JP2006515228A - 射出接合された物品とその製法 - Google Patents

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Abstract

剛性コアを含み、シールを形成して剛性コアの少なくとも一部を被包する機能をも果すエラストマー材料と一体に固定された射出接合物品。エラストマー材料は剛性コアを形成する材料とコンパチブルであって、剛性コアとの間に化学的および機械的結合を形成するように選択される。射出接合およびオーバー成形技術を利用することにより、単一エラストマー材料網目構造を介して固定された互いに嵌合する剛性部分から成る電気脱イオン装置スペーサーを製造する。単一エラストマー材料網目構造は入口、樹脂キャビティー、出口およびスルー・ポートのいずれか1つまたは2つ以上を流体隔離する内側および外側シールをも形成する。射出接合およびオーバー成形技術を利用することにより、複数部分から成る他の物品を製造することもできる。

Description

本発明は射出接合部品およびその製法、特に射出接合部品から成る電気駆動式浄化装置に係わる。
剛性部分とゴム弾性部分を有する物品の製造については、既に記述されている。例えば、Kaufman, Jr. et al.は米国特許第3,398,222号において、硬質プラスチック体に重なるように連続的なゴム体をオーバー・モールディングすることによってプラスチック材料とゴム材料から成るホイールの製法を記述している。Smithは欧州特許出願第0 600 187号において、金型内転写とプラスチックまたはゴム物品の装飾を目的とする複合材料およびその使用方法を記述している。Gee et al.は国際公開第96/18550号において、エラストマーの表面をイオン化すると共にプラスチックの表面をイオン化し、加熱下にこれらイオン化表面を圧着させることによって、プラスチックと金属から成る部品に硬化エラストマーを接合する方法を記述している。
Tensorは米国特許第5,700,017号において、フランジのあるゴム製の燃焼シールを記述している。内燃機関シリンダ・ヘッド・ガスケットのためのゴム弾性燃焼シールは半径方向内側のシール部分と半径方向外側のシール部分を含む。内側シール部分の間には第1の一体型カンチレバーが配置され、第2の一体型カンチレバーが外側部分から半径方向外方へ延び、ベースプレートの内周縁に接合されている。シールは底のある溝を有する。
液体の浄化および/または処理も記述されている。例えば、McMahonは米国特許第5,166,220号において、イオン交換樹脂の再生に塩性溶液を使用する硬水軟水化方法を記述している。水の浄化または脱塩に利用できる他のシステムも記述されている。例えば、Gaysowskiは米国特許第3,407,864号において、イオン交換および電気透析の双方を伴う装置を記述している。Johnsonは米国特許第3,755,135号において、DC電圧を利用する脱塩装置を記述している。また、Brattanは米国特許第4,832,804号において、電極、インレット・チャンネル、およびアウトレット・チャンネルを有する電解層を記述している。
水の浄化には電気脱イオン装置も利用することができ、このことは、例えば、Giuffrida et al.が米国特許第4,632,745号および第5,211,823号において、Ganziが米国特許第5,259,936号および第5,316,637号において、Parsi et al.が米国特許第5,066,375号において、Oren et al.が米国特許第5,154,809号において、さらに、Kedemが米国特許第5,240,579号において記述している。
このような電気駆動式装置の部品およびその製法も記述されている。例えば、Guerifは米国特許第4,999,107号において、2液交換装置のためのセパレータ・フレームおよびスクリーンを挟んで4枚の熱可塑シートを組合せることによって得られるシール平面を記述しており、この記述によれば、シール平面を画定するシートのうち、最も外側のシートは可撓性であって、ディフューザに対応するゾーンにおいて穿孔されている。Guerifはまた米国特許第5,185,048号において、交換装置におけるスタックのためのセパレータ・フレームの製造に関して記述している。この記述によれば、セパレータはシール平面の形状を有する2枚の熱可塑フィルムを、タイプの異なる2つの熱可塑発泡構造で挟むことによって形成される。Goldsteinは米国特許第5,891,328号において、電気透析を含む製法のための膜フレームを記述している。この記述によれば、一体型モノリシック構造のフレーム膜は半透性膜部分とフレーム部分とを有する。Sato et al.は米国特許第6,402,920号において、電気脱イオン装置用の濃縮コンパートメントおよびスペーサー構造を記述している。この記述によれば、スペーサーはメッシュと、メッシュの周縁部に重なるフレーム形状のガスケットとから成る。さらに、Agarwal et al.は米国特許第5,295,698号において、本体と、供給口を囲む一体成形されたシーリング・ビードとを有する成形プラスチック・ガスケットを記述している。この記述によれば、シーリング・ビードはガスケット本体に対して上下方向に移動自在である。
Steck et alは米国特許第5,464,700号において、電気機械的燃料電池のための、ガスケットを含む膜電極集合体を記述している。この記述によれば、ガスケットを含む膜電極集合体はイオン交換膜の周縁部にガスケット材料を使用する。Merida, W.R. et al.は“Novel PEM Fuel Cell Design with Non-Planar Membrane-Electrode Assemblies", 10th Canadian Hydrogen Conference, pp. 745-753, Quebec, 2000において、非平面的電極-膜集合体および非従来的コレクタ板に基づいて設計された陽電子膜型燃料電池を記述している。
発明の概要
本発明は射出接合された物品とその製法に係わり、1つまたは2つ以上の実施例として、射出接合された部品、その製法および使用に係わる。
1つまたは2つ以上の実施態様として、本発明は剛性コアと、剛性コア内に配置されて剛性コア表面の少なくとも一部にシールを形成するエラストマー材料とから成る電気脱イオン装置スペーサーを提供する。幾つかの実施例において、電気脱イオン装置スペーサーは入口および出口と流体連通関係にある樹脂キャビティーをも含み、入口、出口および樹脂キャビティーは剛性コア内に画定される。
他の実施例において、本発明は剛性コアおよび一体的なエラストマー材料から成り、エラストマー材料の一部が剛性コア内に位置するシールを形成し、エラストマー材料の一部が剛性コア外面の少なくとも一部を被包する電気脱イオン装置スペーサーを提供する。幾つかの実施例においては、電気脱イオン装置スペーサーがエラストマー材料から成って剛性コア内に位置する内側出口シールおよび/またはエラストマー材料から成って剛性コア内に位置する内側入口シールをも含む。
さらに他の実施例において、本発明は入口導管を介して樹脂キャビティーと接続する入口および出口導管を介して樹脂キャビティーと接続する出口を含む剛性コアを有する電気脱イオン装置スペーサーを提供する。この電気脱イオン装置スペーサーは入口の周りに入口シールを、樹脂キャビティーの周りに樹脂キャビティー・シールを、出口の周りに出口シールを、入口導管の周りに入口導管シールを、出口導管の周りに出口導管シールを、剛性コアの周縁周りに外側シールをそれぞれ形成する一体的な弾性材料をも含む。幾つかの実施例においては、剛性コアおよび単一弾性材料が熱可塑性ポリマーから成る。
さらに他の実施例において、本発明は濃縮コンパートメント・スペーサーによって画定される濃縮コンパートメントと、濃縮コンパートメントに隣接する希釈コンパートメントを有する電気脱イオン装置を提供する。幾つかの実施例では、希釈コンパートメントが剛性コアと剛性コア内に配置されたエラストマー材料網目構造から成る希釈コンパートメント・スペーサーとによって画定される。
さらに他の実施例において、本発明は第1部分および第2部分を用意するステップを含む電気脱イオン装置スペーサーの製法を提供する。幾つかの実施例では、第1および第2部分が所定の態様で嵌合することを可能にする補完的な構造を有する。この製法は第1および第2部分を嵌合させることにより、第1および第2部分間の界面の少なくとも一部を横切る流路と、入口および出口と連通関係にある樹脂キャビティーとを含む剛性コアを形成するステップをも含む。この製法は流路へエラストマー材料を注入することにより、第1および第2部分間にエラストマー網目構造を形成するステップをも含む。幾つかの実施例では、この製法が界面に、且つ入口を樹脂キャビティーと流体連通させる入口マニホルドの周りに、エラストマー材料で内側入口シールを形成する、および/または界面に、且つ樹脂キャビティーを出口と流体連通させる出口マニホルドの周りに、エラストマー材料で内側出口シールを形成するステップをも含む。さらに他の実施例では、第1および第2部分もエラストマー材料も熱可塑性ポリマーから成る。
さらに他の実施例において、本発明は互いに補完関係にある第1剛性部分と第2剛性部分とを嵌合させることにより、入口および出口と連通関係にある樹脂キャビティーを含む剛性コアを形成するステップを含む電気脱イオン装置スペーサーの製法を提供する。幾つかの実施例では、この製法が互いに補完関係の第1および第2部分をエラストマー材料で接合するステップをも含む。さらに他の実施例では、この製法が互いに補完関係に嵌合する第1および第2部分の外表面にエラストマー材料でシールを形成するステップをも含む。
