(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体供給配管中に配設されるインライン形のガス用フィルタのハウジング内に収容され、前記ガス用フィルタの一次側ポートから流入する流体を濾過して二次側ポートに流出させるフィルタエレメントであって、
前記ハウジング内に気密状態で収容されて前記一次側ポートと前記二次側ポートとを連通させるとともに、外周面にガス流路を形成する環状の通気溝および該通気溝と内部とを連通する通気孔を有する円筒状のフィルタエレメント本体と、
前記フィルタエレメント本体の外側に、前記通気溝を覆って円筒状に形成されたメンブレン層と、
該メンブレン層の外側に、前記メンブレン層を覆って円筒状に形成された不織布層とを有し、
前記不織布層およびメンブレン層により、前記ガス用フィルタの一次側ポートから流入する流体を濾過することを特徴とするフィルタエレメント。
【請求項２】
請求項１記載のフィルタエレメントであって、前記メンブレン層がポリ四フッ化エチレン製の多孔膜により形成されることを特徴とするフィルタエレメント。
【請求項３】
請求項１または２記載のフィルタエレメントであって、前記不織布層がポリ四フッ化エチレン製の不織布により形成されることを特徴とするフィルタエレメント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス用フィルタのフィルタエレメントに関し、特に、半導体製造用の高純度ガスを供給するガス供給配管に設置されるインライン形のガス用フィルタに適用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造プロセスにおいては、酸化被膜の生成やエッチング等種々の工程において、半導体デバイスの高集積化、高品質化等を図るべく、圧縮空気や酸素、水素、窒素、フロン、アルゴン、ヘリウム、亜酸化窒素、二酸化炭素等の超高純度のガスが用いられている。この場合、かかる超高純度ガスを供給するためには、ガス製造時はもとより、その充填、輸送、貯蔵、供給の全ての段階においてクリーン化が要求される。特に、半導体製造装置にガスを供給するに当たっては、それまでに混入した塵埃等のみならず、ガス供給配管内の減圧弁や圧力計、バルブ等の作動によって発生する金属微粉等の微粒子をも除去してガスを清浄化する必要がある。そのため、半導体製造装置に対するガス供給配管には、ガス精密濾過用のいわゆるインライン形のガス用フィルタが使用されており、これにより半導体製造装置に超高純度のガスを供給している。
【０００３】
一方、このようなガス用フィルタには、通常、交換可能なフィルタエレメントが内蔵されており、濾過用メンブレン（ｍｅｍｂｒａｎｅ）の目詰まりによる流量低下に伴いそれを適宜交換する。この場合、フィルタエレメントとしては、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシエチレン共重合）の本体にＰＴＦＥ（ポリ四フッ化エチレン）製の濾過用メンブレンを取り付けたものが多く用いられている。そして、このＰＴＦＥ製メンブレンにより、ガス内にある０．０１μｍ以上の粒子をほぼ１００％捕捉し超高純度のガスを得ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなガス用フィルタに用いられるＰＴＦＥ製メンブレンは、微細な空孔を有しているため、微細粒子の捕捉には適するものの、一方で目詰まりを生じ易く、そのため、フィルタエレメントの寿命が短いという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、寿命が長いインライン形ガス用フィルタのフィルタエレメントを提供することにある。
【０００６】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【０００８】
すなわち、本発明のフィルタエレメントは、流体供給配管中に配設されるインライン形のガス用フィルタのハウジング内に収容され、前記ガス用フィルタの一次側ポートから流入する流体を濾過して二次側ポートに流出させるフィルタエレメントであって、前記ハウジング内に気密状態で収容されて前記一次側ポートと前記二次側ポートとを連通させるとともに、外周面にガス流路を形成する環状の通気溝および該通気溝と内部とを連通する通気孔を有する円筒状のフィルタエレメント本体と、前記フィルタエレメント本体の外側に、前記通気溝を覆って円筒状に形成されたメンブレン層と、該メンブレン層の外側に、前記メンブレン層を覆って円筒状に形成された不織布層とを有し、前記不織布層およびメンブレン層により、前記ガス用フィルタの一次側ポートから流入する流体を濾過することを特徴とする。このように、本発明のフィルタエレメントにあっては、一次側ポートから流入したガスは環状の通気溝に対応する不織布およびメンブレンの円周方向前面により濾過されて通気溝内に流入することになる。
