JP2018138123A

JP2018138123A - 中空糸膜モジュール及びその製造方法

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Publication number: JP2018138123A
Application number: JP2017033706A
Authority: JP
Inventors: 敏昭千葉; Toshiaki Chiba; 禎憲堀; Sadanori Hori
Original assignee: Nikkiso Co Ltd
Current assignee: Nikkiso Co Ltd
Priority date: 2017-02-24
Filing date: 2017-02-24
Publication date: 2018-09-06
Anticipated expiration: 2037-02-24
Also published as: JP6908394B2

Abstract

【課題】凝固性がある外側液体の凝固を長時間抑制できる中空糸膜モジュール及びその製造方法を実現することである。【解決手段】中空糸膜モジュール１０は、筒形状のケース１２と、複数の中空糸膜により形成され、ケース内に収容されるとともに、ケース内壁の両端部に固着した２つの封止部２４によって、ケース１２に対し両端が固定された中空糸膜束１４と、内側液体導入ポート１７等の内側液体ポートが形成されて、ケース１２の両端部に取り付けられたキャップ１６と、２つの封止部２４のそれぞれに一端部が結合され、２つの封止部で挟まれて中空糸膜束１４が配置される内部空間３０に一端が開口し、他端部が、対応する側のキャップ１６を貫通して外側に導出されるように、軸方向に沿って配置された、外側液体排出ポート２２等の外側液体ポートとを含む。【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、中空糸膜モジュール及びその製造方法に関する。

従来から、人工透析、血液浄化等のために中空糸膜モジュールが用いられる。中空糸膜モジュールは、ハウジングと呼ばれる筒形状のケース内に中空糸膜束が収容される。中空糸膜束の両端部は、ケースの内壁に固着する封止部としての接着剤によって固定される。

特許文献１に記載された中空糸膜モジュールでは、ケースとしての筒形状のハウジングの内部に中空糸膜束が収容される。ハウジングの両端部は２つのキャップにより被覆される。そして、ハウジングの両端近傍のそれぞれの外周面にはハウジングの半径方向に沿うように第１導入口及び第１排出口が突出形成される。第１導入口から外側液体である血液がハウジング内に導入され、その血液は中空糸膜の外側を流れて、第１排出口から排出される。

２つのキャップのそれぞれには第２導入口及び第２排出口が形成され、第２導入口からハウジング内に内側液体である透析液が導入され、中空糸膜の内側を通って、第２排出口から排出される。これにより、中空糸膜の外側を流れる血液中の老廃物が中空糸膜を通して内側の透析液中に透析されるとされている。

特開２００７−１４６６６号公報

特許文献１に記載された中空糸膜モジュールでは、中空糸膜の外側を血液が流れる。一方、血液は、長時間のよどみで凝固する可能性がある。特許文献１に記載された構成では、中空糸膜モジュールのハウジング内の透析液及び血液の流れと、血液導入口内及び血液排出口内の血液の流れとが略直交する。これにより、血液導入口からハウジング内に流入した血液が急激に曲がって流れ、ハウジング内からは急激に曲がって血液排出口から外部に排出される。これにより、中空糸膜モジュール内で均等な血液流を実現することが困難であり、一部で血液のよどみが生じる可能性がある。このとき、患者の病状によっては、中空糸膜モジュールを長時間連続して使用することが望まれる。特許文献１に記載された構成では、長時間の使用によって、血液の凝固が生じる可能性があるため、長時間の血液凝固を抑制する面から改良の余地がある。上記では、外側液体が血液である場合を説明したが、血液以外でも、長時間のよどみで凝固する性質である凝固性がある液体を用いる場合には、同様の不都合が生じる可能性がある。

本発明の目的は、凝固性がある外側液体の凝固を長時間抑制できる中空糸膜モジュール及びその製造方法を実現することである。

本発明に係る中空糸膜モジュールは、筒形状のケースと、複数の中空糸膜により形成され、前記ケース内に収容されるとともに、ケース内壁の両端部に固着した２つの封止部によって、前記ケースに対し両端が固定された中空糸膜束と、内側液体ポートが形成されて、前記ケースの両端部に取り付けられたキャップと、前記２つの封止部のそれぞれに一端部が結合され、前記２つの封止部で挟まれて前記中空糸膜束が配置される内部空間に一端が開口し、他端部が、対応する側の前記キャップを貫通して外側に導出されるように、軸方向に沿って配置された外側液体ポートとを備える。

また、本発明に係る中空糸膜モジュールの製造方法は、前記ケース内に前記中空糸膜束を配置するとともに、前記中空糸膜束の両端部に前記外側液体ポートを構成するポート部材を配置する中空糸膜束配置ステップと、前記ケースの両端部に接着剤キャップを取り付けるキャップ取付ステップと、前記ケースの軸方向を水平方向に一致させた状態で、前記ケースの軸方向に対し直交する方向の回転軸を中心として前記ケースを回転させながら、前記接着剤キャップに通じる接着剤流路を通じて流動状態の接着剤を前記ケースの両端部に流すことにより、前記中空糸膜束の両端部に前記封止部を固着させる封止部固着ステップとを有する。

