專利名稱：褶型筒狀過濾器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種過濾效率高、過濾器壽命長的褶型筒狀過濾器裝置。更具體而言，本發(fā)明涉及具有增大的過濾器面積、有助于過濾并且可以低成本生產(chǎn)的褶型筒狀過濾器裝置。
背景技術(shù)：
過濾器已被用于從各種流體中分離異物/粒子，并要求其能夠撲獲目標(biāo)異物/粒子、使用簡單/容易、并且對粒子而言具有高的保持能力(容納容量)，即具有使用壽命長的功能。作為此類過濾器，已知的有褶型過濾器，其中無紡布或薄膜狀片(膜)被折疊成褶折形狀。褶型過濾器的優(yōu)勢在于能夠產(chǎn)生較大的過濾面積。
過濾器的應(yīng)用領(lǐng)域包括從相對簡單的到精密的各種領(lǐng)域，簡單的如車輛用油濾、空濾單元，精密的如半導(dǎo)體器件制造中的晶片清潔、光致抗蝕劑的過濾及醫(yī)療領(lǐng)域中的過濾。在需要特別精密的過濾器的半導(dǎo)體領(lǐng)域，隨著近年來LSI集成度的提高，要求布線寬度更加精細(xì)，要求清除技術(shù)能在LSI圖案形成制作步驟中清除非常細(xì)小的異物。一般來說，可以通過將光致抗蝕劑涂敷在硅晶片上，并利用曝光部分和非曝光部分在顯影液中的溶解度差異來進(jìn)行圖案的形成。如果晶片或抗蝕劑溶液中存在異物，圖案化就不能按設(shè)計的寬度進(jìn)行，因此會導(dǎo)致失敗。例如，即使在過濾后光致抗蝕劑溶液中殘留的異物為約0.05μm，也有可能發(fā)生錯誤、布線失敗等。然而，光致抗蝕劑溶液常有的特點(diǎn)是容易因積聚或長期放置而產(chǎn)生凝膠，因此會在光致抗蝕劑溶液涂敷于硅晶片和曝光之前在光致抗蝕劑溶液中產(chǎn)生凝膠(在此提及的凝膠不同于光致抗蝕劑中部分改變的光敏物質(zhì))。如果光致抗蝕劑溶液中存在這種凝膠，那么硅晶片上的光致抗蝕劑薄膜在曝光期間由于顯影液而得以溶解，而不溶的異物會殘留在待溶解的圖案中，由此而導(dǎo)致圖案缺陷。
清除上述超細(xì)粒子/異物的過濾器材料十分昂貴，因此優(yōu)選節(jié)約過濾材料的用量，過濾面積只要能使得在使用中不發(fā)生堵塞即可。其中粒子不能通過過濾器而實(shí)際沉積的面積被稱作為有效過濾面積。
通常，為防止堵塞延長使用期(使用壽命)而增大有效過濾面積，使用的過濾器材料的面積也會增加。然而，因?yàn)橐话愕鸟扌驼郫B由許多等高的峰組成，過濾器需要緊密折疊，以使褶型峰的側(cè)面相互接觸，從而增加使用的過濾器材料的面積。圖4為一個普通褶型過濾器實(shí)例的剖視圖，其中過濾目標(biāo)流體從圖的上游(或從外側(cè))供給，經(jīng)過濾液體流出到下游(或至內(nèi)側(cè))。在圖4中，峰折疊線和谷折疊線的高度保持不變，每個及所有的谷折疊線設(shè)計成與濾后液體芯核接觸。當(dāng)含有異物的流體受到這類緊密折疊的過濾器過濾時，不能通過過濾器的粒子只沉積在折疊峰的頂部，從而引起堵塞。結(jié)果，折疊部分不能有效地起作用(有效過濾面積小)，因此縮短了過濾器的使用壽命(見圖4)。
