JP2005279716A - フィルタ成形体の成形金型及びフィルタ成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 加熱冷却の熱回りに優れて、組立や解体や成形体の脱型等の作業性に優れ、成形仕上げを少なく出来るフィルタ成形体用の成形金型及びフィルタ成形体の製造方法を提供することにある。
【解決手段】 水などから汚染物質を除去する水処理器に用いる活性炭を固化したフィルタ成形体１の製造金型６において、その円筒状外面を形成する筒状の外型９と、外型９の内周面に嵌挿自在で成形体の上面を形成する上型８と、外型９の内周面に嵌挿自在で中心に組立穴を設けて成形体の下面を形成する底型１０と、その底型の組立穴に脱着自在に嵌入して成形体の中心に貫通穴を形成する筒状の中型１１とから構成し、中型１１と底型１０とを連通する熱媒通路１５を有している。
【選択図】図１

Description

この発明は、活性炭と高分子量で低メルトインデックスの重合体結合材の混合原料を充填して、フィルタ成形体を製造する成形金型とフィルタ成形体の製造方法に関する。

この従来のフィルタ成形体の製造方法については、本出願人自身の出願である特許文献１がある。これによれば、図５、図６に示すように、先ず成形金型６は、図５の様に底型１０と下型９（外型と呼ぶことにする）と上型８から成り、中央部の中型は底型に固着した一体構造で構成されていた。

また前述の構成で形成された成形体の脱型方法は、成形金型６を十分に冷却した後に、底型１０を引き抜き、図６の様に筒状の上型８にて押し抜きフィルタ成形体１を脱型する事を特徴とするものであった。

特開２００１−１８７３０５号公報

成形体は、この成形金型に充填した所定量の混合原料を加熱することにより重合体結合材を流動状態にし、上型自重でこれら混合原料を圧縮して成形金型内面で形成される。しかし、この加熱に当たって、成形金型６は均一に加熱昇温して均一に混合原料を加熱しないと成形体内のポーラス密度が不均一に成る不具合があった。

成形体のサイズにもよるが、特に大きいサイズになると熱が成形体の中心部にまで十分に届きにくく、十分に加熱するためには長い時間をかけてゆっくりと加熱する必要があった。また、加熱する時間が短かったり高温で加熱しすぎたりすると、成形体内部に不均一部分が発生して性能に悪影響をもたらすといった問題があった。

そこで本発明の課題は、以上のような成形金型の構造や成形金型の取扱に係わる諸問題を改善するものであり、原料を効率よく加熱できるようにして製造されるフィルタ成形体の高品質化と原価低減に結びつくフィルタ成形体用の成形金型及びフィルタ成形体の製造方法を提供することにある。

上記のような課題を達成するために本発明の請求項１では、水や空気などの流体から汚染物質を除去するのに用いる活性炭を固化したフィルタ成形体の製造金型において、その円筒状外面を形成する筒状の外型と、外型の内周面に嵌挿自在で成形体の上面を形成する上型と、外型の内周面に嵌挿自在で中心に組立穴を設けて成形体の下面を形成する底型と、その底型の組立穴に脱着自在に嵌入してなる成形体の中心に貫通穴を形成する筒状の中型とから成り、中型と底型を貫通する熱媒通路を設けてなることを特徴とするフィルタ成形体の成形金型。

請求項２では、請求項１において外型は、厚みの１〜５ｍｍ部分が外型の全円筒外表面積の５０％以上を占めているフィルタ成形体の成形金型としている。

請求項３では、水や空気などの流体から汚染物質を除去するのに用いる活性炭を固化したフィルタ成形体を外型、底型、中型と上型からなる金型で成形する製造方法において、外型と底型と中型とを組み立てて型内に混合原料を投入して上型を被せた後に、オーブン内に金型を入れて熱風で外型、底型、上型を熱して混合原料を周囲から加熱するとともに、中型と底型を貫通する熱媒通路にも熱風を送り込むことで混合原料を中型からも加熱し、上型にて加圧し、冷却した後、脱型することを特徴とするフィルタ成形体の製造方法である。

