JPH0641837U - 超純水製造装置付属ドラフトチャンバー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ドラフトチャンバ−内に超純水を長期安定的に
供給する。 【構成】排気ファン付きドラフトチャンバ−の架台部に
超純水製造装置ユニットを配置しプラスチック製の撓み
配管により超純水を該ユニットからチャンバ−内に連続
的に供給する装置。 【効果】このようなユニット設置は作業空間を損なう事
なく、チャンバ−に近接設置されているため操作がし易
い。またドラフトチャンバ−の排気ファン由来の振動を
実質的に遮断する撓み配管が施されているため製造超純
水の品質保持も容易となる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は物理学、物理化学、化学、生化学、生物学、農学、薬学、医学その他 の研究、実験、分析、試験、試作などにおいて、これらの実行場所の一つである ドラフトチャンバー内に超純水供給を的確におこなわしめる超純水製造装置付属 ドラフトチャンバーを提供することに関するものである。 更に詳述するなら、本考案は超純水をドラフトチャンバー内に供給する様々な 場面のうち、活性炭、イオン交換樹脂、逆浸透膜モジュール、ＵＶランプ及び各 種のフィルターなどからなる超純水製造装置により製造された超純水を品質を損 なう事なく汎用の理化学機器であるドラフトチャンバーあるいは半導体実験用の 専用のドラフトチャンバーなどに供給することを目的としたものである。

【０００２】

【従来の技術】

超純水を用いた実験研究、例えば半導体用のシリコンウエハーを適当な半導体 ガスによりエッチングした後、超純水の連続供給により洗浄する工程は極めて重 要であり、陰陽の各種イオンが殆ど含まれる事なく比抵抗にしてほぼ１８ＭΩ・ ｃｍで、その上有機物の含有量も数ないし数１０ｐｐｂの可能な限り抑制されて いる超純水が所望されている。

【０００３】 これに対して、例えば、従前からドラフトチャンバーに付属している水道水な どの供給ラインを利用して別途設置した超純水製造装置から超純水を供給するこ とが試みられたが、水道水の供給を目的とした供給ラインからは汚染物質主とし て金属イオンやその他の有機性溶存物質などの混入によりしばしば所望の超純水 を供給することは不可能であった。

【０００４】 また、別途超純水製造装置で製造した超純水をドラフトチャンバー内あるいは その周辺に設置した超純水の貯槽に一旦貯蔵しバルブやコックを介して連続的に 供給することが試みられたが、繁雑である上さらに貯蔵中に貯槽内の水質悪化が 避けられず再現性のある実験研究などは望めなかった。

【０００５】 このため、超純水製造装置をドラフトチャンバーに隣接設置しノズルを長くし てドラフトチャンバー内に超純水を導入することが試みられたが、この場合は隣 接設置した超純水製造装置の存在がドラフトチャンバー周辺での作業性を損なう 欠陥がつきまとい、さらに、超純水製造装置を離れたところにおき配管を長くし ドラフトチャンバー周辺の作業性を欠かないようにした場合は配管材料を選んで 極力溶出物による超純水の品質低下を回避しても超純水製造装置を操作する際の 不便性が増大した。

【０００６】 そのため、ドラフトチャンバー内へ超純水製造装置そのものを設置して超純水 の連続供給を試みたが、この場合はドラフトチャンバー内の作業台スペースの減 少を招きその結果やはり作業性が悪化することが避けられなかった。しかし超純 水の使用場所にできるだけ接近して設置する事が出来るためより純度の保持され た超純水が供給し得るところとなった。ところがやはりドラフトチャンバーその ものの中に超純水製造装置を設置するため特に長期間使用した場合はドラフトチ ャンバー内で取り扱われる他の化学薬品や、それを扱う温度条件などに影響を受 け超純水は必ずしも長期再現性良く製造され得ないことが判った。

【０００７】 これに対し、超純水製造装置の各構成単位をドラフトチャンバーの下の架台と 呼ばれる部位の壁面に固定し配管し、操作パネルをドラフトチャンバー正面に設 置しこれらの難点をすべて回避しようとした。ところが、ドラフトチャンバーが 有する排気ファン由来の特有の振動がその内部に設置した超純水製造の各構成単 位の性能に影響を与えた。この影響は前記したドラフトチャンバー内への超純水 製造装置設置の場合にも認められた。

