JPWO2014119638A1 - 浄水器用フィルタカートリッジおよび浄水器 - Google Patents

Abstract

本発明の目的は、有底円筒容器と蓋とからなるハウジングにろ材を収納してなる浄水器用フィルタカートリッジであって、有底円筒容器と蓋とを回転溶着で結合しても、液密シール性能を損なうことがない浄水器用フィルタカートリッジを提供することにある。
本発明は有底筒状容器と蓋とからなるハウジングと、前記ハウジング内に収納されるろ材部を有してなる浄水器用フィルタカートリッジであって、前記ろ材部の一端は前記蓋に液密に係合し、前記ろ材部の他端は前記有底筒状容器に収納され、前記ろ材部の一端の係合における前記ろ材部軸方向回りの回転開始トルクは、前記ろ材部の他端と前記有底筒状容器との間における前記ろ材部軸方向回りの回転開始トルクより大きいことを特徴とする。

Description

本発明は、一般家庭などの水道水の浄化を行うための浄水器用フィルタカートリッジに関する。

一般家庭で用いられる浄水器用のフィルタカートリッジでは、一般的に、一端に開口を有する有底筒状容器に、その開口側からろ材部を収納した後に、開口を閉塞するよう蓋を結合して製作される。そして、結合の方式としては、ネジ締結、超音波溶着や回転溶着が代表的に用いられている。

例えば、特許文献１のフィルタカートリッジ（フィルター部本体２００）では、超音波溶着方式で有底筒状容器と蓋とが結合されていると推定される。このフィルタカートリッジにおいて、内部に収納されているろ材部の蓋側は、蓋にＯリングを介して液密シールされている。そして、ろ材部の有底筒状容器底部側は、有底筒状容器内壁構造に載置、支持されている。このフィルタカートリッジにおいて、有底筒状容器と蓋との結合を、より強固にするために、回転溶着で行おうとする場合、その回転に伴って、ろ材部の両端のどちらが、回転するのかを明確に定めた設計となっていないため、蓋側の液密シール面が、回転溶着に伴う回転にさらされ、その液密シール面を傷めてしまうことが発生し得るという問題があった。

特表２００８−５３２７４４号公報

本発明の目的は、上述のような問題点に鑑み、有底円筒容器と蓋とからなるハウジングにろ材を収納してなる浄水器用フィルタカートリッジであって、有底円筒容器と蓋とを回転溶着で結合しても、液密シール性能を損なうことがない浄水器用フィルタカートリッジを提供することにある。

前記課題を解決するため、本発明のカートリッジおよび浄水器は下記の構成から成る。すなわち、
（１）有底筒状容器と蓋とからなるハウジングと、前記ハウジング内に収納されるろ材部を有してなる浄水器用フィルタカートリッジであって、前記ろ材部の一端は前記蓋に液密に係合し、前記ろ材部の他端は前記有底筒状容器に収納され、前記ろ材部の一端の係合における前記ろ材部軸方向回りの回転開始トルクは、前記ろ材部の他端と前記有底筒状容器との間における前記ろ材部軸方向回りの回転開始トルクより大きいことを特徴とする浄水器用フィルタカートリッジである。
（２）前記有底筒状容器と前記蓋とは、回転溶着により接合されていると好ましい。
（３）前記ろ材部の前記蓋への係合部分には、シール部材が介在すると好ましい。
（４）本発明の浄水器は前記いずれかのカートリッジを有するものである。

本発明は、上記の構成により以下の優れた効果を奏することができる。すなわち、
上記(１)の構成により、有底円筒容器と蓋とを回転溶着してハウジングを形成するに際して、ろ材部と蓋との係合部は相互に回転せず、有底円筒容器に対してろ材部が回転する。これによりろ材部と蓋との係合部の液密性能が回転溶着により損なわれることがない。

上記(２)の構成により、有底円筒容器と蓋との結合強度の強いハウジングを形成できる。

上記(３)の構成により、ろ材部と蓋との係合部の摩擦力がシール部材で増大し、その係合におけるろ材部軸方向回りの回転開始トルクが増大する。また液密性能が向上する。

本発明の一実施形態に係るフィルタカートリッジの縦断面図 本発明の他の実施形態に係るフィルタカートリッジの縦断面図

以下、本発明の実施形態の例を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態における浄水器用のフィルタカートリッジ１の縦断面図である。

