JP2887607B2 - 中空糸膜の欠陥検査方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は精密ろ過、限定ろ過、逆浸透等の水処理や各
種ガスの分離、人工肺血しょうろ過等の医療器具に用い
られる中空糸膜の未白化欠陥を検査する方法および装置
に関する。

［従来の技術］ ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィンや
ポリエステル、ポリアセタール等の結晶性高分子を高ド
ラフト下で溶融紡糸して配向結晶化の発達した中空の未
延伸糸を得て、この未延伸糸を必要に応じて熱処理後適
切な条件で延伸することにより、その中空壁に多数の微
細孔を形成せしめて得られる中空糸膜が例えば特開昭52
-15627号公報、特開昭57-42919号公報等に示されてい
る。また、未延伸中空糸膜として適切な可塑剤や溶剤を
ポリマーと混合し紡糸して得る場合にも、中空糸膜の強
度向上ならびに孔径や空孔率の増大のため、仕上げ工程
に延伸操作が入る場合がある。このような延伸工程を経
て製造された中空糸膜の欠陥の一つに未白化欠陥があ
る。

中空糸膜の未白化欠陥は製造時の延伸斑の一種であ
り、中空糸膜の長さ方向に局部的に残存する延伸不完全
部分である。この部分には本来の分離膜の機能を担う微
細孔が形成されておらず分離膜としては欠陥部分と言え
るもので、正常な中空糸膜部分が自然光下で白く見える
のに対して、背景が黒い場合には白さ不足となり、灰色
に見える。未延伸糸が延伸工程で延伸される過程で灰色
からだんだん白くなり、つまり白化するので、延伸不完
全部分は白化が十分でないという意味で未白化欠陥と呼
んでいる。

この未白化欠陥は次の点で問題となる。人工肺や血し
ょう分離用のコンパクトで高性能を要求される医療用膜
モジュールでは、中空糸膜を収納する容器が膜面積に応
じて設定されるが、このような場合、未白化欠陥部分は
膜面積の減少をもたらし、膜モジュール性能を低下する
ものとなる。また、未白化欠陥の頻度が低い場合でも、
血液等を中空糸膜の内側に流す時に、未白化欠陥部は血
液が透けて他より赤く見えるため、実害はないが、商品
価値が低下する。

従来、未白化欠陥の検査のための適当な装置がなく、
中空糸膜の状態でもモジュールに加工した状態でも目視
検査が行われている。中空糸膜の状態で検査する場合、
黒い布を張り付けた板の上に中空糸膜を適当な長さ巻取
り、肉眼あるいはルーペを用いて検査し、欠陥部の計測
を行う。モジュールに加工した場合には、直接に目視検
査するか、あるいは中空糸膜の内側に着色液体を入れ、
肉眼による発見を容易にして目視検査することもある。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来の技術は目視検査であるので簡単に実施でき
るが、次のような問題点がある。

まず、中空糸膜の状態で前記従来方法により検査する
場合には、中空糸膜を検査中に手で触ったりして汚染す
る恐れがあり、検査を行った部分は製品にすることがで
きない。また、これを避けようとして製造中に走行中の
中空糸膜を目視する場合、糸速を速くして検査能率を上
げようとすると、小さな未白化部分を見逃すことになる
上に、長時間に亘る検査や、検査結果の分類あるいは記
録を行うことが困難である。

次に、モジュール加工後に、未白化部分を検出する場
合には、モジュールの中空糸束の内部にあるものを見つ
けることは容易ではない。また、注入する着色液体によ
ってはモジュールを汚染する恐れもある。さらに、製品
として出荷するモジュールに欠陥部を発見した場合に
は、加工賃が無駄になるので、やはり中空糸膜の状態で
検査することが望ましい。

以上の理由で中空糸膜の未白化欠陥を、製造中のよう
に、走行状態で非接触で検査することが望まれていた
が、適当な方法は従来はなかった。

従って本発明は、中空糸膜の未白化欠陥をその走行状
態において非接触で、かつ正確に検査することのできる
方法及び装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段及び作用］ 上記目的を達成するための本発明では、連続走行する
中空糸膜に光を照射し、光センサによって透過光を測定
することにより未白化欠陥を発見するようにしている。

すなわち本発明によれば連続的に走行する中空糸膜の
側面に所定の方向から光を照射し、前記中空糸膜を透過
した光の量を測定し、前記中空糸膜の微細空孔による光
散乱の相対的に低い部分を検出する中空糸膜の欠陥検査
方法が提供される。

さらに本発明によれば連続的に走行する中空糸膜の側
面に所定の方向から光を照射するための光照射手段と、
前記中空糸膜を透過した光の量を検出する光量検出手段
と、前記光量検出手段からの信号を処理し前記中空糸膜
の微細空孔による光散乱の相対的に低い部分を検出する
未白化欠陥判定手段とからなる中空糸膜の欠陥検査装置
が提供される。

