專利名稱：濾芯結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及薄膜過濾模塊和濾芯，它們同現有的過濾模塊相比更加清潔、更容易安裝和更換。特別地講，本發明涉及一種濾芯以及一種由濾芯、可重復使用的濾杯、可重復使用的歧管和可重復使用的連接裝置構成的薄膜過濾模塊，所述連接裝置連接著濾芯并將濾杯和歧管限定在一起。
背景技術：
在諸如半導體等工業領域，在過濾過程中控制顆粒雜質需要使用具有能夠去除亞微顆粒的薄膜的超凈過濾器。眾所周知的是，當沉積在半導體晶片上的任何顆粒足夠大時，該顆粒就會產生缺陷。通常，在半導體工業中，即使顆粒的尺寸小至半導體芯片中的最小結構特征的大約十分之一，也會產生導致芯片失效的故障。因此，薄膜過濾器被用于制造半導體芯片的每個加工步驟中，以凈化作業液體和氣體。
盡管已經有很多不同的過濾模塊設計被研制出來以用于超純液體過濾，但其中兩種較為流行。在第一種過濾模塊設計中，需要被過濾的液體從過濾模塊的一端流到另一端。在這種級別的過濾模塊中，供給流體接頭和滲透流體接頭安置在過濾器的相反兩端，液體從一端流向另一端。這種流動結構被稱作直流結構。這種過濾模塊存在兩個缺點。首先，由于過濾模塊被疊加在兩組接頭之間，因此，難以連接到工藝設備中。其次，由于至少一個接頭位于模塊底部，因此在拆開過濾模塊時，模塊中的殘余自由液體會快速放泄出來。
第二種過濾模塊設計將所有接頭安置在模塊的同一端。在這種模塊中，供給流體口和滲透流體口通常在相反兩側水平定向在模塊的端蓋的頂部。由于這種形狀，模塊被稱為具有T形結構。該T形結構便于將端蓋連接到過濾模塊的其余部分包括濾杯和安置在濾杯中的濾芯上。在這種設計中，濾杯和濾芯由單獨的元件構成。因此，在構成過濾模塊時，濾芯和濾杯被單獨緊固和密封在歧管接口上。此外，在完成過濾后，濾杯和濾芯被單獨從接口上拆下。這種單獨拆卸要求濾杯移動的距離基本上大于濾芯的全長，以暴露出濾芯使之能夠被拆下。然后，暴露的濾芯被手工或用手動工具拆下。由于濾芯富含被過濾的液體，該液體經常是腐蝕性和毒性的，因此濾芯拆卸步驟會給操作人員帶來危險。另外，由于濾杯必須移過濾芯的全長，因此安置著濾杯和濾芯的空間必須足以適合于這一拆卸步驟。
在美國專利5,114,572中，提出了提供一個與濾杯協作的過濾組件，以產生一種濾芯-濾杯結構，其可以作為單一元件從歧管上拆下。濾芯通過設在其上的卡扣連接部連接在濾杯上，所述卡扣連接部裝配在濾杯內表面上的凹槽中。濾杯通過卡扣連接部直接連接在濾芯頂蓋，所述卡扣連接部裝配在濾芯頂蓋內的凹槽中。濾芯在濾杯頂部也就是濾杯與濾芯頂蓋連接部位下面的位置裝配在濾杯中。由于濾杯本體比濾杯頂部窄，因此設在濾杯狹窄部位的卡扣連接部增大了對流經濾杯的流體的堵塞。
因此，希望能夠提供一種濾芯-濾杯連接結構，其能夠將濾芯-濾杯連接部設在濾芯的過濾介質部分的頂部，以使流體堵塞最小化。此外，還希望提供一種濾芯，其具有清楚可見的連接裝置，以便于實現濾芯向濾杯的連接。這樣的濾芯有助于容易將濾芯插入濾杯中，能夠降低操作人員在過濾之后拆下濾芯時遇到的危險，且能夠減小安裝過濾模塊所需的空間。
發明內容
