JP7356458B2 - 浄水用フィルター及びそれを用いた浄水器 - Google Patents

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Description

本発明は、活性炭を含む浄水用フィルター、及び、それを用いた浄水器に関する。
近年、水道水の水質に関する安全衛生上の関心が高まってきており、水道水中に含まれる遊離残留塩素、トリハロメタン類などのＶＯＣ（揮発性有機化合物）、鉛、農薬、カビ臭などの有害物質を除去することが望まれている。
特に、雑菌繁殖を防止するために水道水等に利用されている塩素は無毒な物質ではなく、残留塩素濃度の高い水道水で髪や肌を洗浄すると髪や肌の蛋白質を変性させて傷めてしまうおそれがある。また、水道水中に溶存している微量のトリハロメタンは、発ガン性物質であることが疑われている。近年の健康志向の高まりの中で、浄水器を用いて水道水等からトリハロメタン等を除去することが望まれている。
水道水を浄水する手段としては、水道蛇口に取り付ける浄水器の他に、ピッチャー型浄水器や浄水式ウオーターサーバー等、自重でろ過可能な浄水器が知られている。例えば、特許文献１には、浄化剤を充填したケースや、水を導入する導水口を有するカートリッジ本体を備える浄水カートリッジが報告されている。
この浄水カートリッジでは、よりスムーズに水を導入できるように、水の流れを阻害する気泡の影響を受けないように、カートリッジを充填したケース内部に所定の包装材（真空脱気させた包装材、水を充填させた包装材または炭酸ガスを充填させた包装材）を備えている。
しかし、自重でろ過可能な浄水器において、有害物質や濁りの除去率のさらなる向上が望まれており、さらには、長期間の利用が可能な浄水器への要望も高い。
そこで、濁りや有害物質に対する優れたろ過（除去）能力を保持しつつ、目詰まりが起こりにくい、自重ろ過可能な浄水用フィルターが求められているのが現状である。
特開２０１０－１６２４９２号公報
本発明者等は、上記課題を解決するために、浄水用フィルターについて詳細に検討を重ねた結果、下記構成により上記課題を解決し得ることを見出し、この知見に基づいて更に検討を重ねることによって本発明を完成した。
すなわち、本発明の一局面に係る浄水用フィルターは、第一支持体と、活性炭及び繊維状バインダーを含む活性炭層と、第二支持体とを含み、前記活性炭の、体積基準の累積分布の１０％粒子径（Ｄ１０）が１９～９０μｍ、体積基準の累積分布の５０％粒子径（Ｄ５０）が１２０～１８０μｍ、体積基準の累積分布の９０％粒子径（Ｄ９０）が１８０～２５０μｍであり、前記第一支持体の通気抵抗が０．５～１０ｍｍＨ２Ｏであり、前記第二支持体の通気抵抗が０．５～７ｍｍＨ２Ｏであり、前記活性炭層の厚みが３～１０ｍｍであることを特徴とする。
図１は、本実施形態の吸着フィルターを調製するための型枠の斜視図を示す。 図２は、図１の型枠を用いて得られる第一支持体と活性炭層とを有する成型体の一例を示す斜視図である。 図３は、図１に示す型枠を用いて吸着フィルター用スラリーを吸引して得られる予備成型体の一例を示す。 図４は、実施例で使用した自動研削機の模式図である。
以下、本発明に係る実施形態について具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるわけではない。
（浄水用フィルター）
本実施形態の浄水用フィルターは、第一支持体と、活性炭及び繊維状バインダーを含む活性炭層と、第二支持体とを含み、前記活性炭の、体積基準の累積分布の１０％粒子径（Ｄ１０）が１９～９０μｍ、体積基準の累積分布の５０％粒子径（Ｄ５０）が１２０～１８０μｍ、体積基準の累積分布の９０％粒子径（Ｄ９０）が１８０～２５０μｍであり、前記第一支持体の通気抵抗が０．５～１０ｍｍＨ２Ｏであり、前記第二支持体の通気抵抗が０．５～７ｍｍＨ２Ｏであり、前記活性炭層の厚みが３～１０ｍｍであることを特徴とする。
このような構成によれば、優れた液透過性および高吸着性能を有し、特に、クロロホルムや溶解性鉛等の有害物質や濁りに対するろ過（除去）能力に優れ、かつ目詰まりを起こしにくい浄水用フィルターを提供できる。
本実施形態の浄水用フィルターにおける各構成について説明する。
（活性炭層）
本実施形態の活性炭層は、活性炭及び繊維状バインダーを含む。
本実施形態の活性炭層に含まれる活性炭は、体積基準の累積分布の１０％粒子径（Ｄ１０）が１９～９０μｍ、体積基準の累積分布の５０％粒子径（Ｄ５０）が１２０～１８０μｍ、体積基準の累積分布の９０％粒子径（Ｄ９０）が１８０～２５０μｍであれば、特に限定はされない。Ｄ１０、Ｄ５０及びＤ９０の全てが上記範囲内の粒子径を有する活性炭を使用することによって、優れた液透過性及び高吸着性能、特に、クロロホルムや溶解性鉛等の有害物質や濁りに対するろ過（除去）能力に優れる浄水用フィルターを得ることができると考えられる。
