JPH06296834A - 中空糸型フィルター - Google Patents

中空糸型フィルター

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JPH06296834A
JPH06296834A JP5093300A JP9330093A JPH06296834A JP H06296834 A JPH06296834 A JP H06296834A JP 5093300 A JP5093300 A JP 5093300A JP 9330093 A JP9330093 A JP 9330093A JP H06296834 A JPH06296834 A JP H06296834A
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ring
hollow fiber
potting material
type filter
case
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JP5093300A
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Tamiyuki Eguchi
民行 江口
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Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 構造が簡単で、蒸気滅菌のような高温度によ
る急激な温度変化にも耐えうる中空糸型フィルターを提
供する。 【構成】 収納ケース内に多数の中空糸状濾過膜がポッ
ティング材で収束固定されてなる中空糸型フィルター。
収納ケース内面にリングが形成されており、リングは、
収納ケースに接する外面側の厚さが内面側の厚さよりも
小さく、その一部に切り欠き部が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、逆浸透、限外濾過、精
密濾過などに使用される中空糸型フィルターに関する。
さらに詳しくは、蒸気滅菌などの際に生じる大きな温度
変化に耐えうる中空糸型フィルターに関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】逆浸
透、限外濾過、精密濾過などに使用される中空糸型の膜
濾過装置がすでに多くの分野で利用されている。そし
て、用途の拡大に伴って、広い範囲における急激な温度
変化に耐えうるものが要求されるようになってきた。そ
のような中空糸型フィルターは、通常ほぼ円柱状に束ね
た多数の中空糸膜がその円筒状収納ケースとともにエポ
キシ樹脂、ウレタン樹脂などのポッティング材で収束固
定された構造を有している。
【0003】このような構造のフィルターに温度の異な
る流体を急激に注入するとポッティング部分では半径方
向に急速に温度分布が生じ、温度勾配の大きいところで
は大きな内部応力が発生する。この応力の方向が引っ張
り方向のときにはポッティング材とケースとが剥離する
ことがある。ポッティング材とケースとが剥離すると、
この部分で液体のモレが生じるなどの問題が生じる。
【0004】これを防止するために従来以下のような方
法が採られてきた。
【0005】(1)ケースの内面に溝を形成する。
【0006】(2)ケースとポッティング材とのあいだ
にOリングのような弾性シーリング材を入れる。
【0007】(3)強度を付与するためのポッティング
材と剥離を防止するための柔軟なポッティング材との2
種類のポッティング材を使用する。
【0008】しかしながら、第1の方法では、ポッティ
ング材が溝の中の空気を完全に排除することができず、
溝の形状をくさび効果を有するようなものにしても剥離
を防止するには不充分である。また、溝部分のポッティ
ング材に応力が集中するのでポッティング材自身に亀裂
が生じる。
【0009】また、第2の方法では、Oリングなどのシ
ーリング材もポッティング材の中に埋没されるのでシー
リング効果が充分に発揮されない。
【0010】さらに、第3の方法では、注型を2度行う
必要があり経済上好ましくない。
【0011】このように、中空糸型フィルターに急激な
温度変化を与えたときに、ポッティング材と中空糸の収
納ケースとが剥離しないように種々の工夫がなされてき
たが、現在のところ満足できるものはえられていない。
温度勾配によって生じた内部応力はポッティング材およ
びケースの弾性係数が大きいほど大きいので、このよう
な材料を使用すると剥離が生じやすい。また、ケ−スと
ポッティング材の接着力が小さいばあいにも剥離が生じ
やすい。したがって、剥離を防ぐためにはケースおよび
ポッティング材の弾性係数が小さく柔軟で、かつ、互い
の接着力が大きいことが好ましい。他方、ケースおよび
ポッティング材自身の耐熱性と耐圧強度も要求されるの
で、相反するこれらの特性を同時に満足させなければ大
