JP5793926B2 - 浄水器用カートリッジ、浄水器および浄水器用カートリッジの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、水の自重でろ過を行う浄水器用カートリッジ、浄水器および浄水器用カートリッジの製造方法に関するものである。

家庭用浄水器は、安全な美味しい水を得るために、約３０年前頃より一般に市販されている。その大半は蛇口直結型のものであるが、他にも蛇口に分岐栓を取り付けてホースを繋ぐ据置型のものや水の自重でろ過を行うものなどがある。

水の自重でろ過を行う浄水器は、原水貯留部の下部にろ材を配し、原水貯留部に溜めた水を、貯留部の水頭差を原動力としてろ材を通過させ、原水貯留部の下部に配した浄水貯留部に溜めるもので、水道蛇口の形状に係わらず、簡便に水道水のろ過を行うことができる。

水の自重でろ過を行う浄水器は、ろ過の原動力が水頭差であり小さいため、スムーズなろ過を行うためにはカートリッジのろ過抵抗を極力低くする必要がある。ろ過抵抗を大きくする要因の１つとして、カートリッジ内部の空気が挙げられる。

カートリッジ上部にはろ材よりも小さい目開きの原水入口を設けており、これによりカートリッジ内部への原水の導入、カートリッジ内部からの空気の排出、カートリッジ外部へのろ材の流出の防止を行っている。しかし、繰り返して使用していると、メッシュが濡れて水膜が張った状態となってしまい、水膜によって空気の排出が妨げられるという問題があった。

この問題に対して特許文献１〜特許文献３の場合では、カートリッジの頂部に空気抜き用の穴を設けることで、カートリッジ内部の空気をこの穴から排出し問題を解決している。ところが、空気抜き用の穴の大きさはある程度の大きさを必要とし、その大きさは原水入口の目開きよりも大きくなる。そのため、空気抜き用の穴の大きさはろ材よりも大きくなることがあり、カートリッジを輸送中あるいは使用中に横に傾けたりするとカートリッジの外部にろ材が流出し、周囲を汚したり、原水側にろ材が逆流するという問題があった。

特開２００４−２３０３４１号公報 特開２００９−１２５６６０号公報 特開２００５−３１３１６３号公報

本発明は、上記の問題点に鑑み、カートリッジ内部の空気を速やかに排出し、且つカートリッジ内部のろ材が外部に流出することのない浄水器用カートリッジ、浄水器および浄水器用カートリッジの製造方法を提供することを目的とする。

ケーシングと前記ケーシングの内部に水をろ過するためのろ材を収容した、水の自重でろ過を行う浄水器用カートリッジであって、少なくとも前記ろ材より鉛直方向上部の前記ケーシングの側面と、前記ケーシングの底部に、前記ろ材の９０重量％以上のろ材の粒径範囲の最小値よりもより小さい最大長さの目開きを有するフィルタを備え、かつ以下の関係を有することを特徴とする。
Ｌ×Ｈ＞１３．５
目開きの最大長さ：Ｌ（ｍｍ）
ろ材より鉛直方向上部のケーシング側面のフィルタ下端から上端までの鉛直方向長さ（高さ）：Ｈ（ｍｍ）
また、ケーシングと前記ケーシングの内部に水をろ過するためのろ材を収容した、水の自重でろ過を行う浄水器用カートリッジであって、少なくとも前記ろ材より鉛直方向上部の前記ケーシングの側面にフィルタを備え、前記ケーシングの底部にフィルタを備え、かつ以下の関係を有することを特徴とする。
Ｓ＞６００
Ｈ＞３５
ろ材より鉛直方向上部のケーシング側面のフィルタの上端からの面積：Ｓ（ｍｍ^２）
ろ材より鉛直方向上部のケーシング側面のフィルタの下端から上端までの鉛直方向長さ（高さ）：Ｈ（ｍｍ）
また、カートリッジの前記ケーシングの側面のフィルタの備えられている部分が筒状であると好ましい。

また、前記ケーシングが樹脂成形品であり、前記ケーシングの側面のフィルタおよび底部のフィルタのいずれか一方あるは両方が、フィルタ材をインサート成形することにより形成されていると好ましい。

また、前記ケーシングの側面のフィルタが、フィルタ材をインサート成形することにより形成されており、前記フィルタ部分のフィルタ材には、前記インサート成形のために前記フィルタ材の表裏両面に設けられる一対の金型による押し当ての弱い部分が設けられ、前記金型による押し当ての弱い部分のフィルタ材の厚さは、インサート成形前の前記フィルタ材の厚さの８０％〜１００％であると好ましい。

また、前記ケーシングの側面のフィルタが、フィルタ材をインサート成形することにより形成されており、前記フィルタ材は織物であり、前記フィルタ部分のフィルタ材には、前記インサート成形のために前記フィルタ材の表裏両面に設けられる一対の金型による押し当ての弱い部分が設けられ、前記金型による押し当ての弱い部分のフィルタ材を構成する繊維の交点における繊維断面の、最小外径の最大外径に対する比率が７０％〜１００％に保たれていると好ましい。

また、前記ケーシングの側面のフィルタが、フィルタ材をインサート成形することにより形成されており、前記フィルタの外周部分の内側範囲となるフィルタ内側部分は、前記インサート成形のために前記フィルタ材の表裏両面に設けられる一対の金型による押し当ての弱い部分をなしており、前記内側部分のフィルタ材の厚さは、前記外周部分の厚さより１０％以上厚い状態に保たれていると好ましい。

