JP4664596B2 - 濾過カートリッジ構造 - Google Patents

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、ボウルの内部表面内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。フィルタボウルが、ヘッドのスロット内に嵌入するバイオネット接続部によって、フィルタヘッドに直接取り付けられている。カートリッジは、ボウルヘッド接続が行われるボウルの上部の下の位置で、ボウルに嵌入する。ボウルは、ボウルの上部よりもボウル本体で幅狭であるため、ボウルの幅狭の部分でのバイオネット接続部が、ボウルを通る流体の遮断を増大させる。

したがって、カートリッジボウル接続部をカートリッジのフィルタ媒体部分の上部に配置することによって、流体の遮断を最小にする、カートリッジボウル接続部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、濾過モジュールは、マニホルドと、濾過カートリッジとボウルとの組合せとを有し、濾過カートリッジおよびボウルが、マニホルドに一体として設置されかつ一体として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、エンドキャップで両端を密封されたフィルタ媒体を備える。エンドキャップの１つは、少なくとも２つのフランジと、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とを備える。フランジが、エンドキャップから外向きに、濾過媒体の外部鉛直方向表面を越えて延びている。フランジは、ボウル内のスロットに嵌入し、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ように構成されている。エンドキャップおよびフランジは、フランジが、ボウルの上部部分と接続されることができるように、濾過媒体の上方に配置されている。カートリッジをボウルと固定するエンドキャップのフランジは、カートリッジおよびボウルを、マニホルドから一体として取り外すことを可能にする。本発明の一態様では、少なくとも２つのフランジを有するエンドキャップが提供されている。エンドキャップは、濾過カートリッジがボウルと固定されることができるように、いかなる構造の濾過カートリッジの端部にも結合されることができる。本発明の別の態様では、エンドキャップフランジを収容する少なくとも２つのスロットを有するカラーを有するボウルが提供される。ボウルおよびカラーは、一体構造にすることができる、またはねじなどによって結合することができる２つの別個の部片から形成することができる。

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。カートリッジは、一体に形成された少なくとも２つのフランジを有するエンドキャップ、およびカートリッジの流体通路を備える。流体通路は、カートリッジの取入口おより排出口として機能することができる。フランジは、カートリッジのボウルの上部部分とのロッキングを行うように構成されている。フランジがフィルタ媒体の上方に配置されているため、カートリッジは、ボウル本体よりも大きい径を有するボウルの上部部分に固定されることができ、フランジによる流体遮断は、フランジが、カートリッジとボウル本体との間に配置されたときよりも小さい。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、一体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と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。

本発明の一態様では、濾過カートリッジの端部に接合されることができるエンドキャップが提供されている。エンドキャップは、濾過カートリッジがボウル内に固定されることができるように、ボウルのスロット内に嵌入することができる少なくとも２つのフランジを備える。エンドキャップまた、濾過カートリッジへの流体取入口、または濾過カートリッジからの流体排出口として使用されることができる流体通路を備える。

本発明の別の態様では、カラーの厚みを通って延びる少なくとも２つのスロットを備えるカラーを有するボウルが提供される。スロットは、濾過カートリッジをボウル内に固定するための手段を提供するために、キャップのフランジを収容する。カラーおよびボウルは、ねじなどによって互いに接合することができる２つの別個の部片からの一体構造で形成することができる。

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る、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、または確実にされる。ボウル１４の当接するマニホルド１２との密封は、Ｏリング１７によって行われる。ボウルは、ボウル１４を回転させることなく、鉛直方向に動かされてマニホルド１２と接触状態にされる。

カートリッジ１６は、カラー３４のスロット３２と対合する端部キャップ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。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、端部キャップ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。

図２を参照すると、濾過カートリッジ１６は、一体に形成されたフランジ１５を有する上部キャップ３０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。フランジ１５は、鉛直方向表面２５から外向きに延びている。キャップ３０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。

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、端部キャップ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、端部キャップ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。端部キャップ３０、フランジ１５、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の角度は、濾過モジュール１０の使用中に、端部キャップ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、戻り止めを備えることができる。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内にねじ込まれている。あるいは、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。

本発明のエンドキャップが、２つの対向するフランジを参照にして説明されてきたが、エンドキャップが、２つ以上のフランジ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つのフランジが、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である。カラー３４のスロット３２内へのフランジの挿入を可能にするためなどで、フランジ１５によって方向および角度が範囲を定められる。