本実施形態において、上記Ｄ１０、Ｄ５０およびＤ９０の数値はレーザー回折・散乱法により測定した値であり、例えば、マイクロトラック・ベル社製の湿式粒度分布測定装置（マイクロトラックＭＴ３３００ＥＸ ＩＩ）などにより測定できる。
なお、活性炭層が複数種類の活性炭を含む場合は、活性炭混合物として粒子径を測定し、その値を活性炭層に含まれる活性炭のＤ１０、Ｄ５０およびＤ９０とする。
上記Ｄ１０は、好ましくは２５～８０μｍ、より好ましくは３０～４０μｍである。上記Ｄ５０は、好ましくは１２５～１５５μｍであり、より好ましくは１４０～１５０μｍである。上記Ｄ９０は、好ましくは２００～２２０μｍであり、より好ましくは２０５～２２０μｍであり、さらに好ましくは２１０～２２０μｍである。
前記活性炭としては、Ｄ１０、Ｄ５０及びＤ９０の全てが上記範囲内にある限り市販のものを使用することも可能であるが、例えば、炭素質材料を炭化及び／ 又は賦活することによって得られる活性炭を使用することもできる。炭化を必要とする場合は、通常、酸素又は空気を遮断して、例えば、４００～８００℃、好ましくは５００～８００℃、さらに好ましくは５５０～７５０℃程度で行うことができる。賦活法としては、ガス賦活法、薬品賦活法のいずれの賦活法も採用でき、ガス賦活法と薬品賦活法とを組み合わせてもよいが、特に、浄水用として使用する場合、不純物の残留の少ないガス賦活法が好ましい。ガス賦活法は炭化された炭素質材料を、通常、例えば、７００～１１００℃、好ましくは８００～９８０℃、さらに好ましくは８５０～９５０℃程度で、賦活ガス（例えば、水蒸気、二酸化炭素ガスなど）と反応させることにより行うことができる。安全性及び反応性を考慮すると水蒸気を１０～４０容量％含有する水蒸気含有ガスが好ましい。賦活時間及び昇温速度は特に限定されず、選択する炭素質材料の種類、形状、サイズにより適宜選択できる。
前記炭素質材料としては、特に限定されないが、例えば植物系炭素質材料（例えば、木材、鉋屑、木炭、ヤシ殻やクルミ殻などの果実殻、果実種子、パルプ製造副生成物、リグニン、廃糖蜜などの植物由来の材料）、鉱物系炭素質材料（例えば、泥炭、亜炭、褐炭、瀝青炭、無煙炭、コークス、コールタール、石炭ピッチ、石油蒸留残渣、石油ピッチなどの鉱物由来の材料）、合成樹脂系炭素質材料（例えば、フェノール樹脂、ポリ塩化ビニリデン、アクリル樹脂などの合成樹脂由来の材料）、天然繊維系炭素質材料（例えば、セルロースなどの天然繊維、レーヨンなどの再生繊維などの天然繊維由来の材料）などが挙げられる。これらの炭素質材料は、単独でまたは２種類以上組み合わせて使用できる。これらの炭素質材料のうち、ＪＩＳ Ｓ ３２０１（２０１０）で規定される揮発性有機化合物の吸着性能に関与するミクロ孔が発達しやすい点から、ヤシ殻やフェノール樹脂が好ましい。
賦活後の活性炭は、特にヤシ殻などの植物系炭素質材料や鉱物系炭素質材料を用いた場合、灰分や薬剤を除去するために洗浄してもよい。洗浄には鉱酸や水が用いられ、鉱酸としては洗浄効率の高い塩酸が好ましい。
本実施形態の活性炭の形状としては、上記規定の粒子径を有している限り、粉末状や粒子状などのいずれの形状でもよく、用途によって適宜選択できるが、あまり細かいと液透過性が低くなるので粒子径は細かくなりすぎない方が好ましい。
さらに、本実施形態の活性炭は、ベンゼン吸着性能が２０～４０％程度であることがより好ましい。ベンゼン吸着性能が２０％未満であると、十分な吸着能力を保持できない可能性があり、また４０％を超えると、過賦活状態で細孔径が増大しており、有害物質の吸着保持力が低下する傾向にある。したがって、本実施形態の吸着フィルターにおいて、ベンゼン吸着性能は、上記範囲となるようにすることが好ましい。より好ましくは、前記ベンゼン吸着性能２２～３５％程度であることが望ましい。
本実施形態において、前記ベンゼン吸着性能とは、日本工業規格における活性炭試験方法ＪＩＳＫ１４７４（１９９１年）の記載を参考に、２５℃にて、溶剤飽和濃度の１／１０となる溶剤蒸気を含む空気を通し、質量が一定となったときの試料の増量から求めたベンゼン飽和吸着量のことである。
本実施形態の吸着フィルターに使用される繊維状バインダーとしては、前記活性炭を絡めて賦形できるものであれば、特に限定されず、合成品、天然品を問わず幅広く使用可能である。このようなバインダーとしては、例えば、アクリル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリアクリロニトリル繊維、セルロース繊維、ナイロン繊維、アラミド繊維、パルプなどが挙げられる。繊維状バインダーの繊維長は４ｍｍ以下であることが好ましい。
これらの繊維状のバインダーは２種以上を組み合わせて使用してもよい。特に好ましくは、ポリアクリロニトリル繊維またはセルロース繊維をバインダーとして使用することである。それにより、成型体密度および成型体強度をさらに上げ、性能低下を抑制することができる。
