WO2015046430A1

WO2015046430A1 - カートリッジ式中空糸膜モジュールおよびカートリッジ式中空糸膜モジュールの製造方法

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Publication number: WO2015046430A1
Application number: PCT/JP2014/075637
Authority: WO
Inventors: 小林敦; 志村俊; 池田三喜子; 武内紀浩; 竹内真也
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2014-09-26
Publication date: 2015-04-02
Anticipated expiration: 2016-03-30
Also published as: JP6467920B2; AU2014325100A1; EP3053639A4; KR102228842B1; CN105473211A; BR112016004440A2; BR112016004440B1; EP3053639A1; US10207226B2; US20160193570A1; CA2922083A1; MY181402A; EP3053639B1; CN105473211B; JPWO2015046430A1; AU2014325100B2; KR20160061988A; SG11201601799VA

Abstract

　筐体と、複数の中空糸膜を有する中空糸膜束と、前記複数の中空糸膜束の少なくとも一方の端部において、中空糸膜が開口するように、前記中空糸膜を接着する第１ポッティング部と、前記第１ポッティング部を前記筐体に液密に固定するシール材と、を備え、前記第１ポッティング部が少なくとも内層ポッティング部と外層ポッティング部とを含み、前記内層ポッティング部と外層ポッティング部は、いずれもポッティング剤によって形成されており、前記シール材は、前記外層ポッティング部に接しており、前記シール材によるシール方向において、内層ポッティング部と外層ポッティング部の両方が形成されたカートリッジ式中空糸膜モジュール。　蒸気滅菌を適用してもポッティング剤の剥離によるリークおよび雑菌汚染を防止できる。

Description

カートリッジ式中空糸膜モジュールおよびカートリッジ式中空糸膜モジュールの製造方法

　本発明は、水処理分野、発酵工業分野、医薬品製造分野、食品工業分野などで使用するカートリッジ式中空糸膜モジュールおよびカートリッジ式中空糸膜モジュールの製造方法に関するものである。

　微生物や培養細胞の培養を伴う物質生産方法である発酵法は、大きく（１）回分発酵法（Ｂａｔｃｈ発酵法）および流加発酵法（Ｆｅｄ－Ｂａｔｃｈ発酵法）と、（２）連続発酵法とに分類することができる。

　上記（２）の連続発酵法において、微生物や培養細胞を分離膜で濾過し、濾液から化学品を回収すると同時に濃縮液中の微生物や培養細胞を発酵培養液に保持または還流させることにより、発酵培養液中の微生物や培養細胞濃度を高く維持する方法が提案されている。

　例えば、分離膜として有機高分子からなる平膜を用いた連続発酵装置において、連続発酵する技術が提案されている（特許文献１参照）。

　特許文献１の課題の解決のために、連続発酵装置に用いる分離膜を有機高分子からなる中空糸膜とした、連続発酵技術が提案されている（特許文献２参照）。

　さらに中空糸膜を用いた分離膜モジュールとしては、多数本の中空糸膜束が筒状ケースに収納され、少なくとも一方は中空糸膜の端面が開口された状態で、該中空糸膜束の両方の端部がポッティング剤によって該筒状ケースに固定されたモジュールの他に、例えば中空糸膜の一端をケース内に固定せずに１本ずつ封止し、懸濁物質の排出性を大幅に向上させた水処理用の中空糸膜モジュールの技術が開示されている（特許文献３参照）。また、懸濁物質の排出性も良好で、中空糸膜の封止作業も容易な中空糸膜モジュールの形態として、封止する側の中空糸膜束下端を複数の小束に分割してそれぞれを樹脂で接着封止する方法が開示されている（特許文献４参照）。
特開２００７－２５２３６７号公報特開２００８－２３７１０１号公報特開平７－６００７４号公報特開２００５－２３０８１３号公報

　しかしながら、特許文献１で提案された技術は、平膜ユニットの設置容積に対する有効膜面積が小さく、目的化学品をこの技術で製造することに対するコストメリットが十分でない等、非効率的な技術であった。

　特許文献２で提案された技術では、膜ユニットにおいて単位体積あたりの膜面積が大きくとれるため、従来の連続発酵と比べて発酵生産効率は格段に高くなった。

　連続発酵による化学品の生産では、基本的に雑菌混入（コンタミネーション）を防いだ状態で培養を行う必要がある。例えば、発酵培養液を濾過する際に分離膜モジュールから雑菌が混入すると、発酵効率が低下し、発酵槽内での発泡等により化学品の製造が効率的に行えなくなる。そこで雑菌混入を防ぐために、分離膜モジュールを滅菌することが必要となる。一般的な滅菌の方法としては、乾熱滅菌、煮沸滅菌、蒸気滅菌、紫外線滅菌、ガンマ線滅菌、ガス滅菌等の方法が挙げられる。特に大型の発酵槽や、発酵槽に連結された配管、分離膜モジュールの滅菌を行う場合は、蒸気滅菌（通常は１２１℃、２０分間）が最も有効な方法である。

　しかしながら、蒸気滅菌等、熱を用いた滅菌方法を中空糸膜モジュールの滅菌に適用すると、中空糸膜モジュールに使用されるポッティング剤が熱負荷により筐体と剥離し、原液のろ過液側へのリークおよび雑菌汚染等の問題が発生することがある。特許文献３や特許文献４で提案された技術においても、この問題を解決することができなかった。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、蒸気滅菌を適用してもポッティング剤の剥離によるリークおよび雑菌汚染を防止することができるカートリッジ式中空糸膜モジュールおよびカートリッジ式中空糸膜モジュールの製造方法を提供することを課題とする。

　上述した課題を解決するために、本発明のカートリッジ式中空糸膜モジュールは次の（１）または（２）のいずれかの構成を有する。すなわち、
　（１）筐体と、
　複数の中空糸膜を有する中空糸膜束と、
　前記複数の中空糸膜束の少なくとも一方の端部において、中空糸膜が開口するように、前記中空糸膜を接着する第１ポッティング部と、
　前記第１ポッティング部を前記筐体に液密に固定するシール材と、
を備え、
前記第１ポッティング部が少なくとも内層ポッティング部と外層ポッティング部とを含み、
　前記内層ポッティング部と外層ポッティング部は、いずれもポッティング剤によって形成されており、
　前記シール材は、前記外層ポッティング部に接しており、
　前記シール材によるシール方向において、内層ポッティング部と外層ポッティング部の両方が形成されているカートリッジ式中空糸膜モジュール、
または、
　（２）筐体と、
　筐体内に収容される筒状ケースと、
　複数の中空糸膜を有する中空糸膜束と、
　前記複数の中空糸膜束の少なくとも一方の端部において、中空糸膜が開口するように、前記中空糸膜を接着する第１ポッティング部と、
　前記第１ポッティング部を前記筒状ケースに液密に固定するシール材と、
を備え、
前記第１ポッティング部が少なくとも内層ポッティング部と外層ポッティング部とを含み、
　前記内層ポッティング部と外層ポッティング部は、いずれもポッティング剤によって形成されており、
　前記シール材は、前記外層ポッティング部に接しており、
　前記シール材によるシール方向において、内層ポッティング部と外層ポッティング部の両方が形成されているカートリッジ式中空糸膜モジュール、である。

　また、本発明のカートリッジ式中空糸膜モジュールの製造方法は次の構成を有する。すなわち、
　前記いずれかのカートリッジ式中空糸膜モジュールの製造方法であって、
　（ａ）前記第１ポッティング部に含まれる内層ポッティング部を形成する工程と、
　（ｂ）前記第１ポッティング部に含まれる外層ポッティング部を形成する工程と、
を含み、
　前記工程（ａ）は、
　　（ａ－１）前記中空糸膜の間に前記内層ポッティング部を形成するポッティング剤を充填する内層ポッティング剤配置ステップと、
　　（ａ－２）前記（ａ－１）におけるポッティング剤を硬化させる硬化ステップと、
を備え、
　前記工程（ｂ）は、
　　（ｂ－１）前記（ａ－２）の硬化ステップの後に、前記外層ポッティング部が前記シール材と接するように、かつ前記シール材によるシール方向において、内層ポッティング部と外層ポッティング部の両方が形成されるように、前記外層ポッティング部を形成するポッティング剤を配置する外層ポッティング剤配置ステップと、
　　（ｂ－２）前記（ｂ－１）におけるポッティング剤を硬化収縮させる硬化ステップと、
を備えるカートリッジ式中空糸膜モジュールの製造方法、である。

　本発明のカートリッジ式中空糸膜モジュールは、前記第１ポッティング部において、シール方向の第１ポッティング部の長さに対する、シール方向で外層ポッティング部が占める長さの比率を表すＰ（％）が下記式（１）を満たすことが好ましい。

　Ｐ≦１６・・・（１）
　本発明のカートリッジ式中空糸膜モジュールは、前記外層ポッティング部のシール面の算術平均粗さＲａが１．６μｍ以下であることが好ましい。

　本発明のカートリッジ式中空糸膜モジュールは、前記外層ポッティング部を形成するポッティング剤の１２５℃における圧縮降伏応力が１０ＭＰａ以上であることが好ましい。

　本発明のカートリッジ式中空糸膜モジュールの前記筐体は、筒状の筐体本体と、前記筐体本体の高さ方向における第１端に装着される上部キャップとを備え、前記第１ポッティング部のろ過液側の端部を、上部キャップと液密に固定する上部シール材を備え、前記上部シール材で囲まれる領域において、中空糸膜の開口部より下方に存在する袋路空間の深さが２ｍｍ以下であることが好ましい。

　本発明のカートリッジ式中空糸膜モジュールは、前記外層ポッティング部を形成するポッティング剤の８０℃における引張強度が５ＭＰａ以上であることが好ましい。

　本発明のカートリッジ式中空糸膜モジュールは、前記外層ポッティング部を形成するポッティング剤がエポキシ樹脂であり、該エポキシ樹脂の硬化剤が脂肪族アミンを含むことが好ましい。

　本発明のカートリッジ式中空糸膜モジュールは、前記第１ポッティング部の対向面に中空糸膜を封止した状態で束ねる第２ポッティング部を備え、前記第２ポッティング部が中空糸膜とポッティング剤で形成されていることが好ましい。

　本発明のカートリッジ式中空糸膜モジュールは、中空糸膜とポッティング剤のみで形成されたポッティング部と、筐体または筒状ケースとの間を、シール材で固定する構造としている。ポッティング剤と、筐体または筒状ケースは接着されていないため、従来のモジュールのように蒸気滅菌等の熱負荷によりポッティング剤と、筐体または筒状ケースとの接着部の剥離は発生せず、原液のリークや雑菌汚染などを防止することができる。ここでポッティング部のシール性を確保するため、ポッティング部を二層以上の複層構造とし、ポッティング剤の硬化収縮によるシール部の寸法変化を抑制している。従って、本発明のカートリッジ式中空糸膜モジュールは、蒸気滅菌や温水殺菌が必要な発酵工業分野、医薬品製造分野、食品工業分野、水処理分野などで長期間にわたり繰り返し使用することができる。また糖液やボイラー水の熱水回収などの常時高温ろ過が必要な分野でも長期間にわたり使用することができる。特に本発明のカートリッジ式中空糸膜モジュールを使用することで、長時間にわたり安定して高生産性を維持した連続発酵が可能となり、広く発酵工業において、発酵生産物である化学品を低コストで安定に生産することが可能となる。

