JP2020179371A - 中空糸膜モジュールとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ヘッダーと筒状本体容器とを溶着する際、ヘッダー天面に傷が生じないようにする。【解決手段】一端部および他端部が開口した筒状容器２と、筒状容器２に装填された中空糸膜束３と、中空糸膜束を筒状容器２の両端部で包埋固定しているポッティング部４と、筒状容器２に向けて突出するヘッダー突出部２２を有するヘッダー５と、を備える中空糸膜モジュール１を製造するにあたり、ヘッダー５として、径方向中心よりも外周部ほどヘッダー天面２４が高くなる環状の傾斜部２５を備えたヘッダー５を用い、ヘッダー５に径方向外側から外力を与えながら、ヘッダー天面２４に接触させた超音波溶着器９０から超音波を発振させ、ヘッダー５の一部を筒状容器２に溶着する。【選択図】図３

Description

本発明は、中空糸膜モジュールとその製造方法に関する。

従来、本体容器に装填された中空糸膜を利用して血液を浄化する中空糸膜型血液浄化器（本明細書では「中空糸膜モジュール」と呼ぶ）が、血液透析、血液濾過、血漿分離、血漿成分分画等の体外循環式の血液浄化療法に応じて各種開発されており、膜分離技術を利用した多くの血液浄化療法等に利用されている。

中空糸膜モジュールは、一般には、側部にポートが設けられた円筒状の本体容器（筒状容器）に中空糸膜の束を装填し、ウレタンなどのポッティング材によって当該中空糸膜束の端部を本体容器に包埋固定した後、本体容器の両端にヘッダーを取り付けることによって構成されたモジュールからなる。この中空糸膜モジュールを使った血液透析は、透析液を入口側のポートに流入させ、出口ポートから流出させることで本体容器内を流通させ、また、血液を血液入口側ヘッダーから中空糸膜へと流入させ、血液出口側ヘッダーへと向けて流通させることによって行われる。

このような血液透析を行う際、ヘッダーと本体容器との接合部分から液体が漏れ出ることがないように液密に封止されている必要があり、例えば、ヘッダーと本体容器とを超音波溶着して接合する手法が利用されている。これは、ヘッダーの被溶着部分と本体容器の被溶着部分とを当接させながら超音波ホーンから振動を与え、発熱させ、溶融させることにより接合する手法であり、液密性・気密性を得るための好適な一手法として用いられている（例えば特許文献１，２参照）。このような超音波溶着によれば、ヘッダーと本体容器との耐圧溶着強度が向上する結果、中空糸膜モジュール内部に圧力が作用した状況下において、ヘッダーと本体容器との乖離、ヘッダーと本体容器の部分的な溶着箇所の破損、系外（モジュール外）への処理液の漏洩、といった事象が回避できる。

また、ヘッダーと筒状容器との耐圧溶着強度をさらに向上させるべく、溶着部分の溶着長さをより長くするという手法が採用されることがある。こうした場合は、超音波溶着を実施する際の溶着時間がそのぶん長くなる。

国際公開第２０１７／１７１０１５号 特許第４９４１０５号公報

しかし、従来の手法において高い耐圧溶着強度を得るべく溶着時間を長くすると、ヘッダーの変形により外観上問題となる傷が生じることがある。

具体例を挙げて説明する。本体容器の開口端とヘッダーの突出部とを超音波溶着する際、ヘッダーの突出部が、本体容器の周面から径方向外側への力Ｆoを受け（図２中、本体容器とヘッダーとの接触・溶着部分であるインターフェアランス部分を示す丸印と符号Ｗ１、Ｗ２参照）、外向きに変形することがある。そうすると、それに伴って、ヘッダー天面が反り返るようにして環状の凹状部分が生じた形状（断面形状に着目して別言すれば、いかり肩のような形状）となり、超音波ホーンとの接触領域が偏って狭小となる結果、ヘッダー天面に傷が生じることがある。

