(57)【要約】【課題】  封止剤の種類、物性およびモジュールのサイズにかかわらず、同一の条件で切削が可能になり、かつ熟練を有せず、操作手順を習得するだけで切削が可能とする。【解決手段】  中空糸膜を複数本束ね容器内に挿入し、その両端を接着剤により封止し、この接着剤の少なくとも片側の一部を切削して中空糸膜端部を開口させる際に、回転したエンドミルの刃底部分を開口面に当て、中空糸膜モジュールの開口面に対して、左右・上下に回転刃を移動させることが自動で行え、かつ移動量を操作画面より入力することで、プログラム化された軌道で回転刃を移動させることができ、垂直方向の削り代を、センサーを用いて自動で測定しながら、開口面と刃底との距離を調整して切削を行うモジュール端面切削方法である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空糸膜を複数本束ね容器内に挿入し、その両端を接着剤により封止し、この接着剤の少なくとも片側の一部を切削して中空糸膜端部を開口させる際に、回転したエンドミルの刃底部分を開口面に当てて切削を行うモジュール端面切削方法。
【請求項２】
中空糸膜モジュールの開口面に対して、左右・上下に回転刃を移動させることで、いかなるサイズの開口面に対しても切削が可能な請求項１記載のモジュール端面切削方法。
【請求項３】
中空糸膜モジュールの開口面に対して、左右・上下に回転刃を移動させることが自動で行え、かつ移動量を操作画面より入力することで、プログラム化された軌道で回転刃を移動させることができる請求項１および２記載のモジュール端面切削方法。
【請求項４】
中空糸膜モジュールの開口面に対して、垂直方向の削り代を測定しながら、開口面と刃底との距離を調整して切削を行う請求項１乃至３いずれか記載のモジュール端面切削方法。
【請求項５】
中空糸膜モジュールの開口面に対して、垂直方向の削り代を、センサーを用いて自動で測定しながら、開口面と刃底との距離を調整して切削を行う請求項１乃至３いずれか記載のモジュール端面切削方法。
【請求項６】
中空糸膜を複数本束ね、容器内に挿入し、その両端を接着剤により封止し、この接着剤の少なくとも片側の一部を切削して中空糸膜端部を開口させる際に、回転したエンドミルの刃底部分を開口面に当てて切削するモジュール端面切削装置。
【請求項７】
中空糸膜モジュールの開口面に対して、左右・上下に回転刃を移動させることで、いかなるサイズの開口面に対しても切削が可能な請求項6記載のモジュール端面切削装置。
【請求項８】
中空糸膜モジュールの開口面に対して、左右・上下に回転刃を移動させることが自動で行え、かつ移動量を操作画面より入力することで、プログラム化された軌道で回転刃を移動させることができる請求項6または7記載のモジュール端面切削装置。
【請求項９】
中空糸膜モジュールの開口面に対して、垂直方向の削り代を測定しながら、開口面と刃底との距離を調整して、切削を行う請求項6乃至8いずれかに記載のモジュール端面切削装置。
【請求項１０】
中空糸膜モジュールの開口面に対して、垂直方向の削り代を、センサーを用いて自動で測定しながら、開口面と刃底との距離を調整して切削を行う請求項6乃至9いずれかに記載のモジュール端面切削装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は河川水、湖沼水、地下水、かん水、海水などの懸濁物質を含む水ならびに水道水やその他の液体、気体において、これらに含まれる微粒子や微生物等の不要な物質を除去し、希望する物質を取り出す中空糸膜ろ過モジュールの製造方法に関するものであり、さらに詳しくは、中空糸膜を開口させるために封止部分の一部を切削する方法およびその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
