(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状または中空繊維状に形成された濾過膜を筒体内に該筒体の軸方向に沿って延在させて配設し、前記筒体内の前記濾過膜の内側及び外側に該濾過膜で隔てられた流路が形成され、前記筒体の一端部に前記濾過膜の内側及び外側に形成された流路の一方の流路に濾過対象液を流入させる流入部を、前記筒体の他端部に前記一方の流路から濾過対象液を流出させる流出部を有する濾過モジュールと、該濾過モジュールを前記濾過膜の延在方向に沿って往復振動させる加振手段とを備え、
前記濾過モジュールは空気中に配置され、前記加振手段は、弾性部材と、該弾性部材が連結され、該弾性部材によって前記濾過モジュールを前記濾過膜の延在方向に沿って揺動可能に支持する支持体と、前記濾過モジュールに加振する加振器とを有することを特徴とする濾過装置。
【請求項２】
前記濾過膜内を濾過対象液の流路としたとき、前記加振手段は、濾過する液体の粘性係数をηとし、密度をρとし、前記濾過膜の内径をｒとし、加振角振動数をωとしたとき、Ｅ＝η／（ρωｒ２）なる無次元数Ｅの値が０.０３以下となるような角振動数で前記濾過モジュールを加振してなることを特徴とする請求項１に記載の濾過装置。
【請求項３】
前記濾過膜内を濾過対象液の流路とし、濾過対象液を前記濾過モジュールに供給する供給流路が、前記濾過膜の延在方向と前記供給流路内の濾過対象液の通流方向とが交わる状態で、前記供給流路の途中に前記濾過モジュールの流入部が接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の濾過装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の濾過装置からなる濾過部と、該濾過部で処理した試料を分析するための測定を行う測定部とを備えた分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、濾過装置に係り、特に、分析装置で分析する試料の前処理などに好適な濾過装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
濾過方式には、濾過膜の表面に向けて濾過対象液を流すデッドエンド方式と、濾過膜の一方の表面側で、濾過対象液をこれらの濾過膜の表面に沿う方向に、つまり濾過膜を透過する流れと交わる方向に流すクロスフロー方式に大別される。デッドエンド方式では、膜表面に固形成分などが堆積しケーク層などを形成し易く、さらにこのケーク層などを膜表面に向けて圧縮することになるため、目詰まりなどが発生し易く、濾過性能が比較的短時間で低下してしまう。これに対して、クロスフロー方式では、膜表面に沿って流れる濾過対象液により、膜表面へ固形成分などが堆積し難く、また、ケーク層などが形成され難い。また、ケーク層などが形成されても、ケーク層などが圧縮され難い。このため、クロスフロー方式は、デッドエンド方式に比べて目詰まりが発生し難く、濾過性能の低下を抑制できる。
【０００３】
しかし、クロスフロー方式では、濾過対象液の供給流速によって、濾過性能の低下の抑制能力が決まるため、濾過対象液の供給流速に制限がある場合、必要な濾過性能の低下の抑制能力が得られず、濾過膜または濾過モジュールの逆洗頻度や交換頻度などが高くなってしまう場合がある。これに対して、濾過対象液の供給流速に関係なく濾過性能の低下を抑制できる濾過装置が、特表平１１−５０８４８８号公報などに提案されている。このような濾過装置では、円筒状のケーシング内に積層した円板状の濾過膜を納め、このケーシングを下方で支える支柱にねじり振動を与えることにより、平板状の濾過膜の面に沿う方向の振動をケーシングに生じさせている。このような振動をケーシングに与えることによって、濾過対象液によって膜表面に生じるせん断力で、膜表面への固形成分などの堆積によるケーク層などの形成などを抑制している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特表平１１−５０８４８８号公報などに提案されているような濾過装置では、ケーシング内の流路の形状が複雑で、濾過対象液の流れが屈曲する部分が生じる。このため、濾過対象液の流れが屈曲する部分で濾過物が滞留して固形成分などが堆積し易く、この部分で目詰まりが発生する場合がある。さらに、ねじり振動を行うため円板状の膜の中心部分近傍と周縁部分近傍とでは、振動によって発生するせん断力に差が生じる。このため、中心部分近傍で固形成分などが堆積し易く、中心部分近傍でも目詰まりが発生し易い。
【０００５】
このように、特表平１１−５０８４８８号公報などに提案されているような従来の濾過装置では、膜全体で見た場合に目詰まりなどは起こり難くいが、部分的に膜の目詰まりが発生することで、本来の膜面積に対して有効濾過面積が減少してしまう場合がある。このため、本来の膜面積から得られる濾過性能に比べて、濾過性能が低下した状態で濾過処理が継続されることとなることから、所望の濾過性能を得るためには有効濾過面積の減少を考慮して膜面積を増大させたり、装置を大型化する必要が生じる場合がある。したがって、このような部分的に膜の目詰まりが発生することによる有効濾過面積の減少といった濾過性能の低下をも抑制できる濾過性能の低下の抑制能力を向上した濾過装置が望まれている。
【０００６】
本発明の課題は、濾過性能の低下の抑制能力を向上することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の濾過装置は、管状または中空繊維状に形成された濾過膜を筒体内にこの筒体の軸方向に沿って延在させて配設し、筒体内の濾過膜の内側及び外側にこの濾過膜で隔てられた流路が形成され、筒体の一端部に濾過膜の内側及び外側に形成された流路の一方の流路に濾過対象液を流入させる流入部を、筒体の他端部に一方の流路から濾過対象液を流出させる流出部を有する濾過モジュールと、この濾過モジュールを濾過膜の延在方向に沿って往復振動させる加振手段とを備えた構成とすることにより上記課題を解決する。
【０００８】
このような構成とすることにより、濾過対象液の流路は、管状または中空繊維状に形成された濾過膜に沿った流路となるため、濾過対象液の流れが屈曲する部分が生じ難い。さらに、濾過モジュールの振動は、濾過膜の延在方向に沿った往復振動であるため、膜表面の部位により発生するせん断力に差が生じ難い。したがって、濾過対象液の供給流速に関係なく濾過性能の低下を抑制でき、さらに、部分的に膜の目詰まりなどが発生し難く、有効濾過面積が減少し難いため、濾過性能の低下の抑制能力を向上できる。
【０００９】
また、加振手段は、弾性部材と、この弾性部材が連結されこの連結部材によって濾過モジュールを濾過膜の延在方向に沿って揺動可能に支持する支持体と、濾過モジュールに加振する加振器とを有する構成とする。さらに、弾性部材は、一端部が固定され、他端部が支持体に連結された弾性を有する帯状の部材であり、該帯状の部材の面を濾過膜の延在方向に向けて設置した構成とする。さらに、加振器が、モータと、このモータの回転軸に取り付けられたアンバランスマスとを有する構成とする。このような構成とすれば、加振手段の構成を簡素化できる。
