JP2010501342A - 中空繊維をバンドルが形成されるように束ねる方法、及び、この方法によって製造された中空繊維バンドル - Google Patents

中空繊維をバンドルが形成されるように束ねる方法、及び、この方法によって製造された中空繊維バンドル Download PDF

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Abstract

本発明は、バンドルを形成するべく中空繊維を束ねる方法に関するものであり、この方法では、連続的に製造される中空繊維を巻取装置にバッチ毎に受け取った後、バンドルになるようにまとめられた中空繊維に巻付フィルムを巻き付け、続いて、溶着する。このような中空繊維は、血液透析に使用するための透析器を製造するときの中間生産物である。

Description

本発明は、繊維又は糸、特に温度感受性を有する中空繊維をバンドルが形成されるように束ねる方法に関するものである。
中空繊維を、膜、すなわち中空繊維膜として膜分離方法を実施するために使用することができる。したがって、このような中空繊維を膜繊維とも称する。中空繊維膜は、特に医療技術において使用される。しかしながら、様々な他の適用分野も知られている。
医療技術では、中空繊維バンドルを、例えば、血液透析、血液濾過、及び、血液透析濾過法などの体外血液処理用のフィルタを製造するため使用する。従来技術では、透析のための中空繊維膜を、連続的に作動する中空繊維紡績機により製造する。中空繊維紡績機から連続的に出る中空繊維を、大抵の場合はバッチ単位で、例えばゆっくりと回転する巻取ホイールに巻き取る。しかしながら、中空繊維を受け取るための他の、例えば固定されたマンドレルを有する巻取装置も知られている。巻取ホイールは、周囲に亘って均等に分散されたマンドレルを有し、中空繊維はこのマンドレルに乗る。したがって、中空繊維を、マンドレルの間に自由に張らせる。マンドレルの間隔は、それぞれ２つのマンドレルの間に中空繊維バンドルが生じるように選択されている。これらの中空繊維バンドルに、中空繊維バンドルが予め決定された規定の直径の円形断面を有するように、プラスチックからなる薄い巻付フィルムを手作業で巻き付ける。中空繊維バンドルの周りに、巻付フィルムを重なり合うように巻く。次に、粘着性の細片を用いて手作業により、巻付フィルムを重なり合った領域で固定する。中空繊維バンドルをこのように固定したら、中空繊維バンドルを、切断器を用いて同じく手作業で所望の長さに切断する。最後に、中空繊維バンドルを、円筒形フィルタカートリッジに挿入する。中空繊維バンドルの挿入後、巻付フィルムを中空繊維バンドルから引っ張って取り除く。このような製造方法は、例えば、特許文献１に記載されている。
米国特許第４，２７６，６８７号明細書
本発明の目的は、巻付フィルムを用いて中空繊維をバンドルにまとめることを自動化することである。さらに、本発明の目的は、巻付フィルムを自動的に固定する際に繊細な中空繊維が損傷されるのを防止することである。
この目的は、本発明によれば、請求項１の方法によって達成される。この方法は、
連続的に製造される中空繊維を巻取装置にバッチ毎に巻き取るステップと、
前記巻取装置のそれぞれ２つの巻取りマンドレルの間に張られ、且つ、束状にまとめられた前記中空繊維バンドルに、巻付フィルムを、該巻付フィルムの前記中空繊維バンドルに直に当たる片側の端部を前記中空繊維バンドルに面するように内側に折り返して、巻き付けるステップと、
前記巻付フィルムの重なり合った端部同士を溶着するステップとを含む。
本発明では、粘着性の細片の代わりに、自動的な溶着方法、好ましくは自動的な熱インパルス溶着方法によって固定を行う。
溶着領域において、すなわちフィルムの重なり合った領域において、非常に繊細な中空繊維が熱により損傷されるのを防止するため、本発明によれば、中空繊維バンドル上に直接置かれる巻付フィルムの端部を、中空繊維バンドルへ向けて折り返す。したがって、溶着器具が完全に適切にパラメータ化されていなかったとしても、すなわち、適切に設定されていなかったとしても、追加費用をかけずにこの簡単な手段によって、フィルム内側の溶融が安全に防止される。
本発明の好ましい形態は、主請求項に従属する下位請求項により得られる。
したがって、プロセスの自動化の際に、巻付フィルムの片側の端部を、巻付装置へフィルムを引き込む前に、設備されている装置によって折り返してもよい。しかしながら、巻付フィルムに予め折り返された端部を設けておくこともできる。
巻付フィルムの溶着を、一般的に知られているプラスチック溶着方法、好ましくは熱インパルス溶着器具によって行ってもよい。溶着時間は、選択されたフィルム材料とフィルム厚とに応じて、１０秒未満の範囲でもよく、熱インパルス溶着の場合は、好ましくは約０．３から０．５秒でもよい。しかしながら、他のプラスチック溶着方法、例えば、常に加熱された器具又はレーザー溶着方法を使用してもよい。
