JPH11532A - 中空糸モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ヘッダー内の流動分配を円滑に行ない、各中空
糸内部を流れる流体の流速を略均一にすることができる
中空糸モジュールを提供する。 【解決手段】中空糸束と、該中空糸束を収納した本体ケ
ースと、前記中空糸束の少なくとも一端を開口させた状
態で固定した隔壁と、該隔壁の外表面に形成された中空
糸束開口面全体を包囲し、前記本体ケースに取り付いた
ヘッダー部材とを有した中空糸モジュールにおいて、前
記隔壁の外表面に形成された中空糸束開口面を多角錐ま
たは円錐形状としたことを特徴とする中空糸モジュー
ル。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は中空糸モジュール
に関し、特に血液浄化、透析あるいは限外濾過等の目的
に使用される中空糸モジュールおよびその製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より中空糸モジュールは人工腎臓、
人工肝臓、人工肺、血漿分離、限外濾過、浄水器、等に
広く利用されており、幾多の実施形態と多種多様の用途
に関して公知である。

【０００３】これら中空糸モジュールは、例えば特公昭
６３−５２５２２号公報に記載の如く、筒状本体ケース
内に多数の中空糸が装填され、該中空糸束の端部が該ケ
ースの端部に充填固化される合成高分子材料の隔壁部材
により支持されて、各中空糸の開口部が該隔壁部材の外
端面に開口される。そして、各中空糸の開口部全体を包
囲するヘッダーが前記ケースの両端部に被着され、該ヘ
ッダーには各中空糸の開口部に連通するＡ液（例えば血
液）用ノズルが設けられ、前記ケースには中空糸束の周
囲に臨むＢ液（例えば透析液）用ノズルが設けられる。

【０００４】上記中空糸モジュールにおいて、特に医療
分野に使用されるものに対しては、上述した基本構造に
加えて、更に極めて多くの要求が出されている。

【０００５】ここで、中空糸内部を貫流するＡ液は一般
に体外循環で中空糸モジュールに供給される血液であ
る。従って、Ａ液を満たすために必要な中空糸モジュー
ル内のＡ液側容積は可及的に小さいことが重要である。
また、中空糸に対して可及的に円滑な流動分配が行われ
るよう、あまり大きなＡ液滞留部が形成されないように
しなくてはならない。このような滞留部は、特にＡ液が
血液の場合、血液凝固現象を著しく高め、それによって
患者を危険にさらすことになりかねない。

【０００６】また、医学用中空糸モジュールは、一般に
再使用不可とした方が衛生上好ましい。従って、医療用
中空糸モジュールは上述したようなすべての要求点を可
及的に最適に満足させた上で、安価に製造し得ることが
要求される。

【０００７】上述の中空糸モジュールは、一般に遠心ポ
ッティング法により製造されることが多い。すなわち、
上記中空糸モジュールにおいて、ケース内に隔壁部材を
設けることにて中空糸束を支持する作業、すなわちポッ
ティング作業は、まず、ケースの長さよりも長い多数の
中空糸を用意し、該中空糸束をケース内に位置させる。
そして、ケースの外端面にポッティング用キャップを嵌
着することにて該ケースの外方側端部を密封し、ケース
の中心軸を回転半径上に置く状態で該ケースを回転させ
ながらケースの上側面に設けられているＢ液用ノズルか
ら合成高分子材料（ポッティング材）を流し込み、上記
ポッティング材を遠心力下でケースの軸方向の外方側端
部の隔壁形成部位に集中させ、前記キャップにて密封さ
れているケースの外方側端部に存在していた空気を上記
ポッティング材にて駆逐する如くに置換し、所定時間経
過後のポッティング材固化によって隔壁を形成する。

