(57)【要約】【課題】高温の液体をろ過してもフィルターエレメントに変形や割れを生じない、改善したフィルターエレメントを提供する。【解決手段】円筒状フィルター材、フィルター材の内面及び外面を支持する、多数の開口を有する樹脂製の内側円筒及び外側円筒、並びに、フィルター材、内側円筒、及び外側円筒の上下端部に配置される、上部及び下部の樹脂製円盤状キャップ部から構成されるフィルターエレメントにおいて、内側円筒の一方の端と樹脂製円盤状キャップ部との間に隙間を設けることにより、高温の液体をろ過しても熱応力を生じないフィルターエレメントを提供する。また、もう１つの実施例においては、内側円筒に伸縮可能な結合部を設けることにより、熱応力を生じないフィルターエレメントを提供する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気密ハウジング内に収納されるフィルターエレメントにおいて、円筒状フィルター材、該フィルター材の内面を支持し且つ多数の開口を有する樹脂製の内側円筒、該フィルター材の外面を支持し且つ多数の開口を有する樹脂製の外側円筒、前記円筒状フィルター材と前記内側円筒と前記外側円筒の上端部と下端部にそれぞれ気密融着された第１樹脂製円盤状キャップ部と第２樹脂製円盤状キャップ部とから成り、前記内外円筒のうち圧力支持側の円筒が他方の円筒よりも剛性が高く形成されており、該圧力支持側の円筒が第１円筒部材と第２円筒部材から形成されており、第１円筒部材と第２円筒部材の前記キャップ部から遠い側の端部が相対移動可能に構成されているフィルターエレメント。
【請求項２】
前記第１円筒部材と前記第２円筒部材の相対移動可能な端部が入れ子式または、ありほぞ式に構成されている請求項１のフィルターエレメント。
【請求項３】
前記第１円筒部材と前記第２円筒部材の相対移動可能な距離が、使用中に前記圧力支持側の円筒の温度上昇によって生ずる前記圧力支持側の円筒の長さの増大量に準じている請求項１のフィルターエレメント。
【請求項４】
気密ハウジング内に収納されるフィルターエレメントにおいて、円筒状フィルター材、該フィルター材の内面を支持し且つ多数の開口を有する樹脂製の内側円筒、該フィルター材の外面を支持し且つ多数の開口を有する樹脂製の外側円筒、前記円筒状フィルター材と前記内側円筒と前記外側円筒の一端部に気密融着された第１樹脂製円盤状キャップ部、および前記円筒状フィルター材と前記内側円筒及び前記外側円筒のうち圧力支持側でない方の円筒の他端部に気密融着された第２の樹脂製円盤状キャップ部とから成り、前記内外円筒のうち圧力支持側の円筒が他方の円筒よりも剛性が高く形成されており、前記圧力支持側の円筒が前記第２円盤状キャップ部に気密融着されていないことを特徴とするフィルターエレメント。
【請求項５】
前記圧力支持側の円筒が前記第２円盤状キャップ部に至らない長さを有することにより前記第２円盤状キャップ部に気密融着されていない請求項４のフィルターエレメント。
【請求項６】
前記圧力支持側の円筒の端部と前記第２円盤状キャップ部との間に、使用中の円筒の温度上昇によって生ずる前記圧力支持側の円筒の軸方向の長さの増大量に準じた長さの間隔が開いている請求項４のフィルターエレメント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液体をろ過するために好適なフィルターカートリッジに使用するフィルターエレメントに関する。詳細に述べると、本発明は半導体ウエハや液晶装置製造用のガラス基板などの電子部品製造用の基板に用いるアミン系などの有機剥離液や、液晶装置製造用のガラス基板に用いられる顔料分散フォトレジスト、化学的機械的研磨装置に用いられるスラリー、一般産業で用いられる液体など、あるいは、多量の発泡性又は気化性物質を含む薬液のろ過、純水の製造等を行うためのフィルターカートリッジに使用するフィルターエレメントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は一般的なフィルターカートリッジを図示している。従来のフィルターカートリッジは各種の出入口を具備したマニホールド（集管部）を備えた気密ハウジング１３内に、ろ過作用を有するフィルターエレメント１を収容している。詳細に述べると、フィルターカートリッジはシート状フィルター膜をネット状支持体と共に一定幅で多数回プリーツ状にひだ折りし、それらを突き合わせ縁部を接合してエンドレスに形成し円筒状にした円筒状フィルター材３、円筒状フィルター材３の内周面及び外周面を支持する、多数の開口２７を有する樹脂製の内側円筒５及び多数の開口２５を有する外側円筒７、並びに、円筒状フィルター材３の上下端部を内側及び外側円筒の上下端と共に融着封止する樹脂性キャップ９及び１１から成るフィルターエレメント１を収容する。このフィルターエレメントは別個の気密ハウジング１３に着脱自在に収納されてもよいし（交換可能型）、または図示されているように溶接個所１９でハウジングに一体に結合されてもよい（ディスポーザブル型）。
