JP2006130356A - イオン交換フィルタおよびイオン交換フィルタの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】イオン交換樹脂粉体が濾材から脱落しにくく、且つイオン交換樹脂粉体のイオン除去効率が高いイオン交換フィルタおよびイオン交換フィルタの製造方法を得る。
【解決手段】 本発明にかかるイオン交換フィルタ１は、濾過材にイオン交換樹脂粉体４ｂをバインダ４ｃで付着されている。イオン交換樹脂粉体４ｂとバインダ４ｃとの接着面４ｄには、イオン交換樹脂粉体およびバインダの双方に吸収させていた有機溶媒１２，１３を蒸発させてイオン交換樹脂粉体４ｂおよびバインダ４ｃの双方を収縮させて、バインダ４ｃの一部をイオン交換樹脂粉体４ｂから剥離させて断続的な隙間４ｅを形成した。
【選択図】図１

Description

この発明は、液体や気体などの精密濾過に使用されるイオン交換フィルタおよびイオン交換フィルタの製造方法であって、特にたとえば、イオン交換樹脂粉体の脱落が少なく、イオン不純物を効率的に除去できるイオン交換フィルタおよびイオン交換フィルタの製造方法に関する。

従来より、半導体製造時に使用する洗浄液の精製，有機溶媒の精製、電子部品用原料液の精製，一般産業用液体中の有害なイオンの除去等を行う場合には、濾過流体中から特定のイオン不純物を除去するためにカートリッジ型のイオン交換フィルタ等が利用されてきた。カートリッジ型のイオン交換フィルタの濾過材としては、濾材である繊維マトリックス全体に、濾過助剤とイオン交換樹脂を粉砕して粉末状にしたもの（以下、単にイオン交換樹脂粉体と称す）とを均一に分散して固定したフィルターシートなどが利用されてきた（特許文献１参照）。なお、イオン交換樹脂粉体を濾材に固着するには、ラテックスバインダ等のバインダを用いられている。（特許文献２参照）。イオン交換樹脂粉体を濾材に固着させる手順としては、まず、溶媒で溶解したバインダにイオン交換樹脂粉体を混ぜ合わせる。そして、イオン交換樹脂粉体を混ぜ合わせたバインダを、スプレー、含浸、吸引などの適宜な方法を用いて濾材に付着させる。その後、バインダに含有されている溶媒を蒸発させることで、イオン交換樹脂粉体を濾材に固着させていた。
特表２０００−５１６１３３号 特表２００１−５０７９８４号公報

しかしながら、上述した濾過材では、濾材に乾燥状態のイオン交換樹脂粉体をバインダで固着しているため、使用中にイオン交換樹脂粉体が濾過流体を吸収し膨潤したときに、イオン交換樹脂粉体とバインダとの接着部分が剥離してしまうことが多かった。このため、接着部分が剥離したイオン交換樹脂粉体は、濾材から脱落し、濾過流体の中に混入してしまい、コンタミネーションを発生する恐れがあった。この問題を解消するために、バインダの量を多くしてイオン交換樹脂粉体の表面を広い範囲でバインダにより覆い接着する方法も考えられた。しかしこの場合には、イオン交換樹脂粉体が脱落しにくい反面、イオン交換樹脂粉体がイオン交換反応を行う有効表面積が減少するために、イオン交換性能が低下する問題が発生していた。

それゆえに、この発明の主たる目的は、イオン交換樹脂粉体が濾材から脱落しにくく、且つイオン交換樹脂粉体のイオン除去効率が高いイオン交換フィルタおよびイオン交換フィルタの製造方法を提供することである。

請求項１に記載の発明は、濾材にイオン交換樹脂粉体をバインダで固着させたイオン交換フィルタであって、イオン交換樹脂粉体とバインダとの接着面に、イオン交換樹脂粉体およびバインダの双方を収縮させることにより形成した断続的な隙間を有することを特徴とするイオン交換フィルタである。この場合には、イオン交換樹脂粉体とバインダとの接着面に形成された断続的な隙間の中にも濾過流体が流通しイオン交換樹脂粉体と接触する。

請求項２に記載の発明は、濾材にイオン交換樹脂粉体をバインダで付着させたイオン交換フィルタの製造方法であって、イオン交換樹脂粉体に有機溶媒を吸収させてイオン交換樹脂粉体を膨潤させる工程と、膨潤したイオン交換樹脂粉体を有機溶媒で溶解したバインダで前記濾材に付着させる工程と、イオン交換樹脂粉体が膨潤している状態でバインダを溶解している有機溶媒を蒸発させて、イオン交換樹脂粉体を濾材に固着させる工程と、イオン交換樹脂粉体に吸収されている有機溶媒を蒸発させる工程とを含むことを特徴とするイオン交換フィルタの製造方法である。この場合には、イオン交換樹脂粉体が膨潤している状態でバインダにより濾材に付着される。その後、イオン交換樹脂粉体とバインダとに含まれていた有機溶媒を蒸発させ、イオン交換樹脂粉体とバインダとを収縮させることでイオン交換樹脂粉体とバインダとの接着面に断続的な隙間が形成される。これにより、イオン交換樹脂粉体は、乾燥状態で固着されるときより広い面積を有してバインダで接着される。また、イオン交換樹脂粉体とバインダとの接着面に形成された断続的な隙間の中を濾過流体が流通してイオン交換樹脂粉体と接触する。

