JP2017159300A - 濾過装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】金属製多孔膜を用いてクロスフロー濾過を行う場合に適した構造の濾過フィルタを備える濾過装置提供する。
【解決手段】本発明の濾過装置は、管状部材と、管状部材の側壁の一部に取り付けられた濾過フィルタと、を備える濾過装置であって、濾過フィルタは、流体に含まれる濾過対象物を濾過する膜部と外周に設けられた保持部とを有する金属製多孔膜と、金属製多孔膜の保持部を挟持する第１枠部材及び第２枠部材と、を備え、保持部は、膜部の第１主面と対向する第２主面側に曲がる曲げ部を有し、第１枠部材は、前記金属製多孔膜の第１主面側の保持部に接触し、第２枠部材は、第１枠部材の内側に配置されると共に、金属製多孔膜の第２主面側の保持部に接触し、金属製多孔膜の第１主面と第１枠部材と管状部材の側壁とが面一になるように構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、流体に含まれる濾過対象物を濾過する濾過フィルタを備える濾過装置に関する。
流体に含まれる濾過対象物を濾過する方法として、クロスフロー濾過方式が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に開示されているクロスフロー濾過方式では、中空糸膜の膜面に対して平行に流体を流すことによって濾過を行っている。
特開２０１３−２１０２３９号公報
近年、濾過フィルタとして金属製多孔膜を用いて濾過を行う方法が知られている。
本発明は、金属製多孔膜を用いてクロスフロー濾過を行う場合に適した構造の濾過フィルタを備える濾過装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様の濾過装置は、
管状部材と、前記管状部材の側壁の一部に取り付けられた濾過フィルタと、を備える濾過装置であって、
前記濾過フィルタは、
流体に含まれる濾過対象物を濾過する膜部と外周に設けられた保持部とを有する金属製多孔膜と、
前記金属製多孔膜の前記保持部を挟持する第１枠部材及び第２枠部材と、
を備え、
前記保持部は、前記膜部の第１主面と対向する第２主面側に曲がる曲げ部を有し、
前記第１枠部材は、前記金属製多孔膜の第１主面側の前記保持部に接触し、
前記第２枠部材は、前記第１枠部材の内側に配置されると共に、前記金属製多孔膜の前記第２主面側の前記保持部に接触し、
前記金属製多孔膜の第１主面と前記第１枠部材と前記管状部材の側壁とが面一になるように構成されている。
本発明によれば、金属製多孔膜を用いてクロスフロー濾過を行う場合に適した構造の濾過フィルタを備える濾過装置を提供することができる。
本発明に係る実施の形態の濾過フィルタを有する濾過装置を用いて濾過対象物を濾過する様子を示す概略図である。 図１の濾過装置の概略断面図である。 本発明に係る実施の形態１の濾過フィルタの構成を示す概略図である。 本発明に係る実施の形態１における金属製多孔膜の膜部の一部の拡大斜視図である。 図４の金属製多孔膜の膜部の一部を厚み方向から見た概略図である。 図３のＺ１部分の拡大図である。 本発明に係る実施の形態１の濾過フィルタの変形例を示す図である。 本発明に係る実施の形態２の濾過フィルタの構成を示す図である。 本発明に係る実施の形態２の濾過フィルタの第１枠部材の変形例を示す図である。 管状部材の変形例を示す断面図である。 管状部材の変形例を示す断面図である。 管状部材の変形例を示す断面図である。 管状部材の変形例を示す断面図である。 本発明に係る実施の形態１の濾過フィルタが１つの管状部材に複数設けられた例を示す断面図である。
（本発明に至った経緯）
本発明者らは、濾過フィルタとして金属製多孔膜を用いてクロスフロー濾過を行った場合、金属製多孔膜に圧力がかかると、金属製多孔膜が枠部材から外れてしまい、金属製多孔膜を保持することができなくなるという課題を新たに発見した。また、クロスフロー濾過において、金属製多孔膜の膜面と枠部材との間に段差がある場合、即ち、流路に段差がある場合、濾過対象物が流路中の段差に付着しやすくなる。そのため、流路中の段差に付着した濾過対象物は回収が困難となり、その結果、濾過対象物の回収率が低減する。本発明者らは、膜面と枠部材との段差を小さくすることで、濾過対象物の回収率の低減を防止することができることを見出した。そこで、本発明者らは、以下の発明に至った。
本発明の一態様の濾過フィルタは、
流体に含まれる濾過対象物を濾過する膜部と外周に設けられた保持部とを有する金属製多孔膜と、
前記金属製多孔膜の前記保持部を挟持する第１枠部材及び第２枠部材と、
を備え、
前記保持部は、前記膜部の第１主面と対向する第２主面側に曲がる曲げ部を有し、
前記第１枠部材は、前記金属製多孔膜の第１主面側の前記保持部に接触し、
前記第２枠部材は、前記第１枠部材の内側に配置されると共に、前記金属製多孔膜の前記第２主面側の前記保持部に接触する。
このような構成により、金属製多孔膜を用いてクロスフロー濾過をする場合に適した構造の濾過フィルタを提供することができる。例えば、曲げ部を有する保持部を第１枠部材及び第２枠部材で挟持することで、金属製多孔膜を強固に保持することができる。また、第１枠部材が金属製多孔膜の外縁側の部分である保持部に接触する一方、第２枠部材が第１枠部材の内側に配置されると共に、金属製多孔膜の第２主面側の保持部に接触することによって、金属製多孔膜の第１主面（膜面）と第１枠部材との段差を小さくすることができる。そのため、段差部分に付着する濾過対象物の量を低減して、濾過対象物の回収率が増加する。
