JP5927881B2

JP5927881B2 - 浄水カートリッジの製造方法

Info

Publication number: JP5927881B2
Application number: JP2011268362A
Authority: JP
Inventors: 公康加藤; 中村　睦; 睦中村; 英幸玉木
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2016-06-01
Anticipated expiration: 2031-12-07
Also published as: JP2013119067A

Description

本発明は、浄水器に取り付けられる浄水カートリッジの製造方法および浄水カートリッジの製造などに使用する水処理用の粉体充填装置に関する。

近年、水道水を飲用する際、安全でおいしい水を得るために、水道水中のカルキ臭、カビ臭、トリハロメタンなどを浄水器でろ過する傾向が高まっている。浄水器としては、図２に示すように、水道の蛇口５０に接続される浄水器本体５２に、ろ過材を収納した浄水カートリッジ５１を着脱自在に装着できる蛇口直結型が広く流通している。

この浄水カートリッジ５１の構成については、浄水器本体５２の形状によって、外部形状は異なるものの、内部構成については細菌類、濁質成分などを除去する中空糸膜モジュール１０４を収納した図３や図４に示すような浄水カートリッジ５１Ｂや浄水カートリッジ５１Ａが一般的である。なお、以後浄水カートリッジ５１Ａと浄水カートリッジ５１Ｂを区別しない場合は浄水カートリッジ５１と記す。

この内部構成は、図３、図４を参照しながら説明すると、被処理水５５である水道水を浄水カートリッジ５１内に流入させるための流入口１１０、通水性を有し、水処理用の粉体は通過しないフィルタ部材１０３、水道水のカルキ臭、カビ臭、トリハロメタンなどを吸着除去する粒状活性炭１０２、細菌類、濁質成分などを除去する中空糸膜モジュール１０４、得られる浄水を流出させるための流出口１０９、上部ケーシング部材１０８、下部ケーシング部材１０１からなる。

これらの例の浄水カートリッジ５１においては、被処理水５５である水道水が浄水カートリッジ５１内に流入されると、矢印で示すようにケーシング材と中空糸膜モジュール１０４の間に充填された粒状活性炭１０２で吸着処理され、ついで中空糸膜モジュール１０４で膜処理される。こうして得られた浄水５４は、流出口１０９を通って図示しない浄水カートリッジ５１外部に吐出される。

これらの例の浄水カートリッジ５１の製造方法について、図５、図８を参照しながら説明する。図３、図４で示される上部ケーシング部材１０８が被せられていない状態にて、下部ケーシング部材１０１内の所定位置に、中空糸膜モジュール１０４を下部ケーシング部材１０１の開口している側の端部が上方を向くように鉛直方向に配設する。ついで、図３に示す形態の浄水カートリッジ５１Ｂであれば、所定量の粒状活性炭１０２を充填し、フィルタ部材１０３を組み込んだ後、図４に示す形態の浄水カートリッジ５１Ａであれば、フィルタ部材１０３を組み込み、所定量の粒状活性炭１０２を充填させ後に、活性炭上面にフィルタ部材１０３、下部ケーシング部材１０１の開口部に上部ケーシング部材１０８を被せていくことにより、浄水カートリッジ５１Ａ（若しくは５１Ｂ）が得られる。

この浄水カートリッジ５１の製造において、各浄水カートリッジ５１のろ過性能のバラツキを小さくするためには、粒状活性炭１０２充填量の誤差を小さくする必要がある。

しかしながら、本発明者らの知見によると、図５に示すような従来の手法では、充填ノズル１６と活性炭上面との距離が離れているので、吐出させた粒状活性炭１０２が活性炭上面にて跳ね返り、下部ケーシング部材１０１の外部に飛散してしまう。そのため、飛散した量だけ充填量が減少してしまい、ろ過性能に誤差が生じてしまう課題があった。

また、特にコンパクトタイプの浄水カートリッジ５１においては、下部ケーシング部材１０１の開口部擦れ擦れの高さまで粒状活性炭１０２を充填させる必要があることから、外部に飛散しやすい状況であった。他にも、図６に示すように、吐出させた活性炭は充填ノズル１６鉛直下側に集積されやすいため、下部ケーシング部材１０１を振動させながら、充填作業を行う必要がある。

粒状活性炭１０２を充填しながら、一方で振動を掛けなければならないため、図８に示すように、粒状活性炭１０２を充填させる領域が狭い浄水カートリッジ５１Ｂの場合、この振動により充填ノズル１６と、他の部材同士が接触したり、粒状活性炭１０２を下部ケーシング部材１０１の外に落下させてしまうなど、生産トラブルの原因となりやすいものであった。

さらに、図８に示すような浄水カートリッジ５１Ｂを製造する場合には、飛散した粒状活性炭１０２が中空糸膜モジュール１０４内に入り込みやすいことから、中空糸膜モジュール１０４頭部にキャップ部材２２を取り付けて製造を行う必要があった。

そこで、浄水カートリッジ５１に用いられる粒状活性炭１０２のように粒径の小さい水処理用の粉体を、飛散することなく充填する方法として、例えば、特許文献１や特許文献２に開示されているものがある。