請求項３に記載の発明は、バインダを溶解する有機溶媒が、イオン交換樹脂粉体を膨潤させる有機溶媒と同一またはイオン交換樹脂粉体を膨潤させる有機溶媒に可溶な有機溶媒である請求項２に記載のイオン交換フィルタの製造方法である。この場合には、有機溶媒で膨潤しているイオン交換樹脂粉体と有機溶媒で溶解しているバインダは、互いにはじきあうことなく馴染んだ状態で接触する。これにより、イオン交換樹脂粉体とバインダとは、広い面積にわたって強固に接着される。また、その接着面にはイオン交換樹脂粉体およびバインダの双方の収縮によって確実に断続的な隙間が形成される。

請求項４に記載の発明は、イオン交換樹脂粉体に吸収される有機溶媒の蒸発速度が、バインダを溶解する有機溶媒の蒸発速度より小さい、請求項２または請求項３に記載のイオン交換フィルタの製造方法である。この場合には、確実にイオン交換樹脂粉体が膨潤している状態において、バインダに含まれている溶媒を蒸発させることが可能である。その後、イオン交換樹脂粉体に含まれている溶媒を蒸発させ、イオン交換樹脂粉体を収縮させることで、確実にイオン交換樹脂粉体とバインダとの接着面に断続的な隙間が形成される。これにより、バインダとイオン交換樹脂粉体との接着面積は、乾燥状態のイオン交換樹脂粉体を固着させた場合よりも確実に大きくなる。また、イオン交換樹脂粉体とバインダとの接着面に形成された断続的な隙間の中を濾過流体が流通してイオン交換樹脂粉体と接触する。

本発明にかかるイオン交換フィルタによれば、イオン交換樹脂粉体が濾材から脱落しにくく、且つイオン交換樹脂粉体のイオン除去効率が高い。

図１は、本発明にかかるイオン交換フィルタを適用したカートリッジ型イオン交換フィルタの一部を破断した斜視図解図である。図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩにおける断面図解図である。

カートリッジ型イオン交換フィルタ１は、カバー２を有する。カバー２は、カートリッジ型イオン交換フィルタ１の筐体の一部を構成し、内部に格納されるイオン交換フィルターエレメント３等を保護するためのものである。カバー２は、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン樹脂や、ＰＴＦＥ，ＰＦＡ等のフッ素樹脂などのプラスチックから形成され、その形状は円筒状に形成されている。また、カバー２は、側面全体に貫通孔２ａが多数設けられており、濾過流体が外面から内面へ向けてスームズに流通するように構成されている。

カバー２の内側には、図３に示すように、イオン交換フィルタエレメント３が配されている。なお、図３は、カートリッジ型イオン交換フィルタを示す縦断面図解図である。イオン交換フィルタエレメント３は、図４に示すように、イオン交換フィルタである濾過材４を、流入側サポート材５と流出側サポート材６とで挟み込んだ形に構成されている。なお、図４は、イオン交換フィルターエレメントを示す要部断面図解図である。

濾過材４は、図５に示すように、濾布４ａにイオン交換樹脂粉体４ｂをバインダ４ｃで固着したものが使用される。なお、図５は、イオン交換樹脂粉体が濾布を構成する繊維にバインダで固着されている状態を示す図解図である。濾布４ａは、濾過流体に対する耐性を備え、イオン交換樹脂粉体４ｂを固着するバインダ４ｃが接着可能な素材からなるものが使用される。具体的に濾布４ａとしては、ポリプロピレン繊維，ポリエチレン繊維，フッ素樹脂繊維等からなる不織布などが使用される。また、濾布４ａには、開口径が、１μｍ〜１００μｍのものが使用され、好ましくは３μｍ〜５０μｍ、さらに好ましくは５μｍ〜２０μｍのものが使用される。これは、濾布４ａの開口径が１μｍ以下であると、濾布４ａにイオン交換樹脂粉体４ｂをバインダ４ｃで固着したときに圧力損失が大きくなりすぎ、反対に濾布４ａの開口径が１００μｍ以上であると、濾過流体がイオン交換樹脂粉体４ｂに接触することなく濾材４を通過してしまう確率が上昇し、イオン不純物の除去効率が低下してしまうためである。以上の理由から、濾布４ａとしては、メンブレン膜といったような微細孔を有するものではなく、比較的大きい孔径分布を持つメルトブロー不織布やスパンボンド不織布といったものが使用される。

イオン交換樹脂粉体４ｂには、イオン交換樹脂を粉末状に粉砕したものが使用される。なお、イオン交換樹脂は、化学性質上の分類として強酸性カチオン交換樹脂、弱酸性カチオン交換樹脂、強塩基性アニオン交換樹脂、弱塩基性アニオン交換樹脂、キレート樹脂等に分類でき、さらにその分類の中でも基体構造の違いから、ゲル型、ポーラス型、ハイポーラス型に分類できるが、本実施の形態では、有機溶媒を吸収したときに膨潤して体積が増大するイオン交換樹脂が使用されればよい。イオン交換樹脂は、小さく粉砕されてイオン交換樹脂粉体４ｂとされる。なお、イオン交換樹脂を粉砕する方法としては、衝撃式粉砕機、ジェットミル、ボールミル、ピンミル等の粉砕機を使用して粉砕する。イオン交換樹脂は、粒径が平均粒径が１μｍ〜５０μｍに粉砕され、好ましくは、５μｍ〜３０μｍの範囲に粉砕されるのが好ましい。