さらに他の実施例において、本発明は希釈コンパートメント・スペーサーを電気脱イオン装置集合体に組み込むステップを含む電気脱イオン装置組立方法を提供する。幾つかの実施例では、希釈コンパートメント・スペースが剛性コアと剛性コア内に位置するエラストマー材料によるシールとから成る。
さらに他の実施例において、本発明は濃縮コンパートメント・スペーサーによって画定される濃縮コンパートメントと、濃縮コンパートメントに隣接し、剛性コアおよび剛性コア内に配置されるエラストマー材料網目構造から成る希釈コンパートメントによって画定される希釈コンパートメントとから成る電気脱イオン装置に浄化すべき水を導入するステップを含む浄水方法を提供する。この方法は電気脱イオン装置に電位を印加することにより、希釈コンパートメントから濃縮コンパートメントへの水中の望ましくない種の移動を促進するステップをも含む。
さらに他の実施例において、本発明は互いに嵌合する両剛性部分とこれら両剛性部分内の単一エラストマー材料網目構造との間に支持されて、両嵌合部分周縁の少なくとも一部の周りにシールを形成するフィルター素子を含むフィルター・カートリッジを提供する。幾つかの実施例では、フィルター・カートリッジが一体的なエラストマー材料から成り、両嵌合部分外周の少なくとも一部分を被包する鞘状層をも含む。
添付の図面は縮尺比に忠実に作成することを意図したものではない。図面において、複数の図に示す同じまたは殆ど同じ構成部分には同じ参照番号を付してある。煩雑になるのを避けるためには、図面全部を通してすべての構成部分に参照番号を付する必要は無い。本発明の好ましい実施例を添付の図面に沿って以下に説明する。
本発明は射出接合物品およびその製法と使用方法を提供する。この射出接合物品は所定のおよび/または補完的な態様で嵌め合わせることのできる複数の剛性部分から構成することができる。隣接する剛性部分間の界面に材料料を介在させた状態で接合または固定された複数の剛性部分から射出接合物品を構成するのが典型的な実施例である。射出材料料によって剛性部分表面の少なくとも一部に重なる被包鞘状層を形成する実施態様も可能である。特に、射出材料料をオーバー・モールディング技術と併用することによって、剛性部分の外側および/または内側面に形状または構造を形成することができる。さらに、本発明の物品は、例えば、ロースト・ワックスまたは焼き流し鋳造法のように材料料損失または材料料除去を伴う、例えば、切削、穿孔、またはその他の技術を用いることなく、導管または流路のような内部構造をも含むことができる。内部シールのような内部構造をも形成することができる。さらに他の実施態様として、物品が、所定の配置関係に組立てることを可能にする、例えば、欠刻および突起のような形状を有して、補完的に嵌合する剛性部分を含む。典型的には、嵌合した剛性部分は流路、通路または経路を画定するか、または有し、射出接合物品の製造過程において、流動性材料料をこの流路、通路または経路を介して導入することができる。製造の過程で、流動性材料料を嵌合した剛性部分の外側または露出面のような表面上に誘導することができる。嵌合した剛性体中に画定される流路を少なくとも一部満たす流動性材料料を、例えば、冷却、化学反応、または双方によって変化、例えば、相変化させて剛性体中に、また、場合によっては、少なくとも部分的には、この剛性体を形成する嵌合した剛性部分の表面上に網目構造を形成することができる。実施態様によっては、流路を満たす材料料が剛性体内部に位置する構造を形成することもできる。さらに他の実施態様として、流動性材料料が剛性体内に位置するこのような材料料の網目構造を形成することができ、剛性体の外面の少なくとも一部にこのような網目構造を形成する実施態様も可能である。本発明の範囲内で考えられるさらに他の実施例では、剛性体がそれぞれ内部および表面に形状を画定する材料料の網目構造を有し、材料料の網目構造が一体的な素子を形成する。
さらに他の実施態様として、本発明は内部にエラストマー材料の網目構造を有し、外面の少なくとも一部がこのエラストマー材料の網目構造によって被包されている硬質プラスチック体の製法を提供する。剛性体は複数の部分、即ち、2つまたは3つ以上の部分を含み；実施態様によっては、剛性体はコアを画定する複数の嵌合剛性部分から成り；さらに他の実施例では、剛性体が所定の配置で補完関係に嵌合可能な構造を有する複数の剛性部分から成る。本発明はまた、2つまたは3つ以上の嵌合可能な硬質プラスチック部分から成る例えば剛性コアのような剛性体と、嵌合プラスチック材料部分の間に介在して一緒に固定されたエラストマー材料から成る網目構造とで構成された物品を提供することができる。物品は剛性コアの外面の少なくとも一部に配置されたエラストマーから成る鞘状層をも含む場合がある。
材料料を導入し、充填を促進し、流路を介して隣接の構造へ流入させるには種々の技術を利用することができる。例えば、剛性部分が配置されている適当な金型を閉じたまま材料を圧入するトランスファー成形によって材料を導入することができる。他の実施態様として、本発明は物品の製法を提供する。この製法は、硬質プラスチック材料から成り、所定配置の集合体として嵌合させることを可能にする補完関係の形状を有する第1部分および第2部分を用意し、第1および第2部分を嵌合させることによって、第1および第2部分間の界面の少なくとも一部を横切る流路を形成するステップから成る。この製法は流路にエラストマー材料を注入することによって第1および第2部分の間にエラストマー材料の網目構造を形成するステップをも含むことができる。実施態様によっては、コア外面の少なくとも一部にエラストマー材料から成る被包鞘状層を形成するステップをも含むことができる。
1つまたは2つ以上の実施例において、本発明はトランスファー成形、射出成形、圧縮成形、反応-射出成形技術、およびこれらの組合せを利用することができる。本発明を利用することにより、プラスチック、熱可塑プラスチック、熱硬化プラスチック、エラストマーまたは弾性材料を適宜に組合せて成る物品を製造することができる。剛性コアの形態を呈する剛性体をエラストマー材料と一緒に固定した集合体を提供する実施態様も考えられる。
本発明の1つまたは2つ以上の実施例においては、図1に示すように、第1部分100と第2部分105にくぼみ構造110、115を設けることにより、互いに補完関係に嵌合させて、例えば、剛性体または剛性コア120を形成する過程において、図2の断面図からも明らかなように、くぼみ構造110および115によって流路または通路を形成または画定することができる。合体すべき第1および第2部分100、105を、これに圧縮力または圧縮荷重および/または熱を加える装置内に配置すればよい。これらの剛性部分は金型装置内で加熱することができる。部分100、105を合体して互いに嵌合する剛性体120を形成する過程において、材料、典型的には流動性の材料を、溝110および120によって画定される流路へ導入すればよい。
説明の便宜上、本発明の流動性材料をエラストマー材料と呼称することにする。エラストマーのほか、これに類似する材料を利用することも本発明の範囲内である。例えば、熱硬化性材料、熱可塑性材料およびこれらの配合物、コポリマー、または混合物などである。さらに、架橋結合を形成する反応材料も利用可能である。典型的な挙動として、エラストマー材料は高温において流動し、また、圧力下で流動するが、周囲温度または低温においては固化するか、または非溶融状態のままである。エラストマー材料は物理的または化学的変化または反応の結果として、固化した非流動材料となる。例えば、エラストマー材料はポリマー鎖間に架橋結合を形成してエラストマー材料の物理的性質を変化させる熱硬化性ポリマー材料を含むことがある。
図2に示す実施例の場合、典型的には金型部分200および205から成る金型装置215内に画定されるゲート、スプルーまたはランナー214へ、矢印212で示す方向にエラストマー材料210を導入すればよい。典型的には、エラストマー材料210は圧力下におよび/または高温において流動する。エラストマー材料210はさらに、例えば、金型キャビティー206内に配置され、両金型部分200および205によって画定される両嵌合部分200および205間の流路216内へ流入する。エラストマー材料はまた、両嵌合部分100および105中に画定されるキャビティーを満たして（図示しないが）内部構造を形成する。
本発明の他の実施例では、エラストマー材料210を利用して剛性体120の外面220の一部または全部を被包するように両嵌合部分100、105上にエラストマー材料210をオーバー成形する。例えば、図3に断面図で示すように、剛性部分100、105を所定の態様で合体させ、金型装置215の金型部分200、205によって画定される金型キャビティー206内に配置する。剛性部分100、105が収容されている金型装置215をオーブン内で、または加熱された（図示しないが）定盤によって高温に加熱する。金型部分200、205のいずれか一方または双方に画定されるランナー214へ、トランスファー成形、射出成形、反応成形および圧縮成形などの技術によってエラストマー材料210を導入する。エラストマー材料210は流路210に流入する。エラストマー材料210は剛性部分100、105のいずれか一方または双方に画定される2次流路218に流入することによって両嵌合部分100、105のいずれか一方または双方の外面220を囲んでオーバー成形され、2次キャビティー222へ流入し、冷却固化して(図4に示す）被包鞘状層構造224を形成する。2次キャビティー222は（図示しないが）補完形状を呈する構造をも有し、エラストマー材料210がキャビティー222を満たすと、剛性体の表面220上にこの構造の補完形状と一致する形状の構造を形成する。例えば、キャビティー222の形状を、剛性体の表面にシールを形成するように設定することができる。図4に示すように、本発明は嵌め合い剛性部分100、105と、これら嵌め合い剛性部分間に網目構造を形成できるエラストマー材料から成る被包224とで構成される射出接合物品300を提供する。エラストマー材料の網目構造と被包鞘状層とは一体構造として形成することができる。