図１に示すフィルタカートリッジ１は、吸着ろ過用のろ材を用いた場合のフィルタカートリッジであるが、フィルタカートリッジは、内部に収納するろ材の異なった複数種が可能である。例えば、ろ材として、不織布やメルトブローによる樹脂成形体、膜ろ過用の中空糸膜モジュールなども使用することができる。しかし、以下に述べるフィルタカートリッジの基本的構造・構成は共通するものである。そこで、図１に示す吸着ろ過用のフィルタカートリッジ１で、その構造、構成を説明する。

フィルタカートリッジ１は、有底の円筒容器４と蓋３とからなるハウジング２と、ハウジング２内に収納されるろ材部１２とを有している。ろ材部１２とは、ろ材７とろ材７を保持し、通水を可能とする部材とからなる内部構造物を指す。ろ材部１２はその細部構造を除いて平面図形を、それと同じ平面に位置する軸の周りに回転することにより得られる立体、すなわち回転体の形状をしている。円筒容器４と蓋３とは液密に結合している。結合の方式は、回転溶着、超音波溶着、ネジ結合などが可能だが、製作のし易さ、結合強度の観点から回転溶着が好ましい。なお回転溶着とは、回転で発生する摩擦熱により材料の溶着処理を行う操作である。

蓋３には、流路としての入口１０と出口１１が設けられる。図１に示されるように、蓋３の上部開口部の中央付近には、蓋の一部として一体的に成形されている出口キャップ受部９が設けられている。出口キャップ受部９の外周部の一部は、蓋３の上部開口部の内面に一体的に連結されており、出口キャップ受部９の内部が流路としての出口通路をなしている。その出口通路に連通し、蓋３の上部開口部の外側面の一部に設けられる開口が出口１１である。入口１０は、蓋３の上部開口の内、出口キャップ受部９を除いた円環状部分である。

ろ材部１２の上部の部材として、出口キャップ５が設けられ、その内部は下流側流路をなしている。出口キャップ５は、出口キャップ受部９に嵌入し、液密に係合、固定されている。このようにして結局は、ろ材部１２の一端が蓋３に液密に係合、固定されていることになる。ろ材部の一端にある出口キャップと出口キャップ受部との係合・固定は、嵌入によってではなく、例えば、ネジ結合などによって行い、その固定をより強固にする実施形態としてもよい。図１では、ろ材部１２と蓋３との係合部にシール部材１４が介在していて、液密性能を確実にしているが、シール部材なしの嵌合だけで、液密が達成できるのであれば、それでも問題ない。

ろ材部１２の他端である、その下部には、ろ材部下部の凹部８が存在する。凹部８は、円筒容器４の底部にある容器底部の凸部６と回転可能な状態で係合している。ろ材部１２の他端と円筒容器４との関係は、このように凹凸の係合でなくて、ろ材部１２の他端が容器底部と当接・保持されているだけでもよいし、ろ材部１２の他端と容器底部との間に隙間があって、非接触となっていてもよい。要するに、ろ材部１２の他端が円筒容器４に収納されていればよい。

今述べた係合の方式や、係合に係わる部材の、寸法精度、およびシール部材、樹脂材質等使用材質の摩擦係数を適切に選定することなどにより、出口キャップ５の出口キャップ受部９への係合（すなわちろ材部１２の一端の係合）におけるろ材部１２軸方向回りの回転開始トルクは、ろ材部下部の凹部８の、容器底部の凸部６への係合（もしくは、ろ材部の他端と円筒容器との間との係合）におけるろ材部１２軸方向回りの回転開始トルク（より大きくなるように設定されている。上述の「出口キャップ５の出口キャップ受部９への係合における回転開始トルク」はろ材部１２の一端の係合のおける静摩擦力に抗して、その係合部材同士を相対回転開始させるのに必要なトルクを意味する。そして上述の「ろ材部下部の凹部８における回転開始トルク」はろ材部の他端と円筒容器との間における静摩擦力に抗して、その両部材同士を相対回転開始させるのに必要なトルクを意味する。ろ財部にある出口キャップと蓋にある出口キャップ受部との係合を、強固なネジ結合などによって行う実施形態は、ろ材部の一端の係合におけるろ材部軸方向回りの回転開始トルクを非常に強めた実施形態の例となる。

そのために、図１のシール部材１４はＥＰＤＭなどのゴム素材のＯリングであって、その潰し代を、通常の機械設計基準の上限近くに設定して、ろ材部と蓋との係合部の摩擦力を増大させることは好ましいことである。また、ろ材部下部の凹部８と容器底部の凸部６との係合部分を滑らかにして摩擦係数を少なくし、かつその係合部分の直径を、出口キャップ受部９の内径と同程度以下にすることも好ましい。シール部材はＯリング以外に、断面形状が四角など種々の形状のパッキンも使用し得る。

