JP2010104974A - 水処理器用フィルター - Google Patents

Abstract

【課題】蛇口直結型で用いるようなコンパクトサイズであっても、残留塩素除去能力としての寿命が長く、しかも濁度除去能力が長く維持される水処理器用フィルターを提供することにある。
【解決手段】水処理器用フィルター１において、活性炭を多孔質ポリマーであって且つそのメディアン径（ｄ５０）が１５〜４０μｍであるバインダーで固化した多孔質のフィルター本体２を用いてなる。多孔質ポリマーは、メルトインデックスが、１．１〜２．３ｇ／１０ｍｉｎ（ＡＳＴＭ Ｄ１２３８、１９０℃、１５ｋｇ Ｌｏａｄ）であるものが公的に用いられる。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば一般家庭で蛇口などに取り付けて水道水から汚染物質を除去する用途などに用いる水処理器用フィルターであり、コンパクトサイズでありながら活性炭をより効率よく使うことができ、水処理能力や性能に優れた水処理器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、赤サビ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、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とり、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挙げられる（特許文献１）。

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活性炭は、活性炭が通過せず、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・マトリックス中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。

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

しかし、まず特許文献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になる。

特許文献３や特許文献４には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。

また、蛇口に直結して用いるような水処理器のフィルターの場合やそれ以外でも特に軽量で小型であることが求められる用途では、活性炭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、小型にすると塩素などの除去性能が十分に得られないという欠点があった。また、蛇口直結型水処理器の場合、通常２．０〜３．０Ｌ／ｍｉｎ程度の流量を必要とするが、塩素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、活性炭による塩素などの除去性能が長期にわたって維持でき、しかも汚れや濁りも除去することができ、また、小さなサイズにしても、浄水性能が高く、しかも十分な流量が得られる水処理器用フィルターの提供を目的とする。

以上のような目的を達成し課題を解決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器用フィルターにおいて、活性炭を多孔質ポリマーであって且つそのメディアン径（ｄ５０）が１５〜４０μｍであるバインダーで固化した多孔質のフィルター本体を用いてなることを特徴とする。

請求項２では、多孔質ポリマーは、メルトインデックスが、１．１〜２．３ｇ／１０ｍｉｎ（ＡＳＴＭ Ｄ１２３８、１９０℃、１５ｋｇ Ｌｏａｄ）である請求項１記載の水処理器用フィルターとしている。

請求項３では、活性炭として、異なるメディアン径（ｄ５０）を有する少なくとも２種類の活性炭を混合して用いてなる請求項１〜２のいずれかに記載の水処理器用フィルター。

請求項４では、フィルター本体は略円筒形状であり、円筒外周面に多孔質の濾過層を配置するとともに、底面および頂面には前記フィルター本体と水密性をもって接している不透水性のキャップを配置しており、底面のキャップには排水孔を設けてなる請求項１〜２のいずれかに記載の水処理器用フィルターとしている。

請求項５では、活性炭にバインダーを３〜２５重量％配合しており、かつフィルター本体の密度が０．３〜０．６５ｇ／ｃｍ³である請求項１〜３のいずれかに記載の水処理器用フィルターとしている。

請求項１では、活性炭をバインダーで固化し、多孔質のフィルターとすることによってフィルター内に水みちを作ってしまうことがなく、全体に水の流れを行き渡らせることができるので、コンパクトでしかも塩素などの除去性能において高い性能を得ることができる。しかも粒径が細かいバインダーを用いることでより少ない量のバインダー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２では、バインダー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バインダー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るとともに、より少ない量のバインダー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３では、活性炭として、少なくとも２種類の粒度範囲の活性炭を混合して用いていることから、活性炭の充填密度を上げることができ、より少ない活性炭、より小サイズのフィルターで、より高い性能を得ることができる。

請求項４では、底面および頂面には前記フィルター本体と水密性をもって接している不透水性のキャップを配置しており、底面のキャップには排水孔を設けてなることより、水を処理する流れを確実なものとすることができる。

フィルターを通過する流量は、活性炭とバインダーとの混合比や、成形する際の圧力のかけ方にも左右される。請求項５では、固化したフィルター本体の密度を０．３〜０．６５ｇ／ｃｍ³の範囲内に設定することによって、水処理器用フィルターとしてコンパクトなサイズであっても十分な流量を確保することができ、かつ十分に水の汚れを取り除くこともできる。

図１は本発明の水処理器用フィルターに用いるフィルター本体の斜視図であり、図２は水処理器用フィルターの斜視図、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。

本発明の水処理器用フィルター１に用いるフィルター本体２は、例えば図４に示すような蛇口直結型の水処理器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。

水処理器用フィルター１は、前記のフィルター本体２をベースとして他のものと組み合わせて構成することができる。例えば、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フィルター本体２の外周面に、濾過層３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４がかぶさっており、前記フィルター本体２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、フィルター本体２と底面のキャップ４には中心軸位置に孔を有しており、水処理器用フィルター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。

