JPH03174226A - 中空糸膜の欠陥検査方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は精密ろ過、限定ろ過、逆浸透等の水処理や各種
ガスの分離、人工肺能しょうろ過等の医療器具に用いら
れる中空糸膜の未白化欠陥を検査する方法および装置に
関する。

［従来の技術］ ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィンやポ
リエステル、ポリアセタール等の結晶性高分子を高ドラ
フト下で溶融紡糸して配向結晶化の発達した中空の未延
伸糸を得て、この未延沖糸を必要に応じて熱処理後適切
な条件で延伸することにより、その中空壁に多数の微細
孔を形成せしめて得られる中空糸膜が例えば特開昭５２
−１５６２７号公報、特開昭５７−４２９１９号公報等
に示されている。また、未延伸中空糸膜として適切な可
塑剤や溶剤をポリマーと混合し紡糸して得る場合にも、
中空糸膜の強度向上ならびに孔径や空孔率の増大のため
、仕上げ工程に延伸操作が入る場合がある。このような
延伸工程を経て製造された中空糸膜の欠陥の一つに未白
化欠陥がある。

中空糸膜の未白化欠陥は製造時の延伸斑の一種であり、
中空糸膜の長さ方向に局部的に残存する延伸不完全部分
である。この部分には本来の分離膜の機能を担う微細孔
が形成されておらず分離膜としては欠陥部分と言えるも
ので、正常な中空糸膜部分が自然光下で白く見えるのに
対して、背景が黒い場合には白さ不足となり、灰色に見
える。

未延伸糸が延伸工程で延伸される過程で灰色からだんだ
ん白くなり、つまり白化するので、延伸不完全部分は白
化が十分でないという意味で未白化欠陥と呼んでいる。

この未白化欠陥は次の点で問題となる。人工肺や血しょ
う分離用のコンパクトで高性能を要求される医療用膜モ
ジュールでは、中空糸膜を収納する容器が膜面積に応じ
て設定されるが、このような場合、未白化欠陥部分は膜
面積の派少をもたらし、膜モジユール性能を低下するも
のどなる。また、未白化欠陥の頻度が低い場合でも、血
液等を中空糸膜の内側に流す時に、未白化欠陥部は血液
が透けて他より赤く見えるため、実害はないが、商品価
値が低下する。

従来、未白化欠陥の検査のための適当な装置がなく、中
空糸膜の状態でもモジュールに加工した状態でも目視検
査が行われている。中空糸膜の状態で検査する場合、黒
い布を張り付けた仮の上に中空糸膜を適当な長さ巻取り
、肉眼あるいはルーパを用いて検査し、欠陥部の計測を
行う。モジュールに加工した場合には、直接に目視検査
するか、あるいは中空糸膜の内側に着色液体を入れ、肉
眼による発見を容易にして目視検査することもある。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来の技術は目視検査であるので簡単に実施できる
が、次のような問題点がある。

まず、中空糸膜の状態で前記従来方法により検査する場
合には、中空糸膜を検査中に手で触ったりして汚染する
恐れがあり、検査を行った部分は製品にすることができ
ない。また、これを避けようとして製造中に走行中の中
空糸膜を目視する場合、糸速を速くして検査能率を上げ
ようとすると、小さな未白化部分を見逃すことになる上
に、長時間に亘る検査や、検査結果の分類あるいは記録
を行うことが困難である。

次に、モジュール加工後に、未白化部分を検出する場合
には、モジュールの中空糸束の内部にあるものを見つけ
ることは容易ではない。また、注入する着色液体によっ
てはモジュールを汚染する恐れもある。さらに、製品と
して出荷するモジュールに欠陥部を発見した場合には、
加工賃が無駄になるので、やはり中空糸膜の状態で検査
することが望ましい。

以上の理由で中空糸膜の未白化欠陥を、製造中のように
、走行状態で非接触で検査することが望まれていたが、
適当な方法は従来はなかった。

従って本発明は、中空糸膜の未白化欠陥をその走行状態
において非接触で、かつ正確に検査することのできる方
法及び装置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及び作用］上記目的を遺戒
するため本発明では、連続走行する中空糸膜に光を照射
し、光センサに、よって透過光を測定することにより未
白化欠陥を発見するようにしている。