エラストマー材料として熱可塑性エラストマー材料（TPE)を使用する実施態様も考えられる。また、熱可塑材料および剛性部分として熱可塑性エラストマー材料のような熱可塑性材料を使用する実施態様も考えられる。例えば、TPEおよび嵌め合い部分を、処理温度において溶融可能なポリオレフィン・ポリマーで形成することができる。即ち、本発明の1つまたは2つ以上の実施例においては、溶融状態のTPEを、嵌め合い部分100、105それぞれの互いに接触し且つ湿潤している面を少なくとも部分的に溶融させることのできる温度において流路216、218に導入すればよい。TPEが流路216、218および場合によってはキャビティー222を少なくとも部分的に満たした時点で、嵌合体を冷却し、金型装置215から取出せばよい。冷却と同時に、剛性部分、被包鞘状層およびTPEの間に熱的結合を形成することにより、剛性部分間にエラストマー材料の網目構造を形成することができる。
本発明はその1つまたは2つ以上の実施例において、剛性コアとエラストマー材料の網目構造から成る脱イオン・スペーサーを提供する。エラストマー材料の網目構造を剛性コア内に配置することができる。エラストマー材料が剛性コア表面の少なくとも一部にシールを形成するように実施することもできる。エラストマー材料をシール構造として形成し、剛性コア内に画定される構造を流体から隔離することも可能である。電気脱イオン・スペーサーはその内部に画定される1つまたは2つ以上の樹脂キャビティーを有し、これらのキャビティーは同じく剛性コア内に画定される入口および出口の少なくとも一方と流体連通関係にある。剛性コアの内部または剛性コア上にはその他の構造または機能を確定することも可能である。例えば、剛性コアはその内部に画定されて剛性コア中の流体連通を可能にする流路として作用できるスルー・ポートをも含むことができる。
実施態様によっては、剛性体内に画定される1つまたは2つ以上の入口および出口にはその周縁に少なくとも1つのシールを設けることができる。例えば、入口のシールはその周縁を囲む剛性コアの表面に配置することができる。ある実施例では、このシールがエラストマー材料から成り、他の実施例では網目構造を形成するエラストマー材料から成る。電気脱イオン・スペーサーは剛性体表面に形成される周縁シールを含むことができる。
さらに他の実施例では、エラストマー材料は剛性コアの表面を少なくとも部分的に被包する鞘状層を形成する。さらに他の実施例では、剛性コア内部に画定される流路などの構造をシールして流体を隔離する構造をも剛性コア内部に画定することができる。例えば、エラストマー材料が剛性コア内に画定される樹脂キャビティー、取入れまたは出口、スルー・ポート、マニフォルド、流路、導管のいずれか1つを流体隔離するシールを含む網目構造を画定することができる。
エラストマー材料としては、電気脱イオン装置への利用に物理的にも化学的にもコンパチブルな弾性的な材料であれば如何なる材料でもよい。エラストマー材料は適当な処理条件下で成形可能な材料であればよい。例えば、エラストマー材料としては、熱可塑性材料、熱硬化性材料またはこれらの配合物や混合物が挙げられる。さらに、エラストマー材料は1種類または複数種類の熱可塑性または熱硬化性ポリマーの化学的または機械的配合物であってもよい。電気脱イオン装置への利用に好適なエラストマー材料の例として、スチレン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミドおよびポリオレフィンが挙げられる。
図5は本発明の1つまたは2つ以上の実施態様による集合体の断面図である。射出接合物品305はエラストマーと一緒に接合された3つのプラスチック部分または剛性部分の集合体であり、エラストマー材料は剛性部分の外面を少なくとも部分的に被包する機能をも果す。剛性部分315、320は両者の間に介在するスクリーン325に沿って合体される。エラストマー材料は両剛性部分315、320の間に内部網目構造330を形成し、剛性部分315、320間にスクリーン325を、この網目構造330によって機械的および/または化学的に結合させる。エラストマー材料はまた、嵌合部分315、320、および325の外面にシール310をも形成する。エラストマー材料は集合体を部分的に被包して鞘状層310をも形成することができる。
本発明の1つまたは2つ以上の実施例では、図6に分解図で示すように、互いに補完関係に嵌合してエラストマー材料の網目構造345と一緒に固定された剛性コアを形成する第1部分335と第2部分340から成る電気脱イオン装置スペーサーを提供する。この電気脱イオン装置スペーサーは、例えば剛性材料を成形または機械加工するというような公知技術によって製造できる第1嵌合部分335を用意することによって製造することができる。同様に、第2部分340も同様に製造、用意することができる。電気脱イオン装置スペーサーは嵌合する第1および第2部分335、340を（図示しないが）適当な金型に入れ、エラストマー材料を射出することにより、部分335、340の集合体によって画定される、流路350のような内部構造中にエラストマー材料網目構造345を形成することによって構成することができる。エラストマー材料網目構造は第1および第2部分を補完関係に嵌合した状態で固定することができる。補完関係に嵌合する第1および第2部分とエラストマー材料が熱可塑性材料から成る実施態様も考えられる。
エラストマー材料としては、使用中、化学的、機械的に安定であれば、如何なる弾性材料でもよい。エラストマー材料のショア硬度がASTMD 2240またはTPE 0169に準拠する測定により、約40乃至約90、好ましくは約50乃至約80、より好ましくは約60乃至約75である実施態様も可能である。エラストマー材料が、著しい流動を誘発することなく与圧できる充分な硬度特性を有する実施態様も考えられる。また、エラストマー材料が、与圧下に流体が貫流するのを防止するに充分な耐圧縮永久歪特性を有する実施態様も考えられる。エラストマー材料の例としては、例えば、スチレン・ブロック・コポリマー、コポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリオレフィンなどのような熱可塑性エラストマー材料や、その他の熱可塑性または熱硬化性ポリマーのような弾性材料が挙げられる。好適なエラストマー材料の例としては、オハイオ州アクロン市のNetwork Polymers、Inc.から市販されている熱可塑性エラストマー樹脂SOFTFLEX（商標）；イリノイ州マッケンリー市のGLS Corporationから市販されている熱可塑性エラストマー樹脂VERSALLOY（商標）XL9000；ペンシルバニア州フィラデルフィア市のRohm and Haas Companyから市販されている樹脂MORTHANE（商標）；およびオハイオ州クリーブランド市のB.F. Goodrich Companyから市販されている熱可塑性ポリウレタン樹脂ESTANE（商標）などが挙げられる。このほか、エラストマー材料として、強化、非強化、充填材入りまたは無充填熱硬化性加硫ゴム、またはその配合物または混合物、例えば、天然ゴム、スチレン-ブタジエン、エチレン/プロピレン、ブチル、クロロブチル、ポリイソプレン、ニトリル、ポリアクリレート、クロロプレン、クロロスルフォン化ポリエチレン、多硫化物、シリコン、フルオロカーボン・ポリマーなども使用できる。
製造過程において、例えば、成形の過程において、エラストマー材料が第1または第2剛性部分の一部を融解させる。典型的には、冷却と同時に、補完的に嵌合している第1および第2部分が融合するか、または少なくとも非溶融エラストマー材料に融着または固定される。
別の実施例では、剛性コアとして、充分不撓性であって、例えば、電気脱イオン装置の構成部分として使用され、または作用している間、その形状をほぼ維持できる材料を使用する。剛性材料は応力緩和に抵抗し、電気脱イオン装置の動作中の状態に耐え得る材料であればよい。剛性材料が電気的には絶縁性であり、化学的には高または低ｐHの液体に対して抵抗性である実施態様も可能である。さらに他の実施例では、剛性材料が使用中または作用中、エラストマー材料と比較して不撓性であり、熱的に安定であり、化学的にも耐性を有し、耐熱性であり、寸法安定性をも有する。適用性の評価に関連するその他の性質としては、剛性、耐衝撃性、機械的性質、表面特性、耐摩耗性のような機械的性質、難燃性、伝導性、親和性のような化学的性質、重量、誘電性、耐候性、加工性、材料のコストおよび入手可能性などが挙げられる。剛性材料は、所期の用途に好適でさえあれば、例えば、熱可塑性または熱硬化性ポリマー材料、またはその配合物またはコポリマー、金属またはその組合わせまたは合金などのような好適な材料によって製造することができる。特定の実施例では、剛性材料が強化された熱可塑性または熱硬化性材料から成る。例えば、剛性材料をポリマー・マトリクスに繊維および/または鉱物を混合または配合することによって強化することができる。好適な強化充填物の例としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネート、ナイロン、ポリアクリルエーテルケトン、スチレン-アクリロニトリル、環状オレフィン・コポリマー、ポリイミド、ポリスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリフェニレン・オキシド、ポリフェニレン・エーテル、塩素化ポリ（ビニルクロライド）、ポリフェニレン・スルフィド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリアミド、ポリイミド、ポリベンズイミダゾール、ポリスチレン、およびこれらの配合物、コポリマー、または混合物などが挙げられる。剛性部分として、例えば、エポキシ、ウレタン、フェノール、これらの配合物またはコポリマーなどのような熱硬化性ポリマー材料を使用することもできる。市販されている好適な材料としては、ミシガン州アウボーン・ヒルズ市のSolvay Engineered Polymersから市販されているポリフェニルスルホン樹脂RADEL（商標）やマサチューセッツ州ピッツフィールド市のGE Plasticsから市販されているポリフェニレン系樹脂NORYL（商標）を挙げることができる。
