最近、フィルターの
納期が長かったり
生産中止品とか
多くないですか？
気体用ですか？
液体用ですか？
液体用です。
よく聞きますね。
他のメーカーを
検討したいんですが、
どうすればいいのか
よく分からないんです。
液体用フィルターは、
ろ過精度だけでなく
構造やろ材など
色々あるので
難しいですよね。
そうなんですよ。
では、今使用している
フィルターの規格や
液体の種類・除去する
異物の大きさ・流量など
分かる範囲でいいので
教えて下さい。
分かりました。
という、やりとりがありました。
今回は、『カートリッジフィルター』
について、簡単にわかりやすく
紹介していきたいと思います。
カートリッジフィルターの選定と基礎知識
そもそも、
『液体用フィルター』
ってなんですか？
私の分かる範囲での
説明になりますが
大丈夫ですか？
よろしくお願いします。
まずフィルターは、
日本液体清澄化技術工業会で
フィルター
Filter
流体中の粒子状物質を分離するために
使われる多孔質のろ材または装置。
引用：日本液体清澄化技術工業会-用語集
と定義されています。
フィルターは、気体や
液体の中に含まれている
特定の大きさ以上の
粒子を分離するために
使用するんですね。
そうなんです。
フィルターは、
製品の品質向上や省エネ・設備の保護
などを目的として、電子業界・食品・
医療・化学など様々な分野で
使用されています。
なるほど。
そして、
液体中の異物を除去する
ために使用するのが
液体用フィルターです。
まぁ、
そうですよね。
当たり前のことを言って
すみません。
ただ、
液体用フィルターは
- カートリッジ型
- 非カートリッジ型
に分類されます。
どう違うんですか？
カートリッジは、
日本液体清澄化技術工業会で
カートリッジ
Cartridge
本来、砲弾の薬きょうのことで、
この形から交換可能な円筒形の
フィルターエレメントのことを
意味する。
引用：日本液体清澄化技術工業会-用語集
と定義されています。
フィルターエレメント
ってなんですか？
フィルターエレメントは、
フィルターエレメント
Filter Element
膜、不織布フィルターなどのろ材と
その支持体およびその流路材を
一体化し、圧力容器に納めるように
成形加工した部品。
引用：日本液体清澄化技術工業会-用語集
と定義されています。
円筒形の
フィルターエレメントと
フィルターカートリッジは
同じ意味なんですね。
そして、
このカートリッジを
使用するフィルターを
カートリッジフィルター
Cartridge Filter
フィルターカートリッジを容器に
装填したフィルター。
と呼んでいます。
カートリッジを
使うからカートリッジ型
なんですね。
では、
非カートリッジ型は
どんなものなんですか？
非カートリッジ型は、
砂や活性炭といった素材をそのまま
容器に入れて行うろ過方法のことです。
カートリッジを使わない
ろ過方法を、
非カートリッジ型と
言うんですね。
今回は、
カートリッジフィルター
について詳しく
説明していきます。
よろしくお願いします。
ただ、カートリッジを
選定するのって
難しそうですね。
選定のポイントを
なるべく分かりやすく
説明していきますね。
どのようなポイントが
あるんですか？
新規と変更の違いは
ありますが、
フィルターカートリッジを
選定する際に
必要なポイントは、
- ろ過精度
- 種類
- 構造
- 使用条件
- 材質
などがあります。
これらの項目について
詳しく教えて下さい。
次章から詳しく
説明していきますね。
-
フィルターは、製品の品質向上や
省エネ・設備の保護などを
目的として、様々な分野で
使用されている。 -
液体用フィルターは
「カートリッジ型」と
「非カートリッジ型」に
分類される。 -
カートリッジ型は、フィルター
カートリッジを使用する
ろ過方法で、非カートリッジ型は、
砂や活性炭といった素材をそのまま
容器に入れて行うろ過方法。 -
フィルターカートリッジを
選定する際に必要なポイントには、
「ろ過精度」「種類」「構造」
「使用条件」「材質」などがある。
ろ過精度とは
では、
『ろ過精度』について
詳しく教えて下さい。
ろ過精度は、
日本液体清澄化技術工業会で
ろ過精度