すなわち本発明によれば連続的に走行する中空糸膜の側
面に所定の方向から光を照射し、前記中空糸膜にて反射
した光の量を測定し、前記中空糸膜の微細空孔による光
散乱の相対的に低い部分を検出する中空糸膜の欠陥検査
方法が提供される。

さらに本発明によれば連続的に走行する中空糸膜の側面
に所定の方向から光を照射するための光照射手段と、前
記中空糸膜にて反射した光の量を検出する光量検出手段
と、前記光量検出手段からの信号を処理し前記中空糸膜
の微細空孔による光散乱の相対的に低い部分を検出する
未白化欠陥判定手段とからなる中空糸膜の欠陥検査装置
が提供される。

上記方法及び装置は次のような経緯にて開発された。中
空糸膜を自然光下で背景を暗くして、その反射光を観測
すると、欠陥のない正常部分は一様に形成された多数の
微細空孔により光が散乱されて白く見える。これに対し
て、未白化欠陥部分は延伸不完全のため微細空孔が殆ど
ないか、又はその数が少ないため白さが低く、従って灰
色に見える。また、中空糸膜を透過する光を観測すると
、正常な部分は光が殆ど散乱されて透過光が少ないため
暗く黒ずんで見えるが、未白化欠陥部は透過光が多いの
で明るく見える。以上のことから、正常部分と未白化欠
陥部分との見え方の違いは、光吸収の差によるものでは
なく、サブミクロンの微細空孔の有無による光散乱の差
によるものであり、正常部分では無数の微細空孔が光を
殆ど完全に拡散反射するため中空糸膜にて反射する光が
多いが、未白化欠陥部分では微細空孔が極端に少ないた
め中空糸膜にて反射する光量が少なくなるためと考えら
れる。

［実施例］ 以下図面と共に本発明の中空糸膜の欠陥検査方法を実現
する装置の実施例について説明する。

第１図は本発明の検査装置の第１実施例の全体を示す正
面図及び関連する回路図、第２図は同実施例の側面図、
第３図は光センサの検知面に結ばれた中空糸膜の像と光
センサの相対的寸法関係を示す拡大図である。最初に、
この第１実施例によって、本発明の中空糸膜の欠陥検出
方法の原理を説明する。

第１図、第２図および第３図において、走行している中
空糸膜１に対し白熱ランプ２ａから出た光をレンズ２ｂ
により平行光２ｃにして出力する光照射手段２により走
行方向に対して垂ＩＮな方向から照射している。３はハ
ーフミラ−であり、４は照射光除去手段である。この照
射光除去手段は中空糸膜１に当たることになる通過した
照射光２ｄを吸収するものであり、例えば黒色のフェル
ト地等を用いることができる。照射光２ｄのうち、中空
糸膜１にて反射された反射光２ｅはハーフミラ−３にて
反射して方向が変り、その後結像レンズ５によって集め
られ中空糸膜１の像が光センサのフォトダイオード６ａ
の検知面上に拡大率Ｘで結像する。フォトダイオード６
ａは電流−電圧変換器６ｂと共に光量検出手段６を構成
し、光量に比例した電気信号に変換し、光量信号７とし
て出力する。この電気信号７は、さらに未白化欠陥判定
手段８に供給されて、電圧比較器８ａにより前取て設定
された基準電圧発生器８ｂの出力の基準信号９と比較さ
れ、未白化部かどうか判定され、その結果が判定信号１
０として出力される。

第１図〜第３図において、中空糸膜ｌは実際には外径り
が約１００〜１０００　ミクロンであるが、説明を容易
にするため、相対的に大きく表示している。

この中空糸膜１の大部分は正常部分１ａであるが、ｌｋ
ｍ当たり１０箇所以下の長さＬが０．１〜１０ｍｍの未
白化欠陥部分１ｂが含まれていることがある。このよう
な中空糸膜ｌの未白化欠陥部分１ｂのＸ（音に拡大され
た像１１が長さＡで幅Ｂのフォトダイオード６ａ上を通
過するとき、光量信号７、基準信号９および判定信号１
ｏの関係は第４図および第５図のようになる。

