JP5601544B2 - 浄水カートリッジを備えている水栓 - Google Patents

Description

本発明は、キッチンや洗面台等に設置され、水道水中に含まれる残留塩素や赤錆等を取り除くことが可能な浄水器具に組み込まれる小型の浄水カートリッジを備えている水栓に関するものである。

飲用水としての水道水は、水質基準はあるものの、より安全で美味しい水とするために、さらに浄水器によって浄化される状況が増えている。通常、浄水器によって、水処理材として使用する活性炭等の吸着材により水道水中のカルキ臭、カビ臭、トリハロメタン等が、また、水処理材として併用される多孔質中空糸膜により水道水中の細菌、汚濁成分等が除去される。そして、浄水器には、水処理材の浄化能力が低下した際の水処理材の交換の容易さから、水処理本体部をカートリッジ化した浄水カートリッジが用いられている。

特開２００１−１７３４２号公報

しかしながら、図４に一例を示す従来のシャワ−ヘッド付水栓４１等に使用されている浄水カートリッジ４０は、長さを１０ｃｍ程度として取り扱いやすくし、太さについては、本体があまり太くならないよう、実用面から、直径を３ｃｍ、断面積を７ｃｍ^２程度に抑えている。しかしながら、それらはいずれも径を細くするため、通常ならば浄水カートリッジの約半分の容積をしめる中空糸膜を削除し、吸着材４２のみを用いている。そのため、高いフィルタ−性能を確保するのが難しく、原水によっては、水中に含まれる鉄錆等の微粒子や細菌が捕捉されずそのまま浄水に含まれて流出してしまう可能性があり、飲用に用いる上で十分とはいえない問題がある。

また、従来のシャワ−ヘッド付水栓４１等に使用されている浄水カートリッジ４０には、吸着材４２として繊維状活性炭等を円筒形に成形して用い、高性能化しているものがあるが、通常、水封性を重視し、それら吸着材４２の両端をウレタン樹脂等の接着剤で容器内側の前端部４３、後端部４４に接着固定して使用している。そのため、接着に要する多大な製造コストが発生してしまい好ましいものではなく、一方、環境面から、浄水カートリッジ４０を分解して吸着材４２を取り出し、再利用または分別廃棄したくても、接着剤で接着固定しているため困難であるという問題がある。

また、吸着材４２として繊維状活性炭等を用いて高性能化している前記浄水カートリッジ４０には、浄水への吸着材微紛の混入を防ぐため、浄水出口となる吸着材４２の円筒内側にプラスチック製の不織布４５を別個に固定し、それを通水濾過して使用しているものがある。しかしながら、それだと高価な不織布４５を円筒形に特別に成形して用いるため多大な製造コストがかかり好ましいものではなく、一方、性能面から、原水に含まれる濁質成分によっては、円筒内側で通水面積が少なく、かつ厚みのある不織布４５が目詰まりして短期に流量低下が起きる可能性があるという問題がある。

本発明は、上記の問題点に鑑み、中空糸膜や吸着材等の部材の配置構造、形状・種類等を工夫して、浄水性能を高度かつ安定して発揮させるとともに、水栓等の器具のデザイン・使い勝手を低下させずに組込み可能な、中空糸膜を用いた、安価で構成可能な、小型の浄水カートリッジを備えている水栓を提供することを目的とする。

すなわち、本発明による水栓は、通水入口と通水出口とを有し、その途中に吸着材と中空糸膜を順に配置した浄水カートリッジであって、両端が開放された筒状の前記中空糸膜が充填された中空糸膜ケースと、筒状で内部に通水路を形成して水が外から内方向に向かって流れる前記吸着材が充填された吸着材ユニットを有し、前記吸着材ユニットは、前記吸着材の片端面が水密的に支持されるように穴付キャップが、もう一方の端面には水密的に支持されるようにキャップが、各々設けられ、かつ前記穴付キャップ側が前記中空糸膜ケース接続側となるように配されており、前記穴付キャップと前記キャップが前記吸着材の内部の通水路を通るスリット筒を介して連結されており、前記中空糸膜ケースと前記吸着材ユニットが各々略同一の断面積を有して直列かつ水密的に接続されて設けられている浄水カートリッジと、前記浄水カートリッジを組み込んだ水栓本体を備え、前記吸着材と前記水栓本体の間に通水路を備えていることを特徴とする。また、前記吸着材が前記キャップと前記穴付キャップの間に接着剤を用いずに固定されており、前記スリット筒に筒状のプラスチック製メッシュがインサ−ト成形されていることが好ましい。また、前記吸着材が、ブロック状又は繊維状の成形活性炭であり、前記吸着材が、嵩比重０．２〜０．２５ｇ／ｃｍ ^３ であることが好ましい。また、カートリッジ筒断面の面積が４〜１０ｃｍ ^２ 、長さが７〜１１ｃｍであることが好ましい

