(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チューブ状の中空糸と、
該中空糸の外側を編組状に編みこんだ編組糸と、
前記中空糸の端部の内側に挿入された管とを備え、
前記端部から所定長分の領域に存する中空糸及び編組糸について外部から所定の温度で加熱をされることで、前記編組糸は溶着され、同時に前記中空糸が前記管に対し熱収縮により固定されていることを特徴とする調湿モジュール。
【請求項２】
前記管、前記中空糸及び前記編組糸の各端部を覆うように成型された継手を備えた請求項１記載の調湿モジュール。
【請求項３】
前記所定の温度が１５０℃〜１８０℃である請求項１又は請求項２記載の調湿モジュール。
【請求項４】
チューブ状の中空糸と該中空糸の外側に編組状に編みこんだ編組糸とを組み合わせ、
前記中空糸の端部に対し該中空糸の軸線に沿った外方より一部を外側に残した状態で管を挿入した後、
前記端部から編組糸の所定長分の領域に対しヒータプレス部で該編組糸を挟み込むことで所定温度の熱を加えつつ、該編組糸を該ヒータプレス部の前記軸線方向に向けて徐々に若しくは段差的に径の拡開された穴に通すことで、前記編組糸が溶着され、同時に前記中空糸が前記管に対し熱収縮されることを特徴とする調湿モジュールの製造方法。
【請求項５】
チューブ状の中空糸回りに編組状に編みこまれた編組糸を挟持するクランプと、
該クランプの挟持により固定された前記中空糸に対し該中空糸の軸線に沿った外方より一部を外側に残した状態で管を挿入する管挿入手段と、
前記編組糸の端部より所定長分の領域を前記軸線方向に向けて徐々に若しくは段差的に径の拡開された穴を通過させることで外周より均一に押圧しつつ加熱するヒータプレス手段とを備えたことを特徴とする調湿モジュールの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は調湿モジュール、該調湿モジュールの製造方法及び該調湿モジュールの製造装置に係わり、特に中空糸内を流すガス中の水分を除湿または加湿する機能を有し、気密漏れが少なく製造の容易な調湿モジュール、該調湿モジュールの製造方法及び該調湿モジュールの製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、人の息に含まれる炭酸ガス濃度を測定する等の目的で炭酸ガス分析計に調湿モジュールが用いられている。この調湿モジュールにより炭酸ガス中の水分を除去することで、精度の高い濃度測定が可能になる。この調湿モジュール１０の構成図を図９に示す。
【０００３】
図９において、中空糸１は、中央をガスが通るようにチューブ状に形成されている。そして、この中空糸１の外側には、編組状に編みこんだ樹脂製の編組糸３が装着されている。そして、この中空糸１及び編組糸３は必要な長さに切断されている。
【０００４】
中空糸１の内側には管５が所定長分中空糸１及び編組糸３の端部より突設された状態で中空糸１中に挿入されている。この中空糸１、編組糸３の端部及び管５の周囲は、継手構造７により樹脂材料で一体成型されている（この構造については、例えば特許文献１及び特許文献２に詳しい）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４７０５５４３号明細書
【特許文献２】米国特許第４８０８２０１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、従来の調湿モジュール１０では、編組糸３の端部を何らの処理もしないでおくと、触っただけで糸がほつれてくる。また、継手構造７を金型により成型した場合、編組糸３よりほつれた糸がこの金型からはみ出して、成型不良を起こすことがあった。
【０００７】
更に、中空糸１の内側に管５を挿入した状態のままでは、隙間が生じているため管５が自由に動いてしまう。樹脂材料との一体成型により継手構造７を生成した場合であっても、隙間があった場合、気密漏れが発生してしまい、製造不良を起こすおそれがあった。
【０００８】