本発明に係る中空糸膜モジュール及びその製造方法によれば、凝固性のある外側液体の凝固を長時間抑制できる中空糸膜モジュールを実現できる。

本発明の実施形態に係る中空糸膜モジュールを示す断面図である。図１Ａの下側端部の拡大図である。一部を省略して示している図１ＢのＡ−Ａ断面図である。図１Ａに示す中空糸膜モジュールの製造方法を示すフローチャートである。図１Ａに示す中空糸膜モジュールの製造方法における封止部固着ステップを示す図である。本発明の実施形態に係る中空糸膜モジュールの別例を示す断面図である。図３Ａに示す中空糸膜モジュールの製造方法を示すフローチャートである。図３Ａに示す中空糸膜モジュールの製造方法における凹面形成ステップを示す図である。図４の凹面形成ステップにおいて、凹面が形成される原理を説明するための図であって、凹面のケース軸（Ｙ軸）からの半径方向距離と、凹面の底点からのＹ軸方向距離との関係を示す図である。図５において、上下軸を中心とした第１回転の回転数と、ケース軸（Ｙ軸）を中心とした第２回転の回転数とを４種類の組み合わせで変えて回転させた場合の凹面の計算結果を示す図である。図３Ａに示す中空糸膜モジュールの製造方法の別例における第１凹面形成ステップを示す図である。図３Ａに示す中空糸膜モジュールの製造方法の別例における第２凹面形成ステップを示す図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。以下で説明する形状、材料、及び個数、数値は、説明のための例示であって、中空糸膜モジュールの仕様に応じて適宜変更することができる。以下ではすべての図面において同等の要素には同一の符号を付して説明する。また、本文中の説明においては、必要に応じてそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１Ａは、実施形態に係る中空糸膜モジュールを示す断面図である。図１Ｂは、図１Ａの下側端部（左側端部）の拡大図である。図１Ｃは、一部を省略して示している図１ＢのＡ−Ａ断面図である。なお、図１Ａの下側端部は、図１Ａにおいて、各符号の向きに沿って見た状態で上下方向及び左右方向を考えた場合に左側端部となるので、それをカッコ内で示している。以下、カッコ内の側または方向の記載について同様である。

中空糸膜モジュール１０は、ケース１２と、中空糸膜束１４と、２つのキャップである内側液体導入側キャップ１６及び内側液体排出側キャップ１８と、２つの外側液体ポートである外側液体導入ポート２０及び外側液体排出ポート２２とを備える。中空糸膜モジュール１０は、例えば、血液透析、血液ろ過等の血液処理器を構成するために用いられる。また、中空糸膜モジュール１０は、外部潅流型と呼ばれるもので、例えば中空糸膜束１４を形成する中空糸膜１５（図１Ｂ）の外側を外側液体としての血液が流れ、中空糸膜１５の内側を内側液体としての透析液が流れるように用いられる。

ケース１２は、中空糸膜束１４を収容する筒形状である。ケース１２は、例えばポリカーボネート、ポリプロピレン等の樹脂材料製の円筒から形成される。

内側液体導入側キャップ１６は、ケース１２の軸方向一端（図１Ａの下端（左端））の開口を覆うように取り付けられる。内側液体排出側キャップ１８は、ケース１２の軸方向他端（図１Ａの上端（右端））の開口を覆うように取り付けられる。内側液体導入側キャップ１６には、ケース１２の軸方向（図１Ａの上下方向（左右方向））に沿って外側に突き出るように内側液体導入ポート１７が形成される。内側液体導入ポート１７は、ケース１２の外周寄り部分の周方向一部に配置される。内側液体導入ポート１７は、ケース１２内に配置される中空糸膜束１４の各中空糸膜１５の内側に、内側液体を導入するためのものである。

一方、内側液体排出側キャップ１８には、ケース１２の軸方向に沿って外側に突き出るように内側液体排出ポート１９が形成される。内側液体排出ポート１９は、ケース１２の外周寄り部分の周方向一部に配置される。内側液体排出ポート１９は、中空糸膜束１４の各中空糸膜１５から、内側液体を排出するためのものである。

中空糸膜束１４は、複数の中空糸膜１５により形成され、ケース１２内に収容される。中空糸膜束１４は、ケース１２の内壁の両端部に固着した２つの封止部２４，２５によって、その両端が固定される。

中空糸膜１５は、例えば、膜の厚さが５〜１５０μｍ、内径が１００〜５００μｍ、外径が１１０〜８００μｍ程度の断面円形の細管から構成される。中空糸膜１５の膜基材は、所定の形状と性能を付与できる材料であれば、特に限定されない。例えば、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリメタクリル酸メチル、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、デキストラン、セルロース、セルロース誘導体などを単独、または、組み合わせて使用することができる。

例えば、疎水性膜基材として、ポリエーテルスルホン樹脂とポリアリレート樹脂を使用することができる。疎水性膜基材を紡糸するための製膜原液は、ポリエーテルスルホン樹脂（Ａ）とポリアリレート樹脂（Ｂ）との合計重量（Ａ＋Ｂ）が１０重量％〜２５重量％の割合となるように有機溶媒に溶解させることで調製されてもよい。このとき、ポリエーテルスルホン樹脂（Ａ）とポリアリレート樹脂（Ｂ）との混合重量比（Ａ／Ｂ）を０．１〜１０の範囲で定める。

また、中空糸膜１５は、ポリエーテルスルホン樹脂とポリアリレート樹脂を主たる膜基材とした疎水性高分子製の半透膜から構成される場合に限定せず、例えばポリエーテルスルホン樹脂またはポリアリレート樹脂の単体で膜基材が形成されても良い。

さらに、中空糸膜１５には、波形の縮れであり、捲縮であるクリンプが形成、すなわち付与されてもよい。中空糸膜１５にクリンプが形成されることで、中空糸膜モジュール１０内で中空糸膜１５が熱収縮したときに当該クリンプが展開する（拡がる）。これにより、中空糸膜１５の収縮に伴う中空糸膜のちぎれ、及び封止部２４，２５の剥離が防止される。また、複数の中空糸膜１５を束ねた状態である中空糸膜束１４の中で、隣り合う中空糸膜１５の密着を防ぐことができ、これにより、複数の中空糸膜１５の外側を流れる外側液体の偏流であるチャネリングを抑制できる。

