JP2013158692A - 中空糸膜モジュールの製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ケーシング等を含む中空糸膜モジュール中間体の切断面が良好な状態となる製造方法および製造装置を提供すること。
【解決手段】本発明の中空糸膜モジュール製造方法は、多数本の中空糸膜からなる中空糸膜束が固定用樹脂で底部に固定された筒状ケーシング１０の一端の所定長部分を、筒状ケーシングの側壁と固定用樹脂と中空糸膜束とが含まれる切断面に沿って、切断手段で切断する工程を有する中空糸膜モジュール製造方法において、切断手段が、上下動するブレード３０であり、切断工程における所定長部分の切断が、ブレードによる複数回の切断によって構成されている。
【選択図】図１０

Description

本発明は概略的には中空糸膜モジュールの製造方法および製造装置に関し、詳細に、浄水器に使用される中空糸膜モジュールの製造方法およびこのような製造方法で使用される製造装置に関する。

無菌水、飲料水、高度純水の製造等の数多くの用途で使用される浄水器の浄水カートリッジには、中空糸膜モジュールが収容されている。このような中空糸膜モジュール１には、両端側にかがり糸２を織り込みながら中空糸膜４を折り返すことによって形成された中空糸膜の長尺状の編地６（図１）が使用されている。

中空糸膜モジュールの製造では、このような中空糸膜の編地６をロール状に捲いた円柱体８（図２）を、図３の矢印Ａで示すように、円筒状のケーシング１０内の開口端１０ａから挿入している。さらに、円柱体８の下部が接着剤（固定用樹脂）１２で固定され、底部に接着剤１２が充填された中空糸膜モジュール中間体１４とする（図４）。

そして、中空糸膜モジュール中間体１４を構成するケーシング１２の底部分Ｂを内部に収容された円柱体８および接着剤１２とともに点線Ｃに沿って径方向に切断し、下端１６ａで中空糸膜４の開口端が露出した中空糸膜モジュール１６（図５）を得ている。

この中空糸膜モジュール１６は、中空糸膜の円柱体８の上方空間Ｓに活性炭が充填される等して浄水器の浄水カートリッジとなる。

このような中空糸膜モジュールの製造においてケーシング１２の底部分Ｂ等を切断する方法として、例えば、上下動するブレード刃による方法が提案されている（特許文献１）。

特開２００４−２２３３９８号公報

この引用文献１の方法では、ブレード刃の破損等を回避するため、中空糸膜モジュール中間体を所定温度まで加熱して切断作業を行っている。しかしながら、特許文献１の方法には、ブレード刃による切断面が粗くなるため後処理が必要となる、切断面がケーシングの軸線と直交する面に対して傾斜してしまう等の問題があった。

本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、ケーシング等を含む中空糸膜モジュール中間体の切断面が良好な状態となる製造方法および製造装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、
多数本の中空糸膜からなる中空糸膜束が固定用樹脂で底部に固定された筒状ケーシングの一端の所定長部分を、前記筒状ケーシングの側壁と前記固定用樹脂と前記中空糸膜束とが含まれる切断面に沿って、切断手段で切断する工程を有する中空糸膜モジュール製造方法において、
前記切断手段が、上下動するブレードであり、前記切断工程における前記所定長部分の切断が、前記ブレードによる複数回の切断によって構成されている、
ことを特徴とする中空糸膜モジュール製造方法が提供される。

このような構成によれば、一回の切断で切断される筒状ケーシングの長さが短くなるので、最終的な切断面の表面が、後処理が必要のない状態となる。

本発明の他の好ましい態様によれば、
前記複数回の切断における切断部分の厚さが、互いに異なっている。
このような構成によれば、切断部分の厚さを適宜、調整することによって、最終的な切断面の表面が、後処理が必要のないより良い状態とすることができる。

本発明の他の好ましい態様によれば、
前記複数回の切断における切断部分の厚さは、第１回目の切断時の切断部分の厚さが最も厚く、その後、順次、薄くなるように設定されている、
このような構成によれば、最終的な切断面の表面が、後処理が必要のない、さらに良い状態とすることができる。

本発明の他の好ましい態様によれば、
前記ブレードによる切断速度が変化する。
このような構成によれば、切断速度を適宜、変化させることによって、ブレードの破損を防止しつつ、最終的な切断面の表面が、後処理が必要のない状態とすることができる。