図１は、本発明の第１実施形態にかかるカートリッジ式中空糸膜モジュールの概略縦断面図である。図２は、図１のモジュールの中空糸膜カートリッジの概略縦断面図である。図３は、図１のモジュールの第１ポッティング部の拡大図である。図４は、図１のモジュールのＡ－Ａ線断面図である。図５は、図１のモジュールのＢ－Ｂ線断面図である。図６は、本発明の第２実施形態にかかるカートリッジ式中空糸膜モジュールの概略縦断面図である。図７は、本発明の第３実施形態にかかるカートリッジ式中空糸膜モジュールの第１ポッティング部付近の概略縦断面図である。図８は、本発明の第４実施形態にかかるカートリッジ式中空糸膜モジュールの第１ポッティング部付近の概略縦断面図である。図９は、本発明の第５実施形態にかかるカートリッジ式中空糸膜モジュールの第１ポッティング部付近の概略縦断面図である。図１０は、図９のモジュールの第１ポッティング部の拡大図である。図１１は、カートリッジ式中空糸膜モジュールの製造方法の一例を示すフローチャートである。図１２は、中空糸膜モジュールの製造方法の一例を説明する概略図である。図１３は、中空糸膜モジュールの製造方法の一例を説明する概略図である。図１４は、中空糸膜モジュールの製造方法の一例を説明する概略図である。図１５は、中空糸膜モジュールの製造方法の一例を説明する概略図である。図１６は、比較例１の中空糸膜モジュールの第１ポッティング部付近の概略縦断面図である。図１７は、実施例４および比較例５の中空糸膜モジュールの第１ポッティング部付近の概略縦断面図である。

　以下に、本発明の実施形態にかかるカートリッジ式中空糸膜モジュールを図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明において、「上」、「下」は、図面に示す状態に基づいており、便宜的なものであって、原液が流入する側を「下」方向、ろ過液が流出する側を「上」方向とする。通常、中空糸膜モジュールの使用時の姿勢において、上下方向は、図面における上下方向と一致する。
（第１実施形態）
　本発明の第１実施形態にかかるカートリッジ式中空糸膜モジュールの構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態にかかるカートリッジ式中空糸膜モジュールの概略縦断面図である。

　第１実施形態にかかるカートリッジ式中空糸膜モジュールは、筐体と、前記筐体内に収容された複数の中空糸膜と、前記中空糸膜の第１端部を開口した状態で束ねる第１ポッティング部と、前記中空糸膜の第２端部を封止した状態で束ねる第２ポッティング部と、前記第１ポッティング部と前記筐体との間を液密に封止するシール部と、を備えている。

　＜モジュール構造＞
　図１に示すように、カートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ａは、筐体と、筐体内に収容された図２に示す中空糸膜カートリッジ１００とを備える。

　筐体は、中空状の筐体本体３と、該筐体本体３の両端部に設けられた上部キャップ４と下部キャップ５とで構成されている。

　図１に示したように、筐体本体３の上部には、ろ過液出口７を有する上部キャップ４が、筐体本体３の下部には、原液流入口６を有する下部キャップ５がそれぞれ、液密かつ気密に接続されている。上部キャップ４および下部キャップ５は、例えば図１に示したようにガスケット１７を使用し、クランプ等で筐体本体３に固定される。

　筐体本体３は、その上端および下端に筐体本体３の全周に亘って鍔部３Ａ，３Ｂを有している。また、筐体本体３の側部には、ろ過液出口７寄りに原液出口８が設けられている。

　上部キャップ４は筐体本体３の内径と略等しい内径を有し、その上端側が縮径してろ過液出口７を形成している。上部キャップ４の下端側には、筐体本体３と接続したときに溝を形成するための段部４Ａが上部キャップ４の全周に亘って形成されている。筐体本体３と上部キャップ４を接続した際に上部キャップ４の下端部が筐体本体３の鍔部３Ａと当接して溝（固定部）が形成され、この溝（固定部）により後述する第１ポッティング部１１の鍔部１１Ｄを固定する。

　下部キャップ５は筐体本体３の内径と略等しい内径を有し、その下端側が縮径して原液流入口６を形成している。

　図４は図１のモジュールの第１ポッティング位置におけるＡ－Ａ線断面図である。

　＜カートリッジ＞
　図２に示すように、中空糸膜カートリッジ１００は、複数の中空糸膜１を含む中空糸膜束２と、中空糸膜束２の両端に設けられ、中空糸膜１間を接着するポッティング部とを備える。ポッティング部として、中空糸膜カートリッジ１００は、筐体のろ過液出口７側に配置される第１ポッティング部１１と、筐体の原液流入口６側に配置される第２ポッティング部１２とを有する。

　＜第１ポッティング部＞
　筐体のろ過液出口７側、つまり中空糸膜カートリッジ１００の上端側に配置される第１ポッティング部１１は、中空糸膜束２の第１端部において、中空糸膜１間を接着するポッティング剤で形成されている。

　ここで、中空糸膜束２は、中空糸膜１の上方の端面が開口された状態で束ねられている。第１ポッティング部１１は円柱状であり、その上端部には第１ポッティング部１１の全周に亘って鍔部１１Ｄが設けられている。また、第１ポッティング部１１の側面には、全周にわたって、段部１１Ｅが設けられている。段部１１Ｅが設けられることで、第１ポッティング部１１の上部の外径は、下部の外径よりも大きくなっている。

　第１ポッティング部１１の鍔部１１Ｄは、筐体本体３に上部キャップ４が装着されることで筐体本体３と上部キャップ４との間に形成された溝（固定部）に挿入される。こうして、第１ポッティング部１１は、筐体本体３の上端部に固定される。第１ポッティング部の段部１１Ｅと筐体本体３の間にはＯリング１５を設置し、第１ポッティング部を液密、かつ気密に固定している。ここでＯリング１５を中空糸膜モジュールの径方向（図１の横方向）につぶすことで第１ポッティング部１１を液密、かつ気密に固定している。シール性を確保するため、Ｏリングのつぶし代は８％以上３０％以下とすることが好ましい。

　このように第１ポッティング部１１は筐体本体３と直接接着せず、Ｏリング１５によって液密、かつ気密に固定されている。そのため従来の中空糸膜モジュールのように、熱処理によって筐体とポッティング剤が剥離し、原液のろ過液側へのリークおよび雑菌汚染等の問題が発生することはない。以降Ｏリング等のシール材で第１ポッティング部を液密、かつ気密に固定することをシールと呼び、シール材で固定する部位をシール部位と呼ぶ。

　Ｏリング１５で第１ポッティング部１１を液密かつ気密に固定するためには段部１１Ｅの寸法を安定化させる必要がある。ポッティング剤としてはエポキシ樹脂やポリウレタン樹脂などが使用され、これらのポッティング剤は２液を混合し硬化させるが、硬化時に体積が収縮する。収縮により段部１１Ｅの寸法の変化や、歪みが生じるとＯリング等のシール材によりシールすることができず、原液がろ過液側へリークすることがある。

　そこで本実施形態のカートリッジ式中空糸膜モジュールでは、第１ポッティング部１１が、内層ポッティング部１１Ａと外層ポッティング部１１Ｂとを備える。このようにポッティング部が２つ以上の層で形成されることで、ポッティング剤の硬化収縮によるポッティング部の寸法変化が抑制され、それによってシール材によるシール性を確保することができる。

　より詳細には、外層ポッティング部１１Ｂは、内層ポッティング部１１Ａが充分に硬化収縮した後に、内層ポッティング部１１Ａの外側に形成されればよい。外層ポッティング部１１Ｂが形成されるときには、内層ポッティング部１１Ａは既に硬化収縮しているため、最終的な第１ポッティング部１１の外形に生じる寸法のずれは、外層ポッティング部１１Ｂの硬化収縮のみに由来する。こうして、ポッティング部が単一の層で構成される場合よりも、寸法ずれが小さく抑えられる。

　また、シール方向の寸法ずれが小さいことがシール性を向上させるので、シール方向においては内層ポッティング部と外層ポッティング部の両方が形成されている必要がある。またシール方向とはシール材で第１ポッティング部を固定する際にシール材がつぶされる方向のことである。例えば図３において、Ｏリング１５は左右方向につぶされる。そして、Ｏリング１５に沿った断面（図１のＡ－Ａ断面）に、内層ポッティング部１１Ａおよび外層ポッティング部１１Ｂの両方が含まれる（図４）。

　尚、内層ポッティング部は円柱等の単純な形状でよい。本実施形態では、第１ポッティング部１１の表面に設けられる鍔部１１Ｄおよび段部１１Ｅ等の構造は、外層ポッティング部１１Ｂによって形成される。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、内層ポッティング部１１Ａも段部や鍔部等の構造を備えていてもよい。

　本実施形態において、外層ポッティング部１１Ｂは、シール部材に接する。つまり、第１ポッティング部１１の外表面が外層ポッティング部１１Ｂで形成されている。

　第１ポッティング部１１の中で外層ポッティング部１１Ｂが占める割合を少なくするほど全体の寸法変化を抑制することができる。第１ポッティング部の寸法変化を抑制し、シール性を確保するためには第１ポッティング部１１のシール部位において、シール方向の第１ポッティング部の長さ［ｍｍ］に対する、シール方向で外層ポッティング部が占める長さ［ｍｍ］の比率を表すＰ（％）が下記式（１）を満たすことが好ましい。

　　　Ｐ≦１６・・・（１）
　ここでシール部位とは第１ポッティング部でＯリングやガスケットなどのシール材を装着する部位のことである。図１のカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ａではポッティング部をＯリング１５によりモジュールの径方向でシールしており、シール方向における外層ポッティング部が占める長さは、図３のＤ２ａ＋Ｄ２ｂであり、シール方向における第１ポッティング部の長さは図３のＤである。

　ポッティング剤として使用されるエポキシ樹脂やポリウレタン樹脂の硬化収縮率（線収縮率）は一般的に約０．２～１％である。上記式（１）のＰは、使用するポッティング剤の硬化収縮率によって、上述の範囲内で適宜設定すれば良い。

　例えばポッティング剤の硬化収縮率が１％の場合、第１ポッティング部を単層構造とすると１％寸法が変化してしまう。硬化収縮は均一には起こらないため、第１ポッティング部のシール部は歪んだ構造となる。そのためシール材のつぶし代が十分に確保できない場所が発生し、原液がろ過液側にリークする可能性がある。

　これに対して、第１ポッティング部を内層ポッティング部と外層ポッティング部の二層構造とすれば、寸法変化を小さく抑えることができる。具体的には、ポッティング剤の硬化収縮率が１％の場合、上記式（１）のＰを１６％以下にすれば寸法変化を０．３％に抑制することができ、シール性を向上させることができる。

　また外層ポッティング部の厚みは２ｍｍ以上とすることが好ましく、４ｍｍ以上がより好ましい。外層ポッティング部の厚みが上記好ましい範囲であると、内層ポッティング部とポッティングキャップとの間の流路を十分に確保でき、ポッティング時に気泡等が残留しにくいのでシール部に欠陥が発生するのを防ぐことができる。

