(57)【要約】【課題】構成の簡素化を図りながらも製造時間を短縮でき、使用者に対してより安全な浄水を提供可能な浄化カートリッジ、及び浄水器を提供する。【解決手段】水を浄化する浄化材１０を支持する支持体４０を備えた浄化カートリッジ１００であって、浄化材１０が、粒状活性炭と熱可塑性樹脂とを含む混合物を混合し加熱して成型した成型浄化材１０であり、支持体４０は、成型浄化材１０の側へ突出する突出部２２、３２を有し、突出部２２、３２を成型浄化材１０の側へ押圧すると共に超音波振動を加え摩擦熱により溶解させ、支持体４０と成型浄化材１０とを直接溶着する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を浄化する浄化材を支持する支持体を備えた浄化カートリッジであって、
前記浄化材が、粒状活性炭と熱可塑性樹脂とを含む混合物を混合し加熱して成型した成型浄化材であり、
前記支持体は、前記成型浄化材の側へ突出する突出部を有し、
前記突出部を前記成型浄化材の側へ押圧すると共に超音波振動を加え摩擦熱により溶解させ、前記支持体と前記成型浄化材とが直接溶着された浄化カートリッジ。
【請求項２】
前記成型浄化材は、当該成型浄化材に対する前記粒状活性炭と前記熱可塑性樹脂とを合わせた割合が、９５ｗｔ％以上である請求項１に記載の浄化カートリッジ。
【請求項３】
前記成型浄化材に対する前記熱可塑性樹脂の割合が、８ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下である請求項１又は２に記載の浄化カートリッジ。
【請求項４】
前記支持体は、中空筒形状の前記成型浄化材の一端面を支持する蓋部材と、他端面を支持する底部材とから成り、
前記突出部は、前記蓋部材及び前記底部材から前記成型浄化材の端面へ向けて、環状に突出形成されている請求項１〜３の何れか一項に記載の浄化カートリッジ。
【請求項５】
前記支持体は、円盤形状の前記成型浄化材を収納可能な収納部を有すると共に、前記成型浄化材の一端面を支持する底部を有し、
前記突出部は、前記底部から円盤形状の前記成型浄化材の一端面へ向けて、環状に突出形成されている請求項１〜３の何れか一項に記載の浄化カートリッジ。
【請求項６】
前記成型浄化材は、厚さ５ｍｍの板状体の前記成型浄化材に、円錐形状の圧縮端子の円錐先端部を６ｍｍ／分で２ｍｍ挿入したときの応力が２５Ｎ以上となる硬度である請求項１〜５の何れか一項に記載の浄化カートリッジ。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載の浄化カートリッジを装着可能な浄水器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を浄化する浄化材を支持する支持体を備えた浄化カートリッジ、及び当該浄化カートリッジを備えた浄水器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水が流入する水流入部と水が流出する水流出部との間に、粒状活性炭等からなる浄化材１２を充填可能な充填部を有するケーシング１１とを備えた浄化カートリッジが知られている（特許文献１を参照）。当該浄化カートリッジでは、水流入部から原水を流入し、当該原水を浄化材１２により浄化して浄水とし、当該浄水を水流出部から流出する。
当該浄化カートリッジでは、ケーシング１１の充填部に充填された浄化材１２が、ケーシングの内面に接着剤１６にて接着固定されている。
【０００３】
一方、接着剤を用いない浄化カートリッジとしては、不織布８により筒内周面が覆われると共に、不織布９により筒外周面が覆われる円筒状の浄化材１１を、その筒軸方向の一端に蓋体１５を設けると共に、他端に底部材１４を備えた浄化カートリッジが知られている（特許文献２を参照）。
当該浄化カートリッジは、蓋体１５と不織布９とを熱溶着することにより、蓋体１５を不織布９を介して粒状活性炭等からなる浄化材１１に固定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許５０２３０９５号公報
