JP2004531392A - 一体型のフィルタカートリッジボウル構造を備える濾過モジュール - Google Patents

Abstract

マニホルドと、濾過カートリッジと、前記濾過カートリッジを収容するボウルとを備える濾過モジュールが提供される。前記濾過カートリッジおよびボウルは、キーおよび対合するキー溝によって互いに接続され、一体構造を形成している。前記濾過カートリッジおよびボウルは、前記モジュールへの供給流体と前記モジュールから排除された透過物との混合を防止するような方式で前記マニホルドと流体的に連絡している。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、現在入手可能な濾過モジュールよりも、より衛生的であり、交換および取付けがより容易な膜濾過モジュールに関する。より詳細には、本発明は、ボウルおよびマニホルドを一緒に保持する、濾過カートリッジから形成された膜濾過モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体産業などの濾過プロセスでの粒子状汚染物質の制御は、極微粒子を除去する膜を有するウルトラクリーンフィルタの使用を必要とする。半導体ウェハ上に被着された粒子は、粒子が十分に大きいとき、欠陥を生成することが良く知られている。通常半導体産業では、最小の形状の半導体チップの約１０分の１と同じ位の小さな粒子によって、故障欠陥が生成されることがあり得る。そのため、作業中の液体および気体の両方を清浄化するために、膜フィルタが、半導体チップを作成するプロセスステップ毎に使用される。
【０００３】
多種多様のデザインが、超高純度の液体濾過で使用される濾過モジュールのために開発されてきたが、２つのデザインが普及している。一方のモジュールデザインでは、濾過される液体が、濾過モジュールの一方の端部から他方の端部へ流れる。このクラスの濾過モジュールでは、供給および透過接続部は、フィルタの反対端に配置され、それによって液体流を一方の端部から他方の端部へ移動させる。この流れの形状は、直線流（ｉｎ ｌｉｎｅ ｆｌｏｗ）形状と呼ばれている。これらの濾過モジュールは、２つの不利点を受ける。第１に、これらは、モジュールが２組の接続部の間に挟まれているため、プロセス装置に接続するのがより困難である。第２に、少なくとも１つの接続部がモジュールの底部に配置されているため、モジュール内に残っているいかなる自由な液体も、モジュールの接続解除の際に迅速に排出される。
【０００４】
第２の濾過モジュラーデザインは、すべての接続部をモジュールの同じ端部に配置するものである。このタイプのモジュールでは、供給および透過ポートは、その両端上のモジュールの最上部または「頭部」の端部で、通常水平方向に向けられている。これらのモジュールは、その形状により、Ｔ字、Ｌ字またはＵ字形状を有すると呼ばれる。この形状は、頭部を、ボウルとボウル内に配置された濾過カートリッジを備える濾過モジュールの残りの部分と接続することを容易にする。このデザインでは、ボウルおよび濾過カートリッジは、別個の要素を備える。すなわち、濾過モジュールの製造時、濾過カートリッジおよびボウルは、マニホルドヘッドに別個に固定され、それに密封される。また、濾過の完了時、ボウルおよびカートリッジは、ヘッドから別個に取り外される。この別個の取外しは、カートリッジを露出させてその取外しを可能にするために、ボウルが、カートリッジの全長よりもかなり大きい距離を移動することを必要とする。その後、露出したカートリッジは、手によってまたは手動工具によって取り外される。フィルタカートリッジは、腐食性または毒性であることがよくある濾過される液体で満たされるため、カートリッジ取外しステップは、作業者にとって危険である。また、ボウルがカートリッジの長さを移動しなければならないため、ボウルとカートリッジがその中に配置される空間は、この除去ステップに対応しなければならない。
【０００５】
マニホルドから単体のユニットとして脱着することができるフィルタカートリッジボウル構造を作成するために、ボウルと協働するフィルタアセンブリを提供することが、米国特許第５，１１４，５７２号明細書で提案されている。フィルタカートリッジは、ボウルの内部表面内の溝に嵌入するカートリッジ上のバイオネット（ｂａｙｏｎｅｔ）接続部によってボウルに接続される。このバイオネット接続部は、フィルタカートリッジの外部表面から延びるフランジを、ボウル内に鉛直方向に延びる溝内に配置し、次にボウル内に水平方向に延びる溝内に配置することを必要とする。接続部の形状は、カートリッジをボウル内に装着するとき、カートリッジを最初に鉛直方向の溝の中へ鉛直方向に移動させ、次に回転させて水平方向の溝の中へ入れることを必要とする。