JP2011167618A

JP2011167618A - 積層部材の製造方法

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Publication number: JP2011167618A
Application number: JP2010032846A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Marutani; 和弘丸谷
Original assignee: Japan Gore KK
Current assignee: Japan Gore KK
Priority date: 2010-02-17
Filing date: 2010-02-17
Publication date: 2011-09-01

Abstract

【課題】接着剤を使用せずに、除加湿用、気液分離用等の積層部材を製造する方法を提供する。
【解決手段】通気用開口部２と通液用開口部４を有する第１，第２の板状部材１，５を接合して形成される単位部材１０を複数積層して得られる積層部材の製造方法である。第１の板状部材１の主面には通液用開口部４を囲む第１のリブ６が形成されており、他主面には通気用開口部２および通液用開口部４を囲む第１の溝７が形成されており、第２の板状部材の一主面には通液用開口部４を囲む第２の溝８が形成されており、第２の板状部材の他主面には通気用開口部２および通液用開口部４を囲む第２のリブ９が形成されており、第１の板状部材の第１の溝と第２の板状部材の第２のリブとを重ね合わせ、重ね合わせ部分を超音波接合することにより第１，第２の板状部材１，５とを接合して単位部材１０を形成し、単位部材１０の第１のリブ６と他の単位部材の第２の溝８とを重ね合わせ、重ね合わせ部分を超音波接合することにより複数の単位部材１０を積層する。
【選択図】図１

Description

本発明は、気液分離に広く利用できる気液分離エレメント、気液分離器及び気液分離ユニット、特に加湿を必要とする空調分野に広く利用できる加湿エレメントの積層部材の製造方法に関するものである。この積層部材は、例えば、ビル、工場環境、家庭あるいは車両類において用いられる。

加湿、除湿、脱気、ガス溶解等の様々な産業分野において、気液分離膜を用いて気体と液体を分離（又は混合）する気液分離装置が利用されている。具体的には、疎水性高分子材料からなる多孔質シート（気体は透過するが液体は透過しない）を用いた透湿膜式の加湿器が知られている（特許文献１）。特許文献１では、薄板を中抜きにした形状の枠体の表面に、該中抜き部分を覆うように防水透湿シートが固定されるとともに、該防水透湿シートの表面に、該枠体の一対の対向する辺を装架するように複数のリブが配設された加湿エレメント材料が、２枚、裏面同士を重ね合わせて接着により一体化されおり、該枠体と該防水透湿シートで囲まれた液流路が形成されており、且つ該枠体の一部に、給液又は排液のための給排液口が１ヵ所以上形成されている気液分離エレメントが記載されている。

特開２００３−０９７８３１号公報

上記従来の気液分離装置は、多孔質シートをインサート射出成型して構成されるエレメント部材２つを溶着により合体して一つの単位部材（セル）を形成し、さらに接着剤を用いて単位部材同士を複数積み重ねることにより積層部材を構成している。したがって、エレメント部材は、接着剤による接着に適している樹脂で構成されている。逆にいえば、接着剤に馴染みにくい樹脂材料を使用することは困難である。

例えば、一般的に難接着性の材料であるポリプロピレン樹脂（以降「ＰＰ」と記載する）等の成型品を接着剤で接着することは容易ではない。一方、ＰＰを接着できる接着剤が一部にあるがコスト、生産効率の面において現在のところ現実的ではない。他の接着方法としてＰＰ表面をコロナ処理、プラズマ処理等の表面処理を行い、濡れ性を改善し接着剤を塗布することで接着することが一般的に知られているが、表面処理工程が増えることで加工が複雑になりコストアップの要因になる。

このような状況において、エレメント部材に使用できる樹脂材料は自ずと制限されていた。その結果、例えば加湿分野において求められる耐熱性、気液分離分野で求められる耐薬品性の面において樹脂材料の選択の余地が狭まってしまっていた。

また、接着剤を使用すること自体にも当然にデメリットはある。接着剤を塗ることで接着剤自体のコストがかかるだけでなく、溶剤系の接着剤を使用する場合、揮発性ガスが発生するため局所排気等の換気設備を備える必要がある。

本発明は、上記のような事情に着目してなされたものであって、接着剤を使用せずに、除加湿用、気液分離用等の積層部材を製造する方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決し得た本発明の積層部材の製造方法は、
分離膜を備えた通気用開口部、および通液用開口部を有する第１の板状部材と、分離膜を備えた通気用開口部、および通液用開口部を有する第２の板状部材とを接合して形成される単位部材を複数積層して得られる積層部材の製造方法であって、
前記第１の板状部材の一方主面には前記通液用開口部を囲むように第１のリブが形成されており、前記第１の板状部材の他方主面には前記通気用開口部および前記通液用開口部の双方を囲むように第１の溝が形成されており、
前記第２の板状部材の一方主面には前記通液用開口部を囲むように第２の溝が形成されており、前記第２の板状部材の他方主面には前記通気用開口部および前記通液用開口部の双方を囲むように第２のリブが形成されており、
第１工程として、前記第１の板状部材の第１の溝と前記第２の板状部材の第２のリブとを重ね合わせ、重ね合わせ部分を超音波接合することにより前記第１の板状部材と前記第２の板状部材とを接合して単位部材を形成する工程と、
第２工程として、前記単位部材の第１のリブと他の単位部材の第２の溝とを重ね合わせ、重ね合わせ部分を超音波接合することにより複数の単位部材を積層する工程とを有するものであるが、前記第１の板状部材の一方主面に第１のリブを形成する代わりに溝を形成し、前記第２の板状部材の一方主面に第２の溝を形成する代わりにリブを形成する態様も全く同様に上記の課題を解決するものである。