２つの封止部２４，２５は、ケース１２の両端開口を、対応するキャップ１６，１８の内側で封止する。封止部２４，２５は、中空糸膜束１４の隣り合う中空糸膜１５の隙間を埋めるとともに、ケース１２の両端開口近傍の内壁面に固着して、ケース１２内で中空糸膜外側にある外側液体がケース１２の両端開口から外部に漏れ出すことを防止する。封止部２４，２５は、中空糸膜束１４の両端をケース１２に固定する固定手段としての機能も有する。封止部２４，２５はポッティング材とも呼ばれ、例えば、封止部として樹脂組成物であるウレタン系の接着剤が用いられる。接着剤は、主剤と硬化剤とを混合させることにより時間の経過に伴って硬化する２液型のものを用いることが好ましい。

中空糸膜束１４を構成する個々の中空糸膜１５の両端開口は開放されており（封止部２４，２５によって埋められておらず）、内側液体導入側キャップ１６内から中空糸膜１５内に内側液体が流れ込み、中空糸膜１５内から内側液体排出側キャップ１８に内側液体が排出される。

外側液体導入ポート２０及び外側液体排出ポート２２は、ケース１２の中心軸上において、ケース１２の軸方向に沿って分かれて配置される。具体的には、外側液体導入ポート２０は、内側液体排出側キャップ１８側で、２つの封止部２４，２５の一方（図１Ａの上側（右側））の封止部２５の中心部に一端部（図１Ａの下端部（左端部））が結合されるように軸方向に配置される。このとき、外側液体導入ポート２０は、２つの封止部２４，２５で挟まれて中空糸膜束１４が配置される内部空間３０に、一端が開口する。また、外側液体導入ポート２０の他端部（図１Ａの上端部（右端部））は、対応する側のキャップである内側液体排出側キャップ１８の中心部を軸方向に貫通して外側に導出される。後述のように外側液体導入ポート２０の他端部及びその周辺部であるルアーロック継手２６は、ＩＳＯによる規定に基づいたルアーロック式構造に形成される。

外側液体排出ポート２２は、内側液体導入側キャップ１６側で、２つの封止部２４，２５の他方（図１Ａの下側（左側））の封止部２４の中心部に一端部（図１Ａの上端部（右端部））が結合され、内部空間３０に一端が開口するように軸方向に配置される。また、外側液体排出ポート２２の他端部（図１Ａの下端部（左端部））は、対応する側のキャップである内側液体導入側キャップ１６の中心部を軸方向に貫通して外側に導出される。外側液体排出ポート２２の他端部及びその周辺部であるルアーロック継手２６は、ＩＳＯによる規定に基づいたルアーロック式構造に形成される。具体的には、図１Ｂに示すように、内側液体導入側キャップ１６の外側で外側液体排出ポート２２の周囲にはルアーロック継手２６が固定される。外側液体導入ポート２０におけるルアーロック継手２６も基本構成は、外側液体排出ポート２２におけるルアーロック継手２６と同様である。ルアーロック継手２６は、一端が底部２６ａで塞がれ他端が開口した略円筒状であり、内周面に雌ねじ２６ｂが形成される。ルアーロック継手２６の底部２６ａは、内側液体導入側キャップ１６の外側面に突き当てられる。ルアーロック継手２６の底部２６ａは、内側液体導入側キャップ１６の外側面に固定されてもよい。外側液体排出ポート２２において、ルアーロック継手２６の内側には雄ノズル２２ａが形成され、雄ノズル２２ａの外周面は先端に向かって直径が小さくなるように傾斜したテーパ面である。外側液体排出ポート２２においてルアーロック継手２６の内側に配置される部分及びルアーロック継手２６は、ＩＳＯ５９４−２で規定されるルアーロック式継手構造である。ルアーロック式継手構造では外側液体排出用の排出チューブ（図示せず）の端部に設けられた雌コネクタに外側液体排出ポート２２の雄ノズル２２ａが挿入される。このとき、ルアーロック継手２６の雌ねじ２６ｂに雌コネクタの外周面に形成された鍔部（図示せず）がねじ結合される。図１Ａに示す内側液体排出側キャップ１８の外側で外側液体導入ポート２０の周囲にも同様にルアーロック継手２６が固定される。外側液体導入ポート２０においてルアーロック継手２６の内側に配置される部分及びルアーロック継手２６は、ＩＳＯ５９４−２で規定されるルアーロック式継手構造である。ルアーロック式継手構造には外側液体導入用の導入チューブ（図示せず）の端部に設けられた雌コネクタに外側液体導入ポート２０の雄ノズルが挿入される。このとき、ルアーロック継手の雌ねじに雌コネクタの鍔部（図示せず）がねじ結合される。ルアーロック継手２６は、外側液体排出ポート２２及び外側液体導入ポート２０のそれぞれの他端部に一体形成されてもよい。

このように外側液体導入ポート２０を内側液体排出側キャップ１８側で、外側液体排出ポート２２を内側液体導入側キャップ１６側に配置することにより、内部空間３０内で外側液体と内側液体とを逆向きに流すことができる。これにより、内部空間３０内での外側液体と内側液体との濃度差に基づく物質移動を最大にできる。

後述するように、外側液体導入ポート２０及び外側液体排出ポート２２は、それぞれ軸方向に分離可能な２部品を含むように構成されてもよい。例えば、外側液体導入ポート２０及び外側液体排出ポート２２のそれぞれは、封止部２４，２５に埋め込んだ状態で保持される第１ポート部材２３（図２参照）と、第２ポート部材（図示せず）とを含んで構成する。第２ポート部材は、第１ポート部材２３の一端の内側に嵌合するように軸方向に結合される。後述の図２で示す製造方法は、このような中空糸膜モジュールを製造する。このとき、第１ポート部材２３の一端面の外周部に外側筒部を形成し、その外側筒部の内側に第２ポート部材の端部を嵌合することで、各ポート部材の接合部における内周面が面一となり、段差が生じないようにする。この理由は、外側液体導入ポート２０及び外側液体排出ポート２２の内側の流れを乱さないためである。特に、外側液体として血液が流れる場合は、これらのポート２０，２２の内周面の段差等により血液が滞留し、血液凝固が発生するおそれがあるためである。