逆に、濾過プロセス完了時に、カートリッジをボウルから取り外したいとき、カートリッジを一動作で、回転させてボウルから持ち上げなければならない。カートリッジのボウルからの取外しは、カートリッジ最上部に配置された流体導管に力を加えることを必要とし、この導管の直径がカートリッジ直径よりも小さいため、カートリッジへ力を加える手段はない。このことは、さらに、カートリッジのボウルからの取外しを行うときにカートリッジにかなりの力を加えることを必要とし、手持ち工具の使用を必要とするかもしれない。回転力と上昇力を一動作として加えることは、ボウルをフィルタカートリッジから分離させることをより困難にする。毒性または腐食性の流体がこの濾過装置によって濾過されたとき、ボウルからのカートリッジの分離は、特に困難である。
【０００６】
さらに、現在のデザインは、カートリッジのマニホルドに対する密封を有し、カートリッジは、マニホルドに軽く保持（摩擦嵌合）される。いかなる背圧も、カートリッジに力が加えられたとき、カートリッジをマニホルドから離座させ、濾過の効果を低下させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、フィルタカートリッジとボウルを単一ユニットとしてマニホルドから取り外すことを可能にしながら、濾過カートリッジをボウルとは別個にマニホルドから取り外す必要性を回避する濾過モジュール構造を提供することが望ましい。また、カートリッジおよびボウルのマニホルドからの取外しを行うために、複数の方向の動作で力を加える必要性を回避するような構造を提供することも望ましい。このような構造は、カートリッジおよびボウルのマニホルドからの取外しの容易さを増し、濾過後の濾過カートリッジの取外しの際の作業者への危険を除去し、濾過モジュールの取付けのために必要な空間を減少させる。最後に、カートリッジおよびボウルを一体構造として形成し、その構造をマニホルドに固定することによって、背圧を受けたときカートリッジがマニホルドから外れるという問題が回避される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によると、マニホルドと、濾過カートリッジおよびボウルが一体部片としてマニホルドに取付けおよび取り外しされるように互いにロックされている濾過カートリッジとボウルの組合せとを備える、濾過モジュールが提供される。フィルタカートリッジおよびボウルは、単一の方向、すなわち鉛直方向に、所定の時間の間、力を加えることによって互いに接合される。ボウルおよびフィルタカートリッジは、ボウルおよびフィルタカートリッジ上の対合する要素によって互いに接合されており、要素は、ボウルとフィルタカートリッジを離すために力を必要とする摩擦によって互いに保持されるように形成されている。この構造は、２段階でのマニホルドから濾過カートリッジおよびボウルの取外しを可能にする。一実施形態では、結合手段は、濾過カートリッジおよびボウルをマニホルドから取り外したいときに、濾過カートリッジおよびボウルをねじ付きのロッキングリングによって、一体部片として取り外すことができるような構造にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、マニホルドと濾過カートリッジとボウルで形成された濾過モジュールを提供する。マニホルドは、濾過カートリッジ内への供給流体に対する流体通路、および濾過カートリッジからの透過物の除去を提供する。ボウルは、供給流体の濾過カートリッジ内への導入を可能にするために供給流体を保管するための手段、または、濾過カートリッジからマニホルドへ、次に濾過モジュールから方向付けられる透過物を保管するための手段を提供する。供給流体は、濾過カートリッジの外側からか、濾過カートリッジの内部からのいずれかから、マニホルドを通って濾過カートリッジ内に導入することができる。濾過カートリッジに隣接するボウル内の流体は、供給流体か透過物のいずれかであってよい。いずれにしても、供給流体はマニホルドから濾過モジュール内へ導入され、透過物はマニホルドから濾過モジュール外へ排除される。
【００１０】
濾過モジュールおよびボウルは、一体部片としてマニホルドと密封される、またはマニホルドとの接触から外されるような構造にされている。すなわち、ボウルおよび濾過モジュールは、ボウルおよびフィルタカートリッジを所定の時間、互いに対して一方向にのみ動かすことによって、互いに相互鎖錠する２つの部片から形成されている。第１の接続ステップでは、ボウルおよびフィルタカートリッジは、互いに対して鉛直方向に移動される。第２の接続ステップでは、ボウルおよび濾過カートリッジは、互いに対して水平方向に移動される。ボウルをフィルタカートリッジから外すためには、これらのステップを反転させる。ボウルおよび濾過モジュールは、互いにロックされた後、流体の濾過での使用中に分離しないように、マニホルドに接続される。
