JP6353735B2 - フィルタ成形体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、浄水器に用いられるフィルタ成形体の製造方法に関する。

浄水器（例えば、水道の蛇口の内部に一体的に配置される蛇口一体型の浄水器、蛇口の先端に接続される蛇口接続型の浄水器等）に用いられるフィルタ成形体として、横断面が円形のものが知られている（特許文献１参照）。特許文献１において、フィルタ成形体は、浄水材としての活性炭と重合体結合材とを金型内に配置し、加熱及び加圧を行った後、冷却により硬化させることで、製造される。

特開２００１−１８７３０５号公報

蛇口のデザインの多様化により、横断面が円形ではなく、横断面が楕円形又は略楕円形のフィルタ成形体が要求されることがある。

例えば、特許文献１において、金型の内部空間の横断面を円形ではなく楕円形とし、当該金型内に浄水材及び結合材を配置し、加熱及び加圧等を行って、横断面が楕円形のフィルタ成形体を製造することが考えられる。この場合、比較的少ない工程で横断面が楕円形のフィルタ成形体を製造することができるものの、成形工程（即ち、浄水材を結合材により結合し、円柱状又は円筒状の多孔質の基体を成形する工程）で用いられる金型を内部空間の横断面が楕円形のものにすると、成形工程に要する時間が長くなり、また、成形用の高コストの金型が多数必要となる。

そこで、先ず特許文献１のように内部空間の横断面が円形の金型を用いて横断面が円形の基体を成形し（成形工程）、その後、内部空間の横断面が楕円形の別の金型を用いて基体を変形させること（変形工程）で、横断面が楕円形のフィルタ成形体を製造することが考えられる。しかしながら、変形工程で用いられる金型の内部空間の横断面が単純な楕円形の場合、変形工程の加圧時に、当該金型における楕円の短軸の両端に相当する部分が基体に接触し、当該部分に応力が集中することで、クラックが生じ易い。

本発明の目的は、横断面が略楕円形のフィルタ成形体の製造方法において、基体の横断面を円形から略楕円形に変形させる際にクラックの発生を抑制することができる製造方法を提供することにある。

本発明は、浄水器に用いられるフィルタ成形体の製造方法において、浄水材及び結合材を、内部空間の横断面が円形の第１金型内に配置し、加熱及び加圧を行った後、冷却により硬化させることで、多孔質でかつ横断面が円形の基体を成形する、成形工程と、前記成形工程の後、前記基体を、加熱により軟化させた状態で、内部空間の横断面が仮想楕円を基本として前記仮想楕円の短軸の両端以外の部分に前記仮想楕円の内側に突出した凸部を有する略楕円形の第２金型内に配置し、加圧を行った後、冷却により硬化させることで、前記基体の横断面を円形から略楕円形に変形させる、変形工程と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、成形工程で用いられる第１金型ではなく、変形工程で用いられる第２金型を、内部空間の横断面が略楕円形のものにするため（即ち、成形工程で用いられる第１金型を、内部空間の横断面が楕円形のものにする必要がないため）、第１金型を内部空間の横断面が楕円形のものにした場合に生じ得る上記問題（成形工程に要する時間が長くなり、また、成形用の高コストの金型が多数必要となる、という問題）を回避することができる。また、変形工程で用いられる第２金型の内部空間の横断面が単純な楕円形ではなく略楕円形であり、変形工程の加圧時に、第２金型における仮想楕円の短軸の両端に相当する部分と上記凸部に対応する部分とが基体に接触する。これにより、基体にかかる応力が分散され、クラックを抑制することができる。つまり、上記構成によれば、横断面が略楕円形のフィルタ成形体の製造方法において、基体の横断面を円形から略楕円形に変形させる際にクラックの発生を抑制することができる。

前記第２金型の内部空間の横断面は、前記仮想楕円の短軸及び前記仮想楕円の中心に関して対称となる位置に、複数の前記凸部を有してよい。この場合、変形工程の加圧時に、基体にかかる応力がバランスよく分散され、クラックをより確実に抑制することができる。

前記第２金型の内部空間の横断面は、前記仮想楕円の短軸の両端以外の部分に、４つの前記凸部を有してよい。この場合、凸部の数を比較的少なくしつつ、クラック抑制効果を得ることができる。

前記第２金型の内部空間の横断面は、前記仮想楕円の短軸の両端の部分に、前記仮想楕円と一致する対応円弧を有し、前記仮想楕円の長軸の両端に対応する部分が、前記対応円弧により規定される前記仮想楕円の長軸の両端よりも内側に位置してよい。この場合、変形工程の加圧開始時における、基体と第２金型との間の長軸の両端部分のギャップが、第２金型の内部空間の横断面が単純な楕円形である場合に比べ、小さくなる。これにより、クラックをより確実に抑制することができる。

前記第２金型の内部空間の横断面は、複数の円弧で構成されてよい。この場合、第２金型の設計（凸部の形成）が容易であり、低コスト化を実現することができる。

前記成形工程において、横断面の中心に孔を有する前記基体を成形し、前記変形工程において、加圧を行う前に前記基体の前記孔に芯棒を挿入し、前記孔に前記芯棒を挿入した状態で加圧を行ってよい。基体が横断面の中心に孔を有する場合、変形工程の加圧時に、基体における孔を画定する部分に応力が集中して過度な変形や座屈が生じ易い。当該部分に過度な変形や座屈が生じると、流量の均一性が損なわれ、フィルタ機能が低下してしまう。これに対し、上記構成によれば、孔に芯棒を挿入した状態で加圧を行うことで、基体が横断面の中心に孔を有する場合でも、基体における孔を画定する部分に応力集中、過度な変形、座屈等が生じ難く、ひいてはフィルタ機能の低下を防止することができる。