前記保持部は、前記膜部の第２主面側に曲がる第１曲げ部と、前記第１曲げ部よりも前記金属製多孔膜の外縁側の位置で、前記膜部の延在方向に曲がる第２曲げ部と、を有し、
前記第２枠部材は、前記膜部に向かって突出する第１段差部を有し、
前記第１段差部は、前記第１曲げ部に接触し、
前記第１枠部材は、前記第２曲げ部に接触してもよい。
このような構成により、第２枠部材の第１段差部が保持部の第１曲げ部に接触すると共に、第１枠部材が保持部の第２曲げ部に接触することによって、金属製多孔膜を更に強固に固定することができる。その結果、金属製多孔膜を用いてクロスフロー濾過をする場合に更に適した構造の濾過フィルタを提供することができる。
更に、前記保持部は、前記第２曲げ部よりも前記金属製多孔膜の外縁側の位置で、前記膜部の第１主面から第２主面の方向に曲がる第３曲げ部と、前記第３曲げ部よりも前記金属製多孔膜の外縁側の位置で、前記膜部の延在方向に曲がる第４曲げ部と、を有し、
前記第２枠部材は、前記第１段差部よりも前記第２枠部材の外縁側の位置で、前記金属製多孔膜の前記保持部に向かって突出する第２段差部を有し、
前記第１枠部材は、前記第２枠部材の第２段差部よりも外側の位置で、前記金属製多孔膜の前記保持部に向かって突出する第３段差部を有し、
前記第２段差部は、前記第３曲げ部に接触し、
前記第３段差部は、前記第４曲げ部に接触してもよい。
このような構成により、より多くの曲げ部を有する保持部を第１枠部材及び第２枠部材によって挟持することによって、金属製多孔膜を更に強固に固定することができる。
前記第１枠部材と前記第２枠部材とによって前記金属製多孔膜の前記保持部を挟持した状態において、前記金属製多孔膜の延在方向における前記第１枠部材と前記第２枠部材との間の距離は、前記金属製多孔膜の厚み方向における前記第１枠部材と前記第２枠部材との間の距離より大きくてもよい。
このような構成により、金属製多孔膜の保持部を第１枠部材及び第２枠部材で挟持した場合に、金属製多孔膜の延在方向における第１枠部材と第２枠部材との間に曲げ部の変形を逃がすための隙間を形成することができる。その結果、第１枠部材と第２枠部材によって金属製多孔膜の保持部を強固に保持することができる。
前記第１曲げ部及び前記膜部の一部に接触する前記第２枠部材の第１接触面と、前記第２曲げ部に接触する前記第２枠部材の第２接触面との間の距離は、前記第２曲げ部と接触する前記第１枠部材の第３接触面と、前記第１枠部材の底面との間の距離に略等しくてもよい。
このような構成により、金属製多孔膜の第１主面と第１枠部材の底面との段差を小さくし、金属製多孔膜の第１主面と第１枠部材の底面とをほぼ面一にすることができる。
以下、本発明に係る実施の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。また、各図においては、説明を容易なものとするため、各要素を誇張して示している。
（実施の形態１）
［全体構成］
図１は、本発明に係る実施の形態１の濾過フィルタを有する濾過装置を用いて濾過対象物を濾過する様子を示す概略図である。図１に示すように、濾過装置１は、クロスフロー方式の濾過装置である。濾過装置１は、濾過対象物１１を含む流体１２を流体導入口１ａから導入し、流体排出口１ｂから排出するように構成されている。また、濾過装置１は、流体導入口１ａから流体排出口１ｂへ流れる流体１２の一部を濾過し、当該濾過により濾過対象物１１が取り除かれた流体（以下、濾液という）１３を濾液排出口１ｃから排出するように構成されている。
濾過対象物１１を含む流体１２は、流体タンク２内に入れられている。流体タンク２内の流体１２は、配管２１を通じてポンプ３内に取り込まれ、当該ポンプ３によって配管２２を通じて濾過装置１の流体導入口１ａへ供給される。濾過装置１の内部を通過して流体排出口１ｂより排出された流体１２は、配管２３を通じて流体タンク２内に戻される。このようにして、流体１２は、ポンプ３が駆動する間、流体タンク２、配管２１、ポンプ３、配管２２、濾過装置１、配管２３の順に循環する。
一方、濾過装置１の内部に供給された流体１２の一部は、濾過されて濾液１３として濾液排出口１ｃより排出される。濾液排出口１ｃより排出された濾液１３は、配管２４を通じて濾液タンク４内に入れられる。
尚、図１の他の形態として、ポンプ３を配管２１と配管２２の間ではなく、配管２３の経路内に配置してもよい。あるいは、流体タンク２や濾液タンク４を密閉容器として、閉鎖系の濾過装置を実現してもよい。
実施の形態１において、流体１２は液体であり、濾過対象物１１は液体に含まれる生物由来物質である。本明細書において、「生物由来物質」とは、細胞（真核生物）、細菌（真性細菌）、ウィルス等の生物に由来する物質を意味する。細胞（真核生物）としては、例えば、卵、精子、人工多能性幹細胞（ｉＰＳ細胞）、ＥＳ細胞、幹細胞、間葉系幹細胞、単核球細胞、単細胞、細胞塊、浮遊性細胞、接着性細胞、神経細胞、白血球、リンパ球、再生医療用細胞、自己細胞、がん細胞、血中循環がん細胞（ＣＴＣ）、ＨＬ−６０、ＨＥＬＡ、菌類を含む。細菌（真性細菌）としては、例えば、グラム陽性菌、グラム陰性菌、大腸菌、結核菌を含む。ウィルスとしては、例えば、ＤＮＡウィルス、ＲＮＡウィルス、ロタウィルス、（鳥）インフルエンザウィルス、黄熱病ウィルス、デング熱病ウィルス、脳炎ウィルス、出血熱ウィルス、免疫不全ウィルスを含む。