【００１１】
濾過の後、ボウルおよび濾過モジュールは、２つの別個の部片としてではなく１つの部片として、マニホルドから取り外される。ボウルおよび濾過モジュールが一緒に取り外されるため、濾過モジュールをボウルから取り外す必要がない。すなわち、濾過モジュールおよびボウルを一緒にした長さに実質上等しい空間を提供する必要がない。ボウルの長さと実質上同じ長さの空間のみを提供すればよい。このことは、現在の濾過モジュールで必要な空間と比べてより小さい空間に、本発明の濾過モジュールを設置することを可能にする。また、濾過モジュールがボウルとともに取り外されるため、作業者が手によって、または手動工具を用いて扱う必要がない。また、濾過の完了時にボウルと濾過モジュールの間に配置されたいかなる流体も排除する必要がない。このことによって、実質上、作業者がボウル内の流体と接触する可能性が減少する。別法として、ボウルは、取外し前に流体を除去するためのドレインを含むことができる。
【００１２】
図１および２を参照すると、本発明のフィルタカートリッジ１２は、デプスフィルタまたはプリーツフィルタなどのフィルタと、取入口１４とを備える。フィルタカートリッジ１２は、傾斜表面１８と、鉛直通路２０と、２つの平行な水平通路２２および２４とを備えるキー溝１６を備える。キー溝１６は、図２に示すリング３０に成形されたキーと対合する。
【００１３】
図２を参照すると、リング３０は、ボウル（図示せず）上に嵌合するような構造にされている。別法として、リング３０は、一体構造を形成するためにボウルとともに成形されてもよい。キー３２が、Ｆ字形状を形成するように、鉛直セクション３３と２つの水平セクション３４および３５で形成されている。鉛直セクション３３と水平セクション３４および３５のそれぞれとの組合せの幅は、鉛直通路２０（図１）よりもわずかに狭い。水平セクション３４および３５の高さは、水平通路２２および２４の高さよりもわずかに低い。キー溝１６とキー３２を接続するために、キー３２の最上部表面を、傾斜表面１８（図１）に沿ってキー３２の最上部が鉛直通路２０の開口に到達するまで滑動させる。キー３２を鉛直通路２０の最上部へ上向きに移動させ、その後、フィルタカートリッジ１２を水平セクション３４および３５が水平通路２２および２４内に入るように回転させる。水平通路２２および２４の表面は、水平セクション３４および３５が摩擦によってその中で保持されるように、粗く仕上げられるのが好ましい。
【００１４】
図３を参照すると、代替となるキー４０が示されている。キー４０は、鉛直セクション４１と、３つの水平セクション４２、４３、４４とを備える。キー４０は、キー３２に関して上記で説明したのと同様の方式で３つの水平通路を有するキー溝（図示せず）内に嵌合する。
【００１５】
図４を参照すると、リング３０上の水平突起（ｐｒｏｎｇ）３４および３５と対合する水平セクション２２および２４を有するキー溝を有するフィルタカートリッジ１２が、ボウル４６内に配置され、上記で説明したように互いに嵌合し合うキー３２とキー溝１６の協働によってその中で保持されている。フィルタカートリッジ１２およびボウル４６は、マニホルド４８内に嵌合している。
【００１６】
図５を参照すると、フィルタハウジング１が示されている。ハウジング１は、Ｕ線状のデザインであるが、本発明は、直線状やその他のこのようなハウジングデザインでも同様に作動するであろう。ハウジング１は、ボウル２およびマニホルド３で形成されている。ねじ付きリング４が、ボウル２上のその定位置に実質上固定されている。リング４のねじ山５が、マニホルド３上に形成された対応するねじ山６と対合し、容易に螺合する。ボウル２およびフィルタカートリッジ１２は、図１および２に関して上記で説明した方式で水平通路２２および２４内に嵌合するキー３０の水平セクション３４および３５によって互いに接合されている。
【００１７】
図５に示すこの実施形態では、第１の構成要素２は、カートリッジボウルであり、第２の構成要素３は、マニホルドである。リング４が第１の構成要素、すなわち、この場合ボウル２に対してその定位置に実質上固定されているため、ボウル２の長さに沿っていかなる実質上の距離も移動することができない。リング４は、手によって回転させることができるように、ボウル３上に緩く固定されている。そのねじ山５は、第２の構成要素、この場合マニホルド３上の対応するねじ山６と対合する。またねじ山５と６は互いに引き合い、リング４は、第１の構成要素すなわちボウル２を運び、または動かして、第２の構成要素すなわちマニホルド３と積極的に接触させる。逆に、リング４が、ねじ山５と６を離すように回転されたとき、第１の構成要素すなわちボウル２は、第２の構成要素すなわちマニホルド３から遠ざかるように運ばれる、または動かされる。
