(57)【要約】【課題】例えば半導体製造の為のプロセスガスなどの濾過処理に好適に採用しうるフィルター装置を提供する。【解決手段】微細空孔を有する濾過層と、該濾過層を支持し濾過圧を負担するとともに前記濾過層よりも大の空孔を有する支持層とを含む濾過部材の周縁部を、被処理流体が流入する入口空間をなす第１の押圧部材と、前記濾過層により濾過された処理流体が入る出口空間をなす第２の押圧部材とを用いてシールするフィルター装置であって、前記第１の押圧部材は、前記周縁に向く端面を有する剛な押圧基部と、前記周縁部に沿って配される弾性部材とからなることを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細空孔を有する濾過層と、該濾過層を支持し濾過圧を負担するとともに前記濾過層よりも大の空孔を有する支持層とを含む積層濾過部材の周縁部を、被処理流体が流入する入口空間をなす第１の押圧部材と、前記濾過層により濾過された処理流体が入る出口空間をなす第２の押圧部材とを用いてシールするフィルター装置であって、
前記積層濾過部材は前記支持層を第１の押圧部材に向けて配置されるとともに、該第１の押圧部材と、前記支持層との間に弾性部材を介在することにより、前記第２押圧部材と濾過層との間のシール性を向上したことを特徴とするフィルター装置。
【請求項２】
前記弾性部材は、第１の押圧部材と第２の押圧部材との溶接による組込み状態において、該溶接後の熱収縮に伴い増加する第１の押圧部材と前記支持層との間の間隙を吸収して、前記第２押圧部材と濾過層との間のシール性を向上することを特徴とする請求項１記載のフィルター装置。
【請求項３】
前記弾性部材は、金属繊維焼結シートからなる環状体であることを特徴とする請求項１又は２に記載のフィルター装置。
【請求項４】
前記弾性部材は、板面と直交する向きに山部、谷部を繰り返す波付けされた細巾のばね板を、隣合う巻き層の互いに向き合う側に突出する山部、谷部を当接させて螺旋巻きしたスプリングであることを特徴とする請求項１に記載のフィルター装置。
【請求項５】
前記第２の押圧部材は、一面に流入口と流出口とが共に設けられ、かつ他面に濾過部材を支持する段差部を設けた凹部を有するとともに、前記第１の押圧部材は、天板部の周囲に前記凹部に嵌入する周壁部を具え、該周壁部はその嵌入により前記段差部に載置される積層濾過部材の支持層を前記弾性部材を介して押圧し、かつ前記第１の押圧部材と、第２の押圧部材とを溶接により固着することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のフィルター装置。
【請求項６】
前記濾過部材は、半導体製造用のプロセスガスの濾過処理に用いられるプロセスガス用濾過部材であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のフィルター装置。
【請求項７】
前記濾過部材は、その周縁を予め押圧により減厚された周縁薄肉部を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のフィルター装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体製造の為のプロセスガスなどの濾過処理に好適に採用しうるフィルター装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体は近年の技術革新と周辺設備の精度向上などによる製品の緻密化とともに、その製造過程で使用させる種々プロセスガスについても例えば０．１μｍという極めて微細な粒子を１０−１０  以下のナノ領域にまで低減させるハイレベルの高純度であることが求められる。
【０００３】
又一般的にこのような用途に適合するフィルター製品としては、
ａ）    必要精度の濾過径を低圧損で、しかも滞留なども生じない濾過性に優れたものであること、