第４図において、実線７ａは光量信号７の時間変化であ
り、点線９ａは基準信号９を示している。

７０は中空糸膜ｌの正常部分１ａの像１１ａが通過して
いるときの信号レベルである。このときは中空糸膜１の
微細空孔による殆ど完全な光散乱のため、その像は明る
くなり光量信号レベルは高い。

未白化欠陥部分１ｂの像ｌｌｂが通過するときには、こ
の部分の微細空孔が正常部分より少ないため、光散乱が
弱く、従って中空糸膜１から反射される光量が少なくな
る。このように未白化欠陥部分では像の明るさが暗くな
るので光量１言号レベルが低くなり、光量信号７０の谷
７１．７２．７３を生じる。このとき、フォトダイオー
ド３ａの長さＡと欠陥部１ｂの像１１ｂの長さ（Ｌ　−
Ｘ）の相対的な関係で光量信号７０の谷の形状が変わる
。

ここで、Ｘは像の拡大率である。光量信号の谷７１は未
白化欠陥の像１１ｂの長さと光センサ６ａの長さが大体
等しい、つまり（Ｌ　−Ｘ）〜Ａの場合、光量信号の谷
７２は像１１ｂの方が光センサ６ａより非常に長い、つ
まり（Ｌ　−Ｘ）＞＞Ａの場合、光量信号の谷７３は（
Ｌ　−Ｘ）＜＜Ａの場合にそれぞれ対応している。この
ように光量信号７０の谷の深さと形状により未白化欠陥
１ｂの状態を知ることができる。通常は未白化欠陥１ｂ
の長さＬが分かれば十分であるから、正常部分１ａの光
量信号レベル７０と光量信号レベルの谷７１等との中間
の電圧レベルに設定した基準信号レベル９ｂと比較して
、これより光量レベルの谷が深いとき未白化欠陥がある
と判定することができる。

第５図の実線１０ａは時間軸を第４図と一致させて、判
定結果信号１０の時間変化を示している。

判定結果信号のレベルが１００で示した部分のように低
いときが正常な部分であり、１０１．１０２で示した部
分のように高いときが未白化欠陥であると判定したこと
を示している。光量信号の谷７３は一未白化欠陥部分１
ｂの像の長さ（Ｌ−Ｘ）がフォトダイオード６ａの長さ
Ａより短い場合を示しているが、この場合、基準信号レ
ベル９ａに比較して光量信号レベルは高く、変化量が小
さいので、欠陥であると認識できず未白化欠陥部分を見
逃すことになる。

そこで微小な未白化欠陥部分も見逃さず検出するために
は、基準信号レベル９ａと正常部分が通過しているとき
の光量信号レベル７０の差をできるだけ小さくする必要
がある。そのための１つの方法は単に基準信号レベル９
ａを上げることである。もう１つは光量信号レベル７０
を相対的に低くすることである。後者は具体的には第３
図においてフォトダイオード６ａの検知幅Ｂを中空糸膜
１の像１１の外径（Ｄ　−Ｘ）に比較して短くすること
である。しかし、光量信号レベル７０は中空糸膜１の外
径りの変動、光＃２ａの明るさ斑、または光センサ６ａ
の感度斑がある場合の中空糸膜１の走行位置の変動や光
源２ａの明るさ、または光量検出感度の時間的変動など
のため変動するので、この方法には限度がある。また、
フォトダイオード６ａの検知長さＡを未白化部１ｂの像
１１ｂの長さ（Ｌ　−Ｘ）より非常に短くするのも微小
未白化欠陥の検出限界を広げる方法であるが、入手でき
るセンサと像の拡大率にもピンボケが生じることから限
度がある。このように検出限界があるが、幸いなことに
目に見える範囲の未白化欠陥を検出できればよいので本
発明の方法は実用上問題はない。

以上説明したように、第１実施例は中空糸膜に対し、そ
の走行方向と垂直な方向から光を照射したときに、中空
糸膜の微細空孔による光散乱が未白化欠陥部分と正常部
分とで差があることを利用して、中空糸膜にて反射する
光による像をセンサ上に結像させて、その光量を測定し
、その光量信号レベルが基準信号レベル以下かどうかを
判断して未白化欠陥部分を検出するものである。

