ボウルの内部表面の溝に嵌入するカートリッジのバイオネット（ｂａｙｏｎｅｔ）接続部によってボウルと接続される。バイオネット接続部は、単一ユニットとして成形されることによってなど、カートリッジと一体に形成されている。カートリッジがそのように形成されたとき、バイオネットを受けるように構成されたボウルとともに使用されることしかできない。このことは、そのように構成されたカートリッジが、このカートリッジを受けないように構成された現在作成されているボウルとともに使用されることを妨げるため、望ましくない。このことは、さらに、そのように構成されたカートリッジのための市場を著しく減少させる。また、バイオネット接続部が、これもカートリッジの上部表面の下に配置されているボウルの溝に嵌入するように、カートリッジの上部表面の下に配置される。バイオネットがそのように配置されるとき、減少された視界によって、溝での位置調整がより困難にされる。

したがって、異なる形状の複数のボウルでの使用を可能にする濾過カートリッジを提供することが望ましい。また、濾過中、カートリッジに対して可動でない手段を有する、カートリッジとボウルとの間の接続手段を含む、このようなカートリッジを提供することが望ましい。また、ボウルに対するカートリッジの接続を容易にするように、明確に視認することができる接続手段を有するこのようなカートリッジを提供することが望ましい。このようなカートリッジは、濾過カートリッジのボウル内への容易な挿入を促進し、濾過に続いて濾過カートリッジを取り外すことでの作業者に対する危険を排除し、濾過モジュールを設置するために必要な空間を減少させるであろう。

本発明によると、マニホルドと、濾過カートリッジおよびボウルの組合せとを有し、濾過カートリッジおよびボウルが、マニホルドから一体として設置されかつ取り外されるように一緒にロックされている、濾過モジュールが提供される。濾過カートリッジは、マニホルドとカートリッジの内部との間の流体連通のための流体通路を備える。流体通路の外部表面は、キーが、流体通路に滑動自在に装着されることができるように、キーの２つの平坦な表面と対合する２つの平坦な平行な表面を備える。第１の実施形態では、キーは、それによってボウルに対するカートリッジの接続を行うために、ボウル内のスロットに嵌入するバイオネットを備える。第２の実施形態では、キーは、それによってボウルに対するカートリッジの接続を行うために、ボウルの開いたリップにスナップ止めされるフック型の要素を備える。カートリッジが、濾過カートリッジに固定されていない従来型のボウルとともに、または本発明の濾過モジュールで使用されるボウルとともに使用されることができるように、キーは、濾過カートリッジから取外し可能である。カートリッジをボウルに固定する、キーおよびバイオネットまたはキーおよびフック型の要素は、カートリッジおよびボウルがマニホルドから一体として取り外されることを可能にする。

本発明は、濾過カートリッジと、マニホルド、濾過カートリッジ、およびボウルで形成された濾過モジュールとを提供する。マニホルドは、濾過カートリッジ内への供給流体および濾過カートリッジからの透過液の除去のための流体通路を提供する。ボウルは、供給流体の濾過カートリッジ内への導入を可能にするために供給流体を保管するため、またはマニホルドへ、次に濾過モジュールから向けられる濾過カートリッジからの透過液を保管するための手段を提供する。供給流体は、濾過カートリッジの外部から、または濾過カートリッジの内部のいずれかから、マニホルドを通って濾過カートリッジ内に導入されることができる。濾過カートリッジと隣接するボウル内の流体は、供給流体か透過液のいずれかであり得る。いずれにしても、供給流体は、マニホルドから濾過カートリッジ内へ導入され、透過液は、マニホルドから離れた濾過カートリッジから除去され、供給流体と透過液の混和を防止するために密封が提供される。