前記第２金型は、第１型と、前記第１型に組み付けられることで前記略楕円形の横断面を有する内部空間を形成する第２型とを含み、前記変形工程において、前記第１型に前記基体を配置した後、前記第２型を前記第１型に組み付け、前記第１型と前記第２型とで前記基体を挟んだ状態で加圧を行ってよい。この場合、変形工程の加圧作業を比較的容易に行うことができる。

前記第２金型は、前記第１型及び前記第２型に組み付けられると共に前記第２金型内に配置された前記基体における軸方向の端面を支持する第３型をさらに含み、前記変形工程において、前記第１型と前記第２型とで前記基体を挟んだ状態で加圧を行うときに、前記第３型が、前記端面を支持しつつ、前記端面の移動に伴って前記第１型及び前記第２型に対して前記軸方向に移動してよい。この場合、基体の軸方向の寸法を制御するができる。さらに、変形工程の加圧時に基体の端面が変形するのを抑制し、端面を適切な形状に維持することができる。

前記変形工程において、前記第２型の自重により加圧を行ってよい。この場合、クラックをより確実に抑制することができる。また、フィルタ成形体の密度が不均一になるのを抑制することができる。

本発明に係るフィルタ成形体の製造方法は、前記成形工程の後かつ前記変形工程の前に、前記基体の外周面に濾過部材を被覆する被覆工程をさらに備えてよい。この場合、濾過部材の被覆により、クラック抑制効果が向上する。

前記成形工程において、メルトインデックスが１．１〜２．３ｇ／１０ｍｉｎ（ＡＳＴＭ Ｄ１２３８、１９０℃、１５ｋｇＬｏａｄ）の高分子材料を前記結合材として用いてよい。メルトインデックスが１．１ｇ／１０ｍｉｎ未満の高分子材料を結合材として用いた場合、成形工程での加熱及び加圧時における高分子材料の流動性が低くなるため、浄水材を結合するのに多くの量の高分子材料（結合材）が必要となり、また、その分フィルタ成形体における浄水材の含有率が小さくなるため、浄水性能が低下してしまう。一方、メルトインデックスが２．３ｇ／１０ｍｉｎを超える高分子材料を結合材として用いた場合、成形工程での加熱及び加圧時における高分子材料の流動性が高くなるため、高分子材料が浄水材の細孔に入り込み易く、これにより浄水性能が低下し得る。上記構成によれば、これらの問題を抑制し、比較的少ない量の高分子材料（結合材）で、優れた浄水性能を得ることができる。

前記成形工程において、５〜５０質量％の前記結合材を含む前記基体を成形してよい。５質量％未満の結合材を含む基体は、変形工程の加圧時に、外周面にクラックが生じ易い。一方、５０質量％を超える結合材を含む基体は、浄水材の表面における結合材で覆われる割合が大きくなるため、浄水性能が低下してしまう。上記構成によれば、これらの問題を抑制し、クラックを抑制しつつ、優れた浄水性能を得ることができる。

前記成形工程において、密度が０．３５〜０．６５ｇ／ｃｍ³の前記基体を成形してよい。密度が０．３５ｇ／ｃｍ³未満の基体は、剛性、強度等が低く、変形工程の加圧時に割れる可能性がある。一方、密度が０．６５ｇ／ｃｍ³を超える基体は、空隙が少なくなるため、基体を通過可能な水の流量（許容流量）が低下してしまう。上記構成によれば、これらの問題を抑制し、変形工程の加圧時に基体が割れることを防止し、かつ、十分な許容流量を確保することができる。

本発明によれば、横断面が略楕円形のフィルタ成形体の製造方法において、基体の横断面を円形から略楕円形に変形させる際にクラックの発生を抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係る製造方法で製造したフィルタ成形体を用いた浄水器が水道の蛇口に装着された状態を示す一部切欠き縦断面図である。 本発明の第１実施形態に係る製造方法を示すフロー図である。 （ａ）は、成形工程の加圧時の状態を示す縦断面図である。（ｂ）は、成形工程により成形された基体を示す斜視図である。（ｃ）は、被覆工程により基体の外周面に濾過部材が被覆された状態を示す斜視図である。 （ａ）は、変形工程で用いられる第２金型の下型及び横型を示す斜視図である。（ｂ）は、第２金型の上型を示す斜視図である。（ｃ）は、第２金型の下型、横型及び上型を互いに組み付けた状態を示す斜視図である。（ｄ）は、（ｂ）の一点鎖線で囲まれた領域ＩＶＤに対応する、第２金型の上型の溝の拡大斜視図である。 図４（ｃ）のＶ−Ｖ線に沿った第２金型の横断面図である。 （ａ）は、変形工程の加圧開始前の状態を示す横断面図である。（ｂ）は、変形工程の加圧開始時の状態を示す横断面図である。（ｃ）は、変形工程の加圧完了時の状態を示す横断面図である。（ｄ）は、変形工程を経て製造されたフィルタ成形体の横断面図である。 本発明の第２実施形態に係る製造方法における、変形工程の加圧完了時の状態を示す横断面図である。 （ａ）は、比較例における変形工程の加圧開始時の状態を示す横断面図である。（ｂ）は、比較例における変形工程の加圧完了時の状態を示す横断面図である。 （ａ）は比較例、（ｂ）は第１実施例、（ｃ）は第２実施例に関する、ＣＡＥによる応力解析結果を示す横断面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

先ず、図１を参照し、本発明の第１実施形態に係る製造方法で製造したフィルタ成形体１及びこれを用いた浄水器５０の構成について説明する。

浄水器５０は、蛇口一体型のものであり、水道の蛇口６０の内部に一体的に配置されており、蛇口６０に対して着脱可能（カートリッジ式）である。蛇口６０は、ホース６１に対して着脱可能であり、先端側のシャワー部６０ａと、後端側の把持部６０ｂとを含む。把持部６０ｂの内部に、浄水器５０が挿入されている。図１には示されていないが、把持部６０ｂの内部空間の横断面は略楕円形であり、フィルタ成形体１及び浄水器５０の横断面も略楕円形となっている。