上記製造方法において、前記第１工程では、超音波振動部材と対向部材との間に前記第１の板状部材と前記第２の板状部材を挟み込むことにより超音波接合を行うものであり、前記超音波振動部材または前記対向部材には、前記第１の板状部材の第１のリブの当接を回避するための凹部又は開口部が設けられている態様とすることが好ましく実施される。

上記製造方法において、前記第２工程の超音波接合は、前記単位部材を１枚積層する度に行う態様とすることが望ましい。

上記製造方法において、前記第１の板状部材または前記第２の板状部材は樹脂であり、前記分離膜の固定は、樹脂の射出成型による前記第１の板状部材または前記第２の板状部材の成型と同時に行う工程を含むことが推奨される。

上記製造方法において、樹脂の射出成型による前記第１の板状部材または前記第２の板状部材の成型と同時に前記第１および第２のリブおよび溝を形成する工程を含むことが好ましく推奨される。

上記製造方法において、前記分離膜が高分子膜である態様が好ましい。

また、前記分離膜を防水透湿膜とした積層部材を形成することができる。

本発明では、通気用開口部と通液用開口部を有する２枚１組の板状部材（エレメント部材）に、通気用開口部と通液用開口部に対して特定の位置に、リブおよび該リブに対応する溝を形成することにより、液体流路の密封性を確保しつつ、効果的な超音波接合により、複数の単位部材を積層する方法を提供できるものである。これにより、単位部材の積層に接着剤を用いる必要がなくなるため、板状部材の材料選択の幅が拡がり、例えば加湿分野において求められる耐熱性、気液分離分野で求められる耐薬品性の面で従来よりも優れた積層部材を提供することができる。

本実施の形態における２枚１組の板状部材を示す上方斜視図である。本実施の形態における２枚１組の板状部材を示す下方斜視図である。本実施の形態における板状部材のリブおよび溝の拡大断面図である。本実施の形態における単位部材の上方斜視図である。（ａ），（ｂ）は、本発明の積層部材の製造方法を示す工程断面図である。本実施の形態における積層部材の断面図である。本実施の形態における積層部材の一部切り欠き斜視図である。本実施の形態における他の第１の板状部材の平面図である。本実施の形態における他の第１の板状部材の平面図である。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態における積層部材の製造方法について説明するが、説明に先立ち、まずは積層部材を構成する単位部材および単位部材を構成する２枚１組の板状部材についてそれぞれ説明する。

（単位部材）
図１および図２は、共に本実施の形態における２枚１組の板状部材（合体後は、単位部材）を示すものであるが、図１は上方斜視図、図２は下方斜視図である。なお、図１および図２は、通常用いられる板状部材よりも厚み方向に拡大して描かれたものである。図１および図２において、第１の板状部材１には通気用開口部２および通液用開口部４が形成されている。通気用開口部２には、気体は透過するが液体は透過しない分離膜（気液分離膜）３が形成されている。同様に、第２の板状部材５には、通気用開口部２および通液用開口部４が形成されており、通気用開口部２には分離膜３が形成されている。

第１の板状部材１の一方主面（外側面）には通液用開口部４を囲むように第１のリブ６が形成されており、第１の板状部材１の他方主面（内側面）には通気用開口部２および通液用開口部４の双方を囲むように第１の溝７が形成されている。また、第２の板状部材５の一方主面（外側面）には通液用開口部４を囲むように第２の溝８が形成されており、第２の板状部材５の他方主面（内側面）には通気用開口部２および通液用開口部４の双方を囲むように第２のリブ９が形成されている。

図３は、第１のリブ６および第２のリブ９、第１の溝７および第２の溝８の拡大断面図である。後に説明するが、各リブは各溝に対して超音波溶着により接合される。第１のリブ６および第２のリブ９の形状または大きさに特に制限はないが、好ましくはリブの高さは０．０１ｍｍ以上２ｍｍ以下、より好ましくは０．１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下、さらに好ましくは０．１５ｍｍ以上１ｍｍ以下とすることが望ましい。また、溝の断面積に対してリブの断面積を１０〜１３０％、より好ましくは３０〜１００％とする。リブの高さ、および断面積について上記好ましい範囲が存在する理由は以下の通りである。すなわち、リブが大きすぎると、超音波溶着時にリブを溶かすために大きなエネルギー量を要して接合に時間がかかってしまうためであり、また、溶けたリブの樹脂の溝からの「はみ出し量」が多くなりすぎて、第１の板状部材１と第２の板状部材５との間隔を一定に保てなくなるためである。一方、リブが小さすぎると、第１の板状部材１と第２の板状部材５を接合するのに十分な溶融樹脂量が確保できず、溶着部分の強度が十分に高くならないためである。

