分離膜モジュールとその製造方法
【課題】ポッティング材の凝固収縮に伴う反力を確実に緩和させ、残留応力に起因する剥離現象の発生することのない優れた固着を実現し、長期に亘って、その機能を十分に発揮するようにした分離膜モジュールとその製造方法を提供する。
【解決手段】１本或は複数本の分離膜２から成る膜束３の少なくとも一端部を、ポッティング部６を介してモジュールケース５内に固定した分離膜モジュール１であって、前記ポッティング部６の開口端６ａとは反対側の前記膜束３とのポッティング基端面６ｂに溝部７を形成して、ポッティング時に生じるポッティング部６の凝固収縮に伴う反力を緩和させるようにした分離膜モジュールである。
【解決手段】１本或は複数本の分離膜２から成る膜束３の少なくとも一端部を、ポッティング部６を介してモジュールケース５内に固定した分離膜モジュール１であって、前記ポッティング部６の開口端６ａとは反対側の前記膜束３とのポッティング基端面６ｂに溝部７を形成して、ポッティング時に生じるポッティング部６の凝固収縮に伴う反力を緩和させるようにした分離膜モジュールである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子工業、食品工業、飲料工業、医薬品工業、発酵工業、光学工業、医療、精密工業等において使用される種々の流体に対し逆浸透、限外濾過、精密濾過、気体分離等の様々な分離膜を用いた流体処理に好適であり、特に、室内等の空間に水分を供給する加湿器などにも適した分離膜モジュールとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、加湿器などで採用され始めたウレタン樹脂や、フッ素系イオン交換樹脂などの透湿材料は、水の透湿性が高いために、水膨潤による寸法変化が大きいという特徴を有している。一般に、このような材料から成る膜モジュールは、複数本のチューブ状、或は中空糸状の分離膜が収束した膜束をモジュールケース内に装填し、その端部にポッティング材を注入してこれを硬化させた後、このポッティング部の端部を分離膜と共に切断して、端部を開口することで製造される。この製造工程において、ポッティング材は個々の分離膜の間や、膜束とモジュールケースとの間に浸透し、硬化することで一体化している。
【０００３】
図１７に示すように、ポッティング材３０は硬化の際に収縮を伴うが、膜束の内部では多くの膜３１があることから、その硬化収縮の応力は分散されるものの、膜束の最外周に位置する膜３１ａがポッティングの中心部に向かって収縮する働きに対し、ポッティング材３０はモジュールケース３２に固定されているために収縮できず、この部位では応力が残留してしまう。その結果、上記透湿材料から成る分離膜モジュールを加湿器などに使用する場合、長時間に亘って水に浸漬すると、残留応力によって、ポッティング部とモジュールケースとの接合面に剥離が生じ、しかも、この近傍に位置する膜とポッティング材との接着力が膨潤による変形力に耐え切れず、剥離現象を起こしていた。そこで、この残留応力を抑制する技術として、以下のような技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
例えば、特開２０００−２２９２２５号公報（特許文献１）記載の中空糸膜モジュールは、複数本の中空糸膜を収束した中空糸束が、その端部を開口した状態でポッティング材によりモジュールケースの内部に固定された中空糸膜モジュールで、中空糸束の表面の、ポッティング材により固定される部分の縁部を含む箇所に、弾性を有する応力緩和部材を設けたことを特徴としており、これにより、中空糸束の最外周に位置する中空糸膜に、ポッティング材の硬化収縮の応力が集中するのを防いで、リークの防止を図っている。
【０００５】
また、特開平４−３４９９２３号公報（特許文献２）記載の中空糸膜モジュールは、固定用部材の開口端側の外壁より内側に、固定用部材の外径より小さい内径の環状の切欠き溝を有し、中空糸膜集束体が環状部材の内側面内において硬化部材で硬化された固定用部材の外側面と環状部材との間をシールするＯリングを、前記切欠き溝内に充填したことを特徴としており、これにより、開口端周りのリークの防止を図っている。
【特許文献１】特開２０００−２２９２２５号公報
【特許文献２】特開平４−３４９９２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特開２０００−２２９２２５号公報（特許文献１）では、応力緩和部材がポッティング材に含まれるため、硬化収縮が終了し、樹脂が安定状態になった後は不要のものとなる。また、中空糸束の最外周に緩和部材を固定させるためには、特殊な技術が必要となり、工数が多くなると共にコスト高となってしまう。しかも、角形状を呈したモジュールケースには不適である。また、特開２０００−２２９２２５号公報（特許文献１）、特開平４−３４９９２３号公報（特許文献２）では、固定用部材と中空糸膜集束体の外側面間の界面剥離によるリークを防止するに留まり、残留応力は十分に緩和されておらず、解決には至っていないのが実状である。
【０００７】
本発明は、上記の課題点に鑑み、鋭意研究の結果開発に至ったものであり、その目的とするところは、ポッティング材の凝固収縮に伴う反力を確実に緩和させ、残留応力に起因する剥離現象の発生することのない優れた固着を実現し、長期に亘って、その機能を十分に発揮するようにした分離膜モジュールとその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、１本或は複数本の分離膜から成る膜束の少なくとも一端部を、ポッティング部を介してモジュールケース内に固定した分離膜モジュールであって、前記ポッティング部の開口端とは反対側の前記膜束とのポッティング基端面に溝部を形成して、ポッティング時に生じるポッティング部の凝固収縮に伴う反力を緩和させるようにした分離膜モジュールである。
【０００９】
請求項２に係る発明は、前記溝部を、少なくとも、前記分離膜束の最外膜の近傍周囲とモジュールケースの内側面との間に形成した分離膜モジュールである。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の分離膜モジュールにおいて、個々の分離膜の基端部にポッティング時に生じる這い上がり部により、分離膜間に溝部又は凹状の空隙部を形成した分離膜モジュールである。
【００１１】
請求項４に係る発明は、１本或は複数本の分離膜から成る膜束を形成し、この分離膜束の少なくとも一端部を、開口した状態でポッティング材によりモジュールケース内に固定する分離膜モジュールの製造方法において、溝部形成治具を予め設置したモジュールケース内に、ポッティング材を充填して分離膜束を固定した後、前記溝部形成治具を取り外し、分離膜束とポッティング部との基端部にポッティング材の凝固収縮に伴う反力を緩和させる溝部を形成し、次いで、硬化したポッティング部の端部を切断して分離膜束を開口させる工程により製造する分離膜モジュールの製造方法である。
【００１２】
請求項５に係る発明は、前記ポッティング部は、ポッティング材を用いて遠心成形法又は静置成形法などの成形法により形成された分離膜モジュールの製造方法である。
【００１３】
請求項６に係る発明は、前記ポッティング材に毛細管現象を生じさせ、個々の分離膜の根元に形成されたポッティング材の這い上がり部により、分離膜間に溝部又は凹状の空隙部を形成した分離膜モジュールの製造方法である。
【００１４】
請求項７に係る発明は、前記溝部形成治具を、ポリアセタールなどの離型性に富む材料から成形した分離膜モジュールの製造方法である。
【００１５】
請求項８に係る発明は、前記溝部形成治具は、複数個の部品から所定の形状を成すよう構成され、分割して取り付け・取り外しを行い得るようにした分離膜モジュールの製造方法である。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１又は２に係る発明によると、ポッティング時に生じるポッティング部の凝固収縮に伴う反力を確実に緩和させることが可能となり、従来より、残留応力の働きによって生じていたポッティング部とモジュールケースや膜との接合面の剥離現象を改善した、あらゆる分野に対応し得る分離膜モジュールとして提供することが可能になった。従って、分離膜とポッティング材との間に膨張率や収縮率などの性状の違いに影響されることなく、その優れた固着状態を長期に亘って維持できるので、例えば、透湿材料から成る分離膜モジュールとして、加湿器などに提供した場合であっても、前記問題を生じることはなく、加湿器として、その性能を十分に発揮させるという効果を奏する。
【００１７】
請求項３に係る発明によると、個々の分離膜の基端部に這い上がり部を生じさせ、分離膜間に形成した溝部又は凹状の空隙部によって、ポッティング時に生じるポッティング部の凝固収縮に伴う反力を極めて効果的に緩和させることが可能となり、残留応力の働きによって生じていたポッティング部とモジュールケースや膜との接合面の剥離現象を改善した分離膜モジュールとして提供することができる。
