JP2012210631A - 重合系膜及び金属支持体を有する流体フィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】ハウジング内に保持された金属スクリーンにより重合系膜支持体を利用する流体フィルタを提供する。
【解決手段】支持体３０，４０は、流体が通ることのできる開口を有している。金属支持体は、膜を損傷させないようバリが実質的に存在しない少なくとも１つの面を有するように形成される。この滑らかな面は、重合系膜５０と連通している。１つ以上の割り出し突出部を外周に沿って追加し、支持体の間の相対的な動きを制限し、また、２つの支持体の開口を整合させることができる。
【選択図】図１

Description

本出願は、その内容を参考として引用し本明細書に含めた、２００７年２月１６日付けで出願された米国仮特許出願６０／９０１，８７６号明細書の優先権を主張するものである。

先行技術のフィルタに伴う問題点は、制限されたフィルタ面積、流れを制限する過度に多数の支持材料及びかかるフィルタ組立体にて使用される材料の性質である。かかる先行技術のフィルタは、典型的に、円筒状のパーフルオロアルコキシ（ＰＥＡ）コアであり、このコアの回りに重合系膜が結合されている。かかる構成の結果、毛管作用が生じ、この作用によって、単一のコアに達する多数の流体路となり、また、この構成は支持構造体を必要とし、この支持構造体は流れを絞ることになる。

米国仮特許出願６０／９０１，８７６号明細書

本発明は、ガス瓶のような容器内にて使用することができ、その内部の流体を解放する前に、その流体をろ過することができる流体フィルタである。本発明は、より多くの体積流れを許容し得るよう、ハウジングと、金属支持構造体と、重合系膜との新規な組み合わせを使用することにより先行技術の問題点を解決する。その結果、設置面積がより小さく、これによりガス瓶に対しより多くの容積を提供するフィルタ組立体となる。

本発明の特定の特徴は、特定寸法の開口を有する２つの金属格子支持体又はスクリーンの間にて狭持された平坦な膜シートを含む。ステンレススチールは、典型的に、膜を切断することがあるため、かかる材料のスクリーンにて平坦な膜を支持することは一般的ではない。従って、本発明の支持体は、平坦であり且つバリの無い表面を含まなければならない。

金網のような、現在利用可能な材料は、不十分である。多孔質のポリテトラフルオロエチレン（ＰＲＦＥ）支持体は、コストの点にて及びＰＴＦＥ支持体を膜及びハウジングに対して密封することの困難性の点にて望ましくない。

金属支持体がハウジングに対する膜の密封を促進する密封面を提供することは、本発明の更なる有利な点である。好ましくは、かかる密封は、Ｏリング、好ましくは、ポリテトラフルオロエチレン テフロン（Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標））のＯリングにより容易とされる。

本発明の１つの好ましい実施の形態において、かかるスクリーンに対して使用される金属は、ステンレススチール、特に、３１６Ｌである。
開口の形状は、円形、楕円形とし又は六角形のような側部付きの形であるが、好ましい実施の形態において、これは円形である。

本発明は、ガス瓶内にて使用する構成とされた流体フィルタを含む。より特定的には、
本発明は、真空起動のガス瓶内にて使用することを目的とする。瓶から発生された微粒子汚染物及び典型的に、かかるガス瓶内にて見られる基質材料とが実質的に存在しないガスを送出することは、ガス瓶の業界にて共通の問題点である。

本発明のフィルタの断面図を示す。 ガス瓶内に保持された本発明のフィルタの部分断面図を示す。 本発明のフィルタハウジングの図を示す。 本発明のハウジング用のリテーナナットの図を示す。 本発明の膜支持体の頂面図を示す。 本発明の組み立てた流体フィルタの図を示す。