フィルタ成形体１は、中心に孔１ｘを有する筒状の基体１ａと、基体１ａの外周面を被覆する濾過部材１ｂとを有する。孔１ｘは、基体１ａの軸方向（長手方向）に延在し、基体１ａを軸方向に貫通している。

基体１ａは、結合材（例えば、ポリエチレン等の高分子材料）に浄水材（例えば、粒状、粉末状、繊維状等の活性炭）を分散させた、多数の空隙を含む多孔質の部材である。浄水材は、空隙に露出し、空隙を通る水を浄化する（即ち、当該水に含まれる有害物質（塩素、有機物等）を吸着等して除去する）機能を有する。結合材は、浄水材を結合する機能を有する。

濾過部材１ｂは、例えば合成繊維からなる不織布、織布等であり、水中の比較的大きな異物を捕捉する機能を有すると共に、基体１ａの空隙が目詰まりするのを防止する機能をも有する。

浄水器５０は、フィルタ成形体１と、フィルタ成形体１の軸方向（長手方向）一端及び他端のそれぞれに取り付けられたキャップ５１，５２とを有する。キャップ５１は、フィルタ成形体１の軸方向一端（上流側の端部）に取り付けられており、フィルタ成形体１における当該一端の端面全体（孔１ｘの開口を含む。）を覆っている。キャップ５２は、フィルタ成形体１の軸方向他端（下流側の端部）に取り付けられており、孔１ｘの開口に対応する開口を有し、フィルタ成形体１における当該他端の端面のうち孔１ｘの開口を除く部分を覆っている。即ち、孔１ｘは、浄水器５０の軸方向（長手方向）一端においてキャップ５１で閉鎖され、浄水器５０の軸方向他端においてキャップ５２で閉鎖されずに開放されている。

ホース６１から把持部６０ｂに流入した水は、フィルタ成形体１の外周面側から順に、濾過部材１ｂで濾過された後、基体１ａの内部に流入し、孔１ｘに向かって流れる。基体１ａによって濾過され、孔１ｘに流出した水は、キャップ５２の開口からシャワー部６０ａに向かって流れる。

次いで、図２を参照し、本実施形態に係るフィルタ成形体１の製造方法について説明する。

先ず、フィルタ成形体１の原料（浄化材及び結合材）を、原料における結合材の含有率が５〜５０質量％（好ましくは７〜２０質量％）となるように混合し、浄化材及び結合材が均一に分散するように攪拌する（Ｓ１）。

本実施形態では、浄水材として、異なる粒径の活性炭を混合したもの（具体的には、６０〜２００メッシュパスの粒状の活性炭と、２００メッシュパスの粉末状の活性炭とを、２対１の割合で混合したもの）を用いる。「メッシュ」は、網目の大きさを表す尺度である。「メッシュパス」は、そのメッシュを通過する全ての粒子を意味し、メッシュパスが大きいほど粒径が小さいことを示す。例えば、６０メッシュパスは、６０メッシュ（１インチ（＝２５．４ｍｍ）平方中に縦６０本横６０本の網目）の篩を通過する全ての粒子を意味する。６０メッシュパス未満の比較的大きな径の粒状の活性炭を用いると、結合材で活性炭を固めることが困難になる、基体１ａの空隙が大きくなりすぎて活性炭に接触することなく基体１ａを通過してしまう水が多くなる、等の問題が生じ得る。一方、２００メッシュパスを超える比較的小さな径の粉末状の活性炭を用いると、基体１ａにおける空隙部分が少なくなってしまい、十分な許容流量を確保できないという問題が生じ得る。本実施形態では、浄水材として、６０〜２００メッシュパスの活性炭を用いることにより、上記問題を軽減することができる。

また、本実施形態では、結合材として、平均分子量が数十万〜数百万程度の超高分子量ポリエチレンを用いる。超高分子量ポリエチレンとしては、平均粒径が１００μｍ、嵩密度が０．３ｇ／ｃｍ³未満、メルトインデックスが１．１〜２．３ｇ／１０ｍｉｎ（ＡＳＴＭ Ｄ１２３８、１９０℃、１５ｋｇＬｏａｄ）のものを用いる。「メルトインデックス」は、高分子材料の溶融時の流動性を表す尺度であり、この値が小さいほど流動性が低いことを示す。

Ｓ１の後、内部空間の横断面が円形の第１金型１０内に原料を充填する（Ｓ２）。

第１金型１０は、図３（ａ）に示すように、枠型１１、下型１２及び上型１３を有する。枠型１１、下型１２及び上型１３は、それぞれＳＵＳ３０４からなる。枠型１１は、円筒状である。下型１２は、枠型１１の外径より一回り大きな径を有する円盤状の底板１２ａと、底板１２ａの上面の中心から上方に（枠型１１の軸方向（長手方向）に）延出した中子１２ｂとを有する。底板１２ａは、枠型１１の下端が嵌合する部分を有する。中子１２ｂは、孔１ｘを形成するためのものであり、枠型１１の上端と略同じ高さまで延出している。上型１３は、枠型１１の内径と略同じ外径を有する円柱状であり、軸方向に貫通する孔１３ａを有する。

Ｓ２では、漏斗を用いる。先ず、上型１３は外しておき、枠型１１と下型１２とを組み付けた状態で、漏斗を上方から枠型１１内に挿入し、漏斗の先端を底板１２ａの上面に接触させる。そして、この状態で漏斗に原料３を投入した後、漏斗を徐々に上方に移動させて枠型１１から抜き取る。これにより、原料３が第１金型１０内に充填される。このとき、漏斗の抜き取り時の攪拌効果により、原料３における浄水材の分散状態を良好に確保することができる。また、このとき振動を加えることで、攪拌効果を高めてよい。