【０００８】上記隔壁はポッティング材固化後に、その
外端部を鋭利な刃物でスライスして、中空糸の開口端を
表面に露出させる。その後、ケースの両端部に血液室を
形成するためのヘッダーを液密に嵌着することで中空糸
モジュールとしての形態を得る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述した方法によって
中空糸モジュールを得ることができるが、このような従
来よりある一般的な中空糸モジュール、例えば、特に医
療分野に用いる中空糸モジュールでは、Ａ液、すなわち
血液を中空糸内部へ導入する際、一般的にヘッダーの中
央部より導入されるため、ヘッダー内にある流体分配室
の外周部の流速が小さくなる。特にヘッダーが大きい場
合には、その血流速の差が拡大される傾向にある。これ
ら流速の遅れが発生することにより、置換効率あるいは
浄化効率が低下し、中空糸モジュールとしての性能低下
を招くとともに、流速が中央部と外周部で異なることに
起因して、外周部に近い中空糸の内部に残血を引き起こ
しやすくなる。特に長時間の処理を行う際に、血液流れ
の遅い中空糸の内部で凝血を起こし、それが血栓を生成
することになり、血液の流れが停止する部分さえ生じる
場合がでてくる。

【００１０】これらを改良すべく、今までに例えば、特
公平４−２６８６７号公報が提案されている。

【００１１】しかしながら、該公報に記載されているよ
うな、流れ規制体を体液流入室内に形成するためには、
流れ規制体を別に作製し、ヘッダー部材と接合する必要
があるので製造コストが増加するという問題があった。
あるいは、全ての体液が一度、中空糸束開口面の外周部
に供給されるので、一般的な従来の中空糸モジュールと
は逆に、中空糸束中央部を流れる体液の流量が遅くなり
がちであり、流速バランスをとるために、流れ規制体の
形状について複雑な解析が必要という問題があった。

【００１２】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
鑑み、中空糸束に対して均一で円滑な流動分配が可能
で、しかも低コストで製造可能な中空糸モジュールおよ
びその製造方法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明者らが鋭意検討した結果、以下に示す本発明に到
達した。すなわち、 （１）中空糸束と、該中空糸束を収納した本体ケース
と、前記中空糸束の少なくとも一端を開口させた状態で
固定した隔壁と、該隔壁の外表面に形成された中空糸束
開口面全体を包囲し、前記本体ケースに取り付いたヘッ
ダー部材とを有した中空糸モジュールにおいて、前記隔
壁の外表面に形成された中空糸束開口面を多角錐または
円錐形状としたことを特徴とする中空糸モジュール。

【００１４】（２）前記多角錐または円錐形状の高さＨ
が次式で表される範囲であることを特徴とする前記（１
に記載の中空糸モジュール。

【００１５】Ｓ／４≦Ｈ≦Ｓ−Ｃ ただし、Ｓ：ヘッダー内の流動分配室頂点高さ（ｍｍ） Ｈ：多角錐または円錐形状の高さ（ｍｍ） Ｃ：ヘッダー内の流動分配室底面高さ（ｍｍ） （３）血液浄化に用いることを特徴とする前記（１）ま
たは（２）に記載の中空糸モジュール。

【００１６】（４）中空糸束の少なくとも一端を開口さ
せた状態で固定した隔壁の外表面に形成された中空糸束
開口面を多角錐または円錐形状に切削して得た中空糸束
を使用して中空糸モジュールとすることを特徴とする中
空糸モジュールの製造方法。

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例を図
面に基づいてさらに詳細に説明する。

【００１７】図１は本発明の中空糸モジュールの一実施
例を示す全体図であり、図２は図１に示した中空糸モジ
ュールの要部を拡大した部分詳細図である。

【００１８】図１において、１は本体ケースであり該本
体ケース内に中空糸束２が装填されている。中空糸束２
の端部は本体ケース１の端部に充填固化される合成高分
子材料の隔壁部材３により支持されるとともに、各中空
糸の開口部は隔壁部材３の外端面に開口されている。ま
た、本体ケース１の両端部には、中空糸の開口部全体を
包囲するヘッダー４が被着され、該ヘッダー４には各中
空糸の開口部に連通するＡ液用ノズル４１が設けられ、
前記本体ケース１には中空糸束の周囲に臨むＢ液用ノズ
ル１１が設けられている。なお、５は本体ケース１とヘ
ッダー４との間をシールするＯリンクであり、４２は液
体分配室を示す。

