生命科学関連特許情報
| タイトル： | 特許公報(B2)_中空糸多孔膜の欠陥検査方法、欠陥検査装置及び製造方法 |
| 出願番号： | 2009508737 |
| 年次： | 2012 |
| IPC分類： | G01N 21/892,D01D 5/24,B01D 65/10 |
特許情報キャッシュ
池田 誠人 内山 隆平 長澤 修 JP 4913210 特許公報(B2) 20120127 2009508737 20070316 中空糸多孔膜の欠陥検査方法、欠陥検査装置及び製造方法 旭化成ケミカルズ株式会社 303046314 特許業務法人浅村特許事務所 110000855 浅村 皓 100066692 浅村 肇 100072040 安藤 克則 100107504 池田 幸弘 100102897 浅野 裕一郎 100122655 上村 陽一郎 100149799 池田 誠人 内山 隆平 長澤 修 20120411 G01N 21/892 20060101AFI20120322BHJP D01D 5/24 20060101ALI20120322BHJP B01D 65/10 20060101ALI20120322BHJP JPG01N21/892 CD01D5/24 BB01D65/10 G01N 21/84 - 21/958 B01D 65/10 D01D 5/24 特開平０６−０９９０４３（ＪＰ，Ａ） 特開２００６−２１２６２２（ＪＰ，Ａ） 特開昭６２−０９６８３８（ＪＰ，Ａ） 特開平０５−３１２７２７（ＪＰ，Ａ） 特開平１０−２８２０１６（ＪＰ，Ａ） 特開２００７−１１４１８７（ＪＰ，Ａ） 4 JP2007055369 20070316 WO2008126186 20081023 9 20091209 豊田 直樹 本発明は、中空糸多孔膜の欠陥を検査する方法及び装置並びに製造方法に関するものである。 従来、中空糸多孔膜の内部欠陥検査は、その中空糸多孔膜の形状が筒状で不透明である為、外観検査が出来ず内圧をかけて中空糸膜が破壊する破壊検査方法が使われていた。破壊検査は連続した単糸の両端から中空部を加圧して行える。一般的には中空糸膜モジュール加工後に中空部を加圧するため、モジュール製品単位の検査となり不良ロスが大きく歩留まり悪化の要因になっていた。 一方、特許文献１に透過光を用いた中空糸膜のオンライン検査方法が提案されている。しかしながら、特許文献１の技術は、偏光フィルターを用いて直接光の影響を無くし、中空糸多孔膜を透過した光について照射板の反対側で未白化欠陥を検出する技術である。この技術によれば、円筒状の中空糸多孔膜のエッジ部の散乱光や透過光を遮光しきれず、目的とする中空糸多孔膜のピンホールの原因となる内部欠陥の検査には適応できなかった。特開平９−１５２３２３号公報 このように、中空糸多孔膜の品質向上や歩留まり向上の要求から、中空糸多孔膜の内部欠陥を工程内でオンライン検査する検査方法が望まれている。しかし、中空糸多孔膜の場合には不透明且つ円筒状であるがゆえに、内部欠陥の検査方法は破壊検査しかできないという問題があった。 本発明者は、前記課題を解決するため鋭意工夫し観察を行った結果、中空糸多孔膜では外部から照射した光が連続した中空部を比較的長い距離伝搬することと、中空部を伝搬した光が疑似光源として外に染み出ること、更にはその光量が円周方向全域に渡ってほぼ一定の輝度を示すことを見いだし、照射室の外で中空部を伝搬して染み出る光を撮像することによる実用的な欠陥検査方法及び検査装置の発明に至った。更に、本発明の中空糸多孔膜の欠陥検査方法を用いて欠陥糸を除去した中空糸膜束を得ることを特徴とする中空糸多孔膜の製造方法も発明した。 すなわち、本発明の構成は以下の通りである。（１）．