JPH081483Y2 - 水中微粒子測定用の遠心濾過装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この考案は、大規模集積回路（Ｌ
ＳＩ）の製造などに使用する超純水（試料水）の、単位
水量中に含まれる微粒子をメンブレンフィルタで捕捉し
て計数するため、試料水を短時間で濾過する遠心式の加
圧濾過装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は実公平２−３９５４６号公報
にて、垂直軸心で高速回転する皿形回転盤の内部に、上
面に開口した有底の中心孔と、該中心孔の内周底部に開
通する半径方向の相対向した給液路とを備え、且つ上記
各給液路に連通する対の筒形カセットを半径方向に取付
けたカセットホルダーを同心状に固定し、前記中心孔の
底部に下端が開口した注水管で試料水を供給し、上記皿
形回転盤とカセットホルダーを一体に高速回転すること
で中心孔の底部に供給された試料水を遠心力で給液通路
を経て各筒形カセットの内部に加圧注入し、各筒形カセ
ットの半径方向外面に取付けたフィルタで濾別し、試料
水中の微粒子を前記フィルタで捕捉する水中微粒子測定
用の遠心濾過装置を提案した。

【０００３】上記従来装置では、注入した試料水の余剰
水をオーバーフローで排水するため、図４に示すように
筒形カセット１を相対向して半径方向に保持したカセッ
トホルダー２の中心孔３の直径の小さな下半部の上に、
同心の直径が大きい環状凹部４を設け、筒形カセット１
にある余剰水の排水口５と、上記環状凹部４の内周との
間を半径方向の余剰水の排液路６で連通すると共に、試
料水の注水管７の外に余剰水の排水管８を同心状に嵌合
固定し、その閉じた下端に複数の採水管９を外向きの放
射方向に連結し、該採水管９の外端を前記環状凹部４の
内周に近接させてある。

【０００４】注水管７で中心孔３の底部に試料水を注入
しながら皿形回転盤１０と、その内部に一体に固定した
カセットホルダー２を高速、例えば毎分当り数千〜１万
数千回転すると、注入された試料水は中心孔の底部内周
と筒形カセット１の入口端とを連通する半径方向の給液
路１１を経て筒形カセットの内部に遠心力で押込まれ、
筒形カセット内の一部の試料水は該カセットの出口端に
張設されたフィルタ１２で濾別されて皿形回転盤１０の
周側面に設けた排水孔１３から外に振り出され、その際
に試料水中の微粒子はフィルタ１２に捕捉される。

【０００５】注水管７で中心孔３の底部に注入する試料
水の水量は、フィルタで濾別されて排水孔１３から外に
振り出される水量よりも少し多く定めてある。これによ
って筒形カセット１と排液路６の内部は試料水で満ち、
試料水は一体に高速回転する皿形回転盤１０及びカセッ
トホルダー２の遠心力でフィルタ１２を外周とする円筒
形になり、環状凹部４の内周の内側に内周液面Ｗが生
じ、前述の採水管９の外端が内周液面Ｗ中に浅く突入す
る。そして、給液路１１を通じ遠心力で筒形カセット１
の内部に押し込まれる新たな試料水によって筒形カセッ
ト内の一部の試料水（余剰水）は排液路６を経て環状凹
部内に出、内周液面Ｗに浅く突入した採水管９の内部に
入り、排出管８内を上昇して外に排水され、これにより
筒形カセット１と排液路６の内部を満たした円筒形の試
料水の水量を一定に保つようにしてある。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】上述のように採水管９
の先端は、高速で回転する円筒形の試料水の内周液面Ｗ
に浅く突入して常に接触するため、金属製の採水管の先
端はキャビテーション等の原因で腐食し、このとき僅か
ながら発塵してその塵が試料水に混入し、試料水中の微
粒子と一緒に筒形カセット１のフィルタ１２に捕捉され
る。

【０００７】又、注水管７でカセットホルダー２の中心
孔３の底部に供給された試料水は、高速回転するカセッ
トホルダーの壁面に接触することにより遠心力で半径方
向の給液路１１を経て筒形カセット１の内部に押し込ま
れ、カセット内を満たして円筒形になる。この場合、円
筒形の試料水の内周液面Ｗは、中心孔の上半部にある環
状凹部４の内周の内側に位置するので、中心孔３の、上
記環状凹部４よりも直径が小さい底部に開通した給液路
１１の入口側は試料水の内周液面Ｗの内側に露出する。
従って、注水管７で中心孔２の底部に供給される試料水
は高速回転する露出した給液路１１の入口側と接触する
のでこの入口側も腐食し、発塵して試料水に混入し、同
様に筒形カセットのフィルタ１２に捕捉される。