図７を参照しながら、特許文献１について説明すると、充填後の活性炭上面と充填ノズル１６吐出面との距離ＢＬを常に５０ｍｍ以下の距離を保つことで、粒状活性炭１０２が空気を咬み込んで充填されることを防ぎ、充填密度を高める効果だけでなく、活性炭の飛散を防ぐものである。

しかし、本手法においては、吐出する粒状活性炭１０２の種類や充填量、下部ケーシング部材１０１の形状に応じて吐出速度を調整する必要があり、汎用性に優れた充填方法ではなかった。また、吐出速度を遅くして粒状活性炭１０２の飛散を低減させた場合には、この充填作業に関わるタクトタイムも長くなり、生産性を低下させるものであった。

さらには、図８に示す浄水カートリッジ５１Ｂのように、少なくとも２つ以上の充填ノズル１６から粒状活性炭１０２を充填させる場合には、各充填ノズル１６の吐出速度誤差により、充填させた粒状活性炭１０２の充填高さにバラツキが生じやすいという欠点があった。

また、図９を参照しながら、特許文献２について説明すると、下部ケーシング部材１０１内で排気管２４に接続された排気ノズル２３から活性炭粒子間の空気を排気することで、粒子間の空気の噛み込みを防ぎ、充填密度を高めるものであるが、この排気ノズル２３を下部ケーシング部材１０１から抜き取る際に、容器内に充填された水処理用の粉体を飛散させてしまう場合がある。さらには粒径が小さい粒状活性炭１０２が空気と一緒に排出されてしまうため、粒状活性炭１０２の吸着表面積を減少させることになり、浄水カートリッジ５１のろ過性能を低下させてしまうものであった。

特許第４０７７３１０号公報特許第３４５７７１７号公報

本発明の目的は、浄水カートリッジの下部ケーシング部材内に、粒状活性炭などの水処理用の粉体を、飛散させることなく、また簡易な手法にて、所定量を正確かつ高密度に充填する方法およびその際に使用する充填装置を提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明によれば、下部ケーシング部材内に水処理用の粉体が収められた浄水カートリッジの製造方法であって、前記水処理用の粉体の充填ノズルの供給面から水処理用の粉体を吐出して、前記下部ケーシング部材内の充填領域に前記水処理用の粉体を充填する充填工程において、前記充填ノズルの供給面の位置を、前記下部ケーシング部材の充填領域の開口縁面よりも下に配置させ、前記水処理用の粉体を、前記充填ノズルから前記充填領域内へ落下させ、前記水処理用の粉体の落下が停止した後、前記充填ノズル内に残存した前記水処理用の粉体が前記充填ノズル内から全部落下する前に、前記充填ノズルの前記供給面が前記充填領域の開口縁面より上にならないように、前記下部ケーシング部材と前記充填ノズルのいずれかを鉛直方向に昇降させることを特徴とする浄水カートリッジの製造方法が提供される。

また、本発明の好ましい形態によれば、前記充填ノズルの供給面と前記充填領域の底面との距離が、前記水処理用の粉体を充填する領域深さの１０％以上８０％以下にあることを特徴とする浄水カートリッジの製造方法が提供される。

また、本発明の好ましい形態によれば、前記水処理用の粉体の落下が停止した後、前記下部ケーシング部材を鉛直下方向に下降させることを特徴とする浄水カートリッジの製造方法が提供される。

また、本発明の好ましい形態によれば、前記充填領域の開口縁面と前記充填ノズルとの間を密閉手段により閉じた状態にて、前記水処理用の粉体の充填領域への落下を開始することを特徴とする浄水カートリッジの製造方法が提供される。

また、本発明の好ましい形態によれば、前記密閉手段が前記充填ノズルに形成された平坦なツバ部材であることを特徴とする浄水カートリッジの製造方法が提供される。

また、本発明の好ましい形態によれば、前記充填工程において、前記充填ノズル中の前記水処理用の粉体が、すべて前記充填領域に落下した後に、前記下部ケーシング部材に水平方向の振動を加えることを特徴とする浄水カートリッジの製造方法が提供される。

また、本発明の好ましい形態によれば、前記水処理用の粉体は、粒状活性炭であることを特徴とする浄水カートリッジの製造方法が提供される。

本発明によれば、簡易な手法により、所定量の粒状活性炭を外部に飛散させることなく充填させることができる。その結果、充填量のバラツキを減らせるだけでなく、粒状活性炭の飛散による生産トラブルを回避でき、さらにはタクトタイムの短縮が図れるため、生産性および操業性の向上が可能となる。

