(57)【要約】【課題】中空糸膜部における所定の濁度ろ過能力を確保し、従来に比して、そのろ過性能を向上させることが可能な水栓内蔵型浄水カートリッジであり、高いろ過性能を長期間に亘って維持できるようにした長寿命の水栓内蔵型浄水カートリッジを提供すること。【解決手段】中空糸膜部１と活性炭部１３を直列配置して水栓に内蔵可能な筒形のカートリッジ本体２０を構成し、少なくとも中空糸膜部１の外周囲を筒形ボデー４で包囲し、中空糸膜部１のろ過能力を前記活性炭部１３のろ過能力と同等以上とした水栓内蔵型浄水カートリッジである。【選択図】　　図１
2004000956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空糸膜部と活性炭部を直列配置して水栓に内蔵可能な筒形のカートリッジ本体を構成し、少なくとも中空糸膜部の外周囲を筒形ボデーで包囲したことを特徴とする水栓内蔵型浄水カートリッジ。
【請求項２】
前記中空糸膜部のろ過能力を前記活性炭部のろ過能力と同等以上とした請求項１に記載の水栓内蔵型浄水カートリッジ。
【請求項３】
請求項２における活性炭部の容積を規定の残留塩素ろ過能力を１０％以上、上回る容量とし、残りの容量を中空糸膜部とした水栓内蔵型浄水カートリッジ。
【請求項４】
前記活性炭部は、繊維状活性炭と粒状活性炭より成り、繊維状活性炭を粒状活性炭より多く含有させた請求項１乃至３の何れか１項に記載の水栓内蔵型浄水カートリッジ。
【請求項５】
前記活性炭部に鉛吸着剤を含有させた請求項４に記載の水栓内蔵型浄水カートリッジ。
【請求項６】
水栓本体に設けたシャワーヘッドの筒部内に、前記カートリッジ本体を着脱可能に内蔵させ、水栓本体の基部より前記シャワーヘッドをホースを介して引出し自在に設けた請求項１に記載の水栓内蔵型浄水カートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水栓流路を切り換えることによって水道水（原水）、又は浄水を吐出するシャワーノズル等を水栓内に着脱可能に内蔵した水栓内蔵型浄水カートリッジに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、原水内に含有される残留塩素成分を除去あるいは塩素イオンに分解でき、原水と浄水とを切り換え可能に設けたシャワーヘッドは各種提供されているが、例えば、浄水機能付きシャワーヘッドに設けられた流路切換弁を切り換えて浄水又は原水を吐出させるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
このシャワーヘッド内には、筒状の水質浄化用カートリッジが装着されており、通常はこのカートリッジの外周に原水を流し、一方、ろ過時にはカートリッジの外周からカートリッジ内部の中空部に浄水流路を構成してろ過を行っている。
【０００３】
この水質浄化用カートリッジは、筒状に形成した活性炭を主成分とする水質浄化材の外周面に不織布、スポンジ又は網などからなるフィルタを周設し、このフィルタは通常時においても原水と接するような構造となっている。
【０００４】
ろ過時においては、流路切換弁を切り換えて流路を浄水側にした場合、原水が水質浄化用カートリッジの外周側流路からフィルタ、水質浄化材を通過して水質浄化材の中央に形成した中央空間部に浄水が流出するようにしている。
【０００５】
一方、筒状のろ材を内部に装着した浄水シャワーとして、通常は、筒状カートリッジの中空部に原水を流すようにしておき、浄水使用時には、筒状カートリッジの外周から前記中空部（中央部）に向けて浄水流路を構成するようにしたものも提案されている。
【０００６】
