(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接液面を合成樹脂とした容器内にイオン交換樹脂を収容したイオン交換装置であって、
該容器は、上部が開放した容器本体と、該容器本体に装着された上蓋と、該上蓋に設けられた原水流入口及び集水管接続部とを備え、
下端にストレーナを備えた集水管が該容器内に配置され、該集水管の上端が該集水管接続部に接続されているイオン交換装置において、
該集水管の上端に筒状のコネクタが連結されており、該コネクタが集水管接続部に嵌合しており、コネクタと集水管接続部との接触面が２個以上のＯリングでシールされており、
前記容器本体、上蓋、原水流入口及び集水管接続部は、接液面がフッ素樹脂被膜で被覆された金属製であり、
前記集水管、ストレーナ及びコネクタは合成樹脂製であり、該コネクタの内孔に筒状の前記集水管接続部が差し込まれており、
該コネクタの内周面に前記Ｏリングが保持され、集水管接続部の外周面に該Ｏリングが接していることを特徴とするイオン交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容器内に充填されたイオン交換樹脂に通水してイオン交換処理を行うためのイオン交換装置に係り、特に超純水製造装置のサブシステムの非再生式混床式イオン交換装置として用いるのに好適なイオン交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
市水、地下水、工水などの原水から超純水を製造する超純水製造装置は、基本的に、前処理装置、一次純水製造装置及びサブシステム（二次純水製造装置）から構成される。このうち、前処理装置は、凝集、浮上、濾過装置で構成される。一次純水製造装置は、２基の逆浸透膜分離装置及び混床式イオン交換装置、或いは、イオン交換樹脂装置及び逆浸透膜分離装置等を備えている。また、サブシステム（二次純水製造装置）は、低圧紫外線酸化装置、混床式イオン交換装置及び限外濾過（ＵＦ）膜分離装置等を備えている。
【０００３】
半導体等の電子デバイスの製造工程に用いられる超純水には、不純物である金属成分の濃度が極めて低いことが求められている。このような要求に応えるために、イオン交換装置としては、容器等の接液部材を合成樹脂やステンレス製としたり、フッ素樹脂被覆部材としたものが用いられており、具体的には次のものが公知である。
【０００４】
ｉ）  ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製容器を用いたもの（特公平３−６４１９５、実公平５−９１１３、特開平６−８６９７６など。）
ＦＲＰ製の容器内にイオン交換樹脂を充填したイオン交換樹脂装置は、大量生産品として広く用いられている。通常、接液部である内殻を、高分子材料をブロー成形することで製作し、外殻をＦＲＰで製作して補強している。
【０００５】
特開平６−８６９７６の００２４段落では、接液部をポリエチレンやポリプロピレンで構成し、その外側をＦＲＰで補強している。
【０００６】
ii）  ステンレス鋼製の部材を用いたもの
特開２００６−２６３７１８、特開２００７−７６５１ではケース本体及び上蓋がステンレス鋼で製作されている。特開平９−１１７６７７ではイオン交換塔内の隔壁としてＳＵＳ３１６のフラットなスクリーンを使用している。
【０００７】
iii）  フッ素系樹脂のように、成分が溶出しない材料を用いたもの（特開平８−２３１２０７など。）
フッ素系樹脂は化学的な安定度が高い。特開平８−２３１２０７ではポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を内装した混床式イオン交換樹脂カラムで過酸化水素のイオン除去を行っている。
【０００８】
しかしながら、これらの従来技術ｉ）〜iii）には次のような短所がある。
【０００９】
上記ｉ）の場合、内殻と外殻を接着剤で固めることにより容器を製作するため、製作時に接液部（内殻）が汚染されるリスクが高い。
【００１０】
上記ii）の場合、ステンレス鋼から金属成分が溶出する。
【００１１】
上記iii）のように化学的安定度が高いフッ素系樹脂を用いる場合、フッ素系樹脂の加工は非常に困難である。