好適な剛性材料/エラストマー材料組合せの選択は製造、それに要するコスト、および使用条件など幾つかの要因に左右される。例えば、剛性部分の少なくとも1つはガラスを充填されたポリプロピレンから成り、エラストマー材料はエチレン-プロピレン-ジエン-ゴムおよびポリプロピレンから成る熱可塑性エラストマーから成る。コンパチブルな材料組合せの特定の例を表1に示す。
表１．好適なエラストマー材料および剛性材料の組合せ
エラストマー材料 剛性材料

ポリプロピレン系プラスチック材料、例 アクリロニトリル-ブタジエン-
えば、オハイオ州アクロン市のAdvanced スチレン（ABS）系プラスチック材料
Elastomer Systemsから市販のSANTOPRENE ポリカーボネート系プラスチック材料
（商標）B100シリーズ、グレードXB211- ABS/ポリカーボネート系プラスチック材料
55B100プラスチック材料 ポリスチレン系プラスチック材料
アクリル系プラスチック材料
アクリル-スチレン-アクリロニトリル
（ASA)系プラスチック材料
ポリエチレン・テレフタレート
（PET)系プラスチック材料

スチレン-エチレン-ブチレン（SEBS） アセタル・ポリマー系プラスチック材料、
系プラスチック材料、例えば、ドイツ、 例えば、ニュージャージー州サミット市の
Kraibur & Waldkraiburgから市販のTHER Ticona USから市販のCELCON（商標）または
MOLAST（商標）Kプラスチック材料 HOSTAFORM（商標）プラスチック材料

オハイオ州アクロン市のAdvanced Elastom アルマイト、冷間圧延ステンレススチール、
er Systemsから市販のポリプロピレン系の 黄銅、銅、およびその他の被覆ナイロン
加圧・加熱を必要とする熱可塑性加硫材料 およびポリエステル布

熱可塑性エラストマー材料、例えば、オハ ABS系プラスチック材料、
イオ州クリーブランド市のB.F.Goodrichか ポリカーボネート系プラスチック材料
ら市販のESTAGRIP（商標）プラスチック ABS/ポリカーボネート系プラスチック材料、
剛性塩化ポリビニル（PVC）系プラスチック
材料、PVC/ABS配合物系プラスチック材料
ポリフェニレン・オキシド/ポリスチレン
配合（PPO/PS）系プラスチック材料

熱可塑性エラストマー材料、例えば、イ ナイロン6/6樹脂、ナイロン6樹脂および
リノイ州マッケンリー市のGLS Corporat その他の同様のエンジニアリングプラス
ionから市販のVERSAFLEX GLS OM600プラ チック材料
スチック
剛性部分は公知の技術で製造することができる。例えば、ポリマー材料から成る剛性部分はポリマー材料を成形することによって製造することができる。剛性体の凹凸形状は対応の形状を有する金型でポリマー材料を成形することによって形成することができる。場合によっては、成形済みの剛性体を機械加工することによってこのような凹凸形状を形成することができる。製法の例としては、剛性部分の形状を付与する金型にポリマー材料を押入する押出成形や；ポリマー材料の層またはシートを接合して一体的な構成部材を形成するらミネーションや；キャビティーへのポリマー材料の流入を促進するため圧力を加える圧縮成形、トランスファー成形、および/または射出成形などがある。
本発明では、剛性材料とエラストマー材料との接合を促進するために接着剤を使用する実施態様も可能である。例えば、Advanced Elastomer System Technical Correspondence, TCD00901,2001に掲載の"Assembly Bonding of SANTOPRENE（商標）Thermoplastic Rubber"に記述されているように、エラストマー材料を注入する前に、剛性部分に公知の接着剤または定着剤を塗布すればよい。熱的結合を形成しない特定の材料組合せを選択することも本発明の実施態様に含まれる。このような実施態様を採用すれば、例えば、部品の交換または修理に分解を必要とする場合に有益である。熱的結合を誘発しない好適な材料組合せの1例として、オハイオ州アクロン市のAdvanced Elastomer Systemから市販の熱可塑性エラストマーSANTOPRENE（商標）271-73と、マサチューセッツ州ピッツフィールド市のGE Plasticsから市販のガラスを充填されたポリフェニレン・オキシドNORYL（商標）GFN-2との組合せを挙げることができる。
熱可塑性ゴム材料SANTOPRENE（商標）を使用した部品製造は以下に列記する技術文献に記述されている：Advanced Elastomer Systems Technical Correspondence, TCD07889, 1998に掲載の"Processinｇ and Mold Design Consideration for O-Ring Seals Molded in SANTOPRENE（商標）Rubber"；Advanced Elastomer Systems Technical Correspondence, TCD00500, 2000に掲載の"Design Considerations for Diaphragms"；Advanced Elastomer Systems Technical Correspondence, TCD00901, 2001に掲載の"Assembly Bonding of SANTOPRENE（商標）Thermoplastic Rubber"；Advanced Elastomer Systems Technical Correspondence, TCD02001, 2001に掲載の"Sealing with SANTOPRENE（商標）Thermoplastic Rubber"；Advanced Elastomer Systems Technical Correspondence, TCD1901, 2001に掲載の"SANTOPRENE（商標）Thermoplastic Rubber for Material Transfer Hose"；Advanced Elastomer Systems Technical Correspondence, TCD00601, 2001に掲載の"Shrinkage Rates for Injection Molding of SANTOPRENE（商標）Thermoplastic Rubber"；Advanced Elastomer Systems Technical Correspondence, TCD01401, 2001に掲載の"Welding SANTOPRENE（商標）Thermoplastic Rubber" Advanced Elastomer Systems, AD1095-0201, 2001に掲載の"Grip Design Made Easy"。これらの文献のそれぞれの内容を参考のため本願明細書中に引用した。
1つまたは2つ以上の実施例において、本発明は電動式分離技術に関する装置に応用することができる。例えば、本発明は電気脱イオン技術を利用する物品または部品に係わることができる。電気脱イオン装置はイオン化可能な種の移送に影響を与える電位の作用下に、電気的活性媒質を介してイオン化可能な種を取除くのに利用することができる。電気的活性媒質はイオン化可能な種の回収と希釈を交互に行うか、またはイオンまたは電子置換メカニズムによって連続的にイオンの移送を促進する機能を果す。電気脱イオン装置は恒久的または一時的電荷を有し、この電荷によって所期の電気機械的反応を達成、またはその効果を高めるように作用することができる。電気脱イオン装置は半透性イオン交換膜、イオン選択性膜または両極性膜のような電気的活性膜をも含む。