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、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、エンドキャップ３０および濾過カートリッジ１６が回転される。

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とされないが、それがないとき、キーがカラー内で一方の側から他方の側へ滑動し、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５および図６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それぞれの上に溝７２を備える。図９および図１０は、ボス８２を備えるが、これらのボス８２は、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、カラーとキーとの間の改善された嵌合を提供するために、キーのボスと対合する。ボスは、ボスが開いたスロットに嵌合する位置まで、キーが回転させられたとき、カラーに対合するスロットを外向きに拡げるように構成されている。嵌合箇所では、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７、図８、および図９を参照すると、カラー８４は、キー９０がカラー８４内の位置へ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拡張が、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の外部表面間の距離は、カラー８４の対向する内部表面間の距離よりもわずかに大きい。

図１０を参照すると、本発明のエンドキャップ９２は、Ｏリング９６および９８を有する流体通路９４を備える。エンドキャップ９２は、フランジ１０２および１０４を有するプレート１００を備える。フランジ１０２および１０４は、図９に示すスロット８６などのハウジングのスロット内に嵌入する。フランジ１０２および１０４はまた、図２に示すようなものなどの濾過カートリッジの端部に結合することなどによって固定される、エンドキャップ９２の固定を促進するボス１０６および１０８を備える。

図１１を参照すると、本発明の代替となるエンドキャップ１１０が示されている。エンドキャップ１１０は、図１０のエンドキャップのボスを備えていない。エンドキャップ１１０は、プレート１００と、フランジ１０２および１０４と、流体通路９４と、Ｏリング９６および９８とを備える。フランジ１０２および１０４は、図９に示すものなどのボウルのカラーのスロット内に嵌入する。

本発明のフィルタモジュールを示す断面図である。 本発明の濾過カートリッジ上部を示す等角図である。 図のカートリッジ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。 本発明の代替となるキーを示す底部斜視図である。 図７に示したカラー上での図５のキーの位置を示す部分断面図である。 図５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７のカラーと嵌合する図８のキーを示す斜視図である。 本発明のエンドキャップを示す斜視図である。 本発明の代替となるエンドキャップを示す斜視図である。

Claims (6)

1. 濾過モジュールであって、
   ねじ山を有するマニホルドと、濾過カートリッジと、濾過カートリッジを収容する再使用可能なボウルとを備えており、前記再使用可能なボウルの上部部分が、該再使用可能なボウルの本体よりも大きい径を有しており、
   前記再使用可能なボウルは、可撓性のポリマー製のカラーを有しており、該カラーが、２つの切欠および２つの鉛直方向延長部を有し、鉛直方向延長部の各々がスロットを含み、該スロットが前記カラーの厚みを通って延びており、
   ねじ付きリングが再使用可能なボウルの外部表面に配置されるとともに該再使用可能なボウルの外部表面に保持されており、再使用可能なボウルは、再使用可能なボウルを回転させることなく、鉛直方向に動かされてマニホルドと接触状態にされ、前記濾過カートリッジが、前記ねじにより、マニホルドから確実に取り出されるかマニホルドから遠ざかるように動かされ、
   前記濾過カートリッジが、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、前記細長い濾過媒体の第１の端部に密封された可撓性のポリマー製の第１のエンドキャップと、前記細長い濾過媒体の第２の端部に密封された第２のエンドキャップとを備えており、前記第１のエンドキャップは、該第１のエンドキャップと一体に形成されて前記細長い濾過媒体の外側鉛直方向表面から外向きに延びる少なくとも２つのフランジを有しており、該フランジのそれぞれが、その外部表面にボスを有しており、
   前記濾過モジュールがさらに、
   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の、前記第１のエンドキャップに密封された流体通路と、
   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ており、
   前記濾過カートリッジおよび再使用可能なボウルが、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和を防止するように、前記マニホルドと流体連通されている、前記濾過モジュール。
2. 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１に記載の濾過モジュール。
3. 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１または２に記載の濾過モジュール。
4. 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１または２に記載の濾過モジュール。
5. 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、前記ボウルの内部表面形状と対合するように形成されている、請求項１または２に記載の濾過モジュール。
6. ボスの外部表面間の距離は、カラーの対向する内部表面間の距離よりもわずかに大きく、前記フランジのボスは、該ボスが前記スロットに嵌合する位置まで第１のエンドキャップが回転させられたとき、前記カラーのスロットを外向きに拡げるように構成されている、請求項１に記載の濾過モジュール。

Images