JP6952470B2 - 中空糸膜クリンプ付与装置及び中空糸膜クリンプ付与方法 - Google Patents

Description

本発明は、中空糸膜クリンプ付与装置及び中空糸膜クリンプ付与方法に関する。

従来から、人工透析、血液浄化、浄水器、ガス分離膜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、筒体のケース内に中空糸膜が収容される。特許文献１、特許文献２には、中空糸膜の製造方法が記載されている。

特許文献１、２に記載された中空糸膜の製造方法では、隣り合う中空糸膜の密着を防ぐ等のために、中空糸膜において、波形形状の縮れであり、捲縮であるクリンプを付与する。特許文献１に記載された製造方法では、外周面上に複数のロッドを備えた２つのロールを備えたクリンプ付与装置において、一方のロールの２つのロッドの間に他方のロールのロッドが配置されるように２つのロールを回転させ、中空糸膜をロッドの間で把持することにより、中空糸膜にクリンプを付与する。また、特許文献１に記載された製造方法では、クリンプ付与装置の前後で中空糸膜の移動方向を変えている。

特許文献２に記載された製造方法では、２つの羽根型ロールを備えたクリンプ付与装置を用いて、中空糸膜を一対の羽根型ロールの間に挟み込んで、蛇行させながらクリンプを付与する。

特許第４９６２０２９号公報 特開２００５−２４６１９２号公報

特許文献１、２に記載されたクリンプ付与装置は、モータなどの動力源でそれぞれ異なる方向に回転させる２つのロールのロッドを噛み込ませ、その隙間に中空糸膜を走行させて、中空糸膜にクリンプを形成させる。多数のロッドと中空糸膜が接触する場合、中空糸膜に対する機械的な外力が大きくなる。中空糸膜が潰れて、それにより、その真円度が悪化し、許容下限値未満となる可能性がある。
クリンプ付与装置の処理能力を向上させるためには、複数の中空糸膜を一度に処理することが必要である。複数の中空糸膜が適度に分繊されず、束状でクリンプ付与装置に供給されると、中空糸膜に対する機械的な外力は、さらに大きくなる。このため、中空糸膜の形状精度がさらに低下する可能性がある。

また、湿式紡糸または乾湿式紡糸した中空糸膜を空中に引き出すと、中空糸外表面に存在する液体の表面張力により、束状になる。そのまま、クリンプ付与装置に供給されると、複数の中空糸膜が集まった状態でロッドに接触することになり、中空糸膜の真円度がさらに悪化する。その結果、中空糸膜の形状精度が低下する。
中空糸膜を水中でクリンプ付与装置に供給する場合、複数の中空糸膜は適度に分繊され、形状精度の低下が緩和される。しかし、水中に存在する２つの回転体に相当するロールをモータなどの動力源でそれぞれ異なる方向に回転させるためには、複雑な構造を設ける必要がある。

本発明は、中空糸膜クリンプ付与装置の回転体の回転のための動力源を必要とせず、かつ、中空糸膜の形状精度を向上できる中空糸膜クリンプ付与装置及び中空糸膜クリンプ付与方法を提供することを目的とする。

本発明に係る中空糸膜クリンプ付与装置は、支持部材に対し回転可能に支持された第１回転体及び第２回転体を備える。前記第１回転体は、前記支持部材に対し回転可能に支持された２つの第１歯車と、前記２つの第１歯車の各歯に対し、前記第１歯車の半径方向において、前記第１歯車の各歯のうち、最も外側に位置する頂部である歯先より半径方向内側に両端部が支持された複数の第１ロッドとを含む。前記第２回転体は、前記支持部材に対し回転可能に支持され、軸方向において対応する側の前記第１歯車と噛合する２つの第２歯車と、前記２つの第２歯車の各歯に対し、前記第２歯車の半径方向において、前記第２歯車の各歯のうち、最も外側に位置する頂部である歯先より半径方向内側に両端部が支持された複数の第２ロッドとを含む。中空糸膜クリンプ付与装置は、前記第１歯車及び前記第２歯車が回転しながら、前記第１ロッドと前記第２ロッドとの間を中空糸膜が通過したときに、前記中空糸膜にクリンプを付与する。

また、本発明に係る中空糸膜クリンプ付与方法は、本発明に係る中空糸膜クリンプ付与装置において、前記第１歯車及び前記第２歯車が回転しながら、前記第１ロッドと前記第２ロッドとの間に前記中空糸膜を通過させることにより、前記中空糸膜にクリンプを付与する。

本発明に係る中空糸膜クリンプ付与装置及び中空糸膜クリンプ付与方法によれば、中空糸膜クリンプ付与装置の回転体の回転のための動力源を必要とせず、かつ、中空糸膜の形状精度を向上できる。