本発明の他の好ましい態様によれば、
前記切断速度が、前記ブレードによる一回の切断中に変化する。
このような構成によれば、ブレードにかかる負荷に応じて切断速度が調整されるので、ブレードの損傷を抑制できる。

本発明の他の好ましい態様によれば、
前記切断速度が、前記ブレードによる複数回の切断の間で異なっている。
このような構成によれば、ブレードにかかる負荷に併せてブレードの速度が調整されるので、ブレードの損傷を抑制できる。

本発明の他の態様によれば、
多数本の中空糸膜からなる中空糸膜束が固定用樹脂で底部に固定された筒状ケーシングの一端の所定長部分を、前記筒状ケーシングの側壁と前記固定用樹脂と前記中空糸膜束とが含まれる切断面に沿って、切断手段で切断する中空糸膜モジュール製造装置であって、
前記切断手段が、上下動するブレードであり、
前記前記筒状ケーシングを前記ブレードが上下動する軌道に向けて断続的に押し出す機構を備え、前記切断工程における前記所定長部分の切断が、前記ブレードによる複数回の切断によって構成されている、
ことを特徴とする中空糸膜モジュール製造装置が提供される。

このような構成によれば、一回の切断で切断される筒状ケーシングの長さが短くなるので、最終的な切断面の表面が、後処理が必要のない状態となる。

本発明の他の好ましい態様によれば、
前記ブレードの降下速度が変更可能とされている。

本発明によれば、ケーシング等を含む中空糸膜モジュール中間体の切断面が良好な切断面となる製造方法および製造装置が提供される。

中空糸膜モジュール製造方法で使用される長尺状編地（中空糸膜束）の平面図である。 図１の長尺状編地（中空糸膜束）を捲くことによって形成された中空糸膜の円柱体の斜視図である。 中空糸膜モジュールの製造工程を説明する図面である。 本発明の実施形態の中空糸膜モジュールの製造方法で使用される中空糸膜モジュール中間体の縦断面図である。 本発明の実施形態の中空糸膜モジュールの製造方法で製造される中空糸膜モジュールの縦断面図である。 本発明の実施形態の中空糸膜モジュールの製造方法で使用される切断装置の要部を示す概略的な斜視図である。 本発明の実施形態の中空糸膜モジュールの製造方法で使用される切断装置の要部を示す概略的な斜視図である。 本発明の実施形態の中空糸膜モジュールの製造方法で使用される切断装置のブレード刃の正面図である。 本発明の実施形態の中空糸膜モジュールの製造方法で使用される切断装置のブレード刃の断面図である。 本発明の実施形態の中空糸膜モジュールの製造方法で使用される切断装置の要部を示す概略的な斜視図である。 図１０の切断装置による切断の一例を示す図面である。

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態の中空糸膜モジュール製造方法において使用される製造装置の１つである切断装置２０について説明する。この切断装置２０は、中空糸膜モジュール中間体１６の底部を切断する装置である。

まず、切断装置２０で底部が切断される中空糸膜モジュール中間体の一例の中空糸膜モジュール中間体１６の構成を説明する。

中空糸膜モジュール１６は、図５に示されているように、両端が開口した円筒状のケーシング１０の内部の一端側に、中空糸膜４の長尺状編地６を巻回することによって形成された中空糸膜の円柱体（中空糸膜の円柱体）８が、ケーシング１０に底部に充填された接着剤（固定用樹脂すなわちポッティング樹脂）１２で固定された構成を備えている。中空糸膜の円柱体８を構成する中空糸膜４は、中空糸膜モジュール１６の一端側の開口部（下端１６ａ）で外方に向かって開口している。

ケーシング１０の材質は、機械的強度および耐久性を有するものであればよく、例えばポリカーボネート、ポリスルフォン、ポリオレフィン、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、変成ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）等が用いられる。

中空糸膜の円柱体８を構成する中空糸膜としては、種々のものが使用でき、例えばセルロース系、ポリオレフィン系、ポリビニルアルコール系、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）系、ポリスルフォン系など、各種材科からなる中空糸膜が使用できる。とくに、ポリエチレン等の強伸度の高い材質からなる中空糸膜が好ましい。

なお、中空糸膜の孔径、空孔率、膜厚、外径等は、中空糸膜を濾過膜として使用可能な寸法であれば、特に限定されるものではないが、例えば、外径２０〜２０００μｍ、孔径は０．０１〜１μｍ、空径率２０〜９０％、膜厚５〜３００μｍ程度が好ましい。

