(57)【要約】  ろ過効率が高くフィルタ寿命も長く安価に製造できるカートリッジフィルタ装置を提供する。ろ材、コア、スリーブ、及び二つのエンドキャップ（上下蓋部）とを有するアウトインパス方式のプリーツカートリッジフィルタ装置において；プリーツ折りに直交するフィルタ材断面中には、１の山折線ａ、その両側の２の谷折線ｂ及びその両側に２つの山折線ｃが存在して、スリーブ側の１の低い山部、その両側のコア側の２つの谷部、及びその両側のスリーブ側の２の高い山部が形成されているＷ字型部が含まれるカートリッジフィルタ装置。【特許請求の範囲】
【請求項１】
四角いフィルタ材をプリーツ状に折り畳み、フィルタ材のプリーツ折りに平行な両端を互いに封着して略円筒状として得られたろ材と、コア（多孔内筒）と、スリーブ（多孔外筒）と、二つのエンドキャップ（上下蓋部）とを有し、上記コアと上記スリーブとの間に上記ろ材を挿入して上下エンドキャップで挟みろ材の上下端縁部分をエンドキャップに液密に熱溶着した、アウトインパス方式のカートリッジフィルタ装置において；
プリーツ折りに直交するフィルタ材断面中には、１の山折線ａ、その両側の２の谷折線ｂ及びその両側に２つの山折線ｃが存在して、スリーブ側の１の低い山部、その両側のコア側の２つの谷部、及びその両側のスリーブ側の２の高い山部が形成されているＷ字型部が含まれるカートリッジフィルタ装置。
【請求項２】
上記フィルタ材の少なくとも片面にサポート材が使用されている請求項１記載のカートリッジフィルタ装置。
【請求項３】
上記低い山部を形成する山折部ａと谷折部ｂとの間隔Ａ（ｍｍ）と、高い山部を形成する谷折部ｂと山折部ｃとの間隔Ｂ（ｍｍ）の割合（Ａ／Ｂ）は、０．３以上１未満である請求項１又は２記載のカートリッジフィルタ装置。
【請求項４】
上記コアの外径Ｄ（ｍｍ）、フィルタ材及びサポート材の総厚さｔ（ｍｍ）に対するフィルタ材の谷折線の総数ｎは、ｎ＝（πＤ／２ｔ）×（１．１〜１．９）の関係がある請求項１〜３いずれか１項記載のカートリッジフィルタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ろ過効率が高くフィルタ寿命の長いプリーツ型カートリッジフィルタ装置に関する。更に詳しくはろ過に寄与するフィルタ面積が増大し、安価に製造できるプリーツ型カートリッジフィルタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フィルタは各種流体中の異物・粒子の分離処理に用いられており、目的とする異物・粒子を捕捉でき、使用が簡単・簡便であり、粒子の保持能力（収容容量）が高い、つまり使用寿命が長いという機能が求められている。このようなフィルタとして、不織布又は膜状シート（メンブレン）がプリーツ状に折り畳まれたプリーツ型のものが知られている。プリーツ型フィルタはろ過面積を大きく製造することができるという点でメリットがある。【０００３】
フィルタの用途としては、車両用オイル、エアろ過装置等の比較的簡易なものから半導体装置製造用のウェハ洗浄やフォトレジストろ過、医療分野におけるろ過等の精密なものまで多分野に渡っている。特に精密なフィルタが要求される半導体分野では、近年ＬＳＩの集積度が向上するにつれてより微細な配線幅が要求されてきており、ＬＳＩのパターニングを行う製造工程でのきわめて微細な異物の排除技術が要求されている。パターニングは一般的にはフォトレジストをシリコンウェハに適用し、露光部と非露光部との現像液に対する溶解度の差を利用して行われるものであるが、ウェハ上やレジスト液に異物が混入していると、設計どおりの線幅にパターニングすることができず不良の原因となる。