JPH08507263A - 中空繊維膜を注型するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 種々の予め規定された形、例えば螺旋、線、円及び長方形に中空繊維膜を注型するための自動化されたシステム。このシステムはまた注型の間に形状を変える能力を有し、これは生産性を増加させる。同時押出ダイを静止凝固浴の上方で回転させる。ダイの動きを制御して所望の形を有する膜を作るためにコンピュータを使用する。曲げの領域において壁厚さに関して起きるゆがみを補償するであろうやり方でノズルを方向付ける。加えて、ノズルの環は、流体がノズルを出る点において環の先導部分を少しより厚くそして後追い部分をより薄くするようにオフセットであり、これは均一に対称的な壁厚さを結果としてもたらす。本発明を具体化するシステムは、Ｘ、Ｙ及びθ方向のサーボモータ１Ａ〜１Ｃ（図１）を含み、これらの各々は関係した位置エンコーダ２Ａ〜２Ｃに連結されている。モータは、サーボドライバ４及び関係したインターフェイスカードを経由してコンピュータ３によって制御される。このシステムにはまた、凝固浴を保持するためのタブ５、ベアリング６、キャリジ７、スクリュドライブ８、ロータリテーブル９及び同時押出ダイ１０が含まれる。

Description

【発明の詳細な説明】 中空繊維膜を注型するための方法及び装置 これは、１９９２年２月４日に提出された同時に係属するＵ．Ｓ．Ｓ．Ｎ．０ ７／８３１，１４２（Ｍｉｌｌｉｋｅｎ及びＢａｒｎｅｓ）の一部継続出願であ る。発明の分野 本発明は、全体としては管状中空繊維膜を製造するための方法及び装置に関し 、そして更に詳細には中空繊維膜を自動的に注型するためのコンピュータ制御さ れた機械に関する。発明の背景 本発明は、管状中空繊維膜、例えば、約０．１２５ミリメートル（ｍｍ）の壁 厚さを有する６ｍｍ径の管状の形を有する膜の種々の形状を注型する製造方法を 取り扱う。このような膜は、１９９１年５月２６日に発行された米国特許第５， ００２，６６１号中でＣｈｉｃｋらによって述べられたように、人工膵臓におい て使用することができる。しかしながら、これらの膜は、非常に破損しやすくそ して成形するのが困難である。このような壁−対−径の比を有するつんだ（ｔｉ ｇｈｔ）コイル及び螺旋の形を成形することは特に困難である。 既知の注型方法は、同時押出ダイのノズルの環状オリフィスからポリマー状流 体を無理に押出し一方このノズルのセンターコア（心型）から凝固流体を無理に 押出すことを含む。相逆転プロセスがこれらの２つの流体の間の接触の点で起き る。結果として、ポリマー状流体が凝固しそして管状構造体を生成させる。管状 構造体の凝固速度は凝固流体中の溶媒によって和らげられ、これが、最後の硬化 が起きる前の繊維の幾らか の操作を可能にする。押出ダイの数ミリメートル下に、水の大きな浴が存在する 。生成する管状構造体をこの浴の中に浸けると、そこで一層の凝固が始まり、そ してそれが完全に凝固されたようになるであろう前に所望の形状に成形される。 ある種の用途においては、特定の形又は形状の、例えば螺旋の又はコイルの形 の中空繊維膜を使用することが望ましい。しかしながら、ゆがみ又はけん縮が膜 の壁において起きないことが重要である。発明の要約 従って、本発明の目的は、中空繊維膜を種々の規定された形、例えば螺旋、線 状、円形、長方形などに注型するための自動化されたシステムを提供することで ある。加えて、このシステムは、効率的でありそして高いレベルの再現性を提供 しなければならない。システムの生産性を増すであろう、注型の間に（飛行中に （ｏｎ ｔｈｅ ｆｌｙ））形状を変える能力を有することもまた有利であろう 。 これらのゴールを達成するために、静止凝固浴の上方でノズルを動かすことが 決定された。好ましい実施態様においては、所望の形を有する膜を作るために、 静止凝固浴に平行な面の中のノズルの動きを制御するためにコンピュータを使用 する。注型は、壁厚さにおいて起きるゆがみを補償するであろうやり方で常にノ ズルを方向付けなければならないということによって複雑化される。このような ゆがみは、膜が注型されている時の膜の曲がりによって起きる。押出物の流れパ ターンを調節してカーブの内側によりも外側により多くのポリマーを供給しない 限り、構造体の外の繊維は延ばされそして内の繊維は圧縮され、これが内の壁よ りも薄い外の壁をもたらす。これを補償するためには、ノズルの環は、 環の一部を流体がノズルを出る点で反対の部分よりも少し厚くするためにオフセ ットである。本発明によれば、ノズルの方向付けを、より多くのポリマーが内の 縁に沿ってよりも膜のカーブになった区分の外の縁に沿って供給されるように制 御する。これは、均一に対称的な壁厚さを結果としてもたらす。好ましい実施態 様においては、“シイタア”（θ）と呼ばれる回転の第三軸が制御プログラム中 に含まれる（“シイタア”及び“θ”は、本明細書及び添付の図面中で交換可能 に使用される）。ノズルが例えば９０°の角度を通して半径に沿って動かされる 時に、ノズルは同じ方向に９０°だけ回転されるが、この回転は巻き（ｔｕｒｎ ）が作られるにつれて整合される。 