JP5989167B1 - 濾材の製造装置、濾材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複合型水処理用濾材であって、濾材を製造する工数を削減し、安価な濾材の提供。【解決手段】濾材１１は、多孔質体としてのスポンジ１と、スポンジ１の表面における全部または一部に形成された補強材としての塗膜４１であって、スポンジ１の内部への液体の浸入を許す塗膜４１と、を有し、スポンジ１及び塗膜４１を合わせた比重が液体の比重以上である濾材４１。濾材１１が、濾過槽中の液体に沈み込み、液体を濾過する機能を有する濾過槽。【選択図】図３

Description

本発明は、濾材の製造装置および濾材の製造方法に関する。

特許文献１には、樹脂製の容器状担体（容器）と、容器状担体の内部に収納されたポリウレタン製などのスポンジ状担体（スポンジ）と、からなる複合型の水処理用の濾材が記載されている（特許文献１の段落〔００１９〕）。濾材は、容器の内面、およびスポンジの表面及び内部に設けられた無数の不規則形状の流路が微生物繁殖用の担体部として機能する。

特開２０１３−１５４２９８号公報

特許文献１の複合型の水処理用濾材は、容器およびスポンジを別々に製造する。このため、水処理用濾材にするためには、容器の小開口部からスポンジを挿入するための工数が必要であるという問題があった。本発明は、かかる工数を削減し、安価な濾材を提供することを目的とする。

第１発明に係る濾材は、多孔質体と、該多孔質体の表面における全部または一部に密着して形成され、該多孔質体の内部への液体の浸入を許す補強材と、を有する。ここで、密着とは、ぴったりとくっつくことをいう。

第２発明に係る濾過槽は、液体が入れられる槽と、該多孔質体および該補強材を合わせた比重が該液体の比重以上である第１発明に記載の濾材であって、該槽内に入れられる該濾材と、を備える。

第３発明に係る濾過槽は、液体が入れられる槽と、該多孔質体および該補強材を合わせた比重が該液体の比重よりも小さい第１発明に記載の濾材であって、該槽内に入れられる該濾材と、該槽の中に設けられ、該液体を流動させる流動部であって、該液体の該流動により、該濾材中に該液体を侵入させる該流動部と、を有する。

請求項１に係る濾材の製造装置は、多面体である多孔質体を搬送する搬送部と、該搬送部により搬送される該多孔質体の稜線に対して直線状に液状の補強材を塗布する塗布部であって、該多孔質体の内部への液体の浸入を許すように該液状の補強材を該多孔質体の稜線に対して直線状に塗布する該塗布部と、該多孔質体の稜線に対して直線状に塗布された該液状の補強材を硬化させる硬化部と、を有することを特徴とする。

請求項２に係る濾材の製造方法は、多面体である多孔質体の稜線に対して直線状に液状の補強材を塗布する塗布工程であって、該多孔質体の内部への液体の浸入を許すように該液状の補強材を該多孔質体の稜線に対して直線状に塗布する該塗布工程と、該多孔質体の稜線に対して直線状に塗布された該液状の補強材を硬化させる硬化工程と、を有することを特徴とする。

第１発明によれば、容器を使わないので、容器中にスポンジを挿入する工数を無くすことができ、安価な濾材を提供できる。

第２発明によれば、濾材が安価なので、安価な濾過槽を提供できる。

第３発明によれば、容器を使わない濾材を使用するので、液体が流動して液体が濾材に当たっても容器中から濾材が飛び出すことはない。

請求項１および２によれば、容器中にスポンジを挿入する工数を無くした安価な濾材を製造できる。

多孔質体の斜視図である。 多孔質体の部分拡大図である。 濾材の部分拡大図である（第１実施形態）。 濾材の斜視図である（第２実施形態）。 濾材の部分拡大図である（第２実施形態）。 濾材の製造装置の斜視図である（第１実施形態）。 濾材の製造装置の斜視図である（第２実施形態）。

図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
（多孔質体）
まず、本発明で用いる多孔質体について、図１および図２を用いて説明する。図１は、多孔質体の一例としてのスポンジ１の斜視図である。図２は、図１における部分２の拡大図である。