図２には、本発明が使用されることが好ましい、真空又は加圧起動のガス瓶すなわちシリンダ１００が示されている。典型的に、長さ３０．５ｃｍ（１２インチ）及び直径約０．８ｃｍ（４．２５インチ）のガス瓶すなわちシリンダ１００は、その唯一の開口部１７０と接続された弁１４０を有している。この接続部は、気密でなければならず、また、溶接を介して実現されることが好ましいが、噛み合うねじ及び適正な金属ガスケット又はＯリングにて実現することもできる。弁１４０は、シリンダと外部環境との間の流体の流れを制御する。典型的に、弁１４０の頂部に配置されたノブ１５０は、典型的に、回転させて、貯蔵した流体、好ましくはガスをシリンダ１００内部から解放するのを許容する。このノブ１５０の回転は、貯蔵した流体がフィルタ１１０、導管１８０、調整弁１２０を通って流れ、また、出口１６０から流れ出るのを許容する。ガスシリンダ１００は、弁１４０を介して、流体、典型的に、ガスにて再充填される。加圧されたガスは、出口１６０を介して弁１４０に入り且つ、充填ポート１３０を介してガスシリンダ１００に移送される。

ガスシリンダ１００内には、出る流体の圧力を調節する２段式調整弁１２０がある。第一の段１２１は、加圧されたガスをシリンダ内部から受け取り且つそのガスを中間圧に変換する。この中間圧のガスは、次に、調整弁１２５の第二の段まで流れ、この第二の段は、中間圧を所望の出力圧力に調節する。この調整弁の構成は、シリンダ１００内の流体が減少したとき、出る流体の出力圧力を相対的に一定のままに保つことを許容する。これと代替的に、ガスシリンダは、圧力下になく、雰囲気圧力にあり、流体を吸引するためには、外部真空圧を必要とするようにしてもよい。２段式調整弁であることが好ましいが、本発明は、単一段式調整弁と共に利用することもできる。

貯蔵された加圧した流体は、フィルタ１１０を介して調整弁１２０の第一の段１２１に入る。フィルタ１１０は、流体を導管１８０を通して調整弁１２０の第一の段１２１に通す前に、汚染物及びその他の微粒子を流体から除去するため使用される。導管は、任意の適正な材料とすることができるが、３１６Ｌであることが好ましい。

幾つかの適用例において、この適用例は、非汚染流路を必要とするため、ＰＴＦＥ膜及びステンレススチールフィルタハウジングが必要である。しかし、より条件の厳しくない適用例において、当該技術の当業者はＰＶＤＦ、ＵＨＭＷＰＥ及びＰＥＳを含むが、これらに限定されないその他の膜にて置換することができよう。同様に、ステンレススチール合金のようなその他の金属にて金属支持体に置換することができる。

適正なフィルタ１１０の斜視図的な断面図は図１に示されている。フィルタハウジング１０は、約２．７９ｃｍ（１．１インチ）の高さであることが好ましい。フィルタハウジングは、フィルタ１１０と調整弁１２０との間の流体的連通を許容し得るように導管１８
０と接続し得るようにした（図２に示すように）軸方向に伸びる狭小なネック部分１３を含むことが好ましい。ネック部は、約０．６３５ｃｍ（０．２５インチ）の直径及び約１．９１ｃｍ（０．７５インチ）の長さを有することが好ましい。ネック部は、溶接により導管に接続することが好ましいが、金属面シール又は圧縮接続具を使用して接続してもよい。ネック部分１３の下方部分にて開始して、フィルタハウジング１０は、好ましくは、円錐台の形状にて外方にテーパーが付けられ、フィルタ膜５０は円錐台の基部に配置されることが好ましい。１つの実施の形態において、円錐台の基部は、約１．９６ｃｍ（０．７７インチ）の直径を有するが、その他の寸法が本発明の範囲に属する。好ましい実施の形態において、フィルタハウジング１０の下方部分の外面は、ら旋状のねじ部１８を保持している。リテーナナット２０は、その内側上方部分に沿って相応するら旋状のねじ部２２を有している。これらのねじ部のセットは、リテーナナット２０をフィルタハウジング１０にねじ止めすることを許容する。この構成は、組み立て、修理及び膜の交換の容易性のため好ましいが、その他の構成とすることが可能である。例えば、リテーナナット２０は、溶接等によってフィルタハウジングに恒久的に添着される。ら旋状のねじ部を有するフィルタハウジング１０の斜視図が図３に示されている。リテーナナット２０及びフィルタハウジング１０は、協働してフィルタ５０（及び支持体３０、４０）を所要の位置に保持する。

