JPH06218244A - フィルター装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数のフィルターを密着して積層するフィル
ター装置に比べて大きな濾過面積をもたせることであ
る。 【構成】 媒体を濾過するためのフィルター装置におい
て、媒体の供給部と媒体の排出部を有するケーシング
と、ケーシングの内面に沿ってスペースをもたせて配置
したリングと、媒体を濾過するためにケーシングの中に
所定の間隔をおいてリングの開口側に配置される複数の
フィルターを備え、各フィルターが支持体とその片面に
形成された濾過膜から成る平板状の非対称膜フィルター
であって、支持体の気孔率が１０〜６０％で、濾過膜の
厚みが構成粒子の１０〜５００倍であることを特徴とす
るフィルター装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造プロセス等
で使用される反応ガス等の気体、薬液等の液体の濾過に
使用するフィルター装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の直濾過式のフィルターと
しては、ポリテトラフロロエチレン等の合成樹脂からな
る樹脂フィルターやガラスフィルターなどが知られてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
樹脂フィルターにおいては、耐熱性や、耐薬品性に制限
があると共に、強度が低い。そして循環や送液の際の圧
力変動に伴う脈動により、樹脂フィルターの目が部分的
に広がって捕集物が樹脂フィルターを通ってしまい、完
全な濾過を行えない。

【０００４】また、樹脂フィルターは、ベーキング等に
より再生して使用することができない問題がある。

【０００５】また、ガラスフィルターにおいては、その
中に含まれるほう素、アルカリイオン等の不純物の溶出
により、気体や液体に不純物の混入が起こる問題があ
る。また、ガラスフィルターは孔のない円盤状であり、
濾過膜の有効面積を増すために、複数のガラスフィルタ
ーを密着して積層すると、各ガラスフィルターの有効濾
過面積全体を有効に使用することができない。

【０００６】１枚のガラスフィルターの径を大きくして
濾過膜の有効濾過面積を大きくすると、ガラスフィルタ
ーを備えたモジュールもしくはフィルター装置全体が大
きくなってしまう。このため、過面積の大きいガラスフ
ィルター装置を流体のライン中に接続することが難し
い。

【０００７】そこで、本発明は、複数のフィルターを密
着して積層するフィルター装置に比べて大きな有効濾過
面積をもたせることができるフィルター装置の提供を目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、媒体を濾過
するためのフィルター装置において、媒体の供給部と媒
体の排出部を有するケーシングと、ケーシングの内面に
沿ってスペースをもたせて配置したリングと、媒体を濾
過するためにケーシングの中に所定の間隔をおいてリン
グの開口側に配置される複数のフィルターを備え、各フ
ィルターが支持体とその片面に形成された濾過膜から成
る平板状の非対称膜フィルターであって、支持体の気孔
率が１０〜６０％で、濾過膜の厚みが構成粒子の１０〜
５００倍であることを特徴とするフィルター装置であ
る。

【０００９】

【作用】ケーシング、リング及びフィルターをうまく組
み合わせて、各フィルターを特別な構成にして、複数の
フィルターを密着して積層しないで間隔をおいて配置し
ているので、とくに大型の場合、各フィルターの間に媒
体を通して各フィルターによりこの媒体を濾過すること
ができる。つまり各フィルターの有効濾過面積全体を媒
体を、濾過するのに効率よく使用することができる。

【００１０】

【実施例】この発明におけるフィルター装置のフィルタ
ーは、非対称膜フィルターである。非対称膜フィルター
とは、支持体の片面に微細な多孔質の濾過層を積層した
構造のものである。

【００１１】非対称膜フィルターは、好ましくは純度が
９９．９％以上で、アルカリ、アルカリ土類金属、重金
属類及びＩＩＩｂ属元素の総量が１５０ｐｐｍ以下の非
晶質シリカ粉末の焼結体からなる。ケーシングや濾過部
ユニットの保持体も同様の純度であることが好ましい。