【０００８】 すなわち、このような排気ファン由来の振動は純水製造装置の構成単位である 活性炭、陰イオン交換樹脂、陽イオン交換樹脂、両イオン交換樹脂、あるいはこ れらの混合物などからなる種々の充填層の充填状況に悪影響を与え超純水流の圧 力損失を大きくしたり、垂直に設置されるべき充填層を幾分なりとも傾斜させ、 超純水流の層内片流れを生じ、製造された超純水は次第に品質を低下せしめ結果 として超純水製造装置の早期性能低下をもたらすだけでなく、さらに水中に微量 含有されている有機物の酸化に用いる紫外線照射用のＵＶランプの振動によるラ ンプ寿命の短縮を招来する事も判った。またドラフトチャンバー下の各構成単位 の取り外し取り付けなどのメンテナンス作業がしにくい欠点も否めなかった。

【０００９】 上記の振動回避の一つの抜本的解決方法として、ドラフトチャンバーのダクト 部分に工夫を加えファン由来の振動を減じる手だてすなわち「撓み風道」の取り 付けが考えられた。しかし、ドラフトチャンバーの設置場所は種々の環境や設置 の条件に支配されることが多くいつもこの方式が採用し得るわけではないので、 より汎用性が高く、手軽にドラフトチャンバー内に超純水を供給し得る工夫、方 策、手段、設備が求められてきた。

【００１０】

【考案が解決しようとする課題】

以上に詳述したようにドラフトチャンバー内に超純水を供給しようとする場合 、長い配管に基づく超純水の品質低下を避け、ドラフトチャンバーの排気ファン 由来の振動に基づく種々の不都合即ち、充填層性状変化ひいては充填層性能劣化 、ランプ寿命の短縮化などや環境ガスによる設備汚染を回避し得るだけでなく、 ドラフトチャンバー内及びその周辺の作業性を確保し、超純水製造の操作性を保 持しつつ更に超純水製造装置の性能確保すなわちメンテナンスのための各交換部 品の取扱が容易で、結局要求される所望の品質を持った超純水を確実に、長期安 定的に供給し得る超純水製造装置付属のドラフトチャンバーが望まれ課題となっ ていた。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

以上のような状況を背景としてより好ましい超純水製造装置付属のドラフトチ ャンバーの提供を鋭意検討した結果、排気ファンを有するドラフトチャンバーの 下部すなわち架台の下の空間の床に、超純水製造のための種々の単位操作を目的 とした該装置構成単位を一まとめのユニットとして、直接配置し該ユニットの超 純水出口をポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニール、ポリテラフロロ エチレン、ポリパーフルオロアルコキシエチレン、ポリフッ化ビニリデン等の各 種ポリオレフィンあるいはポリアミド更にはポリエーテルエーテルケトンなどの 可撓性をもつプラスチック製の管を撓ませて配管してドラフトチャンバー架台か ら作業台に貫通する上記プラスチックからなる接続部に連結することにより、該 ユニットで製造された超純水をドラフトチャンバー内に供給することを特徴とす る超純水製造装置付属のドラフトチャンバーを考案するに至った。

【００１２】 ここに超純水製造装置に就いて詳述するなら、原料となる原水予備精製のため 比較的大きな粒子を除去するための孔径０．５〜５μｍ前後のデプスフィルター 、逆浸透膜モジュール、微細粒子やパイロジェンを除去するための孔径０．０１ 〜０．５０μｍ精密濾過用メンブレンフィルター、エンドトキシン等の微量成分 除去の限外濾過膜、溶存成分吸着除去のための活性炭やゼオライトからなる充填 層、陰イオン吸着用の陰イオン交換樹脂層、陽イオン吸着用の陽イオン交換樹脂 層、あるいはこれらの混合充填層、溶存有機物酸化分解用のＵＶランプ、中間タ ンク等などを構成単位とし必要に応じそれぞれ１個もしくは複数個を選択し原水 の性状や目的とする超純水の性質に応じて適宜組合せ配置されて上述した材質の 配管や、バルブその他計器が必要に応じて配設組み立てられてユニット化されて いるものである。組合せの例としては例えば「超純水の科学」（１９９０年／リ アライズ社発行）の２０５ページ以降に記載のように原水の性質や所望の超純水 の品質や処理量に応じその組合せ順序や、個数、スケールが適切に決定されてい る先行技術を挙げる事ができる。 なお、原水の圧力が不足する場合はポンプを設置するが、振動の極めて少ない ものを組み合わせて用いることが要される。

