JP2005279579A - Manufacturing method of flat membrane element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は平膜エレメントの製造方法に係り、特に浸漬された状態で被処理水を濾過することにより、SS検出限界以下及び大腸菌不検出の濾過水を得ることができる平膜エレメントを製造する平膜エレメントの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a flat membrane element, and in particular, a flat membrane element for producing filtered water that is less than the SS detection limit and that does not detect Escherichia coli can be obtained by filtering water to be treated in an immersed state. The present invention relates to a method for manufacturing a membrane element.
従来、被処理液中に垂直方向に浸漬配置される平膜エレメントは、膜シートの周縁部を支持板上に接合することにより形成され、被処理水を膜シートに濾過させることにより濾過水を得ることができる。排水処理に使用される平膜エレメントの濾過性能としては、SS濃度が0.4mg/L以下(以後、SS検出限界以下と記す)であり、大腸菌不検出である濾過水を得られることが要求される。この平膜エレメントの濾過性能は、膜シート自体の濾過性能の他に、膜シートと支持板との接合部における密着性が大きく影響する。 Conventionally, flat membrane elements that are immersed in the liquid to be treated in the vertical direction are formed by joining the peripheral edge of the membrane sheet onto a support plate, and filtered water is filtered by filtering the water to be treated into the membrane sheet. Can be obtained. The filtration performance of a flat membrane element used for wastewater treatment requires that the SS concentration is 0.4 mg / L or less (hereinafter referred to as SS detection limit or less), and filtered water that is not detected by E. coli is required. Is done. In addition to the filtration performance of the membrane sheet itself, the filtration performance of the flat membrane element is greatly influenced by the adhesion at the joint between the membrane sheet and the support plate.
従来、平膜エレメントの製造において、膜シートを支持板に接合する方法としては、特許文献1で開示されているように、接着剤を用いる方法が多く採用される。これにより、安価かつ簡易に膜シートを支持板に接合することができる。 Conventionally, in the production of a flat membrane element, as a method for joining a membrane sheet to a support plate, as disclosed in Patent Document 1, a method using an adhesive is often employed. Thereby, a membrane sheet can be joined to a support plate cheaply and easily.
また、特許文献2で開示されているように、各接合部に対して超音波の照射や局部加熱を行なうことにより、膜シートと支持板の界面を溶融させて溶着させる方法も提案されている。これにより、膜シートを支持板に短時間で接合することができる。
しかしながら、特許文献1のように接着剤を用いる方法では、膜シートが多孔性を有する素材で構成されているため、接着面よりも広範囲に接着剤が膜シート内を浸透する上、平膜エレメントは水中に浸漬されるため接着剤が劣化し易い。そのため、接着剤による接合では、膜シートにおける濾過処理を行なう面積が減少する上、接着箇所が剥離し易くなるという問題があった。 However, in the method using an adhesive as in Patent Document 1, since the membrane sheet is made of a porous material, the adhesive penetrates the membrane sheet over a wider area than the adhesive surface, and the flat membrane element Is soaked in water, the adhesive is likely to deteriorate. For this reason, the bonding with the adhesive has a problem that the area of the membrane sheet subjected to the filtration treatment is reduced and the bonded portion is easily peeled off.
また、特許文献2のように、局部加熱や超音波を用いた溶着方法では、溶着する箇所以外の膜シートが損傷し易い上、膜シートと支持板とは構造や密度が異なるため安定して接合することが難しいという問題があった。 In addition, as in Patent Document 2, in the welding method using local heating or ultrasonic waves, the film sheet other than the part to be welded is easily damaged, and the film sheet and the support plate are different in structure and density, and thus stable. There was a problem that it was difficult to join.
この問題に対処するために、出願人はレーザー透過性を備えた膜シートと、レーザー吸収性を有する支持板とを重ね合わせて、膜シート側からレーザー照射することにより、膜シートを支持板に溶着させるレーザー溶着方法を検討してきた。しかしながら、膜シートの構造からレーザー照射によって溶融した樹脂を膜シートの上面まで浸透させることは困難であるため、溶着箇所においてリークが起こる可能性がある。したがって、リーク防止のために溶着箇所に対してレーザー照射を繰り返し行なわなければならないため、溶着作業に要する手間や時間が増大する上、溶着に要する面積の増加や溶着した箇所の熱による劣化という新たな問題が生じる。 In order to cope with this problem, the applicant superimposes a laser-permeable film sheet and a laser-absorbing support plate, and irradiates the film from the film sheet side, thereby applying the film sheet to the support plate. Laser welding methods for welding have been studied. However, since it is difficult to infiltrate the resin melted by laser irradiation to the upper surface of the film sheet from the structure of the film sheet, there is a possibility that leakage occurs at the welding location. Therefore, since it is necessary to repeatedly perform laser irradiation on the welded part in order to prevent leaks, the labor and time required for the welding operation are increased, and the area required for welding is increased and the welded part is deteriorated due to heat. Problems arise.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、溶着する面積を最小限に抑えた効率のよいレーザー溶着を行なうことができるとともに、SS検出限界以下及び大腸菌不検出の性能を備えた平膜エレメントを製造できる平膜エレメントの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and is capable of performing efficient laser welding while minimizing the area to be welded, as well as a flat surface having SS detection limit or less and E. coli non-detection performance. It aims at providing the manufacturing method of the flat membrane element which can manufacture a membrane element.
