JP5292901B2 - 中空糸膜モジュールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は中空糸膜モジュールの製造方法に関する。

近年、中空糸膜モジュールは浄水器、清水器をはじめ、医療用や気体分離用等、様々な分野に用いられている。製造方法としても様々なものが知られている。

たとえば、中空糸膜の束あるいは中空糸膜編織物をケースに収納し、このケースの一端にシリコーンでできたポッティング用カップを装着してポッティング材を注入し、ポッティング材の硬化後にポッティング用カップを外し、ケースの端面付近で切断し、中空糸膜の開口端を形成する方法がある（特許文献１）。

さらに簡単な製造方法として、片端のみが開口したケースを使用してポッティングを行い、ポッティング材の硬化後にケースとともに切断する方法もある（特許文献２）。
特開２００４−２８３８０７号公報 特開平０８−２１５５４６号公報 特許第３６４８０２５号公報

従来、ポッティングを行った後の中空糸膜モジュールの端面の切断には１枚刃のギロチンカッターを使用していたが、切断面にひび割れが生じたり、ケースや中空糸膜束の端部に切断バリが生じたり、切断面の平滑性が低下したりする問題があった。

これに対し、２枚の回転刃による切断装置を用いる場合、１枚目の回転刃で荒切りをおこない、２枚目のフライス型回転刃によって仕上げ切断を行うことで切断面のひび割れはなくなる（特許文献３）。しかし、改善された切断面のバリが回転刃の老朽化により再度発生する問題があった。回転刃の定期的な交換を行うとコストがかかり、また交換直前にバリの発生が始まり多くの不良をつくるという問題があった。

切断面にバリが残っているモジュールを使用し、図１に示すようなろ過器を製造した場合には、使用時のシール性が低下するという問題が発生する。キャップ部材（連結部材）４でキャップシール部材５をモジュールのポッティング端面３ｃに押さえ込んでシールする構造では、モジュールのポッティング端面３ｃにバリがあると、水漏れが発生する。

本発明の目的は上記問題を解決する中空糸膜モジュールの製造方法及びその中空糸膜モジュールを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、ポッティング材を用いて中空糸膜束をケースに固定する中空糸膜モジュールの製造方法であって、前記ケースのポッティングを行う側の端部の開口領域の面積より小さい穴を有し、弾力性があり前記ケースのポッティングを行う側の端部と当接する部分に平らな面をもつエラストマーである非切断面形成治具を、該非切断面形成治具の穴が前記ケースのポッティングを行う側の端部の前記開口領域内に位置するようにして、前記端部に密着させた状態で、かつ前記ケースが前記非切断面形成治具に密着する方向に荷重をかけた状態でポッティングを行う中空糸膜モジュールの製造方法を提供する。
また、本発明の好ましい形態によれば、前記非切断面形成治具を、底面開口部を有しカップ形状のケース保持部材の内側底面に配置し、前記ケースを前記ケース保持部材の内側に挿入した後に、前記中空糸膜束を前記ケース保持部材の底面開口部から前記ケース内に挿入する請求項１に記載の中空糸膜モジュールの製造方法を提供する。
また、本発明の好ましい形態によれば、前記中空糸膜束が前記ケース内に挿入された後、前記ケース保持部材をポッティング材受部材に装着する請求項２に記載の中空糸膜モジュールの製造方法を提供する。

本発明において、ポッティング材と中空糸膜束の両方を同時に切断した切断面とは、例えば図６の６３ｂで示す平面や、図７の７３ｂで示す平面をいう。

本発明において、ポッティング材だけの非切断面とは、例えば図６の６３ｃで示す平面や、図７の７３ｃで示す平面をいう。

なお、本発明において、平面度とは、ＪＩＳ Ｂ００２１（１９９８）の平面度公差で定義されたものをいう。

本発明によれば、シール性の高い中空糸膜モジュールを得ることが可能となる。また、切断面にバリが残っていても水漏れが発生しない。

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、ポッティング受け部材を用いて製造する場合を例に取り、図２、図３を参照しながら説明する。

