JPH0938410A - 多孔質膜エレメント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 濾過や脱気に使用する支持体を配置した多孔
質膜エレメントに関し製品不良率を低下させ、組み立て
の効率を向上させる。 【解決手段】 経と緯のいずれか一方もしくは両方に一
定間隔毎に異なる径を有する糸を織り込んだ織布ネット
６を多孔質膜５に対するスペーサないし支持体として配
置している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、濾過や脱気に使用
する支持体を配置した多孔質膜エレメントに関し、特に
超純水をはじめとした半導体用ウエハ処理液や製薬その
他の各種薬液中の微粒子の除去に用いる多孔質濾過膜や
それら液中に溶存している溶解気体を膜を介して脱気す
るために用いる脱気膜を積層等して稠密に配するにおい
て、当該濾過膜等に面する有効な流体流路を確保するた
めに配されるスペーサないし支持体を有してなる多孔質
膜稠密エレメントに関する。

【０００２】

【従来の技術】液体中に含有される様々な大きさの粒子
を除去するため、あるいは液中の溶存気体を減圧下に脱
気するために、多孔質膜は広く適用されてきている。し
かし、これらの多孔質膜は概して厚みが薄く機械的強度
が不足するために種々の支持体を添えて使われてきた。
さらに、このような多孔質膜による上記適用を考えた場
合には単位空間当たりできる限り大面積を供することが
できるように、即ちより稠密な多孔質膜の装着を考え
て、例えば多孔質膜をスパイラル状に巻いて使用した
り、たくさんのプリーツを形成させることにより、前記
大面積確保の目的を達成する数多くの試みがなされてき
た。また同時に、稠密に装着された多孔質膜表面同士が
触れ合い有効面積を損なわないように適宜空間を保持す
るためのスペーサが併用されてきた。その上更に多孔質
膜が取り付けられた装置内を種々の液体や固液混相流が
淀みなく流れるようにするために多孔質膜面と各種流体
との接触を促進するため多孔質膜間に種々の形態の充填
物が配置されてきた。このような提案として多孔質濾過
膜に関して具体例を挙げるなら、特公昭５７−２６８０
４号や特公平５−４１２８４号には、多孔質濾過膜や不
織布濾過膜をプリーツ状に折り畳みハウジング内に装着
して濾過装置とすることが開示され、単にハウジングの
中に一本の筒状のフィルタエレメントを装着する濾過装
置に比較して容積当たりの濾過面積を大きくすることも
行われてきた。一方、脱気膜に関して具体例を挙げると
例えば公開特許公報平３−２７８８０５号には内部にス
ペーサを有する袋状脱気膜と乱流促進材とを重ね合わせ
てセンターシャフトに巻き付け、かつ袋状脱気膜の内部
とセンターシャフトの内部とを連通状態としたスパイラ
ル状脱気膜モジュールが示されている。また、公開特許
公報平５−１３１１２２号においても同様な封筒状の疎
水性気体透過膜をネット状流路材とともに多孔質中心管
のまわりに巻き付けるスパイラル型気体透過膜エレメン
トを提案している。あるいはまた、公開特許公報昭６３
−５９３０５号に記載のように多孔質膜をサンドイッチ
あるいはプリーツ状に折り曲げて中央開口部を有する形
状にし端部を液密に結合せしめた大径側の低圧部と小径
側の通液部とに区画されるエレメントをこれを収容する
通液出入口と低圧系への接続口を備えた円筒状容器に液
密、気密に結合した脱気装置が提案されてきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これらの従来技術にお
いては多孔質膜の支持体、スペーサ、乱流促進材などが
用いられそれなりの効果を上げてはきたが、稠密なエレ
メントを組み立てるに当たり部品点数が多く各組み立て
工程での思わぬミスが高い製品不良率に結びつくので、
部品点数を少なくし、組み立てにおける不良率を低下さ
せ、組み立ての効率をも向上させることを課題とした。