請求項1に記載の発明は前記目的を達成するために、固液分離を行なう膜シートと、該膜シートを支持する支持板とを重ね合わせて、互いの接合部にレーザーを照射することにより、前記膜シートを前記支持板上に溶着させて平膜エレメントを製造する平膜エレメントの製造方法において、前記膜シートの接合部と前記支持板の接合部との間にレーザー吸収性を有する材質で構成された中間材を介在させて、前記接合部に対して前記レーザー照射を行なうことを特徴とする。 In order to achieve the above-mentioned object, the invention according to claim 1 is configured such that a membrane sheet for performing solid-liquid separation and a support plate for supporting the membrane sheet are overlapped with each other, and a laser is irradiated to each joint portion. In the flat membrane element manufacturing method for manufacturing the flat membrane element by welding the membrane sheet on the support plate, a material having laser absorption between the joint portion of the membrane sheet and the joint portion of the support plate The laser irradiation is performed on the joint portion with an intermediate material formed of
本発明において、 シートの接合部と支持板の接合部との間にレーザー吸収性を有する材質で構成された中間材を介在させて、接合部に対して前記レーザー照射を行なうようにした。これにより、中間材はレーザーが当たると発熱して溶融状態になり、多孔性の膜シートの多孔部分に入り込み、多孔部分が中間材で埋め込まれる。また、発熱した中間材の熱によって溶融温度の異なる部材である膜シート及び支持板の界面を効率よく溶融させ、溶融した中間材と絡み合って融合した状態で膜シートの内部に浸透する。従って、冷却後は、膜シートと支持板との接合が強固になり、密着性や接合強度を大幅に増加させることができ、横方向からのリーク発生を防止できる。また、レーザー光は直進性に優れており、照射した中間材の箇所のみを局部的に発熱させることが可能であるため、膜シートへの熱影響を最小限に抑制することができる。 In the present invention, an intermediate material made of a material having laser absorptivity is interposed between the joint portion of the sheet and the joint portion of the support plate, and the laser irradiation is performed on the joint portion. As a result, the intermediate material generates heat and enters a molten state when it hits the laser, enters the porous portion of the porous membrane sheet, and the porous portion is embedded with the intermediate material. Further, the interface between the membrane sheet and the support plate, which are members having different melting temperatures, is efficiently melted by the heat of the generated intermediate material, and penetrates into the membrane sheet in a state of being intertwined with and fused with the melted intermediate material. Therefore, after cooling, the bonding between the membrane sheet and the support plate becomes strong, the adhesion and bonding strength can be greatly increased, and the occurrence of leakage from the lateral direction can be prevented. Further, since the laser beam is excellent in straightness and only the irradiated intermediate material can be locally heated, the thermal influence on the film sheet can be minimized.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の中間材は、前記膜シート又は前記支持板の接合部に塗布した状態で介在されることを特徴とする。これにより、溶着箇所を自由な形状に形成させることができる。また、塗布した中間材を膜シート内に浸透させることができるので、膜シート内面からもレーザー照射によって発熱させて溶融させることができる。これにより、効率よくレーザー溶着を行なうことができるとともに、膜シートと支持板との密着性を向上させることができる。 The invention according to claim 2 is characterized in that the intermediate material according to claim 1 is interposed in a state of being applied to a joint portion of the membrane sheet or the support plate. Thereby, a welding location can be formed in a free shape. Moreover, since the applied intermediate material can be permeated into the film sheet, it can be melted by generating heat by laser irradiation from the inner surface of the film sheet. Thereby, laser welding can be performed efficiently and adhesion between the membrane sheet and the support plate can be improved.
