孔径、ミクロン定格、ろ過定格の解説

10マイクロンのフィルターでも、10マイクロンの粒子を完全に除去できない場合があります。.

この言葉は人々の気を引くものですが、だからこそ、誰かが見積依頼書（RFQ）を作成したり、サプライヤーの図面を承認したり、あるいは生産マネージャーに新しいカートリッジが旧型と「同じ定格」だと伝える前に、このことを明確にしておく必要があるのです。数字は同じでも、真実は異なります。.

この間違いを、認めたくないほど何度も目にしてきました。.

ある買い手が「5 µm」と要求した。サプライヤーAは公称値のメルトブロー式カートリッジを提案した。サプライヤーBは絶対定格のプリーツ型膜を提示した。サプライヤーCはバブルポイント試験で分類された焼結ステンレスエレメントを提案した。誰もが「5ミクロン」と言っているが、実際には誰も同じことを言っているわけではない。.

厄介な話だ。.

フィルターのミクロン定格は、一見「クリーン」な単位のように聞こえますが、そうではありません。ミクロンという単位自体は明確です。1 µm は 100 万分の 1 メートルに相当します。 問題が生じるのは、この単位が性能の保証として使われるようになったときです。なぜなら、そこには試験方法、粒子の形状、除去効率、孔径分布、流体速度、圧力損失、汚れの蓄積量、そして――率直に言えば――時に少々大げさになりがちなサプライヤーの営業トークといった要素が絡んでくるからです。.

ですから、やはり「フィルターのミクロン定格」は重要です。.

でも、評価だけじゃ？　それじゃ足りない。.

以下の企業と取引しているバイヤーの方へ 焼結金属フィルターカートリッジ, 焼結プラスチック製フィルターカートリッジ, 沈殿フィルターカートリッジ, カスタムフィルターカートリッジの製造, 、および ろ材の選定, ……これは単なる学術的な細かい議論ではありません。これは、下流側の汚染、圧力損失、バリデーション、ポンプの選定、保証をめぐるトラブル、そして「御社のフィルターは当社の試験に合格しませんでした」という文で始まる、あの厄介なメールにも影響を及ぼすのです。“

まずは、あの耳障りな小さな言葉、「評価」から始めましょう

しかし、「評価」とは一体どういう意味なのでしょうか？

そこに秘訣があるのです。.

フィルターの定格は、単に穴の大きさだけではありません。通常、それは何らかの試験条件下における捕捉性能に関する主張です。その条件が明確に文書化されている場合もあれば、サプライヤーの社内基準の中に隠されている場合もあります。また、販売資料には「10 µm」と記載されているだけで、誰もが実験室が実際に何が起きたのか把握していることを祈るしかない場合もあります。.

私は工学の分野での祈りというものを好まない。.

フィルターの評価基準としては、公称効率、絶対効率、ベータ比、バブルポイント、平均流速孔径、ビーズチャレンジ試験、粒子数測定、通気率相関、あるいは品質管理部門が決して見過ごしてはならないはずの工場独自の分類などが挙げられます。これらは互いに置き換え可能なものではありません。.

それを壁に書いておいて。.

公称10 µmという規格は、フィルターが10 µm以上の粒子を85%または90%除去することを意味する場合があります。別のサプライヤーでは95%を意味する場合もあります。また、まったく定義していないサプライヤーもあるでしょう。 絶対10 µmの定格は、試験方法や効率の閾値によっては、はるかに高い捕捉性能を意味する場合があります。バブルポイント試験による細孔径の結果は、汚れたプロセス流体に対する完全な捕捉挙動ではなく、通過可能な最大の細孔径を表しているに過ぎない場合があります。.

同じ番号です。.

別の主張。.

孔径とミクロン等級

孔径はろ材の構造に関するものです。ミクロン定格は、粒子の捕捉特性に関するものです。.

とてもよく似た親戚。双子ではない。.

