JP6131478B2 - 浄水器用カートリッジ - Google Patents

Description

本発明は、浄水器用カートリッジに関する。
本願は、２０１４年６月２４日に日本に出願された特願２０１４−１２９２９６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

従来、水道水に含まれる塩素などの不純物を除去することを目的とした浄水器が広く普及している。浄水器の設置形態としては、水栓の蛇口に取り付ける蛇口直結型、流し台の上に設置する据置型、又は流し台の下の収納キャビネット内に設置するアンダーシンク型（ビルトイン型）等が知られている。

このような浄水器として、例えば特許文献１には、濾過材を通過する流体の流れをアウトサイドスペーサ及びインサイドスペースによって少なくとも２方向以上に分流させることにより、濾過材全体を万遍なく有効活用しながら流量低下を招かないようにした浄水器用カートリッジが提案されている。また、特許文献２には、外周部から内部の通水路に向かって水が流れるように構成された吸着剤成型体と、中空糸膜とが、筒中心軸方向に直線的に配された浄水カートリッジが提案されている。

ところで、特に家庭で用いられる浄水器の場合、流し台周りの美観を損ねないことなどからアンダーシンク型の浄水器が注目されている。また、近年ではシステムキッチン下方の収納キャビネット空間に引き出し体を設置することが主流となっていることから、アンダーシンク型の浄水器は、従来の奥側の雛壇ではなく、収納キャビネット内の狭小スペースや、引き出しの上下間、又は引き出し裏等の、アンダーシンク内のデッドスペースで、かつ、カートリッジの交換が容易なスペースに配置される傾向にある。したがって、アンダーシンク型の浄水器としては、従来と同等の浄水機能、すなわち浄水性能や濾過流量を有したうえで、前記のデッドスペースに配置可能なように外径が小さいスリムな構造の浄水器用カートリッジが要望されている。

特開２００８−２７９４５０号公報 特開２００２−３４６５５０号公報

しかしながら、特許文献１の浄水器用カートリッジでは、濾過材として使用される粒状活性炭を最密かつ均一に充填しないと、内部に活性炭の偏りが生じることにより、水みちができ、水が濾過材で処理されない、いわゆるショートパスが発生し、良好な浄水性能が得られ難くなる。なお、スリム化するべく、径方向に細く軸方向（長さ方向）に長い形状にすることが考えられるが、粒状活性炭層の断面積が小さくなる分、圧力損失が増加し、所望の濾過流量が得られなくなる。また、使用する粒状活性炭の粒径を小さくして浄水性能を高めることも考えられるが、その場合にも、圧力損失が増加することで所望の濾過流量が得られなくなる。また、所望の濾過流量を得るためには、アウトサイドスペーサ、インサイドスペース等の部材が必要であるため製造工数及び部品点数が多く、コストがかかり工業生産的に不利である。さらに、外容器と底蓋とが螺子式による螺合で組み立てられているので、螺合部では容器の外径が内径に対して充分大きくなり、したがって容器の一部に突出部が形成されるため、全体のスリム化が損なわれてしまう。

特許文献２の浄水カートリッジでは、濾材量が少ないため、短期目詰まりや性能劣化に伴い頻繁なカートリッジ交換が必要となり、メンテナンスに非常に手間がかかってしまう。また、浄水性能を上げるため、吸着剤成型体の充填密度を高くすることも考えられるが、単位体積あたりの浄水性能は増加するものの、圧力損失が増加することで所望の濾過流量が得られなくなり、さらに吸着剤成型体自身が目詰まりを起こしてしまい、所望の濾過流量が得られなくなる。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、外径が小さいスリムな構造で、しかも良好な浄水機能を有する浄水器用カートリッジを提供することを目的とする。

本発明の一実施態様における浄水器用カートリッジは、筒状の濾材容器と該濾材容器の開口端側に設けられた蓋部とを有する容器本体と、前記濾材容器内に収容された濾材と、を備え、前記容器本体には入水口と出水口とが設けられ、前記濾材容器内には、前記濾材の外側に前記入水口に連通する第１の通水路が形成され、前記濾材は、少なくとも内部に第２の通水路を構成する空間を有する活性炭と、前記第２の通水路に通じるように構成された中空糸膜とから少なくとも構成され、前記中空糸膜は、前記活性炭の下流に配置され、前記第１の通水路から前記第２の通水路へ、前記活性炭を通して水が流れるように構成され、前記濾材容器内に収容された前記中空糸膜の長さ（Ｌ１）に対する、前記活性炭の長さ（Ｌ２）の比（Ｌ２／Ｌ１）が、２．０〜４．０である。

この浄水器用カートリッジにあっては、成型活性炭の外側の第１の通水路から内部の第２の通水路に向けて水を流すように構成し、さらに第２の通水路に中空糸膜が通じるように構成しているので、成型活性炭と中空糸膜とを効率的に機能させることによって良好な浄水機能を得ることができる。さらにまた、浄水器用カートリッジを横置きにした際に、粒状活性炭は最密充填することが困難なため、水みちができてしまうが、成型活性炭では水みちができにくいため、良好な浄水性能を得ることができる。また、この構成によれば、中空糸膜の長さに比べて成型活性炭の中心軸方向に沿う長さを長くしたので、成型活性炭の濾過面積を大きくすることができ、したがって成型活性炭の径方向の厚さ、すなわち第１の通水路と第２の通水路との間の厚さを薄くしてスリム化しても、良好な浄水機能が得られる。

本発明の別の実施態様における浄水器用カートリッジは、筒状の濾材容器と該濾材容器の開口端側に設けられた蓋部とを有する容器本体と、前記濾材容器内に収容された濾材と、を備え、前記容器本体には入水口と出水口とが設けられ、前記濾材容器内には、前記濾材の外側に前記入水口に連通する第１の通水路が形成され、前記濾材は、少なくとも内部に第２の通水路を構成する空間を有する成形活性炭と、前記第２の通水路を構成する空間に通じるように構成された中空糸膜とから少なくとも構成され、前記中空糸膜は、前記活性炭の下流に配置され、前記第１の通水路から前記第２の通水路へ、前記活性炭を通して水が流れるように構成され、前記中空糸膜の有効膜面積に対する前記活性炭の有効容積が、６００〜８００ｃｃ／ｍ２である。