Ｓ２の後、原料３の加熱及び加圧を行う（Ｓ３）。Ｓ３では、先ず、所定温度（例えば、２００℃）で所定時間（例えば、１時間）加熱を行い、結合材を溶融させる。その後、図３（ａ）に示すように、孔１３ａに中子１２ｂを挿入しながら上型１３を枠型１１内に挿入し、原料３を加圧する。

Ｓ３の後、原料３を冷却により硬化させることで、多孔質でかつ横断面が円形の基体１ａ（図３（ｂ）参照）を成形する（Ｓ４）。Ｓ４で成形された基体１ａは、中心に孔１ｘを有する円筒状であり、例えば、密度が０．３５〜０．６５ｇ／ｃｍ³、外径が１０〜３００ｍｍ、孔１ｘの直径が５〜１５０ｍｍである。基体１ａの密度等は、加圧力により調整可能である。

上記Ｓ１〜Ｓ４の工程が、本発明の成形工程に相当する。

Ｓ４の後、基体１ａを第１金型１０から取り出し、基体１ａの外周面に濾過部材１ｂを被覆する（Ｓ５：被覆工程）。

基体１ａを第１金型１０から取り出す際は、先ず、下型１２を枠型１１から外し、その後、上型１３を下側に押し込むことにより、基体１ａを下方に移動させて枠型１１から押し出す。その後、Ｓ５では、基体１ａの外周面に濾過部材１ｂを巻き付け、濾過部材１ｂの端部同士をアイロン等で１００℃程度に加熱して熱融着する。濾過部材１ｂの巻き付けは、手作業で行ってもよいし、専用の装置を用いて行ってもよい。

本実施形態では、濾過部材１ｂとして、坪量（面密度）が１５〜６０ｇ／ｍ²の、ポリエチレン系の合成繊維からなる不織布を用いる。

Ｓ５の後、外周面が濾過部材１ｂで被覆された基体１ａを、加熱（例えば、１４０〜１８０℃程度の熱風オーブンに入れること等）により軟化させる（Ｓ６）。

Ｓ６の後、軟化した状態の基体１ａを、第２金型２０内に配置する（Ｓ７）。

第２金型２０は、図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、下型２１、上型２２及び横型２３を有する。下型２１、上型２２及び横型２３は、それぞれＳＵＳ３０４からなる。下型２１、上型２２及び横型２３は、互いに組み付けられることで、略楕円形の横断面を有する内部空間を形成する（図５参照）。

下型２１は、図４（ａ）に示すように、第２金型２０の下側部分を構成すると共に一方向に長尺な略直方体形状の本体２１ｘと、本体２１ｘの長手方向一端において上方に突出した突出部２１ｙと、本体２１ｘの長手方向他端に設けられた凹部２１ｚとを有する。凹部２１ｚは、横型２３が着脱可能に組み付けられる部分である。本体２１ｘの上面には、長手方向に沿った溝２１ｘａが形成されている。

上型２２は、図４（ｂ）に示すように、第２金型２０の上側部分を構成すると共に一方向に長尺な略直方体形状の本体２２ｘと、本体２２ｘの長手方向一端に設けられた凹部２２ｙと、本体２２ｘの長手方向他端に設けられた凹部２２ｚとを有する。下型２１、上型２２及び横型２３を互いに組み付けたとき、凹部２２ｙに突出部２１ｙが収容され、凹部２２ｚに横型２３のうち凹部２１ｚから突出した上側部分が収容される。本体２２ｘの下面には、長手方向に沿った溝２２ｘａが形成されている。

横型２３は、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、略直方体形状であり、下型２１の凹部２１ｚ及び上型２２の凹部２２ｚ内に、下型２１及び上型２２の長手方向（基体１ａの軸方向）に移動可能に、配置される。

本体２１ｘ，２２ｘにおける溝２１ｘａ，２２ｘａを画定する面と、突出部２１ｙにおける溝２１ｘａ，２２ｘａに対向する面２１ｙａと、横型２３における溝２１ｘａ，２２ｘａに対向する面２３ａとが、第２金型２０の内部空間を構成する。ここで、本体２１ｘ，２２ｘにおける溝２１ｘａ，２２ｘａを画定する面は、基体１ａの外周面を（本実施形態では濾過部材１ｂを介して）支持する。突出部２１ｙの面２１ｙａは、基体１ａにおける軸方向の一端側の端面を支持する。横型２３の面２３ａは、基体１ａにおける軸方向の他端側の端面を支持する。

本体２１ｘ，２２ｘにおける溝２１ｘａ，２２ｘａを画定する面は、切削加工により、凹凸状に形成されている。

具体的には、第２金型２０の内部空間の横断面は、図５に示すように、仮想楕円２５を基本とした略楕円形であり、仮想楕円２５の短軸２５ａの両端以外の部分に、仮想楕円２５の内側に突出した４つの凸部２０ｐを有する。４つの凸部２０ｐは、仮想楕円２５の短軸２５ａ及び仮想楕円２５の中心Ｏに関して対称となる位置に設けられている。また、第２金型２０の内部空間の横断面は、４つの円弧２０ｃ１〜２０ｃ４で構成されており、仮想楕円２５の長軸２５ｂの両端に対応する部分２０ｂがそれぞれ長軸２５ｂの両端よりも内側に位置している。