中空糸膜束１４の両端部の中心部には外側液体導入ポート２０及び外側液体排出ポート２２が配置され、この部分を除いて中空糸膜１５が配置される。内部空間３０の中空糸膜束１４は、それを構成する中空糸膜１５が内部空間３０内で一様に分散する。これにより、中空糸膜束１４の中心部に、軸方向に長くかつ広い空間は形成されない。このため、血液がチャネリングすること、及び、膜を介して物質移動の効率が低下することを防止できる。図１Ｃでは、分かりやすくするために、中空糸膜束１４において、複数の円周上に中空糸膜１５が配置されるように示しているが、実際には、複数の中空糸膜１５はランダムに分散して配置される。

外側液体導入ポート２０を通じてケース１２の内部空間３０に外側液体が導入され中空糸膜１５の外側に流れる。これにより、中空糸膜１５の外側を流れる外側液体と内側液体に含まれる溶質が中空糸膜１５を通して、物質交換される。

次に、実施形態に係る中空糸膜モジュール１０の製造方法を説明する。図１Ｄは、図１Ａに示した中空糸膜モジュール１０の製造方法を示すフローチャートである。まず、中空糸膜束配置ステップ（Ｓ１０）として、ケース１２内に中空糸膜束１４を充填（挿入）するように配置する。このとき、後工程のキャップポート取付ステップ（Ｓ１３）において中空糸膜束１４の両端の余剰部分を切断するので、中空糸膜束１４の長さは、ケース１２の全長を超えた長さとしておく。これとともに、中空糸膜束１４の両端部の中心部に第１ポート部材２３（図２）を埋め込むように、軸方向に沿って配置する。

次に、接着剤キャップ取付ステップ（Ｓ１１）として、中空糸膜束１４が充填されたケース１２の両端に、接着剤キャップ３２（図２）を取り付ける。接着剤キャップ３２は、一端が塞がれた筒状であり、周方向一部に外側に伸びるように接着剤流路３３が形成される。これにより接着剤キャップ３２の内側は接着剤流路３３に通じる。２つの接着剤キャップ３２で接着剤流路３３の一端はケース１２の外周面の軸方向中央部付近で向き合うように、２つの接着剤流路３３が曲げられている。このとき、第１ポート部材２３の外端は接着剤キャップ３２の底部３４に突き当てている。

次に、封止部固着ステップ（Ｓ１２）として、図２に示すように、ケース１２の軸方向を水平方向に一致させるようにケース１２を寝かせた状態で、２つの接着剤流路３３の一端に接着剤供給部３５の吐出口を接続する。そして、ケース１２の軸方向中心を通り、ケース１２の軸方向に対し直交する上下方向の回転軸である上下軸Ｏ１を中心として、ケース１２を回転させる。そして、このようにケース１２を回転させながら、接着剤供給部３５から接着剤流路３３を通じて、流動状態の接着剤６０をケース１２の両端部に流す。図２では、接着剤６０を砂地で示している。また、図２では、中空糸膜束１４の図示を省略している。このとき、接着剤６０が接着剤キャップ３２内に供給され、その接着剤６０がケース１２の回転に伴う遠心力により、ケース１２の両端部と、その両側の接着剤キャップ３２の内側に集まるように、両端に寄せられる。この回転の継続によって、接着剤６０が固化されるので、中空糸膜束１４の両端部に封止部２４，２５（図１Ａ）を固着させることができる。

なお、封止部２４，２５を形成する接着剤に熱硬化性のものを用いる場合には、封止部固着ステップを行う場合に、接着剤を加熱することにより接着剤を硬化させてもよい。また、封止部２４，２５を形成する接着剤に熱可塑性の樹脂を用いる場合には、封止部固着ステップを行う場合に、加熱溶融した樹脂を充填後、放冷硬化させてもよい。

さらに、図１Ｄに示すキャップポート取付ステップ（Ｓ１３）として、接着剤キャップ３２をケース１２の両端から取り外すとともに、中空糸膜束１４及び封止部２４，２５の、ケース１２の両端から突出した部分の端部を切断する。これによって中空糸膜１５のうち、管内が封止部２４，２５によって埋められていた部分が切断される。このとき、第１ポート部材２３（図２）の外端部が切断されてもよい。最後にケース１２の両端に内側液体導入側キャップ１６（図１Ａ）及び内側液体排出側キャップ１８（図１Ａ）を取り付ける。これとともに、内側液体導入側キャップ１６に貫通するように外側液体排出ポート２２の第２ポート部材（図示せず）を取り付けて、その第２ポート部材を第１ポート部材２３に結合して外側液体排出ポートを形成する。また、内側液体排出側キャップ１８に貫通するように外側液体導入ポート２０の第２ポート部材を取り付けて、その第２ポート部材を第１ポート部材２３に結合して外側液体導入ポートを形成する。これによって、中空糸膜モジュール１０を形成する。