従って、本発明によって取り囲まれる方法は、（ａ）同時押出ダイのノズルの 環状オリフィスからポリマー状流体を無理に押出し一方該ノズルのセンターコア （心型）から凝固流体を無理に押出すこと、及び（ｂ）凝固浴の表面の上方のそ してそれに平行な面の中での該ノズルの動きを、規定された形の中空繊維膜を前 記の浴の中で生成させるように前記の動きを制御しながら、自動的に遂行するこ とのステップを含んで成る。好ましい実施態様においては、ステップ（ｂ）は、 実質的に均一な壁厚さの中空繊維膜を注型するために、少なくとも３つの軸、Ｘ 、Ｙ及びθに対する前記のノズルの整合された動きを遂行することを含んで成る 。本発明によれば、ポリマー状流体は、ノズル内でオフセットである環状オリフ ィスを通して押出され、そしてノズルは、Ｘ及びＹ軸に沿った動きと整合させて θ軸の回りに回転させることができる。ノズルの動きは、有利には環状オリフィ スのオフセット及びポリマー状流体の粘度に従って遂行することができる。一つ の好ましい実施態様においては、本発明 の方法を、約４〜７ミリメートルの内径及び約１００〜２００マイクロメートル の壁厚さを有する中空繊維膜を注型するために適応させる。勿論、本発明はまた 、他の領域の径及び壁厚さを達成することができる。 本発明による装置は、オフセットの環状オリフィス及びセンターコア（心型） を持つノズルを有する同時押出ダイ、前記の環状オリフィスからポリマー状流体 を無理に押出し一方前記のセンターコア（心型）から凝固流体を無理に押出すた めの手段、並びに規定された形の中空繊維膜を凝固浴の中で生成させるように前 記のノズルの動きを制御しながら、前記の浴の表面の上方のそしてそれに平行な 面の中で前記のノズルを自動的に動かすための手段を含む、上述のステップを実 施するための手段を含む。 加えて、本発明は、中空繊維膜を自動的に注型するためのシステムの制御のた めのコード化された命令（ソフトウェア）がその中にあるコンピュータ記憶媒体 （例えば、コンピュータディスク、テープ）を包含する。このシステムは、少な くとも一つのサーボドライバを経由してコンピュータに作動自在に連結されたＸ 、Ｙ及びθ方向のサーボモータ、凝固浴を保持するためのタブ、並びにオフセッ トの環状オリフィスを有する同時押出ダイを含む。本発明によるソフトウェアは 、凝固浴の表面の上方のそしてそれに平行な面の中での前記のノズルの動き（回 転を含む）を、規定された形の中空繊維膜を生成させるように前記の動きを制御 しながら、自動的に遂行するためのコードを含んで成る。 異なるコンピュータアルゴリズムを用いることによって、本発明者らは、成功 裏にコイル、螺旋、直線及びその他の形を製造した。コンピュータは、形を制御 しそしてノズルの加速、速度、変位及び位置付けを整 合して、異なるポリマーの粘度及び溶媒濃度の要件をマッチさせる。Ｘ、Ｙ及び θの動きは飛行中に計算され、それ故形の変化を行うのが容易である。一度受け 入れられる形状が達成されると、関連するパラメータは将来の呼び戻しのために 記憶することができる。本発明のその他の特徴は、好ましい実施態様の詳細な説 明と関連して以下に議論される。図面の簡単な説明 図１は、本発明を具体化する膜注型システムを図示する。 図２は、本発明に従った同時押出ダイ又はノズルのＸ、Ｙ及びθ軸に関する整 合された動きを図示する。 図３．１〜３．２５は、本発明に従って膜注型システムを制御するためのコン ピュータプログラムのフローチャート及び関係した説明のスクリーンディスプレ イを図示する。好ましい実施態様の詳細な説明 上で議論したように、本発明の膜注型システムは、オフセットの環状オリフィ スを持つノズルを有する同時押出ダイ、前記の環状オリフイスからポリマー状流 体を無理に押出し一方センターコア（心型）から凝固流体を無理に押出すための 手段、及び凝固浴の上方で前記のノズルを自動的に動かすための手段を含む。ノ ズルの動きは、規定された形の中空繊維膜を生成させるために、予めプログラム されたコンピュータによって自動的に制御される。 図１は、本発明の膜注型システムの一つの実施態様を図示する。この特別な実 施態様はＸ、Ｙ及びθ方向のサーボモータ１Ａ、１Ｂ及び１Ｃを含み、そしてこ れらの各々は関係した位置エンコーダ２Ａ、２Ｂ及び２Ｃに連結されている。そ れぞれのモータは、１−及び２−軸サーボド ライバ４並びに関係したインターフェイスカード（図示しない）を経由してコン ピュータ３によって制御される。このコンピュータは、図３．３〜３．２５を参 照して以下に詳細に説明されるソフトウェアに従って作動するようにプログラム される。またこのシステム中に含まれるのは、凝固浴（図示しない）を保持する ためのタブ５、ベアリング案内６Ａ〜６Ｃ、キャリジ７Ａ、７Ｂ、スクリュドラ イブ８Ａ、８Ｂ、ロータリテーブル９及び同時押出ダイ１０である。この実施態 様におけるサーボモータ（５００ｚ．−ｉｎ．のトルク、０〜６０ＶＤＣ）は、 Ｂａｌｄｏｒ Ｍｏｔｉｏｎ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｇｒｏｕｐ，Ｆｏｒｔ Ｓｍ ｉｔｈ，ＡｒｋａｎｓａｓからモデルＮｏ．Ｍ２２５０の下で入手できる。