図１は、本発明の水処理用の粉体充填装置の一例を示す概略図である。図２は、蛇口直結型の浄水器の一例を示す斜視図である。図３は、図２の浄水器が備える浄水カートリッジの一例を示す横断面図である。図４は、図２の浄水器が備える浄水カートリッジの一例を示す横断面図である。図５は、従来の製造方法で製造された図４に示す浄水カートリッジの一例を示す横断面図である。図６は、従来の製造方法で製造された図４に示す浄水カートリッジの一例を示す横断面図である。図７は、文献１に記載の製造方法で製造された図４に示す浄水カートリッジの一例を示す横断面図である。図８は、文献１に記載の製造方法で製造された図３に示す浄水カートリッジの一例を示す横断面図である。図９は、文献２に記載の製造方法で製造された図４に示す浄水カートリッジの一例を示す横断面図である。図１０（ａ）は、本発明の浄水カートリッジの製造方法にて、図４に示す浄水カートリッジを製造する際の、粒状活性炭を下部ケーシング部材に充填する前の概略横断面図である。図１０（ｂ）は、本発明の浄水カートリッジの製造方法にて、図４に示す浄水カートリッジを製造する際の、下部ケーシング部材を収めたホルダーが上昇して、充填ノズルと接触したときの概略横断面図である。図１０（ｃ）は、本発明の浄水カートリッジの製造方法にて、図４に示す浄水カートリッジを製造する際の、粒状活性炭が下部ケーシング部材に充填され、充填が一旦停止したときの概略横断面図である。図１０（ｄ）は、本発明の浄水カートリッジの製造方法にて、図４に示す浄水カートリッジを製造する際の、下部ケーシング部材と充填ノズルが離れ、充填ノズル内に残存していた粒状活性炭が充填されたときの概略横断面図である。図１０（ｅ）は、本発明の浄水カートリッジの製造方法にて、図４に示す浄水カートリッジを製造する際の、下部ケーシング部材への粒状活性炭の充填が完了したときの概略横断面図である。図１１（ａ）は、本発明の浄水カートリッジの製造方法にて、図３に示す浄水カートリッジを製造する際の、粒状活性炭を下部ケーシング部材に充填する前の概略横断面図である。図１１（ｂ）は、本発明の浄水カートリッジの製造方法にて、図３に示す浄水カートリッジを製造する際の、下部ケーシング部材を収めたホルダーが上昇して、充填ノズルと接触したときの概略横断面図である。図１１（ｃ）は、本発明の浄水カートリッジの製造方法にて、図３に示す浄水カートリッジを製造する際の、粒状活性炭が下部ケーシング部材に充填され、充填が一旦停止したときの概略横断面図である。図１１（ｄ）は、本発明の浄水カートリッジの製造方法にて、図３に示す浄水カートリッジを製造する際の、下部ケーシング部材と充填ノズルが離れ、充填ノズル内に残存していた粒状活性炭が充填されたときの概略横断面図である。図１１（ｅ）は、本発明の浄水カートリッジの製造方法にて、図３に示す浄水カートリッジを製造する際の、下部ケーシング部材への粒状活性炭の充填が完了したときの概略横断面図である。

次に、本発明の望ましい形態について説明する。まず、図３、図４を参照しながら説明する。浄水カートリッジ５１は、主に上部ケーシング部材１０８、フィルタ部材１０３、粒状活性炭１０２、中空糸膜モジュール１０４、下部ケーシング部材１０１によって構成され、ろ過対象物質の増加を目的としてイオン交換樹脂を内含させることもある。

これらの例において、上部ケーシング部材１０８および下部ケーシング部材１０１はＡＢＳ樹脂など樹脂製のものが一般的であり、その形状は円筒状であったり、箱状であったり、形状は限定されるものではない。

中空糸膜モジュール１０４は、複数本の中空糸膜を備え、その一端はウレタン樹脂などからなるポッティング材１０７により、各中空糸膜の開口状態を維持したまま、中空糸膜束１０６をモジュールケース１０５に固定されてなる。中空糸膜モジュール１０４のもう一方の端部の中空糸膜束１０６は、モジュールケース１０５内にて湾曲化されているのが一般的であるが、中空糸膜束１０６が封止されていてもよい。

粒状活性炭１０２は、浄水カートリッジ５１の目標とするろ過性能により異なるが、平均粒径が３０〜９００μｍ、かさ密度が０．２〜１．２ｇ／ｃｍ^３のものが用いられる。

フィルタ部材１０３は、通水性を有し、粒状活性炭１０２が浄水カートリッジ５１外部に漏れ出したり、中空糸膜モジュール１０４内に混入させないことを目的として取り付けられ、その開口面積、開口率は浄水カートリッジ５１に用いる粒状活性炭１０２により異なる。

次に、浄水カートリッジ５１を製造する工程について説明する。背景技術でも説明したように浄水カートリッジ５１を製造する際は、まず、水道水の流入口１１０、浄水の流出口１０９を備え、上部ケーシング部材１０８が被せられていない状態の、下部ケーシング部材１０１に、別工程にて製造される中空糸膜モジュール１０４を中空糸膜束１０６の開口状態を維持したまま、所定の位置に配設する。

この中空糸膜モジュール１０４を配設する位置については、最終的な浄水カートリッジ５１の形態によって異なる。ついで、図３の浄水カートリッジ５１Ｂの製造においては、この中空糸膜モジュール１０４が配設された後、図４の浄水カートリッジ５１Ａの製造においては、下部ケーシング部材１０１にフィルタ部材１０３を組み込み、中空糸膜モジュール１０４を配設した後、図１に示すような水処理用の粉体充填装置１０を使用して、下部ケーシング部材１０１内に粒状活性炭１０２を充填する工程に進む。