【００１０】
また、モータがＤＣモータである構成とすれば、比較的広い範囲で共振が生じるため、モータの印加電圧が変動しても、濾過モジュールを有効に往復振動させ易い。
【００１１】
さらに、加振器は、電流を通じることによって磁場を生じるコイルと、このコイル中に挿通され、支持部に濾過膜の延在方向に沿って設けられた棒状の磁性体とを有する構成とする。このような構成とすれば、モータを用いないため、モータを用いた場合に比べて加振器の寿命を向上できる。
【００１２】
また、加振手段は、管状の濾過膜の延在方向に沿って延在するレールと、このレールに濾過モジュールをこのレールに沿って移動可能に連結するガイドと、濾過モジュールをレールに沿って往復移動させる駆動部とを有する構成とする。このような構成とすれば、駆動部の駆動状態を制御することで、濾過モジュールの往復振動を制御できるため、濾過性能の低下の抑制能力をより向上できる。
【００１３】
さらに、濾過膜内を濾過対象液の流路としたとき、加振手段は、濾過する液体の粘性係数をηとし、密度をρとし、前記濾過膜の内径をｒとし、加振角振動数をωとしたとき、Ｅ＝η／（ρωｒ２）なる無次元数Ｅの値が０.０３以下となるような角振動数で濾過モジュールを加振する構成とする。このような構成とすれば、濾過膜内を濾過対象液の流路とした場合、濾過膜内で濾過対象液を振動させて、確実にせん断力を発生させることができる。
【００１４】
また、濾過膜内を濾過対象液の流路とし、濾過対象液を濾過モジュールに供給する供給流路が、濾過膜の延在方向と供給流路内の濾過対象液の通流方向とが交わる状態で、供給流路の途中に濾過モジュールの流入部が接続されている構成とすれば、濾過膜の延在方向に交わる方向の供給流路内の濾過対象液の流れが、管状または中空繊維状の濾過膜内の流路の入口部分に溜まろうとする固形成分などを押し流すため、濾過膜内の流路の入口部分で生じる固形成分などによる詰まりを抑制することができる。
【００１５】
さらに、上記のいずれかの濾過装置からなる濾過部と、この濾過部で処理した試料を分析するための測定を行う測定部とを備えた構成の分析装置とすれば、分析装置のメンテナンス頻度を低減できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明を適用してなる濾過装置の第１の実施形態について図１乃至図８を参照して説明する。図１は、本発明を適用してなる濾過装置の概略構成と動作を示す図である。図２は、図１のＡ部分を拡大して示す断面図である。図３は、濾過モジュールと支持体部分を拡大して示す側面図である。図４は、振動系のモデルを示す図である。図５は、モータ印加電圧に対する振動周波数を示す図である。図６は、モータ印加電圧に対する振動振幅を示す図である。図７は、濾過膜の一部を拡大して示す斜視図である。図８は、濾過膜内表面の振動の、濾過膜中心部への伝達程度を示す図である。なお、図１では、濾過モジュール及び貯留槽は、断面で示している。
【００１７】
本実施形態の濾過装置は、図１に示すように、管状または中空繊維状に形成された濾過膜１を筒体３内に収容した濾過モジュール５、濾過モジュール５を濾過膜１の延在方向に沿って往復振動させる加振手段７などで構成されている。濾過膜１は、管径などによって管状膜や中空糸膜などと称される管状または中空繊維状に形成された膜である。濾過モジュール５は、このような濾過膜１を１本または複数本を並列に筒体３内に筒体３の軸方向に沿って延在させて収容したキャピラリモジュール、中空糸モジュール、または管状膜モジュールなどと称されるものである。また、濾過モジュール５は、濾過膜１の内側及び外側に形成された流路の一方の流路が濾過対象液を流す流路、そして他方の流路が濾過膜１を透過した濾液を流す流路とするものであるが、本実施形態では、図２に示すように、濾過膜１の内側の流路が濾過対象液つまり試料液を流す試料流路９、濾過膜１の外側に形成された筒体３内の空間が濾過膜１を透過した濾液を流す濾液流路１１となっている。
【００１８】
濾過モジュール５の両端部は、濾過膜１の両端部を支持した状態の樹脂１３などで封止されており、樹脂１３で支持された濾過膜１の両端部が、図１乃至図３に示すように、各々、濾過モジュール５の一端部に接続される試料液の供給管路１５に連通する流入部１７、そして濾過モジュール５の一端部に接続される試料液の流出管路１９に連通する流出部２１となっている。さらに、濾過モジュール５の流出部２１側の端部には、濾過モジュール５内の濾液を排出するための濾液管路２３が接続される濾液排出部２５が設けられている。このような濾過モジュール５が、流入部１７を上方に、流出部２１を下方に位置させた状態で、加振手段７によって支持されている。
【００１９】
流入部１７の濾過膜１の端部は、図２に示すように、供給管路１５内の試料液の通流方向に交わる方向、本実施形態では直角に交わる方向で供給管路１５に連通している。つまり、水平方向に配設された供給管路１５に対して、垂直な濾過モジュール５が濾過モジュール５の上端となる流入部１７で連結されている。したがって、供給管路１５は、濾過モジュール５が連結された部分よりも供給管路１５内の試料液の流れに対して上流側で、濾過モジュール５に試料液を供給する供給部１５ａと、濾過モジュール５が連結された部分よりも供給管路１５内の試料液の流れに対して下流側で、濾過モジュール５に流入しなかった試料液を外部に排出する排出部１５ｂとで構成された状態となっている。
【００２０】
加振手段７は、図１及び図３に示すように、濾過モジュール５に並行に延在する平板状の支持体２７、固定されて動かないベース２９に支持体２７を揺動可能に連結する弾性部材となる板ばね３１、そして支持体２７に取り付けられたＤＣモータ３３とアンバランスマス３５などで形成される加振器３７などで構成されている。支持体２７は、両端部に、支持体２７から濾過モジュール５方向に延在して濾過モジュール５の両端部を各々把持することなどで濾過モジュール５を支持体２７に取り付ける２つの取り付け部３９を有している。したがって、濾過モジュール５は、取り付け部３９によって、支持体２７と間隔を空けた状態で支持体２７に支持されている。取り付け部３９は、図示していないねじまたはボルトなどにより支持体２７に固定されている。
【００２１】
支持体２７の両端部の取り付け部３９が設けられた側と反対側の面部分には、各々、板ばね３１の一端部を挟持して板ばね３１を支持体２７に固定するために、１対の角柱形状の固定ブロックからなる板ばね固定部４１が設けられている。２つの板ばね３１は、同様の長さ、幅で形成されており、お互いに平板面が並行し、平板面を濾過モジュール５の延在方向に向けた状態で、支持体２７の延在方向に対して垂直に板ばね固定部４１に挟持され、図示していないねじまたはボルトなどで板ばね固定部４１に固定されることで支持体２７に取り付けられている。板ばね３１の支持体２７に固定されている側と反対側の端部は、ベース２９の支持体２７に設けられた板ばね固定部４１に対応する位置に設けられて板ばね固定部４１と同じ構成で板ばね３１をベース２９に固定する板ばね固定部４３に固定されベース２９に取り付けられている。
【００２２】