また、ケーシングと前記ケーシングの内部に水をろ過するためのろ材を収容した、水の自重でろ過を行う浄水器用カートリッジの製造方法であって、少なくとも前記ろ材より鉛直方向上部の前記ケーシングの側面と、前記ケーシングの底部に、前記ろ材の９０重量％以上のろ材の粒径範囲の最小値よりもより小さい最大長さの目開きを有するフィルタを備え、かつ以下の関係を有し、前記ケーシングが樹脂成形品であり、前記ケーシングの側面のフィルタが、フィルタ材をインサート成形することにより形成されており、前記フィルタ部分のフィルタ材には、前記インサート成形のために前記フィルタ材の表裏両面に設けられる一対の金型による押し当ての弱い部分が設けられ、前記金型による押し当ての弱い部分に対応する一対の金型の隙間を、インサート成形前のフィルタ材の厚さの８０％〜２００％以下とすることを特徴とする浄水器用カートリッジの製造方法も好ましい。
Ｌ×Ｈ＞１３．５
目開きの最大長さ：Ｌ（ｍｍ）
ろ材より鉛直方向上部のケーシング側面のフィルタの下端から上端までの鉛直方向長さ（高さ）：Ｈ（ｍｍ）
また、前記金型による押し当ての弱い部分に対応する一対の金型の隙間の設定を、前記一対の金型の少なくとも一方の該当部分の金型面を削って凹形状とすることにより行う前記浄水器用カートリッジの製造方法も好ましい。

また、前記ケーシングが樹脂成形品であり、前記ケーシングの側面のフィルタおよび底部のフィルタのいずれか一方あるは両方が、ケーシングに直接形成されていると好ましい。

また、前記カートリッジの側面のフィルタの上方に水平方向の張り出しがあると好ましい。

また、水の自重でろ過を行う浄水器であって、前記カートリッジを搭載したことを特徴とする。

本発明によれば、ろ材より鉛直方向上部のケーシングの側面にフィルタがあるため、カートリッジ内部の空気をスムーズに排出することができ、ケーシングの底部にフィルタがあるため、ろ過された水をカートリッジ外部に排出することができる。またフィルタの目開きがろ材の９０重量％以上のろ材の粒径範囲の最小値よりもより小さいため、カートリッジ内部のろ材が外部に流出することがない。目開きの最大長さをＬ（ｍｍ）、ろ材より鉛直方向上部のケーシング側面のフィルタの下端から上端までの鉛直方向長さをＨ（ｍｍ）としたときに、「Ｌ×Ｈ＞１３．５」としているので、カートリッジ内部の空気が水頭差によってフィルタの目開きに張っている水の膜を打ち破り外部に排出する力を加えることができ、カートリッジ内部の空気をスムーズに排出することができる。

ろ材より鉛直方向上部のケーシング側面のフィルタの上端からの面積をＳ（ｍｍ^２）、ろ材より鉛直方向上部のケーシング側面のフィルタの下端から上端までの鉛直方向長さをＨ（ｍｍ）としたときに、「Ｓ＞６００、かつＨ＞３５」としているので、カートリッジ内部の空気が水頭差によってフィルタの目開きに張っている水の膜を打ち破り外部に排出する力を加えることができ、カートリッジ内部の空気をスムーズに排出することができる。

カートリッジの側面のフィルタの備えられている部分が筒状であると、部材の成形が容易になるとともに、カートリッジ内部の空気の流れが滞ることなくスムーズになり好ましい。

ケーシングが樹脂成形品であり、ケーシングの側面のフィルタおよび底部のフィルタのいずれか一方あるは両方に、フィルタ材がインサート成形されていると成形が容易になり好ましい。

また、前記ケーシングの側面のフィルタが、フィルタ材をインサート成形することにより形成されており、前記フィルタ部分のフィルタ材には、前記インサート成形のために前記フィルタ材の表裏両面に設けられる一対の金型による押し当ての弱い部分が設けられ、前記金型による押し当ての弱い部分のフィルタ材の厚さは、インサート成形前の前記フィルタ材の厚さの８０％〜１００％であると、フィルタの目開きが小さくなることがなく、カートリッジ内部の空気を速やかに排出することができ、好ましい。

また、前記ケーシングの側面のフィルタが、フィルタ材をインサート成形することにより形成されており、前記フィルタ材は織物であり、前記フィルタ部分のフィルタ材には、前記インサート成形のために前記フィルタ材の表裏両面に設けられる一対の金型による押し当ての弱い部分が設けられ、前記金型による押し当ての弱い部分のフィルタ材を構成する繊維の交点における繊維断面の、最小外径の最大外径に対する比率が７０％〜１００％に保たれていると、フィルタの目開きが小さくなることがなく、カートリッジ内部の空気を速やかに排出することができ、好ましい。

また、前記ケーシングの側面のフィルタが、フィルタ材をインサート成形することにより形成されており、前記フィルタの外周部分の内側範囲となるフィルタ内側部分は、前記インサート成形のために前記フィルタ材の表裏両面に設けられる一対の金型による押し当ての弱い部分をなしており、前記内側部分のフィルタ材の厚さは、前記外周部分の厚さより１０％以上厚い状態に保たれていると、フィルタの目開きが小さくなることがなく、カートリッジ内部の空気を速やかに排出することができ、好ましい。