【００１２】非対称膜フィルターの支持体の気孔率は、
１０〜６０％にする。支持体の気孔率が１０％未満であ
ると圧力損失が増大し、かつ透過量が低下する。支持体
の気孔率が６０％を越えると、フィルターとしての機械
的強度が低下する。

【００１３】非対称膜フィルターの濾過層の厚さは、構
成粒子の大きさの１０〜５００倍にする。濾過層の厚さ
が構成粒子の１０倍未満であると、ピンホール等を生じ
る。濾過層の厚さが構成粒子の５００倍を越えると、圧
力損失が大きくなる。

【００１４】非対称膜フィルターは好ましくはフィルタ
ーの中心に貫通孔を有している。非対称膜フィルターの
貫通孔の直径は、この非対称膜フィルターの直径の１／
２以下が好ましい。貫通孔の直径が非対称膜フィルター
の直径の１／２より大きいと、フィルター装置の大きさ
に対する有効濾過面積の大きさが小さくなり、処理能力
が低下する。このフィルターの貫通孔はフィルターの中
央部に設けるのが好ましいが、本発明はそれに限定され
ない。

【００１５】実施例１ 図１を参照する。

【００１６】図１に示す本発明のフィルター装置は、濾
過部ユニット１とケーシング２を有している。

【００１７】濾過部ユニット１は、非対称膜フィルター
３，４と保持体９から成る。保持体９はリング５および
シリカガラス板６を有している。

【００１８】非対称膜フィルター３，４はリング５の両
端面の開口側に溶着されている。非対称膜フィルター
３，４はＳｉＯ₂ 粒子の焼結体からなるドーナツ状の平
板であり、それぞれ中央部に貫通孔７，８を有してい
る。シリカガラス板６は非対称膜フィルター３の貫通孔
７をふさぐように非対称膜フィルター３に溶着されてい
る。リング５は、好ましくは非対称膜フィルター３，４
と同様のＳｉＯ₂ 粒子の焼結体からなるリングもしくは
シリカガラス製のリングである。

【００１９】このように構成されている濾過部ユニット
１は空間部１０を有している。

【００２０】ケーシング２はシリカガラス製であり、リ
ング状の周壁部１１とドーナツ状の側壁部１２，１５、
および供給部１３と排出部１４を有している。周壁部１
１と側壁部１２および供給部１３と排出部１４は溶着さ
れている。ケーシング２の内部空間１６には濾過部ユニ
ット１を収容している。

【００２１】リング５はケーシング２の周壁部の内周面
に沿っており、両者間に環状のスペースが形成されてい
る。そこを媒体が流される。

【００２２】供給部１３はチューブ状のもので、側壁部
１２の中央に配置され、気体や液体などの流体をケーシ
ング２の中に導くために図示しない流体のラインに接続
されている。

【００２３】排出部１４はチューブ状のもので、図１の
実施例１では非対称膜フィルター４の貫通孔８に対応し
てかつ供給部１３と同軸になるように配置されている。
この排出部１４の内端は貫通孔８に接続するために非対
称膜フィルター４に対して溶着されている。排出部１４
は側壁部１５にも溶着されている。排出部１４の外の排
出口２０は図示しない流体のラインに接続されている。

【００２４】これにより流体は矢印Ａで示すように供給
口１９に入って、ケーシング２と濾過部ユニット１の間
の環状のスペースを通り、矢印ＢとＣで示すように２つ
の非対称膜フィルター３，４を通って空間部１０に入
る。これにより流体は不純物等が非対称膜フィルター
３，４により濾過される。このあと、濾過ずみの流体は
矢印Ｄで示すように排出口２０を介して流体のラインに
導かれる。

【００２５】次に図１に示した実施例１の製造方法を説
明する。

【００２６】まず非対称膜フィルター３，４を次のよう
にして作製した。

【００２７】火炎法すなわち、四塩化けい素（ＳｉＣｌ
₄ ）を酸素−水素炎中で熱分解してシリカ（ＳｉＯ₂ ）
を得る方法で合成した合成シリカガラスカレットを、シ
リカガラス製ボールミル中で乾式粉砕し、平均粒径１５
μｍのシリカ粉末を得た。この粉末中の不純物濃度を表
１に示す。