1つまたは2つ以上の実施例において、本発明は電気脱イオン装置に組み込まれる物品または部品の製造に利用することができる。電気脱イオン装置は典型的にはイオン希釈（希釈)コンパートメントとイオン濃縮（濃縮）コンパートメントを含む。隣接するこれらのコンパートメントの間にはイオン選択性膜が介在するのが典型的な構成である。一般にスタックと呼称される濃縮および希釈コンパートメントの集合体は互い違いに、または設計および性能条件を満たすのに必要な種々の配列に設けられる。このようなスタック構造はその両端が電極コンパートメントによって確定される。電極コンパートメントに隣接させて、電極を内蔵するエンド・ブロックが配置されるのが典型的な構成である。濃縮および希釈コンパートメントは典型的には、段差を有してイオン選択性膜を支持するスペーサーまたは構造によって画定される。スペーサーはこれに接合またはシールされているイオン選択性膜と共に、運転条件に応じて濃縮または希釈コンパートメントとして作用するキャビティーを画定する。典型的な電気脱イオン装置は交互に配置された電気活性半透性陰イオン-および陽イオン-選択性膜を有する。多くの場合、イオン選択性膜の間のスペースは流体流動コンパートメントとなるように形成される。外部電源から電極を介してコンパートメントの境界に横方向DC電界が印加される。電界が印加されると、一方のコンパートメントであるイオン希釈コンパートメント内の被処理液中のイオンがそれぞれの誘引電極へ誘引される。典型的には、イオンがイオン選択性膜を透過して隣接コンパートメントへ移動し、その結果、これら隣接するイオン濃縮コンパートメント内の液がイオン濃縮される。希釈コンパートメント内および、場合によっては濃縮コンパートメント内には電気活性媒質が含まれている。電気脱イオン装置において、電気活性媒質は密接に混合または積層された陰イオンおよび陽イオン交換樹脂を含む。多くの場合、このような電気活性媒質はコンパートメント内でのイオン移送を促進し、制御された電気化学反応のための基質として寄与する。上述したように、電気脱イオン装置は、例えば、その内容を参考のため本願明細書中に引用したGiuffrida et al.の米国特許第4,632,745号、第4,925,541号および第5,211,823号、Ganziの米国特許第5,259,936号および第5,316,637号、Parsi et al.の米国特許第5,066,375号、Oren et al.の米国特許第5,154,809号、およびKedemの米国特許第5,240,579号に記述されている。
濃縮および希釈コンパートメントには陽イオン交換樹脂、陰イオン交換樹脂またはこれらの混合物を充填する。陽イオンおよび陰イオン交換樹脂を希釈、濃縮および電極コンパートメントのいずれかの内部に混合物または積層構造の形で配置し、種々の配列で複数の層を集合させればよい。DiMascio et al.の米国特許第5,858,191号に記述されているように、希釈、濃縮および電極コンパートメントのいずれかの内部に混床イオン交換樹脂を使用したり、陰イオンおよび陽イオン交換樹脂床の層間に不活性樹脂を使用したり、種々のタイプの陰イオンおよび陽イオン交換樹脂を使用することも本発明の実施態様に含まれる。
本発明の他の実施例では、図7に分解図で示すように、希釈コンパートメント・スペーサーはエラストマー材料網目構造365で一体に固定された第1部分355と第2部分360から成る剛性コアで構成され、エラストマー材料網目構造365は剛性コア表面の少なくとも一部にシール370を形成する。場合によっては、エラストマー材料はまた、剛性コアを被包して剛性コア表面の少なくとも一部に一体的なエラストマー材料として鞘状層375を形成する。
本発明を下記実施例に基づいてさらに詳細に説明する。これらの実施例は本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。
実施例1. 射出接合およびオーバー・モールディング技術によって製造される台所用具
図8A-8Dに示す射出接合物品は台所用品であり、下記のように製造することができる。図8Aは図8Cに示す台所物品380の剛性部分の分解図であり、ナイロン樹脂から成る第1部分385とナイロン樹脂から成る第2部分390を示す。図8Cは組立てられた台所用具を示し、グリップ部分420は剛性コアの周りに形成することができる。図8Dは図8CのD-D線における断面図であり、台所用具のグリップ部分を示す。互いに補完関係で嵌合する部分385および390を合体させて台所用具380を形成することができる。
互いに補完関係で嵌合する部分385および390は（図示しないが）それぞれの金型でナイロン樹脂を成形することによって製造することができる。第1部分385および第2部分390は（図示しないが）、例えば、凹凸のような互いに補完的な形状を有し、これを介して、部分385および390を補完関係に嵌合させることにより剛性物品380を形成することができる。第1部分385は第1流路400を有し、SANTOPRENE（商標）191-70Aのような溶融状態のTPE樹脂を、射出成形技術によって導入すればよい。TPE樹脂としては、剛性部分385および390と接合するものを選択する。（図示しないが）金型内に剛性部分385および390を収納する。約260℃乃至約280℃の温度に溶融しているTPE樹脂を金型に注入し、流路400に充満させ、流動させる。第2流路405に流入し、嵌合状態の剛性部分385、390の外表面の一部に被さることができるように引続き溶融TPE樹脂を注入することにより、鞘状層415を形成する。この例では、TPE樹脂を注入し、嵌合剛性部分の外表面の一部に重なるようにオーバー・モールディングすることにより、剛性コア周りにグリップ部分を形成された台所用品380を製造することができる。
実施例2. 射出接合およびオーバー・モールディング技術によるインライン分離装置
この実施例は図9に示す射出接合物品、即ち、本発明のインライン分離装置425に関するものである。分離装置425はポリプロピレン・プラスチック樹脂から成る第1剛性部分430と、同じくポリプロピレン・プラスチック樹脂から成り、第1剛性部分430と補完関係に嵌合する第2剛性部分435とから成る。互いに嵌合する剛性部分430、435の間に画定される界面に分離媒質440が配置されている。同じく図9に示すように、分離装置425の使用中、分離媒質440のための支持構造として作用する支持格子445をも含む。第1および第2剛性部分430、435、分離媒質440および支持格子445を固定するのは例えばSANTOPRENE（商標）271-73熱可塑性エラストマー樹脂のようなTPEから成るエラストマー材料である。
分離装置425を製造するためには、先ず第1および第2部分を（図示しないが）金型に入れる。両剛性部分430、435間に画定される流路450にエラストマー材料を注入する。冷却されると、機械的、化学的および/または熱的結合を形成することによって、集合体としての分離装置425を一体的に接合することができる特定のTPE材料および特定の剛性部分材料を選択する。分離媒質440を形成する材料の選択は幾つかの要因、例えば、除去または分離すべき物質や媒質を通過するガス状または液状流体キャリヤーとのコンパチビィティー、製造中の温度安定度、コストなどを勘案して行われる。分離媒質440としては、濾過、浸透、拡散、吸着、キレート化、化学反応、これらの組合わせなどの技術に基づいて作用するものが考えられる。好適な分離媒質440の例としては、スクリーン、多孔媒質、例えば、多孔プラスチックまたは金属、焼結媒質、例えば、焼結プラスチックまたは金属、精密濾過膜、超濾過膜、除去すべき種と選択的に結合するグラフト-およびインプラント-化学基を有する膜を挙げることができる。
図10は図9に示した分離装置425の一部の断面図であり、第1部分430の、その表面465にシール460が形成されている連結部分455を示す。エラストマー材料から成るシール460は熱可塑性材料が（図示しないが）流路を介して剛性部分430の表面へ流動することを可能にする射出成形およびオーバー・モールディングによって形成することができる。シールの構造は射出成形およびオーバー・モールディングによる分離装置425を製造する過程において、（図示しないが）金型の対応構造部分によって形成することができる。
例1の場合と同様に、SANTOPRENE（商標）熱可塑性エラストマー材料に基づく物品の製造技術はオハイオ州アクロン市のAdvanced Elastomer Systemsから提供される種々の技術文献に記述されている。
実施例3. 使い捨てまたは密封消費者製品
本発明のこの実施例は使い捨てまたは密封消費者製品の製造に関するものである。この種の消費者製品の例としては、例えば、水中カメラや水封式カメラのような使い捨てカメラ、密封携帯電話、密封充電式懐中電灯などが挙げられる。図11AはABSプラスチック樹脂から形成できる第1剛性部分475と同じくABSプラスチック樹脂から形成できる第2剛性部分480を有する（図11Bに示す）使い捨てカメラ470の分解図である。第1および第2剛性部分は互いに補完関係に嵌合して内部部品集合体485を被包する合成コアを形成する。第2剛性部分は流路490を画定する。
消費者製品を製造するには、内部部品を内蔵して合体した第1および第2剛性部分を（図示しないが）金型内に入れる。金型に注入して流路490を満たす時、エラストマー材料の流動を促進するに好適な温度まで金型を加熱する。図11Bに示す斜視図から明らかなように、使い捨てカメラのような消費者製品では、エラストマー材料をオーバー・モールドして剛性部分475、480の表面の少なくとも一部を被包して鞘状層500を形成することができる。
図11C-11Dは本発明の消費者製品の斜視図である。図11Cは両嵌合剛性部分510、515の間に位置してこれら嵌合剛性部分の表面の少なくとも一部に鞘状層520を形成するエラストマー材料網目構造を介して両嵌合部分510、515が互いに固定されている密封電子装置505を示す。図11Dは両嵌合剛性部分間に位置するエラストマー材料で両嵌合剛性部分530、535が互いに固定されている密封充電式懐中電灯525を示す。典型的には、エラストマー材料が鞘状層540をも形成し、鞘状層540は剛性部分の表面の少なくとも一部を囲んでグリップを形成する。さらに、剛性部分をカバーするように鞘状層540を形成することにより、懐中電灯525を防水シールすることができる。内部に位置するエラストマー材料網状構造内部部品を個別にまたは全体として流体隔離する効果を一段と高める内部シールを形成することができる。
