JP7221780B2 - Hollow fiber membrane module and manufacturing method thereof - Google Patents
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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。 The present invention relates to a hollow fiber membrane module and a manufacturing method thereof.
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。 Conventionally, a hollow fiber membrane blood purifier (herein referred to as a "hollow fiber membrane module") that purifies blood using a hollow fiber membrane loaded in a main container has been used for hemodialysis, hemofiltration, and plasma separation. Various types have been developed according to extracorporeal circulation type blood purification therapies such as plasma component fractionation, and are used in many blood purification therapies using membrane separation technology.
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。 A hollow fiber membrane module is generally made by loading a bundle of hollow fiber membranes into a cylindrical main body container (cylindrical container) provided with a port on the side, and sealing the end of the hollow fiber membrane bundle with a potting material such as urethane. After embedding and fixing the part in the main container, the module is constructed by attaching headers to both ends of the main container. In hemodialysis using this hollow fiber membrane module, dialysate flows through the port on the inlet side and flows out from the outlet port to circulate inside the main body container, and blood flows from the header on the blood inlet side to the hollow fiber membrane. , and circulate toward the blood outlet side header.
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。
When performing such hemodialysis, liquid-tight sealing is required to prevent liquid from leaking from the joint between the header and the main container. A method of joining by pressing is used. In this method, the parts to be welded of the header and the parts to be welded of the main container are brought into contact with each other, and vibrations are applied from an ultrasonic horn to generate heat and melt them, thereby obtaining liquid tightness and airtightness. It is used as a suitable method for this purpose (see
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。 Further, in order to further improve the pressure-resistant welding strength between the header and the cylindrical container, a method of increasing the welded length of the welded portion is sometimes adopted. In such a case, the welding time required for ultrasonic welding is correspondingly longer.
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。 However, if the welding time is lengthened in order to obtain a high pressure-resistant welding strength in the conventional method, the deformation of the header may cause scratches that pose a problem in terms of appearance.
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。 A specific example will be given for explanation. When the opening end of the main container and the protruding portion of the header are ultrasonically welded, the protruding portion of the header receives a radially outward force Fo from the peripheral surface of the main container. (See circle marks and symbols W1 and W2 indicating interference portions that are contact/welded portions), and may be deformed outward. As a result, the top surface of the header is warped to form an annular recessed portion (in other words, looking at the cross-sectional shape, a shape similar to an anchor shoulder), and the contact area with the ultrasonic horn is reduced. As a result of the uneven narrowness, scratches may occur on the top surface of the header.
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。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a hollow fiber membrane module in which the top surface of the header is not damaged when the header and the cylindrical main container are welded together, and a method for manufacturing the same.
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。
In order to solve such problems, a method for manufacturing a hollow fiber membrane module according to one aspect of the present invention comprises:
a cylindrical container with one end and the other end open;
a hollow fiber membrane bundle loaded in a cylindrical container;
a potting portion that embeds and fixes the hollow fiber membrane bundle at both ends of the cylindrical container;
headers provided at both ends of the tubular container in the central axis direction, each having a nozzle portion serving as a fluid inlet and outlet, and a header projecting portion projecting toward the tubular container;
In a method for manufacturing a hollow fiber membrane module comprising
As the header, a header with an annular inclined portion in which the top surface of the header is higher toward the outer periphery than the center in the radial direction is used,
While applying an external force to the header from the outside in the radial direction, an ultrasonic wave is oscillated from an ultrasonic welder brought into contact with the top surface of the header to weld a part of the header to the cylindrical container.
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。 As described above, when the opening end of the main container and the protruding portion of the header are ultrasonically welded, the protruding portion of the header receives a radially outward force from the peripheral surface of the main container and deforms outward. On the other hand, in the method for manufacturing a hollow fiber membrane module according to one aspect of the present invention, a portion of the header is welded to the cylindrical container while applying an external force to the header from the outside in the radial direction. avoids such deformations from occurring.