図１を参照しながら、本発明に係る水処理用の粉体充填装置１０について説明する。水処理用の粉体充填装置１０は、粒状活性炭１０２が投入される水処理用の粉体投入口１１と、投入された粒状活性炭１０２を計量部１４まで搬送する搬送部１２と、下部ケーシング部材１０１に吐出する充填量を計測し、保持する計量部１４と、計量部１４に搬送される粒状活性炭１０２量を調整する計量シャッター１３と、計量部１４にて計量、保持された粒状活性炭１０２をシュート式にて下部ケーシング部材１０１に供給する充填ノズル１６と、計量部１４から充填ノズル１６に、粒状活性炭１０２を供給するために開閉する供給シャッター１５と、充填する粒状活性炭１０２量を制御する操作パネル２１を備えている。

供給シャッター１５は、充填ノズル１６への粒状活性炭１０２の供給タイミングをコントロールすることができる。充填ノズル１６は、平坦なツバ部１７を備えていると、下部ケーシング部材１０１の開口部を傷つけることなく、平行度を容易に保つことができるため、さらに好ましい。

また、粉体充填装置１０おいて、下部ケーシング部材１０１は、充填ノズル１６の鉛直下方向に位置するホルダー１９の上に置かれる。ホルダー１９は、下部ケーシング部材１０１の形状によって容易に部品交換できるものが好ましい。そして、さらに粉体充填装置１０は、この下部ケーシング部材１０１を所定の位置に固定するホルダー１９、もしくは充填ノズル１６を鉛直方向に昇降移動できる昇降機構２６を備えている。

本発明において、この下部ケーシング部材１０１を収めた状態のホルダー１９、もしくは充填ノズル１６が昇降移動できることにより、下部ケーシング部材１０１から粒状活性炭１０２を飛散させない効果を発現できるものである。これは、後述するように、昇降移動の速度を調整したり、供給位置を調整することによって、飛散しにくい条件を適宜設定することができるからである。なお、これは、下部ケーシング部材１０１の粉体充填領域底面１１４と、下部ケーシング部材１０１の開口縁面１１２で囲まれた粒状活性炭１０２を充填する領域（以後「充填領域」とよぶ）の容量に対し、粒状活性炭１０２の充填容量が２０％以上を超える場合において、さらに有効な手法となる。

このホルダー１９下部には、下部ケーシング部材１０１に水平方向の振動を加え、粒状活性炭１０２の粒子間の隙間を埋め合わせ、充填密度を高めるために、バイブレーターのような加振機構２０を備えていることがさらに好ましい。また、粉体充填装置１０は、粒状活性炭１０２を充填する前の位置からホルダー１９への下部ケーシング部材１０１の移送手段、粒状活性炭１０２を充填させた後のホルダー１９から後工程位置への下部ケーシング部材１０１の移送手段として、搬送機構１８を備えている。

この搬送機構１８は、下部ケーシング部材１０１を把持して移動させるものであったり、レールに沿って移動させるものであったり、下部ケーシング部材１０１内に組み込まれたフィルタ部材１０３、中空糸膜モジュール１０４の位置関係が崩れない機構であれば、限定されるものではない。

この水処理用の粉体充填装置１０における充填順序について、図４に示すような浄水カートリッジ５１Ａを製造する場合を例に図１を参照しつつ、図１０（ａ）〜（ｅ）を参照しながら説明する。

まず、図１、図１０（ａ）を参照しながら説明する。搬送機構１８により、前述した中空糸膜モジュール１０４が配設された下部ケーシング部材１０１が搬送され、ホルダー１９内に収められる。このとき、計量部１４においては、操作パネル２１で指定された充填量が、計量シャッター１３の開閉調節により計量された状態にある。

そして、次に、図１０（ｂ）を参照しながら説明する。昇降機構２６によって、下部ケーシング部材１０１を収めた状態のホルダー１９が充填ノズル１６に向かって上昇、もしくは充填ノズル１６が下部ケーシング部材１０１に向かって下降して、充填ノズル１６の供給面１１３の位置を下部ケーシング部材１０１の充填領域の開口縁面１１２よりも下に位置させる。

ここで、水処理用の粉体の充填領域とは、前述したように下部ケーシング部材１０１の充填領域底面１１４と、下部ケーシング部材１０１の開口縁面１１２で囲まれた領域である。すなわち、下部ケーシング部材１０１の開口縁面１１２は、充填領域の開口縁面１１２と一致する。このとき、この充填ノズル１６の供給面１１３と粒状活性炭１０２を充填する領域底面１１４との距離ＤＬが、粒状活性炭１０２を充填する領域深さＤの１０％以上８０％以下にあることが好ましい。より好ましくは３５％以上７０％以下が良い。

ここで、下部ケーシング部材１０１の開口縁面１１２が、充填ノズル１６に接触し、下部ケーシング部材１０１の開口部と充填ノズル１６との間が密閉されていると、粒状活性炭１０２が下部ケーシング部材１０１の外部に飛散できる隙間を埋め合わせることができるため、さらに好ましい。この下部ケーシング部材１０１の開口部と充填ノズル１６との間の密閉手段として、充填ノズル１６に平坦なツバ部１７が備えられていると、下部ケーシング部材１０１の開口部を傷つけることなく、平行度を容易に保つことができる。

さらには、この平坦なツバ部１７にシリコンゴムなどの緩衝材が取り付けられているとより好ましい。この密閉手段については、予め充填ノズル１６形状に合わせたキャップ部材を、下部ケーシング部材１０１に装着させるなど、前述した手段に限定されるものでない。