次に、本実施形態の中空糸膜モジュール製造方法で使用される中空糸膜モジュール中間体の切断装置２０について説明する。
図６および図７は、中空糸膜モジュール中間体の切断装置２０の主要部の正面方向（作業者側Ｏ）からの概略斜視図である。

図６および図７に示されているように、切断装置２０は、基部２２と、基部２２上に配置されたターンテーブル２４とを備えている。ターンテーブル２４は、略中心に接続された上下方向に延びる回転軸２６によって、水平面内を矢印Ｄで示す方向に回転されるように構成されている。

ターンテーブル２４の上面には、底部が切断される中空糸膜モジュール中間体１６を固定する２台の固定装置２８、２８’が設けられている。２台の固定装置２８、２８’は、同一構造を有し、ターンテーブル２４の直径方向に対向した位置に反対向きに取付けられている。

切断装置２０の背面側には、中空糸膜モジュール中間体１６の底部を切断するブレード刃３０を備えた切断機構が設けられている。ブレード刃３０は、上下動することによって、固定装置２８、２８’に固定された中空糸膜モジュール中間体１６の底部を切断するように構成されている。

ターンテーブル２４は、回転軸２６による回転で、一方の固定装置２８が切断機構側（Ｓ）に配置され他方の固定装置２８’が切断機構と反対側の作業者側（Ｏ）に配置される第１位置と、他方の固定装置２８’が切断機構側（Ｓ）に配置され一方の固定装置２８が作業者側（Ｏ）に配置される第２位置（図６、図７）のいずれかに配置される。

固定装置２８は、ターンテーブル２４に固定され半円筒状の凹部３２が設けられた下側部分３４と、下側部分３４の一側に配置された軸３６を中心に開放位置（図６）と閉鎖位置（図７）との間に揺動可能な上側部分３８とを備えている。

下側部分３４には、３つの半円筒状の凹部３２が設けられている。各凹部３２は、中空糸膜モジュール中間体１６を構成するケーシング１０の外形の一部と相補的な形状を有し、図６乃至図７に示されているように、それぞれが中空糸膜モジュール中間体１６を収容できるように構成されている。

図６の固定装置２８のように、上側部分３８が開放位置にあるときには、下側部分３４の３つの半円筒状の凹部３２が露出され、凹部３２に対して中空糸膜モジュール中間体１４の着脱が可能となる。

一方、図７の固定装置２８のように、上側部分３８が閉鎖位置にあるときには、下側部分３４の３つの半円筒状の凹部３２に収容された中空糸膜モジュール中間体１４は、上側部分３８によって下側部分３４の凹部３２に押しつけられて、固定装置２８内で固定される。
なお、上側部分３８は、固定装置２８、２８’が作業者側（Ｏ）に配置されたときのみ、開放位置を採るように構成されている。

さらに、本実施形態では、切断機構側（Ｓ）に配置された固定装置２８（２８’）の上側部分３６の上方位置に棒状のストッパ４０が設けられている。ストッパ４０は、下端が上側部分３８を上方から押圧する下方位置と、下端が上側部分３８から離間する上方位置との間を移動可能である。

ストッパ４０は、下方位置で、上側部分３６を下方に押圧して下側部分３４に押しつけ、固定装置２８（２８’）内に収容された中空糸膜モジュール中間体１４がブレード刃による切断中に移動しないようにする機能を有する。

さらに、本実施形態の切断装置２０では、基部２２が、切断機構方向（矢印Ｅ方向）に前後動できるように構成されている。この結果、基部２２上に配置されたターンテーブル２４、固定装置２８等も切断機構に対して並進し、離間接近可能となる。

図８は、切断機構に取付けられているブレード刃３０の正面図であり、図９は断面図である。
図８に示されているように、ブレード刃３０は、先端の刃部３０ａが刃の前後方向軸線に直交する線に対して傾斜しており、その傾斜角θが５０乃至８０度に設定されている。
また、図９の断面図に示されているように、刃部３０ａは、表側面３０ｂが裏側面３０ｃに対して所定角δだけ傾斜して配置されることにより形成され、傾斜角δが５乃至３０度に設定されている。