１つの実施の形態において、鋭利な先端の機器、好ましくは、センタポンチを使用すること等により２つの隣接するねじ部の間に１つ以上の小さいくぼみを形成することができる。かかるくぼみは、隣接するねじが互いに僅かにより近接するように動くようにし、これによりより緊密嵌め状態を形成するようにする。好ましくは、くぼみは、ハウジング１０の両側部にて、最も好ましくは、１８０゜離して配置することができる。別の実施の形態において、フィルタハウジング及びリテーナナットは、互いに装着し（ねじ止めすることにより）、次に、互いに溶接し又は金属溶着して、部品間の偶発的な分離を防止する。

膜５０は、フィルタハウジング１０及びリテーナナット２０と共に配置される。１つの実施の形態において、膜の直径は、２．４１ｃｍ（０．９５インチ）であるが、本発明は、このように限定されるものではない。膜は、排出する流体から汚染物及びその他の微粒子を除去する機能を果たす。本発明の１つの好ましい実施の形態において、膜は、メリーランド州、エルクトンのＷ．Ｌ．ゴアアンドアソシエイツ（Ｇｏｒｅ ＆ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ）インクから部品番号Ｓ３００１６として市販されているポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）膜である。当該技術の当業者が適したものと考えるその他の膜が本発明の範囲内に属する。

上方支持体３０及び下方支持体４０は、フィルタ膜５０の上方及び下方に配置されている。好ましい実施の形態において、支持体３０、４０の各々は、膜と同一の直径を有する。支持体は、多孔質膜に対し剛性及び安定性を与える。支持体は、任意の適正な材料とすることができ、また、典型的に、非腐食性であり且つ、貯蔵した流体と化学的に適合可能な材料にて出来ている。１つの好ましい実施の形態において、これらの支持体は、金属であり、また、特に好ましい実施の形態において、これらは３１６Ｌステンレススチールにて出来ている。

膜５０は、フィルタハウジング１０内にて密封され、流体がフィルタ膜５０を通って流れずに、フィルタハウジング１０内に流れるのを防止する。図１に示した実施の形態において、２つのＯリング６１、６２が使用され、１つのＯリングは、支持体３０の頂部に配置され、もう一方は、支持体４０の下方に配置される。フィルタハウジング１０及びリテーナナット２０は、共に、環状キャビティ１９、２１をそれぞれ有しており、これらの環状キャビティ内にＯリングが配置される。キャビティは、それらの深さがそれぞれのＯリングの圧縮されない状態での厚さよりも僅かに薄いように形成される。１つの実施の形態
において、これらのキャビティは、約０．１２７ｃｍ（０．０５０インチ）の深さである一方、Ｏリングは、約０．１７８ｃｍ（０．０７０インチ）の厚さを有する。このように、フィルタハウジング及びリテーナナットは装着されたとき、これらのＯリングは、圧縮状態に置かれ、これにより膜の周縁に沿ってシールを提供する。Ｏリングはこの実施の形態にて示されているが、本発明は、そのように限定されるものではない。当該技術の当業者に既知のその他の機構を使用して要求されるシールを形成することができる。

膜５０は、２つの金属支持体３０、４０の間に配置されている。従来、金属支持体は、傷付き易い膜に穴を開け又は裂目をつける傾向のため、かかる用途には不適当であった。しかし、これらの問題点は、本発明により克服された。この結果を実現するため、金属支持体は、実質的に滑らかで且つバリ無しでなければならない。この結果は、多様な方法にて実現することができる。