【００１８】
リング４の位置を２つの構成要素のうちの一方と固定するために使用される装置は、様々な装置であってよい。図５に示すように、リング４は、リング４上に形成されたキー７を用いて第１の構成要素２、すなわちこの実施形態ではボウルに緩く固定され、キー７は、ボウル２内に形成されたキー溝８と対合し、その中で保持される。リング４は、その外側表面の一部に刻みを付けられた（ｋｎｕｒｌｅｄ）形態９で示されている。リングに容易な滑りのない表面を提供するために刻み付け、その他の手段を使用することは、良く知られており、本発明で使用してもよい。また、リングの外部表面上につまみ（ｌｕｇ）またはテーパ付き表面を使用することは、リングを他のねじ付き構成要素に対して動かすためにレンチやその他の装置を取り付けることを可能にする。本発明の好ましい実施形態では、リングを動かすためにレンチその他の装置が必要ないことが企図されているが、このこともまだ本発明の範囲内である。
【００１９】
リング４は、この実施形態ではボウル２に固定されるように示されているが、図６のように（図５と同一の番号が図２で表された所に適用される）マニホルド３に容易に固定することもできる。ここでは、リング１２ａは、図５のボウル２ではなく、マニホルド１０ａに取り付けられている。水平通路２２および２４を有するキー溝が、フィルタカートリッジ１２の表面１２ａ内に形成され、水平セクション３４および３５を有するキーがその中に捕捉される。リング１２ａのねじ山１８ａが、ボウル１７ａのねじ山１７ａと対合して、マニホルド１２ａとボウル１４ａとを動かしてそれらを合わせたり離したりする。ボウル１４ａおよびフィルタカートリッジ１２は、図１および２に関して上記で説明した方式で水平通路２２および２４内に嵌合するキーの水平セクションによって互いに接合される。
【００２０】
図７では、リング５２のねじ山５０がマニホルド５６のねじ山５４と対合する実施形態が示されている。リング５２は、上記で説明したように、ボウル５６およびフィルタカートリッジ１２を一体としてマニホルド５６の中へまたは外へ動かすために手によって回転させることができるような方式で、ボウル５６上に取り付けられている。ボウル５６およびフィルタ１２は、上記で説明したように水平通路２２および２４内に嵌合する水平セクション３４および３５によって互いに接合される。
【００２１】
図８は、本発明の別の実施形態を示し、「実質上固定された」という用語によって意味するものを明確に示している。この実施形態では、リング４１ａは、ボウル４２ａに装着され、リッジ４３ａによってボウル４２ａに対して保持されている。リッジは、この実施形態では、ボウル４２ａの側壁の外表面の一部に沿って配置された円形のリングである。ボウル４２ａはまた、ボウル４２ａの側壁の外表面の上部部分から外側に延びるリップ４４ａを有する。リング４１ａのねじ山４５ａは、マニホルド４７ａのねじ山４６ａと対合する。
【００２２】
図を見ればわかるように、ボウル４２ａの側壁の長さに沿ってリップ４４ａとリッジ４３ａの間にかなりの余地がある。また、この実施形態はさらに、リング４１ａがボウル４２ａに対して実質上固定された位置にあることを示している。「実質上固定された」という用語によって、リングが、構成要素の長さに沿ったその移動距離がその長さの５０％未満であるような方式で、ハウジングの一構成要素に対して保持されていることを示している。好ましくは、構成要素の長さに対してリングに許される移動距離は、構成要素の長さの２５％未満である。
【００２３】
言い換えれば、構成要素の長さに対するリングの移動距離の長さは、少なくともリングと第２の構成要素の間のねじの回転の一部に対して、リングのねじ山によって生じる、構成要素を積極的に動かす駆動力があるようにすべきである。好ましくは、移動距離の長さは、リングのねじ山が、リングのねじ山が２つの構成要素を合わせるか離すように積極的に駆動する位置に来る前にいくつかのセット間（製造者が望んだように）で他の構成要素のねじ山と接して回転し始めるように制限される。このようにして、リングに配置される荷重をジグザグにして、その使用をより容易、迅速かつ簡単にする。
【００２４】
別法として、リングを、それが装着された構成要素に対して実質上固定されたその所望の位置に保持するために、バンドクランプ、つまみなどの他の手段を使用することができる。リングをそれが取り付けられた構成要素に対して実質上固定された位置に保持するために使用される手段は、２つの構成要素を液体密封を形成するために互いに対して十分に動かし、２つの構成要素を必要に応じて合わせるか、また離すようにして、経路の少なくとも一部で、積極的に動かすような方式で、リングを保持することを許すことを可能にする限りは危険ではない。
【００２５】
