JP2013227870A - ダイヤフラムおよび往復ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】酸化性物質を含む液体に対する耐食性・耐久性に優れたダイヤフラムを提供する。
【解決手段】
往復動させて流体５０を搬送するために用いられるダイヤフラム１００であって、フッ素系樹脂から構成された非多孔膜１４と、非多孔膜１４に積層されたゴム膜部材１０と、ゴム膜部材１０と非多孔膜１４との間に配置されたガスバリア膜１２とを備え、非多孔膜１４とガスバリア膜１２とは熱圧着によって接合されている、ダイヤフラムである。
【選択図】図６

Description

本発明は、ダイヤフラムおよび往復ポンプに関する。特に、酸化性物質を含む液体に対する耐食性または耐久性に優れたダイヤフラム、および、当該ダイヤフラムを用いた往復ポンプに関する。

一般的に、水道水は、水源となる川やダムの水から作られる。水源となる川やダムの水は、微生物や病原生物、ウイルスなどを含んでいるため、そのままでは水道水として使うことはできない。そのため、細菌・微生物・ウイスルなどを殺菌・消毒する必要がある。この殺菌・消毒のためには、次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）や次亜塩素酸カリウム（Ｃａ（ＣｌＯ₂）などの次亜塩素酸アルカリが非常に良く用いられている。

次亜塩素酸アルカリは水溶液にすることにより、残留塩素と呼ばれる次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）、次亜塩素酸イオン（ＨＣｌＯ^-）などが生成する。この残留塩素が細菌や微生物の呼吸系酵素を阻害し、細胞の同化作用を停止させ、細菌・微生物などを死滅させることができると言われている。また、最近では、次亜塩素酸アルカリによる殺菌処理の代わりに、殺菌力に優れた二酸化塩素（ＣｌＯ₂）も使用されている。二酸化塩素は次亜塩素酸アルカリと異なり、ｐＨ値によって滅菌効果がほとんど影響されず、また、酸化反応そのもので細菌・微生物を酸化分解することによって死滅させることができる。

また、このような殺菌処理は、水道水に限らず、プール、スーパー銭湯、温泉などの水の殺菌処理にも使用されている。さらに、殺菌処理方法も、この他に酸性イオン水や過酸化水素水（Ｈ₂Ｏ₂）、塩素水、次亜塩素酸水溶液などを用いたものも知られている。

このように、酸化性物質は、細菌・消毒・漂白などに幅広く利用されている。この酸化性物質を含む溶液を殺菌対象液体に搬送する方法としては、往復動ポンプによって定量搬送するものが用いられている。例えば、特許文献１には、往復動ポンプの１つであるダイヤフラムポンプが開示されている。

図１は、特許文献１に開示された往復動ポンプ（ダイヤフラムポンプ）１０００を示している。図１に示した往復動ポンプ１０００は、ポンプヘッド１１０と、ダイヤフラム１２０とから構成されている。ダイヤフラム１２０には、駆動源によって駆動するピストン部１３０が取り付けられている。そして、駆動源によりダイヤフラム１２０を往復動させることによって、第１継手１１１に設けられた吸入部１１１ａから、第２継手１１２に設けられた吐出部１１２ａに対して、搬送対象となる流体（例えば、次亜塩素酸アルカリ水溶液など）を搬送し得るように構成されている。第１継手１１１には、流体を供給する流体供給源（不図示）が接続されており、そして、第２継手１１２には、流体の供給を受ける流体受給部（不図示）が接続されている。また、吸入部１１１ａには、吸入側チャッキボール１１３が設けられ、そして、吐出部１１２ａには、吐出側チャッキボール１１４が設けられている。

ポンプヘッド１１０には、流体を搬送するためのポンプ室１１０ａが形成されている。そして、ダイヤフラム１２０を矢印Ｂ方向に動かすことにより、ポンプ室１１０ａ内および各チャッキボール１１３、１１４に対して負圧を発生させ、吸入側チャッキボール１１３を移動させ（矢印Ｃ方向に移動させ）、吸入部１１１ａを介してポンプ室１１０ａに流体を流入させる。一方、ダイヤフラム１２０を矢印Ｂの反対方向に動かすことにより、ポンプ室１１０ａ内および各チャッキボール１１３、１１４に対して正圧を発生させ、吐出側チャッキボール１１４を移動させ（矢印Ｄ方向に移動させ）、吐出部１１２ａを介してポンプ室１１０ａから流体を吐出させる。このように、往復動ポンプ１０００ではダイヤフラム１２０を往復動させることによって、流体を搬送することができる。

特許文献１におけるダイヤフラム１２０は、図２に示すように、基布１２１と、基布１２１を挟むように一対の膜体１２２、１２３とから構成されている。また、図３に示すように、ダイヤフラム１２０の第１膜体１２２の上には、フッ素系樹脂１２４が設けられている。なお、ダイヤフラム１２０の強度を高めるべく、金属製の芯材を含めることができる。

