JP2006081990A - 高機能フィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】 有害性ガスや危険性ガスの漏洩のおそれのないフィルタ構造を有し、フィルタ交換周期を大幅にアップすることができる高機能フィルタを提供すること。
【解決手段】 外筒部１およびそれに内挿されるフィルタエレメント２からなるフィルタであって、前記外筒部１とフィルタエレメント２の中間にブラシ部材３を配し、該ブラシ部材３をフィルタエレメント２と接触させながら外筒部１長軸方向に往復移動させるとともに、前記外筒部１を鉛直方向に配置し、前記ブラシ部材３を自重によって移動可能な構造を有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高機能フィルタに関するもので、例えば、半導体製造用ＣＶＤ装置から排気される未反応のシラン（ＳｉＨ_４）から酸化反応により生成される酸化シリコン（ＳｉＯ_２）などの粉体を、ブラシによって自動的に掻き落とす高機能フィルタなどに関するものである。

半導体向けＣＶＤ装置からの粉体処理には、フィルタを用いて除去する方法が一般的に使用されている。また、ＣＶＤ装置から排気される未反応のＳｉＨ_４の処理は、フィルタを有した反応筒内での酸化反応により、粉体であるＳｉＯ_２を生成させて除去している。このとき、粉体あるいはＳｉＯ_２によるフィルタの目詰まりに伴うフィルタ交換作業の煩雑さおよび装置稼動の効率化の観点から、従来はフィルタ前後の差圧が大きくなると、窒素ガスによるフラッシングよってＳｉＯ_２を掻き落としていた。

しかし、こうした窒素ガスによる簡易的な方法では、粉体の掻き落とし効率が低く、フラッシングだけでは粉体が落ちない。特に未反応のＳｉＨ_４から生成するＳｉＯ_２は、その粒子径の細かさと生成過程の凝縮性の高さから、除去効率の高いフラッシングが困難であることから、いくつかの提案がされていた。

具体的には、図６に示すような螺旋状ブラシによる機械式の掻き落とし方式が開発されている（例えば特許文献１参照）。つまり、この副生成物除去タンク１０は、円筒形状のケーシング１１の内壁に沿った箇所に円筒形状のフィルタ１３が備えられており、さらにこのケーシング１１の上端中央にはモータＭが備えられており、このモータＭの回転軸はケーシング１１内下方に突出し、この突出軸には、前記フィルタ１３の内周壁に沿って回転する螺旋ブラシ１２が備えられたもので構成されている。このため、この副生成物除去タンク１０内に流入した排ガス中のＳｉＨ_４は、該タンク１０内の酸素と反応して、ＳｉＯ_２（二酸化珪素）の粉体になる。その化学式は次式１の通りである。

ＳｉＨ_４＋２Ｏ_２ → ＳｉＯ_２＋２Ｈ_２Ｏ 式１
そして、このＳｉＯ_２は、フィルタ１３に付着することによって除去され、このフィルタ１２に付着したＳｉＯ_２は、螺旋ブラシ１２を回転させることにより副生成物除去タンク１０下部に備えた回収タンク１５内に堆積し、この堆積したＳｉＯ_２は、適宜、回収容器１５を取り出すことにより回収される。
特開２００１−８７６２５号公報

しかしながら、上記の方法では螺旋状ブラシを回転させるスプロケットが反応筒内にあり、ＣＶＤ装置から排気される有害性ガスがスプロケット貫通個所の軸シール部から漏洩する危険性があるいう課題があった。

また、フィルタ上部モータによってフィルタ自身を回転させ、筒内部の固定ブラシにより粉体を払い落とす方法もあるが、これもスプロケットを接ガス部に貫通させているため、貫通箇所の軸シール部から使用中にガスが漏洩するおそれがある。

本発明の目的は、こうした有害性ガスや危険性ガスの漏洩のおそれのないフィルタ構造を有し、フィルタ交換周期を大幅にアップすることができる高機能フィルタを提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、以下に示すフィルタによって上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。

本発明は、外筒部およびそれに内挿されるフィルタエレメントからなるフィルタであって、前記外筒部とフィルタエレメントの中間にブラシ部材を配し、該ブラシ部材をフィルタエレメントと接触させながら外筒部長軸方向に往復移動させるとともに、前記外筒部を鉛直方向に配置し、前記ブラシ部材を自重によって移動可能な構造を有することを特徴とする。

