JP6946713B2 - フィルターケースの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、壁面に複数の開口部を有する略円筒状の支持枠に、不織布等のシート状フィルター材が溶着され、半径方向に流体透過性を有する略円筒状のフィルターケースを製造する方法に関する。

気体に混ざった液体や粉体を分離して浄化された気体を得るエアフィルターエレメントや、水道水をろ過する浄水器等においては、不織布等のシート状物をフィルター材として使用する方法が、広く知られている。

例えば、特許文献１には、金属繊維のろ過不織布を、中空円筒形状をなした格子構造の支持体に隙間なく巻き付け、超音波溶着により接合した構成のフィルターエレメントが開示されている。

また、特許文献２には、浄水器内部に組み込まれ、活性炭等の吸着剤を保持する部材として、複数の開口部を有する支持枠の外周に布帛を隙間なく貼り付けた構成の筒状体が開示されている。

上記どちらの構成も、略円筒状の支持枠の外周に、不織布等のシート状フィルター材が巻き付けられ接合されており、半径方向に流体透過性を有する略円筒状のフィルターケースである。支持枠とフィルター材との接合方法としては、超音波溶着（特許文献１）や熱融着（特許文献２）が挙げられている。

熱融着とは、熱板やコテ、ヒーター線などの加熱治具を用いて、熱と加圧力で熱可塑性樹脂を溶かし接合する加工技術であり、一般的に知られている。熱融着では、加熱治具を被溶着物の形状に合わせて設計、使用できるため、複雑な形状や大型形状に適用しやすいという利点がある。

超音波溶着とは、熱可塑性樹脂を微細な超音波振動と加圧力によって瞬時に溶融させ接合する加工技術であり、こちらの技術も一般的に知られている。超音波による溶着は、一瞬の摩擦熱で樹脂を溶融、固化できるため、所望の製品を得るためのサイクルタイムが短い点や装置の消費電力が少ない点、再現性が高く自動化しやすい点、溶着後の製品外観が綺麗に仕上がる点で利点がある。

また、熱融着、超音波溶着どちらにおいても、例えば、接着剤による接合と比べて、ランニングコストのかかる消耗材が不要な点で利点があり、一般的な樹脂加工技術として、様々な樹脂製品を加工する際に広く用いられている。

特開２００４−８９９８６号公報 特開２００８−１３６９３３号公報

しかしながら、特許文献１、特許文献２のいずれにも、支持枠とフィルター材との接合の位置関係や製造手順など具体的な製造方法は一切開示されていない。

本発明の目的は、上述のような、壁面に複数の開口部を有する略円筒状の支持枠の外周に、不織布等のシート状フィルター材が巻き付けられ接合され、半径方向に流体透過性を有する略円筒状のフィルターケースを製造する方法において、必要最小限の装置構成および製造工程で、フィルターケースを効率的に得ることができる、新たな製造方法を提供することである。

上述した目的を達成するために、本発明のフィルターケースの製造方法は、
壁面に複数の開口部を有する略円筒状の支持枠と、この支持枠の前記壁面に固定された流体透過性を有するシート状のフィルター材と、を有するフィルターケースの製造方法であって、
前記支持枠と前記フィルター材とを、２つの溶着治具を用いて、前記複数の開口部の全てを挟む位置で支持枠の円周方向に延びる２本の線状に溶着固定する工程であって、
前記フィルター材を前記支持枠に、フィルター材の巻き始めの部分と巻き終わりの部分とが互いに重なり合うまで、支持枠の円周方向に相対的に巻き付けながら、
前記２つの溶着治具をそれぞれ、前記フィルター材の上から前記２本の線状の位置に当て、前記フィルター材と前記支持枠とを溶着固定する円周溶着工程を含んでいる。

また、本発明のフィルターケースの製造方法は、前記円周溶着工程の前に、前記支持枠と前記フィルター材とを２点で溶着固定する工程であって、
前記フィルター材の一端を前記支持枠に配し、
前記２つの溶着治具のそれぞれを、前記フィルター材の上から前記２本の線状に溶着を開始する２点に当て、
前記支持枠と前記フィルター材とが相対位置を固定した状態で、前記２点で前記フィルター材と前記支持枠とを溶着固定する予備溶着工程を含んでもよい。

また、本発明のフィルターケースの製造方法は、前記円周溶着工程の後に、前記フィルター材の重なり部分を互いに溶着固定する工程であって、
前記２つの溶着治具のうちの一方の溶着治具を前記フィルター材から離し、
前記２つの溶着治具のうちの他方の溶着治具を用い、前記円周溶着工程においてこの他方の溶着治具が線状に溶着固定した終端点から、前記円周溶着工程において前記一方の溶着治具が線状に溶着固定した終端点までを結ぶように、前記フィルター材の重なり部分を互いに溶着固定する軸溶着工程を含んでもよい。