上記の中空糸膜モジュール１０及びその製造方法によれば、モジュールの使用時に、２つの外側液体ポートの一方の外側液体ポートとしての外側液体導入ポート２０から外側液体が導入され、他方の外側液体ポートとしての外側液体排出ポート２２から外側液体が排出される。また、２つの内側液体ポートの一方の内側液体ポートとしての内側液体導入ポート１７から内側液体が導入され、他方の内側液体ポートとしての内側液体排出ポート１９から内側液体が排出される。これにより、ケース１２内で外側液体が中空糸膜１５の外側を流れ、内側液体が中空糸膜１５の内側を流れる。このため、内側液体の不均一の流れ、すなわち偏流であるチャネリングを抑制できる。また、中空糸膜１５の外側を外側液体が自由に流れるので、中空糸膜外側の境膜が薄くなり、外側液体側の境膜抵抗を低下させることができる。これにより、外側液体側の溶質が中空糸膜１５を介して内側液体側へ拡散輸送される際の抵抗を小さくでき、透過性能を高くできる。また、中空糸膜１５の表面積のうち、外側液体が接触する側の外表面の表面積が内表面の表面積より大きいので、これによっても、外側液体側の溶質の透過性能を高くできる。また、中空糸膜モジュール１０を血液浄化に使用する場合は、内側液体としての透析液の流量を大きくすることで、透析液流れの圧力損失を大きくでき、その結果、外側液体である血液側の圧力損失を大きくすることなく、すなわち血液に負荷をかけることなく、内部ろ過量を増大し、ろ過による物質移動を増やすことができる。

さらに、実施形態によれば、中空糸膜１５の長手方向と平行な方向に、外側の一方側（図１Ａの上側（右側））から外側液体が導入され、外側の他方側（図１Ａの下側（左側））に外側液体が排出される。これにより、中空糸膜束１４が配置され、２つの封止部２４，２５で挟まれた内部空間３０に外側液体が送られる際に、外側液体の多くが大きく曲がって流れることがない。また、内部空間３０から外側液体が排出される際にも、外側液体の多くが大きく曲がって流れることがない。これにより、内部空間３０内での外側液体の流れを均等化する、または均等に近づけることができるので、外側液体のよどみを抑制できる。このため、中空糸膜モジュール１０を血液浄化に使用し、外側液体として血液を流す場合は、長時間のよどみで凝固性が向上する血液を凝固させることなく長時間循環することができる。

なお、図１Ａから図１Ｃに示した構成は、上記のように外側液体導入ポート及び外側液体排出ポートをそれぞれ第１ポート部材及び第２ポート部材の２部品を結合して製造する場合に限定しない。例えば、図２に示した封止部固着ステップで、外側液体導入ポート及び外側液体排出ポートを図１Ａ、図１Ｂのように長くした１部品のポート部材のみにより構成し、接着剤キャップ３２にそのポート部材を貫通させた状態で保持する。そして、ポート部材を、中空糸膜束１４の両端部に封止部２４，２５を固着した状態で封止部２４，２５の外面から大きく突出するように形成する。

また、上記では、外側液体導入ポート２０及び外側液体排出ポート２２をケース１２の中心軸上に配置する場合を説明したが、これらのポートは、ケース１２の中心軸とは異なる位置、例えばケースの外周側に配置されてもよい。一方、図１Ａから図２に示した構成のように、外側液体導入ポート２０及び外側液体排出ポート２２をケース１２の中心軸上に配置する方が、内部空間３０内で外側液体をより均等に近づけて流すことができる。これにより、外側液体のよどみを、より抑制できる。以下の実施形態では、外側液体導入ポート２０及び外側液体排出ポート２２がケース１２の中心軸上に配置される場合で説明する。

また、上記で説明した構成では、２つの封止部２４，２５のそれぞれにおいて、中空糸膜束１４の軸方向中央に向く内側面は、軸方向に対し直交する略平面状である。このような構成では、内部空間３０に導入された外側液体が急激に拡径された後、急激に縮径されて内部空間３０から排出される。これにより、内部空間３０内で外側液体流れの若干のよどみがまだ残る可能性がある。図３Ａに示す構成は、このような事情から発明したものである。

図３Ａは、実施形態の中空糸膜モジュール１０の別例を示す断面図である。本例の構成では、図１Ａから図２に示した構成において、２つの封止部３６，３８は、それぞれ中空糸膜束１４の軸方向中央に向く内側面が、中心からケース１２の半径方向外側に向かって浅くなる、略半球面状またはすり鉢状の凹面３９に形成される。この凹面３９は深さＨ（図３Ａ）を有する。このような構成では、後述のように外側液体のよどみを、さらに抑制できる。

図３Ｂは、図３Ａに示す中空糸膜モジュールの製造方法を示すフローチャートである。図４は、図３Ａに示す中空糸膜モジュールの製造方法における凹面形成ステップを示す図である。図３Ｂでは、後述する図７、図８の別例の製造方法も破線矢印及びカッコ内のステップで示している。本例の製造方法では、図１Ｄに示した製造方法において、封止部固着ステップ（Ｓ１２Ａ）の後、キャップポート取付ステップ（Ｓ１３）の前に、凹面形成ステップ（Ｓ１２Ｂ）を行う。図３Ｂの封止部固着ステップ（Ｓ１２Ａ）は、図１Ｄの封止部固着ステップ（Ｓ１２）と同様である。凹面形成ステップでは、封止部固着ステップ（Ｓ１２Ａ）において、封止部２４，２５の内部空間３０側の内側面が平面状となって硬化された後で、ケース１２を回転させる回転装置（図示せず）にケース１２を設置する。この回転装置では、ケース１２が軸方向を水平方向に一致させた状態で配置される。図４では、ケース１２を回転装置に設置した状態で上側から見た図を示している。そしてこの状態で、ケース１２の軸方向に対し直交する上下方向の回転軸である上下軸Ｏ１を中心としてケース１２を一方向（図４の矢印Ｇ１方向）に回転させる。これとともに、ケース１２の中心軸であるケース軸Ｏ２を中心にケース１２を一方向（図４の矢印Ｇ２方向）に回転させる。上下軸Ｏ１は、ケース１２の軸方向中央を通っている。そして、このようにケース１２の回転を行いながら、外側液体導入ポート２０（図３Ａ）及び外側液体排出ポート２２（図３Ａ）をそれぞれ構成する２つの第１ポート部材２３を通じて、流動状態の液状の接着剤６２をケース１２の両端部に流す。図４では、流動状態の接着剤６２を斜格子で示している。このときには、新たに導入された接着剤６２が、上下軸Ｏ１を中心とした回転である第１回転に伴う遠心力により、ケース１２の両端に寄せられる。これと同時に、ケース軸Ｏ２を中心とした回転である第２回転に伴う遠心力により、接着剤６２がケース１２の外周付近により多く集められる。これにより、図３Ａに示すように、各封止部３６，３８において中空糸膜束１４の軸方向中央に向く側面を、上記の凹面３９に形成する。また、凹面形成ステップでは、２つの第１ポート部材２３を通じて液状の接着剤を必要量、内部空間３０側に流した後に、２つの第１ポート部材２３を通じて内部空間側にエアーを送り込んで、各第１ポート部材の内側の接着剤をブローする。これにより、各第１ポート部材２３内で接着剤が残留して内部の通路が封止され、外側液体の流通が阻止されることを防止できる。

