JP2024031809A - フィルタデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】濾過の効率を向上させたフィルタデバイスを提供する。【解決手段】本発明のフィルタデバイス１００は、濾過対象物を濾過するフィルタデバイスであって、複数の貫通孔を有する膜部１２と、膜部１２の周囲を囲む枠部１３と、を有するフィルタ１０と、筒形に形成され、内壁にフィルタ１０の枠部１３を保持するための環状の溝部２１が形成された保持部２０と、を備え、保持部２０が延びる方向Ａ１における溝部２１の大きさＨ１は、フィルタ１０の厚さＴ１よりも大きく、溝部２１の凹面に接する内接円の直径Ｄ２は、フィルタ１０の外周に接する内接円の直径Ｄ１よりも大きい。【選択図】図１

Description

本発明は、フィルタデバイスに関する。

特許文献１には、細胞培養液に含まれる細胞を濾過するためのフィルタユニットが開示されている。特許文献１に記載された細胞培養液回収フィルタユニットは、細胞培養液に含まれる細胞を濾過する金属製多孔膜と、金属製多孔膜の外周部を保持する保持部材と、保持部材に接続された管状部材と、を備える。

国際公開第２０１８／０９２５１３号

特許文献１に記載の細胞培養液回収フィルタユニットにおいては、フィルタへの負荷を低減させる点と濾過の効率を向上させる点で、未だ改善の余地がある。

本発明は、フィルタへの負荷を低減し、濾過の効率を向上させたフィルタデバイスを提供する。

本発明の一態様にかかるフィルタデバイスは、
濾過対象物を濾過するフィルタデバイスであって、
複数の貫通孔を有する膜部と、前記膜部の周囲を囲む枠部と、を有するフィルタと、
筒形に形成され、内壁に前記フィルタの前記枠部を保持するための環状の溝部が形成された保持部と、
を備え、
前記保持部が延びる方向における前記溝部の大きさは、前記フィルタの厚さよりも大きく、
前記溝部の凹面に接する内接円の直径は、前記フィルタの外周に接する内接円の直径よりも大きい。

本発明によると、フィルタへの負荷を低減させ、濾過の効率を向上させたフィルタデバイスを提供することができる。

本発明の実施の形態１にかかるフィルタデバイスを示す概略図 図１のフィルタデバイスを示すＡ－Ａ断面図 図２Ａの領域Ｒ１を拡大した図 フィルタの膜部の一部を示す概略構成図 図３の膜部の一部をＺ方向から見た図 図１のフィルタデバイスの上面図 流体通過時のフィルタデバイスの動作を示す図 流体通過時のフィルタデバイスの動作を示す図 実施の形態１の変形例１にかかるフィルタデバイスの一部を示す概略図 実施の形態１の変形例２にかかるフィルタデバイスを示す概略図

（本発明に至った経緯）
特許文献１には、細胞を濾過する金属製多孔膜と、金属製多孔膜の外周部を保持する保持部材と、保持部材に接続された管状部材と、を備える細胞培養液回収フィルタユニットが開示されている。

特許文献１に記載の細胞培養液回収フィルタユニットでは、流路となる保持部材の中空部分において、保持部材の内壁の摩擦に起因して、中央部分よりも内壁に近い部分の方が細胞培養液の流速が低下する傾向にある。このため、細胞培養液を通過させるときの金属製多孔膜にかかる流速が均一にならず、比較的流速の速い金属製多孔膜の中央部に詰まりが発生してしまう。その結果、濾過の効率が下がってしまうという課題がある。なお、本明細書において「濾過の効率の向上」とは、濾過時間の短縮、およびフィルタの濾過処理量の増加を含む。

また、金属製多孔膜に詰まりが発生した結果、詰まった部分に対して過度な圧力がかかり、金属製多孔膜が破れやすくなるという問題もある。

そこで、本発明者（ら）は、これらの課題を解決すべく鋭意検討し、以下の発明に至った。

（実施の形態１）
［全体構成］
図１は、本発明の実施の形態１にかかるフィルタデバイス１００を示す概略図である。図２Ａは、図１のフィルタデバイス１００を示すＡ－Ａ断面図である。図２Ｂは、図２Ａの領域Ｒ１を拡大した図である。図１～図２Ｂに示すように、フィルタデバイス１００は、濾過対象物を濾過するフィルタ１０と、フィルタ１０を保持する保持部２０と、を備える。フィルタ１０は、複数の貫通孔１１を有する膜部１２と、膜部１２の周囲を囲む枠部１３と、を有する。実施の形態１において、フィルタ１０の枠部１３は、保持部２０の溝部２１によって保持されている。

フィルタデバイス１００は、濾過対象物を含む流体を通過させることにより、流体中から濾過対象物を分離するものである。本明細書において、「濾過対象物」とは、フィルタ１０によって濾過する対象物を意味する。実施の形態１においては、濾過対象物として生物由来物質を用い、流体として液体を用いて説明する。

