(57)【要約】【課題】浄水フィルタとして大型化や構造の複雑化を抑制しつつ多機能化させる。【解決手段】膜ケース５内に収容した中空糸膜モジュール７は、複数の中空糸膜１５をＵ字状に折り曲げて形成してある。カートリッジハウジング３の流入口９から流入する原水が、各中空糸膜１５の外部から内部に向けて流れるときに原水中の微粒子成分を捕捉する。その際、中空糸膜１５の外周面に設けた官能基により原水に溶解している金属イオンや細菌を捕捉する。【選択図】図１
2011092800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を濾過する濾過手段を備える浄水フィルタであって、前記濾過手段が、弱酸性、強酸性、弱塩基性、強塩基性の各官能基のうち少なくともいずれか一つを備えていることを特徴とする浄水フィルタ。
【請求項２】
前記濾過手段の水との接触面に前記官能基を設けたことを特徴とする請求項１に記載の浄水フィルタ。
【請求項３】
前記濾過手段の基材が樹脂であることを特徴とする請求項１または２に記載の浄水フィルタ。
【請求項４】
前記濾過手段が中空糸状であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の浄水フィルタ。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の浄水フィルタを備えたことを特徴とする浄水器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を濾過する濾過手段を備える浄水フィルタ及び該浄水フィルタを備えた浄水器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、浄水器に使用する浄水フィルタとして、原水中に含まれる細菌類や濁度成分を除去する中空糸膜を、円筒状ケース内の中心部に配置し、中空糸膜の外周側に原水中のカビ臭やカルキ臭を除去する吸着体を配置するものが知られている（下記特許文献１参照）。
【０００３】
そして、上記した吸着体は、繊維状活性炭、不織布、発泡材などの微多孔物質に、チタンケイ酸塩などのイオン交換能を有する吸着剤を担持させることで、重金属イオンを除去できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２３２３６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、従来の浄水フィルタは、中空糸膜により細菌類や濁度成分などを除去する他に、吸着体により重金属イオンを除去することで多機能化させているが、吸着体を、ケース内にて中空糸膜の外周側に配置する領域を別途確保する必要がある。
【０００６】
このため、浄水フィルタとして大型化を招くとともに、原水を、確実に吸着体を通過させた後中空糸膜を通過させるために、各部にシール構造を設けつつ流路を構成する必要があることから、構造の複雑化を招いている。
【０００７】
そこで、本発明は、浄水フィルタとして大型化や構造の複雑化を抑制しつつ多機能化させることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、水を濾過する濾過手段を備える浄水フィルタであって、前記濾過手段が、弱酸性、強酸性、弱塩基性、強塩基性の各官能基のうち少なくともいずれか一つを備えていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載の浄水フィルタであって、前記濾過手段の水との接触面に前記官能基を設けたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の浄水フィルタであって、前記濾過手段の基材が樹脂であることを特徴とする
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の浄水フィルタであって、前記濾過手段が中空糸状であることを特徴とする。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の浄水フィルタを備えた浄水器としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、濾過手段自体が官能基を備えているため、濾過手段自体の濾過機能のほかに官能基によってイオンを捕捉する機能も合わせ持つことになり、浄水フィルタとして、大型化や構造の複雑化を抑制しつつ多機能化させることができる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、濾過手段の水との接触面に設けた官能基によって、イオンを効率よく除去することができる。
