JP2010125415A - 中空糸膜モジュールの製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】中空糸膜束をＵ字状に屈曲させた状態で筒状ケースに収納する工程において、中空糸膜が折れたり、損傷したりすることのない中空糸膜モジュールの製造方法および製造装置を提供することにある。
【解決手段】一対のチャック３で把持した中空糸膜束１をそれぞれ異なる方向に捻りながらＵ字状に屈曲させるためのリンク機構７が、リンク機構の駆動手段であるＬＭアクチュエーター８の下降動作と、それに同調し屈曲部を支持するためのアーム５が上昇することにより、中空糸膜束１をＵ字状に屈曲させながら、しかも一対のチャック３により把持される中空糸膜束１がそれぞれ異なる方向に捻られることにより、中空糸膜束１の１本１本は屈曲部で折れることなく円弧状に折り曲げられる。
【選択図】 図７

Description

本発明は、中空糸膜束をＵ字状に屈曲させて筒状ケースに収納した中空糸膜モジュールの製造方法及び製造装置に関する。

従来、中空糸膜束をＵ字状に屈曲させて筒状ケースに収納する場合、例えば中空糸膜束の側方にある筒状ケースに中空糸膜束と交差する方向へ挿入子を移動することにより中空糸膜束を筒状ケースへ押し込む装置が開示されている（特許文献１）。

しかしながら、押し込み力が中空糸膜束の屈曲部に集中して作用するという問題がある。すなわち、中空糸膜束をＵ字状に屈曲させて筒状ケースに収納するには、中空糸膜束と筒状ケース内壁との間に生ずる摩擦力に抗する押し込み力が必要になる。この押し込み力は、中空糸膜束の屈曲部の挿入子と接する部分に主として集中し、中空糸膜が折れたり、損傷したりする原因となる。このような損傷は、中空糸膜の破断を引き起こし、中空糸膜のろ過性能が低下するという課題があった。特に、中空糸膜の本数が多い大型のモジュールほど大きな押し込み力が必要になり、中空糸膜が折れたり、損傷したりする問題は重大であった。
特許第３６２３８５６号

本発明の目的は、中空糸膜束をＵ字状に屈曲させた状態で筒状ケースに収納する工程において、中空糸膜が折れたり、損傷したりすることにより、中空糸膜が破断し、ろ過性能が低下することを防止する中空糸膜モジュールの製造方法および製造装置を提供することにある。

本発明は上記課題を解決すべく、
中空糸膜束をＵ字状に屈曲させて筒状ケースに収納する中空糸膜モジュールの製造装置であって、
中空糸膜束を捻ってＵ字状に屈曲させるＵ字折曲部と、
捻ってＵ字状に屈曲させられた前記中空糸膜束を筒状ケースに吸引収納する収納部を有する中空糸膜モジュールの製造装置を提供する。

特にＵ字折曲部は、
ストレート状中空糸膜束の両端部を把持する一対のチャックと、
前記中空糸膜束の中央を支持するアームと、
前記チャックで把持した前記中空糸膜束を前記アームを支点にそれぞれ異なる方向に所定角度捻りながらＵ字状に屈曲させるためのリンク機構とを有する。

また前記収納部は、
Ｕ字状に屈曲させられた前記中空糸膜束を把持するＵ字束チャックと、
前記Ｕ字束チャックで把持された前記中空糸膜束を筒状ケースに吸い込む吸引手段を有する。

また、上記製造装置が実施する製造方法として、本発明は、
中空糸膜束をＵ字状に屈曲させて筒状ケースに収納する中空糸膜モジュールの製造方法で
あって、
中空糸膜束を捻ってＵ字状に屈曲させるＵ字折曲工程と、
捻ってＵ字状に屈曲させられた前記中空糸膜束を筒状ケースに吸引収納する収納工程を有する中空糸膜モジュールの製造方法を提供する。

特に前記Ｕ字折曲工程は、
ストレート状中空糸膜束の両端部を一対のチャックで把持する工程と、
前記中空糸膜束の中央をアームで支持する工程と、
前記チャックで把持した前記中空糸膜束を前記アームを支点にそれぞれ異なる方向に所定角度捻りながらＵ字状に屈曲させる工程を有する。