上記の構成によれば、外側液体導入ポート２０から内部空間３０に導入された外側液体は、入口側（図３Ａの上側（右側））の凹面３９に沿って徐々に拡径された領域を流れる。また、内部空間３０の出口付近では、外側液体は、出口側（図３Ａの下側（左側））の凹面３９に沿って徐々に縮径された領域を流れる。これにより、血液の流れに対して急激な流路の変化がないので、外側液体のよどみをさらに抑制できる。このため、外側液体として血液を流す血液浄化器の場合、よどみに起因する血液凝固がさらに抑制される。その他の構成は、図１Ａから図２に示した構成と同様である。

図５を用いて、凹面３９（図３Ａ）が形成される原理をより詳しく説明する。図５は、凹面３９が形成される原理を説明するための図であって、凹面３９のケース軸Ｏ２（Ｙ軸）からの半径ｒ方向距離と、凹面３９の底点からのＹ軸方向距離Ｙとの関係を示す図である。例えば、凹面上の点Ｐを考えた場合に、液面には、ケース軸Ｏ２（Ｙ軸）に対し直交する方向の上下軸Ｏ１（図４）を中心とした第１回転による遠心力ＲＦＡと、ケース軸Ｏ２を中心とした第２回転による遠心力ＲＦＢとの両方が作用する。それぞれの遠心力ＲＦＡ、ＲＦＢは、ケース１２における、対応する回転での毎分当たりの回転数（ｍｉｎ^-1）によって定まる。例えば、上下軸Ｏ１周りの第１回転の第１回転数をＮＡとし、ケース軸Ｏ２周りの第２回転の第２回転数をＮＢとした場合に、単位質量での遠心力ＲＦＡ、ＲＦＢは次式で表される。

ＲＦＡ＝１１．１８×（ＮＡ／１０００）²×１５・・・（１）
ＲＦＢ＝１１．１８×（ＮＢ／１０００）²×ｒ・・・（２）

ここで、点Ｐでのケース軸Ｏ２（Ｙ軸）からの半径方向距離をｒ（ｃｍ）とする。図５では、Ｙ軸より右側で正のｒとなり、左側で負のｒとなることを示している。また、（１）式では、後述の微分方程式を単純化するために、点Ｐの違いにより、上下軸Ｏ１から点Ｐまでの距離である第１回転の回転半径が異なる場合でも第１回転による遠心力ＲＦＡは不変とする。具体的には、（１）式では、上下軸Ｏ１から点Ｐまでの距離を、一定値の１５ｃｍとしている。

そして、（１）（２）式から、等圧力面方程式を、Ｙ、ｒ座標系に適用して、次の微分方程式が得られる。

ｄＹ／ｄｒ＝ＲＦＢ／ＲＦＡ＝（ＮＢ／１０００）²／（ＮＡ／１０００）²×ｒ／１５＝（ＮＢ／ＮＡ）²×ｒ／１５・・・（３）

この（３）式の微分方程式を解くことにより次式が得られる。

Ｙ＝（ＮＢ／ＮＡ）²×ｒ²／３０・・・（４）

これにより、凹面３９の断面が放物線となり、凹面３９はこの放物線をＹ軸周りで回転させてなる曲面となることが分かる。また、この凹面３９の形状が、第１回転の第１回転数ＮＡ及び第２回転の第２回転数ＮＢを調整することにより決定されることも分かる。

図６は、上下軸Ｏ１を中心とした第１回転の第１回転数ＮＡと、ケース軸Ｏ２（Ｙ軸）を中心とした第２回転の第２回転数ＮＢとを４種類の組み合わせで変えて回転させた場合の凹面３９の計算結果を示している。図６ではケースの内径を５ｃｍとした。実線ａ、ｂ、ｃ、ｄは、それぞれ第１回転数ＮＡが３００ｍｉｎ^-1、４００ｍｉｎ^-1、６００ｍｉｎ^-1、９５０ｍｉｎ^-1である場合における凹面３９を示している。また、実線ａ、ｂ、ｃ、ｄで第２回転数ＮＢは同じ１５００ｍｉｎ^-1とした。第１回転数ＮＡが低下するほど、ケース軸Ｏ２（Ｙ軸）を中心とした第２回転が支配的となって凹面３９がケース１２の半径ｒ方向に対して急峻になり、深さ（例えば実線ａのＨａ）が大きくなっている。

凹面３９の形状は急峻になるほど、すなわち深さが大きくなるほど、外側液体のよどみが少なり、外側液体として血液を流す血液浄化器の場合、血液が凝固しにくくなる面から好ましい。一方、凹面３９の深さが大きくなるほど、中空糸膜モジュール１０を製造するために使用する接着剤の量が増大するので材料費が高くなるとともに、中空糸膜束１４の物質交換に使える有効膜面積が低下してしまう。