また、充填ノズル１６を下降させる手法の場合、充填ノズル１６の昇降運動による振動の影響を受け、計量部１４での計測量に誤差が生まれることもあるため、下部ケーシング部材１０１を収めた状態のホルダー１９が充填ノズル１６に向かって上昇する手法が好ましく、従って昇降機構２６として、下部ケーシング部材１０１を収めた状態のホルダー１９が充填ノズル１６に向かって上昇する機構が好ましい。

次に、図１０（ｃ）を参照しながら説明する。供給シャッター１５が開放され、粒状活性炭１０２が自重により落下すると、充填ノズル供給面１１３が下部ケーシング部材１０１内に位置する充填ノズル１６内に粒状活性炭１０２が瞬間的に供給された後、下部ケーシング部材１０１の充填領域に供給される。このとき、粒状活性炭１０２は、充填ノズル１６の供給面１１３より上側まで充填されることはなく、吐出し切れなかった粒状活性炭１０２は充填ノズル１６内に残存することになり、ここで粒状活性炭１０２の自重による落下は停止する。

その後、図１０（ｄ）に示すように、昇降機構２６（図１参照）によって、下部ケーシング部材１０１を収めた状態のホルダー１９が鉛直下方向に下降、もしくは充填ノズル１６が鉛直上方向に上昇する。この昇降機構は、エアシリンダーによるものなど、昇降動作機能を発現するものであれば、その手段は限定されるものでない。

また、その動作制御についても、単純なタイマー制御によるものや、下部ケーシング部材１０１もしくは充填ノズル１６の位置検知によるものなど、粒状活性炭１０２の自重による落下の停止後に行われるようにしたものであれば、その制御手段は限定されるものではない。

このとき、昇降機構２６の動作速度は、２ｍ／ｍｉｎ以上１８ｍ／ｍｉｎ以下にあることが好ましい。より好ましくは４ｍ／ｍｉｎ以上１０ｍ／ｍｉｎ以下が良い。また、昇降機構２６の動作速度は、等速度でも良いし、等速度でなくても良い。ただし、等速度でない場合、またたとえ動作速度が前記動作速度範囲内であったとしても、加速度的に勢いよく充填ノズル１６または下部ケーシング部材１０１を上昇あるいは下降させたとき、充填ノズル１６内に残存している粒状活性炭１０２が一気に落下して、粒状活性炭１０２の粉塵が、外部に飛散する恐れがある。この際、密閉手段の平坦なツバ部１７による密閉状態が解かれ、外部に開放されているため、粒状活性炭１０２が外部に飛散する危険性がより高まる状態となっている。

そこで、充填ノズル１６内に残存した粒状活性炭１０２（水処理用の粉体）が充填ノズル１６内から全部落下する前に、充填ノズル１６の供給面１１３が充填領域の開口縁面１１２より上にならないように、下部ケーシング部材１０１と充填ノズル１６のいずれかを鉛直方向に昇降させる。このように下部ケーシング部材１０１と充填ノズル１６を昇降させることで、粒状活性炭１０２がこぼれ落ちることは回避することができる。

この時、充填ノズル１６を上昇させる手法の場合、充填ノズル１６の昇降運動による振動の影響を受け、計量部１４において、次に充填させる計測量に誤差が生まれることもあるため、下部ケーシング部材１０１を収めた状態のホルダー１９を下降させることが好ましく、従って昇降機構２６として、下部ケーシング部材１０１を収めたホルダー１９を下降させる機構が好ましい。

これにより、充填ノズル１６内に残存した粒状活性炭１０２が、自重による落下により下部ケーシング部材１０１内に、空気中に飛ばされることなく、追充填されていく。また、粒状活性炭１０２が空気を咬み込んで充填されることがないため、高密度に充填させることができるだけでなく、粒状活性炭１０２同士がぶつかり合い、飛散することを防ぐことができる。さらには、こぼし落とす手法とは異なり、図６に示すように局所的に堆積されることもないため、振動を加えながら充填させる必要もない。

最後に、図１０（ｅ）に示すように、粒状活性炭１０２の充填完了後に、ホルダー１９下部に備えられた加振機構２０で、下部ケーシング部材１０１に振動を加えることで、粒状活性炭１０２の粒子間の隙間を埋め合わせることができるため、さらに充填密度を高めることができる。

この時、粒状活性炭１０２が下部ケーシング部材１０１の開口部に至るほど、下部ケーシング部材１０１の容量に対して充填量が多い場合、縦方向の振動を加えると粒状活性炭１０２が跳ね上がり、溢れこぼれてしまうことがあるため、加振機構２０は振幅が０．１〜５．０ｍｍ、加振力１〜１００Ｎの範囲内にある横方向の振動が好ましい。

さらに、充填完了後には計量部１４にて、次に充填させる下部ケーシング部材１０１のための充填量が計測されている状態にあると、効率よく連続生産を行うことができる。また、本発明の形態によれば、吐出速度を遅くする必要もなく、自重による落下による粒状活性炭１０２の充填作業ができるため、タクトタイムの短縮が可能となる。