また、前記収納工程は、
Ｕ字状に屈曲させられた前記中空糸膜束を把持するＵ字束チャック工程と、
前記Ｕ字状に把持された前記中空糸膜束を筒状ケースに吸い込む吸引工程を有する。

本発明によれば、以下に説明するとおり、中空糸膜束を屈曲させて筒状ケースに収納する工程において、中空糸膜が折れたり、損傷したりすることにより、中空糸膜が破断し、ろ過性能が低下することを防止できる。

以下、本発明の原理について概説する。なお、本発明における中空糸膜モジュールは、いわゆるＵ字型中空糸膜モジュールと言われるもので、中空糸膜束を屈曲させてそのＵ字屈曲部分から筒状ケースに収納した後、Ｕ字屈曲部分と反対側の中空糸端部をポリウレタン、エポキシ樹脂等のポッティング剤により筒状ケースの開口部に固定することで構成される。

また、本発明における中空糸膜束は、ポリスルホン、ポリエチレン、ポリプロピレン樹脂等を原料としたろ過性能を有する多孔質膜で構成されている。

本発明の中空糸膜モジュールの製造方法は、中空糸膜束を捻った後、または捻りながら、Ｕ字形状に屈曲させ、そのＵ字の束を筒状ケースに収納する。

そして収納する際には、筒状ケースにＵ字形状に屈曲させた中空糸膜束を吸引して収納する。吸引して収納すると筒状ケースの口を鉛直下向きにすることができ、中空糸膜束の不要な不揃い部分を切断する際に、その切断片がケース内に落ちることがない。

また、中空糸膜束は腰が弱く、筒状ケースの口を鉛直上向きにして収納すると、ケースの中で折れてしまう。筒状ケースの口を鉛直下向きにして、中空糸膜束を上から吸引してケース内に収納すると、束が折れることがない。また、中空糸膜束は捻られているので、１つの塊として扱うことができ、１本１本の中空糸膜がほつれて落下するということはない。

この後、次工程の封止およびポッティングに必要な糸端を残すようにＨＦケースの下方で中空糸膜束を切断し、封止後ポッティング剤で接着固定し、不要ポッティング剤を切断することで中空糸膜モジュールを得ることができる。

以下、本発明の最良の実施形態の例を、図面を参照しながら説明する。図１は、中空糸膜モジュール製造装置の一実施形態を示す模式図である。なお、一対に存在する要素に関しては同じ番号を付与し、区別する場合は、それぞれの番号に対して、紙面向かって左側
の要素には「Ｌ」を、右側の要素には「Ｒ」を付けて表す。

図１に示す装置は、中空糸膜束１をＵ字状に屈曲させるＵ字折曲部５５と、Ｕ字状に屈曲した中空糸膜束１を筒状ケース２に収納する収納部５６で構成される。

中空糸膜束１をＵ字状に屈曲させるＵ字折曲部分は、供給した中空糸膜束１を把持するための一対のチャック３、チャックの開閉を行う開閉形アクチュエーター４、中空糸膜束をＵ字状に屈曲させる際に屈曲部を支持するためのアーム５、アームの開閉を行う開閉形アクチュエーター６、一対のチャック３で把持した中空糸膜束をそれぞれ異なる方向に捻りながらＵ字状に屈曲させるためのリンク機構７、リンク機構の駆動手段であるＬＭ（Ｌｉｎｅａｒ Ｍｏｔｉｏｎ）アクチュエーター８とＬＭガイド９で構成される。

より詳細には、チャック３は旋回ベース３０に固定されている。旋回ベース３０には、平板の短辺が互いに異なる方向にひねられた形状に成形された連結板３１の一方の短辺が接続されている。連結板３１の他方の端部には貫通孔が形成されている。

筐体側にはチャック全体を支持する支持梁３２が用意されている。支持梁３２の端には所定角度の枢軸を形成するための、貫通孔を有する支持片３３が形成されている。

枢軸６８は、支持片３３の貫通孔と連結板３１の貫通孔をともに貫通し、支持梁３２に対して連結板３１を介して旋回ベース３０が回転可能に連結する。また、旋回ベース３０の連結板３１が接続されていない方の端にはリンク機構７がリンク連結３５を介して連結されている。