【０００４】

【課題を解決するための手段】以上のような背景から、
多孔質膜の支持、多孔質膜間のスペース確保、多孔質膜
と流体間の接触促進などのための部品点数を少なくして
も濾過や脱気に適用性の高い稠密に多孔質膜を装着し得
るエレメントを完成することを目指して検討を重ねた。
その結果、経と緯のいずれか一方もしくは両方に所定間
隔毎に異なる径を有する糸を織り込んだ織布ネットをス
ペーサないし支持体として配置する多孔質膜稠密エレメ
ントは、多孔質膜を強度的に補強支持するとともに、多
孔質膜の前後に流体流路となる層状空間を提供する、特
に多孔質膜を稠密に配置した場合であっても多孔質膜に
適切な膜面間隔を提供し、その結果、流体の流れを適当
に混合し液と多孔質膜間の接触状況を随時更新し課題を
達成し得ることを見いだし本願発明を完成するに至っ
た。

【０００５】したがって、多孔質膜エレメントの組み立
てにおいては多孔質膜の片面もしくは両面に、本願発明
になる異径の糸を一定間隔で経もしくは緯さらには経緯
に織り込んだ織布ネットを配置し、必要に応じ事前に多
孔質膜と部分的に結合して、例えばロール状やプリーツ
状に仕上げ、即ち稠密な多孔質膜のエレメントとするこ
とにより一挙に多孔質膜が支持され、多孔質膜に面する
流体流路（層状空間）ないし多孔質膜間のスペースが確
保され流量をより大きくとれ、多孔質膜と流体間の接触
が促進されることとなる。即ち、濾過装置への当該多孔
質膜エレメントの適用においては、固液混相流は多孔質
膜間あるいはハウジングと多孔質膜間に確保されたスペ
ース（層状空間）を流れるとともに異径の存在のため液
膜接触状況が更新され有効に確保された多孔質膜の大き
な濾過面積を介して濾過される。さらに、脱気装置への
本願発明の多孔質膜エレメントの適用においては、液体
は確保された多孔質膜間あるいはハウジングと多孔質膜
間のスペースを流れ、その流れと多孔質膜との接触が促
進され、有効に確保された大きな脱気面積の多孔質膜を
介して液側の溶存気体が円滑に取り除かれる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下に具体的な実施の形態を挙げ
て詳しく本発明内容を説明する。

【０００７】本発明における織布ネットは通常の織布と
は異なり経緯とも多孔質膜を支持する機能はもたせつつ
も、寒冷紗のように疎な間隔を有し流体や固液混相流が
多孔質膜表面へ容易に接触させ得ることが肝要であるの
で、多孔質膜の強度や経緯の糸径に応じてこのような疎
な間隔は種々設定されねばならない。各糸間の隙間間隔
として概ね０．１ｍｍ前後から２ｍｍを選択し得、特に
０．２ｍｍから０．５ｍｍが好ましい。糸径としては
０．０５ｍｍないし０．５ｍｍが好ましい。ここに所定
間隔で織り込んだ異径の糸径とは経だけを対象として、
もしくは緯だけを対象として、更には経緯とも対象とし
て、前記糸径に比較して４分の１から１未満の倍率ある
いは１倍を越えて４倍程度までが適当であるが、好まし
くは２分の１から１未満の倍率あるいは１倍を越えて２
倍程度までが好ましい。以下に記述を簡単にするため太
い径を有する糸を異径の糸として記載するが、これらの
異径糸の存在割合は全体の３分の１から６分の１程度で
所定間隔で繰り返し織り込まれ、経緯の一方もしくは両
方に織り込むことにより課題が達成し得た。これらの異
径糸を織り込んだ織布はその構造を保持するために必要
最小限、経緯の交点において例えば、エポキシ系、アク
リル系、酢酸ビニル系、ポリエステル系、エチレン共重
合樹脂系などといった各種バインダーで結合したり、公
知の結合方法例えば加熱ロールを通過せしめる高周波を
適用するなどといった熱融着の技法を適用して結合して
もよい。織布の材料は接触する流体や固液混相流により
損傷されないものを選択することは当然ながら使用する
バインダーも使用条件下で結合力が充分に得られるよう
に選択することも不可欠である。また、熱融着を行う場
合には融点が高く融解する前に分解する材料は採用し難
い。なお、後述するように織布を多孔質膜に直接必要な
個所だけバインダーや熱融着により結合してもよい。か
くして織布の材料としては様々な天然繊維や合成繊維が
採用し得、特に合成繊維は熱融着が採用できるので好ま
しい。具体的に記載するなら、ポリアミド、ポリエステ
ルおよびポリアクリロニトリルなどの代表的合成繊維の
他にポリオレフィン、そのアルコキシ誘導体さらにはそ
れらの一部もしくは全ての水素を塩素やフッ素などのハ
ロゲン元素で置換してなる合成繊維が採用し得る。適切
なバインダーが存在しない場合は専ら前記加熱により融
着し、結合されるが、融点を有せずに分解する繊維は対
象とはなし難い。前述した多孔質膜の装着に当たり稠密
とは単位体積当たりに沢山の多孔質膜を装着することを
意味し、換言するなら単位体積当たり可能な限り大きな
濾過面積や脱気面積を確保することを意味し、具体的に
は長尺な多孔質膜をロール状に巻いて装着するとか、折
り畳んでプリーツ状にして装着することあるいは複数枚
の多孔質膜を積層することが知られておりさらにはプリ
ーツ状に折り畳まれたものをロール状に形作るなどの装
着を挙げ得、さらには適切なエレメントの存在下、多孔
質膜を積層して装着して単位体積当たりの多孔質膜面積
を広く確保することと言える。なお、本発明の多孔質エ
レメントとしては前記したような異径糸を織り込んだ織
布ネットを有するものであればこのような稠密エレメン
トに限定されず、単純な一層のみの多孔質膜を有するエ
レメントも当然に含まれるものである。