あるいは、流体１２は気体であり、濾過対象物１１は気体に含まれた微粒子である。微粒子とは、工業用粉体材料やＰＭ２．５などを意味する。
図２は、濾過装置１の概略断面図である。図２に示すように、濾過装置１は、濾過対象物１１を含む流体１２が流れる流路３１ａを有する管状部材３１と、濾過対象物１１を濾過する濾過フィルタ４０とを備えている。
管状部材３１は、例えば、円筒状の部材である。実施の形態１において、管状部材３１は、内径が一様な管状部材で構成されている。管状部材３１は、流体導入口１ａと、流体排出口１ｂと、濾液排出口１ｃとを有している。実施の形態１においては、流体導入口１ａは、管状部材３１の下部に設けられ、流体排出口１ｂは、管状部材３１の上部に設けられている。また、濾液排出口１ｃは、管状部材３１の側壁の一部に設けられている。
濾過フィルタ４０は、管状部材３１の側壁の一部に取り付けられている。実施の形態１では、濾過フィルタ４０は、濾液排出口１ｃに取り付けられている。濾過フィルタ４０は、濾過対象物１１を濾過する金属製多孔膜４１と、金属製多孔膜４１の外周部分を挟持する第１枠部材４２及び第２枠部材４３とを有している。実施の形態１において、流体１２の流れ方向は、管軸Ａ１の延在方向と平行である。金属製多孔膜４１は、管軸Ａ１の延在方向と平行に配置されている。尚、管状部材３１の他の形態として、方形や楕円形など任意の断面形状であってもよい。また、管状部材３１の材料としては、例えば、ステンレス鋼、シリコン樹脂、ＰＶＤＦ（テフロン）、塩化ビニル、ガラス、ブタジエン非含有樹脂、などが挙げられる。さらに、これらの材料に濾過対象物が付着しにくいようにコーティング材を塗布してもよい。
次に、濾過フィルタ４０の構成について詳細に説明する。図３は、濾過フィルタ４０の構成を示す概略図である。
＜金属製多孔膜＞
金属製多孔膜４１は、流体１２から濾過対象物１１を分離する膜である。図３に示すように、金属製多孔膜４１は、例えば、互いに対向する第１主面ＰＳ１と第２主面ＰＳ２を有する円形の金属メッシュである。本明細書において、第１主面ＰＳ１とは、管状部材３１の流路３１ａ側に位置する金属製多孔膜４１の主面である。第２主面ＰＳ２とは、管状部材３１の濾液排出口１ｃ側に位置する金属製多孔膜４１の主面である。
金属製多孔膜４１の材料としては、例えば、金、銀、銅、白金、ニッケル、ステンレス鋼、パラジウム、チタン、コバルト、及びこれらの合金が挙げられる。金属製多孔膜４１の直径は、例えば、直径８ｍｍである。金属製多孔膜４１の厚さは、例えば、０．０５μｍ以上１００μｍ以下であり、好ましくは、０．１μｍ以上５０μｍ以下である。金属製多孔膜４１の外形は、例えば、円形、楕円形、又は多角形のいずれかであってもよい。
金属製多孔膜４１は、複数の貫通孔４１ａａを有する膜部４１ａと、外周部分に設けられた保持部４１ｂとを備える。
膜部４１ａについて説明する。図４は、金属製多孔膜４１の膜部４１ａの一部の拡大斜視図である。図４中のＸ、Ｙ、Ｚ方向は、それぞれ金属製多孔膜４１の縦方向、横方向、厚み方向を示している。図４に示すように、膜部４１ａは、第１主面ＰＳ１と第２主面ＰＳ２とを貫通する複数の貫通孔４１ａａを有する。膜部４１ａは、マトリックス状に一定の間隔で複数の貫通孔４１ａａが配置された板状構造体（格子状構造体）である。
図５は、図４の金属製多孔膜４１の膜部４１ａの一部を厚み方向から見た概略図である。図５に示すように、複数の貫通孔４１ａａは、金属製多孔膜４１の膜部４１ａの第１主面ＰＳ１側から見て、即ちＺ方向に見て正方形の形状を有する。複数の貫通孔４１ａａは、正方形の各辺と平行な２つの配列方向、即ち図５中のＸ方向とＹ方向に等しい間隔で設けられている。なお、貫通孔４１ａａは、正方形に限定されず、例えば、長方形、円、又は楕円などでもよい。また、孔の配列も正方格子配列に限定されず、例えば、方形配列であれば、２つの配列方向の間隔は等しくない長方形配列でもよく、三角格子配列又は準周期配列などでもよい。
貫通孔４１ａａの形状及び寸法は、濾過する濾過対象物１１の大きさ、形状に応じて適宜設計されるものである。実施の形態１において、貫通孔４１ａａのサイズは、例えば、縦０．１μｍ以上５００μｍ以下、横０．１μｍ以上５００μｍ以下である。貫通孔４１ａａ間の間隔は、例えば、貫通孔４１ａａの開口径の１倍よりも大きく１０倍以下であり、より好ましくは３倍以下である。また、金属製多孔膜４１の膜部４１ａにおける貫通孔４１ａａの開口率は、例えば、１０％以上である。