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。 In addition, when welding is performed while applying an external force from the outside in the radial direction of the header in this way, as the header deforms inward, part of the top surface of the header deforms into a convex shape, creating a gentle mountain-like shape (in other words, If you do, it can be shaped like a sloping shoulder). In this embodiment, in anticipation of such deformation, the top surface of the header after deformation is flat or approximated by using a header having an annular inclined portion in which the top surface of the header becomes higher as it approaches the outer peripheral portion. state can be According to this, it is possible to prevent the top surface of the header from being damaged by avoiding narrowing of the contact area between the header and the ultrasonic horn.
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。 In the method for manufacturing a hollow fiber membrane module as described above, the header may be one in which the inclined portion of the top surface of the header has an inclination angle of 3 degrees or less with respect to a plane perpendicular to the central axis.
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。 In the method for manufacturing a hollow fiber membrane module as described above, the container and the header may be welded together at a plurality of locations.
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。 In the method for manufacturing a hollow fiber membrane module as described above, the header protrusion may be welded to the cylindrical container.
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。 In the method for manufacturing a hollow fiber membrane module as described above, the tubular container may further have an annular recess into which a part of the header projecting portion is fitted.
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。 In the method for manufacturing a hollow fiber membrane module as described above, an external force may be applied to the side portion of the header from the outside in the radial direction.
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。 In the method for manufacturing a hollow fiber membrane module as described above, an external force may be applied from the radially outer side to the side portion of the header protruding portion.
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。 In the method for manufacturing a hollow fiber membrane module as described above, the starting points of the plurality of welding points may start from the outside of the header projecting portion.
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。 In the manufacturing method of the hollow fiber membrane module as described above, the container and the header may be welded together by a shear joint structure.
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。 In the method for manufacturing a hollow fiber membrane module as described above, an ultrasonic wave may be oscillated from an ultrasonic welder in contact with the top surface of the header while applying an external force from the annular recess to the side portion of the header from the outside in the radial direction. .
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。 In the method for manufacturing a hollow fiber membrane module as described above, an ultrasonic welder is brought into contact with the top surface of the header, and a pressing force is applied from the ultrasonic welder to bring the projection of the header into contact with the annular recess. The header protrusion may be welded to the tubular container while applying an external force from the radially outer side to the header protrusion from the recess.
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。 In the method for manufacturing a hollow fiber membrane module as described above, an ultrasonic wave may be oscillated from an ultrasonic welder in contact with the top surface of the header while applying an external force from the outer frame member to the side portion of the header in the radial direction. .
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。
Further, the hollow fiber membrane module according to one aspect of the present invention is
a cylindrical container with one end and the other end open;
a hollow fiber membrane bundle loaded in a cylindrical container;
a potting portion that embeds and fixes the hollow fiber membrane bundle at both ends of the cylindrical container;
headers provided at both ends in the central axis direction of the tubular container, each having a nozzle portion serving as an inlet and outlet for fluid;
In a hollow fiber membrane module comprising
This is a hollow fiber membrane module in which a header having an annular inclined portion in which the top surface of the header becomes higher toward the outer peripheral portion than the center in the radial direction is attached to the cylindrical container.
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。 According to the present invention, it is possible to prevent the top surface of the header from being damaged when the header and the cylindrical main container are welded together.
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。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The same reference numerals are given to the same elements, and overlapping explanations are omitted. In addition, unless otherwise specified, positional relationships such as up, down, left, and right are based on the positional relationships shown in the drawings. Furthermore, the dimensional ratios of the drawings are not limited to the illustrated ratios. Moreover, the following embodiments are examples for explaining the present invention, and the present invention is not limited to these embodiments.
<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。
<Structure of Hollow Fiber Membrane Module>
First, the configuration of the hollow fiber membrane module according to this embodiment will be described (see FIG. 1, etc.). FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view showing an example of the configuration of a hollow
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。
The
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。
The hollow
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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)。
The outer protruding
<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。
<Joint structure between header and cylindrical container>
The
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。
The
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)。 In the present embodiment, an example of welding at three points, the welded portion W1, the welded portion W2, and the welded portion W3 is shown (see FIGS. 2 and 3). This is only a preferred example of a mode in which welding is performed at a plurality of locations. In addition, for example, a structure (two-point welding) that is welded at two locations, the welded portion W1 and the welded portion W3, may be employed (see FIG. 4).
