(57)【要約】中空繊維のカートリッジおよび構成要素ならびにそれらの構築方法。
2015506269.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空繊維フィルタカートリッジであって：
１）複数の中空繊維クラスタであって、各クラスタは互いに平行な複数の中空繊維を含んでなり、各クラスタは第１のクラスタ端部および第２のクラスタ端部を含んでなる、クラスタと、
２）ハウジングシェルであって、前記シェルは第１の端部および第２の端部を含んでなり、各端部は開口部を含んでなる、ハウジングシェルと、
３）第１のシェル端キャップであって、前記キャップはハウジングシェルの第１の端部の開口部をカバーしており、前記キャップは複数の開口部を含んでなる、第１のシェル端キャップと、
４）第２のシェル端キャップであって、前記キャップはハウジングシェルの第２の端部の開口部をカバーしており、前記キャップは複数の開口部を含んでなる、第２のシェル端キャップと、を含んでなり、
クラスタはハウジングシェル内で平行に整列されており、
各クラスタのセグメントは第１のシェル端キャップの開口部の中に嵌合せしめられ、かつ注型封止剤によって前記開口部に対して密封され、
各クラスタの第２のセグメントは第２のシェル端キャップの開口部の中に嵌合せしめられ、かつ注型封止剤（または固定剤）によって前記開口部に対して密封され；ならびに
各シェル端部は、熱膨脹係数が注型封止剤の膨張係数に十分に近い材料でできており、その結果、カートリッジが蒸気減菌またはオートクレーブ処理にさらされた時に割れ目や開口が（ａ）シェル端キャップもしくは注型封止剤が占めるエリアにおいて、または（ｂ）キャップと注型封止剤が占めるエリアとの間において、生じないようになっている、カートリッジ。
【請求項２】
シェルおよびシェル端キャップは同じ材料でできている、請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項３】
ハウジングシェルは好ましくは円筒状である、請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項４】
ハウジングシェルは正方形または任意の他の形状である、請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項５】
ハウジングシェルは透過性または半透過性である、請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項６】
各シェル端キャップの開口部の形状は、六角形、正方形、長方形、三角形、多角形、円形および楕円形で構成されている群から選択される、請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項７】
シェル端キャップの開口部の形状は六角形である、請求項６に記載のカートリッジ。
【請求項８】
第１および第２の端キャップはハウジングシェルに機械的に取り付けられている、請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項９】
第１および第２の端キャップは溶剤または接着剤によってハウジングシェルに取り付けられている、請求項１に記載の中空繊維カートリッジ。
【請求項１０】
中空繊維フィルタカートリッジを組立てる方法であって、前記方法は、
１）該カートリッジの第１のシェル端キャップおよび第２のシェル端キャップを予め機械加工（またはモールド成形）するステップと、
２）第１のシェル端キャップにカートリッジのシェルハウジングを取り付けるステップと、
３）第２のシェル端キャップにカートリッジの該シェルハウジングを取り付けるステップと、
４）中空繊維の複数のクラスタそれぞれを、第１のシェル端キャップの複数の開口部のうちの１つを通し、シェルハウジングを通し、かつ第２のシェル端キャップの対応する開口部から外へ出るように挿入するステップであって、各クラスタの長さはハウジングの長さと同じであるかまたはハウジングの長さより長い、ステップと、
５）各クラスタのセグメントを、該クラスタが挿入された第１のシェル端キャップの開口部の壁に、かつ該クラスタが挿入された第２の端キャップの開口部の壁に、注型封止または接合するステップと、を含んでなり、
各シェル端部は、熱膨脹係数が注型封止剤の膨張係数に十分に近い材料でできており、その結果、カートリッジが蒸気減菌またはオートクレーブ処理にさらされた時に割れ目や開口が（ａ）シェル端キャップもしくは注型封止剤が占めるエリアにおいて、または（ｂ）キャップと注型封止剤が占めるエリアとの間において、生じないようになっている、方法。
【請求項１１】
クラスタが開口部内で注型封止されると、シェル端キャップを越えて延在する中空繊維の超過した長さは、存在する場合には切り取られる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
支持ポストまたはカラムは中空繊維モジュール内で端キャップの間に挿入される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
支持カラムはクラスタの間に配置される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
クラスタは支持カラム内に包まれ、該支持体（ｓｕｐｐｏｒｔｉｖｅ）は内側においてクラスタから出る濾液の流れに対して透過性である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
複数の中空繊維を組立てて固定されたクラスタとするためのシステムであって、前記システムは、
１）複数の中空繊維の供給源である、繊維供給源と、
２）複数の中空繊維を方向付けて組織化するための送り穴付きテンプレートと、
３）テンプレートを通り抜けた繊維のクラスタに注型封止剤または固定剤を噴霧または付加するための１または複数のノズルを含んでなる、固定化チャンバと、
４）中空繊維の周囲の注型封止剤を成形して六角形のような所望形状とするための成形テンプレートまたは成形方法と、
５）注型封止領域または固定領域に沿ってほぼ中間の位置で繊維束を切断するための切断デバイスと、
６）固定化チャンバから先頭のクラスタを捕捉または除去するためのデバイスまたは機構と、
７）後曳する切断済クラスタに取り付けて、該クラスタを前進させて固定化チャンバから特定距離だけ遠ざけるためのコレットデバイスと、前記コレットを前進または後退させるための、自動化されたベルト・プーリシステムに沿って移動する駆動／引戻デバイスと、
８）ステップ２〜７を繰り返すことと、を含んでなり、
該システムの要素は、繊維が繊維供給源から引き出されて、テンプレートの送り穴を通り、次いで該繊維に注型封止剤を用いた噴霧がなされる固定化チャンバを通り、そして所望の長さに切断されることが可能であるように、配置構成される、システム。
【請求項１６】
繊維供給源は中空繊維を巻き付けることが可能なスプールを含んでなる、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
繊維供給源は複数の中空繊維を押出す押出デバイスを含んでなる、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
複数の中空繊維フィルタを組立ててクラスタとする方法であって、前記方法は請求項１５に記載のシステムを利用し、次のステップすなわち：繊維供給源からＨＦを引き出すステップ、テンプレートの送り穴を通すステップ、次いで該ＨＦに注型封止剤を用いた噴霧がなされる固定化チャンバを通すステップ、および所望の長さに切断するステップ、を含んでなる方法。
【請求項１９】
前記テンプレートの送り穴は六角形のパターンに配置構成されている、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
複数の中空繊維のストランドはローラ群を使用してテンプレートへ向かって方向付けられる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
ローラの外表面に半円形の溝があり、前記ローラは互いに隣接かつ平行した対になされ、その結果中空繊維は該ローラ対の間で方向付けられかつ溝の上に摺動可能に受承されるようになっている、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
クラスタは作製済みのセグメントを使用して配置構成に固定される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
作製済みの端キャップを用いてクラスタを構築する方法であって、クラスタの直線状セグメントを折り曲げてクラスタ六角形セグメントを形成することを含んでなる方法。
【請求項２４】
中空繊維のクラスタであって、前記クラスタは複数の中空繊維を含んでなり、各中空繊維のセグメントは各クラスタの端部またはその付近の同じ領域内において隣接した平行な繊維に固定されている、クラスタ。
【請求項２５】
クラスタのそれぞれの中空繊維は液体の固定剤を使用して隣接した平行な繊維に固定されている、請求項２４に記載のクラスタ。
【請求項２６】
クラスタのそれぞれの中空繊維は端キャップまたは作製済みのセグメントを使用して隣接した平行な繊維に固着されている、請求項２４に記載のクラスタ。
【請求項２７】
クラスタ内に７本の繊維がある、請求項２４に記載のクラスタ。
【請求項２８】
前記クラスタは流体の流れに対して透過性であるスリーブに部分的または完全に包まれている、請求項２４に記載のクラスタ。
【請求項２９】
クラスタ集合体を作出する方法であって、複数のクラスタが組み合わされてクラスタ集合体が形成され、該集合体内の各クラスタは該集合体内のすべての他のクラスタと平行となっている、方法。
【請求項３０】
前記方法は、複数の個々のクラスタを組み合わせてクラスタ集合体とするステップを含んでなる、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記方法は、複数のクラスタ集合体を組み合わせて単一のクラスタ集合体とするステップを含んでなる、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
クラスタまたはクラスタ集合体の完全性を試験する方法であって、前記方法は、前記クラスタまたはクラスタ集合体を完全性試験に供するステップを含んでなる方法。
【請求項３３】
試験はクラスタまたはクラスタ集合体がカートリッジの端キャップに挿入される前に済まされる、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
クラスタ集合体が完全性試験に供される、請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
完全性試験は、バブルポイント試験、圧力損失試験、微粒子を含んでなる蒸気への曝露および拡散試験で構成されている群から選択される、請求項３２に記載の方法。
【請求項３６】
クラスタを前処理する方法であって、前記方法は、クラスタを収縮させる条件およびクラスタの注型封止エリアにおける応力を軽減する条件のうち少なくともいずれかに対してクラスタを供するステップを含んでなり、クラスタは該クラスタが端キャップに挿入される前に前記条件に供される、方法。
【請求項３７】
前記カートリッジは支持要素を含んでなり、前記支持要素はポストおよび支持カラムで構成されている群から選択され、前記支持カラムは前記カートリッジ内のクラスタを包むように形作られ、前記支持カラムは前記カートリッジから出る流体に対して透過性である、請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項３８】
複数のクラスタの集合体であって該集合体内の各クラスタが該集合体内のすべての他のクラスタと平行であるようになっている、クラスタ集合体。
【請求項３９】
中空繊維クラスタの断面形状は、該クラスタが挿入される端キャップの開口部の断面形状と同じである、請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項４０】
１つのクラスタの外周と近接するクラスタの外周との間の距離は１ミリメートル〜５ミリメートルであり、前記距離は該２つのクラスタの外周の間の最短距離である、請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項４１】
繊維のクラスタは、第１の噴霧ステップにおいて固定剤を噴霧された後で回転せしめられ、前記回転は３６０度の完全な１回転より小さく、前記回転の後に前記クラスタは第２の噴霧ステップにおいて再び噴霧される、請求項１８に記載の方法。
【請求項４２】
１つ以上の噴霧ノズルが、第１の噴霧ステップにおいてクラスタに固定剤を噴霧するために使用された後で回転せしめられ、前記回転はクラスタの主軸の周りの回転であり、前記回転は３６０度の完全な１回転より小さく、前記回転の後に前記クラスタは第２の噴霧ステップにおいて再び噴霧される、請求項１８に記載の方法。
【請求項４３】
オートクレーブ処理が下記条件すなわち：温度は摂氏１２３度、圧力は１１０．３２ｋＰａ（１６ｐｓｉ）で４５分間として実施されるか、または蒸気減菌が１２３℃、１３７．９ｋＰａ（２０ｐｓｉ）で２０分間実施される、請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項４４】
オートクレーブ処理が下記条件すなわち：温度は摂氏１２３度、圧力は１１０．３２ｋＰａ（１６ｐｓｉ）で４５分間として実施されるか、または蒸気減菌が１２３℃、１３７．９ｋＰａ（２０ｐｓｉ）で２０分間実施される、請求項１０に記載の方法。