例えば、現在ではろ過後のフォトレジスト液中に０．０５μｍ程度の異物が残存しても欠陥・配線不良等の原因となってしまう。しかし、フォトレジスト液は、通常は滞留、長時間の放置によってゲルを発生しやすい性質をもっているので、フォトレジスト液をシリコンウェハに塗布して感光させる前にフォトレジスト液中にゲルが発生してしまう（ここで、ゲルとはフォトレジスト中においてその一部が変質した感光性物質とは異なるものをいう）。このようなゲルがフォトレジスト液中に存在する場合には、シリコンウェハ上のフォトレジスト膜には感光によって現像液に溶解されるべきパターンに未溶解の異物が残りパターン欠陥を生じてしまう。【０００４】
上記のような超微細粒子・異物を除去するためのフィルタ材は非常に高価であり、フィルタ材の使用量は使用中に目詰まりが起こりにくい程度に広いろ過面積の範囲内でできるだけ節約することが好ましい。ここで、フィルタを透過しない粒子が実際に堆積する部分の面積を有効ろ過面積という。【０００５】
通常、目詰まりを防止し使用可能期間（寿命）を延ばすために有効ろ過面積を広げるには、使用するフィルタ材面積を広くすることが行なわれている。しかし、通常のプリーツ折りは高さが均一な山から構成されるため、使用フィルタ材面積を広くするにはプリーツ折りの山の側面同士が接触するようにフィルタが緊密に折り畳まれる必要があった。図４は通常のプリーツ折りフィルタの一例の断面図であり、図の上流（または外側）から被ろ過流体が供給され下流（または内側）にろ液が流出する。図４では山折線及び谷折線の高さはそれぞれ一定であり谷折線は全てろ液側コアに接触するように設計されている。このような緊密に折り畳まれたフィルタでは、異物粒子を含んでいる流体をろ過するとフィルタを透過しない粒子が折り山の上方部にのみ堆積して目詰まりを生じ、折り畳まれた部分は有効に機能せず（有効ろ過面積が狭く）、結果的にフィルタとしての寿命が短くなる問題があった（図４参照）。【０００６】
又、アウトインパス方式のプリーツ折りフィルタ材での通常のプリーツ折りの変形として、スリーブに相対する一部の山の頂上部の山折線をＶ字型に谷折してＭ字型とし、全ての山の頂上部の高さを一定とした構成も提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１のフィルタ材は、円筒状フィルタ材において均一プリーツ折りをした場合に、内周側（コア側）が密となり外周側（スリーブ側）が粗となって必然的に生じる外周側の空間を有効に利用して使用フィルタ材面積を広げるための構成である（図５参照）。従って、特許文献１のろ材は、内周側も外周側も密となる構成であるから更にフィルタは緊密に折り畳まれ有効ろ過面積がより狭くなっている。【０００７】
【特許文献１】実開昭６２−８７７１０号公報
【発明の開示】
【０００８】
発明が解決しようとする課題
上記のように、有効ろ過面積を広げ、かつ実際に使用するフィルタ材面積を節約する方法が求められていたが、フィルタ装置のスリーブ外径や高さなどの外径寸法は互換性があるように製作されているため、外径寸法を変更せずにこれらの目的を達成する必要があった。
【０００９】
本発明は、四角いフィルタ材をプリーツ状に折り畳み、フィルタ材のプリーツ折りに平行な両端を互いに封着して略円筒状として得られたろ材と、コア（多孔内筒）と、スリーブ（多孔外筒）と、二つのエンドキャップ（上下蓋部）とを有し、上記コアと上記スリーブとの間に上記ろ材を挿入して上下エンドキャップで挟みろ材の上下端縁部分をエンドキャップに液密に熱溶着して、スリーブ側からコア側方向に被ろ過液を流す、いわゆるアウトインパス方式のカートリッジフィルタ装置において；プリーツ折りに直交するフィルタ材断面中には、１の山折線ａ、その両側の２の谷折線ｂ及びその両側に２つの山折線ｃが存在して、スリーブ側の１の低い山部、その両側のコア側の２つの谷部、及びその両側のスリーブ側の２の高い山部が形成されているＷ字型部が含まれるカートリッジフィルタ装置に関する。