本発明の実施形態に係る中空糸膜の製造方法で用いる中空糸膜製造装置の構成図である。 実施形態に係る中空糸膜クリンプ付与装置を示す斜視図である。 図２のＡ部拡大図である。 図２に示す装置を構成する２つの回転体を、組み合わせた状態で取り出して示す斜視図である。 図４に示す２つの回転体を図４のＢ−Ｂ断面で切断して示す斜視図である。 図５の回転軸方向一方側から見た図である。 実施形態に係る中空糸膜クリンプ付与装置において、噛み込み量が０．５ｍｍで２つの歯車を回転させるときの初期位置である０度状態（ａ）と、２．５度回転させた状態（ｂ）と、５．０度回転させた状態（ｃ）とを示している図である。 図７（ａ）のＣ部拡大図である。 実施形態に係る中空糸膜クリンプ付与装置において、噛み込み量が０．５ｍｍで２つの歯車を回転させるときの７．５度回転させた状態（ｄ）と、１７．５度回転させた状態（ｅ）と、２０．０度回転させた状態（ｆ）とを示している図である。 図９（ｄ）のＤ部拡大図である。 図９（ｆ）のＥ部拡大図である。 実施形態に係る中空糸膜クリンプ付与装置において、噛み込み量が２．０ｍｍで２つの歯車を回転させるときの初期位置である０度状態（ａ）と、２．５度回転させた状態（ｂ）と、５．０度回転させた状態（ｃ）とを示している図である。 実施形態に係る中空糸膜クリンプ付与装置において、噛み込み量が２．０ｍｍで２つの歯車を回転させるときの１０．０度回転させた状態（ｄ）と、１２．５度回転させた状態（ｅ）と、１５．０度回転させた状態（ｆ）とを示している図である。 中空糸膜クリンプ付与装置の第１比較例の要部を示す図である。 中空糸膜クリンプ付与装置の第２比較例の要部を示す図である。 中空糸膜の波長と振幅とを説明するための図である。 実施形態の中空糸膜クリンプ付与装置の別例の概略構成を示す斜視図である。

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、中空糸膜クリンプ付与装置及び中空糸膜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１は、実施形態に係る中空糸膜の製造方法で用いる中空糸膜製造装置１０の構成図である。中空糸膜１２は、複数本を束ねて中空糸膜束を形成した状態で筒体（図示せず）のケース内に収容する。そして、中空糸膜の両端部を、ケース内壁に固着する封止部材（図示せず）によって固定することにより、中空糸膜モジュール（図示せず）を形成する。中空糸膜モジュールは、例えば、血液透析、血液ろ過等の血液処理のために用いられる。

中空糸膜１２は、例えば、膜厚が５〜１５０μｍ、内径が１００〜５００μｍ、外径が１１０〜８００μｍ程度の断面円形の細管である。中空糸膜１２の膜基材は、例えば、ポリエステル系樹脂とポリスルホン系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。

中空糸膜を紡糸するための製膜原液は、樹脂濃度が１０重量％〜２５重量％となるように有機溶媒に溶解させることで、調製することができる。

また、中空糸膜１２の原材料は、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。

中空糸膜１２には、波形の縮れであり、捲縮であるクリンプ１３（図６）が形成される、すなわち付与される。中空糸膜１２にクリンプ１３を形成することで、中空糸膜モジュール内で中空糸膜１２が熱収縮したときに当該クリンプ１３が展開する（拡がる）。これにより、中空糸膜１２の収縮に伴う中空糸膜１２の破断、及び封止部材の剥離が防止される。また、複数の中空糸膜１２を束ねた状態で隣り合う中空糸膜１２の密着を防ぐことができ、これにより、複数の中空糸膜１２の外側を流れる流体の偏流を防止できる。

図１に示すように、中空糸膜製造装置１０は、二重環式構造の紡糸口金であるノズル１４、凝固槽１６、水洗槽１８、クリンプ付与槽２０、及び巻き取り機２２を備える。例えば、ノズル１４からは、外側に紡糸原液を、内側に芯液を、それぞれ垂直下方に吐出することで中空糸膜１２を形成し、その中空糸膜１２を凝固槽で凝固させた後、水洗槽１８に通過させて芯液を洗浄し、その後、クリンプ付与槽２０に通過させる。クリンプ付与槽２０には常温の水７７が貯留されている。一方、中空糸膜にクリンプを付与する場合には、中空糸膜を物理的に曲げ、部分的に塑性変形させることが必要となる。温水中では、中空糸膜が軟化し、クリンプ付与時の中空糸膜に対する損傷を低減できる。このため、クリンプ付与槽２０には好ましくは温水が貯留される。

図２は、実施形態に係る中空糸膜クリンプ付与装置２４を示す斜視図である。図３は、図２のＡ部拡大図である。以下、中空糸膜クリンプ付与装置２４は、クリンプ付与装置２４と記載する。図２、図３では、クリンプ付与装置２４を構成するロッドの軸方向と平行な第１方向をＸで示し、水平面上で第１方向Ｘと直交する第２方向をＹで示し、Ｘ及びＹに対し直交する上下方向である垂直方向をＺで示している。

図２、図３に示すように、クリンプ付与装置２４は、支持部材２６と、第１歯車軸４０及び第２歯車軸４２と、第１回転体５０及び第２回転体６０とを備える。支持部材２６は、水平面上に固定された長方形状の基板２８と、基板２８の第１方向Ｘ両端部に直立するように固定された２つの支柱３０と、各支柱３０に固定された下側支持部３２及び上側支持部３３とを含む。各下側支持部３２は、第１歯車軸４０の両端部を支持するために用いられる。各上側支持部３３は、第２歯車軸４２の両端部を支持するために用いられる。

具体的には、各下側支持部３２及び各上側支持部３３は、図示しない第１孔及び第２孔を有する直方体状である。第１孔は、各下側支持部３２及び各上側支持部３３の長手方向一端部（図２の紙面の表側端部）において、それぞれ第１歯車軸４０及び第２歯車軸４２を通すためにＸ方向と平行に形成される。第２孔は、各下側支持部３２及び各上側支持部３３の長手方向他端部（図２の紙面の裏側端部）において、支柱３０を通すために、Ｚ方向と平行に形成される。