Ｓ７では、下型２１に横型２３を組み付けた状態で（図４（ａ）参照）、下型２１の溝２１ｘａに基体１ａを配置する（図６（ａ）参照）。

Ｓ７の後、上型２２を下型２１に組み付け（図６（ｂ）参照）、下型２１と上型２２とで基体１ａを挟んだ状態で、上型２２の自重により加圧を行う（Ｓ８）。Ｓ８（加圧）の開始時は、図６（ｂ）に示すように、第２金型２０における仮想楕円２５の短軸２５ａの両端に相当する部分２０ａと凸部２０ｐに対応する部分とが、基体１ａに接触する。つまり、Ｓ８（加圧）の開始時において、加圧点は、横断面視で上記の計６か所である。そして、このように加圧点を分散させた状態で加圧を行っていくと、基体１ａは、上下方向に圧縮され、横断面が円形から略楕円形に変形する（図６（ｂ），（ｃ）参照）。図６（ｂ），（ｃ）では、第２金型２０から基体１ａに伝達される主な応力のベクトルを矢印で示している。このとき、濾過部材１ｂも、基体１ａの外周面に密着しながら変形する。また、このとき基体１ａは、一端側の端面が突出部２１ｙの面２１ｙａに支持されかつ他端側の端面が横型２３の面２３ａに支持されながら、上記圧縮に伴い軸方向に伸長する。横型２３は、基体１ａが軸方向に伸長するとき、基体１ａの端面を支持しつつ、当該端面の移動に伴って下型２１及び上型２２に対して軸方向に移動する。

Ｓ８の後、基体１ａを冷却（例えば、３０分〜１時間程度放置すること）により硬化させる（Ｓ９）。そして、基体１ａを第２金型２０から取り出すと、多孔質でかつ横断面が略楕円形のフィルタ成形体１が得られる（図６（ｄ）参照）。

上記Ｓ６〜Ｓ９の工程が、本発明の変形工程に相当する。

以上に述べたように、本実施形態によれば、成形工程（Ｓ１〜Ｓ４）で用いられる第１金型１０ではなく、変形工程（Ｓ６〜Ｓ９）で用いられる第２金型２０を、内部空間の横断面が略楕円形のものにするため（即ち、成形工程で用いられる第１金型１０を、内部空間の横断面が楕円形のものにする必要がないため）、第１金型１０を内部空間の横断面が楕円形のものにした場合に生じ得る問題（成形工程に要する時間が長くなり、また、成形用の高コストの金型が多数必要となる、という問題）を回避することができる。また、変形工程で用いられる第２金型２０の内部空間の横断面が単純な楕円形ではなく略楕円形であり、変形工程の加圧時に、第２金型２０における仮想楕円２５の短軸２５ａの両端に相当する部分２０ａと凸部２０ｐに対応する部分とが基体１ａに接触する（図６（ｂ）参照）。これにより、基体１ａにかかる応力が分散され、クラックを抑制することができる。つまり、上記構成によれば、横断面が略楕円形のフィルタ成形体１の製造方法において、基体１ａの横断面を円形から略楕円形に変形させる際にクラックの発生を抑制することができる。

第２金型２０の内部空間の横断面は、仮想楕円２５の短軸２５ａ及び仮想楕円２５の中心Ｏに関して対称となる位置に、複数の凸部２０ｐを有する（図５参照）。この場合、変形工程の加圧時に、基体１ａにかかる応力がバランスよく分散され、クラックをより確実に抑制することができる。

第２金型２０の内部空間の横断面は、仮想楕円２５の短軸２５ａの両端以外の部分に、４つの凸部２０ｐを有する。この場合、凸部２０ｐの数を比較的少なくしつつ、クラック抑制効果を得ることができる。

第２金型２０の内部空間の横断面は、仮想楕円２５の長軸２５ｂの両端に対応する部分２０ｂが、仮想楕円２５の長軸２５ｂの両端よりも内側に位置している（図５参照）。この場合、変形工程の加圧開始時における、基体１ａと第２金型２０との間の長軸２５ｂの両端部分のギャップＧ（図６（ｂ）参照）が、第２金型２０の内部空間の横断面が単純な楕円形である場合（後述する比較例に関する図８（ａ）のギャップＧ’参照）に比べ、小さくなる。これにより、クラックをより確実に抑制することができる。

第２金型２０の内部空間の横断面は、複数の円弧２０ｃ１〜２０ｃ４で構成されている。この場合、第２金型２０の設計（凸部２０ｐの形成）が容易であり、低コスト化を実現することができる。

第２金型２０は、下型２１と、下型２１に組み付けられることで略楕円形の横断面を有する内部空間を形成する上型２２とを含む。変形工程（Ｓ６〜Ｓ９）において、Ｓ７で下型２１に基体１ａを配置した後、上型２２を下型２１に組み付け、下型２１と上型２２とで基体１ａを挟んだ状態で加圧を行う。この場合、変形工程の加圧作業を比較的容易に行うことができる。

第２金型２０は、下型２１及び上型２２に組み付けられると共に第２金型２０内に配置された基体１ａにおける軸方向の端面を支持する横型２３をさらに含む。変形工程（Ｓ６〜Ｓ９）において、下型２１と上型２２とで基体１ａを挟んだ状態で加圧を行うときに、横型２３が、基体１ａの端面を支持しつつ、当該端面の移動に伴って下型２１及び上型２２に対して軸方向に移動する。この場合、基体１ａの軸方向の寸法を制御するができる。さらに、変形工程の加圧時に基体１ａの端面が変形するのを抑制し、端面を適切な形状に維持することができる。

変形工程において、上型２２の自重により加圧を行う。この場合、クラックをより確実に抑制することができる。また、フィルタ成形体１の密度が不均一になるのを抑制することができる。

本実施形態に係るフィルタ成形体１の製造方法は、成形工程（Ｓ１〜Ｓ４）の後かつ変形工程（Ｓ６〜Ｓ９）の前に、基体１ａの外周面に濾過部材１ｂを被覆する被覆工程（Ｓ５）をさらに備えている。この場合、濾過部材１ｂの被覆により、クラック抑制効果が向上する。