本発明の請求項１記載の水栓によれば、従来のものに比べ、厚肉を有する外側ケースを浄水カートリッジのハウジングとして構成せず、内部通水路を設けないため非常にコンパクトであり、かつ耐圧円筒構造に拘束されないため断面形状を、組み込む器具に適宜合わすことが可能である。更に、高性能な中空糸膜を有し、かつ吸着材の周囲から中心に向かって通水するため、水の流れが均等となり吸着材全体の性能が充分発揮され、高水圧下でも同様に性能が発揮でき、一方、吸着材と組み込んだ器具本体との間の隙間がそのまま通水路として利用できるので、吸着材までに至る原水通路が長く広いスペースが確保できる利点がある。また吸着材内部の縦穴が小径の縦長管状であるため水溜まり容積が少なく、かつ通水出口に位置が近くなる向きで管状で連通されるため水または空気が抜けやすいという長所を有している。

本発明の請求項２記載の水栓によれば、請求項１記載の浄水カートリッジに加えて、更に、吸着材の両端を接着剤で容器に接着固定しないため、接着に要する多大な製造コストが節約でき、一方、環境面から、浄水カートリッジを分解して吸着材を取り出し、再利用または分別廃棄することが可能である。

本発明の請求項３記載の水栓によれば、請求項１〜２記載の浄水カートリッジに加えて、更に、高価で厚みのある不織布の代わりに安価で薄いメッシュを円筒形に成形して用いるため多大な製造コストが節約でき、一方、性能面から、原水に含まれる濁質成分により目詰まりして短期に流量低下が起きる可能性が少ない。

本発明の請求項４記載の水栓によれば、請求項１〜３記載の浄水カートリッジに加えて、更に、吸着材をブロック状又は繊維状の成形活性炭としたため、高性能で成形・組立加工性に優れ、フィルターとしての機能を付加できる。

本発明の請求項５記載の水栓によれば、請求項４記載の浄水カートリッジに加えて、更に、適度な圧損と低目詰まり性を確保しつつ、高度な吸着性能を発現させることが可能である。

本発明の請求項６記載の水栓によれば、請求項１〜５記載の浄水カートリッジに加えて、更に、一般的に使用される水栓やシャワ−ヘッド等本体のサイズを大きく増やすことなく利便性を損なわずに組み込み可能な、取り扱い性のよいサイズでかつ従来装備されなかった高性能な中空糸膜を有する浄水カートリッジを備えている水栓を提供可能とする。

本発明の水栓の浄水カートリッジにおける実施例の縦断面図である。 本発明の水栓の浄水カートリッジにおける実施例の部品展開図である。 本発明の水栓の実施例の概略図である。 従来の水栓の実施例の概略図である。

本発明の実施例を以下図面を元に説明する。
図１に本発明の浄水カートリッジの実施例としてその縦断面図を、図２に本発明の浄水カートリッジの実施例としてその部品展開図を、図３に本発明の浄水カートリッジを組み込んだ器具の実施例として水栓の概略図を示す。

図１ないし図２において、本発明の浄水カートリッジ１の主要材質は、強度、成形加工性、コストを考慮し、ＡＢＳ樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリアセタ−ル樹脂、ポリカ−ボネ−ト樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂等のプラスチックが好ましい。形状としては、本実施例では略円筒形としたが、特にこれに限定されるものではなく、ハウジング密閉型の耐圧型構造でないため、耐圧性能に優れる円筒形に構成する必要がなく、断面を楕円形や四角形等に構成が可能であり、設計の自由度が広く、また組み込む水栓やシャワ−ヘッドの形状に適宜合わせられるという長所を有する。部材の肉厚は、あまり厚いと成形性が悪くなり、またコストが増し、あまり薄いと強度が悪くなるため、１〜３ｍｍに設定するのが好ましい。

浄水カートリッジ１は主に、Ｏリング等の柔軟なパッキン３が装着された略円筒形を有する底蓋４と、中空糸膜６が縦方向に出水側端部を樹脂で固定されて充填された略円筒形を有する中空糸膜ケ−ス５と、スリット筒１０及び通水穴８が略中央に設けられた穴付キャップ７と、略円筒形を有する吸着材１２と、スリット筒１０の端部に連結固定される略円形を有するキャップ１３とを有する吸着材ユニット１６から構成される。