【００１８】
請求項４又は５に係る発明によると、ポッティング時に生じるポッティング材の凝固収縮に伴う反力を確実に緩和させることが可能となり、残留応力の働きによって生じていたポッティング部とモジュールケースや膜との接合面の剥離現象を改善した分離膜モジュールの製造方法を実現し、しかも、本発明の製造方法によれば、複雑な工程を経る必要はなく、作業性、経済性にも優れた分離膜モジュールの製造方法として提供することができる。
【００１９】
請求項６に係る発明によると、個々の分離膜の基端部に這い上がり部を生じさせ、分離膜間に形成した溝部又は凹状の空隙部によって、ポッティング時に生じるポッティング部の凝固収縮に伴う反力を極めて効果的に緩和させることが可能となり、残留応力の働きによって生じていたポッティング部とモジュールケースや膜との接合面の剥離現象を改善した分離膜モジュールの製造方法として提供することができる。
【００２０】
請求項７に係る発明によると、硬化したポッティング材から容易に治具を取り除くことができるので、作業性を向上させることは勿論、ポッティング部に形成した溝部を損傷させるおそれもないので、寸法精度を持たせた溝部を形成することが可能となる。
【００２１】
請求項８に係る発明によると、両端ポッティングを行う場合であっても、複雑な工程を経る必要はなく、優れた作業性を確保すると共に、治具の取り付け・取り外しに際しても、分離膜モジュールを破損させることなく、安全にその製造を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明における分離膜モジュールとその製造方法について、好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明における円筒状を呈する分離膜モジュールを示した断面図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面図である。図３は、本発明における角形状を呈する分離膜モジュールを示した断面図であり、図４は、図３におけるＢ−Ｂ線断面図である。図中１は、分離膜モジュールであり、図中２は、チューブ状の分離膜であり、図中３は、この分離膜２を複数本収束して成る分離膜束である。本例ではチューブ状の分離膜２を採用して説明するが、中空糸状などの分離膜であってもよく、また、本例では分離膜２を複数本収束して成る膜束３に対し、分離膜２が１本から成るものでもよい。分離膜２の材質については、チューブ状（或は、中空糸状など）に成形が可能であれば制限はなく、例えば、ポリウレタン、シリコン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ（４−メチルペンテン−１）などが挙げられ、適宜の材質から成るものを採用することができ、とりわけ、ウレタン樹脂やフッ素系イオン交換樹脂などの透湿材料等、水膨潤を生じ易い材料が挙げられる。分離膜束３は、チューブ状の分離膜２を直線状態に収束してこれを結束したものや、分離膜２の途中位置をＵ字状に折り返して結束したもの、或は分離膜２を中心から外方へ放射状に折り返し、断面噴水状のループを成すよう結束したものなど、実施に応じて任意に採用することができる。
【００２３】
図中４，５は、両端を開口した筒状のモジュールケースであり、図１、図２に示す円筒状を呈したモジュールケース４では、その形状から強度が強いという利点がある反面、箱型機器に対するモジュールケースの集積度が低いのに対し、図３、図４に示す角形状を呈したモジュールケース５では、箱型機器に対するモジュールケースの集積度が高いという利点がある反面、強度が弱い。従って、その利用分野に応じて、図示する円筒状や角形状、その他形状から成るものなど、その特性を生かしたものを任意に選択するとよい。また、モジュールケース４，５の材質については、例えば、ポリオレフィン、ポリカーボネート、ＡＢＳ、塩化ビニルなど、利用分野の要求に合った材質を適宜採用することができる。なお、ポッティング材との接着性が低い場合には、プライマー処理を施して使用してもよい。
【００２４】
本例では複数本の分離膜２を直線状態に結束して分離膜束３を形成しており、その端部にポリウレタンやエポキシ樹脂などのポッティング材を充填することで、モジュールケース４（５）の一端部に密封固着し、硬化したポッティング材から成るポッティング部６の端部を切断して開口させている。ポッティング材としては、十分な接着強度を有したものであればよく、例えば、ウレタン系、エポキシ系、不飽和ポリエステル系などが挙げられる。なお、本例では片端ポッティングを施した分離膜モジュール１について説明するが、両端ポッティングを施した分離膜モジュールにも適用可能であることは勿論である。
【００２５】
図中７は、開口端６ａとは反対側の分離膜束３とのポッティング基端面６ｂに形成された溝部であり、この溝部７は、ポッティング時に生じるポッティング材の凝固収縮に伴う反力を緩和させる機能を有している。この溝部７を分離膜束３の最外膜２ａの近傍周囲とモジュールケース４（５）の内側面４ａ（５ａ）との間に形成することで、応力の残りやすい膜束最外周であっても、ポッティング材の凝固収縮に伴う反力は確実に分散・吸収される。従って、モジュールケース４（５）とポッティング部６との接合状態は強固に確保され、この接合部位にリークが発生することはない。しかも、溝部７の形成によって、この溝部近傍の分離膜２では、ポッティング材の凝固収縮による応力が低減されるので、分離膜２とポッティング部６との接合状態も強固に確保されることから、分離膜２は膨潤してもポッティング材から剥離せず、内側に座屈して潰れるなどの変形を起こすこともない。図２（図４）に示す分離膜モジュール１では、溝部７をモジュールケース４の内側面４ａ（５ａ）に隣接して、その全周に渡って形成されている。
【００２６】
図５（ａ）は、本発明における分離膜モジュールの他例を示した要部断面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図である。同図に示すように、本例の溝部７は、分離膜束３の最外膜２ａとモジュールケース４の内側面４ａとの中間に位置し、内側面４ａに沿って形成されている。この場合にも、図２（図４）に示す分離膜モジュール１と同様、応力の残りやすい膜束最外周であっても、ポッティング材の凝固収縮に伴う反力は確実に分散・吸収され、溝部近傍の分離膜２では、ポッティング部６との接合状態が強固に確保される。
【００２７】
図６（ａ）は、本発明における分離膜モジュールの更に他例を示した要部断面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）におけるＤ−Ｄ線断面図である。ポッティング材により固形される部分の断面積が大きい場合、即ち、ポッティング部６の体積が大きい場合には、その収縮量も大きくなることから、同図に示すように、分離膜束３の最外膜２ａとモジュールケース４の内側面４ａとの間に溝部７を形成することに加え、更に、最外膜２ａの内側にも複数個（本例では３つ）の溝部７を形成したものであり、これにより、分離膜束３とモジュールケース４との接合部位はもとより、最外膜２ａの内方においても、ポッティング材の凝固収縮に伴う反力は効果的に分散・吸収され、溝部近傍の分離膜２では、膨潤することによる応力は低減される。また、溝部７は、平面視円形状や、円弧状、或は直線状などに形成することは勿論、これらを組み合わせるなど、あらゆる形態が可能であり、更には、個々の分離膜２の周縁部に形成してもよい。分離膜２の基端部６ｃは、接液部位としてポッティング材との剥離が生じ易い部位であることから、基端部６ｃ近傍のポッティング基端面６ｂに溝部７を形成することは極めて有効である。
【００２８】
本実施形態における溝部７は、後述する治具９での成形が可能であって、応力の伝達を阻止可能な幅であり、その深さについても、同様に後述する治具９での成形が可能であって、応力の伝達を阻止可能な深さに設定されており、例えば、本発明の分離膜モジュール１を加湿器に使用する場合では、加湿器用モジュールにおける静水圧に対するポッティング部の耐圧性確保の観点から、ポッティング厚の５０％以下に設定するとよい。さらに、一例として、具体的に示すと、円筒状モジュールケース（モジュール長約２００ｍｍ）の内側面と円柱状分離膜束の最外膜との間にのみ、環状の溝部を形成する場合において、ポッティング径φ５０ｍｍ、ポッティング厚２０ｍｍの場合では、溝部の幅を２〜７．５ｍｍ、深さを５〜１０ｍｍとし、また、ポッティング径φ１００ｍｍ、ポッティング厚２０ｍｍの場合では、溝部の幅を２〜１５ｍｍ、深さを５〜１０ｍｍ（但し、幅１０ｍｍ以上の場合は、幅の５０％以上で、且つ、１０ｍｍ以下）として形成するなどである。
【００２９】