【００２８】

【表１】 この粉末を１０〜２０μｍに分級した後、これに水を添
加し、スリップキャスティングにより内径３ｍｍ、外径
１５ｍｍ、厚さ２ｍｍの円板を成形した。成形体を１５
００℃の温度で焼成し、非晶質シリカ粉末の焼結体から
構成された多孔質の支持体を作製した。

【００２９】この支持体は、中央部に貫通孔を有するド
ーナツ状のものである。

【００３０】一方、火炎法で合成した合成シリカガラス
カレットをシリカガラス製ボールミル中で湿式粉砕し、
平均粒径３μｍのシリカ粉末を含むスラリーを得た。こ
のスラリーを上記支持体の上面に流し、シリカ粒子を付
着させた後、１２００℃の温度で焼成し、支持体上に非
晶質シリカ粉末の焼結体からなる微細な多孔質の濾過層
を積層し、ドーナツ平板状の非対称膜の構造を有するシ
リカガラスフィルター３，４を得た。

【００３１】次に、シリカガラスのリング５の両端面の
開口側に非対称膜フィルター３，４をそれぞれ溶着し
た。リング５は、外径が１５ｍｍ、高さが５ｍｍであっ
た。１つの非対称膜フィルター３の中央の貫通孔７には
シリカガラス板６を溶着して封止した。これにより濾過
部ユニット１を完成した。この場合、非対称膜フィルタ
ー３、４の多孔質の濾過層は、たとえば外側、すなわち
媒体が入る側に位置している。

【００３２】次に封止した非対称膜フィルター３をケー
シング１の供給部１３に対面するように、ケーシング２
に設定し、フィルター装置を完成した。

【００３３】実施例２ 図２を参照する。

【００３４】図１に示した実施例１のフィルター装置に
おいては、濾過部ユニットが１つ設定されている。これ
に対して図２の実施例２のフィルター装置では、３つの
濾過部ユニット５０、５１，７１とケーシング５２を有
している。２つの濾過部ユニット５０，５１は図１の実
施例１の濾過部ユニット１と同様の構成となっている。

【００３５】各濾過部ユニット５０は、非対称膜フィル
ター５３，５４と保持体から成る。保持体はシリカガラ
スリング５５である。

【００３６】非対称膜フィルター５３，５４はシリカガ
ラスリング５５の両端面の開口に溶着されている。非対
称膜フィルター５３，５４はドーナツ状の平板であり、
それぞれ中央部に貫通孔５７，５８を有している。

【００３７】このように構成されている濾過部ユニット
５０は空間部６０を有している。

【００３８】１つの濾過部ユニット５０の非対称膜フィ
ルター５４と他の濾過部ユニット５１の非対称膜フィル
ター５３は、シリカガラス製のスペーサ６６により溶着
して接続されている。

【００３９】一方、もう１つの濾過部ユニット７１は、
非対称膜フィルター７３，７４と保持体を有している。
この保持体はシリカガラスリング７５である。

【００４０】非対称膜フィルター７４は、前述の非対称
膜フィルター５３，５４と同様にドーナツ状の平板のも
のであり、中央に貫通孔７８を有している。これに対し
て非対称膜フィルター７３は、貫通孔を有しない円板状
である。

【００４１】これらの非対称膜フィルター７３，７４は
シリカガラスリング７５の両端の開口部に溶着されてい
る。

【００４２】このように構成されている濾過部ユニット
７１は空間部８０を有している。非対称膜フィルター７
４と５３の間にスペーサ７６が溶着されている。したが
って濾過部ユニット５０，５１，７１の各空間部６０，
６１，８０は孔５７，５８，５７，７８を介して連絡さ
れている。