この水処理器用フィルター１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で大きなごみなどの汚れを取った後、水処理器用フィルター１を通過して残留塩素や有機物を吸着除去し、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。

一般的に水処理器Ｓには、浄水口Ｊと原水口Ｇを備えており、水の流れを矢印で示すように水道Ｗから供給された水を切替レバーＣなどによって、処理を行う経路へ水を誘導して処理した水を出す場合と、何も処理せずそのまま通過させて原水で出す場合を切りかえることができるようになっている。そして、処理する場合には、前記のような行程で処理されることになる。

他に、図５に示すような上面１０と底面１１を有するディスク形状のフィルター本体１２で、図中の矢印で示すように、水が上面１０から取り込まれてフィルター本体１２内を通過して、処理後の水が底面１１から出てくるようなフィルターもある。

本発明の水処理器用フィルター１に用いるフィルター本体２は、活性炭をバインダーで固化した多孔質成形体であり、バインダーとしては低メルトインデックスの多孔質ポリマーを用いる。

低メルトインデックスのバインダーとしては、水処理器の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、成形した場合、適度な流動性を有する樹脂であることが好ましい。具体的には分子量が数十万程度の超高分子量ポリエチレンで原料のメディアン径（ｄ５０）が１５〜４０μｍ、更に好ましくは１５〜２５μｍ、カサ密度０．２７ｇ／ｃｍ³程度の樹脂であって、メルトインデックスが、１．１〜２．３ｇ／１０ｍｉｎ（ＡＳＴＭ Ｄ１２３８、１９０℃、１５ｋｇ Ｌｏａｄ）であるものが好ましく、更には１．３〜２．３ｇ／１０ｍｉｎ（ＡＳＴＭ Ｄ１２３８、１９０℃、１５ｋｇ Ｌｏａｄ）であるものが好ましい。

バインダー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、バインダー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。１．３ｇ／１０ｍｉｎ（ＡＳＴＭ Ｄ１２３８、１９０℃、１５ｋｇ Ｌｏａｄ）以上のものであると、より少ない量のバインダー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。

また、バインダー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、水が活性炭に接触することが少なくなるので好ましくない。

バインダー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バインダーである。

更にバインダーのメディアン径（ｄ５０）が１５〜４０μｍの範囲であるために少ない量で活性炭を固めることが可能となる。バインダー量を軽減できることは、フィルターの単位体積あたりの活性炭量を増やすことができることばかりでなく、成形時溶融したバインダーによって覆われる活性炭表面積の割合も軽減できるので浄水性能を更に十分なものとすることができる。メディアン径（ｄ５０）が２５μｍ以下であると少量のバインダーでより確実に活性炭を固めることができる。

尚、本発明においては、上で説明したようなメディアン径（ｄ５０）やメルトインデックス、カサ密度を示すバインダーを用いることを特徴としているが、複数種のバインダーを併用することは必要に応じて可能であり、メディアン径（ｄ５０）が異なるバインダーを併用したり、メルトインデックスが異なるバインダーを併用したりしてもよい。例えば、メディアン径（ｄ５０）がもう少し大きいバインダーを併用することによってフィルターを嵩高く成形することができ、密度を下げるといったことも可能である。

活性炭はある程度のメディアン径を持ったものであり、その粒度範囲が異なる少なくとも２種類の活性炭を混合して用いることが好ましい。そうすることによって、活性炭をより細密に充填することができ、フィルターの単位体積あたりの活性炭量を増やすことができて、例えば蛇口に直結して使用するような小サイズの水処理器に適用する場合であっても、十分な浄水性能を得ることができる。

さらに活性炭とバインダーを混合する割合は活性炭に対してバインダーを３から２５重量％配合し、かつフィルター本体２の密度が０．３〜０．６５ｇ／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にて十分な流量を確保することが可能である。

活性炭に対するバインダーの配合量が３重量％未満であると活性炭を固化することが困難となり、２５重量％を超えるとバインダーが活性炭の表面を覆う部分が多くなりすぎて、活性炭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、固化後のフィルター本体２の密度が０．３ｇ／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。０．６５ｇ／ｃｍ³を超えると硬め過ぎとなってフィルター本体２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。

フィルター本体２の作製方法としては、次のような方法が挙げられる。所定量の活性炭とバインダーを混合し、金型に充填後２００℃前後の温度にて所定時間加熱、圧縮し、冷却することによってフィルター本体２を作製することができる。前記の加熱後に圧縮量を調整することによって、フィルター本体２の密度を上記のような０．３〜０．６５ｇ／ｃｍ³の範囲内に調整することができる。

以上のような、少なくとも２種類の粒径を有する活性炭を所定の比率で混合し、しかもバインダーのメルトインデックスも前記のような所定の範囲のものを用いて活性炭との割合も所定範囲とすることによって、活性炭により水の塩素や汚れなどを除去する効果が大きく、しかも流量の面でも十分な流量を確保することができる。よって、蛇口直結型水処理器のようにフィルターの重さや大きさが制限されコンパクトさが求められるような状態においても十分な性能と能力を持ったフィルターを提供することができる。