次に、図３に示すような浄水カートリッジ５１Ｂを製造する場合についても説明する。

まず、前述した図４に示すような浄水カートリッジ５１Ａを製造する場合同様に、図１、図１１（ａ）を参照しながら説明する。搬送機構１８により、前述した中空糸膜モジュール１０４、フィルタ部材１０３が配設された下部ケーシング部材１０１が搬送され、ホルダー１９内に収められる。粒状活性炭１０２を充填する前の位置からホルダー１９への下部ケーシング部材１０１の移送手段、粒状活性炭１０２を充填させた後のホルダー１９から後工程位置への下部ケーシング部材１０１の移送手段として、搬送機構１８を備えている。

この搬送機構１８は、下部ケーシング部材１０１を把持して移動させるものであったり、レールに沿って移動させるものであったり、下部ケーシング部材１０１内に組み込まれたフィルタ部材１０３、中空糸膜モジュール１０４の位置関係が崩れない機構であれば、限定されるものではない。このとき、計量部１４においては、操作パネル２１で指定された充填量が、計量シャッター１３の開閉調節により計量された状態にある。

そして、次に図１１（ｂ）を参照しながら説明する。昇降機構２６（図１参照）によって、下部ケーシング部材１０１を収めた状態のホルダー１９が充填ノズル１６に向かって上昇、もしくは充填ノズル１６が下部ケーシング部材１０１に向かって下降して、充填ノズル１６の供給面１１３の位置が下部ケーシング部材１０１の充填領域の開口縁面１１２よりも下に位置する。

ここで、水処理用の粉体の充填領域とは、下部ケーシング部材１０１の粉体充填領域底面１１４と、中空糸膜モジュール１０４の外側上端のフランジ上面１１２で囲まれた領域である。なお、図３に示すような浄水カートリッジ５１Ｂを製造する場合は、中空糸膜モジュール１０４の外側上端のフランジ上面は、充填領域の開口縁面１１２と一致する。

このとき、この充填ノズル１６の供給面１１３と粒状活性炭１０２を充填する領域底面１１４との距離ＤＬが、粒状活性炭１０２を充填する領域深さＤの１０％以上８０％以下にあることが好ましい。より好ましくは３５％以上７０％以下が良い。ここで、下部ケーシング部材１０１の開口部が、充填ノズル１６に接触し、下部ケーシング部材１０１の開口部と充填ノズル１６との間が密閉されていると、粒状活性炭１０２が下部ケーシング部材１０１の外部に飛散できる隙間を埋め合わせることができるため、さらに好ましい。

この下部ケーシング部材１０１の開口部と充填ノズル１６との間の密閉手段として、充填ノズル１６に平坦なツバ部１７が備えられていると、下部ケーシング部材１０１の開口部を傷つけることなく、平行度を容易に保つことができる。さらには、この平坦なツバ部１７にシリコンゴムなどの緩衝材が取り付けられているとより好ましい。

この密閉手段については、予め充填ノズル１６形状に合わせたキャップ部材を、下部ケーシング部材１０１に装着させるなど、前述した手法に限定されるものでない。また、充填ノズル１６を下降させる手法の場合、充填ノズル１６の昇降運動による振動の影響を受け、計量部１４での計測量に誤差が生まれることもあるため、下部ケーシング部材１０１を収めた状態のホルダー１９が充填ノズル１６に向かって上昇する手法が好ましく、従って昇降機構２６として、下部ケーシング部材１０１を収めた状態のホルダー１９が充填ノズル１６に向かって上昇する機構が好ましい。

さらに、図３に示すような浄水カートリッジ５１Ｂの場合、充填ノズル１６に中空糸膜モジュール１０４の開口部に合わせた緩衝部材２５が備えられていると、湾曲した中空糸膜束１０６を傷つけることなく保護できるため、より好ましい。

次に、図１１（ｃ）を参照しながら説明する。供給シャッター１５が開放され、自重による落下により、供給面が下部ケーシング部材１０１内に位置する充填ノズル１６内に粒状活性炭１０２が瞬間的に供給された後、下部ケーシング部材１０１に供給される。このとき、粒状活性炭１０２は、充填ノズル１６の供給面１１３より上側まで充填されることはなく、吐出し切れなかった粒状活性炭１０２は充填ノズル１６内に残存することになり、ここで粒状活性炭１０２の自重による落下は停止する。

その後、図１１（ｄ）を参照しながら説明する。昇降機構２６によって、下部ケーシング部材１０１を収めた状態のホルダー１９が鉛直下方向に下降、もしくは充填ノズル１６が鉛直上方向に上昇する。この昇降機構２６は、エアシリンダーによるものなど、昇降動作機能を発現するものであれば、その手段は限定されるものでない。

このとき、昇降機構２６の動作速度は、２ｍ／ｍｉｎ以上１８ｍ／ｍｉｎ以下にあることが好ましい。より好ましくは４ｍ／ｍｉｎ以上１０ｍ／ｍｉｎ以下が良い。また、昇降機構２６の動作速度は、等速度でも良いし、等速度でなくても良い。ただし、等速度でない場合、また、たとえ動作速度が前記動作速度範囲内であったとしても、加速度的に勢いよく充填ノズル１６または下部ケーシング部材１０１を上昇あるいは下降させたとき、残存する粒状活性炭１０２が一気に落下して、粒状活性炭１０２の粉塵が、外部に飛散する恐れがある。またこの際、密閉手段の平坦なツバ部１７による密閉状態が解かれ、外部に開放されているため、粒状活性炭１０２が外部に飛散する危険性がより高まる状態となっている。