バインダ４ｃには、使用時において濾過流体の影響による膨張や変形などの物理的変形が少なく、分子量の低下などの化学的変化が少なく、且つ濾布４ａに接着可能なものが使用される。また、バインダ４ｃには、熱硬化性樹脂よりも熱可塑性樹脂が使用されるのが好ましい。さらに、熱可塑性樹脂の中でも樹脂皮膜が軟らかいものが使用されるのが好ましい。これは、バインダ４ｃがイオン交換樹脂粉体４ｂの収縮・膨張に追従して変形して、イオン交換樹脂粉体４ｂが濾布４ａから脱落するのを防止するためである。具体的にバインダ４ｃとしては、ポリエチレン樹脂（エチレン・ブテン共重合体やエチレン・ヘキセン共重合体等）、ポリプロピレン樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂、シリコン樹脂、スチレン樹脂（ＳＥＢＳ：スチレン・エチレン・ブチレン・スチレン共重合体など）等が使用される。これらの中で有機溶媒への耐性を考慮した場合には、ポリプロピレンやポリエチレンなどのポリオレフィン系が望ましく、その中でも皮膜に柔軟性がありイオン交換樹脂の保持性に優れるポリエチレン系樹脂を使うことがさらに好ましい。

上述したように、イオン交換樹脂粉体４ｂはバインダ４ｃにより濾布４ａに固着されるが、本実施の形態のイオン交換樹脂粉体４ｂとバインダ４ｃとの接着面４ｄは、従来の方法により乾燥状態のイオン交換樹脂粉体をバインダで固着した場合より面積が大きい。従来は、図６（ａ）に示すように、収縮状態にあるイオン交換樹脂粉体をバインダで濾布に付着させ、図６（ｂ）に示すように、バインダ中の有機溶媒を蒸発させて固着している。収縮状態にあるイオン交換樹脂粉体は、ろ過流体を吸収して膨張している使用中の状態に比べると体積が小さい。そのため、従来の方法で固着させた場合には、図６（ｃ）に示すように、濾過流体を吸収して膨張したイオン交換樹脂粉体を固着させるために必要な接着面積が確保できないので、イオン交換樹脂粉体が脱落しやすい。それに比べ本発明にかかるでは、膨張状態にあるイオン交換樹脂粉体４ｂをバインダにより固着しているので、図５に示すように、イオン交換樹脂粉体４ｂを保持するのに必要な面積を備えた接着面４ｄを設けることが可能である。

また接着面４ｄには、図５に示すように断続的に微小な隙間４ｅが形成されている。隙間４ｅは、使用中に濾過流体をその内部に流通させて、イオン交換樹脂粉体４ｂと濾過流体を接触させるための空間である。また、隙間４ｅは、イオン交換樹脂粉体４ｂの収縮・膨張に追従して、隙間４ｅが変形することにより接着面４ｄが剥離するのを防止する機能も備えている。隙間４ｅの変形について詳しく説明すると、図７（ａ）に示すように、イオン交換樹脂粉体が膨張していない状態では、隙間４ｅの谷状になっている部分の高さ（深さ）が大きい状態にあるが、イオン交換樹脂粉体４ｂが膨張したときには、図７（ｂ）に示すように、イオン交換樹脂粉体４ｂの動きにバインダ４ｂが追従することにより、隙間４ｅが拡がり、その高さを低く（浅く）することでイオン交換樹脂粉体４ｂの膨張を吸収する。上述してきた作用により、イオン交換樹脂粉体４ｂとバインダ４ｃとは剥離しにくく、イオン交換樹脂粉体４ｃが脱落して濾過流体中に混入することを防止できる。また、イオン交換樹脂粉体４ｂは、従来の方法により固着された場合より、イオン交換を行う有効面積が増大し、効率よくイオン交換を行うことが可能である。なお、この接着面４ｄと隙間４ｅは、イオン交換樹脂粉体４ｂに有機溶媒を吸収させ膨潤させた状態においてバインダ４ｃで濾布４ａに固着させた後、バインダ４ｃとイオン交換樹脂粉体とに吸収されている有機溶媒を蒸発させてイオン交換樹脂粉体を収縮させて形成したものである。この製造方法については、後程詳述する。

流入側サポート材５は、プリーツ状に成型された濾布４ａ同士の密着を防止するためのものである。流入側サポート材５としては、濾布４ａ同士の密着を防止できる厚さを有し、耐液性と通液性に優れた部材が適用可能である。具体的に流入側サポート材５としては、ポリプロピレン等のプラスチックからなるネットまたはスパンボンド不織布などが使用される。また、流出側サポート材６についても、流入側サポート材５と同様な目的で使用され、プリーツ状に成型された濾布４ａ同士の密着を防止できる厚さを有し、耐液性と通液性に優れた部材が適用可能であり、具体的に流出側サポート材６としては、通液性に優れたスパンボンド不織布などが使用される。なお、流入側サポート材５については、プレフィルタの役目を備えさせる点で、平均細孔径は濾材４の平均細孔径より大きいものを使用することが望ましい。

濾材４と流入側サポート材５と流出側サポート材６とは、重ね合わされた後、図４に示すように、所定の幅でプリーツ加工が施され、所定の寸法に裁断される。重ね合わされ裁断された部材は、円筒状となるようにその両端部同士が突き合わされた状態で液密に溶着され、イオン交換フィルタエレメント３とされる。