【００４３】ケーシング２はシリカガラス製であり、リ
ング状の周壁部８１とドーナツ状の側壁部８２，８５お
よび供給部８３と排出部８４を有している。周壁部８１
と側壁部８２および供給部８３と排出部８４は溶着され
ている。ケーシング５２の内部空間８６には３つの濾過
部ユニット５０，５１，７１を収容している。

【００４４】供給部８３はチューブ状のもので、側壁部
８２の中央に配置され、気体や液体などの流体をケーシ
ング５２の中に導くために図示しない流体のラインに接
続されている。

【００４５】排出部８４は非対称膜フィルター７３に対
応してかつ供給部８３と同軸状になるように配置されて
いる。この排出部８４の内端は孔５８に接続するために
非対称膜フィルター５４に対して溶着されている。排出
部８４の排出口９０は図示しない流体のラインに接続さ
れている。

【００４６】これにより流体は矢印Ｅで示すように供給
口８９に入って、矢印Ｆで示すように非対称膜フィルタ
ー７３を通り、矢印Ｇで示すように非対称膜フィルター
７４，５３，５４を通り、矢印Ｈで示すように非対称膜
フィルター５４を通る。これにより流体は空間部８０，
６１，６０に入り、排出部８４の排出口９０を介して矢
印Ｊで示すように流体のラインに導かれる。

【００４７】実施例１の場合と同様な方法により、２つ
の濾過部ユニット５０，５１を作製した。

【００４８】一方、濾過部ユニット７１は次のように作
製した。実施例１の場合と同様な方法により直径１５ｍ
ｍの円盤状の非対称膜フィルター７３と、内径３ｍｍ、
外径１５ｍｍの非対称膜フィルター７４を作製した。そ
して外径１５ｍｍ、高さ５ｍｍのシリカガラスリング７
５の両端に、これらの非対称膜フィルター７３，７４を
溶着した。これら３個の濾過部ユニット５０，５１，７
１を中央の開口部ともいう孔５７，５８，７８のところ
でスペーサ６６，７６を介して溶着した。また孔５８に
対して排出部８４の内端を溶着した。そして濾過部ユニ
ット５０、５１、７１をケーシングに設定し、フィルタ
ー装置を完成した。

【００４９】実施例３ 図３を参照する。

【００５０】図３に示す本発明のフィルター装置は、２
つの濾過部ユニット１００，１０１とケーシング１０２
を有している。

【００５１】濾過部ユニット１００は、非対称膜フィル
ター１０３と、それの保持体１０９から成る。保持体１
０９はシリカガラスリング１０５およびシリカガラス板
１０６を有している。

【００５２】濾過部ユニット１０１は、非対称膜フィル
ター１０３とそれの保持体１１０から成る。保持体１１
０はシリカガラスリング１１５およびドーナツ状のシリ
カガラス板１１１から成る。シリカガラス板１１１は中
央に貫通孔１４０を有している。

【００５３】１つの非対称膜フィルター１０３はシリカ
ガラスリング１０５の一方の端面に溶着されている。も
う１つの非対称膜フィルター１０３はシリカガラスリン
グ１１５の一方の端面に溶着されている。

【００５４】シリカガラス板１０６はシリカガラスリン
グ１０５の他方の端面の開口部に溶着されている。シリ
カガラス板１１１はシリカガラスリング１１５の他方の
端面の開口部に溶着されている。シリカガラス板１１１
は非対称膜フィルター１０３に対してスペーサ１１６を
介して溶着されている。このスペーサ１１６もシリカガ
ラス製である。

【００５５】非対称膜フィルター１０３は中央部に貫通
孔１１７あるいは１１２を有している。

【００５６】このように構成されている濾過部ユニット
１００，１０１は空間部１２０，１２１を有している。

【００５７】ケーシング１０２はシリカガラス製であ
り、リング状の周壁部１３１とドーナツ状の側壁部１３
２，１３５および供給部１１３と排出部１１４を有して
いる。周壁部１３１と側壁部１３５および供給部１１３
と排出部１１４は溶着されている。ケーシング２の内部
空間１３６には濾過部ユニット１００，１０１を収容し
ている。