実施例4. 電気脱イオン装置スペーサーの製造、電気脱イオン装置への組込みおよび電気脱イオン装置の動作
この実施例では、本発明に従って電気脱イオン装置スペーサーを製造した。剛性コアおよびシールをも形成して剛性コアの一部を被包する機能をも果すエラストマー材料から成るスペーサーを電気脱イオン装置に組み込んだ。組立てられた電気脱イオン装置を利用して浄水した。
図12は本発明に従って製造された電気脱イオン装置スペーサー550を示す斜視図である。スペーサー550は剛性コア555とその内部に位置するエラストマー材料網目構造560とから成る。スペーサー550は剛性コア555の表面575上に位置する周縁シール570、および樹脂コンパートメント585および590の周縁を囲む樹脂キャビティー・シール580をも有する。樹脂キャビティー・シール580は（図示しないが）隣接するイオン選択性膜をスペーサー550に対して流体隔離する。エラストマー材料網目構造560は剛性コア555のリム状領域の少なくとも一部を被包する鞘状層600をも形成する。スペーサー550は入口610、出口615およびスルー・ポート620の周縁を囲む外側シール605をも含む。スルー・ポート620はスペーサーを貫通して電気脱イオン装置の隣接するコンパートメント間を流体連通させる。エラストマー材料網目構造560、シール570、580、605、および鞘状層600はSANTOPRENE（商標）271-73熱可塑性エラストマー樹脂を剛性コアの内部流路へ射出成形し、さらにこの熱可塑性エラストマー樹脂を注入することによって形成した。こうして外側シール570、580、605、および鞘状層600が形成された。剛性コア555内には入口610、樹脂キャビティー585、590、および出口615を流体連通させる導管625、630、635も画定される。内側シール640は導管625、630、635、入口610、樹脂キャビティー585、590、出口615、およびスルー・ポート620など、剛性コアの内部構造を流体隔離する。
図7に示すように、剛性コアは2つの剛性部分から成る。剛性部分355、360はメイン州ルイストン市のCompounding Solutionsから市販のガラス充填ポリプロピレン複合物から製造した。剛性部分を互いに補完関係に嵌合するように合体させ、（図示しないが）金型キャビティー内に入れた。オハイオ州アクロン市のAdvanced Elastomer Systemsから市販のSANTOPRENE（商標）271-73熱可塑性エラストマー樹脂を約177℃乃至約204℃（約350°F乃至約400°F）において射出成形することにより、（図12では参照番号560で示す）エラストマー材料網目構造365を形成した。プロセス温度は金型および射出成形機の設計とサイズ、および射出キャパシティー、金型温度、射出速度およびサイクル時間のようなプロセス変量を考慮して設定した。当業者には周知のように、この種の物品の製造に際しては、上記のような要因に応じて加工条件を微妙に調整する必要がある。製造されたスペーサーを金型から取出し、放冷した。
希釈コンパートメントを画定するための（ここでは希釈スペーサーと呼称する）図12に示すような電気脱イオン装置スペーサーを利用して電気脱イオン装置を組立てた。同じく本発明に従って製造された、ここでは濃縮スペーサーと呼称するスペーサーを利用して濃縮コンパートメントを画定した。
図6は、本発明の濃縮コンパートメントを示す。この濃縮コンパートメントはメイン州ルイストン市のCompounding Solutionsから市販のガラス充填ポリプロピレン複合物から成る剛性コアと、オハイオ州アクロン市のAdvanced Elastomer Systemsから市販のSANTOPRENE（商標）271-73熱可塑性エラストマー樹脂から成る一体的なエラストマー網目構造とで構成した。
図13に示すように組立てられた電気脱イオン装置645は、8層の希釈スペーサー650と9層のノン縮スペーサー655を有し、これらのスペーサーは異質のイオン選択性膜660を介在させた状態で交互に積層されている。スペーサーとイオン選択性膜から成るこのスタックの両端は両エンド・ブロック670内に収容されている電極665と境を接している。捻子棒75とナット680を利用してスタックとエンド・ブロックの集合体を締付けることにより、シールを圧縮して動作中に発生する内部静水圧に対抗した。
図14は、樹脂キャビティー・シール580の一部と希釈コンパートメント・スペーサー550の樹脂キャビティー585の一部を示す断面図である。樹脂キャビティー・シール580は陥凹域690の間に中央突出域685を有する断面形状を呈した。また、シール580はその周縁部に水平域695をも形成した。このようなシール断面形状は互いに補完関係に突出域と陥凹域を画定するたいおうの形状を有する金型集合体を使用することによって形成した。図14は電気脱イオン装置集合体を締付ける前の、電気脱イオン装置内に設けられたシールの一部を示す。具体的には、イオン選択性膜660が隣接する濃縮コンパートメントとシールの間に位置してシールの突出域685と当接している。この実施例では、突出域685の直径は約0.060インチであった。陥凹域690の湾曲部705の直径は約0.030インチであった。突出域685と水平域695の壁の間隔は約0.018インチであった。集合体を締付けると、突出域685が圧縮され、変形して膜660および剛性コア700と同じ形状になる。具体的には、シールを構成するエラストマー材料は圧縮荷重下で、陥凹域690によって画定されるスペースに向かって変形する。それぞれのシール部分の比率および寸法を、圧縮率が30%となるように選択した。シールは下記関係が成立するように製造した。
Figure 2006515228
但し、H１は水平域695によって画定される基準面710からの突出域685の最大寸法、H２は基準面710からの陥凹域690の最大寸法、A１は突出域685と基準面710の間の断面積、A２は陥凹域690と基準面710の間の空き断面積、R１は突出域685の半径、R２は陥凹域690の半径を表わす。シール570、605も同様の断面形状を呈した。
希釈コンパートメントには、ミシガン州ミッドランド市のDow Chemical Companyから市販のDOWEX（商標）MONOSPHERE（商標）650陽イオン樹脂、ミシガン州ミッドランド市のDow Chemical Companyから市販のDOWEX（商標）MARATHON（商標)A陰イオン樹脂およびペンシルバニア州フィラデルフィア市のRohm and Haas Companyから市販のAMBERJET（商標）4600陰イオン樹脂の混合物から成る陽-および陰-イオン交換樹脂を充填した。濃縮コンパートメントには、DOWEX（商標）MONOSPHERE（商標）650Ｃ陽イオン樹脂、DOWEX（商標）MARATHON（商標）A陰イオン樹脂およびAMBERJET（商標）4600陰イオン樹脂から成る陽-および陰-イオン樹脂を充填した。
浄化すべき水が入口610から希釈コンパートメントに流入し、導管625、樹脂キャビティー585、導管630によって画定されるU-字形通路に沿ってスペーサーを貫流し、出口615を通ってスペーサーから流出した。
図13に示す完成状態の電気脱イオン装置に50psi以上の水圧を加えた結果、外部への漏れは起こらず、周縁シール570の有効性が立証された。5psiの差圧で希釈および濃縮コンパートメント間の相互漏れを測定した結果、漏れは認められず、図12に示すスルー・ポート620周りのシールが種々の構造を有効に流体隔離することが立証された。
電気脱イオン装置を下記条件下で運転した：
給水流量 110リットル/分
給水導電率 10μS/cm
給水CO２濃度 2.5ppm
給水温度 10℃
印加電圧 130VDC
電流 0.3amp
水回収率 90%
水回収率は給水のうち、浄化された割合；従って、浄化された水の流量は100リットル/分であった。
生成物、即ち、浄化された水の導電率の測定値は0.059μS/cmであり、給水中に溶けているイオンの99.4%が除去されたことを示唆した。電気脱イオン装置中に起こる圧力降下測定値は10psiであった。
実施例5. 使い捨ての、および/または密封された燃料電池
この実施例では、本発明に従って使い捨ての、および/または密封された燃料電池を製造することができる。陽子交換膜（PEM)法による固体高分子型燃料電池のような燃料電池は、例えば、ノート型パソコンや携帯電話のような携帯可能な電気装置および電子装置への給電に利用することができる。燃料電池は特に、容積出力密度が増大し、膜、電極、流れ場プレートなどのような部品の設計および性能の進歩によってコストが低下している携帯装置に有用である。陽子交換膜応用燃料電池（PEMFC)などのような燃料電池は、例えば、ニューヨーク州レーサム市のPlug Power Inc.やカナダ、ブリティッシュ・コロンビア州バーナビ市のBallard Power Systems Inc.から市販されている。
図15は典型的なPEMFCの一部を示す断面図である。多くの場合、燃料電池は流れ場プレート725間に固定された平面的な膜-電極集合体(MEA）720を有する。個々のMEA720は典型的には陽極730、PEM735および陰極740から構成されている。流れ場プレート725に画定される溝745は典型的には、燃料電池の作動中にMEA720への水素および酸素のような反応ガスの移送を容易にする導管として機能する。多くの場合に黒鉛または黒鉛混合物から製造されるプレート725はMEA720において発生する電流を集める機能をも果す。