請求項１によると原料を投入した金型をオーブン内に入れて加熱する際に、金型の周囲から加熱するとともに、中型の内部にも熱風を通して成形体の内部からも加熱することができるので、より効率よく均等に熱を与えることができ、加熱時間を短縮することができるとともに均一な成形体を得ることができる。

請求項２では、外型の厚みを１〜５ｍｍの範囲に設定しているため、熱を効率よく伝えることができるので加熱時間の短縮に更に寄与することができる。

請求項３では、請求項１と同様に金型の周囲から加熱するとともに、中型の内部にも熱風を通して成形体の内部からも加熱することができるので、より効率よく均等に熱を与えることができ、加熱時間を短縮することができるとともに均一な成形体を得ることができる。

本発明のフィルタ成形体用の成形金型及びフィルタ成形体の製造方法の一実施形態について、図１〜図８を参照して説明する。これに先立ち、先ずフィルタ成形体１そのものに関して図７、図８を用いて概説する。

本発明の製造方法によって得られる活性炭を固化したフィルタ成形体１は、例えば図８に示すような蛇口直結型の水処理器Ｓに水処理器用フィルタ２のフィルタとして使用するものである。水処理器用フィルタ２の構造としては、例えば図７（ｂ）、図７（ｃ）に示すように円筒形のフィルタ成形体１の外周に濾過層３を被覆して、円筒形のフィルタ成形体１の頂面及び底面部分には、キャップ４がかぶさっており、キャップ４と前記フィルタ成形体１とは、汚れを含んだ水が通過しないように接着剤で水密性をもって接続されている。

また、円筒形のフィルタ成形体１は円筒の中心軸に孔５を有している。この水処理器用フィルタ２を水処理器Ｓに取りつけたときの水の流れは、濾過層３側から、水を取り込み、濾過層３で大きなサイズのごみなどの汚れを取った後、フィルタ成形体１の円筒断面を通過して残留塩素や有機物を除去し、孔５内に湧き出して水処理器Ｓの浄水口Ｊから流出する行程で処理が行われる。

本発明の製造方法により得られるフィルタ成形体１は、活性炭を高分子量で低メルトインデックスの重合体結合材で固化した多孔質の固体活性炭成形体であり、このフィルタ成形体１に水を通すことによって水処理を行うよう構成されたものである。

先ずフィルタ成形体１の成形金型６については、熱伝導率の高いアルミやステンレス材を含む鉄等が好適に用いられて耐蝕・耐摩耗処理が施してある。図１にその型割構造と組立状態を表しており、型割は底型１０と外型９と中型１１と上型８の４点に分割して構成されて、製造ライン上のパレット５１上面に配してあるセンタリングピン５２上に、中型１１の下端穴を嵌挿して位置決めを行っている。

この時、図中の入れ子１４は作業治具として用いてあり、図３（ａ）（ｂ）に示す様に、原料Ｐの投入時並びに上型８の組み付け時に中型１１の頂部に着装し、上型８の組み付け後に取り外している。これによってパイプ状の中型１１内部への原料Ｐの侵入が無くなり、上型８の外型９への嵌挿に当たって芯出しに苦労せず楽に組み付けられ、組み付け後の加熱工程では中空状の中型１１の頂部から入れ子１４が外されて開放されるから、中型１１の軸線方向の熱回りが確保出来る事になる。

次に成形金型６の組立状態については、図１のように底型１０に中型１１を挿通してパレット５１上に位置決めし、これに外型９をはめ込み、後述の一連の作業工程を経て、上型８を組み付けて図２（ｂ）の様に組立が完結する。

続いて、前述の分割された底型１０と外型９と中型１１と上型８のそれぞれの型について詳述する。

先ず底型１０については、その最大外径を外型９の内径以内に抑えて、中型１１に串刺し状態となって一体化した底型１０とフィルタ成形体１と上型８を、外型９から上型８の鍔方向に容易に引き抜ける構成にしてある。