【請求項４５】
長方形のモジュールであって、前記モジュールは、
１）クラスタであって、前記クラスタは第１のクラスタ端部および第２のクラスタ端部を含んでなり、前記クラスタは中空繊維を含んでなり、前記中空繊維はその壁部に細孔を備えた中空繊維フィルタであって、流体は該繊維の内側を通り抜けることができる一方で保持液の一部は該細孔を通って流出して濾液となるようになっている、クラスタと、
２）カートリッジシェルであって、前記シェルはクラスタを包み込んでいるが中空繊維の端部を密封せず、前記シェルはカートリッジシェルを通る濾液の流出を可能にするための開口部を含んでなり、前記シェルは濾液が保持液と混合するのを防止するために漏れを防止する方式でクラスタと接触している、カートリッジシェルと、
３）前記カートリッジを包んでいるが中空繊維の端部を密封してはいないハウジングと、
４）前記ハウジング内の第１のチャネルであって、前記チャネルはハウジングの外から流体を受け取るための開口部を含んでなり、前記チャネルはクラスタの第１の端部と境界面で連絡しており、その結果前記の受け取られた保持液流体がチャネルからクラスタの中空繊維の中へ、次いで該繊維を通って移動することが可能となっており、ただし保持液流体のうちの一部は濾液としてフィルタの細孔を通って流出することを条件とする、第１のチャネルと、
５）前記ハウジング内の第２のチャネルであって、前記第２のチャネルはクラスタの第２の端部と境界面で連絡しており、その結果中空繊維を通り抜けてきた受け取られた保持液流体が第２のチャネルに入るようになっており、前記チャネルは保持液流体が第２のチャネルおよびハウジングから流出するのを可能にする開口部を含んでなる、第２のチャネルと、を含んでなり、
第１および第２のチャネルはハウジング上の反対側に開口しており、
前記ハウジングは１つ以上のポートをさらに含んでなり、該ポートは濾液がハウジングから流出することを可能にするかまたは隣接したハウジングがあれば隣接したハウジングの１つ以上のポートから濾液を受け取るためのものである、モジュール。
【請求項４６】
２以上の長方形モジュールの組立体であって、該モジュールは隣接したモジュールのチャネルが互いに通行可能に接触しかつ隣接したモジュールのポートが互いに通行可能に接触するように整列している、組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は中空繊維モジュールの生産および組立ての方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
壁が多孔性かつ半透過性となりうる中空繊維フィルタは、数多くの分野および用途において適用可能な優れた濾過性能および特性を有する。中空繊維（ＨＦ）は、水の浄化、生体液からの構成物質の分離、透析、逆浸透、ガス分離、細胞培養装置、およびその他多くにおいて幅広く使用される。用途の種類に関わらず、中空繊維を用いる濾過装置は共通した構造および運転様式を有する。濾過ユニットは中空繊維モジュール（ＨＦＭ）であり、ＨＦＭ構造は適用によって若干変化しうるがそれでも該構造は概ね共通した構造および組立て方法を有する。
【０００３】
典型的には、個々の中空繊維は組み合わされて「束」（「クラスタ」とも呼ばれる）となり、該束において繊維は、任意選択で、ある種類のスリーブ、典型的にはネットスリーブによって保持されてもよい。次いで該束は、典型的には本来管状である保護ハウジングまたはシェルの中にさらに配置される。該シェル内の中空繊維は、典型的には、シェルの各端部におけるポリマー材料またはその他の材料を用いた注型封止（ポッティング）へと該繊維を配するかたちで、ほぼシェルの長さに伸びる。よって中空繊維は、該ポリマー材料が重合固化すると該ポリマー材料に埋め込まれうる。同じプロセスにおいて、固化した注型封止材（任意の厚さでよいが典型的にはシェルの長さの５〜１０％）は、シェルの各端部において箱形端キャップ、注型封止キャップまたは「壁」を形成する。該構築物は、シェルの内壁と中空繊維の外壁との間、および注型封止された端キャップの間に、チャンバの形成をもたらす。
【０００４】
中空繊維の端部は注型封止プロセスの間に塞がる可能性があるので、中空繊維の端部が注型封止の際に塞がらないようにするか、または注型封止後にそのような端部を開口せしめるかいずれかのために既知の方法が適用される。したがって、連続した流路が、ポリマー注型封止材の中を通ることも含めて中空繊維全長にわたって保持される。目的は中空繊維の全長を通じて連続した流路を維持することだけでなく、繊維壁から出る流体を貯蔵または収集するためのチャンバ（透過液チャンバ）をシェル内に形成することでもあり；そのような組立体は中空繊維カートリッジ（Ｈｏｌｌｏｗ  Ｆｉｂｅｒ  Ｃａｒｔｒｉｄｇｅ：ＨＦＣ）として知られている。
【０００５】
典型的には、一方の端部において濾過されるべき流体すなわち保持液（ｒｅｔｅｎｔａｔｅ）を中空繊維内へと方向付け、かつＨＦＣの他方の端部においてそのような流体を中空繊維から出るように方向付けるアダプタが、シェルまたはＨＦＣの端部に付加される。そのような透過液を収集するための透過液チャンバからの導路を提供するために、追加のアダプタがシェルに付加されてもよい。
【０００６】
保持液を流すための入口および出口の両方を有し、かつ濾過された材料を収集するための手段を有しているという一般化された構造から明白なのは、ＨＦＭが効率的な濾過ユニットを提供するということである。ＨＦＭでは、保持液は半透過性のＨＦの中へと方向付けられ、該繊維を通る線状流を生成する。濾液チャンバに比べて繊維内が高圧であることにより、ＨＦ多孔壁を通る、第１の流体または保持液の流れ方向に垂直な第２の流れが生成する。膜を横断する該流体画分は、膜の特性、例えば膜の細孔径に基づいて分画または濾過されることが可能であり；該細孔より大きな粒子は膜によって保持され、細孔より小さな粒子は膜を通り抜けて透過液チャンバ内に至る。そのような濾過プロセスは、クロスフロー濾過、または接線流濾過として知られ、広範囲に使用されかつ一般によく理解されている。したがって、ＨＦ膜を通して濾過された液体は透過液チャンバ内に収集可能であり、該チャンバにおいて採取されてもよい。
【０００７】
ＨＦＣは、中空繊維を出入りする保持液の流出入を方向付けるためのアダプタを欠く。しかしながら、カートリッジシェル壁は透過液の無制限な流れに対して透過性となされうる。更に、該カートリッジは、保持液の流出入を方向付けるためのそのようなアダプタを含んでいる別個のモジュールハウジング内への挿入によってＨＦＭに変換されうる。しかしながら明白なのは、そのようなＨＦＭを作出するとき、保持液チャンバ（繊維の集合的な内部ルーメン）と透過液（または濾液）チャンバとの間に間仕切りが必要であるということであり、この分離は、カートリッジの端部を取り囲んでこれらの端部とモジュールハウジングとの間の間隙を密封する、ガスケット、「Ｏ」リング、またはその他の良く知られた手段を用いて容易に行われる。さらに、モジュールハウジングは、中空繊維から出て来る濾液を収集するための採取ポートも含み；ＨＦＣシェルの細孔は、そのような濾液がカートリッジシェル壁を横切って採取用の採取ポートへと流れるための手段を提供する。これらの類似性から、ＨＦＣＭという用語は、ＨＦＣおよびＨＦＭの両方に含まれる特徴を指す場合に使用される。
【０００８】
ＨＦＭの多様性は、中空繊維材料の選択、ＨＦＭの物理的構成、繊維の化学特性および物理特性の調整、繊維を通る流れおよび繊維を横切る流れの制御による、ならびにその他の操作による濾過プロセスの調節、によって大幅に増大されうる。
【０００９】
ＨＦＭはさらに、スケールアップのための優れた基盤も提供しうる。ＨＦＣの中の繊維の数を増やすことにより、容積のスケールアップが達成されうる。繊維が密に充填された大型のフィルタは、膜表面積の明白な増大（この増大はＨＦＣの半径の三乗となる）を含む、顕著な有益性を提供することが可能である。対して、表面積の単なる直線的な増大は、そのようなモジュールのマニホールドにさらに多くのＨＦＭを付加するだけで達成される。加えて、１つの大型フィルタは、フィルタ・マニホールドの複雑な構成の一部を排除しつつ該濾過システムの設置面積を大幅に縮小することができる。相互に接続しているチューブ、パイプ、バルブ、およびモニタ機器を備えたマニホールドの複雑な構成は、そのような複合システムを使用するプロセスの洗浄、滅菌、およびバリデーションを非常に複雑にする。これらは、ある種の産業、例えば製薬産業、食品産業、化学工業、水関連産業、下水処理などにおける重大問題である。更に、プロセスをスケールアップする場合、単一のＨＦＭを含んでいる小スケールのプロセスから多数のモジュールを含んでいる大スケールのシステムへの移行は、重要なプロセスを複雑にする可能性がある。
【００１０】
大スケールのフィルタは、主として、大量の流体を処理するため、複雑な混合物を濾過するため、および濾過速度を高めるために、数多くの分野において望ましいものである。しかし、大型ＨＦＭの必要性および有益性にもかかわらず、そのようなモジュールは容易には利用可能でない。そのような大型フィルタの技術的な構築限界を伴う可能性がある。典型的な構築方法では、確実な「小〜中」スケールのＨＦＭすなわち＜１０ｍ２（６０ｃｍ長の繊維、および１ｍｍのＩＤについて）が得られるが、該方法は大型フィルタの生産に適用された時には信頼性が低くかつ高コストになる。ここで大スケールとは＞１０ｍ２（６０ｃｍ長の繊維、および１ｍｍのＩＤについて）の場合である。より具体的には、膜表面積が＞２０ｍ２のＨＦＭ（同じパラメータを備えたもの）に関しては複雑さが増大し、さらに大型のフィルタではさらに増大する。したがって、現行のＨＦＭ構築方法によって観察される問題をなくすかまたは最小限とする、大型のＨＦＭを構築するプロセスを開発することは、望ましいであろう。より細い繊維およびより長い繊維のうち少なくともいずれかを用いて表面積を増大させることは可能であるが、これらの選択肢は多くの用途において望ましくない可能性がある。大型フィルタの形成の限界に関連するいくつかの要因には次のものが挙げられる：
［注型封止材］  ＨＦＣの各端部においてＨＦを埋め込むために使用される注型封止材は、ＨＦＣの直径の増大につれてより深刻となる可能性のある潜在的問題点の共通の源である。例えば、エポキシおよびポリウレタンなどの注型封止材は、硬化後にやや収縮する。収縮の程度は、その材料に応じて、例えば熱、湿気、化学物質、放射線などに対する該材料の曝露および反応などに応じて非常に様々であり；ここでそのような収縮または変形は、直径の小さいＨＦＭを構築する場合には極めて軽微かつ些細となりうるが；注型封止されるエリアの直径が増大すると極めて重大となり；注記しておくと、収縮総量は、材料の収縮係数×注型封止部（ポット）の長さまたは直径の関数である。当然ながら、そのような収縮は注型封止部の全径に影響を及ぼす可能性がある。該収縮は、注型封止部における割れ発生、および／または、注型封止部が円形の注型封止エリアの中心へ向かって、もしくは応力の境界に沿って、内側へと収縮するように強いることなど、構造の破壊を引き起こす可能性がある。これは特に、注型封止剤およびＨＦＣのシェル端キャップが、異なる膨張特性および収縮特性（すなわち熱膨張係数）をそれぞれ有している異なる材料である場合に観察される（シェル端キャップおよびシェルは同一の熱膨張係数を有することが好ましい）。例えば、シェル端キャップがポリスルホンであり注型封止材がエポキシである場合、該ポリスルホンとエポキシとの間の接合部は、オートクレーブ中でＨＦＣＭを加熱滅菌する場合のような熱処理によって受ける影響が異なる可能性がある。よくみられるのは、ポリスルホンより大きく収縮するエポキシがポリスルホンから離れて濾液チャンバと保持液チャンバとの間に通路を形成して、ＨＦＣＭの完全性を障害し、かつＨＦＣＭを役に立たなくすることである。これは、直径約１０１．６ｍｍ（４”）のＨＦＣＭにおいて時折観察され、直径１５２．４ｍｍ（６”）のＨＦＣＭではより頻繁に観察される。
【００１１】
同様に、異なる膨張係数を備えた２つの異なる材料を扱う場合、特に熱への曝露の後で、該２つの材料の間に安全な接合部を形成することは問題含みとなる。両材料は異なる膨張および収縮を示し、該材料間の接合部に応力が加わることになろう。同じような膨張係数を備えた材料の選択、および該２つの材料間の接合部を増強する技法の使用が、該接合部の安定性を支えるために用いられてもよいが；しかしながらこれはＨＦＣの直径の増大とともに制御がより困難となる。したがって、異なる構築材料間のそのような不適合性が最小限となるかまたは排除されるＨＦＣまたはＨＦＭを形成することは、望ましいであろう。
【００１２】
［充填密度］  ＨＦＣ内部の個々の繊維または繊維束の充填方法は、所与の体積中に充填可能な繊維の数に大きな影響を有しうる。充填方法はさらに、濾過効率、および濾液形成の均一性にも重大な影響を有しうる。緊密な、無作為に充填された束は、該束の内部領域、特に緊密な充填部であって介在している繊維により濾液流に対する著しい抵抗が存在しうる領域の繊維からよりも、該束の外縁部において、１本の繊維につきより高い濾過速度を生じる可能性がある。大型のＨＦＭまたはＨＦＣでは、そのような制約は有効な濾過速度および濾過容量の低下をもたらし、その結果として有効なスケールアップ能力の低下をもたらす可能性がある。したがって、繊維の充填密度を最大限にし、かつ濾液流に対する潜在的障壁を最小限にする配置構成に、個々の繊維または繊維束を充填することは、望ましいであろう。制御された繊維充填の配置構成のその他の有益性についても説明する。
