JPH0565202B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は中空状の無機材質を用いた多孔質濾過
材の端部を熱可塑性樹脂で融着固定した濾過素子
及びその製造方法に関する。

〔本発明の目的〕

本発明の目的は、無機材質製の多孔質濾過材に
より形成され、単位体積当たりの濾過面積が大き
く、経年変化がなく、組立てが簡単でかつ再生処
理を行うことによつて再利用することが可能な濾
過素子及びその製造方法を提供することにある。

〔従来の技術〕

最近特に耐薬品性や耐熱性が要求される分野、
たとえば半導体集積回路等の製造プロセス中で使
用される薬品の清浄化といつた目的のために、よ
り耐薬品性、耐熱性が高いフイルターが望まれ、
ポリオレフイン系やフツ素系の樹脂の濾過膜を用
いたカートリツジタイプのフイルターが開発され
ている。

カートリツジタイプのフイルターは、カートリ
ツジフイルターハウジング内にセツトされて使用
される。一般にこのタイプのハウジングは流体の
入口と出口を有する蓋体と、フイルターの使用さ
れる製造ライン中に組込まれている。フイルター
が目詰まりして使用出来なくなつた場合、筐体を
蓋体より外しついで中のフイルターを取り出して
新しいフイルターと交換するという作業が行われ
ている。カートリツジタイプは交換が比較的容易
でハウジングを再利用するので経済的ということ
ができるが、フイルターカートリツジそのものは
使い捨てである。

フツ素樹脂を用いたカートリツジフイルターは
特に耐熱耐薬品性に優れており極めて好ましいも
のであるが、このフイルターはこれまでのものに
比べて極めて高価であるにもかかわらず、目詰ま
りしたものはこれまでの他の材質のフイルターと
同様に廃棄処分されている。フツ素樹脂のフイル
ターであるから薬品処理、その他の処理で目詰ま
りを除き、再利用することが全く不可能ではない
と思われるが、この点を考慮した構造のものは無
く、また耐熱、耐薬品性が高いといわれるフツ素
樹脂ではあるが、濾過膜部分はきわめて脆弱であ
り繰り返しの再生処理使用による劣化がさけられ
ないという基本的な問題がある。

本発明者らはこの様な問題点を解決するために
鋭意検討を重ね、セラミツクスの多孔質体を濾過
材として用い、Ｏリング等のパツキン部材と保持
構造体を組合わせ、再生利用を可能としたカート
リツジタイプのフイルターを開発し、昭和61年７
月10日に特許出願（特願昭61−16249）を行つた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明者らが発明したこの濾過素子に於ても、
パツキン部分のシールが多孔質濾過材の表面状
態、寸法精度等により影響を受け製造時の歩留ま
りが低下すること、また単位体積当たりの濾過面
積をあまり大きく出来ないといつた問題点は解決
されていなかつた。

つまり、従来の濾過素子は、両端部をＯリング
をはじめとする各種のパツキン部材を介して、プ
レート状の保持構造体に多数の濾過材を液密状に
設置することによつて構成されている。これらの
Ｏリング等のパツキン部材を用いて濾過材を液密
に保持する場合、どうしてもパツキン部分の空間
が必要であり、濾過材をあまり接近して設置する
ことができず、単位体積当たりの濾過面積を大き
くできなかつた。又濾過材の本数が増加するとし
だいに濾過素子の組立が繁雑になり、構造も複雑
となる、と言つた問題点もあつた。

構造物間を充填固定する場合、ポリウレタン、
エポキシ、シリコン等の熱硬化性樹脂接着充填剤
が良く用いられる。これらの樹脂は一般に２種程
度の液状の構成要素を混合、重合反応等を生じさ
せて硬化を行う。反応開始直後の粘度は数百ポイ
ズ以下で流動に富み、しばらくはこの流動性が維
持されるので、接近した構造物の間に入り込ま２
て、充填接着を行うことができる。しかしながら
これらの樹脂は、耐薬品性の点で不十分なところ
があり、本発明の目的である耐薬品性の高い濾過
素子の端部に利用するには、使用しうる濾過対象
物の範囲が限定されて好ましくない。ポリオレフ
イン系やフツ素系の熱可塑性樹脂は耐薬品性によ
り優れており、特にフツ素系の樹脂は高い耐薬品
性、耐熱性をそなえているので極めて好適なもの
である。しかしながらこれらの樹脂は溶融時の粘
度が1000ポイズ以上あり、先に示したエポキシ等
の樹脂のような流動性がなく、構造物間に流入さ
せて密封充填を行うことが困難であると言う問題
があつた。そのため、従来の濾過素子ではこれら
の樹脂を用いて濾過材束の端部を融着固定する事
は行われていなかつた。

〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、中空状の無機材質製多孔質濾過材か
らなる濾過素子に於いて、当該濾過材の一端を熱
可塑性樹脂により液密に溶着した濾過素子を採用
することによつて前記問題点を解決した。

又、中空状の無機材質製多孔質濾過材の一端を
当該多孔質濾過材と同数以上の貫通孔を有する熱
可塑性樹脂製のプレートの貫通孔に挿入し、次で
当該熱可塑性樹脂製プレートを加熱溶解させ、当
該多孔質濾過材と当該熱可塑性樹脂製プレートを
液密に溶着させる濾過素子の製造方法を採用する
ことによつて前記問題点を解決した。

素子に使用される中空状の多孔質濾過材（以下
濾過材という）は、末端の融着処理及び再生処理
に耐え得る無機質材料であればステンレス等の金
属、ガラス、セラミツクス等どの様なものでも使
用しうるが、耐熱性、耐薬品性、耐久性等の点で
酸化アルミニウムをはじめとする各種のセラミツ
クスが好ましい。セラミツクスは1000℃以上の高
温にも耐えることができるので、目詰まりしてい
る有機物質を焼却除去することができる。又耐圧
性が高く、高圧で洗浄することができ、再生、再
利用を目的とした濾過素子の濾過材として極めて
望ましいものである。

濾過材の有する微小空孔の孔径は濾過の目的に
よつて適宜選定すれば良いが、通常は孔径が
0.005〜10μｍで、空孔率が15％〜80％のものが使
用される。孔径が0.005μｍ以下あるいは空孔率が
15％以下であると濾過速度がおそく実用的でな
い。空孔率が80％以上であると濾過材の強度が低
下するので好ましくない。

濾過材の末端部を融着する方法は以下のごとく
である。

溶融固化後の形状にほぼ近い外形を有する少な
くとも一枚の熱可塑性樹脂プレートに、所定の本
数の濾過材が各々挿入しうる貫通した孔をあけ、
そこに濾過材の端部を各々挿入、立設して保持す
る。各々の孔の間隔は、濾過材の間隔を規定する
ものであり、又この部分の樹脂は、溶融時に各濾
過材間を溶着する役割を担つており、0.5〜３mm
程度が好ましい。次いでこの濾過材を立設した樹
脂プレートを溶融型内に入れ、型及びその近傍を
加熱して樹脂を溶融し、濾過材間を溶着密封す
る。冷却固化後離型し、端面シール部を形成す
る。この部分は中空状の濾過材の端部が開口した
状態で、各々の濾過材間が樹脂で溶着固定された
状態（以下オープンエンドという）となつてい
る。上記のような孔部を形成した樹脂プレートを
使用することによつて、溶融粘度が1000ポイズ以
上の熱可塑性樹脂を用いてオープンエンドを形成
することが可能となる。一方、1000ポイズ未満で
あると溶融した樹脂が立設した濾過材端より内側
に流れ込み、開口部に侵入してしまうためオープ
ンエンドが形成できず何らかの防止策を行う必要
が生じる。1000000ポイズ以上の溶融粘度のもの
では完全に充填融着することは困難であり、1000
〜1000000ポイズの範囲のものを用いるべきであ
る。具体的には例えばフツ素系の樹脂ではフツ化
ビニリデン樹脂（PvdF）、エチレン−四フツ化エ
チレン共重合樹脂（ETFE）、四フツ化エチレン
−六フツ化プロピレン樹脂（FEP）、四フツ化エ
チレン−パーフロロアルキルビニルエーテル共重
合樹脂（PFA）が用いうる。これらの中でも
ETFE、FEP、PFA等が耐薬品性、耐熱性の点
で優れているので好ましい。四フツ化エチレン樹
脂（PTFE）は溶融粘度が10^11-12ポイズと著しく
高く十分に融着することができない。