そこで、図１０（ｄ）の場合と同様に、充填ノズル１６内に残存した粒状活性炭１０２（水処理用の粉体）が充填ノズル１６内から全部落下する前に、充填ノズル１６の供給面１１３が充填領域の開口縁面１１２より上にならないように、下部ケーシング部材１０１と充填ノズル１６のいずれかを鉛直方向に昇降させる。このように下部ケーシング部材１０１と充填ノズル１６を昇降させることで、粒状活性炭１０２がこぼれ落ちることは回避することができる。

これにより、充填ノズル１６内に残存した粒状活性炭１０２が、自重による落下により下部ケーシング部材１０１内に、空気中に飛ばされることなく、追充填されていく。そのため、粒状活性炭１０２が空気を咬み込んで充填されることがないため、高密度に充填させることができるだけでなく、粒状活性炭１０２同士がぶつかり合い、飛散することを防ぐことができる。

また、各充填ノズル１６から自重による落下にて吐出されるため、各充填ノズル１６からの吐出量にムラが生じることがない。そのため、各充填ノズル１６から充填される活性炭上面高さを均一に保つことができる。

最後に、図１１（ｅ）を参照しながら説明する。粒状活性炭１０２の充填完了後に、ホルダー１９下部に備えられた加振機構２０で、下部ケーシング部材１０１に振動を加えることで、粒状活性炭１０２の粒子間の隙間を埋め合わせることができるため、さらに充填密度を高めることができる。

また、充填完了後には計量部１４にて、次に充填させる下部ケーシング部材１０１のための充填量が計測されている状態にあると、効率よく連続生産を行うことができる。また、本発明の形態によれば、吐出速度を遅くする必要もなく、自重による落下による粒状活性炭１０２の充填作業ができるため、タクトタイムの短縮が可能となる。

本発明に係る充填手法を採用することで、複数の充填ノズル１６を用いた製造においても、充填ノズル１６の形状を取り替えるだけで同様の充填工程を行うことができるだけでなく、各充填ノズル１６の落下ポイント別に高さムラが生じることもない。さらには、図８に示すような、１つ１つの中空糸膜モジュール１０４頭部に、キャップ部材２２を取り付けずに製造を行うことが可能である。つまり、図３に示すような浄水カートリッジ５１Ｂを製造する場合だけでなく、図４に示すような浄水カートリッジ５１Ａを製造する場合にも応用することができるため、汎用性の高い水処理用の粉体充填手法を提供することができる。

さらに、充填する水処理用の粉体としても、粒状活性炭１０２以外の各種有機系吸着剤および無機系吸着材など粒状活性炭１０２に限定されるものではない。また、製造する浄水カートリッジ５１についても、中空糸膜モジュール１０４を備えていないものに対しても適用させることが可能である。

粒状活性炭１０２が充填された下部ケーシング部材１０１は、最後に粒状活性炭上面に、フィルタ部材１０３および上部ケーシング部材１０８が嵌めこまれたり、超音波溶着などの手段により接着されるなど、被せられることにより浄水カートリッジ５１として完成する。

以下本発明について実施例を示して説明する。

［実施例１]
図４に示すような浄水カートリッジ５１Ａについて、図１０（ａ）から図１０（ｅ）に示す手法にて、粒状活性炭１０２（平均粒径：４００〜８５０μｍ、かさ密度：０．４５〜０．５５ｇ／ｃｍ^３）について、３６．０ｇ充填させる作業をサンプル数５０個に対して実施した。このとき、下部ケーシング部材１０１の粒状活性炭１０２を充填させる部分については、内径：４１．０ｍｍ、高さ：６１．０ｍｍの円筒状のものであり、充填ノズル１６の供給面１１３は、粒状活性炭１０２を充填する領域深さの６５％に該当する、領域底面から３８ｍｍの位置とした。

なお、図１０（ｂ）、図１０（ｄ）のいずれの場合においても、下部ケーシング部材１０１を収めた状態のホルダー１９を上昇ないしは、降下させることで振動による計量部１４での計量誤差を回避した。

また、図１０（ｃ）の段階における下部ケーシング部材１０１への充填量は、計量部１４にて計測された充填量の６５％であった。そして、充填ノズル１６に残存した３５％の粒状活性炭１０２が図１０（ｄ）の段階にて追充填され、充填完了後の粒状活性炭１０２の上面と下部ケーシング部材１０１開口部との距離は３ｍｍとなったが、粒状活性炭１０２が溢れ出ることはなかった。

以上のように充填した結果、充填密度は０．５２ｇ／ｃｍ^３、下部ケーシング部材１０１に充填された平均粒状活性炭量は３６．０ｇであった。また、充填中に粒状活性炭１０２同士がぶつかり合い、下部ケーシング部材１０１の外へ飛散することもなく、この充填作業に要したタクトタイムは３．２秒であった。

［実施例２]
充填ノズル１６の供給面１１３が、粒状活性炭１０２を充填する領域深さの８％に該当する、領域底面から５ｍｍの位置とした以外は実施例１と同様にして粒状活性炭１０２の充填作業を行った。なお、実施例１と同様に、５０個のサンプルに粒状活性炭１０２を充填した。

