JP3158110U - フィルタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルタ要素を均一に活用でき、ろ過処理の効率を高め、フィルタ要素の寿命を延ばすことができるフィルタ装置を提供する。【解決手段】フィルタ装置１は、軸方向一方に液体入口１１が他方に液体出口１２が設けられる円筒状のハウジング１０と、ハウジング内に収容されるフィルタカートリッジとを備え、フィルタカートリッジは、外側スリーブ３０、フィルタ要素、内側スリーブ等から構成される。外側スリーブの軸方向液体入口側にのみ半径方向外側に突出する複数の凸部３６を設け、液体入口からハウジングと外側スリーブ間に導入された液体が凸部に突き当たるようにする。【選択図】図１

Description

本考案はフィルタ装置に関し、特に、高純度薬品、フォトケミカル、ファインケミカル、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）スラリー等のろ過・精製や純水・超純水等の製造に使用されるフィルタ装置に関する。

フィルタ装置は、例えば、半導体ウエハや液晶ガラス基板の製造時にプロセス薬液を精密ろ過する等のために広く使用されている。フィルタ装置は、円筒状のハウジングと、ハウジング内に収容されるフィルタカートリッジとを備え、フィルタカートリッジは、それぞれ多数の開口を有する外側スリーブ及び内側スリーブ（コア）と、これら内外スリーブ間に格納されたフィルタ要素と、上下のエンドキャップとから構成される。このようなフィルタ装置は、例えば、特開平７−２１３８１４号公報等に開示されている。

上記フィルタ装置には、ろ過処理対象の液体の入口及びろ過処理後の液体の出口の両方をハウジングの軸方向一方側に設け、ハウジング内で液体を縦断面でＵ字状に流すタイプと、液体入口をハウジングの軸方向一方に、液体出口を他方に設けるタイプがある。後者の場合、液体入口からハウジング内に導入された液体は、まず、ハウジングの内周面と外側スリーブの外周面との間の円筒状空間である外側流路に入り、ここから、外側スリーブ内のフィルタ要素を通過してろ過された後、内側スリーブ内の中央流路に至り、その後、液体出口へと送られてハウジング外部に吐出される。

特開平７−２１３８１４号公報

しかしながら、上述したハウジングの軸方向一方に液体入口が他方に液体出口が存在するタイプのフィルタ装置では、入口からハウジング内に入った液体は、ハウジングと外側スリーブ間の外側流路において、液体の流圧等により、外側スリーブにおける軸方向出口側の開口からフィルタ要素へとより多く進行する傾向がある。そのため、フィルタ要素における軸方向入口側部分が出口側部分に比べて活用される程度が低く、このようなフィルタ要素の不均一使用により、ろ過処理の効率が低下したり、フィルタ要素の寿命が短縮する場合があり得る。

本考案は、上記のような点に鑑みてなされたもので、その目的は、フィルタ要素を均一に活用でき、ろ過処理の効率を高め、フィルタ要素の寿命を延ばすことができるフィルタ装置を提供することある。

上記課題を解決するため、本考案によれば、円筒状のハウジングと、ハウジング内に収容されるフィルタカートリッジとを備え、ハウジングは軸方向の一方に液体入口を、他方に液体出口をそれぞれ有し、フィルタカートリッジは、それぞれ多数の開口を有しかつ円筒状の外側スリーブ及び内側スリーブと、外側及び内側スリーブ間に収納されたフィルタ要素とを含み、ハウジングの内周面と外側スリーブの外周面との間に外側流路が、内側スリーブの内部に中央流路がそれぞれ形成され、前記液体入口からハウジング内に導入された液体が外側流路に入り、次いで、外側流路から、外側スリーブの開口、フィルタ要素、及び内側スリーブの開口を通過して中央流路に至った後、液体出口から吐出されるフィルタ装置において、前記外側スリーブの軸方向における液体入口側のみに、外側スリーブの外周面から半径方向外側に突出しかつ周方向に細長い凸部を複数設けたことを特徴とするフィルタ装置が提供される。

本考案に係るフィルタ装置では、外側スリーブの軸方向の液体入口側のみに、外側スリーブの外周面から半径方向外側に突出しかつ周方向に細長い凸部を複数設けたことにより、液体入口から導入され、ハウジング内の外側流路に入った液体が、外側スリーブの軸方向入口側の複数の凸部に突き当たり、これにより、外側流路において軸方向出口側に向かう流圧や流れ方向を部分的に乱し、外側スリーブの軸方向入口側の開口からフィルタ要素へと進行する流量を増やすことができる。凸部の周方向の長さとしては、２０〜５０度の周方向角度範囲に対応する長さに設定することができるが、これに限定されるものではない。