根據本發明，提供了一種過濾模塊，其包括一個歧管以及一個由濾芯和濾杯形成的組合結構，其中濾芯和濾杯被鎖定在一起，從而作為單件相對于歧管安裝和拆卸。濾芯包括一個在兩端被端蓋密封的過濾介質。其中一個端蓋包括至少兩個凸緣和一個用于在歧管與濾芯內部之間形成流體連通的流體通道。凸緣從端蓋向外延伸，并且超出過濾介質的外側豎直表面。凸緣被設計成能夠裝配在濾杯的凹槽中，以實現濾芯向濾杯上的連接。端蓋和凸緣安置在過濾介質上面，因此凸緣可以連接到濾杯的頂部。用于將濾芯緊固到濾杯上的所述端蓋凸緣使得濾芯和濾杯能夠以單件的形式從歧管上拆下。在本發明的一個方面，設有一個具有至少兩個凸緣的端蓋。端蓋可以結合在具有任何結構的濾芯的一端，以使濾芯能夠被緊固到濾杯上。在本發明的另一個方面，濾杯配有一個套環，該套環具有至少兩個凹槽，用以容納端蓋的凸緣。濾杯和套環可以是單件式結構，也可以由兩個單獨的元件組成，這兩個元件可以通過螺紋等方式結合在一起。
圖1是本發明的過濾模塊的剖視圖。
圖2是本發明的濾芯的頂部的透視圖。
圖3是與圖2中的濾芯一起使用的套環的透視圖。
圖4是本發明的濾杯和套環的透視圖。
圖5是本發明的另一種鍵合元件的底部透視圖。
圖6是示出了圖5中的鍵合元件在圖7所示套環上的位置的局部剖視圖。
圖7是具有凹槽的套環的透視圖，所述凹槽用于容納圖5中的鍵合元件。
圖8是本發明的另一種鍵合元件的頂部透視圖。
圖9是圖8中的鍵合元件裝配在圖7中的套環中時的透視圖。
圖10是本發明的一種端蓋的透視圖。
圖11是本發明的另一種端蓋的透視圖。
具體實施例方式
本發明提供了一種濾芯和一種由歧管、濾芯和濾杯構成的過濾模塊。歧管中設有流體通道，用于將流體濾芯供給到濾芯中和用于使滲透流體從濾芯排出。濾杯設有用于儲存所供給的流體的裝置，以使所述供給流體能夠被引入濾芯中，或者用于儲存從濾芯滲透出的流體，以使所述滲透流體流入歧管中并從過濾模塊排出。供給流體可以通過歧管從濾芯外側引入濾芯或從濾芯內側引出。與濾芯相鄰的濾杯中的流體既可以是供給流體，也可以是滲透流體。在任何情況下，供給流體均從歧管流入濾芯中，滲透流體通過歧管而從濾芯排出；通過設置密封，可以防止供給流體和滲透流體相互混合。
濾芯和濾杯被構造成能夠密封在歧管上，或者作為一個整體而從與歧管接觸的狀態脫離出來。濾芯被兩個端蓋密封，其中一個端蓋設有流體通道。濾芯的一個端蓋具有與其整體形成的至少兩個凸緣，并且形成了濾芯的流體通道。流體通道可以用作濾芯的入口或出口。凸緣被構造成能夠將濾芯鎖定在濾杯的頂部。由于凸緣安置在過濾介質上面，因此濾芯可以被緊固在濾杯的頂部，所述頂部的直徑大于濾杯本體，這樣，同將凸緣安置在濾芯與濾杯的本體之間時的情況相比，凸緣造成的流體堵塞較小。在過濾之后，濾杯和濾芯可以作為單一的整體部件而從歧管上拆下，而不是作為兩個彼此分開的部件。由于濾杯和濾芯被一起拆下，因此不需要將濾芯從濾杯上取下。這樣，不需要提供一個基本上等于濾芯和濾杯長度之和的空間，就能夠拆下濾芯。僅需要提供一個基本上等于濾杯長度的空間。這樣，同目前的過濾模塊相比，可以將本發明的濾芯安裝在更小的空間中。此外，由于濾芯與濾杯一起取出，因此不需要操作人員用手或手動工具對濾芯進行處理。這顯著降低了操作人員接觸到濾杯中的流體的可能性。濾杯可以選擇性地配備有放泄管，用于在拆下濾杯之前排出流體。
在本發明的一個方面，一個端蓋可以結合在濾芯的一端。該端蓋包括至少兩個凸緣，它們可以裝配在濾杯的凹槽中，濾芯可以被緊固在濾杯中。端蓋還設有流體通道，其既可以被用作通向濾芯的流體入口，也可以被用作從濾芯排出的流體出口。