上記のように、フィルタ（正確にはフィルタエレメント（以下「エレメント」という。）をいう。）に付着した粉体は凝集することによって、徐々に簡単に除去できない状態に移行する。従って、エレメントに付着・蓄積した粉体は流路の付加を増大することから早期に除去することが好ましい一方、エレメントの交換あるいはガスのフラッシング操作は、装置の稼動に影響することから極力頻度が少ないことが好ましい。従って、本発明のようにブラシを外筒部長軸方向に往復移動させるという機械的手段によって、短時間にかつ確実に粉体を払い落とすことができ、優れた機能を有することができる。特に、上部から下部へ移動させる時は、ブラシ部材の自重により移動可能とすることで移動手段の負荷を大きく低減し、外筒部長軸方向に移動されることによって、さらに負荷低減に有効となる。また、場合によっては、装置を稼動させながら外筒下部に粉体を払い落としフィルタ機能を維持することも可能である。

本発明は、上記高機能フィルタであって、前記ブラシ部材に複数の磁性体を所定の間隔に取り付けるとともに、前記外筒部の外周に設けられ、前記磁性体とほぼ同じ間隔に取り付けられた複数の磁性体を有するブラシ誘導手段によって、移動可能なことを特徴とする。

有害性ガスや危険性ガスを含む試料の処理においては、漏洩の阻止・防止が最大の課題の１つである。本発明のフィルタ構造は、こうした漏洩防止の手段として、ブラシ部材の移動を外筒部の外部から遠隔的に操作可能とした点に特徴を有し、具体的には、ブラシ部材およびブラシ誘導手段に設けられた磁性体を介して、外筒部の外周に設けられたブラシ誘導手段を操作し、ブラシ部材によるエレメント表面に付着した粉体の機械的な除去を行うことによって、有害性ガスなどの漏洩の危険性がない、高機能なフィルタを提供することが可能となる。

本発明は、上記高機能フィルタであって、前記ブラシ部材の移動を、前記外筒部長軸方向の往復移動とともに回転方向の移動を伴うものとすることを特徴とする。

エレメント表面に付着した粉体は、徐々に凝縮して硬化・固化する一方、ブラシの掻き落し機能はフィルタ表面の凹凸などの状態に異存する場合があり、同一動作の繰り返しでは、特定箇所の掻き落しが困難になるおそれがある。本発明は、こうした要素を排除すべく、ブラシ部材を直線に近い単調な移動ではなくランダムな広がりのある移動操作を行うことによって、エレメント表面への均等なブラシの接触を可能とし全体的な粉体の掻き落し効果を上げることができる。

本発明は、上記高機能フィルタであって、前記外筒部に設けられた試料導入路に、酸素を添加可能な酸素供給口を有することを特徴とする。

本発明に係るフィルタが処理する試料として対象となるものの１つは、ＳｉＨ_４から生成するＳｉＯ_２の粉体であり、一般的には、フィルタ導入時には粉体の形成が完了している。しかし、試料中の酸素が少ない場合や瞬間的に高濃度のＳｉＨ_４が導入された場合には、エレメント内部あるいはエレメント通過後に反応が進み、粉体の形成あるいは粉体の成長のおそれがあり、実装状態でのフィルタによる圧力損失の増大の要因の１つにこうした現象が関与していることを見出したもので、予め試料に酸素を補給することによって、こうした粉体の形成・成長を未然に防止することができる。また、同時にエレメント通過後での粉体形成を防ぐことも可能となり、非常に有用性が高い。

本発明は、上記高機能フィルタであって、前記ブラシ部材の移動に連動して、フラッシングを始動することを特徴とする。

一般に、フィルタによる粉体除去の効果は、エレメント表面への粉体の付着とともにエレメント内部への細粉の保持によるものである。粉体除去の主たる対象であるＳｉＨ_４から生成するＳｉＯ_２の粉体については、比較的後者の影響が少なく、上記の高機能フィルタによって大幅なエレメントの交換時期の延長を図ることができるが、上記の機械的な掻き落しと同時にフラッシングすることによって、さらに効果的にエレメント内部の細粉あるいは微粉体の除去を行うことができる。