第１のリブ６および第２のリブ９の形状も特には制限されないが、図３に示すように台形状の突起とすることができる。台形の上底は０．０１ｍｍ以上２ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは０．０５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下、さらに好ましくは０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下である。

台形の２つの斜辺がなす角は、好ましくは６０度±３０度、より好ましくは、６０度± ２０度とする。上記角度が小さ過ぎると、リブの高さが確保できないために溝の底にリブが届かないおそれがあり、超音波振動が第１の板状部材１に伝わらなくなる。逆に大きすぎると、台形形状のリブの上底が大きくなり超音波振動のエネルギーが上底部に集中せず超音波振動が伝わりにくくなる、また板状部材を射出成型する際に成型品を金型から抜き出しにくくなるからである。

（第１工程）
次に、本発明図４に示すように、本実施の形態における２枚１組の板状部材は、合体されることにより単位部材１０をなす。図５（ａ）および（ｂ）は、本発明の積層部材の製造方法における第１工程（２枚１組の板状部材の超音波溶着）の工程断面図である。一般的に超音波溶着とは、２つの熱可塑性のプラスチック部材に超音波振動を与えることによりプラスチック部材の境界面で発熱させ、短時間での溶着を可能とするものである。超音波溶着機は、通常、超音波の音源の振動が伝えられる上側部材の超音波振動部材１１（振幅側金具：ホーン）と、これを下側から受ける対向部材１２（受け金具：アンビル）とを有しており、超音波振動部材１１と対向部材１２との間に２つのプラスチック部材を挟み込んだ状態で超音波を加えることにより２つのプラスチック部材の接点を溶融して両者を接合するものである。本発明において超音波接合は、超音波振動を用いてプラスチック部材の一部を溶融させることによりプラスチック部材どうしを接合させることを指すが、本実施の形態では、超音波溶着機を用いた説明を中心とし、超音波溶着と記載する場合もある。

後述するが、対向部材１２は開口部１２ａを有することが望ましい。本発明の実施の形態では、図５（ａ）に示すように、第１の板状部材１の第１の溝７と第２の板状部材５の第２のリブ９とを重ね合わせるようにして当接させたものを超音波振動部材１１と対向部材１２との間に挟みこむ。

続いて、超音波振動部材１１に超音波を印加することにより、図５（ｂ）に示すように、第１の板状部材１の第１の溝７と第２の板状部材５の第２のリブ９との重ね合わせ部分において第２のリブ９を溶融させ、第１の板状部材１と第２の板状部材５とを接合させる。これら一連の工程により単位部材１０が完成する。単位部材１０は、第１の板状部材１の分離膜３と第２の板状部材５の分離膜３に挟まれた封筒状を有しており、第１の板状部材１の通液用開口部４または第２の板状部材５の通液用開口部４を通して、液体を封筒状物の内部に循環できる構造となっている。

（第２工程）
次に、第１工程で形成された単位部材１０の第１のリブ６と、他の単位部材１０の第２の溝８とを重ね合わせ、この重ね合わせ部分を超音波接合することにより２枚の単位部材を積層する。第２工程における超音波接合にも同様の超音波溶着機を用いることができるが、第１のリブ６を溶融させるためには、第１のリブ６に超音波振動が伝搬されることが必要であるので、第１工程で用いた対向部材１２を、開口部１２ａを有しない対向部材１２（図示せず）に取り換えて使用する必要がある。単位部材１０は、例えば１枚ずつ超音波溶着機にかけて溶着接着させていく。単位部材１０どうしの接着を確実に行うためである。単位部材１０の１枚の積層を終えると、対向部材１２が単位部材１０の１枚分の厚みだけ、下降させるように設定することが好ましい。超音波振動部材１１（ホーン）の基本ポジションは固定したままで、単位部材１０を確実に１枚ずつ積み上げていけるからである。もちろん、対向部材１２の位置は固定しておき、単位部材１０の１枚の厚み分だけ順次、超音波振動部材１１を上昇させるように設定してもよい。

以上の工程によって、図６に示すように２層またはそれ以上の単位部材１０の積層部材が形成される。積層枚数は用途に応じて異なるが、通常、５枚〜１５０枚である。参考のため、図６の積層部材の一部切り欠き斜視図を図７に示す。

