(57)【要約】【課題】新たな作業やコストアップを要することなくポッティング材を均一に充填し、封止不良の発生を抑えることができる中空糸膜モジュールの製造方法を提供する。【解決手段】中空糸膜束を筒状ケースに挿入し、ポッティング材を用いて中空糸膜束の端部を筒状ケースに固定する中空糸膜モジュールの製造方法であって、底面にポッティング材の流入溝を有するポッティング材受部材に筒状ケースを装入し、そのポッティング材受部材にポッティング材を流入する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空糸膜束を筒状ケースに挿入し、ポッティング材を用いて中空糸膜束の端部を筒状ケースに固定する中空糸膜モジュールの製造方法であって、底面にポッティング材の流入溝を有するポッティング材受部材に筒状ケースを装入し、そのポッティング材受部材にポッティング材を流入することを特徴とする中空糸膜モジュールの製造方法。
【請求項２】
筒状ケースを筒状ケース保持部材で保持してポッティング材受部材に装入し、ポッティング材を流入する、請求項１に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
【請求項３】
筒状ケース保持部材として外周面にポッティング材の流入溝を有するものを用い、その筒状ケース保持部材の外周面に設けられた流入溝とポッティング材受部材の底面に設けられた流入溝とを連通させる、請求項２に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
【請求項４】
ポッティング材受部材として、ポッティング材の流入溝を有する側壁を備え、その側壁に設けられた流入溝と底面に設けられた流入溝とが連通しているものを用いる、請求項１〜３のいずれかに記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
【請求項５】
筒状ケースをポッティング材受部材に装入して中空糸膜束の一部をポッティング材受部材の底面に当接させ、その状態でポッティング材受部材にポッティング材を流入する、請求項１〜４のいずれかに記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
【請求項６】
中空糸膜束を位置規制部材にて上方より押さえることにより、ポッティング材の流入により中空糸膜束が浮上することを防ぐ、請求項１〜５のいずれかに記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
【請求項７】
筒状ケースから脱着可能な位置規制部材を用いる、請求項６に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中空糸膜モジュールの製造方法に関し、さらに詳しくは、大型の浄水器等に好適に用いることができる中空糸膜モジュールの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、精密ろ過、限外ろ過等において中空糸膜モジュールが多用されている。中空糸膜モジュールは、たとえば、中空糸膜をケースの両端または一端でポッティング材によって集束固定し、そのポッティング部で外側を覆うケースに固定すると共に、原水側とろ過水側を遮断している。
【０００３】
しかし、この中空糸膜モジュールを例えば水道水を浄化する浄水器に使用した場合、水栓の開閉によってポッティング部には瞬間的に高い圧力がかかり、これが繰り返されるためにポッティング部とケースとの剥離が発生することがある。特に水圧に対してポッティング部の厚みが十分でない場合や厚みが不均一になっている場合などは、高い圧力が何度もかかることでポッティング部に亀裂が発生し、原水が漏れるという問題が生じることがあった。
【０００４】