【００１４】
請求項３または４の発明によれば、濾過手段として一般的に使用される中空糸膜を利用することができ、濾過機能を効率よく発揮させることができる。
【００１５】
請求項５の発明によれば、浄水器として、大型化や構造の複雑化を抑制しつつ多機能化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態を示す浄水カートリッジの断面図である。
【図２】（ａ）は図１の浄水カートリッジに使用する中空糸膜の一部を拡大した断面図、（ｂ）は（ａ）の中空糸膜の壁部（Ａ部）を拡大した断面図である。
【図３】図２（ｂ）の壁部に官能基を設けた断面図である。
【図４】図３の官能基の具体例を、（ａ）〜（ｄ）にて各種示す模試的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１８】
図１に示す浄水フィルタとしての浄水カートリッジ１は、カートリッジハウジング３内に配置した膜ケース５内に中空糸膜モジュール７を収容しており、例えば家庭用の浄水器に使用される。
【００１９】
カートリッジハウジング３は、円筒部３ａと該円筒部３ａの両端に位置する端板部３ｂ，３ｃとを有して全体として円筒形状を呈し、図中で下部側の端板部３ｂの中央に原水の流入口９を、同上部側の端板部３ｃの中央に処理（浄化）後の水（以下処理水と言う）の流出口１１を設けている。なお、実際には、端板部３ｂと端板部３ｃとのいずれか一方が、円筒部３ａに対して着脱可能となる蓋部材を構成することになるが、図１ではそのような構造は省略している。
【００２０】
膜ケース５は、カートリッジハウジング３における円筒部３ａの内周面にほぼ接触する円筒形状を呈し、流出口１１側の端部外周と円筒部３ａの内周面との間に、環状のシール材１３を介装している。
【００２１】
なお、膜ケース５の流入口９側の開口を閉塞して側部に開口を設け、この開口に対応して流入口９に代わる流入口を、カートリッジハウジング３の側壁に設けるようにしてもよい。
【００２２】
中空糸膜モジュール７は、濾過手段としての多数の中空糸膜１５をＵ字状に折り曲げて形成してあり、その折曲部１５ａを流入口９側に対応させる一方、処理水が流出する開口端部１５ｂを流出口１１側に対応させている。この際、折曲部１５ａと端板部３ｂとの間の膜ケース５内には流入空間１７を形成する一方、開口端部１５ｂと端板部３ｃとの間には、集水部となる流出空間１９を形成している。流出空間１９は、流入空間１７に比較して充分小さく設定している。
【００２３】
また、中空糸膜モジュール７の開口端部１５ｂ側は、接着剤として機能する封止材２１によって、複数の中空糸膜１５相互間を密閉状態で固定するとともに、外周側部分を膜ケース５の内周面に対して密閉状態で固定している。
【００２４】
このような中空糸膜モジュール７は、流入口９から流入空間１７に流入した原水が、中空糸膜１５の外部から内部に流れる際に、原水中に混入する異物である微粒子成分（濁度成分）を捕捉して濾過する。
【００２５】
中空糸膜１５は、図２（ａ）に示すように、内部に中空部２３を備えて円筒のストロー状に形成され、その壁部２５のＡ部を拡大した図２（ｂ）に示すように、基材となる樹脂で形成する肉部２７相互間に、複雑に分岐、集合を繰り返す複数の貫通孔２９を備えている。この貫通孔２９を、原水が壁部２５の外周面２５ａ側から流入して、内周面２５ｂ側から中空部２３に流出するように流れる。
【００２６】
その際、原水中に混入する、貫通孔２９の孔径より大きい粒子を捕捉する。捕捉した粒子は、貫通孔２９を閉塞するものの、複数の貫通孔２９が分岐、集合するため、原水は他の迂回路を形成する別の貫通孔２９を通して内周面２５ｂ側に向けて流れる。
【００２７】
このような中空糸膜１５は、例えば外周側の貫通孔２９の孔径を小さくして濾過機能を持たせる一方、内周側の肉部２７を太くしかつ貫通孔２９の孔径を大きくすることで、強度を上げかつ膜圧損失を小さくすることもできる。