【０００３】
ハウジング１３は蓋部１５及びハウジング部１７から構成される。蓋部１５は、ろ過する液体の特性に応じて、一次側ガスベント口３５及び二次側ガスベント口３９を備えてもよい。フィルターエレメント１はハウジング部１７の上部の開口から内部に挿入され、位置決め支持部材５１上に保持された状態で、蓋部１５が被せられる。フィルターエレメント１が交換型の場合、ハウジング部１７と蓋部１５との合わせ面１９を、Ｏリングを介して封止し、ねじ付きのロックリングにより気密的に結合してもよい（図示せず）。また、フィルターエレメント１がディスポーザブル型の場合には、ハウジング部１７と蓋部１５との合わせ面１９は溶着により結合されてもよい。
【０００４】
フィルターエレメント１の上部のキャップ９には、ハウジング１３の蓋部１５の円筒状支持壁４５に嵌合する、上方に突出する環状壁４１が設けられ、Ｏリング４３により気密的に保持されている。蓋部１５の上端には、ろ過する液体の種類及び特性に応じて、液体中に溶存する気化性物質が気化したときにできる気泡がフィルター材３のろ過面積を減少するのを防止するための、一次側ガスベント口３５及び二次側ガスベント口３９が設けられてもよい。
【０００５】
ハウジングの下端部には被処理液の入口２１が形成されている。被処理液は入口２１から流入し、フィルターエレメント１の外周面とハウジング１３の内壁との間に形成された環状の一次側通路２３内に分配され、外側円筒７の開口２５を通り、円筒状フィルター材３でろ過された後、内側円筒５の開口２７を経て中心の二次側通路２９に流入し、ハウジングの下端部にある二次側出口３３から精製液として流出されるようになっている。原料液中の固形物はフィルター材３の表面に保持される。
【０００６】
当業者には明らかであると思うが、フィルターカートリッジに対しては多様な構成が可能であり、例えば、二次側ベント口３９が二次側出口３３の場所に構成され、二次側出口が二次側ベント口の場所に配置されてもよい。また、フィルターエレメント１の交換時に被処理液の除去やフィルターカートリッジ内の洗浄を容易にするために、一次側ドレイン口３５’及び二次側ドレイン口３９’が備えられてもよい。さらに、そのような構成の場合、フィルターカートリッジは上下反転して使用されてもよく、その場合、ドレイン口３５’、３９’がガスベント口として利用され、ガスベント口３５、３９がドレイン口として利用されてもよい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
流入される液体の圧力や、使用するフィルター材の特性にも依るが、上記フィルターカートリッジのフィルター材３には、使用中、中心方向に向かう比較的強い圧力が加わる。したがって、円筒形部材５及び７、特に、下流側の円筒形部材（図５の場合、内側円筒５）はフィルター材を所定の位置に保持するために、比較的剛性の高い構造に形成する必要がある。
【０００８】
しかしながら、下流側の円筒形部材５を剛性の高い構造に形成した場合、特に高温の液体のろ過に使用したときに、フィルターエレメント１が熱膨張し、円筒形部材の上下端と樹脂性キャップ９、１１との融着封止部分に応力が生じ、フィルターエレメント１が変形したり、極端な場合には円筒部分や融着封止部分に応力割れが生じたりするという欠点があった。
【０００９】
すなわち、例えば、ろ過すべき液体が１００〜１８０℃を有する場合、フィルター材３及び円筒形部材５、７は熱伝導により液体と同じ程度の温度まで加熱される。しかしながら、ハウジング１３自体は、外側が周囲の環境に接しているため、円筒形部材に比べて温度上昇が小さく、結果的に、フィルターエレメント１とハウジング１３との間に熱応力が生ずる。
【００１０】
フィルター材料自体は通常、薄いメンブレンで製作されており、上流側の円筒（図５の場合、外側円筒７）も、ろ過圧力を支持する必要がないので、比較的柔軟性のある構造で、または、薄肉に形成することができるので熱応力が加わっても特に問題を生じない。しかしながら、下流側の円筒（図５の場合、内側円筒５）は、上述したように、ろ過時の圧力を支持するために剛性の高い構造で製作されており、そのため比較的大きな熱応力が加わると、特に、内側円筒５と樹脂性キャップ９、１１との融着封止部分に局所的な応力が集中し、部材の変形や、極端な場合、割れを生じ、フィルターエレメントとしての機能を損なうことがある。