そこで、本発明は、ヘッダーと筒状本体容器とを溶着する際、ヘッダー天面に傷が生じないようにした中空糸膜モジュールとその製造方法を提供することを目的とする。

かかる課題を解決するべく、本発明の一態様に係る中空糸膜モジュールの製造方法は、
一端部および他端部が開口した筒状容器と、
筒状容器に装填された中空糸膜束と、
中空糸膜束を、筒状容器の両端部で包埋固定しているポッティング部と、
流体の出入口となるノズル部と、筒状容器に向けて突出するヘッダー突出部とを有し、筒状容器の中心軸方向の両端部に設けられるヘッダーと、
を備える中空糸膜モジュールの製造方法において、
ヘッダーとして、径方向中心よりも外周部ほどヘッダー天面が高くなる環状の傾斜部を備えたヘッダーを用い、
ヘッダーに径方向外側から外力を与えながら、ヘッダー天面に接触させた超音波溶着器から超音波を発振させ、ヘッダーの一部を筒状容器に溶着する、というものである。

本体容器の開口端とヘッダーの突出部とを超音波溶着する際、ヘッダーの突出部が、本体容器の周面から径方向外側への力を受けて外向きに変形することがあることは上述のとおりであるが、これに対し、本発明の一態様に係る中空糸膜モジュールの製造方法においては、ヘッダーに径方向外側から外力を与えながら当該ヘッダーの一部を筒状容器に溶着することにより、そのような変形が生じるのを回避する。

また、このようにヘッダー径方向外側から外力を与えながら溶着する場合、むしろヘッダーが内向きに変形することに伴い、ヘッダー天面の一部が凸状に変形して緩やかな山形状（別言すれば、なで肩のような形状）になりうる。本態様においてはこのように変形することを見越し、外周部に近づくにつれヘッダー天面が高くなる環状の傾斜部を備えたヘッダーを用いることから、変形後のヘッダー天面を平坦ないしはこれに近似した状態とすることができる。これによれば、ヘッダーと超音波ホーンとの接触領域が狭小となるのを回避することにより、ヘッダー天面に傷が生じないようにすることができる。

上記のごとき中空糸膜モジュールの製造方法において、ヘッダーとして、ヘッダー天面の傾斜部の傾斜角度が中心軸に垂直な平面に対して3度以下であるものを用いてもよい。

上記のごとき中空糸膜モジュールの製造方法において、容器とヘッダーとを複数個所において溶着してもよい。

上記のごとき中空糸膜モジュールの製造方法において、ヘッダー突出部を筒状容器に溶着してもよい。

上記のごとき中空糸膜モジュールの製造方法において、筒状容器として、ヘッダー突出部の一部が嵌合する環状の凹部をさらに有するものを用いてもよい。

上記のごとき中空糸膜モジュールの製造方法において、ヘッダーの側部に径方向外側からの外力を与えてもよい。

上記のごとき中空糸膜モジュールの製造方法において、ヘッダー突出部の側部に径方向外側からの外力を与えてもよい。

上記のごとき中空糸膜モジュールの製造方法において、複数箇所の溶着個所の起点が、ヘッダー突出部の外側から始まるようにしてもよい。

上記のごとき中空糸膜モジュールの製造方法において、容器とヘッダーとをシェアジョイント構造によって溶着してもよい。

上記のごとき中空糸膜モジュールの製造方法において、環状の凹部からヘッダーの側部に径方向外側から外力を与えながら、ヘッダー天面に接触させた超音波溶着器から超音波を発振させてもよい。

上記のごとき中空糸膜モジュールの製造方法において、ヘッダー天面に超音波溶着器を接触させ、該超音波溶着器から押圧力を作用させてヘッダー突出部を環状の凹部に接触させ、該環状の凹部からヘッダー突出部に径方向外側から外力を与えながら当該ヘッダー突出部を筒状容器に溶着してもよい。

上記のごとき中空糸膜モジュールの製造方法において、外枠部材からヘッダーの側部に径方向外側から外力を与えながら、ヘッダー天面に接触させた超音波溶着器から超音波を発振させてもよい。