きな温度変化に耐えるものをうることはできない。
【0012】120 ℃の蒸気滅菌温度から20℃に冷却した
ときの最大引っ張り応力f(kg/cm2 )は以下のように
なる(小栗富士雄、小栗達雄共著、機械設計図表便覧、
共立出版株式会社、1985参照)。
【0013】 f=0.75×P×(r2 /t2 ) (1) ここで、rは平面円板状ポッティング材の半径(cm)、
tはその厚さ(cm)、Pはポッティング材が受ける圧力
(kg/cm2 )である。
【0014】たとえば、r=35mm、t=10mm、の市販の
カートリッジフィルターとほぼ同一サイズの中空糸型フ
ィルターが3kg/cm2 の圧力を受けたとすると、ポッテ
ィング材には前式から28kg/cm2 の最大引っ張り応力が
発生する。この圧力は約130℃の加熱蒸気に相当するの
で、このフィルターではポッティング材は実用上、室温
から約120 ℃の範囲で少なくとも約25kg/cm2 の許容応
力を有することが必要である。
【0015】また、20℃の前述のフィルターをケースの
外側から120 ℃の蒸気で急激に加熱すると、ケースとポ
ッティング材との界面において約100 ℃の温度勾配が発
生する。このとき、ケースの熱膨脹率がα、ポッティン
グ材の弾性率がe(kg/cm2)であるとすると、ケース
の熱膨脹によってポッティング材には界面において半径
方向に次式で与えられる応力σ(kg/cm2 )が発生す
る。
【0016】σ=100 α×e (2) 通常、ケースにはプラスチック材料を使用するので、熱
膨脹率αは約10-4、前記耐熱性を有するエポキシ樹脂ま
たはウレタン樹脂からなるポッティング材の室温付近で
の弾性率eは5000〜10000 kg/cm2 と考えられる。よっ
て、界面に生じる応力σは50〜100kg/cm2 である。すな
わち、界面で剥離が生じるのを防止するためには、ポッ
ティング材とケースとの接着力は50〜100kg/cm2 以上で
なければならないが、このような大きな接着力をポッテ
ィング材のみによって達成することは現実的ではない。
【0017】また、前述のような温度勾配を与えたばあ
い、式(2)より、ケースには2%とか5%といった%
オーダーの熱膨脹が生じるので、ポッティング材がこの
伸びに追随できなければポッティング材自身が破壊され
てしまう。したがって、ポッティング材の最大伸びは少
なくとも約10%でなければならない。
【0018】本発明は、叙上の事情に鑑み、簡単な構造
であるにもかかわらず、蒸気滅菌のような高温度による
急激な温度変化にも耐える耐熱性を有する中空糸型フィ
ルターを提供することを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】本発明者は、前述の課題
を解決するために、ケースとポッティング材との接着面
の形状を種々変えて接着力の補足効果を鋭意検討した結
果、収納ケース内に多数の中空糸状濾過膜がポッティン
グ材で収束固定されてなる中空糸型フィルターであっ
て、前記収納ケース内面にリングが形成されており、該
リングは、前記収納ケースに接する外面側の厚さが内面
側の厚さよりも小さく、その一部に切り欠き部が形成さ
れてなることを特徴とする中空糸型フィルターを発明す
るに至った。
【0020】
【作用】本発明の中空糸型フィルターにおいては、その
収納ケースの内面に断面形状がクサビ型のリングが形成
されている。リングの断面形状は、前記収納ケースに接
する外面側の厚さが内面側の厚さよりも小さいので、い
わゆるクサビ効果がえられる。
【0021】
【実施例】以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施
例を詳細に説明する。
【0022】図1は、本発明の中空糸型フィルターの断
面図であり、ポッティング部分のみが示されている。図
中1、2、3、4は、それぞれ、リング、中空糸状濾過
膜の収納ケース、中空糸状フィルター、ポッティング材
を示している。ポッティング材4は線Bよりも上方にの
み充填されている。また、5はリングの一部に設けた切
り欠きである。
【0023】リング1は2つ以上形成してもよいが、通
常はひとつで充分な効果がえられる。リング1の上下方
向の幅は、ケース2との接触面側(リングの外面側)よ
りもポッティング材との接触面側(リングの内面側)で
の長さが長くなっており、いわゆるクサビ効果を有する
構造になっている。水平面に対するクサビの角度αは15
〜60°が好ましく、30〜45°がさらに好ましい。
【0024】図2は切り欠き部5を示す斜視図であり、
図3は図1のA−A線に沿う断面図である。切り欠き5
はポッティング材の注入時に気泡が残らないようにする
ためのものであるが、リングのケースからのはがれなど
を防止するべくリングのすべてを切り欠かないようにリ
ングの内面から外面までの途中で止まっていることが必
要である。図2および図3に示された切り欠き部はリン