本発明のモジュール１０は図２に示すように、ケース１１と中空糸膜束１２とポッティング材１３から構成される。中空糸膜束１２はＵ字状に折り曲げた状態でケース１１内部に収納され、中空糸膜束の端部１２ｂが、ポッティング材１３によりケース１１に封止固定されている。中空糸膜束の端部１２ｂと封止固着しているポッティング材１３ｂを同時に刃物で切断することで中空糸膜の開口状態が形成される。また中空糸膜束の端部１２ｂと封止固着しているポッティング材１３ｂの切断面の外側にはポッティング材だけの非切断面１３ｃがある。ポッティング材だけの非切断面１３ｃは刃物による切断でなくポッティング材が硬化する工程において形成される。ケース１１と中空糸膜束の先端１２ａとの間に活性炭やゼオライト、イオン交換体、キレート樹脂などの吸着剤を入れることで、遊離残留塩素や、トリハロメタン、鉛に代表される金属イオンも除去可能なモジュールとすることもできる。

ケース１１は円筒形状であり、ポッティングを行う側の外周におねじが形成されている。ケース１１は図２のように、めねじを設けたキャップ部材１４を連結する。キャップ部材１４を超音波溶着で装着しても良いが、装置や治具が必要となりコストがかかる。ケース１１の外周におねじを形成し、キャップ部材１４にめねじを設けているので、キャップ部材１４をねじ込んで装着するだけで容易にシール部材１５を挟み込んでシールできる効果がある。材質には、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体）を用いているため、安価であり、軽量であるので組立作業時の取扱も容易である。水圧に耐える強度を持ち、ポッティング材との接着性がよい素材を用いれば良いので、金属でも良いが、一般にはＡＢＳ、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＡＳ（アクリロニトリル・スチレン共重合体）、ＰＳ（ポリスチレン）などの樹脂が用いられる。さらに、透明であれば、外側から中空糸膜束１２を確認することで不良品を発見することができるため、品質管理上好ましい。なお、本実施形態では、ケース１１は円筒形状であるが、特にこの形状に限られるものではなく、例えば、四角、三角、凹凸形状などを有するものであってもよい。また、本実施形態では、キャップ部材１４はめねじを設けてケース１１と連結しているが、特にねじ機構に限られるものではなく、例えば、ツメを有するロック機構であってもよいし、プラグ・ソケットの接続機構であってもよい。

中空糸膜束１２は、図２に示したように、Ｕ字状に折り曲げて端部を封止固定するので、工程が少なく、コスト的に好ましい。折り曲げずにケースの両端でポッティング材により封止固定しても、両端を目止めしたうえで一方の端部を封止固定してもよい。しかし、両端を目止めする工程や、ケースの両端をポッティングすると工程が増加してコスト高になる。

中空糸膜には、透水性の高いポリスルホンを使用するので高い流量を得られる。その他にも各種素材のものが使用でき、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、セルロースアセテートがよく用いられる。

ポッティング材１３にはポリウレタン樹脂を使用しているため安全性が高い。ケース１１と中空糸膜束１２の間ならびに中空糸膜間を封止できればよく、流動性を有する主剤と硬化剤とを混合して反応硬化させる二液混合型のエポキシ樹脂も取り扱いやすく、好ましい。

ポッティング材だけの非切断面１３ｃは、特に限定されないが、例えば、ケース内側側面から径方向に幅２ｍｍ以上とすることが好ましく、特に幅３〜１０ｍｍの場合は、キャップ部材１４でシール部材１５を挟み込んでシールを行うための面積を確保しながら、中空糸膜束を挿入する面積も大きく確保できる利点がある。ケースが必要以上に大きくならず、ポッティング材の使用量も少なくできる効果がある。図２に示すように、キャップ部材１４とポッティング材だけの非切断面１３ｃでシール部材１５を挟み込むため、ポッティング材だけの非切断面１３ｃが粗いとキャップ部材１４とモジュール１０の間で水が漏れてしまう。しかし、ポッティング材だけの非切断面１３ｃが平面度０．５ｍｍ以下であるので水漏れしない。また、シール部材１５をポッティング材だけの非切断面１３ｃに当接させるので、薄肉のケースでもシール性を向上させることができる。シ−ル部材１５を、非切断面１３ｃとケースのポッティングを行う端部との両方に当接させても同様にシール性が向上できる。