スポンジ１は、ポリウレタンなどの公知の材料を用いて、公知の成形方法で成形される多面体とされている。スポンジ１は、図１に示すように、稜線３を１２本有し、面６を６個有する６面体を例示できる。スポンジ１は、図２に示すように、連続的に繋がる樹脂部分４と、樹脂部分４の間に形成された空間部分５と、を有する。スポンジ１は、空間部分５を有するため、スポンジ１の内部に液体が浸入できるようになっている。

次に、スポンジ１を用いて製造する濾材、濾材の製造装置および製造方法について説明する。

〔第１実施形態〕
（濾材）
第１実施形態の濾材１１は、図３にその一部を示すように、スポンジ１と、スポンジ１の表面に形成された補強材の一例としての塗膜４１であって、スポンジ１の内部への液体の浸入を許す塗膜４１と、を有する。塗膜４１は、スポンジ１の表面から剥離されることの無いよう、密着して固定されている。

濾材１１を液体中で濾材として機能させる場合は、スポンジ１および塗膜４１を合わせた比重が液体の比重以上になるように設定される。また、濾材１１を液体の表面で濾材として機能させる場合は、スポンジ１および塗膜４１を合わせた比重が液体の比重よりも小さくなるように設定される。

塗膜４１は、液体をスポンジ１の内部に侵入させる必要があるため、スポンジ１の面６における樹脂部分４に形成され、樹脂部分４と樹脂部分４の間に形成される全ての空間部分５を埋めないように形成される。

スポンジ１の表面に形成された塗膜４１は、スポンジ１を補強する機能を持たせる必要があることから、スポンジ１を構成する樹脂と同じ硬度、またはスポンジ１を構成する樹脂よりも高い硬度の樹脂を採用する。

例えば、スポンジ１を構成する樹脂がポリウレタンであって、スポンジ１の表面に塗布する塗料の主成分がポリウレタンとする。この場合、ポリウレタン樹脂の比重が１．２なので、濾材１１の比重は約１．２となる。このため、液体が水の場合は、濾材１１は液体に沈んで濾材として機能する。

また、例えば、スポンジ１を構成する樹脂がＡＢＳであって、スポンジ１の表面に塗布する塗料の主成分がポリウレタンとする。この場合、ＡＢＳの比重が１．０１〜１．２１、ポリウレタン樹脂の比重が１．２なので、濾材１１の比重は約１以上となる。このため、液体が水の場合は、濾材１１は液体に沈んで濾材として機能する。

例えば、スポンジ１を構成する樹脂がポリプロピレンであって、スポンジ１の表面に塗布する塗料の主成分がウレタンとする。この場合、ポリプロピレン樹脂の比重は１よりも小さく（０．９１〜０．９２）、ウレタンの比重は１よりも大きいが、ウレタンの使用量がポリプロピレン使用量よりも少ないので、濾材１１の全体の比重は１よりも小さくすることができる。このため、液体が水の場合は、濾材１１は液体に浮いて濾材として機能する。

濾材１１は、スポンジ１の表面に直接補強材の一例としての塗膜を形成するので、従来の濾材のように容器を必要とせず、容器中にスポンジを挿入する必要もない。このため、濾材１１は、従来の濾材と比較して安価に製造することができる。また、濾材１１は、液体を濾過槽内で激しく流動させた場合であっても、容器から濾材が飛び出すこともない。

（濾材の製造装置）
濾材１１を製造するための製造装置は、図６に示すように、スポンジ１を搬送する搬送部の一例としてのコンベア３２と、コンベア３２により搬送されるスポンジ１の表面に液状の補強材の一例としての塗料を塗布するノズル３３と、ノズル３３によりスポンジ１の表面に塗布された塗料を硬化させる硬化部の一例としての乾燥炉（図示せず）と、を有する。

ノズル３３は、塗布部の一例であって、スポンジ１の内部への液体の浸入を許すように、液状の塗料をスポンジ１の表面に塗布する。

コンベア３２は、長尺な一対の筐体３０と、一対の筐体３０の長手方向の両端部に回転可能に支持された一対の回転ロール（図示せず）と、該一対の回転ロール間に掛け回された無端ベルト３１と、を有する。