これに対し、ポッティング材を均一に充填する方法としては、例えば特許文献１に記載の方法がある。すなわち、中空糸膜の中空内部にポッティング材が入りすぎないよう中空糸膜の目をつぶして中空内部をふさぎ、中空糸膜束の端部側からポッティング材を流入する流路を形成した後に、この流路から中空糸膜束の内部にポッティング材を注入する方法である。これにより、ポッティング材を均一に充填することができるものの、この方法では、ポッティング材を注入する流路を形成するための複雑な工程が必要となるため、コストアップにつながると共に、生産性を向上することができない。さらに、中空糸膜束の端部に楔を打ち込んだり、突起物を差し込んだり、加熱された線状部材を押し当てることで割れ目や流路を形成するため、中空糸膜が切断されたり損傷したりといった不具合が生じやすい。
【０００５】
また、特許文献２には、注型キャップに装着した筒状ケース内の中空糸膜束を、端部を圧潰処理した後に逆円錐台状のポッティング容器に直立させ、注型キャップとポッティング容器との間に形成された溝からポッティング材を流入し、ポッティング容器の底部に到達したポッティング材の液面を次第に上昇させる方法が記載されている。しかし、この方法では、ポッティング材をポッティング容器の底部に流入してから、中空糸膜束の隙間に浸入させると共に液面を上昇させるため、一様なポッティング部を形成するためには中空糸膜束とポッティング容器の底部との間に大きな空間が必要となる。また、この空間に残るポッティング材は切断除去されるため無駄が多く、コストアップにもつながる。
【０００６】
さらに、充填時に遠心力を作用させる方法（遠心法）も一般的に知られている。しかしながら、遠心法は、ポッティングの厚みを均一にする良い方法ではあるが、遠心力を利用するために中空糸膜が浮き上がり、中空糸膜が正確に集束固定されずポッティング不良が発生し易いといった欠点がある。この遠心法の欠点を克服するため、特許文献３に見られるように、粘着テープ等の粘着手段によって中空糸膜束の端部を注型の適所に仮固定することによって中空糸膜束の収容容器に対する浮き上がりを防止する中空糸膜モジュールの製造方法も開示されているが、中空糸膜束の末端が粘着テープにしっかりと固定する工程が必要となり、作業の効率化が図りにくく、粘着テープの粘着性を保つために粘着手段を随時更新するなどの作業が必要となる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−３３１２２９号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開２００３−６２４３３号公報
【０００９】
【特許文献３】
特開平９−２７１６４１号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、新たな作業やコストアップを要することなくポッティング材を均一に充填し、封止不良の発生を抑えることができる中空糸膜モジュールの製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、中空糸膜束を筒状ケースに挿入し、ポッティング材を用いて中空糸膜束の端部を筒状ケースに固定する中空糸膜モジュールの製造方法であって、底面にポッティング材の流入溝を有するポッティング材受部材に筒状ケースを装入し、そのポッティング材受部材にポッティング材を流入する中空糸膜モジュールの製造方法を特徴とするものである。
【００１２】
ここで、筒状ケースを筒状ケース保持部材で保持してポッティング材受部材に装入し、ポッティング材を流入すること、そして、筒状ケース保持部材として外周面にポッティング材の流入溝を有するものを用い、その筒状ケース保持部材の外周面に設けられた流入溝とポッティング材受部材の底面に設けられた流入溝とを連通させることが好ましい。また、ポッティング材受部材として、ポッティング材の流入溝を有する側壁を備え、その側壁に設けられた流入溝と底面に設けられた流入溝とが連通しているものを用いることも好ましい。さらに、筒状ケースをポッティング材受部材に装入して中空糸膜束の一部をポッティング材受部材の底面に当接させ、その状態でポッティング材受部材にポッティング材を流入すること、中空糸膜束を位置規制部材にて上方より押さえることにより、ポッティング材の流入により中空糸膜束が浮上することを防ぐこと、そして、筒状ケースから脱着可能な位置規制部材を用いることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、家庭のシンク近傍で使用される据え置き型浄水器やシンクの下に置くアンダーシンク型浄水器に内蔵されている中空糸膜モジュールを例に取り、図を参照しながら説明する。