細孔とは、濾過材にある開口部や通路のことです。焼結フィルターにおいて、その「開口部」がきれいな円形の穴であることはめったにありません。 それは、結合した粉末、繊維、メッシュ、あるいはポリマー粒子の中をくねくねと通る経路です。フィルター媒体の内部には、表面からは見えない細い通路、空洞、行き止まりのポケット、つながったチャネル、そして見苦しい小さな狭窄部などが存在します。.

一方、ミクロン定格とは、そのフィルターがどの程度の粒子サイズを捕捉できると予想されるかについて、サプライヤーが示す数値のことです。.

予想通りだ。.

その言葉は重要だ。.

ASTM F316は、最大孔径が0.1～15.0 µmの膜フィルターの孔径特性を測定するための試験方法を規定しており、これにはバブルポイントおよび平均流速孔径の概念が含まれる： ASTM F316 細孔径試験方法. 便利な手法です。適用範囲は限定的です。世の中のあらゆる焼結金属チューブ、PPディープカートリッジ、メルトブロー式沈殿フィルター、プリーツ膜に対応する万能な翻訳ツールというわけではありません。.

私の経験上、エンジニアはここで手を抜いてしまうものです。.

彼らは「孔径5ミクロン」を求めているが、実際には「所定の試験条件下で所定の効率を達成する、5 µm絶対ろ過精度」が必要なのである。これらは同じ仕様ではない。一方は大まかなイメージに過ぎないが、もう一方は技術的な要件に近いものだ。.

フィルターの公称定格：有用だが、曖昧である

公称定格は、あくまで目安です。.

役に立たないわけではない。.

ゆるい。.

フィルターの公称定格とは、通常、試験条件下において、指定されたミクロンサイズ以上の粒子を、記載された割合で除去することを意味します。厄介なのは、その割合がメーカーによって異なる場合があることです。あるメーカーの「10 µm公称」は、85%の除去効率を持つ場合があります。 別のメーカーのものは90%かもしれません。また別のメーカーは「私たちを信じてください」と言うかもしれません。この最後のケースこそが、私のお気に入りのホラーストーリーです。.

ノミネタルフィルターは、沈殿物ろ過、予備ろ過、大粒子除去、冷却水、一般的な工業用水、およびリスクの低い機器の保護において広く使用されています。多くの場合、コストが安価です。汚れをしっかりと捕捉することができます。ケーキが形成されるにつれて、ろ過保持能力が向上する場合もあります。.

しかし、それらは明確な境界線というわけではない。.

公称5 µmの沈殿物用カートリッジは、一部の5 µmの粒子を通過させてしまうことがあります。また、それより小さな粒子も容易に通してしまう可能性があります。流量の急変動時に詰まりが解消されることがあります。チャネリングが発生することもあります。清浄な水での圧力損失データでは良好な結果を示す一方で、実際のプロセススラッジでは不満足な結果となる場合があります。.

私は名目主義に反対しているわけではありません。.

私は「見せかけ」が嫌いです。.

部分的な捕捉で許容される場合は、「ノミナル」を使用してください。下流の装置、無菌サービス、油圧清浄度、触媒回収、医療機器、または顧客によるバリデーションにおいて、確実な保持性能が求められる場合は、「ノミナル」という表現を使用しないでください。.

絶対ろ過精度：より強力、魔法ではない

「絶対」の方が安心感がある。.

たいていはそうです。.

絶対ろ過精度とは、規定された粒子サイズにおける高効率な捕捉性能を表すものです。多くの産業用ろ過に関する議論において、これはベータ比やチャレンジ試験と関連付けられています。 油圧ろ過において、ISO 16889は、油圧フィルターエレメントに対する、汚染物質を連続的に注入するマルチパスろ過性能試験を規定しており、汚染物質収容能力、粒子除去率、および差圧特性を測定する。 ISO 16889 油圧フィルター性能試験.

カタログの詩よりずっとましだ。.

とはいえ、「絶対」という表現は、無条件の保証ではありません。どのような効率の閾値が採用されているのか、どの汚染物質を対象としているのか、どの流体を使用しているのか、試験対象が完成品のカートリッジなのか、それとも平らなメディアのサンプルなのか、そしてその評価が流量の脈動、粘度の変化、粒子の付着に耐えられるのかどうかを、必ず確認してください。.