上記樹脂プレートは融着固化後の端面シール部
の外形、厚みを形成しうる形状のものを用いる
が、一枚である必要はなく、例えば同様の形状の
シートを複数枚積層したものでも良い。

次でもう一端の融着固定を行うが、こちら側も
オープンエンドとする場合は、前記方法と同様に
実施すれば良い。又濾過材端面が樹脂中に埋没し
た状態（以下クローズエンドという）にする場合
には、溶融型中にあらかじめ必要な量の樹脂を溶
融しておき、その中に、先にオープンエンドを形
成しておいたものの未融着端部を上部より徐々に
侵入させていき、途中で保持した状態で冷却固化
させる。あるいは各濾過材を挿入しうる凹部を形
成した樹脂プレートに未融着端部の各濾過材を
各々挿入し、その樹脂プレート部を溶融型中に挿
入して全体を保持し、樹脂を溶融して冷却固化し
ても良い。又は、各濾過材を挿入しうる貫通した
孔を有する樹脂プレートと孔のないプレートを組
合わせて使用しても良い。

いずれの場合も樹脂の溶融時に濾過材の端面が
樹脂中に存在するように保持することが必要であ
り、端面が溶融時に型部にまで下がると、端面を
完全に融着密封できないおそれがある。これらの
樹脂の融着は各々片側づつ行うが、このためには
一方の端部のみを加熱する特殊な装置が必要であ
る。しかしながら各々の融着に溶融温度の異なる
種類の樹脂を使用すれば通常のオーブンのような
全体を加熱するものを利用することが可能とな
る。

例えばPFAは融点310〜320℃であり、PvdFは
160〜170℃であるのでまずPFAではじめに片端
シール部を形成したのち、PvdFでもう一端を形
成するようにすれば良い。

このような組合わせとしては、PFAとETFE、
PFAとFEP、FEPとPvdF等があるが、耐熱性等
からPFAとETFE、PFAとFEPが好ましい。

濾過によつて目詰まりが生じた本発明の濾過素
子は各種薬品処理や高圧での洗浄を十分に行うこ
とによつて目詰まりを除き再生することができ
る。さらに、端部の固定樹脂部分を再溶融して各
濾過材を取り外し、1000℃以上の高温で加熱処理
し、目詰まりした有機物質を焼却除去することも
可能である。除去処理後の濾過材はくりかえし利
用することができる。

〔実施例〕

実施例 第１図に基づいて、本発明の濾過素子の製造方
法について説明する。溶融固化後の形状にほぼ近
い外形を有する直径68mm、厚さ８mmのETFE樹脂
プレート５に１mmの間隔で8.3mmの径の貫通した
孔を37個あけた。貫通した孔に、内径５mm、外径
８mm、長さ225mm、平均孔径0.45μｍの円管状のセ
ラミツク製の濾過材４の端部を各々挿入、立設し
て保持した。次いでこの濾過材が立設した樹脂プ
レート５を溶融型内に入れ、型及びその近傍を
270℃で40分間加熱して樹脂を溶融し、濾過材間
を溶着密封した。冷却固化後離型し、端面シール
部を形成した。この部分２はオープンエンドとな
つている。

次で同様の厚み８mmの樹脂プレート５に上記と
同様な位置に同様な大きさの孔を５mmの深さにあ
け、そこに未融着端の各濾過材４を挿入して溶融
型にセツトし、全体を保持して、同様の条件で樹
脂を加熱溶融し、冷却固化後離型してクローズエ
ンド３を形成、第１図に示した構造の濾過素子１
を作製した。

実施例 第２図はこの濾過素子の実施例を示したもの
で、濾過素子のオープンエンドに開口端を有する
第１キヤツプ体１５を、クローズエンド３に第２
キヤツプ体１６をセツトしてフイルターカートリ
ツジとし、これらキヤツプ体を介して一般のカー
トリツジフイルターハウジングの一つ（10インチ
用）に装着して構成した精密濾過装置を示したも
のである。カートリツジフイルターハウジング１
０は蓋体１１と筐体１２で構成され、蓋体１１は
流体流入口１３と流体流出口１４を有している。