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。
The welded portion W1 is formed at a portion (interference portion) between the end face (upper end face in FIGS. 2 and 3) of the
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。
The welded portion W<b>2 is formed at the radially inner edge near the tip of the
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)。
The welded portion W3 is formed at the radially outer edge portion of the
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。
The welded portion W1, the welded portion W2, and the welded portion W3 are formed so that the
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。
If at least one of the welded portion W1, the welded portion W2, and the welded portion W3 is continuously formed over the entire circumferential direction of the
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。
Further, in this embodiment, a shear joint is adopted as a joint design for a part or all of the welding portion W1, the welding portion W2, and the welding portion W3 that weld the
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。
The raw materials for the
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)。
Further, in this embodiment, the
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。
That is, when the
<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。
<Shape of top surface of header>
Furthermore, in this embodiment, as the
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。
The top surface angle of the slanted
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)。
Further, a specific example of the region of the header
<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)。
<Joining Process of Header and Cylindrical Container>
Next, a method for manufacturing the hollow
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。
First, a hollow
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)。
The
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。
That is, when the
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。
It should be noted that frequency, pressure, amplitude and time are important for the ultrasonic vibrations oscillated by the
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。
The speed at which the
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。
Although the above-described embodiment is a preferred example of the present invention, it is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, in the above-described embodiment, in the joining process, the outer protruding
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。
Further, the structure of the hollow
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。
Examples and comparative examples are shown below (see FIG. 6). In the following, the case where the
[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。
[Example 1]
The
[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。
[Example 2]
The
[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。
[Example 3]
A
[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。
[Comparative Example 1]
A
[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。
[Comparative Example 2]
A
[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。
[Comparative Example 3]
The
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。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is suitable for application to a hollow fiber membrane module manufactured by joining a header and a cylindrical container by ultrasonic welding.
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
DESCRIPTION OF
Claims (13)
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。 a cylindrical container with one end and the other end open;
a hollow fiber membrane bundle loaded in the cylindrical container;
a potting portion embedding and fixing the hollow fiber membrane bundle at both ends of the cylindrical container;
headers provided at both ends of the cylindrical container in the central axis direction, the headers having nozzle portions serving as inlets and outlets for fluid; and header projecting portions projecting toward the cylindrical container;
In a method for manufacturing a hollow fiber membrane module comprising
As the header, a header having an annular inclined portion in which the top surface of the header is higher toward the outer periphery than the center in the radial direction is used,
A hollow fiber membrane module in which a part of the header is welded to the cylindrical container by oscillating ultrasonic waves from an ultrasonic welder in contact with the top surface of the header while applying an external force to the header from the outside in the radial direction. Production method.
記載の中空糸膜モジュールの製造方法。 8. The ultrasonic wave is oscillated from an ultrasonic welder in contact with the top surface of the header while applying an external force from the outer frame member to the side portion of the header from the radial outside. A method for manufacturing a hollow fiber membrane module.
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、
前記筒状容器は、前記ヘッダーを前記筒状容器に取り付ける際に、径方向外側から前記ヘッダーに対して外力を与える部材を備える、中空糸膜モジュール。 a cylindrical container with one end and the other end open;
a hollow fiber membrane bundle loaded in the cylindrical container;
a potting portion embedding and fixing the hollow fiber membrane bundle at both ends of the cylindrical container;
headers provided at both ends in the central axis direction of the cylindrical container, each having a nozzle portion serving as an inlet and outlet for fluid;
In a hollow fiber membrane module comprising
As the header, a header having an annular inclined portion in which the top surface of the header becomes higher toward the outer periphery than the center in the radial direction is attached to the cylindrical container ,
A hollow fiber membrane module, wherein the tubular container includes a member that applies an external force to the header from the outside in the radial direction when the header is attached to the tubular container.
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