(57)【要約】【課題】膜面が傷つきにくく、所定の位置にシワの無い折り目を付与することができ、しかも操作が簡易なため自動化に適するスパイラル型膜エレメントの製造方法を提供する。【解決手段】折り返した膜１の供給側に供給側流路材を及び透過側に透過側流路材を配置した積層体を形成する工程と、少なくともこの積層体を有孔の中空管にスパイラル状に巻回する工程と、供給側流体と透過側流体との混合を防ぐための封止構造を形成する工程とを有するスパイラル型膜エレメントの製造方法において、前記膜１を折り返すにあたり、相互の距離が変動可能な一対の挟持部材４の間に、挿入部材３により膜１の折り返し部を押し込んだ後、押し込まれた部分を前記挟持部材４で挟み込んで折り目１ａを形成することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
折り返した膜の供給側に供給側流路材を及び透過側に透過側流路材を配置した積層体を形成する工程と、少なくともこの積層体を有孔の中空管にスパイラル状に巻回する工程と、供給側流体と透過側流体との混合を防ぐための封止構造を形成する工程とを有するスパイラル型膜エレメントの製造方法において、
前記膜を折り返すにあたり、相互の距離が変動可能な一対の挟持部材の間に、挿入部材により膜の折り返し部を押し込んだ後、押し込まれた部分を前記挟持部材で挟み込んで折り目を形成することを特徴とするスパイラル型膜エレメントの製造方法。
【請求項２】
前記挿入部材の刃先部は、曲率半径が０．２〜１．０ｍｍの範囲である請求項１記載のスパイラル型膜エレメントの製造方法。
【請求項３】
前記挟持部材で挟み込む際の押圧力が１０〜５００ＫＰａの範囲である請求項１又は２に記載のスパイラル型膜エレメントの製造方法。
【請求項４】
前記折り返し部には、予め折り返し内側に粘着テープを貼り付けてある請求項１〜３いずれかに記載のスパイラル型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、分離膜と供給側流路材と透過側流路材とが積層状態で有孔の中心管の周囲にスパイラル状に巻回されているスパイラル型膜エレメントの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のスパイラル型膜エレメントは、２枚の膜の透過側に透過側流路材を介在させて袋状に３辺を封止した１組みの積層体（膜リーフ）を有孔の中空管に接続し、接続した積層体を供給側流路材を介在させつつスパイラル状に巻回した構造が知られていた。また、透過側の流路長を短くすべく、複数組みの積層体（膜リーフ）を用いたものも知られている。
【０００３】
後者の基本構造としては、対向する膜の供給側に供給側流路材を介在させ、対向する膜の透過側に透過側流路材を介在させた積層体を有孔の中空管にスパイラル状に巻回してあり、供給側流体と透過側流体の混合を防止するための封止構造を備えるものが一般的である。より具体的には、供給側流路材を膜の分離層側に挟み込んだ二つ折り膜リーフ及びこれに隣接する透過側流路材とからなる膜素材群の単数あるいは複数の積層体を、有孔の中空管の周りに巻き付けたものが既に公知である（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このようなスパイラル型膜エレメントの製造方法としては、図３〜図４に示すように、まず折り返した膜１と供給側流路材１１からなる膜リーフと、透過側流路材１２を重ねて配置し、これを一定の間隔（中空管１４の外周長さを膜リーフの枚数分で除した長さ）ずらして積層体を作製し、次いで、上記積層体を中空管１４に巻き付けていく方法が採用されている。なお、図３〜図４は、膜リーフが各々独立して連続しない形態（単独リーフ）を例示しているが、各々の膜リーフの膜１が連続した形態も知られている。
【０００５】
上記の製造方法において、膜リーフを作製するには、ずれや皺を生じさせないために、膜を巻き付け方向に対して正確に直角に折り返すことが必要となる。このとき、膜のみを折り返すとその折り目で膜に欠陥が生じ易いため、折り目の部分に粘着テープを貼って膜を保護する場合もある。その状態で、膜を直角に膜を折り返し、折り返しの部分を手、プラスチック板、ローラ等でしごいて折り目を形成する方法が行われている。
【０００６】