また、本発明の一態様に係る中空糸膜モジュールは、
一端部および他端部が開口した筒状容器と、
筒状容器に装填された中空糸膜束と、
中空糸膜束を、筒状容器の両端部で包埋固定しているポッティング部と、
流体の出入口となるノズル部を有し、筒状容器の中心軸方向の両端部に設けられるヘッダーと、
を備える中空糸膜モジュールにおいて、
ヘッダーとして、径方向中心よりも外周部ほどヘッダー天面が高くなる環状の傾斜部を備えたヘッダーが筒状容器に取り付けられてなる、中空糸膜モジュールである。

本発明によれば、ヘッダーと筒状本体容器とを溶着する際、ヘッダー天面に傷が生じないようにすることができる。

中空糸膜モジュールの構成の一例を示す半裁縦断面図である。 本体容器とヘッダーとを超音波溶着する際にヘッダー突出部が受ける外力が、本体容器の周面から受ける径方向外側向きの力である場合について説明する拡大断面図である。 本体容器とヘッダーとを超音波溶着する際にヘッダーの突出部が受ける外力が、本体容器の外側突出部から受ける径方向内側向きの力である場合について説明する拡大断面図である。 ヘッダーの天面角度について説明する拡大断面図である。 中空糸膜モジュールの製造方法の他の例を示す図である。 本発明の実施例と比較例における天面角度などの各条件と該条件下における溶融傷の大小等を示す表である。

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。なお、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。また、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。

＜中空糸膜モジュールの構成＞
まず、本実施形態にかかる中空糸膜モジュールの構成について説明する（図１等参照）。図１は、中空糸膜モジュール１の構成の一例を示す半裁縦断面図である。中空糸膜モジュール１は、筒状容器２、中空糸膜束３、ポッティング部４、ヘッダー５などを備えている。

筒状容器２は、円筒状に形成され、長手方向（円筒の中心軸Ｐ方向）の両端部２ａが開口している。筒状容器２の内部には、中空糸膜束３が収容されている。筒状容器２の側面には、流体の出入口となる例えば２つのポート１０が形成されている。

中空糸膜束３は、多数本の中空糸膜をまとめた束であり、筒状容器２内に長手方向に沿って収容されている。中空糸膜束３は、分離膜として機能し、各中空糸膜の内側領域と外側領域との間で分離対象である流体の成分を分離できる。

ポッティング部４は、ポッティング樹脂により構成され、筒状容器２の両端部２ａの内側において中空糸膜束３の両端部３ａを包埋すると共に、中空糸膜束３を筒状容器２の両端部２ａに固定している。ポッティング部４は、外周部がポッティング樹脂のみによって構成された部分４ａとなり、その内側が、中空糸膜束３の中空糸膜同士の隙間にポッティング樹脂が入り込んだ部分４ｂとなる。ポッティング樹脂としては、例えばポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂などが挙げられるが、特にこれらに限定するものではない。

ヘッダー５は、筒状容器２の両端部２ａの開口に、これら両端部２ａの蓋材として設けられている。ヘッダー５は、中心軸Ｐに沿って配置された、流体の出入口となる管状のノズル部２０と、ノズル部２０から径方向に広がる板状の天板部２１と、天板部２１の外周縁から筒状容器２側に向けて突出するヘッダー突出部２２を有している。

ノズル部２０は、外部チューブを接続するためのネジ構造を有している。天板部２１は、中空糸膜束３の端部３ａに対面し、ノズル部２０から筒状容器２の端部２ａへ向かうにつれて次第に径が大きくなる内面２１ａを有している。ヘッダー５の内面２１ａと中空糸膜束３の端部３ａとの間には、ノズル部２０から流入する流体、或いはノズル部２０から流出する流体が通る空間２３が形成されている。

ヘッダー突出部２２は、中心軸Ｐを軸心とした円筒状に形成されている。ヘッダー突出部２２は、例えば図４に示すように基部３０、中段部３１及び先端部３２を天板部２１から筒状容器２側に向けてこの順で備えている。基部３０、中段部３１及び先端部３２は、互いに径方向の厚みが異なり、基部３０の厚みが最も大きく、次に中段部３１の厚みが大きく、先端部３２の厚みが最も小さくなっている。