グ1の内面側を切り欠いたものであるが、図4および図
5に示されるようにリング1の外面側を切り欠いたもの
であってもよい。いずれのばあいにも、切り欠きの円周
方向の幅が大きくなると、その面でポッティング材とリ
ングまたはケースが剥離しやすくなるので10mm以下の幅
とする必要がある。
【0025】クサビ形状のリング1の上下いずれか片面
だけがポッティング材に埋まっていてもリングのクサビ
効果をうることができるが、図1に示したようにリング
全体をポッティング材に埋没させ、上下両面でクサビ効
果をもたせる方が好ましい。ポッティング材の接着力を
向上させる補足効果は、リングの半径方向の厚さにはほ
とんど影響されないが、中空糸の束がケース内で片寄ら
ない効果をもたせるため、リングの半径方向の厚さは1
〜7mm、さらには2〜5mmとするのが好ましい。
【0026】ケース2およびリング1には通常ポリプロ
ピレン、ポリカーボネート、ABS樹脂、ポリスルホン
などのプラスチック材料が使用される。したがって、こ
れらは一体の成形品とすることもでき、超音波溶着など
の方法で接着して一体とすることもできる。
【0027】中空糸状フィルターは蒸気滅菌などの高温
に耐えるものであればよい。このような中空糸の材質と
してポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリプロピ
レン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ4フッ化エチレンな
どのフッ素系ポリマー、セルロース、セルロースエステ
ルなどのセルロース誘導体、耐熱性ポリアミド、ポリイ
ミド、耐熱性ポリエステルなどが使用される。
【0028】ポッティング材は、前述のように室温〜12
0 ℃の温度範囲において引っ張り許容応力が約25kg/cm
2 以上、最大伸びが約10%以上である必要がある。本発
明のフィルターは、いわゆる遠心注型法によって中空糸
とケースとをポッティング材によって集束固定すること
によって製造される。そして、ポッティング材には通常
二液混合型の熱硬化性樹脂が使用される。このような熱
硬化性樹脂のうちで前述の特性を満足し、本発明に使用
するのに好ましいものはエポキシ樹脂およびウレタン樹
脂である。しかしながら、前述のように本発明に使用し
うるポッティング材は120 ℃以上の耐熱性、25kg/cm2
以上の引っ張り強度、10%以上の伸びを同時に満足する
だけでなく、有害物質の溶出が微量であり、硬化後中空
糸を開口するためにポッティング部分を切断したとき切
粉が発生せず、切断面が滑らかであるということも重要
な要件である。よって、その配合組成は限られてくる。
【0029】エポキシ樹脂主剤にはビスフェノールA型
または耐熱性に優れたフェノール・ノボラック型の樹脂
と柔軟性を付与する脂肪族ダイマー酸との混合液を用い
るのが好ましい。硬化剤には耐熱性を与える脂肪族環式
アミンとポリアミドまたは末端アミノ化低分子量エラス
トマーなどの柔軟性付与剤との混合液が好ましい。図6
のグラフはこのような配合の一例からなるエポキシ樹脂
の破断引っ張り強度と最大伸びを示したものである。
【0030】ウレタン樹脂のばあいには脂肪族ポリオー
ルまたは芳香族環を含むポリオールと耐熱性を与えるた
めの4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネートのポ
リオールアダクトとの配合が好ましい。図7のグラフに
このような配合の一例からなるウレタン樹脂の破断引っ
張り強度と最大伸びを示した。このような配合組成によ
ってとくに高い温度で後硬化しなくても前述の要件を満
たすことができる。
【0031】つぎに実施例に基づき本発明の中空糸型フ
ィルターをさらに具体的に説明するが、本発明はもとよ
りかかる実施例にのみ限定されるものではない。なお、
冷・熱水繰返し浸せき試験とは、中空糸型フィルターを
約15℃の水と95〜100 ℃の熱水にそれぞれ20〜30分間繰
り返して浸し、ポッティング部分の剥離の有無を観察す
るものである。また、オートクレーブ繰返し試験とは、
前記試験において95〜100 ℃の熱水の代わりに121 ℃の
熱水を用いて試験を行い、その結果を観察するものであ
る。また、本発明の効果が発揮されたとするのは、これ
らの試験で10回以上の繰返し試験のあとでも剥離が生じ
なかったばあいをいう。
【0032】比較例1 内径61mm、肉厚3mmのポリカーボネート製の単純円筒の
一端に図6のグラフに示した特性を有するエポキシ樹脂
を15mmの長さで充填した。これについて、冷・熱水繰返
し浸せき試験を行ったところ熱水に1回浸しただけでエ
ポキシ樹脂と円筒の内面が剥離した。
【0033】比較例2 比較例1のエポキシ樹脂の代わりに図7のグラフに示し
た特性を有するウレタン樹脂を使用したものを作成し
て、オートクレーブ繰返し試験を行った結果、4回目で
剥離が生じた。
【0034】比較例3 半径方向の厚さが3mmで、軸方向の長さが10mm、そして