なお、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。実施の形態１においては、フィルタデバイス１００は、特に、人工多能性幹細胞（ｉＰＳ細胞）、ＥＳ細胞、幹細胞、血中循環がん細胞（ＣＴＣ）、を液体中から分離するのに優れる。

＜フィルタ＞
フィルタ１０は、生物由来物質を濾過する膜状のフィルタである。具体的には、フィルタ１０は、複数の貫通孔１１を有する膜部１２と、膜部１２の周囲を囲む枠部１３と、を有する。図１に示すように、実施の形態１において、フィルタ１０は、円形の金属メッシュであり、互いに対向する一対の第１主面１０ａおよび第２主面１０ｂを有し、膜部１２の両主面１０ａ、１０ｂを貫通する複数の貫通孔１１を有する構造体である。なお、フィルタ１０の形状は円形に限定されず、フィルタ１０は楕円形の金属メッシュであってもよい。複数の貫通孔１１は、膜部１２の第１主面１０ａ上の全体にわたって周期的に配置されている。フィルタ１０は、例えば、金属により構成される。フィルタ１０を構成する金属としては、金、銀、銅、白金、鉄、ニッケル、クロム、ステンレス鋼、パラジウム、チタン、またはこれらの合金などが挙げられる。特に、フィルタ１０が生物由来物質を捕捉する場合、生物由来物質との生体親和性の観点から、フィルタ１０の材料として金、ニッケル、ステンレス、チタン、ニッケル－パラジウム合金を採用することが好ましい。また、フィルタ１０の材料は、ヤング率が１ＧＰａ以上の弾性体材料であってもよい。

図３は、フィルタ１０の膜部１２の一部を示す概略構成図である。図４は、図３の膜部１２の一部を厚さ方向から見た図である。図３および図４のＸ、Ｙ、Ｚ方向は、それぞれのフィルタ１０の縦方向、横方向、厚さ方向を示している。図３および図４に示すように、膜部１２は、マトリクス状に一定の間隔で複数の貫通孔１１が配置された板状構造体（格子状構造体）であってもよい。膜部１２は、その主面側であるＺ方向から見て正方形の貫通孔１１が複数設けられた板状構造体である。複数の貫通孔１１は、正方形の各辺と平行な２つの配列方向、すなわち、図３のＸ方向とＹ方向に等しい間隔で設けられている。貫通孔１１が正方格子配列に設けられることで、フィルタ１０の開口率を高め、流体に対するフィルタ１０の負荷を軽減することができる。なお、貫通孔１１は正方形に限定されず、例えば、長方形、円、または楕円などであってもよい。また、貫通孔の配列は、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が等しくない長方形配列であってもよく、または、三角格子配列または準周期配列であってもよい。

フィルタ１０の寸法は、濾過する生物由来物質の大きさおよび形状に応じて適宜設計される。例えば、生物由来物質の大きさおよび形状に応じて、貫通孔１１の寸法および形状が規定される。

貫通孔１１は、例えば、膜部１２の主面側から見て、すなわちＺ方向から見て正方形に形成され、一辺が０．０１μｍ以上５００μｍ以下に設計される。貫通孔１１間の間隔は、例えば、貫通孔１１の大きさの１０倍以下であり、より好ましくは、貫通孔１１の大きさの３倍以下である。

図５は、図１のフィルタデバイス１００の上面図である。図２Ａ、図２Ｂおよび図５に示すフィルタ１０の厚さＴ１および外径Ｄ１は、貫通孔１１の寸法に応じて決定される。貫通孔１１の大きさが上述の通り、０．０１μｍ以上５００μｍ以下である場合、フィルタ１０の厚さＴ１は、０．１μｍ以上５００μｍ以下に規定される。これにより、貫通孔１１の大きさとフィルタ１０の厚さＴ１とのアスペクト比が１以下となり、高精度な貫通孔１１を形成することができる。フィルタ１０の外径Ｄ１は、５ｍｍ以上５００ｍｍ以下に規定される。フィルタ１０の外径Ｄ１を５ｍｍ以上とすることで、濾過対象物を含むフィルタ１０に流体を通過させるときに、膜部１２を十分に湾曲させることができる。また、フィルタの外径Ｄ１を５００ｍｍ以下とすることで、濾過対象物を含むフィルタ１０に流体を通過させるときに、膜部１２を大きく湾曲させずにフィルタ１０が枠部から脱落することを抑制することができる。

フィルタ１０の空隙率は、１０％以上９０％以下であることが好ましい。より好ましくは、空隙率は２０％以上５０％以下であるとよい。このような構成により、濾過対象物を含む流体をフィルタ１０に通過させたときに、フィルタ１０を撓みやすくすることができる一方、流体をフィルタ１０に通過させていないときには、フィルタ１０を撓みにくくすることができる。また、流体に対するフィルタ１０の抵抗を低減させることができる。そのため、処理時間が短くなり、細胞へのストレスを低減させることができる。