イオン交換フィルタエレメント３の内側には、コア７が配されている。コア７は、イオン交換フィルタエレメント３を内側から支持するためのものである。コア７は、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン樹脂や、ＰＴＦＥ，ＰＦＡ等のフッ素樹脂などのプラスチックから形成され、その形状は円筒状に形成されている。また、コア７は、側面全体に貫通孔７ａが多数設けられており、カバー２と同様に、濾過流体が外側から内側へスムーズに流通できるように構成されている。カバー２の下部には、下部エンドプレート８が取付けられている。下部エンドプレート８は、イオン交換フィルタ１の筐体の一部を構成し、内部に格納されるフィルターエレメント等を保護するためのものである。下部エンドプレート８は、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン樹脂や、ＰＴＦＥ，ＰＦＡ等のフッ素樹脂などのプラスチックから形成される。下部エンドプレート８の形状は、平面形状正円形で、その外径はカバー２の外径と等しく形成されている。また、下部エンドプレート８の外周縁部８ａおよび内周縁部８ｂは、図３に示すように垂直方向上方に向けて立設されている。なお、内周縁部８ｂの外縁には、全周に亘って切欠き８ｃが設けられている。切り欠き８ｃには、コア７の下端が嵌め入れられ、コア７が所定位置に配置される。また、外周縁部８ａと内周縁部８ｂとの間には、イオン交換フィルタエレメント３が嵌め入れられ、カバー２とコア７との間にイオン交換フィルタエレメント３が配される。

カバー２の上部には、上部エンドプレート９が取付けられている。上部エンドプレート９は、下部エンドプレート８と同様に、カートリッジ型イオン交換フィルタ１の外郭の一部を構成し、内部に格納されるフィルターエレメント等を保護するものである。さらに、上部エンドプレート９は、濾過された濾過流体を排出するための流出経路の役割も備えている。上部エンドプレート９は、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂や、ＰＴＦＥ，ＰＦＡ等のフッ素樹脂などなどのプラスチックから形成されている。上部エンドプレート９の形状は、平面形状正円形で、その外径はカバー２の外径と等しく形成されている。また、上部エンドプレート９の外周縁部９ａおよび内周縁部９ｂは、図３に示すように垂直方向下方に向けて立設されている。なお、内周縁部９ｂの外縁には、全周に亘って切欠き９ｃが設けられている。切り欠き９ｃには、コア７の上端が嵌め入れられ、コア７が所定位置に配置される。また、外周縁部９ａと内周縁部９ｄとの間には、イオン交換フィルタエレメント３が嵌め入れられ、カバー２とコア７との間にイオン交換フィルタエレメント３が配される。上部エンドプレート９の中央部分には、排出口９ｄが設けられている。排出口９ｄは、イオン交換フィルタ１内部に流入し濾過された濾過流体を外部に排出するためのものである。排出口９ｄは、上部エンドプレート９の中央部分が円形に開口され、開口部分の縁が上方に向けて円筒状に突出するように設けられている。排出口９ｄは、適宜、システム下流に位置する装置類に接続され、濾過した濾過流体を下流の装置等に排出する。イオン交換フィルタエレメント３の上下端は、それぞれ上部エンドプレート９と下部エンドプレート８とに液密に溶着され、濾過流体が濾過されずに排出口９ｄに洩れ出ないように構成されている。

カートリッジ型イオン交換フィルタ１は、イオン交換フィルターエレメント３に固着するイオン交換樹脂粉体４ｂに有機溶媒を吸収させてイオン交換樹脂粉体４ｂを膨潤させたことで、乾燥状態のイオン交換樹脂粉体４ｂをバインダ４ｃで固着した従来の場合に比べて、イオン交換樹脂粉体４ｂが広い接着面積をもってバインダ４ｃにより固着されている。したがって、使用中に濾過流体を吸収してイオン交換樹脂粉体４ｂが膨潤しても、イオン交換樹脂粉体４ｂとバインダ４ｃとの接着部分が剥離しにくい。これにより、イオン交換樹脂粉体４ｂが濾布４ａから脱落しにくいので、コンタミネーションの発生を防止することができる。また、イオン交換樹脂粉体４ｂとバインダ４ｃとの接着部分には、イオン交換樹脂粉体４ｂ及びバインダ４ｃの双方の収縮によって断続的に微小な隙間４ｅが形成されている。これにより、イオン交換樹脂粉体４ｂが従来のものより広い範囲においてバインダ４ｃに覆われて接着されているにもかかわらず、濾過流体が流通可能な状態に形成された隙間４ｅ内を濾過流体が流通するため効率良くイオン交換が行われる。さらに、イオン交換樹脂粉体４ｂが膨張・収縮したときには、バインダ４ｃ自体が膨張・収縮するのに加え、隙間４ｅが変形することで、イオン交換樹脂粉体４ｂの変形にバインダ４ｃが追従することが容易である。

引き続き、図８を参照しながら、本発明にかかる別の実施の形態について説明を行う。図８は、本発明にかかる別の実施形態のイオン交換フィルタを適用したイオン交換フィルターエレメントを示す要部断面図解図である。なお、符号については、図１に示した実施の形態と同一のものについては、同一の符号を付す。図８に示したカートリッジ型イオン交換フィルタ１０は、カートリッジ型イオン交換フィルタ１とは、内蔵されるイオン交換フィルタであるイオン交換フィルターエレメントが異なる。図１では、濾過流体が流通する流通方向にほとんど厚みを有さないプリーツ型のイオン交換フィルターエレメント３が内蔵されていたが、図８の実施の形態では、流通方向に濾材が厚みを有するデプス型のイオン交換フィルターエレメント１１が内蔵されている。イオン交換フィルターエレメント１１には、濾布１２ａとして、短繊維を熱ロール加工などによって融着加工したシートや、メルトブロー不織布，スパンバンド不織布などを積層してデプス型の濾過材としたものや、メルトブロー法やスポンボンド法により多孔性のコア７の外周に直接濾材繊維を同心円状に積層して形成されたものが使用される。そして、図８に示したイオン交換フィルタエレメント１１にも、図１に示した実施の形態と同様に、イオン交換樹脂粉体４ｂとバインダ４ｃとが、従来のものより広い接着面を有して固着されている。また、イオン交換樹脂粉体４ｂとバインダ４ｃとの接着面４ｄには、同様の手法により断続的な微小な隙間４ｅが形成されている。