【０００９】
この場合、メンブレン層をポリ四フッ化エチレン製の多孔膜により形成しても良く、また、不織布層をポリ四フッ化エチレン製の不織布により形成しても良い。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
図１は本発明のフィルタエレメント１の構成を示す断面図、図２はフィルタエレメント１の本体部２の形態を示す斜視図である。
【００１２】
本実施の形態のフィルタエレメント１は、図１に示したように、ＰＦＡ製の本体部２（フィルタエレメント本体）に通気孔３を形成し、その周囲をメンブレン４（メンブレン層）と不織布５（不織布層）によって覆った構成となっており、半導体製造装置用ガス供給配管（流体供給配管、図示せず）に取り付けられるインライン形のガス用フィルタに使用される。なお、図１〜図３において、メンブレン４と不織布５は、実際には図示できないような薄い膜であるが、発明の構成を分かりやすくするため、図面上ではその厚みを誇張して示している。
【００１３】
ここで、本体部２は、図１に示すように、その外部から被濾過ガスが導入される、内部に流通孔６を有する筒状の部材であり、耐蝕性や耐熱性の観点からＰＦＡにより形成されている。また、その側部には流通孔６に連通した通気孔３が、図２に示したように本体部２の外側まで貫通した状態で形成されている。さらに、本体部２の外側面には、通気孔３と連通した環状の通気溝７がガス流路として形成されている。従って、被濾過ガスは、図１，図２に矢印にて示したように、図１において左側（上流側）からフィルタエレメント１に至り、不織布５およびメンブレン４により濾過される。そして、通気溝７に沿って本体部２の周囲を流れ、通気孔３から流通孔６を介して下流側へと流出する。なお、本体部２の基部にはフランジ状の取付部８が形成されており、この取付部８により、ガス用フィルタ内に固定される。
【００１４】
また、メンブレン４は、平均空孔径０．２μｍのＰＴＦＥ製の多孔質薄膜であり、通気孔３および通気溝７を覆うように本体部２に密着状態で溶着されている。なお、メンブレン４は、ポリエチレンやナイロン、ニトロセルロース、セルロースエステル等の多孔質膜によって形成することも可能であるが、本実施の形態では、腐蝕性ガスの濾過という観点から、化学的安定性、耐久性を考慮してＰＴＦＥを使用している。
【００１５】
一方、不織布５は、繊維径１５μｍ、厚さ約２５０μｍの、メンブレン４に対するプレフィルタ的役割を担うＰＴＦＥ製の不織布であり、メンブレン４の外側を覆うようにメンブレン４と共に本体部２に溶着されている。なお、この場合もメンブレン４と同様ＰＴＦＥを用いている。
【００１６】
次に、本発明のフィルタエレメント１を取り付けたガス用フィルタ１０について説明する。図３は図１のフィルタエレメント１を取り付けた状態のガス用フィルタ１０の構成を示す断面図である。
【００１７】
このガス用フィルタ１０は、フィルタエレメント１をケースハウジング１１（ハウジング）とカバーハウジング１２（ハウジング）により挟み込む形で収容したものである。そして、ケースハウジング１１を上流側にしてガス供給配管に取り付けられる。この場合、ガス供給配管には、ケースハウジング１１とカバーハウジング１２の端部にそれぞれ形成されたテーパ雌ねじ２１（一次側ポート、上流側），２２（二次側ポート、下流側）に配管の雄ねじ（図示せず）をねじ込むことにより取り付けられる。
【００１８】
ここで、フィルタエレメント１の取付方法を説明すると、まず、フィルタエレメント１の取付部８の斜面８ａ側にＯリング１３を取り付ける。次に、Ｏリング１３を取り付けたフィルタエレメント１を、ケースハウジング１１に形成されたフィルタエレメント収容孔１４に収容する。そして、ケースハウジング１１の雄ねじ部１５にカバーハウジング１２の雌ねじ部１６を締め込み、両者を最後までねじ込んだ後、セットスクリュー１９により固定する。これにより、Ｏリング１３が斜面８ａとケースハウジング１１の端面１７およびカバーハウジング１２の内側壁１８の間で圧縮され、フィルタエレメント１は、ケースハウジング１１とカバーハウジング１２との間に気密状態にて取り付けられる。なお、ここで言う気密状態とは、ケースハウジング１１側からカバーハウジング１２側には、フィルタエレメント１の通気孔３以外からは空気が流通しない状態を言う。従って、ケースハウジング１１側から入ったガスは、フィルタエレメント収容孔１４から不織布５とメンブレン４を通って濾過され、その後、通気溝７，通気孔３，流通孔６と流れ下流側に送られる。
【００１９】