作為外-內(nèi)-流通型褶型折疊過濾材料的普通褶折方法的改進(jìn)，提出了如下結(jié)構(gòu)，其中將對著套筒的峰部分頂部的峰折疊線改變成字母V形的谷折疊，形成字母M形的結(jié)構(gòu)，而所有峰頂部分的高度保持不變(如專利文獻(xiàn)1)。根據(jù)專利文獻(xiàn)1的過濾材料，當(dāng)在圓柱形過濾器材料中實(shí)行均勻褶折疊時，內(nèi)周邊一側(cè)(芯核一側(cè))做得密實(shí)而外周邊一側(cè)(套筒一側(cè))做得疏松，目的在于通過有效利用外周邊一側(cè)必然產(chǎn)生的空間而得到增大過濾器材料使用面積的結(jié)構(gòu)(見圖5)。因此，在專利文獻(xiàn)1的過濾材料中，因?yàn)閮?nèi)周邊一側(cè)和外周邊一側(cè)都做得緊密，過濾器的折疊更加緊密，由此使得有效過濾面積變得更小。
專利文獻(xiàn)1實(shí)開昭62-87710公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題如上所述，要求的是通過增加有效過濾面積來節(jié)省使用的過濾器材料面積的方法，該目的要求在不改變外部尺寸的條件下實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橥獠砍叽缛缣淄餐鈴胶瓦^濾器裝置高度已經(jīng)被匹配地設(shè)定。
解決問題的方法本發(fā)明涉及所謂的外-內(nèi)-流通型筒狀過濾裝置，其包括通過將方形的過濾器材料折疊成褶的形狀，并將與過濾器材料的褶折疊平行的兩端粘接在一起而得到的基本上圓柱形的過濾材料；芯核(多孔內(nèi)筒)；套筒(多孔外筒)；及兩個端蓋(上蓋和下蓋部分)，其中過濾材料插入芯核和套筒之間，并且用上端蓋和下端蓋夾住，而其上端和下端通過加熱熔合與所述端蓋結(jié)合，使液體不能通過，所述筒狀過濾器裝置允許過濾目標(biāo)流體從套筒一側(cè)流到芯核一側(cè)，筒狀過濾器裝置還包括字母W形的截面，其中在與褶折疊正交的過濾器材料截面中存在一個峰折疊線(a)，接著在其兩側(cè)有兩個谷折疊線(b)，以及在其兩側(cè)的兩個峰折疊線(c)，以使在套筒一側(cè)上形成一個低峰部，接著在其兩側(cè)上的芯核一側(cè)上有兩個谷部，以及在其兩側(cè)上的套筒一側(cè)上的兩個高峰部。
優(yōu)選在過濾器材料的至少一個面上使用支撐材料。
優(yōu)選形成低峰部的峰折疊部分(a)與谷部(b)之間的間距A(mm)與形成高峰部的谷部(b)與峰折疊部分(c)之間的間距B(mm)的比(A/B)為0.3或更高，至小于1。
優(yōu)選芯核外徑D(mm)和過濾器材料谷折疊線的總數(shù)n與過濾器材料和支撐材料總厚度t(mm)的關(guān)系為n＝(πD/2t)×(1.1～1.9)。
同時，“峰高”是指在與容納了過濾材料的褶折疊垂直的過濾器截面中，由峰折疊線至從峰折疊線垂直落下的直線與連接兩側(cè)附近谷折疊線的直線的交叉點(diǎn)的距離。在與容納了過濾材料的褶折疊垂直的過濾器截面中，通過全部谷折疊部分的線圍繞芯核畫出了一個圓。
