JPH084720B2 - 平板状多孔性薄膜積層型フイルタ−及びその製造方法 - Google Patents

平板状多孔性薄膜積層型フイルタ−及びその製造方法

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JPH084720B2
JPH084720B2 JP15150186A JP15150186A JPH084720B2 JP H084720 B2 JPH084720 B2 JP H084720B2 JP 15150186 A JP15150186 A JP 15150186A JP 15150186 A JP15150186 A JP 15150186A JP H084720 B2 JPH084720 B2 JP H084720B2
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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、電子工業、食品工業、化学工
業などのプロセスにおいて用いられる強酸、強アルカリ
性などの腐食性の高い流体、或は反応性の高い流体中の
微粒子の除去を目的とした多孔性薄膜の積層型フィルタ
ーに関し、特に細孔径0.01〜５ミクロン程度の多孔性薄
膜及び支持板、或はその他の流体接触部材の全てをフッ
素樹脂で形成した多孔性薄膜積層型フィルターとその製
造方法に関する。
〔従来の技術〕
一般濾過用の濾過材としては、紙、メッシュ、不織
布、焼結体などが知られているが、医薬品工業、食品工
業などにおいての微生物、微粒子等ミクロンないしはサ
ブミクロンオーダーの精密濾過領域の濾過には、セルロ
ースエステル、ポリアミド、ポリサルフォン等の高分子
による多孔性薄膜が利用されている。
多孔性薄膜は他の一般濾材と比べ極めて精度の高い濾
過が行える反面、濾過抵抗が大きく、又表面において微
粒子を捕集するため目詰りを起こし易すく、一般に比較
的大きな濾過面積を必要とする。また、他の濾材と比べ
厚みが数10ミクロン〜数100ミクロンと薄いため、多孔
性薄膜単独では、高い濾過圧に抗することができない。
このため、多孔性薄膜の破損を防ぎ、かつ流路の確保
の為に網目状の適切な支持板と共に使用することが必要
となる。
従って、多孔性薄膜を用いたフィルターの小型化に当
っては第６図に示す様に多孔性薄膜１を支持体２と共に
ひだ折りし、コア３及び保護筒４により形状を保持し、
両端部を封止剤５により封止した、いわゆるプリーツカ
ートリッジ型の形態を採る場合が多い。更に、プリーツ
カートリッジ型に比べより高い濾過圧に抗することがで
き、又ひだ折りによる膜同志の重なり部及び封止剤中に
埋没のための膜面積損失の少ない第７図〜第９図に示す
積層型の形態が進んだ形である。
水や空気など比較的不活性な流体を対象とする場合に
は多孔性薄膜としてはセルロースエステル、ポリアミ
ド、ポリサルフォンなどの高分子が用いられ、一方第６
図に示すプリーツ型の支持体２には、ポリエステル、ポ
リプロピレン等よりなるメッシュ、不織布などが用いら
れ、コア３、保護筒４にはポリプロピレンなどの成形体
が用いられている。また原流体と薄膜を通過した清浄流
体の混合を回避するための両端封止剤５には、二液混合
により硬化するポリウレタン、エポキシ樹脂などが多く
用いられている。
一方、第７図及び第８図に示す様な積層型の場合に
は、ポリカーボネート、ポリサルフォン等よりなる網目
状支持板６、７に多孔膜８、９を周縁にて接着し、これ
を中央開孔部10、11の周縁のカップリング部12やスペー
サ13を接着することによって積層体を構成している。
しかし、腐食性、反応性の高い流体あるいは有機溶剤
などを対象とした場合には、前記汎用樹脂では対応でき
ない。特に半導体製造プロセスに用いられるエッチング
用流体などの濾過においては、素材の選定において非常
に多くの制約を受ける。
現状では、唯一PTFE、PFA、EPE、FEP、CTFE、ETFE等