【特許文献２】特開２０１２−２４７４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に開示の技術においては、ケーシング１１と浄化材１２とを接着剤により接着しているため、接着力のばらつきの発生、接着剤の溶出等の問題が発生することがある。
また、接着剤を使用した場合、当該接着剤により、ケーシング１１と浄化材１２とが接着されるまでの比較的長い待機時間をとる必要があり、改良の余地があった。
一方、特許文献２に開示の技術では、蓋体１５と浄化材１１との間の超音波溶着による固定が、蓋体１５と浄化材１１との間に不織布９が介在した状態で実行されるため、蓋体１５と浄化材１１との固定が不十分になる虞があった。また、浄化材１１は、成型されない粒状活性炭である等の理由により、不織布９にて外囲する必要があり、その構成の更なる簡素化が求められていた。
【０００６】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、構成の簡素化を図りながらも製造時間を短縮でき、使用者に対してより安全な浄水を提供可能な浄化カートリッジ、及び浄水器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための水を浄化する浄化材を支持する支持体を備えた浄化カートリッジであって、その特徴構成は、
前記浄化材が、粒状活性炭と熱可塑性樹脂とを含む混合物を混合し加熱して成型した成型浄化材であり、
前記支持体は、前記成型浄化材の側へ突出する突出部を有し、
前記突出部を前記成型浄化材の側へ押圧すると共に超音波振動を加え摩擦熱により溶解させ、前記支持体と前記成型浄化材とが直接溶着された点にある。
【０００８】
上記特徴構成によれば、加熱成型により得られる成型浄化材の硬度を一定以上にすることで、当該成型浄化材と、当該成型浄化材の側へ押圧されると共に超音波振動を加えられる支持体の突出部との間に、適切な摩擦熱を発生させることができ、当該摩擦熱により突出部を溶解させることで、支持体と成型浄化材とを直接、確実に溶着できる。これにより、接着剤を使用する場合に比べ、固着性能を向上できると共に、製造時間を短縮できる。この結果、信頼性の高い浄化を行うことができる。
また、浄化材を粒状活性炭と熱可塑性樹脂とを含む混合物を混合し加熱した成型浄化材であるから、当該成型浄化材からは、粉体状の粒状活性炭が分離し難くでき、自身を不織布で外囲する必要がなくなり、部品点数を低減できる。
尚、本明細書において、上記粒状活性炭は、粉末状の活性炭をも含むものである。
【０００９】
本発明の浄化カートリッジの更なる特徴構成は、
前記成型浄化材は、当該成型浄化材に対する前記粒状活性炭と前記熱可塑性樹脂とを合わせた割合が、９５ｗｔ％以上である点にある。
【００１０】
上記特徴構成によれば、成型浄化材に対する粒状活性炭と熱可塑性樹脂とを合わせた割合を９５ｗｔ％以上とすることで、成型浄化材を比較的硬度の高い材質から構成して、その硬度を一定以上に保つことができる。これにより、超音波溶着の際に、当該成型浄化材と支持体の突出部との間に、十分な摩擦熱を発生させ、その溶着をより確実にできる。
【００１１】
本発明の浄化カートリッジの更なる特徴構成は、
前記成型浄化材に対する前記熱可塑性樹脂の割合が、８ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下である点にある。
【００１２】
成型浄化材において、熱可塑性樹脂の割合が高すぎる場合、通水速度が低下したり、浄化性能（例えば、残留塩素の除去性能）が低下したりする虞がある。逆に、熱可塑性樹脂の割合が低すぎる場合、成型時に形状を保持できず崩れてしまう。
上記特徴構成によれば、成型浄化材に対する熱可塑性樹脂の割合を、８ｗｔ％以上とすることで、成型浄化材の形状を保つことができると共に、３０ｗｔ％以下とすることで、成型浄化材の通水速度及び浄化性能を一定以上に保つことができる。
【００１３】
本発明の浄化カートリッジの更なる特徴構成は、
前記支持体は、中空筒形状の前記成型浄化材の一端面を支持する蓋部材と、他端面を支持する底部材とから成り、
前記突出部は、前記蓋部材及び前記底部材から前記成型浄化材の端面へ向けて、環状に突出形成されている点にある。
【００１４】