濾過カートリッジおよびボウルは、それらがマニホルドとともに密封される、または一体としてマニホルドとの接触を取り除くように構成されている。濾過カートリッジは、そのうちの１つに流体通路が設けられている２つのエンドキャップで密封されている。流体通路は、その外部表面に配置された、２つの対向する実質上平行な平坦な表面を有する。カートリッジは、それによってカートリッジの流体通路の周囲に配置される、２つの平坦な表面に滑動自在に装着されたキーを備える。流体通路は、カートリッジの取入口または排出口として機能することができる。キーは、カートリッジのボウルとのロッキングを行うように構成されている。一実施形態では、ボウルおよび濾過カートリッジが、ボウルの内部表面のスロットに嵌入するキーのバイオネットによって互いに結合される。第２の実施形態では、キーが、ボウルの開いた上部リップとのスナップ止めによってボウルと結合される。流体通路の平坦な表面は、キーがカートリッジに対して回転するのを防止する。濾過に続いて、ボウルおよび濾過カートリッジが、２つの別個の部片としてではなく単一部片としてマニホルドから取り外される。ボウルおよび濾過カートリッジが一緒に取り外されるため、濾過カートリッジをボウルから取り外す必要がない。したがって、濾過カートリッジとボウルを足した長さと実質上等しい空間が、濾過カートリッジを取り外すために設けられる必要はない。ボウルの長さと実質上等しい長さの空間しか、設ける必要がない。このことは、現在の濾過モジュールに必要とされる空間に比較して小さい空間内に、本発明の濾過カートリッジを設置することを可能にする。また、濾過カートリッジがボウルとともに取り外されるため、手によってまたは手動工具によって作業者に取り扱われる必要がない。このことは実質上、ボウル内の流体を作業者と接触させる可能性を低減させる。ボウルは、取外しの前に流体を除去するためのドレインを任意に含むことができる。

図１を参照すると、濾過モジュール１０は、マニホルド１２と、ボウル１４と、濾過カートリッジ１６とを備える。ねじ付きリング１８が、ボウル１４の外部表面２０に配置され、ボウル１４およびリップ２４の外周の周りに延びるビード２２によってその上に保持されている。ビード２２のサイズおよび可撓性を制御することによって、リング１８が、リング１８を配置するためにビード２２上を滑動されることができ、または、リング１８が図のように配置された後に、ビード２２がボウル１４に形成されることができる。

リング１８は、ボウル１４に対するその位置に実質上固定される、すなわち、ボウル１４の長さに沿っていかなる実質的な距離も移動することができない。そのねじ山２６および２８が互いに引かれるとき、リング１８が、Ｏリング１１および１３で密封を行うために、カートリッジ１６をマニホルド１２と確実な接触状態にし、または確実な接触状態にさせる。逆に、リング１８が、ねじ山２６および２８が離れるように回転されるとき、カートリッジ１６は、マニホルド１２から遠ざかるように確実にし、または確実にさせる。

カートリッジ１６は、カラー３４内のスロット３２と対合するキー３０のフランジ１５によってボウル１４と接続される。カラー３４は、ねじ山３６によってボウル１４内に螺合される。カラー３４は、ボウル１４の全内周の周りに延びている。代わりに、ボウルおよびカラーは、成形などによってボウル１４およびカラー３４の形状で一体に形成されることができる。キー３０は、カートリッジ１６の流体通路４２の外部表面に配置された２つの平坦な表面３８および４０に嵌合する。流体通路４２は、密封Ｏリング１１および１３を備え、カートリッジ１６のための取入口および排出口として機能することができる。流体通路が取入口として機能するとき、流体は、マニホルド１２の取入口４４内に導入される。流体通路４２が排出口として機能するとき、流体は、マニホルド１２の取入口４６を通って導入される。フランジ１５がキー３０の全周の周りに延びていないため、流体が、キー３０をバイパスしてマニホルド１２内へ流れることが可能である。キー３０の構造を、図２を参照にしてより完全に説明する。カラー３４の構造を、図３を参照にしてより完全に説明する。