中空糸膜を介して、水やその他の液体、気体中に含まれる不要な成分を取り除き、希望する成分を取り出す分離技術は、浄水器や人工透析、海水淡水化等多くの場で利用されており、多種に亘る中空糸膜モジュールが製造されている。中空糸膜モジュールは、一般的に、中空糸膜を複数本束ねた状態で、外筒容器内に挿入し、その両端における中空糸間の隙間と中空糸膜束と容器との隙間に、封止剤を充填し、中空糸膜を接着固定させ、少なくとも一方の、中空糸膜の端末と硬化した封止剤を共に切断し、切断面にて、各中空糸膜端末を開口させてできる。
【０００３】
中空糸膜の端末と硬化した封止剤を共に切断して、開口する手段として、いくつかの方法が検討されている。最も一般的には、家庭用浄水器に用いられるモジュール等のように、ゴム様特性を有する封止剤を用いて、硬化後にカッターナイフやギロチン式カッター等により、切断して開口している。しかしながら、モジュールサイズが大きくなり、切断面が大きくなるほど、カッター刃にかかる負荷が大きくなり、切断が困難になる。また、ゴム様特性を有しない封止剤においては、使用できない。また、特許文献１に記載されているようにウォータージェットカッターを用いて切断することが提案されているが、該方法においても、モジュールサイズが大きくなり、切断面が大きくなるほど、ノズルから切断面までの距離が長くなり、高圧水流が広がり、切断能力が下がるために、切断が困難になる。
【特許文献１】特開平６−６３３６８号公報
【０００４】
一方で、中空糸膜の端末と硬化した封止剤を共に切断して、開口する手段として旋盤を用いる方法が提案されている。この方法は、被加工物（ここでは、切削するモジュール）を回転させ、刃物を開口面上で動かし、切削する方法である。該方法では、モジュールサイズが大きくなり、切断面が大きくなっても、切削可能であるが、大きいモジュールを旋盤に取り付け、回転させる必要があり、バランス面から取り付け精度面で注意を要するために、熟練を要する。
【０００５】
また、一方で、中空糸膜の端末と硬化した封止剤を共に切断して、開口する手段として、特許文献1には、エンドミルを用いる方法が提案されている。エンドミル加工は、固定した被加工物（ここでは、切削するモジュール）に対して、円筒状の刃物を回転させ、円筒の側面にある刃物で切削する方法である。該方法では、モジュールサイズが大きくなり、切断面が大きくなると、長尺の円筒状エンドミル刃が必要になる。従来、使用されているエンドミル刃の外径はφ４０ｍｍ〜φ５０ｍｍであり、それ以上になると特注で高価なものになる。長尺の刃物ほど、刃物を固定している部分からの距離が長くなり、刃物先端付近では切削時に切削抵抗により刃が逃げるために、切削面がきれいに仕上がらないという問題が生じる。そこで、長さ方向は、一般には、外径の２〜３倍の長さのものが使用される。これより、一般によく使用されているエンドミル刃の側面を用いる場合は、外径φ５０ｍｍの３倍、すなわちφ１５０ｍｍ程度の範囲が限界となる。また、切削具合が悪くなった刃を再研磨して使用することが一般に行われるが、再研磨を行うと、外径が小さくなるために、同じ回転数でも刃の周速度が変わってしまい、切削具合・切削面の仕上がりが変わるという問題が生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決することを目的とするものであって、中空糸膜モジュールの中空糸膜の端末と硬化した封止剤を共に切断して開口する手段として、封止剤の物質・物性およびモジュールのサイズにかかわらず、同一の条件で切削が可能であるという簡便且つ品質のバラツキのないモジュール作製方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記課題を克服すべく鋭意検討を重ねた結果、本発明に到達した。すなわち、回転したエンドミルの刃底でモジュール封止樹脂部分を切削し、モジュールのサイズに合わせて、入力したデータに従い、刃底を自動で移動させ切削する方法である。
【発明の効果】
【０００８】