各支柱３０において、垂直方向Ｚの所定位置に下側支持部３２が固定され、下側支持部の上側に直方体状のスペーサ３４を介して上側支持部３３が固定される。例えば、各支柱３０において、下側支持部３２の下側にリング状の第１位置決め部材３５が固定される。そして、その第１位置決め部材３５の上側に下側支持部３２を載せるように、下側支持部３２の第２孔の内側に支柱３０を貫通させ、下側支持部３２を支柱に対し摺動させる。そして、各支柱３０において、下側支持部３２の上側にスペーサ３４を載せるように、スペーサ３４に垂直方向Ｚに形成された孔の内側に支柱３０を貫通させ、支柱に対しスペーサ３４を摺動させる。

さらに、各支柱３０において、スペーサ３４の上側に上側支持部３３を載せるように、上側支持部３３の第２孔の内側に支柱３０を貫通させ、上側支持部３３を支柱３０に対し摺動させる。そして、各支柱３０において、支柱３０を貫通させるように筒状の第２位置決め部材３６を支柱に摺動させながら、上側支持部３３の上側に載せて、その状態で、第２位置決め部材３６をボルト等の固定手段（図示せず）で固定する。例えば、第２位置決め部材３６に半径方向に貫通するねじ孔を形成し、そのねじ孔にねじ込んだボルトの先端を支柱３０の外周面に押し付けることで第２位置決め部材３６を支柱に固定する。これによって、第１位置決め部材３５及び第２位置決め部材３６の間において、下側支持部３２と上側支持部３３とが垂直方向Ｚの異なる位置に固定される。また、２つの支柱３０の上端部は、連結部材（図示せず）により連結して剛性を高くしている。

２つの下側支持部３２は、垂直方向Ｚにおいて同じ位置に固定され、２つの上側支持部３３も、垂直方向Ｚにおいて同じ位置に固定される。第１歯車軸４０は、両端部が、２つの下側支持部３２において、軸受（図示せず）等を介して回転可能に支持される。このとき、第１歯車軸４０の両端部は、下側支持部３２の第１孔を貫通する。また、第２歯車軸４２は、両端部が、２つの上側支持部３３において、軸受（図示せず）等を介して回転可能に支持される。このとき、第２歯車軸４２の両端部は、上側支持部３３の第１孔を貫通する。これにより、第１歯車軸４０は、支持部材２６に回転可能に支持される。また、第２歯車軸４２は、支持部材２６に回転可能に支持され、かつ第１歯車軸４０に対し平行に配置される。また、第１歯車軸４０と第２歯車軸４２とは、第２方向Ｙにおいて同じ位置に配置される。

第１回転体５０は、第１歯車軸４０の周囲の軸方向両側に支持された２つの第１歯車５１と、２つの第１歯車５１に両端部が回転可能に支持された６つの第１ロッド５２とを含む。また、第２回転体６０は、第２歯車軸４２の周囲の軸方向両側に支持された２つの第２歯車６１と、２つの第２歯車６１に両端部が回転可能に支持された６つの第２ロッド６２とを含む。なお、第１ロッド及び第２ロッドは、両端部が歯車に回転可能に支持される構成に限定するものではなく、第１ロッド及び第２ロッドの両端部が歯車に固定されるように支持された構成としてもよい。

以下、図２、図３に加えて、図４から図６を用いて第１回転体５０及び第２回転体６０を説明する。図４は、図２に示す装置を構成する第１回転体５０及び第２回転体６０を、組み合わせた状態で取り出して示す斜視図である。図５は、第１回転体５０及び第２回転体６０を図４のＢ−Ｂ断面で切断して示す斜視図である。図６は、図５の回転軸方向一方側から見た図である。なお、図４から図５では、図２、図３の場合と異なり、第１回転体５０の第１歯車５１と第２回転体６０の第２歯車６１との軸方向についての中央位置を一致させている。第１歯車５１と第２歯車６１とは軸方向における中央位置を一致させても、異ならせてもよい。

２つの第１歯車５１は、第１歯車軸４０（図３）において軸方向両側に固定される。また、２つの第２歯車６１は、第２歯車軸４２（図３）において軸方向両側に固定される。これにより、第１歯車５１及び第２歯車６１は、支持部材２６に対し回転可能に支持される。また、第１歯車５１を含む第１回転体５０及び第２歯車６１を含む第２回転体６０も、支持部材２６に対し回転可能に支持される。なお、各歯車軸４０，４２の両端部を支持部材２６に固定し、各歯車軸４０，４２に対し、それぞれ対応する歯車５１，６１を軸受等により回転可能に支持してもよい。さらに、複数の第１ロッド５２は、２つの第１歯車５１の各歯５１ａに対し、第１歯車の各歯５１ａの歯先５１ｂ（図４、図６）より半径方向内側に両端部が貫通した状態で支持される。第１歯車５１及び第２歯車６１のそれぞれの歯数は６であり、それぞれ６つの歯５１ａ、６１ａが周方向において等間隔に、放射状に伸びて形成される。

また、２つの第２歯車６１は、軸方向において対応する側である一方側、または他方側の第１歯車５１と噛合する。図２、図３では、噛合する第１歯車５１及び第２歯車６１が軸方向において、中央位置が異なってオフセットされた場合を示しているが、軸方向中央位置は図４に示すように互いに一致させてもよい。さらに、複数の第２ロッド６２は、２つの第２歯車６１の各歯６１ａに対し、第２歯車の各歯６１ａの歯先６１ｂ（図４、図６）より半径方向内側に両端部が貫通した状態で支持される。このとき、複数の第２ロッド６２は、複数の第１ロッド５２と平行に配置される。各歯５１ａ及び各歯６１ａの歯先５１ｂ、６１ｂは、各歯車５１，６１の半径方向において、各歯５１ａ、６１ａのうち、最も外側に位置する頂部である。

