(57)【要約】【課題】所望の集束密度で中空糸膜の集束体を形成させ、簡便にかつ確実に、集束体の中空糸膜の端部の中空部を封止する中空糸膜の封止方法、集束体を得る方法、および中空糸膜モジュールの製造方法を提供する。【解決手段】複数本の中空糸膜からなる集束体の封止させる部分を、溝を備えた第一の治具の前記溝に装填し、前記第一の治具における溝と前記溝に挿入する第二の治具を用いて、前記封止させる部分を加圧しながら溶着させて溶着部を形成させる方法であって、加圧する過程において、第一の治具の溝と前記溝に挿入された第二の治具で構成される空間において、前記第二の治具が挿入される方向に２本以上の中空糸膜が積み重ねられ、かつ隣接する中空糸膜同士が接触している状態のまま溶着させる、中空糸膜の封止方法。【選択図】図１
2019018143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本の中空糸膜からなる集束体の封止させる部分を、溝を備えた第一の治具の前記溝に装填し、前記第一の治具の溝と前記溝に挿入しうる第二の治具を用いて、前記封止させる部分を加圧しながら溶着させて溶着部を形成させる方法であって、
加圧する過程において、前記第一の治具の溝と前記溝に挿入された第二の治具から構成される空間において、前記第二の治具が挿入される方向に２本以上の中空糸膜が積み重ねられ、かつ隣接する中空糸膜同士が接触している状態のまま、中空糸膜を溶着させる、中空糸膜の封止方法。
【請求項２】
前記第一の治具の溝の縦断面が矩形またはＵ字形である、請求項１に記載の封止方法。
【請求項３】
前記第一の治具の溝の底部および前記第二の治具の溝に挿入される側の端部のいずれか一方または両方にヒーターが備えられている、請求項１または２に記載の封止方法。
【請求項４】
前記中空糸膜の材料が含フッ素樹脂である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の封止方法。
【請求項５】
前記溶着部を形成させる部分にあらかじめ保護フィルムを巻く、請求項１〜４のいずれか一項に記載の封止方法。
【請求項６】
前記保護フィルムがポリテトラフルオロエチレンである、請求項５に記載の封止方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の封止方法により、集束体に形成された溶着部において、溶着部の長手方向の中央部で切断して、少なくとも一方の端部が封止された集束体を得る方法。
【請求項８】
請求項７に記載の集束体の封止された端部を接着剤でケーシングに固定する、中空糸膜モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体および液体透過分離機能を有する中空糸膜の封止方法、集束体を得る方法、および中空糸膜モジュールの製造方法に係わり、特に所望の集束密度で中空糸膜の集束体を形成させ、簡便にかつ確実に、集束体の中空糸膜の端部の中空部を封止する中空糸膜の封止方法、集束体を得る方法、および中空糸膜モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
気体および液体透過分離機能を有する中空糸膜モジュールは、人工透析、血漿分離、気体の濾過及び分離、純水製造、浄水器などに用いられている。水蒸気選択透過性のある非多孔質の含フッ素樹脂を材料とする中空糸膜を備えた中空糸膜モジュールは、中空糸膜の中空部を透過する流体を除湿または加湿する装置として利用されている。
【０００３】
中空糸膜モジュールは、中空糸膜の外径を小さくして、ケーシング内への装填密度を高くすることにより、小型化されるだけでなく、表面積を大きくして処理効率を向上させる。
一般に、中空糸膜モジュールは、中空糸膜が複数本集められた集束体を所定の長さに切断してケーシングに収納し、エポキシ樹脂等の接着剤でケーシングに固定されることにより製作される。
【０００４】
中空糸膜の端部を封止せずに、集束体をケーシングに固定した場合、中空糸膜の端部の中空部から、接着剤が侵入して中空糸膜を塞ぎ、中空糸膜モジュールとしての機能を果たせなくなる。このため、従来から、集束体を接着剤でケーシングに固定する前に、予め中空糸膜の端部の中空部を樹脂で封止する方法が行われている。封止がうまくいかないと、封止されてない中空糸膜の中空部に接着剤が入り込み、その中空糸膜は機能を果たせなくなる。
【０００５】