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の中間材は、シート状を有することを特徴とする。これにより、膜シートと支持板の溶着部に中間材を安定して介在させることができるので、安定したレーザー溶着を行なうことができる。また、中間材が液状の場合には、塗り斑が生じ易く、中間材の効果を十分に発揮できない場合があるが、中間材をシート状に形成して、予め膜シートの接合部や支持板の接合部に貼り付けることで中間材の効果を一層発揮させることができる。 The invention according to claim 3 is characterized in that the intermediate material according to claim 1 has a sheet shape. Thereby, since an intermediate material can be stably interposed in the welding part of a membrane sheet and a support plate, stable laser welding can be performed. In addition, when the intermediate material is liquid, smearing is likely to occur, and the intermediate material may not be fully effective. However, the intermediate material is formed into a sheet shape, and the joint portion or support plate of the membrane sheet is formed in advance. The effect of the intermediate material can be further exerted by sticking to the joint portion.
以上説明したように本発明に係る平膜エレメントによれば、膜シートと支持板との接合をレーザー溶着で行なう際に、膜シートと支持板との間にレーザー吸収性を有する中間材を介在させているので、溶融温度の異なる部材である膜シート及び支持板を強固かつ安定した状態で溶着させることができる。 As described above, according to the flat membrane element according to the present invention, when the membrane sheet and the support plate are joined by laser welding, an intermediate material having a laser absorption property is interposed between the membrane sheet and the support plate. Therefore, the film sheet and the support plate, which are members having different melting temperatures, can be welded in a strong and stable state.
以下添付図面に従って本発明に係る平膜エレメントの製造方法における好ましい実施の形態について詳説する。 Hereinafter, preferred embodiments of a method for producing a flat membrane element according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の平膜エレメントの製造方法を好適に用いた実施の形態である平膜エレメント製造ライン10を示したブロック図である。また、図2は平膜エレメントの製造する際のレーザー溶着を説明すると共に平膜エレメントの構成及び中間材を説明する断面図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a flat membrane
図1及び図2に示すように、平膜エレメント製造ライン10は、膜シート22を製造する膜シート製造工程12と、支持板24を製造する支持板製造工程14と、中間材28を製造する中間材製造工程16と、支持板24に中間材28を塗布する塗布工程18と、中間材28を介在させた状態で膜シート22と支持板24とを重ね合わせてレーザーを照射するレーザー溶着工程20と、から構成される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the flat membrane
膜シート製造工程12では、図2に示すように、上から順にスキン層22aと、含浸層22bと、支持層22cとから構成されるシートを所定の大きさに裁断することにより膜シート22が製造される。スキン層22aは、高い固液分離能を備え、かつ耐久性及び強度の高い材質が使用され、例えばポレオレフィン等有機高分子が使用される。支持層22cは、膜シート22全体を支持できる強度を有する材質であることが好ましく、例えばポリエチレン等が用いられる。含浸層22bは、支持層22cの中にスキン層22aを構成する材質が入り込んだ状態で形成される。なお、膜シート22は、スキン層22a、含浸層22b、及び支持層22cの3層で構成されたもので説明したが、特に限定するものではなく、スキン層22a及び含浸層22bの2層で構成されたものを用いてもよい。また、膜シート22に使用される材質は、レーザー透過性を有していることが好ましい。
In the membrane
支持板製造工程14では、膜シート22から透過した濾過水を全面で均一に集水し易いような矩体状の板材を成型して支持板24が製造される。支持板24に使用される材質としては、軽量で高強度を有する熱可塑性樹脂が好ましく、例えばABS樹脂等が使用される。したがって、支持板24の製造方法としては、製品精度のばらつきが少なく生産性に優れた射出成型法を採用することが好ましい。
In the support plate manufacturing