燃料電池を構成する際の難関の1つはMEA720の周縁を囲むシールである。PEM735は隣接するプレート間のガスケットとして機能することができる。図16は界面770において接触する2つの隣接するプレート725間に配置されたMEA720を示す。プレート725と界面770の外側との間にアパーチュア765を形成することによって、両プレートが電気的に接触するのを防止することができる。多くの場合、燃料電池は交互に重ねられた複数のプレート725およびMEA720を有する。
密封燃料電池スタックの製造に関する本発明の一実施例では、燃料電池スタックを（図示しないが）金型に入れ、少なくとも一部がプレート725の溝755によって画定される流路750へ溶融状態のTPE材料を注入する。冷却されると、注入されたTPE材料760が、流路755によって画定されるスペースおよびアパーチュア765を満たしてMEA720の周りにシール780を形成する。典型例として、TPE材料760は、電気的に絶縁性であり、運転温度と適合すると共に反応ガスと化学的に適合するように選択される。例えば、TPE材料として、上記の材料のいずれかを使用することができる。TPE材料とプレートとの接着はシールに作用する圧縮力を維持するのに必要な締付け力を最小限に抑制できる接着であることが望ましい。
MEAの周縁をシールするこの方法は、例えば、非平面的MEAを有する燃料電池などのような異なる設計のPEMFCにも応用できる。本発明の方法はその他のタイプの電気化学装置、例えば、電気透析および電気脱イオン技術に基づく電解槽や電気浄水装置における膜のシーリングにも応用できる。
本発明の適用は以上に詳細を説明した、または添付の図面に示した部品の構成・配列に限られるものではなく、その他種々の態様で実施することができる。また、本願明細書において使用している表現や用語は飽くまでも記述のためのものであり、本発明を制限するものではない。“含む”、“から成る”、“有する”、“含有する”、“を伴う”およびこれらのバリエイションは後続の事物、それらと等価の事物および追加の事物を包含することを意図した表現である。
本明細書中に使用する用語“機械的に接合された”は固定された、または接合された素子の移動を阻止する干渉を生む咬合関係を発生させる、または有する構造素子を意味し、用語“化学的に接合された”は電子対を共有するおよび/またはイオン性を有する化学的な、典型的には分子規模の種の互いに咬合する、または互いに貫入する網目構造または集合体を意味する。用語“熱的に接合された”は複数の部品から成る物品を、溶融状態の材料と接触させて他の、または同一の材料の温度を上昇させ、そのような溶融可能な材料を好ましくは局部的に溶融させ、溶融材料が固化して互いに固定される、例えば、接合されるように集合体を冷却することによって製造するのに有用な製造技術を意味する。用語“接合”は広義には、或る部品または部分を他方の部品または部分に固定することによって集合体を形成することを意味する。この用語には、機械的接合、化学的接合、熱的接合のほか、例えば、溶接、接着剤、セメントおよびその他の接合剤を使用して１つまたは2つ以上の部品または部分を固定する技術を含む。
用語“剛性の”は周囲温度および/または本発明の物品部品の製造または組立の過程における温度では非可撓性の材料を指し、用語“可撓性の”は曲げ易く、力が加わると、これに応答して少なくとも部分的に降伏し、変形する材料を意味する。用語“エラストマー系”は加えられる引張りまたは圧縮力に応答し、加えられる力が解かれると容易に初期形状に戻る材料を意味する。本発明の幾つかの実施例において、用語“エラストマー系”は熱硬化性ポリマー、熱可塑性ポリマー、またはこれらの組み合わせから成る材料を意味する。また、用語“熱可塑性エラストマー”はゴム成分を有する材料群を意味する。このような材料としては、典型的にはTPE、熱可塑性ゴム（TPR）、熱可塑性ウレタン（TPU）、熱可塑性エラストマー・オレフィン（TEO）、および熱可塑性加硫ゴム（TPV）と呼称される市販の材料を意味する。
用語“導管”は構造間を連通、典型的には流体連通させる通路を意味する。例えば、導管は第1構造を1つまたは2つ以上の構造に流体連結するマニホルドとして機能し、構造間に1つまたは2つ以上の流路を形成することができる。
用語“イオン交換樹脂”は電気的に活性の媒質を意味する。“樹脂キャビティー”は少なくとも一部が電気活性媒質を含有するように構成された構造を意味する。用語“イオン選択性膜”は陽イオンまたは陰イオンを選択的に透過させる膜のような選択的透過膜を意味し、選択的透過膜、イオン交換膜、半透過イオン交換膜、および両極性膜とも呼称される。
本発明の少なくとも1つの実施態様の幾つかの面を以上に説明したが、種々の変更、改善を試みることは当業者にとって容易であると考えられる。例えば、本発明の射出接合およびオーバー・モールディング技術を利用することによって、ハンドグリップとして機能する鞘状層をも形成するTPE網目構造で固定された剛性部分と、互いに嵌合し、エラストマー材料で固定された剛性部分とを有し、このエラストマー材料がホースとの連結部におけるガスケットまたはシールを形成する園芸用散水ノズルのような物品を製造することができる。さらにまた、本発明を応用して水封式玩具のような消費者製品を製造することもできる。本発明の着目すべき応用例として、プレート-アンド-フレーム構造を有する装置の部品製造を挙げることができる。例えば、本発明を応用することによって、エラストマー系網目構造が剛性部分を固定すると共に、プレート表面の一部を被包するシールを形成する熱交換器のプレートを製造することができる。このような改変、変更、改良も本発明の開示内容に含まれるものであり、本発明の思想と範囲に包含されるものと理解されたい。また、本発明が採用する技術には公知の技術も含まれる。例えば、成形技術に関して、当業者は製造工程においてエラストマー材料の流動を最適化するように金型または金型部分を設計、製造することができる。具体的には、金型設計の当業者はコンピューターなどの手段を利用して製造工程中の流動をシミュレートし、その特性を解明することができる。さらにまた、本発明の物品および方法に非エラストマー系材料を利用することもできる。例えば、反応性非エラストマー系材料を利用することにより、剛性部分を固定または接合する網目構造を形成すると同時に、剛性部分の表面に鞘状層を形成することができる。従って、以上に述べた説明および添付の図面は飽くまでも本発明の特定実施例を示すに過ぎない。
本発明の1つまたは2つ以上の実施例による、2つの嵌め合い部材料を有する物品の斜視図である。 2つの嵌め合い部材料間に材料料を導入して射出接合することによる嵌め合い部材料の製造を示す、本発明の1つまたは2つ以上の実施例による図１に示す物品の断面図である。 2つの嵌め合い部材料間に材料料を導入して射出接合し、カプセル封入することによる嵌め合い部材料の製造を示す、本発明の1つまたは2つ以上の実施例による、物品の断面図である。 被覆部材料を有する本発明の1つまたは2つ以上の実施例による、射出接合物品の斜視図である。 プラスチック部材料外面の一部をカプセル封入する機能をも果すエラストマー材料と接合されたプラスチック部材料の集合体を示す、本発明の1つまたは2つ以上の実施例による、射出接合物品の断面図である。 本発明の1つまたは2つ以上の実施例による電気脱イオン装置スペーサーの分解図である。 本発明の1つまたは2つ以上の実施例による電気脱イオン・スペーサーの分解図である。 本発明の1つまたは2つ以上の実施例による射出接合された台所用具の概略図である。 本発明の1つまたは2つ以上の実施例による射出接合された台所用具の概略図である。 本発明の1つまたは2つ以上の実施例による射出接合された台所用具の概略図である。 本発明の1つまたは2つ以上の実施例による射出接合された台所用具の概略図である。 本発明の1つまたは2つ以上の実施例によるインライン形分離装置の断面図である。 図9の射出接合物品の一部の断面図である。 図11A-11Dは本発明の1つまたは2つ以上の実施例による射出接合物品の簡略図、図11Aはエラストマー材料と嵌め合い部材料から成る剛性部分を有する使い捨てカメラの分解図である。 図11Aに示す使い捨てカメラを組立てた状態で示す斜視図である。 シールまたは被覆された電子装置の斜視図である。 シールまたは被覆された充電可能なフラッシュライトの斜視図である。 本発明の1つまたは2つ以上の実施例による電気脱イオン装置スペーサーの概略図である。 図12に示すスペーサーを利用する、本発明の1つまたは2つ以上の実施例による電気脱イオン装置の斜視図である。 図12に示すスペーサーに使用される、本発明の1つまたは2つ以上の実施例によるシールの断面図である。 燃料電池の一部の概略図である。 図15に示す燃料電池の部分拡大概略図である。

Claims (45)

  1. 剛性コアと、剛性コア内にあって剛性コア表面の少なくとも一部にシールを形成するエラストマー材料の網目構造とから成る電気脱イオン装置スペーサー。
  2. 入口および出口と流体連通関係にある樹脂キャビティーをも含み、入口、出口および樹脂キャビティーが剛性コア中に画定されることを特徴とする請求項1に記載の電気脱イオン装置スペーサー。
  3. エラストマー材料から成り、入口の周縁に配置された入口シールをも含むことを特徴とする請求項2に記載の電気脱イオン装置スペーサー。
  4. エラストマー材料から成り、出口の周縁に配置された出口シールをも含むことを特徴とする請求項3に記載の電気脱イオン装置スペーサー。
  5. エラストマー材料から成り、樹脂キャビティーの周縁に配置された樹脂キャビティー・シールをも含むことを特徴とする請求項4に記載の電気脱イオン装置スペーサー。