ダイヤフラム１２０の基布１２１、第１膜体１２２、第２膜体１２３、フッ素系樹脂１２４の間は、接着剤を用いて互いに接合されており、加硫成形によって一体化されている。第１膜体１２２は、ポリエチレンに塩素を含有させてなる塩素化ポリエチレンによって形成されている。第２膜体１２３は、ネオプレンゴム（または、エチレンプロピレンゴム、フッ素ゴム）によって形成されている。

このダイヤフラム１２０によれば、搬送対象流体側に配設される第１膜体１２２が、酸化性物質に対する耐食性に優れた塩素化ポリエチレンによって構成されている。したがって、酸化性物質が接触しても腐食することはない。また、第１膜体１２２は、酸化性物質で構成されるガスを浸入させないため、酸化性物質で構成されるガスが浸透することによってダイヤフラムを構成する他の部材が腐食することを防止することができる。したがって、ダイヤフラム１２０を酸化性物質に対する耐食性または耐久性に優れたものにすることができる。さらには、ダイヤフラム１２０にフッ素系樹脂１２４を配設させることができるので、酸化性物質を含む流体以外の流体であっても、ダイヤフラム１２０を破損することなく使用することができる。

特開２００６−２０７５３３号公報

本願発明者は、ダイヤフラムを用いた往復動ポンプの耐久性の問題について検討した。まず、ゴム製のダイヤフラムを用いた往復ポンプでは、酸化性物質を含む溶液（殺菌対象液体）の強い酸化力によって、往復動ポンプを構成する部品が腐食してしまうという問題がある。具体的には、酸化性物質の酸化力によって、ダイヤフラムのゴム材料が腐食し破損してしまう。また、これらの酸化性物質は水溶液中にガスの状態でも存在している。当該ガスは、液体と比較して透過性が高くかつ強い腐食性を有するためにゴム材料にガスが浸透し、膨張し、強い酸化力によって、ゴム材料をより劣化させてしまう。さらには、ゴム材料は、ガスの透過を防ぐことができないので、ダイヤフラムの内部の金属などのポンプ構成部品を腐食させてしまうという問題が発生する。

また、ゴム材料の腐食を防止するために、ゴム材料の表面にフッ素系樹脂を付与したダイヤフラムの場合には、ゴム材料だけの場合よりも耐食性は向上する。しかしながら、フッ素系樹脂は、様々な溶液に対する耐食性に優れているものの、それは液体状態における様々な溶液への耐食性であり、それゆえに、ガス状態で存在する酸化性物質が透過することを防止することはできず、その透過性ガスによって、ゴム材料は劣化してしまう。

加えて、フッ素系樹脂とゴム材料とが接着剤によって接合されている場合は、酸化性物質からなる透過性ガスによって、その接着剤およびゴム材料の劣化が生じる。加えて、接着剤の劣化に伴って、フッ素系樹脂とゴム材料との接合が弱くなり、往復動ポンプの運動に支障が生じやすくなる。

このために、往復動ポンプでは、フッ素系樹脂を付与したタイプであっても、月に１回程度はダイヤフラムを交換する必要がある。往復動ポンプは連続使用をすることが望ましいが、この交換時には停止する必要があるとともに、ダイヤフラムの交換手間および交換コストがかかってしまう。そして、特許文献１に開示された構成においても、ダイヤフラムを構成する各層は接着剤によって接合されているので、接着剤の劣化に伴った支障が生じる。

本願発明者は、このような状況の中で、酸化性物質を含む液体に対する耐食性及び／又は耐久性に優れたダイヤフラムを鋭意検討し、本発明を完成するに至った。本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、酸化性物質を含む液体に対する耐食性及び／又は耐久性に優れたダイヤフラム、および、それを用いた往復動ポンプを提供することにある。

本発明に係るダイヤフラムは、往復動させて流体を搬送するために用いられるダイヤフラムであり、フッ素系樹脂から構成された非多孔膜と、前記非多孔膜に積層され、ゴム材料から構成されたゴム膜部材と、前記ゴム膜部材と前記非多孔膜との間に配置されたガスバリア膜とを備え、前記非多孔膜とガスバリア膜とは、熱圧着によって接合されている。

ある好適な実施形態において、前記ガスバリア膜は、塩素系ガスの透過を遮断する樹脂フィルムから構成されており、前記非多孔膜と前記ガスバリア膜との接合には接着剤が用いられていない。

ある好適な実施形態において、前記ガスバリア膜は、ポリ塩化ビニリデンから構成されている。

ある好適な実施形態において、前記ガスバリア膜は、ガスを遮断するガスバリア層と熱可塑性樹脂フィルムとの積層膜から構成されており、前記ガスバリア膜の熱可塑性樹脂フィルムは、前記非多孔膜と接する。

ある好適な実施形態において、前記ガスバリア層は、ポリ塩化ビニリデンフィルムであり、前記熱可塑性樹脂フィルムは、直鎖状低密度ポリエチレンフィルムを含む。

ある好適な実施形態において、前記非多孔膜は、テトラフルオロエチレンフィルムから構成されている。

ある好適な実施形態において、前記非多孔膜は、切削フィルムまたはキャスティングフィルムである。

ある好適な実施形態において、前記ゴム膜部材と前記ガスバリア膜とは、熱圧着によって接合されている。

ある好適な実施形態において、前記ゴム膜部材には、前記ダイヤフラムを往復動させるピストン部が接続されており、前記ゴム膜部材と前記ガスバリア膜との接合には接着剤が用いられていない。