なお、フィルタエレメント１を交換する際には、前述の過程を逆にたどり、目詰まりしたフィルタエレメント１を取り出し新品と交換する。
【００２０】
【実施例】
本発明にかかるフィルタエレメントを用いた場合と従来のフィルタエレメントを用いた場合との性能を比較した実験結果を以下に示す。図４は、両者における積算流量と圧力損失との関係を示したグラフである。図４において、縦軸はガス用フィルタ前後における圧力損失（ＭＰａ）、横軸は積算流量（ｍ３  ）を示している。
【００２１】
この場合、本発明に係るフィルタエレメントとしては、平均空孔径０．２μｍのＰＴＦＥ製のメンブレンと繊維径１５μｍ、厚さ約２５０μｍのＰＴＦＥ製の不織布を用いている。一方、従来のフィルタエレメントは、平均空孔径０．２μｍのＰＴＦＥ製のメンブレンのみを用いている。試験条件は両者とも同一である。
【００２２】
ここで、通常、フィルタエレメントの交換時期の目安といわれる、圧力損失が０．０３ＭＰａとなるまでの積算流量を両者で比較する。図４からわかるように、従来のフィルタエレメントを使用した場合その値は約１７５ｍ３  である。これに対して、本発明のフィルタエレメントを使用した場合には約３５０ｍ３  となっている。すなわち、本発明にかかるフィルタエレメントは従来のそれに比して、２倍の寿命を有することになる。また、その性能曲線からも、本発明のフィルタエレメントが圧力損失を損なわないこともわかる。
【００２３】
このように、本発明のフィルタエレメントは、圧力損失を損なうことなく従来のフィルタエレメントに比して２倍の寿命を有する。
【００２４】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００２５】
たとえば、メンブレンの平均空孔径や、不織布の繊維径および厚み、さらにこれらの材質は前記の実施の形態の例には限られず、種々のものを採用することが可能である。例えば、不織布の線径を２５μｍとしたり３５μｍとすることも可能であるが、この場合、若干捕集効率が低下する。また、不織布の材質としてＰＦＡを採用することもできる。
【００２６】
なお、不織布をさらに２層３層に取り付けることも可能であり、その場合メンブレンをその間に挟んだ多重構造とすることも可能であるが、圧力損失が大きくなるという問題がある。また、メンブレンを重ねて２層とし、目詰まりまでの積算流量を大きくすることも考え得るが、この場合もメンブレン同士が接着してしまい圧力損失が大きくなるという問題がある。
【００２７】
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその利用分野である半導体製造プロセスにて使用されるガスを清浄化するインライン形のガス用フィルタに適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、たとえば、半導体製造等に用いられるクリーンルーム用ガスの清浄化にも適用できる。また、空気圧アクチュエータを作動させる空気圧回路中に用いることもできるのは勿論である。
【００２８】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００２９】
すなわち、フィルタエレメントをメンブレン層と不織布層の２層構造としたことにより、従来のフィルタエレメントに比して、その交換寿命を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフィルタエレメントの構成を示す断面図である。
【図２】図１のフィルタエレメントの本体部の形態を示す斜視図である。
【図３】図１のフィルタエレメントを用いたガス用フィルタの構成を示す断面図である。
【図４】本発明のフィルタエレメントを用いたガス用フィルタと従来のフィルタエレメントを用いたガス用フィルタの性能を比較したグラフである。
【符号の説明】
１    フィルタエレメント
２    本体部（フィルタエレメント本体）
３    通気孔
４    メンブレン（メンブレン層）
５    不織布（不織布層）
６    流通孔
７    通気溝
８    取付部
８ａ  斜面
１０    ガス用フィルタ
１１    ケースハウジング（ハウジング）
１２    カバーハウジング（ハウジング）
１３    Ｏリング
１４    フィルタエレメント収容孔
１５    雄ねじ部
１６    雌ねじ部
１７    端面
１８    内側壁
１９    セットスクリュー
２１    テーパ雌ねじ（一次側ポート）
２２    テーパ雌ねじ（二次側ポート）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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