また、クリンプ付与装置は、第１歯車５１及び第２歯車６１が図６に矢印Ｇ１、Ｇ２で示すように逆方向に回転しながら、第１ロッド５２と第２ロッド６２との間に中空糸膜１２が通過したときに、中空糸膜１２にクリンプを付与する。このとき、中空糸膜１２は、第１ロッド５２及び第２ロッド６２の間に、各ロッド５２，６２の長手方向に対し直交する方向に通過する。例えば、第１ロッド５２及び第２ロッド６２の間には、中空糸膜１２がＸ方向（図２）に複数本並び分繊した状態で通過してクリンプが付与される。このとき、第１ロッド５２及び第２ロッド６２の間で、中空糸膜１２はＺ方向（図２）には、ほとんど重ならない。例えば、第１ロッド５２及び第２ロッド６２の間には、複数本以上の中空糸膜１２がＸ方向（図２）に分繊し、かつ、Ｚ方向（図２）に重なる中空糸膜は最低限となるため、中空糸膜の形状精度は維持される。なお、Ｚ方向における第１ロッド５２と第２ロッド６２との間の隙間は、１本の中空糸膜に限らず、複数本の中空糸膜が通過可能な隙間が形成されてもよい。

実施形態のクリンプ付与方法は、上記のクリンプ付与装置２４を用いて、第１ロッド５２と第２ロッド６２との間に中空糸膜１２を通過させることにより、各歯車５１，６１を回転させながら、中空糸膜１２にクリンプを付与する。このとき、クリンプ付与装置２４は、中空糸膜１２を水中に浸した状態で、第１ロッド５２と第２ロッド６２との間を通過させることにより、中空糸膜１２にクリンプを付与することが好ましい。また、中空糸膜１２は、後述するように巻き取り機２２で引っ張ることにより、クリンプを付与しながら移動させるので、クリンプ付与装置２４自体に各回転体５０，６０の回転のための動力源を必要としない。

例えば、クリンプ付与装置２４では、第１回転体５０及び第２回転体６０を回転させるための電動モータ等の動力源が設けられていない。これによって、クリンプ付与装置２４のうち、少なくとも中空糸膜１２を通過させる部分を水中に浸して、水中に位置する第１回転体５０と第２回転体６０との間に中空糸膜を通過させることができる。このため、複数の中空糸膜１２を第１ロッド５２と第２ロッド６２との間に通過させる際に、複数の中空糸膜１２を適度に分繊させることができる。したがって、複数の中空糸膜１２が固まり、第１ロッド５２及び第２ロッド６２の隙間以上の大きさの束になった状態で、クリンプ付与装置２４に供給されることで、中空糸膜がロッドで押し潰され、真円度が悪化することを防止できる。これにより、中空糸膜の形状精度の向上を図れる。また、クリンプ付与装置２４に動力源が設けられないので、クリンプ付与装置２４を水中に浸して用いる場合に、動力源の周囲を密封して防水を図るための複雑な構造を設ける必要がない。

また、クリンプ付与装置２４では、各回転体５０，６０の歯車５１，６１の歯先５１ｂ、６１ｂより半径方向内側において、対応するロッドの端部が回転可能に支持される等で支持される。これにより、第１歯車５１及び第２歯車６１が噛合した状態で、第１ロッド５２及び第２ロッド６２の間に中空糸膜１２が通過する隙間を形成できる。これにより、中空糸膜１２がロッド５２，６２間で強く挟まれることを防止でき、真円度の低下及び潰れの発生を防止できる。

さらに、クリンプ付与装置２４は、第１ロッドと第２ロッドとの間に中空糸膜１２が通過するときに、第１歯車５１及び第２歯車６１の回転角度に関係なく、中空糸膜が接触する第１ロッド５２と第２ロッド６２との合計の数が３以下となるように構成される。具体的には、クリンプ付与装置の使用時には、図６に示すように、第１ロッド５２と第２ロッド６２とに中空糸膜１２を巻きかけながら第１ロッドと第２ロッドとの間に中空糸膜１２を通過させる。そして、図６の右側に配置した巻き取り機２２（図１）によって中空糸膜を巻き取ることにより、中空糸膜を巻き取り機２２側（図６の矢印α側）に移動させる。この際、中空糸膜１２によって第１歯車５１及び第２歯車６１がそれぞれ矢印α側に引っ張られることで、それぞれ矢印Ｇ１、Ｇ２方向に回転する。このとき、中空糸膜１２がロッドの巻きかけにより波形に変形することで中空糸膜１２にクリンプが付与される。図６に示す状態で、中空糸膜１２は１つの第１ロッド５２と２つの第２ロッド６２とに接触して変形する。そして、第１歯車５１及び第２歯車６１の回転角度に関係なく、中空糸膜１２は、第１ロッド５２及び第２ロッド６２に対し、合計３つ以下のロッド５２，６２に接触する。