中空糸膜の端部を封止する方法として、特許文献１には、平行に配列させた中空糸膜の長手方向の一部をこれらに直行するように粘着テープで固定し、固定した部分を常温で圧着して中空糸膜の中空部を封止して封止部を形成させた後、前記封止部のほぼ中央を切断することにより、中空糸膜の両端部が封止された中空糸膜シート状物を製造する方法が開示されている。
【０００６】
特許文献２には、同じ方向にそろえられた複数本の熱可塑性樹脂の中空糸膜が、前記中空糸膜の長手方向に対して、一定間隔で圧着されてなる中空糸膜シートが開示されている。
【０００７】
特許文献３には、中空糸膜を集束する工程において、熱可塑性高分子溶着フィルムとともに加圧加熱することにより、溶着固定させて、中空糸膜を所望の集束密度で集束させるとともに、中空糸膜の端部における閉塞を防止する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平０１−１７６４０５号公報
【特許文献２】特開平０４−３１０２１９号公報
【特許文献３】特開平０４−３７１２１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１〜３の方法においては、中空糸膜の端部の中空部を十分に封止できないという問題があった。
また、中空糸膜の端部を樹脂で封止する作業は熟練を要する作業である。うまく封止されているかどうかは、封止した部分を切断した後、切断面を観察して初めて判断できる。このため、中空糸膜モジュールの製造において、完成に近い状態まで作業したにもかかわらず、不良品となる場合があり、効率良く製造するのは難しいという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、所望の集束密度で中空糸膜の集束体を形成させ、簡便にかつ確実に、集束体の中空糸膜の端部の中空部を封止する中空糸膜の封止方法、集束体を得る方法、および中空糸膜モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、以下の［１］〜［８］である。
［１］複数本の中空糸膜からなる集束体の封止させる部分を、溝を備えた第一の治具の前記溝に装填し、前記第一の治具の溝と前記溝に挿入しうる第二の治具を用いて、前記封止させる部分を加圧しながら溶着させて溶着部を形成させる方法であって、加圧する過程において、前記第一の治具の溝と前記溝に挿入された第二の治具から構成される空間において、前記第二の治具が挿入される方向に中空糸膜が２本以上積み重ねられ、かつ隣接する中空糸膜同士が接触している状態のまま、溶着させる、中空糸膜の封止方法。
【００１２】
［２］前記第一の治具における溝の縦断面が矩形またはＵ字形である、［１］の封止方法。
【００１３】
［３］前記第一の治具の溝における、第二の治具が挿入されてくる方向にある面にはヒーターが備えられており、前記第二の治具の溝に挿入される方向の端部にはヒーターが備えられている、［１］または［２］の封止方法。
【００１４】
［４］前記中空糸膜の材料が含フッ素樹脂である、［１］〜［３］の封止方法。
【００１５】
［５］前記溶着部を形成させる部分にあらかじめ保護フィルムを巻く、［１］〜［４］の封止方法。
【００１６】
［６］前記保護フィルムがポリテトラフルオロエチレンである、［５］の封止方法。
【００１７】
［７］［１］〜［６］の封止方法により、集束体に形成された溶着部において、溶着部の長手方向の中央部で切断して、少なくとも一方の端部が封止された集束体を得る方法。
【００１８】
［８］［７］の集束体の封止された端部を接着剤でケーシングに固定する、中空糸膜モジュールの製造方法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、第一の治具と第二の治具とで構成される空間において実現される所望の集束密度で集束体を形成させ、簡便にかつ確実に、集束体における中空糸膜の端部の中空部を封止できる。このため、集束体をケーシングに固定する際用いられる接着剤が中空糸膜の中空部に侵入する不具合が発生せず、中空糸膜モジュールを効率よく製造することができる。本発明の封止方法によれば、作業者の熟練度による仕上がり具合の差異がなく封止作業を行うことができ、中空糸膜モジュールの製造において、集束体をケーシングに接着剤で固定する際に中空糸膜の端部の中空部が接着剤で閉塞することを防止する対策を、事前に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】中空糸膜の封止方法における実施形態を表す模式横断面図