基部３０は、天板部２１から連続する部分であり、例えば所定の範囲の内径を有するテーパー状の第１の内周面３０ａを有している。なお、図２では、当該第１の内周面３０ａの、テーパー状である斜面の中間付近における内径を符号Ｒ１で示している。第１の内周面３０ａの内径Ｒ１は、天板部２１の内面２１ａの下端（最大径部）の内径Ｒ０よりも大きい。天板部２１の内面２１ａと基部３０の第１の内周面３０ａとの間には、中心軸Ｐに対し垂直であり、あるいはテーパー状に傾斜した環状面（段部）４０が形成されている。

中段部３１は、内径Ｒ１よりも大きい内径を有する第２の内周面３１ａを有している。なお、図２では、テーパー状である当該第２の内周面３０ａの、テーパー状である斜面の中間付近における内径を符号Ｒ２で示している。内径Ｒ２は所定の範囲内の大きさとなる。

先端部３２は、第３の内周面３２ａと、外周面３２ｂとを有している。本実施形態において、第３の内周面３２ａと外周面３２ｂはいずれもテーパー状であり、先端部３２は先細りとなる断面形状とされている（図２、図３等参照）。中段部３１の外周面３１ｂと先端部３２の外周面３２ｂとの間には、平坦または傾斜した環状面（段部）４２が形成されている。

筒状容器２の端部２ａは、ヘッダー５側に２重に円筒状に突出する内側突出部５０と外側突出部５１とを有する、いわば二股の構造となっている。内側突出部５０と外側突出部５１は、それぞれが中心軸Ｐを軸心とする円筒形状を有し、同心円状に配置されている。内側突出部５０は、外側突出部５１よりも軸方向に長く、ヘッダー５側（中心軸Ｐ方向外側）に突出している。内側突出部５０の内周面５０ａは、筒状容器２の内周面の一部を構成している。

外側突出部５１は、筒状容器２の外側面から径方向外側に突出し、さらにその外縁から端部２ａ側（直近のヘッダー５側）に向けて曲折した形状の鍔部によって形成されている。また、これら内側突出部５０と外側突出部５１との間には、ヘッダー５の一部（具体的には、先端部３２を含む部分）が嵌合する形で互いが結合する環状の凹部５２が形成されている（図２、図３参照）。

＜ヘッダーと筒状容器の接合構造＞
ヘッダー突出部２２の一部が筒状容器２の内側突出部５０と外側突出部５１の間の環状の凹部５２に挿入された状態で、ヘッダー５と筒状容器２が超音波溶着により溶着されている。内側突出部５０は、ヘッダー突出部２２の中段部３１及び先端部３２に対向し、外側突出部５１は、先端部３２に対向している。

ヘッダー５と筒状容器２とは、内側突出部５０の先端部付近とヘッダー突出部２２の中段部３１の間において干渉しあうインターフェアランス部分である溶着部Ｗ１、内側突出部５０とヘッダー５の先端部３２との間のインターフェアランス部分である溶着部Ｗ２、および外側突出部５１とヘッダー５の先端部３２との間のインターフェアランス部分である溶着部Ｗ３を含む溶着部において溶着されている。このように、溶着部を少なくとも径方向において２箇所以上に設けて二重溶着ないしはそれ以上の重なりを有する溶着とすることで、液漏れ抑制効果と耐圧強度とをさらに向上させることができる。

なお、本実施形態では溶着部Ｗ１、溶着部Ｗ２および溶着部Ｗ３の３箇所で溶着する例を示しているが（図２、図３参照）、これは、筒状容器２とヘッダー５とを複数箇所において溶着する態様の好適な一例にすぎない。この他、例えば、溶着部Ｗ１と溶着部Ｗ３の２箇所で溶着した構造（２点溶着）とすることもできる（図４参照）。

溶着部Ｗ１は、内側突出部５０の端面（図２、図３における上端面）と、ヘッダー突出部２２の中段部３１との間において互いが干渉しあう部分（インターフェアランス部分）において形成される。