上述した実施の形態についても、図１等に示した実施の形態と同様の手法によりイオン交換樹脂粉体４ｂを固着させているので、使用中にイオン交換樹脂粉体４ｂが膨潤しても脱落しにくく、コンタミネーションの発生を防止できる。また、イオン交換樹脂粉体４ｂとバインダ４ｃとの接着部分には、断続的に微小な隙間４ｅが設けられているので、イオン交換樹脂粉体４ｂが広い範囲においてバインダ４ｃに接着されていても、隙間４ｅの一部の中を流通することで効率良くイオン交換が行われる。さらに、イオン交換樹脂粉体４ｂが膨張・収縮したときには、バインダ４ｃ自体が膨張・収縮するのに加え、隙間４ｅが変形することでバインダ４ｃが容易にイオン交換樹脂粉体４ｂの変形に追従することができる。

上述してきた実施の形態のイオン交換フィルタであるイオン交換フィルタエレメント３，１１を製造するには、イオン交換樹脂粉体４ｂを有機溶媒１２により膨潤している状態でバインダ４ｃにより固着させることにより製造することができる。以下、本発明にかかるイオン交換フィルタの製造方法について説明を行う。

まず、第１の工程として、イオン交換樹脂粉体４ｂを有機溶媒１２に浸漬し、イオン交換樹脂粉体４ｂに有機溶媒１２を十分吸収させる。有機溶媒１２を吸収したイオン交換樹脂粉体４ｂは、膨潤して体積が増大した状態となる。なお、イオン交換樹脂粉体４ｂには、前述したように有機溶媒１２を吸収したときに体積が増大するタイプのイオン交換樹脂４ｂを平均粒径１μｍ〜５０μｍに粉砕したものを使用する。有機溶媒１２としては、エタノールやメタノール、イソプロピルアルコールなどといったアルコール系溶媒や、プロピレングリコールモノメチルエーテル（以下、単にＰＧＭと称す）などのエーテルアルコール系溶媒等が使用される。なお、この工程において有機溶媒１２に浸漬する前のイオン交換樹脂粉体４ｂは、水分を含んでいない乾燥状態でも水分を含んだゲル状態のどちらの状態にあってもよい。これは、イオン交換樹脂粉体４ｂが水分を含んだ状態にあっても、有機溶媒１２に浸漬されると吸液されている水分と有機溶媒１２とが置換され、イオン交換樹脂粉体４ｂが有機溶媒１２を吸液して膨潤した状態となるからである。

第２の工程として、バインダ４ｃに有機溶媒１３を混ぜてバインダ４ｃを溶解する。バインダ４ｃには、前述したようにイオン交換樹脂粉体４ｂの膨潤による膨張・収縮に追従することができる皮膜の柔軟な樹脂等を使用する。バインダ４ｃを溶解する有機溶媒１３としては、イオン交換樹脂粉体４ｂを膨潤するのに用いた有機溶媒１２と同じものか、若しくは有機溶媒１２に可溶な有機溶媒が使用される。この理由は、有機溶媒１２で膨潤したイオン交換樹脂粉体４ｂとバインダ４ｃとが、互いにはじき合うことなく馴染んだ状態で密着して乾燥することで、十分な面積を持つ接着面４ｄと接着面４ｄの接着強度を確保するためである。なお、この実施の形態においては、イオン交換樹脂粉体４ｂを膨潤させる有機溶媒１２に、エタノール等のアルコール系溶媒やＰＧＭ等のエーテルアルコール系溶媒を使用したので、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素系の有機溶媒を使用した。

第３の工程として、濾布４ａに膨潤したイオン交換樹脂粉体４ｂを付着させる。なお、濾布４ａにイオン交換樹脂粉体４ｂを付着させるには、濾布４ａに含浸法、コーティング法、スプレー法などの公知な方法を用いて付着させる。また、濾布４ａにイオン交換樹脂粉体４ｂとバインダ４ｃが付着されていないカートリッジ型イオン交換フィルタ１を作製し、イオン交換樹脂粉体４ｂを分散した有機溶媒１２をそのカートリッジ型イオン交換フィルタ１の流入口から流出口に向けて流通させ、濾布４ａにイオン交換樹脂粉体４ｂを付着させるようにしてもよい。この場合には、カートリッジ型イオン交換フィルタ１の濾布４ａの目の粗さは、イオン交換樹脂粉体４ｂを十分捕捉しうるものを選択することが好ましい。

第４の工程として、図９に示すように、濾布４ａに付着したイオン交換樹脂粉体４ｂに、有機溶媒１３で溶解したバインダ４ｃを付着させる。バインダ４ｃを付着させるには、イオン交換樹脂粉体４ｂと同様に含浸法、コーティング法、スプレー法などの公知な方法を用いて濾布４ａに付着させてもよいし、濾布４ａにイオン交換樹脂粉体４ｂが付着している状態のカートリッジ型イオン交換フィルタ１の流入口から流出口に向けて有機溶媒１３で溶解してあるバインダ４ｃを流通させ、イオン交換樹脂粉体４ｂにバインダを付着させるようにしてもよい。

