JP2007181779A - 平膜エレメントの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】膜シートが無機系の素材を含有している場合であっても、膜シートと支持板とをレーザの照射によって適正に溶着する。
【解決手段】固液分離を行う膜シート１０と該膜シート１０を支持する支持板２０とを重ね合わせ、互いの接合部にレーザ２４を照射することによって、膜シート１０と支持板２０を溶着する平膜エレメントの製造方法において、膜シート１０が無機系の素材を含有している場合に、支持板２０をレーザ透過性の材料で構成するとともに、レーザ２４を支持板２０の側から接合部に向けて照射する。
【選択図】図１

Description

本発明は平膜エレメントの製造方法に係り、特に被処理水の濾過に使用される平膜エレメントの製造方法に関する。

この種の平膜エレメントは被処理水中に浸漬して設置され、被処理水を濾過するために使用される。図５は平膜エレメントの一般的な構成を示す部分断面図である。支持板１はその周縁部２が枠状に形成され、枠内部が通水部３とされている。支持板１の両面には膜シート４が張り付けられている。周縁部２には吸引口５が接続している。また、周縁部２の外面と膜シート４とは重ね合わせによって形成された接合部６を有している。吸引口５に負圧を作用させるか、又は膜シート４の外面から正圧を作用させることにより、被処理水が濾過され、膜シート４を透過した濾過水は通水部３を経由して吸引口５から排出される。なお、支持板１の通水部３は張り付けた膜シート４が撓まないように膜シート４を面支持しつつ濾過水が自由に通り抜けできる形状に特殊加工されている。

膜シート４は例えば精密濾過膜や限外濾過膜と称されるものであり、一般に合成樹脂製のものが使用される。また、支持板１も膜シート４との接合性がよい合成樹脂製のものが使用される。平膜エレメントでは接合部６の水密を確保することが重要であり、支持板１と膜シート４を接着剤によって接合する方法が多く採用されている。しかしながら、接着剤を用いる方法は接着力に偏りが生じ易く、また、接着剤が劣化し水密性が低下し易いという欠点や膜シート４の横方向からのリークが発生し易いという欠点がある。

接着剤による接合方法の欠点を改善する方法として、特許文献１には、膜シートと支持板とを重ね合わせ、互いの接合部にレーザを照射することにより、膜シートを支持板に溶着する平膜エレメントの製造方法が開示されている。この方法では膜シートをレーザ透過性が大きな材質、支持板をレーザ吸収性が大きい材質とし、膜シートを支持板方向に押圧しながら膜シートの側から接合部に対してレーザを照射して支持板に溶着させる。この特許文献１に開示された方法によれば接合部での接着力が強くて劣化しにくく、膜シートの横方向からのリークが発生し難い平膜エレメントを比較的安価に製造することができる。
特開２００５−２７９５８０号公報

しかしながら、平膜エレメントには膜シートとしてセラミックや金属微粒子などの無機系の素材を含有しているものがある。このような平膜エレメントでは膜シート側からレーザを照射しても、レーザが無機系の素材に遮られて透過しない。このため、膜シートと支持板との接合部を溶着できず、特許文献１に開示された方法を適用できないという問題点があった。

本発明の目的は、前記従来技術の問題点を解消し、膜シートが無機系の素材を含有している場合であっても、膜シートと支持板との接合部をレーザの照射によって溶着することができる平膜エレメントの製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る平膜エレメントの製造方法は、固液分離を行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、互いの接合部にレーザを照射することによって、前記膜シートと支持板を溶着する平膜エレメントの製造方法において、前記支持板をレーザ透過性の材料で構成するとともに、前記レーザを前記支持板の側から前記接合部に向けて照射することを特徴とする。

上記の方法においては、前記接合部にレーザ吸収性を有する溶着剤を介在させることができる。
また、前記平膜エレメントが前記支持板の両面に前記膜シートを張り付ける構成である場合には、前記支持板の一面に第１の膜シートを溶着した後に、前記支持板の他面に張り付ける第２の膜シートを支持板との接合部が前記第１の膜シートの端部よりも外側になるように配置し、前記第２の膜シートを溶着することが望ましい。

本発明によれば、支持板をレーザ透過性の材料で構成するとともに、レーザを支持板の側から接合部に向けて照射するので、膜シートが無機系の素材を含有しておりレーザ透過性がない場合であっても、膜シートと支持板との接合部をレーザの照射によって容易に溶着することができる。

また、接合部にレーザ吸収性を有する溶着剤を介在させると、膜シートの材料構成と切り離して、レーザ吸収性の高い最適な溶着剤を選択することができるので、信頼性の高い平膜エレメントの製造を実現することができる。このため、膜シートが無機系の素材のみによって構成されている場合にも本方法を適用することができる。