【００１２】
一般に、フッ素系樹脂は高価なため、それ単独で射出成形、削り出し等によって容器等を製作すると経済性がない。従って強度の高いステンレス鋼で容器を製作し、接液面をフッ素系樹脂でコーティング又はライニングすることが望ましい。
【００１３】
フッ素系樹脂のコーティング又はライニング方法には様々な方法があるが、接着剤を必要とするシートライニング、母材との密着性が全くないルーズライニング法は高純度の超純水を得るための装置の加工法としては不適切である。従ってイオン交換装置の容器の製作には、静電粉体塗装法や流動浸漬法によるコーティング又はライニングが好ましい。
【００１４】
静電粉体塗装法ではフッ素系樹脂の微粉末を、あらかじめ帯電させた母材にスプレーガンにて吹き付けるため、装置構造が複雑になると均一な膜厚を得ることは困難である。加えて、ネジ山のような微細な凹凸形状を静電粉体塗装法で凹凸形状を残しながらコーティング（又はライニング）することは難しい。
【００１５】
流動浸漬法においても、容器表面全体がコーティング（又はライニング）され、ネジ山のような微細な凹凸形状を残しながら容器接液面全体をコーティング（又はライニング）することは難しい。
【００１６】
金属部材をまずフッ素系樹脂でコーティング（又はライニング）し、その後、この金属部材を用いて容器を製作することも考えられる。しかし、フッ素系樹脂の融点（２５０〜３３０℃）と比べ、ステンレス鋼溶接時の溶接部付近の到達温度は非常に高いため、コーティング（又はライニング）後に溶接作業を行うことはできない。また、コーティング（又はライニング）後にネジ切り加工などを行うとフッ素樹脂被膜に応力がかかり、皮膜の剥がれなどにつながる。従って装置製作手順に関しても大きな制約を受ける。
【００１７】
ところで、サブシステムの非再生式イオン交換装置としては、上蓋を有した容器と、該容器内に充填されたイオン交換樹脂と、イオン交換樹脂と接触した水を取り出すように該上蓋に支持された集水管と、該集水管の下端に装着されたストレーナとを備えた型式のもの（例えば上記の特開平６−８６９７６のほか、特開２００１−１０４９５２など）が広く用いられている。この非再生式イオン交換装置は、１〜２年毎にサブシステムから取り外され、イオン交換樹脂の入れ替え作業が行われる。この非再生式イオン交換装置のイオン交換樹脂の入れ替えに際しては、集水管及びストレーナも取り外して洗浄又は新品への入れ替えを行う。従って集水管の容器上蓋への取り付けは、溶接ではなく、またコーティング（又はライニング）加工との兼ね合いでネジ込みではないことが必要となる。
【００１８】
なお、この集水管の上蓋への取り付け部分のシール性が不十分であると、原水が集水管内（処理水側）へ短絡的にリークし、処理水質が低下する。
【００１９】
上記特開２００１−１０４９５２のイオン交換装置は、軟水装置や純水製造装置に用いられるものであり（同公報０００２段落）、不純物濃度が極めて低い超純水サブシステムには適用できない。また、同公報のようなＦＲＰ製タンクは、製作上の寸法誤差が比較的に大きいため、Ｏリングとアダプタでディストリビュータの集水管軸方向の調整を行う（同公報０００６段落）必要がある。
【００２０】
また、この特開２００１−１０４９５２では、アダプタに「軸方向に弾性変形可能なスプリング（請求項６）」を用いており、「スプリングの表面が樹脂からなる（請求項７）」としている。このような弾性変形する部材が容器内に存在すると、微粒子等の発生源となり、高純度の超純水を得ることができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特公平３−６４１９５
【特許文献２】実公平５−９１１３
【特許文献３】特開平６−８６９７６
【特許文献４】特開２００６−２６３７１８
【特許文献５】特開２００７−７６５１
【特許文献６】特開平９−１１７６７７
【特許文献７】特開平８−２３１２０７
