JPH04142445A - 完全性試験方法 - 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〕 本発明は流体の濾過に使用されるフィルターおよびフィ
ルターカートリッジの完全性試験方法に関するものであ
る。更に詳しくは精密濾過膜フィルターおよびフィルタ
ーカートリッジの完全性試験方法に関する。

ここでいうフィルターおよびフィルターカートリッジは
流体中に存在する微粒子や微生物を濾過捕集するもので
、半導体製造工程、医薬製造工程、食品・飲料水・アル
コール飲料等の製造工程等て用いられるものである。

〔従来の技術〕

上記の如き分野で用いられるフィルターおよびフィルタ
ーカートリッジは、それぞれの分野の製造工程での目的
により種々なものか用いられているが、性能的に重要な
役割をもっているものはｌＯμｍ以下通常は１μｍない
しは０．１μｍの単位の大きさの微生物を捕捉除去する
滅菌グレードの精密濾過膜膜を用いたフィルターないし
はフィルターカートリッジである。ここで言う滅菌グレ
ードのフィルターとは、通常、濾過滅菌工程で遭遇する
と考えられる最も条件の厳しい場合を想定゛して行われ
る試験に於いで、即ち試験フィルターエレメントの有効
濾過面積ｌａｌ当たり１０’個以上の指標歯をチャレン
ジして行われる試験に於いで、ろ液に菌を認めないとい
う厳しい試験に合格したものである。ここで言う指標歯
は、極性鞭毛を有するダラム陰性の桿菌であるシュード
モーナスデイミニュータ−（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ　
Ｄｉｍｉｎｕｔａ　　ＡＴＣＣ１９１４６）が通常用い
られる。ボウマンらは１９６７年当時に濾過滅菌グレー
ドとされた０、４５μｍのフィルターでは定量的に捕捉
されず通り抜け、かつ０．２μｍ又は０．２２μｍのフ
ィルターで定量的に捕捉される菌を単離しで、シュード
モーナス　ディミニューター（ＡＴＣＣ１９１４６）と
した。バーシーズマニュアル　才ブ　システミック　バ
クテリオロジー（１９８４）によれば、その大きさは０
．５Ｘ　２〜３μｍであるが、培養条件によって異なり
、フィルターエレメントの濾過滅菌性能を調べる目的に
は、一般的に凝集していない、０．３Ｘ　１μｍ程度の
大きさのものか使用される。

これらフィルターあるいはフィルターカートリッジは医
薬製造工程や食品・飲料水・アルコール製造工程では直
接製品ないしは半製品の濾過や、製品成分となる液体の
濾過、工程洗浄水の濾過等に使用される。この濾過機能
を担う濾過膜は微多孔性で、その内部に微細な空孔を有
したスポンジ構造ないしは膜の一面は空孔を有する層で
他面は緻密な層を有する構造であり、その空隙率は最大
９０％となるものもある。ここで言うフィルターカート
リッジとは、濾過用微孔性膜をプリーツ状に加工して折
り目をつけ、このプリーツ折り目を平行にした方向に高
さを持った円筒状の濾過膜構造体を形成したプリーツ型
フィルターカートリッジや、流体通路を育する平板状の
支持体の上下両面に濾過膜を接着させた濾過ユニットを
積層してなる円板積層型フィルターカートリッジなどを
挙げることが出来る。このようなフィルターないしはフ
ィルターカートリッジの用途においては濾過原液の中に
含まれる微生物や微粒子の透過液側への漏洩は許されな
い。もし透過液側に微生物や微粒子が存在すると有害な
医薬や食品製品を製造することになる。特に微生物の場
合は、僅か１個の微生物か漏洩した場合でも保存中或い
は運搬中に増殖し、移しい量の菌を含む医薬品や食品と
なってしまう。このような医薬品や食品は、人体に有害
であることは言うまでもない。このような事を防止する
ためにフィルターおよびフィルターカートリッジの製造
業者は綿密な製造工程管理や品質管理を行っている。そ
れに加えてフィルターおよびフィルターカートリッジの
使用者も使用の前と後に使用しようとしているフィルタ
ーないしはフィルターカートリッジか微生物や微粒子を
捕捉阻止する性能か目的とする水準であることを確認す
る。