【００１１】
このようなフィルターエレメント１とハウジング１３との温度差によって生ずる熱応力に対処するための１つの方法として、従来技術では、フィルターエレメント１の一方の端（図１においては、上端）を完全に固定せず、Ｏリング４３を利用して封止状態を保ちながら、蓋部１５内に摺動可能な状態で結合させる方法が知られている。しかしながら、この構成は通常、ゴム等の弾性体から形成されるＯリングの使用に伴う、耐久性、耐薬品性、封止状態の信頼性等に関する欠点を有する。図５から判るように、Ｏリング４３はろ過される液体の温度が変化し、フィルターエレメント１が伸縮するたびに、支持壁４５の内壁に擦り合わせられるため、比較的短い時間で磨耗や劣化を起こしてしまう。さらに、Ｏリング４３の周辺には、Ｏリング自体の劣化によって発生する弾性体のカスや、ろ過される液体中に存在するゴミ等が溜まりやすいという問題もある。
【００１２】
したがって、本発明の目的は耐久性や信頼性に関する問題を伴うＯリングを使用せずにフィルターエレメントの変形や割れを防ぐことができる、改善したフィルターエレメント及び、それを使用したフィルターカートリッジを提供することである。換言すると、本発明の目的は、高温の液体をろ過しても変形や割れを起こさず、且つ、劣化する弾性材の使用を可能な限り排除した耐久性及び信頼性の高い、改善したフィルターエレメントを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの側面において、気密ハウジング内に収納される本発明のフィルターエレメントは、円筒状フィルター材、該フィルター材の内面を支持し且つ多数の開口を有する樹脂製の内側円筒、該フィルター材の外面を支持し且つ多数の開口を有する樹脂製の外側円筒、前記円筒状フィルター材と前記内側円筒と外側円筒の一端部に気密融着された第１樹脂製円盤状キャップ部、並びに、前記円筒状フィルター材と前記内側円筒及び外側円筒のうち圧力支持側でない方の円筒の他端部に気密融着された第２樹脂製円盤状キャップ部とから成り、前記内外円筒のうち圧力支持側の円筒が他方の円筒よりも剛性が高くなるように形成されており、前記圧力支持側の円筒が前記第２の円盤状キャップ部に気密融着されていないことを特徴とする。
【００１４】
好まれる実施例において、前記気密融着されていない部分は前記圧力支持側の円筒が前記第２円盤状キャップ部に至らない長さを持つことによって達成される。また、好まれる実施例において、気密融着されていない前記圧力支持側の円筒の端部と前記第２円盤状キャップ部との間の間隔は、フィルターエレメントの使用中に液体からの熱伝導による前記圧力支持側の円筒の温度上昇によって生ずる、前記圧力支持側の円筒の軸方向の長さの増大量（または、膨張量）と等しい程度にされる。
【００１５】
本発明のもう１つの側面において、本発明のフィルターエレメントは、円筒状フィルター材、該フィルター材の内面を支持し且つ多数の開口を有する樹脂製の内側円筒、該フィルター材の外面を支持し且つ多数の開口を有する樹脂製の外側円筒、並びに、前記円筒状フィルター材と前記内側円筒と外側円筒の上端部及び下端部に気密融着された第１樹脂製円盤状キャップ部及び第２樹脂製円盤状キャップ部から成り、前記内外円筒のうち圧力支持側の円筒が他方の円筒よりも剛性が高くなるように形成されており、前記圧力支持側の円筒が第１円筒部材と第２円筒部材から形成され、第１及び第２の前記円筒部材の前記キャップ部から遠い側の端部が互いに相対移動可能に構成されていることを特徴とする。
【００１６】
好まれる実施例において、前記第１及び第２の円筒部材の相対移動可能な端部は入れ子式に構成される。また、他の実施例において、相対移動可能な端部はありほぞ式に構成される。また、好まれる実施例において、前記第１及び第２の円筒部材の相対移動可能な距離は、フィルターエレメントの使用中に液体からの熱伝導による前記圧力支持側の円筒の温度上昇によって生ずる、前記圧力支持側の円筒の軸方向の長さの増大量（または、膨張量）と等しい程度である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の１つの側面に従ったフィルターエレメント１を収容したフィルターカートリッジの断面を図示している。