また、前記浄水器用カートリッジにおいては、前記容器本体の長さ（Ｌ）と前記容器本体の最大径（ｄ）との比（Ｌ／ｄ）が、２．４以上５．０以下であることが好ましい。

また、前記浄水器用カートリッジにおいては、前記活性炭と前記中空糸膜が、前記濾材容器の中心軸方向に沿って配置されていることが好ましい。

また、前記浄水器用カートリッジにおいては、前記第一の通水路の流路断面積が１．０〜８．０ｃｍ２であることが好ましい。

また、前記浄水器用カートリッジにおいては、前記第一の通水路の流路断面積の平均が３．０〜６．０ｃｍ２であることが好ましい。

また、前記浄水器用カートリッジにおいては、前記中空糸膜の有効膜面積に対する前記成型活性炭の質量が、２００〜４００ｇ／ｍ２であることが好ましい。
この構成によれば、良好な浄水機能が得られる。

また、前記浄水器用カートリッジにおいては、前記蓋部の内側中心部より放射状にリブが設けられていることが好ましい。

また、前記浄水器用カートリッジにおいては、前記蓋部の内側中心部に凹状の位置決めが設けられていることが好ましい。

また、前記浄水器用カートリッジにおいては、前記容器本体には、前記入水口と出水口とを区別する識別手段が設けられていることが好ましい。

また、前記浄水器用カートリッジにおいては、前記蓋部の内側底面と、前記濾材天面との嵌合部以外の隙間量が２．０〜４．０ｍｍであることが好ましい。

また、前記浄水器用カートリッジにおいては、前記濾材容器と前記蓋部が被着されていることが好ましい。

また、前記浄水器用カートリッジにおいては、前記蓋部には入水口と出水口が設けられていることが好ましい。

また、前記浄水器用カートリッジにおいては、前記濾材容器と前記蓋部の径方向への突出部が９．０ｍｍ以下の円筒形状であることが好ましい。

また、前記浄水器用カートリッジにおいては、前記前記活性炭は成型活性炭であることが好ましい。

本発明の一実施態様に係るアンダーシンク型浄水器は、上記のいずれかに記載の浄水器用カートリッジを用いている。

また、本発明の実施態様に係る浄水器用カートリッジの別の側面では、有底筒状の濾材容器と該濾材容器の開口端側に被着された蓋部とを有する容器本体と、前記濾材容器内に収容された濾材と、を備え、前記蓋部には入水口と出水口とが設けられ、前記濾材容器内には、前記濾材の外側に前記入水口に連通する第１の通水路が形成され、前記濾材は、少なくとも内部に第２の通水路を有する成型活性炭と、前記第２の通水路に通じるように構成された中空糸膜とから少なくとも構成され、前記成型活性炭と前記中空糸膜が、前記濾材容器の中心軸方向に沿って配置され、前記第１の通水路から前記第２の通水路へ、前記成型活性炭を通して水が流れるように構成され、前記容器本体の長さ（Ｌ）と前記容器本体の最大径（ｄ）との比（Ｌ／ｄ）が、２．４以上４．３以下に形成されている。

この浄水器用カートリッジにあっては、濾材として成型活性炭と中空糸膜とを、濾材容器の中心軸方向に沿って配置したので、容器本体の長さ（Ｌ）と容器本体の最大径（ｄ）との比（Ｌ／ｄ）を、２．５以上４．５以下のスリムな構造にすることができる。また、成型活性炭の外側の第１の通水路から内部の第２の通水路に向けて水を流すように構成し、さらに第２の通水路に中空糸膜が通じるように構成しているので、成型活性炭と中空糸膜とを効率的に機能させることによって良好な浄水機能を得ることができる。さらにまた、浄水器用カートリッジを横置きにした際に、粒状活性炭は最密充填することが困難なため、水みちができてしまうが、成型活性炭では水みちができにくいため、良好な浄水性能を得ることができる。

また、前記浄水器用カートリッジの別の側面においては、前記中空糸膜の有効膜面積に対する前記成型活性炭の有効容積が、６００〜８００ｃｃ／ｍ２であることが好ましい。
この構成によれば、良好な浄水機能が得られる。

本発明に係る浄水器用カートリッジによれば、スリムな構造で、しかも良好な浄水機能を有するので、例えばアンダーシンク内の狭小スペースなどにも置き方に制限されることなく容易に配置することができる。

本発明に係る浄水器用カートリッジの一実施形態の外観図の正面図である。 本発明に係る浄水器用カートリッジの一実施形態の外観図の一方の側の側面図である。 図１Ａ及び図１Ｂに示した浄水器用カートリッジの全体構成を示す断面図である。 図２をＡ−Ａ線矢視した、濾材容器の底部内面を示す図である。 フラックス試験の結果を示すグラフである。 クロロホルム濾過試験の結果を示すグラフである。

以下、本発明に係る浄水器用カートリッジについて、図面を参照して詳しく説明する。
図１Ａ、図１Ｂは、本発明に係る浄水器用カートリッジの一実施形態の外観図であり、図１Ａは正面図、図１Ｂは一方の側の側面図である。図２は、図１Ａ、図１Ｂに示した浄水器用カートリッジの全体構成を示す断面図である。これらの図において符号１は浄水器用カートリッジ（以下、単に「カートリッジ１」と記す）であり、このカートリッジ１は、容器本体２と、容器本体２内に収容された濾材３とを備えて構成されている。

容器本体２は、図２に示すように有底円筒状の濾材容器４と、該濾材容器４の開口側に被着された蓋部５とを有している。濾材容器４は、熱可塑性樹脂によってバースト圧が２．０ＭＰａ以上に形成されている。この濾材容器４の形成材料である熱可塑性樹脂としては、特に耐圧性や成形性に優れているため、ＡＢＳ樹脂が好適に用いられる。ＡＢＳ樹脂を用いた場合、バースト圧を２．５ＭＰａ以上に形成することができる。

蓋部５は、濾材容器４の開口を覆う略円盤状のもので、硬質の樹脂によって形成されており、その外周端が濾材容器４の開口側周端に対して超音波溶着や振動溶着等で固定されている。