【００１３】 また、逆浸透膜としては、セルロースアセテートまたは芳香族系ポリアミド等 の合成高分子からなる５〜１５ｋｇ／ｃｍ2 程度の操作圧力で運転され、水道水 中のイオン除去性能が８０〜９９．５％のものが好ましい。 さらにまた、より好ましくはこれら各構成単位の組合せからなるユニットは好 ましくはクッション性を有するキャスター付きの架台に纏められ前記撓み配管と 必要に応じて電気的接合部を外すだけで移動容易なユニットとされるが、その大 きさはドラフトチャンバーの作業台下の空間より小さく構成されねばならない。 このためには構成単位は必要最低限の選択とし中間タンクなどは移動の容易さ を確保するためにも極力装着しないことが好ましい。

【００１４】 一方、かかる超純水製造装置ユニットが収納配置されるドラフトチャンバーは 通常筐体構造を有し作業台は耐薬品性のある床面を有し、作業口である前面は上 下あるいは左右に開閉可能な透明な扉を有し装置の排気口にはダクトおよびシロ ッコファンが取り付けられモーターで駆動される構成となっており該作業台の下 部は空間を形成しており、通常は備品その他の収納部として利用され得る構造と なっている。ダクトおよびその下流部分を除いた総容量は大略０．３〜３０m3で ある。 ファンはその中で取り扱う物質や条件により所望の排風量、より詳しくは前面 扉全開時の所定の線速度０．５〜１．０ｍ／ｓｅｃ前後を確保するため相応の大 きさのものが筐体に直接もしくはダクトの中間や末端に設置され、改良はされて いるが排風に伴う振動発生はある程度避け得ないところとなっている。

【００１５】 次に配管について詳述するなら、このドラフトチャンバー由来の振動伝達を阻 止するために金属ベローで両装置を連結することを試みたが、金属イオンの溶出 が顕著となる場合も生じ満足な超純水を得る事は出来ない場合もあったので、一 層改良を重ねて、両装置接続部間の接続距離よりも長い前述のプラスチック配管 を撓めて接続したところ意外にも上記欠陥をことごとく解消せしめ得ることを見 いだし前述のように本考案を完成するに至った。すなわち前期各種プラスチック の中でもその原料であるモノマー、あるいはダイマーその他のオリゴマーなどの 溶出し易い成分の少ないものを選定し十分に温水で洗浄するなどの前処理し溶出 成分を除去した後に使用することが欠かせない。また、配管材料の可撓性を利用 した超純水製造装置の超純水出口とドラフトチャンバーの配管接続部に撓みを付 与しながら連結するに当たっては該接続直線距離は余り長くなく、しかし５０ｍ ｍ以上好ましくは２００ｍｍ以上となる様に設計することが振動伝達阻止にもユ ニットの移動配置のための配管の着脱にも好都合である。配管からの溶出物を少 なくするためには該距離は短いほど良いと考えられるが、直線距離が短い場合は 短くて有効な撓みをもたせるために超純水出口の管長方向の中心線とバルブ接続 部もしくはバルブに接続されている配管の接続部の管長方向の中心線が同一線上 にないように段差を設け配置させることが好ましい。撓みを与えるにあったって は必要接続直線距離の長さにもよるが、３００％ないしこれ以下の余分な長さを 持った配管長としこれより長過ぎると溶出成分の量が増えたり通水の抵抗となる などの場合もあり避けることが望ましい。また、プラスチックに可撓性があって も肉厚の大なる配管は撓み難く振動伝達の虞が増大するので配管の内径に対する 外径の比は２以下である方がよく必要直線距離が短い場合は強度が維持でき折れ 易くならない限りこの比が１に近いものを選択することが好ましい。撓みある配 管の具体的例としては、配管途中に１個ないし数個の円を形成させるとか、また は円孤をもたせる事が挙げ得るがその他Ｕ字管構造などこれに限られるものでは ない。