【特許文献８】特開２００１−１０４９５２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明は、容器及び容器上蓋の接液面を合成樹脂とし、容器接液部からの金属成分溶出を防止すると共に、集水管の脱着が容易であり、しかも集水管内への原水のリークが防止されるイオン交換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明のイオン交換装置は、接液面を合成樹脂とした容器内にイオン交換樹脂を収容したイオン交換装置であって、該容器は、上部が開放した容器本体と、該容器本体に装着された上蓋と、該上蓋に設けられた原水流入口及び集水管接続部とを備え、下端にストレーナを備えた集水管が該容器内に配置され、該集水管の上端が該集水管接続部に接続されているイオン交換装置において、該集水管の上端に筒状のコネクタが連結されており、該コネクタが集水管接続部に嵌合しており、コネクタと集水管接続部との接触面が２個以上のＯリングでシールされており、前記容器本体、上蓋、原水流入口及び集水管接続部は、接液面がフッ素樹脂被膜で被覆された金属製であり、前記集水管、ストレーナ及びコネクタは合成樹脂製であり、該コネクタの内孔に筒状の前記集水管接続部が差し込まれており、該コネクタの内周面に前記Ｏリングが保持され、集水管接続部の外周面に該Ｏリングが接していることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のイオン交換装置は、集水管の容器上蓋への取り付けを２個以上のＯリングとコネクタで行っている。コネクタは、Ｏリングを介して集水管接続部に嵌合するようになっているので、集水管の取り外し及び取り付けが容易である。また、コネクタの集水管接続部への嵌合位置を微調整することが可能であるので、集水管下端のストレーナの上下位置を調整することが可能である。これにより、ストレーナが容器底面に対し過度に強く押し付けられることを防止することができ、該容器底面のフッ素樹脂被覆に過大な応力が生じることも防止できる。
【００２６】
本発明では、容器本体及び上蓋などの接液面を合成樹脂としており、容器本体及び上蓋を構成する金属材料からの金属成分溶出が防止される。
【００２７】
本発明において、容器と容器上蓋の接続及び容器上蓋の原水配管及び処理水配管との接続をフェルール（ヘルール）構造によるクランプ止めとした場合、装置構造を簡素化できると共に、締め付け時に局所的な応力がフッ素樹脂等の合成樹脂皮膜に発生することが防止される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施の形態に係るイオン交換装置の容器の断面図である。
【図２】図１の容器の頂部の拡大図である。
【図３】試験装置を示す模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、第１図及び第２図を参照して実施の形態について説明する。第１図は実施の形態に係るイオン交換装置の容器の縦断面図、第２図はこの容器の集水管接続部の拡大断面図である。
【００３０】
この容器１は、底部が閉じており、上面のみ開放した容器本体２と、該容器本体２の上部に装着された上蓋３と、該上蓋３に設けられた原水流入口４、集水管接続部５、及びイオン交換樹脂の投入口６と、上端が該集水管接続部５にコネクタ７を介して接続された集水管８と、該集水管８の下端に取り付けられた集水ストレーナ９等を備えている。
【００３１】
容器本体２は、この実施の形態では筒軸心方向を上下方向とした略々円筒形であり、底部下面には脚座２ａが設けられている。容器本体２の上端縁の外周にはフランジ部２ｂが設けられている。このフランジ部２ｂの上面にはＯリング溝（符号略）が凹設されており、このＯリング溝内にＯリング（図示略）が設置されている。このＯリング溝は、容器本体２を周回している。
【００３２】
容器本体２は、金属（この実施の形態ではステンレス）製であり、内面の全面、フランジ部２ｂの上面及びＯリング溝の溝面の全面がフッ素樹脂被膜で覆われている。
【００３３】
上蓋３は、円板状であり、その周縁部が該フランジ部２ｂに重ね合わされ、クランプ１０によってフランジ部２ｂに連結されている。上蓋３は、金属（この実施の形態ではステンレス）製であり、その下面の全体がフッ素樹脂被膜で覆われている。
【００３４】