この中型１１に串刺しにされて一体化したフィルタ成形体１は、取り出しの際には成形して収縮しているから外径や成形長さが、若干小さくなって隙間が出来て外型９内面や底型１０と上型８の成形面での離型が比較的容易に出来る。尚、凸リング状の山１８については後述する。

次に中型１１は、図３（ｄ）に示す様に、底型１０に嵌挿する軸方向に向かって、その軸径が緩やかなラッパ状に大きくなる抜き勾配１２が設けてある。これによって、軸抜け量とともに軸径方向での嵌合隙間が大きくなり嵌合長さが長くて食らいついた本成形体の脱型には好適に対応出来るものである。また中型１１は、中空状の軸体形状にすることによって熱回りが良く成るようにしてある。

続いて上型８は、図１に示す様に中抜きして中空形状にして下面には中型１１を貫通する開口を持った底板を備え、上面には外周周縁部に鍔１３を備えた構成にしてある。これによって、成形面の温度分布や昇温速度等の熱回りが改善されて、且つ上型８の重量も肉厚で微調整出来るから、加熱加圧時の上蓋自重による押し蓋作用が好適に与えられる。

本発明のフィルタ成形用の成形金型６では、中型１１から底型１０、またパレット５１とセンタリングピン５２も連通して貫通する熱媒通路１５を設けている。原料を投入した成形金型６をオーブン内に入れて加熱する際に底型８、外型９、上型１０が熱風で熱せられることによって原料は周囲から加熱されるのはもちろんであるが、中型１１と底型８とパレット５１を貫通する熱媒通路１５内を熱風が通り抜けることによって中型１１も熱せられるので成形体の中からも加熱ができる。

このように周囲のみならず内部からも加熱がなされるので、より効率の良い加熱を行うことができるので加熱時間の短縮が可能でありコスト的にも好ましい形態といえる。また周囲と内部の両方から加熱できるのでより均等な加熱となり、フィルタ成形体のポーラス密度も均一となり浄水性能においても均等で好ましいフィルタ成形体を得ることができる。

また外型９の厚み（肉厚）はできるだけ薄いものとすることによってより原料の加熱の効率を向上させることができ加熱時間の短縮に寄与することができる。但し、原料に十分な圧力を与えることができる最低限の厚みを持たせる必要があることから、１ｍｍの厚みは必要である。よって、外型の全円筒外表面積の５０％以上は、外型９の厚みを１〜５ｍｍの範囲に設定することが好ましく、より好ましくは全円筒面積の８０％以上で厚みが１〜３ｍｍの範囲である。ここで円筒外表面積とは外型９の外表面に凹凸があったとしても、その凹凸の高さを無視し、外型９の外表面が滑らかな円筒面であるとみなした時の面積である。外型の厚みが１ｍｍ未満であると前述のように外型９の強度が不十分になって型の変形などの問題が発生し、５ｍｍを超えると加熱の効率が悪くなるので好ましくない。また、厚みを薄くして且つ全体の強度を保つために部分的に厚みの大きい補強リブ（図示しない）を設けていたとしても、全円筒外表面積中に補強リブの占める割合が全体の５０％未満、より好ましくは２０％未満であれば十分に加熱の効率を向上させることができる。

次に底型１０と上型８の成形面の外周縁に設けた本発明に係わる凸リング状の山１８について説明する。図４（ａ）成形金型６での凸リング形状、に示す様に、先ず上型８の底面と外型９の内面で構成するリング状のコーナー部に上型８の底面にリング状に突き出した山１８を設けてあり、その大きさは、後述の接着剤のはみ出しと成形バリのはみ出しが吸収できる予め求めた寸法で、概ね三角形状の断面をした山である。同様に底型１０の上面と外型９の内面で構成するリング状のコーナー部にも底型１０の上面に突き出した山１８を設けてある。