また、本発明のフィルターケースの製造方法は、前記円周溶着工程の途中で、前記支持枠と前記フィルター材との相対位置を固定させた状態で前記フィルター材を切断する工程であって、
前記フィルター材を切断する位置を、前記相対位置を固定させた状態から再び前記フィルター材を前記支持枠の円周方向に相対的に前記支持枠に巻き付けていったときに、フィルター材の巻き始めの部分と巻き終わりの部分とが互いに重なり合う分の長さを残した位置とする切断工程を含んでもよい。

本発明のフィルターケースの製造方法を用いれば、必要最小限の装置構成および製造工程で所望のフィルターケースを容易に製造できるため、装置の低コスト化を図ることができるとともに、効率的に生産を行うことができるため、大量生産が容易で、コスト競争力が高い製品を得ることができる。

本発明の実施形態の初期状態を示す概略構造図 本発明の実施形態の手順(1)の動作を示す概略構造図 本発明の実施形態の手順(2)の動作を示す概略構造図 本発明の実施形態の手順(3)の動作を示す概略構造図 本発明の実施形態の手順(4)の動作を示す概略構造図 本発明の実施形態の手順(5)の動作を示す概略構造図 本発明の実施形態の手順(6)の動作を示す概略構造図 本発明の実施形態の手順(7)の動作を示す概略構造図 本発明の実施形態の手順(8)の動作を示す概略構造図 本発明の実施形態の手順(9)の動作を示す概略構造図 本発明における支持枠と回転治具の位置決め、固定方法を示す概略構造図 本発明における支持枠と回転治具の固定方法を示す概略構造図 本発明における超音波ホーンの形状の一例を示す側面図 本発明における超音波ホーンの形状の一例を示す側面図 押え具を備えた本発明の実施形態を示す概略構造図

[フィルターケースの製造方法]
以下、本発明のフィルターケースの製造方法として、実施形態の一例を、図１Ａ〜図１Ｊを参照しながら説明する。ここで、本発明のフィルターケースの製造方法は、図１Ａに示す初期状態から開始され、以下に記載する手順(1)〜(9)の順に行われる。

[手順(1)]
図１Ａと図１Ｂを参照して手順(1)を説明する。図１Ａに示す初期状態から、略円筒状の支持枠１を、支持枠１の内形状に沿うような外形状を有する略円柱状の回転治具２に、図１Ｂに示すように矢印３１の方向に嵌め込み、保持する。支持枠１は、図１Ａ中に図示されているｙ方向（支持枠１の軸方向）の長さＬ１の範囲で、壁面に複数の開口部１５を有している。支持枠１を嵌め込む手段としては、人が手で直接嵌め込んだり、機械が支持枠１を把持して自動的に嵌め込むなど、いずれでもよい。また、回転治具２は、図示しない方法で固定された回転機構５と接続され固定されている。

[手順(2)]
図１Ｃを参照して手順(2)を説明する。回転治具２の近傍にあらかじめ準備されたシート状のフィルター材３の長尺物を、ニップロールやハンドなど図示しない方法を使用し、フィルター材３のｚ方向下端部一辺の近傍（以下、巻き始めの部分Ｓと呼ぶ）を支持枠１の外周面上に沿うように、矢印３２の方向に移動させる。このとき、巻き始めの部分Ｓは、次の手順(3)に備え、２つの溶着治具４が支持枠１を押圧する点２０Ａ、２０Ｂ（図１Ｄを参照）よりもｚ方向下側に移動させておく。点２０Ａ、２０Ｂについては次の手順(3)で説明をする。

[手順(3)] 図１Ｄを参照して手順(3)を説明する。なお、これ以降便宜的に、回転治具２の軸方向で回転機構５がある方向を奥側、それとは反対側の方向を手前側とする。２つの溶着治具４（手前側：４Ａ、奥側：４Ｂ）をそれぞれ、図示しない方法で固定された押圧機構６（手前側：６Ａ、奥側：６Ｂ）を使用して、支持枠１の２点の位置に押し付けるように矢印３３の方向に移動させる。このとき、押圧機構６Ａで溶着治具４Ａの後方を押すことで、溶着治具４Ａが押圧したフィルター材３上の点を２０Ａとし、押圧機構６Ｂで溶着治具４Ｂの後方を押すことで、溶着治具４Ｂが押圧したフィルター材３上の点を２０Ｂとする。２０Ａと２０Ｂの距離Ｌ２は、支持枠１の複数の開口部１５が形成されている範囲の長さＬ１（図１Ａを参照）よりも広くなっている。ここで、２つの溶着治具４Ａ、４Ｂは、互いに時間をずらして移動させてもよいが、短時間で手順(3)を完了させるために、同時に移動させることが好ましい。また、本実施形態では、溶着治具４として、超音波ホーンを使用する。超音波ホーンは、ホーンの先端１１（図１Ａを参照）を押圧方向に超音波縦振動させることで、フィルター材３と支持枠１を溶融させ接合させることができる。

