JP2001519231A - 流体粒状物質の固体サブアッセンブリを製造するための方法及び装置 - Google Patents
流体粒状物質の固体サブアッセンブリを製造するための方法及び装置Info
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Abstract
Description
イディク)粒状物質の固体サブアッセンブリを製造するための新規な方法及び装
置に関する。 好ましい実施形態では、本発明は、電子脱イオンデバイスを製造するのに用い
ることができる固形媒体(固体)のサブアッセンブリの製造を可能にする。
とをいう。この場合の液体は一般に水である。この過程は、同じ結果をもたらす
他のタイプの過程(蒸留、電気透析、逆浸透、液体クロマトグラフィー、膜濾過
及びイオン交換)とは異なり、陰イオン膜(メンブレン)と陽イオン膜との間に
イオン交換物質を介設し、直流電流を供給するための電極を設けることを特徴と
する。
又は分離に関連して用いられる、流体特性即ち流動性を有する粒状物質(流体粒
状物質)を意味する。そのような媒体の例としては、イオン交換樹脂(単一種又
は混合種)活性炭ビード、クロマトグラフィービード、及びそれらの関連物質等
がある。
動性を有する、粉末及びその他の細砕固体を含む任意の固形顆粒状物質を意味す
る。
界において周知である。例えば、米国特許第2,815,320号は、イオン交
換樹脂から成るマクロ孔質ビードを陰イオン膜と陽イオン膜との間に介設して用
いることを教示している。その場合、これらのイオン交換樹脂は、イオン移送の
ための経路として機能するとともに、イオンを移動させるための膜間の高伝導性
の橋としても機能する。
用が開発されてきている。例えば、米国特許第5,593,563号は、電子脱
イオンデバイスの陰極画室内に電子伝導性粒子を用いることを開示している。し
かしながら、不都合なことに、どちらのタイプの媒体を用いるにせよ、従来技術
は、媒体を電子脱イオンデバイスの画室内へ装入する簡潔な、経済的で効率的な
態様を教示していない。
開示したのは、米国特許第4,747,929号であった。この特許は、イオン
交換媒体を保持し、かつ、互いに結合されたスペーサによって創生された画室を
通して実質的に均一な液体の流れを促進するスペーサを開示している。
化システムは、電子脱イオンデバイスを備えている。本発明の技術思想が発表さ
れ、実用に供される前は、電子脱イオンデバイスの製造、特に、樹脂充填セル対
及びセル積重体の製造は、非常に労働集約的な作業であった。
の一方の面に取り付ける。スペーサは、任意の形状のものであってよいが、ユニ
ット内のELIX電子脱イオンデバイスを製造するのに用いられるスペーサは、
全体が長方形であり、長方形のオリフィスを備えている。
ルが形成される。次いで、このチャンネルにステンレス鋼製のへらを用いて手作
業で樹脂を詰めることによってチャンネルに樹脂を充填する。次いで、そのへら
で希釈されたスペーサの上面を拭い、余分な樹脂を除去する。次に、作業者は、
チャンネルが均一に充填されているかどうかを確認するために樹脂充填スペーサ
を点検しなければならない。次いで、スペーサの表面上に残っている樹脂を除去
しなければならない。次に、露出したままの樹脂充填チャンネルを調整済みの陽
イオン膜によって被覆し、その陽イオン膜をスペーサの本体に、樹脂を漏出させ
ないような態様に固着する。次いで、作業者は、充填済みセルを再度点検し、そ
の外表面から余剰の樹脂を除去しなければならない。
7年10月28日付で発行された米国特許第5,681,438号(1996年
5月31日付米国出願第08/656,138号)によって開示された。この特
許は、電子脱イオンデバイスの製造方法の改良を提供するものであるが、依然と
して手作業で樹脂を詰めるという難点が残っている。
を製造する工程中で樹脂スペーサに樹脂を充填する。そのためには作業者は電子
脱イオンモジュール((以下、単に「モジュール」とも称する)を溶接機の中に
置いて各スペーサをスペーサ積重体に積み重ねていくたびに溶接しなければなら
