CN109070019A

CN109070019A - 过滤滤除器

Info

Publication number: CN109070019A
Application number: CN201880001813.9A
Authority: CN
Inventors: 万寿优; 渡边顺子; 近藤孝志
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2017-03-01
Filing date: 2018-02-26
Publication date: 2018-12-21
Anticipated expiration: 2038-02-26
Also published as: JPWO2018159554A1; JP6406480B1; US20190009200A1; WO2018159554A1; CN109070019B; US10933361B2

Abstract

一种过滤滤除器，具备设置了多个贯通孔的金属制多孔膜，对流体包含的过滤对象物进行过滤，其中，在金属制多孔膜的贯通孔的内周面，在周向上设置有波浪状的凹凸。

Description

过滤滤除器

技术领域

本发明涉及对流体包含的过滤对象物进行过滤的过滤滤除器。

背景技术

以往，作为这种过滤滤除器，例如，已知有专利文献1记载的过滤滤除器。在专利文献1记载了用于从流体样品分离过滤对象物的过滤滤除器。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2010-520446号公报

发明内容

发明要解决的课题

像后述的那样，本发明的发明者们发现，由于过滤滤除器的贯通孔处的流体的通过速度(流速)变快，从而施加于通过贯通孔的过滤对象物的负载增大。因此，在以往的过滤滤除器中，在降低过滤对象物通过贯通孔时施加于过滤对象物的负载方面，仍有改善的余地。

本发明的目的在于解决上述课题，提供一种能够降低施加于过滤对象物的负载的过滤滤除器。

用于解决课题的技术方案

为了达成上述目的，本发明的一个方式涉及的过滤滤除器具备设置了多个贯通孔的金属制多孔膜，对流体包含的过滤对象物进行过滤，所述过滤滤除器的特征在于，在所述金属制多孔膜的所述贯通孔的内周面，在周向上设置有波浪状的凹凸。

发明效果

根据本发明，能够提供一种能够降低施加于过滤对象物的负载的过滤滤除器。

附图说明

图1是本发明的实施方式涉及的过滤滤除器的概略图。

图2是图1的过滤滤除器的Z1部分的放大立体图。

图3是从厚度方向观察图2的概略图。

图4是图2的Z2部分的放大部的示意图。

图5A是示意性地示出图1的过滤滤除器的制造方法的一个工序的剖视图。

图5B是示出继图5A之后的工序的剖视图。

图5C是示出继图5B之后的工序的剖视图。

图5D是示出继图5C之后的工序的剖视图。

图5E是示出继图5D之后的工序的剖视图。

具体实施方式

(成为本发明的基础的见解)

在用过滤滤除器对包含过滤对象物的流体进行过滤时，为了加快过滤速度(每单位时间的过滤量)，使用提高了开口率的过滤滤除器是有用的。为了提高过滤滤除器的开口率，在以固定的大小设置多个贯通孔的情况下，将过滤滤除器的贯通孔的大小做得微小，从而在进行过滤的整个面稠密地形成贯通孔。

另一方面，将贯通孔的大小做得越微小，贯通孔处的流体的通过速度变得越快。本发明的发明者们发现，由于贯通孔处的流体的通过速度(流速)变快，从而施加于通过贯通孔的过滤对象物的负载增大。

本发明的发明者们基于该新的见解进行了精心的研究，结果想到了如下结构，即，通过在设置于过滤滤除器的贯通孔的内周面在周向上设置波浪状的凹凸，从而增大贯通孔的内周面的表面积。由此，发现与在内周面未设置凹凸的结构相比，能够使内周面的表面阻力增大，能够使贯通孔处的过滤对象物的通过速度变慢。结果发现，能够提高开口率而加快过滤速度，并且能够降低施加于通过贯通孔的过滤对象物的负载。

基于这些方面，本发明的发明者们实现了以下的发明。

本发明的一个方式涉及的过滤滤除器具备设置了多个贯通孔的金属制多孔膜，对流体包含的过滤对象物进行过滤，所述过滤滤除器的特征在于，在所述金属制多孔膜的所述贯通孔的内周面，在周向上设置有波浪状的凹凸。