[手順(4)]
図１Ｅを参照して手順(4)を説明する。支持枠１とフィルター材３とを相対的に位置を固定した状態で、２つの溶着治具４の超音波発振を開始し、一定時間経過後に超音波発振を停止させる。これにより、支持枠１とフィルター材３とを、２０Ａと２０Ｂの２点で溶着固定させる。ここで、２つの溶着治具４は、互いに時間をずらして超音波発振を開始したり、停止してもよく、互いの発振時間を変えてもよいが、短時間で手順(4)を完了させるために、同時に超音波発振を開始および停止することが好ましい。

[手順(5)]
図１Ｆを参照して手順(5)を説明する。回転機構５を使用して、互いに固定された回転治具２と支持枠１とを矢印３４の方向に中心軸まわりに回転させる。それにより、前述した手順(4)によって支持枠１と溶着固定されたフィルター材３が、矢印３２の方向に引き出され、支持枠１の円周方向に相対的に巻き付けられる。支持枠１がフィルター材３を伴って回転するのに合わせて、２つの溶着治具４Ａ，４Ｂを超音波発振することで、支持枠１とフィルター材３とを、フィルター材３上の点２０Ａ、２０Ｂをそれぞれ起点とする支持枠１の円周方向に延びる２本の線状に溶着固定させる。ここで、溶着治具４Ａが溶着した線を２１Ａ、溶着治具４Ｂが溶着した線を２１Ｂとする。手順(3)で説明したように、２０Ａと２０Ｂ間の距離Ｌ２は、支持枠１の複数の開口部１５が形成されている範囲の長さＬ１よりも広いので、結果的に２本の線２１Ａと２１Ｂの位置は、支持枠１の複数の開口部１５の全てを挟む位置となる。そして、支持枠１を一定量だけ回転させた後に、次の手順(6)に備えて、支持枠１の回転と２つの溶着治具４の超音波発振を停止させる。この手順において、支持枠１の回転開始と溶着治具４の発振開始のタイミングは同時であることが好ましい。支持枠１の回転開始の方が早いと、溶着されないままフィルター材３が支持枠１に巻き付けられる区間ができてしまい、その区間に形成される支持枠１とフィルター材３の隙間を、透過させたくない物質が自由に通過でき、フィルターケースの封止性能が悪くなる可能性がある。一方、溶着治具４の発振開始の方が早いと、手順(4)で２点２０Ａ、２０Ｂを溶着した支持枠１とフィルター材３との固定箇所が再び溶け、支持枠１の回転開始と同時に剥がれてしまう可能性がある。また、支持枠１の回転停止と溶着治具４の発振停止のタイミングも同時であることが好ましい。支持枠１の回転停止の方が早いと、停止後に同じ箇所で溶着が進むため、フィルター材３と支持枠１が溶け過ぎて穴が空いてしまう可能性がある。一方、溶着治具４の発振停止の方が早いと、溶着されないままフィルター材３が支持枠１に巻きつけられる区間ができてしまい、フィルターケースの封止性能が悪くなる可能性がある。

[手順(6)]
図１Ｇを参照して手順(6)を説明する。フィルター材３を、図示しない切断機構を用いて位置２２で切断する。このとき、フィルター材３を切断する位置２２は、支持枠１の回転と溶着治具４の超音波発振を停止し、支持枠１とフィルター材３との相対位置を固定させた手順(5)の状態から、再びフィルター材３を支持枠１の円周方向に相対的に支持枠１に巻き付けていったときに、フィルター材３の巻き始めの部分Ｓ（図１Ｃを参照）と切断したフィルター材３のｚ方向上端部一辺の近傍（以下、巻き終わりの部分Ｅと呼ぶ）とが互いに重なり合うことができる長さを残した位置とする。

[手順(7)]
図１Ｈを参照して手順(7)を説明する。再度２つの溶着治具４の超音波発振を開始するとともに、回転機構５を使用して支持枠１を矢印３４の方向に回転させる。そして、手順(5)に引き続き、支持枠１とフィルター材３とを、フィルター材３の巻き始めの部分Ｓ（図１Ｃ参照）と巻き終わりの部分Ｅとが互いに重なり合うまで、支持枠１の円周方向に相対的に巻き付けながら、２本の線状に溶着固定させる。すなわち、２本の線２１Ａ、２１Ｂが、それぞれ支持枠１を少なくとも一周した時点で、支持枠１の回転を停止させる。

[手順(8)]
図１Ｉを参照して手順(8)を説明する。溶着治具４Ａを超音波発振させた状態で、溶着治具４Ａと押圧機構６Ａを矢印３６の方向に図示しない移動機構を使用して移動させる。こうすることで、前述した手順(7)においてこの溶着治具４Ａが溶着固定した線２１Ａの終端点２３Ａから、手順(7)において溶着治具４Ｂが溶着固定した線２１Ｂの終端点２３Ｂまでを結ぶように、フィルター材３の重なり部分を互いに溶着固定させる。このとき、フィルターケースとしての封止性能を損なわなければ、溶着治具４Ａは、厳密に終端点２３Ａと２３Ｂを結ばなくてもよい。またこのとき、特に動きやタイミングに制限は設けないが、必要に応じて、溶着治具４Ｂの超音波発振を停止させ矢印３５の方向に退避させたり、移動させた溶着治具４Ａと押圧機構６Ａとに接触しないように、溶着治具４Ｂと押圧機構６Ｂとを矢印３６の方向に移動させたりすることが好ましい。また、手順(7)から手順(8)へ移る間に、溶着治具４Ａの超音波発振を一旦停止させて、再び発振を開始させても、連続して発振させたままにしても、どちらでもよい。また、溶着治具４Ａではなく、溶着治具４Ｂを矢印３６の反対方向に移動させて、終端点２３Ｂと２３Ａを結び、溶着固定させてもよい。