図７に示すように、積層部材は、通液用開口部４が連続して重なっている部分を液体流路としており、さらに、各単位部材１０の第１の板状部材１と第２の板状部材５の間に液体が流れ込む構造を有している。通液用開口部４から入って板状部材１と第２の板状部材５の間に流れ込んだ液体は、最後にもう一度通液用開口部４を経由して積層部材の外部に排出されてもよいが、各単位部材において通液用開口部４から離れた端部において液体を外部に流出させる機構を有していてもよい。このよう構造が実現される範囲において、第１の溝７、或いは、第２のリブ９は、必ずしも通気用開口部２の全周を囲む必要はなく、一部が分断される構造を有していてもよい。

積層部材は、単位部材１０内の板状部材１と第２の板状部材５の間に挟まれた液体が気化されて分離膜３から抜け出すような条件で運転される場合は、加湿器として働く。積層部材は、単位部材１０どうしの間に存在する蒸気が単位部材１０内に取り込まれるような条件で運転される場合は、除湿器として働く。また、積層部材は、単位部材１０内の液体に溶け込んだ気体が分離膜３から抜け出すような条件で運転される場合は、気液分離装置として働く。

ここで、本明細書の「分離膜」は、液体と気体の分離機能を有することを特定したものであり、使用方法としては除加湿のいずれの用途にも使用可能である。また、温度の異なる液体とガスとを接触させることで熱交換を行う熱交換器としても使用できる。また、液体に気体を溶解するガス溶解の用途に用いることも可能である。

以上、本発明の積層部材の製造方法の基本的要素について説明したが、積層部材の製造方法に、次に説明する特徴を追加しても本発明は同様に実施可能である。

本実施の形態では、第１の板状部材１の外側面に第１のリブ６、内側面に第１の溝７を形成し、第２の板状部材５の外側面に第２の溝８、内側面に第２のリブ９を形成したものを例に挙げて説明したが、第１の板状部材１の外側面にも内側面にも溝を形成し、第２の板状部材５の外側面にも内側面にもリブを形成したものでも同様に実施可能である。この場合、上記第１工程を実施する際に、第２の板状部材５の外側面に形成されたリブが開口部１２ａ内に納まるよう、第２の板状部材５の外側面を下側にして超音波接合を行う。

本発明の実施の形態においては、図５（ａ）および（ｂ）に示すように対向部材１２に第１のリブ６を逃げる程度の大きさを持つ開口部１２ａを設けることが好ましい。それは、次の理由によるものである。仮に、図５（ａ）および（ｂ）に示す対向部材１２に開口部１２ａが形成されていなければ、第１工程において第２のリブ９を溶融しようとする際に、対向部材１２に当接する第１のリブ６も同時に溶融されてしまい、第２工程において溶融されるべき第１のリブ６の形状が崩れてしまうからである。対向部材１２には、第１のリブ６を逃がすことができるスペースが存在していれば十分であるので、必ずしも開口部１２ａが貫通孔である必要はなく、凹部を形成してもよい。また、第１のリブ６の全体を包含する広さの開口部１２ａを形成する必要もなく、第１のリブ６に沿った環状溝であってもよい。

以下、第１のリブ６、第１の溝７、第２の溝８、第２のリブ９の配置に関し、より好ましい形態について説明する。図５（ａ）および（ｂ）に示すように、第１の板状部材１の通液用開口部４を囲むようにして第１のリブ６が形成されており、第１の溝７およびこれに接合する第２のリブ９は、第１のリブ６のさらに外側に形成されている。すなわち、第１の板状部材１の通液用開口部４と第２の板状部材５の通液用開口部４とを連通するように重ね合わせると、第１のリブ６と第２のリブ９は、第１の板状部材１の長手方向にずれた位置に配置されている。このような構成にすることにより、第１工程の際に、第２工程で使用するべき第１のリブ６が溶けずに済む。第１の板状部材１の長手方向のずれ量は、好ましくは０．３ｍｍ以上５０ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以上４０ｍｍ以下さらに好ましくは２ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。そのずれ量が少なすぎると、第２溶着工程で使用されるべき第１のリブ６、または第２の溝８が溶けてしまい、ずれ量が多すぎると、第１の板状部材１および第２の板状部材５にその分の面積が必要になり、設計上の無駄が多くなるためである。

第１の板状部材１および第２の板状部材５の材質としては、剛性を有している材料であれば適宜のものが使用でき、例えばＡＢＳ、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、ＰＯＭ、ＰＰＳ、ポリ塩化ビニル、アクリル、ポリカーボネート等のプラスチックを使用することができる。第１の板状部材１および第２の板状部材５の形状は、その内部に上記液体流路（加湿部）を形成できるものであれば特に限定されないが、加湿器の容積あたりの防水透湿膜面積を大きく取るには、略矩形状とするのが好ましい。第１の板状部材１および第２の板状部材５の寸法は、製造すべき加湿器の大きさに応じて適宜設定することができる。第１の板状部材１および第２の板状部材５の厚みが薄いほど、加湿器の容積あたりの分離膜３の面積が大きくなり加湿効率が高くなるが、０．５ｍｍよりも薄いと、圧力損失が高くなりすぎるとともに、単位部材１０としての強度が不足して水圧により単位部材１０が変形するという問題が生じる。