この浄水シャワーを浄水側に切り換えると、筒状カートリッジの外周側から圧力が中央部に向けて加わるため、この耐圧手段として筒状カートリッジの中央部に多孔質プラスチックや、側面に多数の穴が設けられているプラスチックの円筒などからなる筒状の補強材を配置するのが一般的である。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−３０３６３５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した水質浄化用カートリッジの水質浄化材としては、遊離残留塩素を除去するために繊維状活性炭が用いられているが、この活性炭によるとバクテリアや微粒子などを除去・分解することはできない。
【０００９】
また、上記のカートリッジは、何れもシャワーヘッドに内蔵したときに、原水と浄水との切り換えに拘わらず常にフィルタやろ材である水質浄化材が原水に接している構造となるため、たとえシャワーを原水のみで使用した場合であっても浄水カートリッジのろ過性能が大きく落ちてしまい、浄水カートリッジの寿命を短くすることになるが、この構造は、水栓に内蔵するタイプの水栓内蔵用カートリッジの場合には何れも同様であり、構造上避けられないものとなっている。
【００１０】
また、筒状カートリッジの中央部に多孔質プラスチックを補強材として設ける場合には、この補強材の目詰まり等によってろ過流量が低下するおそれがあり、単に穴を有するプラスチック製補強材を活性炭層の保護部材として用いた場合には、穴の近傍の繊維状活性炭層のみがろ過に寄与するだけで活性炭層全体を効率的に利用することが困難であった。
【００１１】
また、水栓内蔵型の浄水カートリッジは、水栓に設けたシャワーヘッドの筒部に有する内蔵スペースに限界があるため、この内蔵スペースに収納するための浄水カートリッジの全長と容積にも自ずから限界があり、その上、中空糸膜部と活性炭部の長さや容積等にも制限がある。そのため、中空糸膜部と活性炭部の何れかが先行して目詰まりを起こすなど、浄水カートリッジ自体の寿命が不安定であり、その点における改良の必要性があった。
【００１２】
一方、粒径が約１．０μｍ以下の微粒子を多く含む水質の水道水をろ過する場合、表１に記載のＡ市水道水の例に示すように、粒径が０．５〜０．７μｍの微粒子を多く含む場合は、微粒子が活性炭層を通過して中空糸膜部により捕捉される割合が多くなるため、中空糸膜部の早期の目詰まりを生じ易くなり、浄水カートリッジ自体の寿命が短くなり、この点のおける改善も要求されている。
【００１３】
【表１】
2004000956.tif 000003
【００１４】
本発明は、上述の実情に鑑みて開発したものであり、その目的とするところは、中空糸膜部における所定の濁度ろ過能力を確保し、従来に比して、そのろ過性能を向上させることが可能な水栓内蔵型浄水カートリッジであり、高いろ過性能を長期間に亘って維持できるようにした長寿命の水栓内蔵型浄水カートリッジを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、中空糸膜部と活性炭部を直列配置して水栓に内蔵可能な筒形のカートリッジ本体を構成し、少なくとも中空糸膜部の外周囲を筒形ボデーで包囲した水栓内蔵型浄水カートリッジである。
【００１６】
請求項２に係る発明は、前記中空糸膜部のろ過能力を前記活性炭部のろ過能力と同等以上とした水栓内蔵型浄水カートリッジである。
【００１７】
請求項３に係る発明は、活性炭部の容積を規定の残留塩素ろ過能力を１０％以上、上回る容量とし、残りの容量を中空糸膜部とした水栓内蔵型浄水カートリッジである。
【００１８】
請求項４に係る発明は、前記活性炭部は、繊維状活性炭と粒状活性炭より成り、繊維状活性炭を粒状活性炭より多く含有させた水栓内蔵型浄水カートリッジである。
【００１９】
請求項５に係る発明は、前記活性炭部に鉛吸着剤を含有させた水栓内蔵型浄水カートリッジである。
【００２０】
