JPH0353011B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体工業・医薬品工業・化学工業
等のプロセスにおいて用いられる流体の中で、例
えば、強酸性・強塩基性などの腐食性または反応
性の高い流体或は有機溶剤などの活性流体中に存
在する微粒子を除去するための多孔膜積層型フイ
ルターとその製造方法に関し、特に、多孔膜の細
孔径が0.01〜5μの範囲である精密濾過膜であつ
て、この多孔膜を始めとして全ての流体接触部材
を化学的に安定なフツ素樹脂又はフツ素樹脂共重
合体で成形した多孔膜積層型フイルターに係わる
ものである。

（従来の技術） 一般に、清澄濾過用の濾材としては、濾紙・濾
布・濾網・不織布・焼結体などが知られている
が、対象粒子の粒径が、ミクロンないしはサブミ
クロンである、いわゆる精密濾過領域にある場合
には用途により様々な高分子素材よりなる多孔膜
が多く用いられている。

上記の多孔膜は、厚み数10ミクロンないしは数
100ミクロンと非常に薄いフイルム状であると共
に高い空孔率を有する為、極めて脆弱であり、単
独での使用では高い濾過圧に抗することができな
い。

このため、膜の変形あるいは破損を防止すると
共に清浄流体の流路を形成するために、例えば網
目状に形成した支持板上に保持して使用する必要
がある。また、多孔膜は、高い濾過精度を示す反
面、単位面積当りの濾過抵抗が高く、かつ目詰ま
りを起こしやすい性質があり、一般の濾材に比
べ、比較的大きな膜面積を必要とする。

従つて、多孔膜を用いたフイルターのアセンブ
リにおいては、その小型化のために、様々なフイ
ルター構造が工夫されている。

これらの従来のフイルター構造を具体的に説明
すると、先ず、第２８図に示すような、いわゆる
プリーツカートリツジフイルター（以下プリーツ
型という）が存在する。この構造は、多孔膜１を
支持体２と共にひだ折りし、外周部の保護筒３と
中心部のコア４により形状を保持し、更に、両端
部を封止剤５により封止したものである。

他の従来例としては、第２９図及び第３０図に
示すような積層型フイルター（以下積層型とい
う）が存在する。これらの構造は、多孔膜６，７
の支持用及び清浄流体の流路形成用の多数のリブ
８，９を有する支持板１０，１１の外周縁１２，
１３と清浄流体取出用の開口部周縁１４，１５の
位置で多孔膜６，７を封止して積層ユニツト１
８，１９を形成し、この積層ユニツト１８，１９
をボス部１６又は突合せ接合部１７を介して相互
に結合させて積層構造にしたものである。

後者の積層型は、前者のプリーツ型に比べ、よ
り高い濾過圧に抗することができ、封止剤の埋没
による膜面積のロスがなく、しかも、ひだ折りに
より多孔膜同志が接近して圧力損失が大きくなる
ことがない等、より進んだ形態といえる。

何れの形態をとる場合にも、上記した多孔膜を
用いたフイルターは、元来、医薬品工業や食品工
業等のプロセスにおいて、水、空気、チツ素ガス
等の比較的不活性な流体を対象として進歩してき
たため、多孔膜の材質としては、酢酸セルロー
ス、硝酸セルロース等のセルロース系高分子ある
いはポリアミド、ポリサルフオン、ポリ塩化ビニ
ル、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルアル
コール、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリ
ビリニデンフロライド等、また支持体等の成形部
材としては、ポリスチレン、ポリカーボネート、
ポリアクリロニトリル、ポリサルフオン、ポリプ
ロピレン等の汎用樹脂が多用されている。シール
部材及び封止部材等の他の流体接触部材にも、天
然又は合成ゴム、ポリウレタン、エポキシ樹脂等
が用いられている。

一方、半導体産業に代表される異物を極端に嫌
うフアインな産業の発達により、水や空気などの
比較的不活性な流体の他、強酸、強塩基などの強
い腐食性を示す流体、反応性の高い流体、有機溶
剤等活性の高い流体中の微粒子が異物として問題
とされるようになり、これらの要求に応えること
のできるフイルターが望まれている。