フィルムの重なり合った端部同士を、好ましくは互いに間隔の開いた複数部位においてのみ互いにスポット溶着してもよい。しかしながら、フィルムの重なり合った端部同士を、１本の連続的な溶着シーム、又は、複数本の連続的な溶着シーム部分によって互いに溶着することも可能である。
本発明は、上記方法によって製造された中空繊維バンドルも含む。本発明によれば、例えば透析器ハウジングであってもよいハウジングへの挿入前の中間生産ステップにおいて、巻付フィルムは、中空繊維バンドルの周囲に巻かれている。なお、この巻付フィルムは、中空繊維バンドル上に設けられたその端部が、中空繊維へ向けて内側へ折り返されている。
中空繊維バンドルを製造する際の方法工程を概略的に説明する図である。 本発明の方法に基づく図１に基づく図である。 本発明の方法で使用できるような溶着器具の概略図である。 中空繊維バンドルの斜視図である。
本発明の更なる特徴、詳細、及び利点を、図に示す実施形態を参照してさらに詳しく説明する。
図１に、巻き取られた膜繊維ストランド１０の断面を示す。この膜繊維ストランド１０の周囲には巻付フィルム１２が巻き付けられている。その巻き付けの際に、巻き取りにより得られたバンドルが特定の充填密度に圧縮される。さらに、バンドルをフィルタハウジング、例えば透析器ハウジング（ここには詳しく示していない）に収めることができるように、バンドルの直径を所定の大きさにする。巻付フィルム１２は、そのための補助手段として機能する。バンドルを透析器ハウジングへ挿入した後、巻付フィルムを取り除く。中空繊維バンドルの巻き取り後に、巻付フィルムを固定する必要がある。本発明では、これを、例えば図３に示す溶着器具１４によって行う。溶着器具１４は、ここでは、電気的な導体が加熱される熱インパルス溶着器具である。この加熱は、非常に短い時間内に行われる。溶着時間は、約０．３から０．５秒の範囲である。図３において、１６で溶着領域を示す。
熱インパルス溶着器具によって薄いフィルムを溶着する際に困難なのは、溶着プロセスを適切にパラメータ化することである。溶着プロセスが適切に設定されなければ、又は、設定の基礎となる制約条件にずれを生ずれば、例えば図１に示すような溶着手順では様々な困難性が生じる。そうすると、フィルムの重なり合った領域をしっかりと溶着できない。さらに、溶着インパルスが強すぎれば、膜繊維が一緒に溶着されて巻付フィルムに接着してしまうかもしれず、その場合、膜繊維は、バンドルを透析器ハウジングに収容する際に、千切れてしまう。さらに、膜繊維は、熱によって損傷される可能性があり、その場合、流通は不可能となる。最後に、膜糸は、溶かされ、制御できずに硬化してしまう可能性がある。フィルムの溶融によって、フィルムの内側にいわゆる溶着突起（weld noses）を生じ、巻付フィルムを引き出す際に繊維が付着する、又は、絡まってしまうる可能性もある。これらの問題は、巻取プロセスにおいて、例えばサイクルタイムを変更した際にも生じる可能性がある。
図２に示すような方法順序では、これらの問題が非常に簡単な処置により防止される。つまり、ここでは、巻付フィルムの片側を端部において折り返し、そこに折返領域１８を形成する。この折返領域１８は、保護層を、中空繊維１０と被溶着フィルム１２との間に形成する。
これにより、以下の利点が生じる。巻付フィルムを、確実に溶着できる。溶着装置のパラメータ化は、重要ではない。図１に示す方法では、１０°の温度誤差が溶着シームの品質に影響を及ぼす可能性がある、つまり、繊維が損傷され、又は、溶着シームが必要且つ所望の強度を有していない可能性がある。
折返領域１８を有する本発明の巻付フィルムでは、溶着装置１４の温度が例えば５０℃上昇しても、品質には何ら影響を及ぼさないであろう。ここでは、付加的な層を溶着するにはエネルギー導入が十分ではない。したがって、繊維は損傷されないままである。
折返領域１８により、溶着突起部も生じない。
エネルギー導入量の厳密な調整をする必要がなくなるので、比較的高い温度で比較的短時間で溶着を行える。このことは、サイクル時間を相当短縮できることを意味している。
仮に、溶着シームがフィルムの巻付端から外側に延びることになっても（このような状況は、例えば、不正確な巻き付けによって生じる可能性があるが）、フィルタが１層のみではなく、２層で中空繊維１０を保護することになる。
図４に、中空繊維バンドルを示す。同図では、中空繊維に巻付フィルム１２が巻き付けられている。この巻付フィルムは、その端部において、間隔を開けて設けられた３箇所の溶着シーム２０によって溶着されている。