在本發明的另一個方面，濾杯上設置了具有至少兩個凹槽的套環，所述凹槽延伸貫穿套環的整個厚度。凹槽中容納著端蓋的凸緣，以形成用于將濾芯緊固在濾杯中的裝置。套環和濾杯可以是單件式結構，也可以由兩個單獨的元件組成，這兩個元件可以通過螺紋等方式結合在一起。
參看圖1，一種過濾模塊10包括一個歧管12、一個濾杯14和一個濾芯16。一個帶螺紋環形件18安置在濾杯14的外表面20上，并且被一個沿著濾杯14的圓周延伸的突邊22以及一個唇緣24限定在該外表面20上。通過控制突邊22的尺寸和彈性，環形件18可以滑移通過突邊18，以將環形件18安置就位，或者，突邊22可以在環形件18被如圖所示安置就位之后形成在濾杯14上。
環形件18基本上相對于濾杯14保持固定位置，即其不能沿濾杯14的長度方向移動較大的距離。在螺紋26和28嚙合在一起后，環形件18帶動或驅動濾芯16牢固地接觸歧管12，以便通過O形圈11和13實現密封。相反，在環形件18旋轉以使螺紋26和28彼此脫開時，濾芯16被確實地帶動或驅動離開歧管12。濾杯14和與其對接的歧管12之間的密封是通過O形圈而實現的。濾杯被豎直移動以接觸到歧管12，而不需要旋轉濾杯14。
濾芯16通過一個端蓋即頂蓋30上的凸緣15而連接到濾杯14上，該凸緣15與套環34中的凹槽32相嵌接。套環34通過螺紋36而嚙合在濾杯14中。套環34沿著濾杯14的整個內周延伸。或者，濾杯和套環可以被成型為單件，以獲得濾杯14和套環34的形狀，例如通過模制方法成型出來。流體通道42包括密封用O形圈11和13，并且可以用作濾芯16的入口和出口。在流體通道被用作入口時，流體被引入歧管12的進口44中。在流體通道42被用作出口時，流體被引導通過歧管12的進口46。由于凸緣15不沿著構成一個鍵合元件的頂蓋30的整個周邊延伸，因此流體能夠以旁通的方式流過頂蓋30而進入歧管12。
參看圖2，濾芯16包括整體形成有凸緣15的頂蓋30、一個底蓋21、一個過濾體23和一個多孔殼體25。凸緣15從殼體25的豎直表面向外延伸。所述頂蓋30和底蓋21密封在過濾體23的端部，以防止供給的流體與滲透出的流體相混合。濾芯16的這種結構可確保流體進入濾芯16，并在穿過過濾體23之后離開濾芯16。過濾體23可以是深度型過濾體(depth filter)、褶皺型過濾體(pleated filter)等。
參看圖3，套環34包括兩個切口41和兩個豎直延伸段43。每個豎直延伸段43分別包含一個凹槽32(其中一個未示出)。凹槽32配合并容納著凸緣15。凹槽32形成的延伸角度取決于頂蓋30和套環34所用材料的彈性。凹槽32形成的延伸角度至少為大約15度，并且在頂蓋30和套環34由全氟烷基乙烯醚(PFA)等相對柔軟聚合物制成時，優選在大約30度和大約45度之間。在頂蓋30、凸緣15和套環34由相對堅硬的材料例如高密度聚乙烯制成時，該角度大約為采用PFA材料時的一半。上述大小的角度以及上述代表性材料可以在凸緣15與凹槽32之間提供出理想的接觸表面，以便在過濾模塊10的使用過程中頂蓋30不與套環34分離。套環34可以設有卡止部。套環34還可以包括可選的豎直凹槽17，用于使流體能夠在套環34和歧管12之間排放。