Filter (Filtration) Rating
フィルターにより分離できる
粒子の径。
引用：日本液体清澄化技術工業会-用語集
と定義されています。
つまり、
フィルターを通すことで除去できる
粒子の大きさを、ろ過精度と言います。
なるほど。
除去できる粒子の大きさが
小さいほど、ろ過精度が
高くなるんですね。
ちなみに、ろ過精度は
- 公称ろ過精度
- 絶対ろ過精度
に分けられます。
なにが違うんですか？
公称ろ過精度は、
日本液体清澄化技術工業会で
公称ろ過精度
Nominal Filter(Filtration) Rating
それぞれのメーカー固有の
テスト方法により決定される
目安としてのろ過精度で、
一般に特定粒子の初期除去効率
（不織布フィルターや糸巻き
フィルターの場合には50～90%、
メンブレンフィルターの場合には
90%以上）により決定される。
引用：日本液体清澄化技術工業会-用語集
と定義されています。
えっ！つまり
「フィルターメーカー独自の
基準で表示している。」
ということですか？
そういうことです。
ということは、
絶対ろ過精度が規格化
されているんですか？
絶対ろ過精度は、
絶対ろ過精度
Absolute Filter (Filtration) Rating
特定のテスト条件下で、目標となる
粒子径の粒子を表示された捕捉効率
（100%未満）以上の精度で
捕捉できる性能を示すろ過精度。
特定の粒子に対して、
その精度は一般にβ値で表示される。
引用：日本液体清澄化技術工業会-用語集
と定義されています。
β値ってなんですか？
β値は、上流側と下流側の
決められたサイズ以上の
粒子数の割合のことです。
ただ、
絶対ろ過精度も
メーカー各社が独自の評価方法で
決定しているもので、表示されている
大きさの粒子を99.9％以上捕集できる
ろ過精度のことを言います。
えっ！
液体用フィルターって
結局、メーカー独自の
評価方法でろ過精度が
決められているんですか？
そうなんです。
ただ
最近では、液の種類や粘度・流速など
条件が違えば結果が変わってくるので、
『絶対』なんてないということから
絶対ろ過はあまり使われなくなり、
ろ過精度や公称ろ過精度と呼ばれる
ことが増えてきています。
そうなんですね。
しかも、
カタログ上は
同じろ過精度でも、
メーカーが違うと評価方法が
違うので、粒子除去効率が
違っていることがよくあるので
注意して下さい。
他メーカーだと、
比較方法が違うので
「試してみないと
分からない。」
ということですね。
そういうことです。
なので、
メーカーを変更したい場合には、
使用する条件で必ずテストを
行ってから判断してください。
分かりました。
-
フィルターを通すことで除去できる
粒子の大きさを、ろ過精度と言う。 -
ろ過精度は「公称ろ過精度」と
「絶対ろ過精度」に分けられる。 -
公称ろ過精度とは、各メーカー
独自のテスト方式により
決定される目安としてのろ過精度。 -
絶対ろ過精度とは、各メーカー
独自のテスト方式で表示されている
大きさの粒子を99.9％以上
捕集できるろ過精度のこと。 -
カタログ上は同じろ過精度でも、
メーカーが違うと粒子除去効率が
違っていることがよくある。 -
メーカーを変更したい場合には、
使用したい条件で必ずテストを
行う必要がある。
カートリッジフィルターの種類と構造
では、『液体用カートリッジ
フィルター』の種類と構造に
ついて教えて下さい。
カートリッジフィルターは、
大きく
- デプスフィルター
- サーフェスフィルター
の2つに分類されます。
何が違うんですか？
デプスフィルターは、
日本液体清澄化技術工業会で
デプス（タイプ）フィルター
Depth(-type) Filter
ろ材表面だけでなく、ろ材内部でも
固体粒子を捕捉するフィルター。
引用：日本液体清澄化技術工業会-用語集
と定義されています。
どういうことですか？
デプスフィルターは、
ろ材表面から中心に進むにつれて、
徐々に細かくなる構造になっています。
最適なフィルター提案
参考：JNCフィルター株式会社
一般的なものに、
樹脂や金属製の耐圧強度が高い
コアと呼ばれる芯材に
糸を巻き付けた糸巻きタイプや
不織布をロール状に巻き付けた
不織布積層タイプがあります。