ない。しかしながら、モジュールが溶接機内に置かれている間にスペーサチャン
ネルに樹脂を手作業で充填するのに要する時間が長いので、その作業中溶接機は
相当な時間遊んでいることになる。
填する」とも称する)のに用いられる従来の方法の1つとして、スラリー充填法
がある。スラリー充填法では、樹脂を過剰な量の水と混合し、圧力容器からチャ
ンネルへ送給する。樹脂の適正な沈降を確実にするためにスペーサから連続して
過剰な水を抽出しなければならない。この方法は、これらの理由から望ましい方
法ではないことが判明しており、しかも、スラリーを送給するための圧力容器や
、過剰な水を除去するための真空装置等の設備資金をも必要とする。
例えば、米国特許第5,622,997号は、イオン交換樹脂先駆体から金型成
形によってイオン交換樹脂を形成する方法を開示している。この方法では、先駆
樹脂を所定の形状に圧縮し、次いで、その先駆樹脂中の官能基を互いに化学的に
結合させる。好ましい実施形態では、この方法は、液圧プレスを用いることを要
件とする。従って、標準的な媒体を用いる、より簡潔で経済的な方法を求める要
望がある。
,585,583号に開示されている。しかしながら、この方法は、使用済みイ
オン交換媒体を固化させる方法に向けられており、イオン交換のためにこれから
用いるための媒体を固化させるための方法ではない。
ら除去するための別の方法が、米国特許第5,120,416号に開示されてい
る。この特許は、又、スラリーを予め組み立てられた電子脱イオン積重体内へポ
ンプ送りするための装置を開示している。
、正確な量のイオン交換媒体を充填するようにして製造することができない。従
って、媒体を調製し、所定の形状に充填する新規な方法を求める要望がある。電
子脱イオンデバイスの組み立てを迅速にし、かつ、製造設備のより有効な利用を
可能にする媒体調製及び方法を提供することが更に望ましい。
るための新規な方法を提供する。
たスペーサ)である電子脱イオンデバイス用サブアッセンブリを製造する方法を
提供する。本発明の電子脱イオン画室サブアッセンブリ(以下、単に「画室サブ
アッセンブリ」又は「サブアッセンブリ」とも称する)は、モジュールの製造に
要する延べ労働時間(人時)を少なくし、製造設備のより有効な利用を可能にす る。
媒体を所定の金型(「受器」又は「トレー」とも称する)内に挿入する工程と、
該媒体に液体を加えてスラリーを創生する工程と、該媒体スラリーを挿入された
該充填済み金型(以下、単に「充填済み金型」とも称する)を、該スラリー中の
液体を固化(凍結)させるような環境内に置く工程とから成る方法を提供する。
リー状にし、そのスラリーを凍結することである。この方法から得られた固形物
体は、電子脱イオンデバイスの製造工程中媒体の取り扱いを容易にする。更に、
粒状媒体が膜又はスペーサの接合部に付着する可能性が最少限にされる。そのよ
うな媒体の余剰樹脂(従って、自由に遊離した樹脂)が存在すると、それらの樹
脂は、スペーサの、膜との接合部上に堆積又は付着しやすく、それが電子脱イオ
ンデバイスの製造欠陥の原因となる。この点、本発明におけるように凍結させた
媒体は、電子脱イオンモジュールの製造中、移動したり分布を変えたりすること
がない。更に、本発明によれば、電子脱イオン画室への樹脂即ち媒体の充填(以
下、単に「充填」とも称する)工程をそれ以外の製造工程から切り離されるので
、電子脱イオンデバイスの製造効率を改善する。
一に分布させる方法において、媒体を保持するように設計されたトレイ等の受器
(「金型」とも称する)内へ媒体を挿入する工程と、該媒体の上面を平らになら
すのに有効な量の液体を挿入する工程と、該媒体をその充填密度が実質的に均一
になるように分配させるのに十分な時間前記受器を振動器で振動させる工程とか
ら成る方法を提供する。
な方法は、媒体を手作業で展伸させる方法か、あるいは、媒体をポンプと配管シ
ステムを用いて送給する方法であった。これに対して、媒体を振動させる本発明
の方法は、媒体の充填密度を増大させる。しかも、振動作用を受けたユニット(