濾過カートリッジ内で使用される濾過媒体は、当産業で通常使用されているどんなものであってもよい。通常、媒体は、平膜、らせん状に巻かれた平膜、プリーツ状平膜、らせん状に巻かれたプリーツ状平膜、中空糸膜、らせん状に巻かれた連続繊維デプスフィルタ媒体などのデプスフィルタ媒体、焼結金属フィルタ媒体、セラミック媒体、その表面に付着した流体から選択された材料を除去するための配位子を有する樹脂またはセラミックビードまたは膜などの活性捕捉材料を含む粒子状媒体、アニオン樹脂、カチオン樹脂または前記２者のみでの混合物、または膜構造に組み込まれた混合物などのイオン交換媒体、およびこれらいずれかの組合せを備えるが、それに限定されない。
【００２６】
最後に、これらの実施形態のすべてにおいて、ボウルおよびマニホルドは、プラスチック、好ましくは、超高分子量ポリエチレンを含むポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリオレフィンのコポリマーおよびターポリマー、ナイロン、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）樹脂、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシルアルカン）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ＥＣＴＦＥ（エチレンクロロトリフルオロエチレンコポリマー）、およびその他のフッ化樹脂、特にペルフルオロ化された熱可塑性樹脂、ポリカーボネート、メタロセン派生ポリマー、ポリサルホン、ポリエーテルサルホンやポリアリルサルホンやポリフェニルサルホンなどの改良型ポリサルホン、ガラスやその他の強化プラスチック、またはステンレス鋼、アルミニウム、銅、青銅、真鍮、ニッケル、クロム、チタンまたはそれらの合金またはそれらの混合物などの金属を含む熱可塑材料製であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明のボウルおよびフィルタカートリッジの側面図である。
【図２】本発明のボウルを形成するためのアタッチメントの透視図である。
【図３】本発明のボウルを形成するためのアタッチメントの代替となる嵌合部の側面図である。
【図４】マニホルドに嵌合された本発明のボウルおよびフィルタカートリッジの断面図である。
【図５】マニホルド内でフィルタカートリッジおよびボウルを保持するための本発明の第１の実施形態を示す断面図である。
【図６】マニホルド内でフィルタカートリッジおよびボウルを保持するための本発明の第２の実施形態を示す断面図である。
【図７】マニホルド内でフィルタカートリッジおよびボウルを保持するための本発明のさらなる実施形態を示す断面図である。
【図８】マニホルド内でフィルタカートリッジおよびボウルを保持するための本発明のさらなる実施形態を示す断面図である。

Claims (8)

1. マニホルドと、濾過カートリッジと、前記フィルタカートリッジを収容するボウルとを備える濾過モジュールであって、
   前記濾過カートリッジおよびボウルが、前記ボウルの内部表面上の少なくとも１つのキーと対合する、前記濾過カートリッジの外部表面上の少なくとも１つのキー溝によって互いに接合され、
   前記濾過カートリッジおよびボウルが、前記濾過カートリッジへの供給流体と前記濾過カートリッジから排除された透過物との混合を防止するような方式で前記マニホルドと流体的に連絡している濾過モジュール。
2. 前記ボウルへの供給流体用の取入口と、前記濾過カートリッジからの透過物用の排出口とを備える、請求項１に記載の濾過モジュール。
3. 前記濾過カートリッジへの供給流体用の取入口と、前記ボウルからの透過物用の排出口とを備える、請求項１に記載の濾過モジュール。
4. 前記濾過カートリッジが、平膜、らせん状に巻かれた平膜、プリーツ状平膜、らせん状に巻かれたプリーツ状平膜、中空糸膜、デプスフィルタ媒体、活性捕捉材料を含む粒子状媒体、イオン交換媒体、およびそれらの組合せから成る群から選択された１つまたは複数の濾過媒体を含む、請求項１に記載の濾過モジュール。
5. 前記キー溝が、鉛直セクションと、前記鉛直セクションと接続された少なくとも２つの水平セクションとを有する請求項１、２、３または４に記載の濾過モジュール。
6. 前記キー溝が、２つの水平セクションを有する請求項５に記載の濾過モジュール。
7. 前記キー溝が、前記鉛直セクションと接続された傾斜表面を有する請求項５に記載の濾過モジュール。
8. 前記キー溝が、前記鉛直セクションと接続された傾斜表面を有する請求項６に記載の濾過モジュール。

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