JP6917246B2 - 濾過用フィルターカバー - Google Patents

Description

本発明は、例えば土壌等の固形物および溶媒を含む混合物から当該溶媒を濾過する濾過時にフィルターを覆う濾過用フィルターカバーに関する。

フィルターの目詰まりを防止しながら濾過（固液分離）を行う装置として、従来、二段階で濾過を行う種々の装置が提案されている。例えば、特許文献１には、紙フィルターで揚げかす等の不純物を除去した後、不織布フィルターで油を濾過する浄油器が記載されている。特許文献２には、洗浄液に含まれる飲料沈殿物の一部を第１のフィルターで濾過し、濾過後の洗浄液に含まれる飲料沈殿物の残りを第２のフィルターで濾過する濾過装置が記載されている。特許文献３には、浴槽水に含まれる綿埃や毛髪をプレフィルターで捕捉した後、当該浴槽水を濾過材およびフィルターで濾過する給湯装置が記載されている。特許文献４には、ポリマーに含まれる固形分を上段濾板および下段濾板で濾過する濾過器が記載されている。特許文献５には、サンプルに含まれる真核生物をフィルター膜で濾過した後、別のフィルター膜で細菌を回収するフィルターモジュールが記載されている。

特開昭６２−１６４４３０号公報（１９８７年７月２１日公開） 特開２００２−１４３６１３号公報（２００２年５月２１日公開） 特開２００５−２３８０６６号公報（２００５年９月８日公開） 特開２００５−２５５８９３号公報（２００５年９月２２日公開） 特開２０１０−０２５９３１号公報（２０１０年２月４日公開）

上記従来の装置は、二段階で濾過を行うために、当該装置が大型化し（大掛かりとなり）、濾過後の装置の洗浄作業も煩雑となる。また、例えば固形物が土壌である、いわゆる土壌分析を行うときにおいては、土壌が粘土状である場合には当該土壌の粒子が非常に細かいために、二段階で濾過を行ったとしても、フィルターが目詰まりを起こし易く、濾過効率が悪いという課題を有している。

このため、固形物の粒子が非常に細かい場合においても、当該固形物および溶媒を含む混合物から当該溶媒を濾過するのに好適な濾過装置が求められている。即ち、固形物および溶媒を含む混合物から当該溶媒を効率的に濾過（濾取）することができる簡便な濾過装置が求められている。

上記課題を解決するために発明者らが鋭意検討した結果、フィルターの目詰まりを防止するために、濾過時にフィルターを覆う、沈降した固形物を保持可能な保持部を備える濾過用フィルターカバーを用いることにより、固形物および溶媒を含む混合物から当該溶媒を効率的に濾過（濾取）することができることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は、以下の［１］〜［４］に記載の発明を含む。
［１］ 固形物および溶媒を含む混合物から当該溶媒を濾過する濾過時にフィルターを覆う濾過用フィルターカバーであって、沈降した固形物を保持可能な第一保持部と、溶媒を通過させる通過開口部と、を備える、濾過用フィルターカバー。
［２］ 上記通過開口部は、第一保持部から立設する立設部位に設けられ、フィルターを覆ったときに、上記第一保持部よりも上方に位置するようになっている、［１］に記載の濾過用フィルターカバー。
［３］ 上記通過開口部の上方に、沈降した固形物を保持可能な第二保持部をさらに備える、［２］に記載の濾過用フィルターカバー。
［４］ 上記固形物が土壌である、［１］〜［３］の何れか一項に記載の濾過用フィルターカバー。

本発明の一態様によれば、濾過時にフィルターを覆う濾過用フィルターカバーが、フィルターの目詰まりを防止する構成である第一保持部を有している。これにより、固形物および溶媒を含む混合物から当該溶媒を効率的に濾過（濾取）することができる、濾過用フィルターカバーを用いた、簡便な濾過装置を提供することができるという効果を奏する。

また、二段階で濾過を行う必要が無く、作業の効率化を図ることができると共に、濾過装置が大型化しない（大掛かりとならない）ので、濾過後の装置の洗浄作業を低減することができる。さらに、二段階で濾過を行う必要が無いので、不純物が混入するおそれを低減することができると共に、蒸発による濾液の減少を抑制することができる等の種々の効果も合わせて奏する。