フィルタ１０における枠部１３の厚みは、膜部１２の厚みより厚くてもよい。このような構成によりフィルタ１０の強度を高めることができる。また、枠部１３には図示省略の貫通孔が形成されていてもよい。枠部１３に形成された貫通孔の数は膜部１２に形成された貫通孔１１の数より少なくてもよい。枠部１３の貫通孔が枠部１３の貫通孔１１の大きさ以下の場合、濾過対象物を含んだ流体が隙間Ｓ１から枠部１３の貫通孔へ流れ込むため、圧力の逃げ場となり、フィルタ１０が破損しにくくなる。
＜保持部＞
保持部２０は、フィルタ１０の枠部１３を保持するものである。保持部２０は、図１に示すように円筒形に形成される。保持部２０は、例えば、透過性を有する合成樹脂などの材料により形成することができる。保持部２０が透過性を有する材料により形成されることで、保持部２０に保持されたフィルタ１０を、保持部２０の外部から目視で確認することができる。

本実施の形態では、保持部２０は、第１部材２２および第２部材２３により構成されている。図２Ａに示すように、周方向において、第１部材２２の外壁と第２部材２３の内壁とが接触して配置されており、保持部２０が延びる軸方向Ａ１において第１部材２２と第２部材２３との間に空間が形成されている。したがって、フィルタ１０は、第１部材２２と第２部材２３との間に形成された空間に配置される。

図２Ａに示すように、保持部２０の内壁２０ａには、フィルタ１０の枠部１３を保持するための溝部２１が形成されている。溝部２１は、軸方向Ａ１から見たときに、保持部２０の内壁２０ａに環状に形成されており、フィルタ１０に向かって開口している。

溝部２１は、図２Ｂに示すように、フィルタ１０を保持しているときに、フィルタ１０と溝部２１の内壁２１ａ、２１ｂとの間に隙間Ｓ１、Ｓ２ができるよう形成される。具体的には、フィルタ１０の一方の主面１０ａと主面１０ａに向き合う溝部２１の内壁２１ａとの間に隙間Ｓ１が形成され、およびフィルタ１０の端部１０ｃと端部１０ｃに向き合う溝部２１の内壁２１ｂとの間に隙間Ｓ２が形成される。言い換えると、矢印Ａ１で示す保持部２０が延びる軸方向Ａ１における溝部２１の大きさＨ１は、フィルタ１０の厚さＴ１よりも大きい。さらに、図５に示すように、平面視において、保持部２０の軸Ｃを通る溝部２１の直径Ｄ２は、フィルタ１０の外径Ｄ１よりも大きい。本実施の形態では、溝部２１の直径Ｄ２は、軸方向Ａ１に延びる溝部２１の内壁２１ｂの任意の一点から、軸Ｃを通って対向する内壁２１ｂまでの距離を示す。なお、溝部２１の内壁２１ｂは、溝部２１の凹面である。したがって、溝部２１の直径Ｄ２は、溝部２１の凹面に接する内接円の直径を示す。

溝部２１とフィルタ１０との間に隙間が形成されることにより、フィルタ１０は、溝部２１に固定されず、図２Ａの上下方向および左右方向に動くことができる。また、フィルタ１０に流体を通過させる際に、保持部２０の内壁２０ａ付近の流速の低下を抑制することができる。このため、膜部１２の中央付近と内壁２０ａ付近との流速の差を小さくすることができる。これにより、保持部２０の内壁２０ａ付近にも流体が流れやすくなり、濾過対象物が膜部１２の全体に分散して、流体を流れやすくすることができる。図２Ａに示す保持部２０の内壁２０ａの付近では、内壁２０ａとの摩擦により、流体の流速が低下する。そのため、膜部１２の中央部分により多くの流体が流れやすく、内壁２０ａに近い部分と比較して膜部１２の中央部分の貫通孔１１に詰まりが発生しやすい。隙間Ｓ１を設けることで、保持部２０の内壁２０ａ付近を通過する流体が隙間Ｓ１に流れ込み、内壁２０ａ付近の流体の流速を上げて膜部１２の全体で流体の流れを分散することができる。また、隙間Ｓ２を設けることで、隙間Ｓ１から隙間Ｓ２への流体の流れが発生して隙間Ｓ１に流入した流体が逆流しにくくなるため、膜部１２の全体に流体を分散して通過させることができる。さらに、膜部１２から隙間Ｓ１に向かっての流体の流れにより、膜部１２の表面が洗われ、膜部１２に挟まった濾過対象物を取り除くことができる。

なお、隙間Ｓ１は、流体を流す方向により形成される位置が異なる。具体的には、図２Ａにおける上から下に流体を流す場合、隙間Ｓ１は、フィルタ１０の上流側、すなわち図２Ａにおけるフィルタ１０の上側に形成される。一方で、図２Ａにおける下から上に流体を流す場合、隙間Ｓ１は、フィルタ１０の上流側、すなわち図２Ａにおけるフィルタ１０の下側に形成される。