サー ボドライバ（ＰＷＭサーボａｍｐｓ）は、Ｂａｌｄｏｒ Ｍｏｔｉｏｎ Ｐｒｏ ｄｕｃｔｓ Ｇｒｏｕｐ，Ｐｌｙｍｏｕｔｈ，Ｎｅｗ Ｈａｍｐｓｈｉｒｅから モデルＴＳＤ Ｓｅｒｉｅｓ Ｏｎｅ ａｎｄＴｗｏ Ａｘｉｓの下で入手でき る。エンコーダ（１回転あたり１０００パルス、差動の、オープンコレクタタイ プ）は、Ｓｕｍｔａｋ，Ｓｏｍｅｒｓｅｔ，Ｎｅｗ ＪｅｒｓｅｙからモデルＮ ｏ．ＬＢＬの下で入手できる。そして、インターフェイスカードは、Ｍｏｔｉｏ ｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｃ．，Ｐｌｙｍｏｕｔｈ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａから モデルＮｏ．ＰＣ／ＭＣの下で入手できる。しかしながら、本発明はこの特定の 実施態様に限定されないことに注意せよ。 図２は、同時押出ダイ１０のＸ、Ｙ及びθ方向の動きが、ダイの前面が繊維を 注型する際にたどる経路に対して固定された位置に保持されるようにどのように して整合されるかを図示する。上で述べたように、この整合された動きが、ポリ マー状流体がノズル内のオフセットの環状オ リフィスを通って押出される時に、前記システムが均一な壁厚さの中空繊維膜を 注型することを可能にする。ノズルの動きは、有利には一定の流体流量を維持す るように実施することができるが、流体流量は、環状オリフィスのオフセット及 びポリマー状流体の粘度の関数である。 図３．１〜３．２５は、コンピュータ３をプログラムするためのフローチャー ト及び関係した例示のスクリーンディスプレイを図示する。これらの図面のフロ ーチャート部分はシステムを制御する際のコンピュータの操作を示し、そしてス クリーンディスプレイ部分はシステムのユーザインターフェイスアスペクト（ａ ｓｐｅｃｔｓ）を示す。 図３．１は、プログラムの最初のセットアップ部分を示す。第一に、ブロック １１において、システムは省略時目的ファイルをロードする。省略時目的ファイ ルは、省略時（又は推定された）レイアウト、パターン、繰り返し格子、及びモ ータ制御パラメータを規定するデータを含む。（“レイアウト”は、注型テーブ ルのイメージがコンピュータスクリーンにマップされるやり方である。格子は注 型ウィンドウをセルに分割するためにスクリーンの上に引かれた一連のラインで あり、ここで各々のパターンは各々のセル中に一度引かれる）。ブロック１２に おいては、メニュー及びデータ入力フォームを初期化する（これらのフォームは 後で説明する）。ブロック１４においては、図形パラメータを初期化し、そして 注型表面ウィンドウ及び情報ウィンドウを表示する（これらのウィンドウは後で 説明する）。ブロック１６においては、システムは、ユーザがノズルが満足な状 態にあること（例えば、それが操作の間に何かに衝突しないであろうこと）を確 認するまで待つ。ブロック１８においては、ディスプレイスクリーンをクリアす る。ブロック２０においては、 モータコントローラを初期化し、そして初期ＰＩＤ（比例、積分、微分）定数を 設定する。ＰＩＤ定数はモータ制御技術においては十分に理解されていることに 注目せよ。それらは、本質的にはモータ出力を加減するためにフィードバックデ ータを使用する。ブロック２２においては、Ｘ、Ｙ及びθモータの定位置（即ち 、参照位置）を決定する。 コンピュータ９の操作の説明を続ける前に、スクリーンディスプレイのフォー マットを図３．２を参照して手短に説明する。スクリーンは５つの領域、Ｓ１〜 Ｓ５に分割されている。領域Ｓ１は、その中に注型テーブル及び注型されている 膜のイメージが表示される“活動注型ウィンドウ”である。領域Ｓ２は、ユーザ がそれから選択する又はユーザがその中にデータを入力するメニュー及びフォー ムを表示するためのものである。領域Ｓ３は、コンピュータのある種の機能キー に対応する機能を示す援助ウィンドウを表示する。領域Ｓ４は、実時間情報ウィ ンドウを表示する。そして、領域Ｓ５は、実時間モード情報（例えば、注型ダイ の速度）を表示する。活動注型ウィンドウＳ１はまた、後で説明する“ステップ アンド リピート”注型格子も描写する。これらのウィンドウの特定の例もま た後で説明する。 さて図３．３及び３．４を参照して説明すると、コンピュータは、そこでメイ ンメニューが表示されそしてシステムがユーザ入力を待つブロック２４（図３． ３）において操作を続ける。図３．４中に示すように、メインメニューは、領域 Ｓ２（メニュー及びフォームウィンドウ）中に表示されそして以下の選択を含む ：ランを開始せよ、θを位置付けよ（ダイを選択されたθ位置に動かせ）、Ｘ及 びＹを位置付けよ（ダイを選択されたＸ、Ｙ位置に動かせ）、ホーム（ダイをＸ 、Ｙ及びθにおける定 位置に動かせ）、パターンを規定せよ、ラン格子を規定せよ、レイアウトを規定 せよ、モータ及びロード／セーブを規定せよ。これらのオプションは、それぞれ 図３．３の決定ブロック２６、３０、３４、３８、４２、４６、５０、５４及び ５８によって示される。２．１４巻き及び１４７．１５ｍｍの長さの例示の円パ ターンが、実時間情報ウィンドウＳ４によって映されるように、図３．