本実施形態において、繊維状の高分子バインダーの通水性は、ＣＳＦ値で１０～１５０ｍＬ程度であることが好ましい。より好ましくは２０～１１０ｍＬ程度であることが好ましい。本実施形態において、ＣＳＦ値はＪＩＳ Ｐ８１２１（２０１２年）「パルプの濾水度試験方法」カナダ標準ろ水度法に準じて測定した値である。また、ＣＳＦ値は、例えばバインダーをフィブリル化させることによって調整できる。
また実施形態の吸着フィルターには、本発明の効果が阻害されない限り上記以外の機能性成分が含まれていてもよい。例えば、溶解性鉛を吸着除去できるチタノシリケートやゼオライト系粉末（鉛吸着材）やイオン交換樹脂またはキレート樹脂、あるいは抗菌性を付与するために銀イオン及び／又は銀化合物を含んだ各種吸着材などを任意の量加えてもよいが、通常、吸着フィルター全体に対して０．１～３０質量部配合する。
本実施形態の吸着フィルターにおける各成分の混合割合は、有害物質の吸着効果、成型性などの点から、好ましくは、前記活性炭もしくは前記活性炭と前記機能性成分の混合物１００質量部に対し、前記繊維状バインダーを３～８質量部程度とする。繊維状バインダーの量が３質量部未満となると、十分な強度が得られずに成型体を成型できないおそれがある。また、繊維状バインダーの量が８質量部を超えると、吸着性能が低下するおそれがある。より好ましくは、繊維状バインダーを３．５～６質量部配合することが望ましい。
本実施形態の浄水用フィルターにおいて、前記活性炭層の厚みは３～１０ｍｍである。前記厚みが３ｍｍ未満となると、十分な有害物質除去性能を得ることができない。また、前記厚みが１０ｍｍを超えると、フィルターの液透過性が十分ではなくなり、流量が少なくなりすぎるため、浄水用フィルターとして使用できない。より好ましい活性炭層の厚みは、４～８ｍｍ程度である。
（第一支持体）
本実施形態の浄水用フィルターの形状は円筒状であっても、円盤状であってもよく、いずれの形状においても、前記活性炭層を補強する第一支持体をさらに備える。
フィルターが円筒状である場合、第一支持体は、円筒状に成型された活性炭層の中芯であってもよい。円盤状の場合は、円盤状に成型した活性炭層の、表裏のいずれか片側の面に第一支持体を設ける。なお、本実施形態の浄水用フィルターは円筒状とすることが好ましく、それにより通水抵抗を低下することができ、さらに、後述するようにハウジングに充填してカートリッジとして使用する場合、浄水器へのカートリッジの装填・交換作業が簡単にできるという利点がある。
本実施形態で使用できる第一支持体は、通気抵抗が０．５～１０ｍｍＨ２Ｏであることを特徴とする。本実施形態において「通気抵抗」とは、有効ろ過面積が１３．５ｃｍ２で通気流量が１０Ｌ／分のときの圧力損失を意味する。前記通気抵抗が、１０ｍｍＨ２Ｏを超えると、通水抵抗が大きくなりすぎ、自重ろ過では十分な流量が得られなくなる。また、前記通気抵抗が、０．５ｍｍＨ２Ｏ未満となると、上述した活性炭層を形成する際に、フィルター成型時に配合した粒子の一部が第一支持体を通過し、原料ロスを生じることがある。前記第一支持体の通気抵抗は、より好ましくは、１～８ｍｍＨ２Ｏである。
第一支持体は、前記活性炭層を補強できるものであれば、上記以外の構成（材質など）について特に限定はされないが、例えば、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ビニロン樹脂、アラミド樹脂、ナイロン樹脂、塩化ビニル樹脂、あるいはこれらの２種以上の混合樹脂等で構成される不織布やネット、多孔体シート等を使用することができる。不織布やネットは溶着加工していてもよい。これらの中でも、強度、液透過性、および加工性の観点から、不織布が好ましい。
本実施形態において、第一支持体の厚みは０．２～２．０ｍｍ程度であることが好ましい。それにより、さらに強度の高い浄水用フィルターを得ることができると考えられる。より好ましい厚みの範囲は、０．４～１．５ｍｍ程度である。
（第二支持体）
本実施形態の浄水用フィルターは、さらに活性炭層を補強するために第二支持体を備えており、前記第二支持体は、通気抵抗が０．５～７ｍｍＨ２Ｏであることを特徴とする。前記通気抵抗が、７ｍｍＨ２Ｏを超えると、通水抵抗が大きくなりすぎ、自重ろ過では十分な流量が得られなくなる。また、前記通気抵抗が、０．５ｍｍＨ２Ｏ未満となると、上述した活性炭層から活性炭粉末が脱落するため、ろ過処理した水に活性炭が混入したり、輸送中に脱落した活性炭粉末によってフィルターが汚れてしまったりすると考えられる。前記第二支持体の通気抵抗は、より好ましくは、２～６ｍｍＨ２Ｏである。
本実施形態の浄水用フィルターが円筒状である場合、第二支持体は、前記活性炭層の外側に設けられて、活性炭層を補強する。円盤状の場合は、円盤状に成型した活性炭層の、表裏のいずれか前記第一支持体が設けられていない方の面に設けられる。つまり、いずれの形状の場合においても、前記活性炭層は、前記第一支持体と前記第二支持体に挟まれることによって、内側および外側、あるいは、表側および裏側を補強されている。