蓋部５と濾材容器４とを超音波溶着で溶着させる際には、シェアジョイントやバッドジョイントといった溶着ジョイントの形状を用いることができる。なかでも、シェアジョイントを用いることが好ましい。シェアジョイントはホーンの縦振動に対して、ジョイントの接触面と振動方向が同一方向に近づくため、溶着面に気泡が生じにくい。従って、水密性及び気密性に優れた容器本体２を得ることができる。具体的には、入水ジョイント６、出水ジョイント７側から超音波溶着のホーンを当て、後述する長さＬの方向の振動（縦振動）を与えてジョイント部分を溶着する。しかしながら、本実施形態のように、外径が小さくスリムな構造の場合、超音波溶着の縦振動が、濾材容器４の胴部分に伝わってしまい、溶着強度が落ちてしまう。そこで、蓋部５の溶着部分が濾材容器４の接着部分を挟み込むようエッジに設けたシェアジョイントの形状にすることにより、更に溶着強度を高めることができる。

水密性及び気密性の観点からは、蓋部５と濾材容器４とを振動溶着によって溶着することが好ましい。超音波溶着のような縦振動の場合、２つの接着面が完全に密着しない状況で溶融される為、気泡や不純物が混ざりやすく、密閉性が損なわれやすい。対して振動溶着は横振動のため、振動面と接着面が同一方向となり、空気にさらすことなく溶着面を密着させることができる。従って、水密性及び気密性が良好な容器本体２を得ることができる。一方で、振動溶着の装置が高価であり、さらに振動溶着は溶着に時間を要することから、生産の効率の点からは超音波溶着を用いる事が好ましい。

この蓋部５には、図１Ａ、図１Ｂ、図２に示すようにその外面側に入水ジョイント６と出水ジョイント７とが形成されている。入水ジョイント６は、ＩＮ用ホース（入水用カプラー）に液密に接続するように構成された管状のもので、その内部孔が本発明に係る入水口となっている。出水ジョイント７は、ＯＵＴ用ホース（出水用カプラー）に液密に接続するように構成された管状のもので、その内部孔が本発明に係る出水口となっている。

本実施形態のように外径が小さくスリムな構造の場合、入水ジョイント６と出水ジョイント７とが形成された蓋部５を、濾材容器４の開口を覆うように固定した構成とすると、入水ジョイント６から圧力をかけた際、蓋５の内側の肩部５ｂに応力集中が発生し、破壊の起点となりやすい。そこで、カートリッジ１の耐圧性能を高めるため、蓋部５の内側の肩部５ｂから蓋部５の側面の外壁までの肉厚ｔを４〜６ｍｍ程度に設計されることが好ましい。４ｍｍより肉厚ｔが小さいと、耐圧性能が低下し、破壊されることがある。また、６ｍｍより肉厚が大きいと、溶着部分との段差が無くなり、成型の際、ひけが生じ外観不良をおこしてしまう可能性がある。

これら入水ジョイント６と出水ジョイント７とは、本実施形態では図１Ｂに示すように容器本体２の中心軸を挟んで対称に配置されている。また、蓋部５の周縁側に配置されることなく、中心側に配置されている。これにより、前述したように蓋部５を濾材容器４の開口側周端に超音波溶着するべく、超音波装置のホーン（図示せず）を蓋部５の外側から濾過容器４に向けて配した際、入水ジョイント６や出水ジョイント７に干渉されることなく、蓋部５と濾材容器４とのそれぞれの周端部に向くように、ホーンを配置することができる。

入水ジョイント６の内部孔（入水口）は、図２に示すように濾材容器４と該濾材容器４内に収容された濾材３との間、すなわち濾材３の外側に形成された第１の通水路８に連通している。また、出水ジョイント７の内部孔（出水口）は、後述する中空糸膜の端部側、すなわち開口側に連通している。

ここで、容器本体２は、その全長、すなわち入水ジョイント６や出水ジョイント７の先端から濾材容器４の底面までの長さＬが、例えば２２０ｍｍ〜３００ｍｍ程度、好ましくは２５０ｍｍ〜２８０ｍｍ程度となっている。３００ｍｍ以上の長さになると、取扱い性が損なわれたり、設置箇所が限定されてしまう。また、２２０ｍｍより短いと、必要な濾材量を充填できずろ過能力が低下してしまい、実用性が低くなる。また、容器本体２の最大径は、７０〜９０ｍｍ程度、好ましくは、７５ｍｍ〜８０ｍｍ程度となっている。最大径が９０ｍｍを超えると、取扱い性が損なわれたり、狭小スペース等での設置が困難となり、設置箇所が限定され汎用性が低下してしまう。また、最大径が７０ｍｍ以下になると、必要な濾材量を充填できず、ろ過能力が低下してしまい、実用性が低くなる。したがって、容器本体２の長さ（Ｌ）と容器本体２の最大径（ｄ）との比（Ｌ／ｄ）が、２．４以上５以下、好ましくは２．４以上４．３以下、さらに好ましくは３．０以上４．０以下に形成されている。Ｌ／ｄがこの２．４より小さいと充分な浄水性能を得ることができず、Ｌ／ｄが５よりも大きいと、スリムな構造とならず、例えばアンダーシンク内の狭小スペースなどに容易に配置することができない。
濾材容器４の内側には、金型から容易に取り出すため、抜き勾配を設けている。抜き勾配は０．３°〜１．０°が好ましく、より好ましくは０．５°である。抜き勾配が１．０°を超えると、濾材量が減少し、目標性能を得ることができない為、最大径を大きくし濾材量を増加させる必要がある。抜き勾配が０．３°より小さいと、離型性が悪くなり、離型の際、表面に傷や変形などを伴う可能性が高くなる。また、成型性及び耐圧性能の観点より、濾材容器４の肉厚は均一であることが望ましい。肉厚が不均一な場合、収縮率の差により、そりや変形が生じたり、形状によっては残留応力が大きくなる。狭小部外径に対し、最大径となる外径の差、すなわち前記濾材容器４と前記蓋部５の径方向への突出部が９．０ｍｍ以下であり、より好ましくは５ｍｍ以下としている。これにより、濾材容器４の内側及び外側を抜き勾配１°以下で成形できる為、必要な濾材量を減らすことなく、最大径を小さくし、形状のスリム化を図ることができる。

濾材３は、成型活性炭９と中空糸膜１０とからなっており、これらは濾材容器４の中心軸方向に沿って配置されている。濾材容器４の底部側に成型活性炭９が配置され、蓋部５側に中空糸膜１０が配置されている。これら成型活性炭９及び中空糸膜１０からなる濾材３は、その外側の濾材容器４との間に、僅かな隙間をあけて配置されている。すなわち、濾材３の全周に亘って隙間が形成されている。