【００２８】
なお、家庭用浄水器に使用する中空糸膜１５は、サブミクロン程度以上の大きさの粒子を捕捉する精密濾過膜（ＭＦ）が通常使用され、具体的には０．１μｍ以上の粒子を捕捉するものが一般的であり、より微細な原水中の溶解成分を捕捉する機能は備えていない。
【００２９】
より微細な原水中の溶解成分を捕捉する膜としては、逆浸透膜（ＲＯ）や限外濾過膜（ＵＦ）がある。逆浸透膜は、水に溶解したイオンや分子を除去する目的で使用されるが、膜の透過流束が小さいため、水の流入側に残存するイオンや分子が濃縮された水が、処理水とは別に排水されることになり、精製されたイオンなどを含まない透過（処理）水量は原水の３分の１〜５分の１位となってしまう。
【００３０】
また、限外濾過膜は逆浸透膜より大きな水溶性高分子（数ｎｍ〜数１０ｎｍ）を除去するのに適しており、水中の微粒子はほぼ除去することができるが、膜自体の圧力損失が大きい。
【００３１】
したがって、本実施形態では、これら逆浸透膜や限外濾過膜よりさらに大きな微粒子を除去するのに適した精密濾過膜（ＭＦ）を用いることで、限外濾過膜よりも圧力損失が小さく、逆浸透膜よりも高い透過流束を発揮でき、コスト的にも有利な特に家庭用浄水器に好適なものとなる。
【００３２】
このような精密濾過膜を使用した本実施形態の中空糸膜１５は、その壁部２５の外周面２５ａ側に、原水中に混入するより微細な溶解成分を除去する機能を備えたイオン捕捉手段を設けるものとする。すなわち、本実施形態では、濾過手段である中空糸膜１５がイオン捕捉手段を備えていることになる。
【００３３】
中空糸膜１５の壁部２５の外周面２５ａ側に設けるイオン捕捉手段は、図３に示すように、壁部２５の外周面２５ａと、内周面２５ｂ及び内周面２５ｂ近傍の肉部２７を除く肉部２７の表面とに、官能基をそれぞれ形成した官能基導入層３１を設けて構成している。
【００３４】
官能基としては、例えば図４（ａ）に示すように、弱酸性のカルボキシル基３３を導入（付与）すると、原水中で一部が負の電荷を持つ官能基となる。また、図４（ｂ）に示すように、強酸性のスルホン酸基３５を導入（付与）すると、負の電荷を持つ官能基となる。これらは、正の電荷を有する金属イオンを捕捉するのに有効である。弱酸性の官能基では、強酸性の官能基に比較してイオン交換能が低くなるが、再生が容易である。逆に、強酸性の官能基では、弱酸性の官能基に比較して再生が困難であるが、イオン交換能が高くなる。
【００３５】
一方、図４（ｃ）に示すように、弱塩基性のジメチルアミノエチル基３７は、原水中で一部が正の電荷を持つ官能基となり、また図４（ｄ）に示すように、トリメチルアミノエチル基３９は、原水中で正の電荷を持つ官能基となる。これらは、負の電荷を有する有機酸や表面に負の電荷を帯びた細菌の捕捉に有効である。弱塩基性の官能基では、強塩基性の官能基に比較してイオン交換能が低くなるが、再生が容易である。逆に、強塩基性の官能基では、弱塩基性の官能基に比較して再生が困難であるが、イオン交換能が高くなる。
【００３６】
特に、４級アミン構造を有する官能基をドデシルジメチルアミノエチル基などの、長鎖アルキルなどの疎水性部分を有する塩基性官能基とすることで、抗菌性を持たせることができる。また、酸性官能基にあらかじめ銀イオン、銅イオンなどの抗菌性を有する金属イオンを担持させ、水中の陽イオンとイオン交換しながら、抗菌性金属イオンを水中に徐放することもできる。
【００３７】
その他、イミノジアセテート基など金属イオンをキレート形成により捕捉する官能基や、グルカミン基などでホウ酸やフッ酸をキレート形成により捕捉する官能基の導入も可能である。これにより、濃度の低い金属、特に重金属イオンの除去が効果的であり、より選択的に対象成分の捕捉が可能となる。
【００３８】
このように、本実施形態では、中空糸膜１５の壁部２５の外周面２５ａと、内周面２５ｂ及び内周面２５ｂ近傍の肉部２７を除く肉部２７の表面に、官能基を設けている。これにより、中空糸膜１５に接触する原水が、壁部２５を通過することで貫通孔２９により濾過処理され、かつ、原水中に存在する逆の電荷を有するイオン成分が官能基により捕捉されて浄化さる。
【００３９】
この際、本実施形態では、官能基を、壁部２５の内周面２５ｂ近傍の肉部２７を除く肉部２７の表面、すなわち水との接触面のほぼ全域に設けているので、原水との接触面積を大きく取れ、中空糸膜１５を多機能化するのに有効である。