色んなタイプが
あるんですね。
他にも
コアのないコアレスタイプや
樹脂や金属の粒子を結合させた
焼結タイプなどもあるので、
用途に応じて選定して下さい。
分かりました。
ただ、
デプスフィルターは
どんな用途で
使用するんですか？
デプスフィルターは、
一般ろ過や粗ろ過と言われる
砂や花粉のような数μｍ~数百μｍの
粒子をろ過するときに使用します。
割と大きめの粒子を
除去するときに
使うフィルター
なんですね。
そうなんです。
では、次に
『サーフェスフィルター』
について教えて下さい。
サーフェスフィルターは、
日本液体清澄化技術工業会で
サーフェス（タイプ）フィルター
Surface(‐type) Filter
流体中の粒子状物質をフィルター内部
でなく、主にフィルターの一次側の
面で捕捉するタイプのフィルター。
引用：日本液体清澄化技術工業会-用語集
と定義されています。
どういうことですか？
サーフェスフィルターは、
不織布やメンブレンの表面で
粒子を除去するために、不織布や
メンブレンをプリーツ状に
加工したフィルターです。
ますます
分かりませんが・・・。
「メンブレン」とか
「プリーツ」って
なんですか？
メンブレンは、
英語で『膜』を意味しています。
メンブレンとは、
シート状のろ材のこと
なんですね。
次に『プリーツ』は、
日本液体清澄化技術工業会で
プリーツ
Pleat
不織布フィルターや平膜あるいは
金網のろ過面積を増やすため、
ひだ折加工した構造。
引用：日本液体清澄化技術工業会-用語集
と定義されています。
プリーツとは、蛇腹状に
ヒダ折り加工されたもの
のことなんですね。
そうなんです。
そしてこの
サーフェスフィルターは、
0.02~数μｍ程度の微粒子や微生物を
除去する精密ろ過に使用されます。
構造別フィルターの特徴
参考：株式会社 ロキテクノ-製品・サービス案内
目が細かいので
すぐ詰まって
しまいそうですね。
そうなんです。
表面に異物が付着すると目詰まりの
原因になってしまうので、
デプスフィルターをサーフェス
フィルターの前に設置し、
粗い異物を除去します。
先にデプスフィルターで
大きいものを取り除いて
しまうんですね。
そうなんです。
サーフェスフィルターで
とりきれない異物は
あるんですか？
ありますよ。
より微細な異物を
除去する場合は、
- 限外ろ過
- ナノろ過
- 逆浸透
と呼ばれるろ過方法で除去します。
へー。
そんな方法が
あるんですね。
-
カートリッジフィルターは、
「デプスフィルター」と
「サーフェスフィルター」
の2つに分類される。 -
デプスフィルターは糸巻きタイプや
不織布積層タイプが一般的で、
ろ材表面から中心に進むにつれて、
徐々に細かくなっている。 -
デプスフィルターは、
数μｍ~数百μｍの粒子を
ろ過するときに使用する。 -
サーフェスフィルターは、
不織布やメンブレンをプリーツ状に
加工したフィルターのこと。 -
サーフェスフィルターは、0.02~
数μｍ程度の微粒子や微生物を
除去する精密ろ過に使用される。 -
デプスフィルターを
サーフェスフィルターの前に
設置し、粗い異物を除去する。 -
より微細な異物を除去する場合は、
「限外ろ過」「ナノろ過」「逆浸透」
などのろ過方法で除去する。
フィルターハウジングの種類と選定
『フィルターハウジング』
についても教えて下さい。
フィルターハウジングは、
日本液体清澄化技術工業会で
フィルターハウジング
Filter Housing
フィルターとなるエレメントや
ろ材を収納する容器。
引用：日本液体清澄化技術工業会-用語集
と定義されています。
フィルターハウジング
って必要なんですか？
適当な入れ物に
フィルターを入れておく
だけじゃダメなんですか？
フィルターカートリッジと
フィルターハウジングは、
基本的にはセットになっているので
フィルターカートリッジの形状によって
ハウジングの形状も違ってきます。
なるほど。
一般的に、
フィルターカートリッジで
液体をろ過するには、
ポンプ等で加圧しながら
フィルターハウジングの中に
液体を流し、フィルターカートリッジ
の外側から中心部に通過させて
ろ過していきます。
圧力を加えながら
ろ過していくんですね。
そうです。
そのため、