この濾材３と濾材容器４との間の、濾材容器４の周方向に連続する円環状の隙間が、前記した第１の通水路８となっている。第１の通水路８は、前述したように入水ジョイント６の内部孔（入水口）に連通していることにより、該入水ジョイント６を通って流入してきた水が流れるようになっている。この第１の通水路８は、その流路断面積、すなわち中心軸と直交する横断面の開口面積が、０．３ｃｍ２以上８ｃｍ２以下、好ましくは１．０ｃｍ２以上８．０ｃｍ２以下、さらに好ましくは１．０ｃｍ２以上５．５ｃｍ２以下となっている。０．３ｃｍ２よりも小さいと圧力損出が高くなり、充分な通水流量を確保することができない。また、８ｃｍ２よりも大きいと濾材量が少なくなり、充分な濾過性能を得ることができない。流路断面積が１．０ｃｍ２以上であると、スリム化を達成させるためにはより良い。また、別の態様として、流路断面積の開口面積の範囲が上記の場合、及び上記以外の場合であっても、流路断面積の平均が３．０ｃｍ２以上６．０ｃｍ２であれば好ましい。ここで流路断面積の平均とは、流路の３点以上について流路に垂直な方向な断面における断面積を求め、それらを平均した値である。具体的には、流路の入り口及び出口近傍の２点と、残りの点は流路を（求める点の数−１）等分する点における断面積を求め、平均する等で求めることができる。求めるのが３点の平均であれば、流路の入り口及び出口近傍の２点、及び流路を２等分した点の、計３点における断面積の平均である。さらに、５点（流路の入り口及び出口近傍、及び流路を４等分した３点の、計５点における断面積の平均）以上の平均であることが好ましい。又は、５点の平均を測定する方法として、例えば濾材３の両端部及び長手方向に４等分した箇所において、濾材容器４の内径及び濾材３の概形を測定し、流路断面積の平均を算出してもよい。

ここで、中空糸膜１０は、円筒状の中空糸膜ケース１１に収容されており、したがってその側面側が閉じられていることにより、第１の通水路８に直接連通することなく中空糸膜ケース１１によって隔てられている。よって、入水ジョイント６を通って第１の通水路８に流入した水は、直接中空糸膜１０側に流入することなく、濾材容器４の底部側、すなわち成型活性炭９側に流れるようになっている。

なお、中空糸膜ケース１１も、ＡＢＳ樹脂等によって形成されている。また、中空糸膜１０としては、浄水器用カートリッジのろ過材として通常用いられるものが使用できる。
具体的には、例えばセルロース系、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレン）系、ポリビニルアルコール系、エチレン・ビニルアルコール共重合体、ポリエーテル系、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）系、ポリスルホン系、ポリアクリロニトリル系、ポリ四フッ化エチレン（テフロン（登録商標））系、ポリカーボネイト系、ポリエステル系、ポリアミド系、芳香族ポリアミド系などの各種材料からなるものが使用できる。なかでも、取扱い性、及び加工特性から、ポリオレフィン系、ポリスルホン系等のものが用いられる。

この中空糸膜１０は、ループ状に束ねられた中空糸膜が蓋部５側（出口側）をウレタン樹脂やエポキシ樹脂等によって接着固定され、端部が前記樹脂により閉塞されないように開口したものであり、前記中空糸膜ケース１１に収容され、固定されている。このような構成からなる中空糸膜１０は、その有効膜面積、すなわち有効な濾過面積が、０．４ｍ２以上０．８ｍ２以下、例えば０．６４ｍ２程度に形成されている。なお、有効膜面積は、中空糸膜の外径と樹脂に覆われない部分の長さと本数との積によって算出される。中空糸膜としてはＵ字状のバンドルに束ねてもよく、ラッセル編にしてもよいが、後述する中空糸膜１０の長さＬ１を短くしつつ、有効膜面積を広くとることできるので、ラッセル編であることが好ましい。

また、中空糸膜ケース１１の一部として、蓋部５側には、その開口部に蓋部側キャップ１２が被着されて設けられている。蓋部側キャップ１２には、出水ジョイント７の内部孔に内挿されて該出水ジョイント７に連通する円筒状の連結筒１３が形成されている。これによって中空糸膜１０で濾過された浄水は、連結筒１３を通って出水ジョイント７に案内され、水栓側に送られるようになっている。

なお、蓋部側キャップ１２の連結筒１３と出水ジョイント７の内部孔との間には、Ｏリングが介装されており、これによって良好な水密性が確保されている。また、出水ジョイント７の内部孔の濾材容器４側の内径は、入水ジョイント６の内部孔の濾材容器４側の内径より大きく形成されている。これにより、組立時において誤って連結筒１３に入水ジョイント６の内部孔を連結しようとしても、これらが嵌合できないことにより、誤って組み立てられることが防止されている。

また、蓋部側キャップ１２には、その中心部（中心軸上）に突出部１４が形成されている。この突出部１４は、蓋部５の中心部に形成された嵌合凹部５ａ（本発明の位置決めに相当）に嵌合するように形成配置されている。このような構成のもとに中空糸膜１０を収容した中空糸膜ケース１１は、これに被着された蓋部側キャップ１２の突出部１４が蓋部５の嵌合凹部５ａに嵌合していることにより、ガタツキが防止されている。また、カートリッジ１を横置きした際などに、濾材３が濾材容器４内にて偏って位置してしまうことも防止されている。さらにまた、この構造により、濾材３中心軸と蓋部５の中心軸とが同心軸上に配置されるため、濾材３と濾材容器４との円環状の隙間（第１の通水路８）が、全周に亘って均等となり、入水ジョイント６から流入した水の流れを均一に分散することができる。

蓋部側キャップ１２と蓋部５の間、すなわち、蓋部５と前記中空糸膜ケース１１の蓋部５に面する側の端部との間には、蓋部５と蓋部側キャップ１２との嵌合部以外の一部に、隙間が設けられている。前記隙間は、２．０〜４．０ｍｍであることが好ましい。２．０ｍｍ以上であることで適度に通水が可能であり、４．０ｍｍ以下であることでスペースの節約となる。