本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされたもので、中空糸内を流すガス中の水分を除湿または加湿する機能を有し、気密漏れが少なく製造の容易な調湿モジュール、該調湿モジュールの製造方法及び該調湿モジュールの製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このため本発明（請求項１）の調湿モジュールは、チューブ状の中空糸と、該中空糸の外側を編組状に編みこんだ編組糸と、前記中空糸の端部の内側に挿入された管とを備え、前記端部から所定長分の領域に存する中空糸及び編組糸について外部から所定の温度で加熱をされることで、前記編組糸は溶着され、同時に前記中空糸が前記管に対し熱収縮により固定されていることを特徴とする。
【００１０】
この加熱により、編組糸については溶着に伴いほつれを防止することができると共に、中空糸については管への熱収縮による固定を図ることができる。
また、本発明（請求項２）の調湿モジュールは、前記管、前記中空糸及び前記編組糸の各端部を覆うように成型された継手を備えて構成した。
更に、本発明（請求項３）の調湿モジュールは、前記所定の温度が１５０℃〜１８０℃であることを特徴とする。
【００１１】
中空糸に一般的なフッ素系樹脂を、また編組糸にナイロン、エステル系繊維を選定した場合１８０℃以上だと糸が完全に溶融してしまうので好ましくない。一方、加熱によりフッ素系樹脂の熱収縮の期待のできる温度が１５０℃以上である。従って、編組糸の溶着が期待でき、かつ中空糸の熱収縮の期待できる１５０℃〜１８０℃の温度で加熱するのが望ましい。より好ましくは１６０℃〜１７０℃の範囲である。
【００１２】
更に、本発明（請求項４）である調湿モジュールの製造方法は、チューブ状の中空糸と該中空糸の外側に編組状に編みこんだ編組糸とを組み合わせ、前記中空糸の端部に対し該中空糸の軸線に沿った外方より一部を外側に残した状態で管を挿入した後、前記端部から編組糸の所定長分の領域に対しヒータプレス部で該編組糸を挟み込むことで所定温度の熱を加えつつ、該編組糸を該ヒータプレス部の前記軸線方向に向けて徐々に若しくは段差的に径の拡開された穴に通すことで、前記編組糸が溶着され、同時に前記中空糸が前記管に対し熱収縮されることを特徴とする。
【００１３】
このことにより、容易かつ短時間に調湿モジュールを製造できる。
【００１４】
更に、本発明（請求項５）である調湿モジュールの製造装置は、チューブ状の中空糸回りに編組状に編みこまれた編組糸を挟持するクランプと、該クランプの挟持により固定された前記中空糸に対し該中空糸の軸線に沿った外方より一部を外側に残した状態で管を挿入する管挿入手段と、前記編組糸の端部より所定長分の領域を前記軸線方向に向けて徐々に若しくは段差的に径の拡開された穴を通過させることで外周より均一に押圧しつつ加熱するヒータプレス手段とを備えて構成した。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように本発明によれば、端部から所定長分の領域に存する中空糸及び編組糸について外部から所定の温度で加熱をするように構成したので、この加熱により、編組糸については溶着に伴いほつれを防止することができると共に、中空糸については管への熱収縮による固定を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】熱溶着前で、かつ成型前の調湿モジュールの構成
【図２】熱溶着後で、かつ成型前の調湿モジュールの構成
【図３】調湿モジュールの両端部に対し樹脂材料を流し込み継手として一体成型したもの
【図４】ヒータプレス部の構成図
【図５Ａ】調湿モジュールの製造工程を示す図（その１）
【図５Ｂ】調湿モジュールの製造工程を示す図（その２）
【図５Ｃ】調湿モジュールの製造工程を示す図（その３）
【図５Ｄ】調湿モジュールの製造工程を示す図（その４）
【図５Ｅ】調湿モジュールの製造工程を示す図（その５）
【図５Ｆ】調湿モジュールの製造工程を示す図（その６）
【図５Ｇ】調湿モジュールの製造工程を示す図（その７）
【図５Ｈ】調湿モジュールの製造工程を示す図（その８）
【図６】ステージ概観図（その１）
【図７】ステージ概観図（その２）
【図８】ステージ概観図（その３）
【図９】従来の調湿モジュールの構成図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について説明する。本発明の実施形態の構成図を図１〜図８に示す。なお、図９と同一要素のものについては同一符号を付して説明は省略する。
【００１８】
本実施形態は、管の挿入された中空糸及び編組糸の端部に熱を加えることで、中空糸を管に対し隙間無く、かつ抜けることの無いように圧着させると共に、編組糸の端部がほつれないように熱溶着させるものである。図１には熱溶着前で、かつ成型前の調湿モジュールの構成を示し、一方、図２には熱溶着後で、かつ成型前の調湿モジュールの構成を示している。