本発明の一実施の形態に係る濾過用フィルターカバーを取り付けた濾過容器の概略の正面図である。 上記濾過用フィルターカバーをフィルター等の濾過容器の要部の構成と共に示す、（ａ）は概略の平面図であり、（ｂ）は概略の正面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ構成が異なる、上記濾過用フィルターカバーの要部の構成の変形例を示す概略の正面図である。（ｄ）は、上記濾過用フィルターカバーにおける取り替え可能な部分の、幾つかの変形例を示す概略の正面図である。 上記濾過用フィルターカバーを用いた濾過方法（濾過容器の使用例）を手順毎に説明する概略の正面図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。但し、本発明はこれに限定されるものではなく、記述した範囲内で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。尚、本明細書においては特記しない限り、数値範囲を表す「Ａ〜Ｂ」は、「Ａ以上、Ｂ以下」を意味する。また、「質量」と「重量」は同義語であると見なす。さらに、「常温」とは２５℃を意味し、「常圧」とは１気圧（大気圧）（天候による変動を含む）を意味し、「加圧」とは意図的に１気圧（大気圧）を超えた圧力にする状態を意味し、「減圧」とは意図的に１気圧（大気圧）を下回る圧力にする状態を意味する。

本発明の一実施の形態に係る濾過用フィルターカバーは、固形物および溶媒を含む混合物から当該溶媒を濾過する濾過時にフィルターを覆う濾過用フィルターカバーであって、沈降した固形物を保持可能な第一保持部と、溶媒を通過させる通過開口部と、を備える構成である。上記固形物としては、例えば、土壌、廃棄物等が挙げられるが、特に限定されない。

以下、濾過用フィルターカバーを用いることができる濾過装置の各構成、濾過用フィルターカバーの構成、および濾過方法に関して説明する。

〔実施の形態１〕
本発明の実施の形態１に係る上記濾過装置の各構成、濾過用フィルターカバーの構成、および濾過方法を、図１，図２を参照しながら説明する。

［濾過装置］
図１に示すように、実施の形態１に係る濾過用フィルターカバーを用いることができる濾過装置は、固形物および溶媒を含む混合物Ｓ１から当該溶媒を濾過する濾過容器であって、本体１、濾過部材２、および蓋体３を少なくとも備えている。

（本体）
本体１は、無底筒状であり、ガラス、プラスチック（樹脂）または金属で形成されている。本体１がプラスチックで形成されている場合において、当該プラスチックは透明である必要は無い。本体１の容量は、濾過対象となる混合物Ｓ１の量にもよるが、濾過部材２を取り付けた状態において、例えば、数百〜数千ｍｌ程度であればよい。

本体１における開口部１ａ・１ｂの外側にあたる部分には、例えば、濾過部材２および蓋体３を螺着することができるように、雄ネジが形成されている。但し、本体１に濾過部材２、および蓋体３を着脱自在に取り付けることができる構成であれば、その構成は螺着に限定されない。

（濾過部材）
濾過部材２は、図１および図２に示すように、フィルター２２、当該フィルター２２を支持する支持部材２１、濾過用フィルターカバー５、および混合物Ｓ１の漏れを防止するパッキン２３で構成されている。濾過部材２は、上記本体１の一方の開口部（例えば図１では１ｂ）に取り付けられたときに、濾過用フィルターカバー５によって締め付けられたパッキン２３によって混合物Ｓ１がフィルター２２の縁から漏れないようになっている。

上記支持部材２１の内側には、本体１に螺着することができるように、本体１に形成された雄ネジに対応する雌ネジが形成されている。これにより、支持部材２１は、本体１に冠着されるようになっており、本体１に対して着脱容易となっている。また、支持部材２１には、濾液Ｓ３が通過する複数の開口部２１ａが形成されている。支持部材２１は、フィルター２２に溶媒の重量等の負荷が掛かって破れることを防止するために当該フィルター２２を支持する機能を有していればよい。従って、開口部２１ａの形状は特に限定されるものではなく、格子状や網目状等の種々の形状であってもよい。