１つの実施の形態において、金属支持体はプレス加工ないしは打ち抜き加工される。プレス加工工程の結果、典型的に、１つの面が滑らかであり、その反対側がバリを有する金属部品となる。１つの実施例において、金属支持体３０、４０は、滑らかな側が膜に面するように組み立てられる。別の実施例において、バリは、組み立てる前に、反対側部から研磨して除去される。

別の実施の形態において、金属支持体は、レーザ切断法を介して形成される。この場合にも、この過程は、典型的に、１つの面が滑らかであり、その反対側がバリを有する金属部品を形成する。上述したように、１つの実施例において、金属支持体３０、４０は、滑らかな側部が膜に面するように組み立てられる。別の実施例において、バリは、組み立てる前、反対側から研磨して除去される。別の実施例において、組み立てる前に、バリを除去するため、化学的エッチング法が使用される。

第三の実施の形態において、金属支持体は、光化学的加工法を介して形成される。光化学的加工過程は、幾つかの異なる工程を含む。第一に、多数像フォトツール（ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｉｍａｇｅ ｐｈｏｔｏｔｏｏｌ）がフィルム上に形成される。次に、エッチングすべき金属シートをフォトレジストにて被覆する。フォトツール上の写真像が被覆した金属面に転写された後、金属シートを現像して、エッチングすべき領域内のレジストを除去する。次に、制御された酸エッチング液が金属面上に噴霧されて金属を選択的に融解させる。エッチング過程が完了したとき、フォトレジストを剥ぎ取る。最後に、仕上げ及び形成工程を実行することができる。この過程は、当該技術の当業者に周知である。マサチューセッツ州、ミルフォードのフォトファブリケーションエンジニアリング（Ｐｈｏｔｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）インクのような色々な会社がかかるサービスを提供することができる。この過程は、２つの滑らかな側部を有する物品を生産する。

図４には、本発明のリテーナナットの１つの実施の形態の拡大図が示されている。この実施の形態は、フィルタハウジング１０を受け入れるため一続きのねじ部２２を提供する。この実施の形態は、割出し切欠き２３を更に提供し、１つの好ましい実施の形態は、好ましくは、１８０゜離して隔てられた２つのかかる切欠きを有する。１つ又は複数の切欠き２３は、金属支持体３０、４０の外周に設けられた１つ又は複数の相応する突出部と合わさる。図５には、割出し突出部２００を有する金属支持体の拡大図が示されている。１つの代替的な実施の形態において、フィルタハウジングは、突出部を有することができる一方にて、金属支持体は、割出し切欠きを有している。

作用について説明すると、下方金属支持体４０は、リテーナナット２０内に挿入され、該支持体がテフロン（登録商標）Ｏリング上に休止し、その突出部は、リテーナナット上
の切欠きと整合する。次に、膜５０は下方金属支持体の頂部に配置される。最後に、上方金属支持体３０は膜５０上に配置され、その突出部は、リテーナナット２０の切欠きと整合する。次に、リテーナナット２０を既に別のテフロン（登録商標）Ｏリングが挿入されたフィルタハウジング１０に装着される。この割出しシステムは２つの重要な目的を果たす。第一に、２つの金属支持体は、互いに一定の関係を有しており、これによりそれらのそれぞれの開口を所定の構成にて合わせることを許容する。第二に、割り出しは、リテーナナット及びフィルタハウジングが互いにねじ止めされ、また、テフロン（登録商標）Ｏリングが圧縮されるときでさえ、金属支持体を強制的に静止状態に止める。この割り出しがなければ、金属支持体は、フィルタハウジング及びリテーナナットが互いに捻られたとき、回転し、膜を捻り又は引裂く可能性がある。このようにして、膜は、静止したままであり、このため、完全なままである。