參看圖4，圖中示出了本發明的濾杯和套環的構造。套環34螺紋嚙合在濾杯14中。或者，套環34和濾杯14可以模制成單件。濾杯14包括多個擋塊50，這些擋塊支撐著一個鎖環(未示出)。濾杯14包括一個可以打開和關閉的放泄管17。放泄管17在過濾過程中是關閉的。
雖然本發明的頂蓋被描述為具有兩個相反的凸緣，但可以理解，頂蓋可以設有兩個以上的凸緣。為防止濾芯相對于濾杯擺動，至少兩個凸緣是必要的。凸緣15的延伸方向和角度被這樣設定，即凸緣15能夠插入套環34的凹槽32中。
通過使凸緣15對準切口41，圖2所示的實施例中的濾芯可插入圖3所示的套環中。然后，頂蓋30和濾芯16相對旋轉，以使凸緣15裝配在凹槽32中，從而將濾芯16緊固在套環34中。
在本發明的一個方面，由頂蓋構成的鍵合元件的外表面被構造成與附裝在濾杯上的套環的內表面相匹配，以便將設有所述鍵合元件的濾芯對中安置在濾杯中。通過將濾芯對中安置在濾杯中，可以在鍵合元件旋轉到套環時使鍵合元件和套環平滑地配合。鍵合元件的外表面結構可以包含小的槽。雖然外表面結構并不是本發明必需的，但在沒有設置外表面結構的情況下，鍵合元件將在套環中從一側滑動到另一側，從而增加了鍵合元件與套環接合的難度。
參看圖5和6，頂蓋或鍵合元件70包括位于每個鍵臂74和76上的槽72，用于與套環80上的表面78相匹配。雖然圖5和6中的鍵合元件包括突臺82，但它們對于槽72的功能而言是不必要的。突臺82的作用將在下面描述。
在本發明的另一個方面，本發明的套環設有貫穿套環厚度的凹槽。凹槽與鍵合元件上的突臺相接合，以使套環和鍵合元件之間的配合得到改進。突臺被這樣構造，即在鍵合元件被旋轉就位時，突臺將導致與其配合的凹槽向外膨脹，直至鍵合元件裝配在敞開的凹槽中。在裝配后，凹槽彼此向著對方收縮，以疊加住鍵合元件，以使鍵合元件在使用過程中更難以從套環中脫出。
參看圖7、8和9，套環84包含兩個相反的凹槽86和88，當鍵合元件90被旋轉就位于套環84中時，突臺82裝配在凹槽86和88中。通過突臺82與套環84的內表面相接觸，可使凹槽彼此向外膨脹。突臺82的外表面之間的距離略大于套環84的對置內表面之間的距離。
參看圖10，本發明的頂蓋92包括一個設有O形圈96和98的流體通道94。頂蓋92包括一個具有凸緣102和104的板100。凸緣102和104裝配在凹槽殼體的凹槽例如圖9所示的凹槽86中。凸緣102和104上也設有突臺106和108，用于確保鎖緊頂蓋92，所述頂蓋通過諸如粘接等方法而固定在圖2所示濾芯的一端。
參看圖11，圖中示出了本發明的一種替代性的頂蓋150。頂蓋110不像圖10中的頂蓋那樣包括突臺。頂蓋110包括板100、凸緣102和104、流體通道94、O形圈96和98。凸緣102和104以圖9所示的方式裝配在濾杯的套環的凹槽中。
權利要求
1.一種濾芯，包括一個細長的過濾介質，其具有第一端和第二端；第一端蓋，其密封在所述第一端，所述第一端蓋具有整體形成在其上的至少兩個凸緣，所述凸緣從所述過濾介質的豎直外表面向外延伸；第二端蓋，其密封在所述第二端；一個流體通道，其密封地形成在所述第一端蓋中，以提供出通向所述過濾介質中的敞開內腔的流體通路；以及一個可被流體流經的多孔殼體，其圍繞著所述過濾介質的外表面。
2.如權利要求1所述的濾芯，其特征在于，所述過濾介質是深度型過濾體。