第二支持体は、前記活性炭層を補強できるものであれば、上記以外の構成（材質など）について特に限定はされないが、例えば、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ビニロン樹脂、アラミド樹脂、ナイロン樹脂、あるいはこれらの２種以上の混合樹脂等で構成される不織布や、樹脂ネット等を使用することができる。これらの中でも、液透過性、経済性、および加工性の観点から、不織布を使用することが好ましい。
本実施形態において、第二支持体の厚みは０．０５～０．５ｍｍ程度であることが好ましい。それにより、さらに強度の高い浄水用フィルターを得ることができると考えられる。より好ましい厚みの範囲は、０．１～０．４ｍｍ程度である。
（製造方法）
本実施形態の吸着フィルターの製造は、任意の方法で行われ、特に限定されない。効率よく製造できる点で、スラリー吸引方法が好ましい。
以下に、その一例として、本実施形態の円筒状フィルターの製造方法の詳細を説明するが、本発明はこれに限定されない。
具体的には、例えば、円筒状活性炭層の成型体は、活性炭及び繊維状バインダーを水中に分散させスラリーを調製するスラリー調製工程と、前記スラリーを吸引しながらろ過して予備成型体を得る吸引工程と、前記予備成型体を乾燥して乾燥した成型体を得る乾燥工程と、必要に応じて、吸引後の予備成型体を整形台上で圧縮することで外表面の形状を整える転動工程や、前記成型体の外表面を研削する研削工程とを含む製造方法により得られる。なお、後述の説明で使用する図面中の各符号は、それぞれ以下を示す：１ 成型体調製用型枠、２ 芯体、３ 吸引用孔、４、４’ フランジ、５ 濾液排出口、６ 成型体、７ スラリー、１１ 研削機、１２、１７ 回転軸、１３ 円盤状砥石、１４、１８ モーター、１５、１６ エアーシリンダー、１９ 操作盤、２０ 成型体。
（スラリー調製工程）
本実施形態では、スラリー調製工程において、粉末状活性炭及び繊維状バインダーを、例えば、前記活性炭１００質量部に対し、前記繊維状バインダーを４～８質量部となるように、かつ、固形分濃度が０．１～１０質量％（特に好ましくは１～５質量％）になるように、溶媒に分散させたスラリーを調製する。前記溶媒としては特に限定はされないが、水等を用いることが好ましい。前記スラリーの固形分濃度が高すぎると、分散が不均一になり易く、成型体に斑が生じ易いという問題がある。一方、前記固形分濃度が低すぎると、成型時間が長くなり生産性が低下するおそれがある。
（吸引工程）
次に、吸引工程では、例えば、図１に示すような、芯体２の表面に多数の吸引用穴３を有し、かつ両端にフランジ４、４’を取り付けた円筒状成型用の型枠１に、上述したような第一支持体（中芯）を取り付け、前記スラリーに入れ、濾液排出口５から前記型枠の内側から吸引しながらろ過することにより、スラリーを型枠１に付着させる。吸引方法としては、慣用の方法、例えば、吸引ポンプなどを用いて吸引する方法などを利用できる。ここで、型枠１に付着させるスラリーの量は、図３に示すように、型枠１のフランジ４、４’の直径Ｒに対し、Ｒ＋（Ｈ×２）が１０５～１２５％程度となるような量で付着させる。例えば、前記フランジの直径が３８ｍｍである場合には、前記Ｈは１～５ｍｍ程度とすることが好ましい。
（転動工程）
本実施形態では、必要に応じて、前記吸引工程の後に転動工程を行ってもよい。転動工程では、吸引工程で得られた予備成型体を付着させたまま型枠１を、台上で、所定の力で押さえつけることが可能な面を有する押さえ具を用いて、該成型体を台上で押さえつけながら前後に動かす。これによって、予備成型体の外径を所定の大きさに調整しながら、真円度を高め、かつ外周面の凹凸を減少させることができる。転動させた後、予備成型体を型枠から取り外せばよい。
（乾燥工程）
前記吸引工程または前記転動工程により予備成型体を生成した後は、型枠１の両端のフランジ４、４’を取り外し、芯体２を抜き取ることにより、中空円筒状の成型体を得ることができる。
次いで、乾燥工程では、型枠から取り外した予備成型体を、乾燥機などで乾燥することにより、図２に示すような第一支持体と活性炭層とを有する成型体を得ることができる。
乾燥温度は、例えば、１００～１５０℃（特に１１０～１３０℃）程度であり、乾燥時間は、例えば、４～２４時間（特に８～１６時間）程度である。乾燥温度が高すぎると、繊維状バインダーが変質したり溶融してろ過性能が低下したり成型体の強度が低下し易い。乾燥温度が低すぎると、乾燥時間が長時間になったり、乾燥が不十分になるおそれがある。
（研削工程）
さらに、必要に応じて、前記乾燥工程の後、前記成型体の外径をさらに調整したり、外周面の凹凸を減少させるために、研削工程を行うこともできる。本実施形態で使用する研削手段は、乾燥した成型体の外表面を研削（又は研磨）できれば、特に限定されず、慣用の研削方法を利用できるが、研削の均一性の点から、成型体自体を回転させて研削する研削機を用いる方法が好ましい。
なお、研削工程は、研削機を用いた方法に限定されず、例えば、回転軸に固定した成型体に対して、固定した平板状の砥石で研削してもよい。この方法では、発生する研削滓が研削面に堆積し易いため、エアブローしながら研削するのが効果的である。
