(57)【要約】【課題】溶着面積を最小限に抑えた効率のよいレーザー溶着を行なうことができるとともに、ＳＳ検出限界以下及び大腸菌不検出の性能を備えた平膜エレメントを製造できる平膜エレメントの製造方法を提供する。【解決手段】レーザー照射装置２６は、膜シート２２と支持板２４とを重ね合わせた後、支持板２４の接合部に塗布された中間材２８の一部が膜シート２２の一部に染み込んだ状態で、膜シート２２の上方からレーザー光２６ａが照射される。レーザー光２６ａを吸収した中間材２８は発熱して、支持板２４の接合部及び中間材２８が染み込んだ膜シート２２の接合部を溶融させる。溶融した膜シート及び支持板の樹脂は混合して、膜シート２２のスキン層２２ａまで垂直に浸透する。レーザー光２６ａの照射を停止すると、溶融した樹脂が混合した状態で硬化する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固液分離を行なう膜シートと、該膜シートを支持する支持板とを重ね合わせて、互いの接合部にレーザーを照射することにより、前記膜シートを前記支持板上に溶着させて平膜エレメントを製造する平膜エレメントの製造方法において、
前記膜シートの接合部と前記支持板の接合部との間にレーザー吸収性を有する材質で構成された中間材を介在させて、前記接合部に対して前記レーザー照射を行なうことを特徴とする平膜エレメントの製造方法。
【請求項２】
前記中間材は、前記膜シート又は前記支持板の接合部に塗布した状態で介在され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。
【請求項３】
前記中間材は、シート状を有す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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は平膜エレメントの製造方法に係り、特に浸漬された状態で被処理水を濾過することにより、ＳＳ検出限界以下及び大腸菌不検出の濾過水を得ることができる平膜エレメントを製造する平膜エレメントの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被処理液中に垂直方向に浸漬配置される平膜エレメントは、膜シートの周縁部を支持板上に接合することにより形成され、被処理水を膜シートに濾過させることにより濾過水を得ることができる。排水処理に使用される平膜エレメントの濾過性能としては、ＳＳ濃度が０．４ｍｇ／Ｌ以下（以後、ＳＳ検出限界以下と記す）であり、大腸菌不検出である濾過水を得られることが要求される。この平膜エレメントの濾過性能は、膜シート自体の濾過性能の他に、膜シートと支持板との接合部における密着性が大きく影響する。
【０００３】
従来、平膜エレメントの製造において、膜シートを支持板に接合する方法としては、特許文献１で開示されているように、接着剤を用いる方法が多く採用される。これにより、安価かつ簡易に膜シートを支持板に接合することができる。
【０００４】
また、特許文献２で開示されているように、各接合部に対して超音波の照射や局部加熱を行なうことにより、膜シートと支持板の界面を溶融させて溶着させる方法も提案されている。これにより、膜シートを支持板に短時間で接合することができる。
【特許文献１】特開平１０−１２８０８０号公報
【特許文献２】特開平７−２４２７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のように接着剤を用いる方法では、膜シートが多孔性を有する素材で構成されているため、接着面よりも広範囲に接着剤が膜シート内を浸透する上、平膜エレメントは水中に浸漬されるため接着剤が劣化し易い。そのため、接着剤による接合では、膜シートにおける濾過処理を行なう面積が減少する上、接着箇所が剥離し易くなるという問題があった。
【０００６】
また、特許文献２のように、局部加熱や超音波を用いた溶着方法では、溶着する箇所以外の膜シートが損傷し易い上、膜シートと支持板とは構造や密度が異なるため安定して接合することが難しいという問題があった。
【０００７】
この問題に対処するために、出願人はレーザー透過性を備えた膜シートと、レーザー吸収性を有する支持板とを重ね合わせて、膜シート側からレーザー照射することにより、膜シートを支持板に溶着させるレーザー溶着方法を検討してきた。しかしながら、膜シートの構造からレーザー照射によって溶融した樹脂を膜シートの上面まで浸透させることは困難であるため、溶着箇所においてリークが起こる可能性がある。したがって、リーク防止のために溶着箇所に対してレーザー照射を繰り返し行なわなければならないため、溶着作業に要する手間や時間が増大する上、溶着に要する面積の増加や溶着した箇所の熱による劣化という新たな問題が生じる。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、溶着する面積を最小限に抑えた効率のよいレーザー溶着を行なうことができるとともに、ＳＳ検出限界以下及び大腸菌不検出の性能を備えた平膜エレメントを製造できる平膜エレメントの製造方法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】