　本実施形態では、第１ポッティング部の全体がポッティング剤で形成されている。第１ポッティング部１１の最外層が、すなわち第１ポッティング部１１においてＯリング１５に接触する部分が、外層ポッティング部である。ここで外層ポッティング部のうち、Ｏリング１５に接触部分をシール面と呼ぶが、シール性を確保するためにはこのシール面の算術平均粗さＲａを１．６μｍ以下とすることが好ましい。シール面の算術平均粗さＲａが上記好ましい範囲であると、シール面とシール材の間に隙間が発生しにくく、リークが発生するのを防ぐことができる。ここでシール面の算術平均粗さを１．６μｍ以下とするためには、ポッティングに使用するポッティングキャップのうち、シール面を形成する面の算術平均粗さＲａを１．６μｍ以下とする方法が挙げられる。エポキシ樹脂やポリウレタン等のポッティング剤は液状の状態でポッティングキャップに充填され、その後硬化するが、ポッティングキャップの表面の算術平均粗さＲａを１．６μｍ以下とすることで、その面に接触した状態で硬化したポッティング剤表面の算術平均粗さＲａを１．６μｍ以下とすることができる。尚、ポッティングキャップの材質は、ポッティング剤の離型性の良い材質のものを使用することが好ましく、例えばフッ素系樹脂、ポリプロピレン、ポリアセタール、ポリエチレンなどを使用することができる。

　例えば図１６の中空糸膜モジュール１０２のようにポッティング部の最外層があらかじめ形成されたケースである場合、つまり、ポッティング部が、ケースとそのケース内に充填されたポッティング剤とを備える場合、ポッティング剤の硬化収縮によって、ケースとの間に引張応力が発生し、剥離が生じやすい。

　しかし、本実施形態の構成によれば、第1ポッティング部１１が内層ポッティング部１１Ａおよび外層ポッティング部１１Ｂのみによって形成されている。つまり、第１ポッティング部１１全体が、ポッティング剤によって形成されている。このような形状では、内層ポッティング部１１Ａと外層ポッティング部１１Ｂとの間に引張応力は発生せず、剥離が生じにくい。

　カートリッジ式中空糸膜モジュールの内層ポッティング部および外層ポッティング部で使用するポッティング剤の種類は、接着対象部材との接着強度、耐熱性、化学的耐久性などを満たせば特に限定されないが、例えばエポキシ樹脂やポリウレタン樹脂などを使用することが好ましい。エポキシ樹脂やポリウレタン樹脂は中空糸膜との接着性、耐熱性、化学的耐久性に優れているものが多く、本実施形態のカートリッジ式中空糸膜モジュールのポッティング剤として好適に使用することができる。

　ここで外層ポッティング部を形成するポッティング剤の１２５℃における圧縮降伏応力は１０ＭＰａ以上であることが好ましく、１５ＭＰａ以上とすることがさらに好ましい。蒸気滅菌では滅菌部位を１２１℃以上に昇温する必要があるところ、放熱により温度が低下することから、実際には１２５℃から１３０℃程度の蒸気を供給して蒸気滅菌を行うことが多い。ここで１２５℃におけるポッティング剤の圧縮降伏応力が上記好ましい範囲であると、蒸気滅菌時の膨張により外層ポッティング部のシール面がシール材に押されても塑性変形しにくく、凹みが発生しにくい。塑性変形による凹みが発生しにくいので、常温に戻して収縮したときにシール面に凹みが残存しにくいため、十分にシール材のつぶし代を確保することができ、リークが発生するのを有効に防ぐことができる。

　また外層ポッティング部を形成するポッティング剤の８０℃における引張強度は５ＭＰａ以上であることが好ましく、１０ＭＰａ以上とすることがさらに好ましい。また、引張強度が低下するのを有効に防止するため、ガラス転移点が８０℃以上のポッティング剤を使用することが好ましい。本発明のカートリッジ式中空糸膜モジュールは高温の液体のろ過に使用することも可能である。例えば高濃度の糖液の場合、温度を６０℃～８０℃とすることで粘度を低減してろ過を行うことがある。カートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ａでは第１ポッティング部の鍔部１１Ｄを、筐体本体３の鍔部３Ａと上部キャップ４の段部４Ａの間に挟むことで第１ポッティング部の軸方向の移動を規制しているが、ろ過または逆圧洗浄により、モジュールの原液側とろ過液側に圧力差が発生すると、第１ポッティング部の鍔部１１Ｄを上向きまたは下向きに押す応力が発生する。ここで外層ポッティング部を形成するポッティング剤の８０℃における引張強度が上記好ましい範囲であると、高温液のろ過または逆圧洗浄時に発生する応力で鍔部１１Ｄにクラックが発生しにくく、第１ポッティング部の位置がずれにくいのでリークが発生するのを有効に防ぐことができる。カートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ａでは第１ポッティング部の鍔部１１Ｄで第１ポッティング部の軸方向の移動を規制しているが、シール材によるシール性を確保するためには第１ポッティング部に段差を設けて支持することで、第１ポッティング部の軸方向の移動を規制する必要がある。従ってカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ａ以外の形態の場合も、第１ポッティング部にはろ過または逆圧洗浄時に上述のような応力が発生する部位が存在する。

　本発明の中空糸膜モジュールの外層ポッティング部に使用するポッティング剤としては例えばエポキシ樹脂やポリウレタンを使用することができるが、耐熱性の観点からエポキシ樹脂を使用することが好ましい。エポキシ樹脂は主剤と硬化剤を反応させて硬化させるが、主剤としては例えばビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、シクロペンタジエン型エポキシ樹脂などが挙げられる。これらは単独で用いても良く、２種類以上併用しても良い。また硬化剤としては例えば脂肪族アミン、ポリエーテルアミン、芳香族アミン、有機酸無水物などが挙げられるが、中でも脂肪族アミンおよびその変性物を使用することが好ましい。脂肪族アミンは反応性に富み、常温雰囲気下でも反応を進行させ、高温時の圧縮降伏応力および引張強度の高いエポキシ樹脂を得ることができる。脂肪族アミンとしては例えばトリエチレンテトラミン、ジメチルアミノプロピルアミン、ジエチレントリアミン、テトラエチレンペンタミン、ジプロプレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、Ｎ－アミノエチルピペラジン、ｍ－キシレンジアミン、またはこれらの変性物などが挙げられる。これらは単独で用いても良く、２種類以上併用しても良い。また反応物の耐熱性を損なわない範囲であれば、例えば、ポリエーテルアミン、ポリアミド、アミンアダクトなど、その他の種類の硬化剤を併用することもできる。

　ただし硬化剤として脂肪族アミンを使用すると、反応熱により１００℃以上の高温となり、発煙する場合やポッティングキャップを溶融させてしまう場合がある。発熱を抑えるためにはシリカやガラス繊維、炭酸カルシウム等のフィラーを混合する方法が有効であり、ポッティング剤中のフィラーの割合は２０重量％以上８０重量％以下とすることが好ましい。フィラーの割合が上記好ましい範囲であると、発熱を抑える効果が高い一方、粘度が高過ぎることもなく、ポッティングに使用するのに適切である。またフィラーを混合すると圧縮降伏応力および引張強度を高める効果もある。尚シリカなどのフィラーを使用する場合、シランカップリング剤を添加することで、エポキシ樹脂とフィラーの接着強度を高めることができる。特に第１ポッティング部の直径が１００ｍｍ以上の大型の中空糸膜モジュールでは、第１ポッティング部の比表面積が小さく、放熱が少ないため、反応時の発熱により高温になりやすく、上述の発煙などの問題が発生しやすい。ただし本発明のカートリッジ中空糸膜モジュールの外層ポッティング部は内層ポッティング部の外側のみに存在し、比表面積が大きいため、放熱が大きく、第１ポッティング部の直径が１００ｍｍ以上の大型の中空糸膜モジュールでも過剰に高温になることを防ぐことができる。

　一方内層ポッティング部については放熱が少なく高温になりやすいため、特に第１ポッティング部の直径が１００ｍｍ以上の大型の中空糸膜モジュールでは、外層ポッティング部と比べて反応熱の小さいポッティング剤を使用することが好ましい。内層ポッティング部のポッティング剤は十分な耐熱性を有するものが好ましく、例えばエポキシ樹脂やポリウレタンなどを使用することができる。エポキシ樹脂を使用する場合、主剤としては例えばビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、シクロペンタジエン型エポキシ樹脂などが挙げられる。これらは単独で用いても良く、２種類以上併用しても良い。また硬化剤としてはポリエーテルアミン、ポリアミド、アミンアダクトなどが挙げられる。これらは単独で用いても良く、２種類以上併用しても良い。さらに反応熱が過剰に高くならない範囲であれば、脂肪族アミンなど、その他の種類の硬化剤を併用することもできる。またエポキシ樹脂にシリカやガラス繊維、炭酸カルシウム等のフィラーを混合しても良い。

　一方ポリウレタンは、イソシアネートとポリオールを反応させて得ることができる。内層ポッティング部のポッティング剤としてポリウレタンを使用する場合、イソシアネートは、例えばトリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート（ポリメリックＭＤＩ）、キシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）などが挙げられる。これらは単独で用いても良く、２種類以上併用しても良い。ポリオールは、例えばポリブタジエン系ポリオール、ダイマー酸変性ポリオール、エポキシ樹脂変性ポリオール、ポリテトラメチレングリコールなどが挙げられる。これらは単独で用いても良く、２種類以上併用しても良い。また反応物の耐湿熱性を損なわない範囲であれば、例えば、ひまし油系ポリオール、ポリカーボネートジオール、ポリエステルポリオールなど、その他の種類のポリオールを併用することもできる。

　また内層ポッティング部と外層ポッティング部は線膨張係数の近いポッティング剤を使用することが好ましい。内層ポッティング部と外層ポッティング部の線膨張係数が近いと、蒸気加熱時の熱膨張の差が小さいため、内層ポッティング部と外層ポッティング部の間に発生する応力が小さくなり、剥離が発生しにくい。

　尚、第１ポッティング部は三層以上の複層構造としても良い。その場合シール方向において最も外側のポッティング層が外層ポッティング部である。また内層ポッティング部を複数に分割し、複数の内層ポッティング部同士の間と、その外周全体を外層ポッティング部で形成させることもできる。

　また、第１実施形態では図４に示すように内層ポッティング部１１Ａのみで中空糸膜１を接着しているが、外層ポッティング部１１Ｂ部分においても中空糸膜１を接着することができる。

　＜第２ポッティング部＞
　筐体の原液流入口６側には、中空糸膜カートリッジ１００の下端側である第２ポッティング部１２が配置されている。中空糸膜１の第２端部が位置する第２ポッティング部１２は、多数本の中空糸膜１からなる中空糸膜束２と第２ポッティング部ケース１３をポッティング剤で接着して構成されている。ここで、中空糸膜１の中空部はポッティング剤で封止されて開口しない状態となっている。第２ポッティング部ケース１３は下方に底部を有する円筒状であり、その外径は筐体本体３の内径よりも小さく構成されている。また、第２ポッティング部１２は貫通孔１４を有しており、原液の流路の役割を担っている。

　カートリッジ式中空糸膜モジュールの第２ポッティング部で使用するポッティング剤の種類は、接着対象部材との接着強度、耐熱性、化学的耐久性などを満たせば特に限定されないが、例えばエポキシ樹脂やポリウレタン樹脂などを使用することができる。

　図５は、図１のモジュールの第２ポッティング位置におけるＢ－Ｂ線断面図である。

　＜中空糸膜＞
　本実施形態のカートリッジ式中空糸膜モジュールは、分離膜として、中空糸膜を備える。中空糸膜は一般的に平膜よりも比表面積が大きく、単位時間当たりにろ過できる液量が多いため有利である。中空糸膜の構造としては全体的に孔径が一様な対称膜や、膜の厚み方向で孔径が変化する非対称膜、強度を保持するための支持層と対象物質の分離を行うための分離機能層を有する複合膜などが存在する。