また、図１０（ｃ）の段階における下部ケーシング部材１０１への充填量は、計量部１４にて計測された充填量の１９％であった。そして、充填ノズル１６に残存した８１％の粒状活性炭１０２が図１０（ｄ）の段階にて追充填され、充填完了後の粒状活性炭１０２の上面と下部ケーシング部材１０１開口部との距離は３ｍｍとなったが、粒状活性炭１０２が溢れ出ることはなかった。

以上のように充填した結果、充填密度は０．５３ｇ／ｃｍ^３、下部ケーシング部材１０１に充填された平均粒状活性炭量は３６．０ｇであった。また、充填中に粒状活性炭１０２同士がぶつかり合い、下部ケーシング部材１０１の外へ飛散することもなく、この充填作業に要したタクトタイムは３．９秒であった。

［比較例１]
図５に示すように充填ノズル１６および下部ケーシング部材１０１を収めた状態のホルダー１９が固定された手法にて、実施例１と同様にして粒状活性炭１０２の充填作業を行った。なお、実施例１と同様に、５０個のサンプルに粒状活性炭１０２を充填した。

その結果、すべての場合において、充填中に粒状活性炭１０２同士がぶつかり合い、下部ケーシング部材１０１の外に飛散してしまい、充填された平均粒状活性炭量は３４．６ｇと、計量部１４で調節した計測量から３．９％減少してしまった。

以上のように、本発明による製造方法では、粒状活性炭を外部に飛散させることなく、所定量の充填を行うことができる。その結果、充填量のバラツキを減らせるだけでなく、粒状活性炭の飛散による生産トラブルを回避できるため、生産性および操業性の向上が可能となる。

本発明にかかる浄水カートリッジの製造方法および浄水カートリッジの製造装置は、浄水器に取り付けられる浄水カートリッジの製造方法および製造装置として利用できるものであり、好ましくは、粒状活性炭の飛散による生産トラブルを回避して、生産性および操業性の向上を目的とする浄水カートリッジの製造方法および装置として利用できる。

１０：水処理用の粉体充填装置
１１：水処理用の粉体投入口
１２：搬送部
１３：計量シャッター
１４：計量部
１５：供給シャッター
１６：充填ノズル
１７：ツバ部
１８：搬送機構
１９：ホルダー
２０：加振機構
２１：操作パネル
２２：キャップ部材
２３：排気ノズル
２４：排気管
２５：緩衝部材
２６：昇降機構
５０：蛇口
５１、５１Ａ、５１Ｂ：浄水カートリッジ
５２：浄水器本体
５３：切替部
５４：浄水
５５：被処理水
１０１：下部ケーシング部材
１０２：粒状活性炭
１０３：フィルタ部材
１０４：中空糸膜モジュール
１０５：モジュールケース
１０６：中空糸膜束
１０７：ポッティング材
１０８：上部ケーシング部材
１０９：流出口
１１０：流入口
１１１：モジュールケースの縁面
１１２：充填領域の開口縁面（フランジ上面）
１１３：充填ノズル供給面
１１４：粉体充填領域の底面
Ｄ：水処理用の粉体を充填する領域深さ
ＤＬ：充填ノズル供給面と水処理用の粉体を充填する領域底面との距離
ＢＬ：充填ノズル供給面と粒状活性炭上面との距離

Claims

下部ケーシング部材内に水処理用の粉体が収められた浄水カートリッジの製造方法であって、前記水処理用の粉体の充填ノズルの供給面から水処理用の粉体を吐出して、前記下部ケーシング部材内の充填領域に前記水処理用の粉体を充填する充填工程において、前記充填ノズルの供給面の位置を、前記下部ケーシング部材の充填領域の開口縁面よりも下に配置させ、前記水処理用の粉体を、前記充填ノズルから前記充填領域内へ落下させ、前記水処理用の粉体の落下が停止した後、前記充填ノズル内に残存した前記水処理用の粉体が前記充填ノズル内から全部落下する前に、前記充填ノズルの前記供給面が前記充填領域の開口縁面より上にならないように、前記下部ケーシング部材と前記充填ノズルのいずれかを鉛直方向に昇降させることを特徴とする浄水カートリッジの製造方法。
前記充填ノズルの供給面と前記充填領域の底面との距離が、前記水処理用の粉体を充填する領域深さの１０％以上８０％以下にあることを特徴とする請求項１に記載の浄水カートリッジの製造方法。
前記水処理用の粉体の落下が停止した後、前記下部ケーシング部材を鉛直下方向に下降させることを特徴とする請求項１または２に記載の浄水カートリッジの製造方法。
前記充填領域の開口縁面と前記充填ノズルとの間を密閉手段により閉じた状態にて、前記水処理用の粉体の充填領域への落下を開始することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の浄水カートリッジの製造方法。
前記密閉手段が前記充填ノズルに形成された平坦なツバ部材であることを特徴とする請求項４に記載の浄水カートリッジの製造方法。
前記充填工程において、前記充填ノズル中の前記水処理用の粉体が、すべて前記充填領域に落下した後に、前記下部ケーシング部材に水平方向の振動を加えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の浄水カートリッジの製造方法。
前記水処理用の粉体は、粒状活性炭であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の浄水カートリッジの製造方法。