ある試験条件下で絶対定格が認定されたフィルターであっても、実際のプロセスでは不適切である可能性があります。.

滅菌処理に関して、FDAは、適切にバリデーションが行われた場合、流体中のすべての微生物を除去し、無菌の流出液を生成するフィルターを「滅菌用フィルター」と定義している： FDAの無菌ろ過に関するガイダンス. 。「適切に検証された」という表現に注目してください。この部分が、議論を「0.22ミクロン」という数字だけに矮小化してしまう人たちが、見落としがちな点なのです。“

良くない近道。.

0.2 µmの神話

0.2ミクロンというのは、まるで壁のように感じられます。.

必ずしもそうとは限りません。.

製薬や実験室でのろ過においては、0.2 µm または 0.22 µm の滅菌グレードの膜がよく知られています。しかし、数値だけではプロセスの妥当性を立証することはできません。微生物チャレンジ試験、完全性試験、適合性試験、吸着性の評価、抽出物・溶出物、耐圧限界、流量条件、およびプロセス固有のバリデーションが依然として必要となります。.

ごくわずかな評価。.

書類の処理が山積みだ。.

また、製薬業界以外でも、同様の理屈が当てはまります。粒子がソフトジェル、細長い繊維、変形しやすい生物由来物質、凝集体、あるいは静電気で付着しやすい粉塵である場合、1 µmのフィルターでは1 µmの汚染問題を解決できない可能性があります。 50 µmの焼結ブロンズ製ブリーザーは、空気の騒音低減には最適でも、微細粉末の捕捉には全く不向きである可能性があります。100 µmのスクリーンは、目に見える塊は捕らえるものの、ヘイズを形成する微細粒子については、まるで家賃を払っているかのように通り抜けさせてしまうかもしれません。.

マイクロンの数値は座標です。.

戦略ではない。.

フィルターの孔径はどのように決定されるのか

これといった方法はありません。.

だからこそ、サプライヤーの比較は厄介なものになってしまうのです。.

バブルポイント試験は、フィルターを湿潤させ、細孔経路から液体を追い出すのに必要な圧力を測定することで、最大の連続細孔を推定するものです。 平均流速法による細孔試験は、より代表的な細孔径の指標を提供します。ビーズチャレンジ試験では、既知の大きさの粒子をフィルターに通します。マルチパス試験では、汚染負荷量に対する除去効率を測定します。顕微鏡観察では表面構造を確認できますが、内部の細孔は検出できない場合があります。水銀侵入法による細孔測定では、細孔径分布をマッピングできますが、実際の粒子捕捉を常に予測できるとは限りません。.

間違った方法を選んでしまうと、見せかけの自信しか得られません。.

焼結金属フィルターの場合、その制限となる狭窄部は、目に見える表面ではなく、フィルター材の内部にある場合があります。PP製メルトブローカートリッジは、単一のきれいな細孔開口部ではなく、深層捕捉、繊維の絡み合い、ブリッジング、ケーキ形成、および蛇行流によって粒子を捕捉します。膜は、焼結粉末チューブとは異なる挙動を示します。メッシュスクリーンは、これら両方とは異なる挙動を示します。.

だからこそ、「孔径範囲 1～100 µm」とだけ書かれている見積依頼書は好きではないのです。“

わかった。どんな根拠で？

サプライヤーが「工場標準」と言う場合は、もう一度確認してください。.

それでも「工場出荷時の仕様」と言うのであれば、そのリスクを契約条件に織り込んで価格を設定してください。.

ろ過効率は、ヘルメットを着用する確率である

これは、誰も好きじゃない部分だ。.

ろ過性能の定格値は、しばしば「寸法」という形を装った確率的な主張に過ぎません。実際の捕捉率は、粒子の形状、硬度、変形性、濃度、流速、圧力パルス、流体の粘度、ろ材の構造、汚れの蓄積量、バイパス部の密閉性、そしてフィルターの設置を担当した人がその日朝から機嫌が悪かったかどうかといった要因に左右されます。.

丸いガラスビーズは、ある特定の挙動を示す。.