軸方向Ａ１における溝部２１の大きさＨ１は、例えば、フィルタ１０の厚さＴ１の１．１倍以上１．５倍以下である。これにより、隙間Ｓ１の大きさ、すなわち、溝部２１の大きさＨ１とフィルタ１０の厚さＴ１との差Ｔ２は、０．０１μｍ以上２５０μｍ以下となり、フィルタ１０が湾曲することによるフィルタの脱落が起きにくくなる。好ましくは、溝部２１の大きさＨ１とフィルタ１０の厚さＴ１との差Ｔ２は、０．５μｍ以上１５０μｍ以下であるとよい。また、隙間Ｓ１の大きさＴ２は貫通孔１１の寸法の０．１倍以上１．５倍以下とすることができる。ただし、濾過対象物が貫通孔１１より大きい場合には、隙間Ｓ１の大きさＴ２は濾過対象物より小さく形成され、濾過対象物が貫通孔１１より小さい場合には、隙間Ｓ１の大きさＴ２は貫通孔１１よりも小さく形成されるとよい。このような構成により、濾過対象物が貫通孔１１よりも小さい場合には貫通孔１１を通過させる対象物のみを含んだ流体を通液することができ、濾過対象物が貫通孔１１よりも大きい場合には膜部１２の目詰まりの発生を抑制することができる。なお、フィルタ１０は軸方向Ａ１に移動可能に溝部２１に保持されているため、流体を通過させているときには隙間Ｓ１の大きさは一定にはならないが、本実施の形態では、溝部２１の大きさＨ１とフィルタ１０の厚さＴ１との差Ｔ２を隙間Ｓ１の大きさＴ２として説明する。

隙間Ｓ１の大きさＴ２が貫通孔１１の大きさよりも大きい場合、すなわち、隙間Ｓ１の大きさＴ２が貫通孔１１の寸法の１．０倍より大きく１．５倍以下である場合、貫通孔１１よりも隙間Ｓ１に流体が流れやすくなり、膜部１２の外周部分の流速が速くなる。また、膜部１２から隙間Ｓ１に向かう流体の流れも発生する。隙間Ｓ１に流体が流れることで、流体を膜部１２の全体に分散させて通過させることができる。このため、圧力が比較的膜部１２の全体にかかりやすくなり、膜部１２の破損を抑制することができる。さらに、内壁２０ａに近い部分の貫通孔１１に濾過対象物が詰まった場合に、隙間Ｓ１に向かう流体の流れにより詰まった濾過対象物が貫通孔１１から排出されて詰まりを解消することができる。また、隙間Ｓ１に向かう流体の流れにより、膜部１２の目詰まりを遅らせることができる。

一方で、隙間Ｓ１の大きさＴ２が貫通孔１１の大きさよりも小さい、または等しい場合、すなわち、隙間Ｓ１の大きさが貫通孔１１の寸法の０．１倍以上１.０倍以下である場合、内壁２０ａに近い部分の貫通孔１１が詰まり膜部１２への圧力が所定の値を超えたときに、隙間Ｓ１に流体を流して圧力を逃がすことができる。このため、膜部１２の破損を抑制することができる。また、隙間Ｓ１の大きさＴ２が０．０１μｍ以上であり濾過対象物の大きさより小さい場合、流体のみを隙間Ｓ１に通過させることができる。そのため、濾過対象物が隙間Ｓ１に詰まることを抑制し、より継続して圧力を逃がすことができる。さらに、毛細管現象により、貫通孔１１の大きさよりも小さい気泡を、隙間Ｓ１でトラップすることができる。

溝部２１の直径Ｄ２は、例えば、フィルタ１０の外径Ｄ１の１．００２倍以上１．１倍以下である。また、溝部２１の直径Ｄ２とフィルタ１０の外径Ｄ１との差の１／２は、貫通孔１１の大きさの０．２倍以上２倍以下であっても良い。ただし、隙間Ｓ２の大きさＷ１が貫通孔１１の大きさより大きい場合は、保持部２０からフィルタが脱落しやすくなるため、隙間２の大きさＷ１の大きさは貫通孔１１の大きさより小さい値を採用するとよい。このような構成により、隙間Ｓ２の大きさＷ１、すなわち、溝部２１の直径Ｄ２とフィルタ１０の外径Ｄ１との差の１／２は、０．０２μｍ以上５００μｍ以下となる。好ましくは、隙間Ｓ２の大きさＷ１は０．０５μｍ以上２００μｍ以下であるとよい。隙間Ｓ１と同様に、隙間Ｓ２に関しても、流体を通過させているときには大きさＷ１が一定にはならないが、本実施の形態では、溝部２１の直径Ｄ２とフィルタ１０の外径Ｄ１との差の１／２を隙間Ｓ２の大きさＷ１として説明する。