根据该结构，在贯通孔的内周面在周向上设置有波浪状的凹凸，因此能够增大贯通孔的内周面的表面积。由此，与在内周面未设置凹凸的结构相比，能够使内周面的表面阻力增大，能够使贯通孔处的过滤对象物的通过速度变慢。因此，能够降低施加于通过贯通孔的过滤对象物的负载。此外，通过在贯通孔的内周面在周向上设置波浪状的凹凸，从而能够抑制过滤对象物附着到贯通孔的内周面。由此，能够抑制过滤对象物堵塞贯通孔。此外，即使在过滤对象物堵塞了贯通孔的情况下，也能够通过过滤对象物与波浪状的凹凸之间的流路使流体通过。因此，能够使过滤效率提高。

此外，所述波浪状的凹凸通过交替地重复峰部和谷部而形成，所述峰部以及所述谷部优选形成为沿着所述流体的流动方向。根据该结构，由于形成波浪状的凹凸的峰部以及谷部形成为沿着流体的流动方向，因此从贯通孔的入口至出口，能够固定地保持贯通孔的开口面积。

此外，优选所述峰部的配置间隔比通过所述贯通孔的所述过滤对象物的平均粒径小。根据该结构，能够抑制过滤对象物进入到谷部，能够减小过滤对象物与贯通孔的内周面的接触面积。其结果是，能够进一步抑制过滤对象物附着到贯通孔的内周面。

此外，优选在所述峰部以及所述谷部的表面设置有凹凸。根据该结构，能够使内周面的表面阻力进一步增大，能够使贯通孔处的过滤对象物的通过速度进一步变慢。此外，能够减小峰部以及谷部的表面与过滤对象物的接触面积，能够更进一步抑制过滤对象物附着到贯通孔的内周面。此外，即使在过滤对象物堵塞贯通孔，进而过滤对象物吸附到波浪状的凹凸的情况下，也能够通过过滤对象物与凹凸之间的流路使流体通过。

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

(实施方式)

对本实施方式涉及的过滤滤除器的结构进行说明。图1是本发明的实施方式涉及的过滤滤除器10的概略图。图2是图1的过滤滤除器10的Z1部分的放大立体图。图3是从厚度方向观察图2的概略图。图1至图3中的X、Y、Z方向分别表示过滤滤除器10的纵向、横向、厚度方向，是相互正交的方向。

如图1所示，过滤滤除器10具备金属制多孔膜11和设置在金属制多孔膜11的外周的框部13。如图2所示，过滤滤除器10的金属制多孔膜11具有相互对置的第一主面PS1和第二主面PS2。

设置在金属制多孔膜11的外周的框部13用于保持金属制多孔膜11。关于框部13的形状，例如从金属制多孔膜11的主面PS1侧观察为环状。另外，在过滤滤除器10中，也可以不设置框部13而由其它构件对金属制多孔膜11进行保持。

在金属制多孔膜11形成有贯通两个主面PS1、PS2的多个贯通孔12。贯通孔12用于从流体分离过滤对象物。贯通孔12的形状以及尺寸根据过滤对象物的形状、大小而适当地设定。贯通孔12例如等间隔或周期性地配置。关于贯通孔12的形状，例如，从金属制多孔膜11的主面PS1侧观察为正方形。在本实施方式中，如图3所示，贯通孔12排列为正方格子状。贯通孔12的一个边d，例如纵向为0.1μm以上且500μm以下，横向为0.1μm以上且500μm以下。贯通孔12间的间隔b例如大于贯通孔12的1倍且为10倍以下，更优选为3倍以下。此外，金属制多孔膜11中的贯通孔12的开口率例如为10％以上。

作为金属制多孔膜11的材料，例如可举出金、银、铜、铂、镍、不锈钢、钢、钯、钛、钴、它们的合金、以及它们的氧化物。金属制多孔膜11的尺寸例如为，直径为8mm，厚度为0.1μm以上且100μm以下。金属制多孔膜11的外形例如为圆形、椭圆形或多边形。在本实施方式中，金属制多孔膜11的外形为圆形。