ｂ）    被処理ガスなどに対する優れた耐食性があること、
ｃ）    システムのベーキング処理に耐える耐熱性を備えること、
ｄ）    溶接など必要な機械加工を施すことができる加工性を有すること、などの特性が要請されるため、金属製の濾材が広く採用され、又本発明者も例えばステンレス鋼短繊維を用いた濾過部材、フィルター装置などを種々提案している。
【０００４】
例えば特許文献１においては、多孔質の金属材料からなる支持体上に、この支持体の孔径より微細な粒子からなる粒子層を積層形成焼結一体化してなる積層濾過部材を提案し、これは平均アスペトク比（Ｌ／ｄ）２〜１５の金属短繊維を結合剤を用いることなく懸濁し、真空引きすることにより支持体上に濾過層を積層して形成する。この濾過部材によると、実質的な濾過は前記濾過層で行い、強度維持は前記支持体で行いうるため、前記濾過層を必要最小限の厚さにすることができ、高い空孔精度とより低圧損との優れた機能を兼備することができる。
【０００５】
この提案に係る濾過部材は、前記濾過層が所定アスペトク比の金属短繊維で形成されているため、各短繊維は各々ランダムな立体的に分布することが空孔率を高め、濾過特性を向上しうると考えられる。
【０００６】
一方、このような積層濾材をハウジング容器内に組み込み一体化したフィルター装置として、例えば特許文献２は、図７に例示するように、向き合うガス配管の間に介在させるインライン型フィルター装置を提案しており、このフィルター装置は、積層濾過部材ａをインロー嵌合される第１のケース部材ｂと第２のケース部材ｃとの間に配置してその外周合せ部を溶接線ｄに沿って溶接することにより、溶接後の熱収縮によって積層濾過部材ａを確実にシールするものである。
【０００７】
また特許文献３は、図８に示すように、ブロック状の第２のケース部材ｃの一方の面に被処理流体が流入、流出する流入口ｅと流出口ｆとをともに設け、他方の面に形成した凹部を、濾過部材ａにより仕切り第１のケース部材ｂにより閉じることによって、前記流入口ｅに通じる入口空間と流出口ｆに通じる出口空間との間に前記濾過部材ａを介在させることで被処理流体を濾過して流出口ｆから送出させる。
【０００８】
特にこの特許文献３のフィルター装置は、前記流入口ｅと流出口ｆとを、基体である第２のケース部材ｂの一面側に設けている為、回路（流路）を予め形成した一枚のパネルＰ上に、バルブ、レギュレーターなど種々部品とともに配置することにより、集積型ガス供給システムを構成しうる、本明細書において集積型と称するフィルター装置を構成し、これにより流体処理配管経路の小スペース化、保守性を高めることができる。
【０００９】
【特許文献１】特許第２８５７４９４号公報
【特許文献２】特許第２８１３２７４号公報
【特許文献１】特開平１１−１６５０１２号公報
【００１０】
これらの前記特許文献２及び３によるインライン型、集積型のフィルター装置は、共に半導体製造用の高純度ガスの濾過に好適に使用されることを主目的としているため、前記濾過部材とケース部材との間での被処理流体のリークを防いで確実にシールすることが必要となる。
【００１１】
ところで、例えば図７にインライン型のフィルター装置として例示するもののシール構造は、前記したように濾過部材ａを押圧する２つのケース部材ｂ，ｃ間に介挿され、かつケース体ｂ，ｃの外周を濾過部材ａから離れてかつ濾過部材ａを押圧しつつ溶接線ｄで溶接するに際してその溶接後の熱収縮によって濾過部材ａを押圧することができ、熱収縮を有効に利用しうるため、良好なシール性を得ることができる。
【００１２】