【００１４】
本発明によって製造される中空糸膜モジュールは、図１に示すように、筒状ケース１と中空糸膜束２とポッティング材３などから構成されている。複数本の中空糸膜を束ねた中空糸膜束２はＵ字状に折り曲げた状態で筒状ケース１の内部に収納され、端部２ｂが、ポッティング材３により筒状ケース１に封止固定されている。また、同時に中空糸膜間の隙間もポッティング材３により封止固定されているが、中空糸膜そのものの端面は開口した状態になっている。Ｕ字の先端２ａは筒状ケース１の端より内側に位置していれば、筒状ケース１と中空糸膜束２との間の空間に活性炭やゼオライト、イオン交換体、キレート樹脂などの吸着材を入れることで、遊離残留塩素や、トリハロメタン、あるいは鉛に代表される金属イオンなど中空糸膜で除去できない溶解性の物質も除去可能なモジュールとすることができる。
【００１５】
筒状ケース１は、耐圧性能を高めるために、図１に示すように内周面に段差部１ａを有しており、その段差部１ａの上にまでポッティング材３を侵入させる。筒状ケースの材質としては、水圧に耐えることのできる強度を持ち、ポッティング部との接着性がよい樹脂や金属を用いることができるが、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体）やＰＣ（ポリカーボネート）、ＡＳ（アクリロニトリル・スチレン共重合体）、ＰＳ（ポリスチレン）のような樹脂成形品であれば、安価であり、軽量であるので組立作業時の取り扱いも容易である。さらに、透明であれば、外側から中空糸膜束２を確認することで糸切れや異物の混入などの不良品を発見することができるため、品質管理上好ましい。
【００１６】
中空糸膜束２は、複数本の中空糸膜を一方向に引き揃え、ねじりながらＵ字状に折り曲げられて、端部がポッティング材３によって筒状ケース１に封止固定されている。中空糸膜束２は、折り曲げずに、筒状ケースの両端でポッティング材により筒状ケース１に封止固定していても、折り曲げずに、片方の端部を目止めしたうえでもう一方の端部を筒状ケース１に封止固定していてもよいが、中空糸膜の両端を目止めする工程や、筒状ケースの両端をポッティングする工程が増加するので、図１に示したように、Ｕ字状に折り曲げて端部を封止固定するのがより好ましい。
【００１７】
中空糸膜は、一般に用いられている各種素材のものが使用でき、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリアクリロニトリル、セルロース、アセテートなどがよく用いられる。
【００１８】
ポッティング材３としては、筒状ケース１と中空糸膜束２との間ならびに中空糸膜間を封止することができればよく、流動性を有する主剤と硬化剤とを混合して反応、硬化させる二液混合型のエポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂などが中空糸膜モジュールを製造する上で取り扱いやすく、好ましい。
【００１９】
次に、図２に基づいて、上述の中空糸膜モジュールを製造する方法を説明する。
【００２０】
図２において、中空糸膜束２は筒状ケース１に収納されており、筒状ケース１の外周を覆うように筒状ケース保持部材４が装着されている。筒状ケース保持部材４は、ポッティングを行うときに筒状ケース１を保持すると共にポッティング材が筒状ケース１の外側に付着しないようにするためのものである。そして、筒状ケース保持部材４は、ポッティング材受部材６に装入したときに、中空糸膜束２の端部２ｃの一部がポッティング材受部材６の底面に当接するように、中空糸膜束２の端部２ｃと筒状ケース保持部材４の端部とが揃うように装入されている。
【００２１】
