JPH02139014A - 濾過素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は濾過素子に関し、さらに詳細には流体の処理速
度が改善されたフィルター用の濾過素子に関する。

〔従来の技術〕

セラミック製の濾過素子を用いたフィルターは耐熱性、
耐差圧性など優れた特性を有するため半導体工業、食品
工業および化学工業など各種分野で使用される気体およ
び液体中の粒子除去用としてその需要が増加しつつある
。

しかしながら、従来から一般的に多く用いられているテ
フロンなどのプラスチック微多孔膜を用゛いたフィルタ
ーと比較すると粒子除去性能、圧力損失などを同じ条件
とした場合の占有体積当りの流体処理速度がかなり小さ
くなるという欠点があった。このような欠点を改善する
ための技術としては細孔径が大きく圧力損失の小さい多
孔性セラミック構造体の表面に実質的な濾過層となる微
多孔性セラミック層を薄膜として形成させた複層セラミ
ック製の濾過素子を用いることによって濾過面積当りの
流体処理速度を大きくすることが知られている。また、
占有体積当りの濾過面積の増大を目的として多管式構造
とすることや並列に多数の貫通孔を設けた多孔性セラミ
ック構造体の各貫通孔の内壁面に微多孔性のセラミック
薄膜を形成させたマルチチャンネル複層セラミック製の
濾過素子を用い、濾過素子の外側側面を一次側または二
次側として微多孔性のセラミック薄膜を実質的な濾過膜
とルで用いる形態のものもある。これらの中でもマルチ
チャンネル複層セラミック製の濾過素子は構造が単純で
多管式に比べて占有体積当りの濾過面積も大きく取れ、
かつ、製作コストも安いという利点もあり、小型フィル
ターを中心に使用されている。第４図ａおよびｂはマル
チチャンネル複層セラミック製の濾過素子の横断面図で
ある。

第４図において、両端面が気密層２１および２１で覆わ
れた円柱形の多孔性セラミックに、縦方向に互いに平行
な貫通孔２３．・・・、２３が設けられたセラミック構
造体２２の貫通孔２３．・・・、２３それぞれの内壁面
には微多孔性のセラミック薄膜２４が形成され、濾過素
子２５とされている。

濾過素子２５は金属製の収納ケースに収納されてフィル
ターとされるが、通常は、濾過素子２５の側面周囲を流
体の１次側、貫通孔２３．・・・、２３を２次側として
使用される。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このようなマルチチャンネル複層セラミ
ック製の濾過素子を使用して、もテフロン微多孔膜など
プラスチック製の濾過膜を用いた濾過素子と比較すると
占有体積当りの流体処理速度が未だに低いためこれらの
改善が望まれていた。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは、これらの課題を解決するべく鋭意研究を
重ねた結果、多孔性セラミック構造体に微多孔性のセラ
ミック薄膜を形成した貫通孔とともに微多孔性の薄膜の
ない貫通孔を適宜設けることによって流体処理速度が著
しく向上することを見いだし、本発明を完成した。

すなわち本発明は、流体流路に介在させて流体中に含有
される粒子を除去するフィルター用の濾過素子において
、縦方向に互いに平行な複数本の貫通孔を有し、かつ、
両端面が該貫通孔の開口を除いて気密層で覆われた柱形
の多孔性セラミック構造体を用いた濾過素子であって、
該貫通孔が、その内壁面に微多孔性のセラミック薄膜が
形成された貫通孔と、セラミック薄膜のない少なくとも
１本の貫通孔とからなることを特徴とする濾過素子であ
る。

本発明の濾過素子は金属性などのケース内に組込まれて
フィルターとされ半導体製造プロセスなどで使用される
ガスまたは液体、特にガス中に含有される粒子の除去に
使用される。

本発明を図面によって具体的に説明する。

第１図は本発明の濾過素子の横断面図であり、第２図は
第１図の濾過素子を組込んだフィルターの縦断面図であ
る。

第１図および第２図において、両端面がガラス質組成物
などの気密層ｌおよび１で覆われた円柱形の多孔性セラ
ミックに、その縦方向に互いに平行で、かつ、等間隔に
１９本の円筒形の貫通孔が設けられた円柱形のセラミッ
ク構造体２の中央に位置する貫通孔３ａを除き、残る１
８本の貫通孔３ｂ、・・・、３ｂの内壁面には微多孔性
のセラミック薄膜４が形成されて濾過素子５とされてい
る。第２図において、濾過素子５の上端面に濾過素子５
の直径とほぼ同じ直径の円板形で、かつ、中央に孔６を
有するガスケット７および円形塁状で、かつ、側面に流
通孔８．・・・、８が穿孔された円筒部９着を有する押
え金具１０が重ね合わされ、流体の入口１１を有する円
筒状の上側ケース１２に挿入されている。