【０００８】ここに多孔質膜とは例えば１０μｍないし
２００μｍの膜厚を有し、孔径において０．０１μｍな
いし１０μｍ前後の膜を意味し更に開孔率に言及するな
ら大きい場合で８０％前後、小さい場合で１０％前後で
あり、材質としては各種セルロース誘導体、ポリオレフ
ィン、アルコキシポリオレフィン、あるいはこれらのハ
ロゲン置換ポリオレフィン誘導体、ポリカーボネート、
ポリアミド、ポリスルホン、ポリエーテル、ポリエーテ
ルスルホン、その他の市販されている多孔質膜を列挙し
適用し得る。当然ながらこれらの材料選定は前記異径繊
維からなる織布におけると同様使用場面を想定し化学的
にも、機械的にも損傷を来さないものを選定することは
当然当業者の知るところである。

【０００９】多孔質膜と前記織布ネットは重ね合わせ
て、必要に応じて多孔質膜の両面に前記織布ネットを配
置し、ロール状やプリーツ状に加工するがこれら加工に
先立ち両者を所々点状もしくは線状にバインダーもしく
は熱融着し前記形状加工工程に供してもよい。特に織布
が予め結合されていない場合には作業性を確保する意味
からも上記多孔質膜とネットとの結合は好ましい。上記
の熱融着においては多孔質膜の融点とネットの融点の関
係は後者が低いことが膜の損傷を回避する上から好まし
くネットの部分融解物が多孔質膜の孔の内部に侵入しい
わゆるアンカー効果により両者を強固に結合し得るとこ
ろとなる。

【００１０】例えばポリテトラフルオロエチレンの多孔
質膜と所々熱融着された四フッ化エチレン−パーフルオ
ロアルコキシエチレン共重合体製異径織布の組み合わせ
はそのまま、もしくは互いに上述した熱融着を適用しプ
リーツ状のカートリッジとなし得、耐薬品性の優れた濾
過膜なり脱気膜を提供するところとなる。

【００１１】また、上述の本願発明の適用は単に平膜状
の多孔質膜だけを対象としたものではなく、同様の機能
を有する不織布膜などにも適用し得ることを含み、換言
するなら前記多孔質膜は不織布などからなる同様機能を
有する膜状構造物、さらにはそれらの複合物をも含めて
用いている。

【００１２】図１は本願発明に係る多孔質膜エレメント
の一形態としてのプリーツ型カートリッジフィルタの切
断面にフィルタと織布ネットの装着状況をわかりやすく
示したもので流体は入口１から流入し、ハウジングと円
筒状のプリーツの隙間から中心部に向かって移動する間
に粒子が取り除かれ濾液は円筒状のプリーツの内径部分
にある多孔のコア３を通過し出口２へと流れる構造にな
っており、プリーツは多孔質濾過膜５の両面に本願発明
になる織布ネット６で挟持されている様子を明示してい
る。図２にはこのうち織布ネット６だけを拡大して示し
た。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を具体的実施例に基づきより詳
細に説明する。