他方、図８に例示する集積型のフィルター装置においては、図９に拡大して示すように、例えば、前記濾過部材ａを、第２のケース部材ｃに設けた段差ｇと、前記第１のケース部材ｂとの間に配し、第１，２のケース部材ｂ，ｃを押圧しその間で濾過部材ａを挟圧し溶接線ｄに沿い溶接するものである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この図９に示すシール構造のものでは、溶接後の熱収縮は濾過部材ａの押圧力を緩める方向に作用し、その結果、前記第２のケース体ｃの段差ｇと、それに支持される積層濾過部材ａの濾過層との間のシール性を維持するには、押圧力、それによる歪量、熱収縮量を含めて厳密な管理が必要となっている。
【００１４】
本発明は、弾性部材を用いることを基本として、シール構造を改善しうるフィルター装置の提供を目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本件請求項１に係わる発明は、微細空孔を有する濾過層と、該濾過層を支持し濾過圧を負担するとともに前記濾過層よりも大の空孔を有する支持層とを含む積層濾過部材の周縁部を、被処理流体が流入する入口空間をなす第１の押圧部材と、前記濾過層により濾過された処理流体が入る出口空間をなす第２の押圧部材とを用いてシールするフィルター装置であって、
前記積層濾過部材は前記支持層を第１の押圧部材に向けて配置されるとともに、該第１の押圧部材と、前記支持層との間に弾性部材を介在することにより、前記第２押圧部材と濾過層との間のシール性を向上したことを特徴とする。
【００１６】
又請求項２に係る発明は、前記弾性部材が、第１の押圧部材と第２の押圧部材との溶接による組込み状態において、該溶接後の熱収縮に伴い増加する第１の押圧部材と、前記支持層との間の間隙を吸収して前記第２押圧部材と濾過層との間のシール性を向上すること、請求項３に係る発明は、前記弾性部材が、金属繊維焼結シートからなる環状体であること、さらに請求項４に係る発明は、前記弾性部材が、板面と直交する向きに山部、谷部を繰り返す細巾のばね板を、隣合う巻き層の互いに向き合う側に突出する山部、谷部を当接させて螺旋巻きしたスプリングであることを、夫々特徴とする。
【００１７】
又請求項５に係る発明は、前記第２の押圧部材は、一面に流入口と流出口とが共に設けられかつ他面に、濾過部材を支持する段差部を設けた凹部を有するとともに、前記第１の押圧部材は、天板部の周囲に前記凹部に嵌入する周壁部を具え、該周壁部はその嵌入により前記段差部に載置される積層濾過部材の支持層を前記弾性部材を介して押圧し、かつ前記第１の押圧部材と、第２の押圧部材とを溶接により固着することを特徴とし、請求項６に係る発明は、前記濾過部材が、半導体製造用のプロセスガスの濾過処理に用いられるプロセスガス用濾過部材であること、請求項７に係る発明は、前記濾過部材が、その周縁を予め押圧により減厚された周縁薄肉部を有することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の態様】
以下、本発明のフィルター装置１が集積型のフィルター装置として構成された場合を例に取り、その実施の態様を図面とともに説明する。図１は、本発明のフィルター装置１の断面図、図２はその底面図、図３はその分解斜視図、図４は拡大断面図であり、本発明のフィルター装置１は、積層濾過部材（以下単に濾過部材という）２と、この濾過部材２をシールしかつハウジング３を形成しうる第１，第２の押圧部材４，５とを含み、かつ第１の押圧部材４は、前記濾過部材２の周縁部２ａに対向する端面を有し、かつ濾過部材２の支持層２Ｂとの間に弾性部材９を介在させる。
【００１９】
前記濾過部材２は、図４に略示するように、微細空孔を有する濾過層２Ａと、該濾過層２Ａより大きな空孔を有しかつ変形することなく大きな濾過圧に耐えて前記濾過層２Ａを支持しうる比較的厚く成形した多孔質の支持層２Ｂとを一体化した積層体からなる。係る積層形式の濾過部材２は、例えば予め作成した微細層シートと多孔質板状体とを重ね合せて一体に焼結することによっても製作しうるが、好ましくは前記特許文献１により提案された、比較的大きな空孔と厚さを有する支持層２Ｂ上に、微細粉末層からなり実質的に濾過に用いる濾過層２Ａを懸濁吸引法により形成し、かつ焼結一体化することにより形成する濾過部材成型法による濾材を用いうる。