ハウジング、凸部を含む外側スリーブ、及び、内側スリーブの材質としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡｃ）、テフロン（登録商標）（ポリテトラフルオロエチレン、ＰＴＦＥ）、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂）、ＡＳ樹脂、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）等の合成樹脂等を好ましく挙げることができる。

フィルタ要素としては、膜要素を半径方向外側で折り返し、次いで半径方向内側で折り返し、このようなプリーツ折り目が周方向に連続するように円筒状に形成されたものを好ましく使用することができ、膜要素の材質としては、ＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）、ＰＰ、ＰＳ、ＳＵＳ、ナイロン、ＰＦＡ（ポリテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）等を好ましく挙げることができる。

本考案の一実施形態において、前記外側スリーブは、複数の凸部が周方向に間隔を開けながら並ぶ第１凸部列と、第１凸部列と軸方向にずれて隣り合う、複数の凸部が周方向に間隔を開けながら並ぶ第２凸部列とを少なくとも有し、第１凸部列の凸部と第２凸列の凸部とは軸方向に並ばないように配列される。例えば、凸部列を軸方向に三列設ける場合は、軸方向一方から他方へと第１凸部列、第２凸部列、及び第１凸部列となり、四列設ける場合は、軸方向一方から他方へと第１凸部列、第２凸部列、第１凸部列、及び第２凸部列となる。このように、複数の凸部を軸方向に互い違いにずらして配置することにより、液体の流れが凸部に突き当たり易くなり、液体が外側スリーブの入口側開口からフィルタ要素へと向かう可能性を高めることができる。なお、第１及び第２凸部列は、軸方向に対し傾斜する列であってもよい。

本考案では、前記凸部の突出端をハウジングの内周面に接触させることができる。この場合、液体が凸部とハウジングとの間を通ることができないため、液体の流れを乱す効果が一層高まる。

フィルタ要素の活用が軸方向入口側と出口側で不均一になるという傾向は、外側スリーブ等の寸法が軸方向に長い程顕著になり、従って、軸方向寸法が長い程、本考案における外側スリーブの凸部が有効に機能する一方、軸方向に短い場合は、凸部がさほど機能しない。そのため、本考案では、前記外側スリーブの軸方向の長さをその直径の２倍以上とすることができる。なお、凸部を設ける外側スリーブの軸方向入口側領域としては、外側スリーブの軸方向における１／２の入口側領域であり、軸方向長によっては、外側スリーブの軸方向における約１／３程度あるいは約１／４程度の入口側領域であり得る。

本考案において、前記外側スリーブは、軸方向一方端から他方端へと螺旋状に延びる斜めフレームを含み、軸方向に隣り合う斜めフレーム間に前記開口が規定され得る。また、前記外側スリーブは、一直径方向に対向し、軸方向一方端から他方端へと直線状に延びる二つの縦フレームを含み得る。上記のような斜めフレームを有する外側スリーブでは、処理対象の液体をＡ液からＢ液（Ａ液と混ざっても問題ない液）に変更する液置換を比較的迅速に行い得る。この点については、「考案を実施するための形態」欄で後述する。

本考案では、外側スリーブに設けた複数の凸部により、液体入口からハウジング内の外側流路に導入された液体の流圧や流れ方向を、軸方向入口側の領域で乱すことにより、外側スリーブの軸方向入口側の開口からフィルタ要素へと進む流量を増やすことができ、これにより、フィルタ要素の軸方向入口側と出口側とが均等に活用されるようにして、ろ過処理の効率を高め、フィルタ要素の寿命を延ばすことができる。

図１は、本考案の一実施形態に係るフィルタ装置の説明図であり、ハウジングを縦断面にして外側スリーブの側面を示し、便宜的に外側スリーブ内のフィルタ要素及び内側スリーブを取り去った状態を表してる。 図２は、図１のフィルタ装置のＡ−Ａ線断面図であり、図１で省略したフィルタ要素及び内側スリーブをも表す。 図３は、外側スリーブの斜視図である。 図４は、外側スリーブの凸部を拡大して示す斜視説明図である。 図５は、本考案の別の実施形態に係るフィルタ装置の図１と同様の説明図である。