上記特徴構成によれば、突出部が、蓋部材及び底部材から成型浄化材の端面へ向けて環状に突出形成されているから、当該中空筒形状の成型浄化材の筒軸心方向視で、筒の周方向で全周に亘って、適切に超音波溶着することができる。
【００１５】
本発明の浄化カートリッジの更なる特徴構成は、
前記支持体は、円盤形状の前記成型浄化材を収納可能な収納部を有すると共に、前記成型浄化材の一端面を支持する底部を有し、
前記突出部は、前記底部から円盤形状の前記成型浄化材の一端面へ向けて、環状に突出形成されている点にある。
【００１６】
上記特徴構成によれば、突出部が、底部から、円盤形状の成型浄化材の一端面へ向けて、環状に突出形成されているから、円盤状の成型浄化材の一端面を、その円盤に沿った全周に亘って、適切に超音波溶着できる。
【００１７】
本発明の浄化カートリッジの更なる特徴構成は、
前記成型浄化材は、厚さ５ｍｍの板状体の前記成型浄化材に、円錐形状の圧縮端子の円錐先端部を６ｍｍ／分で２ｍｍ挿入したときの応力が２５Ｎ以上となる硬度である点にある。
【００１８】
上記特徴構成のように、成型浄化材の硬度を設定しておくことで、当該成型浄化材へ支持体の突出部を押圧して超音波溶着する際に、成型浄化材が破損することを防止できる。これにより、成型浄化材と支持体の突出部との間で、十分な摩擦力を発生させ突出部を溶解させ、成型浄化材と支持体とを適切に溶着することができる。
【００１９】
上記目的を達成するための浄水器の特徴構成は、上述した浄化カートリッジを装着可能である点にある。
【００２０】
これまで、説明してきた浄化カートリッジを装着した浄水器は、原水を浄化する際に、当該原水が接着剤に接触することがないから、接着剤により接着されたものに比べ、より安全な浄水を提供できる。
また、支持体と成型浄化材とを接着剤で接着する浄化カートリッジに比べ、超音波溶着で溶着する浄化カートリッジは、支持体の構成を簡素化できるから、コンパクトにできる。これにより、本発明の浄化カートリッジは、比較的浄化カートリッジの設置スペースの少ない水洗一体型の浄水器に対しても好適に装着することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】超音波溶着前の浄化カートリッジの分解斜視図
【図２】超音波溶着後の浄化カートリッジ、及び当該浄化カートリッジを装着した水洗一体型浄水器の断面図
【図３】成型浄化材の圧縮応力試験の測定結果を示すグラフ図
【図４】浄化カートリッジの別実施形態を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の浄化カートリッジ１００は、比較的簡易な構成を維持しながらも、接着剤等を用いることのない信頼性の高い浄化カートリッジに関する。
【００２３】
浄化カートリッジ１００は、粒状（粉末状）活性炭、繊維状活性炭、及び熱可塑性樹脂からなる混合物を、アルミからなる金型に入れ、加熱することにより中空円筒状に成型した成型浄化材１０と、当該成型浄化材１０の一端を支持する底部材２０（支持体の一例）と、他端を支持する蓋部材３０（支持体の一例）とから構成されている。ここで、詳細については後述するが、底部材２０と成型浄化材１０、及び蓋部材３０と成型浄化材１０とは、共に、
超音波溶着により、直接溶着されている。ここで、直接溶着するとは、互いの間に、不織布等を介することなく溶着することを指す。図２に示す例では、蓋部材３０を原水流入側に、底部材２０を浄水流出側に配置する例を示している。
【００２４】
浄水流出側に配置される底部材２０は、図１（ａ）に示すように、成型浄化材１０の一端面の外径と同程度の外径を有する円盤状部位２１と、当該円盤状部位２１から成型浄化材１０の一端側へ突出形成される突出部２２と、当該円盤状部位２１から成型浄化材１０の側とは反対側へ膨出する膨出部２３とを有する。
突出部２２は、円盤状部位２１の円盤の外径より小さい径の環状であると共に突出端部が、断面が三角形状の尖った形状を有している。当該突出部２２の円盤状部位２１からの突出量は、求められる溶着の強度により適宜設定可能であり、例えば、０．５ｍｍ以上０．７ｍｍ以下のものが好適に採用される。当該突出部２２は、図１（ｂ）に示すように、突出方向に沿う断面視における先端角αを３１．５°以上６１．５°以下に設定される。