（第二支持体の装着工程）
最後に、前記成型体を所望の大きさおよび形状に切断して、表面に前記第二支持体（例えば、不織布）を装着させることによって、本実施形態の浄水用フィルターを得ることができる。第二支持体の装着方法については特に限定はなく、例えば、成型体の外周部に不織布を１重に巻き付け、不織布同士（の重なり部分）を熱融着で固定することによって装着できる。
さらに必要に応じて、浄水用フィルターの先端部分にキャップを装着してもよい。キャップとしては、例えば、樹脂製で、片方が穴開き、もう片方が穴無しのもの等を使用できる。
（浄水用フィルターの用途等）
本実施形態の浄水用フィルターは、例えば、ハウジングに充填して浄水用カートリッジ等として使用し得る。カートリッジは自重でろ過可能な浄水器等に装填され、通水に供されるが、通水方式としては、原水を全量ろ過する全ろ過方式が採用される。
また、通水における水の流れは、円筒状フィルターであれば、内側から外側へ向けて流れてもよいし、外側から内側へ流れる形式でもよい。円盤状フィルターであれば、第一支持体及び第二支持体のどちらから水を流してもよい。
本実施形態において浄水器に装填されるカートリッジは、例えば浄水用フィルターをハウジングに充填して使用すればよいが、さらに公知の不織布フィルター、各種吸着材、ミネラル添加材、セラミックろ過材などと組合せて使用することも可能である。
本明細書は、上述したように様々な態様の技術を開示しているが、そのうち主な技術を以下に纏める。
本発明の一局面に係る浄水用フィルターは、第一支持体と、活性炭及び繊維状バインダーを含む活性炭層と、第二支持体とを含み、前記活性炭の、体積基準の累積分布の１０％粒子径（Ｄ１０）が１９～９０μｍ、体積基準の累積分布の５０％粒子径（Ｄ５０）が１２０～１８０μｍ、体積基準の累積分布の９０％粒子径（Ｄ９０）が１８０～２５０μｍであり、前記第一支持体の通気抵抗が０．５～１０ｍｍＨ２Ｏであり、前記第二支持体の通気抵抗が０．５～７ｍｍＨ２Ｏであり、前記活性炭層の厚みが３～１０ｍｍであることを特徴とする。
このような構成により、液透過性に優れ、濁りや有害物質に対する優れたろ過（除去）能力を保持しつつ、目詰まりが起こりにくい、自重ろ過可能な浄水用フィルターを提供できる。
さらに、前記浄水用フィルターにおいて、前記第一支持体の厚みが０．２～２．０ｍｍであることが好ましい。それにより、さらに成型性に優れ製造容易であり、強度にも優れた浄水用フィルターを得ることができる。
また、前記浄水用フィルターにおいて、前記第一支持体が不織布であることが好ましい。それにより上記した効果をより確実に得ることができると考えられる。
さらに、前記浄水用フィルターにおいて、前記第二支持体が不織布であることが好ましい。それにより上記した効果をより確実に得ることができると考えられる。
また、前記浄水用フィルターにおいて、前記活性炭層が円筒形状であり、前記第一支持体が中芯として前記活性炭層の内周面上に配置され、前記第二支持体が前記活性炭層の外周面上に配置されていることが好ましい。それにより、液透過性と容積当たりの有害物質の除去性能を両立しやすいという利点がある。
また、本発明の別の局面に関する浄水器は、上述の浄水用フィルターを備えることを特徴とする。
以下に実施例に基づいて本発明をより詳細に述べるが、これらの実施例は、本発明を何ら限定するものではない。
まず、後述する各実施例および比較例で調製した活性炭やフィルター等の評価方法について説明する。
［活性炭の粒径の測定］
活性炭の粒径（Ｄ１０、Ｄ５０、Ｄ９０）はレーザー回折測定法により測定した。すなわち、測定対象である活性炭を界面活性剤と共にイオン交換水中に入れ、超音波振動を与え均一分散液を作製し、マイクロトラック・ベル社製のマイクロトラックＭＴ３３００ＥＸ ＩＩを用いて測定した。複数種類の活性炭を用いて活性炭層を形成している場合は、以下の実施例及び比較例に記載の配合比で活性炭を混合した混合物（ＡＴＳは含まない）について、粒子径の測定を行った。界面活性剤には、和光純薬工業株式会社製の「ポリオキシエチレン（１０）オクチルフェニルエーテル」を用いた。分析条件を以下に示す。
（分析条件）
測定回数；３回の平均値
測定時間；３０秒
分布表示；体積
粒径区分；標準
計算モード；ＭＴ３０００ＩＩ
溶媒名；ＷＡＴＥＲ
測定上限；２０００μｍ、測定下限；０．０２１μｍ
残分比；０．００
通過分比；０．００
残分比設定；無効
粒子透過性；吸収
粒子屈折率；Ｎ／Ａ
粒子形状；Ｎ／Ａ
溶媒屈折率；１．３３３
ＤＶ値；０．０８８２
透過率（ＴＲ）；０．８００～０．９３０
拡張フィルター；無効
流速；７０％
超音波出力；４０Ｗ
超音波時間；１８０秒。
［第一支持体および第二支持体の通気抵抗］
第一支持体および第二支持体（いずれも不織布）の、有効ろ過面積が１３．５ｃｍ２で通気流量が１０Ｌ／分のときの圧力損失（通気抵抗）は、アドバンテック株式会社製のフィルタホルダＰＰ－４７を用いて測定した。