図１において、図５と同様な部材または構成エレメントは同じ番号で示されている。図示されているフィルターカートリッジは各種の出入口を具備したマニホールド（集管部）を備えた気密ハウジング１３内に、ろ過作用を有する本発明の１つの側面に従ったフィルターエレメント１を収容している。詳細に述べると、フィルターエレメント１は円筒状フィルター材３、多数の開口を有する樹脂製の内側円筒５及び外側円筒７、樹脂性キャップ９及び１１から成る。フィルターエレメントは気密ハウジング１３に着脱自在に収納されてもよいし（交換可能型）、または図示されているように溶接個所１９でハウジングに一体に結合されてもよい（ディスポーザブル型）。
【００１８】
図１に示されているように、本発明のフィルターエレメント１の内側円筒５は外側円筒７より僅かに短く構成されており、内側円筒５の上端部６２と樹脂性キャップ部９との間に隙間７０を有する。内側円筒５の下端部６４及び外側円筒の両端部は、従来技術のフィルターエレメントと同様に、融着等によって樹脂性キャップ部９、１１に封止状態で固定されている。内側円筒５を正確に位置付けることが必要な場合や内側円筒の圧力に対する耐性を高めることが必要な場合には、環状のガイド部７２が補助的な部材として設けられてもよい。ここで、隙間７０が内側円筒５の下端部６４と樹脂性キャップ部１１との間に設けられてもよいことは当業者に明白であるだろう。また、従来技術（図５）とは異なり、フィルターエレメント１は両端とも、溶着部９２で、溶着等によってハウジング１３に完全に固定されており、全体として、従来技術より高い剛性を有している。
【００１９】
ここで、フィルターエレメントの実際の動作について説明する。説明の簡略化のために、以下の説明において、フィルターカートリッジに使用されている全ての部材の膨張係数は全て同じであると仮定する。膨張係数が異なっても、以下の説明の実質的な内容が変わらないことは当業者に明白であるだろう。
【００２０】
入口２１から高温（例えば、１００〜１８０°）の被処理液体が流入すると、フィルターエレメント１は高温の液体に浸され、液体からの熱伝導により膨張しようとする。このとき、ハウジング１３自体も高温の液体により温度上昇するが、ハウジング１３の外部は周囲の環境（または、大気）にさらされているため、その温度上昇はフィルターエレメントに比べて小さい。結果的に、フィルター材３及び外側円筒７には、ハウジング１３との温度差により熱応力が生ずるが、フィルター材３及び外側円筒７は比較的柔軟性または弾力性のある構造にて形成されているので、発生した熱応力を吸収することができる。
【００２１】
一方、内側円筒５は、中心方向に比較的強い圧力が加えられるフィルター材３を所定の位置に保持するために、比較的剛性の高い構造にて形成されている。しかしながら、図１に図示されているように、内側円筒５と樹脂性キャップ部９との間には隙間７０が存在し、内側円筒５は矢印８０の方向に、隙間７０の間隔に等しい距離だけ膨張することができるので熱応力を生じない。
【００２２】
上述の説明より明らかであると思われるが、隙間７０は、好まれるものとして、ろ過される液体からの熱伝導によって生ずる内側円筒５の増大分（または、膨張量）と同じ程度の間隔（より正確には、内側円筒５の膨張量からハウジング１３の膨張量を差し引いた程度の間隔）にされるのが望ましい。しかしながら、内側円筒５やハウジング１３にもある程度の弾力性があることを考慮すれば、隙間７０が実際に熱膨張によって生ずる増大分より小さくても、フィルターエレメント１の変形や割れの防止に対して十分な効果を発揮することができることは当業者に明らかであるだろう。また、構造上または強度上の問題が無ければ、隙間７０は実際に熱膨張によって生ずる増大分より大きくてもよい。
【００２３】
図２は本発明のもう１つの側面に従ったフィルターエレメント１を収容したフィルターカートリッジを図示している。この実施例において、フィルターエレメント１の内側円筒５は上部の円筒部材（第１円筒部材）８２及び下部の円筒部材（第２円筒部材）８４から構成されている。図示されているように、第１及び第２の円筒部材８２、８４の融着封止部分から遠い方の端部８６、８８は入れ子式に構成されており、軸方向に互いに移動可能に構成されている。ここで、例えば第１及び第２円筒部材８２、８４の結合部分が中央に配置された場合、第１及び第２円筒部材８２、８４の軸方向の長さは図１の実施例の内側円筒５の約半分となり、それらの膨張量も図１の内側円筒の膨張量の約半分になる。しかしながら、図２の矢印９０で示されているように、第１及び第２円筒部材８２、８４は両方共に中央に向かって膨張するので、端部８６、８８の相対的な移動距離は図１の内側円筒５の増大分と同程度となる。したがって、端部８６、８８の相対的に移動可能な距離も、ろ過される液体からの熱伝導によって生ずる内側円筒５の増大分と同じ程度の間隔（より正確には、内側円筒５の膨張量からハウジング１３の膨張量を差し引いた程度の間隔）にされるのが望ましい。ただし、図１の実施例と共に上述したように、移動距離が増大分に一致していなくても、それらが十分に機能することは理解されなければならない。