単位体)の充填密度は、手作業詰め(手作業で充填された)ユニットとは異なり
、より高いコンシステンシー(均一性、ばらつきやむらのないこと)を有する。
スペーサに媒体を手作業で詰めることの難点の1つは、作業者ごとに媒体の充填
密度や均一性が異なることである。本発明は、そのようなばらつきを大幅に制限
する。
又は金型内で形成することができる。従って、スペーサへ移送されるスラリーブ
リック(以下、単に「ブリック」とも称する)の寸法及び平坦度の製造公差をよ
り密にすることができる。あるいは別法として、スペーサに所定のパターンに配
列した複数のスラリーブリック(即ち、1つだけではなく、少くとも2つのスラ
リーブリック)を充填することもできる。例えば、比較的大きいユニットの場合
、スペーサチャンネルに単一の単一のブリックではなく、多数のリックを一定の
パターンに敷きつめて充填することが好都合である場合がある。ブリックは電子
脱イオンデバイスの組み立て後融解するので、そのような多数のブリック組立体
の使用は充填密度に影響することはない。
ルの製造工程をその効率を高めるような態様に改変することを可能にする。手詰
め媒体の場合、スペーサは媒体を充填された状態で保管され、その後最終組み立
て工程において溶接接合される。これに対して、凍結媒体の場合は、スペーサは
その内部に樹脂(媒体)を充填された状態では搬送されたりなどの取り扱いをさ
れないので、取り扱い(搬送)及び保管が容易である。
ン交換樹脂を含むスラリーを調製する工程と、該樹脂スラリーをスペーサチャン
ネル金型内へ注ぎ込む工程と、該樹脂スラリーを固化するまで冷凍し凍結する(
以下、単に「凍結する」と称する)工程と、チャンネルを有する第1スペーサプ
レートを第1端部キャップに固定する工程と、凍結した樹脂スラリーを前記第1
スペーサプレートのチャンネル内へ挿入する工程と、第1スペーサプレートの、
第1端部キャップの側とは反対側の端部に第2端部キャップを固定する工程とか
ら成る方法を提供する。
スラリーを調製する工程と、該炭素スラリーをスペーサチャンネル金型内へ注ぎ
込む工程と、該炭素スラリーを固化するまで凍結する工程と、最終チャンネルプ
レートを該モジュールに固定された最後の樹脂含有スペーサプレートに固定する
工程と、凍結した炭素スラリーを前記最終スペーサプレートのチャンネル内へ挿
入する工程と、該最終スペーサプレートに第2端部キャップを固定する工程とか
ら成る方法を提供する。
供する。そのような金型は、液体を凍結する工程に耐えることができる材質で構
成され、金型の内部形状が媒体を受容するように設計された画室とほぼ同様な形
状となるように構成されたベースと側壁を有する。好ましい実施形態では、金型
の底壁及び内表面を平坦にしない。より好ましい実施形態では、金型の底壁及び
内表面に刻み目をつける。そのような刻み目は、実質的に平行な刻み目とするこ
とが好ましい。
リを製造する方法において、液体と粒状物質を含むスラリーを調製する工程と、
該スラリーを、該粒状物質を受容するように設計された画室内の空間にほぼ等し
い形状のスラリーブリックを形成するように付形された金型内へ挿入する工程と
、該スラリーを、スラリーブリックが形成されるまで凍結する工程と、該スラリ
ーブリックを前記画室内へ移送する工程とから成る方法を提供する。
させるとともに媒体の充填密度を高めるために、スラリーを凍結する前の段階で
スラリー充填金型を振動させる工程を含む。
ための粒状物質のサブアッセンブリを製造するための方法の改良を提供する。先
に述べたように、本発明は、媒体をその媒体と水から所定の固体形状に製造する
方法において、媒体を所定の金型内に挿入する工程と、該媒体に液体を加えてス
ラリーを創生する工程と、該媒体スラリーを挿入された該充填済み金型を、該ス
ラリー中の液体を固化させるような環境内に置く工程とから成る方法を提供する
。
。スラリーを凍結するのに好適な環境は、スラリー中の液体を冷凍して凍結する
ことができ、それによって媒体の粒子をその凍結した液体内に閉じ込めることが
できるような環境である。