４の活動 注型ウィンドウＳ１中に表示される。加えて、実時間モードウィンドウＳ５は１ 秒あたり９４．３５ミリメートルの経路速度を示し、そして援助ウィンドウＳ３ は機能キー並びにそれらの対応する機能（出口、出口−ホーム、スキップセル、 休止−再開、ライン、タンジェント及び半径）を示す。これらの機能は、それら が当該技術において良く知られていてそして特許請求された発明の一部ではない ので、本明細書中では詳細には説明しない。 図３．３を参照して説明すると、ユーザが所望の機能を選択する時には、コン ピュータはそれに応じて以下のブロックの一つに分岐する： ２８ 現在のパターンをステップ アンド リピートせよ（このブロックは図 ３．２４を参照して後で説明する）。 ３２ ヘッド角度を設定せよ、ここではユーザは矢印キーを使用してダイ角度 を設定する。 ３６ Ｘ及びＹの位置を設定せよ、ここではユーザは矢印キーを使用してダイ を選択されたＸ、Ｙ位置に設定する。 ４０ ホームを見い出せ、ここではホームスイッチが見い出されるまでテーブ ルをＸ及びＹ方向に走査する。 ４４ パターン規定（このブロックは図３．５を参照して以下に説明する）。 ４８ 規定データ入力（このブロックは図３．１４及び３．１５を参照して後 で説明する）。 ５２ レイアウト規定データ入力（このブロックは図３．１６〜３．１９を参 照して後で説明する）。 ５６ モータ規定（このブロックは図３．２０を参照して後で説明する）。 ６０ セーブ／ロード（このブロックは図３．２２を参照して後で説明する） 。 図３．５を参照して説明すると、パターン規定操作は、パターン規定メニュー が表示されるブロック６２で始まる。決定ブロック６４、６８、７２、７６及び ８０は、それそれ、ユーザが選択することができるパターンオプション、例えば 螺旋、円、丸みのある長方形、振動、及びスクリーンをクリアせよを示す。これ らのオプションの一つを選択すると、コンピュータは以下のブロックの選択され た一つに分岐する： ６６ 螺旋規定、 ７０ 円規定、 ７４ 丸みのある長方形規定、 ７８ 振動規定、 ８０ 図形ディスプレイをリセットせよ。 螺旋規定ブロック６６は図３．６及び３．７を参照して以下で説明する。円規定 ブロック７０は図３．８及び３．９を参照して後で説明する。丸みのある長方形 規定ブロック７４は図３．１０及び３．１１を参照して後で説明する。そして振 動規定ブロック７８は図３．１２及び３．１３を参照して後で説明する。 さて図３．６を参照して説明すると、螺旋規定データ入力手順はブロック８４ において始まる。ブロック８６においては、ユーザは、パターンの中心のための 所望のＸ、Ｙ座標を入力する。ブロック８８においては、ユーザは、螺旋の開始 及び終了半径を入力する（これらのパラメータは図３．７中に示される）。ブロ ック９０においては、ユーザは、巻きの数、層の数及び螺旋の方向（即ち、時計 方向か又は反時計方向）を入力する。図３．７の例示の螺旋パターンにおいては 、ウィンドウＳ２中に示されるように、巻きの数は４であり、層の数は２であり 、そして方向は負である。（これらのパラメータの意味は図３．７中に示されて いる。手短に言えば、各々の層は一つの面の中にあり、そして一つのパターンは カーブの継続によって一緒に接続された１以上の層を有することができる。巻き の数は、パターンが３６０°旋回する回数の数である）。ブロック９２において は、ユーザは経路速度を入力する。ブロック９４においては、ユーザは度でのス タート位置を入力する。ブロック９６においては、ユーザは、入り口半径（Ｘ＝ ０、Ｙ＝０に対する螺旋の中心からの距離）及び巻きの数を入力する。ブロック ９８においては、ユーザは出口半径及び巻き数を入力する。入り口及び出口半径 を設定する際の目標は、パターンへの滑らかな入り口／パターンからの滑らかな 出口を与えることである。ブロック１００においては、ユーザは、まさに規定さ れた螺旋を“現在の”パターンにすべきかどうかを決定する。そうである場合に は、コンピュータは、ブロック１０２において、パターン規定変数を更新しそし て、図３．７中に示すように、螺旋パターンをテーブルディスプレイウィンドウ Ｓ１中に表示する。 図３．８及び３．９は、円パターンを規定するための手順を図示し、 そしてかくして、螺旋パターンを規定するための手順を示す図３．６及び３．７ と類似である。円規定データ入力プロセスはブロック１０４（図３．８）におい て始まり、そこではデータ入力フォームはウィンドウＳ２（図３．９）中に図示 されている。次に、ユーザは、中心Ｘ、Ｙ座標（ブロック１０６）、半径（ブロ ック１０８）、巻きの数及び方向（ブロック１１０）、経路速度（ブロック１１ ２）、スタート位置（ブロック１１４）、入り口半径及び巻き数（ブロック１１ ６）、並びに出口半径及び巻き数（ブロック１１８）を入力する。ブロック１２ ０においては、ユーザは、このパターンを現在のものにすべきかどうかを決定す る。そうである場合には、コンピュータは、ブロック１２２において、パターン 規定変数を更新し、そしてパターンをテーブルディスプレイウィンドウＳ１（図 ３．９）中に表示する。 図３．１０及び３．