図７は、本発明における分離膜モジュールの更に他例を示した要部拡大断面図であり、同図に示すように、分離膜モジュール１は、充填したポッティング材に毛細管現象を生じさせて、個々の分離膜２の根元に形成したポッティング材の這い上がり部６ａによって、分離膜間に凹状の空隙部８を形成し、これによって、前述した溝部７による機能に加え、更に凝固収縮を小さくさせるという機能を得ている。
【００３０】
次に、本発明における分離膜モジュールの製造方法について説明する。先ず、第１の形態について説明する。図８は、本発明における分離膜モジュールの製造方法を示した工程説明図である。また、図９（ａ）は、本発明における分離膜モジュールの製造方法で用いる治具の平面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）に示した治具の断面図である。なお、製造方法では、角形状を呈する分離膜モジュールを例に挙げて説明するが、円筒状を呈する分離膜モジュールにおいても適用可能であることは勿論である。図中９は、分離膜束３とポッティング部６との基端部に溝部７を形成するための治具（以下、溝部形成治具という）であり、所定長さを有する筒状の差込部９ａとフランジ部９ｂとから構成され、その材質はシリコン、ポリアセタール、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素系樹脂など、離型性に富む材料から成形されている。なお、本形態で示す溝部形成治具９は一体環状に形成されていることから、特に、片端ポッティングとして好適な治具である。図中１０は、ポッティング材を注入し、収容した分離膜束３とモジュールケース５とを固定するためのポッティングカップである。
【００３１】
溝部形成治具９をモジュールケース５に挿着すると、フランジ部９ｂがモジュールケース５の端面に係止され、差込部９ａがモジュールケース５内の所定位置に配置される。このとき、差込部９ａの先端がモジュールケース５の他方端面に到達しないよう、差込部９ａは予め設定された所定長さを有している。このモジュールケース５と溝部形成治具９を配置したポッティングカップ１０内に、チューブ状の分離膜２を直線状態に結束して成る膜束３の端部を所定位置に位置保持する。本例では分離膜２を複数本収束して成る膜束２に対し、分離膜２が１本から成るものでもよく、また、本形態に示す他、分離膜２の途中位置をＵ字状に折り返して結束したもの、或は分離膜２を中心から外方へ放射状に折り返し、断面噴水状のループを成すよう結束したものなど、実施に応じて任意である。
【００３２】
次いで、図８（ｂ）に示すように、遠心ポッティング装置１１を用いて、ポッティングカップ１０内にポッティング材を注入する。本形態においては、遠心成形法を採用しており、ポッティングカップ１０が設置されたテーブル１２を、装置１１を半径として高速回転させることで、遠心力によって分離膜束３の端部又はその近傍にポッティング材を注入し、分離膜間の間隙にポッティング材を均等に浸透させながら、ポッティング材を間隙全体に行き渡らせる。図中１３は、ポッティング材の吐出ノズルである。
【００３３】
ポッティング材が硬化した後、図８（ｃ）に示すように、分離膜束３が固着したモジュールケース５から溝部形成治具９を取り外す。前記したように、溝部形成治具９の材質はシリコン、ポリアセタール、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素系樹脂など、離型性に富む材料から成形されているので、硬化したポッティング材から容易に引き抜くことができる。この溝部形成治具９を取り外した後の、分離膜束３とポッティング部６との基端部には、溝部形成治具９の差込部９ａによって形成された溝部７が現われる。この工程において、ポッティングカップ１０も取り外す。
【００３４】
次いで、図８（ｄ）に示すように、硬化したポッティング材から成るポッティング部６の端部を切断して、分離膜束３を開口させる。切断装置としては、ウォータージェットカッターや、レーザーカッターなど、適宜の装置を使用する。切断する位置は、分離膜束３に接着して残る部分がモジュールケース５の一部を成す底板部（又は、天板部）として十分な強度を有するだけの厚みを有し、且つ、切断により更新された分離膜束３の端部が切断面に開口していることなどを考慮して決定するとよい。前述してきた工程を経ることで、片端ポッティングを施した分離膜モジュール１が完成する。本形態では、ポッティングに際し、遠心成形法を採用して説明したが、静置成形法などを採用することもできる。
【００３５】
次に、第２の形態について説明する。図１０は、本発明における分離膜モジュールの製造方法の他例を示した一部省略断面図である。また、図１１（ａ）は、本発明における分離膜モジュールの製造方法で用いる治具の平面図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示した治具の断面図である。なお、前述した第１の形態と同一部材には同一符号を付し、その説明を省略する。図中１４は、分離膜束３とポッティング部６との基端部に溝部７を形成するための治具であり、所定長さを有する筒状の差込部１４ａとフランジ部１４ｂから構成され、その途中位置が半割りできるよう、ボルトなどの締付部材１５で連結された構造を有している。その材質は、第１の形態で示した溝部形成治具９と同様、シリコン、ポリアセタール、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素系樹脂など、離型性に富む材料から成形されている。なお、本形態で示す溝部形成治具１４は、特に両端ポッティングとして好適な治具である。
【００３６】
第１の形態と同様、溝部形成治具１４をモジュールケース５に挿着すると、フランジ部１４ｂがモジュールケース５の端面に係止され、差込部１４ａがモジュールケース５内の所定位置に配置される。このとき、差込部１４ａの先端がモジュールケース５の他方端面に到達しないよう、差込部１４ａは予め設定された所定長さを有している。本形態では両端ポッティングを行っているので、２つのモジュールケース５，５と、２つの溝部形成治具１４，１４を夫々用意し、このモジュールケース５と溝部形成治具１４を配置した夫々ポッティングカップ１０，１０内に、分離膜束３の夫々端部を所定位置に位置保持する。本例では分離膜２を複数本収束して成る膜束３に対し、分離膜２が１本から成るものでもよく、実施に応じて任意である。
【００３７】
次いで、ポッティングカップ１０内にポッティング材を注入する。前述した第１の実施形態と同様、遠心成形法を採用しており、ポッティングカップ１０が設置されたテーブル１２を高速回転させることで、遠心力によって分離膜束３の端部又はその近傍にポッティング材を注入し、分離膜間の間隙にポッティング材を均等に浸透させながら、ポッティング材を間隙全体に行き渡らせる。
【００３８】
ポッティング材が硬化した後、分離膜束３が固着したモジュールケース５から溝部形成治具１４を取り外す。締付部材１５を取り外すと連結状態が解除され、筒体を成していた溝部形成治具１４は半割り可能となり、図１０に示すように、分割して取り外すことができる。この溝部形成治具１４を取り外した後の、分離膜束３とポッティング部６との基端部には、溝部形成治具１４の差込部１４ａによって形成された溝部７が現われる。この工程において、ポッティングカップ１０も取り外す。
【００３９】
次いで、硬化したポッティング材から成るポッティング部６，６の端部を夫々切断して、分離膜束３の両端を開口させる。前述してきた工程を経ることで、両端ポッティングを施した分離膜モジュール１が完成する。本形態では、ポッティングに際し、遠心成形法を採用して説明したが、静置成形法などを採用することもできる。
【００４０】
次に、第３の形態について説明する。なお、本形態では、ポッティング前までの工程は、前述した第１（第２）の形態と同様であり、その説明を省略する。従って、本形態における製造方法で用いる分離膜２、モジュールケース５、溝部形成治具９（１４）などは、前述した第１（第２）の形態と同じものを使用して説明する。ポッティングを行うに際し、本形態では静置成形法を採用しており、ポッティング材はポッティングカップ１０内に収容された分離膜束３の端部又はその近傍に注入され、その自重により徐々に分離膜間の間隙に浸透させ、間隙全体に行き渡らせる。このとき、図７に示すように、充填したポッティング材に毛細管現象を生じさせ、個々の分離膜２の根元に形成したポッティング材の這い上がり部６ａにより、分離膜２間に凹状の空隙部８が形成される。ここで、這い上がり部６ａとは、所定の圧力下においてポッティング部の封止性を確保するのに必要なポッティング部の厚さ（高さ）に対し、更にポッティング材が分離膜２の外周に付着し、分離膜２間に空隙部８を形成する部位をいう。これにより、分離膜間には、溝部形成治具９（１４）の差込部９ａを用いることなく、凹状の空隙部８を形成することができ、治具９（１４）の簡素化や省略はもとより、分離膜２の間隔を詰めてモジュールケース５に対する分離膜２の充填率を上げることができる。