【０００８】このため筒形カセットのフィルタに捕捉さ
れた微粒子を計数しても、その値が超純水の微粒子を正
確に示すとは断定できない。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本考案は、余剰水の排出
機構を改良することによって発塵を防止し、超純水中に
含まれている微粒子の数を正確に知ることができるよう
にしたのであって、カセットホルダーの中心孔の内径を
底から上端までほゞ一定にし、前記皿形回転盤とカセッ
トホルダーの高速回転により生じる試料水の内周液面が
上記中心孔の内周に沿って形成されるようにすると共
に、中心孔の内周の、給液路の開口位置よりも上の位置
に、筒形カセットにある余剰水の排水口と連通する余剰
水の排液路を半径方向に設け、該中心孔の内周の前記給
液路の開口位置と、その上の排液路の開口位置との間に
半径方向内向きに張出した隆起部を設け、且つ、前記カ
セットホルダーの上面の、前記中心孔の回りに余剰水の
排水筒を立設したことを特徴とする。

【００１０】

【実施例】図１から３は本考案の一実施例を示すもの
で、図４の従来装置と同じ構成要素には同じ符号を付し
てある。カセットホルダー２の中心孔３の内径は底から
上端までほゞ一定である。そして、その内周には給液路
１１の開口位置と、その上の排液路６の開口位置との間
に半径方向内向きに張出した環状隆起部１４が設けてあ
る。

【００１１】又、カセットホルダー２の上面の、前記中
心孔３の回りに余剰水の排水筒１５を立設し、環状の受
器１６の底の環状部１６′の内周に上記排水筒１５の上
端部を下から同心状に突入させてある。

【００１２】皿形回転盤１０は底の下面にモータＭを取
付けた槽１７の内部で上記モータにより垂直軸心で高速
回転させられる。前述の受器１６は槽１７の底から立つ
柱１８にブラケット１９で固定されている。受器１６は
上面を開閉可能に塞ぐ蓋２０を有し、注水管７は上端部
を蓋２０の中心に貫通して垂直に取付けてある。

【００１３】皿形回転盤１０は、直方体のカセットホル
ダー２を収容するための小判形の収容部２１を有し、該
収容部２１の底の中心からは円錐台２２が隆起する。カ
セットホルダー２は下面の中心に上記円錐台に嵌合する
円錐凹部を備えているため、この円錐凹部を上から円錐
台２２に被せ、カセットホルダー２を収容部２１の内部
に正確に収めることができ、この状態でカセットホルダ
ーの上面と皿形回転盤１０の上面は同一水平面になる。

【００１４】筒形カセット１は胴部２３から小径の入口
部２４が突出する壜状で、入口部２４が突出する胴部２
３の環状肩部に余剰水の排出口５を有し、胴部の開放し
た他端にフィルタ１２、不織布２５、多孔のパンチング
プレート２６、目皿２７を当て、これらにカバー筒２８
を被せ、入口部２４側から胴部２３に嵌めた袋ナット２
９でカバー筒２８を締付け、フィルタなどを本体の他端
に張設する。上記カバー筒２８は中心に孔２８′を有す
ると共に、その外面は皿形回転盤１０の内周と同じ曲率
の湾曲面になっている。

【００１５】カセットホルダー２は、上記筒形カセット
１の入口部２４と、胴部２３の一部を収容する相対向し
た二つの段付孔３０を有し、前述の排液路６の外端は段
付孔３０の段面に開口し、給液路１１は段付孔３０の小
径端部と連通する。２つの筒形カセットの入口部２４
と、胴部２３の一部を夫々相対向した段付孔３０に嵌め
入れると、胴部の残部はカセットホルダー２から外に突
出する。この状態でカセットホルダー２を皿形回転盤１
０の収容部２１に収容すると、図３の左側に示すように
各筒形カセットに取付けたカバー筒２８の外面は皿形回
転盤１０の内周に近接し、カバー筒２８の中心に設けた
孔２８′は皿形回転盤の排水孔１３と対向する。尚、筒
形カセット１を段付孔３０に嵌め入れると、排液路６の
外端が開口する該収容部３０の段面と、筒形カセットの
胴部２３の、排出口５を有する環状肩部との間に環状の
間隙３１が生じる。