両端の角度がともに45゜の切り欠きのないリングを、比
較例1に使用した円筒の内面に、その末端から2mm内側
の位置にリングの一端があるように接着した。この円筒
にリングがすべて埋没するように比較例1と同じエポキ
シ樹脂を15mmの長さになるように遠心注型により充填し
たが、下方のクサビ部分に沿って気泡が大量に残った。
これについて、オートクレーブ繰返し試験を行った結
果、4回目にクサビ下方側で剥離を生じた。
【0035】比較例4 半径方向幅全体に渡って幅5mmの切り欠きを一箇所形成
したリングを用いたほかは比較例3と同様にしてエポキ
シ樹脂を充填したものを作成した。この試料はクサビ部
分にほとんど気泡は残らなかったが、オートクレーブ繰
返し試験の結果、4回目に切り欠きの末端からリングが
円筒内面から剥がれ始めるとともにこの切り欠き部分で
エポキシ樹脂と円筒内面が剥離した。
【0036】参考例1 対称になる位置でリング内面の二箇所に周方向の幅が5
mmで、厚さ1mmを残した深さ2mmの切り欠きを設けたほ
かは比較例4と同様にしてこの円筒内にエポキシ樹脂を
充填した。この試料について、冷・熱水繰返し浸せき試
験を10回、続いてオートクレーブ繰返し試験を12回行っ
たが、剥離は生じなかった。
【0037】参考例2 リングの外面の二箇所に周方向の幅が5mm、深さ2mmの
切り欠きを設けたほかは参考例1と同様にして作成した
ものを用いて、冷・熱水繰返し浸せき試験を10回、続い
てオートクレーブ繰返し試験を10回実施したが剥離は生
じなかった。
【0038】参考例3 エポキシ樹脂の代わりに比較例2で使用したウレタン樹
脂を使用するほか参考例1と同様にして作成したものを
用いて、冷・熱水繰返し浸せき試験を10回、続いてオー
トクレーブ繰返し試験を10回行ったが、剥離は生じなか
った。
【0039】参考例4 エポキシ樹脂の代わりに比較例2で使用したウレタン樹
脂を使用するほか参考例2と同様にして作成したものを
用いて、冷・熱水繰返し浸せき試験を10回、続いてオー
トクレーブ繰返し試験を10回行ったが、剥離は生じなか
った。
【0040】実施例1 内径が500 μm、外形が800 μmのポリスルホン製中空
糸状フィルター3400本を円筒内に収め、参考例1と同様
にして円筒の先端から平均15mmの長さまでエポキシ樹脂
で円筒とともに集束固定したのち、円筒の先端でポッテ
ィング部分を切断して中空糸を開口した。この試料につ
いて、冷・熱水繰返し浸せき試験を10回、続いてオート
クレーブ繰り返し試験を10回行ったが、剥離は観察され
なかった。
【0041】実施例2 エポキシ樹脂の代わりに比較例2のウレタン樹脂を用い
るほかは実施例1と同様にして試料を作成し、試験を行
ったが、剥離は観察されなかった。
【0042】実施例3 参考例2のリングを用いるほかは実施例1と同様にして
試料を作成し、試験を行ったが、剥離は観察されなかっ
た。
【0043】実施例4 参考例2のリングを用いるほかは実施例2と同様にして
試料を作成し、試験を行ったが、剥離は観察されなかっ
た。
【0044】参考例5 半径方向幅2mmのリングに1mmの厚さを残して、実施例
1と同様の切り欠きを設けたほか実施例1と同様にして
試料を作成し、この試料について冷・熱水繰返し浸せき
試験を10回、続いてオートクレーブ繰返し試験を10回行
ったが、剥離は生じなかった。
【0045】参考例6 半径方向幅4mmのリングに1mmの厚さを残して、実施例
1と同様の切り欠きを設けたほか実施例1と同様にして
試料を作成し、この試料について冷・熱水繰返し浸せき
試験を10回、続いてオートクレーブ繰返し試験を10回行
ったが、剥離は生じなかった。
【0046】実施例5 参考例5のリングを用いるほかは実施例2と同様にして
試料を作成し、試験を行ったが、剥離は観察されなかっ
た。
【0047】実施例6 参考例6のリングを用いるほかは実施例2と同様にして
試料を作成し、試験を行ったが、剥離は観察されなかっ
た。
【0048】
【発明の効果】本発明の中空糸型フィルターは円筒状の
ケース内にクサビ型のリングを配設しただけの簡単な構
造であるにもかかわらずオートクレーブや熱水による加
熱を繰り返すことができる耐熱性を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の中空糸型フィルターの一実施例を示す
概略断面図である。
【図2】切り欠き部を示す斜視図である。
【図3】図1のA−A線に沿う断面図である。
【図4】切り欠き部の他の例を示す斜視図である。
【図5】図4に示された切り欠き部の断面図である。
【図6】エポキシ樹脂の破断引っ張り強度と最大伸びと
を示すグラフである。
【図7】ウレタン樹脂の破断引っ張り強度と最大伸びと
を示すグラフである。
【符号の説明】
1 リング 2 収納ケース 3 中空糸状フィルター 4 ポッティング材 5 切り欠き α 水平面に対するクサビの角度