保持部４１ｂについて説明する。図３に示すように、保持部４１ｂは、金属製多孔膜４１の外周部分を第２主面ＰＳ２側に曲げて形成されている。保持部４１ｂは、膜部４１ａにおいて曲がり始まる位置から金属製多孔膜４１の外縁側の部分である。実施の形態１において、保持部４１ｂは、第１曲げ部４１ｂａと、第２曲げ部４１ｂｂとを有する。第１曲げ部４１ｂａは、膜部４１ａの第２主面ＰＳ２側に曲がる部分である。第２曲げ部４１ｂｂは、第１曲げ部４１ｂａよりも金属製多孔膜４１の外縁側に形成され、且つ膜部４１ａの延在方向Ｄ１に曲がる部分である。実施の形態１において、第１曲げ部４１ｂａは、膜部４１ａの第１主面ＰＳ１から第２主面ＰＳ２の方向へ曲げられている。また、第２曲げ部４１ｂｂは、膜部４１ａの第１主面ＰＳ１及び第２主面ＰＳ２と平行に曲げられている。したがって、第１曲げ部４１ｂａから第２曲げ部４１ｂｂの間の部分において、保持部４１ｂは、膜部４１ａの第１主面ＰＳ１から第２主面ＰＳ２の方向へ延びている。また、第２曲げ部４１ｂｂより金属製多孔膜４１の外縁側の部分において、保持部４１ｂは、膜部４１ａの延在方向Ｄ１、即ち、膜部４１ａの第１主面ＰＳ１及び第２主面ＰＳ２と平行に延びている。金属製多孔膜４１の膜部４１ａの延在方向Ｄ１とは、金属製多孔膜４１の外縁側に向かう方向及び、金属製多孔膜４１の外縁と反対側の方向を含む。実施の形態１においては、上述したように、保持部４１ｂの第２曲げ部４１ｂｂは、第１曲げ部４１ｂａよりも金属製多孔膜４１の外縁側に向かう方向に曲げられている。なお、第１曲げ部４１ｂａ及び第２曲げ部４１ｂｂは、例えば、円弧状に曲げられた部分であってもよいし、鈍角に折り曲げられた部分であってもよい。
＜第１枠部材＞
第１枠部材４２は、第２枠部材４３との間で金属製多孔膜４１の保持部４１ｂを挟持する枠体である。具体的には、第１枠部材４２は、環状（例えば、円環状）に形成されており、金属製多孔膜４１の保持部４１ｂを間に挟んで、第２枠部材４３を受けるように構成されている。第１枠部材４２は、膜部４１ａと保持部４１ｂとの境界よりも金属製多孔膜４１の外縁側に位置し、金属製多孔膜４１の第１主面ＰＳ１側の保持部４１ｂに接触している。膜部４１ａと保持部４１ｂとの境界は、金属製多孔膜４１の外周部分において第２主面ＰＳ２側に曲がり始める位置である。実施の形態１において、第１枠部材４２は、第１曲げ部４１ｂａの曲げ位置から延在方向Ｄ１に位置しており、金属製多孔膜４１の第１主面ＰＳ１側において、保持部４１ｂに接触しているが、膜部４１ａに接触していない。
実施の形態１において、第１枠部材４２は、管状部材３１の側壁に取り付けられる。
＜第２枠部材＞
第２枠部材４３は、第１枠部材４２との間で金属製多孔膜４１の保持部４１ｂを挟持する枠体である。具体的には、第２枠部材４３は、環状（例えば、円環状）に形成されている。また、第２枠部材４３の内周部分には、金属製多孔膜４１の膜部４１ａの一部に向かって突出する第１段差部４３ａが設けられている。第２枠部材４３は、金属製多孔膜４１の保持部４１ｂを間に挟んで、第１枠部材４２の内側に配置されている。第２枠部材４３においては、第１枠部材４２の内側に、第１段差部４３ａがはめ込まれるように構成されている。即ち、第２枠部材４３は、金属製多孔膜４１の第２主面ＰＳ２側において、保持部４１ｂと膜部４１ａの一部とにまたがって接触している。
実施の形態１において、第２枠部材４３は、配管２４に接続される。
第２枠部材４３は、第１段差部４３ａによって、第２主面ＰＳ２から第１主面ＰＳ１の方向へ膜部４１ａを押し出すことによって、膜部４１ａの第１主面ＰＳ１の位置を規定することができる。
第１枠部材４２および第２枠部材４３の材料としては、例えば、ジュラルミン、アルミニウムなどの金属や、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリエーテルイミド、アクリル系樹脂、ポリ乳酸、などの樹脂が挙げられる。
次に、第１枠部材４２と第２枠部材４３とによって金属製多孔膜４１を保持する詳細な機構について説明する。
図６は、図３の濾過フィルタ４０のＺ１部分の拡大図である。図６に示すように、第１枠部材４２と第２枠部材４３とによって金属製多孔膜４１の保持部４１ｂを挟持した状態において、第２枠部材４３の第１段差部４３ａの接触面４３ａａが膜部４１ａの一部に接触する。これにより、第１段差部４３ａの接触面４３ａａによって、膜部４１ａが第２主面ＰＳ２から第１主面ＰＳ１の方向へ押し出される。この状態においては、保持部４１ｂの第１曲げ部４１ｂａが第２枠部材４３の第１段差部４３ａの角部に接触し、膜部４１ａの第２主面ＰＳ２から第１主面ＰＳ１の方向への力が保持部４１ｂに加えられる。このように、第２枠部材４３の第１段差部４３ａの角部が、第１曲げ部４１ｂａにおいて、膜部４１ａの第２主面ＰＳ２から第１主面ＰＳ１の方向へ保持部４１ｂを支持している。
次に、第１曲げ部４１ｂａよりも金属製多孔膜４１の外縁側に形成される第２曲げ部４１ｂｂにおいて、保持部４１ｂが第１枠部材４２の角部に接触する。この状態においては、第１枠部材４２の角部が第２曲げ部ｂｂに接触し、膜部４１ａの第１主面ＰＳ１から第２主面ＰＳ２の方向へ力が保持部４１ｂに加えられる。このように、第１枠部材４２の角部が、第２曲げ部４１ｂｂにおいて、膜部４１ａの第１主面ＰＳ１から第２主面ＰＳ２の方向へ保持部４１ｂを支持している。
次に、第２曲げ部４１ｂｂよりも金属製多孔膜４１の外縁側で膜部４１ａの延在方向Ｄ１に延びる保持部４１ｂは、第１枠部材４２の接触面４２ａｂと、第２枠部材４３の接触面４３ａｂとによって挟持される。
以上のように、濾過フィルタ４０では、保持部４１ｂの第１曲げ部４１ｂａ及び第２曲げ部４１ｂｂで、膜部４１ａの厚み方向Ｄ２において、互いに異なる方向への力で支持されることによって、金属製多孔膜４１を保持するのに十分な張力をかけることができる。