図７から図１３を用いて、歯車の噛み込み量を変えた場合におけるロッド５２，６２と中空糸膜１２とが接触する数（接触数）を説明する。２つの回転体である第１歯車５１及び第２歯車６１を図７から図９、図１２、図１３に示す状態でＺ軸に対し線対称となるように配置し、一方の歯車を固定し、他方の歯車を半ピッチ分回転した状態で「噛み込み量」は規定する。このとき、一方の歯車に支持したロッドのうち、他方の歯車に最も接近した１つのロッドの先端と、他方の歯車に支持したロッドのうち、一方の歯車に最も接近した２つのロッドの先端とが一直線上にある状態を基準状態とし、その噛み込み量を０とする。例えば、第２歯車６１を固定し、第１歯車５１を半ピッチ分回転させる。そして、第２歯車６１の最下端のロッド６２の先端である下端と、第１歯車５１の最上端の２つのロッド５２の先端である上端とが一直線上にある状態を基準状態とする。そして、基準状態から２つの歯車５１，６１の中心間距離がＺ方向に短くなるときの短縮量を「噛み込み量」と規定する。図７は、クリンプ付与装置において、噛み込み量が０．５ｍｍで第１歯車５１及び第２歯車６１を回転させるときの初期位置である０度状態（ａ）と、２．５度回転させた状態（ｂ）と、５．０度回転させた状態（ｃ）とを示している。図８は、図７（ａ）のＣ部拡大図である。図７から図１３では、中空糸膜１２の外径が０．３ｍｍである場合を説明する。図７、図９では、噛み込み量を規定する後述の上側基準線９５及び下側基準線９６と、中空糸膜１２の上端及び下端とがそれぞれ一致するように見える。一方、実際には、拡大された図８、図１０、図１１に示すように、上側基準線９５及び下側基準線９６と中空糸膜１２の上端及び下端とは、すべてＺ方向にずれている。

図７（ａ）に示すように、第１歯車５１及び第２歯車６１の回転初期位置では、第２歯車６１の歯６１ａが垂直方向Ｚに沿って下向きに配置され、第１歯車５１は第２歯車６１の下側の１つの歯６１ａを２つの歯５１ａで挟むように配置される。このとき、第２歯車６１は、第１歯車５１に対し位相が３０度異なっている。この状態で、図８に示すように、第１歯車５１の上端の２つの歯５１ａに支持した２つの第１ロッド５２の上端を結んでＹ方向に沿って伸びる接線を上側基準線９５とする。図８では第１歯車５１の中心軸Ｏ１と第２歯車６１の中心軸Ｏ２と２つの中心軸Ｏ１、Ｏ２を通る垂直線７０とを示している。また、第２歯車６１の下端の歯６１ａに支持した第２ロッド６２の下端に接してＹ方向に沿って伸びる接線を下側基準線９６とする。このとき、上側基準線９５と下側基準線９６との間領域のＺ方向の中心に重なるＹ方向の直線に、中空糸膜１２のＺ方向の中心が重なるように中空糸膜１２を配置すると仮定する。図８ではこのように仮想的に配置した中空糸膜１２を二点鎖線で示している。この場合に、中空糸膜１２は、２つの第１ロッド５２と１つの第２ロッド６２とに接触・交差する。この状態では、実際には、中空糸膜１２が、２つの第１ロッド５２と１つの第２ロッド６２とに巻きかけられ、中空糸膜１２は３つのロッド５２，６２と接触することがわかる。以下、同様に上記仮定のもとに中空糸膜が通ると仮定した場合に中空糸膜と接触・交差するロッドの数を、中空糸膜と接触するロッドの数（接触数）と定義する。図７（ａ）では接触数は３である。図７から図１３では、中空糸膜１２を仮想的にＹ方向に沿って伸びる直線状に示している。

図７から図１１は、回転初期位置において、第１歯車５１の第１ロッド５２と第２歯車６１の第２ロッド６２とが垂直方向Ｚに重なる量である噛み込み量が０．５ｍｍである場合を示している。図７（ａ）から（ｃ）で示すように、第１歯車５１及び第２歯車６１を２．５度（ｂ）、５．０度（ｃ）とそれぞれ逆方向に回転させた場合でも、（ａ）と同様に、中空糸膜１２と３つのロッド５２，６２が接触し、接触数は３である。

図９は、クリンプ付与装置において、噛み込み量が０．５ｍｍで第１歯車５１及び第２歯車６１を７．５度回転させた状態（ｄ）と、１７．５度回転させた状態（ｅ）と、２０．０度回転させた状態（ｆ）とを示している。図１０は、図９（ｄ）のＤ部拡大図である。図１１は、図９（ｆ）のＥ部拡大図である。図９（ｄ）、（ｅ）、図１０に示すように、第１歯車５１及び第２歯車６１を回転初期位置から７．５度（ｄ）、１７．５度（ｅ）とそれぞれ逆方向に回転させた場合には、１つの第１ロッド５２と１つの第２ロッド６２とに中空糸膜１２が接触する。このとき、接触数は２である。

一方、図９（ｆ）、図１１に示すように、第１歯車５１及び第２歯車６１を回転初期位置から２０．０度回転させた場合には、１つの第１ロッド５２のみに中空糸膜１２が接触し、接触数は１である。また、第１歯車５１及び第２歯車６１の回転角度が３０．０度となっても接触数は１のままである。このように噛み込み量が０．５ｍｍでは接触数が３から１の間で変化する。なお、図示は省略するが、噛み込み量が０、１．０ｍｍ、１．５ｍｍのいずれかである場合も、噛み込み量が０．５ｍｍの場合と同様に、接触数が３から１の間で変化する。

図１２は、クリンプ付与装置において、噛み込み量が２．０ｍｍで第１歯車５１及び第２歯車６１を回転させるときの初期位置である０度状態（ａ）と、２．５度回転させた状態（ｂ）と、５．０度回転させた状態（ｃ）とを示している。図１３は、クリンプ付与装置において、噛み込み量が２．０ｍｍで第１歯車５１及び第２歯車６１を回転させるときの１０．０度回転させた状態（ｄ）と、１２．５度回転させた状態（ｅ）と、１５．０度回転させた状態（ｆ）とを示している。