続いて図４（ｂ）には、前述の成形金型６の突き出した山１８で成形され上下面にコーナー溝２１を有したフィルタ成形体１の部分断面形状と、その上下面に付属キャップ４が接着剤２５によって成形体１に一体化された状態を部分断面で表している。このように凸リング状の山１８によって成形されたコーナー溝２１は、成型時に発生した円周上の成形バリ２３と外周部に溢れる余剰の接着剤２５を、このコーナー溝２１に収容する事により、仕上げが不要な工程造りが出来るようにしてある。

次に本発明に係わるフィルタ成形体の製造方法について、図３（ａ）混合原料Ｐ投入、（ｂ）上型８嵌挿・落とし蓋にして加熱、（ｃ）加熱・加圧・冷却して成形完了、（ｄ）内型脱型、を用いて所定の密度、均一な粒度を有する円筒形状の成形体を成形する手順について詳述する。

まず混合原料Ｐは、活性炭と高分子量で低メルトインデックスの重合体結合材を所定比率で混合攪拌して両者が均質に分散したものである。この時、フィルタ成形体１の全域に活性炭が分散して水処理の効果を十分に発揮できるように、活性炭は６０メッシュより細かい粒状もしくは粉末ものを、重合体結合材は粒径が約１００μｍ程度のものを用いている。

次に図３（ａ）に示す様に、底型１０に中型１１を挿入しその底型１１の外周に外型９を装着して成形金型６の容器部を組み立て、中型１１頂部に先端を細くした入れ子１４を装着して、外型９の上部開口面に漏斗４２を装着して、計量済の前記混合原料Ｐを計量カップ４１から投入する。この際には、中央部の中型１１頂部には入れ子１４で密栓してある。

所定量充填すると成形後のフィルタ成形体高さの１５０〜２００％になる。そして混合原料Ｐを含む成形金型６を振動装置にて振幅１〜３ｍｍ、振動数５〜１０回／秒にて５〜１０秒振動をおこなって、所定高さの５〜１５％増になるまで原料の嵩高さを減少させる。ここで前記の成形後のフィルタ成形体高さは、フィルタ成形体１のできあがりの高さであり、成形後の冷却時の成形収縮をも勘案したものである。

成形金型６を振動させる際に振幅が大きすぎたり、振動数が大きくすぎたりして振動を与えすぎると、混合原料Ｐが詰まりすぎ所定の密度が得られなくなる。またそれぞれの粒径の違いまた重さの違いにより混合原料Ｐが分離し均一な成形体１が得られない場合があるので好ましくない。

また、逆に振動が不十分であると加熱成形後にて加圧し成形後のフィルタ成形体１の高さに調整する際、加圧による調整量が多く成るため加圧時の圧力損失により成形体上下に密度差が生じるばかりでなく、成形金型５内面と原料界面がこすれ目詰まりをおこし、フィルタとしての機能を損なうことになる。

次に図３（ｂ）に示す様に、上型８底面の組立穴部を先端が細くなった入れ子１４に差し込んで挿入してやれば、外型９と内型１１との嵌挿時の芯出しが自ずと簡単に出来て型合わせが容易でスムースに下降出来る。

続いてオーブン内で１８０〜２６０℃にて３０〜９０ｍｉｎ程度加熱し、混合原料Ｐ中の重合体結合材を流動状態にする。重合体結合材が流動状態になったところで、成形金型６をオーブンから取り出し、ほぼ下降した上型８の最後をもう一押し下げて加圧し、図２（ａ）上型８落とし蓋状態（ｂ）加熱成形完了状態、に示す様に加圧密着して上型８の鍔１３面を外型９の上面に当接させて、図３（ｃ）に示す成形完了状態に至る。

次いで成形金型６を十分に冷却し、外型９の成形面では成形収縮し隙間も出来て、引き出しやすくなって、中型１１に串刺しされた底型１０、フィルタ成形体１、上型８を外型９から一体で脱型してフィルタ成形体１の両側にある底型１０と上型８を取り外す。