上記方法及び装置は次のような経緯にて開発された。
中空糸膜を自然光下で背景を暗くして、その反射光を観
測すると、欠陥のない正常部分は一様に形成された多数
の微細空孔により光が散乱されて白く見える。これに対
して、未白化欠陥部分は延伸不完全のため微細空孔が殆
どないか、又はその数が少ないため白さが低く、従って
灰色に見える。また、中空糸膜を透過する光を観測する
と、正常な部分は光が殆ど散乱されて透過光が少ないた
め暗く黒ずんで見えるが、未白化欠陥部は透過光が多い
ので明るく見える。以上のことから、正常部分と未白化
欠陥部分との見え方の違いは、光吸収の差によるもので
はなく、サブミクロンの微細空孔の有無による光散乱の
差によるものであり、正常部分では無数の微細空孔が光
を殆ど完全に拡散反射するため中空糸膜を透過する光が
少ないが、未白化欠陥部分では微細空孔が極端に少ない
ため入射光の拡散が不十分となり中空糸膜を透過する光
量の割合が多くなるためと考えられる。

［実施例］ 以下図面と共に本発明の中空糸膜の欠陥検査方法を実
現する装置の実施例について説明する。

第１図は本発明の検査装置の第１実施例の全体を示す
正面図及び関連する回路図、第２図は同実施例の側面
図、第３図は第２図のＸ−Ｙ面から下向きに見た上面図
であり、各素子の寸法関係を示している。最初に、この
第１実施例によって、本発明の中空糸膜の欠陥検出方法
の原理を説明する。

第１図、第２図および第３図において、走行している
中空糸膜１に対し白熱ランプ2aから出た光をレンズ2bに
より平行光2cにして出力する光照射手段２により走行方
向に対して垂直な方向から照射し、中空糸膜１の影、又
は像を光センサのフォトダイオード3aの上に投影する。
フォトダイオード3aは電流−電圧変換器3bと共に光量検
出手段３を構成し、光量に比例した電気信号に変換し、
光量信号5aとして出力する。この電気信号5aは、さらに
未白化欠陥判定手段４に供給されて、電圧比較器4aによ
り前以て設定された基準電圧発生器4bの出力の基準信号
5bと比較され、未白化部かどうか判定され、その結果が
判定信号5cとして出力される。

第１図〜第３図において、中空糸膜１は実際には外径
Ｄが約100〜1000ミクロンであるが、説明を容易にする
ため、相対的に大きく表示している。この中空糸膜１の
大部分は正常部分1aであるが、1km当たり10箇所以下の
長さＬが0.1〜10mmの未白化欠陥部分1bが含まれている
ことがある。このような中空糸膜１の未白化欠陥部分1b
の像が長さＡで幅Ｂのフォトダイオード3a上を通過する
とき、光量信号5a、基準信号5bおよび判定信号5cの関係
は第４図および第５図のようになる。

第４図において、実線5aは光量信号の時間変化であ
り、点線5bは基準信号を示している。5a0は中空糸膜１
の正常部分1aが通過しているときの信号レベルである。
このときは中空糸膜１の微細空孔による殆ど完全な光散
乱のため、その像は暗くなり光量信号レベルは低い。未
白化欠陥部分が通過するときには、この部分の微細空孔
が少ないため、光散乱が弱くなり、従って中空糸膜１を
通過する光量が多くなる。このように未白化欠陥部分で
は像が明るくなるので光量信号レベルが高くなり、ピー
ク5a1、5a2および5a3を生じる。このとき、フォトダイ
オード3aの長さＡと欠陥部1bの長さＬの相対的な関係で
ピークの形状が変わる。ピーク5a1はＬ〜Ａの場合、ピ
ーク5a2はＬ＞＞Ａの場合、ピーク5a3はＬ＜＜Ａの場合
である。このようにピークの高さと形状により未白化欠
陥1bの状態を知ることができる。通常は未白化欠陥1bの
長さが分かれば十分であるから、正常部分1aの光量信号
レベル5a0とピーク5a1等との中間の電圧レベルに設定し
た基準信号レベル5bと比較して、これより光量レベルが
高いとき未白化欠陥があると判定することができる。第
５図は時間軸を第４図と一致させて、判定信号5cの時間
変化を示している。5c1と5c2は第４図のピーク5a1およ
び5a2を欠陥であると判定したことを示している。光量
信号のピーク5a3は未白化欠陥部分1bの長さＬがフォト
ダイオード3aの長さＡより短い場合を示しているが、こ
の場合、基準信号レベル5bに比較してピーク5a3は低い
ので、未白化欠陥部分を認識できず見逃すことになる。