筒状ケース保持部材４の内周面の、挿入される筒状ケースの端部に接する部分には、Ｏリング５などのシール部材が装着されており、筒状ケース１の外側部分にポッティング材が付着しないようにシールしている。シール部材としてはＯリング以外の部材を使用することもできるが、ＮＢＲ（アクリロニトリル・ブタジエン共重合体）やＥＰＤＭ（エチレン・プロピレン・ジエンモノマー共重合体）ゴムのリング状のものを使用すると複数回利用でき、単価も安いので好ましい。もちろん、筒状ケース保持部材４の内周面ではなく、筒状ケース１の外周面に同様のシール部材を取り付けてもよく、その場合、組み立てやすいＯリング付きモジュールとしてそのまま様々なろ過フィルターに使用することができる。
【００２２】
そして、図２に示すように、筒状ケース保持部材４と筒状ケース１の組立体はポッティング材受部材６に装入される。
【００２３】
ポッティング材受部材６はポッティング材を流入させる際に受け皿となる容器であり、側壁６ａと底面６ｂとを有している。底面６ｂには、中空糸膜モジュールの径方向にポッティング材が広がり易いようにと、ポッティング材の流入溝７が中空糸膜モジュールの径方向に形成されている。一方、側壁６ａは、筒状ケース保持部材４に沿った形状の下段部と、それよりも径が大きい円錐台状の上段部との二段形状になっている。このように構成することで、径の大きい上段部にポッティング材を一旦溜めてから径の小さな下段部、すなわち筒状ケース保持部材４とのすき間が小さい下段部へと流動させることができ、ポッティング材の筒状ケース１内への浸透速度を高めるとともに、廃棄される樹脂を少なくすることができる。さらに破棄されるポッティング材の量を少なくするためには、ポッティング材受部材６の段差部を所望のポッティング材層の高さよりも上方に形成することが好ましい。これにより、上段部に残るポッティング材を減らすことができる。
【００２４】
図３〜５に、ポッティング材受部材６の概略図を示す。図４は図３のＡ−Ａ’断面図、図５は図３のＢ−Ｂ’断面図である。ポッティング材受部材６の底面６ｂには十字状に流入溝７が設けられている。
【００２５】
流入溝７の断面形状は図４に示したコの字以外にＵ字状、Ｖ字状でもよく、モジュールの大きさ、すなわち径と、中空糸膜の充填率とから、最適な流路断面積となるように設定すればよい。例えば開口部の直径が５０ｍｍのモジュールで中空糸膜を断面積の約４５％充填している場合、流路断面積が４５ｍｍ２の流入溝を放射状に４つ有したポッティング材受部材を使用すればよい。また、流入溝７の深さは流路断面積に応じ決定すればよいが、上記モジュールの場合１ｍｍ以上のほうがよりポッティング材が流入しやすくなる。
【００２６】
また、流入溝７は、図３に示すように中空糸膜モジュールの軸芯から９０°間隔で４方向に設けることが最も好ましい。これ以外に、１２０°ずつ３方向や、６０°ずつ６方向など任意の間隔で設けてもよいが、溝の数を多くするとポッティング材受部材６の形状が複雑になり金型の製造コストが高くなるだけでなく、廃棄されるポッティング材の量が増加する。また、あまり溝の数が少なすぎると中空糸膜間にポッティング材が十分に浸透しなくなり、さらに、溝の方向が中空糸膜モジュールの軸芯を中心とした点対称でない場合も、ポッティング材を均一に浸透させることが難しい。したがって、中空糸膜モジュールの軸芯を中心に十字状に４方向に溝を設け、さらにポッティング材受部材６の底面のうち５０〜７０％を流入溝とすることが、ポッティング材の廃棄量を少なくしつつポッティング材を均一に分配する点から最も好ましい。
【００２７】
また、ポッティング材受部材６の側壁６ａの内周面には、図４に示すように、ポッティング材の流入溝７ａが形成されており、この側壁６ａに設けられた流入溝７ａが底面に６ｂに設けられた流入溝７と連通している。側壁６ａの内周面に底面６ｂの流入溝７と連通する流入溝７ａを設けることで、ポッティング材が速やかに底面にまで流入し、ポッティング材の硬化が進行しない間に中空糸膜間にポッティング材を浸透させることができるため、さらに確実にポッティング材を均一に充填することができる。さらに、図５に示したようにポッティング受部材６の側壁６ａは筒状ケース保持部材４に沿った形状となっているために、流入溝７および７ａにたまったポッティング材のみを廃棄すればよいので、コスト削減につながる。ポッティング材受部材６の側壁６ａに設けた流入溝７ａの形状および数については、特に限られたものではなく、底面６ｂに設けた流入溝７に連通していればよいが、底面６ｂの流入溝７と流路断面積が同じか、大きい方がポッティング材を速やかに底部まで流入させ、均一に浸透させることが出来る。