また、ケーシングと前記ケーシングの内部に水をろ過するためのろ材を収容した、水の自重でろ過を行う浄水器用カートリッジの製造方法であって、少なくとも前記ろ材より鉛直方向上部の前記ケーシングの側面と、前記ケーシングの底部に、前記ろ材の９０重量％以上のろ材の粒径範囲の最小値よりもより小さい最大長さの目開きを有するフィルタを備え、かつ「Ｌ×Ｈ＞１３．５、目開きの最大長さ：Ｌ（ｍｍ）、ろ材より鉛直方向上部のケーシング側面のフィルタの下端から上端までの鉛直方向長さ（高さ）：Ｈ（ｍｍ）」の関係を有し、前記ケーシングが樹脂成形品であり、前記ケーシングの側面のフィルタが、フィルタ材をインサート成形することにより形成されており、前記フィルタ部分のフィルタ材には、前記インサート成形のために前記フィルタ材の表裏両面に設けられる一対の金型による押し当ての弱い部分が設けられ、前記金型による押し当ての弱い部分に対応する一対の金型の隙間を、インサート成形前のフィルタ材の厚さの８０％〜２００％以下とすると、前記金型による押し当ての弱い部分の厚さは、インサート成形前の前記フィルタ材の厚さの８０％〜１００％とすることができ、好ましい。

また、前記金型による押し当ての弱い部分に対応する一対の金型の隙間の設定を、前記一対の金型の少なくとも一方の該当部分の金型面を削って凹形状とすることにより行う前記浄水器用カートリッジの製造方法を採用すると、凹の削り代（凹の深さ）を調整することで、前記隙間を調整できるので好ましい。

ケーシングが樹脂成形品であり、ケーシングの側面のフィルタおよび底部のフィルタのいずれか一方あるは両方が、ケーシングに直接形成されていると低コストになり好ましい。

カートリッジの側面のフィルタの上方に水平方向の張り出しがあると、原水を内ケースに注ぐ際に、カートリッジの側面のフィルタのうち張り出しに近い箇所のフィルタには原水が当たりにくくなり、原水が側面のフィルタを覆わない箇所ができるため、カートリッジ内の空気の排出を妨げることがなくなり好ましい。

水の自重でろ過を行う浄水器が、前記カートリッジを搭載していれば浄水の流量が一定になり、ろ材との接触時間を一定にして、安定した吸着性能を維持したままろ過を行うことができ好ましい。

本発明に係るカートリッジ１である。 本発明に係るカートリッジ１の断面図である。 本発明に係るカートリッジ１のフィルタ７に複数のリブ９を設けた一例である。 本発明に係るカートリッジ１のフィルタ７の上方に張り出し１０を設けた一例である。 本発明に係るカートリッジ１のフィルタ７に複数のリブ９を設け、複数のフィルタ７Ａおよび７Ｂを設けた一例である。 本発明に係るカートリッジ１に複数のフィルタ７Ａおよび７Ｂを設けた一例である。 本発明に係るカートリッジ１に複数のフィルタ７Ａ、７Ｂ、７Ｃを設けた一例である。 本発明に係るカートリッジ１を搭載した浄水器の概略図である。 本発明に係るカートリッジ１の図３におけるフィルタ７の拡大図である。 本発明に係るカートリッジ１のフィルタ７への金型の押し当てを部分的に弱くした一例である。

以下に本発明の実施形態を図を用いて説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、上記本発明の目的を達成できるものであれば良い。

本発明の一実施形態である浄水器用カートリッジを図１および図２に示す。カートリッジ１は、円筒状の筒状部６を有し側面にフィルタ７を有するケーシング上部２、底部にフィルタ８（図示せず）を有するケーシング下部３およびその内部にはろ材４が収容され、ケーシング下部３の外周面に備え付けられた弾性部材５で構成されている。

図２を参照して、本浄水器用カートリッジの使用形態詳細を説明する。

原水はフィルタ７からカートリッジ１の内部に流入し、ろ材４によりろ過され、フィルタ８から浄水として流出される。フィルタ７は、ろ材４のカートリッジ１の外部への流出を防ぎ、カートリッジ内部の空気を外部に排出する役割を果たす。

筒状部６は、図１では円筒状になっているが、略円形状や多角形、楕円の筒でも良い。筒状にすることで、部材の成形が容易になるとともに、カートリッジ内部の空気の流れが滞ることないため、スムーズに外部に排出される。また筒状部の断面積についてはいくらでも良いが、ケーシング下部３の断面積よりも小さいと好ましい。筒状部６の断面積をケーシング下部３の断面積の１／４以下にすると、カートリッジ１を横に傾けた際に、ろ材４が移動しにくくなりさらに好ましい。

水道水中に含まれるトリハロメタンやカビ臭の原因物質である２−ＭＩＢ（メチルイソボルネオール）などの有機物、水道用鉛配管に由来する鉛などの重金属、殺菌用に含まれる遊離残留塩素や結合残留塩素などを除去する目的としたろ材として、活性炭、ゼオライト（アルミノケイ酸塩）やチタノケイ酸塩などの金属ケイ酸塩、ヒドロキシアパタイトなどのリン酸カルシウム、酸化チタン、イオン交換樹脂を含むイオン交換体、キレート樹脂などのいずれかまたはそれらの組合せが使用される。残留塩素の除去性能が高いことから活性炭が好ましく用いられるが、残留塩素が除去された浄水を長期間保管しておくと細菌の繁殖する恐れがあるため、抗菌材である銀イオンを担持した銀添着活性炭、および／または銀イオンを担持したイオン交換体を含み、通水時に銀イオンを溶出させることがより好ましい。銀イオンの担持量はろ材に対して０．０５〜２重量％であると、０．００５〜０．１ｍｇ／Ｌ程度の銀イオン溶出量が得られる。担持量が０．０５重量％より少ない場合、銀イオンがほとんど溶出しないか、総通水量が少ないうちに担持したろ材から銀イオンが溶出し尽くす恐れがある。また、担持量が２重量％を越えると、水質基準である０．１ｍｇ／Ｌ以上の銀イオンが連続して溶出する恐れがあり、好ましくない。さらに好ましくは０．０７〜１重量％である。