請求項６に係る発明は、水栓本体に設けたシャワーヘッドの筒部内に、前記カートリッジ本体を着脱可能に内蔵させ、水栓本体の基部より前記シャワーヘッドをホースを介して引出し自在に設けた水栓内蔵型浄水カートリッジである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明における水栓内蔵型浄水カートリッジの実施形態を図に基づいて説明する。
図１は、本発明における浄水カートリッジでの一例を示した縦断面図であり、図２は、図１のカートリッジを分離して示した半截断面図である。図１及び図２において、１は、水道水中のバクテリアや微粒子等の濁り成分を除去することが可能な中空糸膜部であり、本例の中空糸膜部１は、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＳ（ポリサルフォン）製等の中空糸膜２を用い、これを略Ｕ字形状に折返して結束し、端部をポリウレタンやエポキシ樹脂等のポッティング部３で中空糸膜２とＡＢＳ樹脂等の筒形ボデー４を密封固着し、ポッティング部３の中空糸膜の端部を開口させている。微粒子の粒径が０．５〜０．７μｍのものを多く含む水道水をろ過する場合において、中空糸膜２の早期の目詰まりを防止するためには、ＰＰより、透過流量の多い中空糸膜、例えばＰＥＳ製中空糸膜が好ましい。
【００２２】
また、筒形ボデー４のポッティング部３が位置している一側の外周囲の外周溝５にＯリング６を装着し、筒形ボデー４の他側を開口７させている。次いで、この開口７にキャップ８を超音波溶着により連結しており、このキャップ８は、一方側の中央に連通筒９を有する蓋部１０と外周囲に複数の開口窓１１を有し、他方側を開口にさせている。なお、上記超音波溶着により、中空糸膜２が膜切れを生じないよう、図１に示すように、中空糸膜２とキャップ８の蓋部１０との間に隙間を設けている。
【００２３】
図１及び図２において、１３は活性炭部であり、この活性炭部１３は、繊維状活性炭と粒状活性炭より成り、繊維状活性炭を粒状活性炭より多く含有させて活性炭部１３の目詰まりを防いでいる。本例では、繊維状活性炭：粒状活性炭＝４０〜６０：２０〜４０とし、更に、これに鉛吸着剤を含有させている。
【００２４】
この鉛吸着剤は、ケイ酸チタニウム塩（ゼオライト構造物質）（例えば２０％）、アパタイト（例えば２５％）等のセラミック系或は、イオン交換繊維（例えば１５％）を実施に応じて適宜量含有させている。この活性炭部１３により、遊離残留塩素、溶解性鉛及びがび臭の元となる２−ＭＩＢ（メチルイソボルネオール）を分離・吸着することが可能となる。
【００２５】
図２において、活性炭部１３の一例を示すと、円柱状の活性炭部１３の中空部に、網状、多孔状の連通筒１４（本例ではアクリル繊維製）を挿入し、外周囲にプレフィルター機能を有する不織布１５（本例ではポリエステル製）を被覆し、この不織布１５は、活性炭部１３の両側面まで折返して被覆している。そして、この活性炭部１３の一側を、キャップ８の内側面に形成した溝８ａに溶融樹脂を充填して液密に連結すると共に、連通筒９に活性炭部１３の連通筒１４を嵌合して取付けている。なお、活性炭部１３の両側面を不織布で被覆し、溶融樹脂が活性炭部に滲み込まないようにし、溶融樹脂が活性炭部１３内の通水を妨げないようにしている。活性炭部１３の他側には、樹脂製の筒部１６ａを有するエンドキャップ１６を上記と同じ溶融樹脂により液密に連結させて、図１に示すカートリッジ本体２０を構成している。このエンドキャップ１６は、活性炭部１３の端部側からの原水の侵入を防ぎ、かつ原水が放射状にシャワーヘッド内に流入するようにしている。なお、連通筒９や筒部１６ａは、その長さを連通筒１４の内径寸法の約２倍として、連通筒１４を支持可能な必要最小限の長さとすると共に略Ｕ字形の切欠部を複数設けることにより、連通筒９や筒部１６ａが活性炭部１３内の通水を妨げないようにしている。
【００２６】