原水流入口４は、上蓋３を貫通し、上蓋３に対し溶接により固着された筒状であり、その上端には、原水配管（図示略）をフェルール（図示略）によって接続するためのフランジ部４ａが設けられている。原水流入口４の下部には、原水を容器本体２内に散水するための合成樹脂（この実施の形態ではポリプロピレン）製のディストリビュータ１１が超音波溶着等によって取り付けられている。原水流入口４は金属（この実施の形態ではステンレス）製であり、その接液面（内周面の全体と、上蓋３よりも下側の外周面）及びフランジ部４ａの上面がフッ素樹脂被膜で覆われている。
【００３５】
筒状のイオン交換樹脂投入口６は、上蓋３に設けられた開口１２の周縁部に対し、溶接によって固着され、上方に立ち上がる金属（この実施の形態ではステンレス）製であり、その上端にはフランジ部６ａが設けられている。この投入口６の内周面及びフランジ部６ａの上面の全体がフッ素樹脂被膜で覆われている。
【００３６】
投入口６の上端にキャップ６ｂが被せられ、フランジ部６ａに対しフェルール（図示略）によって固定されている。フェルールを取り外すことにより、キャップ６ｂが投入口６から取り外し可能となる。
【００３７】
次に、第２図を参照して集水管接続部５及びそれへの集水管８の接続構造について説明する。
【００３８】
集水管接続部５は、上蓋３を貫通する筒状であり、その上端には処理水取出配管（図示略）をフェルールによって接続するためのフランジ部５ａが設けられている。集水管接続部５は、上蓋３に設けられた開口１３に挿通され、溶接（符号１４はこの溶接の溶接金属を示す。）によって上蓋３に固着されている。
【００３９】
集水管接続部５は、上部よりも下部の方が肉厚となっており、下部の内径は、肉厚とした分だけ上部よりも小径となっている。集水管接続部５の外径は、フランジ部５ａを除き、上端から下端まで同一である。この集水管接続部５は、金属（この実施の形態ではステンレス）製であり、その内周面の全面とフランジ部５ａの上面がフッ素樹脂被膜１５によって覆われている。このフッ素樹脂被膜１５は、フランジ部５ａから集水管接続部５の内面にかけて連続している。
【００４０】
コネクタ７は、集水管接続部５及び集水管８がそれぞれ内孔に差し込まれる円筒状である。このコネクタ７の上下方向の略中間部の内周面には、該内周面を周回するように凸部７ａが設けられている。コネクタ７の上部の内周面には、Ｏリング装着用の溝（符号略）が上下方向に間隔をあけて２条設けられており、各溝にそれぞれＯリング１６が装着されている。Ｏリング１６は集水管接続部５の外周面に水密的に当接している。なお、Ｏリング１６の設置数は３以上であってもよい。
【００４１】
集水管８及びコネクタ７はフッ素樹脂（この実施の形態ではＰＶＤＦ）製であり、集水管８をコネクタ７内に、好ましくは凸部７ａに当接するまで差し込み、超音波溶着等によって固着している。
【００４２】
ストレーナ９は、ポリプロピレン等の合成樹脂製であり、集水管８の下端に対し超音波溶着等によって固着されている。
【００４３】
コネクタ７及びストレーナ９を集水管８に固着した後、このコネクタ７の内孔に集水管接続部５を内嵌させることにより、集水管８が集水管接続部５に接続される。
【００４４】
集水管８、コネクタ７、原水ディストリビュータ１１及び集水ストレーナ９は不純物の溶出が少ない純度の高い合成樹脂製とすることが好ましく、上述の通り、この実施の形態では集水管８及びコネクタ７はＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）製とし、原水ディストリビュータ１１及び集水ストレーナ９はＰＰ（ポリプロピレン）製としている。
【００４５】
容器本体２及び上蓋３の接液部に形成するフッ素樹脂被膜の厚さは１００〜８００μｍ特に２００〜５００μｍとりわけ約３００μｍ程度が好適である。
【００４６】
フッ素樹脂被膜の形成方法としては、静電粉体塗装法や流動浸漬法が好適である。静電粉体塗装法では、あらかじめ予熱した被着体（容器本体や上蓋など）にスプレー、静電塗装機でフッ素樹脂粉末を吹き付けし、粉末を溶融させて被膜を形成する。流動浸漬法では、フッ素樹脂粉体を空気又は窒素ガスの気流で流動させて流動層を形成し、この流動層内に予熱した被着体（容器本体や上蓋など）を浸漬し、被膜を形成する。フッ素樹脂としては、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン（Ｃ２Ｆ４）とエチレン（Ｃ２Ｈ４）の共重合体）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）などが好適である。