成形工程において、メルトインデックスが１．１〜２．３ｇ／１０ｍｉｎ（ＡＳＴＭ Ｄ１２３８、１９０℃、１５ｋｇＬｏａｄ）の高分子材料を結合材として用いる。メルトインデックスが１．１ｇ／１０ｍｉｎ未満の高分子材料を結合材として用いた場合、成形工程での加熱及び加圧時における高分子材料の流動性が低くなるため、浄水材を結合するのに多くの量の高分子材料（結合材）が必要となり、また、その分フィルタ成形体１における浄水材の含有率が小さくなるため、浄水性能が低下してしまう。一方、メルトインデックスが２．３ｇ／１０ｍｉｎを超える高分子材料を結合材として用いた場合、成形工程での加熱及び加圧時における高分子材料の流動性が高くなるため、高分子材料が浄水材の細孔に入り込み易く、これにより浄水性能が低下し得る。上記構成によれば、これらの問題を抑制し、比較的少ない量の高分子材料（結合材）で、優れた浄水性能を得ることができる。

成形工程において、５〜５０質量％の結合材を含む基体１ａを成形する。５質量％未満の結合材を含む基体１ａは、変形工程の加圧時に、外周面にクラックが生じ易い。一方、５０質量％を超える結合材を含む基体１ａは、浄水材の表面における結合材で覆われる割合が大きくなるため、浄水性能が低下してしまう。上記構成によれば、これらの問題を抑制し、クラックを抑制しつつ、優れた浄水性能を得ることができる。

成形工程において、密度が０．３５〜０．６５ｇ／ｃｍ³の基体１ａを成形する。密度が０．３５ｇ／ｃｍ³未満の基体１ａは、剛性、強度等が低く、変形工程の加圧時に割れる可能性がある。一方、密度が０．６５ｇ／ｃｍ³を超える基体１ａは、空隙が少なくなるため、基体１ａを通過可能な水の流量（許容流量）が低下してしまう。上記構成によれば、これらの問題を抑制し、変形工程の加圧時に基体１ａが割れることを防止し、かつ、十分な許容流量を確保することができる。

続いて、図７を参照し、本発明の第２実施形態に係る製造方法について説明する。

本実施形態に係る製造方法は、Ｓ７の後かつＳ８の前に孔１ｘに芯棒３０を挿入し、孔１ｘに芯棒３０を挿入した状態でＳ８（加圧）を行う点を除き、第１実施形態に係る製造方法と同じである。芯棒３０は、剛な材料（例えば、ＳＵＳ３０４）からなり、孔１ｘと略同じ直径及び長さを有する円柱状の部材である。

基体１ａが横断面の中心に孔１ｘを有する場合、変形工程の加圧時に、基体１ａにおける孔１ｘを画定する部分に応力が集中して過度な変形や座屈が生じ易い。当該部分に過度な変形や座屈が生じると、流量の均一性が損なわれ、フィルタ機能が低下してしまう。これに対し、上記構成によれば、孔１ｘに芯棒３０を挿入した状態で加圧を行うことで、基体１ａが横断面の中心に孔１ｘを有する場合でも、基体１ａにおける孔１ｘを画定する部分に応力集中、過度な変形、座屈等が生じ難く、ひいてはフィルタ機能の低下を防止することができる。

本発明者等は、上述した第１及び第２実施形態の方法に基づいてそれぞれ第１実施例及び第２実施例に係るフィルタ成形体を製造し、また、内部空間の横断面が単純な楕円形の金型を用いた点を除き第１実施形態と同様の方法に基づいて比較例に係るフィルタ成形体を製造して、これらフィルタ成形体におけるクラックの有無を検証し、さらに、これらフィルタ成形体に関するＣＡＥによる応力解析を行った。以下、詳細に説明する。

＜第１実施例＞
第１実施例は、第１実施形態の方法（図２参照）で製造したものである。

第１実施例では、浄水材として、６０〜２００メッシュパスの粒状の活性炭と、２００メッシュパスの粉末状の活性炭とを、２対１の割合で混合したものを用い、結合材として、平均分子量が２０万〜５００万の高分子量でメルトインデックスが１．５ｇ／１０ｍｉｎ（ＡＳＴＭ Ｄ１２３８、１９０℃、１５ｋｇＬｏａｄ）の超高分子量ポリエチレン（Ticona Gmbh製、HostalenGUR2105）を用いた。そして、原料（浄化材及び結合材）を、原料における結合材の含有率が８質量％となるように混合し、攪拌した（Ｓ１）。その後、第１実施形態のとおり、漏斗を用いて充填（Ｓ２）を行い、加熱及び加圧（Ｓ３）を行った。Ｓ３では、２００℃で１時間加熱を行い、加圧力を調整して、冷却により硬化させること（Ｓ４）で、密度が０．５０ｇ／ｃｍ³、外径が２５ｍｍ、長さが１２０ｍｍ、孔１ｘの直径が９ｍｍの基体１ａを成形した。Ｓ４の後、濾過部材１ｂとしてポリエチレン系の合成繊維からなる不織布を用い、濾過部材１ｂを基体１ａの外周面に巻き付けて１００℃のアイロンで熱融着することで、基体１ａの外周面に濾過部材１ｂを被覆した（Ｓ５）。Ｓ５の後、外周面が濾過部材１ｂで被覆された基体１ａを、１５０℃の熱風オーブンに入れて３０分間加熱して軟化させ（Ｓ６）、下型２１の溝２１ｘａに配置した（Ｓ７）。Ｓ７の後、上型２２を下型２１に組み付け、下型２１と上型２２とで基体１ａを挟んだ状態で、上型２２の自重により加圧を行った（Ｓ８）。そして当該状態を３０分維持した後、基体１ａを冷却により硬化させ（Ｓ９）、多孔質でかつ横断面が略楕円形のフィルタ成形体１を得た。