さらに、支持部材２１の内側における濾過用フィルターカバー５の取り付け位置にあたる部分には、当該濾過用フィルターカバー５を螺着することができるように、雌ネジが形成されている。

フィルター２２の材質としては、紙（濾紙）、織布や不織布、金属、プラスチック等が挙げられ、濾過する対象（固形物・溶媒体）に応じて適宜使い分ければよい。例えば、濾過する対象が土壌溶出液である場合には、メンブレンフィルターが好適である。また、必要に応じて、複数枚の濾紙を重ねてフィルターとして用いることもできる。フィルター２２の材質および目の粗さ（穴径）は、分析の目的に応じて適宜選択すればよく、特に限定されない。

パッキン２３の材質としては、プラスチック等が挙げられるものの、分析対象の成分が吸着せず、また、分析対象の成分を汚染しない材質であって、しかも適度に変形することによって混合物Ｓ１が漏れないような材質であればよく、特に限定されない。

尚、濾過部材２は、濾過後の装置の洗浄作業を容易に行うことができるように、本体１に対して着脱自在となっているものの、フィルター２２の交換を行うことが可能な構成となっていれば、どのような構成であってもよい。

（蓋体）
蓋体３は、図１に示すように、その内側に、本体１の他方の開口部（例えば図１では１ａ）に螺着することができるように、本体１に形成された雄ネジに対応する雌ネジが形成されている。また、蓋体３には、本体１内部を加圧するための加圧開口部３１が設けられている。

加圧開口部３１には、コンプレッサやボンベ等で加圧された空気や窒素等のガスを供給する供給管が接続されるようになっている。従って、本体１内部は、後述する濾過方法を行うときに、空気や窒素等のガスで加圧されるようになっている。尚、加圧開口部３１は、上記供給管の着脱時、濾過時、並びに、濾過部材２が目詰まりしたときにおける濾過部材２の交換時の作業性を考慮して、蓋体３における周縁部（中心からずれた位置）に設けることが好ましい。

また、本発明に係る濾過装置においては、本体１内部を加圧して濾過を行う代わりに、濾過部材２側から減圧し、本体１内部を吸引して濾過を行うこともできる。つまり、本発明に係る濾過装置においては、減圧（吸引）濾過を行うこともできる。この場合には、蓋体３は設けない。

［濾過用フィルターカバー］
図１および図２に示すように、実施の形態１に係る濾過用フィルターカバー５は、ガラス、プラスチック（樹脂）または金属で形成されており、濾過容器の支持部材２１の内側に取り付けることができるように、当該支持部材２１の内径よりも小さい外径を有している。尚、濾過用フィルターカバー５は、濾過容器の支持部材２１の内側に取り付ける（固定する）ことなく、即ち、本体１内部に収容された状態で使用することもできる。この場合には、濾過用フィルターカバー５は、濾過容器内に混合物Ｓ１が入れられたときに、浮き上がらない重量を備えていればよい。

濾過用フィルターカバー５は、支持部材２１の内側に取り付けた状態において底となる位置（或いは、本体１内部に収容された状態において底となる位置）に、沈降した固形物（以下、後述する濾過方法に合わせて「土壌Ｓ２」と記す）を保持可能な第一保持部５１を有している。第一保持部５１は、濾過時にフィルター２２の上方を覆う大きさに形成されている。第一保持部５１は、表面に微細な凹凸が形成されていることがより好ましい。これにより、第一保持部５１は、沈降した土壌Ｓ２がより付着し易いようになっている。また、第一保持部５１の裏側（フィルター２２に対向する側）には、脚部５２が形成されており、濾過用フィルターカバーがフィルター２２を覆った状態であっても、当該脚部５２によって、第一保持部５１とフィルター２２との間に空間（隙間）が形成されるようになっている。上記脚部５２の外側には、支持部材２１の内側に螺着することができるように、支持部材２１の内側に形成された雌ネジに対応する雄ネジが形成されている。濾過用フィルターカバー５は、螺着によって支持部材２１の内側に取り付けられるときに濾過部材２のパッキン２３を締め付け、これにより、パッキン２３が混合物Ｓ１の漏れを防止するようになっている。尚、脚部５２の高さは、濾過容器の支持部材２１の内側に取り付ける場合には雄ネジを形成することができる高さがあればよく、特に限定されないものの、濾液Ｓ３の通過に支障がなければ、濾液Ｓ３をより多く取得することができるように、より低い方が好ましい。