【００１４】［実施例１］ 異径の繊維を含む織布ネッ
トの通水性試験 本通水試験に用いた装置の主要構成部分を簡単に図３に
示した。即ち、直径１４２ｍｍの円形に切りとった種々
の織布サンプル６、その上面に外径１４２ｍｍ、内径４
０ｍｍのドーナツ型の厚さ０．３ｍｍの塩化ビニール樹
脂製シート８およびその下面に直径９０ｍｍの円形の厚
さ０．３ｍｍの塩化ビニール樹脂製シート８をそれぞれ
中心の位置を同じくして配置し更にこれらシートの両外
面をやはり中心の位置を同じにした周辺を外径１４２ｍ
ｍの平滑な金属製ドーナツ型円盤で縁どりされた直径１
１１ｍｍの５０メッシュの円形の金網７で挟み、これら
織布、２枚のシートおよび２枚の縁どりされた金網の円
周空隙部には適宜充填物などを挟み込み直径１４２ｍｍ
φ用ディスクフィルタ試験装置（図示は略）に液密に収
納した。ついで、一定水頭（実験では０．５ｍ）のもと
に繊維交点を熱融着した四フッ化エチレン−パーフルオ
ロエトキシポリエチレン共重合体製の織布の上面金網側
から大気開放されている下面金網側に向けて一定量（実
験では２００ｍｌ）の水を流しその所要時間を測定し
た。測定結果を表１に記載した。なお、比較のために異
径を織り込まない織布ネットを標準ネットと呼称して同
様の試験を行い併せて結果を表１に記載した。

【００１５】

【表１】

【００１６】これらの結果から、本願発明の織布ネット
の通水性が良好なことが明らかである。

【００１７】［実施例２］ プリーツ状多孔質膜収納カ
ートリッジ濾過装置の通水性試験 長方形のＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）から
なる公称孔径０．０５μｍ、膜厚２０μｍ、開孔率７５
％の多孔質膜の両面にほぼ同じ大きさの本願発明になる
四フッ化エチレン−パーフルオロエトキシポリエチレン
共重合体製織布ネットをそわせ、長尺部分を所定長さに
折り畳みプリーツを形成し、全体として円筒状とし、短
尺部分の両端プリーツでほぼ等寸法の四フッ化エチレン
−パーフルオロエトキシポリエチレン共重合体製フィル
ムを挟持し熱融着し、更にハウジング内に液密に装着し
た。ハウジング入口に一定圧力（０．２ｋｇｆ／ｃ
ｍ² ）下に純水を供給し大気開放端の出口で流速を測定
し表２に示した。比較のために前記標準ネットを使用し
たプリーツ状多孔質膜収納カートリッジ濾過装置の通水
性試験結果をも表２中に示した。

【００１８】

【表２】

【００１９】以上の結果から本願発明になるプリーツ状
多孔質膜収納カートリッジ濾過装置は通水性の高いこと
が判る。

【００２０】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、多孔
質膜エレメントの組み立てにおいて多孔質膜の片面もし
くは両面に、本願発明に係る異径の糸を一定間隔で経も
しくは緯さらには経緯に織り込んだ織布ネットを配置す
るだけで多孔質膜の支持、多孔質膜間のスペース確保、
多孔質膜と流体間の接触促進などの効果を一挙に確保し
得、従って多孔質膜エレメント、特に多孔質膜を稠密に
配してなる多孔質膜稠密エレメントの組み立てが極めて
単純化されその結果製品の不良率を著しく低下させるこ
とができた。また多孔質膜稠密エレメントを組み立て濾
過や脱気に用いることにより多孔質膜の支持、多孔質膜
間のスペース確保、多孔質膜と流体間の接触促進をはた
した上で単位体積当たりに多大なる多孔質膜の有効膜面
積が得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一形態に係るプリーツ型カートリッジ
フィルタの縦断面図で、フィルタの一部を展開して示
す。

【図２】本発明に用いられる織布ネットの一例を拡大し
て示す斜視図である。

【図３】本発明の実施例において用いた織布ネット通水
試験装置の主要構成部分を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 混相体入口 ２ 濾過流体出口 ３ コア ４ ドレン ５ 多孔質濾過膜 ６ 織布ネット ７ 円形金網 ８ ビニールシート

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 経と緯のいずれか一方もしくは両方に所
   定間隔毎に異なる径を有する糸を織り込んだ織布ネット
   を多孔質膜に対するスペーサないし支持体として配置し
   たことを特徴とする多孔質膜エレメント。