図１２、図１３に示すように、噛み込み量が２．０ｍｍの場合には、第１歯車５１及び第２歯車６１の回転初期位置（０度）の状態（ａ）と、２．５度から１２．５度の間で回転させた状態（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）とで、接触数は３である。一方、第１歯車５１及び第２歯車６１を回転初期位置から１５．０度回転させた状態（ｆ）では、接触数は２となる。また、第１歯車５１及び第２歯車６１の回転角度が３０．０度となっても接触数は２のままであり、接触数が１の場合はない。このように噛み込み量に応じて接触数は変化するが、実施形態のクリンプ付与装置では、第１歯車５１及び第２歯車６１の回転角度に関係なく、接触数は３以下であるように構成される。

これにより、接触数が４以上の場合と異なり、中空糸膜１２にクリンプを付与する場合に過度に大きい力がロッドから中空糸膜１２に加わることを防止できる。具体的には、中空糸膜１２の移動方向において、中央の３つのロッド５２，６２の外側の別のロッドで中空糸膜１２は拘束されない。これによって、中空糸膜１２にクリンプを付与する場合に中空糸膜１２に過度に大きい外力が加わらない。このため、中空糸膜１２の真円度を向上でき、かつ、延伸を抑制できるので、中空糸膜１２の形状精度を向上できる。また、真円度が向上するので、真円度の許容下限を所定値としたときに、真円度が所定値未満となる潰れの発生を防止できる。

これについて、比較例を用いて説明する。図１４は、クリンプ付与装置の第１比較例の要部を示す図である。

第１比較例では、２つの平行な回転軸に２つの同じ歯数の歯車７１，７２を固定し、電動モータ等の動力源（図示せず）で逆方向に同じ速度で２つの歯車７１，７２を回転させる。そして、２つの歯車７１，７２の間に中空糸膜１２を図１４の矢印β方向に通過させることにより、中空糸膜１２にクリンプを付与する。この場合には、歯車７１，７２の歯が中空糸膜１２を変形させる。そして、中空糸膜１２に接触する歯車７１，７２の歯の数が５となっている。この場合には、図１４にＡ１〜Ａ５で示す５つの歯に中空糸膜１２が接触して中空糸膜１２が変形する。このとき、歯車７１，７２と中空糸膜１２との矢印β方向における接触範囲で、中空糸膜１２の中央位置に接触する歯Ａ２と、その隣で中空糸膜１２に接触する２つの歯Ａ４，Ａ５だけでなく、その外側の２つの歯Ａ１，Ａ３によっても中空糸膜１２を変形させる。これにより、中空糸膜１２が隣接する４つ以上の複数の歯で同時に変形させられることになり、中空糸膜１２が過度に変形する可能性がある。このため、第１比較例では、中空糸膜１２の真円度が悪化し、かつ、延伸が大きくなり、形状精度が低下した。

図１５は、クリンプ付与装置の第２比較例の要部を示す図である。第２比較例では、環状チェーン７４を有する第１回転体７３と環状チェーン７６を有する第２回転体７５とが動力源（図示せず）によって回転する。また、第１回転体７３の外周面に複数の第１ロッド７３ａが固定され、第２回転体７５の外周面に複数の第２ロッド７５ａが固定される。そして、２つの回転体７３，７５の間で、各ロッド７３ａ、７５ａが略平面上に位置し、かつ、第１ロッド７３ａと第２ロッド７５ａとで交互に配置される。そして、第１回転体７３及び第２回転体７５の間で、第１ロッド７３ａ及び第２ロッド７５ａに交互に巻きかけるように中空糸膜１２を通過させる。

次の表１は、実施形態のクリンプ付与装置２４を用いてクリンプを付与した中空糸膜１２である実施例と、第１比較例及び第２比較例を用いてクリンプを付与した中空糸膜１２である比較例１及び比較例２とを比較した試験結果を示している。試験では、実施例、比較例１及び比較例２で同じ材料及び同じ膜厚の中空糸膜１２を用いた。

表１に示した試験結果において、中空糸膜１２は、芯液を洗浄で除去し、乾燥させたものを用いた。図１６に示すように、中空糸膜１２の波長は、波状になっている部分の山の頂点から次の山の頂点までの間隔Ｌ１である。中空糸膜１２の振幅は、山の頂点から谷の底点までの長さＬ２である。また、真円度は、中空糸膜１２の断面における中空糸膜の内径についての短径／長径である。例えばこの断面が真円であれば真円度は１である。また、潰れ発生率は、中空糸膜１２の試験した総本数に対して中空部に潰れが発生した本数の割合である。真円度が０．６以下の場合、潰れと判定した。表１において波長、振幅に値が入っていることは、中空糸膜にクリンプが付与されていることを意味している。

さらに、中空糸膜にクリンプが付与された場合に、糸重量の変化率は、クリンプ付与前の中空糸膜の所定長さ当たりの重量Ｗ０と、クリンプ付与後の中空糸膜の所定長さ当たりの重量Ｗ１とから、以下の式で算出する。
（糸重量の変化率）＝（Ｗ１-Ｗ０）／Ｗ０

また、中空糸膜にクリンプが付与された場合において、糸長の変化率は、クリンプ付与前の中空糸膜の長さＬ０と、クリンプ付与後の中空糸膜の長さＬ１とから、以下の式で算出する。
（糸長の変化率）＝（Ｌ１−Ｌ０）／Ｌ０

なお、上記では真円度が０．６以下を潰れの発生としたが、中空糸膜の使用状態に応じて真円度の許容下限を変更する場合もある。

表１に示した試験結果から、実施例では、クリンプが付与され、かつ、真円度を高く維持できた。また、実施例では、糸重量の変化率が比較例２に対して増加していることで、延伸を抑制しながら、クリンプが付与されていることを確認できた。

一方、比較例１では、クリンプが付与されているが、糸重量の変化率は比較例２に対して微減である。これにより、中空糸膜１２が大きく延伸されており、形状精度が悪化していることが考えられる。