加振器３７を構成するＤＣモータ３３は、支持体２７の中央部分のベース２９側に、ＤＣモータ３３の回転軸４５が支持体２７の中央部分に形成された図示していない貫通穴にベース２９側から濾過モジュール５方向に向けて挿通された状態で取り付けられている。支持体２７から濾過モジュール５方向に向けて突出したＤＣモータ３３の回転軸４５部分には、偏心した位置に回転軸４５を挿通する図示していない貫通穴が形成された円盤状の錘であるアンバランスマス３５が取り付けられている。また、ＤＣモータ３３には、ＤＣモータ３３への通電をオン、オフする図示していないコントローラに電気的に接続されている。なお、ＤＣモータ３３としては、寿命の長いブラシレスＤＣモータが好適である。
【００２３】
さらに、本実施形態の濾過装置は、図１に示すように、試料液４７、例えば図示しない外部のプラントや河川などからサンプリングした水などを一旦貯留するための貯留槽４９、貯留槽４９に貯留された試料液が流入する供給管路１５、濾過モジュール５の下端の流出部２１に連結された流出管路１９、濾過モジュール５の濾液排出部２５に連結された濾液管路２３、供給管路１５の供給部１５ａに設けられたしごきポンプやシリンジポンプなどといった送液用のポンプ５１ａ、濾液管路２３に設けられたポンプ５１ｂ、そして流出管路１９に設けられたポンプ５１ｃなどを備えている。
【００２４】
本実施形態では、供給管路１５、流出管路１９、そして濾液管路２３などはステンレス製の管などといった柔軟性の無い硬い材質の管で構成されている。このため、濾過モジュール５が往復振動できるように、または、濾過モジュール５に加えられた振動が減衰しないように、供給管路１５の供給部１５ａと排出部１５ｂの濾過モジュール５の近傍部分、流出管路１９の濾過モジュール５の近傍部分、そして濾液管路２３の濾過モジュール５の近傍部分は、各々、樹脂製の管やゴム製の管などといった柔軟な材質の管で撓みまたは屈曲自在に形成された可撓部分５３となっている。また、本実施形態では、供給管路１５の排出部１５ｂと流出管路１９は、濾過されなかった試料液４７を濾過装置外に排出する構成となっているが、供給管路１５の排出部１５ｂと流出管路１９を貯留槽４９に試料液４７を供給する試料管路５５に連結し、濾過装置内に試料液４７を循環させる構成にすることもできる。
【００２５】
加えて、本実施形態の濾過装置は、試料液４７の分析を行う分析装置の濾過部を構成している。このため、濾液管路２３は、試料液４７に対して種々の測定を行う測定部５７に連結されている。また、測定部５７には、測定後の試料液を排出する排液管路５９が連結されている。
【００２６】
このような構成の濾過装置の動作と本発明の特徴部について説明する。試料液４７は、図１に示すように、試料管路５５を介して貯留槽４９に供給され、貯留槽４９内に収容される。貯留槽４９内に収容された試料液４７は、ポンプ５１ａの作動によって供給管路１５の供給部１５ａを介して濾過モジュール５に供給される。このとき、供給管路１５の供給部１５ａを通流する試料液４７は、図２に示すように、流出管路１９に設けられたポンプ５１ｃの作動により、一部が屈曲して濾過モジュール５の流入部１７から管状または中空繊維状の濾過膜１内側の試料流路９に流入する。
【００２７】
また、濾過膜１内側の試料流路９に流入しなかった試料液４７は、、供給管路１５の供給部１５ａから排出部１５ｂに向かって通流し排出される。この供給管路１５の供給部１５ａから排出部１５ｂに向かって通流し排出される試料液４７は、供給管路１５の供給部１５ａから排出部１５ｂにかけての水平に配管された部分の延在方向、つまり濾過モジュール５の流入部１７に位置する濾過膜１の端部入口の面に沿う方向の流れとなる。そして、この濾過モジュール５の流入部１７に位置する濾過膜１の端部入口の面に沿う方向の試料液４７の流れ、すなわち、濾過膜１の延在方向に交わる方向の試料液４７の流れによって、濾過モジュール５の流入部１７に位置する濾過膜１の端部入口の固形成分の粒子などによる詰まりを防ぐことができる。
【００２８】
濾過膜１内側の試料流路９に流入し、濾過膜１を透過した試料液４７つまり濾液は、ポンプ５１ｂに作動により、濾過膜１の外側に形成された筒体３内の空間からなる濾液流路１１を通流し、濾液管路２３に流入して測定部５７に送られる。一方、濾過膜１を透過しなかった試料液４７は、濾過モジュール５の下端の流出部２１に連結された流出管路１９から排出される。
【００２９】
このような濾過が行われているとき、図示していないコントローラからの信号によりＤＣモータ３３がオンしアンバランスマス３５が回転することにより、加振器３７は、板ばね３１を介してベース２９に取り付けられた支持体２７及び支持体２７に支持された濾過モジュール５を振動させる。このとき、支持体２７は、板ばね３１の取り付け方により濾過モジュール５の延在方向に垂直な方向には拘束されているため、濾過モジュール５の延在方向に往復振動する。したがって、濾過モジュール５は、濾過モジュール５内の濾過膜１の延在方向に往復振動する。これにより、濾過膜１の内表面と濾過膜１内側の試料流路９内の試料液４７とが相対運動し、試料液４７により濾過膜１の内表面でせん断力を生じ、濾過膜１の内表面への固形成分の粒子などの付着、堆積、そしてケーク層の形成などを抑制する。なお、加振器３７による加振周波数を、板ばね３１の材料特性・形状により決まる板ばねのこわさと、板ばね３１に支持された支持体２７、加振器３７、そして濾過モジュール５などの構造物の質量により決まる共振周波数に合わせれば振動振幅を大きくできる。
【００３０】
ここで、本実施形態の濾過装置における板ばね３１と加振器３７などからなる振動系についてモデルを用いて説明する。図４に示すように、３つのはりからなるラーメン構造上に荷重Ｗの本実施形態における濾過モジュール５などのような集中荷重２０１が乗っていると考える。左右のはり２０３ＡＢ、２０３ＣＤは、それぞれ本実施形態における板ばね３１に相当する。集中荷重２０１が乗っているはり２０３ＢＣは、本実施形態における支持体２７に相当する。また、３つのはり２０３ＡＢ、２０３ＣＤ、及び２０３ＢＣからなるラーメン構造は、本実施形態のベース２９に相当するベース１０５上に載置されている。ラーメン構造の横方向振動を考える。重力が水平方向に働くと考えたときの静的たわみは（yの添え字は、yが添え字のはりのたわみであることを示す）、
【式１】
0004096623.tif 000002
E：はりのヤング率、Ｉ１、Ｉ２：はりの断面２次モーメント、ｌ１、ｌ２：はりの長さ、Ａ１、Ａ２：はりの断面積である。集中荷重２０１の点の変位は、
【式２】
0004096623.tif 000003
となる。したがって、はりの分布質量を無視すれば、集中荷重２０１の共振角周波数ωＷは、
【式３】
0004096623.tif 000004
から求められる。
【００３１】
一方、はりの分布質量の運動エネルギーも考慮すれば（はり２０３ＢＣがはり２０３ＡＢ、はり２０３ＤＣに比べ十分強くｙＢＣ＜＜ｙＡＢとしてはり２０３ＢＣのたわみを無視する。また、はり２０３ＡＢ、はり２０３ＤＣの質量は、はり２０３ＢＣに比べ小さく無視できるとする）、
【式４】
0004096623.tif 000005
となる。以上からＲｅｙｌｅｉｇｈｔ−Ｒｉｔｚの方法により、本実施形態の濾過装置における振動系の共振の角振動数ωｎは、