一対の回転ロールは、一方が駆動ロールであり、他方が従動ロールとされている。無端ベルト３１は、駆動ロールの回転駆動により、その上面が図６の紙面左側から紙面右側に向けて動作する。このため、無端ベルト３１の上面に置かれたスポンジ１は、図６の紙面左側から紙面右側に向けて移動する。

ノズル３３は、ホース３４の一端が接続され、ホース３４から供給された液体塗料を霧状にしてスポンジ１の表面に塗布（噴霧）する。ホース３４の他端には、液体塗料の供給装置（図示せず）が接続されている。該供給装置によりホース３４を介して供給された液体塗料（液状の塗料）は、ノズル３３により霧状にされてスポンジ１に塗布される。

乾燥炉（図示せず）は、スポンジ１の表面（上面および４つの側面の表面）に塗布された液状の塗料を硬化させる装置であり、図６に示すコンベア３２の下流側に設置される。

乾燥炉は、具体的には、ヒーター等の加熱部と、該加熱部により加熱された乾燥炉内の空気を被乾燥部材（塗料が表面に塗布されたスポンジ１）に当てるファン等の送風部と、被乾燥部材から蒸発した溶剤等を乾燥炉の内部から外部に排出する排気部と、を有する。

（濾材の製造方法）
ノズル３３は、図６に示すように、コンベア３２の短手方向の両側に配置されている。このため、一対のノズル３３により、無端ベルト３１上のスポンジ１における上面および４つの側面は、霧状の塗料が塗布される（塗布工程）。

ノズル３３により霧状にされた液体塗料が表面に塗布されたスポンジ１は、乾燥炉中で加熱および乾燥され、液状の塗料は塗膜４１となってスポンジ１の表面に固着する（乾燥工程）。

前記した一連の工程では、塗膜４１は、スポンジ１の上面および４つの側面に形成され、スポンジ１の下面には形成されていない。スポンジ１の下面に塗膜４１を形成するためには、下記の２つの手段のいずれかを採用すれば良い。

（１）前記した一連の工程を終え、上面および４つの側面に塗膜４１が形成されたスポンジ１を回転させ、塗膜４１が形成されていないスポンジ１の下面を上にして、再度、上記した一連の工程を実施する。
（２）前記したコンベア３２および乾燥炉からなる１組の製造装置を２組連結し、当該連結部にスポンジ１を回転させてスポンジ１の下面を上に向ける装置（例えば、スポンジ１を把持するチャックを備えた多間接ロボット）を配置する。

その他の手段としては、下記（３）も採用可能である。
（３）無端ベルト３１に対し、常に振動を加え、無端ベルト上のスポンジ１の面が一定とならない状態（無端ベルト上でスポンジ１が飛び跳ねる状態）にし、ノズル３３によりスポンジ１の全面に塗料を塗布する。乾燥炉中においても、同様の状態で加熱および乾燥を行う。

（濾過槽）
濾過槽は、液体が入れられる槽と、該槽内に入れられる濾材１１と、を備える。濾材１１は、スポンジ１および塗膜４１を合わせた比重が液体の比重以上である場合、濾過槽内部の固定床に静置させても良いし、濾過槽内部の流動床に液体と共に流動させてもよい。ここで、濾過槽内部の液体の流動は、濾過槽内部に設けられた流動部の一例としてのスクリューにより行われる。

スクリューは、複数の回転翼と、当該複数の回転翼が接続された回転部と、を有している。当該回転部が回転して複数の回転翼が回転することにより、濾過槽中の液体が流動する。回転翼は、モータ等のアクチュエータの回転軸に接続されている。電源からモータに電流が供給されると、回転翼が回転する。濾過槽中には、少なくともスクリューが設けられていれば良く、アクチュエータは、濾過槽の内部に設けられていても濾過槽の外部に設けられていても良い。電源は、濾過槽の外部に設けられていることが望ましい。