た液体と媒体の固形複合構造体のことを意味する。媒体は、凍結した液体中に懸
濁している。ただし、この用語は、本発明によって形成される固形物体の形状を
限定するものとして解釈するべきではない。
のスラリーを金型内に挿入する。使用する液体は水であることが好ましいが、適
当な凍結温度(凝固点又は固化点)を有する他の液体又は溶液を用いることもで
きる。もちろん、どのような液体を用いるにせよ、その中で凍結させるべき粒状
物質、媒体又は樹脂材に有害な損傷作用を及ぼすものであってはならず、その液
体の使用が商業的に正当化されるような凍結温度を有するものでなければならな
い。ある種の用途においては、スラリーブリックが融解した後液体を画室から除
去することが好ましい場合がある。
延ばす)工程を含む。スラリーを機械的に分配するための器具としては、鋼製へ
ら、こて又はそれに類する器具があるが、好ましい器具は振動テーブルである。
本発明の方法は、更に、それらの器具を組み合わせて用いることも企図する。
密度をいう。本発明の1つの目的は、凍結前の状態で均一な充填密度を有するス
ラリーを創生することである。その場合、粒状物質又は媒体の充填密度は、それ
が融解した後も、チャンネルスペーサ内又はその他の画室内全体に亘って均一に
なる。
に付形することができる。即ち、ブリックは、所定の形状とするために切削、研
磨又は切断することができる。ただし、そのような形状変更を必要とすることは
好ましくない。そうではなく、金型によって形成されるブリックがスペーサのチ
ャンネル内に嵌合するように金型の内寸及び形状をスペーサチャンネルのそれに
ほぼ同一となるように選定することが好ましい。
イオン交換樹脂である。本発明に使用するイオン交換樹脂は、陰イオン樹脂と陽
イオン樹脂の混合物であることが好ましい。又、その混合比は70対30である
ことが好ましい。本発明の方法は、更に、活性炭素のビードから成る媒体の使用
をも企図している。
分配を容易にするために機械的な分配の前又は分配中に金型に追加の液体を注入
することもできる。媒体が金型の縁からこぼれ出て失われるのを防止するために
、好ましい実施形態では、スラリーの表面から余剰液体を吸引することができる
。
め、かつ、均一に分布させる方法において、媒体を保持するように設計されたト
レイ等の受器又は金型内へ媒体を挿入する工程と、該媒体をその充填密度が実質
的に均一になるように分配させるのに十分な時間前記受器を振動器で振動させる
工程とから成る方法を提供する。
する工程を含む。別の実施形態においては、スラリーを機械的に分配する前又は
その分配中に、媒体に液体を添加する。更に別の実施形態においては、媒体に液
体を添加してスラリーを創生し、そのスラリーを受器へ挿入する。
動時間は、振動数に応じて変えることができるが、約0.1分〜約20分間テー
ブルを振動させるべきである。本発明の好ましい実施形態では、金型を振動させ
る時間は、約0.5分〜約5分間であり、別の好ましい実施形態では、金型の振
動時間を約0.1分〜約0.3分の範囲とする。更に別の好ましい実施形態では
、振動時間を約0.08分、即ち約5秒間とする。
本発明は、又、媒体と液体を含むスラリーを凍結するための金型を提供する。そ
のような金型は、液体の凍結温度より低い温度に耐えることができる材質で構成
され、金型の内部形状が媒体を受容するスペーサチャンネルとほぼ形状となるよ
うに構成されたベースと側壁を有する。金型からの液体の吸引を容易にするため
に、金型の周縁上方部又はその近傍に少くとも1つの穴を設けることが好ましい
。
交換樹脂を含むスラリーを調製する工程と、該樹脂スラリーをスペーサチャンネ
ル金型内へ注ぎ込む工程と、該樹脂スラリーを固化するまで凍結する工程と、チ
ャンネルを有する第1スペーサプレートを第1端部キャップに固定する工程から
成る。この実施形態の場合、スペーサプレートと端部キャップとは溶接によって
固定することが好ましいが、接着剤による接合、エポキシによる接合等の他の手
段を用いることもできる。
。好ましい実施形態では、「端部キャップ」は、電極と外部電源との間の電気接