【００４１】
ポッティング材が硬化した後の工程は、前述した第１（第２）の形態と同様であるので、その説明を省略する。本形態における分離膜モジュールの製造方法は、片端ポッティング、両端ポッティングのどちらにも適用可能である。
【００４２】
図１２（ａ）は、溝部形成治具の他例を示した平面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示した治具の断面図である。同図に示す溝部形成治具１６の内周には拘束リブ１７が突設して形成されており、この拘束リブ１７内に分離膜束３を挿通することで、分離膜２の広がりを抑制した状態でモジュールケース５内への収容が行え、ハンドリング良く規定位置に固定（設定）できる。図中１８は、ポッティング材の吐出ノズルを固定するための保持部である。図中１６ａは、所定長さを有する差込部であり、図中１６ｂは、フランジ部である。この溝部形成治具１６を用いた場合には、図１３に示すように、内側面５ａに沿って溝部７が形成されると共に、分離膜束３の中央位置には平面視直線状の溝部７が形成される。とりわけ、角形状の分離膜モジュールにおいては、平面視対角線上、ポッティング幅が長く、ポッティング材の凝固収縮の影響を受け易いことから、このように、膜束３内方にも溝部７を設けることが望ましい。勿論、溝部形成治具の構造は、本例に示すものや、第１、第２の形態で用いたものに限定することはなく、所望の位置に溝部７を形成できる適宜の形状から成る治具を用いるとよい。
【００４３】
また、溝部形成治具９（１４，１６）の差込部先端の形状を、前述の実施形態で用いた角状の他に、Ｖ字状、Ｕ字状、台形状に成形した溝部形成治具とすることで、図１４乃至図１６に示す夫々溝部７を形成することができる。例えば、図１４に示す溝部形成治具９の場合には、硬化したポッティング材から引き抜く際に要する力は少なくてよく、図１５、図１６に示す溝部形成治具９の場合は、その治具９によって形成された溝部７の先端形状が、それぞれ曲面や多角面となって応力集中を防げることから、ポッティング部６に強度を持たせることができるなどの利点を得ることができる。
【実施例１】
【００４４】
次に、本発明の分離膜モジュール（本発明１、２）と、比較例とした分離膜モジュール（比較例１、２）に水漏試験を行った。本試験結果とあわせて、その試験条件を以下に説明する。
供試品：
円筒状の硬質塩化ビニル製モジュールケース（内径５１ｍｍ、外径６０ｍｍ、長さ２００ｍｍ）に、分離膜として、高透質性ウレタンチューブから成る膜束（膜束外径約４０ｍｍ）を固定した。ポッティング材には、二液硬化型ウレタン樹脂を用いてポッティングを行った。なお、ポッティング厚は２０ｍｍとした。
１．本発明１（溝部形成品）
モジュールケース内方側のポッティング部表面に、溝部内径４６ｍｍ、外径５０ｍｍ、深さ１０ｍｍの環状溝部を形成した分離膜モジュール。
２．本発明２（這い上がり部形成品）
浸漬法によりポッティングを行い、毛細管現象を発生させてポッティング材による這い上がり部（這い上がり幅約５ｍｍ）を形成した分離膜モジュール。
３．比較例１
ポッティング材の凝固収縮に伴う反力を緩和させる手段を持たない分離膜モジュール。
４．比較例２（弾性体埋設品）
ポッティング部の外側面とモジュールケース内側面との間で、ポッティング部表面に露出しない部位に、シリコン製環状弾性体（内径４６ｍｍ、外径５１ｍｍ、高さ１０ｍｍ）を埋設した分離膜モジュール。
【００４５】
試験条件：
モジュールケース内に水道水を注入し、チューブ外周が接液する状態で７日間放置し、雰囲気温度６０℃下で実施して、水漏れの有無を確認した。水漏れ有無の判定基準は、モジュールケース外方端部のポッティング部表面における水滴の有無により判定する。試験結果を表１に示す。
【００４６】
【表１】
【００４７】
表１に示す試験結果からも明らかなように、本発明の分離膜モジュール（本発明１、２）においては、水漏れを起こさないことが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、高透湿性ウレタンチューブや、フッ素系イオン交換樹脂などの透湿性膜はもとより、ＲＯ膜（逆浸透膜）を含む中空糸膜など、あらゆる分離膜を採用することができ、また、これら分離膜から成る膜束の一端にて各分離膜を開口させた片端ポッティング型モジュール、膜束の両端にて各分離膜を開口させた両端ポッティング型モジュール、膜束をＵ字状に湾曲させ、且つ、各分離膜の両端を開口させた所謂ループ型モジュールなど、膜束の一端又は両端の固定部端面において、分離膜を開口させた各種型式のモジュールにおいても、同様に実施可能であり、加湿器をはじめ、水処理モジュール等、あらゆる分野に好適な分離膜モジュールとその製造方法として提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明における円筒状を呈した分離膜モジュールを示した断面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明における角形状を呈した分離膜モジュールを示した断面図である。
【図４】図３におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】（ａ）本発明における分離膜モジュールの他例を示した要部断面図であり、（ｂ）Ｃ−Ｃ線断面図である。
【図６】（ａ）本発明における分離膜モジュールの更に他例を示した要部断面図であり、（ｂ）Ｄ−Ｄ線断面図である。
【図７】本発明における分離膜モジュールの更に他例を示した要部拡大断面図である。
【図８】本発明における分離膜モジュールの製造方法を示した工程説明図である。
【図９】（ａ）本発明における分離膜モジュールの製造方法で用いる治具の平面図であり、（ｂ）治具の断面図である。
【図１０】本発明における分離膜モジュールの製造方法の他例を示した一部省略断面図である。
【図１１】（ａ）本発明における分離膜モジュールの製造方法で用いる治具の平面図であり、（ｂ）治具の断面図である。
【図１２】（ａ）溝部形成治具の他例を示した平面図であり、（ｂ）治具の断面図である。
【図１３】最外膜の内方に溝部を形成した分離膜モジュールの断面概略図である。
【図１４】溝部形状の他例を示した断面図である。
【図１５】溝部形状の更に他例を示した断面図である。
【図１６】溝部形状の更に他例を示した断面図である。
【図１７】残留応力による作用説明図である。
【符号の説明】
【００５０】
１ 分離膜モジュール
２ 分離膜（チューブ）
３ 分離膜束
４，５ モジュールケース
６ ポッティング部
６ａ 開口端
６ｂ 基端面
７ 溝部
８ 空隙部
９，１４，１６ 溝部形成治具
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子工業、食品工業、飲料工業、医薬品工業、発酵工業、光学工業、医療、精密工業等において使用される種々の流体に対し逆浸透、限外濾過、精密濾過、気体分離等の様々な分離膜を用いた流体処理に好適であり、特に、室内等の空間に水分を供給する加湿器などにも適した分離膜モジュールとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、加湿器などで採用され始めたウレタン樹脂や、フッ素系イオン交換樹脂などの透湿材料は、水の透湿性が高いために、水膨潤による寸法変化が大きいという特徴を有している。一般に、このような材料から成る膜モジュールは、複数本のチューブ状、或は中空糸状の分離膜が収束した膜束をモジュールケース内に装填し、その端部にポッティング材を注入してこれを硬化させた後、このポッティング部の端部を分離膜と共に切断して、端部を開口することで製造される。この製造工程において、ポッティング材は個々の分離膜の間や、膜束とモジュールケースとの間に浸透し、硬化することで一体化している。
【０００３】
図１７に示すように、ポッティング材３０は硬化の際に収縮を伴うが、膜束の内部では多くの膜３１があることから、その硬化収縮の応力は分散されるものの、膜束の最外周に位置する膜３１ａがポッティングの中心部に向かって収縮する働きに対し、ポッティング材３０はモジュールケース３２に固定されているために収縮できず、この部位では応力が残留してしまう。その結果、上記透湿材料から成る分離膜モジュールを加湿器などに使用する場合、長時間に亘って水に浸漬すると、残留応力によって、ポッティング部とモジュールケースとの接合面に剥離が生じ、しかも、この近傍に位置する膜とポッティング材との接着力が膨潤による変形力に耐え切れず、剥離現象を起こしていた。そこで、この残留応力を抑制する技術として、以下のような技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