しかし、前記した汎用高分子を用いたもので
は、これらの活性の高い流体には耐薬品性、耐溶
剤性などの点において、対処することができな
い。

特に、半導体製造工程に用いられるエツチング
用流体、エピタキシヤル用ガス等のプロセス流体
を対象にする場合には、化学的に極力安定な素材
を用いることが望まれており、現状ではPTFE、
PFA、EPF、FEP、ETFE、PCTFE、ECTFE
等のフツ素樹脂又はフツ素樹脂共重合体のみが実
用上、唯一の有効な素材と考えられている。

従つて、多孔膜を含め支持体、シール材、その
他の全ての流体接触部材をフツ素樹脂により構成
した小型で信頼性の高いフイルターが要望されて
いる。

（発明が解決しようとする問題点） 多孔膜を用いたフイルターエレメントの形態と
してプリーツ型乃至は積層型或はその他の方式の
何れの形式をとる場合において、最も重要な技術
のひとつは、多孔膜を通過した清浄流体に原流体
を漏洩させないために、それぞれの流路をいかに
確実に分離するかという点にある。

プリーツ型においては、多孔膜相互の封止及び
両端部の封止が、積層型においては、支持板と多
孔膜の封止及び積層ユニツト相互の封止が特に重
要な課題となる。

即ち、多孔膜相互、多孔膜と支持部材或は支持
部材相互のより確実な封止手段が需要となる。

通常流体を対象とした汎用樹脂よりなるフイル
ターエレメントを構成する場合の封止手段として
は、熱プレス法、超音波溶着法、溶剤溶着法、接
着剤・封止剤を用いる方法等種々の樹脂接合のた
めの常法が適用できる。

しかし、多孔膜を含め全ての流体接触部材がフ
ツ素樹脂又はフツ素樹脂共重合体より構成される
活性流体を対象としたフイルターエレメントの場
合には、前述の殆どの汎用接合方法が適用できな
い。

即ち、フツ素樹脂の本来の長所である溶融温度
が高い点、融点においても、高い流動性を示さな
い点、熱伝導性が悪い点、摩擦係数が小さい点、
化学的に極めて不活性である点等が接着を考える
上でいずれも大きな障害となる。

この為、プリーツ型、積層型、その他いずれの
場合にもフツ素樹脂相互の接合において、多くの
困難を伴うものであつた。

これら、フツ素樹脂相互の簡便で確実な接合方
法には、ほとんど開示例がなく、特に、プリーツ
型エレメントの封止部及び積層型エレメントのユ
ニツト相互の接合のように、特殊な形状の特殊な
部位における接合法には全く開示例がないのが実
情である。

しかし、フツ素系樹脂相互の溶着を考える場合
には、その特異な物性のため、いずれの手段を採
用するにしろ、接合しようとする各部材の被溶着
面相互を溶融温度以上に極力均一に、加熱後、で
きるだけすみやかに、好ましくは加熱と同時に圧
接する熱溶着のみが唯一確実な手段と考えられ
る。

しかしながら、熱伝導性が悪いため溶着部位を
直接加熱する必要があり、その与熱方法が問題と
なる。

超音波溶着法、バイブレーシヨン溶着法、回転
溶着法等、溶着部位相互の摩擦による間接的な発
熱法では、発塵が有り、清浄法が求められるこれ
らフイルターの接合法にはあまり適切ではない。

又、溶着部相互の表面を火炎又は高温ガス吹付
により溶融後、できるだけすみやかに、溶融表面
相互を圧接する手段が考えられるが、より好まし
くは押圧と同時に溶着部相互に加熱溶融する事が
最良の方法と言える。

しかし、積層フイルターはその構造上エレメン
トの小型化の為に支持板の厚み及び支持板相互の
間隙を必要最小限の寸法に制限する事が必要な
為、実開昭59−102111号公報、特開昭56−129016
号公報、特開昭59−62323号公報、特開昭58−
98112号公報などに記載されている支持板形状で
は、支持板相互の間隙、或は開口部より溶着部を
直接加熱すると共に、圧着する事は極めて困難で
ある。従つて、次善の手段として、被溶着部相互
を溶融後すみやかに圧接する方法をとる事にな
る。

