JPH02241524A - コロイド・サスペンションから任意の成分を分離するための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、コロイド・サスペンションすなわちコロイド
状懸濁液から選択された成分を分離するための新規な装
置及び方法に関する。

（従来の技術及びその課題） コロイド状懸濁液の液体部分からイオン、分子及び固体
を分離するために透過性膜が使用されている。この場合
、ろ過方法が採用されるが、ろ膜の詰まり又は汚染とい
う問題が常に存在する。ろ膜の透過効率を向上させるた
めの方法が従来技術においても提案されている。かかる
方法には、液体スラリーを膜に交差する接線方向に流動
する状態にてせん断する方法、即ち、向流ろ適法がある
。

かかる方法はポンプを利用して、供給スラリーを脱水膜
に対して接線方向に送出する。その結果生ずるせん断力
により、通常ろ膜ケーキの形態の濃縮物質が膜の表面か
ら除去される。このため、ろ膜による液体の除去効率は
向上する。しかし、このようにしてポンプを利用して供
給スラリーを送出することは高価でかつ大形の装置を必
要とし、コロイド状懸濁液を保持する容器の密封の点に
て重大な問題が生ずる。

米国特許第４．０３，９６２号は、超音波トランスデユ
ーサにより発生された音振動を利用して、膜の表面にキ
ャビテーション現象を生じさせることを提案している。

米国特許第４．５２１ｉ、６０号は膜の支持構造体及び
ろ過装置を定期的に強く打撃することにより、ろ膜ケー
キが膜から落下するようにする衝撃型装置を提案してい
る。米国特許第４，５４５，９６９号は、固定された膜
に対して平行に往復運動されるせん断プレートを利用す
る技術を開示している。さらに、米国特許第３，９７０
．５０号は、膜に対して直角の方向に該膜を物理的に振
動させる装置を教示している。米国特許第４．ＯＮ、７
６８号及び同第４，４４６．Ｏ”１２号はスクリーンの
面に対して平行に該スクリーンを振動させ、粉末がスク
リーンの孔を通って落下し得るようにした乾燥鉱物と湿
潤粉末とを分離するための選別・ふるい分は装置を開示
している。しかし、負又は正の圧力容器を使用すること
によりコロイド状懸濁液の成分を分離するのに適したも
のは皆無である。

米国マサチューセッツ州のＭｉｌｉｐｏｒｅ　ｆ’ｒｏ
ｄａｃｔｓＤｉｖｉｓｉｏｎ　ｏｆ　Ｂｅｄｆｏｒｄが
製造するＣＸ限外ろ過膜は、水溶液からタンパク質を分
離するための装置を示している。この装置は、円筒状の
プローブを利用するものであり、このプローブは分離し
ようとする溶液の入った試験管の内に挿入される。この
プローブの円筒壁の一部は膜と同一の材料により形成さ
れ、タンパク質は、プローブと試験管との間の環状の容
積部分に入った溶液からフィルタを通って行く。円筒状
のプローブは小さい振幅（［１，０１ｃｍ以下）振幅及
び６０Ｈ！の振動数にて往復運動する。グローブと試験
管の対向壁の間に発生されるせん断ずなわつずれ＋１、
タンパク質が膜に詰まるのを軽減するのに一部効果があ
る。

一般的に、２０．０００秒−１以上の強さのせん断を実
現することが困難であるため、向流型微小ろ過及び限外
ろ過のろ過動率には限界がある。かかるせん断を実現す
るためには、非常な大きさの動力及び供給圧力の設備が
必要であり、経済的でない。

又、かかる膜はプレート・７レーム向流装置のような長
方形の圧力容器に配設されていることが多い。かかる容
器の壁の強度は本来的に弱いため、膜通過時の圧力降下
の程度には限界がある。

膜の外側又は表面に対して大きいせん断強度を発生させ
ると同時に、膜通過時の圧力降下を大きくさせることが
出来る膜ろ過装置が開発されれば、ろ過及び成分分離の
技術分野において非常な利点となる。

（課題を解決するための手段） 本発明によると、膜ろ適法により、コロイド状及び分子
状のスラリーを濃縮、脱水又は分離するための新規でか
つ有用な方法及び装置が提供される。

コロイド状粒子とは、一般に、液体中における粒子運動
が主として、例えば表面電荷の相互作用、ファンデルワ
ールス力等の表面力により影響される寸法を有する粒子
として定義される。これは通常、５０μｍ以下の粒子寸
法である。実際上、この定義によれば、コロイド粒子に
は微細に分割された粘土、タンパク質分子及びイオンが
包合される。