そこで微小な未白化欠陥部分も見逃さず検出するため
には、基準信号レベル5bと正常部分が通過しているとき
の光量信号レベル5a0の差をできるだけ小さくする必要
がある。そのための１つの方法は単に基準信号レベル5b
を下げることである。もう１つは光量信号レベル5a0を
相対的に低くすることである。後者は具体的には第３図
においてフォトダイオード3aの検知幅Ｂを中空糸膜１の
外径Ｄに比較して短くすることである。しかし、光量信
号レベル5a0は中空糸膜１の外径Ｄの変動、光源2aの明
るさ斑、または光センサ3aの感度斑がある場合の中空糸
膜１の走行位置の変動や光源2aの明るさ、または光量検
出感度の時間的変動などのため変動するので、この方法
には限度がある。また、フォトダイオード3aの検知長さ
Ａを未白化部1bの長さＬより非常に短くするのも微小未
白化欠陥の検出限界を広げる方法であるが、入手できる
センサにも限度がある。このように検出限界があるが、
幸いなことに目に見える範囲の未白化欠陥を検出できれ
ばよいので本発明の方法は実用上問題はない。

以上説明したように、第１実施例は中空糸膜に対し、
その走行方向と垂直な方向から光を照射したときに、中
空糸膜の微細空孔による光散乱が未白化欠陥部分と正常
部分とで差があることを利用して、中空糸膜の影又は像
の光量を測定し、その光量信号レベルが基準信号レベル
以上かどうかを判断して未白化欠陥部分を検出するもの
である。

上記第１実施例では中空糸膜に走行方向と垂直な方向
から照射光を当てているが、照射光の当て方は垂直方向
が最良であるがこれに限られるものではない。また、中
空糸膜が２本以上ある場合でも未白化欠陥の検出が可能
である。

次に本発明の第２実施例を第６図によって説明する。
並んで走行する３本の中空糸膜21a、21bおよび21cに対
して所定の方向から光照射手段２により照射し、中空糸
膜21a〜21cの後方に設置した結像レンズ23によりフォト
ダイオード3aの上に中空糸膜21a〜21cの像を結ばせ、フ
ォトダイオード3aを主要素とする光量検出手段により中
空糸膜21a〜21cの透過光の変化を測定し中空糸膜の未白
化欠陥を検出する装置である。光学系は第１実施例と若
干異なっているが、光量信号の処理方法の原理は基本的
に同じである。本実施例が第１実施例と比較して優れて
いる点は、結像レンズ23を用いているため、中空糸膜21
a〜21cと光センサとしてのフォトダイオード3aの距離を
離せるが、そのため実際の製造工程への設置が容易にな
る点と、中空糸膜21a〜21cの像を拡大または縮小するこ
とによりフォトダイオード3aとの寸法関係を自由に設定
できることにある。本図では中空糸膜21a〜21cの像は約
１倍の拡大率でフォトダイオード3a上に投影され、中空
糸膜21cの像は点27に結ばれる。このとき、結像レンズ2
3の有効径は走行中の中空糸膜21a〜21cの並びの幅より
も広くし、フォトダイオード3aの幅も像の幅より広くす
ることが好ましい。なお、光照射手段２より出力された
照射光25の一部は中空糸膜21a〜21cに当たらないで通過
し、結像レンズによって一旦点26に集光された後、再び
広がりフォトダイオード3aに達するので、検出される光
量信号レベルを増加させる。この場合、中空糸膜21a〜2
1cの正常部分と欠陥部分の明るさの差が小さいと、検出
感度を下げるので好ましくない。できるだけ、中空糸膜
21a〜21cの間隙を小さくすることが必要である。この点
を改良したものが次に説明する第３実施例である。

次に第３実施例を第７図によって説明する。第３実施
例は第２実施例に照射光除去手段28を加えたものであ
る。この照射光除去手段28は中空糸膜に当たることなく
通過した照射光を吸収するか、または反射して系外に逃
すものであり、例えば、黒色のフェルト地等を用いるこ
とができる。すなわち照射光除去手段28は、中空糸膜の
正常部分が通過しているときの光量信号レベルを低下さ
せ、相対的に未白化欠陥部分が通過するときの光量信号
の変化を大きくして検出限界を広げる役目をする。この
照射光除去手段28は光照射手段２の光源の像が結像する
位置、すなわち照射光が平行光である場合にはレンズ23
の光軸上でレンズ23から、その焦点距離だけ離れた位置
に設けられる。又、照射光除去手段28の大きさは、光源
の像と同一かこれより、やや大きい程度が好ましい。こ
れ以上の寸法とすると本来検出すべき光をも除去してし
まうからである。又照射光除去手段28が正しく機能する
ためには、照射手段２より出される照射光ができるだけ
平行光であることが望ましい。