溶着部Ｗ２は、ヘッダー突出部２２の先端部３２の先端付近の径方向内側の縁部に形成されている。本実施形態の溶着部Ｗ２は、溶着部Ｗ１よりも筒状容器２の径方向外側に配置されている（図２、図３参照）。本実施形態のように溶着部Ｗ２が溶着部Ｗ１から離れた位置に形成される場合、これら溶着部Ｗ２と溶着部Ｗ１との間に、ヘッダー突出部２２と内側突出部５０が接触しない非接触空間（図２において符号７５で示す）が形成されてもよい。

溶着部Ｗ３は、ヘッダー突出部２２の先端部３２の径方向外側の縁部に形成されている。本実施形態の溶着部Ｗ３は、溶着部Ｗ２よりも筒状容器２の径方向外側に配置されている（図２、図３参照）。

溶着部Ｗ１、溶着部Ｗ２、さらには溶着部Ｗ３の各位置で筒状容器２とヘッダー５とが互いに溶着されるようにするべく、これら溶着部Ｗ１、溶着部Ｗ２、そして溶着部Ｗ３となる部分のヘッダー突出部２２、内側突出部５０および外側突出部５１の少なくともいずれかには、筒状容器２とヘッダー５とを接合する際に干渉して溶着代（インターフェアランス部分）となる部分があらかじめ形成されている。

また、溶着部Ｗ１、溶着部Ｗ２、そして溶着部Ｗ３のうち少なくともいずれかは、ヘッダー突出部２２の周方向の全周に亘って連続的に形成されていれば、それ以外は周方向において断続的に形成されていてもよい。ただし、好ましいのは、溶着部Ｗ１、溶着部Ｗ２および溶着部Ｗ３のうちの２つ、あるいはすべてが全周に亘って連続的に形成されていることである。

また、本実施形態では、ヘッダー５と筒状容器２を溶着する溶着部Ｗ１、溶着部Ｗ２および溶着部Ｗ３の一部または全部におけるジョイントデザインとしてシェアジョイントを採用している。

筒状容器２及びヘッダー５の原材料は、特に限定されるものではなく各種の熱可塑性樹脂から選択される。例えば、結晶性樹脂ではエチレンとα―オレフィンとの共重合体や、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレンといったポリエチレン系樹脂や、プロピレン単体の重合体、プロピレンとエチレンとの共重合体あるいはプロピレンとエチレンと他のα―オレフィンとの共重合体といった、ポリプロピレン系樹脂が挙げられる。一方で非晶性樹脂では、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスチレン、スチレン‐ブタジエン共重合体（ＳＢＳ）、アクリロニトリル‐ブタジエン‐スチレン共重合体（ＡＢＳ）等の樹脂が挙げられ、これらは単体で用いられても良くあるいは混合物として利用しても良い。本実施形態における好適な樹脂は、上記の中でもポリプロピレン系樹脂であり、中でもプロピレンとエチレンのランダム共重合体が剛性と耐熱性の観点で好ましく、エチレン含量が１〜８質量％に調整されたプロピレンとエチレンのランダム共重合体がより好ましい。

また、本実施形態では、筒状容器２およびヘッダー５を、溶着部Ｗ１、溶着部Ｗ２、溶着部Ｗ３が以下のごとき態様となるように構成している（図３参照）。

すなわち、筒状容器２にヘッダー５を押圧して超音波溶着する際、ヘッダー５と筒状容器２とがまず溶着部Ｗ３において接触し、その後、溶着部Ｗ１および溶着部Ｗ２において接触するようにしている。ヘッダー５と筒状容器２とがまず溶着部Ｗ３において接触することで、ヘッダー５の側部（図中、符号２６で示す）、より具体的にはヘッダー突出部２２の側部に、径方向外側から内側へと向かう外力Ｆiが筒状容器２の外側突出部５１から作用する（図３参照）。上記のごとき本実施形態の中空糸膜モジュール１においては、複数の溶着部のうち、径方向外側に位置する溶着部Ｗ３が起点となり、続いて溶着部Ｗ２，Ｗ３において溶着が行われる。