上記第一保持部５１には、その中央部分に、溶媒を通過させる通過開口部５４が設けられている。より好ましくは、上記第一保持部５１には、その中央部分に、支持部材２１の内側に取り付けた状態（または本体１内部に収容された状態）のとき（つまり、フィルター２２を覆ったとき）に、第一保持部５１から立設する（上に向かう）立設部位５３で形成された、溶媒を通過させる通過開口部５４が設けられている。通過開口部５４を形成する立設部位５３は、第一保持部５１による土壌Ｓ２の保持を妨げず、また、混合物Ｓ１から溶媒を濾過するのに支障が無い高さに調節されている。それゆえ、濾過用フィルターカバー５に立設部位５３が設けられている場合には、通過開口部５４は、フィルター２２を覆ったときに、第一保持部５１よりも上方に位置するようになっている。尚、通過開口部５４を設ける位置は、第一保持部５１の周縁部分であってもよい。また、通過開口部５４は複数設けられていてもよい。さらに、立設部位５３は、円筒状等の筒状となっていればよく、その形状は限定されない。

また、必要に応じて、濾過用フィルターカバー５には、本体１内部に収容された状態において、通過開口部５４の上方に、当該通過開口部５４を覆い、沈降した土壌Ｓ２を保持可能な第二保持部５５が形成されていてもよい。溶媒が通過しない第二保持部５５が形成されている場合には、通過開口部５４は、支持部材２１の内側に取り付けた状態（または本体１内部に収容された状態）において、横向き（フィルター２２と平行）に開口していることとなる。

尚、濾過用フィルターカバー５には、当該濾過用フィルターカバー５を支持部材２１の内側に取り付けるときに濾過用フィルターカバー５を持ち易くするための突起等が必要に応じて形成されていてもよい。

〔変形例〕
濾過用フィルターカバー５における通過開口部５４は、支持部材２１の内側に取り付けた状態（または本体１内部に収容された状態）において、図２に示すように横向きに開口していてもよく、図３の（ａ）に示すように下向きに開口していてもよい。或いは、濾過用フィルターカバー５における通過開口部５４は、図３の（ｂ）に示すように上向きに開口していてもよい。さらには、図３の（ｃ）に示すように、特定の方向に向かって開口していてもよい。即ち、通過開口部５４は、どの方向に向かって開口されていてもよい。図３の（ｄ）に、上記濾過用フィルターカバー５における取り替え可能な部分（立設部位５３、通過開口部５４、第二保持部５５を一式とした部分）の、幾つかの変形例を示す。

［濾過方法］
以下、濾過用フィルターカバーを用いた濾過方法に関して説明する。以下の説明においては、混合物に含まれる固形物が土壌である場合、即ち、濾過用フィルターカバーを土壌分析用の前処理に用いる場合を例に挙げることとする。そして、土壌分析が行われる手順に沿って説明することとする。

通常、土壌分析を行う場合には、分析する対象物となる金属や化合物等の物質を土壌から溶媒によって抽出する工程と、抽出後に、土壌および溶媒を含む混合物から当該溶媒を濾過する工程とが行われる。先ず、試料である土壌（ｇ）と溶媒（ｍｌ）とを、その比が１：１０になるように混合して、混合物を調製する。溶媒の具体的な量は、濾液を１０〜１０００ｍｌ程度採取できる量であればよい。但し、土壌分析方法に基づく土壌分析を行う場合には、溶媒の量は、濾液を５００ｍｌ程度採取できる量とする（例えば、土壌５０ｇ、水５００ｍｌ）。また、上記溶媒は、水や有機溶媒が例示されるものの、土壌に含まれる金属や化合物等の物質（分析する対象物）に応じて選択するか、または、分析方法に定められた溶媒を選択すればよく、特に限定されるものではない。