【図２】中空糸膜の封止方法における加圧溶着時の状態を表す模式断面図
【図３】中空糸の端部に溶着部が形成された集束体の状態を表す模式断面図
【図４】例２（比較例）における実施形態を表す模式横断面図
【図５】例２（比較例）における加圧溶着時の状態を表す模式断面図
【図６】例２（比較例）における加圧溶着終了時の状態を表す模式断面図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について説明する。
なお、本明細書において、「〜」で表される数値範囲は、〜の前後の数値を下限値および上限値とする数値範囲を意味する。
図１および図２において、中空糸膜１は気体および液体透過分離機能を有し、中空糸膜１の中空部は被処理流体が通過できるようにチューブ状に形成されている。中空糸膜１は、被処理流体が通過する中空部と、前記中空部の周囲を覆った支持層とを備えている。
【００２２】
本発明の中空糸膜の封止方法は、複数本の中空糸膜１からなる集束体の封止させる部分を、溝５を備えた第一の治具３の前記溝５に装填し、前記第一の治具３の溝５と前記溝５に挿入しうる第二の治具２を用いて、前記封止させる部分を加圧しながら溶着させて溶着部６を形成させる方法である。そして、加圧する過程において、前記第一の治具３の溝５と前記溝５に挿入された第二の治具２から構成される空間において、前記第二の治具２が挿入される方向に中空糸膜１が２本以上積み重ねられ、かつ隣接する中空糸膜１同士が接触している状態のまま、溶着させる、中空糸膜１の封止方法である。
【００２３】
前記第一の治具３の溝５の縦断面は、例えば、矩形、Ｕ字形、Ｖ字形であってよい。前記溝５の縦断面は、形成した溶着部６の強度が得られやすいため矩形またはＵ字形が好ましい。
前記第一の治具３の溝５は、垂直方向に備えられていてもよく、水平方向に備えられていてもよく、第一の治具３の溝５に装填された中空糸膜１が前記溝５に収まれば、どのような角度に備えられていてもよい。
【００２４】
前記第一の治具３の溝５の底部の形状は、例えば、平滑面、湾曲面であってもよい。平滑面または湾曲面であれば、形成した溶着部６の強度が得られやすいため好ましい。ここで、溝５の底部とは、溝５の開口面と対向する面をいう（以下、「溝底部」という。）。
【００２５】
前記第二の治具２は、前記第一の治具３の溝５に挿入しうる形状を有している。前記第二の治具２の前記第一の治具３の溝５に挿入する側の端部（以下、「治具端部」という。）の形状は、例えば、平滑面または湾曲面であってもよい。平滑面または湾曲面であれば、形成した溶着部６の強度が得られやすいため好ましい。
【００２６】
溝底部の形状および治具端部の形状が平滑面または湾曲面である場合、治具端部の形状は、前記第二の治具２を前記第一の治具３の溝５に挿入し、治具端部が溝底部と接触したときに、１点で接触しないことが好ましく、１点で接触せず、かつ、溝底部と対称となる形状であることが好ましい。前記形状であると、形成した溶着部６の強度が得られやすい。
【００２７】
図１は前記溝５の縦断面が矩形の例である。また、図１は溝底部の形状が平滑面であるものの例である。図１に示すように、溝５に複数本の中空糸膜１を装填する。前記第一の治具３の上方に取り付けられた第二の治具２は前記溝５に挿入される。
第二の治具２は、前記第一の治具３の溝５に挿入しうる形状を有している。溝５の底部および第二の治具２の端部のいずれか一方または両方にヒーター４が備えられていることが好ましい。
【００２８】
図２に示すように、中空糸膜１からなる集束体を装填した溝５に、第二の治具２を挿入して下降させる。第二の治具２が中空糸１に触れたところで圧力をかけ、同時に第二の治具２と溝５に備えられているヒーター４を加熱して、前記集束体の溶着を行い、溶着部６を形成させてもよい。第二の治具２に負荷をかけて集束体を加圧してもよく、第二の治具２の自重により集束体を加圧してもよい。
【００２９】
集束体を溝５に装填する前にヒーター４は加熱されていてもよく、集束体を溝５に装填したあと加圧する前にヒーター４は加熱されていてもよい。集束体を溝５に装填したあとヒーター４を加熱する前に、第２の治具２に負荷をかけて集束体を加圧してもよい。全ての中空糸膜１を均一に溶着させるために、第二の治具２が中空糸膜１に触れたところで圧力をかけ、同時に第二の治具２と溝５に備えられているヒーター４を加熱して、前記集束体の溶着を行い、溶着部６を形成させることが好ましい。
溝５の大きさは、溶着が完了した集束体の溶着部６が、中空糸膜モジュールのケーシング（図示せず）に挿入できるような大きさとなるように設定されている。