【００４０】
上記した官能基は、中空糸膜１５の基材に直接導入してもよいし、別の素材で官能基を有するポリマを合成し、その希薄溶液を中空糸膜基材に含浸してコーティングする方法でもよく、官能基を有するポリマの繊維を接着してもよい。さらに、中空糸膜１５の基材をプラズマ処理で反応させて官能基を化学的に結合させてもよい。また、官能基は１つの種類でもよく、複数種を組み合わせて導入してもよい。
【００４１】
なお、官能基は、図３における壁部２５の外周面２５ａにのみ設けてもよく、外周面２５ａ及び内周面２５ｂと肉部２７の表面、すなわち水との接触面すべてに設けてもよい。
【００４２】
このように構成した浄水カートリッジ１では、図１の流入口９から流入空間１７に流入した原水が、中空糸膜１５の外部から内部に向けて流れる際に、図３の壁部２５における官能基導入層３１に接触することで、原水中の溶解成分である金属イオンや有機酸あるいは細菌を捕捉する。
【００４３】
また、原水が貫通孔２９を通過する際には、貫通孔２９の孔径より大きい粒子を捕捉して濾過する。
【００４４】
このようにして浄化された原水は、中空糸膜１５内の中空部２３から図１に示す開口端部１５ｂを経て流出空間１９に流出し、さらに流出口１１から外部に流出して浄水として使用可能となる。
【００４５】
このように、本実施形態の浄水カートリッジ１は、０．１μｍ以上の微粒子成分を主として除去する中空糸膜１５自体が、金属イオンや細菌を捕捉する官能基導入層３１を一体的に備えている。このため、浄水フィルタとして、大型化や構造の複雑化を抑制しつつ多機能化させることができる。
【００４６】
なお、図４の官能基を導入する基材としては、濾過手段として一般的な中空糸膜１５の素材として使用されるポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂やポリスルフォン系樹脂、フッ素系樹脂などでよく、不織布として利用されるポリエステル系樹脂、ナイロンのどのポリアミド系樹脂などでもよい。また、発泡体として利用されるポリビニルアルコールや酢酸ビニルなどのビニル系樹脂でもよく、セルロースなどの天然系樹脂でもよい。
【００４７】
また、形状も中空糸膜状に限定されず、ハニカム状、樹脂粒溶着体、スポンジ様の連続気泡を有する発泡体や不織布などでもよい。さらに、加工が可能であればセラミックなどの無機素材でもよい。
【００４８】
なお、上記した実施形態では、図３に示すように、中空糸膜１５における壁部２５の外周面２５ａと、内周面２５ｂ近傍の肉部２７を除く肉部２７の表面とに、官能基導入層３１を設けている。この構成とは逆に、壁部２５の内周面２５ｂと、外周面２５ａ近傍の肉部２７を除く肉部２７の表面とに、官能基導入層３１を設けてもよい。
【００４９】
ここで、官能基導入層３１を、原水の流入側である外周面２５ａ、または外周面２５ａ及び内周面２５ｂ側の肉部２７を除く肉部２７の表面に設けた場合には、官能基の利用効率が高まり、より高機能の浄水カートリッジ１とすることができる。その際、中空糸膜１５は、官能基導入層３１を通過後の一部浄化された水が流れることになるので、原水中に含まれる異物から保護することができ、濾過機能をより効率よく発揮させることができる。
【００５０】
一方、官能基導入層３１を、内周面２５ｂ、または内周面２５ｂ及び外周面２５ａ側の肉部２７を除く肉部２７の表面に設けた場合には、官能基導入層３１は、中空糸膜１５を通過後の一部浄化された水が流れることになるので、原水中の異物による劣化を抑えることができる。
【００５１】
また、上記した実施形態では、中空糸膜１５が、原水を壁部２５の外周面２５ａから内周面２５ｂに向けて流す外圧式としているが、これとは逆に、原水を壁部２５の内周面２５ｂから外周面２５ａに向けて流す内圧式としてもよい。内圧式とした場合には、図１の流出口１１が原水の流入口となり、流入口９が浄化後の処理水の流出口となる。
【符号の説明】
【００５２】
１  浄水カートリッジ（浄水フィルタ）
１５  中空糸膜（濾過手段）
３１  官能基導入層（イオン捕捉手段）
【図１】
2011092800.tif 000003
【図２】
2011092800.tif 000004
【図３】
2011092800.tif 000005
【図４】
2011092800.tif 000006