これにより、当該突出部２２の突出端部が、成型浄化材１０の一端面に押圧された状態で超音波溶着されることにより、摩擦熱で突出部２２が溶けて、底部材２０と成型浄化材１０とが直接溶着される。尚、突出部２２が溶けた後の状態は、図２に７１として図示している。
円盤状部位２１及び膨出部２３には、中空円筒状の成型浄化材１０の中央流路１１に連通する連通路２４が形成されている。これにより、原水が、成型浄化材１０を通過し、その中央流路１１に入った後、当該連通路２４へ流入可能となる。また、膨出部２３の径方向外側には、図１（ｂ）に示すように、シール部材２５が配設されている。
【００２５】
原水流入側に配置される蓋部材３０は、図１（ａ）に示すように、成型浄化材１０の他端面の外径と同程度の外径を有する円盤状部位３１と、当該円盤状部位３１から成型浄化材１０の他端側へ突出形成される突出部３２とを有する。
当該突出部３２は、底部材２０に形成される突出部２２と同形状であり、蓋部材３０と成型浄化材１０とが超音波溶着される際に溶けることで、蓋部材３０と成型浄化材１０とを直接溶着させる。尚、突出部３２が溶けた後の状態は、図２に７０として図示している。
【００２６】
上述した浄化カートリッジ１００は、成型浄化材１０に底部材２０及び蓋部材３０が超音波溶着により溶着されているため、当該底部材２０及び蓋部材３０に成型浄化材１０の側方円周面１０ａを支持する鍔部を形成する必要がない。これにより、本発明の浄化カートリッジ１００は、図１（ａ）に示すように、その径方向の幅（図１（ａ）でＬ１にて示す幅）が小さなものとなっており、図２に示すような水洗一体型浄水器２００に好適に装着できる。
水洗一体型浄水器２００は、図２に示すように、原水流入口６２と、浄化カートリッジ１００を収納する収納空間Ｖ１と、当該浄化カートリッジ１００にて浄化された浄水を浄水吐出口６１へ導く吐出空間Ｖ２とを有する。収納空間Ｖ１には、浄化カートリッジ１００の底部材２０の膨出部２３を支持する支持部位６３が形成されており、当該支持部位６３はシール部材２５を介して膨出部２３を気密に支持する。
これにより、原水流入口６２から流入した原水は、浄化カートリッジ１００の成型浄化材１０を径方向で通流し、成型浄化材１０の軸心に沿って形成される中央流路１１、底部材２０の連通路２４、吐出空間Ｖ２を記載順に通流して、浄水吐出口６１から吐出される。
【００２７】
次に、浄化材１０の具体的な構成について説明する。浄化材１０は、底部材２０及び蓋部材３０と超音波溶着により直接溶着されるのであるが、超音波溶着は、通常、１５〜５０ｋＨｚ程度の超音波振動を圧力と共に部材に加えそれにより生じる摩擦熱で、部材を溶かし溶着する方法であるため、溶着する部材の硬度が低い場合、十分な摩擦熱を発生せず、溶着が不十分となる虞がある。そこで、本発明にあっては、浄化材１０を以下の如く構成する。
【００２８】
浄化材１０は、図１（ａ）に示すように、粒状活性炭と繊維状活性炭と熱可塑性樹脂とを含む混合物を、アルミ等からなる金型に入れ、加熱して中空円筒状に成型する。このようにして成型された成型浄化材１０の硬度は、粒状活性炭と繊維状活性炭と熱可塑性樹脂との混合割合により変化する。尚、当該熱可塑性樹脂としては、ＰＥ、ＰＰ、ＰＥＴ、ＰＳ、ＰＭＭＡ等が、好適に利用可能である。また、粒状活性炭の粒径は、５０μｍ以上８００μｍ以下程度のものが好適に用いられる。
そこで、本発明にあっては、成型浄化材１０の硬度を一定以上に維持する混合割合を調べるべく、以下の圧縮応力試験を行った。
当該圧縮応力試験では、表１に示すように、粒状活性炭、繊維状活性炭、及び熱可塑性樹脂の混合割合を変化させた浄化材１０（検体１〜８）を、厚さ５ｍｍの板状体に成型し、当該板状体の成型浄化材１０の一端面へ、円錐形状の圧縮端子の円錐先端部を、圧縮試験装置（島津  ＡｕｔｏＧｒａｐｈ  ＡＧＳ−Ｘ）により、６ｍｍ／分で２ｍｍ挿入したときの応力を測定する。尚、検体１〜８では、成型浄化材１０に対する熱可塑性樹脂の混合割合を２０ｗｔ％で一定にしている。