第５の工程として、イオン交換樹脂粉体４ｂとバインダ４ｃとが付着された濾布４ａに乾燥処理を施し、イオン交換樹脂粉体４ｂとバインダ４ｃとに含まれている有機溶媒１２および有機溶媒１３を蒸発させる。乾燥処理は、バインダ４ｃに含まれている有機溶媒１３が、イオン交換樹脂粉体４ｂに含まれている有機溶媒１２より、先に蒸発するように行われる。その理由は、膨潤して体積が増大している状態のイオン交換樹脂粉体４ｂをバインダで覆い（図９図示）、膨潤して体積が増大している状態のイオン交換樹脂粉体４ｂをバインダで固着（図１０図示）させて、乾燥状態のイオン交換樹脂粉体４ｂをバインダ４ｃで覆い、バインダ４ｃに含まれる有機溶媒１３を蒸発させ固着したときよりも、イオン交換樹脂粉体４ｂとバインダ４ｃとの接着面４ｄを大きくするためである。それと、完全に乾燥して収縮（肉やせ）したバインダ４ｃが、イオン交換樹脂粉体４ｃの収縮によりさらに収縮（圧縮）させるためである（図１１図示）。バインダ４ｃは、弾性で吸収できる範囲はイオン交換樹脂粉体４ｂに追従して収縮するが、それ以上収縮すると、接着面４ｄのバインダ４ｃの一部が断続的に剥離して、図５に示すように、微小な隙間４ｅを形成する。本工程で、有機溶媒１２より有機溶媒１３の方を速く蒸発させるためには、有機溶媒１３として有機溶媒１２の沸点より高い沸点の有機溶媒を用いるのが好ましい。具体的な組み合わせとしては、有機溶媒１２としてＰＧＭを使用して、有機溶媒１３にトルエンを使用することが好ましい。しかし、上述したような組合せが使用できない場合や、有機溶媒１２と有機溶媒１３とに同じ有機溶媒を使用する場合には、イオン交換樹脂粉体４ｂに含まれている有機溶媒１２の割合を多くし、他方のバインダ４ｃに含まれるバインダ４ｃの割合を少なくすることで有機溶媒１３の方が先に蒸発するように調製されればよい。

上述してきた工程を経て、イオン交換樹脂粉体４ｂをバインダで固着させた場合には、広い面積の接着面４ｄを確保することができる。これにより、図１２に示すように、イオン交換樹脂粉体４ｂが膨張した状態でも、保持するために必要な接着面積４ｄを備えており、イオン交換樹脂粉体４ｂが脱落しにくい。また、イオン交換樹脂粉体４ｂが濾過流体を吸収して膨張したときでも、その動きに合わせてバインダ４ｃと隙間４ｅが変形するので、接着面４ｄが剥離せず、イオン交換樹脂粉体４ｂが脱落しにくい。さらに、接着面４ｄに断続的な隙間４ｅが形成されるので、隙間４ｅ内を濾過流体が流通することによりイオン交換が効率的に行われる。

なお、この実施の形態では、第３の工程と第４の工程とに分けて、イオン交換樹脂粉体４ｂとバインダ４ｃとを別々に濾布４ａに付着させたが、これに限らず、イオン交換樹脂粉体４ｂを分散した溶剤にバインダ４ｃを混ぜ入れて、同時に濾布４ａに付着させるように処理してもよい。または、イオン交換樹脂粉体４ｂとバインダ４ｃとが付着されていない濾布を内蔵したカートリッジ型イオン交換フィルタ１，１０を作製して、カートリッジ型イオン交換フィルタ１，１０の流入口から流出口に向けて、イオン交換樹脂粉体４ｂを分散した溶剤にバインダ４ｃを混ぜ入れたものを流通させ、イオン交換樹脂粉体４ｂとバインダ４ｃとを付着させるようにしてもよい。