しかし、多孔膜及びその他溶着に関与しない部
位に不要な損傷を与える事なく、溶着部のみを均
一かつ不要な変形を起こさないよう加熱するた
め、及び当該部位を加熱後ただちに合せ圧接する
為には非常に厳密な条件の制御が必要であり、工
程の歩留り向上を図る上で、特殊な専用自動機を
導入する必要が生じる。

これらの困難を避けるため、第２９図に示すよ
うに、（特開昭58−98111号公報参照）、積層ユニ
ツト１８の相互の溶着は行なわず、ネジの締付け
により封止する手段が存在している。

しかし、このような機械的な封止では、急激な
濾過圧力変化或は温度変化に対して、その封止性
を確実に保証する事が困難であつた。

そこで、本発明者は、以上の問題を解決するた
め、フツ素系樹脂相互の溶着条件、溶着部形状に
ついて種々検討を行なつた。

一般に、フツ素系樹脂は融点温度が約200〜300
℃と汎用樹脂と比べて高く、かつ熱伝導性が悪
く、又融点温度以上においても接着に必要な流動
性を示さない事があるなど、異種材質は勿論、同
種材質相互においても熱溶着性は悪い。

従つて、良好な熱溶着を行なう為には、被溶着
部双方の表面、より好ましくは、内部までを融点
以上の所定温度に加熱し、溶着に必要な流動性を
示した後、熱源を離し、ただちに圧接する、より
好ましくは圧接状態を保持すると同時に所定の加
熱を行なうのが良い事が判つた。

本発明は、上記の事実に基づき、従来の問題を
克服するため開発したもので、極めて単純な構造
と方法によつて、各積層ユニツトを確実に封止連
結するための積層体構造と、その製造方法を提供
する事を目的とする。

（問題を解決するための手段） 本発明は、上記の目的を達成するため鋭意検討
を行つた結果、汎用性の高い熱プレス機を用い、
支持板の厚み、支持板相互の微小な間隙及び支持
板開口部径の寸法を障害とすることなしに、フツ
素系樹脂よりなる支持板の間に別体よりなる環状
連結部材を介在させ、前記支持板と環状連結部材
の隣接部を積層軸上方に露出させる構造とし、前
記隣接部を加熱と同時に押圧し、これにより溶融
した樹脂を前記隣接部間隙に押し込むことによつ
て、相互を熱溶着し、封止連結により任意の段数
を積層する構成を採用することにより完成した。

具体的には、両面に多孔膜を被覆した支持板に
清浄流体取出用の開口部を形成したユニツト部材
同志を環状連結部材を介して多段に積層した構造
の多孔膜積層型フイルターにおいて、上記連結部
材とユニツト部材の封止部を該連結部材の内外周
位置で、かつ当該連結部材の段差位置に配設し、
上記した双方の封止部の封止位置をユニツト部材
の積層軸方向に向けて設けると共に、ユニツト部
材と連結部材を交互に積層する際に、上記した封
止部を積層軸上方より封止可能に構成したもので
ある。

更に、その製造方法は、両面に多孔膜を被覆し
た支持板に清浄流体取出用の開口部を形成したユ
ニツト部材同志を環状連結部材を介して順次積層
して製造する方法において、上記連結部材とユニ
ツト部材の封止部を該連結部材の内外周位置で、
かつ当該連結部材の段差位置に配設し、ユニツト
部材に連結部材を載置して設けた一方の封止部を
積層軸方向より加熱溶融手段で熱溶着し、その後
前記したユニツト部材の上部に当該連結部材を介
して他のユニツト部材を積層した状態で他方の封
止部を積層軸方向より加熱溶融手段で熱溶着し、
この工程を順次繰り返してフイルターの積層構造
を得るようにしたものである。