3.如權利要求1所述的濾芯，其特征在于，所述過濾介質是褶皺型過濾體。
4.一種過濾模塊，包括一個歧管、一個濾芯、一個容納著所述濾芯的濾杯、一個用于將所述濾杯鎖定在所述歧管上的鎖定裝置；所述濾芯包括一個細長的過濾介質，其具有第一端和第二端；第一端蓋，其密封在所述第一端，所述第一端蓋具有整體形成在其上的至少兩個凸緣，所述凸緣從所述過濾介質的豎直外表面向外延伸；第二端蓋，其密封在所述第二端；一個流體通道，其密封地形成在所述第一端蓋中，以提供出通向所述過濾介質中的敞開內腔的流體通路；以及一個可被流體流經的多孔殼體，其圍繞著所述過濾介質的外表面；所述濾芯和濾杯與所述歧管之間以下述方式形成流體連通，即能夠防止供給到所述濾芯中的供給流體與從所述濾芯排出的滲透流體相混合。
5.如權利要求4所述的過濾模塊，其特征在于，所述濾杯和所述套環被構造成整體單件結構。
6.如權利要求4或5所述的過濾模塊，還包括用于向所述濾杯中供給流體的進口和用于將滲透流體從所述濾芯排出的排口。
7.如權利要求4或5所述的過濾模塊，還包括用于向所述濾芯中供給流體的進口和用于將滲透流體從所述濾杯排出的排口。
8.如權利要求1、2或3所述的濾芯，其特征在于，每個所述凸緣分別具有形成在其外表面上的突臺。
9.如權利要求1、2或3所述的濾芯，其特征在于，每個所述凸緣分別具有形成在其下表面上的槽，所述槽被成形為與所述濾杯的內表面相配合。
10.如權利要求4或5所述的過濾模塊，其特征在于，每個所述凸緣分別具有形成在其外表面上的突臺。
11.如權利要求4或5所述的過濾模塊，其特征在于，每個所述凸緣分別具有形成在其下表面上的槽，所述槽被成形為與所述濾杯的內表面相配合。
12.如權利要求6所述的過濾模塊，其特征在于，每個所述凸緣分別具有形成在其外表面上的突臺。
13.如權利要求7所述的過濾模塊，其特征在于，每個所述凸緣分別具有形成在其外表面上的突臺。
14.一種用于濾芯的端蓋，包括一個細長過濾介質，其具有第一端和第二端；一個板，其具有整體形成在其上的至少兩個凸緣，所述凸緣從所述板向外延伸；以及一個流體通道，其延伸穿過所述板；所述板被成形為密封在所述濾芯的一端，以使所述凸緣從所述濾芯的豎直表面向外延伸。
15.如權利要求14所述的端蓋，其特征在于，每個所述凸緣分別具有形成在其外表面上的突臺。
16.一種用于過濾模塊的殼體，包括一個濾杯；一個套環，其緊固在所述濾杯的一個開口端部；所述套環包括至少兩個凹槽，它們延伸貫穿所述套環的整個厚度。
17.如權利要求16所述的殼體，其特征在于，所述濾杯和所述套環被構造成整體單件結構。
全文摘要
公開了一種過濾模塊(10)，其包括一個歧管(12)、一個濾芯(16)和一個容納著濾芯(16)的濾杯(14)。通過將設在濾芯(16)的端蓋(30)上的凸緣(15)裝配在濾杯上的套環(34)中，濾芯(16)和濾杯(14)彼此連接在一起，以形成整體結構。濾芯(16)和濾杯(14)與歧管(12)以下述方式形成流體連通，即能夠防止供給到模塊(10)中的流體與從模塊(10)排出的流體混合。
文檔編號B01D35/30GK1642613SQ03806447
公開日2005年7月20日 申請日期2003年2月11日 優先權日2002年3月28日
發明者戴維·斯托克鮑爾 申請人:密科理股份有限公司