分離膜３は、水等の液体は通過させず水蒸気は透過させる防水透湿機能を持つものであれば特に限定されず、各種の材料を用いることができるが、典型的には、防水透湿膜、あるいは防水透湿膜と保護シートを積層したものを用いることができる。分離膜３の透湿度は高いほど好ましいが、通常は、５，０００〜１５０，０００ｇ／ｍ^２・ｄａｙ、好ましくは１０，０００〜１００，０００ｇ／ｍ^２・ｄａｙ、さらに好ましくは２０，０００〜７０，０００ｇ／ｍ^２・ｄａｙである。透湿度の測定方法は、ＪＩＳ１０９９−Ｂ１法による。

分離膜３として防水透湿膜を用いる場合は、高分子多孔質フィルムが好ましく使用される。このような高分子多孔質フィルムとしては、典型的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリテトラフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン／ヘキサフロロプロピレン共重合体、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン等の疎水性多孔質膜が挙げられるが、耐熱性、耐薬品性等の観点から多孔質ポリテトラフルオロエチレン膜が特に好ましい。多孔質ポリテトラフルオロエチレン膜は、厚み１〜１，０００μｍ、空孔率５〜９５％、孔径０．０１〜１５μｍの範囲のものが好ましく使用されるが、水蒸気透過性、耐水性、強度との兼ね合いから厚み２０〜２００μｍ、空孔率６０〜９０％、孔径０．１〜３μｍのものがより好ましい。また、このような多孔質ポリテトラフルオロエチレン膜は、延伸法、溶剤抽出法、キャスティング法などの従来公知の製法により製造することができるが、特に延伸法が、膜の強度に優れ、比較的製造コストが安いため好ましい。延伸法による多孔質ポリテトラフルオロエチレン膜の製造方法は、特開昭４６−７２８４号、特開昭５０−２２８８１号、特表平０３−５０４８７６号等の各公報に開示されている、従来公知の方法を用いることができる。また、多孔質ポリテトラフルオロエチレン膜は、片面又は両面に、上記公報に記載されているように、少なくとも一部が架橋されたポリビニルアルコール、酢酸セルロース、硝酸セルロース等の親水性ポリマーや、ポリアミノ酸、ポリウレタン樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂等の親水性樹脂の連続皮膜を設けて使用することもできる。さらに、多孔質ポリテトラフルオロエチレン膜は、上記公報に記載されているように、多孔質体骨格表面を撥水性及び撥油性を有する有機ポリマーで被覆し、かつ連続孔を残したものとして使用することも好ましい。例えば、ＷＯ９４／２２９２８号公報、ＷＯ９５／３４５８３号公報などに開示されているようなフルオロアルキルアクリレート及びフルオロアルキルメタクリレートを重合して得られるポリマーの水性エマルジョンをフッ素化界面活性剤（例えば、アンモニウムペルフロオロオクタノエート）を用いて形成し、それを多孔質ポリテトラフルオロエチレン膜に適用し、加熱することにより上記のような形態の膜が得られる。また、有機ポリマーとして、テトラフルオロエチレンと、アクリレート、メタクリレート、スチレン、アクリロニトリル、ビニル、アリル或いはアルケン等のモノマーとの二元又は三元以上のコポリマー、例えばフルオロアクリレート／テトラフルオロエチレン共重合体、フルオロアクリレート／ヘキサフルオロプロピレン／テトラフルオロエチレン共重合体も好ましく使用される。このようなコポリマーは耐汚染性、耐熱性、耐薬品性の点で優れ、かつ多孔質体骨格表面と強固に密着、結合するので好ましい。また、他の有機ポリマーとして、「ＡＦポリマー」（デュポン社の商品名）、「サイトップ」（旭硝子社の商品名）なども使用できる。これらの有機ポリマーを高分子多孔質膜の多孔質体骨格表面に被覆するには、例えば「フロリナート」（３Ｍ社の商品名）などの不活性溶剤にこれらのポリマーを溶解させ、高分子多孔質膜に含浸させた後、溶剤を蒸発除去する等の方法で行う。