中間材製造工程16では、レーザー吸収性に優れ、かつレーザーを吸収することにより発熱して溶融する中間材28が製造される。中間材28としては、例えばレーザー吸収性を有する顔料を含有した樹脂を溶剤で所定の粘性に調整したものが使用される。添加される樹脂は、例えばポリカーボネート、ABS樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレンなど、ポリ化した樹脂が使用される。また、添加される顔料は高い吸収性を有する物質であることが好ましく、例えばカーボンブラックが使用される。中間材28の粘性は、支持板24に塗布可能で、膜シート22に垂直方向に浸透可能になるように溶剤の添加量が調整される。また、溶剤としては、膜シート22を変質させない物質であることが好ましく、例えば水溶性溶剤が使用される。なお、中間材28として樹脂を溶剤に溶融させたものを例にあげたが、特に限定されるものではない。レーザー吸収性を有する顔料を直接水溶性溶剤などの溶媒に溶解させたものを中間材28として使用してもよい。
In the intermediate
塗布工程18では、支持板24の表面に対する中間材28の塗布が行なわれる。中間材の塗布方法は、例えば接合部と同じ範囲をかたどった凸板を中間材28に浸漬し、凸板を支持板24の接合部に押し付けることにより中間材28の塗布が行なわれるが、塗布方法については特に限定するものではない。
In the
レーザー溶着工程20では、製造された膜シート22と支持板24を重ね合わせて、塗布された中間材28に対して膜シート22の上方からレーザー光26aを照射する。レーザー光26aの出力は、膜シート22を透過するとともに支持板24に吸収される出力であることが好ましく、例えば半導体用のレーザー照射装置26であれば25Wに設定される。また、照射速度は中間材28にレーザー光26aを効率よく吸収させることができるとともに、照射した箇所以外に対して影響を与えない速度であることが好ましく、例えば30mm/sに設定される。なお、レーザー照射を走行しながら行なうようにすれば、省スペースかつ短時間で効率よくレーザー照射が可能となる。
In the
次に、上記の如く構成される平膜エレメント製造ライン10を用いて、本発明の平膜エレメント製造方法の作用について説明する。
Next, the operation of the flat membrane element manufacturing method of the present invention will be described using the flat membrane
レーザー溶着法は、比較的狭い面積に対して強度及び密着性の高い溶着を行なうことができる上、溶着箇所以外における溶融や変形を低減できる特徴を有している。このため、平膜エレメント20を製造する際に、膜シート22を支持板24に接合する場合には接合部の面積を最小限に抑えつつも接合強度や密着性に優れ、かつ接合処理における損傷を少なくする必要があるため、レーザー溶着法が適切な方法であるといえる。
The laser welding method has characteristics that it is possible to perform welding with high strength and adhesiveness over a relatively small area, and to reduce melting and deformation other than at the welding location. Therefore, when the
しかしながら、膜シート22は透水性を有するために大部分が低密度の多孔性を有する樹脂で構成されている一方、支持板24はその高強度性のために高密度な樹脂で構成されている。レーザー溶着は、レーザー吸収性を有する樹脂がレーザー光26aを吸収して発熱することによって行なわれるため、構造や密度の極めて異なる樹脂同士を強固に溶着させることは困難である。
However, since the
そこで、本発明では、膜シート22の接合部と支持板24の接合部との間にレーザー吸収性を有する材質で構成された中間材28を介在させて、接合部に対してレーザー照射を行なうようにした。
Therefore, in the present invention, the
図2(A)は中間材28のない場合で膜シート22を支持板24に重ね合わせてレーザー光26aを照射した状態を示しており、図2(B)は膜シート22と支持板24との間に中間材28を介在させてレーザー光26aを照射した状態を示している。
2A shows a state in which the
図2(A)に示すように、図1のレーザー溶着工程20では、膜シート22と支持板24とを重ね合わせてから、レーザー照射装置26によりレーザー光26aが膜シート22上方から照射される。照射されたレーザー光26aはレーザー透過性を有する膜シート22を透過して、レーザー吸収性を有する支持板24の界面上で吸収される。
As shown in FIG. 2A, in the
このとき、支持板24の界面上で溶融した樹脂の熱で膜シート22の支持層22cを溶融させることができるが、多孔性を有する含浸層22bは溶融した樹脂の熱を分散してしまうため、含浸層22bを完全に溶融させることができない上、含浸層22bに溶融した樹脂を浸透させてスキン層22aまで到達させることは困難である。
At this time, the
また、膜シート22と支持板24とは、レーザー溶着法により支持板24の界面上の溶融した樹脂が膜シート22の溶融した支持層22cと混合して硬化するが、膜シート22の大部分を構成するスキン層22a及び含浸層22bは、その構造のため極めて不安定な状態で固定される上、膜シート22を溶着させた箇所では含浸層22bの横方向が遮蔽されていない。このため、製品化した平膜エレメントを浸漬させて吸引濾過を行なう際に、膜シート22の溶着箇所で横方向からリークが発生する可能性がある。
The