図２を参照すると、カートリッジ１６の流体通路４２が、互いに実質上平行に配置された２つの平坦な表面３８および４０（図示せず、図１を参照）を形成するように修正されている。平坦な表面３８および４０は、キー３０の平坦な表面３９と嵌合する。キー３０は、平坦な表面３８および４０が平坦な表面３９と対合するように開放されることができる、２つの可撓性の脚部３３を備える。そのように形成されることによって、キー３０が、通路４２の重大な遮断を回避しながら、キー３４と流体通路４２との間の強い接続を提供するために流体通路４２の周囲に嵌合される。キー３０はまた、任意の鉛直方向延長部３５を備えることができる。濾過カートリッジ１６は、上部キャップ１９と、底部キャップ２１と、フィルタ２３と、有孔ハウジング２５とを備える。キャップ１９および２１は、供給流体と透過液の混和を防止するために、フィルタ２３の端部に対して密封されている。濾過カートリッジ１６の構造は、濾過カートリッジ１６に入る流体が、濾過カートリッジ１６を出る前にフィルタ２３を通過することを仮定している。フィルタ２３は、デプスフィルタ、プリーツフィルタなどであってよい。任意の鉛直方向延長部３５は、図３に示す戻り止め４５に嵌入する。

図３を参照すると、カラー３４は、２つの切欠４１および２つの鉛直方向延長部４３を備える。各鉛直方向延長部４３は、スロット３２（１つは図示せず）を備える。スロット３２は、フランジ１５と嵌合し、それを収容する。スロット３２によって範囲を定められる角度は、キー３０およびカラー３４を作製するために使用される材料の可撓性に応じる。スロット３２は、キー３０およびカラー３４が、パーフルオロ（アルキルビニルエーテル）（ＰＦＡ）などの比較的可撓性のポリマー製であるとき、少なくとも約１５度、好ましくは約３０度から約４５度の間の角度の範囲を定める。キー３０およびカラー３４が、高密度ポリプロピレンなどの比較的剛性の材料製であるとき、これらの角度は、ＰＦＡの角度の約半分にすることができる。これらの例示的な材料でのこのサイズ角度は、濾過モジュール１０の使用中に、キー３０がカラー３４から分離しないような、フランジ１５とスロット３２との間の所望の接触表面を提供する。カラー３４は、鉛直方向延長部３５と嵌合しかつ収容する戻り止め４５を、カラー３４に備える。カラー３４はまた、カラー３４とマニホルド１２との間の流体の排出を可能にする、任意の鉛直方向スロット１７を備える。

図４を参照すると、本発明のボウルおよびカラー構造が示されている。カラー３４は、ボウル１４にねじ込まれている。カラーおよびボウル１４は、一体として成形されてもよい。ボウル１４は、ロッキングリング（図示せず）を支持する複数の止め部５０を備える。ボウル１４は、開閉することができるドレイン１７を備える。ドレイン１７は、濾過中は閉鎖されている。

図５を参照すると、フランジ１５がスロット３２内へ嵌入するようなキー３０の回転を可能にする構造が示されている。先が分かれたＣ字型の工具５２が、孔５６内に嵌入する突起５４を有する。工具５２は、使用済カートリッジ１６との手の接触を回避することを可能にする。

図６を参照すると、使用前に濾過カートリッジの内部を保護し、かつ濾過カートリッジ１６との手の接触の回避を可能にする構造が示されている。キャップ５２は、カートリッジ１６の内部を大気から密封するために流体通路４２に嵌合している。キャップ５７は、流体通路４２へのキャップの挿入および取外しを可能にするハンドル５８を備えて成形される。ハンドル５８は、手によるカラー３４のスロット３２内へのフランジ１５の回転を可能にする。フランジがそのように配置された後、ハンドル５８を引くことによって、流体通路４２からキャップ５７を取り外すことができる。

図７および図８を参照すると、濾過カートリッジをボウルと結合するための代替となる構造が示されている。キー６０は、図１を参照にして上記で説明したのと同じようにして、互いに実質上平行である２つの平坦な表面６４と接触している流体通路４２と滑動自在に接続された２つのプロング（ｐｒｏｎｇ）６２を備える。図８に示すように、フック型のプロング６６が、ボウル１４のリップ６８に嵌合する。キー６０はまた、レバー６７への手の圧力が、ボウル１４と接触するまたはボウル１４との接触から離れるプロング６６の運動を可能にするように旋回されるレバー６７を備える。