Claims (9)

  1. バンドルを形成するべく中空繊維を束ねる方法であって、
    連続的に製造される中空繊維をゆっくりと回転する巻取装置にバッチ毎に巻き取るステップと、
    前記巻取装置のそれぞれ２つの巻取りマンドレルの間に張られ、且つ、束状にまとめられた前記中空繊維バンドルに、巻付フィルムを、前記中空繊維バンドルに直に当たる該巻付フィルムの片側の端部を前記中空繊維バンドルに面するように内側に折り返して、巻き付けるステップと、
    前記巻付フィルムの重なり合った端部同士を溶着するステップとを含む方法。
  2. 請求項１に記載の方法において、
    前記巻付フィルムを巻付用装置に引き入れる前に、該巻付フィルムの片側の端部を、設備されている装置によって折り返す方法。
  3. 請求項１に記載の方法において、
    前記巻付フィルムとして、予め端部が折り返されたフィルムが用いられる方法。
  4. 請求項１又は２に記載の方法において、
    前記巻付フィルムの溶着を、熱インパルス溶着器具によって行う方法。
  5. 請求項４に記載の方法において、
    溶着時間は、１０秒未満である方法。
  6. 請求項４に記載の方法において、
    溶着時間は、約０．３から０．５秒である方法。
  7. 請求項１から６のいずれか１つに記載の方法において、
    前記フィルムの前記重なり合った端部同士を、互いに間隔の開いた複数箇所のみで互いにスポット溶着する方法。
  8. 請求項１から６のいずれか１つに記載の方法において、
    前記フィルムの前記重なり合った端部同士を、１本の連続的な溶着シーム、又は、複数本の連続的な溶着シーム部分によって互いに溶着する方法。
  9. 請求項１から８のいずれか１つに記載の方法により製造された中空繊維バンドルであって、
    透析器ハウジングのようなハウジングへの挿入前の中間生産ステップにおいて、巻付フィルムによって包まれており、前記巻付フィルムは、当該中空繊維バンドル上に設けられる端部が、前記中空繊維の存する内側へ折り返されている。
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