内部に略均一な連続した中空部を持つ中空糸多孔膜の欠陥を検査する方法であって、中空糸多孔膜の一部を照射室内に導入し、照射室内で該中空糸多孔膜に対して外側から光を照射し、照射室の外で中空糸多孔膜より出射される光を検知することを含む、上記方法。（２）．照射室の外で中空糸多孔膜より出射される光の光像を撮像し、撮像した信号を画像処理することを含む、上記（１）項記載の方法。（３）．照射室の外側から撮像位置までの距離が中空糸多孔膜内径の０．５〜５．０倍である、上記（１）又は（２）項に記載の方法。（４）．内部に略均一な連続した中空部を持つ中空糸多孔膜の欠陥を検査する装置であって、中空糸多孔膜に対して外側から光を照射する照射手段と外部に直接照射光が洩れることを防ぐ遮光手段を有す照射室と、照射室内で照射された光が該中空糸多孔膜の中空部に導かれて照射室の外で該中空糸多孔膜から出射する光像を撮像する撮像手段と、撮像手段の信号を処理して前記中空糸濾過膜の欠陥を検出する画像処理手段を有する、上記装置。（５）．光の照射手段が直線上に配列された光ファイバーの出射口を持つ光源を有して構成されている、上記（４）項記載の装置。（６）．上記（１）〜（３）項のいずれか１項に記載の中空糸多孔膜の欠陥検査方法を用いて欠陥糸を除去した中空糸膜束を得ることを含む、中空糸多孔膜の製造方法。 本発明は前記課題を解決するものである。すなわち、本発明は、中空糸膜の内部欠陥を精度良く且つ同時に複数の中空糸膜をオンライン検査できる方法及び装置である。別の態様として、本発明は、検出した欠陥部を選択的に取り除く中空糸多孔膜の製造方法である。 照射室は、中空糸多孔膜の外側から光を照射する照射手段と、照射室の外部に直接、照射光が洩れることを防ぐ遮光手段を有する。照射手段は中空糸多孔膜に光を照射出来れば何でもかまわないが、光量の絶対量が高くできるので白色光を用いた照射手段が好ましい。 光源からの光を光ファイバーで伝達することは、中空糸膜に対する照射光による発熱を防ぐ為好ましい。直線上に配列された光ファイバーの出射口を持つ光源を有す照射手段は同時に複数の中空糸膜の照射が出来るので好ましい。 照射室の内面は鏡面に加工され、照射光が反射を繰り返し効率的に中空糸多孔膜に照射出来るようにすることが好ましい。 照射室の遮光手段とは、中空糸膜の周囲に沿って光が漏れることを防ぐ物であって、好ましくは中空糸多孔膜の外径より１０〜５０％大きい隙間を保ち中空糸多孔膜を傷つけること無く遮光する。 照射室の外から撮像手段までの距離は中空糸内径の０．５〜５．０倍であることが好ましい。この範囲であれば目的とする中空糸膜の内部欠陥を精度よく測定できる。 はじめに本発明について、図を用いて構成を説明する。 図１（ａ）は本発明による中空糸多孔膜の欠陥検査装置の実施形態の構成を示す模式図、図１（ｂ）は図１（ａ）の部分的説明図（カメラ位置）、図１（ｃ）は中空糸孔膜の断面図である。 図１（ａ）において、対象物となる中空糸多孔膜１を照射室４の中に導き、外側からライン型ファイバー照明装置２を用いて、好ましくは光ファイバーが直線上に配列された出射口３より光を照射する。照射された光を有効に使う為に、好ましくは照射室４の内壁は反射板で構成される。中空糸膜１の中空部を伝搬する光以外の光が照射室の外へ漏洩することを防ぐ為に中空糸多孔膜の進行方向の照射室の壁は、厚さ１〜２ｍｍの板に中空糸多孔膜外径の１０〜５０％大きい隙間の貫通孔４ａが空けられていてよく、中空糸多孔膜を傷つけることなく遮光することができる。照射室の外には、中空糸多孔膜１の外側に射出する光像を撮像するカメラ６ａ、６ｂ（図１（ｂ）参照）、カメラ６ａ、６ｂの出力信号を処理して対象物となる中空糸膜１の欠陥を検出する画像処理装置１２ａ、１２ｂ等が設けられていてよい。 中空糸膜１の長手方向における照射室４の出入口すなわち照射室の外側と撮像手段であるカメラ６ａ、６ｂとの距離ｄは、好ましくは中空糸多孔膜内径の０．