JP2008207174A - 水処理用フィルター - Google Patents

Abstract

【課題】 長期間使用して例えば水道水中の錆などのゴムが目詰まりしていったとしても通水圧力が上昇せずに初期流量を長期にわたって維持することができる、シャワーなどの豊富な流量を必要とする用途に適した水処理用フィルターを提供する。
【解決手段】 水から汚染物質を除去するための水処理用フィルター１であって活性炭やセラミックなどの浄水成分とともに亜硫酸カルシウムを多孔質ポリマーによって固化することによってフィルターとする。
【選択図】図３

Description

本発明は、水道水等に含まれる汚染物質を除去する水処理器に用いる水処理用フィルターであり、より詳しくは、長期にわたって使用しても流量が低下しにくく高い水量を必要とする用途に適した水処理用フィルターに関する。

従来、一般家庭などで使用される水処理器の交換カートリッジフィルターは、活性炭で塩素や有機物を除去し、中空糸膜でミクロサイズの汚れ、赤錆や細菌などを取る構造を有しているのが一般的である。

具体的な構造としては、特許文献１に円筒形の容器からなるカートリッジ内に活性炭の部屋と中空糸膜の部屋とにそれぞれを収納配置し、水をカートリッジ内に導入して活性炭の部屋へ送ってカルキ臭やカビ臭などを取り、次いで中空糸の部屋へ送り、活性炭で取り除けなかったものを除去するというものが開示されている。

また、中空糸膜からなるチューブを円筒形の容器からなるカートリッジの中心に配置してその外周側に活性炭を配置して、外周側から水を流し、活性炭の層を通過させた後、中空糸膜を通過させて処理済の水をカートリッジから出すという構造のものも使用されている（特許文献２）。

いずれの構成においてもカートリッジを構成する活性炭は、活性炭を通過させることなく水のみが通過するような小径の孔を有する膜に仕切られた部屋の中に粒状で蓄えられた状態で用いられるものであった。

特許文献３には、多孔質プラスチック・マトリックス内に活性炭粒子をトラップした水処理器が開示されている。多孔質プラスチック・マトリックス内に活性炭を分散させることによって小さな粒径の活性炭を使用できるようにしたものである。

また、特許文献４にもポリマーで活性炭を固めたフィルターで、しかもそのポリマーとして１．０ｇ／１０ｍｉｎ未満（ＡＳＴＭ Ｄ１２３８、１９０℃、１５ｋｇ Ｌｏａｄ）である低メルトインデックスのポリマーを用いたものが開示されている。

また、特許文献５にはシャワー用水栓に用いる浄水フィルターにおいて、溶剤で膨潤させて空隙を形成させた不織布の表面に亜硫酸カルシウムをバインダー樹脂で固着したものが開示されている。

特開平１０−８５７２９号公報 特開平８−７１５４１号公報 特開平２−１７９８９号公報 米国特許第４７５３７２８号公報 特開２０００−１２６７５９号公報

しかし、特許文献１や特許文献２に開示されたような構造のフィルターでは、中空糸膜が高価である上に、フィルター全体における中空糸膜の占める体積割合が大きく、例えばスペースや重量の面で小型にならざるを得ない蛇口直結型水処理器の交換カートリッジフィルターとして用いるには、活性炭の使用量が制限される構造となっていた。

従って、活性炭の使用量が制限されることによって、塩素などが取れる寿命は比較的短いのが現状であった。

また、粒状の活性炭を用いると水が活性炭の層中を通過するときに、自然と水みちがついてしまい、活性炭を部分的にしか使うことができないので、塩素などを除去する性能の寿命が短くなってしまうことがある。

特許文献３や特許文献４に示すような多孔質プラスチック・マトリックス中に活性炭を分散させて固化したフィルターを用いている。このような構造にすることによって、より粒径の小さな活性炭を使うことができるので効率がよくなり、しかもフィルター全体に水の流れるようにすることができることから、活性炭による塩素などの除去性能を長持ちさせることが可能である。