【００２０】
このような製法による濾過部材２は、
ａ）結合剤など異種材料を用いないことから不純物発生がなく、クリーンであること。
【００２１】
ｂ）使用微細粒子は任意に選定できること。
【００２２】
ｃ）微細層の成形厚さは、懸濁液からの真空吸引によって成形するものである為、必要最小限の薄さで形成できること。
【００２３】
ｄ）成形される濾過層の空孔特性も、全体的に均質化できること。
【００２４】
ｅ）金属多孔体であることから耐圧縮性が大きく、シールの為に押圧する場合でもよく順応して破損や割れなどがなく、フィルター装置としての寿命向上に寄与する。
【００２５】
など多くの利点を有しするために、特に半導体ガスなど高純度、高精度濾過を必要とする用途に好適に採用しうる。
【００２６】
なお、この濾過部材２には、強度、耐食性、耐熱性あるいは押圧時の靭性を有することなどの特性を満足する例えば金属粉末、金属繊維、金属短繊維などであって、例えば、ニッケル、クロムあるいはこれらの合金、ステンレス鋼、チタン合金など金属製の濾過材が用いられ、特に前記ステンレス鋼短繊維を濾過層とするものが好適に用いうる。
【００２７】
また濾過部材２は、前記濾過層２Ａと支持層２Ｂとの積層が明確に認識できるものの他、例えば両面間において空孔特性が勾配を有してなだらかに変化するもの、より多くの複数層からなるものを含み、また各層を一体化することなく単に重ね合わて積層したものも用いることもできる。
【００２８】
本形態においては、支持体２Ｂは、例えばＮｉ系ステンレス鋼のアトマイズド粉末（＃１４０／２００〜２００／２５０メッシュ程度）を、厚さ２ｍｍ×外径２０ｍｍで、平均空孔径１０μｍ、空孔率４０％に成形したものを用いている。又濾過層２Ａには微細粒子を用いるとともに、この微細粒子として、例えば直径１〜２０μｍ、平均アスペクト比２〜２０程度にカットしたステンレス鋼短繊維を使用している。なおこの濾過層２Ａの空孔特性は、平均空孔径１．８μｍ、成形厚さ０．３ｍｍ、平均空孔率５８％であった。また本形態では、濾過層２Ａと支持体２Ｂとを積層一体化した濾過部材２の周縁部２ａを予め押圧することによりち密に減厚された周縁薄肉部２ｂを形成して支持精度を向上させているが、このような薄肉部２ｂを設けないものも利用できる。
【００２９】
また前記ステンレス鋼の短繊維が、例えば特公昭６３−６３６４５号公報による短繊維であるときには、その端部には実質的な切断ダレがないことから、各短繊維同士のからまりがなくを容易に立体的に配向でき、微細空孔でありながらも空孔率を大きくできる利点がある。なお必要に応じて、この短繊維に他のアトマイズド微細粉末を混合させても、あるいはアトマイズド粉末のみで形成することもできる。
【００３０】
さらに濾過部材２は例えば表面平滑な板状体の他、濾過面積を大きくする為に、周縁部２ａを残して、支持体２Ｂの表面の少なくとも一部にプリーツ、凹凸部を形成して濾過層２Ａの表面を凹凸に変形させて濾過面積を拡張し、さらには周縁部２ａを残して中央部をカップ型、半球型に張出成形させることもできる。支持層２Ｂとして例えば発泡状金属多孔体、金属繊維焼結体などを用いることもできる。
【００３１】
他方、前記第２の押圧部材５は、一つの面、即ち一面（図１の場合では底面）に被処理流体が流出入する流入口５ｂと流出口５ｃとを有するブロック状の基体からなり、他の面、本形態では前記一面の反対側となる他面（図１の場合には上面）には、前記他面で開放されかつ濾過部材２を支持する半径方向内方に張り出す座面を有する段差部５ａを有する凹部１２が形成される。又該第２の押圧部材５には、流入口５ｂを、前記凹部１２内の段差部５ａよりも上流側（上面側）において連通させる入口流路５ｄを形成し、また段差部５ａより下流側（底面側）には前記流出口５ｃに連通する出口流路５ｅを形成している。