繊維の挙動はまた異なる。.

ソフトジェルってごまかしだ。.

錆が橋を覆っている。.

細菌は、ISO試験用ダストのような挙動を示しません。.

オイルスラッジは、それ自体が小さな怪物のようなものです。.

ですから、サプライヤーが「絶対5 µm」と言ったとしても、まだ喜ぶのは早いです。 どのような粒子条件が用いられたのか尋ねてください。ベータ比は何か、効率はどれくらいか、クリーン状態か負荷状態か、液体用かガス用かを尋ねてください。また、その定格がメディアのみに適用されるのか、それともシール、溶接部、エンドキャップ、プリーツ、サポートコア、そしてあらゆる厄介な故障箇所を含む完成したカートリッジ全体に適用されるのかを確認してください。.

つまらない質問はコスト削減につながる。.

比較表：公称値・絶対値・孔径

私がその見積依頼書（RFQ）をどのように書き直すか

こんな書き方はしないでください：

“「10ミクロンのフィルターが必要です。」”

それは仕様じゃない。単位が付いた単なる希望に過ぎない。.

次のような表現に近づけてください：

“「フィルターは、指定された流量および流体条件下において、ISO 16889 またはこれに相当することが文書化された方法に従って試験を行い、10 µm での絶対保持率、および β10(c) 値が 200 以上であることを満たさなければならない。」”

あるいは、これ：

“「ろ過フィルターは、沈殿物の予備ろ過用に公称10 µmとし、規定の試験用ダストに対して最低90%の除去効率を有し、20°Cの水を使用した場合、Y L/minの流量において清浄時の圧力損失がX bar未満であること。」”

あるいは、オーダーメイドの場合は：

“「サプライヤーは、細孔径の特性評価方法、該当する場合はバブルポイントデータ、該当する場合は平均流速に基づく細孔データ、保持試験方法、クリーンなΔP曲線、材料証明書、図面、およびロット追跡情報を提供しなければならない。」”

ずいぶん良くなった。.

まだ完璧とは言えない。.

しかし、今やそのサプライヤーが身を隠せる場所は少なくなっている。.

もし購入されるなら 特注焼結フィルターエレメント, 、外径（OD）、内径（ID）、長さ、媒体の厚さ、接続方式、合金またはポリマーのグレード、使用温度、使用圧力、洗浄方法、および流体との適合性を追加してください。形状や使用条件が明記されていないミクロン単位の数値は、まるで「中くらいの大きさで、十分に丈夫なもの」と言ってポンプを注文するようなものです。“

サプライヤーの請求額が一致しない理由

サプライヤーAは5 µmだと言っています。.

サプライヤーBは5 µmだと言っている。.

サプライヤーCは3～5 µmとしている。.

調達部門は、それらが同等だと考えている。一方、技術部門は、必ずしもそうではないかもしれないと認識している。.

あるサプライヤーは公称定格を使用しているかもしれません。別のサプライヤーは絶対定格を使用しているかもしれません。また別のサプライヤーはバブルポイントによる最大細孔径を使用しているかもしれません。さらに別のサプライヤーは空気流量相関を使用しているかもしれません。また、あるサプライヤーは、焼結後のメディアの保持能力ではなく、焼結前の粉末の粒子径について説明しているかもしれません。ええ、実際にそのような例を目にしたことがあります。.

最大の過ちは、名目値と絶対値をあたかもそれらが等しいかのように比較してしまうことだ。.

効率の定義によっては、公称5 µmのフィルターは、絶対10 µmのフィルターよりも多くの問題となる粒子を通してしまう可能性があります。これは、ミクロンサイズだけを唯一の基準として捉えている場合にのみ、逆説的に聞こえるでしょう。.

そうではありません。.

評価方式の比較。効率。ベータ比。試験方法。流体。流量。圧力損失。温度。粒子負荷試験。完成品とメディアサンプルの比較。バッチ間の再現性。.

それこそが真の比較です。.

あとはお決まりの演出だ。.

マイクロン単位のろ過精度と圧力損失：誰もが避けられない課題

微細化すると、通常、圧力損失が増加する。.