図３（ｄ）に示す様に、中型１１に串刺しされて、成形収縮したフィルタ成形体１が食らいついた中型１１をプレスの固定テーブル上の貫通穴に軸径の大きな側を下にしてセットし、上方から中型１１の上部を突き押して脱型を行い離型するものである。

この様にして所定量の活性炭と重合体結合材を混合し、成形金型６に充填し、加震して嵩高さを均一に調整後、２００℃前後の温度にて所定時間加熱した後に、上型８を密着させて、冷却し、脱型することによって粒度が均一で密度を上記のような０．５〜０．６５ｇ／ｃｍ³の範囲内に調整されたフィルタ成形体１を作製することができる。

尚、本発明のフィルタ成形体の成形金型及びフィルタ成形体の製造方法では、図１〜図４に示すものに限定されず、例えば次の様な形態をとることが出来る。

底型１０の中心部への中型１１の嵌挿に当たって、上図においては全て貫通方式としているが、図５に示すように、中型１１を貫通させず途中の深さで突き当て位置決めする形態も可能である。

本発明のフィルタ成形体用の成形金型をパレット上に組み付けたその中央縦断面で全体正面図である。 本発明のフィルタ成形体用の成形金型で、上型の鍔の機能を表す中央縦断面である。 本発明のフィルタ成形体の製造方法を説明する工程流れの説明図である。 本発明のフィルタ成形体用の成形金型で、上型と底型の成形面に設けた凸リング状の山の説明図である。 従来のフィルタ成形体の製造方法の説明図であり、上型の自重で加圧し成形している状態をあらわしている。 従来のフィルタ成形体の製造方法の説明図であり、成形体の脱型状態を表している。 本発明の製造方法によって得られたフィルタ成形体とこれを用いた水処理器用フィルタの説明図、（ａ）本発明の製造方法によって得られたフィルタ成形体の例を示す斜視図、（ｂ）フィルタ成形体を用いた水処理器用フィルタの斜視図、（ｃ）前図（ｂ）におけるＡ−Ａ断面図である。 水処理器の断面図である。

符号の説明

１ フィルタ成形体
２ 水処理器用フィルタ
３ 濾過層
４ キャップ
５ 孔
Ｓ 水処理器
Ｊ 浄水口
６ 成形金型
８ 上型
９ 下型（外型）
１０ 底型
１１ 中型
１２ 勾配
１３ 鍔
１４ 入れ子
１５ 熱媒通路
１８ 凸リング状の山
２１ コーナー溝
２３ 成形バリ
２５ 接着剤
４１ 計量カップ
４２ 漏斗
５１ パレット
５２ センタリングピン
Ｐ 混合原料

Claims (3)

1. 水や空気などの流体から汚染物質を除去するのに用いる活性炭を固化したフィルタ成形体の製造金型において、その円筒状外面を形成する筒状の外型と、外型の内周面に嵌挿自在で成形体の上面を形成する上型と、外型の内周面に嵌挿自在で中心に組立穴を設けて成形体の下面を形成する底型と、その底型の組立穴に脱着自在に嵌入してなる成形体の中心に貫通穴を形成する筒状の中型とから成り、中型と底型を貫通する熱媒通路を設けてなることを特徴とするフィルタ成形体の成形金型。
2. 外型は、厚みの１〜５ｍｍ部分が外型の全円筒外表面積の５０％以上を占めている請求項１記載のフィルタ成形体の成形金型。
3. 水や空気などの流体から汚染物質を除去するのに用いる活性炭を固化したフィルタ成形体を外型、底型、中型と上型からなる金型で成形する製造方法において、外型と底型と中型とを組み立てて型内に混合原料を投入して上型を被せた後に、オーブン内に金型を入れて熱風で外型、底型、上型を熱して混合原料を周囲から加熱するとともに、中型と底型を貫通する熱媒通路にも熱風を送り込むことで混合原料を中型からも加熱し、上型にて加圧し、冷却した後、脱型することを特徴とするフィルタ成形体の製造方法。
   

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