【００１９】
図１の調湿モジュール２０において、編組糸３には予め中空糸１が挿入されており、この編組糸３及び中空糸１の両端部が必要な長さ分を残し切断されている。そして、この中空糸１の内側には管５が所定長分挿入された形で、残りがこの中空糸１の端部より突設されている。編組糸３の端部は必要な長さに切断された際、編み組がほどけほつれ１１を生じている。そして、中空糸１に挿入された管５は自由に動く状態である。
【００２０】
中空糸１の形態としては、多孔質膜、非多孔質膜が挙げられる。
また、中空糸１の材質は、熱収縮するものであれば特に限定されないが、フッ素系樹脂が好ましく、特にはフッ素系イオン交換樹脂が好ましい。
フッ素系イオン交換樹脂としては、テトラフルオロエチレン（以下、ＴＦＥという。）に基づく繰り返し単位と、イオン交換基を有する繰り返し単位とを有する共重合体が好ましく、特にはＴＦＥに基づく繰り返し単位と、スルホン酸基を有するパーフルオロビニルエーテルに基づく繰り返し単位とを有する共重合体が好ましい。また、編組糸３は例えばナイロン、エステル系繊維で形成され、中空糸１を形成する樹脂より軟化温度（溶融温度）の低いものが選定される。
【００２１】
また、管５の外径は中空糸１の内径より０．１〜０．２５ｍｍ細く、かつフッ素系樹脂チューブである中空糸１が熱収縮するのに耐えられる強度を有し、かつこのフッ素系樹脂チューブに腐食されにくいように材質を選定されており、例えばステンレス系、ニッケル系合金等の金属製の管で形成されている。
【００２２】
図２において、編組糸３の糸端部は、編組糸３の端から５ｍｍ以内の外周部に熱が加えられることで、編組糸３の糸と糸とが溶着して処理されている。この溶着した糸が中空糸１とも溶着している。更に、中空糸１がこの外部から加えられた熱により熱収縮を起こし、管５に固着している。
【００２３】
図３の調湿モジュール４０は、図２で構成した調湿モジュール３０の両端部に対し図示しない金型により樹脂材料を流し込み継手として一体成型したものである。
【００２４】
かかる構成において、編組糸３の端から５ｍｍ以内の外周部に熱を加える。５ｍｍとしたのは、端部からこの５ｍｍの当たりまでの間に挿入された管５が存在し、編組糸３のほつれも周囲に生じているためである。この加熱により、編組糸３については溶融に伴いほつれを防止することができると共に、中空糸１については管５への熱収縮による固定を図ることができる。
【００２５】
ここに、フッ素系樹脂の溶融温度は２００℃以上であるが、これに対し編組糸３の溶着温度はナイロン、エステル系繊維を選定した場合、これより低い１７０℃〜１８０℃程度である。なお、１８０℃以上だと糸が完全に溶融してしまうので好ましくない。
【００２６】
一方、加熱により一般のフッ素系樹脂の熱収縮の期待のできる温度が１５０℃以上である。従って、編組糸３の溶着が期待でき、かつ中空糸１の熱収縮の期待できる１５０℃〜１８０℃の温度で加熱するのが望ましい。より好ましくは１６０℃〜１７０℃の範囲である。
【００２７】
この範囲の熱を編組糸３の端から５ｍｍ以内の外周部に加えることで、編組糸３についてはほつれを防止するための溶着が図れ、この溶着と同時に、中空糸１については熱収縮に伴う管５への固定を図ることができる。
【００２８】
なお、この加熱に際しては、編組糸３についてのほつれを効率良く防止するため更に以下の加熱時加圧工程を加えている。この加熱時加圧工程を図４のヒータプレス部の構成図を基に説明する。
【００２９】
図４に示すように、ヒータプレス部５０は、共に１６０℃〜１７０℃に熱せられた上ヒータ４１Ａと下ヒータ４１Ｂとで構成され、図示しないレバーの操作により各ヒータが上下に開けられたり、閉じられたり自在なようになっている。なお、図４は上ヒータ４１Ａと下ヒータ４１Ｂとが閉じられたときの様子を示している。
【００３０】
上ヒータ４１Ａの底面、下ヒータ４１Ｂの上面とは共に、それぞれが半円形に刻設され、閉じられたときに通孔４３が形成されるようになっている。この半円は図中右端面から１ｍｍの位置より右方に向けて拡開され、閉じられたときにラッパ状の拡開部４５が形成されるようになっている。
【００３１】
そして、通孔４３の径は、編組糸３の径よりもわずかに小さく形成されている。上ヒータ４１Ａの底面、下ヒータ４１Ｂの上面及び通孔４３、拡開部４５の各表面はテフロン（登録商標）コートが施されている。