【００１３】
［構造上］  ＨＦＭの大きさが増大するにつれて、モジュールに作用する応力の比例的増大が予想される。下記に基づく応力の増大が予想されうる。すなわち：［重さ］  モジュールの重さは該モジュールの取扱いを複雑にする可能性がある。モジュールの重さの増大は、特にオートクレーブでの滅菌中に加熱された時に、該モジュール自身の歪みを引き起こしうる。［組立て］  部品の組立て、嵌合、および大きな表面の接合は、破損の可能性を高める可能性があり；これもまた、加熱により増幅されうる。
【００１４】
［プロセス］  大型のＨＦＭを通る流量は非常に多くなる可能性があり、かつ高圧となりうる。注型封止される端部の大きな表面積を考えれば、該表面積はかなりの圧力を受ける可能性があり、その結果注型封止された端部の崩壊を引き起こす可能性がある。注型封止された端部を（記載されるようにして）強化して、大型フィルタを作り上げる時の圧力による歪曲作用を最小限にすれば、非常に有益であろう。
【００１５】
［完全性］  ＨＦＭが大きいほど、かつ該ＨＦＭに充填される中空繊維が多いほど、繊維が損傷を受けるかまたは取扱い中に損傷を受けることになる見込みが大きい。単一の繊維においてさえ完全性が失われるとＨＦＭ全体を役に立たなくする可能性がある。中空繊維の破断は、保持液流送物からの混入流が濾液流送物に入る原因となろう。そのような小さな欠点に起因する完全性喪失の可能性は、そのような大型フィルタの構築に水を差す重要な理由でもある。現行の構築方法を使用すると、ＨＦＭが完全に組立てられてから該ＨＦＭが完全性を欠くと判断される可能性があり、その場合該ＨＦＭは廃棄されなければならない。このことは、現行の方法による大型ＨＦＭの構築の際の他の潜在的危険要因に加えて、そのようなフィルタの構築に水を差し、かつ製造コストの大幅な増大をもたらす。提示される本発明の方法は、大型ＨＦＣＭの構築に対する潜在的リスクの多くを最小限にするかまたは取り除くであろう。本発明の一部として、中空繊維フィルタの組立ての方法が説明されているが；その組立ては例証された特定のＨＦＣＭに限定されるものではない。
【００１６】
［衛生的構築］  多くの大型ＨＦＣＭは食品産業または医療産業において使用されうるので、ＨＦＣＭはこれらの産業の必須要件を満たす必要がある。衛生的な設計はそれらの必須要件のうちの１つとなりうる。該設計には、混入物を捉え、モジュールの清浄化能力に影響を及ぼし、またはモジュールの滅菌に影響を及ぼす、裂け目、デッドゾーン、または他の要因は、あってはならない。例えば、ねじ切りの使用は望ましくないであろう。ねじ切りは、衛生的な設計を必要とする重要な用途において極めて非衛生的であることが示されている。別の非衛生的な設計特徴は、正常な手段ではアクセス不可能なデッドゾーンの存在であり；ＨＦＣＭ内部の、またはＨＦＣＭに関連する、そのような停滞ゾーンは、混入物を取り込んで該混入物の除去を妨げる。その結果は、清浄化能力の低下、無菌性を維持する能力の低下、およびプロセス汚染の増大である。本発明は、非衛生的な要因を最小限にし、かつＨＦＣＭのすべての部品への十分および均質な浸透を最大限にする。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、中空繊維カートリッジであって、その構造が該カートリッジの使用中に生じる熱誘発応力を最小限にすることを可能にしている、カートリッジに関する。熱誘発応力の低減は、特にカートリッジの外側シェルおよびシェル端キャップに関して同様同一の膨張係数の材料を使用することにより達成される。該カートリッジは、該カートリッジの繊維がクラスタへと組織化されるのでさらに最適化され、その結果、単一の中空繊維における欠陥の検出および修正がより容易に検出かつ除去されうるようになっている。クラスタは簡単に組み合わされて大きな実体を形成することができる。カートリッジは、非常に高い繊維充填密度を有することによってさらに最適化される。そのような高い密度はクラスタの断面形状により達成され、その形状（例えば、六角形）は、該クラスタについて一つを他に対して近接して充填することを可能にする。
【００１８】
別途明確に示されないかぎり、本特許出願における「中空繊維」への言及は、中空繊維フィルタ；すなわちその外壁に細孔を備えた中空繊維、を指すように意図される。細孔の大きさは、中空繊維フィルタの用途に応じて変化することになろう。
【００１９】
第１の一般的態様では、本発明は、中空繊維フィルタカートリッジであって：
１）複数の中空繊維クラスタであって、各クラスタは互いに平行な複数の中空繊維を含んでなり、各クラスタは第１のクラスタ端部および第２のクラスタ端部を含んでなる、クラスタと、
２）ハウジングシェルであって、前記シェルは第１の端部および第２の端部を含んでなり、各端部は開口部を含んでなる、ハウジングシェルと、
３）第１のシェル端キャップであって、前記キャップはハウジングシェルの第１の端部の開口部をカバーしており、前記キャップは複数の開口部を含んでなる、第１のシェル端キャップと、
４）第２のシェル端キャップであって、前記キャップはハウジングシェルの第２の端部の開口部をカバーしており、前記キャップは複数の開口部を含んでなる、第２のシェル端キャップと、を含んでなり、
クラスタはハウジングシェル内で平行に整列されており、
各クラスタのセグメントは第１のシェル端キャップの開口部の中に嵌合せしめられ、かつ注型封止剤（または固定剤）によって前記開口部に対して密封され、
各クラスタの第２のセグメントは第２のシェル端キャップの開口部の中に嵌合せしめられ、かつ注型封止剤（または固定剤）によって前記開口部に対して密封され、ならびに、
各シェル端部は、熱膨脹係数が注型封止剤の膨張係数に十分に近い材料でできており、その結果、カートリッジが蒸気減菌またはオートクレーブ処理にさらされた時に割れ目や開口が（ａ）シェル端キャップもしくは注型封止剤が占めるエリアにおいて、または（ｂ）キャップと注型封止剤が占めるエリアとの間において、生じないようになっている。
【００２０】
第１の一般的態様の特定の実施形態では、本発明は：
シェルおよびシェル端キャップは同じ材料でできているカートリッジ、
ハウジングシェルは好ましくは円筒状であるカートリッジ、
ハウジングシェルは正方形または任意の他の形状であるカートリッジ、
ハウジングシェルは透過性または半透過性であるカートリッジ、
各シェル端キャップの開口部の形状は、六角形、正方形、長方形、三角形、多角形、円形および楕円形で構成されている群から選択されるカートリッジ、
シェル端キャップの開口部の形状は六角形であるカートリッジ、
第１および第２の端キャップはハウジングシェルに機械的に取り付けられているカートリッジ、
第１および第２の端キャップは溶剤または接着剤によってハウジングシェルに取り付けられているカートリッジ、
前記カートリッジは支持要素を含んでなり、前記支持要素はポストおよび支持カラムで構成されている群から選択され、前記支持カラムは前記カートリッジ内のクラスタを包むように形作られ、前記支持カラムは前記カートリッジから出る流体に対して透過性である、カートリッジ、
中空繊維クラスタの断面形状（例えば、六角形）は、該クラスタが挿入される端キャップの開口部の断面形状（例えば、六角形）と同じである、カートリッジ、
１つのクラスタの外周と近接するクラスタの外周との間の距離は１ミリメートル〜５ミリメートルであり、前記距離は該２つのクラスタの外周の間の最短距離である、カートリッジ、ならびに、
オートクレーブ処理が下記条件すなわち：温度は摂氏１２３度、圧力は１１０．３２ｋＰａ（１６ｐｓｉ）で４５分間として実施されるか、または蒸気減菌が１２３℃、１３７．９ｋＰａ（２０ｐｓｉ）で２０分間実施される、カートリッジ、
のうち少なくともいずれかである。
【００２１】
第２の一般的態様では、本発明は、中空繊維フィルタカートリッジを組立てる方法であって、該方法は：
１）該カートリッジの第１のシェル端キャップおよび第２のシェル端キャップを予め機械加工（またはモールド成形）するステップと、
２）第１のシェル端キャップにカートリッジのシェルハウジングを取り付けるステップと、
３）第２のシェル端キャップにカートリッジの該シェルハウジングを取り付けるステップと、
４）中空繊維の複数のクラスタそれぞれを、第１のシェル端キャップの複数の開口部のうちの１つを通し、シェルハウジングを通し、かつ第２のシェル端キャップの対応する開口部から外へ出るように挿入するステップであって、各クラスタの長さはハウジングの長さと同じであるかまたはハウジングの長さより長い、ステップと、
５）各クラスタのセグメントを、該クラスタが挿入された第１のシェル端キャップの開口部の壁に、かつ該クラスタが挿入された第２の端キャップの開口部の壁に、注型封止または接合するステップと、を含んでなり、
各シェル端部は、熱膨脹係数が注型封止剤の膨張係数に十分に近い材料でできており、その結果、カートリッジが蒸気減菌またはオートクレーブ処理にさらされた時に割れ目や開口が（ａ）シェル端キャップもしくは注型封止剤が占めるエリアにおいて、または（ｂ）キャップと注型封止剤が占めるエリアとの間において、生じないようになっている。
【００２２】
第２の一般的態様の特定の実施形態では、本発明は：
クラスタが開口部内で注型封止されると、シェル端キャップを越えて延在する中空繊維の超過した長さは、存在する場合には切り取られる、方法、
支持ポストまたはカラムは中空繊維モジュール内で端キャップの間に挿入される、方法、
支持カラムはクラスタの間に配置される、方法、
クラスタは支持カラム内に包まれ、該支持体（ｓｕｐｐｏｒｔｉｖｅ）は内側においてクラスタから出る濾液の流れに対して透過性である、方法、および、
オートクレーブ処理が下記条件すなわち：温度は摂氏１２３度、圧力は１１０．３２ｋＰａ（１６ｐｓｉ）で４５分間として実施されるか、または蒸気減菌が１２３℃、１３７．９ｋＰａ（２０ｐｓｉ）で２０分間実施される、方法、
のうち少なくともいずれかである。
【００２３】
第３の一般的態様では、本発明は、複数の中空繊維を組立てて固定されたクラスタとするためのシステムであって、前記システムは：
１）複数の中空繊維の供給源である、繊維供給源と、
２）複数の中空繊維を方向付けて組織化するための送り穴付きテンプレートと、
３）テンプレートを通り抜けた繊維のクラスタに注型封止剤または固定剤を噴霧または付加するための１または複数のノズルを含んでなる、固定化チャンバと、
４）中空繊維の周囲の注型封止剤を成形して六角形のような所望形状とするための成形テンプレートまたは成形方法と、
５）注型封止領域または固定領域に沿ってほぼ中間の位置で繊維束を切断するための切断デバイスと、
６）固定化チャンバから先頭のクラスタを捕捉または除去するためのデバイスまたは機構と、
７）後曳する切断済クラスタに取り付けて、該クラスタを前進させて固定化チャンバから特定距離だけ遠ざけるためのコレットデバイスと、前記コレットを前進または後退させるための、自動化されたベルト・プーリシステムに沿って移動する駆動／引戻デバイスと、
８）ステップ２〜７を繰り返すことと、を含んでなり、
該システムの要素は、繊維が繊維供給源から引き出されて、テンプレートの送り穴を通り、次いで該繊維に注型封止剤を用いた噴霧（コーティングまたは埋め込み）がなされる固定化チャンバを通り、そして所望の長さに切断されることが可能であるように、配置構成される、システムである。
【００２４】
第３の一般的態様の特定の実施形態では、本発明は：
繊維供給源は中空繊維（チューブ）を巻き付けることが可能なスプールを含んでなる、システム、および、
繊維供給源は複数の中空繊維を押出す押出デバイスを含んでなる、システム、
のうち少なくともいずれかである。
【００２５】
第４の一般的態様では、本発明は、複数の中空繊維フィルタを組立ててクラスタとする方法であって、前記方法は第３の一般的態様のシステムを利用し、次のステップすなわち：繊維供給源からＨＦを引き出すステップ、テンプレートの送り穴（開口部）を通すステップ、次いで該ＨＦに注型封止剤を用いた噴霧（コーティングまたは埋め込み）がなされる固定化チャンバを通すステップ、および所望の長さに切断するステップ（ｃｕｔ  ｔｏ  ａ  ｄｅｓｉｒｅｄ  ｌｅｎｇｔｈ）、を含んでなる方法である。
【００２６】
第４の一般的態様の特定の実施形態では、本発明は：
前記テンプレートの送り穴は六角形のパターンに配置構成されている、方法、
複数の中空繊維のストランドはローラ群を使用してテンプレートへ向かって方向付けられる、方法、
ローラの外表面に半円形の溝があり、前記ローラは互いに隣接かつ平行した対になされ、その結果中空繊維は該ローラ対の間で方向付けられかつ溝の上に摺動可能に受承されるようになっている、方法、
クラスタは作製済みのセグメントを使用して配置構成に固定される、方法、
繊維のクラスタは、第１の噴霧ステップにおいて固定剤を噴霧された後で回転せしめられ、前記回転は３６０度の完全な１回転より小さく、前記回転の後に前記クラスタは第２の噴霧ステップにおいて再び噴霧される、方法、および、
１つ以上の噴霧ノズルが、第１の噴霧ステップにおいてクラスタに固定剤を噴霧するために使用された後で回転せしめられ、前記回転はクラスタの主軸の周りの回転であり、前記は３６０度の完全な１回転より小さく、前記回転の後に前記クラスタは第２の噴霧ステップにおいて再び噴霧される、方法、
のうち少なくともいずれかである。
【００２７】
第５の一般的態様では、本発明は、作製済みの端キャップを用いてクラスタを構築する方法であって、クラスタの直線状セグメントを折り曲げてクラスタ六角形セグメントを形成することを含んでなる方法である。
【００２８】