ある好適な実施形態において、前記ガスバリア膜は、ガスを遮断するガスバリア層と、前記ガスバリア層の両面に形成された熱可塑性樹脂フィルムとの積層膜から構成されている。

ある好適な実施形態において、前記ゴム膜部材は、エチレンプロピレンゴムから構成されている。

本発明に係る往復動ポンプは、上記ダイヤフラムを備えた往復動ポンプである。

本発明に係る他の往復動ポンプは、往復動させて流体を搬送する往復動ポンプであり、ピストン部が取り付けられたダイヤフラムと、前記ダイヤフラムがセットされるポンプヘッドとを備え、前記ダイヤフラムは、接着剤を使用せずに熱圧着されて積層されたフィルム部材から構成されており、前記フィルム部材には、ガスバリア膜が含まれている。

ある好適な実施形態において、前記フィルム部材は、前記ポンプヘッド側に位置するフッ素系樹脂フィルムと、前記フッ素系樹脂フィルムに、ガスバリア膜を介して接合されたゴム膜部材とを含んでいる。

ある好適な実施形態において、前記フッ素系樹脂フィルムは、多孔質ではない切削フィルムまたはキャスティングフィルムであり、前記ガスバリア膜は、ポリ塩化ビニリデンフィルムである。

ある好適な実施形態では、前記ガスバリア膜における前記フッ素系樹脂フィルム側の面および前記ゴム膜部材側の面の少なくとも一方には、前記熱可塑性樹脂フィルムが形成されている。

ある好適な実施形態において、搬送される前記流体は、次亜塩素酸アルカリ水溶液、次亜塩素酸水溶液、塩素水、二酸化塩素水および過酸化水素水からなる群から選択される。

本発明によれば、フッ素系樹脂から構成された非多孔膜と、非多孔膜に積層されたゴム膜部材と、ゴム膜部材と非多孔膜との間に配置されたガスバリア膜とを備えており、そして、非多孔膜とガスバリア膜とは熱圧着によって接合されている。したがって、非多孔膜によって、酸化性物質を含む溶液をフッ素系樹脂で撥水（撥液）することができるとともに、非多孔膜を透過したガスをガスバリア膜によって、更なる奥への浸入を防止することができる。また、非多孔膜とガスバリア膜とは熱圧着によって接合されているので、接着剤によって接合されている場合と比較して、当該ガスによって接着剤が劣化することを回避することができる。その結果、酸化性物質を含む液体に対する耐食性及び／又は耐久性に優れたダイヤフラムを実現することができる。加えて、ダイヤフラムの交換頻度を減らすことができ、酸化性物質を含む液体に対する耐食性及び／又は耐久性に優れた往復動ポンプを実現することができる。

従来の往復動ポンプ（ダイヤフラムポンプ）１０００を示す断面図である。 従来のダイヤフラム１２０を示す断面図である。 従来のダイヤフラム１２０を示す断面図である。 本発明の実施形態に係るダイヤフラム１００を備えた往復動ポンプ２００の構成を示す断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態に係る往復動ポンプ２００の動作を説明するための断面図である。 本発明の実施形態に係るダイヤフラム１００の構成を示す一部拡大断面図である。 ダイヤフラム１０１の構成を示す一部拡大断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態を説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化のために、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。また、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事項は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書及び図面によって開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。加えて、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

図４を参照しながら、本発明の実施形態に係る往復動ポンプ２００について説明する。図４は、本発明の実施形態に係る往復動ポンプ２００の構成を模式的に示す断面図である。

本実施形態の往復動ポンプ２００は、往復動させて流体（溶液）５０を搬送する往復動ポンプ（ダイヤフラムポンプ）である。往復動ポンプ２００は、ピストン部２０が取り付けられたダイヤフラム１００と、ダイヤフラム１００がセットされるポンプヘッド３０とから構成されている。

ダイヤフラム１００は、フィルム部材１５から構成されており、駆動源（例えば、モータ）によって駆動するピストン部２０がフィルム部材１５に接続されている。ピストン部２０は、矢印５１、５２の方向に移動し、そして、そのピストン部２０の動きに追随してダイヤフラム１００（フィルム部材１５）は移動する。具体的には、矢印５２の方向に移動した時は、ダイヤフラム１００は負圧を発生させ、一方、矢印５１の方向に移動した時は、ダイヤフラム１００は正圧を発生させる。

ポンプヘッド３０には、流体を搬送するためのポンプ室（流体経路３４、３５を含む）が形成されている。ポンプヘッド１１０には、溶液５０を供給する供給部３１と、溶液５０を送り出す送出部３２が接続されている。本実施形態の往復動ポンプ２００では、供給部３１は重力方向の下方に位置し、一方、送出部３２は重力方向の上方に位置するように配置されている。なお、ピストン部２０は、水平方向に延びるように配置されている。