　中空糸膜の平均孔径は分離対象によって適宜選択すれば良いが、細菌類や真菌類などの微生物や、動物細胞の分離などを目的とする場合、１０ｎｍ以上、２２０ｎｍ以下であることが好ましい。平均孔径が１０ｎｍ未満だと透水性が低くなり、２２０ｎｍを超えると微生物等が漏洩する可能性がある。一方低分子量のタンパク質などの分離を行う場合、平均孔径が２ｎｍ～２０ｎｍの中空糸膜を使用することが好ましい。本発明での平均孔径とは最も孔径の小さい緻密層の孔径とする。

　分離膜の材質は特に限定されないが、分離膜は、例えばポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体、エチレン・四フッ化エチレン共重合体などのフッ素系樹脂、セルロースアセテート、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレートなどのセルロースエステル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホンなどのポリスルホン系樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリプロピレンなどの樹脂を含有することができる。特にフッ素系樹脂やポリスルホン系樹脂からなる分離膜は耐熱性、物理的強度、化学的耐久性が高いことから、カートリッジ式中空糸膜モジュールに好適に用いることができる。

　また、中空糸膜は、フッ素系樹脂やポリスルホン系樹脂に加えて、親水性樹脂をさらに含有してもよい。親水性樹脂によって、分離膜の親水性を高め、膜の透水性を向上させることができる。親水性樹脂は、分離膜に親水性を付与することができる樹脂であればよく、具体的な化合物に限定されるものではないが、例えば、セルロースエステル、脂肪酸ビニルエステル、ビニルピロリドン、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ポリメタクリル酸エステル系樹脂、及びポリアクリル酸エステル系樹脂などが好適に用いられる。

　中空糸膜カートリッジを作製する場合はポッティングキャップに中空糸膜を充填し、ポッティング剤で固定する。その際、ハンドリングを良好にし、接着不良を防止する観点から、予め中空糸膜を乾燥させておく。しかし中空糸膜の多くは乾燥により収縮が起こり、透水性が低下するという問題があるため、グリセリン水溶液に浸漬した後で乾燥させたものを用いる。グリセリン水溶液に浸漬した後で乾燥すると、グリセリンが細孔内に残留することで乾燥による収縮を防止することができ、その後エタノールなどの溶媒で浸漬処理を行うことで透水性を回復させることができる。

　カートリッジ式中空糸膜モジュールは、蒸気滅菌してから使用することも可能だが、中空糸膜の種類によっては蒸気滅菌により収縮が起こるものがある。そのためモジュール作製後に蒸気滅菌を行うと中空糸膜の収縮により中空糸膜が損傷したり、中空糸膜がポッティング剤から剥離したりする可能性がある。従って予め中空糸膜を蒸気処理し、収縮させてからポッティングを行ってモジュールを製作することが望ましい。一般的に蒸気滅菌は１２１℃以上で実施するため、１２１℃以上の蒸気で前処理を実施しておくことが望ましい。

　＜シール材＞
　カートリッジ式中空糸膜モジュールで使用するＯリングやガスケットなどのシール材の材質は耐熱性、化学的耐久性などを満たせば特に限定されないが、例えばフッ素ゴム、シリコーンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）などを使用することができる。

　＜筐体、筒状ケースの材質＞
　カートリッジ式中空糸膜モジュールで使用する筐体の材質は耐熱性、化学的耐久性などを満たせば特に限定されないが、例えばポリスルホン系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂などのフッ素系樹脂、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルケトン、ステンレス、アルミニウムなどを挙げることができる。またカートリッジ式中空糸膜モジュールで使用する筒状ケースおよび第２ポッティング部ケースの材質は特に限定されないが、例えば筐体と同様の材料から選択することができる。
（第２実施形態）
　本発明の第２実施形態にかかるカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ｂの構成について、図面を参照しながら説明する。図６は、第２実施形態にかかるカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ｂの概略縦断面図である。尚、以下で言及しないカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ｂの構成については、第１実施形態のカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ａと同様の構造を適用可能である。第１実施形態で説明した部材と同様の機能を有する部材については、同じ符号を付して、その説明を省略する。

　第２実施形態にかかるカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ｂでは、第１ポッティング部１１２は、保護ポッティング部１１Ｃをさらに備える以外は、第１実施形態のカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ａと同様の構造である。保護ポッティング部１１Ｃは、第１ポッティング部１１２の下面（第１ポッティング部１１２における第２ポッティング部１２との対向面：第１ポッティング部１１２において中空糸膜が延在する面）に設けられる。

　一般に、モジュール内では、原液の流れにより、ポッティング部の端面において、ポッティング部との接触によって中空糸膜に大きな負担がかかるので、この部分で中空糸膜の破断が発生しやすい。

　これに対して、本実施形態では、第１ポッティング部１１２が、伸度の大きいポッティング剤で形成された保護ポッティング部１１Ｃを備える。液の流れやエアスクラビングにより中空糸膜１が揺動した際、保護ポッティング部１１Ｃが伸張して中空糸膜１の動きに追随することで中空糸膜１にかかる負担を軽減することができる。こうして、保護ポッティング部１１Ｃは、第１ポッティング部１１２の下面における中空糸膜１と第１ポッティング部１１２との接触による中空糸膜１への負担を軽減し、中空糸膜１の破断を抑制することができる。

　保護ポッティング部１１Ｃを形成するポッティング剤としては、十分な耐熱性を有するもので、伸度が３０％以上のものを使用することが好ましく、伸度が５０％以上のものを使用することがさらに好ましい。保護ポッティング部１１Ｃとしては、例えばエポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂を使用することができる。また、保護ポッティング部１１Ｃの伸度は、内層ポッティング部および外層ポッティング部の伸度よりも大きいことが好ましい。

　またカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ｂの第２ポッティング部１２は、図６のように中空糸膜束２とポッティング剤のみで形成させることもできる。第２ポッティング部については中空糸膜の中空部もポッティング剤で封止するため、第１実施形態（図１）の第２ポッティング部ケース１３とポッティング剤が剥離しても原液がろ過液側にリークすることはない。ただし第２ポッティング部ケース１３とポッティング剤が剥離すると、第２ポッティング部ケース１３が脱落する場合や、剥離により生じた隙間に濁質が堆積する場合がある。第２ポッティング部１２を中空糸膜束２とポッティング剤のみで形成すればこのような問題の発生を防止することができる。

　ここで第２ポッティング部１２は図６のように中空糸膜束２で吊り下げた状態にしても良いし、ピン等で保持してモジュール軸方向の移動を規制しても良い。ピン等で第２ポッティング部１２の軸方向の移動を規制すると、第２ポッティング部１２の下方向への移動による中空糸膜の破断や、第２ポッティング部１２の上方向への移動による中空糸膜の折れ曲がりなどを防止することができる。この場合、第２ポッティング部１２でピンが当接する部分に荷重がかかるため、十分な強度を有するポッティング剤を使用することが好ましい。
（第３実施形態）
　本発明の第３実施形態にかかるカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ｃの構成について、図面を参照しながら説明する。

　図７は、第３実施形態にかかるカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ｃの第１ポッティング部付近の概略縦断面図である。以下で言及しないカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ｃの構成については、第１実施形態のカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ａと同様の構造を適用可能である。第１実施形態で説明した部材と同様の機能を有する部材については、同じ符号を付して、その説明を省略する。第３実施形態にかかるカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ｃは、筒状ケース９を備える以外は、第１実施形態のカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ａとほぼ同一の構成である。

　筒状ケース９は、略円筒形状の部材であり、その円筒形状の高さ方向が筐体本体３の高さ方向に沿うように、筐体本体３内に収容される。筒状ケース９の外面には、鍔部９Ａおよび段部９Ｂが設けられている。鍔部９Ａは、筒状ケース９の上端において、筒状ケース９の外周面を一周するように設けられた、径方向外側に突出する部分である。また、段部９Ｂも、筒状ケース９の外周面を一周するように設けられている。段部９Ｂが設けられることで、筒状ケース９の上部の外径は、下部の外径よりも大きくなっている。

　ろ過運転時の原液の偏流を防ぐ目的で、筒状ケース９において、筐体本体３の原液出口８付近には、整流孔１０が設けられている。クロスフローろ過を行う場合、原液は原液流入口６からモジュール内に流入し、原液出口８から流出する。整流孔１０を設けることでモジュール内での原液の流れが原液出口８側に偏るのを防止することができる。

　上部キャップ４は、段部４Ａの下に設けられた段部４Ｂをさらに備える。段部４Ｂは、段部４Ａと同様に、上部キャップ４の全周にわたって形成されている。上部キャップ４が筐体本体３に装着されると、筐体本体の鍔部３Ａの上面と段部４Ｂとの間に溝が形成される。筒状ケース９の鍔部９Ａはこの溝に嵌まる。つまり、筒状ケース９は、その鍔部９Ａが上部キャップ４と筐体本体３との間に挟まれることで、筐体本体３に固定される。

　筒状ケース９の内径は上部キャップ４の段部４Ａの径よりも小さい。これにより、筒状ケース９が筐体本体３に固定された状態で、筒状ケース９の上面と上部キャップ４の段部４Ａとの間には溝が形成される。

　第１ポッティング部１１３は、筒状ケース９の中に収容される。第１ポッティング部の鍔部１１Ｄは、筒状ケース９の上面と上部キャップ４の段部４Ａとの間に形成された溝に嵌まる。さらに第１ポッティング部の上部（ろ過液側）にはガスケット１８が配置されている。つまり、第１ポッティング部１１３は、その鍔部１１Ｄがガスケット１８を介して、上部キャップ４と筒状ケース９との間に挟まれることで、筒状ケースおよび筐体に対して固定される。

　ここでガスケット１８は第１ポッティング部、上部キャップ４、筒状ケース９、Ｏリング１５の間で形成される袋路空間とろ過液側の空間を隔離する役割を担う。このような袋路空間はろ過液や、蒸気滅菌時のスチームドレンが滞留しやすいため、洗浄性が悪く、滅菌不良が起こりやすい。そこでモジュールの洗浄性や滅菌性を確保するために、ガスケット１８によりこのような袋路空間を隔離することが好ましい。

　第１ポッティング部の段部１１Ｅと筒状ケース９の内面との間には、Ｏリング１５が設置される。Ｏリング１５により、第１ポッティング部１１３は、筒状ケース９に、液密、かつ気密に固定される。ここでＯリング１５は、筒状ケース９と第１ポッティング部１１３との間でモジュールの径方向につぶされることで第１ポッティング部を液密、かつ気密に固定している。

　筒状ケースの段部９Ｂと筐体本体３の間には、Ｏリング１６が設置される。Ｏリング１６により、筒状ケース９は、筐体本体３に液密、かつ気密に固定される。

　カートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ｃを蒸気滅菌する場合、筒状ケースの下部と筐体本体３が当接していると、スチームドレンが滞留して十分に昇温せず、滅菌不良が発生する可能性がある。そこでスチームドレンの滞留を防止するため、筒状ケースの下部と筐体本体３との間にはスチームドレン排出のためのクリアランスを設けることが好ましく、クリアランスの大きさは１ｍｍ以上とすることが好ましい。
（第４実施形態）
　本発明の第４実施形態にかかるカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ｄの構成について、図面を参照しながら説明する。