また、チャック３については、互いに対向している部分を対向部６０、他方の端から対向部に向かう方向をチャック軸６１、チャックの開閉口の向きをチャック口方向６２としておく。

Ｕ字状に屈曲した中空糸膜束１を筒状ケース２に収納する部分は、Ｕ字状に屈曲した中空糸膜束１を把持し筒状ケース２への収納部まで搬送するＵ字束チャック１０、Ｕ字束チャック１０の開閉を行う開閉形アクチュエーター１１、筒状ケースの受け台１３、中空糸膜束１を筒状ケース２に挿入するための吸引装置１４で構成される。

上記のような装置において中空糸膜束１をＵ字状に屈曲させ筒状ケース２に収納する手順を、図２〜図１１を用いて以下に説明する。

まず、中空糸膜束１を、図２に示すようにチャック３上に供給する。図３は図２の中空糸束１とチャック３を側面より見た図である。チャック３には中空糸膜束１を把持する際に変形しやすく、また中空糸膜束１を傷つけることがないように、シート状物１２が支持体３ａに取り付けられており、開閉形アクチュエーター４のフィンガ４ａの開閉動作により中空糸膜束１を包むように把持することができる。

シート状物１２は柔軟性と易滑性のあるシートであれば特に限定されないが、ポリエステル、ナイロンなどの布地や人工皮革が好ましく、厚みは１〜３ｍｍの範囲ものが良い。また、人工皮革のように硬めの材質の場合、稜線部で中空糸膜束１を傷つけることがないように稜線部が面取りされたものが良い。

中空糸膜束１の供給は、人手により供給しても問題ないが、生産性を高めるにはコンベアやロボットなどを用い自動で供給することが好ましい態様である。

次に、図４に示すようにチャック３を閉じることにより中空糸膜束１を把持し、Ｕ字状に屈曲させる際に屈曲部を支持するためのアーム５が一対のチャック３の間に図示されない移動手段により移動し、図６に示すように開閉形アクチュエーター６のフィンガ６ａの開閉動作によりアーム５で中空糸膜束１を挟み込む。

そして、図７と図７の平面図である図８に示すように、一対のチャック３で把持した中空糸膜束１を、アーム５を支点としてそれぞれ異なる方向に捻りながらＵ字状に屈曲させるためのリンク機構７が、リンク機構７の駆動手段であるＬＭアクチュエーター８の下降動作と、それに同調し屈曲部を支持するためのアーム５が上昇することにより、中空糸膜束１をＵ字状に屈曲させる。しかも一対のチャック３により把持される中空糸膜束１がそれぞれ異なる方向に捻られるので、中空糸膜束１の１本１本は屈曲部で折れることなく円弧状に折り曲げられる。

より詳細に説明すると、リンク機構７が駆動すると、リンク連結３５を介して旋回ベース３０の端に下方向の力がかかり、枢軸６８を回転軸として回転する。このとき、支持片３３および連結板３１はそれぞれ支持梁３２および旋回ベース３０に対して所定角度捻られているため、チャック３はチャック軸６１が回転しながら水平状態から垂直状態になるまで移動する。チャック３Ｌとチャック３Ｒは、同じ構造であるが、旋回ベースが固定されている位置が左右で異なるため、この回転運動の結果チャック方向６２は互いに１８０度異なる方向に向く。

この結果、チャック３に把持されている中空糸膜束１は、その両端で１８０度捻られ、しかもＵ字状に折り曲げられる。

つまり、アーム５を支点として異なる方向に捻りながら屈曲させた中空糸膜束１は、捻らずにアーム５を支点として屈曲させた場合にできるアーム５の軸断面の直径に相当する小さな円弧ではなく、中空糸膜束１をチャック３で把持した時にできる中空糸膜束１の円形断面の直径に相当する大きな円弧でＵ字状に屈曲させることができ、中空糸膜束１の屈曲部の折れを防止することができる。

この時のチャック３の捻り角度は６０°から１００°（中空糸膜束の両端どうしは１２０°〜２００°）の範囲内であることが望ましく、捻り角度が小さいと中空糸膜束１の屈曲部の円弧が小さく折れやすいものになり、捻り角度が大き過ぎると中空糸膜束１の捻り方向に過大な力が生じ中空糸膜束１を傷つけてしまう可能性が高くなる。