また、分離膜３として、防水透湿膜に、補強層として保護シートを積層したものを使用することもできる。この場合、保護シートとしては、織物、編物、不織布、ネット、発泡シート、多孔質フィルム等の形態とすることができるが、織物、編物、不織布が、補強効果に優れ、柔軟でコストが安いため好ましく用いられる。また、その材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ナイロン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル等の樹脂材料や、金属、ガラス等を用いることができる。織物、編物、不織布等の繊維布帛を用いる場合は、芯鞘繊維を用いることも好ましい態様である。この場合、鞘部分に芯部分よりも低融点の樹脂材料を用いれば（例えば、芯部分にポリエステル、鞘部分にポリエチレンを用いる）、防水透湿膜と保護シートを熱融着積層する場合に融着加工が容易になる。保護シートを用いる場合、その厚みは５μｍ〜５ｍｍ、好ましくは１０μｍ〜１ｍｍ程度とすることが好ましい。厚みが５μｍ未満では保護シートの保護機能が不十分となり、５ｍｍを超えると防水透湿シートの厚みが厚くなり、加湿器が大型化してしまう。保護シートは、防水透湿膜の片面に積層しても、また両面に積層してもよいが、片面に保護シートを積層し、防水透湿膜を空気側に向けて使用するほうが加湿効率に優れているため好ましい。これは空気側が防水透湿膜の場合、空気側の拡散抵抗が低いため、防湿透湿膜を通過した水蒸気が空気中に速やかに拡散するためである。保護シートと防水透湿膜を積層する方法としては、防水透湿膜にグラビアパターンを施したロールで接着剤を塗布し、その上に保護シートを合わせてロールで圧着する方法、防水透湿膜に接着剤をスプレーし、その上に保護シートを合わせてロールで圧着する方法、防水透湿膜と保護シートを重ね合わせた状態で、ヒートロールにより熱融着する方法等、従来公知の方法を適宜用いることができる。接着剤を用いる場合、ウレタン、ポリプロピレン、ポリエチレン、エポキシ、シリコーン等の接着剤を用いることができる。防水透湿膜と保護シートの接着面積は、３〜９５％、好ましくは１０〜８０％である。接着面積が３％未満では防水透湿膜と保護シートとの接着強度が不十分となり、９５％を超えると十分な加湿性能が得られない。

第１の板状部材１および第２の板状部材５に分離膜３を固定する方法としては、第１の板状部材１および第２の板状部材５を成形する際に分離膜３と一体成型によって固定する方法（第１の板状部材１および第２の板状部材５がプラスチックの場合）、ウレタン、ポリプロピレン、ポリエチレン、エポキシ、シリコーン、溶剤、アクリル等の接着剤を用いて第１の板状部材１等に接着固定する方法、超音波融着、高周波融着、熱融着等の方法によって融着する方法（第１の板状部材１等または分離膜３が熱可塑性の材料である場合）などの公知の技術が利用できる。

上記固定方法として成型法を用いる場合、射出成型を用いれば、分離膜３と第１の板状部材１等を同時に一体成形できるため特に好ましい。

図８および図９は、第１の板状部材１の平面図であり、リブや溝の配置に関する他のバリエーションを示すためのものである。図８に示すように、第１のリブ６は、楕円状であってもよいし、勿論、円状であってもよい。また、図９に示すように、第１のリブ６は、二重に配置してもよい。二重に配置する場合は、内側の第１のリブ６の幅は、外側の第１のリブ６の幅よりも大きくとることが好ましい。内側の第１のリブ６は、主要封止部位として、外側の第１のリブ６は、補助的に使用するからである。第１のリブ６の形状は、通液用開口４の形状や求められる気密性に応じて適宜選択することができる。第１の板状部材１等の溝の配置に関しても同様である。

本発明において超音波接合できる具体的製法がもたらされたことにより、単位部材の積層に接着剤を用いる必要がなくなるため、板状部材の材料選択の幅が拡がり、例えば加湿分野において求められる耐熱性、気液分離分野で求められる耐薬品性の面で従来よりも優れた積層部材を提供することができる。また、接着剤の不要化により次のメリットが付随する。すなわち、（１）接着剤の塗布面積と比べ超音波接合するための面積は少なくて済むので接着面の設計がコンパクトにできる、（２）超音波接合を用いることにより接合に要する時間が極めて短くなる、（３）接着剤を使用しないことにより、揮発性の有機ガスが発生しなくなり、局所排気のための設備が不要となる、（４）積層部材をガス分離（吸収）装置として用いる場合、従来は接着剤に由来する揮発性ガスが発生するためにガス性能の測定時に誤差要因になることがあったが、接着剤を使用しなくなることでガスノイズがなくなり、測定誤差が少なくなる。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって制限を受けるものではなく、上記・下記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。

（実施例１）
超音波による接合が確実に行われるかどうかを確認するための試験を行った。図１および図２における第２の板状部材５のうち、通液用開口部４が形成されている厚肉の部分（以下、「厚肉部Ｂ」と記載する）を作製した。なお、厚肉部ＢはＡＢＳ樹脂を用いて形成し、通液用開口４は切削加工にて形成した。厚肉部Ｂの内側面には、第２のリブ９を配置した。第２のリブ９に沿う中心線は、厚肉部Ｂの端から２ｍｍ内方寄りの位置となるようにした。第２のリブ９の形成範囲は、厚肉部Ｂの長手方向に９０ｍｍ、短手方向に３４ｍｍとした。第２のリブ９の断面形状は台形状とし、下底０．６６ｍｍ、上底０．２ｍｍ、高さ０．４ｍｍとした。厚肉部Ｂの外側面には厚肉部Ｂの端から６ｍｍ内方寄りの位置に幅１．６ｍｍ、深さ０．１２ｍｍの第２の溝８を形成した。第２の溝８のさらに内方には通液用開口部４（厚肉部Ｂの短手方向に５ｍｍ、長手方向に３４ｍｍ）を形成した。