隙間Ｓ２を設けることにより、隙間Ｓ１に流れ込んだ流体が逆流せずに隙間Ｓ２に向かって流れる。このため、隙間Ｓ１に流体が滞留しにくくなり、膜部１２の全体に流体を分散させて流すことができる。さらに、フィルタ１０が上下方向に動くことによって、この流れが促進され、流体の分散をより高めることができる。また、隙間Ｓ２を設けることにより、隙間Ｓ２にピンセット等の器具を挿入することができる。このため、保持部２０に保持されたフィルタ１０を傷つけることなく把持することができる。

隙間Ｓ２の大きさＷ１は、隙間Ｓ１の大きさＴ２以上の大きさである。すなわち、溝部２１の直径Ｄ２とフィルタ１０の外径Ｄ１との差の１／２、すなわち隙間Ｓ２の大きさＷ１は、軸方向Ａ１における溝部２１の大きさＨ１とフィルタ１０の厚さＴ１との差Ｔ２以上の大きさである。隙間Ｓ２を隙間Ｓ１以上の大きさに形成することで、膜部１２にかかる圧力をより逃がしやすくなり、隙間Ｓ１の効果を持続させることができる。

［フィルタデバイスの動作］
図６Ａおよび図６Ｂは、流体通過時のフィルタデバイス１００の動作を示す図である。図６Ａおよび図６Ｂの矢印５０は、上流側から下流側への流体の流れを示す。図６Ａおよび図６Ｂに示すように、フィルタデバイス１００において、濾過対象物を含む流体が矢印５０の向きにフィルタを通過すると、フィルタ１０において、膜部１２の中央部分が保持部２０の軸方向に上下に動く。言い換えると、フィルタ１０が撓んで膜部１２の中央部分が軸方向に振動する。このとき、溝部２１に保持されている枠部１３は、膜部１２とは逆向きに軸方向に振動する。このように、流体が通過している間、フィルタ１０は撓みながら流体の流れる方向に上下に動く。

枠部１３が軸方向に動くことにより、隙間Ｓ１の大きさおよび形状が変化し、その結果、図６Ａの矢印５１に示す隙間Ｓ１から隙間Ｓ２に向かう流体の流れが発生し、隙間Ｓ１から流体が逆流することを抑制することができる。また、隙間Ｓ１の大きさおよび形状が変化することで、溝部２１の開口部において、図６Ｂの矢印５２に示すように対流が発生し、隙間Ｓ１に濾過対象物が出入りして、隙間Ｓ１および隙間Ｓ２における濾過対象物の詰まりを低減することができる。さらに、隙間Ｓ１が形成されていることにより、フィルタ１０が撓んだ際に、枠部１３が溝部２１の内部で上下に動くことができ、枠部１３が曲がることを抑制することができる。これにより、枠部１３への負荷を軽減することができる。

本実施の形態では、上述したように保持部２０が透過性を有する材料により形成されるため、保持部２０の外からフィルタ１０を目視で確認することができる。フィルタデバイス１００に流体を流したときに、逆流または渦流が発生し、流体が所望の方向に流れないことがある。フィルタ１０が溝部２１に移動可能に保持されていることにより、保持部２０の外からフィルタ１０の動きを確認することで、流体がどちらの方向に流れているのかを把握することができる。

［効果］
実施の形態１にかかるフィルタデバイス１００によれば、以下の効果を奏することができる。

濾過対象物を濾過するフィルタデバイス１００は、フィルタ１０と、保持部２０と、を備る。フィルタ１０は、複数の貫通孔１１を有する膜部１２と、膜部１２の周囲を囲む枠部１３と、を有する。保持部２０は、円筒形に形成され、内壁２０ａにフィルタ１０の枠部１３を保持するための環状の溝部２１が形成されている。保持部２０が延びる軸方向Ａ１における溝部２１の大きさＨ１は、フィルタ１０の厚さＴ１よりも大きい。溝部２１の直径Ｄ２は、フィルタ１０の外径Ｄ１よりも大きい。

このような構成により、フィルタ１０への負荷を低減させて、濾過の効率を向上させることができる。なお、濾過の効率を向上させることは、例えば、濾過時間を短縮させること、およびフィルタの濾過処理量を増加させることを含む。フィルタ１０の枠部１３を溝部２１に配置したときに、フィルタ１０と溝部２１との間に隙間Ｓ１、Ｓ２が形成される。この隙間Ｓ１、Ｓ２に流体が流れ込むことにより、膜部１２において保持部２０の内壁２０ａの付近と中央部とで流速の差が小さくなるため、フィルタ１０の膜部１２の全体に圧力を分散させることができる。その結果、フィルタ１０への負荷を低減させて濾過の効率を向上させることができる。さらに、隙間Ｓ１、Ｓ２が形成されることで、フィルタ１０を図２Ａにおける上下方向および左右方向に移動させることができる。このため、膜部１２にかかる負荷を分散させることができる。また、隙間Ｓ１、Ｓ２が形成されることで、フィルタ１０を曲げることなく、すなわちフィルタ１０に負荷をかけることなく、保持部２０にフィルタ１０を配置することができる。