また、中空糸膜部１のろ過能力を活性炭部１３のろ過能力と同等以上とし、活性炭部１３の容積を、規定の残留塩素ろ過能力を１０％以上、上回るろ過能力を確保できる容量とし、残りの容量を中空糸膜部１としている。中空糸膜部１のろ過寿命が短いと、活性炭部１３のろ過能力が残っているにも拘わらず、中空糸膜部１の目詰まりによりろ過流量が低下してカートリッジの寿命が短くなってしまう。また、活性炭部１３のろ過寿命が短いと、中空糸膜部１のろ過能力が残っているにも拘わらず、活性炭部１３のろ過性能が低下してカートリッジの寿命が短くなってしまう。本例によると、中空糸膜部１のろ過性能を最大限に生かした浄水カートリッジを得ることができる。ここで規定の残留塩素ろ過能力とは、遊離残留塩素の除去率が１００％から８０％に滞るまでの総ろ過水量をいい、本例においては１２００Ｌ（１０Ｌ／日×３０日×４ヶ月）としている。
【００２７】
図４及び図５において、１７は、キッチンに設置されたキャビネットのシンク、１８はカウンターで、このカウンター１８上にレバー式の水栓本体１９が設置されている。この水栓本体１９に設けたシャワーヘッド２１の筒部２２内に、カートリッジ本体２０を着脱可能に内蔵させ、水栓本体１９の基部２３よりシャワーヘッド２１をホース２４を介して引き出し自在に設け、浄水の使用可能なハンドシャワーとして、離れた場所に注水することができる。このシャワーヘッド２１には、原水、シャワー、浄水に切換可能な切換え操作部２５を設けている。
【００２８】
一方、カートリッジ本体２０の交換時には、シャワーヘッド２１から筒部２２を取り外すことで、カートリッジ本体２０が着脱可能となり、新しいカートリッジ本体２０をノズルヘッド２１に挿入するように取付けると、Ｏリング６を介して密封状態に取付けられ、簡単にカートリッジ本体２０を交換することができる。
【００２９】
次に上記実施形態の作用を説明する。
本発明の水栓内蔵型浄水カートリッジは、中空糸膜部１と活性炭層１３を直列配置してカートリッジ本体２０を構成しているので、水栓９内の狭いスペース内に中空糸膜部１とその前段階のろ過部材である活性炭部１３を所定のろ過機能を発揮するように機能的に配置できると共に、この活性炭部１３が中空糸膜部１と組み合わせることによってバクテリアや微粒子などを除去・分解することができ、高いろ過性能を長期的に発揮することができる。
【００３０】
図３は、本発明における水栓内蔵型浄水カートリッジの他例を示した一部切欠き側面図である。図３におけるカートリッジ本体２６は、中空糸膜２７ａで形成された中空糸膜部２７と活性炭部２８を配置し、筒形ボデー２９で中空糸膜部２７の外周囲を包囲し、また、エンドキャップ３４でカバーした活性炭部２８は露出させるようにしている。活性炭部２８には、先の例のように、網状・多孔状の連通筒１４を用いてもよい。この筒形ボデー２９には、Ｏリング３０を装着した縮径した装着部３１を有するキャップ３２を固着しているので、ポッティング部３３の開口面を常に清浄にしておく利点がある。
【００３１】
【実施例】
ここで、カートリッジ本体２０、２６に対してそれぞれＪＩＳ　Ｓ３２０１　家庭用浄水器試験方法に基づいて試験を行なった。その結果及び評価結果を示す。
本例は、前述の表１に示すように、粒径が０．５〜０．７μｍの微粒子を多く含む水道水に、浄水カートリッジを用いた場合に、微粒子が容易に活性炭部を通過して中空糸膜部により捕捉される割合が多くなり、目詰まりを生じ易くなるという課題を解決した浄水カートリッジである。
以下に示す表中の値は、総ろ過流量（Ｌ）を示しており、遊離残留塩素、溶解性鉛、及び２−ＭＩＢの項目は、これらの除去率がそれぞれ１００％から８０％に落ちるまでの総ろ過水量、濁度（濁り）の項目は総ろ過量が１００％から５０％に落ちるまでの総ろ過水量を表している。
【００３２】