[手順(9)]
図１Ｊを参照して手順(9)を説明する。２つの溶着治具４と押圧機構６を元の位置に戻し、支持枠１を回転治具２から取り外すことで、フィルター材３と支持枠１とが溶着されてなるフィルターケースを得る。

ここで、上述した各手順のいくつかについて、便宜的に以下のような名称をつける。
・予備溶着工程： 手順(4)で、支持枠１とフィルター材３とを２点で溶着固定させる工程
・円周溶着工程： 手順(5)と(7)で、フィルター材３を支持枠１の円周方向に相対的に巻き付けながら、支持枠１とフィルター材３とを、複数の開口部１５の全てを挟む位置で支持枠１の円周方向に延びる２本の線状に溶着固定させる工程
・切断工程： 手順(6)で、フィルター材３を切断する工程
・軸溶着工程： 手順(8)で、手順(7)において溶着治具４Ａが線状に溶着固定した終端点２３Ａから、手順(7)において溶着治具４Ｂが線状に溶着固定した終端点２３Ｂまでを結ぶように、フィルター材３の重なり部分を互いに溶着固定させる工程。

また、本実施形態では、フィルター材３の長尺物を、手順(6)の「切断工程」で定長に切断し使用しているが、例えば、あらかじめ巻き始めの部分Ｓと巻き終わりの部分Ｅとが互いに重なり合う長さに枚葉状に切断したフィルター材３を使用しても、手順(6)の「切断工程」を省略すれば本発明の製造方法は適用できる。しかし、この場合、あらかじめ枚葉状にフィルター材３を切断する設備を別に設ける必要があるため、設備費が増大し、生産コストの上昇に繋がる。そのため、例えばロール状に巻かれたフィルター材３の長尺物をそのまま適用できる、本実施形態の方が好ましい。

また、本実施形態では、「予備溶着工程」、「円周溶着工程」、「軸溶着工程」を２つの溶着治具４を用いて実施しているが、例えば、各工程をそれぞれ別の溶着治具を用いて行うこともできる。しかしこの場合、溶着治具や押圧機構など必要となる装置構成要素が増え、設備の大型化や設備費の増大に繋がってしまう。また、すべての工程を１つの溶着治具で行うこともできるが、この場合、「軸溶着工程」を２回に分けて行う必要が生まれるなど、サイクルタイムが長くなってしまう。そのため、２本の溶着治具を用いた本実施形態が、最小限の装置構成で、もっとも効率的にフィルターケースを製造でき、好ましい。

[構成要素と動作条件]
次に、上述した図１Ａ〜図１Ｊの実施形態例の構成要素と動作条件についての詳細を下記する。

[フィルター材]
フィルター材３としては、不織布、抄紙、メッシュシート、編物、織物、微多孔膜などが一例として挙げられ、流体透過性を有するシート状物であれば任意に選択できる。また、フィルター材３の表面には、エンボス加工のような凹凸や模様があってもよい。

フィルター材３の材質は、ＰＰ（ポリプロピレン）樹脂、ＰＥ（ポリエステル）樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂、ＰＩ（ポリイミド）樹脂などが一例として挙げられ、熱可塑性を有している材質が好ましい。また、例えば不織布やメッシュシートのように内部に空隙を持ち透過性を有するものであれば、フィルター材３が溶融しなくても、支持枠１の融点がフィルター材３よりも低い場合、溶融した支持枠１がフィルター材３の空隙に入り込み固着するアンカー効果で、支持枠１とフィルター材３とが接合できる。

フィルター材３の厚みは、所望する透過性能や耐圧性能を考慮した任意の厚みであればよいが、薄すぎると溶着中に伸びたり破れたりしハンドリング性が悪くなり、厚すぎると支持枠１へ巻き付け難くなったり、溶融に時間が掛かりサイクルタイムが長くなる。この点を考慮すると、フィルター材３の厚みは１０〜８００μｍの範囲内が好ましく、１０〜５００μｍの範囲内がより好ましい。

また、「円周溶着工程」の手順(4)で、フィルター材３を矢印３２の方向に引き出し、支持枠１の円周方向に相対的に巻き付ける際、フィルター材３には図示しない方法で張力を付与しておくことが好ましい。これは、張力が無かったり、小さ過ぎると、「円周溶着工程」中にフィルター材３がたるみ、支持枠１との溶着が所望の位置からずれてしまう可能性があるためである。一方、張力が大きすぎると、手順(4)で支持枠１とフィルター材３とを溶着固定した２点が、張力に引っ張られ剥がれてしまう可能性がある。この点を考慮すると、フィルター材３に付与する張力は、５〜１２０Ｎ／ｍが好ましく、２０〜６０Ｎ／ｍがより好ましい。