【式５】
0004096623.tif 000006
から求められる。
【００３２】
また、本実施形態ではＤＣモータ３３を用い、一定に電圧を印加しているが、ＤＣモータは、例えば電源電圧の変動などによりＤＣモータに印加される電圧が上昇すると、印加される電圧が上昇すると共にＤＣモータ内部のコイルにより生じる電磁力が増大するため、回転数が上昇する特性がある。しかし、本実施形態では、板ばね３１による共振があるため、図５及び図６に示すように、例えば約５.５Ｖから８Ｖといったある電圧範囲で回転つまり振動周波数が振動系の共振周波数に引き込まれて安定し、その結果、振動振幅も増大する。
【００３３】
さらに、本願発明の濾過装置における振動の効果を理論的、実験的に説明する。図７に示すように、濾過膜１が延在方向つまり濾過膜１の中心軸Ｚの方向に振動すると、濾過膜１の内表面に接する試料液４７は内表面に引きずられて振動方向に動く。液体を満たした円筒状の濾過膜１が円筒の中心軸Ｚ方向に振動する場合、中心からｒの位置にある試料液の面積Ａの円筒内表面のせん断応力と歪みの関係は、
【式６】
0004096623.tif 000007
【式７】
0004096623.tif 000008
【式８】
0004096623.tif 000009
となる。（６）、（７）、（８）式の関係から、
【式９】
0004096623.tif 000010
となる。
【００３４】
（９）式の次元に注目すると、式の左辺は時間の微分でｖＺ（ｒ、ｔ）と角周波数ω（１／ｓの次元）の積と考えられる。また、同様に右辺はｖＺ（ｒ、ｔ）とηＬ／ρＬｒ２の積と考えられるから、これをωで割ってｒ０を代表値としてｒの代わりに入れると、
【式１０】
0004096623.tif 000011
なる無次元量が得られる。ただし、ｖＬ＝ηＬ／ρＬは動粘性係数である。濾過膜１の内表面の振動により円筒状の濾過膜１内に生じる流体の運動は粘性が大きいほど中心部まで及ぶことを示している。また、流体の密度が大きい、濾過膜１の内表面の振動周波数が高い、濾過膜１の内径が大きい場合は影響が小さくなることを示している。
【００３５】
（９）式について境界条件を、
【式１１】
0004096623.tif 000012
【式１２】
0004096623.tif 000013
【式１３】
0004096623.tif 000014
とし、数値計算により中心での振動速度の最大値と、濾過膜１の内表面での振動速度の最大値の比、つまり速度振幅比を無次元数Ｅに対して求めた。図８に結果を示す。速度振幅比が１桁程度に下がった場合、濾過膜１が円筒状になったことによる濾過膜１の内表面の影響が無視できるものと考えると、無次元数Ｅの値としては０.０３以下が望ましい。図８にプロットした白丸に近接する数字は、濾過膜１の内表面の振動周波数で、濾過膜１の内径が１ｍｍ、試料液が水で温度が３００Ｋの時の無次元数Ｅおよび速度振幅比に対応している。この場合２０Ｈｚ以上の振動周波数が望ましい。
【００３６】
このように本実施形態の濾過装置では、筒体３内に筒体３の延在方向に沿って延在させて収容された濾過膜１によって形成される試料流路９は、濾過対象液つまり試料液４７の流れが屈曲する部分が生じ難い。さらに、濾過モジュール５の振動は、濾過膜１の延在方向に沿った往復振動であるため、濾過膜１の内表面の部位により発生するせん断力に差が生じ難い。したがって、試料液４７の供給流速に関係なく濾過性能の低下を抑制でき、さらに、部分的に濾過膜１の目詰まりなどが発生し難く、有効濾過面積が減少し難いため、濾過性能の低下の抑制能力を向上できる。
【００３７】
さらに、本実施形態の濾過装置では、加振手段７は、一端部が固定され、他端部が支持体２７に連結された弾性を有する帯状の部材で、その面を濾過膜１の延在方向に向けて設置した弾性部材である板ばね３１、板ばね３１により濾過モジュール５を濾過膜１の延在方向に沿って揺動可能に支持する支持体２７、そして、支持体２７に取り付けられ、濾過モジュール５に加振するＤＣモータ３３及びこのＤＣモータ３３の回転軸に取り付けられたアンバランスマス３５などからなる加振器３７などで構成されている。したがって、濾過モジュール５を濾過膜１の延在方向に沿って振動させるために複雑な駆動機構や振動機構が必要なく、加振手段の構成を簡素化できる。加えて、共振により少ないエネルギーで大きな振動を得ることができ濾過膜１内での固形成分粒子などの堆積や付着などを防止できる。
【００３８】
さらに、加振器にＤＣモータ３３を使用することにより、モータに印加される電圧が変動しても、モータに印加されている電圧がある電圧範囲にあれば、回転が一定の周波数に引き込まれて安定し、振幅も大幅に増大するため、濾過モジュールを有効に往復振動し易く、安定な運転と濾過膜閉塞の防止が効率よく行える。加えて、濾過膜１内側を試料流路９としたとき、加振手段７が、試料液４７の粘性係数をηとし、密度をρとし、前記濾過膜の内径をｒとし、加振角振動数をωとしたとき、Ｅ＝η／（ρωｒ２）なる無次元数Ｅの値が０.０３以下となるような角振動数で濾過モジュール５を加振すれば、濾過膜１内の試料流路９で試料液４７を振動させて、確実にせん断力を発生させることができる。
【００３９】
さらに、濾過膜１内側を試料流路９とし、濾過モジュール５の試料液４７の流入部１７は、流入部１７の濾過膜１の延在方向に交わる方向に試料液４７が通流する供給管路１５に連通している。このため、供給管路１５内の濾過膜１の延在方向に交わる方向の試料液４７の流れが、濾過膜１の流入部１７の入口部分に溜まろうとする固形成分などを押し流すため、濾過膜１内の流路の入口部分で生じる固形成分などによる詰まりを抑制することができる。
【００４０】
加えて、円筒状のケーシング内に積層した円板状の濾過膜を納め、このケーシングを下方で支える支柱にねじり振動を与えることにより、平板状の濾過膜の面に沿う方向の振動をケーシングに生じさせている従来の濾過装置では、装置構造が複雑であり、また、装置構造が複雑であることにより装置が大型化してしまう場合がある。しかし、本実施形態の濾過装置では、簡単な構造で濾過膜を加振でき、さらに、構造を簡素化できることから装置を小型化できる。
【００４１】
ところで、本実施形態の濾過装置は、前述のように、試料液の分析を行う分析装置の一部を構成している。そこで、以下に、図９乃至図１１を参照して、本実施形態の本実施形態の濾過装置を濾過部として含む分析装置の一具体例について説明する。図９は、本発明を適用してなる濾過装置を濾過部として含む分析装置の一例の概略構成を示す図である。図１０は、図９のＸ−Ｘ線での断面図である。図１１は、図９のXI−XI線での断面図である。
【００４２】
ここで説明する分析装置は、本実施形態の濾過装置の濾液に流れに対して下流側に、試料液を分析するための測定を行う測定部を備えたものである。そして、測定部は、溝を形成したシリコン基板にカバーガラスを密着結合することでシリコン基板に形成した溝を試料液の流路としたマイクロセル式の測定部を有し、このマイクロセル式の測定部の流路を通流する試料液の吸光度などを測定するものである。
【００４３】