第６の一般的態様では、本発明は、中空繊維のクラスタであって、前記クラスタは複数の中空繊維を含んでなり、各中空繊維のセグメントは各クラスタの端部またはその付近の同じ領域内において隣接した平行な繊維に固定されている、クラスタである。
【００２９】
第６の一般的態様の特定の実施形態では、本発明は：
クラスタのそれぞれの中空繊維は液体の固定剤を使用して隣接した平行な繊維に固定されている、クラスタ、
クラスタのそれぞれの中空繊維は端キャップまたは作製済みのセグメントを使用して隣接した平行な繊維に固着されている、クラスタ、
クラスタ内に７本の繊維がある、クラスタ、および、
前記クラスタは流体（濾液など）の流れに対して透過性であるスリーブに部分的または完全に包まれている、クラスタ、
のうち少なくともいずれかである。
【００３０】
第７の一般的態様では、本発明は、複数のクラスタの集合体であって該集合体内の各クラスタが該集合体内のすべての他のクラスタと平行であるようになっている、クラスタ集合体である。
【００３１】
第８の一般的態様では、本発明は、クラスタ集合体を作出する方法であって、複数（２以上）のクラスタが組み合わされてクラスタ集合体が形成され、該集合体内の各クラスタは該集合体内のすべての他のクラスタと平行になっている、方法である。
【００３２】
第８の一般的態様の特定の実施形態では、本発明は：
複数の個々のクラスタ（ｕ−クラスタ）を組み合わせてクラスタ集合体とするステップを含んでなる方法、および、
複数のクラスタ集合体を組み合わせて単一のクラスタ集合体とするステップを含んでなる方法、
のうち少なくともいずれかである。
【００３３】
第９の一般的態様では、本発明は、クラスタまたはクラスタ集合体の完全性を試験する方法であって、前記方法は、前記クラスタまたはクラスタ集合体を完全性試験に供するステップを含んでなる方法である。
【００３４】
第９の一般的態様の特定の実施形態では、本発明は：
試験はクラスタまたはクラスタ集合体がカートリッジの端キャップに挿入される前に済まされる、方法、
クラスタ集合体が完全性試験に供される、方法、ならびに
完全性試験は、バブルポイント試験、圧力損失試験、微粒子を含んでなる蒸気への曝露および拡散試験で構成されている群から選択される、方法、
のうち少なくともいずれかである。
【００３５】
第１０の一般的態様では、本発明は、クラスタを前処理する方法であって、前記方法は、クラスタを収縮させる条件およびクラスタの注型封止エリアにおける応力を軽減する条件のうち少なくともいずれかに対してクラスタを供するステップを含んでなり、クラスタは該クラスタがシェル端キャップに挿入される前に前記条件に供される、方法である。
【００３６】
第１１の一般的態様では、本発明は、長方形のモジュールであって、前記モジュールは：
クラスタであって、前記クラスタは第１のクラスタ端部および第２のクラスタ端部（シェル端部と同じ場所を共用）を含んでなり、前記クラスタは中空繊維を含んでなり、前記中空繊維はその壁部に細孔を備えた中空繊維フィルタであって、流体（保持液）は該繊維の内側を通り抜けることができる一方で保持液の一部は該細孔を通って流出して濾液となるようになっている、クラスタと、
カートリッジシェルであって、前記シェルはクラスタを包み込んでいるが中空繊維の端部を密封せず、前記シェルは該カートリッジシェルを通る濾液の流出を可能にするための開口部を含んでなり、前記シェルは濾液が保持液と混合するのを防止するために漏れを防止する方式でクラスタと（直接または中間のガスケットもしくは密封材を介して）接触している、カートリッジシェルと、
前記カートリッジを包んでいるが中空繊維の端部を密封してはいないハウジングと、
前記ハウジング内の第１のチャネルであって、前記チャネルはハウジングの外から流体（保持液）を受け取るための開口部を含んでなり、前記チャネルはクラスタの第１の端部と境界面で連絡しており、その結果前記の受け取られた保持液流体がチャネルからクラスタの中空繊維の中へ、次いで該繊維を通って移動することが可能となっており、ただし保持液流体のうちの一部は濾液としてフィルタの細孔を通って流出することを条件とする、第１のチャネルと、
前記ハウジング内の第２のチャネルであって、前記第２のチャネルはクラスタの第２の端部と境界面で連絡しており、その結果中空繊維を通り抜けてきた受け取られた保持液流体が第２のチャネルに入るようになっており、前記チャネルは保持液流体が第２のチャネルおよびハウジングから流出するのを可能にする開口部を含んでなる、第２のチャネルと、を含んでなり、
ここで第１および第２のチャネルはハウジング上の反対側に開口しており、
前記ハウジングは１つ以上のポートをさらに含んでなり、該ポートは濾液がハウジングから流出することを可能にするかまたは隣接したハウジングがあれば隣接したハウジングの１つ以上のポートから濾液を受け取るためのものである、モジュールである。
【００３７】
ここで、モジュール、クラスタ、ハウジング、およびカートリッジシェルは、それらが上面から見て長方形状を有し、かつ端面から見て長方形状を有する場合、長方形状である。当然ながら、正方形も長方形である。
【００３８】
クラスタおよびカートリッジも長方形であることが好ましい。
当然ながら、前記第１１の一般的態様はクラスタに代えて、クラスタの集合体にも同じようによく当てはまる。
【００３９】
当然ながら、保持液流体と濾液との区別、およびフィルタの細孔の役割は、本願において開示されたすべての発明に同じようによく当てはまる。
関連する発明は２以上の長方形モジュールの組立体であって、該モジュールは隣接したモジュールのチャネルが互いに通行可能に接触しかつ隣接したモジュールのポートが互いに通行可能に接触するように、整列している、組立体である。
【００４０】
六角形のクラスタは、断面において見られるように、該クラスタの外周上の繊維の中心が六角形を形成する直線によって接続可能なクラスタである。
別の態様では、本発明は、クラスタを受承するためのフレームを形成するためにシェル端キャップおよびハウジングの組立て（例えば、さねはぎ継ぎ）を行う方法である。
【００４１】
別の態様では、本発明は、繊維を通る線状流を乱すために中空繊維のクラスタにねじれを導入する方法である。
別の態様では、本発明は、中空繊維カートリッジを構築する方法であって、好都合な断面形状（例えば、六角形）を備えた繊維のクラスタが、カートリッジの同一形状に形作られた開口部を通して嵌合され、かつ該クラスタのカートリッジ外側に延在する部分が削り取られる、方法である。
【００４２】
さらに別の態様では、本発明は、中空繊維クラスタを構築する方法であって、各繊維がスプールを起点とし、該繊維が、クラスタの断面の組織化に望ましい方式で開口部が配置構成されているテンプレートを通り抜ける、方法である。別例として、繊維は、断面の組織化に望ましい構成に配置構成された押出ノズルが装備された押出ヘッドを起点とすることもできる。
【００４３】
さらに別の態様では、本発明は、中空繊維クラスタを構築する方法であって、折り曲げ可能な直線状セグメントが所望形状に（例えば六角形の構成に）折り曲げられる、方法である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１Ａ】７本の中空繊維からなる六角形クラスタの部分的斜視図。
【図１Ｂ】図１Ａの六角形クラスタの端面図および端部が固定された該クラスタの端面図。
【図１Ｃ】六角形クラスタの側面図および斜視図。
【図２Ａ】ネットスリーブ付きおよびネットスリーブ無しの円形繊維束の側面図。
【図２Ｂ】円形のレセプタクル（開口部）を備えたシェル端キャップを使用するＨＦＣハウジング組立体の様々な図。
【図２Ｃ】円形のレセプタクル（開口部）を備えたシェル端キャップの平面図。
【図２Ｄ】円形のレセプタクル（開口部）を備えたシェル端キャップの斜視図。
【図２Ｅ】描画を目的として外側部分が取り除かれたＨＦＣの側面図。
【図２Ｆ】図２Ｅの描画の一部の断面を示す拡大図。
【図２Ｇ】円形のレセプタクル（開口部）を備えたシェル端キャップおよび円形の束を使用するＨＦＣの側面図。
【図３Ａ】ユニットクラスタを形成するための機械化システムの概略図。
【図３Ｂ】ユニットクラスタを形成するための機械化システムによって使用されるローラの概略側面図。
【図４Ａ】固定化センターの側面図。
【図４Ｂ】固定化センターの斜視図。
【図４Ｃ】図４Ｂの一部分の詳細図。
【図４Ｄ】テンプレートの平面図。
【図５Ａ】六角形クラスタの斜視図。
【図５Ｂ】六角形のレセプタクル（開口部）を備えたシェル端キャップを使用しているＨＦＣハウジングの分解斜視図。
【図５Ｃ】描画を目的として外壁の一部が切り取られた、六角形のレセプタクル（開口部）を備えたシェル端キャップおよび六角形クラスタを使用している部分的に組立てられたＨＦＣの斜視図。
【図５Ｄ】六角形のレセプタクル（開口部）および六角形クラスタを使用しているＨＦＣの斜視図。
【図５Ｅ】六角形のレセプタクル（開口部）を備えたシェル端キャップの平面図。
【図５Ｆ】六角形クラスタおよび支持カラムに包まれた六角形クラスタの斜視図、ならびに内部構造が見られるように例証を目的として一部が取り除かれたカートリッジの斜視図。
【図６】連続的にスケールアップされた六角形クラスタ組立体の端面図。
【図７】様々な組立て段階における作製済みクラスタ端キャップの端面図。
【図８】長方形のモジュール、その構成部品、および３つのモジュールが積み重ねられた組立体であって例証を目的として部分的に切り取られた組立体、の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
Ｉ．注型封止材の使用を最小限にする方法：
記載の注型封止の望ましからぬ影響を排除可能な１つの方法は、注型封止材の使用を最小限にするかまたは排除することである。シェルが作られる材料とは異なる注型封止材の使用を排除するかまたは最小限にすることによって、適合し難い材料を使用することの望ましからぬ影響を大幅に縮小することができる。本発明では、注型封止プロセスは、ＨＦＣの「シェル端キャップ」１１および１２（図２Ｂ、２Ｃ、２Ｄおよび図５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ、５Ｅ）を予め機械加工またはモールド成形し、機械加工またはモールド成形されるシェル端キャップ１１および１２の材料および特性のうち少なくともいずれかが、シェルハウジング１０が作られる材料と同一または極めて類似するようにすることにより、ほとんど排除される。そのようなシェル端キャップは、ＨＦＣのシェルのそれぞれの端部への取り付けまたは接合のための機構を提供する。１つのそのような取付機構は、シェル端キャップ１１または１２の面に円形溝１６を形成して、該溝の寸法および大きさがシェルの端部の挿入を「さねはぎ継ぎ」様の配置構成で受け入れることができるようにすることを伴う。（図２Ｅおよび２Ｆを参照されたい）。シェル端キャップの溝１６へのシェル端部１４の挿入に続いて、これら２つは、接着剤、熱を用いて接合されてもよいし、機械的に錠止されてもよい。シェル端キャップ１１および１２は、それぞれのシェル端部１５および１４へ同様に取り付け可能である。加えて、各シェル端キャップには開口部またはレセプタクル１７が提供されて、各シェル端キャップ上の対応する開口部が直線的に整列しかつ該開口部の間の軸に沿って並置され、任意の２組の開口部１７の間の軸があらゆる他の１組の開口部１７の間の軸と平行であるようになっている。
【００４６】
ＨＦの「固定された」束または「固定された」クラスタ８（例えば、図１Ｃ、２Ａ、および５Ａを参照のこと）であって、その長さが典型的にはハウジング（該ハウジングはシェル端キャップが取り付けられたシェルで構成されている、（ＨＦＣ−Ｈ））の長さより長い、束またはクラスタは、端部１５において開口部１７を通して挿入され、シェル端キャップ１１を通り、シェル１０を通り、およびＨＦＣ−Ｈ組立体のもう一方の端部１４のシェル端キャップ１２の対応する開口部１７から外へと、誘導されうる。この挿入は主に手作業であるが、牽引デバイス、ハウジングおよび両シェル端キャップ１１、１２を通って伸びるロッド様アーム、によって支援されてもよい。該アームの挿入端には、クラスタの挿入端を把持することができる「把持（ｇｒａｂｂｉｎｇ）」機構があってもよい。次いで、アームは、第１のシェル端キャップ開口部１７を通り、ハウジングシェルの長さを通り、そして第２のシェル端キャップ開口部１７を通ってクラスタの第１の端部２７を牽引しながら引き戻されうる。クラスタは、クラスタ端部１９が両端部から突出する程度までハウジングおよび端キャップを通って引き込まれる。クラスタを挿入するプロセスは、すべてのクラスタがハウジングならびにシェル端キャップ１１および１２に挿入されるまで反復されうる。該束はシェル端キャップを備えたシェルよりも長く、該束の一部分１９がシェル端キャップ１１および１２を多少越えて延在することになる（図２Ｇ）。その後、シェル端キャップの開口部１７の内部に配置されたＨＦ束の注型封止済または非注型封止済の端部は、注型封止材が繊維の間の空間に流れ込んで該繊維がともに注型封止されかつ同時に開口部１７の壁１８に接合するような方式で、完全に注型封止されることが可能であり；ＨＦがシェル端キャップの面からわずかに伸びた状態で、注型封止剤は開口部１７に添加されうる（図２Ｂ、図５Ｃ）。中空繊維の端部は、注型封止剤が開口部１７への該注型封止剤の添加中に繊維内に入らないことを保証しつつ、施栓されてもよいし、施栓されなくてもよい。
【００４７】