［活性炭層の厚み］
デジタルノギスを用いて、第一支持体および第二支持体を含む活性炭成型体の厚みを測定した。測定値から、同様の方法によって測定した第一支持体および第二支持体の厚みを減じることにより、活性炭層の厚みを算出した。
［ろ過試験の前処理］
実施例及び比較例で得た円筒状浄水用フィルター を、平均直径４１ｍｍ、長さ約９０.５ｍｍ、内在量約１１９．４ｍｌの透明なプラスチック製ハウジングに装填してカートリッジとした。円筒状浄水用フィルターの下から４ｃｍまでの部分を２０分間、水に漬けた後、ＪＩＳ Ｓ ３２０１（２０１０）を参考にして、内側から外側に向かって自然濾過により水が流れる構造のピッチャー型浄水器に前記カートリッジを取り付けた。このピッチャー型浄水器の原水タンク（Ｗ１４．８ｃｍ×Ｄ７．５ｃｍ×Ｈ１１．７ｃｍ）に１．０Ｌの水を注ぎ、全量ろ過し終わったら再度１．０Ｌの水を注ぎ全量ろ過する前処理を行った。
［初期ろ過流量試験］
前処理の後、原水タンクにおける水面高さが常時１１．７ｃｍになるように原水（水道水）を供給し続け、ろ過流量試験を行った。供給開始から１０分後に、１分間に浄水用フィルターを通過する水の量を測定し、これを初期ろ過流量とした。本試験では、０．２Ｌ／分以上を合格レベルとする。
［クロロホルムろ過能力試験］
前処理の後、ＪＩＳ Ｓ ３２０１（２０１０）を参考にして、原水タンクにおける水面高さが常時１１．７ｃｍになるようにクロロホルムの濃度が６０±１２ｐｐｂの試験水（水道水）を供給し続け、クロロホルムろ過能力試験を行った。クロロホルムの除去率が８０％未満になった時点での積算通水量を、クロロホルムろ過能力として評価した。なお、比較例７においては、通水開始から１０分後に測定した初期クロロホルム除去率が７８％であり、除去率８０％以上を達成できなかったため、積算通水量は０とした。本試験では、２００Ｌ以上を合格レベルとする。
［濁りろ過能力試験］
（初期濁り除去率）
水道水を脱気膜（三菱ケミカル株式会社製の脱気膜モジュール２０Ｅ０２４０Ａ３）を用いて処理した脱気水を使用し、前述の前処理を行った。次いで、同様の脱気水に、ナカライテスク社製の０．１～４μｍのカオリンを２．０±０．２度の濁度となるように添加し、試験水を調製した。ここで、脱気水とは、脱気膜フィルターでろ過することにより、水道水中に溶存している気体を除去した水のことである。
前処理の後、ＪＩＳ Ｓ ３２０１（２０１０）を参考にして、原水タンクにおける水面高さが常時１１．７ｃｍになるように濁度が２．０±０．２度の試験水を供給し続け、通水開始１０分後の除去率を測定し、初期濁り除去率とした。本試験では、初期濁り除去率５０％以上を合格レベルとする。
（濁りろ過能力（２００Ｌ時点の除去率（％）及びろ過流量（Ｌ／分））試験）
上記と同様の方法にて濁り成分のろ過能力試験を継続し、積算通水量が２００Ｌになった時点での除去率とろ過流量を測定した。２００Ｌ時点でのろ過流量が多いほど、目詰まりを起こしにくく、目詰まり性能に優れる（低目詰まり性能である）といえる。本試験では、除去率５０％以上でかつろ過流量０．１５Ｌ／分以上を合格レベルとする。
[溶解性鉛ろ過能力試験]
前処理の後、ＪＩＳ Ｓ ３２０１（２０１０）を参考にして、原水タンクにおける水面高さが常時１１．７ｃｍになるように溶解性鉛の濃度が５０±５ｐｐｂの試験水（水道水）を供給し続け、溶解性鉛ろ過能力試験を行った。溶解性鉛の除去率が８０％未満になった時点での積算通水量を、溶解性鉛ろ過能力として評価した。なお、比較例１においては、通水開始から１０分後に測定した初期溶解性鉛除去率が７５％であり、除去率８０％以上を達成できなかった。また、比較例７においては、初期溶解性鉛除去率が６１％であり、除去率８０％以上を達成できなかった。従って、これらの積算通水量は０とした。本試験では、２００Ｌ以上を合格レベルとする。
（実施例）
［浄水用フィルターの原料］
（活性炭）
原料に使用した活性炭の調製方法は以下の通りである：
（粒状活性炭Ａ）
フィリピン産のヤシ殻を炭化したヤシ殻炭を９００℃で水蒸気賦活し、目的のベンゼン吸着量になるように賦活時間を調整し、得られたヤシ殻活性炭を希塩酸洗浄、イオン交換水で脱塩することで粒状活性炭Ａ（１８×４２メッシュ、ベンゼン吸着量３２ｗｔ％）を得た。
（粒状活性炭Ｂ）
フィリピン産のヤシ殻を炭化したヤシ殻炭を９００℃で水蒸気賦活し、目的のベンゼン吸着量になるように賦活時間を調整し、得られたヤシ殻活性炭を希塩酸洗浄、イオン交換水で脱塩することで粒状活性炭Ｂ（１８×４２メッシュ、ベンゼン吸着量２７ｗｔ％）を得た。
（活性炭サンプル）
上記粒状活性炭ＡおよびＢを用いて、下記の通り、活性炭サンプル１～５を調製した。
（活性炭サンプル１）
粒状活性炭Ａをロールミルで粉砕し、７０×１８０メッシュで篩分することにより調製した。
（活性炭サンプル２）
粒状活性炭Ａを、ロールミルで粉砕し、８０×３２５メッシュで篩分することにより調製した。
（活性炭サンプル３）