このような設定がしてあるので、円筒容器４と蓋３とが回転溶着される時、円筒容器４に対してろ材部１２が回転可能であるように構成できる。円筒容器４に対してろ材部１２が回転可能であると、回転溶着時に、蓋３とろ材部１２とは相対的に動かず、それらの液密係合（嵌合）を可能にするためのシール部材１４や係合面を傷つけることがなく、液密性能を損なうこともない。

なお、上記の回転開始トルクは、一般に市販されているような、トルク計やトルクゲージ（ねじの締付トルクや、容器キャップの開栓トルクが測定できるトルク計やトルクゲージ）を用いて測定することができる。

図１のフィルタカートリッジ１において、吸着ろ過によるフィルタカートリッジとしての特有の構成について、以下に述べる。

ろ材７は吸着剤であり、代表的には活性炭が使用される。活性炭は粒状、粉末状、繊維状いずれの形状のものでもよい。またそれらの活性炭が成形された成形体の形態のものでもよい。また、ゼオライトなどのセラミック系の吸着剤も使用可能である。

図１の実施形態において、ろ材７である活性炭１３は、筒状のろ材収納容器の中に充填されている（筒状に構成することもできる）。そして、活性炭への通水流路方向は、収納容器の底部（ろ材部１２下部）に設けられる通水孔から流入し、出口キャップ５へと流出する軸方向となっている。

尚、ろ材としての活性炭部分には、銀（または銀イオン）、銅（または銅イオン）、亜鉛（または亜鉛イオン）など抗菌成分を水道水中に溶出させるろ材（すなわち抗菌剤、例えば、銀添着活性炭）を含んでもよい。また、鉛などの水道水中に含まれ得る重金属を除去するろ材（例えば、ゼオライト、イオン交換樹脂など）を含んでもよい。

また、吸着ろ過用のろ材部１２は、図２に示すような実施形態であってもよい。なお、この図２の実施形態においても、上述したような、円筒容器４と蓋３との回転溶着時に、蓋３とろ材部１２とは相対的に動かず、それらの液密係合（嵌合）を可能にするためのシール部材や係合面を傷つけることがない構成が採用されている。

図２の実施形態のフィルタカートリッジ１のろ材には、抗菌剤１６と非抗菌性吸着剤１５が用いられ、それらを積層して配置する。図２では、通水の上流側から順に、第１の非抗菌性吸着剤層、抗菌剤層、第２の非抗菌性吸着剤層が積層されて配置されており、３層の構成である。もちろん、抗菌剤層、非抗菌性吸着剤層の２層による構成のケースもあり得る。少なくとも、最下流側に非抗菌性吸着剤層が配置され、その上流側に抗菌剤層が配置されていれば良い。

ここで、抗菌剤１６は、上記と同様に、銀（または銀イオン）、銅（または銅イオン）、亜鉛（または亜鉛イオン）など抗菌成分を水道水中に溶出させるろ材であり、代表的には、銀添着活性炭が使用可能である。また、非抗菌性吸着剤１５は、（抗菌性物質の添着されていない）活性炭が代表的に使用可能である。

抗菌剤層の抗菌剤は、通水により抗菌成分を水中に溶出する能力を有するものであって、溶出した抗菌成分により、フィルタカートリッジ１のろ材自身や出口部分における細菌汚染を防止する機能と役割を有している。

抗菌剤１６の重量（抗菌剤に存在する抗菌性物質の重量）は、必要な抗菌効果持続通水量（または期間）により、適した値が決定される。抗菌剤１６の重量が少ないと抗菌成分がほとんど溶出しないか、または総通水量が少ないうちに吸着剤から抗菌成分が溶出しつくすことになる。

フィルタカートリッジが新しい状態では細菌が繁殖する可能性は低いため、通水初期に抗菌成分を溶出させる必要はそれほど高くない。そこで、最下流側に配置される非抗菌性吸着剤１５は、通水初期に抗菌剤１６より無駄に抗菌成分が溶出するのを防ぐために配置されている。すなわち、抗菌剤１６より溶出した抗菌成分は、最下流側に配置される非抗菌性吸着剤１５によって、一旦吸着され、下流の浄水中の抗菌成分濃度が無駄に多くなることがない。

更に、最下流側に配置される非抗菌性吸着剤１５の重量を大きくして、それによる吸着現象により抗菌成分が全て吸着されるようにすると、その非抗菌性吸着剤層１５の下流側、即ちフィルタカートリッジ出口の浄水中には抗菌成分は溶出しておらず、存在しないことになる。そしてその後、非抗菌性吸着剤層１５における抗菌成分の吸着が飽和して、もはや流れてくる抗菌成分を全て吸着できなくなると、フィルタカートリッジ出口の浄水中に、溶出した抗菌成分が現れ始めるようになる構成を実現できる。