また、比較例２では、真円度を高く維持できたが、クリンプの付与が不十分であったため、波長、振幅を確認できる状態ではなかった。上記の試験結果により、実施形態による効果を確認できた。

なお、クリンプ付与装置の構成は、図２、図３に示した構成に限定するものではなく、第１回転体及び第２回転体が回転可能であり、第１歯車及び第２歯車が噛合する構成であれば、種々の構成を採用できる。

図１７は、実施形態の別例のクリンプ付与装置２４ａの概略構成を示す斜視図である。図１７に示すクリンプ付与装置２４ａは、支持部材８０と、第１回転体５０及び第２回転体６０とを備える。第１回転体５０及び第２回転体６０の構成は、図２、図３に示した構成と同様である。図１７では、第１回転体５０及び第２回転体６０を円柱状の部材で模式化して示している。図１７では、各回転体５０，６０におけるロッド５２，６２（図２、図３参照）の軸方向と平行な方向をＸで示し、水平面上でＸ方向と直交する方向をＹで示し、Ｘ及びＹに対し直交する上下方向である垂直方向をＺで示している。

支持部材８０は、平板状の基板８１と、基板８１のＸ方向の一端に固定された壁部８２とを含む。基板８１は、水平面上に固定される。基板８１の上面にはＸ方向に離れた２つの平行な第１壁部８４が立設して固定される。２つの第１壁部８４には第１歯車軸４０の両端部が支持され、第１歯車軸４０の軸方向中間部の周囲には第１回転体５０が支持される。そして、第１回転体５０は、支持部材８０に対し回転可能に支持される。第１回転体５０は、Ｘ方向の両側に離れた２つの第１歯車５１（図２、図３参照）と、第１歯車５１の各歯に両端部が支持された複数の第１ロッド５２（図２、図３参照）とを含む。

壁部８２は、直交するように配置した第１板部８２ａ及び第２板部８２ｂの一端同士を固定することにより構成されている。第１板部８２ａは、厚み方向両側面がＸ方向に対し直交する。第２板部８２ｂは、厚み方向両側面がＸ方向と平行である。そして、第２板部８２ｂの厚み方向一方側には、上端にハンドル８５が固定されたハンドル軸８６が回転可能に支持される。ハンドル軸８６は、上下方向に沿って配置される。ハンドル軸８６の中間部外周面にはねじ部（図示せず）が形成され、そのねじ部と、ボールナット部材８７の雌ねじとが複数のボール（図示せず）を介して係合する。ボールナット部材８７には、腕部材８８の中間部が固定される。腕部材８８は、中間部に設けられてＸ方向に伸びた長尺なＸ方向要素８９と、Ｘ方向要素８９の両端に連結されＹ方向一方側に伸びる２つの平行なＹ方向要素９０とを含む。２つのＹ方向要素９０の先端には２つの平行な第２壁部９１が形成される。各Ｙ方向要素９０には、Ｚ方向に支柱９２が貫通しており、その支柱９２の下端は基板８１に固定されている。各Ｙ方向要素９０は、支柱９２に対しＺ方向に移動可能である。これにより、ボールナット部材８７は、Ｚ方向にのみ移動するように案内されており、ボールナット部材８７の回転は阻止される。

また、２つの第２壁部９１には第２歯車軸４２の両端部が支持され、第２歯車軸４２の軸方向中間部の周囲には第２回転体６０が支持される。そして、第２回転体６０は、支持部材８０に対し回転可能に支持される。第２回転体６０は、Ｘ方向両側に離れた２つの第２歯車６１（図２、図３参照）と、第２歯車６１の各歯に両端部が支持された複数の第２ロッド６２（図２、図３参照）とを含む。

これにより、作業者がハンドル８５を回転することにより、ハンドル軸８６の回転に伴ってボールナット部材８７及び腕部材８８がＺ方向に移動する。これにより、ハンドル８５の回転運動を上下運動に変換することで第１回転体５０の第１ロッド５２と第２回転体６０の第２ロッド６２との間隔を調節できる。また、ハンドル８５には、ハンドル８５の回転角度を示すダイヤルインジケータ（図示せず）を取り付けており、第２回転体６０の上下方向（Ｚ方向）における停止位置は、ダイヤルインジケータの値で決定する。なお、図１７の構成では、第１回転体５０と第２回転体６０との軸方向中央位置を異ならせており、第１回転体５０の両側の支持部と第２回転体６０の両側の支持部との軸方向における位置を異ならせやすい。これにより、上下方向に第１回転体５０及び第２回転体６０が近づく場合に第２回転体６０と支持部との間の空間に第１回転体５０の支持部を挿入しやすい。このため、小型の構成で、第１回転体５０の第１ロッド５２と第２回転体６０の第２ロッド６２とを近づける構成を実現しやすい。その他の構成及び作用は、図２から図１３で示した構成と同様である。

図１７では、ハンドルを用いた機械的な運動変換機構で第１回転体５０及び第２回転体６０の間隔を調節している。ハンドルを用いた機械的な運動変換機構により間隔を調節する構造として、図１７に示した構成以外の構造を用いてもよい。また、第１回転体５０及び第２回転体６０の間隔を調節する構造はこのような構成に限定するものではなく、ロボシリンダまたはサーボモータ等を含む電気的な運動変換機構を備えて、回転体５０，６０の間隔を調節する構成を用いてもよい。ロボシリンダは、電動リニアアクチュエータを含み、移動部材を往復移動させる構造である。または、スペーサを利用した物理的な位置合わせを行う構成によって回転体５０，６０の間隔を調節してもよい。