フィルタ１０の厚さＴ１は、０．１μｍ以上５００μｍ以下であり、軸方向Ａ１における溝部２１の大きさＨ１は、フィルタ１０の厚さＴ１の１．１倍以上１．５倍以下である。このような構成により、フィルタデバイス１００に流体を流している間に、フィルタ１０が撓みながら上下に振動する。このため、流体を流しつつ貫通孔１１に詰まった濾過対象物などを除去することができる。

軸方向Ａ１における溝部２１の大きさＨ１とフィルタ１０の厚さＴ１との差Ｔ２は、複数の貫通孔１１の大きさの０．１倍以上１．５倍以下であってもよい。ただし、濾過対象物が貫通孔より大きいときに、隙間Ｓ１の大きさＴ２は濾過対象物より小さく、濾過対象物が貫通孔より小さいときに、隙間Ｓ１の大きさＴ２は貫通孔１１よりも小さく形成されるとよい。このような構成により、隙間Ｓ１の大きさＴ２が貫通孔１１の大きさよりも大きい場合には、隙間Ｓ１に流体を流して膜部１２にかかる圧力を分散させることができる。また、隙間Ｓ１の大きさＴ２が貫通孔１１の大きさよりも小さい場合、貫通孔１１の大きさよりも小さい気泡をトラップすることができる。さらに、膜部１２の貫通孔１１が詰まる前は隙間Ｓ１が流路として機能しないが、貫通孔１１が詰まった場合には流路としての機能を発揮するため、圧力の逃げ場となり膜部１２が破損しにくくなる。

フィルタ１０の外径Ｄ１は、５ｍｍ以上５００ｍｍ以下であり、溝部２１の直径Ｄ２は、フィルタ１０の外径Ｄ１の１．００２倍以上１．１倍以下であってもよい。ただし、保持部２０からのフィルタの脱落を防ぐため、隙間Ｓ２の大きさＷ１は貫通孔１１の大きさより小さい値を採用するとよい。このような構成により、隙間Ｓ１から隙間Ｓ２への流体の流れを発生させて、貫通孔１１を詰まりにくくすることができる。その結果、濾過対象物を効率よく濾過することができる。

溝部２１の直径Ｄ２とフィルタ１０の外径Ｄ１との差の１／２は、複数の貫通孔１１の大きさの０．２倍以上２倍以下であってもよい。このような構成により、隙間Ｓ１から隙間Ｓ２への流体の流れを発生させることができる。その結果、フィルタ１０の膜部１２にかかる圧力を分散させる効果を持続させることができる。

軸方向Ａ１における溝部２１の大きさＨ１とフィルタ１０の厚さＴ１との差Ｔ２は、溝部２１の直径Ｄ２とフィルタ１０の外径Ｄ１との差の１／２よりも小さい。このような構成により、隙間Ｓ１から隙間Ｓ２への流体の流れを発生させて、膜部１２にかかる圧力を逃がすことができる。

保持部２０は、第１部材２２と第２部材２３とにより構成され、フィルタ１０は、第１部材２２と第２部材２３との間に形成された空間に配置される。このような構成により、フィルタデバイス１００を容易に組み立てることができる。

フィルタ１０は、金属により構成される。このような構成により、フィルタ１０の破損を抑制することができる。また、流体が膜部１２を通過する際に、貫通孔１１が変形しにくくなり、貫通孔１１の変形により濾過対象物が膜部１２を通過してしまうのを抑制することができる。

なお、上述した実施の形態では、保持部２０が円筒形である例について説明したが、これに限定されない。保持部２０は、円筒形以外の筒形であってもよい。例えば、保持部２０は、多角形等の断面を有する筒形に形成されていてもよい。この場合、軸方向Ａ１から見たときに、溝部の内周に接する内接円の直径が、フィルタの外周に接する内接円の直径よりも大きく形成される。この場合、保持部が延びる軸方向Ａ１における溝部の大きさとフィルタの厚さとの差が、溝部の内接円の直径とフィルタの外周の内接円の直径との差の１／２よりも小さくてもよい。なお、フィルタの形状が円である場合、フィルタの外周の内接円の直径は、フィルタの外径を指す。

また、上述した実施の形態では、フィルタ１０のうち枠部１３が保持部２０の溝部２１に保持されている例について説明したが、これに限定されない。図７は、実施の形態１の変形例１にかかるフィルタデバイス１００Ａの一部を示す概略図である。図７に示すように、フィルタ１１０のうち、枠部１１３に加えて膜部１１２の一部が溝部２１に保持されていてもよい。