次に第４実施例を第８図によって説明する。本実施例
は第３実施例と同じように検出限界を広げる目的で、中
空糸膜に当たらず通過した照射光がフォトダイオードに
入射しないように構成されている。１本以上の中空糸膜
41は光照射手段２により斜め方向から照射される。中空
糸膜41の後方に位置するレンズ23は第３実施例等と同じ
く中空糸膜41の像がフォトダイオード3aの上に結ばれる
ように配置されている。このときレンズ23の光軸45が照
射光の光軸46と一致しないようにする。光軸を一致させ
ないようにする方法には、他に、照射光の光軸46を中空
糸膜41の並びの方向47に対して直角にしておき、結像レ
ンズ23の光軸45を上記方向47に対して斜めに傾ける方法
と、両方の軸45および46が一致しないように中空糸膜41
の並びの方向47に対して共に傾ける方法がある。本実施
例の方法は中空糸膜の結像のための調整が容易であり、
また照射光の平行度は第２実施例よりも悪くてもよい。

以上の各実施例では、説明を簡単にするため、光照射
手段２として白熱ランプとレンズを用いて平行光を照射
する場合を示しているが、光照射手段はこれに限定され
るものではない。例えば、光源としては各種のレーザ
ー、半導体発光素子、放電灯、白熱灯等があり、レンズ
の代わりに反射鏡を用いてもこれらの組み合わせで光照
射手段の役目を果たすことができる。また、レンズを用
いず光源のみでも距離を離す等の方法で光照射手段の役
目を果すことができる。

同様に、光量検出手段３に用いる光センサとしてフォ
トダイオードを用いる場合を示しているが、光量検出手
段に使用できる光センサとしては他にフォトトランジス
タ、CdSセル、１次元または２次元のCCD素子などの各種
の半導体素子、さらに、光電管、光電子増倍管や撮像管
等の各種の電子管素子等がある。また、電流−電圧変換
器は素子によっては不要な場合もあるが、電気信号とし
て記録や各種の信号処理に使える程度に増幅されるか変
換するものであればよい。

未白化欠陥判定手段４についても、様々な態様が考え
られる。例えば、単に記録計に光量信号を記録しその波
形を見て判断するとか、コンピュータによって判断させ
るとか種々考えられるが、これにより本発明が制限され
るものではない。

更に、第１実施例では中空糸膜が１本の場合を、第２
〜第４実施例は３本の場合を例示したが、この本数は必
要に応じて増減することができる。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したところから明らかなように、本発
明方法および装置を中空糸膜の製造工程へ導入すること
により、延伸法で得られる中空糸膜の未白化欠陥の製造
中の検査を行うに際し、連続走行中に、非接触で検査す
ることが可能となり、中空糸膜の品質が改良された。従
って最終製品である中空糸膜モジュールの信頼性が高ま
り商品価値の向上がもたらされることとなった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す側面図及び関連する
回路図、第２図は同実施例の正面図、第３図は第２図の
Ｘ−Ｙ面から下向きに見た上面図、第４図及び第５図は
第１図に示した回路の動作を説明するための波形図、第
６図、第７図、第８図はそれぞれ本発明の第２実施例、
第３実施例、第４実施例を示す正面図である。 1,21a〜21c,41……中空糸膜、２……光照射手段、2a…
…白熱ランプ、2b,23……レンズ、３……光量検出手
段、3a……フォトダイオード、3b……電流−電圧変換
器、４……未白化欠陥判定手段、4a……電圧比較器、4b
……基準電圧発生器、28……照射光除去手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B01D 63/02 G01N 21/89 A61M 1/18 500

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】連続的に走行する中空糸膜の側面に所定の
   方向から光を照射し、前記中空糸膜を透過した光の量を
   測定し、前記中空糸膜の微細空孔による光散乱の相対的
   に低い部分を検出する中空糸膜の欠陥検査方法。
2. 【請求項２】連続的に走行する中空糸膜の側面に所定の
   方向から光を照射するための光照射手段と、前記中空糸
   膜を透過した光の量を検出する光量検出手段と、前記光
   量検出手段からの信号を処理し前記中空糸膜の微細空孔
   による光散乱の相対的に低い部分を検出する未白化欠陥
   判定手段とからなる中空糸膜の欠陥検査装置。
3. 【請求項３】前記中空糸膜を透過した光を用いて前記光
   量検出手段の検出面に前記中空糸膜の像を結ばせる結像
   手段を更に有する請求項２記載の中空糸膜の欠陥検査装
   置。
4. 【請求項４】前記中空糸膜を透過することなく通過した
   光を吸収あるいは反射して前記光量検出手段に与えない
   ようにするための照射光除去手段を更に有する請求項３
   記載の中空糸膜の欠陥検査装置。
5. 【請求項５】前記光照射手段の光軸と、前記結像手段の
   光軸を互に一致せしめないように、これらの手段を配置
   した請求項３記載の中空糸膜の欠陥検査装置。