JP7395881B2 - 吸着材の切断方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸着カラムに用いられる吸着材の切断方法および装置に関する。

被処理流体を浄化するために、被処理流体に含まれる除去対象物質を吸着により除去する吸着カラムが用いられている。

例えば血液浄化に用いられる吸着カラムの場合、患者の血液に含まれる除去対象物質を吸着除去するために用いられる。具体的には、被処理流体に該当する患者の血液を、吸着カラムを経由して体外循環させる。このような吸着カラムは、血液成分を吸着するための吸着材と、前記吸着材を収容する筒状ケースと、血液の流入口および流出口とを備えて構成される。体外循環においては、流入口から流入した患者の血液が、カラム内部に収容された吸着材と接触することで除去対象物質が吸着材に吸着除去される。浄化された血液は、流出口から排出され、患者の体内に戻される。吸着材には、ビーズ、編地、細い短繊維、繊維束などが用いられる。

吸着カラムの製造方法は一般的には次の通りである。まず、規定長に粗切りをした吸着材を円筒状にまとめる。次に、まとめた吸着材を筒状ケースに挿入する。そして、筒状ケースの側面より突出した余剰の吸着材を除去し、血液の導入・導出部となるキャップを取り付ける。

吸着材が編地や繊維束といった連続体の場合には、上記の余剰の吸着材を除去するには、ケースに適した所定の長さに切断する必要があり、次に示す方式が取られる。即ち、自転する丸い刃を用いた回転丸刃方式や、直刃を用いて吸着材を筒状ケース軸方向に対して直交する方向に切断するギロチン方式である。回転丸刃方式では、丸刃を回転させる回転機構と、吸着材を筒状ケース軸方向に対して直交する方向に前進することで当該吸着材を切断し、切断後に後退するための、前後の移動機構との２つが必要である。直刃を用いるギロチン方式では刃の回転機構は不要であるため、回転丸刃方式に比較して、切断のために必要な設備スペースを小さくすることができる。

特開２０１８－１７６３７１号公報

例えば、特許文献１には、カッター刃のプレスにより樹脂成形品を切断する切断装置および切断方法に関する技術が開示されている。ここでは、回転刃により切断を行う切断装置は、直刃に比較して切削粉が発生しやすいという課題が開示されている。

また、直刃によるギロチン方式においては、筒状ケース軸方向に対して直交する方向に切断し、その後に直刃を後退させる際に、刃の背中側、すなわち、刃の峰で吸着材を擦ることにより繊維の乱れ・断面の変形・切屑の発生が起こり得る。

切屑の付着に伴う不良品の発生を避けるためには、切屑の除去設備、切断面への切屑付着の有無を判定する検査工程を設けることが好ましい。しかし、除去設備の導入や検査工程の追加する対策では、製造コストの上昇が避け難い。そこで、上記所定の長さに切断する工程において、そもそも切屑を抑制することが必要となる。

血液浄化に用いられる吸着カラムの場合、吸着材の断面は、血液と直接接触することから、血液凝固・溶血を促進させないためにも、均質で平坦な切断面が求められる。また血液内への混入を防止するために切屑の発生を最小限にすることが必要である。

従来技術の中空糸膜モジュールにおける中空糸膜束の切断においては、１次カット工程にて繊維を粗切りし、ポッティング工程と呼ばれる中空糸膜束のカラムへの固定工程の後、後工程の２次カット工程によって端面を平滑に切りそろえかつ、中空糸膜の中空部を端面にて露出させる方法が取られる。このように、１次カット工程にて吸着材を粗切りし、後工程の２次カット工程にて端面を切り揃える製造プロセスをとる必要がある場合には、切屑の付着した１次カット端面を、２次カットによって除去することが可能である。

しかしながら、ポッティング工程と呼ばれる工程を取る必要が無く、カットした吸着材をそのままカラムに充填したい場合に、切屑除去のためだけに２次カット工程を用意することは煩雑である。即ち、１次カットを最終の仕上げカットと位置づけて、１次カットにて、本来２次カットで行う端面を平滑に切り揃え、かつ切屑の付着が抑制された端面とする工程まで達成したい場合には、従来技術によりこの課題を解決することはさらに困難である。