続部を備えたハウジングを含み、電子脱イオンモジュールと水入口又は水出口と
の間の流体接続部を含む。
スラリーを調製する工程と、該炭素スラリーをスペーサチャンネル金型内へ注ぎ
込む工程と、該炭素スラリーを固化するまで凍結する工程と、最終チャンネルプ
レートを該モジュールに固定された最後の樹脂含有スペーサプレートに固定する
工程と、凍結した炭素スラリーを前記最終スペーサプレートのチャンネル内へ挿
入する工程と、該最終スペーサプレートに第2端部キャップを固定する工程とか
ら成る方法を提供する。
する工程を含む。デバイスの各構成部品は溶接によって固定するのが好ましいが
、化学的結合や、ボルト止め、ねじ止め等の他の手段を用いることもできる。
凍結することができる金型10が示されている。(金型10は、「樹脂受器」又
は「受器」又は「樹脂トレー」又は「トレー」とも称される。)操作者は、媒体
を金型10のチャンネル12内に挿入し、平らにならす。媒体を凍結する前に振
動させる場合は、所定時間振動させる。液体(通常は水)は、振動工程の前、振
動工程中、又は振動工程の後に添加することができる。金型10には(図示の実
施例ではチャンネルの周壁の上方部分に)真空ホースに接続することができる穴
14を設ける。これらの穴は、凍結すべき媒体の個々のビードより小さい寸法と
する。真空は、媒体を充填されたチャンネル12から余剰の液体を吸引去するの
に用いられる。
であるが、スラリーブリックは、媒体を押出成形し、押出機から出てきたスラリ
ーを凍結することによって製造してもよい。媒体を成形し凍結することができる
他のいろいろな器具を用いることも本発明の範囲内である。
す。スラリーブリック(以下、単に「ブリック」とも称する)は、スペーサ16
のチャンネル18内へ挿入されるが、ブリックを挿入するのは、スペーサ16に
膜19が接合された後である。図2Aの円で囲まれた一部を示す図2Bは、この
電子脱イオンデバイスの作動中液体が媒体を透過した後通る流体チャンネル22
を拡大図で示す。
脂を挿入するキャビティ20を有する。スペーサ16は、更に、キャビティ20
内の樹脂が図2の流体チャンネル22へ流入するのを防止する細いチャンネル2
6を画定する押えキャップ24を有する。
樹脂トレー10を載せて振動させることができる振動テーブル28を示す。トレ
ー10は、その周縁を振動テーブル28のゴム製真空シール34に接触させるよ
うにして振動テーブル28に嵌着させる。テーブル28には、樹脂トレー10か
ら余剰の水を吸引除去するのに必要とされる真空が配管によって接続されている
ので、トレー10の周縁を振動テーブル28の真空シール34に接触させること
が肝要である。
て供給される。テーブル28の真空ポート32は、真空接続部36に接続されて
いる。テーブル28のこの構成は、トレー、従って媒体を振動させながららそれ
と併行して水を吸引除去することを可能にする。上側テーブル部分29は、下側
テーブル部分35に固定されている。
動シリンダー38は、下側テーブル部分35の下面に固定されており、振動シリ
ンダー38によって供給される振動力は、テーブル28を介してトレー10内の
媒体に伝えられる。この実施例に用いられた振動シリンダーは、米国コネチカッ
ト州のブランフォード・バイブレータ・カンパニー製のものである。この振動力
によって創生される運動は、下側テーブル部分35を、軸レール44に摺動自在
に取り付けられたボールブッシュ42に固定することによって制御されるが、抑
制はされない。ボールブッシュ42は、軸支持ブロック40によって支持されて
いる。ボールブッシュ42は、軸レール44に沿って移動し、それによってテー
ブル28の左右の(側方への)移動を防止する。ゴムばね46及びストッパーカ
ラー48は、軸レール44の平面に沿ってのテーブル28の運動を制限するが、
排除はしない。
11を有する金型10の変型例を示す。
態の構造及び形状に限定されるものではなく、いろいろな実施形態が可能であり
、いろいろな変更及び改変を加えることができることを理解されたい。
視図である。
