JP2011206619A - フィルタホルダ、ろ過装置、および塵埃測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】部品などを洗浄した後の液体の清浄度評価に適した、乾燥時に生じるフィルタの撓みを除去する構造を有するフィルタホルダを提供する。
【解決手段】フィルタ３と接触する面の一部に形状記憶構造体１１が配置された支持板１と、形状記憶構造体と対向する位置に形状記憶構造体が所定の温度に加熱されたときの変形分を吸収する開口部２１が設けられた押さえ板２とを備え、支持板と押さえ板によってフィルタを挟み込む構造としたことを特徴とするフィルタホルダ。
【選択図】図１

Description

本発明は、フィルタホルダ、ろ過装置、および塵埃測定方法に関する。

従来、機械部品や光学部品などの製品では、薬液や純水（以下、洗浄水と呼ぶ）を用いて洗浄した後に、ＬＰＣ（Liquid Particle Counter ）法によって該部品の清浄度の評価が一般に行われている。ＬＰＣ法は、部品を洗浄した洗浄水を液中パーティクルカウンタで計測し、洗浄水中に含まれる塵埃数によって評価している。

一方、最近、多くの製品において、小型化、微細化が進み、これらの製造工程における洗浄工程には高い清浄度が要求されている。上記ＬＰＣ法では、洗浄水の一部のサンプリングによる部分的計測手法であるため、サンプリングした洗浄水の中に含まれる塵埃数が数個以下と極めて少なく、清浄度評価が難しい状況にある。そこで、洗浄水の全量で評価す技術が求められる。

これに対して、洗浄水の全量から塵埃を捕集するため、洗浄水をフィルタでろ過し、フィルタ上に蓄積した塵埃を顕微鏡等で直接観察するフィルタリング法の適用が考えられる。フィルタリング法は、時間を要する一方で全量を評価できる上、形状観察が可能であるという利点を持つ方法である。

特開２００１―２７６７６０号公報

しかしながら、上記フィルタリング法に通常用いられるフィルタは、薄いメンブレン構造であるため、洗浄水をろ過した後の乾燥工程において、フィルタ表面が波打ったように撓む現象が発生する。とくに、処理評価時間を短縮するためにオーブンなどを用いて加熱する場合には、この現象はより顕著になる。

フィルタの撓みは、顕微鏡観察時のフォーカス合わせに時間を要するばかりか、同一視野内で焦点深度以上の撓みが発生した場合には、観察そのものに支障をきたす。また、乾燥、冷却工程を経て、一旦撓んだフィルタを人為的に引き延ばして観察に供することは難しい。

そこで、本発明では、上述したフィルタの撓みを除去してフィルタに捕集された塵埃の観察を容易とするフィルタホルダを提供する。

発明の一つの態様は、フィルタと接触する面の一部に形状記憶構造体が配置された支持板と、前記形状記憶構造体と対向する位置に前記形状記憶構造体が所定の温度に加熱されたときの変形分を吸収する開口部が設けられた押さえ板と、を備え、前記支持体と前記押さえ板によって前記フィルタを挟み込む構造としたことを特徴とするフィルタホルダに関する。

上記本発明の一態様によれば、フィルタ表面のたわみを自動で引き延ばすことができ、乾燥時間の短縮や観察時間の短縮が可能となる。その結果、検査コストの低減が可能となる。

本発明の実施の形態になるフィルタホルダの一基本構造を示す図である。 本発明の実施の形態になるフィルタホルダの全体構成（斜視図）を示す図である。 本発明の実施の形態になるフィルタホルダを用いたろ過装置の構成例を示す図である。 本発明の実施の形態になるフィルタホルダによるフィルムのたわみ補正プロセス（図１のフィルタホルダを利用）を示す図である。 本発明の実施の形態になるオーブンの昇温プログラム例を示す図である。 本発明の実施の形態になるフィルタの評価手順のフローを示す図である。 本発明の実施の形態になる可動部品を備えたフィルタホルダの構成例を示す図である。 本発明の実施の形態になるフィルタホルダによるフィルタのたわみ補正プロセス（図７のフィルタホルダを利用）を示す図である。

以下、本発明の実施形態につき、図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施の形態になるフィルタホルダの一基本構造を示す。図１に示すように、フィルタホルダは、薄いメンブレンからなるフィルタ３を支持板１と押さえ板２により上下から挟み込む構造となっている。

支持板１には、フィルタ３との接触面側の一部（複数個所）に切欠部１０が設けられ、そこに形状記憶構造体１１がフィルタ３と接触するように配置されている。また、押さえ板２には、支持板１の形状記憶構造体１１と対向する位置に形状記憶構造体１１が所定の温度に加熱されたときに、フィルタ３を持ち上げて変形した変形分を吸収するスペースとしての開口部２１が設けられている。さらに、支持板１および押さえ板２の中央部分には、それぞれ吸引用開口部１２およびろ過領域制限用開口部２２が設けられている。