次に、切断装置２０の動作について説明する。
図６に示されているように、先ず、作業者側（Ｏ）に配置された固定装置２８の上側部分３８が揺動して開から開放位置に配置される。次いで、露出している下側部分３４の３箇所の凹部３２内に、中空糸膜モジュール中間体１４をケーシング１０の開口端１０ａを凹部３２の最奥部に当接するようにして、セットする（図６では１本の中空糸膜モジュール中間体１４のみを図示）。次いで、固定装置２８の上側部分３８が閉鎖位置に揺動させる（図７）。セットされる中空糸膜モジュール中間体は、４０℃程度に加熱されているのが好ましい。

凹部３２は、中空糸膜モジュール中間体１４のケーシング１０の開口端を凹部の最奥部に当接させたとき中空糸膜モジュール中間体１４の底側部分が、切断長さより長いだけ突出するような長さを備えている。
したがって、この状態で、中空糸膜モジュール中間体１４の底側部分は、切断長さより長いだけ固定装置２８の下側部分３４および上側部分３８の間から外方に突出している。

次いで、ターンテーブル２４を１８０度、回転させ、固定装置２８を切断機構側（Ｓ）に配置する。さらに、ストッパ４０を下方位置に降下させ、上側部分３８を押圧する。

この状態で、切断機構を作動させ、ブレード刃３０を降下させ（図１０）、切断長さより長いだけ下側部分３４と上側部分３８の間から外方に突出している中空糸膜モジュール中間体１４の底側部分の先端側の一部分を、図１１の点線Ｃ１に沿って、切断する。
この点線Ｃ１で示される切断面（切断線）は、中空糸膜モジュール中間体１４のケーシング１０の側壁と固定用樹脂１２と中空糸膜束である円柱体（中空糸膜の円柱体）８とが含まれる面となる。

このときの切断厚さは、基部２２とブレード刃３０との位置関係によって決定されるが、本実施形態では、例えば、８ｍｍとされている。この１回目の切断が終了すると、ブレード刃３０を上昇させ、上方の初期位置に戻す。
ブレード刃の硬化速度は、例えば１０乃至５００ｍｍ／秒程度が好ましく、１００乃至２００ｍｍ／秒程度がより好ましい。

１回目の切断が終了すると、ストッパを上方位置に上昇させ、基部２２を所定量（例えば５ｍｍ）、ブレード刃３０に近づく方向（図１０の矢印Ｅ１方向）に並進移動させる。この並進移動量は、１回目の切断で切断された厚さ（８ｍｍ）より小さい値（５ｍｍ）に設定される。
並進移動に続いて、ストッパ４０を下方位置に降下させ、上側部分３８を押圧する。

この状態で、切断機構を作動させ、ブレード刃３０を再度、降下させ、図１１の点線Ｃ２に沿った２回目の切断を行う。１回目の切断後、基部２２は所定量（５ｍｍ）だけブレード刃方向に移動しているので、２回目の切断では、ブレード刃の降下によって、中空糸膜モジュール中間体１４の底部は、基部２２の移動量に等しい厚さ即ち５ｍｍだけ切断される。

２回目の切断が終了すると、ストッパ４０を上方位置に上昇させ、基部２２を所定量（例えば３ｍｍ）、ブレード刃３０に近づく方向（図１０の矢印Ｅ１方向）に移動させる。次いで、ストッパ４０を下方位置に降下させ、上側部分３８を押圧する。

この状態で、切断機構を作動させ、ブレード刃３０を再度、降下させる、図１１の点線Ｃ３に沿った３回目の切断を行う。第２回の切断後、基部２２は所定量（３ｍｍ）だけブレード刃方向に移動しているので、第３回目のブレード刃３０の降下によって、中空糸膜モジュール中間体１４の底部は、厚さ３ｍｍだけ切断される。

本実施形態では、このようなブレード刃による切断とブレード刃方向への基部の並進移動とがさらに３回、繰り返され、即ち、図１１の点線Ｃ４乃至Ｃ６に沿った３回の切断が行われ、合計６回の切断が行われる。

本実施形態では、各切断における切断部分の厚さは、１回目の切断で最大とされ、２回目以降、順次、小さくされ６回目で最小となる。

また、本実施形態では、１回の切断中のブレード刃３０の降下速度すなわち切断速度は、一定であり、且つ、１回目から６回目までの切断におけるブレード刃３０の降下速度すなわち切断速度は同一である。