　図８は、第４実施形態にかかるカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ｄの第１ポッティング部付近の概略縦断面図である。以下で言及しないカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ｄの構成については、第１実施形態のカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ａおよび第３実施形態のカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ｃと同様の構造を適用することが可能である。第１実施形態および第３実施形態で説明した部材と同様の機能を有する部材については、同じ符号を付して、その説明を省略する。第４実施形態にかかるカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ｄは、溝部１１Ｆおよび支持板２４を備える以外は、第３実施形態のカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ｃとほぼ同一の構成である。

　第１ポッティング部１１４は、第１ポッティング部の高さ方向中程において、内側に凹んだ溝部１１Ｆを有する。この溝部１１Ｆに支持板２４を挿入し、支持板２４を筐体本体３に固定することで第１ポッティング部１１４を支持し、軸方向の動きを規制することができる。

　第１ポッティング部１１４と筒状ケース９１の間にはＯリング１５が設置され、Ｏリング１５により、第１ポッティング部１１４は筒状ケース９１に液密、かつ気密に固定される。筒状ケース９１と筐体本体３の間にはＯリング１６が設置され、Ｏリング１６により、筒状ケース９１は筐体本体３に液密、かつ気密に固定される。また第１ポッティング部１１４のろ過液側の端面（上面）には、その面の外周近傍に、周方向に連続する溝部１１Ｇが設けられている。溝部１１Ｇには、ガスケット１８が収容される。ガスケット１８は、上部キャップの段部４Ａと当接することで、第１ポッティング部１１４を、上部キャップ４に液密、かつ気密に固定している。具体的には、ガスケット１８は、モジュールの軸方向につぶれることで、第１ポッティング部を液密、かつ気密に固定している。尚、溝部１１Ｇは、外層ポッティング部１１Ｂによって形成されている。
（第５実施形態）
　本発明の第５実施形態にかかるカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ｅの構成について、図面を参照しながら説明する。図９は、第５実施形態にかかるカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ｅの第１ポッティング部付近の概略縦断面図であり、図１０は図９のカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ｅの第１ポッティング部１１５の拡大図である。

　以下で言及しないカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ｅの構成については、第１実施形態のカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ａおよび第３実施形態のカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ｃと同様の構造を適用可能である。第１実施形態および第３実施形態で説明した部材と同様の機能を有する部材については、同じ符号を付して、その説明を省略する。

　第５実施形態にかかるカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ｅは、第１ポッティング部１１３とは異なる形状を有する第１ポッティング部１１５を備える以外は、第３実施形態のカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ｃとほぼ同様の構成を有する。

　筒状ケース９２は、内側段部９Ｃを備える以外は上述の筒状ケース９と略同様の構成を有する。内側段部９Ｃは、筒状ケース９２の高さ方向中程において、筒状ケース９２の内面に、径方向に突出する部分である。内側段部９Ｃは、筒状ケース９２の内面に、一周するように設けられる。

　Ｏリング１６の配置およびシール方向については、上述の第３実施形態と同様である。

　第１ポッティング部１１５のろ過液側の端面（上面）には、その面の外周近傍に、周方向に連続する溝部１１Ｇが設けられている。溝部１１Ｇには、ガスケット１８が収容される。ガスケット１８は、上部キャップの段部４Ａと当接することで、第１ポッティング部１１５を、上部キャップ４に液密、かつ気密に固定している。具体的には、ガスケット１８は、モジュールの軸方向につぶれることで、第１ポッティング部を液密、かつ気密に固定している。尚、溝部１１Ｇは、外層ポッティング部１１Ｂによって形成されている。

　このような構造によって、第１ポッティング部１１５、筒状ケース９２、およびＯリング１５で囲まれた下向きの袋路空間が、ろ液から隔離されるので、ろ過液が下向きの袋路空間に入って液溜まりができるのを防ぐことができる。このような構造は、洗浄性に優れている。

　またモジュールのろ過液側についても蒸気滅菌が必要な場合、下向きの袋路空間にスチームドレンが滞留して温度が低下し滅菌不良となることがあるため、ガスケット１８により下向きの袋路空間を隔離することが好ましい。例えば図１７に示すカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ｆでは溝部１１Ｇにガスケット１８が存在しない空間が存在し、下向きの袋路空間となっている。この袋路空間は中空糸膜束２の端面よりも下側にあるため、スチームドレンが排出されず滞留する。蒸気滅菌では滅菌箇所を１２１℃以上に昇温することが望ましく、スチームドレンの滞留をできるだけ少なくすることが好ましい。蒸気滅菌時の昇温性を確保するためには、この下向きの袋路空間の深さＸを２ｍｍ以下とすることが好ましく、このような下向きの袋路空間をなくすこと（Ｘ≦０ｍｍ）がさらに好ましい。

　図９のカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ｅでは第１ポッティング部１１５をＯリング１５によりモジュールの径方向および軸方向でシールしている。さらに、本形態では、外層ポッティング部１１Ｂが、内層ポッティング部１１Ａの側面および下面を覆うように配置されることで、２つのシール方向（つまり径方向および軸方向）において、内層ポッティング部１１Ａと外層ポッティング部１１Ｂの両方が形成されている。シール方向のうち、径方向において外層ポッティング部が占める長さは図１０のＤ２ａ＋Ｄ２ｂであり、径方向の第１ポッティング部の長さはＤである。またシール方向のうち軸方向において外層ポッティング部が占める長さはＬ２ａ＋Ｌ２ｂであり、シール部の軸方向の第１ポッティング部の長さはＬである。

　＜中空糸膜カートリッジの製造方法＞
　以下に、カートリッジ式中空糸膜モジュールにおける中空糸膜カートリッジの製造方法について説明する。

　ポッティング方法としては、遠心力を利用して液状のポッティング剤を中空糸膜間に浸透させてから硬化させる遠心ポッティング法と、液状のポッティング剤を定量ポンプやヘッドにより送液し自然に流動させることにより中空糸膜１間に浸透させてから硬化させる静置ポッティング法のいずれを用いてもよい。

　遠心ポッティング法は遠心力によりポッティング剤が中空糸膜間に浸透しやすく、高粘度のポッティング剤も使用することができる。また中空糸膜１を接着するポッティング剤にポリウレタン樹脂を使用する場合、中空糸膜１に含まれる水分とイソシアネートが反応して二酸化炭素が発生し発泡するため、静置ポッティング法でポリウレタン樹脂を使用することは難しい。遠心ポッティング法ならば遠心力によりモジュールの端部方向に圧力が生じ、気泡が内側方向に抜けるため、中空糸膜１を接着するポッティング剤としてポリウレタン樹脂を使用することができる。一方で、静置ポッティングでは遠心成形機などの大型設備は不要である。

　ポッティングが終了しポッティング剤が硬化したら、端側のポッティング部をカットすることで中空糸膜１の端面を開口させる。ポッティングを行う前には中空糸膜１の端部の中空部をシリコーン接着剤などで封止する目止め処理を実施しておくことが望ましい。目止め処理を行うと、それ以上中空部にポッティング剤が進入することを防ぎ、中空部がポッティング剤で満たされてろ過液が出なくなる不通糸の発生を防止することができる。

　またポッティングを行う際は、接着性を向上させるため第２ポッティング部ケース１３の内側の表面や、内層ポッティング部１１Ａ表面についてヤスリがけ、プラズマ処理、プライマー処理などを実施しても良い。

　次に、第１実施形態にかかる中空糸膜カートリッジ１００の製造方法について図１１のフローチャートを参照して説明する。ただし、以下に説明する製造方法は、上述のいずれの実施形態のモジュールにおけるカートリッジにも適用可能である。

　まず、中空糸膜束２を図１２に示す遠心ポッティング装置に設置して遠心ポッティングを行い、図１３のように内層ポッティング部１１Ａを形成する（ステップＳ１）。

　ここで、中空糸膜束２の中央部は塩ビ製筒状ケース２０に収められ、中空糸膜１の第１端部は第１ポッティングキャップ２１Ａに、中空糸膜１の第２端部は第２ポッティング部ケース１３に、それぞれ挿入されている。ここで第２ポッティング部ケース１３底部の貫通孔にピン２３が挿入されており、第２ポッティングキャップ２２の内部に第２ポッティング部ケース１３とピン２３が収められている。尚、中空糸膜１の第１端部は予めシリコーン接着剤で目止め処理されている。塩ビ製筒状ケース２０にはポッティング剤投入器１９が接続されており、この装置全体を遠心成形機内で回転させることで遠心力によりポッティング剤をポッティングキャップ２１Ａおよび第２ポッティング部ケース１３に供給することができる。尚、ポッティング剤はポッティングキャップ２１Ａと第２ポッティング部ケース１３に同時に供給することもできるし、別々に供給することもできる。

　内層ポッティング部１１Ａを形成した後、ポッティングキャップ２１Ａを取り外し、内層ポッティング部１１Ａを硬化収縮させる（ステップＳ２）。硬化収縮させる際は反応を促進するため熱処理を行っても良い。遠心ポッティング時にも硬化収縮は起こっているが、ここでさらに硬化収縮を進行させることで、第１ポッティング部の寸法を安定化することができる。

　つまり、内層ポッティング部を形成する工程は、中空糸膜の間にポッティング剤を充填する内層ポッティング剤配置ステップと、そのポッティング剤を硬化させる硬化ステップとを含む。本形態においては、内層ポッティング剤配置ステップはステップＳ１の遠心ポッティングによって行われる。そして、硬化ステップの一部も、ステップＳ１において進行する。さらに、ステップＳ２でも硬化ステップが行われ、内層ポッティング部の硬化収縮が完了する。

　ここで、ステップＳ２において、硬化反応による寸法変化がなくなるまで硬化処理を行うことが好ましい。

　硬化を促進するための熱処理条件は使用するポッティング剤の種類によって異なるため、ポッティング剤の種類に応じて適宜設定すれば良い。

　続いて内層ポッティング部１１Ａを、ポッティングキャップ２１Ｂ、２１Ｃに装着し、遠心ポッティング装置に設置して遠心ポッティングを行い、図１４のように外層ポッティング部１１Ｂを形成する（ステップＳ３）。ここでポッティングキャップ２１Ｂ、２１Ｃと内層ポッティング部１１Ａの間のクリアランスが十分に確保されていると、液状のポッティング剤が進入しやすくなり、外層ポッティング部１１Ｂに気泡等の欠陥が発生するのを有効に防ぐことができる。従ってポッティングキャップ２１Ｂ、２１Ｃと内層ポッティング部１１Ａの間には２ｍｍ以上のクリアランスを設けることが好ましく、４ｍｍ以上がさらに好ましい。またポッティングキャップ内の空気は遠心力によりポッティングキャップの内側方向（中空糸膜が延在する方向）に排出される。従って、気泡の排出性を良くして、ポッティング剤の中に気泡が滞留するのを防ぐため、ポッティング剤はポッティングキャップの外側（中空糸膜の端部側）から投入することが好ましい。

　また、ステップＳ３において、内層ポッティング部１１Ａと外層ポッティング部１１Ｂの両方が、カートリッジがモジュールに組み込まれたときのシール方向において存在するように、外層ポッティング部が配置される。また、外層ポッティング部１１Ｂは、第１ポッティング部においてＯリング１５と接するように、配置される。

　遠心ポッティングで外層ポッティング部１１Ｂを形成後、ポッティングキャップ２１Ｂ、２１Ｃを取り外し、外層ポッティング部１１Ｂを硬化収縮させる（ステップＳ４）。ここで反応を促進するため熱処理を行っても良い。