本發(fā)明的效果因?yàn)楸景l(fā)明的褶型筒狀過濾器裝置的過濾器包括一個高峰與另一個高峰之間的低峰，所以與傳統(tǒng)技術(shù)相比增大了促進(jìn)過濾的過濾器面積。根據(jù)相關(guān)技術(shù)，應(yīng)將面積盡可能大的過濾器容納在過濾器裝置中，以增加過濾器面積。然而，本發(fā)明能夠以小得出乎意料的面積(小的裝填量)得到高的過濾效率和長的過濾器使用壽命。更進(jìn)一步，由于出色的過濾效率，可以減少過濾器材料的用量，這樣原材料成本得以降低，此外，單位過濾材料的褶折疊過程的操作也減少了，因此縮短了制造時間。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的過濾材料可以是任何材料，只要其孔隙具有取決于清除處理液體中異物大小的所需尺寸，雖然用于過濾如光致抗蝕劑溶液、具有0.05～0.2μm細(xì)孔的過濾器薄膜由聚四氟乙烯(以下稱作PTFE)、聚乙烯、聚丙烯、SUS、尼龍、聚四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚(以下稱作PFA)、聚偏二氟乙烯(以下稱作PVDF)構(gòu)成，但過濾材料并不限于這些材料。過濾半導(dǎo)體裝置制造中用作硅晶片漂洗劑的化學(xué)溶液時，所用的由上述材料構(gòu)成的過濾器薄膜具有0.05～1.0μm的細(xì)孔。
過濾器材料的厚度，例如，就樹脂基材料而言為0.1～2.0mm。有些過濾器材料即使厚度小于0.5mm，仍具有低的彎曲勁度，因此，使用支撐材料防止了因過濾器翹曲而引起的壓力增加。如果厚度超過2.0mm，不但褶折疊變得十分困難，而且過濾器材料使用面積的上限受到限制，這樣就減少了有效過濾面積，因此不能達(dá)到目的性能。
本發(fā)明的過濾材料是褶折疊的，因此與褶折疊正交的過濾器材料截面中存在一個峰折疊線a、在其兩側(cè)的兩個谷折疊線b、又在其兩側(cè)的兩個峰折疊線c。相應(yīng)地，在套筒一側(cè)上形成了一個低峰部，在其兩側(cè)的芯核一側(cè)上形成了兩個谷部，又在其兩側(cè)的套筒一側(cè)形成了兩個高峰部，從而產(chǎn)生了字母W形的部分。圖1為與褶折疊正交的示意性截面圖，即為本發(fā)明中使用的過濾器的實(shí)例，并且所有的谷折疊線都保持與芯核接觸。另一方面，峰的高度在垂直方向變化，高峰的峰折疊線在流體供給一側(cè)最接近套筒。圖1中的褶折疊重復(fù)單元由一個高峰和一個低峰構(gòu)成。當(dāng)具有該結(jié)構(gòu)的過濾器對含粒子的流體進(jìn)行過濾時，其折疊過濾器部分有效地起到了過濾作用，經(jīng)過濾的粒子可以沉積在兩個高峰之間的低峰上，因此延緩了過濾器發(fā)生堵塞而不能使用的時間(過濾器的使用壽命)。
峰的高度可以有規(guī)律地或隨機(jī)地在垂直方向變化。例如，褶折疊重復(fù)單元可以由兩個峰構(gòu)成，其高度為“高”和“低”，或者由三個或四個峰構(gòu)成，其高度為“高、低和高”或“高、低、低和高”。
因?yàn)楸景l(fā)明的褶折疊過濾器使被過濾的粒子沉積在高峰和低峰之間，并且露出折疊部分的一部分，所以有效過濾面積大，過濾效率得到了改善，因此延長了過濾器的使用壽命(參見圖1)。
在本發(fā)明的過濾器中，通過提高褶折疊密度，可確保高剛性(形狀保持性)，防止端蓋熔合時發(fā)生翹曲。而且，因?yàn)檫^濾效率高，所以可以通過降低褶折疊密度來節(jié)省過濾器材料的消耗量，同時使用支撐材料來確保折疊的容易性和高的剛性(形狀保持性)。