图4是图2的Z2部分的放大部的示意图。如图4所示，在金属制多孔膜11的贯通孔12的内周面14，在周向上设置有波浪状(窗帘状)的凹凸15。在本实施方式中，波浪状的凹凸15形成为具有光滑的形状(例如，正弦曲线)。此外，波浪状的凹凸15通过交替地重复峰部15a和谷部15b而形成。峰部15a以及谷部15b形成为棱线沿着流体的流动方向。在本实施方式中，流体的流动方向是相对于金属制多孔膜11的主面PS1、PS2正交的方向(Z方向)，峰部15a以及谷部15b形成为在Z方向上延伸。进而，如图4的Z3部分的放大部所示，在峰部15a以及谷部15b的表面设置有凹凸16。凹凸16具有比波浪状的凹凸15微小的形状，由多个凸部16a和凹部16b形成。此外，在本实施方式中，峰部15a的配置间隔P1优选设定得比通过贯通孔12的过滤对象物的平均粒径小。

在本实施方式中，过滤对象物是液体包含的来源于生物的物质。在本说明书中，所谓“来源于生物的物质”，意味着细胞(真核生物)、细菌(真细菌)、病毒等来源于生物的物质。作为细胞(真核生物)，例如，包含人工多能干细胞(iPS细胞)、ES细胞、干细胞、间叶类干细胞、单核球细胞、单细胞、细胞块、浮游性细胞、粘着性细胞、神经细胞、白血球、再生医疗用细胞、自身细胞、癌细胞、血中循环癌细胞(CTC)、HL-60、HELA、菌类。作为细菌(真细菌)，例如包含大肠菌、结核菌。此外，过滤对象物的平均粒径为100nm至500μm。

根据本实施方式，在金属制多孔膜11的贯通孔12的内周面14，在周向上设置有波浪状的凹凸15。根据该结构，与在内周面14未设置凹凸15的结构相比，能够增大贯通孔12的内周面14的表面积。由此，与在内周面14未设置凹凸15的结构相比，能够使内周面14的表面阻力增大。因此，能够使贯通孔12处的过滤对象物的通过速度变慢。其结果是，能够在将开口率保持得高的同时降低施加于通过贯通孔12的过滤对象物的负载。此外，通过在贯通孔12的内周面14在周向上设置波浪状的凹凸15，从而能够抑制过滤对象物附着到内周面14，能够抑制过滤对象物堵塞贯通孔12。此外，即使在过滤对象物堵塞了贯通孔12的情况下，也能够通过过滤对象物与波浪状的凹凸15之间的流路使流体通过。因此，能够使过滤效率提高。

此外，波浪状的凹凸15通过交替地重复峰部15a和谷部15b而形成，峰部15a以及谷部15b形成为沿着流体的流动方向。根据该结构，从贯通孔12的入口至出口，能够将贯通孔12的开口面积保持固定。

此外，峰部15a的配置间隔P1优选设定得比通过贯通孔12的过滤对象物的平均粒径小。此外，波浪状的凹凸15的高度优选相对于贯通孔12的大小为10％以下。另外，在本实施方式中，所谓高度，例如是从峰部15a的顶部到谷部15b的底部的高度的平均值。根据该结构，能够抑制过滤对象物进入到谷部15b，能够减小过滤对象物与内周面14的接触面积。其结果是，能够进一步抑制过滤对象物附着到内周面14。

此外，在设置于内周面14的峰部15a以及谷部15b的表面设置有凹凸16。根据该结构，能够使内周面14的表面阻力更进一步增大，能够使贯通孔12处的过滤对象物的通过速度变慢。此外，能够进一步减小过滤对象物与内周面14的接触面积，能够更进一步抑制过滤对象物附着到内周面14。此外，即使在过滤对象物堵塞贯通孔12，进而过滤对象物吸附到波浪状的凹凸15的情况下，也能够通过过滤对象物与凹凸16之间的流路使流体通过。