【００４７】
Ｏリングとしても、不純物の溶出が少ない高純度のゴムよりなるものが好ましく、特にフッ素ゴム製Ｏリングが好適である。Ｏリングに用いられるフッ素ゴムとしては、パイトン（デュポン（株）登録商標）、カルレッツ（デュポン（株）登録商標）、アフラス（旭硝子（株）登録商標）などが例示される。
【００４８】
このように構成されたイオン交換装置にあっては、集水管８の上端にコネクタ７が取り付けられ、このコネクタ７内に集水管接続部５が内嵌され、コネクタ７の内周面と集水管接続部５の外周面との間が２個以上のＯリング１６によってシールされている。このため、集水管８と集水管接続部５との接続が容易であると共に、両者の間のシール性も良好であり、原水が処理水にリークすることが防止される。
【００４９】
また、この集水管接続部５とコネクタ７との接続構造では、コネクタ７が集水管接続部５に対し上下動可能である。従って、集水管８の高さを微調整することが可能であり、集水ストレーナ９が容器本体２の底面に対し強く押し付けられることを防止できる。そのため、容器本体２の底部内面のフッ素樹脂被膜に過大な応力が生じることが防止される。
【００５０】
この実施の形態では、容器本体２、上蓋３、原水流入口４、集水管接続部５、及び投入口６の接液面がフッ素樹脂被膜で覆われていると共に、ディストリビュータ１１、コネクタ７、集水管８、及びストレーナ９を合成樹脂製としており、金属の溶出が防止される。
【００５１】
従って、このイオン交換装置によると、金属濃度が著しく低いイオン交換処理水を得ることができる。
【００５２】
次に、上記のイオン交換装置における原水側から集水管８内への金属イオンのリークを試験した実験例について説明する。
【００５３】
＜実験例１＞
Ｏリング１６を１本のみ装着したこと以外は第１，２図の通りのイオン交換装置において、ステンレス製の容器本体２及び上蓋３の接液面の被膜を厚さ３００μｍのＥＴＦＥコーティングとした。集水管８及びコネクタ７はＰＶＤＦ製、ディストリビュータ１１及びストレーナ９はＰＰ製とした。第３図に示す通り、集水管８の下端を、ストレーナ９の代わりにＰＶＤＦ製の閉止板２０で閉じ、集水管８内を超純水で満たし、集水管８の上端にキャップ１９を装着した。容器１内のエアを抜きながら、原水槽２１内のＮａイオン濃度１０ｇ／ＬのＮａＣｌ水溶液をポンプ２２及び配管２３を介して原水流入口４から容器１内に満水となるまで注入した。容器１内がＮａＣｌ水溶液で満水となった後、圧力計２４の指示値が０．７ＭＰａに達するまで、ポンプ２２で容器１内を加圧した。第３図の符号２５は、配管２３の先端を原水流入口４のフランジ部４ａに接続したフェルールを示している。
【００５４】
この圧力を保った状態でポンプ２２を止め、１時間放置し、１時間後の集水管内のＮａ濃度を測定した。その結果を表１に示す。
【００５５】
＜実験例２＞
Ｏリングの数を第２図の通り２本としたこと以外は実験例１と同様にして試験を行った。結果を表１に示す。
【００５６】
＜実験例３＞
Ｏリングの数を３本としたこと以外は実験例１と同様にして試験を行った。結果を表１に示す。
【００５７】
【表１】
0005391965.tif 000002
【００５８】
表１の通り、Ｏリングが２個以上である場合、集水管内のＮａ濃度は１０μｇ／Ｌ以下（原水に対して百万分の１以下）であり、十分なシール性が得られることが認められた。
【符号の説明】
【００５９】
１  容器
２  容器本体
３  上蓋
４  原水流入口
５  集水管接続部
６  イオン交換樹脂の投入口
７  コネクタ
８  集水管
９  ストレーナ
１１  ディストリビュータ
１５  フッ素樹脂被膜
１６  Ｏリング
【図１】
0005391965.tif 000003
【図２】
0005391965.tif 000004
【図３】
0005391965.tif 000005