水の流れは図１中矢印で示すとおり、原水は、吸着材１２の周囲から中心に向かって流れ、スリット筒１０内部に集水されて、その後、通水穴８を通り中空糸膜ケ−ス５に流入し、中空糸膜６を縦方向に通って浄水となり、浄水は底蓋４に設けられた通水出口２から外部に吐出される。

底蓋４は、中空糸膜ケ−ス５の端部に低コストで強力な接着性を有する超音波溶着法にて接着固定されており、浄水カートリッジ１を本体容器内に水封接続固定するためのアダプタ−として機能するものである。その構造については特に実施例のものに限定される必要はなく、例えば凹型の管で構成したり、低コストを重視し、パッキン３を削除して結合側に設ける等の構造をとることも可能である。また、更に低コストと小型化を重視し、浄水カートリッジ１を構成するにあたり底蓋４を削除して、中空糸膜ケ−ス５の端部に直接パッキン３を設けたり、端部を凸型の管で構成する等の工夫も可能である。

中空糸膜ケ−ス５は、内部の中空糸膜６の状態が目視できるよう少なくとも一部を透明部材で形成することが好ましく、その構成によって、使用者がフィルター機能における汚れ・目詰まり具合を瞬時に目視確認でき、浄水カートリッジ１の交換時期が容易に判断可能となる。中空糸膜６としては、従来使用される細菌の除去まで可能な多孔質中空糸膜を用いるのが好ましい。膜の材質や面積については適宜設計して用いることが可能である。中空糸膜６は、両端が開口した中空糸膜ケ−ス５内に片側をウレタン樹脂やエポキシ樹脂等により従来用いられる方法によって接着固定され、充填されている。中空糸膜６は細菌まで除去することが可能なため、配置することで衛生上安全性の最も高まる通水出口２直前に配置することが好ましく、すなわち吸着材１２の後段に設けることが好ましい。

吸着材１２は略円筒形を有しており、その両端を穴付キャップ７と、キャップ１３とにより挟まれて端部が水封されるように圧着されており、ほぼ軸心を穴付キャップ７とキャップ１３と同一にして固定されている。固定方法としては、組立コストや吸着材１２の脱着再利用を重視し、圧着法が好ましい。

前記圧着法の詳細を説明すると、穴付キャップ７に突設されたスリット筒１０の先に吸着材１２の略中央に抜かれた穴を合わせて吸着材１２を奥まで差し込み、その上に、キャップ１３をスリット筒１０の端部に設けられたかん合部１４に合わせ、従来用いられる方法によってかん合固定する。その方法としては、ネジ式、圧入式、超音波溶着式等があるが、ネジ式、圧入式を用いた場合、輸送時の振動やショック、通水時の水圧等により、かん合固定が緩み、キャップ１３が望まれる位置からずれてしまう可能性があるため、本実施例では、より強固な固定が可能な超音波溶着法を用いた。

超音波溶着されたキャップ１３は、ペンチ等で挟んでスリット筒１０からはがすことにより、吸着材１２の脱着が可能である。吸着材１２を固定する際、固定前の吸着材１２の円筒長手方向の厚みを、穴付キャップ７とキャップ１３の間の距離より１〜２ｍｍ程度大きくしておくことが肝要である。そうすることによって吸着材１２が圧縮され、その際に弾性を発揮し、固定時の確かな水封性が得られる。前記圧縮範囲の理由として、厚みが少ないと確かな水封性が得られにくく、厚みが多いと吸着材１２が変形してたわんだり、しわが入ったりして外観がみすぼらしくなるためである。

キャップ１３には、吸着材１２とキャップ１３壁面との間の中心方向への水のスル−パスを遮断し、かつ吸着材１２にめりこんで、ずれ等の発生しない確実な固定を行う、高さ０．５〜１ｍｍの円状の三角突起１５を設けるのが好ましい。前記高さ範囲の理由として、高さが少ないと確かな遮断性と強固な固定が得られにくく、高さが多いと吸着材１２が変形したり割れが生じたりするためである。位置としては、吸着材１２の厚みの中央付近にくるように設けるのが好ましい。また、この三角突起１５は、穴付キャップ７の平面部に同様に設けた場合も同じ効果が得られるため、穴付キャップ７側にも出来る限り設けるのが好ましい。

吸着材１２と中空糸膜６を用いた複数の水処理材による多段処理の場合、各水処理材を順次短絡なく通水させる必要があるが、本実施例では、穴付キャップ７を、中空糸膜ケ−ス５に接着固定しており、原水が吸着材１２を通らず中空糸膜６に流入するのを防止している。接着方法としては低コストで強力な接着性を有する超音波溶着法が好ましい。