本発明のキーは、２つの対向する取り付け要素（フランジまたはプロング）を参照にして説明されてきたが、キーが２つ以上の取付要素を備えることができることを理解されたい。少なくとも２つの取付要素が、カートリッジがボウルに対して旋回することを防止するために必要とされる。

本発明のキーがカートリッジから取外し可能であるため、本発明のカートリッジは、上記で説明した本発明のボウルとともに、または従来のサイズのボウルとともに使用されることができる。取外し可能なキーは、キーのないカートリッジが、その内部表面にスロットを有さない従来のボウルに挿入されることを可能にし、そうでない場合キーのフランジが、カートリッジおよびキー全体のフットプリントを従来のボウルの径より大きくする。このことは、さらに、従来のボウルおよび本発明のボウルを収容するために必要なカートリッジの必要在庫を減少させる。

使用中、図７のカートリッジのレバー６７が、手の圧力を受け、それによって、プロング６６を平坦な表面６４から離す。カートリッジがボウル内に降下し、レバー６７への手の圧力が解放され、プロング６６が、それによってボウルの上部リップに固定されて、ボウルにキー６０を固定する。

図２の実施形態が、フランジ１５を切欠４１と位置合わせすることによって図３のカラー内に挿入される。次に、キー３０が、フランジ１５がスロット３２内に嵌入し、それによってカートリッジ１６をカラー３４と固定するように回転させられる。

本発明の一態様では、キーは、ボウル内でキーが取り付けられる濾過カートリッジを中心合わせするために、ボウルに取り付けられたカラーの内部表面形状と対合する外部表面形状を備える。カートリッジをボウル内で中心合わせすることは、キーがカラー内で回転されるときの、キーとカラーの滑らかな対合を可能にする。キーの外部表面形状は、小さな溝を備える。この外部表面形状は本発明では必ずしも必要ではないが、それがないとき、キーがカラー内で一方側から他方側に滑動し、それによってキーとカラーを係合することの困難性を増加させることになる。

図９および図１０を参照すると、キー７０は、カラー８０の表面７８と対合するキー脚部７４および７６それぞれに溝７２を備える。図９および図１０は、ボス８２を備えるが、溝７２の機能には必ずしも必要ではない。ボス８２の目的を以下で説明する。

本発明の別の態様では、本発明のカラーは、カラーの厚みを通って延びるスロットを備える。スロットは、カラーとキーの間の改良された嵌合を提供するために、キー上のボスと対合する。ボスは、ボスが開いたスロットに嵌合するまで、キーが位置を回転させられたとき、カラーの対合するスロットを外向きに拡張させるように構成されている。嵌合の点では、スロットは、互いに向かって収縮し、このようにして重なりが、使用中、キーがカラーから脱着するのをより困難にさせる。

図１１、図１２、および図１３を参照すると、カラー８４は、キー９０がカラー８４内で位置を回転させられたとき、その中にボス８２が嵌合する２つの対向するスロット８６および８８を備える。スロットの互いから遠ざかる膨張が、ボス８２とカラー８４内部表面との接触によって生じる。ボス８２の外部表面の間の距離は、カラー８４の対向する内部表面の間の距離よりもわずかに大きい。

本発明の濾過モジュールを示す断面図である。 本発明のカートリッジ上部および対合キーを示す等角図である。 図２のカートリッジおよびキーとともに使用されるカラーを示す等角図である。 本発明のボウルおよびカラーを示す等角図である。 キー、およびカートリッジをボウル内に設置するためのツールを示す等角図である。 カートリッジに触れることなく、カートリッジを輸送および設置するための手段を示す等角図である。 本発明の代替となるキー構造を示す上部等角図である。 ボウル上に直接配置された図７のキーを示す断面図である。 本発明の代替となるキーを示す底部斜視図である。 図１１に示したカラー上での図９のキーの配置を示す部分断面図である。 図９のキーを収容するためのスロットを有するカラーを示す斜視図である。 本発明の代替となるキーを示す上部斜視図である。 図１１のカラーと嵌合する図１２のキーを示す斜視図である。

Claims (16)