本発明の装置は、コロイド状懸濁液を保持することが出
来る容器を利用する。かかる容器は、圧力容器とし、円
筒状又は球状体として形成することが出来る。内面及び
外面を有する膜が支持体の周囲に密閉されて葉状要素を
形成する。膜の内面は葉状要素の支持体に接続され、膜
は該支持体と共に動く。葉状要素は又、膜を透過するコ
ロイド状懸濁液の選択された成分（透過成分）を案内す
るための出口を備えている。かかる出口は支持部材の一
部として形成してもよい。膜の内面と支持体との間に位
置決めされた開放織布のような排液材料に積層すること
が出来る。

本発明においては、又、上記葉状要素を振動させる手段
が設けられる。かかる振動手段は振動器と、葉状要素の
支持体に接続されたロッド又は軸とを有している。かか
るロッドは中空とし、葉状要素の内部から容器の外方に
透過成分を案内し得るようにすることが出来る。別の形
態として、葉状要素は、保持容器に剛性的に固定し、圧
力容器及び取り付けられた葉状要素の双方に振動を加え
ることが出来る。多くの場合、このようにして、複数の
葉状要素を圧力容器内に固定しかつ振動させることが出
来る。要するに、何れの場合でも、振動が葉状要素に対
して略平行に加えられ、その結果葉状要素と容器内の液
体スラリー又はコロイド状懸濁液との間にせん新生じる
。

ｌ又は複数の葉状要素の側部は、奉−又は二重にするこ
とが出来る。二重側部の場合、葉状要素内の支持体は膜
の複数の面に対応し得るような形状とする。この点に関
し、支持体は中実、又は開放構造、即ち、剛性のスクリ
ーンとすることが出来る。

本発明においては、圧力を作用させて透過成分による膜
の透過を促進させる手段が設けられる。

かかる圧力は、ｌ又は複数の葉状要素の出口と連通する
真空力の形態とすることが出来る。かかる形態の場合、
圧力容器は大気圧に対して開放した形式とする。一方、
容器はスラリー又はコロイド状懸濁液及び膜に作用して
１又は複数の葉状要素の内部に移動する透過成分の動き
を促進する正圧を受は入れることのできる圧力容器とし
て構成することが出来る。

コロイド状懸濁液から選択された成分を分離させるため
の新規でかつ有用な方法及び装置について説明した。

従って、本発明の目的は、透過成分の流量を増大させる
ことが出来る、コロイド状懸濁液から選択された成分を
分離するための装置及び方法を提供することである。

本発明の別の目的は、正圧又は負圧の環境下にて使用し
得るように容易に密゛閉可能なコロイド状懸濁液のせん
断特性に適合した各種の振動数にて透過性膜を振動させ
る手段を採用する、コロイド状懸濁液から選択された成
分を分離するだめの装置及び方法を提供することである
。

本発明の別の目的は、コロイド状懸濁液を保持する圧力
容器内に複数の葉状要素を採用することの出来る、コロ
イド状懸濁液から選択された成分を分離するための装置
及び方法を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、ろ過膜におけるる膜の詰ま
りを防止することによりコロイド状懸濁液のろ過動率を
著しく向上させる、コロイド状懸濁液から選択された成
分を分離するための装置及び方法を提供することである
。

本発明の別の目的は、直線状、旋回又はねじり動作を付
与する振動器を採用する、コロイド状懸濁液から選択さ
れた成分を分離するための装置及び方法を提供すること
である。

本発明は上記以外の目的及び利点、特性及び特徴を備え
ており、これらは以下の説明から明らかになるであろう
。

（実施例） 本発明を一層良く理解することが出来るように、以下、
添付図面に関する本発明の好適な実施例について詳細に
説明する。

本発明の装置は図面全体を通じて、参照符号１０で示し
、特定の実施例においてはアルファベットの大文字を付
して示す。

第１図を参照すると、ろ過装置１０Ａが図示されている
。該ろ過装置１０Ａはその１つの構成要素として、以下
にその構造について説明する長方形の葉状要素１２を備
えている。該葉状要素１２は、開放した容器１６内に入
れたスラリー又はコロイド状懸濁液１４内に浸漬される
。

この葉状要素１２は中空の剛性軸２２に接続された線形
振動器２０を備える振動手段１８により振動される。通
路２４を利用してコロイド状懸濁液１４からの透過成分
を除去する。透過成分は吐出口３０に連結された可撓性
の接続具２８を有する可撓性管２６を通って進む。真空
ポンプ３２が矢印３６で示すように、導管３４を通じて
透過成分を除去するのを支援する。剛性管２２は二重の
目的を果すことが明らかである。第１の機能は線形振動
器から矢印３８の方向に沿って長方形の葉状要素１２ま
で振動を伝達することである。剛性管２２の第２の機能
は長方形の葉状要素１２に入る透過成分に対するパイプ
又は導管して作用することである。