本発明では、図1で示したように、中間材製造工程16で中間材を製造し、塗布工程18で支持板24の表面に対して中間材28の塗布が行なわれる。このため、図1のレーザー溶着工程20では、図2(B)で示したように、支持板24に塗布された中間材28が膜シート22の一部に染み込んだ状態でレーザー光26aが照射される。中間材28がレーザー光26aを吸収すると、発熱して中間材28と接触する支持板24の界面と、膜シート22に中間材28が染み込んだ箇所とが溶融して混合する。そして、溶融して混合した樹脂は膜シート22のスキン層22aまで垂直に浸透するので、多孔性の膜シート22の多孔部分が浸透した樹脂で埋め込まれる。これにより、膜シート22を中間材28の接合部の範囲内で安定かつ確実に支持板24の表面に溶着できるとともに、接合部において横方向からリークすることを防止できる。
In the present invention, as shown in FIG. 1, the intermediate material is manufactured in the intermediate
また、膜シート22及び支持板24は、互いに融点が異なる材質で構成されている。したがって、膜シート22及び支持板24を溶融させる温度に発熱する材質を中間材28として用いれば、レーザー照射によって膜シート22と支持板24との界面を効率よく溶融させることができるので、膜シート22を支持板24に各接合部で強固に溶着することができる。
The
さらに、レーザー吸収体として中間材28を使用すれば、膜シート20又は支持板24に前もってレーザー吸収性を備えさせる必要がなくなる。したがって、膜シート22又は支持板24を製造する際に、レーザー吸収性を有する顔料等を添加する作業を行なわなくてすむ。これにより、膜シート製造工程12及び支持板製造工程14に要する時間、材料コスト、及び設備コストを大幅に低減することができる。
Furthermore, if the
また、膜シート22又は支持板24では、製品後の平膜エレメントにおける機能及び強度の面からレーザー吸収性を有する顔料等の添加量が制限される。ところが、本発明では中間材28を使用しているので特にそのような問題が生じない。このため、中間材28にレーザー吸収性を有する顔料等を最大限に添加することができる。これにより、レーザー溶着を効率よく行なうことができるとともに、平膜エレメントで使用される顔料等の総量を低減することができる。
Further, in the
なお、上述した平膜エレメント製造ライン10において、各部材及び装置の個数、形状、及び材質などは特に限定するものではない。
In the flat membrane
平膜エレメント製造ライン10において、粘性を有する中間材28を支持板24に塗布する塗布工程を設けたが、特に限定するものではない。膜シート22に中間材28を塗布するようにしてもよい。また、中間材28としてシート状を採用すれば、中間材28を安定して膜シート22と支持板24との間に介在させることができるので、安定したレーザー溶着を行なうことができる。さらに、支持板製造工程14において、中間材28と同じ材質のビードを支持板24の接合部に設けた支持板24を製造するようにすれば、膜シート22と支持板24との間に中間材28を介在させる工程を省略することができる。
In the flat membrane
また、レーザー溶着工程20において、膜シート22の上面を所定の圧力で押圧しながらレーザー照射を行なうようにすれば、膜シート22の含浸層が圧縮された状態でレーザー溶着が行なわれるため、より安定して膜シート22を支持板24に溶着することができる。
Further, in the
さらに、膜シート22と支持板24との間に透水性を有する不織布で構成されたスペーサーを介在させた平膜エレメント20を製造する場合でも、本発明の平膜エレメントの製造方法を好適に用いることができる。これにより、濾過処理時に膜シート22と支持板24との密着を防止でき、かつ効率よく濾過水が流れる流路を形成可能な平膜エレメントを製造することができる。
Furthermore, even when manufacturing the
平膜エレメント製造ライン10で製造される平膜エレメント20は、濾過方法に関して特に限定はない。吸引ポンプによって支持板24を吸引力して濾過する平膜エレメントや、サイフォン式に吸引濾過する平膜エレメント、重力によって平膜エレメントの膜面を加圧して濾過する平膜エレメントを製造する際にも、本発明の平膜エレメントの製造方法を好適に用いることができる。
The
10…平膜エレメント製造ライン、12…膜シート製造工程、14…支持板製造工程、16…中間材製造工程、18…塗布工程、20…レーザー溶着工程、22…膜シート、22a…スキン層、22b…含浸層、22c…支持層、24…支持板、26…レーザー照射装置、26a…レーザー光、28…中間材
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記膜シートの接合部と前記支持板の接合部との間にレーザー吸収性を有する材質で構成された中間材を介在させて、前記接合部に対して前記レーザー照射を行なうことを特徴とする平膜エレメントの製造方法。 A membrane element that performs solid-liquid separation and a support plate that supports the membrane sheet are overlapped, and a laser is applied to each joint portion to weld the membrane sheet onto the support plate, thereby forming a flat membrane element. In the method for producing a flat membrane element for producing
The intermediate portion made of a material having a laser absorptivity is interposed between the joint portion of the film sheet and the joint portion of the support plate, and the laser irradiation is performed on the joint portion. Manufacturing method of flat membrane element.
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