毎回というわけではない。しかし、そうではないふりをするのは、エンジニアリングとして不適切だと言えるほど頻繁に起こる。.

通常、1 µmの焼結ステンレスフィルターは、同様の形状およびメディアの厚さを持つ20 µmのフィルターよりも流量を制限します。より微細なPPメルトブロー式沈殿物用カートリッジは、汚れた水ではすぐに目詰まりを起こす可能性があります。ろ過精度の高い膜の場合、より大きな表面積が必要になるか、あるいは流量が低下する可能性があります。孔径範囲が狭いと、下流の機器を保護できる反面、ポンプへの負担が大きくなります。.

だからこそ 焼結フィルターの圧力損失 これは、マイクロン単位の評価と同じ文脈で語られるべきものである。.

買い手たちは、「より細かいほど良い」と考えているため、「可能な限り細かいもの」を要求するのを何度も目にしてきました。.

いいえ。.

「より細かい」とは、まさに「より細かい」という意味です。.

最適な選択は、対象となる粒子、流量、許容圧力損失、汚れ負荷、点検間隔、洗浄方法、検証要件、および故障によるコストによって異なります。過度なろ過は、カートリッジの寿命を縮め、エネルギー消費を増大させ、バイパスを引き起こし、下流の機器への供給不足を招き、オペレーターに設計への不満を抱かせる原因となります。.

場合によっては、25 µmの方が5 µmよりも賢明な選択となることもある。.

ほら、言っちゃった。.

フィルターの種類ごとの一般的な孔径範囲

フィルターのミクロン定格を承認する前に確認すべき事項

懐疑的な買い手のように質問しましょう。.

その評価は名目値ですか、それとも絶対値ですか？

除去効率はどのくらいですか？

ベータ比は、もし使用される場合、どのようなものですか？

どの試験方法ですか？

どのパーティクルチャレンジですか？

どの液体ですか？

何度ですか？

流量はどれくらいですか？

「クリーンな圧力損失」とは何ですか？

この試験は、メディアまたは完成したカートリッジのどちらに適用されますか？

孔径の範囲は、測定されたものですか、それとも推定されたものですか？

サプライヤーはロット追跡が可能ですか？

洗浄、滅菌、オートクレーブ処理、溶接、焼結、プリーツ加工、または接着を行った後、定格は変化しますか？

質問が多すぎますか？

いいえ。ちょうどいい量です。.

フィルターが機能しなくなると、誰もが突然その答えを求めてくるからです。.

よくある質問

フィルターのミクロン定格とは何ですか？

フィルターのミクロン定格とは、定義された試験条件下でフィルターが捕捉すると予想される粒子の大きさを、マイクロメートル単位で表した値ですが、その意味は、その定格が公称値、絶対値、ベータ比に基づくもの、あるいは細孔径試験から導出されたものかによって異なります。.

ミクロンは実在する単位です。疑問を抱くべきなのは、その性能表示の部分です。必ず、試験方法、ろ過効率、そしてその表示が完成品のフィルターに適用されるかどうかを確認してください。.

「孔径」と「ミクロン定格」の違いは何ですか？

孔径とは、ろ材内部の開口部の物理的または推定される大きさを指すのに対し、ミクロン定格とは、所定の試験条件下で公称される粒子捕捉サイズを指します。つまり、孔径はろ材の構造を表し、ミクロン定格はろ過性能を表すものです。.

これらは関連していますが、同一ではありません。孔径範囲だけでは、実際のプロセスにおける粒子捕捉効率が自動的にわかるわけではありません。.

公称フィルター定格とは何ですか？

公称フィルター性能とは、特定の試験条件下において、フィルターが所定のミクロンサイズ以上の粒子を所定の割合で除去することを示すろ過性能の表示ですが、粒子をほぼ完全に捕捉することを保証するものではありません。.

名目定格は、沈殿処理や予備ろ過において一般的に用いられます。これは、部分的な除去で十分な場合には有用ですが、下流側の保護を厳密に管理しなければならない場合には効果が不十分です。.