次に、第２図を参照すると、膜の葉状要素１２の構造が
特に詳細に図示されている。この葉状要素１２は一対の
ろ膜４０．４２を備えている。スラリー１４のようなコ
ロイド状懸濁液は液相に懸濁された様々な種類の微粒子
及び分子を有している。かかる粒子はイオンからタンパ
ク質そして分子量が１００万以上の大きい分子まで各種
の寸法を有している。かかるイオンはろ膜４０．４２を
逆浸透膜として規定することにより、又、分子量の大き
い分子はろ膜４０．４２を限外ろ過膜として規定するこ
とによりそれぞれ分離することが出来る。又、ろ膜４０
．４２は微小ろ過膜の形態とし、直径５０μｍ以下のコ
ロイド状粒子をろ過することが出来る。一般的に、ろ膜
４０．４２はコロイド状懸濁液１４の選択された成分、
即ち、透過成分の通過を許容し得るようなものを選択す
る。コロイド状懸濁液１４の液相は水溶液又は有機物と
することが出来るが、水溶液が最も一般的な液相である
。この点について、ろ膜４０．４２は特定の用途に要求
される強度、透過成分の選択性、孔径及び化学的抵抗性
いかんに応じて、各種の材料にて形成することが出来る
。適当な材料としては、セルロース及び天然ゴムのよう
な天然の物質又はポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ
炭酸エステル、ナイロン等のような非極性ポリマーのよ
うな重合物質がある。ろ膜４０，４２は、又、ポリアミ
ドのような極性ポリマー又は焼結ガラス及びセラミック
のような無機物質にて構成することも出来る。さらに、
焼結金属及び化学的エツチング処理したスクリーンも又
、ろ膜４０．４２の材料として使用することが出来る。

ろ膜４０，４２は支持体又はプレート４４上にて互いに
密閉又は積層させる。支持体４４は比較的剛性なプラス
チック材料、金属その他の適当な材料にて形成すること
が出来る。支持体４４は適度の剛性を備え、振動器２０
により発生され剛性管２２に伝搬された振動力を伝達し
得るようにする。支持体４４は剛性管２２を受は入れる
穴４６を有している。剛性管２２が該穴４６を通じて、
支持体４４に接着、溶接又はその他の方法により取り付
けられる。さらに、葉状要素１２はろ膜４０．４２と支
持体４４の間に積層させることの出来る開放織布から成
る１対の層４８．５０を有している。ろ膜４０１４２を
透過する透過成分は又、層４８．５０を通って、膜４０
，４２と支持体４４の間を移行することに注目する必要
がある。穴４６の端末は層４８．５０に隣接する支持体
４４の両側部に連通する支持体４４の穴５２に達してい
る。該穴５２は剛性管２２に対する集め口として機能す
る。長方形の葉状要素１２の部分の上述した積層は、接
着剤、膠、溶接及びその他任意の適当な手段により端縁
５４に沿って行うことが出来る。要するに、葉状要素１
２は単一体であり、長方形の葉状要素の外面、即ち面５
６．５８、が支持部材４４と共に振動する。

第１図及び第２図において、葉状要素１２に付与される
動作は直線状となるようにしであるが、かかる振動は旋
回又はねじり振動となるようにすることが出来る。第３
図乃至第８図にはこの各種の振動の発生状態が図示され
ている。第３図には、矢印６６にて示すように、直線状
の振動を軸６２に沿って本体６４に付与する線形振動器
６０が図示されている。第８図には、電子−機械式の線
形共振器６８が図示されている。同図において、振動さ
れる質量７０は、比較的不動の振動質量７４に固定され
た圧縮ばね７２に接続されている。剛性軸７６により質
量７０は線形モータ７８に接続され、該線形モータ７８
が、ばね−振動質量７２．７４系の共振振動数にて質量
７０を振動させる。

第６図には、矢印８１の方向に直線状の振動を発生させ
る別の方法が図示されている。この場合、直線状動作発
生装置８３は矢印８７で示す方向に回転するはずみ車８
５を採用して図示されている。

該はずみ車８５の回転運動は、二重枢着連結機構９１を
介して質量、即ち、本体８９に伝達される。

さらに、第４図には、旋回振動器８２を利用する振動発
生装置８０が図示されており、かかる振動は剛性軸８４
を通じて本体８６に伝達される。

矢印８８はこの振動器８２から付与される旋回振動の方
向を示す。

第５図には、ねじり軸９４に沿ってディスク９６まで振
動を伝達するねじり振動器９２を採用するねじり動作、
即ち、ねじり振動の発生装置が図示されている。該ディ
スク９６は矢印９８で示す方向に振動する。第７図を参
照すると、はずみ車１０２の回転動作を軸１０４に沿っ
て本体１０６に伝達する機械的手段１００が図示されて
いる。

矢印１０８は矢印１１０の方向に回転するはずみ車１０
２により発生される最終的なねじり動作を示す。第９図
には、捩りばね１１４がディスク状の質量又は本体１１
６に接続された電子−機械式ねじり共振器１１２が図示
されている。このねじりばね１１４は比較的不動の振動
質量１１８に固定されている。本体１１６は永久磁石モ
ータ１１２の軸１２０に連結されている。該モータ１２
２は、ねじりばね−質量１１４．１１８系の自然振動数
にて交流により駆動される。又、質量又は本体６４．８
６．９６．８９．１０６．７ｏ及びｌ１６は葉状要素１
２を略図的に表現するものである。このようにして、本
発明には、第３図乃至第９図に図示した何れの振動系を
採用することも可能である。