吸着材１２内部の略中央には、集水のためのスリット孔が周壁に設けられた、吸着材１２の形状保持機能を有するスリット筒１０が円盤状の穴付キャップ７の略中央に突設されている。また、スリット筒１０には、浄水への吸着材微紛の混入を防ぐため、筒状のプラスチック製メッシュ９が従来の方法を用いてインサ−ト成形されている。メッシュ９の種類としては、薄肉、高強度で成形性がよく、低コストであるナイロンやテトロンといったプラスチック製の１００〜２００メッシュが好ましい。前記メッシュ範囲の理由として、あまり目開きが細かいと圧損が高くなり流量が低下し、また目詰まりしやすくなり、目開きが荒いと前記微紛の捕捉性が落ちるためである。スリットの形状や筒の肉厚等については特に限定されず適宜設計して用いることが可能である。

吸着材１２内部の縦穴は、空洞場所であるため水または空気が溜まりやすいので構造を工夫する必要が有り、本実施例では、直径５〜１０ｍｍ程度の小径の縦長管状とした。直径があまり大きいと、その分溜まり量が大きくなってしまい、また吸着材の充填量が少なくなって性能低下となり、一方、あまり少ないと通水面積の低下により圧損を生じて流量低下が生じるので、この範囲に設定するのが好ましい。本発明では、溜まり部の容積が少なく、かつ通水出口２に位置が近くなるように向けて、管状で連通されるため、そこから水または空気が抜けやすいという長所を有するものであり、このことは、細菌の繁殖場所となることを防止するのに効果的であり、特にこの空洞場所の前段に配置する水処理材を、殺菌のために水中に入れてある残留塩素を除去する活性炭等にした場合は、よりいっそう効果的である。

吸着材１２としては、残留塩素の除去を目的とした場合、従来使用される、粉、粒、固形の、亜硫酸カルシウム、活性炭、ビタミンＣ等の水処理材を用いればよく、中でも高性能で成形・組立加工性に優れ、フィルターとしての機能も有するブロック状または繊維状の成形活性炭を用いるのが好ましい。サイズや性能、寿命については適宜設計して用いることが可能である。嵩比重については、０．２〜０．２５ｇ／ｃｍ ^３ に設けるのが好ましい。その理由として、あまり多いと圧損が高くなり流量が低下し、また目詰まりしやすくなり、少ないと充填量の低下により吸着性能が低下してしまうためである。

吸着材１２の外表面には、輸送時の摩擦や衝撃に対する保護と吸着材微紛の飛散防止、及びフィルター機能の向上を目的とし、従来使用されているＰＥＴ等のプラスチック製の不織布１１を貼り付けるのが好ましい。

浄水カートリッジ１のサイズは、取り扱いやすいサイズであり、かつ組み込む水栓やシャワ−ヘッド本体があまり太くならないよう、また長くなりすぎないよう、実用面から、カートリッジ筒断面の面積を４〜１０ｃｍ ^２ （直径２３〜３５ｍｍ相当）、長さを７〜１１ｃｍとするのが好ましい。本実施例では、直径を３ｃｍ、つまり断面積を７ｃｍ ^２ 程度、長さを１０ｃｍ程度として構成したため、一般的に使用される水栓やシャワ−ヘッド本体に好適に組み込むことが可能である。

図３は、図１ないし図２の浄水カートリッジ１を着脱自在に組み込んだ器具として、壁出しタイプの水栓３０を例にとった場合の概略図である。図中、浄水カートリッジ１の脱着は、水栓前部３１を反時計回りに回して水栓後部３２から取り外し、浄水カートリッジ１を水栓前部３１から引き抜けば可能であり、取り付けはその逆を行えばよい。尚、浄水カートリッジ１の組み込み方法、構造については特にこれに限定されるものではなく、適宜設計して用いればよい。

水の流れは図中矢印で示すとおりであり、水栓根元３３から流入する原水は、水栓後部３２と浄水カートリッジ１の間の１〜２ｍｍ程度の隙間を有する原水通路３５を通って浄水カートリッジ１の吸着材１２に流入し、その内部を通った後中空糸膜６に流入し、そこで濾過されて浄水となり、浄水は通水出口２から流出した後、水栓前部３１内の空間を通って浄水出口３４から下方に向かって吐出される。原水通路３５は、幅があまり大きいと、その分水処理材の充填量が少なくなって性能低下となり、一方、あまり少ないと通水面積の低下により圧損を生じて、流量低下や水の回りが不充分となるので、前記範囲に設定するのが好ましい。