蓋部５の内側には、強度を高くするためのリブ（図示せず）が放射状に設けられている。リブは蓋部の内側中心部から外側に向かって放射状に設けられていることが、強度の観点より好ましい。その他のリブの構成については、底部に設けられたリブ４ｂと同様の構成をとることができる。蓋部側キャップ１２に突出部１４が形成され、この突出部１４が蓋部５の嵌合凹部５ａに嵌合するように形成されているため、このリブによって蓋部５の耐圧性を上げることができる。しかし、この突出部と嵌合凹部を逆に設けた場合、すなわち蓋部側キャップ１２に嵌合凹部、蓋部５に突出部をそれぞれ設けた場合、リブは突出部（蓋部５の中心）に向けて高さを低くしなくてはならない。従って、蓋部５の強度が低下してしまい好ましくない。

なお、蓋部側キャップ１２は、入水ジョイント６の内部孔に対向する面が閉じられており、したがって入水ジョイント６の内部孔を通ってきた水を蓋部側キャップ１２の径方向に案内し、第１の通水路８に導くようになっている。

成型活性炭９は、円筒形状に形成されたもので、濾材容器４の底部側の端部が底部側キャップ１５とホットメルトによって接着され、中空糸膜１０側の端部が孔付きの仕切板１６とホットメルトによって接着されている。すなわち、成型活性炭９は底部側キャップ１５と仕切板１６との間に挟着されており、これら底部側キャップ１５と仕切板１６との間を径方向内方に向けて水が流れるように構成されている。成型活性炭９の内部孔９ａは、本発明における第２の通水路となるもので、仕切板１６の中心部に形成された円筒状の通水部１６ａに連通して配置されている。すなわち、成型活性炭９の内部孔９ａ（第２の通水路）に通水部１６ａが内挿されている。また、底部側キャップ１５の外周には３点の突起が設けられている。この突起によって底部側キャップ１５と濾材容器４の側面との間に隙間ができ、濾材容器４の底部まで水が流れるようになっている。この突起は１．０ｍｍ〜２．０ｍｍが好ましい。１．０ｍｍよりも小さいと水が流れにくい。さらに、カートリッジ１を横置きにした際に第１の通水路８が、横置きにした際の底面側に偏り、底部側キャップ１５と濾材容器４の底部との間にまで水が流れにくくなる。２．０ｍｍよりも大きいと、濾材量が少なくなり、充分な濾過性能を得ることができない。なお、底部側キャップ１５にもその中心部に円筒部１５ａが形成されており、この円筒部１５ａが成型活性炭９の内部孔９ａに内挿されている。また、底部側キャップ１５及び仕切り板１６には、溝が掘ってあり、この溝によりホットメルトとの接着性を向上させている。

本実施形態のように一方の端部に入水口と出水口が設けられたようなカートリッジ１の場合、底部側キャップ１５と濾材容器４の底部との間には水が滞留しやすい。特に成型活性炭９の底面側の端部が底部側キャップ１５と接着しているため、成型活性炭９の底部側の端面からは、内部孔９ａに向けて水が流入しない。したがって、水が長期間滞留してしまうことがある。そこで、底部側キャップ１５の外径は、当接する濾材容器４の内径よりも、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ小さく設けることが好ましい。この範囲に設けることにより、底部への水量を増やすことができるため、水の滞留を防ぐことができる。１．０ｍｍよりも大きいと、成形活性炭のガタツキの発生や、濾材量が減るため、好ましくない。また、０．５ｍｍよりも小さいと、濾材容器４との隙間が狭くなってしまい、底部に流れる水量を増やすことができない。

濾材容器４の底部内面４ａには、図３に示すように、底部内面４ａの中心部から外周側にかけて複数のリブ４ｂが放射状に形成されている。これらリブ４ｂは、底部側キャップ１５に向けて凸となる線状、すなわち凸条に形成されている。これらリブ４ｂを設けることにより、連結筒１３と出水ジョイント７の内部孔との嵌合が外れることを防止することができる。従って、濾材３が蓋部５から外れることを防止することができる。また、リブ４ｂを設けることにより、濾材容器４の底部の耐圧性を上げることができる。本実施形態のように、カートリッジ１は、一方の端部に入水口と出水口が設けられ、更に成形活性炭９の端面がキャップで接着されているため、底部付近に水の流れが悪い部分ができ、一部、水が長期間滞留してしまうことがある。水の流れを良くするため、リブ４ｂの高さを２．０〜５．０ｍｍとすると、底部に水が溜まらず流れるために好ましく、さらに３．０〜４．０ｍｍが好ましい。５．０ｍｍより大きいと、底部側キャップ１５と濾材容器４の底部内面４ａとの間に隙間が小さくなってしまうため水の流れが悪くなり溜まってしまう。また、２．０ｍｍよりも小さいと濾材容器４の底部の耐圧性を上げることができない。

また、成型活性炭９は、その外周面上に透水性の不織布（図示せず）が貼設されている。この不織布としては、粗いゴミを除くことができるように適当な目開きを有するものが用いられる。成型活性炭９への不織布の貼付方法としては、不織布の目開きを阻害することなく、強度、加工性等に問題のない方法であれば特に限定されないが、熱融着性繊維を使用し、加熱して貼り付ける方法が安価であり、簡便にできるため好ましい。

また、内部孔９ａ側の内面には、集水管１７が設けられている。集水管１７は、本発明における第２の通水路として実質的に機能するもので、成型活性炭９を透過してきた原水を集めて仕切板１６の通水部１６ａ側に案内するものであり、内部孔９ａ側の内面に当接する透水性の不織布（図示せず）と、その内側に設けられた円筒状の芯材（図示せず）とからなっている。

芯材は、成型活性炭９を水が流れることに伴って成型活性炭９が破損するのを防止すべく、これを補強するためのものである。このような芯材としては、通水濾過時における成型活性炭９の形態を保つことができるものであればよく、例えば円筒形状の樹脂に多数の孔を格子状に設けたものや、低融点繊維等を用いて加熱成型し、通水性を有するパイプ状に成形したものなどが用いられる。集水管１７の不織布としては、成型活性炭９の外周面上に貼設された不織布と同様のものが用いられる。