のフッ素系樹脂のみが適用可能とされており、多孔性薄
膜を含む全ての接液部材をフッ素系樹脂よりなる小型で
安価なフィルターの開発が望まれている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところが、上記したプリーツ型あるいは積層型いずれ
の構造をとる場合においても、フッ素樹脂は化学的、熱
的に安定した特性がある加工面においては、これらの物
性が障害となり、著しい手間と技術的な困難を伴う。
即ち、フッ素樹脂は、汎用樹脂に比べ融点が極めて高
く、溶剤接着ができず、又高周波溶着ができないと共
に、超音波溶着、回転溶着、バイブレーション溶着、レ
ーザー溶着等の溶着法も発塵、腐食性ガスの発生、溶着
強度等により有効ではないとの問題があるため、部品相
互の接着が困難であった。
従って、フッ素樹脂は、いずれの場合にも非常に特殊
な手間のかかる方法、あるいは高価な特殊装置を使った
方法を採らざるを得ず、かつ製品製造上の歩留りも極め
て悪いものであった。
これらフッ素系樹脂相互の接着法について、開示され
ている従来例はないが、第６図におけるプリーツ型の場
合は、両端封止部の接着は凹型容器又は金型中におい
て、板状のフッ素樹脂の表面又は全体を溶融させ、ここ
にプリーツ型に加工した多孔性薄膜１を支持体２、コア
３、保護筒４と共に押し込み埋没させた後、冷却固化し
端部を封止するものと推定されるが、他の方法をとった
場合においても昇温、冷却に長い時間を必要とし、溶融
によって腐食性ガスを発生し、あるいは溶融時において
も、ウレタンなどの封止剤と比べ、流動性が悪いため、
端部の封止の歩留りが悪い等の問題がある。
第７図、第８図に示す様な積層型においても、中央開
孔部10、11の周縁カップリング部12やスペーサ13相互の
接着手段は、いずれも開示されていないが、双方表面を
バーナー等によって溶融させ、瞬時に圧着するか、ある
いは発塵を覚悟で回転溶着する方法などが推定される
が、いずれも効率的な手段ではない。
従って、現在唯一の簡単な方法として開示されている
手段は、第９図に示すように、ユニット14に設けたボス
15にねじ16を嵌合し、このねじ16を容体17に螺着した例
であり、この例は機械的に各積層間を密着させた嵌合に
よる手段であるが、流体の急激な圧力ないしは温度変化
に対して各層間の漏れに関する信頼性は極めて低いもの
である。
そこで、本発明者は、フッ素樹脂成形体の相互及び多
孔性薄膜との熱溶着のメカニズムについて鋭意検討を行
ったところ、次のような事項が判明した。
一般にフッ素樹脂は他の汎用樹脂と比べて、溶融温度
が高い、溶融温度においても流動性が悪い、また熱伝導
性が悪い等の理由により、異なるフッ素樹脂相互の場合
は勿論、同種材質の場合でも、相互の被溶着部の表面、
好ましくは内部深くまでを均一に溶融温度以上に加熱
し、圧着する以外に、十分な強度を持った溶着はできな
いことが判った。
従って、被溶着部をいかに均一に加熱するかと言った
与熱方法が溶着強度に大きな影響を与え、熱板を用いた
直接加熱又は火炎、熱風による間接加熱いずれも被接着
面局部を均一に加熱する方法としては不確実な方法であ
る。
一方、被溶着部材全体を溶融温度以上であるが十分な
流動性を示さない雰囲気下に保持すると同時に被溶着部
相互を押圧すると、比較的小さな押圧力により、十分な
溶着強度を示すことを見出した。
この原理は、相手が更に高い溶融点を有する異なるフ
ッ素樹脂であっても、多孔体の場合には適用されること
が判った。
本発明は、以上の事実に基づき、従来の問題点を解決
するために開発したもので、極めて単純な手段を用いて
各積層間を完全に接着して封止することができる積層型
フィルターとその製造方法を提供することを目的とす
る。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は上記した目的を達成するため、多孔性薄膜を
濾過圧に抗して支持すると共に、多孔性薄膜を通過した
清浄流体の流路を設けるために、複数のリブを形成した