なお、フィルタホルダの構成要素である支持板１および押さえ板２の材料には、例えば、アルミもしくはステンレスを用い、形状記憶構造体１１には、ＮｉＴｉ合金などが用いられる。また、形状記憶構造体１１が記憶構造（オーステナイト相）に変移する温度としては９０°Ｃ程度に設定される。

図２は、フィルタホルダの全体構成を斜視図によって示したものである。実施例では、支持板１、フィルタ３、および押さえ板２の形状は、円盤状を例としているが、本発明はこれに限定されるものではない。

支持板１は、フィルタ３側の面に設けられた複数の方形状の切欠部１０と、該切欠部１０に嵌め込まれた同形状の形状記憶構造体１１と、中央部に洗浄水を吸引するための複数の吸引用開口部１２とを有する。なお、形状記憶構造体１１は、フィルタ３の面と垂直方向への変位を含む形状であれば良く、他に、球状、円柱状、角柱状、ドーナツ状など、様々な形状の適用が可能である。また、１組のフィルタホルダに複数個の形状記憶構造体１１を配置することが好適である。

一方、押さえ板２は、支持板１の形状記憶構造体１１と対向する位置に形状記憶構造体１１が所定の温度に加熱されたときに、フィルタ３を持ち上げて変形した変形分を吸収するスペースとして設けられた複数の開口部２１と、中央部にフィルタ３のろ過領域を制限するろ過領域制限用開口部２２とを有する。

図２の点線で囲った部分に示したように、形状記憶構造体１１が所定温度に加熱されたときに上方に盛り上がり、接触するフィルタ３を押し上げることとなる。

図３は、本発明のフィルタホルダを用いたろ過装置の構成例を示す。ろ過装置は、例えば、ガラス製の吸引ベース１０２と、図１に示すようなフィルタ３がセットされたフィルタホルダ１００と、その上に取り付けられたファネル（漏斗）１０１を有する。ファネル１０１、フィルタホルダ１００、および吸引ベース１０２は、高いシール性を維持するために、Ｏリングを使用することが有効であり、これらはクランプ構造によって固定される。さらに、吸引ベース１０２は吸引ポンプ１０３に接続する。

ファネル１０１には、ろ過を行う評価対象の洗浄水がビーカ１０４から注がれ、吸引ポンプ１０３を駆動して吸引ベース１０２内の空気を排気することで、洗浄水がファネル１０１から吸引ベース１０２に吸引され、洗浄水内に含まれる塵埃がフィルタ３でろ過される。例えば、フィルタ３としては、大きさ１０μｍの塵埃を捕捉する場合には、孔径８μｍのメンブレンフィルタを用いるのが好適である。

なお、ファネル１０１への給水ポンプ等を用い、給水から吸引ポンプ１０３の駆動、ろ過といった一連の動作は、シーケンサやＰＣ（Personal Computer ）制御によって自動で行うことも可能である。また、本例では、吸引ポンプを用いた吸引法を例に取ったが、ファネル部を密閉し、 上流側から加圧ポンプによってろ過を行う加圧法を用いても良い。

図４は、図１のフィルタホルダを利用した場合のフィルタのたわみ補正プロセスを示している。
（ａ）は、フィルタ３がフィルタホルダにセットされた、評価対象の洗浄水をろ過する前の状態を示している。この時、形状記憶構造体１１は平面形状となるように、事前に押しつけ治具などを用いて変形しておく。
（ｂ）は、フィルタホルダをろ過装置（図３参照）に取り付け、評価対象の洗浄水をろ過装置に投入し、ろ過が終わったときに、フィルタ３上に塵埃が捕捉された状態を示している。
（ｃ）は、フィルタホルダをろ過装置から取り外し、オーブンに入れて８０°Ｃで３０分間乾燥したときに、フィルタ３に撓みが生じた状態を示す。
（ｄ）は、さらに，オーブンの温度を１００°Ｃに上げ、５分間保持した後に冷却する工程によって、塵埃捕捉領域のフィルタ３の撓みが補正された状態を示している。この工程により、形状記憶構造体１１はオーステナイト相に変移し、予め記憶されていた形状へと変形して接するフィルタ３面を押し上げる。形状記憶構造体１１の対向面には開口部２１を有しているため変移は滞りなく行われ、支持板１と押さえ板２とに挟まれた力によって摩擦力が生じているため、フィルタ３は外周方向へと引っ張られる力が働き、撓みは引き延ばされる。