５〜５．０倍に設定されている。ライン型照明装置２は直線状に配列された出射口３を持つ光源を有して構成されていてよい。画像処理装置１２ａ、１２ｂの信号は欠陥除去システム１３に送られ、検出された欠陥部分が選択的に除去されて欠陥の除去された中空糸多孔膜糸束を得ることができる。 次に、本発明の構成要件について具体的に説明する。 検査対象物は中空糸多孔膜１であり、好ましくは図１（Ｃ）に示す様に内部に直径０．４〜４．５ｍｍの中空部１ａを有し、膜外径０．５〜５．０ｍｍ、膜厚み０．１〜１．０ｍｍの筒状物である。材質は特に問わないが、ポリエチレン等のポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリエーテルケトン系等の有機系高分子が用いられうる。中空糸多孔膜１の連続した中空部は、不活性ガス、空気等の気体及び水、有機系水溶液等の透明な液体に適用できる。 内部に略均一な中空部を持つ中空糸多孔膜１に対して外部から照射した光は、連続した中空部を伝搬する。中空部を伝搬した光は疑似光源として外部に出射され円周方向に於いて方向性がなくほぼ一定光量となる。検査対象となる欠陥は中空糸多孔膜の貫通或いは未貫通のピンホールや異物等の内部欠陥や、膜の顕著な外径変動等であるが、これらに限らず光学的に捉えられる欠陥であれば対象にできる。 ライン型照明装置２は好ましくはハロゲンランプ又はメタルハライドランプ等の輝度が高く比較的寿命が長いランプを光源とし、出射口３から対象物となる中空糸多孔膜１に対して効率良く光を当てるために該中空糸多孔膜１に近接して設置してある。又、ライン型照明装置２は光ファイバーが直線状に配列された出射口を有することが好ましい。出射口を直線状に配列することにより複数の中空糸多孔膜を同時に照射できる。 照射室４は、厚さ１〜２ｍｍの金属製で、内壁がライン型光ファイバー照明装置２から出射された光が効率的に中空糸多孔膜１に取り込まれる様に鏡面加工されていてよい。中空糸多孔膜１の進行方向に中空糸多孔膜１の通路となる貫通孔４ａを有し、貫通孔４ａの直径は中空糸多孔膜１の外径より１０〜５０％程度広く設定することが好ましい。それによって、中空糸多孔膜に傷つけることなく照射室内の光を遮光する。 又、より遮光効果を高める方法として中空糸多孔膜１に貫通孔に対して角度を付けて走行させることにより貫通孔との隙間を実質的に少なくする方法がより好ましい。角度を付けて貫通孔の一部に接触させた場合は貫通孔にゴム状物や繊維状物を貼りあわせることも、遮光性と傷つき防止性から有効である。 カメラ６ａ、６ｂはラインセンサーカメラを使用する構成が好適である。対象物となる中空糸多孔膜１が高速で移動する場合でも検査が可能となる。撮像位置は、対象物となる中空糸多孔膜１の長手方向における照射室の出入口から撮像位置までの距離ｄが中空糸多孔膜内径の０．５〜５．０倍となる位置が好ましい。この範囲であれば目的とする中空糸膜の内部欠陥を精度よく測定できる。距離ｄが中空糸多孔膜内径の０．５倍以上の場合は、照射室から洩れる直接光等の影響を受け難く精度が高い測定が出来る。距離ｄが中空糸多孔膜の５倍以内であれば測定に必要な光量を確保できる。 カメラ６ａ、６ｂで撮像された信号は、画像処理装置１２ａ、１２ｂで処理され、内部欠陥のみを選択的に検出できる様に構成することができる。更に画像処理装置１２ａ、１２ｂで検出した信号を中空糸多孔膜の除去システム１３に転送し、欠陥部を選択的に除去することができる。欠陥除去システムは、たとえば、欠陥検出部にマーキングを施す方法や巻き取り機を切り替える方法により欠陥部を除去した中空糸多孔膜の糸束を得ることができる。 以下に、本発明を実施例に基づいて説明する（図１〜４参照）。