また、図６に示すように、実施の形態１においては、金属製多孔膜４１の保持部４１ｂを第１枠部材４２と第２枠部材４３とによって挟持した状態において、金属製多孔膜４１の延在方向Ｄ１における第１枠部材４２と第２枠部材４３との間の距離ｄ１は、金属製多孔膜４１の厚み方向Ｄ２における第１枠部材４２と第２枠部材４３との間の距離ｄ２より大きくなるように設計されている。このように設計することにより、金属製多孔膜４１の延在方向Ｄ１における第１枠部材４２と第２枠部材４３との間に隙間４４を形成することができる。この隙間４４を設けることによって、第１枠部材４２と第２枠部材４３との間に金属製多孔膜４１の保持部４１ｂを挟持したときに生じる保持部４１ｂの変形を逃がすことができる。距離ｄ１は、例えば、距離ｄ２の１倍より大きく１００倍より小さい。
次に、第２枠部材４３の第１段差部４３ａによって金属製多孔膜４１の膜部４１ａの第１主面ＰＳ１の位置を規定する詳細な機構について説明する。
図６に示すように、第１段差部４３ａは、膜部４１ａの一部に向かって突出しており、接触面４３ａａによって膜部４１ａを第２主面ＰＳ２から第１主面ＰＳ１の方向へ押し出している。膜部４１ａは、第２主面ＰＳ２側において第２枠部材４３に接触するが、第１主面側ＰＳ１における第１枠部材４２に接触しない。第１枠部材４２によって膜部４１ａの位置が制限されないので、第２枠部材４３の第１段差部４３ａの高さｈ１を変えることによって、膜部４１ａの保持位置を自由に決定することができる。即ち、第２枠部材４３の第１段差部４３ａの高さｈ１を変えることによって、膜部４１ａの第１主面ＰＳ１の位置を自由に決定することができる。本明細書において、第１段差部４３ａの高さｈ１とは、第２枠部材４３の第１段差部４３ａの第１接触面４３ａａと、第２枠部材４３の第２接触面４３ａｂとの間の距離を意味する。
実施の形態１においては、膜部４１ａの第１主面ＰＳ１と第１枠部材４２の底面４２ａａとが略同一面となるように、第１段差部４３ａの高さを決定している。具体的には、第１段差部４３ａの高さｈ１は、第１枠部材４２の第３接触面４２ａｂと、第１枠部材の底面４２ａａとの間の距離ｈ２に略等しくなっている。ここで、略等しいとは、距離ｈ１と距離ｈ２との差が±１０％の範囲内にあることを意味する。尚、枠部材は環状に限定されるものではなく、方形状、多角形状など任意の形状であってもよい。
［効果］
実施の形態１に係る濾過フィルタ４０によれば、以下の効果を奏することができる。
濾過フィルタ４０においては、第１曲げ部４１ｂｂよりも金属製多孔膜４１の外縁側において、第１枠部材４２と第２枠部材４３とが保持部４１ｂを介して対向するように配置されている。即ち、金属製多孔膜４１の外周部分に設けられると共に第１曲げ部４１ｂａと第２曲げ部４１ｂｂとを有する保持部４１ｂを、第１枠部材４２と第２枠部材４３とによって挟持している。第１枠部材４２は、膜部４１ａと保持部４１ｂとの境界よりも金属製多孔膜２０の外縁側で、金属製多孔膜４１の第１主面ＰＳ１側の保持部４１ｂに接触する一方、第２枠部材４３は、金属製多孔膜４１の第２主面ＰＳ２側の保持部４１ｂと膜部４１ａの一部とに接触している。このような構成により、第１枠部材４２と第２枠部材４３とによって金属製多孔膜４１の外周部分を強固に保持することができる。そのため、クロスフロー濾過方式に適した濾過フィルタ４０を提供することができる。
濾過フィルタ４０において、第２枠部材４３には、膜部４１ａの一部に向かって突出する第１段差部４３ａを有している。このため、第１枠部材４２と第２枠部材４３とで金属製多孔膜４１の保持部４１ｂを挟持した状態において、第２枠部材４３の第１段差部４３ａに第１曲げ部４１ｂａを接触させ、第１枠部材４２に第２曲げ部４１ｂｂを接触させることができる。このような構成により、保持部４１ｂに張力をかけて保持することができる。金属製多孔膜４１に流体が通過して圧力が掛かった場合でも、第１曲げ部４１ｂａ及び第２曲げ部４１ｂｂを、第１枠部材３２及び第２枠部材４３によって強固に保持することができる。
また、第２枠部材４３の第１段差部４３ａの接触面４３ａａは、膜部４１ａを第２主面ＰＳ２から第１主面ＰＳ１の方向へ押し出すように膜部４１ａの一部に接触している。膜部４１ａの第１主面ＰＳ１側には、第１枠部材４２が配置されていないため、第１段差部４３ａの高さｈ１を決定することによって、膜部４１ａの膜面である第１主面ＰＳ１の位置を自由に規定することができる。即ち、第１曲げ部４１ｂａ及び膜部４１ａの一部と接触する第２枠部材４３の第１段差部４３ａの第１接触面４３ａａと、第２曲げ部４１ｂｂと接触する第２枠部材４３の第２接触面４３ａｂとの間の距離を変更することによって、膜部４１ａの第１主面ＰＳ１の位置を自由に規定することができる。その結果、膜部４１ａの第１主面ＰＳ１と第１枠部材４２の底面４２ａａとの段差を小さくすることができる。
濾過フィルタ４０において、第１段差部４３ａの高さｈ１は、第２曲げ部４１ｂｂと接触する第１枠部材４２の第３接触面４２ａｂと第１枠部材の底面４２ａａとの間の距離ｈ２に略等しく設定されている。このような構成により、膜部４１ａの第１主面ＰＳ１と第１枠部材４２の底面４２ａａとを略同一面にすることができる。
濾過フィルタ４０において、第１枠部材４２と第２枠部材４３とによって金属製多孔膜４１の保持部４１ｂを挟持した状態で、第１枠部材４２と、第２枠部材４３の第１段差部４３ａとの間に隙間４４が形成されている。この隙間４４の距離は、金属製多孔膜４１の厚み方向Ｄ２における第１枠部材４２と第２枠部材４３との間の隙間の距離より大きく設計されている。このような構成により、第１枠部材４２と第２枠部材４３との間に金属製多孔膜４１の保持部４１ｂを挟持したときに生じる保持部４１ｂの変形を逃がすことができる。