また、折り目の直線度や直角度の精度を改善すべく、予め分離膜に筋目やミシン目を入れる方法も知られている（例えば、特許文献２参照）。更に、熱を加えて折り目をつける方法やその際に一対のロールで膜を挟み込む方法も公知である（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
しかしながら、単に筋目やミシン目を入れる方法では、折り目が十分付かず、これが原因となって後の巻回工程などにおいて歪みが生じ、「シワ」「折れ」が発生し易かった。また、単に加熱する方法では、折り目の直線度や直角度の精度が悪く、また、十分な折り目を付けるには高温にする必要があるため（３５０〜４２０Ｋ（７７〜１４７℃）、折目部の熱収縮による歪みの影響から「シワ」「折れ」が発生したり、膜に穴があいたりする。更に、いずれの方法も、手動操作を前提としており、操作が煩雑なため製造の自動化に適した方法とは言い難かった。
【０００８】
一方、自動化可能な方法として、分離膜を二つ折りにする際に、図６に示す装置を用いる方法が知られている（例えば特許文献４）。この装置では、搬送アーム６０の把持部６１で分離膜１の端部をつかみ、折り返して膜同士を重ね合わせ、折り目ガイド６６を折り返し端７０の手前まで移動させた後、熱プレート６７で上から押圧して折り目を付与している。
【０００９】
しかしながら、上記方法では、分離膜端部をつかみ、折り返して膜同士を重ね合わせた際、膜表面同士が擦れ膜面に傷が付きやすく、スパイラル型膜エレメントの分離性能を損ねるような欠陥を生じさせるおそれがある。また、折り返し端に圧力をかける際、折り返し端部が不安定であるため折り目部分にシワが生じやすいという問題もある。さらに、操作や制御が複雑な割りには、折り目位置が変動しやすいという問題もある。
【特許文献１】米国特許３，４１７，８７０号公報
【特許文献２】特開平１０−１３７５５９号公報
【特許文献３】米国特許５，６８１，４６７号公報
【特許文献４】特開２００２−１０２６５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明の目的は、膜面が傷つきにくく、所定の位置にシワの無い折り目を付与することができ、しかも操作が簡易なため自動化に適するスパイラル型膜エレメントの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的は、下記の如き本発明により達成できる。      
【００１２】
即ち、本発明のスパイラル型膜エレメントの製造方法は、折り返した膜の供給側に供給側流路材を及び透過側に透過側流路材を配置した積層体を形成する工程と、少なくともこの積層体を有孔の中空管にスパイラル状に巻回する工程と、供給側流体と透過側流体との混合を防ぐための封止構造を形成する工程とを有するスパイラル型膜エレメントの製造方法において、前記膜を折り返すにあたり、相互の距離が変動可能な一対の挟持部材の間に、挿入部材により膜の折り返し部を押し込んだ後、押し込まれた部分を前記挟持部材で挟み込んで折り目を形成することを特徴とする。
【００１３】
本発明によると、押し込み操作と挟み込み操作のみで折り目を形成することができるため、操作や制御が簡易になり自動化に適したものとなる。また、挿入部材が膜を押し込む位置によって、折り目の位置を決定できるため、所定の位置に折り目を付与することができる。その際、押し込みと挟持によって無理なく折り目が形成されるため、シワや歪みが生じにくくなる。
【００１４】
上記において、前記挿入部材の刃先部は、曲率半径が０．２〜１．０ｍｍの範囲であることが好ましい。かかる刃先部により、膜の押し込み時に膜を切断することなく、折り目を仮付けすることができる。このような折り目の仮付けによって、挟み込みの際に安定して折り目を形成することができる。
【００１５】
また、前記挟持部材で挟み込む際の押圧力が１０〜５００ＫＰａの範囲であることが好ましい。このような押圧力によって、膜の性能を維持しながら、後の積層工程や巻回工程を行う際に十分な折り目を形成することができる。
【００１６】
更に、前記折り返し部には、予め折り返し内側に粘着テープを貼り付けてあることが好ましい。かかる粘着テープによって、押圧力による膜性能の劣化をより確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１〜図４は、本発明のスパイラル型膜エレメント製造方法の一例を示す工程図である。