本発明は以下の実施例によっていかなる限定を受けるものでもない。［実施例１］ ポリスルフォン（ＳＯＬＶＡＹ社製ユーデルＰ―３５００）を原料とし、Ｎメチルピロリドンを溶媒とした紡糸原液を用いて内部液の水と共に空中に中空糸状に吐出し、凝固浴で凝固させて中空糸多孔膜をライン速度２０ｍ／ｍｉｎ、紡糸錘１６錘で製造した。凝固浴を出てから水洗工程を経て巻き取りに至る前に、中空糸多孔膜１（外径１．４ｍｍ、内径０．８ｍｍ）を、図２（ａ）に示した通りの内部にライン型光ファイバー照明装置２（メタルハライド照明装置：岩崎電気株式会社製ＭＬＤＳ２５０（２５０Ｗ）、ライン型ライトガイド：住田光学ガラス株式会社製ＧＦ８−１Ｌ１５００Ｒ−Ｓ１００）を備えたＳＵＳ製の照射室４（上蓋を閉じると１ｍｍ間隔に開けた貫通孔４ａ（孔径１．８ｍｍ）となる）に導き、上蓋を閉じた後、中空糸多孔膜の外側からライン型光ファイバー照明装置２を出力６０％で出射口３より照射した。中空糸多孔膜の中空部を伝搬して外側に射出する画像をラインセンサーカメラ６ａ（レンズ：ニコン株式会社製ＭｉｃｒｏＮｉｋｋｏｒ５５ｍｍＦ２．８）、撮像距離２７５ｍｍ、撮像分解能５０μｍ／画素（ＸＹ同じ）で撮像した。このとき中空糸多孔膜１の撮像面を貫通孔４ａに接触させ且つ距離ｄを２ｍｍとした。正常時のラインセンサーカメラの出力値を２５に設定し閾値を４０として画像処理装置で２値化処理することにより、図２（ｂ）（左側）に示す中空糸膜欠陥画像を自動検出した。又、ラインセンサーカメラの出力値を０〜５１１にデジタル変換して得た輝度プロファイル図２（ｂ）（右側）から内部欠陥である未貫通のピンホールをＳ／Ｎ比３．０で精度よく識別できた。図２（ｂ）（右側）中で、８は内部欠陥の輝度プロファイル、９は正常部の輝度プロファイルを意味する。 又、欠陥検査装置で検出した検出画像を、図４の欠陥除去システム１３内の画像検査装置１４に送信し、閾値を超える内部欠陥を含む中空糸多孔膜の糸束を、切り替えガイド１５を自動的にスライドさせ巻き取りロール１６から補助ロール１７へ一時的に切り替えることにより、欠陥部を選択的に取り除いた糸束を得ることに成功した。［実施例２〜６］ 本発明の方法が対象とする欠陥は、実用運転圧力で破壊する未貫通欠陥（中空糸多孔膜の中に閉じこめられた空間部）であるが、未貫通欠陥を実験的に作ることが困難な為、実施例１で紡糸した中空糸多孔膜に人為的にピンホールを開けてモデル実験を行った。欠陥検出装置は実施例１と同じ物を使用した。各実施例の検出条件を表１に示す。 ピンホールを開けた中空糸膜を欠陥検出装置に導入し、ラインセンサーカメラ６ａの撮像距離ｄを０．２〜５．６ｍｍの範囲で撮像し、ラインセンサーカメラの出力値を０〜５１１にデジタル変換し画像処理して輝度プロファイルを得た。実施例１と３のラインセンサーカメラの出力値から未貫通ピンホールと人為的に開けた貫通ピンホールの出力値の比を求め、実施例２〜６の人為的に開けた貫通ピンホールの出力値に乗じて未貫通ピンホールの出力値を推定し中空糸多孔膜の正常時の出力値との比から未貫通ピンホールのＳＮ比を試算した値を表１に示す。 表１において欠陥部光量は、実施例１は未貫通欠陥の光量であり、実施例２〜６及び比較例１（後述）は針で人為的に開けた貫通欠陥部の光量である。正常時の光量は、中空糸多孔膜の正常部の光量である。未貫通推定値は、実施例２〜６及び比較例１（後述）に於いて貫通欠陥部の光量から未貫通欠陥部の光量を推定した計算値で以下の式で計算した。 未貫通欠陥と貫通欠陥の比Ａ：未貫通部の光量（実施例１の（欠陥部光量−正常時光量））／貫通部の光量（実施例３の（欠陥部光量−正常時光量））＝（７５−２５）／（３７０−２５）＝０．１４５。 未貫通推定値：（実施例２〜６の（欠陥部光量−正常時光量）＊Ａ＋正常部光量） ＳＮ比は、未貫通欠陥の光量／正常時光量として計算される。