なお、実施の形態１において、図２では、管状部材３１が真っ直ぐな円筒状（直管形状）である例を示したが、これに限定されない。管状部材３１は、金属製多孔膜４１の膜部４１ａに沿って流体１２を流すことができるように構成されていればよい。例えば、図１０〜図１３に示すように、管状部材３１の流体導入口１ａ側又は流体排出口１ｂ側の部分が、管軸Ａ１の延在方向に対して交差する方向に曲がるように構成されてもよい。
実施の形態１において、図２では、濾過フィルタ４０が、１つの管状部材３１に対して１つ設けられる例を示したが、これに限定されない。濾過フィルタ４０は、図１４に示すように、１つの管状部材３１に対して複数（例えば、３つ）設けられてもよい。なお、この場合、複数の濾過フィルタ４０は、図１４に示すように、管軸Ａ１の延在方向に配列されることが好ましい。また、複数の濾過フィルタ４０は、それぞれの金属製多孔膜４１の膜部４１ａの貫通穴４１ａａの開口径が互いに異なっていてもよい。この構成によれば、流体１２にサイズの異なる複数の濾過対象物１１が含まれる場合であっても、それらの濾過対象物１１を分級することが可能になる。
実施の形態１において、第１曲げ部４１ｂａは、膜部４１ａの第１主面ＰＳ１から第２主面ＰＳ２の方向へ曲がる例について説明したが、これに限定されない。第１曲げ部４１ｂａは、第２枠部材４３の第１段差部４３ａの角部によって支持されるように膜部４１ａの第２主面ＰＳ２側へ曲げられていればよく、第１主面ＰＳ１及び第２主面ＰＳ２に対して斜めに曲げられてもよい。図７は、変形例の濾過フィルタ４０Ａを示す図である。図７に示すように、濾過フィルタ４０Ａでは、保持部４１ｃの第１曲げ部４１ｃａは、第１主面ＰＳ１に対して傾斜角度θで曲げられている。濾過フィルタ４０Ａでは、第１枠部材４２ａ及び第２枠部材４３の第１段差部４３ｂは、保持部４１ｃの傾斜に応じた形状で構成されている。具体的には、第１枠部材４２ａの第１曲げ部４１ｃａ側の面が、角度θの傾斜で形成されている。また、第１段差部４３ｂは、保持部４１ｃの曲げ形状に沿う台形形状で形成されている。このような構成により、第１曲げ部４１ｃａを第２枠部材４３の第１段差部４３ｂによって支持しやすくなると共に、第２曲げ部４１ｃｂを第１枠部材４２によって支持しやすくなる。そのため、濾過フィルタ４０Ａでは、第１枠部材４２ａ及び第２枠部材４３によって金属製多孔膜４１をより強固に固定することができる。
実施の形態１において、第２曲げ部４１ｂｂは、膜部４１ａの延在方向Ｄ１に曲げられる例について説明したが、これに限定されない。第２曲げ部４１ｂｂは、第１枠部材４２の角部によって支持されていればよく、膜部４１ａの延在方向Ｄ１に対して斜め方向に傾斜していてもよい。
実施の形態１において、保持部４１ｂの第２曲げ部４１ｂｂは、金属製多孔膜４１の外縁側に向かう方向に曲げられる例について説明したが、これに限定されない。例えば、第２曲げ部４１ｂｂは、金属製多孔膜４１の外縁と反対側に曲げられてもよい。
実施の形態１において、第１枠部材４２は、膜部４１ａと保持部４１ｂとの境界よりも金属製多孔膜２０の外縁側で、金属製多孔膜４１の第１主面ＰＳ１側の保持部４１ｂに接触する構成について説明したが、これに限定されない。例えば、第１枠部材４２は、膜部４１ａの第１主面ＰＳ１よりも上側（第２主面ＰＳ２側）で保持部４１ｂに接触していてもよい。
実施の形態１において、第２枠部材４３は、金属製多孔膜４１の第２主面ＰＳ２側の保持部４１ｂと膜部４１ａの一部とに接触している構成について説明したが、これに限定されない。例えば、第２枠部材４３は、膜部４１ａに接触せずに、保持部４１ｂのみに接触する構成であってもよい。
実施の形態１において、第１枠部材４２は、管状部材３１と別々の部材で形成される構成について説明したが、これに限定されない。例えば、第１枠部材４２は、管状部材３１と一体で形成されていてもよい。同様に、第２枠部材４３は、管状部材３１と別々の部材で形成される構成について説明したが、これに限定されない。例えば、第２枠部材４３は、濾液排出口１ｃ側の管状部材３１と一体で形成されていてもよい。このような構成により、部品点数を減らして、低コストの濾過フィルタ４０を提供することができる。
実施の形態１において、第１枠部材４２と第２枠部材４３とは、互いに嵌合する第１ハウジングと第２ハウジングとによって保持されてもよい。例えば、第１ハウジングと第２ハウジングとは、複数の凸部が複数の貫通孔に挿入されることで、互いに嵌合するように構成されていてもよい。具体的には、第１ハウジングに複数の凸部を環状に配置する。一方、第２ハウジングに複数の貫通孔を、第１ハウジングの複数の凸部の位置にそれぞれ対応するように環状に設ける。このように、第１ハウジングと第２ハウジングとを互いに嵌合することによって、金属製多孔膜４１の保持部４１ｂが第１枠部材４２と第２枠部材４３との間で保持されてもよい。また、第１ハウジングと第２ハウジングとは、それぞれ第１枠部材４２と第２枠部材４３と一体で形成されていてもよい。
（実施の形態２）
［全体構成］
本発明に係る実施の形態２の濾過フィルタについて図８を用いて説明する。