つまり、エレメント内部の細粉あるいは微粉体は、エレメント表面に生成するＳｉＨ_４から生成するＳｉＯ_２の粉体の層に閉じ込められる状態が形成されることによって、フラッシングのみでは十分なパージができない場合がある。従って、ブラシ部材の移動に伴うエレメント表面の機械的な掻き落しによって、こうした表層が取り除かれ、フラッシングによるエレメント内部の細粉あるいは微粉体のパージが有効に機能することになる。このように、本発明に係る使用方法およびその機能によって、その相乗的効果以上の粉体の除去効果を得ることができる。

以上のように、本発明は、エレメント表面に付着した粉体あるいはエレメント内部の細粉を効果的パージすることが可能であるとともに、処理対象である有害性ガスなどの漏洩の危険性がない、高機能なフィルタを提供することができる。

特に、半導体向けＣＶＤ装置からの排ガス中の粉体処理には、どこのメーカも多かれ少なかれ手を焼いており、本発明の有する高度な機能は、画期的に取替え寿命を長くすることが可能となり、有用性が高い。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

本発明に係る高機能フィルタの概略を、図１に例示する。フィルタの基本的な機能として、外筒部１の側面ＩＮＬＥＴから導入された処理ガスが、内挿されているフィルタエレメント（エレメント）２の外表面によって粉体を分離・ろ過された後、外筒部１上部ＯＵＴＬＥＴから供出される。外筒部１の内部には、エレメント２の中空間にブラシ部材３が設けられており、ブラシ部材３をエレメント２と接触させながら外筒部１の長軸方向に往復移動させる構造を有している。このとき、ブラシ部材３の移動を外筒部１の外部から遠隔的に操作することによって、外筒部内を貫通するスプロケット等の回転部品が存在せず、有害ガス漏洩の危険性がないフィルタ構造を形成することができる。

図２は、このフィルタの構造を機能的に示している。上記外筒部１の内部に設けられたブラシ部材３には、エレメント２の周縁と接するようにブラシ４が取り付けられるとともに、複数の磁性体５ａが所定の間隔に取り付けられている。また、ブラシ部材３は、スプロケット６ａおよび６ｂに案内されるとともに、外筒部１とエレメント２の中空間にフリーな状態とすることが好ましい。後述するような外部からの駆動力がなければ、外筒部１を鉛直方向に配置することによって、ブラシ部材３に取り付けられたブラシ４をブラシ部材３の自重によって移動可能な構造を有していることが可能となる。

外筒部１の外周には、磁性体５ａとほぼ同じ間隔に取り付けられた複数の磁性体５ｂを有するブラシ誘導手段７が、外筒部１長軸方向に配置されたスプロケット６ｃ、６ｄに案内されて上下動可能な構造体となっている。

フィルタの機能としては、ブラシ誘導手段７を、筒外部設置のモータ８で駆動して上下動させることで、磁性体５ａと５ｂが引き合った状態で内部設置のブラシ部材３が追従し、ブラシ４によってエレメント２表面の粉体を払い落とすことができる。払い落とした粉体は、外筒部１の下部に設置された掃除口（図示せず）から吸引し処理される。

実機における実測データでは、ＳｉＨ_４から生成するＳｉＯ_２の粉体によるブラシ洗浄前のフィルタ差圧が約２００ｍｍＨ_２Ｏ生じていた状態で、１往復のブラシ洗浄によって、約１０〜３０ｍｍＨ_２Ｏ程度まで低下させることできた。これを数回繰り返すことによって、さらに、その１／１０程度以下にまで圧力損失の低減を図ることが可能となる。フィルタの長期的あるいは繰り返し使用に対しても、定期的あるいは随時こうした洗浄サイクルを繰り返すことによって、圧力損失の増加を抑制することができる。具体的な定量的効果については後述する。

ブラシ誘導手段７の構造は、特に制限されるものではないが、例えば、図３（Ａ）のように、モータ８に減速機９を取付け、回転数を１／１０程度に低下させてスプロケット６ｄを回転させてブラシ誘導手段７を移動させることができる。つまり、図３（Ｂ）に示すように、スプロケット６ｄが回転すると同時に、スプロケット６ｃを貫通する案内部７ａを巻回するように設けられたチェーン７ｂがスプロケット６ｄに設けられたらせん状の凸部に従って移動する。従って、モータ８の回転（正転・反転）に伴い、磁性体５ｂが取り付けられた部分を上下させることができる。