６回目の切断が終了すると、ストッパ４０が上昇され、次いで、ターンテーブル２４が１８０度回転し、固定装置２８が作業者側（Ｏ）に戻り、固定装置２８の上側部分３８が開放位置に揺動する。この状態で、底部が切断された中空糸膜モジュール中管体１４すなわち中空糸膜モジュール１６が取り外される。

固定装置２８が切断機構側（Ｓ）に配置され、固定装置２８に固定された中空糸膜モジュール中間体１４が切断されている間、作業者側（Ｏ）に配置された他方の固定装置２８’は、上側部分２８が開かれ、凹部３２に３本の中空糸膜モジュール中間体がセットされる。

次いで、切断作業か完了した一方の固定装置２８がターンテーブル２４の回転によって作業者側（Ｏ）に配置されると、この他方の固定装置２８’は切断機構側（Ｓ）に配置され、固定装置２８’内に固定された中空糸膜モジュール中間体１４の底部の切断が行われる。

このような作業が繰り返され、中空糸膜モジュール中間体から中空糸膜モジュールが製造され、さらに、中空糸膜モジュールは下流側の処理工程に送られ中空糸膜カートリッジとされる。

本発明の前記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内で種々の変更、変形が可能である。

上記実施形態では、中空糸膜モジュール中間体の底部の切断を６回の切断工程によって実施しているが、切断回数は、６回に限定されるものではない。

また、上記実施形態では、中空糸膜モジュール中間体の底部の切断における切断厚さは、１回目の切断で最大とされ、２回目以降、順次、小さくされているが、２回目以降の切断における厚さが同一でもよい。また、１回目から３回目まで順次、薄くしていき、その後、一定としてもよい。さらに、複数回の切断、全てで、同一の切断厚さとしてもよい。

さらに、上記実施形態では、１回の切断中のブレード刃３０の降下速度すなわち切断速度は、一定であるが、一回の中空糸膜モジュール中間体１４の切断中に速度が変化するようにしてもよい。
さらにまた、上記実施形態では、６回、行われる切断の全てで、切断速度は、同一且つ一定であるが、複数回の切断の相互間で、異なる切断速度としてもよい。

２０：切断装置
２２：基部
２４：ターンテーブル
２６：回転軸
２８、２８’：固定装置
３０：ブレード刃
３２：凹部
３４：下側部分
３８：上側部分

Claims (8)

1. 多数本の中空糸膜からなる中空糸膜束が固定用樹脂で底部に固定された筒状ケーシングの一端の所定長部分を、前記筒状ケーシングの側壁と前記固定用樹脂と前記中空糸膜束とが含まれる切断面に沿って、切断手段で切断する工程を有する中空糸膜モジュール製造方法において、
   前記切断手段が、上下動するブレードであり、前記切断工程における前記所定長部分の切断が、前記ブレードによる複数回の切断によって構成されている、
   ことを特徴とする中空糸膜モジュール製造方法。
2. 前記複数回の切断における切断部分の厚さが、互いに異なっている、
   請求項１に記載の中空糸膜モジュール製造方法。
3. 前記複数回の切断における切断部分の厚さは、第１回目の切断時の切断部分の厚さが最も厚く、その後、順次、薄くなるように設定されている、
   請求項２に記載の中空糸膜モジュール製造方法。
4. 前記ブレードによる切断速度が変化する、
   請求項１ないし３のいずれか１項に記載の中空糸膜モジュール製造方法。
5. 前記切断速度が、前記ブレードによる一回の切断中に変化する、
   請求項４に記載の中空糸膜モジュール製造方法。
6. 前記切断速度が、前記ブレードによる複数回の切断の間で異なっている、
   請求項４に記載の中空糸膜モジュール製造方法。
7. 多数本の中空糸膜からなる中空糸膜束が固定用樹脂で底部に固定された筒状ケーシングの一端の所定長部分を、前記筒状ケーシングの側壁と前記固定用樹脂と前記中空糸膜束とが含まれる切断面に沿って、切断手段で切断する中空糸膜モジュール製造装置であって、
   前記切断手段が、上下動するブレードであり、
   前記前記筒状ケーシングを前記ブレードが上下動する軌道に向けて断続的に押し出す機構を備え、前記切断工程における前記所定長部分の切断が、前記ブレードによる複数回の切断によって構成されている、
   ことを特徴とする中空糸膜モジュール製造装置。
8. 前記ブレードの降下速度が変更可能とされている、
   請求項７に記載の中空糸膜モジュール製造装置。

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