図８は、実施の形態２の濾過フィルタ４０Ｂの濾過フィルタの概略構成を示す。実施の形態２では、主に実施の形態１と異なる点について説明する。実施の形態２においては、実施の形態１と同一又は同等の構成については同じ符号又は類似の符号を付して説明する。また、実施の形態２では、実施の形態１と重複する記載は省略する。
図８に示すように、実施の形態２の濾過フィルタ４０Ｂにおいては、実施の形態１の濾過フィルタ４０に比べて、金属製多孔膜４１の保持部４１ｄが第３曲げ部４１ｄｃと第４曲げ部４１ｄｄとを有する点が異なる。また、実施の形態２の濾過フィルタ４０Ｂにおいては、実施の形態１の濾過フィルタ４０に比べて、第２枠部材４３が第２段差部４３ｃを有する点、及び第１枠部材４２ｂが第３段差部４２ｂａを有する点が異なる。
濾過フィルタ４０Ｂにおいて、保持部４１ｄは、第１曲げ部４１ｄａ及び第２曲げ部４１ｄｂに加えて、第３曲げ部４１ｄｃと第４曲げ部４１ｄｄとを備える。
第１曲げ部４１ｄａ及び第２曲げ部４１ｄｂは、実施の形態１の第１曲げ部４１ｂａ及び第２曲げ部４１ｂｂと同じように形成されていてもよい。実施の形態２において、第１曲げ部４１ｄａは、膜部４１ａの第１主面ＰＳ１から第２主面ＰＳ２の方向へ曲げられている。また、第２曲げ部４１ｄｂは、第１曲げ部ｄａより金属製多孔膜４１の外縁側に形成され、膜部４１ａの延在方向Ｄ１に曲げられている。
第３曲げ部４１ｄｃは、第２曲げ部４１ｄｂよりも金属製多孔膜４１の外縁側に形成され、且つ膜部４１ａの第１主面ＰＳ１から第２主面ＰＳ２の方向へ曲げられている。第４曲げ部４１ｄｄは、第３曲げ部４１ｄｃよりも金属製多孔膜４１の外縁側に形成され、且つ膜部４１ａの延在方向Ｄ１に曲げられている。
第２枠部材４３は、第１段差部４３ａに加えて、第２段差部４３ｃを有する。第２段差部４３ｃは、第１段差部４３ａよりも外側に設けられている。即ち、第２段差部４３ｃは、第１段差部４３ａより金属製多孔膜４１の外縁側に設けられている。第２段差部４３ｃは、金属製多孔膜４１の第２主面ＰＳ２側の保持部４１ｄに向かって突出して形成される。具体的には、第２段差部４３ｃは、第２曲げ部４１ｄｂと第３曲げ部４１ｄｃとの間の保持部４１ｄの部分に向かって突出している。
第１枠部材４２ｂは、第３段差部４２ｂａを有する。第３段差部４２ｂａは、第２枠部材４３の第２段差部４３ｃより外側に形成されている。第３段差部４２ｂａは、金属製多孔膜の第１主面ＰＳ１側の保持部４１ｄに向かって突出して形成される。具体的には、第３段差部４２ｂａは、第４曲げ部４１ｄｄと金属製多孔膜４１の外縁との間の保持部４１ｄの部分に向かって突出している。実施の形態２において、第１枠部材４２ｂは、例えば、Ｌ字状に形成されている。
濾過フィルタ４０Ｂにおいて、実施の形態１と同様に、第１曲げ部４１ｄａは第２枠部材４３の第１段差部４３ａに接触しており、第２曲げ部４１ｄｂは第１枠部材４２ｂに接触している。具体的には、第１曲げ部４１ｄａは第２枠部材４３の第１段差部４３ａの角部で支持されており、第２曲げ部４１ｄｂは第１枠部材４２ｂの角部で支持されている。このとき、第１曲げ部４１ｄａでは、第２枠部材４３の第１段差部４３ａの角部によって膜部４１ａの第２主面ＰＳ２から第１主面ＰＳ１の方向への力が加わっている。一方、第２曲げ部４１ｄｂでは、第１枠部材４２ｂの角部によって膜部４１ａの第１主面ＰＳ１から第２主面ＰＳ２の方向への力が加わっている。
第３曲げ部４１ｄｃは、第２枠部材４３の第２段差部４３ｃに接触している。具体的には、第３曲げ部４１ｄｃは、第２段差部４３ｃの角部によって支持されており、膜部４１ａの第２主面ＰＳ２から第１主面ＰＳ１の方向への力が加わっている。したがって、保持部４１ｄは、第３曲げ部４１ｄｃにおいて、第２枠部材４３の第２段差部４３ｃの角部によって、膜部４１ａの第２主面ＰＳ２から第１主面ＰＳ１の方向に支持されている。
第４曲げ部４１ｄｄは、第１枠部材４２ｂの第３段差部４３ｂａに接触している。具体的には、第４曲げ部４１ｄｄは、第３段差部４３ｂａの角部によって支持されており、膜部４１ａの第１主面ＰＳ１から第２主面ＰＳ２の方向への力が加わっている。したがって、保持部４１ｄは、第４曲げ部４１ｄｄにおいて、膜部４１ａの第１主面ＰＳ１から第２主面ＰＳ２の方向に支持されている。
第４曲げ部４１ｄｄより金属製多孔膜４１の外縁側で膜部４１ａの延在方向Ｄ１に延びる保持部４１ｄでは、第１枠部材４２ｂの第３段差部４２ｂａの接触面４２ａｃと、第２枠部材４３の接触面４３ａｃとによって挟持される。即ち、第４曲げ部４１ｄｄより外側の保持部４１ｂは、第１枠部材４２の接触面４２ａｃと、第２枠部材４３の接触面４３ａｃとによって保持される。
［効果］
実施の形態２に係る濾過フィルタ４０Ｂによれば、以下の効果を奏することができる。
濾過フィルタ４０Ｂにおいては、第１曲げ部４１ｄａ、第２曲げ部４１ｄｂ、第３曲げ部４１ｄｃ、及び第４曲げ部４１ｄｄを有する保持部４１ｄを、第１枠部材４２ｂ及び第２枠部材４３によって挟持している。このような構成により、第１枠部材４２ｂと第２枠部材４３によって保持部４１ｄを支持する箇所を増やすことができる。そのため、実施の形態１に比べて、金属製多孔膜４１を第１枠部材４２ｂ及び第２枠部材４３によってより強固に固定することができ、クロスフロー濾過方式により適した濾過フィルタ４０Ｂを提供することができる。