請求項１に記載の発明は前記目的を達成するために、固液分離を行なう膜シートと、該膜シートを支持する支持板とを重ね合わせて、互いの接合部にレーザーを照射することにより、前記膜シートを前記支持板上に溶着させて平膜エレメントを製造する平膜エレメントの製造方法において、前記膜シートの接合部と前記支持板の接合部との間にレーザー吸収性を有する材質で構成された中間材を介在させて、前記接合部に対して前記レーザー照射を行なうことを特徴とする。
【００１０】
本発明において、 シートの接合部と支持板の接合部との間にレーザー吸収性を有する材質で構成された中間材を介在させて、接合部に対して前記レーザー照射を行なうようにした。これにより、中間材はレーザーが当たると発熱して溶融状態になり、多孔性の膜シートの多孔部分に入り込み、多孔部分が中間材で埋め込まれる。また、発熱した中間材の熱によって溶融温度の異なる部材である膜シート及び支持板の界面を効率よく溶融させ、溶融した中間材と絡み合って融合した状態で膜シートの内部に浸透する。従って、冷却後は、膜シートと支持板との接合が強固になり、密着性や接合強度を大幅に増加させることができ、横方向からのリーク発生を防止できる。また、レーザー光は直進性に優れており、照射した中間材の箇所のみを局部的に発熱させることが可能であるため、膜シートへの熱影響を最小限に抑制することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の中間材は、前記膜シート又は前記支持板の接合部に塗布した状態で介在されることを特徴とする。これにより、溶着箇所を自由な形状に形成させることができる。また、塗布した中間材を膜シート内に浸透させることができるので、膜シート内面からもレーザー照射によって発熱させて溶融させることができる。これにより、効率よくレーザー溶着を行なうことができるとともに、膜シートと支持板との密着性を向上させることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の中間材は、シート状を有することを特徴とする。これにより、膜シートと支持板の溶着部に中間材を安定して介在させることができるので、安定したレーザー溶着を行なうことができる。また、中間材が液状の場合には、塗り斑が生じ易く、中間材の効果を十分に発揮できない場合があるが、中間材をシート状に形成して、予め膜シートの接合部や支持板の接合部に貼り付けることで中間材の効果を一層発揮させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように本発明に係る平膜エレメントによれば、膜シートと支持板との接合をレーザー溶着で行なう際に、膜シートと支持板との間にレーザー吸収性を有する中間材を介在させているので、溶融温度の異なる部材である膜シート及び支持板を強固かつ安定した状態で溶着させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下添付図面に従って本発明に係る平膜エレメントの製造方法における好ましい実施の形態について詳説する。
【００１５】
図１は、本発明の平膜エレメントの製造方法を好適に用いた実施の形態である平膜エレメント製造ライン１０を示したブロック図である。また、図２は平膜エレメントの製造する際のレーザー溶着を説明すると共に平膜エレメントの構成及び中間材を説明する断面図である。
【００１６】
図１及び図２に示すように、平膜エレメント製造ライン１０は、膜シート２２を製造する膜シート製造工程１２と、支持板２４を製造する支持板製造工程１４と、中間材２８を製造する中間材製造工程１６と、支持板２４に中間材２８を塗布する塗布工程１８と、中間材２８を介在させた状態で膜シート２２と支持板２４とを重ね合わせてレーザーを照射するレーザー溶着工程２０と、から構成される。
【００１７】
膜シート製造工程１２では、図２に示すように、上から順にスキン層２２ａと、含浸層２２ｂと、支持層２２ｃとから構成されるシートを所定の大きさに裁断することにより膜シート２２が製造される。スキン層２２ａは、高い固液分離能を備え、かつ耐久性及び強度の高い材質が使用され、例えばポレオレフィン等有機高分子が使用される。支持層２２ｃは、膜シート２２全体を支持できる強度を有する材質であることが好ましく、例えばポリエチレン等が用いられる。含浸層２２ｂは、支持層２２ｃの中にスキン層２２ａを構成する材質が入り込んだ状態で形成される。なお、膜シート２２は、スキン層２２ａ、含浸層２２ｂ、及び支持層２２ｃの３層で構成されたもので説明したが、特に限定するものではなく、スキン層２２ａ及び含浸層２２ｂの２層で構成されたものを用いてもよい。また、膜シート２２に使用される材質は、レーザー透過性を有していることが好ましい。
【００１８】