供給部３１には、溶液５０の導入経路３１ａが設けられている。また、供給部３１の内部空間３３には、導入経路３１ａの出口を塞ぐ逆止弁（チャッキボール）４１がセットされている。この例では、逆止弁４１は下部逆止弁であり、溶液５０が導入経路３１ａへ逆流しないようにする役割を有している。また、供給部３１の内部空間３３には、ポンプヘッド３０の流体経路３４の端部が接続されている。

送出部３２には、溶液５０の送出経路（排出経路）３２ａが設けられている。送出部３２の内部空間３６には、ポンプヘッド３０の流体経路３５の端部が接続されている。また、送出部３２の内部空間３６には、逆止弁（チャッキボール）４２がセットされており、逆止弁４２は、ポンプヘッド３０の流体経路３５の出口を塞ぎ、溶液５０が流体経路３５へ逆流しないようにする役割を有している。

本実施形態の流体（溶液）５０は、酸化性物質を含む液体である。流体５０は、例えば、次亜塩素酸アルカリ水溶液、次亜塩素酸水溶液、塩素水、二酸化塩素水、過酸化水素水などであるが、これらに限定されるものではない。本実施形態における往復動ポンプ２００は、主に、水の殺菌処理の用途に用いられるものであるが、その用途に限定されるものではなく、他の用途（例えば、医療用の殺菌用途、食品衛生の殺菌用途、漂白用途、工業生産用途など）に使用することともできる。

次に、図５（ａ）及び（ｂ）も参照しながら、本実施形態の往復動ポンプ２００の動作について説明する。まず、図４に示した状態からダイヤフラム１００を矢印５２の方向に移動させると、図５（ａ）に示すように、ポンプヘッド３０のポンプ室３０ａは負圧となり、矢印６１及び６２に示すように、液体５０が吸い上げられる。次いで、ダイヤフラム１００を矢印５１の方向に移動させると、ポンプヘッド３０のポンプ室３０ａは正圧となり、矢印６３及び６４に示すように、液体５０は送り出される。これを繰り返すことにより、液体５０の供給および排出（流入および送り出し）を連続して行うことができる。

ここで、ダイヤフラム１００を構成するフィルム部材１５における溶液５０への接触面（表面）１５ａは、溶液５０の酸化性物質に触れるとともに、当該酸化性物質からのガス（特に、塩素系ガス）に触れることになる。本実施形態のフィルム部材１５の裏面１５ｂは、ゴム材料から構成されているが、ゴム材料は、酸化性物質からのガスによって劣化してしまう。特に、ダイヤフラムポンプにおいて使用頻度の高い殺菌溶液が、次亜塩素酸アルカリから、殺菌力に優れた二酸化塩素（ＣｌＯ₂）へと変わってきており、それにより、酸化性物質由来の塩素系ガス（例えば、塩素ガス）の影響も大きくなっている。そのようなガスによる劣化を防止するために、本実施形態のダイヤフラム１００においては、図６に示すような構造を有している。

図６は、本実施形態に係るダイヤフラム１００の構造を示す断面図である。本実施形態のダイヤフラム１００は、フッ素系樹脂から構成された非多孔膜１４と、非多孔膜１４に積層され、ゴム材料から構成されたゴム膜部材１０とから構成されており、そして、ゴム膜部材１０と非多孔膜１４との間にはガスバリア膜１２が設けられている。さらに、本実施形態の構成では、非多孔膜１４とガスバリア膜１２とは、熱圧着によって接合されている。

本実施形態の非多孔膜１４は、テトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製フィルムから構成されている。フッ素系樹脂フィルムは、多孔質フィルムと、多孔質でないもの（非多孔フィルム）とが存在するが、本実施形態では、酸化性物質由来の塩素系ガス（塩素ガスなど）の透過をできるだけ抑制するために、多孔質でないフィルムを用いる。そのようなフッ素系樹脂フィルム（非多孔膜１４）は、切削フィルム、または、キャスティングフィルムである。

本実施形態において切削フィルムは、例えば、次のようにして作製される。まず、市販のＰＴＦＥモールディングパウダーを円筒状金型（ただし、下端閉鎖）に充填し、圧力２００ｋｇｆ/ｃｍ²で加圧して予備成型する。次に、この予備成型物を（丸棒状物）を温度３８０℃で３時間加熱して焼成する。その後、この焼成物を旋盤でフィルム状に切削することにより、切削フィルムを作製することができる。

また、本実施形態においてキャスティングフィルムは、例えば、次のようにして作製される。まず、市販のＰＴＦＥ粉末濃度６０重量％の水性ディスパージョンを、厚さ０．１ｍｍのポリイミドシート（キャリアシート）の片面に塗布する。その後、９０℃で２分間加熱し、次に、３６０℃で２分間加熱することにより、分散媒である水の蒸発除去、ＰＴＦＥフィルムの形成および該フィルムの焼成を行う。次いで、ポリイミドシートへのディスパージョンの塗布および多段加熱を２回繰り返した後、焼成されたＰＴＦＥフィルムをポリイミドシートから剥離することにより、キャスティングフィルムを作製することができる。