そこで本発明では、筒状ケースの端面より突出した吸着材を、所定長さに切断する工程において、簡素な設備構成によって吸着材の切断がなされ、かつ、当該吸着材切断面に切屑の付着が抑制された、吸着材の切断方法および切断装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は次の構成を有する。すなわち、本発明は、
次の工程を含む、吸着カラムに用いられる吸着材の切断方法である。
（１）前記吸着材を切断する工程であって、前記吸着材を１以上の筒状ケースに挿入した後、前記筒状ケース端部から延在する吸着材の少なくとも１ヶ所を、切断刃を前記筒状ケース軸方向に対して直交する方向に進行せしめることで切断する、切断工程
（２）前記切断刃で切断された吸着材と前記切断刃とを離隔する、離隔工程
また、本発明は、
吸着材と前記吸着材を収容する筒状ケースとを少なくとも備えてなる吸着カラムにおける、前記吸着材の切断に用いられ、以下の部材を備えてなる、吸着材の切断装置である。
（ａ）前記筒状ケースを固定するケース固定台
（ｂ）前記吸着材の切断位置近傍に備えられ前記吸着材を把持する吸着材チャック
（ｃ）前記吸着材を切断する切断刃
（ｄ）前記切断刃を前記筒状ケース軸方向に対して直交する方向に進行せしめる切断刃駆動部
（ｅ）前記吸着材と前記切断刃を離隔させる駆動部

本発明によれば、筒状ケースの端面より突出した吸着材を所定長さに切断する工程において、簡素な設備構成によって吸着材の切断がなされ、かつ、当該吸着材切断面に切屑の付着が抑制された吸着材を得ることができる。

本発明に係る吸着カラムの一実施形態を例示する側断面図である。 刃によって吸着材を切断する工程を示した模式図である。 切断が１ヶ所の場合において、切断された吸着材と切断刃とを、相互に再接触させることなく離隔させる工程を示した模式図である。 複数個所の同時切断において、切断された吸着材と切断刃とを、相互に再接触させることなく離隔させる工程を示した模式図である。

本発明は、次の工程を含む、吸着カラムに用いられる吸着材の切断方法である。
（１）前記吸着材を切断する工程であって、前記吸着材を１以上の筒状ケースに挿入した後、前記筒状ケース端部から延在する吸着材の少なくとも１ヶ所を、切断刃を前記筒状ケース軸方向に対して直交する方向に進行せしめることで切断する、切断工程
（２）前記切断刃で切断された吸着材と前記切断刃とを離隔する、離隔工程
また、本発明は、
吸着材と前記吸着材を収容する筒状ケースとを少なくとも備えてなる吸着カラムにおける、前記吸着材の切断に用いられ、以下の部材を備えてなる、吸着材の切断装置である。
（ａ）前記筒状ケースを固定するケース固定台
（ｂ）前記吸着材の切断位置近傍に備えられ前記吸着材を把持する吸着材チャック
（ｃ）前記吸着材を切断する切断刃
（ｄ）前記切断刃を前記筒状ケース軸方向に対して直交する方向に進行せしめる切断刃駆動部
（ｅ）前記吸着材と前記切断刃を離隔させる駆動部
＜吸着材＞
吸着材には、ビーズ、編地、細い短繊維、繊維束などが用いられ、除去対象物質に応じて選択される。本発明は、吸着材の切断方法および装置を提供するものであり、ビーズの場合は最終的に例えば繊維束に包摂されるなど、所定の長さを有する材料を対象とする。

ここで、吸着カラムが血液浄化に用いられる場合、患者負担を軽減するために、持ち出す血液量は少ないほど好ましい。そうすると、血液との接触面積を可能な限り大きくとることができる吸着材を選定する必要がある。この観点では、繊維を一方向に引き揃えてなる繊維束であることが有利である。このような繊維束の場合、ビーズ、編地、細い短繊維と比較して、筒状ケースの長手方向すなわち、血液入口から流出口に向かう方向に対して平行に収容することが可能であり、血液流動抵抗を軽減できるためである。

本発明において、吸着材を構成する繊維、および、ビーズ等の材質としては、特に限定されるものでは無いが、成形のし易さやコストなどの点から有機物が好適に用いられ、例えば、ポリメチルメタクリレート（以下、ＰＭＭＡという）、ポリアクリロニトリル（以下、ＰＡＮという）、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリールエーテルスルホン、ポリプロピレン、ポリスルチレン、ポリカーボネート、セルロース、セルローストリアセテート、エチレン－ビニルアルコール共重合体等が用いられる。処理流体を血液とした場合には、タンパク質を吸着できる特性を有する材質を含むことが好ましく、ポリスルホン、ＰＭＭＡ、ＰＡＮ、セルロース等が挙げられる。