次の表１は、実施形態で条件を変えて、凹面３９の深さＨと外側液体としての血液が凝固するまでの時間とを求めた実験結果を示している。

表１では、図３Ａから図６に示した実施形態を、実施例２−１，２−２，２−３で示している。表１では、図２に示した封止部固着ステップ（Ｓ１２）を第１工程とした場合において、図４に示した凹面形成ステップを第２工程としている。また、「上下軸中心」の欄には、上下軸Ｏ１を中心とした第１回転の第１回転数ＮＡを示している。「ケース軸中心」の欄には、ケース軸Ｏ２（Ｙ軸）を中心とした第２回転の第２回転数ＮＢを示している。

また、実験では、ブタ新鮮血に抗凝固剤を添加し、その拮抗薬でＡＣＴ（活性化全血凝固時間）を１５０〜１８０秒に調整した。また、貯血槽の温度を約３７℃に調整し、中空糸膜モジュールの試験モジュールに血流量１００ｍＬ／ｍｉｎで血液を循環させた。次に、濾過流量１０ｍＬ／ｍｉｎで濾過を開始し、濾液は貯血槽に戻した。また、循環回路に設置した圧力調整機で試験モジュールの入口圧を約７０ｍｍＨｇに調整し、試験開始とした。その後、入口圧を経時的に測定し、１５０ｍｍＨｇに到達するまでの時間をライフタイムとして、その時間を血液凝固までの時間とした。

表１の実験結果からも、第１回転数ＮＡが小さくなるほど、凹面３９の深さＨ（図３Ａ）が大きくなることを確認できた。また、凹面３９の深さＨが大きくなるほど、血液が凝固するまでの時間を長くできた。例えば実施例２−１では、凹面３９の深さＨが５ｃｍと大きくなり、血液凝固までの時間を２４時間と長くできた。

また、表１では、比較例の実験結果も示している。比較例は、特許文献１に記載された構成と同様に、中空糸膜モジュールのケースの外周面に対し、半径方向に、外側液体導入ポートと外側液体排出ポートとを接続した構成である。具体的には、中空糸膜モジュールの比較例は、図１Ａから図２に示した実施形態の構成において、外側液体導入ポート及び外側液体排出ポートを、内側液体排出側キャップ１８及び内側液体導入側キャップ１６に軸方向に取り付けない構成とする。そして、比較例では、その構成において、円筒状のケースの両端寄り部分の２つの位置に、それぞれ直線状に伸びる外側液体導入ポート及び外側液体排出ポートの一端部を貫通させた状態で、外側液体導入ポート及び外側液体排出ポートをケースに固定する。この状態で、外側液体導入ポート及び外側液体排出ポートは、ケースの外周面から半径方向外側に向かって直線状に伸びる。この比較例では、中空糸膜モジュールのケース内の透析液及び血液の流れと、外側液体導入ポート内及び外側液体排出ポート内の血液の流れとが略直交する。このような比較例では、表１の実験結果から分かるように、中空糸膜モジュールのケース内での血液のよどみが多くなることで血液凝固までの時間が５時間と短くなった。

さらに、表１では、実施例１として、図１Ａから図２に示した実施形態に対応する実施例の実験結果も示している。実施例１では、第２工程に相当する工程がない。これにより、実施例１における凹面の深さは０ｃｍであり、血液凝固までの時間は８時間となった。このため、血液凝固までの時間が、実施例２−１，２−２，２−３に比べて短くなったが、比較例に比べて長くできることを確認できた。

図７は、図３Ａに示す中空糸膜モジュール１０の製造方法の別例における第１凹面形成ステップを示す図である。図８は、図３Ａに示す中空糸膜モジュール１０の製造方法の別例における第２凹面形成ステップを示す図である。

本例の製造方法では、図３Ｂに破線矢印及びカッコ内のステップで示すように、封止部固着ステップ（Ｓ１２Ａ）の後、キャップポート取付ステップ（Ｓ１３）の前に、第１凹面形成ステップ（Ｓ１２Ｂ１）及び第２凹面形成ステップ（Ｓ１２Ｂ２）を行う。第１凹面形成ステップは図７に相当し、第２凹面形成ステップは図８に相当する。図７に示すように、封止部固着ステップ（Ｓ１２Ａ）では、図７に砂地で示すように各封止部２４，２５の内部空間３０側の内側面が平面状となって硬化させた。そして、その後で、第１凹面形成ステップ（Ｓ１２Ｂ１）では、ケース１２を回転させる第２回転装置（図示せず）にケース１２を設置する。この第２回転装置では、ケース１２の軸方向を上下方向に一致させた状態で、ケース１２の中心軸であるケース軸Ｏ２を中心にケース１２を回転させる。そして、このようにケース１２の回転を行いながら、外側液体導入ポート及び外側液体排出ポートを構成する２つの第１ポート部材２３のうち、下側に位置する第１ポート部材２３を通じて、流動状態の接着剤６２をケース１２の下端部に流す。図７では、流動状態の接着剤６２を斜格子で示している。このときには、新たに導入された接着剤６２が、重力の作用により下端部の硬化した封止部２４の上面上に集まって、ケース軸Ｏ２を中心とした回転に伴う遠心力により、ケース１２の外周付近により多く集まる。これにより、下端部において、新たな接着剤が硬化され、凹面３９（図３Ａ）が形成される。これにより、下側に位置する封止部３６（図３Ａ参照）において、中空糸膜束１４の軸方向中央に向く内側面を、上記の凹面３９に形成する。