ここで、集水管１７の流路断面積、すなわち中心軸と直交する横断面の開口面積Ａ１は、前記した第１の通水路８の流路断面積Ａ２に対して、Ａ１／Ａ２＝（１／０．２）〜（１／５．３）、好ましくは（１／０．７）〜（１／３．７）となるように形成されている。集水管１７の流路断面積Ａ１を第１の通水路８の流路断面積Ａ２に対してこのような大きさに形成することで、カートリッジ１全体において充分な通水流量が確保されるようになっている。

仕切板１６は、前述したように成型活性炭９の中空糸膜１０側の端部に被着されるとともに、中空糸膜ケース１１にも被着されている。すなわち、中空糸膜１０を収容した中空糸膜ケース１１の、成型活性炭９側の開口を覆って取り付けられている。したがって、前述したように仕切板１６の中心部に形成された通水部１６ａが成型活性炭９の内部孔９ａ（第２の通水路）、詳しくは集水管１７に内挿され、連通していることにより、この通水部１６ａを介して集水管１７内（第２の通水路）と中空糸膜ケース１１内とが連通している。すなわち、集水管１７内を流れる水は通水部１６ａを通って中空糸膜ケース１１内に流入するようになっている。

次に、以上のような構成のカートリッジ１の使用方法、及びカートリッジ１における水の流れ方について説明する。
カートリッジ１は、容器本体２の全長、すなわち入水ジョイント６や出水ジョイント７の先端から濾材容器４の底面までの長さＬが２２０ｍｍ〜３００ｍｍ程度となっており、容器本体２の長さ（Ｌ）と容器本体２の最大径（ｄ）との比（Ｌ／ｄ）が、２．４以上４．３以下となっているため、全体的に小型で、かつ、スリムな形状となっている。また、長さ方向の一方の側に入水ジョイント６、出水ジョイント７を設けているので、これら入水ジョイント６、出水ジョイント７にＩＮ用ホース（入水用カプラー）、ＯＵＴ用ホース（出水用カプラー）をそれぞれ同じ方向でまとめて接続することができる。

したがって、例えばアンダーシンク内の狭小スペース、具体的には収納キャビネット内の狭小スペース、引き出しの上下間、引き出し裏、最下段の引き出し内などにカートリッジ１を配置し、ＩＮ用ホース、ＯＵＴ用ホースを接続して水栓に繋げることにより、浄水器として使用することができる。その際、カートリッジ１については、横置きでも縦置きでも使用が可能であり、したがって置き方に制限されることなく、設置場所となるスペースの形態に合わせて任意に配置することができる。

このようにＩＮ用ホース、ＯＵＴ用ホースを接続することで、ＩＮ用ホースを通って供給された水（水道原水）は、入水ジョイント６を通り、蓋部側キャップ１２に案内されて第１の通水路８に流入する。第１の通水路８に流入した水は、中空糸膜ケース１１の外側を通過して成型活性炭９の側面（外面）に流入する。なお、成型活性炭９を通過する際にはある程度の抵抗がかかるため、中空糸膜ケース１１の外側を通過してきた水は、成型活性炭９の側面全体にほぼ均一に流入する。

成型活性炭９を通過し、これによって一次濾過された水は、内部孔９ａに設けられた集水管１７内（第２の通水路）に集められ、通水部１６ａを通って中空糸膜ケース１１側に案内される。
中空糸膜ケース１１内に流入した水は、中空糸膜１０にて二次濾過され、浄化された後、蓋部側キャップ１２の連結筒１３を通って出水ジョイント７に吐出される。これにより、カートリッジ１にて浄化された水は、ＯＵＴ用ホースを通って水栓側に流れる。

このような構成からなるカートリッジ１において、濾材３は、濾材容器４の中心軸方向に沿う中空糸膜１０の長さＬ１と、同じく濾材容器４の中心軸方向に沿う成型活性炭９の長さＬ２との比（Ｌ２／Ｌ１）が、２以上４以下、好ましくは２．２以上２．８以下に形成されている。Ｌ１とＬ２との比が２よりも小さくなると、成型活性炭９の表面積が小さくなり早期目詰まりが発生したり、濾材量減少により濾過能力が低下してしまうため、頻繁に交換しなくてはいけなくなる。また、４よりも大きいと、中空糸膜１０が早期に目詰まりを起こし、中空糸膜１０を頻繁に交換しなくてはいけなくなる。

また、中空糸膜１０の有効膜面積に対する成型活性炭９の質量が、２００ｇ／ｍ２以上４００ｇ／ｍ２以下、好ましくは２７５ｇ／ｍ２以上３８０ｇ／ｍ２以下となっている。
さらに、中空糸膜１０の有効膜面積に対する成型活性炭９の有効容積が、６００ｃｃ／ｍ２以上８００ｃｃ／ｍ２以下、好ましくは６５０ｃｃ／ｍ２以上７５０ｃｃ／ｍ２以下となっている。なお、成型活性炭９の有効容積とは、内部孔９ａの容積を含まない円筒部のみの容積である。

また、濾材容器４の内容積に対する、成型活性炭９、中空糸膜１０からなる濾材３、及び蓋部側キャップ１２、中空糸膜ケース１１、仕切板１６、集水管１７、底部側キャップ１５等の各部材の体積が占める割合は、８０％以上９５％以下、好ましくは８７％以上９３％以下となっている。

このような構成のもとにカートリッジ１は、後述する実験例からも分かるように、入水ジョイント６にＩＮ用ホース（入水用カプラー）を接続し、出水ジョイント７にＯＵＴ用ホース（出水用カプラー）を接続し、注水圧力を４０ｋＰａとした際の初期流量が、３．０［リットル／分］以上に調整されている。また、「JIS S 3201:2010 家庭用浄水器試験方法」に準拠するクロロホルム濾過能力試験によるクロロホルム濾過能力が、８０００リットル以上に調整されている。

本実施形態の変更態様として、前記入水口と出水口とを区別する識別手段が設けられていてもよい。具体的には識別用の文字若しくは記号などの凹凸モールド、ラベルなどが入水口、出水口又はその近傍に設けられていてもよく、又は、入水口と出水口のいずれか一方又は両方が着色されていてもよい。