しかし、水処理用フィルターは濁りや塩素などの除去性能もさることながら十分な流量が得られるものでなければ使い勝手の面で不満が残る。従来の水処理用フィルターでは、濁りや塩素などの除去性能に優れたものはどうしても流量が十分に得られず、流量を得ようとすれば濁りや塩素の除去性能が落ちるという二律背反の性質があって、いずれか片方を重視するかもしくはいずれの性能も程々のものを用いるしかなかったといった問題があった。

特に蛇口直結型水処理器に用いるフィルターは前記のように軽量で小型であることが求められるが、活性炭や、イオン交換樹脂などをプラスチック内に分散させたようなフィルターの場合、通常２．０〜３．０Ｌ／ｍｉｎ程度の流量を必要とするが、塩素や重金属類などを除去する性能を上げるために、粒径の細かい粉末状の活性炭や粒径の細かいイオン交換樹脂などを使用すると流量が十分に得られないといった問題があることがわかった。

そこで本発明は、水に含まれる汚染物質を除去する水処理フィルターにおいて、濁りや塩素も除去することができ、それらの水を処理する性能が長期にわたって維持でき、特にシャワー等豊富な水量を必要とする用途に用いるのに適した十分な流量が得られる水処理用フィルターの提供を目的とする。

上記のような目的を達成するために本発明の請求項１では、水から汚染物質を除去するための水処理用フィルターにおいて、浄水成分とともに亜硫酸カルシウムを多孔質ポリマーからなる結合材で固化したことを特徴とする。

請求項２では、浄水成分が活性炭である請求項１記載の水処理用フィルターとしている。

請求項３では、活性炭は粒径の異なる少なくとも２種類の活性炭を併用した請求項１〜２記載の水処理用フィルターとしている。

請求項４では、活性炭として、６０−１００メッシュパス粒状活性炭及び１００メッシュパス粉末活性炭を１：４〜４：１の割合で混合したものを用いた請求項３記載の水処理用フィルターとしている。

請求項５では、結合材としてメルトインデックスが、１．１〜２．３ｇ／１０ｍｉｎ（ＡＳＴＭ Ｄ１２３８、１９０℃、１５ｋｇ Ｌａｏｄ）の多孔質ポリマーを使用した請求項１〜４記載の水処理用フィルターとしている。

請求項６では、シャワーに用いられる請求項１〜５記載の水処理用フィルターとしている。

請求項７では、亜硫酸カルシウムとしては、粒子径が２ｍｍ以下のものを用いた請求項１〜６記載の水処理用フィルターとしている。

請求項８では、亜硫酸カルシウムとしては、粒子径が５０〜２００μｍの範囲のものを用いた請求項１〜６記載の水処理用フィルターとしている。

請求項９では、浄水成分と亜硫酸カルシウムと結合材を混合する割合は、浄水成分と亜硫酸カルシウムの合計に対して結合材を１０〜４０質量％配合し、かつ成形後のフィルター本体の密度が０．４〜０．８ｇ／ｃｍ³を有したものとした請求項１〜８記載の水処理用フィルターとしている。

請求項１では、浄水成分および亜硫酸カルシウムを多孔質ポリマーからなる結合材で固化していることから、フィルター内部に水みちを作ってしまうことなくフィルター全体に水の流れを行き渡らせることができるとともに、亜硫酸カルシウムが水道水中の次亜塩素酸イオン（ＣｌＯ）と反応して水溶性の硫酸カルシウム（ＣａＳＯ_４）となり水道水中に溶解することによってフィルター内に空隙を生じるのでフィルターにおける通水圧力の増加を緩和することができ、長期にわたって流量が大きい状態を維持することができる。

請求項２では、浄水成分を活性炭としてバインダーで固めているので、例えば粒径の小さな活性炭を用いて濁りや塩素の除去性能を向上させることができる。また、短繊維の配合量を調節することによって流量を自由に調節することができる。