第１実施例のフィルタ成形体１において、クラックの発生は見られなかった。

＜第２実施例＞
第２実施例は、第２実施形態の方法（図７参照）で製造したものである。芯棒３０として、ＳＵＳ３０４からなり、孔１ｘと同じ直径及び長さを有する円柱状の部材を用いた。第２実施例のフィルタ成形体１においても、クラックの発生は見られなかった。また、第２実施例のフィルタ成形体１では、芯棒３０を用いたため、特に、基体１ａにおける孔１ｘを画定する部分に過度な変形が生じなかった。

＜比較例＞
比較例は、第２金型２０の代わりに内部空間の横断面が単純な楕円形（短軸の長さ２３ｍｍ、長軸の長さ２９ｍｍ）の金型１２０（図８参照）を用いた点を除き、第１実施形態と同様の方法（図２参照）で製造したものである。

比較例では、下型１２１と上型１２２とで基体１ａを挟んだ状態で加圧を開始するとき、図８（ａ）に示すように、金型１２０における仮想楕円２５の短軸２５ａの両端に相当する部分１２０ａが基体１ａに接触する。つまり、Ｓ８（加圧）の開始時において、加圧点は、横断面視で上記の計２か所のみである。また、このとき、基体１ａと金型１２０との間の長軸２５ｂの両端部分のギャップＧ’は、第１実施形態のように第２金型２０の内部空間の横断面が略楕円形である場合（図６（ｂ）のギャップＧ参照）に比べ、大きい。そして、このように加圧点が２か所に集中した状態で加圧を行っていくと、基体１ａは、上下方向に圧縮され、横断面が円形から楕円形に変形する（図８（ａ），（ｂ）参照）。図８（ａ），（ｂ）では、金型１２０から基体１ａに伝達される主な応力のベクトルを矢印で示している。

比較例のフィルタ成形体では、基体１ａにおける孔１ｘを画定する部分の上下２か所（加圧方向に関して部分１２０ａと対向する箇所）に、クラックＣの発生が見られた（図８（ｂ）参照）。

ＣＡＥによる応力解析により、比較例（図９（ａ））では、基体１ａにおける孔１ｘを画定する部分の上下２か所（加圧方向に関して部分１２０ａと対向する箇所）に、特に大きな応力（最大１４５ＭＰａ）が発生することがわかった。これに対し、第１実施例（図９（ｂ））及び第２実施例（図９（ｃ））では、基体１ａにおける孔１ｘを画定する部分に生じる応力は、それぞれ最大応力６５ＭＰａ，３８ＭＰａであり、比較例に比べて小さいことがわかった。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。

・浄水材として、異なる粒径の活性炭を混合して用いることに限定されず、同じ粒径の活性炭を用いてもよい。また、浄水材として、繊維状の活性炭を用いてもよく、粒状又は粉末状の活性炭と繊維状の活性炭とを混合して用いてもよい。さらに、浄水材として、活性炭以外の材料（例えば、中空糸等）を用いてもよい。「中空糸」は、軸中心に中空孔を有する糸であり、中空孔を画定する壁がポリエチレン等で構成された多孔質のものである。
・結合材として、メルトインデックスが任意の値の高分子材料を用いてもよく、また、ポリエチレン等の高分子材料に限定されず、浄水材を結合する機能を有する任意の材料を用いてよい。また、原料における結合材の含有率も特に限定されない。
・濾過部材は、ポリプロピレン系、ポリビニルアルコール系、ポリアクリロニトリル系、ポリ塩化ビニル系等の合成繊維からなってもよく、また、その他任意の繊維からなってもよい。さらに、濾過部材は、不織布に限定されず、織布であってもよく、或いは、不織布及び織布以外の部材であってもよい。
・基体の横断面の中心に形成された孔は、基体の軸方向に貫通することに限定されず、止まり穴であってもよい。また、基体は横断面の中心に孔を有さなくてもよい。
・成形工程で成形される基体の密度は、０．３５〜０．６５ｇ／ｃｍ³に限定されない。
・成形工程で、漏斗を用いず、他の手段により、第１金型内に原料を配置してもよい。
・成形工程において、原料（浄水材及び結合材）に任意の添加物（例えば、抗菌材、鉛除去材等）を添加してもよい。
・成形工程及び変形工程の各工程において、加熱及び加圧を同時に行ってもよい（即ち、加熱しながら加圧を行ってもよい）。
・１の基体から１のフィルタ成形体を製造することに限定されず、１の基体から複数のフィルタ成形体を製造してもよい。例えば、成形工程において１の長尺な基体を成形し、当該基体を切断し分割した各基体を変形工程で変更させることで、複数のフィルタ成形体を製造してもよい。
・変形工程において、第３型を第１型に組み付けた状態で、基体を第１型に配置し、その後第２型を第１型に組み付けることに限定されない。例えば、基体を第１型に配置した後かつ第２型を第１型に組み付ける前、又は、基体を第１型に配置した後に第２型を第１型に組み付けてから加圧を開始する前に、第３型を組み付けてもよい。また、変形工程において、第３型を用いなくてもよい（つまり、第２金型が第３型を含まなくてもよい）。
・変形工程における加圧は、第２型の自重によることに限定されず、例えば、製造者が第２金型の上から手で押さえ付けたり、機械でプレスしたりしてもよい。
・第２金型は、切削加工に限定されず、他の手段（例えば、プレス加工、金属板の貼り付け等）により、内部空間の横断面の形状が略楕円形に形成されてもよい。
・第２金型の内部空間の横断面において、仮想楕円の短軸の両端以外の部分に設けられた凸部の数は、４に限定されず、１以上の任意の自然数であってよい。また、凸部の位置は、仮想楕円の短軸及び仮想楕円の中心に関して対称となる位置に限定されず、任意である。また、第２金型の内部空間の横断面は、仮想楕円の長軸の両端に対応する部分が、仮想楕円の長軸の両端よりも内側に位置していなくてもよい。第２金型の内部空間の横断面は、複数の円弧で構成されなくてもよい。第２金型の内部空間の横断面において、仮想楕円の短軸の両端に対応する部分が、仮想楕円の短軸の両端よりも内側に位置してもよい（即ち、当該部分が凹となってもよい）。
・被覆工程において、濾過部材を、基体の外周面のみではなく、基体の端面を被覆するように設けてもよい。
・被覆工程において、濾過部材を被覆する方法は、熱溶着に限定されず、任意である。
・被覆工程を、変形工程の後に行ってもよい。また、被覆工程は、本発明において必須ではなく、省略してもよい。
・芯棒を用いる場合において、孔に芯棒を挿入するタイミングは、変形工程で加圧を行う前である限りは、任意であり、例えば基体を加熱により軟化させる前及び後のいずれであってもよい。
・第１金型、第２金型及び芯棒の材料は、任意であり、ＳＵＳ３０４に限定されず、アルミ等であってもよい。
・フィルタ成形体は、蛇口一体型の浄水器の他、蛇口接続型の浄水器等、任意の浄水器に適用可能である。
・フィルタ成形体は、カートリッジ式の浄水器に用いられることに限定されず、蛇口に対して固定された（即ち、交換不能に取り付けられた）浄水器に用いられてもよい。
・フィルタ成形体は、上水に限定されず、中水や下水の処理にも適用可能である。