図５には、金属支持体の拡大図が示されている。上述したように、金属支持体は、１つ、好ましくは２つの割出し突出部２００を備え、この割出し突出部の機能は、上述した通りである。金属支持体３０は、また、流体が通って流れることのできる複数の開口２１０を有している。これらの開口は、円形、楕円形、多角形又はその他の形状を含むが、これらにのみ限定されない多様な形状とすることができる。多角形は、四角形、五角形、六角形、八角形又は任意のその他の形状とすることができる。好ましい実施の形態において、金属支持体の全面積に対する開放面積の量の比率は、圧力降下を最小にし且つ十分な膜の支持体を提供し得るように可能な限り大きくなければならない。好ましい実施の形態において、突出部は円形であり、直径は、約０．２０３ｃｍ（０．０８０インチ）である。金属支持体３０は、約０．０２５４ｃｍ（０．０１０インチ）の厚さを有している。金属支持体４０は、同様の構成とされ、組み立てた状態にあるとき、支持体４０の開口２１０は、支持体３０の開口２１０と整合する。

上述した構造は、追加的な有利な効果を有する。例えば、膜は、容易に交換することができる。リテーナナット２０をフィルタハウジング１０からねじを弛めるだけで金属支持体及び膜は露出される。これらの構成要素は、通常の保守の一部として又は損傷したとき、リテーナナットから容易に除去し且つ、交換することができる。

Claims (17)

1. 第一の金属支持体と第二の金属支持体との間に配置された膜と、フィルタハウジングとを備え、前記膜と連通した前記金属支持体の面は、前記膜を損傷させないよう実質的に滑らかである、流体フィルタ。
2. 請求項１に記載のフィルタにおいて、前記金属支持体はプレス加工により形成される、フィルタ。
3. 請求項２に記載のフィルタにおいて、前記プレス加工した金属支持体は、１つの実質的に滑らかな面と、バリを有する面とを備え、前記滑らかな面は前記膜に面する、フィルタ。
4. 請求項３に記載のフィルタにおいて、バリを有する前記面は、前記フィルタハウジング内に組み立てられる前に、研磨される、フィルタ。
5. 請求項１に記載のフィルタにおいて、前記金属支持体はレーザ切断法により形成される、フィルタ。
6. 請求項６に記載のフィルタにおいて、前記レーザ切断した金属支持体は、１つの実質的に滑らかな面と、バリを有する面とを備え、前記滑らかな面は前記膜に面する、フィルタ。
7. 請求項６に記載のフィルタにおいて、バリを有する前記面は、前記フィルタハウジング内に組み立てられる前に、研磨される、フィルタ。
8. 請求項１に記載のフィルタにおいて、前記金属支持体は、光化学的加工法により形成される、フィルタ。
9. 請求項１に記載のフィルタにおいて、前記金属支持体は、その外周に沿って配置された少なくとも１つの突出部を更に備える、フィルタ。
10. 請求項９に記載のフィルタにおいて、前記フィルタハウジングは、前記金属支持体の回転する動きを制限し得るよう前記突出部が嵌まる切欠きを備える、フィルタ。
11. 請求項１に記載のフィルタにおいて、前記金属支持体は複数の開口を備える、フィルタ。
12. 請求項１１に記載のフィルタにおいて、前記開口は円形である、フィルタ。
13. 請求項９に記載のフィルタにおいて、前記金属支持体は、複数の開口を備え、前記突出部は、前記上方及び下方金属支持体の前記開口を整合させるよう配置される、フィルタ。
14. 請求項１に記載のフィルタにおいて、前記金属支持体はステンレススチールである、フィルタ。
15. 請求項１に記載のフィルタにおいて、前記金属支持体は、その外周に沿って配置された少なくとも１つの切欠きを更に備える、フィルタ。
16. 請求項１５に記載のフィルタにおいて、前記フィルタハウジングは、前記金属支持体の回転する動きを制限し得るよう前記切欠き内に嵌まる突出部を備える、フィルタ。
17. 請求項１５に記載のフィルタにおいて、前記金属支持体は、複数の開口を備え、前記突出
    部は、前記上方及び下方金属支持体の前記開口を整合させるよう配置される、フィルタ。

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