＜ヘッダーの天面の形状＞
さらに、本実施形態では、中空糸膜モジュール１を構成するヘッダー５として、径方向中心よりも外周部ほどヘッダー天面２４が高くなる環状の傾斜部２５を備えたヘッダー５を採用する（図３参照）。該ヘッダー５は、ヘッダー天面２４のうち外周付近が部分的に反り返るように形成された、いわば「いかり肩」のような形状となっている。当該形状のヘッダー５を構成部品に含む場合、後述の製造方法の項目で説明するように、製造過程においてヘッダー天面２４に傷が生じないようにすることができる。なお、ヘッダー天面２４に傷が生じないようにすることには、傷を皆無にすることはもちろんであるが、本明細書においては、超音波溶着の際に生じる傷をより少なくすることも含まれることに注意されたい。

ヘッダー５の傾斜部２５の天面角度（中心軸Ｐに垂直な平面Ｑに対するヘッダー天面２４の傾斜部２５の斜度ないしは勾配のことをいい、本明細書および図面においては符号θで表す。図３、図４参照）は、製造過程においてヘッダー天面２４に傷が生じないようにすることができる範疇にある限り特に限定されることはなく、当該ヘッダー５さらには筒状容器２などの形状、大きさ、材質といったファクターに応じて変わりうる。具体例としては、天面角度θを３度以下にすることが挙げられる。詳細は、後述の実施例および比較例を参照されたい。

また、ヘッダー天面２４のうち部分的に反り返るように形成されるべき領域の具体例も、製造過程においてヘッダー天面２４に傷が生じないようにすることができる範疇にある限り特に限定されることはない。ただし、製造過程における超音波ホーン（超音波溶着器）９０との接触領域をできるだけ平坦にする（あるいは、超音波ホーン９０のヘッダー５への接触面の形状にできるだけ合わせた形状にする）という観点からすれば、ヘッダー天面２４のうち、超音波ホーン９０と接触する領域を主とした環状の局所的な領域のみを部分的に反り返るように形成することは好ましい態様の一例である（図４参照）。

＜ヘッダーと筒状容器との接合工程＞
続いて、中空糸膜モジュール１の製造方法について、とくにヘッダー５と筒状容器２との接合工程を中心に説明する（図３等参照）。

まず、最終的に必要な長さよりも長い中空糸膜束３が用意され、筒状容器２内に収容される。次に筒状容器２内にポッティング部４が形成される。このポッティング部４は、中空糸膜束３の両端部３ａを包埋しつつ中空糸膜束３を筒状容器２の内周面５０ａに固定する。次に、ポッティング部４（中空糸膜束３の両端部３ａ）の不要部分が、中心軸Ｐに対し垂直の断面で切断されて、ポッティング部切断面が形成される。

次に、ヘッダー５が筒状容器２に溶着される。本実施形態では、先述のごとくヘッダー天面２４が部分的に反り返るように形成されたヘッダー５を、超音波ホーン９０で筒状容器２に押圧しながら超音波を発振させ、超音波溶着する。この際、超音波ホーン９０を、ヘッダー天面２４の部分的に反り返るように形成された外周付近に当接させて押圧する（図４参照）。

すなわち、筒状容器２にヘッダー５を押圧して超音波溶着する際、ヘッダー５と筒状容器２とがまず溶着部Ｗ３において接触し、その後、溶着部Ｗ１および溶着部Ｗ２において接触するようにしている。ヘッダー５と筒状容器２とがまず溶着部Ｗ３において接触することで、ヘッダー５の側部２６（本実施形態の場合、ヘッダー突出部２２の側部）に、径方向外側から内側へと向かう外力Ｆiが筒状容器２の外側突出部５１から作用する（図３参照）。外力Ｆiが作用することにより、ヘッダー５が内向きに反るように変形し、ヘッダー天面２４のうち傾斜部２５を含む部分が凸状に変形して平坦ないしはこれに近似した状態となる。これにより、ヘッダー５と超音波ホーン９０との接触領域が偏って狭小となることを回避しつつ押圧しながら超音波溶着することが可能となるので、ヘッダー天面２４に傷が生じないようにすることができる。