記載の注型封止プロセスを達成するために一般的な技法を使用することができる。下記はいくつかの例である：第１に、ＨＦの束は、濾液の流れに対して透過性であるが束の形状が維持されるように束に構造的支持を提供することができる、ネットスリーブのようなスリーブ２２に包まれてもよい（図２Ａ）。該スリーブは、ＨＦＭ−Ｃの一方の端部の開口部１７から他方のシェル端キャップの開口部１７へと通り抜ける、ＨＦＣ−Ｈを通した束の挿入を容易にすることも可能であり；デバイスが、一方のシェル端キャップ１１の開口部１７を通って、ハウジング１０の中へ部分的に、または全体を通ってＨＦＣ−Ｈの他端へ、シェル端キャップ１２の対応する（直線状に整列した）開口部１７を通って、挿入されてもよく；該デバイスはその後、ＨＦが包まれたスリーブ２２の近接する端部を把持してもよく；スリーブおよびその中の束はその後、該デバイスによって対応する開口部１７を通って牽引されることができる。束８の内部のＨＦは施栓された端部または開放端部のいずれかを有することができる。第２に、束は予め注型封止（または「固定」）されてもされなくてもよいが、「固定」とは繊維が少量の固定剤または注型封止剤を用いて所望の配置構成に互いに接合されることを意味し、かつこの場合束の各端部の繊維と繊維とが接合される領域（束の「固定された端部」、「注型封止された端部」、「注型封止エリア」、または「注型封止領域」とも呼ばれる）によって画成される小さな「セグメント」１３だけが、注型封止される。
【００４８】
固定セグメント１３およびシェル端キャップ１１の開口部は、任意の形状または構成であってよく、ならびに、（１）束の所望の形状および配置構成を生成するため、または（２）各端部において束を対応する開口部の中に固着せしめるため、または（３）束を穴部の中に機械的に固着せしめ、かつ該組立体に漏れがないことを保証するために、必要に応じて互いに対して間隔を空けて配置されうる。シェル端キャップの開口部１７の中への少量の注型封止剤の付加は、注型封止剤の流れを繊維の間および束の外壁と開口部１７の内壁１８との間へと方向付けるために使用されることが可能であり；該固定剤は、開口部内部で繊維を注型封止するため、および開口部に漏れがないことを確実にするために、填剤および接着剤としての役割をはたす。固定剤の付加を容易にするため、該固定剤を閉じ込め、該固定剤を方向付けるため、かつ該固定剤の漏れを防ぐために、シェル端キャップの端部に固定具が追加されてもよい。固定剤または注型封止剤は、内側にＨＦ束を含んでいる開口部に、シェル端キャップの外側面２０から、またはＨＦＭハウジング内部の内側面２１を通して、付加されうる。ＨＦまたは束が開口部内で注型封止されてしまうと、ＨＦの超過した長さ１９が切り取られてＨＦＣの各端部においてＨＦの開放端が露出し、その結果連続的で途切れない導路が形成される（例えば、図５Ｄを参照）。
【００４９】
記載された構築方法は、端キャップを形成する手段としての、またＨＦを包埋するための、大量の注型封止剤を使用する必要をなくす。必要とされるのは著しく少量の注型封止材であり；かつ該注型封止材はシェル端キャップ内の開口部に局在化され、ＨＦからは排除される。開口部および束の各セットは独立したＨＦカートリッジとして見ることが可能であり；該ＨＦカートリッジではその直径が小さいことにより、大型ＨＦＣの単一注型封止部の問題が無くなる。記載の方法の使用を任意の大きさまたは直径のＨＦＣＭの形成まで拡張することを想定することができる。図５Ｆを参照されたい；ＨＦＭ−Ｈの内部におけるシェル端キャップ１１および１２の間への支持ポストまたはカラム５１の挿入は、該組立体に構造的強度を加えるために使用されうる。図５Ｆに示された実施例では、それらの支持カラム５１は、束８を包みうる六角形のチューブで構成されうる。該支持カラムは、ほぼ束の長さの長さ（ｔｈｅ  ｌｅｎｇｔｈ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｌｅｎｇｔｈ  ｏｆ）に延在可能であり；好ましくは、チューブの長さは、ハウジング内部のシェル端キャップ１１および１２の間の長さであり；任意選択で、チューブの長さは多少長めであって、束の両側の固定エリア１３の中まで延在する。束の各端部のそのような付加的な長さは、例えば２５．４ｍｍ（１インチ）の１／１６〜１／４の長さであってよい。対応する長さが、該六角形カラム５１を受承している端キャップの開口部１７の壁２９から取り除かれることも考えられよう；したがって、束８の固定領域１３は、少なくとも、端キャップの外側面まで、開口部１７に挿入されるということになる。六角形カラムの端部が、端キャップの中へ、受承している開口部１７の壁２９から離れた深さ５２まで挿入されることにより、六角形カラム５１が対応する端キャップ５２の中に係留されるということになる。六角形カラム５１は、ＨＦＭ−Ｈの反対側の端キャップの中に同様に係留される。端キャップの間のＨＦＭ−Ｈの内側のそのような六角形カラムの数および間隔は、必要な構造的支持を達成するために、当業者によって容易に決定されうる。六角形カラム５１は、カラムの内側の束からカラムの外側へ、およびＨＦＭ−Ｈの内側の濾液プールの中へと濾液が流れるために、該カラムの本体に任意の数の開口部５３を含むということになる。
【００５０】
ＩＩ．中空繊維部分組立てユニットの構築を自動化する方法：
本発明の構築プロセスであって該プロセスにより前述の有益性を備えた大型ＨＦＣＭの組立てが大幅に促進されるプロセスについて説明する。加えて、該プロセスは、その他の明白な有益性を提供し、かつＨＦＣＭの現行またはかつての構築方法に伴う多くの問題を排除する、ということになる。更に、提案される構築プロセスの主たる有益性および目的は該プロセスを自動化することである。自動化は、構築の信頼性の増大、製造のスピード、製造コストの低減、および現行の方法では容易になしえない独自のフィルタを形成する能力のための手段を提供する。上記およびその他の有益性は本明細書中に記載される。
【００５１】
［クラスタユニットの構築］  ＨＦＣＭの構築の基本はモジュールの組立てプロセスである。六角形に配置構成された７本の繊維のクラスタは、この新規な構築プロセスの基礎を例証するために使用される。この繊維７本の六角形のクラスタは、六角形クラスタ、クラスタユニット、または単にクラスタと呼ばれる。図１Ａ、１Ｂおよび１Ｃは、ＨＦユニットクラスタ（「ｕ−クラスタ」）の配置構成を示す（図１Ａは極めて概略的であり、「固定（された）」領域を示していない）。そのような配置構成は任意の直径の円形の中空繊維に適用可能である。ＨＦのうちの１つである７は中心に位置しており、残りの６個のＨＦ１〜６は中心のＨＦ７の周りに同心六角形８を形成する。この繊維の六角形クラスタは、該クラスタの六角形の形状に加えて注型封止セグメント１３の六角形の形状（断面）も保持するために両端部または端部周辺において固定剤２４で注型封止されることが可能であり；そのような六角形クラスタは、記載するように多くの利点を示し；したがって、該クラスタの構築は重要なステップになる。
【００５２】
図３Ａは、ｕ−クラスタを生産するための自動システムの基本形態を示す。ＨＦクラスタの生産のための中空繊維フィードストックは、該産業において一般的であるように、スプール３１に供給される。７個のスプールが出発点のＨＦストック材料を提供する。各スプールからのＨＦストランド３２は、ローラ群３３によって方向付けられうるが、該ローラ群は中空繊維を前進させ、方向付け、かつ配置構成し、その結果該中空繊維は互いに近接して配置されて第２のローラ群３４へと集められ、該ローラ群はその出口４１〜４７において該繊維を相互にさらに配置構成して「六角形」を形成する（図３Ｂ）。ローラ群３４から出る繊維は、配置構成がローラ群３４に類似しているがより小型であって繊維を集束せしめてさらに緊密な六角形とするように設計された、第３のローラ群５４へと方向付けられうる。ローラ群５４から出ると、六角形の形状の繊維群はテンプレート３５へと方向付けられる（図４Ａ、４Ｄ）。ＨＦをテンプレート３５に対して前進させかつ位置決めするために、他の手段も可能である。
【００５３】
テンプレート３５は７個の開口部を含み、該開口部も六角形に配置構成されており、中心の１つの開口部および中心の開口部の周囲に同心的に配された６個の開口部を備えている。各開口部の直径は、ＨＦの外径よりわずかに大きく、該繊維が損傷を受けずに開口部を自由に通過することが可能であるが開口部内での繊維の過度の「浮き（ｆｌｏａｔ）」を制御していることが好ましい。隣接した開口部の間の距離２３（図１Ｂ）は、隣接した繊維の間の間隔２３を制御する。したがって、六角形のテンプレート３５（図４Ａ）から出るＨＦも六角形であり、該テンプレートによって設定されるように互いに間隔をおいて配置されている。クラスタを形成するためのＨＦは、ＨＦ紡糸組立体（図示せず）から直接供給されてもよい。該ＨＦ紡糸組立体は、所望の形態に配置構成された１または複数の押出ノズルを含んでいるＨＦ押出ヘッドを含みうる（そのような配置構成は「押出加工デバイス」とも呼ばれる）。したがって、六角形の配置構成を形成するための７本のＨＦストランドを、押出ヘッドから直接提供することができる。押出ヘッドから出る繊維は、所望の物理的状態や、孔隙率、孔径および構造上の要件のような特性などを含む所望のコンシステンシーの繊維を生成するために一般に使用される方法に類似の方法によって、さらに加工および調整されることになろう。
【００５４】
ＨＦは脆弱であるので、繊維損傷のいかなる可能性も最小限にするかまたは排除するための手段が取られなければならない。繊維に応力のかかる可能性のある地点には、以下が挙げられる。すなわち：１）巻かれた繊維を解くため、およびスプールから繊維を引き外す必要をなくすために、スプール３１自体が特定の速度で回転することを必要とする場合のある、スプールからの繊維の引き出し；別例として、スプールシャフト上の低摩擦ベアリングが、牽引力を最小限にするために使用されてもよい。２）同様に、スプールからのＨＦ糸剤の方向付けを行うローラ３３は別の応力地点となりうる。スプールからの繊維の引き出しと同時にローラがモータ駆動されると解決策が得られる場合もあるし；ローラシャフト上の極めて低摩擦のベアリングの使用が許容可能な場合もある。ローラ３４および５４の間の繊維の配置状態を維持するために、半円形の溝５５が隣接するローラ対１２０、１２１の外側面に形成され（図３Ｂ）、該溝は組み合わされた時に繊維のための円形の回転式「通り抜け路（ｐａｓｓ  ｔｈｒｏｕｇｈ）」５６を形成する。各ローラ１２０、１２１の半円形の溝５５の直径は、中空繊維と等しいかまたは中空繊維より僅かに大きいが、ローラの間を通る繊維の過度の浮きまたは振動を許容するほどは大きすぎない。ローラは、低摩擦の通り抜け路のみならず、間隔を置いたＨＦの配置をも提供する。ＨＦの方向付けを行うすべての構成要素についてＨＦの損傷をなくすために同様または同等の考慮がなされなければならない。したがって、プロセスのすべての態様、例えば、ＨＦスプールおよびローラの配置状態、ローラの大きさ、ローラ群の数、オリフィスの大きさ、ローラの組成、ローラの仕上げおよび繊維通り抜け路（ｆｉｂｅｒ  ｐａｓｓ−ｔｒｏｕｇｈｓ）のための形状などについて、考慮しなければならない。同様に、六角形のテンプレートは、ＨＦの最適な流れを提供して該ＨＦの損傷を最小限にするために、様々であってよい。センサ類が、ＨＦの移動の速度、ＨＦに対する圧力、振動、または任意の他のパラメータであってＨＦの完全性もしくは全体としてのプロセスに影響を及ぼしうるパラメータをモニタするために、様々な地点に組込まれうる。
【００５５】
［ＨＦの固定化または固定のための位置決め］  六角形のＨＦ配置構成が第１の六角形テンプレート３５によって形成されると、その形状を、繊維が「固定化センター」３９および図４Ａに向かって方向付けられるときに保持することが好ましい。固定化センターは、ＨＦが固定剤２４を用いて所望の配置構成の形態に、好ましくは六角形の形状に、互いに接合または固定される場であり、かつ所望長さの完成クラスタが形成される場である、１つ以上のチャンバを含んでいる。下記は、ＨＦを互いに固定するプロセスを自動化するための、さらに、ＨＦを六角形の形状に配置構成するため、繊維の間の間隔２３を制御するため、規定された長さのＨＦクラスタ８を生産するため、ＨＦクラスタ８の両端部１３、２４の固定化のため、かつこれを、繊維が固定化センター３９を通って横断または移動するとともに特定の間隔で行うための、機構の概要である。
【００５６】
六角形のテンプレート３５および３６を通って固定化コンパートメント（「固定化チャンバ」とも呼ばれる）４９に入る中空繊維は、該２つのテンプレート３５および３６による繊維間の間隔を含む、該繊維の六角形の配置構成を保持している。固定化コンパートメント４９の内部では、テンプレート３６の近くに、繊維に固定剤を付加するためのディスペンサ機構３７が提供される。該機構は、ＨＦ繊維クラスタの六角形の配置構成を歪めずに該ＨＦ繊維クラスタの外部表面に該機構が固定剤を付加し、同時に中空繊維およびクラスタの周囲で対称的に硬化して所望の均一な六角形の配置構成を形成することが可能であるような方式で配置される。固定剤付加ヘッドは、固定剤の均一な付加を容易にするために回転せしめられてもよく；および／または、中空繊維の六角形クラスタが、固定剤にかかる一方向の重力の克服により中空繊維の周囲における固定剤の均一な分布を容易にするために、固定剤付加ヘッドに対して回転せしめられてもよい。固定剤はＵＶへの曝露で固化する高速硬化型シアノアクリレートであってもよく、その供給源は最も効果的な硬化に影響を与えるべく固定化チャンバ内へと方向付けられる。液体シアノアクリレートの付加はボーラスでなされてもよいし、連続的なより少量の射出であってもよい。付加のたびにＵＶパルスへの曝露により固化せしめられることになろう。液体シアノアクリレートは、繊維の間を流れることになり、そこで固化するにつれて繊維を接合することになろう。このプロセスに重要なのは、繊維がテンプレートから出るときの配置構成に該繊維を固定化することである。ＨＦの相互固定化は、シアノアクリレートまたは他の化学固定剤もしくは注型封止剤に限定されるものではなく；例えば、温度とともに相転移を行う物質が使用されてもよい。ある温度で固定剤を液体形態で付加し、その後温度を急速に低下させると固化が引き起こされる。この働きのために使用されうる有力な候補物は多数あるが、熱固定において使用される温度は繊維を損傷してはならない。３Ｄプリンティングまたはモデリングに使用される原理が固定化プロセスに適用可能な場合もある。所望の形態での固定剤の沈積を可能にするためにプリンティングヘッドの改変が必要とされる場合もある。