前記した流動部は、スポンジ１および塗膜４１を合わせた濾材１１の比重が液体の比重以上である場合、濾過槽にとって必須の構成ではない。しかし、スポンジ１および塗膜４１を合わせた濾材１１の比重が液体の比重よりも小さい場合、流動部は、濾過槽にとって必須の構成となる。

つまり、スポンジ１および塗膜４１を合わせた濾材１１の比重が液体の比重よりも小さい場合、濾材１１は、液体の表面に浮く。この状態では、液体と接するのは濾材１１の１つの面のみとなるため、濾過効率が非常に悪い。このため、スポンジ１および塗膜４１を合わせた比重が液体の比重よりも小さい濾材１１を使用する場合は、流動部により液体を流動させ、この流動した液体を液面状にある濾材１１の内部に侵入させる必要がある。

濾過槽内の濾材１１は、スポンジ１と補強材が一体になっているので外力に強い。このため、濾材１１は、濾過槽内の液体に投入する際、または濾過槽内の液体の流れによって濾過槽の壁または他の濾材に衝突する際においても破損および摩耗の虞を低減できる。よって、濾過槽は、濾過槽内における生物処理を長期的に安定して行うことができる。

〔第２実施形態〕
図４、図５および図７を用いて本発明に係る他の実施形態を説明する。説明を分かり易くするため、第１実施形態と同一の部分は、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

（濾材）
第２実施形態の濾材１２と第１実施形態の濾材１１の主な相違点は、濾材１１は塗膜４１がスポンジ１の表面の全面に形成されているのに対し、濾材１２は塗膜４２がスポンジ１の稜線３に形成されている点である。

第２実施形態の濾材１２は、図４および図５に示すように、スポンジ１と、スポンジ１の稜線３に形成された補強材としての塗膜４２であって、スポンジ１の内部への液体の浸入を許す塗膜４２と、を有する。濾材１２は、液体中で濾材として機能させる必要があることから、スポンジ１および塗膜４２を合わせた比重が液体の比重以上になるように設定される。

スポンジ１の稜線３に形成する塗膜４２は、スポンジ１を補強する機能を持たせる必要があることから、スポンジ１を構成する樹脂と同じ硬度、またはスポンジ１を構成する樹脂よりも高い硬度の樹脂を採用する。

例えば、スポンジ１を構成する樹脂がポリウレタンであって、スポンジ１の表面に塗布する塗料の主成分がポリウレタンとすることができる。この場合は、ポリウレタン樹脂の比重が１．２であるので、濾材１２の比重は約１．２となる。このため、液体が水の場合は、濾材１２は液体に沈んで濾材として機能する。

また、例えば、スポンジ１を構成する樹脂がＡＢＳであって、スポンジ１の表面に塗布する塗料の主成分がポリウレタンとすることができる。この場合は、ＡＢＳの比重が１．０１〜１．２１、ポリウレタン樹脂の比重が１．２であるので、濾材１２の比重は約１以上となる。このため、液体が水の場合は、濾材１２は液体に沈んで濾材として機能する。

濾材１２は、スポンジ１の稜線３に直接補強材としての塗膜を形成するので、従来の濾材のように容器を必要とせず、容器中にスポンジを挿入する必要もない。このため、濾材１２は、従来の濾材と比較して安価に製造することができる。

（濾材の製造装置）
濾材１２を製造するための製造装置は、図７に示すように、スポンジ１を搬送する搬送部の一例としてのコンベア３２と、コンベア３２により搬送されたスポンジ１の稜線３に液状の補強材の一例としての塗料を塗布するノズル３５と、ノズル３５によりスポンジ１の表面に塗布された塗料を硬化させる硬化部の一例としての乾燥炉（図示せず）と、を有する。ノズル３５は、塗布部の一例であって、スポンジ１の内部への液体の浸入を許すように、液状の塗料をスポンジ１の稜線３に塗布する。

ノズル３５は、ホース３６の一端が接続され、ホース３６から供給された液体塗料をスポンジ１の稜線３に塗布する。ホース３６の他端には、液体塗料の供給装置（図示せず）が接続されている。該供給装置によりホース３６を介して供給された液体塗料は、ノズル３５によりスポンジ１の稜線３に塗布される。