全体として中空糸膜束は捻られて、Ｕ字形状に屈曲させられる。Ｕ字形状の屈曲部分６６はチャック３より鉛直方向の上方に形成されるのが好ましい。すでに説明したようにＵ字に屈曲させた中空糸膜束は筒状ケースに吸い上げるからである。

なお、アーム５は中空糸膜束の中央部を支持し、Ｕ字に屈曲させる際に中空糸膜束の中央部を鉛直上方に引き上げる。Ｕ字束チャック１０で掴むスペースを確保するためである。

続いて、図９に示すようにＵ字束チャック１０でＵ字状に屈曲した中空糸膜束１の屈曲部の下部を把持した後、チャック３を開き、Ｕ字束チャック１０の図示されない搬送手段により図１０に示す筒状ケース２の受け台１３の下部へと搬送する。そして、筒状ケース２の上部に退避させていた吸引装置１４を下降し筒状ケース２に接合後、吸引を開始しＵ字束チャック１０を開くことにより、図１１に示すようにＵ字状に屈曲した中空糸膜束１の筒状ケース２内への収納が完了する。

ここで、吸引装置１４の吸引手段は特に限定されるものではなく、圧縮空気を動力として吸引することができる市販のサクションノズルや、ブロアー等を用いることができる。

また、吸引装置１４の吸引部には筒状ケースとの接合部１５を設け、吸引効率を高めるために接合部１５の筒状ケース２との接触部にはゴムシート等のシール材１６を取り付けることが望ましい。さらに、吸引装置１４と中空糸膜束１が接触する部分には、ポリウレタン等のクッション材１７を取り付け、中空糸膜束１を傷つけないようにすることが望ましい。

また、筒状ケース２内へ中空糸膜束１を収納する際の補助として、筒状ケース２の下部より中空糸膜束１を押し上げる平板を備えた昇降機構を設けても良い。

このように、筒状ケース２に接合する吸引装置１４が筒状ケース２の上部にあり、中空糸膜束１のＵ字状に屈曲した側が上向きになるように筒状ケース２内へ吸引収納することにより、次工程で中空糸膜束１を筒状ケース２にポリウレタンやエポキシ等の樹脂で固定する際の前処理として、中空糸膜束１の糸端を揃えるためのカットと糸端の封止が行われる際に、カットした糸屑が筒状ケース１の下方に落下するので筒状ケース１内に入り込むことがない。また、腰の弱い中空糸膜束が筒状ケースの中で折れ曲がることがなく、中空糸膜を損傷することがない。

この後、吸引装置１４を上方に退避し、中空糸膜束１を収納した筒状ケース２を取り除き次工程へ送り出す。そして、新たな中空糸膜束１と筒状ケース２を供給し、上記工程の繰り返しにより中空糸膜モジュール２０は連続生産される。

なお、ケースにＵ字状の中空糸膜束を収納した後は、糸端を揃え封止を行うために吸引装置から離間し、封止・カット位置へ移動させる。その際、中空糸膜束はケースとの摩擦力のみで位置ずれしたり、落下したりすることはないので、特に糸束を固定するような機構は用意しなくてもよい。

封止・カット位置へ移動した後、カットを行う。このカットは、封止さらに次工程のポッティングのために必要な糸端（ＨＦケース端からの距離）を残すようにカットする。その際、カットの容易化と封止（レーザー照射により糸端を溶かす）の効率化のために糸の広がりを抑制する規制リング（２つ割り）で糸端を把持してもよい。

続いて封止を行う。封止は中空糸膜の糸先を閉じるために行う。また封止はレーザー照射を使用して行うがこれに限定されるものではない。

その後ポッティング工程を行う。ポッティングはＵ字状に屈曲させられた中空糸膜束と筒状ケースの入り口を樹脂で封止する工程である。この工程は、公知の方法で行ってかまわない。例えば、ポッティング剤をケース端部に流し込んで行うなどの手法を利用することができる。