高峰與低峰之間的差異取決于如上所述的條件。形成低峰部的峰折疊部分(a)與谷部(b)之間的間距A(mm)與形成高峰部的谷部(b)與峰折疊部分(c)之間的間距B(mm)的比(A/B)為0.3或更高，至小于1。在此范圍內(nèi)，低峰的高度低于高峰，低峰成為不與套筒接觸而加強(qiáng)保持過濾材料構(gòu)造的支撐。結(jié)果，獲得了在不降低過濾效率下延長過濾器使用壽命(供給和排出之間的壓差達(dá)到預(yù)定值時的過濾體積)的優(yōu)勢。
就樹脂基材料而言，通過設(shè)定為諸如往復(fù)式、高速旋轉(zhuǎn)式的常規(guī)的褶折加工方法，可以容易地制造本發(fā)明的褶折。
優(yōu)選地，本發(fā)明的過濾器材料和支撐材料的總厚度t(mm)與使用的芯核外徑D(mm)及過濾器材料中谷折疊線數(shù)量n之間的關(guān)系為n＝(πD/2t)×(1.1～1.9)，原因是峰或谷的厚度為2t，更優(yōu)選為n＝(πD/2t)×(1.3～1.8)。上述總厚度t(mm)是在沒有施加壓力等力的情況下過濾器材料和支撐材料(若有使用)的厚度總值。如果n小于(πD/2t)×1.1，容易發(fā)生翹曲，因此不適合實(shí)際應(yīng)用。另一方面，如果n大于(πD/2t)×1.9，過濾器填充密度增加，有效過濾面積變窄，因此不大能保證發(fā)揮本發(fā)明的出色優(yōu)勢。
間距A(mm)、間距B(mm)和總厚度t(mm)的關(guān)系為t＜A＜B。
在本發(fā)明的過濾材料中，支撐材料可以用在過濾器材料的至少一面或兩面上，例如，可以在過濾器材料兩面的每一面提供一對支撐材料后將過濾材料折疊成褶折構(gòu)造，并可將其兩側(cè)邊緣粘接起來?？梢允褂靡话闼捎玫慕z網(wǎng)、無紡布等材料作為支撐材料。使用支撐材料可以提高整個過濾器的彎曲勁度，改善形狀保持性。
支撐材料的使用形式為網(wǎng)、多孔片材或無紡布，并且例如，優(yōu)選PFA、PTFE、四氟乙烯-乙烯共聚物(以下稱作ETFE)、PVDF等熱塑性氟樹脂、聚乙烯、聚丙烯和SUS等。
本發(fā)明的方形過濾器材料被折疊成褶折構(gòu)造，通過將與過濾器材料的褶折疊平行的兩端粘接在一起得到了基本上圓筒狀的過濾材料，并將其插入芯核與套筒之間。過濾材料的上下端部分用上端蓋和下端蓋夾住，并熱封在一起使液體不能透過，然后將該過濾材料裝入筒狀過濾器單元中。
本發(fā)明的筒狀過濾器裝置可用于外-內(nèi)-流通型筒狀過濾器裝置。當(dāng)流體通過褶型過濾器時，在流體供給方向圍繞低峰部的高峰部發(fā)揮每個開口的作用，捕捉流體中包含的粒子和/或異物，這樣過濾器的暴露表面能得到充分利用。
對于樹脂基材料，流體供給一側(cè)(第一側(cè))上的支撐材料有多個種類可以從在褶折時或褶折后能保持褶折峰(高、低)構(gòu)造的支撐材料的組合中選取。
筒狀過濾器裝置可用于任何流體形式的液體和氣體。
實(shí)施例實(shí)施例1筒狀過濾器裝置(套筒內(nèi)徑76mm、芯核外徑46mm)的組裝方法如下以PFA制得的、厚度為450μm的雙層布網(wǎng)(纖維直徑0.22mm)為第一側(cè)(流體供給一側(cè))支撐材料，PFA制得的、厚度為220μm的厚網(wǎng)(纖維直徑0.11mm)為第二側(cè)(流體流出一側(cè))支撐材料，將其覆蓋在結(jié)構(gòu)如圖6中所示的薄膜面積為7,022m2、涂布重量為250g/m2(厚度為400μm)的聚四氟乙烯(DAIKIN KOGYO制造的PTFE)無紡布上，然后重復(fù)由15mm峰/12mm峰/15mm峰構(gòu)成的重復(fù)單元(由高、低、高構(gòu)成的重復(fù)單元)，總共產(chǎn)生114個峰(每個高度為15mm的峰76個、每個高度為12mm的峰38個)，由此形成褶折，將其兩側(cè)的邊緣粘接在一起以產(chǎn)生過濾材料。其中A/B＝0.8，n＝114＝[46π/{2×(0.4+0.45+0.22)}]×1.69。