例えば、ブラシ誘導手段７を外筒部１の下部から上部までは約２０秒程度で移動させることで、それに連動してブラシ部材３が外筒部１の内面とは接触せず移動し、エレメント２の表面の粉体を均一にかつ確実に掻き落すことができる。このとき、外筒部１の内部のブラシ部材３を磁性体５ａおよび５ｂを介して外部から駆動させているため、使用中ガス漏洩の心配が全くないことが大きな利点である。

また、ブラシ誘導手段７の移動は、図４に例示するように、案内部７ｃ，７ｄを介してスプロケット６ｃ，６ｄに接するとともに、スプロケット６ｄあるいは案内部７ｄのいずれかあるいは両方にネジ部を形成して、モータ８の回転（正転・反転）を直接伝えることによって、磁性体５ｂが取り付けられた部分を上下させる構造を採ることも可能である。

このとき、ブラシ誘導手段７の最上部において、ネジ部からスプロケット（６ｃまたは６ｄ）あるいは案内部（７ｃまたは７ｄ）が外れる構造にすることによって、ブラシ誘導手段７自体が自重によって移動可能なものとすることができる。このようにブラシ部材３およびブラシ誘導手段７をその自重により移動させた場合、機械的に上部から下部へ移動させる場合に比較し、モータ８のトルクは約１０〜２０％減少し、その分エネルギー効率の向上を図ることができる。

また、磁性体５ｂは、素材および形状などについて特に制限されるものではなく、磁石などの常磁性を有する磁性体、あるいは電磁石など外部入力によって磁性を帯びる磁性体などを使用することができる。特に、後者を用いた場合には、ブラシ誘導手段７の位置を上部に上げた状態で磁性体５ｂの磁力をはずすことで、ブラシ部材３を自重によって移動可能なものとすることができる。

さらに、本発明においては、上記の機能に加え、ブラシ誘導手段７を外筒部１の長軸方向の往復移動とともに、回転方向の移動が可能な機構を設けることも可能である。これによって、ブラシ部材３の移動を、往復運動とともに回転運動を伴うものとすることができる。従って、エレメント２の表面を直線的でなく重畳する平面的なブラシ４の動作による掻き落し効果を得ることかでき、偏在したブラッシングを防止し、エレメント２表面への均等なブラシ４の接触を可能とし全体的な粉体の掻き落し効果を上げることができる。

具体的には、ブラシ誘導手段７の回転方向の移動は、ブラシ誘導手段７、スプロケット６ｃ，６ｄおよびモータ８を固定した一体物を、別の回転手段（図示せず）を設けて回転することによって可能である。これによって、ブラシ部材３を直線に近い単調な移動ではなくランダムな広がりのある移動操作を行うことができる。また、モータ８の回転軸から別個の伝達手段（図示せず）を介して、ブラシ誘導手段７を回転動作させることも可能である。

また、本発明においては、外筒部１のＩＮＬＥＴより空気もしくは酸素を添加しながら機械的に粉体を払い落とすことが好適である。試料中のＳｉＨ_４からＳｉＯ_２の形成あるいは成長を予め促進させることによって、粉体の粒径を大きくさせ、フィルタ効率をさらに高めることが可能となるとともに、機械的な掻き落し効果を高めることができる。具体的には、式１から判るように予め試料中のＳｉＨ_４量が判る場合には、その２〜３倍の酸素１００％、あるいは１０〜１５倍の空気を添加することが好ましい。

なお、こうした処理は、ＳｉＨ_４からＳｉＯ_２の形成や酸化処理に限定されるものではなく、試料中の粉体形成を担う反応性物質に対しその反応を予め促進あるいは完成させることによって、同様の効果を得ることが可能である。つまり、フィルタ内部あるいはフィルタ通過後の粉体形成を防止し、また予め粉体を成長させ粉体のろ過効果を高めることによって、フィルタ交換周期を大幅にアップすることができる高機能フィルタを提供することができる。