一方、濾過素子５の下端面には流体の出口１３を有する
円筒状の下側クース１４に挿入され、リング状のガスケ
ット１５を介して下側ケース１４の当り面１６と、また
、貫通孔３ａの位置する中央部は円板形のガスケット１
７および上端が封じられ側面に流通孔１８．・・・、１
８を有するする円筒形の押え金具１９を介して下側ゲー
ス１４の内面とそれぞれ接している。なおこの場合にセ
ラミック薄膜のない貫通孔３ａの下端の開口をガラス質
などの封着組成物を用いて気密に封鎖すればガスケラ１
〜１５．１７および押え金具１つは不要となる。

上側ケース１２と下側ケース１４とを両側から締め付け
ることにより、濾過素子５の側面周囲空間および貫通孔
３ａと貫通孔３ｂ、・・・、３ｂ側空間とはガスケット
７．１５および１７によって気密に仕切、られ、この状
態で上側ケース１２と下側ケース１４とが接合部２０で
溶接によって接合されている。

〔作　用〕

入口１１からフィルター内に入った流体は押え金具１０
の円筒部９の流通孔８．・・・、８を経て濾過素子５の
側面周囲の空間に至り、セラミック構造体２のセラミッ
ク層を外側から内側へと流れてセラミック薄膜４の表面
に達し、セラミック薄膜４によって２次側である貫通孔
３ｂ内に濾過される。一方、入口１１からフィルター内
に入った流体の一部は押え金具１０の円筒部、テフロン
ガスケット７の孔６を経て貫通孔３ａに至り、セラミッ
ク構造体２のセラミック層を中央から外側へと流れてセ
ラミック薄膜４の表面に達し、セラミック薄膜４によっ
て貫通孔３ｂ内に濾過される。粒子が除去された貫通孔
３ｂ内の流体は濾過素子５の下部空間から押え金具１９
の流通孔１８、・・・、１８を経て出口１３から出る。

このように流体は濾過素子５の外側に加えてその反対側
となる中央の貫通孔３ａ側からも流れてセラミック薄膜
４に達して濾過されるため処理効率が大幅に向上する。

本発明の濾過素子は柱形であり、例えば円柱形、楕円柱
形および角柱形などであるが、加工性および流体の流れ
のバランスなどから通常は円柱形とされる。貫通孔は複
数本であり縦方向に互いに平行とされ、その数は通常は
４本以上、好ましくは７本以上であり濾過素子の横断面
における配置としては点対称または線対称であることが
好ましい０貫通孔の断面形状は円形、楕円形、正方形お
よび正６角形などであるが加工性および濾過膜に対する
流量負荷を平均化しうろことなどからは円形であること
が好ましい。

また、貫通孔として内壁面に微多孔性のセラミック薄膜
が形成されたものに対し、セラミック薄膜のないものが
少なくとも一本設けられるが、その割合は貫通孔の全本
数に対し、通常は３０％以下、好ましくは２０％以下と
され、その配置はセラミック薄膜が形成された複数本の
貫通孔に囲まれるような位置であることが好ましい。

さらに、貫通孔の断面積は通常は互いに同一であるが、
所望によってはセラミック薄膜の無い貫通孔の断面積を
薄膜を形成したものと異なる大きさとしてもよい。

第３図ａ〜Ｃはこれらの態様を例示した濾過素子の横断
面図である。

第３図ａは貫通孔がセラミック薄膜の無いもの３本３ａ
　、　３ａおよび３ａと薄膜４が形成されたもの１６本
３ｂ、・・・、３ｂとからなる濾過素子であり、第３図
すは貫通孔が薄膜の無い中央の１本３ａと薄膜４が形成
された周囲の６本３ｂ、・・・、３ｂとからなる濾過素
子であり、第３図Ｃはｂと同配列であるが薄膜のない中
央の貫通孔３ａ’が薄膜４の形成された周囲の貫通孔３
ｂ、・・・、３ｂよりも大きい孔径とされてなる濾過素
子である。