フィルタカートリッジと
ハウジング本体・シール材質を
選定するために、液体名や圧力・
粘度・密度・PH・使用温度といった
さまざまな情報が必要になってきます。
使用する材質を
樹脂や金属など
どの材質にするか
決めるために必要ですね。
しかも、
流量を考慮して
フィルターカートリッジのサイズや
本数、ハウジングのサイズや口径も
選択する必要があります。
どうやってフィルター
カートリッジのサイズや
本数を決めるんですか？
一般的には、
ろ過に必要な流量を1本あたりの
推奨流量で割ったものが必要な
カートリッジの本数になりますが、
液体名や流速・粘度・ろ過条件
によって再検討が必要になるので、
念のためメーカーに確認して下さい。
新たにフィルターを
設置する場合は、
メーカーに相談したほうが
間違いなさそうですね。
そうですね。
しかも、
形式や目的によって
フィルターカートリッジの形状が
違うので、それに合わせた
フィルターハウジングが
必要になるので注意して下さい。
どういうことですか？
代表的な
フィルターカートリッジの
端面形状に、
- DOE（ダブルオープンエンド）
- SOE（シングルオープンエンド）
があります。
なにが違うんですか？
まずDOEは、
上下開放型とも言われ、
フィルターカートリッジの両側端面に
薄板状のガスケットを使って、液体の
漏れを止める形状になっています。
ちなみに
フィルターカートリッジやハウジングが
薬品や熱によって膨潤や収縮が起こり、
長さが変化するので、ばねを利用した
ハウジングが推奨されています。
スプリングタイプ
以外もあるんですか？
他には、
ボルトで締めるタイプもありますが、
振動によるボルトのゆるみや
寸法変化の追従性がない
といった難点があります。
なるほど。
次はSOEですが、
片側開放型とも言われ、
フィルターカートリッジの片側端面が
エンドキャップによって塞がれており、
振れ止めが付いたタイプもあります。
どういうときに
使用するんですか？
SOEは、
片側に密閉性の高いOリングを使った
差し込むタイプが多く、滅菌といった
確実にシールが必要な高精度ろ過用の
フィルターに適しています。
規格
参考：富士フイルム株式会社-カートリッジフィルターとは
フィンと呼ばれる
尖った部分は、
なんのためについて
いるんですか？
フィンは、
シール面を引きはがす方向に
かかる逆圧やズレ防止が目的で
ついているようです。
なるほど。
また、
SOEは、DOEと比べて割高になるので
選定の際は、ご注意ください。
ちなみに、
フィルターカートリッジや
ハウジングに互換性は
あるんですか？
基本的に、
サイズと仕様が合っていれば
互換性はありますが、各メーカー
微妙に寸法が違っていたりするので
十分に気を付けて変更して下さい。
長さ寸法が違うと
シールから漏れ出てくる
危険があるので、
注意が必要ですね。
-
フィルターカートリッジと
フィルターハウジングは、
基本的にはセット。 -
フィルタカートリッジと
ハウジング本体・シール材質を
選定するために、液体名や粘度・
密度・PH・使用温度などが必要。 -
フィルターカートリッジの
代表的な端面形状に、「DOE
（ダブルオープンエンド）」と
「SOE（シングルオープン
エンド）」がある。 -
DOEのフィルターカートリッジや
ハウジングが膨潤や収縮によって
長さが変化するのでばねを利用した
ハウジングが推奨されている。 -
SOEは、滅菌といった確実に
シールが必要な高精度ろ過用の
フィルターに適している。 -
基本的に、サイズと仕様が
合っていれば互換性はありますが、
各メーカー微妙に寸法が違って
いる場合があるので注意が必要。
まとめ
カートリッジフィルターは、
交換が容易な円筒状のフィルターの
ことで、フィルターエレメントとも
呼ばれています。
このカートリッジフィルターを使って
ろ過することで、製品の価値向上や
省エネ・設備保全など様々な
用途・工程で使用されています。
最近フィルターエレメントの納期遅延や
生産中止で困っているという話を
よく耳にします。
フィルターエレメントの種類や
種類・構造・目的を理解することで
代替品が見つけられるかもしれません。
この記事により、フィルターの
トラブルが少しでも減少したら幸いです。