支持板の片面又は両面の表面に多孔性薄膜を被覆して清
浄流体取出のための開口部を有するユニット部材を形成
し、前記開口部の周縁位置に多孔性薄膜及び支持板より
低い溶融点を有する環状連結部材を介在させて積層し、
多孔性薄膜、支持板の溶融温度以下で、かつ環状連結部
材の溶融温度以上の雰囲気下に積層体全体を所定の期間
保持すると共に、押圧後冷却することによって、全ての
ユニット部材が同時に連結されると共に、清浄流体流路
が形成される手段を採用した。
又、多孔性薄膜、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成形す
る。
更に、上記したユニット部材は、環状連結部材を介在
させて積層するか、或は、多孔性薄膜を支持板に被覆し
て封止し、かつ多孔性薄膜の支持板被覆面の反対面の開
口部周縁位置に、環状連結部材同志を重ね合せてユニッ
ト部材を積層して構成する。
〔作用〕
従って、本発明によると、多孔性薄膜及び支持板の溶
融温度以下で、かつ環状連結部材の溶融温度以上の雰囲
気で、ユニット部材を押圧し、各ユニット部材の相互を
環状連結部材を介して同時に熱溶着するようにしたの
で、素材同志がフッ素樹脂であっても極めて簡単な手段
によりユニット部材相互間の装着が確実に行なわれ、高
信頼性のフィルターを提供できる。
〔実 施 例〕
以下に、本発明における平板状多孔性薄膜積層型フィ
ルターの好ましい実施例１乃至３を第１図〜第５図に基
づいて具体的に詳述する。
実施例１ 第１図は本発明における一実施例を示した断面図、同
図において、支持板20は一般には押出成型、プレス成
型、射出成型などによって成型され、清浄流体取出しの
為の開口部21、多孔性薄膜22を封止の為の周縁平部23及
び多孔性薄膜22の支持及び清浄流体流路形成の為の複数
のリブ24を形成した円盤形状とし、積層両端の支持板20
a、20bを除き、外周縁にて多孔性薄膜22を熱プレスによ
り溶着する。
積層体最下端の支持板20bは中央開口部を形成せず、
かつリブ24bを片面のみに形成し、積層体最上端の支持
板20aは、同様に片面のみにリブ24aを形成すると共に清
浄流体流出口25を形成する。
多孔性薄膜22を封止した支持板20a、20b、20・・・の
各層間の中央開口部21の周縁位置に環状連結部材26を各
々介在させ、環状連結部材26の融点以上で、かつ多孔性
薄膜22及び支持板20の融点以下の雰囲気温度を有するオ
ーブン中にて積層し、押圧後冷却して積層体を構成す
る。
次ぎに本例の製造方法について説明する。なお、後述
する第２、第３実施例も本例と同様に製造するものであ
り、同一部分は同一符合をもって説明する。
平板状多孔性薄膜24、24a、24bを支持板20、20a、20b
の片面又は両面に被覆して清浄流体取出用の開口部21を
有するユニット部材27、27a、27bを形成し、各ユニット
部材間に環状連結部材2bを介在させて複数のユニット部
材を連結積層する積層型フィルターの製造方法であっ
て、前記平板状多孔性薄膜を支持板に封止してユニット
部材を形成し、該ユニット部材の開口部21の周縁位置
に、前記多孔性薄膜及び支持板の溶融点以下の溶融点を
有する環状連結部材を配して各ユニット部材を積層して
構成し、次いで、前記多孔性薄膜及び支持板の溶融温度
以下で、かつ環状連結部材の溶融温度以上の雰囲気下
で、ユニット部材を押圧し、各ユニット部材の相互を環
状連結部材を介して同時に熱溶着して製造する。
又、予め平板状多孔性薄膜を支持板に封止した各ユニ
ット部材を環状連結部を介在させて積層するか、或は予
め平板状多孔性薄膜を支持板に被覆して封止し、かつ該
平板状多孔性薄膜の支持板被覆面の反対面の開口部周縁
位置に環状連結部材を封止し、次いで、平板状多孔性薄
膜に封止した環状連結部材同志を重ね合せてユニット部
材を積層して構成するようにする。
上記実施例における各構成部材及び焼成条件とその結
果を示す。
実施例２ 第２図は本発明における他の実施例を示す断面図であ
る。
本実施例は、あらかじめ多孔性薄膜32と環状連結部材