請求項３では、活性炭は粒径の異なる少なくとも２種類の活性炭を併用しており、活性炭として２種類の粒径のものを混合して用いることによって、活性炭による濁りや塩素などを除去する性能を十分なものに保持すると同時に、十分な流量を得やすくすることができる。

請求項４では、活性炭として、６０−１００メッシュパス粒状活性炭及び１００メッシュパス粉末活性炭を１：４〜４：１の割合で混合したものを用いた請求項３記載の水処理用フィルターとしており、活性炭の粒径をこのような粒径の活性炭を所定の割合で混合して用いることによって、活性炭による濁りや塩素などを除去する性能を十分なものに保持すると同時に、十分な流量を得る上でより適切な範囲である。

請求項５では、結合材としてメルトインデックスが、１．１〜２．３ｇ／１０ｍｉｎ（ＡＳＴＭ Ｄ１２３８、１９０℃、１５ｋｇ Ｌａｏｄ）の多孔質ポリマーを使用しており、結合材としてこのようなメルトインデックスのものを用いることによって、活性炭を固化する際に結合材が液状に溶融せず活性炭を覆ってしまうことがないので、適度にバインダーとして働かせることができ、しかもより少ない量の結合材で活性炭を固めることができるので、フィルター中に含まれる活性炭の量を多くすることができ、水を処理する性能を向上させることができる。

請求項６では、シャワーに用いられるという用途限定をしているが、特に豊富な水量を必要とするシャワーの用途に対して適したフィルターということができる。

請求項７および８では、用いる亜硫酸カルシウムの粒子径を具体的に限定しており、カルキ臭除去の性能を十分に発揮させると共に、フィルターに詰まりが生じて流量が低下するといった問題も抑えることができる。

請求項９では、通常必要とされる動水圧の条件で十分な流量を確保することができるようになる。

図１は本発明の水処理用フィルターの斜視図であり、図２は水処理用フィルターに濾過層およびキャップを取り付けたところの斜視図、図３は図２におけるＡ−Ａ断面図、図４は水処理器の断面図である。

本発明の水処理用フィルター１は、例えば図４に示すようなシャワーヘッドＳに装着使用するものである。形状は例えば図１に示すように中心軸位置孔を有する円筒形状である。

水処理用フィルター１は例えば次のような構成にて水処理器内に配置して用いられる。図２に示すものでは４５〜５０ｍｍφ×９０〜１００ｍｍ程度のサイズを有する円筒形の水処理用フィルター１の外周面に、濾過層２を被覆配置し、その頂面及び底面部分には不透水性のキャップ３、４がかぶさっており、前記水処理用フィルター１との間を水が通らないように水密性をもって接続されている。また、水処理用フィルター１と底面のキャップ３には中心軸位置に孔を有しており、水処理用フィルター１の円筒の中心軸位置に１０〜１５ｍｍφ程度の孔５を有した構造となっている。

この水処理用フィルター１をシャワーヘッドＳに取り付けたときの水の流れは、濾過層２側から、水を取り込み、濾過層２で大きなごみなどの汚れを取った後、水処理用フィルター１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から出されるという行程で処理が行われる。

図４は、シャワーヘッド１０に水処理用フィルター１１が装着されている例を示している。水処理用フィルター１１をシャワーヘッド１０の手持部１２内に挿入して嵌着し、手持部１２の上に吹き出し部１３を螺着するとともに、下にはアダプタ１４を介在してホース１５を取り付けている。このような構造を採って、ホース１５から送られた水を水処理用フィルター１１を通過させることで残留塩素やごみなどを除去した水をシャワー吹き出し口から供給することができる。

また図５は同じくシャワーヘッド２０の吹き出し口２１付近に水処理用フィルター２２を配置した例を示す斜視図であり、同様にホース２３から手持部２４を通して送られた水を水処理用フィルター２１を通過させてシャワーとして使用することができる。