膜部１１２の一部が溝部２１に保持されることにより、隙間Ｓ１１に流れた流体が、溝部２１に保持されている膜部１１２に設けられた貫通孔に流入して流速が低下する。このため、内壁２０ａの付近の貫通孔は、膜部１１２の中央部分と比較して詰まりにくくなる。また、膜部１１２の中央部分に濾過対象物が詰まった場合に、溝部２１に保持されている膜部１１２に設けられた貫通孔に圧力を逃がすことができる。

図８は、実施の形態１の変形例２にかかるフィルタデバイス１００Ｂを示す概略図である。図８に示すように、フィルタ２１０の端部２１０ｃと端部２１０ｃに向き合う溝部２２１の内壁２２１ｂとの間に隙間が形成されていなくてもよい。言い換えると、フィルタ２１０の外径Ｄ３と溝部２２１の直径Ｄ４とが略同じ大きさに形成されていてもよい。この場合、フィルタ２１０の一方の主面２１０ａと主面２１０ａに向き合う溝部２２１の内壁２２１ａとの間に隙間Ｓ２１が形成される。枠部２１３は、溝部２２１に保持されている。

このような構成により、保持部２２０の内壁２２０ａに沿って流れる流体が、隙間Ｓ２１に流れ込みやすくなる。このため、内壁２２０ａに沿って流れる流体の流速を上げることができ、膜部２１２にかかる圧力を分散させて膜部２１２の破損を抑制することができる。また、溝部２２１の内壁２２１ｂとフィルタ２１０の端部２１０ｃとの間に摩擦が起きることにより、フィルタ２１０の上下方向動きが抑制され、隙間Ｓ２１の大きさを固定することができる。さらに、膜部２１２の軸方向Ａ１の振動が抑制され、膜部２１２への負荷が少なくなるため、破損を防ぐことができる。

また、上述した実施の形態では、軸方向Ａ１における溝部２１の大きさＨ１とフィルタ１０の厚さＴ１との差Ｔ２は、溝部２１の直径Ｄ２とフィルタ１０の外径Ｄ１との差の１／２よりも小さい例について説明したが、これに限定されない。軸方向Ａ１における溝部２１の大きさＨ１とフィルタ１０の厚さＴ１との差Ｔ２は、溝部２１の直径Ｄ２とフィルタ１０の外径Ｄ１との差の１／２よりも大きくてもよい。言い換えると、保持部が延びる軸方向Ａ１における溝部２１の大きさＨ１とフィルタ１０の厚さＴ１との差Ｔ２が、溝部２１の内接円の直径とフィルタ１０の外周の内接円の直径との差の１／２よりも大きくてもよい。

（実施の形態の概要）
（１）本発明のフィルタデバイスは、濾過対象物を濾過するフィルタデバイスであって、複数の貫通孔を有する膜部と、膜部の周囲を囲む枠部と、を有するフィルタと、円筒形に形成され、内壁にフィルタの枠部を保持するための環状の溝部が形成された保持部と、を備え、保持部が延びる方向における溝部の大きさは、フィルタの厚さよりも大きく、保持部の延びる方向から見たときに、溝部の凹面に接する内接円の直径は、前記フィルタの外周に接する内接円の直径よりも大きい。

（２）（１）のフィルタデバイスにおいて、保持部は円筒形に形成され、溝部は円環状に形成され、フィルタは円形に形成され、溝部の直径は、フィルタの外径よりも大きくてもよい。

（３）（１）または（２）のフィルタデバイスにおいて、フィルタの厚さは、０．１μｍ以上５００μｍ以下であり、軸方向における溝部の大きさは、フィルタの厚さの１．１倍以上１．５倍以下であってもよい。このような構成により、膜部への圧力を分散させ、破損を抑制することができる。

（４）（１）から（３）のいずれか１つフィルタデバイスにおいて、保持部が延びる方向における溝部の大きさとフィルタの厚さとの差は、複数の貫通孔の大きさの０．１倍以上１．５倍以下であってもよい。このような構成により、保持部が延びる方向における溝部の大きさとフィルタの厚さとの差が貫通孔よりも大きい場合、膜部の破損を抑制し、内壁に近い貫通孔の詰まりを解消することができる。また、保持部が延びる方向における溝部の大きさとフィルタの厚さとの差が貫通孔よりも小さい場合、圧力を逃がし、貫通孔の大きさより小さい気泡をトラップすることができる。

（５）（２）から（４）のいずれか１つのフィルタデバイスにおいて、フィルタの外径は、５ｍｍ以上５００ｍｍ以下であり、溝部の直径は、前記フィルタの外径の１．００２倍以上１．１倍以下であってもよい。このような構成により、フィルタから隙間への流れを発生させ、貫通孔を詰まりにくくすることができる。

（６）（２）から（５）のいずれか１つのフィルタデバイスにおいて、溝部の直径とフィルタの外径との差の１／２は、複数の貫通孔の大きさの０．２倍以上２倍以下であってもよい。このような構成により、フィルタから隙間への流れを発生させ、膜部にかかる圧力を分散させる効果を持続できる。