封止剤の物質・物性およびモジュールのサイズにかかわらず、同一の条件で切削が可能で、また熟練を要さないためモジュール製作が容易であり、切削面にバリ・切り粉がでないため安定した品質を維持することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１０】
河川水、湖沼水、地下水、かん水、海水などの懸濁物質を含む水ならびに水道水やその他の液体、気体において、これらに含まれる微粒子や微生物等の不要な物質を除去し、希望する物質を取り出す中空糸膜ろ過モジュールは、図４に示されるように、円筒状の容器１の中に中空糸膜束２を収納し、２つの接着端部の容器と中空糸束２との間に接着剤３を注入し、接着剤硬化後に両端部の少なくとも一方の外側にある中空糸束２と接着端部４を切削して中空糸を開口させてできる。
【００１１】
上記中空糸膜としては、内径が５０〜５０００μｍ、膜厚が５〜５００μｍのものであれば、本願発明の切断方法が好適に利用できるため好ましい。内径および膜厚が、前記範囲を外れると中空糸膜切断面に潰れやバリが発生する可能性がある。
【００１２】
中空糸膜の素材は、再生セルロース、セルロースアセテート、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリスルホン、ポリ塩化ビニル、セラミックなどを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【００１３】
中空糸膜を束ね、モジュールケースに挿入し、端部を接着剤にて固定する際の接着樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、ポリウレタン樹脂などが挙げられるが、用いる中空糸膜やケースの素材との接着性、隙間への樹脂の浸透性、硬化収縮などを考慮して適宜選択するのが好ましい。例えば、中空糸膜としてポリエーテルスルホン、モジュールケースとして塩化ビニル樹脂を用いる場合、接着樹脂はポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂が好ましく、硬化後の硬度が適当であり切削がしやすい点よりエポキシ樹脂がより好ましい。
【００１４】
本願発明が適用可能なモジュールの有効直径としては、１０〜５００ｍｍが好ましい。モジュール径が小さすぎると、刃全体が使われず、刃の一部のみが使用されるために、均一な切れ具合が得られなくなる。また、モジュール径が大きすぎると、刃の往復回数が増え切削に要する時間がかかり、効率的でない。したがって、モジュール径は１０〜３００ｍｍがより好ましい。
【００１５】
被切削モジュール５を水平に配置した際に、開口面に対して水平方向・上下方向の座標軸を、それぞれY軸・Z軸とし、垂直方向をX軸とする。被切削モジュール５を水平に取り付ける台６と、X・Y・Z軸に可動する各テーブル７ａ、７ｂ、７ｃを有し、それぞれモーターにより移動する。Ｘ軸テーブル７ａ上にエンドミル刃８aおよびそれを回転させるための駆動モーター８ｂを備える。各テーブルはモーターにより移動し、エンコーダにより座標が明確化されている。原点、開口面中心、加工開始前の刃先の座標が、エンコーダを用いて電気的に明確化されている。また、それらの装置はひとつの制御盤ならびにひとつのシーケンサーにより制御され、入力したデータに基づき、一連の動作が自動で行えるように作られている。
【００１６】
被切削モジュール５を動かないようにクランプ９を用いて固定する。クランプ９の数は、モジュールのサイズにより、１ないしは2個、またはそれ以上にする。また、必要に応じてモジュール形状に合わせたクランプ９を製作し、被切削モジュールに合わせて、クランプ９の取替えが可能なようにする。
【００１７】
被切削モジュール６のサイズに合わせて、エンドミル刃８の移動量y１、y2、z１を入力し、一回の切削量x１を入力する。
【００１８】