粒状活性炭Ａを、Ｄ５０値が１００μｍとなるようにボールミルで粉砕し、乾式分級装置を用いて微粉末を取り除くことにより調製した。
（活性炭サンプル４）
粒状活性炭Ａを、Ｄ５０値が２０μｍとなるようにボールミルで粉砕することにより調製した。
（活性炭サンプル５）
粒状活性炭Ｂを、ロールミルで粉砕し、６０×１２０メッシュで篩分することにより調製した。
（繊維状バインダー）
アクリル繊維状バインダー：日本エクスラン工業株式会社製「アクリル繊維Ｂｉ－ＰＵＬ／Ｆ」、ＣＳＦ値９０ｍｌ
（鉛吸着剤）
ＢＡＳＦ社製、チタノシリケート系鉛除去剤ＡＴＳ（平均粒子径２０μｍ）
（第一支持体（中芯））
不織布：アサヒ繊維工業株式会社製、「ＭＦ－Ｉフィルター（目開き１００μｍ）」（内径：２８ｍｍ、厚み：１ｍｍ、通気抵抗２．０ｍｍＨ２Ｏ）
（第二支持体（外側不織布））
ポリプロピレン／ポリエチレン混紡不織布：シンワ（株）製、商品名「ハイボン９５４０Ｆ」（厚み：０．２ｍｍ、通気抵抗：４．１ｍｍＨ２Ｏ）
［浄水用フィルターの製造］
（実施例１）
吸着剤１００質量部（活性炭サンプル１／活性炭サンプル４／活性炭サンプル５／ＡＴＳ＝７４／１８／３／５）に対し、繊維状バインダーを５．５質量部の割合で、合計１．２ｋｇとして、水道水を追加し、スラリー量を２０リットルとした。
次いで、図１に示すような円筒状成型用の型枠（外径３８ｍｍφ、中軸径２７．５ｍｍφ、フランジ間長さ９０ｍｍ）に上記中芯を装着し、スラリーを金型外径より若干大きい４２ｍｍφまで吸引、乾燥した。得られた成型体を、図４に示す自動研削機に装着し、成型体回転数３６０回転／分、砥石回転数２５３５回転／分、砥石移動速度３００ｍｍ／１０秒（３ｃｍ／秒）で、成型体の外表面を研削し、図２に示すような外径３９ｍｍφ、中芯内径２８ｍｍφ、高さ９０ｍｍの成型体を作製した。この成型体外周部に、上記外側不織布を１重に巻きつけることによって、活性炭層の厚みが４．５ｍｍとなる中空型円筒状浄水用フィルターを得た。
この吸着フィルターを平均直径４１ｍｍ、長さ約９０.５ｍｍ、内在量約１１９．４ｍｌの透明なプラスチック製ハウジングに装填し、内側から外側に通水し、家庭用浄水器試験方法を参考にして、上述した各性能を評価した。結果を表１に示す。
（実施例２）
吸着剤１００質量部（活性炭サンプル２／活性炭サンプル５／ＡＴＳ＝９３／３／４）に対し、繊維状バインダーを５．５質量部の割合で、合計１．２ｋｇとして、水道水を追加し、スラリー量を２０リットルとした。
次いで、得られたスラリーを、実施例１と同様に吸引後、転動成型、乾燥し、外径３９ｍｍφ、内径２８ｍｍφ、高さ９０ｍｍの成型体を作製した。この成型体外周部に、実施例１と同様の外側不織布を１重に巻きつけることで、浄水用フィルターを得て、各評価試験を行った。結果を表１に示す。
（実施例３）
第一支持体として、以下の中芯を使用した以外は、実施例２と同様にして、浄水用フィルターを得て、各評価試験を行った。結果を表１に示す。
（第一支持体（中芯））
ポリプロピレン／ポリエチレン混紡不織布（シンワ（株）製、商品名「ハイボン９５４０Ｆ」、厚み：０．２ｍｍ、通気抵抗：４．１ｍｍＨ２Ｏ）
（実施例４）
第二支持体（外側不織布）として、ポリプロピレン／ポリエチレン混紡不織布（シンワ（株）製、商品名「ハイボン９５４０Ｆ」）を２枚重ねで使用して、厚みが０．４ｍｍ、通気抵抗：６．０ｍｍＨ２Ｏの不織布を使用した以外は、実施例２と同様にして、浄水用フィルターを得て、各評価試験を行った。結果を表１に示す。
（実施例５）
第二支持体（外側不織布）として、以下の不織布を使用した以外は、実施例２と同様にして、浄水用フィルターを得て、各評価試験を行った。結果を表１に示す。
（第二支持体（外側不織布））
ポリエステル不織布（旭化成株式会社製「エルタスＥ０１０１２」、厚み：０．１ｍｍ、通気抵抗：２．０ｍｍＨ２Ｏ）
（実施例６）
活性炭成型体外径を４８ｍｍにした以外は、実施例２と同様にして、浄水用フィルターを得て、各評価試験を行った。結果を表１に示す。
（比較例１）
活性炭サンプル５／ＡＴＳ＝９６／４にした以外は、実施例２と同様にすることで、浄水用フィルターを得て、各評価試験を行った。結果を表２に示す。
（比較例２）
活性炭２の代わりに上記活性炭３を使用した以外は 、実施例２と同様にすることで、浄水用フィルターを得て、各評価試験を行った。結果を表２に示す。
（比較例３）
第一支持体として、以下の中芯を使用した以外は、実施例２と同様にして、浄水用フィルターを得て、各評価試験を行った。結果を表２に示す。
（第一支持体（中芯））
不織布：アサヒ繊維工業株式会社製、「ＭＦ－Ｉフィルター（目開き１０μｍ）」（内径：２８ｍｍ、厚み：１ｍｍ、通気抵抗２０．２ｍｍＨ２Ｏ）
（比較例４）
第一支持体として、以下の中芯を使用した以外は、実施例２と同様にして、浄水用フィルターを得て、各評価試験を行った。結果を表２に示す。
（第一支持体（中芯））
不織布：アサヒ繊維工業株式会社製、「ＭＦ－Ｉフィルター（目開き：１００μｍ）」（内径：２４ｍｍ、厚み：３ｍｍ、通気抵抗２１．２ｍｍＨ２Ｏ）