【００１９】図１の実施例では、本体ケース１の両端に
ヘッダー部材４を設けているが、例えば、全量濾過に用
いる中空糸モジュール等、用途によってはどちらか一方
にヘッダー部材４を設けたものであってもよい。また、
本体ケース１とヘッダー部材４とを接合する手段として
は、例えば、超音波接着、溶剤による接着、スピン融
着、シール材を介したネジによる螺合、等あるが、いず
れにしても気密にシールできる手段を採用する。

【００２０】図１の要部を拡大して示す図２において、
ヘッダー部材４は、Ａ液用ノズル４１と流体分配室４２
を有している。Ａ液用ノズル４１はヘッダー部材４の中
心軸上に設けるのが一般的であり、均一な流動分配を得
るためにも好ましい。

【００２１】流体分配室４２は、滞留部を無くし、円滑
で均一な流動分配を得るために、円錐形状とするのが一
般的である。

【００２２】Ｏリング５は、必ずしも必要ではないが、
流体分配室４２の流体滞留部を極小化するためにも設け
た方が好ましい。Ｏリング５の材質はシリコーンゴム等
の弾性体であることが、シール性の面で好ましい。

【００２３】本発明においては、隔壁３の外端面に形成
された中空糸束開口面３１を、前述のとおり、多角錐ま
たは円錐形状とするものである。ただし、流動分配をよ
り一層、円滑にすることを考慮すれば、円錐形状とする
ことがより好ましい。

【００２４】なお、三角錐形状など、いわゆる山型の形
状をしていれば近似した効果が得られるのはいうまでも
ない。また、本発明の目的、効果を損なわない範囲にお
いて、多角錐または円錐形状の傾斜面を曲線状にした
り、頂点部分を台形にカットしたものであってもよい。

【００２５】上記の多角錐または円錐の形状は、中空糸
束の内部を流れる流体の流速がいずれの中空糸において
も均一となるように設定するのが最も好ましいことであ
る。この際、中空糸開口面３１が多角錐または円錐形状
となっているので、中央部に位置する中空糸の長さが最
も長く、圧力損失が大きいので流入量が減り、逆に外周
部に位置する中空糸ほど中空糸の長さが短くなるので、
圧力損失が小さくなり、流入量も増えることになる。加
えて、多角錐または円錐自体の形状効果により、中央部
に導入された流体が外周部へ拡がり、流動分配性を向上
させられるといった特徴を有する。

【００２６】ただし、ヘッダー内の流体分配室４２の形
状によっては、上記多角錐または円錐形状の多角錐また
は円錐の高さＨを定めた方が好ましい。

【００２７】すなわち、図３に示すごとく、流体分配室
４２の頂点高さをＳ、流体分配室４２の底面高さをＣと
した場合、多角錐または円錐の高さＨはＳ−Ｃよりも小
さい方が好ましい。これは、流体分配室４２の流路拡大
稜線Ｋで流路が絞られてしまうことを防ぐためである。

【００２８】また、多角錐または円錐の高さＨはＳ／４
よりも大きい方が好ましい。これは、多角錐または円錐
の高さが不足することにより、流動分配性の効果が発現
しづらくなるからである。

【００２９】以上のことより、まず中空糸開口面３１の
多角錐または円錐の高さＨを決めてから、ヘッダー内の
流体分配室４２の形状を決めるのが最も好ましい手法で
ある。

【００３０】多角錐または円錐形状の中空糸束開口面３
１を得るには、図４に一例を示すごとく、切断用の刃物
６を斜めにあて、中空糸モジュールを回転させることに
より、いわゆる、リンゴの皮を剥くごとき方法、あるい
は別に、鉛筆を削るごとき方法を用いることにより簡単
に得ることができ、切断方法については特に限定される
ものではない。

【００３１】

【実施例】 実施例 血液透析用のポリメチルメタアクリレート中空糸（外径
２６０μ）１４４００本を用い、中空糸開口面３１を円
錐形状とし、該円錐の高さＨを種々変更して、図１に示
す如き本発明の中空糸モジュールを製造した。