ここで用いる活性炭の形状は、球状、粉末状、繊維状、顆粒状、破砕状等のいずれでもよいが、繊維状活性炭は通水抵抗が少なく、単位体積当たりの吸着面積はより大きいが、コスト面が課題となる可能性があり、中でも粉末状または粒状が単位体積あたりの吸着面積が大きいため好ましい。また、数種のろ材を複数充填する場合は、それぞれが分級し、性能が安定しない恐れがあるため、一方のろ材の粒度範囲（粒径の最大値と最小値の差）と他ろ材の粒度範囲の比率が１００：８０〜１００：１２０であることが好ましい。

ろ材の充填量は、ケーシング上部２とケーシング下部３の間に充填できる量であればよいが、カートリッジの組立工程を考えると、ケーシング下部３の容量以下であることが好ましく、ろ過長にあたるろ材の厚みは少なくとも１０ｍｍ以上、好ましくは１５ｍｍ以上、さらに好ましくは２０ｍｍ以上あることが好ましい。ろ材の充填量を多くすればろ過長が長くなるために除去性能が向上するが、通水抵抗が大きくなるために流量が低下する。充填量を少なくすれば通水抵抗が小さくなるために大きな流量を得ることができるが、原水が流入するときの水流によってろ材が流動してへこみが生じ、へこみ部分はろ過長が短くなるために原水がろ材に十分に接触せずに性能が安定しない恐れがある。

大きな流量を得るためには、ろ材の９０重量％以上が粒径０．１５ｍｍ〜２．０ｍｍであることが好ましく、粒径０．１８ｍｍ〜１．５ｍｍであることがさらに好ましい。０．１５ｍｍ以上の粒径のろ材を使用することで、通水抵抗を小さくし流量を維持することができる。さらに０．１８ｍｍ以上のろ材を使用することで、製造中および運搬中に生じるろ材の微粉量増加を抑制することができる。２ｍｍ以下の粒径のろ材を使用することで有機物の吸着性能を維持することができる。さらに１．５ｍｍ以下の粒径のろ材を使用することで、単位体積当たりの吸着面積を大きくすることができ、最低限のろ材で目的とする除去性能を得ることができる。上記ろ材粒径の規定により、ろ材中の空気がケーシング上部に排出され、安定した流量を得ることができる。なお、ここでいうろ材の９０重量％以上の粒径とはＪＩＳ Ｋ １４７４：２００７「活性炭試験方法」６．３粒度の測定方法において、試料のふるい通過質量分率をふるい目開きの大きいものから積算したときに９０％以上になる粒度範囲である。

フィルタ７が水に濡れていない状態においてはカートリッジ１の内部の空気は、何ら問題なくフィルタ７から排出されるが、カートリッジ１の使用によりフィルタ７が濡れてしまった場合には、表面張力によりフィルタの目開きに水の膜が張ってしまい、これによりカートリッジ１の内部の空気がうまく排出されないことがある。

この現象に対し、カートリッジ１の内部の空気を外部に排出させるためには、表面張力が低下する、あるいはカートリッジ１の内部の空気が水の膜を打ち破り外部に排出するような力が掛かるようにするようにしなければならない。

表面張力を低下させるには、フィルタ７の目開きの最大長さを長くすればよく、カートリッジ内部の空気が水の膜を打ち破り外部に排出するような力が掛かるようにするためには、フィルタ７の鉛直方向の最大長さを長くしてフィルタ７に高い水頭差を加えるようにすればよい。なお、ここでいうフィルタ７の目開きの最大長さとは、目開きの内部に直線を引いた際に最も長くなる長さのことをいう。

フィルタ７の目開きの最大長さは、長ければ長いほどフィルタ７が水に濡れてしまった場合においても表面張力を低くすることができ、カートリッジ１の内部の空気が外部に排出されやすくなり、スムーズなろ過を行うことができるため好ましい。しかし、フィルタ７の目開きの最大長さは長すぎるとカートリッジ１の内部のろ材が外部に流出しやすくなるといった不具合を生じてしまう。

フィルタ７の鉛直方向の長さは、長ければ長いほどカートリッジ１の内部の空気が外部に排出されやすくなり、スムーズなろ過を行うことができるため好ましい。しかし、フィルタ７の鉛直方向の長さは長すぎると、カートリッジ１の最上部が浄水器の蓋に当たり蓋を閉めることができなくなることや、カートリッジ１が大きくなることによるコストの上昇、カートリッジ１のデザイン性を損なう等の不具合を生じてしまう。