このようにして作製されたフィルムは、多孔質のＰＴＦＥと異なり、無孔のＰＴＦＥ（または、実質的に孔の無いＰＴＦＥ）である。ここで、無孔のＰＴＦＥシート（ＰＴＦＥフィルム）とは、イオンや低分子が通る領域の１ｎｍまたはそれ以下程度の孔が空いており、多孔質ＰＴＦＥシートのような孔があいているものではないものをいうが、ガスバリア性は、ガスバリア膜１２によって担保されるので、フッ素系樹脂フィルムの孔の寸法・数などは必ずしも重要視しなくてよい。

また、フッ素系樹脂フィルム１４は、撥水性（撥液性）に優れているので、ダイヤフラム１００（フィルム部材１５）が、酸化性物質の酸化力で劣化することを抑制することができる。この点、フッ素系樹脂フィルム１４が存在せずに、ガスバリア膜１２が、フィルム部材１５の表面１５ａに位置している場合と比較して、ダイヤフラム１００の耐食性及び又は耐久性を向上させることができる。

本実施形態のガスバリア膜１２は、酸化性物質由来の塩素系ガス（塩素ガスなど）の透過を遮断する樹脂フィルムから構成されている。ガスバリア膜１２を構成する樹脂フィルムの材料（すなわち、高ガスバリア性を有する高分子材料）としては、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、エチレンビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ、ＶＤＣ−ＭＡ共重合体）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ナイロン６、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）などを挙げることができる。そして、酸化力のあるガスへの耐久性と、酸化性物質を含む溶液から発生するガスには湿分も含む可能性があるので耐水蒸気透過性とを考慮すると、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が好ましい。これらの中では、特に、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）が好ましい。

ここで、本実施形態においては、ガスバリア膜１２のガス透過性は、より厳密性を出すために、塩素ガスの大きさよりも小さい酸素ガスの透過性で評価するものとする。ガスバリア膜１２のガス透過性をＯ₂透過性で評価すると、次の通りである。Ｏ₂透過性の指標として、（ｃｃ／ｍ²・２４ｈ・ａｔｏｍ）、２５℃、６５％ＲＨ（相対湿度）、フィルム厚２５μｍを用いた場合、ＰＶＤＣは１〜２、ＥＶＯＨは０．２〜１．５、ＰＡＮは５、ＰＥＴは８０である。ガスバリア性としては、ＰＶＤＣおよびＥＶＯＨが優れており、酸化力のあるガスへの耐久性の面で、ＰＶＤＣが優れている。なお、テフロン（登録商標）の場合のＰＴＦＥは、撥水性（撥液性）に優れているものの、当該Ｏ₂透過性の指標では、約７８９４であり、ＰＶＤＣと比較して、ガスを透過させてしまう。なお、高密度ポリエチレンのガスバリア性は、上記のＯ₂透過性の指標で、２９００程度である。したがって、ポリエチレン内の一部の構造を塩素化した塩素化ポリエチレンのガスバリア性は、高密度ポリエチレンのガスバリア性と同程度かその周辺のものになると予想され、言い換えると、塩素化ポリエチレンのガスバリア性は、ＰＶＤＣ（またはＥＶＯＨ）のような良好な値とはならないものと推測される。

また、ガスバリア膜１２の厚さは、厚ければ厚いほど、ガスバリア性の効果は高くなるが、ダイヤフラム１００の往復動における変形が阻害されない程度の厚さにすることが望ましい。具体的には、ガスバリア膜１２の厚さは、ダイヤフラム１００における柔軟性を決定する指標（引っ張り強度、弾性率、ダイヤフラムとしての耐久力）に基づいて、適宜好適なものを決定すればよい。一例としては、ガスバリア膜１２およびフッ素系樹脂フィルム１４の両方の厚さとして、例えば０．０１ｍｍ〜３ｍｍにすることができる。そして、ガスバリア膜１２の厚さとしては、例えば０．００１ｍｍ〜１ｍｍにすることができる。なお、ガスバリア膜１２の引っ張り強度および弾性率は、ダイヤフラム１００の機能を満たすような所望の値のものが用いられる。

本実施形態のゴム膜部材１０は、例えば、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ネオプレンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、ニトリルゴムから構成されている。本実施形態の構成では、耐薬品性・耐候性等の点から、ゴム膜部材１０としてはエチレンプロピレンゴムシートが好ましいが、これに限定されるものではない。ここで、ゴム膜部材１０の厚さは、特に限定されるものではないが、例えば、０．１ｍｍ〜５ｍｍにすることができる。

本実施形態の構成では、フッ素系樹脂フィルム（非多孔膜）１４とガスバリア膜１２とは、熱圧着によって接合されている。したがって、フッ素系樹脂フィルム１４とガスバリア膜１２とを接合するのに接着剤を用いる必要がない。それゆえに、酸化性物質からのガス（例えば、塩素ガス）によって接着剤が劣化することを防止することができ、それゆえ、接着剤の劣化に起因して、フッ素系樹脂フィルム１４とガスバリア膜１２とが剥がれる（分離する）ことを抑制することができる。