在金属制多孔膜11中，在贯通孔12的大小为50μm以下的情况下，通过使贯通孔12处的流体的通过速度变快，从而施加于通过贯通孔12的过滤对象物的负载容易增大。因此，特别是，在贯通孔12的大小为50μm以下的情况下，更加要求使贯通孔12处的过滤对象物的通过速度变慢。从这样的观点出发，在过滤对象物的平均粒径为50μm以下的情况下，容易得到本实施方式中的效果。

接着，对金属制多孔膜11的制造方法的一个例子进行说明。图5A至图5E是示出金属制多孔膜11的制造方法的一个例子的剖视图。

首先，如图5A所示，在硅等的基板21上形成铜薄膜22。铜薄膜22例如能够通过蒸镀或溅射来形成。与通过蒸镀形成的情况相比，通过溅射来形成更能够使表面膜质良好。

接下来，如图5B所示，在铜薄膜22上形成抗蚀剂膜23。具体地，在铜薄膜22上例如通过旋涂进行抗蚀剂的涂敷，并进行干燥处理，由此形成抗蚀剂膜23。抗蚀剂膜23的膜厚根据金属制多孔膜11的膜厚而适当地设定。

接下来，如图5C所示，对抗蚀剂膜23进行曝光以及显影处理，形成从抗蚀剂膜23除去了与金属制多孔膜11对应的部分的、具有槽部24的抗蚀剂像25。另外，通过减小能量密度或聚焦偏移而进行曝光，从而在槽部24的内周面，在周向上形成波浪状的凹凸。这与金属制多孔膜11的贯通孔12的内周面14处的波浪状的凹凸15对应。

接下来，如图5D所示，在除去了抗蚀剂膜23的部分形成金属制多孔膜11。金属制多孔膜11例如能够通过电解镀覆法来形成。另外，在通过电解镀覆法进行镀覆时，通常减慢镀覆速度而经长时间进行镀覆。在本实施方式中，通过加快镀覆速度而在短时间进行镀覆，从而在峰部15a以及谷部15b的表面形成凹凸16。

接下来，如图5E所示，进行向溶剂(例如，丙酮等)的浸渍，对抗蚀剂像25进行溶解剥离处理，从铜薄膜22上除去抗蚀剂像25。

接下来，将铜薄膜22进行蚀刻而除去，从基板21剥离金属制多孔膜11。由此，制作在贯通孔12的内周面14形成波浪状的凹凸15，进而在峰部15a以及谷部15b的表面形成了凹凸16的金属制多孔膜11。另外，使用图5A至图5E进行说明的制造方法是一个例子，也可以采用其它制造方法。

另外，本发明并不限定于上述实施方式，能够用其它各种方式来实施。例如，虽然在上述实施方式中，金属制多孔膜11用于从液体过滤来源于生物的物质，但是本发明并不限定于此。例如，金属制多孔膜11也可以用于对液体进行浓缩。

此外，峰部15a以及谷部15b的配置间隔P1在周向上也可以不固定。此外，只要棱线大致沿着流体的流动方向，峰部15a以及谷部15b的间隔也可以在流体的流动方向上变化。

(实施例1)

接着，对通过使用图5A至图5E进行说明的制造方法制作的实施例1涉及的金属制多孔膜11进行说明。

首先，使用溅射装置在硅基板21的上表面形成了铜薄膜22。此时，为了确保硅基板21与铜薄膜22的粘接性，形成了钛制薄膜的中间层。作为溅射的条件，在真空度为5.0×10^- ⁴pa的氩气环境下施加DC500W的功率，铜薄膜22经27分钟进行溅射，钛制薄膜经3分5秒进行溅射。

接下来，使用旋涂机在形成于硅基板21的上表面的铜薄膜22上形成了膜厚为2μm的抗蚀剂膜23。此时，旋涂机的转速设为1130rpm，在将抗蚀剂(住友化学制造PFI-37A)涂敷到铜薄膜22上之后，在130℃的氮气氛下使溶剂挥发并冷却，由此形成了抗蚀剂膜23。

接下来，以开口(NA)0.45、聚焦偏移+0.801μm将包含365nm的波长的能量密度为1300J/m²的光线照射0.25秒钟，对抗蚀剂膜23进行了曝光。此时，使用具有与金属制多孔膜11对应的贯通孔的掩模，进行了曝光。然后，进一步在85℃的大气下加热3分钟，然后进行两次在显影溶液(NMD-3)中浸渍1分钟的作业而进行显影。由此，从抗蚀剂膜23除去了与金属制多孔膜11对应的部分。