【００３２】
又前記第１の押圧部材４は、前記のように、弾性部材９を介して濾過部材２を前記段差部５ａに押圧する押圧基部７を有し、この押圧基部７は、天板部１３の周囲に前記凹部１２に密に嵌入できる周壁部１５として形成される。又この周壁部１５の端面１５ａは前記のように、弾性部材９を介して前記段差部５ａに支持される濾過部材２の周縁部２ａを押圧する。さらに、前記周壁部１５は、凹部１２に嵌入されることにより、前記天板部１３の外面部は、前記第２の押圧部材５の前記他面と高さが整一するとともに、凹部１２と押圧基部７との境界である溶接線ｄに沿って溶接することにより一体化する。なお、前記周壁部１５には、前記入口流路５ｄを凹部１２内部に通じさせる透孔１５ｂを形成している。
【００３３】
前記弾性部材９は、濾過部材２の濾過層２Ａを前記段差部５ａに押し付けることによりその間でのシール性を向上するように前記支持層Ｂの面上を弾性的に押圧するものであって、より好ましくは、前記支持体２Ｂよりも低い圧縮弾性率を有するものが用いられる。ここで圧縮弾性率とは、被測定物の圧縮試験における弾性域での応力／歪の比である傾斜を意味し、ここで支持層２Ｂが予め塑性変形されたものにあっては、その状態において再圧縮した時の圧縮弾性率をいう
【００３４】
又弾性部材９は、溶接後における熱収縮（第１の押圧部材４の熱収縮）により前記濾過部材２を前記段差部５ａに押し続けうる撓み量と、押付けにより濾過層２Ａと段差部５ａとの間から被処理流体がリークしない程度の押付け力を有するように厚さ、圧縮弾性率が設定される。又弾性部材９として、低圧縮弾性率の弾性部材９を用いることにより、濾過部材２の破損、割れなどを抑制できる。
【００３５】
このような弾性部材９として、金属繊維焼結シートを、周縁部２ａと略同幅のリング状に打抜き形成した環状体、又は例えば図５に示すような、板面と直交する向きに山部ｍ、谷部ｖを繰り返えす細巾のばね板（帯材）を、隣合う巻き層Ａ，Ｂの互いに向き合う側に突出する山部ｍ、谷部ｖを周方向に一定ピッチで当接させつつ螺旋巻きしたスプリングなどを利用できる。このようなウエーブ付きスプリングは、例えばマルホ発條工業（株）、プレシジョンスプリング（株）によって「ウエーブスプリング」として商品化され、比較的大きな外径を有するときにも大きな弾性発生力を有することにより、濾過部材９をより強く確実に押圧しうる。なお波付けの角度ピッチを、例えば５〜１５゜程度に小として押付け力を分散させることができる。
【００３６】
図６は、前記濾過部材２の支持層２Ｂとして＃１４０／２００メッシュのステンレス鋼アトマイズド粉末によって空孔率４０％、厚さ１．８ｍｍ厚さに成形した焼結体２Ｂと、ウエーブ付きスプリングからなる弾性部材９Ａと、金属繊維焼結体からなる弾性部材９Ｂの圧縮弾性率を定性的に比較したものの一例である。なおこの金属繊維焼結シートは、繊維径８μｍのステンレス鋼繊維をランダムに分布させ、空隙率７０％とした厚さ０．８ｍｍのシート体を巾１．５ｍｍのリング状に打抜きしたものであって、この焼結体の弾性率は１２００Ｎ／ｍｍ２  であったのに対し、前記粉末による支持体２Ｂはそれよりも高い弾性率を有している。
【００３７】
またウエーブ付きスプリングは、幅１．３ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのステンレス鋼帯材に所定ピッチで波付けしながら外径２７ｍｍ、巻数２でばね成形したもので、押圧変位量は２ｍｍ程度を有するものである。このような弾性部材９の使用は、溶接後の熱収縮量よりも十分に厚く、濾過部材２を一定の力で押圧し、濾過層２Ａのシールを確実にするとともに、圧縮弾性率が小さいことから濾材自体の変形を防ぐことができる。したがって、濾過部材２を押圧しながら挟持しながら溶接し、一方の押圧部材、例えば第１の押圧部材４が熱収縮などで戻り現象が生じたとしても、シール圧力はほとんど変化することなく、安定したシール性を維持できる。