このような分析装置は、図９に示すように、本実施形態の濾過装置からなる濾過部６１、そして濾過部６１で処理された試料液への試薬の混合や吸光度の測定などを行う測定部５７などで構成されている。測定部５７は、試料液が通流する分析流路６３が形成されたマイクロセル６５、試料液、試薬、標準液及び洗浄液などをマイクロセル６５に各々送液するポンプ６７ａ〜６７ｆ、そしてマイクロセル部６５に形成された分析流路６３内の試料液の吸光度などを検出するための光源６９及び光センサ７１などを備えている。
【００４４】
マイクロセル６５は、図９及び図１０に示すように、平面形状が横長の矩形状をしており、平板状の透明なカバーガラス７３、シリコン基板７５、支持ガラス７７から成る３層構造となっている。カバーガラス７３及び支持ガラス７７と、シリコン基板７５とは陽極接合などにより密着結合されている。そして、シリコン基板７５には異方性エッチングにより分析流路６３を構成するための溝が一方の面（以後、表面と称する）から掘ってある。シリコン基板７５の溝の入口面を塞ぐようにカバーガラス７３がシリコン基板７５に接合され、この溝が分析流路６３として構成されている。
【００４５】
分析流路６３は、混合部６３ａ、測定部６３ｂ、連絡部６３ｃ及び蓄部６３ｄで構成されている。混合部６３ａ、測定部６３ｂ、及び蓄部６３ｄは、長方形のマイクロセル６５の長手方向に沿って延在させて形成されている。混合部６３ａは、マイクロセル６５の長手方向の中心軸近傍に形成されている。測定部６３ｂと蓄部６３ｄは、各々マイクロセル６５の異なる長辺側縁部近傍に混合部６３ａを挟んで混合部６３ａと互いに並行して配置されている。連絡部６３ｃは、マイクロセル６５の一方の短辺側縁部近傍に測定部６３ｂと蓄部６３ｄとを連通するように短辺側縁部に沿って延在させて形成されている。分析流路６３は、混合部６３ａの一端部と、蓄部６３ｄの一端部で行き止まりになっており、測定部６３ｂは、マイクロセル６５の短辺側縁部と長辺側縁部に沿って９０°に屈曲したＬ字状に形成され、混合部６３ａ、測定部６３ｂ、連絡部６３ｃ、そして蓄部６３ｄの各々の接続部分が９０°屈曲した螺旋状に形成されている。
【００４６】
分析流路６３の混合部６３ａに設けられた第１試薬注入孔７９ａ、第２試薬注入孔７９ｂと連絡部６３ｃに設けられた第３試薬注入孔７９ｃは、シリコン基板７５の溝をエッチングした面の反対側（以後、裏面と称する）から多数の微小孔をエッチングにより形成されている。これにより、各試薬注入孔７９ａ〜７９ｃは、シリコン基板７５の裏面側から微小孔を通して試薬を分析流路６３内に噴出できるようになっている。分析流路６３の幅は通常１ｍｍ程度であり、各試薬注入孔７９ａ〜７９ｃ部分の微小孔は、数十μｍの角孔で１００個程度配列されている。このように非常に小さな孔を多数配列しているため各試薬注入孔７９ａ〜７９ｃから噴出された試薬は、分析流路６３を満たした試料液と数秒程度で急速に拡散混合される。
【００４７】
分析流路６３の混合部６３ａの行き止まりになった端部には、吸排孔８１が形成され、蓄部６３ｄの行き止まりになった端部には、作動液孔８３が形成されている。なお、分析流路６３の混合部６３ａの行き止まりになった端部側が、分析流路６３内の液の流れの上流となり、蓄部６３ｄの行き止まりになった端部側が下流となる。また、分析流路６３の混合部６３ａの吸排孔８１と第２試薬注入孔７９ｂとの間には標準液孔８５が、蓄部６３ｄの作動液孔８３よりも上流側には洗浄液孔８７が形成されている。吸排孔８１、作動液孔８３、標準液孔８５、そして洗浄液孔８７は、シリコン基板７５の裏面からエッチングにより分析流路６３の幅程度の単一の孔を貫通して形成され、これに対応する支持ガラス７７の部分にも各々貫通する孔が形成されている。
【００４８】
分析流路６３の混合部６３ａの第１試薬注入孔７９ａには、第１試薬注入孔７９ａに試薬を送液するための送液管路８９ａが接続されている。送液管路８９ａには、ポンプ６７ａと、その上流側及び下流側に各々配設されたバルブ９１ａ、９３ａとが設けられている。また、送液管路８９ａの他端には、第１試薬が収容されている容器９５ａが接続されている。第２試薬注入孔７９ｂには、第２試薬注入孔７９ｂに試薬を送液するための送液管路８９ｂが接続されている。送液管路８９ｂには、ポンプ６７ｂと、その上流側及び下流側に各々配設されたバルブ９１ｂ、９３ｂとが設けられている。また、送液管路８９ｂの他端には、第２試薬が収容されている容器９５ｂが接続されている。分析流路６３の連絡部６３ｃの第３試薬注入孔７９ｃには、第３試薬注入孔７９ｃに試薬を送液するための送液管路８９ｃが接続されている。送液管路８９ｃには、ポンプ６７ｃと、その上流側及び下流側に各々配設されたバルブ９１ｃ、９３ｃとが設けられている。また、送液管路８９ｃの他端には、第３試薬が収容されている容器９５ｃが接続されている。
【００４９】
分析流路６３の混合部６３ａの標準液孔８５には、標準液孔８５に標準液を送液するための送液管路８９ｄが接続されている。送液管路８９ｄには、ポンプ６７ｄと、その上流側及び下流側に各々配設されたバルブ９１ｄ、９３ｄとが設けられている。また、送液管路８９ｄの他端には、標準液となる純水が収容されている容器９５ｄが接続されている。さらに、吸排孔８１には、吸排孔８１に濾過部６１からの濾液を送液するための濾液管路２３と、分析流路６３内の液を排出するための排液管路５９が接続されている。
【００５０】
分析流路６３の蓄部６３ｄの作動液孔８３には、作動液孔８３に作動液を送液するための送液管路８９ｅが接続されている。送液管路８９ｅには、ポンプ６７ｅと、その上流側及び下流側に各々配設されたバルブ９１ｅ、９３ｅとが設けられている。また、送液管路８９ｅの他端には、作動液として純水が収容されている容器９５ｅが接続されている。洗浄液孔８７には、洗浄液孔８７に洗浄液を送液するための送液管路８９ｆが接続されている。送液管路８９ｆには、ポンプ６７ｆと、その上流側及び下流側に各々配設されたバルブ９１ｆ、９３ｆとが設けられている。また、送液管路８９ｆの他端には、洗浄液が収容されている容器９５ｆが接続されている。
【００５１】
マイクロセル６５の長辺側縁部に沿って延在する分析流路６３の測定部６３ｂの部分は、図１１に示すように、光源９７から発した光９９が通過する測定用光路となっている。光源９７から発した光９９は、測定部６３ｂの測定用光路部分の一端側側壁で反射して測定部６３ｂの測定用光路部分内を通過し、他端側側壁で反射し、光センサ１０１に至る。光源９７がＬＥＤなどの拡散光源の場合、一部の光は側壁で反射した後、測定部６３ｂの測定用光路部分内面を何回か反射しながら他端に至るため、カバーガラス７３の測定部６３ｂに対応する部分に金属などからなる薄い反射膜を蒸着やスパッタにより成膜することが望ましい。
【００５２】
なお、本例では異方性エッチングにより形成された分析流路６３の幅は１ｍｍ程度、深さは０.３ｍｍ程度、全長が１００ｍｍ程度である。従って、分析流路６３の体積は３０μＬ程度と極微量である。したがって、濾過部としては、デッドボリュームが少なく、さらに流量が低い小型の濾過装置を用いる必要があり、また、連続的に試料液の濾過と測定を行うため、濾過性能の低下の抑制能力を向上した濾過装置を用いる必要がある。そこで、濾過部として、管状または中空繊維状の濾過膜を筒体に収容した濾過モジュールを含む本実施形態の濾過装置を用いて構成された濾過装置からなる濾過部６１が用いられている。