第１キヤツプ体１５はＯリング１７によつてオ
ープンエンド２に液密に着脱可能に取り付けられ
る。さらに第１キヤツプ体１５の首部にはＯリン
グ１８が取り付けられており、第１キヤツプ体と
蓋体の保持部１９を液密状態で脱着可能に接続で
きるようにしてある。

クローズエンド３には第２キヤツプ体１６が脱
着可能に接合され、この第２キヤツプ体の凸部と
筐体の保持部１９を嵌合させることによつて素子
全体がセツトされる。被濾過液は矢印で示すよう
に流体流入口１３から導入され、濾過材４の外面
より微細孔を通過し、この時に被濾過液通の微粒
子、微生物が除去される。濾過液は濾過材４の内
部を通つて第１キヤツプ体の内側を通り流体流出
口１４より排出される。被濾過液の流れは逆の場
合も可能である。濾過素子が両端ともオープンエ
ンドのものも、第２キヤツプ体１６の代わりに第
１キヤツプ体１５の中央部の開口端のないものを
用いることによつて同様に使用することができ
る。キヤツプ体の材質は被濾過液の性状に応じて
どのようなものでも使用しうるが、耐熱性耐薬品
性の点から、フツ素系樹脂又はセラミツクスが好
ましい。

フツ素系樹脂を用いた場合は濾過素子の端面シ
ール部とキヤツプ体との液密性をより確実にする
ために両者を融着して一体化することもできる。
この場合は、濾過素子の再生処理はキヤツプ体ご
と行われるが、端面シール部を再溶解して濾過材
を取り出して焼却処理を行う場合はキヤツプ体を
再利用することはできない。

本実施例の濾過素子は、10インチ用のカートリ
ツジハウジングに設置する長さ、キヤツプ体等を
設定しているが、さらにこの濾過素子を複数個直
列に接続して20インチ、30インチ用のフイルター
カートリツジとすることもできる。

実施例 第３図はこの濾過素子の実施例を示したもの
で、両端オープンエンドの濾過素子２１を円筒状
のハウジング２２に挿入し、両端部にポートキヤ
ツプを設置して止めねじでセツト固定し、精密濾
過装置を構成したものである。濾過素子２１の一
方の端部はＯリング２３によつてハウジング２
２、第１ポートキヤツプ２４と液密に脱着可能に
接合され止めねじ２７によつて固定保持される。
もう一方の端部はＯリング２５によつてハウジン
グ２２と液密状に脱着可能に接合されており、第
２ポートキヤツプ２６はＯリング２８によつてハ
ウジング２２と液密状に接続され、止めねじ２７
によつて固定保持される。

被濾過液は矢印で示したように第２ポートキヤ
ツプ２６により流入し、中空状の濾過材４の内側
を濾過材表面に対して平行に流れ、上部に導かれ
る。この間に被濾過液の一部は濾過材４の内表面
よりも微細孔を通過し、この時濾過が行われる。
生じた濾過液はハウジング２２に形成されたポー
ト部３０より排出される。

一方一部が濾過されて濃縮された被濾過液は第
１ポートキヤツプ２４より排出される。被濾過液
の流れは逆も可能であり、又ハウジング２２のポ
ート部３０の一方より被濾過液を導入して濾過材
４間を流してもう一方のポート部より排出し、こ
の間濾過を行わせることも可能である。この場合
濾過液は第１もしくは第２ポートキヤツプより排
出される。

第２図に示した実施例では被濾過液が濾過材
表面に対して垂直に流入して全量が濾過される垂
直濾過が行われ、被濾過液中の微粒子等によつて
濾過材の微細孔がしだいに閉塞して目詰まりを生
じるが、この実施例では、被濾過液を濾過材表
面にそつて水平に流しつつ濾過を行う水平濾過が
行われ、水平濾過では微粒子は濾過材表面に添つ
た水平の流れによつて運びさられるので濾過材の
目詰まりが起こりにくく、安定した濾過をより長
期間行うことが可能である。

実施例、とも、濾過材４が目詰まりした場
合はハウジングより濾過素子を取り出して前述し
た各種の再生洗浄処理を行うことによつて再び使
用できるようになる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明による濾過素子及びそ
の製造方法は以下に示す利点を有している。