【００３８】
なお、弾性部材９の厚さは、溶接による熱収縮率、寸法変化等を考慮して設定され、また弾性部材９の圧縮強度を考慮して、前記のように濾過部材２の周縁部２ａに予め緻密に圧縮加工し、圧縮弾性率を高めておく前記周縁薄肉部２ｂを形成することが好ましい。
【００３９】
このように、本発明は積層濾材２を前記凹部１２内面の段差部５ｃに、濾過層２Ａを下にして載置し、さらに弾性部材９を介して第１の押圧部材４を凹部１２に嵌入するとともに、予め設定した押圧力で押圧した状態で、溶接することによりフィルター装置１を構成しうる。このフィルター装置１では、濾過部材２は、前記弾性部材９を介する第１の押圧部材４の前記支持層２Ｂを押圧することから、濾過層２Ａは、押圧部材４を介在による変形、偏った押圧を受けることなく段差部５ａ全面を均一に押し付けシール性を高めうる。このとき、弾性部材９が介在することによって、熱収縮に伴なう押圧戻りが発生しても実質的なシール性を損なうことが防止できる。さらに弾性部材の空孔特性についても、濾過層と関係なく、粗大空孔の焼結体、又は前記ウエーブスプリングなど種々形態のものが用いられコストダウンに寄与する。
【００４０】
本発明のフィルター装置１においては、濾過部材２の濾過層２Ａのシール性が確保される結果、なお、本発明のフィルター装置は、集積型として例えは図１に示すように、配管用のパネルＰにボルト付けなどにより取付うるが、インライン型の場合にも利用でき、又半導体のガス濾過用以外にも種々流体あるいは用途に利用しうるとともに、濾過部材２を上下逆に配置し弾性部材９を第２押圧部材５側に設けてもよい。
【００４１】
【発明の効果】
このように本発明のフィルター装置は、濾過部材の支持層側に弾性部材を介して、濾過層側をシールするものであり、溶接後の熱収縮による押圧力の戻りによってもシール性を損なうことがなく、しかも、抑圧に伴なう濾過層自体の破損や割れなどを抑えながらメカニカルシールすることができる。また、複雑な熱収縮に伴なう寸法変化率を厳密に算出しなくても実施できるものであり、製造歩留り、生産効率を高めることができ、例えば熱収縮での押圧が困難なフィルター装置にも好適に採用できるものである。また、前記押圧部材は濾過部材の支持層側に配置するものであることから押圧部材自体の空孔特性などの考慮をする必要がなく、種々形態や構造のものを用いることができるなど汎用性の高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態を例示する断面図である。
【図２】その底面図である。
【図３】その分解斜視図である。
【図４】拡大断面図である。
【図５】弾性部材の一例を示す斜視図である。
【図６】圧縮弾性率を対比する線図である。
【図７】インライン型のフィルター装置を例示する部分断面図である。
【図８】従来の集積型フィルター装置を例示する断面図である。
【図９】その拡大断面図である。
【符号の説明】
２            濾過部材
２Ａ        濾過層
２Ｂ        支持層
３            ハウジング
３Ａ        入口空間
３Ｂ        出口空間
４            第１の押圧部材
５            第２の押圧部材
５ａ        段差部
５ｂ        流入口
５ｃ        流出口
７            押圧基部
９            弾性部材
１２            凹部
１３            天井部
１５            周壁部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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