同様に、図１および図２における第１の板状部材１のうち、通液用開口部４が形成されている厚肉の部分（以下、「厚肉部Ａ」と記載する）を作製した。厚肉部Ａの内側面には、第１の溝７を配置した。第１の溝７の中心線は、第１の板状部材１の端から２ｍｍ内方寄りの位置となるようにした。第１の溝７の形成範囲は、厚肉部Ａの長手方向に９０ｍｍ、短手方向に３４ｍｍとした。第１の溝７の断面形状は矩形とし、幅１．６ｍｍ、深さ０．１２ｍｍとした。厚肉部Ａの外側面には厚肉部Ａの端から６ｍｍの位置に第２のリブ９と同じ断面形状を有する第１のリブ６を形成した。第１のリブ６の内方には通液用開口部４（厚肉部Ａの短手方向に５ｍｍ、長手方向に３４ｍｍ）を形成した。

厚肉部Ａと厚肉部Ｂの超音波接合工程（第１工程）には、超音波溶着機は超音波工業製「超音波プラスチックウェルダーＰ−２４１０」を使用した。超音波金型には、厚肉部Ａ，Ｂの大きさと同じサイズのものを使用した。第１工程の超音波溶着（単位部材１０の作製）を行うためにアンビル（対向部材１２）には抜き加工を施した。抜き加工の範囲は、厚肉部Ａの外側面の第１のリブ６の形成範囲より一回り大きくすることにより、第１のリブ６がアンビルの天面と干渉しないようにした。具体的には、アンビルを周囲の５ｍｍ分を残してくり抜き加工を行った。

厚肉部Ａ，Ｂを接合した単位部材１０を積み上げるための超音波接合工程（第２工程）を行う際には上記の抜き加工が施されていないアンビルを使用した。

溶着条件（第１工程）
第１の超音波溶着を行う条件として後に定義される発振開始時間を１．０秒、２次加圧圧切替え時間を１．２秒、発振時間を０．５秒、保持時間を０．５秒に設定し、１次加圧圧力を０．１ＭＰａ、２次加圧圧力を０．０６ＭＰａに設定し、超音波溶着を実施した。超音波溶着したものが十分に溶着されていることを確認した。加圧圧力は、アンビルとホーンにより厚肉部Ａ，Ｂを挟み込む圧力である。

溶着条件（第２工程）
第２の超音波溶着を行う条件として発振開始時間を１．０秒、２次加圧圧切替え時間を１．２秒、発振時間を０．７秒、保持時間を２．０秒に設定し、１次加圧圧力を０．１ＭＰａに、２次加圧圧力を０．６ＭＰａに設定して超音波溶着により単位部材１０を一枚ずつ積層した。単位部材１０を一枚重ねる度にホーンを単位部材１０の上部にあてながら超音波溶着を行うことで５枚以上溶着することが確認できた。耐水圧試験を行うため、試作された積層部材の片側の通水用開口部４に目止めを行い、反対側の通水用開口部４を通水チューブに繋げ、耐水圧測定を行ったところ、０．１ＭＰａ以上の水圧をかけても漏水が起こらなかった。これにより、超音波溶着部が通常の使用に耐えられる強度を有していることが確認できた。

（実施例２）
実施例１と同様の積層部材を試作した。実施例１と異なるところは、第２の超音波溶着部の信頼性を上げるために、図９に示すように、各リブおよび溝を二重構造にして作製した。具体的には、実施例１の積層部材の外側に端から１１ｍｍの位置に内周のリブと溝を追加した積層部材を試作した。この試作部材に対して実施例１と同様の耐水圧試験を行ったところ、同様に０．１ＭＰａ以上の水圧をかけても漏水が起こらなかった。これにより、超音波溶着部が通常の使用に耐えられる強度を有していることが確認できた。

（実施例３）
ＡＢＳ樹脂を用い、図１および図２に示した第１，２の板状部材１，５を作製した。分離膜３として用いた多孔質膜ポリテトラフルオロエチレン膜を第１，２の板状部材１，５にインサート射出成型した。第１，２の板状部材１，５の大きさは長手方向に３３０ｍｍ、短手方向に９０ｍｍである。長手方向において、通液用開口部４とは反対側の片端側より８ｍｍの位置から２９６ｍｍの位置に至るまで分離膜３がインサートされている。通液用開口部４側の３４ｍｍの部分は、実施例１と同じ大きさで分離膜３のない樹脂のみの状態とした。３３０ｍｍ×９０ｍｍの第１，２の板状部材１，５の内側面に、端から２ｍｍの位置に周囲全体に第１の工程を行うための第２のリブ９及び第１の溝７を形成した。リブや溝の断面形状は、実施例１のものと同じである。第１，２の板状部材１，５の外側面にも実施例１のものと同じ断面形状のリブおよび溝を形成した。