（濾過方法の形態１）
濾過用フィルターカバーを用いて、分離操作および濾過操作を行う濾過方法に関して、図１を参照しながら以下に説明する。

先ず、調製された混合物を、例えば常温・常圧で振盪または超音波振動させて、溶媒による抽出を行う（抽出操作）。

一方、図１に示すように、本体１に濾過部材２を取り付けた濾過容器を用意し、濾過用フィルターカバー５を本体１内部に収容する。若しくは、濾過用フィルターカバー５を有する濾過部材２を本体１に取り付けた濾過容器を用意する。そして、濾過部材２の下に、濾過後の溶媒である濾液Ｓ３を受けるビーカー等の受器（図示しない）を配置する。

その後、抽出操作を行った混合物Ｓ１を、濾過容器（本体１＋濾過部材２）内に入れる。また、本体１に蓋体３を取り付ける。尚、混合物Ｓ１を濾過容器内に入れる前に、例えば、混合物Ｓ１が入った容器を静置することによって、混合物Ｓ１に含まれる土壌Ｓ２の一部を予め沈降させて除去しておいてもよい。

濾過容器内に入れた混合物Ｓ１は、濾過用フィルターカバー５の第一保持部５１（および第二保持部５５）に沈降した土壌Ｓ２が保持されるように、暫時、濾過容器を静置することによって、溶媒と土壌Ｓ２との分離操作が行われる。

尚、この間にも、フィルター２２による濾過は行われることとなる。分離操作を行っているときにフィルター２２による濾過を停止するには、蓋体３の加圧開口部３１を封止すればよい。加圧開口部３１を封止することにより、本体１の上側は蓋体３で閉じられている（空気が入らない）ため、溶媒の表面張力、濾過容器の内圧および外圧により、フィルター２２側に溶媒が流れ込まず、フィルター２２から濾液（濾過後の溶媒）が漏れ出ることはなく、濾過は開始されない。従って、溶媒と土壌Ｓ２との分離操作をさらに進めることができる。加圧開口部３１を封止することにより、溶媒と土壌Ｓ２との分離操作をさらに進めることができるので、濾過時において、フィルター２２に土壌Ｓ２がより一層付着し難くすることができる。

そして、土壌Ｓ２が充分に沈降した後、必要に応じて、蓋体３の加圧開口部３１から加圧されたガスを供給して加圧濾過を行う。これにより、土壌Ｓ２が殆ど除去された混合物Ｓ１は濾過用フィルターカバー５の通過開口部５４を通ってフィルター２２に達し、当該フィルター２２によって濾過される。尚、濾過後の溶媒である濾液Ｓ３は受器に受け止められて溜まる。

つまり、濾過は、加圧開口部３１を開放することによって開始される。そして、本体１内部を加圧することによって濾過の速度が加速される。

尚、濾過後の溶媒である濾液Ｓ３に対しては、例えば、ＩＣＰ、吸光度計、ガスクロマトグラフ、蛍光Ｘ線等を用いた分析が行われる。これにより、当該濾液Ｓ３に含まれる金属や化合物等の物質（分析する対象物）の同定および定量が行われる。上記分析時には、必要に応じて、前処理として、濾液への酸若しくは塩基の添加、濾液の濃縮若しくは希釈、濾液の乾燥等の一般的な処理が行われる。

（濾過方法の形態２）
濾過用フィルターカバーを用いて、抽出操作、分離操作および濾過操作を一貫して行う濾過方法に関して、図４を参照しながら以下に説明する。

先ず、図４の工程（ａ）に示すように、底となる蓋体１０を取り付けた本体１に、所定の量の混合物Ｓ１を入れる。

上記蓋体１０は、上記本体１の開口部を封止するようになっている一般的な蓋である。蓋体１０は、ガラス、プラスチック（樹脂）または金属で形成されている。また、蓋体１０の内側には、本体１に螺着することができるように、本体１に形成された雄ネジに対応する雌ネジが形成されている。これにより、蓋体１０は本体１に対して着脱容易であると共に、溶媒が漏れないようになっている。

