JPS63156511A - 濾過素子及びその製造方法 - 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って
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
清浄化といった目的のために、より耐薬品性、耐熱性が
高いフィルターが望まれ、ポリオレフィン系やフッ素系
の樹脂の濾過膜を用いたカートリッジタイプのフィルタ
ーが開発されている。

カートリッジタイプのフィルターは、カートリッジフィ
ルターハウジング内にセン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、フィルターの使用される製造ライン中に組込まれ
ている。フィルターが目詰まりして使用出来なくなった
場合、筐体を蓋体より外しついで中のフィルターを取り
出して新しいフィルターと交換するという作業が行われ
ている。カートリッ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、
フィルターカートリッジそのものは使い捨てである。

フッ素樹脂を用いたカートリッジフィルターは特に耐熱
耐薬品性に優れており極めて好ましいものであるが、こ
のフィ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
材質のフィルターと同様に廃棄処分されている。フッ素
樹脂のフィ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ッ素樹脂ではある
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、セラミックスの多孔質体を濾過材として用い、
０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ッジタイプのフィルターを
開発し、昭和６１年７月１０日に特許出願（特願昭６ｌ
−１６２４９）を行った。

〔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いても、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
により影響を受は製作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
いった問題点は解決されていなかった。

つまり、従来の濾過素子は、両端部を０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って
構成されている。これらの０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
くできなかった。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
った問題点もあった。

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性に富み、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
り込ませて、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。ポリオレフィン系やフッ素系の熱可
塑性樹脂は耐薬品性により優れており、特にフッ素系の
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ｉ　、　ｏｏｏ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
った。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
った。

Ｃ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って前記
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っ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
質素材であればステンレス等の金属、ガラス、セラミ・
ノ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
各種のセラミックスが好ましい。セラミックスは１００
０℃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って適
宜選定すれば良いが、通常は孔径が０．００５〜１０μ
ｍ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っており、０．
５〜３龍程度が好ましい。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。

冷却固化後難型し、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Ｇ（以下オープンエンド
という）となっている。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って、溶融粘度が１　、
０００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、１．０００ポイ
ズ未満であると溶融した樹脂が立設した濾過材端３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
。１，０００，０００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、ｉ、ｏｏｏ〜１
．０００，０００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ッ素系の樹脂ではフッ化ビニリ
デン樹脂（ＰｖｄＦ）　、エチレン−四フッ化エチレン
共重合樹脂（ＥＴＦＥ）　、四フフ化エチレンー六フッ
化プロピレン樹脂（Ｆ［！Ｐ）　、四フッ化エチレンー
パーフロロアルキルビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ
）が用いろる。これらの中でもＥＴＦＥ。

ＦεＰ、　ＰＦＡ等が耐薬品性、耐熱性の点で優れてい
るので好ましい。四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）は
溶融粘度がｌ　Ｑ　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、先にオーブ
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存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、ＰｖｄＰでもう一端を形成
するようにずれば良い。

このような組合わせとしては、ＰＦＡとＥＴＦＥ、　Ｐ
ＦＡとＦＥＰ、　ＦＥＰとＰｖｄＦ等があるが、耐熱性
等からＰＦＡとＥＴＦＥＳＰＦ八とＦＥＰが好ましい。

濾過によっ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って目詰
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〕

大旌拠土 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６８璽１、厚さ８１ｍのＥＴＦＢ樹脂プレート５に
１鶴の間隔で８．３鰭の径の貫通した孔、を３７個あけ
た。貫通した孔に、内径５龍、外径８關、長さ２２５１
１、平均孔径０．４５μｍの円管状のセラミック類の濾
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。冷却固化後難型し、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
なっている。

次で同様の厚み８１ｍ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５　ｍｍ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ットし、
全体を保持して、同様の条件で樹脂を加熱溶融し、冷却
固化後難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。

叉旌五↓ 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キャップ体
１５を、クローズエンド３に第２キャップ体１６をセッ
トしてフィルターカートリッジとし、これらキャンプ体
を介して一般のカートリッジフィ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。カートリッジフィルターハウジング
１０は蓋体１１と筐体１２で構成され、蓋体１１は流体
流入口１３と流体流出ロエ４を有している。