【００５８】実施例１と同様な方法によって得た平均粒
径２５μｍのシリカ粉末を２０〜３０μｍに分級した
後、分級粉末をプレス成形により内径３ｍｍ、外径１５
ｍｍ、厚さ２ｍｍの円板に成形した。成形体を１５００
℃の温度で焼成し、非晶質シリカ粉末の焼結体から構成
された多孔質の支持体を作製した。

【００５９】また、合成石英ガラス粉末を湿式粉砕し、
平均粒径５μｍのシリカ粉末を含むスラリーを得た。こ
のスラリーを上記支持体の上面に流してシリカ粒子を付
着させた後、１３００℃の温度で焼成し、支持体上に非
晶質シリカ粉末の焼結体からなる微細な多孔質の濾過層
を積層し、支持体及び濾過層による非対称膜の構造を有
するシリカガラスフィルター１０３を得た。

【００６０】外径１５ｍｍ、高さ５ｍｍのシリカガラス
リング１０５の両端の開口に、この非対称膜フィルター
１０３及びこのフィルター１０３と同じ形状のシリカガ
ラス板１０６を溶着し、濾過部ユニット１００を作製し
た。

【００６１】また、外径１５ｍｍ、高さ５ｍｍのシリカ
ガラスリング１１５の両端に、非対称膜フィルター１０
３及び直径１５ｍｍのシリカガラス板１１１を溶着し
て、濾過部ユニット１０１を作製した。

【００６２】このように作られた濾過部ユニット１００
の非対称膜フィルター１０３の貫通孔１１７と濾過部ユ
ニット１０１のシリカガラス板１１１の貫通孔１４０の
ところをスペーサ１１６で接続した。この２つの濾過部
ユニット１００，１０１はケーシング１０２に設定し、
フィルター装置を完成した。

【００６３】比較例 この発明の実施例１〜３と比較するために、比較例１を
図４に示すように作製した。

【００６４】実施例１の場合と同様な方法によって、直
径１５ｍｍ、厚さ２ｍｍの多孔質の支持体を作製した。

【００６５】また、実施例１の場合と同様な方法によっ
て、この多孔質の支持体の片面に濾過層を形成し、非対
称膜フィルター２００を作製した。

【００６６】この非対称膜フィルター２００をケーシン
グ２０２にセットし、フィルター２００とケーシング２
０２を溶着し、比較例のフィルター装置を作製した。

【００６７】ここで、本発明の実施例１、実施例２およ
び実施例３である各フィルター装置、および比較例１の
フィルター装置について窒素ガス透過量を測定した。圧
力損失０．５ｋｇｆ・ｃｍ^-2のとき、実施例１のもので
９００ｍ³ ・ｈｒ^-1・ｍ^-2、実施例２のもので２６００
ｍ³ ・ｈｒ^-1・ｍ^-2、実施例３のもので１０００ｍ³・
ｈｒ^-1・ｍ^-2、そして比較例１のもので５００ｍ³ ・ｈ
ｒ^-1・ｍ^-2となった。

【００６８】この結果から、図１〜図３のような本発明
の実施例１〜３のフィルター装置のように、ドーナツ形
平板状の非対称膜フィルターとシリカガラスリングを組
合せた濾過部ユニットをケーシング内に設定することに
よって、図４の比較例のように同様の大きさの１つの円
盤状のフィルターを直接ケーシングに設ける場合に比べ
て窒素ガス透過量を大きくすることができる。

【００６９】また、たとえば実施例２，３のように濾過
部ユニットの数を２つあるいは３つに増やすことにより
透過量を変えることができる。

【００７０】好ましくはモジュール式のフィルター装置
全体が高純度のシリカガラスで構成され、ケーシングお
よび濾過部ユニットの接合が溶着によって行われる。

【００７１】円盤状の非対称膜フィルターの中央部に貫
通孔を設けると、貫通孔を介して濾過部ユニットの空間
部を接続できる。このため、濾過部ユニットを所定の間
隔をおいて積層することができる。つまり非対称膜フィ
ルターを所定の間隔をおいて配置できる。このため、各
非対称膜フィルターの濾過膜の有効濾過面積を全部効率
的に濾過に使用できる。