[支持枠]
支持枠１としては、壁面に複数の開口部を有する略円筒状であれば、任意の形状であってよい。

支持枠１の材質は、ＡＢＳ（アクリルニトリル・ブタジエン・スチレン）樹脂やＡＳ（アクリルニトリル・スチレン）樹脂、ＰＳ（ポリスチレン）樹脂、ＰＰ（ポリプロピレン）樹脂などが一例として挙げられ、熱可塑性を有している材質であれば、いずれでもよい。また、例えば多孔質体のように内部に空隙を持ち透過性を有するものであれば、支持枠１が溶融しなくても、フィルター材３の融点が支持枠１よりも低い場合、溶融したフィルター材３が支持枠１の空隙に入り込み固着するアンカー効果で、支持枠１とフィルター材３とが接合できる。

支持枠１の肉厚は、強度等を考慮し、任意の厚みであってよいが、薄すぎると溶着中に穴が空き、溶着治具４が回転治具２に接触するまで貫通する可能性がある。この点を考慮すると、支持枠１の肉厚は３ｍｍ以上が好ましい。

[回転治具]
回転治具２としては、支持枠１の内形状に沿うような外形状を有し、支持枠１を保持、固定できる形状および構成であれば任意に選択できる。このとき、回転治具２の外形状が支持枠１の内形状に完全に一致している必要はないが、外形状と内形状が接触している範囲が大きいほうが、両者の嵌合による摩擦力が大きくなるため固定の観点から好ましい。また、溶着治具４が支持枠１を押圧する位置では、押圧に対し反対側（支持枠１の内部側）から支持枠１を支える必要があるため、その位置では外形状と内形状が接触していることが好ましい。

支持枠１の軸方向への位置決めとしては、例えば図２に示すように、回転治具２に段差７を設けて、そこに矢印３１の方向に支持枠１を嵌め込み、当て止めすることで実現できる。

支持枠１の軸方向への固定としては、支持枠１と回転治具２の嵌合による摩擦力を用いることが好ましいが、例えば図３に示すように、回転治具２の段差７の軸方向反対側から、支持枠１を矢印３１の方向に押圧するキャップ８を用いれば、よりしっかりとした固定となり、支持枠１の回転治具２からの抜けを防止することができるため、より好ましい。このとき、キャップ８は回転治具２と共に回転してもしなくても、いずれでもよい。

支持枠１の円周方向への固定、位置決めとしては、支持枠１と回転治具２の嵌合による摩擦力を用いることが好ましいが、例えば、図２に示すように、支持枠１の内部と回転治具２の外部に、互いに嵌合するキー１４とキー溝１３を設けておけば、図３に示したようにキー１４とキー溝１３が互いに嵌合し、支持枠１と回転治具２が確実に共回りし、回転治具２の支持枠１に対する空回りを防止でき、より好ましい。このとき、例えば上述した構成とは逆に、回転治具２にキーを、支持枠１にキー溝を付けたり、キーとキー溝をキャップ８側ではなく段差７側につけたりと、状況に応じて任意にキーとキー溝の位置や形状を決めてもよい。

また、図１Ｉの手順(8)において、終端点２３Ａから終端点２３Ｂを結ぶ線（フィルター材３の重なり部分を互い溶着固定させる位置）と支持枠１の開口部とが重なった状態で「軸溶着工程」を行うと、溶着治具４Ａの先端１１が、移動中に、フィルター材３の重なり部分を押圧した状態で前記開口部に嵌ってしまうため、フィルター材３の重なり部分を互いに溶着固定できなくなり、また溶着治具４Ａは、移動が妨げられ破損してしまう恐れがある。そのため、上述したキー１４とキー溝１３を使用し、図１Ｂの手順(1)の段階であらかじめ、終端点２３Ａから終端点２３Ｂを結ぶ線と支持枠１の開口部とが重ならないように、支持枠１と回転治具２を位置決め、固定しておくことが好ましい。

回転治具２の材質は、ＳＵＳ（ステンレススチール）、鉄、アルミ、エンジニアリングプラスチックなどが一例として挙げられるが、たわみや変形が少なく、また溶着治具４によって発生する熱に対して耐熱性を有している必要があるため、金属材料が好ましい。

[回転機構]
回転機構５としては、ロータリーアクチュエータ、ラック＆ピニオン、手動による回転などが一例として挙げられ、任意に選択できるが、均一な溶着跡を得るためには、回転速度が一定であることが好ましいことから、電動で駆動できるものが好ましい。

[押圧機構]
押圧機構６としては、エアシリンダー、電動スライダー、バネ、錘による荷重などが一例として挙げられ、任意に選択できるが、各工程で一定の溶着強度を得るために一定の押圧力を維持でき、また各工程でそれぞれに任意に押圧力を設定できる点で、エアシリンダーが好ましい。