【００１０】
上記フィルタ材の少なくとも片面にサポート材が使用されていてもよい。
【００１１】
上記低い山部を形成する山折部ａと谷折部ｂとの間隔Ａ（ｍｍ）と、高い山部を形成する谷折部ｂと山折部ｃとの間隔Ｂ（ｍｍ）の割合（Ａ／Ｂ）は、０．３以上１未満であることが好ましい。
【００１２】
上記コアの外径Ｄ（ｍｍ）、フィルタ材及びサポート材の総厚さｔ（ｍｍ）に対するフィルタ材の谷折線の総数ｎは、ｎ＝（πＤ／２ｔ）×（１．１〜１．９）の関係があることが好ましい。
【００１３】
尚、「山の高さ」とは、ろ材が収納された状態のプリーツ折りに直交するフィルタの切断面において、山折線から両側の隣接した谷折線同士を結ぶ線へ垂直に降ろした線との直交点までの距離をいう。又、ろ材が収納された状態でプリーツ折りに直交するフィルタの切断面の全ての谷折部を通過する線はコアを核とする１の円周を描く。
【００１４】
発明の効果
本発明のプリーツ型カートリッジフィルタ装置のフィルタは、高い山と高い山の間に低い山が含まれるため、ろ過に寄与するフィルタ面積が従来技術に比べ増大している。従来の常識では、フィルタ面積を増大させるためにはできるだけ広い面積のフィルタをフィルタ装置内に充填する必要があった。しかし、本発明では意外にも狭いフィルタ面積（少ない充填量）でろ過効率が高くフィルタ寿命も長い効果が得られる。又、ろ過効率が良いため使用するフィルタ材が少なくても良く原材料費が安価になり、かつろ材当りのプリーツ加工操作が少なくなるため製造時間が短縮される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明のフィルタ材は、処理液中の除去すべき異物の大きさにより所望の大きさの孔を有する素材であればいかなる材質のものでもよく、例えば、フォトレジスト液のろ過を行う場合には、０．０５〜０．２μｍ程度の微細孔を有する、四フッ化エチレン樹脂（以下ＰＴＦＥと記す）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＳＵＳ、ナイロン、ポリ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（以下ＰＦＡと記す）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）等の材質のフィルタ膜が用いられるがこれらに限定されるものではない。また、シリコンウェハ用のリンス液等、半導体装置製造に用いられる薬剤のろ過を行う場合には、０．０５〜１．０μｍ程度の微細孔を有する上記材質のフィルタ膜が用いられる。【００１６】
フィルタ材の厚さは、樹脂系材料の場合、例えば０．１〜２．０ｍｍである。０．５ｍｍ未満であってもフィルタ材の曲げ剛性が低いものもあり、サポート材を使用することによりフィルタが挫屈し圧力損失が増大することを防止している。また、２．０ｍｍを超えるとプリーツ加工が非常に困難になるばかりか、使用するフィルタ材面積の上限が制限され、結果的に有効ろ過面積が減少して目的の性能を発揮することができない。【００１７】