本実施形態のカートリッジ１は、アンダーシンク型浄水器（図示せず）に用いることができる。アンダーシンク型浄水器は、カートリッジ１、前記カートリッジ１を収納する収納キャビネット、カートリッジ１の入水口を水源（水道水など）に接続する入水手段、及びカートリッジ１の出水口を浄水を吐出させる出水手段等を備える。収納キャビネットは、上述したように流し台付近（好ましくは、流し台の下のスペース等）に保持されることができる手段を備えてなり、アンダーシンク型浄水器を保持する。出水手段は流し台の上の浄水ノズル（水栓）を備えていてもよい。アンダーシンク型浄水器の使用時には、水源からアンダーシンク型浄水器に水を供給し、浄水ノズルを開いて、流し台上にアンダーシンク型浄水器により浄化された浄水を得る。

以上に説明したように、本実施形態のカートリッジ１にあっては、濾材３として成型活性炭９と中空糸膜１０とを、濾材容器４の中心軸方向に沿って配置したので、容器本体２の長さ（Ｌ）と容器本体２の最大径（ｄ）との比（Ｌ／ｄ）を、２．５以上４．５以下のスリムな構造にすることができる。また、成型活性炭９の外側の第１の通水路８から内部の第２の通水路（内部孔９ａ）に向けて水を流すように構成し、さらに第２の通水路に中空糸膜１０が通じるように構成しているので、成型活性炭９と中空糸膜１０とを効率的に機能させることによって良好な浄水機能を得ることができる。したがって、スリムな構造で、しかも良好な浄水機能を有するので、例えばアンダーシンク内の狭小スペースなどにも置き方に制限されることなく容易に配置することができる。

また、濾材３を、濾材容器４の中心軸方向に沿う中空糸膜１０（Ｌ１）の長さと、同じく濾材容器４の中心軸方向に沿う成型活性炭９の長さ（Ｌ２）との比（Ｌ２／Ｌ１）が、２〜４、好ましくは２．２〜２．８となるように構成しているので、中空糸膜１０の長さに比べて成型活性炭９の中心軸方向に沿う長さを充分に長くしていることにより、成型活性炭９の濾過面積を大きくすることができる。したがって、成型活性炭９の径方向の厚さ、すなわち第１の通水路８と第２の通水路（内部孔９ａ）との間の厚さを薄くしてスリム化しても、良好な浄水機能を得ることができる。

また、中空糸膜１０の有効膜面積に対する成型活性炭９の質量を、２００ｇ／ｍ２以上４００ｇ／ｍ２以下、好ましくは２７５ｇ／ｍ２以上３８０ｇ／ｍ２以下としているので、成型活性炭９による浄水機能を高めたことにより、カートリッジ１全体として良好な浄水機能を得ることができる。
また、中空糸膜１０の有効膜面積に対する成型活性炭９の有効容積を、６００ｃｃ／ｍ２以上８００ｃｃ／ｍ２以下、好ましくは６５０ｃｃ／ｍ２以上７５０ｃｃ／ｍ２以下としているので、成型活性炭９による浄水機能を高めたことにより、カートリッジ１全体として良好な浄水機能を得ることができる。

また、特許文献１に記載されたアウトサイドスペーサやインサイドスペースを必要としないため、特許文献１の浄水器用カートリッジに比べて製造工数及び部品点数が少なくなり、したがってコストが低減する分、工業生産的に有利になる。

なお、本発明の技術範囲は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
すなわち、中空糸膜の具体的構成や、成型活性炭の具体的構成については、前記実施形態の構成に限定されることなく、適宜な変更を加えることができる。

［実験例］
次に、実験例を説明する。
（実験例１：フラックス試験）
図１、図２に示した本発明に係る実施形態に基づいて、実施例のカートリッジを作製した。この実施例のカートリッジでは、中空糸膜（三菱レイヨン株式会社製、製品名：ＥＸ２７０ＴＨ−２５）の有効膜面積を０．６４ｍ２とし、成型活性炭（クラレケミカル株式会社製）の有効容積を４５４ｃｃとし、Ｌ／ｄを３．４とし、Ｌ２／Ｌ１を２．５とした。また、比較のため、濾材として中空糸膜と粒状活性炭と繊維状活性炭を用いた市販の浄水器用カートリッジを、比較例１、比較例２として用意した。比較例１のカートリッジは、中空糸膜（三菱レイヨン株式会社製、製品名：ＥＸ２７０Ｈ−２５）の有効膜面積が０．６４ｍ２、粒状活性炭の容量が５２０ｃｃ、繊維状活性炭の容積が１５ｃｃ、Ｌ／ｄが２．１、Ｌ２／Ｌ１が１．９であった。比較例２のカートリッジは、中空糸膜の有効膜面積が０．５４ｍ２、粒状活性炭の容量が５９２ｃｃ、繊維状活性炭の容積が５０ｃｃであった。

用意した実施例、比較例１、比較例２の各カートリッジの入水ジョイント、出水ジョイントに、それぞれ長さ１５００ｍｍのＩＮ用ホース（入水用カプラー）、ＯＵＴ用ホース（出水用カプラー）を取り付けた。そして、「JIS S 3201:2010 家庭用浄水器試験方法」に準拠して、水温２０±０．２℃に調整したＡ２グレード水を原水とし、３．０［リットル／分］の濾過流量にて１０分間連続通水した後、フラックス（単位時間単位面積あたりに流れる量）を測定した。得られた結果を図４のグラフに示す。

図４より、実施例では３．０［リットル／分］の瞬時流量（フラックス）を得るために約２０ｋＰａの注水圧力が必要であったのに対し、比較例１では約４０ｋＰａの注水圧力が必要であり、比較例２では約６０ｋＰａの注水圧力が必要であった。また、同じ注水圧力では、実施例で最も大きい瞬時流量が得られた。
したがって、実施例のカートリッジは、比較例１、比較例２のカートリッジに比べて所定の瞬時流量（フラックス）を得るための圧力が充分に低く、これにより充分に高い初期流量が得られ、高い濾過流量が得られることが分かった。

（実験例２：クロロホルム濾過能力試験）
実験例１で用いた実施例、比較例１、比較例２の各カートリッジと同じカートリッジを用意した。そして、ＴＯＣ（全有機炭素）濃度を活性炭濾過によって０．５［ｍｇ／リットル］以下にし、さらに水温が２０±０．２℃、クロロホルム濃度が０．０６０±０．０１２［ｍｇ／リットル］となるように調整した水を原水とし、濾過流量を３．０［リットル／分］に一定にして、前記の各カートリッジに対して「JIS S 3201:2010 家庭用浄水器試験方法」に準拠してクロロホルム濾過能力試験を行った。得られた結果を図５のグラフに示す。