【００１６】運転するには、上記のように二つの筒形カ
セットを段付孔３０に嵌め込んで取付けたカセットホル
ダー２を皿形回転盤の収容部２１に収容したら、皿形回
転盤に上から蓋３２を被せ、蓋３２に上から通したボル
ト３３を収容部２１の両脇に締付け、皿形回転盤の収容
部２１の内部にカセットホルダー２を固定する。そし
て、モータで皿形回転盤１０を垂直軸心で高速回転する
と同時に、所定の流量で注水管７から中心孔３の底部に
試料水を供給する。尚、皿形回転盤の回転の当初にカセ
ットホルダーの段付孔３０に嵌めて取付けた二つの筒形
カセット１は図３の右側に示すように遠心力で半径方向
外向きに移動し、そのカバー筒２８の外面は皿形回転盤
１０の内周に押付けられ、カバー筒の中心孔２８′と排
水孔１３は連通する。

【００１７】注水管７から注水する試料水の水量は、筒
形カセット１の内部を満たしてフィルタ１２を外周とす
る円筒形の試料水の内周液面Ｗが中心孔３の内周に沿
い、且つ前記環状隆起部１４で上下に仕切られて形成さ
れるように定め、排液路６と給液路１１の全長を試料水
で満たす。これによって注水管７から中心孔３の底部に
注入された試料水は遠心力で給液路１１から筒形カセッ
トの内部に逐次押込まれ、同時に筒形カセットの内部の
試料水の一部はフィルタ１２を経てカバー筒２８の中心
孔２８′、皿形回転盤１０の排水孔１３を通じ槽１７の
内部に振り出され、その際にフィルタ１２に液中の微粒
子を捕捉され、同時に筒形カセットの内部の他の一部の
試料水は余剰水として排液路６に押し出され、中心孔３
の内周に向かって移動する。そして、中心孔３の内周に
押し出された余剰水は中心孔の内周とその上の排水筒１
５の内周に沿って竜巻状に渦を巻いて上昇し、排水筒１
５の上端から外に振り出されて環状の受器１６に入る。

【００１８】槽１７の内部に振り出された濾液を外に取
出し、その量が所定になったらモータの回転を停め、皿
形回転盤の蓋３２を外してカセットホルダー２を外に取
出し、二つの筒形カセット１を段付孔３０から抜き、カ
バー筒２８を外してフィルタ１２を取出し、フィルタに
捕捉された微粒子の数を顕微鏡で見て算える。

【００１９】前述の排水筒１５の上端から外に振り出さ
れる余剰水は、高速で受器の蓋２０の下面に衝突して多
数の微小水滴が蓋２０の下面に付着する。又、皿形回転
盤と一体に高速回転する排水筒１５の影響で受器１６の
内部には渦気流が発生し、この渦気流により蓋の下面に
付着した微小水滴が蓋の下面中心部に移動して集合し、
大きな水滴となって注水管７の外を伝って中心孔３の底
に落下し、注水管７から注入される試料水に混合し、試
料水を汚染する虞れがある。これを防止するため、蓋２
０の下面には排水筒１５よりも直径の大きい傘形板３４
を同心状に取付け、傘形板の下面に微小水滴を付着さ
せ、傾斜により該傘形板３４の外周縁部に移動させてそ
こから受器の内部に落下させることで微小水滴が中心に
集まるのを防ぐと共に、受器１６の内部には目の粗いス
ポンジ状、又はヘチマ状の、例えばポリプロピレンの繊
維を絡み合わせた環状の水はね防止材３５を外周沿いに
配置し、排水筒１５から振り出される余剰水を発散させ
ずに保持して微小水滴の発生量を減少すると同時に、受
器内部に生じる渦気流を抑制することが好ましい。

【００２０】又、カセットホルダー２の中心孔３の内周
は、排液路６の出口が開口する環状隆起部１４から上の
部分では上向きに直径が僅かに拡大するテーパを付け、
余剰水が渦を巻いて竜巻状に上昇し易くすると共に、環
状隆起部１４の下に開口する給液路１１の入口側の直径
は僅かに大きくして置くことが好ましい。

【００２１】

【考案の効果】本考案ではカセットホルダー２の中心孔
３の内径を底から上端までほゞ一定にすると共に、カセ
ットホルダーの上面の、前記中心孔の回りに余剰水の排
水筒１５を立設し、カセットホルダーに筒形カセット１
を取付け、カセットホルダーごと皿形回転盤１０を高速
回転した際に筒形カセット内を満たして遠心力で円筒形
になる試料水の内周液面Ｗを中心孔３の内周に形成する
ようにしてある。従って、筒形カセットの内部から排出
口５、排液路６を経て中心孔３の内周に押し出される余
剰水は中心孔の内周と、排水筒１５の内周に沿って竜巻
状に上昇し、排水筒１５が内周に下から突入した環状の
受器１６の内部に排水筒１５の上端から振り出される。
従って、余剰水を排水するために発塵する余地がなくな
る。