支持板製造工程１４では、膜シート２２から透過した濾過水を全面で均一に集水し易いような矩体状の板材を成型して支持板２４が製造される。支持板２４に使用される材質としては、軽量で高強度を有する熱可塑性樹脂が好ましく、例えばＡＢＳ樹脂等が使用される。したがって、支持板２４の製造方法としては、製品精度のばらつきが少なく生産性に優れた射出成型法を採用することが好ましい。
【００１９】
中間材製造工程１６では、レーザー吸収性に優れ、かつレーザーを吸収することにより発熱して溶融する中間材２８が製造される。中間材２８としては、例えばレーザー吸収性を有する顔料を含有した樹脂を溶剤で所定の粘性に調整したものが使用される。添加される樹脂は、例えばポリカーボネート、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレンなど、ポリ化した樹脂が使用される。また、添加される顔料は高い吸収性を有する物質であることが好ましく、例えばカーボンブラックが使用される。中間材２８の粘性は、支持板２４に塗布可能で、膜シート２２に垂直方向に浸透可能になるように溶剤の添加量が調整される。また、溶剤としては、膜シート２２を変質させない物質であることが好ましく、例えば水溶性溶剤が使用される。なお、中間材２８として樹脂を溶剤に溶融させたものを例にあげたが、特に限定されるものではない。レーザー吸収性を有する顔料を直接水溶性溶剤などの溶媒に溶解させたものを中間材２８として使用してもよい。
【００２０】
塗布工程１８では、支持板２４の表面に対する中間材２８の塗布が行なわれる。中間材の塗布方法は、例えば接合部と同じ範囲をかたどった凸板を中間材２８に浸漬し、凸板を支持板２４の接合部に押し付けることにより中間材２８の塗布が行なわれるが、塗布方法については特に限定するものではない。
【００２１】
レーザー溶着工程２０では、製造された膜シート２２と支持板２４を重ね合わせて、塗布された中間材２８に対して膜シート２２の上方からレーザー光２６ａを照射する。レーザー光２６ａの出力は、膜シート２２を透過するとともに支持板２４に吸収される出力であることが好ましく、例えば半導体用のレーザー照射装置２６であれば２５Ｗに設定される。また、照射速度は中間材２８にレーザー光２６ａを効率よく吸収させることができるとともに、照射した箇所以外に対して影響を与えない速度であることが好ましく、例えば３０ｍｍ／ｓに設定される。なお、レーザー照射を走行しながら行なうようにすれば、省スペースかつ短時間で効率よくレーザー照射が可能となる。
【００２２】
次に、上記の如く構成される平膜エレメント製造ライン１０を用いて、本発明の平膜エレメント製造方法の作用について説明する。
【００２３】
レーザー溶着法は、比較的狭い面積に対して強度及び密着性の高い溶着を行なうことができる上、溶着箇所以外における溶融や変形を低減できる特徴を有している。このため、平膜エレメント２０を製造する際に、膜シート２２を支持板２４に接合する場合には接合部の面積を最小限に抑えつつも接合強度や密着性に優れ、かつ接合処理における損傷を少なくする必要があるため、レーザー溶着法が適切な方法であるといえる。
【００２４】
しかしながら、膜シート２２は透水性を有するために大部分が低密度の多孔性を有する樹脂で構成されている一方、支持板２４はその高強度性のために高密度な樹脂で構成されている。レーザー溶着は、レーザー吸収性を有する樹脂がレーザー光２６ａを吸収して発熱することによって行なわれるため、構造や密度の極めて異なる樹脂同士を強固に溶着させることは困難である。
【００２５】
そこで、本発明では、膜シート２２の接合部と支持板２４の接合部との間にレーザー吸収性を有する材質で構成された中間材２８を介在させて、接合部に対してレーザー照射を行なうようにした。
【００２６】
図２（Ａ）は中間材２８のない場合で膜シート２２を支持板２４に重ね合わせてレーザー光２６ａを照射した状態を示しており、図２（Ｂ）は膜シート２２と支持板２４との間に中間材２８を介在させてレーザー光２６ａを照射した状態を示している。
【００２７】
図２（Ａ）に示すように、図１のレーザー溶着工程２０では、膜シート２２と支持板２４とを重ね合わせてから、レーザー照射装置２６によりレーザー光２６ａが膜シート２２上方から照射される。照射されたレーザー光２６ａはレーザー透過性を有する膜シート２２を透過して、レーザー吸収性を有する支持板２４の界面上で吸収される。
【００２８】
このとき、支持板２４の界面上で溶融した樹脂の熱で膜シート２２の支持層２２ｃを溶融させることができるが、多孔性を有する含浸層２２ｂは溶融した樹脂の熱を分散してしまうため、含浸層２２ｂを完全に溶融させることができない上、含浸層２２ｂに溶融した樹脂を浸透させてスキン層２２ａまで到達させることは困難である。
【００２９】
また、膜シート２２と支持板２４とは、レーザー溶着法により支持板２４の界面上の溶融した樹脂が膜シート２２の溶融した支持層２２ｃと混合して硬化するが、膜シート２２の大部分を構成するスキン層２２ａ及び含浸層２２ｂは、その構造のため極めて不安定な状態で固定される上、膜シート２２を溶着させた箇所では含浸層２２ｂの横方向が遮蔽されていない。このため、製品化した平膜エレメントを浸漬させて吸引濾過を行なう際に、膜シート２２の溶着箇所で横方向からリークが発生する可能性がある。