更に、第３図乃至第９図に略図で示したトランスデユー
サ（振動器）は一般に、機械的手段及びばね−質量共振
器という少なくとも２つの型式がある。機械的手段は軸
受けを介して回転するはずみ車の周縁部に取付けられた
アームにより付与された往復運動を発生させる。一方ば
ね一質量共振器において、振動させる本体は、希望の振
動数及び安全なたわみ振幅で機械的共振を発生させ得る
ように選択された寸法及び剛性を有するばねに接続され
る。何れの場合においても、本発明の装置１０はろ膜４
０．４２の面５６．５８に対して大きいせん断を提供す
る。又、場合によっては、個のる膜のみを使用して、葉
状要素を形成することが出来る。かかる共振の機構の詳
細は以下に説明する。

第１０図を参照すると、本発明の別の実施例が図示され
ている。装置１０Ｂは円筒状の容器１２８の底部１２６
に位置決めされた膜の葉状要素１２４を備えている。容
器１２８はろ過装置のブツフナ漏斗型式のろ過装置を形
成する。膜の葉状要素１２４及び容器１２８はねじり振
動器１３２により駆動される軸１３０に取り付けられて
いる。

ディスク状の葉状要素１２４及び容器１２８が軸１３０
の軸心１３４を中心としてねじり振動すると、透過成分
は真空ポンプ１３８により付与される圧力の作用により
真空ポート１３６を通じて除去される。透過成分は矢印
１４２で示すように、吐出口１４０から排出される。

第１１図には、本発明の別の実施例１０Ｃが図示されて
おり、この場合、円形の複数の葉状要素１４４が中心軸
１４５に接続されている。例えば、複数の葉状要素１４
４の各々と同様の構造とされた、ディスク状の要素１４
６は、支持構造体１４８と、及び該支持構造体に積層さ
れた一対の膜１５０．１５２とを備えている。軸１５４
は穴１５８から支持体１４８を通じて透過成分を案内す
る通路１５６を備えている。該通路１５６は軸１４５を
通じて中央通路１６０まで達している。複数の円形のデ
ィスク状の葉状要素１４４は、各々、円筒状の容器１６
２内部の中心軸１４５に接続されている。スラリー又は
コロイド状懸濁液１６４は容器１６２内に注入されて複
数の葉状要素１４４に接触する。軸１４５は溶接、接着
等のような適当な締結手段により底部にて円筒状容器１
６２に剛性的に取り付けられている。勿論、このように
して軸１４５を容器１６２に取り付けた場合、スラリー
１６４が容器１６２の穴１６８を通って漏洩するのを防
止する密封が形成される。円筒状容器１６２は又、剛性
な駆動軸１７０に接続されている。駆動軸１７０はニッ
プル１７４にて軸１７０から出るＬ−字状の通路１７２
を有している。

軸１７０はねじり振動器１７６により駆動される。

可撓性管１７８はニップル１７４に密封可能なように係
合し、矢印で示すように、透過成分がスラリー１６４か
ら出口１８０まで流動する通路を完成させる。換言すれ
ば、真空ポンプ１８５は開放した容器から軸の中央通路
１６０、容器１６２の穴１６Ｂ、駆動軸１７０の通路１
７２、及び可撓性管１７８を通ってスラリー１６４中の
透過成分を出口１８０まで吸引するのを支援する。

第１２図を参照すると、本発明の別の実施例の装置ｌＯ
Ｄが図示されており、この場合、複数のディスク状の葉
状要素１８４が円筒状の圧力容器１８６内にある状態が
図示されている。第１３図を参照すると、ディスク状の
葉状要素１８８の細部が図示されている。支持部材１９
０の外周は４つ１組みのタブ１９２．１９４．１９６及
び１９８に端末がある。これらタブの各々は、圧力容器
１８６の側壁２０８に機械加工された溝２００．２０２
．２０４及び２０６のような対応する溝に係合する。圧
力容器１８６に形成された円筒状の支持部材２１０によ
り、複数の葉状要素１８４を予め積み重ね、該葉状要素
を圧力容器１８６内に正確に取り付けることが出来る。

再度、第１３図を参照すると、葉状要素１８８は穴２１
８を囲繞する外側周縁部２１４及び内側周縁部２１６に
熱密封された一対のろ膜２１０，２１２備えている。

ろ膜２１２は同一の方法により、葉状要素１８４の第１
３図に図示した側の反対側に密封されている。透過成分
除去管２２０が圧力容器１８６の穴２２２及び支持部材
１９０の通路２２４を通じて葉状要素１８４内に挿入さ
れる。スラリー又はコロイド懸濁液２２４からの透過成
分は管２２０から排出され、矢印２２８で示すようにマ
ニホルド２２６に流動する。圧力型式のブッシング２３
０はスラリー等が通路２２２通って圧力容器１８６外に
漏洩するのを防止する。複数の葉状要素１８４は葉状要
素１８８と同様の構造にて形成されている。