【００５３】
このような分析装置の分析動作を説明する。まず、図９に示すように、各弁９１ａ、９１ｂ、９１ｄ、９１ｅが閉状態、そして、９３ａ、９３ｂ、９３ｄ、９３ｅが開状態で、ポンプ６７ａ、６７ｂ、６７ｄ、６７ｅを動作させ、第１試薬と第２試薬と標準液とを混合させて第１混合液を生成する。ここで、作動液用のポンプ６７ｅは吸入動作、第１試薬用、第２試薬用、及び標準液用のポンプ６７ａ、６７ｂ、６７ｄは注入動作とする。そして、第１試薬、第２試薬、標準液からなる第１混合液の先端が、分析流路６３の連絡部６３ｃの第３試薬注入孔７９ｃに達した時点で各ポンプ６７ａ、６７ｂ、６７ｄ、６７ｅを停止する。ここで所定時間保持し、第１混合液内で、第１試薬及び第２試薬が標準液の化学成分と反応し、第１混合液が第１反応液に変化する。このとき、ヒータなどで分析流路６３の測定部６３ｂなどを加熱し、予め設定した温度で第１混合液の反応を行うこともできる。
【００５４】
次いで、ポンプ６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、６７ｅを動作させ、第１反応液と第３試薬とを混合させて第２混合液を生成する。ここで、作動液用のポンプ６７ｅは吸入動作、第１試薬用、第２試薬用、及び第３試薬用のポンプ６７ａ、６７ｂ、６７ｃは注入動作とする。そして、第１反応液及び第３試薬からなる第２混合液の先端が、分析流路６３の蓄部６３ｄの作動液孔８３に達した時点でポンプ６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、６７ｅを停止する。その後、作動液用のポンプ６７ｅを注入動作つまり吐出動作とし、先に第２混合液を形成した時の吸い込み量だけ吐き戻した後に、ポンプ６７ｅを停止する。
【００５５】
これにより、マイクロセル６７の作動液孔８３まで達した第２混合液は、測定部６３ｂ側に逆流する。この状態で、所定時間保持することにより、第２混合液内では、第３試薬が第1反応液の化学成分と反応し、第２混合液が第２反応液に変化する。以上の動作により得た第２反応液の透過光量を測定する。この測定は、光源９７及び光センサ１０１により行なう。なお、この逆流時に第３試薬用のポンプ６７ｃを注入動作することにより、第１反応液と第３試薬の混合を行なうこともできる。測定終了後、作動液用のポンプ６７ｅを吐出動作させ、マイクロセル６７の分析流路６３内の反応液などを吸排孔８１を介して排液管路５９から排出する。このようにして校正用の０測定が完了する。
【００５６】
続いて、試料液の測定動作を行う。まず、各弁９１ａ、９１ｂ、９１ｅ、９３ａ、９３ｂ、９３ｅが開状態で、ポンプ６７ａ、６７ｂ、６７ｅを動作させ、第１試薬及び第２試薬と、濾過部６１から濾液管路２３及び吸排孔８１を介して分析流路６３内に流入してくる試料液とを混合させて第１混合液を生成する。ここで、作動液用のポンプ６７ｅは吸入動作、第１試薬用及び第２試薬用のポンプ６７ａ、６７ｂは注入動作とする。この後、校正用の０測定の場合と同様に、第１混合液の反応による第１反応液の生成、第１反応液と第３試薬の混合による第２混合液の生成、第２混合液の反応による第２反応液の生成、第２反応液の透過光量の測定、マイクロセル６７の分析流路６３内の反応液などの排出を行う。このようにして試料液の測定が完了する。
【００５７】
以上のような標準液による校正用の０測定動作と試料液の測定動作を１サイクルとして、以後の測定を行なう。なお、本実施例では、第１の反応に２つの試薬を使用し、第２の反応に１つの試薬を使用したが、対象とする化学成分によって試薬数が異なるときは試薬注入孔数を増減または十分な数の試薬注入孔を備え動作試薬注入孔数を変えることにより対応できる。
【００５８】
このように、本実施形態の濾過装置を濾過部６１として用いた分析装置では、濾過部６１の濾過性能の低下の抑制能力が向上されているため、分析装置のメンテナンス頻度を低減できる。
【００５９】
また、本発明は、ここで例示したような測定部を備えたマイクロセル式の測定部を備えた分析装置に限らず、フローセルや、容器状のセルに試料液を分注する機能を有する測定部を備えた分析装置の濾過部に適用できる。さらに、本発明は、濾過した試料液中の物質の吸光度分析、色素や酵素などの発色を利用した被測定液中の物質の比色分析など、光学密度または光吸収などの吸光度に基づいて分析を行なう様々な分析装置、例えば、環境分野で上水、下水、湖沼、河川などの水質管理などに用いる分析装置、医療分野で臨床検査、薬物動体検査などに用いる分析装置、食品分野で品質管理などに用いる分析装置、化学工業分野で生産物などの組成管理や品質検査などに用いる分析装置などの濾過部に適用できる。
【００６０】
（第２の実施形態）
以下、本発明を適用してなる濾過装置の第２の実施形態について図１２乃至１４を参照して説明する。図１２は、本発明を適用してなる濾過装置の概略構成と動作を示す図である。図１３は、本実施形態の濾過装置において、供給管路を直接濾過モジュールの流入部に接続し、加振していない状態で濾過を行った場合の経過時間に対する累積濾過量の状態を示す図である。図１４は、本実施形態の濾過装置において、加振していない場合と加振した場合とで濾過を行ったときの経過時間に対する累積濾過量の状態の比較を示す図である。なお、本実施形態では、第１の実施形態と同一の構成及び動作などには同じ符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と相違する構成、動作及び特徴部などについて説明する。また、図１２では、濾過モジュール及び貯留槽は、断面で示している。
【００６１】
本実施形態の濾過装置は、濾過モジュールの加振手段の構成は第１の実施形態と同じであるが、濾過モジュール５への配管などの構成において、試料液を自然流下させる構成とした点で第１の実施形態と相違する。すなわち、本実施形態の濾過装置は、図１２に示すように、供給管路１５の供給部１５ａの、試料液の流れに対して可撓部分５３よりも上流側の部分には、バルブ１０３が設けられている。そして、本実施形態では、供給管路１５の供給部１５ａの可撓部分５３よりも上流側の部分に設けられるポンプ５１ａは、バルブ１０３ａと並列に設けられている。つまり、本実施形態では、ポンプ５１ａは、供給管路１５の供給部１５ａの可撓部分５３よりも上流側の部分で分岐して合流する管路１５ｃに設けられている。
【００６２】
さらに、供給管路１５の排出部１５ｂの可撓部分５３よりも下流側の部分には、バルブ１０３ｂが設けられている。また、濾液管路２３の可撓部分５３よりも下流側の部分には、第１の実施形態のポンプ５１ｂに代えてバルブ１０３ｃが、流出管路１９の可撓部分５３よりも下流側の部分には、第１の実施形態のポンプ５１ｃに代えて、バルブ１０３ｄが設けられている。加えて、本実施形態では、貯留槽４９内の試料液４７の水位が常に濾過モジュール５の上端部よりも高い位置になるように、貯留槽４９は、貯留槽４９の底の最下端部を濾過モジュール５の上端部よりも高い位置に設置している。また、測定部５７は、濾過モジュール５の下端部よりも低い位置に設置している。
【００６３】