  6. エラストマー材料から成り、剛性コアの周縁に配置された外側シールをも含むことを特徴とする請求項5に記載の電気脱イオン装置スペーサー。
  7. 剛性コアが熱可塑性ポリマーから成り、エラストマー材料も熱可塑性ポリマーから成ることを特徴とする請求項6に記載の電気脱イオン装置スペーサー。
  8. エラストマー材料から成り、剛性コア内、および入口を樹脂キャビティーと
    流体連通させる取入れマニホルドの周縁に配置された内側入口シールをも含むことを特徴とする請求項7に記載の電気脱イオン装置スペーサー。
  9. エラストマー材料から成り、剛性コア内、および樹脂キャビティーを出口と流体連通させる取出しマニホルドの周縁に配置された外側出口シールをも含むことを特徴とする請求項8に記載の電気脱イオン装置スペーサー。
  10. 剛性コア中に画定されたスルー・ポート、およびスルー・ポートを入口、出口および樹脂キャビティーから流体隔離するスルー・ポート・シールをも含むこと特徴とする請求項9に記載の電気脱イオン装置スペーサー。
  11. 互いに補完関係に嵌合する第1および第2部分がエラストマー材料と一体的に固定されていることを特徴とする電気脱イオン装置スペーサー。
  12. エラストマー材料から成り、剛性コアの表面に配置されたシールをも含むことを特徴とする請求項11に記載の電気脱イオン装置スペーサー。
  13. 剛性コアおよび一体的なエラストマー材料から成り、エラストマー材料の一部が剛性コア内に位置するシールを形成し、エラストマー材料の一部が剛性コア外面の少なくとも一部を被包することを特徴とする電気脱イオン装置スペーサー。
  14. 剛性コア中に画定され、入口および出口と連通関係にある樹脂キャビティーをも含み、入口および出口も剛性コア中に画定されていることを特徴とする請求項13に記載の電気脱イオン装置スペーサー。
  15. 入口の周縁に配置された外側入口シールおよび出口の周縁に配置された外側出口シールをも含み、外側入口シールおよび外側出口シールがエラストマー材料から成ることを特徴とする請求項14に記載の電気脱イオン装置スペーサー。
  16. エラストマー材料から成り、剛性コア内に配置された内側入口シールをも含むことを特徴とする請求項14に記載の電気脱イオン装置スペーサー。
  17. エラストマー材料から成り、剛性コア内に配置された内側出口シールをも含むことを特徴とする請求項14に記載の電気脱イオン装置スペーサー。
  18. 入口導管を介して樹脂キャビティーと接続する入口および出口導管を介して樹脂キャビティーと接続する出口を含む剛性コアと；
    入口の周りに入口シールを、樹脂キャビティーの周りに樹脂キャビティー・シールを、出口の周りに出口シールを、入口導管の周りに入口導管シールを、出口導管の周りに出口導管シールを、剛性コアの周縁周りに外側シールをそれぞれ形成する一体的な弾性材料と；
    剛性コアおよび単一弾性材料が熱可塑性ポリマーから成ることを特徴とする電気脱イオン装置スペーサー。
  19. 濃縮コンパートメント・スペーサーによって画定される濃縮コンパートメントと；
    濃縮コンパートメントに隣接し、剛性コアおよび剛性コア内に配置されたエラストマー材料網目構造から成る希釈コンパートメント・スペーサーによって画定される希釈コンパートメントとから成ることを特徴とする電気脱イオン装置。
  20. 希釈コンパートメント・スペーサーが、エラストマー材料から成って剛性コア周縁に配置されたシールをも含むことを特徴とする請求項19に記載の電気脱イオン装置。
  21. 希釈コンパートメント・スペーサーが剛性コア中に画定された入口、およびエラストマー材料から成って入口周りに配置された入口シールをも含むことを特徴とする請求項19に記載の電気脱イオン装置。
  22. 希釈コンパートメント・スペーサーが剛性コア中に画定された出口、およびエラストマー材料から成って出口周りに配置された出口シールをも含むことを特徴とする請求項19に記載の電気脱イオン装置。
  23. 希釈コンパートメント・スペーサーが剛性コア中に画定された樹脂キャビティー、およびエラストマー材料から成って樹脂キャビティー周りに配置された樹脂キャビティー・シールをも含むことを特徴とする請求項19に記載の電気脱イオン装置。
  24. 互いに嵌合する両剛性部分とこれら両剛性部分内の単一エラストマー材料網目構造との間に支持されて、両嵌合部分周縁の少なくとも一部の周りにシールを形成するフィルター素子を含むことを特徴とするフィルター・カートリッジ。
  25. 一体的なエラストマー材料から成り、両嵌合部分外周の少なくとも一部分を被包する鞘状層をも含むことを特徴とする請求項24に記載のフィルター・カートリッジ。
  26. 電気脱イオン装置スペーサーを製造する方法であって、
    所定の配置で嵌合することを可能にする補完関係の形状を有する第1および第2部分を用意し；
    第1および第2部分を嵌合させることにより、第1および第2部分間の界面の少なくとも一部を横切る流路と、入口および出口と連通関係にある樹脂キャビティーとを含む剛性コアを形成し；
    流路へエラストマー材料を注入することにより、第1および第2部分間にエラストマー網目構造を形成するステップから成ることを特徴とする電気脱イオン装置スペーサーを製造する方法。
  27. 互いに嵌合する第1および第2部分の少なくとも一部をエラストマー材料で被包するステップをも含むことを特徴とする請求項26に記載の方法。
  28. 互いに嵌合する第1および第2部分の周縁にエラストマー材料でシールを形成するステップをも含むことを特徴とする請求項26に記載の方法。
  29. 樹脂キャビティーの周りにエラストマー材料でシールを形成するステップをも含むことを特徴とする請求項26に記載の方法。
  30. 入口の周りにエラストマー材料で入口シールを形成するステップをも含むことを特徴とする請求項26に記載の方法。
  31. 31．出口の周りにエラストマー材料で出口シールを形成するステップをも含むことを特徴とする請求項26に記載の方法。
  32. 界面に、且つ入口を樹脂キャビティーと流体連通させる入口マニホルドの周りに、エラストマー材料で内側入口シールを形成するステップをも含むことを特徴とする請求項26に記載の方法。
  33. 界面に、且つ樹脂キャビティーを出口と流体連通させる出口マニホルドの周りに、エラストマー材料で内側出口シールを形成するステップをも含むことを特徴とする請求項26に記載の方法。
  34. 互いに嵌合する第1および第2部分中に画定されるスルー・ポートの周りにエラストマー材料でスルー・ポート・シールを形成し、このスルー・ポート・シールによってスルー・ポートを入口、出口および樹脂キャビティーから流体隔離するステップをも含むことを特徴とする請求項26に記載の方法。
  35. 界面にエラストマー材で内側シールを形成し、この内側シールによって入口を出口から流体隔離するステップをも含むことを特徴とする請求項26に記載の方法。
  36. 第1および第2部分とエラストマー材料が熱可塑性ポリマーから成ることを特徴とする請求項26に記載の方法。
  37. 電気脱イオン装置スペーサーを製造する方法であって、
    互いに補完関係にある第1剛性部分と第2剛性部分とを嵌合させることにより、入口および出口と連通関係にある樹脂キャビティーを含む剛性コアを形成し；
    互いに補完関係の第1および第2部分をエラストマー材料で接合する
    ステップから成ることを特徴とする電気脱イオン装置スペーサーを製造する方法。
  38. 互いに補完関係に嵌合する第1および第2部分の外表面にエラストマー材料でシールを形成するステップをも含むことを特徴とする請求項37に記載の方法。
  39. 入口周りにエラストマー材料で入口シールを形成するステップをも含むことを特徴とする請求項38に記載の方法。
  40. 出口周りにエラストマー材料で出口シールを形成するステップをも含むことを特徴とする請求項40に記載の方法。
  41. 41．互いに補完関係に嵌合する第1および第2部分の表面の少なくとも一部エラストマー材料で被包するステップをも含むことを特徴とする請求項40に記載の方法。
  42. 界面に、且つ入り口を樹脂キャビティーと流体連通させる入口マニホルドの周りに、エラストマー材料で内側入口シールを形成するステップをも含むことを特徴とする請求項41に記載の方法。
  43. 界面に、且つ出口を樹脂キャビティーと流体連通させる出口マニホルドの周りに、エラストマー材料で内側出口シールを形成するステップをも含むことを特徴とする請求項42に記載の方法。
  44. 電気脱イオン装置を組立てる方法であって、剛性コアと剛性コア内に設けられたエラストマー材料シールとから成る希釈コンパートメント・スペーサーを電気脱イオン装置集合体に組み込むステップを含むことを特徴とする電気脱イオン装置を組立てる方法。
  45. 浄水方法であって、
    濃縮コンパートメント・スペーサーによって画定される濃縮コンパートメントと、濃縮コンパートメントに隣接し、剛性コアおよび剛性コア内に配置されるエラストマー材料網目構造から成る希釈コンパートメントによって画定される希釈コンパートメントとから成る電気脱イオン装置に浄化すべき水を導入し；
    電気脱イオン装置に電位を印加することにより、希釈コンパートメントから濃縮コンパートメントへの水中の望ましくない種の移動を促進する
    ステップから成ることを特徴とする浄水方法。
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