次に、第２凹面形成ステップ（Ｓ１２Ｂ２）では、第１凹面形成ステップで下側の接着剤６２（図７）を、凹面３９を含めて硬化させた後に、図８に示すように、ケース１２の上側及び下側を逆にして、ケース１２を回転させる第２回転装置にケース１２を設置する。そして、第１凹面形成ステップと同じようにケース１２を回転させる。そして、ケース１２をこのように回転させながら、外側液体導入ポート及び外側液体排出ポートを構成する２つの第１ポート部材２３のうち、下側に位置する第１ポート部材２３を通じて、流動状態の接着剤をケース１２の下端部に流す。図８では、流動状態の接着剤６２を斜格子で示している。このとき、接着剤６２を流す第１ポート部材２３は、第１凹面形成ステップの場合とケース１２の軸方向に関して反対側の第１ポート部材である。この場合でも、第１凹面形成ステップの場合と同様に、新たに導入された接着剤６２が、下端部の硬化した封止部２５の上面上に集まる。そして、その接着剤６２は、ケース軸Ｏ２を中心とした回転に伴う遠心力により、ケース１２の外周付近に多く集められる。これにより、新たな接着剤が硬化され、凹面３９（図３Ａ）が形成される。これにより、下側に位置する封止部３８（図３Ａ参照）において中空糸膜束１４の軸方向中央に向く内側面を、上記の凹面３９に形成する。

上記のように、図３Ａの構成は、図３Ｂの破線矢印及び図７、図８に示した第１凹面形成ステップ及び第２凹面形成ステップを含む製造方法によっても製造できる。

上記では中空糸膜モジュールに、外側液体として血液を流し、内側液体として透析液を流す場合を説明したが、中空糸膜モジュールは、外側液体として、血液以外の長時間のよどみで凝固する凝固性がある液体を流す用途に用いられてもよい。

１０中空糸膜モジュール、１２ケース、１４中空糸膜束、１５中空糸膜、１６内側液体導入側キャップ、１７内側液体導入ポート、１８内側液体排出側キャップ、１９内側液体排出ポート、２０外側液体導入ポート、２２外側液体排出ポート、２２ａ雄ノズル、２３第１ポート部材、２４，２５封止部、２６ルアーロック継手、２６ａ底部、２６ｂ雌ねじ、３０内部空間、３２接着剤キャップ、３３接着剤流路、３４底部、３５接着剤供給部、３６，３８封止部、３９凹面、６０，６２接着剤。

Claims

筒形状のケースと、
複数の中空糸膜により形成され、前記ケース内に収容されるとともに、ケース内壁の両端部に固着した２つの封止部によって、前記ケースに対し両端が固定された中空糸膜束と、
内側液体ポートが形成されて、前記ケースの両端部に取り付けられたキャップと、
前記２つの封止部のそれぞれに一端部が結合され、前記２つの封止部で挟まれて前記中空糸膜束が配置される内部空間に一端が開口し、他端部が、対応する側の前記キャップを貫通して外側に導出されるように、軸方向に沿って配置された外側液体ポートとを備える、中空糸膜モジュール。
請求項１に記載の中空糸膜モジュールにおいて、
前記外側液体ポートは、前記ケースの中心軸上に配置される、中空糸膜モジュール。
請求項１または請求項２に記載の中空糸膜モジュールにおいて、
前記２つの封止部は、それぞれ前記中空糸膜束の軸方向中央に向く側面が、中心から半径方向外側に向かって浅くなる凹面である、中空糸膜モジュール。
請求項１から請求項３のいずれか１に記載の中空糸膜モジュールにおいて、
２つの前記外側液体ポートの一方の前記外側液体ポートから血液が導入され、他方の前記外側液体ポートから前記血液が排出されるとともに、２つの前記内側液体ポートの一方の前記内側液体ポートから透析液が導入され、他方の前記内側液体ポートから前記透析液が排出されるように用いられる、中空糸膜モジュール。
請求項１に記載の中空糸膜モジュールの製造方法であって、
前記ケース内に前記中空糸膜束を配置するとともに、前記中空糸膜束の両端部に前記外側液体ポートを構成するポート部材を配置する中空糸膜束配置ステップと、
前記ケースの両端部に接着剤キャップを取り付けるキャップ取付ステップと、
前記ケースの軸方向を水平方向に一致させた状態で、前記ケースの軸方向に対し直交する方向の回転軸を中心として前記ケースを回転させながら、前記接着剤キャップの内側に通じる接着剤流路を通じて流動状態の接着剤を前記ケースの両端部に流すことにより、前記中空糸膜束の両端部に前記封止部を固着させる封止部固着ステップとを有する、中空糸膜モジュールの製造方法。
請求項５に記載の中空糸膜モジュールの製造方法において、
前記封止部固着ステップの後に、前記ケースの軸方向を水平方向に一致させた状態で、前記ケースの軸方向に対し直交する上下方向の回転軸を中心として前記ケースを回転させ、かつ、前記ケースの中心軸を中心に前記ケースを回転させながら、前記ポート部材を通じて流動状態の接着剤を前記ケースの両端部に流すことにより、前記封止部において前記中空糸膜束の軸方向中央に向く側面を、中心から半径方向外側に向かって浅くなる凹面に形成する凹面形成ステップを有する、中空糸膜モジュールの製造方法。
請求項５に記載の中空糸膜モジュールの製造方法において、
前記封止部固着ステップの後に、前記ケースの軸方向を上下方向に一致させた状態で、前記ケースの中心軸を中心に前記ケースを回転させながら、下側に位置する前記ポート部材を通じて流動状態の接着剤を前記ケースの下端部に流すことにより、下側に位置する前記封止部において前記中空糸膜束の軸方向中央に向く側面を、中心から半径方向外側に向かって浅くなる凹面に形成する第１凹面形成ステップと、
前記第１凹面形成ステップの後に、前記ケースの上側及び下側を逆にして、前記第１凹面形成ステップと同じように前記ケースを回転させながら、下側に位置する前記ポート部材を通じて流動導体の接着剤を前記ケースの下端部に流すことにより、下側に位置する前記封止部において前記中空糸膜束の軸方向中央に向く側面を、中心から半径方向外側に向かって浅くなる凹面に形成する第２凹面形成ステップとを有する、中空糸膜モジュールの製造方法。