また、本発明においては、ブラシ部材３の移動に連動して、フラッシングを始動することが好ましい。具体的には、試料の導入を停止し、上記のような機械的な掻き落しを行うと同時に、外筒部１のＯＵＴＬＥＴから空気あるいは不活性ガス（例えば窒素やアルゴンなど）を瞬間的に高圧条件で導入し、フラッシングすることによって、エレメント２表面に形成された粉体層が取り除かれるとともに、エレメント２内部の細粉あるいは微粉体のパージが有効に機能することになる。こうした、ブラッシングとフラッシングとを同時に行うことは、特に本発明におけるＳｉＨ_４からＳｉＯ_２の形成によるエレメント２内部の細粉あるいは微粉体の存在が無視できない場合や、エレメント２表面に形成された粉体層あるいは粉体の成長が生じやすい条件にあっては、その相乗的効果以上の粉体の除去効果を得ることができる。

上記第１構成例においては、ブラシ部材３の移動を外筒部１の外周に設けられたブラシ誘導手段７によって作動される構成を例示したが、本発明の基本的機能である、エレメント２表面を掻き落すためにブラシ４を外筒部長軸方向に往復移動させるという手段は、これに限定されるものではなく、外筒部１とエレメント２の中空間にシリンダ機構を設けブラシ部材３をシフトする方法など、ブラシ部材３の自重移動機能を有しながら外筒部長軸方向に往復移動可能な種々の構成が可能である。

具体的に、本発明に係る高機能フィルタを用いた方式と既述の従来方式との比較試験を行った結果を、図５に示す。本方式（フィルタ外部を軸方向にブラシで掻き落とす）と従来方式（フィルタ内部を円周方向にブラシで掻き落とす）との比較で、横軸はブラシの稼動回数を示し、縦軸に図５（Ａ）はフィルタの出口側の圧力を、あるいは図５（Ｂ）はフィルタ内外の圧力損失を示している。ブラシの稼動回数の増加（時間の経過）とともにフィルタ出口側の圧力が低下するあるいは圧力損失は大きくなるが、従来方式に比較して本方式における出口側圧力の低下度合いが非常に緩やかであり、エレメントの交換サイクルをのばすことができ、生産性が向上する。

以上は、主としてガス体の高機能フィルタを中心に述べたが、本発明の技術は、上記に限定されるものでなく、液体などの流体一般に対しても適用可能である。

本発明に係る機能的フィルタの概要を例示する概略図 本発明に係る機能的フィルタの構成を例示する説明図 本発明に係る機能的フィルタの構成要素であるブラシ誘導手段を例示する説明図 本発明に係る機能的フィルタの構成要素であるブラシ誘導手段を他の例を示す説明図 本発明に係る機能的フィルタの特性を例示する説明図 従来技術に係るフィルタを示す説明図

符号の説明

１ 外筒部
２ フィルタエレメント（エレメント）
３ ブラシ部材
４ ブラシ
５ａ，５ｂ 磁性体
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ スプロケット
７ ブラシ誘導手段
７ａ，７ｃ，７ｄ 案内部
７ｂ チェーン
８ モータ

Claims (5)

1. 外筒部およびそれに内挿されるフィルタエレメントからなるフィルタであって、前記外筒部とフィルタエレメントの中間にブラシ部材を配し、該ブラシ部材をフィルタエレメントと接触させながら外筒部長軸方向に往復移動させるとともに、前記外筒部を鉛直方向に配置し、前記ブラシ部材を自重によって移動可能な構造を有することを特徴とする高機能フィルタ。
2. 前記ブラシ部材に複数の磁性体を所定の間隔に取り付けるとともに、前記外筒部の外周に設けられ、前記磁性体とほぼ同じ間隔に取り付けられた複数の磁性体を有するブラシ誘導手段によって、移動可能なことを特徴とする請求項１記載の高機能フィルタ。
3. 前記ブラシ部材の移動を、前記外筒部長軸方向の往復移動とともに回転方向の移動を伴うものとすることを特徴とする請求項１または２記載の高機能フィルタ。
4. 前記外筒部に設けられた試料導入路に、酸素を添加可能な酸素供給口を有することを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の高機能フィルタ。
5. 前記ブラシ部材の移動に連動して、フラッシングを始動することを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の高機能フィルタ。
   

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