（実施例） 第１図乃至第２７図は本発明における各実施例
を示したものである。

実施例 １ 第１図は第１実施例によつて構成された積層体
の断面図である。

支持板２２の表裏面には、多孔膜２０の支持と
清浄流体の流路形成のためのリブ２１ａを形成す
る。この支持板２２の外周縁部２３と環状連結部
材２４の嵌合及び清浄流体取出しのための開口部
２５の周縁２６ａ，２６ｂの位置に、多孔膜２０
を熱溶着手段により封止してユニツト部材２７を
構成する。

このユニツト部材２７，２７同志の間に環状連
結部材２４を介在させ、両者は、支持板２２と環
状連結部材２４の第１の封止部２８と第２の封止
部２９の位置をそれぞれ熱溶着の手段により封止
して連結する。

上記した封止部２８は、連結部材２４の内周側
に設けた段部２８Ａとユニツト部材２７の開口部
２５の内周面２８Ｂとの間に設け、両者を溶着す
る。封止部２９は、連結部材２４の外周部２９Ｂ
と支持板２２の開口部２５の周縁に設けた段部２
９Ａとの間に設けて両者を溶着する。

第２図乃至第４図は、本実施例における支持板
２２の平面図、断面図及び底面図である。同図に
おいて、２１ｂは支持板２２の表裏面を連通させ
るための連通孔、２１ｃは清浄流体の流出孔であ
る。第５図乃至第７図は、本例における環状連結
部材２４の平面図、断面図及び底面図であり、連
結部材２４には支持板２２に嵌合する面に、清浄
流体の流路形成のためのリブ３１と溝部３０を形
成する。２４ｂは連結部材２４の中央部に形成し
た清浄流体の流出部である。

第８図乃至第１０図は、実施例１における別構
造の支持板２２ａを示した平面図、断面図及び底
面図であり、第１１図乃至第１３図は、これと連
結する環状連結部材２４ａを示した平面図、断面
図及び底面図である。上記の例と同一部分は同一
符号で示す。

本例は支持板２２ａと環状連結部材２４ａの封
止部２８ａと封止部２９ａを歯車形状の嵌合部と
した場合であり、両者の嵌合距離を延ばして溶着
強度を向上させるようにしたものである。

上記した多孔膜２０、支持板２２、環状連結部
材２４その他の流体接触部材をフツ素樹脂又はフ
ツ素樹脂共重合体で形成する。多孔膜２０の細孔
径は0.01〜5μ、開孔率20％以上、厚み50〜200μで
ある。また、支持板２２と環状連結部材２４を熱
可塑性のポリオレフイン樹脂又はポリオレフイン
共重合体で形成することもできる。

第１４図乃至第１７図は本発明における封止部
の与熱と押圧を同時に行なう具体例を順次説明し
たものである。与熱の手段は被溶着部を加熱する
各種の方式を採用することができ、例えば、火
炎、熱風の吹付或は超音波溶着機を用いても良い
が、好ましくは加熱した金属体５０を押圧する熱
プレス機を用いるのが良い。

先ず、第１４図に示すように、ユニツト部材２
７に連結部材２４を載置して設けた一方の封止部
２９を積層軸方向より加熱溶融手段５０で熱溶着
し、その後、第１５図に示すように前記したユニ
ツト部材２７の上部に当該連結部材２４を介して
他のユニツト部材２７を積層した状態で他方の封
止部２８を積層軸方向より加熱溶融手段５０で熱
溶着し、この工程を順次繰り返して第１７図に示
すようなフイルターの積層構造を得るようにす
る。

第１８図Ａ，Ｂ，Ｃは支持板と環状連結部材の
溶着例を示す詳細図である。

同図において、熱源５０により溶融した相互の
樹脂を受入るため、溶着嵌合部に溝部４４を形成
して両者の溶着強度を向上させ、より高い溶着強
度が得られる。

なお、第１９図Ａ，Ｂは、接合部同志の一部に
螺着構造４５を設けて上記した溶着手段による
と、両者の封止構造は更に堅個なものとなる。

実施例 ２ 第２０図乃至第２６図は本発明における第２実
施例を説明したものである。上記実施例と同一部
分は同一符号で示すと共に、同一構造や同一素材
については省略する。