例えば、特開２０００−２２９２２５号公報（特許文献１）記載の中空糸膜モジュールは、複数本の中空糸膜を収束した中空糸束が、その端部を開口した状態でポッティング材によりモジュールケースの内部に固定された中空糸膜モジュールで、中空糸束の表面の、ポッティング材により固定される部分の縁部を含む箇所に、弾性を有する応力緩和部材を設けたことを特徴としており、これにより、中空糸束の最外周に位置する中空糸膜に、ポッティング材の硬化収縮の応力が集中するのを防いで、リークの防止を図っている。
【０００５】
また、特開平４−３４９９２３号公報（特許文献２）記載の中空糸膜モジュールは、固定用部材の開口端側の外壁より内側に、固定用部材の外径より小さい内径の環状の切欠き溝を有し、中空糸膜集束体が環状部材の内側面内において硬化部材で硬化された固定用部材の外側面と環状部材との間をシールするＯリングを、前記切欠き溝内に充填したことを特徴としており、これにより、開口端周りのリークの防止を図っている。
【特許文献１】特開２０００−２２９２２５号公報
【特許文献２】特開平４−３４９９２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特開２０００−２２９２２５号公報（特許文献１）では、応力緩和部材がポッティング材に含まれるため、硬化収縮が終了し、樹脂が安定状態になった後は不要のものとなる。また、中空糸束の最外周に緩和部材を固定させるためには、特殊な技術が必要となり、工数が多くなると共にコスト高となってしまう。しかも、角形状を呈したモジュールケースには不適である。また、特開２０００−２２９２２５号公報（特許文献１）、特開平４−３４９９２３号公報（特許文献２）では、固定用部材と中空糸膜集束体の外側面間の界面剥離によるリークを防止するに留まり、残留応力は十分に緩和されておらず、解決には至っていないのが実状である。
【０００７】
本発明は、上記の課題点に鑑み、鋭意研究の結果開発に至ったものであり、その目的とするところは、ポッティング材の凝固収縮に伴う反力を確実に緩和させ、残留応力に起因する剥離現象の発生することのない優れた固着を実現し、長期に亘って、その機能を十分に発揮するようにした分離膜モジュールとその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、１本或は複数本の分離膜から成る膜束の少なくとも一端部を、ポッティング部を介してモジュールケース内に固定した分離膜モジュールであって、前記ポッティング部の開口端とは反対側の前記膜束とのポッティング基端面に溝部を形成して、ポッティング時に生じるポッティング部の凝固収縮に伴う反力を緩和させるようにした分離膜モジュールである。
【０００９】
請求項２に係る発明は、前記溝部を、少なくとも、前記分離膜束の最外膜の近傍周囲とモジュールケースの内側面との間に形成した分離膜モジュールである。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の分離膜モジュールにおいて、個々の分離膜の基端部にポッティング時に生じる這い上がり部により、分離膜間に溝部又は凹状の空隙部を形成した分離膜モジュールである。
【００１１】
請求項４に係る発明は、１本或は複数本の分離膜から成る膜束を形成し、この分離膜束の少なくとも一端部を、開口した状態でポッティング材によりモジュールケース内に固定する分離膜モジュールの製造方法において、溝部形成治具を予め設置したモジュールケース内に、ポッティング材を充填して分離膜束を固定した後、前記溝部形成治具を取り外し、分離膜束とポッティング部との基端部にポッティング材の凝固収縮に伴う反力を緩和させる溝部を形成し、次いで、硬化したポッティング部の端部を切断して分離膜束を開口させる工程により製造する分離膜モジュールの製造方法である。
【００１２】
請求項５に係る発明は、前記ポッティング部は、ポッティング材を用いて遠心成形法又は静置成形法などの成形法により形成された分離膜モジュールの製造方法である。
【００１３】
請求項６に係る発明は、前記ポッティング材に毛細管現象を生じさせ、個々の分離膜の根元に形成されたポッティング材の這い上がり部により、分離膜間に溝部又は凹状の空隙部を形成した分離膜モジュールの製造方法である。
【００１４】
請求項７に係る発明は、前記溝部形成治具を、ポリアセタールなどの離型性に富む材料から成形した分離膜モジュールの製造方法である。
【００１５】
請求項８に係る発明は、前記溝部形成治具は、複数個の部品から所定の形状を成すよう構成され、分割して取り付け・取り外しを行い得るようにした分離膜モジュールの製造方法である。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１又は２に係る発明によると、ポッティング時に生じるポッティング部の凝固収縮に伴う反力を確実に緩和させることが可能となり、従来より、残留応力の働きによって生じていたポッティング部とモジュールケースや膜との接合面の剥離現象を改善した、あらゆる分野に対応し得る分離膜モジュールとして提供することが可能になった。従って、分離膜とポッティング材との間に膨張率や収縮率などの性状の違いに影響されることなく、その優れた固着状態を長期に亘って維持できるので、例えば、透湿材料から成る分離膜モジュールとして、加湿器などに提供した場合であっても、前記問題を生じることはなく、加湿器として、その性能を十分に発揮させるという効果を奏する。
【００１７】
請求項３に係る発明によると、個々の分離膜の基端部に這い上がり部を生じさせ、分離膜間に形成した溝部又は凹状の空隙部によって、ポッティング時に生じるポッティング部の凝固収縮に伴う反力を極めて効果的に緩和させることが可能となり、残留応力の働きによって生じていたポッティング部とモジュールケースや膜との接合面の剥離現象を改善した分離膜モジュールとして提供することができる。
【００１８】
請求項４又は５に係る発明によると、ポッティング時に生じるポッティング材の凝固収縮に伴う反力を確実に緩和させることが可能となり、残留応力の働きによって生じていたポッティング部とモジュールケースや膜との接合面の剥離現象を改善した分離膜モジュールの製造方法を実現し、しかも、本発明の製造方法によれば、複雑な工程を経る必要はなく、作業性、経済性にも優れた分離膜モジュールの製造方法として提供することができる。
【００１９】
請求項６に係る発明によると、個々の分離膜の基端部に這い上がり部を生じさせ、分離膜間に形成した溝部又は凹状の空隙部によって、ポッティング時に生じるポッティング部の凝固収縮に伴う反力を極めて効果的に緩和させることが可能となり、残留応力の働きによって生じていたポッティング部とモジュールケースや膜との接合面の剥離現象を改善した分離膜モジュールの製造方法として提供することができる。
【００２０】
請求項７に係る発明によると、硬化したポッティング材から容易に治具を取り除くことができるので、作業性を向上させることは勿論、ポッティング部に形成した溝部を損傷させるおそれもないので、寸法精度を持たせた溝部を形成することが可能となる。
【００２１】
請求項８に係る発明によると、両端ポッティングを行う場合であっても、複雑な工程を経る必要はなく、優れた作業性を確保すると共に、治具の取り付け・取り外しに際しても、分離膜モジュールを破損させることなく、安全にその製造を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明における分離膜モジュールとその製造方法について、好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明における円筒状を呈する分離膜モジュールを示した断面図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面図である。図３は、本発明における角形状を呈する分離膜モジュールを示した断面図であり、図４は、図３におけるＢ−Ｂ線断面図である。図中１は、分離膜モジュールであり、図中２は、チューブ状の分離膜であり、図中３は、この分離膜２を複数本収束して成る分離膜束である。本例ではチューブ状の分離膜２を採用して説明するが、中空糸状などの分離膜であってもよく、また、本例では分離膜２を複数本収束して成る膜束３に対し、分離膜２が１本から成るものでもよい。分離膜２の材質については、チューブ状（或は、中空糸状など）に成形が可能であれば制限はなく、例えば、ポリウレタン、シリコン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ（４−メチルペンテン−１）などが挙げられ、適宜の材質から成るものを採用することができ、とりわけ、ウレタン樹脂やフッ素系イオン交換樹脂などの透湿材料等、水膨潤を生じ易い材料が挙げられる。分離膜束３は、チューブ状の分離膜２を直線状態に収束してこれを結束したものや、分離膜２の途中位置をＵ字状に折り返して結束したもの、或は分離膜２を中心から外方へ放射状に折り返し、断面噴水状のループを成すよう結束したものなど、実施に応じて任意に採用することができる。
【００２３】