【００５７】
当業者にとって明白なその所望の固定化を達成するその他の方法は利用可能である。
【実施例１】
【００５８】
［ＨＦを相互に六角形クラスタに固定化する］
１または複数の射出器からの、１または複数のノズル３７は、最も効率的な方式でＨＦクラスタに固定剤２４を送達することになる形に配置されうる。そのような固定剤を送達するための様々な方法が存在しうる；一例において、マルチノズルデバイス３７（図４Ａ、４Ｂ：固定剤用のワイヤおよびチューブが示されている６３）は、繊維に隣接して配置され、かつ特定の間隔で繊維の周りに放射状に配される。ノズルは、該ノズルが固定剤の付加前または付加中にＨＦのクラスタに向かって移動し、かつ付加後に引き戻されることが可能であるように、機械化されることが好ましい。固定剤付加状態の間、ＨＦクラスタが所定のＨＦセグメント長１３にわたる固定剤２４の付加に影響する（ａｆｆｅｃｔ）ためにノズルを通り過ぎて前進せしめられてもよいし；または別例として、ノズル部品３７が所定のセグメント長１３にわたって固定剤２４を塗るために繊維に沿って前進する間に、ＨＦクラスタは静止したままであってもよい。固定化コンパートメント４９（図４Ａを参照、固定化コンパートメントを概略的に表している破線が図４Ｂでは省略されていることに注意すること）は、明らかにそのような移動を受け容れなければならないであろう。更に、ＨＦクラスタ６１をノズルに対して回転させる（図４Ａを参照）（または、セットされたＨＦクラスタに対してノズルを回転させる（図示せず））ための機構が提供されうる。固定剤は、好ましくは（限定はされないが）液体として、繊維に噴霧または付加されるとよい。所定量の固定剤が、選択された繊維セグメント上に、単回の射出として、複数回の射出として、または連続的に、射出される。固定剤の付加は、それぞれ固定剤の単回沈積または多層沈積を使用して、ノズルに対して繊維を１回通過させるかまたは複数回通過させることによって達成されうる。射出される固定剤の量は、隣接したＨＦのセグメント１３、２４（図１Ｂ、１Ｃ）を、好ましくは六角形の形状に、コーティングおよび均一に接合するために十分でなければならない。更に、固定剤の付加は、滴下を伴うことなく、かつ隣接した構成要素に広がることなく行われて、ＨＦクラスタの所望のセグメントに局在するようとどめられることが好ましい。好ましくは、クラスタ内の繊維の小セグメント１３だけが互いに固定され；そのセグメントは任意の長さであってよいが、典型的には６．３５〜５０．８ｍｍ（０．２５〜２インチ）の範囲となりうる。固定剤の付加に続いて、ノズルは引き戻され、ノズル上の固定剤吐出口が保護される。さらに考えられるのは、付加を最適化し、かつ繊維の間の空間に固定剤が十分過剰に入るようにするための、固定剤付加時に個々の繊維の位置を一時的に変える機構であり；これは繊維の間の空気間隙または空気溝を最小限にするためである。
【００５９】
好ましい固定剤は、繊維の接合の速度を最大限にすると同時に固定剤の滴下または意図された場所からの固定剤の移動を最小限にする、迅速な硬化速度を有することになる。固定剤は、電磁放射、熱、化学物質、またはその他のような硬化手段によって、急速に硬化するように誘導されることも可能である。固定剤の完全な硬化（ｃｕｒｉｎｇ）または堅固化（ｈａｒｄｅｎｉｎｇ）に先立って、ダイス（またはモールド）を使用して、特に固定剤が堅くなる直前に固定エリアをさらに形作る、という構想を描くこともできる。これは、固定剤がまだ柔らかく、その接着能力が減じられていてダイスへの接着が最小限である間に行われうる。迅速な硬化はいくつかのその他の理由でも望ましく、該理由は例えば：硬化が速いほど、生産プロセスが速い。高速硬化剤は、固定剤の硬度（ｈａｒｎｅｓｓ）を制御するために、注型封止プロセスの制御を可能にすることもできる；すなわち、固定剤および堅固化プロセスを最適に制御するための、ある温度での注型封止物の射出およびダイス壁の温度の制御である。追加の固定剤層がその前の沈積物に付加される、２以上の固定サイクルの構想を描くことも可能であり；ダイスと組み合わせて、ＨＦクラスタの固定された端部１３を、特定の辺長を備えた六角形状などの規定の形態に形成することが可能である。加えて、固定化工程のためにＨＦを配置するテンプレート３５および３６は、テンプレート３６およびＨＦを再配置するかまたは回転させる自動機構６１を備えて改造されてもよく；例えば、液体の固定剤が重力によって一方向に流れる場合、該液体は、繊維を（１８０度または１８０度未満）回転せしめることにより該繊維の周囲により均等に再分布させることが可能であり、１回以上の回転が一方向で行われ、次いで元の配置に戻されてもよいし、そのような前後の回転を何回も実施してもよい。
【００６０】
固定ステップについての提示された要件を考えれば、適切な固定剤または注型封止材の選択は重要なステップである。該固定剤または注型封止材は、繊維を均一な方式で迅速に埋め込むことができなければならない。該固定剤または注型封止材は、反復的かつ迅速なＨＦ相互の固定を可能とし、かつなおも固定区間１３を規定の形態に成形することを可能にするのに十分な粘性および特性のものでなければならない。シアノアクリレート、エポキシ、エラストマー、熱可塑性物質、またはその他の化学的接合剤もしくは注型封止剤は、それらの要件を満たす可能性がある。
【００６１】
［規定の長さのｕ−クラスタの形成］  固定セグメント１３が固定化チャンバ４９（図４Ａ）の入口で形成されると、そのセグメントはそのほぼ中間点において切断機構３８（該機構に接続されたワイヤ６２が図示されている）によって切断されるが、該機構はレーザ、ナイフ、ウォータージェットなどであってよい。得られるｕ−クラスタ８はその後、取り外すことができる。残る半分のセグメント１３はテンプレート３６に接続されたまま固定化チャンバ４９の内部にある。引戻機構７０は、その停止配置状態から、自動ベルト・プーリシステム（または他の機械化システム）７６によって、露出したセグメント１３に向かっておよそクラスタ８の長さの距離を前進せしめられる。六角形の開口部を備えたコレット様デバイス７１、７７（図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃ）は、セグメント１３がコレット７１、７７の六角形の開口部に入るような方式で、さらに前方へ前進する。該コレットは、空気圧シリンダ６９、７３または他の何らかの手段を用いて引き戻される。該コレットは、コレット閉止機構（「コレットクローザ」とも呼ばれる）７８の中へ引き戻される。スリットが入って６つの等しいセグメントに分かれているコレット壁は、該コレットの重心軸に向かって内側へ押し進められ、その結果コレットの壁およびヘッドがクラスタセグメント１３の６つの側面を徐々に取り囲む。コレットのコレットクローザ７８の中への引戻量により、コレット閉止の程度およびクラスタセグメントに対する把持力を決定するが；これは機械加工施設で使用される一般的な機構である。別例として、コレットクローザがコレットに対して前方向に前進せしめられ、その結果同じコレット閉止が引き起こされてもよい。クラスタセグメントがコレットヘッド７１に固着せしめられると、引戻機構７０全体がベルト・プーリシステム７６によって元の停止配置状態へと引き戻される。ＨＦクラスタの新しいセグメントが固定化チャンバ内に配置され、新しいクラスタセグメント１３が、先に記載されたようにして形成されうる。クラスタセグメントが形成された後、該クラスタセグメントは以前のようにして切断される。引戻機構７０は、生じる切断済みクラスタセグメント１３を分離するために再配置される。同時に、コレットはコレットクローザ７８からコレット７７を引戻すことにより開放される。第２のシリンダ７５は、コレット内の中心に位置するピストン７４をコレットの六角形の開口部に向かって押し、ｕ−クラスタセグメント１３を該コレットヘッドから強制的に押し出す。固定された端部１３を備えた完全なｕ−クラスタ８はその後、自由に取り出されるか、または、機械化されたシステムによってストレージビンへと（例えば、完成したクラスタに対して直角に動くコンベヤーベルトを経由して）方向付けられてもよい。図示されているのは切断されたクラスタを移動させるためのデバイス５７、および切断されたクラスタの下のプラットフォームを移動させるためのデバイス５８である。熟練者が、記載された機構に明白な改良をなしてもよい。
【実施例２】
【００６２】
［作製済みクラスタ端キャップ］
ユニットクラスタ（「ｕ−クラスタ」）を形成するために、六角形の端キャップを形成する「固定化」ステップが、先述のような、液体の固定剤を適用せずになされうることが考えられる。同じ一般的結果は予め形成されたキャップを使用して達成可能であり、この場合そのようなキャップはＨＦの端部に機械的に付加またはスナップ嵌めされることが可能である。該作製済みキャップはＨＦクラスタに沿って配置されて、繊維を閉じ込めるように機械的に配置構成し直され、かつ同時に、所望の形状（好ましくは六角形状）をとることができるようになっている。そのようなキャップの例は図７に示されており；その可能な２つの配置形態すなわち直線形のキャップまたはセグメント７９（Ｌ−キャップ）および折り曲げられたキャップまたはセグメント８０（Ｆ−キャップ）が示されている。該２つの配置形態は、示されるように相互転換可能である。Ｌ−キャップ７９は８１〜８６と連続番号が付けられた６つのサブセグメントを含んでいる。
【００６３】
隣接したセグメント８１〜８６（図７）は、「Ｕ」字形状の溝部、チャネルまたはウェル８７を形成する。該チャネルは、ＨＦストランドと平行に、かつＨＦストランド９５の受承およびＨＦストランド９５への跨設を容易にする方式で、配置されるように設計される。ＨＦは、次に、繊維をチャネル８７（図７）と平行に整列させるテンプレートを用いて固定化センター３９（図４Ａ）の固定化チャンバ４９へと誘導される。チャネル８７に加えて、Ｌ−キャップはさらに５個（または６個）の水平スコア（ｓｃｏｒｅ）８８も含み、該水平スコアは好ましくはチャネル８７の底面の中間点あたりに位置し、かつ該チャネルと平行である。そのようなスコアは、Ｌ−キャップセグメントを該スコア線に沿って、六角形状８０を生じるような方式に折り曲げることを容易にする。柱部８９は、該「Ｕ」字形状のチャネル８７の壁を形成し；その結果、隣接したセグメント８１〜８６がスコア線８８に沿って折り曲げられるかまたは屈曲せしめられたとき、該柱部は集まり合ってＨＦをチャネル８７の内部に捕捉するようになっている。セグメント８３および８４の間の繊維の上方に、該繊維の上に正確な高さで配置された７番目のＨＦは、図７に示されるように中心に捕捉される。六角形の配置構成についてのみ説明されているが、同じプロセスは他のクラスタ形状の形成にも明らかに適用可能である。該プロセスは、Ｌ−キャップ７９の中への接着剤、固定剤または何らかの他の適切な作用薬の付加または噴霧を含み、よって該キャップが（中間形態９０を介して）六角形状８０へ折り曲げられると、内部の該固定剤が硬化後に繊維を内側に密封し、同時に、得られる六角形状の保持を容易にするようになっている。ＨＦが液体の固定剤１３、２４もしくは作製済みクラスタ端キャップ８０の付加によりクラスタ内にまとめられるにせよ、または何らかの他の方法でまとめられるにせよ、セグメントは、好ましくは中間点で、切断されなければならないであろう。
【００６４】
キャップが繊維のセグメントに付加されて六角形状が作り出されると、切断機構（ナイフ、のこぎり、レーザまたは任意の他の手段）が適用されて、形成されたキャップおよび繊維クラスタがその中間点の断面に沿って切断されうる。その結果生じる、キャップ付きの両端部を備えた先頭のクラスタはその後、解放されて取り出されうる。後曳するクラスタは所定距離を前進せしめられ、別のＬ−キャップを付加するプロセスが反復される。全プロセスが、極めて高速度でキャップ付きクラスタセグメントを生成するために高度に機械化されうる（図４Ａおよび４Ｂ）。
【００６５】
上述のプロセスには様々な改善および最適化が可能である。１例において、クラスタユニットの両端部の固定化を伴う最後のステップが垂直方向で実施される組立てラインが使用される。垂直の配置状態では、固定剤の流れはクラスタモールドの重心軸の周囲により均一に分配されることになり；重力によってクラスタチャンバの底部壁にやや多くの固定剤が分配される可能性がある水平方向のプロセスとは異なっている。
【００６６】