なお、フィルタ３の撓み具合は、ろ過条件などにも依存したバラツキがあるため、撓みが引き延ばされた後もさらに形状記憶構造体１１が元の形に戻るよう、変形量を多めに設定しておくことが好ましい。この場合、形状記憶構造体１１とフィルタ３とが分離しているため、一定以上の力が加わった後は、両者の間に滑りが発生して、自己整合的に余分な力を逃がすことが可能である。

図５は、オーブンの昇温プログラム例を示す。ろ過装置による洗浄水のろ過後、装置から取り外したフィルタホルダを乾燥させるのに用いるオーブンの昇温プログラム例を示している。図に示すように、熱処理は、フィルタ３の乾燥工程と形状記憶構造体１１の変形工程の２つのステップ（８０°Ｃの乾燥工程と１００°Ｃの変形工程）からなり、これらの工程を予め昇温プログラムに組むことで作業工数を増加させることなくフィルタ３面の撓みを引き延ばすことが可能となる。

図６は、ろ過装置によるフィルタの評価手順のフローを示す。まず、ステップＳ１１において、低温時に形状記憶構造体１１を平面形状に変形させ、フィルタホルダに取り付けた上でフィルタ３をフィルタホルダにセットする。

つぎに、ステップＳ１２において、フィルタ３が取り付けられたフィルタホルダをろ過装置（図３参照）に装着する。

ステップＳ１３において、評価対象の洗浄水をろ過装置に投入し、ステップＳ１４において、フィルタホルダをろ過装置から取り外す。そして、ステップＳ１５において、フィルタ３が挿入された状態のまま、フィルタホルダを８０°Ｃで３０分乾燥させる。

ステップＳ１６において、乾燥の最後に、１００°Ｃで５分程度の加熱を加えることで、形状記憶構造体１１を記憶されていた形状へと変形させる。そして、ステップＳ１７において、フィルタホルダを冷却させた後に、ステップＳ１８において、光学顕微鏡によってフィルタ３に捕捉された塵埃の数をカウントする。

以上、本発明によれば、ろ過から加熱乾燥によってフィルタ３には撓みが発生するが、最後に形状記憶構造体１１が変形することで、フィルタ３を周辺部から引っ張るように力が働き、フィルタ３の中央部の撓みが引き延ばされ、フィルタ３に捕捉された塵埃の観察が容易となる。

また、本発明では、フィルタ３と形状記憶構造体１１とは接着材などの固定方法を用いて一体化しておらず、容易に分離する構造を保っているため、薄いメンブレンのフィルタを用いた場合の変形時の引っ張り力による破損の危険性が生じにくい。

これにより、形状記憶構造体の形状変化と摩擦力によりフィルタ面を引っ張り、必要な引っ張り力を超えてからは滑りが発生して自己整合的にフィルタ面を引き延ばすことが可能となる。

図７は、可動部品４を備えたフィルタホルダの構成例を示す。本実施例は、フィルタホルダの別な構成例を示している。（ａ）に示す基本的な構造は、図１の構造と同様、薄いメンブレンによるフィルタ３を支持板１と押さえ板２により上下から挟み込む構造となっている。支持板１の一部に設けられた切欠部に形状記憶構造体１１が配置され、一方の押さえ板２において、形状記憶構造１１と対向する位置には開口部２１が設けられ、形状記憶構造体１１が変形した際の逃げを吸収する形状を有している。

また、押さえ板２は、形状記憶構造体１１の対向位置の外周側に切欠部２３ａ、内周側に切欠部２３ｂを有し、その各内部にはそれぞれ可動部品４が挟み込まれている。切欠部２３ａの開口部断面形状は支持板１の面やフィルタ３の面と平行とし、切欠部２３ｂは支持板１の面やフィルタ３の面の傾斜を持つような形としている。切欠部２３ａの開口高さを、例えば、５ｍｍとした場合、切欠部２３ｂの開口高さは、例えば、３〜７ｍｍの高さを持つように設定している。このような構造をとることによって、より安定なフィルタの撓みの補正が実現される。

なお、支持板１には、フィルタ３を押さえる力を制御するため、押さえ板２の切欠部２３ａ、２３ｂの対向する位置に感圧素子（または滑り量センサ等）１３を配置し、圧力の検知を可能とする構成をさらに付加することが好適である。

（ｂ）には可動部品４の構造を示すが、例えば、下部にバイトンやゴム材料などの弾性材料を使用し、上部にはＳＵＳ等の金属材料を使用することによって、フィルタ３に対する摩擦力と押さえ板２の部材とのスベリ性を向上させている。なお、可動部品の高さは、例えば、６ｍｍ程度に設定している。