再度、第１２図を参照すると、圧力容器１８６は円筒状
の本体２３０及び一対のプレート２３２．２３４にて形
成されているのが分かる。多数の長ボルト２３６が頂部
プレート２３２から底部プレート２３４まで伸長し、該
底部プレート２３４にねじ嵌合している。圧力によりス
ラリー２２５を分離させる手段２３８は、スラリー２２
５、及び最終的に複数の葉状要素１８４に圧力を作用さ
せる容積膨圧力ポンプの形態にすることが出来る。

ブリーダバルブ２４２により圧力容器１８６から濃縮成
分を排出することが出来る。第１３図を参照すると、複
数の葉状要素１８４の各々は、複数の葉状要素１８４の
内部をスラリー２２５が循環するのを許容する空隙２４
４を有している。勿論、スラリー２２５は、複数の葉状
要素１８４の各々に形成された４つ一組のタブに係合し
得るように圧力容器１８６に機械加工された溝までは流
動しない。

第１４図を参照すると、圧力容器１８６が略図で示され
ており、第１２図及び第１３図に図示するように、積み
重ねた複数の葉状要素１８４を収容しているものとみな
す。この圧力容器１８６はねじりばね２４４に取り付け
られて、該ねじりばね２４４はそれ自体、大きい振動質
量２４６に剛性的に取り付けられている。慣性力の小さ
いロータを有するブラシ無し永久磁石型モータとするこ
との出来るねじりカドランスデューサ２４８が軸２５０
を介して圧力容器１８６の頂部に取り付けられている。

交流電源２５２が上述の葉状要素により形成されたねじ
り共振系の自然振動数にてねじりカドランスデューサ２
４８を駆動する。ねじりばね２４４は、つる巻きばね、
ねじりバーその他同様のねじりばね要素とすることが出
来る。

作用について説明すると、本発明の装置１０Ａ、１０Ｂ
１１０Ｇ及びＩＯＤの各実施例は、線形振動器２０、ね
じり振動器１３２．１７６及びねじりカドランスデュー
サ２４８のような振動手段によりそれぞれ振動される。

１又は複数の葉状要素により、スラリーの入った各容器
から透過成分が流動することが出来る。場合によっては
、この透過成分の流動は、真空ポンプ又は容積形ポンプ
のような圧力手段により行ってもよい。例えば、装置１
０ｃ及びＩＯＤの場合、真空ポンプ１８５及び容積形圧
力ボンプ２４０がそれぞれこの目的に使用されている。

本発明の各分離装置は、特定の容器内に入ったコロイド
状懸濁液又はスラリーを向流送出させることなく、葉状
要素膜の１又は複数の外面に対して大きいせん断作用を
生じさせるものである。膜の葉状要素及びそれを囲繞す
る圧力容器の双方に振動を励起させることが出来る。例
えば、装置ＩＯＣ及びＩＯＤにおいて、せん断力を大き
くすると同時に膜通過時の圧力降下を増大させることに
より、負圧又は正圧を実現することが出来る。例えば、
ねじりばねに取り付けられた鋼製の圧力容器を使用する
と共に、膜通過時の圧力降下を数百ＰＳＩとすることに
より、ピーク間の変位振幅が１０ｃｍで振動数約７０ｆ
ｈの振動を発生させることが出来た。その結果、向流型
装置よりも低コストにて、透過成分の流量を増大させる
ことが出来る。本発明に採用される装置及び方法によれ
ば、向流をろ過装置又はその他従来技術に記載された何
れの振動ろ過装置により典型的に作用される値を大幅に
上回る値のせん断力が、特定の護葉状要素に作用されと
考えられる。該葉状要素上に作用される特定の振動は、
使用される膜葉状要素の表面又は外面上に液体の同一の
運動を生じさせる。この点に関し、振動は膜とスラリー
又はコロイド状懸濁液（その中に膜が浸漬される）との
間に、せん断力を励起させる。従って、振動は特定の葉
状要素の表面又は外面に対して接線方向に生ずる。膜の
表面に接触する液体は全ての液体が曝されるスリップ無
しの境界状態に起因して、膜が動く速度と正確に等しい
速度にて動く。液体が動いて膜の表面又は外面から離反
するとき、流体の速度値は、伝播するせん断波の包絡線
として指数関数的に減衰する。せん断波の速度値に対す
る減衰長さは次のように表わすことが出来る。