1. 第１の端部および第２の端部を有する細長い濾過媒体と、
   前記第１の端部に密封された第１の密封プレートと、
   前記第２の端部に密封された第２の密封プレートと、
   前記濾過媒体内の開いた内部との流体連通を提供するために、前記第１の密封プレートに密封され、かつ２つの実質上平行な平坦な表面を備える外部表面を有する流体通路と、
   前記濾過媒体の外部表面を包囲している有孔流体ハウジングとを備える濾過カートリッジ。
2. 前記濾過媒体が、デプスフィルタである、請求項１に記載の濾過カートリッジ。
3. 前記濾過媒体が、プリーツフィルタである、請求項１に記載の濾過カートリッジ。
4. マニホルド、濾過カートリッジ、濾過カートリッジを収容するボウル、および前記ボウルを前記マニホルドにロックするための手段と、
   濾過カートリッジとともに形成された流体通路の外部表面の２つの実質上平行な表面に固定されたキーとを備え、前記キーが、前記ボウルに取り付けられた少なくとも２つの取付要素を有し、前記濾過カートリッジおよびボウルが、前記濾過カートリッジへの供給流体と前記濾過カートリッジから除去された透過液との混合を防止するように、前記マニホルドと流体連通されている濾過モジュール。
5. 前記キーが、前記ボウルのリップに嵌合する前記キーから延びるプロングによって、前記ボウルに取り付けられている、請求項４に記載の濾過モジュール。
6. 前記キーが、カラーのスロット内に嵌入する前記キーから延びるフランジによって前記ボウルに取り付けられ、前記カラーが、前記ボウルの開端部に直接取り付けられている、請求項４に記載の濾過モジュール。
7. 前記ボウルおよび前記カラーが、一体構造を備える、請求項６に記載の濾過モジュール。
8. 前記ボウルへの供給流体のための取入口と、前記濾過カートリッジからの透過液のための排出口とを備える、請求項４、５、６および７のいずれか一項に記載の濾過モジュール。
9. 前記濾過カートリッジへの供給流体のための取入口と、前記ボウルからの透過液のための排出口とを備える、請求項４、５、６および７のいずれか一項に記載の濾過モジュール。
10. 前記キーが、少なくとも１つの鉛直方向延長部を備え、前記少なくとも１つの鉛直方向延長部それぞれが、前記カラーの鉛直方向スロットに嵌入される、請求項４、５、６または７のいずれか一項に記載の濾過モジュール。
11. 第１の組のフィルタボウルと第２の組のフィルタボウルとの両方を嵌合する、濾過カートリッジの必要在庫を減少させるための方法であって、第１の組のフィルタボウルが、内部表面にスロットがなく、第２の組のフィルタボウルが、第２の内部表面に少なくとも２つのスロットを有し、
    前記第２の組のフィルタボウルに、前記少なくとも２つのスロット内に嵌入する少なくとも２つのフランジを有するキーを提供することを含み、前記キーが、前記第２の組のフィルタボウルから取外し可能である方法。
12. 前記キーが、少なくとも２つのフランジを備え、前記フランジそれぞれが、前記フランジそれぞれの外部表面にボスを有する、請求項４、５、６または７のいずれか一項に記載の濾過モジュール。
13. 前記キーが、少なくとも２つのフランジを備え、前記フランジそれぞれが、前記フランジそれぞれの下部表面に溝を備え、前記溝が、前記ボウルに取り付けられたカラーの内部表面と対合するように形成される、請求項４、５、６または７のいずれか一項に記載の濾過モジュール。
14. 前記キーが、少なくとも２つのフランジを備え、前記フランジそれぞれが、前記フランジそれぞれの外部表面にボスを備える、請求項８に記載の濾過モジュール。
15. 前記キーが、少なくとも２つのフランジを備え、前記フランジそれぞれが、前記フランジそれぞれの外部表面にボスを備える、請求項９に記載の濾過モジュール。
16. プレートを通って延びる流体通路を有するプレートを備え、
    前記流体通路が、２つの実質上平行な平坦な表面を備える外部表面を有する、濾過カートリッジ用の密封プレート。

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