入力されたデータを確認し、スタートボタンを押すと、一連の動作を自動で行い、加工開始位置まで戻り終了する。安全性を考慮して、切削刃に人の手が触れることができないようにカバー１０を設け、そのカバー１０が正しく閉じられていないと加工動作に入ることができないようインターロック機能を設けておくことが望ましい。また、被切削モジュール５が正しく取り付けられ、クランプ９で正しく固定されていることをセンサー等で検知でき、正しく固定されている時のみに加工動作に入れるようにインターロック機能を設けることが望ましい。
【００１９】
使用するエンドミル切削刃は、直径３０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲が好ましい。直径が小さくなると、移動距離が増え、一回の切削に要する時間が長くなる。３０〜８０ｍｍがより好ましく、３０〜６０ｍｍがさらに好ましい。４０ｍｍ程度が最も好ましい。また、回転数は、５００ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍの範囲が好ましい。回転数が低いと切削面が粗くなり、品位を損ねる可能性がある。９００ｒｐｍ程度が最も好ましい。Ｙ軸・Ｚ軸のエンドミル切削刃の移動速度は１００ｍ／ｍｉｎ〜２５０ｍ／ｍｉｎの範囲が好ましい。それ以下であると、切削面に刃の移動跡である筋状の模様ができ、品位を損なう可能性がある。また、移動速度が大きい場合は、切削抵抗が大きくなり、エンドミル切削刃８に大きな負荷を与えるために刃の寿命を縮めることがある。１２０〜２４０ｍ／ｍｉｎがより好ましく、１５０〜２３０ｍ／ｍｉｎがさらに好ましく、１７０〜２２０ｍ／ｍｉｎがよりさらに好ましい。また、これらの回転数および移動速度の値は、樹脂の組成・種類により最適値が異なるため、各値が作業者により容易に変更できる様、入力方式にすることが望ましい。
【００２０】
また、一回の切削代は０．５ｍｍ〜３ｍｍの範囲が好ましい。切削代が小さすぎると、切削回数が増え、加工に要する時間が増えるために効率的でない。したがって、切削代は０．８ｍｍ以上がより好ましく、１．０ｍｍ以上がさらに好ましい。また、切削代が大きすぎると、切削の抵抗力が大きくなり、樹脂が欠けたりすることがあり、品質の面で問題となることがある。切削代の上限は、２．８ｍｍ以下がより好ましく、２．５ｍｍ以下がさらに好ましい。まず、前記範囲である程度切削した後、仕上げとして０．５ｍｍ程度のエンドミル切削刃を用いて仕上げを行うのが好ましい。
【００２１】
また、作業環境面を考慮して、切削時に発生する細かい切削屑や粉塵を集める集塵装置を備えることが望ましい。
【００２２】
この様に、切削作業を繰り返し行い、切削されたモジュールは、中空糸が良好に開口しており、その開口率は９９％以上である。
【００２３】
（実施例１）
ポリエーテルスルホン（住化ケムテックス社製  4800Ｐ）が１７．０重量％、親水化剤にポリビニルピロリドン（ＢＡＳＦ社製  コリドンＫ−９０）を３．０重量％、非溶媒としてＲＯ水１．０重量％、トリエチレングリコール（三井化学社製）３４．０重量％、溶媒にジメチルアセトアミド（三菱ガス化学社製）４５．０重量％、内液にＲＯ水を用いて紡糸原液を４０℃に保った二重紡糸口金の外側から、内液を二重紡糸口金の内側から吐出し、エアーギャップ長さ６００ｍｍ、紡速６０ｍ／分でエアーギャップを通過させた後、７０℃の凝固浴（ＤＭＡｃ：ＴＥＧ：水＝６：４：９０）へと浸漬した後、純水４５℃にて１分間、純水８０℃にて９０秒洗浄し、カセへ巻き取り、内径１９８．８μｍ、膜厚２９．５μｍの中空糸膜を得た。
【００２４】
得られた中空糸膜約１０，０００本をポリエチレン製パイプに挿入し、所定の長さに切断した後、４０℃の温風乾燥器中で乾燥させ、バンドルとした。
【００２５】
乾燥中空糸膜束を塩化ビニル製のモジュールケースに装填し、両端部をエポキシ樹脂（２０℃における硬化後の硬度８０度）で接着固定し、外径１６０mmのモジュールを作成した。
【００２６】