この微生物や微粒子を捕捉阻止する性能を試験する方法
か完全性試験（Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ　　Ｔｅ５ｔ）であ
る。

完全性試験の方法は大きく分類すると現在３種の方法が
行われており、それぞれは（１）バブルポイント法、（
２）拡散流量法、（３）プレッシャーホールド法である
。これらいずれの方法も原理は試験するフィルターある
いはフィルターカートリッジの濾過膜に液体（試験液）
を充填しこの試験液を含む膜の一次側に二次側よりも大
きな圧力の気体を負荷し、この気体の二次側への流れの
挙動ないしは流量を測定しフィルターないしはフィルタ
ーカートリッジの重大な欠陥の存在を判定する。以下に
さらに詳しく各々の試験方法について説明する。

（１）バブルポイント法 試験する濾過膜の二次側に液体（通常は水やアルコール
）を貴たし、−次側に気体を満たす。この圧力を漸次増
大し、二次側に気泡か発生する圧力でフィルターあるい
はフィルターカートリッジに存在する最大の孔ないしは
空隙の大きさを判断し、フィルターないしはフィルター
カートリッジとしての捕捉性の完全さを判定する方法で
ある。

−次側の圧力が小さい時は二次側の液体中には気泡が見
られないが、圧力が一定の値を越えると濾過膜に存在す
る最大の孔あるいは濾過膜、濾過膜とフィルターカート
リッジ部品との接着部分に存在する空隙、フィルターカ
ートリッジ部品等に存在する空隙等の内の最大の孔ない
しは空隙を通じて気泡が発生するのが観察される。この
圧力をバブルポイントという。バブルポイントは気体の
通過する孔ないしは空隙の大きさに比例している。

従ってこの圧力から気体が通過してきた孔あるいは空隙
の大きさを判断することができる。

（２）拡散流量法 フィルターないしはフィルターカートリッジの微多孔性
である濾過膜の中に試験液を充填させ液体の膜を形成す
る。−次側に気体を存在させ、圧力をかけて二次側に流
れてくる気体の量を測定することによりフィルターない
しはフィルターカートリッジ中に存在する最大の孔ない
しは空隙の大きさを推定するものである。−次側の濾過
膜中の液体の表面では圧力か大きくなるに従って一次側
の気体が液体に溶解する量は増大する。液体膜中に気体
の濃度勾配が発生し、溶解した気体は拡散により二次側
に移動していく。−次側の気体の圧力が小さいときには
濾過膜を通じて二次側へ移動する気体の量は拡散による
ものだけであるが、漸次圧力を大きくしていくと前述の
バブルポイントに達し、この孔ないしは空隙を通じて気
体は比較的小さな抵抗で粘性流となり二次側に流れるこ
とが可能になる。すなわちこのバブルポイントに達する
と急激に二次側に流れる気体流量は増大する。

この二次側に流れる気体流量を測定することによりフィ
ルターないしはフィルターカートリッジに存在する最大
の孔ないしは空隙の大きさを推定することができる。微
生物や微粒子を漏洩しない孔径や空隙の大きさを予め求
めておき、その値より計算される圧力以下の圧力で二次
側に流れる気体流量が拡散流のみであることを確かめて
フィルターないしはフィルターカートリッジか目的の微
生物ないしは微粒子の捕捉性を有していることを確認す
る。

（３）プレッシャーホールド法 この方法は拡散流量法と同様に濾過膜に試験液を充満し
、−次側と二次側に気体を存在せしめ、−次側の気体体
積と圧力を一定にし試験液を充満した濾過膜を通じて時
間の経過とともに流れる流体の量に従って減少する一次
側の気体の圧力を測定し、フィルターやフィルターカー
トリッジに存在する最大の孔や空隙の大きさが目的の微
生物や微粒子の捕捉性を有していることを確認する。

フィルター及びフィルターカートリッジのユーザーは、
上記三種の方法の中から、メーカーの推奨する方法に従
い、完全性試験を実施していた。

何れの試験の場合も、試験液としては、水、アルコール
類、即ちメタノール、エタノール、イソプロピルアルコ
ール等、或いは、水と上記アルコール類の混合試験液、
または、実際に濾過しようとする液体そのもの等、様々
な種類のものか使用可能であるが、一般的には水が試験
液としで使用されることが多い。