本発明のろ材は、プリーツ折りされており、プリーツ折りに直交するフィルタ材断面中には、１の山折線ａ、その両側の２の谷折線ｂ及びその両側に２つの山折線ｃが存在して、スリーブ側の１の低い山部、その両側のコア側の２つの谷部、及びその両側のスリーブ側の２の高い山部が形成されているＷ字型部が含まれる。図１は本発明に使用されるフィルタの一例のプリーツ折りに直交する断面概略図であり、全ての谷折線はコアに接触している。一方、山の高さは上下に変動しており、高い山の山折線は流体供給側であるスリーブに最も接近している。図１のプリーツ折りの１繰り返し単位は、１の高い山と１の低い山から構成されている。この構成を有するフィルタで粒子含有流体をろ過すると、折り畳まれたフィルタ部分も有効に機能してろ過が行なわれ、ろ過された粒子は２つの高い山の間にある低い山の上に堆積できるためフィルタ目詰まりを起こして使用が困難になるまでの時間（フィルタ寿命）が長くなる。【００１８】
上記山の高さは、規則的に上下変動しても良くランダムに上下変動してもよい。例えば、山の高さが「高低」からなる２つの山でプリーツ折りの１繰り返し単位が構成されるものや、「高低高」又は「高低低高」からなる３又は４つの山で１繰り返し単位が構成されるものが挙げられる。【００１９】
本発明のプリーツ折りされたフィルタは、ろ過された粒子が高い山と低い山の間にも堆積でき、折り畳まれた部分の一部が露出するため有効ろ過面積が広くろ過効率が高くなり、その結果フィルタ寿命が長くなる（図１参照）。【００２０】
本発明のフィルタは、プリーツ折りの密度を高くすることにより、エンドキャップの融着の際に挫屈しないような高い剛性（保形性）を確保することも可能であるが、ろ過効率が高いため、サポート材を使用して折り畳みやすさと高い剛性（保形性）を確保する一方、プリーツ折りの密度を低くしてフィルタ材の使用量を節約することも可能である。【００２１】
高い山と低い山の高さの違いは、上記と同様に条件により異なる。好ましくは低い山部を形成する山折部ａと谷折部ｂとの間隔Ａ（ｍｍ）と、高い山部を形成する谷折部ｂと山折部ｃとの間隔Ｂ（ｍｍ）の割合（Ａ／Ｂ）は、０．３以上１未満である。この範囲内で、低い山は高い山より低くスリーブに接しないでろ材形状を保つための補強もかねた支えとなり得る高さとなる。その結果、ろ過効率を減少させずに、かつフィルタ寿命（供給−排出差圧が所定の値に到達するまでのろ過体積）も長くする効果が得られる。【００２２】
本発明のプリーツは、樹脂系材料の場合、レシプロ式、高速ロータリー方式等の通常のプリーツ加工に設定して容易に作成することができる。【００２３】
本発明のフィルタ材及びサポート材の総厚さｔ（ｍｍ）は、一つの山又は谷の厚みは２ｔであることから、使用するコアの外径Ｄ（ｍｍ）及びフィルタ材の谷折線の総数ｎとの間に、ｎ＝（πＤ／２ｔ）×（１．１〜１．９）の関係があることが好ましく、更に好ましくはｎ＝（πＤ／２ｔ）×（１．３〜１．８）である。上記総厚さｔ（ｍｍ）は、圧力などの力がかからない状態のフィルタ材及びサポート材（使用した場合）の厚さの合計値である。ｎが（πＤ／２ｔ）×１．１未満であると挫屈しやすく実用に供し得ない。一方、（πＤ／２ｔ）×１．９を超えるとフィルタ充填密度が高くなり、有効ろ過面積が狭くなるため本発明の優れた効果が得られにくい。【００２４】
又、間隔Ａ（ｍｍ）と間隔Ｂ（ｍｍ）と総厚さｔ（ｍｍ）とは、ｔ＜Ａ＜Ｂの関係がある。【００２５】
本発明のろ材は、フィルタ材の少なくとも片面又は両面にサポート材が使用されていてもよく、例えばフィルタ材の両面に１対のサポート材が添わされた後、プリーツ状に折り畳まれ両側縁が封着されたものでもよい。サポート材としては、メッシュ、不織布等の通常使用される材料が使用できる。サポート材を使用することによりフィルタ全体としての曲げ剛性を高くすることが可能となり保形性が向上する。【００２６】