また、実施形態によれば、特許文献１に記載された構成の場合と異なり、中空糸膜１２にクリンプを付与する場合において、クリンプ付与装置２４の前後で中空糸膜１２の移動方向を変える必要がない。これにより、クリンプ付与装置２４の前後の工程用に配置される水洗槽１８（図１）、巻き取り機２２（図１）等の配置位置が複雑になることを防止できる。

また、上記では、第１ロッド及び第２ロッドの数が、それぞれ６の場合を説明したが、それぞれのロッドの数を２以上で６未満の数、または７以上の任意の数とすることもできる。第１ロッド及び第２ロッドのそれぞれの数を６以下とすることにより、中空糸膜１２が接触する第１ロッドと第２ロッドとの合計の数が３以下となる構成を実現しやすい。

また、上記では、クリンプ付与装置を水中に浸して用いる場合を説明したが、複数の中空糸膜を十分に分繊できるのであれば、クリンプ付与装置を水中に浸さずに用いることもできる。

なお、複数の中空糸膜を含む中空糸膜モジュールは、ダイアライザー及び透析器以外、例えば精密ろ過、気体分離、窒素付加、酸素付加等のために用いられてもよい。

１０ 中空糸膜製造装置、１２ 中空糸膜、１３ クリンプ、１４ ノズル、１６ 凝固槽、１８ 水洗槽、２０ クリンプ付与槽、２２ 巻き取り機、２４，２４ａ 中空糸膜クリンプ付与装置（クリンプ付与装置）、２６ 支持部材、２８ 基板、３０ 支柱、３２ 下側支持部、３３ 上側支持部、３４ スペーサ、３５ 第１位置決め部材、３６ 第２位置決め部材、４０ 第１歯車軸、４２ 第２歯車軸、５０ 第１回転体、５１ 第１歯車、５１ａ 歯、５１ｂ 歯先、５２ 第１ロッド、６０ 第２回転体、６１ 第２歯車、６１ａ 歯、６１ｂ 歯先、６２ 第２ロッド、７０ 垂直線、７１ ，７２ 歯車、７３ 第１回転体、７３ａ 第１ロッド、７４ 環状チェーン、７５ 第２回転体、７５ａ 第２ロッド、７６ 環状チェーン、７７ 水、８０ 支持部材、８１ 基板、８２ 壁部、８２ａ 第１板部、８２ｂ 第２板部、８４ 第１壁部、８５ ハンドル、８６ ハンドル軸、８７ ボールナット部材、８８ 腕部材、８９ Ｘ方向要素、９０ Ｙ方向要素、９１ 第２壁部、９２ 支柱、９５ 上側基準線、９６ 下側基準線。

Claims (7)

1. 支持部材に回転可能に支持された第１回転体及び第２回転体を備え、
   前記第１回転体は、前記支持部材に固定された第１歯車軸に対し回転可能に支持された２つの第１歯車と、前記２つの第１歯車の各歯に対し、前記第１歯車の半径方向において、前記第１歯車の各歯のうち、最も外側に位置する頂部である歯先より半径方向内側に両端部が支持された複数の第１ロッドとを含み、
   前記第２回転体は、前記支持部材に固定された第２歯車軸に対し回転可能に支持され、軸方向において対応する側の前記第１歯車と噛合する２つの第２歯車と、前記２つの第２歯車の各歯に対し、前記第２歯車の半径方向において、前記第２歯車の各歯のうち、最も外側に位置する頂部である歯先より半径方向内側に両端部が支持された複数の第２ロッドとを含み、
   前記第１回転体及び前記第２回転体には、回転のための動力源が連結されておらず、
   前記第１ロッドと前記第２ロッドとの間を中空糸膜が通過したときに、前記中空糸膜によって前記第１歯車及び前記第２歯車が回転させられ、当該通過の際に前記中空糸膜にクリンプが付与される、中空糸膜クリンプ付与装置。
2. 請求項１に記載の中空糸膜クリンプ付与装置において、
   前記第１ロッドと前記第２ロッドとの間を前記中空糸膜が通過するときに、前記第１歯車及び前記第２歯車の回転角度に関係なく、前記中空糸膜が接触する前記第１ロッドと前記第２ロッドとの合計の数は、３以下である、中空糸膜クリンプ付与装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の中空糸膜クリンプ付与装置において、
   前記複数の第１ロッドの数は６以下であり、
   前記複数の第２ロッドの数は６以下である、中空糸膜クリンプ付与装置。
4. 請求項１に記載の中空糸膜クリンプ付与装置において、
   前記第１ロッドと前記第２ロッドとの間に前記中空糸膜を通過させることにより、前記第１歯車及び前記第２歯車を回転させながら、前記中空糸膜にクリンプを付与する中空糸膜クリンプ付与方法。
5. 請求項４に記載の中空糸膜クリンプ付与方法において、
   前記第１歯車及び前記第２歯車の回転角度に関係なく、前記中空糸膜が接触する前記第１ロッドと前記第２ロッドとの合計の数が３以下となるように、前記第１ロッドと前記第２ロッドとの間に前記中空糸膜を通過させる、中空糸膜クリンプ付与方法。
6. 請求項４または請求項５に記載の中空糸膜クリンプ付与方法において、
   前記中空糸膜を水中に浸した状態で前記第１ロッドと前記第２ロッドとの間を通過させることにより、前記中空糸膜にクリンプを付与する、中空糸膜クリンプ付与方法。
7. 請求項１から３の何れか一項に記載の中空糸膜クリンプ付与装置において、
   複数の前記第１ロッドは、前記２つの第１歯車に回転可能に支持され、
   複数の前記第２ロッドは、前記２つの第２歯車に回転可能に支持される、中空糸膜クリンプ付与装置。

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