次いで、図４の工程（ｂ）に示すように、上記本体１の他方の開口部に蓋体３０を取り付けて濾過容器を密閉し、溶媒による抽出を行う（抽出操作）。

上記蓋体３０は、上記本体１の開口部を封止する蓋部となっており、本体１に取り付けられた状態において底となる位置に、沈降した土壌を保持可能な保持部が形成されている。そして、保持部は、分離操作において沈降した土壌Ｓ２を保持可能な（より付着し易い）ように、表面に凹凸が形成されている。蓋体３０の内側には、本体１に取り付けるための雌ネジが形成されている。

抽出操作を行った後、図４の工程（ｃ）に示すように、濾過容器の上下を入れ替えて遠心分離等の分離操作を行う。次いで、図４の工程（ｄ），（ｅ）に示すように、蓋体１０と濾過用フィルターカバー５を有する濾過部材２とを取り替えて静置する。その後、図４の工程（ｆ）に示すように、濾過容器の上下を入れ替える。このとき、本体１の上側は蓋体３０で閉じられている（空気が入らない）ため、溶媒の表面張力、濾過容器の内圧および外圧により、フィルター２２側に溶媒が流れ込まず、濾過部材２のフィルター２２から濾液（濾過後の溶媒）が漏れ出ることはなく、濾過は開始されない。従って、溶媒と土壌Ｓ２との分離操作を静置することでさらに進めることができる。また、濾過用フィルターカバー５の第一保持部５１により、蓋体３０の保持部に保持されなかった土壌Ｓ２の一部が保持されるので、濾過容器の上下を入れ替えたときに、土壌Ｓ２と充分に分離されていない溶媒がフィルター２２側に流れ込むことを抑制することができる。

このとき、濾過容器の下に、濾液を受けるビーカー等の受器を予め配置しておく。そして、図４の工程（ｇ）に示すように、蓋体３０を取り外し、蓋体３を上記本体１に取り付ける。これにより、図４の工程（ｈ）に示すように、溶媒は、フィルター２２によって濾過され、濾液となって受器に受け止められる（濾過操作）。つまり、濾過は、蓋体３０を取り外しているときから開始される。そして、本体１内部を加圧することによって濾過の速度が加速される。

（まとめ）
本発明の一実施の形態に係る濾過用フィルターカバー５は、図１に示すように、フィルター２２の目詰まりを防止する構成である第一保持部５１を有している。これにより、濾過時において、フィルター２２に土壌Ｓ２が付着し難くなっている。従って、固形物の粒子が非常に細かい場合においても、混合物Ｓ１から濾液Ｓ３を効率的に濾過（濾取）することができる、濾過用フィルターカバー５を用いた、簡便な濾過装置を提供することができる。

また、二段階で濾過を行う必要が無く、作業の効率化を図ることができると共に、濾過装置が大型化しない（大掛かりとならない）ので、濾過後の装置の洗浄作業を低減することができる。さらに、二段階で濾過を行う必要が無いので、不純物が混入するおそれを低減することができると共に、蒸発による濾液の減少を抑制することができる。

本発明に係る濾過用フィルターカバーは、例えば、土壌汚染対策法に基づく各種金属や化合物等の物質の分析に好適に用いられる。

１ 本体
２ 濾過部材
２１ 支持部材
２２ フィルター
２３ パッキン
３ 蓋体
５ 濾過用フィルターカバー
５１ 第一保持部
５２ 脚部
５３ 立設部位
５４ 通過開口部
５５ 第二保持部
Ｓ１ 混合物
Ｓ２ 沈降した土壌（固形物）
Ｓ３ 濾液

Claims (2)

1. 固形物および溶媒を含む混合物から当該溶媒を濾過する濾過時にフィルターを覆う濾過用フィルターカバーであって、
   沈降した固形物を保持可能な第一保持部と、
   溶媒を通過させる通過開口部と、
   を備え、
   上記通過開口部は、第一保持部から立設する立設部位に設けられ、フィルターを覆ったときに、上記第一保持部よりも上方に位置するようになっており、
   上記通過開口部の上方に、沈降した固形物を保持可能な第二保持部をさらに備える、
   濾過用フィルターカバー。
2. 上記固形物が土壌である、請求項１に記載の濾過用フィルターカバー。

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