ｕ−クラスタの生産中または生産後、クラスタユニットの端部はその後の処理中にＨＦの内部を保護するための施栓を必要とする場合があり；繊維を施栓する好ましい方法は繊維の端部に保護薄皮を形成することによるが；これはクラスタユニットの六角形の形状または寸法を歪めることなく行われるべきである。繊維の端部の保護は、加熱、超音波、化学的方法、相転移などを含むいくつかの方法または方法の組み合わせによって容易かつ迅速に達成されうる。栓の形成は、可逆的であるか、または組立てプロセスの任意の時点での除去を行い易くなければならない。薄皮または栓を含んでいるクラスタまたはＨＦＣの端部から単純にセグメントを切断することは、１つの共通した選択肢である。クラスタまたはＨＦＣの他の構成要素より低い融解温度を備えた栓を使用することによって、該栓は、加熱を用いて、かつ恐らくは融解物をＨＦ構築物から逃がすための吸着作用薬と組み合わせて、容易に除去されうる。真空も融解物を除去するために使用されうる。そのような方法およびその他の方法も、ＨＦ端部の施栓および可逆的開栓のために容易に利用可能である。ＨＦの施栓はｕ−クラスタの形成からＨＦＣの組立てまでのいずれの時点でも実施されうる。しかしながら好ましくは、ただし限定はされないが、施栓はｕ−クラスタの組立て中もしくは組立て後、またはｕ−クラスタが完全性および品質に関して試験された後に、実施される。この生産の初期段階でのＨＦの施栓は、より大きなクラスタの構築を容易にすることができる。
【００６７】
［クラスタ］  自動化およびユニットクラスタ（ｕ−クラスタ）の制御された形成により、繊維の無秩序な集束を通常伴う現行のＨＦＭ生産技法では可能でない有益性が提供される。図６は、ｕ−クラスタ１０１組立体を組み合わせてより大きなクラスタ「集合体」を形成する方法を示す。例えば、６個のｕ−クラスタが組み合わされてブロッククラスタ（ｂ−クラスタ）１０２を形成し、該ブロッククラスタがさらに配置構成されてグループクラスタ（ｇ−クラスタ）１０３となされ、次には該グループクラスタがさらに配置構成されてさらに大きなスーパークラスタ（ｓ−クラスタ）１０４、１０５などとなされることが可能である。六角形に成形されたｕ−クラスタによって提供される対称性により、ＨＦを任意のスケールおよび任意の所望の集合体形状へと整然と配置構成することが可能となる。下記は、提示されたｕ−クラスタビルディングブロックが提供する利点のうちのいくつかについて述べている：
［完全性試験−自動完全性試験］  ｕ−クラスタが形成されると、該クラスタはあらゆる利用可能なフィルタ完全性試験技法を使用して自動システムによって試験されうる。例えば、本明細書中に別記されたオートクレーブ条件を乗り切るｕ−クラスタの能力（または任意のクラスタ集合体の能力）が、試験条件として使用されうる。完全性についての試験は当分野で周知であり、該試験には、限定するものではないが、バブルポイント試験、圧力降下試験、微粒子を含んでなる蒸気への曝露および拡散試験が挙げられる。一例では、ｕ−クラスタ内のＨＦは含水せしめられ、その後該ＨＦが組立てラインから離れるにつれて各々に対してバブルポイント試験または圧力降下試験が行われる。これは、各ｕ−クラスタを試験するための即時的かつ低費用の方法を提供する。同じ完全性試験は、ＨＦＣＭの完全な組立てに先立ってより大きなクラスタ（すなわちｂ−クラスタ、ｇ−クラスタなど）についても実施されうる。
【００６８】
［クラスタの事前収縮］  クラスタであってその配置構成がシェル端キャップのレセプタクル１７に嵌合するクラスタを予め形成することにより、より安定したクラスタまたは束を生産するためのクラスタまたは束の固定エリアの前処理が可能となる。例えば、固定領域１３のあらゆる応力を除去するために該領域１３を緩冷するべくクラスタまたは束上の固定領域１３をあらかじめ加熱することは、クラスタまたは束の安定性を増加させるであろう。固定剤が対応するレセプタクルの中へ挿入される前に該固定剤の収縮を引き起こすべく固定領域１３を加熱することは、この場合も収縮によるあらゆる問題をなくすであろう。
【００６９】
［繊維の配置］  図示されるように、六角形のｕ−クラスタにおける繊維の互いに対する（間隔２３の）配置（図１Ｂ）は、該ｕ−クラスタをスケールアップ時に改善された濾過結果を達成する方法で配置構成するための手段を提供する。例えば、これは、最適な流れのために、クラスタおよびＨＦＣＭの内部と外部との間の最適なチャネル連通を作り出す方式でｓ−クラスタを一定間隔で配置することによる、大型のＨＦＭまたはＨＦＣの中心から外縁部への濾液流の最適化を含みうる。繊維およびクラスタの互いに対する最適な間隔が、モジュールの断面全体にわたって繊維とクラスタとの間の流れを最適化するために使用されうる。
【００７０】
［最適な充填］  六角形は、中空繊維の高密度充填の理想的な配置構成を提供する。
［その他］  その他の選択肢は独特かつ改善された濾過プロセスを達成するために利用可能となる。クラスタユニットは各ｕ−クラスタの内部においてある程度のねじれを伴って充填されてもよい。これは、クラスタの形成時に簡単に達成される。例えば、ｂ−クラスタを形成する際、ｕ−クラスタは該クラスタの片端において固定されうるが；他端では、該ｕ−クラスタはその長軸に沿って徐々に回転せしめることができる。選択されたねじれが、六角形状のために６０度きざみで存在してもよい。該ねじれは、液体が中空繊維の長さを通過するにつれて流れに渦（ボルテックス）を導入することができる。ＨＦ壁の自然な不完全部または繊維の紡糸中の内壁への溝の導入が、改善型濾過プロセスのためのボルテックス効果を最適化するためにさらに使用されてもよい。同様のねじれは、任意の大きさまたは形状の束またはクラスタ中の繊維に導入されうる。該ねじれは、円形または六角形の束の中に、該束がＨＦＣＭのシェル端キャップに挿入されるにつれて導入されてもよい。
【００７１】
該クラスタ手法は組立てプロセスを簡素化し、かつ極めて再現性の高い製造プロセスを提供する。
スケールアップ：
大型のＨＦＭの組立ては、次の実施例において示されるように、六角形のユニットであるｕ−クラスタ１０１によって大幅に容易になる：図６に示される形態のｂ−クラスタ１０２は、他のクラスタ形態１１０が可能であるように、ｕ−クラスタ１０１から容易に組立てられうる。該プロセスは容易に自動化可能であり、手動で構築されてもよい。図６に示されるように、１個の三角形のｂ−クラスタ１０２は６個のｕ−クラスタ１０１のユニットから組立て可能であり；これは、１．５７ｍｍ（０．０６２”）のＯＤを有する長さ６２ｃｍの繊維については、約０．１２５Ｍ２の繊維表面積となる。同じ繊維を用いた同様の長さの７個のｂ−クラスタ１０２を使用することにより、ｂ−クラスタ１０２をグループ化して３８５本の繊維で構成されているｇ−クラスタ１０３とし、直径３８．１ｍｍ（１．５”）未満のハウジング内に閉じ込めることが可能な約０．７８Ｍ２の表面積を提供することが可能となる。
【００７２】
その後、フィルタ容量は、７個のｇ−クラスタ１０３を組み合わせて図６に示されるコア配置構成１０４とすることによりさらに拡張可能である。図示されたフィルタコアパターンすなわちＣ１−コア１０４は、直径約８８．９ｍｍ（３．５”）のカートリッジ中に５．４Ｍ２の表面積を生ずる２６９５本の繊維を含んでいる。フィルタの大きさのさらなる増大は、Ｃ１−コア１０４の上にｇ−クラスタ１０３をもう１層追加してＣ２−コア１０５のパターンを形成することによって達成可能であり；その表面積は、約１５２．４ｍｍ（６”）のカートリッジ直径で１４．７Ｍ２に増大される。Ｃ２−コア１０４にもう１層のｇ−クラスタ１０３が追加されてＣ３−コアが形成されると、表面積は約２０３．２ｍｍ（８”）のカートリッジ直径で約２９Ｍ２に増大される。同様の組織化された方式で、連続的に大きくなるコアの基本の六角形状が保持されることに留意しながら、さらに大型のカートリッジを構築し続けることが可能であるが；しかしながらこれは、六角形以外のＨＦ配置構成パターン（例えば、六角形ではなく円形、長方形もしくはその他の多角形または形状）を達成するために、より大型のクラスタまたはコアとの間でクラスタを加えたり差し引いたりする可能性を除外するものではない。表１は、図６に概略的に例証された様々なＨＦクラスタ構成のうちのいくつかについてより詳細な説明を提供している：
【００７３】
【表１】
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ＨＦＣＭシェル端キャップ１１および１２（図２Ｂ〜２Ｇおよび５Ｂ〜５Ｅ）は、束間の適切な間隔を維持することで組立体に構造的支持を提供することにより、ＨＦＣＭの構築の際にクラスタまたは束を組織化することにより、上記組立てを促進する。
【００７４】
フィルタの大きさが増大するにつれて、クラスタまたはコアの中心からその外縁部への流れのパターンおよび流れ抵抗は変化しうる。大型のフィルタを構築するための提示の方法は、この問題を扱う手段を提供する。図のように、ｕ−クラスタ中の隣接したＨＦの間隔２３（図１Ｂ）は該クラスタの生産の際に達成される。ｂ−クラスタ中のｕ−クラスタの間の間隔も適切なテンプレートを用いて設定可能であり；その間隔は、濾過プロセス、遅い採取速度のためのｕ−クラスタ間の小間隙、より迅速な濾液採取速度のためのより大きな間隙、といった要件によって決まる。同様に、ｂ−クラスタからｇ−クラスタおよびより大きなコアへのスケールアップの間、クラスタ間の間隔は、すべての繊維からクラスタまたはコアの外縁部への最適な流れを達成するように選択され；開口部１７と対応する束との間の間隔２９はそのような流れのチャネルを例証する。現在一般的であるような、緊密な束におけるＨＦの集束は、束の中心からその外縁部への流れのそのような制御を制限する。緊密な束では、より外縁のＨＦは、より内部の繊維からの濾液の流れに対する抵抗を提供する可能性がある。すべてのＨＦからの濾液生産速度が同質ではなくなる。ごく一部のＨＦが他の繊維よりも大きな濾過の負荷を引き受けることになり、それは該繊維の初期故障に結びつく可能性がある。換言すれば、フィルタの完全な能力は実現されない。記載のような繊維の組織化においては、ＨＦ濾過中のそのような非均一性は最小限とされ、ＨＦＭの完全な能力がよりしっかりと実現される。六角形のクラスタユニットはクラスタユニットの好ましい実施形態であるが、他の形状も可能である。長方形のクラスタユニットはある場合に好ましい可能性がある。三角形のクラスタは他の場合に有用であるかもしれない。様々な多角形の形状のクラスタが、記載のプロセスを使用して可能であることは明白である。
【００７５】
ＨＦＣへのクラスタの組立て：
より機能的なＨＦＣまたはＨＦＭへのクラスタの組立てには、ＨＦＣＭシェル端キャップ１１および１２の中にクラスタを注型封止することを必要とする。繊維および束の組織化についての選択肢がより制限されている先の手順とは異なり、提示の幾何学パターンはＨＦＣＭ内部における繊維の正確な配置構成の可能性を示す。例えば、テンプレートとしての役割も果たすシェル端キャップ１１の使用によって、図５Ｂ〜５Ｅに示されるように、ＨＦ束は所望のパターンへと配置構成されることが可能であり；所望のパターンに配置構成されて互いに適切に間隔２９を置いて配置された六角形のレセプタクルまたは開口部１７を含んでいるシェル端キャップ１１および１２；端部１３が前記六角形のレセプタクル１７へ挿入されている六角形の束８（例えばｇ−束１０３、図６を参照）は、シェル端キャップ１１および１２の中で束のパターンを規定する。束の端部をレセプタクル内で注型封止することによりそのパターンが固定される。２つの端キャップの間のハウジング１０は中空繊維を閉じ込めてＨＦＣを形成する。上述のプロセスは、最終的なＨＦＣまたはＨＦＭの品質および信頼性を大幅に高めることができるいくつかの改善点を示す。該方法は、大型のＨＦＭの生産を促進し、そのコストを低減するであろう。それらの有益性のうちのいくつかは以下の通りである：
１．適合し難い材料の使用を最小限にする：
現在市販されているＨＦＭまたはＨＦＣの多くは、シェルまたはハウジングの他の部品にポリスルホンを使用しており；簡単に述べると該材料は、優れた構造的支持、高度な化学的不活性、高い作業温度、およびその他の有益性を提供する。ポリスルホンをそのような良好な構造材料としているのと同じ物理的および化学的特性のうちのいくつかは、ポリスルホンを極めて劣った注型封止剤とするものでもあり；したがって、他の材料がその目的に使用されてきた。エポキシおよびポリウレタンは恐らく最も一般的なものであって；中空繊維の間を容易に流れる低粘性液体として注がれて、均一なかたちで繊維を浸漬させることが可能であり；該材料は、硬化剤の事前添加によって、加熱、光または何らかの他の手段によって、固化するように誘導される。硬化または固化の速度はこのように、機械加工可能でありかつ必要に応じてさらに操作可能な高度に不活性で熱に強い材料を形成するために、制御されうる。そのような注型封止材はユーザのニーズごとに高度にカスタマイズ可能であるが；しかしながらその有益性にもかかわらず、注型封止材は大型のＨＦＭの構築には理想的ではない。
【００７６】
例えば、注型封止材としてのエポキシは、ＨＦを埋め込むだけではなくポリスルホン製シェルの壁に接合することも必要とする。ポリスルホンと極めて似た膨張係数を備えたエポキシを選択することはできるが、典型的には全く同じではなく、両方の材料が共通して曝露される可能性のある全温度範囲にわたってその膨張の差異が維持されるものではない。更に、液体状態から固体へのエポキシの移行すなわち硬化は該材料に著しい寸法変化をもたらす可能性があり；その変化すなわち重合時の収縮の程度は加熱により増大する場合がある。そのような収縮は、注型封止の内部径が小さい小型のＨＦＭを構築するために使用された時は小さくかつ重要でないかもしれないが、注型封止の直径が増大するとともに大きく増幅されて非常に深刻になる可能性がある。その結果、該エポキシに割れ目が生じる場合もあれば、該エポキシが接合されるポリスルホンからエポキシが分離する場合もある。
【００７７】