また、試験気体は、空気、酸素、窒素、ヘリウムあるい
はこれらの混合気体等、いづれのものも使用可能である
が、通常は溶解度、拡散係数、コストの点から空気また
は窒素が利用されることが多い。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、捕捉すべき菌や微粒子を洩らしてしまう
ような欠陥からの気体の流量が十分に小さい場合は、上
記試験方法では欠陥の存在を見逃すおそれがあった。特
に特開昭５６−１５４０５１や特開昭６２−２７００６
に記載されているが如き異方性を有する微孔性濾過膜で
は、孔径の大なる面を一次側として用いる場合は、−次
側の気体の圧力を高くすれば高くするほどフィルターに
保持される試験液の厚みが薄くなり結果として観測され
るプレッシャーホールド法の圧力減少値や拡散流量が大
きく観測されるようになり、さらに欠陥の存在を見逃す
確率か高くなる。

また、フィルターまたはフィルターカートリッジの濡れ
のばらつきや、膜の製膜工程でのばらつきが大きい場合
には、これら欠陥から流出する粘性流が十分小さい場合
には、そのばらつきの範囲内に粘性流が隠れてしまう恐
れがあった。

また、一般的には濾過作業は短時間に行うことが求めら
れる。特に医薬製造工程で用いられる時は濾過液の細菌
汚染を防止するために短時間濾過を必要とする。このた
め単位時間の濾過量を大きくするために濾過面積の大き
なフィルターないしはフィルターカートリッジが好まれ
て用いられる。

しかし濾過面積を大きくすると上記完全性試験においで
、検出すべき欠陥から流出する流量に対しで、膜面全体
から流出する拡散流量の値や、プレッシャーホールド値
が相対的に大きくなり、検出しにくくなる懸念がある。

本発明はこの様な問題を解決する方法を提供するもので
ある。すなわち本発明は異方性を育する膜を用いた除菌
グレードのフィルターおよびフィルターカートリッジの
完全性試験においで、フィルターおよびフィルターカー
トリッジの構造部分に存在する欠陥をより高精度に検出
する完全性試験方法を提供することにある。

く課題を解決するための手段〉 前記課題を鋭意検討した結果、上記何れの完全性試験方
法でも検出が困難であった、捕捉すべき菌や微粒子を洩
らしてしまうような大きさの欠陥を検出するには、４　
ｋｇ／ａ１以下の圧力範囲内で、二点以上の圧力におけ
る拡散流量又はプレッシャーホールド値を測定し、その
測定値及び測定点間の微分値を検査基準とする異方性を
有する膜を用いた除菌グレードのフィルターまたはフィ
ルターカートリッジの完全性試験方法によって達成され
ることを発見した。さらに詳細について以下に説明する
。フィルター又はフィルターカートリッジに存在する欠
陥の大きさ（半径ｒ）と、欠陥に含まされた試験液が吹
き出る圧力Ｐの関係は、ｒ＝　　２σｃｏｓ　　θ／　
Ｐ と表される。即ち、フィルター又はフィルターカートリ
ッジに欠陥か存在した場合、ある特定の圧力Ｐて空気が
吹き出す。また、欠陥から流出する空気の量は、以下に
示すようなノ１−ゲンボアズイユの式によって求められ
る。

ＱＬ＝　　１５πｄ４ΔＰ／３２Ｌη 本発明に於ける二点以上の測定圧力は、上記欠陥が含ま
れるような範囲に設定する必要かある。

しかしながら、特開昭５６−１５４０５１や特開昭６２
−２７００６に記載されているような異方性を有する微
孔性濾過膜では、孔径の大なる面を一次側として用いる
場合は、−次側の気体の圧力を高くすれば高くするほど
フィルターに保持される試験液の厚みか薄くなり結果と
して観測されるプレッシャーホールド法の圧力減少値や
拡散流量が大きく観測されるようになる。したがって高
い圧力範囲ではかえってフィルター又はフィルターカー
トリッジの構造部分の欠陥の検出感度を下げてしまう。