乾燥炉（図示せず）は、スポンジ１に塗布された液状の塗料を硬化させる装置であり、図７に示すコンベア３２の下流側に設置される。

乾燥炉は、具体的には、ヒーター等の加熱部と、該加熱部により加熱された乾燥炉内の空気を被乾燥部材（塗料が表面に塗布されたスポンジ１）に当てるファン等の送風部と、被乾燥部材から蒸発した溶剤等を乾燥炉の内部から外部に排出する排気部と、を有する。

（濾材の製造方法）
ノズル３５は、図７に示すように、コンベア３２の側方に配置されている。このため、ノズル３５により、無端ベルト３１上のスポンジ１における上方の稜線３は、液状の塗料で塗布される（塗布工程）。

ノズル３５により液状の塗料が稜線３に塗布されたスポンジ１は、乾燥炉中で加熱および乾燥され、液状の塗料は塗膜４２となってスポンジ１の稜線３に固着する（乾燥工程）。

前記した一連の工程では、塗膜４２は、スポンジ１の稜線３の内、上方に位置する稜線３に形成され、スポンジ１の下方に位置する稜線３には形成されていない。スポンジ１の方面に位置する稜線３に塗膜４２を形成するためには、下記の２つの手段のいずれかを採用すれば良い。

（１）前記した一連の工程を終え、上方の稜線３に塗膜４２が形成されたスポンジ１を回転させ、塗膜４２が形成されていないスポンジ１の下方を上にして、再度、上記した一連の工程を実施する。
（２）前記したコンベア３２および乾燥炉からなる１組の製造装置を２組連結し、連結部にスポンジ１を回転させて下面を上に向ける装置（例えば、スポンジ１を把持するチャックを備えた多間接ロボット）を配置する。

前記した実施例は、説明のために例示したものであって、本発明としてはそれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記載から当業者が認識することができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更および付加が可能である。

例えば、前記した実施例においては、液体として水を用いたものを示したが、用いる液体は水以外であっても良い。

また、前記した実施例においては、スポンジを構成する材料および補強材を構成する材料の両者の比重が液体の比重以上であるものを示したが、いずれか一方の比重が液体の比重よりも小さくても良い。しかし、この場合であっても、濾材１１および１２の全体の比重は、当該濾材を用いる液体の比重以上である必要がある。

また、前記した実施例においては、補強材を形成するために用いる塗料を塗膜にする装置として、加熱部等を有する乾燥炉を示したが、これに限られるものではない。塗料は紫外線硬化型の塗料を採用することができ、当該紫外線硬化型の塗料を採用した場合、硬化部は、紫外線を照射する装置になる。

さらに、前記した実施例においては、６面体のスポンジ１を用いて形成した濾材を説明したが、スポンジ１は６面体に限る趣旨ではない。例えば、４面体であっても８面体であっても良く、球形状または卵形状であっても良い。

本発明は、濾材に適用される。

１ スポンジ（多孔質体）
１１ 濾材
１２ 濾材
３２ 搬送部
３３ 塗布部
３５ 塗布部
４１ 塗膜（補強材）
４２ 塗膜（補強材）

Claims (2)

1. 多面体である多孔質体を搬送する搬送部と、
   該搬送部により搬送される該多孔質体の稜線に対して直線状に液状の補強材を塗布する塗布部であって、該多孔質体の内部への液体の浸入を許すように該液状の補強材を該多孔質体の稜線に対して直線状に塗布する該塗布部と、
   該多孔質体の稜線に対して直線状に塗布された該液状の補強材を硬化させる硬化部と、
   を有する濾材の製造装置。
2. 多面体である多孔質体の稜線に対して直線状に液状の補強材を塗布する塗布工程であって、該多孔質体の内部への液体の浸入を許すように該液状の補強材を該多孔質体の稜線に対して直線状に塗布する該塗布工程と、
   該多孔質体の稜線に対して直線状に塗布された該液状の補強材を硬化させる硬化工程と、
   を有する濾材の製造方法。

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