上記第１実施例では光照射手段２が中空糸膜１の走行方
向と垂直な方向に設置されているが、光量検出手段６を
この位置に置き換えても実質的には同じである。要は中
空糸膜１の側面に対して垂直方向から光を照射し、垂直
方向の反射光を取り出し光センサ３ａ上に中空糸膜１の
像を結ばせるような方法であればよい。また、本実施例
は中空糸膜１が１本の場合で説明しているが、複数本の
中空糸膜が並んで走行している場合にも応用できる。

次に本発明の第２実施例を第６図によって説明する。平
行に並んで走行する３本の中空糸膜２１ａ、２１ｂおよ
び２１ｃの側面に対して走行方向に垂直な面内で入射角
に１の方向から光照射手段２により照射光２Ｃを照射し
、中空糸膜２１ａ〜２１ｃに当たることなく通過した照
射光２ｄを照射光除去手段４により除去している。一方
、中空糸膜２１ａ〜２１ｃにて反射した反射光２ｅは、
それが入射され得る位置に設置した結像１／ンズ５によ
り集められフォトダイオード６ａの上に中空糸膜２１ａ
〜２１ｃの像が適当な拡大率Ｘで桔ばれる。このとき、
結像レンズ５の光軸２７が中空糸膜２１ａ〜２１ｃの並
びの方向２３に直角な方向２８との間の角度つまり受光
角に２だけ傾いているため、すべての中空糸膜２１ａ〜
２１Ｃの像の拡大率が大体等しくなるには、光センサ６
ａの面を光軸２７と垂直な面に対して適当な角度に３に
調整する必要がある。光量信号の処理については第１図
と同じ方法なので説明を省略する。

上記第２実施例は第１実施例と比較して次の点に特長が
ある。１つは中空糸膜の性質に合わせて、照射光の入射
角に１と結像レンズ５の受光角に２をいろいろ組み合わ
せて選ぶことができることである。次に、ハーフミラ−
を使用しないので検出される光量が多いことである。ま
た、照射光除去手段４は特に設置しなくても、照射光２
ｃ、２ｄは光量検出手段の視野外なので、実用上は問題
がないことである。しかし、前記のように、光センサ６
ａの調整が面倒である。この点は、次に説明する第３実
施例のようにして解決できる。

第３実施例を第７図に示す。本実施例が第２実施例と異
なる点は結像レンズ５の光軸２７を中空糸膜２１ａ〜２
１ｃの並びの方向２３と直角な方向２８と一致させてい
ることである。その結果、光センサ６ａの検知面が方向
２８と直角になり調整が容易になった。

以上の各実施例では、説明を簡単にするため、光照射手
段２として白熱ランプとレンズを用いて平行光を照射す
る場合を示しているが、光照射手段はこれに限定される
ものではない。例えば、光源としては各種のレーザー、
半導体発光素子、放電灯、白熱灯等があり、レンズの代
わりに反射鏡を用いてもこれらの組み合わせで光照射手
段の役目を果たすことができる。また、レンズを用いず
光源のみでも距離を離す等の方法で光照射手段の役目を
果すことができる。

同様に、光量検出手段６に用いる光センサとしてフォト
ダイオードを用いる場合を示しているが、光量検出手段
に使°用できる光センサとしては池にフォトトランジス
タ、ＣｄＳセル、１次元または２次元のＣＣＤ素子など
の各種の半導体素子、さらに、光電管、光電子増倍管や
撮像管等の各種の電子管素子等がある。また、電流−電
圧変換器は素子によっては不要な場合もあるが、電気信
号として記録や各種の信号処理に使える程度に増幅され
るか変換するものであればよい。

また、結像レンズ５の変りに、組み合わせレンズ、ロッ
ドレンズアレイまたは凹面鏡等を用いることもできる。

また、照射光除去手段４はミラー等を用い、旦、光量検
出手段に影響しない方向へ反射した後これを吸収させる
方法、つや消しの黒色の仮で吸収させる方法またはレー
リーホーンで吸収させる方法などを応用することができ
る。