對比例1在此組裝的筒狀過濾器裝置中，將面積為14,520cm2的實(shí)施例1的PTFE無紡布薄膜全部褶折成15mm的峰，由此產(chǎn)生220個折疊峰(峰高15mm)的過濾器。其中A/B＝1，n＝220＝[46π/{2×0.4}]×1.22。
對比例2此例中筒狀過濾器裝置的組裝方法如下將以PFA制得的、厚度為150μm的薄網(wǎng)(纖維直徑0.08mm)作為第一側(cè)支撐材料和第二側(cè)支撐材料覆蓋在薄膜面積為12,300cm2的PTFE無紡布上，然后全部褶折成15mm的峰，由此產(chǎn)生187個峰(峰高15mm)，將其兩側(cè)的邊緣粘接在一起以制得過濾材料。其中A/B＝1，n＝187＝[46π/{2×(0.4+0.15+0.15)}]×1.81。
對比例3在使用的市售的筒狀過濾器裝置(Mykrolis Corporation制造，產(chǎn)品名Fluorogard PRS過濾器)中，將結(jié)構(gòu)如圖7中所示的薄膜面積為14,000cm2、涂布重量為250g/m2(厚度為400μm)的PTFE無紡布全部褶折成15mm的峰，由此總共產(chǎn)生213個峰(峰高15mm)。其中A/B＝1，n＝213＝{46π/(2×0.4)}×1.18。
過濾器性能評價在所用過濾器的涂布重量為250g/m2的實(shí)施例1和對比例1～3的過濾器裝置中，使用含有濃度為100ppm的JIS 8類塵粒(粒子直徑1μm或5μm)的兩種精制水為流體，在供給壓力為0.05kgf/cm2和0.1kgf/cm2時測量每一種的流出速度、使用壽命(供給和排出之間的壓差達(dá)到1kgf/cm2時的過濾體積)和粒子清除性能(俘獲效率；保持率)。結(jié)果如表1所示。圖2所示為供給壓力從0～0.5kgf/cm2變化時過濾器裝置流出速度的變化(水溫25℃)，圖3所示為過濾時間的變化(水溫25℃，流出速度10L/分鐘)。
實(shí)施例1具有實(shí)際上可以得到的粒子清除性能，其在供給壓力下的流出速度和使用壽命十分出色。
對比例1中沒有使用支撐材料，為了防止翹曲，使用了具有約2倍面積的與實(shí)施例1相同的過濾器，并以傳統(tǒng)方式進(jìn)行褶折。盡管粒子清除性能比實(shí)施例1有進(jìn)一步改進(jìn)，但供給壓力下的流出速度和使用壽命卻明顯下降，以至其不能經(jīng)受實(shí)際使用。其原因是折疊密度過高，有效過濾面積減少，因此流體及其所含的粒子不能通過。
對比例2使用與對比例1相同的過濾器，還一起使用了支撐材料以保證形狀保持性，其設(shè)定的過濾器面積和折疊數(shù)比對比例1的少。然而，由于過濾器因存在支撐材料而折疊緊密，對于供給壓力下的流出速度及使用壽命比對比例1有改善，但仍不能經(jīng)受實(shí)際使用。