【００３０】
中空糸膜１は、含フッ素樹脂でできている。含フッ素樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥという。）、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、テトラフルオロエチレン（以下、ＴＦＥという。）−エチレン共重合体、ＴＦＥ−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、イオン交換基を有する含フッ素樹脂が挙げられる。含フッ素樹脂としては、イオン交換基を有する含フッ素樹脂が好ましい。
【００３１】
イオン交換基を有する含フッ素樹脂としては、ＴＦＥに基づく繰り返し単位と、イオン交換基を有する単量体に基づく繰り返し単位とを有する共重合体が好ましく、水蒸気を透過しやすいため、ＴＦＥに基づく繰り返し単位と、スルホン酸基を有するパーフルオロビニルエーテルに基づく繰り返し単位とを有する共重合体がより好ましい。
【００３２】
中空糸膜１の長さは、長尺でもあらかじめ一定の長さに切断されたものでもよい。長尺である場合には、所望の本数となるように折り返してもよい。
集束体を形成する中空糸膜１の本数は、特に制限されないが、２〜５００本が好ましく、２０〜２５０本がより好ましい。上記範囲内であれば、良好に溶着しやすい。集束体の本数を調節することにより、中空糸膜モジュールにおける中空糸膜１の密度を任意に調節．できる。
【００３３】
中空糸膜１の外径は０．２〜５ｍｍが好ましく、０．４〜４ｍｍがより好ましく、０．５〜３ｍｍがさらに好ましい。上記範囲内であれば、分離機能が良好であり、溶着しやすい。
一方、中空糸膜１の内径は０．１〜３ｍｍが好ましく、０．２〜２．５ｍｍがより好ましく、０．２２〜２ｍｍがさらに好ましい。上記範囲内であれば、分離機能が良好であり、溶着しやすい。
【００３４】
集束体の溶着を行う温度は、中空糸膜１が溶融し、中空糸膜１の支持層同士、または中空糸膜１同士の支持層が溶着できる温度であればよい。具体的には、２３０〜３１０℃が好ましく、２４０〜３００℃がより好ましく、２５０〜２８０℃がさらに好ましい。上記範囲内であれば、中空糸膜１の熱分解が起こりにくく、前記中束体の溶着が良好となりやすい。
【００３５】
前記加圧する過程における圧力は、特に制限されないが、０.２〜０.５ＭＰａが好ましく、０.３〜０.４ＭＰａがより好ましい。上記範囲内であると形成された溶着部６が切断されにくく、割れにくい。
【００３６】
本発明の中空糸膜１の封止方法においては、複数本の中空糸膜１からなる集束体の封止させる部分の中空糸膜１は、第一の治具３の溝５と前記溝５に挿入された第二の治具２から構成される空間において、前記第二の治具２が前記溝５に挿入される方向に中空糸膜１が２本以上積み重ねられ、かつ前記空間において、隣接する中空糸膜１同士が接触している状態を経る。このため、所望の集束密度で中空糸膜１からなる集束体を形成させることができ、簡便にかつ確実に、集束体における中空糸膜１の端部の中空部を封止できる。
【００３７】
前記空間において、前記封止させる部分の中空糸膜１は、溶着状態が良好な溶着部６が得られやすいため、前記第二の治具２が前記溝５に挿入される方向に２〜２００本積み重ねられていることが好ましく、３〜１００本積み重ねられていることがより好ましい。
【００３８】
溶着に先立って、集束体の溶着部６を形成させる部分にあらかじめ保護フィルムを巻いてもよい。前記保護フィルムを巻くことにより、溶着部６を補強し、ひび割れなどを防ぐことができる。前記保護フィルムは、非粘着性であるものが好ましい。前記保護フィルムは、中空糸膜１の融点よりも高い融点を持つ樹脂が好ましく、溶着を行う温度で溶解しないものがより好ましく、ＰＴＦＥがさらに好ましい。
【００３９】
次いで、加圧した後加熱を終了し冷却させる。その後、第二の治具２を上昇させると、溝５より図３のように溶着部６が形成された集束体が得られる。冷却は、前記溶着部６が固化し、取り扱い易い温度となれば特に制限されないが、５０℃以下が好ましく、３０℃以下がさらに好ましい。
【００４０】
前記溶着部６の形状は、ケーシングに入る大きさであれば特に制限されず、円柱状、ブロック状またはシート状であってもよく、変形していてもよい。前記溶着部６の長手方向の中央部または中央部付近で切断することにより、少なくとも一方の端部が溶着により封止された集束体が得られる。