また、本実施形態において、熱圧着は、例えば、次のような方法で実行することができる。例えば、熱圧着の方法としては、フィルムの上下に設置した加熱板で挟み込み、フィルムを加熱し圧着するような熱板式の方法や、２枚のフィルムの間に熱風を吹きつけ加熱し、ロールの加圧によって加熱し圧着するような熱風式の方法や、２本のロールの間（片方が加熱されたロールもしくは両方とも加熱されたロール）を２枚のフィルムを通して加熱し圧着するようなロール式の方法などを挙げることができる。なお、熱板式の方式では熱板のサイズに限界があり、また熱風式では熱風温度、風量、吹出しノズルの位置調整等の熱風の管理が困難であるという問題もあるので、ロール式が一番連続生産可能であり、かつ管理が容易という点で望ましい。加えて、熱圧着によるラミネート処理を行いやすくするために、フッ素系樹脂フィルム１４においてガスバリア膜１２を付与する面に、化学処理（粗面処理）、または、スパッタエッチング処理などを行うことが好ましい。

また、フッ素系樹脂フィルム（非多孔膜）１４の単体と、ガスバリア膜１２の単体とを互いに熱圧着させる手法の他、両者の接合性を向上させる上で（または、材料同士の相性をできるだけ緩和してラミネート性を向上させる上で）、フッ素系樹脂フィルム１４とガスバリア膜１２との間に、熱可塑性樹脂フィルム（例えば、融点が３００℃以下の熱可塑性フィルム）を介在させることも可能である。そのような熱可塑性樹脂フィルムとして、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ、または、リニアポリエチレン）、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）等を用いることができる。介在される熱可塑性樹脂フィルムの厚さは、例えば、０．００１ｍｍ〜０．５ｍｍである。本実施形態の構成において、熱可塑性樹脂フィルムを介してフッ素系樹脂フィルム１４とガスバリア膜１２とを熱圧着させるには、例えば、上述した熱圧着方法を使用することができる。

また、フッ素系樹脂フィルム１４に熱可塑性樹脂フィルムを配置したもので、ガスバリア膜１２とのラミネート（熱圧着による積層）を実行しても構わない。あるいは、ガスバリア膜１２に熱可塑性樹脂フィルムを配置したもので、フッ素系樹脂フィルム１４とのラミネート（熱圧着による積層）を実行しても構わない。

さらに、ガスバリア膜１２とゴム膜部材１０との接合を熱圧着で行うことが好ましい。ガスバリア膜１２とゴム膜部材１０との接合を熱圧着で行うことで、接着剤を用いて接合する必要をなくすることができる。ガスバリア膜１２とゴム膜部材１０との接合は、ガスバリア膜１２によってガスが遮断された箇所であるため、接着剤を用いても、ガスによる接着剤の劣化の影響を回避することができる。したがって、当該接合に接着剤を用いることは可能である。一方で、フッ素系樹脂フィルム１４とガスバリア膜１２とゴム膜部材１０とを一体で熱圧着にてラミネートすることにより、接着剤を用いずにダイヤフラム１００を一括して作製することができるという利点がある。

なお、ガスバリア膜１２とゴム膜部材１０との接合を熱圧着で実行する場合にも、両者の接合性を向上させる上で（または、材料同士の相性をできるだけ緩和してラミネート性を向上させる上で）、熱可塑性樹脂フィルム（例えば、融点が３００℃以下の熱可塑性フィルム）を介在させることも可能である。なお、ガスバリア膜１２に熱可塑性樹脂フィルムを配置したもので、ゴム膜部材１０とのラミネート（熱圧着による積層）を実行しても構わない。あるいは、ゴム膜部材１０に熱可塑性樹脂フィルムを配置したもので、ガスバリア膜１２とのラミネート（熱圧着による積層）を実行しても構わない。さらには、ガスバリア膜１２の両面に熱可塑性樹脂フィルムを配置したもので、フッ素系樹脂フィルム１４とガスバリア膜１２とゴム膜部材１０とを、ラミネート（熱圧着による積層）してもよい。

また、フッ素系樹脂フィルム１４とガスバリア膜１２とは熱圧着によって接合（密着）されているのであれば、接合性を向上させるために接着剤を使用しても構わない。この場合、接着剤の劣化が生じても熱圧着によって両者の接合が確保されており、あくまで熱圧着による接合性をさらに向上させるものであるからである。

次に、本発明の実施例について説明する。なお、本実施例は、本発明を詳細に説明するものであり、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

実施例１として次のサンプルを用いた。ガスバリア性を持つフィルムサンプルは、日東電工（株）製ＰＴＦＥシートＮｏ．９０１ＵＬ（厚さ１００μｍ）に、旭化成ケミカルズ（株）バリオフレックスフィルム（構成：ＬＬＤＰＥ（直鎖状低密度ポリエチレン）３０μｍ／サランＵＢ（ポリ塩化ビニリデン）１５μｍ／ＬＬＤＰＥ３０μｍ）をラミネート（熱圧着）したサンプルである。この実施例１のサンプルに対して、酸素透過率測定装置（米国イリノイインスツルメンツ社製８００１型）を用いて酸素透過率測定を実行した。その結果、ガスバリア性を持つフィルムサンプルの酸素透過率は、２３℃・ＲＨ６０％、厚み２０μｍ換算にて、５２．０２ｃｃ／（ｍ²・ｄａｙ）であった。