１１は、それぞれ、丸みのある長方形パターン規定手順（ ブロック７４、図３．５）のためのプログラムのフローチャート部分及び対応す る例示のスクリーンディスプレイである。ブロック１２４において、丸みのある 長方形規定データ入力手順は、データ入力フォームのウィンドウＳ２（図３．１ １）中へのディスプレイから始まる。ブロック１２６においては、中心Ｘ、Ｙ座 標を入力する。ブロック１２８においては、Ｘ軸に沿ったパターンの長さを入力 する。ブロック１３０においては、Ｙ軸に沿った長さを入力する。ブロック１３ ２においては、コーナー半径を入力する。ブロック１３４においては、巻きの数 を入力する。ブロック１３６においては、方向を入力する。そして、ブロック１ ３８においては、経路速度を入力する。今述べたパラメータの各々に対する例示 の値を、図３．１１のスクリーンディスプレイのデータ入 力ウィンドウＳ２中に図示する。テーブルウィンドウＳ１は、これらのパラメー タの各々が本発明の明細書においてどのようにして規定されるかを示す。決定ブ ロック１４０（図３．１０）においては、ユーザは、このパターンを現在のもの にすべきかどうかを決定する。そうである場合には、コンピュータは、ブロック １４２に分岐し、そしてパターン規定変数を更新し、そしてパターンをウィンド ウＳ１（図３．１１）中に表示する。 さて図３．１２を参照して説明すると、振動パターン規定手順（ブロック７８ 、図３．５）はブロック１４４において始まる。例示の振動ディスプレイスクリ ーンをスクリーン３．１３中に図示する。ブロック１４６（図３．１２）におい て、ユーザは、Ｘ、Ｙ座標におけるスタート位置を入力する。ブロック１４８に おいては、パターンのＸ軸長さを入力する。ブロック１５０においては、パター ンのＹ軸長さを入力する。ブロック１５２においては、パターンにおけるサイク ルの数を入力する。そして、ブロック１５４においては、経路速度を入力する。 これらのパラメータは、図３．１３中に示すように規定される。決定ブロック１ ５６においては、ユーザは、このパターンを現在のパターンにすべきかどうかを 決定し、そしてそうである場合には、コンピュータは、ブロック１５８において パターン規定変数を更新し、そしてパターンをテーブルディスプレイウィンドウ Ｓ１（図３．１３）中に表示する。 図３．１４は、図３．３のラン規淀データ入力手順４８のための手順を図示す る。ブロック１６０において、この手順は、ディスプレイのウィンドウＳ２（図 ３．１５）中へのラン規定入力フォームのディスプレイによって始まる。このフ ォームによって、ユーザは、Ｘ方向中のセルの 数（ブロック１６２）及びＹ方向中のセルの数（ブロック１６４）を入力する。 図３．１５の例においては、これらの値の各々は、ウィンドウＳ１中の表示され たパターンによって映されるように、２である。決定ブロック１６６においては 、ユーザは、これらの入力を現在のものにすべきかどうかを決定する。そうであ る場合には、コンピュータは、ブロック１６８において格子規定変数を更新し、 そして格子をテーブルディスプレイウィンドウＳ１（図３．１５）中に表示する 。図３．１５は、同一の円パターンの２ｘ２格子の例を示す。 図３．１６及び３．１７は、図３．３のレイアウト規定データ入力手順５２を 詳論する。図３．１６を参照して説明すると、レイアウト規定手順はブロック１ ７０において始まり、そこではレイアウト規定メニューが、図３．１７中に示す ように、ウィンドウＳ２中に表示される。ブロック１７２においては、ユーザは 、ディスプレイビューポートのための興味の選択された領域を入力する。ブロッ ク１７４においては、ディスプレイの活動領域のための座標を入力する。ブロッ ク１７６においては、ディスプレイのワールド座標系のための単位（ミリメート ル又はインチ）を入力する。ブロック１７８においては、活動領域ディスプレイ 格子のためのパラメータ（数、長さ、タイプ）を入力する。ブロック１８０にお いては、ラン−時間情報ビューポートのパラメータを入力する。ブロック１８２ においては、引き（ｄｒａｗ）だけのモード（このモードにおいては、膜は実際 には注型されない）のためのパラメータを入力する。そして、ブロック１８４に おいては、自動報告モード（このモードにおいては、プログラムランが自動的に 繰り返される）のためのパラメータを入力する。決定ブロック１８６においては 、ユーザは、このレ イアウトを現在のレイアウトにすべきかどうかを決定し、そしてそうである場合 には、コンピュータは、ブロック１８８においてレイアウト規定変数を更新し、 そして新しいレイアウト規定データに従ってスクリーン全体をリフレッシュする 。 図３．１７は、ワールド座標系を変えるための、又はズーミングのための手順 と関連した例示のスクリーンディスプレイを図示する。図３．１７のディスプレ イと図３．１５のディスプレイとを比較することによって、ディスプレイウィン ドウＳ１に関する座標境界を変えることによって、ユーザはスクリーンの選択さ れた部分を拡大することができることを理解することができる。 図３．１８は、図３．３のモータ規定手順５６を更に図示する。ブロック１９ ０においては、モータ規定メニューが表示される。