そこで、フィルタ７の目開きの最大長さをＬ（ｍｍ）、フィルタ７の下端から上端までの鉛直方向の長さをＨ（ｍｍ）としたときに、
Ｌ× Ｈ ＞１３．５
となるようにすると、カートリッジ１の内部の空気が外部に排出されやすく、またカートリッジ１の鉛直方向の長さが長すぎることやフィルタ７の目開きの最大長さが長すぎるといったことによる不具合が生じなくなり好ましい。前記Ｌ×Ｈの値が「＞１５」であると流量のばらつきが小さくなり、より好ましい。ここでフィルタ７の下端から上端までの鉛直方向の長さＨとは、フィルタ７が複数あるばあい、鉛直方向にもっとも低いものの下端から最も高いものの上端までの鉛直方向の長さ（高さ）をいう。また、Ｌ（フィルタ７の目開きの最大長さ）は、ろ材が輸送中および使用中にフィルタから漏出しないように、ろ材の９０重量％の粒度範囲の最低値よりも小さいことが好ましく、さらに好ましくはろ材の９０重量％の粒度範囲の最低値の０．９倍であることが好ましい。粒度範囲の最低値の０．９倍にすることで、カートリッジを横に倒すことがあっても、ろ材の流出は目視でほぼ確認できず、実用上問題はなくなる。

また、フィルタの目開きの形状については、多角形や楕円等どんな形状でも良いが、正多角形あるいは正多角形に近い形状や略円形状であると好ましい。さらに、一部あるいは全ての目開きの形状が同一であるとより好ましい。

あるいは、カートリッジ１の内部の空気がフィルタに張ってしまった水の膜を打ち破り外部に排出するような力が掛かるようにするためには、フィルタ７の上端からのフィルタの面積をＳ（ｍｍ^２）、フィルタ７の下端から上端までの鉛直方向の長さをＨ（ｍｍ）としたときに、
Ｓ＞６００ かつ
Ｈ＞３５
となるようにすると、カートリッジ内部の空気が水頭差によってフィルタの目開きに張っている水の膜を打ち破り外部に排出する力を加えることができ、カートリッジ内部の空気をスムーズに排出することができる。さらに好ましくは、Ｈ＞４０であると、高流量で水を注いでも、フィルタの上端まで水面が上昇しがたいため、カートリッジ内部の空気を排出しやすく、さらに一定の流量を得ることが出来る。

フィルタ７の形状については図では長方形に近い形状をしているが、正方形や三角形、楕円等フィルタ７の鉛直方向の長さが稼げる形状ならどんなものでもよい。好ましくはフィルタ７の下端から鉛直方向３５ｍｍ以上の面積が６００以上であると、さらにカートリッジ内部の空気を排出しやすく、高流量を安定して得ることができる。また、フィルタ７の数については１つでも複数でもよい。また、図３のようにフィルタ７の中にリブ９等を設けると強度が増すため好ましい。また、図５のように複数のフィルタの大きさが異なっていたり、図６のように複数のフィルタの一部高さが重なっている、あるいは図７のように複数のフィルタが任意の位置に配置されていてもよく、カートリッジ全体のデザイン等によって任意に選択できる。いずれの場合においても、フィルタ７の下端から上端までの鉛直方向の長さをＨ（ｍｍ）は鉛直方向にもっとも低いものの下端から最も高いものの上端までの鉛直方向の長さ（高さ）をいう。図示されていない背面部も同様の箇所にフィルタがある場合、図６においてはフィルタ７Ｂの下端からフィルタ７Ａの上端、図７においてはフィルタ７Ｃの下端からフィルタ７Ａの上端までの鉛直方向の高さがＨ（ｍｍ）である。

ケーシング上部２あるいはケーシング下部３は、安価に製作でき、フィルタと一体化させた部材として部材点数を減らすとともに、軽量で取り扱いやすくして組立やすくるためにも樹脂成型品が好ましい。樹脂部分にも種々の材質を用いることが可能である。ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂）、ポリスチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ＡＳ樹脂（アクリロニトリルスチレン樹脂）、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂などが使用可能である。ＡＢＳ樹脂やポリスチレン樹脂などを用いると、成形時の寸法安定性がよく、ケーシング上部２とケーシング下部３の嵌合調整が容易になり好ましい。ポリプロピレン樹脂を用いると、樹脂の流動性がよいため、フィルタ材をインサート成型するときや、フィルタをケーシングに直接形成しやすく好ましい。さらに好ましくは、抗菌材を練りこんだ樹脂を用いると、樹脂への細菌付着が起こりにくくなり、細菌繁殖の可能性を低減できる効果が期待できてよい。

ケーシング上部２とケーシング下部３の接合については、樹脂の嵌合によるもの、接着剤によるもの、熱溶着、超音波溶着など任意の方法によればよいが、誤ってカートリッジを落下させたときにろ材のもれが生じない接合方式にすればよく、超音波溶着方式が生産性もよく最も好ましい。溶着方式としては、バッドジョイント方式、ステップジョイント方式、シェアジョイント方式、ビードジョイント方式など、いずれの方式でも良く、特に限定されないが、部材の組合せおよび寸法管理が容易なステップジョイント方式や水密性、気密性に優れるシェアジョイント方式が適している。さらに接合方法とは別にケーシング上部２とケーシング下部３に仮止め用の樹脂嵌合による爪（凸部）を設けると、製造工程においてケーシング下部３にろ材を充填し、ケーシング上部２を嵌め合わせることで、工程内でろ材を漏出することなく容易に持ち運ぶことが出来る。