図６は、活性炭部１３の長さによるろ過能力の評価を示したグラフであり、同グラフは、Ａ，Ｂのろ過能力の判定基準を１２００Ｌとし、Ｃのろ過能力の判定基準をＢの３倍の３６００Ｌとしている。Ａ，Ｂ，Ｃの全て合格基準とするのは、Ａ，Ｂの合否判定基準である１２００Ｌ及びＢ，Ｃの直線で囲まれる同グラフの斜線領域であり、このグラフから明らかなように、活性炭部１３の長さは４６〜５４ｍｍが最適となることが確認された。なお、活性炭部の仕様や鉛吸着剤等を調整することにより、溶解性鉛ろ過能力や、２−ＭＩＢろ過能力も所定の基準１２００Ｌを満たすものとしている。
すなわち、活性炭と中空糸膜モジュールからなる浄水カートリッジの濁度ろ過能力をカートリッジ全体にて評価すると、活性炭の透水性の影響を受けた状態で中空糸膜の濁度ろ過能力を評価することとなる。図６において、活性炭部の長さが長くなるにつれて、Ａの残留塩素ろ過能力値の変化に沿うようにＢの濁度ろ過能力値が高くなるのはこのためである。
しかし、小さい微粒子を多く含む水道水をろ過する場合は、微粒子が活性炭層を通過して中空糸膜に捕捉される割合が多くなることから、浄水カートリッジ全体として濁度ろ過能力を満たしているにも拘わらず、早期流量低下を生ずる恐れがある。
従って、中空糸膜部のみでの濁度ろ過能力の評価も行い、図６に示すように、浄水カートリッジ全体の濁度ろ過能力（Ｂ）が規定値（ここでは１２００Ｌ）を満足することに加えて、中空糸膜部のみの濁度ろ過能力（Ｃ）規定値（ここでは１２００Ｌ×３＝３６００Ｌ）を満足することにより、小さい微粒子を多く含む水道水をろ過する場合であっても、早期の流量下を生ずることなく、規定の濁度ろ過能力を満たすことのできる浄水カートリッジを得ることができる。
【００３３】
図７及び図８は、中空糸膜での目詰まりを防止する手段としてＰＥＳ膜を用いる例を、「濁度（濁り）ろ過能力評価試験結果ＪＩＳ及び水道水」に基づいて示す。
図７において、活性炭部の形状や容積は同じであり、ＰＰとＰＥＳの膜材質の違いによるが、濁度ろ過能力の差はわずかである。
図８における水道水は、粒径０．５〜０．７μｍの微粒子を多く含んでいる例であり、ＰＰ膜より外径の大きいＰＥＳ膜を用いることにより、濁度ろ過能力は、基準の１２００Ｌを満たしていることが確認された。
本例におけるＰＰ膜は、公称孔径０．１μｍ、外径φ３６０μｍであり、ＰＥＳ膜は、公称孔径０．１μｍ、外径φ４６０μｍである。
ＰＥＳ膜は、膜構造の違いや糸径による違いにより、単位面積あたりの透過水量がＰＰ膜より多いことが確認された。
【００３４】
また、活性炭部１３の容積を、１２００Ｌ通水後の残留塩素ろ過能力を１０％以上残す容量とし、残りの容積を中空糸膜部１とした水栓内蔵型浄水カートリッジを得た。これは、表２（浄水カートリッジの寸法）と表３に示すろ過能力を本例の供試品（Ｎｏ．１，Ｎｏ．２）と比較例（Ｎｏ．３，Ｎｏ．４）に従って評価できる。
【００３５】
【表２】
2004000956.tif 000004
【００３６】
【表３】
2004000956.tif 000005
【００３７】
表２及び表３によると、供試品Ｎｏ．１とＮｏ．２において、規定の残留塩素ろ過能力１２００Ｌに対し、１０〜６３％の残留塩素ろ過能力を残していることが理解できる。また、供試品Ｎｏ．３は、残留塩素ろ過能力は規定の１２００Ｌを満たしているが、濁度（濁り）ろ過能力が規定の１２００Ｌを下回っており、更に、供試品Ｎｏ．４は、残留塩素ろ過能力、濁度（濁り）ろ過能力共に規定の１２００Ｌを下回っているため、比較例としている。なお、活性炭部と中空糸膜部との容積比は、１：１〜１：４が好適であることも確認された。
【００３８】
図９及び図１０は他例を示したものであり、同図は、筒形ボデー３５に連設して筒形ボデー３５と略同径の保護筒３６で活性炭部３７を被覆することにより、外部通水を可能とし、保護筒３６にサイドフロー用の流入孔３８を設けた例である。なお、図中３９は中空糸膜部、４０は隙間である。
同図において、保護筒３６の内周と活性炭部３７の外周との間には流路確保用の隙間４０を設けている。この隙間４０は、仮に０．５ｍｍを下回る場合には原水は隙間４０を流れることなく流入孔３８の周辺の活性炭部しかろ過に寄与できず、一方、隙間が２．０ｍｍを上回ると活性炭部の容積が１０〜１５％程度低下することになってしまい、所定のろ過能力を発揮できない。