レーを受容するように設計された振動テーブルの透視図である。
Claims (19)
- 【請求項1】 媒体を受容するように設計された画室内へ挿入するための媒
体を調製する方法において、 所望の媒体を選択し、該所望の媒体がスラリーとしてパッケージされていない
場合は、該媒体に所要量の液体を添加して媒体のスラリーを創生する工程と、 媒体を受容するように設計された前記画室の形状にほぼ等しい形状を有する単
一の器具又は全体として該画室の形状にほぼに等しい形状を有する組み合わされ
た器具から成る、前記スラリーを所定の形状に成形するための手段に挿入する工
程と、 前記媒体が前記液体内に取り込まれてスラリーブリックが形成されるように該
液体を凍結する工程と、 から成る媒体調製方法。 - 【請求項2】 スラリーを所定の形状に成形するための前記手段は、押出機
であることを特徴とする請求項1に記載の媒体調製方法。 - 【請求項3】 スラリーを所定の形状に成形するための前記手段は、金型で
あることを特徴とする請求項1に記載の媒体調製方法。 - 【請求項4】 前記金型の内寸は、スペーサチャンネルの内寸にほぼ等しい
ことを特徴とする請求項3に記載の媒体調製方法。 - 【請求項5】 前記媒体は、イオン交換樹脂であることを特徴とする請求項
1に記載の媒体調製方法。 - 【請求項6】 前記媒体は、複数種のイオン交換樹脂の混合物であることを
特徴とする請求項5に記載の媒体調製方法。 - 【請求項7】 前記媒体は、活性炭ビードであることを特徴とする請求項1
に記載の媒体調製方法。 - 【請求項8】 前記液体は、水であることを特徴とする請求項1に記載の媒
体調製方法。 - 【請求項9】 前記スラリーを凍結させる前に分配する工程を含むことを特
徴とする請求項1に記載の媒体調製方法。 - 【請求項10】 前記スラリーを振動によって分配することを特徴とする請
求項9に記載の媒体調製方法。 - 【請求項11】 前記スラリーを振動させる時間を約0.01〜約20分と
することを特徴とする請求項10に記載の媒体調製方法。 - 【請求項12】 前記スラリーを振動させる時間を約0.05〜約0.3分
とすることを特徴とする請求項10に記載の媒体調製方法。 - 【請求項13】 前記スラリーを振動させる時間を約0.08分とすること
を特徴とする請求項12に記載の媒体調製方法。 - 【請求項14】 画室内に粒状物質を収容したデバイスのためのサブアッセ
ンブリを製造する方法において、 液体と前記粒状物質を含むスラリーを調製する工程と、 該スラリーを、該粒状物質を受容するように設計された前記画室内の空間にほ
ぼ等しい形状のスラリーブリックを形成するように付形された金型内へ挿入する
工程と、 該スラリーを、スラリーブリックが形成されるまで凍結する工程と、 該スラリーブリックを前記画室内へ移送する工程と、 から成るサブアッセンブリ製造方法。 - 【請求項15】 前記スラリーを凍結させる前に該スラリーを充填した前記
金型を振動させることによって該スラリーを該金型内で分配させることを特徴と
する請求項14に記載のサブアッセンブリ製造方法。 - 【請求項16】 前記画室は、電子脱イオンデバイスのためのスペーサチャ
ンネルであることを特徴とする請求項14に記載のサブアッセンブリ製造方法。 - 【請求項17】 前記粒状物質は、媒体であることを特徴とする請求項14
に記載のサブアッセンブリ製造方法。 - 【請求項18】 前記画室へ移送されたとき該画室の内寸とほぼ等しい少く
とも2つのスラリーブリックを製造するために少くとも2つの金型を用いること
を特徴とする請求項14に記載のサブアッセンブリ製造方法。 - 【請求項19】 電子脱イオンデバイスの製造に用いられる媒体の充填密度
を均一に分布させる方法において、 媒体を保持するように設計された受器内へ媒体を挿入する工程と、 該媒体をその充填密度が実質的に均一になるように分布させるのに十分な時間
前記受器を振動器で振動させる工程とから成る方法。
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