【００２８】
また、ポッティング材受部材６の側壁６ａではなく、図６に示したように筒状ケース保持部材４の外周面にポッティング材の流入溝７ｂを設け、この流入溝７ｂをポッティング材受部材６の底面６ｂの流入溝７と連通させてもよい。この場合も、ポッティング材受部材６の側壁６ａに流入溝７ａを設けた場合と同様に、ポッティング材を速やかに底面にまで流入し、ポッティング材の硬化が進行しない間に中空糸膜間にポッティング材を浸透させることができるため、さらに確実にポッティング材を均一に充填することができる。この構成においても、流入溝７ｂの形状および数は、底面６ｂに設けた流入溝７に連通していれば特に限られたものではないが、底面６ｂの流入溝７と流路断面積が同じか、大きい方がポッティング材を速やかに底部まで流入させ、均一に浸透させることが出来る。
【００２９】
このようなポッティング材受部材６と筒状ケース保持部材４とを用い、中空糸膜モジュールのポッティングを行う。すなわち、図２に示すように、筒状ケース１を筒状ケース保持部材４に組み込み、その組立体の筒状ケース１内にＵ字状に折り曲げた中空糸膜束２を収納する。
【００３０】
このとき、筒状ケース保持部材４は、中空糸膜束２を筒状ケース１に収納した後に取り付けてもよいが、揃えて筒状ケース１にセットした中空糸膜束２を乱さないために、あらかじめ筒状ケース１に取り付けておくことが望ましい。また、中空糸膜束２を筒状ケース１に収納する際には、中空糸膜束２の端部２ｃが筒状ケース保持部材４の端部に揃うように装着し、ポッティング材受部材６に装入されたときに中空糸膜束２の一部がポッティング材受部材６の当接部６ｃに当接するようにする。中空糸膜束２の一部がポッティング材受部材６の底部６ｃに接することで、中空糸膜束２とポッティング材受部材６との位置が精度よく定まり、品質管理面からも有効である。ここで、中空糸膜束２の端面がポッティング材受部材６の底部の流入溝７内でポッティング材受部材６に接していると、逆にポッティング材の流入を阻害してしまうため、好ましくない。中空糸膜束２の端面の一部がポッティング材受部材６の底部の流入溝以外の部分で接していれば、中空糸膜モジュールにおける中空糸膜束の長さ、膜面積を一定に保ちながら、ポッティング材の流入斑を防ぐことが出来る。
【００３１】
次に、筒状ケース１に筒状ケース保持部材４を取り付けた組立体をポッティング材受部材６に装入し、位置規制部材８を取り付けて、位置規制部材８によって中空糸膜束２を上方より押さえながら、ポッティング材を供給する。供給されたポッティング材はポッティング材受部材６の側壁６ａ内周面に設けられた流入溝７ａに流入し、続いて底面６ｂに設けられた流入溝７まで速やかに流入する。その結果、ポッティング材は、ポッティング材受部材６の底面全面、すなわち中空糸膜モジュールの径方向に速やかに行き渡り、連続的に供給されるポッティング材の液面は均一に上昇する。そして、ポッティング材受部材６の底部に行き渡ったポッティング材は、液面上昇によって筒状ケース１内に浸透し、中空糸膜束２をシール状態に集束固定する。
【００３２】
そして、ポッティング材が硬化して、中空糸膜束２が集束固定された後には、ポッティング材受部材６と筒状ケース保持部材４とを筒状ケース１から取り外し、さらに筒状ケース１から突出しているポッティング材３を、ポッティング材３によって封止された中空糸膜束２の端部と共に切断除去して、図１に示す中空糸膜モジュールを得る。
【００３３】
ここで、本実施形態においては、位置規制部材８を取り付けていることで、急激にポッティング材が流入しても、上方から押さえられているため中空糸膜束２が浮き上がることはない。本実施形態のように、静置した状態でケース内の中空糸膜間及び中空糸膜とケースとの間にポッティング材を充填し硬化させる浸漬法では、急激に多量のポッティング材が流入することで、中空糸膜間にポッティング材が浸透するより先に糸束がポッティング材に押し上げられて浮かび上がり、ポッティング厚みが十分でない、または不均一になり、量産時に中空糸膜束２が正確に同じ位置で筒状ケース１に固定されない原因となるが、位置規制部材８により中空糸膜束を上方より押さえることで、ポッティング材流入時の中空糸膜束の浮上を防止することができる。なお、上方とは、ポッティングを行う端面に対して反対側の方向という相対的な意味である。