本発明の水処理用フィルター１は、活性炭等の浄水成分および亜硫酸カルシウムを結合材で固化した多孔質成形体であり、結合材としては低メルトインデックスの高分子量多孔質ポリマーを用いる。

高分子量多孔質ポリマーで浄水成分その他を固定しブロック化することによって、フィルター全体に均一に分散させることができるので、浄水の性能もばらつきがなく均一なものとすることができ、水を通過させたときに粒状の浄水成分中に水路ができてしまい、常に水がその水路に集中して流れるといった問題を解消することができる。

亜硫酸カルシウムとしては、粒子径が２ｍｍ以下、より好ましくは５０〜２００μｍの範囲のものを用いる。５０μｍ未満ではフィルターが詰まりすぎて一定圧力で得られる流量が少なくなってしまい、２００μｍを超えると表面積が少なくなってカルキ臭を取り除く性能が十分に得られない。具体的にはタテホ化学社製Ｑ−アル、赤穂化成工業社製亜硫酸カルシウム、松尾薬品産業社製亜硫酸カルシウム（ｚ−ｂ）などを挙げることができる。

浄水フィルターは水道水中のゴミや錆といった不純物によって目詰まりし、長期間使用するにつれて流量が低下してしまう。シャワーなどは豊富な水量を必要とし、流量の低下は使用者の不満につながってしまうため、前記のような流量の低下を防止する必要がある。

本発明では、フィルターとして浄水成分とともに亜硫酸カルシウムを高分子量多孔質ポリマーでブロック化している。亜硫酸カルシウムは水道水中のカルキ臭のもとになる次亜塩素酸イオン（ＣｌＯ）と反応して水溶性の硫酸カルシウム（ＣａＳＯ_４）となる。硫酸カルシウムが溶解した後に新たな亜硫酸カルシウムの表面が現れて反応が繰り返して行われ、亜硫酸カルシウムは徐々に消耗して徐々に体積が小さくなっていく。多孔質ポリマーで固められたフィルターの中で元々亜硫酸カルシウムのあった箇所は亜硫酸カルシウムが反応して消耗していくことによって空隙となることからフィルター中を水が流れやすくなり通水圧力を下げることができる。

亜硫酸カルシウムは、カルキ臭の除去することができるだけでなく、使用している間に徐々に体積を減らしてフィルターの水の流れをよくし通水圧力を下げて、言い換えれば一定圧力での流量を増加させることができる。長期に使用することによって水中の錆などのゴミで目詰まりして流量が減少していくが亜硫酸カルシウムの体積の減少によってフィルターの交換時期を遅らせることができる。
亜硫酸カルシウム以外に含まれる浄水成分として挙げられるのは活性炭のほかに、セラミック、セルロース繊維などの粒状物質や繊維状物質を挙げることができる。

活性炭を用いる場合は、６０メッシュパス以上のものを用いることができ、６０メッシュパス未満であると、結合材で活性炭を固めることが困難になることと、フィルター本体２中の空隙が大きくなりすぎて活性炭に接触することなくフィルター本体２を通過してしまう水が多くなるので濁りや塩素などを除去する性能が悪くなるので好ましくない。

以上のフィルター本体２に用いられる結合材と活性炭における更に好ましい形態として、粒子の大きいもの及び粒子の小さいものの２種類の活性炭を用い、粒径の大きい第１の活性炭としては６０−１００メッシュパスの粒状活性炭を用い、粒径の小さい第２の活性炭としては１００メッシュパスの粉末活性炭を用いる。そして粒径の大きい活性炭と粒径の小さい活性炭を１対１から４対１の割合で混合し、このような活性炭を低メルトインデックスの結合材で固化する。

このような２種類の粒径分布を有する活性炭を前記のような比率で混ぜて使用することによって、６０−１００メッシュパスの粒状活性炭同士の隙間に適当に１００メッシュパス以上の粉末状活性炭が存在し、塩素や濁りなどの除去性能が長期に渡って得られるという能力を兼ね備えたフィルター本体２を得ることができる。