決定ブロック１９２、１９６ 及び２００においては、ユーザはＰＩＤのＸ軸、Ｙ軸、又はθ軸を選択し、そし てコンピュータはそれに応じてブロック１９４、１９８又は２０２の一つに分岐 して、ＰＩＤ規定データ入力手順を実施する（図３．１９は、この手順のための フローチャートを図示する）。決定ブロック２０４においては、ユーザは、モー タを初期化すべきかどうかを決定する。そうである場合には、コンピュータは、 そこでモータが停止されるブロック２０６に分岐し、そして新しく規定されたＰ ＩＤ状態にリセットする。 図３．１９を参照して説明すると、ＰＩＤ規定データ入力フォームをブロック ２０８において表示する。ブロック２１０、２１２、２１４、２１６及び２１８ においては、ユーザは、比例利得、積分利得、積分端、微分利得及び微分サンプ ル時間係数のためのパラメータ（これらはＰＩ Ｄ制御パラメータである）を入力する。決定ブロック２２０においては、ユーザ は、正に規定されたＰＩＤ設定を現在のものにすべきかどうかを決定する。そう である場合には、コンピュータはブロック２２２においてＰＩＤ規定変数を更新 し、そして新しい規定データに従って特定されたモータコントローラを設定する 。 図３．２０は、図３．３のブロック６０のセーブ及びロード手順を図示する。 ブロック２２４においては、セーブ及びロードメニューを表示する。決定ブロッ ク２２６においては、ユーザはファイルをセーブすべきかどうかを決定し、そし てブロック２２８においては、ユーザはファイル名を入力し、そしてコンピュー タはこのファイルを特定されたファイルにセーブする。決定ブロック２３０にお いては、ユーザは特定されたファイルから一つのファイルをロードすべきかどう かを決定する。ブロック２３２においては、ユーザはファイルを指名し、そして コンピュータは特定されたファイルをロードする。 図３．２１は、ブロック２４〜６０のユーザ入力手順が完了した後の、図３． ３の手順の残りのためのフローチャートの部分を図示する。ブロック２３４にお いては、コンピュータはモータコントローラを初期化する。ブロック２３６にお いては、コンピュータはフォーム及びメニューシステムを閉じる。ブロック２３ ８においては、コンピュータはスクリーンをクリアしそしてコンピュータ中の関 係した図形カードをテキストにリセットする。そして、ブロック２４０において は、コンピュータは操作システムに出る。 図３．２２〜３．２５は、図３．３のブロック２８のステップ アンド リピ ートの現在のパターン手順を図示する。この手順はブロック２ ５０（図３．２２）において始まる。ブロック２５２においては、現在の格子位 置に関するＸ及びＹオフセットを計算する。ブロック２５４においては、セルの 縁に沿った最短経路を使用してダイをセル原点まで動かす。ステップ２５６にお いては、コンピュータは円パターンが既に要求されたかどうかを決定する。そう である場合にはコンピュータはブロック２５８に分岐する。同様に、ステップ２ ６０、２６４及び２６８においては、コンピュータは螺旋パターン、丸みのある 長方形パターン、又はその他のタイプのパターンが既に要求されたかどうかを決 定し、そしてそれに応じてブロック２６２、２６６又は２７０の適切な一つに分 岐する。（ブロック２５８、２６２、２６６及び２７０はお互いに類似であり、 それ故本明細書中ではブロック２５８だけを更に説明することに注目せよ。これ は図３．２３〜３．２５を参照して行う）。決定ブロック２７２においては、コ ンピュータは限界を越えた（ｏｖｅｒｌｉｍｉｔ）エラーが検出されたかどうか を決定し、そしてそうである場合にはブロック２７４に分岐するが、そこではモ ータを停止しそして警告メッセージを表示する。決定ブロック２７６においては 、プログラムはキーボードオーバーライドが起きたかどうかを検出し、そしてそ うである場合には決定ブロック２８０に分岐するが、そこではコンピュータはオ ーバーライドが拡張であったかどうかを決定する。拡張が要求された場合には、 ブロック２８２を実行しそしてすべてのモータを停止する。オーバーライドが拡 張ではなかった場合には、ブロック２８４において、コンピュータはオーバーラ イドが出口ホーム命令であったかどうかを決定する。そうである場合には、ブロ ック２８６においてすべてのモータを停止し、そしてブロック２８８の手順を実 行する、即ちＨＭＲＩ ｆｉ ｎｄ ｈｏｍｅ及びＨＭＲＩ ｈｏｍｅ ｔｈｅｔａはそれぞれモータをＸ、Ｙ ＝０及びθ＝０に設定する。決定ブロック２９０においては、コンピュータはオ ーバーライドが次のセルへ動く要求であったかどうかを検出し、そしてそうであ る場合にはブロック２５２に分岐する。ブロック２７６においてオーバーライド が検出されなかった場合には、コンピュータはブロック２７８に分岐するが、そ こではそれは次のセル又は格子が要求されたかどうかを決定し、そしてそうであ る場合にはブロック２５２に分岐する。 図３．２３〜３．２５は、図３．２２のブロック２５８のＨＭＲＩ ｓｐｉｒ ａｌ手順のためのフローチャートの部分を図示する。この手順はブロック３００ （図３．２３）において始まる。ブロック３０２においては、各々のモータの加 速をモータコントローラによって最大に設定する。