【００２４】
図３は本発明の他の実施例として、ありほぞ状に構成された、第１円筒部材８２と第２円筒部材８４との結合部を図示している。また、図４は本発明の内部円筒のもう１つの実施例の分解斜視図である。図示されているように、図４の実施例は第２円筒部材８４の端部８８が第１円筒部材８２の端部の内側に入り込む、入れ子式の構造を利用するとともに、それらが結合したときに、円筒部材が互いに回転することを防ぐためにほぞ状の構造（すなわち、突起部及びへこみ部）を備えている。当業者には明らかであると思われるが、第１及び第２の円筒部材８２、８４の結合部分は、構造的に必要な強度を有し、円筒形部材が熱膨張したときに相対的に移動可能であれば、どのような構成であってもよい。
【００２５】
本発明は図示された実施例と共に説明されてきたが、本発明に対して多様な変更が可能なことは理解されなければならない。例えば、実施例において、支持側の円筒は内側円筒として説明されてきたが、例えば、液体の入口が中央にあり、出口が外側に配置されるようなフィルターカートリッジにおいては、外側円筒が支持側の円筒となるだろう。また、第１及び第２の円筒部材の結合部８６、８８は軸方向に対して中央に配置された状態で図示されているが、それが中央に配置されなくてもよいことや、結合部が複数個に分割されて配置されてもよいことは理解されなければならない。さらに、本発明の実施例は高温の液体のろ過に対して説明されてきたが、隙間７０や結合部８６、８８の間隔を調整することにより、本発明のフィルターエレメントを周囲の温度より低温の液体のろ過に対して適用することができることは、当業者にとって明白であるだろう。
【００２６】
【発明の効果】
本発明により、他の構成部材に比べ耐久性や信頼性の低いＯリングを使用せずに、高温や低温の液体をろ過してもフィルターエレメントの変形や割れを生じない、改善されたフィルターエレメントを提供することができる。また、本発明のフィルターエレメントの内側円筒は熱膨張に応じた間隔だけ拡張または収縮するように構成することができるので、内側円筒を作製する際に熱膨張率等を考慮せずに材料を選ぶことを可能にする。また、従来のフィルターエレメントと異なり、熱応力に対する強度をほとんど考慮せずに、フィルターエレメントを作製することができ、製造コストを抑えることもできるだろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの側面に従ったフィルターエレメントを収容したフィルターカートリッジの断面図である。
【図２】本発明のもう１つの側面に従ったフィルターエレメントを収容したフィルターカートリッジの断面図である。
【図３】本発明の他の実施例の結合部を図解するための、第１及び第２円筒部材の拡大された平面図である。
【図４】本発明に従った内側円筒のもう１つの実施例の分解斜視図である。
【図５】従来技術のフィルターエレメントを収容したフィルターカートリッジの断面図である。
【符号の説明】
１　フィルターエレメント
３　フィルター材
５　内側円筒
７　外側円筒
９、１１　樹脂性キャップ部
１３　ハウジング
１５　蓋部
１７　ハウジング部
１９　溶接個所
２１　被処理液の入口
２３　一次側通路
２５、２７　円筒部材の開口
２９　二次側通路
３３　二次側出口
３５　一次側ガスベント口
３５’　一次側ドレイン口
３９　二次側ガスベント口
３９’　二次側ドレイン口
４１　環状壁
４３　Ｏリング
４５　円筒状支持壁
５１　支持部材
６２　内側円筒の上端部
６４　内側円筒の下端部
７０　隙間
７２　ガイド部
８２　第１円筒部材
８４　第２円筒部材
８６　第１円筒部材の端部
８８　第２円筒部材の端部
９２　溶着部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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