また、支持板の一面に第１の膜シートを溶着した後に、支持板の他面に張り付ける第２の膜シートを支持板との接合部が第１の膜シートの端部よりも外側になるように配置して溶着すると、平膜エレメントが支持板の両面に膜シートを張り付ける構成である場合にも本方法を適正に実施することができる。

図１は本発明に係る平膜エレメントの製造方法の第１実施形態を示す部分断面図である。膜シート１０は大別してスキン層１０ａと含浸層１０ｂと支持層１０ｃとによって構成される。スキン層１０ａは固液分離の役割を分担し、セラミックや金属微粒子などの無機系の素材によって形成されている。支持層１０ｃは膜シート１０全体を支持する役割を分担し、例えばポリエチレンなどの合成樹脂によって形成されている。支持層１０ｃを形成する合成樹脂にはカーボンブラックなどの顔料を混合して、レーザ吸収性を高めておくことも有効である。含浸層１０ｂは支持層１０ｃの中にスキン層１０ａを構成する素材が入り込み含浸した状態で形成されている。これらの各層は実際には図示のような明確な境界線は存在せず、含浸層１０ｂのスキン層１０ａ側ではスキン層１０ａを構成する無機系の素材の割合が多く含まれ、支持層１０ｃ側に近づくに従ってスキン層１０ａを構成する無機系の素材の割合が少なくなっている。

支持板２０は枠状の周縁部２０ａと枠内部の通水部２０ｂとによって構成されている。通水部２０ｂは張り付けた膜シート１０が撓まないように膜シート１０を面支持しつつ濾過水が自由に通り抜けできる集水溝を有した形状に特殊加工されている。支持板２０はレーザ透過性の有る材料、好ましくは透明度の高い合成樹脂によって形成する。顔料を多く混合した合成樹脂は透明度が低くなり、レーザ透過性が低下するので支持板２０の材質としては好ましくない。

膜シート１０と支持板２０を溶着して平膜エレメントを製造する場合には、図示のように、支持層１０ｃを上側にした膜シート１０の上面に支持板２０の下面を重ね合わせる。次に、支持板２０の周縁部２０ａの上面から押圧具２６によって膜シート１０と支持板２０を重ね合わせた接合部を押圧し、接合部における膜シート１０と支持板２０との密着性を高める。次に、レーザ照射器２２によって支持板２０の上面側から接合部に対してレーザ２４を照射する。

周縁部２０ａに到達したレーザ２４はレーザ透過性の周縁部２０ａを透過し、膜シート１０の支持層１０ｃの上面に到達する。支持層１０ｃは前記したようにレーザ吸収性の高い合成樹脂で形成されているので、支持層１０ｃに到達したレーザ２４は支持層１０ｃに吸収され、この時の吸収熱によって支持層１０ｃの樹脂を溶融させる。吸収熱はさらに膜シート１０の含浸層１０ｂに伝導し、含浸層１０ｂの樹脂をも溶融させ、溶融域をスキン層１０ａに達するまで広げることができる。また、支持層１０ｃの樹脂の溶融熱は支持板２０の周縁部２０ａの下面にも伝導し、周縁部２０ａを形成している樹脂を溶融させる。

このようなレーザ２４の照射による合成樹脂の溶融操作を溶着経路に沿って運行させることにより、レーザ照射後に自然冷却で硬化した溶融域は溶着部２８を形成する。この溶着部２８は膜シート１０と支持板２０を強固に溶着するとともに、溶着域がスキン層１０ａにまで達しており、膜シート１０の含浸層１０ｂの横断面を遮蔽する。このため、膜シート１０における含浸層１０ｂや支持層１０ｃからの横方向のリークの発生を有効に防止する。

なお、押圧具２６は支持板２０と同様にレーザ透過性の高い材料で形成することが望ましい。すなわち、押圧具２６はレーザ２４の照射と干渉する位置に配置する場合が多いが、押圧具２６をレーザ透過性の高い材料で形成するとレーザ２４の照射を押圧具２６を介して行うことができるので溶融操作を溶着経路に沿って運行させる際の作業性が飛躍的に向上する。

図２は製品化された平膜エレメントの一部を切欠いて示した部分正面図である。膜シート１０は周縁部２０ａの全周に形成した溶着部２８によって支持板２０と溶着される。周縁部２０ａには濾過水を吸引するための吸引口３０が取付けられており、膜シート１０の透過水は通水部２０ｂを経て、吸引口３０から外部へ排出される。図２では１条の溶着部２８によって膜シート１０と支持板２０とを溶着した場合を示したが、特許文献１に記載されているように、２条の溶着部によって膜シート１０と支持板２０とを溶着すれば、より一層強固な平膜エレメントを製造することができる。