なお、この実施例におけるＰＴＦＥとLLDPE/PVDC/LLDPEとの熱圧着は、ロール温度１６０℃（2本のロールの内片方のみ）、圧力０．５MPa、ロール速度０．１ｍ/minの条件で行って、積層体を作製した。LLDPE/PVDC/LLDPEは、上記の旭化成ケミカルズ社製のものであり、このフィルムは共押出しで作製したフィルムである。

また、比較例１としてはテフロン（登録商標）のシートの文献値をサンプルとし、そして、これは、サンプルの酸素透過率は、２３℃・ＲＨ６０％、厚み２０μｍ換算にて、約１６０００ｃｃ／（ｍ²・ｄａｙ）になる。すなわち、実施例１と比較例１と比べると、実施例１におけるガスバリア性は顕著に向上していることがわかる。したがって、酸素よりも大きい塩素ガス（または、酸化性物質由来のガス）は、本実施形態のガスバリア膜１２（すなわち、フッ素系樹脂フィルム１４及びガスバリア膜１２の積層体）によって遮断することができ、それゆえ、ゴム膜部材１０の劣化を抑制することができる。

本実施形態のダイヤフラム１００によれば、フッ素系樹脂フィルム１４とガスバリア膜１２とゴム膜部材１０との積層体を備え、フッ素系樹脂フィルム１４とガスバリア膜１２とは熱圧着によって接合されている。したがって、フッ素系樹脂フィルム１４によって、酸化性物質を含む溶液５０をフッ素系樹脂フィルム１４で撥水（撥液）することができるとともに、フッ素系樹脂フィルム１４を透過したガス（塩素ガスなど）をガスバリア膜１２によって、更なる奥への浸入を防止することができる。また、フッ素系樹脂フィルム１４とガスバリア膜１２とは熱圧着によって接合されているので、接着剤によって接合されている場合と比較して、当該ガスによって接着剤が劣化することを回避することができる。その結果、酸化性物質を含む液体５０に対する耐食性及び／又は耐久性に優れたダイヤフラム１００を実現することができる。加えて、ダイヤフラム１００の交換頻度を減らすことができ、酸化性物質を含む液体５０に対する耐食性及び／又は耐久性に優れた往復動ポンプ２００を実現することができる。

なお、本実施形態のダイヤフラム１００の改変例として、図７に示したようなダイヤフラム１０１を構築することができる。図７に示したダイヤフラム１０１は、フッ素系樹脂フィルム１４に蒸着膜１３が蒸着された構造を有しており、それがゴム膜部材１０に積層されている。蒸着膜１３は、無機材料からなり、また、無機材料の蒸着であるので、ガスバリア性に優れたものが構築することができる。ここでの無機材料は、例えば、シリカ（ＳｉＯ₂）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を挙げることができる。

Ｏ₂透過性の指標として、（ｃｃ／ｍ²・２４ｈ・ａｔｏｍ）、２５℃、６５％ＲＨ（相対湿度）、フィルム厚２５μｍを用いた場合、シリカ（ＳｉＯ₂）は１〜５で、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）は１〜５である。これらは、ガスバリア性では優れているが、当該ダイヤフラム１０１を往復動ポンプ２００として使用する場合には、柔軟性・可撓性において、上述したダイヤフラム１００の方が勝っている。また、アルミニウム（Ａｌ）は１〜５で、ニオブ・パラジウム（水素分離膜）はほぼ０であり、これらもガスバリア性では優れているが、アルミニウムは塩素に対する耐食性に劣り、ニオブ・パラジウムはコスト面で問題がある。なお、これらの問題を解決できる構造を採用する場合には、ダイヤフラム１０１を往復動ポンプ２００に採用することが可能である。

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。例えば、往復動ポンプ２００は、図４及び図５（ａ）及び（ｂ）に示したもので説明したが、本発明の実施形態に係るダイヤフラム１００を使用することができるものであればその構造・タイプは問わない。加えて、本実施形態では、ダイヤフラム１００の構成として、フッ素系樹脂フィルム１４／ガスバリア膜１２／ゴム膜部材１０の積層体（フィルム部材１５）を示したが、フッ素系樹脂フィルム１４の表面にさらに保護膜を形成することを禁止するものではないし、各層の間に適宜好適な層（上述の例では、低融点の樹脂フィルム）を配置することができる。さらには、ゴム膜部材１０の裏面側（１５ｂ）に、第２のガスバリア膜１２を形成して、往復動ポンプ２００の内部にガスが浸入しないような構造にすることも可能である。