Ｌ、＝（μ／Ｐω）１″ ここで、μはスラリーの粘度、Ｐはスラリーの密度、ω
は振動数（ラジアン７秒）である。振動数ｆをＨｌで表
わすと、ω−２ｘｆとなる。減衰長さが３又は４以内の
場合（典型的に１ミリメトルの何分の１）、せん断強度
は略零となる。この時点において、液体は定常状態であ
る。膜の葉状要素の振動が正弦曲線であるならば、膜の
表面速度（ｕ）は次のように表わすことが出来る。

Ｕ〜δ　ωｓｉｎω　ｔ ここで、δは膜の葉状要素がその平均的位置から離反し
たピーク変位量を示す。

膜の表面に対するせん断強度（Ｓ）は、ｃ４．ｓ。

単位にて概ね次のように計算することが出来る。

Ｓ−１５７１１’δ このように、振動数が１ＩＩＨｚで、ピーク変位値が１
０ｃ腸である振動フィルターは、膜の表面に対して４９
．０００秒−１のせん断作用を与える。

同様に、変位値ｌｅａにて５Ｈｚの振動数で振動する膜
葉状要素は、５５，０００秒−１のせん断作用を生ずる
。振動数と変位値を様々に組合わせた場合でも同一程度
のせん断作用を達成する結果となるであろう。

実験により、透過速度は、多くの場合、ここに定めだせ
ん断力強度の平方根に比例して増大し、膜通過時の圧力
降下が一定の値に保たれることが確認された。透過速度
は又、膜通過時の圧力降下の平方根に比例して増大し、
せん断力が一定に保たれる。せん断強度及び膜通過時の
圧力が共に増大した場合、透過速度は、せん断強度と圧
力の積の平方根に比例して増大する。このことは、せん
断力と膜通過時の圧力降下を共に非常に大きい値とした
場合に透過速度は、最も高い値になることを意味する。

結局、本発明により最大のせん断強度が得られるか否か
は、大部分、膜の葉状要素を構成するのに使用される材
料の強度いかんにより決まる。葉状要素に作用するせん
断強度は加速度×葉状要素の質量の積に比例する。即ち
、Ｆ−ｍｌとなる。

ピーク加速度は、（振動数）２×変位値に比例する。従
って、葉状要素に作用するせん断力は振動数の２乗に比
例して増大することになる。

好適な実施例において、上述の振動装置により発生され
る振動数の好適な範囲は５■ｚ乃至３００Ｈｚである。

しかし、低振動数にて作動する場合、膜の葉状要素に作
用するｇ係数（重力加速度係数）は小さいが、大きい変
位値を必要とする。場合によっては、かかる変位値の制
御は困難である。又、膜の葉状要素に励起される振動数
が過小である場合、第１１図及び第１２図に図示するよ
うに積み重ねられた平行な葉状要素間の距離は広げなけ
ればならない。換言すれば、膜の葉状要素の外面又は表
面からより長い距離に亘ってせん断力が作用する領域と
しなければならない。又、図示した実施例の振動数を大
きくして３００■２以上にした場合、せん断力はほんの
僅かしか増加しないが、ｇ係数はかなり著しく増大する
ことも分かった。しかし、その他の材料及び構成を採用
すれば、上述の好適な振動数の範囲を拡張することも可
能である。

これにも拘らず、図示した実施例において、通常の作動
は２０Ｈ！乃至ｌ５ＯＨＩの範囲にて行われるであろう
。この範囲の小さい方の値、即ち、約２Ｏｕ！を使用し
て粘性スラリー、特に、細胞懸濁液のようなせん断力の
影響を受は易いスラリーを分離することが出来る。逆に
、この範囲の大きい方の値、即ち、約１５０ｔｈを使用
して、限外ろ過膜及び逆浸透法により分子を分離させる
ことが出来る。又、かかる高い値の振動数を利用して、
有機粘土の微小ろ過として公知の適用例において、高粘
度でかつせん断力の影響を受は難い材料中に極めて大き
いせん断力を発生させることが出来る。一般的に、好適
な実施例の作動振動数は４０■２乃至７０Ｈｚの範囲と
することが出来る。

同様にして、上述の何れかの装置における変位値は、ろ
過しようとする物質がぜん断力の影響を受は易いか否か
により、変えることが出来る。生物学的に重要な多くの
活性細胞及び分子は、せん断力の影響を受は易い。この
場合、振動変位値及び／又は作動振動数は、ｔｏ、００
０−２０，０００秒−１以下のせん断力が発生されるよ
うに制限しなければならない。有機粘土のようなせん断
力の影響を受は難い物質は、５０．０１１０秒−１以上
の極めて強いせん断力にて処理することが出来る。かか
る適用例の場合、せん断力を大きくすると同時に、膜通
過時の圧力を増大させることにより、透過成分の流量が
極めて大きい値になるようにすることが特に有利である
。