以下、本考案の好適な実施形態を図面を参照して説明する。図１は、本考案の一実施形態に係るフィルタ装置１を示す説明図であり、後述するフィルタ要素及び内側スリーブを省略している。図２は、図１のＡ−Ａ線断面図であり、ここではフィルタ要素及び内側スリーブも表される。フィルタ装置１は、円筒状のハウジング１０と、ハウジング１０内に収容されるフィルタカートリッジ２０（図２参照）とを備える。ハウジング１０は、軸方向一方（図１において下方）にろ過・精製対象の液体をハウジング１０内に導入するための液体入口１１を有し、また、軸方向他方（図１において上方）にろ過処理後の液体をハウジング１０外部に吐出するための液体出口１２を有する。液体入口１１及び出口１２は、ハウジング１０の軸線と同心状に設けられ、図１とは上下逆に設置され得る。

フィルタカートリッジ２０は、円筒状の外側スリーブ３０と、外側スリーブ３０よりも小径の円筒状の内側スリーブ（コア）２１（図２参照）と、外側及び内側スリーブ３０、２１間に収納されたフィルタ要素２２と、外側及び内側スリーブ３０、２１及びフィルタ要素２２の各上端部及び下端部が融着固定される上方及び下方エンドキャップ２３、２４とから構成される。フィルタ要素２２は、ＰＴＦＥ製等の膜素材を半径方向外側で折り返し次いで半径方向内側で折り返し、このような半径方向外内のプリーツ折り目が周方向に連続するように形成される。外側スリーブ３０及び内側スリーブ２１は、それぞれ液体を通すための開口３５（内側スリーブ２１の開口は図２に示されるが、番号は付与しない）を多数有する。フィルタ装置１は、ハウジング１０の内周面と外側スリーブ３０の外周面との間に円筒状の外側流路２が規定され、内側スリーブ２１の内部に中央流路３（図２参照）が規定される。上方エンドキャップ２３には、図示はしないが、中央流路３内の液体を液体出口１２に送るための開口が設けられる。

外側スリーブ３０は、一例として、軸方向の長さが約１１０ｍｍ、直径が約３０ｍｍであり、図３の斜視図にも示すように、環状の上端フレーム３１及び下端フレーム３２と、一直径方向に対向して、上端及び下端フレーム３１、３２間を直線状に連結する二つの縦フレーム３３と、これら縦フレーム３３間を連結しながら上下端フレーム３１、３２間に螺旋状に延びる多数の斜めフレーム３４とを有し、これらフレーム３１、３２、３３、３４以外の領域が開口３５として開放される。外側スリーブ３０には更に、軸方向入口側の数本の斜めフレーム３４に、斜めフレーム３４の外周面から半径方向外側に突出する凸部３６が複数設けられている。

図４は、凸部３６を図１及び３とは上下反転させて拡大して示す斜視説明図であり、斜めフレーム３４が凸部３６の一側面に沿う断面で表される。該図に示すように、凸部３６は、縦断面が略三角形状で、斜めフレーム３４の長手方向に沿って細長く、凸部３６の下面（図４において上方の面）３６’は斜めフレーム３４の下面３４’と同一面上にある。各凸部３６の周方向長さは、周方向角度約４０度に対応する長さに設定される。凸部３６は、螺旋の一周分に相当する斜めフレーム３４に間隔を開けながら一例として三つ設けられ（第１凸部列）、軸方向に隣り合う次の一周分に相当する斜めフレーム３４にも三つの凸部３６が第１凸部列の凸部３６とは軸方向に並ばないようにずらして設けられる（第２凸部列）。この第２凸部列には更に、第１凸部列と同様の次の螺旋の一周分に相当する斜めフレーム３４が連続して、凸部３６は、軸方向に互い違い配列される。

以上のように構成されたフィルタ装置１では、ろ過対象の液体が液体入口１１からハウジング１０内に導入されると、液体はまず外側流路２に入り、次いで、外側スリーブ３０の開口３５から外側スリーブ３０内に入り、ここからフィルタ要素２２を通過してろ過された後、内側スリーブ２１の開口から中央流路３へと至る。その後、液体出口１２からハウジング１０の外部に吐出される。外側スリーブ３０に設けた複数の凸部３６は、上記流れ経路の外側流路２において次のような作用効果をもたらす。すなわち、液体入口１１から外側流路２に入った液体が、外側スリーブ３０の凸部３６と突き当たることにより、外側流路２において軸方向出口側へ向かう流圧や流れ方向が部分的に乱れ、これにより、外側スリーブ３０の軸方向入口側の開口３５からフィルタ要素２２へと向かう流量が増加する。特に、凸部３６の下面３６’が斜めフレーム３４の下面３４’と面一であり、かつ斜めフレーム３４の下面３４’が傾斜しているため、液体の流れが開口３５から半径方向内側へと円滑に流入し易い。そのため、従来品では活用の程度が低くなりがちであったフィルタ要素２２の入口側部分をより活用することができ、これにより、フィルタ要素２２を全体的に均一に活用でき、ろ過処理の効率を高め、フィルタ要素の寿命を延ばすことができる。