本例は、支持板３２と環状連結部材３４との第
１の封止部３８及び第２の封止部３９において、
封止部３８は支持体３２の開口周縁部に形成した
環状薄肉部３８Ａと連結部材３４の突部３８Ｂを
加熱手段で押圧加熱して両者を封止する。

一方、封止部３９は、連結部材３４の外周部に
形成した環状薄肉部３９Ａと支持版３２の開口周
沿部３９Ｂを加熱手段で押圧加熱して両者を封止
する。それぞれの封止部の加熱は薄肉部３８Ａ，
３９Ａを介して上記した実施例と同様に積層軸方
向より順次溶着して積層できる構造を採用してい
る。フツ素系樹脂は熱伝導性が悪いため、被溶着
部の一方を薄肉部として間接与熱を可能としたも
のであり、環状薄肉部の厚みは、樹脂の種類によ
り最適厚みは異なるが充分な強度を得るために
は、100〜400ミクロン、好ましくは150〜250ミク
ロンが良い。

第２７図はハウジング４０に上記した実施例の
積層体を収納した半断面図であり、４１は原流体
流入口、４２は清浄流体流出口、４３はＯリング
である。

（発明の効果） 以上のことから明らかなように、強酸性、強塩
基性の腐蝕性流体及び反応性の高い流体或は有機
溶剤などに含まれる微粒子を確実に除去する機能
を持つ多孔膜を支持板と共に積層したフイルター
であつて、全ての流体接触部材をフツ素樹脂又は
フツ素樹脂共重合体とした場合、他の汎用樹脂に
比較してフツ素系樹脂が有する化学的、熱的安定
性の為に、従来積層ユニツト相互の単純かつ確実
な溶着が困難であつたが、本発明によると、特別
な溶着のための装置を必要とすることなく、また
積層体特有の構造を障害とすることなく溶着部相
互を加熱と同時に圧接溶着できるため、従来例に
比較すると著しく確実な封止を容易に行なうこと
ができる。

従つて、全ての流体接触部を化学的及び熱的に
安定なフツ素系樹脂を用いた場合でも、信頼性の
高い封止性を有し、かつ小型な積層型フイルター
を提供することができる等の効果がある。