【００１６】 なお、原水がドラフトチャンバーに取り付けられた接続口を経て超純水製造装 置に供給される場合も上記した様に振動を伝達しないように撓み配管をするか、 金属、プラスチックの各種ベローを用いてやはり振動を伝達しないように設計す る必要がある。 超純水製造用の電源用スイッチや超純水の比抵抗を表示する計器を取り付けた 操作パネルをドラフトチャンバーの前面に取り付ける構成などの場合、電気配線 や、信号配線が両装置間を接続する事となるがこの場合も上記と同じ考え方に基 づき振動伝達を避けた配線が要されることに変わりはない。また、ユニット移動 のためにこれらの接続は容易に取り外せることが好ましい。

【００１７】 好ましくは純水製造のための操作パネルはドラフトチャンバー本体に設置する よりは、超純水製造装置に取り付けこれを含めて一体化・ユニット化するのが望 ましく、これによりユニットだけを切り放して随意の場所へ運搬後も、その性能 を試験できる特徴を有する。この際、ドラフトチャンバーの作業台下の架台部に は透明な扉を設け、操作パネル監視を容易にするかユニットそのものに作業台下 の扉の機能をもたせる様にデザインしパネル監視だけでなく透明な扉をいちいち 開く様な繁雑なパネル操作を回避できるようにする事がより好ましい。

【００１８】

【作用】

前記した手段によれば、ドラフトチャンバーの作業台下の架台部に収納された ユニット化超純水製造装置で製造された超純水が撓み配管を通じてドラフトチャ ンバーの作業台に続く接続口に導かれ、かくしてドラフトチャンバー内にて連続 的に超純水が供給され取り扱える。

【００１９】

【実施例】

装置１０は図１に示したように大きく分けて、架台部２１とドラフトチャンバ ー１８とよりなり、架台部２１には超純水製造装置ユニット１が設けられており 、ユニット１の超純水出口は溶質成分の少ない可撓性を有するポリパーフロロア ルコキシエチレンチューブ１４でドラフトチャンバー１８に連結されている。

【００２０】 超純水製造装置ユニット１は、装置１０正面のパネルで開閉操作がなし得るよ うに真鍮製電磁弁である入口弁２、ポリプロピレン容器に充填されている３μｍ 程度以上の微粒子除去用のカーボンカートリッジフィルター３（例えば日本ミリ ポア社製：直径７４ｍｍ、長さ３３０ｍｍの活性炭繊維と活性炭粒子からなる） 、振動の極めて少ない最大吐出圧１５ｋｇ／ｃｍ² のステンレス鋼製の定量ポン プ４、有機物除去能力に優れた芳香族ポリアミド系合成高分子膜を用いたポリプ ロピレンライニングハウジング内に組込まれた逆浸透膜モジュール５、比表面積 が数１００ｍ² ／ｇ以上の平均粒径０．３ｍｍの活性炭微粒子約１．０ｌの充填 層７１、交換容量０．２〜２．０ｍｅｑ．／ｍｌの粒径０．５ｍｍ前後の陰陽イ オン交換樹脂４：６の体積混合比からなる１．０ｌの２本の充填層７２と、同じ 混合割合の陰陽イオン交換樹脂混合物と活性炭の７．５：２．５の割合の混合物 １．０ｌの充填層７３とが直列して連結され一つに纏められたポリプロピレン製 充填剤カートリッジ７、水の比抵抗測定器８をポリパーフルオロアルコキシエチ レン製配管９で接続してなる。６は逆浸透膜モジュール５の非透過液の排出口で ある。これらはキャスター付きの例えば高さ５２３ｍｍ、幅７００ｍｍ、奥行き ６２０ｍｍの大きさのユニットとして組み立てられ、例えば高さ９００ｍｍ、幅 １６４０ｍｍ、奥行き８００ｍｍの装置架台部１８に配置されている。