以下、幾つかの実施例を挙げて具体的に本発明にかかるイオン交換フィルタについて説明を行う。なお、各実施例において、外観に表れる特徴は全て同一条件となるように、カバー２、イオン交換フィルタエレメント３、コア７は同一の形状をしている。各部の形状の詳細は以下の通りである。
カバー：ポリプロピレン樹脂を用いて外径５５ｍｍの多孔性の円筒形に形成した。
コア：ポリプロピレン樹脂を用いて外径２８ｍｍ、厚み２．５ｍｍの多孔性の円筒形に形成した。
濾材：幅６ｃｍのメルトブロー不織布（濾過精度１０μｍ）にプリーツ幅１０ｍｍのプリーツ加工を施し、山数が７５で濾材面積が９００ｃｍ²の濾材を作製した。なお、イオン交換フィルタ１は、全体として６５ｍｍの高さとなるように形成し、内部に格納されるイオン交換フィルタエレメント３等は、それに対応した高さとなるように作製した。
（実施例１）
三菱化学株式会社製のイオン交換樹脂であるダイアイオン（登録商標）ＳＫ１ＢＨを、平均粒径２４μｍ、最大粒径５４μｍに粉砕したものをイオン交換樹脂粉体４ｂとして使用し、有機溶媒１２には、ＰＧＭを使用した。バインダ４ｃにはオレフィン系のバインダを使用し、有機溶媒１３にはトルエンを使用した。まず、上述のイオン交換樹脂粉体４ｂを有機溶媒１２に分散・浸漬して膨潤させた。有機溶媒１２にイオン交換樹脂粉体４ｂを分散した液を、予め濾布４ａ等を組付けて完成品の形に製作したイオン交換樹脂粉体４ｂ、バインダ４ｃを固着する前のカートリッジ型イオン交換フィルタ１の流入口から排出口に向けて混合した液が流入するようにポンプを用いて吸引処理を行い、濾布４ａにイオン交換樹脂粉体４ｂを付着させた。その後、カートリッジ型イオン交換フィルタ１に有機溶媒１３であるトルエンを流し入れ、イオン交換樹脂粉体４ｂに吸収されていない余分な有機溶媒１２を除去した。次に有機溶媒１３で溶解したバインダ４ｃをカートリッジ型イオン交換フィルタ１の流入口から排出口に向けて吸引してバインダ４ｃを付着させた。その後、カートリッジ型イオン交換フィルタ１を８０°Ｃで熱風乾燥処理を行い、濾布４ａにイオン交換樹脂粉体４ｂの固着を行った。なお、１本のカートリッジ型イオン交換フィルタ１に付着したイオン交換樹脂粉体４ｂの乾燥付着重量は、７．２ｇであった。
（実施例２）
イオン交換樹脂粉体４ｂは、実施例１と同じものを使用し、有機溶媒１２には、日本アルコール販売株式会社製の混合溶剤であるソルミックス（登録商標）ＡＰ−１（エタノール：メタノール：イソプロピルアルコール＝８５．５％：１．１％：１３．４％混合液）を使用した。バインダ４ｃには、オレフィン系のバインダを使用して、有機溶媒１３には、トルエンを使用した。まず、上述のイオン交換樹脂粉体４ｂを有機溶媒１２に分散・浸漬して膨潤させた。そして、有機溶媒１２にイオン交換樹脂粉体４ｂを分散した液を予め濾布４ａ等を組付けて完成品の形に製作したイオン交換樹脂粉体４ｂ、バインダ４ｃを固着する前のカートリッジ型イオン交換フィルタ１の流入口から排出口に向けて液が流れ込むようにポンプを用いて吸引処理を行い、濾布にイオン交換樹脂粉体が付着させた。その後、カートリッジ型イオン交換フィルタ１に有機溶媒１３であるトルエンを流し入れ、イオン交換樹脂粉体に吸収されていない余分な有機溶媒１２を除去した。次に有機溶媒１３で溶解したオレフィン系バインダー液をカートリッジ型イオン交換フィルタの流入口から排出口に向けて吸引してバインダを付着させた。その後、カートリッジ型イオン交換フィルタを８０°Ｃで熱風乾燥処理を行い濾布へイオン交換樹脂粉体の固着を行った。なお、１本のカートリッジ型イオン交換フィルタに付着したイオン交換樹脂粉体の乾燥付着重量は、６．９ｇであった。
（実施例３）
イオン交換樹脂粉体４ｂは、実施例１と同じものを使用し、有機溶媒１２にはＰＧＭを使用した。バインダ４ｃには、オレフィン系のバインダを使用して、有機溶媒１３には、トルエンを使用した。まず、イオン交換樹脂粉体をＰＧＭに分散・浸漬して膨潤させた。そして、膨潤させたイオン交換樹脂粉体４ｂを、遠心分離機にかけて、表面の余分な有機溶媒１２を除去した。さらに、このイオン交換樹脂粉体４ｂを有機溶媒１３で溶解したバインダ４ｃに混合して、イオン交換樹脂粉体が均一に分散されているペーストとした。このペーストを、含浸法により、濾布４ａに付着させた後、８０°Ｃで熱風乾燥処理を行いイオン交換樹脂粉体４ｂを固着させた。なお、このときのイオン交換樹脂粉体の乾燥付着量は、７７．８ｇ／ｍ²であった。そして、この濾布４ａをサポート材と共にプリーツ加工を施した。濾布を所定のサイズに裁断した後、円筒状となるように両端部を溶着しイオン交換フィルタエレメント３を作製した。イオン交換フィルタエレメント３をカバー１とコア７との間に配置し、その上下端は、それぞれ上部エンドプレートと下部エンドプレートとに液密に溶着してカートリッジ型イオン交換フィルタとした。なお、１本のカートリッジ型イオン交換フィルタに付着したイオン交換樹脂粉体４ｂの乾燥付着重量は、７．０ｇであった。
（比較例１）
イオン交換樹脂粉体４ｂは、実施例１と同じものを使用した。このイオン交換樹脂粉体を乾燥させた後、トルエンに分散させた。トルエンにイオン交換樹脂粉体を分散した液を、予め濾布等を組付けて完成品の形に製作したカートリッジ型イオン交換フィルタの流入口から排出口に向けて液が流れ込むようにポンプを用いて吸引処理を行い、濾布にイオン交換樹脂粉体が付着させた。次にトルエンで溶解したオレフィン系バインダー液をカートリッジ型イオン交換フィルタの流入口から排出口に向けて吸引してバインダを付着させた。その後、カートリッジ型イオン交換フィルタを８０°Ｃで熱風乾燥処理を行い濾布へイオン交換樹脂粉体の固着を行った。なお、１本のカートリッジ型イオン交換フィルタに付着したイオン交換樹脂粉体の重量は、７．１ｇであった。

