JPS6320004A - 多孔膜積層型フイルタ−とその製造方法 - 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、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・
強塩基性などの腐蝕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
の多孔膜積層型フィ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
過膜であって、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ッ素樹脂又はフッ素樹脂共重合
体で成形した多孔膜積層型フィ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・ａ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ィ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。

従って、多孔膜を用いたフィルターのアセンブリにおい
ては、その小型化のために、様々なフィルター構造が工
夫されている。

これらの従来のフィ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
リッジフィルター（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と共にひた折りし、
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
な積層型フィルター（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１０．１
１の外周縁１２．１３と清浄流体取出用の開口部周９１
４．１５の位置で多孔膜６．７を封止して積層ユニット
１８，１９を形成し、この積層ユニット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
ィルターは１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、チッ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、ポリサルフォン、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、ポリサルフォン、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ァイ
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１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ィ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、
エピタキシャ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等のフッ素樹脂又はフッ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。

従って、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ッ素樹脂により構成した小型で信頼
性の高いフィ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） 多孔膜を用いたフィ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
積層ユニッ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ィルターエレ
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ッ素樹脂
又はフッ素樹脂共重合体より構成される活性流体を対象
としたフィ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、フッ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
フッ素樹脂相互の接合において、多くの困難を伴うもの
であった。

これら、フッ素樹脂相互の簡便で確実な接合方法には、
は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ット相互の接合のよ
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、フッ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、バイブレージ目ン溶着法、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、清浄性が求められるこれらフィルターの接合法
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、より好ましくは抑圧と同時に溶着
部相互に加熱溶融する事が最良の方法と言える。

しかし、積層フィ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５９−１０２
１１１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。従って、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、溶着面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）。

積層ユニット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
る事が困芝であった。

そこで、本発明者は１以上の問題を解決するため、フッ
素系樹脂相互の溶着条件、溶着部形状について種々検討
を行なった。

一般に、フッ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。

従って、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った。

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って
、各積層ユニッ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った
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、フッ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
した樹脂を前記間接部間隙に押し込むことによって、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ッ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ィル
ターにおいて、上記連結部材とユニット部材の封止部を
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ッ
ト部材の積層軸方向に向けて設けると共に、ユニット部
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ット部材同志
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ッ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、ユニット部材に
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ット部
材の上部に当該連結部材を介して他のユニット部材を積
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ィ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実施例によっ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ッ
ト部材２７を構成する。

このユニット部材２７．２７同志の間に環状連結部材２
４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とユニット部材２７の開口部２５の内周面２
８Ｂ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２９Ａとの開塾こ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、２１
ｃ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２
４ａ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２８
ａ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ッ素樹脂又はフッ素樹脂共重合
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
ィン樹脂又はポリオレフィ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多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、ユニット部材２７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ット部材２７の上部に当該連
結部材２４を介して他のユニット部材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５
０で熱溶着し、この工程を順次繰り返して第１７図に示
すようなフィ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、同一端遣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を加熱手段で抑圧加熱して両者
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と支持板３２の開口周沿部３９Ｂを加
熱手段で抑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。フッ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０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
と共に積層したフィルターであって、全ての流体接触部
材をフッ素樹脂又はフッ素樹脂共重合体とした場合、他
の汎用樹脂に比較してフッ素系樹脂が有する化学的、熱
的安定性の為に、従来積層ユニット相互の単純かつ確実
な溶着が困難であったが、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ｖｉＪ’Ｊ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。

従って、全ての流体接触部を化学的及び熱的に安定なフ
ッ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ィルターを提供することができ
る等の効果がある。

なお、本発明はフッ素系樹脂同様に難接着性であるポリ
オレフィ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ィルターの実施
例を示したもので、第１図は本発明におけるフィルター
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図は支持板の他側を示した一部切欠
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１７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
の他側を示す部分拡大断面図、第２０図は本発明におけ
るフィ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２
４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ィ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ィル
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図は積層型フィルターの従来例を示した断面図で
ある。 ２０・・・多孔膜　２１ａ・・・リブ　２２．２２ａ、
３２・・・支持板　２４．２４ａ、３４・・・環状連結
部材　２５・・・開口部　２７・・・ユニット部材　２
８．２８ａ、３８・・・封止部、２９．２９ａ、３９−
−−封止部　２８Ａ、２９Ａ・・・段部　２８Ｂ・・・
内周面　２９Ｂ・・・外周部　３８Ａ、３９Ａ・・・環
状薄肉部　３８Ｂ・・・突部　３９Ｂ・・・開口周沿部
　４０・・・ハウジング　４１・・・原流体流入口　４
２・・・清浄流体流出口。 特　許　出　願　人　株式会社北沢バルブ第１図 第５図 第６図 第７図 第１１図 第１２図 第１３図 第１５図 第１６図 第１８図　（Ａ） 第１８図（Ｂ） 第１８図　（Ｃ） 第１９図　（Ａ）　　　　　　　第１９図　（Ｂ）第２
引図 第２ｍ

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. （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ッ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ィルターに
   おいて、上記連結部材とユニッ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ット部材
   の積層軸方向に向けて設けると共に、ユニット部材と連
   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
   層型フィルター。
2. （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ット部材の開口部
   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
   積層型フィルター。
3. （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ィルター。
4. （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
   膜積層型フィルター。
5. （５）上記した多孔膜、支持板、環状連結部材その他の
   流体接触部材をフッ素樹脂又はフッ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
   層型フィルター。
6. （６）支持板と環状連結部材を熱可塑性のポリオレフィ
   ン樹脂又はポリオレフィ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ィルター
   。
7. （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ィルター。
8. （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ッ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
   材とユニッ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、ユニット部材
   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ット
   部材の上部に当該連結部材を介して他のユニット部材を
   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ィルター
   の積層構造を得るようにした多孔膜積層型フィルターの
   製造方法。
9. （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ィルターの製造方法。
10. （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ィルターの製造方法。
11. （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ィルタ
    ーの製造方法。
12. （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ィルターの製造方法。