36a、36bを熱プレスにより熱溶着しておき、各積層体ユ
ニット部材37、37間の連結を環状連結部材36a、36b相互
の溶着により行う形態を示す。
実施例３ 第３図も本発明における他の実施例を示す断面図であ
る。
本実施例は、第１の実施例の別の形態を示し、各積層
体ユニット部材47の溶着の為の焼成時に、押圧力が環状
連結部材46と多孔性薄膜42の溶着面が支持板40上のリブ
44によって、不均一に歪められない様、多孔性薄膜42と
支持板40の間に各々補助板48を設けた例を示す。
第４図は各実施例における支持板及び多孔性薄膜の封
止状態を示す一部切欠き平面図である。
支持板20、30、40は多孔性薄膜22、32、42を外周縁50
にて溶着し、支持板20、30、40の中央開口部21、31、41
を除く前面に等間隔に半球状リブ24、34、44を形成し、
中央開口部21、31、41周縁の多孔性薄膜22、32、42上に
環状連結部材26、36、46を配している。
第５図は、本発明による積層型フィルターの最終使用
形態を示す半截断面図である。
積層フィルターは、清浄流体流出口を適切な封止手
段、例えばフッ素樹脂により被膜したＯリング51を用
い、濾過器ハウジング52aの清浄流体流出口53に結合さ
れると共に第２のハウジング52bにより、濾過器を構成
する。ハウジング52a、52bはステンレス鋼、フッ素樹脂
などより作られる。原流体は、ハウジング52bの原流体
流入口54より流入し、各ユニット部材間より、多孔性薄
膜を通過し、中央開口部に集合し、清浄化されて清浄流
体流出口53より取り出される。
本発明は比較的強くない酸、アルカリあるいは有機溶
剤などを対象とした場合において、フッ素樹脂程の良好
な化学的安定性はないが、次善の素材として、比較的不
活性なポリオレフィン系樹脂による支持板や環状連結部
材を用いる場合にも有用である。
〔発明の効果〕
以上のことから明らかなように、本発明によると、強
酸性、強アルカリ性の気体又は液体などの腐食性の強い
流体、反応性の高い流体、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有する多孔性薄膜を支持板と
共に積層した積層フィルターにおいて、全ての流体接触
部材をフッ素樹脂、フッ素樹脂共重合体とした場合、他
の汎用樹脂と比べフッ素樹脂が有する化学的、熱的安定
性が障害となり、各積層体ユニット間の接着が極めて困
難で手間がかかり、不確実な手段しかなかったが、本発
明により特に高価な設備、機器を導入することなく、発
塵も全くなく、確実な封止性をもって、かつ全ての溶着
を同時に行うことができるため、全ての接液部材を化学
的、熱的に安定した素材を用いるにもかかわらず、安価
で小型、信頼性、安定性の高い積層型フィルターを提供
することができる等の優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図乃至第５図は本発明における実施例を示したもの
で、第１図は本発明における積層型フィルターの一例を
示した断面図、第２図は本発明における積層型フィルタ
ーの他例を示した断面図、第３図は本発明における積層
型フィルターの他例を示した断面図、第４図は同上に示
したフィルターユニットの一部切欠き平面図、第５図は
本発明におけるフィルターユニットをハウジングに収納
した状態を示す完成品の半截断面図であり、第６図は従
来例におけるプリーツ型フィルターの一部切欠き斜視
図、第７図又は第８図は、従来例における積層型フィル
ターの断面図、第９図は従来の積層型フィルターの他例
を示す断面図である。 20……支持体 21、31、41……清浄流体取出開口部 22、32、42……多孔性薄膜 24、34、44……リブ 25……清浄流体流出口 26、36a、36b、46……環状連結部材 52a、52b……濾過器ハウジング 53……清浄流体流出口 54……原流体流入口

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】平板状多孔性薄膜を支持板の片面又は両面