【００１８】
本発明は、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、予め膜１を折り返すにあたり、相互の距離が変動可能な一対の挟持部材４の間に、挿入部材３により膜１の折り返し部を押し込んだ後、押し込まれた部分を前記挟持部材４で挟み込んで折り目１ａを形成することを特徴とする。本実施形態では、挟持部材４が軸心を平行に配置した一対のローラ４ａ，４ｂである例を示す。
【００１９】
まず、図１（ａ）に示すように、分離膜１の折り返し部が、押し込み挿入部材３とローラ４ａ，４ｂとの間にセットされる。分離膜１は複数の支持ローラ６で支持されており、これらの一部を駆動すること等によって、分離膜１を自動で搬送することも可能である。
【００２０】
分離膜１には、逆浸透膜、限外ろ過膜、精密ろ過膜、ガス分離膜、脱ガス膜などが使用できる。本例では折り曲げ部に補強のための粘着テープ２を貼り付けてある。当該粘着テープ２やマーキングに基づいて、搬送の位置決めを行うことも可能である。
【００２１】
粘着テープ２としては、基材としてポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニルなどを用い、粘着剤層にアクリル系などの粘着剤を用いたものが挙げられる。
【００２２】
続いて、図１（ｂ）に示すように、挿入部材３により、ローラ４ａ，４ｂの間に、膜１の折り返し部を押し込む。このとき、ローラ４ａ，４ｂ間の最も狭い部分の距離は、０．７〜５．ｍｍが好ましい。本実施形態では、膜１の折り返し部の先端が、少なくとも最も狭い部分を通過することが好ましい。
【００２３】
ローラ４ａ，４ｂは、回転自在であってもよいが、制動力を付与したり、回転不能にしてもよい。また、回転駆動を行ってもよく、挿入部材３を挿入する際には、それと同期して回転させ、膜１の押し込まれた部分を挟持する際には、ローラ４ａ，４ｂを逆に回転駆動させて、膜１の引き出しと挟持を行うようにしてもよい。
【００２４】
挿入部材３は、膜１に対して直線状に当接可能で挟持部材４の間に挿入できるものであればよく、例えばブレードやプレートなどが使用できる。さらに、挿入部材３のブレード３ａの先端部形状は図２に示したように、鋭利でない（角取り加工されている）ことが好ましい。具体的には、刃先部の曲率半径ｒが０．２〜１．０ｍｍの範囲であることが好ましい。
【００２５】
挿入部材３は、ローラ４ａの軸心とローラ４ｂの軸心とを含む平面に対して、略垂直な方向に移動可能なことが好ましい。例えば、流体圧シリンダーや他のアクチュエータを用いて、この動作を行うことができ、これらによって自動化が可能となる。
【００２６】
なお、挿入部材３をローラ４ａ，４ｂ間に挿入する際、挿入部材３の形状に応じて、ローラ４ａ，４ｂ間の最も狭い部分の距離が変化するようにしてもよい。その場合、挿入部材３の挿入前に、ローラ４ａ，４ｂが相互に接触していてもよい。
【００２７】
さらに続けて、図１（ｃ）に示すように、膜１の押し込まれた部分を前記挟持部材４で挟み込んで折り目１ａを形成する。このとき、ローラ４ａ，４ｂは共に、中央に向かって移動し、両者間の最も狭い部分の距離が狭くなる。これとほぼ同時に、挿入部が引き抜かれる。ローラ４ａ，４ｂの移動は、その軸を支持する部材をエアシリンダなどで駆動して行うことができる。また、上記の挟持を行う際に、ローラ４ａ，４ｂを上下に移動させることも可能である。
【００２８】
その際、挟持部材４で挟み込む際の押圧力が１０〜５００ＫＰａの範囲であることが好ましく、特に５０〜１５０ＫＰａの範囲であることが好ましい。また、この押圧力は、膜１の幅当たり、１００〜５０００Ｎ／ｃｍが好ましい。
【００２９】
なお、挟持部材４には加熱手段を設けてもよく、その場合、例えばローラ４ａ，４ｂ内に伝熱ヒータ等を内蔵すればよい。加熱の際の温度としては、８０〜１６０℃が好ましい。
【００３０】
本発明は、前記のようにして折り返した膜の供給側に供給側流路材を及び透過側に透過側流路材を配置した積層体を形成する工程と、少なくともこの積層体を有孔の中空管にスパイラル状に巻回する工程と、供給側流体と透過側流体との混合を防ぐための封止構造を形成する工程とを有する。