ここで上記の第１の活性炭として６０メッシュパス未満のものを用いると、やはり結合材で活性炭を固めることが困難になることと、フィルター本体２中の空隙が大きくなりすぎて活性炭に接触することなくフィルター本体２を通過してしまう水が多くなるので水の塩素などの除去性能が悪くなるので好ましくない。

そして第２の活性炭として１００メッシュパスよりも細かい、例えば３２５メッシュパス以上の活性炭を用いるとフィルター本体２の空隙部分が少なくなってしまい十分な流量が得られなくなるので好ましくない。

また、フィルターの流量を増やすために短繊維を用いてもよい。短繊維自身が絡み合うことで空隙を有し、短繊維を入れることによって水処理用フィルター１の空隙率を増加させて水の通路を確保することができる。このように短繊維によって水の通路を確保することができるので、例えば、濁りや塩素などの除去性能向上を狙って浄水成分として比較的粒径の細かいものを用いたとしても、十分な流量を確保することができるようになる。また、短繊維の径、長さ、量を調節することによって、流量の調節を自在に行うことも可能である。

用いることができる短繊維としては、水処理用として用いることから無害なものであることや水の通路をつくって流量を確保するための空隙を有する繊維であるものが好ましく綿、麻、木材などの植物性繊維、および絹、羊毛などの動物性繊維、またカーバイド、石油などを原料として合成した高分子化合物から紡糸したナイロン、ビニロン、ポリエステル、アクリルなどの合成繊維を用いることができるが、その中でも天然繊維である植物繊維から得られるセルロール繊維を用いることが安全性、濡れ性の理由から最も好ましいといえる。また、空隙を持たせるためには１本の繊維径が太いモノフィラメントではなく、細繊維を多数束ねたり絡み合わせたりしたものを用いることが好ましい。

低メルトインデックスの結合材としては、水処理用フィルターとしての用途として問題なく使用できるために無毒性であることが必要になるとともに、単体で成形した場合に多孔質体を形成しやすい樹脂であることが好ましい。具体的には分子量が数十万〜数百万程度の超高分子量ポリエチレンで原料の粒子径が約１００μｍ、カサ密度０．３ｇ／ｃｍ³未満の樹脂であって、メルトインデックスが、１．１〜２．３ｇ／１０ｍｉｎ（ＡＳＴＭ Ｄ１２３８、１９０℃、１５ｋｇ Ｌｏａｄ）であるものが挙げられる。

結合材のメルトインデックスが、１．１ｇ／１０ｍｉｎ（ＡＳＴＭ Ｄ１２３８、１９０℃、１５ｋｇ Ｌｏａｄ）未満であると、フィルター成形時の流れが悪く、活性炭を固めるためには、結合材の量を多くしなければならない。そうするとフィルター内に占める活性炭の量が少なくなるので、水を処理する性能は低くなってしまう。

また、結合材のメルトインデックスが、２．３ｇ／１０ｍｉｎ（ＡＳＴＭ Ｄ１２３８、１９０℃、１５ｋｇ Ｌｏａｄ）をこえると、フィルター成形時に溶融したポリマーが活性炭の細孔部を覆ってしまい、水が活性炭を通過できなくなるので好ましくない。

結合材が上記のようなメルトインデックスを有するポリマーであることによって高温において適度な粘度であるがゆえ、活性炭ブロック成形時に溶融したポリマーが活性炭の細孔部を覆ってしまうことがない。また多孔質体を形成することは活性炭ブロックのフィルター機能を損なわない有効な結合材である。

さらに浄水成分＋亜硫酸カルシウムと結合材を混合する割合は浄水成分＋亜硫酸カルシウムに対して結合材を１０〜４０質量％配合し、かつフィルター本体２の密度が０．４〜０．８ｇ／ｃｍ³を有したものとすることによって、例えば、蛇口直結型水処理器では、通常必要とされる動水圧０．１ＭＰａにて２．０Ｌ／ｍｉｎを上回る流量を確保することが可能である。