次に図３に基づいて、中空糸膜モジュールを製造する部材について説明する。

モジュールの製造には、ケース保持部材２４とゴムパッキン（非切断面形成治具）２５とポッティング材受部材２６とおもり２７を用いる。

ケース保持部材２４は底面に開口を有するカップ形状で、上側開口部からケース１１の一端を入れることができ、ポッティング時にケース１１を保持する。ケース保持部材２４の底面の開口径はケース１１の内径より小さい。

ゴムパッキン２５は平たいドーナツ状で、穴径はケース１１の内径より小さく、ケース保持部材２４の底面開口径とほぼ同じである。ポッティング材だけの非切断面１３ｃをつくると同時にケース１１の外周へのポッティング材付着を防止する。穴径は、特に限定されないが、ケース１１の内径より４ｍｍ以上小さくすることが好ましく、さらに、６〜２０ｍｍほど小さくすることが好ましい。シリコーンゴムなどゴム硬度が低い素材であれば、ポッティング材付着防止効果は高まる。弾力性があり平らな面をもつ素材であれば良いので、エラストマーや発泡ポリウレタンを用いても良い。

おもり２７は樹脂製カップに金属を入れ、その上からポッティング材を流し込んで固めたもので、ケース１１の上端部に固定できる。ポッティング時にケース１１をゴムパッキン２５に押しつけることで、ポッティング材が流出してケース１１外周に設けられたおねじに付着するのを防止する効果がある。なお、押しつける荷重は、ケース１１の形状や大きさ、ゴムパッキン２５の材質や硬度などによって異なるが、ポッティング材が流出してケース１１外周に設けられたおねじに付着しないような荷重を適宜設定すればよい。例えば、ケース１１が円筒状で外径が４０〜６０ｍｍ、ゴムパッキンがシリコーンゴム（ゴム硬度３０°〜８０°）のものを使用したような場合には、押しつけ荷重を２０〜１００ｇとすることが好ましい。

ゴムパッキン２５の穴径が、ケース保持部材２４の底面開口径とほぼ同じなので、中空糸膜束１２を挿入しやすい。ゴムパッキン２５の穴径はケース保持部材２４の底面開口径よりも大きくてもよく、その場合、ゴムパッキンの穴とケース保持部材２４の底面開口との段差に中空糸膜束１２を引っかけることなく挿入できるので、中空糸膜束１２の損傷を防ぐことができる。

図３に示すように、ゴムパッキン２５と接するポッティング材の硬化によってポッティング材だけの非切断面１３ｃは形成される。ポッティング材と接するゴムパッキン２５の上面を表面粗さ２５Ｒａ以下、平面度０．５以下としているので、ポッティング材だけの非切断面１３ｃが平面度０．５ｍｍ以下となり水漏れしない。

ゴムパッキン２５の穴形状は丸形としているので、ポッティング材だけの非切断面１３ｃは輪型になる。Ｕ字に折り曲げられた中空糸膜束１２は断面形状が丸に近いため、挿入しやすい効果がある。ゴムパッキン２５の外形円と穴は偏心していても構わないが、ほぼ同心にしているので、ポッティング材だけの非切断面１３ｃの幅が一定に保たれており、モジュール端面全周を均一にシールできる。

ポッティング材受部材２６はポッティング材を流入させる際、受け皿となる容器であり、内側にケース保持部材２４を入れることができる。

次に、ポッティング材受部材２６とゴムパッキン２５とケース保持部材２４とを用い、中空糸膜モジュールをポッティングする方法について説明する。

ゴムパッキン２５をケース保持部材２４の内側底面上に置き、その上からケース１１を挿入する。次にＵ字状に折り曲げた中空糸膜束１２をケース保持部材２４の底面開口部からケース１１内に挿入する。中空糸膜束１２をケース１１に収納してから、ケース保持部材２４やゴムパッキン２５を取り付ける方法もあるが、ケース保持部材２４やゴムパッキン２５を取り付けるときに中空糸膜束１２を乱すことがあるため、ゴムパッキン２５を入れたケース保持部材２４にあらかじめケース１１を取り付けた状態で中空糸膜束１２を収納する方が良い。また、ゴムパッキン２５の穴がケース１１の開口領域からはみ出すと、中空糸膜モジュールの端面にポッティング材だけの非切断面が存在しない部分ができてしまいシール性低下の問題解決にならないため、ゴムパッキン２５の穴が常にケース１１の開口領域内にあるよう配置する。