【００３２】この時の流体分配室の頂点高さＳは１６ｍ
ｍ、底面高さＣは２ｍｍであった。これを用いて、透析
模擬テストとして、ヘマトクリット値４０％の牛新鮮血
１リットルを２００ｍｌ／ｍｉｎの流速で１０分間循環
した後に、１００ｍｌの生理食塩水を１００ｍｌ／ｍｉ
ｎの流速で供給し、次いで空気を供給して中空糸内の液
体を押し出す、返血操作を行った結果、表１の結果を得
た。

【００３３】比較例 上述した本発明の実施例で使用したものと同様の中空糸
束および本体ケースを用いて、図５に示すような、中空
糸開口面を平坦にカットした、一般的な従来の中空糸モ
ジュールを製造し、前記実施例等と比較するべく、同様
に牛新鮮血による透析模擬テストを行い、表１の結果を
得た。

【００３４】

【表１】 このテスト結果が示すとおり、従来品では中空糸外周部
に分配供給される血液の流速が小さいことに起因して、
返血時に残血が生じやすかったものが、本発明により改
善され、良好なことがわかる。

【００３５】

【発明の効果】本発明の中空糸モジュールは、ヘッダー
内の流動分配が円滑に行われることに起因して、各中空
糸内部を流れる流体の流速を略均一にすることが出来る
ので、本発明の中空糸モジュールを医療用、例えば人工
腎臓に用いた場合、透析効率の向上や透析後の残血性を
改善する効果がある。

【００３６】さらに、従来の中空糸モジュールとほぼ同
様の部材、工程で製造することができるので、低コスト
で寸法精度の良い、工業的に優れた製品を得ることがで
きる。

【００３７】また、本発明は、いかなる用途の中空糸モ
ジュールにも好適に使用することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の中空糸モジュールの一実施例を示す一
部を切り欠いた側面断面図である。

【図２】図１の要部を拡大した部分詳細図である。

【図３】本発明の中空糸モジュールの多角錐または円錐
形状の高さを説明するための側面断面図である。

【図４】本発明の中空糸モジュールの中空糸開口面を得
るための切断方法の一実施例を示す概略図である。

【図５】従来の中空糸モジュールの一例を示す一部を切
り欠いた側面断面図である。

【符号の説明】

１：本体ケース ２：中空糸束 ３：隔壁 ３１：中空糸開口面 ４：ヘッダー部材 ４１：Ａ液用ノズル ４２：流体分配室 ５：Ｏリング ６：切断用刃物 Ｈ：多角錐または円錐の高さ Ｓ：流体分配室４２の頂点高さ Ｃ：流体分配室４２の底面高さ Ｋ：流体分配室４２の流路拡大稜線

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中空糸束と、該中空糸束を収納した本体ケ
   ースと、前記中空糸束の少なくとも一端を開口させた状
   態で固定した隔壁と、該隔壁の外表面に形成された中空
   糸束開口面全体を包囲し、前記本体ケースに取り付いた
   ヘッダー部材とを有した中空糸モジュールにおいて、前
   記隔壁の外表面に形成された中空糸束開口面を多角錐ま
   たは円錐形状としたことを特徴とする中空糸モジュー
   ル。
2. 【請求項２】前記多角錐または円錐形状の高さＨが次式
   で表される範囲であることを特徴とする請求項１に記載
   の中空糸モジュール。 Ｓ／４≦Ｈ≦Ｓ−Ｃ ただし、Ｓ：ヘッダー内の流動分配室頂点高さ（ｍｍ） Ｈ：多角錐または円錐形状の高さ（ｍｍ） Ｃ：ヘッダー内の流動分配室底面高さ（ｍｍ）
3. 【請求項３】血液浄化に用いることを特徴とする請求項
   １または２に記載の中空糸モジュール。
4. 【請求項４】中空糸束の少なくとも一端を開口させた状
   態で固定した隔壁の外表面に形成された中空糸束開口面
   を多角錐または円錐形状に切削して得た中空糸束を使用
   して中空糸モジュールとすることを特徴とする中空糸モ
   ジュールの製造方法。