浄水成分＋亜硫酸カルシウムに対する結合材の配合量が１０質量％未満であると浄水成分や亜硫酸カルシウムを固化することが困難となり、４０質量％を超えると結合材が浄水成分や亜硫酸カルシウムの表面を覆う部分が多くなりすぎて、浄水成分を有効に使用することができなくなるので好ましくない。

また、固化後の水処理用フィルター１の密度が０．４ｇ／ｃｍ³未満になると剛性が低くなってしまい、フィルターが脆く崩れやすいので好ましくない。０．８ｇ／ｃｍ³を超えると硬め過ぎとなって水処理用フィルター１の空隙がすくなく十分な流量を得ることができなくなるので好ましくない。

濾過層２は、これを配置することで１次フィルターの役割を果たし、固化した活性炭ブロックの早期目詰まりを防止することができる。仮に球形のもので表現するとサイズが５μｍφ相当以上のものを除去することができればよく、不織布、織布などの繊維材などを用いることができ、不織布を用いる場合は３デニール程度の繊維径を用いた厚み０．５ｍｍ程度のものを用いることができ、目付量でいえば５０〜１００ｇ／ｍ³程度である。そうすることによって、フィルター本体２にて目詰まりを起こすし易いようなサイズの汚れを除去することができるとともに濾過層３で目詰まりを起こしてしまうというような問題も防止することができる。

水道水等に含まれる汚染物質を除去する水処理器に用いる水処理用フィルターであり、長期にわたって使用しても流量が低下しにくく高い水量を必要とするシャワーなどに好適に用いることができる。

本発明の水処理用フィルターの斜視図である。 水処理用フィルターに濾過層およびキャップを取り付けたところの斜視図である。 図２におけるＡ−Ａ断面図である。 水処理用フィルターをシャワーヘッドに用いたところの斜視図である。 水処理用フィルターをシャワーヘッドに用いた別の例の斜視図である。

符号の説明

１ 水処理用フィルター
２ 濾過層
３ キャップ
４ キャップ
５ 孔
１０ シャワーヘッド
１１ 水処理用フィルター
１２ 手持部
１３ 吹き出し部
１４ アダプタ
１５ ホース
２０ シャワーヘッド
２１ 吹き出し部
２２ 水処理用フィルター
２３ ホース
２４ 手持部

Claims (9)

1. 水から汚染物質を除去するための水処理用フィルターにおいて、浄水成分とともに亜硫酸カルシウムを多孔質ポリマーからなる結合材で固化したことを特徴とする水処理用フィルター。
2. 浄水成分が活性炭である請求項１記載の水処理用フィルター。
3. 活性炭は粒径の異なる少なくとも２種類の活性炭を併用した請求項１〜２記載の水処理用フィルター。
4. 活性炭として、６０−１００メッシュパス粒状活性炭及び１００メッシュパス粉末活性炭を１：４〜４：１の割合で混合したものを用いた請求項３記載の水処理用フィルター。
5. 結合材としてメルトインデックスが、１．１〜２．３ｇ／１０ｍｉｎ（ＡＳＴＭ Ｄ１２３８、１９０℃、１５ｋｇ Ｌａｏｄ）の多孔質ポリマーを使用した請求項１〜４記載の水処理用フィルター。
6. シャワーに用いられる請求項１〜５記載の水処理用フィルター。
7. 亜硫酸カルシウムとしては、粒子径が２ｍｍ以下のものを用いた請求項１〜６記載の水処理用フィルター。
8. 亜硫酸カルシウムとしては、粒子径が５０〜２００μｍの範囲のものを用いた請求項１〜６記載の水処理用フィルター。
9. 浄水成分と亜硫酸カルシウムと結合材を混合する割合は、浄水成分と亜硫酸カルシウムの合計に対して結合材を１０〜４０質量％配合し、かつ成形後のフィルター本体の密度が０．４〜０．８ｇ／ｃｍ³を有したものとした請求項１〜８記載の水処理用フィルター。

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