図中４，５は、両端を開口した筒状のモジュールケースであり、図１、図２に示す円筒状を呈したモジュールケース４では、その形状から強度が強いという利点がある反面、箱型機器に対するモジュールケースの集積度が低いのに対し、図３、図４に示す角形状を呈したモジュールケース５では、箱型機器に対するモジュールケースの集積度が高いという利点がある反面、強度が弱い。従って、その利用分野に応じて、図示する円筒状や角形状、その他形状から成るものなど、その特性を生かしたものを任意に選択するとよい。また、モジュールケース４，５の材質については、例えば、ポリオレフィン、ポリカーボネート、ＡＢＳ、塩化ビニルなど、利用分野の要求に合った材質を適宜採用することができる。なお、ポッティング材との接着性が低い場合には、プライマー処理を施して使用してもよい。
【００２４】
本例では複数本の分離膜２を直線状態に結束して分離膜束３を形成しており、その端部にポリウレタンやエポキシ樹脂などのポッティング材を充填することで、モジュールケース４（５）の一端部に密封固着し、硬化したポッティング材から成るポッティング部６の端部を切断して開口させている。ポッティング材としては、十分な接着強度を有したものであればよく、例えば、ウレタン系、エポキシ系、不飽和ポリエステル系などが挙げられる。なお、本例では片端ポッティングを施した分離膜モジュール１について説明するが、両端ポッティングを施した分離膜モジュールにも適用可能であることは勿論である。
【００２５】
図中７は、開口端６ａとは反対側の分離膜束３とのポッティング基端面６ｂに形成された溝部であり、この溝部７は、ポッティング時に生じるポッティング材の凝固収縮に伴う反力を緩和させる機能を有している。この溝部７を分離膜束３の最外膜２ａの近傍周囲とモジュールケース４（５）の内側面４ａ（５ａ）との間に形成することで、応力の残りやすい膜束最外周であっても、ポッティング材の凝固収縮に伴う反力は確実に分散・吸収される。従って、モジュールケース４（５）とポッティング部６との接合状態は強固に確保され、この接合部位にリークが発生することはない。しかも、溝部７の形成によって、この溝部近傍の分離膜２では、ポッティング材の凝固収縮による応力が低減されるので、分離膜２とポッティング部６との接合状態も強固に確保されることから、分離膜２は膨潤してもポッティング材から剥離せず、内側に座屈して潰れるなどの変形を起こすこともない。図２（図４）に示す分離膜モジュール１では、溝部７をモジュールケース４の内側面４ａ（５ａ）に隣接して、その全周に渡って形成されている。
【００２６】
図５（ａ）は、本発明における分離膜モジュールの他例を示した要部断面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図である。同図に示すように、本例の溝部７は、分離膜束３の最外膜２ａとモジュールケース４の内側面４ａとの中間に位置し、内側面４ａに沿って形成されている。この場合にも、図２（図４）に示す分離膜モジュール１と同様、応力の残りやすい膜束最外周であっても、ポッティング材の凝固収縮に伴う反力は確実に分散・吸収され、溝部近傍の分離膜２では、ポッティング部６との接合状態が強固に確保される。
【００２７】
図６（ａ）は、本発明における分離膜モジュールの更に他例を示した要部断面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）におけるＤ−Ｄ線断面図である。ポッティング材により固形される部分の断面積が大きい場合、即ち、ポッティング部６の体積が大きい場合には、その収縮量も大きくなることから、同図に示すように、分離膜束３の最外膜２ａとモジュールケース４の内側面４ａとの間に溝部７を形成することに加え、更に、最外膜２ａの内側にも複数個（本例では３つ）の溝部７を形成したものであり、これにより、分離膜束３とモジュールケース４との接合部位はもとより、最外膜２ａの内方においても、ポッティング材の凝固収縮に伴う反力は効果的に分散・吸収され、溝部近傍の分離膜２では、膨潤することによる応力は低減される。また、溝部７は、平面視円形状や、円弧状、或は直線状などに形成することは勿論、これらを組み合わせるなど、あらゆる形態が可能であり、更には、個々の分離膜２の周縁部に形成してもよい。分離膜２の基端部６ｃは、接液部位としてポッティング材との剥離が生じ易い部位であることから、基端部６ｃ近傍のポッティング基端面６ｂに溝部７を形成することは極めて有効である。
【００２８】
本実施形態における溝部７は、後述する治具９での成形が可能であって、応力の伝達を阻止可能な幅であり、その深さについても、同様に後述する治具９での成形が可能であって、応力の伝達を阻止可能な深さに設定されており、例えば、本発明の分離膜モジュール１を加湿器に使用する場合では、加湿器用モジュールにおける静水圧に対するポッティング部の耐圧性確保の観点から、ポッティング厚の５０％以下に設定するとよい。さらに、一例として、具体的に示すと、円筒状モジュールケース（モジュール長約２００ｍｍ）の内側面と円柱状分離膜束の最外膜との間にのみ、環状の溝部を形成する場合において、ポッティング径φ５０ｍｍ、ポッティング厚２０ｍｍの場合では、溝部の幅を２〜７．５ｍｍ、深さを５〜１０ｍｍとし、また、ポッティング径φ１００ｍｍ、ポッティング厚２０ｍｍの場合では、溝部の幅を２〜１５ｍｍ、深さを５〜１０ｍｍ（但し、幅１０ｍｍ以上の場合は、幅の５０％以上で、且つ、１０ｍｍ以下）として形成するなどである。
【００２９】
図７は、本発明における分離膜モジュールの更に他例を示した要部拡大断面図であり、同図に示すように、分離膜モジュール１は、充填したポッティング材に毛細管現象を生じさせて、個々の分離膜２の根元に形成したポッティング材の這い上がり部６ａによって、分離膜間に凹状の空隙部８を形成し、これによって、前述した溝部７による機能に加え、更に凝固収縮を小さくさせるという機能を得ている。
【００３０】
次に、本発明における分離膜モジュールの製造方法について説明する。先ず、第１の形態について説明する。図８は、本発明における分離膜モジュールの製造方法を示した工程説明図である。また、図９（ａ）は、本発明における分離膜モジュールの製造方法で用いる治具の平面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）に示した治具の断面図である。なお、製造方法では、角形状を呈する分離膜モジュールを例に挙げて説明するが、円筒状を呈する分離膜モジュールにおいても適用可能であることは勿論である。図中９は、分離膜束３とポッティング部６との基端部に溝部７を形成するための治具（以下、溝部形成治具という）であり、所定長さを有する筒状の差込部９ａとフランジ部９ｂとから構成され、その材質はシリコン、ポリアセタール、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素系樹脂など、離型性に富む材料から成形されている。なお、本形態で示す溝部形成治具９は一体環状に形成されていることから、特に、片端ポッティングとして好適な治具である。図中１０は、ポッティング材を注入し、収容した分離膜束３とモジュールケース５とを固定するためのポッティングカップである。
【００３１】
溝部形成治具９をモジュールケース５に挿着すると、フランジ部９ｂがモジュールケース５の端面に係止され、差込部９ａがモジュールケース５内の所定位置に配置される。このとき、差込部９ａの先端がモジュールケース５の他方端面に到達しないよう、差込部９ａは予め設定された所定長さを有している。このモジュールケース５と溝部形成治具９を配置したポッティングカップ１０内に、チューブ状の分離膜２を直線状態に結束して成る膜束３の端部を所定位置に位置保持する。本例では分離膜２を複数本収束して成る膜束２に対し、分離膜２が１本から成るものでもよく、また、本形態に示す他、分離膜２の途中位置をＵ字状に折り返して結束したもの、或は分離膜２を中心から外方へ放射状に折り返し、断面噴水状のループを成すよう結束したものなど、実施に応じて任意である。
【００３２】
次いで、図８（ｂ）に示すように、遠心ポッティング装置１１を用いて、ポッティングカップ１０内にポッティング材を注入する。本形態においては、遠心成形法を採用しており、ポッティングカップ１０が設置されたテーブル１２を、装置１１を半径として高速回転させることで、遠心力によって分離膜束３の端部又はその近傍にポッティング材を注入し、分離膜間の間隙にポッティング材を均等に浸透させながら、ポッティング材を間隙全体に行き渡らせる。図中１３は、ポッティング材の吐出ノズルである。
【００３３】
ポッティング材が硬化した後、図８（ｃ）に示すように、分離膜束３が固着したモジュールケース５から溝部形成治具９を取り外す。前記したように、溝部形成治具９の材質はシリコン、ポリアセタール、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素系樹脂など、離型性に富む材料から成形されているので、硬化したポッティング材から容易に引き抜くことができる。この溝部形成治具９を取り外した後の、分離膜束３とポッティング部６との基端部には、溝部形成治具９の差込部９ａによって形成された溝部７が現われる。この工程において、ポッティングカップ１０も取り外す。