このような本実施形態の濾過装置では、試料液４７や濾液は、水位差により移動、つまり自然流下する。最初に、バルブ１０３ａを閉じ、ポンプ５１ａにより試料液４７を貯留槽４９から濾過モジュール５側に流す。このとき、濾過モジュール５よりも下流側の濾液管路２３に設けたバルブ１０３ｃ、排液管路１９に設けたバルブ１０３ｄを閉じ、供給管路１５の排出部１５ｂに設けたバルブ１０３ｂを開く。これにより、試料液４７は、供給管路１５の供給部１５ａから排出部１５ｂへ通流してバルブ１０３ｂに至り外部に排出され、供給管路１５内を満たす。このとき、試料液は、濾過モジュール５には流入しない。
【００６４】
次に、供給管路１５の排出部１５ｂに設けたバルブ１０３ｂを閉じ、排液管路１９に設けたバルブ１０３ｄを開く。これにより、試料液４７は、濾過膜１内側の試料流路９に流入して試料流路９内を満たし、排液管路１９に設けたバルブ１０３ｄを通り外部に排出される。この後、排液管路１９に設けたバルブ１０３ｄを閉じ、濾液管路２３に設けたバルブ１０３ｃを開くことにより、試料液４７は、濾過膜１を透過して濾過モジュール５の濾液流路１１から濾液管路２３に流入し、バルブ１０３ｃを通過し外部に排出される。以上により各流路９、１１や各管路１５、１９、２３が試料液で満たされるので、ポンプ５１ａを停止し、各バルブ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄを開く。これにより、高い位置の貯留槽４９から試料液４７が、濾過モジュール５に自然流下で流れ込み濾過され、得られた濾液が測定部５７に供給される。なお、濾過液の流量は、各管路１５、１９、２３の末端部の位置つまり高さで調整する。
【００６５】
ここで、本実施形態の濾過装置を用いて、実験により本発明の効果を確認した結果を例示する。まず、供給管路１５の排出部１５ｂを無くし、供給管路１５の供給部１５ａを濾過モジュール５の流入部１７に直結して実験を行った。試料液４７は、濁度の基準物質であり濁度１０００に相当する１０００ｍｇ／Ｌのカオリンを含む水を用いた。濾過モジュール５に振動を加えていない場合、図１３に示すように、１日から２日で濾液の流れが止まる。これは、濾過膜１の流入部１７に位置する入口部分にカオリンが堆積して閉塞を起こすためで、実際、濾過膜１の流入部１７に位置する入口部分のカオリンを除くと流れが回復する。
【００６６】
次に、本実施形態の濾過装置の構成、つまり供給管路１５が供給部１５ａと排出部１５ｂからなる構成で実験を行った。この場合、図１４に示すように、図中黒丸で示した加振を行わなかった場合、濾過量は、徐々に減少する。しかし、上述の供給管路１５の供給部１５ａを濾過モジュール５の流入部１７に直結した場合のように、濾過膜１の流入部１７に位置する入口部分にカオリンが堆積することなくより長期にわたり濾液の流れが継続する。これにより、濾過膜１の延在方向に対し、供給管路１５内の試料液の通流方向を垂直とすることにより濾過膜１の流入部１７に位置する入口部分での固形成分の堆積や詰まりを防止できることがわかる。また、消費電力が僅か０.３ＷのＤＣモータで、周波数４０Ｈｚ、振動振幅２.５ｍｍｐ−ｐで、膜面積９.５ｃｍ２の濾過モジュール５の加振が可能で、加振を行った場合、図中黒丸で示したように、濾過量の変化は、ほぼ一定、例えば約０.６ｍＬ／ｍｉｎ．で１０日以上変化なく濾過膜１の表面への固形成分粒子などの付着や堆積が抑制されていることが明らかである。
【００６７】
このように、本実施形態の濾過装置では、第１の実施形態と同様に濾過性能の低下の抑制能力を向上できると共に、運転時にポンプ、バルブなどを使用しないので省電力化でき、より長寿命となる。
【００６８】
また、本実施形態では、濾過装置の運転を自動化するためにポンプ５１ａやバルブ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄを設けているが、ポンプ５１ａやバルブ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄは、自然流下により濾過を行う場合かならずしも必要ではなく、濾過装置の運転開始時に手作業で試料液などの濾過モジュール５への導入を行うこともできる。この場合、装置コストを低減でき、また、メンテナンスの手間を低減できる。
【００６９】
（第３の実施形態）
以下、本発明を適用してなる濾過装置の第３の実施形態について図１５を参照して説明する。図１５は、本発明を適用してなる濾過装置の概略構成と動作を、濾過モジュールと支持体部分を拡大して示す図である。なお、本実施形態では、第１及び第２の実施形態と同一の構成及び動作などには同じ符号を付して説明を省略し、第１及び第２の実施形態と相違する構成、動作及び特徴部などについて説明する。また、図１５では、濾過モジュール及びベースは、断面で示している。
【００７０】
本実施形態の濾過装置は、板ばねの弾性を利用して濾過モジュールを加振する点は第１及び第２の実施形態と同じであるが、加振器にソレノイド式の加振器を用いた構成とした点で第１及び第２の実施形態と相違する。したがって、本実施形態では、加振器及び支持体部分の構成のみを示し、説明する。本実施形態の濾過装置の支持体１０５は、第１及び第２の実施形態と同様に、取り付け部３９によって濾過モジュール５を支持しており、また、支持体１０５の両端部の取り付け部３９が設けられた側と反対側の面部分には、各々、板ばね３１の一端部が固定されている。しかし、濾過モジュール５と並行に延在する支持体１０５の平板状の部分の両端部には、同方向に延在させて棒状の磁性体１０７が各々設けられている。
【００７１】
一方、板ばね３１の他端部が固定されているベース１０９は、板ばね３１の他端部が固定されている濾過モジュール５と並行に延在する面１０９ａの支持体１０５に設けられた磁性体１０７に対応する部分に、各々、磁性体１０７の位置まで突出した突出部分１０９ｂが形成されており、突出部分１０９ｂには、支持体１０５に設けられた磁性体１０７ａ、１０７ｂが内部に挿通される筒状に巻かれたコイル１１１ａ、１１１ｂが各々設けられている。コイル１１１ａ、１１１ｂは、各々配線１１３を開して電源１１５に電気的に接続されている。このように、本実施形態の濾過装置では、磁性体１０７ａ、１０７ｂとコイル１１１ａ、１１１ｂにより、コイル１１１ａ、１１１ｂに電流を流すことにより磁性体１０７ａ、１０７ｂが各々コイル１１１ａ、１１１ｂ内に引き込まれるソレノイドを形成しており、磁性体１０７ａ、１０７ｂ、コイル１１１ａ、１１１ｂ、そして電源１１５などが加振器１１７を構成している。
【００７２】
このような加振器１１７では、電源１１５から、例えば正弦波状の電圧を、上側のコイル１１１ａと下側のコイル１１１ｂとで印加する電圧の位相を反転させて印加することにより、磁性体１０７ａ、１０７ｂが各々コイル１１１ａ、１１１ｂに交互に出入し、支持体１０５を開して濾過モジュール５を濾過膜１の延在方向に往復振動することができる。
【００７３】
このように、本実施形態の濾過装置でも、第１及び第２の実施形態と同様に、濾過性能の低下の抑制能力を向上できる。さらに、本実施形態では、モータのようにベアリングなどの摺動部分がないので加振器の寿命が長くなる。
【００７４】