サポート材は、ネット状、多孔質シート状、不織布状で用いられ、例えば、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（以下ＥＴＦＥと記す）、ＰＶＤＦ等の熱可塑性フッ素樹脂、ポリエチレン、ポリプロプレン、ＳＵＳ等の材質が好ましく用いられる。【００２７】
本発明の、四角いフィルタ材をプリーツ状に折り畳み、フィルタ材のプリーツ折りに平行な両端を互いに封着して得られる略円筒状ろ材は、コアとスリーブとの間に挿入され、上下エンドキャップでさらに挟んでろ材の上下端縁部分をエンドキャップに液密に熱溶着して、カートリッジフィルタ装置に収納される。【００２８】
本発明のカートリッジフィルタ装置は、アウトインパス方式に使用できる。流体がプリーツ型フィルタを通過する際には、流体供給方向に対して低い山折部分を囲んでいる高い山折部分が開口部となり流体に含まれる粒子及び／又は異物が効果的に捕捉され、フィルタの露出表面を充分に活用することができる。【００２９】
樹脂系材料の場合、流体供給側（一次側）サポート材の種類は、プリーツ加工時またはプリーツ加工後において、プリーツの山形状（高低）を保持し得るサポート材の組み合わせを種々選択することにより多数存在する。【００３０】
又、流体として液体、気体のいずれでも使用できる。
【実施例】
【００３１】
（実施例１）
目付量２５０ｇ／ｍ2（厚さ４００μｍ）、の図６に示す構成を有するポリテトラフルオロエチレン（ダイキン工業社製、ＰＴＦＥ）不織布膜面積７，０２２ｃｍ2へ、一次側（流体供給側）サポート材として厚さ４５０μｍのＰＦＡ製２重織りネット（繊維直径０．２２ｍｍ）、二次側（流体排出側）サポート材として厚さ２２０μｍの材料ＰＦＡ製厚手ネット（繊維直径０．１１ｍｍ）を重ねあわせ、１５ｍｍ山／１２ｍｍ山／１５ｍｍ山から構成される繰り返し単位を繰り返してプリーツ加工（高低高で１繰り返し単位）して折山計１１４（高さ１５ｍｍの山数７６、高さ１２ｍｍの山数３８）としてから両側縁を封着してろ材とし、のカートリッジフィルタ装置（スリーブ内径７６ｍｍコア外径４６ｍｍ）を組み立てた。Ａ／Ｂ＝０．８。ｎ＝１１４＝［４６π／｛２×（０．４＋０．４５＋０．２２）｝］×１．６９。【００３２】
（比較例１）
実施例１のＰＴＦＥ不織布膜面積１４，５２０ｃｍ2を、全て１５ｍｍ山にしてプリーツ折りし、折山計２２０（山高さ１５ｍｍ）としたフィルタを使用して組み立てたカートリッジフィルタ装置を使用した。Ａ／Ｂ＝１。ｎ＝２２０＝｛４６π／（２×０．４）｝×１．２２。【００３３】
（比較例２）
実施例１のＰＴＦＥ不織布膜面積１２，３００ｃｍ2の一次側サポート材及び二次側サポート材として厚さ１５０μｍのＰＦＡ製薄手ネット（繊維直径０．０８ｍｍ）を使用して重ねあわせ、全て１５ｍｍ山にしてプリーツ折りし、折山計１８７（山高さ１５ｍｍ）としてから両側縁を封着してろ材とし、カートリッジフィルタ装置を組み立てた。Ａ／Ｂ＝１。ｎ＝１８７＝［４６π／｛２×（０．４＋０．１５＋０．１５）｝］×１．８１。【００３４】
（比較例３）
目付量２５０ｇ／ｍ2（厚さ４００μｍ）、の図７に示す構成を有するＰＴＦＥ不織布膜面積１４，０００ｃｍ2を、全て１５ｍｍ山にしてプリーツ折りし、折山計２１３（山高さ１５ｍｍ）とした市販のカートリッジフィルタ装置(日本マイクロリス株式会社製、商品名フロロガードＰＲＳフィルター)を使用した。Ａ／Ｂ＝１。ｎ＝２１３＝｛４６π／（２×０．４）｝×１．１８。【００３５】
フィルタ性能評価