一般的に、上述の方法及び装置は、ろ膜の詰まりを防止
することによりコロイド状懸濁液のろ過を改良すること
が出来る。フィルタ及びろ膜と懸濁液間の境界部分に強
力なせん断流を作用させることにより、ろ膜詰まりの主
たる原因である濃縮された偏向層を除去することが可能
となる。

本発明を完全に開示する目的にて、本発明の実施例につ
いて上述したが、当業者には、本発明の精神及び基本的
考えから逸脱することなく、幾多の変形例を加え得るこ
とが明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図はろ膜の葉状要素を利用する本発明の第１実施例
の略断面図、第２図は第１図の葉状要素の構造を示すた
めに一部切り欠いた上方斜視図、第３図は直線状振動の
発生を示す略図、第４図は旋回振動の発生を示す略図、
第５図はねじり振動の発生を示す略図、第６図ははずみ
車の回転動作を直線状の動作に変換する状態を示す略図
、′Ｍ７図ははずみ車の回転動作をねじり振動動作に変
換する状態を示す図、第８図は機械的な線形共振振動発
生器の略図、第９図は機械的な共振ねじり振動発生器の
略図、第１０図は本発明の第２実施例を一部切り欠いて
示す上方斜視図、第１１図は多数の膜葉状要素を用いた
本発明の第３実施例の軸方向断面図、第１２図は多数の
膜葉状要素を用いた本発明の第４実施例の軸方向断面図
、第１３図は第１２図の線１３−１３に沿った断面図、
及び第１４図は第１２図及び第１３図に図示した第４実
施例の作用を示す略図である。 （主要符号の説明） ｌＯ：ろ過装置　　　１２：葉状要素 １４ニスラリ−１８：振動手段 ２０：線形振動器　　２２：管 ２４：通路　　　　　２６：可撓性管 ２８：可撓性接続具　３０：吐出口 ３２：真空ポンプ　　３４：導管 ３６．３８：矢印 ４０．４２：ろ膜　　４４：支持体 ４６二穴　　　　　　４８二葉状要素 ５０：層　　　　　　５２：穴。 手 続 補 正 書 １゜ 事件の表示 ・［芝成１羽ＩＷ：゛願第８１３２７号２゜ 発明の名称 コロイド・サスペンションからＩＦ意の成分を分離する
ための装置およびその方法 補正をする者 １１件との関係　　特許出願人 住所 氏　名　　ジョセフ・ブラッドレー・カルキン４、代理
人 住所 東京都１代１１１区人手町二丁口２番１号新大手町ビル
　２０６区 補Ｗの対象 適正な図面 ６゜ 補正の内容