（参考例）
以下、本発明を適用してなる濾過装置の参考例について図１６を参照して説明する。図１６は、本発明を適用してなる濾過装置の概略構成と動作を示す図である。なお、本参考例では、第１、第２、及び第３の実施形態と同一の構成及び動作などには同じ符号を付して説明を省略し、第１、第２、及び第３の実施形態と相違する構成、動作及び特徴部などについて説明する。また、図１６では、濾過モジュール及び培養槽は、断面で示している。
【００７５】
本参考例の濾過装置が第１、第２、及び第３の実施形態と相違する点は、板ばねなどの弾性部材の弾性を利用して濾過モジュールを加振する加振手段に代えて、モータの回転をクランク機構などを介して直接支持体に伝えて濾過モジュールに加振する加振手段を用いた構成としたことにある。また、本参考例の濾過装置の濾過モジュールへの配管などの構成は第１の実施形態と同様に、供給管路、排液管路、濾液管路の各々にポンプを設けているが、貯留槽に代えて培養槽を用い、供給管路の排出部、排液管路を培養槽に配管して、培養液を培養槽と濾過モジュールとの間で循環させている点で第１の実施形態と相違している。
【００７６】
すなわち、本参考例の濾過装置は、ベース１１９の濾過モジュール５と並行に延在する面１１９ａに、濾過モジュール５の延在方向に延在させてレール１２１を設けている。さらに、本参考例の濾過装置の支持体１２３は、第１、第２、及び第３の実施形態と同様に、取り付け部３９によって濾過モジュール５を支持しているが、支持体１２３の両端部の取り付け部３９が設けられた側と反対側の面部分には、各々、ベース１１９に設けられたレール１２１に係合して、レール１２１に対して摺動可能なガイド部材１２５が設けられている。また、ベース１１９の濾過モジュール５と並行に延在する面１１９ａの支持体１２３の下端部よりも下側の部分には、モータ１２７が固定されており、モータ１２７と支持体１２３の下端部とは、モータ１２７の回転軸と支持体１２３の下端部に取り付けられたクランク機構１２９を介して連結されている。そして、本参考例では、レール１２１、ガイド部材１２５、モータ１２７、そしてクランク機構１２９などが加振手段１３１を構成している。
【００７７】
一方、本参考例の濾過装置では、第１及び第２の実施形態の貯留槽に代えて、培養液１３３を収容した培養槽１３５を設置しており、供給管路１５の排出部１５ｂ、排液管路１９の各々の濾過モジュール５に連結された側と反対側の端部を培養槽１３５に連結し、濾過モジュール５を通過した培養液１３３を培養槽１３５に戻している。培養液１３３を濾過した濾液は、測定部５７により種々の測定を行うが、濾液を採取して成分抽出などの後処理を行うこともできる。また、培養液１３３に含まれる成分の増減により培養槽１３５の温度などのパラメータを変えたり培養槽１３５に追加する栄養液の成分を調整することもできる。
【００７８】
このように本参考例の濾過装置では、クランク機構１２９を介してモータ１２７の回転を支持体１２３に伝え、支持体１２３をレール１２１に沿って上下動させることで、濾過モジュール５を濾過膜１の延在方向に沿って往復振動させることができる。したがって、第１、第２、及び第３の実施形態と同様に、濾過性能の低下の抑制能力を向上できる。さらに、本参考例では、モータ１２７とクランク機構１２９により強制的に濾過モジュール５に加振できるので、濾過モジュールや支持体などの上部構造の重さにかかわらず、濾過モジュールに所望の周波数および振動振幅を与えることができ、ファウリング抑制の程度を制御できるので、濾過性能の低下の抑制能力をより向上できる。
【００７９】
また、第１乃至第３の実施形態及び参考例では、管状または中空繊維状の濾過膜１内側を試料流路９としたが、濾過膜１の外側を試料流路とし、濾過膜１の内側を濾液流路とすることもできる。また、第１乃至第３の実施形態及び参考例で示した構成の加振手段や加振器に限らず、濾過膜の延在方向に濾過モジュールを往復振動できる様々な構成の加振手段または加振器を用いることができる。
【００８０】
また、本発明は、第１乃至第３の実施形態及び参考例の配管などの構成に限らず、様々な配管などの構成の濾過装置に適用することができる。
【００８１】
【発明の効果】
本発明によれば、濾過性能の低下の抑制能力を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用してなる濾過装置の第１の実施形態の概略構成と動作を示す図である。
【図２】図１のＡ部分を拡大して示す断面図である。
【図３】濾過モジュールと支持体部分を拡大して示す側面図である。
【図４】振動系のモデルを示す図である。
【図５】モータ印加電圧に対する振動周波数を示す図である。
【図６】モータ印加電圧に対する振動振幅を示す図である。
【図７】濾過膜の一部を拡大して示す斜視図である。
【図８】濾過膜内表面の振動の、濾過膜中心部への伝達程度を示す図である。
【図９】本発明を適用してなる濾過装置を濾過部として含む分析装置の一例の概略構成を示す図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線での断面図である。
【図１１】図９のXI−XI線での断面図である。
【図１２】本発明を適用してなる濾過装置の第２の実施形態の概略構成と動作を示す図である。
【図１３】第２の実施形態の濾過装置において、供給管路を直接濾過モジュールの流入部に接続し、加振していない状態で濾過を行った場合の経過時間に対する累積濾過量の状態を示す図である。
【図１４】第２の実施形態の濾過装置において、加振していない場合と加振した場合とで濾過を行ったときの経過時間に対する累積濾過量の状態の比較を示す図である。
【図１５】本発明を適用してなる濾過装置の第３の実施形態の概略構成と動作を、濾過モジュールと支持体部分を拡大して示す図である。
【図１６】本発明を適用してなる濾過装置の第４の実施形態の概略構成と動作を示す図である。
【符号の説明】
１  濾過膜
３  筒体
５  濾過モジュール
７  加振手段
９  試料流路
１１  濾液流路
１５  供給管路
１７  流入部
１９  排液管路
２１  流出部
２３  濾液管路
２７  支持体
３１  板ばね
３７  加振器
３９  取り付け部
【図１】
0004096623.tif 000015
【図２】
0004096623.tif 000016
【図３】
0004096623.tif 000017
【図４】
0004096623.tif 000018
【図５】
0004096623.tif 000019
【図６】
0004096623.tif 000020
【図７】
0004096623.tif 000021
【図８】
0004096623.tif 000022
【図９】
0004096623.tif 000023
【図１０】
0004096623.tif 000024
【図１１】
0004096623.tif 000025
【図１２】
0004096623.tif 000026
【図１３】
0004096623.tif 000027
【図１４】
0004096623.tif 000028
【図１５】
0004096623.tif 000029
【図１６】
0004096623.tif 000030