（７）（２）から（６）のいずれか１つのフィルタデバイスにおいて、保持部が延びる方向における溝部の大きさとフィルタの厚さとの差は、溝部の凹面に接する内接円の直径とフィルタの外周に接する内接円の直径との差の１／２よりも小さくてもよい。このような構成により、フィルタから隙間への流れを発生させ、膜部にかかる圧力を逃がすことができる。

（８）（２）から（６）のいずれか１つのフィルタデバイスにおいて、保持部が延びる方向における溝部の大きさとフィルタの厚さとの差は、溝部の直径とフィルタの外径との差の１／２よりも小さくてもよい。

（９）（１）から（８）のいずれか１つのフィルタデバイスにおいて、膜部の一部が、溝部に配置されてもよい。このような構成により、膜部の中央部に濾過対象物が詰まった場合、溝部に保持されている膜部の貫通孔に圧力を逃がすことができる。

（１０）（１）から（９）のいずれか１つのフィルタデバイスにおいて、保持部は、第１部材と第２部材とにより構成され、フィルタは、第１部材と第２部材との間に形成された空間に配置されてもよい。

（１１）（１）から（１０）のいずれか１つのフィルタデバイスにおいて、フィルタは、金属により構成されてもよい。このような構成により、フィルタの破損を抑制することができる。

本発明は、流体に含まれる濾過対象物を濾過するフィルタデバイスに関する発明であり、濾過の効率を向上させる点で優れている。例えば、生体検体中から細胞を取り出すことによって医療診断に役立てたり、空気中に存在するＰＭ２．５を捕捉して環境対策に役立てたりすることができる。

１０、１１０、２１０ フィルタ
１０ａ、１０ｂ、２１０ａ 主面
１０ｃ、２１０ｃ 端部
１１ 貫通孔
１２、１１２、２１２ 膜部
１３、１１３、２１３ 枠部
２０、２２０ 保持部
２０ａ、２２０ａ 内壁
２１、２２１ 溝部
２２ 第１部材
２３ 第２部材
１００、１００Ａ、１００Ｂ フィルタデバイス
Ａ１ 軸方向

Claims (11)

1. 濾過対象物を濾過するフィルタデバイスであって、
   複数の貫通孔を有する膜部と、前記膜部の周囲を囲む枠部と、を有するフィルタと、
   筒形に形成され、内壁に前記フィルタの前記枠部を保持する環状の溝部が形成された保持部と、
   を備え、
   前記保持部が延びる方向における前記溝部の大きさは、前記フィルタの厚さよりも大きく、
   前記保持部が延びる方向から見たときに、前記溝部の凹面に接する内接円の直径は、前記フィルタの外周に接する内接円の直径よりも大きい、
   フィルタデバイス。
2. 前記保持部は円筒形に形成され、
   前記溝部は、円環状に形成され、
   前記フィルタは、円形に形成され、
   前記溝部の直径は、前記フィルタの外径よりも大きい、
   請求項１に記載のフィルタデバイス。
3. 前記フィルタの厚さは、０．１μｍ以上５００μｍ以下であり、
   前記保持部が延びる方向における前記溝部の大きさは、前記フィルタの厚さの１．１倍以上１．５倍以下である、
   請求項１に記載のフィルタデバイス。
4. 前記保持部が延びる方向における前記溝部の大きさと前記フィルタの厚さとの差は、前記複数の貫通孔の大きさの０．１倍以上１．５倍以下である、
   請求項３に記載のフィルタデバイス。
5. 前記フィルタの外径は、５ｍｍ以上５００ｍｍ以下であり、
   前記溝部の直径は、前記フィルタの外径の１．００２倍以上１．１倍以下である、
   請求項２に記載のフィルタデバイス。
6. 前記溝部の直径と前記フィルタの外径との差の１／２は、前記複数の貫通孔の大きさの０．２倍以上２倍以下である、
   請求項５に記載のフィルタデバイス。
7. 前記保持部が延びる方向における前記溝部の大きさと前記フィルタの厚さとの差は、前記溝部の凹面に接する内接円の直径と前記フィルタの外周に接する内接円の直径との差の１／２よりも小さい、
   請求項１に記載のフィルタデバイス。
8. 前記保持部が延びる方向における前記溝部の大きさと前記フィルタの厚さとの差は、前記溝部の直径と前記フィルタの外径との差の１／２よりも小さい、
   請求項２に記載のフィルタデバイス。
9. 前記膜部の一部が、前記溝部に配置される、
   請求項１に記載のフィルタデバイス。
10. 前記保持部は、第１部材と第２部材とにより構成され、前記フィルタは、前記第１部材と前記第２部材との間に形成された空間に配置される、
    請求項１に記載のフィルタデバイス。
11. 前記フィルタは、金属により構成される、
    請求項１から１０のいずれか１項に記載のフィルタデバイス。

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