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、固体粒子及び液体から形成されたコロイド状懸濁液
   から選択された成分を分離するための装置であって、 ａ、コロイド状懸濁液を保持することの出来る容器と、 ｂ、外面及び内面を有しコロイド状懸濁液の選択された
   成分を透過させることの出来る膜と、ｃ、前記膜の内面
   に接続されかつ前記膜内に密封された支持体であって、
   前記容器内のコロイド状懸濁液まで伸長するとともに前
   記膜を透過するコロイド状懸濁液の選択された成分が通
   過するための出口を有する集状要素を前記膜と共に形成
   する前記支持体と、 ｄ、前記葉状要素を振動させる手段と、 ｅ、圧力を作用させ、コロイド状懸濁液の前記選択され
   た成分による前記膜の透過を促進させる手段と、 を備えて成ることを特徴とするコロイド状懸濁液から選
   択された成分を分離するための装置。 ２、圧力を作用させる前記手段が、前記葉状要素の前記
   出口に作用する真空源を備えることを特徴とする請求項
   １記載の装置。 ３、圧力を作用させる前記手段が、前記膜の外面に作用
   する正圧力源を備えることを特徴とする請求項１記載の
   装置。 ４、前記葉状要素を振動させる前記手段が、前記支持体
   に結合された部材を備え、該部材が振動器にさらに接続
   されていることを特徴とする請求項１記載の装置。 ５、前記部材が通路を有すると共に、前記葉状要素の出
   口に連通し前記膜を透過する前記選択された成分を案内
   する中空の本体であることを特徴とする請求項４記載の
   装置。 ６、前記振動器が線形振動器であることを特徴とする請
   求項４記載の装置。 ７、前記振動器が旋回振動器であることを特徴とする請
   求項４記載の装置。 ８、前記振動器がねじり振動器であることを特徴とする
   請求項４記載の装置。 ９、前記葉状要素を振動させる前記手段が、前記膜の前
   記外面に対して、少なくとも５，０００秒＾−＾１の大
   きさのせん断作用を行うことを特徴とする請求項１記載
   の装置。 １０、前記葉状要素を振動させる前記手段が、前記葉状
   要素に５乃至５０ミリメートルの範囲の変位振幅を与え
   ることを特徴とする請求項１記載の装置。 １１、前記葉状要素を振動させる前記手段が、前記葉状
   要素に５Ｈｚ乃至３００Ｈｚの振動数を与えることを特
   徴とする請求項１記載の装置。 １２、前記葉状要素を振動させる前記手段が、前記葉状
   要素に２０Ｈｚ乃至１００Ｈｚの範囲の振動数を与える
   ことを特徴とする請求項１記載の装置。 １３、前記葉状要素を振動させる前記手段が、前記葉状
   要素に４０Ｈｚ乃至７０Ｈｚの振動数を与えることを特
   徴とする請求項１記載の装置。 １４、前記葉状要素を振動させる手段が、前記葉状要素
   及び前記容器を振動させる手段を備えることを特徴とす
   る請求項１記載の装置。 １５、前記葉状要素が、前記圧力容器に対して各々離間
   した形態に取り付けられた複数の葉状要素を備え、前記
   複数の葉状要素の各々が前記膜を透過するコロイド状懸
   濁液の選択された成分の出口を有し、前記出口の各々が
   容器の外側に伸長する共通の導管に連通することを特徴
   とする請求項１記載の装置。 １６、前記葉状要素の各々が容器により支持されている
   ことを特徴とする請求項１５記載の装置。 １７、前記葉状要素を振動させる手段が、前記複数の葉
   状要素を振動させる手段を備え、更に圧力容器に取り付
   けられて前記容器及び前記複数の葉状要素を振動させる
   振動器及び軸を備えることを特徴とする請求項１６記載
   の装置。 １８、前記ねじり振動器が、 ａ、前記葉状要素に機械的に結合されたねじりばねと、 ｂ、前記ねじりばねが機械的に結合された振動体と、 ｃ、前記葉状要素に機械的に結合された軸を有するモー
   タと、 ｄ、前記モータを電気的に駆動する手段と、を備えるこ
   とを特徴とする請求項８記載の装置。 １９、前記葉状要素が、前記容器内に取り付けられた複
   数の葉状要素を備え、前記ねじりばね及び前記モータの
   軸が前記容器に機械的に結合されることを特徴とする請
   求項１８記載の装置。 ２０、コロイド状懸濁液から選択された成分をろ過する
   方法であって、 ａ、コロイド状懸濁液を容器内に入れる段階と、ｂ、外
   面及び内面を有し、コロイド状懸濁液の選択された成分
   を透過させることのできる膜と、この膜の内面に接続さ
   れかつ該膜内に密封された支持体とを備える葉状要素を
   前記容器内のコロイド状懸濁液中に浸漬させる段階と、 ｃ、前記葉状要素を前記膜の外面に対して接線方向に振
   動させる段階と、 ｄ、前記葉状要素に対して正圧及び負圧を選択的に作用
   させ、コロイド状懸濁液の選択された成分による前記膜
   の透過を促進させる段階と、を備えることを特徴とする
   ろ過方法。 ２１、前記葉状要素に対して正圧及び負圧を選択的に作
   用させる前記段階が、前記葉状要素の前記出口に対して
   少なくとも部分的真空力を作用させる段階を備えること
   を特徴とする請求項２０記載のろ過方法。 ２２、前記葉状要素に対して正圧及び負圧を選択的に作
   用させる前記段階が、前記膜の前記外面に対して正圧を
   作用させる段階を備えることを特徴とする請求項２０記
   載のろ過方法。 ２３、前記葉状要素を振動させる前記段階が、前記葉状
   要素を直線状に振動させる段階を備えることを特徴とす
   る請求項２０記載のろ過方法。 ２４、前記葉状要素を振動させる前記段階が、前記葉状
   要素を旋回状態に振動させる段階を備えることを特徴と
   する請求項２０記載のろ過方法。 ２５、前記葉状要素を振動させる前記段階が前記葉状要
   素をねじり状態に振動させる段階を備えることを特徴と
   する請求項２０記載のろ過方法。 ２６、前記葉状要素を振動させる前記段階が、前記膜の
   前記外面に対して、少なくとも５，０００秒＾−＾１の
   大きさのせん断力作用を与える段階を備えることを特徴
   とする請求項２０記載のろ過方法。 ２７、前記葉状要素を振動させる前記段階が、前記葉状
   要素に５乃至５０ミリメートルの範囲の変位振幅を与え
   る段階を備えることを特徴とする請求項２０記載のろ過
   方法。 ２８、前記葉状要素を振動させる前記段階が、前記葉状
   要素に５Ｈｚ乃至３００Ｈｚの振動数を与える段階を備
   えることを特徴とする請求項２０記載のろ過方法。 ２９、前記葉状要素を振動させる前記段階が、前記葉状
   要素及び前記容器を振動させる段階を備えることを特徴
   とする請求項２０記載のろ過方法。 ３０、前記葉状要素及び前記容器を振動させる前記段階
   が、コロイド状懸濁液中に浸漬された複数の葉状要素を
   振動させると共に前記容器を振動させる段階とを備える
   ことを特徴とする請求項２９記載のろ過方法。