なお、超音波ホーン９０が発振する超音波振動については、周波数、圧力、振幅及び時間が重要である。例えば、周波数は１５ｋＨｚ、２０ｋＨｚ、３０ｋＨｚ、４０ｋＨｚ、５０ｋＨｚ、７０ｋＨｚ、振幅は２０から１２５μｍ、圧力は５０Ｎ〜３０００Ｎ、時間は０．１から１秒など溶着するに足りるものであれば特に限定されることはないが、状況に応じて比較的低い周波数（例えば、一般的に周波数２０ｋＨｚ程度の超音波が利用される場合における１５ｋＨｚ程度の低周波数）の超音波振動としてもよい。こうした場合は、超音波ホーン９０から離れた位置にまで超音波振動が届きやすくなる。振幅、圧力、時間は溶着を強固にしたい場合は、それらの値の一部、もしくは全てを大きくする場合がある。超音波振動が強すぎて筒状容器２やヘッダー５が損傷する場合は、それらの値の一部、もしくは全てを小さくしたり、周波数の大きなものを採用する場合がある。

超音波溶着におけるヘッダー５と筒状容器２が押し込まれていく速度は、０．５から１０ｍｍ／秒、好ましくは、１〜３ｍｍ／秒である。速度は遅いほど、溶着部での摩擦熱による溶融量が増加して接合強度が増すが、遅すぎると摩擦熱が過剰となって炭化が生じることがある。

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述の実施形態では、接合過程において、ヘッダー突出部２２の側部に、筒状容器２の外側突出部５１を当接させて径方向外側から内側へと向かう外力Ｆiを作用させたが（図３参照）、これは好適な一例にすぎない。この他、例えば、環状の外枠部材（例えば、アンビル）１２０を用いてヘッダー５に外力Ｆiを作用させてもよい（図５）。外枠部材１２０としては、ヘッダー５の側部２６を規制し、超音波溶着の際にヘッダー５が外側に変形することを妨げるとともに反作用として外力Ｆiを作用させる環状または筒状の部材を用いることができる。

また、上述した実施形態で示した中空糸膜モジュール１の構造は好適な一例にすぎず、例えばヘッダー５のヘッダー突出部２２の構造、筒状容器２の内側突出部５０と外側突出部５１の構造などは上述したものに限られない。また、筒状容器２、ヘッダー５の全体構造も上述したものに限られない。また、中空糸膜モジュール１の用途は、血液などの液体処理に限られず、気体の処理であってもよい。

以下に実施例および比較例を示す（図６参照）。以下においては、天面角度θを下記の各値にしたヘッダー５を、筒状容器２の外側突出部５１から径方向内側への外力Ｆiを作用させながら超音波溶着した場合（以下、「溶着部Ｗ３から溶着」と表現する場合がある）、または、アンビル（外枠部材１２０）を用いて外力Ｆiを作用させながら超音波溶着した場合における、超音波ホーン９０との接触領域に生じたヘッダー５の傷（溶融傷）の大きさを調べて比較した。

［実施例１］
天面角度θが1度であるヘッダー５を溶着部Ｗ３から溶着しながら筒状容器２に超音波溶着した。溶融傷は生じなかった。

［実施例２］
天面角度θが2.5度であるヘッダー５を溶着部Ｗ３から溶着しながら筒状容器２に超音波溶着した。小さい溶融傷が生じた。

［実施例３］
天面角度θが2.5度であるヘッダー５を、アンビルを用いて外力Ｆiを作用させながら筒状容器２に超音波溶着した。小さい溶融傷が生じた。

［比較例１］
天面角度θが1度であるヘッダー５を、外力Ｆiを作用させずに筒状容器２に超音波溶着した。大きい溶融傷が生じた。

［比較例２］
天面角度θが-1度であるヘッダー（すなわち、ヘッダー天面２４の外周付近が、外側のほうが低くなるように形成されたヘッダー）５を、溶着部Ｗ３から溶着しながら筒状容器２に超音波溶着した。大きい溶融傷が生じた。