以上の実施例１乃至３のイオン除去性能の検証・比較を行うために、実施例１乃至３および比較例１について、同じ条件のもと実験を行った。実験の内容は、ナトリウムイオンを３０ｐｐｍ含む水を流量１００ｍｌ／分で各イオン交換フィルタで濾過させて、イオン除去率を測定するという内容である。なお、実験前の準備工程として、各カートリッジ型イオン交換フィルタはイソプロピルアルコールに浸された後、純水で十分に洗浄して、十分湿っている状態にした。

また、以上の実施例１乃至３のイオン交換樹脂粉体４ｂの脱落度合いを検証・比較するために、実施例１乃至３および比較例１について、同じ条件のもと実験を行った。実験の内容は、各カートリッジ型イオン交換フィルタに流量２．０ｌ／分で純水を１０分間通してフラッシング処理を行った後、リオン社製のパーティクルカウンタで各カートリッジ型イオン交換フィルタを通過した純水１０ｍｌに含まれる粒子を計測した。

イオン除去性能の実験結果と脱落度合いを図る実験結果を、それぞれ表１と表２に示す。表１および表２の数値からわかるように、本発明にかかるイオン交換フィルタの実施例は、従来のカートリッジ型イオン交換フィルタである比較例と比べて、イオン除去率を低下させないで、イオン交換樹脂粉体の脱落を低下している。

このように、本発明にかかるイオン交換フィルタによれば、イオン交換樹脂粉体が濾材から脱落しにくく、且つイオン交換樹脂粉体のイオン除去効率が高い。

なお、本発明にかかるイオン交換フィルタについて実施例を用いて具体的に説明を行ったが、本発明はこれら実施例に限定されることはない。特許請求の範囲の範囲内において所望する効果が得られるように、適宜変更して実施されればよい。

本発明にかかるイオン交換フィルタを適用したカートリッジ型イオン交換フィルタの一部を破断した斜視図解図である。 図１の線ＩＩ−ＩＩにおける断面図解図である。 カートリッジ型イオン交換フィルタを示す縦断面図解図である。 イオン交換フィルターエレメントを示す要部断面図解図である。 イオン交換樹脂粉体が濾布を構成する繊維にバインダで固着されている状態を示す図解図である。 従来の方法によるイオン交換樹脂粉体の固着状況を示す図解図であり、（ａ）は収縮状態のイオン交換樹脂粉体をバインダで濾布に付着させた状態を示す図であり（ｂ）はバインダ中の有機溶媒を蒸発させて固着させた状態を示す図であり、（ｃ）は使用中の固着状況を示す図である。 イオン交換樹脂粉体の接着面付近を示す図であり（ａ）はイオン交換樹脂粉体が膨張していない状態での接着面の状態を示す要部断面図解図であり、（ｂ）はイオン交換樹脂粉体が膨張した状態での接着面の状態を示す要部断面図解図である。 本発明にかかる別の実施形態のイオン交換フィルタを適用したイオン交換フィルターエレメントを示す要部断面図解図である。 濾布に付着した膨張状態のイオン交換樹脂粉体をバインダで覆った状態を示す図解図である。 濾布に付着した膨張状態のイオン交換樹脂粉体をバインダで固着させた状態を示す図解図である。 バインダで固着されたイオン交換樹脂粉体を乾燥させて収縮させた状態を示す図解図である。 イオン交換フィルタを使用状態した状態における、イオン交換樹脂粉体を示す図解図である。

符号の説明

１，１０ カートリッジ型イオン交換フィルタ
２ カバー
２ａ，７ａ 貫通孔
３，１１ イオン交換フィルタエレメント
４ 濾過材
４ａ 濾布
４ｂ イオン交換樹脂粉体
４ｃ バインダ
４ｄ 接着面
４ｅ 隙間
５ 流入側サポート材
６ 流出側サポート材
７ コア
８ 下部エンドプレート
８ａ，９ａ 外周縁部
８ｂ，９ｂ 内周縁部
８ｃ，９ｃ 切り欠き
９ 上部エンドプレート
９ｄ 排出口

Claims (4)

1. 濾材にイオン交換樹脂粉体をバインダで固着させたイオン交換フィルタであって、
   前記イオン交換樹脂粉体と前記バインダとの接着面に、前記イオン交換樹脂粉体および前記バインダの双方を収縮させて前記イオン交換樹脂粉体から前記バインダの一部を剥離することにより形成した断続的な隙間を有することを特徴とするイオン交換フィルタ。
2. 濾材にイオン交換樹脂粉体をバインダで付着させたイオン交換フィルタの製造方法であって、
   前記イオン交換樹脂粉体に有機溶媒を吸収させて前記イオン交換樹脂粉体を膨潤させる工程と、
   前記膨潤したイオン交換樹脂粉体を有機溶媒で溶解した前記バインダで前記濾材に付着させる工程と、
   前記イオン交換樹脂粉体が膨潤している状態で前記バインダに含有されている有機溶媒を蒸発させて、前記イオン交換樹脂粉体を前記濾材に固着させる工程と、
   前記イオン交換樹脂粉体に吸収されている前記有機溶媒を蒸発させる工程とを含むことを特徴とする、イオン交換フィルタの製造方法。
3. 前記バインダを溶解する有機溶媒が、前記イオン交換樹脂粉体を膨潤させる有機溶媒と同一または前記イオン交換樹脂粉体を膨潤させる有機溶媒に可溶な有機溶媒である、請求項２に記載のイオン交換フィルタの製造方法。
4. 前記イオン交換樹脂粉体を膨潤させる有機溶媒の蒸発速度が、前記バインダを溶解する有機溶媒の蒸発速度より小さい、請求項２または請求項３に記載のイオン交換フィルタの製造方法。
   
   

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