ステップ３０４においては、 ＨＭＲＩ ｍｏｖｅ手順を実行するが、そこではＸ、Ｙモータがダイをそのスタ ート位置に動かす。ブロック３０６においては、θモータをユーザが規定したス タート角度に設定する。決定ブロック３０８においては、コンピュータは２つの 軸の動きが完了するまで待つ。ブロック３１０においては、コンピュータは、パ ターンがトレースされるべき方向、即ち、螺旋の動きが外側から中へか又は内側 から外へかのどちらなのかを示す論理トグルを設定する。ブロック３１２におい ては、コンピュータは、ユーザが規定したスタート半径に対する参照半径を設定 する。ブロック３１４においては、コンピュータはθ増分速度をその最大値に設 定する。ブロック３１６においては、コンピュータは、１度の回転あたりの半径 の変化の量を計算する。ブロック３１８は、最大半径がスクリーンの上に表示さ れることを示す。 さて図３．２４を参照して説明すると、ブロック３２０においては、コンピュ ータは半径に依存した動き増分を計算する。（この増分は以下のように説明する ことができる。流体は一定速度でノズルから流れるので、ノズルの線又は経路速 度もまた一定に保持されなければならない。それ故、ノズルの角速度はパターン の半径が増加又は減少するにつれて変化し、そしてθの変化の速度はそれに応じ て調節されなければならない。“半径に依存した動きの増分”は、経路半径の関 数としてノズルのθ位置を調節する際に使用される）。ブロック３２２において は、初期のθ増分を、Ｘ、Ｙ増分及び時計／反時計方向標識を使用して計算する 。ブロック３２４においては、速度測定タイマーを初期化する。ブロック３２６ においては、螺旋の上の現在のターゲットＸ及びＹ座標（次の所望の位置）を計 算する。ブロック３２８においては、すべての巻き及び層が引かれるまで基本パ ターンを繰り返す。ブロック３３０においては、規定された経路速度（（Ｖ_X ²＋ Ｖ_Y ²）^1/2）を得るために現在の成分（Ｖ_X、Ｖ_Y）速度を計算する。ブロック３ ３２においては、成分速度及びターゲットＸ、Ｙ座標をモータコントローラ単位 （即ち、エンコーダカウント）に変換する。ブロック３３４においては、Ｘ、Ｙ 及びθモータコントローラを規定されたベクトルに関して設定する。ブロック３ ３６においては、Ｘ、Ｙ及びθモータを現在の増分のためにスタートさせる。 図３．２５を参照して説明すると、決定ブロック３４０においては、コンピュ ータは３つの軸の動きの完了を待つ。ブロック３４２においては、現在の半径を 基にして新しい増分値を計算する。決定ブロック３４４においては、コンピュー タは何らかのユーザキーストローク変更が起きたかどうかを決定する（ユーザは キーボードによってある種のパラメ ータに対して実時間制御を行うことができることに注目せよ、例えば、モータ速 度は矢印キーによって調節することができる）。そうである場合には、ブロック ３５０において、それはユーザが何を要求したかを決定する（拡張、出口、又は 次）。ブロック３５２においては、コンピュータは、ユーザが経路速度、線速度 （即ち、注型格子のセルの間を動く際のダイの速度）、又は半径を要求したかど うかを決定する。これらの一つが選択された場合には、プログラムはブロック３ ５４に分岐し、そしてキーが押された時間によって決定される、キーストローク カウントによって指示されるパーセントだけ選択されたパラメータを変える。決 定ブロック３４４において変化が要求されなかった場合には、コンピュータは決 定ブロック３４６に進み、そしてすべての巻き及び層が完了したかどうかを決定 する。そうではない場合には、それは、図３．２６のループ３２８に対応する巻 き及び層ループ３５６に分岐する。 要約すると、本発明は、コンピュータ制御された中空繊維膜注型システムを提 供する。コンピュータはＤＣサーボモータを制御して注型ダイを３つの軸（Ｘ、 Ｙ、θ）に沿って動かし、そしてかくして壁厚さを含む最後の膜の形を制御する 。凝固速度は溶媒によって改変されて粘性の抗力（ｄｒａｇ）による膜生成のた めの適切な時間を可能にする。膜が注型されている時に膜の動き又はドリフトを 制限するために、マンドレル又はガイドブロックを浴の中で使用することができ る。 本明細書は、コンピュータの操作、例えば特定のユーザインターフェイス手順 をかなり詳細に述べ、そして特別なハードウェア（モータ、コントローラなど） を詳記しているけれども、本発明の本当の範囲は、それらの特別なハードウェア 又はソフトウェア要素に限定されない。加え て、本発明のコンピュータ制御された注型システムは、種々のポリマー、コポリ マー又はこれらの組み合わせを基にした種々の異なる中空繊維膜の製造のために 使用することができることが当業者には明らかであろう。本発明の一つの実施態 様を、図３．７中に図示された種類の螺旋コイル形を有する、そして約０．１〜 １０．０ミリメートル、好ましくは４〜７ミリメートルの範囲の内径、及び約２ ５〜５００マイクロメートル、好ましくは１００〜２００マイクロメートルの範 囲の壁厚さを有する中空繊維膜を作るために使用した（しかしながら、本発明は 、特別な形、径又は壁厚さの繊維を注型することに限定されない）。