図３は本発明に係る平膜エレメントの製造方法の第２実施形態を示す部分断面図である。図３においてに図１と同一の符号を付した要素は前記第１実施形態と同様の要素であり、説明を省略する。本実施形態では膜シート３２と支持板２０との接合部にレーザ吸収性を有する溶着剤３４を介在させている。溶着剤３４を膜シート３２の上面接合部或いは支持板２０の下面接合部に予め塗布しておき、両者を重ね合わせることによって図示の状態に介在させることができる。また、溶着剤３４が塗布性の材料ではなく自己形状を保持可能な材料である場合には、当該溶着剤３４を接合経路に合わせて成形し、膜シート３２の上面接合部に載置した後に支持板２０を重ね合わせることによって図示の状態に介在させることもできる。

本実施形態ではレーザ２４の照射によって、溶着剤３４がレーザを吸収して最初に溶融し、その溶融熱が膜シート３２や支持板２０の周縁部２０ａに伝導することによって溶着が促進する。この本実施形態の方法によれば、レーザ吸収性の高い溶着剤３４を膜シート３２の材料構成と切り離して、最適なものを選択することができるので、信頼性の高い平膜エレメントの製造を実現することができる。したがって、本方法は膜シート３２が無機系の素材のみによって構成されている場合にも適用することができる。ただし、無機系の素材は一般に融点が高く、レーザの照射では溶融し難い。したがって、膜シート３２が無機系の素材のみによって構成されている場合には、溶着剤３４の溶融物が無機系素材の粒子間に深く入り込み、前記第１実施形態において説明した含浸層１０ｂのような層を形成するように、溶着剤３４の選択やレーザ照射条件を決定することが肝要である。

図４は本発明に係る平膜エレメントの製造方法の第３実施形態を示す部分断面図である。図４においてに図１と同一の符号を付した要素は前記第１実施形態と同様の要素であり、説明を省略する。通常、平膜エレメントは図５に示したように支持板の両面に膜シートを張り付けた構造が採用される。このような構造の平膜エレメントを製造する場合に、図４に示した方法が適用される。

すなわち、第１工程では図４（１）に示したように支持板２０の一面に第１の膜シート３６をレーザ２４の照射によって溶着する。第２工程では支持板２０の他面に張り付ける第２の膜シート３８として、第１の膜シート３６よりも平面寸法が十分に大きなものを予め用意しておく。次に、図４（２）に示したように第１工程によって第１の膜シート３６が溶着された支持板２０を反転させ、第２の膜シート３８と支持板２０との接合部が第１の膜シート３６の端部よりも外側になるように配置し、第２の膜シート３８をレーザ２４の照射によって溶着する。その結果、図４（３）に示したように支持板２０の一面に第１の膜シート３６を、支持板２０の他面に第１の膜シート３６よりも平面寸法が十分に大きな第２の膜シート３８を張り付けた平膜エレメント４０が製造される。

本実施形態によれば、支持板２０の一面に第１の膜シート３６を溶着した後に、支持板２０の他面に張り付ける第２の膜シート３８を支持板２０との接合部が第１の膜シート３６の端部よりも外側になるように配置して溶着するので、平膜エレメント４０が支持板２２の両面に膜シート３６、３８を張り付ける構成である場合でも、支持板２０の側からレーザ２４を照射する溶着方法を適正に実施することができる。

本発明に係る平膜エレメントの製造方法の第１実施形態を示す部分断面図である。 製品化された平膜エレメントの一部を切欠いて示した部分正面図である。 本発明に係る平膜エレメントの製造方法の第２実施形態を示す部分断面図である。 本発明に係る平膜エレメントの製造方法の第３実施形態を示す部分断面図である。 平膜エレメントの一般的な構成を示す部分断面図である。

符号の説明

１０………膜シート、１０ａ………スキン層、１０ｂ………含浸層、１０ｃ………支持層、２０………支持板、２０ａ………周縁部、２０ｂ………通水部、２２………レーザ照射器、２４………レーザ、２６………押圧具、２８………溶着部、３０………吸引口、３２………膜シート、３４………溶着剤、３６………第１の膜シート、３８………第２の膜シート、４０………平膜エレメント。

Claims (3)

1. 固液分離を行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、互いの接合部にレーザを照射することによって、前記膜シートと支持板を溶着する平膜エレメントの製造方法において、前記支持板をレーザ透過性の材料で構成するとともに、前記レーザを前記支持板の側から前記接合部に向けて照射することを特徴とする平膜エレメントの製造方法。
2. 前記接合部にレーザ吸収性を有する溶着剤を介在させることを特徴とする請求項１に記載の平膜エレメントの製造方法。
3. 前記平膜エレメントが前記支持板の両面に前記膜シートを張り付ける構成であり、前記支持板の一面に第１の膜シートを溶着した後に、前記支持板の他面に張り付ける第２の膜シートを支持板との接合部が前記第１の膜シートの端部よりも外側になるように配置し、前記第２の膜シートを溶着することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の平膜エレメントの製造方法。

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