接下来，在以RF200W的强度进行了1分钟的灰化之后，在5％的稀硫酸中浸渍60秒钟。然后，在液体温度为55℃、pH为4.0的氨基磺酸镍镀覆液中在1.699A的电流值下一边摇动一边以0.5μm/分钟的镀覆速度进行了电解镀覆。由此，在除去了抗蚀剂膜23的部分形成了金属制多孔膜11。

接下来，通过在丙酮溶液中施加15分钟的超声波，从而剥离了抗蚀剂膜23。

接下来，将铜薄膜22进行蚀刻而除去，从硅基板21剥离了金属制多孔膜11。此时，在将60％过氧化氢水、醋酸以及纯水以1∶1∶20的混合比制作而成的水溶液中，在25℃的环境下浸渍48小时，由此进行了剥离。这样，制作了实施例1涉及的金属制多孔膜。

(实施例2)

接着，对实施例2涉及的金属制多孔膜进行说明。在实施例2中，对与实施例1的不同点进行说明。

作为对抗蚀剂膜进行曝光的条件，以开口(NA)0.45、聚焦偏移+0.20μm将包含365nm的波长的能量密度为2050J/m²的光线照射0.25秒钟，对抗蚀剂膜23进行了曝光。

(比较例1)

接着，对比较例1涉及的金属制多孔膜进行说明。在比较例1中，对与实施例1的不同点进行说明。

作为对抗蚀剂膜进行曝光的条件，以开口(NA)0.45、聚焦偏移+0.80μm将包含365nm的波长的能量密度为2050J/m²的光线照射0.25秒钟，对抗蚀剂膜23进行了曝光。

在实施例1以及实施例2中，观察到在金属制多孔膜11的贯通孔12的内周面14形成有波浪状的凹凸15，进而，在峰部15a以及谷部15b的表面形成有凹凸16。另一方面，在比较例1中，在金属制多孔膜11的贯通孔12的内周面14，未观察到波浪状的凹凸15。

根据以上，可确认，通过将能量密度或聚焦偏移设定得小，从而在金属制多孔膜11的贯通孔12的内周面14形成波浪状的凹凸15，进而在峰部15a以及谷部15b的表面形成凹凸16。

本发明参照附图与优选的实施方式关联地进行了充分记载，但是对于该技术熟练的人们来说各种变形、修正是明显的。应理解为，这样的变形、修正只要不脱离基于随附的权利要求书的本发明的范围，就包含于其中。

产业上的可利用性

本发明能够降低施加于过滤对象物的负载，因此对于对来源于生物的物质、PM2.5等流体包含的过滤对象物进行过滤的过滤滤除器是有用的。

附图标记说明

10：过滤滤除器；

11：金属制多孔膜；

12：贯通孔；

13：框部；

14：内周面；

15：波浪状的凹凸；

15a：峰部；

15b：谷部；

16：峰部以及谷部的表面的凹凸；

16a：凸部；

16b：凹部；

21：基板；

22：铜薄膜；

23：抗蚀剂膜；

24：槽部；

25：抗蚀剂像；

PS1：第一主面；

PS2：第二主面。

Claims

1.一种过滤滤除器，具备设置了多个贯通孔的金属制多孔膜，对流体包含的过滤对象物进行过滤，其中，

在所述金属制多孔膜的所述贯通孔的内周面，在周向上设置有波浪状的凹凸。

2.根据权利要求1所述的过滤滤除器，其中，

所述波浪状的凹凸通过交替地重复峰部和谷部而形成，

所述峰部以及所述谷部形成为沿着所述流体的流动方向。

3.根据权利要求2所述的过滤滤除器，其中，

所述峰部的配置间隔比通过所述贯通孔的所述过滤对象物的平均粒径小。

4.根据权利要求3所述的过滤滤除器，其中，

在所述峰部以及所述谷部的表面设置有凹凸。