【００３４】
次いで、図８（ｄ）に示すように、硬化したポッティング材から成るポッティング部６の端部を切断して、分離膜束３を開口させる。切断装置としては、ウォータージェットカッターや、レーザーカッターなど、適宜の装置を使用する。切断する位置は、分離膜束３に接着して残る部分がモジュールケース５の一部を成す底板部（又は、天板部）として十分な強度を有するだけの厚みを有し、且つ、切断により更新された分離膜束３の端部が切断面に開口していることなどを考慮して決定するとよい。前述してきた工程を経ることで、片端ポッティングを施した分離膜モジュール１が完成する。本形態では、ポッティングに際し、遠心成形法を採用して説明したが、静置成形法などを採用することもできる。
【００３５】
次に、第２の形態について説明する。図１０は、本発明における分離膜モジュールの製造方法の他例を示した一部省略断面図である。また、図１１（ａ）は、本発明における分離膜モジュールの製造方法で用いる治具の平面図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示した治具の断面図である。なお、前述した第１の形態と同一部材には同一符号を付し、その説明を省略する。図中１４は、分離膜束３とポッティング部６との基端部に溝部７を形成するための治具であり、所定長さを有する筒状の差込部１４ａとフランジ部１４ｂから構成され、その途中位置が半割りできるよう、ボルトなどの締付部材１５で連結された構造を有している。その材質は、第１の形態で示した溝部形成治具９と同様、シリコン、ポリアセタール、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素系樹脂など、離型性に富む材料から成形されている。なお、本形態で示す溝部形成治具１４は、特に両端ポッティングとして好適な治具である。
【００３６】
第１の形態と同様、溝部形成治具１４をモジュールケース５に挿着すると、フランジ部１４ｂがモジュールケース５の端面に係止され、差込部１４ａがモジュールケース５内の所定位置に配置される。このとき、差込部１４ａの先端がモジュールケース５の他方端面に到達しないよう、差込部１４ａは予め設定された所定長さを有している。本形態では両端ポッティングを行っているので、２つのモジュールケース５，５と、２つの溝部形成治具１４，１４を夫々用意し、このモジュールケース５と溝部形成治具１４を配置した夫々ポッティングカップ１０，１０内に、分離膜束３の夫々端部を所定位置に位置保持する。本例では分離膜２を複数本収束して成る膜束３に対し、分離膜２が１本から成るものでもよく、実施に応じて任意である。
【００３７】
次いで、ポッティングカップ１０内にポッティング材を注入する。前述した第１の実施形態と同様、遠心成形法を採用しており、ポッティングカップ１０が設置されたテーブル１２を高速回転させることで、遠心力によって分離膜束３の端部又はその近傍にポッティング材を注入し、分離膜間の間隙にポッティング材を均等に浸透させながら、ポッティング材を間隙全体に行き渡らせる。
【００３８】
ポッティング材が硬化した後、分離膜束３が固着したモジュールケース５から溝部形成治具１４を取り外す。締付部材１５を取り外すと連結状態が解除され、筒体を成していた溝部形成治具１４は半割り可能となり、図１０に示すように、分割して取り外すことができる。この溝部形成治具１４を取り外した後の、分離膜束３とポッティング部６との基端部には、溝部形成治具１４の差込部１４ａによって形成された溝部７が現われる。この工程において、ポッティングカップ１０も取り外す。
【００３９】
次いで、硬化したポッティング材から成るポッティング部６，６の端部を夫々切断して、分離膜束３の両端を開口させる。前述してきた工程を経ることで、両端ポッティングを施した分離膜モジュール１が完成する。本形態では、ポッティングに際し、遠心成形法を採用して説明したが、静置成形法などを採用することもできる。
【００４０】
次に、第３の形態について説明する。なお、本形態では、ポッティング前までの工程は、前述した第１（第２）の形態と同様であり、その説明を省略する。従って、本形態における製造方法で用いる分離膜２、モジュールケース５、溝部形成治具９（１４）などは、前述した第１（第２）の形態と同じものを使用して説明する。ポッティングを行うに際し、本形態では静置成形法を採用しており、ポッティング材はポッティングカップ１０内に収容された分離膜束３の端部又はその近傍に注入され、その自重により徐々に分離膜間の間隙に浸透させ、間隙全体に行き渡らせる。このとき、図７に示すように、充填したポッティング材に毛細管現象を生じさせ、個々の分離膜２の根元に形成したポッティング材の這い上がり部６ａにより、分離膜２間に凹状の空隙部８が形成される。ここで、這い上がり部６ａとは、所定の圧力下においてポッティング部の封止性を確保するのに必要なポッティング部の厚さ（高さ）に対し、更にポッティング材が分離膜２の外周に付着し、分離膜２間に空隙部８を形成する部位をいう。これにより、分離膜間には、溝部形成治具９（１４）の差込部９ａを用いることなく、凹状の空隙部８を形成することができ、治具９（１４）の簡素化や省略はもとより、分離膜２の間隔を詰めてモジュールケース５に対する分離膜２の充填率を上げることができる。
【００４１】
ポッティング材が硬化した後の工程は、前述した第１（第２）の形態と同様であるので、その説明を省略する。本形態における分離膜モジュールの製造方法は、片端ポッティング、両端ポッティングのどちらにも適用可能である。
【００４２】
図１２（ａ）は、溝部形成治具の他例を示した平面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示した治具の断面図である。同図に示す溝部形成治具１６の内周には拘束リブ１７が突設して形成されており、この拘束リブ１７内に分離膜束３を挿通することで、分離膜２の広がりを抑制した状態でモジュールケース５内への収容が行え、ハンドリング良く規定位置に固定（設定）できる。図中１８は、ポッティング材の吐出ノズルを固定するための保持部である。図中１６ａは、所定長さを有する差込部であり、図中１６ｂは、フランジ部である。この溝部形成治具１６を用いた場合には、図１３に示すように、内側面５ａに沿って溝部７が形成されると共に、分離膜束３の中央位置には平面視直線状の溝部７が形成される。とりわけ、角形状の分離膜モジュールにおいては、平面視対角線上、ポッティング幅が長く、ポッティング材の凝固収縮の影響を受け易いことから、このように、膜束３内方にも溝部７を設けることが望ましい。勿論、溝部形成治具の構造は、本例に示すものや、第１、第２の形態で用いたものに限定することはなく、所望の位置に溝部７を形成できる適宜の形状から成る治具を用いるとよい。
【００４３】
また、溝部形成治具９（１４，１６）の差込部先端の形状を、前述の実施形態で用いた角状の他に、Ｖ字状、Ｕ字状、台形状に成形した溝部形成治具とすることで、図１４乃至図１６に示す夫々溝部７を形成することができる。例えば、図１４に示す溝部形成治具９の場合には、硬化したポッティング材から引き抜く際に要する力は少なくてよく、図１５、図１６に示す溝部形成治具９の場合は、その治具９によって形成された溝部７の先端形状が、それぞれ曲面や多角面となって応力集中を防げることから、ポッティング部６に強度を持たせることができるなどの利点を得ることができる。
【実施例１】
【００４４】
次に、本発明の分離膜モジュール（本発明１、２）と、比較例とした分離膜モジュール（比較例１、２）に水漏試験を行った。本試験結果とあわせて、その試験条件を以下に説明する。
供試品：
円筒状の硬質塩化ビニル製モジュールケース（内径５１ｍｍ、外径６０ｍｍ、長さ２００ｍｍ）に、分離膜として、高透質性ウレタンチューブから成る膜束（膜束外径約４０ｍｍ）を固定した。ポッティング材には、二液硬化型ウレタン樹脂を用いてポッティングを行った。なお、ポッティング厚は２０ｍｍとした。
１．本発明１（溝部形成品）
モジュールケース内方側のポッティング部表面に、溝部内径４６ｍｍ、外径５０ｍｍ、深さ１０ｍｍの環状溝部を形成した分離膜モジュール。
２．本発明２（這い上がり部形成品）
浸漬法によりポッティングを行い、毛細管現象を発生させてポッティング材による這い上がり部（這い上がり幅約５ｍｍ）を形成した分離膜モジュール。
３．比較例１
ポッティング材の凝固収縮に伴う反力を緩和させる手段を持たない分離膜モジュール。
４．比較例２（弾性体埋設品）
ポッティング部の外側面とモジュールケース内側面との間で、ポッティング部表面に露出しない部位に、シリコン製環状弾性体（内径４６ｍｍ、外径５１ｍｍ、高さ１０ｍｍ）を埋設した分離膜モジュール。