このような、抗菌剤と最下流層の非抗菌性吸着剤とによる積層ろ材配置を用いると、一般に新しいフィルタカートリッジの使用開始に行われる調整用の通水（通水初期の捨て水）において、高価な抗菌成分を無駄に溶出させることがなく、経済的である。

なお、通水初期に一旦、最下流層の非抗菌性吸着剤１５に吸着された抗菌成分は、通水が進み、抗菌剤層における抗菌性物質が減少し、そこから溶出する抗菌成分濃度が低下してくると、非抗菌性吸着剤１５から脱着し、浄水中に溶出して抗菌機能を果たし、抗菌寿命延長に貢献することになる。従って、通水初期の一旦最下流層の非抗菌性吸着剤１５に吸着される抗菌成分は、無駄になるのではなく有効に活用される。

上述した、少なくとも抗菌剤層とその下流に配される非抗菌剤吸着剤層のフィルタカートリッジの構成においては、非抗菌剤吸着剤層の下流の浄水中に溶出される抗菌成分濃度を、非抗菌剤吸着剤層の非抗菌剤吸着剤重量によってコントロールすることによって、その溶出開始の時期（すなわち溶出開始される通水量）を任意に設定することもできる。

図２の実施形態に示すように、抗菌剤層と非抗菌性吸着剤層との間に不織布やメッシュフィルタなどによる仕切り部材１７を配置して、ろ材層を維持することが好ましい。抗菌剤層と非抗菌性吸着剤層とによるろ材層は、その両端を入口フィルタ１９と出口フィルタ２０とで仕切られるろ材収納容器１８に収納、充填されている。入口フィルタ１９と出口フィルタ２０も仕切り部材１７と同様の素材を使用することができる。

そして、ろ材収納容器１８に充填される非抗菌性吸着剤層と前記抗菌剤層とによるろ材層の容積の、ろ材収納容器１８の内容積に対する割合（充填率）は９０％以上であることが好ましい。さらに好ましくは９５％以上である。逆にろ材収納容器１８の内容積において、ろ材層以外の空隙の占める割合は１０％未満であることが好ましい。さらに好ましくは５％未満である。空隙の割合が１０％未満であると、ろ材層がほぼ完全に保持されるので、抗菌成分濃度のコントロールを行いやすい。

但し、ろ材が粒状や粉末状でなく、それ自身で形状を保持できる成形体などである場合や、仕切り部材１７が、枠体に不織布やメッシュフィルタなどを溶着したり一体成形したもので、枠体がろ材収納容器１８の内面に密着係合し、ろ材の移動が起こらない場合は、充填率は９０％未満であってもよい。

本発明は、主に一般家庭などの水道水の浄化を行うための浄水器用フィルタカートリッジに利用することができる。特に、キッチン下部の収納部に設置して使用するアンダーシンク型浄水器用フィルタカートリッジとして好適に利用することができる。

１：フィルタカートリッジ
２：ハウジング
３：蓋
４：円筒容器
５：出口キャップ
６：容器底部の凸部
７：ろ材
８：ろ材部下部の凹部
９：出口キャップ受部
１０：入口
１１：出口
１２：ろ材部
１３：活性炭
１４：シール部材
１５：非抗菌性吸着剤
１６：抗菌剤
１７：仕切り部材
１８：ろ材収納容器
１９：入口フィルタ
２０：出口フィルタ

Claims (4)

1. 有底筒状容器と蓋とからなるハウジングと、前記ハウジング内に収納されるろ材部を有し、前記ろ材部の一端は前記蓋に液密に係合し、前記ろ材部の他端は前記有底筒状容器に収納され、前記ろ材部の一端の係合における前記ろ材部軸方向回りの回転開始トルクは、前記ろ材部の他端と前記有底筒状容器との間における前記ろ材部軸方向回りの回転開始トルクより大きいことを特徴とする浄水器用フィルタカートリッジ。
2. 前記有底筒状容器と前記蓋とは、回転溶着により接合されていることを特徴とする請求項１に記載の浄水器用フィルタカートリッジ。
3. 前記ろ材部の前記蓋への係合部分には、シール部材が介在することを特徴とする請求項１または２に記載の浄水器用フィルタカートリッジ。
4. 請求項１〜３いずれかのフィルタカートリッジを有する浄水器。
   

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