[切断機構]
切断機構としては、はさみ、カッターナイフ、ロータリーカッターなどが一例として挙げられ、任意に選択できる。

上述した実施形態例では、手順(5)と(7)の間に、「切断工程」として手順(6)でフィルター材３を切断しているが、手順(7)すなわち「円周溶着工程」の後、または、手順(8)すなわち「軸溶着工程」の後に、切断を行うこともできる。ただしこの場合、フィルター材３を切断する際に、切断機構が支持枠１と接触するのを避ける必要があり、フィルター材３を支持枠１から離れた位置で切断しなくてはならない。このため、フィルター材３の巻き始めの部分と巻き終わりの部分との重なり部分が大きくなってしまう。重なり部分が大きいと、支持枠１の開口部を重なり部分（すなわち２枚のフィルター材）で覆うことになり、透過性能が低下してしまう可能性がある。また、余分にフィルター材を使用することで、生産コストを上昇させてしまう。よって、上述した実施形態例のように、手順(5)と(7)の間、すなわち「円周溶着工程」の間に、切断を行うのが好ましい。

[移動機構]
移動機構としては、電動スライダー、ラック＆ピニオン、エアシリンダーなどが一例として挙げられ、任意に選択できるが、回転機構５と同様に、均一な溶着跡を得るためには、移動速度が一定であることが好ましいことから、電動で駆動できるものが好ましい。

[溶着治具]
溶着治具４としては、超音波ホーン、先端にヒーター線を配した熱融着治具、ホットメルト接着剤塗布用のガンなどが一例として挙げられ、任意に選択できる。これらの中でも、上述した実施形態例のように、超音波ホーンを使用した超音波溶着が、一瞬の摩擦熱で樹脂を溶融、固化できるため、各工程に掛かる時間を短くすることができ、また、消費電力が少ない点、再現性が高く自動化しやすい点、ランニングコストのかかる消耗材が不要な点、溶着後の製品外観が綺麗に仕上がる点で利点があり、好ましい。以下、溶着治具４として超音波ホーンを用いた場合の一例の詳細を説明する。

[超音波ホーン]
図４Ａに示すように、超音波ホーン１０の形状は、先端１１に曲面状の押圧面を有すればよく、先端１１での矢印３７の方向への超音波振動を増幅するための胴部のテーパー部１２以外は円柱状、角柱状、円錐状、角錐状などのいずれの形状であってもよい。

超音波ホーン１０の先端１１の形状は、例えば図４Ａに示すように、曲面状に丸まっている円柱形状であっても、図４Ｂに示すように、曲面状に丸まっている円錐形状であってもよい。

図４Ａ、図４Ｂのどちらの形状においても、円柱部の径Ｄは、所望の溶着幅に応じて適宜選択できるが、径Ｄが小さすぎると超音波ホーンの剛性が低くなるため、超音波振動で超音波ホーン自体が変形したり、折れたりして破損しやすくなる。一方で径Ｄが大きすぎると超音波振動に要するエネルギーも大きくなるため、装置が大型化し、装置の消費電力が増加してしまう。そのため、機械的強度、および振動効率のバランスから、円柱部の径Ｄは２〜２０ｍｍ程度が好ましく、実用性が高い。

また、超音波ホーン１０の先端１１の稜部曲面形状の曲率半径Ｒは、小さすぎると、Ｒ部と接触するフィルター材３に局所的なせん断力が加わり、フィルター材３が溶着部と非溶着部の境界で切れやすくなる。そのため、局所的なせん断力を緩和させるために、曲率半径Ｒは１ｍｍ以上が好ましく、２ｍｍ以上がより好ましい。

超音波ホーン１０の材質は、ＳＫＤ材、アルミ、チタンなどいずれでもよい。本発明の製造方法では、溶着中に、超音波ホーン１０がフィルター材３と摺動しながら移動するため、超音波ホーン１０の先端１１が摩耗しやすい。そこで、硬度が高いＳＫＤ材が材質として好ましい。また、超音波ホーン１０の先端１１に、耐摩耗性に優れる硬質クロムメッキなどの表面処理加工を施すことも好ましい。

超音波ホーン１０の振動周波数は、特に制限されるものではないが、通常１５〜４０ｋＨｚが好ましく、超音波ホーンおよび超音波ホーンを駆動させる振動子（図示せず）への機械的負荷と溶着効率のバランスから、２５〜３５ｋＨｚがより好ましい。

[溶着条件]
本発明の製造方法において、溶着治具４として超音波ホーン１０を用いた場合の溶着条件について、図１Ａ〜図１Ｊを参照しながら説明する。

超音波ホーンの振幅は、フィルター材３と支持枠１とが溶着できれば特に限定されないが、小さいと十分な超音波縦振動が得られず、樹脂が溶融するまでの時間が長くなり、単位時間あたりに溶着できる距離（すなわち溶着速度）が小さくなる。一方、振幅が大きいと、速やかに溶着できる反面、溶着中にフィルター材３へ与える抵抗（超音波ホーンとフィルター材３の摺動抵抗）が大きくなるため、フィルター材３が支持枠１に対してずれやすくなる。そのため、振幅は２０〜８０μｍが好ましく、４０〜６０μｍがより好ましい。