本発明の濾過素子は、無機材質製の多孔質体
を濾過材として用いその両端を耐熱、耐薬品性
の優れた樹脂によつて溶着固定しているので、
耐熱性、耐久性、耐薬品性に優れ、従来の濾過
素子に於けるようなＯリング、パツキング等の
劣化等の問題が存在しない。

本発明の製造方法によれば、端面を樹脂で溶
着固定しているので、パツキン部材によつて液
密に溶着固定する場合必要であつた濾過材の寸
法精度、表面の仕上精度等が要求されないの
で、寸法精度を厳密に設定して製作することが
難しいセラミツクス等の濾過材を歩留まり良く
使用することが可能となり、製作コストを低減
させることができる。

熱可塑性樹脂を溶着固定に用いるので、再加
熱することによつて固定部分を再溶融し、各濾
過材を各々処理再生することができる。

あらかじめ貫通孔を有する樹脂プレートに濾
過材を挿入しておくので溶融粘度が1000ポイズ
以上の樹脂も用いることが可能であり、又オー
プンエンドを容易に作成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の濾過素子の製造方法を説明す
る図である。第２図は上記濾過素子を一般のカー
トリツジフイルターハウジングに設置して精密濾
過装置とした実施例である。第３図は両端オー
プンエンドの濾過素子を用いて水平濾過法の精密
濾過装置とした実施例を示したものである。 １，２１……濾過素子、２……オープンエン
ド、３……クローズエンド、４……濾過材、５…
…樹脂プレート、１０……カートリツジフイルタ
ーハウジング、１１……蓋体、１２……筐体、１
３……流体流入口、１４……流体流出口、１５…
…第１キヤツプ体、１６……第２キヤツプ体、１
７，１８，２３，２５，２８……Ｏリング、１９
……保持部、２２……ハウジング、２４……第１
ポートキヤツプ、２６……第２ポートキヤツプ、
２７……止めねじ、２９……内室、３０……ポー
ト部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 多孔質無機材より成る中空状濾過材を複数束
   ね且つその両端を板状体に液密に固定して成る濾
   過素子に於いて、上記濾過素子による被濾過液か
   らの吸着除去物質を焼却せしめる温度よりも十分
   に高い融点を有する高融点無機材料によつて上記
   濾過材を形成すると共に該焼却温度よりも十分に
   低い融点を有する熱可塑性樹脂によつて上記板状
   体を形成し、上記濾過材の両端が上記板状体に溶
   着されて成ることを特徴とする濾過素子。 ２ 上記熱可塑性樹脂がフツ素樹脂である、特許
   請求の範囲第１項記載の濾過素子。 ３ 上記多孔質無機材がセラミツクスである、特
   許請求の範囲第１項又は第２項記載の濾過素子。 ４ 多孔質無機材より成る中空状濾過材を複数束
   ね且つその両端を板状体に液密に固定して成る濾
   過素子の製造方法であつて、上記濾過素子による
   被濾過液からの吸着除去物質を焼却せしめる温度
   よりも十分に高い融点を有する高融点無機材料に
   よつて形成された上記濾過材を複数用意すると共
   に、該焼却温度よりも十分に低い融点を有する熱
   可塑性樹脂によつて形成され且つ上記複数の濾過
   材の端部を夫々挿入せしめる複数の貫通孔を有す
   る板状体を用意し、上記複数の濾過材の端部を上
   記板状体における複数の貫通孔に夫々挿入せし
   め、この状態を保持したままで所定の型内におい
   て上記板状体を上記熱可塑性樹脂の融点より高く
   且つ上記高融点無機材料の融点よりも低い温度に
   過熱して溶融することによつて上記複数の濾過材
   の端部を上記板状体に夫々液密に溶着せしめ、冷
   却固化後離型することを特徴とする、濾過素子の
   製造方法。 ５ 上記板状体が溶融粘度1000〜1000000ポイズ
   の範囲にある熱可塑性樹脂で形成されている、特
   許請求の範囲第４項記載の濾過素子の製造方法。 ６ 上記熱可塑性樹脂がフツ素樹脂である、特許
   請求の範囲第５項記載の濾過素子の製造方法。