目付量２５０ｇ／ｃｍ2のフィルタを使用した実施例１及び比較例１〜３のフィルタ装置について、流体として、ＪＩＳ  ８種のダスト（粒径１μｍ又は５μｍ）を濃度１００ｐｐｍで含有する２種類の精製水を使用し、供給圧力０．０５ｋｇｆ／ｃｍ2及び０．１ｋｇｆ／ｃｍ2でそれぞれ流出速度を測定し、寿命（供給−排出差圧が１ｋｇｆ／ｃｍ2に到達するまでのろ過体積）及び除粒子性能(捕集効率；retention)を測定した。結果を表１に示す。又、供給圧力を０〜０．５ｋｇｆ／ｃｍ2に変化させた場合のフィルタ装置からの流出速度の変化を図２に示し（水温２５℃）、ろ過時間の変化を図３に示す（水温２２℃、流出速度１０Ｌ／分）。【００３６】
実施例１は、実用可能な除粒子性能を有し、かつ供給圧力に対する流出速度、寿命が非常に優れていた。【００３７】
比較例１はサポート材料を使用せず、挫屈を防止するため実施例１の約２倍の面積の同一のフィルタを使用して従来のプリーツ折りを行ったものである（プリーツ折り数約２倍）。実施例１よりも除粒子性能は非常に向上したが、供給圧力に対する流出速度、寿命が非常に低下し実用に耐えなかった。これは折り密度が非常に高く有効ろ過面積が狭くなり、流体及び含有される粒子の通過が困難になるためである。【００３８】
比較例２は比較例１と同一のフィルタをサポート材と共に使用して保形性を確保し、比較例１よりもフィルタ面積及び折数を少なくしたものである。しかし、サポート材の存在によりフィルタが緊密に折り畳まれた結果、供給圧力に対する流出速度、寿命は比較例１よりは向上したが、やはり非常に低いため実用に耐えなかった。【００３９】
比較例３は、実施例１とは異なる孔径のフィルタをサポート材なして使用し、保形性を確保するためプリーツ折りの密度を高くして実施例１の２倍のフィルタ面積及びプリーツ折数を使用したものである。比較例３ではフィルタ孔径が大きいため供給圧力に対する流出速度は実施例１より大きかったが除粒子性能が非常に低く、通常のプリーツ折りであるため有効ろ過面積が狭く、寿命は半分であった。【００４０】
【表１】
2005099877.tif 000002
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一例を示すフィルタの使用中の断面概略図である。
【図２】供給圧力を変化させた場合のフィルタ装置からの流出速度の変化を示すグラフである。
【図３】流量を一定にした場合のフィルタ装置のろ過時間の変化を示すグラフである。
【図４】従来例のフィルタの一例の断面概略図である。
【図５】従来例のフィルタの他の例の断面概略図である。
【図６ａ】実施例１で使用したフィルタ材の電子顕微鏡写真（１００倍）である。
【図６ｂ】実施例１で使用したフィルタ材の電子顕微鏡写真（５００倍）である。
【図７ａ】比較例３で使用したフィルタ材の電子顕微鏡写真（１００倍）である。
【図７ｂ】比較例３で使用したフィルタ材の電子顕微鏡写真（５００倍）である。
【図１】
2005099877.tif 000003
【図２】
2005099877.tif 000004
【図３】
2005099877.tif 000005
【図４】
2005099877.tif 000006
【図５】
2005099877.tif 000007
【図６ａ】
2005099877.tif 000008
【図６ｂ】
2005099877.tif 000009
【図７ａ】
2005099877.tif 000010
【図７ｂ】
2005099877.tif 000011
【国際調査報告】
2005099877.tif 000012
2005099877.tif 000013
2005099877.tif 000014
2005099877.tif 000015