ポッティング行程の後、硬化したポッティング部分を封止された中空糸膜束と一緒にケース入口でカットする。これで糸端面が開口した中空糸膜モジュールを得ることができる。

以上の中空糸膜モジュールの製造装置を用いて、中空糸膜モジュールを製造した。

中空糸膜束１は、ポリスルホン製の外径が０．４６ｍｍの中空糸膜を２，０００本束ね
て３００ｍｍの長さにカットしたものであり、筒状ケース２は、ＡＢＳ樹脂製の内径がφ５０ｍｍ、長さが１１０ｍｍのものを用いた。

図１に示す一対のチャック３の上に中空糸膜束１を供給する手段として、前工程よりコンベアで搬送し移載ロボットで供給するように構成した。一方、筒状ケース２については、供給トレーから移載ロボットで取り出し、受け台１３の上に供給するように構成した。

そして、図４に示すようにチャック３を閉じることにより中空糸膜束１を把持し、Ｕ字状に屈曲させる際に屈曲部を支持するためのアーム５が一対のチャック３の間にエアシリンダーにより移動し中空糸膜束１を挟み込むように構成した。また、チャック３には中空糸膜束１を傷つけることがないように厚さ１．５ｍｍのポリエステル製のシート状物１２を取り付けた。

次に、図７と図８に示すように、一対のチャック３で把持した中空糸膜束１をそれぞれ異なる方向に捻りながらＵ字状に屈曲させるためのリンク機構７を、リンク機構の駆動手段であるＬＭアクチュエーター８の下降動作と、それに同調し屈曲部を支持するためのアーム５が上昇することにより、中空糸膜束１をＵ字状に屈曲させながら、しかも一対のチャック３により把持される中空糸膜束１がそれぞれ異なる方向に９０°捻られるように構成した。

続いて、図９に示すようにＵ字束チャック１０でＵ字状に屈曲した中空糸膜束１の屈曲部の下部を把持した後、チャック３を開き、Ｕ字束チャック１０をエアシリンダーで図１０に示す筒状ケース２の受け台１３の下部へと搬送するように構成した。

そこで、筒状ケース２の上部に退避させていた吸引装置１４を下降し筒状ケース２に接合後、吸引を開始しＵ字束チャック１０を開くことにより、図１１に示すようにＵ字状に屈曲した中空糸膜束１を筒状ケース２内へ収納するようにした。

なお、吸引装置１４として、圧縮空気を動力として吸引することができる（株）オオサワ製のワンダーガンを用いた。ワンダーガンは図１１に示すように、圧空ホース１８より圧縮空気を供給することによりワンダーガンの吸引部が負圧となり吸引力が生じる。また、吸引後の排気を排気ホース１９より排気するようにした。

また、吸引効率を高めるために設けた接合部１５の筒状ケース２との接触部には厚さ１ｍｍのゴム製シール材１６を取り付けた。さらに、吸引部と中空糸膜束１が接触する部分には、厚さ５ｍｍのポリウレタン製クッション材１７を取り付け、中空糸膜束１を傷つけないようにした。

以上のようにして中空糸膜束１を筒状ケース２へＵ字状に屈曲させて収納したところ、中空糸膜束１の屈曲部で中空糸膜が折れやすい内側においても、中空糸膜の折れや破断は見られず、さらにポッティング後に実施したリークテストの結果も良好であった。

本発明は、浄水器用中空糸膜モジュールや医療用中空糸膜モジュールの製造に限らず、工業用フィルターの製造などにも応用することができるが、その応用範囲が、これらに限られるものではない。

中空糸膜モジュール製造装置の一実施形態を示す模式図である。 中空糸膜束を把持するチャックの平面図である。 中空糸膜束を把持するチャックの側面図である。 中空糸膜束をＵ字状に屈曲させる動作に入る前の状態を示す図である。 中空糸膜束を把持したチャックの側面図である。 中空糸膜束を屈曲させる部分をアームで支持した状態を示す図である。 中空糸膜束を捻りながらＵ字状に屈曲させた後の状態を示す図である。 中空糸膜束を捻りながらＵ字状に屈曲させた後の状態を示す平面図である。 中空糸膜束をＵ字状に屈曲させた屈曲部の下部を把持した図である。 Ｕ字状に屈曲させた中空糸膜束を筒状ケースへ収納する前の状態を示す図である。 Ｕ字状に屈曲させた中空糸膜束を筒状ケースへ吸引収納した後の状態を示す図である。