尚、圧縮端子は、その移動方向に沿う断面視で、その先端角が、３１．５°以上〜６１．５°以下のものが好適に採用される。当該先端角は、底部材２０及び蓋部材３０の夫々に設けられる突出部２２、３２の、突出方向に沿う断面視における先端角と同程度に設定される。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
測定結果を図３のグラフ図に示す。
図３のグラフ図に示すように、繊維状活性炭の混合割合が低下するに従って、当該圧縮応力試験における応力が大きくなっていることがわかる。発明者らは、当該圧縮応力試験において、表１に示す検体７、８、即ち、応力が２５Ｎ以上となる成型浄化材１０であれば、超音波溶着できることを確認した。
これにより、成型浄化材１０に対する粒状活性炭及び熱可塑性樹脂の双方を足し合わせた混合割合が９５ｗｔ％以上の成型浄化材１０であれば、支持体４０と直接超音波溶着可能であると言える。
【００３１】
〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、浄化材１０の例として、浄化性能を発揮する材料として、繊維活性炭と粒状活性炭とを含むものを例示したが、浄化材１０の硬度を高める意味からは、繊維状活性炭を含まなくても構わない。
また、浄化性能を発揮する材料として、一般に良く知られるイオン交換樹脂やゼオライト等を含むものであっても構わない。
【００３２】
（２）上記実施形態の圧縮応力試験において、成型浄化材１０に対する熱可塑性樹脂の割合を２０ｗｔ％で一定としたが、別に熱可塑性樹脂の割合を変化させても構わない。例えば、成型浄化材１０に対する熱可塑性樹脂の混合割合を８ｗｔ％以上とすることで、成型浄化材１０を支持体４０で支持した際にも、当該成型浄化材１０が崩れずその形状が維持される。また、２０ｗｔ％以下とすることで、当該成型浄化材１０の通水性を一定以上に保つことができる。
【００３３】
（３）上記実施形態において、底部材２０及び蓋部材３０に設けた突出部２２、３２は、成型浄化材１０の端面の側へ突出する環状であるとした。当該突出部２２、３２は、必要とされる溶着度合に応じて、２重や３重の環状としても構わない。また、突出部２２、３２は、別に環状でなくても、底部材２０及び蓋部材３０の円盤状部位２１、３１から成型浄化材１０の端面側へ延びると共に、徐々に先細りとなる円錐形状としても構わない。
【００３４】
（４）上記実施形態では、本発明の浄化カートリッジ１００が、水洗一体型浄水器２００に適用できる例を示したが、別に、ポット型浄水器等に適切することもできる。
この場合、浄化カートリッジ１００は、図４（ａ）に示すように、円盤形状に成型された成型浄化材１０と、当該成型浄化材１０を収納可能な収納部５１を有すると共に、成型浄化材１０の底面側を支持する底部５２を有する支持体４０とから構成されている。
底部５２には、図４（ａ）に示すように、収納部５１に収納される成型浄化材１０の底面側へ突出する突出部５３が形成されており、当該突出部５３に成型浄化材１０を押圧しながら超音波溶着することにより、図４（ｂ）に示すように、底部５２と成型浄化材１０とを直接溶着することができる。
このように形成された浄化カートリッジ１００は、図示は省略するが、一般的な浄水器に好適に利用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の浄化カートリッジ、及びそれを備えた浄水器は、構成の簡素化を図りながらも製造時間を短縮でき、使用者に対してより安全な浄水を提供可能な浄化カートリッジ、及び浄水器として、有効に利用可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１０      ：成型浄化材
２０      ：底部材
２２      ：突出部
３０      ：蓋部材
３２      ：突出部
４０      ：支持体
５１      ：収納部
５２      ：底部
５３      ：突出部
１００    ：浄化カートリッジ
２００    ：浄水器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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