絶対ろ過精度とは何ですか？

絶対ろ過精度とは、定義された試験条件下で、指定されたミクロンサイズ以上の粒子をほぼすべて除去することを示す、信頼性の高いろ過性能の指標であり、多くの場合、ベータ比、チャレンジ試験、または検証済みの捕捉性能と関連付けられています。.

「絶対」とは「魔法」を意味するわけではありません。試験方法、効率レベル、流体の状態、そしてその主張が完成したカートリッジに当てはまるかどうかについては、依然として把握しておく必要があります。.

「絶対マイクロン値」と「名目マイクロン値」の違いは何ですか？

「絶対ミクロン定格」と「公称ミクロン定格」の比較は、粒子に対する高効率な捕捉能力と部分的な捕捉能力を対比したものです。通常、絶対定格はより強力なカットオフ性能を示すのに対し、公称定格は、指定された粒子サイズにおける除去率が、サプライヤーが定義したより低い数値であることを反映しています。.

効率の定義によっては、10 µmの絶対値フィルターが5 µmの公称値フィルターよりも優れた性能を発揮する場合があります。そのため、定格の種類が重要になるのです。.

フィルターの孔径はどのように決定されるのでしょうか？

フィルターの細孔径は、フィルターの種類、材質、細孔径範囲、および求められる精度に応じて、バブルポイント試験、平均流速細孔径測定、顕微鏡観察、ビーズチャレンジ試験、水銀浸透細孔径測定、あるいはサプライヤー独自のメディア特性評価などの方法を用いて決定されます。.

膜の場合、ASTM F316規格に基づくバブルポイント法が一般的に用いられます。ディープフィルターや焼結メディアについては、粒子保持率や透過性のデータも同様に重要となる場合があります。.

沈殿フィルターに適したミクロン数はどれくらいですか？

沈殿物フィルターに適したミクロン定格は、原水の汚染度、下流側の機器の許容度、流量、圧力損失の上限、および目標耐用年数によって異なりますが、一般的な沈殿物用カートリッジの定格には、1 µm、5 µm、10 µm、20 µm、50 µmなどがあります。.

目数が細かいからといって、必ずしも良いとは限りません。カートリッジの面積やハウジングのサイズが適切でないと、目数が細かすぎることで早期に目詰まりを起こし、流量が低下する恐れがあります。.

どのミクロン単位のろ過精度なら細菌を除去できますか？

0.2 µm または 0.22 µm 程度のミクロン定格は、バリデーション済みの製薬および実験室環境において、通常、滅菌グレードの膜ろ過に関連付けられていますが、細菌の除去効果は、フィルターのバリデーション、微生物チャレンジ試験、完全性試験、流体との適合性、およびプロセス管理に依存します。.

工業用カートリッジに対して、無菌ろ過に関する仮定を安易に適用してはならない。定格値だけでは、そのプロセスの妥当性を立証することはできない。.

なぜ、同じミクロン定格のフィルター2つでも性能が異なるのでしょうか？

同じミクロン定格を持つ2つのフィルターでも、その性能は異なります。これは、サプライヤーによって、定格の種類、試験方法、粒子負荷条件、メディア構造、細孔分布、効率の閾値、流量、圧力損失の限界値、および完成カートリッジの設計が異なる場合があるためです。.

定格基準のないマイクロン数は、技術的な比較を行うには不十分です。効率、ベータ比、または試験方法について確認してください。.

調達ガイドライン

目標粒子径、必要な除去効率、流体の種類、流量、許容圧力損失、使用温度、希望する材質、および公称ろ過か絶対ろ過のいずれが必要かをお知らせください。お見積依頼がサプライヤー側の当てずっぽうな提案合戦になる前に、適切なフィルターのミクロン定格、孔径範囲、ろ過性能を明確にするお手伝いをいたします。.

というのも、「10ミクロン」は仕様ではないからです。.

これはまだその始まりに過ぎない。.

産業用カートリッジのアーキテクチャについては、こちらをご覧ください：https://lvynfiltration.com/sintered-plastic-filter-cartridges%ef%bc%88application%ef%bc%89/