繊維の形態としては、中空糸、中実糸のどちらでも良い。より好ましくは中実糸である。ここで、「中空糸」とは、繊維を筒状化した繊維形態を示す。「中実糸」とは、「中空糸」とは逆に、繊維を筒状化していない繊維形態を示す。中実糸が好ましい理由は、中空糸の場合には、中空糸の内側と外側で処理流体が流れる際の圧力損失が異なると、中空糸の内側と外側とで処理流体の流量に差が生じ、結果として吸着カラムの吸着効率の低下を引き起こすことが懸念される。中空糸の場合はこの点に注意を要し、中実糸の場合にはそのような懸念はないために、より好ましい。

前記繊維の糸径（中空糸の場合は糸の内径、中実糸の場合は糸の外径）は、小さすぎると吸着カラムの圧力損失の増加の懸念がある。また、繊維の物理的強度が低下することで、吸着カラムの組み立て時や使用時などに、繊維の破損や繊維からの微粒子が発生する可能性がある。

一方で、糸径が大きすぎる場合には、繊維の単位体積当たりの表面積が低下し、処理流体との接触面積が低下するため、吸着カラムの吸着性能を低下させる。

そのため、繊維の糸径の上限としては１０００μｍ以下が好ましく、より好ましくは４００μｍ以下、さらに好ましくは１９０μｍ以下となる。その下限としては、１０μｍ以上が好ましく、より好ましくは２０μｍ以上、さらに好ましくは５０μｍ以上である。

繊維の糸径測定方法は、ケース内に収容された繊維のうち、任意の５０本を抽出して糸束とし、上記糸束を純水で洗浄した後、スライドグラスとカバーガラスの間に挟み、投影機（例えばＮｉｋｏｎ社製Ｖ－１０Ａ）を用いて同一の繊維について任意に２箇所ずつ、繊維の断面が円形の場合には外径（最外径の直径）、円形でない場合は最外周の外接円相当直径を測定して、その平均値を採り、小数点以下１位を四捨五入する。

上記糸束は上記繊維を同一方向に多数引き揃えてなるが、同じ仕様の繊維から構成されても、複数の異なる仕様をもつ繊維から構成されてもよい。ここでいう仕様とは、繊維の材質や、その繊維の断面形状をいう。例えば断面形状は均一な正円であっても良いし、楕円や異形（十字型など）が含まれていても良い。また、その糸本数としては、少なすぎると吸着性能の不足や、吸着材の充填率を制御できない可能性があるため、その下限値としては１００本以上が好ましく、より好ましくは５００本以上である。上限値としては特に設けられないが、多すぎると吸着カラムの製作性が悪化する懸念があるため、１００万本以下が好ましい。

＜筒状ケース、血液導入口および血液導出口＞
筒状ケース、血液導入口および血液導出口の形状、材質は特に限定されるものではなく目的に応じて選定される。例えば筒状ケースの形状としては、円筒形状、楕円筒形状、または角筒形状が用いられるが、成形性や強度、操作性などの観点から、適宜選択される。血液導入口および血液導出口の形状は筒状ケースの形状に合わせて適宜選択される。これらの材質としては、生産性やディスポーザブル性の上で樹脂であることが好ましく、例えば、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）などが好適であるが、金属を用いることもできる。

筒状ケースと血液導入口および血液導出口との結合は、結合部からの処理流体等の漏出防止や、結合強度から適宜設計される。例えば結合には、ねじ結合や接着、融着、またそれらの組み合わせ等の結合方法を取ることができる。また、筒状ケースと血液導入口および血液導出口との間に、弾性シール部材、例えばＯリング等を配置しても良い。

＜吸着カラムおよびその組立方法＞
本発明における吸着カラムは被処理流体の浄化、なかでも血液に代表される体液の浄化のための体外循環用途として、好適に用いることが可能である。

図１は、本発明に係る吸着カラムの一実施形態を例示する側断面図である。むろん吸着カラムはこの一実施態様に限定されるものではなく、本発明の範囲において適宜変更することが可能である。吸着カラム１は、吸着材３が収納された筒状ケース２と前記筒状ケース２端部に取り付けられた、血液導入口５もしくは血液導出口６を有する蓋材４を有する。血液は血液導入口５から吸着カラムに流入し、血液が血液成分吸着材である吸着材３に接触することによって、血液中から除去ターゲット物質が除去された後、血液導出口６の方向に流れ、血液導出口６から吸着カラムの外部に流出する。