モジュールを切削装置に装着し、φ４０×７０ｍｍのエンドミル刃を取り付け、その刃底の部分で、移動速度２００ｍ／ｍｉｎ、刃の回転数９００ｒｐｍの条件で切削した。また、刃物の移動の軌跡は、図３の入力データ例において、ｙ１＝１００、ｙ２＝１００、ｚ１＝５０、ｚ２＝１０５とした。ｚ２において、エンドミル刃の外径がφ４０であることから、１回のZ軸の移動距離を３５ｍｍとし、５ｍｍ分を２重に切削することとして、ｚ２＝１０５より、ｙ軸方向に２往復するように切削した。また、一回の切削代は２ｍｍとした。最後に切削代０．５ｍｍで仕上げを行った。このようにして切削したモジュールの切削面を目視で観察したところ、バリ、切り粉の存在は確認されず、また１０本のモジュールについて切削面仕上がりのバラツキはみられなかった。
【００２７】
（比較例１）
実施例１と同様の方法にて、モジュールを作成した。得られたモジュールを切削装置に装着し、φ４０×１２０ｍｍのエンドミル刃を取り付け、その側面刃の部分で、移動速度２００ｍ／ｍｉｎ、刃の回転数９００ｒｐｍの条件で切削した。エンドミル刃の長さが１２０ｍｍに対して、モジュールの切削面がφ１５０と、刃長より長いために１度では、切削できす、一度クランプを緩め、モジュールを１８０°回転（反転）させ、再取り付けをして残りの部分を切削した。時間がかかる上に、モジュールを一度外し、再取り付けをしているので、わずかな位置のずれが生じ、切削面に段が出来、品質が劣っていた。
【００２８】
（比較例２）
実施例１と同様の方法にて、モジュールを作製した。得られたモジュールをウォータージェットカッター装置に装着、移動速度２００ｍ／ｍｉｎ、水圧３５００kg/cmで切削したところ、φ１６０mmの厚みを切断することは出来なかった。
【００２９】
（比較例３）
実施例１と同様の方法にて、モジュールを作製した。得られたモジュールを実施例１と同様のエンドミル刃を用いて、その刃底の部分で、移動速度３００ｍ／ｍｉｎ、刃の回転数３５０ｒｐｍの条件で切削した。また、刃物の移動の軌跡は、図３の入力データ例において、ｙ１＝１００、ｙ２＝１００、ｚ１＝５０、ｚ２＝１０５とした。ｚ２において、エンドミル刃の外径がφ４０mmであることから、１回のZ軸の移動距離を３５ｍｍとし、５ｍｍ分を２重に切削することとして、ｚ２＝１０５より、ｙ軸方向に２往復するように切削した。また、一回の切削代は２ｍｍとした。仕上げ処理は行わなかった。このようにして切削したモジュールの切削面を目視で観察したところ、中空糸膜の潰れ、バリの発生が確認された。開孔率は９２％であった。また１０本のモジュールについて切削面仕上がりバラツキがみられ品質上問題があった。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
封止剤の物質・物性およびモジュールのサイズにかかわらず、同一の条件で切削が可能で、また熟練を要さないためモジュール製作が容易であり、切削面にバリ・切り粉がでないため安定した品質を維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】被切削モジュール５との各座標軸との関係を示す概略図である。
【図２】エンドミル切削刃の移動軌跡と入力データとの関係を示す概略図である。
【図３】入力データの例を示す概略図である。
【図４】中空糸膜モジュールの概略図を示す。
【図５】切削装置の概略図を示す。
【符号の説明】
【００３２】
１：モジュール容器
２：中空糸束
３：接着樹脂
４：樹脂端部
５：被切削モジュール
６：モジュール取付台
７ａ：Ｘ軸移動テーブル
７ｂ：Ｙ軸移動テーブル
７ｃ：Ｚ軸移動テーブル
８ａ：エンドミル切削刃
８ｂ：エンドミル刃回転用モーター
９：クランプ
１０：カバー
【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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