「予備溶着工程」での溶着時間は、フィルター材３と支持枠１の材料特性や、超音波ホーンの振動設定に合わせて任意に設定できるが、短すぎると溶着が進まずフィルター材３と支持枠１とが剥がれやすくなり、長すぎると過度に溶着が進みフィルター材３と支持枠１とに穴が空き、溶着治具４が回転治具２に接触するまで貫通する可能性がある。そのため、溶着時間は０．１〜３．０秒が好ましく、０．３〜０．８秒がより好ましい。

「円周溶着工程」で、回転機構５の回転速度によって決まる、フィルター材３の矢印３２の方向への引き出し速度（フィルター材３の超音波ホーンに対する相対的移動速度であり、溶着速度となる。）と、「軸溶着工程」で、移動機構の移動速度によって決まる溶着速度とは、遅すぎると過度に溶着が進みフィルター材３と支持枠１とに穴が開いてしまい、速すぎると溶着が進まずフィルター材３と支持枠１とが剥がれやすくなってしまう。そのため、いずれの速度も１０〜５０ｍｍ／秒が好ましく、２０〜４０ｍｍ／秒がより好ましい。

押圧機構６の押圧力によって決まる、超音波ホーンの先端１１に掛かる押圧力は、小さいと超音波縦振動が伝達されにくくなるため、樹脂が溶融するまでの時間が長くなり、単位時間あたりに溶着できる距離（すなわち溶着速度）が小さくなる。一方、押圧力が大きいと超音波ホーンを駆動させる振動子（図示せず）への機械的負荷が大きくなり、また、フィルター材３への摺動抵抗が大きくなり、フィルター材３が支持枠１に対してずれやすくなる。そのため、押圧力は５〜２０Ｎが好ましく、８〜１５Ｎがより好ましい。

[押え具]
図５に示すように、溶着治具４がフィルター材３を押圧する２点（２０Ａ、２０Ｂ）よりもフィルター材３の引き出し方向（矢印３２の方向）の上流側近傍に、フィルター材３を全幅で押圧する押え具９Ｃを設けることが好ましい。押え具９Ｃを、手順(1)、(2)、(9)の間は矢印３８とは反対の方向に退避させておき、手順(3)〜(8)の間で、溶着治具４がフィルター材３を押圧するのと同じタイミングで、図示しない押圧機構で矢印３８の方向に前進させてフィルター材３を押圧する。こうすることで、「円周溶着工程」、「軸溶着工程」のどちらにおいても、フィルター材３の、特に支持枠１の軸方向へのずれを抑制できる。同様にフィルター材３の引き出し方向下流側近傍を、押え具９Ｃと同じタイミングで矢印３９の方向に押圧する押え具９Ｄを併設すると、より好ましい。

以下、図１Ａ〜図１Ｊに示した構成を用いて、本発明の実施の一例を詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例によってなんら限定されるものではない。

（実施例１）
支持枠１として、壁面に格子状の開口部（Ｌ１＝４６．６ｍｍ）を有するＡＢＳ樹脂製の円筒ケース（長さ：６８．４ｍｍ、外径：４２ｍｍ、肉厚２．３ｍｍ）を、フィルター材３として、ポリエチレンテレフタレート製の不織布（厚み：０．５ｍｍ、幅方向長さ５５ｍｍ、目付９０ｇ／ｍ^２）を用意した。これらを、溶着治具４として超音波ホーン（ＳＫＤ１１製、Ｄ＝３ｍｍ、Ｒ＝１．５ｍｍ）を使用し、Ｌ２＝４８．６ｍｍとなるように溶着固定させた。

超音波ホーンは、精電舎製の超音波発振機ＳＯＮＯＰＥＴ−Ｄ３２５を使用し、周波数２８．５ｋＨｚ、先端振幅５０μｍで超音波振動するよう設定した。

回転機構５として、ロータリーアクチュエータを用い、回転治具２に回転を与える構成とした。このとき、前記ロータリーアクチュエータの回転速度を調整し、フィルター材３の引き出し速度（溶着速度）が３０ｍ／秒となるように設定した。

押圧機構６としては、エアシリンダーを使用し、溶着治具４のフィルター材３に対する押圧力が１２Ｎになるようにエア圧を設定した。

切断機構としては、不織布を全幅で挟むことができるハサミを使用し、刃先の開閉一往復で不織布を切断できるようにした。

移動機構としては電動スライダーを使用し、溶着治具４Ａの移動速度（溶着速度）が３０ｍ／秒となるように設定した。

また、手順(5)のときのフィルター材３に付与する張力は５０Ｎ／ｍに設定した。この張力下で、「予備溶着工程」にて２点で溶着固定した支持枠１とフィルター材３とが、手順(5)での回転開始と同時に剥がれないように、「予備溶着工程」での溶着時間を０．４秒と設定した。