＜吸着材の切断方法および装置＞
吸着材の切断方法に関し、図面に基づいて、一実施態様を説明する。むろん本発明はこの一実施態様に限定されるものではなく、本発明の範囲において適宜変更することが可能である。

図２は、刃によって吸着材を切断する工程を示した模式図である。筒状ケース２に挿入された吸着材３を切断する工程が示されている。吸着材３は少なくとも１つ以上の筒状ケース２に挿入し、筒状ケース２はケース固定台７に固定する。固定台の形状は特に限定しないが、筒状ケース２が径方向だけでなく中心軸方向に動かないよう固定されることが好ましい。切断刃８は吸着材３長手方向に対して直交方向に位置し、吸着材３に切り込み、切断する。また切断時の負荷に抵抗するため、切断位置近傍に吸着材３を支える吸着材チャック９を備える。吸着材チャック９の吸着材把持部径はチャックによる吸着材の損傷を抑制する点で、吸着材外径と同等以上であることが好ましいが、切断時の負荷により吸着材３にズレが生じる場合は吸着材外径以下とすることで筒状ケース２と吸着材３の位置関係を安定させることができる。なお、ケース固定台７と吸着材チャック９は一体であってもよい。

図３は、切断が１ヶ所の場合において、切断された吸着材と切断刃とを、相互に再接触させることなく離隔させる工程を示した模式図である。切断が１ヶ所の場合における、吸着材を切断する工程と、切断された吸着材３と切断刃８とを、相互に再接触させることなく離隔させる工程が示されている。切断刃８によって吸着材３が切断された後、吸着材を切断刃８に再接触させることなく切断刃８から離隔させる。駆動系は特に限定はなく、１軸駆動のエアシリンダ等を用いればよいが、離隔させる距離は吸着材３と切断刃８との再接触を防止するために、切断刃８の厚み以上が必要である。その後切断刃８を離隔した吸着材３の間を通過させ、原点位置に戻す。切断された吸着材３は離隔した状態で取り出すことで吸着材３同士での接触を防止し、切屑の付着を抑制し、かつ、切断面形状が安定した製品を製造することができる。また、安定した製品を製造するために１次カットにて繊維を切断し、後工程の仕上げカットにて端面を切り揃え、同時に切屑の除去を行う手法を選択できるが、切屑発生リスクを抑制する観点やタクトタイム短縮の観点から１次カットで得られた端面を仕上げカットすることなくそのまま製品に組み込むことがより好ましい。

図４は、複数個所の同時切断において、切断された吸着材と切断刃とを、相互に再接触させることなく離隔させる工程を示した模式図である。複数個所の同時切断における、吸着材を切断する工程と、切断された吸着材３と切断刃８とを、相互に再接触させることなく離隔させる工程が示されている。切断刃８によって吸着材３が切断された後、それぞれの吸着材を切断刃の厚み以上に離隔させるとともに、切断刃８を吸着材離隔後の各切断面間隙の中間に位置するよう、吸着材長手方向に移動する。その後切断刃８を離隔した吸着材３の間を通過させ、原点位置に戻す。切断された吸着材３は離隔した状態で取り出すことで吸着材３同士での接触を防止し、切屑の付着を抑制しかつ、切断面形状が安定した製品を製造することができる。

以下、本発明の実施の一例を示す。なお、本発明の範囲は以下の実施例によって限定されるものではない。

［実施例１］
吸着カラムとして、材質がポリカーボネートであって内径６５ｍｍの筒状ケース、吸着材がＰＭＭＡ製中実糸（平均繊維径１１０μｍ、繊維長２５０ｍｍ、繊維数２１０，０００本）である、ワークを用意した。

次に、吸着材が挿入されている筒状ケースを、材質ＭＣナイロン、受け径がケース外径同等のケース固定台に設置し、切断時の負荷に抵抗するため、材質ＳＵＳ３０４、厚み２ｍｍ、半径３１ｍｍである吸着材チャックを切断部近傍に備え、吸着材を支えた。