第１キャップ体１５は０リング１７によってオープンエ
ンド２に液密に脱着可能に取り付けられる。

さらに第１キャップ体１５の首部には０リング１８が取
り付けられており、第１キャッ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である。

クローズエンド３には第２キャップ体１６が脱着可能に
接合され、この第２キャップ体の凸部と筐体の保持部１
９を嵌合させることによって素子全体がセットされる。

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
過液中の微粒子、微生物が除去される。濾過液は濾過材
４の内部を通って第１キャッ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キャップ体１６０代わりに第１キャップ体１５の
中央部の開口端のないものを用いることによって同様に
使用することができる。

キャン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、フッ
素系樹脂又はセラミックスが好ましい。

フッ素系樹脂を用いた場合は濾過素子の端面シール部と
キャッ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
の再生処理はキャッ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
キャッ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ッジハ
ウジングに設置する長さ、キャン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インチ用のフィルターカートリッジとするこ
ともできる。

去旌炭見 第３図はこの濾過素子の実施例■を示したもので、両端
オーブンエンドの濾過素子２１を円筒状のハウジング２
２に挿入し、両端部にボートキャップを設置して止めね
じでセット固定し、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０リング２３によってハ
ウジング２２、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によって固定保持される。も
う一方の端部はＯリング２５によってハウジング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０リング２８によってハウジング２２と液密状
に接続され、止めねじ２７によって固定保持される。

被濾過液は矢印で示したように第２ボートキヤンプ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、上部に導がれる。この間に被濾過液
の一部は濾過材４の内表面より微細孔を通過し、この時
濾過が行われる。

生じた濾過液はハウジング２２に形成されたボート部３
０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ボート
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のボート部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ボー
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ボートキヤツプ
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っ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っ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
に添った水平の流れによって運びさられるので濾過材の
目詰まりが起こりに（＜、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っ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、無機材質型の多孔質体を濾過
材として用いその両端を耐熱、耐薬品性の優れた樹脂に
よっ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０リング、バ
ッ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、パツキン部材によって液密に溶着固定す
る場合必要であっ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ッ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
ことによっ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１，０００ポイズ以上の樹
脂も用いることが可能であり、又オーブンエンドを容易
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ッジフィルター
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・・・オーブンエンド３
・・・クローズエンド　４・・・濾過材５・・・樹脂プ
レート １０・・・カートリッジフィルターハウジング１１・・
・蓋体　　　　　　１２・・・筐体１３・・・流体流入
口　　　１４・・・流体流出口１５・・・第１キャップ
体　１６・・・第２キャップ体１７．１Ｂ、２３．２５
．２８・・・０リング１９・・・保持部　　　　　２２
・・・ハウジング２４・・・第１余−トキャップ ２６・・・第２ポートキヤツプ ２７・・・止めねじ　　　　２９・・・内室３０・・・
ボート部 ５オ封椙ゴレート ３クローズエンド う（、刀１ｈ　イｆ；Ｉ　　Ｉ １１図 ９４　ネネＬ　イｌｌ１ １ｇ２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）中空状の無機材質製多孔質濾過材を有する濾過素子
   に於いて、当該濾過材の一端が熱可塑性樹脂により液密
   に溶着されていることを特徴とする濾過素子。 ２）前記熱可塑性樹脂がフッ素樹脂である特許請求の範
   囲第１項記載の濾過素子。 ３）前記無機材質製多孔質濾過材がセラミックス製であ
   る特許請求の範囲第１項又は第２項記載の濾過素子。 ４）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
   プレートの貫通孔に挿入し、次に当該熱可塑性樹脂製プ
   レートを加熱溶融させ、多孔質濾過材と熱可塑性樹脂プ
   レートを液密に溶着させることを特徴とする濾過素子の
   製造方法。 ５）前記プレートが溶融粘度１，０００〜１，０００，
   ０００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）熱可塑性樹脂がフッ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。