フィルタは、ケーシング上部２あるいはケーシング下部３にフィルタ材をインサート成形すると成形が容易で好ましい。フィルタ材については、織物、不織布、編物等、カートリッジ内部のろ材が外部に流出しないような物を選定すれば良いが、目開きの形状が安定している織物状であるメッシュクロスであるとカートリッジの性能が安定するため好ましい。フィルタの材質については、天然繊維や金属でも良いが、ナイロンやポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素繊維等の合成繊維である水との接触による腐食や強度の低下が少なく、また低コストであるため好ましい。繊維断面が円形で、繊径６３μｍのポリエステル繊維を１インチ当たり１２０本のピッチで平織りにしたメッシュクロスでは開口率を約４９％にでき、繊径１００μｍの繊維を１インチ当たり８０本のピッチで平織りにしたメッシュクロスでは開口率を約４７％にするなど、繊径および本数を任意に選択することが出来る。

フィルタ材をインサート成形する場合、成形時にフィルタ７となる部分のフィルタ材に樹脂が流れこみ、フィルタ７の目開きを潰さないように、フィルタ７となる部分のフィルタ材表裏両面にそれぞれ押し当たる一対の金型を、該フィルタ材を挟んで相互に押し当て、樹脂が流れこむ隙間を無くして成形する必要がある。フィルタ７となる部分のフィルタ材表裏両面にそれぞれ押し当たる一対の金型を、該フィルタ材を挟んで相互に押し当てる際、あまり強く押さえ過ぎるとフィルタ材自体が損傷してしまい、弱すぎると樹脂が流れ込んでしまうため、従来は、一対の金型の隙間をインサート成形前のフィルタ材の厚さの１０％〜７０％の数値としていた。ここで、フィルタ材の厚さは、適宜、ノギス、ダイヤルシックネスゲージなどを使用して測定すればよいが、織物及び編物をフィルタ材として使用する場合、ＪＩＳ Ｌ １０９６：２０１０織物及び編物の生地試験方法の８．４厚さに従えばよい。

しかし、上記従来の製造方法では、金型の押し当てにより、フィルタ材が押し潰され塑性変形し、フィルタ７の目開きが小さくなり、それに伴いカートリッジ内部の空気の排出が悪くなることがある。しかも、フィルタ材の押し潰され方は、フィルタ材の面内で一様、均一ではないので、予め押し潰され、目開きが小さくなることを予想して目開きの大きなフィルタ材を採用しても、目開きが大きいままの部分も残り、粒状活性炭等のろ材が漏れ出してしまう不具合が起こる。そこで、フィルタ７となる部分のフィルタ材に、フィルタ材に対する金型による押し当ての弱い部分を設けると、その部分のフィルタ材が押し潰されることがなくなり好ましい。そして、このインサート成形の製造方法により出来上がるフィルタ７の金型の押し当ての弱い部分１１の厚さは、インサート成形前のフィルタ材の厚さの８０％〜１００％であると、フィルタ７の目開きは十分確保され、カートリッジ内部の空気の排出が良好に保たれる。また、フィルタ材がメッシュクロスなどの織物の場合、インサート成形で出来上がるフィルタ７の金型の押し当ての弱い部分１１において、織物を構成する繊維の交点における繊維断面の、最小外径の最大外径に対する比率が７０％〜１００％に保たれていると、フィルタ７の目開きは十分確保され、カートリッジ内部の空気の排出が良好に保たれる。

この時、金型の押し当ての弱い部分１１に対応する一対の金型の隙間は、全体に一定の厚さであるインサート成形前のフィルタ材の厚さの８０％以上とする。この隙間を設けフィルタ材への金型による押し当てを弱くすることは、例えば一対の金型の少なくとも一方の該当部分の金型面を切削して凹形状とすることで容易に実現できる。凹の削り代（凹の深さ）を調整することで、上記隙間を調整できる。凹の深さについては、必要とされる上記隙間から決定されるが、隙間を広くするのに凹を深くしすぎると、金型の強度が低下するため、隙間の上限は金型の強度面から設定される。実際的には、上記隙間は、インサート成形前のフィルタ材の厚さの８０％〜２００％とするのが好ましい。更に金型の強度低下防止、金型表面への凹形状切削加工工数低減のため、より好ましくは、８０％〜１００％とする。

金型の押し当ての弱い部分の範囲については、フィルタ７の面積に応じて、図１０に示すように、フィルタ７の外周縁から１ｍｍ〜５ｍｍの幅を持たせた外周部分１２より内側の範囲として、金型の押し当ての弱い部分１１を設けることが好ましい。一方、外周部分１２は、従来の製造方法のように金型の押し当てを強くして、内側部分のフィルタ材に樹脂が流れこむことを防ぐ。こうしたインサート成形で出来上がるフィルタ７において、内側部分と外周部分１２とでは、厚さに差ができ、金型の押し当ての弱い（内側）部分１１のフィルタ材の厚さが外周部分１２の厚さより１０％以上厚い状態に保たれていると、内側部分のフィルタ材の目開きは十分確保され、カートリッジ内部の空気の排出が良好に保たれる。

フィルタ７が複数のある場合、金型の押し当ての弱い部分１１は、少なくとも１つのフィルタ７に設ければよいが、フィルタの上端が最も上にあるフィルタ７に設けると、カートリッジ内部の空気の排出の改善に効果が大きく好ましい。

また、金型の押し当てにより、フィルタ材が押し潰され塑性変形し、フィルタ７の目開きが小さくなることがないようにするために、上述のようにして金型の押し当ての弱い部分１１を設けるのではなく、フィルタ材の厚さを全体一定ではなく該当部分のフィルタ材の厚さを、他の部分の厚さより薄くすることでも実現可能である。薄くする部分のフィルタ材の厚さは、その部分に対応する一対の金型の隙間が、インサート成形前の薄くする部分のフィルタ材の厚さの８０％以上となるように設定すればよい。