    に被覆して清浄流体取出用の開口部を有するユニット部
    材を形成し、各ユニット部材間に少くとも１つの環状連
    結部材を介在させて複数のユニット部材を連結積層した
    平板状多孔性薄膜積層型フィルターにおいて、上記した
    ユニット部材の相互を、前記開口部の周縁位置に設けた
    環状連結部材と平板状多孔性薄膜との相互の熱溶着によ
    り連結すると共に、前記環状連結部材自体の溶融温度を
    前記平板状多孔性薄膜と支持板の溶融温より低く設定し
    たことを特徴とする平板状多孔性薄膜積層型フィルタ
    ー。
  2. 【請求項２】平板状多孔性薄膜、支持板、環状連結部材
    及びその他の流体接触部材の全てをフッ素樹脂又はフッ
    素樹脂共重合体で成形した特許請求の範囲第１項記載の
    積層型フィルター。
  3. 【請求項３】環状連結部材がFEP、ETFE、ECTFE、又はPC
    TFEであり、平板状多孔性薄膜、支持板及びその他の流
    体接触部材がPTFE、PFA、EPE、FEP又はETFEである特許
    請求の範囲第１項又は第２項記載の積層型フィルター。
  4. 【請求項４】平板状多孔性薄膜の孔径が０、01〜５ミク
    ロン、開孔率20％以上、厚み50〜200ミクロンのフッ素
    樹脂又はフッ素樹脂共重合体フィルムである特許請求の
    範囲第１項乃至第３項記載の積層型フィルター。
  5. 【請求項５】平板状多孔性薄膜がPTFE、PVDF等のフッ素
    系樹脂又は酸酢セルロース、ニトロセルロース、ポリア
    ミド、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメ
    チルメタクリレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサ
    ルフォン等の高分子であり、環状連結部材がポリプロピ
    レン、ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体等
    の熱可塑性ポリオレフィン系樹脂又はポリオレフィン共
    重合体よりなる特許請求の範囲第１項乃至第５項記載の
    積層型フィルター。
  6. 【請求項６】平板状多孔性薄膜を支持板の片面又は両面
    に被覆して清浄流体取出用の開口部を有するユニット部
    材を形成し、各ユニット部材間に環状連結部材を介在さ
    せて複数のユニット部材を連結積層する積層型フィルタ
    ーの製造方法であって、前記平板状多孔性薄膜を支持板
    に封止してユニット部材を形成し、該ユニット部材の開
    口部の周縁位置に、前記多孔性薄膜及び支持板の溶融点
    以下の溶融点を有する環状連結部材を配して各ユニット
    部材を積層して構成し、次いで、前記多孔性薄膜及び支
    持板の溶融温度以下で、かつ環状連結部材の溶融温度以
    上の雰囲気下で、ユニット部材を押圧し、各ユニット部
    材の相互を環状連結部材を介して同時に熱溶着して製造
    することを特徴とする平板状多孔性薄膜積層型フィルタ
    ーの製造方法。
  7. 【請求項７】特許請求の範囲第６項記載の方法におい
    て、予め平板状多孔性薄膜を支持板に封止した各ユニッ
    ト部材を環状連結部を介在させて積層した積層型フィル
    ターの製造方法。
  8. 【請求項８】特許請求の範囲第６項記載の方法におい
    て、予め平板状多孔性薄膜を支持板に被覆して封止し、
    かつ該平板状多孔性薄膜の支持板被覆面を反対面の開口
    部周縁位置に環状連結部材を封止し、次いで、平板状多
    孔性薄膜に封止した環状連結部材同志を重ね合せてユニ
    ット部材を積層して構成した積層型フィルターの製造方
    法。
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