【００３１】
具体的には、例えば図３に示すように、折り目の付与された分離膜１を二つ折りにした間に供給側流路材１１を配置したものと透過側流路材１２とを積み重ね、供給流体と透過流体の混合を防ぐ封止部を形成するための接着剤１３を、透過側流路材１２の軸方向両端部及び巻回終端部に塗布した分離膜ユニットＵを準備する。
【００３２】
本実施形態では、供給側流路材１１を挟み込むように二つ折りにした分離膜１の上に、透過側流路材１２を重ねて、接着剤１３を塗布する例で説明したが、透過側流路材１２の上に二つ折りにした分離膜１を重ね、その上に接着剤１３を塗布することも可能である。また、二つ折りにした分離膜１の代わりに、交互に折り返した連続膜を使用したり、分離膜１の折り部分が巻回終端側になるように配置しても良い。
【００３３】
供給側流路材１１にはネット状材料等が使用できる。透過側流路材１２にはネット状、編み物状材料等が使用できる。接着剤１３にはウレタン、エポキシ等が使用できる。
【００３４】
次に、図４に示すように、この分離膜ユニットＵの単数または複数を、有孔の中心管１４の周囲にスパイラル状に巻回した後、接着剤１３を熱等により硬化させることで、透過側流路の軸方向両端部が少なくとも封止された巻回体を得る。本実施形態では、その際に透過側流路の巻回終端部や中心管１４の周囲部も封止される。分離膜ユニットＵを積層する際の数量は、必要とされる透過流量に応じて決まるものであり、１層以上であればよいが、操作性を考慮すると１００層程度が上限である。
【００３５】
［他の実施形態］
（１）前述の実施形態では、挟持部材が軸心を平行に配置した一対のローラである例を示したが、本発明では、挟持部材がピンチバーやピンチプレートなどで構成されていてもよい。
【００３６】
例えば図５に示すように、プレス面が平行に配置された一対のピンチバー４ｃ，４ｄが、挟持部材４として使用できる。ピンチバー４ｃ，４ｄの上面内側には、膜１の押し込みを容易にするために、丸みを帯びた摺動面を有することが好ましい。ピンチバー４ｃ，４ｄを用いる場合も、両者が中央に向けて線対称に移動するのが好ましい。
【００３７】
（２）前述の実施形態では、分離膜１が水平状態に配置されている例を示したが、分離膜１のおかれる角度は自由に設定できる。例えば、支持ローラ６の自由回転により分離膜１を自動搬送し易いように、載置面を水平より傾斜させることなどが可能である。
【００３８】
（３）前述の実施形態では、膜の折り返し部に粘着テープ等の補強材を貼着する例を示したが、膜の強度が十分な場合など、補強材を使用せずに膜単独で折り返しを行ってもよい。また、挿入部材で膜を押し込む際に、供給側流路材などを一緒に押し込んで、折り目の形成と流路材の挟み込みを同時に行ってもよい。
【００３９】
（４）前述の実施形態では、膜を２つ折りにして供給側流路材を挟み込む場合の巻回の開始側に折り目を形成する例を示したが、連続する膜を交互に折り返して、供給側流路材および透過側流路材を挟み込む場合に、本発明によって両側の折り返し部に折り目を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明のスパイラル型膜エレメントの製造方法の一例を示す工程図
【図２】本発明の押し込み挿入部材の先端部の一例を示す要部拡大図
【図３】本発明のスパイラル型膜エレメントの製造方法の一例を示す工程図
【図４】本発明のスパイラル型膜エレメントの製造方法の一例を示す工程図
【図５】本発明のスパイラル型膜エレメントの製造方法の他の例を示す工程図
【図６】従来のスパイラル型膜エレメントの製造方法の一例を示す工程図
【符号の説明】
【００４１】
１        分離膜
２        粘着テープ
３        挿入部材
３ａ      ブレード
４        挟持部材
４ａ，４ｂ  ローラ
４ｃ，４ｄ  ピンチバー
１１        供給側流路材
１２        透過側流路材
１３        接着材
１４        有孔の中心管
Ｕ        分離膜ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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