フィルタ材の材質については、ナイロンやポリエステル、ポリエチレンのように弾性域の広い材料にすると、金型と金型の押し当てによりフィルタ材が押し潰されても、潰れに対してある程度復元するため、フィルタの目開きが小さくなることを防ぐことができるので好ましい。フィルタ材の厚さについては、薄い方がフィルタ材が押し潰される可能性が低くなるため、０．５ｍｍ以下であると好ましく、０．２ｍｍ以下であるとより好ましい。

また、フィルタがケーシング上部２あるいはケーシング下部３に直接形成されていると低コストになるため好ましい。フィルタの開口率は、通水抵抗が大きくならないように開口部の面積によって任意に決定できる。

原水を内ケース注ぐ際に、カートリッジ１の天面等に原水が当たり、原水がフィルタ７を覆い、カートリッジ内の空気の排出を妨げることがあるため、図４のように、フィルタ７の上方に張り出し１０を設けると原水がフィルタ７のうち張り出しに近い箇所のフィルタを覆うことがなくなり好ましい。張り出しは、水平に張りだしていても斜め上、斜め下に張り出していてもよい。また、張り出しはケーシングと一体に成形されていてもよいし、ケーシングに嵌め合わせるように別部材で構成されていてもよい。

図８は、本発明の一実施形態であるカートリッジ１を搭載したポット型浄水器の概略図である。注ぎ口１０５と取っ手１０６を有する外ケース１０２と、外ケース１０２に取り付けられ、原水を一時的に保持する内ケース１０３と、内ケース１０３に着脱可能なカートリッジ１と、外ケース１０２と内ケース１０３に嵌合するフタ１０４から構成される。内ケース１０３に一時的に貯水した原水が、ろ材を充填したカートリッジ１に流入する。カートリッジ１に流入した原水は充填したろ材中を通過し、外ケース１０２の貯水部１０１に貯水される。貯水された状態で外ケース１０２にフタ１０４を取り付け、取っ手１０６を持ち、傾けることにより注ぎ口１０５から貯水部１０１に貯水された浄水を得ることが可能となる。

本発明を、以下の実施例を用いてさらに詳細に説明する。なお、実施例、比較例においてエア抜け性は、ＪＩＳ Ｓ ３２０１：２０１０「家庭用浄水器の試験方法」６．１ろ過流量試験 ｃ）回分式浄水器の場合に準じて前処理後、５回通水し、５回とも５秒以内でエアが抜けたものを「◎」、５回とも１０秒以内でエアが抜けたものを「○」、５回中４回１０秒以内でエアが抜けたものを「△」、１０秒以内でエアが抜けたのが５回中３回以下のものを「×」として判定した。また、図１、図３、図５のカートリッジ全てについて、９０゜ずつ４方向にフィルタ７が存在している。
＜実施例１＞
図１に示すカートリッジに０．３０〜１．０ｍｍの粒径の活性炭を３５ｇ充填して用いた。水道水を通水して、ケーシング上部２のフィルタ７からのエア抜け性を評価し、ろ過流量を測定した。使用したカートリッジのフィルタ７の下端から上端までの鉛直方向長さＨ（ｍｍ）、目開きの最大長さＬ（ｍｍ）、フィルタ７の上端からの面積Ｓ（ｍｍ^２）、およびろ過エア抜け性およびろ過流量の評価結果を表１に示す。
＜実施例２〜４＞
図３に示すカートリッジを使用した以外は実施例１と同様にして評価した。使用したカートリッジのＨ、Ｌ、Ｓおよび結果を表１に示す。
＜実施例５＞
図３に示すカートリッジに０．４０〜１．２ｍｍの粒径の活性炭を３５ｇ充填して用いた以外は実施例１と同様にして評価した。使用したカートリッジのＨ、Ｌ、Ｓおよび結果を表１に示す。
＜実施例６＞
図５に示すカートリッジのフィルタ７Ｂを一部ふさぎ、フィルタ７Ａの合計面積が６００ｍｍ^２、フィルタ７Ｂの合計面積が５０ｍｍ^２として使用した以外は実施例１と同様にして評価した。使用したカートリッジのＨ、Ｌ、Ｓおよび結果を表１に示す。
＜比較例１＞
図３に示すカートリッジを使用した以外は実施例１と同様にして評価した。使用したカートリッジのＨ、Ｌ、Ｓおよび結果を表１に示す。
＜比較例２＞
図３に示すカートリッジに０．４０〜１．２ｍｍの粒径の活性炭を３５ｇ充填して用いた以外は実施例１と同様にして評価した。使用したカートリッジのＨ、Ｌ、Ｓおよび結果を表１に示す。
＜実施例８＞
ケーシングの側面のフィルタを、フィルタ材をインサート成形することにより形成し、フィルタ部分のフィルタ材において、インサート成形のためにフィルタ材の表裏両面に設けられる一対の金型により押し当てられたフィルタ材部分の厚さを、インサート成形前のフィルタ材の厚さの７０％とした以外は実施例１と同様にして評価した。使用したカートリッジのＨ、Ｌ、Ｓおよび結果を表２に示す。
＜実施例９＞
ケーシングの側面のフィルタを、フィルタ材をインサート成形することにより形成し、フィルタ部分のフィルタ材において、インサート成形のためにフィルタ材の表裏両面に設けられる一対の金型により押し当てられたフィルタ材部分の厚さ（金型の押し当ての弱い部分の厚さ）を、インサート成形前のフィルタ材の厚さの８０％としたとした以外は実施例１と同様にして評価した。使用したカートリッジのＨ、Ｌ、Ｓおよび結果を表２に示す。