図８は、可動部品が組み込まれたフィルタホルダによるフィルタの撓み補正プロセスを示す。
（ａ）は、フィルタホルダにフィルタ３がセットされたろ過前の状態を示している。この時、形状記憶構造体１１は平面形状となるように事前に押しつけ治具などを用いて変形しておく。また、形状記憶構造体１１の外周側の切欠部２３ａには、可動部品が外周壁面に接触するように配置し、形状記憶構造体１１の内周側の切欠部２３ｂには、可動部品が内周壁面に接触するように配置する。
（ｂ）は、続いて、フィルタホルダをろ過ジグに取り付け、評価対象の洗浄水をろ過ジグに投入し、ろ過後、フィルタ３上には塵埃が捕捉され、フィルタホルダをろ過ジグから取り外し、オーブンに入れて、８０°Ｃで３０分間乾燥させたときに、フィルタ３に撓みが生じた状態を示す。

さらに、オーブンの温度を１００°Ｃに上げ、５分間保持した後、冷却する。この工程におけるフィルタ３の変化を（ｃ）〜（ｅ）に示す。オーブンの温度を上げることにより形状記憶構造体１１がオーステナイト相に変移し、予め記憶されていた形状へと徐々に変形が始まる。
（ｃ）の工程では、外周側の切欠部２３ａ内の可動部品は若干押しつぶされているが、内周側の切欠部２３ｂ内の可動部品はフリーの状態となっているため、形状記憶構造体１１の変形に伴う力は内周側のみに働く。すなわち、外周側の可動部品によりフィルタ３が固定され、撓んだフィルタ３が伸びることになる。
（ｄ）次第に変形が進み、内周側の可動部品が移動すると、切欠部２３ｂの傾斜に応じて可動部品の弾性体部が押しつぶされ、内周側可動部と外周側可動部において、フィルタ３を押さえる力が均等な状態に近づき、形状記憶構造体１１の両側でフィルタが移動する力が働く。
（ｅ）さらに、変形が進むと、内周側の可動部品は強く押しつぶされ、相対的に外周側の可動部品の押さえ力が弱くなるため、内周側の可動部品によってフィルタ３が固定され、フィルタ３の外周部のみが移動する力が働く。

以上のように、切り欠き構造と可動部品を利用することによって、形状記憶構造体１１の変形に応じて自己整合的に力を加える方向が制御でき、不要な引っ張り力を外側に逃がすことが可能となる。

以上、いくつかの実施例を説明したが、これらは独立に構成されるだけでなく、複数の技術を同時に構成できることは言うまでもない。

本発明は、機械部品や光学部品等、各種の部品に付着した塵埃を評価する技術分野に関する。

１ 支持板
２ 押さえ板
３ フィルタ
４ 可動部品
１０ 切欠部
１１ 形状記憶構造体
１２ 吸引用開口部
１３ 感圧素子
２１ 開口部
２２ ろ過領域制限用開口部
２３ａ、２３ｂ 切欠部
１００ フィルタホルダ
１０１ ファネル
１０２ 吸引ベース
１０３ 吸引ポンプ
１０４ ビーカ

Claims (5)

1. フィルタの搭載を可能とし、該フィルタと接触する面の一部に形状記憶構造体が配置された支持板と、
   前記形状記憶構造体と対向する位置に前記形状記憶構造体が所定の温度に加熱されたときの変形分を吸収する開口部が設けられた押さえ板と、を備え、
   前記支持体と前記押さえ板によって前記フィルタを挟み込む構造としたことを特徴とするフィルタホルダ。
2. 前記押さえ板は、さらに前記フィルタと前記記憶構造体を含む支持板と間の滑り量を制御する滑り量制御機構を有することを特徴とする請求項１に記載のフィルタホルダ。
3. 前記滑り量制御機構は、弾性体を含む可動部品を備えたことを特徴とする請求項２に記載のフィルタホルダ。
4. 洗浄水を受け入れるファネルと、
   前記洗浄水に含まれる塵埃を捕捉するフィルタと、
   前記フィルタと接触する面の一部に形状記憶構造体が配置された支持板と、前記形状記憶構造体と対向する位置に前記形状記憶構造体が所定の温度に加熱されたときの変形分を吸収する開口部が設けられた押さえ板との間に前記フィルタを挟み込むフィルタホルダと、を有することを特徴とするろ過装置。
5. フィルタに捕捉された洗浄水の塵埃測定方法であって、
   前記フィルタと接触する面の一部に形状記憶構造体が配置された支持板と、前記形状記憶構造体と対向する位置に前記形状記憶構造体が所定の温度に加熱されたときの変形分を吸収する開口部が設けられた押さえ板から構成されるフィルタホルダに前記フィルタを搭載する工程と、
   前期洗浄水を前記フィルタによりろ過する工程と、
   前記フィルタが挟み込まれたままの状態で前記フィルタホルダを加熱する工程と、
   前記フィルタ上の塵埃をカウントする工程と、
   を含むことを特徴とする塵埃測定方法。