実施例１は欠陥部光量／正常時光量であり、実施例２〜６及び比較例１（後述）は未欠陥推定値／正常時光量として示される。 Ｓ／Ｎ比は、正常時の光量ばらつきやノイズを考慮すると、欠陥を検出する為の閥値は正常時の光量の１．５倍以上に設定したい。従って、Ｓ／Ｎ比が１．５以上あれば欠陥を精度良く検出できることになる。仮にＳＮ比が１．５を下回る場合でも１．２以上あれば、外光の遮光精度を高めることで測定は可能になる。 実施例1〜４は、ＳＮ比が１．５以上であり、正常時光量のばらつきの影響を受けずに欠陥部の検出ができた。実施例３の欠陥位置の輝度プロファイルを図３（ａ）に示す。図３（ａ）の中で、８は内部欠陥の輝度プロファイル、９は正常部の輝度プロファイルを意味する。 実施例５は、照射室から洩れる光等の影響でＳＮ比が１．５以下となり測定精度が悪くなった。実施例６は、未貫通欠陥の検出は精度良くできたが、正常時の中空糸多孔膜の光量が１５未満となった。従って、ラインセンサーカメラが中空糸多孔膜を認識することが困難になり、糸径変動等の測定は出来なくなる。［比較例１］ 実施例２〜６と同じ欠陥糸を用いモデル実験を行った。実施例１で用いたものと同じライン型光ファイバー照明装置２に偏光フィルターを被せ、中空糸多孔膜１をその上に通し、上蓋を外した状態で、真上で２枚目の直交偏光フィルタを介してラインセンサーカメラで撮像した。ラインセンサーカメラの出力値を０〜５１１にデジタル変換し輝度プロファイルを得た。実施例２〜６と同様に未貫通ピンホールの出力値を推定して求めた比較例１のＳＮ比を表１に示す。また、比較例１の欠陥位置の輝度プロファイルを図３（ｂ）に示す。図３（ｂ）中で、８は内部欠陥の輝度プロファイル、９は正常部の輝度プロファイル、１０はエッジ部の輝度プロファイルを意味する。 比較例１は偏光フィルターにより直接光は消去できるが、中空糸多孔膜エッジ部が光り測定は困難であり、ＳＮ比が１．２未満となった。 本発明の中空糸多孔膜の欠陥検出方法、欠陥検出装置、製造方法は、欠陥の無い中空糸多孔膜を製造することが必要である広範な工業的分野で好適に利用できる。（ａ）本発明の中空糸多孔膜欠陥検出装置の模式図である。（ｂ）（ａ）の模式図の一部（カメラ位置）である。（ｃ）中空糸多孔膜の断面図である。（ａ）実施例１の照射室模式図である。（ｂ）実施例１の自動検出した未貫通欠陥画像と欠陥位置の輝度プロファイルである。（ａ）実施例３の欠陥位置の輝度プロファイルである。（ｂ）比較例１の欠陥位置の輝度プロファイルである。欠陥除去システムの模式図（例）である。符号の説明 １ 中空糸多孔膜 １ａ 中空糸多孔膜の中空部 ２ ライン型光ファイバー照明装置 ３ 出射口 ４ 照射室 ４ａ 貫通孔 ６ａ、６ｂ カメラ（カラーカメラ） ７ 内部欠陥の画像 ８ 内部欠陥の輝度プロファイル ９ 正常部の輝度プロファイル １０ エッジ部の輝度プロファイル １２ａ、１２ｂ 画像処理装置 １３ 欠陥除去システム １４ 画像検査装置 １５ 切り替えガイド １６ 巻き取りロール １７ 補助ロール 内部に略均一な連続した中空部を持つ中空糸多孔膜の欠陥を検査する方法であって、中空糸多孔膜の一部を照射室内に導入し、照射室内で該中空糸多孔膜に対して外側から光を照射し、照射室の外で中空糸多孔膜より出射される光を検知することを含む、上記方法。 照射室の外で中空糸多孔膜より出射される光の光像を撮像し、撮像した信号を画像処理することを含む、請求項１記載の方法。 照射室の外側から撮像位置までの距離が中空糸多孔膜内径の０．５〜５．０倍である、請求項１又は２に記載の方法。 請求項１から３のいずれか１項に記載の中空糸多孔膜の欠陥検査方法を用いて欠陥糸を除去した中空糸膜束を得ることを含む、中空糸多孔膜の製造方法。