なお、上ヒータ４１Ａと下ヒータ４１Ｂの厚さは共に５ｍｍで形成されている。
【００３２】
かかる構成において、調湿モジュール２０を管５が右側にくるようにヒータプレス部５０の通孔４３及び拡開部４５に挟み込む。この状態で前述の温度で２５秒〜２７秒程加熱しつつ調湿モジュール２０を左方に引くと調湿モジュール２０の右端でバラけていた糸が次第に径の狭まる拡開部４５及び径の狭い通孔４３部分を通るときに加圧収縮され、糸同士の間の溶着面積を増加させることができる。従って、ほつれることが無い。
【００３３】
中空糸１への加熱も密着された編組糸３を介して熱伝導により確実に効率良く伝わる。このため、管５への収縮による固定も確実に行える。なお、拡開部４５の形状はテーパ状ではなく、段差とされてもよい。
【００３４】
次に、本実施形態での加熱による調湿モジュールの製造方法との比較のため、発明者が本実施形態に至るまでに実施してきた他の方法（失敗例）とその方法により生じた問題点について詳述する。以下に述べる（１）〜（４）までの方法は全て何らかの問題を生じ成功しなかった例である。
【００３５】
（１）編組糸３の編み組まれた中空糸１を、長さ７０ｍｍに切断する。編組糸３端部はバラけた状態のまま。中空糸１を純水またはエタノールに浸して膨潤させる。内径が大きくなったら、金属製の管５を入れる。その後、恒温槽で中空糸１を乾燥させる。
【００３６】
しかしながら、この方法では、恒温槽の温度（５０℃）で、編組糸３が、放射状に広がり成型機の金型から編組糸３がはみ出して成型不良が頻発、成型不能な部材となった。
【００３７】
（２）編組糸３の編み組まれた中空糸１を、長さ７０ｍｍに切断する。編組糸３端部はバラけた状態のまま。中空糸１を純水またはエタノールに浸して膨潤させる。内径が大きくなったら、金属製の管５を入れる。本方法（２）では前の（１）とは異なり、常温で中空糸１を乾燥させた。見かけ上、中空糸１が収縮して金属製の管５に密着したようになった。
【００３８】
次に、この調湿モジュールを樹脂金型にセットする。樹脂（ポリプロピレン）成型機で端部を継手形状に成型して呼気ガス用チューブドライヤーに仕上げる。中空糸１内に樹脂が流れ込まないように金属製の管５の内径にあったセットピンを打ち込む。
【００３９】
しかしながら、この方法では、編組糸３が、放射状に広がらないように手で触らないように注意をしながら金型にセットしなければならず、成型品の歩留まりが５０％以下と低くなった。
さらには、成型後の継手部の仕上がりが、外観から見て編組糸３が樹脂継手部内で四方八方にバラけていた。
【００４０】
次に、成型部の気密性能を、リークテスターを用いて測定した。測定条件は、片側の継手部を密閉した後に、もう一方の継手側から０．０７ＭＰａの圧力を封入する。０．３ｍＬ／ｍｉｎ．以下の漏れ量を合格とした。この方法では全て不合格となった。
【００４１】
（３）後に詳述する熱溶着装置での製法において、ヒータプレス部５０のレバーを上げてヒータプレス部５０を上下に開ける。編組糸３及び中空糸１をクランプした状態で移動自在の後述するチューブステージ８５をヒータプレス部５０に移動する。ヒータプレス部５０のレバーを下げて編組糸３を挟んだ状態で加熱しながら、チューブステージ８５を左側に移動する。
【００４２】
ヒータプレス部５０の構造が、通孔４３のみで拡開部４５を設けない編組糸３の外径に近いかまぼこ状だと、編組糸３が熱溶着した後の隙間が生じる。その隙間分だけ熱が伝わらず、編組糸３が熱溶着不良で１６本がバラけてしまった。
【００４３】
（４）熱溶着装置での製法において、編組糸３及び中空糸１をクランプで仮止めする。金属製の管５をパイプ受けに置く。セットピンを移動して金属製の管５に入れる。金属製の管５を入れたまま、クランプに仮止めしていた中空糸１にセットピンを制御された位置まで左に移動して、金属製の管５を中空糸１に入れる。編組糸３及び中空糸１の先端をスライドして指定された位置に合わせたらクランプを本止めする。
【００４４】
セットピンを装入した状態で、ヒータプレス部５０のレバーを上げてヒータプレス部を上下に開ける。チューブステージ８５をヒータプレス部５０に移動する。ヒータプレス部５０のレバーを下げて編組糸３を挟んだ状態で加熱しながら、チューブステージ８５を左側に移動する。
【００４５】
このように、セットピンを管５に装入した状態で加熱してしまうと、熱がセットピンに伝わってしまい、編組糸３が熱溶着不良で１６本がバラけてしまった。