１ フィルタ成形体
１ａ 基体
１ｂ 濾過部材
１ｘ 孔
３ 原料
１０ 第１金型
２０ 第２金型
２０ｃ１〜２０ｃ４ 円弧
２０ｐ 凸部
２１ 下型（第１型）
２２ 上型（第２型）
２３ 横型（第３型）
２５ 仮想楕円
２５ａ 短軸
２５ｂ 長軸
３０ 芯棒
５０ 浄水器
６０ 蛇口
６１ ホース

Claims (13)

1. 浄水器に用いられるフィルタ成形体の製造方法において、
   浄水材及び結合材を、内部空間の横断面が円形の第１金型内に配置し、加熱及び加圧を行った後、冷却により硬化させることで、多孔質でかつ横断面が円形の基体を成形する、成形工程と、
   前記成形工程の後、前記基体を、加熱により軟化させた状態で、内部空間の横断面が仮想楕円を基本として前記仮想楕円の短軸の両端以外の部分に前記仮想楕円の内側に突出した凸部を有する略楕円形の第２金型内に配置し、加圧を行った後、冷却により硬化させることで、前記基体の横断面を円形から略楕円形に変形させる、変形工程と、
   を備えたことを特徴とする、フィルタ成形体の製造方法。
2. 前記第２金型の内部空間の横断面は、前記仮想楕円の短軸及び前記仮想楕円の中心に関して対称となる位置に、複数の前記凸部を有することを特徴とする、請求項１に記載のフィルタ成形体の製造方法。
3. 前記第２金型の内部空間の横断面は、前記仮想楕円の短軸の両端以外の部分に、４つの前記凸部を有することを特徴とする、請求項２に記載のフィルタ成形体の製造方法。
4. 前記第２金型の内部空間の横断面は、前記仮想楕円の短軸の両端の部分に、前記仮想楕円と一致する対応円弧を有し、前記仮想楕円の長軸の両端に対応する部分が、前記対応円弧により規定される前記仮想楕円の長軸の両端よりも内側に位置していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のフィルタ成形体の製造方法。
5. 前記第２金型の内部空間の横断面は、複数の円弧で構成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のフィルタ成形体の製造方法。
6. 前記成形工程において、横断面の中心に孔を有する前記基体を成形し、
   前記変形工程において、加圧を行う前に前記基体の前記孔に芯棒を挿入し、前記孔に前記芯棒を挿入した状態で加圧を行うことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のフィルタ成形体の製造方法。
7. 前記第２金型は、第１型と、前記第１型に組み付けられることで前記略楕円形の横断面を有する内部空間を形成する第２型とを含み、
   前記変形工程において、前記第１型に前記基体を配置した後、前記第２型を前記第１型に組み付け、前記第１型と前記第２型とで前記基体を挟んだ状態で加圧を行うことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のフィルタ成形体の製造方法。
8. 前記第２金型は、前記第１型及び前記第２型に組み付けられると共に前記第２金型内に配置された前記基体における軸方向の端面を支持する第３型をさらに含み、
   前記変形工程において、前記第１型と前記第２型とで前記基体を挟んだ状態で加圧を行うときに、前記第３型が、前記端面を支持しつつ、前記端面の移動に伴って前記第１型及び前記第２型に対して前記軸方向に移動することを特徴とする、請求項７に記載のフィルタ成形体の製造方法。
9. 前記変形工程において、前記第２型の自重により加圧を行うことを特徴とする、請求項７又は８に記載のフィルタ成形体の製造方法。
10. 前記成形工程の後かつ前記変形工程の前に、前記基体の外周面に濾過部材を被覆する被覆工程をさらに備えたことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のフィルタ成形体の製造方法。
11. 前記成形工程において、メルトインデックスが１．１〜２．３ｇ／１０ｍｉｎ（ＡＳＴＭ Ｄ１２３８、１９０℃、１５ｋｇＬｏａｄ）の高分子材料を前記結合材として用いることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のフィルタ成形体の製造方法。
12. 前記成形工程において、５〜５０質量％の前記結合材を含む前記基体を成形することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のフィルタ成形体の製造方法。
13. 前記成形工程において、密度が０．３５〜０．６５ｇ／ｃｍ³の前記基体を成形することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のフィルタ成形体の製造方法。