【００７２】濾過部ユニットの組合せ数を変えることに
より、非対称膜フィルターの濾過膜の有効濾過面積を簡
単に変えることができる。

【００７３】また、非対称膜フィルターは、支持体及び
濾過層により、いわゆる非対称膜の構造にすると共に、
構成粒子を非晶質にすると、結晶質のもののように粒界
に粒子間層が形成されるようなことはなく、均一な連続
構造を有し、かつ固着粒子が球状に近くなり、その表面
が平滑になる。また、負の静電チャージが非常に大きく
なる。

【００７４】なお、リング等の保持体はシリカガラスで
作製してもよいし、非対称膜フィルターと同様のＳｉＯ
₂ 粒子の焼結体により構成してもよい。

【００７５】この発明は上述の実施例に限定されない。
たとえば非対称膜フィルターの貫通孔は中央以外の位置
に設けてもよい。接続する濾過部ユニットの個数は１〜
３個に限らない。

【００７６】フィルター装置の全体を好ましくはシリカ
ガラスで構成し、かつケーシング及び濾過部ユニットの
接合を溶着にすると、耐薬品性を高めることができ、し
かも部品を高精度で作製する必要がなくなり、製造が容
易となる。

【００７７】非対称膜フィルターの構成粒子が非晶質で
あると、粒界に偏析不純物を含む粒子間相が形成される
ようなことはなく、均一な連続構造を有するので、耐薬
品性及び強度を向上することができる。

【００７８】非対称膜フィルターの固着粒子が球状に近
くなると、濾過流体の流れが滑らかとなり、圧力損失を
小さくし得、かつ透過率を高めることができる。

【００７９】非対称膜フィルターによる気体の濾過に際
し、非対称膜フィルターの負のチャージが非常に大きく
なるので、小さなダストと、特に正に帯電した粒子を捕
獲することができる。

【００８０】

【発明の効果】この発明によれば、ケーシング、リング
及びフィルターの特殊な組み合わせに加えて、各フィル
ターを特別な構造にし、しかも複数のフィルターを所定
の間隔をおいて配置しているので、各フィルターの間に
媒体を通して各フィルターによりこの媒体を濾過するこ
とができる。各フィルターの有効濾過面積を効果的に濾
過に使用できる。したがって、複数フィルターを密着し
て積層する場合に比べて大きな有効濾過面積をもたせる
ことができ、濾過効率を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のフィルター装置の実施例１を示す断
面図。

【図２】この発明のフィルター装置の実施例２を示す断
面図。

【図３】この発明のフィルター装置の実施例３を示す断
面図。

【図４】フィルター装置の比較例を示す断面図。

【符号の説明】

１ 濾過部ユニット ２ ケーシング ３ 非対称膜フィルター ４ 非対称膜フィルター ５ シリカガラスリング ６ シリカガラス板 ７ 貫通孔 ８ 貫通孔 ９ 保持体 １０ 空間部 １１ シリカガラスリング １２ 側壁部 １３ 供給部 １４ 排出部 １５ 側壁部 １６ 中空部 １９ 供給口 ２０ 排出口◆

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 媒体を濾過するためのフィルター装置に
   おいて、媒体の供給部と媒体の排出部を有するケーシン
   グと、ケーシングの内面に沿ってスペースをもたせて配
   置したリングと、媒体を濾過するためにケーシングの中
   に所定の間隔をおいてリングの開口側に配置される複数
   のフィルターを備え、各フィルターが支持体とその片面
   に形成された濾過膜から成る平板状の非対称膜フィルタ
   ーであって、支持体の気孔率が１０〜６０％で、濾過膜
   の厚みが構成粒子の１０〜５００倍であることを特徴と
   するフィルター装置。