【００４６】
次に、上記（１）〜（４）までの各方法で生じた問題点を克服する形で完成させた本実施形態の調湿モジュールの製造方法について説明する。以下、調湿モジュールの製造工程を図を参照しつつ説明する。
【００４７】
（１）図５Ａにおいて、中空糸１の外径に線径０．２ｍｍのナイロン系糸１６本で編組糸３を形成する。
【００４８】
（２）図５Ｂにおいて、熱溶着装置６０の電源を入れてヒータを加熱して、温度センサーの温度が２５０℃にセットする。編組糸３及び中空糸１をセットして、長さ７０ｍｍに切断する。
熱溶着する上ヒータ４１Ａと下ヒータ４１Ｂ部分のヒータ温度は１６０〜１７０℃に設定する。
【００４９】
（３）図５Ｃにおいて、編組糸３及び中空糸１をクランプ７１で仮止めする。金属製の管５を管受け７３に置く。セットピン７５は、図６のステージ概観図に示すように、ステージ７０上に配置されたガイドレール７７に沿って移動して金属製の管５に入れる。金属製の管５を入れたまま、ステージ７０上を移動する。
【００５０】
（４）図５Ｄ及び図７において、クランプ７１に仮止めしていた中空糸１にセットピン７５を制御された位置まで左に移動して、金属製の管５を中空糸１に入れる。編組糸３及び中空糸１の先端をスライドして指定された位置に合わせたらクランプ７１を本止めする。
【００５１】
（５）図５Ｅ及び図８に示すように、セットピン７５を右に移動すると、中空糸１に金属製の管５が所定の長さが出た状態で残る。
【００５２】
（６）図５Ｆにおいて、ヒータプレス部５０のレバー８３を上げてヒータプレス部５０を上下に開ける。チューブステージ８５をヒータプレス部５０に移動する。ヒータプレス部５０のレバー８３を下げて編組糸３を挟んだ状態で加熱しながら、チューブステージ８５を図８に示す左側に移動する。
【００５３】
このとき、ヒータプレス部５０の拡開部４５がラッパ状になっているため、このラッパ状の穴の中を編組糸３が引き抜かれる形となり、しぼむように編組糸３が熱溶着し、中空糸１は金属製の管５に熱収縮して密着する。
【００５４】
（７）ブザーが鳴ったら（ヒータ開始から２５秒後）、図５Ｇに示すように、ヒータプレス部５０のレバーを上げてチューブステージ８５を手前に引く。この結果、編組糸３が熱溶着で１６本がバラけること無く、中空糸１は金属製の管５に熱収縮して密着して、抜け落ちることが無い。
【００５５】
（８）熱溶着後の調湿モジュール３０を、図示しない樹脂金型にセットする。このとき、中空糸１内に樹脂が流れ込まないように金属製の管５の内径にあったセットピンを管５の端部に打ち込む。樹脂（ポリプロピレン）成型機で端部を継手形状に成型して呼気ガス用チューブドライヤーに仕上げる。
【００５６】
編組糸３が熱溶着で１６本がバラけること無く、また中空糸１は金属製の管５に熱収縮して密着して、抜け落ちることが無いため、作業は非常に簡単に行える。以上の工程を反対側の端部についても繰り返し実行し図５Ｈに示すように調湿モジュール４０を完成させる。
【００５７】
（９）次に、成型部の気密性能を、リークテスターを用いて測定した。測定条件は、片側の継手部を密閉した後に、もう一方の継手側から０．０７ＭＰａの圧力を封入する。０．３ｍＬ／ｍｉｎ．以下の漏れ量を合格とした。本発明の熱溶着法により生成した調湿モジュール４０は全て合格となった。
【符号の説明】
【００５８】
１  中空糸
３  編組糸
５  管
７  継手
１１  編組糸端部のほつれ
２０、３０、４０  調湿モジュール
４１Ａ  上ヒータ
４１Ｂ  下ヒータ
４３  通孔
４５  拡開部
５０  ヒータプレス部
６０  熱溶着装置
７０  ステージ
７１  クランプ
７３  管受け
７５  セットピン
８３  レバー
８５  チューブステージ
【図１】
0005437735.tif 000002
【図２】
0005437735.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
0005437735.tif 000012
【図５Ｈ】
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【図６】
0005437735.tif 000014
【図７】
0005437735.tif 000015
【図８】
0005437735.tif 000016
【図９】
0005437735.tif 000017