【００４１】
溶着は、集束体の長手方向に対して複数箇所で行ってもよい。複数箇所を溶着して、溶着部６を複数箇所に形成させた後、前記溶着部６の中央部付近で切断することにより、連続して少なくとも一方の端部が封止された集束体を得ることができる。この時、溶着する箇所同士の長さは任意に調節することができる。
【００４２】
本発明の封止方法によれば、所定の長さに切断した複数本の中空糸膜１からなる集束体を、接着剤でケーシングに固定する前に、予め中空糸膜１の端部の中空部を樹脂で封止する工程を行う。このため、従来の製造方法と比べ、効率よく端部の中空部が封止された集束体を得ることができる。
【００４３】
前記集束体の封止された端部は、接着剤でケーシングに固定され、中空糸膜モジュールとなる。ケーシングは円筒形であるものが好ましい。ケーシングの内径は、例えば直径５〜８０ｍｍで長さは２００〜１３００ｍｍであってよい。前記端部は、接着剤でケーシングに固定される。接着剤としては、エポキシ樹脂やポリウレタン樹脂が例示される。前記端部を固定する方法としては、前記端部をケーシングに配設し、接着剤を注入して前記端部を埋設し、遠心力を加えることにより、接着剤中の気泡を除き、接着剤の気液界面を平滑にし、厚みを均一にした後に、固化させる方法（遠心ポッティング）が好ましい。遠心力を加える方法としては、遠心分離機を用いる方法が例示される。
【００４４】
接着剤により固定された前記集束体において、固化した接着剤とともに集束体の封止された端部を切断することで、中空糸膜１の中空部に閉塞のない、中空糸膜モジュールを得ることができる。
【００４５】
本発明の中空糸膜１の封止方法によれば、中空糸膜モジュールの製造において、集束体の端部をケーシングに接着剤で固定する際に中空糸膜１の端部の中空部が接着剤で閉塞することを防止する対策を、事前に行うことができる。
【実施例】
【００４６】
以下に、本発明の適応例を示すが、これらに限定されない。例１は実施例であり、例２は比較例である。
以下に本発明の除湿モジュールの実施例を図面に基づいて説明する。
(例１)
【００４７】
図１において、中空糸膜１の２０本からなる集束体を熱溶着装置（図示せず）の第一の治具３に備えられた、長手方向に対向する両面と上部が開口し、縦断面が矩形である溝５に装填した。中空糸膜１としては、イオン交換基を持つ含フッ素樹脂を材料とする外径１ｍｍ、内径０．７ｍｍの中空糸膜１を用いた。第二の治具２を図１における溝５に図２に示すように挿入し、中空糸膜１に触れたところで中空糸膜１の封止する部分に圧力をかけた。同時に第二の治具２と溝５に備えられているヒーター４を約２５５℃となるように加熱して、圧力をかけながら溶着を行った。溶着時の圧力は０．５ＭＰａであった。加熱終了後、５０℃以下となるまで自然冷却した。
【００４８】
次いで、第二の治具２を上昇させ、溝５より溶着部６が形成された図３の集束体を取り出した。
前記集束体におけるすべての端部が封止されたかどうかを検証するために、溶着部６と反対側の端部より０.１ＭＰａの空気を導入して気密試験を行った。漏れはなくすべての中空糸膜１の端部は封止された。
(例２)
【００４９】
図４のように２０本の中空糸膜１を熱溶着装置（図示せず）の治具８の上に一列に設置した。中空糸膜１は例１と同様のものを用いた。治具８の上方には治具７が取り付けられている。治具７にはヒーター４が備えられている。図５に示すように、治具７を下降させ、治具７に備えられたヒーター４が中空糸膜１に触れたところで、前記ヒーター４を約２５５℃となるように加熱して溶着を行った。溶着時の圧力は０．５ＭＰａであった。図６に示すように、複数本の中空糸膜１は左右に広がった。加熱終了後、例１と同様に冷却して、加熱された複数本の中空糸膜１を治具８から取り出した。溶着部６は加熱された複数本の中空糸膜１の一部に形成されたが、一部の中空糸膜１は溶着されなかった。
例１と同様にして気密試験を行った。漏れが生じ、少なくとも一部の中空糸膜１の端部は封止されなかった。
【符号の説明】
【００５０】
１…中空糸膜
２…第二の治具
３…第一の治具
４…ヒーター
５…溝
６…溶着部
７、８…治具
９…加圧方向
【図１】
2019018143.tif 000003
【図２】
2019018143.tif 000004
【図３】
2019018143.tif 000005
【図４】
2019018143.tif 000006
【図５】
2019018143.tif 000007
【図６】
2019018143.tif 000008