本発明は、水の自重でろ過を行う浄水器に用いることができるが、本発明の利用範囲はこれらに限定されるものではない。

１ カートリッジ
２ ケーシング上部
３ ケーシング下部
４ ろ材
５ 弾性部材
６ 筒状部
７ フィルタ
７Ａ ケーシング側面のフィルタ
７Ｂ ケーシング側面のフィルタ
７Ｃ ケーシング側面のフィルタ
８ フィルタ
９ リブ
１０ 張り出し
１０１ 貯水部
１０２ 外ケース
１０３ 内ケース
１０４ フタ
１０５ 注ぎ口
１０６ 取っ手
１１ 金型の押し当ての弱い部分
１２ 外周部分

Claims (11)

1. ケーシングと前記ケーシングの内部に水をろ過するためのろ材を収容した、水の自重でろ過を行う浄水器用カートリッジであって、少なくとも前記ろ材より鉛直方向上部の前記ケーシングの側面と、前記ケーシングの底部に、前記ろ材の９０重量％以上のろ材の粒径範囲の最小値よりもより小さい最大長さの目開きを有するフィルタを備え、かつ以下の関係を有することを特徴とする浄水器用カートリッジ。
   Ｌ×Ｈ＞１３．５
   目開きの最大長さ：Ｌ（ｍｍ）
   ろ材より鉛直方向上部のケーシング側面のフィルタの下端から上端までの鉛直方向長さ（高さ）：Ｈ（ｍｍ）
2. 前記ケーシングの側面のフィルタの備えられている部分が筒状であることを特徴とする請求項１に記載の浄水器用カートリッジ。
3. 前記ケーシングが樹脂成形品であり、前記ケーシングの側面のフィルタおよび底部のフィルタのいずれか一方あるは両方が、フィルタ材をインサート成形することにより形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の浄水器用カートリッジ。
4. 前記ケーシングの側面のフィルタが、フィルタ材をインサート成形することにより形成されており、前記フィルタ部分のフィルタ材には、前記インサート成形のために前記フィルタ材の表裏両面に設けられる一対の金型による押し当ての弱い部分が設けられ、前記金型による押し当ての弱い部分のフィルタ材の厚さは、インサート成形前の前記フィルタ材の厚さの８０％〜１００％であることを特徴とする請求項３に記載の浄水器用カートリッジ。
5. 前記ケーシングの側面のフィルタが、フィルタ材をインサート成形することにより形成されており、前記フィルタ材は織物であり、前記フィルタ部分のフィルタ材には、前記インサート成形のために前記フィルタ材の表裏両面に設けられる一対の金型による押し当ての弱い部分が設けられ、前記金型による押し当ての弱い部分のフィルタ材を構成する繊維の交点における繊維断面の、最小外径の最大外径に対する比率が７０％〜１００％に保たれていることを特徴とする請求項３または４に記載の浄水器用カートリッジ。
6. 前記ケーシングの側面のフィルタが、フィルタ材をインサート成形することにより形成されており、前記フィルタの外周部分の内側範囲となるフィルタ内側部分は、前記インサート成形のために前記フィルタ材の表裏両面に設けられる一対の金型による押し当ての弱い部分をなしており、前記内側部分のフィルタ材の厚さは、前記外周部分の厚さより１０％以上厚い状態に保たれていることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の浄水器用カートリッジ。
7. ケーシングと前記ケーシングの内部に水をろ過するためのろ材を収容した、水の自重でろ過を行う浄水器用カートリッジの製造方法であって、少なくとも前記ろ材より鉛直方向上部の前記ケーシングの側面と、前記ケーシングの底部に、前記ろ材の９０重量％以上のろ材の粒径範囲の最小値よりもより小さい最大長さの目開きを有するフィルタを備え、かつ以下の関係を有し、前記ケーシングが樹脂成形品であり、前記ケーシングの側面のフィルタが、フィルタ材をインサート成形することにより形成されており、前記フィルタ部分のフィルタ材には、前記インサート成形のために前記フィルタ材の表裏両面に設けられる一対の金型による押し当ての弱い部分が設けられ、前記金型による押し当ての弱い部分に対応する一対の金型の隙間を、インサート成形前のフィルタ材の厚さの８０％〜２００％以下とすることを特徴とする浄水器用カートリッジの製造方法。
   Ｌ×Ｈ＞１３．５
   目開きの最大長さ：Ｌ（ｍｍ）
   ろ材より鉛直方向上部のケーシング側面のフィルタの下端から上端までの鉛直方向長さ（高さ）：Ｈ（ｍｍ）
8. 前記金型による押し当ての弱い部分に対応する一対の金型の隙間の設定を、前記一対の金型の少なくとも一方の該当部分の金型面を削って凹形状とすることにより行うことを特徴とする請求項７に記載の浄水器用カートリッジの製造方法。
9. 前記ケーシングが樹脂成形品であり、前記ケーシングの側面のフィルタおよび底部のフィルタのいずれか一方あるは両方が、ケーシングに直接形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の浄水器用カートリッジ。
10. 前記ケーシングの側面のフィルタの上方に水平方向の張り出しがあることを特徴とする請求項１〜６、および請求項９のいずれかに記載の浄水器用カートリッジ。
11. 水の自重でろ過を行う浄水器であって、請求項１〜６、請求項９、および請求項１０のいずれかに記載の浄水器用カートリッジを搭載したことを特徴とする浄水器。

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