符号の説明

１ 中空糸膜束
２ 筒状ケース
３ 中空糸膜束把持チャック
３ａ 支持体
４ 中空糸膜束把持チャック用開閉形アクチュエーター
４ａ フィンガ
５ 中空糸膜束屈曲部の支持アーム
６ 中空糸膜束屈曲部の支持アーム用開閉形アクチュエーター
６ａ フィンガ
７ 中空糸膜束をＵ字状に屈曲させるためのリンク機構
８ ＬＭアクチュエーター
９ ＬＭガイド
１０ Ｕ字束チャック
１１ Ｕ字束チャック用開閉形アクチュエーター
１２ シート状物
１３ 受け台
１４ 吸引装置
１５ 接合部
１６ シール材
１７ クッション材
１８ 圧空ホース
１９ 排気ホース
２０ 中空糸膜モジュール
３０ 旋回ベース
３１ 連結板
３２ 支持梁
３３ 支持片
３５ リンク連結
５０，５１ 中空糸膜束の端
５５ Ｕ字折曲部
５６ 収納部
６０ 対向部
６１ チャック軸
６２ チャック口方向
６６ 中空糸膜束の屈曲部分
６８ 枢軸

Claims (10)

1. 中空糸膜束をＵ字状に屈曲させて筒状ケースに収納する中空糸膜モジュールの製造装置であって、
   中空糸膜束を捻ってＵ字状に屈曲させるＵ字折曲部と、
   捻ってＵ字状に屈曲させられた前記中空糸膜束を筒状ケースに吸引収納する収納部を有する中空糸膜モジュールの製造装置。
2. 前記Ｕ字折曲部は、
   ストレート状中空糸膜束の両端部を把持する一対のチャックと、
   前記中空糸膜束の中央を支持するアームと、
   前記チャックで把持した前記中空糸膜束を前記アームを支点にそれぞれ異なる方向に所定角度捻りながらＵ字状に屈曲させるためのリンク機構とを有する請求項１に記載された中空糸膜モジュールの製造装置。
3. 前記所定角度は６０°から１００°の間で前記中空糸膜束を捻る請求項１または２のいずれかの請求項に記載された中空糸膜モジュールの製造装置。
4. 前記収納部は、
   Ｕ字状に屈曲させられた前記中空糸膜束を把持するＵ字束チャックと、
   前記Ｕ字束チャックで把持された前記中空糸膜束を筒状ケースに吸い込む吸引手段を有する請求項１乃至３のいずれかの請求項に記載された中空糸膜モジュールの製造装置。
5. 前記吸引手段は、
   前記Ｕ字状に把持された前記中空糸膜束の略鉛直上方から前記筒状ケースに吸い込む請求項４に記載された中空糸膜モジュールの製造装置。
6. 中空糸膜束をＵ字状に屈曲させて筒状ケースに収納する中空糸膜モジュールの製造方法であって、
   中空糸膜束を捻ってＵ字状に屈曲させるＵ字折曲工程と、
   捻ってＵ字状に屈曲させられた前記中空糸膜束を筒状ケースに吸引収納する収納工程を有する中空糸膜モジュールの製造方法。
7. 前記Ｕ字折曲工程は、
   ストレート状中空糸膜束の両端部を一対のチャックで把持する工程と、
   前記中空糸膜束の中央をアームで支持する工程と、
   前記チャックで把持した前記中空糸膜束を前記アームを支点にそれぞれ異なる方向に所定角度捻りながらＵ字状に屈曲させる工程を有する請求項６に記載された中空糸膜モジュールの製造方法。
8. 前記所定角度は６０°から１００°の間の角度である請求項６または７のいずれかの請求項に記載された中空糸膜モジュールの製造方法。
9. 前記収納工程は、
   Ｕ字状に屈曲させられた前記中空糸膜束を把持するＵ字束チャック工程と、
   前記Ｕ字状に把持された前記中空糸膜束を筒状ケースに吸い込む吸引工程を有する請求項６乃至８のいずれかの請求項に記載された中空糸膜モジュールの製造方法。
10. 前記吸引工程は、
    前記Ｕ字状に把持された前記中空糸膜束の略鉛直上方から前記筒状ケースに吸い込む工程
    である請求項９に記載された中空糸膜モジュールの製造方法。

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