中空糸膜束１２は、中空糸膜束端部１２ｃがケース保持部材２４の端部に揃うように収納し、そのままポッティング材受部材２６に装着する。中空糸膜束端部１２ｃをポッティング材受部材２６の当接部２６ｃに当てることで、中空糸膜束１２とポッティング材受部材２６との位置が精度よく決まる。

次に、ケース保持部材２４とポッティング材受部材２６の間からポッティング材を供給する。ポッティング材はケース１１内に浸透し、中空糸膜束１２を集束固定する。

その際、おもり２７でケース１１を上方より押さえておくので、ケース１１がゴムパッキン２５に密着し、ポッティング材がケース１１外側に流れ出しておねじに付着することはない。ここで、上方とはポッティングを行う端面に対して反対側の方向という相対的な意味である。

ポッティング材の硬化後、おもり２７、ポッティング材受部材２６とゴムパッキン２５とケース保持部材２４をケース１１から取り外し、図４に示す状態のモジュールを得る。ケース１１から突出している封止固着しているポッティング材１３ｂと中空糸膜束の端部１２ｂを共に切断除去して、図５に示す中空糸膜モジュールを得る。

おもり２７は脱着可能な部材なので、繰り返し使用することができ、省資源化およびコストダウン面からも有効である。図３のような中空糸膜束のＵ字先端部１２ａ全体を覆う形状であっても良く、図８のような、外周部のみを押さえる形状であっても良い。材質は、樹脂でも金属でもよく、なめらかな平面であれば中空糸膜の表面を損傷するおそれもなく好ましい。また、図３に示すように、ケース１１の内側に入るおもり２７の底面が中空糸膜束１２のすぐ上になる形状とすることで、中空糸膜束１２がポッティング材で浮くことを防止している。

この方法で製造したモジュールは図２のように、キャップ部材１４を装着してもモジュール１０の切断面の凹凸がキャップのシール部材１５と重なることはなく、モジュール１０とキャップ１４間の水漏れを防ぐことができる。

本発明は浄水器に限られず、医療用具やエアフィルターなどにも応用することができるが、その応用範囲が、
これらに限られるものではない。

従来技術の一実施形態を示すモジュールの断面図である。 本発明の一実施形態を示すモジュールの断面図である。 本発明の一実施形態を示すモジュール製造方法の断面図である。 本発明の一実施形態を示すモジュール製造方法の断面図である。 図４の下面図である。 本発明の一実施形態を示すモジュールの断面図である。 本発明の一実施形態を示すモジュールの断面図である。 本発明の一実施形態を示すモジュール製造方法の断面図である。

符号の説明

１，１１ ： ケース
２，１２ ： 中空糸膜束
１２ａ ： 中空糸膜束のＵ字先端部
１２ｂ ： 中空糸膜束の端部
３，１３ ： ポッティング材
１３ｂ ： 封止固着しているポッティング材
３ｃ ： モジュールのポッティング端面
１３ｃ，６３ｃ，７３ｃ ： ポッティング材だけの非切断面
４，１４ ： キャップ部材
５，１５ ： キャップのシール部材
１０ ： モジュール
２４ ： ケース保持部材
２５ ： 非切断面形成治具
２６ ： ポッティング材受部材
２６ｃ ： ポッティング材受部材当接部
２７，８７ ： おもり

Claims (3)

1. ポッティング材を用いて中空糸膜束をケースに固定する中空糸膜モジュールの製造方法であって、前記ケースのポッティングを行う側の端部の開口領域の面積より小さい穴を有し、弾力性があり前記ケースのポッティングを行う側の端部と当接する部分に平らな面をもつエラストマーである非切断面形成治具を、該非切断面形成治具の穴が前記ケースのポッティングを行う側の端部の前記開口領域内に位置するようにして、前記端部に密着させた状態で、かつ前記ケースが前記非切断面形成治具に密着する方向に荷重をかけた状態でポッティングを行う中空糸膜モジュールの製造方法。
2. 前記非切断面形成治具を、底面開口部を有しカップ形状のケース保持部材の内側底面に配置し、前記ケースを前記ケース保持部材の内側に挿入した後に、前記中空糸膜束を前記ケース保持部材の底面開口部から前記ケース内に挿入する請求項１に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
3. 前記中空糸膜束が前記ケース内に挿入された後、前記ケース保持部材をポッティング材受部材に装着する請求項２に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。

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