なお、濾過フィルタ４０Ｂにおいても、実施の形態１と同様に、第１曲げ部４１ｄａ及び膜部４１ａの一部と接触する第２枠部材４３の第１段差部４３ａの第１接触面４３ａａと、第２曲げ部４１ｄｂと接触する第２枠部材４３の第２接触面４３ａｂとの間の距離を変更することによって、膜部４１ａの第１主面ＰＳ１の位置を自由に規定することができる。その結果、膜部４１ａの第１主面ＰＳ１と第１枠部材４２の底面４２ａａとの段差を少なくすることができる。
濾過フィルタ４０Ｂにおいて、保持部４１ｄは、４つの曲げ部を有する例を説明したが、これに限定されない。例えば、保持部４１ｄは、４つ以上の曲げ部を有していてもよい。曲げ部の数を増やすことによって、金属製多孔膜４１を第１枠部材４２ｂ及び第２枠部材４３によって更に強固に固定することができる。
なお、実施の形態２において、第３曲げ部４１ｄｃは、膜部４１ａの第１主面ＰＳ１から第２主面ＰＳ２の方向へ曲げられる例について説明したが、これに限定されない。第３曲げ部４１ｄｃは、第２枠部材４３の第２段差部４３ｃの角部によって支持されていればよく、第１主面ＰＳ１から第２主面ＰＳ２の方向に対して斜めに傾斜して曲げられてもよい。また、第４曲げ部４１ｄｄについても、膜部４１ａの延在方向に曲げられる例について説明したが、これに限定されない。第１枠部材４２ｂの第３段差部４２ｂａの角部によって支持されていればよく、膜部４１ａの延在方向に対して斜め方向に傾斜していてもよい。
なお、実施の形態２において、第１枠部材４２ｂをＬ字状に形成している。この場合、実質的には、コーナー部を直角に形成することは困難であり、図９の点線で示すように、コーナー部はＲ形状部４２ｒになる。このＲ形状部４２ｒは、保持部４１ｄと接触することにより、金属製多孔膜４１の厚み方向Ｄ２における第１枠部材４２ｂと第２枠部材４３との間の距離ｄ２を十分小さくすることができないことが起こり得る。これにより、金属製多孔膜４１の厚み方向Ｄ２における第１枠部材４２ｂと第２枠部材４３とによる保持部４１ｄの保持力が低下することになる。即ち、Ｒ形状部４２ｒは、金属製多孔膜４１の厚み方向Ｄ２における第１枠部材４２ｂと第２枠部材４３とによる保持部４１ｄを保持する力を低下させる要因となり得る。このため、第１枠部材４２ｄのコーナー部には、図９に示すように、下方に凹む環状の溝部４２ｃが設けられていてもよい。この溝部４２ｃによって、金属製多孔膜４１の厚み方向Ｄ２における第１枠部材４２ｂと第２枠部材４３とによる保持部４１ｄの保持力の低下を低減することができる。溝部４２ｃの深さ及び幅は、例えば、０．１ｍｍである。また、第２枠部材４３についても、第１枠部材４２ｄと同様に、コーナー部に溝部を設けてもよい。
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した特許請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
本発明は、例えば、化学材料精製、製薬、などの分野に有用である。特に、液体に含まれる生物由来物質を濾過する濾過装置に有用である。
１ 濾過装置
１ａ 流体導入口
１ｂ 流体排出口
１ｃ 濾液排出口
２ 流体タンク
３ ポンプ
４ 濾液タンク
１１ 濾過対象物
１２ 流体
１３ 濾液
２１、２２、２３、２４ 配管
３１ 管状部材
３１ａ 流路
４０、４０Ａ、４０Ｂ 濾過フィルタ
４１ 金属製多孔膜
４１ａ 膜部
４１ａａ 貫通孔
４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ 保持部
４１ｂａ、４１ｃａ、４１ｄａ 第１曲げ部
４１ｂｂ、４１ｃｂ、４１ｄｂ 第２曲げ部
４１ｄｃ 第３曲げ部
４１ｄｄ 第４曲げ部
４２、４２ａ、４２ｂ 第１枠部材
４２ａａ 底面
４２ａｂ、４２ａｃ 接触面
４２ｂａ 第３段差部
４２ｃ 溝部
４２ｒ Ｒ形状部
４３ 第２枠部材
４３ａ、４３ｂ 第１段差部
４３ｃ 第２段差部
４３ａａ、４３ａｂ 接触面
４４ 隙間
ＰＳ１ 第１主面
ＰＳ２ 第２主面

Claims (2)

  1. 管状部材と、前記管状部材の側壁の一部に取り付けられた濾過フィルタと、を備える濾過装置であって、
    前記濾過フィルタは、
    流体に含まれる濾過対象物を濾過する膜部と外周に設けられた保持部とを有する金属製多孔膜と、
    前記金属製多孔膜の前記保持部を挟持する第１枠部材及び第２枠部材と、
    を備え、
    前記保持部は、前記膜部の第１主面と対向する第２主面側に曲がる曲げ部を有し、
    前記第１枠部材は、前記金属製多孔膜の第１主面側の前記保持部に接触し、
    前記第２枠部材は、前記第１枠部材の内側に配置されると共に、前記金属製多孔膜の前記第２主面側の前記保持部に接触し、
    前記金属製多孔膜の第１主面と前記第１枠部材と前記管状部材の側壁とが面一になるように構成されている、濾過装置。
  2. 前記保持部は、前記膜部の第２主面側に曲がる第１曲げ部と、前記第１曲げ部よりも前記金属製多孔膜の外縁側の位置で、前記膜部の延在方向に曲がる第２曲げ部と、を有し、
    前記第２枠部材は、前記膜部に向かって突出する第１段差部を有し、
    前記第１段差部は、前記第１曲げ部に接触し、
    前記第１枠部材は、前記第２曲げ部に接触し、
    前記膜部の延在方向における前記第１枠部材と前記第２枠部材との間に隙間が設けられている、請求項１に記載の濾過装置。
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