［比較例３］
天面角度θが5度であるヘッダー５を溶着部Ｗ３から溶着しながら筒状容器２に超音波溶着した。大きい溶融傷が生じた。

本発明は、超音波溶着によってヘッダーと筒状容器とを接合して製造される中空糸膜モジュールに適用して好適である。

１…中空糸膜モジュール、２…筒状容器、２ａ…端部、３…中空糸膜束、３ａ…端部、４…ポッティング部、５…ヘッダー、１０…ポート、２０…ノズル部、２１…天板部、２１ａ…内面、２２…ヘッダー突出部、２３…空間、２４…ヘッダー天面、２５…傾斜部、２６…ヘッダーの側部、３０…基部、３０ａ…第１の内周面、３１…中段部、３１ａ…第２の内周面、３２…先端部、３２ａ…第３の内周面、３２ｂ…外周面、４０…平坦面（段部）、４２…環状面（段部）、５０…内側突出部、５０ａ…内周面、５１…外側突出部、５２…環状の凹部、７５…非接触空間、９０…超音波ホーン（超音波溶着器）、１２０…アンビル（外枠部材）、Ｐ…中心軸、Ｑ…中心軸Ｐに垂直な平面、Ｗ１…溶着部、Ｗ２…溶着部、Ｗ３…溶着部、θ…ヘッダーの天面角度

Claims (13)

1. 一端部および他端部が開口した筒状容器と、
   前記筒状容器に装填された中空糸膜束と、
   前記中空糸膜束を、前記筒状容器の両端部で包埋固定しているポッティング部と、
   流体の出入口となるノズル部と、前記筒状容器に向けて突出するヘッダー突出部とを有し、前記筒状容器の中心軸方向の両端部に設けられるヘッダーと、
   を備える中空糸膜モジュールの製造方法において、
   前記ヘッダーとして、径方向中心よりも外周部ほどヘッダー天面が高くなる環状の傾斜部を備えたヘッダーを用い、
   前記ヘッダーに径方向外側から外力を与えながら、前記ヘッダー天面に接触させた超音波溶着器から超音波を発振させ、前記ヘッダーの一部を前記筒状容器に溶着する、中空糸膜モジュールの製造方法。
2. 前記ヘッダーとして、前記ヘッダー天面の前記傾斜部の傾斜角度が中心軸に垂直な平面に対して3度以下であるものを用いる、請求項１に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
3. 前記容器と前記ヘッダーとを複数個所において溶着する、請求項１または２に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
4. 前記ヘッダー突出部を前記筒状容器に溶着する、請求項１から３のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
5. 前記筒状容器として、前記ヘッダー突出部の一部が嵌合する環状の凹部をさらに有するものを用いる、請求項４に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
6. 前記ヘッダーの側部に径方向外側からの外力を与える、請求項１から５のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
7. 前記ヘッダー突出部の側部に径方向外側からの外力を与える、請求項６に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
8. 複数箇所の溶着個所の起点が、前記ヘッダー突出部の外側から始まる請求項４から７のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
9. 前記容器と前記ヘッダーとをシェアジョイント構造によって溶着する、請求項１から８のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
10. 前記環状の凹部から前記ヘッダーの側部に径方向外側から外力を与えながら、前記ヘッダー天面に接触させた超音波溶着器から超音波を発振させる、請求項５から８のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
11. 前記ヘッダー天面に前記超音波溶着器を接触させ、該超音波溶着器から押圧力を作用させて前記ヘッダー突出部を前記環状の凹部に接触させ、該環状の凹部から前記ヘッダー突出部に径方向外側から外力を与えながら当該ヘッダー突出部を前記筒状容器に溶着する、請求項５から１０のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
12. 外枠部材から前記ヘッダーの側部に径方向外側から外力を与えながら、前記ヘッダー天面に接触させた超音波溶着器から超音波を発振させる、請求項１から７のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
13. 一端部および他端部が開口した筒状容器と、
    前記筒状容器に装填された中空糸膜束と、
    前記中空糸膜束を、前記筒状容器の両端部で包埋固定しているポッティング部と、
    流体の出入口となるノズル部を有し、前記筒状容器の中心軸方向の両端部に設けられるヘッダーと、
    を備える中空糸膜モジュールにおいて、
    前記ヘッダーとして、径方向中心よりも外周部ほどヘッダー天面が高くなる環状の傾斜部を備えたヘッダーが前記筒状容器に取り付けられてなる、中空糸膜モジュール。

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