また、ハーフミラ−３は各種のビームスプリッタ−１例
えばプリズムに置き換えることもできるし、第２実施例
のように光照射手段の光軸を中空糸膜の走行方向と垂直
にせず、傾けて照射し、結像レンズの光軸も逆方向に傾
ける等することにより、省略することも可能である。ま
た、ハーフミラ−などの機能を光照射手段や光量検出手
段や結像手段の一部分に内蔵することも可能である。

未白化欠陥判定手段８についても、様々な態様が考えら
れる。例えば、単に記録計に光ｆａｔ言号を記録しその
波形を見て判断するとか、フンピユータによって判断さ
せるとか種々考えられるが、これにより本発明が制限さ
れるものではない。

更に、第１実施例では中空糸膜が１本の場合を、第２〜
第３実施例は３本の場合を例示したが、この本数は必要
に応じて増減することができる。ここで多数本の中空糸
膜が並んで走行している場合に本発明を応用した場合に
ついて考えてみる。例えば、未白化欠陥は通常の場合１
ｋｍ当たり０．１〜１０ｍｍのものが１０箇所以下であ
るから、欠陥発生の長さ率で多くてｌｏ＊１０ｍｍ／ｌ
ｋｍ＝　ｌｏＯｐｐｍである。従って、複数本の中空糸
膜が１０〜１００本程度が同時に走行した時に偶然２箇
所以上の未白化欠陥部分がセンサ上に到達して１箇所で
あると誤認することは非常に少ないと言える。従って本
発明を多数本の同時検査に用いても実用上は問題とはな
らない。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したところから明らかなように、本発明
方法および装置を中空糸膜の製造工程へ導入することに
より、延伸法で得られる中空糸膜の未白化欠陥の製造中
の検査を行うに際し、連続走行中に、非接触で検査する
ことが可能となり、中空糸膜の品質が改良された。従っ
て最終製品である中空糸膜モジュールの信頼性が高まり
商品価値の向上がもたらされることとなった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す正面図及び関連する
回路図、第２図は同実施例の側面図、第３図は像の部分
拡大図、第４図及び第５図は第１図に示した回路の動作
を説明するための波形図、第６図、第７図はそれぞれ本
発明の第２実施例、第３実施例を示す正面図である。 １、　２１　ａ〜２１　ｃ、　　４１−中空糸膜、　２
・・・光照射手段、　２ａ・・・白熱ランプ、　２ｂ、
５・・・レンズ、　３・・・ハーフミラ−４・・・照射
光除去手段、　６・・・光量検出手段、　６ａ・・・フ
ォトダイオード、　６ｂ・・・電流−電圧変換器、　８
・・・未白化欠陥判定手段、　８ａ・・・電圧比較器、
８ｂ・・・基準電圧発生器。 発 明 者

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）連続的に走行する中空糸膜の側面に所定の方向か
   ら光を照射し、前記中空糸膜にて反射した光の量を測定
   し、前記中空糸膜の微細空孔による光散乱の相対的に低
   い部分を検出する中空糸膜の欠陥検査方法。
2. （２）連続的に走行する中空糸膜の側面に所定の方向か
   ら光を照射するための光照射手段と、前記中空糸膜にて
   反射した光の量を検出する光量検出手段と、前記光量検
   出手段からの信号を処理し前記中空糸膜の微細空孔によ
   る光散乱の相対的に低い部分を検出する未白化欠陥判定
   手段とからなる中空糸膜の欠陥検査装置。
3. （３）前記中空糸膜にて反射した光を用いて前記光量検
   出手段の検出面に前記中空糸膜の像を結ばせる結像手段
   を更に有する請求項２記載の中空糸膜の欠陥検査装置。
4. （４）前記中空糸膜を透過することなく通過した光を吸
   収あるいは反射して前記光量検出手段に与えないように
   するための照射光除去手段を更に有する請求項３記載の
   中空糸膜の欠陥検査装置。
5. （５）前記中空糸膜が複数本並んだ方向に対しての前記
   光照射手段からの照射光の入射角と、前記結像手段の受
   光角が互いに異なるように、これらの手段を配置した請
   求項３記載の中空糸膜の欠陥検査装置。