濾過層３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。

なお、フィルター本体２には上記のような活性炭以外にも、水の汚れや塩素などを除去できるような添加物、例えば、ゼオライト、二酸化チタン、シリカゲル、亜硫酸カルシウム、繊維状活性炭、その他セルロース、ナイロン、ビニロン、ポリエステル、アクリルなどからなる短繊維を別途混入してもよく、また、前記の濾過層３および本発明の水処理器用フィルターとしては前記のフィルター本体２以外に、浄水効果を有する別のフィルターと組み合わせて用いることも本発明に含まれるものである。

次に本発明の実施例をおよび比較例を用いて本発明の効果を確認した。

（実施例）
作製した活性炭ブロックフィルターは、円筒形で頂面と底面の中央を貫く孔を有しており、サイズがφ２８ｍｍ（外径）×φ１０ｍｍ（孔径）×７０ｍｍ（高さ）である。バインダーとしては、メディアン径（ｄ５０）が２０μｍの多孔質ポリマー（Ｔｉｃｏｎａ Ｇｍｂｈ製、ＧＵＲＸ１４３）を５質量％用い、それにメディアン径（ｄ５０）が６０μｍの粒子と１００μｍの粒子を４：１の割合で９５質量％混合した活性炭原料を用い、所定の金型にて２００℃で１時間加熱後冷却し、圧縮量を調整し、固化した状態で密度が０．５０ｇ／ｃｍ^３となるようにしたフィルターを成形した。得られた活性炭ブロックフィルターの長手方向を垂直に立て、垂直方向（圧縮方向）に１ｍｍ／ｍｉｎの速度で荷重をかけ、活性炭ブロックフィルターが破壊する時の圧縮強度（最大値）を読み取った。または、そのフィルターの円筒頂面と底面に不透水性のＡＢＳ樹脂からなるキャップで被い、底面のキャップには排水孔を設けて０．１ＭＰａの圧力で流量測定をおこなった。その結果を表１に示す。

（比較例１）
バインダーとしては、メディアン径（ｄ５０）が１１５μｍの多孔質ポリマーを用いた以外は実施例１と同様に成形をおこない評価した。その結果を表１に示す。

（比較例２）
バインダーとしては、メディアン径（ｄ５０）が１１５μｍの多孔質ポリマーを１５質量％用い、それにメディアン径（ｄ５０）が６０μｍの粒子と１００μｍの粒子を４：１の割合で８５質量％混合した活性炭原料を用いた以外は実施例１と同様に成形をおこない評価した。その結果を表１に示す。

実施例のバインダー配合比率５質量％では圧縮強度が３２９Ｎ得られているのに対し、比較例１では同量のバインダー配合比率では活性炭を固化できずフィルターが得られなく、圧縮強度測定、かつ流量測定には至らなかった。比較例１で用いたバインダーに比べて実施例のバインダーでは、少しの量で活性炭を固めることができることがわかる。

比較例２では、活性炭を固化することができ、圧縮強度、流量ともにほぼ実施例と同等の値が得られているが、活性炭の配合比率は実施例と比較すると少なくなっており、活性炭の配合比率の多い実施例のフィルターのほうが浄水性能は高くなるといえる。

一般家庭で蛇口などに取り付けて水道水から汚染物質を除去する用途などに用いる水処理器用フィルターとして用いることができる。

フィルター本体の斜視図である。 本発明の水処理器用フィルターの斜視図である。 図２におけるＡ−Ａ断面図である。 水処理器の断面図である。 フィルター本体の別の形態を示す斜視図である。

１ 水処理器用フィルター
２ フィルター本体
３ 濾過層
４ キャップ
５ 孔

Claims (5)

1. 水から汚染物質を除去するための水処理器用フィルターにおいて、活性炭を多孔質ポリマーであって且つそのメディアン径（ｄ５０）が１５〜４０μｍであるバインダーで固化した多孔質のフィルター本体を用いてなることを特徴とする水処理器用フィルター。
2. 多孔質ポリマーは、メルトインデックスが、１．１〜２．３ｇ／１０ｍｉｎ（ＡＳＴＭ Ｄ１２３８、１９０℃、１５ｋｇ Ｌｏａｄ）である請求項１記載の水処理器用フィルター。
3. 活性炭として、異なるメディアン径（ｄ５０）を有する少なくとも２種類の活性炭を混合して用いてなる請求項１〜２のいずれかに記載の水処理器用フィルター。
4. フィルター本体は略円筒形状であり、円筒外周面に多孔質の濾過層を配置するとともに、底面および頂面には前記フィルター本体と水密性をもって接している不透水性のキャップを配置しており、底面のキャップには排水孔を設けてなる請求項１〜３のいずれかに記載の水処理器用フィルター。
5. 活性炭にバインダーを３〜２５重量％配合しており、かつフィルター本体の密度が０．３〜０．６５ｇ／ｃｍ³である請求項１〜４のいずれかに記載の水処理器用フィルター。

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