図５より、実施例は、クロロホルム除去率が８０％となるまでの積算流量（寿命）が約１１０００リットルとなり、比較例１とほぼ同じであった。また、約９０００リットルである比較例２に比べ充分に寿命が長いことが分かった。
したがって、実施例のカートリッジは、比較例１に比べて寿命（浄水性能）はほぼ同じであり、濾過流量は充分に高いことが分かった。また、比較例２に比べては、寿命（浄水性能）も濾過流量も共に充分に高いことが分かった。

本発明に係る浄水器用カートリッジによれば、スリムな構造で、しかも良好な浄水機能を有するので、例えばアンダーシンク内の狭小スペースなどにも置き方に制限されることなく容易に配置することができる。

１ 浄水器用カートリッジ
２ 容器本体
３ 濾材
４ 濾材容器
５ 蓋部
６ 入水ジョイント
７ 出水ジョイント
８ 第１の通水路
９ 成型活性炭
９ａ 内部孔（第２の通水路）
１０ 中空糸膜
Ｌ 容器本体の長さ
ｄ 容器本体の最大径

Claims (11)

1. 流し台の下のスペースに収納されるアンダーシンク型浄水器に用いる浄水器用カートリッジであって、
   筒状の濾材容器と該濾材容器の開口端側に設けられた蓋部とを有する容器本体と、前記濾材容器内に収容された濾材と、を備え、
   前記容器本体には入水口と出水口とが設けられ、
   前記濾材容器内には、前記濾材の外側に前記入水口に連通する第１の通水路が形成され、
   前記濾材は、少なくとも内部に第２の通水路を構成する空間を有する活性炭と、
   前記第２の通水路に通じるように構成された中空糸膜とから少なくとも構成され、
   前記中空糸膜は、前記活性炭の下流に配置され、
   前記第１の通水路から前記第２の通水路へ、前記活性炭を通して水が流れるように構成され、
   前記濾材容器内に収容された前記中空糸膜の長さ（Ｌ１）に対する、前記活性炭の長さ（Ｌ２）の比（Ｌ２／Ｌ１）が、２．０〜４．０で、
   前記容器本体の長さ（Ｌ）は２２０〜３００ｍｍ、前記容器本体の最大径（ｄ）は７０〜９０ｍｍで、
   前記容器本体の長さ（Ｌ）と前記容器本体の最大径（ｄ）との比（Ｌ／ｄ）が、２．４以上５．０以下で、
   前記活性炭は成型活性炭であり、
   前記活性炭と前記中空糸膜とが、前記濾材容器の中心軸方向に沿って配置され、
   前記第１の通水路の流路断面積が１．０〜８．０ｃｍ ^２ で、
   前記第１の通水路の流路断面積の平均値が３．０〜６．０ｃｍ ^２ である、浄水器用カートリッジ。
2. 流し台の下のスペースに収納されるアンダーシンク型浄水器に用いる浄水器用カートリッジであって、
   筒状の濾材容器と該濾材容器の開口端側に設けられた蓋部とを有する容器本体と、
   前記濾材容器内に収容された濾材と、を備え、
   前記容器本体には入水口と出水口とが設けられ、
   前記濾材容器内には、前記濾材の外側に前記入水口に連通する第１の通水路が形成され、
   前記濾材は、少なくとも内部に第２の通水路を構成する空間を有する活性炭と、
   前記第２の通水路を構成する空間に通じるように構成された中空糸膜とから少なくとも構成され、
   前記中空糸膜は、前記活性炭の下流に配置され、
   前記第１の通水路から前記第２の通水路へ、前記活性炭を通して水が流れるように構成され、
   前記中空糸膜の有効膜面積に対する前記活性炭の有効容積が、６００〜８００ｃｃ／ｍ^２で、
   前記容器本体の長さ（Ｌ）は２２０〜３００ｍｍ、前記容器本体の最大径（ｄ）は７０〜９０ｍｍで、
   前記容器本体の長さ（Ｌ）と前記容器本体の最大径（ｄ）との比（Ｌ／ｄ）が、２．４以上５．０以下で、
   前記活性炭は成型活性炭であり、
   前記活性炭と前記中空糸膜とが、前記濾材容器の中心軸方向に沿って配置され、
   前記第１の通水路の流路断面積が１．０〜８．０ｃｍ ^２ で、
   前記第１の通水路の流路断面積の平均値が３．０〜６．０ｃｍ ^２ である、浄水器用カートリッジ。
3. 前記中空糸膜の有効膜面積に対する前記成型活性炭の質量が、２００〜４００ｇ／ｍ^２である請求項１又は２に記載の浄水器用カートリッジ。
4. 前記蓋部の内側中心部より放射状にリブが設けられ、
   前記蓋部の内側中心部に嵌合凹部が形成され、
   前記中空糸膜を収納し前記蓋部と嵌合する中空糸膜ケースを備え、前記中空糸膜ケースに蓋部側キャップが被着され、前記蓋部側キャップに突出部が形成され、前記突出部が前記蓋部の前記嵌合凹部に嵌合するように形成されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の浄水器用カートリッジ。
5. 前記容器本体には、前記入水口と出水口とを区別する識別手段が設けられている請求項１から４のいずれか１項に記載の浄水器用カートリッジ。
6. 前記中空糸膜を収納し前記蓋部と嵌合する中空糸膜ケースを備え、前記蓋部の内側底面と、前記中空糸膜ケースの蓋部側端部における前記嵌合部以外の一部との間に、２．０〜４．０ｍｍの間隔が設けられている請求項１から５のいずれか１項に記載の浄水器用カートリッジ。
7. 前記濾材容器と前記蓋部が被着されている請求項１から６のいずれか１項に記載の浄水器用カートリッジ。
8. 前記蓋部に入水口と出水口が設けられている請求項１から７のいずれか１項に記載の浄水器用カートリッジ。
9. 前記入水口と前記出水口とは、前記蓋部の中心部以外に設けられている請求項１から８のいずれか１項に記載の浄水器用カートリッジ。
10. 前記濾材容器と前記蓋部の径方向への突出部が９．０ｍｍ以下の円筒形状である請求項１から９のいずれか１項に記載の浄水器用カートリッジ。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の浄水器用カートリッジを用いた、アンダーシンク型浄水器。

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