溶着条件（第１工程）
第１の超音波溶着を行う条件として発振開始時間を１．０秒、２次加圧圧切替え時間を１．２秒、発振時間を１．０秒、保持時間を１．０秒に設定し、１次加圧圧力を０．１ＭＰａ、２次加圧圧力を０．０６ＭＰａに設定し超音波溶着を実施した。超音波溶着したものが十分に溶着されていることを確認した。

溶着条件（第２工程）
第２の超音波溶着を行う条件として発振開始時間を１．０秒、２次加圧圧切替え時間を１．２秒、発振時間を０．７秒、保持時間を２．０秒に設定し、１次加圧圧力を０．１ＭＰａに、２次加圧圧力を０．６ＭＰａに設定して超音波溶着により単位部材１０を一枚ずつ積層した。単位部材１０を一枚重ねる度にホーンを上部にずらしながら超音波溶着を行うことで５枚以上溶着できることが確認できた。耐水圧試験を行うため、試作された積層部材の片側の通水用開口部４に目止めを行い、反対側を通水チューブで繋げ、耐水圧測定を行ったところ、０．１ＭＰａ以上の水圧をかけても漏水が起こらなかった。これにより、超音波溶着部が通常の使用に耐えられる強度を有していることが確認できた。

超音波発信機に関する諸定義：
発振開始時間：ウエルダ本体のリミットスイッチがＯＮになってから、ホーンの発振が始まるまでの時間（Ｗ．ＤＥＬＡＹ）。
２次加圧圧切替え時間：ウエルダ本体のリミットスイッチがＯＮになってから、２次加圧圧に切り替わるまでの時間（Ｐ．ＤＥＬＡＹ）。
発振時間：ホーンの発振時間（ＷＥＬＤ）。
保持時間：発振時間が終了してからホーンが上昇し始めるまでの時間（ＨＯＬＤ）。

１第１の板状部材
２通気用開口部
３分離膜
４通液用開口部
５第２の板状部材
６第１のリブ
７第１の溝
８第２の溝
９第２のリブ
１０単位部材
１１超音波振動部材
１２対向部材
１２ａ開口部

Claims

分離膜を備えた通気用開口部、および通液用開口部を有する第１の板状部材と、分離膜を備えた通気用開口部、および通液用開口部を有する第２の板状部材とを接合して形成される単位部材を複数積層して得られる積層部材の製造方法であって、
前記第１の板状部材の一方主面には前記通液用開口部を囲むように第１のリブが形成されており、前記第１の板状部材の他方主面には前記通気用開口部および前記通液用開口部の双方を囲むように第１の溝が形成されており、
前記第２の板状部材の一方主面には前記通液用開口部を囲むように第２の溝が形成されており、前記第２の板状部材の他方主面には前記通気用開口部および前記通液用開口部の双方を囲むように第２のリブが形成されており、
第１工程として、前記第１の板状部材の第１の溝と前記第２の板状部材の第２のリブとを重ね合わせ、重ね合わせ部分を超音波接合することにより前記第１の板状部材と前記第２の板状部材とを接合して単位部材を形成する工程と、
第２工程として、前記単位部材の第１のリブと他の単位部材の第２の溝とを重ね合わせ、重ね合わせ部分を超音波接合することにより複数の単位部材を積層する工程と、
を有する積層部材の製造方法。
前記第１の板状部材の一方主面に第１のリブを形成する代わりに溝を形成し、前記第２の板状部材の一方主面に第２の溝を形成する代わりにリブを形成する請求項１に記載の積層部材の製造方法。
前記第１工程では、超音波振動部材と対向部材との間に前記第１の板状部材と前記第２の板状部材を挟み込むことにより超音波接合を行うものであり、前記超音波振動部材または前記対向部材には、前記第１の板状部材の第１のリブの当接を回避するための凹部又は開口部が設けられている請求項１または２に記載の積層部材の製造方法。
前記第２工程の超音波接合は、前記単位部材を１枚積層する度に行う請求項１〜３のいずれかに記載の積層部材の製造方法。
前記第１の板状部材または前記第２の板状部材は樹脂であり、前記分離膜の固定は、樹脂の射出成型による前記第１の板状部材または前記第２の板状部材の成型と同時に行う工程を含む請求項１〜４のいずれかに記載の積層部材の製造方法。
樹脂の射出成型による前記第１の板状部材または前記第２の板状部材の成型と同時に前記第１および第２のリブおよび溝を形成する工程を含む請求項１〜５のいずれかに記載の積層部材の製造方法。
前記分離膜が高分子膜である請求項１〜６のいずれかに記載の積層部材の製造方法。
前記分離膜が防水透湿膜である請求項１〜７のいずれかに記載の積層部材の製造方法。