図５は、本考案の別の実施形態に係るフィルタ装置１０１の図１と同様の説明図である。このフィルタ装置１０１は、外側スリーブ１３０のみが上述したフィルタ装置１と異なるため、外側スリーブ１３０の以外の部分については説明を省略する。外側スリーブ１３０は、後述する凸部１３６を除き、周方向に細長い長円形状の開口１３５を多数有する一般的なものである。外側スリーブ１３０のフレームは、複数の開口１３５が周方向に間隔を開けながら並ぶ有開口フレーム部１３４ａと、周方向に開口１３５が存在しない無開口フレーム部１３４ｂとが軸方向に交互に連続して形成される。外側スリーブ１３０は、軸方向入口側の数本の無開口フレーム部１３４ｂに、該フレーム部１３４ｂの外周面から半径方向外側に突出する複数の凸部１３６が、軸方向に隣り合う無開口フレーム部１３４ｂ間で凸部１３６が軸方向に並ばずに互い違いになるように設けられる。また、各凸部１３６の突出端１３６’は、ハウジング１０（図１等のフィルタ装置１と共通するため同じ参照番号を用いる）の内周面に接触する。かかるフィルタ装置１０１でも凸部１３６によって上述したフィルタ装置１と同様の作用効果を得ることができ、その際、凸部１３６の突出端１３６’がハウジング１０の内周面に接触しているため、外側流路２における流圧や流れ方向がより変化し易くなる。

再び図１等を参照して、フィルタ装置１は、多数の斜めフレーム３４を有するものであるため、外側流路２において軸方向出口側に向かう液体が斜めフレーム３４の下面３４’に沿って上昇しながら開口３５から半径方向内側へと円滑に流入し易いという特徴を有する。そのため、例えば、フィルタ装置１において、該装置１の作動を続けながら、ろ過処理対象を薬液Ａから薬液Ｂ（薬液Ａと混ざっても特に問題ない薬液）に変更する液置換を行う場合、斜めフレーム３４は、薬液Ｂの導入初期に残留している薬液Ａを迅速にパージすることを可能にして、迅速な液置換を助長する役割を果たす。

１、１０１ フィルタ装置
２ 外側流路
３ 中央流路
１０ ハウジング
１１ 液体入口
１２ 液体出口
２０ フィルタカートリッジ
２１ 内側スリーブ
２２ フィルタ要素
３０、１３０ 外側スリーブ
３３ 縦フレーム
３４ 斜めフレーム
３４’ 斜めフレームの下面
３５、１３５ 開口
３６、１３６ 凸部

Claims (6)

1. 円筒状のハウジングと、ハウジング内に収容されるフィルタカートリッジとを備え、ハウジングは軸方向の一方に液体入口を、他方に液体出口をそれぞれ有し、フィルタカートリッジは、それぞれ多数の開口を有しかつ円筒状の外側スリーブ及び内側スリーブと、外側及び内側スリーブ間に収納されたフィルタ要素とを含み、ハウジングの内周面と外側スリーブの外周面との間に外側流路が、内側スリーブの内部に中央流路がそれぞれ形成され、前記液体入口からハウジング内に導入された液体が外側流路に入り、次いで、外側流路から、外側スリーブの開口、フィルタ要素、及び内側スリーブの開口を通過して中央流路に至った後、液体出口から吐出されるフィルタ装置において、
   前記外側スリーブの軸方向における液体入口側のみに、外側スリーブの外周面から半径方向外側に突出しかつ周方向に細長い凸部を複数設けたことを特徴とするフィルタ装置。
2. 前記外側スリーブは、複数の凸部が周方向に間隔を開けながら並ぶ第１凸部列と、第１凸部列と軸方向にずれて隣り合う、複数の凸部が周方向に間隔を開けながら並ぶ第２凸部列とを少なくとも有し、第１凸部列の凸部と第２凸列の凸部とは軸方向に並ばないように配列される請求項１のフィルタ装置。
3. 前記凸部の突出端がハウジングの内周面に接触する請求項１又は２のフィルタ装置。
4. 前記外側スリーブの軸方向の長さはその直径の２倍以上である請求項１〜３のいずれか一つのフィルタ装置。
5. 前記外側スリーブは、軸方向一方端から他方端へと螺旋状に延びる斜めフレームを含み、軸方向に隣り合う斜めフレーム間に前記開口が規定される請求項１〜４のいずれか一つのフィルタ装置。
6. 前記外側スリーブは、一直径方向に対向し、軸方向一方端から他方端へと直線状に延びる二つの縦フレームを含む請求項５のフィルタ装置。

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