従って、この空隙４０は、０．５〜２．０ｍｍ程度にするのがよい。
また、流入孔３８は、円筒状である保護筒３６の弦方向に断面円形の図示しない穿孔治具により穿孔することにより、一回の穿孔工程で保護筒３６の円周方向に長い液滴状の流入孔３８を一度に２ケ所形成することができる。この場合、単に丸孔を保護筒３６の中心線方向に向けて開けた場合に比べて、円周方向に長くしかも開口面積の大きい流入孔を設けることができるので活性炭部３７の円周方向に沿った方向に原水が流れやすくなり、空隙４０とも相俟って、活性炭部３７の側面全周に渡って原水を行き渡らせ、活性炭部の側面から半径方向へのろ過、すなわちサイドフローによるろ過を効果的に行うことができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように、本発明によると、水栓の内部に着脱自在に装着でき、しかも水栓内のように狭く、限られた空間であっても、ろ過性能を著しく向上させることができる。
【００４０】
請求項２及び請求項３に係る発明によると、活性炭部を通過し、中空糸膜部により捕捉される大きさの微粒子を多く含む水質の水道水でろ過する場合であっても、中空糸膜部での早期の目詰まり現象を防ぐことができる。
【００４１】
請求項４に係る発明によると、活性炭部の早期の目詰まりを防ぐことができ、長期の使用を可能とし、長寿命の製品を提供できる。
【００４２】
請求項５に係る発明によると、水道水に含まれている溶解性鉛を吸着でき、浄水を可能とし、長寿命のカートリッジを提供できる。
【００４３】
請求項６に係る発明によると、活性炭部を通過し、中空糸膜により捕捉される大きさの微粒子を多く含む水質の水道水でろ過する場合であっても、中空糸膜での目詰まり現象を低減することができ、即ち、微粒子径が小さく、中空糸膜での早期の目詰まりのおそれがある水道水のろ過に適しており、長期間の使用に耐え得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における水栓内蔵型浄水カートリッジの一例を示す縦断面図である。
【図２】図１のカートリッジを分離して示した半截断面図である。
【図３】本発明における水栓内蔵型浄水カートリッジの他例を示す半截断面図である。
【図４】図１の水栓内蔵型浄水カートリッジを水栓に内蔵した状態を示す一部切欠き側面図である。
【図５】図４の水栓からシャワーヘッドを引き出した状態を示す斜視図である。
【図６】活性炭部長さによる、ろ過能力評価を示したグラフである。
【図７】濁度（濁り）ろ過能力評価試験（ＪＩＳ　Ｓ３２０１：原水濁り　カオリン２度）を示すグラフである。
【図８】濁度（濁り）ろ過能力評価試験（水道水）を示すグラフである。
【図９】本発明における浄水カートリッジでの他例を示す正面図である。
【図１０】図９の縦断面図である。
【符号の説明】
１　　中空糸膜部
４　　筒形ボデー
１３　活性炭部
１９　水栓本体
２０　カートリッジ本体
２１　シャワーヘッド
２２　筒部
２３　基部
２４　ホース
２６　カートリッジ本体
２７　中空糸膜部
２８　活性炭部
２９　筒形ボデー
【図１】
2004000956.tif 000006
【図２】
2004000956.tif 000007
【図３】
2004000956.tif 000008
【図４】
2004000956.tif 000009
【図５】
2004000956.tif 000010
【図６】
2004000956.tif 000011
【図７】
2004000956.tif 000012
【図８】
2004000956.tif 000013
【図９】
2004000956.tif 000014
【図１０】
2004000956.tif 000015