上で引用し た米国特許第５，００２，６６１号中で述べられたように、このような中空繊維 コイルは、人工膵臓の範疇において殊に有用である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フオリー，アミー・リー アメリカ合衆国マサチユセツツ州01701ナ テイク・ウエストセントラルストリート 114 (72)発明者 ダンリービイ，カレン・イー アメリカ合衆国マサチユセツツ州01821ビ ラーリカ・アツプルストリート７ (72)発明者 ドハーテイ，エドワード・ジヨセフ アメリカ合衆国マサチユセツツ州02048マ ンスフイールド・ネイサンロード10 【要約の続き】 押出ダイ１０が含まれる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．（ａ）同時押出ダイのノズルの環状オリフィスからポリマー状流体を無理 に押出し一方該ノズルのセンターコア（心型）から凝固流体を無理に押出すこと 、及び （ｂ）凝固浴の表面の上方のそしてそれに平行な面の中での該ノズルの動きを 、規定された形の中空繊維膜を前記の浴の中で生成させるように前記の動きを制 御しながら、自動的に遂行すること のステップを含んで成る、規定された形の中空繊維膜を自動的に注型するための 方法。 ２．該ノズル内でオフセットである環状オリフィスから該ポリマー状流体を無 理に押出すこと、及び該ノズルを回転させて実質的に均一な壁厚さを達成するこ とを含んで成る、請求の範囲１記載の方法。 ３．ステップ（ｂ）が、実質的に均一な壁厚さの中空繊維膜を注型するために 、少なくとも３つの軸、Ｘ、Ｙ及びθに対する該ノズルの整合された動きを遂行 することを含んで成る、請求の範囲２記載の方法。 ４．該環状オリフィスのオフセット及び該ポリマー状流体の粘度に従って該Ｘ 、Ｙ及びθ軸に対する該ノズルの前記の動きの速度を調節することを更に含んで 成る、請求の範囲３記載の方法。 ５．約４〜７ミリメートルの内径及び約１００〜２００マイクロメートルの壁 厚さを有する中空繊維膜を注型するために、該ステップ（ａ）及び（ｂ）を適応 させる、請求の範囲１記載の方法。 ６．（ａ）オフセットの環状オリフィス及びセンターコア（心型）を持つノズ ルを有する同時押出ダイ、 （ｂ）該ノズルの該環状オリフィスからポリマー状流体を無理に押出 し一方該センターコア（心型）から凝固流体を無理に押出すための手段、並びに （ｃ）規定された形の中空繊維膜を凝固浴の中で生成させるように該ノズルの 動きを制御しながら、前記凝固浴の表面の上方のそしてそれに平行な面の中で該 ノズルを自動的に動かすための手段 を含んで成る、規定された形の中空繊維膜を自動的に注型するための装置。 ７．実質的に均一な壁厚さの中空繊維膜を注型するために、少なくとも３つの 軸、Ｘ、Ｙ及びθに対する該ノズルの整合された動きを遂行するための手段を更 に含んで成る、請求の範囲６記載の装置。 ８．該Ｘ及びＹ軸に沿った動きと整合させて該ノズルを該θ軸の回りで回転さ せるための手段を更に含んで成る、請求の範囲７記載の装置。 ９．該環状オリフィスのオフセット及び該ポリマー状流体の粘度に従って該ノ ズルの前記の動きの速度を調節するための手段を更に含んで成る、請求の範囲８ 記載の方法。 １０．約４〜７ミリメートルの内径及び約１００〜２００マイクロメートルの 壁厚さを有する中空繊維膜を注型するために適応させた、請求の範囲６記載の装 置。 １１．規定された形の中空繊維膜を自動的に注型するためのシステムの制御の ためのコード化された命令（ソフトウェア）がその中にあるコンピュータ記憶媒 体であって、該システムが、少なくとも一つのサーボドライバを経由してコンピ ュータに作動自在に連結されたＸ、Ｙ及びθ方向のサーボモータ、凝固浴を保持 するためのタブ、並びにオフセットの環状オリフィスを有する同時押出ダイを含 み、そして該ソフトウェア が、凝固浴の表面の上方のそしてそれに平行な面の中での該ノズルの動きを、前 記の規定された形の中空繊維膜を前記凝固浴の中で生成させるように前記の動き を制御しながら、自動的に遂行するためのコードを含んで成るコンピュータ記憶 媒体。 １２．実質的に均一な壁厚さの中空繊維膜を注型するために、少なくとも３つ の軸、Ｘ、Ｙ及びθに対する該ノズルの整合された動きを遂行するためのコード を更に含んで成る、請求の範囲１１記載のコンピュータ記憶媒体。 １３．該Ｘ及びＹ軸に沿った動きと整合させて該ノズルを該θ軸の回りで回転 させるためのコードを更に含んで成る、請求の範囲１２記載のコンピュータ記憶 媒体。 １４．該環状オリフィスのオフセット及び該ポリマー状流体の粘度に従って該 ノズルの前記の動きの速度を調節するためのコードを更に含んで成る、請求の範 囲１３記載のコンピュータ記憶媒体。 １５．約０．１〜１０．０ミリメートルの内径及び約２５〜５００マイクロメ ートルの壁厚さを有する中空繊維膜を注型するために、該ステップ（ａ）及び（ ｂ）を適応させる、請求の範囲１記載の方法。 １６．約０．１〜１０．０ミリメートルの内径及び約２５〜５００マイクロメ ートルの壁厚さを有する中空繊維膜を注型するために適応させた、請求の範囲６ 記載の装置。