このため、適切な圧力範囲を求め、その範囲内で完全性
試験を行うことが必要である。この適切な圧力範囲につ
いで、鋭意検討した結果、異方性を有する除菌グレード
フィルターについで、４　ｋｇ／ｃｍ２以下の圧力範囲
で、二点以上の圧力における拡散流量またはプレッシャ
ーホールド値を測定し、その測定値及び測定点間の微分
値を検査基準とする完全性試験を実施することにより、
感度を最も高く出来ることを発見した。　得られた測定
値の差を、測定圧力の差で割ったものが、微分値となる
。菌を通過させたり微粒子を通過させるような欠陥がフ
ィルターまたはフィルターカートリッジに存在した場合
、その孔径に従った特定の圧力にて空気が吹き出す。そ
の特定の圧力の前では膜面全体から流出する拡散流のみ
となり、その特定の圧力より高い部分では膜面全体から
の拡散流と粘性流の２つか観測される。したかつてこの
特定の圧力の前後で膜を通過する気体の流量を測定し、
その変化量すなわち微分値を算出すれば欠陥の存在を発
見することが容易となる。したかつで、測定の圧力範囲
は、菌または微粒子を漏洩するような欠陥を含むような
範囲に設定することか必要である。

このような圧力範囲は、４ｋｇ／ａＩｒ以下の何れの圧
力でも良いが、好ましくは、２．５ｋｇ／ａｌから４゜
０　　ｋｇ／ａｌ　　の範囲内で３点程度測定するのが
適当である。

この改良した完全性試験法に適用できるフィルターカー
トリッジの種類は問わないがこの効果が穎著なのは組み
込まれている膜面積か大きいものである。たとえば０．
　４ｒｒ！から２．１ｒｄの有効膜面積を有するシング
ルオーブンエンドやダブルオーブンエンドタイプのプリ
ーツ型フィルターカートリッジや、０．０５ｔｒｆから
０．２ｎｆの存効膜面積を育する円盤積層型フィルター
カートリッジをあげることができる。

実施例 平均孔径が０．２μｍのポリスルフォン製精密濾過膜（
バブルポイント値５．　５ｋｇ／ｃｄ）を０゜２ｒＩｉ
組み込んだ円板積層型フィルターカートリッジＩ及びフ
ィルターカートリッジ■の完全性試験を本発明の方法に
したがって実施した。試験圧力は２．５ｋｇ／ａｔ、　
３．２５ｋｇ／ｃｏｆ、　４．０ｋｇ／ｃｄで、試験液
は水で、濾過膜への試験液の充填は、フィルターカート
リッジをフィルターハウジングに装着し２５℃の超純水
を一定流速で５分間送液することによって行った。その
結果を第１表のＩ欄に示す。更にＡＳＴＭに示される方
法に基づいて滅菌フィルターの除菌テストを行った結果
について示した。（但し、指標面はシュードモーナスデ
ィミニュータＡＴＣＣ１９１４６を使用した）第１表 上記の結果、サンプルＩては、拡散流量及び拡散流量の
微分値には異常は見られない。一方サンプル■では、拡
散流量値には異常は見られないが、拡散流量の微分値に
は３、．２５　ｋｇ／ｃｉの値か、４．０ｋｇ／ｃＸｌ
の値よりも大きく、異常である。したかっで、サンプル
■には、２．５ｋｇ／ｃｄと３．２５ｋｇ／ａ＋ｆの間
の圧力範囲で、空気が吹き出すような欠陥が存在してい
ることを示唆している。また、除菌結果から、サンプル
■には欠陥が存在したことが裏付けられる。

カートリッジの分解の結果、サンプル■には微小な欠陥
が存在することが判明した。

特許出願人：富士写真フィルム株式会社平成２ 年／、乙月〆３日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）４ｋｇ／ｃｍ＾２以下の圧力範囲内で、二点以上
   の圧力における拡散流量又はプレッシャーホールド値を
   測定し、その測定値及び測定点間の微分値を検査基準と
   する異方性を有する膜を用いた滅菌グレードのフィルタ
   ーまたはフィルターカートリッジの完全性試験方法