【００３０】
本発明では、図１で示したように、中間材製造工程１６で中間材を製造し、塗布工程１８で支持板２４の表面に対して中間材２８の塗布が行なわれる。このため、図１のレーザー溶着工程２０では、図２（Ｂ）で示したように、支持板２４に塗布された中間材２８が膜シート２２の一部に染み込んだ状態でレーザー光２６ａが照射される。中間材２８がレーザー光２６ａを吸収すると、発熱して中間材２８と接触する支持板２４の界面と、膜シート２２に中間材２８が染み込んだ箇所とが溶融して混合する。そして、溶融して混合した樹脂は膜シート２２のスキン層２２ａまで垂直に浸透するので、多孔性の膜シート２２の多孔部分が浸透した樹脂で埋め込まれる。これにより、膜シート２２を中間材２８の接合部の範囲内で安定かつ確実に支持板２４の表面に溶着できるとともに、接合部において横方向からリークすることを防止できる。
【００３１】
また、膜シート２２及び支持板２４は、互いに融点が異なる材質で構成されている。したがって、膜シート２２及び支持板２４を溶融させる温度に発熱する材質を中間材２８として用いれば、レーザー照射によって膜シート２２と支持板２４との界面を効率よく溶融させることができるので、膜シート２２を支持板２４に各接合部で強固に溶着することができる。
【００３２】
さらに、レーザー吸収体として中間材２８を使用すれば、膜シート２０又は支持板２４に前もってレーザー吸収性を備えさせる必要がなくなる。したがって、膜シート２２又は支持板２４を製造する際に、レーザー吸収性を有する顔料等を添加する作業を行なわなくてすむ。これにより、膜シート製造工程１２及び支持板製造工程１４に要する時間、材料コスト、及び設備コストを大幅に低減することができる。
【００３３】
また、膜シート２２又は支持板２４では、製品後の平膜エレメントにおける機能及び強度の面からレーザー吸収性を有する顔料等の添加量が制限される。ところが、本発明では中間材２８を使用しているので特にそのような問題が生じない。このため、中間材２８にレーザー吸収性を有する顔料等を最大限に添加することができる。これにより、レーザー溶着を効率よく行なうことができるとともに、平膜エレメントで使用される顔料等の総量を低減することができる。
【００３４】
なお、上述した平膜エレメント製造ライン１０において、各部材及び装置の個数、形状、及び材質などは特に限定するものではない。
【００３５】
平膜エレメント製造ライン１０において、粘性を有する中間材２８を支持板２４に塗布する塗布工程を設けたが、特に限定するものではない。膜シート２２に中間材２８を塗布するようにしてもよい。また、中間材２８としてシート状を採用すれば、中間材２８を安定して膜シート２２と支持板２４との間に介在させることができるので、安定したレーザー溶着を行なうことができる。さらに、支持板製造工程１４において、中間材２８と同じ材質のビードを支持板２４の接合部に設けた支持板２４を製造するようにすれば、膜シート２２と支持板２４との間に中間材２８を介在させる工程を省略することができる。
【００３６】
また、レーザー溶着工程２０において、膜シート２２の上面を所定の圧力で押圧しながらレーザー照射を行なうようにすれば、膜シート２２の含浸層が圧縮された状態でレーザー溶着が行なわれるため、より安定して膜シート２２を支持板２４に溶着することができる。
【００３７】
さらに、膜シート２２と支持板２４との間に透水性を有する不織布で構成されたスペーサーを介在させた平膜エレメント２０を製造する場合でも、本発明の平膜エレメントの製造方法を好適に用いることができる。これにより、濾過処理時に膜シート２２と支持板２４との密着を防止でき、かつ効率よく濾過水が流れる流路を形成可能な平膜エレメントを製造することができる。
【００３８】
平膜エレメント製造ライン１０で製造される平膜エレメント２０は、濾過方法に関して特に限定はない。吸引ポンプによって支持板２４を吸引力して濾過する平膜エレメントや、サイフォン式に吸引濾過する平膜エレメント、重力によって平膜エレメントの膜面を加圧して濾過する平膜エレメントを製造する際にも、本発明の平膜エレメントの製造方法を好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の平膜エレメントの製造方法を好適に用いた平膜エレメント製造ラインを示したブロック図
【図２】中間材を使用しない場合と使用した場合における膜シートと支持体のレーザー溶着を示した断面図
【符号の説明】
【００４０】
１０…平膜エレメント製造ライン、１２…膜シート製造工程、１４…支持板製造工程、１６…中間材製造工程、１８…塗布工程、２０…レーザー溶着工程、２２…膜シート、２２ａ…スキン層、２２ｂ…含浸層、２２ｃ…支持層、２４…支持板、２６…レーザー照射装置、２６ａ…レーザー光、２８…中間材
【図１】
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【図２】
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