（比較例５）
第二支持体（外側不織布）として、以下の不織布を使用した以外は、実施例２と同様にして、浄水用フィルターを得て、各評価試験を行った。結果を表２に示す。
（第二支持体（外側不織布））
不織布：ユニチカ株式会社製「エルベスＴ０７０３ＷＤＯ」（厚み：０．２ｍｍ、通気抵抗：８．７ｍｍＨ２Ｏ）
（比較例６）
活性炭層の厚みを１１．０ｍｍ（円筒状成型用の型枠の外径を５１ｍｍφに、スラリー吸引後の外径を５６ｍｍφとした以外は実施例１と同様に吸引後、転動成型、乾燥し、成型体外径を５２ｍｍ）とした以外は、実施例２と同様にして、浄水用フィルターを得て、各評価試験を行った。結果を表２に示す。
（比較例７）
活性炭層の厚みを２．０ｍｍ（円筒状成形成型用の型枠の外径を３３．５ｍｍφ、スラリー吸引後の外径を３６ｍｍφとした以外は実施例１と同様に吸引後、転動成型、乾燥し、成型体外径を３４ｍｍ）とした以外は、実施例２と同様にして、浄水用フィルターを得て、各評価試験を行った。結果を表２に示す。
Figure 0007356458000001
Figure 0007356458000002
（考察）
本実施形態の浄水用フィルター（実施例１～６）は、優れた液透過性および有害物質や濁り成分の除去性能を維持しつつ、非常に優れた低目詰まり性能を示した。なお、表には示していないが、第一支持体または第二支持体の厚みが好ましい範囲であれば（実施例１～２および実施例４）、より強度に優れ、生産しやすいフィルターが得られることも確認された。
それに対し、比較例の浄水用フィルターは、液透過性や、有害物質除去性能あるいは目詰まり性能において劣る結果となった。
比較例１では、活性炭のＤ１０、Ｄ５０及びＤ９０が本発明の範囲より大きくなっていたため、有害物質や濁り成分の除去性能が十分に得られなかった。
比較例２では、活性炭のＤ９０が本発明の範囲より小さくなっていたため、十分なろ過流量を得られなかった。また、比較例３及び４では第一支持体（中芯）の通気抵抗が、そして比較例５では、第二支持体（外側不織布）の通気抵抗が高すぎて、同じく十分なろ過流量が得られなかった。比較例６では、活性炭層の厚みが大きすぎたため、十分なろ過流量が得られなかった。なお、これらのろ過流量が不足していた比較例２～４及び６では、それ以降の性能評価（有害物質除去性能や濁り除去性能）については実施していない。
最後に、活性炭層の厚みが小さすぎた比較例７では、有害物質や濁り成分の除去性能が十分に得られなかった。
この出願は、２０１８年１２月２８日に出願された日本国特許出願特願２０１８－２４６９３５を基礎とするものであり、その内容は、本願に含まれるものである。
本発明を表現するために、前述において図面や具体例等を参照しながら実施形態を通して本発明を適切かつ十分に説明したが、当業者であれば前述の実施形態を変更及び／又は改良することは容易になし得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態又は改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態又は当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
本発明は、浄水やフィルター等の技術分野において、広範な産業上の利用可能性を有する。

Claims (4)

  1. 自重ろ過用の浄水用フィルターであって、
    第一支持体と、活性炭及び繊維状バインダーを含む活性炭層と、第二支持体とを含み、
    前記活性炭層が中空円筒状の成型体であり、前記第一支持体が中芯として前記活性炭層の内周面上に配置され、前記第二支持体が前記活性炭層の外周面上に配置されており、
    前記活性炭の、体積基準の累積分布の１０％粒子径（Ｄ１０）が１９～９０μｍ、体積基準の累積分布の５０％粒子径（Ｄ５０）が１２０～１８０μｍ、体積基準の累積分布の９０％粒子径（Ｄ９０）が１８０～２５０μｍであり、
    前記第一支持体の通気抵抗が０．５～１０ｍｍＨ２Ｏであり、
    前記第二支持体の通気抵抗が０．５～７ｍｍＨ２Ｏであり、
    前記第一支持体が、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ビニロン樹脂、アラミド樹脂、ナイロン樹脂、塩化ビニル樹脂、又は、これらの２種以上の混合樹脂で構成される、不織布、ネット、及び、多孔体シートから選択されるいずれかであり、
    前記第二支持体が不織布であり、
    前記活性炭層の厚みが３～１０ｍｍであることを特徴とする、浄水用フィルター。
  2. 前記第一支持体の厚みが０．２～２．０ｍｍである、請求項１に記載の浄水用フィルター。
  3. 前記第一支持体が不織布である、請求項１または２記載の浄水用フィルター。
  4. 請求項１～３のいずれかに記載の浄水用フィルターを備える、浄水器。
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