　上述のとおり、ポッティングの間にも（ステップＳ３の間にも）、硬化は進行する。よって、内層ポッティング部１１Ａの外側に、外層ポッティング部１１Ｂを形成するポッティング剤を配置するステップはステップＳ３で行われ、それを硬化させるステップの一部もステップＳ３にて進行する。ステップＳ４は、さらに硬化を進行させて、硬化を完了させる。

　中空糸膜１の第２端部は第２ポッティング部ケース１３に挿入されている。ここで第２ポッティング部ケース１３底部の貫通孔にピン２３が挿入されており、第２ポッティングキャップ２２の内部に第２ポッティング部ケース１３とピン２３が収められている。この状態で遠心ポッティングを行い、第２ポッティング部１２を形成させる（ステップＳ５）。このとき中空糸膜１の第２端部の中空部はポッティング剤で封止される。その後第２ポッティングキャップ２２を取り外し、ピン２３を引き抜いて貫通孔１４を形成させ、第２ポッティング部１２を硬化収縮させる（ステップＳ６）。ここで反応を促進するため熱処理を行っても良い。

　最後にチップソー式回転刃で図１５のＣ－Ｃ線部分を切断し、中空糸膜１の第１端部を開口させる（ステップＳ７）ことで中空糸膜カートリッジ１００を製造することができる。

　また、ステップＳ４の後に、保護ポッティング部１１Ｃを設ける工程を行ってもよい。保護ポッティング部を設ける工程は、硬化後の伸度が３０％以上である液状のポッティング剤を、第１ポッティング部において中空糸膜が延在する面に配置するステップと、それを硬化させるステップと、を含む。

　＜中空糸膜モジュールの製造＞
　上記方法で製造された中空糸膜カートリッジ１００を筐体本体３に挿入してＯリング１５で固定し、上部キャップ４と下部キャップ５を取り付けることにより、第１実施形態にかかるカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ａを製造することができる。

　＜カートリッジ式中空糸膜モジュールのろ過運転方法＞
　カートリッジ式中空糸膜モジュールのろ過運転方法について述べる。原液は下部キャップ５の原液流入口６よりカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ａ内に流入し、中空糸膜１を透過しなかった原液は、原液出口８よりカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ａの外部に排出される。中空糸膜１の外側から内側に透過したろ過液は、中空糸膜１の中空部を通過して、上部キャップ４のろ過液出口７よりカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ａの外部に排出される。

　このように膜面に対して原液を平行に流しながらろ過する方式をクロスフローろ過と呼び、原液中の懸濁物質等が膜面に堆積するのを抑制する効果がある。また、原液出口８を閉止すれば、原液を全てろ過する全量ろ過を行うこともできる。また原液流入口６からエアを供給することでエアスクラビングを行い、中空糸膜の洗浄を行うこともできる。流入したエアは原液出口８から排出される。またろ過液出口７から逆圧洗浄液を供給し、中空糸膜の内側から外側に液を透過させることで、中空糸膜の逆圧洗浄を行うこともできる。

　＜カートリッジ式中空糸膜モジュールの蒸気滅菌方法＞
　カートリッジ式中空糸膜モジュールを発酵等の用途に使用する場合、蒸気滅菌が必要となる。蒸気滅菌では発生するスチームドレンの排出のため、通常配管の上方向から下方向に向かって蒸気を供給する。カートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ａの原液側の領域を蒸気滅菌する場合、原液出口８から蒸気を供給し、原液流入口６からスチームドレンを排出すれば良い。またカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ａのろ過液側の領域を蒸気滅菌する場合、ろ過液出口７から蒸気を供給しても良いし、原液出口８から蒸気を供給して中空糸膜１を透過させ、モジュールのろ過液側に蒸気を供給しても良い。発生したスチームドレンは原液流入口６から排出される。このとき第２ポッティング部に設けられた貫通孔１４はスチームドレンの排出口の役割も果たす。

　本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が自在である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置場所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

　＜ポッティング剤の圧縮降伏応力測定＞
　実施例におけるポッティング剤の１２５℃における圧縮降伏応力はナノインデンテーション法で測定した。ポッティング剤の試験片の形状は幅５ｍｍ、奥行き５ｍｍ、高さ１ｍｍの平板状とし、ＨＹＳＩＴＲＯＮ社製のＴＩ　９５０　ＴｒｉｂｏＩｎｄｅｎｔｅｒを用いて、先端形状がＲ：３００ｎｍの球形圧子を用いて単一押し込み測定により評価した。

　＜ポッティング剤の引張強度測定＞
　実施例におけるポッティング剤の８０℃における引張強度は島津製作所社製のオートグラフＡＧＳ－５００ＮＸを用いて測定した。試験片の形状はＩＳＯ　３７のダンベル状４号形とし、厚みは２ｍｍとした。試験速度は２ｍｍ／ｍｉｎとした。

　＜ポッティング剤のガラス転移点測定＞
　実施例におけるポッティング剤のガラス転移点はＩＳＯ　３１４６に従ってＤＳＣにより測定した。装置はセイコーインスツル社製のＥＸＳＴＡＲ６０００を使用した。

　＜シール面の算術平均粗さＲａ測定＞
　外層ポッティング部のシール面の算術平均粗さＲａはＭｉｔｕｔｏｙｏ製Ｓｕｒｆｔｅｓｔ－ＳＶ－２０００Ｎ２を用い、中空糸膜モジュールの軸方向に沿って検出器を走査させて測定した。

　＜中空糸膜モジュールの蒸気加熱＞
　実施例における中空糸膜モジュールの蒸気加熱は以下の方法で実施した。原液出口８より１２５℃の蒸気を供給し、原液流入口６およびろ過液出口７を開放して３分間蒸気ブローを行った。その後ろ過液出口７を閉止し、原液流入口６より下方にはスチームトラップを設置して、発生したスチームドレンを排出した。その後１２５℃で６０分間蒸気加熱を継続した。

　＜蒸気加熱後のエアリークテスト＞
　上述の蒸気加熱を５０回実施した後に、中空糸膜モジュールのシール性を評価するためエアリークテストを実施した。原液流入口６を密閉し、ろ過液出口７を開放した状態で原液出口８より１００ｋＰａの圧空を供給した。モジュールの原液側に存在する水が全てろ過されたら原液出口８を密閉し、モジュール原液側の５分間の圧力推移を測定した。第１ポッティング部のシール性が不十分な場合、ろ過液側に空気が漏れるため、モジュール原液側の圧力が低下する。なお中空糸膜はバブルポイントが２００ｋＰａ以上の中空糸膜を使用し、細孔内が水で満たされた状態のため、中空糸膜の細孔を空気が透過することはない。ここでバブルポイントとは、圧空でバブルポイント以上の圧力をかけたときに、膜の細孔内の溶媒が押し出されて、空気が透過する圧力のことである。

　＜蒸気加熱時の第１ポッティング部上部の温度＞
　蒸気加熱時の第１ポッティング部上部の温度は以下の方法で測定した。熱電対を第１ポッティング部のうち、最も高さが低い位置（下向きの袋路空間が存在する場合は袋路空間の底）に接触させ、ポリイミドテープで固定した。熱電対はＲＳコンポーネンツ社製のＫタイプ熱電対を使用した。熱電対のケーブルについては、配管接続部のガスケットに切り込みを入れて、外部に取り出した。中空糸膜モジュールの蒸気加熱については上述の方法で実施した。

　＜第１ポッティング部の鍔部の強度評価＞
　第１ポッティング部の鍔部１１Ｄの強度評価を以下の方法で実施した。８０℃の温水を原液流入口６から供給し、モジュールの原液側が温水で満たされたら、ろ過液出口７を開放し、原液出口８を閉止してろ過を行った。モジュールの原液側とろ過液側の圧力差は３００ｋＰａとし、４分間ろ過を行った。その後ろ過液出口７から８０℃の温水を供給し、原液出口８を開放し、原液流入口６を閉止して逆圧洗浄を行った。モジュールのろ過液側と原液側の圧力差は３００ｋＰａとし、１分間逆圧洗浄を行った。このろ過と逆圧洗浄の組み合わせを１サイクルとし、１００００サイクル運転を繰り返した。この際、１０００サイクル毎に中空糸膜カートリッジを取り出し、鍔部１１周辺のクラックの有無を調べた。鍔部１１Ｄは第１ポッティング部のモジュール軸方向の動きを規制する働きがある。ろ過時、逆圧洗浄時のモジュールの原液側とろ過液側の圧力差により、鍔部１１Ｄには上向き、または下向きに押す応力が発生する。第１ポッティング部の強度が不十分な場合、鍔部１１Ｄにクラックが発生する。鍔部１１Ｄにクラックが発生し、最終的に破損すると、第１ポッティング部の位置がずれることでリークが発生することがある。
（実施例１）
［膜の製造］
　重量平均分子量４１．７万のフッ化ビニリデンホモポリマー３８質量部とγ－ブチロラクトン６２質量部を混合し、１６０℃で溶解した。この高分子溶液を８５質量％γ－ブチロラクトン水溶液を中空部形成液体として随伴させながら二重管の口金から吐出し、口金の３０ｍｍ下方に設置した温度２０℃のγ－ブチロラクトン８５質量％水溶液からなる冷却浴中で凝固させて球状構造からなる中空糸膜を作製した。次いで、重量平均分子量２８．４万のフッ化ビニリデンホモポリマー１４質量部、セルロースアセテートプロピオネート（イーストマンケミカル社製、ＣＡＰ４８２－０．５）１質量部、Ｎ－メチル－２－ピロリドン７７質量部、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル（三洋化成工業(株)製、 “イオネット”（登録商標）Ｔ－２０Ｃ）５質量部、水３質量部を混合し、９５℃で溶解して高分子溶液を作製した。この製膜原液を、球状構造からなる中空糸膜の表面に均一に塗布し、すぐに水浴中で凝固させて球状構造層の上に三次元編目構造を形成させた中空糸膜を作製した。得られた中空糸膜は、外径１３５０μｍ、内径８００μｍで、膜表面平均孔径は４０ｎｍであった。
［中空糸膜カートリッジ作製］
　中空糸膜を長さ１８００ｍｍにカットし、３０質量％グリセリン水溶液に１時間浸漬後、風乾した。この中空糸膜を１２５℃の水蒸気で１時間加熱処理して風乾させ、長さ１２００ｍｍにカットした。こうして得られた中空糸膜５４００本を１束に束ねた。シリコーン接着剤（東レ・ダウコーニング(株)製、ＳＨ８５０Ａ／Ｂ、２剤を質量比が５０：５０となるように混合したもの）で中空糸膜束の第１端部側を封止した。

　第１端部側を封止した中空糸膜を図１２のように遠心ポッティング装置に組み込んだ。ここで封止した第１端部側の中空糸膜をポリプロピレン製の第１ポッティングキャップ２１Ａ（内径１３９．３ｍｍ、内側長さ９２ｍｍ）に挿入し、中空糸膜の第２端部側はポリスルホン製の第２ポッティング部ケース１３（内径１４９ｍｍ、外径１５５ｍｍ、内側長さ４０ｍｍ）に挿入した。ポリスルホン製の第２ポッティング部ケース１３の内面は予めサンドペーパー（＃８０）でヤスリがけを行い、エタノールで脱脂した。第２ポッティング部ケース１３の外側には第２ポッティングキャップ２２を装着した。ここで第２ポッティング部ケース１３の底の穴に貫通孔形成用のピン３６本を差し込んで固定した。ピンはそれぞれ、直径８ｍｍ、長さ１００ｍｍの円柱状であった。こうして中空糸膜の両端にポッティングキャップが装着された装置を遠心成型機内に設置した。