なお、本発明はフツ素系樹脂同様に難接着性で
あるポリオレフイン系樹脂にも適用することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第２７図は本発明におけるフイルタ
ーの実施例を示したもので、第１図は本発明にお
けるフイルターの１実施例を示した断面図、第２
図は同上の支持板を示した一部切欠き平面図、第
３図は同上の断面図、第４図は同上の一部切欠き
底面図、第５図は第１図における環状連結部材の
平面図、第６図は同上の断面図、第７図は同上の
底面図、第８図は支持板の他例を示した一部切欠
き平面図、第９図は同上の断面図、第１０図は同
上の一部切欠き底面図、第１１図は第１図におけ
る環状連結部材の平面図、第１２図は同上の断面
図、第１３図は同上の底面図、第１４図乃至第１
７図は支持板と環状連結部材を順次溶着して積層
する工程を示した断面図、第１８図Ａ，Ｂ，Ｃは
本発明における熱溶着手段を示した部分拡大断面
図、第１９図Ａ，Ｂは同上の他例を示す部分拡大
断面図、第２０図は本発明におけるフイルターの
他の実施例を示した断面図、第２１図は同上の支
持板を示した一部切欠き平面図、第２２図は同上
の断面図、第２３図は同上の一部切欠き底面図、
第２４図は第２０図における環状連結部材の平面
図、第２５図は同上の断面図、第２６図は同上の
底面図、第２７図は本発明におけるフイルターハ
ウジングに収納した状態を示す半断面図であり、
第２８図はプリーツ型のフイルターの従来例を示
した一部切欠き斜視図、第２９図及び第３０図は
積層型フイルターの従来例を示した断面図であ
る。 ２０……多孔膜、２１ａ……リブ、２２，２２
ａ，３２……支持板、２４，２４ａ，３４……環
状連結部材、２５……開口部、２７……ユニツト
部材、２８，２８ａ，３８……封止部、２９，２
９ａ，３９……封止部、２８Ａ，２９Ａ……段
部、２８Ｂ……内周面、２９Ｂ……外周部、３８
Ａ，３９Ａ……環状薄肉部、３８Ｂ……突部、３
９Ｂ……開口周沿部、４０……ハウジング、４１
……原流体流入口、４２……清浄流体流出口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 両面に多孔膜を被覆した支持板に清浄流体取
   出用の開口部を形成したユニツト部材同志を環状
   連結部材を介して多段に積層した構造の多孔膜積
   層型フイルターにおいて、上記連結部材とユニツ
   ト部材の封止部を該連結部材の内外周位置で、か
   つ当該連結部材の段差位置に配設し、上記した双
   方の封止部の封止位置をユニツト部材の積層軸方
   向に向けて設けると共に、ユニツト部材と連結部
   材を交互に積層する際に、上記した封止部を積層
   軸上方より封止可能に構成したことを特徴とする
   多孔膜積層型フイルター。 ２ 一方の封止部を環状連結部材の外周部と支持
   板の開口部周縁に設けた段部との間に設け、他方
   の封止部を連結部材の内周側に設けた段部とユニ
   ツト部材の開口部内周との間に設けた特許請求の
   範囲第１項記載の多孔膜積層型フイルター。 ３ 一方の封止部は、環状連結部材の外周部に形
   成した環状薄肉部と支持板の開口部周縁部とで封
   止し、かつ他方の封止部は、支持板の開口部周縁
   部に形成した環状薄肉部と環状連結部材に形成し
   た突部とで封止した特許請求の範囲第１項記載の
   多孔膜積層型フイルター。 ４ 支持板と環状連結部材との封止部を歯車形状
   の嵌合部とした特許請求の範囲第１項又は第２項
   記載の多孔膜積層型フイルター。 ５ 上記した多孔膜、支持板、環状連結部材その
   他の流体接触部材をフツ素樹脂又はフツ素樹脂共
   重合体で形成した特許請求の範囲第１項乃至第４
   項記載の多孔膜積層型フイルター。 ６ 支持板と環状連結部材を熱可塑性のポリオレ
   フイン樹脂又はポリオレフイン共重合体で形成し
   た特許請求の範囲第１項乃至第５項記載の多孔膜
   積層型フイルター。 ７ 多孔膜の細孔径が0.01〜5μ、開孔率20％以
   上、厚み50〜200μである特許請求の範囲第１項
   乃至第６項記載の多孔膜積層型フイルター。 ８ 両面に多孔膜を被覆した支持板に清浄流体取
   出用の開口部を形成したユニツト部材同志を環状
   連結部材を介して順次積層して製造する方法にお
   いて、上記連結部材とユニツト部材の封止部を該
   連結部材の内外周位置で、かつ当該連結部材の段
   差位置に配設し、ユニツト部材に連結部材を載置
   して設けた一方の封止部を積層軸方向より加熱溶
   融手段で熱溶着し、その後前記したユニツト部材
   の上部に当該連結部材を介して他のユニツト部材
   を積層した状態で他方の封止部を積層軸方向より
   加熱溶融手段で熱溶着し、この工程を順次繰り返
   してフイルターの積層構造を得るようにした多孔
   膜積層型フイルターの製造方法。 ９ 支持板と環状連結部材との封止部の嵌合間隙
   に、溶融樹脂押し込め用の溝部を形成した特許請
   求の範囲第８項記載の多孔膜積層型フイルターの
   製造方法。 １０ 上記した加熱溶融手段は、加熱金属板を被
   溶着部に押し当てるこにより行なう特許請求の範
   囲第８項又は第９項記載の多孔膜積層型フイルタ
   ーの製造方法。 １１ 上記した加熱溶融手段は、超音波により振
   動する金属体を被溶着部に押し当てるこにより行
   なう特許請求の範囲第８項又は第９項記載の多孔
   膜積層型フイルターの製造方法。 １２ 上記した加熱溶融手段は、火炎又は熱風吹
   付けによる非接触である特許請求の範囲第８項又
   は第９項記載の多孔膜積層型フイルターの製造方
   法。