本発明の浄水カートリッジ１を組み込んだ場合、吸着材１２と本体との間の隙間がそのまま通水路として利用できるので、吸着材１２までに至る原水通路３５が長く広いスペースが確保できるため、原水が原水通路３５内を充分回り、スペースを満たしつつ吸着材１２に連通され、吸着材１２の周囲から中心に向かって通水されるため、水の流れが均等となり、吸着材１２全体の性能が充分発揮され、性能面で優れた効果を発揮する。また、水圧が高くても、長く広いスペースがあるため水が局所的に流れることなく分散され、吸着材１２全体に通水されて良好な性能が発揮される。

本発明の浄水カートリッジ１を組み込む水栓３０の材質は、従来使用される青銅、黄銅、エンジニアリングプラスチック等を用いればよく、特に限定されない。また、形状や構造についても、本実施例に限らず適宜目的に応じて設計し、用いればよい。太さに関しては、あまり太くなってデザインが不格好になったり、水仕事の際邪魔になったり、握りにくくなったりして使い勝手が悪くならないよう設定するのが肝要である。すなわち、実用面から、カートリッジ筒断面の面積を最大１０ｃｍ２（直径３５ｍｍ相当）とした場合、水栓３０の断面積は、原水通路３５を２ｍｍ程度、本体肉厚を２ｍｍ程度とり、最大１４．５ｃｍ２程度以下とするのが好ましい。

水栓３０の更なる高機能化を考慮し、吐出水を浄水または原水に切り換える切換弁機構や、浄水カートリッジ１への熱水の進入を防止する熱水調節弁機構や、水栓３０内の溜まり水を抜く水抜き機構等を付加することが好ましい。尚、これらの機構は、従来の浄水器に使用されるものをそのまま用いればよい。

浄水カートリッジ１を着脱自在に組み込んだ器具として、本実施例には水栓を例にとったが、その他、浄水シャワーヘッド、携帯用浄水器、握りバ−型浄水器等の断面積が少なくてコンパクトさが必要とされるものには本発明を好適に用いることが可能である。

１ 浄水カートリッジ
２ 通水出口
３ パッキン
４ 底蓋
５ 中空糸膜ケース
６ 中空糸膜
７ 穴付キャップ
８ 通水穴
９ メッシュ
１０ スリット筒
１１ 不織布
１２ 吸着材
１３ キャップ
１４ かん合部
１５ 三角突起
１６ 吸着材ユニット
３０ 水栓
３１ 水栓前部
３２ 水栓後部
３３ 水栓根元
３４ 浄水出口
３５ 原水通路
４０ 浄水カートリッジ
４１ シャワ−ヘッド付水栓
４２ 吸着材
４３ 容器内側前端部
４４ 容器内側後端部
４５ 不織布

Claims (6)

1. 通水入口と通水出口とを有し、その途中に吸着材と中空糸膜を順に配置した浄水カートリッジにおいて、両端が開放された筒状の前記中空糸膜が充填された中空糸膜ケースと、筒状で内部に通水路を形成して水が外から内方向に向かって流れる前記吸着材が充填され、その外周面に前記通水入口がある吸着材ユニットを有し、前記吸着材ユニットは、前記吸着材の片端面が水密的に支持されるように穴付キャップが、もう一方の端面には水密的に支持されるようにキャップが、各々設けられ、かつ前記穴付キャップ側が前記中空糸膜ケース接続側となるように配されており、前記穴付キャップと前記キャップが前記吸着材
   の内部の通水路を通るスリット筒を介して連結されており、前記中空糸膜ケースと前記吸着材ユニットが各々略同一の断面積を有して直列かつ水密的に接続されて設けられている浄水カートリッジと、前記浄水カートリッジを組み込んだ水栓本体を備え、前記吸着材と前記水栓本体の間に通水路を備えている水栓。
2. 前記吸着材が前記キャップと前記穴付キャップの間に接着剤を用いずに固定されていることを特徴とする請求項１記載の水栓。
3. 前記スリット筒はプラスチック製メッシュがインサ−ト成形されてなることを特徴とする請求項１又は２記載の水栓。
4. 前記吸着材が、ブロック状又は繊維状の成形活性炭であることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の水栓。
5. 前記吸着材の嵩比重が０．２〜０．２５ｇ／ｃｍ^３であることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の水栓。
6. カートリッジの長さが７〜１１ｃｍであり、長手方向に垂直な断面の面積が４〜１０ｃｍ^２である請求項１〜５いずれかに記載の水栓。

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