　ビスフェノールＦ型液状エポキシ樹脂（Ｈｕｎｔｓｍａｎ社製、ＬＳＴ８６８－Ｒ１４、フィラー含有量４７質量％）とポリエーテルアミン（Ｈｕｎｔｓｍａｎ社製、“ＪＥＦＦＡＭＩＮＥ”（登録商標）Ｔ－４０３）を質量比が１００：３２となるように混合した。得られた混合物（エポキシ樹脂液）をポッティング剤投入器１９に入れ、遠心成型機を回転させ、遠心力によりポッティング剤投入器１９内のエポキシ樹脂液を第１ポッティングキャップ２１Ａ内に投入した。第１ポッティングキャップ２１Ａには１０２０ｇのエポキシ樹脂液を投入した。遠心成型機内の温度は４０℃、回転数は３５０ｒｐｍ、遠心時間は５時間とした。遠心後、エポキシ樹脂が硬化したら第１ポッティングキャップ２１Ａを取り外し、さらに１００℃で２時間キュアを行った。これにより第１ポッティング部１１の内層ポッティング部１１Ａが形成された。その後サンドペーパー（＃８０）で内層ポッティング部１１Ａの表面のヤスリがけを行い、エタノールで脱脂した。

　続いて第１ポッティング部の内層ポッティング部１１Ａを図１４のようにポリプロピレン製の第１ポッティングキャップ２１Ｂ、２１Ｃに挿入し、内層ポッティング部１１Ａのときと同様に組み立てた遠心ポッティング装置を遠心成型機内に設置した。ここで図１４に示す第１ポッティングキャップ２１Ｂの最小内径部は１４９．３ｍｍ、最大内径部は１５７．３ｍｍであり、第１ポッティングキャップ２１Ｃの最小内径部は１３８．８ｍｍ、最大内径部は１６７ｍｍである。第１ポッティングキャップ２１Ｂの最小内径部はＯリングシール面形成部であり、その算術平均粗さＲａは１．４μｍだった。また第１ポッティングキャップ２１Ｃの最大外径部は外層ポッティング部の鍔部１１Ｄの形成部である。

　ビスフェノールＡ型液状エポキシ樹脂（三菱化学(株)製、“ｊＥＲ”（登録商標）８２８）と変性脂肪族アミン（ナガセケムテックス(株)製、ＨＹ９５６）とポリエーテルアミン（Ｈｕｎｔｓｍａｎ社製、“ＪＥＦＦＡＭＩＮＥ”（登録商標）Ｔ－４０３）を質量比が１００：１８．５：１１となるように混合した。得られた混合物（エポキシ樹脂液）をポッティング剤投入器１９に入れ、遠心成型機を回転させ、遠心力によりポッティング剤投入器１９内のエポキシ樹脂液を第１ポッティングキャップ２１Ｂ、２１Ｃ内に投入した。第１ポッティングキャップ２１Ｂ、２１Ｃには８７０ｇのエポキシ樹脂液を投入した。遠心成型機内の温度は４０℃、回転数は３５０ｒｐｍ、遠心時間は８時間とした。

　遠心後、エポキシ樹脂が硬化したら第１ポッティングキャップ２１Ｂ、２１Ｃを取り外し、さらに１００℃で２時間キュアを行った。これにより第１ポッティング部１１の外層ポッティング部１１Ｂが形成された。

　その後再び第１ポッティング部１１に第１ポッティングキャップ２１Ｃを取り付けてポッティング装置を組み立て、ビスフェノールＦ型液状エポキシ樹脂（Ｈｕｎｔｓｍａｎ社製、ＬＳＴ８６８－Ｒ１４、フィラー含有量４７質量％）とポリエーテルアミン（Ｈｕｎｔｓｍａｎ社製、“ＪＥＦＦＡＭＩＮＥ”（登録商標）Ｔ－４０３）を質量比が１００：３２となるように混合した。得られた混合物（エポキシ樹脂液）をポッティング剤投入器１９に入れ、遠心成型機を回転させ、遠心力によりポッティング剤投入器１９内のエポキシ樹脂液を第２ポッティング部ケース１３に投入した。第２ポッティング部ケース１３には７５０ｇのエポキシ樹脂液を投入した。遠心成型機内の温度は４０℃、回転数は３５０ｒｐｍ、遠心時間は５時間とした。遠心後、エポキシ樹脂が硬化したら第１ポッティングキャップ２１Ｃ、第２ポッティングキャップ２２、ピン２３を取り外し、さらに１００℃で２時間キュアを行った。これにより貫通孔１４を有する第２ポッティング部１２が形成された。

　その後図１５のＣ－Ｃ線に沿って第１ポッティング部をチープソー式回転刃で切断し、中空糸膜の第１端部を開口させて、中空糸膜カートリッジとした。この中空糸膜カートリッジの外層ポッティング部の１２５℃での圧縮降伏応力は１０ＭＰａでガラス転移点は８１℃だった。また外層ポッティング部のシール面の算術平均粗さＲａは１．６μｍで、式（１）のＰは６．７だった。
［カートリッジ式中空糸膜モジュールのシール性評価］
　続いて第１ポッティング部にＯリングを取り付け、作製した中空糸膜カートリッジを図１のようにステンレス製の筐体本体３（内径１５９．２ｍｍ）に装着し、上部キャップ４、下部キャップ５を取り付けてカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ａとした。このカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ａにエタノールを送液してろ過を行い、中空糸膜の細孔内をエタノールで満たした。続いてＲＯ水を送液してろ過を行い、エタノールをＲＯ水に置換した。

　このカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ａについて前述の方法で蒸気加熱（１２５℃、６０分）を５０回行い、その後前述の方法でエアリークテストを行った。その結果圧力の低下は５分間で０ｋＰａであり、シール性が確保できていることを確認した。
（実施例２）
　第１ポッティング部の内層ポッティング部と外層ポッティング部のポッティング剤と、内層ポッティング部のサイズを変更した以外は実施例１と同様の方法でカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ａを作製した。第１ポッティング部の内層ポッティング部はポリメリックＭＤＩ（Ｈｕｎｔｓｍａｎ社製、“Ｓｕｐｒａｓｅｃ”（登録商標）５０２５）とポリブタジエン系ポリオール（Ｃｒａｙ　Ｖａｌｌｅｙ社製、Ｋｒａｓｏｌ　ＬＢＨ　３０００）と２－エチル－１，３－ヘキサンジオールを質量比が５７：１００：２６となるように混合したもの（ポリウレタン液）を使用した。一方第１ポッティング部の外層ポッティング部はビスフェノールＦ型液状エポキシ樹脂（Ｈｕｎｔｓｍａｎ社製、ＬＳＴ８６８－Ｒ１４）とトリエチレンテトラミンとポリエーテルアミン（Ｈｕｎｔｓｍａｎ社製、“ＪＥＦＦＡＭＩＮＥ”（登録商標）Ｔ－４０３）を質量比が１００：７：８．７となるように混合したものを使用した。また内層ポッティング部を形成する第１ポッティングキャップ２１Ａは内径１２６ｍｍのものを使用した。この中空糸膜カートリッジの外層ポッティング部の１２５℃での圧縮降伏応力は３０ＭＰａでガラス転移点は９０℃だった。また外層ポッティング部のシール面の算術平均粗さＲａは０．８μｍで、式（１）のＰは１５．６だった。

　このカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ａについて前述の方法で蒸気加熱（１２５℃、６０分）を５０回行い、その後前述の方法でエアリークテストを行った。その結果圧力の低下は５分間で０ｋＰａであり、シール性が確保できていることを確認した。
（実施例３）
　第１ポッティング部の外層ポッティング部を変更した以外は実施例１と同様の方法でカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ａを作製した。第１ポッティング部の外層ポッティング部はポリメリックＭＤＩ（Ｈｕｎｔｓｍａｎ社製、“Ｓｕｐｒａｓｅｃ”（登録商標）５０２５）とポリブタジエン系ポリオール（Ｃｒａｙ　Ｖａｌｌｅｙ社製、Ｋｒａｓｏｌ　ＬＢＨ　３０００）と２－エチル－１，３－ヘキサンジオールを質量比が５７：１００：２６となるように混合したものを使用した。この中空糸膜カートリッジの外層ポッティング部の１２５℃での圧縮降伏応力は０．３ＭＰａでガラス転移点は５５℃だった。また外層ポッティング部のシール面の算術平均粗さＲａは１μｍで、式（１）のＰは６．７だった。

　このカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ａについて前述の方法で蒸気加熱（１２５℃、６０分）を５０回行い、その後前述の方法でエアリークテストを行った結果、圧力の低下は５分間で３ｋＰａだった。
（実施例４）
　第１ポッティング部の外層ポッティング部のＯリングシール面の算術平均粗さＲａが６４μｍである以外は実施例１と同様の方法でカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ａを作製した。

　このカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ａについて前述の方法で蒸気加熱（１２５℃、６０分）を５０回行い、その後前述の方法でエアリークテストを行った結果、圧力の低下は５分間で２ｋＰａだった。
（比較例１）
　実施例１と同じ中空糸膜を使用し、図１６に示す構造の一体型の中空糸膜モジュール１０２を作製した。内径１５９．２ｍｍのポリスルホン製の筐体に中空糸膜６３００本を挿入し、両端を遠心ポッティングした。ポッティング剤はビスフェノールＦ型液状エポキシ樹脂（Ｈｕｎｔｓｍａｎ社製、ＬＳＴ８６８－Ｒ１４、フィラー含有量４７質量％）とトリエチレンテトラミンとポリエーテルアミン（Ｈｕｎｔｓｍａｎ社製、“ＪＥＦＦＡＭＩＮＥ”（登録商標）Ｔ－４０３）を質量比が１００：２．５：２３．７となるように混合したものを使用した。投入量は片端当たり１５００ｇとした。

　遠心成型機内の温度は４０℃、回転数は３５０ｒｐｍ、遠心時間は５時間とした。遠心後、エポキシ樹脂が硬化したら両端のポッティングキャップを取り外し、さらに１００℃で２時間キュアを行った。その後両端のポッティング部をチープソー式回転刃で切断し、中空糸膜の第１端部および第２端部を開口させて、上部キャップと下部キャップを取り付け、中空糸膜モジュールとした。この中空糸膜モジュール１０２のポッティング部の１２５℃での圧縮降伏応力は１２ＭＰａでガラス転移点は８０℃だった。

　この中空糸膜モジュール１０２にエタノールを送液してろ過を行い、中空糸膜の細孔内をエタノールで満たした。続いてＲＯ水を送液してろ過を行い、エタノールをＲＯ水に置換した。

　この一体型の中空糸膜モジュール１０２について前述の方法で蒸気加熱（１２５℃、６０分）を５０回行い、その後前述の方法でエアリークテストを行った結果、圧力の低下は５分間で１００ｋＰａだった。ポッティング部と筐体の間で剥離が発生しており、剥離部分からリークが発生した。
（比較例２）
　第１ポッティング部を内層ポッティング部と外層ポッティング部の二層ではなく、一層のみでポッティングした以外は実施例１と同様の方法でカートリッジ式中空糸膜モジュールを作製した。具体的には中空糸膜５４００本の第１端部側を第１ポッティングキャップ２１Ｂ、２１Ｃに挿入し、ビスフェノールＦ型液状エポキシ樹脂（Ｈｕｎｔｓｍａｎ社製、ＬＳＴ８６８－Ｒ１４、フィラー含有量４７質量％）とトリエチレンテトラミンとポリエーテルアミン（Ｈｕｎｔｓｍａｎ社製、“ＪＥＦＦＡＭＩＮＥ”（登録商標）Ｔ－４０３）を質量比が１００：２．５：２３．７となるように混合したものを１８９０ｇ投入して遠心ポッティングを行い、実施例１と同様にカートリッジ式中空糸膜モジュールを作製した。この中空糸膜カートリッジの外層ポッティング部の１２５℃での圧縮降伏応力は１２ＭＰａでガラス転移点は８０℃だった。また外層ポッティング部のシール面の算術平均粗さＲａは０．８μｍだった。