在對比例3中，使用的過濾器與實(shí)施例1的具有不同的孔徑，沒有使用任何支撐材料，并且為了保證形狀保持性而提高了褶折疊密度，所用過濾器面積和褶折疊數(shù)均為實(shí)施例1的兩倍。雖然在對比例3中由于過濾器孔徑更大，供給壓力下的流出速度比實(shí)施例1更高，但因?yàn)槠漶拚鄯椒ㄈ允莻鹘y(tǒng)的，所以粒子清除性能非常差，有效過濾面積窄小，使用壽命只有一半。




圖1所示為本發(fā)明的一個實(shí)施例所用過濾器的示意性剖視圖。
圖2所示為供給壓力改變時過濾器裝置流出速度變化的曲線圖。
圖3所示為流量設(shè)定不變時過濾器裝置過濾時間變化的曲線圖。
圖4所示為傳統(tǒng)過濾器實(shí)例的示意性剖視圖。
圖5所示為傳統(tǒng)過濾器另一個實(shí)例的示意性剖視圖。
圖6a所示為實(shí)施例1中所用過濾器材料的顯微照片(100倍放大)。
圖6b所示為實(shí)施例1中所用過濾器材料的顯微照片(500倍放大)。
圖7a所示為對比例3中所用過濾器材料的顯微照片(100倍放大)。
圖7b所示為對比例3中所用過濾器材料的顯微照片(500倍放大)。
權(quán)利要求
1.一種外-內(nèi)-流通型筒狀過濾器裝置，其包括通過將方形的過濾器材料折疊成褶的形狀，并將與過濾器材料的褶折疊平行的兩端粘接在一起而得到的基本上圓柱形的過濾材料；芯核(多孔內(nèi)筒)；套筒(多孔外筒)；及兩個端蓋(上蓋和下蓋部分)，其中過濾材料插入芯核和套筒之間，并且用上端蓋和下端蓋夾住，而其上端和下端通過加熱熔合與所述端蓋結(jié)合，使液體不能通過，所述筒狀過濾器包括字母W形的截面，其中在與褶折疊正交的過濾器材料截面中存在一個峰折疊線(a)，接著在其兩側(cè)有兩個谷折疊線(b)，以及在其兩側(cè)的兩個峰折疊線(c)，以使在套筒一側(cè)上形成一個低峰部，接著在其兩側(cè)上的芯核一側(cè)上有兩個谷部，以及在其兩側(cè)上的套筒一側(cè)上的兩個高峰部。
2.權(quán)利要求1的筒狀過濾器裝置，其中在所述過濾器材料的至少一面上使用支撐材料。
3.權(quán)利要求1或2的筒狀過濾器裝置，其中形成低峰部的峰折疊部分(a)與谷部(b)之間的間距A(mm)與形成高峰部的谷部(b)與峰折疊部分(c)之間的間距B(mm)的比(A/B)為0.3或更高，至小于1。
4.權(quán)利要求1～3之一的筒狀過濾器裝置，其中所述芯核的外徑D(mm)和過濾器材料谷折疊線的總數(shù)n與過濾器材料和支撐材料的總厚度t(mm)的關(guān)系為n＝(πD/2t)×(1.1～1.9)。
全文摘要
一種過濾效率高、過濾器壽命長、可以低成本生產(chǎn)的筒狀過濾器裝置。一種具有過濾材料、芯核、套筒及兩個端蓋(上下蓋部)的外－內(nèi)－流通型褶型筒狀過濾器裝置。在與褶折疊正交的過濾器材料截面中，有一個峰折疊線(a)、在一個峰折疊線兩側(cè)的兩個谷折疊線(b)及在兩個谷折疊線兩側(cè)上的兩個峰折疊線(c)。因此該筒狀過濾器裝置包括字母W形的截面，其中在套筒一側(cè)上有一個低峰部、在一個峰部兩側(cè)上的芯核一側(cè)上有兩個谷部、在兩個谷部兩側(cè)上的套筒一側(cè)上有兩個高峰部。
文檔編號B01D69/04GK1942235SQ200580010988
公開日2007年4月4日 申請日期2005年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月15日
發(fā)明者桑原寬一, 藏田幸一 申請人:安格斯公司