本発明において、多孔性のセラミック構造体の細孔径お
よび微多孔性のセラミック薄膜の微細孔径は処理対象と
なる流体の性状、含有粒子の大きさおよび量などによっ
て異なり、−概に特定はできないが、例えば半導体製造
プロセスなどに使用されるガス中の微粒子の除去用とし
ては、セラミック構造体の細孔径については通常は、１
〜８０μ、好ましくは３〜４０μ程度であり、また、セ
ラミック薄膜の微細孔の孔径については通常は０．０２
〜５．０μ、好ましくは０．０２〜３．０μ程度のもの
とされる。

これらのセラミック構造体および微多孔性のセラミック
薄膜用の素材としては公知のセラミック素材から種々の
ものが選択可能であり、例えばアルミナ系の焼結体など
が好適である。

本発明の濾過素子は一般的にはその側面周囲および薄膜
の無い貫通孔を１次側とし、微多孔性のセラミック薄膜
が形成された貫通孔を２次側として使用することが好ま
しいが、これに限定されるものではなく１次側と２次側
とを逆にして使用することもできる。

〔発明の効果〕

本発明の濾過素子は従来のマルチチャンネル複層セラミ
ックフィルターの貫通孔の少なくとも１本を微多孔性の
セラミック薄膜の無い貫通孔とし、この貫通孔を濾過素
子の外側側面とともに１次側（または２次側）として使
用することにより微多孔性のセラミック薄膜へ到達する
までの圧力損失が低下し、かつ、流体の流れ方向が平均
化され、処理速度を大巾に増加させることが可能となっ
た。

〔実施例〕

第１図および第２図に示したと同じ構造の濾過素子で、
中央に１本、直径１２＋ｎｍの同心円上に６本、直径２
４ａｍの同心円上に１２本の配列で設けられた孔径４ｍ
ｍの貫通孔を有する外径３２ｍｍ。

長さ４２龍、細孔の孔径８．５μのアルミナ焼結体製の
セラミック構造体の中央の貫通孔１本を除き、残る１８
本の貫通孔の内壁面に微細孔の孔径０，１９μ、厚さ５
０μのアルミナ焼結体製のセラミック薄膜を形成させて
濾過素子とした。

この濾過素子にステンレス製のケース、押え金具および
四ふっ化エチレン樹脂製のガスケットを組合わせてケー
スの両側から締め付けた状態でケースの接合部同士を溶
接して第２図に示したと同様のフィルターを製作した。

このフィルターを用い、濾過素子の側面および微多孔性
のセラミック薄膜の無い中央の貫通孔を１次側として窒
素ガスを通し、その差圧と流量の関係を調べた。その結
果は第１表に示した通りであった。

第１表 また、このフィルターについて粒子除去性能を確認する
ため、静電分級器および凝縮核測定器を用い、０．０５
μの食塩粒子が１．、　Ｉ　Ｘ　１０５個／ｃｃの濃度
で含有されていることを確認した空気を４ＯＮｌ／＋＋
ｊ＋＋で１時間流し、フィルター出口側の食塩粒子濃度
を測定し続けた結果、漏洩粒子は認められなかった。

〔比較例〕

中央の貫通孔を含め１９本の貫通孔の全てにアルミナ焼
結体製のセラミック薄膜を形成させて濾過素子としな。

この濾過素子を側面周囲のみが１次側となるように組込
んだフィルターを製作し、実施例におけると同様にして
窒素ガスを通し、その差圧と流量の関係を調べた。その
結果は第２表の通りであった。

第２表

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の濾過素子の横断面図であり、第２図は
フィルターの縦断面図であり、第３図ａ、ｂ、ｃはそれ
ぞれ異なる態様の濾過素子の横断面図であり、第４図ａ
およびｂは従来の濾過素子である。 図面の各番号は以下の通りである。 ■、気密層　２、セラミック構造体 ３ａおよび３ｂ、貫通孔　　４．セラミック薄膜５、濾
過素子　７．１５および１７．ガスケットＩＯおよび１
９．押え金具　　１２．上側ケース１４、下側ケース 特許出願人　日本バイオニクス株式会社代理人　弁理士
　小　堀　貞　文 悌１図 ＄３０ ａ。 算４図 ａ、 ｂ。 Ｏ６

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 流体流路に介在させて流体中に含有される粒子を除去す
   るフィルター用の濾過素子において、縦方向に互いに平
   行な複数本の貫通孔を有し、かつ、両端面が該貫通孔の
   開口を除いて気密層で覆われた柱形の多孔性セラミック
   構造体を用いた濾過素子であって、該貫通孔が、その内
   壁面に微多孔性のセラミック薄膜が形成された貫通孔と
   、セラミック薄膜のない少なくとも１本の貫通孔とから
   なることを特徴とする濾過素子。