【００３４】
位置規制部材８の形状は、図２に示したような中空糸膜束の先端部２ａ全体を覆う形状であってもいいが、図７に示すような、外周部のみを押さえるドーナツ状の形状であってもよい。また、材質についても、特に限定されず、中空糸膜束２と接触する部分が樹脂や金属製のなめらかな平面であれば糸表面を損傷するおそれもなく好ましい。あるいは、図７に示したような位置規制部材８であれば、中空糸膜束２のＵ字状に折り曲げられた先端２ａが傷つけられることが少なくさらに好ましい。
【００３５】
位置規制部材８は、筒状ケース１の上方を覆う脱着可能な蓋状の部材とし、ポッティング後には取り外す。脱着可能な部材にすることで、何度でも繰り返し使用することができ、省資源化およびコストダウン面からも有効である。また、筒状ケースと位置規制部材とが一体化されている場合は、中空糸膜モジュールとして使用するときの他の部材点数を減らすことができ、コストダウンにつながる。なお、その場合、切り欠きなどの通水孔を位置規制部材に設ける必要がある。
【００３６】
また、樹脂製の枠にネットや不織布を固定したフィルター部材を位置規制部材８として筒状ケース１にはめ込んで、ポッティングが終了した後に位置規制部材８を仕切りとしてそのまま使用し、その位置規制部材８と筒状ケース１とで仕切られた空間に活性炭やゼオライト、イオン交換体、キレート樹脂などの吸着材を入れれば、遊離残留塩素やトリハロメタン、あるいは鉛に代表される金属イオンなど中空糸膜で除去できない溶解性の物質も除去可能なモジュールとすることができる。
【００３７】
【発明の効果】
上述したように本発明の製造方法によれば、中空糸膜束を筒状ケースに挿入し、筒状ケースを保持する筒状ケース保持部材を、底部にポッティング材の流入溝を有するポッティング材受部材に装入し、そのポッティング材受部材にポッティング材を流入するので、ポッティング材が均一に充填され、新たな作業を増やさないためコストアップすることがなく、封止不良を起こさずに中空糸膜をケースに集束固定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法により得られた中空糸膜モジュールの一実施形態を示す概略縦断面図である。
【図２】本発明の製造方法の一実施態様を示す、ポッティングを行うための部材を中空糸膜モジュールの部材に取り付けた組立体の概略縦断面図である。
【図３】本発明の製造方法に使用するポッティング材受部材を例示する概略上面図である。
【図４】図３に示すポッティング材受部材のＡ−Ａ’縦断面図である。
【図５】図３に示すポッティング材受部材のＢ−Ｂ’縦断面図である。
【図６】本発明の製造方法に使用する筒状ケース保持部材を例示する概略縦断面図である。
【図７】本発明の製造方法の他の実施態様を示す、ポッティングを行うための部材を中空糸膜モジュールの部材に取り付けた組立体の概略縦断面図である。
【符号の説明】
１    筒状ケース
２    中空糸膜束
２ａ  Ｕ字の先端
２ｂ  中空糸膜束の端部
２ｃ  中空糸膜束の端部
３    ポッティング材
４    筒状ケース保持部材
５    Ｏリング
６    ポッティング材受部材
６ａ  ポッティング材受部材の側壁
６ｂ  ポッティング材受部材の底面
６ｃ  ポッティング材受部材の底面に形成された中空糸膜当接部
７    ポッティング材受部材の底面に形成された流入溝
７ａ  ポッティング材受部材の側壁内周面に形成された流入溝
７ｂ  筒状ケース保持部材の外周面に形成された流入溝
８    位置規制部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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