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 収納ケース内に多数の中空糸状濾過膜が
    ポッティング材で収束固定されてなる中空糸型フィルタ
    ーであって、前記収納ケース内面にリングが形成されて
    おり、該リングは、前記収納ケースに接する外面側の厚
    さが内面側の厚さよりも小さく、その一部に切り欠き部
    が形成されてなることを特徴とする中空糸型フィルタ
    ー。
  2. 【請求項2】 前記ポッティング材の耐熱性が120 ℃以
    上であり、室温〜120 ℃の温度範囲において、最大引っ
    張り許容応力が25kg/cm2 以上、最大伸びが10%以上で
    ある請求項1記載の中空糸型フィルター。
  3. 【請求項3】 前記切り欠き部のリング円周方向の幅が
    10mm以下である請求項1または2記載の中空糸型フィル
    ター。
  4. 【請求項4】 前記切り欠き部がリングの内面側からリ
    ング半径方向外側に向かって凹状に、または、リングの
    外面側からリング半径方向内側に向かって凹状に形成さ
    れてなる請求項1、2または3記載の中空糸型フィルタ
    ー。
  5. 【請求項5】 前記リングの全体がポッティング材中に
    埋没されてなる請求項1、2、3または4記載の中空糸
    型フィルター。
JP5093300A 1993-04-20 1993-04-20 中空糸型フィルター Pending JPH06296834A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5093300A JPH06296834A (ja) 1993-04-20 1993-04-20 中空糸型フィルター
TW83109199A TW273520B (ja) 1993-04-20 1994-10-04
US08/322,570 US5472601A (en) 1993-04-20 1994-10-13 Hollow fiber filter
EP94116186A EP0706818A1 (en) 1993-04-20 1994-10-13 Hollow fiber type filter

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5093300A JPH06296834A (ja) 1993-04-20 1993-04-20 中空糸型フィルター
US08/322,570 US5472601A (en) 1993-04-20 1994-10-13 Hollow fiber filter
EP94116186A EP0706818A1 (en) 1993-04-20 1994-10-13 Hollow fiber type filter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH06296834A true JPH06296834A (ja) 1994-10-25

Family

ID=27235904

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5093300A Pending JPH06296834A (ja) 1993-04-20 1993-04-20 中空糸型フィルター

Country Status (3)

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EP (1) EP0706818A1 (ja)
JP (1) JPH06296834A (ja)

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