　このポッティング層が一層のみのカートリッジ式中空糸膜モジュールについて前述の方法で蒸気加熱（１２５℃、６０分）を５０回行い、その後前述の方法でエアリークテストを行った結果、圧力の低下は５分間で１００ｋＰａだった。ポッティング層が一層のみであるためポッティング剤の硬化収縮によりポッティング部のＯリングシール部の寸法が小さくなっており、Ｏリングのつぶし代が十分に確保できずにリークが発生した。
（実施例５）
　第１ポッティング部と筒状ケース９、上部キャップ４、筐体本体３の形状が図９の形状となっている以外は、実施例１と略同様の方法でカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ｅを作製した。ここで第１ポッティング部と上部キャップ４の間はガスケット１８でシールされており、ガスケット１８の内側には中空糸膜の開口部が存在する第１ポッティング部の第１端部よりも低い位置に袋路空間は存在しない。

　このカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ｅについて前述の方法で蒸気加熱（１２５℃、６０分）を行い、蒸気加熱時の第１ポッティング部上部の温度を測定した。その結果第１ポッティング部上部の温度は１２５℃となっており、蒸気滅菌の標準条件である１２１℃以上に到達していることを確認できた。
（実施例６）
　第１ポッティング部の形状が図１７の形状となっている以外は、実施例３と同様の方法でカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ｆを作製した。ここで第１ポッティング部と上部キャップ４の間はガスケット１８でシールされており、ガスケット１８の内側には中空糸膜の開口部が存在する第１ポッティング部の第１端部よりも低い位置に袋路空間が存在し、その深さは２ｍｍだった（図１７のＸの長さ）。

　このカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ｆについて前述の方法で蒸気加熱（１２５℃、６０分）を行い、蒸気加熱時の第１ポッティング部上部の温度を測定した。その結果第１ポッティング部上部の温度は１２３℃となっており、蒸気滅菌の標準条件である１２１℃以上に到達していることを確認できた。
（実施例７）
　実施例２と同様の方法でカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ａを作製した。この中空糸膜カートリッジの外層ポッティング部の８０℃での引張強度は５ＭＰａでガラス転移点は９０℃だった。

　このカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ａについて前述の方法で８０℃でのろ過と逆圧洗浄を繰り返した。中空糸膜カートリッジを取り出し、鍔部１１周辺のクラックの有無を調べた結果、１００００サイクル後もクラックは認められなかった。
（実施例８）
　第１ポッティング部の外層ポッティング部のポッティング剤を変更した以外は、実施例１と同様の方法でカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ａを作製した。外層ポッティング部のポッティング剤は、ビスフェノールＦ型液状エポキシ樹脂（Ｈｕｎｔｓｍａｎ社製、ＬＳＴ８６８－Ｒ１４、フィラー含有量４７質量％）とトリエチレンテトラミンを質量比が１００：９．６となるように混合したものを使用した。この中空糸膜カートリッジの外層ポッティング部の８０℃での引張強度は４５ＭＰａでガラス転移点は１０３℃だった。

　このカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ａについて前述の方法で８０℃でのろ過と逆圧洗浄を繰り返した。中空糸膜カートリッジを取り出し、鍔部１１周辺のクラックの有無を調べた結果、１００００サイクル後もクラックは認められなかった。
（実施例９）
　第１ポッティング部の外層ポッティング部のポッティング剤を変更した以外は、実施例１と同様の方法でカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ａを作製した。外層ポッティング部のポッティング剤は、ビスフェノールＦ型液状エポキシ樹脂（Ｈｕｎｔｓｍａｎ社製、ＬＳＴ８６８－Ｒ１４、フィラー含有量４７質量％）とポリエーテルアミン（Ｈｕｎｔｓｍａｎ社製、“ＪＥＦＦＡＭＩＮＥ”（登録商標）Ｔ－４０３）を質量比が１００：３２となるように混合したものを使用した。この中空糸膜カートリッジの外層ポッティング部の８０℃での引張強度は３ＭＰａでガラス転移点は６２℃だった。

　このカートリッジ式中空糸膜モジュール１０１Ａについて前述の方法で８０℃でのろ過と逆圧洗浄を繰り返した。中空糸膜カートリッジを取り出し、鍔部１１周辺のクラックの有無を調べた結果、７０００サイクル後にクラックが認められた。

　本発明のカートリッジ式中空糸膜モジュールは発酵工業分野、医薬品製造分野、食品工業分野、水処理分野などで使用することができる。

１００　中空糸膜カートリッジ
１０１Ａ　カートリッジ式中空糸膜モジュール
１０１Ｂ　カートリッジ式中空糸膜モジュール
１０１Ｃ　カートリッジ式中空糸膜モジュール
１０１Ｄ　カートリッジ式中空糸膜モジュール
１０１Ｅ　カートリッジ式中空糸膜モジュール
１０１Ｆ　カートリッジ式中空糸膜モジュール
１０２　中空糸膜モジュール
１　中空糸膜
２　中空糸膜束
３　筐体本体
３Ａ　鍔部
３Ｂ　鍔部
３Ｃ　段部
４　上部キャップ
４Ａ　段部
４Ｂ　段部
５　下部キャップ
６　原液流入口
７　ろ過液出口
８　原液出口
９　筒状ケース
９１　筒状ケース
９２　筒状ケース
９Ａ　鍔部
９Ｂ　段部
９Ｃ　内側段部
１０　整流孔
１１　第１ポッティング部
１１Ａ　内層ポッティング部
１１Ｂ　外層ポッティング部
１１Ｃ　保護ポッティング部
１１Ｄ　鍔部
１１Ｅ　段部
１１Ｆ　溝部
１１Ｇ　溝部
１２　第２ポッティング部
１３　第２ポッティング部ケース
１４　貫通孔
１５　Ｏリング
１６　Ｏリング
１７　ガスケット
１８　ガスケット
１９　ポッティング剤投入器
２０　塩ビ製筒状ケース
２１Ａ　第１ポッティングキャップ
２１Ｂ　第１ポッティングキャップ
２１Ｃ　第１ポッティングキャップ
２２　第２ポッティングキャップ
２３　ピン
２４　支持板
１１２　第１ポッティング部
１１３　第１ポッティング部
１１４　第１ポッティング部
１１５　第１ポッティング部
１１６　第１ポッティング部
１１７　第１ポッティング部

Claims

　筐体と、
　複数の中空糸膜を有する中空糸膜束と、
　前記複数の中空糸膜束の少なくとも一方の端部において、中空糸膜が開口するように、前記中空糸膜を接着する第１ポッティング部と、
　前記第１ポッティング部を前記筐体に液密に固定するシール材と、
を備え、
前記第１ポッティング部が少なくとも内層ポッティング部と外層ポッティング部とを含み、
　前記内層ポッティング部と外層ポッティング部は、いずれもポッティング剤によって形成されており、
　前記シール材は、前記外層ポッティング部に接しており、
　前記シール材によるシール方向において、内層ポッティング部と外層ポッティング部の両方が形成されているカートリッジ式中空糸膜モジュール。
　筐体と、
　筐体内に収容される筒状ケースと、
　複数の中空糸膜を有する中空糸膜束と、
　前記複数の中空糸膜束の少なくとも一方の端部において、中空糸膜が開口するように、前記中空糸膜を接着する第１ポッティング部と、
　前記第１ポッティング部を前記筒状ケースに液密に固定するシール材と、
を備え、
前記第１ポッティング部が少なくとも内層ポッティング部と外層ポッティング部とを含み、
　前記内層ポッティング部と外層ポッティング部は、いずれもポッティング剤によって形成されており、
　前記シール材は、前記外層ポッティング部に接しており、
　前記シール材によるシール方向において、内層ポッティング部と外層ポッティング部の両方が形成されているカートリッジ式中空糸膜モジュール。
　前記第１ポッティング部において、シール方向の第１ポッティング部の長さに対する、シール方向で外層ポッティング部が占める長さの比率を表すＰ（％）が下記式（１）を満たす請求項１または請求項２のいずれかに記載のカートリッジ式中空糸膜モジュール。
　Ｐ≦１６・・・（１）
　前記外層ポッティング部のシール面の算術平均粗さＲａが１．６μｍ以下である請求項１～請求項３のいずれかに記載のカートリッジ式中空糸膜モジュール。
　前記外層ポッティング部を形成するポッティング剤の１２５℃における圧縮降伏応力が１０ＭＰａ以上である請求項１～請求項４のいずれかに記載のカートリッジ式中空糸膜モジュール。
　前記筐体は、筒状の筐体本体と、前記筐体本体の高さ方向における第１端に装着される上部キャップとを備え、前記第１ポッティング部のろ過液側の端部を、上部キャップと液密に固定する上部シール材を備え、前記上部シール材で囲まれる領域において、中空糸膜の開口部より下方に存在する袋路空間の深さが２ｍｍ以下である請求項１～請求項５のいずれかに記載のカートリッジ式中空糸膜モジュール。
　前記外層ポッティング部を形成するポッティング剤の８０℃における引張強度が５ＭＰａ以上である請求項１～請求項６のいずれかに記載のカートリッジ式中空糸膜モジュール。
　前記外層ポッティング部を形成するポッティング剤がエポキシ樹脂であり、該エポキシ樹脂の硬化剤が脂肪族アミンを含む請求項１～請求項７のいずれかに記載のカートリッジ式中空糸膜モジュール。
　前記第１ポッティング部の対向面に中空糸膜を封止した状態で束ねる第２ポッティング部を備え、前記第２ポッティング部が中空糸膜とポッティング剤で形成されている請求項１～請求項８のいずれかに記載のカートリッジ式中空糸膜モジュール。
　請求項１または請求項２に記載のカートリッジ式中空糸膜モジュールの製造方法であって、
　（ａ）前記第１ポッティング部に含まれる内層ポッティング部を形成する工程と、
　（ｂ）前記第１ポッティング部に含まれる外層ポッティング部を形成する工程と、
を含み、
　前記工程（ａ）は、
　　（ａ－１）前記中空糸膜の間に前記内層ポッティング部を形成するポッティング剤を充填する内層ポッティング剤配置ステップと、
　　（ａ－２）前記（ａ－１）におけるポッティング剤を硬化させる硬化ステップと、
を備え、
　前記工程（ｂ）は、
　　（ｂ－１）前記（ａ－２）の硬化ステップの後に、前記外層ポッティング部が前記シール材と接するように、かつ前記シール材によるシール方向において、内層ポッティング部と外層ポッティング部の両方が形成されるように、前記外層ポッティング部を形成するポッティング剤を配置する外層ポッティング剤配置ステップと、
　　（ｂ－２）前記（ｂ－１）におけるポッティング剤を硬化収縮させる硬化ステップと、
を備える、カートリッジ式中空糸膜モジュールの製造方法。