【００２１】 この架台部２１とドラフトチャンバー１８とよりなる装置１０の概略の大きさ は幅１８００ｍｍ、奥行き８５０ｍｍ、高さ２４５０ｍｍであり前面には上下に 稼働可能な透明なガラス製の扉があり、内部には照明設備、水道水供給口１２、 各種ガス供給口（図示せず）、更に本願考案になる超純水の供給口が備えられ、 作業台１５には鉛板が敷かれ、その上部には排気のためのダクト連結口１６とそ れに続くダクト１７および排気ファン１３が備えられている。前記ユニット１の 超純水出口とドラフトチャンバー１８の作業面１５下の超純水接続部間を直線距 離２５０ｍｍの約３５％増しである一部Ｕ字形状２３を有する長さ３４０ｍｍの 清浄な塩ビ配管１４をもってドラフトチャンバー内の同じ材質からなる配管２２ の接続部に繋ぎ込んだ。なお、本撓み配管１４の取り付け取り外し時に混入する 虞のある０．２２μｍ以上の微粒子除去、バクテリア除去などを目的としドラフ トチャンバー内の配管には、図１に示すようにポリ弗化ビニリデン製の２００ｃ ｍ² の膜面積を有する最終フィルター１１を取り付けてある。

【００２２】 また、超純水製造のための原料となる原水としては導電率２００μＳ／ｃｍ、 遊離塩素濃度１．２ｐｐｍ、有機炭素含有量１．０ｐｐｍの水道水を使用した。 水道水は装置の架台部２１の水道水ライン１２から分岐導入したが、やはり振動 伝達を避けるために超純水ライン接続と同様な配慮が欠かせず配管２０の途中に スパイラル１９を設け接続した。 超純水製造運転に当たっては、装置の１０の前面の操作盤の入口電磁弁２を操 作して２５゜Ｃの原水をプレフィルター３に導入し塩素を除去すると同時に３μ ｍ以上の微粒子を除き遊離塩素濃度０．１ｐｐｂ以下としポンプ４で１０ｋｇ／ ｃｍ2 程度に昇圧し４．０ｌ／ｍｉｎの水供給を行いその結果、導電率１０μＳ ／ｃｍ、有機炭素含有量２００ｐｐｂなる膜透過水１．０ｌ／ｍｉｎを得た。つ いでこの膜透過水は前記各種充填剤からなるカートリッジ７を通過することによ り導電率０．０５５μＳ／ｃｍ（比抵抗１８ＭΩ・ｃｍ）、有機炭素含有量２０ ｐｐｂ以下の超純水となった。なお、導電率は前記インラインの測定器により測 定し、有機炭素量は採水し市販のＴＯＣ測定器（有機炭素測定装置）で観測した 。

【００２３】

【考案の効果】

超純水製造装置を一まとめのユニットとしドラフトチャンバーの作業台下に移 動収納可能にすることによりドラフトチャンバー内および周辺の作業性と利用空 間が保持し得るところとなるだけでなく、超純水製造装置はしばしば充填剤の交 換などが要せられるが、ユニット化してあるのでドラフトチャンバーから簡単に 引出し広い作業空間で短時間に交換でき、さらにユニットにキャスターが付いて いる場合は一層便利となる。 更に重要な効果としては、該ユニットの超純水出口をプラスチック製の撓み配 管を介してドラフトチャンバー内に連結することによりドラフトチャンバーのフ ァン由来の振動は実質的に遮断され超純水製造装置の性能が長期維持される事を 挙げ得る。すなわち、充填層の不都合あるいはＵＶランプの早期劣化などによる 超純水製造装置の性能低下が回避し得るところとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願実施例のフロー概念を示す超純水製造装置
付属ドラフトチャンバーである。

【符号の説明】

１ 超純水製造装置ユニット ２ 原水供給弁 ３ プレフィルター ４ 昇圧ポンプ ５ 逆浸透膜モジュール ７ 充填層カートリッジ ８ 導電率測定器 １０ ドラフトチャンバー １１ 最終フィルター １２ 水道水供給口 １３ ドラフトファン

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気ファンを有するドラフトチャンバー
   とその架台部に収納された超純水製造装置ユニットとを
   撓みを持たせたプラスチック配管で接続しドラフトチャ
   ンバー内に該ユニットから超純水を供給することを特徴
   とする超純水製造装置付属ドラフトチャンバー。