次に、材質超硬、刃先角度２２°、厚み１ｍｍ、幅２０ｍｍの切断刃８によって吸着材３が切断された後、吸着材を切断刃８に再接触させることなく切断刃３から離隔させた。

次に、切断刃を切断前の位置まで退避させ、切断されて引き離された状態のワークを取り出した。

最後にワークの吸着材切断面に付着した切屑を確認した。

［実施例２］
吸着カラムとして、材質がポリカーボネートであって内径５５ｍｍの筒状ケース、吸着材がＰＭＭＡ製中実糸（平均繊維径１１０μｍ、繊維長２５０ｍｍ、繊維数１３０，０００本）である、ワークを用意した。

次に、吸着材が挿入されている筒状ケースを、材質ＭＣナイロン、受け径がケース外径同等のケース固定台に設置し、切断時の負荷に抵抗するため、材質ＳＵＳ３０４、厚み２ｍｍ、半径２５ｍｍである吸着材チャックを切断部近傍に備え、吸着材を支えた。

次に、材質超硬、刃先角度２２°、厚み１ｍｍ、幅２０ｍｍの切断刃８によって吸着材３が切断された後、吸着材を切断刃８に再接触させることなく切断刃３から離隔させた。

次に、切断刃を切断前の位置まで退避させ、切断されて引き離された状態のワークを取り出した。

最後にワークの吸着材切断面に付着した切屑を確認した。

［比較例１］
吸着材が切断されるまでは実施例１と同条件で実施し、その後切断刃からワークを離隔することなく切断刃を切断前の位置まで退避させ、切断されたワークを取りだした。

最後にワーク切断面に付着した切屑を確認した。

実施例１および２と比較例１の比較表を表１に示す。

１ 吸着カラム
２ 筒状ケース
３ 吸着材
４ 蓋材
５ 血液導入口
６ 血液導出口
７ ケース固定台
８ 切断刃
９ 吸着材チャック

Claims (12)

1. 次の工程を含む、吸着カラムに用いられる吸着材の切断方法。
   （１）前記吸着材を切断する工程であって、前記吸着材を１以上の筒状ケースに挿入した後、前記筒状ケース端部から延在する前記吸着材の少なくとも１ヶ所を、切断刃を前記筒状ケース軸方向に対して直交する方向に進行せしめることで切断する、切断工程
   （２－１）前記切断刃で切断された前記吸着材のそれぞれを、前記筒状ケース軸方向に離隔する、離隔工程
2. さらに前記（２－１）離隔工程の後に、
   （２－２）前記切断刃を前記吸着材切断前の初期位置方向に移動させる離隔工程を含む、請求項１に記載の吸着材の切断方法。
3. 前記（２－１）離隔工程が、
   前記切断された前記吸着材それぞれの切断面の間隙を前記切断刃の厚み以上とする、離隔工程である、請求項１又は２に記載の吸着材の切断方法。
4. 前記切断刃が直刃である、請求項１～３のいずれかに記載の吸着材の切断方法。
5. 前記吸着材が多孔質繊維の束である、請求項１～４のいずれかに記載の吸着材の切断方法。
6. 請求項１～５のいずれかに記載の方法により切断された吸着材を用いた吸着カラムの製造方法。
7. 前記吸着カラムが血液浄化に用いられるものである、請求項６に記載の吸着カラムの製造方法。
8. 吸着材と前記吸着材を収容する筒状ケースとを少なくとも備えてなる吸着カラムにおける、前記吸着材の切断に用いられ、以下の部材を備えてなる、吸着材の切断装置。
   （ａ）前記筒状ケースを固定するケース固定台
   （ｂ）前記吸着材の切断位置近傍に備えられ前記吸着材を把持する吸着材チャック
   （ｃ）前記吸着材を切断する切断刃
   （ｄ）前記切断刃を前記筒状ケース軸方向に対して直交する方向に進行せしめる切断刃駆動部
   （ｅ）前記切断刃で切断された前記吸着材のそれぞれを、前記筒状ケース軸方向であってかつ相互に離隔する方向にそれぞれ移動させる吸着材移動部材を備える、駆動部
9. 前記（ｄ）切断刃駆動部が、
   （ｇ）切断後の位置にある前記切断刃を、前記吸着材切断前の初期位置方向に移動させる機構を備えてなる、請求項８に記載の吸着材の切断装置。
10. 前記切断刃が直刃である、請求項８又は９に記載の吸着材の切断装置。
11. 前記吸着材が多孔質繊維の束である、請求項８～１０のいずれかに記載の吸着材の切断装置。
12. 前記吸着カラムが血液浄化に用いられるものである、請求項８～１１のいずれかに記載の吸着材の切断装置。

Images