【００２２】又、注水管７で中心孔３の底に注入される
試料水は、中心孔３の底部内周に遠心力で形成された試
料水の円筒形の内周液面Ｗに遠心力で衝突し、遠心力で
円筒形になった試料水のなかに溶け込んで一体になり、
円筒形の試料水の水中にある給液路１１を経て筒形カセ
ット１の内部に進入する。このように、中心孔の底に注
入された試料水が遠心力で直接に給液路１１の金属面に
衝突することがないため、注入される試料水によって給
液路から生じる発塵も無くなる。そして、中心孔３の底
部内周に生じる試料水の内周液面Ｗは、中心孔の内周に
設けた環状隆起部１４の下に生じ、該隆起部１４の上に
生じる余剰水の内周液面から環状隆起部１４で離される
ため、試料水が余剰水と一緒に竜巻状に上昇することは
なく、試料水の内周液面Ｗは皿形回転盤の高速回転中、
常に維持される。以上により、フィルタ１２には超純水
中に含まれた微粒子しか捕捉されないので、超純水中に
含まれる微粒子数を正確に知ることができる。

【００２３】超純水中の微粒子数を評価するにはフィル
タ１枚で１００立の超純水を濾過し、微粒子を捕捉す
る。例えば超純水中の微粒子数が１０個／ｍ立のとき、
フィルタに捕捉される微粒子数は１０×１００×１００
０＝１，０００，０００個である。従来の装置で、１０
０立の超純水を濾過したとき、装置内で発塵により生じ
る微粒子数は１００，０００〜１，０００，０００個
で、これは１〜１０個／ｍ立の微粒子濃度に相当する。
即ち、従来装置では１個／ｍ立という低い微粒子濃度の
超純水は評価できず、評価できるのは微粒子濃度が１０
個／立以上の超純水である。

【００２４】これに対して本考案の装置で１００立の超
純水を濾過したときに生じる発塵は従来装置の１０分の
１以下である。従って、本考案の装置では微粒子濃度が
１個／ｍ立の超純水でも正しく評価できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の遠心濾過装置の一実施例の全体の断面
図である。

【図２】図１の装置の要部の分解斜視図である。

【図３】図１の装置の要部の拡大断面図である。

【図４】従来装置の要部の一半の拡大断面図である。

【符号の説明】

１ 筒形カセット ２ カセットホルダー ３ 中心孔 ５ 余剰水の排出口 ６ 排液路 ７ 注水管 １０ 皿形回転盤 １１ 給液路 １２ フィルタ １３ 排水孔 １４ 環状隆起部 １５ 排水筒 １６ 環状受器

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 垂直軸心で高速回転する皿形回転盤の内
   部に、上面に開口した有底の中心孔と、該中心孔の内周
   底部に開通する半径方向の給液路とを備え、且つ上記給
   液路に連通する筒形カセットを半径方向に取付けたカセ
   ットホルダーを同心状に固定し、前記中心孔の底部に下
   端が開口した注水管で試料水を供給し、上記皿形回転盤
   とカセットホルダーを一体に高速回転することで中心孔
   の底部に供給された試料水を遠心力で給液通路を経て各
   筒形カセットの内部に加圧注入し、各筒形カセットの半
   径方向外面に取付けたフィルタで濾別し、試料水中の微
   粒子を前記フィルタで捕捉する水中微粒子測定用の遠心
   濾過装置において、 前記カセットホルダーの中心孔の内径を底から上端まで
   ほゞ一定にし、前記皿形回転盤とカセットホルダーの高
   速回転により生じる試料水の内周液面が上記中心孔の内
   周に沿って形成されるようにすると共に、中心孔の内周
   の、給液路の開口位置よりも上の位置に、筒形カセット
   にある余剰水の排水口と連通する余剰水の排液路を半径
   方向に設け、該中心孔の内周の前記給液路の開口位置
   と、その上の排液路の開口位置との間に半径方向内向き
   に張出した隆起部を設け、且つ、前記カセットホルダー
   の上面の、前記中心孔の回りに余剰水の排水筒を立設し
   たことを特徴とする水中微粒子測定用の遠心濾過装置。