注型封止剤と構造的なポリスルホン製シェル端キャップ（およびシェル）との間の接合の完全性は、濾液チャンバと保持液チャンバとの間の分離を維持するために保持されなければならない。しかし、２つの異なる材料を使用する場合、該材料間の接合強さはフィルタの大きさの増大により大きく影響される可能性があり、かつ１つの材料における寸法変化が別の材料より大きいほど接合部破損の可能性がより大きくなるということが観察される。この接合を最大限にするために、ポリスルホンのシェル端キャップのカートリッジ受承端は、粗化されるか、または注型封止部を最大限握り締めることが可能であるように成形されるが；しかしながらより大きなスケールでは、収縮増大分の増大、およびエポキシとポリスルホンとの間の接合部を軟化する際の温度の影響が組み合わさった影響が、該接合を失敗させる可能性がある。さらに、加熱および冷却のサイクルの後、ポリスルホンは収縮しないがエポキシは収縮するという可能性もある。これは、エポキシとポリスルホンとの間の分離を伴わずに起きる可能性もあるが；しかしながらこの場合、固化したエポキシに応力が蓄積されて、エポキシ内のみにおいて潜在的な応力破壊をもたらし、ＨＦＭの破損をもたらす可能性がある。
【００７８】
エポキシおよびポリスルホンは、大型フィルタの構築のためには理想的に適合することはないと結論を下されるかもしれない。２つの非適合性の材料の使用に関連した問題は、ＨＦＭの構築において適合性の、好ましくは同一の材料を使用することにより、大幅に低減または除去可能である；すなわち、ＨＦＭのシェル用に、かつＨＦＣＭのシェル端キャップの構築用にポリスルホンを使用する。
【００７９】
２．大型ＨＦＭの構築方法：
大型ＨＦＭの構築のための「適合性」材料の使用は、該構築の本質的な部分となり；例えば、ポリスルホンのシェルを使用し、かつＨＦＣ端キャップを形成するためのエポキシの代わりとして、また同じ端キャップ中にＨＦを埋め込むために、ポリスルホンを使用する。シェル１０ならびにシェル端キャップ１１および１２を形成するためにポリスルホンを使用することにより、これらの両方の重要な部品が同じ割合で拡大および収縮する構造物が得られ；端キャップおよびシェルはほとんど「同一の」材料から形成されるので、すべての使用可能な温度（構成成分を融解する温度ではない）、圧力、および時間；例えば蒸気減菌（典型的には１２１℃〜１２５℃、１０３．４ｋＰａ〜１７２．４ｋＰａ（１５ｐｓｉ〜２５ｐｓｉ）で３分〜４５分の範囲；設定値は相互依存的）、乾熱オートクレーブ（典型的には１２１℃〜１９０℃、温度設定に応じて６分〜１２時間の範囲）、または薬品蒸気オートクレーブ（典型的には１３２℃、１３７．９〜２７５．８ｋＰａ（２０〜４０ｐｓｉ）で２０分の範囲）というインラインおよびオフラインの両生産プロセスの際に達するものを含む温度、圧力、および時間において、同じように挙動することになる。これは、接合面の間の破壊または破損を大いに最小限に抑えるであろう。
【００８０】
本願および本願の特許請求の範囲の目的上、カートリッジが割れに抵抗性であるかどうかについての試験は、該カートリッジが１０３．４〜１１７．２ｋＰａ（１５〜１７ｐｓｉの圧力で摂氏１２１〜１２５度の温度に３０〜６０分間曝露された時に割れに抵抗性であるかどうかである。
【００８１】
しかしながら、エポキシとは異なり、ポリスルホンは、ポリスルホンＨＦを注型封止するために容易に注ぐことはできず；したがって、ＨＦＣの構築を達成するために若干改変された方法が使用される。該方法は、シェル端キャップ１１および１２を形成するために、ほぼＨＦＭシェル１０の直径の、ポリスルホンディスクを使用することを伴い、ここで該シェル端キャップはシェル端キャップの長さを通じて走行するレセプタクル１７または開口部を含んでいる。図２Ｂ〜２Ｆおよび５Ｂ〜Ｅを参照のこと。レセプタクルの形状および間隔は端キャップの成型または機械加工により高精度で制御可能である。したがって、そのような開口部１７は、ＨＦクラスタまたは束８を受け入れるためのレセプタクルとしての役割を果たすことができる。典型的には、ただしこれに限るものではないが、ＨＦクラスタユニットまたは束の固定された端部１３は、示されたレセプタクルと同様の形状および寸法で構成されることになろう。示されたレセプタクルに加えて、シェル端キャップにはシェル１０の端部が挿入されうる溝１６を形成または機械加工することが可能である。したがってシェルは、機械的手段により、または接着剤を用いて、シェル端キャップにしっかり係留されて、ガスケット、「Ｏ」リング、または接着剤で密封されることが可能である。シェルのもう一方の端部は、第２のシェル端キャップに同様に係留されうる。得られる構造物は、構築の簡素化に加えて、容易には歪みにくいまさに安定な構造物を形成する。２つのシェル端キャップのレセプタクルはＨＦＣ組立体の中で整列せしめられてもよい。クラスタは、一端においてシェル端キャップ１１の開口部１７を通して、シェルハウジング１０を通して挿入され、次いで該シェルの他端においてシェル端キャップ１２の並置されたレセプタクル１７の中へ挿入されうる。クラスタまたは束の長さはシェル端キャップの間の距離と同じ長さかまたはわずかに長くてもよく；したがって、クラスタユニットの長さによって、該クラスタユニットはシェル端キャップの外部表面と同一平面上にあってもよいし、シェル端キャップの外側表面をわずかに越えて延在してもよい。同様に、他のクラスタが追加されてシェル端キャップ内のキャビティをすべて満たしてもよい。レセプタクル壁１８と、クラスタまたは束１３の注型封止される側面との間の間隙は、その間隙に流れ込んで固化し、該間隙を密封し、かつクラスタを係留させることができる接着剤で満たされてもよい。エポキシなど少量の密封材がこの場合に使用されてもよく；該密封材の、収縮のような望ましからぬ影響は、必要な填剤を少容量とし、かつクラスタの注型封止される端部１３とレセプタクル壁１８との間の間隙を狭くすることにより、大幅に減じられる。エポキシの使用における先述のひびは、かなりの程度まで減じられる。更に、必要とされる注型封止材が少容量であること、および構築物の性質から、クラスタおよびレセプタクルの各対は小型のＨＦＣとして見ることができる。端部がそれぞれのレセプタクルに拘束された各クラスタは小型フィルタに似ており、大型のＨＦＭでは通常観察される歪みを最小限しか示さない。一端（すなわち１１）のＨＦＣシェル端キャップのレセプタクル１７の中に束を挿入することにより、後曳する固定された束端部１３を該挿入レセプタクル中に係留することが可能となる。したがって、先頭の固定された束端部１３は、ＨＦＣの他端においてシェル端キャップ１２のレセプタクル１７の中への挿入に先立ってわずかに回転せしめられてもよい。
【００８２】
束の壁１３とキャビティ壁１８との間の間隙中への接着性密封材の均一な添加は、様々な方法で達成されうる。１つの方法では、ＨＦの端部は、選択された注型封止剤に浸透することができない密封材の薄層、栓、または「皮」で施栓される。ＨＦのそのような施栓は、クラスタの生産時または他のある時点において行われうる。クラスタ側面１３と端キャップのキャビティ壁１８との間の間隙は、該組立体を所定体積の注型封止剤に浸すことにより単に満たされてもよい。液体である該注型封止物は毛管作用によって間隙に流れ込むが、施栓されたＨＦには流れ込まない。過剰な密封材は固化する前に排出せしめられ、前記間隙の内側の密封材のみが残される。固化に続いて、端キャップを越えて延在するクラスタまたは束は、端キャップの外部表面と同一な平面上で切断されうる。切断されるセグメントの長さはＨＦ端部の開口部を露出するのに十分でなければならない。束がＨＦＣＭと同じ長さである場合、ＨＦの栓の区間を除去して開口したＨＦ端部を露出させるのに十分なだけ、固定された束端部の区間を切断することが可能である。
【００８３】
束端部をそのそれぞれのレセプタクル１７に挿入して施栓するためのその他の可能な方法も存在する。これらは、「Ｏ」リングの使用を含む。それは、束がそのそれぞれのレセプタクルに挿入される前または後に、注型封止剤をハウジング１０またはシェル端キャップ表面２１の内側から束端部１３の上またはレセプタクル１７の中へ添加することを含みうる。注型封止は、表面２０、２１または両方からであってよい（図２Ｂおよび２Ｅ）。
【００８４】
３．  スケールアップ：
大型ＨＦＣＭの構築の上記方法はいかなる特定の大きさにも限定されていない。該方法は単に、かつての技法より効率的かつ信頼性の高い、大型ＨＦＣＭを構築する方法を提供する。該方法はさらに、大型ＨＦＭの大きさを、現行の技法を用いて可能なものを越えて増大させるための手段も提供する。例えば、ステンレス鋼（ＳＳ）をシェル、シェル端キャップまたはその他の構造上の構成要素に使用することができる。ＳＳは、現行の技法を使用して可能であるよりもはるかに大きなフィルタのための構造的支持を提供することができる。シェル端キャップのレセプタクルは先述のとおりのままであろう。クラスタユニットまたは束はシェル端キャップのそれぞれのキャビティに挿入されることになるであろうし；前述同様に、束とキャビティ壁との間で使用される接着剤は極めて少容量であるため、接着剤または密封材の伸縮は最小限であろう。明白であるのは、注型封止剤が構築要件と適合するような特性を有するであろうこと；すなわち、注型封止剤はＳＳの構成要素が使用される場合はＳＳとの接合に適合性であるべきであること；注型封止剤はＨＦＭの温度要件と適合性であるべきであること；材料の伸縮特性に適合性が存在しなければならないこと；材料は、例えばプロセスの応力要件に耐えるための強さを有するであろう、物理的特性を有していなければならないこと、である。その他の尺度が可能であることも明らかであり：エラストマー系の注型封止材または接着剤の使用、クラスタユニットおよびキャビティ間の間隔の大きさ設定、限界動作条件下での構造物の変形を防止するための、ＨＦＣ内のクラスタユニット間への支持カラムの挿入、である。
【００８５】
４．  様々な構成：
本発明の着目点はクラスタの六角形の配置構成にあったが、記載のプロセスが六角形にのみ限定されてはいないことは明白である。同様の手順は、三角形、正方形、五角形、または任意の他の形態の形成に適用されてもよい。各クラスタ中の繊維の数も、そのようなクラスタを形成するために使用されるプロセスによって必要とされるかまたは限定される、１本から任意の数まで多様であってよい。記載のプロセスは、円形のＨＦＭまたはＨＦＣに当てはまるだけでなく、正方形の濾過モジュールまたはその他の形状；例えば、さらに、プレート型およびフレーム型のモジュールであって平面濾過シートが直線状に配置構成された中空繊維のクラスタに置き替えられて同等のプレートの形状を形成するモジュール（その１つの例は図８に示される）、の形成にも適用可能である。ひいては、そのようなＨＦプレート（「カートリッジシェル」とも呼ばれる）１００は、「プレートおよびフレーム」の配置構成１０６のように積み重ねることができる。（次の段落で引用される符号１００〜１１２は図８に限定されている）。
【００８６】
ＨＦクラスタまたは束の端部は、長方形のカートリッジシェルの両端部（「シェル端部」）１０１に対して注型封止されることになり、ここでシェルの端部１０１は、上述のように、束またはクラスタの端部を受承して注型封止するための開口部またはレセプタクルを備えたキャップを含んでいる。長方形のＨＦプレートは、濾液が該長方形のＨＦプレート（シェル）１００の内側から流れることを可能にするためのサイドポート１０２を有することになる。そのようなＨＦプレート（シェル）はその後、ハウジング１０５に挿入可能であり、該ハウジングは２つのハウジング構成要素（ハウジングプレート）１１０によって形成されている。保持液流体からの濾液の分離を保つために、長方形のＨＦプレート１００を受承するハウジング構成要素は、場所においてそれらのプレートと漏れのない方式で接触する（例えばクラスタセグメントの固定エリアの外周；ガスケットまたは他の密封手段を使用可能である）。２つのハウジング構成要素（プレート）１１０は構築されてＨＦプレートのための漏れのない外囲いを形成する（例えば、ガスケット材が使用されうる）。ハウジング（「長方形モジュール」とも呼ばれる）１０５は、中空繊維のルーメンへの流体の出入を方向付けるチャネルまたはポート１１２を含む。そのようなチャネル１１２は、１つの長方形モジュール１０５の中空繊維から出る流体が隣接した長方形モジュール１０５の中へ入るのを可能にする方式で接続されてもよく；そのような積み重ねが繰り返されて、複数の長方形モジュール１０５のプレートおよびフレーム配置構成１０６を形成する。ポートまたはチャネル１１２はそのような長方形モジュール間の流体接続を形成し、連続した長方形ＨＦプレートの内側の中空繊維を接続する。プレートおよびフレームの積み重なり１０６は明らかに、該プレートおよびフレームの積み重なり１０６からの流体をさらに方向付ける出口モジュール（連続物の最後のモジュール）を含むことになる。長方形モジュール１０５の側部は、ポート１１１を含み、該ポートは隣接した長方形モジュール１０５の同様のポートと合致して、該プレートおよびフレームの積み重なりの内側で生成された濾液の採取用の通路を形成している。ＨＦプレートおよび長方形モジュールは、連続して、平行に、または該２つを組み合わせて、積み重ねることができる。記載のプレート配置構成は、記載のシステムの成果を最適化するために、そのようなフィルタの操作の熟練者によって再構成されることが可能である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ−２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2015506269.tif 000016
【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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