本発明によれば、酸化性物質を含む液体に対する耐食性及び／又は耐久性に優れたダイヤフラム、および、それを用いた往復動ポンプを提供することができる。

１０ ゴム膜部材
１０ａ ポンプ室
１２ ガスバリア膜
１３ 蒸着膜（ガスバリア膜）
１４ 非多孔膜（フッ素系樹脂フィルム）
１５ フィルム部材
１６ ＤＬＣ膜（表面保護膜）
２０ ピストン部
３０ ポンプヘッド
３０ａ ポンプ室
３１ 供給部
３１ａ 導入経路
３２ 送出部
３４ 流体経路
３５ 流体経路
４１ 逆止弁
４２ 逆止弁
５０ 流体（溶液）
１００ ダイヤフラム
１０１ ダイヤフラム
１０２ ダイヤフラム
１１０ ポンプヘッド
１２０ ダイヤフラム
１２１ 基布
１２２ 第１膜体
１２３ 第２膜体
１２４ フッ素系樹脂
１３０ ピストン部
２００ 往復動ポンプ
１０００ 往復動ポンプ

Claims (17)

1. 往復動させて流体を搬送するために用いられるダイヤフラムであって、
   フッ素系樹脂から構成された非多孔膜と、
   前記非多孔膜に積層され、ゴム材料から構成されたゴム膜部材と、
   前記ゴム膜部材と前記非多孔膜との間に配置されたガスバリア膜と
   を備え、
   前記非多孔膜とガスバリア膜とは、熱圧着によって接合されている、ダイヤフラム。
2. 前記ガスバリア膜は、塩素系ガスの透過を遮断する樹脂フィルムから構成されており、
   前記非多孔膜と前記ガスバリア膜との接合には接着剤が用いられていないことを特徴とする、請求項１に記載のダイヤフラム。
3. 前記ガスバリア膜は、ポリ塩化ビニリデンから構成されている、請求項１または２に記載のダイヤフラム。
4. 前記ガスバリア膜は、ガスを遮断するガスバリア層と熱可塑性樹脂フィルムとの積層膜から構成されており、
   前記ガスバリア膜の熱可塑性樹脂フィルムは、前記非多孔膜と接する、請求項１または２に記載のダイヤフラム。
5. 前記ガスバリア層は、ポリ塩化ビニリデンフィルムであり、
   前記ガスバリア膜の熱可塑性樹脂フィルムは、直鎖状低密度ポリエチレンフィルムを含む、請求項４に記載のダイヤフラム。
6. 前記非多孔膜は、テトラフルオロエチレンフィルムから構成されている、請求項１から５の何れか１つに記載のダイヤフラム。
7. 前記非多孔膜は、切削フィルムまたはキャスティングフィルムである、請求項６に記載のダイヤフラム。
8. 前記ゴム膜部材と前記ガスバリア膜とは、熱圧着によって接合されている、請求項１から７の何れか１つに記載のダイヤフラム。
9. 前記ゴム膜部材には、前記ダイヤフラムを往復動させるピストン部が接続されており、
   前記ゴム膜部材と前記ガスバリア膜との接合には接着剤が用いられていないことを特徴とする、請求項１から８の何れか１つに記載のダイヤフラム。
10. 前記ガスバリア膜は、ガスを遮断するガスバリア層と、前記ガスバリア層の両面に形成された熱可塑性樹脂フィルムとの積層膜から構成されている、請求項１から９の何れか１つに記載のダイヤフラム。
11. 前記ゴム膜部材は、エチレンプロピレンゴムから構成されている、請求項１から１０の何れか１つに記載のダイヤフラム。
12. 請求項１から１１の何れか１つに記載のダイヤフラムを備えたことを特徴とする往復動ポンプ。
13. 往復動させて流体を搬送する往復動ポンプであって、
    ピストン部が取り付けられたダイヤフラムと、
    前記ダイヤフラムがセットされるポンプヘッドと
    を備え、
    前記ダイヤフラムは、接着剤を使用せずに熱圧着されて積層されたフィルム部材から構成されており、
    前記フィルム部材には、ガスバリア膜が含まれている、往復動ポンプ。
14. 前記フィルム部材は、
    前記ポンプヘッド側に位置するフッ素系樹脂フィルムと、
    前記フッ素系樹脂フィルムに、ガスバリア膜を介して接合されたゴム膜部材と
    を含んでいる、請求項１３に記載の往復動ポンプ。
15. 前記フッ素系樹脂フィルムは、多孔質ではない切削フィルムまたはキャスティングフィルムであり、
    前記ガスバリア膜は、ポリ塩化ビニリデンフィルムである、請求項１４に記載の往復動ポンプ。
16. 前記ガスバリア膜における前記フッ素系樹脂フィルム側の面および前記ゴム膜部材側の面の少なくとも一方には、前記熱可塑性樹脂フィルムが形成されている、請求項１３から１５の何れか１つに記載の往復動ポンプ。
17. 搬送される前記流体は、次亜塩素酸アルカリ水溶液、次亜塩素酸水溶液、塩素水、二酸化塩素水および過酸化水素水からなる群から選択される、請求項１３から１６の何れか１つに記載の往復動ポンプ。

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