また、手順(1)の支持枠１の嵌め込みと、手順(9)の取り出しは人手作業で行った。

上記設定を保ち、手順(1)〜(9)の順番に沿って１０００個のフィルターケースを作製した。自動動作である手順(2)〜(8)の所要時間は平均７．９秒、標準偏差が０．１であった。また、人手作業も含めた手順(1)〜(9)の所要時間は平均１０．１秒であった。作製したフィルターケースの溶着性、封止性はすべて良好であり、溶着不足により支持枠１からフィルター材３が剥がれたり、過溶着により支持枠１に穴が空いたり、フィルター材３が溶着部と非溶着部の境界で切れるなどの問題は発生しなかった。

１ 支持枠
２ 回転治具
３ フィルター材
４ 溶着治具
４Ａ 手前側の溶着治具
４Ｂ 奥側の溶着治具
５ 回転機構
６ 押圧機構
６Ａ 手前側の押圧機構
６Ｂ 奥側の押圧機構
７ 回転治具の段差
８ キャップ
９Ｃ 押え具
９Ｄ 押え具
１０ 超音波ホーン
１１ 超音波ホーンの先端
１２ 超音波ホーン胴部のテーパー部
１３ キー溝
１４ キー
１５ 支持枠の壁面にある複数の開口部
２０Ａ 溶着治具４Ａがフィルター材３を押圧する点
２０Ｂ 溶着治具４Ｂがフィルター材３を押圧する点
２１Ａ 「円周溶着工程」において溶着治具４Ａが、支持枠とフィルター材とを溶着した線
２１Ｂ 「円周溶着工程」において溶着治具４Ｂが、支持枠とフィルター材とを溶着した線
２２ フィルター材の切断位置
２３Ａ 「円周溶着工程」において溶着治具４Ａが溶着固定した線２１Ａの終端点
２３Ｂ 「円周溶着工程」において溶着治具４Ｂが溶着固定した線２１Ｂの終端点
３１ 支持枠を回転治具へ嵌め込む方向
３２ フィルター材の引き出し方向
３３ 溶着治具の押しつけ方向
３４ 回転機構の回転方向
３５ 溶着治具の退避方向
３６ 「軸溶着工程」での溶着治具４Ａの移動方向
３７ 超音波ホーン先端の振動方向
３８ 押え具９Ｃの押圧方向
３９ 押え具９Ｄの押圧方向
Ｌ１ 支持枠の壁面の開口部の軸方向の長さ
Ｌ２ ２０Ａと２０Ｂの距離
Ｓ フィルター材の巻き始めの部分
Ｅ フィルター材の巻き終わりの部分
Ｄ 超音波ホーン先端部の外径
Ｒ 超音波ホーン先端の稜部曲面形状の曲率半径

Claims (3)

1. 壁面に複数の開口部を有する略円筒状の支持枠と、この支持枠の前記壁面に固定された流体透過性を有するシート状のフィルター材と、を有するフィルターケースの製造方法であって、
   前記支持枠と前記フィルター材とを、２つの溶着治具を用いて、前記複数の開口部の全てを挟む位置で支持枠の円周方向に延びる２本の線状に溶着固定する工程であって、
   前記フィルター材を前記支持枠に、フィルター材の巻き始めの部分と巻き終わりの部分とが互いに重なり合うまで、支持枠の円周方向に相対的に巻き付けながら、
   前記２つの溶着治具をそれぞれ、前記フィルター材の上から前記２本の線状の位置に当て、前記フィルター材と前記支持枠とを溶着固定する円周溶着工程と、
   前記円周溶着工程の前に、前記支持枠と前記フィルター材とを２点で溶着固定する工程であって、
   前記フィルター材の一端を前記支持枠に配し、
   前記２つの溶着治具のそれぞれを、前記フィルター材の上から前記２本の線状に溶着を開始する２点に当て、
   前記支持枠と前記フィルター材とが相対位置を固定した状態で、前記２点で前記フィルター材と前記支持枠とを溶着固定する予備溶着工程と、
   を含む、フィルターケースの製造方法。
2. 前記円周溶着工程の後に、前記フィルター材の重なり部分を互いに溶着固定する工程であって、
   前記２つの溶着治具のうちの一方の溶着治具を前記フィルター材から離し、
   前記２つの溶着治具のうちの他方の溶着治具を用い、前記円周溶着工程においてこの他方の溶着治具が線状に溶着固定した終端点から、前記円周溶着工程において前記一方の溶着治具が線状に溶着固定した終端点までを結ぶように、前記フィルター材の重なり部分を互いに溶着固定する軸溶着工程を含む、請求項１のフィルターケースの製造方法。
3. 前記円周溶着工程の途中で、前記支持枠と前記フィルター材との相対位置を固定させた状態で前記フィルター材を切断する工程であって、
   前記フィルター材を切断する位置を、前記相対位置を固定させた状態から再び前記フィルター材を前記支持枠の円周方向に相対的に前記支持枠に巻き付けていったときに、フィルター材の巻き始めの部分と巻き終わりの部分とが互いに重なり合う分の長さを残した位置とする切断工程を含む、請求項１または２のフィルターケースの製造方法。

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