【００４５】
試験条件：
モジュールケース内に水道水を注入し、チューブ外周が接液する状態で７日間放置し、雰囲気温度６０℃下で実施して、水漏れの有無を確認した。水漏れ有無の判定基準は、モジュールケース外方端部のポッティング部表面における水滴の有無により判定する。試験結果を表１に示す。
【００４６】
【表１】
【００４７】
表１に示す試験結果からも明らかなように、本発明の分離膜モジュール（本発明１、２）においては、水漏れを起こさないことが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、高透湿性ウレタンチューブや、フッ素系イオン交換樹脂などの透湿性膜はもとより、ＲＯ膜（逆浸透膜）を含む中空糸膜など、あらゆる分離膜を採用することができ、また、これら分離膜から成る膜束の一端にて各分離膜を開口させた片端ポッティング型モジュール、膜束の両端にて各分離膜を開口させた両端ポッティング型モジュール、膜束をＵ字状に湾曲させ、且つ、各分離膜の両端を開口させた所謂ループ型モジュールなど、膜束の一端又は両端の固定部端面において、分離膜を開口させた各種型式のモジュールにおいても、同様に実施可能であり、加湿器をはじめ、水処理モジュール等、あらゆる分野に好適な分離膜モジュールとその製造方法として提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明における円筒状を呈した分離膜モジュールを示した断面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明における角形状を呈した分離膜モジュールを示した断面図である。
【図４】図３におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】（ａ）本発明における分離膜モジュールの他例を示した要部断面図であり、（ｂ）Ｃ−Ｃ線断面図である。
【図６】（ａ）本発明における分離膜モジュールの更に他例を示した要部断面図であり、（ｂ）Ｄ−Ｄ線断面図である。
【図７】本発明における分離膜モジュールの更に他例を示した要部拡大断面図である。
【図８】本発明における分離膜モジュールの製造方法を示した工程説明図である。
【図９】（ａ）本発明における分離膜モジュールの製造方法で用いる治具の平面図であり、（ｂ）治具の断面図である。
【図１０】本発明における分離膜モジュールの製造方法の他例を示した一部省略断面図である。
【図１１】（ａ）本発明における分離膜モジュールの製造方法で用いる治具の平面図であり、（ｂ）治具の断面図である。
【図１２】（ａ）溝部形成治具の他例を示した平面図であり、（ｂ）治具の断面図である。
【図１３】最外膜の内方に溝部を形成した分離膜モジュールの断面概略図である。
【図１４】溝部形状の他例を示した断面図である。
【図１５】溝部形状の更に他例を示した断面図である。
【図１６】溝部形状の更に他例を示した断面図である。
【図１７】残留応力による作用説明図である。
【符号の説明】
【００５０】
１ 分離膜モジュール
２ 分離膜（チューブ）
３ 分離膜束
４，５ モジュールケース
６ ポッティング部
６ａ 開口端
６ｂ 基端面
７ 溝部
８ 空隙部
９，１４，１６ 溝部形成治具
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１本或は複数本の分離膜から成る膜束の少なくとも一端部を、ポッティング部を介してモジュールケース内に固定した分離膜モジュールであって、前記ポッティング部の開口端とは反対側の前記膜束とのポッティング基端面に溝部を形成して、ポッティング時に生じるポッティング部の凝固収縮に伴う反力を緩和させるようにしたことを特徴とする分離膜モジュール。
【請求項２】
前記溝部を、少なくとも、前記分離膜束の最外膜の近傍周囲とモジュールケースの内側面との間に形成した請求項１に記載の分離膜モジュール。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の分離膜モジュールにおいて、個々の分離膜の基端部にポッティング時に生じる這い上がり部により、分離膜間に溝部又は凹状の空隙部を形成した分離膜モジュール。
【請求項４】
１本或は複数本の分離膜から成る膜束を形成し、この分離膜束の少なくとも一端部を、開口した状態でポッティング材によりモジュールケース内に固定する分離膜モジュールの製造方法において、溝部形成治具を予め設置したモジュールケース内に、ポッティング材を充填して分離膜束を固定した後、前記溝部形成治具を取り外し、分離膜束とポッティング部との基端部にポッティング材の凝固収縮に伴う反力を緩和させる溝部を形成し、次いで、硬化したポッティング部の端部を切断して分離膜束を開口させる工程により製造することを特徴とする分離膜モジュールの製造方法。
【請求項５】
前記ポッティング部は、ポッティング材を用いて遠心成形法又は静置成形法などの成形法により形成された請求項４に記載の分離膜モジュールの製造方法。
【請求項６】
前記ポッティング材に毛細管現象を生じさせ、個々の分離膜の根元に形成されたポッティング材の這い上がり部により、分離膜間に溝部又は凹状の空隙部を形成した請求項４又は５に記載の分離膜モジュールの製造方法。
【請求項７】
前記溝部形成治具を、ポリアセタールなどの離型性に富む材料から成形した請求項４乃至６の何れか１項に記載の分離膜モジュールの製造方法。
【請求項８】
前記溝部形成治具は、複数個の部品から所定の形状を成すよう構成され、分割して取り付け・取り外しを行い得るようにした請求項４乃至７の何れか１項に記載の分離膜モジュールの製造方法。
【請求項１】
１本或は複数本の分離膜から成る膜束の少なくとも一端部を、ポッティング部を介してモジュールケース内に固定した分離膜モジュールであって、前記ポッティング部の開口端とは反対側の前記膜束とのポッティング基端面に溝部を形成して、ポッティング時に生じるポッティング部の凝固収縮に伴う反力を緩和させるようにしたことを特徴とする分離膜モジュール。
【請求項２】
前記溝部を、少なくとも、前記分離膜束の最外膜の近傍周囲とモジュールケースの内側面との間に形成した請求項１に記載の分離膜モジュール。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の分離膜モジュールにおいて、個々の分離膜の基端部にポッティング時に生じる這い上がり部により、分離膜間に溝部又は凹状の空隙部を形成した分離膜モジュール。
【請求項４】
１本或は複数本の分離膜から成る膜束を形成し、この分離膜束の少なくとも一端部を、開口した状態でポッティング材によりモジュールケース内に固定する分離膜モジュールの製造方法において、溝部形成治具を予め設置したモジュールケース内に、ポッティング材を充填して分離膜束を固定した後、前記溝部形成治具を取り外し、分離膜束とポッティング部との基端部にポッティング材の凝固収縮に伴う反力を緩和させる溝部を形成し、次いで、硬化したポッティング部の端部を切断して分離膜束を開口させる工程により製造することを特徴とする分離膜モジュールの製造方法。
【請求項５】
前記ポッティング部は、ポッティング材を用いて遠心成形法又は静置成形法などの成形法により形成された請求項４に記載の分離膜モジュールの製造方法。
【請求項６】
前記ポッティング材に毛細管現象を生じさせ、個々の分離膜の根元に形成されたポッティング材の這い上がり部により、分離膜間に溝部又は凹状の空隙部を形成した請求項４又は５に記載の分離膜モジュールの製造方法。
【請求項７】
前記溝部形成治具を、ポリアセタールなどの離型性に富む材料から成形した請求項４乃至６の何れか１項に記載の分離膜モジュールの製造方法。
【請求項８】
前記溝部形成治具は、複数個の部品から所定の形状を成すよう構成され、分割して取り付け・取り外しを行い得るようにした請求項４乃至７の何れか１項に記載の分離膜モジュールの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００６−５１４５５（Ｐ２００６−５１４５５Ａ）
【公開日】平成１８年２月２３日（２００６．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２３５４７２（Ｐ２００４−２３５４７２）
【出願日】平成１６年８月１２日（２００４．８．１２）
【出願人】（３９０００２３８１）株式会社キッツ (223)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月２３日（２００６．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月１２日（２００４．８．１２）
【出願人】（３９０００２３８１）株式会社キッツ (223)
【Ｆターム（参考）】
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